KR20090108269A - Blank mask and photo mask for fabricating semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A blank mask and a photo mask for manufacturing a semiconductor device are provided to perform a fine circuit pattern on a wafer without reduction of a pattern size on the mask by forming a bottom surface of the mask with a convex structure. CONSTITUTION: A blank mask for manufacturing a semiconductor device includes a transparent substrate, a light shielding film(220), and a photoresist. A top surface of the transparent substrate is flattened. A rear surface of the transparent substrate has a fixed curvature, and has a convex shape. The light shielding film is formed on the top surface of the transparent substrate. The photoresist is coated on the light shielding film.

Description

반도체 소자 제조를 위한 블랭크 마스크 및 포토마스크{Blank mask and photo mask for fabricating semiconductor device}Blank mask and photo mask for fabricating semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 제조에 사용되는 블랭크 마스크 및 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a blank mask and a photomask used in the manufacture of a semiconductor device.

일반적으로 반도체 또는 액정디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD) 등의 미세 회로패턴 형성은 리소그래피(lithography) 공정으로 제조된다. 리소그래피 공정은 실리콘 웨이퍼 또는 LCD 기판에 감광성 물질인 포토레지스트를 코팅하고 미세회로 패턴과 동일한 패턴을 가지는 포토마스크를 사용하여 포토레지스트를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 만든 뒤 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 식각, 이온주입 등의 다양한 후속 공정을 실시하여 형성된다. 블랭크 마스크는 반도체 회로의 원판 역할을 하는 포토마스크의 원재료로서, 일반적인 블랭크 마스크는 투명기판 위에 차광막과 반사방지막을 적층한 후 포토레지스트를 코팅한 바이너리(binary) 블랭크 마스크와, 더욱 미세한 패턴을 형성할 목적으로 투명기판 위에 위상반전막, 차광막, 반사방지막을 적층한 후 포토레지스트를 코팅한 위상반전 블랭크 마스크가 있다.In general, the formation of a fine circuit pattern such as a semiconductor or a liquid crystal display (LCD) is manufactured by a lithography process. In the lithography process, a photoresist, which is a photosensitive material, is coated on a silicon wafer or an LCD substrate, and a photoresist is exposed and developed using a photomask having the same pattern as a microcircuit pattern, and then the photoresist pattern is used as a mask. It is formed by performing various subsequent processes such as etching and ion implantation. A blank mask is a raw material of a photomask that serves as a disk of a semiconductor circuit. A general blank mask is formed by stacking a light shielding film and an antireflection film on a transparent substrate, and forming a binary blank mask coated with a photoresist and a finer pattern. There is a phase inversion blank mask in which a phase inversion film, a light shielding film, and an antireflection film are laminated on a transparent substrate and then coated with a photoresist.

블랭크 마스크의 성능 및 품질에 의해 포토마스크의 성능과 품질이 좌우된다고 할 수 있다. 그리고 반도체 집적회로의 성능과 품질은 블랭크 마스크로부터 제조되는 포토마스크의 성능과 품질에 영향을 받게 된다. 따라서 블랭크 마스크의 성능과 품질은 반도체 집적회로의 성능과 품질에 영향을 미치게 되므로, 고성능 및 고품질을 가지는 블랭크 마스크의 제조가 요구된다.It can be said that the performance and quality of the photomask depend on the performance and quality of the blank mask. The performance and quality of semiconductor integrated circuits are affected by the performance and quality of photomasks manufactured from blank masks. Therefore, since the performance and quality of the blank mask affect the performance and quality of the semiconductor integrated circuit, it is required to manufacture a blank mask having high performance and high quality.

통상적으로 반도체 공정에서 사용되는 블랭크 마스크는 실제 웨이퍼 상에 구현될 패턴 크기보다 4배만큼 크게 만들어지고 있다. 이 4배만큼의 크기를 웨이퍼 노광장치인 스테퍼(stepper)나 스캐너에서 광학적으로 2개 이상의 렌즈를 사용하여 4배 축소하여 웨이퍼 상에 노광하여 패턴을 구현하고 있다. Typically, the blank mask used in the semiconductor process is made four times larger than the pattern size to be realized on the actual wafer. The 4 times the size is reduced by 4 times using optically two or more lenses in a stepper or scanner, which is a wafer exposure apparatus, to expose the pattern on the wafer.

