KR100630728B1 - 반사 포토마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

반사 포토마스크 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

반사 포토마스크 및 그 제조 방법이 개시된다.
개시되는 반사 포토마스크는 기판; 상기 기판 상에 형성되고, EUV(Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 이루어진 반사층; 및 상기 반사층에 상기 EUV선에 대한 흡수 물질의 이온이 이온주입법에 의해 주입되어 소정 패턴을 이루는 이온부;를 구비한다. 그리고, 상기 반사 포토마스크의 제조 방법은 기판을 마련하는 단계; 상기 기판 위에 EUV(Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 반사층을 형성하는 단계; 및 상기 반사층에 상기 EUV선에 대한 흡수 물질의 이온을 이온주입법에 의해 주입하여 이온부를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 반사 포토마스크 및 그 제조 방법에 의하면, 반사층에 이온부가 형성됨으로써, 포토리소그라피 기술에 있어서 설계된 형상이 실리콘 웨이퍼에 정확하게 구현될 수 있도록 하는 장점이 있다.

Description

반사 포토마스크 및 그 제조 방법{Reflection photomask, fabricating method of the same}
도 1은 종래의 반사 포토마스크의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 반사 포토마스크의 구조를 나타내는 단면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 반사 포토마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 도면들.
도 4는 본 발명에 따른 반사 포토마스크에 대한 실험예를 나타내는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 반사 포토마스크 11 : 기판
12 : 반사층 13 : 포토 레지스트층
14 : 포토 레지스트 패턴 20 : 이온부
30 : 실리콘 웨이퍼
본 발명은 반사 포토마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는, 반도체 제조 공정에 있어서 EUV(Extreme Ultra Violet)선을 사용한 고해상도의 포토리소그라피 기술에 사용하기 적합한 반사 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정의 포토리소그라피 공정에 있어서, 100nm 이하의 묘화 사이즈를 실현하는 노광 기술 중의 하나가 EUV 영역의 노광 파장을 이용한 기술이다.
EUV 영역에서는 대부분의 물질이 큰 광흡수성을 가지기 때문에. EUV를 사용하는 노광 기술에는 반사 포토마스크가 사용된다. 일반적인 EUV용 포토마스크는 EUV 영역에서의 반사율이 큰 거울(반사경) 상에 EUV광을 흡수할 수 있는 흡수체로 된 패턴을 형성한 것이다. 따라서, 반사경의 표면에서, 흡수체 패턴으로 피복된 영역이 흡수영역, 흡수체 패턴이 없이 반사경 표면이 노출된 영역이 반사영역으로 된다.
도 1은 종래의 반사 포토마스크의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 반사 포토마스크(1)는 실리콘, 글라스 등의 기판(2)과, 상기 기판(2) 상에 형성되는 반사층(3)과, 상기 반사층(3) 상에 형성되는 흡수체 패턴(4)을 구비한다. 도면상의 참조부호 5는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)이다.
상기 반사층(3)은 몰리브텐과 실리콘(Mo/Si), 베릴륨과 실리콘(Be/Si) 등의 이종(異種)의 막이 교대로 적층된 다층막 구조를 갖는다. 상기 흡수체 패턴(4)은 EUV선을 흡수할 수 있는 질화탄탈륨(TaN)막 등으로 이루어지고, 소정의 패턴으로 되어 EUV선에 대한 흡수 영역을 구성한다.
상기 포토마스크(1)가 EUV선에 노광되면, 상기 흡수체 패턴(4)의 각 치수와 실제로 상기 실리콘 웨이퍼(5)에 형성되는 패턴의 각 치수가 달라지게 되는데, 이는 아래의 수식과 함께 설명한다. 아래의 수학식 1은 상기 흡수체 패턴(4)의 각 패턴 사이의 길이(Designed Space CD(Critical Dimension))와 상기 실리콘 웨이퍼(5)에 형성되는 대응 패턴 사이의 길이(Printed Space CD)의 관계를 나타내는 식이다. 아래의 수학식 2는 상기 흡수체 패턴(4)의 한 패턴의 길이(Designed Line CD)와 상기 실리콘 웨이퍼(5)에 형성되는 대응 패턴의 길이(Printed Line CD)의 관계를 나타내는 식이다.
