KR20090068898A - 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법 - Google Patents

위상 쉬프트 마스크의 제조 방법 Download PDF

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위상 쉬프트 마스크의 제조 방법이 제공된다. 상기 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 레티클 기판 위에 하프톤막, 및 차광막을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 차광막 위에 전자 빔 리소그래피에 의하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 차광막 및 상기 하프톤막을 선택적으로 식각하는 단계, 선택적으로 식각된 상기 차광막을 습식 식각을 이용하여 제거하는 단계, 및 상기 습식 식각 후 상기 하프톤막 상에 폴리머를 코팅하는 단계를 포함한다.
레티클(reticle), Photolithography, PSM(phase shift mask)

Description

위상 쉬프트 마스크의 제조 방법{Method of manufacturing a phase shift mask}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
레티클(reticle)은 반도체 제조 공정 중 노광 공정에 사용되는 것으로 포토 레지스트(photoresist)가 코팅된 웨이퍼로 전송되는 패턴 이미지를 갖는 투명판이다. 레티클은 완전하게 제조되어야 한다. 모든 웨이퍼 회로들은 궁극적으로 레티클로부터 패턴화된다. 따라서 레티클 역할의 질이 미크론 이하의 포토 리소그래피(photolithography) 공정이 진행되는 동안 고품질의 이미지를 얻게 되는 핵심이 된다.
반도체 소자의 CD(critical dimension)이 점점 작아짐에 따라 이를 웨이퍼 상에 정의하기 위한 노력의 일환으로 짧은 파장대를 갖는 광원(예컨대, ArF 193nm)을 이용한 노광 공정이 이용되고 있으며, 또한 위상 쉬프트 마스크(phase shift mask)가 개발되어 상기 노광 공정에 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 노광 공정을 나타내는 개략도이다. 도 1을 참조하면, 먼저 웨이퍼(30)에 초점 조정 및 정렬을 수행한 후 광원(미도시)으로부터 주사된 빛(예컨대, ArF 193nm)이 레티클(10)을 통과한 후 렌즈(20)를 통하여 레지스트가 코팅된 웨이퍼(30)에 노출된다. 이러한 웨이퍼 정렬, 초점 맞춤, 및 노출은 스탭퍼(stepper)에 의해 이루어진다.
짧은 파장대를 갖는 광원(예컨대, ArF 193nm)은 긴 파장대를 갖는 광원(예컨대, KrF 248nm)에 비하여, 높은 에너지를 갖기 때문에 노광 공정시 레티클 제조 과정에서 발생한 레티클 표면에 잔류하는 이온들의 반응을 촉진시켜 반응물을 생성시킨다.
위상 쉬프트 마스크는 마스크 상에서 빛의 위상을 적절히 반전시켜 패턴의 공간 주파수를 줄이거나 가장자리 콘트래스트(contrast)를 증가시키는 간섭효과를 이용한다. 이러한 기술은 높은 해상력을 실현하며, 노광관용도(exposure latitude)의 향상 및 DOF의 증가를 제공할 수 있다.
그러나 위상 쉬프트 마스크를 갖는 레티클의 경우 빛의 위상을 180도 쉬프트하기 위하여 부가적인 투과층(예컨대, MoSi층)을 형성한 후, 크롬층을 습식 식각하여 위상 변위층을 완성하게 되는데, 이러한 습식 식각한 후 잔류하는 이온들이 문제된다. 결국 반복적인 노광 공정을 거친 후에는 상기 레티클 표면에 잔류하는 이온들끼리 서로 반응 또는 결합하여 생성된 반응 생성물(이하 "헤이즈(haze)"라 한다)에 의하여 웨이퍼에 대한 패턴 에러가 유발될 수 있다.
또한 위상 쉬프트 마스크는 가격 단가가 높고 위상 쉬프트 정도를 제어하는 방법이 어렵기 때문에 CD 에러에 대한 부담 요소가 크다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 노광 공정 수행시 레티클 상에 헤이즈의 발생을 방지할 수 있으며, 위상 변위 정도를 조절할 수 있는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 레티클 기판 위에 하프톤막, 및 차광막을 순차적으로 형성하는 단계, 상기 차광막 위에 전자 빔 리소그래피에 의하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 차광막 및 상기 하프톤막을 선택적으로 식각하는 단계, 선택적으로 