KR101145032B1 - 포토마스크 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명기판 상부에 포토마스크 패턴을 형성을 위한 메인 물질층을 형성하는 단계와, 상기 메인 물질층 표면에 플라즈마 처리를 수행하거나, 상기 메인 물질층 표면에 반사방지막(Anti-Reflection Filme)을 형성한 후 플라즈마 처리를 수행하여 표면개질층을 형성하는 단계 및 상기 표면개질층을 마스크로 상기 메인 물질층을 식각하여 포토마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하여, 레지스트 패턴의 두께 증가 없이도, 포토마스크 패턴을 용이하게 형성할 수 있으며, 우수한 프로파일을 갖는 포토마스크 패턴을 형성할 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

포토마스크 제조 방법{PHOTOMASK AND METHOD FOR FABRICATING PHOTOMASK}
본 발명은 포토마스크 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 포토리소그래피 공정에서 사용되는 포토마스크의 최종 포토마스크 패턴을 제조하는데 있어서, 패턴 형성을 위한 하드 마스크를 플라즈마를 이용한 표면 개질층으로 이용함으로써, 제조 공정을 단순화 하면서도 제조 비용을 절감시킬 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 LSI(Large Scale Integration) 집적도 증가로 인해 웨이퍼 상의 미세회로 패턴이 증가되었고, 이로 인해 미세회로의 직접 기술 및 셀 구성부와 층간 연결부의 크기를 감소시키는 것에 대한 요구가 점점 높아져 왔다.
따라서 리소그래피 공정에 선행하는 포토마스크의 제작 단계에서, 보다 미세한 임계치수 (CD, Critical Dimension)의 제어가 필요하다.
통상적으로, 포토마스크 원판(blank)의 구조는 투명 기판 상부에 금속 계열의 차광막과 그 상부에 도포된 레지스트막으로 구성되어 있다.
이 원판에 전자빔 노광 및 현상공정을 거쳐 레지스트 패턴을 얻고, 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 차광막을 건식 식각한 후 포토 마스크 패턴을 형성한다.
그러나, 같은 두께의 레지스트에서 보다 미세한 크기의 포토 마스크 패턴을 형성하고자 하면, 레지스트 패턴의 가로/세로 길이 비(Aspect ratio)가 증가하고, 이로 인하여 레지스트 패턴 형상이 정상적으로 형성되지 못하거나, 레지스트 패턴이 쉽게 무너질 수도 있어 식각에 의한 포토 마스크 패턴 전사가 적절히 수행되지 않게 된다.
특히, 종래의 포토마스크 제작에 사용되어온 포토마스크 원판에서는 포토 마스크 패턴을 이루는 차광막으로 사용되는 크롬 박막이 480 ~ 780Å까지의 두께를 갖고 형성된다.
이때, 일반적인 레지스트를 사용하는 경우 크롬 박막 식각 시 발생하는 마이크로 로딩 효과로 인해 선형성(linearity), 근접성(through-pitch) 및 균일도(uniformity)와 같은 임계치수 특성들 사이에 상당한 오차가 유발되는 문제가 발생하였다.
이러한 문제들을 해결하기 위하여 레지스트와 크롬층 상이에 하드마스크층을 더 형성하는 방법이 제안되었다.
도 1 내지 도 6은 종래 기술에 따른 포토마스크 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 투명 기판(10) 상부에 크롬층(20)을 형성한 후, 크롬층(20) 상부에 포토 마스크 패턴 형성을 위한 하드마스크층(30) 및 레지스트(40)을 형성한다.
다음으로, 도 2를 참조하면 레지스트(40)을 패터닝 하여 레지스트 패턴(45)을 형성하고, 하드마스크층(30)을 노출시킨다.
그 다음으로, 도 3을 참조하면 레지스트 패턴(45)을 마스크로 하드마스크층을 식각하여, 하드마스크 패턴(35)을 형성한다.
그 다음으로, 도 4를 참조하면 레지스트 패턴(45)을 제거하는 단계를 수행한다.
