KR101361130B1 - 반사형 포토마스크 및 상기 반사형 포토마스크의 층 두께최적화 방법 - Google Patents

반사형 포토마스크 및 상기 반사형 포토마스크의 층 두께최적화 방법 Download PDF

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Abstract

반사형 포토마스크 및 상기 반사형 포토마스크의 층 두께 최적화 방법을 제공한다. 상기 포토마스크는 반사 영역과 흡수 영역을 갖는 기판을 구비한다. 상기 반사 영역 및 상기 흡수 영역 상에 반사층이 제공된다. 상기 흡수 영역의 반사층 상에 흡수 패턴이 제공된다. 상기 반사 영역 상에서 반사층의 하부, 상부 또는 내부에 위치하는 스페이서(spacer)가 제공된다.

Description

반사형 포토마스크 및 상기 반사형 포토마스크의 층 두께 최적화 방법 {Reflective photomask and method for optimizing thicknesses of layers in the same}
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로, 특히 반사형 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 제조기술은 대체로 포토마스크를 이용한다. 복사선(radiation)은 포토마스크를 투과하거나 포토마스크에서 반사되어 반도체 기판 상에 이미지를 형성한다. 상기 복사선은 자외선(ultraviolet light), 진공자외선(vacuum ultraviolet light; VUV light), 원자외선(deep ultraviolet light; DUV light) 및 극자외선(extreme ultraviolet light; EUV light)과 같은 광(light)일 수 있다. 또한, 상기 복사선은 엑스-레이선(x-ray radiation), 전자빔(e-beam) 등일 수 있다.
리소그래피의 진보된 형태의 하나로서 극자외선을 광원으로 사용하는 극자외선 리소그래피(EUV light lithography)를 들 수 있다. 다른 광과는 달리 극자외선은 거의 대부분의 물질에 의해 쉽게 흡수되므로, 상기 극자외선 리소그래피는 극자외선을 반사형 포토마스크를 사용한다.
도 1은 반사형 포토마스크의 일반적인 형태 및 이를 사용하여 형성한 반도체 기판 상의 패턴을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 반사형 포토마스크(5)는 기판(1), 상기 기판(1) 상에 극자외선을 반사하는 반사층(2) 및 상기 반사층(2) 상에 흡광패턴(3)을 갖는다. 상기 흡광패턴(3)은 반도체 기판(7) 상에 전사될 패턴 정보를 담고 있는 패턴으로 입사되는 광을 흡수한다. 한편, 반사형 포토마스크(5)에 입사되는 광은 포토마스크의 표면에 수직하게 입사 및 반사되지 않고, 약간의 각도를 가지고 입사되고 또한 반사된다. 상기 사입사되는 광의 일부는 상기 흡광패턴(3)의 에지부에 의해 차단되어 그림자를 생성할 수 있다. 이 경우에, 반도체 기판 상에 전사되는 패턴(S, L)은 특정 방향으로 쉬프트될 수 있다. 이러한 현상을 그림자 효과(shadow effect)라고 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 그림자 효과를 줄일 수 있는 반사형 포토마스크 및 상기 반사형 포토마스크의 층 두께 최적화 방법을 제공하는 것이다.
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 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 측면은 반사형 포토마스크를 제공 한다. 상기 포토마스크는 반사 영역과 흡수 영역을 갖는 기판을 구비한다. 상기 반사 영역 및 상기 흡수 영역 상에 반사층이 제공된다. 상기 흡수 영역의 반사층 상에 흡수 패턴이 제공된다. 상기 반사 영역 상에서 반사층의 하부, 상부 또는 내부에 위치하는 스페이서(spacer)가 제공된다.
상기 흡수 패턴은 감쇠 위상 시프트 층을 구비할 수 있다. 상기 감쇠 위상 시프트 층은 탄탈륨 질화막, 탄탈륨 실리콘 질화막, 탄탈륨 보론 질화막, 탄탈륨 실리콘 산화막, 크롬 산화막, 크롬 질화막 또는 인듐 주석 산화막을 구비할 수 있다. 상기 흡수 패턴은 상기 감쇠 위상 시프트 층 상에 반사방지막을 구비할 수 있다. 상기 반사방지막은 알루미늄 산화막 또는 인듐 주석 산화막을 구비할 수 있다.
상기 흡수 패턴은 탄탈륨 산화막/알루미늄 산화막의 이중층, 탄탈륨 산화막/인듐 주석 산화막의 이중층, 탄탈륨 산화막/알루미늄 산화막/인듐 주석 산화막의 삼중층 또는 인듐 주석 산화막의 단일층일 수 있다.
상기 스페이서는 그의 상부면에서의 반사광과 그의 하부면에서의 반사광이 보강간섭할 수 있는 두께를 가질 수 있다. 상기 스페이서는 실리콘막일 수 있다. 이 경우에, 상기 스페이서는 상기 반사막의 상부에 위치할 수 있다.
상기 반사층 상에 캡핑층이 위치할 수 있다. 상기 캡핑층은 상기 반사 영역 상에서 최상부에 위치하고, 상기 흡수 영역에서 상기 반사층과 상기 흡수 패턴 사이에 위치할 수 있다. 상기 캡핑층은 루테늄막, 실리콘막 또는 탄소막일 수 있다.
상기 흡수 영역 상의 반사층은 그 상부에 트렌치를 구비하고, 상기 흡수 패턴은 상기 트렌치 내에 위치할 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 측면은 반사형 포토마스크의 층 두께 최적화 방법을 제공한다. 상기 방법은 반사 영역과 흡수 영역을 구비하는 기판, 상기 반사 영역 상에 반사층 및 스페이서를 구비하는 반사 스택, 및 상기 흡수 영역 상에 반사층 및 상기 반사층 상에 흡수 패턴을 구비하는 흡수 스택을 구비하는 반사형 포토마스크를 제공하는 단계를 포함한다. 검사 대조비가 기준값 이상을 나타내는 흡수 패턴을 구성하는 각 층의 두께를 구한다. 상기 흡수 패턴의 각 층의 두께를 고정한 상태에서, 상기 스페이서의 두께를 변화시키면서 노광 반사율비와 위상 시프트 값을 구하고, 기준값 이하의 노광 반사율비 및 기준 범위 내의 위상 시프트 값을 만족하는 스페이서의 두께 값들을 추출한다. 상기 추출된 스페이서의 두께 값들 중 흡수 패턴의 총 두께 이하인 조건을 만족하는 최대값을 구한다. 상기 스페이서는 상기 반사층의 하부 또는 내부에 위치할 수 있다.
상기 흡수 패턴의 두께를 구하는 단계는 상기 흡수 패턴의 두께를 임의로 설정하는 단계, 상기 설정된 흡수 패턴의 두께를 기초로 검사광에 대한 상기 흡수 패턴 표면에서의 어드미턴스 값을 구하는 단계, 상기 표면 어드미턴스 값을 사용하여 검사 대조비를 구하는 단계 및 상기 검사 대조비를 기준값과 비교하는 단계를 구비할 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여, 본 발명의 일 측면은 반사형 포토마스크의 층 두께 최적화 방법을 제공한다. 상기 방법은 반사 영역과 흡수 영역을 구비하는 기판, 상기 반사 영역 상에 반사층 및 스페이서를 구비하는 반사 스택, 및 상기 흡수 영역 상에 반사층 및 상기 반사층 상에 흡수 패턴을 구비하는 흡수 스택을 구비하 는 반사형 포토마스크를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 스페이서의 두께에 따른 상기 반사스택의 노광 반사율을 구하고, 기준값 이상의 노광 반사율을 나타내는 상기 스페이서의 두께 값들을 추출한다. 상기 스페이서의 두께 값들 중 어느 한 값을 스페이서의 두께 값으로 선택한 상태에서, 상기 흡수 스택과 상기 반사 스택의 높이 차에 따른 노광 반사율비 및 위상 시프트 값을 구하고, 기준값 이하의 노광 반사율비 및 기준 범위 내의 위상 시프트 값을 나타내는 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차를 추출한다.
