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KR100945919B1 - 반도체 소자의 포토마스크 형성방법 - Google Patents

반도체 소자의 포토마스크 형성방법 Download PDF

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KR100945919B1
KR100945919B1 KR1020070017611A KR20070017611A KR100945919B1 KR 100945919 B1 KR100945919 B1 KR 100945919B1 KR 1020070017611 A KR1020070017611 A KR 1020070017611A KR 20070017611 A KR20070017611 A KR 20070017611A KR 100945919 B1 KR100945919 B1 KR 100945919B1
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Abstract

본 발명의 반도체 소자의 포토마스크 형성방법은, 투명 기판 위에 위상반전막, 제1 광차단막, 절연막 및 제2 광차단막을 증착하는 단계; 제2 광차단막의 표면을 선택적으로 노출시키는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 포토레지스트막 패턴을 마스크로 제2 광차단막을 식각하여 절연막을 일부 노출시키는 제2 광차단막 패턴을 형성하는 단계; 제2 광차단막 패턴의 임계치수를 측정 및 제2 광차단막 패턴의 임계치수를 조절하는 단계; 임계치수가 조절된 제2 광차단막 패턴을 마스크로 절연막, 제1 광차단막 및 위상반전막을 식각하여 제1 광차단막 패턴 및 위상반전막 패턴을 형성하는 단계; 및 제2 광차단막 패턴 및 절연막을 제거하여 빛이 차단되는 차광영역 및 빛이 투과하는 투광영역을 포함하는 포토마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
광차단막, 임계치수, 위상반전막

Description

반도체 소자의 포토마스크 형성방법{Method for fabricating photomask in semiconductor device}
도 1a 내지 1c는 종래 기술에 따른 포토마스크를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토마스크 형성방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 임계치수 보정을 통하여 미세 패턴을 형성할 수 있는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조공정에서는 반도체 기판의 표면에 소자들을 형성하기 위하여 다수의 포토리소그래피 공정을 실시한다. 이러한 포토리소그래피 공정을 통해 고집적 회로를 형성하기 위해서는 미세한 패턴을 갖는 포토마스크가 요구된다. 또한, 반도체 소자의 고집적화에 따라 패턴 임계치수(CD; Critical dimension)의 균 일도(uniformity)에 대한 요구도 높아지고 있다.
포토마스크는 일반적으로 투명 기판 위에 광차단막을 형성한 다음, 이를 원하는 패턴으로 식각하여 투과광이 기판만을 통과하여 웨이퍼 위에 조사될 수 있도록 한 바이너리 마스크(Binary Mask)를 사용하였다. 그러나 더 미세한 패턴을 형성하기 위해 수%의 투과율을 갖는 위상 반전 물질을 이용하여 바이너리 마스크보다 미세한 패턴을 웨이퍼 상에 형성할 수 있는 하프톤 위상반전 마스크(Half-tone Phase Mask)가 제안되고 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 포토마스크를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 1a를 참조하면, 투명 기판(100) 위에 위상반전막(102) 및 광차단막(104)을 순차적으로 증착한다. 다음에 광차단막(102) 위에 포토레지스트막을 증착 및 패터닝하여 광차단막을 일부 노출시키는 포토레지스트막 패턴(106)을 형성한다.
도 1b를 참조하면, 포토레지스트막 패턴(106)을 마스크로 노출된 광차단막(104) 및 위상반전막(102)을 식각하여 투명 기판(100)을 선택적으로 노출시켜 위상반전 영역 및 투광 영역이 배치될 영역을 정의하는 광차단막 패턴(108) 및 위상반전막 패턴(110)을 형성한다. 다음에 포토레지스트막 패턴(106) 및 광차단막 패턴(108)을 제거한다. 그러면 도 1c에 도시된 바와 같이, 투명 기판(100) 상에 위상반전 영역(112) 및 투광 영역(114)을 포함하는 위상반전 마스크 패턴(116)이 형성된다.