이때, 레지스트 패턴(45) 제거 과정에서 하드마스크 패턴(35)에 손상이 가해질 위험이 있으므로, 레지스트 패턴(45) 제거 과정을 정밀하게 제어해야 하는 불편함이 있다.
그 다음으로, 도 5를 참조하면 하드마스크 패턴(35)을 이용하여 크롬층(20)을 식각하고, 차광막으로서 크롬 패턴(25)을 형성한다.
이때, 크롬 패턴(25)이 미세 회로 패턴을 정의하는 경우에는 하드마스크 패턴(35)의 두께를 증가시켜야 하는데, 이 또한 포토마스크 제조 공정의 효율성을 떨어뜨리는 문제를 갖는다.
그 다음으로, 도 6을 참조하면, 크롬 패턴(25) 상부에 잔류하는 하드마스크 패턴(35)을 제거하여 포토마스크 제조 공정을 완료한다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에 따른 포토마스크 제조 공정에 있어서의 문제들은 하이엔드 급 소자의 미세 선폭으로 갈수록 더욱 큰 오차를 유발하여 불량 포토마스크를 생산하게 되고, 이러한 불량 포토마스크는 웨이퍼 공정에서 소자의 제작 시 심각한 오차를 발생시키게 된다.
본 발명은 포토마스크에 형성되는 최종 포토마스크 패턴의 프로파일을 향상시키고, 포토마스크 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 포토마스크 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
특히, 포토마스크 패턴 형성을 위한 패터닝 공정에서 사용되는 하드마스크를 플라즈마를 이용한 표면 개질층으로 형성함으로써, 레지스트 두께 증가에 따른 마이크로 로딩 효과를 감소시키고, 마스크층의 두께 증가에 따른 패터닝 공정의 부담을 감소시키면서도, 우수한 프로파일을 갖는 포토마스크 패턴을 제조하는 것을 그 목적으로 한다.
아울러, 본 발명은 상술한 방법으로 제조되어 우수한 프로파일을 갖는 미세 포토마스크 패턴을 포함하는 포토마스크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크 제조 방법은 투명기판 상부에 포토마스크 패턴을 형성을 위한 메인 물질층을 형성하는 단계와, 상기 메인 물질층 표면에 플라즈마 처리를 수행하거나, 상기 메인 물질층 표면에 반사방지막(Anti-Reflection Filme)을 형성한 후 플라즈마 처리를 수행하여 표면개질층을 형성하는 단계 및 상기 표면개질층을 마스크로 상기 메인 물질층을 식각하여 포토마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 메인 물질층은 차광 패턴 형성을 위한 금속층 또는 위상 반전을 위한 하프톤층을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 반사방지막은 할로겐 가스와 산화/환원 반응하는 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크 제조 방법은 투명기판 상부에 크롬 패턴을 형성하되, 상기 크롬 패턴 형성을 위한 하드 마스크 패턴으로 플라즈마를 이용한 크롬 표면 개질층 또는 반사방지막 표면 개질층 중 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 포토마스크 제조 방법은 (a) 투명기판 상부에 크롬층을 형성하는 단계와, (b) 상기 크롬층 상부에 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, (c) 상기 레지스트 패턴을 포함하는 상기 크롬층 표면에 플라즈마를 이용한 표면 개질층을 형성하는 단계와, (d) 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계 및 (e) 상기 표면 개질층을 하드 마스크로 상기 크롬층을 식각하여 포토 마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 크롬층과 상기 투명기판 사이 또는 상기 크롬층과 상기 레지스트 패턴 사이의 영역에 위상반전층을 더 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레지스트 패턴은 상기 포토 마스크 패턴 영역을 노출시키는 포지티브 타입을 이용하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 포토마스크 제조 방법은 (a') 투명기판 상부에 크롬층을 형성하는 단계와, (b') 상기 크롬층 상부에 반사방지막(Anti-Reflection Filme)을 형성하는 단계와, (c') 상기 반사방지막 상부에 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, (d') 상기 레지스트 패턴을 포함하는 상기 반사방지막 표면에 플라즈마를 