KR20080001467A

KR20080001467A - 포토 마스크의 패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR20080001467A
Application number: KR1020060059935A
Authority: KR
Inventors: 정호용
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-03

Abstract

포토 마스크의 패턴 형성 방법을 제시한다. 본 발명에 따르면, 바이너리 마스크(binary mask) 또는 감쇠형 위상 반전 마스크(attenuated PSM)에서, 포토 마스크 기판 상에 차광층을 형성하고, 차광층 상에 레지스트 패턴을 형성한 후, 레지스트 패턴의 선폭을 측정하여 목표 선폭과의 차이를 구하고, 레지스트 패턴을 헬륨 플라즈마 처리하여 목표 선폭에 부합되게 선폭을 줄여 보정한다. 레지스트 패턴을 식각 마스크로 식각하여 차광층 패턴 또는/ 및 위상 반전층 패턴을 형성한다. 감쇠형 PSM의 경우 차광층 패턴을 제거한다.

헬륨 플라즈마 처리, 선폭 보정, PSM

Description

포토 마스크의 패턴 형성 방법{Method for fabricating patterns of photomask}

도 1은 종래의 포토 마스크의 패턴 형성 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 포토 마스크의 패턴 형성 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 시간과 패턴 선폭 변화의 상관 관계를 설명하기 위해서 도시한 측정 그래프(graph)이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 시간과 패턴 선폭 균일도의 상관 관계를 설명하기 위해서 도시한 측정 그래프(graph)이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 포토 마스크의 패턴 형성 방법의 효과를 설명하기 위해서 제시한 측정 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

도 10 내지 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 포토 마스크의 패턴 형성 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 포토 마스크(photo mask)의 패턴 선폭(CD: Critical Dimension) 보정을 포함하는 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하는 과정에는 웨이퍼 상에 구현하고자하는 패턴을 전사하는 포토리소그래피(photolithography) 과정이 주요하게 사용되고 있다. 이러한 포토리소그래피 과정에서 웨이퍼 상으로 패턴을 정교하게 전사하기 위해서, 웨이퍼 상으로 전사하고자 하는 패턴을 포토 마스크 상에 형성하는 과정이 주요하게 인식되고 있다.

포토 마스크 중 바이너리 마스크(binary mask)는 빛을 투과하는 영역인 석영 기판 부분과 차광층인 크롬(Cr)층의 패턴들을 포함하여 구성되고 있다. 이러한 바이너리 마스크는 레지스트 패터닝(resist patterning) 및 Cr 식각 후 레지스트를 제거하여 크롬 패턴만 남기고 이후 CD를 측정하여 제작하고 있다.

한편, 감쇠형 위상 반전 마스크(attenuated phase shift mask)는, 빛을 투과하는 석영 기판 영역과, 웨이퍼(wafer) 노광 시 해상도(resolution)를 증대시키는 위상 반전층의 패턴을 포함하여 이루어지고 있다. 감쇠형 PSM은 레지스트 패터닝 후 차광층인 크롬층과 위상 반전층(phase shifter)인 몰리브데늄-실리콘-질화물(MoSiN)층을 건식 식각 공정을 통해 식각하고, MoSiN 패턴만 남기고 레지스트와 크롬은 제거하여, 최종 CD를 측정하여 형성하고 있다.

이러한 포토 마스크의 개략적인 구조는 도 1에 제시된 바와 같이 이해될 수 있다.

도 1을 참조하면, 포토 마스크는 마스크 기판(10) 상에 웨이퍼 상으로 전사할 패턴을 위한 주된 패턴(main pattern: 20)을 구비하여 형성된다. 이때, 주된 패턴(20)은 위상 반전층 패턴이나 차광층 패턴일 수 있다.

그런데, 패터닝 과정에서 얻어진 선폭(21)이 목표 패턴(30)의 선폭(31) 보다 크게 형성될 경우, 즉, 크롬 패턴 또는 MoSiN 패턴의 CD 측정 시 측정된 패턴 CD(21)가 목표 CD(31)의 스펙(specification)을 만족하기 못할 경우, 이를 보정할 방법이 실질적으로 없어, 포토 마스크를 다시 제작해야되는 문제가 발생될 수 있다.

따라서, 포토 마스크 제작 과정 중에 패턴 CD 에러(error)를 보정할 수 있는 개선된 방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 요구되는 패턴 선폭을 구현할 수 있는 포토 마스크의 패턴 형성 방법을 제시하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 바이너리 마스크 또는 감쇠형 위상 반전 마스크에서, 포토 마스크 기판 상에 차광층을 형성하는 단계, 상기 차광층 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 레지스트 패턴의 선폭을 측정하여 목표 선폭과의 차이를 구하는 단계, 상기 레지스트 패턴을 플라즈마 처리하여 상기 목표 선폭에 부합되게 선폭을 줄이는 단계, 및 상기 레지스트 패턴 을 식각 마스크로 상기 차광층을 식각하여 차광층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 포토 마스크의 패턴 형성 방법을 제시한다.

