KR20080062757A - 패턴크기의 균일도를 향상시킬 수 있는 포토마스크의제조방법 - Google Patents

패턴크기의 균일도를 향상시킬 수 있는 포토마스크의제조방법 Download PDF

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Abstract

패턴크기의 균일도를 향상시킬 수 있는 포토마스크의 제조방법은, 위상반전층 및 차광층이 형성된 기판 상에, 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광층 및 위상반전층을 식각하는 단계와, 레지스트 패턴의 크기(CD)를 측정하는 단계와, 레지스트 패턴에 자외선을 조사하여 레지스트 패턴의 크기(CD)를 보정하는 단계, 및 보정된 레지스트 패턴을 이용하여 차광층 및 위상반전층을 식각하는 단계를 포함한다.
포토마스크, 위상반전 마스크, 패턴크기(CD), 균일도, 자외선

Description

패턴크기의 균일도를 향상시킬 수 있는 포토마스크의 제조방법{Method for fabricating photo mask having improved CD uniformity}
도 1 및 도 2는 자외선 조사에 따른 레지스트 패턴의 크기의 변화를 알아보기 위한 단면도들이다.
도 3 내지 도 5는 고립패턴 형태로 레지스트 패턴을 형성한 후 자외선 조사량에 따른 레지스트 패턴크기의 변화를 관찰한 전자현미경(SEM) 사진들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 포토마스크 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 9는 마스크의 영역별로 실제 측정된 레지스트 패턴의 크기와 설계시의 패턴크기와의 편차를 맵(map)으로 나타낸 것이다.
본 발명은 포토마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 자외선을 이용하여 패턴크기(CD)의 균일도를 향상시킨 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 각종 패턴은 포토리토그래피(photolithograpgy) 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 최근의 반도체 장치의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라 더욱 미세한 패턴을 형성하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들면, 전자 빔, 이온 빔 또는 X선을 이용한 노광법이나, 광원의 회절을 이용한 변형조명방법, 새로운 레지스트 재료나 레지스트 처리 방법 등에 관하여 많은 연구가 진행되고 있다. 반도체 소자가 더욱 미세화되고 디자인 룰(design rule) 또한 점차 타이트(tight)해질수록 포토마스크의 패턴 크기(Critical Demension; CD)의 정확성 및 균일도(uniformity)는 더욱 중요시되고 있다.
포토마스크의 패턴크기(CD)의 균일도를 높이기 위해, 전자빔을 이용하여 마스크를 노광한 뒤 패턴크기(CD)의 균일도를 전자현미경(SEM)으로 확인한 후 문제점이 발견되면 제작중인 마스크를 폐기처분하고 전자빔 노광조건을 조정하여 마스크를 다시 제작하는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 방법은 엔지니어의 경험에 의해 많이 좌우되므로 노광조건을 조정하더라도 마스크 패턴크기의 균일도가 얼마나 개선될지 알 수 없으며, 마스크를 처음부터 다시 제작하여야 하므로 제조기간이 길어지고 제조비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 전자빔 노광장비와 공정의 한계 수준 이하로는 패턴크기의 균일도를 향상시킬 수 없다는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자외선을 이용하여 마스크의 패턴크기의 균일도를 향상시킬 수 있으며, 마스크의 영역별로 자외선 조사량을 달리하여 마스크 영역별로 패턴의 크기를 다르게 조절할 수 있는 포토마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조방법은, 위상반전층 및 차광층이 형성된 기판 상에, 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광층 