KR20050001750A - 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법 - Google Patents

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KR20050001750A
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김영식
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Abstract

본 발명은 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법에 관한 것으로, 투명기판 상부에 차광막 및 레지스트층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 레지스트층을 선택적으로 노광하여 노광영역을 형성하는 단계와, 상기 결과물에 실릴레이션 공정을 수행하여 상기 레지스트층의 노광영역에 실릴레이션막을 형성하는 단계와, 상기 실릴레이션막을 식각마스크로 사용하여 상기 레지스트층을 식각하여 레지스트층 패턴을 형성하는 단계와, 상기 레지스트층 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 차광막을 식각하여 차광막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 결과물로부터 레지스트층 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법을 개시한다.

Description

포토리소그래피용 노광마스크 제조방법{Method for Manufacturing Exposure Mask for Photolithography}
본 발명은 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 TIPS(Top-Surface Imaging Process by Silylation) 공정을 이용하여 초미세 패턴을 가지는 노광마스크를 형성하기 위한 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법에 관한 것이다.
반도체소자의 패턴이 점점 미세화됨에 따라, 포토리소그래피용 노광마스크 상에 초미세 패턴을 형성하는 것이 중요해지고 있으며, 강력한 광근접 효과의 보정(OPC; Optical Proximity Correction)을 적용할 수 있기 때문에 노광마스크 상의 패턴 미세화는 더욱 요구되어 진다.
현재 게이트라인 패턴 및 비트라인 패턴과 같은 L/S(line and space) 타입의 패턴 형성시 패턴의 선폭 균일도(Critical Dimension Uniformity)를 향상시키기 위하여 스캐터링 바(scattering bar)와 같이 웨이퍼에 노광되지는 않지만 마스크에서는 패터닝이 되는 보조 패턴을 사용하고 있고, 아일랜드(island) 타입의 패턴 형성시 패턴의 모양 및 선폭 균일도를 향상시키기 위하여 패턴 가장자리에 사용하는 세리프 패턴(sherif pattern)을 점점 더 미세화하고 있어, 종래의 전자빔(e-빔)을 노광원으로 하는 노광 공정에서 점점 한계를 드러내고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 특히 전자빔을 노광원으로 하는 노광공정을 이용하여 초미세 패턴을 가지는 노광마스크를 형성하기 위한 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 포토리소그래피용 노광마스크의 단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >
10 : 투명기판 12 : 차광막
14 : 레지스트층 16 : 노광영역
18 : 실릴레이션막 20 : 레지스트층 패턴
22 : 차광막 패턴 24 : 위상변위층 패턴
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법은
(a) 투명기판 상부에 차광막 및 레지스트층을 순차적으로 형성하는 단계;
(b) 상기 레지스트층을 선택적으로 노광하여 노광영역을 형성하는 단계;
(c) 상기 결과물에 실릴레이션 공정을 수행하여 상기 레지스트층의 노광영역에 실릴레이션막을 형성하는 단계;
(d) 상기 실릴레이션막을 식각마스크로 사용하여 상기 레지스트층을 식각하여 레지스트층 패턴을 형성하는 단계;
(e) 상기 레지스트층 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 차광막을 식각하여 차광막 패턴을 형성하는 단계; 및
(f) 상기 결과물로부터 레지스트층 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단계를 포함하는 본 발명에 따른 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법에 있어서,
상기 차광막은 크롬막, 니켈막, 몰리브덴막, 이들의 합금막, 크롬 산화물막, 니켈 산화물막 및 몰리브덴 산화물막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것과,
상기 레지스트층은 KrF용 화학증폭형 포토레지스트 수지 또는 ArF용 화학증폭형 포토레지스트 수지로 이루어지는 것과,
상기 (a) 단계는 투명기판과 차광막 사이에 위상변위층을 더 형성하고, 상기 위상변위층은 비정질 탄소막, MoSiN막, SiN막, CrO막, SOG(Spin On Glass)막 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것과,
상기 (b) 단계는 KrF(248nm), ArF(193nm), VUV(157nm), EUV(13nm), E-빔, X-선 및 이온빔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 노광원을 이용하는 것과,
상기 (c) 단계의 실릴레이션 공정에 사용되는 실릴화제는 비스디메틸아미노 디메틸실란, 헥사메틸 사이클로트리실라잔, 헥사메틸 디실라잔, 테트라메틸 디실라잔, 비스디메틸아미노 메틸실란, 디메틸실릴 디메틸아민, 디메틸실릴 디에틸아민, 트리메틸실릴 디메틸아민, 트리메틸실릴 디에틸아민 및 디메틸아미노 펜타메틸디실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것과,
상기 (c) 단계 이전에 프리실릴레이션 베이크(presilylation bake) 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
