KR20120054467A - 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법 - Google Patents

크롬리스 위상변이마스크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는, 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법에 있어서, 기판 상에 차광영역들과 투광영역들을 포함하는 위상 반전패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 위상 반전패턴을 형성하는 단계는, 차광영역들에 대해 0, 5, 10 nm 중 하나의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용하여 차광영역들의 선폭을 좁히고, 투광영역들의 선폭을 넓히는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법을 제공한다.

Description

크롬리스 위상변이마스크의 제조방법{Manufacturing Method for Chromeless Phase Shift Mask}
본 발명의 실시예는 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법에 관한 것이다.
포토마스크(Photomask)는 투명한 재질의 기판 상에 형성된 마스크 패턴 상에 빛을 조사하여 선택적으로 투과된 빛이 웨이퍼로 전사되면서 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성하는 역할을 한다. 이러한 포토마스크는 일반적으로 기판 위에 크롬(Cr)을 포함하는 광차단막 패턴이 형성되어 빛이 투과되는 투광 영역 및 빛이 차단되는 차광 영역으로 이루어진 바이너리 마스크(Binary mask)를 이용하여 왔다. 그러나 소자의 집적도가 높아짐에 따라 패턴의 크기가 미세화되면서 바이너리 마스크를 투과하는 빛의 회절이나 간섭 현상 등에 의해 원하는 패턴을 정확하게 구현하기 어려워지고 있다. 이러한 이유로 여러 기술들이 도입되고 있는데 우리는 반도체에서 중요시되고 있는 고집적화 초미세화를 가능하게 하는 RET (Resolution enhancement technology) 기술을 이용하여 미세패턴 구현을 가능하게 하고자 한다. RET 기술은 파장의 감소와 NA (numerical aperture) 의 증가 없이도 이미징(imaging) 시스템 구현이 가능하다. RET 기술 중 OAI (Off-axis illumination) 와 PSM (Phase shift mask) 기술이 대표적으로 사용되어 지고 있다.
이로 인해, 최근에는 마스크 상에 0° 위상 영역 및 180° 위상 영역을 구현하여 회절 및 간섭 효과를 이용한 크롬리스 위상변이마스크(PSM)가 제안되고 있다. 크롬리스 위상변이마스크는 기판 내에 투과되는 광의 위상을 반전시키는 트렌치를 형성하여 광의 위상차에 의해서만 패턴을 구현하므로 미세 선폭 구현이 가능하다. 종래 크롬리스 위상변이마스크는 쉐이딩 메탈(shading metal) 이 전혀 없는 100% 투과되는 마스크로써 라인(line) 과 스페이스(space)의 위상차이에 의해서만 패턴구현이 되기 때문에 기판 내에 형성된 트렌치의 깊이에 따라 광의 위상차가 달라지게 된다. 그런데, 종래 크롬리스 위상변이마스크는 식각 마진 부족 또는 식각 소스로 유발된 2차 전자의 영향으로 광차단막 패턴 하단부분의 선폭보다 상단부분의 선폭이 커지는 푸팅(footing) 현상이 발생하게 되어 패턴 프로파일(profile)이 스펙(spec)을 벗어나 후속 위상차를 변화시켜 마스크 제조 공정에 영향을 미치게 되므로 이의 개선이 요구된다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예는, 최적의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용하여 위상 반전패턴형성시, 선폭의 상단부보다 하단부의 CD(Critical Dimension) 값이 큰 패턴이 생성되는 푸팅(Footing) 문제를 해결하여 미세 선폭을 구현할 수 있는 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제 해결 수단으로 본 발명의 실시예는, 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법에 있어서, 기판 상에 차광영역들과 투광영역들을 포함하는 위상 반전패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 위상 반전패턴을 형성하는 단계는, 차광영역들에 대해 0, 5, 10 nm 중 하나의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용하여 차광영역들의 선폭을 좁히고, 투광영역들의 선폭을 넓히는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법을 제공한다.
