KR960002238B1 - 위상반전 마스크 제작방법 - Google Patents

위상반전 마스크 제작방법 Download PDF

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전영권
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문정환
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
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Abstract

내용 없음.

Description

위상반전 마스크 제작방법
제1도는 종래의 위상반전 마스크 제작방법의 일예를 설명하기 위한 도면.
제2도는 본 발명의 위상반전 마스크 제작방법의 일예를 설명하기 위한 도면.
본 발명은 반도체 웨이퍼상에 미세한 패턴을 형성할 때 사용하는 위상반전 마스크의 제작 방법에 관한 것으로, 특히 어떤 패턴을 투영면 상에 해상함에 있어서 해상도와 촛점심도를 증가시킬 수 있도록 한 방법이며, 고단차 패턴가공에 적당하도록 한 위상반전 마스크의 제작방법에 관한 것이다.
종래 반도체 웨이퍼상에 미세한 패턴을 형성할 때, 해상도와 촛점심도를 높이기 위하여 고립된 주패턴의 주위에 보조패턴을 도입하는 기술이 알려져 있다.
이 보조패턴은 투영면 상에는 해상되지 않은 해상 한계 이하의 미세한 크기(폭 0.3㎜ 이하)로 한 것이다.
제1도는 이러한 종래 기술의 한 예를 설명하기 위한 도면이다. 이 종래 기술은 제1도의 (a)와 같이, 포토마스크(Photo Mask)로서 석영유리(Quart Glass)(13) 위에 크롬(Cr)층(14)을 증착하고, 패터닝(patterning)한 다음 제1도의 (B)와 같이 위상반전층 즉, 시프터(Shifter)(15)로서 에스오지(SOG : Spin On Glass-이하 "SOG"라 함) 등을 필요한 두께로 도포(Coating)한다.
이때, 도포 두껐覽 위상차에 대한 다음식에 의해 결정된다.
Φ=360°×(n-1)/dλ
여기서, n : 위상반전층(shifter)의 굴절율,
d : 위상반전층의 두께,
λ : 노광파장이다.
예를 들어, 상기의 식에서 Φ=360°, n=1.5, λ=365㎚일때 SOG의 도포두껐覽 365㎚로 된다.
다음에, 제1도의 (C)와 같이 SOG를 1차 패터닝하여 보조패턴의 일부(16)를 구성한 후, 제1도의 (D)와 같이 E-빔(Electron Beam)등으로서 직접 주사에 의해 SOG를 2차 패터닝하여 보조패턴(17)을 완성한다.
이러한 방법으로 제작한 패턴의 예로서 콘택홀 패턴을 평면적으로 나타내면 제1도의 (E)와 같이 된다.
이와 같은 콘택홀(Contact Hole) 패턴은 주패턴(18) 주위에 미세한 폭(0.3㎜ 보다 작은)을 가진 4개의 보조패턴(17)으로 구성되어, 반도체 노광공정시에 주패턴 주위로 퍼지는 광을 보조패턴을 통과하는 광(일부는 위상이 반전된다)으로 서로 상쇄시켜서 해상도를 높이도록 한다.
이러한 패턴을 제작하기 위하여는 보조패턴을 구성하기 위하여 Cr과 위상반전층을 사용하고, 위상반전층을 미세 선폭으로 가공하기 위하여 E-빔으로 직접 주사하는 작업이 필요하므로, 마스크 제작의 생산성(Through-put)이 감소한다.
본 발명은 마스크 제작의 생산성을 향상시키기 위하여 종래의 기술과 같이, E-빔으로 직접 주사하는 작업 없이 미세반전층 미세 선폭으로 가공하는 위상반전 마스크의 제작방법을 제공하고자 하는 것이 그 목적이다.
본 발명은 주패턴 주위에 보조패턴으로서 위상반전층을 0.1㎛ 이하의 미세한 다수의 돌기로 가공하여 패턴을 제작하는 위상반전 마스크 제작방법이다.
본 발명은 반도체 제조공정의 노광 공정에서 사용되는 위상반전 마스크 제작방법으로서, (1) 투명기판위에 위상반전층을 형성하는 단계 ; (2) 위상반전층 위에 층간막을 형성하고, 사진식각공정으로 주패턴영역을 형성하는 단계 ; (3) 전체면에 요철층을 형성하는 단계 ; (4) 이 요철층을 마스크로 하여 위상반전층을 식각하여 다수의 돌기를 가진 보조패턴영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이때, 제(1)단계에서 위상반전층은 SOG 로 형성한다.