및 위상반전층을 식각하는 단계와, 상기 레지스트 패턴의 크기(CD)를 측정하는 단계와, 상기 레지스트 패턴에 자외선을 조사하여 상기 레지스트 패턴의 크기(CD)를 보정하는 단계, 및 보정된 레지스트 패턴을 이용하여 차광층 및 위상반전층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 레지스트 패턴의 크기(CD)를 측정하는 단계는 패터닝된 레지스트 패턴의 크기를 측정하는 단계와, 측정된 레지스트 패턴의 크기와 설계시의 패턴크기와의 편차를 구하는 단계 및 상기 편차를 이용하여 마스크 영역별로 맵(map)을 작성하는 단계로 이루어질 수 있다.
상기 레지스트 패턴에 자외선을 조사하여 상기 레지스트 패턴의 크기(CD)를 보정하는 단계에서, 상기 맵(map)에 따라 마스크의 영역별로 자외선의 조사량을 다르게 조절할 수 있다.
상기 레지스트 패턴에 자외선을 조사하여 상기 레지스트 패턴의 크기(CD)를 보정하는 단계에서, 상기 레지스트 패턴의 크기가 설계시의 패턴크기와 같아질 때까지 자외선을 조사할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되 어서는 안된다.
본 발명은 위상반전층, 차광층 및 레지스트를 차례로 형성하고 전자빔을 이용하여 레지스트를 노광한 후 레지스트 패턴을 이용하여 차광층 및 위상반전층까지 식각한 상태에서, 자외선을 이용하여 레지스트 패턴의 크기(CD)를 조절함으로써 패턴크기의 균일도를 향상시키는 방법을 제시한다. 이때, 상기 자외선 조사량을 마스크 영역별로 다르게 조절하면 마스크 영역별로 패턴크기를 다르게 조절할 수 있다.
자외선의 조사량에 따른 레지스트의 CD의 변화를 알아보기 위하여 다음과 같은 공정을 진행하였다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 석영(Qz)과 같은 투명한 기판(100) 상에 예컨대 몰리브덴실리콘질화막(MoSiN)으로 이루어진 위상반전층(102)과, 예컨대 크롬(Cr) 막으로 이루어진 차광층(104), 및 전자빔 레지스트(106)가 균일하게 도포되어 있는 블랭크(blank) 마스크를 마련한다. 전자빔을 이용하여 레지스트(106)를 노광한 후 현상 및 경화시켜 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 차광층(104) 및 위상반전층(102)을 차례로 식각한다.
다음에, 상기 패터닝된 레지스트(106)에 약 172㎚ 정도의 파장을 갖는 자외선(Ultra Violet)을 소정 시간 동안 조사하면서 레지스트 패턴의 크기(CD)를 관찰한다. 자외선 조사시간이 증가할수록 레지스트(106)의 크기가 감소함을 알 수 있다. 특히, 레지스트의 높이보다는 폭이 두드러지게 감소함을 알 수 있다.
도 3 내지 도 5는 고립패턴 형태로 레지스트 패턴을 형성한 후 자외선 조사량에 따른 레지스트 패턴크기의 변화를 관찰한 전자현미경(SEM) 사진들이다. 도 3 은 약 172㎚ 파장의 자외선을 레지스트 패턴에 20분간 조사하였을 때의 SEM 사진이고, 도 4는 동일한 파장의 자외선을 50분간 조사하였을 때의 SEM사진이며, 도 5는 레지스트 패턴에 자외선을 50분 이상 조사하였을 때의 SEM 사진이다. 이 사진들에서 알 수 있는 바와 같이, 레지스트에 적절한 파장의 자외선을 조사하면 시간이 지남에 따라 레지스트 패턴의 크기가 점차 감소하며, 이를 포토마스크 제조에 이용하면 레지스트 패턴의 크기를 조절할 수 있으며, 결과적으로 포토마스크에 형성되는 차광층 또는 위상반전층 패턴의 크기도 조절할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 포토마스크 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 석영(Qz)과 같은 투명한 기판(200) 상에 투과광의 위상을 반전시킬 수 있는 물질, 예컨대 몰리브덴실리콘질화막(MoSiN)을 증착하여 위상반전층(202)을 형성한다. 이 위상반전층(202) 상에 투과광을 차단할 수 있는 물질, 예컨대 크롬(Cr) 막을 소정 두께 증착하여 차광층(204)을 형성한다. 이어서, 상기 차광층(204) 상에, 전자빔 레지스트(206)를 도포한다. 또는, 기판(200) 상에 위상반전층, 차광층 및 전자빔 레지스트가 도포되어 있는 블랭크(blank) 마스크를 마련한다. 이어서, 전자빔을 이용하여 상기 레지스트(206)를 소정 패턴대로 노광한 후 현상 및 경화시켜 레지스트 패턴을 형성한다. 이 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 상기 차광층(204) 및 위상반전층(202)을 차례로 식각한다.
