KR101069434B1 - 자기조립분자층을 이용한 포토마스크 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 자기조립분자층을 이용한 포토마스크 제조방법은, 투명 기판 상에 투명 기판의 일부 표면을 노출시키는 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴이 적층된 구조를 형성하는 단계; 광차단막 패턴을 제거하여 위상반전막 패턴 및 투명 기판의 표면 일부를 노출시키는 단계; 투명 기판의 노출된 표면 위에 전자의 이동이 가능한 자기조립분자층을 형성하는 단계; 자기조립분자층이 형성된 위상반전막 패턴의 임계치수를 측정하는 단계; 임계치수를 측정하는 동안 인가되는 전자는 전자의 이동이 가능한 자기조립분자층으로 중화시키는 단계; 및 자기조립분자층을 제거하는 단계를 포함한다.
자기조립분자층, 전도성, 임계치수

Description

자기조립분자층을 이용한 포토마스크 제조방법{Method for manufacturing photomask using self assembly molecule}
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기조립분자층을 이용한 포토마스크 제조방법이다.
포토마스크(Photomask)는 기판 상에 형성된 마스크 패턴 상에 빛을 조사하여 선택적으로 투과된 빛이 웨이퍼로 전사되면서 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성하는 역할을 한다. 포토마스크는 일반적으로 투명 기판 위에 크롬(Cr)을 포함하는 광차단막 패턴이 형성되어 빛이 투과되는 투광 영역 및 빛이 차단되는 차광 영역으로 이루어진 바이너리 마스크(Binary mask)를 이용하여 왔다. 그러나 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 패턴의 크기가 미세화되면서 바이너리 마스크를 투과하는 빛의 회절이나 간섭 현상 등에 의해 원하는 패턴을 정확하게 구현하기 어려워지고 있다. 이에 따라 정확한 패턴을 구현하는데 어려움을 극복하기 위해 수%의 투과율을 갖는 위상반전물질을 이용하는 위상반전마스크(phase shift mask)가 제안되어 적용하고 있다.
위상반전마스크는 투명 기판 위에 위상반전막 및 광차단막을 형성하고, 라이 팅(writing) 및 패턴 전사 단계를 포함하는 두 번의 패터닝 공정을 진행하여 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크 패턴을 형성하고 있다. 1차 패터닝 공정은 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크 패턴을 1차적으로 광차단막 패턴으로 구현하기 위해 진행한다. 1차 패터닝 공정에서 구현된 광차단막 패턴은 하부의 위상반전막 패턴을 형성하기 위한 식각시 마스크 역할을 한다. 2차 패터닝 공정은 광차단막 패턴을 선택적으로 제거하기 위해 진행한다. 2차 패터닝 공정으로 회로 패턴 위의 광차단막 패턴을 제거하면 목적에 맞는 위상반전막 패턴이 노출된다.
다음에 형성된 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 전사하고, 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 임계치수(Critical Dimension)를 검사하여 허용 범위 내의 임계치수가 형성되었는지 판별하여 포토마스크의 재제작 여부를 결정한다. 한편, 패턴의 임계 치수는 임계치수 측정용 전자주사현미경(SEM; Scanning Electron Microscope)을 이용하여 측정하고 있다. 전자주사현미경은 시료로 추출된 패턴 상에 전자를 공급하고 반사된 2차 전자를 검출하여 임계치수를 측정하는 방식으로 이루어진다.
그러나 임계치수 측정용 전자주사현미경을 이용하여 임계치수를 측정하는 경우, 단면 SEM과는 달리, 부도체인 투명 기판 상에 전하가 축적되어 이미지 불량이 발생하는 문제가 있다. 이러한 임계치수 측정용 전자주사현미경은 백금(Pt)과 같은 전도성 처리가 어려운 점이 있다. 전하가 축적되는 문제를 개선하기 위해 포토마스크의 광차단막 표면에 접지하는 방법을 적용하였다. 그러나 포토마스크의 패턴이 세밀해질수록 투명 기판 상에 축적된 전하의 중화가 어려워지는 문제가 있다. 전하 가 충전되면 전자주사현미경으로 측정시 해상도가 저하되거나 착지를 편향시켜 측정 오차를 유발한다. 이에 따라 정확한 임계치수 측정이 어려워지는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자기조립분자층을 이용한 포토마스크 제조방법은, 투명 기판 상에 상기 투명 기판의 일부 표면을 노출시키는 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴이 적층된 구조를 형성하는 단계; 상기 광차단막 패턴을 제거하여 상기 위상반전막 패턴 및 상기 투명 기판의 표면 일부를 노출시키는 단계; 상기 투명 기판의 노출된 표면 위에 전자의 이동이 가능한 자기조립분자층을 형성하는 단계; 상기 자기조립분자층이 형성된 위상반전막 패턴의 임계치수를 측정하는 단계; 상기 임계치수를 측정하는 동안 인가되는 전자는 상기 전자의 이동이 가능한 자기조립분자층으로 중화시키는 단계; 및 상기 자기조립분자층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 자기조립분자층을 형성하는 단계는, 상기 위상반전막 패턴이 형성된 투명 기판을 자기조립분자용액에 담구어 수행하는 것이 바람직하다.
