KR20110011960A - 포토마스크의 세정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 포토마스크의 세정방법은, 위상반전막패턴이 배치되는 메인패턴영역과, 광차단막패턴이 배치되는 프레임영역을 갖는 포토마스크의 광차단막패턴 상부에 자기조립막을 형성하는 단계와, 자기조립막이 형성된 포토마스크에 대해 세정공정을 수행하는 단계와, 그리고 자기조립막을 제거하는 단계를 포함한다.
포토마스크, 세정, 크롬막, 자기조립막

Description

포토마스크의 세정방법{Method of cleaning photomask}
본 발명은 포토마스크의 세정방법에 관한 것으로서, 특히 위상반전마스크와 같이 프레임영역에 광차단막패턴을 갖는 포토마스크의 세정방법에 관한 것이다.
반도체소자는 각종 패턴들로 이루어지는데, 이와 같은 패턴들은 포토리소그라피(photolithography) 공정을 통해 형성되는 것이 일반적이다. 포토리소그라피 공정에 따르면, 웨이퍼 상의 패턴대상막 위에 광의 조사에 의해 용해도가 변화하는 포토레지스트막을 형성하고, 이 포토레지스트막의 일정 부위를 포토마스크를 사용하여 노광시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 변화되거나 또는 변화되지 않은 부분을 제거하여 포토레지스트막패턴을 형성한다. 그리고 이 포토레지스트막패턴에 의해 노출되는 패턴대상막의 노출부분을 식각을 통해 제거하여 패턴을 형성한다.
그런데 최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 패턴의 크기도 작아지고 있으며, 이에 따라 포토리소그라피 공정을 이용한 패턴을 형성하는데 있어서 해상력 저하 등의 원인으로 인한 패턴불량이 심각한 문제로 대두되고 있다. 이에 따라 해상도를 증대시킬 수 있는 여러 해상도 증대 기술(RET; Resolution Enhancement Technique)에 대한 개발이 지속적으로 이루어지고 있으며, 그 중 하나로서 기존의 바이너리(binary) 마스크 대신 위상반전마스크(PSM; Phase Shift Mask)를 이용해 해상도를 증대시켜 패턴불량을 최소화하는 방법이 있다.
도 1은 일반적인 위상반전마스크의 일 예를 나타내 보인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 위상반전마스크(100)는, 전사하고자 하는 패턴들을 갖는 메인패턴영역(M)과 이 메인패턴영역(M)을 둘러싸는 프레임영역(F)을 포함한다. 메인패턴영역(M)에서는 투광기판(110) 위에 위상반전막패턴(120)이 배치되며, 프레임영역(F)에서는 투광기판(110) 위에 위상반전막패턴(120) 및 광차단막패턴(130)이 순차적으로 배치된다. 위상반전막패턴(120)은 몰리브데늄실리콘나이트라이드(MoSiN)막으로 형성하고, 광차단막패턴(130)은 크롬(Cr)막으로 형성한다.
그런데 이와 같은 위상반전마스크를 사용하여 노광을 수행하는 과정에서, 또는 노광을 수행하기 전이나 후에 성장성 이물인 헤이즈(haze)나 그 밖의 다른 이물질이 위상반전마스크상에 부착될 수 있다. 따라서 이와 같은 헤이즈나 이물질을 제거하기 위해 위상반전마스크에 대한 세정 공정을 여러차례 수행한다. 통상적으로 세정 공정은 오존(O3)을 포함하는 탈이온수(DI Water)나 황산(H2SO4) 계열의 세정액을 사용하여 수행한다. 그러나 황산(H2SO4)의 경우 몰리브데윰실리콘나이트라이드(MoSiN)막으로 이루어진 위상반전막패턴(120)의 시디(CD; Critical Dimension)에 영향을 주는 것으로 알려져 있으며, 이에 따라 특별한 경우가 아닌 경우 오존(O3)을 포함하는 탈이온수(DI Water)로 세정을 수행한다.
