KR20050115004A - 마스크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마스크 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 노광영역의 노광에너지 분포에 따라 마스크의 크롬막 두께를 다르게 형성하여 빛의 투과율을 조정함으로써 노광 균일도를 향상시키고 패턴 정밀도를 향상시켜 반도체 소자의 수율을 향상시키는 마스크 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 상기 목적은 노광영역 내의 위치별 노광에너지 분포를 결정하는 단계, 상기 노광에너지 분포를 바탕으로 다수개의 지역으로 블록화하는 단계, 투명기판의 상부에 크롬막을 형성하는 단계 및 상기 블록에 따라 상기 크롬막의 두께가 달라지도록 크롬막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명의 마스크 제조방법은 노광영역의 노광에너지 분포를 보정하여 노광 균일도를 향상시킴으로써 패턴 정밀도를 향상시키고 불량을 방지하며 궁극적으로 소자의 수율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

마스크 제조방법{Method for fabricating mask}

본 발명은 마스크 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 노광영역의 노광에너지 분포에 따라 마스크의 크롬막 두께를 다르게 형성하여 빛의 투과율을 조정함으로써 노광 균일도를 향상시키고 패턴 정밀도를 향상시켜 반도체 소자의 수율을 향상시키는 마스크 제조방법에 관한 것이다.

근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 발전에 따라 반도체 소자 제조 기술도 비약적으로 발전하고 있다. 상기 반도체 소자는 집적도, 미세화, 동작속도 등을 향상시키는 방향으로 기술이 발전하고 있다. 이에 따라 집적도 향상을 위한 리소그래피 공정과 같은 미세 가공 기술에 대한 요구 특성 또한 엄격해지고 있다.

리소그래피 기술은 마스크(mask) 상에 형성된 패턴을 기판으로 전사하는 사진 기술로서 반도체 소자의 미세화 및 고집적화를 주도하는 핵심 기술이다. 일반적으로, 리소그래피 공정은 감광막을 도포하는 단계, 소프트베이크(softbake)하는 단계, 정렬 및 노광하는 단계, 노광후베이크(PEB : Post Exposure Bake)하는 단계 및 현상하는 단계를 포함하는 일련의 공정을 거쳐 수행된다.

상기 노광을 위한 노광장치로는 스테퍼(stepper), 스캐너(scanner) 등이 존재한다. 1990년대 이후 많이 사용되고 있는 스테퍼는 하나의 샷(shot)을 노광한 후 기판을 X축, Y축으로 하나의 샷만큼 이동하여 다음 샷을 노광하는 방식으로 통상, 5 ~ 6 인치 정도의 마스크 사이즈를 가지며 샷 영역을 한정하기 때문에 균일도가 좋으며 스테퍼의 투영렌즈를 통과한 빛은 그 크기가 1/5로 축소되어 기판에 노광되는 것이 보통이다. 스캐너는 필드내 슬릿을 이용하여 노광을 함으로써 보다 균일도를 향상시키고 칩 사이즈의 대형화에 대응 가능한 대형 필드를 구현할 수 있다는 장점 때문에 최근에 많이 사용되고 있다. 통상, 6인치 정도의 마스크 사이즈를 가지며 1/4 축소 노광을 한다.

현재 사용되고 있는 노광장치는 대부분 마스크 상에 형성된 패턴을 기판에 축소 투영하는 방식을 사용하고 있으며 상기 마스크는 일반적으로 석영기판에 크롬(Cr)막을 증착하고 패터닝하여 제조된다.

도 1은 일반적인 노광 공정의 개념도이다.

광원(100)에서 송출된 광은 소정의 광학계(도시하지 않음)를 거친 후, 석영기판(102)과 크롬막(104)으로 구성되는 마스크(103)를 통과하면서 상기 마스크(103)의 크롬막(104)에 의해 형성되는 소정의 패턴을 가지게 된다. 이후, 투영렌즈(106)을 통해 기판(108) 상에 축소 투영되며 빛에 노출된 감광막을 현상하면 상기 소정의 패턴에 대응하는 감광막 패턴(110)이 형성된다.

상기 노광시 노광장비 자체의 에러, 노후화, 광학계의 오염 등으로 인해 일부 영역에서는 에너지가 상대적으로 높거나 낮아져서 노광 균일도가 저하되어 패턴불량이 발생한다. 또한, 상기 마스크(103)를 통과하여 기판에 입사되는 빛은 회절에 의해 마스크의 중심부와 에지(edge)부의 노광에너지 차이가 발생하며 이로 인해 에지부에 패턴 불량이 자주 발생하는 문제가 있다.

도 2a 내지 2c는 종래기술에 의한 마스크 제조방법의 공정 단면도이다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 소정의 패턴을 설계한 후 석영기판(200) 상에 크롬막(202)을 증착한 후 레지스트막(204)을 도포한다.

