KR20000045356A - 반도체 소자의 마스크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 마스크 제조방법에 관한 것으로, 기본적인 마스크 제조공정에 투과율을 작게하기 위한 공정을 추가하거나 또는 기판 자체를 제작함에 의해 특정지역에서의 선폭이 줄어드는 현상을 줄이거나 없애는 마스크 제조방법이며, 광 근접효과를 투과율로 보상하여 마스크를 제조하게 되므로 제조공정수율을 크게 향상시킬 수 있고, 또한 종래의 기술에 있어서 마스크 재 제작 횟수를 줄일 수 있어 원가절감을 기할 수 있다.

Description

반도체 소자의 마스크 제조방법

본 발명은 반도체 소자의 마스크 제조방법에 관한 것으로, 특히 마스크 제작시 패턴의 크기 및 배치에 따라 투과되는 빛의 양을 조절하기 위해 마스크 표면에서 반사율을 조절하는 소정의 공정을 추가함에 의해 실제 공정상에서 광근접효과가 보상이 되어 어떤 패턴의 모양이라도 같은 크기의 선폭을 얻을 수 있게 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 설계에 의해 배열이 된 회로 소자를 실제 실리콘 웨이퍼 표면에 형성시키기 위해서는 회로도면이 여러 장의 마스크에 옮겨져야 하는데 이 마스크는 설계도면의 데이터를 수록한 피지(PG) 테이프를 이용하여 먼저 하나의 칩에 대한 레티클(Reticle)을 만들게 된다. 한 장의 마스크에는 웨이퍼 위에 여러개의 칩을 만들 수 있도록 각각의 칩의 패턴에 해당하는 여러개의 설계도면들이 존재한다고 볼 수 있다.

반도체 소자의 제조공정에 있어서 노광장치는 마스크(레티클)를 사용하여 웨이퍼 기판에 소자의 패턴을 형성한다. 이것은 광학적 패턴 전이의 원리를 이용하여 기판의 감광막에 빛을 노광시켜 패턴을 형성하게 된다. 대부분의 노광장치에 있어서, 마스크를 투과하는 빛들은 광학적 원리, 즉 빛의 간섭원리에 의하여 광학적 한계를 갖게 되며, 특히 광학적 근접효과에 따라 패턴형성에 어려움이 있다.

이러한 현상은 노광장치의 패터닝 능력과 소자의 설계룰에 따라 다르게 나타나며 소자의 설계률이 작을수록 크게 나타난다.

도 1 은 종래의 일반적인 리소그라피 공정의 개요도이다.

상기 도면을 참조하면, 종래의 기술은 석영기판(1) 위에 패턴을 크롬(3)으로 형성한 후에 광노광장치의 원판으로 사용한다. 빛이나 레이져를 사용하는 노광시스템에서 마스크 원판에 빛을 노광시키면 크롬(3) 패턴들이 빛을 차단시켜 기판(7) 위의 감광막(9)의 명암을 구분하게 된다.

상기 도 1에서 보는 바와 같이, 빛(5)이 마스크를 통과할 때 빛의 간섭원리에 의하여 공기중의 이미지가 형성되며, 이러한 효과는 패턴의 크기와 노광장치의 파장과 관계가 된다. 또한 광학적인 현상에 의하여 일어나는 효과를 '광근접 효과'라고 말하며, 상기 효과는 공정에 있어서 패턴 형성에 큰 영향을 미친다. 예를 들어 마스크의 패턴 설계가 라인&스페이스와 라인 그리고 스페이스들로 구성되어 있다면, 노광시 공정의 결과는 이러한 패턴 형태에 따라 노광량이 달라지기 때문에 각각의 패턴들의 크기가 다르게 나타난다. 또한 최근들어 소자의 크기가 더욱더 미세화할수록 이러한 영향이 더 크며, 이러한 현상들은 자연적인 현상이므로 제거할 수가 없다.

도 2 는 종래의 기술에 따른 일반적인 마스크의 제조 공정단계를 도시한 단면도이다.

