KR20090000870A - 반도체 소자의 포토마스크 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 반도체 소자의 포토마스크 형성방법은, 투명 기판 상에 제1 마스크 패턴이 배치된 포토마스크를 형성하는 단계; 포토마스크의 필드 임계치수 균일도(FCDU)를 평가하여 임계치수 보정이 필요한 영역을 도출하는 단계; 임계치수 보정이 필요한 영역을 포함하는 투명 기판 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 포토레지스트막을 패터닝하여 임계치수 보정이 필요한 영역의 제1 마스크 패턴을 노출시키는 단계; 제1 마스크 패턴을 소정 높이만큼 식각하여 상기 제1 마스크 패턴과 180° 내지 190°의 위상차를 갖는 제2 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 포토레지스트막 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

필드 임계치수 균일도, 임계치수 보정, 위상차

Description

반도체 소자의 포토마스크 형성방법{Method for fabricating photomask in semiconductor device}

도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 포토마스크 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.

본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에서의 FCDU(Field Critical Dimension Uniformity)를 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조공정에서는 반도체 기판의 표면에 소자들을 형성하기 위하여 다수의 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 실시한다. 포토리소그래피 공정은 블랭크 마스크(Blankmask)상에 노광 및 현상 공정을 이용하여 포토마스크를 형성하고, 포토마스크 상에 형성된 패턴을 웨이퍼에 전사시키는 공정이다. 이러한 포토마스크는 일반적으로 투명 기판 위에 광차단막을 형성한 다음, 이를 원하는 패턴으로 식각하여 투과광이 기판만을 통과하여 웨이퍼 위에 조사될 수 있도록 한 바 이너리 마스크(Binary Mask)를 사용하였다. 그러나 수%의 투과율을 갖는 위상 반전 물질을 이용하여 바이너리 마스크보다 미세한 패턴을 웨이퍼 상에 형성할 수 있는 위상반전 마스크(Phase shift Mask)가 제안되고 있다.

한편, 포토마스크 상에 형성된 패턴의 임계치수(CD; Critical Dimension)가 타겟 임계치수(Target CD)와 차이가 발생할 수 있다. 이와 같이 임계치수(CD) 차이가 있는 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 전사하고 나면, 마스크 패턴의 임계치수(CD) 차이가 웨이퍼 상에서 더욱 큰 차이를 갖는 패턴이 형성된다. 이것을 필드 임계치수 균일도(FCDU; Field Critical Dimension Uniformity)라고 한다.

필드 임계치수 균일도(FCDU)는 포토마스크 제작과정에서 측정할 경우 양호한 수준이더라도 실질적으로 포토마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴을 전사한 후 평가한 필드 임계치수 균일도(FCDU)는 좋지 않게 나타나는 경우가 발생하고 있다. 이는 마스크 패턴 사이의 임계치수(CD) 차이에서 발생하기도 하지만, 균일한 임계치수(CD)라 하더라도, 노광 장치에서 수십 개의 광 렌즈를 거치고 나서, 최종 웨이퍼에 노광에너지가 전달될 때 균일하지 못하게 광원이 전달되어 필드 임계치수 균일도(FCDU)가 불균일하게 나타나는 경우도 있다.

이와 같이 필드 임계치수 균일도(FCDU)가 좋지 않게 나타나게 되면 마스크는 재제작을 하게 되며, 양산 단계에서 사용할 수 있는 수준의 필드 임계치수 균일도(FCDU)를 갖는 마스크를 제작하기 위해 소요되는 시간은 바로 개발 일정의 지연과 양산 감소를 유발할 수 있다. 이에 따라 필드 임계치수 균일도(FCDU)를 향상시켜 마스크 재제작에 필요한 시간을 단축시킬 수 있는 방법이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 포토마스크에 필드 임계치수 균일도(FCDU) 평가 맵을 이용하여 임계치수 보정을 진행함으로써 마스크를 재제작하지 않고 필드 임계치수 균일도(FCDU)를 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토마스크 형성방법은, 투명 기판 상에 제1 마스크 패턴이 배치된 포토마스크를 형성하는 단계; 상기 포토마스크의 필드 임계치수 균일도(FCDU)를 평가하여 임계치수 보정이 필요한 영역을 도출하는 단계; 상기 임계치수 보정이 필요한 영역을 포함하는 투명 기판 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 상기 임계치수 보정이 필요한 영역의 제1 마스크 패턴을 노출시키는 단계; 상기 제1 마스크 패턴을 소정 높이만큼 식각하여 상기 제1 마스크 패턴과 180° 내지 190°의 위상차를 갖는 제2 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 마스크 패턴은 몰리브덴(Mo)계 화합물인 것이 바람직하다.

