KR100735530B1 - 단차를 가진 반사층을 포함하는 반사형 포토마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

단차를 가진 반사층을 포함하는 EVU용 반사형 포토마스크가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 포토마스크는, 기판 상에 선택적으로 형성된 단차 패턴과, 기판 및 단차 패턴 상에 형성된 반사층을 포함한다.
EUV, 반사형 포토마스크

Description

단차를 가진 반사층을 포함하는 반사형 포토마스크 및 그 제조방법{Reflective photomask including a mesa shaped reflective layer and method for fabricating the same}
도 1은 종래 기술에 의한 반사형 포토마크스의 개략적인 종단면도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크들의 개략적인 종단면도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 반사형 포토마스크들의 개략적인 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 반사형 포토마스크들의 제 1 반사층들과 제 2 반사층들의 사이에 중간 반사층이 형성된 것을 설명하기 위하여 도시한 확대 종단면도이다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크를 제조하는 방법을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 종단면도들이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 의한 반사형 포토마스크를 제조하는 방법을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 종단면도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크와 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크의 이미징 성능을 비교하여 나타낸 그래프이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
200a, 200b, 300a, 300b: 반사형 포토마스크
210, 310: 기판 220: 단차 패턴
315: 요철 패턴 320: 마스크 패턴
230, 330: 제 1 반사층 240, 340: 제 2 반사층
250, 350: 반사층
235: 중간 반사층 260, 360: 캡핑층
270, 370: 중간층 280, 380: 전도성막
본 발명은 반도체 제조 공정 중 포토리소그래피 공정에 사용되는 포토마스크에 관한 것으로서 특히 반사형 포토마스크에 관한 것이다.
나노기술의 발전으로 반도체 소자의 집적도가 크게 상승하고 있다. 반도체 소자의 집적도가 증가하면서 가장 큰 변화는 반도체 소자 내의 트랜지스터 또는 기타 여러 단위 소자들 및 배선들이 매우 미세해지고 있다는 것이다. 차세대 반도체 기술은 설계 기술보다 이러한 미세 패턴들을 얼마나 잘 형성할 수 있는가인 공정 기술에서 차이가 난다고 할 수 있다. 미세 패턴을 형성할 수 있는 기술력은 특히 패턴을 형성하는데 있어서 가장 기초적이고 첫 단계인 포토리소그래피 공정 기술에서부터 차이가 난다. 웨이퍼 상에 포토레지스트막을 형성하고 빛을 이용하여 형성 할 패턴의 정보를 전사한 다음 현상액으로 포토레지스트막을 패터닝 하는 공정이 그것인데, 특히 중요한 것은 이용하는 빛의 차이라고 할 수 있다.
미세 패턴을 형성할 수 있는 해상력은 우선 이용하는 빛의 파장에 의존된다. 현재의 포토리소그래피 공정 기술은 파장이 약 365㎚인 i-line, 약 248㎚인 KrF 레이저, 및 약 193㎚인 ArF 레이저 등이 이용되고 있다. 포토리소그래피 기술의 발전으로 종래에는 이용하는 빛의 파장이 해상력의 한계라고 알려져 왔으나 이제는 파장의 1/2에 해당하는 패턴까지 형성할 수 있을 정도로 해상력이 크게 발전되었다.
그러나, 종래 사용하던 빛들(ArF, KrF, i-line 등)로는 더 이상 패턴을 형성할 수 없을 정도로 반도체 소자의 집적 기술이 발전하고 있다. 따라서, 새로운 빛을 도입하여 반도체 소자 제조 공정에 적용해야할 필요성이 절실한 가운데, 소프트 X-광선이라고도 불리우는 EUV(Extremely Ultra-violet) 빛을 반도체 소자 제조 공정에 적용하려는 연구와 노력들이 있다.
EUV(Extremely Ultra-Violet) 빛은 파장이 13.5nm정도에 불과하기 때문에 종래 사용하던 빛들(ArF, KrF, i-line 등)의 파장인 193nm, 248nm, 365nm에 비해 매우 작은 값을 가지고 있다. 빛의 파장이 곧 패터닝 해상력과 직결된다고 할 수 있으므로 EUV 빛을 사용할 경우 종래의 빛을 사용하는 공정의 해상력을 크게 뛰어넘는 해상력을 가질 수 있어서 특히 주목받는 기술이다.
그런데, EUV 광은 파장이 짧은 만큼 매우 예민하고 에너지가 높기 때문에 종래의 투과형 포토마스크를 사용할 수가 없다는 것이 해결해야 할 과제였다. 종래의 투과형 포토마스크의 투명 기판이 감당해야 할 에너지가 너무 높을 뿐만 아니라 빛 의 에너지 효율이 낮아 패턴의 해상도가 떨어진다는 것이다. 그래서 개발된 것이 반사형 포토마스크이다. 반사형 포토마스크는 빛을 투과시키지 않고 반사시키므로 포토마스크가 감당해야 하는 에너지가 그만큼 낮아져서 실 공정에 사용될 수 있는 것이다.
즉, EUV용 포토마스크는 종래의 포토마스크와 달리 투과형(transparent type)이 아니라 반사형(reflective type)이다. 입사되는 빛을 반사하는 포토마스크로서 거울(mirror)이라고 볼 수 있다. 그러나 종래의 포토마스크 기술의 연장선상에 있으므로 포토미러(photo-mirror) 또는 옵틱미러(optic-mirror)라 하지 않고 포토마스크(photomask)라 불리운다.
도면을 참조하여 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크를 설명한다.
도 1은 종래 기술에 의한 반사형 포토마크스(100)의 개략적인 종단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크는 기판(110) 상에 형성된 반사층(120), 반사층(120) 상에 형성된 캡핑층(130), 캡핑층(130) 상에 형성된 버퍼층(140) 및 버퍼층(140) 상에 형성된 흡광층(150)으로 구성된다.
반사층(120)은 입사된 EUV 빛을 반사하기 위한 층이고, 캡핑층(130)은 반사층(120)을 외부의 물리적, 화학적 손상으로부터 보호하기 위한 층이고, 버퍼층(140)은 캡핑층(130)과 흡광층(150)의 접착력을 개선하기 위한 층이고 흡광층(150)은 입사된 EUV 빛을 흡수하여 반사되지 않도록 하기 위한 층이다.
도 1의 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크(100)는, 기판(110)상에 반사층(120), 캡핑층(130), 버퍼층(140) 및 흡광층(150)을 순차적으로 적층한 다음, 흡광 층(150)과 버퍼층(140)을 패터닝 함으로써 완성되는데, 제조 공정중에 캡핑층(130) 및 반사층(120)이 손상되는 일이 빈번하다.
