KR100972860B1 - 포토마스크의 제조 방법 - Google Patents

포토마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

투명기판 상에 식각대상막 및 하드마스크막을 형성한 후, 식각대상막을 패턴닝 하기 이전에, 식각내구성이 레지스트막 보다 상대적으로 우수한 하드마스크막을 패터닝하고, 하드마스크막의 CD를 측정하여 하드마스크막 CD를 보정한다. 따라서, 별도의 보정 마스크 없이 포토마스크 제조 과정에서 CD 보정 공정을 수행함으로써, CD 재현성을 높이고, 식각대상막 패턴의 CD 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, CD 보정 공정을 단순화하여 CD 보정 공정을 위한 제조 공정 시간 및 제조 비용을 절감할 수 있다.
하드마스크막, 선폭 측정, 보정공정, 포토마스크

Description

포토마스크의 제조 방법{Method for fabricating in photo mask}
본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하는 공정 중에는 반도체기판에 형성하고자 하는 패턴을 구현하기 위한 방법으로 패턴이 형성된 포토마스크가 이용된다. 포토마스크 상에 형성된 패턴은 포토리소그래피 공정을 통해 웨이퍼 상으로 전사되므로, 포토마스크 상에 구현된 패턴의 선폭은 매우 중요하게 인식되고 있다. 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 반도체소자를 구성하는 패턴들의 크기도 미세해 지고 있다. 이에따라, 포토마스크 상에 형성되는 패턴들도 보다 작은 선폭(CD;Critical Demension)을 가진 패턴이 형성되고 있으며, 현재의 양산 공정으로는 요구되는 디자인 룰(design rule)을 정확하게 구현하기가 어렵다. 또한, 포토마스크 제조과정에서 여러 가지 원인으로 인해 원하는 CD를 가진 패턴을 포토마스크 상에 구현하는데 어려움이 있다.
그런데, 포토마스크를 제작하는 과정에서 식각공정 마진 부족, 레지스트 이물질 등의 원인으로 인해 형성된 패턴의 CD가 형성하고자 하는 타겟 패턴의 CD와 다른 CD 차이가 유발될 수 있다. CD 차이는 후속 반도체기판 상에서 패턴 결함을 유발시켜 반도체소자의 신뢰성을 저하시키게 된다. 따라서, 포토마스크 상에 형성된 패턴의 CD 정확도를 확인하기 위해 포토마스크를 제조하고 난 후, 포토마스크 패턴 CD를 보정하기 위한 CD 보정공정을 수행하고 있다.
예컨대, CD 보정 공정은 포토마스크를 제조하는 모든 공정이 완료된 후, 포토마스크 상에 잔류된 패턴의 CD를 측정하고, 패턴의 CD가 정해진 타겟 패턴의 CD와 일치하는지를 비교하여 타겟 패턴과의 CD 차이에 따라, 포토마스크 상에 형성된 패턴의 CD를 보정하는 과정으로 이루어진다.
그러나, CD 보정 공정은 모든 포토마스크 제조 공정이 완료된 후 포토마스크 상에 형성된 패턴의 CD를 측정하여 CD를 보정하는 보정 공정을 추가적으로 수행하므로, 공정 환경 및 장비 등의 영향으로 패턴 재현성을 확보하기가 어렵다. 또한, 별도의 포토마스크를 이용하므로, 공정 시간 및 제조 비용이 상승하는 문제점이 있으며, 별도의 포토마스크 제조 과정에서 유발된 이물질 등에 의해 포토마스크 품질이 저하되는 문제점이 유발되고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크 제조 방법은, 투명기판 상에 광차단막을 형성하는 단계; 상기 광차단막 상에 상기 광차단막을 선택적으로 노출시키는 하드마스크막 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막 패턴의 선폭을 측정하여 원하는 타겟 선폭을 갖도록 보정하는 단계; 및 상기 보정된 하드마스크막 패턴의 형태로 상기 광차단막을 패터닝하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 광차단막은 크롬막으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 하드마스크막은 상기 광차단막보다 상대적으로 식각선택비가 우수한 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 하드마스크막 패턴의 CD를 보정하는 단계는, 상기 하드마스크막 패턴의 CD를 측정하는 단계; 상기 측정된 CD와 원하는 타겟 패턴의 CD와 비교하여 보정치를 산출하는 단계; 및 상기 하드마스크막 패턴을 보정치만큼 식각하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크의 제조 방법은, 투명기판 상에 위상반전막 및 광차단막을 형성하는 단계; 상기 광차단막 상에 상기 광차단막을 선택적으로 노출시키는 하드마스크막 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드마스크막 패턴의 선폭을 측정하여 원하는 타겟 CD를 갖도록 보정하는 단계; 및 상기 보정된 하드마스크막 패턴의 형태로 상기 광차단막 및 위상반전막을 패터닝하여 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 위상반전막은 몰리브덴실리콘산화질화막으로 형성하고, 상기 광차단막 은 크롬막으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 하드마스크막은 상기 광차단막보다 상대적으로 식각선택비가 우수한 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 하드마스크막 패턴의 CD를 보정하는 단계는, 상기 하드마스크막 패턴의 CD를 측정하는 단계; 상기 측정된 CD와 원하는 타겟 패턴의 CD와 비교하여 보정치를 산출하는 단계; 및 상기 하드마스크막 패턴을 보정치만큼 식각하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하는 단계 이후에, 상기 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴이 형성된 투명기판 상에 상기 투명기판을 부분적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트막 패턴에 의해 노출된 광차단막 패턴을 선택적으로 식각하는 단계; 및 상기 레지스트막 패턴을 제거하여 상기 투명기판 일부분에는 위상반전막 패턴을 형성하고, 상기 투명기판 일부분에는 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
(실시예 1)
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 제조 방법은, 먼저 석영기판과 같은 투명기판(100) 상에 광차단막(110) 및 하드마스크막(120)을 형성한다. 광차단막(110)은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다. 하드마스크막(120)은 광차단막(110)보다 상대적으로 식각선택비가 우수한 박막 예를 들어, 실리콘옥사이드나이트라이드(SiON)막 또는 몰브 리덴실리콘나이트라이드(MoSiN)막으로 형성할 수 있다.
