KR101096252B1 - 높은 시디 균일도를 갖는 위상반전마스크 제조방법 - Google Patents

높은 시디 균일도를 갖는 위상반전마스크 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 위상반전마스크 제조방법은, 블랭크마스크를 구성하는 투광기판 및 위상반전막의 투과율 분포를 측정하는 단계와, 투과율 분포 측정 결과 투과율 편차가 존재하는 경우 투과율 편차로 인한 시디 편차의 보정데이터를 계산하는 단계와, 그리고 보정데이터를 사용하여 시디 편차가 보정되도록 전자빔 노광을 수행하는 단계를 포함한다.
위상반전마스크, 시디 편차, 투과율 편차, 투과율 보정장치, 전자빔 노광

Description

높은 시디 균일도를 갖는 위상반전마스크 제조방법{Method of fabricating phase shift mask having high CD uniformity}
본 발명은 포토마스크 제조방법에 관한 것으로서, 특히 블랭크마스크의 투과율 에러로 인한 시디 편차가 보정되도록 함으로써 높은 시디 균일도를 갖는 위상반전마스크 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 수많은 미세패턴들로 이루어져 있으며, 이와 같은 미세패턴들은 포토리소그라피(photolithography) 공정을 통해 형성된다. 포토리소그라피 공정은 소정의 광원을 이용하여 웨이퍼상에 포토마스크상의 패턴을 전사하는 공정을 의미한다. 따라서 웨이퍼상에 정확한 패턴을 형성하기 위해서는 포토마스크 제조과정에서 전사하고자 하는 패턴을 정확하게 형성하는 것이 매우 중요하다 할 수 있다. 최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 기존의 바이너리(binary) 마스크의 사용빈도는 감소하고 있으며, 대신에 위상반전마스크(PSM; Phase Shift Mask)의 사용범위는 점점 넓어지고 있는 추세이다. 위상반전마스크는 마스크상에서 빛의 위상을 적절하게 반전시켜 패턴의 공간주파수를 줄이거나, 가장자리 콘트라스트(contrast)를 증가시키는 간섭효과를 이용하는 것으로서, 이를 이용한 노광공정 을 수행하게 되면 높은 해상력이 실현되고 초점심도(DOF; depth of focus)가 증가되는 것으로 알려져 있다.
도 1은 일반적인 하프톤 위상반전마스크를 제조하는데 사용하는 블랭크마스크의 일 예를 나타내 보인 단면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 블랭크마스크를 이용하여 만들어진 위상반전마스크의 일 예를 나타내 보인 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 블랭크마스크(100)는, 쿼츠와 같은 투광기판(110) 위에 위상반전막(120), 하드마스크막(130) 및 레지스트막(140)이 순차적으로 적층되는 구조를 갖는다. 이와 같은 블랭크마스크(100)를 이용하여 위상반전마스크(200)를 제조하기 위해서는, 먼저 레지스트막(140)에 대한 전자빔 노광을 수행하여 레지스트막패턴을 형성하고, 이 레지스트막패턴을 이용하여 위상반전막패턴(122) 및 하드마스크막패턴을 형성한다. 그리고 레지스트막패턴을 제거하고, 이어서 필드영역을 제외한 나머지 영역에 있는 하드마스크막패턴을 제거한다. 이와 같은 과정을 통해 만들어진 위상반전마스크(200)는 투광기판(110)의 일부 영역은 노출되고, 일부 표면 위에는 위상반전패턴(122)이 배치되는 구조를 갖게 된다.