일반적으로 흡광층(150)은 크롬층 또는 탄탈룸나이트라이드층으로 형성되고, 버퍼층(140)은 루데늄층 또는 크롬나이트라이드층으로 형성되며, 캡핑층(130)은 실리콘층 또는 루데늄층으로 형성되고 반사층(120)은 실리콘층과 몰리브덴층의 복수 층으로 형성된다.
반사형 포토마스크(100)의 흡광층(150) 및 버퍼층(140)과 같은 패턴은 특히 미세하므로 패턴들을 형성할 때 더욱 안정적인 공정 조건이 필요하다. 그러나, 흡광층(150)을 패터닝 할 때의 포토레지스트와 흡광층(150)의 선택비 확보, 버퍼층(140)을 패터닝 할 때의 흡광층(150)과 버퍼층(140)의 선택비 확보, 및 버퍼층(140)과 캡핑층(130)의 선택비 확보 등이 어려운 과제이다.
또한, 흡광층(150) 또는 버퍼층(140)에 다크라인이나 핀홀 등의 결함이 발생하였을 경우 수정을 하여야 한다. 수정 공정은 다크 라인을 레이저 또는 이온빔으로 식각하거나 핀홀을 갈륨 또는 기타 다른 물질로 덮어주는 공정이다. 이 수정 공정중에 캡핑층(130) 및 반사층(120)의 손상 방지가 또한 매우 어려운 과제일 뿐만 아니라, 제조 공정이나 수정 공정에 수반되는 세정 공정시 화학적 세정액으로부터 캡핑층(130) 및 반사층(120)이 손상을 받게 되므로 세정 공정에서의 손상 방지도 매우 절실한 상황이다.
캡핑층(130) 또는 반사층(120)이 손상을 받게 되면 그 부분에서 반사되는 빛이 올바른 경로로 반사되지 못하기 때문에 웨이퍼 상에 패턴이 바르게 전사되지 않 는다. 그래서, 흡광층(150), 버퍼층(140) 및 캡핑층(130)이 서로 안정된 식각 선택비 및 수정 공정 및 세정 공정에서 안정적인 내성을 가질 수 있도록 여러 물질로 바꾸어 보려는 노력이 있으나, 상기 층들의 상호 접착력, 유사한 열팽창 계수, 패터닝 및 수정의 용이성, 및 재료의 원가 등에서 대체할 만한 물질을 찾기 쉽지 않은 상황이다. 또한 제조 공정을 다른 방법으로 시도해보려는 노력도 있으나, 이 방법은 기존의 공정 및 설비를 사용할 수 없고 새로운 설비를 도입하여야 하기 때문에 더욱 실현하기 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 제조가 간단하고 반사층의 손상이 없는 반사형 포토마스크를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 반사형 포토마스크를 제조하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 포토마스크는, 기판 상에 선택적으로 형성된 단차 패턴, 기판 및 단차 패턴 상에 형성된 반사층을 포함한다.
단차 패턴은 메사(mesa) 또는 고면부와 측벽부를 가진 형태일 수 있다.
단차 패턴 두께는 반사층의 총 두께보다 낮을 수 있다.
단차 패턴의 두께는 50Å이상일 수 있다. 안정적으로 패턴을 형성할 수 있다면 두께를 크게 하되 300Å 이내로 하는 것이 좋으나 이에 한정되지 않고 1000Å 혹은 그 이상으로 형성할 수도 있다.
단차 패턴은 크롬, 몰리브덴, 알루미늄을 포함하는 금속, 금속 화합물, 합금 또는 무기물중 어느 하나 이상일 수 있다.
반사층은 메사 또는 고면부와 저면부 및 측벽부를 가지는 요철 형태일 수 있다.
반사층은 서로 다른 굴절율을 가지는 제 1 반사층과 제 2 반사층을 쌍으로 하여 정수배로 적층될 수 있다.
제 1 반사층과 제 2 반사층은 실리콘층과 몰리브덴층 또는 몰리브덴층과 실리콘층일 수 있다.
제 1 반사층과 제 2 반사층 한 쌍의 두께는 빛의 파장의 1/2에 오차율 10% 이하의 두께일 수 있다.
제 1 반사층의 두께는 빛의 파장의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율로 형성되고, 및 상기 제 2 반사층의 두께는 제 1 반사층의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율로 형성될 수 있다.
반사층의 측벽부는 75° 이상 90°이하의 각도로 형성될 수 있다.
반사층의 상부에 캡핑층이 더 형성될 수 있다.
캡핑층은 실리콘층 또는 실리콘 산화층이고, 및 캡핑층은 빛의 파장보다 낮 은 수치의 두께로 형성될 수 있다.
반사층의 하부에 중간층이 더 형성되며, 및 중간층은 실리콘층 또는 실리콘 산화층일 수 있다.
기판의 하면에 전도성막이 더 형성되며, 전도성막은 크롬, 몰리브덴, 알루미늄 등을 포함한 금속, 금속 화합물 또는 합금 중 어느 하나 이상일 수 있다.
반사층의 표면은 50㎚ 이하의 평탄도와 15㎚ 이하의 표면 거침도일 수 있다.
제 1 반사층과 제 2 반사층의 사이에 제 1 반사층 및 제 2 반사층보다 얇게 형성된 중간 반사층을 더 포함할 수 있다.
중간 반사층은 탄화보론(B4C)일 수 있다.
단차 패턴은 기판이 선택적으로 식각되어 형성될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 포토마스크 제조방법은, 기판 상에 선택적으로 단차 패턴을 형성하고, 및 기판 및 단차 패턴 상에 반사층을 형성하는 단계를 포함한다.
단차 패턴은 메사 또는 고면부와 측벽부를 가진 형태로 형성할 수 있다.
단차 패턴의 두께는 반사층의 총 두께보다 낮게 형성할 수 있으며, 특히 50Å이상으로 형성할 수 있다. 안정적으로 패턴을 형성할 수 있다면 두께를 크게 하되 300Å 이내로 하는 것이 좋으나 이에 한정되지 않고 1000Å 혹은 그 이상으로 형성할 수도 있다.
단차 패턴은 크롬, 몰리브덴, 알루미늄을 포함하는 금속, 금속 화합물, 합금 또는 무기물중 어느 하나 이상으로 형성할 수 있다.
반사층은 메사 또는 고면부와 저면부 및 측벽부를 가지는 요철 형태로 형성할 수 있다. 반사층의 측벽부는 75° 이상 90°이하의 각도로 형성될 수 있다.
반사층은 서로 다른 굴절율을 가지는 제 1 반사층과 제 2 반사층을 쌍으로 하여 정수배로 적층하여 형성될 수 있다.
제 1 반사층과 제 2 반사층은 실리콘층과 몰리브덴층 또는 몰리브덴층과 실리콘층으로 형성할 수 있다.
제 1 반사층과 제 2 반사층 한 쌍의 두께는 빛의 파장의 1/2에 오차율 10% 이하의 두께로 형성될 수 있다.
