KR101097026B1 - Ｅｕｖ 마스크 및 그 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 EUV 마스크의 다중 박막 내에 구조체 패턴을 삽입하여 그림자 효과(Shadowing Effect) 없이 노광이 가능하도록 하여 노광 시 해상도가 향상시키고, 패턴의 CD 균일도를 향상시키는 기술이다.
본 발명에 따른 EUV 마스크는 석영 기판 및 상기 석영 기판의 상부에 형성되는 다중 박막을 포함하되, 상기 다중 박막의 박막들 사이에 구조체 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 EUV 마스크 형성방법은 석영 기판 상부에 제 1 다중 박막을 형성하는 단계와, 제 1 다중 박막의 상부에 구조체 패턴을 형성하는 단계와, 어스시트 패턴을 포함하는 상기 제 1 다중 박막 표면에 제 2 다중 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＥＵＶ 마스크 및 그 형성방법{EXTREME ULTRA VIOLET MASK AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 EUV 마스크 및 그 형성방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 반도체 제조공정 중 노광 공정에 사용되는 마스크 중 반사 마스크에 해당되는 EUV 마스크 및 그 형성방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 크기가 점차 감소함에 따라 반도체 공정기술에서도 많은 기술개발이 이루어지고 있다. 그 중에서 노광공정 기술이 가장 큰 변화를 이루고 있으며, 특히 40nm 이하 소자에서는 기존에 사용하였던 이머젼(immersion) 기술 또한 한계에 이르게 되어 EUV(Extreme Ultra Violet) 리소그래피에 대한 개발이 이루어지고 있다.
EUV 노광은 기존의 노광 기술과 달리 파장이 13.5 nm로 매우 짧은 광원을 사용하여 노광을 하므로 선폭이 40 nm 이하인 반도체 소자 개발에 있어서 핵심적인 공정기술로 취급되고 있다. 다만 EUV는 기존 노광원에 비하여 매우 짧은 파장을 가진 광원을 사용하기 때문에, 종래의 투과 마스크가 아닌 반사 마스크를 사용하게 된다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 EUV 마스크의 형성 방법을 도시한 단면도들 이다.
도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 석영 기판(10)에는 다중 박막(40)이 형성되고 이 다중 박막(40)의 상부에 흡수층(20)이 형성된다. 다중 박막(40)은 빛의 간섭 효과를 줄이기 위한 것으로 몰리브덴(42)과 실리콘(44)이 차례로 적층된 구조를 가진다.
그 다음, 흡수층(20) 상부에 감광막 패턴(25)을 형성하고, 감광막 패턴(25)을 마스크로 흡수층(20)을 식각하여 흡수층 패턴(20a)을 형성한다. 여기서, 흡수층(20)은 크롬을 포함하는 물질로 형성한다.
그 다음, 감광막 패턴(25)을 제거한다. 이때, 흡수층 패턴(20a)을 형성하기 위한 식각 공정은 건식으로 진행하는데, 이러한 건식 식각 공정 시 반사체인 다중 박막(40) 표면에 데미지가 전사되어 반사율이 저하되는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 다중 박막(40) 표면에 데미지가 있으면 마스크 해상력이 저하되는 문제가 발생한다.
도 2는 종래 기술에 따른 EUV 마스크를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 석영 기판(10)에는 다중 박막(40)이 형성되고 이 다중 박막(40)의 상부에 흡수층 패턴(20a)이 형성된다. 이러한 반사 마스크에서는 입사광(A)이 다중 박막(40) 표면에서 반사되어 반사광(B)으로 반사되는데, 이 때 흡수층 패턴(20a)이 위치한 부분에서는 입사광(A)이 흡수되면서 흡수층 패턴(20a)의 형상이 반사광(B)에 반영되고 이 결과 노광 대상인 감광막에 패터닝이 이루어지게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이 EUV 마스크를 반사 마스크로 사용하는 이유는, EUV 광원은 종래의 광원에 비하여 짧은 파장을 가지기 때문에 종래와 같은 투과 마스크로 구성할 경우, 광원이 석영 기판(10)에 흡수되어 버리기 때문이다.
그리고 반사 마스크를 사용하려면, 광원으로부터 입사된 입사광(A) 또한 마스크에 대하여 수직하게 입사되지 않고 소정 각도 경사진 상태로 마스크에 입사되어야 한다. 이는 광원이 서로 간섭하는 현상을 방지하기 위한 것으로, 이 때 입사광이 경사진 각도는 장비 구성에 따라 다르겠지만, 마스크 표면에 수직한 직선으로부터 6° 기울어지는 것이 일반적이다.