일반적으로 위상반전마스크(200)의 위상반전패턴(122)의 시디(CD; Critical Dimension)는 웨이퍼상으로 전사되는 웨이퍼 패턴의 시디에 큰 영향을 끼친다. 일 예로, 위상반전마스크(200)의 위상반전패턴(122)의 시디가 불균일하게 분포하는 경우, 노광에 의해 웨이퍼상에 전사되는 패턴의 시디 또한 불균일하게 분포되는 현상이 발생한다. 따라서 위상반전마스크(200)를 제조하는 과정에서 위상반전패턴(122)의 시디를 측정하고, 시디 편차가 측정되면 시디 편차를 보정하는 과정을 수행하고 있다. 또한 웨이퍼상에 전사된 웨이퍼 패턴의 시디 분포도 측정한 후에 그 결과에 따라 시디 편차를 보정하는 과정도 함께 수행하고 있다. 그런데 이 과정에서 블랭크마스크(도 1의 100)가 갖는 투과율의 불균일한 분포로 인해 발생하는 시디 편차에 대해서는 보정이 이루어지지 않고 있으며, 따라서 위상반전패턴(122)의 시디 측정 결과나 웨이퍼 패턴의 시디 측정 결과만을 이용한 시디 보정이 큰 효과를 나타내지 못하고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 블랭크마스크가 갖는 투과율의 불균일한 분포로 인해 발생하는 시디 편차가 보정되도록 함으로써 높은 시디 균일도를 갖는 위상반전마스크 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법은, 블랭크마스크를 구성하는 투광기판 및 위상반전막의 투과율 분포를 측정하는 단계와, 투과율 분포 측정 결과 투과율 편차가 존재하는 경우 투과율 편차로 인한 시디 편차의 보정데이터를 계산하는 단계와, 그리고 보정데이터를 사용하여 시디 편차가 보정되도록 전자빔 노광을 수행하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 있어서, 전자빔 노광을 수행한 후 패터닝을 수행하여 위상반전마스크를 형성하는 단계와, 위상반전마스크의 위상반전패턴의 시디 편차를 측정하는 단계와, 그리고 시디 편차 측정 결과 시디 편차가 존재하는 경우 시디 편차의 보정데이터를 전자빔 노광시 반영하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법은, 블랭크마스크를 구성하는 투광기판 및 위상반전막의 투과율 분포를 측정하는 단계와, 투과율 분포 측정 결과 투과율 편차가 존재하는 경우 투과율 편차 데이터를 투과율 보정장치로 입력하는 단계와, 투과율 분포 측정 결과 투과율 편차가 존재하지 않는 경우 전자빔 노광 및 패터닝을 수행하여 위상반전마스크를 제조하는 단계와, 그리고 투과율 편차 데이터가 입력된 투과율 보정장치를 통해 제조된 위상반전마스크의 투과율을 보정하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 있어서, 제조된 위상반전마스크의 위상반전패턴의 시디 편차를 측정하는 단계와 ,그리고 시디 편차 측정 결과 시디 편차가 존재하는 경우 시디 편차의 보정데이터를 전자빔 노광시 반영하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 블랭크마스크의 투과율 편차로 인한 시디 편차 보정과 위상반전패턴의 시디 편차 보정을 별개로 수행함으로써 위상반전마스크의 전체적인 시디 보정을 정확하게 수행할 수 있으며, 이에 따라 위상반전마스크의 시디 균일도를 향상시키고 웨이퍼에 전사된 패턴의 시디 균일도 또한 향상시킬 수 있다는 이점이 제공된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로챠트이다.
도 3을 참조하면, 먼저 블랭크마스크 제작중 투광기판과 위상반전막의 투과율 분포를 측정한다(단계 301). 즉 블랭크마스크를 완성시키기 전, 구체적으로 쿼츠와 같은 투광기판 위에 몰리브데늄실리콘(MoSi)막과 같은 위상반전막을 형성시킨 후에, 투광기판과 위상반전막의 투과율 분포를 측정한다. 다음에 위상반전막 위에 크롬(Cr)막과 같은 하드마스크막과 레지스트막을 순차적으로 형성하여 블랭크마스크를 완성한다. 다음에 투광기판과 위상반전막의 투과율 분포 측정 결과 투과율 편 차가 존재하는지를 판단한다(단계 302). 이 판단에서 투과율 편차가 존재하지 않는 경우, 즉 블랭크마스크의 모든 영역에서 투광기판과 위상반전막의 투과율이 일정하게 측정되는 경우, 위상반전마스크 제조를 위한 전자빔 노광을 수행한다(단계 302).