위상 반전패턴을 형성하는 단계는, 차광영역들의 선폭을 45nm 수준으로 형성할 때, 차광영역에 대해 0, 5, 10 nm 중 하나의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용할 수 있다.
위상 반전패턴을 형성하는 단계는, 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:1 및 1:2 중 하나를 갖는 위상 반전패턴에 적용할 수 있다.
위상 반전패턴을 형성하는 단계는, 기판 상에 광차단막을 형성하는 단계와, 광차단막 상에 광차단막을 선택적으로 노출하는 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 감광막 패턴에 의해 노출된 광차단막을 식각마스크로 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계와, 감광막 패턴을 제거하는 단계와, 광차단막 패턴에 의해 노출된 기판을 식각마스크로 식각하여 차광영역들과 투광영역들을 포함하는 위상 반전패턴을 형성하는 단계와, 광차단막 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는, 최적의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용하여 위상 반전패턴형성시, 선폭의 상단부보다 하단부의 CD 값이 큰 패턴이 생성되는 푸팅 문제를 해결하여 미세 선폭을 구현할 수 있는 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 크롬리스 위상변이마스크를 설명하기 위한 도면.
도 2는 45nm에서 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:1일 때 네거티브 스페이스 바이어스에 의한 EL 결과 그래프.
도 3은 45nm에서 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:2일 때 네거티브 스페이스 바이어스에 의한 EL 결과 그래프.
도 4는 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:1일 때 베이직 패턴 대비 5nm의 네거티브 스페이스 바이어스가 적용된 실시예의 구조를 나타낸 도면.
도 5는 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:2일 때 베이직 패턴 대비 5nm의 네거티브 스페이스 바이어스가 적용된 실시예의 구조를 나타낸 도면.
도 6은 0, 5nm 네거티브 스페이서 바이어스를 적용한 시뮬레이션 프로파일을 나타낸 도면.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 크롬리스 위상변이마스크를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 크롬리스 위상변이마스크는 기판 상에 차광영역들(DR)과 투광영역들(BR)을 포함하는 위상 반전패턴(DR, BR)을 형성함으로써 제작된다. 여기서, 차광영역들(DR)은 180˚의 위상(phase)을 갖게 되고, 투광영역들(BR)은 0˚의 위상(phase)을 갖게 된다.
위상 반전패턴(DR, BR)을 형성할 때에는 차광영역들(DR)에 대해 0, 5, 10 nm 중 하나의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용하여 차광영역들(DR)의 선폭을 좁히고, 투광영역들(BR)의 선폭을 넓힌다.
더욱 자세히 설명하면, 위상 반전패턴(DR, BR)을 형성시 차광영역들(DR)의 선폭을 45nm 수준으로 형성할 때, 차광영역들(DR)에 대해 0, 5, 10 nm 중 하나의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용한다.
도 1은 차광영역들(DR)과 투광영역들(BR)의 비율을 1:1로 형성할 때, 실시예에 따른 네거티브 스페이스 바이어스를 적용한 구조를 나타낸다.
도 1의 (a)는 차광영역들(DR)과 투광영역들(BR)의 비율을 1:1로 형성할 때, 차광영역들(DR)에 대해 0의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용한 구조이다. 이 방법에 의해 제작된 크롬리스 위상변이마스크는 차광영역들(DR)과 투광영역들(BR)의 선폭이 45nm가 된다. 이때, 두 영역의 폭은 90nm이다.
도 1의 (b)는 차광영역들(DR)과 투광영역들(BR)의 비율을 1:1로 형성할 때, 차광영역들(DR)에 대해 5의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용한 구조이다. 이 방법에 의해 제작된 크롬리스 위상변이마스크는 차광영역들(DR)의 선폭이 40nm로 좁아지게 되는 반면 투광영역들(BR)의 선폭은 50nm로 넓어지게 된다. 이때, 두 영역의 폭은 90nm이다.