제 1 반사층의 두께는 빛의 파장의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율로 형성되고, 및 상기 제 2 반사층의 두께는 제 1 반사층의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율로 형성될 수 있다.
반사층의 상부에 캡핑층이 더 형성될 수 있다.
캡핑층은 실리콘층 또는 실리콘 산화층이고, 및 캡핑층은 빛의 파장보다 낮은 수치의 두께로 형성될 수 있다.
반사층의 하부에 중간층이 더 형성되며, 및 중간층은 실리콘층 또는 실리콘 산화층일 수 있다.
기판의 하면에 전도성막이 더 형성되며, 전도성막은 크롬, 몰리브덴, 알루미늄 등을 포함한 금속, 금속 화합물 또는 합금 중 어느 하나 이상일 수 있다.
반사층의 표면은 50㎚ 이하의 평탄도와 15㎚ 이하의 표면 거침도로 형성될 수 있다.
제 1 반사층과 제 2 반사층의 사이에 제 1 반사층 및 제 2 반사층보다 얇게 형성된 중간 반사층을 더 형성할 수 있다.
중간 반사층은 탄화보론(B4C)일 수 있다.
단차 패턴은 기판이 선택적으로 식각되어 형성될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 명세서에서 빛이라 함은 본 발명의 실시예들에 의한 반사형 포토마스크들이 이용되는 빛을 말함이며, 특히 파장이 약 13.5nm인 EUV 빛일 수 있다.
본 명세서에서 포토레지스트는 빛(optic or light)에 센시티브한 레지스트와 전자빔(electron beam)에 센시티브한 레지스트를 포함하여 포토레지스트로 통칭한다.
본 명세서에서 '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면' 및 '측면' 등으로 표현한 용어들은 상대적인 위치를 설명한다. 포토마스크는 제조될때와 사용될때의 상하가 다르다. 구체적으로 제조될때는 기판부가 아래에 위치하고 패턴이 형성되는 면이 위쪽을 향하도록 한 상태로 제조되지만, 웨이퍼 상에 패턴을 전사하게 되는 경우, 상하가 바뀌어 기판부가 위쪽에 위치하고 패턴이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록 하여 사용된다. 그러므로 본 명세서에서 설명되는 상과 하의 개념은 도면상에서 서로 상대적인 위치를 말하는 것일뿐 절대적인 것이 아니다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 반사형 포토마스크 및 그 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200a)의 개략적인 종단면도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200a)는 기판(210) 상에 선택적으로 형성된 단차 패턴(220), 및 기판(210)과 단차 패턴(220)을 덮으며 형성된 반사층(250)을 포함한다.
기판(210)은 유리일 수 있으나, 투과형 포토마스크가 아니므로 투명한 재질로 기판을 구성할 필요는 없다. 세라믹으로 기판(210)을 구성할 수도 있으며, 기타 내구성이 좋은 무기물로 기판(210)을 구성할 수도 있다. 유리일 경우 낮은 온도에서 제작된 것이 유리하다.
단차 패턴(220)의 두께는 고면부에 적층된 반사층(250)에서 반사되는 빛과 저면부에 적층된 반사층(250)에서 반사되는 빛이 상쇄간섭을 일으키도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 단차 패턴(220)은 웨이퍼 상에 형성될 패턴의 정보를 가지고 있는 것으로서 두께가 50Å 이상일 수 있다. 안정적으로 패턴을 형성할 수 있다면 두께를 크게 하되 300Å 이내로 하는 것이 좋으나 이에 한정되지 않고 1000Å 혹은 그 이상으로 형성할 수도 있다.
단차 패턴(220)의 두께는 최소한 두 가지의 의미를 지닌다. 하나는 단차 패턴(220)의 고면부에 적층되는 반사층(250)에서 반사되는 빛과 저면부에 적층되는 반사층(250)에서 반사되는 빛이 서로 상쇄간섭을 일으키는 것이 바람직하다는 것이다. 즉, 단차 패턴(220)의 두께는 이상적으로는 고면부에 적층되는 반사층(250)에서 반사되는 빛과 저면부에 적층되는 반사층(250)에서 반사되는 빛이 서로 180°의 위상차를 가지도록 조절될 수 있다. 그러나 두 빛이 1/4 내지 3/4의 위상차를 가지고 있어도 상쇄간섭 효과를 낼 수 있으므로 180°의 위상차에 한정될 필요는 없다. 결론적으로 단차 패턴(220)의 두께는 사용하는 빛의 파장의 정수배에 1/4배 내지 3/4배의 두께를 더하거나 뺀 두께일 수 있다.
다른 하나의 의미는 단차 패턴(220)의 고면부에 적층되는 반사층(250)에서 반사되는 빛과 저면부에 적층되는 반사층(250)에서 반사되는 빛이 초점 거리(또는 평면)에 차이를 가지도록 한다는 것이다. 즉, 패턴 형성에 사용하는 빛의 초점에 맞추어 패턴을 형성(노광)하고자 할 때, 사용하지 않는 빛은 그 초점 거리에 상을 맺지 못하도록 해주는 것이다. 그러므로 단차 패턴(220)의 두께를 두껍게 형성할수록 두 빛의 초점 거리가 멀어지므로 패턴 형성에 유리할 수 있다.
결론적으로 단차 패턴(220)의 두께는 50Å 정도로 형성할 수 있고, 상한 두께는 이론적으로는 없다고 할 수 있다.
단차 패턴(220)은 기판(210)과 접착력이 좋고 패터닝이 쉬우며 열팽창계수가 비슷한 물질이 좋으며, 본 발명의 일 실시예에서는 크롬층을 적용한다. 단차 패턴(220)은 크롬층 이외에도 몰리브덴, 탄탈룸, 알루미늄 등을 포함하는 금속, 금속 화합물 또는 합금 및 기타 물질로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 크롬층을 적용한 이유는 단지 본 발명의 기술적 사상을 실험적으로 예시하기 위하여 적용한 것일 뿐 본 발명을 한정하려는 것이 아니다.
반사층(250)은 입사되는 빛을 거울처럼 반사하기 위한 층으로 제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)을 포함할 수 있다.
제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)은 서로 다른 굴절율을 가진 물질로 구성할 수 있다. 제 1 반사층(230)은 실리콘층일 수 있고 제 2 반사층(240)은 몰리브덴층일 수 있다. 반대로 제 1 반사층(230)은 몰리브덴층이고 제 2 반사층(240)은 실리콘층일 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서 적용된 실리콘층 및 몰리브덴층은 본 발명을 한정하기 위하여 선택된 물질이 아니며 본 발명의 기술적 사상을 실험적으로 예시하기 위하여 선택된 물질일 뿐이다.
반사층(250)은 제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)을 하나의 쌍으로 하여 정수배로 적층될 수 있다.
