KR20090050735A - 포토마스크의 패턴선폭 보정방법 - Google Patents

포토마스크의 패턴선폭 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 포토마스크의 패턴선폭 보정방법은, 투명기판 상에 완충막을 형성하는 단계와 완충막 상에 위상반전막과 광차단막을 차례로 형성하여 패터닝하는 단계 및 패터닝된 위상반전막과 광차단막을 마스크로 이용하여 완충막을 식각하면서 위상반전막의 임계크기(CD)를 보정하는 단계를 포함한다.
산화막, 프로파일(Profile) 개선, 임계보정(Critical Demension; CD), 포토마스크

Description

포토마스크의 패턴선폭 보정방법{Method for repairing critical dimension of pattarn in photomask}
본 발명은 포토마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 포토마스크의 패턴선폭 보정방법에 관한 것이다.
트랜지스터가 발명된 이후, 지난 20여 년간 반도체 메모리 소자의 디자인 룰(Rule)이 점차 축소됨에 따라, 한정된 면적 내에 수많은 메모리 소자를 구현할 수 있는 고도의 반도체 기술이 요구되고 있다. 또한 반도체 소자가 미세화, 고집적화됨에 따라 소자를 구현하기 위한 포토마스크의 패턴 크기도 더욱 미세화시켜서 회로 설계를 해야하기 때문에 이에 따른 기술개발도 필요한 실정이다.
포토마스크에 패턴을 형성하는 과정을 살펴보면, 투명기판 상에, 광차단막 또는 위상반전막을 형성하는 공정, 노광 공정, 현상공정 및 식각 공정 단계로 이루어진다.
반도체소자를 형성할 기판 영역은 한정되어 있고, 그 안에 수많은 소자들을 집적시켜야하기 때문에 반도체 소자 제작에 있어서 가장 중요한 기술 중에 하나는 정확한 미세선폭의 패턴을 구현할 수 있는 포토마스크의 제작이다. 정확한 미세선 폭의 패턴 형성은 기존 공정에서 발생할 수 있는 결함을 줄일 수 있고, 여러 단계의 공정을 생략할 수 있어 공정 시간(Turn Around Time; TAT)을 단축할 수 있는 효과를 가져다준다. 종래에는 투명기판 상에 단층막 패턴이 형성된 포토마스크를 사용하여 패턴을 형성하여도 반도체 소자의 동작에는 큰 무리가 없었으나, 현재는 패턴의 크기가 작아짐에 따라 단층막 패턴으로는 소자 패턴의 구현이 어려워져 투명기판 상에 다층막으로 패턴을 형성하여 포토마스크를 제작하고 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 포토마스크의 패턴선폭 보정방법에 대하여 나타낸 도면들이다.
도 1을 참조하면, 투명기판(100) 상에 위상반전막(110) 및 광차단막(120)을 형성한 후, 광차단막 상에 전자빔 레지스트를 도포한다. 다음 전자빔을 이용하여 전자빔 레지스트를 노광한 후, 현상공정을 실시하여 레지스트 패턴(130)을 형성한다. 이때 광차단막으로 크롬막(Cr)을 사용할 수 있고, 위상반전막으로 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)를 사용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 레지스트 패턴(130)을 식각마스크로 사용하여 광차단막 패턴(121)을 형성한다. 정확한 미세선폭 패턴을 형성하기 위하여 추가적으로 광차단막 패턴(121)과 위상반전막 패턴(111)의 식각을 수행하여 원하는 임계크기(Critical Demension; CD)를 맞추어 보정한다.
도 3을 참조하면, 위상반전막 패턴(111)의 식각 후에 레지스트 패턴(130)을 제거한다. 다음 패터닝해야하는 광차단막 패턴(121)의 선택 영역을 지정하여 위상반전막 패턴(111) 상의 크롬막(120)을 선택적으로 식각하는 것으로 포토마스크의 패턴선폭의 보정공정을 완료한다.
이때, 몰리브덴실리사이드막과 크롬막을 식각하는 과정에서 결함(150)이 발생하게 된다. 또한 위상반전막 패턴(111)이 수직한(90。) 형태로 식각되어야 하는데, 투명기판 표면과 위상반전막 패턴(111)의 경계부의 프로파일(Profile)이 수직하지 못한 현상이 나타난다. 그 이유는 광차단막 패턴(121)을 식각할 때의 프로파일의 영향으로 위상반전막 패턴(111)의 슬롭이 발생되기 때문에 위상반전막 패턴(111)이 약간 비스듬한 형태로 식각된다. 이와 같은 현상을 풋팅(Footing)(140) 현상이라고 한다. 풋팅(140) 현상이 나타나면, 기판에 미세선폭의 패턴을 형성할 때 임계크기(CD)를 만족시키지 못하여 정확한 패턴 형성이 어렵다. 그리고 반복적인 식각 공정으로 인하여 임계범위(CD) 보정이 어렵고, 결함에 의한 불량이 발생하기 때문에 보정을 위한 공정시간이 길어진다.