도 1은 포토마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴을 구현하기 위한 노광공정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an exposure process for implementing a pattern on a wafer using a photomask.

도 1을 참조하면, 광원(110)이 설치되고, 광원(110)으로부터 대물렌즈(120), 포토마스크(130)이 배치되며, 포토마스크(130) 하부에는 투영렌즈(140)와 웨이퍼(150)가 차례로 배치된다. 상기 광원(110)으로는 ArF 레이저 또는 KrF 레이저를 사용할 수 있으며, 그 외에도 다른 광원을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 1, a light source 110 is installed, an objective lens 120 and a photomask 130 are disposed from the light source 110, and the projection lens 140 and the wafer 150 are disposed below the photomask 130. ) Are placed one after the other. ArF laser or KrF laser may be used as the light source 110, and other light sources may be used.

포토마스크는 웨이퍼 상에 구현할 패턴이 형성되어 있는데, 통상 웨이퍼 상에 구현될 패턴 크기의 4배의 크기로 패턴이 형성되어 있다. 광원(110)으로부터 조사된 빛은 대물렌즈(120) 및 포토마스크를 투과하면서 포토마스크 상에 형성된 패턴에 따라 일정 형태로 투영렌즈로 입사된다.The photomask has a pattern to be formed on the wafer, and the pattern is formed to be four times the size of the pattern to be implemented on the wafer. The light irradiated from the light source 110 is incident on the projection lens in a predetermined form according to the pattern formed on the photomask while passing through the objective lens 120 and the photomask.

투영렌즈(140)는 포토마스크(130) 상에 형성된 패턴 이미지를 웨이퍼(150) 상으로 축소 투영하며, 웨이퍼(150) 상에 코팅된 포토레지스트의 특정 부위를 노광한다.The projection lens 140 reduces and projects the pattern image formed on the photomask 130 onto the wafer 150, and exposes a specific portion of the photoresist coated on the wafer 150.

반도체 제조기술의 발달과 집적도의 향상으로 구현할 패턴의 크기는 점점 작아지고 있는 가운데, 웨이퍼 패턴의 4배의 크기임에도 불구하고 마스크 상에서의 작은 패턴 사이즈는 기술적으로 구현이 더욱 어려워지고 있다. While the size of the pattern to be implemented is becoming smaller due to the development of semiconductor manufacturing technology and the improvement of the degree of integration, the size of the small pattern on the mask is becoming more technically difficult even though it is four times the size of the wafer pattern.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 포토마스크 상의 패턴 사이즈를 줄이지 않고도 미세한 크기의 패턴을 웨이퍼 상에 구현할 수 있는 블랭크 마스크를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a blank mask capable of realizing a fine size pattern on a wafer without reducing the size of the pattern on the photomask.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 포토마스크 상의 패턴 사이즈를 줄이지 않고도 미세한 크기의 패턴을 웨이퍼 상에 구현할 수 있는 포토마스크를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a photomask capable of realizing a fine size pattern on a wafer without reducing the pattern size on the photomask.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 블랭크 마스크는, 그 상면은 평평하고, 그 이면은 일정 곡률을 가지며 볼록한 투명 기판과, 상기 투명 기판의 상면에 형성된 광 차단막, 및 상기 광 차단막 상에 도포된 포토레지스트를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, in the blank mask according to the present invention, the upper surface thereof is flat and the rear surface thereof has a constant curvature and is applied on the convex transparent substrate, the light blocking film formed on the upper surface of the transparent substrate, and the light blocking film. It characterized in that it comprises a photoresist.

상기 광 차단막 하부에 위상반전막이 더 구비될 수 있다.A phase inversion film may be further provided below the light blocking film.

상기 광 차단막 상부에 반사방지막이 더 구비될 수 있다.An anti-reflection film may be further provided on the light blocking film.

