KR100838371B1

KR100838371B1 - 위상 반전 마스크 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100838371B1
Application number: KR1020060060050A
Authority: KR
Inventors: 유명술
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-06-13
Also published as: KR20080001735A

Abstract

본 발명은 그림자 효과에 의한 패턴 콘트라스트를 개선하는 동시에, 마스크의 분해능을 향상시켜 미세 패턴을 구현하는데 적합한 위상 반전 마스크 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명의 위상 반전 마스크는 기판, 상기 기판 상에 형성되고, 홈을 갖는 다중박막 및 상기 홈은 매립하면서, 상기 홈을 제외한 상기 다중박막 상에 경사각을 갖도록 형성된 흡수체를 포함하며, 이에 따라 본 발명은 EUV 광원을 사용하는 리소그래피에서 다중박막 사이에 흡수층을 증착하여 마스크 상에 위상반전효과를 구현할 수 있으며, 고가의 EUV 광설계를 변경하지 않고 흡수체 상부에 패턴으로 예정되는 부분이 사입사각으로 되는 반사층 패턴을 형성하므로, EUV 광원이 입사되는 반사층에서 상부의 선폭을 정확하게 조절하면 측면 경사에 의한 그림자 효과가 유발되어 콘트라스트와 분해능을 향상시켜 공정 마진을 향상시키는 효과가 있다.

EUV(Extreme ultraviolet), 위상 반전 마스크, 리소그라피(Lithography)

Description

위상 반전 마스크 및 그 제조 방법{PHASE SHIFT MASK AND METHOD FOR MANUFACTURINGIN THE SAME}

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 위상 반전 마스크 구조를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 위상 반전 마스크 구조를 도시한 단면도.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조 방법을 나타낸 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 기판 22 : Mo막

23 : Si막 24 : 다중박막

25A : 제1흡수체 25B : 제2흡수체

26 : 홈

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 EUV(Extreme ultraviolet)을 광원으로 사용하는 리소그라피 공정에서 사용하는 반도체 소자의 위상 반전 마스크(Phase shift mask) 제조 방법에 관한 것이다.

35㎚ 이하의 패턴을 구현하기 위한 EUV(Extreme ultraviolet) 리소그래피(Lithograghy)에서는 짧은 파장(13.5㎚)을 사용하므로, 빛이 마스크 및 렌즈에 투과시 대부분이 흡수되어 없어지므로 반사 형태의 시스템 도입이 필수적이다. 반사 마스크 사용의 또 다른 핵심은 빛(Source)을 비스듬히 입사시켜야 하는데, 그 이유는 입사하는 빛과 반사하는 빛 사이의 간섭 효과를 줄이기 위함이다.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 위상 반전 마스크의 구조를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1) 상에 다중박막(4)이 형성되고, 다중박막(4)의 소정 영역 상에 흡수체(5)가 형성된다.

기판(1)은 열적 팽창이 적은 물질을 사용하며, 다중박막(4)은 반사도를 높이기 위해 일반적으로 몰리브덴(Mo, 2)과 실리콘(Si, 3)을 각각 2∼4㎚의 두께로 40여회 교번적으로 증착하여 형성한다.

흡수체(5)는 80∼150㎚의 두께를 사용하며, 에어리얼 이미지(Areal image)를 얻기 위해 필요하며 높은 이미지 대조비(Contrast)를 위해 충분한 흡수체로서의 역 할을 해야한다.

그러나, 상술한 종래 기술에서 광원의 사입사시 마스크 상에 그림자 효과(Shadowing Effect)가 유발된다. 투과형 리소그라피에서는 입사광과 마스크 패턴이 수직으로 구성되기 때문에 그림자 효과가 발생하지 않으나, 반사형 마스크에서는 입사광이 마스크 패턴으로 수직이 아닌 일정한 각도로 입사되어 반사된다. 이와 같이, 마스크 패턴 옆으로 그림자가 생기는 것과 같은 효과를 그림자 효과라고 한다. 그림자 효과로 인해 광원이 마스크 상에서 반사되어져 패턴의 대조비를 저하시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그림자 효과에 의한 패턴 콘트라스트를 개선하는 동시에, 마스크의 분해능을 향상시켜 미세 패턴을 구현하는데 적합한 위상 반전 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 특징적인 본 발명의 위상 반전 마스크는 기판, 상기 기판 상에 형성되고, 홈을 갖는 다중박막 및 상기 홈은 매립하면서, 상기 홈을 제외한 상기 다중박막 상에 경사각을 갖도록 형성된 흡수체를 포함한다.

