KR20000067541A - 포토마스크의 결함 수정방법 - Google Patents

Abstract

기판에 결함을 주지 않고 결함을 수정함으로써 제조수율을 향상시킬 수 있는 포토마스크의 결함 수리방법에 대해 개시되어 있다. 이 방법은, 투명 기판과, 기판 상에 빛의 일부를 차광할 수 있도록 형성된 물질막 패턴을 구비하고, 불투명 결함이 발생된 포토마스크를 제공하는 단계와, 불투명 결함과, 불투명 결함과 접하는 물질막 패턴의 일부를 제거하는 단계, 및 그 일부가 제거된 물질막 패턴의 측면에 차광 물질막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

포토마스크의 결함 수정방법{Method for repairing a defect of photomask}

본 발명은 포토마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 포토마스크의 제조 과정에서 발생한 결함을 수정하는 포토마스크의 결함 수정방법에 관한 것이다.

반도체 집적회로 제조공정은, 일반적으로 반도체 기판의 표면에 회로소자들을 형성하기 위하여 실시하는 다수의 사진공정을 포함한다. 특히, 고집적 회로를 신뢰도 높은 사진 공정으로 형성하기 위해서는 포토마스크가 미세 패턴을 정의할 수 있어야 하며, 마스크 제작수율의 향상 및 턴 어라운드 타임(Turn Around Time; TAT)의 단축을 위해서는 결함(defect)이 없게 형성되어야 한다.

포토마스크를 제조할 때, 제조공정 단계에서 파티클(particle)이나 식각 잔류물이 마스크 상에 존재하면, 노광단계에서 파티클과 잔류물이 있는 부위가 노광되지 않기 때문에 결함이 발생한다. 포토마스크 내에 발생하는 결함은 크게, 투명 결함(clear defect)과 불투명 결함(opaque defect)으로 나눌 수 있다. 투명 결함이란 패턴의 일부 영역이 손실된 경우를 지칭한다. 반면, 불투명 결함은 패턴을 형성하는 차광 물질 또는 위상 반전 물질들이 기판 상에 형성된 패턴에 의해 정의된 광 투과부 등에 잔존할 때 발생한다.

포토마스크의 결함을 수정하기 위한 방법은 레이저를 이용하는 방법과 이온빔을 이용하는 방법으로 크게 나눌 수 있다. 현재 사용되고 있는 레이저를 이용하는 방법은 결함수정시 마스크 기판에 손상(damage)을 거의 일으키지 않는 반면에, 광학계로 이미지를 관측하여 수정하므로 정확도가 좋지 않다는 단점이 있다. 그리고, 이온빔을 사용하여 결함을 수정하는 방법은 결함이 발생한 부분에 이온빔을 직접 조사하여 결함을 식각해서 제거하므로, 마스크 기판에 손상을 심하게 주는 반면에, 해상도가 우수하다는 장점이 있다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 물질막 패턴(12)에 의해 정의된 광투과부를 구성하는 기판(10) 영역 상에 불필요하게 형성된 불투명 결함(미도시)을 종래 방법에 따라 이온빔으로 제거할 경우, 불투명 결함의 형태를 따라서 기판의 다른 부분보다 깊게 파여 리세스된 영역(A)이 형성된다. 이렇게 리세스된 영역은 불투명 결함의 가장자리 부분에서 많이 발생하는데, 이는 기판(10)을 이루는 물질과 불투명 결함을 형성하는 물질의 식각율이 거의 비슷하기 때문에 발생한다.

또한, 불투명 결함을 식각할 때 사용했던 이온이 기판(10) 표면에 남아 이온 얼룩이 형성되는데, 이를 제거하기 위하여 실시하는 오버 에칭에 의해 리세스된 영역(A)의 깊이는 더욱 깊어진다. 따라서, 결함이 존재했던 기판 영역과 정상 기판 영역간에는 큰 단차(d)가 발생하여 결함이 존재했던 기판 영역과 정상 기판 영역간에는 많은 위상차이가 발생한다. 그러므로, 종래의 방법으로 결함수정된 포토마스크를 사용하여 사진 공정을 실시할 경우, 웨이퍼 노광시 광의 강도의 저하를 가져와 불투명 결함에 대해 전혀 수정하지 못한 결과를 가져오거나, 형성된 패턴의 임계 치수가 변화하여 프로파일이 불량해져 수율이 저하되는 결과를 초래한다.

