KR101850493B1 - 포토 마스크의 형성 방법 및 그에 의해 형성된 포토 마스크 - Google Patents

포토 마스크의 형성 방법 및 그에 의해 형성된 포토 마스크 Download PDF

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Abstract

포토 마스크의 형성 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 포토 마스크의 형성 방법은 전사 영역을 포함하는 기판을 준비하는 것, 상기 기판에 다층막 및 블랭크막을 형성하는 것, 상기 블랭크막을 패터닝하여 상기 전사 영역의 상기 다층막의 일부분을 노출시키는 개구부들를 형성하는 것 및 상기 개구부들에 의해 노출되는 다층막의 적어도 일부분에 펄스 레이저를 조사하는 것을 포함할 수 있다. 상기 펄스 레이저는 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖질 수 있다.

Description

포토 마스크의 형성 방법 및 그에 의해 형성된 포토 마스크{METHODS FOR FORMING PHOTOMASKS AND PHOTOMASKS FOMED BY THE SAME}
본 발명은 포토 마스크의 형성 방법 및 그에 의해 형성된 포토 마스크에 관한 것으로 더욱 상세하게는 펄스 레이저를 이용하는 포토 마스크의 형성 방법 및 그에 의해 형성된 포토 마스크에 관한 것이다.
소비자가 요구하는 우수한 성능 및 저렴한 가격을 충족시키기 위해, 반도체 기판 상에 형성되는 패턴들의 크기를 더욱 작게 형성하는 것이 요구되고 있다. 이러한 기술적 요구를 충족시키기 위해, 리소그래피 공정에서 사용되는 광원의 파장이 점점 더 짧아지고 있다. 예를 들면, 리소그래피 공정은 과거 g-line(436nm) 및 i-line(365nm)을 넘어 현재 심자외선(deep ultraviolet) 대역의 광 및 극자외선(extreme ultraviolet; EUV) 대역의 광이 이용되고 있다.
한편, 극자외선 대역의 광은 대부분의 굴절 광학 매질들(refractive optical materials)에서 흡수되기 때문에, 극자외선 리소그래피는 일반적으로 굴절 광학계가 아니라 반사 광학계(reflective optical system)를 이용한다. 극자외선 리소그래피에서의 이러한 반사 광학계의 사용에 의해, 극자외선 포토 마스크에 반사율을 조절하는 것을 통해서, 반도체 기판 상에 전사되는 패턴의 선폭을 조절할 수 있다. 최근, 반도체 기판 상에 전사되는 패턴의 선폭의 미세 보정을 위해서 극자외선 포토 마스크에서 반사율을 조절하는 다양한 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 실시 예들이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 개선된 반사율의 산포를 갖는 포토 마스크의 형성 방법 및 이에 의해 형성된 포토 마스크를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예들이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 신뢰성이 개선된 반도체 장치의 제조를 위한 포토 마스크의 형성 방법 및 이에 의해 형성된 포토 마스크를 제공하는데 있다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 포토 마스크의 형성 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토 마스크의 형성 방법은 전사 영역을 포함하는 기판을 준비하는 것, 상기 기판에 다층막 및 블랭크막을 형성하는 것, 상기 블랭크막을 패터닝하여 상기 전사 영역의 상기 다층막의 일부분을 노출시키는 개구부들을 형성하는 것 및 상기 개구부들에 의해 노출된 다층막의 적어도 일부분에 펄스 레이저를 조사하는 것을 포함할 수 있다. 상기 펄스 레이저는 0.001초보다 큰 펄스폭을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다층막은 제1 굴절율을 갖는 제1 박막 및 제2 굴절율을 갖는 제2 박막을 교대로 그리고 반복적으로 적층하는 것에 의해서 형성될 수 있다. 상기 제2 굴절율은 상기 제1 굴절율보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 펄스 레이저를 조사하는 것에 의해서 상기 다층막에 열에너지가 제공되고, 상기 제1 박막에 포함된 원소 및 상기 제2 박막에 포함된 원소가 상기 열에너지에 의해 상호 확산될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 펄스 레이저가 조사된 부분의 다층막의 두께는 상기 펄스 레이저가 조사되지 않은 부분의 다층막의 두께보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판은 상기 전사 영역을 둘러싸는 차광 영역을 더 포함하고, 상기 블랭크막을 패터닝하는 것은 상기 차광 영역상의 다층막을 덮는 차단 