KR20100027822A - 포토마스크의 결함 수정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 포토마스크의 결함 수정 방법은, 기판 상에 마스크막을 형성하는 단계; 마스크막 위에 레지스트막을 형성하는 단계; 레지스트막 상에 노광 공정 및 현상 공정을 수행하여 마스크막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 레지스트막 패턴 및 기판 상에 빛을 조사하여 반사된 반사광을 수집하여 레지스트막 패턴을 형성하는 과정에서 발생된 결함을 검출하는 단계; 결함이 검출된 레지스트막 패턴 상에 리페어 공정을 진행하여 수정하는 단계; 및 리페어 공정으로 수정된 레지스트막 패턴을 식각마스크로 마스크막의 노출 부분을 식각하여 마스크막 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
브릿지 결함, 브레이크 결함, 원자력간 현미경

Description

포토마스크의 결함 수정 방법{Method for repairing defect in photomask}
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토마스크의 결함 수정 방법에 관한 것이다.
포토마스크(Photomask)는 투명한 재질의 기판에 형성된 마스크막 패턴 상에 빛을 조사하여 선택적으로 투과된 빛이 웨이퍼로 전사되면서 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성하는 역할을 한다. 포토마스크는 기판 상에 광차단막을 포함하는 마스크막을 형성하고, 마스크막 위에 레지스트막 패턴을 형성한 다음, 이 레지스트막 패턴을 식각마스크로 마스크막을 식각하여 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크막 패턴을 형성하는 방식으로 제작하고 있다. 그런데 마스크막 상에 레지스트막 패턴을 형성하기 위해 레지스트막 상에 리소그래피(lithography) 공정을 진행하여 패터닝하는 과정에서 결함이 발생하는 경우가 있다.
이와 같이 레지스트막 패턴 상에 결함이 발생되면 마스크막 패턴이 원하는 형상으로 형성되지 않고, 불량 마스크막 패턴이 웨이퍼에 전사되어 웨이퍼 불량으로 작용할 수 있다. 이러한 결함에 의한 웨이퍼 불량을 방지하기 위해 현재 포토마스크를 제작한 다음, 리페어(repair) 공정을 진행하여 결함을 수정하고 있다. 포토 마스크의 리페어 공정은 레지스트막 패턴을 식각마스크로 한 식각 공정이 종료된 후 결함 검사를 통해서 발견된 결함을 수정하는 방식으로 진행되고 있다. 그러나 리페어 공정 등을 진행하더라도 포토마스크 상에 형성된 결함의 일부만 수정이 가능하거나 또는 결함 수정이 불가능한 경우도 발생하고 있다. 예를 들어 리페어 공정에서 레지스트막 패턴의 브릿지 결함으로 유발된 마스크막 패턴의 브릿지 결함은 포커스 이온 빔(FIB; Focus Ion Beam)을 이용하여 연결된 부분을 끊어주는 수정 방식으로 진행하고 있다. 그러나 레지스트막 패턴이 형성되어야 하는 영역의 레지스트막이 제거되는 브레이크 결함으로 유발된 마스크막 패턴의 브레이크 결함은 수정하기가 사실상 어렵다.
또한 마스크막 패턴 상에 발생된 결함을 수정하는 공정은 다양한 연구가 진행되고 있으나, 레지스트막 패턴을 형성하는 과정에서 발생되는 레지스트막 패턴의 브릿지 결함이나 레지스트막 패턴의 브레이크 결함을 예방하는 연구는 배제되고 있는 실정이다. 이는 현재의 투과광(transmittance light)을 이용하는 검사 장비로는 레지스트막 패턴의 현상 공정 이후에 레지스트막 패턴을 검사하기가 어렵기 때문이다. 이에 따라 현상 공정 이후에 레지스막 패턴 상에 발생된 결함을 발견하고, 수정함으로써 마스크막 패턴에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명에 따른 포토마스크의 결함 수정 방법은, 기판 상에 마스크막을 형성하는 단계; 상기 마스크막 위에 레지스트막을 형성하는 단계; 상기 레지스트막 상에 노광 공정 및 현상 공정을 수행하여 상기 마스크막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트막 패턴 및 기판 상에 빛을 조사하여 반사된 반사광을 수집하여 상기 레지스트막 패턴을 형성하는 과정에서 발생된 결함을 검출하는 단계; 상기 결함이 검출된 레지스트막 패턴 상에 리페어 공정을 진행하여 수정하는 단계; 및 상기 리페어 공정으로 수정된 레지스트막 패턴을 식각마스크로 상기 마스크막의 노출 부분을 식각하여 마스크막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 마스크막은 광차단막 및 위상반전막을 포함한다.
