KR100919806B1 - 위상반전마스크의 제조 방법 - Google Patents

위상반전마스크의 제조 방법

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Abstract

프레임 영역에 광차단막 패턴을 배치시키기 위해, 위상반전막을 소정 깊이로 제1 식각한 후, HMDS 형성 공정, 및 제2 레지스트막 형성 공정을 수행한다. 이어서, 위상반전막을 제2 식각하여 위상반전막 패턴을 형성한 후, 메인 패턴 영역에 형성된 광차단막 패턴을 식각하는 위상반전마스크의 제조 방법을 제시힌다. 이때, 유기계 실리콘 결함 중에서 실리콘 계열의 물질은 위상반전막 패턴을 형성하기 위한 제2 식각과정에서 함께 제거되게 하고, 유기계 실리콘 결함 중에서 유기 계열의 물질은 메인 패턴 영역에 형성된 광차단막 패턴 식각 과정에서 함께 제거되게 한다. 이에 따라, HMDS를 적용함에 따라 광차단막 패턴 상에 유기계실리콘 결함이 발생되어 유기계 실리콘 결함에 의해 제거되어야할 광차단막 패턴이 제거되지 않아 발생된 패턴 잔류물(residue)의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 유기계 실리콘 결함을 제거함으로써 패턴 잔류물을 제거하기 위한 추가 공정 예컨대, 수정 공정 및 세정공정 등을 생략하여 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

위상반전마스크의 제조 방법{Method for fabricating in phase shift mask}
본 발명은 반도체소자의 형성방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 HMDS(Hexa Methyl Disilaszane) 공정을 적용하는 위상반전마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하기 위해 웨이퍼 상으로 전사하고자 하는 패턴이 형성된 포토마스크가 이용되고 있다. 패턴이 형성된 포토마스크는 포토리소그라피(photolithography) 공정을 통해 웨이퍼 상으로 전사되므로, 포토마스크의 제조 공정은 중요하게 인식되고 있다. 특히, 반도체소자가 고집적화됨에 따라, 해상력이 우수한 위상반전마스크(PSM:Phase Shift mask)의 제조 공정에 대한 관심이 증가하고 있다.
위상반전마스크에는 위상반전막 패턴이 형성되어 투과되는 광의 위상을 반전시키는 메인 패턴 영역과, 스캐너의 정렬 센서, 바코드 판독기를 나타내기 위해 광차단막이 배치되는 프레임 영역으로 구분되어 진다.
위상반전마스크를 제조하기 위해서는, 위상반전막 및 광차단막 패턴이 형성된 투명기판 상에 제1 레지스트막 패턴을 이용하여 광차단막 및 위상반전막에 대한 식각을 수행하고, 이후에 제2 레지스트막 패턴을 이용하여 메인 패턴 영역의 광차단막에 대한 식각을 추가적으로 수행하고 있다.
한편, 대기중에 노출된 기판 표면은 대기중의 수분과 결합하여 표면에 OH기가 존재하고, 친수성의 성질을 가지게 된다. 이 상태에서 레지스트막을 도포하게 되면, 현상 과정 중에 기판과 레지스트막의 경계면에 물이 침투하여 레지스트막이 분리되어 정확한 패턴을 형성할 수 없게 된다. 따라서, 레지스트막을 형성하기 이전에, 기판 표면에 HMDS(hexamethyldisilazane)을 형성하여 레지스트막과 기판의 접착력(adhesion)을 향상시키는 시도가 이루어지고 있다.
위상반전마스크 제조 과정에서 광차단막 패턴 및 위상반전막 패턴 사이에서 투명 기판 부분이 선택적으로 노출된다. 이때, 투명기판 부분이 노출된 상태에서 HMDS를 형성하게 되면, 기판과 HMDS가 반응하여 OSi(CH3)3 가 형성되며, 기판과 반응하지 않은 HMDS는 기판 표면에서 물리적 흡착(physical adsorption)된다.
이어서, 메인 패턴 영역의 광차단막에 대한 식각을 수행하기 위해 제2 레지스트막 패턴을 형성하게 되면, 물리적 흡착된 HMDS과 제2 레지스트막의 페놀(phenol)이 실리레이션(silylation)반응이 일어나 OH기가 Si로 대치되어 유기계실리콘 예컨대, Si(CH3)3 계열의 결함(defect)이 유발된다.
유기계 실리콘계 결함은 현상공정에 의해 제거되지 않고 후속 식각 과정에서 제거되어야할 패턴 대상막 표면에 잔류 된다. 잔류된 유기계 실리콘계 결함은 메인 패턴 영역에 형성된 광차단막 패턴에 대한 마스크로 작용하여 식각 과정에서 광차단막 패턴의 식각을 방해하여 메인 패턴 영역에 광차단막 잔류물(residue)를 유발하게 된다.
