KR20060069597A - 위상반전 마스크 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상반전 마스크 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명은 투광영역과 위상반전 영역이 정의된 투명기판 상에 차광막을 증착하는 단계와, 상기 투광영역 상에 형성된 상기 차광막의 일부를 식각하여 차광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 차광막 패턴 중 상기 위상반전 영역 상에 형성된 상기 차광막 패턴을 소정의 두께를 갖도록 식각하는 단계를 포함하는 위상반전 마스크 제조 방법을 제공한다.

하프톤 위상반전 마스크, 차광막 패턴, 간섭

Description

위상반전 마스크 제조 방법{Method for manufacturing phase shift mask}

도1a 내지 도1h는 종래 기술에 따른 하프톤 타입 위상반전 마스크의 제조 방법을 순차적으로 보여주는 공정단면도이다.

도2a 내지 도2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 하프톤 타입 위상반전 마스크의 제조 방법을 순차적으로 보여주는 공정단면도이다.

***** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *****

10 : 투명기판 12 : 위상반전막

12a: 위상반전막 패턴 14 : 차광막

14a: 차광막 패턴 14b: 광 투과가 가능한 차광막 패턴

16 : 제 1 감광막 16a: 제 1 감광막 패턴

17 : 제 2 감광막 17a: 제 2 감광막 패턴

본 발명은 위상반전 마스크 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정 수를 줄인 하프톤 타입 위상반전 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체장치가 고집적화 및 고밀도화에 따라 단위 소자의 크기가 감소되고, 이에 따라, 도선 등의 선폭이 작아지고 있다. 그러므로, 미세 패턴을 형성하기 위해서는 접촉묘화(contact printing) 방법, 프록시미티묘화(proximity printing) 방법 및 프로젝션묘화(projection printing) 방법 등의 노광 방법을 이용하는 포토리쏘그래피(photolithography) 공정으로는 한계가 있다. 따라서, 미세 패턴을 형성하기 위해 노광시 전자 빔 또는 이온 빔 등을 이용하거나, 또는, 위상반전마스크(Phase Shifting Mask)를 이용할 수 있다.

상기 위상반전마스크는 위상반전영역과 투광영역을 포함한 광투과영역과 광차단영역을 포함하는데, 위상반전영역을 통과하는 광의 위상을 180°로 반전시켜 투광영역을 통과하는 광과 상쇄 간섭을 일으켜 해상력과 초점심도를 향상시켜 양호한 패턴을 얻을 수 있다. 위상반전마스크는 종류에 따라 교번형(Alternated type), 림형(Rim type), 감쇄형(Attenuated type) 및 아웃리거형(Outrigger type) 등이 있다.

종래 기술에서 위상반전층으로 사용되는 MoSiN층의 식각은 SF6, CF4, CHF3 등과 같은 식각가스, RF 전력과 진공챔버를 이용하여 플라즈마를 발생시켜 사용하는 건식식각으로 수행된다. 이때, 위상반전층의 식각마스크로는 감광막 패턴이나 차광막으로 사용되는 Cr막 패턴 등이 이용된다. 이중, 주로 사용되는 것은 감광막패턴이 박리된 크롬막 패턴이다. 왜냐하면, 하부에 크롬막 패턴이 개재된 감광막 패턴을 MoSiN층 식각의 식각마스크로 이용할 경우, 크롬막 패터닝시 발생한 이물질 이 MoSiN층 건식식각에서 치명적 결함으로 작용하기 때문이다.

도 1a 내지 도 1h는 종래 기술에 따른 위상반전 마스크 제조공정 단면도이다.

우선, 도 1a를 참조하면, 석영(Quartz)으로 이루어진 투명기판(10) 상에 MoSiN으로 이루어진 위상반전막(12) 및 Cr과 CrOx 등으로 형성된 차광막(14)을 순차적으로 형성한 다음 그 위에 감광막(16)을 코팅한다.

다음으로, 도 1b에서 도시한 바와 같이, 코팅된 제 1 감광막에 노광(E-beam writing) 및 현상(develop) 공정을 실시하여 광투과영역(A)의 위상반전영역(a)에 대응하는 차광막(14)을 노출시키는 제 1 감광막 패턴(16a)을 형성한다. 상기 제 1 감광막 패턴(16a)에 의해 광투과영역(A)과 광차단영역(B)이 정의되고, 상기 광투과 영역은 위상반전영역(a)과 투광영역으로 구분된다.

이후, 도 1c를 참조하면, 상기 제 1 감광막 패턴(16a)을 식각마스크로 이용하여 노출된 차광막을 식각하여 차광막 패턴(14a)을 형성한다.

그리고, 도 1d에서 도시한 바와 같이 상기 제 1 감광막 패턴(16a) 및 차광막 패턴(14a)을 식각마스크로 이용하여 노출된 위상반전막을 제거하여 위상반전막 패턴(12a)을 형성한다. 위상반전막이 제거된 부분에는 투명기판(10)이 노출되고, 이 곳을 통해 패턴 형성시 위상 반전되지 않은 광이 투과된다.