상기 결함을 검출하는 단계는, 상기 레지스트막 패턴이 형성된 기판 상에 반사광을 검출하는 광센서가 상기 기판 상부에 배치된 결함 검사 장비를 배치하는 단계; 상기 결함 검사 장비로부터 상기 기판 상에 빛을 조사하는 단계; 상기 조사된 빛이 상기 레지스트막 패턴으로부터 반사된 제1 반사광 및 상기 마스크막으로부터 반사된 제2 반사광의 반사정도 차이를 상기 광센서로 검출하는 단계; 상기 검출된 반사정도 차이를 이미지로 형성하는 단계; 및 상기 형성된 이미지를 기준 이미지와 비교하여 결함을 검출하는 단계를 포함한다.
상기 리페어 공정은 캔틸레버 끝에 탐침이 부착되고, 상기 마스크막과 소정 거리만큼 이격된 위치에서 이동하면서 상기 마스크막 표면의 원자 반발력에 의해 상기 마스크막과의 거리가 변하는 원자력간 현미경(AFM)을 이용하여 진행하는 것이 바람직하다.
상기 리페어 공정을 수행하는 단계는, 상기 검출된 결함이 브릿지 결함인 경우, 탐침이 부착된 원자현미경(AFM)이 브릿지 결함이 발생된 부분을 이동하면서 상기 탐침이 상기 레지스트막 패턴의 연결된 부분을 긁어내어 분리하는 스크래치(scratch) 방식으로 수정하는 것이 바람직하다.
상기 리페어 공정을 수행하는 단계는, 상기 검출된 결함이 상기 레지스트막 패턴이 제거된 브레이크 결함인 경우, 레지스트 물질이 탐침에 흡착된 원자현미경(AFM)이 결함이 발생된 부분으로 이동하여 상기 레지스트 물질을 부착시키는 딥-펜 리소그래피(dip-pen lithography) 방식으로 수정하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 결함 수정 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다. 그리고 도 10은 투과광 기반의 결함 검출 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 위에 위상반전막(105), 광차단막(110)을 증착한다. 다음에 광차단막(110) 위에 레지스트막(115)을 형성한다. 여기서 기판(100)은 석영(Quartz)을 포함하며, 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어진다. 다음에 기판(100) 위에 형성된 위상반전막(105)은 수 %의 투과율을 갖는 물질로 이루어지며, 몰리브데늄(Mo)을 함유하는 화합물을 포함한다. 여기서 몰리브데늄(Mo)을 함유하는 화합물은 몰리브덴 실리콘 나이트라이드(MoSiON)를 포함하여 형성할 수 있다. 다음에 위상반전막(105) 위에 형성된 광차단막(110)은 빛을 차단하는 역할을 한다. 여기서 광차단막(110)은 크롬막(Cr)을 포함하여 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 레지스트막(115) 상에 노광 공정을 진행한다. 구체적으로, 레지스트막(115) 상에 도면에서 화살표로 도시한 바와 같이 노광 공정을 진행한다. 노광 공정은 전자빔(E-beam)을 이용하여 진행할 수 있다. 그러면 레지스트막(115)이 포지티브형(positive type)인 경우에는 빛이 조사된 지역(120)의 용해도가 증가하고, 네거티브형(negative type)인 경우에는 용해도가 감소한다. 본 발명에서는 바람직한 실시예로 포지티브형 레지스트물질을 적용한 경우를 설명하기로 한다. 빛이 조사된 지역(120)은 이후 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크막 패턴이 형성될 영역이다.
