KR20090072826A - 보조 패턴을 구비하는 포토마스크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

기판 상에 주 패턴들을 형성하고, 주 패턴들이 형성된 기판 상에 상기 주 패턴들을 제1 간격으로 노출시키는 레지스트 패턴들을 형성한다. 제1 간격으로 노출된 레지스트 패턴들을 제2 간격으로 노출되게 축소한 후, 제2 간격으로 축소된 레지스트패턴을 식각마스크로 상기 주 패턴을 식각하여 상기 주 패턴 내에 보조 패턴을 정의하는 오픈부를 형성하는 보조 패턴을 구비하는 포토마스크의 제조 방법을 제시한다.

보조 패턴, 메인 홀 패턴, 스페이스 패턴, 레지스트막 패턴

Description

보조 패턴을 구비하는 포토마스크의 제조 방법{Method for fabricating photomask having assist pattern}

본 발명은 포토마스크의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 어시스트 스페이스 패턴을 구비하는 포토마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체소자의 집적도가 증가하고, 디자인 룰(design rule)이 축소됨에 따라라, 소자에서 요구되는 패턴의 크기가 급격하게 작아지고 있다. 이에 따라, 패턴 형성을 위한 포토리소그라피(photolithography)공정 과정에서 해상력 제약에 의해, 패턴의 왜곡 현상이 극심해 지고 있다.

따라서, 리소그라피 과정에서 포커스 마진을 확보하고, 해상력을 증가시키기 위해 메인 패턴 주변에 웨이퍼에 형성되지 않는 정도의 어시스트 패턴(assist pattern)을 형성하는 방법이 제시되고 있다.

그런데, 50nm 이하의 개발 소자의 경우, 어시스트 패턴의 사이즈는 100nm 이하를 요구하고 있으며, 어시스트 스페이스 패턴(assist space pattern)의 경우, 라인(line) 형태의 어시스트 패턴보다 포토리소그라피 공정을 통해 보조 패턴을 형성하기가 점점 어려워지고 있다.

그런데, 반도체소자가 축소됨에 따라, 포토리소그라피 공정에서 요구하는 보조 패턴의 크기는 점점 작아지고 있으며, 예컨대, 50nm 이하의 개발 소자의 경우, 보조 패턴의 사이즈는 100nm 이하를 요구하고 있다. 100nm 이하의 보조 패턴은 마스크 제조 공정 마진 부족으로 인해 라인 에지 러프니스(LER;Ling Edge Roughness)와 같은 불량이 발생하게 된다. 이러한 불량은 마스크 검사과정에서 결함(defect)으로 인식하여 정상적인 검사를 불가능하게 한다.

본 발명에 따른 보조 패턴을 구비하는 포토마스크의 제조 방법은, 기기판 상에 주 패턴들을 형성하는 단계; 상기 주 패턴들이 형성된 기판 상에 상기 주 패턴들을 제1 간격으로 노출시키는 레지스트 패턴들을 형성하는 단계; 상기 제1 간격으로 노출된 레지스트 패턴들을 제2 간격으로 노출되게 축소하는 단계; 및 상기 제2 간격으로 축소된 레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 주 패턴을 식각하여 상기 주 패턴 내에 보조 패턴을 정의하는 오픈부를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 주 패턴들을 형성하는 단계 이전에, 형성하고자 하는 주 패턴들 및 보조 패턴들의 설계 레이아웃을 형성하는 단계; 상기 설계 레이아웃의 포함된 보조 패턴들의 선폭을 상대적으로 큰 선폭을 가지게 수정하는 단계; 및 상기 수정된 레이아웃을 주 패턴들을 포함한 제1 레이아웃과, 보조 패턴들을 포함한 제2 레이아웃으로 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 레지스트 패턴들의 축소 공정은 레지스트 리플로잉 공정으로 수행하는 것이 바람직하다. 상기 보조 패턴을 정의하는 오픈부는 상기 기판을 50 내지 100nm 정도로 노출되게 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 메인 패턴을 포함하는 제1 설계 레이아웃과, 보조 스페이스 패턴을 포함하는 제2 설계 레이아웃을 준비하는 단계; 기판 상에 패턴대상막을 형성하는 단계; 상기 제1 설계 레이아웃을 이용하여 상기 패턴대상막 상에 제1 레지스트막 패턴들을 형성하는 단계; 상기 제1 레지스트막 패턴을 식각마스크로 노출된 패턴대상막을 식각하여 상기 메인 패턴을 정의하는 주 패턴들을 형성 하는 단계; 상기 제1 레지스트 패턴들을 제거하는 단계; 상기 주 패턴들이 형성된 기판 상에 상기 제2 설계 레이아웃을 이용하여 상기 주 패턴들을 제1 간격으로 노출시키는 제2 레지스트 패턴들을 형성하는 단계; 상기 제1 간격으로 노출된 제2 레지스트 패턴들을 제2 간격으로 노출되게 축소하는 단계; 상기 제2 간격으로 축소된 제2 레지스트 패턴들을 식각마스크로 상기 주 패턴들을 식각하여 상기 주 패턴들 내에 상기 보조 스페이스 패턴을 정의하는 오픈부를 형성하는 단계; 및 상기 제2 레지스트 패턴들을 제거하는 단계를 포함한다.

