KR100818851B1 - 마스크 결함 수정 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 형태의 마스크 결함 수정 방법은, 광 투과형 포토마스크 상의 이물질에 의한 결함을 수정하는 마스크 결함 수정 방법으로서, 광 투과형 포토마스크의 광 투과부 상의 이물질을 매니퓰레이터에 의해 이동하고, 상기 이물질을 상기 광 투과형 포토마스크의 차광부 상에 재치한다.
포토마스크, 매니퓰레이터, SEM, 전자 빔

Description

마스크 결함 수정 방법 및 반도체 장치의 제조 방법{METHOD FOR CORRECTING MASK DEFECT AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1은, 제1 실시 형태의 마스크 결함 수정 방법에서 이용하는 매니퓰레이터의 개념도.
도 2a~도 2d는, 제1 실시 형태에 따른 부착 이물질을 매니퓰레이터에 의해 잡아서 차광체 위에 놓는 공정을 도시하는 단면도.
도 3a, 도 3b는, 제1 실시 형태에 따른 퇴적물에 의해 이물질을 고착시키는 공정을 도시하는 단면도.
도 4a~도 4e는, 제2 실시 형태의 마스크 결함 수정 방법에 의해 부착 이물질을 가로 방향으로 밀어서 마스크 기판 상에서 이동시키는 공정을 도시하는 단면도.
도 5는, 실시 형태의 변형예에 따른 EUVL용의 반사형 마스크의 구성을 도시하는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 마스크 기판
2 : 차광체
3, 31 : 이물질
10 : 마스크
11, 12, 13, 14 : 암
15 : 마이크로 노즐
[특허 문헌1] 일본 특허2002-62637호 공보
[특허 문헌2] 일본 특개평4-237054호 공보
본 발명은, 포토마스크 상의 결함, 특히 패턴 형성 후에 부착된 이물질 등에 의한 결함을 수정하는 마스크 결함 수정 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 제조 프로세스에 이용되고 있는 포토리소그래피 공정에서의 과제가 현저해지고 있다. 반도체 디바이스의 미세화가 진행됨에 따라, 포토리소그래피 공정에서의 미세화에 대한 요구가 높아지고 있으며, 이미, 디바이스의 설계 룰은 45nm에까지 미세화하여, 제어해야만 하는 패턴 치수는 4nm 이하로 매우 엄격한 정밀도가 요구되고 있다.
이와 같은 상황에서, 포토마스크의 결함도 예외는 아니며, 매우 엄격한 정밀도가 요구되고 있다. 구체적으로는, 포토마스크 상에서 40nm 정도의 크기의 결함까지 검출해야만 하는 상황으로 되어 있다.
종래, 포토마스크 상의 결함에 대해서는, 소위 결함 수정 장치에 의해 수정 을 행하였다. 구체적으로는, 특허 문헌1에 기재되어 있는 레이저 빔에 의한 결함의 증발이나, 특허 문헌2에 기재되어 있는 수속 이온 빔(FIB)에 의한 결함 개소의 에칭 혹은 퇴적에 의한 수정, 또한 원자간력 현미경(AFM)의 기술을 응용한 극미세 탐침에 의한 결함 개소의 에칭에 의한 수정 등이 있다.
이와 같은 상황에서, 전술한 반도체의 미세화에 수반하여 발생하고 있는 마스크 상의 결함의 미세화, 및 마스크 상의 패턴의 미세화에 의해, 수정이 곤란한 결함이 많이 발생하였다. 지금까지, 소위 부착 결함이라고 불리던 것이, 수정 곤란한 결함으로 되어 있는 것이다. 부착 결함에 대해서는, 세정에 의해 제거하거나, 전술한 수정을 행하여 왔다.
그러나, 특히 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)라고 불리는 패턴은, 웨이퍼 상에서는 해상하지 않는 미세한 패턴으로서, 웨이퍼 상에서 형성할 패턴의 바로 옆에 형성되며, 그 사이즈는 마스크 상에서 80nm 이하이다. 이와 같은 미세한 패턴 사이에 부착된 결함은, 레이저 빔에 의한 수정이 곤란하다. 이것은, 레이저 빔 직경이 커서, 결함 이외의 주변 패턴에도 데미지를 주기 때문이다.
