KR960011468B1 - 위상 반전 마스크의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도 내지 제6도는 종래의 주변 효과 강조형 위상 반전 마스크의 제조 방법의 일예를 나타내기 위한 단면도들이다.
제7도 내지 제11도는 본 발명의 위상 반전 마스크 제조 방법의 제1실시예를 나타내는 단면도들이다.
제12도 및 제13도는 본 발명의 위상 반전 마스크 제조 방법의 제2실시예를 나타내는 단면도들이다.
본 발명은 위상 반전 마스크(Phase Shift mask)의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 패턴의 주위에 시프터(shifter)를 형성시켜서 패턴의 에지 부분의 위상을 반전시킨 주변 효과 강조형(Rim Shifter) 마스크에 관한 것이다.
반도체 장치의 각종 패턴은 포토리토그래피 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 상기 포토리토그래피 기술에 의하면, 반도체 웨이퍼상의 절연막이나 도전성 막등, 패턴을 형성하여야 할 막위에 X선이나 자외선 등과 같은 광선의 조사에 의해 용해도가 변화하는 포토레지스트막을 형성하고, 이 포토레지스트막의 소정 부위를 광선에 노출시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 에칭에 의해 제거하여 배선이나 전극 등 각종 패턴을 형성하는 것을 구성한다.
최근의 반도체 장치의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라서 보다 더 미세한 패턴을 형성하기 위한 기술이 개발되고 있다. 예를 들면, 전자 빔, 이온 빔 또는 X선을 이용한 노광법이나, 광원의 회절광을 이용한 변형 조명 방법, 새로운 레지스트 재료나 레지스트 처리 방법 등에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다.
또한, 최근에는 마스크의 패턴을 이용하여 해상도를 높이는 위상 반전 방법(Phase Shift Method)이 제안되어 큰 주목을 받고 있다(참고문헌 : IBM 1986. IEEE Trans. Elect. Devices. Vol. ED-29, 1982 CP 1828; 1988, Fall Applied Physics Meeting 4a-K-7, 8(p. 497). 상기 위상 반전 방법은 위상 시프터를 포함하는 마스크(이하, 이상 반전 마스크라 한다)를 사용하여 패턴을 노광시키는 방법이다.
위상 반전 마스크는 광의 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 크기의 패턴을 노광함으로써, 해상도나 촛점심도를 증가시킨다.
즉, 빛이 마스크 기판을 통과할 때, 또는 시프터막을 통과할 때, 그 파장은 진공중의 파장을 굴절율로 나눈값으로 짧아진다. 따라서, 같은 위상의 빛이 시프터의 유무에 따라서, 차이가 생기게 되며, 이 때 광 경로차이를 θ라 하면, θ=2πt(n-1)/λ(식 중, n은 시프터의 굴절율이고, t는 시프터의 두께이고, λ는 사용되는 파장이다)이고, θ가 π인 경우에 시프터를 통과한 광선은 역위상을 갖게 된다. 따라서, 공투광부 부분만을 통과한 빛과 시프터를 통과한 빛은 서로 역위상이기 때문에, 시프터를 마스크 패턴의 가장자리에 위치시키면, 패턴의 경계부분에서는 빛의 강도가 제로가 되어 콘트라스트가 증가한다.
이러한 위상 시프트 마스크는 종래의 다른 미세 패턴 형성 방법과는 달리, 새로운 장비의 추가 없이 마스크 제조 방법의 변경 만으로 빛의 회절을 역이용하여 마스크의 분해능이 30% 정도 향상될 수 있기 때문에 차세대반도체 장치 제조의 유력한 양산기술로 고려되고 있다.
