KR20100134454A

KR20100134454A - 블랭크마스크 및 이를 이용한 포토마스크 제조방법

Info

Publication number: KR20100134454A
Application number: KR1020090053079A
Authority: KR
Inventors: 남병호
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2010-12-23

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 블랭크마스크는, 투광기판과, 투광기판 위에서 제1 두께를 가지며 배치되는 제1 위상반전막/제1 광차단막과, 그리고 제1 위상반전막/제1 광차단막 위에서 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 가지며 배치되는 제2 위상반전막/제2 광차단막을 포함한다.

블랭크마스크, 평탄도, 광학적밀도, 투과율

Description

블랭크마스크 및 이를 이용한 포토마스크 제조방법{Blank mask and method of fabricating photomask using the blank mask}

본 발명은 반도체소자 제조에 사용되는 포토마스크에 관한 것으로서, 특히 다층 구조를 갖는 블랭크마스크 및 이를 이용한 포토마스크 제조방법에 관한 것이다.

포토마스크(photomask)는 반도체분야에서 실리콘(Si) 또는 갈륨아스나이트(GaAs)와 같은 기판 또는 웨이퍼상에 반도체회로를 정의하는 미세 이미지패턴을 전달하기 위해 사용된다. 웨이퍼상에 전달하고자 하는 반도체회로를 정의하는 이미지패턴이 아직 형성되지 않은 포토마스크를 블랭크마스크(blank mask)라 한다.

도 1은 일반적인 블랭크마스크를 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 블랭크마스크(100)는, 쿼츠(quartz)와 같은 투광기판(110) 위에 위상반전막(120), 광차단막(130) 및 레지스트막(140)이 순차적으로 적층되는 구조로 이루어진다. 이와 같은 블랭크마스크(100)를 사용하여 포토마스크를 제조하기 위해서는, 먼저 레지스트막(140)에 대한 전자빔 노광을 수행하여 레지스트막패턴을 형성한다. 그리고 이 레지스트막패턴을 식각마스크로 광차단막(130) 및 위상반전막(120)의 일 부를 식각하여 위상반전막패턴 및 광차단막패턴을 형성한다. 다음에 레지스트막패턴을 제거하고, 다시 전면에 레지스트막을 코팅한다. 그리고 레지스트막에 대한 전자빔 노광을 수행하여 메인패턴영역은 노출시키고 프레임영역은 덮는 레지스트막패턴을 형성한다. 다음에 레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각을 수행하여 메인패턴영역의 광차단막패턴을 제거한다. 그리고 레지스트막패턴도 제거한다. 그러면 메인패턴영역에 위상반전막패턴이 투광기판 위에 배치되는 위상반전마스크가 만들어진다.

그런데 이와 같이 만들어진 위상반전마스크를 이용하여 포토리소그라피 공정을 진행하는 과정에서 여러가지 문제점들이 발생할 수 있다. 일 예로, 위상반전마스크의 표면을 보호하기 위하여 위상반전마스크의 표면에 부착하는 펠리클을 재부착하는 과정에서 광차단막패턴이 손실될 수 있다. 광차단막패턴이 손실됨에 따라 광차단막패턴의 광학적밀도가 높아지고, 이에 따라 소자의 내구성(durability)이 저하되어 고집적화된 패턴을 형성하는데 있어서 패턴선폭의 불균일과 같은 문제가 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 광차단막패턴의 두께를 증가시켜야 하지만, 이 경우 포토리소그라피 공정시 해상도가 급격하게 저하되어 불량패턴 발생의 주된 원인이 될 수 있다. 다른 예로, 위상반전마스크를 복수회 사용하는 과정에서 각종 세정작업이 수행될 수 있는데, 이 세정작업이 반복적으로 수행됨에 따라 광학적 밀도가 변화된다. 이 외에도 블랭크마스크를 구성하는 막들의 두께가 전체적으로 두꺼우므로 각각의 막에 의해 발생하는 스트레스로 인해 전체적인 평탄도(flatness)를 얻을 수 없다는 문제도 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 펠리클 재부착, 각종 세정공정 등에 의한 광학적밀도 변화가 최소한으로 억제되도록 할 수 있는 블랭크마스크를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기와 같은 블랭크마스크를 이용한 포토마스크 제조방법을 제공하는 것이다.