도 3을 참조하면, 노광 공정이 진행된 레지스트막(115, 도 2 참조) 상에 현상 공정을 진행한다. 현상액을 이용하여 노광 공정에 의해 용해도 차이가 발생된 부분을 제거하면 광차단막(110)을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(140)이 형성된다. 레지스트막 패턴(140)은 이후 웨이퍼에 전사하고자 하는 마스크막 패턴이 형성될 영역을 정의한다. 그런데 노광 공정 및 현상 공정을 진행하여 레지스트막 패턴(140)을 형성하는 과정에서 결함이 발생할 수 있다. 다시 도 3을 참조하면, 인접하는 레지스트막 패턴(120a, 120b) 사이가 연결되는 브릿지(bridge) 결함(120c)이 발생할 수 있다. 또는 레지스트막이 제거된 브레이크(brake) 결함(130)이 발생할 수 있다. 여기서 도면에서 미설명된 부분은 정상적으로 형성된 레지스트막 패턴(135)이다. 레지스트막 패턴(140) 상에 결함(120, 130)이 발생된 상태에서 후속 공정으로 마스크막 패턴을 형성하면 불량 마스크막 패턴이 형성된다. 그리고 이 불량 마스크막 패턴이 웨이퍼에 전사됨에 따라 웨이퍼 불량으로 작용하게 된다.
이에 따라 레지스트막 패턴에 발생된 결함(120, 130)을 제거하는 방법이 요구된다. 그런데 포토마스크에 발생된 결함은 마스크막 패턴에 대해 결함 검사를 수행하여 발견된 결함을 수정하는 리페어 공정으로 제거하고 있다. 구체적으로, 레지스트막 패턴을 식각마스크로 마스크막에 대한 식각 공정을 진행하여 마스크막 패턴을 형성한다. 여기서 레지스트막 패턴에 결함이 발생하여도 결함을 검출할 수 없다. 다음에 마스크막 패턴에 대한 결함 검사를 통해서 발견된 결함을 수정하는 리페어(repair) 공정을 진행한다. 이와 같이 마스크막 패턴을 형성한 이후에 결함 검사를 진행하는 이유는, 현재 결함 검사 장비로 사용하고 있는 투과광(transmittance light) 기반의 검사 장비로는 레지스트막 패턴의 현상 공정 이후에 레지스트막 패턴을 검사하기가 어렵기 때문이다. 구체적으로 도 10을 참조하면, 투과광 기반의 결함 검사는 기판(200) 상부에 배치된 광원(300)으로부터 빛을 조사하면, 패턴을 투과한 빛이 기판(200) 후면에 배치된 광센서(light sensor, 305)로 검출되어 결함 여부를 검출한다. 그런데 레지스트막 패턴(225, 235)의 현상 공정 이후에 투과광 기반의 검사 장비로 결함을 검사하게 되면, 광차단막(110)이 검사 장비의 빛을 차단하기 때문에 광센서(305)에서 빛을 감지할 수 없다. 즉, 현상 공정 후의 결함 검사는 이루어질 수 없다. 여기서 도면에서 미설명된 부분은 위상반전막(205)이다. 이에 따라 본 발명에서는 현상 공정 이후에 레지스트막 패턴 상에 발생된 결함을 검출하여 수정하는 방법을 제시하고자 한다.
도 4를 참조하면, 레지스트막 패턴(140)이 형성된 기판(100) 상에 결함 검사 장비(155)를 배치한다. 결함 검사 장비(155)는 기판(100) 상부에 배치된 광원(미도시함)으로부터 빛을 조사하고, 레지스트막 패턴(140) 및 광차단막(110)으로부터 반사된 반사광(reflect light)을 광센서(145)로 수집한다. 이 경우, 도면에서 화살표로 표시한 바와 같이, 레지스트막 패턴(140)으로부터 반사된 제1 반사광(a)과 광차단막(110)으로부터 반사된 제2 반사광(b)의 반사정도 차이를 검출하여 이미지로 형성한다. 다음에 형성된 이미지를 정상적으로 형성된 레지스트막 패턴(135)의 이미지와 비교하여 레지스트막 패턴에 유발된 브릿지 결함(120c) 또는 브레이크 결함(130)을 검출한다.