상기 흡수 패턴이 다수 개의 층을 구비하는 경우에, 상기 두께 최적화 방법은 상기 스페이서의 두께 값들 중 어느 한 값을 스페이서의 두께 값으로 선택한 상태에서, 노광광 조건에서 상기 흡수 패턴을 구성하는 각 층의 두께를 변화시키면서 위상 시프트 값을 구한 후, 기준 범위 내의 위상 시프트 값을 나타내는 흡수 패턴의 각 층의 두께 값 셋트를 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 첫째로 반사 영역 상에 스페이서를 제공함으로써, 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차이를 감소시킬 수 있다. 따라서, 흡수 패턴에 의한 그림자 효과(shadow effect)를 감소시킬 수 있다.
둘째로, 상기 스페이서의 위치 및 두께를 조절함으로써, 반사 스택의 반사율 및 상기 반사 스택에서 반사되는 반사광의 위상을 자유롭게 변화시킬 수 있다.
셋째로, 반사형 포토마스크의 층 두께 최적화 방법을 통해 ⅰ)노광광에서 약 180도인 위상 시프트 값, ⅱ) 0.1 이하의 노광 반사율비 및 ⅲ) 90% 이상의 검 사 대조비를 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 미세 패턴 형성 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 반사형 포토마스크라 함은 특히 EUV 광을 사용하는 포토리소그래피 공정을 위한 반사형 포토마스크를 의미하나, 이에 한정되지 않고, 빛을 투과시켜 웨이퍼 상에 패턴 정보를 전달하는 포토마스크가 아닌 입사된 빛을 반사하여웨이퍼 상에 패턴 정보를 전달하는 포토마스크를 통칭한다. 또한 포토마스크는 레티클이라는 용어와 혼용하여 사용될 수 있으며 포괄할 수 있다.
본 발명의 반사형 포토마스크를 포함한 모든 포토마스크들은 일반적으로 패턴이 형성된 면이 아래쪽을 향한 상태에서 사용된다. 포토마스크들의 아래쪽에 반도체 소자 제조를 위한 웨이퍼를 위치시키기 때문이다. 그러나 본 명세서에서는 포토마스크들을 제조하는 공정을 반영하여 패턴이 형성되는 면이 위쪽을 향한 상태로 도시되고 설명된다. 그러므로 본 명세서에서 위쪽, 상부, 상면 등의 방향적인 표현은 아래쪽, 하부, 하면 등의 의미로 이해될 수 있다. 또한 드물게 포토마스크들을 측방향을 향하도록 한 상태에서 사용하는 아이디어들이 제안되고 있으므로 본 명세서 전체적으로 방향적인 요소를 포함하는 표현들은 모든 방향을 포괄하는 의미로 이해될 수 있다. 즉, 공간적인 방향의 표현은 상대적인 방향으로 이해되어야 하며, 절대적인 방향을 의미하는 것처럼 한정적으로 이해되어서는 아니된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 포토마스크를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 반사형 포토마스크(PM)는 기판(10) 상에 형성된 반사층(20)을 포함한다. 상기 기판(10)은 석영 재질의 유리기판으로서, 열팽창에 강한 물질(low thermal expansion material; LTEM)판일 수 있다. 이 경우에, 노광광이 상기 기판(10) 내에 흡수되는 경우에도 변형을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 기판(10)은 반사 영역(RR) 및 흡수 영역(AR)을 구비하며, 상기 반사층(20)은 상기 반사 영역(RR) 및 상기 흡수 영역(AR) 상에 동일한 두께로 형성될 수 있다.
상기 반사층(20)은 광학상수가 서로 다른 한 쌍의 물질층들을 교대로 적층하여 광의 간섭효과를 최대로 할 수 있는 다중층 반사체(multilayer reflector)일 수 있다. 특히, 전자 조밀도 내에서 교번하는 두 물질은 높고 낮은 원자수(atomic number; Z)의 차이가 최대인 것을 선택하며, 물질층들 각각은 비결정 조직을 갖는다. 반사도를 최대로 하기 위해서는 상기 한 쌍의 물질층들 즉, 단위 반사층의 두께는 노광광 파장의 약 1/2일 수 있다. 상기 노광광은 4 ~ 25nm의 파장을 갖는 극자외선일 수 있다.
구체적으로, 상기 반사층(20)은 몰리브덴층(molybdenum layer)과 실리콘층(silicon layer)을 교대로 적층하여 형성된 층 즉, Mo/Si 다중층일 수 있다. 또는 몰리브덴층과 베릴륨층(beryllium layer)을 교대로 적층하여 형성된 층 즉, Mo/Be 다중층일 수 있다. 상기 반사층(20)이 Mo/Si 다중층이고 노광광이 약 13.5㎚의 파장을 갖는 극자외선(EUV)인 경우에, Mo층 및 Si층은 2.8㎚ 및 4.1㎚의 두께로 각각 형성될 수 있다. 이러한 반사층(20)은 40 쌍의 Mo/Si층 및 그 상부에 형성된 Si층으로 이루어진 경우에 최대의 반사율을 나타낼 수 있다. 이 때, 상기 최상부 Si층 또한 4.1㎚의 두께로 형성될 수 있다.
상기 흡광 영역(AR)의 반사층(20) 상에 노광광(exposure lignt)을 흡수하는 흡수 패턴(absorbing pattern; 50)이 제공될 수 있다.
일 예로서, 상기 흡수 패턴(50)은 노광광의 일부를 흡수하고, 일부를 위상 시프트시켜 반사하는 감쇠 위상 시프트 층(attenuation phase shift layer; 50a)를 구비할 수 있다. 이 경우에, 상기 흡수 패턴(50)에서 반사된 반사광의 위상(Φ2E)은 상기 반사 영역(RR)의 반사층(20) 상에서 반사되는 광의 위상(Φ1E)에 대해 시프트된 위상차 예를 들어, 약 180도의 위상차를 가지며, 감쇠된 진폭을 가질 수 있다. 따라서, 위상이 바뀌는 경계 부분에서 반사광들이 상쇄 간섭(destrictive interference)을 일으켜, 반도체 기판 상에 형성되는 패턴 가장자리의 콘트라스트(contrast)가 증가된다. 이 경우에, 상기 포토마스크는 감쇠 위상 시프트 마스크(attenuated phase shift mask)로 분류될 수 있다. 상기 감쇠 위상 시프트 층(50a)은 탄탈륨 질화막, 탄탈륨 실리콘 질화막, 탄탈륨 보론 질화막, 탄탈륨 실리콘 산화막, 크롬 산화막, 크롬 질화막 또는 인듐 주석 산화막을 구비할 수 있다.
