KR20090029436A

KR20090029436A - 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법

Info

Publication number: KR20090029436A
Application number: KR1020070094656A
Authority: KR
Inventors: 송판돌
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-03-23

Abstract

본 발명에 따라 위상반전마스크를 제조하기 위해서는, 투명기판의 메인 패턴 영역을 선택적으로 차단하는 실드막을 증착 장비 내에 배치시켜 투명기판의 프레임 영역에만 선택적으로 광차단막을 형성한다. 또한, 광차단막 패턴 및 위상반전막 패턴을 형성하기 위한 회로 패턴을 레지스트막에 동시에 전사하여 동일한 레지스트막 패턴을 식각마스크로 투명기판의 프레임 영역의 광차단막을 패터닝한 이후에, 투명기판의 메인 패턴 영역의 위상반전막을 패터닝한다.

이에 따라, 위상반전마스크의 프레임 영역에 광차단막을 배치하기 위해 광차단막과 위상반전막을 패터닝한 후, 메인 패턴 영역의 광차단막을 선택적으로 식각하기 위한 추가 공정 예컨대, 레지스트막 도포 공정, 노광 공정, 현상공정 및 식각공정을 생략할 수 있다. 따라서, 위상반전마스크의 제조 공정은 단순화하여 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 위상반전마스크의 제조 공정 단계가 단순해 짐에 따라, 포토마스크의 오염을 방지하여 포토마스크의 품질 특성을 향상시킬 수 있다.

레지스트막 패턴, 프레임 영역, 메인 패턴 영역, 위상반전마스크

Description

반도체소자의 위상반전마스크 형성방법{Method for fabricating phase shift mask in semicondutor device}

본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체소자를 제조하는 과정에서 반도체기판에 형성하고자 하는 패턴을 구현하기 위한 방법으로 회로 패턴이 그려진 포토마스크가 이용되고 있다. 포토마스크 상에 구현된 패턴은 포토리소그래피 공정을 통해 웨이퍼 상으로 전사되므로, 포토마스크의 제조 공정은 매우 중요하게 인식되고 있다.

포토리소그라피 공정 과정에서 이용되는 포토마스크의 패턴 선폭은 노광 원의 파장에 비례하고, 프로젝션 렌즈의 개구수에는 반비례한다. 그러나, 포토마스크의 패턴 선폭이 노광원의 파장보다 적어지게 되면, 회절 현상이 발생되어 기생이미지를 발생시키게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 위상반전마스크가 제안되었다. 위상반전마스크는 마스크를 투과하는 광의 위상을 반전시켜 패턴의 공간 주파수를 줄이거나, 가장자리의 콘트라스트(contrast)를 증가시키는 간섭 효과를 이용하여 해상도는 높이고 초점심도(DOF)를 조절한다. 이러한 위상반전마스크에는 기판 상에 형성된 위상반전층을 이용해 180°위상 반전 패턴을 형성하는 어테뉴에이트(attenuated) 위상반전마스크 및 기판을 선택적으로 식각하여 180°위상 반전 영역을 형성하는 얼터네이팅(alternating) 위상반전마스크 등이 있다

한편, 위상반전마스크의 외곽 예컨대, 프레임 영역에는 후속 웨이퍼 상으로 패턴을 전사하기 위해 스캐너의 정렬 센서와 바코드 판독기를 나타내기 위한 광차단막 패턴이 배치된다. 따라서, 위상반전막 패턴이 형성되어 투과되는 광의 위상을 반전시키는 메인 패턴 영역과, 광차단막 패턴이 존재하는 프레임 영역을 구분하기 위한 추가 공정이 필요하다. 예컨대, 위상반전막 및 광차단막 패턴이 형성된 투명기판 상에 제1 레지스트막 패턴을 이용하여 광차단막 및 위상반전막에 대한 식각을 수행하고, 이후에 제2 레지스트막 패턴을 이용하여 메인 패턴 영역의 광차단막에 대한 식각을 추가적으로 수행하고 있다. 이와 같이 두번의 쓰기 과정과 식각공정을 수행하므로, 공정 횟수가 증가하고 원자재 및 비용이 증가하게 된다. 특히, 메인 패턴 영역의 광차단막에 대한 추가 식각은 앞선 공정에 비하여 공정 시간이 길며, 공정 단계 추가로 인해 각 단계에 따라 포토마스크의 오염 가능성이 증가하고 있다. 또한, 현상공정 후의 레지스트막의 잔류물, 이물질 등에 의해 결함이 유발되어 포토마스크의 품질 특성이 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법은, 메인 패턴 영역 및 외곽 영역으로 구분된 투명기판 상에 위상반전막을 형성하는 단계; 상기 외곽 영역의 위상반전막 상에 광차단막을 선택적으로 형성하는 단계; 및 상기 위상반전막 및 광차단막을 선택적으로 패터닝하여 메인 패턴 영역의 투명기판 상에 위상반전막 패턴을 형성하고, 외곽 영역의 투명기판 상에 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 위상반전막은 몰리브덴실리콘산화질화막으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 광차단막은 크롬막으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 광차단막은 스퍼터링 증착 장비를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.

