KR20000057762A - 크롬 마스크 형성 방법 - Google Patents

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고바야시신지
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마찌다 가쯔히꼬
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Abstract

크롬막이 형성된 마스크 기판상에 소정 형상의 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 불소계 가스를 이용하여 플라즈마 처리하여, 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 크롬막을 드라이에칭하여서 되는 크롬 마스크의 형성 방법이 개시된다.

Description

크롬 마스크 형성 방법{METHOD OF PRODUCING CHROMIUM MASK}
본 발명은 크롬 마스크의 형성 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 마스크 기판상에 형성된 크롬막을 드라이에칭에 의해 패터닝하는 크롬 마스크의 형성 방법에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 프로세스에서의 포토리소그라피 공정에서는, 석영기판상에 차광체로서 크롬막을 일정 형상으로 형성한 크롬 마스크가 일반적으로 사용되어 왔다.
크롬막의 패터닝은, 통상, 크롬막이 형성된 석영 기판상에 레지스트를 도포하고, 이 레지스트를 전자빔(이하, EB라 함)을 이용하여 패터닝하는 리소그라피 공정과, 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 크롬막을 패터닝하는 에칭 공정으로 대별된다.
특히, 크롬막의 에칭 공정에서는, 종래부터 웨트에칭이 널리 이용되고 있으며, 현재의 크롬 마스크의 생산에 있어서도 주류를 이루고 있다. 이 는, 일찍부터 공장 생산에서 드라이에칭이 검토 및 채용된 웨이퍼 프로세스와 대조적이고, 그 이유로는, 이하의 두가지를 들 수 있다.
첫째로, 크롬 마스크의 미세화가 그다지 필요하지 않았다. 즉, 종래에는 웨이퍼 프로세스에서의 포토리소그라피의 미세화는 축소투영 노광장치(이하, 스텝퍼라 함)로써 행해졌고, 크롬 마스크의 마스크 패턴은 웨이퍼보다 5배 또는 10배 더 큰 상태에서 사용되므로 미세화 대응의 필요성이 작았다.
둘째로, 통상 웨트에칭은 등방성 에칭이므로 반드시 에칭 시프트가 일어남과 동시에, 피에칭막의 막두께가 변하면 에칭후의 패턴치수가 변하게 된다. 따라서, 웨이퍼 프로세스에서는 이러한 에칭 시프트 또는 패턴 치수의 변화를 방지하기 위해서 드라이칭이 검토되었다. 한편, 마스크 기판상에서는 웨이퍼 프로세스에서 문제가 되는 단차가 없고, 피에칭막의 막두께가 균일하기 때문에, 이들 문제를 고려할 필요가 없다.
한편, 최근에는 서서히 첨단 제품을 축으로 드라이에칭의 필요성 또는 적용이 확대되고 있다.
그 이유는, 첫째, 종래의 포토리소그라피 공정에서의 스텝퍼를 이용한 방식으로부터, 스캐너 방식으로 이행하여 왔기 때문이다. 즉, 이 스캐너방식에 사용하도록 현재 시판되고 있는 스캐너장치는 마스크 배율이 모두 4배로 되어 있고, 크롬 마스크의 패턴 또는 미세화쪽으로 이행되고 있기 때문이다.
둘째로, 웨이퍼 프로세스의 미세화가 진행함에 따라서, 노광 파장과 가공 치수의 역전 현상이 있기 때문에, 광근접효과 보정 마스크의 수요가 확대되고 있기 때문이다. 즉, 포토리소그라피 공정에서 노광 파장 이하의 치수의 패터닝을 행하는 경우, 광의 개방부에서의 투과량(광강도) 및 회절의 영향등을 정확히 조정할 필요가 있다. 이 조정은, 웨이퍼상에서는 해상되지않는 정확한 미세 패턴이 마스크상에 형성된 광근접효과 보정 마스크에 의해서 행하여지기 때문에, 종래와 비교하여 매우 높은 해상도가 필요하게 되어, 미세화가 급선무로 되고 있다.
셋째로, 마스크상에 먼지 또는 이물이 존재하면, 이것이 웨이퍼상에 전사되어 버린다. 따라서, 이러한 전사를 방지하기 위해, 특히 크롬 마스크의 프로세스에서, 먼지 또는 이물이 존재하지 않도록 세심한 주의를 기울일 필요가 있기 때문이다.