상기 제1 레지스트막 패턴은, 상기 제1 설계 레이아웃에 설계된 메인 패턴 부분에 전자빔을 조사하여 전자빔에 의해 조사된 부분이 선택적으로 제거되어 형성하는 것이 바람직하다.

상기 제2 레지스트막 패턴은, 상기 제2 설계 레이아웃에 설계된 보조 패턴 부분에 전자빔을 조사하여 전자빔에 의해 조사된 부분이 선택적으로 제거되어 형성하는 것이 바람직하다.

상기 제2 레지스트 패턴들의 축소 공정은 레지스트 리플로잉 공정으로 수행하는 것이 바람직하다.

상기 보조 스페이스 패턴을 정의하는 오픈부는 상기 기판을 50 내지 100nm 정도로 노출되게 형성하는 것이 바람직하다.

(실시예)

도 1을 참조하면, 석영기판과 같은 투명기판(100) 상에 패턴대상막(110) 및 제1 레지스트막(120)을 형성한다. 패턴대상막(110)은 투과되는 광을 차단시킬 수 있는 광차단막 예컨대, 크롬(Cr)으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 패턴대상막(110)은 경우에 따라, 투과되는 광의 위상을 반전시킬 수 있는 위상반전막 예컨대, 몰리브덴실리콘산화질화(MoSiON)막으로 형성할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 제1 레지스트막에 전자빔 노광 공정 및 현상공정을 수행하여 패턴대상막을 선택적으로 노출시키는 제1 레지스트막 패턴(121)을 형성한 후, 제1 레지스트막 패턴(121)을 식각마스크로 패턴대상막을 식각하여 웨이퍼 상에 메인 홀 패턴들을 정의하는 주 패턴(111)들을 형성한다.

한편, 제1 레지스트막 패턴을 형성하기 이전에, 먼저 도 7에 제시된 바와 같이, 포토마스크 상에 형성되는 메인 홀 패턴(310)들과, 메인 홀 패턴(310) 주변에 어시스트 피쳐(assist feature)와 같은 보조 패턴(assist pattern)(320)들이 설계된 원본 레이아웃(original layout)(300)을 준비한다. 이때, 보조 패턴(320)들은 이웃하는 패턴과 고립된 메인 홀 패턴(310)의 주변에 배치되어, 후속 웨이퍼 노광 시 광의 간섭을 유도하되, 실제 웨이퍼 노광 과정에서 웨이퍼 상에 형성되지 않을 정도로 미세한 피치(pitch)를 가지도록 형성해야 한다.

그런데, 반도체소자가 축소됨에 따라, 포토리소그라피 공정에서 요구하는 보조 패턴의 크기는 점점 작아지고 있으며, 예컨대, 50nm 이하의 개발 소자의 경우, 보조 패턴의 사이즈는 100nm 이하를 요구하고 있다. 특히, 보조 스페이스 패턴의 경우, 마스크 제조 공정 마진 부족으로 인해 라인 에지 러프니스(LER;Ling Edge Roughness)와 같은 불량이 발생하게 된다. 이러한 불량은 마스크 검사과정에서 결 함(defect)으로 인식하여 정상적인 검사를 불가능하게 한다.

