KR101096248B1 - 극자외선 위상반전마스크의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
메인 칩 영역 및 프레임 영역을 포함하는 기판 상에 극자외선 광을 반사시키는 반사층을 형성하고, 반사층 위에 반사층이 선택적으로 노출되게 위상시프터층 패턴을 형성한다. 그리고 프레임 영역의 위상시프터층 패턴 위에 상기 극자외선 광이 차광되게 유도하는 반사도저하부를 인위적으로 형성하는 단계를 포함한다.
극자외선, 위상 반전, 프레임 영역, 차광 영역, 카본, 다중 노광 영역
Description
본 발명은 포토마스크의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 극자외선 위상반전마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정이 복잡해지고, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 미세한 패턴이 요구되고 있다. 이에 따라, 미세 패턴을 형성하기 위한 한계 해상력을 극복하기 위해, 일반적으로 노광공정에서 사용하는 KrF 또는 ArF 파장의 광원보다 짧은 13.5nm의 극자외선(EUV) 광을 이용하는 극자외선 리소그라피 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
극자외선 리소그라피용 마스크는 광 반사형 구조 예컨대, 기판 상에 Mo/Si층의 다층 구조로 이루어지는 반사층을 포함하고, 반사층 상에 웨이퍼 상으로 전사될 패턴의 형상으로 흡수층 패턴이 형성된 구조로 이루어진다. 극자외선 리소그라피용 마스크에 극자외선 광이 조사되면, 흡수층 패턴에서는 극자외선 광이 흡수되고, 반사층 표면에서는 극자외선 광의 반사가 이루어진다.
그런데, 극자외선 광은 마스크 표면에 수직한 각도가 아닌 경사진 입사 각도 예컨대, 5 내지 6°의 입사각을 가지고 조사되거나 반사된다. 이때, 흡수층 패턴과 반사층의 표면 높이에 따른 단차로 인해 그늘지는 부분이 나타나고, 그늘지는 부분에 극자외선 광이 조사되지 않거나, 반사되지 않게 된다. 이로 인해, 극자외선 리소그라피 마스크에 조사되어 반사되는 반사광이 웨이퍼 상으로 입사되는 방향이 조금씩 변하게 되어 웨이퍼 패턴의 선폭 또는 위치가 변하는 새도우 현상(shadow effect)이 발생되고 있다. 이와 같은 새도우 현상을 억제하기 위해, 극자외선 리소그라피용 마스크 제조 시 흡수층 패턴의 두께를 얇게 형성하여 흡수와 반사가 일어나는 부분의 단차를 줄이고 있다. .
마스크는 도 1에 제시된 바와 같이, 사각형의 구조를 갖는데, 마스크의 중앙부에 메인 패턴들이 형성되는 메인 칩 영역(110)이 배치되고, 메인 칩 영역(110)을 둘러싸며 프레임 영역(120)이 배치된다. 메인 칩 영역(110)은 한 번의 노광 공정이 수행되는 노광 필드(exposure field) 영역과 대응되고, 프레임 영역(120)은 바코드 등 실질적으로 웨이퍼 상에 패턴을 전사하는데 사용되지 않는 영역으로 차광 역할을 한다.
그러나, 흡수층 패턴을 얇은 두께로 형성하면, 흡수층 패턴이 차광 역할을 못하고 입사되는 극자외선 광의 일부를 투과시켜 웨이퍼 노광 공정 시 다중 노광 영역이 존재하게 된다. 즉, 웨이퍼 노광 공정 시 노광 영역이 오버랩될 경우, 차광 역할을 하는 흡수층 패턴의 두께가 얇아짐에 따라, 오버랩된 부분이 2중으로 노광된다. 그 결과 2중 노광 또는 다중 노광 되는 부분의 이미지 콘트라스트가 저하되어 웨이퍼 패턴 불량을 초래하게 된다.