상기 위상반전막 패턴이 형성된 투명 기판은 상기 자기조립분자용액에 많아야 10분 동안 담가두며, 3Å 내지 4Å의 두께로 형성한다.
상기 자기조립분자용액은, 탈이온수 내에 양 끝의 작용기에 아민기(NH3+)가 연결된 단위 자기조립분자들이 녹아있는 용액이고, 상기 아민기(NH3+)가 연결된 단위 자기조립분자는 디아미노도디케인 아디하이드로클로라이드(1, 12-diaminododecaneadihydrochloride)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단위 자기조립분자는 상기 탈이온수 내에 많아야 1mmol의 농도로 녹아있게 이루어진다.
상기 임계치수를 측정하는 단계는, 상기 투명 기판 상에 전자(e-)를 주사하여 상기 투명 기판 상에 형성된 위상반전막 패턴패턴으로부터 반사된 2차전자를 검출하여 임계치수를 측정하는 임계치수 측정용 전자주사현미경을 이용하여 진행하는 것이 바람직하다.
상기 자기조립분자층을 제거하는 단계는, 탈이온수를 공급하면서 초음파를 인가하는 세정 방식으로 제거할 수 있다.
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 1 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자기조립분자층을 이용한 포토마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 1을 참조하면, 투명 기판(100) 위에 위상반전막(105)을 형성한다. 투명 기판(100)은 석영(Quartz)을 포함하며, 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어진다. 투명 기판(100)은 실리콘산화계(SiOx) 재질로 이루어져 이후 형성할 자기조립분자층과의 흡착 반응을 용이하게 유도할 수 있다. 투명 기판(100) 위에 형성된 위상반전막(105)은 수 %의 투과율을 갖는 물질로 이루어지며, 몰리브데늄(Mo)을 함유하는 화합물을 포함한다. 몰리브데늄(Mo)을 함유하는 화합물은 몰리브덴 실리콘 나이트라이드(MoSiON)를 포함하여 형성할 수 있다. 다음에 위상반전막(105) 위에 광차단막(110)을 증착한다. 위상반전막(105) 위에 형성된 광차단막(110)은 이후 진행될 노광 공정에서 투명 기판(100)을 통해 투과하는 빛을 차단한다. 이러한 광차단막(110)은 크롬(Cr)을 포함하여 형성할 수 있다. 다음에 광차단막(110)의 표면 일부를 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(115)을 형성한다. 레지스트막 패턴(115)은 광차단막(110) 위에 레지스트막을 도포하여 형성하고 레지스트막 상에 노광 및 현상 공정을 포함하는 리소그래피(lithography) 공정을 진행하여 형성한다.
도 2를 참조하면, 레지스트막 패턴(115)을 식각 마스크로 광차단막(110, 도 1 참조)의 노출 부분을 식각하여 광차단막 패턴(120)을 형성하는 1차 패터닝 공정을 진행한다. 여기서 광차단막 패턴(120)은 메인 셀 영역에 배치되는 광차단막 메인 패턴(120a) 및 프레임 영역에 배치되는 광차단막 프레임 패턴(120b)을 포함한다. 이때, 광차단막 패턴(120)에 의해 하부 위상반전막(105)의 표면 일부가 선택적으로 노출된다. 다음에 레지스트막 패턴(115)은 스트립(strip) 공정으로 제거한다.
도 3을 참조하면, 광차단막 패턴(120)을 식각 마스크로 위상반전막(105, 도 2 참조)을 식각하여 위상반전막 패턴(125)을 형성한다. 위상반전막 패턴(125)은 메인 셀 영역에 배치되는 위상반전막 메인 패턴(125a) 및 프레임 영역에 배치되는 위상반전막 프레임 패턴(125b)을 포함한다. 이와 같이 형성된 위상반전막 패턴(125a, 125b)으로 투명 기판(100)의 표면 일부가 선택적으로 노출된다.