그러나 투과율 편차가 존재하는 경우, 즉 블랭크마스크의 모든 영역에서 투광기판과 위상반전막의 투과율이 일정하지 않게 측정되는 경우, 투과율 편차로 인한 시디 편차를 계산한다(단계 304). 이와 같은 계산은 다양한 소프트웨어 등을 이용하여 수행할 수 있으며, 필요한 경우 이를 위한 다수의 시뮬레이션을 수행할 수도 있다. 일 예로, 다수의 시뮬레이션을 측정하는 경우를 예로 들면, 블랭크마스크의 투광기판과 위상반전막의 투과율을 측정한 데이터를 확보한다. 다음에 투과율을 측정한 블랭크마스크에 대한 전자빔 노광을 수행한 후 시디 편차를 측정한 데이터를 확보한다. 그리고 투과율 측정 데이터와 시디 편차 데이터를 연계하여, 투과율에 대한 시디 편차 데이터를 저장한다. 이와 같은 과정을 복수회 반복함에 따라 측정된 투과율에 대한 시디 편차 데이터를 테이블 형태로 저장하여 실제 측정한 투과율에 대한 시디 편차를 계산하는데 기준 데이터로 사용할 수 있다. 투과율 편차로 인한 시디 편차를 계산한 후에는, 시디 편차의 보정 데이터를 작성한 후 이를 전자빔 노광장치에 입력한다(단계 305). 전자빔 노광장치에서는 투과율 편차로 인한 시디 편차의 보정 데이터를 반영하여 전자빔 노광을 수행하며, 이로 인해 위상반전패턴의 시디 편차와는 별개로 블랭크마스크의 투과율 편차로 인한 시디 편차가 보정된다. 이와 같은 과정은 포토마스크를 이용하여 웨이퍼상에 패턴을 형성하고 나서도 동일하게 수행될 수 있다. 즉 웨이퍼 패턴에 대한 시디 측정 결과 시디 편차가 발생하는 경우, 시디 편차의 보정 데이터를 투과율 보정 데이터로 환산한 후에 환산된 보정 데이터를 전자빔 노광장치로 입력할 수도 있다.
전자빔 노광을 수행한 후에는 노광이 이루어진 레지스트막에 대한 현상을 수행하여 레지스트막패턴을 형성한다. 그리고 레지스트막패턴을 이용한 패터닝을 수행하여 위상반전패턴을 형성하고, 형성된 위상반전패턴의 시디 분포를 측정한다(단계 306). 측정 결과 시디 편차가 존재하지 않는 경우 제조된 위상반전마스크를 이 용하여 웨이퍼상에 패턴을 전사하기 위한 노광을 수행한다. 반면에 측정 결과 시디 편차가 존재하는 경우 측정된 시디 편차의 보정 데이터를 전자빔 노광장치에 입력시킨다(단계 308). 전자빔 노광장치에서는 위상반전패턴의 시디 편차로 인한 시디 편차의 보정 데이터를 반영하여 전자빔 노광을 수행하며, 이로 인해 위상반전패턴의 시디 편차 또한 보정된다. 본 실시예에 있어서, 투과율 편차로 인한 시디 편차 보정과 위상반전패턴의 시디 편차 보정은 모두 전자빔 노광시 이루어진다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로챠트이다. 본 실시예에서는 투과율 편차로 인한 시디 편차를 보정하기 위하여 투과율 보정장치를 사용한다는 점에서 도 3의 실시예와는 상이하다.
구체적으로 도 4를 참조하면, 먼저 블랭크마스크 제작중 투광기판과 위상반전막의 투과율 분포를 측정한다(단계 401). 즉 블랭크마스크를 완성시키기 전, 구체적으로 쿼츠와 같은 투광기판 위에 몰리브데늄실리콘(MoSi)막과 같은 위상반전막을 형성시킨 후에, 투광기판과 위상반전막의 투과율 분포를 측정한다. 다음에 위상반전막 위에 크롬(Cr)막과 같은 하드마스크막과 레지스트막을 순차적으로 형성하여 블랭크마스크를 완성한다. 다음에 투광기판과 위상반전막의 투과율 분포 측정 결과 투과율 편차가 존재하는지를 판단한다(단계 402). 이 판단에서 투과율 편차가 존재하지 않는 경우, 즉 블랭크마스크의 모든 영역에서 투광기판과 위상반전막의 투과율이 일정하게 측정되는 경우, 위상반전마스크 제조를 위한 전자빔 노광을 수행한다(단계 403).
