KR20100076680A - 위상반전마스크의 제조 방법 - Google Patents

위상반전마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

기판 표면 위에 위상 반전막, 제1 차광막 및 레지스트막이 배치되고, 기판 표면의 반대쪽 뒷면에 제2 차광막이 배치되는 블랭크 마스크를 준비하고, 블랭크 마스크에 대해 1차 패터닝 및 2차 패터닝을 수행하여 기판의 메인 패턴 영역에 위상 반전 패턴을 형성하고, 기판의 프레임 영역에 위상 반전 패턴 및 제1 차광 패턴이 형성한다. 그리고 메인 패턴 영역에 대응되는 기판 뒷면의 제2 차광막을 제거하여 프레임 영역의 기판 뒷면에 제2 차광 패턴을 형성한다.
블랭크 마스크, 차광막, 프레임 영역, 핀홀, 결함

Description

위상반전마스크의 제조 방법{Method for fabricating phase shift mask}
본 발명은 포토마스크의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 위상 반전마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하는 과정에서 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 패턴을 구현하기 위한 방법으로 패턴이 형성된 포토마스크(photomask)가 이용된다. 포토마스크는 블랭크마스크(blank mask)에 대해 전자빔 또는 레이저빔을 이용한 노광 공정, 현상 공정 및 식각공정 등을 수행함으로써 제조된다.
특히, 위상반전마스크를 제조하기 위한 공정은, 먼저 투명 기판 위에 위상반전막, 차광막 및 레지스트막이 순차적으로 적층된 블랭크마스크(blank mask)를 준비한다. 다음에, 블랭크 마스크에 1차 패터닝 공정 예컨대, 전자빔을 이용한 노광 공정 및 현상 공정을 수행하여 레지스트막 패턴을 형성하고, 레지스트막 패턴을 식각마스크로 한 식각으로 투명기판 일부 표면을 노출시키는 위상 반전 패턴 및 차광 패턴을 형성한다. 다음에, 레지스트막 패턴을 스트립(strip) 공정을 수행하여 제거한 후, 다음에 위상 반전 패턴 및 차광 패턴이 형성된 전면에 다시 레지스트막을 형성한다. 그리고 2차 패터닝 공정 예컨대, 레지스트막에 노광 및 현상을 수행하 여, 메인 패턴 영역을 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하고, 레지스트막 패턴을 식각마스크로 한 식각으로 노출된 차광 패턴을 제거하여, 메인 패턴 영역에서 위상반전 패턴을 노출시킨 후, 레지스트막 패턴을 제거하는 과정으로 이루어진다.
그런데, 2차 패터닝 공정을 수행하는 과정에서 레지스트 도포가 균일하게 이루어지지 않아, 포토마스크의 일부 영역 예컨대, 프레임(frame) 영역에 형성되는 레지스트막에 거품(bubble)이 발생될 수 있다. 이와 같은 거품은 차광막이 잔류하여야 하는 프레임 영역에서 현상공정 시 차광막의 일부가 식각됨으로써, 핀홀(pin hole) 결함을 유발시킨다. 이러한 핀홀 결함은 웨이퍼 노광 과정에서 광을 차단하지 못하고, 광을 투과시켜 웨이퍼 상에 패터닝 불량 등을 일으킨다.