본 발명은, 포토마스크의 패턴선폭 보정방법은, 투명기판 상에 완충막을 형성하는 단계와 상기 완충막 상에 위상반전막과 광차단막을 차례로 형성하여 패터닝하는 단계 및 상기 패터닝된 위상반전막과 광차단막을 마스크로 이용하여 완충막을 식각하면서 상기 위상반전막의 임계크기(CD)를 보정하는 단계를 포함한다.
상기 임계크기(CD)를 보정하는 단계에서 노출된 투명기판 및 위상반전막 표면에 산화막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 산화막 형성은 산소(O2) 플라즈마를 이용하여 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 완충막은 피에스지막(PSG)으로 형성할 수 있다.
상기 완충막을 식각하는 단계에서 플루오르(F) 계열의 가스와 산소(O2) 플라즈마를 이용할 수 있다.
상기 광차단막은 크롬으로 형성할 수 있다.
상기 위상반전막은 몰리브덴(Mo) 화합물로 형성할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 패턴선폭 보정방법 을 설명하기 위하여 나타낸 도면들이다.
도 4를 참조하면, 투명기판(200) 상에 완충막으로 예를들면, 피에스지(Phosphosilicate glass; PSG)(210)막을 약 100Å 정도의 두께로 형성한다.
완충막으로 사용되는 피에스지(PSG)막은 빛을 투과함에 있어 전혀 영향을 미치지 않으며 위상반전막을 수직적으로 식각할 수 있는 장점이 있다. 상기 완충막으로 피에스지막(PSG) 외에도, 투과율에 영향을 미치지 않는 다른 물질을 사용할 수 도 있다.
다음 위상반전막(220)으로 몰리실리사이드막과 광차단막(230)으로 크롬막을 적층한 후, 광차단막 상에 전자빔 레지스트를 형성한다. 다음 전자빔을 이용하여 레지스트 패턴(240)을 형성한다.
도 5를 참조하면, 레지스트 패턴(240)을 식각마스크로 사용하여 광차단막 패턴(231)을 형성한다. 다음 상기 광차단막 패턴(231)을 식각마스크로 이용하여 위상반전막 패턴(221)을 형성하는데, 이때 발생한 위상반전막 패턴(221)의 슬롭을 개선하고자, 하부에 완충막인 피에스지막(PSG)(210)을 사용한다. 하부에 형성된 완충막은 위상반전막 패턴(221)의 식각 시, 식각 조건의 타겟을(Target)을 증가시킬 수 있다. 또한 위상반전막 패턴(221)에 대한 식각 조건의 조율이 가능하여 수직한 프로파일을 얻을 수 있다.
반복된 식각공정으로 인하여 하부 위상반전막 패턴(221)의 경우 약간의 슬롭(Slope)(250)이 발생함에 따라 원하는 임계크기(CD)에 근접하지 못하는 결과를 얻게 된다. 그러므로 반드시 패턴선폭에 대한 임계크기(CD)의 보정을 해주어야 한 다.
도 6을 참조하면, 위상반전막 패턴(221)의 임계크기(CD)를 보정해주는 단계로서, 먼저 하부 피에스지막(PSG)(210)을 식각하기 위하여 레지스트 패턴(240)을 제거한다. 다음 광차단막 패턴(231)과 위상반전막 패턴(221)을 식각마스크로 이용하여 피에스지(PSG) 패턴(211)을 형성한다.
그리고 피에스지막(PSG)(210)을 식각할 때, 플루오르(F)가 포함된 가스, 예를 들면 씨에프포(CF4) 가스와 산소(O2) 가스를 혼합하여 사용한다. 그러면, 위상반전막 패턴(221) 보다 식각률이 빠른 피에스지막(PSG)(210)이 식각 되면서 투명기판과 경계 부분의 풋팅(Footing)현상 없이 수직(Vertical)한 형태로 변형되며 이때 위상반전막 패턴(221)도 식각이 일어나 수직한 형태로 형성되어 프로파일이 변화하게 된다.