이때, 위상 반전 마스크에서는 차광층 패턴의 형성 시 하부의 위상 반전층 패턴이 패터닝되고, 이후에, 차광층 패턴은 선택적으로 제거되게 된다.

상기 레지스트 패턴의 선폭을 줄이는 단계는, 상기 플라즈마 처리 시간에 따른 상기 레지스트 패턴의 선폭의 변화의 상관 관계를 측정하는 단계, 상기 상관 관계에 따라 상기 목표 선폭과의 차이에 해당되는 상기 플라즈마 처리 시간을 구하는 단계, 및 상기 구해진 처리 시간으로 상기 플라즈마 처리를 수행하는 단계를 포함하는 포토 마스크의 패턴 형성 방법을 제시한다.

상기 플라즈마 처리는 헬륨(He) 플라즈마를 상기 레지스트 패턴에 작용시켜 수행될 수 있다.

본 발명에 따르면, 요구되는 패턴 선폭을 구현할 수 있는 포토 마스크의 패턴 형성 방법을 제시할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

본 발명의 실시예에서는, 예컨대 바이너리 마스크의 크롬 패턴의 최종 CD 또는 감쇠형 PSM의 MoSiN 패턴의 최종 CD가, 요구되는 CD 스펙을 만족하지 못하는 위험성을 줄이기 위하여, CD 에러를 사전에 인지하고, 이를 보정하기 위하여 현상 후 레지스트 CD를 측정한다. 이에 따라, 원하는 CD 목표값과의 차이를 구하여, 만일 CD가 스펙 CD 대비 클 경우, 건식 식각 공정 진행 전 Cr층을 식각하지 않는 레지스트 패턴에 대해 바람직하게 He 플라즈마 처리를 필요시간만큼 실시한 후. 바이너리 마스크의 경우 Cr층 식각하고, PSM의 경우 Cr층과 위상 반전층을 식각한다. 이와 같은 과정을 통해 마스크 제작 중에 CD 에러를 보정할 수 있기 때문에 추가 신규 제작의 시간 및 비용을 절감할 수 있다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 포토 마스크의 패턴 형성 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 시간과 패턴 선폭 변화의 상관 관계를 설명하기 위해서 도시한 측정 그래프(graph)이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 시간과 패턴 선폭 균일도의 상관 관계를 설명하기 위해서 도시한 측정 그래프(graph)이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 포토 마스크의 패턴 형성 방법의 효과를 설명하기 위해서 제시한 측정 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

도 2를 참조하면, 예컨대 석영 기판과 같은 투명한 포토 마스크 기판(110) 상에 차광층(120)을 예컨대 크롬층을 포함하여 형성한다. 이후에, 차광층(200) 상에 레지스트 패턴(130)을 형성한다.

도 3을 참조하면, 레지스트 패턴(120)의 선폭을 측정하여 목표 선폭(101)과 의 차이를 구한다.

도 4를 참조하면, 레지스트 패턴(130)을 예컨대 헬륨(He) 플라즈마 처리하여 목표 선폭(103)에 부합되게 선폭을 줄인다. 이에 따라, 선폭이 보정된 레지스트 패턴(131)이 형성된다.

이때, 헬륨 플라즈마 처리는, 도 7에 제시된 바와 같이, 플라즈마 처리 시간에 따른 레지스트 패턴(130)의 선폭의 변화, 즉, 선폭 바이어스(CD bias)의 상관 관계를 측정한다. 이러한 그래프에 따르면, 헬륨 플라즈마 처리 시간에 따라 CD는 선형적으로 변화되며, 변화량은 초당 0.3㎚로 측정된다. 즉, 대략 50초 정도 헬륨 플라즈마 처리할 경우 대략 CD 변화량은 15㎚ 정도에 이르게 된다. 한편, 이러한 CD 변화에도 불구하고, 도 8에 제시된 바와 같이 CD 균일도는 거의 영향을 받지 않게 된다. 예컨대, 대략 100초 정도의 헬륨 플라즈마 처리 후 레지스트 패턴의 CD 변화를 측정하면, 도 9에 제시된 주사전자현미경(SEM) 사진에 제시된 바와 같이 CD의 감소를 수반하지만, 패턴 가장자리 거침도(pattern edge roughness)에는 영향이 미치지 않음을 알 수 있다.

