KR20100076309A

KR20100076309A - 위상 반전 마스크의 제조방법

Info

Publication number: KR20100076309A
Application number: KR1020080134320A
Authority: KR
Inventors: 김대우
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-06

Abstract

본 발명은, 석영기판 상에 위상 반전막 및 차광막을 형성하는 단계, 차광막 및 상기 위상 반전막을 패터닝하여 차광패턴 및 위상 반전 패턴을 형성하는 단계, 차광패턴의 두께를 낮추는 단계를 포함하는 위상 반전 마스크의 제조방법으로 이루어진다.

위상 반전 마스크, 차광막, 광투과율, 콘트라스트, 사이드로브

Description

위상 반전 마스크의 제조방법{Method of manufacturing phase shift mask}

본 발명은, 위상 반전 마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 콘트라스트(contrast)를 향상시키기 위한 위상 반전 마스크의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 소자는 게이트 라인들 및 금속배선들과 같은 다수개의 패턴들로 이루어져 있다. 이러한 패턴들을 형성하기 위해서는 포토레지스트막에 노광(exposure) 및 현상(develop) 공정을 실시한 후, 포토레지스트 패턴에 따라 패터닝 공정을 실시한다.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 형성하고자 하는 패턴들의 선폭은 점차 좁아지고 있다. 패턴들의 선폭을 좁히기 위해서는 좁은 선폭을 갖는 마스크를 사용해야 하며, 좁은 선폭의 마스크를 형성하기 위해서는 노광 공정의 해상도를 증가시켜야 한다.

최근에는, 해상도를 증가시키기 위하여 노광 공정 시 ArF 광원을 주로 이용하고 있으며, 마스크(mask)로는 위상 반전 마스크(phase shift mask; PSM이라고 함)를 주로 이용하고 있다.

위상 반전 마스크는 석영 기판의 상부에 차광막 대신에 해상도 증가에 유리한 위상 반전막을 형성한다.

한편, 위상 반전 마스크는 일반적으로 5% 내지 20% 정도의 광원이 투과할 수 있는데, 차광영역의 일부에서 피크(peak)가 증가하는 사이드 로브(sidelobe) 현상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 포토레지스트 패턴의 일부가 손상될 수도 있다.

사이드 로브 현상을 방지하기 위해서, 차광영역의 광 투과율을 감소시키거나, 광원의 간섭현상이 낮은 광원을 사용하기도 하였다. 또한, 위상 반전 마스크에 보조패턴 또는 차광패턴을 추가적으로 형성하기도 하였다. 하지만, 종래의 방법들은 물리적으로 추가 패턴을 형성하거나 광원을 교체해야 하므로 제조 비용이 증가할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 위상 반전막의 상부에 차광막을 일부 잔류시킴으로써 노광 공정의 해상도를 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따른 위산 반전 마스크의 제조방법은, 석영기판 상에 위상 반전막 및 차광막을 형성한다. 차광막 및 위상 반전막을 패터닝하여 차광패턴 및 위상 반전 패턴을 형성한다. 차광패턴의 두께를 낮추는 단계를 포함하는 위상 반전 마스크의 제조방법으로 이루어진다.

위상 반전막은 SOG(spin on glass)막 또는 SiO₂막으로 형성하며, 차광막은 크롬(crome; Cr)을 포함한 막으로 형성한다.

상기 차광패턴의 두께를 낮추는 단계는 건식 식각 공정으로 실시하며, 차광패턴을 포함한 위상 반전 마스크는 0.5% 내지 2.0%의 광투과율을 갖도록 한다.

차광패턴의 두께를 낮추는 단계에서, 차광패턴의 폭이 좁아지는 경우, 콘트라스트(contrast)가 급격히 저하되지 않는 범위 내에서 차광패턴의 두께를 낮춘다.

본 발명은, 위상 반전막의 상부에 차광막을 일부 잔류시킴으로써 노광 공정 의 해상도를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 미세 패턴 형성 공정을 용하게 형성할 수 있으므로 반도체 소자의 집적도를 증가시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1a 내지 도 1b는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 1a를 참조하면, 투명 기판인 석영기판(100)의 상부에 위상 반전막(102), 차광막(104) 및 포토레지스트 패턴(106)을 순차적으로 형성한다. 위상 반전막(102)은 광원의 위상을 90°내지 180°로 반전시키는 막으로써, 예를 들면 SOG(spin on glass)막 또는 SiO₂막으로 형성할 수 있다. 차광막(104)은 크롬(crome; Cr)을 포함한 막으로 형성할 수 있다.

도 1b를 참조하면, 포토레지스트 패턴(106)에 따라 차광막(도 1a의 104)을 패터닝하여 차광패턴(104a)을 형성한다.

도 1c를 참조하면, 잔류한 포토레지스트 패턴(도 1b의 106)에 따라 위상 반 전막(도 1b의 102)을 패터닝하여 위상 반전 패턴(102a)을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴(도 1b의 106)을 제거한다.