본 발명에 따른 극자외선 위상반전마스크의 제조 방법은, 메인 칩 영역 및 프레임 영역을 포함하는 기판 상에 극자외선 광을 반사시키는 반사층을 형성하는 단계; 상기 반사층 위에 상기 반사층이 선택적으로 노출되게 위상시프터층 패턴을 형성하는 단계; 상기 프레임 영역의 흡수층 패턴 위에 상기 극자외선 광이 차광되게 유도하는 반사도저하부를 인위적으로 형성시키는 단계를 포함한다.
상기 반사층은 몰리브데늄층 및 실리콘층의 이중층이 다층으로 적층되는 것이 바람직하다.
상기 위상시프터층 패턴은 상기 반사층에 직접적으로 반사되는 제1 반사광과 상기 위상시프터층 패턴을 투과하여 반사되는 제2 반사광이 180°위상차가 유발되게 형성하는 것이 바람직하다.
상기 위상시프터층은 58.2 내지 62.4nm 두께의 탄탈륨나이트라이드(TaN)을 포함하여 형성하는 극자외선 위상반전마스크의 제조 방법.
상기 흡수층 패턴은 탄탈륨보론나이트라이드(TaBN) 또는 탄탈륨보론옥시나이트라이드(TaBON)막을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 반사층 위에 상기 반사층을 보호하는 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 흡수층 패턴을 형성하는 단계 이후에, 상기 메인 칩 영역의 흡수층 패턴을 선택적으로 제거하여 메인 칩 영역의 위상 반전 패턴을 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 반사도저하부는 카본 오염부 또는 산화 오염부를 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 반사도저하부는 팁 형상의 노즐로 흡수층 패턴에 직접적으로 오염화 소스를 분사하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 오염화 소스는 카본 옥사이드, 나이트로겐 옥사이드, 하이드로카본을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 반사도저하부는 흡수층 패턴 위에 메인 칩 영역으로부터 1 내지 2nm의 폭을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 극자외선 위상반전마스크를 제조하기 위해서는 먼저 투광 기판(300) 상에 극자외선 광을 반사시키는 반사층(310)을 형성하고, 반사층(310) 위에 캡핑층(320)을 형성한다. 투광 기판(300)은 낮은 열패창계수(LTE:Low Thermal Expansion coefficient)을 갖는 석영(quartz)기판을 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 극자외선 위상반전마스크의 중앙부에는 메인 패턴들이 형성되는 메인 칩 영역(210)이 배치되고, 메인 칩 영역(210)을 둘러싸며 프레임 영역(220)이 배치된다. 메인 칩 영역(210)은 한 번의 노광 공정이 수행되는 노광 필드(exposure field) 영역과 대응되고, 프레임 영역(220)은 바코드 등 실질적으로 웨이퍼 상에 패턴을 전사하는데 사용되지 않는 영역이다.
반사층(310)은 극자외선 광이 반사되게 몰리브데늄(Mo)층(311) 및 실리콘(Si)층(312)의 이중층이 다층으로 적층되어 형성된다. 반사층(310)은 극자외선 광을 반사시킬 수 있는 정도의 두께로 형성될 수 있다. 반사층(310)은 몰리브데늄층(311)과 실리콘층(312)의 계면에서 일어나는 반사의 보강 간섭 즉, 분배형 브래그 반사(distributed Bragg reflector) 원리로 극자외선 광을 반사시키게 된다. 캡핑층(320)은 실리콘(Si)층을 포함하여 형성될 수 있으며, 반사층(310)의 실리콘층(312)보다 상대적으로 두껍게 형성한다. 캡핑층(320)은 반사층(310)의 원하지 않는 산화나 오염을 억제하여 극자외선광에서 60% 이상의 반사율이 유지되게 한다.
캡핑층(320) 위에 위상시프터층(phase shifter layer)(330)을 형성하고, 위상시프터층(330) 위에 흡수층(absorber layer)(340)을 형성한다. 위상시프터층(330)은 58.3 내지 62.4nm 두께의 탄탈륨나이트라이드(TaN)을 포함하여 형성하고, 흡수층(340)은 입사되는 극자외선광을 흡수시키는 물질 예컨대, 탄탈륨보론나이트라이드(TaBN) 또는 탄탈륨보론옥시나이트라이드(TaBON)을 포함하여 형성될 수 있다.