또한, FIB에 의한 수정도, FIB 특유의 리버 베드라고 불리는 수정 흔적이나 이온이 석영 기판 상에 남는 데미지가 발생하기 때문에 곤란하다. AFM의 경우에는 수정 가능하지만, 수정에 시간이 걸리고, 스루풋 상의 문제를 안고 있었다. 또한, EUVL(Extreme Ultra Violet Lithography)용 마스크의 경우, 결함을 너무 깎아서 기초 기판에 데미지를 주지않고 않고 수정을 하는 것이 곤란하였다.
이와 같은 상황에도 불구하고, 수정해야만 하는 부착 결함의 수는 패턴 사이즈의 미세화에 수반하여 지수함수적으로 증가하고 있기 때문에, 결함 수정에 필요한 시간이 막대해져, 마스크의 코스트를 상승시키는 큰 요인으로 되어 있었다.
본 발명의 일 형태의 마스크 결함 수정 방법은, 광 투과형 포토마스크 상의 이물질에 의한 결함을 수정하는 마스크 결함 수정 방법으로서, 광 투과형 포토마스크의 광 투과부 상의 이물질을 매니퓰레이터에 의해 이동하고, 상기 이물질을 상기 광 투과형 포토마스크의 차광부 상에 재치한다.
본 발명의 다른 형태의 마스크 결함 수정 방법은, 광 반사형 포토마스크 상의 이물질에 의한 결함을 수정하는 마스크 결함 수정 방법으로서, 광 반사형 포토마스크의 광반사부 상의 이물질을 매니퓰레이터에 의해 이동하고, 상기 이물질을 상기 광 반사형 포토마스크의 차광부 상에 재치한다.
본 발명의 다른 형태의 반도체 장치의 제조 방법은, 광 투과형 포토마스크의 광 투과부 상의 이물질을 매니퓰레이터에 의해 이동하고, 상기 이물질을 상기 광 투과형 포토마스크의 차광부 상에 재치함으로써 결함 수정된 포토마스크를 이용하여 반도체 장치를 제조한다.
본 발명의 다른 형태의 반도체 장치의 제조 방법은, 광 반사형 포토마스크의 광반사부 상의 이물질을 매니퓰레이터에 의해 이동하고, 상기 이물질을 상기 광 반사형 포토마스크의 차광부 상에 재치함으로써 결함 수정된 포토마스크를 이용하여 반도체 장치를 제조한다.
<실시 형태>
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 전자 빔 레지스트를 도포한 ArF 하프톤(HT) 블랭크를 준비하고, 전자 빔 마스크 묘화 장치(뉴플레어테크놀로지제 EBM5000)에 의해, 이 블랭크에 55nm 테크놀로지의 디바이스 패턴을 묘화하였다.
다음으로, 통상의 포토마스크 제조 프로세스와 마찬가지로 베이크 처리(PEB)를 행하고, 알칼리 현상에 의해 레지스트 패턴을 현상하였다. 계속해서, 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여 Cr막 및 HT막을 드라이 에칭하였다. 그 후, 산소 플라즈마 처리에 의해 레지스트를 박리한 후, 웨트 세정기에 의해 세정을 행하였다.
이 세정 후의 마스크에 대하여, 결함 검사 장치(도시바기계사제 MC3500)에 의해 결함 검사를 행하였다. 그 결과, 13개의 패턴 형상 이상의 결함과 53개의 광 투과부의 부착 이물질에 의한 결함이 발견되었다. 13개의 패턴 형상 이상에 의한 결함은, FIB나 AFM을 이용한 결함 수정 장치에 의해 수정을 행하였다. 그리고, 53개의 부착 이물질에 의한 결함은, 후술하는 바와 같은 매니퓰레이터에 의한 수정을 행하였다.
