KR100755077B1 - 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법 - Google Patents

Abstract

포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법을 제시한다. 본 발명에 따르면, 포토 마스크 기판 상에 웨이퍼 상으로 전사할 패턴들을 형성하고, 패턴 형성에 수반된 결함부 및 패턴들을 덮는 레지스트층을 형성하고, 마스크 기판 후면으로 노광 광원을 입사시켜 레지스트층을 노광 및 현상하여 전사 패턴들에 자기 정렬(self aligned)되는 레지스트 패턴을 형성한다. 레지스트 패턴을 플로우시켜 결함부를 노출하는 보호막을 형성한다. 보호막에 의해 마스크 기판 표면 및 전사 패턴들을 보호하며 노출된 결함부를 선택적으로 제거하여 결함 수정한다. 보호막을 선택적으로 제거한다.

패턴 결함, 이온 빔 수정, 레지스트 플로우, 보호막

Description

포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법{Method for repairing defects of photo mask}

도 1 및 도 2는 종래의 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다.

도 3은 종래의 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법에 수반되는 손상들을 보여주는 사진이다.

도 4 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 자기 정렬 보호막 패턴의 단면 형상을 보여주는 사진이다.

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 포토 마스크(photo mask)의 패턴 결함(pattern defects)을 수정하는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하는 과정에는 웨이퍼 상에 구현하고자하는 패턴을 전사하는 포토리소그래피(photolithography) 과정이 주요하게 사용되고 있다. 이러한 포토리소그래피 과정에서 웨이퍼 상으로 패턴을 정교하게 전사하기 위해서, 웨이퍼 상으로 전사하고자 하는 패턴을 포토 마스크 상에 형성하는 과정이 주요하게 인식되고 있다. 이에 따라, 포토 마스크 상에 패턴을 형성하는 과정에 수반된 패턴 결함들을 후속 수정하는 과정이 도입되고 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다. 도 3은 종래의 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법에 수반되는 손상들을 보여주는 사진이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 포토 마스크는 바람직하게 투명한 석영(quartz) 기판의 마스크 기판(10) 상에 위상 반전층(phase shift layer) 패턴(20) 및 차광층 패턴(30)의 패터닝 과정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 투명한 기판(10)의 노출되는 부분을 포함하는 투광 영역 상에 원하지 않는 패턴 결함(40)이 발생될 수 있다. 이러한 패턴 결함(40)은 포토 마스크 제작 과정에서의 이물 흡착 또는/ 및 공정 상의 여러 원인으로 발생될 수 있다.

이러한 패턴 결함(40)은, 슬릿(slit: 51) 등에 의해 설정되는 일정 영역에 대해, 수정을 위한 레이저 빔(laser beam) 또는 이온 빔(ion beam: 55)을 조사하여 선택적으로 패턴 결함(40)이 제거되도록 하고 있다. 그런데, 수정을 위한 빔(55)은 패턴 결함(40)에만 정확히 입사되기보다는 패턴 결함(40)을 포함하는 일정 영역에 대해 조사되게 된다. 따라서, 패턴 불량(40)에 인근하는 마스크 기판(10) 부분이나 이웃하는 정상적인 패턴들(20, 30)에도 입사되게 된다.

이에 따라, 도 2에 제시된 바와 같이, 수정을 위한 빔(55)이 조사된 마스크 기판(10) 부분에 덴트(dent)와 같은 손상(45)이나, 정상적 패턴(20, 30)의 일부가 손실되어 비정상적 선폭을 가지게 되는 비정상 패턴(45)이 유발되는 등의 2차적인 불량들이 발생될 수 있다. 이러한 패턴 결함 수정에 따른 불량들(43, 45)의 발생은, 도 3에 제시된 바와 같은 사진 이미지(image)에서도 확인될 수 있다.

