KR101096253B1

KR101096253B1 - 위상반전마스크의 제조방법

Info

Publication number: KR101096253B1
Application number: KR1020090053071A
Authority: KR
Inventors: 정호용
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2011-12-22
Also published as: KR20100134447A

Abstract

본 발명의 위상반전마스크의 형성방법은, 투광기판 위에 위상반전막패턴 및 광차단막패턴을 형성하는 단계와, 위상반전막패턴의 시디를 측정하는 단계와, 측정된 시디가 설계시디보다 큰 경우 투광기판의 노출면 위에 보호막을 증착하는 단계와, 위상반전막패턴의 시디 보정을 위한 식각을 수행하는 단계와, 그리고 광차단막패턴 및 보호막을 제거하는 단계를 포함한다.

위상반전마스크, 시디, 보정, 보호막

Description

위상반전마스크의 제조방법{Method of fabricating phase shift mask}

본 발명은 반도체소자 제조에 사용되는 위상반전마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 위상반전층의 시디(CD; Critical Dimension)가 설계값과 일치되도록 할 수 있는 위상반전마스크의 제조방법에 관한 것이다.

반도체소자 제조를 위한 여러 공정들 중 미세회로를 기판상에 형성하는 포토리소그라피 공정이 중요한 부분을 차지하고 있다. 이는 포토리소그라피 공정의 공정능력이 반도체소자의 생산성 및 품질에 큰 영향을 끼치기 때문이다. 이와 같은 포토리소그라피 공정에는 반도체기판에 소정의 회로패턴을 형성하기 위한 포토마스크가 사용된다. 이전에 가장 많이 사용되는 포토마스크는 바이너리 마스크였지만, 최근 반도체소자의 집적화가 높아짐에 따라 위상반전마스크(Phase Shift Mask ; PSM)의 사용범위가 점점 넓어지고 있다.

도 1a 내지 도 1c는 일반적인 위상반전마스크의 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다. 그리고 도 2는 도 1c의 위상반전마스크의 평면도이다.

먼저 도 1a에 나타낸 바와 같이, 쿼츠와 같은 투광기판(100) 위에 위상반전막(110) 및 광차단막(120)을 순차적으로 형성한다. 다음에 광차단막(120) 위에 광 차단막(120)의 일부 표면을 노출시키는 개구부(132)를 갖는 마스크막패턴(130)을 형성한다. 다음에 도 1b에 나타낸 바와 같이, 마스크막패턴(130)을 식각마스크로 한 식각으로 광차단막(120) 및 위상반전막(110)의 노출부분을 제거하여 광차단막패턴(122) 및 위상반전막패턴(112)을 형성한다. 그리고 마스크막패턴(130)을 제거한다. 다음에 도 1c에 나타낸 바와 같이, 메인패턴영역 내의 광차단막패턴(122)을 제거하여 투광기판(100) 위에 위상반전막패턴(112)이 배치되는 위상반전마스크(PSM)를 형성한다. 그런데 도 2에 나타낸 바와 같이, 이와 같이 형성된 위상반전마스크(PSM)의 위상반전막패턴(112)의 최종 선폭을 나타내는 최종 시디(CD; Critical Dimension)(CD1)가 설계에 의해 정해진 설계시디(CDf)에 비하여 크게 나타나는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같이 위상반전막패턴(112)의 최종 시디(CD1)가 설계시디(CDf)보다 크게 형성되는 경우 마스크 제작 불량으로 판정하여 다시 제작하고 있는 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 위상반전막패턴의 최종 시디가 설계시디보다 크게 형성된 경우 이를 보정함으로써 마스크 제작 불량이 발생하지 않도록 하는 위상반전마스크의 형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전마스크의 형성방법은, 투광기판 위에 위상반전막패턴 및 광차단막패턴을 형성하는 단계와, 위상반전막패턴의 시디를 측정하는 단계와, 측정된 시디가 설계시디보다 큰 경우 투광기판의 노출면 위에 보호막을 증착하는 단계와, 위상반전막패턴의 시디 보정을 위한 식각을 수행하는 단계와, 그리고 광차단막패턴 및 보호막을 제거하는 단계를 포함한다.

일 예에서, 보호막은 광차단막패턴과 동일한 물질로 형성할 수 있다. 이 경우 보호막 및 광차단막패턴은 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다.