도 1은, 본 제1 실시 형태의 마스크 결함 수정 방법에서 이용하는 매니퓰레이터의 개념도이다. 이 매니퓰레이터는, 주사형 전자 현미경(SEM) 내에 부착된 4개의 극미세 암에 의해 구성되어 있다. SEM의 스테이지 상에, 결함 검사 대상인 포토마스크(10)(광 투과형 포토마스크)가 재치된다.
2개의 암(11, 12)은 마스크(10) 상의 부착 이물질을 잡기 위한 것이고, 나머 지 2개의 암(13, 14)은, 부착 이물질을 가로 방향으로 밀어서 마스크(10) 상에서 이동시키기 위한 것이다. 각 암은 도시하지 않은 3개의 피아조 소자에 의해 구동되고, 세로, 가로, 상하 방향으로 각각 100㎛ 단위의 이동이 가능하게 되어 있다.
도 2a~도 2d는, 부착 이물질을 매니퓰레이터에 의해 잡아 차광체 상에 놓는 공정을 도시하는 단면도이다. 마스크 기판(석영기판)(1) 상의 광 투과부에 있는 53개의 부착 이물질 중, 붙잡기 쉬운 형상을 이루는 38개의 이물질(이물질(3))에 대하여 결함 수정을 하였다. 이하의 일련의 작업은, 조작자가 SEM에 의한 관찰을 행하면서 매니퓰레이터를 조작하여 실시한다.
먼저 도 2a에 도시하는 바와 같이, 대상으로 되는 이물질(3)의 상방에 암(11)과 암(12)을 배치한다. 도 2b에 도시하는 바와 같이, 암(11)과 암(12)을 마스크 기판(1) 상에 하강시켜, 암(11)과 암(12) 사이에 이물질(3)이 배치된다.
다음으로, 암(11)과 암(12)을 조작하여 이물질(3)을 집어들고, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 근방의 차광체(2) 위에 싣는다(재치한다). 그 후 도 2d에 도시하는 바와 같이, 암(11)과 암(12)을 이물질(3)로부터 뗀다.
도 3a, 도 3b는, 퇴적물에 의해 이물질을 고착시키는 공정을 도시하는 단면도이다. 도 3a에 도시하는 바와 같이, 전술한 차광체(2) 상에 놓인 이물질(3)에 대하여, SEM으로 관찰하기 위해 사용되는 전자 빔(하전 빔)을 상방으로부터 집중적으로 조사하면서, 암의 가로에 설치된 마이크로 노즐(15)로부터, 탄소를 함유한 퇴적 가스를 이물질(3)을 향해 비스듬하게 상방으로부터 토출한다.
이 결과, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 이물질(3)을 피복하도록 유기물로 이 루어지는 퇴적물(4)이 퇴적되었다. 이에 의해, 차광체(2) 상에 이동된 이물질(3)은 차광체(2) 상에 고착하여, 다시 이동하여 마스크 기판(1) 상에 부착되지 않게 된다.
도 4a~도 4e는, 본 제2 실시 형태의 마스크 결함 수정 방법에 의해 부착 이물질을 가로 방향으로 밀어서 마스크 기판 상에서 이동시키는 공정을 도시하는 단면도이다. 도 4a~도 4e에서 도 2a~도 2d와 동일한 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다. 마스크 기판(석영기판)(1) 상의 광 투과 부분에 있는 53개의 부착 이물질 중, 붙잡기 힘든 형상을 이루는 15개의 이물질(이물질(31))에 대하여 결함 수정을 하였다. 이하의 일련의 작업은, 조작자가 SEM에 의한 관찰을 행하면서 매니퓰레이터를 조작하여 실시한다.
먼저 도 4a는 도시하는 바와 같이, 대상으로 되는 이물질(31)의 비스듬하게 상방으로 암(13)을 배치한다. 도 4b에 도시하는 바와 같이, 암(13)을 마스크 기판(1) 상의 이물질(31)의 측방으로 하강시킨다.