종래기술에는 식각 조건과 식각 타겟을 증가시킬 경우, 투명기판 표면의 손실이 발생하게 됨에 따라 상(Phase) 변화가 생겨 마스크를 폐기하는 상황이 발생하였다. 하지만 본 발명은 위상반전막의 하부에 완충막을 형성함에 따라 투명기판의 손실을 방지할 수 있고 위상반전막 보다 식각율이 빠르므로 빠른 시간 내에 수직한 프로파일을 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 광차단 영역과 광투과 영역을 한정하기 위하여 광차단막 패턴(231)의 선택 영역을 지정하여 위상반전막 패턴(221) 상의 광차단막 패턴(231)을 선택적으로 식각한다. 다음 투명기판(200)의 표면과 위상반전막 패 턴(221)의 표면에 산소 플라즈마(O2 plasma) 처리를 한다. 산소 플라즈마(O2 plasma) 처리는 위상반전막(221)의 표면 및 투명 기판 표면의 조직 형태(Morphology)를 균일하게 해주고, 표면거칠기(Roughness)도 완화할 수 있어, 식각 시 발생하는 손상(Damage)을 줄일 수 있도록 해준다.
이와 같이 완충막을 이용한 공정은, 수직한 프로파일을 구현하여 정확한 임계범위(CD)를 만족하기 위한 기술로, 광차단막을 마스크로 이용하여 위상반전막을 식각한 후 동일한 공정을 이용하여 완충막의 식각을 진행할 수 있어 편리하다. 그리고 식각 후에 각 광차단막에 대한 식각과 위상반전막에 대한 식각을 1회만 진행하여도 되기 때문에 반복되는 광차단막 및 위상반전막의 식각공정으로 인한 결함(Defect) 발생 확률을 줄일 수 있으므로 안정성도 뛰어나다.
그리고 포토마스크의 현상 공정 중, 정밀검사(Develope Inspection; DI)를 진행하는 과정에서 각종 노광 및 현상 조건에 의해 발생하는 풋팅(Footing)현상이 발견되는 경우, 완충막에 의한 개선이 이루어질 수 있다. 따라서 임계크기(CD)의 불량으로 인한 포토마스크의 패턴 오류를 감소시킬 수 있다. 또한 임계크기(CD)의 불량으로 인한 마스크의 불량률을 감소시키고 포토마스크 제조의 전체적인 공정시간(TAT)이 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 종래 기술의 포토마스크의 패턴선폭 보정방법에서 발생하는 문제점을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 포토마스크의 패턴선폭 보정방법을 설명하기 위하여 나타낸 도면이다.
＊도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＊
100....투명기판 110....위상반전막 111....위상반전막 패턴
120....광차단막 121....광차단막 패턴 130....레지스트 패턴 140....풋팅(Footing) 현상 200....투명기판 210....피에스지막(PSG) 220....위상반전막 221....위상반전막 패턴 230....광차단막
231....광차단막 패턴 240....레지스트 패턴 250....슬롭(Slop)

Claims (7)

  1. 투명기판 상에 완충막을 형성하는 단계;
    상기 완충막 상에 위상반전막과 광차단막을 차례로 형성하여 패터닝하는 단계; 및
    상기 패터닝된 위상반전막과 광차단막을 마스크로 이용하여 완충막을 식각하면서 상기 위상반전막의 임계크기(CD)를 보정하는 단계를 포함하는 포토마스크의 패턴선폭 보정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임계크기(CD)를 보정하는 단계에서
    노출된 투명기판 및 위상반전막 표면에 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 포토마스크의 패턴선폭 보정방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산화막 형성은 산소(O2) 플라즈마를 이용하여 형성하는 단계를 포함하는 포토마스크의 패턴선폭 보정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 완충막은 피에스지막(PSG)으로 형성하는 포토마스크의 패턴선폭 보정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 완충막을 식각하는 단계에서 플루오르(F) 계열의 가스와 산소(O2) 플라즈마를 이용하는 것을 포함하는 포토마스크의 패턴선폭 보정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광차단막은 크롬(Cr)으로 형성하는 것을 포함하는 포토마스크의 패턴선폭 보정방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브덴(Mo) 화합물로 형성하는 것을 포함하는 포토마스크의 패턴선폭 보정방법.
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