KR100361514B1 - 반도체장치의 마스크 수리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체장치의 마스크 수리방법에 관한 것으로서, 특히, 크롬 등으로 투명기판상에 형성된 차광층의 패턴중 불량패턴과 이물질 등을 전자빔(E-beam)을 사용하는 포토리쏘그래피(photolithography)로 제거하여 추가장비없이 기존의 사진식각장치로 투명기판상의 불량부위를 제거하며, 레이저 또는 이온빔등을 사용하는 타 수리방법에서 발생하는 정상패턴 및 투명기판의 손상을 방지하고, 수리된 부위의 프로파일을 정상으로 유지하며, 또한 바이너리 마스크뿐만 아니라 위상반전마스크에 대한 패턴불량도 수리할 수 있는 전자빔을 사용하는 반도체장치의 마스크의 불량패턴 수리방법에 관한 것이다. 본 발명의 반도체장치의 마스크 수리방법은 광투과영역과 차광영역을 정의하는 차광패턴과 상기 광투과영역에 잘못 형성된 불량차광패턴이 형성된 투명기판상에 감광막을 형성하는 단계와, 전자빔으로 상기 불량차광패턴상에 형성된 상기 감광막만을 노광시켜 변성막을 형성하는 단계와, 상기 변성막을 제거하여 상기 불량차광패턴만을 노출시키는 단계와, 노출된 상기 불량차광패턴을 제거하는 단계와, 잔류한 상기 감광막을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

반도체장치의 마스크 수리방법{Method of repairing a mask in a semiconductor device}

본 발명은 반도체장치의 마스크 수리방법에 관한 것으로서, 특히, 크롬 등으로 투명기판상에 형성된 차광층의 패턴중 불량패턴과 이물질 등을 전자빔(E-beam)을 사용하는 포토리쏘그래피(photolithography)로 제거하여 추가장비없이 기존의 사진식각장치로 투명기판상의 불량부위를 제거하며, 레이저 또는 이온빔등을 사용하는 타수리방법에서 발생하는 정상패턴 및 투명기판의 손상을 방지하고, 수리된 부위의 프로파일을 정상으로 유지하며, 또한 바이너리 마스크뿐만 아니라 위상반전마스크에 대한 패턴불량도 수리할 수 있는 전자빔을 사용하는 반도체장치의 마스크의 불량패턴 수리방법에 관한 것이다.

반도체장치가 고집적화 및 고밀도화에 따라 단위 소자의 크기가 감소되고, 이에 따라, 도선 등의 선폭이 작아지고 있다. 그러므로, 미세 패턴을 형성하기 위해서는 접촉묘화(contact printing) 방법, 프록시미티묘화(proximity printing) 방법 및 프로젝션묘화(projection printing) 방법 등의 노광 방법을 이용하는 포토리쏘그래피(photolithography) 공정으로는 한계가 있다. 따라서, 미세 패턴을 형성하기 위해 노광시 전자 빔 또는 이온 빔 등을 이용하거나, 또는, 위상반전마스크(Phase Shifting Mask)를 이용할 수 있다.

그러나, 패턴의 초미세화에 따라 형성되는 차광층 패턴 형성 불량이 발생한다.

상기 위상반전마스크는 위상반전영역과 투광영역을 포함하는 데, 위상반전영역을 통과하는 광의 위상을 180°로 반전시켜 투광영역을 통과하는 광과 상쇄 간섭을 일으켜 해상력과 초점심도를 향상시켜 양호한 패턴을 얻을 수 있다. 위상반전마스크는 종류에 따라 교번형(Alternated type), 림형(Rim type), 감쇄형(Attenuated type) 및 아웃리거형(Outrigger type) 등이 있다.

종래 기술에서 위상반전층으로 사용되는 MoSiN층의 식각은 SF₆, CF₄, CHF₃등과 같은 식각가스, RF power와 진공챔버를 이용하여 플라즈마를 발생시켜 사용하는 건식식각으로 수행된다. 이때, 위상반전층의 식각마스크로는 감광막 패턴이나 차광막으로사용되는 Cr막 패턴 등이 이용된다. 이중, 주로 사용되는 것은 감광막패턴이 박리된 크롬막 패턴이다. 왜냐하면, 하부에 크롬막 패턴이 개재된 감광막 패턴을 MoSiN층 식각의 식각마스크로 이용할 경우, 크롬막 패터닝시 발생한 이물질이 MoSiN층 건식식각에서 치명적 결함으로 작용하기 때문이다.