Printed Space CD = Designed Space CD + 2d×tanθ×M
Printed Line CD = Designed Line CD + 2d×tanθ×M
여기서, d는 상기 반사층(3) 상측으로 돌출된 상기 흡수체 패턴(4) 부분의 두께이고, θ는 상기 흡수체 패턴(4)의 측면을 기준으로 한 상기 EUV선의 입사 각도이며, M은 환산 인자(reduction factor)이다.
반도체 제조 공정의 포토리소그라피 공정에 있어서, 상기 흡수체 패턴(4)의 측면이 수직면이어서 상기 θ는 소정의 각도를 가지므로, 상기 수학식 1, 2의 2d×tanθ×M항이 소정의 값을 가지게 된다. 따라서, 상기 흡수체 패턴(4)의 각 패턴 사이의 길이(Designed Space CD)와 상기 실리콘 웨이퍼(5)에 형성되는 대응 패턴 사이의 길이(Printed Space CD)가 다르게 되고, 상기 흡수체 패턴(4)의 한 패턴의 길이(Designed Line CD)와 상기 실리콘 웨이퍼(5)에 형성되는 대응 패턴의 길이 (Printed Line CD)도 다르게 된다. 상기와 같은 차이로 인해, 상기 흡수체 패턴(4)에 설계된 형상이 상기 실리콘 웨이퍼(5)에 정확하게 구현되지 못하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 개선하기 위한 것으로서, 포토리소그라피 기술에 있어서 EUV선의 흡수 물질의 패턴에 설계된 형상이 실리콘 웨이퍼에 정확하게 구현될 수 있도록 하는 반사 포토마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 반사 포토마스크는 기판; 상기 기판 상에 형성되고, EUV(Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 이루어진 반사층; 및 상기 반사층에 상기 EUV선에 대한 흡수 물질의 이온이 이온주입법에 의해 주입되어 소정 패턴을 이루는 이온부;를 구비한다.
상기 이온부는 상기 반사층 상부의 표면에 주입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 EUV선에 대한 흡수 물질은 산소를 포함하여 EUV를 흡수하고, 이온주입법에 의해 주입될 수 있는 물질인 것이 바람직하다.
상기 이온부에는 상기 이온이 소정 층수로 주입될 수 있다. 상기 이온은 8층 이상으로 주입되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 반사 포토마스크의 제조 방법은 기판을 마련하는 단계; 상기 기판 위에 EUV(Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 반사층을 형성 하는 단계; 및 상기 반사층에 상기 EUV선에 대한 흡수 물질의 이온을 이온주입법에 의해 주입하여 이온부를 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 이온부를 형성하는 단계는 상기 반사층 위에 포토 레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토 레지스트층을 패터닝하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 레지스트 패턴에 따라 상기 흡수 물질의 이온을 이온주입법에 의해 상기 반사층에 주입하는 단계와, 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이온부를 형성하는 단계는 상기 흡수 물질의 이온을 상기 반사층 상부의 표면에 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이온부를 형성하는 단계는 상기 EUV선에 대한 흡수 물질로 산소를 이용할 수 있다.