그리고 제(2)단계에서 층간막은 폴리실리콘과 위상반전층에 대하여 식각선택비가 큰 물질로 형성되며, 층간막으로 사용되는 폴리실리콘과 위상반전층에 대하여 식각선택비가 큰 물질은 폴리이미드, 실리콘질화막, 금속막 중에서 어느 하나를 이용한다.
또한 제(3)단계에서 요철층은 5㎜ 토르 이하의 압력으로 520∼600℃의 온도에서 SiH4또는 Si2H6등의 가스를 이용하여 반구형의 폴리실리콘층을 약 1000Å 두께 이하로 증착하여 형성한다.
그리고 위상반전층을 식각하여 다수의 돌기를 가진 보조패턴영역을 형성하는 방법은 반구형의 폴리실리콘층을 마스크로 이용하여 위상반전층을 CF4가스등으로 식각하여 반구형의 폴리실리콘에서 두꺼운 부분의 폴리실리콘 밑의 위상반전층만이 선택적으로 남아서 다수의 돌기로 되는 것이며, 그 후에 폴리실리콘과 층간막을 습식식각으로 제거하여 주패턴과 보조패턴으로서의 다수의 돌기로 구성된 패턴이 최종적으로 형성된다.
이때, 투명기판은 석영유리를 이용한다.
제2도는 본 발명의 위상반전 마스크 제작방법의 일예를 설명하기 위한 도면으로, 콘택홀의 위상반전 마스크 제조방법을 예로 들어 본 발명을 설명한다.
본 발명에 의한 콘택홀의 위상반전 마스크 제조방법에서는 우선, 제2도의 (A)와 같이, 석영유리(23) 위에 SOG로 위상반전층(24)을 위상반전(180°)에 해당되는 두께로 형성한다.
다음에 제2도의 (B)와 같이, 위상반전층(24) 위에 사진식각공정에 의해 주패턴영역을 한정(Define)하도록 패터닝한 층간막(25)을 형성한다. 이때, 층간막으로는 위상반전층과 식각 선택성이 있는 기타 절연막 예를 들어 폴리이미드(Polyimide)나 실리질화막(Si3N4) 등을 이용하여 형성한다.
다음에 제2도의 (C)와 같이, 5㎜ 토르(Torr) 이하의 압력으로 520∼600℃의 온도에서 SiH4또는 Si2H6등의 가스를 이용하여 요철층으로서 반구형의 폴리실리콘층(HSG ; hemispherical glass)(26)을 1000Å두께 이하로 위상반전층(24)과 층간막(25) 위에 증착한다.
다음에 제2도의 (D)와 같이, 반구형의 폴리실리콘층을 마스크로 이용하여 위상반전층을 CF4가스 등으로 식각하면 두꺼운 부분의 폴리실리콘(26a) 밑의 위상반전층만이 선택적으로 남아서 다수의 돌기(24a)로서 가공되면서 층간막(25) 밑에는 주패턴(30)이 형성된다.
즉, 위상반전층으로서 형성시킨 SOG의 주성분 또한 실리콘(silicon)이므로, 반구형의 폴리실리콘층에서 단위 반구형의 폴리실리콘의 가장 높은 부분인 산부분이라 하고, 근접한 단위 반구형 폴리실리콘 사이인 골부분이라 하면, 골부분부터 식각이 시작되어서, 최종적으로는 산부분 하단의 위상반전층만이 선택적으로 남게 된다.
다음에 제2도의 (E)와 같이, 다수의 돌기(24a)와 층간막(25)의 위에 잔여하는 반구형의 폴리실리콘을 습식식각으로 제거한다.
다음에 제2도의 (F)와 같이, 층간막(폴리이미드 또는 실리콘질화막)을 습식식각으로 제거하여 주패턴(30)의 위상반전층과 보조패턴으로서의 다수의 돌기(24a)로 구성된 패턴을 얻는다.
이러한 방법으로 제작된 패턴을 가진 마스크의 평면도가 제2도의 (G)에 도시되어 있다. 즉, 주패턴 주위에 다수의 돌기로 된 보조패턴이 형성된다.
이렇게 제작된 마스크를 사용하여 노광공정시 노광을 하게 되면, 주패턴을 통과한 광이 패턴경계부분에서 산란 또는 회절하여 넓게 퍼지게 되지만 보조패턴을 통과한 광과 서로 상쇄되어 산란 또는 회전된 광의 세기가 감소된다.
그리고 보조패턴을 통과한 광은 돌기가 형성된 부분을 통과하면 그렇지 아니한 광에 대하여 위상반전 효과를 가지므로 주패턴 주위의 광산란/회절이 보조패턴의 광에 의하여 상쇄되는 효과를 나타낸다.
본 발명의 제작방법에 의하면, 보조패턴을 증착 및 에치 백 공정에 의하여 미세한 형태로 가공할 수 있으므로 공정이 단순화되고 마스크 제작의 생산성이 증가된다.
이러한 방법 이외에서 또 다른 실시예로서, 석영기판 위에 SOG 등의 위상반전층 물질을 도포하지 않은 채로 제2도의 공정을 진행하여 석영을 식각하여 식각된 깊이가 180°위상반전에 해당되도록 하여 마스크를 제작하는 방법도 있다.
그리고 주패턴영역을 한정하는 패턴 즉, 층간막으로서는 Cr등의 금속막 패턴을 이용하는 방법도 있다.

