KR20070025306A

KR20070025306A - 위상반전마스크의 제조 방법

Info

Publication number: KR20070025306A
Application number: KR1020050081316A
Authority: KR
Inventors: 김성윤
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-08

Abstract

본 발명은 포토리소그래피 공정을 위한 위상반전마스크(phase shift mask)의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 상부에 소정의 두께로 불투명층이 균일하게 코팅된, 투명 재료로 이루어진 기판을 제공하는 단계; 불투명층을 패터닝하여, 기판의 180° 위상반전영역이 형성되는 표면을 개구시키는 단계; 기판을 식각하여, 180° 위상반전영역을 형성하는 단계; 180° 위상반전영역을 매립하도록, 불투명층 및 기판 상에 포토레지스트를 두껍게 코팅시키는 단계; 포토레지스트가 소정의 두께를 갖도록, 포토레지스트를 표면으로부터 리세스시키는 단계; 포토레지스트를 패터닝하여, 불투명층의 0° 위상영역이 형성되는 표면을 개구시키는 단계; 불투명층을 식각하여, 0° 위상영역을 형성하는 단계를 포함하는 위상반전마스크의 제조 방법을 개시한다.

포토레지스트, 리세스(recess), 교대형 위상반전마스크(alternative phase shift mask).

Description

위상반전마스크의 제조 방법{Method of manufacturing phase shift mask}

도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 교대형 위상반전마스크의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 교대형 위상반전마스크의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 기판 200 : 불투명층

300, 400 : 포토레지스트

A : 180° 위상반전영역 B: 0° 위상영역

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 포토리소그래피 공정을 위한 위상반전마스크(phase shift mask)의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 반도체 장치의 고집적화 추세에 따라, 서브 마이크론 이하의 크기의 미세 패턴을 형성하기 위한 방법으로서, 종래 COG 바이너리 마스크(chrome on glass binary mask)에서 나타나는 빔의 보강 간섭에 기인하는 낮은 해상도와 협소한 공정 마진을 개선할 수 있는 위상반전마스크에 관한 기술이 제안되고 있다.

위상반전마스크는 석영기판과 같은 투명기판 상의 특정 영역을 소정의 깊이로 리세스시켜 형성된 위상반전층을 갖는다. 위상반전층은, 서로 다른 광학 경로를 통하여 빔을 투과시킴으로써, 이웃하는 개구부 사이에 빔의 위상이 180° 차이를 갖도록 한다. 180° 의 위상차를 갖는 빔은 개구부 사이에 존재하는 차광 부분에서 상쇄 간섭에 의해 빔 광도가 0 이 되도록 한다. 그 결과, 위상반전마스크는 이미지의 크기와 간격이 λ/NA (여기서, λ는 노광시스템에서 사용되는 빔의 파장이며, NA는 광학계의 개구수이다) 만큼 작은 미세패턴의 형성시에도, 종래의 COG 바이너리 마스크보다 우수한 해상도와 넓은 공정 마진을 제공한다. 위상반전마스크는, 그 형상에 따라, 교대형(alternative type), 림형(rim type), 감쇄형(attenuate type) 또는 아웃리거형(outrigger type)이 개시되어 있다. 교대형 위상반전마스크는 식각에 의하여 빔이 투과되는 투명석영기판의 두께를 교대로 변화시킴으로써 제조된다.

도 1a를 참조하면, 크롬층(20)이 균일하게 코팅된 투명석영기판(10)이 제공된다. 도 1b를 참조하면, 적합한 포토리소그래피 공정에 의하여 식각마스크인 포토레지스트층(30)을 형성한 후, 투명석영기판(10)의 180° 위상반전영역(A)의 표면을 개구시키기 위하여 크롬층(20)을 패터닝한다. 도 1c를 참조하면, 적합한 식각 공정에 의하여 투명석영기판(10) 내에 180° 위상반전영역(A)을 형성한다. 통상적으로, 180° 위상반전영역(A)을 형성하기 위한 식각 공정은 180° 위상반전영역(A)의 깊이를 정확히 제어하기 위하여 수차례에 걸쳐서 수행된다.

