KR20090100619A - Method for fabricating of choromeless phase shift mask - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 포토마스크의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 크롬 리스 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a photomask, and more particularly to a method of manufacturing a chromeless phase inversion mask.
반도체소자를 제조하는 과정에서 웨이퍼에 형성하고자 하는 패턴을 구현하기 위한 방법으로 패턴이 형성된 포토마스크(photomask)가 이용된다. 포토마스크 상에 구현된 패턴은 포토리소그라피(photolithography) 공정을 통해 웨이퍼 상으로 전사되므로, 포토마스크의 제조 공정은 매우 중요하게 인식되고 있다. 그런데, 소자의 집적도가 높아짐에 따라, 패턴 크기가 미세해 지면서, 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 패턴을 정확하게 구현하기가 어려워지고 있다. A photomask in which a pattern is formed is used as a method for implementing a pattern to be formed on a wafer in the process of manufacturing a semiconductor device. Since the pattern embodied on the photomask is transferred onto the wafer through a photolithography process, the manufacturing process of the photomask is very important. However, as the integration degree of the device increases, it becomes difficult to accurately implement the pattern to be formed on the wafer as the pattern size becomes finer.
따라서, 마스크 상에 0°위상 영역 및 180°위상 영역을 구현하여 회절 및 간섭 효과를 이용하는 위상반전마스크(PSM: phase shift mask}가 제안되고 있다. 특히, 기판 내에 투과되는 광의 위상을 반전시키는 트렌치를 형성하여 광의 위상차에 의해서만 패턴을 형성하는 크롬리스 위상반전 마스크(Chromeless phase shift mask)에 대한 연구가 진행되고 있다. Therefore, a phase shift mask (PSM) has been proposed that implements a 0 ° phase region and a 180 ° phase region on a mask to utilize diffraction and interference effects, in particular, a trench for inverting the phase of light transmitted through the substrate. Research has been conducted on chromeless phase shift masks in which a pattern is formed to form a pattern only by phase difference of light.
크롬리스 위상반전마스크는 먼저, 석영과 같은 투명 기판 상에 광차단막 및 레지스트막을 형성하고, 포토리소그라피 공정을 수행하여 180°위상 영역을 노출시키는 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 식각마스크로 노출된 광차단막 패턴을 식각하여 광차단막 패턴을 형성한다. 이어서, 레지스트 패턴을 제거한 후, 광차단막 패턴을 식각마스크로 노출된 부분을 식각하여 기판 내에 광의 위상을 반전시키는 트렌치를 형성한다. 이러한 크롬리스 위상반전마스크는 기판 내에 형성된 트렌치 패턴과 기판과의 위상차를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 전사하게 된다. The chromium-less phase inversion mask first forms a light blocking film and a resist film on a transparent substrate such as quartz, and then performs a photolithography process to form a resist pattern exposing a 180 ° phase region, and the resist pattern is exposed to an etch mask. The blocking layer pattern is etched to form a light blocking layer pattern. Subsequently, after the resist pattern is removed, a portion of the light blocking layer pattern exposed by the etching mask is etched to form a trench for inverting the phase of light in the substrate. The chromeless phase inversion mask transfers the pattern onto the wafer by using a phase difference between the trench pattern formed in the substrate and the substrate.
그런데, 소자의 디자인 룰(design rule)이 축소되면서, 노광 공정 및 현상공정을 포함하는 포토리소그라피 공정에서 식각 마진 부족으로 레지스트막 패턴 하단부분의 선폭보다 패턴 상단부분의 선폭이 커지는 풋팅(footing) 현상이 발생된다. 이러한 풋팅 현상의 영향으로 후속 식각과정에서 마스크 패턴 프로파일(profile)에 영향을 미치게 된다. 예컨대, 광차단막 패턴 측벽에도 경사(slope)가 유발되고, 이로 인해 기판 내에 형성되는 트렌치 측벽이 바닥면으로 갈수록 노출 폭이 좁아져 경사진 프로파일(slope profile)을 갖게 된다. However, as the design rule of the device is reduced, a footing phenomenon in which the line width of the upper portion of the pattern becomes larger than the line width of the lower portion of the resist film pattern due to insufficient etching margin in the photolithography process including the exposure process and the developing process. Is generated. The effect of this putting phenomenon affects the mask pattern profile during subsequent etching. For example, a slope is also induced on the sidewalls of the light blocking layer pattern, and thus, the trench sidewalls formed in the substrate have a slope profile as the exposure width narrows toward the bottom surface.
