KR100610749B1 - 크롬 포토 마스크의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

크롬 포토 마스크의 제조 방법이 개시된다. 무전해 크롬 도금을 위하여 블랭크 포토 마스크의 상면을 활성제로 활성화시킨다. 크롬 박막을 형성하기 위하여 활성화된 블랭크 포토 마스크를 무전해 크롬 도금 용액에 침지시킨 후, 원하는 두께의 크롬막이 형성될 때까지 무전해 크롬 도금 공정을 수행한다. 초기 무전해 크롬막을 성장시킨 후, 전해 도금 공정을 수행할 수도 있다. 크롬막 상에 반사 방지막을 형성하기 위하여 크롬막이 형성된 블랭크 포토 마스크를 산화시킨다. 반사 방지막을 형성한 후, 반사 방지막 상에 레지스트막을 형성한다. 소정의 패턴으로 레지스트막을 패터닝한 후, 반사 방지막 및 크롬막을 패터닝된 레지스트막에 형성된 개구를 통해 건식 식각 또는 습식 식각한다. 레지스트막을 제거하여 원하는 포토 마스크를 형성한다.

Description

크롬 포토 마스크의 제조 방법{METHOD FOR MAKING CHROME PHOTO MASK}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블랭크 포토 마스크의 단면도이다.
도 2는 레지스트막이 형성되어 있는 블랭크 포토 마스크의 단면도이다.
도 3은 크롬막이 형성되어있는 블랭크 포토 마스크의 단면도이다.
도 4는 크롬막 상에 반사 방지막이 형성되어 있는 블랭크 포토 마스크의 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 포토 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6은 본 발명에 따른 크롬 포토 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 블랭크 포토마스크 2: 포토 레지스트막
3: 크롬막 4: 반사 방지막
5: 레지스트막 6: 포토 마스크
본 발명은 포토 마스크(photo-mask)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대구경 크롬 포토 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
포토 마스크를 이용하는 사진 식각 공정(photo-lithographic process)은 LSI(large scale integration) 칩 및 VLSI(very large scale integration) 칩, 칼라 필터(color filter), 액정 표시 장치(liquid crystal display), 자기 헤드(magnetic head) 등과 같은 고집적 반도체 장치의 미세 패턴 제조에 적용되고 있다.
미세 패턴 형성 시 사용되는 포토 마스크는 석영 글래스(quartz glass) 또는 알루미노 실리케이트 글래스(alumino silicate glass)등과 같은 투명 기판과 전형적으로 크롬막과 같은 광 차폐막(light shielding film) 등으로 구성되는 블랭크 포토 마스크로부터 형성된다. 이 경우, 광 차폐막은 스퍼터링(sputtering)이나 진공 증착 방법(vacuum evaporation technique) 등을 통하여 상기 투명 기판 상에 형성된다. 상기 포토 마스크는 상기 블랭크 포토 마스크의 광 차폐막에 특정 패턴을 형성함으로써 제조할 수 있다.
상기 포토 마스크의 형성에 사용되는 블랭크 포토 마스크는 통상적으로 둘 또는 세 개의 막이 적층된 구조로 형성된다. 상기 이중 적층 구조의 블랭크 포토 마스크는 대체로 크롬막 등과 같은 광 차폐막과 반사 방지막을 포함한다. 상기 광 차폐막은 스퍼터링 또는 진공 증착 방법 등을 사용하여 합성 석영 기판 상에 형성된다. 또한 상기 반사 방지막은 실리콘 웨이퍼에 의하여 반사된 노광 공정에서의 광이 다시 반사되는 것을 방지하기 위하여 크롬막의 표면상에 형성된다. 상기 삼중 적층 구조의 블랭크 포토 마스크는 기판 측면 상에 추가의 반사 방지막을 형성함으로써 제조할 수 있다.
패턴의 정확한 전사를 위하여 포토 마스크의 기판은 평탄할 것이 요구된다. 그러나, 광 차폐막은 기판 표면에 커다란 그레인(grain)들을 성장시키는 특징이 있기 때문에, 아무리 평탄한 기판을 사용하더라도 기판 상에 광 차폐 크롬계막을 형성하는 경우 표면 상태가 악화되는 경향이 있다. 이러한 경향은 특히 이중 적층 구조의 블랭크 포토 마스크에서 더욱 심하게 나타난다. 현재 미세 장치 제조 산업(micro-fabrication industry)에 있어서, 실리콘 웨이퍼나 글래스 기판 상에 형성되는 회로 패턴의 밀도가 점차 증가하고 있다. 회로 패턴의 밀도가 증가할수록, 포토 마스크 상의 허용가능한 결함(defect)의 크기 및 밀도는 점차 줄어들 수밖에 없다. 이러한 감소는 포토 마스크를 형성하기 위한, 기판 상부에 불투명막을 포함하는 블랭크 포토 마스크의 허용 가능한 결함들의 크기가 점차 작아지고, 결함들의 수가 점점 줄어드는 것을 의미한다.
