KR100854464B1 - 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법은, 기판상에 위상반전막 및 광차단막을 형성하는 단계와, 광차단막을 패터닝하는 단계와, 패터닝된 광차단막의 크기(CD)를 측정하는 단계와, 보정이 필요한 영역의 기판에 투과율 조절 패턴을 형성하는 단계와, 광차단막 패턴을 포함하는 기판상에, 보정이 필요한 영역의 광차단막 패턴보다 큰 크기의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 위상반전막 패턴을 패터닝하는 단계, 및 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

포토마스크, 위상반전 마스크, 투과율 조절 패턴, 레이저, 도트 패턴

Description

패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법{Method for fabricating phase shift mask having size-corrected pattern}

본 발명은 포토 마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 위상반전 마스크의 패턴 크기(CD) 보정방법에 관한 것이다.

반도체 소자가 고집적화됨에 따라 웨이퍼 상에 형성하는 패턴의 크기 또한 점차 작아지게 되어, 동일한 노광장치를 이용하면서도 더 좋은 해상력을 얻기 위한 방법들이 연구되고 있다. 그 중 하나로, 기판상에 위상반전 패턴을 형성하여 기판을 투과하는 빛과 위상반전 패턴을 투과하는 빛의 위상을 다르게 하여 두 빛 사이의 간섭을 이용하여 해상력을 크게 향상시킨 위상반전 마스크(phase shift mask)가 있다.

위상반전 마스크는 종래의 다른 미세패턴 형성방법과는 달리, 새로운 장비의 추가 없이 마스크의 변경만으로 빛의 회절을 이용하여 마스크의 분해능이 30% 정도 향상될 수 있기 때문에 차세대 반도체 장치 제조의 유력한 양산기술로 고려되고 있다. 이러한 원리를 이용한 위상반전 마스크의 예로서, 광 차단부의 투과율을 0에서 0이 아닌 값으로 높이고, 그 외 부분을 위상반전시켜 서로 상쇄되는 효과를 이용한 감쇄형 위상반전 마스크(Attenuated PSM)가 있다.

도 1 내지 도 3은 종래의 감쇄형 위상반전 마스크의 제조과정을 나타낸 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 마스크 기판(100) 위에 일정 두께의 위상반전막을 형성하고, 그 위에 광차단막(104)을 형성한다. 상기 위상반전막은 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)로 형성될 수 있다. 상기 광차단막은 크롬(Cr)으로 형성될 수 있다. 상기 광차단막(104) 위에 레지스트를 도포한 후 전자빔을 이용하여 원하는 형태로 레지스트 패턴(106)을 형성한다. 도면에서 좌측(A)은 웨이퍼의 셀 영역에 대응되는 영역이고, 우측(B)은 웨이퍼의 주변 영역에 대응되는 영역이다.

도 2를 참조하면, 레지스트 패턴(도 1의 106)을 마스크로 하여 광차단막(104)과 위상반전막(102)을 패터닝한 다음, 상기 레지스트 패턴을 제거한다. 이때, 셀 영역의 패턴은 원하는 크기(a)로 형성되었지만, 주변 영역의 패턴은 원하는 크기(b)보다 작게 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 광차단막을 제거한 다음, 세정을 실시하여 위상반전 마스크의 제조를 완료한다. 도시된 바와 같이, 셀 영역의 위상반전막(102) 패턴은 원하는 크기(a)로 형성되었지만, 주변 영역의 위상반전막(102) 패턴은 원하는 크기(b)보다 작게 형성될 수 있다.

이와 같이, 위상반전 마스크를 제조하는 과정에서 셀 영역과 주변 영역의 패턴 사이에 패턴 크기의 균형이 맞지 않을 경우, 즉 메인 셀 영역의 패턴은 원하는 패턴 크기로 형성되었지만 주변 영역의 패턴은 원하는 크기대로 형성되지 않는 경 우가 발생할 수 있다.

반도체 소자의 제조시 원판 역할을 하는 포토 마스크의 경우, 동일한 공정을 통해서 다양한 크기의 패턴이 형성된다. 이때, 일련의 포토 마스크 제조과정에서 패턴의 크기에 따라서 최종적으로 형성되는 패턴의 크기에 차이가 나타나는 패턴 크기 불균형이 발생한다. 따라서, 포토 마스크를 제조하기 위한 설계단계에서 이러한 패턴 크기의 불균형을 감안하여 설계를 하게 된다. 그러나, 디자인 룰이 변경되거나 공정조건이 변경되는 경우 이전과는 다른 CD 불균형 양상을 나타내게 되므로, 결과적으로 예의 경우처럼 셀 영역의 패턴은 원하는 크기로 형성되지만 주변 영역의 패턴의 경우 원하는 값보다 작은 크기로 구현되는 경우가 있다.