다른 예로서, 상기 흡수 패턴(50)은 감쇠 위상 시프트 층(50a) 상에 반사방지막(50b)을 구비할 수 있다. 상기 반사방지막(50b)은 노광광을 흡수할 수 있고, 검사광(inspection light)에 대해서는 반사방지기능을 수행할 수 있다. 상기 검사광은 완성된 포토마스크의 결함을 검사하기 위해 상기 포토마스크 상에 조사하는 광으로서, 그의 파장은 상기 노광광의 파장보다 길 수 있다. 일 예로서, 상기 노광광이 극자외선인 경우에, 상기 검사광은 240 ~ 260nm의 파장을 갖는 원자외선일 수 있다.
상기 검사광이 상기 반사방지막(50b)에 입사될 때, 상기 반사방지막(50b) 표면에서 반사된 광과; 상기 반사방지막(50b) 내부, 또는 상기 반사방지막(50b)과 그의 하부막과의 경계면에서 반사된 후 상기 반사방지막(50b) 표면으로 나오는 광은 약 180도의 위상차를 가져 서로 상쇄간섭을 일으켜 소멸될 수 있다. 상기 반사방지막(50b)은 알루미늄 산화막, 인듐 주석 산화막 또는 이들의 다중층일 수 있다.
다른 예로서, 상기 흡수 패턴(50)은 감쇠 위상 시프트 및 반사방지의 기능을 동시에 구현할 수 있는 단일층일 수 있다. 일 예로서, 상기 흡수 패턴(50)은 인듐 주석 산화막일 수 있다.
상기 반사층(20) 상에 캡핑층(40)이 제공될 수 있다. 상기 반사 영역(RR)에서는 상기 캡핑층(40)이 최상부에 형성되지만, 상기 흡수 영역(AR)에서 상기 캡핑층(40)은 상기 반사층(20)과 상기 흡수 패턴(50)의 사이에 개재될 수 있다. 상기 캡핑층(40)은 상기 반사층(20)을 물리적 및/또는 화학적으로 보호할 수 있다. 구체적으로, 상기 캡핑층(40)은 상기 흡수 패턴(50)에 대해 식각 선택비(etch selectivity)가 커서 상기 흡수 패턴(50)을 형성하기 위한 식각 과정 또는 리페어 과정에서 상기 반사층(20)이 손상되지 않도록 보호할 수 있다. 또한, 극자외선이 조사될 때 하부의 반사층(20)의 산화를 방지할 수 있다. 이러한 캡핑층(40)은 루테늄막, 실리콘막 또는 탄소막을 포함할 수 있다. 일 예에서, 상기 캡핑층(40)이 루테늄막인 경우 상기 캡핑층의 두께는 약 2nm일 수 있다.
상기 반사 영역(RR) 상에 스페이서(30)가 제공될 수 있다. 상기 스페이서(30)는 상기 반사층(20) 내에 삽입될 수 있다. 이 경우에, 상기 반사층(20)은 상기 스페이서(30)를 형성하기 전에 형성된 하부 반사층(20a)와 상기 스페이서(30)을 형성한 후 형성된 상부 반사층(20b)로 구분될 수 있다. 상기 하부 반사층(20a) 및 상기 상부 반사층(20b)은 상기 반사 영역(RR)과 상기 흡수 영역(AR)에서 각각 동일한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 반사층(20a)은 20 쌍의 Mo/Si층일 수 있고, 상기 상부 반사층(20b)은 나머지 20 쌍의 Mo/Si층 및 그 상부에 형성된 Si층으로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 스페이서(30)의 하부면(bottom surface)은 Mo층과 접하고, 상기 스페이서(30)의 상부면(top surface)은 Si층과 접할 수 있다.
다른 예에서, 상기 스페이서(30)는 상기 반사층(20)의 하부 즉, 상기 기판의 반사 영역(RR)과 상기 반사층(20) 사이에 위치할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 스페이서(30)는 상기 반사층(20)의 상부 구체적으로, 상기 반사층(20)과 상기 캡핑층(40) 사이에 위치할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 스페이서(30)는 상기 캡핑층(40) 상에 위치할 수 있다.
상기 스페이서(30)는 상기 스페이서의 상부면에서의 반사광과 상기 스페이서의 하부면에서의 반사광이 보강간섭할 수 있는 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 스페이서(30)은 노광광에서의 소멸계수(extinction coefficient; k)가 작아 노광광을 거의 흡수하지 않으면서, 굴절율(refractive index; n)이 공기에 가까운 물질층일 수 있다. 이 경우에, 상기 스페이서(30)를 상기 반사층(20) 상에 제공하더라도 반사율을 감소시키지 않을 수 있다. 상기 노광광이 극자외선인 경우에, 상기 스페이서(30)는 실리콘막일 수 있다. 그러나, 상기 스페이서(30)는 상기 실리콘막에 한정되는 것은 아니다.
상기 반사 영역(RR) 상에 형성된 층들 전체를 반사 스택(RS)이라고 하고, 상기 흡수 영역(AR) 상에 형성된 층들 전체를 흡수 스택(AS)라고 할 때, 상기 스페이서(30)는 상기 흡수 스택(AS)과 상기 반사 스택(RS)의 높이 차이(HSA-HSR)를 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 흡수 패턴(50)에 의한 그림자 효과(shadow effect)를 감소시킬 수 있다.
이러한 포토마스크에 있어, 상기 흡수 스택(AS) 상에 노광광이 입사하는 경우의 반사율(reflectance) 및 반사광의 위상은 각각 R2E, Φ2E로 나타낼 수 있다. 또한, 상기 흡수 스택(AS) 상에 검사광이 입사하는 경우의 반사율은 R2D로 나타낼 수 있다. 한편, 상기 반사 스택(RS) 상에 노광광이 입사하는 경우의 반사율 및 반사광 의 위상은 각각 R1E, ΦRE로 나타낼 수 있고, 상기 반사 스택(RS)의 표면에서 ΦRE의 위상을 갖는 반사광이 상기 흡수 스택(AS)과 동일한 높이를 지날 때의 위상은 Φ1E로 나타낼 수 있다. 또한, 상기 반사 스택(RS) 상에 검사광이 입사하는 경우의 반사율은 R1D로 나타낼 수 있다.
상기 포토마스크가 감쇠 위상 시프트 마스크(attenuated phase shift mask)인 경우에, ⅰ) 노광광에서의 위상 시프트 값(ΦE1-ΦE2)는 약 180도일 수 있고, ⅱ) 노광 반사율비 즉, 노광광에서의 반사율비(reflectance ratio, RE2/RE1) 0.1 이하일 수 있다. 이 경우, 위상이 바뀌는 경계 부분에서 반사광들이 상쇄 간섭을 일으켜 반도체 기판 상에 형성되는 패턴 가장자리의 콘트라스트가 증가된다. 그 결과, 반도체 기판 상에 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 노광 반사율비가 0.1 이하일 때 상기 흡수 스택 상에서 반사되는 반사광은 반도체 기판 상에 패턴을 형성하지 않을 수 있다. 또한, ⅲ) 검사 대조비 즉, 검사광에서의 대조비(Ci, (RD1 - RD2)/(RD1 + RD2))는 90% 이상일 수 있다. 이 경우, 마스크 검사과정에서 마스크 결합을 보다 용이하게 검출할 수 있다. 그러나, 상기 포토마스크가 상기 조건들 즉, ⅰ), ⅱ) 및 ⅲ)을 만족하기 위해서는 각 층의 두께들이 최적화되어야 한다.
