KR970004429B1 - 위상 반전 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
내용없음
Description
제1도는 종래 위상 반전 마스크의 단면도,
제2도는 제1도의 위상 반전 마스크를 투과한 광의 세기 분포도,
제3도는 제1도의 위상 반전 마스크를 이용한 노광공정에 의해 형성된 감광막 패턴의 단면도,
제4도는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 단면도,
제5도(A)~(E)는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조 공정도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10,20 : 위상 반전 마스크11,21 : 석영기판
12 : 반도체 기판13,23,24 : 광차단막
15,25 : 위상 반전막17,27 : 감광막
본 발명은 위상 반전(phase shift) 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 광차단막이 일정 투과율로 광을 투과시키는 하프 톤(half tone)형 위상 반전 마스크에서 위상 반전막의 상부에 별도의 광차단막 패턴을 구비하여 하부의 광차단막 패턴을 투과한 광에 의해 감광막 패턴이 얇게 형성되는 것을 방지하여 양질의 패턴을 얻을 수 있는 위상 반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체 장치의 경박단소화 추세에 따라 배선간의 거리가 감소되고, 단차를 증가시키며, 트랜지스터나 캐패시터등과 같은 단위소자의 크기도 감소되어 패턴의 미세화가 점가 가속되고 있다.
일반적으로 패턴 형성을 위한 노광 공정시 사용되는 노광 마스크는 석영 기판에 크롬이나 알루미늄 등의 광차단막을 도포한 후, 이온 빔 에칭에 의해 광차단막 패턴을 형성한다. 그러나 상기 노광 마스크로는 광분해능 이하의 미세 패턴의 형성이 어려우며, 현재 사용되는 통상의 감광액 및 노광 장비로는 0.5㎛ 이하의 미세 패턴을 얻기가 불가능하다.
더욱이 64M 디램 이상의 초고집적 소자들은 0.4㎛이하의 미세 패턴이 요구되며, 이러한 극미세 패턴은 고해상도의 감광막 패턴을 얻을 수 있는 위상반전 마스크에 의해 실현되고 있다.
상기 위상반전 마스크는 노광 마스크의 광차단막 패턴들과 함께 광의 위상을 180˚ 반전시키는 위상 반전 물질층을 형성하여, 노광 공정시 웨이퍼상에 조사되는 광의 진폭을 일정하게 유지하고, 위상반전 물질층을 통과한 광과 인접 패턴을 통과한 광과의 간섭에 의한 노광 효과가 최소가 되도록하여 감광막 패턴의 해상도를 향상시키는 원리를 사용한 것이다.
이러한 위상 반점 마스크는 입사되는 광의 파장 λ와, 굴절율 n인 위상 반전 물질을 광의 위상이 160~200˚정도 반전시키는 두께로 형성하여, 감광막에 조사되는 광의 콘트라스트(contrast)비를 크게 하였다. 예를 들어 입사광이 G-라인 또는 i-라인이고, 위상 반전 물질로 에스.오.지(spin on glass; 이하 SOG라 칭함), 산화막 또는 질화막 등을 사용할 경우에 상기 위상 반전 물질을 3400~4000Å 정도의 두께로 형성하면 된다. 상기의 위상반전 마스크를 사용하면, 종래의 감광액 및 노광 장비를 사용하여 0.3㎛ 이하의 미세패턴도 형성할 수 있다.
제1도는 종래 위상 반전 마스크(10)의 단면도로서, 마스크의 제조 공정이 비교적 간단하고, 해상도가 높으며, 공정 여유도가 커서 널리 사용되는 하프 톤형 위상 반전 마스크의 예이다.