상기와 같은 원리를 이용한 위상 반전 마스크의 예로서는, 라인 스페이스가 밀집하게 반복되어 있는 경우 교대로 시프터를 배치함으로써, 전기장 파동이 두 라인간에 상대적으로 반대 방향이 되도록 한 공간 주파 변조형(Alternating Phase Shifter) 마스크, 소기 패턴의 주위에 해상도 이하의 작은 보조 패턴을 넣어 위상을 시프트시킨 보조 시프터 첨가형 마스크, 모든 패턴의 주위에 시프터를 형성시켜서, 패턴 에지 부분만을 개선한 주변 효과 강조형(Rim Shifter) 마스크, 크롬없이 위상 시프터의 경계면의 광량이 제로가 되는 원리를 이용한 무크롬 위상 시프트형(Chromless Phase Shifting) 마스크, 광차단부의 투과율을 0에서 0이 아닌 값으로 투과율을 높이고, 그 외 부분을 위상반전시켜 서로 상쇄되는 효과를 이용한 감쇄위상 시프트형(Attenuated Phase Shifting) 마스크 등을 들 수 있다.
본 발명은 상기한 위상 반전 마스크 중에서, 주변 효과 강조형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
주변 효과 강조형 마스크는 일반적으로, 패턴의 주변에 위상시프터를 형성하는 것이 제안되어 있지만, 기판 자체를 이용하여 위상 시프터를 형성하는 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 유럽 특허 공개 공보 제 0 395425호(일본국 특허출원 제89-111675, 89-206837호 및 90-26623호)에는 크롬으로 구성된 차광성 패턴의 주변부를 등방성 식각하여 위상 반전 마스크를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 제1도 내지 제6도는 상기 종래의 주변 효과 강조형 위상 반전 마스크의 제조 방법의 일 예를 나타내기 위한 단면도들이다.
제1도를 참조하면, 석영과 같은 투명한 물질로 구성된 기판(11)상에 크롬층을 형성하고, 상기 크롬층을 통상의 마스크 형성 방법에 따라서, C1기를 사용하여 이방성 식각하여 소정 부위에 개구부가 형성된 차광성 패턴(13)을 형성한다.
제2도를 참조하면, 상기 차광성 패턴(13)이 형성되어 있는 기판(11)의 전면에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(15)을 형성한 후, 상기 포토레지스트층을 기판(11)의 배면 쪽에서 노광(17)하여 자기 정합 방법에 의한 노광 공정을 수행한다.
제3도를 참조하면, 상기 노광 공정에 의해 노광된 포토레지스트막(15)을 현상액에 침지시켜 현상하여 상기 차광성 패턴의 개구부와 동일한 개구부를 갖는 포토레지스트 패턴(15')을 형성한다.
제4도를 참조하면, 상기에서 형성된 포토레지스트 패턴(15')을 에칭 마스크로 사용하여 상기 투명기판(11)을 통과하는 빛과 광위상차가 180도가 되도록 일정 깊이로 CF4가스 플라즈마를 사용하여 식각항 기판에 요부를 형성한다.
제5도를 참조하면, 크롬으로 구성된 차광성 패턴(13)을 C1기를 갖는 플라즈마 가스를 사용하여 등방성 식각하여 기판(11)의 요부 주변부위에 형성된 차광성 패턴(13)의 일부를 제거한다. 여기서, 참조번호 13'는 등방성 에칭된 차광성 패턴을 나타낸다.
제6도는 최종 완성된 위상 반전 마스크를 나타낸 것으로, 제1E도에 나타낸 단계 후, 잔류하는 포토레지스트 패턴(15)를 제거한다. 그러면, 도시된 바와 같이, 최종 형성된 차광성 패턴(13')의 주변에 기판(11)요부와 광경로차가 180도가 되는 위상 시프터가 형성되어 있는 위상 반전 마스크를 수득한다.
상기한 종래의 위상 반전 마스크의 제조 방법에 의하면, 크롬으로 구성된 차광성 패턴의 형성 단계, 석영으로 구성된 투명 기판의 패턴 형성 단계 및 크롬 패턴의 등방성 에칭에 의한 위상 시프터의 형성 단계가 서로 개별적으로 진행되어 공정 단계가 증가하는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 1회의 노광공정만으로도 더미 패턴을 이용하여 간편하게 제조할 수 있는 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명한 기판상에 상기 투명한 기판의 광 투과부를 노출시키는 개구부를 갖는 차광성 패턴 및 이방성 식각에 대하여 상기 투명한 기판을 구성하는 물질과 일정한 선택비를 갖고 에칭될 수 있고, 상기 차광성 패턴을 등방성 식각에 대하여 보호할 수 있는 물질로 구성된 더미 패턴을 형성하는 단계; 상기 더미 패턴을 에칭 마스크로 사용하여 상기 차광성 패턴을 등방성 식각하여 주변 시프터 영역을 형성하는 단계; 및 상기 더미 패턴 및 상기 기판을 식각하여 광투과부에 일정 깊이의 요부를 형성하는 단계로 구성된 위상 반전 마스크의 제조방법을 제공한다.
