KR20040007944A

KR20040007944A - 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법

Info

Publication number: KR20040007944A
Application number: KR1020020041226A
Authority: KR
Inventors: 강명아; 신인균
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2004-01-28
Also published as: US7112390B2; KR100475082B1; US20040009412A1

Abstract

무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법이 제공된다. 본 발명의 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법은 무크롬 위상 반전 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 감광막 패턴을 형성한 후, 감광막 패턴 스펙을 측정한다. 상기 감광막 패턴 스펙이 오차범위 내가 아니면 위상 시프터를 구성하는 마스크 기판 내의 트랜치를 선택적으로 습식 식각하여 위상 변화 없이 마스크 스펙을 보정하는 단계를 포함한다. 이렇게 마스크 스펙을 보정하고 나면 노광 장치 및 노광 조건에 따라 개별적으로 요구되는 맞춤형 무크롬 위상 반전 마스크를 얻을 수 있게 된다.

Description

무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법{Method for manufacturing chrome-less phase shift mask}

본 발명은 위상 반전 마스크의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정 중 미세 회로(패턴)를 웨이퍼 상에 구현하는 사진(포토리소그래피) 공정이 반도체 제조 공정 중 중요한 부분을 차지하고 있다. 사진공정에서의 질(quality)은 반도체 칩의 생산성은 물론 전체 품질을 좌우하는 주요한 요소이다.

사진공정에는 미세 패턴을 웨이퍼 상에 구현할 수 있는 마스크가 사용된다. 마스크는 통상 크롬 마스크가 사용되고 있다. 상기 크롬 마스크는 석영 기판 상에 크롬 패턴이 형성되어 있다. 그런데, 크롬 마스크는 광의 회절 현상 때문에 반도체 집적도의 증가에 따른 해상도의 증가 요구를 충족시키는데 한계를 갖고 있어, 위상 반전 마스크(phase shift mask)가 출현하게 되었다.

상기 위상 반전 마스크(phase shift mask)는 다양한 종류가 제안되고 있다. 이중에서 크롬을 사용하지 않고 위상 시프터(위상 반전 패턴)만으로 미세 패턴을 웨이퍼 상에 구현하는 무크롬 위상 반전 마스크가 제안되었다. 상기 무크롬 위상 반전 마스크의 위상 시프터는 마스크 기판을 소정 깊이만큼 식각하여 마련된다. 다시 말해, 무크롬 위상 반전 마스크의 위상 반전 영역을 구성하는 위상 시프터는 마스크 기판을 소정 깊이만큼 식각하여 마련된 트랜치로 구성된다.

그런데, 실제로 노광장치를 이용하여 상기 무크롬 위상 반전 마스크로 웨이퍼 상에 감광막 패턴을 구현해보면, 노광 장치나 노광 조건에 따라 감광막 패턴의 임계 크기(Critical dimension)나 임계 크기 균일도 등이 무크롬 위상 반전 마스크의 위상 시프터의 임계 크기나 위상 시프터의 균일도와는 다른 경향을 보여준다.

따라서, 노광장치나 노광 조건에 따라 변하는 웨이퍼 상의 감광막 패턴의 임계 크기나 임계 크기 균일도 등을 조절하기 위해 마스크 스펙(mask specification), 예컨대 위상 시프터의 임계 크기나 위상 시프터의 임계 크기의 균일도 등을 마스크 제조 과정 후에 위상 변화 없이 조절하는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마스크 제조 과정 후에 위상 변화 없이 마스크 스펙을 변경할 수 있는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 의한 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.

도 2는 본 발명에 의한 무크롬 위상 반전 마스크의 마스크 스펙을 보정하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 의해 마스크 스펙을 보정할 수 있는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 다른 예에 의해 마스크 스펙을 보정할 수 있는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법을 설명한 흐름도이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예에 의한 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법은 무크롬 위상 반전 마스크를 디자인하는 단계와, 상기 디자인된 무크롬 위상 반전 마스크를 제조하는 단계와, 상기 제조된 무크롬 위상 반전 마스크로 사진공정을 실시하여 웨이퍼 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴 스펙을 측정하는 단계와, 상기 감광막 패턴 스펙이 오차 범위 내인지를 판단하는 단계와, 상기 감광막 패턴 스펙이 오차 범위 내에 있지 않으면 상기 무크롬 위상 반전 마스크의 마스크 스펙을 보정하는 단계를 포함한다.