상기 다른 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 포토마스크는, 그 상면은 평평하고, 그 이면은 일정 곡률을 가지며 볼록한 투명 기판과, 상기 투명 기판의 상면에 배치되며, 웨이퍼 상에 구현할 회로 패턴을 정의하는 광 차단막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the photomask according to the present invention has a flat upper surface, a rear surface thereof having a constant curvature, and a convex transparent substrate, disposed on the upper surface of the transparent substrate, and defining a circuit pattern to be implemented on a wafer. It characterized in that it comprises a light blocking film pattern.

상기 광 차단막 패턴은, 상기 회로 패턴의 8배의 크기를 가질 수 있다.The light blocking layer pattern may have a size eight times that of the circuit pattern.

본 발명에 의한 블랭크 마스크 및 포토마스크에 따르면, 마스크의 하면을 볼록한 구조를 갖도록 함으로써 마스크 상의 패턴 크기를 줄이지 않고도 보다 미세한 회로패턴을 웨이퍼 상에 구현할 수 있다. 따라서, 포토마스크 제조공정의 마진을 향상시킬 수 있다.According to the blank mask and the photomask according to the present invention, by having the convex structure on the lower surface of the mask, finer circuit patterns can be realized on the wafer without reducing the pattern size on the mask. Therefore, the margin of a photomask manufacturing process can be improved.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크를 나타내 보인 도면으로 위상반전 블랭크 마스크를 나타낸다.2 is a view showing a blank mask according to an embodiment of the present invention showing a phase inversion blank mask.

본 발명의 위상반전 블랭크 마스크는, 그 상면은 평평하고, 그 하면은 일정 곡률을 가지면서 볼록한 투명 기판(200)과, 상기 투명 기판의 상면에 차례로 형성된 위상반전막(210) 및 광 차단막(220), 그리고 상기 광 차단막 상에 도포된 포토레지스트(230)를 포함하여 이루어진다. 상기 광 차단막(220)과 포토레지스트(230) 사이에 노광 공정에서의 빛의 반사를 방지하기 위한 반사방지막(도시되지 않음)을 더 포함할 수도 있다.In the phase inversion blank mask of the present invention, the upper surface thereof is flat, and the lower surface thereof has a constant curvature, and the convex transparent substrate 200 and the phase inverting film 210 and the light blocking film 220 which are sequentially formed on the upper surface of the transparent substrate. And a photoresist 230 coated on the light blocking film. An anti-reflection film (not shown) may be further included between the light blocking film 220 and the photoresist 230 to prevent reflection of light in the exposure process.

도 3은 본 발명에 따른 포토마스크의 일 예를 나타내 보인 도면이다.3 is a view showing an example of a photomask according to the present invention.

본 발명의 포토마스크는, 그 상면은 평평하고, 그 하면은 일정 곡률을 가지 면서 볼록한 투명 기판(300)과, 상기 투명 기판의 상면에 배치되며, 웨이퍼 상에 구현할 회로 패턴을 정의하는 위상반전막 패턴(310), 및 차광 영역과 투광영역을 정의하는 광 차단막 패턴(320)을 포함하여 이루어진다. 본 발명의 포토마스크는 도시된 위상반전마스크 외에 바이너리 마스크에도 적용될 수 있는데, 바이너리 마스크의 경우에는 위상반전막 패턴(320)이 생략되고 광 차단막이 회로 패턴을 정의하게 된다.In the photomask of the present invention, a top surface is flat, and a bottom surface thereof has a predetermined curvature and a convex transparent substrate 300 and a phase inversion film disposed on an upper surface of the transparent substrate and defining a circuit pattern to be implemented on a wafer. The pattern 310 includes a light blocking layer pattern 320 defining a light blocking area and a light transmitting area. The photomask of the present invention can be applied to a binary mask in addition to the illustrated phase inversion mask. In the case of the binary mask, the phase inversion film pattern 320 is omitted and the light blocking film defines a circuit pattern.

