KR100280812B1 - 위상 반전 마스크 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상 반전 마스크 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 트렌치 형태를 갖는 다수의 반전 패턴이 형성된 기판과, 상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 상기 기판상에 각각 독립적으로 형성된 크롬 패턴으로 이루어진다. 본 발명에 따른 위상 반전 마스크는 상기 반전 패턴의 양측 일부가 상기 크롬 패턴과 중첩되므로써 빛의 회절 현상의 발생이 방지되어 패턴의 비대칭 문제가 해결된다.

Description

위상 반전 마스크 및 그 제작 방법

본 발명은 위상 반전 마스크 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 특히 레벤슨 형(Levenson type) 위상 반전 마스크 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에 사용되는 위상 반전 마스크(phase Shift Mask)는 기판과, 기판에 형성된 크롬 패턴(Chrome Pattern) 및 반전 패턴(Shift Pattern)으로 이루어진다. 반전 패턴은 마스크를 통과하는 빛이 위상차를 갖도록 하는데, 이때 빛의 상호 간섭이 발생되어 해상도가 향상된다. 고해상도를 갖는 위상 반전마스크는 레벤슨 형, 하프-톤(Half-Tone) 형, 크롬레스(Cromeless) 형 등으로 구분된다.

동일한 광원을 사용하여 노광하는 경우 레벤슨 형 위상 반전 마스크는 일반 형의 마스크보다 해상력 및 촛점 심도면에서 우수한 특성을 가지는데, 다음과 같은 이유로 인해 제작이 어려운 단점이 있다.

첫째, 패턴의 모양이 매우 복잡하므로 마스크 제작을 위한 레이-아웃(Lay-out)시 위상 반전 물질(Shifter) 즉, 반전 패턴의 적절한 배치가 어렵다.

둘째, 위상을 180 °반전시키기 위한 반전 패턴 형성시 패턴의 두께를 균일하게 형성하기 어렵다.

셋째, 마스크 제작시 생성되는 불순물(Defect)의 검사와 제거가 어렵다.

그래서 근래에는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(1)상에 크롬 패턴(2)을 형성하고 크롬 패턴(2)을 일부 포함하는 기판(1)상에 반전 패턴(3)을 형성한 구조와, 도 2에 도시된 바와 같이 크롬 패턴(12A)이 형성된 기판(11)의 소정 부분을 트렌치(Trench) 모양으로 식각하여 반전 패턴(13)을 형성시킨 구조 등이 제안되었는데, 상기 도 1에 도시된 위상 반전 마스크는 제작시 균일한 위상을 얻기 위한 상기 반전 패턴(3)의 두께 조절과 불순물의 발생 정도를 조절하기 어려운 단점을 가진다. 따라서 도 2에 도시된 위상 반전 마스크의 사용이 선호되고 있는 실정이다. 그러면 도 2에 도시된 종래의 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 제작 방법을 도 3a 내지 3f를 통해 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 석영과 같이 빛이 투과될 수 있는 기판(11)상에 크롬막(12)을 도포한 후 상기 크롬막(12)상에 제 1 감광막 패턴(14)을 형성한 상태의 단면도이다.

도 3b는 상기 제 1 감광막 패턴(14)을 마스크로 이용한 식각 공정으로 상기 크롬막(12)을 식각하여 크롬 패턴(12A)을 형성한 상태의 단면도이고, 도 3c는 상기 제 1 감광막 패턴(14)을 제거한 상태의 단면도이다.

도 3d는 전체 상부면에 제 2 감광막(15)을 형성한 상태의 단면도이고, 도 3e는 상기 제 2 감광막(15)을 패터닝하여 상기 크롬 패턴(12A)을 포함하는 상기 기판(11)상에 제 2 감광막 패턴(15A)을 형성한 상태의 단면도이다.

도 3f는 상기 제 2 감광막 패턴(15A)을 마스크로 이용한 식각 공정으로 노출된 부분의 상기 기판(11)을 식각하여 반전 패턴(13)을 각각 형성한 후 상기 제 2 감광막 패턴(15A)을 제거한 상태의 단면도이다.

그런데 최근들어 레벤슨 형의 위상 반전 마스크를 사용하지 않도록 권고하는 논문들이 발표된다. 이는 레벤슨 형의 위상 반전 마스크를 사용한 경우 발생되는 패턴의 비대칭에 관한 문제 때문인데, 이러한 문제는 상기 반전 패턴(13)을 통과한 빛이 웨이퍼에 도달될 때 발생되는 회절 현상에 의해 빛의 세기가 저하되기 때문이다. 그러므로 이에 의해 도 4a에 도시된 바와 같이 감광막 패턴(14)의 모양이 비대칭적으로 형성된다.

참고적으로, 도 4b는 도 2에 도시된 상기 위상 반전 마스크의 측면도이며, 도 4c는 평면도이다. 또한, 도 4d는 노광 공정시 상기 위상 반전마스크를 통과한 빛의 이미지 파형을 도시한 것이다.

이러한 비대칭 문제를 해결하기 위하여 최근에는 도 5에 도시된 바와 같이 기판(21)상에 크롬 패턴(22)을 형성하고, 노출된 부분의 상기 기판(21)을 소정 깊이 식각하여 반전 패턴(23)을 형성하되, 상기 반전 패턴(23)의 깊이를 각각 다르게 조절하는 방법이 제시되는데, 이 경우 도 6b에 도시된 바와 같이 최적의 촛점(Best Focus) 조건에서는 패턴의 비대칭 문제가 발생하지 않았으나, 도 6a 및 6c에 도시된 바와 같이 불량 촛점(Defocus) 조건에서는 패턴의 비대칭 문제가 발생되었다. 그래서 이 경우 불량 촛점 조건에서도 패턴의 대칭성이 유지되도록 상기 반전 패턴(23)의 두께, 즉, 식각 깊이를 정확히 계산하려는 시도가 이루어졌는데, 특정한 패턴 및 실험 조건에서는 양호한 결과를 얻었으나, 패턴의 크기, 패턴간의 거리(Pitch), 노광장비의 조건(NA, coherence) 등에 따라 각기 다른 최적의 두께가 요구되는 단점이 있다. 여기서 도 6d는 노광 공정시 상기 위상 반전 마스크를 통과한 빛의 이미지 파형을 도시한 것이다.