종래의 마스크 제조공정은 상기 도 2 에 도시된 바와 같이, 패턴을 설계한 후 전자빔으로 노광하여 현상한 후 기판(7)위의 크롬(3)을 식각한다. 식각방법은 건식과 습식을 사용하며 미세패턴 형성시에는 건식식각방법을 사용하여 패턴의 질을 좋게하고 있다. 종래의 기술로 제작된 마스크의 경우, 패턴의 크기가 작아짐에 따라 마스크를 통과하는 빛의 산란 및 회절 현상으로 실제 웨이퍼에 노광할 때 해상이 되지 않거나 광학적 간섭현상이 크게 일어나 패턴의 크기가 달라지게 된다.

또한 소자의 설계룰이 계속해서 작아지게 되고 패턴형성은 노광장비의 한계이하를 요구하게 되어 마스크상에서 광학적 간섭현상이 크게 일어나 웨이퍼 공정에 그대로 반영되는 현상들이 심하다.

도 3 은 종래의 기술에 따른 마스크 제조공정에서의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

예컨데, 실제 설계 패턴을 상기 도 3 과 같이 설계를 한다면, 일반적인 패턴의 형태는 라인&스페이스 패턴(11)과 독립 패턴(isolated pattern)(13)과 같은 형태의 마스크의 구조를 갖게 된다. 따라서 이와 같은 형태의 패턴을 노광하게 되면 앞에서 말한 바와 같은 '광근접 효과'의 원리에 의하여 원하는 패턴을 얻기가 어려우며, 실제 웨이퍼에 형성된 패턴(15)은 설계된 패턴(11,13)보다 크기가 10㎚∼100㎚ 정도 선폭이 작아지는 현상이 일어난다.

특히 패턴의 외곽과 독립패턴의 경우 광의 밀도가 달라지기 때문에 심하게 나타나게 된다.

따라서 본 발명은 상기의 종래의 문제점을 감안하여 마스크의 제조시 마스크의 투과율을 조정함에 의해 상기의 광근접 효과를 보상되도록 하여 공정진행시 선폭의 조절이 가능하여 제조공정 수율 및 신뢰성 향상을 기할 수 있는 반도체 소자의 마스크 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 은 종래의 일반적인 리소그라피 공정의 개요도

도 2 는 종래의 기술에 따른 일반적인 마스크의 제조 공정단계를 도시한 단면도

도 3 은 종래의 기술에 따른 마스크 제조공정에서의 문제점을 설명하기 위한 도면

도 4 는 본 발명의 방법에 따른 마스크 제조공정의 적용원리를 설명하기 위한 도면

도 5a 내지 도 5d 는 본 발명의 방법에 따라 마스크를 제조하는 공정의 각 실시예를 도시한 도면

도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 마스크 제조공정의 공정단계를 도시한 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 투명기판(석영) 3 : 불투명부(크롬)

5 : 빛 9 : 레지스트(Resist)

11 : 라인&스페이스 패턴 13 : 독립패턴

15 : 웨이퍼상에 형성된 실제패턴 17,21 : 셀영역

19,23 : 페리(peri)영역 22 : 식각부위

24,25 : 표면부착물질

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 마스크 제조방법은,

마스크의 설계시 패턴의 형태에 따라 설계패턴을 다수개의 지역으로 구분하여 블록화하는 단계와,

투명기판의 상부에 크롬을 도포하는 단계와,

상기 크롬층 상부에 레지스트를 도포하는 단계와,

상기 블록화된 영역별에 적합한 투과율이 되도록 조정하여, 차례로 상기 레지스트를 노광 및 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계와,

상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 하부의 크롬층을 식각하여 크롬패턴을 형성하는 단계와,

상부의 레지스트를 제거하는 단계를 포함한 구성으로 됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 마스크 제조방법은,

마스크의 설계시 패턴의 형태에 따라 설계패턴을 다수개의 지역으로 구분하여 블록화하는 단계와,

상기 블록화된 영역에 맞는 투과율이 구비되도록 상기 각 블록영역별로 투명기판을 수정하는 단계와,

상기 수정된 투명기판의 상부에 크롬 패턴을 형성하는 단계를 포함한 구성으로 됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 마스크 제조방법은,

