KR100576459B1 - Ｘ선 리소그래피용 마스크 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 X선 마스크 제조 방법은 X선 마스크의 멤브레인 상에 흡수층을 도포하고 흡수층의 일면에 PR 패턴을 형성하는 제1 단계, PR 패턴에 따라 흡수층을 식각하는 제2 단계, 흡수층의 식각된 부분에 축적된 부산물을 제거하는 제3 단계 및 흡수층의 측벽에 보호막을 증착하는 제4 단계를 포함하되 제2 단계 내지 제4 단계를 1회이상 반복하는 것을 특징으로 한다.

Description

Ｘ선 리소그래피용 마스크 제조 방법{Fabrication Method of a Mask for X-ray Lithography}

도 1은 일반적인 X선 리소그래피용 마스크의 단면도.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에서 발생하는 마이크로 로딩 효과를 설명하는 도면.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 흡수층 패턴 형성 전후의 도면.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 흡수층 패턴 형서 전후의 실제 사진.

본 발명은 X-선 리소그래피 공정에 사용되는 마스크에 관한 것으로서 특히 마스크의 멤브레인에 증착된 흡수층에 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

최근 디바이스의 크기가 작아짐에 따라 리소그래피에서도 한계가 나타나기 시작하고 있다. 이에 차세대 노광 기술로서 EUV, X선 리소그래피, 전자 빔 리소그래피 기술 등이 주목을 받고 있다. X선 리소그래피 기술은 1972년에 소개된 바 있으나 종래에 광 리소그래피 기술이 비약적으로 발전함에 따라 실용화가 늦어지고 있다. 그러나 광 리소그래피 기술이 기술적, 경제적으로 한계에 도달함에 따라 193nm DUV, 전자 빔 리소그래피, 이온 빔 리소그래피 등과 함께 X선 리소그래피 기술이 부각되고 있다.

X선 리소그래피에서는 0.3 ~ 3 KeV의 낮은 에너지로 노광을 시키기 때문에 근접 효과(Proximity Effect)를 무시할 수 있으며, 0.5 ~ 2nm의 짧은 파장을 이용하기 때문에 높은 해상도를 가지고 높은 집점 심도(depth of focus)와 우수한 스텝 커버리지(step coverage)를 가지며, PR 공정이 간단하여 비용이 감소되는 효과가 있다. 또한 대량 생산이 용이하며, 공정 마진이 높고 생산성이 우수하여 4Gb급 이상의 반도체 소자 제조에서 각광을 받고 있다.

X선 리소그래피 공정에 필요한 여러 가지 인자들 중에서 X선 마스크는 오버레이 정밀도, 선 폭 제어 및 결함 밀도를 결정하는데 가장 중요한 요소이다. X선 마스크 개발의 중요 요소에는 우수한 성질의 멤브레인, 적합한 흡수체 재료, 정확한 X-선 패턴 형성과 최소 선 폭의 ±20% 이내의 흡수체 패턴의 위치 정확도(pattern placement accuracy) 등을 들 수 있다.

도 1은 일반적인 X선 마스크의 구조를 나타낸다. X선 마스크는 멤브레인(30), 멤브레인(30) 상에 형성된 흡수층 패턴(40), 멤브레인(30)을 지지하는 실리콘 프레임(20)과 유리 프레임(10)으로 구성된다. 이중에서 실리콘 프레임(20) 상에 멤브레인(30)을 증착하고 그 위에 흡수층 패턴(40)을 정확히 형성하는 것이 마스크 제작에 있어서 매우 중요하다. 특히 흡수층 패턴(40)은 X선에 대하여 높은 콘트라스트를 나타내어야 한다.

흡수체로서의 요구 조건은 마스크 변형을 최소화하기 위하여 응력이 2 x 10⁸ dyne/cm² 이하의 인장응력으로 조절되어야 하며, 얇은 두께로 높은 콘트라스트를 만들기 위하여 밀도가 높아야 한다.

X 선 마스크의 개발 초기에는 흡수층에 높은 밀도를 가진 금(Au)이 사용되었다. 그러나 금은 여러 가지 문제점으로 인하여 식각 대신에 전기 도금(electroplating)의 방법으로 패턴이 형성된다. 그러나 전기 도금 결과 응력이 불균일하게 분포하고, 패턴의 크기에 따라서 도금 두께가 달라지며, 도금시 발생하는 결함으로 인하여 마스크 제조 비용이 증가하는 문제가 있다.

이 때문에 흡수층에 금 대신에 금과 유사한 흡수 계수를 가지는 텅스텐(W)이나 탄탈륨(Ta) 등을 사용하는 것이 연구되고 있다. 텅스텐은 멤브레인 재료로 주로 사용되는 SiC나 SiN과 유사한 열팽창 계수를 가지고 있으나 고유 응력이 크기 때문에 응력을 조절하기 어렵고 표면 조도가 커서 미세 패턴의 생성이 곤란한 문제가 있다.

