KR101057178B1 - 포토마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조공정 중 포토리소그래피 공정에 사용되는 포토마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 포토마스크를 제조하는 방법은 마스크 기판 상에 광차단막 및 포토레지스트막을 순차 형성하고, 상기 포토레지스트막을 패터닝하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴에 따라 광차단막을 패터닝하는 단계; 및 상기 광차단막 패턴 상에 잔류하는 포토레지스트막에 대해 O₂ 플라즈마 및 플루오린 플라즈마를 서로 차단되도록 처리하여 포토레지스트막을 제거하는 단계;를 포함하여 구성된다.

포토마스크, 포토레지스트 제거, O2 아싱, 플루오린 가스, He 플라즈마

Description

포토마스크의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR PHOTOMASK}

도 1a 내지 도1b는 O₂ 아싱 후에 클리닝 공정을 실시하는 종래기술에 의한 포토레지스트 제거공정을 나타내는 단면도이다.

도 2a 내지 도 2d는 O₂ 아싱 후에 클리닝 공정을 실시하는 종래기술에 의한 포토레지스트 제거공정의 문제점을 나타내는 그림이다.

도 3a 내지 도 3b는 O₂ 플라즈마 스텝 후 플루오린 가스 플라즈마를 바로 처리하는 종래기술에 의한 포토레지스트 제거공정을 나타내는 단면도이다.

도 4는 O₂ 플라즈마 스텝 후 플루오린 가스 플라즈마를 바로 처리하는 종래기술에 의한 포토레지스트 제거공정의 문제점을 나타내는 사진이다.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일실시예에 의한 O₂ 아싱의 순서도 및 본 방법으로 포토레지스트를 제거했을 때, 후속 진행되는 포토마스크에서의 O₂ 아싱의 결과를 나타내는 사진이다.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

100, 300, 500 : 마스크 기판 130 : 산화막

110, 310, 510 : 광 차단막 320' : 잔류 포토레지스트막

120, 320 : 포토레지스트막

본 발명은 반도체 소자의 제조공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토마스크 제조공정에 있어서 포토레지스트를 제거하는 방법에 관한 것이다.

반도체 제조공정에 있어서는 각 단계마다 사진공정(photo-lithography)이 필수적으로 쓰여지고 있는데, 이 사진공정은 감광제(photoresist)를 웨이퍼 상에 균일하게 도포하고, 스텝퍼(stepper)와 같은 노광(exposing) 장비를 사용하여, 마스크 혹은 레티클(reticle) 상의 패턴을 축소 투영 노광 시킨후, 현상(developing) 과정을 거쳐 원하는 2차원 패턴의 포토레지스트를 형성시키기까지의 모든 공정을 말한다. 사진 공정에 의한 패턴 형성후, 포토레지스트를 마스크로 사용하여 식각 (etching) 혹은 이온주입(ion implantation) 공정 등을 실시하고, 이후 불필요해진 포토레지스트를 제거하는 공정을 실시하게 되는데, 이를 포토레지스트 제거(PR stripping 또는 ashing)라고 한다.

포토레지스트 제거방법은 크게 건식(Dry)과 습식(Wet) 방식으로 나눌 수 있으며, 이 중 습식방식은 건식작업 후 잔여물(Residue) 제거용으로 사용되고 있고, 일반적으로 아싱(ashing)이라고 할 때에는 건식 방식을 일컫는다. 이러한 건식방법은 또한, 산소 플라즈마 방전을 이용하는 방법과 오존을 이용하는 방법으로 나뉘어지는데, 오존을 이용하는 방법은 비교적 최근에 개발된 방법이며, 현재에는 주로 플라즈마 포토레지스트 제거방법에 의하고 있다.

플라즈마 포토레지스트 제거방법에 있어서는 포토레지스트를 제거하기 위해서 일반적으로 고온의 산소(O₂) 플라즈마를 사용한다. 산소 플라즈마 포토레지스트 제거는 화학적 플라즈마 클리닝의 원리를 이용한 것으로, 플라즈마 내부에서 발생되는 활성 산소(O)의 강력한 반응성을 이용해 유기 물질인 포토레지스트를 산화시켜, 수증기(H₂O)와 이산화탄소 (CO₂)와 같은 휘발성 가스의 형태로 진공펌프를 통해 배출시킴으로써 포토레지스트를 제거하는 방법이다. 여기서 유기 물질인 포토레지스트를 태워 재(ash)를 만들어 제거한다고 하여, 아싱 (ashing) 공정이라고 부르는 것이며, 이 때 사용되는 장비는 애셔 (asher)라고 한다.