패턴을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 개구부 및 제2 개구부를 형성하는 것은 플라즈마를 이용하는 건식 식각 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 펄스 레이저가 조사된 부분의 다층막의 평균 반사율은 상기 펄스 레이저가 조사되지 않은 부분의 다층막의 평균 반사율보다 작을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다층막내에서 상기 펄스 레이저가 조사된 부분의 평균 반사율은 상기 펄스 레이저의 평균 출력 강도 및 상기 펄스 레이저가 조사되는 시간에 반비례하여 변할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 펄스 레이저의 출력 강도의 횡단면의 분포는 제1 표준 편차를 갖고, 상기 펄스 레이저가 조사된 부분의 다층막의 반사율의 분포는 제2 표준 편차를 갖되, 상기 제2 표준 편차는 상기 제1 표준 편차보다 작을 수 있다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 포토 마스크가 제공된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토 마스크는 전사 영역 및 차광 영역을 포함하는 기판, 상기 기판상에 제1 반사율을 갖는 다층막, 상기 전사 영역상의 상기 다층막내에 상기 제1 반사율보다 낮은 제2 반사율을 갖는 저반사부, 상기 기판상에 상기 차광 영역상의 다층막을 덮는 차단 패턴, 및 상기 전사 영역상의 상기 다층막상에 상기 다층막의 일부분을 노출시키는 제1 개구부 및 상기 저반사부의 일부분을 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 블랭크 패턴을 포함할 수 있다. 상기 저반사부의 반사율의 분포는 10%보다 낮은 표준 편차를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다층막은 제1 박막들 및 제2 박막들이 교대로 그리고 반복적으로 적층된 형태이고, 상기 저반사부는 제1 변형 박막들 및 제2 변형 박막들이 교대로 그리고 반복적으로 적층된 형태이고 하나의 제1 박막 및 하나의 제2 박막의 두께들의 합은 하나의 제1 변형 박막 및 하나의 변형 박막의 두께들의 합보다 클 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 저반사부는 상기 다층막과 동일한 원소들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 저반사부 및 상기 다층막은 상기 저반사부 및 상기 다층막에 제공되는 극자외선광의 적어도 일부분을 반사시키되, 상기 제1 개구부에 의해 노출된 다층막으로부터 반사되는 극자외선광의 양은 상기 제2 개구부에 의해 노출된 저반사부로부터 반사되는 극자외선광의 양보다 클 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 블랭크 패턴 및 상기 차단 패턴은 상기 블랭크 패턴 및 상기 차단 패턴에 제공되는 극자외선광을 흡수할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 포토 마스크 다층막을 노출시키는 개구부들의 폭들을 줄이지 않고, 반도체 기판에 전사되는 패턴들의 폭들을 감소시킬 수 있다. 따라서, 반도체 기판상에 미세 패턴을 형성하기 위한 포토 마스크의 제조 공정을 단순화시킬 수 있고, 포토 마스크 제조를 위한 공정 마진을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 포토 마스크는 전사 영역상의 다층막의 일부분에 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖는 펄스 레이저를 조사하여 형성된 저반사부를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 저반사부는 산포가 개선된 반사율 분포를 가질 수 있다. 따라서, 반도체 장치를 형성하기 위해서 상기 포토마스크를 이용하여 반도체 기판상에 전사되는 패턴을 재현성 있게 형성할 수 있고, 신뢰성이 개선된 반도체 장치를 구현할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토 마스크의 형성 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토 마스크의 형성 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토 마스크의 형성 방법을 설명하기 위해 도2a의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다.
도2c는 도2b의 N영역을 확대한 확대도이다.
도3, 도4 및 도5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토 마스크의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도5b는 도5a의 R영역을 확대한 확대도이다.