블랭크 포토 마스크 결함의 일차적 원인은 블랭크 포토 마스크의 제조 공정에 있다. 통상적인 블랭크 포토 마스크는 투명 기판 상에 두 개 혹은 그 이상의 마스크막들을 포함한다. 광 차단 크롬 혹은 크롬계 막이나, 크롬 산화물을 포함하는 반사 방지막 등이 가장 기본적인 마스크막이다. 추가 반사 방지막, 식각율 개선막, 부착 촉진막 등과 같은 추가적인 막들도 사용될 수 있다.
일반적으로, 상기 각각의 마스크막들은 별개의 코팅 공정을 통하여 개별적으 로 형성된다. 예를 들어, 스퍼터 챔버(sputter chamber)에서 코팅되지 않은 기판 상에 크롬을 스퍼터링 하여 크롬막을 형성한다. 이어서, 상기 크롬이 스퍼터링된 기판을 챔버로부터 제거한 후, 상기 챔버 내부를 크롬 산화물을 스퍼터링할 수 있는 조건으로 변경한다. 이 후, 새로운 조건으로 변경된 상기 챔버 내부로 크롬막이 형성된 기판을 도입한다. 상술한 바와 같은 공정은 여러 가지 불리한 점을 가진다. 즉, 서로 다른 막을 형성하는 공정 사이에, 코팅된 표면에 오염물이 생성될 가능성이 있다. 상기 오염은 기판을 기계에 의하여 챔버로부터 제거하고 다시 챔버로 도입하는 과정에서 생성되는 고체 미립자, 고체 잔류물, 또는 이전 스퍼터링 공정 조건으로부터 챔버 내에 잔류하는 티끌 또는 먼지들일 수 있다.
상술한 바와 같은 오염물들은 최종결과물로 생성된 블랭크 포토 마스크의 코팅 접촉면의 부착력을 감소시킨다. 블랭크 마스크의 접촉면의 부분이든 혹은 전체이든 간에 상기 블랭크 마스크의 접촉면에 있어서 부착력의 감소는 최종 결과물인 포토 마스크의 잠재적인 결함 발생 지점이 될 수 있다. 상기 포토 마스크 제조 공정에서 블랭크 포토 마스크가 거치는 노출, 현상, 식각 스트리핑 및 수회의 세정단계와 같은 공정 단계들은 상기 블랭크 포토 마스크로부터 형성되는 포토 마스크의 결함 지점들을 유발할 수 있는 부착력 감소의 가능성을 증가시킨다.
개별적인 스퍼터링 공정을 통하여 마스크막들을 형성하는 방법의 또 다른 불리한 점은 막들 사이의 계면에 균열이 발생하는 것이다. 상기 균열은 상기 마스크막들의 계면이 불량한 부착력과 부서지기 쉬운 성질을 갖기 때문에 발생한다. 게다가, 회로 패턴을 형성하는 동안 상이한 물질을 포함하는 막들은 서로 다른 식각율 을 가지기 때문에 반사 방지막이 돌출되거나 식각된 패턴의 가장자리가 거칠게 되는 등의 결함을 발생시킨다.
상술한 문제점들을 해결하기 위하여 상기 불투명한 막에 다른 막들을 형성하는 방법 및 광-차단 크롬계 막 및/또는 반사 방지막에 사용되는 물질들을 대체하는 방법 등이 연구되어 왔다. 미국등록특허 제4,530,891호(issued to Nagarekawa et al.), 미국등록특허 제4,563,407호(issued to Matsui et al.), 미국등록특허 제4,720,422호(issued to Shinkai et al.) 및 미국등록특허 제6,727,027호(issued to Tsukamoto et al.)등에 상기 블랭크 포토 마스크의 결함들을 제거할 수 있는 방법들이 개시되어 있다.
그러나, 상기 블랭크 포토 마스크를 형성하기 위한 방법들에 포함된 스퍼터링 공정은 높은 비용을 요구하며, 나아가 균일도를 조절하기도 어렵다. 또한 상기 공정은 여전히 파티클 결함에 취약하다는 단점이 있다.