한편, 이와 같은 위상반전 마스크 패턴(116)을 형성하기 위하여 포토레지스 트막 패턴(106)을 식각마스크로 박막을 한 번에 식각하여 형성하는 방법을 이용하고 있다. 이 경우, 투명 기판(100) 상에 형성된 위상반전 마스크 패턴(116)이 원하는 조건을 충족하지 않게 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 1c를 참조하면, 포토레지스트막 패턴(106)을 식각마스크로 박막을 식각하여 위상반전 마스크 패턴(116)을 형성시, 투명 기판(100)에 형성된 위상반전 마스크 패턴(116)의 임계치수(CD; Critical dimension)가 원하는 조건보다 작게 형성되거나(a) 또는 패턴의 임계치수가 원하는 조건보다 크게 형성될 수 있다(b). 이와 같이 박막을 식각하여 형성된 패턴이 원하는 조건의 범위를 벗어나는 경우에 있어서 식각 공정 이후 임계치수(CD)를 조절하기 어려운 면이 있어 제작된 포토마스크를 폐기하고 재제작하여야 하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 패턴의 임계치수를 미리 보정하여 원하는 미세 패턴을 형성할 수 있는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토마스크 형성방법은, 투명 기판 위에 위상반전막, 제1 광차단막, 절연막 및 제2 광차단막을 증착하는 단계; 상기 제2 광차단막의 표면을 선택적으로 노출시키는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막 패턴을 마스크로 상기 제2 광차단막을 식각하여 상기 절연막을 일부 노출시키는 제2 광차단막 패턴을 형성하 는 단계; 상기 제2 광차단막 패턴의 임계치수를 측정 및 상기 제2 광차단막 패턴의 임계치수를 조절하는 단계; 상기 임계치수가 조절된 제2 광차단막 패턴을 마스크로 상기 절연막, 제1 광차단막 및 위상반전막을 식각하여 제1 광차단막 패턴 및 위상반전막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제2 광차단막 패턴 및 절연막을 제거하여 빛이 차단되는 차광영역 및 빛이 투과하는 투광영역을 포함하는 포토마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 광차단막 패턴은 크롬(Cr)막을 포함하여 이루어지며, 상기 위상반전막은 몰리브덴 실리콘 옥시나이트라이드막(MoSiON)을 포함할 수 있다.
상기 절연막은 스핀 온 글래스(Spin on glass)막을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 광차단막 패턴의 임계치수를 조절하는 단계는, 상기 제2 광차단막 패턴의 임계치수를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 임계치수가 큰 경우 상기 제2 광차단막 패턴을 추가 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 광차단막 패턴의 임계치수를 조절하는 단계는, 상기 제2 광차단막 패턴의 임계치수를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 임계치수가 작은 경우 상기 제2 광차단막 패턴을 식각 마스크로 상기 제2 광차단막 패턴 하단부의 절연막을 식각하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 절연막은 경사를 갖도록 식각하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 포토마스크 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.
도 2를 참조하면, 투명 기판(200) 위에 위상반전막(202), 제1 광차단막(204)을 증착한다. 여기서 투명 기판(200)은 석영(Quartz)을 포함하는 투명한 재질로 이루어진다. 투명 기판(200) 위에 증착된 위상반전막(shifter)(202)은 이후 진행될 노광 공정에서 광의 위상을 반전시킬 수 있는 물질로서 몰리브덴 실리콘 옥시나이트라이드막(MoSiON)을 포함하여 이루어진다. 그리고 위상반전막(202) 위에 증착된 제1 광차단막(204)은 빛을 차단하기 위한 차단막으로서 크롬막(Cr)을 포함하여 이루어질 수 있다.
