KR100553713B1 - 플라즈마 식각 장치 및 이 장치를 이용한 포토 마스크의제조 방법 - Google Patents

플라즈마 식각 장치 및 이 장치를 이용한 포토 마스크의제조 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마 식각 장치 및 이 장치를 이용한 포토 마스크의 제조 방법을 제공한다. 이 장치는 포토 마스크가 안착된 스캔형 스테이지, 포토 마스크의 표면에서 소정 간격 이격되어 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생기, 플라즈마 발생기에 연결되어 플라즈마의 물리적 상태를 조절하는 제어 장치 및 플라즈마의 물리적 상태를 조절하기 위한 제어 데이터를 저장하는 기억 장치를 포함한다. 이때, 제어 장치는 플라즈마 발생기를 제어하여 위치에 따라 다른 물리적 상태를 갖는 플라즈마를 생성한다. 이에 따라, 포토 마스크에서의 위치에 따라 다른 식각 조건을 적용하는 것이 가능하여, 위치에 따른 식각 불균일함을 최소화할 수 있다.

Description

플라즈마 식각 장치 및 이 장치를 이용한 포토 마스크의 제조 방법{Plasma Etching Apparatus And Method Of Fabricating Photomask Using The Same}
도 1은 포토 마스크의 일반적인 제조 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포토 마스크의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 포토 마스크의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 포토 마스크의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치를 개략적으로 나타내는 장치 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플라즈마 발생기를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 플라즈마 발생기를 나타내는 사시도이다.
본 발명은 반도체 집적 회로를 제조하기 위해 사용되는 포토 마스크의 제조 방법 및 상기 포토 마스크를 제작하기 위해 사용되는 플라즈마 식각 장치에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 제조 공정은 포토 마스크에 도안된 회로 패턴을 웨이퍼 상에 도포된 웨이퍼 포토레지스트막(wafer photoresist layer, WPR)으로 전사시키는 사진 공정의 단계를 포함한다. 상기 사진 공정을 통해 형성되는 웨이퍼 포토레지스트 패턴(WPR pattern)은 그 하부에 놓인 물질막을 식각하기 위한 마스크로 사용된다. 이때, 상기 웨이퍼 포토레지스트 패턴의 선폭은 반도체 제품의 집적도를 결정하는 가장 중요한 기술적 변수이며, 상기 집적도는 상기 반도체 제품의 가격에 영향을 주는 주된 기술적 요인이다. 따라서, 상기 웨이퍼 포토레지스트 패턴의 선폭을 줄이기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.
한편, 상기 웨이퍼 포토레지스트 패턴의 선폭 균일성(uniformity)은 제품의 수율에 크게 영향을 미치기 때문에, 선폭의 균일성에서의 향상을 수반하지 않는 집적도의 증가는 아무런 기술적 잇점이 없다. 이에 따라, 집적도의 증가에 상응하도록, 상기 선폭의 균일성을 향상시키기 위한 다양한 기술들(예를 들면, 상기 사진 공정 또는 식각 공정에서의 공정 조건을 변화시키는 방법 등)이 제안되고 있다.
하지만, 상기 웨이퍼 포토레지스트 패턴은 상기 포토 마스크(photo mask)에 도안된 회로 패턴이 상기 사진 공정을 통해 전사된 결과물이기 때문에, 상기 웨이 퍼 포토레지스트 패턴의 형태적 특성들은 상기 포토 마스크의 상응하는 특성에 본질적으로 영향을 받는다. 따라서, 상기 포토 마스크에 도안된 회로 패턴들의 선폭 균일성을 향상시키는 방법이 상기 웨이퍼 포토레지스트 패턴의 선폭 균일성을 향상시키기 위한 방법으로 가장 먼저 고려되어야 한다. 이처럼 포토마스크에서의 선폭 균일성이 확보된 경우에만, 상기 웨이퍼 포토레지스트 패턴의 선폭 균일성을 향상시키기 위한 기술들은 의미있는 결과를 얻을 수 있다.
도 1은 상기 포토 마스크를 제작하는 일반적인 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 1을 참조하면, (CAD 또는 OPUS 등과 같은) 컴퓨터 프로그램을 사용하여 반도체 제품의 회로 패턴을 설계한다. 설계된 회로 패턴은 소정의 기억 장치에 전자적 데이터(electronic data)로써 저장된다(S10). 이후, 전자빔 또는 레이저 등을 사용하여 석영 기판(Quartz substrate) 상에 형성된 포토레지스트막의 소정영역을 조사(irradiate)하는 노광 공정(S20)을 실시한다. 상기 노광 공정(S20)에서 조사되는 영역은 상기 저장된 포토 마스크의 설계 데이터에 의해 결정된다. 상기 노광된 포토레지스트막은, 현상 공정(S30)에 의해, 그 하부의 크롬막을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 노출된 크롬막을 플라즈마 건식 식각함으로서, 상기 석영 기판을 노출시키는 크롬 패턴을 형성한다(S40). 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 제거함으로써, 상기 포토 마스크를 완성한다.