이용한 표면 개질층을 형성하는 단계와, (e') 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계 및 (f') 상기 표면 개질층을 하드 마스크로 상기 크롬층을 식각하여 포토마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크는 상술한 방법으로 제조되어 미세 포토마스크 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 포토마스크는 바이너리 마스크, 위상반전 마스크 및 EUV 마스크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 플라즈마를 이용한 표면 개질층을 기존의 하드마스크 대용으로 이용함으로써, 포토마스크에 형성되는 최종 포토마스크 패턴의 프로파일을 향상시키고, 포토마스크 제조 공정을 단순화시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 포토마스크 패턴 형성을 위한 마스크층의 두께 증가에 따른 패터닝 공정의 부담을 감소시키면서도, 우수한 프로파일을 갖는 미세 포토마스크 패턴을 제조할 수 있도록 하므로, 포토마스크 제조 비용을 절감시키면서도 생산 능력을 극대화시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1 내지 도 6은 종래 기술에 따른 포토마스크 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 7 내지 도 12는 본 발명에 따른 포토마스크 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 실제 크롬 패턴 제조 예를 나타낸 단면 사진들이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 상술한 목적에 근거하여 플라즈마 표면 개질층을 이용한 포토마스크 및 이를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명하는 것으로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
먼저, 본 발명을 실시하기 위한 일 실시예로서 투명기판 상부에 포토마스크 패턴을 형성을 위한 메인 물질층을 형성하고, 메인 물질층을 패터닝하기 위한 하드마스크로서 표면 개질층을 이용하는 방법을 제공한다.
이때, 메인 물질층은 차광 패턴 형성을 위한 금속층 또는 위상 반전을 위한 하프톤층을 포함하며, EUV(Extreme UV) 마스크를 위한 반사층들이 포함될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 포토마스크는 바이너리 마스크, 위상반전 마스크 및 EUV 마스크 등 다양한 종류의 마스크에 활용 가능하다.
다음으로, 표면 개질층은 메인 물질층 표면에 플라즈마 처리를 수행하여 형성하거나, 상기 메인 물질층 표면에 반사방지막(Anti-Reflection Filme)을 형성한 후 플라즈마 처리를 수행함으로써, 형성될 수 있도록 한다.
이때, 반사방지막은 할로겐 가스와 산화/환원 반응하는 금속 물질을 이용하여 형성함으로써, 플라즈마 가스에 의한 표면 개질층이 용이하게 형성될 수 있도록 한다.
상기 표면 개질층에 대한 일례로서 F를 이용한 표면 개질층을 살펴보면, X선 광전자 분석기(XPS)를 통하여 분석한 결과로서 Cr, O, N 및 C 에 추가로 F 를 포함하는 구성을 발견할 수 있다.
또한, Cr, C, O 및 N 등의 결합 에너지의 변화가 발생하는데, 이는 F 가 박막 표면의 Cr, C, O 및 N 등과 직/간접적으로 결합을 형성한 결과라 할 수 있다.
그리고 상기와 같은 성분비는 공정 조건에 따라서 다르게 나타날 수 있다. 이와 같이 형성된 표면 개질층은 메인 물질층과 높은 식각 선택비를 가지므로, 패턴 형성을 위한 하드마스크 패턴으로 적합하다.
또한, 얇은 두께로도 우수한 프로파일을 갖는 패턴을 형성할 수 있도록 함으로써, 하드마스크층의 두께 증가에 따른 마스크 제조 방법의 공정상의 어려움을 용이하게 극복할 수 있도록 한다.
그 다음으로, 표면개질층을 마스크로 메인 물질층을 식각하여 포토마스크 패턴을 형성 한다.
이하에서는, 상기 실시예에 대한 표면 개질층의 구체적 예를 들어 상세히 설명하는 것으로 한다.
도 7 내지 도 12는 본 발명에 따른 포토마스크 제조 방법을 도시한 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 투명기판(100) 상부에 크롬층(120)을 형성하고, 크롬층(120) 상부에 반사방지막(130)을 형성하고, 반사방지막(130) 상부에 레지스트(140)을 형성한 예를 볼 수 있다.
