KR0127660B1 - 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 위상반전 마스크(Phase Shift Mask)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 빛 투과영역과 비투과 영역을 설정하는 감광막 패턴을 석영 기판상에 형성한 다음, 상기 감광막 패턴을 이용한 식각 공정으로 석영 기판을 소정 깊이 식각하여 빛 투과 영역에 식각홈을 형성하고, 음감광막을 이용한 후면노광법으로 상기 식각홈 측벽을 기준하여 분리되는 빛 투과 영역과 빛 투과 영역 경계 부분의 석영 기판을 다시 조금 식각한 후 빛 비 투과 영역의 식각되지 않은 석영 기판상에만 크롬 패턴을 형성함으로써, 빛 투과시에 상기 빛 투과 영역과 비투과 영역의 경계를 이루는 식각홈의 가장자리 부분에서 위상 반전이 180°일어나 빛 투과 강도를 0(Zero)으로 만들기 때문에 반도체 패턴 형성시 공정 마진 및 해상력을 증대시켜 고집적 반도체 소자의 제조 공정에도 적용할 수 있는 림형(Rim Type)의 위상반전 마스크 제조방법에 관한 것이다.

Description

반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법

제1A도 내지 제1H도 본 발명에 따른 반도체소자의 위상반전 마스크를 제조 단계를 순서적으로 도시한 단면도.

제2도는 본 발명의 위상반전 마스크의 빛 강도 분포도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 석영기판2 : 제1감광막

3 : 식각홈3A : 계단부

4,4A : 제2감광막(음감광막)5,5A : 제3감광막

6 : 크롬10 : 위상 반전 디스크

A : 빛 투과 영역B : 빛 비투과 영역

본 발명은 반도체 소자의 위상반전 마스크(Phase Shift Mask) 제조방법에 관한 것으로, 특히 빛 투과 영역과 비투과 영역을 설정하는 감광막 패턴을 석영 기판상에 형성한 다음, 상기 감광막 패턴을 이용한 식각 공정으로 석영 기판을 소정 깊이 식각하여 빛 투과 영역에 식각홈을 형성하고, 음감광막을 이용한 후면노광법으로 상기 식각홈 측벽을 기준하여 분리되는 빛 투과 영역과 빛 비투과영역 경계 부분의 석영 기판을 다시 조금 식각한 후 빛 비투과 영역의 식각되지 않은 석영 기판상에만 크롬 패턴을 형성함으로써, 빛 투과시에 상기 빛 투과 영역과 비투과 영역의 경계를 이루는 식각홈의 가장 자리 부분에서 위상 반전이 180° 일어나 빛 투과 강도를 0(Zero)으로 만들기 때문에 반도체 패턴 형성시 공정 마진 및 해상력을 증대시켜 고집적 반도체 소자의 제조 공정에도 적용할 수 있는 림형(Rim Type)의 위상반전 마스크 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 리소그라피(Lithography) 공정에 사용되는 마스크는 석영기판에 소정의 크롬 패턴이 형성된 일반적인 마스크(Conventional Mask)와 위상반전 물질을 사용하는 위상반전 마스크가 있다.

상기 일반적인 크롬 마스크는 반도체 소자의 제조 공정에 널리 이용되고 있으나 반도체 소자가 고집적화 되어감에 따라 마스크의 크롬 패턴 크기를 작게 형성시킴에 한계가 있고, 또한 패턴 사이에 간섭 효과가 발생하여 고정 마진 및 해상력이 저하되어 고집적 반도체 소자의 제조에 적용이 불가능하다.

또한, 상기 위상반전 마스크는 상기 일반적인 크롬 마스크보다 공정 마진 및 해상력이 우수하며, 64M DRAM급 이상의 반도체 소자의 제조에 대응할 수 있는 리소그라피 기술이 가능하며, 장파장인 지-라인(G-line, γ=436㎚)및 아이-라인(I-line, λ=365㎚)과 단파장인 엑스시머 레이저(Excimer Laser, λ=248㎚) 노광 시스템 등에 사용 가능하다. 그러나 반도체 소자에 따른 최적의 위상반전 마스크를 제작하기 위하여 크롬 패턴 설치를 위한 설계 뿐만 아니라 위상반전물(Shift Material)연구 및 분석 그리고 이와 관련된 설계등이 난해한 문제가 있고, 위상반전물에 의하여 위상반전 효과를 얻기 때문에 빛 투과율이 떨어져 단파장을 갖는 DUV(Deep Ultra-violet)용으로 사용할 때 다소 빛 분포 콘트라스트(Contrast)가 저하된다.

