KR100945922B1 - 포토마스크의 세정방법 - Google Patents

포토마스크의 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 포토마스크의 세정방법은, 기판 상에 패턴 대상막 및 포토레지스트막을 형성하는 단계; 포토레지스트막을 패터닝하여 패턴 대상막의 일부 영역을 노출시키는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 포토레지스트막 패턴 형성시 발생된 반응생성물 또는 포토레지스트막 잔여물을 제거하기 위해 기판 상에 초자외선을 조사하는 제1 세정을 진행하는 단계; 및 제1 세정에서 잔류하는 잔여물을 제거하기 위해 기판 상에 초음파진동(megasonic vibration)을 인가하면서 초순수를 공급하는 제2 세정을 진행하는 단계를 포함한다.
포토레지스트, 초자외선, 초음파진동

Description

포토마스크의 세정방법{Method for cleaning the photomask}
도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 세정방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토마스크의 현상 공정 후 잔존하는 불순물을 제거하여 패턴 상의 결함을 방지할 수 있는 포토마스크의 세정방법에 관한 것이다.
포토마스크(Photomask)의 패턴 형성과정은 노광(exposure, writing) 공정, 현상(develop) 공정 및 식각(etch) 공정의 순서로 이루어진다. 여기서 노광 공정은 포토마스크에 설계된 패턴에 빛을 투과시켜 포토레지스트막이 형성된 웨이퍼 상에 포토마스크에 설계된 패턴을 전사시키는 공정이며, 현상 공정은 웨이퍼 표면에서 빛이 투과된 부분의 막을 현상액을 이용하여 변성시키는 공정이다. 그리고 식각 공정은 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위해 화학용액이나 반응성 가스를 이용하여 필요 없는 부분을 선택적으로 제거시키는 공정이다.
이와 같이 진행되는 패턴 형성과정 가운데 현상 공정 및 식각 공정에서 주로 발생되는 패턴의 결함은 포토마스크의 질(quality)을 현저히 저하시키고, 이러한 결함을 제거하기 위한 수정 공정을 진행한 후에도 해당 영역의 투과율이 저하되어 웨이퍼 노광 공정시 불량 발생을 유발할 수 있다. 이러한 패턴 결함의 주요 발생 원인은 현상 공정 진행 중 및 진행 후의 포토레지스트물질의 잔여물 또는 기타 장치 내 오염물질과 같은 불순물 발생에 의한 것이다. 이와 같이 포토마스크 상에 불순물이 발생하면 이후 식각 공정에서 패턴 결함 발생 영역의 식각을 방해하여 최종 패턴 결함의 주요 원인으로 작용하고 있다. 또한, 현상 공정 완료 후에도 광차단막 표면에 남게 되는 포토레지스트막 잔여물은 후속 식각 공정의 초기 단계에서 변형되고, 이후 패턴 식각을 방해하여 심각한 패턴 결함의 원인으로 작용될 수 있다.
이에 따라 이러한 현상 공정 후의 반응 생성 잔여물 및 오염물질, 그리고 포토레지스트의 잔여막을 제거하기 위한 목적으로 세정 공정을 진행하고 있다. 세정 공정은 일반적으로 황산 용액 또는 암모니아 용액을 포함하는 세정 용액을 이용하여 진행하고 있다. 그러나 이러한 세정 용액은, 차광막 패턴의 임계치수(CD; Critical Dimension)를 변화시키거나 패턴을 손상시킬 수 있어 적용하기 어렵다. 또한, 포토레지스트막을 변형시키지 않고, 린스(rinse) 공정을 추가하는 경우에는 일부 오염물질들이 제거될 수는 있지만 포토레지스트물질과 동일한 성분으로 고착화되어 있는 잔여물은 물리적 세정에 의해서 분해될 수 없으므로 세정효과를 기대할 수 없다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 포토마스크의 현상 공정 후 현상 공정에서 발생된 불순물을 제거하는 세정을 진행하여 패턴 상에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있는 포토마스크의 세정방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포토마스크의 세정방법은, 기판 상에 패턴 대상막 및 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 상기 패턴 대상막의 일부 영역을 노출시키는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막 패턴 형성시 발생된 반응생성물 또는 포토레지스트막 잔여물을 제거하기 위해 상기 기판 상에 초자외선을 조사하는 제1 세정을 진행하는 단계; 및 상기 제1 세정에서 잔류하는 잔여물을 제거하기 위해 상기 기판 상에 초음파진동(megasonic vibration)을 인가하면서 초순수를 공급하는 제2 세정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 패턴 대상막은, 크롬(Cr)막, 몰리브데늄(Mo)을 포함하는 막 또는 크롬막 및 몰리브데늄을 포함하는 막이 적층된 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 제1 세정을 진행하는 단계는, 상기 기판을 챔버, 초자외선램프, 불활성 기체를 공급하는 제1 주입부 및 산소(O2) 가스를 공급하는 제2 주입부를 포함하여 구성되어 있는 세정장치 내에 로딩시키는 단계; 상기 제1 주입부를 통해 챔버 내에 불활성 기체를 공급하는 단계; 상기 초자외선램프를 점등하여 상기 기판 상에 초자외선을 조사하면서 상기 제2 주입부로 산소 가스를 공급하는 단계; 및 상기 초자외선램프를 소등하면서 상기 제1 주입부를 통해 챔버 내에 불활성 기체를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 불활성 기체는 질소(N2) 가스를 포함하며, 30초 내지 1분 동안 공급하는 것이 바람직하다.
