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KR100924336B1 - Method for fabricating photomask for suppressing haze - Google Patents

Method for fabricating photomask for suppressing haze Download PDF

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KR100924336B1
KR100924336B1 KR1020070032316A KR20070032316A KR100924336B1 KR 100924336 B1 KR100924336 B1 KR 100924336B1 KR 1020070032316 A KR1020070032316 A KR 1020070032316A KR 20070032316 A KR20070032316 A KR 20070032316A KR 100924336 B1 KR100924336 B1 KR 100924336B1
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전재영
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주식회사 하이닉스반도체
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Abstract

투명한 기판 상에 마스크 패턴을 형성하고, 마스크 패턴 및 기판 상에 잔류하는 불순물을 제거하기 위해 수증기(H2O vapor) 플라즈마를 제공하여 표면 처리한 후, 표면 처리된 마스크 패턴 및 기판 상에 오존 스퍼터링(O3 sputtering)을 수행하는 포토마스크 제조 방법을 제시한다. 오존 스퍼터링은 상기 마스크 패턴 상에 표면 보호 산화층을 유도하게 수행될 수 있다. After forming a mask pattern on the transparent substrate, and surface treatment by providing a H 2 O vapor plasma to remove the impurities remaining on the mask pattern and the substrate, ozone sputtering on the surface-treated mask pattern and substrate A photomask manufacturing method for performing (O 3 sputtering) is provided. Ozone sputtering may be performed to induce a surface protective oxide layer on the mask pattern.

포토마스크, 헤이즈, 오존 스퍼터링, 잔류 이온 Photomask, Haze, Ozone Sputtering, Residual Ion

Description

헤이즈를 억제하는 포토마스크 제조 방법{Method for fabricating photomask for suppressing haze}Photomask manufacturing method for suppressing haze {Method for fabricating photomask for suppressing haze}

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다. 1 to 6 are cross-sectional views schematically illustrating a photomask manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 제조 방법의 효과를 설명하기 위해서 측정한 단면 사진들이다. 7 and 8 are cross-sectional photographs measured to explain the effect of the photomask manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 헤이즈(haze) 발생을 억제할 수 있는 포토마스크(photomask) 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a method of manufacturing a photomask capable of suppressing haze generation.

반도체 소자를 제조하는 과정에, 웨이퍼 상에 회로 패턴을 전사는 포토리소그래피(photolithography) 과정이 수행되고 있다. 이때, 전사할 회로 패턴을 위한 마스크 패턴(mask pattern)을 구비하는 포토마스크가 이용되고 있다. 포토마스크는 투명한 석영 기판 상에 차광층 또는 위상반전층(phase shift layer)을 포함하는 마스크 패턴이 구비되고, 투명한 기판 상에 설치되어 마스크 패턴을 오염으로부터 보호하는 보호막으로서의 펠리클(pellicle)을 포함하여 구성되고 있다. In the process of manufacturing a semiconductor device, a photolithography process of transferring a circuit pattern on a wafer is performed. At this time, a photomask having a mask pattern for a circuit pattern to be transferred is used. The photomask includes a mask pattern including a light shielding layer or a phase shift layer on a transparent quartz substrate, and includes a pellicle as a protective film provided on the transparent substrate to protect the mask pattern from contamination. It is composed.

포토마스크 제조 후 마스크 패턴에 헤이즈 결함(haze defect)이 발생될 수 있으며, 이러한 헤이즈 결함이 웨이퍼 상의 결함을 유도하는 것을 억제하기 위해서 헤이즈 발생을 억제하는 기술에 대해 많은 연구 및 시도들이 이루어지고 있다. 마스크 패턴 형성 후 기판 및 패턴 표면에 잔류하는 이온(ion)들은 주로 암모니아 이온(NH4 +)나 염소(Cl2)에 의한 이온 등이 잔류 이온으로 분포하고 있다. 헤이즈의 억제가 이루어지지 않을 경우 포토마스크에 대한 재작업 또는 재세정 등이 이루어져야 하므로, 포토마스크 제조에 많은 시간 지연(loss)을 유발하고 있으며 생산 수율(yield)의 저하를 유발하고 있다. Haze defects may occur in the mask pattern after photomask fabrication, and many studies and attempts have been made on techniques for suppressing haze generation in order to suppress the haze defects from inducing defects on the wafer. After the mask pattern is formed, the ions remaining on the substrate and the pattern surface mainly include ammonia ions (NH 4 + ) or ions due to chlorine (Cl 2 ) as residual ions. If the haze is not suppressed, the photomask needs to be reworked or re-washed, which causes a lot of time delay in the manufacture of the photomask and a decrease in production yield.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 포토마스크 표면에 대한 헤이즈 발생을 억제할 수 있는 포토마스크 제조 방법을 제시하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a photomask manufacturing method that can suppress the generation of haze on the surface of the photomask.