다음에, 포토리소그라피(photolithography) 공정을 수행하여 하드마스크막(120)을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(130)을 형성한다. 구체적으로, 광차단막(110) 및 하드마스크막(120)이 형성된 투명기판(100) 상에 레지스트막을 형성하고, 통상의 전자빔을 이용한 노광 공정을 수행하여 형성하고자 하는 회로 패턴을 레지스트막(130)에 전사한다. 현상액을 이용한 현상공정을 수행하여 전자빔에 의해 조사되거나 조사되지 않은 부분을 선택적으로 현상하여 하드마스크막(120)을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(130)을 형성한다.
도 2를 참조하면, 레지스트막 패턴(도 130)의 형태로 하드마스크막을 식각하여 하드마스크막 패턴(121)을 형성한다. 하드마스크막 패턴(121)은 후속 광차단막 식각 시 식각장벽층 역할을 한다. 따라서, 하드마스크막 패턴(121)의 CD를 알게 되면, 후속 광차단막 패턴의 CD를 예측할 수 있다.
다음에, 레지스트막 패턴을 제거한 후, 하드마스크막 패턴(121)의 CD(d1)를 CD 측정 장비를 통해 측정한다. 예컨대, 공정 불안정 및 공정 능력 부족으로 인해 하드마스크막 패턴(121)의 CD가 형성하고자 하는 타겟 패턴(target pattern)의 CD와 다른 CD 차이가 유발될 수 있다. 따라서, 하드마스크막 패턴(121)의 CD를 측정하여 원하는 타겟 패턴(target pattern)과의 CD 차이를 산출할 수 있다.
한편, 레지스트막을 제거하는 공정 이후에, 하드마스크막 패턴(121)이 형성된 투명기판에 세정공정을 수행할 수도 있다. 세정공정은 하드마스크막 패턴(121) 형성 과정에서 유발되는 파티클(particle) 등의 이물질을 제거할 수 있다. 이에 따라, 하드마스크막 패턴 사이에 노출된 광차단막 표면 상에 떨어진 이물질 등에 의해 후속 광차단막 식각 시 발생될 수 있는 브릿지 불량 패턴 등의 불량을 방지할 수 있다.
도 3을 참조하여, 하드마스크막 패턴의 CD를 보정한다. CD 보정 공정은 측정된 하드마스크막 패턴의 CD(d1)와 원하는 타겟 패턴(target pattern)과의 CD 차이(ΔCD)를 비교하여 보정치를 산출한 다음, 보정치만큼 하드마스크막 패턴을 식각한다. 이때, 하드마스크막 패턴(121a) 보정을 위한 식각공정은 건식식각 또는 습식식각 공정으로 수행할 수 있다. 보정된 하드마스크막 패턴(121a)의 CD(d2)에 의해 형성되는 광차단막 패턴의 CD가 결정되므로, 광차단막을 식각하기 이전에, 하드마스크막 패턴(121a)의 CD를 보정함으로써, 광차단막 패턴의 CD 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 하드마스크막 패턴(121a)의 CD 보정공정을 수행한 이후에, 보정된 하드마스크막 패턴(121a)의 CD를 재측정하여 원하는 타겟 패턴의 CD가 나올때까지 하드마스크막 패턴의 CD를 재보정할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 보정된 하드마스크막 패턴(도 3의 121a)을 식각마스크로 노출된 광차단막을 선택적으로 식각하여 광차단막 패턴(111)을 형성한다. 하드마스크막은 포토레지스트막 보다 식각내구성이 우수하므로, 버티컬한 측면 프로파일을 갖는 광차단막 패턴(111)을 형성할 수 있다.