제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)의 한 쌍의 두께는 대략 빛의 파장의 1/2에 10% 이하의 오차율을 가지는 두께로 형성될 수 있다.
제 1 반사층(230)은 빛의 파장의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율을 가지는 두께로 형성될 수 있고, 제 2 반사층(240)은 제 1 반사층(230)의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율을 가지고 형성될 수 있다.
제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)을 적층하는 방법은 제조방법을 설명하기 위한 도면들을 참조하여 상세하게 후술될것이다.
제 1 반사층(230)에서 반사되는 빛과 제 2 반사층(240)에서 반사되는 빛은 서로 상쇄간섭을 일으킬 수 있다.
제 1 반사층(230)에서 반사되는 빛과 제 2 반사층(240)에서 반사되는 빛이 이상적으로는 180°의 위상차, 즉 1/2의 위상차를 가지는 것이 좋으나, 약 1/4 내지 3/4의 위상차를 가지게 되어도 상쇄 간섭을 일으킬 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200a)는 제 1 반사층(230)에서 반사되는 빛과 제 2 반사층(240)에서 반사되는 빛이 서로 상쇄간섭을 일으킬 수 있도록 각 반사층들(230, 240)의 두께가 조절될 수 있다. 예를 들어, 빛의 파장을 약 13.5㎚ 라고 할 때, 1쌍의 반사층(230, 240)의 두께는 빛의 파장의 1/2에 10%에 오차를 가지는 두께이므로 6.75㎚에 10%의 오차를 가지는 약 6.075 내지 7.425㎚일 수 있고, 제 1 반사층(230)에 대한 제 2 반사층(240)의 두께를 1 : 3/4 로 한다면 총 반사층(230, 240)의 두께는 제 1 반사층의 7/4배 가 된다. 이때 반사층(230, 240)의 총 두께를 7㎚로 할 경우 제 1 반사층(230)의 두께는 4㎚ 정도가 되고 제 2 반사층(240)의 두께는 3㎚ 정도가 된다.
보다 상세하게, 제 1 반사층(230)을 실리콘층으로 형성할 경우, 약 4.1㎚의 두께로 형성하면 실리콘의 원자층이 약 15개 원자층의 두께가 된다. 또 제 2 반사층(240)을 몰리브덴층으로 형성할 경우, 약 2.7㎚의 두께로 형성하면 약 11개의 원자층의 두께가 된다.
따라서 본 발명의 일 실시예에서는 반사층(230, 240)을 6.8㎚ 정도의 두께로 형성하고, 제 1 반사층(230)을 4.1㎚, 제 2 반사층(240)을 2.7㎚로 형성할 수 있다. 이는 본 발명의 기술적 사상을 실험적으로 예시하기 위하여 적용한 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
실험적으로 반사층(250)의 총 두께는 제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)의 쌍을 몇 쌍 적층하는가에 따라 달라질 수 있다. 반사층(250)을 적층하는 두께에 따라 반사능력이 달라지게 되고, 실험적으로 제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)을 약 40여쌍을 적층할 경우 안정적인 성능을 기대할 수 있다. 즉, 총 반사층(250)의 두께는 산술적으로 270㎚ 정도가 될 수 있다. 그러나 이 역시 본 발명의 기술적 사상을 실험적으로 예시하기 위하여 적용한 것일 뿐이며 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)을 덜 적층할 수도 있으며 더 적층할 수도 있기 때문이다. 실험적으로 50쌍 이상 적층하여도 이상이 발견되지 않았다. 제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)을 50쌍 이상 적층할 경우 반사층(250)의 총 두께는 약 340㎚ 가 된다.
반사층(250)의 측벽은 75° 이상 90°이하의 각도로 형성할 수 있으며 특히 85° 이상 90°이하의 각도로 형성될 수 있다.
단차 패턴(220)이 형성된 기판(210) 상에 반사층(220)을 적층하는 것이므로, 단차 패턴(220)의 모양을 따라 측벽부에 반사층이 얇게 형성될 수 있다. 측벽부에 형성된 반사층은 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 패턴의 모양을 흐릿하게 할 것이다. 본 발명의 일 실시예에서는 측벽의 각도를 바꾸어 가며 실험한 결과 약 75°의 경우 패턴을 형성함에 무리가 없었으며, 특히 85°인 경우 측벽이 패턴에 미치는 영향이 무시할 수 있을 정도로 미미해지는 결과를 얻을 수 있었다.
반사층(250)의 표면은 형성하고자 하는 패턴의 선폭에 비하여 2배 이하의 평탄도(flatness)와 그 선폭 이하의 표면 거침도(roughness)로 형성될 수 있다. 반사층(250)의 평탄도와 표면 거침도는 반사되는 빛의 초점, 반사 방향 및 세기에 영향을 줄 수 있어서 웨이퍼 상에 전사되는 패턴의 균일도에도 영향을 줄 수 있다. 구체적으로 형성하고자 하는 패턴의 선폭이 30㎚일 경우 60㎚ 이하의 평탄도와 30㎚ 이하의 표면 거침도를 확보할 경우 안정적인 패턴 형성 능력을 기대할 수 있다.
제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)의 사이에 중간 반사층(도 4의 235)이 더 형성될 수 있다. 중간 반사층(도 4의 235)에 대한 더 상세한 설명은 도 4를 참 조하여 후술될 것이다.
도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200b)는 캡핑층(260), 중간층(270) 및 하부 도전층(280)을 더 포함한다.
반사층(250)의 상부에 캡핑층(260)이 더 형성될 수 있다.
캡핑층(260)은 반사층(250)을 물리적 또는 화학적 손상으로부터 보호하기 위한 것으로 실리콘층 또는 산화실리콘층으로 형성될 수 있다.
캡핑층(260)은 빛의 파장보다 낮은 수치의 두께로 형성될 수 있다. 실험적으로 빛의 파장보다 두꺼울 경우 빛의 파장에 영향을 줄 수 있기 때문에 빛의 파장보다 얇은 두께로 형성하는 것이 안정적일 수 있다.
반사층(250)의 하부에 중간층(270)이 더 형성될 수 있다.
중간층(270)은 단차 패턴(220) 및 기판(210)과 반사층(250)의 접착력을 증대시킬 수 있다. 또 기판(210)이나 단차 패턴(220)의 표면 평탄도를 개선시킬 수도 있다. 중간층(270)은 실리콘층 또는 산화실리콘층으로 형성될 수 있다.
기판(210)의 하면에 전도성막(280)이 더 형성될 수 있다.
전도성막(280)은 반사형 포토마스크(200b)가 웨이퍼 상에 패턴을 전사하기 위하여 노광장비에 의해 사용될 때 노광장비의 정전척을 이용하여 반사형 포토마스크(200b)를 고정하거나 정전기로부터 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 전도성막(280)은 크롬, 몰리브덴, 알루미늄 등을 포함한 금속, 금속 화합물 또는 합금 중 어느 하나일 수 있다.
