KR100532641B1 - 마스크 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 마스크 기판은 기준 마크를 포함하는 투명 기판과 투명 기판 상에 형성되는 차광막을 포함한다.

Description

마스크 기판 및 그 제조 방법{MASK SUBSTRATE AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 마스크 블랭크 또는 포토마스크 등의 마스크 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화에 따라, 포토리소그래피 공정에서의 미세화에 대한 요구가 높아지고 있다. 이미, 디바이스의 설계 룰은 0.13 ㎛로까지 미세화되었다. 이 경우, 제어될 패턴 치수 정밀도는 약 1Onm로서 매우 엄격한 정밀도가 요구되고 있다.
이와 같이 엄격한 정밀도가 요구되기 때문에, 반도체 제조 프로세스에 이용되고 있는 포토리소그래피 공정에서의 문제점들이 눈에 띄고 있다. 이들 문제점들중 하나는, 포토리소그래피 공정에서 이용되는, 패턴이 형성된 포토 마스크 기판(포토 마스크)의 결함이다. 이하, 이 문제에 대하여 더 설명한다.
포토 마스크는 거의 무결함인 것이 요구된다. 그 때문에, 결함 검사 장치에 의해 포토 마스크를 검사하여, 검사에 의해 발견된 결함을 수정하도록 하고 있다.
그러나, 이러한 결함의 검사 및 수정에는 많은 비용과 시간이 필요하다. 이는 포토 마스크 가격의 큰 상승을 초래하고 있는 큰 요인중 하나이다. 또한, 미소한 결함만이 수정될 수 있다. 패턴을 현저하게 무너뜨려 버리는 결함이 존재할 경우, 포토 마스크를 재제작하여야 한다. 이것도 또한 포토 마스크의 가격 상승을 초래하는 요인의 하나로 되고 있다.
포토 마스크의 제조 공정에서 발견되는 결함의 대부분은, 패턴이 형성되기 전의 포토 마스크 기판(마스크 블랭크)에 이미 존재하고 있는 이물 등이 원인으로 되어 있는 것이 많다.
본 발명의 일 특징에 따른 마스크 기판은 기준 마크를 구비한 투명 기판과 이 투명 기판 상에 형성된 차광막을 포함한다.
본 발명의 일 특징에 따른 마스크 기판의 제조 방법은, 투명 기판의 표면에 에너지 빔을 조사하여, 상기 투명 기판의 표면에 오목부로 이루어지는 기준 마크를 형성하는 공정과, 상기 투명 기판의 표면 위에 차광막을 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 마스크 기판의 제조 방법은, 투명 기판 상에 차광막을 형성하는 공정과, 상기 차광막을 가공하여 기준 마크를 형성하는 공정을 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 설명한다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 마스크 블랭크를 도시하는 평면도 및 단면도이다.
도면중, 참조 부호 1은 석영 기판(유리 기판)이다. 석영 기판(1)의 표면에는 두 개의 기준 위치 마크(2)가 형성되어 있다. 이들 기준 위치 마크(2)는 석영 기판(1)의 표면의 비스듬히 대향하는 두 개의 코너에 형성되어 있다. 석영 기판(1)의 두께는, 예를 들면 6.25 mm 이다. 석영 기판(1)(투명 기판)은 노출 광이 통과할 수 있게 해주는 기판이다. 석영 기판(1)은 광에 대해 투명하다.
기준 위치 마크(2)를 석영 기판(1)의 표면의 2 개소에 형성함으로써, 예를 들면 도 1a에 도시한 바와 같이 X-Y 좌표계를 정의할 수 있다. 이에 따라, 결함의 위치 D(Dx, Dy)를 정확하게 판별할 수 있게 된다.
구체적으로는, 2 개소의 기준 위치 마크(2)를 정점으로 하는 정방형을 정의함으로써, X-Y 좌표계를 정의할 수 있다. 이에 따라, 기준 위치 마크중 하나를 원점(0, 0)으로 설정하면, 결함이 있는 위치 D를 X-Y 좌표로 표현할 수 있게 된다.
상기 X-Y 좌표계는 직교 좌표계이지만 반드시 직교 좌표계일 필요는 없다. 또한, 좌표의 원점도 도 1에 도시된 위치에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 석영 기판(1)의 중심을 원점으로 할 수도 있다.