한편, 광차단막 패턴(111) 형성을 위한 식각과정에서 하드마스크막 패턴이 함께 제거될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광차단막 패턴을 형성하기 이전에, 식각내구성이 레지스트막 보다 상대적으로 우수한 하드마스크막을 패터닝하고, 하드마스크막의 CD를 측정하여 하드마스크막 CD를 보정한다. 따라서, 별도의 보정 마스크 없이 포토마스크 제조 과정에서 CD 보정 공정을 수행함으로써, CD 재현성을 높이고, 광차단막 패턴의 CD 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 광차단막 패턴의 CD 보정을 단순화하여 CD 보정 공정을 위한 제조 공정 시간 및 제조 비용을 절감할 수 있다.
(실시예 2)
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크의 제조 방법은, 석영기판과 같은 투명기판(200) 상에 위상반전막(210), 광차단막(220) 및 하드마스크막(230)을 형성한다. 위상반전막(210)은 투과되는 광의 위상을 반전시킬 수 있는 물질 예컨대, 몰리브덴실리콘산화질화(MoSiON)막으로 형성할 수 있다. 광차단막(220)은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다. 하드마스크막(230)은 광차단막(220)보다 상대적으로 식각선택비가 우수한 박막 예를 들어, 실리콘옥사이드나이트라이드(SiON)막 또는 몰브리덴실리콘나이트라이드(MoSiN)막으로 형성할 수 있다.
다음에, 포토리소그라피 공정을 수행하여 하드마스크막(230)을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(240)을 형성한다. 구체적으로, 위상반전막(210), 광차단막(220) 및 하드마스크막(230)이 형성된 투명기판(100) 상에 레지스트막을 형성 하고, 통상의 전자빔을 이용한 노광 공정을 수행하여 회로 패턴을 레지스트막에 전사한다. 현상액을 이용한 현상공정을 수행하여 전자빔에 의해 조사되거나 조사되지 않은 부분을 선택적으로 현상하여 하드마스크막(230)을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(240)을 형성한다.
도 6을 참조하면, 레지스트막 패턴(도5의 240)의 형태로 하드마스크막을 식각하여 하드마스크막 패턴(231)을 형성한다. 하드마스크막 패턴(231)은 후속 광차단막 식각 시 식각장벽층 역할을 한다. 따라서, 하드마스크막 패턴(231)의 CD를 알게 되면, 후속 광차단막 패턴의 CD를 예측할 수 있다.
다음에, 레지스트막 패턴을 제거한 후, 하드마스크막 패턴의 CD(d3)를 CD 측정 장비를 통해 측정한다. 예컨대, 공정 불안정 및 공정 능력 부족 등에 의해 하드마스크막 패턴의 CD가 형성하고자 하는 타겟 패턴(target pattern)의 CD와 다른 CD 차이가 유발될 수 있다. 따라서, 하드마스크막 패턴의 CD를 측정하여 원하는 타겟 패턴(target pattern)과의 CD 차이를 산출할 수 있다.
한편, 레지스트막을 제거하는 공정 이후에, 하드마스크막 패턴(231)이 형성된 투명기판에 세정공정을 수행할 수도 있다. 세정공정은 하드마스크막 패턴(231) 형성 과정에서 유발되는 파티클(particle) 등의 이물질을 제거할 수 있다. 이에 따라, 하드마스크막 패턴 사이에 노출된 광차단막 표면 상에 떨어진 이물질 등에 의해 후속 광차단막 식각 시 발생될 수 있는 브릿지 불량 패턴 등의 불량을 방지할 수 있다.
도 7을 참조하면, 하드마스크막 패턴(231)의 CD를 보정한다. CD 보정 공정은 측정된 하드마스크막 패턴(도 6의 231)의 CD(d3)와 원하는 타겟 패턴(target pattern)과의 CD 차이(ΔCD)를 비교하여 보정치를 산출한 다음, 보정치만큼 하드마스크막 패턴을 식각한다. 이때, 하드마스크막 패턴 보정을 위한 식각공정은 건식식각 또는 습식식각 공정으로 수행할 수 있다. 보정된 하드마스크막 패턴(231a)의 CD(d4)에 의해 후속 형성되는 광차단막 패턴의 CD가 결정되므로, 광차단막을 식각하기 이전에, 하드마스크막 패턴(231a)의 CD를 보정함으로써, 광차단막 패턴의 CD 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 하드마스크막 패턴(231a)의 CD 보정공정을 수행한 이후에, 보정된 하드마스크막 패턴(231a)의 CD를 재측정하여 원하는 타겟 패턴의 CD가 나올때까지 하드마스크막 패턴(231a)의 CD를 재보정할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 보정된 하드마스크막 패턴(231a)을 식각마스크로 노출된 광차단막을 선택적으로 식각하여 광차단막 패턴(221)을 형성한다. 하드마스크막은 포토레지스트막 보다 식각내구성이 우수하므로, 버티컬한 측면 프로파일을 갖는 광차단막 패턴(221)을 형성할 수 있다.