이때, 투명기판(100)은 석영(Quartz)을 주로 이용할 수 있으며, 크롬층(120)에 대한 반사방지막(130)은 CrCON가 사용될 수 있다.
그러나, 상기 물질에 항상 제한 되는 것은 아니며, 일반적으로 통용되는 마스크 제조를 위한 물질들도 모두 사용 가능하다.
여기서, 크롬층(120) 상부에 형성되는 반사방지막(130)은 선택적인 것으로서, 생략이 가능하다.
즉, 포토마스크 패턴 형성을 위한 메인 물질층이 금속층인 경우 플라즈마 처리에 의한 표면 개질층 형성이 가능하므로, 반사방지막이 굳이 필요한 것은 아니다.
그러나, 메인 물질층이 위상반전층과 같은 것이 사용되는 경우에는 플라즈마 처리에 의한 표면 개질층 형성이 어려우므로, 반사방지막이 필수적으로 필요하게 된다.
다음으로, 도 8을 참조하면 레지스트(140)을 선택 식각하여 레지스트 패턴(145)을 형성하고, 레지스트 패턴(145)을 마스크로 한 선택 식각 공정으로 반사방지막(130)을 식각하여 반사방지막 패턴(132)을 형성한다.
이때, 반사방지막 패턴(132) 또한 선택적 사항으로 패터닝되지 않은 반사방지막(130) 상태에서 직접 표면처리 과정으로 넘어 갈 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하면 레지스트 패턴(145) 및 크롬층(120) 표면에 플라즈마 처리를 수행하여 표면 개질층(135)을 형성한다.
이때, 표면 개질층(135)은 기존에 사용하던 하드마스크의 기능 및 후속 공정을 진행하면서 발생할 수 있는 충격(Damage)로부터 크롬층(120)을 보호할 수 있는 역할을 수행한다.
또한, 상기 기능을 수행하면서도, 기존 하드마스크 두께의 1/2이하의 크기로 형성함으로써, 포토 리소그래피 공정이 진행되면서 마스크 패턴의 두께 증가에 따른 공정 부담을 감소시킬 수 있다.
그 다음으로, 도 10을 참조하면 레지스트 패턴(145) 및 반사방지막 패턴(132)을 제거한다.
이때, 제거 공정은 애슁(Ashing) 공정을 이용할 수 있으나, 이에 항상 제한되는 것은 아니다.
그 다음으로, 도 11을 참조하면 표면 개질층(135)을 마스크로 드라이 에칭 공정을 수행하여 크롬층(120)을 식각하고, 크롬 패턴(125)을 형성한다. 이때, 크롬 패턴(125)은 차광 포토마스크 패턴이라 할 수 있다.
여기서, 크롬층 대신에 위상반전층이 형성된 경우에는 포토마스크 패턴으로서 반투명 패턴이 형성될 수도 있다.
그 다음으로, 도 12를 참조하면 표면 개질층(135)을 제거하여 포토마스크의 제조 공정을 완료한다.
이와 같이 형성된 포토마스크의 포토마스크 패턴 즉, 크롬 패턴(125)은 실질적으로 포지티브 레지스트 패턴의 사이에 형성되는 표면 개질층(135)에 의해 형성되는 것이므로, 실질적으로는 네거티브 레지스트 패턴에 의해서 형성된 것과 동일한 효과를 얻게 된다.
이와 같이, 역상 패턴 제조가 가능한 경우 미세 패턴에 대한 역상 프로파일을 관리하면 되므로, 기존 보다 더 우수한 프로파일을 확보할 수 있도록 하는 리소그래피 효율을 제공할 수 있다. 또한, 비교적 재료 비용이 비싼 네거티브 레지스트를 사용하지 않아도 되므로 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 실제 크롬 패턴 제조 예를 나타낸 단면 사진들이다.