광차단막 패턴은 트렌치를 식각하기 위한 식각마스크 역할을 하므로, 광차단막 패턴에 대한 식각 타겟(etch target)을 증가시켜 버티컬한 프로파일을 갖는 광차단막 패턴을 형성해야 한다. 이때, 식각 타겟을 증가시켜 식각 시간이 증가됨에 따라, 광차단막 패턴의 선폭(CD)값이 변화되거나, 패턴 선폭 편차가 발생된다. 또한, 식각 과정에서 노출된 기판 부분이 식각 플라즈마에 의해 손상(damage)되어 후속 위상차를 변화시켜 마스크 제조 공정에 영향을 미치게 된다. Since the light blocking layer pattern serves as an etching mask for etching the trench, an etch target for the light blocking layer pattern should be increased to form a light blocking layer pattern having a vertical profile. In this case, as the etching time is increased by increasing the etching target, the line width CD value of the light blocking layer pattern is changed or a pattern line width deviation occurs. In addition, the portion of the substrate exposed during the etching process may be damaged by the etching plasma to change the subsequent phase difference, thereby affecting the mask manufacturing process.
본 발명에 따른 크롬리스 위상반전마스크의 제조 방법은, 기판 상에 버퍼막 및 광차단막을 형성하는 단계; 상기 광차단막 상에 상기 광차단막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트막 패턴을 식각마스크로 노출된 광차단막을 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계; 상기 광차단막 패턴의 측벽 프로파일이 수직하게 광차단막 패턴을 오버 식각하는 단계; 상기 레지스트막 패턴 및 광차단막 패턴을 식각마스크로 노출된 버퍼막을 식각하여 버퍼막 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트막 패턴을 제거하는 단계; 상기 광차단막 패턴 및 상기 버퍼막 패턴을 식각마스크로 노출된 기판 부분을 식각하여 투과되는 광의 위상을 반전시키는 위상 반전 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼막 패턴 및 광차단막 패턴을 선택적으로 제거하는 단계를 포함한다. Method for producing a chromeless phase inversion mask according to the present invention, forming a buffer film and a light blocking film on the substrate; Forming a resist film pattern selectively exposing the light blocking film on the light blocking film; Etching the light blocking film exposing the resist film pattern with an etching mask to form a light blocking film pattern; Over-etching the light blocking layer pattern such that a sidewall profile of the light blocking layer pattern is vertical; Etching the buffer film exposing the resist layer pattern and the light blocking layer pattern as an etching mask to form a buffer layer pattern; Removing the resist film pattern; Forming a phase inversion pattern that inverts the phase of transmitted light by etching the portion of the substrate exposed by the light blocking layer pattern and the buffer layer pattern; And selectively removing the buffer layer pattern and the light blocking layer pattern.
상기 버퍼막은 질화막을 포함하여 형성하고, 상기 광차단막은 크롬막을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다. The buffer film may be formed to include a nitride film, and the light blocking film may be formed to include a chromium film.
상기 광차단막 패턴은 염소(Cl2) 가스 및 산소(O2) 가스를 포함하는 혼합 가스를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. The light blocking layer pattern may be formed using a mixed gas including chlorine (Cl 2 ) gas and oxygen (O 2 ) gas.
상기 광차단막 패턴을 오버 식각하는 단계는, 상기 광차단막 패턴 사이에 노출된 기판 부분이 상기 버퍼막에 의해 보호되면서 수행하는 것이 바람직하다. The over-etching of the light blocking layer pattern may be performed while the portion of the substrate exposed between the light blocking layer patterns is protected by the buffer layer.
상기 버퍼막 패턴은 메틸플루오라이드(CH2F2) 가스, 사불화탄소(CF4) 가스 및 산소(O2)가스를 포함하는 혼합 가스를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. The buffer layer pattern may be formed using a mixed gas including methyl fluoride (CH 2 F 2 ) gas, carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas, and oxygen (O 2 ) gas.