상기한 종래의 방법과 비교하여 별도의 포토레지스트 패턴을 배면 노광을 사용하여 형성할 필요가 없어, 간편하게 위상 반전 마스크를 제조할 수 있다. 또한, 더미 패턴을 적당한 두께로 형성함으로써, 기판의 에칭시에 식각 종점 검출충으로 차광층을 이용할 수 있으므로 에칭공정의 균일성이 향상된다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예 1
제7도 내지 제10도는 본 발명의 위상 반전 마스크 제조 방법의 제1실시예를 나타내는 단면도들이다.
제7도는 투명한 기판(21)상에 차광층(23), 식각 저지층(25) 및 포토레지스트막(27)을 형성하는 단계를 나타낸다. 먼저 투명한 기판(21)을 준비한다. 본 발명에서 사용가능한 기판(21)의 재료로서는 소다라임 유리, 석영 또는 보로실리케이트 글래스 등을 들 수 있다. 특히, 열 팽창계수가 적은 석영을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 석영을 사용한다. 다음에, 상기 투명한 기판(21)상에 크롬, 산화 크롬 또는 MoSi2를 사용하여 차광층(23)을 형성한다. 크롬을 사용하는 경우에는 CVD 또는 진공 증착법에 의하여 800 내지 1,200A의 두께로 증착하여 상기 차광층(23)을 형성하고, MoSi2를 사용하는 경우에는 2,500A 이상의 두께로 증착하여 형성한다. 본 실시예에서는 크롬을 사용하여 상기 차광층을 형성한다.
다음에, 상기 차광층(23) 상에 상기 기판(21)을 구성하는 물질과는 이방성 식각에 대하여는 일정한 식각 선택비를 갖고, 상기 차광층(23)을 등방성 식각 공정시 에칭으로부터 보호할 수 있는 물질, 예를 들면, SOG(Spin-On-Glass), 산화 실리콘, 질화 실리콘 등을 스핀 도포법이나 스퍼터링 또는 CVD법에 의하여 도포하여 더미층(25)을 형성한다. 더미층(25)의 두께는 차광층(23)의 등방성 에칭시에 개구부 이외의 차광층이 제거되지 않을 정도로 두껍게 형성되어야 하고, 바람직하게는 aλ/2(n-1)(식중, a는 기판을 구성하는 물질(예 : 석영)과 상기 더미층을 구성하는 물질의 에칭 선택비이고, λ는 노광 파장의 길이이고, n은 기판을 구성하는 물질의 굴절율을 나타낸다) 이상이 되도록, 구체적으로는 3,000Å 이상이 되도록 형성한다.
상기 차광층(23)상에 레지스트를 도포하여 레지스트막(27)을 형성한다. 미세한 마스크 패턴을 형성하기 위하여는 일반적으로 전자빔 노광 방법이 사용된다. 따라서, 상기 레지스트로서는 전자빔 레지스트를 사용하는 것이 유리하며, 이러한 전자빔 레지스트로서는 PMMA, PBS(폴리부텐술폰), 노볼락 디아조 퀴논계 레지스트 등을 들 수 있다. 상기 전자빔 레지스트는 4,000 내지 6,000A의 두께로 도포한다.
