KR20090021484A - 패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법 - Google Patents

패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

위상반전 마스크의 제조방법이 제시되어 있다. 투광성 기판 상에 위상반전막, 광 차단막 및 레지스트막이 차례로 형성된 마스크 기판을 준비한다. 레지스트막을 노광 및 현상하여 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 광 차단막을 패터닝한다. 레지스트 패턴을 제거한 후 패터닝된 광 차단막의 패턴 크기(CD)를 측정한 다음, 패턴 크기 보정용 마스크를 준비하여, 광 차단막이 패터닝된 기판 위에 부착한다. 패턴 크기 보정용 마스크에 의해 마스킹되지 않는 영역의 광 차단막에 대해 식각을 진행하여 광 차단막의 패턴 크기를 보정한다. 그리고, 기판으로부터 패턴 크기 보정용 마스크를 분리한다.
포토 마스크, CD 보정, 건식식각, CD 보정 마스크

Description

패턴 크기가 보정된 위상반전 마스크의 제조방법{Method for fabricating phase shift mask having corrected Critical-Dimension}
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 각종 패턴을 구현하기 위한 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 각종 패턴은 포토리소그래피(photolithograpgy) 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 포토리소그래피 공정이란 웨이퍼 상에 포토레지스트를 균일하게 도포하고, 노광장비를 사용하여 포토마스크 혹은 레티클(reticle) 상의 패턴을 축소 투영 노광시킨 후, 현상과정을 거쳐 2차원의 포토레지스트 패턴을 형성시키기까지의 모든 공정을 말한다. 포토마스크의 패턴은 웨이퍼 패턴의 원판이라 할 수 있기 때문에, 반도체 제조공정에서의 포토마스크는 소자의 집적도가 높아질수록 그 중요성이 더욱 높아진다.
한편, 반도체 소자가 더욱 미세화되고 디자인 룰(design rule) 또한 점차 타이트(tight)해질수록 포토마스크의 패턴 크기(Critical Demension; CD)의 정확성 및 균일도는 더욱 중요시되고 있다. 이에 따라 포토마스크의 패턴 크기(CD)를 보정하는 보정공정이 개발되어 현재 널리 적용되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 포토마스크의 패턴크기 보정방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다. 그리고, 도 3은 CD 보정을 위하여 형성되는 레지스트 패턴의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 투명한 기판(100) 상에 예를 들어 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)를 증착하여 위상반전막(102)을 형성하고, 이어 크롬(Cr)막을 증착하여 차광막(104)을 형성한다. 레지스트를 상기 차광막(104) 상에 도포한 후 전자빔을 이용한 노광 및 현상 공정을 실시하여 레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 다음에, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막(104)을 식각하여 차광막 패턴을 형성한 후 레지스트 패턴을 제거한다.
다음에, 차광막 패턴의 크기(CD)를 측정하여 측정된 차광막 패턴의 크기(실선 표시)가 목표 값(점선 표시)보다 클 경우, 그 편차를 계산하고 CD 보정을 위한 차광막의 추가 식각공정을 다음과 같이 진행한다.
도 2를 참조하면, 차광막(104) 패턴의 CD를 보정하기 위하여, 차광막 패턴이 형성된 기판의 전면에 다시 레지스트를 도포하고, 전자빔을 이용한 노광 및 현상을 실시하여 레지스트 패턴을 형성한다. 이때, 패턴 보정을 위한 상기 레지스트 패턴은 도 3에 도시된 것과 같은 형태로 형성된다. 도 3에서, 패턴의 중심부(210)는 메인 패턴이 배열되는 영역으로, 레지스트가 제거되어 보정 공정에서 차광막에 대한 식각이 이루어지는 영역이고, 네모 형상의 영역(220)은 레지스트가 잔류하는 영역으로, 이후에 차광막이 제거되지 않고 남는 차광영역이 된다.
상기 레지스트 패턴(도 3 참조)을 마스크로 이용하여 상기 차광막을 추가로 식각한다. 그후 CD가 보정된 차광막(104) 패턴을 마스크로 하여 위상반전막(102)을 패터닝한다.
이와 같이 종래의 패턴 CD 보정방법에 따르면, CD 보정을 위한 레지스트 도포, 노광 및 현상 공정을 추가로 진행하여야 하므로 공정 시간 및 제조비용이 증가하고, 공정 추가로 인한 결함발생의 가능성이 증가하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 패턴의 크기를 보정하는 공정을 단순화함으로써 마스크 제작기간을 단축하고 제조비용을 절감할 수 있는 위상반전 마스크의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 위상반전 마스크의 제조방법은, 투광성 기판 상에 위상반전막, 광 차단막 및 레지스트막이 차례로 형성된 마스크 기판을 준비하는 단계와, 상기 레지스트막을 노광 및 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 광 차단막을 패터닝하는 단계와, 상기 레지스트 패턴을 제거한 후 패터닝된 광 차단막의 패턴 크기(CD)를 측정하는 단계와, 패턴 크기 보정용 마스크를 준비하여, 광 차단막이 패터닝된 기판 위에 부착하는 단계와, 상기 패턴 크기 보정용 마스크에 의해 마스킹되지 않는 영역의 상기 광 차단막에 대해 식각을 진행하여 상기 광 차단막의 패턴 크기를 보정하는 단계, 및 상기 기판으로부터 패턴 크기 보정용 마스크를 분리 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광 차단막은 크롬(Cr)으로 형성하고, 상기 위상반전막은 몰리브덴실리나이트라이드(MoSiN) 또는 몰리브덴실리옥시나이트라이드(MoSiON)로 형성할 수 있다.