도 2 및 도 3을 참조하면, 포토마스크의 상면은 평평하게 유지하고 하면만 볼록하게 변경하면 포토마스크가 볼록렌즈와 동일한 효과를 나타내므로, 포토마스크에 입사된 빛이 가운데로 모이게 되어 포토마스크 상의 패턴이 웨이퍼 상에 축소되어 노광되게 된다. 예를 들어, 포토마스크 상부의 패턴 크기를 1/2로 축소하도록 포토마스크 하단의 곡률을 조절할 경우, 기존의 웨이퍼 상에 구현할 타겟 패턴 크기의 4배로 포토마스크 상에 형성하던 것을 8배의 크기로 형성할 수 있게 된다. 따라서, 포토마스크 제조공정의 마진을 증가할 수 있고, 미세 패턴 형성에 유리하게 적용할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3, when the top surface of the photomask is kept flat and only the convex surface is changed, the photomask exhibits the same effect as the convex lens, so that light incident on the photomask is collected in the center so that the photomask is on the photomask. The pattern is reduced on the wafer and exposed. For example, if the curvature of the bottom of the photomask is adjusted to reduce the size of the pattern on the top of the photomask by 1/2, the size of the pattern formed on the photomask is 8 times larger than the size of the target pattern to be implemented on the existing wafer. It can be formed. Therefore, it is possible to increase the margin of the photomask manufacturing process, it can be advantageously applied to fine pattern formation.

도 4는 본 발명의 포토마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴을 구현하기 위한 노광공정을 나타내 보인 도면이다.4 is a view showing an exposure process for implementing a pattern on a wafer using a photomask of the present invention.

도 4를 참조하면, 노광에 사용될 광원(410)이 설치되고, 광원(410)으로부터 대물렌즈(420), 포토마스크(430)가 차례로 배치된다. 포토마스크(430)의 하부에는 투영렌즈(440)와 웨이퍼(450)가 차례로 배치된다.Referring to FIG. 4, a light source 410 to be used for exposure is provided, and an objective lens 420 and a photomask 430 are sequentially disposed from the light source 410. The projection lens 440 and the wafer 450 are sequentially disposed under the photomask 430.

상기 광원(410)으로는 ArF 레이저 또는 KrF 레이저를 사용할 수 있으며, 그 외 다른 광원을 사용할 수도 있다. ArF laser or KrF laser may be used as the light source 410, and other light sources may be used.

포토마스크(430)는 웨이퍼 상에 구현할 패턴이 형성되어 있다. 특히, 포토마스크(430)의 상면은 평평하지만 하면은 볼록한 형태로 되어 있다. 이렇게 볼록한 포토마스크(430)의 하면은 볼록 렌즈의 역할을 하여, 입사된 빛을 가운데로 모으게 된다. 따라서, 포토마스크(430) 상에 형성된 패턴의 크기를 축소하는 효과를 나타낼 수 있다. 포토마스크 패턴 크기를 축소하는 정도는 포토마스크 하면의 곡률에 따라 달라지므로, 적절한 곡률을 갖도록 조절할 수 있다. 일반적인 포토마스크의 경우 웨이퍼 상에 구현할 실 패턴크기의 4배로 형성하지만, 본 발명의 경우 포토마스크 자체에 패턴 축소기능이 있기 때문에 그보다 큰, 실 패턴 크기의 8배 또는 그 이상의 크기로 형성할 수도 있다. 따라서, 포토마스크 상에 패턴을 형성하기 위한 노광공정의 마진을 크게 증가시킬 수 있다.The photomask 430 has a pattern formed on the wafer. In particular, the upper surface of the photomask 430 is flat, but the lower surface is convex. The lower surface of the convex photomask 430 serves as a convex lens to collect incident light in the center. Therefore, the size of the pattern formed on the photomask 430 may be reduced. Since the degree of reducing the size of the photomask pattern depends on the curvature of the lower surface of the photomask, it can be adjusted to have an appropriate curvature. In general, the photomask is formed at four times the size of the actual pattern to be formed on the wafer. However, in the present invention, since the photomask itself has a pattern reduction function, the photomask may be formed at a size larger than that of the actual pattern. . Therefore, the margin of the exposure process for forming the pattern on the photomask can be greatly increased.