마스크의 설계시 패턴의 형태에 따라 설계패턴을 다수개의 지역으로 구분하여 블록화하는 단계와,

상기 수정된 투명기판의 상부에 크롬 패턴을 형성하는 단계와,

상기 블록화된 영역에 맞는 투과율이 구비되도록 상기 각 블록영역별로 투명기판을 수정하는 단계를 포함한 구성으로 됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은,

마스크의 설계시 패턴의 형태에 따라 설계패턴을 다수개의 지역으로 구분하여 블록화하는 단계와,

투명기판의 상부에 크롬 패턴을 형성하되, 상기 블록화된 영역에 맞는 투과율이 구비되도록 형성하고자 하는 패턴의 크기보다 큰 크기로 형성하는 단계를 포함한 구성으로 되며,

상기에서 블록화된 영역은 라인&스페이스 패턴의 에지부 패턴과 독립패턴으로 구분된 블록으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 마스크 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

도 4 는 본 발명의 방법에 따른 마스크 제조공정의 적용원리를 설명하기 위한 도면이다.

상기 도면에서 보는 바와 같이, 일반적으로 밀집한 패턴과 독립된 패턴의 빛의 강도가 다르고, 에어리얼 이미지(aerial image)의 형태가 다르기 때문에 기본적으로 선폭의 크기를 같게 할 수 없다.

본 발명에서는 독립된 패턴의 마스크 부분을 공정으로 처리하여 투과율을 낮추면 상기 도면에서와 같이, 에어리얼 이미지의 경사가 낮게 되어 선폭의 크기가 크게 된다. 상기한 점을 이용하여 주변영역에서의 광 근접효과를 줄일 수 있으며, 정확한 투과율과 선폭의 변화를 측정하면 선폭과 투과율의 상호보완(correlation)이 가능하다.

도 5a 내지 도 5d 는 본 발명의 방법에 따라 마스크를 제조하는 공정의 각 실시예를 도시한 도면이다.

본 발명에서의 마스크의 제작은 설계시 광 근접효과가 심하게 발생되는 지역을 구분하여 마스크 제작시 그 부분을 처리해 주는 방법이다. 특히 반복되는 패턴과 독립된 패턴들의 지역을 구분하는 방법 또는 셀지역과 페리(peri) 지역을 구분하는 방법들을 설계시 고려할 수가 있다.

도 5a 는 마스크 설계시 구분해야 할 영역을 표시한 도면이다.

즉, 도면에 도시된 바와 같이, 반도체 소자의 경우 셀지역(17)에는 반복되는 패턴이 많으며, 페리지역(19)과 같은 부분에서는 독립된 패턴들이 많기 때문에 가장 간단하게 설계할 수 있는 방법이다. 그 외에 특정한 부분을 구분하여 설정할 수가 있으며, 이와 같이 설정된 부분은 마스크 제조시 본 발명의 공정을 추가한다.

도 5b 는 셀과 페리영역의 패턴들의 밀도와 형태를 구분하여 석영기판을 식각하는 방법의 일예를 도시한 도면이다.

앞서 설명한 바와 같이, 패턴의 광 근접효과는 셀지역과 페리지역에서 심하게 나타나고, 페리지역의 독립패턴들의 선폭이 작아지는 경향이 있다.

상기 도 5b 에서와 같이, 특정지역의 석영기판(7)을 약 10㎚ 이상을 식각하면 그 부분(22)의 석영기판의 투과율이 저하되어 선폭이 작아지는 정도를 보상할 수 있다. 선폭의 보상량은 투과율과 선폭의 변화량을 조절하여 선택할 수 있다.

도 5c 는 본 발명의 다른 실시예로서, 석영기판위에 반사 방지막 필름(Anti reflective film ; 이하 'ARC'라 함)을 도포하는 방법을 도시한 도면이다.

