KR20080001475A - Chromeless photomask with align mark and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

A chromeless photo mask with an alignment mark and a method for manufacturing the same are provided to detect the alignment mark by forming a scratch layer for reducing optic transmittance in a photo mask substrate. A phase shift pattern and alignment marks(200) formed in the same layer with the phase shift pattern are formed on a photo mask substrate(100). A layer of scratches(301) for reducing optical transmittance by scattering alignment beams is formed so that laser beams are selectively radiated to the photo mask substrate under the alignment mark. The layer for the phase shift pattern and alignment marks includes a MoSi alloy layer.

Description

정렬 마크를 포함하는 무크롬 포토 마스크 및 제조 방법{Chromeless photomask with align mark and method for fabricating the same}Chromeless photomask with align mark and method for fabricating the same}

도 1은 종래의 포토 마스크의 정렬 마크(align mark)의 문제점을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically illustrating a problem of an alignment mark of a conventional photo mask.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정렬 마크를 포함하는 포토 마스크 및 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 2 is a view schematically illustrating a photo mask and a manufacturing method including an alignment mark according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 포토 마스크의 정렬 마크 검출을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 3 is a diagram schematically illustrating an alignment mark detection of a photomask according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 정렬 마크(align mark)를 포함하는 무크롬 포토 마스크(chromeless photomask) 및 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices and, more particularly, to chromeless photomasks and manufacturing methods that include alignment marks.

반도체 소자를 제조하는 과정에는 웨이퍼 상에 구현하고자하는 패턴을 전사하는 포토리소그래피(photolithography) 과정이 주요하게 사용되고 있다. 이러한 포토리소그래피 과정에서 웨이퍼 상으로 패턴을 정교하게 전사하기 위해서, 웨이퍼 상으로 전사하고자 하는 패턴을 포토 마스크 상에 형성하는 과정이 주요하게 인식 되고 있다. In the process of manufacturing a semiconductor device, a photolithography process for transferring a pattern to be implemented on a wafer is mainly used. In order to precisely transfer a pattern onto a wafer in such a photolithography process, a process of forming a pattern to be transferred onto a wafer on a photomask is mainly recognized.

포토 마스크 제조 공정의 단순화를 위해서 크롬층의 도입없이, 투명한 석영 기판 상에 위상 시프트층(phase shift layer)으로 몰리브데늄-실리콘(Mo-Si) 합금층의 패턴을 형성하여, 하프톤(half tone) 위상 시프트 마스크(PSM: Phase shift mask)를 무크롬 포토 마스크로 형성하는 과정이 제시되고 있다. To simplify the photomask fabrication process, a half-tone pattern is formed by forming a pattern of a molybdenum-silicon (Mo-Si) alloy layer as a phase shift layer on a transparent quartz substrate without introducing a chromium layer. A process of forming a phase shift mask (PSM) as a chromium-free photo mask has been proposed.

이와 같이 무크롬 포토 마스크를 이용하여 노광을 수행할 때, 노광 정렬에 사용되는 포토 마스크 상의 정렬 마크 또한 크롬층의 도입없이 형성되는 것이 마스크 제조 공정 상 유리하다. 그런데, 정렬 마크를 크롬층의 도입없이 형성할 경우, 노광 장치에서 레티클(reticle) 및 웨이퍼(wafer) 정렬 시 문제가 발생할 수 있다. Thus, when performing exposure using a chromium-free photo mask, it is advantageous in the mask manufacturing process that the alignment mark on the photo mask used for exposure alignment is also formed without introduction of a chromium layer. However, when the alignment mark is formed without the introduction of the chromium layer, a problem may occur when the reticle and the wafer are aligned in the exposure apparatus.

도 1은 종래의 포토 마스크의 정렬 마크(align mark)의 문제점을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically illustrating a problem of an alignment mark of a conventional photo mask.

