KR101082093B1 - 포토마스크의 제조방법 - Google Patents

포토마스크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 포토마스크의 제조방법은, 투명 기판상에 웨이퍼로 전사할 타겟 패턴이 형성된 포토마스크를 준비하는 단계; 포토마스크 표면에 극자외선 대역의 파장 내지 적외선 대역의 파장 범위의 광원들을 조사하는 단계; 광원들을 조사하여 포토마스크의 표면으로부터 반사된 반사광으로부터 반사율을 측정하거나 또는 투과광으로부터 투과율을 측정하는 단계; 및 조사된 광원들로부터 측정된 반사율 또는 투과율에 변화가 발생한 포토마스크를 염기계 세정용액을 제외한 습식세정용액을 이용하여 세정하는 단계를 포함한다.
헤이즈 결함, 광학적 비파괴 검사, 분광 광도계

Description

포토마스크의 제조방법{Method for manufacturing a photomask}
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토마스크를 이용한 웨이퍼의 노광 과정에서 발생하는 마스크 표면의 헤이즈 오염 발생을 미리 검출하여 예방할 수 있는 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다.
포토마스크(Photomask)는 투명한 재질의 기판 상에 형성된 마스크 패턴 상에 빛을 조사하여 선택적으로 투과된 빛이 웨이퍼로 전사되면서 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성하는 역할을 한다. 이러한 포토마스크는 일반적으로 KrF 또는 ArF 파장의 광원을 이용하는 바이너리 마스크(Binary mask) 또는 위상반전 마스크(PSM; Phase Shift Mask)를 이용하여 왔다.
한편, 포토마스크를 제조하는 과정, 또는 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 노광 공정을 진행하는 과정에서 마스크 표면에 불순물에 의한 결함이 발생할 수 있다. 구체적으로, 포토마스크, 특히 위상반전 마스크를 이용한 포토리소그래피(photolithography) 공정에서, 마스크 표면에 잔류하고 있는 화합물 이온들과 휘발성 유기 원소, 그리고 웨이퍼 팹(wafer fab)의 환경 요소를 주요 원인으로 하는 헤이즈(haze) 오염이 발생하고 있다. 헤이즈 오염은 포토마스크 표면이 뿌옇게 흐려지는 결함이다. 또한 헤이즈 오염은 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 노광 공정을 진행하는 과정에서 포토마스크에 축적되는 광 에너지에 의해 발생할 수도 있다. 이러한 헤이즈 오염은 반도체 소자 제조 공정에서 수율 저하의 원인으로 작용하는 큰 문제 요소 중 하나로 작용하고 있다.
그러나 현재의 기술 수준에서 포토마스크 표면에 발생된 헤이즈 오염은 파티클(particle) 형태로 응집이 된 후에야 발견될 수 있다. 이 때문에 헤이즈 오염 발생으로 인해 웨이퍼에서 반복적으로 발생하는 결함을 방지하기 어렵고, 이에 따른 생산 수율의 손실을 억제하기 어려운 실정이다. 또한, 포토마스크 상에 헤이즈 오염이 발생함에 따라 제품의 신뢰성에 영향을 미치게 된다. 따라서 포토마스크 표면에 발생된 헤이즈 오염 발생에 대하여, 파티클로 성장되기 전 상태에서 조기 검출한 후 이에 대응하여 제거할 수 있는 방법이 요구된다.
본 발명에 따른 포토마스크의 제조방법은, 투명 기판상에 웨이퍼로 전사할 타겟 패턴이 형성된 포토마스크를 준비하는 단계; 상기 포토마스크 표면에 극자외선 대역의 파장 내지 적외선 대역의 파장 범위의 광원들을 조사하는 단계; 상기 광원들을 조사하여 상기 포토마스크의 표면으로부터 반사된 반사광으로부터 반사율을 측정하거나 또는 투과광으로부터 투과율을 측정하는 단계; 및 상기 조사된 광원들로부터 측정된 반사율 또는 투과율에 변화가 발생한 포토마스크를 염기계 세정용액을 제외한 습식세정용액을 이용하여 세정하는 단계를 포함한다.
