KR20110061982A - 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

공정을 단순화하고 이물질 발생 가능성을 감소시킨 본 발명에 따른 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법은, 기판 상에 위상반전막, 광차단막 및 레지스트막을 형성하는 단계와, 광투과영역, 위상반전영역 및 광차단영역에 따라 노광 도우즈(dose)를 다르게 하여 레지스트막을 노광하는 단계와, 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 광차단막 및 위상반전막을 식각하는 단계와, 광차단영역의 광차단막을 식각하는 단계, 및 잔류하는 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

하프톤 위상반전 마스크, 노광 도우즈, 공정 단순화

Description

하프톤 위상반전 마스크의 제조방법{Method for fabricating half tone phase shift mask}

본 발명은 포토마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 한 번의 노광으로 하프톤 위상반전 마스크를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 반도체 장치의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라 더욱 미세한 패턴을 형성하기 위한 다양한 포토리소그래피(photolithgraphy) 기술들이 개발되고 있다. 그 중 마스크의 패턴을 이용하여 해상도를 높이는 방법으로서, 위상 쉬프터(phase shifter)를 포함하는 위상반전 마스크를 사용하여 패턴을 노광시키는 방법이 널리 사용되고 있다. 위상반전 마스크는 광의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 크기의 패턴을 노광함으로써, 해상도나 촛점심도를 증가시킨다. 즉, 빛이 마스크 기판을 통과할 때 위상 쉬프터의 유무에 따라서 빛의 위상에 차이가 생기게 되며, 시프터를 통과한 광선은 역위상을 갖게 된다. 따라서, 투광부만을 통과한 빛과 쉬프터를 통과한 빛은 서로 역위상이기 때문에, 쉬프터를 마스크 패턴의 가장자리에 위치시키면 패턴의 경계부분에서는 빛의 강도가 상쇄되어 해상도가 증가하게 된다. 이러한 위상반전 마스크는 종래의 다른 미세패턴 형성방법과는 달리, 새로운 장비의 추가 없이 마스크의 변경만으로 빛의 회절을 이용하여 마스크의 분해능이 30% 정도 향상될 수 있기 때문에 차세대반도체 장치 제조의 유력한 양산기술로 고려되고 있다.

특히 하프톤(half-tone) 방식의 위상반전 마스크는 차광영역의 크롬(Cr) 층의 두께를 아주 얇게(광투과 손실이 4 ∼ 10%정도)하고 이 영역에 위상을 180°로 반전시킬 수 있는 위상반전층을 부착한 마스크이다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 종래의 하프톤 방식의 위상반전 마스크를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 석영(Qz)과 같은 투명한 기판(100) 상에 투과광의 위상을 반전시키는 물질, 예를 들어 몰리브덴실리콘질화막(MoSiN)을 소정 두께 증착하여 하프톤 위상반전막(102)을 형성한다. 상기 하프톤 위상반전막(102) 상에 차광물질, 예를 들어 크롬(Cr)막을 소정 두께로 증착하여 광차단막(104)을 형성한다. 다음에, 상기 광차단막(104) 상에 전자빔용 레지스트(106)를 도포한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전자빔 노광장치를 이용하여 레지스트를 선택적으로 노광하고 현상 및 경화시켜 레지스트 패턴(106a)을 형성한다. 레지스트 패턴(106a)을 마스크로 하여 광차단막과 위상반전막을 차례로 식각하여 광차단막 패턴(104a)과 위상반전막 패턴(102a)을 형성한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 레지스트 패턴을 제거한 후 기판의 전면에 다시 전자빔용 레지스트(108)를 도포한다. 상기 레지스트(108)는 최종적으로 광차단막 패턴(104a)이 남게 될 영역을 한정하기 위한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전자짐 노광장치를 이용하여 상기 레지스트를 선택적으로 노광한 후 현상 및 경화시켜 소정의 레지스트 패턴(108a)을 형성한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 노출된 광차단막 패턴을 제거한 후 레지스트 패턴을 제거함으로써 하프톤 위상반전 마스크의 제조를 완료한다.

