KR20100076693A - 위상반전마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

로딩효과로 인한 패턴 CD의 불균일을 해소할 수 있는 위상반전마스크의 제조방법은, 투명한 기판 상에 위상반전막 및 차광막을 차례로 형성하는 단계와, 차광막 상에, 패턴 밀도가 전체적으로 균일하도록 더미 패턴을 포함하는 제1 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 제1 레지스트 패턴을 마스크로 차광막을 패터닝하고 제1 레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 더미 패턴을 마스킹하면서 패턴이 형성될 영역을 노출시키는 제2 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 제2 레지스트 패턴 및 패터닝된 차광막을 마스크로 위상반전막을 패터닝한 후 제2 레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 광 투과영역을 한정하는 제3 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 및 광 투과영역의 차광막을 제거한 후 제3 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

위상반전마스크, 로딩효과, 더미 패턴, 패턴 CD

Description

위상반전마스크의 제조방법{Method for fabricating phase shift mask}

본 발명은 포토마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 위상반전마스크의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 소자가 고집적화됨에 따라 반도체 소자를 형성하기 위한 패턴은 급격히 미세화되고 있다. 미세 패턴을 형성하기 위하여 노광원의 파장을 줄이는 방법을 사용할 수 있으나, 이러한 방법은 소자 제조비용이 증가하고 노광원의 파장을 무한정 줄일 수 없어 그 대안으로 위상반전마스크가 제안되었다. 위상반전마스크는 마스크 기판 상의 위상반전 패턴을 지나는 광과 그렇지 않은 광의 위상 차이를 이용하여 해상도를 향상시켜 미세 패턴을 형성하는 방법이다. 위상반전마스크 중에서도 특히 하프톤형 위상반전마스크가 가장 널리 사용되고 있다.

하프톤형 위상반전 마스크는 일반적으로 투명한 석영 기판 위에 4 ∼ 12％ 정도의 투과율을 갖는 위상반전막이 배치되고, 그 위에 차광막으로서 크롬(Cr)계 물질이 적층되어 있는 구조를 하고 있다.

도 1 내지 도 3은 종래의 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 투명한 기판(100) 상에 위상반전막(110), 차광막(120) 및 레지스트막을 차례로 형성한다. 예를 들면 전자빔을 이용하여 레지스트막을 노광 및 현상하여 레지스트 패턴(130)을 형성한다. 이때, 패턴의 밀도가 높은 곳과 낮은 곳이 존재하게 된다.

도 2를 참조하면, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 식각하여 차광막 패턴(120a)을 형성한 다음, 레지스트 패턴을 제거한다. 이어서, 차광막 패턴을 마스크로 하여 위상반전막을 패터닝하여 위상반전막 패턴(110a)을 형성한다.

도 3을 참조하면, 위상반전막 패턴이 형성된 기판 상에 레지스트를 도포한 다음, 광 투과영역과 광 차단영역을 한정하도록 레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 광 투과영역의 차광막을 식각하여 최종적인 차광막 패턴(120b)을 형성한 다음, 레지스트 패턴을 제거한다.

그런데, 레지스트막을 식각 마스크로 이용하여 크롬계 차광막을 식각할 때, 패턴 밀도 차이에 의한 로딩(loading) 효과로 인해 도 2에 도시된 바와 같이, 차광막 패턴(120a)의 임계 치수(CD)에 편차가 발생하게 된다. 도 2에서, "A" 부분은 우측의 다른 패턴들에 비해 넓게 형성되어 있다. 로딩 효과란 피식각층에서 식각 면적의 대소에 따라 식각율 또는 식각 선택비 등의 식각 특성이 변화하고, 그 결과 패턴의 CD 균일도가 불량해지는 현상을 말한다. 통상적으로 건식식각은 이온과 라디칼(radical)을 발생시켜 이것을 피식각층과 반응시킴으로써 식각이 이루어지는데, 일반적으로 염소계 가스와 산소계 가스의 혼합가스를 식각 가스로 사용하며, 크롬층의 건식식각에서는 라디칼이 주체가 되어 식각반응이 이루어진다. 라디칼 주 체의 건식식각에서는 이온보다 라디칼이 많이 생성되도록 제어하여 이들을 피식각층과 반응시킨다. 크롬막에 대한 건식식각에서는 라디칼에 의한 등방성 식각성분이나 산소 라디칼 등에 의한 레지스트의 등방성 식각에 의한 산소 라디칼의 소비 등이 원인이 되어, 마스크 내의 대역의 개구율 차를 갖는 마스크를 제조할 때 크롬막의 식각 면적에 차이가 발생하고 레지스트 패턴의 피복율에 차이가 발생하여 로딩효과가 발생하게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 로딩효과로 인한 패턴 CD의 불균일을 해소할 수 있는 위상반전마스크의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 위상반전마스크의 제조방법은, 투명한 기판 상에 위상반전막 및 차광막을 차례로 형성하는 단계와, 차광막 상에, 패턴 밀도가 전체적으로 균일하도록 더미 패턴을 포함하는 제1 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 제1 레지스트 패턴을 마스크로 차광막을 패터닝하고 제1 레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 더미 패턴을 마스킹하면서 패턴이 형성될 영역을 노출시키는 제2 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 제2 레지스트 패턴 및 패터닝된 차광막을 마스크로 위상반전막을 패터닝한 후 제2 레지스트 패턴을 제거하는 단계와, 광 투과영역을 한정하는 제3 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 및 광 투과영역의 차광막을 제거한 후 제3 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 위상반전막은 몰리브덴 화합물로 형성하며, 상기 차광막은 크롬(Cr)으로 형성할 수 있다.

