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KR20100081603A - 포토마스크의 선폭 보정방법 - Google Patents

포토마스크의 선폭 보정방법 Download PDF

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KR20100081603A
KR20100081603A KR1020090000907A KR20090000907A KR20100081603A KR 20100081603 A KR20100081603 A KR 20100081603A KR 1020090000907 A KR1020090000907 A KR 1020090000907A KR 20090000907 A KR20090000907 A KR 20090000907A KR 20100081603 A KR20100081603 A KR 20100081603A
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류진호
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Abstract

추가적인 레지스트 패턴 형성공정 없이 CD MTT와 CD 균일도를 보정할 수 있는 포토마스크의 선폭 보정방법은, 기판 상에 위상반전막 및 광차단막을 형성하는 단계와, 광차단막 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 레지스트 패턴을 마스크로 광차단막을 1차 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계와, 광차단막 패턴의 선폭을 측정하는 단계와, 측정된 선폭과 타겟 선폭을 비교하여 선폭 보정 영역을 설정하는 단계와, 선폭 보정 영역의 레지스트 패턴에 극저온 에어로졸 세정(cryogenic aerosol clean)을 실시하여 레지스트 패턴을 선택적으로 제거하는 단계와, 레지스트 패턴을 마스크로 광차단막 패턴을 2차 식각하는 단계, 및 위상반전막을 패터닝하는 단계를 포함한다.
위상반전마스크, 선폭 균일도, CD MTT, 극저온 에어로졸 세정