투명기판, 예를들어 석영기판(11) 상에 소정의 노광영역을 정의하는 광차단막 패턴(13)이 소정의 두께로 형성되어 있으며, 상기 광차단막 패턴(13)과 동일한 노광 영역을 갖는 위상 반적막(15)이 광차단막 패턴(13)상에 형성되어 있다. 상기 광차단막 패턴(13)은 크롬 또는 알루미늄등의 광차단 물질을 도포한 후, 이온 빔 에칭에 의해 형성된 것으로서, 두께를 조절하여 입사되는 광의 5~50% 정도를 투과시킨다. 또한 상기 위상 반전막(15)은 소정 두께의 산화막, 질화막 또는 SOG등을 도포한 후, 감광막 패턴을 에칭 마스크로하여 건식 또는 습식식각 방법으로 형성된 것이다.
상기와 같은 하프 톤형 위상 반전 마스크(10)를 이용한 감광막 패턴의 제조 공정에 대하여 제2도 및 제3도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 제2도에 도시되어 있는 바와 같이 상기 위상 반전 마스크(10)의 상측에서 입사된 광은 상기 노광 영역의 중심 부분에서 강도가 최대이며, 상기 노광 영역의 에지 부분에서 0이 되고, 상기 노광 영역 이외의 부분에서 상기 광차단막 패턴(13)의 투과율에 따라 소정의 광강도를 갖는다. 따라서 반도체 기판(12)상에 비노광 지역이 패턴에 되는 포지티브형 감광막(17)을 도포한 후, 상기 위상 반전 마스크(10)를 사용하여 노광 공정을 실시하면, 제3도에 도시되어 있는 바와 같은 감광막(17) 패턴이 형성된다.
이때 상기 감광막(17) 패턴은 노광 영역의 에지 부분에서 광강도가 0이므로 에지 부분에서는 원래의 높이대로 감광막(17) 패턴이 형성되지만, 상기 광차단막 패턴(13)의 광투과에 의해 감광막(17)이 투과된 광에 노출되므로 현상 공정시 감광막(17) 상부의 소정 두께가 제거되어 에지 부분과 단차가 진다.
상기와 같이 단차가 진 감광막(17) 패턴을 식각 또는 이온 주입 마스크로 사용할 경우 하부의 기판이 손상되어 반도체 장치의 수율 및 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
또한 종래 하프 톤형 위상 반전 마스크는 상기 광투과성 광차단막패턴의 광투과율을 조절하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 하프 톤형 위상 반전 마스크에서 위상 반전막 상에 별도의 광차단막 패턴을 형성하여 감광막 패턴의 얇아짐을 방지하여 반도체 장치의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 위상 반전 마스크를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 하프 톤형 마스크에서 노광 창을 네가티브 감광막으로 도포한 후, 광차단막을 도포하고, 감광막을 제거하여 위상 반전층상에 별도의 광차단막 패턴을 형성하여 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 위상 반전 마스크의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하프 톤형 위상 마스크에서 소정의 광투광율을 갖는 광차단막 패턴의 형성이 용이한 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 특징은 투명기판 상에 상기 투명기판을 노출시키는 소정의 노광 창을 갖으며, 소정의 광 투과율을 갖도록 형성되어 있는 제1광차단막 패턴과, 상기 제1광차단막 패턴과 동일한 노광 영역을 갖도록, 상기 제1광차단막 패턴 상에 형성되어 있는 위상반전막 패턴을 구비하는 하프 톤형 위상 반전 마스크에 있어서, 상기 위상 반전막 패턴 상에 상기 제1광차단막 패턴에 의해 정의되는 노광영역 보다 큰 노광영역을 갖도록 형성되어 있는 제2광차단막 패턴을 구비함에 있다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상 반전 마스크 제조 방법의 특징은, 투명기판의 일면에 상기 투명 기판을 노출시키는 소정의 노광영역을 갖는 광투과성 제1광차단막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 제1광차단막 패턴의 상부에 동일한 노광 영역을 갖는 위상 반전막 패턴을 형성하는 공정을 구비하는 하프톤형 위상 반전 마스크의 제조 방법에 있어서, 상기 투명기판과 위상 반전막상에 네가티브형 감광막을 도포하는 공정과, 상기 제1광차단막 패턴을 통하여 노광한 후, 현상하는 공정과, 상기 위상 반전막 패턴이 노출되도록 상기 감광막을 전면 식각하여 상기 노광 영역을 채우고 상기 노광 영역 주변의 위상 반전막 패턴과 소정 부분이 중첩되는 감광막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 감광막 패턴과 위상 반전막 패턴 상에 제2광차단막을 형성하는 공정과, 상기 감광막 패턴과 그 상부의 제2광차단막 패턴을 제거하여 상기 위상 반전막 패턴의 노광영역보다 큰 노광 영역을 갖는 제2광차단막 패턴을 형성하는 공정을 구비함에 있다.