그런데, 이와 같이 6° 경사지게 입사광(A)을 조사하는 EUV 노광공정에서는 또 다른 문제점이 발생한다. 종래 EUV 마스크의 문제점을 도시한 사시도인 도 3 및 도 4를 참조하면, 입사광(A)은 6° 경사진 우측 방향에서 조사되고 반사광(B)은 6° 경사지게 좌측 방향으로 반사되며, 이 때 입사각과 반사각이 동일한 것은 스넬의 법칙(snell's law)으로 알려져 있다.
먼저 도 3a과 같이 흡수층 패턴(20a)이 입사광(A) 및 반사광(B)과 평행한 방향으로 형성되는 경우에는, 흡수층 패턴(20a)이 위치한 부분을 제외하면 입사광(A)이 문제없이 반사되어 반사광(B)으로 반사된다. 그런데 도 3b와 같이 흡수층 패턴(20a)이 입사광(A) 및 반사광(B)과 수직한 방향으로 형성되는 경우에는, 흡수층 패턴(20a)이 위치하지 않은 부분에서도, 입사광(A)이 흡수층 패턴(20a)에 흡수되어 버리는 문제가 발생한다. 이는 흡수층 패턴(20a)도 소정 높이를 가지고 있고 입사광(A)이 경사지게 조사됨에 따라 발생하는 문제이며, 이를 그림자 효과(Shadowing Effect)라 한다.
이러한 그림자 효과 때문에, 흡수층 패턴(20a)이 형성된 방향에 따라 입사광(A)이 흡수되는 정도가 일정하지 않게 되어, 실제 EUV 패터닝 후에는 동일한 사이즈의 패턴도 형성된 방향에 따라 실제로 다르게 패터닝되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다중 박막의 박막들 사이에 구조체 패턴을 형성함으로써, 그림자 효과(Shadowing effect)를 방지한다. 이에 따라, 종래 그림자 효과의 보정 공정을 불필요하게 하고 마스크 제작 시간을 단축시킨다. 또한, 그림자 효과를 방지함으로써, 해상도가 향상되며, CD 균일도가 향상된 패턴을 형성할 수 있는 EUV 마스크 및 그 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 EUV 마스크는 석영 기판 및 상기 석영 기판의 상부에 형성되는 다중 박막을 포함하되, 상기 다중 박막의 사이에 구조체 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 다중 박막은 몰리브덴과 실리콘을 포함하며, 더욱 바람직하게는 다중 박막은 40 ~ 60개의 몰리브덴과 40 ~ 60개의 실리콘이 번갈아 적층된 구조로 형성된다. 이때, 구조체 패턴은 다중 박막과 동일한 물질 또는 절연막으로 형성하며, 구조체 패턴은 어시스트 피쳐 또는 흡수체로 사용된다. 그리고, 구조체 패턴은 상기 다중박막의 적층이 시작되는 지점부터 적층이 끝나는 지점까지의 영역에 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 EUV 마스크 형성방법은 석영 기판 상부에 제 1 다중 박막을 형성하는 단계와, 제 1 다중 박막의 상부에 구조체 패턴을 형성하는 단계와, 구조체 패턴을 포함하는 상기 제 1 다중 박막 표면에 제 2 다중 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 제 1 및 제 2 다중 박막은 몰리브덴과 실리콘을 포함하며, 바람직하게는 제 1 및 제 2 다중 박막은 40개의 몰리브덴과 40개의 실리콘의 적층 구조로 형성한다.
그리고, 구조체 패턴을 형성하는 단계는 상기 제 1 다중 박막 상부에 구조체 물질층을 형성하는 단계와, 구조체 물질층 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 감광막 패턴을 마스크로 상기 구조체 물질층을 식각하는 단계와, 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함한다. 이때, 구조체 패턴은 다중 박막과 동일한 물질 또는 절연막으로 형성하며, 구조체 패턴은 어시스트 피쳐 또는 흡수체로 사용된다. 그리고, 구조체 패턴은 상기 다중박막의 적층이 시작되는 지점부터 적층이 끝나는 지점까지의 영역에 형성된다.
본 발명의 EUV 마스크 및 그 형성방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, EUV 마스크의 구조를 변경함으로써, 마스크 반사율이 개선되어 해상력이 향상된다.
둘째, EUV 마스크의 구조를 변경함으로써, 마스크 제작 공정이 단순해진다.