본 발명의 다른 방법으로 석영기판의 원하는 부분에 ARC를 도포할 수 있다. 이때 상기 ARC 도포는 오거닉(organic) 또는 비오거닉 필름이나 다중체 폴리머의 두께를 조절하며 투과율을 조절할 수 있다. 또한 고굴절층과 저굴절층을 주기적으로 배치한 다층막을 이용하여 투과율을 조절할 수 있다.

도 5d 는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 석영기판위의 표면처리를 하는 방법을 도시한 도면이다.

마스크 제조시, 상기한 표면처리에 의해 기판의 투과율을 조정하는 방법으로는 다음과 같은 몇가지 방법이 있다.

석영기판의 원하는 부분(23)을 오픈시켜 놓고, 먼저 산소 플라즈마 처리하여 데미지를 주는 방법이 있고, 케미컬을 이용하여 손상을 가해 일정부분에 투과율이 작아지게 하는 방법 그리고 이온 임플란테이션 하는 방법이 있다.

상기한 방법 모두 석영기판의 표면을 손상시켜 투과율을 낮게하는 방법이다.

도 6 은 본 발명의 일실시예에 따른 마스크 제조공정의 공정단계를 도시한 단면도이다.

본 발명에 의한 마스크 제조공정은 기본적인 마스크 제조공정에 투과율을 작게하기 위한 공정을 추가하는 것과 기판 자체를 제작하는 공정으로 구분한다.

상기 도 6 은 일반 마스크 제조공정에 표면처리 공정을 추가하는 경우의 마스크 제조공정 단계를 도시한 도면이다.

표면처리 공정은 전자빔 노광공정으로 기존의 마스크 패턴위에 재 설계된 패턴들을 노광하기 위하여 전자빔 감광막(9)을 입힌 후, 새로운 설계 패턴을 블록별로 노광한다.

그 후 오픈된 지역이 생기면 앞에서 기 설명한 바 있는 표면처리 공정을 실시한다. 이와 같이 하여 제작된 마스크를 사용하면 페리지역의 선폭이 줄어드는 광 근접 효과를 크게 줄이거나 없앨 수 있다.

도 7 은 본 발명의 방법에 따라 마스크에 투과율을 조정하기 위해 패턴의 크기를 조절한 경우를 도시한 도면이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 설계된 크롬 마스크에 문제가 되는 라인&스페이스 패턴(11)중 에지부에 위치한 패턴과 독립패턴(13)을 형성하고자 하는 패턴의 크기보다 더 크게 형성한다. 즉 도면에서 크게 형성된 패턴(12,14,16)은 라인&스페이스 패턴(11)중 최 외곽에 위치한 에지부 패턴이다.

상기 새롭게 설계된 패턴(12,14,16)을 이용하여 상기 도 6 의 (a) 내지 (c) 의 공정을 반복하면, (d)와 같은 형태의 마스크가 형성되어 투과율 조정부분을 오픈해 준 상태가 된다.

상기의 상태에서 투과율을 조정하는 공정을 실시한다. 그러면 도 6 의 (e)와 같이 원하는 부분에 투과율이 조절된 새로운 마스크가 제조된다.

한편, 상기한 본 발명의 방법은 주로 극미세 패턴 형성을 위한 디램 제조기술에 적합하나 비메모리 소자뿐만 아니라 타 분야의 마스크 제조기술에 적용가능하다. 예컨데, LCD 제조에 있어서의 패턴형성 및 마스크 원판 제조시에도 적용가능하다.

이상 상술한 바와 같이, 기본적인 마스크 제조공정에 투과율을 작게하기 위한 공정을 추가하거나 또는 기판 자체를 제작함에 의해 특정지역에서의 선폭이 줄어드는 현상을 줄이거나 없애는 본 발명의 마스크 제조방법은 광 근접효과를 투과율로 보상하여 마스크를 제조하게 되므로 제조공정수율을 크게 향상시킬 수 있고, 또한 종래의 기술에 있어서 마스크 리비젼(Revision) 횟수를 줄일 수 있어 원가절감을 기할 수 있다.

아울러 본 발명의 기술 적용범위가 극 미세 소자에 더 효과가 있어 0.2㎛ 이하의 소자 제조에 더욱 효과적으로 사용할 수 있다.