상기 이온부를 형성하는 단계는 상기 이온을 소정 층수로 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 이온을 소정 층수로 주입하는 단계는 상기 이온을 8층 이상 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 반사 포토마스크 및 그 제조 방법에 의하면, 반사층에 이온부가 형성됨으로써, 포토리소그라피 기술에 있어서 설계된 형상이 실리콘 웨이퍼에 정확하게 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사 포토마스크 및 그 제조 방법을 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다. 도면들에서, 층들 및 영역들의 두께는 명료성을 위해 과장되어 있다. 그리고, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 상에 있는 것으로 언급될 때, 이것은 다른 요소 위에 직접 있거나, 그 요소 사이에 중간 요소가 개입될 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 반사 포토마스크의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반사 포토마스크(10)는 실리콘, 글라스 등의 기판(11)과, 상기 기판(11) 상에 형성되는 반사층(12)과, 상기 반사층(12)에 형성되는 이온부(20)를 구비한다. 도면상의 참조부호 30은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)이다.
상기 반사층(12)은 몰리브덴(Mo)막과 실리콘(Si)막이 교대로 복수개 적층된 것을 사용한다. 상기 반사층(12)의 최상층은 몰리브덴막, 실리콘막의 어느 것이든지 좋지만, 실리콘 표면에 생성되는 자연 산화막의 안정성이 우수하므로, 실리콘막을 최상층으로 하는 것이 바람직하다. 몰리브덴, 실리콘 단층의 막 두께는 수 nm 정도, 적층수는 수십층 정도의 값에서 임의로 설정하는 것이 가능하다.
상기 반사층(12)을 구성하는 막으로는, 상기 몰리브덴과 실리콘 대신에 규화몰리브덴, 탄화몰리브덴, 베릴륨(Be), 탄소, 탄화보론, 산화실리콘 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 반사 포토마스크(10)는 EUV선에 대한 흡수 영역으로 상기 이온부(20)를 구비한다. 상기 이온부(20)는 EUV선에 대한 흡수 물질이 소정의 패턴을 형성하여 EUV선에 대한 흡수 영역을 구성한 것이다.
상기 이온부(20)는 이온주입법(ion implantation)에 의해 형성되는데, 이에 대하여는 도 3a 내지 도 3f를 통해 후술하기로 한다.
상기 반사 포토마스크(10)는 그 상측이 EUV선에 노광되므로, 상기 EUV선이 원활히 흡수될 수 있도록, 상기 이온부(20)는 상기 EUV선에 직접 노광될 수 있는 부분인 상기 반사층(12) 상부의 표면에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 이온부(20)를 이루는 흡수 물질로는, EUV선에 대한 흡수력이 우수한 산소가 이용될 수 있다. 여기서는 흡수 물질로 산소를 예시하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기한 산소 외에도 EUV선에 대한 흡수력이 우수한 물질이면 상기 이온부(20)를 이루는 물질로 사용될 수 있다.
상기와 같이 형성되면, 상기 포토마스크(10)가 EUV선에 노광될 때, 상기 이온부(20)에 형성된 패턴의 각 치수와 실제로 상기 실리콘 웨이퍼(30)에 형성되는 패턴의 각 치수가 동일하게 되는데, 이는 아래의 수식과 함께 설명한다. 아래의 수학식 3은 상기 이온부(20)의 각 패턴 사이의 길이(Designed Space CD(Critical Dimension))와 상기 실리콘 웨이퍼(30)에 형성되는 대응 패턴 사이의 길이(Printed Space CD)의 관계를 나타내는 식이다. 아래의 수학식 4는 상기 이온부(20)의 한 패턴의 길이(Designed Line CD)와 상기 실리콘 웨이퍼(30)에 형성되는 대응 패턴의 길이(Printed Line CD)의 관계를 나타내는 식이다.