이와 같이 현재에는 주로 O₂ 플라즈마에 의하여 포토레지스트를 제거하는 방법을 사용하고 있으며, 일반적으로 포토마스크의 제조공정에서 행해지고 있는 포토레지스트 제거방법은 다음과 같은 2 종류가 있는데, 이를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.

포토마스크는 빛을 투과시키는 Qz영역(100)과 빛을 차단하는 Cr영역(110)으로 나뉘어지며, 도 1a내지 도 1b에서 나타내어지는 바와 같이 Cr 패터닝(Cr 식각)후에 O₂ 플라즈마를 이용하여 포토레지스트(120)를 제거한다. 그러나, 도 1b에서 볼 수 있는 바와 같이, O₂ 아싱을 한 후에 Cr층(110) 상에 산화막(130)이 생성되므로 이를 제거하기 위해 CD나 레지스트레이션 측정 전에 별도로 클리닝 공정(미도시)을 거쳐야 한다는 문제점이 있었다. 도 2a 내지 도 2d는 상기와 같은 종래기술에 있어서의 O₂ 아싱의 문제점을 나타내고 있다. 즉, 도 2a는 O₂ 아싱 후의 포토마스크의 단면도를 나타내는데, 크롬층(110) 상에 산화막(130)이 생성된 것을 볼 수 있다. 도 2b에서는 O₂ 아싱 후의 Qz(100) 및 Cr(110)의 SEM 이미지를 볼 수 있는데, O₂ 아싱 후에 형성된 산화막에 의하여 SEM 이미지에서 Cr(110)과 Qz(100)의 톤 구별이 명확하지 않음을 볼 수 있다. 반면, 도 2c 및 도 2d에서는 클리닝 공정을 진행한 후의 포토마스크의 단면도 및 그 SEM이미지를 각각 보여주는 데, 특히 도 2d의 SEM 이미지에서는 클리닝에 의하여 산화막이 제거되었으므로, Cr(110)과 Qz(100)의 톤 구별이 명확함을 볼 수 있다. 따라서, 상기 종래 기술의 경우에는 CD 측정을 위해 클리닝 공정이 필수적으로 사용되어야 하므로, 번거로울 뿐만 아니라 또한 전체 공정시간이 길어진다는 문제점이 있었다.

한편, 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 방법으로 도 3a 내지 도 3b에서 볼 수 있는 바와 같이, O₂ 플라즈마 스텝 후 플루오린 가스 플라즈마로 포토마스크의 표면을 처리하여 산화막을 제거하는 방법이 사용되고 있다. 이와 같은 방법에서는 도 3b에서와 같이 O₂ 플라즈마에 의해서는 포토레지스트가 제거되고, 플루오린 가스 플라즈마에 의해서는 산화막이 제거되므로, 이후 클리닝 공정을 생략할 수 있 게 된다. 그러나, 이와 같은 방법에 있어서도 O₂ 플라즈마 이후 바로 이어서 플루오린 플라즈마를 적용하고 있으므로, 잔류 O₂ 분위기와 플루오린 가스 플라즈마의 반응에 의한 온도 상승으로 인하여 포토레지스트로부터 수분이 발생하게 된다. 또한, 상기 플루오린 플라즈마 처리 이후 후속 O₂ 아싱을 진행할 경우 플루오린 플라즈마 분위기로 전환된 챔버 분위기에 의하여 O₂ 아싱 속도가 변하게 되어 결국 포토레지스트의 제거가 불완전하게 된다. 즉, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, O₂ 플라즈마 후 이어지는 플루오린 플라즈마의 영향에 의하여 챔버 분위기가 바뀌게 되므로, 포토레지스트의 잔류막(320')이 남게 되는 등 후속 진행되는 포토마스크에서 아싱 불량이 초래된다는 문제점이 있었다.