다음으로, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 암(13)에 의해 이물질(31)을 측방으로부터 밀어서, 마스크 기판(1)에 접촉한 상태에서 근방의 차광체(2)까지 이동시킨다. 그 후 도 4d에 도시하는 바와 같이, 이물질(31)을 차광체(2)의 측면에 압박하면서 암(13)을 상승시킴으로써, 도 4e에 도시하는 바와 같이, 이물질(31)을 차광체(2) 상에 들어올려 싣는다(재치한다). 그 후, 제1 실시 형태와 마찬가지로 이물질(31)을 유기물로 피복하여 차광체(2) 상에 고착시킨다.
상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 1개의 부착 이물질에 의한 결함의 수정에 걸리는 시간은 40초 정도이며, SEM으로 결함 위치 좌표 정보에 기초하여 마스크 상의 결함을 관찰 광축 상에 위치시키는 스테이지 이동의 시간 등을 포함해도, 53개의 결함을 수정하는데 필요한 시간은 45분 정도이었다.
또한, 종래와 같이 AFM으로 부착 이물질을 에칭에 의해 수정한 경우에는, 1개의 결함을 수정하는데 필요한 시간은 약 7분 필요하고, 또한, 20개 정도의 수정을 행하면 탐침을 교환해야만 한다. 이 때문에, 53개의 결함을 수정하기 위해서는 탐침의 교환·조정 시간도 포함하여 약 7시간 필요하였다. 그러나 본 실시 형태에 따르면, 전술한 바와 같이 부착 이물질을 단시간에 확실하게 수정하는 것이 가능하여, 마스크 제조에 걸리는 코스트와 시간을 크게 삭감할 수 있다.
이상과 같이 결함 수정이 행해진 포토마스크는, 세정되어 다시 결함 검사 장치에 의한 결함 검사가 행해지고, 결함이 없는 것이 확인되면 페리클이 부착된다. 계속해서, 이 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 노광 장치에서 반도체 웨이퍼에 대하여 노광을 행하고, 그 반도체 웨이퍼로부터 최종적으로 반도체 장치가 제조된다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 이물질을 차광체에 고착하는데 이용한 퇴적물은 유기물(탄소 함유물)에 한정되지 않고, 규소 함유 물이나 금속 함유물 등이어도 된다. 또한, 마이크로 노즐(극미소 노즐)로부터 접착제를 토출하여 고착해도 된다. 또한, 결함 수정하는 포토마스크는 ArF용의 HT 마스크에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에 따른 마스크 결함 수정 방법은, 예를 들면, 도 5에 도시하는 바와 같이 마스크 기판(1) 상에 다층막(5)(광반사부)을 설치한 EUVL용의 광 반사형 포토마스크에 적용하는 것도 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 포토마스크 상의 패턴 형성 후에 부착된 이물질에 의한 결함의 수정을 행하였다. 광 투과형 포토마스크의 경우, 차광체 패턴과 차광체 패턴 사이의 광 투과부 상에 부착한 이물질에 의한 결함을, 매니퓰레이터에 의해 근방의 차광체 패턴의 상에 이동시킴으로써, 실질적으로 웨이퍼 노광 시의 이물질의 영향을 없앨 수 있다.
또한, EUVL용의 광 반사형 포토마스크의 경우도 마찬가지로, 차광체 패턴과 차광체 패턴 사이의 다층막 상에 부착한 이물질에 의한 결함을, 매니퓰레이터에 의해 근방의 차광체 패턴 상에 이동시킴으로써, 실질적으로 웨이퍼 노광 시의 이물질의 영향을 없앨 수 있다.
또한, 차광체 패턴 상에 재치된 이물질이 마스크 세정 시 등에 이동하여 다시 결함으로 되는 것을 방지하기 위해, 차광체 패턴 상에서 고착 처리를 행하였다.
이에 의해, 포토마스크 상의 부착 이물질의 결함 수정을 간편하게 행하는 것이 가능해져서, 결함 수정에 필요한 시간을 크게 저감하여, 마스크의 코스트의 삭감과 납기(TAT)의 단축을 도모하는 것이 가능해진다. 그 결과, 결함 수정된 포토마스크를 이용하여 제조되는 반도체 장치에 따른 코스트의 삭감과 납기의 단축도 가능해진다.