오존(O3)을 포함하는 탈이온수(DI Water)를 사용하여 세정을 수행하는 경우, 위상반전막패턴(120)의 시디에는 영향을 거의 주지 않지만, 반면에 크롬(Cr)막으로 이루어진 광차단막패턴(130)에는 영향을 주며, 특히 크롬(Cr)막에 포함되어 있는 함유 물질에 따라 광차단막패턴(130)에 큰 영향을 끼칠 수 있다. 이 경우 광차단막패턴(130)이 광을 충분히 차단하지 못하게 되며, 이로 인해 비정상적으로 투과된 광이 주위에서 정상적으로 투과된 광과 간섭 현상을 발생시켜서 원하는 프로파일의 패턴을 전사하는데 악영향을 끼칠 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 세정 공정중에 프레임영역에 있는 광차단막패턴이 손상받는 것을 억제함으로써 원하는 프로파일의 패턴 전사가 이루어지도록 하는 포토마스크의 세정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 세정방법은, 위상반전막패턴이 배치되는 메인패턴영역과, 광차단막패턴이 배치되는 프레임영역을 갖는 포토마스크의 광차단막패턴 상부에 자기조립막을 형성하는 단계와, 자기조립막이 형성된 포토마스크에 대해 세정공정을 수행하는 단계와, 그리고 자기조립막을 제거하는 단계를 포함한다.
일 예에서, 상기 광차단막패턴은 크롬막으로 이루어진다.
일 예에서, 상기 자기조립막을 형성하는 단계는, 포토마스크 상부 전면에 자기조립막을 형성하는 단계와, 포토마스크의 배면으로 자외선을 조사하여 메인패턴영역 위의 자기조립막을 제거하는 단계를 포함한다. 이 경우 자외선은 포토마스크가 사용되는 노광 광의 파장보다 높은 파장을 갖는다.
일 예에서, 상기 자기조립막은 친수성 특성을 갖는다. 이 경우 친수성 특성을 갖는 자기조립막은, (Cl)SiCH3-(CH2)17-COOH, (Cl)SiCH3-(CH2)17-NH2, 또는 (Cl)SiCH3-(CH2)17-C6H6를 포함할 수 있다.
일 예에서, 상기 세정 공정은, 오존(O3)을 포함하는 탈이온수(DI Water)를 세정액으로 사용하여 수행한다.
일 예에서, 상기 자기조립막을 제거하는 단계는, 포토마스크의 전면에 대해 자외선을 조사하여 수행한다.
본 발명에 따르면, 세정 공정을 수행하기 전에 프레임 영역 위의 광차단막 패턴 위에 자기조립막을 선택적으로 형성한 후에 세정 공정을 수행함으로써, 자기조립막에 의해 세정액이 광차단막패턴은 손상시키는 것이 억제되며, 이에 따라 원하는 프로파일의 패턴 전사가 이루어지도록 할 수 있다는 이점이 제공된다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 세정방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
먼저 도 2를 참조하면, 포토마스크 전면에 자기조립막(210)을 형성한다. 포토마스크는 전사하고자 하는 패턴들을 갖는 메인패턴영역(M)과, 이 메인패턴영역(M)을 둘러싸는 프레임영역(F)을 갖는다. 메인패턴영역(M) 내에는 투광기판(110) 위에 위상반전막패턴(120)이 배치된다. 위상반전막패턴(120)은 몰리브데늄실리콘나이드트라이드(MoSiN)막으로 이루어진다. 프레임영역(F) 내에는 투광기판(110) 위에서 위상반전막패턴(120)과 광차단막패턴(130)이 순차적으로 배치된다. 광차단막패턴(130)은 크롬(Cr)막으로 이루어진다. 위상반전막패턴(120)은 특정 파장대에서 낮은 광 투과율, 예컨대 대략 6%의 광 투과율을 갖는 반면, 광차단막(130)은 광의 파장과 무관하게 광이 투과하는 것을 실질적으로 억제한다.