따라서, 본 발명은 일반적인 크롬 마스크의 단점을 해결하고, 기존의 위상 반전 마스크의 공정효과를 얻으면서도 빛 분포 콘트라스트가 증가되고 제조하기가 용이한 림형 위상반전 마스크를 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상반전 마스크 제조방법은 석영기판상에 전자 빔으로 제1감광막을 패턴화하여 빛 투과 영역과 빛 비투과 영역을 설정하는 단계와, 상기 패턴화된 제1감광막을 식각 정지층으로한 비등방성 식각방식으로 석영기판의 노출 부위인 빛 투과 영역 부분을 소정 깊이로 식각하여 식각홈을 형성하는 단계와, 상기 패턴화된 제1감광막을 제거한 후 상기 식각홈이 형성된 석영 기판 전체면 상부에 제2감광막을 도포하는 단계와, 상기 제2감광막을 후면 노광하고, 식각홈 측벽 주변부가 빛노광된 제2감광막 부분을 현상하여 패턴화된 제2감광막을 형성하는 단계와, 상기 패턴화된 제2감광막을 식각 정지층으로 한 비등방성 식각방식으로 식각홈 측벽을 중심으로 노출된 석영 기판을 상기 식각홈의 소정 깊이보다 얕은 깊이로 식각하여 빛 비투과 영역의 가장자리 부위에 계단부를 형성하는 단계와, 상기 패턴화된 제2감광막을 제거한 후 계단부 및 식각홈을 포함한 석영 기판 전체면 상부에 제3감광막을 도포하는 단계와, 상기 제3감광막에 에치백 공정을 실시하여 계단부 깊이에 못 미칠정도로 식각하여 잔여 감광막을 남기는 단계와, 전체구조 상부에 스퍼터링 방식으로 크롬을 중착하는 단계와, 상기 잔여 감광막을 제거하여 빛 비투과 영역의 석영 기판상에 계단부만큼 폭이 좁게 형성된 크롬과 빛 투과 영역의 석영 기판에 식각홈이 형성된 림형 위상 반전 마스크를 완성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제1A도 내지 제1H도는 본 발명에 의한 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조단계를 순서적으로 도시한 단면도이다.

제1A도는 소정의 석영기판(1)상에 제1감광막(2)을 도포한 후, 상기 제1감광막(2)을 전자 빔(E-Beam)으로 패턴화한 상태를 도시한 것으로, 이 때 상기 패턴화된 제1감광막(2)은 패턴 부분이 빛 비투과 영역(B)이 되고, 식각된 부분이 빛 투과 영역(A)이 되도록 설정한다.

제1B도는 상기 패턴화된 제1감광막(2)을 식각 정지층으로 한 비등방성 식각방식으로 석영 기판(1)의 노출 부위인 빛 투과 영역(A) 부분을 소정 깊이로 식각하여 식각홈(3)을 형성한 후, 상기 패턴화된 제1감광막(2)을 제거한 상태를 도시한 것이다.

제1C도는 상기 식각홈(3)이 형성된 석영 기판(1) 전체면 상부에 제2감광막(4)을 도포한 후, 후면 노광 공정을 실시한 상태를 도시한 것으로, 상기 후면 노광 공정을 실시하면 상기 제2감광막(4)은 식각홈(3) 측벽의 위상차에 의하여 그 주변부는 노광되지 않는다. 이때 상기 제2감광막(4)은 음감광막(Negative Photoresist)을 사용한다.

제1D도는 상기 제2감광막(4)의 비노광 부분을 현상하여 식각홈(3) 측벽 부위의 제2감광막(4)이 제거되어 패턴화된 제2감광막(4A)을 형성한 상태를 도시한 것이다.

제1E도는 상기 패턴화된 제2감광막(4A)을 식각 정지층으로 한 비등방성 식각 방식으로 식각홈(3) 측벽을 중심으로 노출된 석영 기판(1)을 상기 식각홈(3)의 소정 깊이보다 얕은 깊이로 식각하여 최초 식각홈(3) 측벽 외곽 즉, 빛 비투과영역(B)의 가장 자리 부위에 계단부(3A)를 형성한 상태를 도시한 것이다.

제1F도는 상기 패턴화된 제2감광막(4A)을 제거한 후, 계단부(3A) 및 식각홈(3)을 포함한 석영 기판(1) 전체면 상부에 제3감광막(5)을 도포한 상태를 도시한 것이다.