상기 기술 과제를 위한 본 발명의 일 관점은, 투명한 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴 및 상기 기판 상에 잔류하는 불순물을 제거하기 위해 수증기(H2O vapor) 플라즈마를 제공하여 표면 처리하는 단계, 상기 표면 처리된 상기 마스크 패턴 및 상기 기판 상에 오존 스퍼터링(O3 sputtering)을 수행하는 단계를 포함하는 포토마스크 제조 방법을 제시한다. One aspect of the present invention for the above technical problem, the step of forming a mask pattern on a transparent substrate, the surface by providing a vapor (H 2 O vapor) plasma to remove the mask pattern and impurities remaining on the substrate It provides a photomask manufacturing method comprising the step of performing, ozone sputtering (O 3 sputtering) on the surface-treated mask pattern and the substrate.

상기 오존 스퍼터링은 상기 마스크 패턴 상에 표면 보호 산화층을 유도하게 수행될 수 있다. 상기 표면 처리 이전에 상기 마스크 패턴을 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. The ozone sputtering may be performed to induce a surface protective oxide layer on the mask pattern. The method may further include cleaning the mask pattern before the surface treatment.

본 발명에 따르면, 포토마스크 표면에 대한 헤이즈 발생을 억제할 수 있다. According to the present invention, haze generation on the surface of the photomask can be suppressed.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다. 도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 제조 방법의 효과를 설명하기 위해서 측정한 단면 사진들이다. 1 to 6 are cross-sectional views schematically illustrating a photomask manufacturing method according to an embodiment of the present invention. 7 and 8 are cross-sectional photographs measured to explain the effect of the photomask manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 제조 방법은, 투명한 석영 기판(100) 상에 마스크 패턴을 위한 층들을 형성한다. 예컨대, 위상반전층(phase shift layer: 210)을 몰리브데늄(Mo)을 포함하는 층 또는 몰리브데늄 합금층을 포함하여 형성한다. 이후에, 위상반전층(210) 상에 차광층(230)을 크롬(Cr)을 포함하는 층으로 형성한다. 차광층(230) 상에 선택적 식각을 위한 식각마스크로서 제1레지스트 패턴(resist pattern: 310)을 형성한다. 제1레지스트 패턴(310)은 레지스트층을 도포하고 전자빔(E-beam) 노광하여 구현하고자 하는 마스크 패턴의 형상을 따르는 패턴으로 형성된다. Referring to FIG. 1, the photomask manufacturing method according to the embodiment of the present invention forms layers for a mask pattern on a transparent quartz substrate 100. For example, a phase shift layer 210 is formed including a layer containing molybdenum (Mo) or a molybdenum alloy layer. Thereafter, the light shielding layer 230 is formed on the phase shift layer 210 as a layer including chromium (Cr). A first resist pattern 310 is formed on the light blocking layer 230 as an etching mask for selective etching. The first resist pattern 310 is formed in a pattern that conforms to the shape of a mask pattern to be applied by applying a resist layer and exposing an E-beam.

도 2를 참조하면, 제1레지스트 패턴(도 1의 310)에 의해 노출된 차광층(230) 및 위상반전층(210) 부분을 식각하여 제거함으로써, 차광층 제1패턴(231) 및 위상반전층 패턴(211)을 형성한다. 이후에, 제1레지스트 패턴(310)을 제거하고 세정 공정, 예컨대, 습식 세정 및 건조 과정을 수행한다. Referring to FIG. 2, portions of the light shielding layer 230 and the phase inversion layer 210 exposed by the first resist pattern 310 in FIG. 1 are etched and removed to remove the first pattern 231 and the phase inversion. The layer pattern 211 is formed. Thereafter, the first resist pattern 310 is removed and a cleaning process such as a wet cleaning and a drying process is performed.

