KR101039139B1 - 반도체소자의 위상반전마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

투명기판 상에 위상반전막을 형성하고, 위상반전막 상에 상기 위상반전막을 선택적으로 노출시키는 광차단막 패턴을 형성한다. 광차단막 패턴 상에 버퍼막 패턴을 형성한 후, 버퍼막 패턴 및 광차단막 패턴에 의해 노출된 위상반전막을 선택적으로 식각하여 위상반전막 패턴을 형성하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법을 제시한다.

위상반전마스크, 광차단막, 산화막, 산소 플라즈마

Description

반도체소자의 위상반전마스크의 제조방법{Method for fabricating phase shift mask in semicondutor device}

본 발명은 반도체소자의 형성방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 반도체소자의 위상반전마스크의 제조방법에 관한 것이다.

반도체소자를 제조하는 공정과정에서 반도체기판에 형성하고자 하는 패턴을 구현하기 위한 방법으로 패턴이 형성된 포토마스크가 이용된다. 포토마스크 상에 구현된 패턴은 포토리소그라피(photolithgraphy) 공정을 통해 웨이퍼 상으로 전사되므로, 포토마스크의 제조 공정은 매우 중요하게 인식되고 있다.

일반적으로, 위상반전마스크를 형성하기 위해서는 먼저, 투명기판 상에 위상반전막, 광차단막 및 레지스트막을 형성한 후, 레지스트막에 전자빔을 이용하여 형성하고자 하는 회로 패턴을 전사한다. 이어서, 현상액을 이용한 현상공정을 수행하여 광차단막을 선택적으로 노출시키는 레지스트 패턴을 형성한 후, 레지스트 패턴에 의해 노출된 광차단막을 식각하여 광차단막 패턴을 형성한다. 이어서, 레지스트 패턴을 제거한 후, 광차단막 패턴을 식각마스크로 사용한 식각공정을 수행하여 위상반전막 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진다. 여기서, 광차단막 패턴은 후속 위 상반전마스크의 가장자리 예컨대, 프레임영역에 배치되어 불필요한 광을 차단하는 역할을 한다.

그런데, 위상반전막 패턴을 형성하는 과정에서 식각마스크로 사용된 광차단막 패턴이 손실(loss)되어 광차단막 패턴의 두께가 변화될 수 있다. 광차단막 패턴이 손실되어 두께가 변화되면, 후속 웨이퍼 패터닝 과정에서 투과되는 광의 투과율을 변화시켜 패터닝 불량 등을 일으키게 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 광차단막 패턴의 손실을 방지할 수 있는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법은, 투명기판 상에 위상반전막을 형성하는 단계; 상기 위상반전막 상에 상기 위상반전막을 선택적으로 노출시키는 광차단막 패턴을 형성하는 단계; 상기 광차단막 패턴 상에 버퍼막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼막 패턴 및 광차단막 패턴에 의해 노출된 위상반전막을 선택적으로 식각하여 위상반전막 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 위상반전막 패턴은 몰리브덴실리콘산화질화막으로 형성하고, 상기 광차단막 패턴은 크롬막으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 버퍼막 패턴은 산소 플라즈마를 이용한 산화공정을 수행하여 산화막 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 위상반전마스크의 형성방법에 따르면, 광차단막 패턴 상에 버퍼막 패턴을 형성함으로써, 후속 광차단막 패턴을 식각마스크로 사용한 식각공정에서 광차단막 패턴이 함께 식각되어 손실되는 현상을 방지할 수 있다.

이에 따라, 광차단막 패턴의 손실로 인한 투과율 변하를 방지할 수 있으므로, 마스크의 폐기처분률을 줄일 수 있으며 제조 공정 비용도 절감할 수 있다.

도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 석영기판과 같은 투명기판(100) 상에 위상반전막(110) 및 광차단막(120)을 형성한다. 위상반전막(110)은 투과되는 광의 위상을 반전시킬 수 있는 물질 예컨대, 몰리브덴실리콘산화질화(MoSiON)막으로 형성할 수 있다. 광차단막(120)은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다.

다음에, 광차단막(120) 상에 광차단막(120)을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(130)을 형성한다. 구체적으로, 광차단막(120) 상에 레지스트막을 형성한 후, 통상의 전자빔(e-beem)을 이용한 노광 공정을 수행하여 패턴을 레지스트막에 전사하고, 현상액을 이용한 현상공정을 수행하여 레지스트막 패턴(130)을 형성한다.