상기 버퍼막 패턴 및 광차단막 패턴을 선택적으로 제거하는 단계는, 상기 위상반전 영역이 형성된 기판 및 광차단막 패턴 상에 상기 기판의 가장자리 영역을 차단하는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트막 패턴에 의해 노출된 광차단막 패턴을 식각하는 단계; 상기 광차단막 패턴이 식각되면서 노출된 버퍼막 패턴을 식각하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다. The removing of the buffer layer pattern and the light blocking layer pattern may include forming a resist layer pattern blocking an edge region of the substrate on the substrate and the light blocking layer pattern on which the phase shift region is formed; Etching the light blocking film pattern exposed by the resist film pattern; Preferably, the light blocking layer pattern is etched, and the exposed buffer layer pattern is etched.
본 발명의 실시예에 따른 크롬리스 위상 반전마스크의 제조 방법은, 기판 상에 버퍼막, 광차단막 및 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트막 패턴에 의해 노출된 광차단막을 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계; 상기 광차단막 패턴의 선폭을 측정하는 단계; 타겟 패턴보다 상대적으로 큰 선폭으로 형성된 광차단막 패턴의 선폭을 축소시키면서, 상기 광차단막 패턴의 측벽 프로파일이 수직하도록 상기 광차단막 패턴을 오버 식각하는 단계; 상기 레지스트막 패턴 및 광차단막 패턴을 식각마스크로 노출된 버퍼막을 식각하여 버퍼막 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트막 패턴을 제거하는 단계; 상기 광차단막 패턴 및 상기 버퍼막 패턴을 식각마스크로 노출된 기판 부분을 식각하여 투과되는 광의 위상을 반전시키는 위상 반전 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼막 패턴 및 광차단막 패턴의 일부를 선택적으로 제거하는 단계를 포함한다.Method of manufacturing a chromeless phase inversion mask according to an embodiment of the present invention, forming a buffer film, a light blocking film and a resist film pattern on a substrate; Etching the light blocking film exposed by the resist film pattern to form a light blocking film pattern; Measuring a line width of the light blocking layer pattern; Over-etching the light blocking layer pattern such that a sidewall profile of the light blocking layer pattern is vertical while reducing the line width of the light blocking layer pattern formed to a line width relatively larger than a target pattern; Etching the buffer film exposing the resist layer pattern and the light blocking layer pattern as an etching mask to form a buffer layer pattern; Removing the resist film pattern; Forming a phase inversion pattern that inverts the phase of transmitted light by etching the portion of the substrate exposed by the light blocking layer pattern and the buffer layer pattern; And selectively removing a portion of the buffer layer pattern and the light blocking layer pattern.
(실시예)(Example)
도 1을 참조하면, 석영(quartz)과 같은 투명기판(100) 상에 버퍼막(hard buffer layer)(110), 광차단막(120) 및 레지스트막(130)을 형성한다. 버퍼막(110) 은 투명기판(100) 및 광차단막(120)과 식각선택비를 갖는 물질막 예컨대, 질화막으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 버퍼막(110)은 90 내지 100Å 두께로 형성할 수 있다. 여기서, 버퍼막(110)은 후속 광차단막 패턴에 대한 오버 식각 과정에서 0°위상 영역의 투명기판(100)이 식각 소스에 의해 손상(damage)되는 것을 방지하는 역할을 한다. 광차단막(120)은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIG. 1, a
도 2를 참조하면, 포토리소그라피(photolithography) 공정을 수행하여 광차단막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(131)을 형성한다. 구체적으로, 레지스트막에 통상의 전자빔을 이용한 노광 공정을 수행하여 형성하고자 하는 패턴을 전사하고, 현상액을 이용한 현상공정을 수행하여 광차단막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(131)을 형성한다. 이때, 레지스트막 패턴(131)은 후속 형성될 180°위상 반전 영역이 노출되게 배치될 수 있다. Referring to FIG. 2, a photolithography process is performed to form a