이하, 본 발명에 따른 위상 반전 마스크 및 그 제조 방법에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제4도는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크(20)의 단면도로서, 하프 톤형 위상 반전 마스크의 예이다.
소정의 투명기판, 예를들어 석영기판(21) 상에 노광 영역을 정의하는 소정의 광차단 물질, 예를 들어 크롬이나 알루미늄으로된 제1광차단막 패턴(23)이 소정의 광투과율, 예를들어 5~50%의 광투과율을 갖는 두께로 형성되어 있으며, 상기 제1광차단막 패턴(23)상에 소정 재질, 예를들어 산화막, 질화막, 싸이 탑(Cy top) 또는 SOG로된 위상 반전막(25)이 형성되어 있다. 또한 상기 위상 반전막(25) 상에 광차단 물질로된 제2광차단막 패턴(24)이 광을 완전히 차단하는 두께, 예를 들어 크롬의 경우 1000Å 이상의 두께로 형성되어 있으며, 상기 제2광차단막 패턴(24)은 상기 제1광차단막 패턴(23)보다 넓은 노광 영역을 갖는다.
이때, 상기 제2광차단막 패턴(24)에 의해 형성되는 노광 영역은 상기 위상 반전막(25)을 통과하여 위상이 반전된 광과 석영 기판(21)을 통과한 광과의 간섭에 의한 광강도가 최소가 되는 부분까지만을 노출시킴으로서, 형성하고자 하는 감광막 패턴의 에지에 접한 부분에의 노광 효과를 방지한다.
상기와 같은 하프 톤형 위상 반전 마스크(20)의 제조 방법을 제5도 (A)~(E) 를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 투명한 석영 기판(21) 상에 소정의 노광 영역을 정의하는 제1광차단막 패턴(23)을 광차단 물질을 도포 후, 이온빔 에칭하여 형성한다. 그 다음 상기 제1광차단막패턴(23) 상에 통상의 방법으로 위상 반전막(25)을 형성한다.(제5도(A) 참조).
그후, 상기 석영기판(21)과 위상 반전막(25) 상에 노광 지역이 패턴이 되는 네가티브형 감광막(27)을 도포한 후, 상기 석용기판(21)의 배측을 통하여 노광한다. 이때 상기 제1광차단막 패턴(23)에 정의된 노광 영역상의 감광막(27)은 모두 감광되며, 상기 위상반전막(25) 상의 감광막(27)은 상기 제1광차단막 패턴(23)을 투과한 광에 의해 일부 두께만 노광된다(제5도(B) 참조).
그 다음 현상 공정을 진행하여 상기 노광되지 않은 감광막(27)을 제거하여 상기 노광영역을 채우고 위상 반전막(25)의 상부에 소정 두께가 남도록한다(제5도(C) 참조).
그후, 상기 위상 반전막(25)이 노출될 때까지 상기 감광막(27)을 전면 식각 방법으로 제거하여 감광막(27) 패턴을 형성한다. 이때 상기 감광막(27) 패턴은 상기 위상 반전막(25)의 에지 부분과도 소정 거리 만큼 중첩되어 있다. 이는 상기 위상 반전막(25) 상에 남아있는 감광막(27)의 두께가 상기 제1광차단막 패턴(23)의 광투과율에 비례하므로 노광영역의 중심으로 갈수록 감광막(27)이 두껍게 남는 자기정합이 되기 때문이다(제5도(D) 참조).