도 3은 스페이서가 삽입된 반사 스택을 패브리-페롯 간섭계로 단순화한 개략도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 스페이서(30)가 삽입된 반사 스택(RS)을 서로 마주보는 거 울 사이에 스페이서가 위치하는 패브리-페롯 간섭계로 단순화한다. 상기 스페이서(30)가 삽입되는 위치에 따라 전면 거울의 반사율(RFront)과 배면 거울의 반사율(RRear)이 변할 수 있다. 따라서, 상기 스페이서(30)가 삽입되는 위치에 따라 반사 스택의 반사율(R1E, R1D)이 변할 수 있다. 또한, 상기 스페이서의 두께(ds)에 따라 상기 스페이서의 광학 두께(φ)가 변한다. 따라서, 상기 스페이서의 두께(ds)에 따라 상기 반사 스택(RS)에서 반사되는 반사광의 위상(Φ1E)이 변할 수 있다. 미설명 부호 ns는 상기 스페이서의 굴절율이다. 결론적으로, 상기 스페이서(30)의 위치 및 두께에 따라 반사 스택의 반사율(R1E, R1D) 및 상기 반사 스택(RS)에서 반사되는 반사광의 위상(Φ1E)을 변화시킬 수 있다.
도 4a는 스페이서의 두께에 따른 노광 반사율(R1E) 그래프의 일 예를 나타내고, 도 4b는 스페이서의 두께에 따른 위상값(Φ1E) 그래프의 일 예를 나타낸다. 여기서, 노광광의 파장은 13.5nm이다.
도 4a를 참조하면, 가장 높은 반사율(R1E)을 나타내는 스페이서의 두께들은 그의 위치에 관계없이 λ/2 광학 두께(λ/2 optical thickness)의 간격을 갖는다. 또한, 상기 스페이서가 상기 반사층(20)의 하부에 위치할 때(bottom)와 상기 스페이서(30)는 상기 반사층(20)의 상부(top)에 위치할 때는 그의 두께에 관계없이 높은 반사율을 나타낸다.
도 4b를 참조하면, 스페이서의 두께들 사이의 간격이 그의 위치에 관계없이 λ/2 광학 두께에 해당할 때, 일정한 위상값(Φ1E)을 갖는다. 또한, 상기 스페이서가 상기 반사층(20)의 하부에 위치할 때 그의 두께에 관계없이 일정한 위상값을 갖는다. 반면, 상기 스페이서(30)는 상기 반사층(20)의 상부에 위치할 때는 상기 스페이서의 광학 두께가 증가할 때 선형적으로 증가하는 위상값을 갖는다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 포토마스크는 후술하는 점을 제외하고는 도 2를 참조하여 설명한 포토마스크와 유사하다.
도 5를 참조하면, 스페이서(30)는 상기 반사층(20)의 하부 즉, 상기 기판의 반사 영역(RR)과 상기 반사층(20) 사이에 위치할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 포토마스크는 후술하는 점을 제외하고는 도 2를 참조하여 설명한 포토마스크와 유사하다.
도 6을 참조하면, 스페이서(30)는 상기 반사층(20)의 하부 즉, 상기 기판의 반사 영역(RR)과 상기 반사층(20) 사이에 위치하며, 흡수 패턴(50)은 감쇠 위상 시프트 층(50a) 및 반사방지막(50b)을 구비할 수 있다. 상기 반사방지막(50b)은 하부 반사방지막(50b_1)과 상부 반사방지막(50b_2)을 구비하는 이중층일 수 있다. 이 경 우에, 상기 검사광이 상기 반사방지막(50b)에 입사될 때, 상기 반사방지막(50b) 표면 즉, 상부 반사방지막(50b_2)의 표면에서 반사된 광과; 상기 반사방지막(50b) 내부, 즉 상기 상부 반사방지막(50b_2)과 상기 하부 반사방지막(50b_1) 사이의 경계면에서 반사된 후 상기 상부 반사방지막(50b_2) 표면으로 나오는 광은 약 180도의 위상차를 가져 서로 상쇄간섭을 일으켜 소멸될 수 있다. 일 예로서, 상기 하부 반사방지막은 알루미늄 산화막일 수 있고, 상기 상부 반사방지막은 인듐 주석 산화막일 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 포토마스크는 후술하는 점을 제외하고는 도 2를 참조하여 설명한 포토마스크와 유사하다.
도 7을 참조하면, 스페이서(30)는 상기 반사층(20)의 하부 즉, 상기 기판의 반사 영역(RR)과 상기 반사층(20) 사이에 위치하며, 흡수 패턴(50')은 감쇠 위상 시프트 및 반사방지의 기능을 동시에 구현할 수 있는 단일층일 수 있다. 일 예로서, 상기 흡수 패턴(50')은 인듐 주석 산화막일 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 포토마스크는 후술하는 점을 제외하고는 도 2를 참조하여 설명한 포토마스크와 유사하다.
도 8을 참조하면, 스페이서(30)는 상기 반사층(20)의 상부 구체적으로, 상기 반사층(20)과 상기 캡핑층(40) 사이에 위치할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 포토마스크는 후술하는 점을 제외하고는 도 2를 참조하여 설명한 포토마스크와 유사하다.
도 9를 참조하면, 스페이서(30)는 상기 반사층(20)의 상부 구체적으로, 상기 반사층(20)과 상기 캡핑층(40) 사이에 위치할 수 있다. 흡수 영역(AR) 상의 반사층(20)은 그 상부에 트렌치(T)를 구비할 수 있고, 상기 흡수 패턴(50)의 하부 영역은 상기 트렌치(T) 내에 위치할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 포토마스크는 도 8을 참조하여 설명한 포토마스크에 비교할 때, 반사층(20)과 상기 흡수 패턴(50) 사이에 캡핑층이 존재하지 않을 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 층 두께 최적화 방법을 나타낸 순서도이다. 구체적으로는, 도 2, 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명한 포토마스크들 중 어느 하나에 따른 포토마스크에 있어서 흡수 패턴의 두께 및 스페이서의 두께 최적화 방법을 나타낸다. 이 때, 스페이서의 위치는 반사층 내에 삽입된 경우, 상기 반사층의 하부에 위치하는 경우, 및 상기 반사층의 상부에 위치하는 경우 중 어느 하나로 설정된다. 바람직하게는 본 실시예의 포토마스크의 층 두께 최적화 방법은 상기 스페이서가 반사층 내에 삽입된 경우 또는 상기 반사층의 하부에 위치하는 경우에 적용될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 5를 참조하여 설명한 포 토마스크를 예로 들어 설명한다.
도 5 및 도 10을 참조하면, 검사 대조비(inspection constrast; Ci)가 기준값 이상을 나타내는 흡수 패턴(50)을 구성하는 각 층의 두께를 구한다(S211). 상기 검사 대조비는 하기 수학식 1로 나타낼 수 있으며, 상기 검사 대조비의 기준값은 90%일 수 있다.
Figure 112007093439021-pat00001
여기서, R1D 및 R2D는 각각 검사광에 대한 반사 스택(RS) 및 흡수 스택(AS)의 반사율들이다.
이를 위해, 먼저 상기 흡수 패턴(50)을 구성하는 각 층의 두께를 임시로 설정한다. 예를 들어, 상기 흡수 패턴(50)이 감쇠 위상 시프트 층(50a)인 탄탈륨 질화막과 반사방지막(50b)인 알루미늄 산화막으로 구성된 경우에, 상기 탄탈륨 질화막과 상기 알루미늄 산화막의 두께를 임시로 설정한다.