도 1을 참조하면, 종래의 포토 마스크는 투명한 석영 기판(10) 상에 Mo-Si층(20)의 위상 시프트 패턴이 형성되고 있다. 그런데, 이러한 Mo-Si층(20)으로 정렬 마크를 형성할 경우, 노광 장치에서 정렬 과정을 수행할 때 정렬 정도가 검출되기 어려운 문제가 발생될 수 있다. 즉, 정렬 마크의 Mo-Si층(20)을 투과하는 정렬 검출을 위한 정렬광의 세기와, Mo-Si층(20)에 인근하는 기판(10) 부분을 투과하는 광의 세기 차이가 충분하지 않아, 정렬 정도의 검출이 어렵게 된다. Referring to FIG. 1, in the conventional photo mask, a phase shift pattern of the Mo—Si layer 20 is formed on a transparent quartz substrate 10. However, when the alignment mark is formed of the Mo-Si layer 20, a problem of difficulty in detecting the degree of alignment may occur when performing the alignment process in the exposure apparatus. That is, the difference between the intensity of alignment light for alignment detection passing through the Mo-Si layer 20 of the alignment mark and the intensity of light passing through the portion of the substrate 10 adjacent to the Mo-Si layer 20 is insufficient. It is difficult to detect the degree of alignment.

노광 장치에서 레티클 및 웨이퍼의 정렬은 여러 파장대의 광을 이용하여 검출될 수 있는 데, 노광에 사용되는 노광원과 다른 상대적으로 더 긴 파장대의 광을 정렬 검출을 위한 정렬 광으로 이용하고 있다. 예컨대, ArF 광원을 이용하는 노광 장치의 경우, 레티클 예비 정렬 또는 바코드(barcode) 인식 등에서는 대략 880㎚의 노광원 보다 더 긴 파장대의 LED(Laser Emission Diode) 광원을 이용하고 있다. The alignment of the reticle and the wafer in the exposure apparatus can be detected using light in various wavelength bands, and the light of a relatively longer wavelength band different from the exposure source used for exposure is used as the alignment light for alignment detection. For example, in the case of an exposure apparatus using an ArF light source, an LED (Laser Emission Diode) light source having a wavelength longer than an exposure source of approximately 880 nm is used for reticle preliminary alignment or barcode recognition.

이러한 정렬광은 ArF용 포토 마스크의 Mo-Si층(20) 영역에서 대략 70% 이상의 투과율로 투과되고 있다. 따라서, Mo-Si층(20)만으로 이루어지는 정렬 마크를 지나는 광의 세기와, 기판(10) 부분을 투과한 광의 세기 차이가 충분하지 않아, 정렬 정도를 검출하기 어렵게 된다. 이에 따라, 정렬 마크를 Mo-Si층(20)만으로 구성하지 못하고, Mo-Si층(20) 상에 크롬층(30)을 더 도입하고 있다. Such aligned light is transmitted at a transmittance of approximately 70% or more in the Mo-Si layer 20 region of the ArF photo mask. Therefore, the difference between the intensity of the light passing through the alignment mark made of only the Mo-Si layer 20 and the intensity of the light transmitted through the substrate 10 is insufficient, making it difficult to detect the degree of alignment. As a result, the alignment mark is not constituted by the Mo-Si layer 20 alone, and the chromium layer 30 is further introduced onto the Mo-Si layer 20.

그런데, 크롬층(30)을 도입할 경우, 이러한 크롬층(30)은 정렬 마크를 구성하는 데 이용될 뿐, 실제 웨이퍼 상으로 전사할 패턴은 Mo-Si층(20)의 패턴으로만 구성되므로, 나머지 기판(10) 부분에서는 이러한 크롬층(30)을 선택적으로 제거해 주어야 한다. 따라서, 크롬층(30)을 증착하고, 또한, 선택적으로 제거하는 추가 공정이 더 요구되므로, 전체 마스크 제조 과정이 크게 복잡해지게 된다. However, when the chromium layer 30 is introduced, the chromium layer 30 is used only to form an alignment mark, and since the pattern to be transferred onto the actual wafer is composed only of the pattern of the Mo-Si layer 20. In the remaining portion of the substrate 10, the chromium layer 30 should be selectively removed. Therefore, an additional process for depositing and selectively removing the chromium layer 30 is further required, which greatly complicates the overall mask fabrication process.