일 예에서, 보호막은 전자빔 증착방법을 사용하여 형성할 수 있다.

일 예에서, 보호막은 5nm 이내의 두께로 형성할 수 있다.

일 예에서, 시디 보정을 위한 식각은 플로린(F) 가스를 이용한 건식식각방법을 사용하여 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 위상반전막패턴 및 광차단막패턴이 형성된 상태에서 위상반전막패턴의 시디를 측정하고, 측정 결과 보정이 필요할 경우 시디 보정을 수행함 으로써 위상반전막패턴의 시디로 인한 마스크 제작 불량을 방지할 수 있으며, 특히 시디 보정 전에 투광기판의 노출면 위에 보호막을 증착함으로써 시디 보정을 위한 식각과정에서 투광기판의 식각되어 위상차가 변화되는 문제가 방지된다는 이점이 제공된다.

도 3은 본 발명에 따른 위상반전마스크의 형성방법을 나타내 보인 플로챠트이다. 그리고 도 4a 내지 도 4e는 도 3의 각 단계를 상세하게 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.

도 3을 참조하면, 먼저 투광기판 위에 위상반전막패턴 및 차광막패턴을 형성한다(단계 310). 이를 위해 도 4a에 나타낸 바와 같이, 쿼츠와 같은 투광기판(400) 위에 위상반전막(410) 및 광차단막(420)을 형성한다. 위상반전막(410)은 몰리브데늄실리콘(MoSi)막으로 형성하고, 광차단막(420)은 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다. 다음에 광차단막(420) 위에 마스크막패턴(430)을 형성한다. 마스크막패턴(430)은 포토레지스트막으로 형성할 수 있으며, 광차단막(420)의 일부 표면을 노출시키는 개구부(432)를 갖는다. 다음에 도 4b에 나타낸 바와 같이 마스크막패턴(430)을 식각마스크로 한 식각으로 광차단막(도 4a의 420) 및 위상반전막(도 4a의 410)의 노출부분을 순차적으로 제거한다. 이 식각에 의해 투광기판(400) 위에는 위상반전막패턴(412) 및 광차단막패턴(422)이 형성된다. 이 식각은 건식식각방법을 사용하여 수행하며, 이 경우 식각특성으로 인하여 광차단막패턴(422)의 폭보다는 위상반전막패턴(412)의 폭이 다소 작아지게 된다. 위상반전막패턴(412) 및 광차단막패턴(422) 을 형성한 후에는 마스크막패턴(430)을 제거한다. 그러나 경우에 따라서 마스크막패턴(430)의 제거는 후속의 광차단막패턴(422) 제거시 수행될 수 있다.

다음에 도 4b의 화살표로 나타낸 바와 같이, 위상반전막패턴(412)의 시디(CD2)를 측정한다(단계 320). 위상반전막패턴(412)의 시디(CD2) 측정은 별도의 시디측정장치를 이용하여 광을 사용하여 수행할 수도 있으며, 또는 전자빔을 사용하여 수행할 수도 있다. 다음에 위상반전막패턴(412)의 측정된 시디(CD2)를 설계시디(CDf)와 비교하여 측정시디(CD2)가 설계시디(CDf)보다 큰 지를 판단한다(단계 330). 이 판단결과 측정시디(CD2)가 설계시디(CDf)보다 크지 않은 경우 통상의 차광막패턴 제거과정을 수행한다. 상기 판단결과 측정시디(CD2)가 설계시디(CDf)보다 큰 경우, 도 4c에 나타낸 바와 같이 투광기판(400)의 노출 표면 위에 보호막(440)을 증착한다(단계 340). 이 보호막(440)은 광차단막패턴(422)과 동일한 물질막, 즉 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다. 보호막(440)의 기능은 후속 시디 보정을 위한 식각시 투광기판(400)의 노출 표면을 보호하기 위한 것이며, 따라서 이와 같은 기능을 달성할 수 있을 정도의 두께, 예컨대 5nm 이내의 두께를 갖도록 한다. 보호막(440)의 증착은 전자빔 증착(E-beam evaporation)방법을 사용하여 수행한다. 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이, 위상반전막패턴(412)의 폭은 광차단막패턴(422)의 폭보다 작으며, 다라서 전자빔 증착방법을 사용하여 보호막(440)을 증착하는 경우, 위상반전막패턴(412)의 측면은 영향을 받지 않으며, 투광기판(400)의 노출표면과 광차단막패턴(422)의 상부면에만 보호막(440)이 증착된다.