투영렌즈(440)는 포토마스크(430) 상에 형성된 패턴 이미지를 웨이퍼(450) 상으로 축소 투영하며, 웨이퍼(450) 상에 코팅된 포토레지스트의 특정 부위를 노광한다.The projection lens 440 reduces and projects the pattern image formed on the photomask 430 onto the wafer 450 and exposes a specific portion of the photoresist coated on the wafer 450.

광원(410)으로부터 출사된 빛은 대물렌즈(420)를 거쳐 포토마스크(430)에 입사되고, 포토마스크 상에 형성된 패턴에 따라 일정 형태로 투영렌즈에 입사된다. 상기 포토마스크(430)는 그 하면이 볼록하기 때문에 포토마스크를 지나면서 포토마스크의 패턴의 크기를 축소시켜 투영렌즈로 입사된다. 투영렌즈(440)로 입사된 빛은 렌즈의 특성에 따라 정해진 비율로 축소된 다음 웨이퍼(450) 상에 도포된 포토레지스트에 조사된다. 이와 같이, 빛이 투영렌즈(440)에 의해 정해진 비율로 축소 되기 전에, 포토마스크(430)에서 한 번 더 축소된 다음 웨이퍼(450)에 조사되기 때문에 포토마스크의 패턴을 종래에 비해 더 크게 형성할 수 있으므로 미세 패턴 형성에 유용하게 적용할 수 있다.Light emitted from the light source 410 is incident on the photomask 430 through the objective lens 420, and is incident on the projection lens in a predetermined form according to a pattern formed on the photomask. Since the bottom surface of the photomask 430 is convex, the size of the pattern of the photomask is reduced while passing through the photomask to be incident on the projection lens. Light incident on the projection lens 440 is reduced at a predetermined ratio according to the characteristics of the lens and then irradiated onto the photoresist applied on the wafer 450. As such, before the light is reduced by the ratio determined by the projection lens 440, the photomask 430 is further reduced in the photomask 430 and then irradiated onto the wafer 450 to form a pattern of the photomask larger than before. Since it can do this, it can be usefully applied to micro pattern formation.

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.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. Do.

도 1은 포토마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴을 구현하기 위한 노광공정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining an exposure process for implementing a pattern on a wafer using a photomask.

도 2는 본 발명에 따른 블랭크 마스크를 나타내 보인 도면이다.2 is a view showing a blank mask according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 포토마스크의 일 예를 나타내 보인 도면이다.3 is a view showing an example of a photomask according to the present invention.

도 4는 본 발명의 포토마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴을 구현하기 위한 노광공정을 나타내 보인 도면이다.4 is a view showing an exposure process for implementing a pattern on a wafer using a photomask of the present invention.

Claims (4)

그 상면은 평평하고, 그 이면은 일정 곡률을 가지며 볼록한 투명 기판;Its upper surface is flat and its rear surface has a constant curvature and is a convex transparent substrate; 상기 투명 기판의 상면에 형성된 광 차단막; 및A light blocking film formed on an upper surface of the transparent substrate; And 상기 광 차단막 상에 도포된 포토레지스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.And a photoresist applied on the light blocking film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광 차단막 하부에 위상반전막이 더 구비된 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.A blank mask, characterized in that a phase inversion film is further provided below the light blocking film. 그 상면은 평평하고, 그 이면은 일정 곡률을 가지며 볼록한 투명 기판; 및Its upper surface is flat and its rear surface has a constant curvature and is a convex transparent substrate; And 상기 투명 기판의 상면에 배치되며, 웨이퍼 상에 구현할 회로 패턴을 정의하는 광 차단막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 포토마스크.A photomask disposed on an upper surface of the transparent substrate, the photomask defining a circuit pattern to be implemented on a wafer. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 광 차단막 패턴은,The light blocking film pattern, 상기 회로 패턴의 8배의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크.A photomask having a size of eight times the circuit pattern.
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