도 3을 참조하면, 포토마스크의 구조에 따라 잔류한 차광층 제1패턴(231)들을 차폐하고, 제거될 다른 차광층 제1패턴(231)들을 노출하는 제2레지스트 패턴(330)을 레지스트 도포 및 노광 과정을 수행하여 형성한다. 이때, 마스크 기 판(100)의 가장자리 부분에 위치하는 차광층 제1패턴(231)들을 차폐하게 제2레지스트 패턴(330)이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, a resist coating is performed on the second light shielding layer first pattern 231 that shields the remaining light blocking layer first patterns 231 according to the structure of the photomask, and exposes the other light blocking layer first patterns 231 to be removed. And performing an exposure process. In this case, the second resist pattern 330 may be formed to shield the light blocking layer first patterns 231 positioned at the edge of the mask substrate 100.

도 4를 참조하면, 제2레지스트 패턴(도 3의 330)에 노출된 차광층 제1패턴(231)들을 선택적으로 제거하여 하부의 위상반전층 패턴(211)을 노출시킨다. 제2레지스트 패턴(330)에 차폐된 차광층 제1패턴(231)은 잔류하여 잔류 차광층 제2패턴(233)으로 형성된다. 이후에, 제2레지스트 패턴(330)을 선택적으로 제거한 후 세정 과정을 수행한다. 세정 과정 이후에도 포토마스크의 표면, 위상반전층 패턴(211) 및 차광층 제2패턴(233)을 포함하는 마스크 패턴 표면 등에는 염소 잔류 이온(410) 및 암모니아 이온(430)과 같은 잔류 이온들과 같은 불순물(410, 430)이 분포될 수 있다. 또한, 다른 유기 불순물들도 원하지 않게 잔류될 수 있다. Referring to FIG. 4, the light blocking layer first patterns 231 exposed to the second resist pattern 330 of FIG. 3 are selectively removed to expose the lower phase shift layer pattern 211. The light blocking layer first pattern 231 shielded by the second resist pattern 330 remains and is formed as the residual light blocking layer second pattern 233. Thereafter, the second resist pattern 330 is selectively removed and then a cleaning process is performed. After the cleaning process, residual ions such as chlorine residual ions 410 and ammonia 430 may be formed on the surface of the photomask, the mask pattern surface including the phase shift layer pattern 211 and the light shielding layer second pattern 233. The same impurities 410 and 430 may be distributed. In addition, other organic impurities may also remain undesirably.

도 5를 참조하면, 마스크 패턴(211, 233), 및 기판(100) 표면 상에 수증기 플라즈마(H2O vapor plasma)를 제공하여 표면 처리한다. 수증기 플라즈마 처리에 의해, 잔류하는 이온 불순물(410. 430) 및 유기 불순물이 제거될 수 있다. 수증기 플라즈마 처리 시 수증기 플라즈마는 표면에 존재하는 암모니아 이온 및 염소 이온 등의 이온들과 결합하여 기화되어 제거될 수 있다. 이에 따라, 수증기 플라즈마에 의해 표면 이온을 완화 또는 제어하게 된다. Referring to FIG. 5, H 2 O vapor plasma is provided on the mask patterns 211 and 233 and the surface of the substrate 100 to perform surface treatment. By the steam plasma treatment, residual ionic impurities 410.430 and organic impurities can be removed. During the water vapor plasma treatment, the water vapor plasma may be vaporized and removed by binding to ions such as ammonia ions and chlorine ions present on the surface. Accordingly, surface ions are alleviated or controlled by the steam plasma.

이후에, 표면 상에 오존 스퍼터링(O3 sputtering)을 수행한다. 이때, 오존은 플라즈마 상태로 여기되며 기판(100) 상으로 가속되어 스퍼터링 작용을 유도할 수 있다. 오존 스퍼터링에 의해, 수증기 플라즈마에 의해 제거되지 못하고 잔류하는 미세 암모니아 이온 및 염소 이온 등의 이온들이 오존과 결합하여 소멸될 수 있다. 오존 스퍼터링은 도 6에 제시된 바와 같이 마스크 패턴인 위상반전층 패턴(211)이나 차광층 제2패턴(233) 표면을 산화시켜 표면 보호 산화층(도 6의 500)의 생성을 유도할 수 있다.Then, sputtering is performed ozone (O 3 sputtering) on the surface. At this time, ozone is excited in a plasma state and accelerated onto the substrate 100 to induce a sputtering action. By ozone sputtering, ions such as fine ammonia ions and chlorine ions remaining without being removed by the steam plasma can be combined with and disappeared with ozone. As shown in FIG. 6, ozone sputtering may induce the formation of the surface protective oxide layer (500 of FIG. 6) by oxidizing the surface of the phase shift layer pattern 211 or the light shielding layer second pattern 233, which is a mask pattern.

