KR20080099919A - 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법 - Google Patents

네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법은, 투명 기판 상에 미러층 및 흡수층을 형성하는 단계; 흡수층 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 포토레지스트막에 원자현미경을 이용한 노광 공정을 진행하는 단계; 노광 공정에 의해 변성된 포토레지스트막을 현상을 통해 제거하여 흡수층의 표면이 일부 노출되는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 포토레지스트막 패턴을 마스크로 노출된 흡수층을 식각하여 흡수층 패턴을 형성하는 단계; 및기 포토레지스트막 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
흡수층 패턴, 네거티브 타입 포토레지스트막, 원자현미경

Description

네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법{Method for fabricating photomask using negative photoresist layer}
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조공정에서는 반도체 기판의 표면에 소자들을 형성하기 위하여 다수의 포토리소그래피 공정을 실시한다. 이러한 포토리소그래피 공정을 통해 고집적 회로를 형성하기 위해서는 미세한 패턴을 갖는 포토마스크가 요구되고 있다. 현재 포토마스크를 제작하는 과정에서, 포토마스크 상에 패턴 형성공정은 전자빔(Electron Beam)을 이용한 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용하여 진행하고 있다. 전자빔을 이용한 포토리소그래피 공정은 패턴의 모양 그대로 전자빔을 이동시키면서 패턴을 형성하므로 별도의 마스크를 필요로 하지 않는다는 장점이 있다. 그러나 극자외선(EUV; Extreme Ultra Violet)용 포토마스크를 제작하기 위해 전자빔을 사용할 경우, 수십 내지 수백 eKv의 에너지를 이용하여 전자를 가속시키고 그 전자가 마스크 표면에 직접 작용되기 때문에 포토마스크 표면에 영향을 미칠 수 있다. 특히 블랭크 마스크(blank mask)의 경우, 몰리브덴(Mo)막과 실리콘(Si)막의 적층 구조로 된 미러층(mirror layer)을 포함하여 형성되는데, 포토마스크 표면에 전자의 영향을 받을 경우 미러층에 손상을 줄 가능성이 크다.
이와 같이 전자에 의한 미러층 손상을 개선하기 위해 원자현미경(AFM; Atomic Force Microscope)을 이용하여 포토마스크를 형성하는 방법이 제안되어 있다. 원자현미경(AFM)을 이용하여 포토마스크를 형성하는 방법은 AFM 리소그래피로 형성된 산화막 패턴을 형성한 후 건식 식각을 통해서 흡수층(Absorber layer) 패턴을 형성하는 방식을 이용하고 있다. 이 방식은 AFM을 이용하여 저 에너지 리소그래피를 진행함으로써 마스크 표면에 가해지는 손상을 감소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 원자현미경(AFM)을 이용하는 포토리소그래피 방법은 산화막 패턴 형성의 한계로 인해 흡수층 패턴을 형성하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 원자현미경을 이용하여 포토마스크 형성시 미러가 손상되는 것을 방지하고, 흡수층 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법은, 투명 기판 상에 미러층 및 흡수층을 형성하는 단계; 상기 흡수층 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막에 원자현미경을 이용한 노광 공정을 진행하는 단계; 상기 노광 공정에 의해 변성된 포토레지스트막을 현상을 통해 제거하여 상기 흡수층의 표면이 일부 노출되는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막 패턴을 마스크로 노출된 흡수층을 식각하여 흡수층 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 미러층은 몰리브데늄(Mo)막 및 실리콘(Si)막이 교번적으로 적층된 구조로 형성하며, 상기 흡수층은 크롬막으로 형성한다.