기준 위치 마크(2) 각각은, 십자 형상으로 배치된 여덟 개의 오목부(3)로 구성되어 있다. 오목부(3)는, 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 직경 Φ가 100 ㎛ 정도, 깊이 d가 3 ㎛ 정도인 오목부이다. 오목부(3)의 피치는 200 ㎛이다. 수평 방향으로 배열된 네 개의 오목부(3)로 정의된 직선 L1과, 수직 방향으로 배열된 네 개의 오목부(3)로 정의된 직선 L2와의 교점 C가 마크 기준점(원점(0, 0))이 된다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 석영 기판(1)의 표면 위에는 차광막(4)이 형성되어 있다. 차광막(4)은, 예를 들면 두께 70 nm의 Cr 막이다. 차광막(4) 상에는 반사 방지막(5)이 형성되어 있다. 반사 방지막(5)은, 예를 들면 두께 30 nm의 산화 크롬막이다. 차광막(4)과 반사 방지막(5)의 막 두께의 합은 예를 들면 0.1 ㎛이다. 오목부(3)의 깊이는 예를 들면 3 ㎛ 정도이다. 이에 따라, 오목부(3)가 차광막(4)과 반사 방지막(5)으로 매립되지 않게 된다.
즉, 차광막(4) 및 반사 방지막(5)을 형성해도, 기준 위치 마크(2)의 기능은 손실되지 않는다. 본 실시예에서는 오목부(3)의 깊이는 여기서는 3 ㎛ 정도로 하였지만, 일반적으로는 수 ㎛ 정도이다. 차광막(4)과 반사 방지막(5)의 막 두께의 합은 일반적으로, 이들 막들에 의해 오목부(3)가 매립되지 않는 값으로 설정한다.
이와 관련하여, 오목부(3)가 차광막(4) 및 반사 방지막(5)에 의해서 매립되는 경우라도, 차광막(4) 및 반사 방지막(5)의 표면에 기초 오목부(underlying concaves)(3)에 대응한 오목부가 형성되어 있으면, 차광막(4)으로 이루어지는 오목부, 또는 차광막(4)과 반사 방지막(5)의 적층으로 이루어지는 오목부를 기준 마크로서 이용할 수 있다.
이와 같이 구성된 마스크 블랭크는, 예를 들면 이하와 같은 제조 방법에 의해서 얻을 수 있다.
우선, 표면 및 이면을 연마한 152×152 mm의 사각형의 석영 기판(1)의 표면을 세정함으로써, 석영 기판(1)의 차광막(4) 및 반사 방지막(5)을 형성해야 되는 표면을 청정화한다.
그 후, 도 3에 도시한 바와 같이, 주지의 YAG 레이저 장치를 이용하여, YAG 레이저의 빔(이하, 간단히 레이저 빔이라고 함)(11)을 석영 기판(1)의 표면에 조사하여 오목부를 형성한다.
보다 상세하게는, YAG 레이저 본체(10)로부터 출사된 레이저 빔(11)을 집광 광학계(12)에 의해서 10 ㎛의 직경을 갖도록 집광한다. 집광된 레이저 빔(11)을 석영 기판(1)의 표면에 조사하여 오목부를 형성한다. 이 때, 석영 기판(1) 또는 YAG 레이저 본체(10)를 이동시킴에 따라, 석영 기판(1)의 표면의 여덟 개의 영역에 레이저 빔(11)을 조사한다. 석영 기판(1)을 이동시키는 편이 일반적으로는 용이하다.
여기서, 오목부가 형성되는 이유는, 레이저 빔(11)이 조사된 영역 내의 석영 기판(1)이 용융 및 증발되기 때문이다. 레이저 빔(11)이 조사된 영역 내의 석영 기판(1)은 증발하여 기체가 되기 때문에, 레이저 빔(11)이 조사된 영역의 주변에 석영 기판(1)의 파편(석영편)이 분산되지 않는다. 따라서, 기준 위치 마크(2)를 형성하는 공정에서 새로운 결함이 발생되지 않는다.
또한, 석영 기판(1)의 두께는 상술한 바와 같이 예를 들면 6.25 mm이다. 이러한 두께이면, 레이저 빔(11)의 조사에 의해서 오목부를 형성할 때에, 상기 조사에 오차가 생기더라도, 석영 기판(1)에 관통 구멍이 형성되는 일은 없다.
레이저 빔(11)의 조사에 의해 얻어진 오목부(3)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 에지부가 산 형상으로 위로 성장된 형상으로 되어 있다. 따라서, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 프로세스에 의해 에지부의 평탄화를 행한다.