상기 패턴 크기 보정용 마스크는, 상기 기판의 광 투과영역을 노출시키는 구조일 수 있다.
상기 기판으로부터 패턴 크기 보정용 마스크를 분리하는 단계 후에, 패턴 크기가 보정된 광 차단막 패턴을 마스크로 하여 상기 위상반전막을 패터닝하는 단계, 및 상기 패턴 크기 보정용 마스크를 사용하여, 광 투과영역의 상기 광 차단막을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, CD 보정용 마스크를 사용하여 광 차단막 패턴의 크기를 보정함으로써 패턴 크기 보정을 위한 레지스트 도포, 노광 및 현상 공정을 생략할 수 있으므로 공정을 단순화하고 마스크 제작시간을 단축할 수 있다. 또한, 차광영역을 정의하는 공정에도 적용할 경우 공정을 더욱 단순화할 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 해석되어서는 안된다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.
도 4를 참조하면, 석영(Qz)과 같은 투광성 마스크 기판(400) 위에, 예를 들어 몰리브덴실리나이트라이드(MoSiN)과 같은 위상반전 물질을 증착하여 위상반전막(402)을 형성한다. 상기 위상반전막(402) 위에, 예를 들어 크롬(Cr)과 같은 광 차단물질을 일정 두께 증착하여 광 차단막(404)을 형성한다. 그리고, 상기 광 차단막(404) 위에 노광용 마스크의 광 투과영역을 정의하는 소정의 레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성하고, 이러한 레지스트 패턴을 마스크로 상기 광 차단막을 식각하여 광 차단막(404) 패턴을 형성한다. 다음에, 레지스트 패턴을 제거한다.
이때, 노광장비 및 공정 상의 한계로 인해 상기 광 차단막(404) 패턴이 원하는 크기(CD)보다 크게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 광 차단막(404) 패턴의 크기를 측정하여 목표로 한 크기(target CD)와 비교한다. 측정 결과, 도시된 바와 같이, 형성하고자 했던 패턴의 크기보다 형성된 광 차단막(404) 패턴의 크기가 큰 경우 다음과 같이 패턴 크기를 보정하기 위한 공정을 진행한다.
도 5를 참조하면, 광 차단막(404)의 패턴 크기를 보정할 CD 보정용 마스크를 준비한다. CD 보정용 마스크(410)는 도 7에 도시되어 있다. CD 보정용 마스크에 대해서는 다음에 설명하기로 한다. CD 보정용 마스크(410)가 준비되었다면, 광 차단막(404) 패턴이 형성된 마스크 기판 상에 CD 보정용 마스크(410)를 부착한다. 그러면, 도시된 것과 같이, 광 차단영역은 CD 보정용 마스크(410)에 의해 마스킹되고, 광 투과영역은 노출된다. 다음에, CD 보정용 마스크(410)를 부착한 상태에서 노출 된 광 차단막(404)에 대해 식각을 진행한다. 상기 광 차단막에 대한 식각은 식각 가스를 사용한 건식식각으로 이방성으로 식각이 이루어진다. 크롬(Cr) 광 차단막의 경우 1㎚의 CD를 보정하는데 약 3초 정도의 시간이 걸린다. 식각 시간을 적절히 조절하여 정확한 CD 보정이 이루어지도록 한다.
도 6을 참조하면, CD 보정용 마스크를 이용한 광 차단막(404) 패턴의 CD 보정이 완료되면, CD 보정용 마스크를 마스크 기판으로부터 제거한다. 다음에, CD가 보정된 광 차단막 패턴을 마스크로 하여 위상반전막(402)에 대한 식각을 수행하여 위상반전막 패턴을 형성한다. 다음에, 광 투과영역의 광 차단막을 제거하기 위한 공정을 진행한다. 이때에도 CD 보정을 위해 사용된 CD 보정용 마스크를 사용할 수 있다. 즉, 마스크 기판 상에 CD 보정용 마스크를 부착한 뒤 광 투과영역의 광 차단막(404)을 식각한다. 이때에는 광 투과영역의 광 차단막이 완전히 제거될 때까지 식각을 진행한다. CD 보정용 마스크를 사용함으로써 광 차단영역을 정의하기 위하여 레지스트 도포, 노광 및 현상 공정을 생략할 수 있으므로 공정을 단순화하고 마스크 제작시간을 단축할 수 있다.
광 투과영역의 광 차단막이 제거된 후 CD 보정용 마스크를 마스크 기판으로부터 분리하고 마스크 기판에 대해 소정의 세정공정을 수행하면 위상반전 마스크가 완성된다.
도 7은 본 발명의 CD 보정공정에 사용된 CD 보정용 마스크를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, CD 보정용 마스크는 도 3에 도시된 종래의 CD 보정을 위한 레지스트 패턴과 같은 형태를 갖는다. 가장자리의 네모 형태의 영역은 CD 보정을 위한 광 차단막에 대한 식각공정에서 광 차단막을 보호하여 식각되지 않도록 하는 영역이다. 또한, 이 영역은 광 차단영역을 정의하기 위한 식각공정에서 광 차단막이 제거되지 않고 남는 차광영역이 된다.
상기 CD 보정용 마스크(410)는 광 차단막에 대한 식각공정에서 식각되지 않는 여러 가지 물질로 이루어질 수 있으며, 그 제작 방법도 통상적인 방법으로 간단하게 제작할 수 있다. 그리고, 상기 CD 보정용 마스크(410)가 기판에 부착될 때 마스크 기판 또는 기판 상의 패턴, 예를 들어 광 차단막에 영향을 주지 않도록 밑단을 테프론(teflon) 등으로 마감처리하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1 및 도 2는 종래의 포토마스크의 패턴크기 보정방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 3은 CD 보정을 위하여 형성되는 레지스트 패턴의 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 CD 보정공정에 사용된 CD 보정용 마스크를 도시한 도면이다.

