KR20090074558A - 헤이즈를 억제하는 포토마스크 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 마스크 패턴을 형성하고, 마스크 패턴 및 기판 표면을 덮는 폴리디메틸실록산(PDMS)층을 형성한 후, 기판 상에 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane)을 부착하는 헤이즈(haze)를 억제하는 포토마스크 형성 방법을 제시한다.
헤이즈, PDMS, 레티클, 펠리클

Description

헤이즈를 억제하는 포토마스크 형성 방법{Method for forming photomask to suppress haze}
본 발명은 리소그래피(lithography) 기술에 관한 것으로, 특히, 헤이즈(haze)를 억제하는 포토마스크(photo mask) 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 웨이퍼(wafer) 상에 집적시키기 위해 리소그래피 과정이 수행되고 있다. 리소그래피 과정은 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 회로 패턴의 레이아웃(layout)을 설계하고, 설계된 회로 패턴의 레이아웃을 따르는 마스크 패턴(mask pattern)을 투명한 석영 기판 상에 구현하는 포토마스크 제조 과정을 포함하여 수행된다. 제조된 포토마스크를 이용한 노광 과정을 수행하여, 마스크 패턴을 웨이퍼 상의 포토레지스트(photoresist)층에 패턴 전사하고 있다.
이러한 노광 과정에서 보다 작은 선폭의 패턴을 전사하고자 보다 짧은 파장대의 노광 광원이 이용되고 있다. 보다 짧은 파장대의 노광 광원이 도입됨에 따라, 짧은 파장대의 광원이 가지는 상대적으로 높은 노광 에너지(energy)에 의해 포토마스크 표면에 성장성 이물 또는 헤이즈(haze)의 발생이 보다 빈번하게 유발되고 있 다. 이러한 헤이즈는 황산암모늄((NH4)2SO4)을 주성 분으로 하고 있으며, 마스크 제작 공정으로부터 잔류하는 잔류 황산, 펠리클(pellicle) 및 보관 시 보관 박스(box) 물질로부터 배출(out-gassing)되는 배기 물질, 또는 공정 팹(fab)에서 포토마스크 사용 시의 환경 등의 요소에 의해 기인할 수 있다.
노광 공정 시 노광 광의 에너지(energy)에 의해 촉진되어 발생되는 이물 또는 헤이즈는, 포토마스크의 사용 기간에 따라 발생 이물 크기가 성장할 수 있어 성장성 이물로 불리워진다. 이러한 헤이즈는, 위상반전마스크(PSM: Phase Shift Mask)의 몰리브데늄(Mo) 합금층의 위상반전층 패턴 상에 유발되어, 노광 과정이 반복 수행됨에 따라 그 크기가 성장할 수 있다. 또한, 노광 공정 시 노광되어지는 웨이퍼(wafer)의 장수가 많아질수록, 또한, 노광 에너지가 많아질수록 헤이즈의 분포가 커져 노광 공정 시 문제를 유발하게 된다.
이러한 성장성 이물의 생성을 유도하는 황화물 이온(SO4 2-)과 암모늄 이온(NH4 +)은, 석영 기판 상에 마스크 기판을 플라즈마(plasma) 식각한 후, 플라즈마 식각 시 유발되는 식각 잔류물 또는 부산물을 제거하는 세정 과정에 사용된 세정액 또는 화학액으로부터 발생되어 포토마스크 표면에 잔류하는 것으로 평가되고 있다. 이러한 잔류 이온들은 노광 과정 중에 인가되는 노광 광원에 의해 활성화(activation)되어, 대기 중의 수분(H2O) 또는 암모니아(NH3), 이산화탄소(CO2) 등과 상호 반응함으로써 황산암모늄((NH4)2SO4) 또는 탄산암모늄(NH4HCO3) 등과 같은 성장성 이물로 성장되고 있다.
이와 같이 발생된 성장성 이물 또는 헤이즈는 주변의 투과도를 저하시켜, 실제 패턴이 존재하지 않는 부분에 패턴 부분이 형성되는 패턴 결함을 유도하게 된다. 이러한 패턴 결함이 웨이퍼 상에 유발될 경우, 회로 패턴들이 원하지 않게 연결되는 브리지(bridge) 결함이 발생될 수 있다. 이러한 성장성 이물에 의한 패턴 결함을 방지하기 위해서, 포토마스크에서 헤이즈 또는 성장성 이물의 생성을 억제하고자하는 노력들이 많이 수행되고 있다.
헤이즈 또는 성장성 이물의 주된 요인은 세정 과정에 사용된 세정액 또는 화학액의 잔류물로 평가되므로, 이러한 세정 잔류물을 포토마스크 상으로부터 최대한 제거하고자 하는 노력들이 수행되고 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 헤이즈는 여전히 발생되고 있어, 포토마스크에의 헤이즈 유발에 의한 반도체 소자의 제조 수율 저하 및 생산성 저하가 원하지 않게 발생되고 있다. 따라서, 반도체 소자의 제조 수율 개선이나 생산성의 제고를 위해서, 포토마스크에 헤이즈의 유발을 억제할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 헤이즈 발생을 억제할 수 있는 포토마스크 형성 방법을 제시하고자 한다.