설정된 흡수 패턴의 각 층의 두께를 기초로 하여, 검사광에 대한 상기 흡수 스택(AS)의 어드미턴스 다이어그램을 그린다. 상기 어드미턴스 다이어그램에서 최종 어드미턴스 값(Y) 즉, 상기 흡수 패턴의 표면에서의 어드미턴스 값을 구하고, 상기 표면 어드미턴스 값(Y)를 하기 수학식 2에 대입하여 흡수 스택(AS)의 반사율(R2D)을 구한다.
Figure 112007093439021-pat00002
여기서, Y는 표면 어드미턴스 값이고, R은 반사율이다.
상기 수학식 2에 따르면, 표면 어드미턴스 값이 외부 매질인 진공 또는 공기와 같은 (1.0, 0.0)일 때 반사율(R)은 0%가 될 수 있다. 이 경우에, 완전한 무반사 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 표면 어드미턴스 값(Y)은 (1.0, 0.0)에 근접하는 것이 바람직하다.
한편, 검사광에 대한 반사 스택(RS)의 반사율(R1D)은 스페이서의 위치 또는 두께에 관계없이 일정한 것으로 나타났다.
이어서, 상기 흡수 스택의 반사율(R2D)과 반사 스택의 반사율(R1D)을 상기 수학식 1에 대입하여 검사 대조비를 구한다. 만약, 검사 대조비(Ci)가 90% 이상인 경우에는 흡수 패턴(50)을 구성하는 각 층의 두께가 설정된 값으로 결정되고, 검사 대조비(Ci)가 90% 미만인 경우에는 흡수 패턴(50)을 구성하는 각 층의 두께를 다시 설정한 후 상기 과정을 반복한다. 그 결과, 검사 대조비(inspection constrast; Ci)가 90% 이상을 나타내는 흡수 패턴(50)을 구성하는 각 층의 두께가 구해진다.
상기 흡수 패턴(50)을 구성하는 각 층의 두께를 결정된 값으로 고정하고, 스페이서(30)의 두께를 변화시키면서, 노광광에 대한 흡수 스택(AS)과 반사 스택(RS)의 노광 반사율비(Reflectance Ratio; R2E/R1E)와 위상 시프트 값(phase shift value, ΔΦE = Φ1E - Φ2E)을 구한 후, 기준값 이하의 노광 반사율비(R2E/R1E) 및 기준범위 내의 위상 시프트 값(ΔΦE)을 만족하는 스페이서(30)의 두께 값들을 추출한다(S215). 상기 노광 반사율비(R2E/R1E)의 기준값은 0.1일 수 있고, 상기 위상 시프트 값(ΔΦE)의 기준 범위는 180±5도일 수 있다.
이어서, 상기 추출된 스페이서(30)의 두께 값들 중에서, 흡수 패턴(50)의 총 두께 이하인 조건을 만족하는 최대값을 구한다(S217).
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프들이다. 구체적으로, 도 11a는 검사광에 대한 흡수 스택의 어드미턴스 다이어그램의 일 예를 나타낸다. 도 11b는 검사광의 파장에 따른 검사 대조비 그래프의 일 예를 나타낸다. 도 11c는 스페이서의 두께에 따른 노광 반사율비(R2E/R1E) 그래프의 일 예를 나타내고, 도 11d는 스페이서의 두께에 따른 위상 시프트 값(ΔΦE) 그래프의 일 예를 나타낸다.
도 11a를 참조하면, 흡수 스택이 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 캡핑층인 2nm의 루테늄막, 감쇠 위상 시프트 층인 12nm의 탄탈륨 질화막 및 반사방지막인 23nm의 알루미늄 산화막을 구비하고, 검사광이 257nm인 경우에, 흡수 스택의 표면 어드미턴스 값은 (0.766, -0.029)인 것을 알 수 있다. 상기 표면 어드미턴스 값을 상기 수학식 2에 대입하면, 검사광에 대한 흡수 스택의 반사 율(R2D) 1.78%을 얻을 수 있다.
한편, 반사 스택이 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 캡핑층인 2nm의 루테늄막, 및 상기 기판과 상기 캡핑층 사이에 스페이서인 실리콘막을 구비하고, 검사광이 257nm인 경우에, 상기 스페이서의 위치 또는 두께에 관계없이 검사광에 대한 상기 반사 스택의 반사율(R1D)은 68.4%인 것으로 나타났다.
검사광에 대한 흡수 스택의 반사율(R2D) 1.78%과 반사 스택의 반사율(R1D) 68.4%을 상기 수학식 1에 대입하면, 94.12%의 검사 대조비(Ci)를 얻을 수 있다. 상기 검사 대조비(Ci)는 기준값인 90%이상이므로, 흡수 패턴을 구성하는 각 층의 두께 즉, 감쇠 위상 시프트 층인 탄탈륨 질화막의 두께 12nm 및 반사방지막인 알루미늄 산화막의 두께 23nm가 적절한 값이라는 것을 알 수 있다.
도 11b를 참조하면, 흡수 패턴이 12nm의 탄탈륨 질화막과 23nm의 알루미늄 산화막으로 이루어질 때, 검사광의 파장이 257nm인 경우에 94.12%의 검사 대조비(Ci)를 나타냄을 알 수 있다.
도 11c 및 도 11d를 참조하면, 흡수 패턴을 구성하는 각 층의 두께는 탄탈륨 질화막 12nm/알루미늄 산화막 23nm로 고정되고 노광광은 13.5nm이며 스페이서가 기판과 반사층 사이 즉, 반사층의 하부면(bottom)에 접해있는 경우에, 노광 반사율비(R2E/R1E)가 0.1 이하이고 위상 시프트 값(ΔΦE)이 180도를 나타내는 스페이서의 두께는 5nm, 11.8nm, 18.53nm, 25.33nm 및 32.13nm임을 알 수 있다.
상기 스페이서의 두께 값들 중에서, 흡수 패턴의 총 두께 즉, 탄탈륨 질화막 의 두께 12nm와 알루미늄 산화막의 두께 23nm의 합인 35nm 이하인 조건을 만족하는 최대값은 32.13nm임을 알 수 있다. 이 경우에, 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차이는 2.87nm에 불과하여 그림자 효과가 크게 감소될 수 있다.
따라서, 반사 스택이 기판 상에 차례로 적층된 스페이서인 32.13nm의 실리콘층, 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층 및 캡핑층인 2nm의 루테늄막을 구비하고, 흡수 스택이 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 캡핑층인 2nm의 루테늄막, 감쇠 위상 시프트 층인 12nm의 탄탈륨 질화막 및 반사방지막인 23nm의 알루미늄 산화막을 구비할 때, ⅰ)노광광에서의 위상 시프트 값(ΔΦE)은 약 180도일 수 있고, ⅱ) 노광 반사율비(RE2/RE1) 0.1 이하일 수 있으며, ⅲ) 검사 대조비(Ci)는 90% 이상일 수 있다. 따라서, 반사형 포토마스크의 층 두께들이 최적화되었음을 알 수 있다.
한편, 스페이서가 반사층 내에 삽입된 경우 즉, Mo/Si 40쌍 중 20쌍 하부 및 30쌍 하부에 삽입된 경우에도 위와 유사한 결과를 얻을 수 있다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프들이다. 도 12a는 검사광에 대한 흡수 스택의 어드미턴스 다이어그램의 다른 예를 나타낸다. 도 12b는 검사광의 파장에 따른 검사 대조비 그래프의 다른 예를 나타낸다. 도 12c는 스페이서의 두께에 따른 노광 반사율비(R2E/R1E) 그래프의 다른 예를 나타내며, 도 12d는 스페이서의 두께에 따른 위상 시프트 값(ΔΦE) 그래프의 다른 예를 나타낸다.