상기 감광막 패턴 스펙은 상기 감광막 패턴의 임계 크기, 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 평균값 또는 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 균일도일 수 있다. 상기 마스크 스펙은 위상 시프터의 임계 크기, 위상 시프터의 임계 크기의 평균값 또는 위상 시프터의 임계 크기의 균일도일 수 있다. 상기 위상 시프터는 상기 무크롬 위상 반전 마스크를 구성하는 마스크 기판을 식각하여 만들어진 트랜치일 수 있다. 상기 마스크 스펙의 보정은 사진식각공정을 이용하여 상기 무크롬 위상 반전 마스크를 구성하는 마스크 기판의 트랜치를 선택적으로 습식 식각하여 수행할 수있다.

또한, 본 발명의 다른 예에 의한 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법은 무크롬 위상 반전 마스크를 디자인하는 단계와, 상기 디자인된 무크롬 위상 반전 마스크를 제조하는 단계와, 상기 제조된 무크롬 위상 반전 마스크의 마스크 스펙이 오차 범위 내인지를 판단하는 단계와, 상기 마스크 스펙이 오차 범위 내에 있지 않으면 상기 마스크 스펙을 1차 보정하는 단계와, 상기 1차 보정된 무크롬 위상 반전 마스크로 사진공정을 실시하여 웨이퍼 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴 스펙이 오차 범위 내인지를 판단하는 단계와, 상기 감광막 패턴 스펙이 오차 범위 내에 있지 않으면 상기 무크롬 위상 반전 마스크의 마스크 스펙을 2차 보정하는 단계를 포함한다.

상기 마스크 스펙은 위상 시프터의 임계 크기, 위상 시프터의 임계 크기의 평균값 또는 위상 시프터의 임계 크기의 균일도일 수 있다. 상기 위상 시프터는 상기 무크롬 위상 반전 마스크를 구성하는 마스크 기판을 식각하여 만들어진 트랜치일 수 있다. 상기 마스크 스펙의 1차 및 2차 보정은 사진식각공정을 이용하여 상기 무크롬 위상 반전 마스크를 구성하는 마스크 기판의 트랜치를 선택적으로 습식 식각하여 수행할 수 있다. 상기 감광막 패턴 스펙은 상기 감광막 패턴의 임계 크기, 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 평균값 또는 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 균일도일 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 마스크 스펙이나 감광막 패턴 스펙을 측정하여 오차범위 내가 아니면 위상 시프터를 구성하는 마스크 기판 내의 트랜치를 선택적으로습식 식각하여 위상 변화 없이 마스크 스펙을 보정한다. 이렇게 마스크 스펙을 보정하고 나면 노광 장치 및 노광 조건에 따라 개별적으로 요구되는 맞춤형 무크롬 위상 반전 마스크를 얻을 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다. 또한, 어떤 막이 다른 막 또는 기판의 "위(상)"에 있다라고 기재된 경우, 상기 어떤 막이 상기 다른 막의 위에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 다른 막이 개재될 수도 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 마스크의 원재료로서 크롬층(12) 및 감광막(14)이 형성된 마스크 기판(10), 예컨대 석영 기판(quartz)이 준비된다. 이어서, 통상의 사진공정에 의하여 상기 감광막(14)을 패터닝하여 감광막 패턴(14a)을 형성한다.

도 1c를 참조하면, 상기 감광막 패턴(14a)을 마스크로 상기 크롬층(12)을 식각하여 0도 위상 영역(a) 및 180도 위상 반전 영역(b)을 한정하는 크롬 패턴(12a)을 형성한다. 그 후, 감광막 패턴(14a)을 제거한 후 클리닝 공정을 실시한다.