따라서, 패턴 결함(40) 수정에 따른 2차적인 불량들(43, 45)의 발생을 방지할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 패턴 결함 수정 시 조사되는 수정을 위한 빔에 의한 2차적인 불량들이 발생되는 것을 방지할 수 있는 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법을 제시하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 포토 마스크 기판 상에 웨이퍼 상으로 전사할 패턴들을 형성하는 단계, 상기 전사 패턴 및 상기 패턴 형성에 수반된 결함부를 덮는 레지스트층을 형성하는 단계, 상기 마스크 기판 후면으로 노광 광원을 입사시켜 상기 레지스트층을 노광 및 현상하여 상기 전사 패턴들에 자기 정렬(self aligned)되는 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 레지스트 패턴을 플로우시켜 상기 결함부를 노출하는 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막에 의해 상기 마스크 기판 표면 및 상기 전사 패턴들을 보호하며 상기 노출된 결함부를 선택적으로 제거하는 결함 수정 단계, 및 상기 보호막을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법을 제시한다.

상기 전사 패턴은, 차광층 패턴 또는, 위상 반전층 패턴 및 상기 차광층 패턴의 이중층을 포함하여 형성되고, 상기 노광 시 상기 차광층 패턴에 의해 상기 레지스트층에 대한 선택적 노광이 이루어질 수 있다.

상기 레지스트층은 상기 노광 광원이 조사된 부분이 선택적으로 현상되는 포지티브(positive) 레지스트 물질을 도포하여 형성될 수 있다.

상기 결함부의 제거는 플라즈마(plasma) 건식 식각 방법으로 수행될 수 있다.

상기 결함부의 제거는 상기 결함부를 포함하는 영역에 대해 이온 빔 또는 레이저 빔을 조사하여 상기 결함부를 식각하게 수행될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 관점은, 포토 마스크 기판 상에 웨이퍼 상으로 전사할 패턴들을 형성하는 단계, 상기 전사 패턴 및 상기 패턴 형성에 수반된 결함부를 덮는 레지스트층을 형성하는 단계, 상기 레지스트층을 노광 및 현상하여 상기 전사 패턴에 대해 정렬되고 상기 결함부를 노출하는 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 레지스트 패턴을 플로우시켜 상기 결함부를 노출하는 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막에 의해 상기 마스크 기판 표면 및 상기 전사 패턴들을 보호하며 상기 노출된 결함부를 선택적으로 제거하는 결함 수정 단계, 및 상기 보호막을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법을 제시한다.

본 발명에 따르면, 패턴 결함 수정 시 조사되는 수정을 위한 빔에 의한 2차적인 불량들이 발생되는 것을 방지할 수 있는 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법 을 제시할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

본 발명의 실시예에서는, 종래 레이저 또는 이온 빔과 같은 방사선 빔을 조사하여 패턴 결함을 수정할 때, 수정 광의 입사 영역의 정렬도 불안정에 기인한 정상 패턴 손상 또는/및 하부막(또는 마스크 기판) 손상을 방지하기 위해, 정상 패턴 또는/ 및 하부막을 보호하는 보호막을 형성한 후 결함 수정 과정을 수행한다.

이러한 보호막은 자기 정렬 레지스트 패턴 형성 및 레지스트 플로우(flow) 과정을 도입하여 결함 패턴을 노출하고 그 외 영역들은 보호 차폐되게 하는 보호막으로 형성될 수 있다. 또한, 결함 수정 과정은 레이저 빔 또는 이온 빔의 조사와 같은 결함 패턴을 제거하는 과정으로 수행될 수도 있으나, 이러한 방사선 빔들에 의한 하부막 손상을 방지하기 위하여, 결함 패턴을 구성하는 물질, 예컨대, 크롬 또는 몰리브데늄-실리콘-질화물 합금 등과 선택적 반응이 가능한 식각 가스를 이용한 건식 식각 과정으로 수행될 수 있다.

도 4 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 자기 정렬 보호막 패턴의 단면 형상을 보여주는 사진이다.

도 4를 참조하면, 바람직하게 석영 기판의 포토 마스크 기판(100) 상에 예컨대 몰리브데늄-실리콘(Mo-Si) 합금층 등의 위상 반전층 및 크롬(Cr) 차광층을 형성하고, 선택적 건식 식각 등으로 패터닝하여 위상 반전층 패턴(200) 및 차광층 패턴(300)을 포함하는 웨이퍼 상으로 전사할 전사 패턴(200, 300)을 형성한다. 이러한 포토 마스크는 위상 반전 마스크(PSM)의 경우를 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 실시예는 바이너리(binary) 마스크의 경우에도 적용할 수 있다.

