KR20090106899A - 포토마스크의 결함 제어방법 - Google Patents

포토마스크의 결함 제어방법 Download PDF

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Abstract

포토마스크 상의 크리스탈 결함의 발생을 사전에 탐지하여 크리스탈 결함의 생성을 방지할 수 있는 포토마스크의 결함 제어방법을 제시한다. 이는, 노광에 사용하는 포토마스크에 적외선을 투사하여 포토마스크의 이온 농도를 측정하는 단계, 및 측정된 이온 농도가 설정된 임계치에 도달한 경우 포토마스크를 세정하는 단계를 포함하여 이루어진다.
포토마스크, 결함, 크리스탈 결함, 적외선 측정, 이온농도

Description

포토마스크의 결함 제어방법{Method for controlling crystal defect of photomask}
본 발명은 포토마스크의 제조방법에 관한 것으로, 특히 포토마스크 상에 염이 발생하는 것을 사전에 탐지할 수 있는 포토마스크의 결함 제어방법에 관한 것이다.
포토리소그래피(photolithography) 공정은, 웨이퍼 상에 구현하기 위하여 설계된 회로 패턴이 그려진 레티클(reticle) 또는 포토마스크에 빛을 조사하여 웨이퍼 상에 도포된 감광제를 노광함으로써 원하는 패턴을 웨이퍼 상에 구현하는 공정이다. 즉, 웨이퍼 상에 감광제를 도포한 후 웨이퍼를 원하는 방향의 빛만 통과시키도록 패턴 정보가 담겨져 있는 포토마스크를 투과한 빛에 노출시키면, 감광제는 포토마스크에 담긴 패턴에 따라 원하는 영역에서만 감광되어 웨이퍼 표면에 원하는 패턴이 형성되는 것이다.
이와 같이, 포토마스크는 웨이퍼에 회로 패턴을 구현하기 위한 매우 중요한 요소이다. 이러한 포토마스크를 리페어 기술(repair technique) 등의 기술을 사용하여 결함없이 제조할 수 있다고 하더라도, 조작과 대기 중 오염물질에 의한 포토 마스크의 오염 가능성을 완전히 배제할 수 없다. 따라서, 노광과정에서 포토마스크를 파티클 등의 오염원으로부터 보호하기 위하여, 대기 중 파티클이 포토마스크에 부착되어 빛을 차단하거나 산란시키는 것을 방지하는 펠리클(pellicle)이 사용되며, 이 펠리클은 노광공정의 결함을 줄이고 포토마스크의 수명을 늘이는 역할을 한다.
그런데, 펠리클과 포토마스크, 그리고 펠리클 프레임은 밀폐형이거나 또는 공기가 흐를 수 있도록 홀(hole)을 설치하기도 한다. 이 홀을 통해서도 이물질이 반입될 수 있기 때문에 통상 미세 이물질을 제어할 수 있는 필터를 설치한다. 그러나, 이러한 필터도 이온성의 분자를 완전히 막지는 못한다. 이러한 이유로, 외부의 솔벤트(solvent), NH3 +, SO4, SOX 등의 이온이나, 공정 중에 사용한 약품의 잔존물인 NH3 +, SO4 - 등이나, 펠리클 제조시 사용한 여러 가지 유기물로부터의 아웃 개싱(outgassing) 물질들이 포토마스크 사용중, 즉 자외선 등으로 노광작업을 진행하는 도중에 펠리클과 포토마스크 사이의 필폐된 공간에서 반응하여 포토마스크의 표면 및 펠리클의 표면 등에 이물질을 형성하게 된다.
이러한 반응 등에 의해 형성된 이물질은 공정을 진행하는 동안 계속 성장하여 결정성 파티클이 되어 빛의 투과를 방해하는 작용을 함으로써, 노광에 의해 형성되어야 할 미세 패턴에 변형을 유발하고 결국에는 제품 불량을 야기하게 된다. 따라서, 이러한 문제를 방지하기 위해, 노광 작업이 진행된 포토마스크는 검사장비 를 사용하여 이물질의 발생 상태를 주기적으로 검사, 점검하고 이물질 발생시 이를 제거하기 위해 펠리클을 제거하고 세정한 뒤 페리클을 다시 부착하는 작업이 필요하므로 노광시간이 길어진다. 