그러나 투과율 편차가 존재하는 경우, 즉 블랭크마스크의 모든 영역에서 투광기판과 위상반전막의 투과율이 일정하지 않게 측정되는 경우, 투과율 편차 데이터를 투과율 보정장치로 입력한다(단계 404). 투과율 보정장치는, 입력된 투과율 편차 데이터를 사용하여 위상반전마스크의 투과율 편차가 보정되도록 하는 장치이다. 따라서 본 실시예의 경우, 전자빔 노광장치에서는 투과율 편차로 인한 시디 편차의 보정은 수행되지 않으며, 대신 별도의 투과율 보정장치를 통해 투과율 편차로 인한 시디 편차를 보정한다. 이와 같은 과정은 포토마스크를 이용하여 웨이퍼상에 패턴을 형성하고 나서도 동일하게 수행될 수 있다. 즉 웨이퍼 패턴에 대한 시디 측정 결과 시디 편차가 발생하는 경우, 시디 편차의 보정 데이터를 투과율 보정 데이터로 환산한 후에 환산된 보정 데이터를 별도의 투과율 보정장치로 입력할 수도 있다.
전자빔 노광을 수행한 후에는 노광이 이루어진 레지스트막에 대한 현상을 수행하여 레지스트막패턴을 형성한다. 그리고 레지스트막패턴을 이용한 패터닝을 수행하여 위상반전패턴을 형성하고, 형성된 위상반전패턴의 시디 분포를 측정한다(단계 406). 측정 결과 시디 편차가 존재하지 않는 경우 제조된 위상반전마스크를 이용하여 웨이퍼상에 패턴을 전사하기 위한 노광을 수행한다. 반면에 측정 결과 시디 편차가 존재하는 경우 측정된 시디 편차의 보정 데이터를 전자빔 노광장치에 입력시킨다(단계 408). 전자빔 노광장치에서는 위상반전패턴의 시디 편차로 인한 시디 편차의 보정 데이터를 반영하여 전자빔 노광을 수행하며, 이로 인해 위상반전패턴의 시디 편차 또한 보정된다. 본 실시예에 있어서, 투과율 편차로 인한 시디 편차 보정은 별도의 투과율 보정장치를 통해 이루어지며, 위상반전패턴의 시디 편차 보정은 전자빔 노광시 이루어진다.
도 1은 일반적인 하프톤 위상반전마스크를 제조하는데 사용하는 블랭크마스크의 일 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 2는 도 1의 블랭크마스크를 이용하여 만들어진 위상반전마스크의 일 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로챠트이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 플로챠트이다.

Claims (4)

  1. 블랭크마스크를 구성하는 투광기판 및 위상반전막의 투과율 분포를 측정하는 단계;
    상기 투과율 분포 측정 결과 투과율 편차가 존재하는 경우 상기 투과율 편차로 인한 시디 편차의 보정데이터를 계산하는 단계; 및
    상기 보정데이터를 사용하여 상기 시디 편차가 보정되도록 전자빔 노광을 수행하는 단계를 포함하는 위상반전마스크 제조방법.
  2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 전자빔 노광을 수행한 후 패터닝을 수행하여 위상반전마스크를 형성하는 단계;
    상기 위상반전마스크의 위상반전패턴의 시디 편차를 측정하는 단계; 및
    상기 시디 편차 측정 결과 시디 편차가 존재하는 경우 상기 시디 편차의 보정데이터를 상기 전자빔 노광시 반영하는 단계를 더 포함하는 위상반전마스크 제조방법.
  3. 블랭크마스크를 구성하는 투광기판 및 위상반전막의 투과율 분포를 측정하는 단계;
    상기 투과율 분포 측정 결과 투과율 편차가 존재하는 경우 상기 투과율 편차 데이터를 투과율 보정장치로 입력하는 단계;
    상기 투과율 분포 측정 결과 투과율 편차가 존재하지 않는 경우 전자빔 노광 및 패터닝을 수행하여 위상반전마스크를 제조하는 단계; 및
    상기 투과율 편차 데이터가 입력된 상기 투과율 보정장치를 통해 상기 제조된 위상반전마스크의 투과율을 보정하는 단계를 포함하는 위상반전마스크 제조방법.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제3항에 있어서,
    상기 제조된 위상반전마스크의 위상반전패턴의 시디 편차를 측정하는 단계; 및
    상기 시디 편차 측정 결과 시디 편차가 존재하는 경우 상기 시디 편차의 보정데이터를 상기 전자빔 노광시 반영하는 단계를 더 포함하는 위상반전마스크 제조방법.
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