도 2를 참조하면, 레지스트막 패턴(130)에 의해 노출된 광차단막을 선택적으로 식각하여 위상반전막(130)을 선택적으로 노출시키는 광차단막 패턴(121)을 형성한다.

도 3을 참조하면, 레지스트 스트립(PR Strip) 공정을 수행한 후, 광차단막 패턴(121) 상부 표면에 버퍼막 패턴(140)을 형성한다. 버퍼막 패턴(140)은 바람직 하게는, 산소플라즈마(O₂ Plasma)를 이용한 산화공정을 수행하여 산화막으로 형성할 수 있다.

구체적으로, 광차단막 패턴(121)이 형성된 투명기판(100)을 반응 챔버 내부로 로딩한 후, 챔버 내부로 산소가스를 공급하고, 적절한 전압을 인가하여 플라즈마를 발생시켜 산화막을 형성한다. 이때, 광차단막 패턴(121) 상부 표면에는 자연산화막(도시되지 않음)이 형성될 수 있는데, 산소 플라즈마를 이용하여 산화막을 성장시켜 산화막의 두께를 보다 안정적으로 확보할 수 있다. 버퍼막 패턴(140)은 후속 광차단막 패턴을 식각마스크로 사용한 식각공정 시 광차단막 패턴(121)이 손실(loss)되는 것을 방지시켜주는 역할을 한다.

한편, 레지스트 스트립 공정을 수행한 이후에, 세정공정을 수행하여 레지스트 스트립 공정과정에서 유발된 레지스트 잔류물 등을 제거할 수 있다.

도 4을 참조하면, 버퍼막 패턴(140) 및 광차단막 패턴(121)을 식각마스크로 사용한 식각공정을 수행하여 위상반전막 패턴(111)을 형성한다. 식각공정은 플라즈마 식각 또는 건식 식각공정을 이용하여 수행할 수 있다.

여기서, 위상반전막 패턴(111)이 식각되는 동안, 버퍼막 패턴(140)이 식각되어 하부의 광차단막 패(121)턴이 손실되는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 위상반전막 패턴(111)이 형성된 투명기판에 열처리(annealing) 공정을 수행한다. 열처리 공정은 150 내지 200℃ 온도에서 수행할 수 있다. 열처리 공정을 수행함으로써, 위상반전막 패턴 형성 시 함께 식각되어 손상된 버퍼막 패 턴(140)의 표면을 완화시켜 투과율 변화를 방지할 수 있다.

한편, 위상반전막 패턴(111)을 형성한 이후에, 세정공정을 수행하여 기판 표면에 잔류하는 식각부산물 등을 제거할 수 있다.

도 5를 참조하면, 위상반전막 패턴(111) 및 광차단막 패턴(121)이 형성된 투명기판(100) 일부를 선택적으로 노출시키는 제2 레지스트막 패턴(150)을 형성한다. 여기서, 제2 레지스트막 패턴은 후속 불필요한 광의 입사를 차단하기 위한 가장자리 영역 예컨대, 프레임 부분이 노출되게 배치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 제2 레지스트막 패턴(150)에 의해 노출된 광차단막 패턴(121) 선택적으로 식각하여 투명기판(100) 일부영역 예컨대, 프레임 부분에서는 위상반전막 패턴(111) 및 광차단막 패턴(121)을 형성하고, 투명기판(100) 일부 영역 예컨대, 투과되는 광의 위상을 반전시키는 메인 칩 영역에서는 위상반전막 패턴(111)만을 형성한다.

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 가진 변형이 가능함은 당연하다.

도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 반도체소자의 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.

Claims (5)

1. 투명기판 상에 몰리브덴실리콘산화질화막을 포함하는 위상반전막을 형성하는 단계;

   상기 위상반전막 상에 상기 위상반전막을 선택적으로 노출시키는 광차단막 패턴을 크롬막을 포함하여 형성하는 단계;

   상기 광차단막 패턴 상에 산소 플라즈마를 제공하여 상기 크롬막 표면을 산화시켜 크롬 산화막의 버퍼막 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 버퍼막 패턴 및 광차단막 패턴에 의해 노출된 위상반전막을 선택적으로 식각하여 위상반전막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 위상반전막 패턴을 형성하는 단계 이후에,

   상기 투명기판에 열처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 위상반전막 패턴을 형성하는 단계 이후에,

   상기 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴이 형성된 투명기판 상에 상기 투명기판을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 레지스트막 패턴에 의해 노출된 영역의 광차단막 패턴을 선택적으로 식각하는 단계; 및

   상기 레지스트막 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.

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