KR100725351B1

KR100725351B1 - 포토마스크 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100725351B1
Application number: KR1020050131224A
Authority: KR
Inventors: 이준석
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-06-07

Abstract

본 발명의 포토마스크(photomask)는, 복수개의 패턴들이 상호 인접되게 배치되는 패턴 형성을 위한 포토마스크이다. 이 포토마스크는, 투명기판과, 투명기판 위에서 복수개의 패턴들에 대응하여 배치되되, 패턴들 사이의 공간이 상대적으로 넓은 부분에서는 패턴의 피치보다 큰 피치로 형성되는 위상반전막 패턴과, 그리고 위상반전막 패턴 위에서 복수개의 패턴들에 대응하여 동일한 피치로 배치되는 광차단막 패턴을 구비한다.

포토마스크, 모세관 현상, 패턴 이탈, 더미 패턴, 위상반전막

Description

포토마스크 및 그 제조 방법{Photomask and method of fabricating the same}

도 1은 패턴 현상 과정에 의해 나타나는 모세관 현상 문제로 포토레지스트막 패턴이 이탈된 것을 나타낸 셈(SEM) 사진이다.

도 2a 내지 도 2c는 모세관 현상 문제를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.

도 3 내지 도 12는 본 발명에 따른 포토마스크 및 그 제조 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.

도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 포토마스크의 노광 특성을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.

본 발명은 포토마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 선폭 해상이 용이하도록 모세관 현상의 발생을 억제하는 포토마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 마스크 설계를 정교하게 함으로써, 포토리소그라피 기술에 의해 마스크 로 투광되어 나오는 빛의 양을 적절히 조절할 수 있게 되었다. 또한 제조장치가 갖고 있는 기술적인 한계를 극복할 수 있도록 새로운 포토레지스트막 개발, 고구경(high numerical aperture) 렌즈를 장착한 스캐너의 개발, 변형 마스크 기술의 개발이 이루어지고 있다. 특히 광학근접보상(OPC; Optical Proximity Correction) 기술은 일반적인 광학 노광 제조장치가 갖고 있는 기술적인 한계를 극복하는데 많은 도움을 주고 있다. 광학근접보상에 의해 광학 왜곡 현상을 효과적으로 극복할 수 있으며, 그 결과 초미세 패턴의 가공 능력이 증대되었다.

마스크를 통해 노광되는 광학 이미지는 포토레지스트막 내부에 도달되어 잠재적인 패턴 이미지를 형성한다. 그리고 현상 과정을 통해 이 잠재적인 패턴 이미지는 실제 이미지로 구현된다. 그러나 디자인 선폭의 미세화에 다른 미세 선폭 해상이 쉽지 않아 물리 화학적인 스트레스가 발생할 수 있는데, 특히 현상 과정에서 발생하는 예가 모세관 현상이다. 이는 해상될 패턴의 폭과 높이의 비인 어스펙트비(aspect ratio)가 커질수록, 선폭 피치가 미세할수록 그 정도가 심하게 나타나며, 현상액으로 현상하고 린스하는 과정에서 패턴 이탈(pattern collapse)이 나타나게 된다. 최근 이를 개선하기 위해 베이크(bake) 조건을 조절하거나 다층 레지스트막을 사용하는 방법을 사용하고 있지만, 그 공정이 복잡하고 그 효과도 미미하다.

도 1은 패턴 현상 과정에 의해 나타나는 모세관 현상 문제로 포토레지스트막패턴이 이탈된 것을 나타낸 셈(SEM) 사진이다. 그리고 도 2a 내지 도 2c는 모세관 현상 문제를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.