Claims (7)

  1. 반도체 제조공정의 노광공정에서 사용되는 마스크 제작방법에 있어서, (1) 투명기판 위에 위상반전층을 형성하는 단계 ; (2) 상기 위상반전층 위에 층간막을 형성하고, 상기 층간막을 사진식각하여 주패턴영역을 정의하는 단계 ; (3) 상기 위상반전층의 전면에 요철층을 형성하는 단계 ; (4) 상기 요철층을 마스크로 하여 상기 위상반전층을 식각하여 다수의 돌기를 가진 보조패턴영역을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 위상반전 마스크 제작방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 요철층은 5㎜ 토르 이하의 압력으로 520∼600℃의 온도에서 SiH4또는 Si2H6등의 가스를 이용하여 전표면에 반구형의 폴리실리콘을 1000Å 두께 이하로 형성하는 것이 특징인 위상반전 마스크 제작방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 위상반전층을 에스오지(SOG)로 형성하는 것이 특징인 위상반전 마스크 제작방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 층간막은 상기 요철층과 상기 위상반전층에 대하여 식각선택비가 큰 물질로 형성하는 것이 특징인 위상반전 마스크 제작방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 층간막으로는 폴리이미드, 실리콘질화막, 금속막 중에서 어느 하나인 것이 특징인 위상반전 마스크 제작방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제(5)단계에서 잔여하는 요철층을 습식식각으로 제거한 후에, 층간막을 습식식각으로 제거하여, 주패턴과 보조패턴으로서의 다수의 돌기로 구성된 패턴를 형성하는 단계를 추가로 포함하여 이루어지는 위상반전 마스크 제작방법.
  7. 제1항에 있어서, 투명기판은 석영유리를 이용하는 것이 특징인 위상반전 마스크 제작방법.
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