상기 제1 레지스트 패턴에 포함된 더미 패턴은 패턴의 밀도가 낮은 영역에 배치된 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 위상반전마스크의 제조방법에 따르면, 패턴 밀도의 차이를 배제하기 위하여 더미 패턴을 삽입하고 더미 패턴이 위상반전막에 전사되지 않도록 함으로써 패턴 밀도의 차이에 기인한 로딩효과를 제거하여 패턴 CD의 균일도를 확보할 수 있다.

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.

위상반전막에 대한 건식식각 단계에서는 로딩 효과로 인한 CD 편차가 크지 않으며, 레지스트막이 아닌 크롬막 패턴을 마스크로 하여 식각하므로 크롬막에서의 CD 균일도가 그대로 위상반전막에 반영된다. 따라서, 크롬막에서의 CD 균일도를 확보할 수 있으면 고정밀도의 위상반전마스크의 제조가 가능하게 된다.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.

도 4를 참조하면, 석영(Qz) 기판과 같은 투명한 기판(200) 상에 위상반전막(210), 차광막(220) 및 레지스트막(230)을 차례대로 형성한다. 위상반전막(210)은 예를 들면 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)와 같은 몰리브덴 화합물로 형성하고, 차광막(220)은 크롬(Cr)으로 형성할 수 있으며, 레지스트막(230)은 예를 들면 전자빔 레지스트로 형성할 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 레지스트막을 전자빔 또는 레이저를 이용하여 노광한 다음, 노광된 레지스트막에 베이크 및 현상 공정을 실시하여 제1 레지스트 패턴(230a)을 형성한다. 이때, 전체적으로 패턴의 밀도가 균일해지도록 패턴의 밀도가 낮은 지역에 더미 패턴(230b)을 삽입한다. 더미 패턴(230b)은 패턴의 밀도가 균일해지도록 하는 역할을 한다.

도 6을 참조하면, 제1 레지스트 패턴을 마스크로 차광막을 패터닝하여 차광막 패턴(220a)을 형성한 다음 제1 레지스트 패턴을 제거한다. 다음에, 차광막 패턴이 형성된 기판 상에 예를 들어 레지스트를 도포하여 레지스트막을 형성한다. 이 레지스트막에 대해 노광 및 현상 공정을 실시하여 광 투과영역을 한정하는 제2 레지스트 패턴(240)을 형성한다. 이때, 상기 제2 레지스트 패턴(240)은 더미 패턴(동그라미로 표시)이 위상반전막에 전사되지 않도록, 즉 더미 패턴 영역의 위상반전막이 노출되지 않도록 실제 패턴이 형성될 영역만을 노출시키는 모양으로 형성된다.

도 7을 참조하면, 제2 레지스트 패턴과 차광막 패턴을 마스크로 하여 노출된 위상반전막을 패터닝하여 위상반전막 패턴(210a)을 형성한다. 위상반전막 패턴(210a)은 더미 패턴을 포함하지 않고 실 패턴만을 포함하도록 형성된다. 제2 레지스트 패턴을 제거한 다음, 광 투과영역과 광 차단영역을 한정하기 위하여 결과물 상에 다시 레지스트를 일정 두께 도포한 다음, 노광 및 현상을 실시하여 광 투과영역과 광 차단영역을 한정하는 제3 레지스트 패턴(250)을 형성한다.

도 8을 참조하면, 제3 레지스트 패턴을 마스크로 차광막 패턴의 노출된 부분을 식각하여 최종 차광막 패턴(220b)을 형성한다. 제3 레지스트 패턴을 제거함으로 써, 로딩 효과가 개선되어 패턴 CD가 균일한 위상반전 마스크를 완성한다.

이와 같이, 패턴 밀도의 차이를 배제하기 위하여 더미 패턴을 삽입하고 더미 패턴이 위상반전막에 전사되지 않도록 하면, 패턴 밀도의 차이에 기인한 로딩효과가 방지되어 패턴 CD의 균일도를 확보할 수 있다.

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 3은 종래의 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.

Claims (5)

1. 투명한 기판 상에 위상반전막 및 차광막을 차례로 형성하는 단계;

   상기 차광막 상에, 패턴 밀도가 전체적으로 균일하도록 더미 패턴을 포함하는 제1 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 제1 레지스트 패턴을 마스크로 상기 차광막을 패터닝하고 제1 레지스트 패턴을 제거하는 단계;

   상기 더미 패턴을 마스킹하면서 패턴이 형성될 영역을 노출시키는 제2 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 제2 레지스트 패턴 및 패터닝된 차광막을 마스크로 상기 위상반전막을 패터닝한 후 상기 제2 레지스트 패턴을 제거하는 단계;

   광 투과영역을 한정하는 제3 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및

   광 투과영역의 상기 차광막을 제거한 후 제3 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 위상반전막은 몰리브덴 화합물로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 차광막은 크롬(Cr)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 차광막을 패터닝하는 단계에서, 상기 차광막을 건식식각 방법으로 식각하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 레지스트 패턴에 포함된 더미 패턴은 패턴의 밀도가 낮은 영역에 배치된 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.

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