먼저 도 1에 나타낸 바와 같이, 하부막(100) 위에 정상적인 패턴(110) 외에 모세관 현상에 의해 패턴 이탈된 패턴(120)이 발생하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 모세관 현상은 현상 과정 및 린스 과정에서 발생되는데, 구체적으로 도 2a에 나타낸 바와 같이, 현상액을 이용한 현상을 수행한 후에, 현상기 노즐(210)로부터 탈이온수(DI Water)(220)가 회전하는 웨이퍼(230)로 분사된다. 이때 도 2b에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트막 패턴(240) 사이의 공간에는 탈이온수(230)가 채워지게 된다. 포토레지스트막 패턴(240) 사이의 공간이 좁으면, 상대적으로 넓은 공간에 비해 탈이온수의 매니스커스(meniscus)가 상대적으로 높아지고, 그 결과 좁은 공간과 넓은 공간에서의 힘의 균형이 깨지면서 좁은 공간쪽으로 힘(γ)이 일정 각도(θ)에 대해 발생하게 된다. 이 힘(γ)이 모세관 현상에 의해 발생하는 커필러리 힘(capillary force)으로서, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 건조 과정에서 탈이온수(230)가 제거됨에 따라 포토레지스트막 패턴(240)이 힘의 방향으로 쓰러지는 패턴이탈 현상이 발생하게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 미세 선폭 해상이 용이하도록 하여 모세관 현상의 발생이 억제되도록 하는 포토마스크를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기와 같은 포토마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포토마스크는, 복수개의 패턴들이 상호 인접되게 배치되는 패턴 형성을 위한 포토마스크에 있어서, 투명 기판; 상기 투명기판 위에서 상기 복수개의 패턴들에 대응하여 배치되되, 상기 패턴들 사이의 공간이 상대적으로 넓은 부분에서는 상기 패턴의 피치보다 큰 피치로 형성되는 위상반전막 패턴; 및 상기 위상반전막 패턴 위에서 상기 복수개의 패턴들에 대응하여 동일한 피치로 배치되는 광차단막 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 위상반전막 패턴은 4 내지 12%의 광투과율을 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 패턴들 사이의 공간이 상대적으로 넓은 부분은 디자인룰 내지 디자인룰의 2배보다 넓은 피치를 갖는 부분인 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포토마스크 제조 방법은, 복수개의 패턴들이 상호 인접되게 배치되는 패턴 형성을 위한 포토마스크 제조방법에 있어서, 상기 패턴들이 상대적으로 넓게 이격되는 제1 영역과, 상기 패턴들이 상대적으로 좁게 이격되는 제2 영역을 구분하는 단계; 및 상기 패턴들에 대응하는 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴이 투명기판 위에 순차적으로 배치되는 구조를 형성하되, 상기 제1 영역에서는 상기 위상반전막 패턴이 상기 제1 영역의 패턴 피치보다 큰 피치를 갖도록 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 영역은 디자인룰 내지 디자인룰의 2배보다 넓은 피치를 갖는 부분에 해당하는 영역인 것이 바람직하다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.

먼저 도 3에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 디자인룰을 갖는 제1 패턴(310) 및 제2 패턴(320)을 형성하고자 하는 경우를 예로 들기로 한다. 제1 패턴(310)은 최소 디자인룰을 갖는 패턴이고, 제2 패턴(320)은 최소 디자인룰보다 큰 패턴이다. 본 실시예에서는 디자인룰이 0.16㎛인 경우를 예를 들지만, 이에 한정되는 것이 아니라는 것은 당연하다. 다음에 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 패턴(310) 및 제2 패턴(320)에 대해 양 측면에 최소 디자인룰인 0.16㎛만큼 초과 사이징(sizing)한다. 다음에 도 5에 나타낸 바와 같이, 최소 선폭의 디자인룰을 갖는 제1 패턴(310)을 제외한 제2 패턴(320) 등에 대한 초과 사이징 부분을 제거한다. 다음에 도 6에 나타낸 바와 같이, 패턴들 사이의 간격이 최소 간격 내지 최소 간격의 2배에 해당되는 부분에서의 추가 사이징 부분을 제거한다. 그러면 결론적으로 디자인룰 1배보다 넓은 피치 또는 디자인룰의 2배보다 넓은 피치를 갖는 부분에서만 초과 사이징 부분이 남게 된다.

이와 같이 포토마스크 레이아웃을 작성한 후에는, 포토마스크 제조 공정을 수행한다. 본 실시예에서는 도 6의 선 A-A'를 따라 절단한 구조를 형성하는 것을 예로 들기로 한다.

구체적으로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 쿼츠(quartz)와 같은 투명기판(700) 위에 위상반전막(710) 및 광차단막(720)을 순차적으로 형성한다. 위상반전막(710) 은 대략 4 내지 12%의 광투과율을 갖는 물질로 형성한다. 광차단막(720)은 크롬(Cr)막으로 형성한다. 다음에 도 8에 나타낸 바와 같이, 광차단막(720) 위에 제1 레지스트막 패턴(730)을 형성한다. 제1 레지스트막 패턴(730)은 통상의 전자빔(e-beam) 리소그라피를 이용하여 형성할 수 있으며, 광차단막(720)의 일부표면을 노출시키는 개구부를 갖는다.

다음에 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 레지스트막 패턴(730)을 이용한 식각으로 광차단막(도 8의 720)의 노출부분을 제거하여, 위상반전막(710)의 일부 표면을 노출시키는 광차단막 패턴(722)을 형성한다. 이 광차단막 패턴(722)의 폭은 제1 패턴(도 6의 310)의 폭과 동일하다. 다음에 도 10에 나타낸 바와 같이, 제1 레지스트막 패턴(도 9의 730)을 제거하고, 다시 제2 레지스트막 패턴(740)을 형성한다. 이 제2 레지스트막 패턴(740)은 광차단막 패턴(722)을 모두 덮으면서 위상반전막(710)의 일부표면을 노출시키는 개구부를 갖는다.