이와 같이, 드라이에칭 기술의 도입에 의해, 패턴 형상(에지 거칠기 및 단면 형상)의 개선, 미세 패턴의 해상도의 향상을 실현할 수 있다.
현재, 크롬 마스크의 드라이에칭에서는 통상 염소 또는 디클로로메탄과 산소의 혼합 가스가 사용되고 있다. 이 경우, 피에칭 면적에 따른 에칭 속도의 불균일성을 완화하는 것이 고정밀도로 균일한 크롬 패턴을 형성하기위해 중요하다.
통상, 드라이에칭에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 면적 효과에 의해 에칭 속도의 불균일성을 야기한다. 즉, 마스크 기판상의 칩영역 중앙부에서는, 주변부와 비교하여 단위 면적당 에칭에 기여하는 Cl 이온이 적은 상태가 되어, 에칭속도가 저하되며, 그 결과 마스크상에서의 크롬 패턴의 치수 변화를 야기하게 된다.
이에 대하여, 크롬막을 오버에칭하여 크롬 패턴의 치수 변화를 방지하는 방법이 있다.
예컨대, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 크롬막(2)이 형성된 마스크 기판(3)상에 레지스트 패턴(1)을 형성한 후, 이 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여, 크롬막(2)을 에칭하면, 마스크 기판(3)상의 칩주변부에서의 크롬막(2)은 에칭 속도가 크기 때문에 중앙부와 비교하여 먼저 에칭되어 버린다.
또한, 에칭이 진행되면, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 에칭 속도가 작은 중앙부의 크롬막(2)도 에칭된다. 이 경우, 주변부의 크롬막(2)은 사이드 에칭되어, 중앙부의 크롬막(2)의 패턴 치수(A)보다 작은 패턴 치수(B)로 된다.
또한, 에칭을 계속하면, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 주변부의 크롬막(2)은 레지스트 패턴(1)의 영향으로 서서히 사이드 에칭량이 작아 지게 되는 한편, 중앙부의 크롬막(2)이 사이드 에칭되기 때문에, 서서히 양자의 치수차가 작아 지게 된다(도 7 참조).
그러나, 이 방법에 의해서 치수차를 줄이기 위해서는, 레지스트 선택비를 확보한 상태에서 상기 처리를 행할 필요가 있다. 즉, 도 8에 나타낸 바와 같이, 레지스트 선택비가 높게 되면, 레지스트 선택비가 낮은 경우에 비해 충분한 오버 에칭에 의한 치수차 감소 효과가 얻어지지 않고, 전체의 에칭 시프트량의 감소에도 충분한 효과가 얻어지지 않기 때문이다.
에칭 시프트량이 크면, 최종적(에칭후)으로 소정 치수의 크롬 패턴을 얻기 위해서는, 전공정의 레지스트 패턴의 형성시에, 미리 에칭시프트량에 대응하는 양만큼 패턴치수를 크게, 바꿔 말하면, 에칭 시프트량에 대응하는 만큼 좁게 스페이스 치수를 해상해야 할 필요가 있다. 이는, 레지스트 패턴의 형성시에 보다 고해상의 성능이 필요하게 됨을 의미한다. 예컨대, 1OkV및 비교적 저가속 전압의 EB 노광 장치에 의해, 포지티브형 레지스트를 이용하여 패터닝을 행하는 경우의 치수 리니어리티를 도 9 및 도 10에 나타낸다. 치수 리니어리티는, 고립 패턴의 경우(도 9)에는 0.5μm에서 2.5μm까지 확보되어 있지만, 라인 앤드 스페이스(1:1) 패턴의 경우(도 10)에는 1.0μm에서 2.5μm까지 밖에 확보되어 있지 않다. 즉, 라인 앤드 스페이스의 경우에는, 치수 리니어리티의 성능이 스페이스 폭만으로 결정된다. 따라서, 레지스트 패턴의 형성시에는, 조금이라도 넓은 스페이스를 노광 해상하는 것이, 치수 리니어리티를 확보하여 고정밀도 레지스트 패턴을 형성하는 데 유리하다. 또한, 에칭 시프트량이 작으면, 필요 이상으로 좁은 스페이스 치수의 노광을 할 필요가 없고, 전체적으로 고정밀도의 크롬 패턴을 형성할 수 있다.