도 1d를 참조하면, 180° 위상반전영역(A)이 형성된 투명석영기판(10) 및 크롬층(20) 상에 포토레지스트(40)를 도포한 후, 포토레지스트(40)를 패터닝하여 투명석영기판(10)의 0° 위상영역(B) 상의 크롬층(20)을 개구시킨다. 일반적으로, 투명석영기판(10)의 180° 위상반전영역(A)의 저면으로부터 크롬층(20)의 상부 표면까지의 높이(h)는 3000 Å 정도이다. 포토레지스트층(40)의 두께가 일반적으로 3000 Å 정도이므로, 180° 위상반전영역(A)에 인접하는 크롬층(20)의 에지 부분(a)이 포토레지스트층(40)에 의해 충분히 코팅되지 못하는 현상이 발생한다.

도 1e를 참조하면, 크롬층(20)을 식각하여 0° 위상영역(B)을 형성하는 식각공정에서 180° 위상반전영역(A)에 인접하는 크롬층(20)의 에지 부분(a)이 식각될 수 있다. 그 결과, 크롬층(20)이 가로방향으로 축소되면서, 원하지 않은 림형 위상반전마스크가 형성되는 문제점이 발생한다.

이와 같이, 종래 기술에 따른 교대형 위상반전마스크의 제조 방법은, 0° 위상영역 형성시 먼저 형성된 180° 위상반전영역에 인접하는 크롬층의 에지 부분이 식각되어, 위상오차(phase error)가 발생하기 때문에, 포토마스크로서 요구되는 해상도와 공정 마진을 확보하지 못하는 문제점을 갖는다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 0° 위상영역 형성시 먼저 형성된 180° 위상반전영역에 인접하는 크롬층의 에지 부분의 식각을 억제하여, 해상도가 높고 공정 마진의 폭이 넓은 교대형 위상반전마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상반전마스크의 제조 방법은, 상부에 소정의 두께로 불투명층이 균일하게 코팅된, 투명 재료로 이루어진 기판을 제공하는 단계; 상기 불투명층을 패터닝하여, 상기 기판의 180° 위상반전영역이 형성되는 표면을 개구시키는 단계; 상기 기판을 식각하여, 상기 180° 위상반전영역을 형성하는 단계; 상기 180° 위상반전영역을 매립하도록, 상기 불투명층과 상기 기판 상에 포토레지스트를 두껍게 코팅시키는 단계; 상기 포토레지스트가 소정의 두께를 갖도록, 상기 포토레지스트를 상부 표면으로부터 리세스시키는 단계; 상기 포토레지스트를 패터닝하여, 상기 불투명층의 0° 위상영역이 형성되는 표면을 개구시키는 단계; 상기 불투명층을 식각하여, 상기 0° 위상영역을 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 불투명층은 에너지 빔에 불투명한 금속층이며, 상기 기판은 투명석영기판일 수 있다.

상기 포토레지스트를 상부 표면으로부터 리세스시키는 단계는, 상기 포토레지스트가 코팅된 상기 기판을 현상액에 침전시켜 상기 포토레지스트를 손실(dark loss)시키는 것에 의하여 수행될 수 있다. 또한, 상기 포토레지스트를 상부 표면으로부터 리세스시키는 단계는, 상기 포토레지스트가 코팅된 상기 기판을 플라즈마를 이용하여 애싱(ashing)시키는 것에 의하여 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상 기 포토레지스트의 상기 두께는 2000 Å 내지 4000 Å 일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에서 영역들의 크기는 설명을 명확하게 하기 위하여 과장된 것이다.

도 2a를 참조하면, 상부에 소정의 두께로 불투명층(200)이 균일하게 코팅된 투명한 기판(100)이 제공된다. 바람직하게는, 불투명층(200)은 포토리소그래피 공정에 이용되는 에너지 빔에 불투명한 금속층, 예를 들면, 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들의 합금일 수 있다. 또한, 기판(100)은 투명석영기판일 수 있다.

도 2b를 참조하면, 불투명층(200) 상에 포토레지스트(300)를 코팅한 후 패터닝하여 식각마스크를 형성한 후 불투명층(200)을 식각함으로써, 기판의 180° 위상반전영역이 형성되는 표면을 개구시킨다.

도 2c를 참조하면, 기판(100)의 노출된 표면을 식각하여, 기판(100) 내에 180° 위상반전영역(A)을 형성한다. 예를 들면, 플라즈마 식각에 의하여 기판(100)을 소정의 두께로 리세스시킴으로써, 기판(100)의 얇아진 부분(180° 위상반 전영역; A)과 기판(100)의 두꺼운 부분(0° 위상영역; B)을 지나는 빔이 약 180° 위상차를 갖도록 한다.