도 1의 (c)는 차광영역들(DR)과 투광영역들(BR)의 비율을 1:1로 형성할 때, 차광영역들(DR)에 대해 10의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용한 구조이다. 이 방법에 의해 제작된 크롬리스 위상변이마스크는 차광영역들(DR)의 선폭이 35nm로 좁아지게 되는 반면 투광영역들(BR)의 선폭은 55nm로 넓어지게 된다. 이때, 두 영역의 폭은 90nm이다.
위의 설명에서 알 수 있듯이, 실시예에 따른 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법은 광 근접보정(Optical Proximity Correction : OPC) 방법 중 하나인 네거티브 스페이스 바이어스(Negative space bias)를 사용한다.
이 방법에 의하면, 선폭이 줄어들면서 근접 패턴간의 세기에 영향을 받아 패턴 구현이 어려운 것을 보완하여 같은 피치(pitch)에 좀더 넓은 공간(space)을 만들어 줌으로써 근접 패턴간의 영향을 줄여 완벽한 45nm 급의 선폭을 구할 수 있게 된다.
이하, 실시예에 따른 크롬리스 위상변이마스크 제작을 위한 시뮬레이션 결과를 참조하여 설명을 부가한다.
도 2는 45nm에서 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:1일 때 네거티브 스페이스 바이어스에 의한 EL 결과 그래프이고, 도 3은 45nm에서 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:2일 때 네거티브 스페이스 바이어스에 의한 EL 결과 그래프이다. (도 2 및 도 3의 그래프에 사용된 크롬리스 위상변이마스크는 Split : 90, 135 nm pitch / 0, 5, 10 nm 네거티브 스페이스 바이어스가 사용됨)
도 2 및 도 3의 그래프는 실시예에 따른 네거티브 스페이스 바이어스(0, -5, -10 nm)를 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:1 / 1:2에 적용하여 EL(exposure latitude)와 DOF(depth of focus)의 연관성을 확인하기 위함이다.
그래프에 의하면, 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:1인 경우보다 1:2 일 때, EL(%) 값이 전체적으로 높게 나타남을 확인할 수 있었다. (EL 10% 이상인 지점 확인時) 그리고 각각의 네거티브 스페이스 바이어스(0, -5, -10 nm)를 적용하여 Defocus [nm] 에 따른 EL [%]를 확인한 결과, 0nm < 10nm < 5nm 스페이스 바이어스(space bias) 순으로 높은 데이터(data)가 확인되었다.
도 4는 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:1일 때 베이직 패턴 대비 5nm의 네거티브 스페이스 바이어스가 적용된 실시예의 구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 차광영역들과 투광영역들의 비율이 1:2일 때 베이직 패턴 대비 5nm의 네거티브 스페이스 바이어스가 적용된 실시예의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4와 같이 차광영역들(DR)과 투광영역들(BR)의 비율이 1:1일 때, 베이직 패턴(Basic Pattern) 대비 5nm의 네거티브 스페이스 바이어스가 적용된 실시예의 구조의 경우, 차광영역들(DR)의 선폭이 40nm로 좁아진 반면 투광영역들(BR)의 선폭은 55nm로 넓어진다. 그리고, 도 5와 같이 차광영역들(DR)과 투광영역들(BR)의 비율이 1:1일 때, 베이직 패턴(Basic Pattern) 대비 5nm의 네거티브 스페이스 바이어스가 적용된 실시예의 구조의 경우, 차광영역들(DR)의 선폭이 40nm로 좁아진 반면 투광영역들(BR)의 선폭은 100nm로 넓어진다.
도 6은 0, 5nm 네거티브 스페이서 바이어스를 적용한 시뮬레이션 프로파일을 나타낸 도면이다.