Description

포토마스크의 선폭 보정방법{Method for correcting pattern CD of photomask}
본 발명은 포토마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 포토마스크 패턴의 선폭(Critival Demension; CD)을 보정하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조공정 중 리소그래피(lithography) 공정은 기판 상에 도포된 감광막에 광선을 조사하여 회로 패턴을 형성시키는 핵심 공정기술이다. 리소그래피 공정에 필수적으로 사용되는 포토마스크는 일반적으로 투명 기판 위에 광차단막 패턴을 형성하여 투과광이 투명 기판을 통과하여 웨이퍼 위에 전사되도록 한 바이너리 마스크(binary mask)가 주로 사용되어 왔다. 그러나, 반도체 소자의 집적도가 증가하면서 바이너리 마스크보다 미세한 패턴을 웨이퍼 상에 형성할 수 있는 마스크가 요구되었으며, 이에 따라 최근에는 수 ％의 투과율을 갖는 위상반전물질을 이용하여 웨이퍼 상에 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있는 위상반전 마스크(PSM)가 널리 적용되고 있다. 위상반전 마스크는 투명 기판 상에 위상반전막 패턴과 광차단막 패턴이 적층된 구조로 이루어진다.
포토마스크를 제작하는 데 있어서 패턴 선폭의 균일도(CD uniformity)는 가 장 중요한 관리 기준의 하나이다. 따라서, 선폭 균일도의 이상은 반도체 칩 제작에 직접적으로 영향을 미치므로 정해진 기준내에서 엄격히 관리되어야 하지만 현실적으로 포토마스크의 제조 공정상 문제가 발생하고 있는 실정이다. 현재 사용되고 있는 선폭 보정방법은 기판을 구성하고 있는 석영(Qz)층의 투과율을 조절하는 방법이 유일하다고 할 수 있다. 이 방법으로 선폭을 보정할 수는 있지만, 마스크 제조공정 과정에서 확인할 수 없는 단점이 있다. 또한, 석영 기판의 투과율을 조절하는 방법은 선폭의 MTT(Mean To Target)와는 독립적으로 이루어지고 있기 때문에, CD MTT를 보정하여 최종적으로 얻어진 포토마스크에 적용할 수 있는 제한성을 가진다.
또한, 마스크의 제조공정 상 CD MTT와 선폭 균일도를 동시에 구현하는 것에는 여러 가지 어려움이 있다. 블랭크 마스크 물질, 전자빔 노광, 현상까지의 불균일성 변수가 존재하며, 패턴의 밀도, 로딩 효과(loading effect), 패턴의 형태, 필드(field)의 크기 등의 요소에 의해 식각공정에 CD를 균일하게 확보하는 것이 매우 어렵다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 CD 보정 공정이 개발되어 왔다. 이러한 CD 보정 공정들은 기본적으로 1차 광차단막 식각공정까지 진행한 후 패턴의 CD를 측정하여 광차단막 식각 전까지의 CD 에러 요소와, 이후 이루어지는 위상반전막 식각 공정에서 발생할 수 있는 CD 에러 요소를 분리하여 관리 및 보정을 진행함으로써 에러 발생 요인의 확률을 낮추고 있다. 그러나, 이러한 CD 보정 공정은 CD MTT 보정에는 용이하게 적용 가능하지만, CD 균일도 보정에 적용하기 위해서는 별도의 추가 레지스트막 패터닝공정이 요구되어 적용이 어려우며 마스크 상에 결함이 발생할 확률을 증가시키므로 양산에 적용하기에 어려움이 있다. 따라 서, 추가적인 레지스트 패턴 형성공정 없이 CD MTT와 CD 균일도를 보정할 수 있는 공정의 개발이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 추가적인 레지스트 패턴 형성공정 없이 CD MTT와 CD 균일도를 보정할 수 있는 포토마스크의 선폭 보정방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 포토마스크의 선폭 보정방법은, 기판 상에 위상반전막 및 광차단막을 형성하는 단계와, 광차단막 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 레지스트 패턴을 마스크로 광차단막을 1차 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계와, 광차단막 패턴의 선폭을 측정하는 단계와, 측정된 선폭과 타겟 선폭을 비교하여 선폭 보정 영역을 설정하는 단계와, 선폭 보정 영역의 레지스트 패턴에 극저온 에어로졸 세정(cryogenic aerosol clean)을 실시하여 레지스트 패턴을 선택적으로 제거하는 단계와, 잔류하는 레지스트 패턴을 마스크로 광차단막 패턴을 2차 식각하여 선폭을 보정하는 단계, 및 위상반전막을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 위상반전막은 몰리브덴(Mo)계 화합물을 포함하고, 상기 광차단막은 크롬(Cr)을 포함하여 형성할 수 있다.
상기 레지스트 패턴을 선택적으로 제거하는 단계에서, 상기 광차단막 패턴에 대한 보정량에 따라 레지스트 패턴의 제거량을 결정할 수 있다.
상기 레지스트 패턴을 선택적으로 제거하는 단계 후에, 잔류 오염을 제거하 기 위한 세정 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 세정 단계에서 자외선(UV) 및 탈이온 메가소닉 세정을 실시할 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.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 포토마스크의 선폭 보정방법을 설명하기 위하여 나타낸 도면들이다.
도 1을 참조하면, 투명한 기판(100) 상에 위상반전막(110) 및 광차단막(120)을 순차적으로 형성한다. 기판(100)은 석영(Qz)과 같이 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질의 기판이다. 위상반전막(110)은 이후 진행될 노광 공정에서 기판(100)으로 조사되는 빛의 위상을 반전시킬 수 있는 물질로 형성할 수 있다. 이러한 물질로는 몰리브덴(Mo)을 포함하는 화합물, 예를 들어 몰리브덴실리콘나이트라이드(MoSiN)를 들 수 있다. 광차단막(120)은 이후 진행될 노광 공정에서 기판(100)으로 조사되는 빛을 차단하는 것으로, 예를 들어 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다.
상기 광차단막(120) 위에 레지스트 패턴(130)을 형성한다. 레지스트 패턴(130)은 광차단막(120)의 표면을 선택적으로 노출시키도록 형성되며, 전자빔 레지스트를 도포하고 전자빔을 이용하여 소정 패턴으로 노광한 후 현상하여 형성할 수 있다.
도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 레지스트 패턴(130)을 이용한 1차 식각 공정을 실시하여 광차단막 패턴(120a)을 형성한다. 광차단막 패턴(120a)을 형성하기 위한 1차 식각 공정은 건식식각 공정으로 진행할 수 있다.