Claims (4)

  1. 투광성 기판 상에 위상반전막, 광 차단막 및 레지스트막이 차례로 형성된 마스크 기판을 준비하는 단계;
    상기 레지스트막을 노광 및 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 광 차단막을 패터닝하는 단계;
    상기 레지스트 패턴을 제거한 후 패터닝된 광 차단막의 패턴 크기(CD)를 측정하는 단계;
    패턴 크기 보정용 마스크를 준비하여, 광 차단막이 패터닝된 기판 위에 부착하는 단계;
    상기 패턴 크기 보정용 마스크에 의해 마스킹되지 않는 영역의 상기 광 차단막에 대해 식각을 진행하여 상기 광 차단막의 패턴 크기를 보정하는 단계; 및
    상기 기판으로부터 패턴 크기 보정용 마스크를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 차단막은 크롬(Cr)으로 형성하고,
    상기 위상반전막은 몰리브덴실리나이트라이드(MoSiN) 또는 몰리브덴실리옥시나이트라이드(MoSiON)로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 크기 보정용 마스크는, 상기 기판의 광 투과영역을 노출시키는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판으로부터 패턴 크기 보정용 마스크를 분리하는 단계 후에,
    패턴 크기가 보정된 광 차단막 패턴을 마스크로 하여 상기 위상반전막을 패터닝하는 단계, 및
    상기 패턴 크기 보정용 마스크를 사용하여, 광 투과영역의 상기 광 차단막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
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