도 2는 도 4의 에지부(7)가 완전히 평탄하게 된 형태를 나타낸다. 그러나, 산 형상으로 위로 성장된 부분을 완전하게 제거하는 것은 곤란하다. 따라서, 실제로는 산 형상으로 위로 성장된 부분이 다소 남는다. 따라서, 오목부(3)의 에지부에서의 위로 성장된 형상의 유무에 의해서, 레이저 빔(11)의 조사(에너지 빔의 조사)에 의해 얻어진 오목부(3)인지 아닌지를 판별할 수 있다.
오목부(3)는, 상술한 바와 같이 예를 들면 직경이 100 ㎛ 정도, 깊이가 3 ㎛ 정도이다. 따라서 오목부(3)는 넓고 얕은 형상을 갖고 있다. 그 때문에, 오목부(3)에 먼지가 모이게 되는 일이 없게 된다.
오목부(3)의 직경 및 깊이는, 일반적으로는, 예를 들면 레이저의 파장, 에너지(출력) 또는 빔 직경 등에 의해 제어할 수 있다. 본 실시예에서는, 예를 들면, 파장 266 ㎛(YAG 레이저의 4배 고조파), 조사 에너지 20 J/cm2의 조건으로, 레이저 빔(11)의 조사를 행하는 것에 의해, 상술한 사이즈의 오목부(3)를 형성할 수 있다.
그 후, 도 1b에 도시한 바와 같이, 석영 기판(1) 상에, 예를 들면 Cr을 스퍼터링법에 의해 70 nm 퇴적하여 차광막(4)을 형성한다. 계속해서 예를 들면 산화 크롬을 스퍼터링법에 의해 30 nm 퇴적하여 반사 방지막(5)을 형성한다. 필요할 경우 반사 방지막(5) 상에 레지스트막을 피복한다. 이에 따라, 마스크 블랭크가 완성된다.
이와 같이 하여 얻어진 기준 위치 마크(2)는 종래의 표면 이물 검사 장치에 의해 검출할 수 있다. 예를 들면, 주식회사 레이저 테크사 제품의 표면 이물 검사 장치 M1320을 이용하여, 두 개의 기준 위치 마크(2)를 검출할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이 경우, 기준 위치 마크(2)의 위치의 검출의 재현성은 1 ㎛ 이하였다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 마스크 블랭크의 결함 위치를 정확하게 판별할 수 있다. 이로 인해 패턴 형성 영역으로서 결함을 포함하지 않는 영역을 선택할 수 있게 된다. 이에 따라, 결함을 갖는 마스크 블랭크를 유효하게 이용할 수가 있어 생산성의 향상을 도모할 수 있게 된다.
반면에, 종래의 마스크 블랭크는 기준 위치 마크를 갖지 않는다. 따라서, 종래의 마스크 블랭크에 대해 결함 검사를 수행할 수 있어도 결함의 위치를 정확하게 판별하는 것은 어렵다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 마스크 블랭크(80) 상의 패턴 형성 영역(81) 내에 결함 D가 포함되어 있을 수도 있다.
또한, 본 실시예의 마스크 블랭크(기준 위치 마크(2) 있음) 및 종래의 마스크 블랭크(기준 위치 마크(2) 없음) 각각에 대하여 표면 이물을 검사하였다.
본 실시예의 마스크 블랭크와 종래의 마스크 블랭크 사이에 결함 수의 차는 없음을 확인하였다. 이에 따라, 기준 위치 마크(2)를 형성해도 결함 수는 증가하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 기준 위치 마크(2)를 형성하는 공정에서 새로운 결함이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
마스크 블랭크가 완성된 후에는, 포토 마스크를 작성하는 공정이 계속된다. 구체적으로는, 도 6a에 도시한 바와 같이, 차광막(4) 및 반사 방지막(5)을 주지의 포토리소그래피 및 에칭을 이용하여 가공한다. 그 후, 도 6b에 도시한 바와 같이, 마스크 블랭크(20) 상의, 결함을 포함하지 않는 패턴 형성 영역(21) 내에 LSI 패턴 등의 디바이스 패턴을 형성한다. 도 6b는 디바이스 패턴으로서 MOS 트랜지스터의 패턴(게이트, 소스, 및 드레인 패턴)을 도시한다.
이 경우, 마스크 블랭크와 포토 마스크는 통상 서로 다른 제조사에 의해 제조된다. 마스크 블랭크의 제조사는, 마스크 블랭크, 및 결함 위치를 포함하는 정보(결함 위치 정보)를 포토 마스크의 제조사에 납입하게 된다.