따라서, 이와 같이 제조된 위상반전마스크 또는 바이너리 마스크의 패턴불량 내지는 이물질에 대한 개선방법이 필요하고, 이를 위하여 종래 기술에서는 레이저 빔을 이용하여 불량 차광층패턴을 직접 제거하거나, 위상반전마스크에 있어서 이온빔을 사용하여 불량부위의 크롬 등의 차광층 패턴과 그 하부의 기판부위를 제거한다.

도 1a와 도 1b는 각각 종래 기술에 따른 레이저를 이용한 반도체장치의 마스크 수리방법을 도시한 단면도와 평면도이다.

도 1a와 도 1b를 참조하면, 석영 등으로 이루어진 투명기판(10) 상에 포토레지스트를 노광시키기 위한 차광영역을 정의하는 차광층패턴(110)이 크롬 등으로 형성되어 있다.

그러나, 투명기판(10) 상에는 차광층패턴(110) 뿐만 아니라 차광층패턴(110) 정의시 일부 잔류하여 잘못 형성된 불량부위(111)도 함께 존재한다.

따라서, 크롬 등으로 이루어진 불량부위(111)를 레이저 빔으로 직접 조사하여 제거한다. 이때, 제거방법은 정방형 레이저 빔(square laser beam)을 불량부위(111)의 모양을 따라가며 조사하여 크롬에 물리적인 에너지를 가하여 크롬을 깎아내어 그 하부에 위치한 투명기판(10)의 표면을 노출시키는 방식으로 진행한다.

그러나, 이와 같이 레이저 빔을 사용하여 불량패턴을 제거하는 방법은 레이저 빔의 높은 에너지를 이용하여 크롬을 깎아내므로 레이저 빔에 직접 노출되어 제거되는 부위와의 경계면에 잔류하여야 하는 크롬층이 손상을 입게 되어 정상패턴(110)의 프로파일이 불량해질 수 있고, 또한, 크롬 파편이 투명기판(10) 표면으로 튀어나가게 되어 별도의 세정작업을 요한다.

도 2a와 도 2b는 각각 종래 기술에 따른 이온 빔을 이용한 반도체장치의 마스크 수리방법을 도시한 단면도와 평면도이다.

도 2a와 도 2b를 참조하면, 석영 등으로 이루어진 투명기판(20) 상에 포토레지스트를 노광시키기 위한 차광영역을 정의하는 차광층패턴(210)이 크롬 등으로 형성되어 있다.

그러나, 투명기판(20) 상에는 차광층패턴(210) 뿐만 아니라 차광층패턴(210) 정의시 일부 잔류하여 잘못 형성된 불량부위(211)도 함께 존재한다.

따라서, 크롬 등으로 이루어진 불량부위(211)를 이온 빔으로 직접 조사하여 제거한다. 이때, 제거방법은 입자가 큰 이온을 사용하는 이온 빔을 불량부위(211)의 모양을 따라가며 조사하여 크롬에 물리적인 에너지를 가하여 크롬을 깎아내어 그 하부에 위치한 투명기판(20)의 표면을 노출시키는 방식으로 진행한다. 즉, 모니터상에서 불량부위(211)가 형성되지 않은 나머지 부위를 가리고 노출된 부위를 입자가 큰 이온 빔을 주사하여 크롬층을 제거한다.

그러나, 이와 같이 입자가 큰 이온 빔을 사용하여 불량패턴을 제거하는 방법은 크롬층 제거시 석영 등으로 이루어진 바이너리 마스크의 기판도 식각하게 되어 웨이퍼상에 형성된 포토레지스트 노광시 위상차(phase shift)를 일으키게 되어 정확하게 포토레지스트패턴을 정의하기 곤란하다.

또한, 이온 빔을 사용하므로 제거되는 부위의 주변 상부 표면도 제거되어 손상을 유발하며, 위상, 투과도(transmittance) 등의 불량을 유발한다.