그리하여, 클리닝 공정을 생략하여 공정을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 후속 진행되는 포토마스크에서도 아싱 불량을 초래하지 않도록 포토레지스트를 제거할 수 있는 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 O₂ 아싱후 CD 측정 공정 전의 클리닝 공정을 생략함으로써 공정을 단순화시킬 수 있고 또한 보다 안정하게 포토레지스트를 제거할 수 있는 포토마스크의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마스크 기판 상에 광차단막 및 포토레지스트막을 순차 형성하고, 상기 포토레지스트막을 패터닝하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴에 따라 광차단막을 패터닝하는 단계; 및 상기 광차단막 패턴 상에 잔류하는 포토레지스트막에 대해 O₂ 플라즈마 및 플루오린 플라즈마를 서로 차단되도록 처리하여 포토레지스트막을 제거하는 단계;를 포함하는 포토마스크의 제조방법을 제공한다.

이 때, 상기 포토마스크는 Cr 바이너리 마스크이고, 상기 광차단막은 Cr막이며, 상기 포토레지스트막을 제거하는 단계에 있어서, O₂와 플루오린 가스의 차단은 비활성 가스 플라즈마 스텝의 삽입에 의하고, 플루오린 가스의 처리 이후에 비활성 가스 플라즈마 스텝을 부가적으로 포함한다.

본 발명은 또한, 상기 포토마스크의 제조방법에 의하여 제조되는 포토마스크를 제공한다.

이하에서, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 우선, 포토마스크의 제조방법을 제공하는데, 상기 포토마스크의 제조방법은 마스크 기판 상에 광차단막 및 포토레지스트막을 순차 형성하고, 상기 포토레지스트막을 패터닝하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴에 따라 광차단막을 패터닝하는 단계; 및 상기 광차단막 패턴 상에 잔류하는 포토레지스트막에 대해 O₂ 플 라즈마 및 플루오린 플라즈마를 서로 차단되도록 처리하여 포토레지스트막을 제거하는 단계;를 포함하여 구성된다. 이 때, 상기 포토마스크는 어떤 종류의 것도 가능하지만, 그 중에서도 Cr 바이너리 마스크가 바람직하다.

상기와 같은 포토마스크의 제조방법을 좀 더 상세히 설명하면, 먼저, 마스크 기판 상에 광차단막을 형성하는데 이 때, 광차단막은 어떤 종류의 것도 가능하지만, 그 중에서도 Cr막이 바람직하다. 상기와 같이 형성된 Cr막 위에 포토레지스트를 코팅하여 블랭크 마스크를 제작한다. 이 때, 포토마스크의 제작에 사용되는 재료는 마이크로 이하 크기의 패턴을 정교하게 재생하고 묘사할 수 있도록 결함이 없고 안정된 물질이어야 한다.

이어서, 설계된 회로 패턴을 포토레지스트로 전사하기 위하여, 광원을 사용하여 패턴을 그린다.

그 후, 포토레지스트에 전사된 패턴은 현상되는데, 이 때 광원에 의해 조사된 포토레지스트 부분이 제거된다.

이어서, 포토레지스트의 현상 후 생성된 포토레지스트 패턴을 막으로 하여 Cr막을 식각하게 된다.

그리고나서, Cr막을 식각 한 후 남아있는 포토레지스트를 제거하게 되는데, 상기 광차단막 패턴 상에 잔류하는 포토레지스트막에 대해 O₂ 플라즈마 및 플루오린 플라즈마를 서로 차단되도록 처리하여 포토레지스트막을 제거하게 된다. 이 때, 상기 포토레지스트막을 제거하는 단계에 있어서, O₂와 플루오린 가스의 차단은 비활성 가스 플라즈마 스텝의 삽입에 의하는 것이 바람직하다. 상기 비활성 가스는 어떤 종류의 것도 사용될 수 있을 것이나, He, N₂ 및 Ar으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하며, 그 중에서도 He이 가장 바람직하다. 이와 같이 O₂와 플루오린 가스를 서로 차단함으로써, O₂와 플루오린가스의 반응에 의한 온도상승으로 수분이 발생되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계에 있어서는, 플루오린 가스의 처리 이후에 비활성 가스 플라즈마 스텝을 부가적으로 포함함이 바람직하다. 이 경우에도 비활성 가스는 어떤 종류의 것도 사용될 수 있을 것이나, He, N₂ 및 Ar으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하며, 그 중에서도 He이 가장 바람직하다. 이와 같이 함으로써 플루오린 플라즈마 처리에 의한 챔버 분위기 변화를 방지할 수 있게 되어 후속 진행되는 마스크의 아싱공정에 영향을 미치지 않게 되는 것이다.