식각된 상기 차광막을 습식 식각을 이용하여 제거하는 단계, 및 상기 습식 식각 후 상기 하프톤막 상에 유기 폴리머를 코팅하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 레티클 기판 위에 폴리머층을 제1 두께로 코팅하는 폴리머 코팅 단계, 상기 폴리커층 위에 전자 빔 리소그래피에 의하여 제1 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 제1 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 폴리머층을 선택적으로 식각하여 제1 위상 쉬프트층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 식각 공정 후 상기 하프톤막 상에 폴리머를 코팅함으로써, 짧은 파장대를 갖는 광원을 사용하는 노광 공정시 잔류 이온들의 결합에 의한 반응생성물인 헤이즈가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 투과율이 90% 이상인 폴리머를 사용하여 위상 쉬프트층을 형성함으로써 하나의 레티클로 서로 다른 광 투과율을 갖는 위상 쉬프트 마스크를 제작할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조 공정을 나타낸다.
먼저 도 2a에 도시된 바와 같이 레티클 기판(Quartz, 110) 위에 하프톤막(115) 및 차단막(120)을 순차적으로 형성한다. 상기 하프톤막(115)은 소정의 광투과율(예컨대, 70~95%)을 갖는 몰리브덴 실리사이드(MoSi)층, 크롬 산화막(Cr2O3), 또는 크롬 질화막(CrN)일 수 있다. 상기 차단막(120)은 크롬(Cr)층일 수 있다. 상기 크롬층(120)은 칩 외곽 쪽의 빛을 완전히 차단하여 빛의 영향을 최소화하는 역할을 한다.
이하 상기 하프톤막(115)은 MoSi층으로, 상기 차단막(120)은 크롬층(120)인 것을 예로 설명한다.
상기 레티클 기판(110)의 물질은 용융 가능한 실리카(Silica) 또는 이산화규소(SiO2)로 주로 구성된 석영(quartz)이 될 수 있다.
다음으로 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 크롬층(120) 위에 전자 빔 리소그래피(E-beam lithography)에 의하여 포토 레지스트 패턴(125')을 형성한다.
전자 빔 리소그라피에서 전자 소스는 레티클을 향해서 빔의 형태로 초점이 맞추어지고 가속되는 많은 전자를 발생시키며, 레티클 표면에서 특수한 전자빔 레지스트를 가로질러서 원하는 패턴으로 스캔된다. 상기 전자 빔은 전체 레티클을 가로 질러서 스캔되거나 레티클로 패턴을 전송하기 위해서 인쇄된 영역에서만 스캔될 수 있다.
다음으로 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 포토 레지스트 패턴(125')을 식각 마스크로 사용하여 상기 크롬층(120) 및 상기 MoSi층(115)을 선택적으로 식각한다.
상기 크롬층(120) 및 상기 MoSi층은 건식 식각(dry etching, 예컨대, RIE(reactive ion etch))에 의해 식각될 수 있다.
다음으로 도 2d에 도시된 바와 같이 선택적으로 식각된 상기 크롬층(120')을 습식 식각(wet etching)을 이용하여 제거한다. 습식 식각은 화학 약품(또는 식각 용액)을 이용하여 상기 크롬층(120')을 식각하는 것을 말하는데, 상기 크롬층(120')을 습식 식각하기 위한 용액의 성분에는 NH4F, HF 등이 포함되어 있다. 습 식 식각 후 세척을 통하여 상기 식각 용액을 씻어낸다.
다음으로 도 2e에 도시된 바와 같이 상기 습식 식각 후 남아있는 MoSi층(115') 상에 폴리머(polymer, 130)를 코팅한다. 상기 폴리머(130)는 유기 폴리머(organic polymer)일 수 있다.
상기 건식 식각 또는 상기 습식 식각 과정에서 발생한 이온들(예컨대, (NH3)+ 및 (SO3)2 - )이 상기 MoSi층(115')에 잔류할 수 있다.
상기 유기 폴리머(130)는 상기 건식 식각 및 상기 습식 공정 후 상기 MoSi층(115') 상에 잔류하는 이온들이 짧은 파장대(ArF 193nm)를 사용하는 노광 공정에서 노광 에너지에 반응하여 결합되어 반응 생성물이 발생하는 것을 막는 역할을 한다. 이는 상기 유기 폴리머(130)는 화학적으로 상기 잔류 이온들과 잘 결합하지 않기 때문이다.
따라서 상기 유기 폴리머(130)를 상기 MoSi층(115') 상에 코팅함으로써 노광 공정시 상기 레티클에 반응 생성물이 생기는 것을 방지하여 상기 레티클의 수명을 연장시킬 수 있고, 이러한 반응 생성물로 인한 웨이퍼 상에 패턴 에러를 방지할 수 있다.