이와 같이, 종래의 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법에 따르면 기판 상에 위상반전막, 광차단막 및 레지스트가 도포된 상태에서의 1차 공정을 진행한 후, 차광영역을 한정하기 위한 2차 공정을 진행하기 위하여 레지스트를 다시 도포하고 노광 및 현상을 하여 광차단막을 패터닝하게 된다. 따라서, 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 여러 단계의 공정에 노출됨으로써 이물질의 발생 및 패턴 불량의 가능성이 증가하게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정을 단순화하고 이물질 발생 가능성을 감소시킨 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법은, 기판 상에 위상반전막, 광차단막 및 레지스트막을 형성하는 단계와, 광투과영역, 위상반전영역 및 광차단영역에 따라 노광 도우즈(dose)를 다르게 하여 레지스트막을 노광하는 단계와, 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 광차단막 및 위상반전막을 식각하는 단계와, 광차단영역의 광차단막을 식각하는 단계, 및 잔류하는 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 레지스트막을 노광하는 단계에서, 상기 광투과영역은 레지스트막이 현상되어 제거될 수 있을 정도의 도우즈로 노광할 수 있다.

또한, 상기 레지스트막을 노광하는 단계에서, 상기 위상반전영역은, 레지스트막이 상기 광차단막 및 위상반전막을 식각하는 단계에서 제거될 수 있을 정도로 남도록 노광 도우즈를 설정하여 노광할 수 있다.

본 발명에 의한 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법에 따르면, 패턴이 형성 될 마스크 기판의 영역에 따라 노광 정도를 다르게 하여 레지스트 패턴의 두께를 영역에 따라 다르게 형성한다. 이를 이용하여 광차단막 또는 위상반전막에 대한 식각을 실시함으로써 리소그래피 공정을 2회에서 1회로 줄여 공정을 단순화할 수 있고, 이물질 및 결함의 발생 가능성을 줄일 수 있으며, 패턴 크기, 투과도, 위상반전량, 반사율 등의 마스크의 특성 변화를 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.

도 6을 참조하면, 마스크 기판(200) 상에 위상반전막(202), 광차단막(204) 및 레지스트막(206)을 차례로 형성한다. 상기 기판(200)은 석영(Qz) 또는 글래스(glass)와 같이 빛을 투과시키는 투명한 재질의 기판이다. 위상반전막(202)은 빛의 위상을 반전시키는 물질, 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)와 같은 몰리브덴 화합물을 소정 두께 증착하여 형성할 수 있다. 광차단막(204)은 빛을 차단할 수 있는 물질, 예를 들면 크롬(Cr)막을 일정 두께 증착하여 형성할 수 있다. 레지스트막(206)은 전자빔 레지스트를 코팅하여 형성할 수 있다. 또는, 투명한 기판 상에 위상반전막, 광차단막 및 레지스트막이 차례로 형성되어 있는 블랭크 마스크(blank mask)를 이용할 수도 있다.

도 7을 참조하면, 레지스트막에 대해 전자빔을 이용한 노광을 실시한다. 이때, 마스크 기판(200)의 영역에 따라 전자빔의 노광 도우즈(dose)를 다르게 하여 실시한다. 즉, 마스크의 프레임영역과 같이 최종적으로 광차단막이 잔류하게 되는 광차단영역(A), 광차단막은 제거되고 위상반전막 패턴이 잔류하게 되는 위상반전영역(B), 그리고 어떠한 패턴도 잔류하지 않고 기판(200)이 노출되는 광투과영역(C)을 구분하여 전자빔의 노광 도우즈를 다르게 설정한다. 보다 구체적으로, 광차단영역(A)의 경우 광차단막과 위상반전막을 식각하는 제1 식각공정과 광차단막을 식각하는 제2 식각공정의 두 번의 식각 공정에도 레지스트막이 잔류하여야 하므로 노광이 이루어지지 않도록 하고, 광투과영역(C)의 경우 제1 식각공정에서 레지스트막이 모두 제거되어야 하므로 풀 도우즈(full dose)로 노광이 이루어지도록 하며, 위상반전영역(B)의 경우 제1 식각에서는 레지스트막이 남아 있고 제2 식각에서는 위상반전막 상부의 광차단막이 제거되도록 하여야 하므로 광투과영역(C)에 대한 노광 도우즈의 절반 정도인 하프 도우즈(half dose)로 노광이 이루어지도록 한다.