상기 초자외선은 170-180nm의 주파수와 10-15mW의 출력으로 인가하는 것이 바람직하다.
상기 초음파 진동은 1-3MHz의 주파수로 인가하는 것이 바람직하다.
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. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 세정방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 위에 위상반전막(110) 및 광차단막(120)을 증착한다. 기판(100)은 석영(Quartz)을 포함하는 투명한 재질로 이루어진다. 위상반전 막(110)은 노광 공정에서 포토마스크에 투과될 빛의 위상(phase)을 반전시킬 수 있는 물질로, 몰리브데늄(Mo)을 포함하는 화합물, 예를 들어 몰리브덴실리콘(MoSi)막으로 이루어진다. 위상반전막(110) 위에 증착된 광차단막(120)은 투과되는 빛을 차단하기 위한 막으로 크롬(Cr)막을 포함하여 형성할 수 있다. 다음에 광차단막(120) 위에 포토레지스트막(Photoresist layer)을 스핀 코팅(spin coating) 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 포토레지스트막(130)을 패터닝하여 광차단막(120)을 선택적으로 노출시키는 포토레지스트막 패턴(140)을 형성한다.
구체적으로, 노광 장치를 이용하여 포토레지스트막(130)의 일부 영역에 빛을 조사하는 노광(Exposure)공정을 진행한다. 노광 공정에서 빛이 조사된 부분에 광화학반응이 일어나면서 용해도 차이가 일어난다. 다음에 노광 공정이 진행된 포토레지스트막(130)에 현상(Develop)공정을 진행하여 광화학반응이 발생된 부분의 포토레지스트막을 제거하여 포토레지스트막 패턴(140)을 형성한다. 한편, 포토레지스트막 패턴(140)을 형성하는 과정에서 인접하는 패턴끼리 연결되는 브릿지(bridge, a), 포토레지스트물질 분출(extrusion, b) 또는 스팟(spot, c)등과 같은 반응 생성 잔여물(150)들이 발생하고 있다. 반응 생성 잔여물(150)들은 현상 공정을 진행하는 과정에서 또는 현상 공정이 진행된 후 반응에 의한 잔여물 또는 기타 오염에 의한 이물질들에 의해 발생한다. 이러한 반응 생성 잔여물(150)들은 유기물, 예를 들어 탄소(C), 수소(H) 및 산소(O) 원소의 결합물로 이루어져 있다.
또한, 포토레지스트막 패턴(140) 상에 발생된 반응 생성 잔여물(150)은 현상 공정에서 패턴 형성영역을 제외한 나머지 영역에서 완전하게 제거되어야할 포토레지스트막이 수 암스트롱(Å) 단위의 잔여막(160)으로 남는 경우에도 결함의 원인이 될 수 있다. 이와 같이 포토레지스트막 패턴(140)에 남아 있는 반응 생성 잔여물(150, 160)들은 이후 포토레지스트막 패턴(140)을 이용하여 진행할 식각 공정에서 방해 요인으로 작용하여 식각되어야할 패턴이 그대로 남아있는 불량이 발생할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 결함이 발생된 기판(100)을 세정 챔버(200) 내에 로딩시킨다음 초자외선을 이용한 제1 세정을 진행하여 포토레지스트막 패턴(140) 상에 발생된 결함물질을 제거한다.
먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 결함이 발생된 기판(100)을 세정 챔버(200) 내에 로딩시킨다. 세정 챔버(200)는, 기판(100)이 배치되는 스테이지(stage, 210), 챔버(200) 내측 상부에 배치되어 기판(100) 상에 초자외선(UV; Ultra Violet)을 조사하는 초자외선 램프(220), 초자외선 램프(220)와 스테이지(210) 사이에 배치되어 있는 석영 윈도우(Quartz window, 230), 챔버(200) 외부에서 내부로 불활성 기체를 공급하는 제1 주입부(240), 챔버(200) 외부에서 내부로 산소(O2) 가스를 공급하는 제2 주입부(250) 및 이물질을 외부로 배출하는 배출부(260)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 기판(100)이 로딩되어 있는 세정 챔버(200) 내에 제1 주입부(240)를 통해 불활성 기체, 예를 들어 질소(N2) 가스를 공급(blowing)하여 세정 챔버(200) 내부를 청정화시킨다. 세정 챔버(200) 내에 공급하는 불활성 기체는 30초 내 지 1분 동안 공급하여 세정 챔버(200)내 잔여하고 있는 파티클(particle)과 대기 중의 오염물들을 배출시켜 이후 진행할 세정을 준비한다.
다음에 챔버(200) 내측 상부에 배치되어 있는 초자외선 램프(220)를 점등하여 기판(100) 상에 초자외선(UV)을 조사한다. 이때, 초자외선을 조사하면서 제2 주입부(250)를 통해 산소(O2) 가스를 기판(100) 상에 함께 공급한다. 여기서 기판(100) 상에 조사하는 초자외선은 170-180nm의 파장으로 조사하며, 바람직하게는 172nm의 파장으로 조사한다. 초자외선은 10-15mW의 출력으로 점등한다. 기판(100) 상에 초자외선의 조사와 함께 산소(O2) 가스를 주입하면, 초자외선이 가지는 강력한 유기물 분해 에너지에 의해 포토레지스트막 패턴(140, 도 2 참조)에 고착화된 반응 생성 잔여물(150) 및 광차단막(120) 표면에 잔류하고 있는 포토레지스트막 잔여물(160)이 분해된다.
이와 동시에, 도 4에 도시한 바와 같이, 세정 챔버(200) 내로 주입된 산소(O2) 가스 역시 초자외선이 가진 고에너지에 의해 단원자 활성산소(O), 오존(O3), 그리고 산소(O2)와 같은 세 가지 상태로 분해 및 결합을 반복하게 된다. 초자외선에 의한 산소의 분해가 선행되고, 불안정 상태인 산소 원자 간의 결합을 통한 산소(O2)로의 환원, 그리고 산소(O2)와 활성산소(O)의 결합을 통한 오존(O3)의 생성과 분해가 반복적으로 이루어지는 상태에 도달하게 되는 것이다. 이러한 상황에서 발생되는 활성산소(O)는 그 불안정 상태에 기인하여 초자외선에 의해 분해된 포토레지스 트 성분의 반응 생성 잔여물(150)과 광차단막(120) 표면의 포토레지스트막 잔여물(160) 등과 결합한 후 세정 챔버(200) 내의 배출부(260)를 통해 챔버 외부로 배출된다. 또한, 동일한 원리로 포토레지스트막 패턴(140, 도 2 참조)이 형성된 광차단막(120) 표면은 활성산소(O)의 영향에 의한 산화막이 생성된다. 이에 따라 광차단막(120) 표면은 소수성(Hydrophobic) 상태에서 친수성(Hydrophilic) 상태로 변화하여, 후속 진행할 제2 세정을 용이하게 하는 역할을 병행한다.
다음에 초자외선 램프(220)를 소등하고, 분해된 반응 생성 잔여물(150)과 광차단막(120) 표면의 포토레지스트막 잔여물(160)과 같은 유기 이물들을 모두 세정 챔버(200) 외부로 배출할 수 있도록 제1 주입부(240)를 통해 불활성 기체를 주입한다. 세정 챔버(200) 내에 공급하는 불활성 기체는 30초 내지 1분 동안 공급할 수 있다. 이와 같이 초자외선을 이용한 제1 세정은 노광 에너지를 이용한 비접촉식 공정이므로 포토레지스트막 패턴(140)에 손상이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 세정이 진행된 기판(100)을 린스 장치(300)에 로딩시킨다음, 제1 세정에서 잔류된 이물질을 제거하는 제2 세정을 진행한다. 여기서 린스 장치(300)는 기판(100)이 배치되면서 회전이 가능한 척(chuck, 310) 및 기판(100) 상에 초순수(DIW; Deionized water)를 분사하는 초음파 진동 노즐(Megasonic vibration nozzle, 320)을 포함하여 구성된다. 여기서 초음파 진동 노즐(320)은 30-60°의 원주형 이동이 가능한 유동 노즐이다. 여기서 기판(100) 상에는 제1 세정에 의해 이물질이 제거된 포토레지스트막 패턴(140)이 있다.