도6a 및 도6b는 본 발명의 실시 예들에서 사용되는 펄스 레이저의 횡단면에 대한 다층막의 반사율의 분포를 나타내는 그래프이다.
도7은 본 발명의 실시 예들에 의해 형성된 포토 마스크를 포함하는 광학 시스템을 나타내는 도면이다.
도8은 도7의 광학시스템을 이용하여 반도체 기판에 패턴이 전사되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도8은 포토 마스크의 반사율에 대한 반도체 기판에 전사되는 패턴의 폭의 변화를 나타내는 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 구성들의 크기 및 두께 등은 명확성을 위하여 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드 지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 포토 마스크의 형성 방법을 설명한다. 도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토 마스크의 형성 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토 마스크의 형성 방법을 설명하기 위한 평면도이고, 도2b는 도2a의 Ⅰ-Ⅰ'을 따라 취해진 단면도이다. 또한, 도3, 도4 및 도5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 포토 마스크의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도1, 도2a 및 도2b를 참조하면, 전사 영역(A) 및 차광 영역(B)을 포함하는 기판(100)을 준비한다(S10). 상기 기판(100)은 낮은 열팽창 특성을 갖는 물질(예를 들면, 글래스(glass) 또는 실리콘)로 형성될 수 있다. 상기 전사 영역(A)은 기판(100)의 중앙부이고, 상기 차광 영역(B)은 상기 기판(100)의 가장자리부일 수 있다. 즉, 상기 전사 영역(A)은 차광 영역(B)으로 둘러싸인 형태일 수 있다. 상기 전사 영역(A)은 반도체 장치 내에 포함된 패턴을 전사하기 위한 영역이다.
상기 기판(100)상에 다층막(110)이 형성될 수 있다(S20). 이하, 도2c를 참조하여 상기 다층막(110)에 대해서 좀더 구체적으로 설명한다. 도2c는 도2b에서 상기 다층막(110)의 일부분인 N영역을 확대한 확대도이다.
도2c를 참조하면, 극자외선 노광 시스템에서 사용되는 극자외선 복사선(EUV radiation)의 반사율을 향상시킬 수 있도록, 상기 다층막(110)은 브래그 반사체(Bragg reflector)를 구성하는 복수의 박막들을 포함할 수 있다. 즉, 상기 다층막(110)은 제1 굴절률을 갖는 제1 박막(111)들 및 상기 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 박막(113)들을 교대로 그리고 반복적으로 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 박막(111)은 실리콘막일 수 있고, 상기 제2 박막(113)은 몰리브덴막일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 다층막(110)을 구성하는 제1 및 제2 박막(113)들의 총 개수는 대략 40 내지 60일 수 있다.
상기 제1 박막(111)들의 각각은 제1 두께로 형성될 수 있고, 상기 제2 박막(113)들의 각각은 제2 두께로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 두께는 상기 제2 두께보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 각 제1 박막(111)은 대략 4.0 nm~4.1nm의 두께로 형성되고, 상기 각 제2 박막(113)은 대략 2.9nm~3.0nm의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 본 실시 예의 경우, 상기 제1 두께와 제2 두께의 합(L1)은 약 6.9nm ~7.1nm일 수 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 제1 및 제2 박막들(111, 113)의 두께들은 사용되는 극자외선의 파장 등을 고려하여 예시된 값들과 다르게 선택될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다층막(110)을 구성하는 제1 및 제2 박막들(111, 113)은 각각 마그네트론 스퍼터링법 또는 이온 빔 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다.
상기 다층막(110)상에 블랭크막(120)이 형성될 수 있다(S30). 상기 블랭크막(120)은 극자외선을 흡수할 수 있는 물질들 중의 한가지를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 블랭크막(120)은 탄탈륨 질화막(TaN)과 같은 도전성 흡수체를 포함할수 있다. 하지만, 상기 블랭크막(120)을 위한 물질은 예시된 탄탈륨 질화막에 한정되지는 않으며, 다양하게 변형될 수 있다.