다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 레지스트막(204)을 소프트베이크하고 노광한 후 현상하여 소정의 패턴을 갖도록 한다.

다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 패터닝된 레지스트막을 마스크로 하여 크롬막을 식각하여 설계된 소정의 패턴에 대응하는 크롬막 패턴(202)을 형성한다.

그러나, 종래의 마스크는 상술한 노광에너지의 불균일을 보정하는 수단이 마련되어 있지 않아 노광시 노광 균일도가 저하되어 패턴불량이 발생하고 궁극적으로 생산 수율을 저하시키는 문제가 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 대한민국 공개특허 제 2000-0045356호는 마스크의 설계시 설계패턴을 다수개의 지역으로 구분하여 블록화한 후 상기 블록에 대응하여 마스크의 투과율을 조정하는 반도체 소자의 마스크 제조방법을 개시하고 있다.

그러나, 상기 특허에서는 투명기판을 식각하거나 필름을 부착하는 방법을 사용하여 마스크의 투과율을 조정하고 있는데, 투명기판을 식각하는 방법은 기판이 투명하기 때문에 투과율을 조정하는 데 한계가 있으며 필름을 부착하는 방법은 마스크를 장시간 사용시 필름이 떨어지거나 여러 블록으로 투과율을 조정하고자 할 때 제조방법이 복잡하다는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 노광영역의 노광에너지 분포에 따라 마스크의 크롬 두께를 달리하여 빛의 투과율을 조정함으로써 노광 균일도를 향상시켜 패턴 정밀도를 향상시키고 반도체 소자의 수율을 향상시키는 마스크 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 노광영역 내의 위치별 노광에너지 분포를 결정하는 단계, 상기 노광에너지 분포를 바탕으로 다수개의 지역으로 블록화하는 단계, 투명기판의 상부에 크롬막을 형성하는 단계 및 상기 블록에 따라 상기 크롬막의 두께가 달라지도록 크롬막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 의한 노광에너지의 블록화를 나타낸 도면이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 광원(300)에서 송출된 빛은 소정의 광학계(302)를 거친 후 투영렌즈(304)를 통해 기판에 도달한다. 상기 기판 상의 노광영역(306)은 노광에너지의 분포가 존재하며 그 노광에너지 분포에 따라 다수개의 지역으로 블록화하여 그에 따른 마스크 상의 크롬막의 두께를 결정한다. 상기 보정된 크롬막 두께는 노광에너지의 불균일을 보정하여 전체 노광영역에 동일한 노광에너지를 가지도록 한다. 예를 들어, A 블록의 노광에너지를 100이라고 했을 때 B 블록, C 블록, D 블록의 에너지가 가각 96, 98, 95가 된다면 B 블록, C 블록, D 블록에서는 각각 4, 2, 5 만큼의 노광에너지가 더 투과되도록 크롬막의 두께를 조정하여 전체적으로 노광에너지가 균일하도록 한다. 이후, 이하에서 서술할 마스크 제조 방법을 통해 마스크를 제작한다.

도 3a에 도시된 예는, 노광장비 자체의 에러, 노후화, 광학계의 오염 등으로 인해 일부 영역에서 노광에너지가 상대적으로 높거나 낮아져서 노광 균일도가 저하되는 방사상 형태를 도시한 것이나 본 발명이 상기 방사상 형태에 제한되는 것은 아니다. 아울러, 빛의 회절에 의해 마스크의 중심부와 에지부의 노광에너지의 차이에 기인한 노광에너지 불균일의 경우는, 도 3b에 도시된 바와 같이, 마스크의 중심부(330)와 에지부(320)로 블록화하여 크롬막의 두께를 조절하여 노광에너지의 불균일 문제를 해결하는 것이 가능하다.

패턴이 미세화됨에 따라 마스크를 통과하는 빛은 마스크 상의 미세 패턴을 통과한 빛의 간섭에 의해 패턴형성에 많은 문제를 일으키는데 이를 광근접효과라 한다. 라인 앤 스페이스 패턴(line and space), 독립패턴과 같이 패턴의 구조차에 기인한 광근접효과의 차이가 발생한다. 상기 광근접효과에 기인한 패턴형성의 차이 또한 블록화하는 경향이 있고 본 발명에 의한 노광에너지 조정에 의해 블록별 패턴형성의 차이 내지는 노광에너지 불균일에 기인한 패턴 불량을 제거할 수 있다.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 의한 마스크 제조방법의 공정 단면도이다.

설명의 편의를 위해, 설계된 마스크 패턴은 두 개의 블록(A, B)을 가지고 있고 블록 B의 크롬막 두께가 더 얇은 것으로 가정한다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 투명기판(400), 예를 들어 석영기판(quartz)을 세정한 후 상기 투명기판(400) 상에 크롬막(402)을 형성하고 제 1 레지스트막(404)을 도포한다. 상기 크롬막(402)은 스퍼터링, 진공증착 등의 공정을 통해 형성한다. 상기 제 1 레지스트막(404)은 스핀코팅 또는 딥코팅, 보다 바람직하게는 스핀코팅을 통해 형성한다. 즉, 석영기판을 2000 ~ 4000 rpm 정도로 회전시키면서 수백 nm의 두께로 제 1 레지스트막을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 크롬막의 두께는 50 내지 150 nm, 보다 바람직하게는 100 nm 정도가 되도록 형성한다.

