KR101095677B1 - 포토마스크의 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

포토마스크의 미세 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

기판 상에 광차단막을 형성하고, 광차단막 상에 광차단막이 제1 선폭으로 노출되게 제1 레지스트막 패턴을 형성한다. 제1 레지스트막 패턴에 의해 노출된 광차단막 부분을 제1 깊이로 식각하여 홈들을 형성하고, 제1 레지스트막 패턴을 제거하여 홈들이 형성된 광차단막의 상부 표면을 노출시킨다. 노출된 광차단막 상에 상기 홈들의 바닥면이 부분적으로 노출되게 제2 레지스트막 패턴을 형성하고, 제2 레지스트막 패턴에 의해 노출된 광차단막 부분을 제2 깊이로 식각하여 제1 선폭보다 상대적으로 작은 제2 선폭으로 기판이 노출되게 광차단막 패턴들을 형성하는 포토마스크의 미세 패턴 형성방법을 제시한다.
광차단막, 전자빔 노광장치, 해상력, 홈

Description

포토마스크의 미세 패턴 형성 방법{Method for fabricating fine pattern in photomask}
본 발명은 포토마스크의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 포토마스크의 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
반도체소자를 제조하는 과정에서 웨이퍼에 형성하고자 하는 패턴을 구현하기 위한 방법으로 패턴이 형성된 포토마스크(photomask)가 이용된다. 포토마스크 상에 구현된 패턴은 포토리소그라피(photolithography) 공정을 통해 웨이퍼 상으로 전사되므로, 포토마스크의 제조 공정은 매우 중요하게 인식되고 있다.
포토마스크를 제조하기 위해서는, 투명기판 상에 광차단막 및 레지스트막을 형성하고, 레지스트막에 전자빔을 이용한 노광공정을 수행한다. 노광된 레지스트막에 현상공정을 수행하여 광차단막을 선택적으로 노출하는 레지스트막 패턴을 형성하고, 레지스트막 패턴을 식각마스크로 노출된 광차단막 부분을 식각하여 광차단막 패턴을 형성한다. 다음에, 레지스트막 패턴을 제거하는 과정으로 이루어진다.
한편, 반도체소자의 집적도가 높아지고, 웨이퍼 상에 형성되는 패턴의 크기가 미세해짐에 따라, 포토마스크 상에 형성되는 패턴의 크기들도 축소되고 있다. 예를 들어, 50nm 이하의 개발 소자의 경우, 포토마스크 상에 형성되는 패턴의 크키는 200nm 이하를 요구하고 있다. 그런데, 전자빔 노광 장치를 이용한 노광 공정의 경우, 전자빔 노광 장치 또는 레지스트 특성 등에 의해 한계 해상력이 존재한다. 실질적으로, 전자빔 노광 장치에서 해상력이 가능한 크기는 400 내지 480nm으로 나타나고 있다.
따라서, 현재의 양산 공정으로는 웨이퍼 상에 50nm 이하의 웨이퍼 패턴을 형성하기 위해, 요구되는 200nm 이하의 마스크 패턴 형성이 불가능할 뿐만 아니라 전자빔 노광 공정의 한계 해상력 이하의 패턴을 형성하기가 어렵다. 이에 따라, 전자빔 노광 공정의 한계 해상력 이하의 미세 패턴을 형성하기 위한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명에 따른 포토마스크의 미세 패턴 형성방법은, 기판 상에 광차단막을 형성하는 단계; 상기 광차단막 상에 광차단막이 제1 선폭으로 노출되게 제1 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 레지스트막 패턴에 의해 노출된 광차단막 부분을 제1 깊이로 식각하여 홈들을 형성하는 단계; 상기 제1 레지스트막 패턴을 제거하여 상기 홈들이 형성된 광차단막의 상부 표면을 노출시키는 단계; 상기 노출된 광차단막 상에 상기 홈들의 바닥면이 부분적으로 노출되게 제2 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제2 레지스트막 패턴에 의해 노출된 광차단막 부분을 제2 깊이로 식각하여 상기 제1 선폭보다 상대적으로 작은 제2 선폭으로 상기 기판이 노출되게 광차단막 패턴들을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 광차단막은 크롬막을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 레지스트막 패턴은, 상기 제1 레지스트막 패턴이 형성된 위치에서 상기 제2 레지스트막 패턴의 위치를 이동시켜 상기 홈들의 바닥면이 부분적으로 노출되게 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 제2 레지스트막 패턴은, 상기 홈들의 바닥면이 1/2 정도 노출되게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제2 레지스트막 패턴은, 상기 홈들의 바닥면이 부분적으로 노출되고, 상기 홈들이 형성된 광차단막 상부 표면이 부분적으로 노출되게 형성할 수 있다. 이때, 제2 레지스트막 패턴은 상기 홈들의 바닥면이 1/2 정도 노출되고, 홈들이 형성된 광차단막 상부 표면이 1/2 정도 노출되게 형성하는 것이 바람직하다.
(실시예)
도 1을 참조하면, 석영과 같은 투명기판(100) 상에 광차단막(110) 및 제1 레지스트막(120)을 형성한다. 여기서, 투명기판(100)은 후속 광차단막 패턴이 형성되어 투과되는 광을 차단하는 차광 영역과, 광을 투과하는 투광영역을 포함한다. 광차단막(110)은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 크롬(Cr)막을 포함하여 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 바이너리 마스크(binary mask)를 예를 들어 설명하지만, 경우에 따라, 위상반전마스크(PSM;phase shift mask)에도 적용될 수 있다. 위상반전마스크의 경우, 투명기판(100)과 광차단막(110) 계면에, 위상반전막 예를 들어, 광의 위상을 반전시킬 수 있는 몰리브덴 실리콘산화질화(MoSiON)막이 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 레지스트막(도 1의 120)에 전자빔 리소그라피(e-beam lithography) 공정을 수행하여 광차단막(110)을 선택적으로 노출시키는 제1 레지스트막 패턴(121)을 형성한다.