제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)의 사이에 중간 반사층(도 4의 235)이 더 형성될 수 있다. 중간 반사층(도 4의 235)에 대한 더 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술될 것이다.
반사층(250)의 표면은 형성하고자 하는 패턴의 선폭에 비하여 2배 이하의 평탄도(flatness)와 그 선폭 이하의 표면 거침도(roughness)로 형성될 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 반사형 포토마스크(300a)의 개략적인 종단면도이다.
도 3a를 참조하면, 상면에 선택적으로 형성된 요철 패턴(315)을 가진 기판(310) 상에 형성된 반사층(350)을 포함한다. 요철 패턴(315)은 단차 패턴(220)과 동일한 기능을 수행하며 동일한 형태일 수 있고, 두 용어를 혼용할 수 있다. 본 명세서에서는 기판(310) 상에 이종의 물질로 형성된 경우를 단차 패턴(220)으로 설명하고 기판(310)과 같은 물질인 경우를 요철 패턴(315)로 설명한다. 이상은 본 발명의 기술 사상을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위함이며 본 발명의 범주를 한정하려 함이 아니다.
기판(310)은 유리일 수 있으나, 투과형 포토마스크가 아니므로 투명한 재질로 기판(310)을 구성할 필요는 없다. 세라믹으로 기판(310)을 구성할 수도 있으며, 기타 내구성이 좋은 무기물로 기판(310)을 구성할 수도 있다. 유리일 경우 낮은 온도에서 제작된 것이 유리하다.
요철 패턴(315)은 도 1a의 단차 패턴(220)과 같이 웨이퍼 상에 형성될 패턴의 정보를 가지고 있는 것으로서 두께가 50Å 이상일 수 있다. 안정적으로 패턴을 형성할 수 있다면 두께를 크게 하되 300Å 이내로 하는 것이 좋으나 이에 한정되지 않고 1000Å 혹은 그 이상으로 형성할 수도 있다.
요철 패턴(315)의 두께는 고면부에 적층된 반사층(350)에서 반사되는 빛과 저면부에 적층된 반사층(350)에서 반사되는 빛이 상쇄간섭을 일으키도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 요철 패턴(315)은 웨이퍼 상에 형성될 패턴의 정보를 가지고 있는 것으로서 두께가 50Å 이상일 수 있다. 안정적으로 패턴을 형성할 수 있다면 두께를 크게 하되 300Å 이내로 하는 것이 좋으나 이에 한정되지 않고 1000Å 혹은 그 이상으로 형성할 수도 있다.
요철 패턴(315)의 두께도 단차 패턴(220)처럼 최소한 두 가지 이상의 의미를 갖는다. 하나는 요철 패턴(315)의 고면부에 적층되는 반사층(350)에서 반사되는 빛과 저면부에 적층되는 반사층(350)에서 반사되는 빛이 서로 상쇄간섭을 일으키는 것이 바람직하다는 것이다. 즉, 요철 패턴(315)의 두께는 이상적으로는 고면부에 적층되는 반사층(350)에서 반사되는 빛과 저면부에 적층되는 반사층(350)에서 반사되는 빛이 서로 180°의 위상차를 가지도록 조절될 수 있다. 그러나 두 빛이 1/4 내지 3/4의 위상차를 가지고 있어도 상쇄간섭 효과를 낼 수 있으므로 180°의 위상차에 한정될 필요는 없다. 결론적으로 요철 패턴(315)의 두께는 사용하는 빛의 파장의 정수배에 1/4배 내지 3/4배의 두께를 더하거나 뺀 두께일 수 있다.
다른 하나의 의미는 요철 패턴(315)의 고면부에 적층되는 반사층(350)에서 반사되는 빛과 저면부에 적층되는 반사층(350)에서 반사되는 빛이 초점 거리(또는 평면)에 차이를 가지도록 한다는 것이다. 즉, 패턴 형성에 사용하는 빛의 초점에 맞추어 패턴을 형성(노광)하고자 할 때, 사용하지 않는 빛은 그 초점 거리에 상을 맺지 못하도록 해주는 것이다. 그러므로 요철 패턴(315)의 두께를 두껍게 형성할수록 두 빛의 초점 거리가 멀어지므로 패턴 형성에 유리할 수 있다.
결론적으로 요철 패턴(315)의 두께는 50° 정도로 형성할 수 있고, 상한 두께는 이론적으로는 없다고 할 수 있다.
요철 패턴(315)은 기판(310)을 선택적으로 식각하는 방법으로 형성될 수 있다. 구체적으로 요철 패턴(315)을 형성하는 방법은 도면을 참조하여 상세하게 후술될 것이다.
반사층(350)은 입사되는 빛을 거울처럼 반사하기 위한 층으로 제 1 반사층(330)과 제 2 반사층(340)을 포함할 수 있다.
제 1 반사층(330)과 제 2 반사층(340)은 서로 다른 굴절율을 가진 물질로 구성할 수 있다. 제 1 반사층(330)은 실리콘층일 수 있고 제 2 반사층(340)은 몰리브덴층일 수 있다. 반대로 제 1 반사층(330)은 몰리브덴층이고 제 2 반사층(340)은 실리콘층일 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 적용된 실리콘층 및 몰리브덴층은 본 발명을 한정하기 위하여 선택된 물질이 아니며 본 발명의 기술적 사상을 실험적으로 예시하기 위하여 선택된 물질일 뿐이다.
반사층(350)은 제 1 반사층(330)과 제 2 반사층(340)을 쌍으로 하여 정수배로 적층될 수 있다.
제 1 반사층(330)과 제 2 반사층(340)의 한 쌍의 두께는 대략 빛의 파장의 1/2에 10%이하의 오차율을 가지는 두께로 형성될 수 있다.
제 1 반사층(330)은 빛의 파장의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율을 가지는 두께로 형성될 수 있고, 제 2 반사층(340)은 제 1 반사층의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율을 가지고 형성될 수 있다.
반사층(350)의 측벽은 75° 이상 90°이하의 각도로 형성할 수 있으며 특히 85° 이상 90°이하의 각도로 형성될 수 있다.
반사층(350)의 표면은 형성하고자 하는 패턴의 선폭에 비하여 2배 이하의 평탄도와 그 선폭 이하의 표면 거침도를 형성될 수 있다.
제 1 반사층(330)과 제 2 반사층(340)의 사이에 중간 반사층(도 4의 235)이 더 형성될 수 있다. 중간 반사층(도 4의 235)에 대한 더 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술될 것이다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 반사형 포토마스크(300b)는 캡핑층(360), 중간층(370) 및 하부 도전층(380)을 더 포함할 수 있다.
반사층(350)의 상부에 캡핑층(360)이 더 형성될 수 있다.