한편, TIPS의 특징은 근접 노광(shallow exposure)을 하며, 노광 지역과 비노광 지역에 한하여 선택적으로 확산 반응을 시켜 잠재 이미지(latent image) 형성을 한다는 것이며, 실릴레이션된 지역은 마스크 역할을 하며, 실릴레이션되지 않은 지역은 O2플라즈마에 의해 건식 현상되는 것이다. 따라서, 에너지 흡수계수가 큰 레지스트가 요구되며, O2플라즈마 식각시 큰 선택비를 갖는 공정 조건이 필요하다.
이러한 TIPS는 기판과 토폴로지(topology)에 의해 거의 영향을 받지 않으며, 이용되는 레지스트의 투명성, 접착성과 식각 선택비 특성에 덜 민감하고, 높은 해상도에서도 단일막 레지스트(single layer resist; 이하 "SLR" 이라 약칭함)에 비해 훨씬 넓은 초점 심도(depth of focus)를 보여 주는 등 일반적인 레지스트 패터닝 공정에 비하여 많은 장점을 가지는 공정이다.
또한 TIPS에 사용되는 건식 현상 방법은 기존 SLR의 습식 현상 방식에 비하여, 높은 에스펙트 비율(aspect ratio)에서도 패턴의 무너짐 현상없이 두꺼운 레지스트의 공정에 적용할 수 있는 장점을 가지는데, 비교적 낮은 식각 선택비를 가지는 산화물 또는 금속과 같은 기판 위에서 이 장점을 이용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법을 도시하는 단면도로서, 일반적인 바이너리 마스크(binary mask)를 제조하는 방법을 나타낸다.
도 1a를 참조하면, 석영으로 이루어진 투명기판(10) 상부에 차광막(12) 및 레지스트층(14)을 순차적으로 형성한 다음, 레지스트층(14)을 선택적으로 근접 노광(shallow exposure)하여 노광영역(16)을 형성한다.
상기 차광막(12)은 크롬막, 니켈막, 몰리브덴막, 이들의 합금막, 크롬 산화물막, 니켈 산화물막 또는 몰리브덴 산화물막인 것이 바람직하고, 상기 레지스트층 (14)은 KrF용 화학증폭형 포토레지스트 수지 또는 ArF용 화학증폭형 포토레지스트 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 감광성 물질을 포함하는 i-line용 포토레지스트 수지를 이용하여 레지스트층(14)을 형성할 수도 있다.
또한, 상기 노광공정은 KrF(248nm), ArF(193nm), VUV(157nm), EUV(13nm), E-빔, X-선 및 이온빔 등의 노광원을 사용하여, 실릴레이션 공정을 이용하지 않는 포토리소그래피 공정에 통상적으로 적용되는 노광에너지 양의 50% 이하 정도의 양으로 근접 노광하는 것이다.
도 1b를 참조하면, 상기 레지스트층(14)에 실릴레이션 공정을 수행하여 노광영역(16)에 실릴레이션막(18)을 형성한다.
이때, 실릴레이션 공정을 수행하기 이전에 100∼150℃의 온도에서 60∼120초 동안 프리실릴레이션 베이크(presilylation bake) 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 실릴레이션 공정에 사용되는 실릴화제로는 비스디메틸아미노 디메틸실란, 헥사메틸 사이클로트리실라잔, 헥사메틸 디실라잔, 테트라메틸 디실라잔, 비스디메틸아미노 메틸실란, 디메틸실릴 디메틸아민, 디메틸실릴 디에틸아민, 트리메틸실릴 디메틸아민, 트리메틸실릴 디에틸아민 또는 디메틸아미노 펜타메틸디실란을 사용하는 것이 바람직하고, 기체(vapor) 또는 액체(liquid) 상태로 사용할 수 있다.
도 1b에 따른 실릴레이션의 반응구조를 보면, 노광영역(16)을 구성하는 화학증폭형 포토레지스트 수지의 보호기가 탈리되어 수산화기(-OH)가 생성됨으로써, -OH가 반응사이트가 되어, 1차적으로 실릴화제의 Si 그룹이 열에너지에 의하여 레지스트층(16)으로 확산 침투되고, -OH와 Si가 반응하여 Si-O 댕글링(dangling) 결합을 형성하여 노광영역(16)에 실릴레이션막(18)이 형성된다.
이때, 실릴레이션막(18)은 노광 후 가해지는 기상의 실릴화제가 노광 지역의 인근 부근까지 팽창(swelling) 되었음을 보여준다.
도 1c를 참조하면, 실릴레이션막(18)을 식각마스크로 사용하여 레지스트층 (14)을 O2플라즈마로 식각하여 레지스트층 패턴(20)을 형성한다.
도 1d를 참조하면, 레지스트층 패턴(20)을 식각마스크로 사용하여 차광막 (12)을 통상의 건식 식각 또는 습식 식각으로 식각하여 차광막 패턴(22)을 형성한다.
도 1e를 참조하면, 상기 결과물로부터 레지스트층 패턴(20)을 유기용매 등을 이용한 통상의 스트립(strip) 공정으로 제거하여 투명기판(10) 상부에 차광막 패턴 (22)이 형성된 바이너리 마스크를 완성한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 포토리소그래피용 노광마스크의 단면도로서, 하프톤(halftone)형 위상변이 마스크를 나타낸다.
상기 도 1a에서 설명한 공정 단계에서 투명기판(10) 상부에 차광막(12)을 형성하기에 앞서 먼저 위상변위층을 형성하는 공정을 추가한 후 차광막(12)을 형성하고 나서 동일한 방법으로 실릴레이션 공정을 수행함으로써, 투명기판 상부에 위상변위층 패턴(24) 및 차광막 패턴(22)의 적층패턴이 형성된 하프톤형 위상변위 마스크를 제조할 수 있다.
상기 위상변위층은 비정질 탄소막, MoSiN막, SiN막, CrO막, SOG(Spin On Glass)막 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
본 발명에서는 실릴레이션 공정을 수행하여 상기에서 설명한 일반적인 바이너리 마스크 및 하프톤형 위상변위 마스크 외에도 다양한 종류의 위상변위 마스크를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 투명기판 상에 초미세 패턴이 형성된 노광마스크를 제조하기 위하여, 실릴레이션 공정 대신 상층 레지스트막과 하층 레지스트막을 이용하는 2층 레지스트(bilayer resist) 패턴 형성공정을 이용할 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 포토리소그래피용 노광마스크 제조에 실릴레이션 공정을 이용함으로써, 초미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있고, 근접 노광이 가능하기 때문에 적은 노광에너지 양으로 노광공정을 수행할 수 있어 생산량(throughput) 향상도 가능하게 한다.