구체적으로, 제1 레지스트막에 전자빔 노광공정을 수행하여 제1 위치(a1)를 기준점으로 전자빔을 선택적으로 조사한 후, 노광된 제1 레지스트막에 현상액을 이용한 현상공정을 수행한다. 그러면, 전자빔에 의해 조사되거나 조사되지 않는 부분의 용해도 차이에 의해 제1 레지스트막이 선택적으로 제거되어 광차단막을 선택적으로 노출시키는 제1 레지스트막 패턴(121)이 형성된다. 이때, 제1 레지스트막 패턴(121)은 전자빔 노광 공정의 한계 해상력의 크기 예컨대, 제1 선폭(d1)으로 광차 단막(110)이 노출되게 형성된다.
도 3을 참조하면, 제1 레지스트막 패턴(121)을 식각마스크로 노출된 광차단막(110) 부분을 제1 깊이로 하프 식각(half etch)하여 광차단막(110) 내에 홈(111)들을 형성한다. 그러면, 제1 레지스트막 패턴(121)에 의해 보호된 광차단막(110)의 상부 표면은 광차단막(110) 내에 형성된 홈(111)들의 바닥면과 단차를 갖게 된다.
도 4를 참조하면, 제1 레지스트막 패턴에 스트립(strip)공정을 수행하여 제거한다. 그러면, 광차단막(110) 내에 홈(111)들과 돌출부(112)가 교대로 형성된 광차단막(110)이 노출된다. 따라서, 제1 레지스트막 패턴(121)에 의해 보호된 부분과, 보호되지 않는 부분 예컨대, 홈(111)과 돌출부(112) 계면에 단차를 갖게 된다.
도 5를 참조하면, 홈(111)들이 형성된 광차단막(110) 상에 제2 레지스트막(130)을 형성한다. 제2 레지스트막(130)은 제1 레지스트막(도 1의 120)과 대등한 특성을 가진 물질막으로 형성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제2 레지스트막(도 5의 130)에 전자빔 리소그라피 공정을 수행하여 제2 레지스트막 패턴(131)을 형성한다. 이때, 제2 레지스트막 패턴(131)은 제1 레지스트막 패턴(120)이 형성된 위치에서 제2 레지스트막 패턴(120)의 위치를 이동시켜 광차단막(110)의 홈(111) 바닥면이 부분적으로 노출되도록 형성한다.
구체적으로, 제1 레지스트막 패턴(121) 형성 시 기준점이 된 제1 위치(a1)에서 오른쪽으로 이동시켜 제2 위치(a2)를 기준점으로 제2 레지스트막에 전자빔을 조사하여 노광한 후, 노광된 제2 레지스트막에 현상액을 이용한 현상공정을 수행한 다. 그러면, 전자빔에 의해 조사되거나 조사되지 않는 부분의 용해도 차이에 의해 제2 레지스트막이 선택적으로 제거되어 광차단막(110) 내의 홈(111) 바닥면을 부분적으로 노출시키는 제2 레지스트막 패턴(131)이 형성된다. 제2 레지스트막 패턴(131)은 광차단막(110) 내의 홈(111) 바닥면이 1/2 정도 노출되게 형성될 수 있다.
또한, 제2 위치(a2)를 기준점으로 제2 레지스트막 패턴(131)을 형성하고, 제1 레지스트막 패턴(121)과 대등한 선폭(d1)으로 홈(111)들이 형성된 광차단막(110)을 노출시키는 경우, 홈(111)들의 바닥면이 부분적으로 노출되고, 돌출부(112)의 상부 표면이 부분적으로 노출되게 형성할 수도 있다. 즉, 제2 레지스트막 패턴(131)은 광차단막(110) 내의 홈(111) 바닥면이 1/2 정도 노출되고, 돌출부(112)의 상부 표면이 1/2 정도 노출되게 형성할 수 있다. 따라서, 광차단막(110) 내의 홈(111)들 및 돌출부(112) 계면의 단차 부분이 선택적으로 노출될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2 레지스트막 패턴(121)을 식각마스크로 노출된 광차단막(110) 부분을 제2 깊이로 식각하여 투명기판(100) 부분을 제2 선폭(d2)으로 노출시키는 광차단막 패턴(110a)들을 형성한다. 이때, 제2 레지스트막 패턴(121)에 광차단막 패턴(110)의 홈(111)들 및 돌출부(112) 계면의 단차 부분이 선택적으로 노출되어 있으므로, 노출된 광차단막(110) 부분도 단차를 가지면서 식각된다.
예컨대, 홈(111)들 바닥면의 광차단막(110) 부분이 제2 깊이로 식각되어 투명기판(100) 부분을 노출시키는 동안, 돌출부(112) 상부 표면의 광차단막(110) 부 분도 제2 깊이로 식각되어 투명기판(100) 상에 잔류하게 된다. 따라서, 제2 레지스트막 패턴(121)에 의해 노출된 광차단막(110) 부분을 식각하게 되면, 제2 선폭(d2)으로 투명기판(100) 부분을 노출시키는 광차단막 패턴(110a)들이 형성된다. 이에 따라, 전자빔 노광 공정의 한계 해상력 이하의 크기 예컨대, 제2 선폭(d1)으로 투명기판(100) 부분이 노출되게 광차단막 패턴(110a)들을 형성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2 레지스트막 패턴에 스트립공정을 수행하여 제거한다. 그러면, 투명기판(100) 상에 광차단막 패턴(110a)들만 남게 된다. 여기서, 광차단막 패턴(110a)들은 후속 웨이퍼 공정 과정에서 투과되는 광을 차단할 수 있는 차광 영역이 되고, 광차단막 패턴(110a)들에 의해 노출된 투명기판(100) 부분은 광을 투과하는 투광 영역이 된다. 이에 따라, 현재의 양산 공정으로는 웨이퍼 상에 50nm 이하의 웨이퍼 패턴을 형성하기 위해, 요구되는 200nm 이하의 마스크 패턴을 형성할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 포토마스크의 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.