캡핑층(360)은 반사층(350)을 물리적 또는 화학적 손상으로부터 보호하기 위한 것으로 실리콘층 또는 산화실리콘층으로 형성될 수 있다.
캡핑층(360)은 빛의 파장보다 낮은 수치의 두께로 형성될 수 있다.
반사층(350)의 하부에 중간층(370)이 더 형성될 수 있다.
중간층(370)은 기판(310) 및 요철 패턴(315)과 반사층(350)의 접착력을 증대시킬 수 있다. 또 기판(310)이나 요철 패턴(315)의 표면 평탄도를 개선시킬 수도 있다. 중간층(370)은 실리콘층 또는 산화실리콘층으로 형성될 수 있다.
기판(310)의 하면에 전도성막(380)이 더 형성될 수 있다.
전도성막(380)은 반사형 포토마스크(300b)가 웨이퍼 상에 패턴을 전사하기 위하여 노광장비에 의해 사용될 때 노광장비의 정전척을 이용하여 반사형 포토마스크(300b)를 고정하거나 정전기로부터 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 전도성막(380)은 크롬, 몰리브덴, 알루미늄 등을 포함한 금속, 금속 화합물 또는 합금 중 어느 하나일 수 있다.
제 1 반사층(330)과 제 2 반사층(340)의 사이에 중간 반사층(도 4의 235)이 더 형성될 수 있다. 중간 반사층(도 4의 235)에 대한 더 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술될 것이다.
반사층(350)의 표면은 형성하고자 하는 패턴의 선폭에 비하여 2배 이하의 평탄도(flatness)와 그 선폭 이하의 표면 거침도(roughness)로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 반사형 포토마스크들(200a, 200b, 300a, 300b)의 제 1 반사층들(230, 330)과 제 2 반사층들(240, 340)의 사이에 중간 반사층(235)이 형성된 것을 설명하기 위하여 도시한 확대 종단면도이다.
도 4를 참조하면, 제 1 반사층들(230, 330)과 제 2 반사층들(240, 340)의 사이에 중간 반사층(235)이 형성된다.
중간 반사층(35)은 탄화보론(B4C)으로 형성될 수 있으며, 제 1 반사층들(230, 330) 및 제 2 반사층들(240, 340)보다 두께가 얇다.
중간 반사층(235)을 형성할 경우, 제 1 반사층(230, 330) 또는 제 2 반사층(240, 340)을 얇게 하고 중간 반사층(235)을 형성하여 총 단위 반사층(제 1 반사 층, 중간 반사층, 제 2 반사층, 중간 반사층의 4층 구조)의 두께를 중간 반사층(235)이 형성되지 않은 경우와 비슷하게 할 수 있다.
예를 들면, 제 1 반사층(230, 330)을 4.1㎚, 중간 반사층을 0.25㎚, 제 2 반사층을 2.05㎚, 및 중간 반사층을 0.4㎚로 형성하여 약 6.8㎚로 단위 반사층의 두께를 형성할 수 있다.
각 반사층들(230, 240, 330, 340, 35)의 두께는 본 발명의 기술적 사상을 구현하려는 실시자의 의도에 따라 더 다양하게 조절될 수 있다.
중간 반사층(235)을 형성한 경우, 반사되는 빛이 중간 반사층(35)이 형성되지 않은 경우와 미세하게 차이를 보일 수 있다.
이 경우, 각 반사층들(230, 240, 330, 340, 35) 및 단위 반사층의 두께를 더 두껍거나 더 얇게 조절할 수 있다.
예를 들어, 제 1 반사층(230, 330)으로 실리콘층을 적용한 경우 원자층을 더 형성하여 4.14㎚로 형성하고, 제 2 반사층(240, 340)으로 몰리브덴층을 적용한 경우 원자층을 더 형성하여 2.09㎚로 형성할 수 있다. 이 경우 단위 반사층(250)은 6.88㎚ 정도의 두께로 형성될 수 있다.
상술한 두께들은 단지 본 발명의 기술적 사상을 실험적, 수치적으로 예시하기 위한 예일 뿐이며 본 발명의 기술적 사상을 한정하고자 함이 아니다.
이어서, 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 포토마스크 제조방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200a)를 제 조하는 방법을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 종단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 기판 상에 단차 패턴을 형성하기 위한 물질층(220a)을 형성한다.
단차 패턴을 형성하기 위한 물질층(220a)은 기판(210)과 접착력이 좋고 패터닝이 쉬우며 열팽창계수가 비슷한 물질이 좋으며, 본 발명의 일 실시예에서는 크롬층을 적용한다. 단차 패턴(220)은 크롬층 이외에도 몰리브덴, 탄탈룸, 알루미늄 등을 포함하는 금속, 금속 화합물 또는 합금 및 기타 물질로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 크롬층을 적용한 이유는 단지 본 발명의 기술적 사상을 실험적으로 예시하기 위하여 적용한 것일 뿐 본 발명을 한정하려는 것이 아니다.
단차 패턴을 형성하기 위한 물질층(220a)으로 크롬층을 적용할 경우 스퍼터링 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 단차 패턴을 형성하기 위한 물질층(220a) 상에 레지스트 패턴(225)을 형성한다. 레지스트 패턴(225)은 포토레지스트 패턴 또는 전자빔레지스트 패턴일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 전자빔 레지스트를 이용하여 패턴을 형성한다. 이것은 단지 본 발명의 기술적 사상을 실험적으로 예시하기 위한 것일 뿐이며 본 발명을 한정하려함이 아니다.
레지스트 패턴(225)은 전자빔이 조사된 전자빔 레지스트를 알칼리성의 현상액과 반응하게 하여 형성할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 레지스트 패턴(225)을 식각 마스크로 물질층(220a)을 패터닝하여 단차 패턴(220)을 형성한다.
단차 패턴(220)은 웨이퍼 상에 전사할 패턴의 정보를 가지고 있다.
단차 패턴(220)은 레지스트 패턴(225)에 의해 선택적으로 노출된 물질층(220a)을 Cl2, BCl3, SiCl4, HBr 등의 가스들을 조합하거나 SF6, C2F6, Cl2 가스들을 조합하여 패터닝할 수 있다. 또 Ar 이나 O2 가스를 더 포함하도록 할 수 있다. 또는 산성 계열의 식각액으로 패터닝할 수도 있다.
단차 패턴(220)을 형성 한 후, 레지스트 패턴(225)을 O2 가스 또는 황산에 담그어 완전히 제거할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 단차 패턴(220) 노출된 기판(210) 상에 반사층(250)을 형성하여 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스트(200a)를 완성한다.
반사층(250)은 제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)을 포함할 수 있다. 반사층(250)은 제 1 반사층(230)과 제 2 반사층(240)을 교대로 수십 쌍 적층하여 형성될 수 있다.