상기 광차단막은, 스퍼터링 장치 내에 투명기판의 메인 패턴 영역을 차단하는 실드막을 배치시켜 투명기판의 외곽 영역에 광차단막을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 광차단막 패턴 및 위상반전막 패턴을 형성하는 단계는, 상기 위상반전막 및 광차단막이 형성된 투명기판 상에 상기 광차단막 및 위상반전막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트막 패턴을 식각마스크로 투명기판의 외곽 영역에 선택적으로 형성된 광차단막을 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 레지스트막 패턴 및 광차단막 패턴을 식각마스크로 노출된 위상반전막을 식각하여 위상반전막 패턴을 형성하는 단계로 이루어지는 것 이 바람직하다.

상기 레지스트막 패턴은 상기 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하기 위한 회로 패턴이 동시에 전사된 레지스트막 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 어테뉴에이티드 위상반전마스크를 형성하기 위해서는, 먼저 석영기판과 같은 투명기판(100) 상에 위상반전막(110)을 형성한다. 위상반전막(110)은 투과되는 광의 위상을 반전시킬 수 있는 물질 예컨대, 몰리브덴실리콘산화질화(MoSiON)막으로 형성할 수 있다.

한편, 위상반전마스크에는 위상반전막 패턴이 형성되어 투과되는 광의 위상을 반전시키는 메인 패턴 영역과, 후속 웨이퍼 상으로 위상반전마스크 상에 형성된 패턴 전사 시 스캐너 정렬 센서를 정확히 감지하기 위해 불필요한 광을 차단할 수 있는 외곽 예컨대, 프레임 영역으로 구분될 수 있다. 프레임 영역에는 불필요한 광학 효과를 차단할 수 있는 물질 예컨대, 광차단막이 배치되어 스캐너의 정렬 센서와 바코드 판독기를 나타내기 위한 역할을 한다.

투명기판(100)의 프레임 영역에 광차단막을 형성하기 위해서는 투명기판 상에 위상반전막 및 광차단막을 형성하고, 제1 레지스트 패턴을 이용해 광차단막 패턴 및 위상반전막 패턴을 형성한 후, 제2 레지스트막 패턴을 이용해 메인 패턴 영역의 광차단막 패턴을 식각하여 투명기판의 메인 패턴 영역에는 위상반전막 패턴을 형성하고, 투명기판의 프레임영역에는 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하였다.

이에 반해, 본 발명의 실시예에서는 위상반전막(110)이 형성된 투명기판(100)의 프레임 영역에만 광차단막(120)을 선택적으로 형성한다. 광차단막(120)은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질막 예컨대, 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다.

구체적으로, 위상반전막(110)이 형성된 투명기판(100)을 스퍼터링 증착 장비로 로딩시킨 후, 장비 내로 아르곤가스를 주입하고, 소정의 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 이때, 투명기판(100)과 증착 장비 사이에는 투명기판(100)의 메인 패턴 영역을 선택적으로 차단하는 실드막(130)이 배치되어 있다. 그러면, 아르곤 플라즈마에 의해 크롬 타겟이 스퍼터링되어 프레임영역의 위상반전막(110) 상에만 크롬막이 선택적으로 형성된다. 실드막(130)은 후속 위상반전막 패턴이 형성되는 메인 패턴 영역을 차단하면서, 투명기판의 프레임 영역을 노출시키는 마스크 역할을 한다. 즉, 스퍼터링 장비 내에서 투명기판(100)의 메인 패턴 영역을 차단하는 실드막(130)을 배치시켜, 투명기판(130)의 프레임 영역에만 광차단막을 형성할 수 있다.

이때, 광차단막 패턴(120)은 투명기판(100)의 프레임 영역에서 원하는 타겟 패턴(target pattern)의 선폭 보다 상대적으로 큰 선폭을 가지게 형성될 수도 있다.

도 2를 참조하면, 프레임 영역에 선택적으로 광차단막(120)이 형성된 투명기판(100) 상에 위상반전막(110)을 패터닝하기 위한 레지스트막 패턴(140)을 형성한다. 구체적으로, 광차단막(120)이 선택적으로 형성된 투명기판(100) 상에 레지스트막을 형성하고, 통상의 전자빔을 이용하여 형성하고자 하는 회로 패턴을 레지스트 막에 전사한다. 이때, 투명기판(100)의 메인 패턴 영역에 형성되는 위상반전막 패턴을 형성하기 위한 회로 패턴과, 투명기판의 프레임 영역에 형성되는 광차단막 패턴을 형성하기 위한 회로 패턴을 레지스트막에 동시에 전사한다.

현상액을 이용한 현상공정을 수행하여 위상반전막(110) 및 광차단막(120)을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성한다. 레지스트막 패턴(140)은 후속 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하기 위한 식각마스크 역할을 한다. 즉, 레지스트막 패턴(140)은 투명기판(100)의 메인 패턴 영역에서 위상반전막 패턴을 형성하기 위한 식각마스크 역할과, 투명기판의 프레임 영역에서 스캐너의 정렬 센서와 바코드 판독기를 나타내는 광차단막 패턴을 형성하기 위한 식각마스크로 이용된다.