한편, 레이저와 광학계를 이용하여 결함을 수정하는 방법은 시료를 관측할 수 있는 배율이 50배까지로 제한되어 있기 때문에, 마스크 임계치수가 2㎛ 이상 정도의 큰 사이즈의 패턴에 대해서는 결함의 수정이 가능하지만 작은 사이즈의 패턴은 결함수정이 불가능한 문제가 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기판에 결함을 주지 않고 결함을 수정함으로써 제조수율을 향상시킬 수 있는 포토마스크의 결함 수리방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 포토마스크의 결함 수리 방법에 의해 수리된 포토마스크의 단면도이다.

도 2는 결함이 발생된 포토마스크를 도시한 평면도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 포토마스크의 결함 수정방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들로서, 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 자른 단면도들이다.

도 6a 및 도 6b는 AIMS(Aerial Image Measurement System) 설비를 이용하여 정상 패턴과 수정된 부위의 빛의 강도(intensity)를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 방법에 의해 결함이 수정된 포토마스크를 이용하여 반도체 기판 상에 1/5의 배율로 구현한 패턴의 크기를 나타낸 것이다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 포토마스크의 결함 수정방법은, 투명 기판과, 상기 기판 상에 빛의 일부를 차광할 수 있도록 형성된 물질막 패턴을 구비하고, 불투명 결함이 발생된 포토마스크를 제공하는 단계; 상기 불투명 결함과, 상기 불투명 결함과 접하는 물질막 패턴의 일부를 제거하는 단계; 및 그 일부가 제거된 상기 물질막 패턴의 측면에 차광 물질막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 불투명 결함을 제거하는 단계는 광학계와 레이저를 이용하고, 상기 차광 물질막 패턴을 형성하는 단계는 포커싱된 이온빔(FIB)을 사용하여 이루어진다.

본 발명에 따르면, 기판 손상을 최소화하면서 결함을 수정할 수 있으며, 따라서 포토마스크의 제조수율을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 여러 막과 영역들의 두께는 명료성을 위해서 강조되었다. 그리고, "포커싱된 이온빔(Focused Ion Beam)"은 포커싱(focusing) 전자기장 또는 콜리메이팅(collimating) 전자기장과 같은 전자기장에 의해 집속된(shaped) 이온 빔을 지칭한다. 도면에서 동일 참조 부호는 동일 부재를 나타낸다.

도 2는 결함이 발생된 포토마스크를 도시한 평면도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 포토마스크의 결함 수정방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들로서, 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'선을 자른 단면도들이다.

먼저, 도 2 및 도 3은 결함이 발생된 상태를 나타내는 도면으로서, 포토마스크 기판(110)상에 물질막 패턴(120)이 형성되어 광투과부를 정의하고 있고, 광투과부를 구성하는 포토마스크 기판(110)상에 원하지 않는 결함(130) 또한 형성되어 있다.

상기 포토마스크 기판(110)은 빛을 투과시킬 수 있는 물질, 예를 들어 석영(quartz) 또는 유리로 구성된다. 물질막 패턴(120)은 포토마스크(도 2의 100)가 통상의 포토마스크일 경우에는 차광물질로, 포토마스크가 위상반전 마스크일 경우에는 위상반전 물질로 형성된다.

차광물질로는 빛에 대한 투과율이 5% 이하인 저 투과율 물질, 예를 들어 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 또는 알루미늄(Al) 등이 사용된다. 그리고, 위상반전 물질로는 산화크롬(CrO), CrON, CrOCN, MoSiO, MoSiON 또는 WSix 등이 사용될 수 있다.