도 5a에서는 본 발명의 일실시예에 의한 O₂ 아싱의 순서도를 나타낸다. 도 5a에서 볼 수 있는 바와 같이, 포토레지스트의 제거는 O₂ 플라즈마를 처리한 후 He 플라즈마를 처리하고나서, 플루오린 가스 플라즈마를 처리한 후 다시 He 플라즈마를 처리할 수 있다. 즉, O₂ 플라즈마 이후 이어지는 플루오린 가스 플라즈마의 영향을 제거하기 위하여, O₂ 플라즈마와 플루오린 가스 플라즈마 스텝 사이에 He 플라즈마 스텝을 삽입하여 O₂와 플루오린 가스 사이를 차단시켰으며, 플루오린 플라즈마 스텝 이후 He 플라즈마를 연결하여 플루오린 플라즈마 분위기를 제거하였다.

따라서, 본 발명에 의하는 경우 Cr 패터닝 이후 O₂ 아싱 공정 후 형성되는 산화막층을 추가 클리닝 공정없이 제거할 수 있게 될 뿐만 아니라, SEM에서의 CD 측정을 위한 안정적 O₂ 아싱이 가능하게 되는 것이다. 즉 산화막 제거용 플루오린 가스 플라즈마 스텝 전후에 도 5a에 나타낸 바와 같이 He과 같은 비활성 기체 플라즈마 스텝을 추가하여 플루오린 플라즈마에 의한 챔버 분위기 변화를 방지하여 후속 마스크 공정 진행시 아싱 불량을 방지할 수 있게 되는 것이다(도 5b).

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하는 경우 포토레지스트 제거를 위한 O₂ 아싱에서 플루오린 플라즈마 스텝 이전과 이후에 공정에 영향을 주지 않는 He 플라즈마를 삽입하여 챔버 분위기 변화를 억제하여 후속 진행 마스크에서 나타날 수 있는 아싱 불량을 방지할 수 있게 된다.

따라서, O₂ 플라즈마 이후 Cr 상의 산화막 층 제거를 위한 플루오린 가스 플라즈마 사용시 후속 진행되는 포토마스크에서 나타나는 아싱 불량을 제거할 수 있기 때문에, 포토레지스트 제거 후 별도의 클리닝 공정을 거치지 않고도 SEM을 통하여 CD 측정이 가능하게 된다.

그러므로, 본 발명에 의하는 경우, 포토마스크 제조 공정을 단순화 및 안정화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 전체 반도체 소자 제조 공정시간의 단축도 가 능하게 된다.

Claims (9)

1. 마스크 기판 상에 광차단막 및 포토레지스트막을 순차 형성하고, 상기 포토레지스트막을 패터닝하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴에 따라 광차단막을 패터닝하는 단계;

   상기 광차단막 패턴 상에 잔류하는 포토레지스트막에 대해 O₂ 플라즈마 처리하는 단계;

   상기 O₂ 플라즈마 처리된 포토레지스트막에 대해 비활성 가스 플라즈마 처리하는 단계; 및

   상기 비활성 가스 플라즈마 처리된 포토레지스트막에 대해 플루오린 가스 플라즈마 처리하는 단계

   를 포함하는 포토마스크의 제조방법.
2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 포토마스크는 Cr 바이너리 마스크인 포토마스크의 제조방법.
3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 광차단막은 Cr막인 포토마스크의 제조방법.
4. 삭제
5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 비활성 가스 플라즈마 처리된 포토레지스트막에 대해 플루오린 가스 플라즈마 처리하는 단계 이후, 상기 포토레지스트막에 대해 비활성 가스 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는 포토마스크의 제조방법.
6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 O₂ 플라즈마 처리된 포토레지스트막에 대해 비활성 가스 플라즈마 처리하는 단계에서, 상기 비활성 가스는 He, N₂ 또는 Ar을 포함하는 포토마스크의 제조방법.
7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 O₂ 플라즈마 처리된 포토레지스트막에 대해 비활성 가스 플라즈마 처리하는 단계에서, 상기 비활성 가스는 He인 포토마스크의 제조방법.
8. 삭제
9. 삭제

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