추가적인 장점 및 변경은 당업자라면 용이하게 이해할 것이다. 따라서, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 본 명세서에 도시되고 서술된 특정한 설명 및 대표적인 실시예들에 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구항에 의해 정의된 바와 같은 일반적인 발명의 개념 및 그 균등한 것의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경이 가능하다.
본 실시 형태에 따르면, 마스크의 결함 수정에 필요한 시간을 크게 단축하여, 마스크의 제조 코스트와 제조 기간을 삭감하는 마스크 결함 수정 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 광 투과형 포토마스크 상의 이물질에 의한 결함을 수정하는 마스크 결함 수정 방법에 있어서,
    광 투과형 포토마스크의 광 투과부 상의 이물질을 매니퓰레이터에 의해 이동하고,
    상기 이물질을 상기 광 투과형 포토마스크의 차광부 상에 재치하는 마스크 결함 수정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이물질의 이동은, 상기 이물질을 잡아서 움직이거나, 상기 이물질을 밀어서 움직이는 것에 의해 행하는 마스크 결함 수정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이물질을 상기 차광부 상에 재치한 후, 상기 차광부에 고착시키는 마스크 결함 수정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이물질을 유기물로 피복하여 고착시키는 마스크 결함 수정 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이물질을 규소 함유물 또는 금속 함유물로 피복하여 고착시키는 마스크 결함 수정 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 이물질을 접착제로 고착시키는 마스크 결함 수정 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 이물질은, 전자 빔과 탄소를 함유한 퇴적 가스에 의해 고착되는 마스크 결함 수정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 매니퓰레이터는, 주사형 전자 현미경 내에 부착된 복수의 극미세 암에 의해 구성되어 있는 마스크 결함 수정 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 매니퓰레이터를, 상기 주사형 전자 현미경에 의한 관찰을 행하면서 이동하는 마스크 결함 수정 방법.
  10. 광 반사형 포토마스크 상의 이물질에 의한 결함을 수정하는 마스크 결함 수 정 방법에 있어서,
    광 반사형 포토마스크의 광반사부 상의 이물질을 매니퓰레이터에 의해 이동하고,
    상기 이물질을 상기 광 반사형 포토마스크의 차광부 상에 재치하는 마스크 결함 수정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이물질의 이동은, 상기 이물질을 잡아서 움직이거나, 상기 이물질을 밀어서 움직이는 것에 의해 행하는 마스크 결함 수정 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 이물질을 상기 차광부 상에 재치한 후, 상기 차광부에 고착시키는 마스크 결함 수정 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 이물질을 유기물로 피복하여 고착시키는 마스크 결함 수정 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 이물질을 규소 함유물 또는 금속 함유물로 피복하여 고착시키는 마스크 결함 수정 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 이물질을 접착제로 고착시키는 마스크 결함 수정 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 이물질은, 전자 빔과 탄소를 함유한 퇴적 가스에 의해 고착되는 마스크 결함 수정 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 매니퓰레이터는, 주사형 전자 현미경 내에 부착된 복수의 극미세 암에 의해 구성되어 있는 마스크 결함 수정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 매니퓰레이터를, 상기 주사형 전자 현미경에 의한 관찰을 행하면서 이동하는 마스크 결함 수정 방법.
  19. 광 투과형 포토마스크의 광 투과부 상의 이물질을 매니퓰레이터에 의해 이동하고,
    상기 이물질을 상기 광 투과형 포토마스크의 차광부 상에 재치함으로써 결함 수정된 포토마스크를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 광 반사형 포토마스크의 광 반사부 상의 이물질을 매니퓰레이터에 의해 이동하고,
    상기 이물질을 상기 광 반사형 포토마스크의 차광부 상에 재치함으로써 결함 수정된 포토마스크를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 반도체 장치의 제조 방법.
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