그러나, 결함 위치 정보의 납입 방법에는 여러가지 방법이 존재한다. 예를 들면 마스크 블랭크의 납입과 함께, 종이나 기억 매체 등의 형태로 결함 위치 정보를 납입할 수도 있다. 이와 달리, 마스크 블랭크의 납입과는 별도로, 결함 위치 정보를 인터넷 등의 정보 전송 매체를 이용하여 납입하는 방법도 있다.
본 발명은 상술한 본 실시예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 석영 기판(1) 상에 형성되는 막은 산화 크롬막에 한정되지 않는다. 예를 들면 몰리브덴 실리사이드막 등의 하프톤막이어도 된다. 또한, 기준 마크의 위치, 기준 마크의 개수, 기준 마크의 형상 및 치수는 상기 실시예의 것에 한정되는 것이 아니다. 사용하는 검사 장치나 목적에 따라서 적절하게 변경될 수 있다.
또한, 레이저도 YAG 레이저에 한정되는 것은 아니다. 탄산 가스 레이저(파장 10.6 ㎛) 또는 F2 레이저도 사용가능하다. F2 레이저보다 단파장의 레이저를 사용하는 경우에는, 석영 기판(1) 대신에 불화 칼슘 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 불화 칼슘 기판쪽이 단파장의 레이저 흡수율이 높아서, 기판 내에 오목부(3)를 용이하게 형성할 수 있기 때문이다.
또한, 본 실시예에서는, 십자 형상으로 배치된 여덟 개의 오목부(3)로 구성된 기준 위치 마크(2)를 사용하였다. 그러나, 오목부(3)의 수는 아홉 개 이상 혹은 일곱 개 이하일 수도 있다. 일반적으로는, 오목부(3)의 수가 많을수록, 마크 기준점(직선 L1, L2의 교점 C)의 검출 정밀도를 높게 할 수 있다. 이에 대해 이하 상세히 기술하기로 한다.
상술한 바와 같이, 두 개의 기준 위치 마크(2)가 있으면, 이들 마크를 정점으로 하는 정방형을 생각하는 것으로, X-Y 좌표계를 정의할 수 있다. 이 경우, 하나의 기준 위치 마크(2)를 하나의 오목부(3)를 이용하여 정의하면, 오목부(3)의 위치의 검출 오차가 그대로 기준 위치 마크(2)의 검출 정밀도에 반영된다. 상기 검출 오차는, 오목부(3)의 형상의 변동이나, 측정 기구의 오차 등에 의해 생긴다.
이에 반해, 하나의 기준 위치 마크(2)를 십자 형상으로 배열한 복수의 오목부(3)를 이용하여 정의하여, 세로 방향으로 배열된 복수의 오목부(3)의 위치로부터 직선 L1을 직선 회귀(보간 처리)에 의해 판정한다. 마찬가지로 가로 방향으로 배열된 복수의 오목부(3)의 위치로부터 직선 L2를 직선 회귀에 의해 판정한다. 그러면, 복수의 오목부(3)의 수가 많을수록, 개개의 오목부(3)의 위치의 검출 오차의 영향이 적어진다. 이에 따라, 보간의 정밀도가 높게 된다. 따라서, 횡선 L1 및 종선 L2를 보다 정확하게 결정할 수 있다. 또한 횡선 L1 및 종선 L2의 교점을 마크 기준점(원점)보다 정확하게 결정할 수 있게 된다.
직선 회귀는 주지되어 있지만, 직선 회귀에 대해 이하 간단하게 설명하기로 한다. 가로 방향으로 배열된 복수의 오목부(3)로부터 결정되는 직선 L1이, 각 오목부(3)와의 거리의 합계값이 최소로 되도록 선택되는 것이다.
또한, 본 실시예에서는, 석영 기판(1)의 표면에 기준 위치 마크를 형성하였다. 그러나, 차광막, 혹은 차광막 및 반사 방지막을 가공하여 기준 위치 마크를 형성해도 된다. 이러한 기준 마크의 형성 방법으로서는, 예를 들면, 감광제(레지스트)의 도포, 노광, 현상, 에칭 등으로 이루어지는 주지의 패턴 형성 프로세스를 이용하는 방법을 들 수 있다. 이 기준 위치 마크를 형성하는 공정은, 차광막에 LSI 패턴 등의 디바이스 패턴을 형성하는 공정과 동시에 행함으로써, 공정 수의 증가를 초래하지 않을 수 있다.