위상시프터층(330)은 위상시프터층(330)을 이루는 재질과 반사층(310)을 이루는 재질의 차이, 그리고 위상시프터층(330)의 두께에 의존하여 위상시프터층(330)을 투과하여 반사되는 반사광의 위상을 변화시킨다. 예컨대, 위상시프터층(330)은 반사층(310)에 의해 직접적으로 반사되는 제1 반사광과 위상시프터층(330)을 투과하여 반사되는 제2 반사광이 180°위상차를 갖도록 형성된다. 이때, 위상시프터층(330)이 TaN층의 두께가 58.2 내지 62.4nm 두께일 때 이러한 위상시프터로서의 작용하여, 제1반사광이 제2반사광과 180°위상차를 갖도록 할 수 있다.
반사층(310)의 경우 입사되는 극자외선 광을 60 내지 70% 정도를 반사시킬 수 있으므로, 위상시프터층(330)은 반사층(310)에 비해 상대적으로 상당히 낮은 세기로 입사되는 극자외선광의 일부를 반사시키게 된다. 흡수층(340)은 프레임 영역(220)에 배치되어 프레임 영역(220)에 입사되거나 반사되는 극자외선 광을 흡수하게 된다.
도 3을 참조하면, 노광 공정 및 현상공정을 수행하여 캡핑층(320)을 선택적으로 노출시키는 흡수층 패턴(341) 및 위상시프터층 패턴(331)을 형성한다. 위상시프터층 패턴(331)은 극자외선 광이 반사층(310)에 의해 직접적으로 반사되는 제1 반사광과 180의 위상차를 갖으면서 반사되게 한다.
즉, 반사층(310) 상에 위상시프터층 패턴(331)을 도입함으로써, 반사층(310)에 직접적으로 반사되는 제1 반사광과 위상시프터층 패턴(331)을 통해 반사되는 제2 반사광이 상호 간에 위상 간섭을 일으키게 유도할 수 있다. 이러한 위상 간섭에 의해 제1 반사광과 제2 반사광의 위상이 반대로 변화되는 지점에서의 콘트라스트(contrast)는 증가되고, 콘트라스트의 증가에 의해 웨이퍼 상으로 전사되는 패턴 이미지의 해상력을 보다 개선하게 된다.
도 4를 참조하면, 메인 칩 영역(210)의 위상시프터층 패턴(331) 위의 흡수층 패턴(341)을 선택적으로 제거한다. 그러면, 메인 칩 영역(210)에는 반사층(310) 위에 캐핑층(320) 및 위상시프터층 패턴(331)이 배치되고, 프레임 영역(220)에는 반사층(310) 위에 캐핑층(320) 및 위상시프터층 패턴(331), 흡수층 패턴(341)이 배치된다. 메인 칩 영역(210)은 한번의 노광 공정에 의해 웨이퍼에 전사되는 노광 필드 영역과 대응되며, 프레임 영역(220)은 바코드 등 실질적으로 웨이퍼 상에 패턴을 전사하는데 사용되지 않는 차광 영역이 된다. 따라서, 프레임 영역(220)에 배치된 흡수층 패턴(341)은 노광 장비에서 노광 영역 설정(blade setting) 시 정렬 정확도가 저하되더라도 반사광에 의해 웨이퍼에 노광이 이루어지지 않도록 한다. 즉, 흡수층 패턴(341)은 정렬 에러가 발생되어 인접하는 노광 필드 영역과 오버랩(overlap)되더라도 광을 흡수하여 웨이퍼의 중복 노광이 이루어지지 않게 방지하는 차광 역할을 한다. 이처럼 흡수층 패턴(341)이 차광 역할을 하기 위해서는 흡수층 패턴(341)의 광학밀도(OD;Optical Density)를 2.5 내지 3.0 정도로 유지해야 한다. 광학밀도는 물질 내부를 투과하거나 그 표면을 반사하는 정도를 나타내는 척도이다. 그러나, 새도우 현상 등을 억제하기 위해 흡수층 패턴(341)의 두께가 얇아짐에 따라 흡수층 패턴의 광학밀도는 2.5 내지 3.0을 유지할 수 없게 되었다. 이로 인해 웨이퍼 노광 공정 시 중복 노광이 발생되고 있다.