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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 1은 본 발명에 따른 포토마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 2는 포토마스크를 개략적으로 나타내보인 도면이다. 그리고 도 3 및 도 4는 분광 광도계를 이용한 누적 에너지에 따른 영역별 반사율을 측정한 결과를 나타내보인 그래프들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 웨이퍼에 전사될 타겟 패턴이 형성된 포토마스크(230)를 제작한다(S100). 여기서 포토마스크(230)는 도 2에 도시한 바와 같이, 투명한 재질의 기판(200) 위에 위상반전막 패턴(205)을 포함하는 타겟 패턴이 형성되어 있다. 여기서 기판(200)은 석영(Quartz)을 포함하며, 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어진다. 기판 위에 형성된 위상반전막 패턴(205)은 몰리브덴 실리콘 나이트라이드(MoSiN)막을 포함하여 이루어진다. 그리고 타겟 패턴이 형성된 기판(200)을 덮는 펠리클(220)이 형성되어 있다. 펠리클(220)은 프레임(210) 및 멤브레인(215)을 포함하여 이루어진다.
다음에 펠리클 부착이 완료된 포토마스크(230) 상에 광학적 비파괴 검사를 수행하여 불순물 여부를 측정한다(S110).
구체적으로, 펠리클 부착이 완료된 포토마스크(230)는 웨이퍼 상에 타겟 패턴을 전사시키기 위한 리소그래피 공정이 시작된다. 이때, 스캐너(scanner) 또는 스텝퍼(steppter) 등의 노광 장치에서 사용되는 포토마스크는 정기적인 기간, 노광 횟수 또는 누적 에너지 등에 따라 설정된 일정 주기에 따라 광학적 비파괴 검사를 수행한다. 여기서 광학적 비파괴 검사는 분광 광도계(spectrophotometer)를 이용한 분광 광도법을 이용하여 진행할 수 있다. 분광 광도법은 빛의 스펙트럼을 이용하여 각 파장에 대한 빛 에너지의 분포를 조사하기 위해 빛을 분광기를 이용하여 단색광으로 나누고, 그 세기를 측정하는 방법이다.
이를 위해 포토마스크(230) 상에 램프 노광 시스템, 반사계(reflectance) 및 투과율 검출계(transmittance detector)를 포함하는 분광 광도계를 배치한다. 다음에 분광 광도계의 램프 노광 시스템으로부터 상기 포토마스크 상에 광원을 조사하여 반사계를 통해 반사된 반사율 및 투과율 검출계를 통해 측정된 투과율을 검출한다. 여기서 분광 광도계를 이용한 표면 검사는 190nm 내지 1000nm까지의 광대역 파장을 모두 이용하며, 해당 범위에서의 파장을 1nm 단위로 구분하여 각각의 투과율 및 반사율을 구할 수 있다. 여기에서 분광 광도계의 램프 노광 시스템으로부터 포토마스크 상에 조사되는 광원은 극자외선(UV; Ultra Violet) 대역, 예를 들어 190nm 내지 450nm 파장을 생성하는 중수소(deuterium) 램프와 가시광 영역 파장을 생성하는 텅스텐(W) 램프를 동시에 사용하는 것이 바람직하다. 이때 분광 광도계는 투과광과 반사광 각각에 대해 0.4% 이내의 장기 재현성이 확보된 장치를 이용해야 한다. 헤이즈 오염, 즉 불순물 이온들의 응집에 따른 미세한 반사 및 투과율의 변화를 감지하기 위해서는 자체 재현성의 범위는 0.4% 미만으로 유지하는 것이 필요하다.
