KR100636671B1 - 위상반전 마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 위상반전 마스크에 잔류하는 황산이온과 암모니아이온 간에, 광에 의한 촉매 현상에 의해 생성되는 염을 발생하지 않도록 함으로써 위상반전 마스크 상에 발생하는 성장성 이물을 제어할 수 있는 이점이 있다.

이를 위해 본 발명은, 위상반전 마스크 제조방법에 있어서, 석영 기판에 트렌치 영역을 정의하는 감광막 패턴을 형성하는 단계, 감광막 패턴을 마스크로 석영 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 트렌치가 매립되도록 상기 석영 기판 위에 위상반전막을 증착하는 단계, 석영 기판의 상부면이 드러나도록 위상반전막을 평탄화하고 제거하는 단계, 평탄화된 위상반전막 상에 펠리클막을 증착하는 단계를 포함하는 위상반전 마스크의 제조방법을 제공한다.

위상반전 마스크, 석영

Description

위상반전 마스크의 제조방법{Method for manufacturing Phase Shift Mask}

도 1a내지 도 1d는 종래 기술의 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

20 : 석영 기판 21 : 감광막 패턴

22 : 위상반전막 23 : 펠리클막

본 발명은 위상반전 마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 위상반전 마스크에 잔류하는 황산이온과 암모니아이온 간에, 광에 의한 촉매 현상에 의해 생성되는 염을 발생하지 않도록 함으로써 위상반전 마스크 상에 발생하는 성장성 이물을 제어하는 방법에 관한 것이다.

최근 반도체 소자가 고집적화되면서 웨이퍼 상에 형성되는 패턴의 크기가 미세해지고, 이러한 미세한 패턴을 형성하기 위하여 포토 마스크를 사용하는 포토리소그래피(Photolithography) 공정이 이용되고 있다. 상기와 같은 포토마스크는 일반적으로 석영(Quartz)기판 위에 크롬(Cr)막을 형성한 다음, 이를 원하는 패턴으로 식각하여 투과광이 석영 기판만을 통과하여 웨이퍼 위에 조사될 수 있도록 한 바이너리 마스크(Binary Mask)를 사용하였다. 그러나 더 미세한 패턴의 형성을 위해 몰리브덴 실리콘 옥시나이트라이드막(MoSiON)과 같이 수 %의 투과율을 갖는 위상 반전 물질을 이용하여 이를 투과한 광과 석영 기판을 투과한 광의 소멸간섭을 이용하여 상기 바이너리 마스크보다도 미세한 패턴을 웨이퍼 상에 형성하도록 하는 하프톤 위상반전 마스크(Half-tone Phase Mask)가 제안되고 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법을 설명하기로 한다. 도 1a내지 도 1d는 종래 기술의 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법의 공정 단면도이다.

먼저 도 1a에 도시된 바와 같이, 석영 기판(10) 위에 위상반전막(11)과 크롬막(12) 및 그 위에 패터닝을 하는데 필요한 감광막(13)을 순차적으로 형성한다. 여기서, 위상반전막(shifter)(11)은 위상을 반전시킬 수 있는 물질로서 몰리브덴 실리콘 옥시나이트라이드막(MoSiON)을 포함하여 이루어져 있고, 크롬막(Cr)(12)은 노광공정에서 빛을 차단하기 위한 차단막으로 사용된다. 또한, 상기 위상반전막(11)과 크롬막(12)을 선택적으로 식각하기 위한 마스크 물질로 감광막(13)이 사용된다.

그리고 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 감광막(13)에 전자빔 라이팅(E-Beam writing)을 실시 및 현상하여 제 1 감광막 패턴(14)을 형성한다.

그 다음 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 감광막 패턴(14)을 식각 마스크로 하여 상기 크롬막(12)과 위상반전막(11)을 순차적으로 식각함으로써 상기 석영 기판(10)을 노출시킨다. 여기서 식각 가스로서 CF₄(테트라플루오로메탄)와 O₂(산소)를 이용한다.

이어서 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 감광막 패턴(14)의 제거 및 잔여물을 제거하기 위한 세정 공정을 실시하여 하프톤 위상반전 마스크를 형성한다. 이후 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 세정 공정이 완료된 석영 기판(10)의 전면에 펠리클막(Pellicle)(15)을 부착한다.

여기서, 상기 제 1감광막 패턴(14)의 제거 및 잔여물을 제거하기 위한 세정 공정을 실시할 때, SPM 용액( H₂SO₄+H₂O₂) 및 SC-1(NH₄OH + H₂0₂+ H₂O)용액을 이용한다. 그러나 기존의 펠리클막과 마스크 사이에 들떠 있는(lifting) 공간이 존재할 경우, 상기 SPM 용액의 황산(SO₄) 이온 잔여물 등이 마스크의 표면에 잔류하여 성장성 이물의 원인으로 작용하는 문제가 발생한다. 더욱이 암모니아(NH₃)와 황산(SO₄)이온과의 반응에 의한 염의 형성에 의하여 상기 성장성 이물의 밀도가 시간의 경과에 따라 비례하여 증가하게 되어, 결국에는 마스크로서의 역할을 수행할 수 없게 된다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 위상반전 물질을 외부의 공기로부터 차단함으로써, 위상반전 마스크에 잔류하는 황산이온과 암모니아이온 간에 광에 의한 촉매 현상에 의해 생성되는 염에 의해 발생하는 결함을 방지할 수 있는 위상반전 마스크의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 위상반전 마스크 제조방법에 있어서, 석영 기판에 트렌치 영역을 정의하는 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 석영 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 상기 트렌치가 매립되도록 상기 석영 기판 위에 위상반전막을 증착하는 단계, 상기 석영 기판의 상부면이 드러나도록 위상반전막을 평탄화하고 제거하는 단계, 상기 평탄화된 위상반전막 상에 보호막을 증착하는 단계를 포함하는 위상반전 마스크의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 트렌치는 900-1100Å의 깊이를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 위상반전막은 MoSiON으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보호막은 퍼플루오로폴리머(Perflouro polymer) 또는 용융 실리카(fused silica)인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 하프톤 위상 반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