한편, 상기 플라즈마 건식 식각 공정은 상기 포토 마스크의 전면에 균일한 플라즈마를 생성한 후, 이러한 플라즈마를 이용하여 상기 포토 마스크의 전면에서 상기 크롬막을 동시에 식각하는 단계를 포함한다. 하지만, 실제로는 상기 식각 공정 동안, 상기 석영 기판 상에 형성되는 플라즈마의 밀도는 상기 회로 패턴의 밀도에 따라 달라진다. 이처럼 패턴 밀도에 따른 플라즈마 밀도에서의 변화는 동일한 폭(width)로 설계된 회로 패턴들이 위치에 따라 다른 폭(width)으로 형성되는 현상, 소위 로딩 효과(loading effect)를 초래한다. 식각 공정의 로딩 효과 이외에도, 상기 노광 공정에서 발생하는 전자빔의 근접 효과(proximity effect) 등에 의해서도 상기 회로 패턴은 설계된 크기(dimension)로부터 다르게 형성될 수 있다. 이러한 설계와의 차이는 상술한 선폭의 균일성을 저하시켜 반도체 제품의 수율을 감소시킨다는 점에서, 이를 개선하기 위해, 도 1에 도시한 것처럼, 상기 노광 공정에 사용되는 전자빔 도즈(dose) 조건을 조절하는 방법이 사용되고 있다(D50).
하지만, 전자빔의 도즈를 변화시키는 방식은 상기 근접 효과에 따른 회로 패턴의 크기(dimension) 변화를 예방하는 목적을 위해서는 유효하지만, 로딩 효과를 예방하는 목적을 위해서는 단지 제한적인 유효성만을 제공한다. 왜냐하면, 상기 로딩 효과는 식각 공정에서 발생하는 현상이기 때문에, 상기 전자빔의 도즈를 변화시킴에 따른 선폭의 변화 경향은 로딩 효과에 따른 선폭의 변화 경향과 일치하지 않는, 즉 선폭의 변화를 보정할 수 없는 영역이 있다. 또한, 상기 로딩 효과의 정도는 상기 포토 마스크에서의 위치에 따라 달라지기 때문에, (상기 크롬막을 상기 포토 마스크의 전면에서 동시에 식각하는) 상기 통상적인 플라즈마 건식 식각의 방법으로는 상기 로딩 효과를 예방하는데 본질적인 한계를 갖는다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 패턴 크기의 변화를 본질적으로 예방할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 로딩 효과에 따른 포토 마스크의 패턴 크기(dimension)의 변화를 최소화할 수 있는 포토 마스크의 제작 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 포토 마스크의 패턴 크기의 변화를 본질적으로 예방할 수 있는 포토 마스크의 제작 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여, 본 발명은 위치에 따라 다른 물리적 상태의 플라즈마를 생성할 수 있는 플라즈마 식각 장치를 제공한다. 이 장치는 포토 마스크가 안착된 스캔형 스테이지, 상기 포토 마스크의 표면에서 소정 간격 이격되어 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생기, 상기 플라즈마 발생기에 연결되어 상기 플라즈마의 물리적 상태를 조절하는 제어 장치 및 상기 제어 장치에 전자적으로 연결되어 상기 플라즈마의 물리적 상태를 조절하기 위한 제어 데이터를 저장하는 기억 장치를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제어 장치는 상기 플라즈마 발생기를 제어하여, 위치에 따라 다른 물리적 상태를 갖는 플라즈마를 생성할 수 있다. 이에 따라, 상기 포토 마스크에서의 위치에 따라 다른 식각 조건을 적용하는 것이 가능하여, 위치에 따른 식각 불균일함을 최소화할 수 있다.
상기 플라즈마 발생기가 동작하는 동안, 상기 스캔형 스테이지는 상기 포토 마스크의 상부면에 평행한 평면 내에서, 1차원적 또는 2차원적으로 움직일 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 발생기는 적어도 한 개의 펜형 플라즈마 발생기를 포함하되, 상기 펜형 플라즈마 발생기의 각각은 상기 제어 장치에 의해 독립적으로 제어된다.