실시예에 따라 제작된 크롬리스 위상변이마스크는 광 근접보정(Optical Proximity Correction : OPC) 중 하나인 네거티브 스페이스 바이어스을 사용함으로써, 도 6과 같이 종래 구조에서 발생하던 푸팅 현상이 비발생하는 이상적인 45nm 급 선폭을 구현할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법에 대해 설명한다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 광차단막(120)을 형성하고, 광차단막(120) 상에 광차단막(120)을 선택적으로 노출하는 감광막 패턴(130)을 형성한다. 기판(110)은 석영(quartz)과 같은 투명 기판이 선택된다. 감광막 패턴(130)은 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 패턴되어 광차단막(120)을 선택적으로 노출하도록 형성된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(130)에 의해 도 7에 노출된 광차단막(120)을 식각마스크로 식각하여 광차단막 패턴(122)을 형성한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 광차단막 패턴(122) 상에 남아 있는 감광막 패턴(130)을 제거한다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 광차단막 패턴(122)에 의해 노출된 기판(100)을 식각마스크로 식각하여 차광영역들(DR)과 투광영역들(BR)을 포함하는 위상 반전패턴(DR, BR)을 형성하고, 광차단막 패턴(122)을 제거한다.
도 7 내지 도 11과 같이, 크롬리스 위상변이마스크를 제작할 때에는 앞서 설명한 바와 같이 차광영역들(DR)에 대해 0, 5, 10 nm 중 하나의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용하여 차광영역들(DR)의 선폭을 좁히고, 투광영역들(BR)의 선폭을 넓힌다. 그러면, 차광영역들(DR)의 선폭이 줄어들면서 근접 패턴간의 세기에 영향을 받아 패턴 구현이 어려운 것을 보완하여 같은 피치(pitch)에 좀더 넓은 공간(space)을 만들어 줌으로써 근접 패턴간의 영향을 줄일 수 있게 되어 완벽한 45nm 급의 선폭으로 크롬리스 위상변이마스크를 제작할 수 있게 된다.
실시예에 따른 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법은 최적의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용하여 위상 반전패턴(DR, BR)형성시, 선폭의 상단부보다 하단부의 CD(Critical Dimension) 값이 커지는 패턴이 생성되는 푸팅(Footing) 문제를 해결하여 45nm 이하의 미세 선폭을 구현하는 것이다.
따라서, 실시예는 미세 선폭 구현을 위하여 바이너리(binary)마스크나 다른 위상변이마스크를 사용하는 것보다 더블(double) 노광이 필요없는 크롬리스 위상변이마스크를 사용하여 공정비(cost)와 공정 TAT(Turn Around Time)을 줄일 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
DR: 차광영역들 BR: 투광영역들
100: 기판 120: 광차단막
122: 광차단막 패턴 130: 감광막 패턴

Claims (4)

  1. 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법에 있어서,
    기판 상에 차광영역들과 투광영역들을 포함하는 위상 반전패턴을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 위상 반전패턴을 형성하는 단계는,
    상기 차광영역들에 대해 0, 5, 10 nm 중 하나의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용하여 상기 차광영역들의 선폭을 좁히고, 상기 투광영역들의 선폭을 넓히는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상 반전패턴을 형성하는 단계는,
    상기 차광영역들의 선폭을 45nm 수준으로 형성할 때, 상기 차광영역들에 대해 0, 5, 10 nm 중 하나의 네거티브 스페이스 바이어스를 적용하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상 반전패턴을 형성하는 단계는,
    상기 차광영역들과 상기 투광영역들의 비율이 1:1 및 1:2 중 하나를 갖는 위상 반전패턴에 적용하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상 반전패턴을 형성하는 단계는,
    기판 상에 광차단막을 형성하는 단계와,
    상기 광차단막 상에 상기 광차단막을 선택적으로 노출하는 감광막 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 감광막 패턴에 의해 노출된 광차단막을 식각마스크로 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 감광막 패턴을 제거하는 단계와,
    상기 광차단막 패턴에 의해 노출된 기판을 식각마스크로 식각하여 상기 차광영역들과 상기 투광영역들을 포함하는 상기 위상 반전패턴을 형성하는 단계와,
    상기 광차단막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 크롬리스 위상변이마스크의 제조방법.
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