KR20120007571A - 포토마스크의 제조방법 - Google Patents

포토마스크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 포토마스크의 제조방법은, 기판 상에 마스크 물질막 및 레지스트막을 형성하는 단계; 레지스트막의 측면 및 상부를 덮으면서 마스크 물질막과 연결되는 접지층을 형성하는 단계; 및 기판 상에 전자빔을 조사하여 레지스트막에 웨이퍼에 형성하고자 하는 패턴을 전사하면서 접지층으로 전자가 배출되어 레지스트막 내에 전자 축적을 방지하는 노광 공정을 진행하는 단계를 포함한다.

Description

포토마스크의 제조방법{Method for manufacturing a photomask}
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다.
포토마스크(Photomask)는 마스크 기판 상에 형성된 마스크 패턴을 웨이퍼로 전사시켜 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성하는 역할을 한다. 이러한 포토마스크상에 형성되는 마스크 패턴은 일반적으로 마스크 기판 상에 광차단막 또는 위상반전막을 포함하는 패턴 대상막을 형성하고, 이 패턴 대상막 위에 레지스트막을 형성한 다음 노광, 현상 및 식각을 포함하는 포토리소그래피(photolithography) 공정을 진행하여 형성하고 있다. 여기서 노광 공정은 레지스트막 상에 빛을 조사하여 설계된 패턴을 전사시키는 공정이며, 현상 공정은 레지스트막 표면에서 빛이 조사되어 변성된 부분을 현상액으로 제거하여 전사된 패턴 형상의 레지스트막 패턴을 형성하는 공정이다. 그리고 식각 공정은 마스크 기판 상에 패턴을 형성하기 위해 레지스트막 패턴을 식각마스크로 하면서 화학 용액이나 반응성 가스를 이용하여 패턴 대상막들 상의 필요 없는 부분을 선택적으로 제거시키는 공정이다. 이러한 포토리소그래피 공정 가운데 노광 공정은 마스크 기판 상에 형성된 레지스트막 상에 전자빔(E-beam)을 이용한 쓰기(writing) 공정을 진행하여 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 패턴의 형상을 전사하고 있다. 그런데 전자빔을 이용한 쓰기 공정을 진행하는 과정에서 실제 패턴이 형성되야할 위치로부터 벗어나 패턴이 형성되는 문제가 발생하고 있다.
도 1은 레지스트막 상에 패턴 전사시 위치 오차가 발생하는 것을 나타내보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 패턴 대상막(105)이 형성된 마스크 기판(100) 상에 레지스트막(110)을 형성한 다음, 웨이퍼에 전사하고자 하는 패턴(125)을 전자빔(120)을 이용한 쓰기 공정으로 레지스트막(110) 상에 형성한다. 그런데 전자빔(120)을 이용한 쓰기 공정을 진행하는 과정에서 실제 노광해야 할 위치로부터 소정 거리만큼 벗어나 패턴이 발생하는 오차(R)가 발생하고 있다. 이는 전자빔(120)을 이용하여 패턴(125)을 형성하는 과정에서 전자빔으로부터 인가되는 전자(e-)들이 레지스트막(110) 상에 축적되면서 형성된 쿨롱 힘(Coulomb force)을 형성하면서 도면에서 화살표로 표시한 바와 같이, 노광하는 전자빔(120)의 궤적을 휘게 만든다. 전자빔(120)의 경로가 휘어지는 것을 방지하기 위해 마스크 기판(100)의 일 측면부에 접지부(115)를 형성하고 있으나, 레지스트막(110)에 축적되는 전자들을 모두 배출하기는 어려운 점이 있다. 이에 따라 전자빔이 휘어진 상태로 전자빔 쓰기 공정이 진행되면서 실제 패턴을 노광해야 위치와 오차(R)가 발생하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 포토마스크를 제조하는 과정에서 레지스트막 상에 축적된 전자들에 의해 전자빔의 경로가 휘어지는 현상을 방지하여 실제 노광해야할 위치와 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있는 포토마스크의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 제조방법은, 기판 상에 마스크 물질막 및 레지스트막을 형성하는 단계; 상기 레지스트막의 측면 및 상부를 덮으면서 상기 마스크 물질막과 연결되는 접지층을 형성하는 단계; 및 상기 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 레지스트막에 웨이퍼에 형성하고자 하는 패턴을 전사하면서 상기 접지층으로 전자가 배출되어 상기 레지스트막 내에 전자 축적을 방지하는 노광 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 노광 공정을 진행하는 단계 이후에, 상기 레지스트막을 경화시키는 베이크 공정을 진행하는 단계; 상기 접지층을 제거하는 단계; 상기 레지스트막 상에 현상액을 공급하여 레지스트막의 반응 부분을 선택적으로 제거하여 상기 마스크 물질막의 표면 일부를 노출시키는 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 레지스트 패턴을 마스크로 상기 마스크 물질막의 노출 부분을 식각하여 마스크 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 마스크 물질막은 크롬(Cr)을 포함하여 형성하고, 상기 접지층은 상기 마스크 물질막과 동일한 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 접지층은 크롬(Cr)을 제거할 수 있는 습식식각용액을 공급하여 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 전자빔 노광 공정에서 레지스트 상에 전자가 축적되어 발생하는 쿨롱 힘을 차단할 수 있다. 쿨롱 힘을 차단하여 노광 공정을 진행하는 동안 전자빔의 경로를 직선으로 유지하여 원하는 위치에 마스크 패턴을 형성할 수 있다. 이에 따라 마스크 패턴을 정확하게 구현할 수 있다.