도 9를 참조하면, 보정된 하드마스크막 패턴(231a) 및 광차단막 패턴(221)을 식각마스크로 사용하여 노출된 위상반전막을 식각하여 위상반전막 패턴(211)을 형성한다. 이때, 위상반전막 패턴(211) 형성을 위한 식각과정에서 하드마스크막 패턴이 함께 제거될 수 있다.
도 10을 참조하면, 투명기판(200) 상에 형성된 광차단막 패턴(221)을 선택적으로 식각하여 투명기판 일부에는 광차단막 패턴(221) 및 위상반전막 패턴(211)을 형성하고, 투명기판(200) 일부에는 위상반전막 패턴(211)을 형성한다. 구체적으로, 위상반전막 패턴(211) 및 광차단막 패턴(221)이 형성된 투명기판(100) 상에 투명기판(200)의 메인 패턴 영역 예컨대 투과되는 광의 위상을 반전시키는 영역을 노출하는 레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한 후, 레지스트 패턴에 의해 노출된 광차단막 패턴(221)을 선택적으로 식각한다. 그러면, 투명기판(200)의 메인 패턴 영역에는 위상반전막 패턴(211)이 형성되고, 투명기판(200)의 프레임 예컨대, 투명기판(200)에 투과되는 불필요한 광을 차단해야 하는 영역에는 광차단막 패턴(221) 및 위상반전막 패턴(211)이 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 위상반전막 패턴을 형성하기 이전에, 식각내구성이 레지스트막 보다 상대적으로 우수한 하드마스크막을 패터닝하고, 하드마스크막의 CD를 측정하여 하드마스크막 CD를 보정한다. 따라서, 별도의 보정 마스크 없이 포토마스크 제조 과정에서 CD 보정 공정을 수행함으로써, CD 재현성을 높이고, 위상반전막 패턴의 CD 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 위상반전막 패턴의 CD 보정을 단순화하여 CD 보정 공정을 위한 제조 공정 시간 및 제조 비용을 절감할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 제조 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크의 제조 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.

Claims (9)

  1. 투명기판 상에 광차단막을 형성하는 단계;
    상기 광차단막 상에 상기 광차단막을 선택적으로 노출시키는 하드마스크막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 하드마스크막 패턴의 선폭(CD)을 측정하는 단계;
    상기 측정된 선폭(CD)와 원하는 타겟 패턴의 선폭(CD)를 비교하여 보정치를 산출하는 단계;
    상기 하드마스크막 패턴이 원하는 상기 타겟 선폭을 갖도록 상기 보정치만큼 식각하여 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 하드마스크막 패턴의 형태로 상기 광차단막을 패터닝하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 포토마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광차단막은 크롬막으로 형성하는 포토마스크의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하드마스크막은 상기 광차단막보다 상대적으로 식각선택비가 우수한 물질막으로 형성하는 포토마스크의 제조 방법,
  4. 삭제
  5. 투명기판 상에 위상반전막 및 광차단막을 형성하는 단계;
    상기 광차단막 상에 상기 광차단막을 선택적으로 노출시키는 하드마스크막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 하드마스크막 패턴의 선폭(CD)을 측정하는 단계;
    상기 측정된 선폭(CD)와 원하는 타겟 패턴의 선폭(CD)를 비교하여 보정치를 산출하는 단계;
    상기 하드마스크막 패턴이 원하는 상기 타겟 선폭을 갖도록 상기 보정치만큼 식각하여 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 하드마스크막 패턴의 형태로 상기 광차단막 및 위상반전막을 패터닝하여 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 포토마스크의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브덴실리콘산화질화막으로 형성하고, 상기 광차단막은 크롬막으로 형성하는 포토마스크의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 하드마스크막은 상기 광차단막보다 상대적으로 식각선택비가 우수한 물 질막으로 형성하는 포토마스크의 제조 방법,
  8. 삭제
  9. 제5항에 있어서,
    상기 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하는 단계 이후에,
    상기 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴이 형성된 투명기판 상에 상기 투명기판을 부분적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 레지스트막 패턴에 의해 노출된 광차단막 패턴을 선택적으로 식각하는 단계; 및
    상기 레지스트막 패턴을 제거하여 상기 투명기판 일부분에는 위상반전막 패턴을 형성하고, 상기 투명기판 일부분에는 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 포토마스크의 제조 방법.
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