다음에, 패터닝된 레지스트(206)의 패턴크기(CD)를 측정하여 설계시의 패턴크기와의 차이를 계산한다. 이때, 패터닝된 레지스트의 패턴크기와 설계시의 패턴 크기와의 편차가 마스크 영역별로 다르게 나타날 수 있는데, 도 9에 도시된 바와 같이 이를 마스크 영역별로 맵(map)으로 나타낼 수 있다.
도 7을 참조하면, 패터닝된 상기 레지스트(206)에 약 172㎚ 정도의 파장을 갖는 자외선을 소정 시간 동안 조사한다. 이때, 마스크 영역별로 패턴크기(CD)의 편차가 다를 경우 마스크 영역별로 자외선을 조사하는 시간을 다르게 설정하여 진행할 수 있다. 예를 들어 이전 단계에서 작성된 맵(map)을 토대로 하여 레지스트의 패턴크기(CD)의 편차가 클 경우 자외선 조사시간을 길게 하여 조사량을 크게 하고, 패턴크기의 편차가 작을 경우 자외선 조사시간을 짧게 하여 조사량을 적게 한다.
도 8을 참조하면, 패턴크기(CD)가 보정된 레지스트(도 7의 206)를 마스크로 사용하여 차광층(204) 및 위상반전층(202)을 차례로 식각한 다음, 레지스트를 제거한다. 도시된 바와 같이, 패턴크기가 보정된 위상반전 마스크를 완성할 수 있다.
도 9는 마스크의 영역별로 실제 측정된 레지스트 패턴의 크기와 설계시의 패턴크기와의 편차를 도시한 맵(map)으로 나타낸 것으로, 마스크의 영역별로 자외선 조사량을 다르게 함으로써 패턴크기(CD)의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 포토마스크의 제조방법에 따르면, 전자빔을 이용하여 레지스트를 노광하고, 이를 이용하여 차광층 및 위상반전층을 패터닝한 상태에서 레지스트 패턴의 크기를 측정하여 설계시의 크기와의 편차를 구한다. 이렇게 구한 편차에 따라 레지스트에 자외선을 조사함으로써 레지스트의 패턴크기를 조절할 수 있으며, 이렇게 패턴크기가 보정된 레지스트를 이용하여 차 광층 및 위상반전층을 패터닝함으로써 포토마스크 상에 구현된 패턴의 크기의 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 마스크의 영역별로 자외선 조사량을 다르게 조절하면 패턴 균일도를 더욱 향상시킬 수가 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (4)

  1. 위상반전층 및 차광층이 형성된 기판 상에, 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광층 및 위상반전층을 식각하는 단계;
    상기 레지스트 패턴의 크기(CD)를 측정하는 단계;
    상기 레지스트 패턴에 자외선을 조사하여 상기 레지스트 패턴의 크기(CD)를 보정하는 단계; 및
    보정된 레지스트 패턴을 이용하여 상기 차광층 및 위상반전층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴의 크기(CD)를 측정하는 단계는,
    패터닝된 상기 레지스트 패턴의 크기를 측정하는 단계와,
    측정된 레지스트 패턴의 크기와 설계시의 패턴크기와의 편차를 구하는 단계; 및
    상기 편차를 이용하여 마스크 영역별로 맵(map)을 작성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  3. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 레지스트 패턴에 자외선을 조사하여 상기 레 지스트 패턴의 크기(CD)를 보정하는 단계에서,
    상기 맵(map)에 따라 마스크의 영역별로 자외선의 조사량을 다르게 조절하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 레지스트 패턴에 자외선을 조사하여 상기 레지스트 패턴의 크기(CD)를 보정하는 단계에서,
    상기 레지스트 패턴의 크기가 설계시의 패턴크기와 같아질 때까지 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
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