KR20100127116A

KR20100127116A - 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법

Info

Publication number: KR20100127116A
Application number: KR1020090045644A
Authority: KR
Inventors: 오성현; 김소연
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-12-03

Abstract

본 발명의 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법은, 전면 및 배면을 갖는 투광기판의 전면에 복수개의 패턴들을 형성하는 단계와, 복수개의 패턴들의 시디를 측정하여 시디 불균일 영역을 설정하는 단계와, 그리고 시디 불균일 영역의 배면의 형태를 변형시켜 시디 불균일을 보상하는 단계를 포함한다.

포토마스크, 시디 균일도, 플라즈마, 형태(morphology) 변형, 열처리

Description

향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법{Method of fabricating photomask having improved CD uniformity}

본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 특히 향상된 시디(CD; Critical Dimension) 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체 소자를 구성하는 각종 패턴들의 선폭 또한 점점 작아지고 있다. 통상적으로 반도체 소자를 구성하는 각종 패턴들은 웨이퍼 단위로 만들어진다. 따라서 각 패턴의 선폭을 설계값에 일치시키는 것도 중요하지만, 웨이퍼 전체적으로 균일한 선폭, 즉 균일한 시디 분포를 갖도록 하는 것 또한 중요하다.

웨이퍼상에 패턴들을 형성하기 위해서는 포토마스크를 이용한 리소그라피 공정이 수행되어야 한다. 즉 웨이퍼상에 포토레지스트막을 형성하고, 포토마스크를 이용한 노광을 수행하여 포토레지스트막에 포토마스크상의 패턴을 전사한다. 그리고 포토레지스트막을 현상하여 포토마스크상의 패턴과 실질적으로 동일한 프로파일의 포토레지스트막패턴을 형성함으로써 웨이퍼상에 패턴들을 형성할 수 있다. 따라서 웨이퍼상에 만들어지는 패턴들의 시디를 균일하게 형성하기 위해서는, 우선적으 로 포토마스크상의 패턴들의 시디가 균일하게 형성되어야 한다.

포토마스크에서의 시디를 균일하게 하기 위한 기준은 웨이퍼에서의 시디를 균일하게 하기 위한 기준보다 더욱 더 엄격하다. 웨이퍼에서의 충분한 시디 균일도를 얻기 위해서는, 포토마스크 제작과정, 예컨대 식각공정, 세정공정 등이 정확하게 수행되어야 하며, 제조설비, 예컨대 전자빔 장비 등의 운용 또한 엄격하게 수행되어야 한다. 그러나 포토마스크의 시디가 원하는 정도로 균일하도록 포토마스크 제작과정의 수행이나 제조설비의 운용을 정확하게 수행하는 것은 쉬운 일이 아니다.

따라서 현재에는 시디 균일도의 기준 미달로 인해 많은 포토마스크가 불량으로 처리되며, 불량으로 처리된 포토마스크는 재제작 등의 추가적인 공정을 요구함에 따라 포토마스크 제조시간과 제조비용을 증대시키는 중요한 원인들 중의 하나로 작용하고 있는 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 시디 균일도의 기준 미달로 인한 재제작 등의 추가적인 공정이 요구되지 않으면서도 향상된 시디 균일도를 갖도록 하는 포토마스크 제조방법을 제공하는 것이다.

일 실시예에 따른 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법은, 전면 및 배면을 갖는 투광기판의 전면에 복수개의 패턴들을 형성하는 단계와, 복수개의 패턴들의 시디를 측정하여 시디 불균일 영역을 설정하는 단계와, 그리고 시디 불균일 영역의 배면의 형태를 변형시켜 시디 불균일을 보상하는 단계를 포함한다.

일 예에서, 시디 불균일 영역의 배면의 형태를 변형시키는 단계는, 시디 불균일 영역에 대한 플라즈마 처리 및/또는 열처리를 사용하여 수행할 수 있다.

이 경우, 플라즈마 처리는 0.5 watts 이하의 디시 바이어스 파워를 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 열처리는 300℃ 내지 700℃의 온도로 30분 내지 2시간동안 수행하는 것이 바람직하다. 플라즈마 및/또는 열처리는, 투광기판의 배면에 상기 시디 불균일영역의 표면을 노출시키는 마스크막패턴을 형성한 후에 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 시디 균일도 측정 결과를 검토하여 시디가 불균일한 부분을 파악하고 그 부분에 대해 일정 크기 이하의 디시(DC) 바이어스 파워로 플라즈마 처리를 함으로써 불균일한 시디를 균일한 시디로 보정되도록 할 수 있으며, 이에 따라 시디 불균일로 인한 포토마스크 불량을 방지할 수 있다는 이점이 제공된다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다. 그리고 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법에서 플라즈마 처리 과정을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법에서의 열처리 효과를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

먼저 도 1에 나타낸 바와 같이, 쿼츠(quartz)와 같은 투광기판(100) 위에 복수개의 패턴(110)들을 형성한다. 이 패턴(110)들은 크롬(Cr)막과 같은 광차단막패턴일 수 있거나, 또는 위상반전막패턴과 광차단막패턴이 순차적으로 적층된 구조의 패턴일 수도 있다. 투광기판(100)은 전면(101)과 반대의 배면(102)을 가지며, 패턴(110)들은 투광기판(100)의 전면(101) 위에 배치된다.