광차단막 패턴(120a)을 형성한 다음에는 패턴의 CD를 측정한다. 언급한 바와 같이, 광차단막을 패터닝하는 과정에서 패턴의 밀도 차이 또는 로딩 효과 등으로 인해 광차단막 패턴의 선폭(CD)이 균일하지 못하고 타겟 범위를 벗어나게 형성되는 경우가 발생할 수 있다. 도 3a는 레지스트 패턴(130a) 및 광차단막 패턴(120a)이 타겟 선폭(x1) 및 간격(y1)을 가지며 정상적으로 패터닝된 경우를 나타내고, 도 3b는 레지스트 패턴(130b) 및 광차단막 패턴(120a)이 타겟 범위보다 큰 선폭(x2)을 갖도록 형성되어 레지스트 패턴(130b) 사이의 간격(y2)이 좁아진 경우를 나타낸다.
패턴의 선폭(CD)을 측정한 다음에는 선폭이 타겟 범위를 벗어나 보정이 필요한 영역을 설정하여 보정 맵(map)을 작성하고, 필요한 보정량을 계산한다. 도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 A-A'선 및 B-B'선을 따른 단면도들이다.
도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 선폭 보정을 위한 맵이 작성되고 필요한 보정량이 계산되면, 보정이 필요한 영역의 레지스트 패턴을 선택적으로 제거한다. 레지스트에 이산화탄소(CO2)를 이용한 극저온 에어로졸 세정(cryogenic aerosol clean)을 실시하면 레지스트를 빠르게 제거할 수 있다. 극저온 에어로졸 세정은 미크론(micron) 크기의 드라이아이스 스노우(dry ice snow)를 이용한 세정으로, 드라이아이스 입자가 대상막과 충돌하면서 세정이 이루어진다. 이때, 레지스트 패 턴(130a, 130b)의 선폭(CD)과, 보정량 등을 고려하여 극저온 에어로졸 세정 시간을 조절할 수 있다. 도 5b와 같이 타겟 선폭보다 크게 패터닝된 경우 레지스트 패턴에 극저온 에어로졸 세정을 일정 시간 실시한다. 이때, 광차단막 패턴(120b)의 보정량에 따라 레지스트 패턴의 잔류량을 결정하는데, 경우에 따라서는 도시된 바와 같이 레지스트 패턴이 잔류되지 않고 제거될 수도 있다. 극저온 에어로졸 세정을 이용할 경우 보정이 필요한 영역의 레지스트만 선택적으로 제거할 수 있으며, 도 5b와 같이 광범위한 영역을 처리하는 경우 빠른 시간 내에 레지스트를 제거할 수 있다.
극저온 에어로졸 세정을 이용한 레지스트 패턴의 보정을 실시한 후에는, 자외선(UV)과 탈이온 메가소닉 세정(DI megasonic clean)을 실시하여 보정 과정에서 발생한 부산물을 제거한다. 도 5a 및 도 5b는 각각 도 4의 A-A'선 및 B-B'선을 따른 단면도이다.
도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 선폭이 보정된 레지스트 패턴(130, 130a)을 마스크로 광차단막 패턴(120a, 120b)에 대한 2차 식각을 실시하여 광차단막 패턴의 선폭을 보정한다. 광차단막 패턴(120a, 120b) 위에 잔류하는 레지스트 패턴의 두께에 따라 광차단막 패턴의 식각 정도가 달라진다. 이에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.
도 7a와 같이 정상 패턴의 경우, 광차단막 패턴(120a) 위에 레지스트 패턴(130, 130a)이 그대로 잔류하기 때문에 광차단막 패턴에 대한 2차 식각 후에도 레지스트 패턴의 두께가 줄어들뿐 광차단막 패턴(120a)의 선폭에는 변화가 없다. 그러나, 도 7b와 같이 정상 패턴보다 크게 패터닝된 경우, 보정이 필요한 영역에는 레지스트 패턴이 잔류하지 않기 때문에 광차단막 패턴(120b)의 크기가 작아져 정상 패턴의 선폭으로 보정된다.
한편, 마스크 가장자리의 광차단 영역의 경우에는 레지스트 패턴(130)이 그대로 잔류하기 때문에, 광차단 영역을 마스킹하기 위하여 별도의 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 실시할 필요가 없게 된다. 도 7a 및 도 7b는 각각 도 6의 A-A'선 및 B-B'선을 따른 단면도이다.
도 8을 참조하면, 레지스트 패턴을 제거한 후 광차단막 패턴(120')을 마스크로 위상반전막을 패터닝하여 균일한 선폭을 갖는 위상반전막 패턴(110a)을 형성하고, 광투과 영역의 광차단막 패턴을 제거한다.
도 9a 내지 도 10c는 광차단막 상에 잔류하는 레지스트의 두께에 따른 광차단막의 식각 정도를 설명하기 위한 도면들이다.
도 9a 내지 도 9c는 각각 기판(200) 상에 위상반전막(210), 광차단막(220) 및 레지스트 패턴(230a, 230b)을 형성하고, 광차단막(220)을 식각한 후 레지스트 패턴을 제거한 경우(SI), 레지스트 패턴(230a)이 모두 잔류하는 경우(EI), 레지스트 패턴(230b)의 일부만 잔류하는 경우(UI)의 단면도이다. 그리고, 도 10a, 10b 및 도 10c는 라인 패턴, 홀 패턴 및 섬(island) 패턴에서의 SI, EI 및 UI의 경우의 패턴 CD를 나타낸 도면이다.
위 도면들을 참고하면, 패턴의 종류가 서로 다르지만 동일한 시간동안 식각을 진행했을 때 광차단막 위의 레지스트의 잔류량에 따라 광차단막 패턴의 CD의 변화 폭이 30nm까지 가능함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서와 같이 광차단막 패 턴 위에 잔류하는 레지스트의 양을 선택적으로 조절함으로써 패턴의 CD를 효과적으로 보정할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 레지스트 패턴을 이용하여 광차단막에 대한 1차 식각 공정을 실시한 후 패턴의 선폭을 측정하고, 측정된 선폭에 따라 보정이 필요한 영역과 보정량을 설정한 다음, 보정이 필요한 영역의 레지스트 패턴에 대해 극저온 에어로졸 세정을 실시하여 레지스트 패턴을 선택적으로 제거한다. 그 후, 광차단막에 대한 2차 식각 공정을 실시하면, 광차단막 상에 잔류하는 레지스트 패턴의 두께에 따라 광차단막에 대한 보정이 이루어진다. 따라서, CD MTT 보정과 CD 균일도 보정을 동시에 진행할 수 있으며, 보정이 필요한 영역의 레지스트만 선택적으로 제거함으로써, 마스크 가장자리의 광차단 영역을 마스킹하기 위하여 별도의 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 생략할 수 있으므로 생산성 향상, 원가 절감, 결함 발생 감소 등의 효과를 얻을 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 8은 본 발명에 따른 포토마스크의 선폭 보정방법을 설명하기 위하여 나타낸 도면들이다.
도 9a 내지 도 10c는 광차단막 상에 잔류하는 포토레지스트 패턴의 두께에 따른 광차단막의 식각 정도를 설명하기 위한 도면들이다.