이러한 표면 보호 산화층(500)은 상대적으로 매우 얇은 산화층으로 생성될 수 있으며, 산화층(500)의 생성에 의해 불안정하게 분포하던 이온들이 표면 보호 산화층(500)의 하단부로 이전되어 분포하게 된다. 따라서, 이러한 이온들은 표면 보호 산화층(500)에 의해 차폐된 상태로 유지되므로, 이후의 대기 중의 다른 성분 등과 접촉하여 반응하여 결함으로 생성되는 작용이 억제되게 된다. 즉, 펠리클의 부착 이후에 대기 중으로부터 표면으로 유입될 수 있는 대기 성분이나 유해 성분이 잔류 이온들과 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 헤이즈의 생성이 억제될 수 있다.  The surface protection oxide layer 500 may be formed as a relatively very thin oxide layer, and ions that are unstablely distributed by the generation of the oxide layer 500 are transferred to and distributed to the lower end of the surface protection oxide layer 500. Therefore, since these ions remain shielded by the surface protection oxide layer 500, the ions are in contact with other components in the air and react with each other in the air, thereby suppressing the action generated as a defect. That is, it is possible to suppress the contact of residual ions with atmospheric constituents or harmful constituents which may enter the surface from the atmosphere after the pellicle is attached. Therefore, generation of haze can be suppressed.

이러한 오존 스퍼터링에 의한 산화층(500)의 생성은 도 7의 단면 사진에서 확인될 수 있다. 도 7은 오존 플라즈마에 의한 스퍼터링 시 위상반전층 패턴 상에 형성된 산화층(750)을 보여주고 있다. 아르곤 가스(Ar)를 분위기 가스로 사용한 산소 플라즈마 처리를 수행한 경우에 촬영한 단면 사진인 도 8의 경우에서 생성된 산화층(850)과 비교할 때, 도 7의 산화층(750)은 보다 균일한 두께를 가지고 안정적인 형상으로 형성됨을 알 수 있다. 또한, 산소 플라즈마에 비해 오존 플라즈마에 의한 스퍼터링 처리 시 산화층(750)의 생성이 보다 용이하게 구현될 수 있다. Generation of the oxide layer 500 by the ozone sputtering may be confirmed in the cross-sectional photograph of FIG. 7. FIG. 7 shows an oxide layer 750 formed on a phase inversion layer pattern during sputtering by ozone plasma. The oxide layer 750 of FIG. 7 has a more uniform thickness when compared with the oxide layer 850 generated in the case of FIG. 8, which is a cross-sectional photograph taken when an oxygen plasma treatment using argon gas Ar is used as an atmosphere gas. It can be seen that it is formed in a stable shape with. In addition, the generation of the oxide layer 750 may be more easily implemented in the sputtering process by the ozone plasma than in the oxygen plasma.

더욱이, 수증기 처리 및 오존 플라즈마 스퍼터링의 경우, 하나의 마스크 내 에 잔류하는 황산화물 이온(SO4 +)의 양이 664ng으로 수증기 처리 및 산소-아르곤 플라즈마의 경우의 834ng에 비해 현저하게 감소되게 표면 잔류 이온 분석 측정되고 있다. 또한, 암모니아 이온(NH4 +)의 경우 유사한 잔류량을 얻을 수 있고, 염소 이온(Cl2 -)의 경우 735ng에 비해 감소된 500ng 정도로 측정되고 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 경우에 잔류 이온 분포의 감소에 보다 큰 효과를 구현함이 입증되고 있다. Moreover, in the case of steam treatment and ozone plasma sputtering, the amount of sulfur oxide ions (SO 4 + ) remaining in one mask is 664 ng and the surface residual is significantly reduced compared to 834 ng for steam treatment and oxygen-argon plasma. Ion analysis is being measured. In addition, similar residual amounts can be obtained for ammonia ions (NH 4 + ), and for chlorine ions (Cl 2 − ), it is measured to be reduced to about 500ng compared to 735ng. Thus, it has been demonstrated that a greater effect on the reduction of residual ion distribution in the case of an embodiment of the present invention.