포토마스크 제조 과정에서 핀홀 결함이 유발된 경우 포커스 이온 빔(FIB;Focused Ion Beam)으로 카본화합물을 증착하여 핀홀 결함을 수정하였다. 그러나, 포커스 이온 빔은 국부적으로 핀홀 결함을 수정하므로, 긴 공정 시간이 요구되며, 핀홀 결함의 크기가 수백㎛ 정도로 큰 핀홀인 경우에는 수정하기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명에 따른 위상반전마스크의 제조 방법은, 기판 표면 위에 위상 반전막, 제1 차광막 및 레지스트막이 배치되고, 상기 기판 표면의 반대쪽 뒷면에 제2 차광막이 배치되는 블랭크 마스크를 준비하는 단계; 상기 블랭크 마스크에 대해 1차 패터닝 및 2차 패터닝을 수행하여 상기 기판의 메인 패턴 영역에 위상 반전 패턴을 형성하고, 상기 기판의 프레임 영역에 위상 반전 패턴 및 제1 차광 패턴이 형성하는 단계; 및 상기 메인 패턴 영역에 대응되는 기판 뒷면의 제2 차광막을 제거하여 상기 프레임 영역의 기판 뒷면에 제2 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 위상반전막은 몰리브덴실리콘나이트라이드막을 포함하여 형성하고, 제1 차광막 및 제2 차광막은 크롬막을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 차광 패턴을 형성하는 단계는, 상기 제2 차광막 내에 제2 차광 패턴과의 정렬을 위한 정렬 마크를 홈 형상으로 형성하는 단계; 상기 정렬 마크가 형성된 제2 차광막 상에 레지스트막을 형성하는 단계; 상기 레지스트막에 노광 공정 및 현상 공정을 수행하여 상기 정렬 마크와 정렬된 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 레지스트막 패턴을 마스크로 노출된 제2 차광막 부분을 식각하여 제2 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제2 차광 패턴은 메인 패턴 영역에 인접하여 메인 패턴 영역을 둘러싸는 링 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 링 형상의 제2 차광 패턴의 폭은, 웨이퍼 상에 패턴을 전사하는 과정에서 프레임 영역이 오버랩되는 부분의 폭만큼 형성하는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 위상 반전 마스크(PSM:Phase Shift Mask) 제조를 위해, 먼저 석영과 같은 투명기판(100) 상면(100A) 위에 위상반전막(110), 제1 차광막(120) 및 레지스트막(130)이 순차적으로 배치되고, 투명기판(100) 뒷면(100B)에 제2 차광막(140)이 배치된 블랭크 마스크(blankmask)를 준비한다.
구체적으로, 블랭크 마스크는, 석영과 같은 투명기판(100) 상면(100A) 위에 위상반전막(110)을 및 제1 차광막(120)을 순차적으로 형성하고, 제1 차광막(120) 위에 레지스트막(130)을 형성한 다음, 투명기판(100) 뒷면(100B)에 투과되는 고아을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 제2 차광막(140)을 형성한다.
위상반전막(110)은 투과되는 광의 위상을 반전시킬 수 있는 물질 예컨대, 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)막으로 형성할 수 있다. 제1 차광막(120)은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 크롬(Cr)막을 포함하여 형성할 수 있다. 제2 차광막(140)은 크롬(Cr)막을 스퍼터링(sputtering)과 같은 증착법으로 형성할 수 있다.
여기서, 제1 차광막(120) 및 제2 차광막(140)은 위상반전마스크를 제조하는 과정에서 메인 패턴 영역의 외곽 예컨대, 프레임(frame) 영역에 잔류하게 된다. 특히, 제2 차광막(140)은 프레임 영역과 대응되는 기판 뒷면에 사각 링(ring) 형상으로 잔류하게 된다. 제2 차광막(140)은 웨이퍼 노광 공정에서 광의 차단을 유도하여, 광이 차단될 영역에 핀홀(pinhole)이 발생하더라도 웨이퍼 상으로 결함이 전사되는 패터닝 불량을 방지할 수 있다.
도 2를 참조하면, 블랭크 마스크에 대해 1차 패터닝 및 2차 패터닝을 수행하여 투명기판(100) 상면(100A)에 위상반전 패턴(111) 및 제1 차광 패턴(121)을 형성한다.
1차 패터닝은, 제1 차광막(도 1의 120) 위의 레지스트막(도 1의 130)에 전자빔을 이용한 노광 공정을 수행하고, 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트막 패턴을 형성한다. 레지스트막 패턴을 식각마스크로 제1 차광막의 노출 부분을 식각하고, 순차적으로 위상반전막의 노출 부분을 식각하여 제1 차광 패턴(121) 및 위상반전 패턴(111)을 형성한다. 다음에, 레지스트막 패턴을 스트립(strip) 공정을 수행하여 제거하는 과정으로 이루어진다.
2차 패터닝은, 메인 패턴 영역(200)과 프레임 영역(201)을 정의하기 위해, 1차 패터닝된 투명기판(100) 상에 2차 패터닝을 위한 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성하고, 레지스트막에 전자빔으로 메인 패턴 영역(200)과 프레임 영역(201)이 정의되게 노광 공정을 수행한다. 노광된 레지스트막을 현상하여 메인 패턴 영역(200)을 노출시키고, 프레임 영역(201)을 차단하는 레지스트막 패턴을 형성한다. 레지스트막 패턴을 식각마스크로 제1 차광 패턴(121)을 선택적으로 식각한 후, 레지스트막 패턴을 스트립 공정을 수행하여 제거하는 과정으로 이루어진다.
