KR100526527B1 - 포토마스크와 그를 이용한 마스크 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토마스크에 관한 것으로, 특히 접촉식 노광방식을 이용한 감광막(photoresist) 마스크 패턴 형성시, 피식각층 위의 감광막과 포토마스크 사이의 접착력으로 인해 감광막이 박리되는 것을 방지하는 포토마스크에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 투명기판과, 상기 투명기판 상에 차광성 패턴을 구비하는 포토마스크에 있어서, 상기 포토마스크와 접촉되는 피식각층 상에 형성된 감광막과 상기 차광성 패턴과의 접착력 감소를 위해 상기 투명기판과 상기 차광성 패턴 상에 형성되는 투명 재질의 친수성막을 더 포함함을 특징으로 한다.

Description

포토마스크와 그를 이용한 마스크 패턴 형성 방법{PHOTOMASK AND FOAMING MASK PATTERN USING THE SAME}

본 발명은 포토마스크에 관한 것으로, 특히 접촉식 노광방식을 이용한 감광막(photoresist) 마스크 패턴 형성시, 피식각층 위의 감광막과 포토마스크 사이의 접착력으로 인해 감광막이 박리되는 것을 방지하는 포토마스크에 관한 것이다.

반도체장치, 표시장치 등의 제조공정은, 일반적으로 기판의 표면에 회로소자들을 형성하기 위하여 실시하는 다수의 사진공정(photo lithography)을 포함한다. 즉, 포토마스크에 그려진 패턴을 웨이퍼, 디스플레이패널의 기판상에 전사하기 위해서는 감광막 도포, 스테퍼(stepper)에 의한 포토마스크 패턴의 축소투영노광, 현상공정으로 이루어진 일련의 마스크 패턴 형성공정을 진행하여 감광막 패턴을 형성한 다음, 형성된 감광막 패턴을 식각마스크로 이용하여 하부의 피식각층을 식각한 후 감광막 패턴을 제거하는 공정이 행해진다.

도 1은 종래 일반적인 포토마스크의 단면 구조를 나타낸 도면이다. 종래 포토마스크(10)는 유리등의 투명기판(11)과 상기 투명기판(11) 상에 형성된 크롬 등의 차광성 패턴(12)을 구비한다. 제작 과정을 간단히 설명하면, 2 내지 5㎜ 두께의 유리 기판(11) 위에 약 100㎚ 두께의 크롬을 원하는 모양으로 패터닝하여 차광성 패턴(12)을 형성한다. 이때, 크롬을 패터닝하는 공정은 사진공정과 동일하다. 즉, 크롬 위에 감광막을 코팅하고, 레이저나 전자빔으로 원하는 모양으로 노광한 후 현상하면 감광막 패턴이 형성된다. 형성된 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 크롬층을 식각한 후 잔류 감광막을 제거함으로써 포토마스크가 완성된다.

도 2a 내지 도 2c는 도 1의 포토마스크를 이용한 감광막 패턴 형성과정을 나타낸 공정 단면도이다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 반도체기판(21) 위에 식각마스크층(22)을 형성한 다음, 상기 식각마스크층(22) 위에 감광막(23)을 도포한다. 이때, 식각마스크층(22)은 이후 반도체기판(21)에 형성된 피식각층의 식각시 감광막을 마스크로 사용하기 어려운 경우에 사용되며, 감광막만으로도 마스킹 작용이 충분할 경우 생략할 수 있다.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 포토마스크(10)를 상기 감광막(23) 위에 정렬시키고, UV를 조사하여 노광한다. 이때, 상기 차광막패턴(12)이 형성된 영역은 광이 투과하지 못한다. 또한, 노광기의 종류에 따라 포토마스크와 웨이퍼 간의 위치가 결정된다. 소자의 크기가 크거나 비교적 고해상도가 필요 없는 경우는 일반적으로 1:1 배율의 마스크 정렬기(aligner)를 사용하게 된다. 마스크 정렬기에서는 포토마스크와 웨이퍼 간의 간격을 수 ㎛ 정도가 되도록 하는 경우와, 간격을 0(zero)로 하는 경우로 나눌 수 있으며 접촉식 노광은 간격을 0로 하는 경우를 의미한다.