상기 포토레지스트막은 네거티브 타입인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법은, 투명 기판 상에 미러층을 형성하는 단계; 상기 미러층 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막에 원자현미경을 이용한 노광 공정을 진행하는 단계; 상기 노광 공정에 의해 변성된 포토레지스트막을 현상을 통해 제거하여 상기 미러층의 표면이 일부 노출되는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막 패턴 및 미러층 상에 흡수층을 증착하는 단계; 및 상기 포토레지스트막 패턴위에 증착된 흡수층 및 포토레지스트막 패턴을 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 미러층은 몰리브데늄(Mo)막 및 실리콘(Si)막이 교번적으로 적층된 구조로 형성하며, 상기 흡수층은 크롬막으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 포토레지스트막은 네거티브 타입인 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
전자빔(E-Beam; Electron Beam)을 이용하여 포토마스크를 형성하는 공정을 진행할 경우, 별도의 마스크가 필요 없이 기판 상에 패턴을 형성할 수 있어 많이 이용되어 왔다. 그러나 전자빔을 이용하여 극자외선(EUV; Extreme Ultra Violet)용 포토마스크를 제작하면, 수십 내지 수백 eKv의 에너지를 이용하는 전자빔에 의해 포토마스크 표면이 손상될 수 있다. 이에 전자빔에 의해 포토마스크가 손상되는 것을 방지하기 위해 원자현미경(AFM; Atomic Focus Microscope)을 이용한 전자 노광을 진행하여 극자외선용 포토마스크를 제작하는 방법이 있다. 원자현미경을 이용한 전자 노광은 전자빔과 비교하여 상대적으로 낮은 에너지, 예를 들어 수 내지 수십V의 에너지를 이용하여 전자빔용 포토레지스트(Photoresist)막을 노광할 수 있다. 이에 따라 극자외선용 포토마스크상에 배치된 미러층의 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 원자현미경을 이용한 전자 노광은 40nm 이하 수준의 미세한 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다. 그러나 원자현미경을 이용한 전자 노광은 산화막 패턴 형성 의 한계로 인해 높은 종횡비를 갖는 흡수층 패턴을 형성하기 어려운 점이 있다. 이는 종래의 경우, 전기화학적산화(Anodization; electrochemical oxidation)방식을 이용하여 산화막 패턴을 형성하기 때문에 산화막 패턴이 종 방향으로 성장하는데 한계가 있기 때문이다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.
도 1을 참조하면, 투명 기판(100) 위에 미러층(mirror layer, 105) 및 광차단막(110)을 증착한다. 투명 기판(100)은 석영(Quartz)을 포함하는 투명한 재질로 이루어진다. 투명 기판(100) 위에 증착된 미러층(105)은 몰리브데늄(Mo; Molybdenum)막 및 실리콘(Si; Silicon)막이 교번적으로 복수층이 적층된 구조로 형성한다. 여기서 몰리브데늄막 및 실리콘막은 20-40층 이상으로 적층하는 것이 바람직하다. 미러층(105) 위에 증착된 흡수층(Absorber layer, 110)은 크롬막(Cr)으로 이루어진다. 이때, 흡수층(110)의 증착 두께를 조절하여 이후 형성될 흡수층 패턴의 깊이를 조절할 수 있다.
다음에 흡수층(110) 위에 포토레지스트막(115)을 형성한다. 구체적으로, 흡수층(110) 위에 스핀 코팅(spin coating)등의 방법을 이용하여 포토레지스트막(115)을 도포한다. 여기서 포토레지스트막(115)은 네거티브 타입(negative type)의 포토레지스트물질로 형성한다.
도 2를 참조하면, 포토레지스트막(115) 상에 노광 공정을 진행하여 포토레지스트막(115)의 일부 영역(a)을 변성시킨다.
구체적으로, 포토레지스트막(115) 상에 원자현미경(AFM)을 이용하여 포토레지스트막(115)의 일부 영역(a)에 빛을 조사하는 노광 공정을 수행한다. 여기서 빛이 조사된 부분이 후속 진행될 현상 공정에서 현상액에 의해 제거되지 않는 네거티브 타입의 포토레지스트물질의 특성에 의해 패턴을 형성할 영역에 빛을 조사한다. 그러면, 투과된 빛이 포토레지스트막의 노광 지역에 광화학반응을 일으켜 빛이 조사된 부분과 조사되지 않은 부분의 용해도 차이를 유발한다.