또한, 펠리클을 재작업하는 동안 생산공정을 진행하지 못하기 때문에, 세정을 진행하는 동안 사용할 동일한 여분의 마스크를 여러 장 보유함으로써 마스크 비용증가 등 많은 손실이 발생하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 포토마스크 상의 크리스탈 결함의 발생을 사전에 탐지하여 크리스탈 결함의 생성을 방지할 수 있는 포토마스크의 결함 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포토마스크의 결함 제어방법은, 노광에 사용하는 포토마스크에 적외선을 투사하여 포토마스크의 이온 농도를 측정하는 단계, 및 측정된 이온 농도가 설정된 임계치에 도달한 경우 포토마스크를 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 포토마스크의 이온 농도를 측정하는 단계는, 노광 작업 중 주기적으로 실시할 수 있다.
상기 포토마스크의 이온 농도를 측정하는 단계에서, 암모니아 이온(NH3 +) 또는 황산이온(SO4 -)을 포함하여 측정하는 것이 바람직하다.
상기 임계치는 포토마스크 상에 부착된 이온 또는 파티클들이 반응에 의해 크리스탈 결함으로 성장하기 시작하는 이온농도일 수 있다.
본 발명에 의한 포토마스크의 결함 제어방법에 따르면, 적외선 측정을 이용 하여 포토마스크의 이온 농도를 주기적으로 측정하여 임계치를 초과할 경우 포토마스크에 대한 세정을 실시함으로써, 크리스탈 결함의 생성을 미리 예측하여 사전에 예방할 수 있고, 패턴 결함의 발생을 방지할 수 있으며, 노광시간을 단축할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
언급한 바와 같이, 포토마스크 외부의 솔벤트(solvent), NH3 +, SO4, SOX 등의 이온이나, 포토마스크 제조공정 중에 사용한 약품의 잔존물인 NH3 +, SO4 - 등이나, 펠리클 제조시 사용한 여러 가지 유기물로부터의 아웃 개싱(outgassing) 물질들이, 자외선 등으로 노광작업을 진행하는 도중에 펠리클과 포토마스크 사이의 필폐된 공간에서 반응하여 포토마스크의 표면 및 펠리클의 표면 등에 이물질을 형성하게 된다. 이러한 반응 등에 의해 형성된 이물질은 공정을 진행하는 동안 계속 성장하여 결정성 파티클인 크리스탈 결함(crystal defect)이 되어 빛의 투과를 방해하는 작용을 함으로써, 노광에 의해 형성되어야 할 미세 패턴에 변형을 유발하고 결국에는 제품 불량을 야기하게 된다. 따라서, 크리스탈 결함이 생성되기 전에 포토마스크에 대한 세정을 수행하여 크리스탈 결함이 생성되지 못하도록 할 필요가 있다. 이를 위해서는 이물질들이 노광원에 의한 반응으로 크리스탈 결함으로 성장하는 임계치, 즉 크리스탈 결함이 생성되는 임계 노광시간 또는 임계 노광 에너지를 검출하여야 한다.
본 발명은 적외선 파장을 이용하는 적외선(IR) 측정방식을 사용하여 포토마스크 상의 이온농도를 주기적으로 측정함으로써 크리스탈 결함이 발생하는 임계치를 설정하고, 그 임계치를 도달할 경우 노광작업에 사용하던 포토마스크를 세정하여 크리스탈 결함으로 인한 웨이퍼 패턴의 불량을 사전에 방지할 수 있도록 한다.
적외선(IR) 측정방식은, 분석하고자 하는 시료에 적외선을 투시한 후 투과된 빛의 파장을 이용하여 시료에 함유된 이온의 분석이 가능한 방식이다. 이러한 적외선 측정방식을 사용하여 동일한 빛의 양에 대해서, 정상부위와 결함 부위의 투과된 빛의 양의 차이를 그래프로 표현하여 임계치를 설정하면, 향후 그 임계치를 벗어나는 부분에 대해 또는 투과된 빛의 양에 따라 정확한 포토마스크의 세정주기를 결정할 수 있게 된다. 이러한 크리스탈 결함들은 탈이온수(DI water) 세정을 통해서도 제거가 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 적외선을 이용한 포토마스크의 결함 제어방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 포토마스크의 결함 제어방법을 나타낸 공정 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 결함의 발생을 검출할 포토마스크(100)가 준비되고, 상기 포토마스크(100)의 전방 일정 거리에 적외선을 투사할 광원(200)이 설치된다. 상기 포토마스크(100)의 후방에는 상기 광원(200)으로부터 포토마스크(100)를 투과하여 출사되는 적외선을 검출할 적외선 검출기(300)가 설치된다.