바람직하게는, 상기 플라즈마 발생기와 쌍을 이루는 적어도 한 개의 하부 전극이 상기 스캔형 스테이지의 아래에는 더 배치될 수 있다. 위치에 따라 다른 플라즈마 상태를 생성하기 위해, 상기 하부 전극 역시 상기 제어기에 의해 전자적으로 제어되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 하부 전극은 상기 플라즈마 발생기에 대해 고정된 상대 위치를 유지하면서, 상기 플라즈마 발생기의 수직 하부에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 플라즈마 발생기에는 적어도 한 개의 공정 가스를 공급하는 공정 가스 라인이 배치되고, 상기 공정 가스 라인에는 상기 공정 가스의 유량을 조절하기 위한 유량 조절 장치가 배치된다. 또한, 상기 제어기에 의해 제어되는 전력을 상기 플라즈마 발생기에 공급하는 제 1 전원 장치 및 상기 제어기에 의해 제어되는 제 2 전력을 상기 하부 전극에 공급하는 제 2 전원 장치가 더 배치될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 국소적 식각 단계를 포함하는 포토 마스크의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 포토 마스크의 설계 데이터를 준비하고, 포토 마스크 기판 상에 마스크막 및 포토 레지스트막을 차례로 형성한 후, 상기 설계 데이터를 이용하여 상기 포토레지스트막을 노광시키는 단계 를 포함한다. 이어서, 상기 노광된 포토레지스트막을 현상하여 상기 마스크막을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 노출된 마스크막을 국소적으로 식각한다.
바람직하게는, 상기 설계 데이터를 준비한 후, 위치에 따른 패턴 밀도 데이터를 상기 설계 데이터로부터 추출하고, 상기 추출된 위치에 따른 패턴 밀도 데이터를 이용하여 위치에 따른 플라즈마 조건 데이터를 준비한다. 이때, 상기 마스크막을 국소적으로 식각하는 단계는 상기 위치에 따른 플라즈마 조건 데이터를 이용하여 실시한다. 이처럼, 위치에 따라 다른 식각 조건으로 상기 마스크막을 식각함으로써, 식각 위치에 따른 식각 불균일성의 문제를 근원적으로 예방할 수 있다.
상기 플라즈마 조건 데이터는 경험적 또는 이론적으로 준비된 패턴 밀도에 따른 로딩 효과 데이터를 이용하여 준비될 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 조건 데이터를 준비하는 단계는 플라즈마의 물리적 상태를 상기 포토 마스크에서의 식각 위치에 따라 규정한 후, 상기 규정된 플라즈마의 물리적 상태를 생성하기 위해 상기 포토 마스크에서의 식각 위치에 따라 제어될 필요가 있는 공정 조건들에 대한 정보를 규정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포토레지스트막을 노광시키는 단계는 전자빔을 사용하여 실시하되, 상기 노광 단계에서 사용되는 상기 전자빔은 위치에 따라 다른 도즈 조건이 적용될 수 있다. 이처럼 노광 공정에서 도즈 조건을 조절하는 방법 역시 상기 식각 균일성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 이를 위해, 상기 전자빔의 도즈는 상기 패턴 밀도에 따른 로딩 효과 데이터를 이용하여 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴의 현상된 크기를 측정하여, 측정된 결과를 현상 크기에 대한 데이터로서 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 위치에 따른 플라즈마 조건 데이터는 상기 위치에 따른 패턴 밀도 데이터 및 상기 측정된 현상 크기에 대한 데이터를 함께 이용하여 준비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 플라즈마 발생기는 상부 전극, 하부 전극 및 적어도 한 개의 공정 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 플라즈마의 물리적 상태는 상기 상부 전극에 인가되는 전력을 조절하는 방법, 상기 하부 전극에 인가되는 전력을 조절하는 방법 및 상기 공정 가스들의 종류, 유량 및 조성비를 조절하는 방법 중의 한가지 방법을 통해 조절될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한 층이 다른 층 또는 기판 상에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포토 마스크의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 2를 참조하면, (CAD 또는 OPUS 등과 같은) 컴퓨터 프로그램을 사용하여 반도체 제품의 회로 패턴을 설계한다. 상기 회로 패턴의 설계는 반도체 제품의 개발자(developer)에 의해 수행된다. 상기 개발자에 의해 설계된 회로 패턴은 소정의 기억 장치에 전자적 데이터(electronic data, D100)로써 저장된다. 마스크 제작자(photomask maker)는 상기 저장된 회로 패턴에 대한 전자적 데이터(D100)를 상기 개발자로부터 전달받아서, 노광 장치의 제어기(controller)에 입력한다. 바람직하게는 상기 제어기에 상기 설계 데이터를 입력하기 전에, 상기 설계 데이터(D100)에 결함이 포함되지 않았는지를 확인하기 위한 검사를 실시한다.
상기 노광 장치는 전자빔 또는 레이저 등을 조사 광원(irradiative source)으로 사용하여, 포토 마스크 기판 상에 형성된 포토레지스트막의 소정영역을 조사(irradiate)하는 노광 공정을 실시한다(S110). 상기 포토 마스크 기판으로는 통상적으로 석영 기판(Quartz substrate)이 사용된다. 상기 노광 공정(S110)에서 조사되는 영역은 상기 전자빔 장치의 제어기에 입력된 상기 설계 데이터(D100)에 의해 결정된다.