다음에 도 2에 나타낸 바와 같이, 투광기판(100)의 배면(102) 위에 마스크막(120)을 형성한다. 마스크막(120)은 포토레지스트막으로 형성할 수 있다. 다음에 도면에서 화살표(130)로 나타낸 바와 같이 마스크막(120)에 대한 노광을 수행하여 마스크막(120)의 일부 영역에서의 마스크막(120)의 성질을 변형시킨다. 여기서 노광이 이루어지는 마스크막(120)의 영역은 포토마스크의 시디 균일도 측정 결과를 기초로 설정된다. 이를 위해 마스크막(120)을 형성하기 전, 즉 투광기판(100)의 전 면(101)에 복수개의 패턴(110)들을 형성한 후, 형성된 패턴(110)들의 시디를 측정한다. 그리고 측정 결과를 분석하여 패턴(110)들이 언더 시디(under CD) 분포를 나타내거나 오버 시디(over CD) 분포를 나타내는 영역들을 정의한다. 이 정의된 영역들이 마스크막(120)에 대한 노광이 이루어지는 영역들이 된다.

다음에 도 3에 나타낸 바와 같이, 노광이 이루어진 마스크막(120)에 대해 현상을 수행하여 성질이 변화된 부분을 제거함으로써, 투광기판(100)의 배면(102) 중에서 시디 불균일 영역(301, 302)을 노출시키는 마스크막패턴(122)을 형성한다. 여기서 시디 불균일 영역(301, 302)은 형성된 패턴(110)들이 언더 시디 분포를 나타내거나 오버 시디 분포를 나타내는 영역이다.

다음에 도 4에 나타낸 바와 같이, 투광기판(100)의 시디 불균일 영역(301, 302)에 대한 플라즈마 처리를 수행한다. 이를 위해, 도 7에 나타낸 바와 같이, 도 3에 나타낸 결과물을 플라즈마 챔버(700)로 로딩한다. 플라즈마 챔버(700)는 투광기판(100)을 지지하는 척(710)이 하부에 배치되며, 척(710)은 디시 바이어스 전원(720)으로부터 RF(Radio Frequency) 파워를 인가받는다. 플라즈마 챔버(700)의 상부에는 상부 전극(730)이 배치된다. ICP(Inductively Coupled Plasma) 구조인 경우 상부 전극(730) 대신에 유도성 코일이 배치될 수도 있다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 상부 전극(730) 내에는 플라즈마 챔버(700)의 내부 공간으로 가스 공급을 하기 위한 가스 공급 노즐(미도시)이 삽입되어 있을 수 있다. 상부 전극(730)은 상부 전원(740)에 연결된다.

이와 같은 플라즈마 챔버(700)에 도 3의 구조를 갖는 투광기판(100)을 로딩 시킬 때, 플라즈마 챔버(700) 내에서 투광기판(100)의 배면(102)이 상부로 가도록 투광기판(100)을 배치시킨다. 비록 도 7에는 나타내지는 않았지만, 투광기판(100)의 배면(102)에는 마스크막패턴(도 4의 122)이 형성되어 있다. 이 상태에서 상부 전극(730)에 상부 바어어스를 인가하여 플라즈마 챔버(700) 내부에 플라즈마(750)를 형성시킨다. 이 상태에서 척(710)에 인가된 디시 바이어스 전원(720)으로부터 RF 파워를 공급함으로써 투광기판(100)의 배면(102)에 대해 플라즈마 식각이 이루어지도록 한다.

이때 디시 바이어스 전원(720)으로부터 공급되는 RF 파워는 0.5 watts 이하로 설정하도록 한다. 이는 디시 바이어스 전원(720)으로부터 공급되는 RF 파워가 0.5 watts 보다 크게 되면, 플라즈마 식각에 의해 투광기판(100)의 노출면이 직접 식각되기 때문이다. 따라서 0.5 watts 이하의 RF 파워를 공급하며, 0.5 watts 이하의 낮은 RF 파워의 인가로 인해, 투광기판(100)의 노출면, 즉 시디 불균일 영역(301, 302)은 직접 식각되지 않고 단지 표면에서의 형태(morphology)만이 변화하게 된다. 이와 같이 투광기판(100)의 시디 불균일 영역(301, 302)의 배면(102) 표면의 형태(morphology)가 변화하게 되면, 이 영역(301, 302)에서의 투과도(transmittance)도 함께 변화되며, 투과도 변화에 따라 시디의 불균일한 정도가 보상된다. 일 예로, 시디 불균일 영역(301, 302)의 표면 형태(morphology)가 거칠어지면, 그 영역에서의 투과도는 낮아지고, 이는 시디를 작아지게 만드는 효과를 나타낸다. 따라서 오버 시디 분포를 나타내는 부분은 투과도 저하에 따라 정상적인 시디 분포를 나타내게 된다.