자기조립막(210)의 형성은 기상법 또는 액상법을 사용하여 수행한다. 기상법을 사용하는 경우, 내부 반응공간이 한정된 챔버 내에 포토마스크를 로딩시킨다. 그리고 공기를 배출시켜 챔버 내부를 진공 상태로 만든 후에, 자기조립막 프리커서(precursor)를 챔버 내부로 공급한다. 그러면 포토마스크 표면에 자기조립막(210)이 화학 흡착된다. 액상법을 수행하는 경우, 자기조립분자가 들어있는 용액을 액체용기에 수용시킨 상태에서 용액 안으로 포토마스크를 침수시킨다. 그러면 자기조립분자가 포토마스크의 표면 성분과 반응하고, 이에 따라 포토마스크 표면에는 자기조립막(210)이 형성된다.
자기조립막(210)은 헤드 그룹(head group)(211), 체인(chain)(212) 및 터미널 그룹(terminal group)(213)으로 이루어진다. 헤드 그룹(211)은 포토마스크 표면 위에 화학흡착되는 부분이고, 체인(212)은 알킬 사슬로서 긴 사슬간의 반데르발스(Van Der Waals) 상호작용으로 인해 정렬된 단분자막을 갖는다. 그리고 터미널 그룹(213)은 작용기 부분으로서 그 용도에 따라 다양하게 대체가 가능하다. 본 실시예에에서는 자기조립막(210)으로서 -OH기와의 반응성이 좋은 실리콘(Si)이 헤드 그룹(211)에 포함되고, 친수성 특성을 갖는 작용기가 터미널 그룹(213)에 포함되는 자기조립막(210)을 사용한다. 일 예로, 자기조립막(210)으로서, (Cl)SiCH3-(CH2)17-COOH, (Cl)SiCH3-(CH2)17-NH2, 또는 (Cl)SiCH3-(CH2)17-C6H6을 사용할 수 있다. 이와 같은 자기조립막(210)은 후속의 세정 공정, 특히 오존(O3)을 포함하는 탈이온수(DI Water)를 세정액으로 사용하는 세정 공정시 세정액으로부터 하부막이 손상받는 것을 방지하며, 또한 친수성 특성을 가지므로 세정 효율을 증대시킬 수 있다. 특히 페닐(phenyl) 그룹을 작용기로 갖는 (Cl)SiCH3-(CH2)17-C6H6의 경우 친수성 특성 외에도 레지스트 특성이 다른 작용기보다 뛰어나므로 하부막에 대한 보호 효과를 증대시킬 수 있다.
다음에 도 3 및 도 4를 참조하면, 도 3에서 화살표(300)로 나타낸 바와 같이, 포토마스크의 배면으로 자외선(UV)을 조사한다. 여기서 포토마스크의 배면은 위상반전막패턴(120)이 형성된 면과 반대인 면은 의미한다. 자외선(UV)을 조사하는 목적은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 자기조립막(210) 중에서 프레임영역(F)의 광차단막패턴(130) 위에 있는 자기조립막(210)을 제외한 나머지 자기조립막(210), 특히 메인패턴영역(M) 내의 투광기판(110) 및 위상반전막패턴(120) 위에 있는 자기조립막(210)을 제거하기 위한 것이다. 그런데 투광기판(110) 위에 형성된 자기조립막(210)의 경우 투광기판(110)의 광 투과율이 실질적으로 100%에 가깝기 때문에 조사하는 자외선(UV)의 파장에 관계없이 쉽게 제거된다. 그러나 메인패턴영역(M) 내에서 위상반전막패턴(120) 표면 위에 있는 자기조립막(210)의 경우 위상반전막패턴(120)의 낮은 광 투과율로 인해 쉽게 제거되지 않는다. 따라서 조사하는 자외선(UV)으로 포토마스크가 사용되는 노광 광의 파장보다 높은 파장을 갖는 자외선을 사용한다. 일 예로, 포토마스크가 ArF 파장대에서 사용되는 경우 ArF보다 높은 248nm 파장의 자외선(KrF 자외선)을 사용한다. 다른 예로, 포토마스크가 KrF 파장대에서 사용되는 경우 KrF보다 높은 365nm 파장의 자외선(i-line 자외선)을 사용한다. 이와 같이 높은 파장의 자외선을 사용함에 따라 위상반전막패턴(120)은 차광막으로서의 기능을 상실하게 되며, 따라서 충분한 양의 자외선(UV)이 위상반전막패 턴(120)을 투과하여 위상반전막패턴(120) 표면 위의 자기조립막(210)은 제거된다. 반면에 프레임영역(F) 내의 광차단막패턴(130)의 경우 여전히 광차단 기능을 갖고 있으므로 광차단막패턴(130) 위의 자기조립막(210)은 제거되지 않고 남게 된다.