상기 다층막(110)과 블랭크막(120) 사이에 버퍼막(미도시)이 형성될 수도 있다. 상기 버퍼막은 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막 등일 수 있다. 상기 버퍼막은 상기 블랭크막(120)을 패터닝하는 후속 식각 단계에서 식각 정지막으로 사용될 수 있다.
도1 및 도3를 참조하면, 상기 블랭크막(120)을 패터닝하여 블랭크 패턴(125b) 및 차광 패턴(125a)을 형성할 수 있다. 상기 블랭크 패턴(125b) 및 상기 차관 패턴은 상기 블랭크막(120)상에 마스크 패턴을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 블랭크막(120)을 식각하는 것에 의해서 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 블랭크막(120)을 식각하는 것은 플라즈마를 이용하는 건식 식각 공정에 의해 수행될 수 있다.
상기 차광 패턴(125a)은 상기 차광 영역(B)의 다층막(110)상에 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 차광 패턴(125a)은 상기 차광 영역(B)상의 다층막(110)을 전체적으로 덮을 수 있다. 즉, 상기 차광 패턴(125a)은 상기 전사 영역(A)을 완전히 둘러싸는 형태일 수 있다.
상기 블랭크 패턴(125b)은 상기 전사 영역(A)의 다층막(110)상에 형성될 수 있다. 상기 블랭크 패턴(125b)에 의해서 상기 다층막(110)의 상부면의 일부를 노출시키는 개구부(125c)가 정의될 수 있다.
상술된 것과 달리, 상기 차광 패턴(125a)과 상기 블랭크 패턴(125b)은 서로 다른 물질로 각각 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 차광 패턴(125a)과 상기 블랭크 패턴(125b)은 서로 다른 공정 과정에 의해 형성될 수 있다.
도1, 도4 및 도5a를 참조하면, 보정 영역(AR)에 펄스 레이저를 조사할 수 있다. 상기 보정 영역(AR)은 상기 전사 영역(A)의 일부분일 수 있다. 상기 펄스 레이저는 펄스폭이 0.001초보다 클 수 있다. 상기 펄스폭은 상기 펄스 레이저의 출력 강도에 대한 시간적인 폭이다.
상기 보정 영역(AR)에 상기 펄스 레이저 광이 조사되면, 상기 보정 영역(AR)의 상기 다층막(110)내에 상기 펄스 레이저의 에너지가 전달될 수 있고, 상기 펄스 레이저의 에너지가 전달된 상기 다층막(110)의 일부분은 온도가 상승될 수 있다. 상기 펄스 레이저의 에너지는 상기 보정 영역(AR)의 상기 개구부(125c)를 통하여 상기 보정 영역(AR)의 상기 다층막(110)내로 전달될 수 있다.
상기 보정 영역(AR)에 상기 펄스 레이저를 조사하는 것에 의해서 도5a에 도시된 것처럼, 상기 다층막(110)내에 저반사부(110R)가 형성될 수 있다. 상기 저반사부(110R)의 평균 반사율은 상기 다층막(110)의 평균 반사율보다 낮다. 일 실시 예에 따르면, 상기 저반사부(110R)의 평균 반사율은 상기 펄스 레이저의 출력 강도 및 상기 펄스 레이저를 조사하는 공정 시간에 반비례할 수 있다. 즉, 상기 펄스 레이저의 출력 강도를 높이거나, 상기 펄스 레이저를 조사하는 시간을 증가시키는 것에 의해서, 상기 저반사부(110R)의 평균 반사율을 더 낮출 수 있다.
상기 저반사부(110R)는 상기 개구부(125c)에 의해 노출된 다층막(110)의 일부분의 물리적 특성 및 화학적 특성이 상기 펄스 레이저에 의해 변화된 부분일 수 있다. 즉, 상기 다층막(110)의 일부분에 펄스 레이저를 조사하는 것에 의해서 상기 전사 영역(A)의 상기 다층막(110)내에 상기 다층막(110)보다 낮은 평균 반사율을 갖는 저반사부(110R)를 형성할 수 있다.