상기 임계치수 보정이 필요한 영역을 도출하는 단계는, 상기 제1 마스크 패 턴의 임계치수를 측정 장비를 이용하여 측정하는 단계; 상기 측정된 임계치수를 이용하여 패턴 이미지를 디스플레이(display)하는 컨투어 맵(contour map)을 형성하는 단계; 및 상기 컨투어 맵에 나타난 농도 차이를 평가하여 농도가 주변과 상이한 영역을 도출하는 단계를 포함하는 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. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 포토마스크 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다. 특히 도 8 및 도 9는 포토마스크에 조사되는 빛의 강도(Intensity)를 비교하여 나타내보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 투명 기판(100) 상에 제1 마스크 패턴(110)이 배치된 포토마스크(120)를 형성한다. 투명 기판(100)은 석영(Quartz)을 포함하는 투명 재질로 이루어진다. 투명 기판(100) 상에 배치된 제1 마스크 패턴(110)은 노광 공정에서 포토마스크(120)에 투과될 빛을 선택적으로 차단하거나 빛의 위상(phase)을 반전시킬 수 있는 물질로 이루어진다. 본 발명의 실시예에서는 몰리브데늄(Mo)을 포함하는 화합물, 예를 들어 몰리브덴실리콘(MoSi)막을 이용한다.

도 2를 참조하면, 포토마스크(120)의 필드 임계치수 균일도(FCDU; Field Critical Dimension Uniformity)를 평가한다.

구체적으로, 도 1에서 형성된 포토마스크(120)에 대해 패턴의 임계치수(CD; Critical Dimension)를 임계치수 측정 장비를 이용하여 측정하여 도 2에 도시한 바와 같이, 패턴이미지를 디스플레이하는 컨투어 맵(contour map)을 형성한다. 이렇게 형성된 컨투어 맵에서 필드 임계치수 균일도(FCDU)를 평가하면, 주변 패턴과 임계치수가 차이가 나는 패턴의 농도(a)가 주변 패턴(b)과 다르게 나타나는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 패턴의 농도 차이는 각각 패턴의 임계치수가 다르게 형성되었다는 것으로 이해할 수 있다. 이와 같이 평가된 필드 임계치수 균일도(FCDU)에 의해 임계치수(CD) 차이가 나는 패턴의 보정(CD Correction)이 필요하다.

도 3을 참조하면, 포토마스크(120) 상에 포토레지스트막(130)을 형성한다. 포토레지스트막(130)은 스핀 코팅(spin coating) 방법을 이용해 도포하여 형성할 수 있다.

도 4를 참조하면, 포토레지스트막(130)에 노광 공정 및 현상 공정을 포함하는 포토리소그래피(Photolithography)공정을 진행하여 패턴의 보정이 필요한 영역을 노출시키는 개구부(c)를 갖는 포토레지스트막 패턴(140)을 형성한다.

구체적으로, 포토레지스트막(130) 상에 노광 장치를 이용하여 패턴의 보정이 필요한 영역에 빛을 조사하는 노광 공정을 수행한다. 그러면 빛이 조사된 부분은 광화학 반응을 일으켜 빛이 조사되지 않은 부분과 용해도 차이가 발생한다. 계속해서 현상 공정을 진행하여 용해도 차이가 나타난 부분의 포토레지스트막을 제거하여 패턴의 보정이 필요한 영역의 투명 기판(100) 및 제1 마스크 패턴(110)을 노출시키는 개구부(c)를 갖는 포토레지스트막 패턴(140)을 형성한다.