따라서, 원본 레이아웃을 수정하여, 도 8에 제시된 바와 같이, 메인 홀 패턴 (310a)주변에 설계된 보조 패턴(320a)의 사이즈(size)를 노광 공정의 한계 해상력 이상 예컨대, 110 내지 150 nm 정도의 선폭으로 수정한다.

수정된 설계 레이아웃(300a)을 각각 도 9에 제시된 바와 같이, 메인 홀 패턴(410)만을 포함하는 제1 설계 레이아웃(400)과, 도 10에 제시된 바와 같이, 보조 패턴(430)만을 포함하는 제2 설계 레이아웃(400a)으로 분리시킨다. 제1 설계 레이아웃은 제1 레지스트막 패턴(121) 형성 시 이용되며, 제2 설게 레이아웃은 후속 제2 레지스트막 패턴 형성 시 이용된다.

따라서, 제1 레지스트막 패턴(121)은 도 9에 제시된 바와 같이, 웨이퍼 상에 메인 홀 패턴(main hole pattern)을 형성하기 위한 제1 설계 레이아웃(400)을 이용하여 상기 제1 설계 레이아웃(400) 형상과 동일하게 형성할 수 있다. 이때, 메인 홀 패턴 영역(410)은 전자빔에 의해 조사된 후, 현상액에 의해 제거되어 패턴대상막을 선택적으로 노출시키는 오픈부가 되며, 전자빔에 의해 조사되지 않는 부분(420)은 제1 레지스트막 패턴(121)이 된다.

도 3을 참조하면, 제1 레지스트막 패턴(도 2의 121)을 제거한 후, 주 패턴(111)들이 형성된 투명기판(100) 상에 제2 레지스트막(130)을 형성한다.

도 4를 참조하면, 제2 레지스트막에 전자빔 노광 공정 및 현상공정을 수행하여 주 패턴(111)들을 선택적으로 노출시키는 제2 레지스트막 패턴(131)을 형성한다.

이때, 제2 레지스트막 패턴(131)은 도 10에 제시된 제2 설계 레이아웃(400a)을 이용하여 제2 설계 레이아웃(400a) 형상과 동일하게 형성한다. 이때, 보조 패턴 영역(430)은 전자빔에 의해 조사된 후, 현상액에 의해 제거되어 주 패턴(111)들을 제1 선폭(d1)으로 노출시키는 오픈부가 되며, 전자빔에 의해 조사되지 않는 부분(440)은 제2 레지스트막 패턴(131)이 된다.

도 5를 참조하면, 제2 레지스트막 패턴(131)을 제2 선폭(d2)으로 주 패턴들을 노출되게 축소시킨 후, 제2 레지스트막 패턴(131a)을 식각마스크로 노출된 주 패턴(111a)들 내에 보조 스페이스 패턴을 정의하는 오픈부를 형성한다.

제2 레지스트막 패턴의 축소공정은 예컨대, 레지스트 리플로잉(resist reflowing) 공정으로 수행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 제2 레지스트막 패턴(131a)은 레지스트 리플로잉 공정에 의해 유동성있게 변화되어, 상대적으로 좁은 선폭 예컨대, 50 내지 100nm 정도의 선폭으로 주 패턴들을 노출시키게 할 수 있다.

도 6을 참조하면, 제2 레지스트막 패턴(도 5의 131a)을 제거한다. 그러면, 주 패턴(111a)들 내에 한계 해상력 이하 예컨대, 50nm 내지 100nm 정도의 보조 스페이스 패턴(140)이 형성된다. 보조 스페이스 패턴(assist space pattern)(140)들은 후속 웨이퍼 노광 과정에서 주 패턴(111a)들에 의해 정의되는 메인 홀 패턴 형성 시 노광 광의 산란을 유도하여 메인 홀 패턴의 해상력을 증가시키는 역할을 한다.