이와 같이, 실제의 LSI 제조용의 크롬마스크의 드라이에칭 공정에서는, 주변부와 중앙부의 패턴 치수의 조정을 위해 오버에칭을 필요로 하고 있지만, 큰 에칭 시프트량을 치수적으로 흡수할 만큼의 고해상 성능이 없기 때문에, 오버 에칭에 의한 에칭 시프트량을 가능한 한 작게 하는 방법이 바람직하다.
이에 대하여, 예컨대, 일본국 공개특허공보 제 93-267255호등에서는, 이온빔 장치에 의해 인등을 레지스트내에 이온 주입하여, 레지스트 선택비를 향상시키는(에칭 시프트량을 작게 하는) 방법이 제안되어 있다.
그러나, 이 방법에서는, 드라이에칭과는 별도의 장치가 필요하기 때문에, 그에 따라 제조 공정이 복잡하게 됨과 동시에, 마스크 결함의 발생 확률이 상승하며, 즉 마스크 제조 수율이 감소되는 문제점이 있다. 또한, 이 방법에서는, 아직 충분한 레지스트 선택비의 향상이 얻어지지 않고 있다.
본 발명에 의하면, 크롬막이 형성된 마스크 기판상에 소정 형상의 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 불소계 가스를 이용하여 플라즈마 처리하여 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 크롬막을 드라이에칭하여서 되는 크롬 마스크의 형성 방법이 제공된다.
도 1a 내지 1c는 본 발명의 크롬 마스크의 형성 방법의 일 실시예를 나타낸 주요부의 개략 단면도,
도 2는 CF4플라즈마 처리 시간과 에칭 시프트량의 관계를 나타낸 그래프,
도 3은 CF4플라즈마 처리에서의 RF 파워와 CF4플라즈마 최적 처리시간 또는 역바이어스 전위와의 관계를 나타낸 그래프,
도 4는 CF4플라즈마 처리에서의 압력과 CF4플라즈마 최적 처리 시간 또는 역바이어스 전위와의 관계를 나타낸 그래프,
도 5는 마스크 기판면내(칩영역의 중앙부와 주변부)에서의 에칭 속도차를 설명하기 위한 주요부의 개략 사시도,
도 6a 내지 6c는 마스크기판내에서 에칭 속도에 차이가 있는 경우의 에칭 공정을 설명하기 위한 주요부의 개략 단면도,
도 7은 오버 에칭에 의해 치수차가 감소됨을 설명하기 위한 도면,
도 8은 레지스트 선택비 마다의 에칭 시간과 치수차 또는 에칭 시프트량의 관계를 나타낸 그래프,
도 9는 고립 라인의 치수 리니어리티를 설명하기 위한 그래프, 및
도 10은 라인 앤드 스페이스(1:1) 패턴의 치수 리니어리티를 설명하기위한 그래프이다.
본 발명의 크롬마스크의 형성 방법에서는, 먼저 크롬막이 형성된 마스크 기판상에 소정 형상의 레지스트패턴을 형성한다.
본 발명에서 사용할 수 있는 마스크 기판은 상기 마스크 기판을 포토리소그라피 공정에서 사용할 때 노광광을 투과할 수 있는 기판이면 특히 한정되지 않으며, 예컨대 석영 기판등을 들 수 있다. 또한, 이 기판의 두께는, 사용되는 재료등에 따라 다르지만 0.25인치 정도 이상이 바람직하다.
마스크 기판상에는 그의 전면에 크롬막을 형성한다. 크롬막은 공지의 방법, 예컨대 스퍼터링법, 증착법, EB 증착법등 여러 가지 방법을 들 수 있다. 크롬막의 막두께는, 포토리소그라피 공정에서 사용할 때 노광광을 완전히 차광할 수 있는 막두께이면 특히 한정되지 않지만, 예컨대 6O∼11Onm 정도가 바람직하다.