이에 따라, 레지스트막 패턴(140)에 의해 투명기판의 프레임 영역에만 선택적으로 형성된 광차단막(120)이 부분적으로 노출될 수 있다.

도 3을 참조하면, 레지스트막 패턴(130)을 식각마스크로 광차단막 및 위상반전막을 순차적으로 식각한다.

구체적으로, 레지스트막 패턴(130)을 식각마스크로 사용하여 투명기판(100)의 프레임 영역에서 형성된 광차단막을 선택적으로 식각하여 스캐터의 정렬 센서와 바코드 판독기를 나타내는 광차단막 패턴(121)을 형성한다. 즉, 레지스트막 패턴(130)에 광차단막 패턴을 형성하기 위해 전사된 회로 패턴의 형상으로 광차단막만을 선택적으로 패터닝하여 광차단막 패턴(121)을 형성할 수 있다.

다음에, 레지스트막 패턴(130)을 식각마스크로 투명기판(100)의 메인 패턴 영역의 위상반전막을 선택적으로 식각하여 위상반전막 패턴(111)을 형성한다. 즉, 레지스트막 패턴에 메인 패턴 영역의 위상반전막 패턴(111)을 형성하기 위해 전사된 회로 패턴의 형상으로 위상반전막을 선택적으로 패터닝하여 투명기판(100)의 메인 패턴 영역에 위상반전막 패턴(111)을 형성할 수 있다.

이때, 투명기판(100)의 메인 패턴 영역에는 레지스트막 패턴(130)에 전사된 회로 패턴의 형상대로 위상반전막 패턴(111)이 형성되고, 투명기판(100)의 프레임 영역에는 이전에 형성된 광차단막 패턴(121)의 형상대로 위상반전막 패턴(111)이 형성된다.

도 4를 참조하면, 레지스트막 패턴을 제거한다. 그러면, 투명기판(100)의 메인 패턴 영역에는 위상반전막 패턴(111)이 형성되고, 투명기판(100)의 프레임 영역에는 광차단막 패턴(111) 및 위상반전막 패턴(121)이 형성된다.

본 발명에 따르면, 광차단막 형성 시 메인 패턴 영역을 선택적으로 차단하는 실드막을 증착 장비 내에 배치시켜 투명기판의 프레임 영역에만 선택적으로 광차단막을 형성한다. 또한, 광차단막 패턴 및 위상반전막 패턴을 형성하기 위한 회로 패턴을 레지스트막에 동시에 전사하여 동일한 레지스트막 패턴을 식각마스크로 투명기판의 프레임 영역의 광차단막을 패터닝한 이후에, 투명기판의 메인 패턴 영역의 위상반전막을 패터닝한다.

이에 따라, 위상반전마스크의 프레임 영역에 광차단막을 배치하기 위해 광차단막과 위상반전막을 패터닝한 후, 메인 패턴 영역의 광차단막을 선택적으로 식각하기 위한 추가 공정 예컨대, 레지스트막 도포 공정, 노광 공정, 현상공정 및 식각 공정을 생략할 수 있다. 따라서, 위상반전마스크의 제조 공정은 단순화하여 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 위상반전마스크의 제조 공정 단계가 단순해 짐에 따라, 포토마스크의 오염을 방지하여 포토마스크의 품질 특성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 바람직한 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.

Claims

메인 패턴 영역 및 외곽 영역으로 구분된 투명기판 상에 위상반전막을 형성하는 단계;

상기 외곽 영역의 위상반전막 상에 광차단막을 선택적으로 형성하는 단계; 및

상기 위상반전막 및 광차단막을 선택적으로 패터닝하여 메인 패턴 영역의 투명기판 상에 위상반전막 패턴을 형성하고, 외곽 영역의 투명기판 상에 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
제1항에 있어서,

상기 위상반전막은 몰리브덴실리콘산화질화막으로 형성하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
제1항에 있어서,

상기 광차단막은 크롬막으로 형성하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
제1항에 있어서,

상기 광차단막은 스퍼터링 증착 장비를 이용하여 형성하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
제4항에 있어서,

상기 광차단막 형성하는 단계는, 스퍼터링 장치 내에 투명기판의 메인 패턴 영역을 차단하는 실드막을 배치시켜 투명기판의 외곽 영역에 광차단막을 형성하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
제1항에 있어서,

상기 광차단막 패턴 및 위상반전막 패턴을 형성하는 단계는,

상기 위상반전막 및 광차단막이 형성된 투명기판 상에 상기 광차단막 및 위상반전막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계;

상기 레지스트막 패턴을 식각마스크로 투명기판의 외곽 영역에 선택적으로 형성된 광차단막을 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계; 및

상기 레지스트막 패턴 및 광차단막 패턴을 식각마스크로 노출된 위상반전막을 식각하여 위상반전막 패턴을 형성하는 단계로 이루어지는 반도체소자의 위상반전마스크 형성 방법.
제6항에 있어서,

상기 레지스트막 패턴은 상기 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴을 형성하기 위한 회로 패턴이 동시에 전사된 레지스트막 패턴으로 형성하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성 방법.