다음에 제1 광차단막(204) 위에 절연막(206)을 형성한다. 여기서 절연막(206)은 이후 마스크 패턴의 임계치수를 보정하는 과정에서 패턴의 임계치수를 보완하는 역할을 한다. 이때, 절연막(206)은 유동성 물질로 형성할 수 있으며, 스핀 온 글래스(SOG; Spin on glass)막을 도포하여 200-500Å의 두께로 형성할 수 있다. 이때, 절연막(206)을 증착하는 두께는 제작하는 마스크의 종류에 따라 차이가 나타날 수 있다. 예를 들어 ArF 마스크 또는 KrF 마스크에 따라 두께를 조절하는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 절연막(206) 위에 제2 광차단막(208)을 증착하고, 제2 광차단막(208) 위에 포토레지스트(photoresist)막을 형성한다. 계속해서 포토레지스트막에 대하여 전자빔(E-beam)을 이용한 노광 및 현상을 수행하여, 이후 마스크 패턴이 형성될 영역을 정의하는 포토레지스트막 패턴(210)을 형성한다. 여기서 제2 광차단막(208)은 제1 광차단막(204)과 유사한 물질, 예를 들어 크롬(Cr)막을 포함하여 200-500Å의 두께로 형성할 수 있다. 이때, 광차단막의 증착 두께는 제작하는 마스크의 종류에 따라 차이를 둘 수 있다. 예를 들어 ArF 마스크 또는 KrF 마스크에 따라 두께를 조절하는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하면, 포토레지스트막 패턴(210)을 마스크로 노출된 제2 광차단막(도 3의 208)을 식각하여 제2 광차단막 패턴(212)을 형성한다. 계속해서 포토레지스트막 패턴(210)은 스트립(strip) 공정을 이용하여 제거한다. 다음에 제2 광차단막 패턴(212)의 임계치수(CD; Critical dimension)를 임계치수(CD) 측정장치를 이용하여 측정한다.
다음에 패턴의 측정된 임계치수(CD) 결과를 이용하여 원하는 조건의 임계치수(CD)의 범위보다 크게 형성되거나 작게 형성된 경우, 제2 광차단막 패턴(212) 및 제2 광차단막 패턴(212) 하단부의 절연막(206)을 이용하여 원하는 조건의 임계치수로 보정할 수 있다. 이를 도 5a 내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저 도 5a에 도시한 바와 같이, 제2 광차단막 패턴(212)의 임계치수(214)가 원하는 임계치수 조건(216)보다 크게 형성된 경우, 제2 광차단막 패턴(212)을 추가 식각(over etch)하는 공정을 진행하여 도 5b에 도시한 바와 같이, 제2 광차단막 패턴(212)의 임계치수를 원하는 임계치수 조건(216)으로 보정한다. 다음에 임계치수가 보정된 제2 광차단막 패턴(212)을 마스크로 하부의 절연막을 식각하여 절연막 패턴(218)을 형성한다. 계속해서 제2 광차단막 패턴(212) 및 절연막 패턴(218)을 마스크로 하부막을 식각하여 제1 광차단막 패턴(220) 및 위상반전막 패턴(222)을 형성한다. 여기서 제2 광차단막 패턴(212) 및 절연막 패턴(218)은 추가 식각을 진행하는 과정에서 함께 제거되며, 후속 공정에서 제거할 수 있다.
다음에 도 6을 참조하면, 임계치수(CD)가 보정된 제2 광차단막 패턴(212) 및 절연막 패턴(218)을 선택적으로 제거하여 투광 영역(c), 차광영역(d) 및 위상반전영역(e)을 갖는 포토마스크를 형성한다.
다음으로 도 7a에 도시한 바와 같이, 제2 광차단막 패턴(212)의 임계치수(224)가 원하는 임계치수 조건(226)보다 작게 형성된 경우, 제2 광차단막 패턴(212)을 식각마스크로 제2 광차단막 패턴(212) 하단부의 절연막(206)을 경사 식각(slope etch)하여 도 7b에 도시한 바와 같이, 절연막 패턴(228)을 형성한다. 이러한 경사 식각을 이용하여 절연막 패턴을 형성함으로써 원하는 임계치수 조건보다 작게 형성된 제2 광차단막 패턴(212)의 임계치수를 보완할 수 있다. 계속해서 제2 광차단막 패턴(212) 및 절연막 패턴(228)을 마스크로 하부막을 식각하여 제1 광차단막 패턴(230) 및 위상반전막 패턴(232)을 형성한다. 여기서 제2 광차단막 패턴(212) 및 절연막 패턴(228)은 경사 식각을 진행하는 과정에서 함께 식각되며, 후속 공정에서 제거된다.