제8도는 투명한 기판(21)의 투광부위를 노출시키는 개구부를 형성하는 단계를 나타낸다. 제7도의 단계 후, 상기 레지스트막(27)을 전자빔을 사용하여 개구부가 형성될 부위를 노광시킨 후, 노광된 레지스트막(27)을 현상하여 레지스트 패턴(27a)을 형성한다. 다음에, 상기 레지스트 패턴(27a)을 식각 마스크로 사용하여 상기 더미층(25) 및 차광층(23)을 차례대로 반응성 식각 방법에 의하여 이방성 식각하여 개구부를 갖는 더미 패턴(25a) 및 제1차광성 패턴(23a)를 형성한다. 이때, 더미층(25)의 이방성 식각은 CHF3+O2계를 사용하여 160W의 파워에서, 40mTorr의 기압에서 건식식각 방법에 의해 수행되거나, 불화 수소산에 의하여 수행될 수도 있다.
그리고, 제1 차광성 패턴(23a)의 이방성 식각은 크롬 시각액을 사용한 습식 식각 방법에 의하여 수행되거나, Cl2+O2계 가스를 이용한 플라즈마 방법에 의한 건식 식각 방법에 의하여 수행될 수도 있다.
제9도는 투명한 기판(21)을 이방성 식각하는 단계를 나타낸다. 상기 제8도에서 형성된 개구부에 의해 노출된 기판(21)의 투광부를 λ/2(n-1)의 깊이로 이방성 식각하여 홈을 형성한다. 상기 식각은 CF4+O2계 가스를 이용한 반응성 식각 방법에 의하여 수행한다. 이때, 상기 더미 패턴(25a)도 aλ/2(n-1)의 두께만큼 식각된다.
상기 식각 깊이는 식각 종점 검출기를 사용하여 식각 깊이를 측정하여 조정한다. 그렇지만, 상기 더미층(25)의 두께를 aλ/2(n-1)로 형성하면 상기 투명한 기판의 식각시에 더미 패턴(25a)도 완전히 제거된다. 이러한 경우에는 차광성 패턴(23b)을 식각 종점 검출층으로 사용하여 식각공정을 수행하면 용이하게 식각 종점을 검출할 수가 있게 된다. 이와 같은 경우에는 균일한 에칭 조건을 조절이 가능하고 균일한 위상 반전 마스크를 형성 할 수 있다. 따라서, 상기 더미층(23)은 aλ/2(n-1)의 두께로 형성하는 것이 특히 바람직하다.
상기 식각은 습식식각 방법에 의해 수행할 수도 있다. 여기서, 상기 제8도의 포토 레지스트 패턴(27a)은 상기 투명한 기판(21)의 식각 공정전 또는 후에 스트립하여 제거할 수 있다.
제10도는 상기 제1차광성 패턴(23a)을 등방성 식각하는 단계를 나타낸다. 상기 제9도의 단계 후, 상기 더미패턴(25a)을 식각 마스크로 사용하여 상기 제1차광성 패턴(23a)을 등방성 식각하여 광투과부위의 주변의 차광성 물질을 부분적으로 제거한다. 상기 등방성 식각은 Cl2+O2계를 사용하여 200W의 파워에서, 200mTorr의 압력에서, 플라즈마 방법에 의한 건식 식각법으로 수행한다. 크롬 식각액을 사용한 습식 식각 방법에 의해 수행할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 더미 패턴(25a)을 감광성 SOG를 사용하는 경우에는 포토레지스트 패턴(27a)을 형성할 필요가 없이 SOG막 자체에 개구부를 형성할 수 있다. 이 경우에는 바로 더미 패턴(25a) 및 차광성 패턴(23a)을 형성한 후, 제10도에 나타낸 투명기판의 식각 공정을 수행한다.
제11도는 잔류하는 더미층(25a)를 제거하여 본 발명의 위상 반전 마스크를 수득하는 단계를 나타낸다. 제10도의 단계 후, 잔류하는 차광성 물질인 크롬의 잔사를 제거하기 위하여 고압 세정을 수행한다. 다음에, 더미 패턴(25a)을 황산을 사용하여 스트립하여 제거한다.
상기 실시예1에 의하면, 더미 패턴을 식각 저지 패턴으로 사용하여 차광성 패턴을 등방성 식각하기 때문에, 포토레지스트 패턴을 이용하는 것이 비해 안정적으로 시프터의 폭(제11도의 W)의 조절이 가능하고, 공정이 안정화 된다.