그러면, 메인 패턴 영역(200)의 투명기판(100) 위에는 위상반전 패턴(111)만 잔류되고, 프레임 영역(201)의 투명기판(100) 위에는 위상반전 패턴(111) 및 제1 차광 패턴(121)이 잔류하게 된다.
여기서, 메인 패턴 영역(200)과 프레임 영역(201)은 도 3에 제시된 바와 같 이, 사각형의 구조를 갖는데, 투명기판의 상면(100A)의 메인 패턴 영역(200)은 위상반전마스크의 중앙부에 배치되는 사각형의 영역이며, 프레임 영역(201)은 메인 패턴 영역(200)을 제외한 영역이다. 메인 패턴 영역(200)에는 웨이퍼 상으로 실질적으로 전사되는 위상 반전 패턴(111)만 배치되며, 프레임 영역(201)은 바코드 등 실질적으로 웨이퍼 상으로 패턴을 전사하는데 사용되지 않는 부분이며, 불필요한 광을 차단하기 위해 위상반전 패턴(111) 및 차광 패턴(121)이 배치된다.
도 4를 참조하면, 투명기판(100) 뒷면(100B)의 제2 차광막(140)에 제2 차광막(140)을 패터닝하기 위한 정렬 마크(150)를 형성한다.
구체적으로, 제2 차광막(140) 위에 정렬 마크(150)가 형성될 부분이 노출되게 노광 및 현상 공정을 포함하는 리소그라피 공정을 수행하여 마스크 패턴(도시되지 않음)을 형성하고, 마스크 패턴을 식각마스크로 노출된 제2 차광막의 일부를 식각하여 정렬 마크(150)를 형성한다. 정렬 마크(150)는 프레임 영역(201)의 모서리에 배치되며, 십자 바(cross bar) 형상으로 배치될 수 있다. 또한, 정렬 마크(150)는 홈의 형태로 형성되어 있으며, 홈의 바닥면과 제2 차광막(140) 상부 표면과 단차를 이루고 있다. 따라서, 홈 형태로 배치된 정렬 마크(150)는 정렬 마크(150)가 형성된 부분과, 제2 차광막(140)의 상부 표면과 단차를 이용해 노광 장비 내에서 정렬 마크(150)의 위치를 검출할 수 있다.
도 5를 참조하면, 정렬 마크(150)가 형성된 제2 차광막(140) 위에 레지스트를 도포하여 레지스트막(160)을 형성한다. 이때, 투명기판(100) 상면(100A) 위에 배치된 위상반전 패턴(111) 및 제1 차광 패턴(121)의 손상을 방지할 수 있는 레지 스트 도포 장비를 이용하여 레지스트를 도포할 수 있다.
도 6을 참조하면, 투명기판(100) 뒷면(100B)에 대해 리소그라피(lithography) 및 식각(etching) 공정을 수행하여 프레임 영역(201)에 대응되는 투명기판(100) 뒷면(100B)에 레지스트 패턴(161) 및 제2 차광 패턴(141)을 형성한다. 이때, 레지스트 패턴(161) 및 제2 차광 패턴(141)은 메인 패턴 영역(200)과 프레임 영역(201)의 경계영역에서부터 소정 폭(d1)의 사각 링 형상으로 형성한다. 사각 링 형상의 제2 차광 패턴(141)이 형성됨에 따라, 제2 차광막 내에 홈 형상으로 형성된 정렬 마크(150)는 함께 제거된다.
구체적으로, 레지스트막(도 6의 160)이 도포된 위상반전마스크를 전자빔 노광 장치로 로딩하고, 정렬 마크(도 5의 150)가 형성된 부분과 제2 차광막(140)의 상부 표면과 단차를 이용하여 정렬 마크(150)를 검출한다. 검출된 정렬 마크(150)를 이용하여 레지스트막(160)에 노광 공정을 수행하고, 노광된 레지스트막(160)에 현상공정을 수행하여 제2 차광 패턴(141)이 형성될 영역이 차단되게 레지스트막 패턴(161)을 형성한다. 레지스트막 패턴(161)을 식각마스크로 제2 차광막의 노출 부분을 식각하여 프레임 영역(201)에 대응되는 투명기판(100) 뒷면(100B)에, 제2 차광 패턴(141)을 형성한다.