CD 수정장치를 이용하여 패턴의 크기를 보정하는 작업을 수행하지만 해당 작업에 너무 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 정확한 보정량을 맞추지 못하는 경우도 있다. 이 경우 원하는 패턴의 크기를 만족하지 못하므로 그 포토 마스크는 폐기 처분하고 새로운 레이아웃을 이용하여 포토 마스크를 새로 제작하여야 하므로, 시간적 경제적 손실이 커지게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 크기가 다른 패턴들 중 특정 패턴에 대해서 CD를 보정할 수 있는 위상반전 마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 위상반전 마스크의 제조방법은, 기판상에 위상반전막 및 광차단막을 형성하는 단계와, 상기 광차단막을 패터닝하는 단계와, 패터닝된 상기 광차단막의 크기(CD)를 측정하는 단계와, 보정이 필요한 영역의 상기 기판에 투과율 조절 패턴을 형성하는 단계와, 광차단막 패턴을 포함하는 상기 기판상에, 보정이 필요한 영역의 상기 광차단막 패턴보다 큰 크기의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 위상반전막 패턴을 패터닝하는 단계, 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 투과율 조절 패턴은, 상기 기판의 일정 깊이 내에 형성한다.

상기 투과율 조절 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 기판의 이면으로부터 상기 기판의 일정 깊이에 레이저를 조사하여 상기 투과율 조절 패턴을 형성할 수 있다.

상기 투과율 조절 패턴은, 1 ∼ 5㎛의 피치(pitch)를 가지고 연속적으로 형성된 도트(dot) 패턴일 수 있다.

상기 투과율 조절 패턴이 형성된 영역의 투과율은, 상기 위상반전막만 형성 된 영역의 투과율보다 10％ 낮게 형성할 수 있다.

상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는, 상기 광차단막 패턴이 형성된 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 기판의 이면으로부터 빛을 조사하여 상기 포토레지스트를 노광하는 단계, 및 상기 포토레지스트를 현상하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 포토레지스트는 네거티브 포토레지스트일 수 있다.

상기 포토레지스트 패턴은, 보정이 필요한 영역의 상기 광차단막 패턴의 크기보다 10 ∼ 100㎚ 크게 형성할 수 있다.

그리고, 상기 보정이 필요한 영역은 웨이퍼의 주변 영역에 대응하는 영역일 수 있다.

본 발명에 의한 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법에 따르면, 보정이 필요한 패턴이 형성된 영역의 기판에 투과율 조절 패턴을 형성함으로써 상기 투과율 조절 패턴을 투과하는 빛의 투과율을 조절하여 패턴 크기의 보정을 용이하고 신속하게 수행할 수 있다. 또한, 노광 후 다양한 크기의 패턴이 형성된 경우 각각의 패턴 크기에 대해 미세 보정이 가능하므로 정확한 크기의 패턴을 구현할 수 있으며, 결과적으로 반도체소자의 특성 향상에 기여할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으 며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 4를 참조하면, 예컨대 석영(Qz)과 같은 투명한 기판(200) 위에, 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)와 같은 위상반전물질을 증착하여 위상반전막(202)을 형성하고, 그 위에 크롬(Cr)과 같은 광 차단물질을 증착하여 광차단막(204)을 형성한다. 이 광차단막(204) 위에 레지스트를 도포한 후 전자빔을 이용하여 원하는 형태로 노광한 후 현상하여 레지스트 패턴(206)을 형성한다. 도면에서 좌측(C)은 웨이퍼의 셀 영역에 대응되는 영역이고, 우측(D)은 웨이퍼의 주변 영역에 대응되는 영역이다.

도 5를 참조하면, 상기 레지스트 패턴(도 3의 206)을 마스크로 하여 광차단막(204)을 건식식각하여 패터닝한다. 상기 레지스트 패턴을 제거하고 세정을 수행한다. 이때, 셀 영역의 광차단막(204) 패턴은 원하는 크기(c)로 형성되었지만, 주변 영역의 광차단막(204) 패턴은 원하는 크기(d)보다 작게 형성될 수 있다. 따라서, 주변 영역의 광차단막(204) 패턴은 보정이 필요하므로, 이하의 공정을 실시한다.

도 6을 참조하면, 보정이 필요한 영역, 예컨대 웨이퍼의 주변 영역에 대응하는 영역에 빛의 투과율을 조절하기 위한 투과율 조절 패턴(208)을 형성한다. 상세하게는, 도시된 바와 같이 패턴 크기(CD)의 보정이 필요한 상기 주변 영역의 상기 마스크 기판(200)의 이면에, 예컨대 레이저(laser)를 이용하여 도트(dot) 모양의 투과율 조절 패턴(208)을 형성한다. 상기 투과율 조절 패턴(208)이 형성된 영역의 투과율은, 상기 위상반전막만 형성된 영역의 투과율보다 10％ 낮게 형성할 수 있다.