Claims (23)

1. 반도체 소자의 마스크 제조방법에 있어서

   마스크의 설계시 패턴의 형태에 따라 설계패턴을 다수개의 지역으로 구분하여 블록화하는 단계와,

   투명기판의 상부에 크롬을 도포하는 단계와,

   상기 크롬층 상부에 레지스트를 도포하는 단계와,

   상기 블록화된 영역별에 적합한 투과율이 되도록 조정하여, 차례로 상기 레지스트를 노광 및 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계와,

   상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 하부의 크롬층을 식각하여 크롬패턴을 형성하는 단계와,

   상부의 레지스트를 제거하는 단계를 포함한 구성으로 되는 반도체 소자의 마스크 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 설계패턴의 블록은 셀영역과 페리영역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 설계패턴의 블록은 독립패턴과 어레이 패턴으로 구분되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
4. 반도체 소자의 마스크 제조방법에 있어서

   마스크의 설계시 패턴의 형태에 따라 설계패턴을 다수개의 지역으로 구분하여 블록화하는 단계와,

   상기 블록화된 영역에 맞는 투과율이 구비되도록 상기 각 블록영역별로 투명기판을 수정하는 단계와,

   상기 수정된 투명기판의 상부에 크롬 패턴을 형성하는 단계를 포함한 구성으로 되는 반도체 소자의 마스크 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 투명기판의 수정작업은 상기 구분된 블록영역에 따라 기판의 두께가 조정되도록 기판의 소정부위를 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 투명기판의 수정작업은 투명기판상에 구분된 블록별로 반사방지막을 부착시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 반사방지막은 다중체 폴리머를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 반사방지막으로 비오거닉 필를을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
9. 제 4 항에 있어서,

   상기 투명기판의 수정작업은 구분된 블록영역별로 투명기판상에 표면처리를 실시하는 작업인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 표면처리 방법은 투명기판 상부에 플라즈마 처리를 하는 방법인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 표면처리 방법은 투명기판 상부에 화학적 처리를 하는 작업인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 표면처리 방법은 투명기판 상부에 이온처리를 하는 작업인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
13. 반도체 소자의 마스크 제조방법에 있어서

    마스크의 설계시 패턴의 형태에 따라 설계패턴을 다수개의 지역으로 구분하여 블록화하는 단계와,

    투명기판의 상부에 크롬 패턴을 형성하는 단계와,

    상기 블록화된 영역에 맞는 투과율이 구비되도록 상기 각 블록영역별로 투명기판을 수정하는 단계를 포함한 구성으로 되는 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 투명기판의 수정작업은 상기 구분된 블록영역에 따라 기판의 두께가 조정되도록 기판의 소정부위를 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
15. 제 13 항에 있어서,

    상기 투명기판의 수정작업은 투명기판상에 구분된 블록별로 반사방지막을 부착시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 반사방지막은 다중체 폴리머를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 반사방지막으로 비오거닉 필를을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
18. 제 13 항에 있어서,

    상기 투명기판의 수정작업은 구분된 블록영역별로 투명기판상에 표면처리를 실시하는 작업인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 표면처리 방법은 투명기판 상부에 플라즈마 처리를 하는 방법인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 표면처리 방법은 투명기판 상부에 화학적 처리를 하는 작업인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
21. 제 18 항에 있어서,

    상기 표면처리 방법은 투명기판 상부에 이온처리를 하는 작업인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 마스크 제조방법
22. 반도체 소자의 마스크 제조방법에 있어서

    마스크의 설계시 패턴의 형태에 따라 설계패턴을 다수개의 지역으로 구분하여 블록화하는 단계와,

    투명기판의 상부에 크롬 패턴을 형성하되, 상기 블록화된 영역에 맞는 투과율이 구비되도록 형성하고자 하는 패턴의 크기보다 큰 크기로 형성하는 단계를 포함한 구성으로 되는 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조방법.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 블록화된 영역은 라인&스페이스 패턴의 에지부 패턴과 독립패턴으로 구분된 블록으로 형성되는 것을 특징으로 하는 소자의 위상반전 마스크 제조방법