제 1 반사층(230)으로 실리콘층을 형성할 수 있고, 제 2 반사층(240)으로 몰리브덴층을 형성할 수 있다. 또는 제 1 반사층(230) 몰리브덴층을 형성할 수 있고, 제 2 반사층(240)으로 실리콘층을 형성할 수도 있다.
제 1 반사층(230) 및 제 2 반사층(240)은 스퍼터링방법 또는 증착방법을 이용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 스퍼터링 방법을 이용하였다. 이는 본 발명의 기술적 사상을 실험적으로 예시하기 위하여 적용한 것일뿐 본 발명을 한정하고자 함이 아니다. 증착 방법을 이용할 경우, 원자층 증착법 또는 화학기상증착법, 플라즈마 증착법, 또는 금속 유기 증착법 등이 사용될 수 있다. 스퍼터링 방법에 대한 상세한 설명은 본 발명의 기술 분야에 잘 알려진 기술이므로 생략한다.
도 2b에 도시된 반사형 포토마스크(200b)의 경우, 도 5c의 단계 후에 중간층(270)을 형성할 수 있으며, 도 5d의 단계 후에 캡핑층(260)을 더 형성할 수 있다.
도 5c의 단계 후에 중간층(270)을 실리콘층 또는 산화실리콘층을 스퍼터링 또는 증착 방법으로 형성할 수 있다.
도 5d의 단계 후에 캡핑층(260)을 실리콘층 또는 산화 실리콘층으로 형성할 수 있으며 스퍼터링 또는 증착 방법으로 형성할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d의 어느 단계이건 상관없이 각 단계들의 전후에 전도성막(280)을 형성할 수 있다.
전도성막(280)은 크롬, 몰리브덴, 알루미늄 등을 포함한 금속, 금속 화합물 또는 합금 중 어느 하나일 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 의한 반사형 포토마스크(300a)를 제조하는 방법을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 종단면도들이다.
도 6a를 참조하면, 도 5a 내지 5c의 단계들을 참조하여 기판에 요철을 주기 위한 마스크 패턴(320)을 형성한다.
마스크 패턴(320)은 공정 호환성을 고려하여 도 5a 내지 5c와 동일한 공정을 적용할 수도 있다. 또한 별도의 물질로 도 5a 내지 도 5c의 물질층(220a) 및 단차 패턴(220)을 형성하는 방법을 수용할 수도 있다. 마스크 패턴(320)은 레지스트 패턴(225) 및 기판(310)과 식각 선택비를 가지는 물질로 형성할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 마스크 패턴(320)을 식각 마스크로 기판(310)을 식각하여 요철 패턴(315)을 형성하고 마스크 패턴(320)을 제거한다.
기판(310)이 유리일 경우 산화실리콘을 식각하는 공정을 도입하여 수행할 수 있다. 기판(310)이 세라믹 계열이면 미리 요철을 가지고 있도록 제조할 수 있다. 기타 물질일 경우 그 물질에 맞는 식각 공정을 도입할 수 있다. 물질에 따른 식각 공정은 본 발명의 기술 분야에 잘 알려져 있으므로 상세한 설명을 생략한다.
도 6c를 참조하면, 요철 패턴(315)이 형성된 기판(310) 상에 반사층(350)을 형성하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 반사형 포토마스크(300a, 300b)를 완성한다.
반사층(350)은 제 1 반사층(330)과 제 2 반사층(340)을 포함할 수 있다. 반사층(350)은 제 1 반사층(330)과 제 2 반사층(340)을 교대로 수십 쌍 적층하여 형성될 수 있다.
제 1 반사층(330)으로 실리콘층을 형성할 수 있고, 제 2 반사층(340)으로 몰리브덴층을 형성할 수 있다. 또는 제 1 반사층(330) 몰리브덴층을 형성할 수 있고, 제 2 반사층(340)으로 실리콘층을 형성할 수도 있다.
제 1 반사층(330) 및 제 2 반사층(340)은 스퍼터링방법 또는 증착방법을 이용할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 스퍼터링 방법을 이용하였다. 이는 본 발명의 기술적 사상을 실험적으로 예시하기 위하여 적용한 것일뿐 본 발명을 한정하고자 함이 아니다. 증착 방법을 이용할 경우, 원자층 증착법 또는 화학기상증착법, 플라즈마 증착법, 또는 금속 유기 증착법 등이 사용될 수 있다. 스퍼터링 방법에 대한 상세한 설명은 본 발명의 기술 분야에 잘 알려진 기술이므로 생략한다.
도 3b에 도시된 반사형 포토마스크(300b)의 경우, 도 6b의 단계 후에 중간층(370)을 형성할 수 있으며, 도 6c의 단계 후에 캡핑층(360)을 더 형성할 수 있다.
도 6b의 단계 후에 중간층(370)을 실리콘층 또는 산화실리콘층을 스퍼터링 또는 증착 방법으로 형성할 수 있다.
도 6c의 단계 후에 캡핑층(360)을 실리콘층 또는 산화 실리콘층으로 형성할 수 있으며 스퍼터링 또는 증착 방법으로 형성할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c의 어느 단계이건 상관없이 각 단계들의 전후에 전도성막(380)을 형성할 수 있다.
전도성막(380)은 크롬, 몰리브덴, 알루미늄 등을 포함한 금속, 금속 화합물 또는 합금 중 어느 하나일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200b)와 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크(100)의 이미징 성능을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200a)를 이용하여 형성한 공간 이미지는 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크(100)를 이용하여 형성한 공간 이미지에 비하여 큰 차이 없는 이미징 성능을 나타내며, 패턴 시프트 측면에서는 오히려 좋은 성능을 나타낸다.
구체적으로, X 축은 웨이퍼 상의 위치이고 Y 축은 빛의 세기를 의미하며 약 32㎚의 패턴을 조사하며 빛의 세기 및 패턴 시프트를 측정한 그래프이다. 두 개의 곡선은 빛의 세기를 측정한 공간 이미지이고, 세 개의 수직선 중 중앙의 수직 점선 은 패턴의 중앙부를 의미하여, 우측 두 개의 수직선은 본 발명 및 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크의 패턴 시프트를 의미한다.
먼저, 포토마스크의 이미징 성능은 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위하여 빛이 조사되는 영역에서 측정되는 빛과 형성되지 않는 영역에서 측정되는 빛의 세기를 비교한 콘트라스트로 나타낼 수 있는데, 콘트라스트는 그 값이 클수록 이미징 성능이 좋은 것을 의미한다.
이 콘트라스트는 다음과 같이 구해진다.