상기 노광된 포토레지스트막은, 현상 공정(S120)을 통해, 그 하부의 마스크막을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 마스크막은 크롬(Cr), 몰리브덴 실리사이드(MoSi), IV족 전이 금속 질화물, V족 전이 금속 질화물, VI족 전이 금속 질화물 및 실리콘 질화물 중에서 선택된 적어도 한가지일 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 노출된 마 스크막을 국소적으로 식각함으로써, 상기 포토 마스크 기판의 상부면을 노출시키는 마스크 패턴을 형성한다(S130). 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 식각 단계(S130)는 위치에 따라 다른 조건을 갖는 플라즈마를 이용하여 스캔 방식으로 수행된다. 상기 식각 단계(S130)에서 적용되는 플라즈마의 조건은 상기 설계 데이터(D100)를 이용하여 준비된 플라즈마 조건 데이터(D200)를 이용하여 준비된다.
상기 플라즈마 조건 데이터(D200)를 준비하는 단계는 소정의 컴퓨터 프로그램을 이용하여, 상기 설계 데이터(D100)로부터 위치에 따른 패턴 밀도 데이터(D140)를 추출하는 단계를 포함한다(도 5 참조). 상기 위치에 따른 패턴 밀도 데이터(D140)는 경험적 또는 이론적으로 미리 준비된 패턴 밀도에 따른 로딩 효과 데이터(D150)를 이용하여 분석된다. 이러한 분석은 소정의 컴퓨터 프로그램을 이용하여 수행되며, 분석된 결과는 위치에 따라 로딩 효과가 얼마나 발생할 것인가를 나타내는 로딩 효과 예상 데이터(D160)로서 전자적으로 저장될 수 있다. 상기 로딩 효과 예상 데이터(D160)는 로딩 효과를 없애기 위해 필요한 플라즈마의 물리적 상태를 규정하는 플라즈마 상태 데이터(D170)를 추출하기 위해 사용될 수 있고, 상기 추출된 플라즈마 상태 데이터(D170)는 그러한 물리적 상태를 갖는 플라즈마를 생성하기 위해 필요한 공정 조건을 규정하는 상기 플라즈마 조건 데이터(D200)를 추출하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 분석의 과정은 소정의 프로그램을 구비하는 전자 계산기를 통해 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 식각 공정(S130)은 위치에 따라 다른 공정 조건으로 플라즈마를 생성할 수 있는 플라즈마 발생기를 사용하여 수행된다. 이 때, 상기 플라즈마 발생기는 상기 플라즈마 조건 데이터(D200)에서 규정되는 위치에 따른 공정 조건에 의해 제어된다. 그 결과, 위치에 따라 다른 패턴 밀도에 의해, 상기 식각 공정에서의 식각 불균일함을 유발하는 로딩 효과는 제어될 수 있다.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하여 상기 마스크 패턴의 상부면을 노출시킨 후, 상기 마스크 패턴이 형성된 상기 포토 마스크를 세정한다. 이러한 과정을 통해 형성된 상기 포토 마스크는 형성된 상기 마스크 패턴과 상기 설계 데이터 사이의 크기 차이가 소정의 크기보다 작은지를 확인하는 검사(inspection) 단계를 수행한다. 이러한 검사 단계를 통과한 포토 마스크는 상기 개발자에게 전달된다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예들에 따른 포토 마스크의 제조 과정을 설명하기 위한 공정 순서도들이다. 상술한 제 1 실시예와 중복되는 내용들에 대한 설명은 아래에서 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예는 소정의 노광 조건 데이터(D190)를 이용하여 상기 노광 공정에서 적용되는 공정 조건을 보정하는 단계를 포함한다. 통상적으로, 상기 노광 조건 데이터(D190)는 전자빔 노광에서 발생하는 근접 효과(proximity effect)를 최소화하기 위한 데이터로서, 상기 전자빔의 도즈(dose)를 위치에 따라 규정하는 데이터가 포함될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 노광 조건 데이터(D190)는 상기 식각 공정(S130)에서 발생하는 로딩 효과를 최소화하기 위한 데이터를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상기 노광 조건 데이터(D190)는 상기 패턴 밀도에 따른 로딩 효과 데이터(D150)와 식각 공정(S130)에 대한 노광 공정(S110)의 영향을 고려하여 결정된다. 상기 노광 조건 데이터(D190)는 패턴 밀도에 따른 로딩 효과를 상쇄하기 위한 목적에서 준비된다는 점에서, 상기 노광 공정(S110)의 공정 조건을 위치에 따라 정의하는 데이터인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 노광 조건 데이터는 상기 근접 효과 및 상기 로딩 효과를 최소화하기 위한 각각의 보정 조건에 대한 데이터들이 병합된 결과일 수 있다.
도 4 및 다시 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예는 상기 현상 공정(S120)을 통해 형성된 상기 포토레지스트 패턴의 선폭 변화 경향을 고려하여 상기 식각 공정(S130)을 실시하는 단계를 포함한다.