통상적으로, 위상반전마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 전사하는 웨이퍼 노광 공정에서, 한 번의 노광 공정이 수행되는 노광 샷(shot)이 존재하고, 노광 샷마다 순차적으로 노광 공정이 진행된다. 이때, 순차적으로 노광 공정을 수행하면 서, 메인 패턴 영역(200)에 형성된 메인 패턴을 전사하면서, 프레임 영역(201)이 오버랩(overlab) 부분이 생겨난다. 그런데, 웨이퍼 노광 공정 시 프레임 영역(201)이 오버랩되는 부분에 핀홀(pinhole)과 같은 결함(defect)이 발생되면, 핀홀을 통해 투과되는 광이 메인 패턴 영역(200)을 투과하는 광에 영향을 미쳐 웨이퍼 결함을 유발시키는 원인으로 작용한다.
따라서, 제2 차광 패턴(141)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 노광 공정 시 프레임 영역(201)이 오버랩되는 부분 예컨대, 메인 패턴 영역(200)과 프레임 영역(201)의 경계영역에서 5mm 이하의 폭(d1)으로 사각 링 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 제2 차광 패턴(141)은 2차 패터닝 시 레지스트 도포 불균일로 인해, 프레임 영역(201)이 오버랩되는 부분에 핀홀 결함이 발생되더라도, 웨이퍼 패터닝 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 7을 참조하면, 레지스트막 패턴(도 6의 161)을 스트립공정을 수행하여 제거한다. 그러면, 투명기판(100) 상면(100A)에 위상반전 패턴(111) 및 제1 차광 패턴(121)이 배치되고, 투명기판(100) 뒷면(100B)에 제2 차광 패턴(141)이 배치된 위상반전마스크가 제조된다.
본 발명에 따른 위상반전 마스크는 기판 뒷면에 차광막이 배치된 블랭크 마스크를 이용하여 위상반전 마스크를 제조하고, 기판 뒷면의 프레임 영역에 차광 패턴을 잔류하여, 웨이퍼 노광 공정 시 차광 효과를 유도한다. 따라서, 프레임 영역에 핀홀이 발생되도라도, 핀홀 결함이 수정된 효과와 동일한 효과를 볼 수 있다. 또한, 프레임 영역에 발생된 수십 ㎛ 수준의 핀홀 수정 작업에 소요되는 시간 및 수정 장비의 고장 발생원을 최소화할 수 있어 제작 시간 감소 효과 및 장비 안정화에 따른 비용절감의 이점이 제공된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.

Claims (5)

  1. 기판 표면 위에 위상 반전막, 제1 차광막 및 레지스트막이 배치되고, 상기 기판 표면의 반대쪽 뒷면에 제2 차광막이 배치되는 블랭크 마스크를 준비하는 단계;
    상기 블랭크 마스크에 대해 1차 패터닝 및 2차 패터닝을 수행하여 상기 기판의 메인 패턴 영역에 위상 반전 패턴을 형성하고, 상기 기판의 프레임 영역에 위상 반전 패턴 및 제1 차광 패턴이 형성하는 단계; 및
    상기 메인 패턴 영역에 대응되는 기판 뒷면의 제2 차광막을 제거하여 상기 프레임 영역의 기판 뒷면에 제2 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 위상반전마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브덴실리콘나이트라이드막을 포함하여 형성하고, 제1 차광막 및 제2 차광막은 크롬막을 포함하여 형성하는 위상반전마스크의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 차광 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 제2 차광막 내에 제2 차광 패턴과의 정렬을 위한 정렬 마크를 홈 형상으로 형성하는 단계;
    상기 정렬 마크가 형성된 제2 차광막 상에 레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 레지스트막에 노광 공정 및 현상 공정을 수행하여 상기 정렬 마크와 정렬된 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 레지스트막 패턴을 마스크로 노출된 제2 차광막 부분을 식각하여 제2 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 위상반전 마스크의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 차광 패턴은 메인 패턴 영역에 인접하여 메인 패턴 영역을 둘러싸는 링 형상으로 형성하는 위상반전 마스크의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 링 형상의 제2 차광 패턴의 폭은, 웨이퍼 상에 패턴을 전사하는 과정에서 프레임 영역이 오버랩되는 부분의 폭만큼 형성하는 위상반전마스크의 제조 방법.
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