본 발명에 따른 위상반전마스크의 제조 방법은 메인 영역과 프레임 영역을 포함하는 기판 상에 위상반전막, 광차단막을 형성하는 단계; 상기 광차단막을 선택적으로 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계; 상기 광차단막 패턴을 식각마스크로 상기 위상반전막의 노출 부분을 소정 깊이로 제1 식각하는 단계; 상기 제1 식각된 위상반전막 표면 및 광차단막 패턴 전면에 헥사메틸 디실라잔(HMDS)을 형성하는 단계; 상기 메인 영역의 광차단막 패턴 및 제1 식각된 위상반전막 표면이 노출되게 메인 패턴 영역의 헥사메틸 디실라잔(HMDS)을 제거하면서, 상기 프레임 영역의 헥사메틸 디실라잔(HMDS) 위에 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 헥사메틸 디실라잔(HMDS)이 제거된 광차단막 패턴 및 상기 레지스트막 패턴을 식각마스크로 상기 제1 식각된 위상반전막을 제2 식각하여 위상반전 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트막 패턴을 식각마스크로 상기 메인 패턴 영역의 광차단막 패턴을 선택적으로 제거하는 단계; 및 상기 프레임 영역의 광차단막 패턴 위에 잔류하는 레지스트막 패턴 및 HMDS를 제거하는 단계를 포함하는 위상반전마스크의 제조 방법
삭제
상기 위상반전막은 몰리브데실리콘산화질화막으로 형성하고, 상기 광차단막은 크롬막으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 위상반전막을 제1 식각하는 단계는 상기 위상반전막의 형성 두께에서 적어도 1/2 두께의 깊이로 식각하는 것이 바람직하다.
상기 레지스트막 패턴은 6000Å 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 위상반전막을 제2 식각하는 단계는 산소를 포함하는 식각소스를 이용한 건식식각으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 위상반전막을 제2 식각하는 단계에서 상기 광차단막 패턴 상에 국부적으로 유발된 유기계실리콘 결함 중에서 실리콘 계열의 물질이 함께 제거되는 것이 바람직하다.
상기 광차단막 패턴을 제거하는 단계는 식각 시간에 대한 오버 식각을 수행하는 상기 광차단막 패턴을 제거하는 단계에서 상기 광차단막 패턴 상에 국부적으로 유발된 유기계실리콘 결함 중에서 유기 계열의 물질이 함께 제거되는 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 위상반전마스크의 제조 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
(실시예)
도 1을 참조하면, 석영기판과 같은 투명기판(100) 상에 위상반전막(110) 및 광차단막(120)을 형성한다. 위상반전막(110)은 투과되는 광의 위상을 반전시킬 수 있는 물질 예컨대, 몰리브데실리콘나이트라이드(MoSiN)막으로 형성할 수 있다. 광차단막(120)은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다.
여기서, 투명기판(100)은 위상반전막 패턴이 형성되어 투과되는 광의 위상을 반전시키는 메인 패턴 영역과, 스캐너의 정렬 센서, 바코드 판독기를 나타내기 위해 광차단막이 배치되는 프레임 영역으로 구분되어 진다.
광차단막(120) 상에 광차단막(120)을 선택적으로 노출시키는 제1 레지스트막 패턴(130)을 형성한다. 제1 레지스트막(130)은 전자빔레지스트막으로 이루어진다.
구체적으로, 광차단막(120) 상에 전자빔레지스트막을 형성한 후, 전자빔을 이용해 형성하고자 회로 패턴을 전사한 후, 현상액을 이용해 전자빔에 의해 조사된 부분 또는 전자빔에 의해 조사되지 않은 부분을 선택적으로 현상하여 제1 레지스트막 패턴(130)을 형성한다.
도 2를 참조하면, 제1 레지스트막 패턴(130)을 식각마스크로 노출된 광차단막을 식각하여 광차단막 패턴(121)을 형성한 후, 계속해서, 노출된 위상반전막(110a)을 소정 깊이까지 식각한다. 위상반전막(110a)은 형성 두께의 1/2 깊이 정도로 식각할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 레지스트막 패턴(도 2의 130)을 제거한 뒤, 광차단막 패턴(121) 및, 소정 깊이 식각된 위상반전막(110a) 상에 헥사메틸 디실라잔(HMDS;Hexa Methyl DisilaSzane)(140)를 도포한다. HMDS(140)는 (CH3)3-NH-Si(CH3)3 구조로 이루어져 있으며, 후속 실리콘을 포함하는 제2 레지스트막과 광차단막 및 위상반전막과의 접찹력(adhesion)을 향상시키기 위한 역할을 한다. 이때, 제1 레지스트막 패턴이 제거되어 노출된 광차단막 패턴(121) 및 노출된 위상반전막(110a)의 노출 표면은 대기 중의 수분과 결합하여 표면에 OH기가 존재하게 된다.