통상적으로 (복원 불가능한) 식각 공정을 실시하기 전에, 사진 공정의 최종 결과물인 포토레지스트 패턴들이 설계된 크기(dimension)에 따라 형성되었는지를 검사하는 현상 후 검사(after-develop-inspection, ADI)의 단계(S160)를 실시한다. 상기 ADI 단계(S160)에서 측정된 포토레지스트 패턴들의 선폭은 식각 결과물인 상기 마스크 패턴의 선폭으로 전사된다. 따라서, 상기 마스크 패턴의 선폭 균일성을 향상시키기 위해서는, 상기 ADI 단계(S160)에서 측정된 데이터를 반영하는 것이 바람직하다. 통상적으로 상기 ADI 단계(S160)는 상기 포토레지스트 패턴의 현상된 선폭을 상기 포토 마스크의 전면에서가 아니라 소정의 국소적으로 선택된 위치들에서만 측정하는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 ADI 단계(S160)에서 측정된 데이터(D180)는 위치에 따른 상기 포토레지스트 패턴의 선폭 변화 경향에 대한 정보를 포함하는 것으로 이해되야 한다. 이처럼 포토레지스트 패턴의 선폭이 위치에 따라 변하는 것은 상기 포토레지스트막을 코팅(coating)/현상(develop)/경화(baking)하는 단계 등에서 발생할 수 있다. 통상적으로 이러한 선폭의 변화에는 상기 포토 마스크의 중심으로부터의 거리에 따라 상기 포토레지스트 패턴의 선폭이 달라지는 방사형 에러(radial error) 및 상기 포토마스크의 가장자리에서 나타나는 측면 에러(side error) 등이 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따르면, (이렇게 측정된) 위치에 따른 상기 포토레지스트 패턴의 선폭 변화 경향은 상기 플라즈마 상태 데이터(D170)를 준비하는 과정에 이용될 수 있다. 즉, 상기 플라즈마 상태 데이터(D170)는 (도 2에서 설명한 로딩 효과를 없애기 위한 목적에 더하여) 위치에 따른 상기 포토레지스트 패턴의 선폭 변화 경향(D180)을 상쇄하기 위한 목적을 반영하여 준비될 수 있다. 상기 플라즈마 상태 데이터(D170)는 그러한 물리적 상태를 갖는 플라즈마를 생성하기 위해 필요한 공정 조건을 규정하는 상기 플라즈마 조건 데이터(D200)를 추출하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 분석의 과정은 (상술한 것처럼) 소정의 프로그램을 구비하는 전자 계산기를 통해 수행되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각 장치를 개략적으로 나타내는 장치 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 식각 장치(plasma etching apparatus, 300)는 플라즈마 발생기(plasma generator, 310), 스테이지(stage, 320), 제어기(controller, 350) 및 기억 장치(memory, 360)를 구비한다. 상기 스테이지(320)의 상부에는 포토 마스크(340)가 로딩되고, 상기 포토 마스크(340)의 상 부에는 상기 플라즈마 발생기(310)가 배치된다.
상기 플라즈마 발생기(310)는 상기 포토 마스크(340)의 상부에 플라즈마를 국소적(locally)으로 형성한다. 이를 위해, 상기 플라즈마 발생기(310)는 상기 포토 마스크(340)의 상부면으로부터 소정 거리만큼 이격되어 배치되며, 상기 플라즈마가 방출되는 상기 플라즈마 발생기의 방출구(310a)는 작은 단면적을 갖는다. 또한, 상기 플라즈마 발생기(310)에는 적어도 한 개의 공정 가스가 공정 가스 라인(313)을 통해 공급된다. 상기 공정 가스는 염소(Cl2), 산소(O2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 및 제논(Xe) 중에서 선택된 적어도 한가지일 수 있다. 상기 공정 가스 라인(313)에는 상기 제어기(350)에 의해 제어되는 유량 조절 장치(314)가 배치된다. 상기 제어기(350)는 상기 유량 조절 장치(314)를 제어함으로써, 상기 플라즈마 발생기(310)에 공급되는 공정 가스의 종류, 유량 및 조성비를 조절할 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 발생기(310)는 상기 공급된 공정 가스들을 이온화시키기 위한 상부 전극(312)을 구비할 수 있다. 상기 상부 전극(312)은 라디오파 전원(radio frequency(RF) power, 370)에 연결되고, 상기 라디오파 전원(370)은 상기 제어기(350)에 의해 제어된다. 상기 제어기(350)는 상기 플라즈마 발생기(310)에 인가되는 상기 라디오파 전원(370)의 출력을 전자적으로 제어함으로써, 상기 플라즈마의 물리적 상태를 조절할 수 있다.