따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위한 새로운 포토 마스크의 제조 방법이 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 경제적이고 용이하게 제어할 수 있는 도금 공정을 통한 포토 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 결함 검사 및 회로 패턴 검사를 위한 고감도의 검출을 수용할 수 있도록 현저히 향상된 표면 평탄도를 갖는 포토 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포토 마스크의 제조 방법에 있어서, 블랭크 포토 마스크의 에지부 및 저면 상에 레지스트를 코팅한다. 이어서, 상기 레지스트가 코팅된 블랭크 포토마스크의 표면을 활성화시키기 위하여 무전해 크롬 도금 활성제에 상기 블랭크 포토 마스크를 침지시킨다. 이 경우, 스핀 컵 방식(spin cup design)을 적용하여, 상기 블랭크 포토 마스크의 저면으로부터 상기 블랭크 포토 마스크의 상면으로 질소(N2) 가스를 공급하고, 상기 블랭크 포토 마스크 상으로 크롬 활성제를 분사하면서 스핀 공정으로 상기 블랭크 포토 마스크를 활성화시킬 수도 있다. 이어서, 상기 활성화된 블랭크 포토 마스크 상에 크롬 박막을 형성하기 위하여 무전해 크롬 도금 용액에 상기 블랭크 포토 마스크를 침지시킨다. 상기 블랭크 포토 마스크 상에 원하는 두께의 크롬막이 형성될 때까지 상기 무전해 크롬 도금 공정을 계속하여 수행한다. 이 경우, 상기 크롬막이 원하는 두께를 가질 때까지 상기 무전해 크롬막 상에 크롬을 전해 도금할 수도 있다. 이에 따라, 상기 크롬막은 우수한 균일성을 가지게 된다. 이어서, 상기 크롬막 상부에 반사 방지막을 형성하기 위하여 상기 크롬막이 형성된 블랭크 포토 마스크를 산화시킨다.
상기 반사 방지막을 형성한 후, 상기 반사 방지막 상에 레지스트막을 형성한다. 계속하여, 상기 레지스트막을 소정 패턴으로 패터닝한다. 이 후, 상기 반사 방지막 및 상기 크롬막을 상기 레지스트막에 형성된 개구를 통하여 건식 또는 습식 식각한다. 이어서, 상기 레지스트막을 제거하여 원하는 포토 마스크를 형성한다.
본 발명에 따르면, 보다 경제적이고 용이하게 제어할 수 있는 도금 공정을 통하여 포토 마스크를 제조한다. 본 발명에 따른 포토 마스크는 결함 검사 및 회로 패턴 검사를 위한 고감도의 검출을 수용할 수 있도록 현저히 향상된 표면 평탄도를 가지며, 요구되는 미세한 패턴을 정확하게 형성할 수 있다. 상기 포토 마스크는 고집적 반도체 장치 및 이와 관련된 장치에 적용할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포토 마스크의 제조 방법을 상세히 설명한다.
포토 마스크를 제조하기 위한 스퍼터링 공정은 균일도를 조절하기가 어렵고, 고비용을 요구하므로, 본 발명자는 보다 경제적이고 용이하게 제어할 수 있는 도금 공정을 통하여 포토 마스크를 제조하는 방법을 개발하였다. 본 발명의 이점은 대구경 크롬 포토 마스크의 제조 시에 보다 현저하다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 블랭크 포토 마스크(1)는 노광 공정에서 광을 투과시키는 투명 기판을 포함한다. 상기 블랭크 포토 마스크(1)는 노광 공정의 광을 투과시킬 수 있는 물질, 예를 들어 석영(quartz), 알루미노 실리케이트계 유리(alumino silicate glass), 칼슘 플로라이드(calcium fluoride) 혹은 마그네슘 플로라이드(magnesium fluoride), 소다 석회 유리(soda lime glass)등의 물질로 구성된다.