도 4는 레이저 결함수정 설비를 이용하여 도 3에 도시된 결함을 수정한 상태의 단면도로서, 레이저를 이용하여 정상 물질막 패턴(120)까지 여유있게 제거한다. 언급한 바와 같이, 레이저를 이용한 결함수정 방법은 정확도는 다소 낮은 반면에 기판에 가해지는 손상이 거의 없기 때문에, 결함을 제거한 후에도 기판에 거의 손상이 일어나지 않는다. 참조부호 "120"은 정상적인 물질막 패턴을 나타내고, "120a"는 그 일부가 식각된 물질막 패턴을 나타낸다.

도 5는 포커싱된 이온빔(FIB)을 이용하여 일부 식각된 물질막 패턴의 측면에 상기 물질막 패턴을 이루는 물질을 미세하게 증착, 패터닝한 상태를 도시한 단면도이다.

FIB 설비는 주사형 전자 현미경(SEM)을 사용하여 패턴을 수정하므로 정확도 측면에서 매우 우수하다. 따라서, 도 4에서 정확하게 수정되지 못한 부위에 탄소(carbon)막(140)을 증착한 후 패터닝하면, 정상적인 물질막 패턴과 동일한 사이즈로 수정된다.

도 6a 및 도 6b는 AIMS(Aerial Image Measurement System) 설비를 이용하여 정상 패턴과 수정된 부위의 빛의 강도(intensity)를 측정한 결과를 나타낸 것으로, 각각 1.7㎛과 1.9㎛의 라인 스페이스 패턴에 대해 측정한 결과들이다.

도시된 바와 같이, 정상 패턴과 수정된 부위의 광 강도가 거의 동일하게 나타났으며, 이로써 결함수정 후의 마스크 기판의 손상이 거의 발생하지 않았음을 알 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 방법에 의해 결함이 수정된 포토마스크를 이용하여 반도체기판 상에 1/5의 배율로 구현한 패턴의 크기를 나타낸 것이다. 도 7a는 1.7㎛ 사이즈의 라인 스페이스 패턴에 대해 360ms/㎠의 도우즈(dose)로 노광할 경우 결함 사이즈를 1.1 ∼ 1.6㎛으로 분리하여 측정한 결과를 나타내고, 도 7b는 1.9㎛ 사이즈의 라인 스페이스 패턴에 대해, 280ms/㎠의 도우즈(dose)로 노광할 경우 결함 사이즈를 1.1 ∼ 1.6㎛으로 분리하여 측정한 결과를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 결함의 크기와 무관하게 정상 패턴과 수정된 패턴의 웨이퍼 상에서의 크기는 거의 동일하게 나타났다.

이와 같은 결과로, 본 발명의 결함 수정방법을 이용하면 포토마스크 기판에 손상을 거의 주지 않으면서 결함을 수정할 수 있다.

상술한 본 발명에 의한 포토마스크의 결함 수정방법에 의하면, 먼저 기판 손상이 적은 레이저를 이용하여 결함 부분을 제거한 다음 FIB 설비를 이용하여 레이저를 이용한 공정에서 일부 식각된 패턴의 측면에 차광물질을 미세하게 증착함으로써, 기판 손상을 최소화하면서 마스크의 결함을 수정할 수 있다. 따라서, 포토마스크의 제조수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 투명 기판과, 상기 기판 상에 빛의 일부를 차광할 수 있도록 형성된 물질막 패턴을 구비하고, 불투명 결함이 발생된 포토마스크를 제공하는 단계;

   상기 불투명 결함과, 상기 불투명 결함과 접하는 물질막 패턴의 일부를 제거하는 단계; 및

   그 일부가 제거된 상기 물질막 패턴의 측면에 차광 물질막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 결함 수정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 불투명 결함을 제거하는 단계는,

   광학계와 레이저를 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 결함 수정방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 차광 물질막 패턴을 형성하는 단계는,

   포커싱된 이온빔(FIB)을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 결함 수정방법.