예를 들어, 극자외선 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 노광된 결과를 살펴보면, 도 5에 제시된 바와 같이, 1 단계로 실선으로 이루어지는 노광 필드 영역인 A 영역에 노광이 이루어지고, 2 단계로 점선으로 이루어지는 B 영역에 노광이 이루어진다. 다음에, 3 단계로 실선으로 이루어지는 C 영역에 노광이 이루어지고, 4 단계로 점선으로 이루어지는 D 영역에 순차적으로 노광이 이루어진다. 그런데, 웨이퍼 노광 장비에서 노광 영역 설정 시 설정 정확도 에러로 인해 인접하는 노광 영역 사이에서 오버랩되는 부분이 발생되고 있다.
그런데, 차광 역할을 하는 흡수층 패턴을 얇은 두께로 형성하게 되면, 오버랩되는 부분에서 중복 노광이 이루어지게 된다. 즉, 2 단계 노광 과정에서 A 영역 과 B 영역이 중첩되고, 중첩된 부분은 1 단계에서 극자외선 광에 의한 노광이 이루어지고, 2 단계에서 프레임 영역이 노출되더라도 흡수층 패턴의 두께가 얇아 2중 노광이 이루어지게 된다. 또한, A 영역, B 영역, D 영역 및 C 영역이 중첩되는 부분은 노광 공정을 순차적으로 진행함에 따라 4중 노광이 이루어지게 된다.
도 6을 참조하면, 프레임 영역(220)의 흡수층 패턴(341)에 상술한 중복 노광을 방지하기 위해 흡수층 패턴(341)의 차광 효과를 향상시키는 반사도저하부(360)를 형성한다. 반사도저하부(360)는 흡수층 패턴(341)에 메인 칩 영역(210)을 둘러싸며 1 내지 2nm 정도 영역에 국부적으로 형성될 수 있다.
반사도저하부(360)는 팁(tip) 노즐과 같은 장비를 이용하여 한정된 영역에 국부적으로 형성되도록 유도한다. 구체적으로, 흡수층 패턴(341) 위에 리페어 장치에서 사용되는 팁(tip) 노즐(350)을 위치시킨 후, 팁 노즐을 통해 한정된 영역에 오염화 소스를 주입한다. 예컨대, 오염화 소스로 카본(carbon)을 주입하여 카본 오염부를 형성하거나 산소 소스가스를 주입하여 흡수층 패턴(341)에 산화(oxidation)오염부를 형성할 수 있다. 이때, 팁 노즐(350)에 주입되는 오염화 소스는 카본 옥사이드, 나이트로겐 옥사이드, 하이드로카본을 포함할 수 있다. 반사도저하부(360)는 프레임 영역(220)의 흡수층 패턴(341)의 저하된 광학밀도를 2.5 내지 3.0 정도 유지되도록 보완시킨다.