다음에 도 5를 참조하면, 프레임영역(F) 내의 광차단막패턴(130) 위에만 선택적으로 자기조립막(210)이 남아있는 포토마스크에 대해, 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 세정 공정을 수행한다. 일 예에서 세정 공정은 오존(O3)을 포함하는 탈이온수를 세정액으로 사용하여 수행한다. 세정 공정이 이루어지는 동안, 예컨대 크롬(Cr)막으로 이루어진 광차단막패턴(130)은 자기조립막(210)에 의해 덮여있으므로 세정액으로 인한 광차단막패턴(130)의 손상은 억제된다. 또한 위에서 언급한 바와 같이, 자기조립막(210)이 친수성 특성의 작용기를 갖는 경우 세정 효율이 증대된다.
다음에 도 6을 참조하면, 세정 공정을 종료한 후에 포토마스크에 대해 자외선(UV)을 조사하여 광차단막패턴(130) 위에 있는 자기조립막(210)을 제거한다. 일 예에서 172nm 파장의 자외선(UV)을 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일반적인 위상반전마스크의 일 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 세정방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.

Claims (8)

  1. 위상반전막패턴이 배치되는 메인패턴영역과, 광차단막패턴이 배치되는 프레임영역을 갖는 포토마스크의 상기 광차단막패턴 상부에 자기조립막을 형성하는 단계;
    상기 자기조립막이 형성된 포토마스크에 대해 세정공정을 수행하는 단계; 및
    상기 자기조립막을 제거하는 단계를 포함하는 포토마스크의 세정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광차단막패턴은 크롬막으로 이루어진 포토마스크의 세정방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기조립막을 형성하는 단계는,
    상기 포토마스크 상부 전면에 자기조립막을 형성하는 단계; 및
    상기 포토마스크의 배면으로 자외선을 조사하여 상기 메인패턴영역 위의 자기조립막을 제거하는 단계를 포함하는 포토마스크의 세정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자외선은 상기 포토마스크가 사용되는 노광 광의 파장보다 높은 파장을 갖는 포토마스크의 세정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자기조립막은 친수성 특성을 갖는 포토마스크의 세정방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 친수성 특성을 갖는 자기조립막은, (Cl)SiCH3-(CH2)17-COOH, (Cl)SiCH3-(CH2)17-NH2, 또는 (Cl)SiCH3-(CH2)17-C6H6를 포함하는 포토마스크의 세정방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세정 공정은, 오존(O3)을 포함하는 탈이온수(DI Water)를 세정액으로 사용하여 수행하는 포토마스크의 세정방법.
  8. 제1항에 있어서.
    상기 자기조립막을 제거하는 단계는, 상기 포토마스크의 전면에 대해 자외선을 조사하여 수행하는 포토마스크의 세정방법.
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