Printed Space CD = Designed Space CD
Printed Line CD = Designed Line CD
본 발명에서, 상기 이온부(20)는 상기 반사층(12) 상부의 표면에 주입된다. 그러면, 상기 이온부(20)는 상기 반사층(12) 상부로 돌출되는 부분을 가지지 않게 되어, 종래의 흡수체 패턴의 두께 d에 해당되는 부분이 없으므로, 종래의 흡수체 패턴에 대한 수학식 1, 2의 2d×tanθ×M항이 소거된다. 따라서, 상기 이온부(20)의 각 패턴 사이의 길이(Designed Space CD)와 상기 실리콘 웨이퍼(30)에 형성되는 대응 패턴 사이의 길이(Printed Space CD)가 동일하게 되고, 상기 이온부(20)의 한 패턴의 길이(Designed Line CD)와 상기 실리콘 웨이퍼(30)에 형성되는 대응 패턴의 길이(Printed Line CD)도 동일하게 된다. 그러므로, 상기 이온부(20)에 설계된 형상이 상기 실리콘 웨이퍼(30)에 정확하게 구현될 수 있다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 반사 포토마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 도면들이다. 여기서는, EUV선에 대한 흡수 물질로 산소가 이용된다.
우선, 도 3a와 같이, 기판(11)을 마련한다. 그 후, 도 3b와 같이, 상기 기판(11)상에 몰리브덴/실리콘 다층막으로 된 반사층(12)을 형성한다. 이 때, 성막법으로 RF 마크네트론 스퍼터링법이나 이온빔 스퍼터링법을 사용할 수 있다. 그리고, 스퍼터링 조건은 사용하는 장치에 따라서 바뀐다.
그 다음으로, 도 3c와 같이, 상기 반사층(12) 위에 포토 레지스트층(photo resist layer)(13)을 성막한다.
다음으로, 도 3d와 같이, 상기 포토 레지스트층(13)을 에너지, 예를 들어 전자빔(electron beam)에 노출시켜, 소정의 포토 레지스트 패턴(14)을 형성한다. 상기 포토 레지스트 패턴(14)은 상기 이온부(20)에 소정의 패턴을 형성하기 위한 마스크(mask)이다.
그 다음으로, 도 3e와 같이, 상기 반사층(12)에 상기 이온부(20)를 형성한다. 이 때, 상기 이온부(20)는 이온주입법에 의해 형성된다. 이를 상세히 설명하면, 상기 산소를 이온 상태로 변환한 후, 이온주입장치를 이용하여 상기 산소 이온을 수십 내지 수백 keV로 가속시킨다. 상기와 같이 가속된 산소 이온으로 이온빔을 형성하여, 상기 반사층(12) 상부의 표면에 쏘아준다. 그러면, 상기 반사층(12) 상부의 표면에 상기 산소 이온이 주입되어, 상기 이온부(20)가 형성된다.
다음으로, 도 3f와 같이, 식각에 의해 상기 포토 레지스트 패턴(14)을 제거한다. 그러면, 본 발명에 따른 반사 포토마스크의 제조가 완료된다.
도 4는 본 발명에 따른 반사 포토마스크에 대한 실험예를 나타내는 그래프이다.
본 실험예에서는 각각 그 단층의 막 두께가 4.1nm인 실리콘과 2.8nm인 몰리브덴으로 구성된 반사층(12)이 사용된다. 이온주입법에 의해 형성된 이온부(20)는 상기 실리콘과 몰리브덴이 산소이온과 결합된 SiO2, MoO로 이루어진다. 본 실험예에서, 상기 SiO2와 상기 MoO에 대한 그 단층의 막 두께는 각각 5.2nm와 3.1nm이다. 상기와 같이 이루어지는 반사층(12)의 총 층수는 40층으로 이루어지고, 상기 반사층(12)의 일부에 이온부(20)가 형성되며, 그 이온부(20)의 주입층수는 1 내지 10층으로 한다.
도 4를 참조하면, 상기 이온부(20)의 주입층수에 따른 반사율(reflectance)과, 콘트라스트(contrast)의 변화가 도시된다. 여기서, 상기 반사율은 상기 이온부(20)에서 반사되는 EUV선과 상기 이온부(20)로 향하는 EUV선의 광량비의 퍼센트값 을 나타내고, 상기 콘트라스트는 다음 식의 결과를 나타낸다.