도 1은 레지스트막 상에 패턴 전사시 위치 오차가 발생하는 것을 나타내보인 도면이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
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 2 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크의 제조방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 2를 참조하면, 투광 기판(200) 상에 마스크 물질막(205)을 형성한다. 기판(200)은 석영(Quartz)을 포함하는 광을 투과시킬 수 있는 재질로 이루어진다. 기판(200) 상에 형성된 마스크 물질막(205)은 광차단막 또는 위상반전막으로 구성되거나 또는 광차단막 및 위상반전막의 적층 구조로 형성할 수 있다. 여기서 광차단막은 빛을 차단하기 위한 막으로 크롬(Cr)막을 포함하여 형성할 수 있고, 위상반전막은 포토마스크에 투과될 빛의 위상(phase)을 반전시킬 수 있는 물질로, 몰리브데늄(Mo)을 포함하는 화합물을 포함하여 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 광차단막 단일막이 투광 기판(200) 상에 형성된 구조를 제시한다.
다음에 마스크 물질막(205) 위에 레지스트막(210)을 도포하여 형성한다. 레지스트막(210)은 마스크 패턴이 형성될 영역을 정의 및 식각 마스크 역할을 한다. 이러한 레지스트막(210)은 노광 공정에서 에너지가 주입된 부분이 현상 공정시 제거되는 포지티브 타입(positive type)의 레지스트 물질 또는 현상 공정시 남게 되는 네거티브 타입(negative type)의 레지스트 물질로 형성할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 레지스트막(210) 상에 접지층(215)을 형성한다. 접지층(215)은 마스크 물질막(205)과 동일한 전도성 물질로 형성할 수 있으며, 예를 들어 크롬(Cr)막을 포함하여 형성할 수 있다. 접지층(215)은 10nm 내지 20nm의 두께로 형성할 수 있다. 여기서 접지층(215)은 레지스트막(210)의 측면부 및 상부면을 모두 덮는 두께로 형성하여 레지스트막(210) 하부에 배치된 마스크 물질막(205), 예컨대 크롬(Cr)막의 노출면과 연결시킨다. 이와 같이 레지스트막(210)의 측면부 및 상부면을 모두 덮도록 형성된 접지층(215)에 의해 마스크 물질막(205)의 노출면도 접지층(215)과 연결됨으로써, 레지스트막(210)은 도 3을 A-A'방향을 따라 잘라내어 나타내보인 도 4에 도시한 바와 같이, 마스크 물질막(205) 및 접지층(215) 사이에 삽입된 구조로 형성된다.
이와 같이, 마스크 물질막(205) 및 접지층(215) 사이에 레지스트막(210)이 삽입된 샌드위치 구조로 형성된 상태에서 전자빔(E-beam)을 이용한 쓰기 공정을 진행하면 레지스트막(210)에 축적되는 전자에 의한 쿨롱힘(Coulomb force)을 차단하여 노광하는 전자빔의 궤적이 휘어지는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 전자빔을 이용한 쓰기 공정을 나타내보인 도 5를 참조하면, 접지층(215)이 레지스트막(210)을 덮고 있는 상태에서 전자빔(305)을 조사하면, 레지스트막(210) 위에 형성된 접지층(215)이 스크린 효과(screen effect)를 유도하여 레지스트막(210) 내에 전자(e-)들이 축적되는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 투광 기판(200)으로 조사되는 전자빔(305)에 대해 더 가까이 있는 접지층(215) 및 접지층(215)과 연결된 마스크 물질막(205)의 노출면에 의해 전자(e-)들이 레지스트막(210) 내에 축적되는 대신 접지(300)를 통해 외부로 배출되어 레지스트막(210) 내의 축적을 방지할 수 있다. 그러면 레지스트막(210) 내에 전자들이 축적됨에 따라 유발되는 쿨롱힘의 형성을 방지할 수 있고, 이에 따라 전자빔(305)의 궤적은 직선으로 곧게 조사되며 휘어지지 않는다.
이 경우, 현재 사용되고 있는 전자빔 노광장치는 50Kev의 높은 가속 전압을 사용하고 있으므로 레지스트막(210) 위에 접지층(215)이 형성되어 있더라도 충분히 접지층(215)을 투과하여 레지스트막(210) 상에 에너지를 전달하여 노광 공정을 진행할 수 있다. 이러한 노광 공정으로 레지스트막(210) 상에 웨이퍼에 형성하고자 하는 패턴을 전사한다. 다음에 레지스트막(210)을 경화시키는 베이크(bake) 공정을 진행한다.
도 6을 참조하면, 레지스트막(210)을 덮고 있는 접지층(215)을 제거한다. 접지층(215)은 크롬(Cr)을 제거할 수 있는 습식식각용액을 공급하여 제거할 수 있다. 여기서 레지스트막(210) 상에 용해도 차이가 발생된 부분(a)과 용해도 차이가 발생하지 않은 부분(b)이 구분되며, 포지티브 타입의 레지스트물질인 경우 용해도 차이가 발생된 부분(a)이 후속 진행할 현상 공정에서 제거될 부분이다.
다음에 도 7을 참조하면, 현상액을 공급하여 용해도 차이가 발생된 부분(a, 도 6 참조)을 제거하여 레지스트 패턴(220)을 형성한다. 레지스트 패턴(220)은 마스크 물질막(205)의 표면 일부를 노출시키는 개구부를 포함한다.
도 8을 참조하면, 레지스트 패턴(220)을 식각 마스크로 마스크 물질막(205)의 노출 부분을 식각하여 마스크 패턴(205a)을 형성하여 투광 기판(200) 상에 마스크 패턴(205a)이 형성된 포토마스크를 형성한다.
본 발명은 레지스트막 위에 축적된 전자에 의한 쿨롱힘에 의해 전자빔이 휘어지는 것을 방지하는 접지층을 형성하기 위해 얇은 전도성 크롬층을 추가한 구조로 변경하여 스크린 효과를 인가한다. 이에 따라 쿨롱 힘을 차단하여 노광 공정을 진행하는 동안 전자빔의 경로를 직선으로 유지함으로써 원하는 위치에 마스크 패턴을 정확하게 구현할 수 있다.
200 : 투광 기판 205: 마스크 물질막
210: 레지스트막 215: 접지층
220: 레지스트 패턴