다음에 기판 상에 리페어 공정을 진행하여 레지스트막 패턴(140) 상에 발생된 결함을 수정한다. 이하, 레지스트막 패턴 상에 발생된 결함을 수정하는 리페어 공정을 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 레지스트막 패턴 가운데 인접하는 레지스트막 패턴(120a, 120b) 사이가 연결된 브릿지 결함(120c)을 제거하는 리페어 공정을 수행한다. 리페어 공정은 원자력간 현미경(AFM; Atomic Force Microscope)을 이용하여 수행한다. 구체적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(100) 상에 원자력간 현미 경(AFM, 160)을 배치한다. 원자력간 현미경(160)은 캔틸레버(cantilever) 끝에 달려있는 탐침(165)이 시료 표면과 일정한 거리만큼 떨어진 상태에서 이동하면서 시표 표면에 작용하는 원자 반발력, 즉, 인력 및 척력에 의해 휘어지는 정도를 이용하여 시표 표면의 형상을 평가하는 장비이다. 이러한 원자력간 현미경(160)의 특성을 이용하여 레지스트막 패턴(120a, 120b) 사이에 브릿지 결함(120c)이 유발된 시작점으로부터 원자력간 현미경을 이동하면서 잔여 레지스트막 패턴을 긁어내는(scratch) 방식으로 레지스트막 패턴의 연결된 부분을 분리한다. 그러면 인접하는 레지스트막 패턴(120a, 120b) 사이에 남아 있는 레지스트 물질이 떨어져 나가면서 도 6에 도시한 바와 같이, 정상적인 레지스트막 패턴(137)이 형성된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 브레이크 결함(130)이 검출된 부분을 원자력간 현미경(AFM)을 이용하여 레지스트막 패턴(175, 도 8 참조)을 형성하는 리페어 공정을 수행한다. 브레이크 결함(130)이 검출된 부분에 레지스트막 패턴을 형성하는 리페어 공정은 딥-펜 리소그래피(dip-pen lithography) 방식으로 진행한다. 딥-펜 리소그래피는 원자력간 현미경(160)의 탐침(165)에 흡착된 증착물질을 피증착면 위에 증착시키는 방법이다. 구체적으로, 원자력간 현미경(AFM, 160)을 브레이크 결함(130)이 발생된 부분으로 이동한다. 여기서 원자력간 현미경의 탐침(165)에는 레지스트 물질(170)이 흡착되어 있다. 다음에 탐침(165)에 전기장을 가하면 레지스트 물질(170)이 탐침(165)으로부터 분리되면서 피증착면인 브레이크 결함(130)이 발생된 부분에 추가로 증착된다. 이러한 딥-펜 리소그래피 방식으로 도 8에 도시한 바와 같이, 브레이크 결함이 검출된 부분에 레지스트막 패턴(175)을 형성한다. 이와 같이 원자력간 현미경의 스크래치 방식 또는 딥-펜 리소그래피 방식으로 이용하여 레지스트막 패턴을 형성하는 과정에서 유발된 결함을 수정할 수 있다. 이 경우 레지스트막 패턴 상에 발생된 결함을 레지스트막 패턴의 현상 공정 후 제거함으로써 이후 진행할 식각 공정에서 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 9를 참조하면, 리페어 공정이 수행된 레지스트막 패턴(180)을 식각마스크로 광차단막(110)의 노출 부분을 식각하여 광차단막 패턴(185)을 형성한다. 계속해서 레지스트막 패턴(180) 및 광차단막 패턴(185)을 식각마스크로 위상반전막(105)의 노출 부분을 식각하여 기판(100)을 선택적으로 노출시키는 위상반전막 패턴(190)을 형성한다. 다음에 레지스트막 패턴(180)은 스트립(strip) 공정으로 제거한다.