레지스트막 패턴(131)에 의해 노출된 광차단막 부분을 식각하여 광차단막 패턴(121)을 형성한다. 구체적으로, 레지스트막 패턴(131)에 의해 노출된 광차단막에 식각 가스 예컨대, 염소(Cl2) 가스 및 산소(O2) 가스를 포함하는 혼합 가스를 공급한다. 그러면, 레지스트막 패턴(131)에 의해 노출된 광차단막 부분이 식각 가스에 의해 식각되면서 버퍼막(110)을 선택적으로 노출시키는 광차단막 패턴(121)이 형성된다. The light blocking film portion exposed by the
그런데, 포토리소그라피 공정 과정에서 현상액과 폴리머가 반응하여 레지스 트 패턴(131) 하단부분의 선폭(CD;Critical dimension)보다 패턴 상단부분의 선폭이 커지는 풋팅(footing) 현상이 유발되고, 이러한 풋팅 현상의 영향으로 광차단막 패턴 측벽에 경사(slope)가 유발되면서 광차단막 패턴(121) 상단부와 하단부와의 노출 선폭 차이가 발생되고 있다. However, in the photolithography process, the developing solution and the polymer react to cause a footing phenomenon in which the line width of the upper portion of the pattern becomes larger than the CD (Critical dimension) of the lower portion of the
도 3을 참조하면, 경사진 프로파일을 갖는 광차단막 패턴에 대한 식각 타겟을 증가시켜 오버 식각(over etch) 한다. 그러면, 식각 소스 예컨대, 염소 가스 및 산소 가스를 포함하는 혼합 가스에 의해 광차단막 패턴이 오버 식각되어 측벽이 수직하는 프로파일(vertical profile)을 갖는 광차단막 패턴(122)이 형성된다. 이때, 버퍼막(110)은 식각 플라즈마에 의해 0°위상 영역의 투명기판(100) 부분이 어택을 받아 손상(damage)되는 것을 방지하는 역할을 한다. Referring to FIG. 3, the etching target for the light blocking layer pattern having the inclined profile is increased to overetch. Then, the light blocking film pattern is over-etched by a mixed gas including an etching source, for example, chlorine gas and oxygen gas, thereby forming a light
한편, 오버 식각을 수행하기 이전에, 광차단막 패턴에 대한 선폭을 측정하여 CD 보정 공정의 수행 여부를 결정할 수도 있다. 예컨대, 광차단막 패턴의 선폭을 측정하여 광차단막 패턴이 형성하고자 하는 선폭보다 상대적으로 큰 선폭으로 형성되는 경우, 오버 식각을 하면서, 광차단막에 대한 CD 보정 공정을 수행하여 원하는 타겟 선폭을 갖도록 형성할 수도 있다. Meanwhile, before performing the over etching, the line width of the light blocking layer pattern may be measured to determine whether to perform the CD correction process. For example, when the line width of the light blocking layer pattern is measured to have a line width relatively larger than the line width to be formed, the CD layer may be formed to have a desired target line width by performing the CD correction process on the light blocking layer while performing over etching. It may be.
도 4를 참조하면, 레지스트막 패턴을 스트립(strip) 공정을 이용하여 제거한 후, 측벽 프로파일이 수직하는 광차단막 패턴(122)을 식각마스크로 노출된 버퍼막을 식각하여 버퍼막 패턴(111)을 형성한다. 구체적으로, 광차단막 패턴(122)에 의해 버퍼막이 노출된 투명기판(100)에 메틸플루오라이드(CH2F2) 가스, 사불화탄 소(CF4) 가스 및 산소(O2)가스를 공급한다. 그러면, 광차단막 패턴에 의해 노출된 버퍼막 부분이 식각되면서 투명기판 부분을 선택적으로 노출시키는 버퍼막 패턴(111)을 형성된다. 여기서, 버퍼막 패턴(111)은 후속 180°위상 반전 패턴을 형성하기 위한 투명기판 식각과정에서 마스크 역할을 한다. Referring to FIG. 4, after the resist layer pattern is removed using a strip process, the
도 5를 참조하면, 광차단막 패턴(122a) 및 버퍼막 패턴(111)을 식각마스크로 노출된 투명기판(100) 부분을 식각하여 투명기판(100) 내에 광의 위상을 반전시킬 수 있는 위상반전 패턴(130)를 형성한다. 이때, 위상반전 패턴(130)은 버퍼막 식각 시 사용된 식각 소스 에컨대, 메틸플로오라이드 가스, 사불화탄소 가스 및 산소가스를 이용하여 형성할 수 있다. 또한. 버퍼막 패턴 및 트렌치를 형성하기 위한 식각은 동일 챔버(chamber) 내에서 순차적으로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 5, a phase inversion pattern which may invert a phase of light in the
한편, 기판 내에 위상 반전 패턴(130)을 형성하는 과정에서, 식각 플라즈마에 의해 광차단막 패턴(122a)의 일부가 손실되어 광차단막 패턴(122a)이 축소되어 타겟 패턴과의 선폭 차이가 발생된다. 이때, 식각 플라즈마 의해 광차단막 패턴(122a)이 손실되어 광차단막 패턴(122a) CD(d1)가 변화되더라도, 하지의 버퍼막 패턴(111)의 CD(d2)는 식각 플라즈마에 의해 영향을 받지 않으므로, 타겟 선폭의 CD가 유지된다. 따라서, 투명기판 내에 형성되는 위상반전 패턴(130)은 수직한 프로파일을 갖게 되면서, 형성하고자 하는 타겟 선폭으로 형성할 수 있다. Meanwhile, in the process of forming the phase