상기 스테이지(320)에는 상기 스테이지(320)의 X, Y, Z, θ 및 레벨링을 각각 조절하기 위한, X 스테이지(321), Y 스테이지(322), Z 스테이지(323), θ 스테 이지(324) 및 레벨링 스테이지(325)가 기계적으로 연결될 수 있다. 상기 X, Y, Z, θ 및 레벨링 스테이지들(321,322,323,324,325)은 스테이지 제어 라인들(326)을 통해 상기 제어기(350)에 전자적으로 연결된다. 특히, 상기 X 및 Y 스테이지들(321,322)은 상기 스테이지(320)가 스캐닝(scanning) 방식으로 운동할 수 있도록, 상기 제어기(350)에 의해 제어되는 정밀 모터들을 구비한다. 상기 스테이지(320)는 상기 포토 마스크(340)의 상부면에 평행한 평면 내에서 움직이는 것이 바람직하다.
상기 스테이지(320)의 아래에는 하부 전극(330)이 배치될 수 있다. 바람직하게는 상기 하부 전극(330)은 상기 플라즈마 발생기(310)의 수직 하부에 배치된다. 상기 하부 전극(330)은 상기 포토 마스크(340)에 형성된 마스크막을 식각하기 위해, 상기 플라즈마 발생기(310)에서 생성된 이온들을 가속한다. 상기 하부 전극(330)에 인가되는 전력은 상기 제어기(350)에 의해 전자적으로 제어된다. 이때, 상기 하부 전극(330)은 상기 플라즈마 발생기(310)와 함께 운동하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 하부 전극(330)와 상기 플라즈마 발생기(310) 사이의 상대 위치는 고정된다. 결과적으로, 상기 하부 전극(330)은 상기 플라즈마 발생기(310)와 쌍을 이루면서 배치된다.
상기 제어기(350)는 플라즈마 조건 데이터를 저장한 소정의 기억 장치(360)에 전자적으로 연결된다. 상기 플라즈마 조건 데이터는 상기 포토 마스크(340)에서의 식각 위치에 따라 상기 플라즈마 발생기(310)에서 생성되는 플라즈마의 물리적 상태를 제어하기 위한 공정 조건을 규정한다. 이때, 규정되는 공정 조건에는 상기 라디오파 전원(370)의 출력 전력을 조절하기 위한 신호, 상기 하부 전극(330)에 인가되는 전력을 조절하기 위한 신호 및 상기 유량 조절 장치(314)의 동작을 제어하기 위한 신호 등이 포함될 수 있다. 상기 기억 장치(360)에는 반도체 제품의 개발자가 제공하는 마스크 설계 데이터, 패턴 밀도 데이터 및 패턴 밀도에 따른 로딩 효과 데이터 등과 같은 다양한 데이터들이 더 저장될 수도 있다(이러한 데이터들에 대한 상세한 설명은 도 5와 관련된 설명을 참조).
본 발명에 따르면, 식각 공정 동안, 상기 플라즈마 발생기(310)는 플라즈마를 국소적으로 생성하며, 상기 스테이지(320)는 스캐닝 방식으로 운동한다. 또한, 상기 플라즈마는 위치에 따라 다른 물리적 상태(예를 들면, 플라즈마 밀도(density) 또는 플라즈마 크기(size))를 가질 수 있다. 이처럼 플라즈마의 물리적 상태를 위치에 따라 조절하면서, 상기 포토 마스크(340)의 표면을 스캐닝 방식으로 식각함으로써, 식각 공정에서의 식각 특성은 상기 포토 마스크(340)에서의 위치에 따라 조절될 수 있다. 이때, 상기 식각 특성은 상기 기억 장치(360)에 저장된 플라즈마 조건 데이터에 의해 조절될 수 있다. 상기 플라즈마 조건 데이터를 준비하는 과정은 도 2 및 도 5에서 설명한 바와 같다. 상기 플라즈마 조건 데이터는 상기 플라즈마가 상술한 식각 공정에서 발생할 수 있는 로딩 효과 또는 ADI 선폭의 변화 경향을 상쇄하기 위해 요구되는 물리적 상태를 형성할 수 있도록 준비된다. 이에 따라, 로딩 효과 등과 같은 포토 마스크의 패턴 크기(dimension)의 변화를 유발하는 요인들은 상술한 본 발명의 플라즈마 식각 장치를 통해 예방될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생기(310)는 한 개의 펜형(pen-type) 플라즈마 발생기로 구성될 수 있다(도 7 참조). 이 경우, 상기 포토 마스크(340)의 전면을 식각하기 위해서는, 도 7에 도시한 것처럼, 상기 플라즈마 발생기(310)는 상기 포토 마스크(340)의 상부면을 2차원적으로 스캐닝하는 것이 필요하다. 이때, 상기 스캐닝 과정의 식각 궤적(etching trajectory, 399)은 상기 플라즈마의 밀도 및 크기(size)에 기초하여 준비되는 메쉬(mesh)를 고려하여 결정된다. 상기 플라즈마 조건 데이터는 이러한 플라즈마의 밀도, 크기, 메쉬 및 식각 궤적 등에 대한 정보를 포함한다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생기(310)와 상기 하부 전극(330)이 고정된 상기 스테이지(320)에 대해 상대 운동할 수도 있다. 이 경우, 상기 플라즈마 발생기(310)와 상기 하부 전극(330)의 위치를 조절하기 위한 추가적인 위치 조절 장치들이 더 배치될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 포토 마스크(340)의 일변을 따라 복수개의 플라즈마 발생기들(310')이 배치된다(도 8 참조). 상기 플라즈마 발생기들(310')에 의해 한번에 식각될 수 있는 길이는 상기 포토 마스크의 일변의 길이에 상응하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 복수개의 플라즈마 발생기들(310)은 일 방향을 따라 병렬적으로 배치된다. 식각 공정에서, 상기 플라즈마 발생기들(310')은 상기 포토 마스크(340)의 상부면을 1차원적 또는 2차원적으로 스캐닝하는 것이 바람직하다. 이때 스캐닝의 방향은 상기 플라즈마 발생기들(310')이 배열되는 방향에 수직한 것이 바람직하다.