도 12a를 참조하면, 흡수 스택이 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 캡핑층인 2nm의 루테늄막, 감쇠 위상 시프트 층인 6nm의 탄탈륨 질화막 및 반사방지막인 15.4nm의 인듐 주석 산화막을 구비하고, 검사광이 257nm인 경우에, 흡수 스택의 표면 어드미턴스 값은 (0.980, 0.006)인 것을 알 수 있다. 상기 표면 어드미턴스 값을 상기 수학식 2에 대입하면, 검사광에 대한 흡수 스택의 반사율(R2D) 0.02%을 얻을 수 있다.
한편, 반사 스택이 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 캡핑층인 2nm의 루테늄막, 및 상기 기판과 상기 캡핑층 사이에 스페이서인 실리콘막을 구비하고, 검사광이 257nm인 경우에, 상기 스페이서의 위치 또는 두께에 관계없이 검사광에 대한 상기 반사 스택의 반사율(R1D)은 68.4%인 것으로 나타났다.
검사광에 대한 흡수 스택의 반사율(R2D) 0.02%과 반사 스택의 반사율(R1D) 68.4%을 상기 수학식 1에 대입하면, 99.9%의 검사 대조비(Ci)를 얻을 수 있다. 상기 검사 대조비(Ci)는 기준값인 90%이상이므로, 흡수 패턴을 구성하는 각 층의 두께 즉, 감쇠 위상 시프트 층인 탄탈륨 질화막의 두께 6nm 및 반사방지막인 인듐 주석 산화막의 두께 15.4nm가 적절한 값이라는 것을 알 수 있다.
도 12b를 참조하면, 흡수 패턴이 6nm의 탄탈륨 질화막과 15.4nm의 인듐 주속 산화막으로 이루어질 때, 검사광의 파장이 257nm인 경우에 99.9%의 검사 대조비(Ci)를 나타냄을 알 수 있다.
도 12c 및 도 12d를 참조하면, 흡수 패턴을 구성하는 각 층의 두께는 탄탈륨 질화막 6nm/인듐 주석 산화막 15.4nm이고 노광광은 13.5nm이며 스페이서가 기판과 반사층 사이 즉, 반사층의 하부면(bottom)에 접해있는 경우에, 노광 반사율비(R2E/R1E)가 0.1 이하이고, 위상 시프트 값(ΔΦE)이 180도를 나타내는 스페이서의 두께는 4.9nm, 11.7nm 및 18.46nm임을 알 수 있다.
상기 스페이서의 두께 값들 중에서, 흡수 패턴의 총 두께 즉, 탄탈륨 질화막의 두께 6nm와 인듐 주석 산화막의 두께 15.4nm의 합인 21.4nm 이하인 조건을 만족하는 최대값은 18.46nm임을 알 수 있다. 이 경우에, 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차이는 2.94nm에 불과하여 그림자 효과가 크게 감소될 수 있다.
따라서, 반사 스택은 기판 상에 차례로 적층된 스페이서인 18.46nm의 실리콘층, 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층 및 캡핑층인 2nm의 루테늄막을 구비하고, 흡수 스택은 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 캡핑층인 2nm의 루테늄막, 감쇠 위상 시프트 층인 6nm의 탄탈륨 질화막 및 반사방지막인 15.4nm의 인듐 주석 산화막을 구비할 때, ⅰ)노광광에서의 위상 시프트 값(ΔΦE)은 약 180도일 수 있고, ⅱ) 노광 반사율비(RE2/RE1) 0.1 이하일 수 있으며, ⅲ) 검사 대조비(Ci)는 90% 이상일 수 있다. 따라서, 반사형 포토마스크의 층 두께들이 최적화되었음을 알 수 있다.
한편, 스페이서가 반사층 내에 삽입된 경우 즉, Mo/Si 40쌍 중 20쌍 하부 및 30쌍 하부에 삽입된 경우에도 위와 유사한 결과를 얻을 수 있다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프들이다. 도 13a는 검사광의 파장에 따른 검사 대조비의 다른 예를 나타낸다. 도 13b는 스페이서의 두께에 따른 노광 반사율비(R2E/R1E) 그래프의 다른 예를 나타내며, 도 13c는 스페이서의 두께에 따른 위상 시프트 값(ΔΦE) 그래프의 다른 예를 나타낸다.
도 13a를 참조하면, 흡수 패턴이 19nm의 인듐 주석 산화막으로 이루어질 때, 검사광의 파장이 257nm인 경우에 91.3%의 검사 대조비(Ci)를 나타냄을 알 수 있다.
도 13b 및 도 13c를 참조하면, 흡수 패턴의 두께는 인듐 주석 산화막 19nm이고 노광광은 13.5nm이며 스페이서가 기판과 반사층 사이 즉, 반사층의 하부면(bottom)에 접해있는 경우에, 노광 반사율비(R2E/R1E)가 0.1 이하이고 위상 시프트 값(ΔΦE)이 180도를 나타내는 스페이서의 두께는 5.13nm, 11.93nm 및 18.67nm임을 알 수 있다.
상기 스페이서의 두께 값들 중에서, 흡수 패턴의 두께 즉, 인듐 주석 산화막의 두께 19nm 이하인 조건을 만족하는 최대값은 18.67nm임을 알 수 있다. 이 경우에, 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차이는 0.33nm에 불과하여 그림자 효과가 크게 감소될 수 있다.
따라서, 반사 스택은 기판 상에 차례로 적층된 스페이서인 18.67nm의 실리콘층, 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층 및 캡핑층인 2nm의 루테늄막을 구비하고, 흡수 스택은 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 캡핑층인 2nm의 루테늄막, 감쇠 위상 시프트 층 및 반사방지막인 19nm의 인듐 주석 산화막을 구비할 때, ⅰ)노광광에서의 위상 시프트 값(ΔΦE)은 약 180도일 수 있고, ⅱ) 노광 반사율비(RE2/RE1) 0.1 이하일 수 있으며, ⅲ) 검사 대조비(Ci)는 90% 이상일 수 있다. 따라서, 반사형 포토마스크의 층 두께들이 최적화되었음을 알 수 있다.
한편, 스페이서가 반사층 내에 삽입된 경우 즉, Mo/Si 40쌍 중 20쌍 하부 및 30쌍 하부에 삽입된 경우에도 위와 유사한 결과를 얻을 수 있다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프들이다. 도 14a는 검사광의 파장에 따른 검사 대조비의 다른 예를 나타낸다. 도 14b는 스페이서의 두께에 따른 노광 반사율비(R2E/R1E) 그래프의 다른 예를 나타내며, 도 14c는 스페이서의 두께에 따른 위상 시프트 값(ΔΦE) 그래프의 다른 예를 나타낸다.
도 14a를 참조하면, 흡수 패턴이 13nm의 탄탈륨 질화막, 11.2nm의 알루미늄 산화막 및 6.6nm의 인듐 주석 산화막으로 이루어질 때, 검사광의 파장이 257nm인 경우에 99.9%의 검사 대조비(Ci)를 나타냄을 알 수 있다.