도 2를 참조하면, 상기 블랭크 포토 마스크(1)의 에지부(edge portion) 및 저면 상에 레지스트막(2)을 코팅한다. 이어서, 상기 레지스트막(2)이 코팅된 블랭 크 포토 마스크(1)를 소프트 베이킹하여 상기 블랭크 포토 마스크(1) 및 레지스트막(2) 사이의 접착력을 증가시키는 한편, 상기 블랭크 포토 마스크(1) 및 레지스트막(2)에 포함된 모든 용매들을 제거한다. 상기 공정에 있어서, 상기 레지스트막(2) 두께의 균일도는 중요하지 않다. 이어서, 상기 레지스트막(2)이 코팅된 블랭크 포토 마스크(1)의 표면을 활성화시키기 위하여, 상기 블랭크 포토 마스크(1)를 무전해 크롬 도금 활성제에 침지시킨다. 본 발명에 따른 무전해 크롬 도금 활성제의 예로는 크롬 염화물의 알칼라인 용액(alkaline solution of chromium chloride) 또는 2-프로판올(2-propanol)등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레지스트막(2)을 코팅하지 않고 상기 블랭크 포토 마스크(1)의 에지부 및 저면에 크롬이 증착되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따르면, 스핀 컵 방식을 적용하여, 상기 블랭크 포토 마스크(1)의 저면으로부터 상기 블랭크 포토 마스크(1)의 상면으로 질소(N2) 가스를 공급하고, 상기 블랭크 포토 마스크(1) 상으로 크롬 활성제를 분사하면서 상기 블랭크 포토 마스크(1)를 회전시킨다. 이에 따라, 상기 블랭크 포토 마스크(1)의 에지부 및 저면에 크롬이 증착되는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 상기 활성화된 블랭크 포토 마스크(1) 상에 크롬 박막(3)을 형성하기 위하여, 상기 무전해 크롬 도금 용액에 상기 블랭크 포토 마스크(1)를 침지시킨다. 상기 크롬 박막(3)의 두께가 약 1000Å 정도가 될 때까지 상기 무전해 크롬 도금 공정을 계속해서 수행한다. 이 경우, 초기 무전해 크롬막을 일정 두께로 성장시 킨 후, 전해 도금 공정을 수행할 수도 있다.
상기 블랭크 포토 마스크(1) 상에 원하는 두께의 크롬 박막(3)을 형성한 후, 상기 레지스트막(2)을 상기 블랭크 포토 마스크(1)로부터 스트리핑하고, 상기 블랭크 포토 마스크(1)를 적절히 린스한다. 이어서, 상기 크롬막(3) 상에 반사 방지막(4)을 형성하기 위하여 상기 크롬막(3)이 형성된 블랭크 포토 마스크(1)를 일정 조건에서 산화시킨다. 상기 반사 방지막(4)은 산소, 질소 및 탄소 중 적어도 하나를 함유하는 크롬계 물질을 포함할 수 있다. 상기 크롬계 물질의 예로는 크롬 산화물(chromium oxide), 크롬 질화물(chromium nitride), 크롬 산질화물(chromium oxynitride), 크롬 산탄화물(chromium oxycarbide), 크롬 산화 질화 탄화물(chromium oxide nitride carbide) 등을 들 수 있다. 바람직하게 상기 크롬계 물질은 크롬 산탄화물(chromium oxycarbide), 크롬 산화 질화 탄화물(chromium oxide nitride carbide)등을 포함한다. 상기 반사 방지막(4)에 있어서, 적절한 두께의 크롬 산화막은 패턴을 형성하는 동안, 포토 마스크의 저면 측으로부터 반사되는 레이저 빔(laser beam)의 음성 간섭(negative interference)을 유발하는 유용한 매질이다. 바람직하게는, 상기 반사 방지막(4)은 패턴 형성에 사용되는 레이저 빔 파장의 1/4λ, 예를 들어, 약 10 내지 100nm 정도의 두께를 가지며, 보다 바람직하게는 약 20 내지 40nm 정도의 두께를 갖는다.
도 5a는 레지스트막이 형성된 블랭크 포토 마스크를 도시한 단면도이다. 도 5a를 참조하면, 상기 반사 방지막(4)을 형성한 후, 상기 반사 방지막(4) 상에 레지스트막(5)을 형성한다.
도 5b는 레지스트막을 패터닝한 후의 블랭크 포토 마스크를 도시한 단면도이다. 도 5b를 참조하면, 소정의 패턴에 따라 상기 레지스트막(5)을 패터닝한다.
도 5c는 건식 식각 또는 습식 식각후의 블랭크 포토 마스크를 도시한 단면도이다. 도 5c를 참조하면, 상기 반사 방지막(4) 및 상기 크롬막(3)을 상기 레지스트막(5)에 형성된 개구를 통하여 건식 또는 습식 식각한다.