이 실시예에서도, 상기 스캐닝 과정의 식각 궤적(399')는 상기 플라즈마의 밀도, 크기 및 메쉬 등을 고려하여 결정된다. 예를 들어, 상기 식각 공정은 일 방향의 일차원적 식각 궤적(399a)을 갖는 제 1 스캐닝 단계와 반대 방향의 일차원적 식각 궤적(399b)을 갖는 제 2 스캐닝 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 스캐닝 단계의 식각 궤적(399a)은, 도 8에 도시된 것처럼, 상기 제 2 스캐닝 단계의 식각 궤적(399b)의 사이에 형성된다. 이처럼, 복수개의 플라즈마 발생기들(310')를 구비하는 이 실시예는 한 개의 플라즈마 발생기를 구비하는 앞선 실시예에 비해 월등하게 높은 생산성을 가질 수 있다.
또한, 이 실시예에 따르면, 각각의 플라즈마 발생기(310')에서 생성되는 플라즈마의 물리적 상태는 개별적으로 제어되는 것이 필요하다. 이를 위해, 상기 플라즈마 발생기(310')의 각각은 상기 상부 전극(312) 또는 상기 공정 가스 라인(313)을 개별적으로 구비할 수 있다. 상기 제어기(350)는 상기 상부 전극(312) 또는 상기 공정 가스 라인(313)을 개별적으로 제어함으로써, 각각의 플라즈마 발생기(310')에서 생성되는 플라즈마의 물리적 상태를 개별적으로 제어한다. 이러한 개별적인 제어를 위한 데이터는 상기 기억 장치(360)에 상기 플라즈마 조건 데이터로서 기억된다.
본 발명에 따르면, 포토 마스크의 국소적 영역을 가변적 조건으로 식각할 수 있는 플라즈마 식각 장치가 제공된다. 이에 따라, 포토 마스크에서의 식각 위치에 따라 다른 식각 조건을 적용하는 것이 가능하여, 로딩 효과에 따른 포토 마스크의 폭 불균일성을 개선할 수 있다. 이에 더하여, 본 발명의 플라즈마 식각 장치는 포 토 레지스트 패턴의 폭 변화 경향을 보정하기 위해 사용될 수도 있다. 그 결과, 포토 마스크의 중요한 특성의 하나인 폭 균일성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 설계 데이터로부터 로딩 효과를 상쇄시킬 수 있도록, 위치에 따라 플라즈마의 조건을 규정하는 데이터를 준비한 후, 이 플라즈마 조건 데이터를 사용하여 포토 마스크를 위치에 따라 다른 식각 조건으로 식각한다. 이에 따라, (로딩 효과 또는 포토레지스트 패턴의 폭 변화와 같은) 원인들에 의해 식각 공정에서의 식각 균일성이 저하되는 문제를 예방할 수 있다. 그 결과, 우수한 폭 균일성을 갖는 포토 마스크를 제조할 수 있다.