또한, 크롬막이 형성된 마스크 기판상 전면에, 레지스트층을 형성하고, 포토리소그라피 및 에칭 공정에 의해 소정의 형상으로 패터닝하여, 레지스트패턴을 형성한다. 이 때 형성하는 레지스트층은, 해당 분야에 공지된포지티브형 및 네가티브형중 어느 하나의 레지스트를 이용하여 형성할 수 있다. 구체적으로, ZEP810S, ZEP7000(일본 제온사 제품)등을 들 수 있다. 레지스트층은, 상기 레지스트를 이용하여, 공지의 방법, 예컨대 회전도포법, 닥터 블레이드 코팅법등에 의해, 막두께 150∼500nm 정도로 형성할 수있다. 또한, 레지스트층의 패터닝은, 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 방법, 즉 포토리소그라피 및 에칭 공정에 의해 행할 수 있다. 이 때의 패턴은, 크롬마스크에서의 크롬 패턴의 선폭을 결정하는 것이며, 크롬 패턴에 거의 대응하는 치수로 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 본 발명에서는, 상기와 같이 얻어진 레지스트 패턴을 불소계 가스를 이용하여 플라즈마 처리한다. 이 때 사용하는 불소계 가스로는, 예컨대 CF4, CHF3, C2F6등의 단일 가스 또는 둘이상의 혼합 가스가 바람직하다. 이 경우의 플라즈마 처리는, 후공정에서 크롬막의 드라이에칭을 행할 수 있는 장치와 동일한 장치내에서 행하는 것이 바람직하다. 이러한 장치내에서 플라즈마 처리를 함에 의해, 외기에 노출시키지 않고 후공정을 행할 수 있어서, 간략화된 프로세스에 의해 작업성을 향상시킬 수 있음과 동시에, 먼지가 없는 상태에서의 에칭 프로세스가 가능해진다. 또한, 플라즈마 처리의 조건으로는, 사용하는 불소계 가스의 종류, 레지스트 패턴의 막두께등에 따라 적절하게 조정할 수 있지만, 예컨대 불소계 가스를 90∼110sccm 정도로 도입하고, RF 파워를 50∼150W정도, 압력을 1.5∼7Pa정도로 하여 10∼40초간 행하는 것이 바람직하다.
계속해서, 이와 같이 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 크롬막을 드라이에칭한다. 이 때의 드라이에칭은, 예컨대 RIE 법등을 들 수 있다. 그중에서도, 마그네트론 RIE법에 의해 드라이에칭하는 경우는, 가스를 Cl2:O2= 80:20sccm 정도로 도입하면서, 압력을 7Pa 정도, RF 파워를 80W 정도, MG를 60Gauss 정도로 하여, 15분간의 조건으로 행할 수 있다. 또한, 노멀 RIE법의 경우는 가스를 CH2C12:O2= 25:75sccm 정도로 도입하면서, 압력을 33Pa 정도, RF 파워를 200W 정도, MG를 0Gauss로 하여, 5분간의 조건으로 행할 수 있다. 에칭 가스로는, C12, CH2C12등의 염소계 가스를 단독 또는 혼합 가스로서 사용하는 것이 바람직하다.
이하에, 본 발명의 크롬 마스크의 형성 방법의 일 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 두께 0.25인치 정도의 석영제의 마스크 기판(3)상 전면에, 스퍼터법에 의해 막두께 60∼110nm 정도의 크롬막(2)을 형성한다. 이어서, 크롬막(2)상 전면에 막두께 150∼500nm 정도로 레지스트층을 형성하고, EB 리소그라피 공정에 의해 원하는 형상의 레지스트패턴(1)을 형성한다. 그 후, 공기분위기중에서, 100∼130℃ 정도의 온도로, 15분 정도, 열처리(포스트 베이킹)를 한다.