상기 도 2 및 도 5에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크는 상기 반전 패턴(13 또는 23)의 측벽 즉, 기판(11 또는 21)의 식각된 측벽에서 빛의 위상이 반전된다. 그러므로 마스크를 통과할 때 상기 반전 패턴(13 또는 23)의 측벽이 계면(Boundary)으로 작용하여 최종적으로 웨이퍼에 도달되는 빛의 세기는 상기 반전 패턴(13 또는 23)의 두께에 의해 결정된다. 결과적으로, 상기 레벤슨 형 위상 반전 마스크는 복잡한 레이-아웃 및 패턴의 비대칭 문제를 가진다.

따라서 본 발명은 기판의 소정 부분에 트렌치 형태의 반전 패턴을 형성하고, 상기 기판상에 상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 각기 독립적으로 존재하는 크롬 패턴을 형성하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 위상 반전 마스크 및 그 제작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상 반전 마스크는 트렌치 형태를 갖는 다수의 반전 패턴이 형성된 기판과, 상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 상기 기판상에 각각 독립적으로 형성된 크롬 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 위상 반전 마스크 제작 방법은 기판상에 제 1 감광막 패턴을 형성한 후 상기 기판의 노출된 부분을 식각하여 반전 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1 감광막 패턴을 제거한 후 전체 상부면에 크롬막 및 제 2 감광막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 제 2 감광막을 패터닝하여 상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 각기 독립적으로 존재하는 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 노출된 부분의 상기 크롬막을 식각하여 크롬 패턴을 형성한 후 잔류된 상기 제 2 감광막 패턴을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 반전 패턴이 크롬 패턴상에 형성된 종래의 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 단면도.

도 2는 기판이 식각된 종래의 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 단면도.

도 3a 내지 3f는 도 2에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도.

도 4a는 도 2에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크를 사용하여 형성한 감광막 패턴의 단면도.

도 4b는 도 2에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 측단면도.

도 4c는 도 2에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 평면도.

도 4d는 도 2에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크를 설명하기 위한 파형도.

도 5는 기판이 식각된 종래의 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도.

도 6a 내지 6d는 도 5에 도시된 레벤슨 형 위상 반전 마스크를 설명하기 위한 파형도.

도 7a 내지 7f는 본 발명에 따른 레벤슨 형 위상 반전 마스크의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1, 11, 21 및 31: 기판 2, 12A, 22 및 34A: 크롬 패턴

3, 13, 23 및 33: 반전 패턴 12 및 34: 크롬층

14 및 32: 제 1 감광막 패턴 15 및 35: 제 2 감광막

15A 및 35A: 제 2 감광막 패턴

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 7a 내지 7f는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도로서,

도 7a는 석영과 같이 빛이 투과될 수 있는 기판(31)상에 제 1 감광막 패턴(32)을 형성한 상태의 단면도이고, 도 7b는 상기 제 1 감광막 패턴(32)을 마스크로 이용한 식각공정으로 상기 기판(31)의 노출된 부분을 식각하여 반전 패턴(33)을 형성한 후 상기 제 1 감광막 패턴(32)을 제거한 상태의 단면도이다.

도 7c는 전체 상부면에 크롬막(34)을 형성한 상태의 단면도이고, 도 7d는 상기 크롬막(34)상에 제 2 감광막(35)을 형성한 상태의 단면도이다.

도 7e는 상기 제 2 감광막(35)을 패터닝하여 상기 반전 패턴(33)의 양측 일부를 포함하며 각기 독립적으로 존재하는 제 2 감광막 패턴(35A)을 형성한 상태의 단면도이고, 도 7f는 상기 제 2 감광막 패턴(35A)을 마스크로 이용한 식각 공정으로 노출된 부분의 상기 크롬막(34)을 식각하여 크롬 패턴(34A)을 형성한 후 잔류된 상기 제 2 감광막 패턴(35A)을 제거한 상태의 단면도로서, 상기 크롬 패턴(34A)은 상기 반전 패턴(33)의 양측 일부를 포함하며, 상기 기판(31)상에 각각 독립적으로 형성된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 기판의 소정 부분에 트렌치 형태의 반전 패턴을 형성하고, 상기 기판상에 상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 각기 독립적으로 존재하는 크롬 패턴을 형성하므로써 반전 패턴의 측부 즉, 기판의 식각된 측벽이 상기 크롬 패턴과 중첩된다. 그러므로 상기 반전패턴 측벽에서의 빛의 회절 현상의 발생이 방지되어 패턴의 비대칭 문제가 해결된다. 따라서 본 발명을 이용하면 노광 장비의 조건 및 패턴의 형태에 제한을 받지 않고 해상력을 향상시킬 수 있으므로 0.1 μm 이하의 선폭을 갖는 미세 패턴의 형성이 가능해 진다.

Claims (2)

1. 위상 반전 마스크에 있어서,

   트렌치 형태를 갖는 다수의 반전 패턴이 형성된 기판과,

   상기 반전 패턴의 양측 일부를 포함하며 상기 기판상에 각각 독립적으로 형성된 크롬 패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판은 석영으로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크.