Claims (18)

  1. 포토 마스크가 안착된 스캔형 스테이지;
    상기 포토 마스크의 표면에서 소정 간격 이격되어, 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생기;
    상기 플라즈마 발생기에 연결되어, 상기 플라즈마의 물리적 상태를 조절하는 제어 장치; 및
    상기 제어 장치에 전자적으로 연결되어, 상기 플라즈마의 물리적 상태를 조절하기 위한 제어 데이터를 저장하는 기억 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 식각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생기가 동작하는 동안, 상기 스캔형 스테이지는 상기 포토 마스크의 상부면에 평행한 평면 내에서, 1차원적 또는 2차원적으로 움직이는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 식각 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생기는 적어도 한 개의 펜형 플라즈마 발생기를 포함하되,
    상기 펜형 플라즈마 발생기의 각각은 상기 제어 장치에 의해 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 식각 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생기는 상기 제어 장치에 의해 제어되는 한 개의 펜형 플라즈마 발생기를 포함하고,
    상기 플라즈마 발생기가 동작하는 동안, 상기 스캔형 스테이지는 상기 포토마스크의 상부면에 평행한 평면 내에서 2차원적으로 움직이는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 식각 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생기는 상기 제어 장치에 의해 독립적으로 제어되는 복수개의 펜형 플라즈마 발생기들을 포함하고,
    상기 플라즈마 발생기가 동작하는 동안, 상기 스캔형 스테이지는 상기 포토마스크의 상부면에 평행한 평면 내에서 1차원적으로 움직이는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 식각 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캔형 스테이지의 아래에는 상기 플라즈마 발생기와 쌍을 이루는 적어도 한 개의 하부 전극을 더 구비하되,
    상기 하부 전극은 상기 제어기에 전자적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 식각 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부 전극은 상기 플라즈마 발생기에 대해 고정된 상대 위치를 유지하면서, 상기 플라즈마 발생기의 수직 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 식각 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생기에 적어도 한 개의 공정 가스를 공급하는 공정 가스 라인;
    상기 공정 가스의 유량을 조절하기 위해, 상기 공정 가스 라인에 배치되는 유량 조절 장치; 및
    상기 제어기에 의해 제어되는 전력을 상기 플라즈마 발생기에 공급하는 전원 장치를 더 포함하는 포토 마스크 식각 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생기에 적어도 한 개의 공정 가스를 공급하는 공정 가스 라인;
    상기 공정 가스의 유량을 조절하기 위해, 상기 공정 가스 라인에 배치되는 유량 조절 장치;
    상기 제어기에 의해 제어되는 제 1 전력을 상기 플라즈마 발생기에 공급하는 제 1 전원 장치; 및
    상기 제어기에 의해 제어되는 제 2 전력을 상기 하부 전극에 공급하는 제 2 전원 장치를 더 포함하는 포토 마스크 식각 장치.
  10. 포토 마스크의 설계 데이터를 준비하는 단계;
    포토 마스크 기판 상에 마스크막 및 포토 레지스트막을 차례로 형성하는 단계;
    상기 설계 데이터를 이용하여, 상기 포토레지스트막을 노광시키는 단계;
    상기 노광된 포토레지스트막을 현상하여, 상기 마스크막을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 상기 노출된 마스크막을 국소적으로 식각하는 단계를 포함하는 포토 마스크의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 설계 데이터를 준비한 후,
    위치에 따른 패턴 밀도 데이터를 상기 설계 데이터로부터 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 위치에 따른 패턴 밀도 데이터를 이용하여, 위치에 따른 플라즈마 조건 데이터를 준비하는 단계를 더 포함하되,
    상기 마스크막을 국소적으로 식각하는 단계는 상기 위치에 따른 플라즈마 조건 데이터를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 플라즈마 조건 데이터를 준비하는 단계는 경험적 또는 이론적으로 준비된 패턴 밀도에 따른 로딩 효과 데이터를 이용하여 준비하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 플라즈마 조건 데이터를 준비하는 단계는
    플라즈마의 물리적 상태를 상기 포토 마스크에서의 식각 위치에 따라 규정하는 단계; 및
    상기 규정된 플라즈마의 물리적 상태를 생성하기 위해, 상기 포토 마스크에서의 식각 위치에 따라 제어될 필요가 있는 공정 조건들에 대한 정보를 규정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 포토레지스트막을 노광시키는 단계는 전자빔을 사용하여 실시하되,
    상기 노광 단계에서 사용되는 상기 전자빔은 위치에 따라 다른 도즈 조건을 적용하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전자빔의 도즈는 경험적 또는 이론적으로 준비된 패턴 밀도에 따른 로딩 효과 데이터를 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴을 형성한 후,
    상기 포토레지스트 패턴의 현상 크기를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 현상 크기에 대한 데이터를 저장하는 단계를 더 포함하되,
    상기 위치에 따른 플라즈마 조건 데이터를 준비하는 단계는 상기 위치에 따른 패턴 밀도 데이터 및 상기 측정된 현상 크기에 대한 데이터를 함께 이용하여 준비하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 마스크막을 식각하는 단계는 1차원 또는 2차원적 병진 운동 단계를 포함하는 스캔 방식으로 실시하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 마스크막을 국소적으로 식각하는 단계는 상부 전극, 하부 전극 및 적어도 한 개의 공정 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 구비하는 플라즈마 발생기를 사용하여 실시하는 단계를 포함하되,
    상기 플라즈마 발생기를 통해 발생되는 플라즈마의 물리적 상태는 상기 상부 전극에 인가되는 전력을 조절하는 방법, 상기 하부 전극에 인가되는 전력을 조절하는 방법 및 상기 공정 가스들의 종류, 유량 및 조성비를 조절하는 방법 중의 한가지 방법을 통해 조절되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.
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