상기 실시예1의 방법에 의하여 제조된 위상 반전 마스크는 접촉구의 패턴형성시에 해상도를 개선할 수 있고, 촛점 심도가 현저하게 개선된다. 즉, 상기 본 발명의 방법에 의해 제조된 위상 반전 마스크를 사용하고, λ이 365nm이고, NA(개구수)가 0.54이고, σ(stepper coherence factor)가 0.5인 노광 조건하에 노광 공정을 수행하고, 종래의 통상 마스크를 사용하여 접촉구 형성을 위한 노광공정을 수행하였다.
그 결과 종래의 마스크를 사용한 경우에는 한계 해상도가 0.5㎛이고, 초점 심도는 0.6㎛인 반면 본 발명의 방법에 의해 제조된 위상 반전 마스크는 한계 해상도가 0.4㎛이고, 초점 심도는 1.2㎛이었다.
따라서, 보다 미세한 크기의 패턴의 형성이 가능하고, 약 100% 정도의 초점심도 개선의 효과가 있다.
실시예 2
제12도 및 제13도는 본 발명의 위상 반전 마스크 제조 방법의 제2실시예를 나타내는 단면도들이다.
본 제2실시예에서는 제1실시예의 제1차광성 패턴의 등방성 식각 공정과 투명 기판의 이방성 식각 공정을 순서를 바꾸어 진행하는 것을 제외하고는 제1실시예에서와 동일한 방법으로 진행한다.
구체적으로는, 제1실시예의 제8도에 나타낸 단계까지는 제1실시예에서와 동일한 절차를 반복한다.
제12도는 제1차광성 패턴(12a)의 등방성 식각 단계를 나타낸다. 제8도에 나타낸 단계 후, 상기 실시예1의 제10도에 나타낸 바와 동일한 방법으로 제1차광성 패턴(23a)을 등방성 식각하여 제2차광성 패턴(23b)을 형성한다.
제13도는 투명한 기판(21)의 식각 단계를 나타낸다. 상기 제12도의 단계 후, 제1실시예의 제9도에 나타낸 바와 동일한 방법으로 투명한 기판을 이방성 식각하여 기판(21)의 광투과성 부위에 일정한 깊이의 홈을 형성한다.
이상, 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 당업자의 통상적인 지식의 범위에서 그 변형이나 개량이 가능하다.
Claims (2)
- 투명한 기판상에 상기 투명한 기판의 광 투과부를 노출시키는 개구부를 갖는 차광성 패턴 및 이방성 식각에 대하여 상기 투명한 기판을 구성하는 물질과 일정한 선택비를 갖고 에칭될 수 있고, 상기 차광성 패턴을 등방성 식각에 대하여 보호할 수 있는 물질로 구성된 더미 패턴을 형성하는 단계; 상기 더미 패턴을 에칭 마스크로 사용하여 상기 차광성 패턴을 등방성 식각하여 주변 시프터 영역을 형성하는 단계; 및 상기 더미 패턴 및 상기 기판을 식각하여 광투과부에 일정 깊이의 요부를 형성하는 단계로 구성된 위상 반전 마스크의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 더미 패턴의 두께는 aλ/2(n-1)(식중, a는 기판을 구성하는 물질과 상기 더미 패턴을 구성하는 물질의 에칭 선택비이고, λ는 노광 파장의 길이이고, n은 상기 기판을 구성하는 물질의 굴절율을 나타낸다) 이상임을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019930013570A KR960011468B1 (ko) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | 위상 반전 마스크의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019930013570A KR960011468B1 (ko) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | 위상 반전 마스크의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR950004443A KR950004443A (ko) | 1995-02-18 |
| KR960011468B1 true KR960011468B1 (ko) | 1996-08-22 |
Family
ID=19359508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019930013570A KR960011468B1 (ko) | 1993-07-19 | 1993-07-19 | 위상 반전 마스크의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR960011468B1 (ko) |
-
1993
- 1993-07-19 KR KR1019930013570A patent/KR960011468B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950004443A (ko) | 1995-02-18 |
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