끝으로, 상기 감광막(23)을 현상하여 도 2c에 도시된 바와 같은 감광막 패턴(23')을 형성한다. 상기 차광막패턴(12)에 의해 상기 감광막(23)이 광에 노출된 영역과, 노출되지 않은 영역이 생기게 되고 이에 따라 현상액에 대한 용해성의 차이가 생기게 된다. 이러한 용해성의 차이에 의해 감광막이 포지티브(positive)인 경우는 노광 영역이 제거되어 포토마스크의 차광막패턴과 동일한 패턴의 감광막 패턴이 형성되고, 네거티브(negative)인 경우는 비노광 영역이 제거되어 포토마스크와 반대되는 패턴의 감광막패턴이 형성된다.

그러나, 상기 종래기술은 포토마스크와 웨이퍼 간의 간격이 0이 되도록 하는 접촉식 노광 방식을 이용하는 경우, 피식각층 위에 도포된 감광막이 포토마스크에 붙어서 떨어지는 결함이 발생한다. 이는 사진공정에 사용되는 감광막이 통상 소수성을 가지며, 이에 따라 포토마스크의 패턴인 크롬에 접착할 때 감광막과 하부 피식각층과의 결합력이 작은 경우 감광막이 뜯어지기 때문이다. 이런 결함들은 이후 웨이퍼에도 계속 전사되므로 소자의 수율을 저하시키게 된다. 또한, 이를 방지하기 위해 2 내지 5장의 일정 매수의 웨이퍼 노광마다 포토마스크를 세정하는 공정을 사용하기도 하나, 이는 공정시간이 늘어나는 원인이 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 접촉식 노광기를 이용하는 사진공정에서 감광막이 포토마스크에 접촉되어 떨어지는 결함을 크게 감소시키는 포토마스크를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투명기판과, 상기 투명기판 상에 차광성 패턴을 구비하는 포토마스크에 있어서, 상기 포토마스크와 접촉되는 피식각층 상에 형성된 감광막과 상기 차광성 패턴과의 접착력 감소를 위해 상기 투명기판과 상기 차광성 패턴 상에 형성되는 투명 재질의 친수성막을 더 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 친수성막은 상기 투명기판과 상기 차광성 패턴 상부 전면에 일정 두께로 형성됨을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 친수성막은 10㎛ 이하의 두께로 형성됨을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 친수성막은 SiO₂임을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 SiO₂는 100㎚ 정도 두께로 형성됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 단면 구조를 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 포토마스크(30)는 투명기판(31)과 상기 투명기판(31) 상에 형성된 크롬 등의 차광성 패턴(32)과, 상기 투명기판과 상기 차광성 패턴 상부에 형성된 투명재질의 친수성막(33)을 포함하여 구성된다. 참고로, 도면에서 구성 물질막들의 두께는 막들의 실제 두께 또는 그들의 비례적인 두께를 의미하지 않으며, 다만 도식적으로 나타낸 것에 지나지 않는다.

상기 투명기판(31)은 약 2 내지 5㎜ 두께의 유리 기판이며, 상기 차광성 패턴(32)은 약 100㎚ 두께의 크롬으로 형성된다. 이때, 크롬을 패터닝하는 공정은 전술한 사진공정과 동일하다.

상기 친수성막(33)은 상기 포토마스크(30)를 이용하여 감광막 패턴 형성시, 상기 포토마스크(30)가 접촉되는 피식각층 상에 형성된 감광막과 상기 차광성 패턴(32)과의 접착력을 감소시키는 역할을 하며, 노광기에서 사용하는 빛의 파장 영역에서 투명한 재질로 이루어진다. 이러한, 투명재질의 친수성막의 예로는 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, NaCl, MgO 등을 들 수 있다. 또한, 친수성막은 CVD, PVD, PECVD, solution coating 등의 다양한 성막 공정에 의해 형성될 수 있으며, 도포(coating)되는 두께가 얇아야 웨이퍼와 포토마스크 간의 간격이 좁아 접촉식 노광기의 장점인 고해상도를 유지할 수 있다. 또한, 상기 친수성막을 상기 차광성패턴(32)의 상부에만 형성할 수도 있으나, 상기 투명기판(31)과 상기 차광성 패턴(32) 상부 전면에 일정 두께로 형성하는 것이 공정 수를 줄일 수 있다.