본 발명에 의한 포토마스크의 결함 수정 방법은 식각 상에서 전사될 수 있는 레지스트막 패턴의 브릿지 결함 및 브레이크 결함을 레지스트막의 현상 공정 후 제거함으로써, 후속 식각 후 발생할 수 있는 패턴 결함을 방지할 수 있다. 즉, 레지스트막 패턴의 결함을 미리 발견하여 원자력간 현미경을 이용한 스크래치 방식 또는 딥-펜 리소그래피 방식을 이용해서 수정하므로 식각 후 패턴에 결함이 전사되는 것을 방지할 수 있다. 또한 식각 후 리페어를 용이하게 유도할 수 있다. 즉, 브릿지 결함 및 브레이크 결함 수정 과정이 불완전하여 식각 후 패턴 불량이 생겼다고 하더라도 포커스 이온빔을 통해서 수정이 충분히 가능한 수준으로 유도할 수 있다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 결함 수정 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 10은 투과광 기반의 결함 검출 방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.

Claims (6)

  1. 기판 상에 마스크막을 형성하는 단계;
    상기 마스크막 위에 레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 레지스트막 상에 노광 공정 및 현상 공정을 수행하여 상기 마스크막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 레지스트막 패턴 및 기판 상에 빛을 조사하여 반사된 반사광을 수집하여 상기 레지스트막 패턴을 형성하는 과정에서 발생된 결함을 검출하는 단계;
    상기 결함이 검출된 레지스트막 패턴 상에 리페어 공정을 진행하여 수정하는 단계; 및
    상기 리페어 공정으로 수정된 레지스트막 패턴을 식각마스크로 상기 마스크막의 노출 부분을 식각하여 마스크막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 포토마스크의 결함 수정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크막은 광차단막 및 위상반전막을 포함하는 포토마스크의 결함 수정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결함을 검출하는 단계는,
    상기 레지스트막 패턴이 형성된 기판 상에 반사광을 검출하는 광센서가 상기 기판 상부에 배치된 결함 검사 장비를 배치하는 단계;
    상기 결함 검사 장비로부터 상기 기판 상에 빛을 조사하는 단계;
    상기 조사된 빛이 상기 레지스트막 패턴으로부터 반사된 제1 반사광 및 상기 마스크막으로부터 반사된 제2 반사광의 반사정도 차이를 상기 광센서로 검출하는 단계;
    상기 검출된 반사정도 차이를 이미지로 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 이미지를 기준 이미지와 비교하여 결함을 검출하는 단계를 포함하는 포토마스크의 결함 수정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리페어 공정은 캔틸레버 끝에 탐침이 부착되고, 상기 마스크막과 소정 거리만큼 이격된 위치에서 이동하면서 상기 마스크막 표면의 원자 반발력에 의해 상기 마스크막과의 거리가 변하는 원자력간 현미경(AFM)을 이용하여 진행하는 포토마스크의 결함 수정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 리페어 공정을 수행하는 단계는,
    상기 검출된 결함이 브릿지 결함인 경우, 탐침이 부착된 원자현미경(AFM)이 브릿지 결함이 발생된 부분을 이동하면서 상기 탐침이 상기 레지스트막 패턴의 연결된 부분을 긁어내어 분리하는 스크래치(scratch) 방식으로 수정하는 포토마스크의 결함 수정 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 리페어 공정을 수행하는 단계는,
    상기 검출된 결함이 상기 레지스트막 패턴이 제거된 브레이크 결함인 경우, 레지스트 물질이 탐침에 흡착된 원자현미경(AFM)이 결함이 발생된 부분으로 이동하여 상기 레지스트 물질을 부착시키는 딥-펜 리소그래피(dip-pen lithography) 방식으로 수정하는 포토마스크의 결함 수정 방법.
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