제1G도는 에치 백(Etch Back) 공정으로 상기 제3감광막(5)을 계단부(3A) 깊이에 약간 못 미칠정도로 식각하여 잔여 감광막(5A)을 남긴 후, 스퍼터링(Sputtering)방식으로 크롬(6)을 증착한 상태를 도시한 것이다.

제1H도는 상기 잔여 감광막(5A)을 제거하면서 그 상부의 크롬(6)을 제거하여 빛 비투과영역(B)의 석영기판(1)상에는 계단부(3A)만큼 폭이 좁아진 크롬(6)이 그리고 빛 투과영역(A)의 석영기판(1)은 식각홈(3)이 형성된 본 발명의 위상반전 마스크(10)를 완성한 상태로 도시한 것이다.

상기한 공정으로 제조된 본 발명의 위상반전 마스크(10)는 식각홈(3) 측벽 즉, 수직으로 식각된 가장자리 부분에서 180°위상반전이 일어나는 원리를 이용한 것으로, 빛 강도 분포도를 도시한 제2도에 잘 나타나 있다. 제2도에 도시된 바와 같이 위상반전 마스크(10)에 빛을 투과시키면 빛 투과 영역(A)과 빛 투과영역(B)의 경계 부분인 식각홈(3) 측벽에서 180°위상반전이 일어나 빛 강도를 0(Zero)으로 만들어 공정 마진 및 해상력을 증대시키며, 더우기 위상반전물을 사용하지 않고 투과율이 좋은 석영 기판을 이용하여 위상반전 효과를 얻을 수 있어 반도체의 패턴 형성을 더욱 양호하게 형성시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 위상반전 마스크는 빛 투과 영역의 석영 기판을 소정 깊이 식각한 림형으로 위상반전 물질을 사용하지 않고도 위상반전 효과를 얻을 수 있어 공정 마진 및 해상력을 증대시킬 수 있으며, 더우기 기존의 위상반전 마스크보다 투과율이 우수하여 장파장 뿐만 아니라 단파장을 갖는 DUV용으로 사용하기에 적합하여 미세 패턴을 갖는 고집적 반도체 소자의 제조공정에도 적용할 수 있으며, 또한 제조 공정시 크롬 패턴 설치를 위한 설계와 위상반전 마스크 설계가 특별히 요구되지 않아 제조가 용이하다.

Claims (3)

1. 석영 기판 상에 전자 빔으로 제1감광막을 패턴화 하여 빛 투과 영역과 빛 비투과 영역을 설정하는 단계와, 상기 패턴화된 제1감광막을 식각 정지층으로한 비등방성 식각 방식으로 석영 기판의 노출부위인 빛투과 영역 부분을 소정 깊이로 식각하여 식각홈을 형성하는 단계와, 상기 패턴화된 제1감광막을 제거한 후 상기 식각홈이 형성된 석영 기판 전체면 상부에 제2감광막을 도포하는 단계와, 상기 제2감광막을 후면 노광하고, 식각홈 측벽 주변부가 비노광된 제2감광막 부분을 현상하여 패턴화된 제2감광막을 형성하는 단계와, 상기 패턴화된 제2감광막을 식각 정지층으로 한 비등방성 식각방식으로 식각홈 측벽을 중심으로 노출된 석영 기판을 상기 식각홈의 소정 깊이보다 얕은 깊이로 식각하여 빛 비투과 영역의 가장자리 부위에 계단부를 형성하는 단계와, 상기 패턴화된 제2감광막을 제거한 후 계단부 및 식각홈을 포함한 석영 기판 전체면 상부에 제3감광막을 도포하는 단계와, 상기 제3감광막에 에치백 공정을 실시하여 계단부 깊이에 못미칠 정도로 식각하여 잔여 감광막을 남기는 단계와, 전체구조 상부에 스퍼터링 방식으로 크롬을 증착하는 단계와, 상기 잔여 감광막을 제거하여 빛 비투과 영역의 석영 기판상에 계단부만큼 폭이 좁게 형성된 크롬과 빛 투과 영역의 석영 기판에 식각홈의 형성된 림형 위상반전 마스크를 완성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 빛 투과 영역과 빛 비투과 영역의 경계 부분인 식각홈 측벽에서 180°위상반전이 일어나 빛 강도를 0으로 되게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2감광막은 음감광막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법.