셋째, EUV 마스크의 구조를 변경함으로써, 흡수층을 생략할 수 있어 그림자 효과(Shadowing Effect)를 방지할 수 있다.
넷째, EUV 마스크의 구조를 변경함으로써, 패터닝 시 패턴의 CD(Critical Dimension) 균일도가 향상된다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 EUV 마스크의 형성 방법을 도시한 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 EUV 마스크를 도시한 단면도.
도 3a 및 도 3b는 종래 기술에 따른 EUV 마스크의 문제점을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 EUV 마스크를 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 EUV 마스크 형성 방법을 도시한 단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 EUV 마스크 및 그 형성방법의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 EUV 마스크를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 석영 기판(100)과 다중 박막(115)이 형성되며, 다중 박막(115)의 박막들 사이에 구조체 패턴(120a)을 포함한다. 구체적으로, 석영 기판(100)의 상부 표면에 다중 박막(115)이 형성되고, 이 다중 박막(115)들 사이에 구조체 패턴(120a)이 형성된다. 구조체 패턴(120a)은 다중박막(115)의 적층이 시작되는 지점부터 적층이 끝나는 지점까지의 영역 중 어느 곳에 형성되어도 무관하다. 여기서, 다중 박막(115)은 빛의 간섭 효과를 줄이기 위한 것으로 몰리브덴(105)과 실리콘(110)이 차례로 다수 층이 적층된 구조를 가진다. 이때 다중 박막(115)은40 ~ 60개의 몰리브덴(105)과 40 ~ 60개의 실리콘(110)이 번갈아 적층된 구조를 가지는 것이 빛의 간섭을 감소시키기에 가장 바람직하다. 여기서, 구조체 패턴(120a)이 형성된 부분은 흡수부로 사용되며, 구조체 패턴(120a)이 형성되지 않은 부분은 반사부로 사용된다. 즉, 구조체 패턴(120a)이 흡수체로 사용되므로, 최종 형성되는 패턴은 구조체 패턴(120a)과 동일한 형태가 된다. 이때, 구조체 패턴(120a)을 노광되지 않는 범위 이하의 크기로 형성하여 어시스트 피쳐로 사용할 수 도 있다.
이와 같이, 구조체 패턴(120a)이 형성되어 주기성이 깨진 부분은 빛이 흡수되고, 주기성이 유지된 곳은 빛을 반사하므로 그림자 효과(Shadowing Effect) 없이 노광이 가능하게 된다. 또한, 그림자 효과 없이 노광이 가능하게 되므로 노광 시 해상도가 향상되고, 패턴의 CD 균일도(Critical Dimension Uniformity)가 향상되는 효과가 있다.
여기서, 상술한 EUV 마스크는 EUV 전용 마스크 이외에 바이너리 마스크(Binary mask) 또는 위상 반전 마스크(Phase shift mask)에 적용될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 EUV 마스크 형성 방법을 도시한 단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 석영 기판(100) 상부에 다중 박막(115)을 형성한다. 다중 박막(115)은 빛의 간섭 효과를 줄이기 위한 것으로 몰리브덴(105)과 실리콘(110)이 차례로 다수 층 적층된 구조를 가진다. 이 때 다중 박막(115)은 40 ~ 60개의 몰리브덴(105)과 40 ~ 60개의 실리콘(110)이 번갈아 적층된 구조를 가지는 것이 빛의 간섭을 감소시키기에 가장 바람직하다.
그 다음, 다중 박막(115)의 상부에 구조체 물질층(120)을 형성한다. 이때, 구조체 물질층(120)은 다중 박막(115)에 포함되어 있는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 몰리브덴, 실리콘 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나로 형성하거나 절연막으로 형성한다.
다음으로, 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 구조체 물질층(120) 상부에 감광막 패턴(125)을 형성한다. 감광막 패턴(125)은 흡수부를 형성하고자 하는 부분에 형성하는 것이 바람직하다.
그 다음, 감광막 패턴(125)을 마스크로 구조체 물질층(120)을 식각하여 구조체 패턴(120a)을 형성한다. 그리고, 감광막 패턴(125)을 제거한다.
도 5d를 참조하면, 구조체 패턴(120a)을 포함하는 다중 박막(115) 상부에 추가로 다중 박막(115)을 증착한다. 따라서, 다중 박막(115) 사이에 구조체 패턴(120a)이 삽입되는 형태가 되도록 한다. 이때, 구조체 패턴(120a)은 다중 박막(115)의 적층이 시작되는 지점부터 적층이 끝나는 지점까지의 영역 중 어느 곳에 형성되어도 무관하다. 또한, 다중 박막(115)을 증착한 후 CMP 공정을 진행하는 단계를 더 진행할 수 도 있다.