또한 X선 마스크의 흡수체는 전면에 걸쳐 균일하게 식각이 이루어져야 하고, 기판 손상이 적어야 하고, 선택도가 높아야 하며, 식각 속도가 일정해야 한다. 이러한 식각 특성을 얻기 위하여 기판 온도를 -40℃ 이하로 냉각시키는 방법, 식각시 불소 기체를 첨가하여 측벽에 보호막(passivation layer)을 형성하는 방법 등이 연구되고 있으나, 공정 비용이 많이 소요되고 마이크로 로딩 효과를 해결하지 못하는 문제가 있다.

도 2a 와 도 2b는 종래의 식각 방식에서 발생하는 마이크로 로딩 효과를 설명하는 도면이다. 도 2a와 같이 기층(50)위에 증착된 피식각 물질(60)에 패턴을 형성하기 위하여 피식각 물질(60) 상에 PR 패턴(70)을 형성하고 불소 기체(80)를 이용하여 피식각 물질(60)을 식각한다. 식각 결과 부산물(90)이 생성되는데 부산물이 배출되지 않고 패턴 사이의 공간에 축적되어 패턴의 왜곡 현상이 발생한다. 이로 인하여 도 2b와 같이 이방성 패턴을 형성하는 것이 곤란해진다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하고자 질화 텅스텐(WNx)을 흡수 물질로서 사용하여 스퍼터링 시 응력 조절을 용이하게 하고, 비결정질 구조를 얻음으로써 식각 프로파일 특성을 개선하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 산소 플라즈마에 의해 측벽에 보호막을 형성하고 식각 공정과 부산물 제거 공정을 수회 반복하여 이방성 프로파일을 갖는 패턴을 형성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 X선 마스크 제조 방법은 X선 마스크의 멤브레인 상에 흡수층을 도포하고 흡수층의 일면에 PR 패턴을 형성하는 제1 단계, PR 패턴에 따라 흡수층을 식각하는 제2 단계, 흡수층의 식각된 부분에 축적된 부산물을 제거하는 제3 단계 및 흡수층의 측벽에 보호막을 증착하는 제4 단계를 포함하되 제2 단계 내지 제4 단계를 1회이상 반복하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명 한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 X선 마스크에 패턴을 형성한 전후의 마스크를 나타내는 모식도이다.

제1 단계에서는 X선 마스크의 멤브레인(100) 상에 형성된 흡수층(200) 상부에 소정의 포토 레지스트막 패턴(300)을 형성한다. 본 실시예에서 멤브레인(100)은 SiC 재질이고, 흡수층은 질화 텅스텐(WNx) 재질로 구성된다. 흡수층(200)은 반응성 스퍼터링을 이용하여 멤브레인(100) 상에 증착된다.

제2 단계에서는 소정의 식각 물질(400)을 적용하여 흡수층(200)을 식각한다. 본 실시예에서는 식각 물질(100)로서 SF₆를 이용한다. 이때 발생한 부산물은 식각에 의하여 흡수층(200)에 형성된 공간에 축적된다. 식각 공정에서 질소, 산소, 및 아르곤 등의 기체를 첨가할 수 있다.

제3 단계에서는 식각을 중지하고 제2 단계에서 발생한 부산물을 제거한다(미도시).

제4 단계에서는 산소 플라즈마를 이용하여 흡수층(200)의 측벽에 보호막을 형성한다(passivation, 미도시).

소정의 패턴을 형성할 때까지 상기 제2 단계 내지 제4 단계를 수회 반복한다. 즉 흡수층을 여러 번 나누어 식각하되 각각의 식각 공정이 종료된 후 부산물을 제거하고 측벽에 보호막을 형성하는 공정을 반복한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명을 적용하여 생성한 패턴의 실제 사진을 나타낸다. 도 4a는 질화 텅스텐(WNx) 상부에 형성된 PR 패턴을 나타내고, 도 4b는 식각 공정, 부산물 제거 공정, 산소 플라즈마를 이용한 보호막 증착(passivation) 공정을 수차례 반복하여 질화 텅스텐(WNx)에 패턴을 형성한 결과를 나타낸다. 도 4b에서 보는 바와 같이 본 발명을 적용함으로써 마이크로 로딩 효과가 현저히 개선되었음을 알 수 있다.

본 발명을 적용함으로써 X 선 마스크 제조에 있어서 마이크로 로딩 효과를 줄이고 이방성 프로파일을 갖는 흡수층 패턴을 형성할 수 있다.

Claims (6)

1. X선 마스크의 멤브레인 상에 질화 텅스텐(WNx)을 이용한 흡수층을 도포하고 상기 흡수층의 일면에 PR 패턴을 형성하는 제1 단계;

   상기 PR 패턴에 따라 상기 흡수층을 식각하는 제2 단계;

   상기 흡수층의 식각된 부분에 축적된 부산물을 제거하는 제3 단계; 및

   상기 흡수층의 측벽에 산소 플라즈마를 이용한 보호막을 증착하는 제4 단계

   를 포함하되 상기 제2 단계 내지 제4 단계를 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 X선 마스크 제조 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 멤브레인의 재질은 SiC인 것을 특징으로 하는 X선 마스크 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 단계는 SF₆를 사용하여 식각하는 것을 특징으로 하는 X선 마스크 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 단계는 질소, 산소, 및 아르곤에서 선택되는 물질을 부가하여 식각하는 것을 특징으로 하는 X선 마스크 제조 방법.

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