HMDS(140)은, 기판을 액체 상태의 HMDS 속에 담근 후 열처리하여 도포하는 침지(immersion) 방식, 기판을 회전척 상에 위치시켜 기판을 회전시키며 기판 상에 HMDS을 분사시키는 스프레이(spray) 방식, 또는 HMDS 탱크 내에서 질소를 질소 가스를 이용하여 기포를 발생시켜 질소 가스와 함께 HMDS 기판 표면을 감싸는 기상 도포 방식으로 형성할 수 있다.
한편, HMDS(140)를 형성하게 경우, 광차단막 패턴(121) 및, 소정 깊이 식각된 위상반전막(110a) 표면의 OH기와 HMDS가 반응하여 OSi(CH3)3 가 형성되며, 반응하지 않은 HMDS는 광차단막 패턴(121) 및, 소정 깊이 식각된 위상반전막(110a) 표면에서 물리적 흡착(physical adsorption)된다.
도 4를 참조하면, HMDS(140) 상에 제2 레지스트막(150)을 형성한다. 제2 레지스트막은 액체 상태의 유기물인 레지스트를 스핀코팅방법으로 형성할 수 있다. 이때, 제2 레지스트막은 패터닝되어 후속 광차단막 패턴 및 위상반전막을 식각하기 위한 마스크로 이용되므로, 두 단계의 식각공정 과정에서 식각 마진이 확보할 수 있는 두께 예컨대, 6000Å 두께로 형성한다.
그런데, 제2 레지스트막(150) 형성 과정에서 광차단막 패턴(121) 표면에 물리적 흡착된 HMDS(140)과 제2 레지스트막(150)의 페놀(phenol)의 실리레이션(silylation) 반응이 일어나 OH기가 Si로 대치되어 Si(CH3)3 이 형성된다.
유기계실리콘 예컨대, Si(CH3)3 계열의 결함(defect)이 유발된다.
도 5를 참조하면, 제2 레지스트막에 노광 공정 및 현상공정을 수행하여 위상반전막 패턴이 형성되어 투과되는 광의 위상을 반전시키는 메인 패턴 영역을 노출시키는 제2 레지스트막 패턴(151)을 형성한다. 그러면, 노광 및 현상공정에 의해 메인 패턴 영역에 형성되어 있는 광차단막 패턴(121) 및 광차단막 패턴(121) 사이에 소정 두께 식각된 위상반전막(110a)이 노출되고, 프레임 영역에는 제2 레지스트막 패턴(151)과, 잔류된 HMDS(141)가 남게 된다.
이때, HMDS(140)과 제2 레지스트막(150)의 페놀(phenol)의 실리레이션(silylation) 반응이 일어나 OH기가 Si로 대치되어 Si(CH3)3 은 현상공정에서 제거되지 못하고 광차단막 패턴(121) 상에 잔류하게 되어 유기계실리콘계 결함(defect)(160)을 발생시킨다. 이러한, 유기계실리콘계 결함(160)은 메인 패턴 영역에 형성된 광차단막 패턴(121)에 대한 마스크로 작용하여 식각 과정에서 광차단막 패턴의 식각을 방해하여 메인 패턴 영역에 광차단막 잔류물(residue)를 유발하게 된다.
한편, 유기계실리콘계 결함(160)은 크롬 식각액(etchant)을 사용하여 식각하게 되면, 유기계 물질은 제거되지만 실리콘계 물질은 제거되지 않는 특징이 있다.
도 6을 참조하면, 제2 레지스트막 패턴(151)에 의해 노출된 메인 패턴 영역에서 광차단막 패턴(121)을 식각마스크로 소정 두께 식각된 위상반전막을 추가 식각하여 위상반전막 패턴(111)을 형성한다. 이때, 위상반전막 패턴(111) 사이에서 투명기판(100) 부분이 노출된다.
위상반전막의 추가 식각은 산소(02)가스를 포함한 식각소스를 이용하여 건식식각 방법으로 수행할 수 있다. 산소 가스를 포함한 식각소스를 사용함에 따라, 유기계 실리콘 결함 중에서 실리콘계 물질이 제거되고, 유기계 물질의 결함(161)이 남게 된다.