Claims (6)

  1. 기판 상에 광차단막을 형성하는 단계;
    상기 광차단막 상에 광차단막이 제1 선폭으로 노출되게 제1 레지스트막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 레지스트막 패턴에 의해 노출된 광차단막 부분을 제1 깊이로 식각하여 홈들을 형성하는 단계;
    상기 제1 레지스트막 패턴을 제거하여 상기 홈들이 형성된 광차단막의 상부 표면을 노출시키는 단계;
    상기 노출된 광차단막 상에 상기 홈들의 바닥면이 부분적으로 노출되게 제2 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 레지스트막 패턴에 의해 노출된 광차단막 부분을 제2 깊이로 식각하여 상기 제1 선폭보다 상대적으로 작은 제2 선폭으로 상기 기판이 노출되게 광차단막 패턴들을 형성하는 단계를 포함하는 포토마스크의 미세 패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광차단막은 크롬막을 포함하여 형성하는 포토마스크의 미세 패턴 형성방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 레지스트막 패턴은, 상기 홈들의 바닥면이 1/2 정도 노출되게 형성하는 포토마스크의 미세 패턴 형성방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 레지스트막 패턴은, 상기 홈들의 바닥면이 부분적으로 노출되고, 상기 광차단막의 상부 표면이 부분적으로 노출되게 형성하는 포토마스크의 미세 패턴 형성방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 레지스트막 패턴은 상기 홈들의 바닥면이 1/2 정도 노출되고, 상기 광차단막 상부 표면이 1/2 정도 노출되게 형성하는 포토마스크의 미세 패턴 형성 방법.
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