상기 포토마스크(100)는 통상의 위상반전마스크일 수 있다. 포토마스크(100)는 석영(Qz)과 같은 투명 재질로 이루어진 기판(110)과, 상기 기판 상의 패턴과 기판의 표면을 보호하기 위하여 부착된 펠리클(120)로 구성된다. 상기 기판(110) 상에는 웨이퍼 상에 구현하고자 하는 회로 패턴을 정의하는 위상반전막(도시되지 않음)과 광차단막(도시되지 않음)이 형성되어 있다. 상기 펠리클(120)은 프레임(121)을 매개로 하여 기판(110)과 일정 간격을 두고 배치되는 얇은 펠리클 막(122)을 포함한다. 상기 프레임(121)에는 도시된 바와 같이 홀(123)이 배치될 수도 있다. 그리고, 상기 기판(110)의 표면에는 포토마스크 제조공정 중에 사용한 약품의 잔존물, 펠리클 제조시 사용한 여러 가지 유기물로부터의 아웃 개싱(outgassing) 물질 등으로 인한 파티클(124)이 부착될 수 있다.
적외선 검출기(300)는 상기 포토마스크(100)로부터 출사되는 적외선을 검출 및 분석하여 포토마스크(100) 표면의 이온의 농도를 측정한다. 측정된 이온의 농도는 적외선 검출기에 연결된 제어수단에서, 미리 설정된 임계치와 비교된다. 상기 임계치는 포토마스크 상에 부착된 이온 또는 파티클들이 반응에 의해 크리스탈 결함으로 성장하기 시작하는 이온농도로서, 여러 가지 방법으로 설정할 수 있다.
측정된 이온의 농도가 임계치에 도달하거나 넘어섰을 경우 사용하던 포토마스크에 대한 세정을 실시한다. 상기 포토마스크에 대한 세정은 탈이온수를 사용하여 실시할 수 있다.
이와 같이, 노광을 진행하는 과정에서 적외선 측정을 이용하여 포토마스크의 이온 농도를 주기적으로 측정하고, 측정된 이온 농도가 임계치를 초과할 경우 포토마스크에 대한 세정을 실시함으로써, 크리스탈 결함의 생성을 미리 예측하여 사전에 예방할 수 있고, 패턴 결함의 발생을 방지할 수 있으며, 노광시간을 단축할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1은 본 발명에 따른 적외선을 이용한 포토마스크의 결함 제어방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 포토마스크의 결함 제어방법을 나타낸 공정 흐름도이다.

Claims (4)

  1. 노광에 사용하는 포토마스크에 적외선을 투사하여 상기 포토마스크의 이온 농도를 측정하는 단계; 및
    측정된 이온 농도가 설정된 임계치에 도달한 경우 포토마스크를 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 결함 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 포토마스크의 이온 농도를 측정하는 단계는,
    노광 작업 중 주기적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 결함 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 포토마스크의 이온 농도를 측정하는 단계에서,
    암모니아 이온(NH3 +) 또는 황산이온(SO4 -)을 포함하여 측정하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 결함 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임계치는 포토마스크 상에 부착된 이온 또는 파티클들이 반응에 의해 크리스탈 결함으로 성장하기 시작하는 이온농도인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 결함 제어방법.
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