또한, 위상 반전 마스크의 제조 방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 홈을 갖는 다중박막을 형성하는 단계, 및 상기 홈을 매립하면서, 상기 홈을 제외한 상기 다중박막 상에 경사각을 갖는 흡수체를 형성하는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 반전 마스크의 구조를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 기판(21) 상에 소정 깊이의 홈(26)을 갖는 다중박막(24)이 형성되고, 홈(26)을 매립하면서, 홈(26)을 제외한 다중박막(24) 상에 경사각(α)을 갖는 제1흡수체(25A)가 형성된다.

다중박막(24)은, Mo막(22)과 Si막(23)이 교번적으로 적층 형성된 막(Mo막/Si막의 순서)을 사용하고, Mo막(22)과 Si막(23)은, 각각 2∼4㎚의 두께로 35∼45 회 교번적으로 형성된다.

한편, 다중박막(24)은 Mo/Si 구조 뿐만 아니라, Mo/Be, MoRu/Be 및 Ru/Be 의 그룹에서 선택된 조합 구조를 사용할 수 있다.

위상반전층을 형성하기 위한 홈(26)은 다중박막(24)을 40∼100㎚ 깊이 식각하여 형성되며, 홈(26)에 매립된 제2흡수체(25B)는, 홈(26)의 일부 두께 또는 모두 매립한다.

홈(26)에 매립된 제2흡수체(25B)는, 빛의 위상 반전의 기능을 하기 때문에 위상 변화에 따라 매립 두께를 조절할 수 있으며, 홈(26)을 제외한 다중박막(24) 상에 형성된 제1흡수체(25A)는 통상적인 흡수체의 기능을 한다.

다중박막(24) 상에 형성된 제1흡수체(25A)는 경사각(α)은, 5∼10°의 경사각을 갖는데, 통상적인 포토 장비의 빛의 경사각이 5∼6°를 가지기 때문에, 포토 장비의 빛의 경사각을 모두 포함하기 위해 본 발명에서 사용하는 경사각의 범위를 갖는게 바람직하다.

여기서, 제1흡수체(25A)의 경사각으로 인해, 제1흡수체(25A) 상부의 선폭을 정확하게 조절하면서, 경사각에 의한 콘트라스트와 분해능을 저하시키는 그림자 효과를 최소화할 수 있다.

상기한 구조를 가지는 위상 반전 마스크를 사용하므로서, EUV 광원의 사입사시 마스크 상에 유발되는 그림자 효과를 방지하면서, 빛의 위상 차이에 의해서 분해능을 향상시킬 수 있다.

이하, 상기한 구조를 설명하기 위한 위상 반전 마스크의 제조 방법을 알아본다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법을 도시한 단면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(21) 상에 다중박막(24)을 형성한다. 이 때, 다중박막(24)은 Mo막(22)과 Si막(23)이 35∼45회 교번적으로 적층 형성된 막으로, Mo막(22)과 Si막(23)은 2∼4㎚의 두께로 형성한다. 한편, 다중박막(24)은 Mo/Si 구 조 뿐만 아니라, Mo/Be, MoRu/Be 및 Ru/Be 의 그룹에서 선택된 조합 구조를 사용할 수도 있다.

계속해서, 다중박막(24)의 소정 영역 상에 제1흡수체(25A)를 형성하되, 위상반전층을 형성하기 위한 홈 예정 영역은 오픈시킨다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 위상반전층을 형성하기 위해 다중박막(24)의 소정 영역을 선택적으로 식각하여 홈(26)을 형성한다. 이 때, 홈(26)은 다중박막(24)의 소정 영역 상에 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성하고, 이를 식각 베리어로 하여 다중박막(24)을 선택적으로 식각하여 형성한다. 이 때, 홈(26)은 40∼100㎚ 깊이를 가지며, 구현하고자 하는 목적 및 공정 조건에 따라 그 두께는 변화할 수 있다. 이후, 포토레지스트 패턴은 스트립(Strip)한다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 홈(26)에 제2흡수체(25B)를 매립한다. 여기서 제2흡수체(25B)는 홈(26)의 일부 두께 또는 전면에 매립할 수 있으며, 위상 변화에 따라 매립 두께를 조절할 수 있다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 다중박막(24) 상의 제1흡수체(25A)의 측면을 경사가 지도록 식각한다. 이 때, 제1흡수체(25A)의 식각시, 제2흡수체(25B)에 손상을 주지 않게 식각한다.