콘트라스트 = {(Imax-Imin)/(Imax+Imin)}
Imax: 빛이 조사되는 영역에서의 빛의 세기 중 가장 큰 값
Imin: 빛이 조사되지 않는 영역에서 측정되는 빛의 세기 중 가장 작은 값
도 7의 그래프로 각 포토마스크들의 콘트라스트를 계산하면 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크(100)의 콘트라스트는 약 0.67이고 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200a)의 콘트라스트는 약 0.6으로 큰 차이가 나지 않는다고 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상을 더 실험하고 최적화한다면 도 7의 그래프 결과보다 더욱 향상된 이미징 성능을 기대할 수 있을 것이다.
다음으로, 도 7의 중앙의 수직 점선은 패턴의 원래 위치이고, 우측의 두 수직선이 종래 기술 및 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크들(100, 200a)의 패턴 시프트를 나타낸다.
반사형 포토마스크는 입사 및 반사하는 빛이 수직이 아니고 미세한 각도를 가지고 입사 및 반사한다. 구체적으로는 1° 내지 6° 정도이다. 이 입사 및 반사되는 빛의 각도가 커질수록 패턴이 시프트되어 나타날 수 있다.
도 7을 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200a)의 패턴 시프트는 약 3㎚ 정도이고 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크(100)의 패턴 시프트는 약 4.5㎚이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200a)의 패턴 시프트가 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크(100)에 비하여 우수하다.
부가하여, 패턴 시프트가 작다는 것은 패턴을 바르게 형성할 수 있다는 것으로서 결과적으로는 미세한 패턴을 형성하기에 더 유리한 것이므로, 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 포토마스크(200a)가 종래 기술에 의한 반사형 포토마스크(100)보다 패턴 해상력이 우수하다고 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 의한 반사형 포토마스크들(200a, 200b, 300a, 300b)은 제조 공정 중에 수정 공정이 수행되지 않으며 세정 공정도 최소한으로 수행된다. 세정 공정은 도 5a 내지 도 6c에 도시된 모든 공정 단계들의 후에 수행된다고 할 수 있는데, 본 발명의 경우 이상적으로 반사층(250, 350)이 형성된 이후에는 단 1회만 수행된다. 또한 이 세정 공정은 결함 또는 악성 분진 등이 발생되었을 경우에 수행되는 하드 세정 공정이 아닌 소프트 세정 공정이므로 반사층(250, 350)에 손상을 거의 주지 않을 수 있다.
참고로, 하드 세정 공정은 반사형 포토마스크(200a, 200b, 300a, 300b)의 표면에 결함 또는 악성 분진이 발생하였을 경우, 산성 또는 알칼리성을 띄는 화학적 세정액 또는 세정 가스와 초음파, 또는 자외선을 함께 조사하면서 반사형 포토마스크(200a, 200b, 300a, 300b)의 표면 또는 악성 분진과 화학적, 물리적 반응을 하도록 하여 반사형 포토마스크(200a, 200b, 300a, 300b)의 표면을 미세하게 깎아내는 공정이다.
소프트 세정 공정은 반사형 포토마스크(200a, 200b, 300a, 300b)의 표면에 손상을 주지 않는 중성의 세정액과 순수를 이용하여 세정하는 공정이다.
또한, 수정 공정은 이미 설명하였듯이 반사층들(250, 350)에 물리적, 화학적 손상을 주므로 제조 공정 중에 수정 공정을 필요로 하지 않는다는 점은 반사형 포토마스크(200a, 200b, 300a, 300b)의 품질 유지에 큰 장점이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 반사형 포토마스크들은 반사층의 손상이 없이 안정된 공정으로 제조할 수 있고, 단순한 구조를 가지고 있으므로 패턴 형성 능력 및 생산성이 향상되고 제조 원가도 낮출 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판 상에 직접적으로 형성된 불투명한 단차 패턴, 및
    상기 기판 및 단차 패턴 상에 형성된 반사층을 포함하는 반사형 포토마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차 패턴의 두께는 상기 반사층의 두께보다 낮은 반사형 포토마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단차 패턴의 두께는 고면부에 적층된 반사층에서 반사되는 빛과 저면부에 적층된 반사층에서 반사되는 빛이 상쇄간섭을 일으키도록 형성된 반사형 포토마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차 패턴은 크롬, 몰리브덴, 알루미늄을 포함하는 금속, 금속 화합물, 합금 또는 무기물중 어느 하나 이상인 반사형 포토마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층은 서로 다른 굴절율을 가지는 제 1 반사층과 제 2 반사층을 쌍으로 하여 정수배로 적층된 반사형 포토마스크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층과 제 2 반사층은 실리콘층과 몰리브덴층 또는 몰리브덴층과 실리콘층인 반사형 포토마스크.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층과 제 2 반사층 한 쌍의 두께는 사용되는 빛의 파장의 1/2에 오차율 10% 이하의 두께인 반사형 포토마스크.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층의 두께는 사용되는 빛의 파장의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율로 형성되고, 및
    상기 제 2 반사층의 두께는 제 1 반사층의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율로 형성되는 반사형 포토마스크.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층과 제 2 반사층의 사이에 상기 제 1 반사층 및 제 2 반사층보다 얇게 형성된 중간 반사층을 더 포함하는 반사형 포토마스크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 중간 반사층은 탄화보론인 반사형 포토마스크.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층은 고면부와 저면부를 가지며, 그 측벽은 75° 이상 90°이하의 각도인 반사형 포토마스크.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층의 표면은 50㎚ 이하의 평탄도와 15㎚ 이하의 표면 거침도인 반사형 포토마스크.
  13. 기판 상에 상기 기판이 선택적으로 식각되어 요철 모양으로 형성된 단차 패턴, 및
    상기 기판 및 상기 단차 패턴상에 형성된 반사층을 포함하는 반사형 포토마스크.
  14. 기판 상에 직접적으로 단차 패턴을 형성하고, 및
    상기 기판 및 단차 패턴 상에 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 반사형 포토마스크 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 단차 패턴의 두께는 상기 반사층의 두께보다 낮은 반사형 포토마스크 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 반사층을 형성하는 단계는,
    상기 제 1 반사층과 제 2 반사층을 교대로 적층하여 형성하는 반사형 포토마스크 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층과 제 2 반사층은 실리콘층과 몰리브덴층 또는 몰리브덴층과 실리콘층인 반사형 포토마스크 제조방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층과 제 2 반사층 한 쌍의 두께는 사용되는 빛의 파장의 1/2에 오차율 10% 이하의 두께인 반사형 포토마스크 제조방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층의 두께는 사용되는 빛의 파장의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율로 형성되고, 및
    상기 제 2 반사층의 두께는 제 1 반사층의 1/4의 배수에 10% 이하의 오차율로 형성되는 반사형 포토마스크 제조방법.
  20. 기판을 선택적으로 식각하여 요철 모양의 단차 패턴을 형성하고, 및
    상기 기판 및 상기 단차 패턴 상에 반사층을 형성하는 것을 포함하는 반사형 포토마스크 제조방법.
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