다음으로, 도 1e를 참조하면, 제 1 감광막패턴을 제거한다. 이때, 감광막 패턴의 박리는 산소 애슁(ashing)에 의한 건식식각이나 황산용액에 의한 습식식각으로 이루어진다. 감광막 패턴을 제거하는 이유는 차광막 및 위상반전막 식각시 발생 한 이물을 제거하기 위해서이다.

그리고 나서, 도 1f에서 도시한 바와 같이, 위상반전막패턴(12a) 및 차광막 패턴(14a)이 형성되어 있는 결과물 전면에 다시 감광막(17)을 코팅한다.

이후, 도 1g를 참고하면, 상기 공정에서 코팅된 감광막에 노광 및 현상 공정을 진행하여 광투과영역(A)의 감광막을 제거함으로써, 광차단영역의 차광막 패턴(14a) 상에 제 2 감광막 패턴(17a)을 형성한다. 이때, 상기 광투과영역(A)의 차광막 패턴(14a)은 노출된다.

다음으로, 도 1h를 참고하면 제 2 감광막 패턴(17a)을 식각마스크로 이용하여 광투과영역 상에 노출된 차광막 패턴을 제거한다. 이에 따라, 광투과영역 상에는 위상반전막 패턴(12a)이 남아 있는 위상반전영역과 위상반전막 패턴(12a)이 제거되고 투명기판(10)이 노출된 투광영역이 정의된다. 이때, 상기 위상반전영역을 통과하는 광과 투광영역을 통과하는 광은 위상이 180°로 반전되어 있으며, 두 광의 상쇄 간섭에 의해 해상력이 향상되어 양호한 패턴을 형성할 수 있게 된다.

이후, 제 2 감광막 패턴(17a)을 제거하여 위상반전 마스크 제작 공정을 완료한다.

그런데 종래의 위상반전 마스크 제조방법에 있어 위상반전막으로 사용하는 MoSiN 막은 비용이 매우 비싸고, 마스크의 패턴이 미세화될 수록 암모니아 세정에 대한 내구성이 떨어져 희석된 암모니아 세정을 진행해야 하므로 세정력이 크게 약화되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 MoSiN 막을 이용한 위상반전막의 사용없이 크롬막과 수정막의 두께를 조정하여 위상차를 조절할 수 있는 위상반전 마스크 제작방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적 달성을 위해 본 발명은 투광영역과 위상반전 영역이 정의된 투명기판 상에 차광막을 증착하는 단계와, 상기 투광영역 상에 형성된 상기 차광막의 일부를 식각하여 차광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 차광막 패턴 중 상기 위상반전 영역 상에 형성된 상기 차광막 패턴을 소정의 두께를 갖도록 식각하는 단계를 포함하는 위상반전 마스크 제조 방법을 제공한다.

여기서, 상기 투명기판은 석영으로 형성하고, 상기 차광막은 도전성 물질로 Cr과 CrOx 등을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소정의 두께를 갖는 차광막 패턴을 투과한 광은 상기 투광영역을 투과하는 광과 180°의 위상차를 갖도록 형성됨을 특징으로 한다.

이하 도면에 따라 상기 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이를 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 이 실시예들을 벗어나 다양 한 형태로 구현 가능하다. 한편, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도2a 내지 도2h는 본 발명의 일 실시예에 따른 하프톤 타입 위상반전 마스크의 제조 방법을 순차적으로 보여주는 공정단면도이다.

도 2a를 참조하면, 석영(Quartz)으로 이루어진 투명기판(10) 상에 Cr과 CrOx 등으로 형성된 차광막(14) 및 제 1 감광막(16)을 순차적으로 증착한다.

이하, 상기 투명 기판(10) 상에 차광막 패턴을 형성하는 과정을 도 2b 내지 도 2c를 참고하여 상세히 설명한다. 다만, 상기 투명기판(10)상에는 광투과영역(A)과 광차단영역(B)이 정의되어 있고, 또한 상기 광투과영역(A)은 위상반전영역(a)과 투광영역으로 다시 구분하여 정의되어 있다.

먼저, 도 2b를 참고하면, 상기 제 1 감광막(16)에 노광(E-beam writing) 및 현상(develop) 공정을 실시하여 위상반전영역(a)의 차광막(14)을 노출시키는 제 1 감광막 패턴(16a)을 형성한다.

이후, 도 2c를 참조하면, 상기 제 1 감광막 패턴(16a)을 식각마스크로 이용하여 노출된 차광막을 식각하여 차광막 패턴(14a)을 형성한다.