도 5d는 레지스트막을 제거한 후의 완성된 포토 마스크를 도시한 단면도이다. 도 5d를 참조하면, 상기 레지스트막(5)을 제거하여 원하는 포토 마스크(6)를 형성한다. 상술한 공정에 있어서, 레지스트막의 형성, 패터닝(노광 및 현상), 건식 또는 습식 식각 및 레지스트막의 제거 등은 통상적으로 사용되는 방법으로 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 포토 마스크는 결함 검사 및 회로 패턴 검사를 위한 고감도의 검출을 수용할 수 있도록 현저히 향상된 표면 평탄도를 가지며, 요구되는 미세한 패턴을 정확하게 형성할 수 있다. 상기 포토 마스크는 고집적 반도체 장치 및 이와 관련된 장치에 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 보다 경제적이고 용이하게 제어할 수 있는 도금공정을 통하여 포토 마스크를 제조할 수 있다. 특히, 본 발명의 이점은 대구경 크롬 포토 마스크 제조 시에 보다 현저하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

  1. 블랭크 포토 마스크를 제공하는 단계;
    상기 블랭크 포토 마스크의 에지부 및 저면 상에 레지스트를 코팅하는 단계;
    표면 활성을 위하여 무전해 크롬 도금 활성제에 상기 레지스트가 코팅된 블랭크 포토 마스크를 침지시키는 단계;
    상기 블랭크 포토 마스크를 무전해 크롬 도금하여 상기 블랭크 포토 마스크 상에 크롬막을 형성하는 단계;
    상기 블랭크 포토 마스크로부터 상기 레지스트를 스트리핑하는 단계;
    상기 크롬막을 산화시켜 반사 방지막을 형성하는 단계; 및
    상기 반사 방지막 및 상기 크롬막을 패터닝하여 포토 마스크를 형성하는 단계를 포함하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레지스트가 코팅된 블랭크 포토 마스크를 소프트 베이킹하여 상기 레지스트와 상기 블랭크 포토 마스크 사이의 접착력을 향상시키고 상기 레지스트 및 상기 블랭크 포토 마스크에 포함된 용매들을 모두 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 초기 무전해 크롬막을 성장시킨 후, 상기 블랭크 포토 마스크 상에 크롬을 전해 도금하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반사 방지막과 상기 크롬막을 건식 식각 공정으로 패터닝하여 상기 포토 마스크를 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반사 방지막과 상기 크롬막을 습식 식각 공정으로 패터닝하여 상기 포토 마스크를 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  6. 블랭크 포토 마스크를 제공하는 단계;
    표면 활성을 위하여 무전해 크롬 도금 활성제를 사용하여 상기 블랭크 포토 마스크를 활성화시키는 단계;
    상기 블랭크 포토 마스크를 무전해 크롬 도금하여 상기 블랭크 포토 마스크 상에 크롬막을 형성하는 단계;
    상기 크롬막을 산화시켜 반사 방지막을 형성하는 단계; 및
    상기 반사 방지막 및 상기 크롬막을 패터닝하여 포토 마스크를 형성하는 단계를 포함하는 크롬 포토 마스크의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 초기 무전해 크롬막을 성장시킨 후, 상기 블랭크 포토 마 스크 상에 크롬을 전해 도금하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 반사 방지막과 상기 크롬막은 건식 식각 공정으로 패터닝되어 포토 마스크를 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 반사 방지막과 상기 크롬막은 습식 식각 공정으로 패터닝되어 포토 마스크를 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 블랭크 포토 마스크를 활성화시키는 단계는, 상기 블랭크 포토 마스크의 저면으로부터 상기 블랭크 포토 마스크의 상면으로 질소(N2) 가스를 공급하고, 크롬 활성제를 분사하면서 스핀 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  11. 무전해 크롬 도금 활성제를 사용하여 블랭크 포토 마스크를 활성화시키는 단계;
    상기 블랭크 포토 마스크를 무전해 크롬 도금하여 상기 블랭크 포토 마스크 상에 크롬막을 형성하는 단계;
    초기 무전해 크롬막을 성장시킨 후, 상기 블랭크 포토 마스크 상에 크롬을 전해 도금하는 단계;
    상기 크롬막을 산화시켜 반사 방지막을 형성하는 단계; 및
    상기 반사방지막 및 상기 크롬막을 패터닝하여 포토 마스크를 형성하는 단계를 포함하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 반사 방지막과 상기 크롬막을 건식 식각 공정으로 패터닝하여 상기 포토 마스크를 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 반사 방지막과 상기 크롬막을 습식 식각 공정으로 패터닝하여 상기 포토 마스크를 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬 포토 마스크의 제조 방법.
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