도 1d 및 도 1e를 참조하면, 상기 크롬 패턴(12a)에 의하여 노출된 180도 위상 반전 영역(b)의 마스크 기판(10)을 예정된 깊이(전기장의 위상을 180도 반전시킬 수 있는 깊이:d)만큼 멀티 스텝(multi-step) 식각 방식으로 식각하여 트랜치(를 형성한다. 즉, 도 1d에서는 마스크 기판(10)을 예정된 깊이(d)보다 얕은 깊이로 식각하고, 도 1e에서는 예정된 깊이로 식각한다.

이렇게 멀티스텝 식각방식으로 마스크 기판(10)을 식각하는 것은 크롬 패턴(12a)을 형성하기 위한 사진식각공정시, 마스크 기판(10) 표면에 파티클이 발생될 수 있다. 이렇게 발생된 파티클을 제거하지 않은 상태에서, 180도 위상 반전 영역(b)을 형성하기 위하여 마스크 기판(10)을 식각하게 되면, 파티클이 마스크로 작용하여 파티클 하부의 마스크 기판(10)이 식각되지 않는다. 이러한 문제점을 해결하고자, 등방성 식각을 이용하는 방법이 제안되었으나, 등방성 식각 방법은 고집적 위상 반전 마스크에는 적용하기 어렵다. 이에 따라, 마스크 기판(10)을 식각할때, 전체 깊이의 일부만을 식각한 후, 클리닝 공정에 의하여 파티클을 제거하고, 다시 마스크 기판(10)을 재차 식각하는 멀티 스텝(multi-step) 식각 방식으로 마스크 기판(10)을 비등방성 식각한다. 즉, 도 1d와 도 1e의 스텝 사이에는 마스크 기판(10)의 표면에 발생할 수 있는 파티클을 제거하기 위하여 클리닝 공정을 실시한다.

도 1f를 조절하면, 상기 크롬 패턴(12a)을 제거하여 무크롬 위상 반전 마스크를 제조한다. 이렇게 되면, 트랜치(14)가 형성된 부분(b)은 180도 위상 반전 영역이 되며, 마스크 기판(10)의 표면이 드러난 부분(a)은 0도 위상 영역, 즉 비위상반전 영역이 된다.

그런데, 이와 같이 제조된 무크롬 위상 반전 마스크의 마스크 스펙, 예컨대 트랜치로 구성된 위상 시프터의 임계 크기(critical dimension, CD), 평균값 및 균일도(uniformity) 등을 측정해 보면 마스크 제조 과정상의 문제점으로 인해 마스크 디자인에서 원했던 값과는 다르게 나타난다. 예를 들면, 앞서와 같이 제조된 무크롬 위상 반전 마스크의 트랜치(위상 시프터, 14)의 임계 크기의 전체 균일도가 마스크 내의 일정 부분으로 인해 떨어지거나 트랜치(14)의 특정 영역에서는 작은 경우가 발생한다. 따라서, 마스크 스펙을 보정하는 것이 필요하다.

또한, 앞서와 같이 제조된 상기 무크롬 위상 반전 마스크를 이용하여 노광 장치로 웨이퍼 상에 감광막 패턴을 구현해보면 노광 장치나 노광 조건에 따라 감광막 패턴 스펙, 예컨대 상기 감광막 패턴의 임계 크기, 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 평균값 또는 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 균일도 등을 측정해 보면 상기 마스크 패턴 스펙과는 다른 경향을 나타내는 경우가 발생한다. 따라서, 마스크 스펙을 보정하는 것이 필요하다.

구체적으로, 마스크 스펙을 보정하기 위해 도 1a 내지 도 1f와 같이 제조된 마스크 기판(10) 상에 사진공정을 이용하여 상기 트랜치(14) 중 일부를 노출하는 감광막 패턴(16)을 형성한다. 이어서, 상기 감광막 패턴(16)을 마스크로 마스크 기판(10)을 습식 식각하여 트랜치(14)의 임계 크기(CD)를 조절한다. 상기 습식 식각은 불산 용액을 이용하여 수행한다. 상기 마스크 기판(10)의 식각은 등방성 식각 특성을 가지는 습식 식각 방법을 이용하여 식각되므로 180도 위상 반전 영역(b)과 0도 위상 영역, 즉 비위상 반전 영역(a)간의 위상차는 변경 없이 그대로 유지된다. 결과적으로, 본 발명은 위상차의 변경 없이 마스크 스펙을 보정할 수 있게 된다. 마스크 스펙을 보정한 후 상기 감광막 패턴(16)을 제거함으로써 최종적인 무크롬 위상 반전 마스크가 완성된다.