다음에 도 4d에 나타낸 바와 같이, 측정시디(CD2)를 갖는 위상반전막패 턴(412)의 시디보정을 위한 식각을 수행한다(단계 350). 이 식각에 의해 점선으로 표시한 위상반전막패턴(412)은 그 측면이 시디 편차만큼 제거되어 보다 작은 선폭의 위상반전막패턴(414)이 되며, 그 결과 위상반전막패턴(414)은 설계시디(CDf)를 갖는다. 식각은, 플로린(F) 가스를 이용한 건식식각방법을 사용하여 수행한다. 보호막(440)을 플로린(F) 가스에 대한 충분한 선택비를 갖는 크롬(Cr)막으로 형성하였으므로, 플로린(F) 가스를 이용한 건식식각이 수행되는 동안 보호막(440)은 투광기판(400)의 표면을 보호하며, 따라서 시디보정을 위한 식각에 의해 투광기판(400)을 투과하는 광의 위상이 변화하는 현상이 발생되지 않는다.

다음에 보호막(440) 및 광차단막패턴(422)을 제거하여, 도 4e에 나탄낸 바와 같이 투광기판(400) 위에 위상반전막패턴(414)이 배치되는 위상반전마스크를 형성한다. 보호막(440) 및 광차단막패턴(422)은 동일한 크롬(Cr)막으로 형성되어 있으므로, 하나의 식각공정을 통해 모두 제거할 수 있다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 메인패턴영역을 제외한 나머지 영역, 예컨대 프레임(frame)영역에는 광차단막패턴(422)이 남아있도록 한다.

도 5a 및 도 5b는 보정을 위한 식각시간에 대한 시디변화량과 위상차의 변화를 나타내 보인 그래프들이다.

먼저 도 5a에서 선 "510"으로 나타낸 바와 같이, 시디보정을 위한 식각을 수행하는 시간이 길어질수록 위상반전막패턴(414)의 시디 변화량은 증가한다. 따라서 보정하고자 하는 시디 편차에 따라 식각 시간이 정해진다. 반면에 도 5b에서 선 "520"으로 나타낸 바와 같이, 보호막(440)을 증착하지 않은 상태에서 시디보정을 위한 식각을 수행하는 시간이 길어질수록 투광기판(400)의 위상차 변화량도 증가한다. 그러나 본 실시예에서와 같이, 투광기판(400)의 노출표면 위에 보호막(440)을 증착한 후에 시디보정을 위한 식각을 수행하게 되면, 식각시간이 길어지더라도 투광기판(400)이 보호막(440)에 의해 보호되므로 위상차가 변화하는 현상은 거의 발생되지 않는다.

도 1a 내지 도 1c는 일반적인 위상반전마스크의 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.

도 2는 도 1c의 위상반전마스크의 평면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 위상반전마스크의 형성방법을 나타내 보인 플로챠트이다.

도 4a 내지 도 4e는 도 3의 각 단계를 상세하게 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.

Claims

투광기판 위에 위상반전막패턴 및 광차단막패턴을 형성하는 단계;

상기 광차단막패터의 시디를 측정하고, 상기 광차단막패터의 측정된 시디를 이용하여 상기 위상반전막패턴의 시디를 측정하는 단계;

상기 측정된 시디가 설계시디보다 큰 경우 상기 투광기판의 노출면 위에 보호막을 증착하는 단계;

상기 위상반전막패턴의 시디 보정을 위한 식각을 수행하는 단계; 및

상기 광차단막패턴 및 보호막을 제거하는 단계를 포함하는 위상반전마스크의 형성방법.
청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서,

상기 보호막은 상기 광차단막패턴과 동일한 물질로 형성하는 위상반전마스크의 형성방법.
청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제2항에 있어서,

상기 보호막 및 광차단막패턴은 크롬(Cr)막으로 형성하는 위상반전마스크의 형성방법.
청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서,

상기 보호막은 전자빔 증착방법을 사용하여 형성하는 위상반전마스크의 형성 방법.
청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서,

상기 보호막은 5nm 이내의 두께로 형성하는 위상반전마스크의 형성방법.
청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서,

상기 시디 보정을 위한 식각은 플로린(F) 가스를 이용한 건식식각방법을 사용하여 수행하는 위상반전마스크의 형성방법.