도 2d를 참조하면, 180° 위상반전영역(A)을 매립하도록, 불투명층(200) 및 180° 위상반전영역(A)이 형성된 기판(300) 상에 포토레지스트(400)를 두껍게 코팅한다. 180° 위상반전영역(A)에 인접하는 불투명층(200)의 에지 부분 상에도 포토레지스트가 충분한 두께로 코팅되도록 포토레지스트(400)를 전체적으로 두껍게 코팅하여야 한다. 그 결과, 포토레지스트는 노광공정에서 요구되는 임계두께를 초과하여 코팅될 수 있다. 포토레지스트를 코팅한 후, 소프트베이크(soft bake) 처리를 하여 포토레지스트를 경화시킬 수 있다.

도 2e를 참조하면, 포토레지스트(400)가 노광공정에서 요구되는 두께(L)를 갖도록, 포토레지스트(400)를 상부 표면으로부터 리세스시킨다. 바람직하게는, 포토레지스트(400)가 코팅된 기판(100)을 현상액에 침전시켜 포토레지스트를 손실(dark loss)시킴으로써 포토레지스트(400)를 리세스시킬 수 있다. 또한, 바람직하게는, 포토레지스트(400)가 코팅된 기판(100)을 플라즈마, 예를 들면, 산소를 함유하는 가스를 사용하는 플라즈마를 이용하여 애싱(ashing)시킴으로써 포토레지스트(400)를 리세스시킬 수 있다. 리세스된 포토레지스트(400)의 두께(L)는 2000 Å 내지 4000 Å 일 수 있다.

도 2f를 참조하면, 포토레지스트(400)를 패터닝하여, 0° 위상영역(B)이 형성될 기판(100)의 표면 상의 불투명층(200)의 표면을 개구시킨다. 도 2g를 참조하면, 식각마스크로서 포토레지스트(400)를 이용하여, 불투명층(200)을 식각함으로 써, 0° 위상영역(B)을 형성한다.

리세스된 포토마스크의 두께(L)가 기판(100)의 180° 위상반전영역(A)의 저면으로부터 인접하는 불투명층(200)의 상부표면까지의 높이와 유사하더라도, 포토레지스트(400)는 불투명층(200)의 에지 부분까지 충분히 코팅되기 때문에, 0° 위상영역(B)을 형성하기 위한 식각 공정 동안 불투명층(400)의 에지 부분을 충분히 보호할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따르면, 0° 위상영역(B) 형성 공정에서, 먼저 형성된 180° 위상반전영역(A)에 인접하는 불투명층(200)의 에지 부분이 식각되어 발생하는 위상오차(phase error)가 억제될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 위상반전마스크의 제조 방법은, 먼저 형성된 180° 위상반전영역을 매립하도록, 불투명층 및 180° 위상반전영역이 형성된 기판 상에 포토레지스트를 두껍게 코팅한 후 다시 리세스 시킴으로써, 0° 위상영역의 형성 공정에서 불투명층의 에지 부분이 식각되지 않아, 해상도가 높고 공정마진의 폭이 넓은 교대형 위상반전마스크의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims

상부에 소정의 두께로 불투명층이 균일하게 코팅된, 투명 재료로 이루어진 기판을 제공하는 단계;

상기 불투명층을 패터닝하여, 상기 기판의 180° 위상반전영역이 형성되는 표면을 개구시키는 단계;

상기 기판을 식각하여, 상기 180° 위상반전영역을 형성하는 단계;

상기 180° 위상반전영역을 매립하도록, 상기 불투명층 및 상기 기판 상에 포토레지스트를 두껍게 코팅시키는 단계;

상기 포토레지스트가 소정의 두께를 갖도록, 상기 포토레지스트를 상부 표면으로부터 리세스시키는 단계;

상기 포토레지스트를 패터닝하여, 상기 불투명층의 0° 위상영역이 형성되는 표면을 개구시키는 단계;

상기 불투명층을 식각하여, 상기 0° 위상영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 불투명층은 에너지 빔에 불투명한 금속층인 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 기판은 투명석영기판인 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 포토레지스트를 상부 표면으로부터 리세스시키는 단계는, 상기 포토레지스트가 코팅된 상기 기판을 현상액에 침전시켜 상기 포토레지스트를 손실(dark loss)시키는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 포토레지스트를 상부 표면으로부터 리세스시키는 단계는, 상기 포토레지스트가 코팅된 상기 기판을 플라즈마를 이용하여 애싱(ashing)시키는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 포토레지스트의 상기 두께는 2000 Å 내지 4000 Å 인 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조 방법.