따라서, 도 7과 같은 CD 변화 및 He 플라즈마 처리 시간의 상관 관계에 따라 목표 선폭(101)과의 차이(103)에 해당되는 플라즈마 처리 시간을 구하고, 구해진 처리 시간으로 He 플라즈마 처리를 수행하여, 보정된 선폭을 가지는 레지스트 패턴(131)을 형성한다.

도 5를 참조하면, 보정된 레지스트 패턴(131)을 식각 마스크로 차광층(120)을 선택적으로 건식 식각하여 차광층 패턴(121)을 형성한다. 이후에, 도 6에 제시 된 바와 같이 레지스트 패턴(131)을 제거한다. 이에 따라 노출되는 차광층 패턴(121)의 선폭(105)은 실질적으로 목표 선폭(101)에 대등하게 형성된다.

도 10 내지 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 포토 마스크의 패턴 형성 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다. 본 발명의 제2실시예에서는 바이너리 마스크에 적용된 제1실시예와 달리 감쇠형 PSM 마스크에 적용되는 경우를 설명한다.

도 10을 참조하면, 예컨대 석영 기판과 같은 투명한 포토 마스크 기판(210) 상에 차광층(220)을 예컨대 크롬층을 포함하여 형성한다. 이후에, 차광층(200) 상에 위상 반전층(230)을 예컨대 MoSiN층을 포함하여 형성한다. 이후에, 레지스트 패턴(240)을 형성한다.

도 11을 참조하면, 레지스트 패턴(240)의 선폭을 측정하여 목표 선폭(201)과의 차이를 구한다.

도 12를 참조하면, 레지스트 패턴(240)을 예컨대 헬륨(He) 플라즈마 처리하여 목표 선폭(203)에 부합되게 선폭을 줄인다. 이에 따라, 선폭이 보정된 레지스트 패턴(241)이 형성된다.

이때, 도 7과 같은 CD 변화 및 He 플라즈마 처리 시간의 상관 관계에 따라 목표 선폭(201)과의 차이(203)에 해당되는 플라즈마 처리 시간을 구하고, 구해진 처리 시간으로 He 플라즈마 처리를 수행하여, 보정된 선폭을 가지는 레지스트 패턴(241)을 형성한다.

도 13을 참조하면, 보정된 레지스트 패턴(241)을 식각 마스크로 차광층(230) 을 선택적으로 건식 식각하여 차광층 패턴(231)을 형성하고, 순차적으로 노출되는 하부의 위상 반전층(220)을 선택적으로 건식 식각하여 위상 반전층 패턴(221)을 형성한다. 이후에, 도 14에 제시된 바와 같이 레지스트 패턴(241)을 제거하고, 순차적으로 차광층 패턴(231)을 선택적으로 제거한다. 이에 따라 노출되는 위상 반전층 패턴(221)의 선폭(205)은 실질적으로 목표 선폭(201)에 대등하게 형성된다.

상술한 본 발명에 따르면, 포토 마스크 제조 과정에서 레지스트 패턴 CD 보정을 통하여 최종 CD가 요구되는 스펙을 만족하지 못하는 위험성을 방지 할 수 있기 때문에, 포토 마스크 재제작으로 인한 추가 비용 및 제작 시간의 소모를 줄일 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims

포토 마스크 기판 상에 차광층을 형성하는 단계;

상기 차광층 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 레지스트 패턴의 선폭을 측정하여 목표 선폭과의 차이를 구하는 단계;

상기 레지스트 패턴을 플라즈마 처리하여 상기 목표 선폭에 부합되게 선폭을 줄이는 단계; 및

상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 차광층을 식각하여 차광층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서,

상기 레지스트 패턴의 선폭을 줄이는 단계는

상기 플라즈마 처리 시간에 따른 상기 레지스트 패턴의 선폭의 변화의 상관 관계를 측정하는 단계;

상기 상관 관계에 따라 상기 목표 선폭과의 차이에 해당되는 상기 플라즈마 처리 시간을 구하는 단계; 및

상기 구해진 처리 시간으로 상기 플라즈마 처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 패턴 형성 방법.
제2항에 있어서,

상기 플라즈마 처리는 헬륨(He) 플라즈마를 상기 레지스트 패턴에 작용시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 패턴 형성 방법.
포토 마스크 기판 상에 위상 반전층 및 차광층을 형성하는 단계;

상기 차광층 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 레지스트 패턴의 선폭을 측정하여 목표 선폭과의 차이를 구하는 단계;

상기 레지스트 패턴을 플라즈마 처리하여 상기 목표 선폭에 부합되게 선폭을 줄이는 단계;

상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 차광층 및 위상 반전층을 식각하여 차광층 패턴 및 위상 반전층 패턴을 형성하는 단계; 및

상기 차광층 패턴을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 패턴 형성 방법.