본 발명에 따르면, 한계 해상력 이하의 보조 패턴을 형성하기 위해, 제1 레 지스트막 패턴을 이용해 메인 홀 패턴을 정의하는 주 패턴들을 형성한 후, 주 패턴들을 선택적으로 오픈하는 제2 레지스트막 패턴을 이용해 주 패턴들 내에 오픈부를 형성하여 보조 스페이스 패턴을 형성한다. 또한, 한계 해상력 이상의 제2 레지스트막 패턴을 형성한 후, 열처리 공정을 수행하여 제2 레지스트막 패턴에 의해 노출되는 주 패턴들의 선폭을 축소시켜 한계 해상력 이하 예컨대, 50 내지 100 nm 정도의 보조 스페이스 패턴을 구현할 수 있다. 이에 따라, 마스크 제조 공정 마진 부족으로 인해 발생되는 라인 에지 러프니스(LER;Ling Edge Roughness)와 같은 불량을 방지하고, 마스크 검사과정에서 정상적인 검사를 가능하게 한다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 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 내지 도 10은 본 발명에 따른 보조 패턴을 구비하는 포토마스크의 제조 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.

Claims (9)

1. 기판 상에 주 패턴들을 형성하는 단계;

   상기 주 패턴들이 형성된 기판 상에 상기 주 패턴들을 제1 간격으로 노출시키는 레지스트 패턴들을 형성하는 단계;

   상기 제1 간격으로 노출된 레지스트 패턴들을 제2 간격으로 노출되게 축소하는 단계; 및

   상기 제2 간격으로 축소된 레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 주 패턴을 식각하여 상기 주 패턴 내에 보조 패턴을 정의하는 오픈부를 형성하는 단계를 포함하는 포토마스크의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 주 패턴들을 형성하는 단계 이전에,

   형성하고자 하는 주 패턴들 및 보조 패턴들의 설계 레이아웃을 형성하는 단계;

   상기 설계 레이아웃의 포함된 보조 패턴들의 선폭을 상대적으로 큰 선폭을 가지게 수정하는 단계; 및

   상기 수정된 레이아웃을 주 패턴들을 포함한 제1 레이아웃과, 보조 패턴들을 포함한 제2 레이아웃으로 분리하는 단계를 더 포함하는 포토마스크의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 레지스트 패턴들의 축소 공정은 레지스트 리플로잉 공정으로 수행하는 포토마스크의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 보조 패턴을 정의하는 오픈부는 상기 기판을 50 내지 100nm 정도로 노출되게 형성하는 포토마스크의 제조 방법.
5. 메인 패턴을 포함하는 제1 설계 레이아웃과, 보조 스페이스 패턴을 포함하는 제2 설계 레이아웃을 준비하는 단계;

   기판 상에 패턴대상막을 형성하는 단계;

   상기 제1 설계 레이아웃을 이용하여 상기 패턴대상막 상에 제1 레지스트막 패턴들을 형성하는 단계;

   상기 제1 레지스트막 패턴을 식각마스크로 노출된 패턴대상막을 식각하여 상기 메인 패턴을 정의하는 주 패턴들을 형성하는 단계;

   상기 제1 레지스트 패턴들을 제거하는 단계;

   상기 주 패턴들이 형성된 기판 상에 상기 제2 설계 레이아웃을 이용하여 상기 주 패턴들을 제1 간격으로 노출시키는 제2 레지스트 패턴들을 형성하는 단계;

   상기 제1 간격으로 노출된 제2 레지스트 패턴들을 제2 간격으로 노출되게 축소하는 단계;

   상기 제2 간격으로 축소된 제2 레지스트 패턴들을 식각마스크로 상기 주 패턴들을 식각하여 상기 주 패턴들 내에 상기 보조 스페이스 패턴을 정의하는 오픈부를 형성하는 단계; 및

   상기 제2 레지스트 패턴들을 제거하는 단계를 포함하는 포토마스크의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제1 레지스트막 패턴은, 상기 제1 설계 레이아웃에 설계된 메인 패턴 부분에 전자빔을 조사하여 전자빔에 의해 조사된 부분이 선택적으로 제거되어 형성하는 포토마스크의 제조 방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 제2 레지스트막 패턴은, 상기 제2 설계 레이아웃에 설계된 보조 패턴 부분에 전자빔을 조사하여 전자빔에 의해 조사된 부분이 선택적으로 제거되어 형성하는 포토마스크의 제조 방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 제2 레지스트 패턴들의 축소 공정은 레지스트 리플로잉 공정으로 수행하는 보조 패턴을 구비하는 포토마스크의 제조 방법.
9. 제5항에 있어서,

   상기 보조 스페이스 패턴을 정의하는 오픈부는 상기 기판을 50 내지 100nm 정도로 노출되게 형성하는 보조 패턴을 구비하는 포토마스크의 제조 방법.

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