Claims (5)

  1. 기판 상에 마스크 물질막 및 레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 레지스트막의 측면 및 상부를 덮으면서 상기 마스크 물질막과 연결되는 접지층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판 상에 전자빔을 조사하여 상기 레지스트막에 웨이퍼에 형성하고자 하는 패턴을 전사하면서 상기 접지층으로 전자가 배출되어 상기 레지스트막 내에 전자 축적을 방지하는 노광 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노광 공정을 진행하는 단계 이후에,
    상기 레지스트막을 경화시키는 베이크 공정을 진행하는 단계;
    상기 접지층을 제거하는 단계;
    상기 레지스트막 상에 현상액을 공급하여 레지스트막의 반응 부분을 선택적으로 제거하여 상기 마스크 물질막의 표면 일부를 노출시키는 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 레지스트 패턴을 마스크로 상기 마스크 물질막의 노출 부분을 식각하여 마스크 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 포토마스크의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,

    상기 마스크 물질막은 크롬(Cr)을 포함하여 형성하는 포토마스크의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접지층은 상기 마스크 물질막과 동일한 물질로 형성하는 포토마스크의 제조방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 접지층은 크롬(Cr)을 제거할 수 있는 습식식각용액을 공급하여 제거하는 포토마스크의 제조방법.
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