도 3을 참조하면, 노광 공정이 진행된 포토레지스트막(115)에 현상 공정을 진행하여 흡수층(110)의 표면을 일부 노출시키는 포토레지스트막 패턴(120)을 형성한다. 현상 공정은 포토레지스트막의 노광여부에 따라 용해도 차이가 발생된 영역의 포토레지스트막을 제거한다. 여기서 현상 공정은 알칼리 용액, 예를 들어 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH; Tetramethyl-Ammonium Hydroxide) 용액을 이용하여 진행한다.
도 4를 참조하면, 포토레지스트막 패턴(115)을 식각마스크로 노출된 흡수층(100)을 식각하여 흡수층 패턴(125)을 형성한다. 여기서 흡수층 패턴(125)은 건식식각(dry etch)을 이용하여 진행한다.
도 5를 참조하면, 포토레지스트막 패턴(115)을 애슁 공정(ashing)을 이용하여 제거한다. 다음에 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 흡수층 패턴(125)을 식각마스크로 미러층(105)을 식각하여 투명 기판(100) 상에 미러층 패턴 및 흡수층 패턴을 포함하여 이루어지는 포토마스크를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 는, 투명 기판 상에 흡수층을 증착하여 초기 흡수층의 증착 높이를 조절함에 따라 흡수층 패턴의 깊이를 조절하여 높은 종횡비를 갖는 흡수층 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 네거티브 타입의 포토레지스트막을 형성한 다음 원자현미경(AFM)을 이용한 전자 노광법을 이용함으로써 전자빔 노광에 비해 상대적으로 낮은 에너지, 예컨대 수 내지 수십V의 에너지를 이용하여 포토레지스트막을 노광할 수 있다. 아울러 포토레지스트막을 이용하여 패턴을 형성함으로써 수십nm 수준의 패턴을 형성할 수 있어 좁은 선폭의 구조물을 형성할 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.
도 6을 참조하면, 투명 기판(200) 위에 미러층(205)을 증착한다. 다음에 미러층(205) 위에 포토레지스트막(210)을 형성한다. 투명 기판(200)은 석영(Quartz)을 포함하는 투명한 재질로 이루어진다. 투명 기판(200) 위에 증착된 미러층(205)은 몰리브데늄(Mo; Molybdenum)막 및 실리콘(Si; Silicon)막이 교번적으로 복수층이 적층된 구조로 형성한다. 여기서 몰리브데늄막 및 실리콘막은 20-40층 이상으로 적층하는 것이 바람직하다. 미러층(205) 위에 형성된 포토레지스트막(210)은 네거티브 타입(negative type)의 감광성 물질로 형성하며, 스핀 코팅을 이용하여 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 포토레지스트막(210) 상에 노광 공정을 진행하여 포토레지스트막(210)의 일부 영역(b)을 변성시킨다.
구체적으로, 포토레지스트막(210) 상에 원자현미경(AFM)을 이용하여 포토레 지스트막(210)의 일부 영역(b)에 빛을 조사하는 노광 공정을 수행한다. 여기서 빛이 조사된 부분이 후속 진행될 현상 공정에서 현상액에 의해 제거되지 않는 네거티브 타입의 포토레지스트물질의 특성에 의해 패턴을 형성할 영역에 빛을 조사한다. 그러면, 투과된 빛이 포토레지스트막의 노광 지역에 광화학반응을 일으켜 빛이 조사된 부분과 조사되지 않은 부분의 용해도 차이를 유발한다.
도 8을 참조하면, 노광 공정이 진행된 포토레지스트막(210)에 현상 공정을 진행하여 미러층(205)의 표면을 일부 노출시키는 포토레지스트막 패턴(215)을 형성한다. 현상 공정은 포토레지스트막의 노광여부에 따라 용해도 차이가 발생된 영역의 포토레지스트막을 제거한다. 여기서 현상 공정은 알칼리 용액, 예를 들어 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH; Tetramethyl-Ammonium Hydroxide) 용액을 이용하여 진행한다.