도 1d를 참조하면, 차광패턴(104a)을 완전히 제거하지 않으면서, 차광패턴(104a)의 두께를 낮추기 위한 식각 공정을 실시한다. 차광패턴(104a)을 제거하지 않고 잔류시키는 이유는 다음과 같다.

차광패턴(104a)을 제거하고 위상 반전 패턴(102a)만 사용하면, 위상 반전 마스크는 5% 내지 20%의 광투과율을 갖게 된다. 이러한 광투과율은 차광영역에서 사이드 로브(side lobe)를 발생시킬 수 있다. 이러한 사이드 로브(sidelobe)의 발생을 방지하기 위하여, 위상 반전 패턴(102a)의 상부에 차광패턴(104a)을 잔류시킨다. 차광패턴(104a)을 잔류시키면 0.5% 내지 2%의 광투과율로 낮출 수 있으므로 상술한 바와 같이 사이드 로브(side lobe)의 발생을 방지할 수 있다. 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 차광패턴의 두께에 따른 콘트라스트의 변화를 설명하기 위한 그래프이고, 도 3은 차광패턴의 폭에 따른 콘트라스트의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.

도 1d 및 도 2를 참조하면, 차광패턴(104a)의 두께에 따라 광투과율도 달라지기 때문에, 조사되는 광원의 콘트라스트(contrast) 또한 변하게 된다. 도 2의 그래프는 일 예로써, 콘트라스트는 광원의 종류, 위상 반전 패턴(102a) 및 차광패턴(104a)에 따라 달라질 수 있다. 그래프에서는 광원 및 위상 반전 패턴(102a)을 일정하게 하고 차광패턴(104a)의 두께만 다르게 하여 각각의 경우에 대한 콘트라스 트를 측정한 값을 보여주고 있다. 그래프에서 보듯이, 차광패턴(104a)의 두께와 콘트라스트(contrast)는 비례관계를 성립하지 않기 때문에, 측정 데이터를 참조하여 콘트라스트가 높은 구간(A)에 해당하는 두께가 되도록 차광패턴(104a)의 두께를 조절하는 것이 바람직하다. 특히, 차광패턴(104a)의 두께를 조절함으로써 광원의 편광파 성분 중에서 TE파(transverse-electric wave)를 바이너리(binary) 마스트와 유사한 값이 되도록 향상시켜 콘트라스트(contrast)를 증가시킬 수 있다.

한편, 차광패턴(104a)의 두께를 낮추기 위한 식각 공정 시, 차광패턴(104a)의 두께(thickness) 뿐만 아니라 폭(width)도 식각 공정에 영향을 받을 수 있다.

광원의 특성상, 차광패턴(104a)의 폭이 변하면 콘트라스트(contrast)에도 영향을 줄 수 있다. 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1d 및 도 3을 참조하면, 차광패턴(104a)을 식각 하는 공정은 차광패턴(104a)의 폭에 최대한 영향을 주지 않도록 하기 위하여 이방성 건식 식각 공정으로 실시하는 것이 바람직하다.

특히, 그래프를 참조하면, 차광패턴(104a)의 폭이 감소하더라도 콘트라스트(contrast)가 급격하게 감소하지 않고(B) 서서히 감소하다가 일정 폭이 되어야 급격히 감소하는 것을 볼 수 있다.

이에 따라, 차광패턴(104a)의 두께를 낮추기 위한 식각 공정 시, 차광패턴(104a)의 폭이 좁아지더라도 콘트라스트(contrast)가 급격히 감소하지 않으므로 용이하게 차광패턴(104a)을 제조할 수 있다.

도 4는 본 발명과 종래기술에 따른 광원의 강도를 비교하기 위한 그래프이 다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 위상 반전 마스크를 사용하면 종래 기술에 따른 위상 반전 마스크를 사용할 때보다 광원의 강도(intensity)가 증가함을 알 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 차광패턴의 두께에 따른 콘트라스트의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.

도 3은 차광패턴의 폭에 따른 콘트라스트의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.

도 4는 본 발명과 종래기술에 따른 광원의 강도를 비교하기 위한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 석영기판 102 : 위상 반전막

102a : 위상 반전 패턴 104 : 차광막

104a : 차광패턴 106 : 포토레지스트 패턴

Claims

석영기판 상에 위상 반전막 및 차광막을 형성하는 단계;

상기 차광막 및 상기 위상 반전막을 패터닝하여 차광패턴 및 위상 반전 패턴을 형성하는 단계; 및

상기 차광패턴의 두께를 낮추는 단계를 포함하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 위상 반전막은 SOG(spin on glass)막 또는 SiO₂막으로 형성하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 차광막은 크롬(crome; Cr)을 포함한 막으로 형성하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 상기 차광패턴의 두께를 낮추는 단계는 건식 식각 공정으로 실시하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 차광패턴을 포함한 위상 반전 마스크는 0.5% 내지 2.0%의 광투과율을 갖도록 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 차광패턴의 두께를 낮추는 단계에서, 상기 차광패턴의 폭이 좁아지는 경우, 콘트라스트(contrast)가 급격히 저하되지 않는 범위 내에서 상기 차광패턴의 두께를 낮추는 반전 마스크의 제조방법.