그리고, 상기 투과율 조절 패턴(208)의 형태는 여러 가지로 할 수 있으며, 보정이 필요한 치수에 따라 투과율 조절 패턴(208)의 크기나 밀도 등을 조절할 수 있다. 예컨대, 1 ∼ 5㎛의 피치(pitch)를 가지고 연속적으로 배열되는 도트(dot) 형태로 형성할 수 있다.

그리고, 광차단막(204) 패턴의 크기가 원하는 크기보다 작게 형성된 경우, 상기 투과율 조절 패턴(208)은 목표로 하는 패턴 크기(CD)로 형성하거나, 후속 포토레지스트 노광 및 현상 공정에서의 손실을 감안하여 투과율 조절 패턴(208)의 전체 크기를 조절할 수 있다. 상기 투과율 조절 패턴(208)은 보정이 필요한 영역의 상기 광차단막(204) 패턴의 크기보다 10 ∼ 100㎚ 크게 형성하는 것이 바람직하다.

도 7을 참조하면, 광차단막(204) 패턴이 형성된 상기 기판(200)의 상면에 포토레지스트를 전체적으로 도포한다. 상기 포토레지스트로는 네거티브(negative) 레지스트를 사용한다. 다음에, 상기 기판(200)의 이면, 즉 투과율 조절 패턴(208)이 형성된 면으로부터 광원, 예컨대 자외선을 일정 시간 조사하여 상기 포토레지스트를 노광한다.

상기 포토레지스트를 노광하면 광차단막(204) 패턴이 형성되어 있는 영역으로는 빛이 투과되지 못하고 차단되며, 투과율 조절 패턴(208)이 형성되어 있는 영 역은 투과율이 저하되거나, 상기 투과율 조절 패턴(208)의 밀도에 따라 빛이 거의 투과하지 못할 수도 있다.

다음에, 상기 포토레지스트를 현상하면 빛이 차단된 영역에 포토레지스트 패턴(210)이 남게 된다. 이때, 투과율 조절 패턴(208)의 크기를 조절함에 따라, 보정이 필요한 주변 영역에는 광차단막(204) 패턴보다 큰 크기의 포토레지스트 패턴(210)이 형성되어 상기 광차단막 패턴을 감싸게 된다.

도 8을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(210)과 광차단막(204) 패턴을 마스크로 하여 상기 위상반전막(202)을 패터닝한다. 포토레지스트 패턴(도 7의 210)에 대해 블랭크 식각(blank etch)을 진행하여, 보정될 광차단막 패턴의 측벽에 포토레지스트 스페이서가 형성되도록 한 다음에 위상반전막에 대한 식각을 진행할 수도 있다.

보정될 영역의 광차단막 패턴의 측벽에 형성된 포토레지스트로 인해 위상반전막(202)의 크기(CD)는 광차단막(204) 패턴의 크기보다 커지게 되며, 결과적으로 목표로 한 크기(CD)대로 위상반전막 패턴이 형성될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

도 1 내지 도 3은 종래의 감쇄형 위상반전 마스크의 제조과정을 나타낸 단면도들이다.

도 4 내지 도 8은 본 발명에 따른 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

Claims (9)

1. 기판상에 위상반전막 및 광차단막을 형성하는 단계;

   상기 광차단막을 패터닝하는 단계;

   패터닝된 상기 광차단막의 크기(CD)를 측정하는 단계;

   보정이 필요한 영역의 상기 기판에 투과율 조절 패턴을 형성하는 단계;

   광차단막 패턴을 포함하는 상기 기판상에, 보정이 필요한 영역의 상기 광차단막 패턴보다 큰 크기의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 위상반전막 패턴을 패터닝하는 단계; 및

   상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 투과율 조절 패턴은, 상기 기판의 일정 깊이 내에 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 투과율 조절 패턴을 형성하는 단계에서,

   상기 기판의 이면으로부터 상기 기판의 일정 깊이에 레이저를 조사하여 상기 투과율 조절 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 투과율 조절 패턴은, 1 ∼ 5㎛의 피치(pitch)를 가지고 연속적으로 형성된 도트(dot) 패턴인 것을 특징으로 하는 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 투과율 조절 패턴이 형성된 영역의 투과율은, 상기 위상반전막만 형성된 영역의 투과율보다 10％ 낮은 것을 특징으로 하는 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는,

   상기 광차단막 패턴이 형성된 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계와,

   상기 기판의 이면으로부터 빛을 조사하여 상기 포토레지스트를 노광하는 단계, 및

   상기 포토레지스트를 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 포토레지스트는 네거티브 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 포토레지스트 패턴은, 보정이 필요한 영역의 상기 광차단막 패턴의 크기보다 10 ∼ 100㎚ 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 보정이 필요한 영역은 웨이퍼의 주변 영역에 대응하는 영역인 것을 특징으로 하는 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법.

Images