본 발명의 일 관점은, 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴 및 기판 표면을 덮는 폴리디메틸실록산(PDMS)층을 형성하는 단계; 및 상기 기판 상에 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane)을 부착하는 단계를 포함하는 헤이즈(haze)를 억제하는 포토마스크 형성 방법을 제시한다.
상기 폴리디메틸실록산(PDMS)층은 수 Å 두께로 증착될 수 있다.
상기 폴리디메틸실록산(PDMS)층의 표면을 탈이온수(DI water) 또는 오존수(DI O3)를 이용하여 린스(rinse)하는 단계를 더 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예는 포토마스크의 표면에 폴리디메틸실록산(polydimethlysiloxane)을 증착하여, 잔류 물질 또는 잔류 이온과 대기 중의 반응 물질이 접촉하여 반응 결합하는 것을 억제한다. 헤이즈의 발생 요인으로 추정되고 있는 황산화물(SOx), 산질화물(NOx), 이산화탄소 또는 수분 등의 반응 물질이, 포토마스크 또는 레티클(reticle)의 세정이 잔류하는 물질과 결합되는 것을 표면 코팅(coating)된 폴리디메틸실록산 장벽층으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 헤이즈 발생을 억제할 수 있는 포토마스크 형성 방법을 제시할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 포토마스크의 헤이즈 발생에 대한 내성을 증가시키기 위해, 포토마스크의 표면에 반응 물질들 간의 상호 이동 및 접촉을 투명한 장벽층(barrier layer)을 코팅하여 방지한다. 투명한 장벽층으로 폴리디메틸실록산(PDMS: PolyDiMethlySiloxane)을 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition)한다. PDMS는 투명하고 액체와 증기에 대한 침투성이 있으며, 비활성, 소수성을 가지는 폴리머(polymer) 막질이다. 이러한 PDMS를 포토마스크 표면에 수 Å 두께의 층으로 코팅함으로써, 헤이즈의 발생 요인으로 추정되고 있는 황산화물(SOx), 산질화물(NOx), 이산화탄소 또는 수분 등의 반응 물질이, 포토마스크 또는 레티클(reticle)의 세정이 잔류하는 물질과 결합되는 것을 방지할 수 있다. 또한, PDMS 장벽층은 포토마스크의 표면 에너지를 상대적으로 낮춰주는 역할을 하여, 성장성 이물 고착을 방지함으로써 헤이즈 내성을 증가시켜 헤이즈 프리 레티클(haze free reticle) 제작이 가능하게 한다.
PDMS는 포토마스크와 같이 기판 면적이 상대적으로 넓은 경우에 상당히 안정적으로 점착될 수 있다. 이러한 특성은 포토마스크와 같이 투명한 석영 기판 상에 몰리브데늄 합금층의 위상반전층 또는 크롬(Cr)층이 도입된 경우와 같이, 표면 토폴로지(topology)가 상대적으로 평탄하지 않은 표면에 대해서도 안정적으로 PDMS층이 점착될 수 있게 유도한다. 또한, PDMS는 계면 자유 에너지(interfacial free energy)가 상대적으로 낮은 특성을 나타낸다. 이에 따라, PDMS층 상에 다른 이물이나 폴리머(polymer) 등이 접착되기가 어렵다. 따라서, PDMS층 상에 오염물질이 유발되는 것을 억제할 수 있다.
한편, PDMS는 균일(homogeneous)하고 등방성(isotropic) 특성을 가지고, 광학적으로 대략 300nm의 두께까지 실질적으로 투명한 특성을 나타낸다. 따라서, 포토마스크 상에 PDMS층을 증착할 때, PDMS층에 의해 포토마스크의 광학적 특성이 변질되는 것을 억제할 수 있다. PDMS층은 탄성체(elastomer)로 상당히 강한 내구성을 가지고 있다. 실험적으로 몰딩(molding)한 PDMS 스탬프(stamp)를 수백 번 사용하거나 또는 몇 달 동안이나 사용해도 육안으로 검출되는 열화(degradation)는 찾기 어렵다.