그 다음 상기 감광막(27) 패턴과 위상 반전막(25)의 표면에 제2광차단막을 도포한 후, 상기 감광막(27)과 그 상부의 제2광차단막을 제거하여 제2광차단막 패턴(24)을 형성한다. 이때 상기 제2광차단막 패턴(24)은 광투과가 일어나지 않는 정도로 두꺼운 막이며, 상기 위상 반전막(25)의 에지 부분을 소정 크기 만큼 노출시키고, 이 부분은 노광영역을 통과한 광과 위상 반전막(25) 및 제1광차단막 패턴(23)을 통과한 광과의 간섭에 의해 광강도가 최소가 되는 부분을 노출되는 것으로서, 광투과성을 갖는 상기 제1광차단막 패턴(23)의 두께 즉 광투과율에 무관하게 자기 정합적으로 형성되는 것이다(제5도(E) 참조).
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하프 톤형 위상 반전 마스크 및 그 제조 방법은, 노광 영역을 정의하는 광투과성 제1광차단막 패턴상에 위상 반전막이 형성되어 있는 통상의 하프 톤형 위상 반전 마스크에서 표면에 네가티브형 감광막을 도포한 후, 배면에서 노광한다. 그 다음 현상된 감광막을 전면 식각하여 위상 반전막을 노출시킨 후, 상기 구조상에 충분한 두께의 제2광차단막을 도포하고 감광막과 그 상부의 제2광차단막을 제거하여 상기 위상 반전막 상에 별도의 광차단막 패턴을 구비하는 위상 반전 마스크를 형성하였다.
따라서 광투과성 제1광차단막 패턴의 두께를 여유있게 조정할 수 있으므로 하프 톤형 위상 반전 마스크의 제조 공정이 간단해지는 효과가 있으며, 노광영역의 에지 부분에 광강도가 최소가 되어 정확한 패턴을 형성할 수 있으므로 반도체 장치의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
Claims (4)
- 하프톤 위상 반전 마스크에 있어서, 투명 기판 상의 비노광 영역에 형성된 어느정도 광 투과율을 갖는 제1광차단막 패턴과, 상기 제1광차단막 패턴 상부에 제1광차단막 패턴과 동일한 패턴으로 적층된 위상반전막 패턴과, 비노광지역에서 광 투과율이 0이 되도록 상기 위상반전막 패턴상에 상기 위상반전막 패턴의 가장자리만 제외한 전영역에 형성된 제2광차단막 패턴이 구비되는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 반전 마스크.
- 위상 반전 마스크 제조 방법에 있어서, 투명 기판 상부에 어느 정도 광투과성을 갖는 제1광차단막을 형성하고, 그 상부에 위상반전막을 형성하는 공정과, 노광영역에 해당되는 상기 위상반전막과 제1광차단막을 식각하여 제1광차단막 패턴과 위상반전막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 위상반전막 패턴과 투명기판 상부에 네가티브 감광막을 도포하는 공정과, 상기 투명기판 저부면에서 광을 조사하는 노광공정을 진행하고, 현상 공정으로 노광되지 않은 상기 네가티브 감광막을 제거하는 공정과, 남아있는 네가티브 감광막의 일정 두께를 전면 식각하여 상기 노광 영역과 노광 영역의 인접된 영역에만 감광막을 남기는 공정과, 노출된 상기 감광막 패턴과 위상반전막 패턴 상부에 광이 차단되는 제2광차단막을 형성하는 공정과, 상기 제2감광막 패턴과 그 상부의 제2광차단막을 제거하여 상기 노광 영역과 위상반전막 패턴의 가장자리를 제외한 영역에 제2차단막이 남는 제2광차단막 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2광차단막 패턴이 크롬 또는 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2광차단막 패턴이 크롬으로 이루어지는 경우 상기 제1광차단막 패턴은 1000Å 이하로 형성되고, 제2광차단막 패턴은 1000Å 이상의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
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