따라서, 무크롬 포토 마스크 제조를 구현하기 위해서는 정렬 마크를 검출하는 방법의 개발이 우선적으로 요구되고 있다. Therefore, development of a method for detecting an alignment mark is required in order to implement a chromium-free photo mask manufacturing.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 노광 시 레티클 및 웨이퍼의 정렬 불량을 방지할 수 있는 정렬 마크를 포함하는 무크롬 포토 마스크 및 제조 방법을 제시하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a chromium-free photo mask and a manufacturing method including an alignment mark capable of preventing misalignment of a reticle and a wafer during exposure.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 포토 마스크 기판 상에 위상 시프트 패턴 및 상기 위상 시프트 패턴과 동일한 층의 정렬 마크(align mark)를 형성하는 단계, 및 상기 정렬 마크 아래의 상기 포토 마스크 기판 부분에 레이저(laser)를 선택적으로 조사하여, 정렬 광을 산란시켜 투과율을 감소시키는 스크래치(scratch)들의 층을 형성하는 단계를 포함하는 무크롬 포토 마스크 제조 방법을 제시한다. One aspect of the present invention for achieving the above technical problem, forming a phase shift pattern and an alignment mark of the same layer as the phase shift pattern on the photo mask substrate, and the photo under the alignment mark A method of fabricating a chromium-free photo mask is provided that includes selectively irradiating a laser to a portion of a mask substrate to scatter an alignment light to form a layer of scratches that reduce transmittance.

상기 위상 시프트 패턴 및 정렬 마크를 위한 층은 몰리브데늄-실리콘(Mo-Si) 합금층을 포함할 수 있다. The layer for the phase shift pattern and alignment mark may comprise a molybdenum-silicon (Mo-Si) alloy layer.

상기 스크래치층은 상기 포토 마스크의 바코드(barcode)가 형성된 영역에 함께 형성될 수 있다. The scratch layer may be formed together in an area where a barcode of the photo mask is formed.

본 발명의 다른 일 관점은, 포토 마스크 기판 상에 형성된 위상 시프트 패턴 및 상기 위상 시프트 패턴과 동일한 층의 정렬 마크(align mark), 및 상기 정렬 마크 아래의 상기 포토 마스크 기판 내부에 레이저(laser)를 선택적으로 조사에 의해 형성되어, 정렬 광을 산란시켜 투과율을 감소시키는 스크래치(scratch)들의 층을 포함하는 무크롬 포토 마스크를 제시한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a phase shift pattern formed on a photomask substrate and an alignment mark of the same layer as the phase shift pattern, and a laser inside the photomask substrate below the alignment mark. A chromium-free photo mask is provided that includes a layer of scratches, optionally formed by irradiation, to scatter alignment light to reduce transmission.

본 발명에 따르면, 노광 시 레티클 및 웨이퍼의 정렬 불량을 방지할 수 있는 정렬 마크를 포함하는 무크롬 포토 마스크 및 제조 방법을 제시할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a chromium-free photo mask and a manufacturing method including an alignment mark that can prevent misalignment of a reticle and a wafer during exposure.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완 전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정렬 마크를 포함하는 포토 마스크 및 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 포토 마스크의 정렬 마크 검출을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 2 is a view schematically illustrating a photo mask and a manufacturing method including an alignment mark according to an exemplary embodiment of the present invention. 3 is a diagram schematically illustrating an alignment mark detection of a photomask according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무크롬 포토 마스크 제조 방법은, 투명한 석영 마스크 기판(100) 상에 몰리브데늄-실리콘(Mo-Si) 합금층과 같은 위상 시프트층만을 증착하고 선택적 식각으로 패터닝하여, 웨이퍼 상으로 전사하고자하는 패턴 형상을 위한 위상 시프트 패턴 및 정렬 마크(200)를 형성한다. 이때, 크롬층과 같은 차광층은 도입하지 않으므로, 무크롬 PSM의 제조 과정이 보다 더 단순화될 수 있다. Referring to FIG. 2, in the method of manufacturing a chromium-free photo mask according to an embodiment of the present invention, only a phase shift layer such as a molybdenum-silicon (Mo-Si) alloy layer is deposited on a transparent quartz mask substrate 100. Patterning with selective etching forms a phase shift pattern and alignment mark 200 for the pattern shape to be transferred onto the wafer. In this case, since a light shielding layer such as a chromium layer is not introduced, a manufacturing process of the chromium-free PSM may be further simplified.