본 실시예에 있어서, 제2 위상반전막/제2 광차단막 위에 배치되는 레지스트막을 더 포함할 수 있다. 이 경우 제1 위상반전막/제1 광차단막, 제2 위상반전막/제2 광차단막, 및 레지스트막의 전체 두께는 1500Å 이하가 되도록 한다.

상기 제1 두께 및 제2 두께는 제1 위상반전막/제1 광차단막 및 제2 위상반전막/제2 광차단막의 전체 광학적밀도가 3.5 내지 5가 유지되도록 설정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크 제조방법은, 투광기판 위에 제1 두께의 제1 위상반전막/제1 광차단막, 제1 두께보다 얇은 제2 두께의 제2 위상반전막/제2 광차단막, 및 레지스트막이 순차적으로 배치되는 블랭크마스크를 준비하는 단 계와, 레지스트막을 패터닝하여 제2 광차단막의 일부 표면을 노출시키는 제1 레지스트막패턴을 형성하는 단계와, 제1 레지스트막패턴을 식각마스크로 제2 위상반전막/제2 광차단막을 패터닝하여 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 형성하는 단계와, 제1 레지스트막패턴을 제거하는 단계와, 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 식각마스크로 제1 위상반전막/제1 광차단막을 패터닝하여 제1 위상반전막패턴/제1 광차단막패턴을 형성하는 단계와, 그리고 메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

상기 메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 제거하는 단계는, 프레임영역은 덮고 메인패턴영역은 노출시키는 제2 레지스트막패턴을 형성하는 단계와, 제2 레지스트막패턴을 식각마스크로 메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 제거하는 단계와, 그리고 제2 레지스트막패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크 제조방법은, 투광기판 위에 제1 두께의 제1 위상반전막/제1 광차단막, 제1 두께보다 얇은 제2 두께의 제2 위상반전막/제2 광차단막, 및 레지스트막이 순차적으로 배치되는 블랭크마스크를 준비하는 단계와, 레지스트막을 패터닝하여 제2 광차단막의 일부 표면을 노출시키는 제1 레지스트막패턴을 형성하는 단계와, 제1 레지스트막패턴을 식각마스크로 제2 위상반전막/제2 광차단막을 패터닝하여 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 형성하는 단계와, 제1 레지스트막패턴을 제거하는 단계와, 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 식각마스크로 제1 위상반전막/제1 광차단막을 패터닝하여 제1 위상반전막패 턴/제1 광차단막패턴을 형성하는 단계와, 그리고 메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴과 제1 광차단막패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

상기 메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴과 제1 광차단막패턴을 제거하는 단계는, 프레임영역은 덮고 메인패턴영역은 노출시키는 제2 레지스트막패턴을 형성하는 단계와, 제2 레지스트막패턴을 식각마스크로 메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴 및 제1 광차단막패턴을 제거하는 단계와, 그리고 제2 레지스트막패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 블랭크마스크를 상대적으로 두꺼운 제1 위상반전막/제1 광차단막, 상대적으로 얇은 제2 위상반전막/제2 광차단막, 및 얇은 레지스트막의 다층 구조로 형성함에 따라, 펠리클의 재부착, 각종 세정 공정 등이 수행되더라도 광학적밀도의 변화가 최소화되며, 이에 따라 고집적도의 미세패턴을 형성할 수 있도록 해준다. 또한 얇은 두께의 제2 위상반전막/제2 광차단막과 레지스트막의 사용으로 인해 전체적인 평탄도를 유지할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블랭크마스크를 나타내 보인 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 블랭크마스크(200)는, 쿼츠와 같은 투광기판(210) 위에 제1 두께(D1)의 제1 위상반전막(221)/제1 광차단막(231)이 배치된다. 제1 위상반전막(221)은 몰리브데늄(Mo)막을 포함하며, 제1 광차단막(231)은 크롬(Cr)막을 포함한다. 제1 위상반전막(221)/제1 광차단막(231) 위에는 제2 두께(D2)의 제2 위상반전막(222)/제2 광차단막(232)이 배치된다. 제2 두께(D2)는 제1 위상반전막(221)/제1 광차단막(231)의 제1 두께(D1)보다 얇은 두께이다. 제2 위상반전막(222)은 제1 위상반전막(221)과 동일한 재질, 즉 몰리브데늄(Mo)막을 포함하며, 제2 광차단막(232)은 제1 광차단막(231)과 동일한 재질, 즉 크롬(Cr)막을 포함한다. 제1 위상반전막(221)/제1 광차단막(231)의 제1 두께(D1) 및 제2 위상반전막(222)/제2 광차단막(232)의 제2 두께(D2)는, 제1 위상반전막(221)/제1 광차단막(231) 및 제2 위상반전막(222)/제2 광차단막(232)의 전체 광학적밀도(optical density)가 3.5 내지 5가 유지되도록 설정한다.

제2 위상반전막(222)/제2 광차단막(232) 위에는 얇은 두께의 레지스트막(240)이 배치된다. 제1 위상반전막(221)/제1 광차단막(231), 제2 위상반전막(222)/제2 광차단막(232), 및 레지스트막(240)의 전체 두께는 1500Å 이하의 두께를 갖는다. 이와 같은 블랭크마스크(200)는, 상부의 제2 위상반전막(222)/제2 광차단막(232)이 하드마스크로도 사용될 수 있으며, 이와 같은 제2 위상반전막(222)/제2 광차단막(232)은 제1 위상반전막(221)/제1 광차단막(231)과 동일한 재질로 이루어지며 상대적으로 얇은 제2 두께(D2)를 가짐에 따라 막의 스트레스(stress)를 감소시켜 전체적인 평탄도(flatness)가 유지되도록 할 수 있다.

도 3 내지 도 10은 도 2의 블랭크마스크를 이용하여 바이너리 포토마스크를 제조하는 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.

먼저 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 구조의 블랭크마스크(200)를 준비한다. 다음에 도 3에 나타낸 바와 같이, 레지스트막(도 2의 240)에 대한 전자빔 노광 을 수행하여 제1 레지스트막패턴(242)을 형성한다. 제1 레지스트막패턴(242)은 제2 광차단막(232)의 일부 표면을 노출시키는 개구부(244)를 갖는다. 다음에 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 레지스트막패턴(242)을 식각마스크로 제2 광차단막(도 3의 232) 및 제2 위상반전막(도 3의 222)의 노출부분을 제거하여 제2 광차단막패턴(232') 및 제2 위상반전막패턴(222')을 형성한다. 이 제2 위상반전막패턴(222') 및 제2 광차단막패턴(232')에 의해 제1 광차단막(231)의 일부 표면은 노출된다.

다음에 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 레지스트막패턴(도 4의 242)을 제거한다. 그리고 도 6에 나타낸 바와 같이, 제2 위상반전막패턴(222')/제2 광차단막패턴(232')을 식각마스크로 한 식각으로 제1 광차단막(도 5의 231) 및 제1 위상반전막(도 5의 221)의 노출부분을 제거한다. 이 식각에 의해 투광기판(210)의 일부 표면을 노출시키는 제1 위상반전막패턴(221') 및 제1 광차단막패턴(231')이 형성된다. 다음에 도 7에 나타낸 바와 같이, 전면에 레지스트막(250)을 다시 코팅한다. 이어서 도 8에 나타낸 바와 같이, 레지스트막(도 7의 250)에 대한 전자빔 노광을 수행하여 프레임영역(A)은 덮으면서 메인패턴영역(B)은 노출시키는 제2 레지스트막패턴(252)을 형성한다.

다음에 도 9에 나타낸 바와 같이, 메인패턴영역(B)에서 노출되는 제2 광차단막패턴(도 8의 232') 및 제2 위상반전막패턴(도 8의 222')을 제거하는 식각을 수행한다. 프레임영역(A)은 제2 레지스트막패턴(252)에 의해 덮여있으므로, 프레임영역(A) 내의 제2 광차단막패턴(232') 및 제2 위상반전막패턴(222')은 제거되지 않는다. 다음에 도 10에 나타낸 바와 같이, 플레임영역(A)을 덮고 있는 제2 레지스트막 패턴(도 9의 252)을 제거한다. 그러면 프레임영역(A)에는 투광기판(210) 위에 제1 위상반전막패턴(221')/제1 광차단막패턴(231') 및 제2 위상반전막패턴(222')/제2 광차단막패턴(232')이 순차적으로 배치되고, 메인패턴영역(B)에는 투광기판(210) 위에 제1 위상반전막패턴(221')/제1 광차단막패턴(231')이 배치되는 바이너리 포토마스크가 만들어진다.

이와 같은 바이너리 포토마스크에 있어서, 도면에서 화살표(301)로 나타낸 바와 같이, 프레임영역(A)을 투과하는 광에 대한 광학적밀도는 3.5 내지 5이며, 비록 펠리클을 다수 재부착하거나 다수의 세정공정이 반복적으로 이루어지더라도 상부의 제2 위상반전막패턴(222')/제2 광차단막패턴(232')의 존재로 인하여 광학적밀도의 변화는 미세해지며, 따라서 광의 투과도를 일정 범위 내로 유지시킬 수 있다.

도 11 및 도 12는 도 2의 블랭크마스크를 이용하여 위상반전 포토마스크를 제조하는 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.

먼저 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 구조의 블랭크마스크(200)를 준비한다. 다음에 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 동일한 과정을 수행한다. 그리고 도 11에 나타낸 바와 같이, 메인패턴영역(B)에서 노출되는 제2 광차단막패턴(도 8의 232') 및 제2 위상반전막패턴(도 8의 222')을 제거하고, 계속해서 메인패턴영역(B)에서 노출되는 제1 광차단막패턴(도 8의 231')도 제거하는 식각을 수행한다. 프레임영역(A)은 제2 레지스트막패턴(252)에 의해 덮여있으므로, 프레임영역(A) 내의 제2 광차단막패턴(232') 및 제2 위상반전막패턴(222')은 제거되지 않는다. 다음에 도 12에 나타낸 바와 같이, 플레임영역(A)을 덮고 있는 제2 레지스트막패턴(도 9의 252)을 제거한다. 그러면 프레임영역(A)에는 투광기판(210) 위에 제1 위상반전막패턴(221')/제1 광차단막패턴(231') 및 제2 위상반전막패턴(222')/제2 광차단막패턴(232')이 순차적으로 배치되고, 메인패턴영역(B)에는 투광기판(210) 위에 제1 위상반전막패턴(221')이 배치되는 위상반전 포토마스크가 만들어진다.

이와 같은 위상반전 포토마스크에 있어서도, 바이너리 포토마스크와 마찬가지로, 도면에서 화살표(302)로 나타낸 바와 같이, 프레임영역(A)을 투과하는 광에 대한 광학적밀도는 3.5 내지 5이며, 비록 펠리클을 다수 재부착하거나 다수의 세정공정이 반복적으로 이루어지더라도 상부의 제2 위상반전막패턴(222')/제2 광차단막패턴(232')의 존재로 인하여 광학적밀도의 변화는 미세해지며, 따라서 광의 투과도를 일정 범위 내로 유지시킬 수 있다.

도 13은 세정공정의 반복적 수행에 따른 포토마스크의 투과율 변화를 나타내 보인 그래프이다. 도 13에서 가로축은 세정 사이클(cycle), 즉 세정이 반복적으로 이루어지는 사이클을 나타내고 세로축은 투과율(%)을 나타낸다. 또한 참조부호 "410"으로 나타낸 분포는 종래의 경우, 즉 도 1에 나타낸 블랭크마스크(100)를 이용한 경우를 나타내고, 참조부호 "420"으로 나타낸 분포는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2에 나타낸 블랭크마스크(200)를 이용한 경우를 나타낸다. 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우(420 참조) 세정이 반복적으로 이루어지더라도 투과율의 변화폭은 상대적으로 작게 나타나지만, 종래의 경우(410 참조) 세정이 반복적으로 이루어짐에 따라 투과율이 급격하게 증가하며, 이는 광학적밀도가 급격하게 감소된다는 것을 의미한다.

도 1은 일반적인 블랭크마스크를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블랭크마스크를 나타내 보인 단면도이다.

도 13은 세정공정의 반복적 수행에 따른 포토마스크의 투과율 변화를 나타내 보인 그래프이다.

Claims

투광기판;

상기 투광기판 위에서 제1 두께를 가지며 배치되는 제1 위상반전막/제1 광차단막; 및

상기 제1 위상반전막/제1 광차단막 위에서 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께를 가지며 배치되는 제2 위상반전막/제2 광차단막을 포함하는 블랭크마스크.
제1항에 있어서,

상기 제2 위상반전막/제2 광차단막 위에 배치되는 레지스트막을 더 포함하는 블랭크마스크.
제2항에 있어서,

상기 제1 위상반전막/제1 광차단막, 제2 위상반전막/제2 광차단막, 및 레지스트막의 전체 두께는 1500Å 이하인 블랭크마스크.
제1항에 있어서,

상기 제1 두께 및 제2 두께는 상기 제1 위상반전막/제1 광차단막 및 제2 위상반전막/제2 광차단막의 전체 광학적밀도가 3.5 내지 5가 유지되도록 설정되는 블랭크마스크.
투광기판 위에 제1 두께의 제1 위상반전막/제1 광차단막, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께의 제2 위상반전막/제2 광차단막, 및 레지스트막이 순차적으로 배치되는 블랭크마스크를 준비하는 단계;

상기 레지스트막을 패터닝하여 상기 제2 광차단막의 일부 표면을 노출시키는 제1 레지스트막패턴을 형성하는 단계;

상기 제1 레지스트막패턴을 식각마스크로 상기 제2 위상반전막/제2 광차단막을 패터닝하여 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 형성하는 단계;

상기 제1 레지스트막패턴을 제거하는 단계;

상기 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 식각마스크로 상기 제1 위상반전막/제1 광차단막을 패터닝하여 제1 위상반전막패턴/제1 광차단막패턴을 형성하는 단계; 및

메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 제거하는 단계를 포함하는 포토마스크 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 제거하는 단계는,

프레임영역은 덮고 상기 메인패턴영역은 노출시키는 제2 레지스트막패턴을 형성하는 단계;

상기 제2 레지스트막패턴을 식각마스크로 상기 메인패턴영역 내의 제2 위상 반전막패턴/제2 광차단막패턴을 제거하는 단계; 및

상기 제2 레지스트막패턴을 제거하는 단계를 포함하는 포토마스크 제조방법.
투광기판 위에 제1 두께의 제1 위상반전막/제1 광차단막, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께의 제2 위상반전막/제2 광차단막, 및 레지스트막이 순차적으로 배치되는 블랭크마스크를 준비하는 단계;

상기 레지스트막을 패터닝하여 상기 제2 광차단막의 일부 표면을 노출시키는 제1 레지스트막패턴을 형성하는 단계;

상기 제1 레지스트막패턴을 식각마스크로 상기 제2 위상반전막/제2 광차단막을 패터닝하여 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 형성하는 단계;

상기 제1 레지스트막패턴을 제거하는 단계;

상기 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴을 식각마스크로 상기 제1 위상반전막/제1 광차단막을 패터닝하여 제1 위상반전막패턴/제1 광차단막패턴을 형성하는 단계; 및

메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴과 제1 광차단막패턴을 제거하는 단계를 포함하는 포토마스크 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴과 제1 광차단막패턴을 제거하는 단계는,

프레임영역은 덮고 상기 메인패턴영역은 노출시키는 제2 레지스트막패턴을 형성하는 단계;

상기 제2 레지스트막패턴을 식각마스크로 상기 메인패턴영역 내의 제2 위상반전막패턴/제2 광차단막패턴 및 제1 광차단막패턴을 제거하는 단계; 및

상기 제2 레지스트막패턴을 제거하는 단계를 포함하는 포토마스크 제조방법.