이때, 정상적인 전사 패턴(200, 300)의 형성에 수반된 결함부(400)가 포토 마스크 기판(100) 표면에 잔류될 수 있다. 이러한 결함부(400)는 위상 반전층 부분이나 차광층 부분을 포함하고 있어, 포토 마스크를 사용하여 노광할 때 웨이퍼 상에 패턴 불량을 야기하는 원인으로 작용할 수 있다.

도 5를 참조하면, 전사 패턴(200, 300) 및 결함부(400)를 덮는 레지스트층(500)을 도포(coating) 등으로 형성한다.

도 6을 참조하면, 마스크 기판(100) 후면으로, 노광 광원, 예컨대, KrF 광원을 이용한 노광 장비에서의 노광을 수행하여, 노광 광원에 의한 광(600)을 입사시켜, 레지스트층(500)을 노광시킨다. 이때, 전사 패턴(200, 300)에 의해서, 특히, 차광층 패턴(300)에 의해서 레지스트층(500)에는 선택적 노광이 수행되게 된다. 즉, 차광층 패턴(300)은 입사되는 노광 광(600)을 진행을 막아 차광시키는 마스크의 역할을 한다. 이에 따라, 노광된 부분(506)은 이러한 차광층 패턴(300)에 의해 한정되는 부분으로 설정된다.

도 7을 참조하면, 노광된 레지스트층(500)을 현상하여 레지스트 패턴(501)을 형성한다. 레지스트층(500)을 바람직하게 노광 광원(600)이 조사된 부분이 선택적으로 현상되는 포지티브(positive) 레지스트 물질을 도포하여 형성하면, 레지스트 패턴(501)은 차광층 패턴(300)에 자기 정렬(self aligned)되게 형성된다. 이러한 레지스트 패턴(501)은 상당히 간단한 패터닝 과정으로 차광층 패턴(300)에 정렬되므로, 결함부(400) 및 포토 마스크 기판(100) 표면 부분을 노출하는 패턴으로 형성된다. 이러한 레지스트 패턴(501)의 실제 형성 예는 도 12에 제시된 주사전자현미경(SEM)에 의한 단면 사진에 예시될 수 있다.

도 8을 참조하면, 레지스트 패턴(도 7의 501)을 바람직하게 열적(thermal) 플로우(flow)시켜 결함부(400)를 노출하는 보호막(503)을 형성한다. 이러한 레지스트 플로우는 전사 패턴(200, 300)의 측벽 및 포토 마스크 기판(100) 표면이 바람직하게 레지스트 물질의 흐름에 의해 차폐되되, 결함부(400)는 노출되게, 예컨대, 적어도 결함부(400)의 상측 표면이 노출되게 수행될 수 있다.

결함부(400) 상에는 도 7에 제시된 바와 같이 레지스트 패턴(501)이 실질적으로 형성되지 못하고, 현상 등에 의해서 제거된 상태이므로, 레지스트 패턴(501)의 플로우에 의해서도 실질적으로 완전히 보호막(503)에 의해 차폐되지 않게 된다.

도 9를 참조하면, 보호막(503)에 의해 마스크 기판(100) 표면 및 전사 패턴(200, 300)들을 보호하며 노출된 결함부(400)를 선택적으로 제거하여 결함 수정을 구현한다. 이때, 결함부(400)의 제거는 플라즈마(plasma) 건식 식각 방법으로 바람직하게 수행될 수 있다. 플라즈마 건식 식각(700)은 보호막(503)에 대해 상당한 식각 선택비를 가지며 결함부(400)의 크롬층 부분 또는 위상 반전층 부분을 선택적으로 제거하게 된다. 이때, 플라즈마 건식 식각은 실질적으로 차광층 패턴(300)의 건식 식각이나 위상 반전층 패턴(200)의 건식 식각에 사용된 방법과 대등한 식각 방법이 사용될 수 있다.