이후에, 정렬 마크(200) 아래의 포토 마스크 기판(100) 부분 영역에 바람직하게 단파장 레이저(laser: 300)를 선택적으로 조사한다. 이에 따라, 포토 마스크 기판(100)의 정렬 마크(200)에 중첩되는 아래 영역에, 레이저(300)에 의한 스크래치(301)들의 층이 형성된다. 이때, 레이저(300)의 조사에 의해 석영 기판(100) 내부에 손상이 발생되고 이러한 손상은 스크래치(301)들의 층으로 나타나며, 이러한 스크래치(301)들은 손상이 없는 석영 기판(100)과는 다른 투과율을 가져 불투명하게 보이게 될 수 있다. Thereafter, preferably, a short wavelength laser 300 is selectively irradiated to the partial region of the photomask substrate 100 under the alignment mark 200. Accordingly, a layer of scratches 301 by the laser 300 is formed in the lower region overlapping the alignment mark 200 of the photo mask substrate 100. At this time, damage is generated inside the quartz substrate 100 by the irradiation of the laser 300, and the damage is represented as a layer of scratches 301, and these scratches 301 are different from the quartz substrate 100 without damage. It can have a transmittance and make it look opaque.

즉, 이러한 스크래치(301)들의 층은 후속되는 노광 장비에서 레티클 및 웨이퍼의 정렬 또는 바코드 검출에 사용되는 정렬 광 또는 검출 광을 산란시켜 이러한 영역에서의 투과율을 감소시키도록 형성된다. 레이저(300)의 조사 정도에 따라 이러한 스크래치(301)에 의한 투과율 감소 정도는 커질 수 있으므로, 필요에 따라, 레이저(300)의 조사를 다수 번 반복한다.That is, the layer of such scratches 301 is formed to scatter the alignment light or detection light used for alignment or barcode detection of the reticle and wafer in subsequent exposure equipment to reduce the transmittance in this area. Since the degree of decrease in transmittance caused by the scratch 301 may be increased according to the degree of irradiation of the laser 300, the irradiation of the laser 300 is repeated a plurality of times as necessary.

이와 같이 정렬 마크(200) 영역의 정렬 광에 대한 투과율이, 스크래치(301)들의 층에 의해 크게 감소되므로, 정렬 시 정렬 광의 검출 세기는 정렬 마크(200)와 기판(100) 부분 사이에서 충분한 차이를 가지고, 예컨대, 적어도 50% 이상 내지 100% 정도의 세기 차이를 가지고 도 3에 제시된 바와 같이 구해질 수 있다. As such, the transmittance of the alignment light in the region of the alignment mark 200 is greatly reduced by the layer of the scratches 301, so that the detection intensity of the alignment light at the time of alignment differs sufficiently between the portion of the alignment mark 200 and the substrate 100. For example, it may be obtained as shown in FIG. 3 with an intensity difference of at least 50% or more to about 100%.

노광 장비에 포토 마스크가 장착된 후, 정렬을 위한 정렬 광이 노광 광원에 비해 긴 파장대의 광이 사용되어 조사될 때, 정렬 마크(200) 자체는 예컨대 대략 70% 정도의 투과율을 가지고 있으나, 이에 중첩되는 스크래치(301)들의 층에 의해 정렬 광이 산란되므로, 정렬 마크(200) 영역에 대한 투과율은 도 3에 제시된 바와 같이 많아야 50% 이하로 감소되게 된다. 실질적으로 0%에 근접하는 투과율이 구현되도록 할 수 있다. After the photomask is mounted on the exposure apparatus, when the alignment light for alignment is irradiated with light having a longer wavelength band than the exposure light source, the alignment mark 200 itself has a transmittance of about 70%, for example. Since the alignment light is scattered by the layers of overlapping scratches 301, the transmittance for the alignment mark 200 region is reduced to at most 50% or less as shown in FIG. 3. Substantially close to 0% can be achieved.