한편, 위상반전층 패턴(211)을 구성하는 몰리브데늄층(또는 Mo 합금층)이나 차광층 제2패턴(233)을 구성하는 크롬층의 표면 거침도(roughness)는, 오즌 스퍼터링에 의해 보다 완화되어 거침도가 개선될 수 있다. 몰리브데늄층이나 크롬층은 패터닝 후 상당히 거친 표면을 가질 수 있으며, 이러한 거친 표면은 포토마스크를 이용한 노광 과정에 불리하게 작용할 수 있다. 즉, 거친 표면은 노광 과정에서의 빛의 간섭 및 반사 작용을 심화시킬 수 있어, 노광 과정에 적용되는 공정 조건을 보다 협소하게 할 수 있다. 오존 스퍼터링은 크롬층이나 몰리브데늄층을 스퍼터링하여 거침도를 완화하는 작용을 수반할 수 있어, 보다 개선된 양질의 포토마스크 제작을 가능하게 하여, 노광 과정에서의 공정 조건을 개선하는 효과를 구현할 수 있다. On the other hand, the surface roughness of the molybdenum layer (or Mo alloy layer) constituting the phase inversion layer pattern 211 or the chromium layer constituting the light shielding layer second pattern 233 is better by ozone sputtering. Roughness can be improved to improve roughness. The molybdenum layer or chromium layer may have a fairly rough surface after patterning, which may adversely affect the exposure process using a photomask. That is, the rough surface can deepen the interference and reflection of light in the exposure process, and can narrow the process conditions applied to the exposure process. Ozone sputtering may involve the action of reducing the roughness by sputtering the chromium layer or the molybdenum layer, enabling the production of a better quality photomask, thereby improving the process conditions during the exposure process. Can be.

상술한 본 발명에 따르면, 포토마스크 표면에 발생하는 헤이즈 결함을 억제 할 수 있다. 이에 따라, 포토마스크 제작의 수율을 향상시키는 효과를 구현할 수 있다. 또한, 제작 시간을 단축할 수 있어, 포토마스크 제작 효율을 증대시킬 수 있다. 오존 플라즈마의 스퍼터링에 의해 마스크 패턴의 표면 거침도를 개선할 수 있어, 잔류 이온 분포를 줄임과 함께 마스크 패턴 표면에서의 빛의 간섭과 반사 작용을 보다 개선할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(wafer) 노광 과정에서의 공정 조건을 개선할 수 있어, 웨이퍼 수율 향상을 구현할 수 있다. According to the present invention described above, haze defects occurring on the surface of the photomask can be suppressed. Accordingly, the effect of improving the yield of the photomask can be implemented. In addition, the manufacturing time can be shortened, and the photomask manufacturing efficiency can be increased. The sputtering of the ozone plasma can improve the surface roughness of the mask pattern, thereby reducing the residual ion distribution and further improving the interference and reflection of light on the mask pattern surface. As a result, process conditions in a wafer exposure process can be improved, thereby improving wafer yield.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것으로 해석되어지는 것은 바람직하지 않다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능한 것으로 이해될 수 있다. As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the specific Example, it is not preferable that this invention is interpreted as limited to this. Embodiments of the invention are preferably to be interpreted as being provided to those skilled in the art to more fully describe the invention. In addition, it can be understood that the present invention can be modified or improved by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.

Claims (3)

투명한 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a mask pattern on the transparent substrate; 상기 마스크 패턴 및 상기 기판 상에 잔류하는 불순물을 제거하기 위해 수증기(H2O vapor) 플라즈마를 제공하여 표면 처리하는 단계;Surface treatment by providing a H 2 O vapor plasma to remove impurities remaining on the mask pattern and the substrate; 상기 표면 처리된 상기 마스크 패턴 및 상기 기판 상에 오존 스퍼터링(O3 sputtering)을 수행하여 상기 마스크 패턴 상에 표면 보호 산화층을 형성하는 단계를 포함하는 포토마스크 제조 방법.Method for producing a photomask by performing a sputtering ozone (O 3 sputtering) on the mask pattern and the substrate with the surface treatment comprising the step of forming a surface protective oxide layer on the mask pattern. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 표면 처리 이전에 상기 마스크 패턴을 세정하는 단계를 더 포함하는 포토마스크 제조 방법. Cleaning the mask pattern prior to the surface treatment.
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