Claims (8)

  1. (a) 투명기판 상부에 차광막 및 레지스트층을 순차적으로 형성하는 단계;
    (b) 상기 레지스트층을 선택적으로 노광하여 노광영역을 형성하는 단계;
    (c) 상기 결과물에 실릴레이션 공정을 수행하여 상기 레지스트층의 노광영역에 실릴레이션막을 형성하는 단계;
    (d) 상기 실릴레이션막을 식각마스크로 사용하여 상기 레지스트층을 식각하여 레지스트층 패턴을 형성하는 단계;
    (e) 상기 레지스트층 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 차광막을 식각하여 차광막 패턴을 형성하는 단계; 및
    (f) 상기 결과물로부터 레지스트층 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광막은 크롬막, 니켈막, 몰리브덴막, 이들의 합금막, 크롬 산화물막, 니켈 산화물막 및 몰리브덴 산화물막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레지스트층은 KrF용 화학증폭형 포토레지스트 수지 또는 ArF용 화학증폭형 포토레지스트 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 투명기판과 차광막 사이에 위상변위층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위상변위층은 비정질 탄소막, MoSiN막, SiN막, CrO막, SOG(Spin On Glass)막 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 KrF(248nm), ArF(193nm), VUV(157nm), EUV(13nm), E-빔, X-선 및 이온빔으로 이루어진 군으로부터 선택되는 노광원을 이용하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계의 실릴레이션 공정에 사용되는 실릴화제는 비스디메틸아미노 디메틸실란, 헥사메틸 사이클로트리실라잔, 헥사메틸 디실라잔, 테트라메틸 디실라잔, 비스디메틸아미노 메틸실란, 디메틸실릴 디메틸아민, 디메틸실릴 디에틸아민, 트리메틸실릴 디메틸아민, 트리메틸실릴 디에틸아민 및 디메틸아미노 펜타메틸디실란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이전에 프리실릴레이션 베이크(presilylation bake) 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피용 노광마스크 제조방법.
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