따라서, 실질적으로 100%의 투과율을 가지는 마스크 기판(100) 부분과 정렬 마크(200) 영역에서의 정렬 광의 검출 세기의 차이는, 정렬 검출이 가능한 수준인 적어도 50%정도까지 구현될 수 있다. 따라서, 정렬 광의 검출 세기의 콘트래스트(contrast)를 증가시킬 수 있어 레티클 정렬 불량의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. Therefore, the difference between the detection intensity of the alignment light in the portion of the mask substrate 100 and the region of the alignment mark 200 having substantially 100% transmittance may be realized to at least about 50%, the level at which alignment detection is possible. Therefore, the contrast of the detection intensity of the alignment light can be increased to effectively prevent the occurrence of reticle alignment defects.

한편, 이러한 스크래치(301)의 층은 도시되지는 않았으나, 포토 마스크의 바코드(barcode)가 형성된 영역에도 마찬가지로 형성될 수 있다. 이에 따라, 바코드 인식률을 개선할 수 있다. On the other hand, although the layer of the scratch 301 is not shown, it may be formed in the region in which the barcode of the photo mask is formed. Accordingly, the barcode recognition rate can be improved.

상술한 본 발명에 따르면, 정렬 마크에 중첩되는 포토 마스크 기판 영역에 레이저를 이용하여, 투과율을 감소시키는 스크래치들의 층을 형성함으로써, 크롬층의 도입없이 정렬 마크를 위상 시프트층으로만 형성하여도 정렬 마크의 검출이 가능하도록 할 수 있다. 따라서, 포토 마스크 제조 공정에서 크롬층의 도입을 배제시킬 수 있으므로, 보다 단순화된 공정 과정으로 하프톤 위상 시프트 마스크(halftone PSM)를 제조할 수 있다. According to the present invention described above, by forming a layer of scratches to reduce the transmittance by using a laser in the photo mask substrate region superimposed on the alignment mark, the alignment mark is formed only by the phase shift layer without introducing the chromium layer. The mark can be detected. Therefore, since the introduction of the chromium layer can be excluded in the photomask manufacturing process, the halftone phase shift mask (halftone PSM) can be manufactured by a simplified process.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the specific Example, this invention is not limited to this, It is clear that the deformation | transformation and improvement are possible by the person of ordinary skill in the art within the technical idea of this invention.

Claims (4)

포토 마스크 기판 상에 위상 시프트 패턴 및 상기 위상 시프트 패턴과 동일한 층의 정렬 마크(align mark)를 형성하는 단계; 및Forming an alignment mark of the same layer as the phase shift pattern and the phase shift pattern on the photo mask substrate; And 상기 정렬 마크 아래의 상기 포토 마스크 기판 부분에 레이저(laser)를 선택적으로 조사하여, 정렬 광을 산란시켜 투과율을 감소시키는 스크래치(scratch)들의 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무크롬 포토 마스크 제조 방법. Selectively irradiating a laser to a portion of the photomask substrate below the alignment mark to form a layer of scratches that scatter the alignment light to reduce transmittance Mask manufacturing method. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 위상 시프트 패턴 및 정렬 마크를 위한 층은 몰리브데늄-실리콘(Mo-Si) 합금층을 포함하는 것을 특징으로 하는 무크롬 포토 마스크 제조 방법. And wherein said layer for phase shift pattern and alignment mark comprises a molybdenum-silicon (Mo-Si) alloy layer. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스크래치층은 상기 포토 마스크의 바코드(barcode)가 형성된 영역에 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 무크롬 포토 마스크 제조 방법. The scratch layer is formed on a photochromic photomask, characterized in that formed together with the barcode (barcode) region of the photomask. 포토 마스크 기판 상에 형성된 위상 시프트 패턴 및 상기 위상 시프트 패턴과 동일한 층의 정렬 마크(align mark); 및An alignment mark of a phase shift pattern formed on the photomask substrate and the same layer as the phase shift pattern; And 상기 정렬 마크 아래의 상기 포토 마스크 기판 내부에 레이저(laser)를 선택 적으로 조사에 의해 형성되어, 정렬 광을 산란시켜 투과율을 감소시키는 스크래치(scratch)들의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 무크롬 포토 마스크. And a layer of scratches formed by selectively irradiating a laser inside the photo mask substrate below the alignment mark to scatter the alignment light to reduce transmittance. Mask.
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