도 9를 참조하면, 현상 공정이 진행된 투명 기판(200) 및 미러층(205) 상에 흡수층(220)을 증착한다. 흡수층(220)은 크롬(Cr)막으로 증착할 수 있다. 여기서 흡수층(220)은 포토레지스트막 패턴(215) 상부에도 소정 두께만큼 증착된다. 이때, 흡수층(220)은 포토레지스트막 패턴(215)의 두께에 따라 증착 두께가 조절할 수 있다.
도 10을 참조하면, 포토레지스트막 패턴(215) 상부에 증착된 흡수층을 제거한다. 계속해서 포토레지스트막 패턴(215)을 애슁 공정을 이용하여 제거하여 미러층(205)의 표면 일부 영역(c)을 노출시키는 흡수층 패턴(225)을 형성한다. 다음에 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 흡수층 패턴(225)을 식각마스크로 미러층(205) 을 식각하여 투명 기판(200) 상에 미러층 패턴 및 흡수층 패턴을 포함하여 이루어지는 포토마스크를 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크는, 미러층이 형성된 투명 기판상에 네거티브 타입의 포토레지스트막 패턴을 원자현미경을 이용한 전자 노광법으로 형성하고, 흡수층을 증착함으로써 전자빔 노광에 비해 상대적으로 낮은 에너지, 예컨대 수 내지 수십V의 에너지를 이용하여 노광 공정을 진행할 수 있다. 이때, 흡수층 패턴을 증착하기 이전에 포토레지스트막 패턴을 형성함으로써 포토레지스트막의 두께를 조절하여 흡수층 패턴의 깊이를 조절할 수 있다. 또한, 포토레지스트막을 이용하여 패턴을 형성함으로써 수십nm 수준의 패턴을 형성할 수 있어 좁은 선폭의 구조물을 형성할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법에 의하면, 원자현미경을 이용하여 낮은 에너지에서 기판의 손상 없이 전자 노광 공정을 진행할 수 있다. 포토레지스트막을 이용하여 패턴을 형성하여 좁은 선폭의 구조물을 형성할 수 있다. 초기 흡수층 증착 두께 또는 포토레지스트막의 두께를 조절함에 따라 흡수층 패턴의 깊이를 조절할 수 있다.

Claims (8)

  1. 투명 기판 상에 미러층 및 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 흡수층 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트막에 원자현미경을 이용한 노광 공정을 진행하는 단계;
    상기 노광 공정에 의해 변성된 포토레지스트막을 현상을 통해 제거하여 상기 흡수층의 표면이 일부 노출되는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트막 패턴을 마스크로 노출된 흡수층을 식각하여 흡수층 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 포토레지스트막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미러층은 몰리브데늄(Mo)막 및 실리콘(Si)막이 교번적으로 적층된 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡수층은 크롬막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트막은 네거티브 타입인 것을 특징으로 하는 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법.
  5. 투명 기판 상에 미러층을 형성하는 단계;
    상기 미러층 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트막에 원자현미경을 이용한 노광 공정을 진행하는 단계;
    상기 노광 공정에 의해 변성된 포토레지스트막을 현상을 통해 제거하여 상기 미러층의 표면이 일부 노출되는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트막 패턴 및 미러층 상에 흡수층을 증착하는 단계; 및
    상기 포토레지스트막 패턴위에 증착된 흡수층 및 포토레지스트막 패턴을 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 미러층은 몰리브데늄(Mo)막 및 실리콘(Si)막이 교번적으로 적층된 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 흡수층은 크롬막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 포토레지스트막은 네거티브 타입인 것을 특징으로 하는 네거티브 포토레지스트막을 이용한 포토마스크 형성방법.
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