Claims (5)

  1. 기판 상에 위상반전막 및 광차단막을 형성하는 단계;
    상기 광차단막 상에 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 레지스트 패턴을 마스크로 상기 광차단막을 1차 식각하여 광차단막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 광차단막 패턴의 선폭을 측정하는 단계;
    측정된 선폭과 타겟 선폭을 비교하여 선폭 보정 영역을 설정하는 단계;
    선폭 보정 영역의 상기 레지스트 패턴에 극저온 에어로졸 세정(cryogenic aerosol clean)을 실시하여 상기 레지스트 패턴을 선택적으로 제거하는 단계;
    잔류하는 레지스트 패턴을 마스크로 상기 광차단막 패턴을 2차 식각하는 단계; 및
    상기 위상반전막을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브덴(Mo)계 화합물을 포함하고,
    상기 광차단막은 크롬(Cr)을 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴을 선택적으로 제거하는 단계에서,
    상기 광차단막 패턴에 대한 보정량에 따라 레지스트 패턴의 제거량을 결정하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴을 선택적으로 제거하는 단계 후에,
    잔류 오염을 제거하기 위한 세정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세정 단계에서 자외선(UV) 및 탈이온 메가소닉 세정을 실시하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 선폭 보정방법.
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KR1020090000907A KR20100081603A (ko) 2009-01-06 2009-01-06 포토마스크의 선폭 보정방법

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