먼저 도 2에 도시한 바와 같이, 석영 기판(20) 위에 감광막을 증착하고, 노광 및 현상 공정을 거쳐 트렌치 영역을 정의하는 감광막 패턴(21)을 형성한다.

그리고 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 감광막 패턴(21)을 마스크로 CF₄과 CHF₃과 O₂의 혼합가스를 이용하여 플라즈마 건식식각방법으로 상기 석영 기판(20)을 식각하여 트렌치(22)를 형성한다. 여기서 상기 트렌치(22)는 상기 석영 기판(20)의 표면으로부터 하방으로 900-1100Å의 깊이를 갖도록 한다. 이어서, 상기 감광막 패턴(21)을 제거하고, 제 1세정공정을 실시한다. 여기서, 상기 제 1세정 공정은 상기 제 1감광막 패턴(21)을 제거한 후 남은 잔여물을 제거하기 위한 것으로서 SPM 용액( H₂SO₄+H₂O₂) 및 SC-1(NH₄OH + H₂0₂+ H₂O)용액을 이용한다.

그 다음 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 트렌치(22)가 매립되도록 식각한 석영 기판(20) 위에 위상반전막(22)을 증착한다. 상기 위상반전막의 물질은 몰리브덴 실리콘 옥시나이트라이드막(MoSiON)등을 포함하여 이루어지며, 상기 MoSiON막을 타겟으로 하여 반응성 스퍼터링 등의 방법으로 증착한다.

그리고 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 MoSiON막 등이 증착된 석영 기판(20)의 전면에 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정을 실시하 여 상기 석영 기판(20)의 상부 면이 노출될 때까지 평탄화하고, 제 2세정공정을 실시한다.

이후 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 화학적기계적연마 공정으로 평탄화된 석영 기판(20)의 전면에 펠리클막(23)(Pellicle)을 증착한다. 여기서 상기 펠리클막(23)은 먼지 입자와 같은 오염물질이 접촉되지 않도록 하는 보호막 역할을 하며, 상기 석영 기판(20)과 위상반전층(22)을 서로 밀착시킬 수 있는 물질로 증착한다.

이때 상기 펠리클막(23)은 소프트 펠리클(Soft Pellicle)인 퍼플루오로폴리머(Perflouro polymer) 또는 용융 실리카(fused silica)와 같은 하드 펠리클(Hard Pellicle) 등을 사용할 수 있다.

반도체 소자의 제조를 목적으로 제작된 마스크는 불량검사에서는 결함(defect)이 검출되지 않을 수 있으나, 제작 환경의 변화나 노광장치의 노광량에 따라 결함이 발생하면 상기 결함이 곧바로 웨이퍼의 결함으로 연결된다. 그리고 상기 웨이퍼의 결함은 소자의 수율 저하를 초래하게 된다. 이러한 결함은 기존의 펠리클막과 마스크의 사이에 들떠 있는(lifting) 공간이 존재할 경우, 마스크에 잔류하는 황산이온(SO₄)이나 암모늄이온(NH₃)의 광에 의한 촉매 현상으로 인하여 결합하게 되어 염이 형성됨으로써 발생한다.

따라서 본 발명은 펠리클과 위상반전 마스크사이의 반응성 공간(Reactive Space)을 없앰으로서 상기 이온들 간의 결합이 일어날 수 없도록 하여 염을 발생하지 않도록 한다. 더욱이 본 발명에 따른 하프톤 위상반전 마스크의 제조방법은 세정공정에서 잔류하는 황산이온(SO₄)이 존재할 경우라도 외부로부터의 유입에 의한 반응을 차단할 수 있으므로 성장성 이물의 제어가 가능하게 됨으로써 마스크의 사용 기간을 늘릴 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 펠리클과 위상반전 마스크사이의 공간을 없애 마스크에 잔류하는 황산이온(SO₄)이나 암모니아이온(NH₃)이 광에 의한 촉매 현상에 의해 결합하여 생성하는 염을 발생하지 않도록 함으로써, 위상반전 마스크 상에 발생하는 성장성 이물을 제어할 수 있다.

Claims (4)

1. 위상반전 마스크 제조방법에 있어서,

   석영 기판에 트렌치 영역을 정의하는 감광막 패턴을 형성하는 단계,

   상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 석영 기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 단계,

   상기 트렌치가 매립되도록 상기 석영 기판 위에 위상반전막을 증착하는 단계,

   상기 석영 기판의 상부면이 드러나도록 위상반전막을 평탄화하고 제거하는 단계,

   상기 평탄화된 위상반전막 상에 보호막을 증착하는 단계를 포함하는 위상반전 마스크의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 트렌치는 900-1100Å의 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 위상반전막은 MoSiON으로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 보호막은 퍼플루오로폴리머(Perflouro polymer) 또는 용융 실리카(fused silica)인 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크의 제조방법.

Images