먼저, CAD(computer aided design) 프로그램 등을 이용하여 무크롬 위상 반전 마스크를 디자인한다(스텝 202). 이어서, 앞서 설명한 도 1a 내지 도 1f와 같은 방법으로 무크롬 위상 반전 마스크를 제조한다(스텝 204).

다음에, 상기 제조된 무크롬 위상 반전 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 감광막에 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 사진공정을 실시한다(스텝 206). 이어서, 감광막 패턴 스펙, 예컨대 상기 감광막 패턴의 임계 크기, 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 평균값 또는 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 균일도 등을 측정한다(스텝 208). 상기 감광막 패턴 스펙은 무크롬 위상 반전 마스크에 의한 영향뿐만 아니라 노광 장비 및 노광 조건에 따라 변경된다.

다음에, 상기 감광막 패턴 스펙이 오차범위 내인가를 판단한다(스텝 210). 상기 감광막 패턴 스펙이 오차 범위 내가 아니면 앞서의 도 2와 같은 공정을 진행하여 마스크 스펙을 보정한다(스텝 212). 상기 마스크 스펙의 보정은 앞서 설명한바와 같이 위상 변화 없이 마스크 기판의 트랜치(위상 시프터)를 사진식각공정을 이용하여 선택적으로 습식 식각하여 수행한다.

상기 마스크 스펙이 보정되면 다시 감광막이 형성된 웨이퍼에 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 사진공정을 실시한다. 상기 감광막 패턴 스펙이 오차범위 내이면 무크롬 위상 반전 마스크의 제조를 완료한다(스텝 214). 결과적으로, 본 발명에 의해 마스크 스펙을 보정하고 나면 노광 장치 및 노광 조건에 따라 개별적으로 요구되는 맞춤형 무크롬 위상 반전 마스크를 얻게 된다.

먼저, CAD(computer aided design) 프로그램 등을 이용하여 무크롬 위상 반전 마스크를 디자인한다(스텝 302). 이어서, 앞서 설명한 도 1a 내지 도 1f와 같은 방법으로 무크롬 위상 반전 마스크를 제조한다(스텝 304).

다음에, 상기 제조된 무크룸 위상 반전 마스크의 마스크 스펙, 예컨대 트랜치로 구성된 위상 시프터의 임계 크기(critical dimension, CD), 평균값 및 균일도(uniformity) 등을 측정한다(스텝 306).

다음에, 상기 마스크 스펙이 오차범위 내인가를 판단한다(스텝 308). 마스크 스펙이 오차범위 내가 아니면 앞서의 도 2와 같은 공정을 진행하여 마스크 스펙을 1차 보정한다(스텝 310). 상기 마스크 스펙의 보정은 앞서 설명한 바와 같이 위상 변화 없이 마스크 기판의 트랜치(위상 시프터)를 사진식각공정을 이용하여 선택적으로 습식 식각하여 수행한다. 상기 마스크 스펙이 1차 보정되면 재차로 마스크 스펙을 측정한다.

다음에, 마스크 스펙이 오차 범위 내이면 무크롬 위상 반전 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 감광막에 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 사진공정을 실시한다(스텝 312). 이어서, 감광막 패턴 스펙, 예컨대 상기 감광막 패턴의 임계 크기, 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 평균값 또는 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 균일도 등을 측정한다(스텝 314). 상기 감광막 패턴 스펙은 무크롬 위상 반전 마스크에 의한 영향뿐만 아니라 노광 장비 및 노광 조건에 따라 변경된다.

다음에, 상기 감광막 패턴 스펙이 오차범위 내인가를 판단한다(스텝 316). 상기 감광막 패턴 스펙이 오차 범위 내가 아니면 앞서의 도 2와 같은 공정을 진행하여 마스크 스펙을 2차 보정한다(스텝 318). 상기 마스크 스펙의 보정은 앞서 설명한 바와 같이 위상 변화 없이 마스크 기판의 트랜치(위상 시프터)를 사진식각공정을 이용하여 선택적으로 습식 식각하여 수행한다.