한편, 결함부(400)의 제거는 종래의 이온 빔 수정이나 레이저 빔 수정과 같이, 결함부(400)를 포함하는 영역에 대해 이온 빔 또는 레이저 빔을 조사하여 결함부(400)를 식각하게 수행될 수도 있다. 이러한 경우에도, 결함부(400)의 주위는 보호막(503)에 의해 차폐되어 보호된 상태로 유지되므로, 이온 빔이나 레이저 빔에 의한 정상 전사 패턴(200, 300)의 손상이나, 마스크 기판(100) 표면의 손상은 유효하게 방지될 수 있다.

이러한 결함 수정 방법에 의해서 결함부(400)는 도 10에 제시된 바와 같이 선택적으로 제거된다.

도 11을 참조하면, 보호막(503)을 선택적으로 제거하여 차광층 패턴(300) 및 위상 반전층 패턴(200)의 스택(stack) 구조를 형성한다. 이후에, 감쇠형(attenuated) PSM의 경우 차광층 패턴(300)을 선택적으로 제거하는 과정 또한 더 수행될 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 마스크 기판 상의 정상 패턴을 보호막으로 보호하며 결함 패턴을 수정하므로, 정상 패턴의 부차적 손상이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 보호막은 정상 패턴에 대해 자기 정렬된 레지스트 패턴으로부터 형성되므로, 정렬도가 매우 높아 정상 패턴 등이 노출되는 것을 효과적으로 방지된다. 따라서, 정렬도가 열악하여 정상 패턴 등이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

이때, 결함 수정은 종래의 이온 빔이나 레이저 빔을 이용한 수정 방법을 이용할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 보호막에 대해 선택적으로 결함부를 식각하는 플라즈마 건식 식각 과정으로 결함부를 선택적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 보호막 아래의 하부막들에의 부가적 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims (6)

1. 포토 마스크 기판 상에 웨이퍼 상으로 전사할 패턴들을 형성하는 단계;

   상기 전사 패턴 및 상기 패턴 형성에 수반된 결함부를 덮는 레지스트층을 형성하는 단계;

   상기 마스크 기판 후면으로 노광 광원을 입사시켜 상기 레지스트층을 노광 및 현상하여 상기 전사 패턴들에 자기 정렬(self aligned)되는 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 레지스트 패턴을 플로우시켜 상기 결함부를 노출하는 보호막을 형성하는 단계;

   상기 보호막에 의해 상기 마스크 기판 표면 및 상기 전사 패턴들을 보호하며 상기 노출된 결함부를 선택적으로 제거하는 결함 수정 단계; 및

   상기 보호막을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전사 패턴은

   차광층 패턴 또는, 위상 반전층 패턴 및 상기 차광층 패턴의 이중층을 포함하여 형성되고

   상기 노광 시 상기 차광층 패턴에 의해 상기 레지스트층에 대한 선택적 노광 이 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 레지스트층은 상기 노광 광원이 조사된 부분이 선택적으로 현상되는 포지티브(positive) 레지스트 물질을 도포하여 형성되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 결함부의 제거는 플라즈마(plasma) 건식 식각 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 결함부의 제거는 상기 결함부를 포함하는 영역에 대해 이온 빔 또는 레이저 빔을 조사하여 상기 결함부를 식각하게 수행되는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법.
6. 포토 마스크 기판 상에 웨이퍼 상으로 전사할 패턴들을 형성하는 단계;

   상기 전사 패턴 및 상기 패턴 형성에 수반된 결함부를 덮는 레지스트층을 형성하는 단계;

   상기 레지스트층을 노광 및 현상하여 상기 전사 패턴에 대해 정렬되고 상기 결함부를 노출하는 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 레지스트 패턴을 플로우시켜 상기 결함부를 노출하는 보호막을 형성하는 단계;

   상기 보호막에 의해 상기 마스크 기판 표면 및 상기 전사 패턴들을 보호하며 상기 노출된 결함부를 선택적으로 제거하는 결함 수정 단계; 및

   상기 보호막을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 패턴 결함 수정 방법.

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