따라서, 종래 기술에 따른 마스크 불량 수리방법은 제거된 불량 부위의 경계면에 잔류한 타 정상패턴의 프로파일이 불균일해지고, 특히 위상반전마스크(alternative phase shift mask)에 대한 수리가 불가능한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 크롬 등으로 투명기판상에 형성된 차광층의 패턴중 불량패턴과 이물질 등을 전자빔(E-beam)을 사용하는 포토리쏘그래피(photolithography)로 제거하여 추가장비없이 기존의 사진식각장치로 투명기판상의 불량부위를 제거하며, 레이저 또는 이온빔등을 사용하는 타 수리방법에서 발생하는 정상패턴 및 투명기판의 손상을 방지하고, 수리된 부위의 프로파일을 정상으로 유지하며, 또한 바이너리 마스크뿐만 아니라 위상반전마스크에 대한 패턴불량도 수리할 수 있는 전자빔을 사용하는 반도체장치의 마스크의 불량패턴 수리방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체장치의 마스크 수리방법은 광투과영역과 차광영역을 정의하기 위한 차광패턴을 형성함과 동시에 형성되는 불량차광패턴을 갖는 투명기판을 준비하는 단계와, 상기 투명기판상에 감광막을 형성하는 단계와, 상기 불량차광패턴상에 위치한 감광막에 전자빔을 이용하여 노광시킨 후, 현상공정을 통해 제거하여 상기 불량차광패턴이 노출된 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 불량차광패턴을 제거하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체장치의 마스크 수리방법은 차광영역을 정의하기 위한 차광패턴을 갖는 투명기판을 준비하는 단계와, 상기 투명기판을 소정깊이로 식각하여 상기 차광패턴과 동일한 패턴을 갖는 기판패턴을 형성함과 동시에 형성되는 불량부위를 포함한 전면에 감광막을 도포하는 단계와, 상기 불량부위상에 형성된 감광막에 전자빔을 이용하여 노광시킨 후, 현상공정을 통해 제거하여 상기 불량부위가 노출되도록 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 노출된 불량부위를 소정 깊이로 제거하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1a와 도 1b는 각각 종래 기술에 따른 레이저를 이용한 반도체장치의 마스크 수리방법을 도시한 단면도와 평면도

도 2a와 도 2b는 각각 종래 기술에 따른 이온 빔을 이용한 반도체장치의 마스크 수리방법을 도시한 단면도와 평면도

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체장치의 바이너리 마스크 수리방법을 도시한 공정단면도

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체장치의 위상반전 마스크(alternative phase shift mask) 수리방법을 도시한 공정단면도

본 발명은 노광용 마스크 제조시 발생하는 패턴형성의 불량을 전자 빔(electron beam)을 이용하는 포토리쏘그래피로 수리함으로써 마스크패턴의 상부 표면에 손상이 없도록 하고, 기존의 미세 튜닝(fine tuning)만으로 마스크패턴 불량을 수리할 수 있다.

즉, 본 발명은 마스크 제조시 발생하는 패턴형성의 불량을 전자 빔을 이용하여 재정의하는 방법으로 이물 또는 다른 원인으로 패턴이 정확하게 디파인되지 않을 경우, 이러한 불량 마스크상에 포토레지스트를 도포한 다음 전자 빔으로 제거되어야 할 불량 패턴 상부에 형성된 포토레지스트만을 노광시켜 변성막을 형성한 다음, 이변성막을 기존 공정인 현상 및 식각단계로 제거하여 마스크 불량패턴을 제거한다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체장치의 바이너리 마스크(binary mask) 수리방법을 도시한 공정단면도이다.

도 3a를 참조하면, 석영 등으로 이루어진 투명기판(30) 상에 포토레지스트를 노광시키기 위한 차광영역을 정의하는 차광층패턴(310)이 크롬 등으로 형성된 노광용 바이너리 마스크(binary mask)가 준비되어 있다.

그러나, 투명기판(30) 상에는 차광층패턴(310) 뿐만 아니라 차광층패턴(310) 정의시 일부 잔류하여 잘못 형성된 불량부위(311)도 함께 존재한다. 이와 같은 불량부위(311)는 이물 등의 원인에 의하여 발생하며, 이후 웨이퍼 노광시 노광부위 불량을 일으킨다.

도 3b를 참조하면, 잔류한 크롬 등으로 이루어진 불량부위(311)를 포함하는 투명기판(30)상에 포토레지시스트막(320)을 도포하여 형성한다. 이때, 포토레지스트막(320)은 불량부위(311)만을 노출시키는 식각마스크를 만들기 위하여 형성한다.

도 3c를 참조하면, 포토레지스트막(320)에 전자빔을 사용하는 전자빔 노광(EB1)으로 불량부위(311) 상부에 위치한 포토레지스트막(320)을 노광시켜 변성막(321)을 형성한다.

도 3d를 참조하면, 상기 변성막(321)을 현상공정시 제거하여 불량부위(311) 표면만을 노출시키는 포토레지스트패턴(320)을 형성한다.

도 3e를 참조하면, 상기 포토레지스트패턴(320)을 마스크로 이용하여 크롬 등으로 이루어진 노출된 불량부위(311)를 식각하여 제거하므로서 정상패턴으로 이루어진 차광층패턴(310)만을 투명기판(30)상에 잔류시킨다. 따라서, 불량부위에 의하여 블록킹되었던 투명기판(30) 부위도 노출되어, 후속공정에서 웨이퍼 노광시 빛을 투과시킬 수 있게 된다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체장치의 위상반전 마스크(alternative phase shift mask) 수리방법을 도시한 공정단면도이다.