PDMS은 자기 조립 단립층들(SAMs: Self-Assembled Monolayers)의 형성으로 증착되고, 이에 따라 PDMS의 표면 특성(surface property)은 증착 시 플라즈마(plasma)의 조절 또는 제어에 의해서 쉽게 변경(modify)될 수 있다. 따라서, 물질간에 적절한 계면(interfacial) 상호작용에 의해서 균일한 계면 에너지값이 상당히 넓은 영역에 걸쳐 나타날 수 있다. 이에 따라, PDMS층은 장벽층으로 역할을 넓은 영역에 대해 균일하게 구현할 수 있다. 또한, PDMS층은 실질적으로 투명하고 액체와 증기에 대한 침투성이 있으며, 비활성, 소수성을 가지므로, 포토마스크의 표면에서 헤이즈의 발생을 유발하는 화학 반응을 실질적으로 차단할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헤이즈(haze)를 억제하는 포토마스크 형성 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 헤이즈를 억제하는 포토마스크 형성 방법은, 투명한 석영 기판(100) 상에 몰리브데늄(Mo) 합금층과 같은 위상반전층을 형성하고, 위상반전층 상에 크롬(Cr) 차광층을 형성한다. 이후에, 전자빔 노광 및 선택적 식각 등의 과정을 수행하여 차광층 및 위상반전층 패터닝하여 위상반전층 패턴(201) 및 차광층 패턴(203)을 형성한다. 칩 다이(chip die) 형역의 차광층 패턴(203)을 선택적으로 제거하고, 프레임(frame) 형역의 차광층 패턴(203)을 선택적으로 잔류시켜, 마스크 패턴(200)을 형성한다. 이러한 패터닝 과정에서 마스크 패턴(200) 및 기판(100) 상에는 식각 부산물과 같은 오염물 또는 유기물 등을 포함하는 이물이 유발될 수 있다.
이러한 이물(310)을 기판(100) 및 마스크 패턴(200) 표면으로부터 제거하기 위해서, 세정액을 이용한 세정 과정이 수행된다. 예컨대, 황산(H2SO4) 및 과산화수소(H2O2)의 혼합물(SPM)을 이용한 세정이 수행될 수 있고, 세정 시 잔류하는 잔류 이온들을 제거하기 위해서 린스(rinse) 과정이 수행될 수 있다. 이러한 세정 및 린스 과정에서 미처 제거되지 못한 잔류 이온들이 포토마스크 표면 상에 고착될 수 있다. 이러한 잔류 이온들이 후속 노광 과정에서 대기 중에서 공급되거나 다른 환경 요소들로부터 공급될 수 있는 다른 반응 물질과 접촉되는 것을 방지하고 억제하기 위해서, 도 2에 제시된 바와 같이, 장벽층(300)을 코팅(coating)한다.
도 2를 참조하면, 마스크 패턴(200) 및 기판(100) 표면을 덮게 폴리디메틸실록산(PDMS)층을 증착하여 장벽층(300)을 형성한다. 이때, PDMS는 화학기상증 착(CVD)을 이용하여 증착된다. PDMS는 자기 조립 단립층(SAM)들이 적층되는 형태로 CVD로 증착될 수 있으므로, PDMS층의 장벽층(300)은 수 Å 정도 두께를 가지게 증착될 수 있다. PDMS층의 두께는 잔류 이온의 이동이나 대기 중의 반응 물질의 침투 가능성을 고려하여, 이러한 반응 물질들의 이동 또는 확산을 억제할 수 있을 정도의 두께로 설정될 수 있다.
이와 같이, PDMS의 장벽층(300)을 형성한 후, PDMS층 표면에 유발된 오염물을 제거하기 위한 세정 린스(cleaning and rinse)를 진행할 수 있다. 예컨대, 탈이온수(DI: DeIonized water)나 탈이온수에 오존(O3)을 함유시킨 오존수(DIO3)를 이용하여 PDMS층의 표면을 린스한다. 이에 따라, PDMS 장벽층(300)은 깨끗한 표면 상태를 가질 수 있고, PDMS층 표면의 소수성 및 비활성, 낮은 계면 에너지의 특성에 의해 PDMS층 표면에서의 오염 발생을 억제될 수 있다.
도 3을 참조하면, PDMS 장벽층(300)이 형성된 기판(100)의 차광층 패턴(203) 상에 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane: 400)이 부착된 프레임(401)을 부착 또는 설치한다. 이에 따라 완성된 포토마스크를 노광 과정이 수행될 웨이퍼 공정 팹(FAB)으로 이송(shipping)한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헤이즈(haze)를 억제하는 포토마스크 형성 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.

Claims (3)

  1. 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 마스크 패턴 및 기판 표면을 덮는 폴리디메틸실록산(PDMS)층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판 상에 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane)을 부착하는 단계를 포함하는 헤이즈(haze)를 억제하는 포토마스크 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리디메틸실록산(PDMS)층은 수 Å 두께로 증착되는 헤이즈(haze)를 억제하는 포토마스크 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리디메틸실록산(PDMS)층의 표면을 탈이온수(DI water) 또는 오존수(DI O3)를 이용하여 린스(rinse)하는 단계를 더 포함하는 헤이즈(haze)를 억제하는 포토마스크 형성 방법.
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