이러한 분광 광도계로부터 포토마스크(230) 상에 조사하여 검출된 투과도 및 반사율의 측정 결과는 최초 제작 상태에서의 초기 측정 결과를 근거로 그 변화 여부를 판단할 수 있다. 즉, 190nm 내지 1000nm 파장 범위 내의 임의의 파장 대역에서 검출된 반사율 또는 투과율의 미세한 격차를 근거로 하여 포토마스크(230) 상에 형성된 위상반전막 패턴(205) 또는 기판(200) 최외각 표면에서의 불순물 이온들의 응집 정도를 검출할 수 있다. 이러한 분광 광도계를 이용한 누적 에너지에 따른 기판 표면의 반사율을 측정한 결과를 나타내보인 도 3 및 위상반전막 패턴 표면의 반사율을 측정한 결과를 나타내보인 도 4를 참조하면, 포토마스크 표면의 헤이즈 응집도에 따라 반사율이 변화하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 광학적 비파괴 검사를 이용하여 검출된 결과를 분석하여 투과율 또는 반사율의 차이가 없을 경우에 해당 포토마스크는 정상적인 노광 공정을 진행한다. 그러나 특정 파장 대역에서의 투과율 및 반사율 차이가 검출된다면, 펠리클을 탈착하고, 포토마스크 상에 세정과 같은 후속 공정이 필요하다. 불순물 이온들의 응집 초기 상태가 검출되었음에도 해당 포토마스크에 노광 적용을 계속하게 되면 헤이즈의 응집 및 결정화에 의한 파티클 형태로 발전이 진행되며, 동시에 웨이퍼 노광 결과에서는 반복된 결함 검출에 따른 손실이 발생할 수 있기 때문이다.
이에 따라 광학적 비파괴 검사를 통해 검출된 결과를 이용하여 포토마스 크(230) 내 검출된 불순물을 제거하는 세정을 진행한다(S120).
포토마스크(230) 내 검출된 불순물에 의해 투과율 및 반사율의 변화를 회복하기 위한 세정은 오존(O3)수 및 초순수(DIW; Deionized water)를 포함하는 습식 세정 용액을 이용하여 진행한다. 이때, 습식 세정 용액 가운데 질산암모늄(NH4OH) 용액을 포함하는 염기계 세정용액은 제외하는 것이 바람직하다. 염기계 세정 용액을 이용할 경우 위상반전막 패턴(205) 상에 미세한 식각이 발생되어 선폭(CD; Critical Dimension)의 변화가 발생할 수 있기 때문이다. 또한 암모니아 이온이 세정 공정 중에 위상반전막 패턴(205) 및 기판(200) 표면에 잔류하거나 침투하여 헤이즈 응집 현상이 재발될 우려가 있다.
여기서 초순수는 수용성 성질을 가진 헤이즈 응집의 초기 현상에 대해서 제거가 가능하고, 오존수는 펠리클 탈착 후의 접착제(adhesive) 흔적을 제거하는 산화제 역할을 한다. 이때 오존수의 농도는 광차단막 패턴 및 반사방지막 표면에 손상이 발생하지 않도록 45ppm 내지 55ppm의 농도를 유지하며, 총 분사 시간은 15분 이내로 진행하는 것이 바람직하다.
이러한 세정이 완료된 해당 포토마스크는, 광학 결함 검사를 통한 검증을 실시한다(S130).