도 13은 레지스트 패턴 제거 후 표면 개질층 및 크롬 패턴이 나타난 실시예를 나타내는 사진으로 상기 도 11의 과정과 동일한 단계로 볼 수 있다.
그 다음으로, 도 14는 본 발명에 따른 도 12의 과정에서 촬영한 단면을 나타내는 것으로, 우수한 프로파일의 크롬 패턴이 형성된 것을 볼 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다.
도 15를 참조하면, 도시된 상태를 기준으로 하부에서부터 투명기판(200), 위상반전층(210), 크롬층(220), 반사방지막(230) 및 레지스트(240)의 순서로 적층된 것을 볼 수 있다.
이때, 포토마스크 패턴은 크롬층(220)에 의해 형성될 경우 상기 도 7 내지 도 12의 공정 순서에 따른 표면 개질층을 이용하여 형성될 수 있다.
아울러, 위상반전층(210)이 크롬층(220) 상부에 형성될 경우도 있을 수 있는데, 이러한 경우에는 할로겐 가스와 산화/환원 반응할 수 있는 금속 재질의 반사방지막을 위상반전층 상부에 형성한 후, 반사 방지막을 표면 개질층으로 형성하여 포토마스크 패턴을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 포토마스크 제조 방법은 포토마스크 패턴 형성을 위한 패터닝 공정에서 하드마스크로서, 플라즈마 처리에 의한 표면 개질층을 이용함으로써, 하드마스크 또는 레지스트의 두께가 불필요하게 증가되어야 하는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 포토마스크에 형성되는 최종 포토마스크 패턴의 선형성(linearity), 근접성(through-pitch) 및 균일도(uniformity)를 향상시켜 전체적인 포토마스크 패턴의 프로파일을 향상시키고, 포토마스크 제조 공정을 단순화시킬 수 있으므로, 포토마스크 제조 비용을 절감시키면서도 생산 능력을 극대화시킬 수 있다.
또한, 바이너리 마스크, 위상반전 마스크 및 EUV 마스크 등 다양한 종류의 마스크 제조 공정에 적용이 가능하므로 그 활용성이 더 극대화 될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10, 100, 200 : 투명기판 20, 120, 220 : 크롬층
25, 125 : 크롬 패턴 30 : 하드마스크층
35 : 하드마스크 패턴 40, 140, 240 : 레지스트
45, 145 : 레지스트 패턴 130, 230 : 반사방지막
132 : 반사방지막 패턴 135 : 표면 개질층

Claims (10)

  1. 투명기판 상부에 포토마스크 패턴을 형성을 위한 메인 물질층을 형성하는 단계;
    상기 메인 물질층 표면에 반사방지막(Anti-Reflection Filme)을 형성한 후 플라즈마 처리를 수행하여 표면개질층을 형성하는 단계; 및
    상기 표면개질층을 마스크로 상기 메인 물질층을 식각하여 포토마스크 패턴을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 반사방지막은 할로겐 가스와 산화/환원반응하는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 물질층은 차광 패턴 형성을 위한 금속층 또는 위상 반전을 위한 하프톤층을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. (a) 투명기판 상부에 크롬층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 크롬층 상부에 반사방지막(Anti-Reflection Film)을 형성하는 단계;
    (c) 상기 반사방지막 상부에 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    (d) 상기 레지스트 패턴을 포함하는 상기 반사방지막 표면에 플라즈마를 이용한 표면 개질층을 형성하는 단계;
    (e) 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계; 및
    (f) 상기 표면 개질층을 하드 마스크로 상기 크롬층을 식각하여 포토마스크 패턴을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 반사방지막은 할로겐 가스와 산화/환원반응하는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 투명기판 상부에 위상반전층을 더 형성하고, 상기 위상반전층 상부에 상기 크롬층을 형성하거나,
    상기 (a) 단계에서 상기 크롬층 상부에 위상반전층을 더 형성하고, 상기 (b) 단계에서 상기 위상반전층 상부에 상기 반사방지막을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴은 상기 포토 마스크 패턴 영역을 노출시키는 포지티브 타입을 이용하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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