도 7을 참조하면, 제2 레지스트막 패턴(151)에 의해 노출된 메인 패턴 영역에서 광차단막 패턴(121)을 선택적으로 식각한다. 광차단막 패턴(121)의 식각은 건식 식각을 수행하되, 식각 시간에 대해 오버 식각할 수 있다. 이때, 광차단막 패턴(121) 식각 과정에서 유기 계 물질의 결함(도 6의 161)이 함께 제거되어 진다.
도 8을 참조하면, 제2 레지스트막 패턴(151) 및 잔류된 HMDS(141)를 제거한다. 그러면, 메인 패턴 영역에는 위상반전막 패턴(111)만 형성되고, 프레임 영역에는 위상반전막 패턴(111) 및 광차단막 패턴(121)이 형성된다.
본 발명에 따르면, 프레임 영역에 광차단막 패턴을 배치시키기 위해, 위상반전막을 소정 깊이로 제1 식각한 후, HMDS 형성 공정, 및 제2 레지스트막 형성 공정을 수행한다. 이어서, 위상반전막을 제2 식각하여 위상반전막 패턴을 형성한 후, 메인 패턴 영역에 형성된 광차단막 패턴을 제거한다.
이때, 유기계 실리콘 결함 중에서 실리콘 계열의 물질은 위상반전막 패턴을 형성하기 위한 제2 식각과정에서 함께 제거되게 하고, 유기계 실리콘 결함 중에서 유기 계열의 물질은 메인 패턴 영역에 형성된 광차단막 패턴 식각 과정에서 함께 제거되게 한다.
이에 따라, HMDS를 적용함에 따라 광차단막 패턴 상에 유기계실리콘 결함이 발생되어 유기계 실리콘 결함에 의해 제거되어야할 광차단막 패턴이 제거되지 않아 발생된 패턴 잔류물(residue)의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 유기계 실리콘 결함을 제거함으로써 패턴 잔류물을 제거하기 위한 추가 공정 예컨대, 수정 공정 및 세정공정 등을 생략하여 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (9)

  1. 메인 영역과 프레임 영역을 포함하는 기판 상에 위상반전막, 광차단막을 형성하는 단계;
    상기 광차단막을 선택적으로 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 광차단막 패턴을 식각마스크로 상기 위상반전막의 노출 부분을 소정 깊이로 제1 식각하는 단계;
    상기 제1 식각된 위상반전막 표면 및 광차단막 패턴 전면에 헥사메틸 디실라잔(HMDS)을 형성하는 단계;
    상기 메인 영역의 광차단막 패턴 및 제1 식각된 위상반전막 표면이 노출되게 메인 패턴 영역의 헥사메틸 디실라잔(HMDS)을 제거하면서, 상기 프레임 영역의 헥사메틸 디실라잔(HMDS) 위에 레지스트막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 헥사메틸 디실라잔(HMDS)이 제거된 광차단막 패턴 및 상기 레지스트막 패턴을 식각마스크로 상기 제1 식각된 위상반전막을 제2 식각하여 위상반전 패턴을 형성하는 단계;
    상기 레지스트막 패턴을 식각마스크로 상기 메인 패턴 영역의 광차단막 패턴을 선택적으로 제거하는 단계; 및
    상기 프레임 영역의 광차단막 패턴 위에 잔류하는 레지스트막 패턴 및 HMDS를 제거하는 단계를 포함하는 위상반전마스크의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브데실리콘산화질화막으로 형성하고, 상기 광차단막은 크롬막으로 형성하는 위상반전마스크의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막을 제1 식각하는 단계는 상기 위상반전막의 형성 두께에서 적어도 1/2 두께의 깊이로 식각하는 위상반전마스크의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트막 패턴은 6000Å 두께로 형성하는 위상반전마스크의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막을 제2 식각하는 단계는 산소를 포함하는 식각소스를 이용한 건식식각으로 수행하는 위상반전마스크의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막을 제2 식각하는 단계는 상기 광차단막 패턴 상에 국부적으로 유발된 유기계실리콘 결함 중에서 실리콘 계열의 물질이 함께 제거되는 위상반전마스크의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 메인 패턴 영역의 광차단막 패턴을 제거하는 단계는 식각 시간에 대한 오버 식각을 수행하는 위상반전마스크의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 메인 패턴 영역의 광차단막 패턴을 제거하는 단계는 상기 광차단막 패턴 상에 국부적으로 유발된 유기계실리콘 결함 중에서 유기 계열의 물질이 함께 제거되는 위상 반전마스크의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20060003150A (ko) * 2004-07-05 2006-01-10 주식회사 에스앤에스텍 블랭크 마스크와 포토마스크 및 그 제조방법
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