도 4를 참조하면, 메인 영역에 배치된 광차단막 메인 패턴(120a)을 선택적으로 제거하는 2차 패터닝 공정을 진행한다. 여기서 프레임 영역에 배치된 광차단막 패턴(120b)은 제거되지 않는다. 이러한 2차 패터닝 공정으로 광차단막 메인 패턴(120a)을 선택적으로 제거하면 위상반전막 메인 패턴(125a)이 노출된다. 이때, 위상반전막 프레임 패턴(125b)은 광차단막 프레임 패턴(125b)으로 덮여 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 투명 기판(100)의 노출 표면 위에 자기조립분자(SAM; Self Assembly Molecule)층(130)을 형성한다. 자기조립분자(SAM)층(130)을 형성하기 위해서는 위상반전막 패턴(125)이 형성된 투명 기판(100)을 자기조립분자용액에 담근다. 자기조립분자용액은, 양 끝의 작용기에 전기 전도성이 우수한 아민 기(NH3 +)가 연결된 단위 자기조립분자가 탈이온수에 녹아있는 용액이다. 여기서 자기조립분자용액에 녹아있는 단위 자기조립분자는 많아야 1mmol의 농도, 예컨대 0.5mmol 내지 1mmol의 농도로 녹아 있다. 이러한 단위 자기조립분자는 예를 들어, 양 끝의 작용기에 염산아닐린기(NH3 +Cl-)가 연결된 디아미노도디케인 아디하이드로클로라이드(1, 12-diaminododecaneadihydrochloride)를 포함하며, 화학식은 다음과 같다.
[화학식 1]
Figure 112009014474160-pat00001
양 끝의 작용기에 아민기(NH3 +)가 연결된 단위 자기조립분자는 마스크 표면이 전도성을 갖도록 유도하며, 실리콘산화계(SiOx) 물질에 선택적으로 반응한다. 이에 따라 아민기(NH3 +)가 연결된 단위 자기조립분자는 실리콘산화계(SiOx) 재질로 이루어진 투명 기판(100)의 노출 표면에 흡착이 잘 이루어진다.
위상반전막 패턴(125)이 형성된 투명 기판(100)을 자기조립분자용액 내에 담가 두면, 자기조립분자용액 내의 단위 자기조립분자(135)의 작용기가 도 6에 도시한 바와 같이, 투명 기판(100)의 노출 표면에 흡착되고, 그 결과 도 5에 도시한 바와 같이, 자기조립분자(SAM)층(130)이 만들어진다. 자기조립분자(SAM)층(130)은 위상반전막 패턴(125)이 형성된 투명 기판(100)을 자기조립분자용액에 많아야 10분 동안, 예를 들어 5분 내지 10동안 담가두어 형성하며, 3Å 내지 4Å의 두께로 형성한다. 이 경우 자기조립분자(SAM)층(130)의 아민기(NH3 +)는 이온 결합으로 이루어져 있다. 다음에 투명 기판(100)을 자기조립분자용액으로부터 꺼내고 탈이온수(DIW; Deionized water)로 린스하고 건조시킨다. 그러면 부도체인 투명 기판(100)의 노출 표면에는 전자의 이동이 가능한 이온 단분자막인 자기조립분자(SAM)층(130)이 형성된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 임계치수 측정용 전자주사현미경(SEM, 200)을 이용하여 투명 기판(100) 상에 형성된 위상반전막 메인 패턴(125a)의 임계치수를 측정한다. 이를 위해 임계치수 측정용 전자주사현미경(200)을 투명 기판(100) 상에 배치하고, 전자(e-)를 주사한 다음 투명 기판(100) 상에 형성된 패턴으로부터 반사된 2차전자를 검출하여 임계치수를 측정한다. 부도체인 투명 기판(100)의 표면이 노출된 상태에서 임계치수 측정용 전자주사현미경(200)을 이용하여 임계치수를 측정하는 경우, 투명 기판(100) 상에 전하가 축적되면서 이미지 불량이 발생하는 문제가 있다. 이미지 불량이 발생하면 패턴의 정확한 임계치수를 측정하기 어려워 측정 신뢰도가 저하되는 문제가 있다.