실시 예.

먼저, 투명기판 위에 크롬 패턴이 90% 이상 형성된 5인치 포토마스크 위에 100㎚ 정도 두께의 SiO₂막을 PECVD 방법으로 증착- 이때, 크롬패턴의 색깔이 갈색으로 변하게 된다 -하여 친수성막이 형성된 포토마스크를 제작한다.

이어서, 식각마스크로 사용될 감광막 패턴을 형성하고자 하는 다수의 4인치 실리콘 웨이퍼 위에 감광막을 도포한다.

상기 친수성막이 형성된 본 발명에 따른 포토마스크를 상기 감광막이 도포된 실리콘 웨이퍼 위에 정렬한 후 접촉식으로 노광한다. 이때, 3장의 웨이퍼를 포토마스크의 세정 없이 연속 노광한다.

현상 후, 감광막 뜯김에 의한 결함 소자의 개수를 센다(count).

아래 표 1.은 소자의 크기가 4x3㎟인 패턴이 382개 존재하는 포토마스크에서 결함이 발생한 소자의 개수를 나타낸 것으로, 친수성막을 코팅하지 않은 종래의 포토마스크와, 친수성막을 코팅한 본 발명의 포토마스크에 의한 결과를 비교하여 나타낸 것이다.

표 1.에서 종래의 포토마스크를 이용한 경우와 본 발명의 포토마스크를 이용한 경우 모두 후순위 웨이퍼로 갈수록 결함의 수가 증대된다. 이는 앞 웨이퍼에서 발생된 결함이 다음 웨이퍼에 누적되기 때문이다. 그러나, 친수성막 코팅 후 결함의 개수가 50% 이상 감소됨을 알 수 있다.

	#1 웨이퍼	#2 웨이퍼	#3 웨이퍼
친수성막 코팅 전	10	15	17
친수성막 코팅 후	5	7	8

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 포토마스크는 접촉식 노광방식을 이용하는 사진공정에서, 감광막과 포토마스크의 접착력을 감소시켜 감광막의 뜯김으로 인한 결함을 감소시킬 수 있다. 따라서, 수율 증가 및 포토마스크 세정 주기 감소의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 일반적인 포토마스크의 단면 구조를 나타낸 도면,

도 2a 내지 도 2c는 도 1의 포토마스크를 이용한 감광막 패턴 형성과정을 나타낸 공정 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 단면 구조를 나타낸 도면.

Claims (6)

1. 투명기판과, 상기 투명기판 상에 차광성 패턴을 구비하는 포토마스크에 있어서,

   상기 포토마스크와 접촉되는 피식각층 상에 형성된 감광막과 상기 차광성 패턴과의 접착력 감소를 위해 상기 투명기판과 상기 차광성 패턴 상에 형성되는 투명 재질의 친수성막을 더 포함함을 특징으로 하는 포토마스크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 친수성막은

   상기 투명기판과 상기 차광성 패턴 상부 전면에 일정 두께로 형성됨을 특징으로 하는 포토마스크.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 친수성막은

   10㎛ 이하의 두께로 형성됨을 특징으로 하는 포토마스크.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 친수성막은

   SiO₂임을 특징으로 하는 포토마스크.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 SiO₂는

   100㎚ 정도 두께로 형성됨을 특징으로 하는 포토마스크.
6. 감광막 마스크 패턴 형성 과정에 있어서,

   투명 기판 상에 크롬 패턴을 형성하고, 상기 크롬 패턴 상에 노광기에서 사용하는 빛의 파장 영역에서 투명한 재질의 친수성 막을 증착하는 포토 마스크 제작 과정과;

   피식각층 상에 식각 마스크를 형성하기 위한 감광막을 도포하는 감광막 도포 과정과;

   상기 포토 마스크에 형성된 상기 친수성막이 상기 피식각층 상에 형성된 상기 감광막 상에 접촉되도록 정렬시키는 정렬 과정과;

   상기 포토 마스크를 통해서 상기 피식각층 상에 형성된 감광막을 노광시켜서 식각 마스크를 형성하는 노광 과정을 포함함을 특징으로 하는 감광막 마스크 패턴 형성 과정.