이러한 린스 장치(300)의 척(310) 위에 제1 세정이 진행된 기판(100)을 배치 한다. 다음에 척을 일 방향으로 회전시키면서 초음파 진동 노즐(320)을 통해 기판(100) 상에 초순수(DIW)를 분사하여 잔류 이물질을 제거한다. 여기서 초순수(DIW)는 1-3MHz의 주파수를 갖는 초음파 진동(megasonic vibration)을 인가하여 분사하며, 바람직하게는 3MHz의 주파수로 인가한다. 또한, 다양한 회전 속도와 30-60°로 이동 가능한 초음파 진동 노즐(320)의 이동 조건을 설정할 수 있다.
초음파 진동 노즐(320)을 통해 분사되는 초순수(DIW)는 어떠한 산 또는 염기성 성분이 포함되어 있지 않으므로, 포토레지스트막 패턴(140)의 임계치수(CD)에 변화를 주지 않을 뿐 아니라 패턴에 어떠한 손상도 가하지 않는다. 또한, 기판(100)에 분사되는 초순수는 초음파 진동을 인가하여 분사함으로써 포토레지스트막 패턴(140)에 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 초음파 진동의 주파수가 1MHz이하의 주파수로 인가될 경우, 강한 진동력에 의해 포토레지스트막 패턴(140)에 손상이 발생할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에서는 1-3MHz의 주파수를 인가하여 패턴의 손상을 억제한다. 1-3MHz의 주파수로 인가된 초음파 진동에 의해 발생되는 초순수 내의 공동현상(cavitation)은 물리적 힘을 이용하여 포토레지스트막 패턴 표면으로부터 잔류 이물질을 분리시키는 작용한다.
이러한 제1 세정 및 제2 세정에 의해 도 6에 도시한 바와 같이, 포토레지스트막 패턴(140)에는 반응 생성 잔여물 및 포토레지스트막 잔여물이 제거되고, 이후 포토레지스트막 패턴(140)을 마스크로 한 식각 공정을 진행할 수 있다.
본 발명에 따른 포토마스크의 세정방법은 결함이 발생된 기판 상에 초자외선을 이용한 제1 세정 및 초음파 진동이 인가된 초순수를 이용한 제2 세정을 진행함 으로써 포토레지스트 잔여 생성물 및 기타 오염물질들을 제거하여 이후 식각 공정시 결함이 발생하는 것을 사전에 억제할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토마스크의 세정방법에 의하면, 포토마스크 상에 발생한 결함을 제거하는 수정 공정을 생략할 수 있어 공정 단계를 감소시킬 수 있다. 또한, 수정 공정에 의해 발생하는 투과율 저하등의 불량 발생을 감소시켜 양질의 포토마스크를 제작할 수 있다.

Claims (7)

  1. 기판 상에 패턴 대상막 및 포토레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트막을 패터닝하여 상기 패턴 대상막의 일부 영역을 노출시키는 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 기판을 챔버, 초자외선램프, 불활성 기체를 공급하는 제1 주입부 및 산소(O2) 가스를 공급하는 제2 주입부를 포함하여 구성되어 있는 세정장치 내에 로딩시키는 단계;
    상기 제1 주입부를 통해 챔버 내에 불활성 기체를 공급하는 단계;
    상기 초자외선램프를 점등하여 상기 기판 상에 초자외선을 조사하면서 상기 제2 주입부로 산소 가스를 공급하여 상기 포토레지스트막 패턴 형성시 발생된 반응생성물 또는 포토레지스트막 잔여물을 제거하는 세정을 진행하는 단계;
    상기 초자외선램프를 소등하면서 상기 제1 주입부를 통해 챔버 내에 불활성 기체를 공급하는 단계; 및
    상기 기판 상에 초음파진동(megasonic vibration)을 인가하면서 초순수를 공급하여 상기 포토레지스트막 패턴 상에 잔류하는 잔여물을 제거하는 세정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 세정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 대상막은, 크롬(Cr)막, 몰리브데늄(Mo)을 포함하는 막 또는 크롬막 및 몰리브데늄을 포함하는 막이 적층된 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 세정방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 불활성 기체는 질소(N2) 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 세정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 불활성 기체는 30초 내지 1분 동안 공급하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 세정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초자외선은 170-180nm의 주파수와 10-15mW의 출력으로 인가하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 세정방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 진동은 1-3MHz의 주파수로 인가하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 세정방법.
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