여기서, 구조체 패턴(120a)이 형성된 부분은 흡수부로 사용되며, 구조체 패턴(120a)이 형성되지 않은 부분은 반사부로 사용된다. 즉, 구조체 패턴(120a)이 흡수체로 사용되므로, 구조체 패턴(120a)의 형태가 최종 형성되는 패턴의 형태와 동일하게 된다. 이때, 구조체 패턴(120a)을 노광되지 않는 범위 이하의 크기로 형성하여 어시스트 피쳐로 사용할 수 도 있다.
상술한 바와 같이 다중 박막(115) 구조 내에 형성된 구조체 패턴(120a)이 다중 박막(115)의 주기성을 깨뜨림으로써, 종래 기술에서의 흡수층 패턴 역할을 하게 된다. 그 이유는, 주기적으로 쌓여진 다중 박막(115) 구조 내에서 주기성이 깨진 부분에서만 빛이 반사되지 않고 흡수되기 때문이다. 이러한 현상은 종래 기술의 문제점과 같이 반사체 내에 디펙트(Defect)가 발생할 경우, 디펙트가 그대로 패턴으로 형성되는 현상과 동일한 원리이다.
이와 같이, 구조체 패턴(120a)이 형성되어 주기성이 깨진 부분은 빛이 흡수되고, 주기성이 유지된 곳은 빛을 반사하므로 그림자 효과(Shadowing Effect) 없이 노광이 가능하게 된다. 또한, 그림자 효과 없이 노광이 가능하게 되므로 노광 시 해상도가 향상되고, 패턴의 CD 균일도가 향상되는 효과가 있다.
여기서, 상술한 EUV 마스크 형성방법은 EUV 전용 마스크 형성방법 이외에 바이너리 마스크(Binary mask) 또는 위상 반전 마스크(Phase shift mask) 형성 시 적용할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것이다.
100 : 석영 기판 105 : 몰리브덴
110 : 실리콘 115 : 다중박막
120 : 구조체 물질층 120a : 구조체 패턴

Claims (16)

  1. 석영 기판;
    상기 석영 기판의 상부에 형성되는 다중 박막을 포함하는 반사부;
    상기 석영 기판의 상부에 형성되는 상기 다중 박막의 박막들 사이에 구조체 패턴이 포함되어 상기 반사부에 형성된 다중 박막의 주기성과 상이한 주기성을 갖는 흡수부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 박막은 몰리브덴과 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 박막은 40 ~ 60개의 몰리브덴과 40 ~ 60개의 실리콘이 번갈아 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체 패턴은 상기 다중 박막과 동일한 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체 패턴은 절연막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체 패턴은 상기 다중박막의 적층이 시작되는 지점부터 적층이 끝나는 지점까지의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체 패턴은 어시스트 피쳐로 사용되는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  8. 석영 기판 상부에 제 1 다중 박막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 다중 박막의 상부에 구조체 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 구조체 패턴을 포함하는 상기 제 1 다중 박막 표면에 제 2 다중 박막을 형성하여, 상기 제 1 다중 박막 및 상기 제 2 다중 박막이 적층된 반사부와 상기 제 1 다중 박막 및 상기 제 2 다중 박막 사이에 구조체 패턴이 포함된 흡수부를 형성하되, 상기 구조체 패턴 상부에 형성된 상기 제 2 다중 박막의 주기성은 상기 제 1 다중 박막의 주기성과 상이한 것을 특징으로 하는 EUV 마스크의 형성방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 다중 박막은 몰리브덴과 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크의 형성방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 다중 박막은 40 ~ 60개의 몰리브덴과 40 ~ 60개의 실리콘의 적층 구조인 것을 특징으로 하는 EUV 마스크의 형성방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 구조체 패턴을 형성하는 단계는
    상기 제 1 다중 박막 상부에 구조체층을 형성하는 단계;
    상기 구조체층 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 구조체층을 식각하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크의 형성방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 구조체 패턴은 상기 다중 박막과 동일한 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크의 형성방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 구조체 패턴은 절연막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크의 형성방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 구조체 패턴은 어시스트 피쳐로 사용되는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크의 형성방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 구조체 패턴은 상기 다중박막의 적층이 시작되는 지점부터 적층이 끝나는 지점까지의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크의 형성방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 다중 박막을 형성한 후 CMP 공정을 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크의 형성 방법.
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