다음에 도 11에 나타낸 바와 같이, 제2 레지스트막 패턴(740)을 이용한 식각으로 위상반전막(도 10의 710)의 노출부분을 제거하여, 투명기판(700)의 일부표면을 노출시키는 위상반전막 패턴(712)을 형성한다. 이 위상반전막 패턴(712)의 폭은 제1 패턴(도 6의 310)보다 큰 폭, 즉 초과 사이징 부분을 모두 포함하는 폭이다. 다음에 도 12에 나타낸 바와 같이, 제2 레지스트막 패턴(도 11의 740)을 제거한다. 그러면 광차단막 패턴(722)의 폭은 제1 패턴(310)의 폭과 동일하지만, 위상반전막패턴(712)의 폭은 초과 사이징 부분을 포함하는 포토마스크가 만들어진다.

도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 포토마스크의 노광 특성을 설명하기 위 하여 나타내 보인 도면들이다.

먼저 도 13을 참조하면, 위상반전막 패턴(712)을 대략 4%의 광투과율을 갖는 물질로 형성한 경우, 단색광(810)을 이용한 노광을 수행하게 되면, 투명기판(700)을 직접 통과한 빛과 위상반전막 패턴(712)을 통과한 빛 사이에 위상차가 발생하고, 이에 따라 진폭은 이상적인 진폭(911)에 근접한 실제 진폭(912)을 얻을 수 있으며, 특히 빛의 세기의 경우 제1 각도(θ1)의 경사를 갖는다.

다음에 도 14를 참조하면, 위상반전막 패턴(712)을 대략 8%의 광투과율을 갖는 물질로 형성한 경우, 역시 단색광(810)을 이용한 노광을 수행하게 되면, 위상반전 효과로 인하여 이상적인 진폭(911)에 근접한 실제 진폭(912)을 얻을 수 있으며, 빛의 세기는 도 13에 나타낸 경우보다 세기가 더 크고 경사가 더 급한 제2 각도(θ2)의 경사를 갖는다.

다음에 도 15를 참조하면, 위상반전막 패턴(712)을 대략 12%의 광투과율을 갖는 물질로 형성한 경우, 역시 단색광(810)을 이용한 노광을 수행하게 되면, 마찬가지로 위상반전 효과로 인하여 이상적인 진폭(911)에 근접한 실제 진폭(912)을 얻을 수 있으며, 빛의 세기는 도 13 및 도 14에 나타낸 경우보다 가장 세기가 크고 경사도 가장 급한 제3 각도(θ3)의 경사를 갖는다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토마스크 및 그 제조 방법에 따르면, 고립된 부분에 대한 디자인에 대해 선택적으로 피치를 늘려주고, 특히 위상반전막 패턴으로 늘려주기 때문에 노광 과정에서 광의 세기를 급한 경사를 갖도 록 분포시킬 수 있으며, 현상 과정에서의 모세관 현상에 의한 패턴 이탈 현상을 억제할 수 있다는 이점이 제공된다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims

복수개의 패턴들이 상호 인접되게 배치되는 패턴 형성을 위한 포토마스크에 있어서,

투명기판;

상기 투명기판 위에서 상기 복수개의 패턴들에 대응하여 배치되되, 상기 패턴들 사이의 공간이 상대적으로 넓은 부분에서는 상기 패턴의 피치보다 큰 피치로 형성되는 위상반전막 패턴; 및

상기 위상반전막 패턴 위에서 상기 복수개의 패턴들에 대응하여 동일한 피치로 배치되는 광차단막 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제 1항에 있어서,

상기 위상반전막 패턴은 4 내지 12%의 광투과율을 갖는 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제 1항에 있어서,

상기 패턴들 사이의 공간이 상대적으로 넓은 부분은 디자인룰의 1배보다 넓은 피치를 갖는 부분인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
복수개의 패턴들이 상호 인접되게 배치되는 패턴 형성을 위한 포토마스크 제 조 방법에 있어서,

상기 패턴들이 상대적으로 넓게 이격되는 제1 영역과, 상기 패턴들이 상대적으로 좁게 이격되는 제2 영역을 구분하는 단계; 및

상기 패턴들에 대응하는 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴이 투명기판 위에 순차적으로 배치되는 구조를 형성하되, 상기 제1 영역에서는 상기 위상반전막 패턴이 상기 제1 영역의 패턴 피치보다 큰 피치를 갖도록 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조 방법.
제 4항에 있어서,

상기 제1 영역은 디자인룰의 1배보다 넓은 피치를 갖는 부분에 해당하는 영역인 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조 방법.