계속해서, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 이와 같이 얻어진 레지스트 패턴(1)에 대하여, CF4플라즈마 처리를 한다. 이 때의 플라즈마 처리는, 리액티브이온에칭(이하 RIE라 함) 장치에서, CF4가스를 1OOSCCM으로 도입하여, RF 파워 100W, 압력 2Pa에서 10∼20초간 방전함에 의해 행한다. 이로써 이온화된 F 이온이 레지스트 패턴(4)내에 주입되어, 레지스트 선택비를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 플라즈마 처리는 F 이온에 의해 레지스트를 스퍼터링하는 스퍼터성을 갖고 있기 때문에, 장시간의 처리를 하면 레지스트 패턴(1) 자체가 소멸되어, 후공정의 크롬막의 에칭시에 결과적으로 에칭 시프트가 커진다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 조건에서 레지스트 패턴(1)의 플라즈마처리를 행한 바, 약 20초의 처리 시간이, 전체의 에칭 시프트량을 감소시키는 데 가장 효과적인 것으로 밝혀졌다. 또한, 이 최적 처리 시간은 각 파라미터의 조건과 밀접하게 관계되어, 이들의 조건의 변경에 의해 변동한다. 예컨대, 도 3에 나타낸 바와 같이, RF 파워가 큰 조건하에서, 또는 도 4에 나타낸 바와 같이 압력이 작은 조건하에서 CF4플라즈마 처리를 행하면, 플라즈마 방전의 역바이어스 전위가 높게 되어, F 이온의 입사 에너지가 상승하기 때문에, 레지스트 패턴내로의 F 이온의 주입 레이트가 상승됨과 동시에 레지스트의 스퍼터성도 상승한다. 이로써 CF4방전에 의한 최적 처리 시간이 짧아지게 된다.
이어서, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 동일한 RIE 장치내에서 충분한 진공을 행하여, 연속적으로, 얻어진 레지스트 패턴(4)을 마스크로 이용하여크롬막(2)을 드라이 에칭에 의해 패터닝한다. 이 때의 드라이 에칭의 조건은, 예컨대 가스를 C12:O2= 8O:2Osccm 정도로 도입하면서, 압력을 7Pa 정도, RF 파워를 80W 정도, MG를 60Gauss 정도로 하여, 15분간의 조건으로 행할 수 있다.
상기 방법에 의해, 에칭 시프트량이 작은 크롬막(2)의 드라이에칭을 행할 수 있음으로써, 정밀도가 대단히 높은 크롬 마스크를 형성할 수 있다. 또한, 동일 장치/동일 체임버에서의 연속 처리가 가능하고, 종래보다 작업성이 높게 되어, 간략화된 방법에 의해 먼지가 없는 상태에서 에칭 프로세스를 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 레지스트 패턴을 불소계 가스를 이용하여 플라즈마 처리함에 의해, 크롬막의 드라이에칭시에 레지스트 선택비를 향상시킬 수 있음으로써, 에칭 시프트량을 대폭 감소시킬 수 있다. 그 결과, 전공정의 레지스트 패턴을 형성하기 위한 리소그라피 공정에서 미세가공의 부담이 작게 되어, 레지스트 패턴 형성으로부터 크롬 마스크 패턴 형성까지를 포함시킨 전체적인 의미에서의 크롬 마스크 패턴의 치수 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 레지스트 패턴의 불소계 가스에 의한 플라즈마 처리와, 크롬막의 드라이 에칭을, 동일한 장치내에서 외기에 노출시키지 않고 연속적으로 행하는 경우에는, 작업성이 높고 간략화된 먼지 없는 에칭 프로세스를 실현할 수 있어서, 마스크 결함의 발생율을 감소시킬 수 있으므로, 크롬 마스크의 형성시에 높은 제조 수율을 확보할 수 있다.

Claims (7)

  1. 크롬막이 형성된 마스크 기판상에 소정 형상의 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 불소계 가스를 이용하여 플라즈마 처리하여, 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 크롬막을 드라이에칭하여서 되는 크롬 마스크의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 레지스트 패턴의 불소계 가스에 의한 플라즈마 처리와 크롬막의 드라이에칭이, 동일 장치내에서 외기에 노출시키지 않고 연속적으로 행하여지는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 불소계 가스에 의한 플라즈마 처리가 CF4가스를 이용하여 행하여지고 크롬막의 드라이에칭이 염소계 가스를 이용하여 행하여지는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 크롬막이 60∼110nm의 두께를 갖는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 플라즈마 처리가 90∼110sccm의 불소계 가스의 유량, 50∼150W의 RF 파워, 1.5∼7Pa의 압력, 및 10∼40초의 처리 시간의 조건하에서 행하여지는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 드라이 에칭이 마그네트론 반응성 이온 에칭인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 드라이에칭이 O2와 C12또는 CH2C12의 에칭 가스에 의해 행하여지는 방법.
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