그리고, 도 2d에서 도시한 바와 같이, 제 1 감광막패턴을 제거한다. 이때, 감광막 패턴의 박리는 산소 애슁(ashing)에 의한 건식식각이나 황산용액에 의한 습식식각으로 이루어진다. 감광막 패턴을 제거하는 이유는 차광막 식각시 발생한 이 물을 제거하기 위해서이다.

이하, 상기 차광막 패턴 중 상기 위상반전 영역 상에 형성된 상기 차광막 패턴을 소정의 두께를 갖도록 식각하는 단계를 상세히 설명한다.

우선, 도 2e에서 도시한 바와 같이, 차광막 패턴(14a)이 형성되어 있는 결과물 전면에 다시 제 2 감광막(17)을 코팅한다.

이후, 도 2f를 참고하면, 상기 공정에서 코팅된 제 2 감광막에 노광 및 현상 공정을 진행하여 광투과영역(A) 상의 감광막을 제거하여 제 2 감광막 패턴(17a)을 형성한다.

다음으로, 도 2g를 참고하면, 제 2 감광막 패턴(17a)을 식각마스크로 이용하여 위상반전영역 상의 차광막 패턴을 소정의 두께를 갖도록 식각하여 광 투과가 가능한 차광막 패턴(14b)을 형성한다.

이는 광 투과율이 0%가 되도록 형성된 차광막 패턴(14a)을 식각하여 두께를 얇게 형성하여 광 투과율을 갖게 하기 위한 작업이다. 즉, 차광막으로 사용되는 부분에서는 기존의 차광막 패턴(14a)의 두께를 그대로 유지하는 반면 광 투과가 필요한 영역에서는 차광막 패턴(14a)을 식각하여 두께를 얇게 해 광 투과가 가능한 투광막 패턴(14b)을 형성하는 것이다. 이에 반해 종래 기술에서는 광투과영역의 차광막 패턴(14a)은 제거되었다.

이후, 도 2h에서 도시한 바와 같이, 상기 얇은 두께로 형성되어 광 투과가 가능한 투광막 패턴(14b)을 식각 마스크로 이용하여 광투과영역 상에 노출된 투명 기판을 소정 두께만큼 제거하여 투명기판 패턴(10a)을 형성한다. 상기 공정을 통해 두께가 일정하지 않은 투명기판 패턴(10a)을 형성한 이유는 투명기판으로 사용되는 수정 등이 두께가 변함에 따라 광투과율은 유지되는 반면 투과되는 광의 위상이 변하는 성질을 이용하기 위함이다. 즉, 원래의 투명기판의 두께를 유지하고 있는 영역과 일정 두께만큼이 식각으로 제거되어 얇은 투명기판의 두께를 갖는 영역을 투과되는 광(光 ) 간의 위상은 다르므로, 투과광의 위상 변화를 위해 투명기판을 두께를 변화시키는 것이다.

따라서, 투명기판의 두께 조절을 통해 위상반전막을 사용하지 않아도 투과되는 광의 위상을 조절할 수 있으므로, 얇은 두께로 형성되어 광투과가 가능한 차광막 패턴(14b)이 형성된 영역과 그렇지 않은 영역을 투과하는 광 간에 특정 위상차를 갖도록 형성할 수 있다. 즉, 위상반전된 간섭효과를 위해 180°의 위상차를 갖도록 형성할 수 있다.

결과적으로, 위상반전막의 사용 없이 투명기판의 두께 조절을 통해 180°의 상쇄 간섭을 일으키는 투과광을 발생시킬 수 있어 마스크를 이용한 패턴 형성 공정에서 높은 해상도로 웨이퍼 상에 패턴을 형성할 수 있게 된다.

이후, 제 2 감광막 패턴(17a)을 제거하여 위상반전 마스크 제작 공정을 완료한다.

본 발명에 의하면, MoSiN 막을 이용한 위상반전막의 사용없이 크롬막과 수정 막의 두께를 조정하여 위상차를 조절할 수 있어 MoSiN 막 증착에 대한 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 암모니아에 내구력이 약한 MoSiN 막을 생략하므로 희석되지 않은 암모니아를 이용하여 세정 공정을 진행할 수 있어 세정력을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

Claims (3)

1. 투광영역과 위상반전 영역이 정의된 투명기판 상에 차광막을 증착하는 단계와,

   상기 투광영역 상에 형성된 상기 차광막의 일부를 식각하여 차광막 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 차광막 패턴 중 상기 위상반전 영역 상에 형성된 상기 차광막 패턴을 소정의 두께를 갖도록 식각하는 단계를 포함하는 위상반전 마스크 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 투명기판은 석영으로 형성하고, 상기 차광막은 도전성 물질로 Cr과 CrOx 등을 사용하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크 제조 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 소정의 두께를 갖는 차광막 패턴을 투과한 광은 상기 투광영역을 투과하는 광과 180°의 위상차를 갖도록 형성됨을 특징으로 하는 위상반전 마스크 제조 방법.

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