이 때, 경사각은 5∼10°의 경사각을 갖는데, 통상적인 포토 장비의 빛의 경사각이 5∼6°를 가지기 때문에, 포토 장비의 빛의 경사각을 모두 포함하기 위해 본 발명에서 사용하는 경사각의 범위를 갖는게 바람직하다.

여기서, 제1흡수체(25A)의 경사각으로 인해, 제1흡수체(25A) 상부의 선폭을 정확하게 조절하면서, 경사각에 의한 대조비와 분해능을 저하시키는 그림자 효과를 최소화할 수 있다.

상술한 바와 같이, 기존의 직각 형태의 흡수체의 구조와 달리 다중박막 사이를 식각한 후 흡수체를 그 사이에 매립하여 위상 반전 마스크를 구현함과 동시에 다중박막 상에 적층되는 흡수체의 경사 각도를 EUV 광원의 입사 각도와 비슷한 5∼10°식각하여 그림자 효과를 최소화하면서, 동시에 빛의 위상 차이에 의해서 분해능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 반사광학을 이용하는 EUV 공정에 적용 가능한 위상 반전 마스크를 구현할 수 있다.

본 발명은, E-빔, 이온-빔, X-선을 이용한 리소그래피 공정에서 모두 적용된다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명은 EUV 광원을 사용하는 리소그래피에서 다중박막 사이에 흡수층을 증착하여 마스크 상에 위상반전효과를 구현할 수 있다.

또한, 고가의 EUV 광설계를 변경하지 않고 흡수체 상부에 패턴으로 예정되는 부분이 사입사각으로 되는 반사층 패턴을 형성하므로, EUV 광원이 입사되는 반사층에서 상부의 선폭을 정확하게 조절하면 측면 경사에 의한 그림자 효과가 유발되어 콘트라스트와 분해능을 향상시켜 공정 마진을 향상시키는 효과가 있다.

Claims

기판;

상기 기판 상에 형성되고, 홈을 갖는 다중박막; 및

상기 홈은 매립하면서, 상기 홈을 제외한 상기 다중박막 상에 경사각을 갖도록 형성된 흡수체

를 포함하는 위상 반전 마스크.
제1항에 있어서,

상기 경사각은,

5∼10°를 가지는 위상 반전 마스크.
제1항에 있어서,

상기 홈에 매립된 상기 흡수체는,

상기 홈을 모두 매립하는 위상 반전 마스크.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 홈은,

40∼100㎚ 깊이를 가지는 위상 반전 마스크.
제1항에 있어서,

상기 다중박막은,

하부막과 상부막이 교번적으로 형성된 반도체 소자의 위상 반전 마스크.
제5항에 있어서,

상기 다중박막은,

Mo/Si, Mo/Be, MoRu/Be 및 Ru/Be 으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 구조를 사용하는 반도체 소자의 위상 반전 마스크.
제6항에 있어서,

상기 다중박막은,

상기 하부막과 상기 상부막은, 2∼4㎚의 두께로 35∼45 회 교번적으로 형성된 반도체 소자의 위상 반전 마스크.
기판을 준비하는 단계;

상기 기판 상에 홈을 갖는 다중박막을 형성하는 단계; 및

상기 홈을 매립하면서, 상기 홈을 제외한 상기 다중박막 상에 경사각을 갖는 흡수체를 형성하는 단계

를 포함하는 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조 방법.
제8항에 있어서,

상기 경사각은,

5∼10°를 가지는 위상 반전 마스크 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 홈에 매립된 상기 흡수체는,

상기 홈을 모두 매립하는 위상 반전 마스크 제조 방법.
제8항 또는 제10항에 있어서,

상기 홈은,

40∼100㎚ 깊이를 가지도록 형성하는 위상 반전 마스크 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 다중박막은,

하부막과 상부막이 교번적으로 형성된 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조 방법.
제12항에 있어서,

상기 다중박막은,

Mo/Si, Mo/Be, MoRu/Be 및 Ru/Be 으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나의 구조를 사용하는 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 다중박막은,

상기 하부막과 상기 상부막은, 2∼4㎚의 두께로 35∼45 회 교번적으로 형성된 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조 방법.