여기서 광학 결함(defect) 검사를 진행하는 광학적 결함 검사 장치는 레이저, 렌즈/미러계 및 신호 증폭장치를 포함하여 이루어진다. 이러한 광학적 결함 검사장치는 특정 파장대역, 예를 들어 248nm 파장의 KrF 광원의 레이저만을 이용한 다. 포토마스크 상에 조사된 레이저 빔이 포토마스크 표면에 입사하면, 투과 또는 반사를 통해 생성되는 신호는 매우 복잡한 렌즈계와 미러계를 지나 증폭된 후 신호 분석 장치로 최종 전달된다. 이와 같이 신호 분석 장치로 전달된 신호를 근거로 결함의 발생 여부를 결정한다. 예를 들어, 다이 대 다이(die to die) 방식 검사의 경우에는 동일하게 설계된 두 개의 칩으로부터 전달된 신호를 상호 비교하여 결함 발생 여부를 결정하는 방식이고, 다이 대 데이터베이스(die to database) 방식 검사는 포토마스크의 설계 데이터와 신호 결과를 비교하여 이상 유무를 판정하는 방식이다. 이러한 검사 기술에서 투과된 레이저빔 또는 반사된 레이저 빔의 레이저 강도에 의해 결함 생성 영부를 결정한다. 이때, 광학 결함 검사 장치는 이미 생성된 결함에 대해 결함 여부를 검사하고, 분광 광도계를 이용한 검사는 파티클 발생 이전의 표면 잔류이온 응집도를 조기에 검출하는 방법이므로 광학 결함 검사 장치를 통해 표면 잔류 이온 응집도를 검출하는 방법은 용이하지 않다.
광학 결함 검사를 통한 검증에 의해 잔류 화학물질 및 불순물 이온들을 포함한 헤이즈 응집이 모두 제거된 포토마스크 상에 펠리클을 부착하고, 포토리소그래피 공정을 진행한다. 여기서 포토마스크는 표면에 불순물 등이 잔류하지 않은 상태이고, 어떠한 표면 메트롤로지(metrology), 예를 들어 선폭(CD), 투과율 또는 반사율 등의 변화도 없는 정상 상태를 유지한다.
본 발명에 따른 포토마스크의 제조방법은 포토리소그래피 공정에서 발생 가능한 포토마스크 표면의 헤이즈 응집을 광학적 비파괴 검사를 이용하여 미리 검출하고, 검출된 결과에 따라 세정을 이용하여 헤이즈 응집을 제거함으로써 정상적인 포토마스크를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 포토마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 2는 포토마스크를 개략적으로 나타내보인 도면이다.
도 3 및 도 4는 분광 광도계를 이용한 누적 에너지에 따른 영역별 반사율을 측정한 결과를 나타내보인 그래프들이다.

Claims (9)

  1. 투명 기판상에 웨이퍼로 전사할 타겟 패턴이 형성된 포토마스크를 준비하는 단계;
    상기 포토마스크 표면에 극자외선 대역의 파장 내지 적외선 대역의 파장 범위의 광원들을 조사하는 단계;
    상기 극자외선 대역의 파장 내지 적외선 대역의 파장 범위의 광원들을 조사하면서 상기 광원들의 파장 범위를 1nm 단위로 구분하여 상기 조사된 광원들 각각의 투과율 또는 반사율을 측정하는 단계; 및
    상기 조사된 광원들로부터 측정된 반사율 또는 투과율에 변화가 발생한 포토마스크를 염기계 세정용액을 제외한 오존수 또는 초순수를 포함하는 습식세정용액을 이용하여 세정하는 단계를 포함하는 포토마스크의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 반사율 또는 투과율을 측정하는 단계는,
    상기 포토마스크 상에 램프 노광 시스템, 반사계 및 투과율 검출계를 포함하는 분광 광도계를 배치하는 단계; 및
    상기 포토마스크 상에 상기 분광 광도계의 램프 노광 시스템으로부터 상기 광원들을 조사하고 상기 반사계를 통해 반사된 반사율 및 상기 투과율 검출계를 통해 측정된 투과율을 검출하는 단계를 포함하는 포토마스크의 제조방법.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제3항에 있어서,
    상기 광원들을 조사하는 단계는 190nm 내지 1000nm 파장 범위의 광원들을 조사하게 중수소 램프 및 텅스텐 램프를 동시에 사용하여 조사하는 포토마스크의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 광원들을 조사하는 단계 및 반사율 또는 투과율을 측정하는 단계는 정기적인 기간, 노광 횟수 또는 누적 에너지에 따라 일정 주기를 설정하여 진행하는 포토마스크의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 오존수는 45ppm 내지 55ppm의 농도로 15분 이내로 공급하는 포토마스크의 제조방법.
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