그러나, 이 기준 위치 마크를 형성하는 공정에서 새로운 결함이 발생할 수도 있다. 따라서, 이와 관련해서, 본 실시예에 따른 기준 위치 마크(2)를 갖는 포토마스크 기판이 보다 바람직하다. 또한, 투명 기판이나 차광막을 가공하여 기준 위치 마크를 형성하지 않고, 차광막 및 투명 기판과는 다른 부재를 도입하여 기준 위치 마크를 형성하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시예에서, 마스크 블랭크 또는 포토 마스크는 복수의 기준 마크들을 포함한다. 그러나, 마스크 블랭크 또는 포토 마스크는 오직 하나의 기준 마크를 포함할 수도 있다. 결함의 위치를 정확하게 결정하기 위해서는 복수의 기준 마크들을 사용하는 것이 바람직하다.
본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 부가적인 이점 및 변형이 용이하게 실행될 것이다. 따라서, 넓은 관점에서 본 발명은 본 명세서에 개시된 특정 대표적인 실시예에 한정되지 않는다. 따라서, 첨부된 특허청구범위 및 그 등가물에 의해 정의된 바와 같은 전반적인 신규한 개념의 정신 및 범주에서 벗어나지 않고 여러가지 변형이 실시될 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 결함 위치를 정확하게 파악 할 수 있는 마스크 기판 및 그 제조 방법을 실현할 수 있게 된다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 마스크 블랭크의 평면도 및 단면도.
도 2는 상기 마스크 블랭크의 기준 위치 마크로서 오목부를 나타낸 단면도.
도 3은 상기 마스크 블랭크의 기준 위치 마크로서 오목부를 형성하는 데에 사용되는 레이저 장치의 모식도.
도 4는 상기 레이저 장치에 의해 형성된 오목부의 단면도.
도 5는 종래의 마스크 블랭크를 도시한 평면도.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 포토 마스크를 형성하는 공정을 나타낸 단면도 및 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 석영 기판
2 : 기준 위치 마크
3 : 오목부
4 : 차광막
5 : 반사 방지막
6 : 레이저 빔
10 : YAG 레이저 본체
11 : YAG 레이저
12 : 집광 광학계

Claims (20)

  1. 투명 기판상의 결함의 위치를 판별하기 위한 기준 마크를 포함하는 투명 기판과,
    상기 투명 기판 상에 구비된 차광막
    을 포함하는 마스크 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 마크는, 상기 투명 기판의 표면에 설치된 오목부를 포함하는 마스크 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오목부는, 상기 투명 기판의 표면에 에너지 빔을 조사하여 형성되는 마스크 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준 마크는, 상기 투명 기판의 표면에 형성된 복수 개의 오목부들을 포함하며, 상기 복수 개의 오목부들은 십자 형상으로 배치되는 마스크 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준 마크는, 상기 차광막의 일부를 포함하는 마스크 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차광막은 오목부를 포함하며, 상기 기준 마크는 상기 오목부를 포함하는 마스크 기판.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 투명 기판의 코너에 형성되는 마스크 기판.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 오목부는 상기 투명 기판의 코너에 형성되는 마스크 기판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 투명 기판은 적어도 하나의 기준 마크를 더 포함하는 마스크 기판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수 개의 기준 마크들 각각은 적어도 하나의 오목부를 포함하는 마스크 기판.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 오목부는 상기 투명 기판의 코너에 구비되는 마스크 기판.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 투명 기판은 석영 또는 불화 칼슘을 포함하는 마스크 기판.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 차광막은 LSI 패턴을 포함하는 마스크 기판.
  14. 투명 기판의 표면에 에너지 빔을 조사하여, 상기 투명 기판상의 결함의 위치를 판별하기 위한 기준 마크로서, 상기 투명 기판의 상기 표면에 오목부를 포함하는 기준 마크를 형성하는 공정과,
    상기 투명 기판의 상기 표면 위에 차광막을 형성하는 공정
    을 포함하는 마스크 기판의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 에너지 빔은 레이저 빔인 마스크 기판의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 투명 기판의 상기 표면에 상기 오목부를 형성한 후, 상기 차광막을 형성하기 전에, 상기 오목부를 포함하는 면을 연마하는 공정을 더 포함하는 마스크 기판의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 차광막을 가공하여 LSI 패턴을 형성하는 공정을 더 포함하는 마스크 기판의 제조 방법.
  18. 투명 기판상에 차광막을 형성하는 공정과,
    상기 차광막을 가공하여, 상기 투명 기판상의 결함의 위치를 판별하기 위한 기준 마크를 형성하는 공정
    을 포함하는 마스크 기판의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 차광막을 가공하여 적어도 하나의 기준 마크를 형성하는 공정을 더 포함하는 마스크 기판의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 차광막을 가공하여 LSI 패턴을 형성하는 공정을 더 포함하는 마스크 기판의 제조 방법.
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