다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 레지스트막(404)을 소프트베이크 한 후, 노광, 현상 공정을 거쳐 패터닝하여 상기 크롬막(402)이 보다 얇게 형성되어야 할 블록 B를 노출시킨다. 상기 소프트베이크는 제 1 레지스트막의 용매를 제거하기 위해 실시하는 것으로서 제 1 레지스트막의 성분이 열분해되지 않을 정도의 온도 조건, 예를 들어 100 ~ 200℃의 온도 조건에서 수십분 내지 수시간 베이킹한다. 상기 노광을 위한 광원으로는 자외선 영역의 436 nm의 지-라인(g-line), 365 nm의 아이-라인(i-line), 405 nm의 에치-라인(h-line), DUV(Deep Ultraviolet) 영역의 248nm의 파장을 가지는 KrF 레이저와 193nm의 파장을 가지는 ArF 레이저 및 전자빔 등이 가능하지만 보다 미세한 패턴을 형성하기 위해서는 전자빔을 사용하는 것이 바람직하며 전자빔의 전류와 도즈(dose)를 적절히 조절하여 노광을 실시한다.

다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 노광에너지를 보정할 수 있도록 블록 B의 크롬막의 일부를 식각하여 블록 A의 크롬막(402a)과 블록 B의 크롬막(402b)의 단차를 형성한 후 상기 레지스트막(404)을 제거한다. 상기 크롬막의 식각은 건식식각, 예를 들어 반응성 이온식각(RIE : Reactive Ion Etching)으로 수행하는 것이 바람직하다.

다음, 도 4d에 도시된 바와 같이, 제 2 레지스트막을 도포하고 소프트베이크 한 후, 노광, 현상 공정을 거쳐 패터닝된 제 2 레지스트막(406)을 형성한다. 상기 노광은 전자빔을 사용하는 것이 바람직하며 전자빔의 전류와 도즈(dose)를 적절히 조절하여 실시한다.

마지막으로, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 패터닝된 제 2 레지스트막(406)을 저항막으로 하여 투명기판이 노출될 때까지 크롬막을 식각하여 크롬막 패턴을 완성한 후 제 2 레지스트막을 제거한다. 상기 크롬막의 식각은 건식식각, 예를 들어 반응성 이온식각으로 수행하는 것이 바람직하다.

도 4a 내지 도 4e를 참조하여 설명한 실시예는 상기 블록이 두 개로 구성되어 있는 경우를 나타낸 것이다. 세 개 이상의 블록으로 구성되는 경우에는, 레지스트막을 도포하고 패터닝한 후 크롬막의 일부를 식각하는 단계를 반복함으로써 추가적인 단차를 형성하는 것이 가능하다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 마스크 제조방법은 노광영역의 노광에너지 분포를 보정하여 노광 균일도를 향상시킴으로써 패턴 정밀도를 향상시키고 불량을 방지하며 궁극적으로 소자의 수율을 향상시키는 효과가 있다

도 1은 일반적인 노광 공정의 개념도이다.

도 2a 내지 도 2c는 종래기술에 의한 마스크 제조방법의 공정 단면도.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 의한 노광에너지의 블록화를 나타낸 도면.

도 4a 내지 도 4e는 본 발명에 의한 마스크 제조방법의 공정 단면도.

Claims (7)

1. 마스크 제조방법에 있어서,

   노광영역 내의 위치별 노광에너지 분포를 결정하는 단계;

   상기 노광에너지 분포를 바탕으로 다수개의 지역으로 블록화하는 단계;

   투명기판의 상부에 크롬막을 형성하는 단계; 및

   상기 블록에 따라 상기 크롬막의 두께가 달라지도록 크롬막 패턴을 형성하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 블록은 방사형임을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 블록은 중심부와 에지부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 크롬막의 두께는 50 내지 150 nm 임을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 크롬막 패턴을 형성하는 단계는

   (A) 상기 크롬막 상부에 제 1 레지스트막을 도포하고 패터닝하는 단계;

   (B) 상기 크롬막의 일부를 식각하여 크롬막의 단차를 형성하고 상기 제 1 레지스트막을 제거하는 단계; 및

   (C) 상기 크롬막의 상부에 제 2 레지스트막을 도포하고 패터닝한 후 상기 투명기판이 노출될 때까지 크롬막을 식각하는 단계

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 (A)와 (B) 단계를 다수회 반복하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
7. 제 1항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 크롬막의 식각은 건식식각 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.