도 8을 참조하면, 노광이 이루어진 레지스트막에 대해 현상 공정을 실시하여 레지스트 패턴을 형성한다. 그 결과, 노광 도우즈에 따라 두께가 다른 레지스트 패턴이 형성되는데, 도시된 바와 같이 광차단영역에는 최초의 레지스트막과 동일한 두께의 제1 레지스트 패턴(206a)이 형성되고, 위상반전영역에는 제1 레지스트 패턴(206a)보다 얇은 두께의 제2 레지스트 패턴(206b)이 형성되며, 광투과영역에는 레지스트막이 모두 제거되어 광차단막(204)이 노출된다.

도 9를 참조하면, 제1 및 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하여 광차단막 및 위상반전막을 1차 식각하여 광차단막 패턴(204a) 및 위상반전막 패턴(202b)을 형성한다. 이때, 위상반전영역의 제2 레지스트 패턴(도 8의 206b)은 광차단막 및 위상반전막에 대한 1차 식각 과정에서 제거되고, 광차단영역의 광차단막 패턴(204a) 상부의 제1 레지스트 패턴(206a)은 그 두께가 줄어들지만 여전히 잔류한다.

도 10을 참조하면, 제1 레지스트 패턴(도 9의 206a)을 마스크로 하여 노출된 광차단막 패턴을 제거한다. 그러면, 도시된 바와 같이 프레임영역과 같은 광차단영역에만 광차단막 패턴(204a)이 잔류하게 되고 나머지 영역의 위상반전막 패턴(202a)은 노출된다. 계속해서, 잔류하는 포토레지스트 패턴을 스트립한 다음 세정 공정을 실시하여 하프톤 위상반전 마스크를 완성한다.

이와 같이 본 발명의 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법의 경우 패턴이 형성될 마스크 기판의 영역에 따라 노광 정도를 다르게 하여 레지스트 패턴의 두께를 영역에 따라 다르게 형성한다. 이를 이용하여 광차단막 또는 위상반전막에 대한 식각을 실시함으로써 리소그래피 공정을 2회에서 1회로 줄여 공정을 단순화할 수 있으며, 이물질 및 결함의 발생 가능성을 줄일 수 있으며, 패턴 크기, 투과도, 위상반전량, 반사율 등의 마스크의 특성 변화를 감소시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

도 1 내지 도 5는 종래의 하프톤 방식의 위상반전 마스크를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.

Claims (3)

1. 기판 상에 위상반전막, 광차단막 및 레지스트막을 형성하는 단계;

   광투과영역, 위상반전영역 및 광차단영역에 따라 노광 도우즈(dose)를 다르게 하여 상기 레지스트막을 노광하는 단계;

   노광된 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 광차단막 및 위상반전막을 식각하는 단계;

   광차단영역의 상기 광차단막을 식각하는 단계; 및

   잔류하는 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 레지스트막을 노광하는 단계에서,

   상기 광투과영역은 레지스트막이 현상되어 제거될 수 있을 정도의 도우즈로 노광하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 레지스트막을 노광하는 단계에서,

   상기 위상반전영역은, 레지스트막이 상기 광차단막 및 위상반전막을 식각하는 단계에서 제거될 수 있을 정도로 남도록 노광 도우즈를 설정하여 노광하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법.

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