다음에 도 8을 참조하면, 상술한 방법을 이용하여 임계치수(CD)가 보정된 제2 광차단막 패턴(212) 및 절연막 패턴(228)을 선택적으로 제거하여 투광 영역(c), 차광영역(d) 및 위상반전영역(e)을 갖는 포토마스크를 형성한다.
본 발명에 의한 반도체 소자의 포토마스크 형성방법은, 위상반전막 및 광차단막 위에 이중 박막을 증착한 후, 패턴의 임계치수를 측정한 다음 측정된 결과에 따라 이중 박막을 조절함으로써 원하는 조건의 임계치수를 보정할 수 있다. 이때, 이중 박막을 이용하여 임계치수를 보정함으로써 마스크 패턴이 형성될 하부막에는 손상을 가하지 않고 미세 패턴을 형성할 수 있다. 이에 따라 임계치수가 범위로부터 벗어남에 따라 마스크를 재제작하는 것을 감소시켜 마스크의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토마스크 형성방법에 의하면, 마스크 패턴을 형성하기 이전에 원하는 패턴의 임계치수를 미리 보정할 수 있어 원하는 미세 패턴을 보다 정확하고 균일하게 형성할 수 있다. 이에 따라 임계치수의 불량에 따라 마스크를 재제작하는 것을 감소시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 투명 기판 위에 위상반전막, 제1 광차단막, 절연막 및 제2 광차단막을 증착하는 단계;
    상기 제2 광차단막을 식각하여 상기 절연막을 일부 노출시키는 제2 광차단막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 광차단막 패턴의 임계치수를 측정하는 단계;
    상기 측정된 제2 광차단막 패턴의 임계치수가 형성하고자 하는 임계치수보다 큰 경우 상기 제2 광차단막 패턴을 추가 식각하여 보정하는 단계;
    상기 보정된 제2 광차단막 패턴을 식각마스크로 상기 절연막을 식각하여 절연막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 광차단막 패턴 및 절연막 패턴을 식각마스크로 상기 제1 광차단막 및 위상반전막을 식각하여 형성하고자 하는 임계치수로 이루어진 제1 광차단막 패턴 및 위상반전막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 광차단막 패턴 및 절연막을 제거하는 단계; 및
    상기 제1 광차단막 패턴을 제거하여 상기 위상반전막 패턴을 선택적으로 노출시키는 단계를 포함하는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광차단막 패턴은 크롬(Cr)막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브덴 실리콘 옥시나이트라이드막(MoSiON)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연막은 스핀 온 글래스(Spin on glass)막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법.
  5. 삭제
  6. 투명 기판 위에 위상반전막, 제1 광차단막, 절연막 및 제2 광차단막을 증착하는 단계;
    상기 제2 광차단막을 식각하여 상기 절연막을 일부 노출시키는 제2 광차단막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 광차단막 패턴의 임계치수를 측정하는 단계;
    상기 측정된 제2 광차단막 패턴의 임계치수가 형성하고자 하는 임계치수보다 작은 경우 상기 제2 광차단막 패턴을 식각마스크로 한 식각 공정으로 상기 제2 광차단막 패턴보다 넓은 폭을 가지는 절연막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 광차단막 패턴 및 절연막 패턴을 식각마스크로 상기 제1 광차단막 및 위상반전막을 식각하여 형성하고자 하는 임계치수로 이루어진 제1 광차단막 패턴 및 위상반전막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 광차단막 패턴 및 절연막을 제거하는 단계; 및
    상기 제1 광차단막 패턴을 제거하여 상기 위상반전막 패턴을 선택적으로 노출시키는 단계를 포함하는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절연막 패턴은 상기 제2 광차단막 패턴의 측면을 기준으로 경사를 갖도록 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 절연막은 스핀 온 글래스(Spin on glass)막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 포토마스크 형성방법.
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