그러나 본 발명의 실시예에서 제시한 바와 같이, 투명 기판(100)의 노출 표면에 전자의 이동이 가능한 이온 단분자막인 자기조립분자(SAM)층(130)을 형성하고, 임계치수를 측정하면, 전자가 이동할 수 있는 이온의 특성에 의해 투명 기판(100) 상에 음(-) 전하가 축적되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 임계치수 측정용 전자주사현미경(200)을 이용하여 임계치수를 측정하는 과정에서 투명 기판(100) 상에 전하가 축적되는 것을 방지하고, 해상도를 향상시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 임계치수 측정용 전자주사현미경(200)으로 임계치수를 측 정한 투명 기판(100) 상에 세정 공정을 진행하여 투명 기판(100)의 노출 표면에 증착된 자기조립분자(SAM)층(130)을 제거한다. 자기조립분자(SAM)층(130)은 탈이온수(DIW)를 공급하면서 초음파를 인가하는 세정 방식으로 제거할 수 있다. 여기서 자기조립분자(SAM)층(130)은 투명 기판(100) 표면에 공유 결합이 아닌 이온 결합 형식으로 결합되어 있기 때문에 초음파 세정을 포함하는 일반적인 세정 방식으로도 용이하게 제거할 수 있다. 이에 따라 복잡한 세정 방법으로 인한 마스크에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 자기조립분자층을 이용한 포토마스크 제조방법은 석영 재질의 투명 기판 표면에 전자의 이동이 가능한 자기조립분자(SAM)층을 형성하여 부도체인 투명 기판 표면에 전도성을 부여한다. 이에 따라 임계치수를 측정하는 동안에도 전자의 이동이 가능하므로 투명 기판 상에 음(-) 전하가 축적되는 것을 방지할 수 있다. 또한 자기조립분자층은 투명 기판 표면에 이온 결합으로 결합되어 있기 때문에 일반적인 세정 방식으로도 용이하게 제거되어 마스크에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자기조립 단분자층을 이용한 포토마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

Claims (8)

  1. 부도체로 이루어진 투명 기판 상에 위상반전막 패턴 및 광차단막 패턴이 적층된 구조를 형성하여 상기 투명 기판의 표면을 선택적으로 노출시키는 단계;
    상기 광차단막 패턴을 제거하여 상기 위상반전막 패턴을 노출시키는 단계;
    상기 노출된 투명 기판의 표면에 전기 전도성을 가지는 단위 자기조립분자를 포함하는 자기조립분자층을 형성하는 단계;
    전자주사현미경을 이용하여 상기 자기조립분자층 상에 전자(e-)를 주사하는 단계;
    상기 투명 기판의 노출면에 형성되어 위상반전막 패턴 사이를 연결하는 상기 자기조립분자층에 의해 전자의 이동이 유도되어 상기 주사된 전자(e-)가 상기 투명 기판에 축적되는 것을 방지하면서 상기 자기조립분자층으로부터 반사된 2차 전자를 검출하여 임계치수를 측정하는 단계; 및
    상기 자기조립분자층을 제거하여 상기 투명 기판의 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 자기조립분자층을 이용한 포토마스크 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기조립분자층을 형성하는 단계는, 상기 위상반전막 패턴이 형성된 투명 기판을 자기조립분자용액에 담구어 수행하는 자기조립분자층을 이용한 포토마스크의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위상반전막 패턴이 형성된 투명 기판은 상기 자기조립분자용액에 5분 내지 10분 동안 담가두며, 3Å 내지 4Å의 두께로 형성하는 자기조립분자층을 이용한 포토마스크의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기 전도성을 가지는 단위 자기조립분자는 양 끝의 작용기에 아민기(NH3+)가 연결된 단위 자기조립분자인 자기조립분자층을 이용한 포토마스크의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아민기(NH3+)가 연결된 단위 자기조립분자는 디아미노도디케인 아디하이드로클로라이드(1, 12-diaminododecaneadihydrochloride)를 포함하는 자기조립분자층을 이용한 포토마스크의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단위 자기조립분자는 탈이온수 내에 0.5mmol 내지 1mmol의 농도로 녹아있는 자기조립분자층을 이용한 포토마스크의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자기조립분자층을 제거하는 단계는, 탈이온수를 공급하면서 초음파를 인가하는 세정 방식으로 제거하는 자기조립분자층을 이용한 포토마스크의 제조방법.
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