여기서, 반사도저하부(360)는 노광 장비에서 에러가 발생되는 거리에 국부적으로 형성되게 한다. 노광 장비에서 에러가 발생되는 거리는 웨이퍼 노광 시 노광 영역 설정(blade setting) 시 설정 정확도가 떨어져 원하지 않는 프레임 영역(220) 이 노출되는 영역으로서, 노광 장비에서 최대 2nm 정도 에러가 발생된다. 따라서, 반사도저하부(360)는 도 7에 제시된 바와 같이, 메인 칩 패턴(210)과 프레임 영역 경계(220)로부터 1 내지 2nm 정도의 폭으로 형성함으로써 노광 장치에서 정렬 에러가 발생하더라도 도 5에 제시된 바와 같이, 인접하는 노광 영역 사이에서 오버랩되는 부분에 다중 노광이 일어나지 않도록 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 극자외선 위상반전마스크는 반사층 상에 위상시프터층 패턴을 도입하는 극자외선 위상반전마스크에 있어서, 프레임 영역의 흡수층 패턴 위에 반사도저하부를 인위적으로 형성함으로써, 프레임 영역의 광학밀도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 노광 시 다중 노광 영역에 있어서 이미지 컨트라스트 저하가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하려 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1은 일반적인 위상반전마스크의 구조를 설명하기 위해 나타내 보인 평면도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 극자외선 위상반전마스크의 제조 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
Claims (18)
- 메인 칩 영역 및 프레임 영역을 포함하는 투명한 기판 상에 형성되며 입사된 극자외선 광을 반사시키는 반사층;상기 반사층 위에, 상기 반사층이 선택적으로 노출되도록 배치된 위상시프터층 패턴;프레임 영역의 상기 위상시프터층 패턴 상에 배치된 흡수층 패턴; 및상기 흡수층 패턴에 형성되며, 상기 극자외선 광이 차광되도록 유도하는 반사도 저하부를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제1항에 있어서,상기 반사층은 몰리브데늄층 및 실리콘층의 이중층이 다층으로 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제1항에 있어서,상기 위상시프터층 패턴은 상기 반사층에서 직접적으로 반사되는 제1 반사광과 상기 위상시프터층 패턴을 투과하여 반사되는 제2 반사광이 180°의 위상차를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제3항에 있어서,상기 위상시프터층은 58.2 내지 62.4nm 두께의 탄탈륨나이트라이드(TaN)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제1항에 있어서,상기 흡수층 패턴은 탄탈륨보론나이트라이드(TaBN) 또는 탄탈륨보론옥시나이트라이드(TaBON)막을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제1항에 있어서,상기 반사층 위에, 상기 반사층을 보호하는 캡핑층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제1항에 있어서,상기 반사도 저하부는 카본 오염부 또는 산화 오염부를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제1항에 있어서,상기 반사도 저하부는 상기 흡수층 패턴 위에, 상기 메인 칩 영역과 프레임 영역의 경계로부터 1 내지 2nm의 폭을 갖도록 형성하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 메인 칩 영역 및 프레임 영역을 포함하는 투명한 기판 상에, 극자외선 광을 반사시키는 반사층을 형성하는 단계;상기 반사층 위에, 상기 반사층이 선택적으로 노출되도록 위상시프터층 패턴을 형성하는 단계;상기 프레임 영역의 위상시프터층 패턴 상에 흡수층 패턴을 형성하는 단계; 및상기 흡수층 패턴에, 상기 극자외선 광이 차광되게 유도하는 반사도 저하부를 형성하는 단계를 포함하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 반사층은 몰리브데늄층 및 실리콘층의 이중층을 다층으로 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 위상시프터층 패턴은, 상기 반사층에 직접적으로 반사되는 제1 반사광과 상기 위상시프터층 패턴을 투과하여 반사되는 제2 반사광이 180°의 위상차를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제11항에 있어서,상기 위상시프터층은 58.2 내지 62.4nm 두께의 탄탈륨나이트라이드(TaN)를 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 흡수층 패턴은 탄탈륨보론나이트라이드(TaBN) 또는 탄탈륨보론옥시나이트라이드(TaBON)막을 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 위상시프터층 패턴을 형성하는 단계 전에,상기 반사층 위에, 상기 반사층을 보호하는 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 반사도 저하부는 카본 오염부 또는 산화 오염부를 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 반사도 저하부는 팁 형상의 노즐로 상기 흡수층 패턴 위에 직접적으로 오염화 소스를 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제16항에 있어서,상기 오염화 소스는 카본 옥사이드, 나이트로겐 옥사이드, 하이드로카본을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제9항에 있어서,상기 반사도 저하부는, 상기 흡수층 패턴 위에 상기 메인 칩 영역과 프레임 영역의 경계로부터 1 내지 2nm의 폭을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
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