도 14b 및 도 14c를 참조하면, 흡수 패턴을 구성하는 각 층의 두께는 탄탈륨 질화막 13nm, 알루미늄 산화막 11.2nm 및 인듐 주석 산화막 6.6nm로 고정되며, 노광광은 13.5nm이다. 스페이서가 기판과 반사층 사이 즉, 반사층의 하부면(bottom) 에 접해있는 경우에, 노광 반사율비(R2E/R1E)가 0.1 이하이고 위상 시프트 값(ΔΦE)이 180도를 나타내는 스페이서의 두께는 5.4nm, 12.2nm, 19nm 및 25.72nm임을 알 수 있다.
상기 스페이서의 두께 값들 중에서, 흡수 패턴의 총 두께 즉, 탄탈륨 질화막 13nm, 알루미늄 산화막 11.2nm 및 인듐 주석 산화막 6.6nm의 합인 30.8nm 이하인 조건을 만족하는 최대값은 25.72nm임을 알 수 있다. 이 경우에, 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차이는 5.08nm에 불과하여 그림자 효과가 크게 감소될 수 있다.
따라서, 반사 스택은 기판 상에 차례로 적층된 스페이서인 25.72nm의 실리콘층, 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층 및 캡핑층인 2nm의 루테늄막을 구비하고, 흡수 스택은 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 캡핑층인 2nm의 루테늄막, 감쇠 위상 시프트 층인 13nm의 탄탈륨 질화막 및 반사방지막들인 11.2nm의 알루미늄 산화막과 6.6nm의 인듐 주석 산화막을 구비할 때, ⅰ)노광광에서의 위상 시프트 값(ΔΦE)은 약 180도일 수 있고, ⅱ) 노광 반사율비(RE2/RE1) 0.1 이하일 수 있으며, ⅲ) 검사 대조비(Ci)는 90% 이상일 수 있다. 따라서, 반사형 포토마스크의 층 두께들이 최적화되었음을 알 수 있다.
한편, 스페이서가 반사층 내에 삽입된 경우 즉, Mo/Si 40쌍 중 20쌍 하부 및 30쌍 하부에 삽입된 경우에도 위와 유사한 결과를 얻을 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크의 층 두께 최적화 방법을 나타낸 순서도이다. 구체적으로는, 도 2, 도 5 내지 도 9을 참조하여 설명한 포토마스크들 중 어느 하나에 따른 포토마스크에 있어서 흡수 패턴의 두께 및 스페이서의 두께 최적화 방법을 나타낸다. 이 때, 스페이서의 위치는 반사층 내에 삽입된 경우, 상기 반사층의 하부에 위치하는 경우, 및 상기 반사층의 상부에 위치하는 경우 중 어느 하나로 설정된다. 바람직하게는 본 실시예의 포토마스크의 층 두께 최적화 방법은 상기 스페이서가 상기 반사층의 상부에 위치하는 경우에 적용될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 9를 참조하여 설명한 포토마스크를 예로 들어 설명한다.
도 9 및 도 15를 참조하면, 노광광 조건에서 스페이서(30)의 두께에 따른 반사 스택(RS)의 노광 반사율(R1E)을 구하고, 기준값 이상의 노광 반사율(R1E)을 나타내는 스페이서 두께 값들을 추출한다(S221). 상기 노광 반사율(R1E)의 기준값은 70%일 수 있다. 상기 추출된 스페이서의 두께 값들 중 어느 한 값을 스페이서(30)의 두께 값으로 선택한다. 이 때, 상기 추출된 스페이서 두께 값들 중 최대값을 스페이서(30)의 두께로 선택할 수 있다.
상기 흡수 패턴(50)이 다수 개의 층을 구비하는 경우에는 선택된 스페이서(30)의 두께 값을 기초로 하여 노광광 조건에서 흡수 패턴(50)을 구성하는 각 층의 두께에 따른 위상 시프트 값(ΔΦE)을 구한 후, 기준 범위 내의 위상 시프트 값을 나타내는 흡수 패턴(50)의 각 층의 두께 값 셋트들을 추출한다(S225). 상기 위상 시프트 값(ΔΦE)의 기준 범위는 180±5도일 수 있다. 상기 추출된 두께 값 셋트 들 중 어느 한 셋트를 상기 흡수 패턴(50)의 두께 값 셋트로 선택한다. 이 때, 위상 시프트 값이 180도에 가장 근접한 경우의 두께 값 셋트를 상기 흡수 패턴(50)의 두께 값 셋트로 선택할 수 있다. 만약, 상기 흡수 패턴(50)이 단층인 경우에는 이 과정을 생략할 수 있다.
이 후, 스페이서(30)의 선택된 두께 값을 기초로 하여, 상기 흡수 스택(AS)과 상기 반사 스택(RS)의 높이 차(HSA-HSR)에 따른 노광 반사율비 및 위상 시프트 값을 구하고, 기준값 이하의 노광 반사율비 및 기준 범위 내의 위상 시프트 값을 나타내는 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차를 추출한다(S227). 만약, 상기 흡수 패턴(50)이 단층인 경우에는 상기 흡수 스택과 상기 반사 스택의 높이 차 대신에 상기 흡수 패턴(50)의 두께에 따른 노광 반사율비 및 위상 시프트 값을 구하고, 기준값 이하의 노광 반사율비 및 기준 범위 내의 위상 시프트 값을 나타내는 상기 흡수 패턴(50)의 두께를 추출한다.
도 16a 내지 도 16d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프들이다. 구체적으로, 도 16a는 스페이서의 두께에 따른 반사 스택의 노광 반사율을 나타낸 그래프의 일 예이이다. 도 16b는 노광광 조건에서 흡수 패턴을 구성하는 각 층의 두께에 따른 위상 시프트 값을 나타내는 등고선 맵(contour map)의 일 예이다. 도 16c는 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차이에 따른 노광 반사율비 및 위상 시프트 값을 나타낸 그래프의 일 예이다. 도 16d는 검사광의 파장에 따른 검사 대조비 그래프의 일 예이다.
도 16a를 참조하면, 반사 스택이 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 스페이서, 및 캡핑층인 2nm의 루테늄막을 구비하고, 노광광이 13.5nm인 경우에, 70% 이상의 반사율(R1E)을 나타내는 스페이서의 두께는 1nm, 7nm 및 14nm임을 알 수 있다. 상기 스페이서 두께 값들 중 최대값인 14nm를 스페이서의 두께로 선택할 수 있다. 이 경우에, 흡수 스택과 반사 스택 사이의 높이 차를 최소화할 수 있다. 상기 스페이서가 14nm일 때의 반사율(R1E)은 70.46%이다.
도 16b를 참조하면, 스페이서의 두께가 14nm이고, 흡수 패턴이 감쇠 위상 시프트 층인 탄탈륨 질화막과 반사방지막인 알루미늄 산화막의 이중층을 가지며, 노광광은 13.5nm인 경우에, 약 180도의 위상 시프트 값 즉, 181.32도를 나타내는 흡수 패턴의 두께 값 셋트 즉, (탄탈륨 질화막의 두께, 알루미늄 산화막의 두께)는 (30nm, 29nm)인 것을 알 수 있다.
도 16c를 참조하면, 스페이서의 두께가 14nm이고 흡수 패턴이 30nm의 탄탈륨 질화막과 29nm의 알루미늄 산화막으로 이루어진 경우에, 노광 반사율비가 0.1이하이고 위상 시프트 값이 약 180도인 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차이는 38.9nm인 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이 스페이서의 두께 및 흡수 패턴의 두께가 14nm 및 45nm로 고정된 상태의 포토마스크에 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차이 38.9nm를 반영하기 위해서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 흡수 패턴 하부의 층들 즉, 캡핑층(2nm)과 반사층의 상부 일부(4.1nm의 Si층)가 제거될 필요가 있다.