Contrast = ( RML - RAb ) / RML
여기서, 상기 RML은 상기 반사층(12)의 반사율의 퍼센트값이고, 상기 RAb는 상기 이온부(20)의 반사율의 퍼센트값이다. 그래프에서, 참조부호 41은 상기 이온부(20)의 주입층수에 따른 그 반사율의 퍼센트값의 변화를 나타내고, 참조부호 42는 상기 이온부(20)의 주입층수에 따른 그 콘트라스트의 변화를 나타낸다.
본 실험예의 결과에 의하면, 상기 이온부의 주입층수가 1이 되면, 상기 이온부(20)의 반사율은 대략 58%가 되고, 그 콘트라스트는 대략 25%가 된다. 그리고, 상기 이온부(20)의 주입층수가 10이 되면, 상기 이온부(20)의 반사율은 대략 6%가 되고, 그 콘트라스트는 대략 90%보다 큰 값이 된다. 즉, 상기 이온부(20)의 주입층수가 증가할수록, 상기 이온부(20)의 반사율은 저감되고 상기 이온부(20)의 콘트라스트는 증가한다. 따라서, 상기 이온부(20)의 주입층수가 증가할수록, EUV선에 대한 반사 영역과 흡수 영역이 명확히 구분되므로, 상기 반사 포토마스크(10)는 포토리소그라피 기술에서 마스크로서 향상된 기능을 가진다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 반사 포토마스크 및 그 제조 방법에 의하면, 반사층에 이온부가 형성됨으로써, 포토리소그라피 기술에 있어서 설계된 형상이 실리콘 웨이퍼에 정확하게 구현될 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 상기 반사 포토마스크 및 그 제조 방법에 의하면, 이온부의 주입층수 가 증가할수록 콘트라스트가 증가하여, 상기 반사 포토마스크는 포토리소그라피 기술에서 마스크로서 향상된 기능을 가질 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 반사 포토마스크 및 그 제조 방법에 의하면, EUV선에 대한 흡수 물질층의 증착, 식각 공정이 없이도 EUV선에 대한 흡수부를 형성할 수 있어, 그 제조 공정이 간단해지는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되고, EUV(Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 이루어진 반사층; 및
    상기 반사층에 상기 EUV선에 대한 흡수 물질의 이온이 이온주입법에 의해 주입되어 형성된 소정의 패턴을 갖는 이온부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 반사 포토마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온부는 상기 반사층 상부의 표면에 주입되는 것을 특징으로 하는 반 사 포토마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 EUV선에 대한 흡수 물질은 산소를 포함하여 EUV를 흡수하고, 이온주입법에 의해 주입될 수 있는 물질인 것을 특징으로 하는 반사 포토마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온부에는 상기 이온이 소정 층수로 주입되는 것을 특징으로 하는 반사 포토마스크.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이온은 8층 이상으로 주입되는 것을 특징으로 하는 반사 포토마스크.
  6. 기판을 마련하는 단계;
    상기 기판 위에 EUV(Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 반사층을 형성하는 단계; 및
    상기 반사층에 상기 EUV선에 대한 흡수 물질의 이온을 이온주입법에 의해 주입하여 소정의 패턴을 갖는 이온부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사 포토마스크의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이온부를 형성하는 단계는 상기 반사층 위에 포토 레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토 레지스트층을 패터닝하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 레지스트 패턴에 따라 상기 흡수 물질의 이온을 이온주입법에 의해 상기 반사층에 주입하는 단계와, 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사 포토마스크의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 이온부를 형성하는 단계는 상기 흡수 물질의 이온을 상기 반사층 상부의 표면에 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사 포토마스크의 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 이온부를 형성하는 단계는 상기 EUV선에 대한 흡수 물질로 산소를 이용하는 것을 특징으로 하는 반사 포토마스크.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 이온부를 형성하는 단계는 상기 이온을 소정 층수로 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사 포토마스크의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이온을 소정 층수로 주입하는 단계는 상기 이온을 8층 이상 주입하는 것을 특징으로 하는 반사 포토마스크의 제조 방법.
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