이를 위하여 상기 유기 폴리머(130)는 다음과 같은 성질을 가지고 있다. 상기 유기 폴리머(130)는 광투과율이 90%이상이며, 굴절율이 상기 레티클 기판(Quartz, 110)과 유사하고, 내열성이 있는 물질이다.
또한 상기 유기 폴리머(130)는 식각에 대한 내성, 즉 물리적 강도, 내알칼리 성, 내산성을 지닌 물질이다. 예컨대, 상기 유기 폴리머(130)로는 폴리 카보네이트(polycarbonate), 폴리 아크릴레이트(polyacrylate), 또는 내충격 강화 아크릴레이트가 사용될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조 공정을 나타낸다.
도 3a에 도시된 바와 같이 레티클 기판(10) 위에 폴리머층(310)을 제1 두께로 코팅하고, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 폴리머층(310) 상에 포토 레지스트(320)를 형성한다.
도 3c에 도시된 바와 같이 상기 폴리머층(310) 위에 전자 빔 리소그래피에 의하여 제1 포토 레지스트 패턴(325)을 형성한다.
다음으로 도 3d에 도시된 바와 같이 상기 제1 포토 레지스트 패턴(325)을 식각 마스크로 사용하여 상기 폴리머층(310)을 선택적으로 식각하여 제1 위상 쉬프트층(310)을 형성한다. 이 때 상기 제1 위상 쉬프트층(310)은 상기 제1 두께까지 형성될 수 있으며, 형성된 상기 제1 위상 쉬프트층(310)의 두께가 위상 쉬프트 마스트의 투과율을 결정한다.
상기 폴리머층(310)은 투과율이 90%이상인 폴리 카보네이트, 폴리 아크릴레이트, 강화 아크릴 등을 증착하여 형성할 수 있는데, 이것들은 물리적 강도, 내알카리성, 내산성, 및 내열성이 좋다.
폴리 카보네이트, 폴리 아크릴레이트, 강화 아크릴 등은 증착시 두께 조절이 용이하기 때문에 증착 두께를 조절함으로써 위상 쉬프트의 정도(즉 빛의 투과율)을 조절할 수 있으며, 층간 흡착도가 좋기 때문에 추가적으로 증착시켜 상기 제1 두께와 다른 위상 쉬프트층을 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 일반적인 노광 공정을 나타내는 개략도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조 공정을 나타낸다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조 공정을 나타낸다.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 석영 115: 하프톤층
120: 크롬층 125: 포토 레지스트 패턴
130, 310: 폴리머 310: 제1 위상 쉬프트층

Claims (5)

  1. 레티클 기판 위에 하프톤막, 및 차광막을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 차광막 위에 전자 빔 리소그래피에 의하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 차광막 및 상기 하프톤막을 선택적으로 식각하는 단계;
    선택적으로 식각된 상기 차광막을 습식 식각을 이용하여 제거하는 단계; 및
    상기 습식 식각 후 상기 하프톤막 상에 폴리머를 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리머를 코팅하는 단계는,
    상기 하프톤 막 상에 투과율이 85 %이상이고 100%이하인 유기 폴리머를 코팅하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리머를 코팅하는 단계는,
    폴리 카보네이트, 폴리 아크릴레이트, 및 아크릴레이트 중 어느 하나를 코팅하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
  4. 레티클 기판 위에 폴리머층을 코팅하는 단계;
    상기 폴리머층 위에 전자 빔 리소그래피에 의하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 폴리머층을 선택적으로 식각하여 위상 쉬프트층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 폴리머층을 코팅 단계는,
    폴리 카보네이트, 폴리 아크릴레이트, 및 아크릴레이트 중 어느 하나를 상기 레티클 기판 위에 코팅하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
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