도 16d를 참조하면, 스페이서의 두께가 14nm이고 흡수 패턴이 30nm의 탄탈륨 질화막과 29nm의 알루미늄 산화막으로 이루어지고, 검사광의 파장이 257nm인 경우에 97.44%의 검사 대조비(Ci)를 나타냄을 알 수 있다.
따라서, 반사 스택은 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 스페이서인 14nm의 실리콘층 및 캡핑층인 2nm의 루테늄막을 구비하고, 흡수 스택은 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍, 감쇠 위상 시프트 층인 30nm의 탄탈륨 질화막, 반사방지막인 29nm의 알루미늄 산화막을 구비할 때, ⅰ)노광광에서의 위상 시프트 값(ΔΦE)은 약 180도일 수 있고, ⅱ) 노광 반사율비(RE2/RE1) 0.1 이하일 수 있으며, ⅲ) 검사 대조비(Ci)는 90% 이상일 수 있다. 따라서, 반사형 포토마스크의 층 두께들이 최적화되었음을 알 수 있다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 17a는 흡수 패턴의 두께에 따른 노광 반사율비 및 위상 시프트 값을 나타낸 그래프이다. 도 17b는 검사광의 파장에 따른 검사 대조비 그래프이다.
먼저, 도 16a에서 설명한 것과 같이 반사 스택이 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 스페이서, 및 캡핑층인 2nm의 루테늄막을 구비하고, 노광광이 13.5nm인 경우에, 70% 이상의 반사율(R1E)을 나타내는 스페이서의 두께는 1nm, 7nm 및 14nm이고, 상기 스페이서 두께 값들 중 최대값인 14nm를 스페이 서의 두께로 선택할 수 있다.
도 17a를 참조하면, 스페이서의 두께가 14nm이고 흡수 패턴이 단일층의 인듐 주석 산화막인 경우에, 노광 반사율비가 0.1이하이고 위상 시프트 값이 약 180도인 인듐 주석 산화막의 두께는 38.24nm인 것을 알 수 있다.
도 17b를 참조하면, 스페이서의 두께가 14nm이고 흡수 패턴이 38.24nm의 인듐 주석 산화막인 경우에, 검사광의 파장이 257nm인 경우에 92.79%의 검사 대조비(Ci)를 나타냄을 알 수 있다.
따라서, 반사 스택은 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍-Si층, 스페이서인 14nm의 실리콘층 및 캡핑층인 2nm의 루테늄막을 구비하고, 흡수 스택은 기판 상에 차례로 적층된 반사층인 40개의 Mo/Si쌍, 흡수 패턴인 38.24nm의 인듐 주석 산화막을 구비할 때, ⅰ)노광광에서의 위상 시프트 값(ΔΦE)은 약 180도일 수 있고, ⅱ) 노광 반사율비(RE2/RE1) 0.1 이하일 수 있으며, ⅲ) 검사 대조비(Ci)는 90% 이상일 수 있다. 따라서, 반사형 포토마스크의 층 두께들이 최적화되었음을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
도 1은 반사형 포토마스크의 일반적인 형태 및 이를 사용하여 형성한 반도체 기판 상의 패턴을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 포토마스크를 나타낸 단면도이다.
도 3은 스페이서가 삽입된 반사 스택을 패브리-페롯 간섭계로 단순화한 개략도를 나타낸다.
도 4a는 스페이서의 두께에 따른 노광 반사율(R1E) 그래프의 일 예를 나타내고, 도 4b는 스페이서의 두께에 따른 위상값(Φ1E) 그래프의 일 예를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 층 두께 최적화 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프들이다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프들이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프들이다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프들이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크의 층 두께 최적화 방법을 나타낸 순서도이다.
도 16a 내지 도 16d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프들이다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 두께 최적화 방법을 나타내는 그래프이다.

Claims (19)

  1. 반사 영역과 흡수 영역을 구비하는 기판;
    상기 반사 영역 및 상기 흡수 영역 상에 형성된 반사층;
    상기 흡수 영역의 반사층 상에 형성된 흡수 패턴; 및
    상기 반사 영역 상에서 반사층의 하부, 상부 또는 내부에 위치하는 스페이서(spacer)를 포함하는 반사형 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡수 패턴은 감쇠 위상 시프트 층을 구비하는 반사형 포토마스크.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 흡수 패턴은 상기 감쇠 위상 시프트 층 상에 반사방지막을 구비하는 반사형 포토마스크.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 스페이서의 상부면(top surface)에서의 반사광과 상기 스페이서의 하부면(bottom surface)에서의 반사광이 보강간섭할 수 있는 두께를 갖는 반사형 포토마스크.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 반사층의 상부에 위치하는 반사형 포토마스크.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 반사층 상에 위치하는 캡핑층을 더 포함하고,
    상기 캡핑층은 상기 반사 영역 상에서 최상부에 위치하고, 상기 흡수 영역에서 상기 반사층과 상기 흡수 패턴 사이에 위치하는 반사형 포토마스크.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 반사 영역과 흡수 영역을 구비하는 기판, 상기 반사 영역 상에 반사층 및 스페이서를 구비하는 반사 스택, 및 상기 흡수 영역 상에 반사층 및 상기 반사층 상에 흡수 패턴을 구비하는 흡수 스택을 구비하는 반사형 포토마스크를 제공하는 단계;
    검사 대조비가 기준값 이상을 나타내는 흡수 패턴을 구성하는 각 층의 두께를 구하는 단계;
    상기 흡수 패턴의 각 층의 두께를 고정한 상태에서 상기 스페이서의 두께를 변화시키면서, 노광 반사율비와 위상 시프트 값을 구하고 기준값 이하의 노광 반사율비 및 기준 범위 내의 위상 시프트 값을 만족하는 스페이서의 두께 값들을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 스페이서의 두께 값들 중에서 흡수 패턴의 총 두께 이하인 조건을 만족하는 최대값을 구하는 단계를 포함하는 반사형 포토마스크의 층 두께 최적화 방법.
  15. 삭제
  16. 제14항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 반사층의 하부 또는 내부에 위치하는 반사형 포토마스크의 층 두께 최적화 방법.
  17. 반사 영역과 흡수 영역을 구비하는 기판, 상기 반사 영역 상에 반사층 및 스페이서를 구비하는 반사 스택, 및 상기 흡수 영역 상에 반사층 및 상기 반사층 상에 흡수 패턴을 구비하는 흡수 스택을 구비하는 반사형 포토마스크를 제공하는 단계;
    상기 스페이서의 두께에 따른 상기 반사 스택의 노광 반사율을 구하고, 기준값 이상의 노광 반사율을 나타내는 스페이서의 두께 값들을 추출하는 단계; 및
    상기 스페이서의 두께 값들 중 어느 한 값을 스페이서의 두께 값으로 선택한 상태에서, 상기 흡수 스택과 상기 반사 스택의 높이 차에 따른 노광 반사율비 및 위상 시프트 값을 구하고, 기준값 이하의 노광 반사율비 및 기준 범위 내의 위상 시프트 값을 나타내는 흡수 스택과 반사 스택의 높이 차를 추출하는 단계를 포함하는 반사형 포토마스크의 층 두께 최적화 방법.
  18. 삭제
  19. 제17항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 반사층의 상부에 위치하는 반사형 포토마스크의 층 두께 최적화 방법.
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