도 5를 참조하면, 포토레지스트막 패턴(140)에 의해 노출된 영역의 제1 마스크 패턴(110)을 소정 높이(d)만큼 추가 식각하여 제2 마스크 패턴(150)을 형성한다. 이때, 포토레지스트막 패턴(140)에 의해 노출된 영역의 제1 마스크 패턴(110)과 투명 기판(100)의 식각 선택비는 3:1로 투명 기판(100)의 표면도 식각될 수 있다.

여기서 제1 마스크 패턴(110)에 대한 추가 식각을 수행하여 형성된 제2 마스크 패턴(150)은 제1 마스크 패턴(110)과의 위상차(phase shift)값이 180°내지 190°로 증가한다. 이와 같이 위상차 값이 증가하면 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 마스크 패턴(110)으로 이루어진 포토마스크를 이용하여 노광 공정을 진행한 경우 웨이퍼에 투과되는 빛의 강도(Intensity)보다 도 9에 도시한 바와 같이, 추가 식각이 진행되어 형성된 제2 마스크 패턴(150) 부분에서 빛의 강도가 낮아지는 것을 알 수 있다. 이와 같이 빛의 강도가 낮아지면 콘트라스트(contrast)가 감소되고, 웨이퍼 상에 패턴 형성시 패턴의 임계치수를 보정할 수 있다.

다음에 도 6에 도시한 바와 같이, 포토레지스트막 패턴(140)을 애슁(ashing) 공정을 이용하여 제거하여 제1 마스크 패턴(110) 및 제2 마스크 패턴(150)을 포함하는 포토마스크(160)를 형성한다.

그리고 이렇게 형성된 포토마스크(160)에 대해 패턴의 임계치수(CD)를 임계치수 측정 장비를 이용하여 측정하여 도 7에 도시한 바와 같이, 패턴이미지를 디스플레이하는 컨투어 맵(contour map)을 형성한다. 이렇게 형성된 컨투어 맵에서 필드 임계치수 균일도(FCDU)를 평가하면, 보정을 진행한 패턴(e)의 농도와 주변 패턴 (b)과의 농도가 유사하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 포토마스크 형성방법은, 패턴 임계치수 균일도가 좋지 않은 마스크에 대한 웨이퍼의 컨투어 맵을 토대로 임계치수 보정이 필요한 부분에 추가적인 식각 공정을 실시하여 위상차 값을 증가시켜 콘트라스트를 감소시킴으로써 웨이퍼 상 임계치수 보정을 가능하게 할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토마스크 형성방법에 의하면, 마스크를 재제작하지 않고 임계치수를 보정할 수 있다. 마스크를 재제작하지 않아 반도체 소자 개발일정의 지연을 방지할 수 있다. 필드 임계치수 균일도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 투명 기판 상에 제1 마스크 패턴이 배치된 포토마스크를 형성하는 단계;

   상기 포토마스크의 필드 임계치수 균일도(FCDU)를 평가하여 임계치수 보정이 필요한 영역을 도출하는 단계;

   상기 임계치수 보정이 필요한 영역을 포함하는 투명 기판 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트막을 패터닝하여 상기 임계치수 보정이 필요한 영역의 제1 마스크 패턴을 노출시키는 단계;

   상기 제1 마스크 패턴을 소정 높이만큼 식각하여 상기 제1 마스크 패턴과 180° 내지 190°의 위상차를 갖는 제2 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 포토레지스트막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 마스크 패턴은 몰리브덴(Mo)계 화합물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 임계치수 보정이 필요한 영역을 도출하는 단계는,

   상기 제1 마스크 패턴의 임계치수를 측정 장비를 이용하여 측정하는 단계;

   상기 측정된 임계치수를 이용하여 패턴 이미지를 디스플레이(display)하는 컨투어 맵(contour map)을 형성하는 단계; 및

   상기 컨투어 맵에 나타난 농도 차이를 평가하여 농도가 주변과 상이한 영역을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법.

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