도 4a를 참조하면, 석영 등으로 이루어진 투명기판(400) 상에 포토레지스트를 노광시키기 위한 차광영역을 정의하는 크롬 등으로 이루어진 차광층패턴(41) 및 차광층패턴(41)이 형성되지 않은 투명기판(400)의 일부도 제거되어 차광층패턴(41)과 동일한 패턴을 갖는 기판패턴이 형성된 노광용 위상반전 마스크가 준비되어 있다. 이때, 상기 기판패턴은 MoSiN 등으로 위상반전막을 이용하여 형성할 수 있다.

그러나, 투명기판(400)에는 차광층패턴(41)과 동일한 패턴을 갖는 기판패턴의 일부가 잘못 정의되어 형성된 불량부위(401)도 함께 존재한다. 이와 같은 불량부위(401)는 이물 등의 원인에 의하여 발생하며, 이후 웨이퍼 노광시 빛의 위상차이를 유발하지 못하여 노광 불량을 유발한다.

도 4b를 참조하면, 불량부위(401) 및 차광층패턴(41)을 포함하는 투명기판(400)상에 포토레지시스트막(420)을 도포하여 형성한다. 이때, 포토레지스트막(420)은 투명기판(400)의 불량부위(401)만을 노출시키는 식각마스크를 만들기 위하여 형성한다.

도 4c를 참조하면, 포토레지스트막(420)에 전자빔을 사용하는 전자빔 노광(EB2)으로 불량부위(401) 상부에 위치한 포토레지스트막(420)을 노광시켜 변성막(421)을 형성한다.

도 4d를 참조하면, 상기 노광된 변성막(421)을 현상공정시 제거하여 투명기판(400)의 불량부위(401) 표면만을 노출시키는 포토레지스트패턴(420)을 형성한다.

도 4e를 참조하면, 상기 포토레지스트패턴(420)을 마스크로 하여 석영 등으로 이루어진 투명기판(400)의 노출되도록 불량부위(401)를 식각하여 제거하므로서 투명기판(400) 상에 형성된 차광층패턴(41)과 동일한 패턴을 가지며 소정 깊이로 식각된 기판패턴을 투명기판(400)상에 형성한다. 따라서, 불량부위에 의하여 빛의 위상차 효과를 방해하는 투명기판부위도 소정 깊이로 제거되어, 후속공정에서 노광용 빛의 위상반전 효과를 갖게하여 웨이퍼 노광시 초미세패턴 형성을 가능하게 한다.

따라서, 본 발명은 추가장비없이 기존의 사진식각장치로 노광용 마스크의 투명기판상의 불량부위를 제거하며, 레이저 또는 이온빔등을 사용하는 타 수리방법에서 발생하는 정상패턴 및 투명기판의 손상을 방지하고, 수리된 부위의 프로파일을 정상으로 유지하며, 또한 바이너리 마스크뿐만 아니라 위상반전마스크에 대한 패턴불량도 수리할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 광투과영역과 차광영역을 정의하기 위한 차광패턴을 형성함과 동시에 형성되는 불량차광패턴을 갖는 투명기판을 준비하는 단계와,

   상기 투명기판상에 감광막을 형성하는 단계와,

   상기 불량차광패턴상에 위치한 감광막에 전자빔을 이용하여 노광시킨 후, 현상공정을 통해 제거하여 상기 불량차광패턴이 노출된 감광막 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 불량차광패턴을 제거하는 단계와,

   상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 마스크 수리방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 투명기판은 석영으로 형성하고, 상기 차광패턴은 Cr 등을 사용하여 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 마스크 수리방법.
3. 차광영역을 정의하기 위한 차광패턴을 갖는 투명기판을 준비하는 단계와,

   상기 투명기판을 소정깊이로 식각하여 상기 차광패턴과 동일한 패턴을 갖는 기판패턴을 형성함과 동시에 형성되는 불량부위를 포함한 전면에 감광막을 도포하는 단계와,

   상기 불량부위상에 형성된 감광막에 전자빔을 이용하여 노광시킨 후, 현상공정을 통해 제거하여 상기 불량부위가 노출되도록 감광막 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 노출된 불량부위를 소정 깊이로 제거하는 단계와,

   상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 마스크 수리방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 기판패턴은 MoSiN 등으로 위상반전막을 이용하여 형성된 것이 특징인 반도체장치의 마스크 수리방법.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 투명기판은 석영으로 형성하고, 상기 차광패턴은 Cr 등을 사용하여 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 마스크 수리방법.