다음에 도 5에 나타낸 바와 같이, 투광기판(100)의 시디 불균일 영역(310, 302)에 대한 열처리를 수행하여 시디 불균일 영역(301, 302)의 표면 형태(morphorogy)를 변화시킨다. 열처리는 대략 300℃ 내지 700℃의 온도로 대략 30분 내지 2시간동안 수행한다. 도 8에서 "801"로 나타낸 바와 같이, 열처리를 수행하기 전의 투광기판(100)의 배면(102)의 RMS(Root Mean Square) 거칠기는 0.302를 나타낸다. 그러나 도 8에서 "802"로 나타낸 바와 같이, 500℃의 온도로 대략 1시간 동안 열처리를 수행하고 난 후의 투광기판(100)의 배면(102)의 RMS 거칠기는 0.565를 나타내며, 따라서 열처리에 의해 투광기판(100)의 표면의 거칠기가 더 증가하였다는 것을 알 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 투광기판(100) 표면 거칠기가 증가하게 되면 투과도가 낮아지고, 결국 시디가 작아지는 효과를 나타낸다. 이와 같은 열처리는 도 4를 참조하여 설명한 플라즈마 처리와 상호 선택적으로 수행될 수도 있거나, 또는 순서와 무관하게 순차적으로 수행될 수도 있다.

다음에 도 6에 나타낸 바와 같이, 마스크막패턴(도 4 및 도 5의 122)을 제거한다. 그러면 투광기판(100)의 전면(101)에는 복수개의 패턴(110)들이 배치되며, 투광기판(100)의 배면(102)에는 형태가 변형된 영역(301', 302')이 배치되는 포토마스크가 만들어진다. 형태가 변형된 영역(301', 302')은 포토마스크의 시디 불균일 영역(301, 302)에 해당되며, 변형된 형태에 의해 시디 불균일이 보상된다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법에 의해 만들어진 포토마스크의 시디 균일도 분포를 종래의 경우와 비교해 나타내 보인 도면이다.

도 9를 참조하면, 참조부호 "910"으로 나타낸 왼쪽 도면은 종래의 포토마스크(901)의 시디 분포를 나타낸 도면이며, 참조부호 "920"으로 나타낸 오른쪽 도면은 본 발명의 실시예에 따라 만들어진 포토마스크(902)의 시디 분포를 나타낸 도면이다. 두 도면에서 오버 시디 및 언더 시디로 나타낸 원의 크기가 클수록 평균 시디와의 편차가 크다는 것을 의미한다. 도면에 나타낸 바와 같이, 종래의 포토마스크(901)의 시디 분포의 경우 오버 시디와 언더 시디 모두 평균 시디와 큰 편차를 나타내는 반면, 본 실시예에 따라 만들어진 포토마스크(902)의 경우 오버 시디와 언더 시디 모두 평균 시디와의 편차가 상대적으로 작아졌다는 것을 알 수 있으며, 이는 지금까지 설명한 바와 같이, 시디 불균일 영역에 대한 플라즈마 처리 및/또는 열처리를 통해 시디 불균일을 보상하였기 때문이다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법에서 플라즈마 처리 과정을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법에서의 열처리 효과를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

Claims

전면 및 배면을 갖는 투광기판의 전면에 복수개의 패턴들을 형성하는 단계;

상기 복수개의 패턴들의 시디를 측정하여 시디 불균일 영역을 설정하는 단계; 및

상기 시디 불균일 영역의 배면의 형태를 변형시켜 시디 불균일을 보상하는 단계를 포함하는 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 시디 불균일 영역의 배면의 형태를 변형시키는 단계는, 상기 시디 불균일 영역에 대한 플라즈마 처리 및/또는 열처리를 사용하여 수행하는 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 플라즈마 처리는 0.5 watts 이하의 디시 바이어스 파워를 사용하여 수행하는 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 열처리는 300℃ 내지 700℃의 온도로 30분 내지 2시간동안 수행하는 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 플라즈마 및/또는 열처리는, 상기 투광기판의 배면에 상기 시디 불균일영역의 표면을 노출시키는 마스크막패턴을 형성한 후에 수행하는 향상된 시디 균일도를 갖는 포토마스크 제조방법.