도 6을 참조하면, 메인 영역을 광차단막 패턴(도 5의 122a)을 제거한 후, 노출된 버퍼막 패턴(111)을 에치백 공정을 이용하여 제거한다. 그러면, 기판 내에 광 의 위상을 180°반전시킬 수 있는 위상 반전 패턴(130)가 형성되어 위상차를 가지는 크롬리스 위상반전마스크가 형성된다.Referring to FIG. 6, after the light blocking layer pattern (122a of FIG. 5) is removed from the main region, the exposed
본 발명에 따르면, 크롬리스 위상 반전마스크 제조 시 버퍼막을 증착하고, 광차단막 패턴을 오버 식각 하여 수직한 측벽 프로파일을 갖는 광차단막 패턴을 형성한 다음, 오버 식각된 광차단막 패턴을 식각마스크로 버퍼막 패턴을 형성한다. 광차단막 패턴 및 버퍼막 패턴을 식각마스크로 노출된 투명기판 부분을 식각하여 메인 패턴 영역에 위상 차를 가지는 트렌치 패턴을 형성한다. 이에 따라, 광차단막 패턴을 식각 타겟량을 증가시켜 식각 마진 부족으로 인해 유발된 풋팅 현상을 제어할 수 있으며, 오버 식각 시 버퍼막에 의해 노출된 투명기판 부분이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 트렌치 식각 시 광차단막 패턴이 손상되어 패턴 선폭이 변화더라도, 버퍼막 패턴에 의해 트렌치 식각 시 형성하고자 하는 패턴 선폭을 유지할 수 있다. 따라서, 크롬 리스 위상 반전 마스크를 제조 하는 데 있어서, 선폭 에러 및 패턴 프로파일을 제어하여 선폭 불량을 억제하고, 원자재 제조 및 구입 비용을 절감 시킬 수 있다. 또한, 선폭 제어를 통한 마스크 제조 시간을 단축하여 TAT(Turn Around Time)을 줄일 수 있으며, 식각 마진을 증가시킬 수 있다. According to the present invention, a buffer layer is deposited during the manufacture of a chromeless phase reversal mask, and the light blocking layer pattern is over-etched to form a light blocking layer pattern having a vertical sidewall profile, and then the over-etched light blocking layer pattern is used as an etching mask. To form. A portion of the transparent substrate exposed by the light blocking layer pattern and the buffer layer pattern as an etch mask is etched to form a trench pattern having a phase difference in the main pattern region. Accordingly, by increasing the etch target amount of the light blocking layer pattern, it is possible to control the footing phenomenon caused by insufficient etching margin, and to prevent the transparent substrate portion exposed by the buffer layer from being over-etched. In addition, even when the light blocking layer pattern is damaged during the trench etching and the pattern line width is changed, the pattern line width to be formed during the trench etching may be maintained by the buffer layer pattern. Therefore, in manufacturing the chromeless phase reversal mask, it is possible to control the line width error and the pattern profile to suppress the line width defects and to reduce the cost of manufacturing and purchasing the raw materials. In addition, by reducing the mask manufacturing time through the line width control can reduce the TAT (Turn Around Time), it is possible to increase the etching margin.
이상, 본 발명의 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.As mentioned above, although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Of course.
도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 크롬리스 위상반전마스크의 제조 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다. 1 to 6 are views showing for explaining a method of manufacturing a chromeless phase inversion mask according to the present invention.
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KR1020080025906A KR20090100619A (en) | 2008-03-20 | 2008-03-20 | Method for fabricating of choromeless phase shift mask |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |