KR20110077982A - 바이너리 포토마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 바이너리 포토마스크는, 투광기판과, 투광기판 위에 형성된 제1 차광막패턴과, 제1 차광막패턴 위에 형성된 보조 차광막패턴과, 그리고 보조 차광막패턴 위에 형성된 제2 차광막패턴을 구비한다.
초박막(super thin) 바이너리 포토마스크, 플로린(F) 식각가스

Description

바이너리 포토마스크 및 그 제조방법{Binary photo mask and method of fabricating the same}
본 발명은 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 바이너리 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 몰리브데늄실리콘막과 크롬막이 차광막 역할을 수행하는 바이너리 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 집적회로 장치의 제조에 있어서 미세패턴을 반도체 웨이퍼상에 전사하기 위해 포토리소그라피(photolithography) 기술이 이용된다. 포토리소그라피 기술에 있어서 주로 투영노광장치가 이용되고, 투영노광장치에 장착한 포토마스크의 패턴을 반도체웨이퍼상에 전사하여 소자 제조를 위한 패턴을 형성한다. 통상 포토마스크는 투광기판 위에 크롬(Cr)막과 같은 차광막패턴을 형성함으로써 제작되는데, 이와 같은 구조의 포토마스크를 위상반전마스크(PSM; Phase Shift Mask)와 구별하여 바이너리(binary) 포토마스크라 한다. 바이너리 포토마스크를 형성하기 위해서는, 통상적으로 투광기판, 차광막 및 레지스트막이 순차적으로 적층된 구조의 블랭크 마스크를 준비한 후, 전자빔 리소그라피를 이용하여 레지스트막패턴을 형성하고, 이 레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각으로 차광막패턴을 형성한다.
한편, 최근 반도체 메모리소자의 고집적화가 진행되고 동작속도의 향상에 대한 요구가 커지면서 회로패턴의 미세화 또한 더욱 요구되고 있는 실정이다. 이에 따라 미세패턴 형성에 사용되는 포토마스크의 패턴도 미세화가 요구되고 있는 실정이다. 이와 같은 추세에 따라, 바이너리 포토마스크의 경우에도 높은 해상도(high resolution)을 얻기 위해 보다 얇은 두께의 레지스트막을 사용하고 있다. 식각마스크로 사용되는 레지스트막의 두께가 얇아짐에 따라, 원활한 패터닝을 위해 차광막 또한 얇은 두께로 형성하여야 한다. 크롬(Cr)막을 차광막으로 사용할 경우 대략 400Å 이하의 두께가 되면 차광역할을 적절하게 수행하지 못하는 것으로 알려져 있다. 따라서 최근에는 얇은 두께의 차광막 아래에 투과율이 없는 보조 차광막을 삽입한 구조의 초박막(super thin) 바이너리 포토마스크 구조가 제안된 바 있다.
이와 같은 초박막 바이너리 포토마스크에 있어서, 보조 차광막으로는 몰리브데윰실리콘옥사이드나이트라이드(MoSiON)막이 사용되고 있다. 그런데 차광막패턴을 형성한 후에 보조 차광막의 노출면을 제거하는 식각과정에서 투광기판에 대해서도 식각이 이루어진다는 문제가 있다. 구체적으로 MoSiON막의 경우 식각가스로서 플로린(F) 가스를 사용한다. 그런데 이 플로린(F) 가스는 SiO2 재질로 이루어진 투광기판을 식각한다는 문제를 유발한다. 더욱이 상대적으로 MoSiON막에 비하여 느린 식각속도로 인해 측면이 수직하게 식각되는 것이 아니라 기울어진 측면 프로파일로 식각이 이루어짐에 따라 패턴 사이의 간격을 정밀하게 제어하는 것이 어려운 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 보조 차광막을 사용하는 바이너리 포토마스크에 있어서 보조 차광막을 식각하는 과정에서 투광기판이 식각되는 것을 억제할 수 있는 바이너리 포토마스크를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 위와 같은 바이너리 포토마스크를 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 예에 따른 바이너리 포토마스크는, 투광기판과, 투광기판 위에 형성된 제1 차광막패턴과, 제1 차광막패턴 위에 형성된 보조 차광막패턴과, 그리고 보조 차광막패턴 위에 형성된 제2 차광막패턴을 구비한다.
상기 제1 차광막패턴 및 제2 차광막패턴은 동일한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 제1 차광막패턴 및 제2 차광막패턴은 크롬(Cr)막으로 이루어질 수 있다.
상기 보조 차광막패턴은 몰리브데늄실리콘옥사이드나이트라이드(MoSiON)막으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 차광막패턴은 10Å 내지 50Å의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 바이너리 포토마스크 제조방법은, 투광기판 위에 제1 차광막, 보조 차광막 및 제2 차광막을 형성하는 단계와, 레지스트막패턴을 식각마스크로 제2 차광막을 패터닝하여 제2 차광막패턴을 형성하는 단계와, 제2 차광막 패턴에 의해 노출되는 보조 차광막을 식각하여 보조 차광막패턴을 형성하는 단계와, 그리고 보조 차광막패턴에 의해 노출되는 제1 차광막을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 제1 차광막 및 제2 차광막은 동일한 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 제1 차광막 및 제2 차광막패턴은 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다.
상기 제1 차광막은 10Å 내지 50Å의 두께로 형성할 수 있다.
상기 보조 차광막패턴은 몰리브데늄실리콘옥사이드나이트라이드(MoSiON)막으로 형성할 수 있다. 이 경우 몰리브데늄실리콘옥사이드나이트라이드(MoSiON)막의 노출부분에 대한 식각은 플로린(F)을 포함하는 식각가스를 사용하여 수행할 수 있다.
상기 제1 차광막을 제거하는 단계는 Cl 가스를 식각가스로 한 식각공정으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 보조 차광막패턴인 몰리브데늄실리콘옥사이드나이트라이드(MoSiON)막 하부에 크롬(Cr)막을 배치시킴으로써, 보조 차광막패턴 형성을 위해 플로린(F) 가스를 이용한 식각공정시 투광기판이 식각에 의해 영향을 받지 않도록 할 수 있으며, 이에 따라 원하는 선폭의 높은 해상도를 구현할 수 있다는 이점이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 바이너리 포토마스크를 나타내 보인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 쿼츠(quartz)와 같은 투광기판(100) 위에 제1 차광막패턴(112)이 배치된다. 제1 차광막패턴(112) 위에는 보조 차광막패턴(122)이 배치되고, 그 위에는 제2 차광막패턴(132)이 배치된다. 제1 차광막패턴(112) 및 제2 차광막패턴(132)은 동일한 물질막, 예컨대 크롬(Cr)막으로 이루어진다. 그러나 경우에 따라서 서로 다른 물질막이 사용될 수 있는데, 이 경우 제1 차광막패턴(112)은 보조 차광막패턴(122) 형성을 위한 식각시 사용되는 식각가스에 의해 투광기판(100)을 보호할 수 있는 재질로 이루어져야 한다. 그리고 제1 차광막패턴(112)의 두께(d)는, 보조 차광막패턴(122) 형성을 위한 식각시 사용되는 식각가스에 의해 투광기판(100)을 보호하는 동시에 제1 차광막패턴(112) 형성을 위한 식각이 빠르게 진행될 수 있을 정도의 두께가 되도록 한다. 일 예에서 제1 차광막패턴(112)의 두께(d)는 대략 10Å 내지 50Å이다. 일 예에서, 보조 차광막패턴(122)은 투과율이 없는 몰리브데늄실리콘옥사이드나이트라이드(MoSiON)막으로 이루어진다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 바이너리 포토마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.
먼저 도 2를 참조하면, 쿼츠와 같은 투광기판(100) 위에 제1 차광막(110), 보조 차광막(120), 제2 차광막(130) 및 레지스트막(140)을 순차적으로 형성한다. 경우에 따라서는 이와 같은 구조로 제작된 블랭크 마스크(blank mask)를 이용할 수도 있다. 제1 차광막(110)과 제2 차광막(130)은 동일한 재질, 예컨대 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 차광막(110)의 두께는 대략 10Å 내지 50Å이 되도록 한다. 높은 해상도를 얻기 위해 레지스트막(140)은 충분 히 얇은 두께로 형성되며, 이에 따라 제2 차광막(130) 또한 얇은 두께로 형성된다. 경우에 따라서 제2 차광막(130)은 대략 400Å 이하의 두께를 가질 수 있다.
다음에 도 3을 참조하면, 레지스트막(도 2의 140)에 대해 전자빔 리소그라피를 이용한 노광 및 현상을 수행함으로써 제2 차광막(도 2의 130)의 일부 표면을 노출시키는 개구부를 갖는 레지스트막패턴(142)을 형성한다. 레지스트막패턴(142)을 형성한 후에는, 이 레지스트막패턴(142)을 식각마스크로 한 식각으로 제2 차광막(도 2의 130)의 노출부분을 제거하여 제2 차광막패턴(132)을 형성한다. 제2 차광막(도 2의 130)을 얇은 두께, 예컨대 400Å 이하로 형성하였으므로, 비록 레지스트막패턴(142)의 두께가 얇더라도 제2 차광막패턴(132)이 형성될 때까지 레지스트막패턴(142)은 식각장벽층으로서 기능을 수행할 수 있다. 제2 차광막패턴(132)을 크롬(Cr)막으로 형성하는 경우, 식각가스로 Cl 가스 및 O2 가스가 조합된 가스를 사용하며, 이 경우 Cl 가스는 실리콘결합물질에 대해 영향을 거의 주지 않는다. 따라서 보조 차광막(120)을 MoSiON막으로 형성할 경우 제2 차광막패턴(132) 형성을 위한 식각시 보조 차광막(120)은 식각정지막으로서의 기능도 수행할 수 있게 된다.
다음에 도 4를 참조하면, 제2 차광막패턴(132) 및 레지스트막패턴(142)에 의해 노출된 보조 차광막(도 3의 120)의 노출부분에 대한 식각을 수행하여 보조 차광막패턴(122)을 형성한다. 보조 차광막패턴(122)을 MoSiON막으로 형성한 경우, 식각가스로는 CF4 가스 또는 SF6 가스와 O2 가스가 조합된 가스를 사용한다. 이 경우 F 성분은 크롬(Cr) 결합물질에 대해 영향을 거의 주지 않게 되며, 따라서 제1 차광막(110)을 크롬(Cr)막으로 형성한 경우 식각가스 내의 F 성분에 의해 투광기 판(100)이 영향을 받는 것을 방지할 수 있다. 보조 차광막패턴(122)을 형성한 후에는, 제1 차광막(110)의 노출부분을 제거하여 도 1에 나타낸 바이너리 포토마스크를 완성한다. 제1 차광막(110)을 크롬(Cr)막으로 형성한 경우, 제1 차광막(110)의 노출부분 제거를 위한 식각은 Cl 가스를 사용하여 수행할 수 있다. 따라서 제1 차광막(110) 식각시 투광기판(100)은 영향을 받지 않으며, 결과적으로 투광기판(100)의 식각 데미지 없이 제1 차광막(110)의 노출부분을 제거할 수 있다. 더욱이 제1 차광막(110)의 두께는 충분히 얇은 두께, 예컨대 10Å 내지 50Å의 두께로 형성하였으므로, 노출부분에 대한 제거를 위한 식각시간은 짧은 시간 내에 완료할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 바이너리 포토마스크를 나타내 보인 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 바이너리 포토마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.

Claims (12)

  1. 투광기판;
    상기 투광기판 위에 형성된 제1 차광막패턴;
    상기 제1 차광막패턴 위에 형성된 보조 차광막패턴; 및
    상기 보조 차광막패턴 위에 형성된 제2 차광막패턴을 구비하는 바이너리 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차광막패턴 및 제2 차광막패턴은 동일한 재질로 이루어지는 바이너리 포토마스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 차광막패턴 및 제2 차광막패턴은 크롬(Cr)막으로 이루어지는 바이너리 포토마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 차광막패턴은 몰리브데늄실리콘옥사이드나이트라이드(MoSiON)막으로 이루어지는 바이너리 포토마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차광막패턴은 10Å 내지 50Å의 두께를 갖는 바이너리 포토마스크.
  6. 투광기판 위에 제1 차광막, 보조 차광막 및 제2 차광막을 형성하는 단계;
    레지스트막패턴을 식각마스크로 상기 제2 차광막을 패터닝하여 제2 차광막패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 차광막패턴에 의해 노출되는 보조 차광막을 식각하여 보조 차광막패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 보조 차광막패턴에 의해 노출되는 제1 차광막을 제거하는 단계를 포함하는 바이너리 포토마스크 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 차광막 및 제2 차광막은 동일한 재질로 형성하는 바이너리 포토마스크 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 차광막 및 제2 차광막패턴은 크롬(Cr)막으로 형성하는 바이너리 포토마스크 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 차광막은 10Å 내지 50Å의 두께로 형성하는 바이너리 포토마스크 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 보조 차광막패턴은 몰리브데늄실리콘옥사이드나이트라이드(MoSiON)막으로 형성하는 바이너리 포토마스크 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 몰리브데늄실리콘옥사이드나이트라이드(MoSiON)막의 노출부분에 대한 식각은 플로린(F)을 포함하는 식각가스를 사용하여 수행하는 바이너리 포토마스크 제조방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1 차광막을 제거하는 단계는 Cl 가스를 식각가스로 한 식각공정으로 수행하는 바이너리 포토마스크 제조방법.
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