상기 마스크 스펙이 2차 보정되면 다시 감광막이 형성된 웨이퍼에 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 사진공정을 실시한다. 상기 감광막 패턴 스펙이 오차범위 내이면 무크롬 위상 반전 마스크의 제조를 완료한다(스텝 320). 결과적으로, 본 발명에 의해 마스크 스펙을 보정하고 나면 노광 장치 및 노광 조건에 따라 개별적으로 요구되는 맞춤형 무크롬 위상 반전 마스크를 얻게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 무크롬 위상 반전 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 감광막 패턴을 형성한 후, 감광막 패턴 스펙을 측정한다. 상기 감광막 패턴 스펙이 오차범위 내가 아니면 위상 시프터를 구성하는 마스크 기판 내의 트랜치을 선택적으로 습식 식각하여 위상 변화 없이 마스크 스펙을 보정한다. 이렇게 마스크 스펙을 보정하고 나면 노광 장치 및 노광 조건에 따라 개별적으로 요구되는 맞춤형 무크롬 위상 반전 마스크를 얻을 수 있게 된다.

Claims

무크롬 위상 반전 마스크를 디자인하는 단계;

상기 디자인된 무크롬 위상 반전 마스크를 제조하는 단계;

상기 제조된 무크롬 위상 반전 마스크로 사진공정을 실시하여 웨이퍼 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계;

상기 감광막 패턴 스펙을 측정하는 단계;

상기 감광막 패턴 스펙이 오차 범위 내인지를 판단하는 단계; 및

상기 감광막 패턴 스펙이 오차 범위 내에 있지 않으면 상기 무크롬 위상 반전 마스크의 마스크 스펙을 보정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 감광막 패턴 스펙은 상기 감광막 패턴의 임계 크기, 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 평균값 또는 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 균일도인 것을 특징으로 하는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 마스크 스펙은 위상 시프터의 임계 크기, 위상 시프터의 임계 크기의 평균값 또는 위상 시프터의 임계 크기의 균일도인 것을 특징으로 하는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 위상 시프터는 상기 무크롬 위상 반전 마스크를 구성하는 마스크 기판을 식각하여 만들어진 트랜치인 것을 특징으로 하는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 마스크 스펙의 보정은 사진식각공정을 이용하여 상기 무크롬 위상 반전 마스크를 구성하는 마스크 기판의 트랜치를 선택적으로 습식 식각하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법.
무크롬 위상 반전 마스크를 디자인하는 단계;

상기 디자인된 무크롬 위상 반전 마스크를 제조하는 단계;

상기 제조된 무크롬 위상 반전 마스크의 마스크 스펙이 오차 범위 내인지를 판단하는 단계; 및

상기 마스크 스펙이 오차 범위 내에 있지 않으면 상기 마스크 스펙을 1차 보정하는 단계;

상기 1차 보정된 무크롬 위상 반전 마스크로 사진공정을 실시하여 웨이퍼 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계;

상기 감광막 패턴 스펙이 오차 범위 내인지를 판단하는 단계; 및

상기 감광막 패턴 스펙이 오차 범위 내에 있지 않으면 상기 무크롬 위상 반전 마스크의 마스크 스펙을 2차 보정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 마스크 스펙은 위상 시프터의 임계 크기, 위상 시프터의 임계 크기의 평균값 또는 위상 시프터의 임계 크기의 균일도인 것을 특징으로 하는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 위상 시프터는 상기 무크롬 위상 반전 마스크를 구성하는 마스크 기판을 식각하여 만들어진 트랜치인 것을 특징으로 하는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법.
제8에 있어서, 상기 마스크 스펙의 1차 및 2차 보정은 사진식각공정을 이용하여 상기 무크롬 위상 반전 마스크를 구성하는 마스크 기판의 트랜치를 선택적으로 습식 식각하여 수행하는 것을 특징으로 하는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 감광막 패턴 스펙은 상기 감광막 패턴의 임계 크기, 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 평균값 또는 상기 감광막 패턴의 임계 크기의 균일도인 것을 특징으로 하는 무크롬 위상 반전 마스크의 제조방법.