상기 펄스 레이저가 상기 다층막(110)에 조사되면, 상기 펄스 레이저의 에너지가 전달되어 상기 다층막(110)내에서 열이 발생하면서 다층막(110) 내부의 온도가 상승하게 된다. 상기 다층막(110)내에 온도가 상승하게 되면, 상기 다층막(110)의 상기 제1 박막(111)에 포함된 원소와 상기 다층막(110)의 상기 제2 박막(113)에 포함된 원소가 상게 제1 박막(111)과 상기 제2 박막(113)의 계면을 통하여 상호 확산(inter-diffusion)되는 것에 의해서 상기 제1 및 제2 박막(113)들의 계면에서 상기 제1 박막(111)에 포함된 원소와 상기 제2 박막(113)에 포함된 원소가 결합된 부분이 형성될 수 있다. 상기 부분이 형성되는 것에 의해서 상기 제1 박막의 굴절률과 상기 제2 박막의 굴절률의 차이가 줄어들 수 있다. 상기 제1 박막의 굴절률과 상기 제2 박막의 굴절률의 차이가 줄어드는 것에 의해서 상기 저반사부(110R)는 상기 다층막(110)보다 낮은 평균 반사율을 갖도록 형성될 수 있다.
이하, 도5b를 참조하여 상기 저반사부(110R)에 대해서 좀더 상세하게 설명한다. 도5b는 도5a에서 저반사부(110R)의 일부분인 R영역을 확대한 확대도이다.
도5b를 참조하면, 상기 저반사부(110R)는 제1 변형 박막(111R)들 및 제2 변형 박막(113R)들이 교대로 반복적으로 적층된 구조일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 변형 박막(111R)의 두께 및 하나의 제2 변형 박막(113R)의 두께의 합(L2)은 상기 제1 두께 및 상기 제2 두께의 합(L1)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 변형 박막(111R)의 두께는 상기 제1 박막(111)의 상기 제1 두께보다 얇거나, 상기 제2 변형 박막(113R)의 두께는 상기 제2 박막(113)의 상기 제2 두께보다 얇을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 저반사부(110R)를 형성하기 위해 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖는 펄스 레이저를 이용한다. 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖는 펄스 레이저는 0.001초보다 작은 펄스폭을 갖는 펄스 레이저보다 넓은 열에너지의 확산 범위를 가질 수 있다. 즉, 0.001초보다 작은 펄스폭을 갖는 펄스 레이저는 상기 펄스 레이저를 조사하는 영역에 한정되어 열에너지를 전달하나, 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖는 펄스 레이저는 펄스 레이저를 조사하는 영역의 주변 영역의 일부분으로도 열에너지를 전달할 수 있다. 다시 말해서, 0.001초보다 작은 펄스폭을 갖는 펄스 레이저로부터 전달되는 열에너지는 거의 확산되지 않고 조사된 영역에 한정되게 전달되는 반면, 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖는 펄스 레이저로부터 전달되는 열에너지는 주변 영역의 일부분으로 확산될 수 있다.
일반적으로, 펄스 레이저는 횡모드를 갖는다. 펄스 레이저의 횡모드는 상기 펄스 레이저의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 펄스 레이저의 횡단면에 대한 출력 강도 분포를 나타낸다. 이하, 도6a 및 도6b를 참조하여 펄스 레이저의 횡모드에 따른 다층막의 반사율의 변화를 설명한다.
도6a는 0.001초보다 작은 펄스폭을 갖는 펄스 레이저의 횡단면의 출력 강도에 따른 다층막의 반사율의 변화를 나타내는 그래프이다. 0.001초보다 작은 펄스폭을 갖는 펄스 레이저는 도6a의 C1과 같은 횡모드를 가질 수 있다. 즉, 펄스 레이저는 횡단면에 대하여 불규칙한 파형을 갖는 출력 강도 분포를 가질 수 있다. 만약, 다층막이 제1 평균 반사율을 갖고, 상기 다층막내에 상기 제1 평균 반사율보다 낮은 제2 평균 반사율을 갖는 저반사부를 형성하기 위해서 0.001초보다 작은 펄스폭을 갖는 펄스 레이저를 이용하는 경우, 저반사부는 도6a의 C3와 같이 상기 펄스 레이저의 횡모드와 상반되는 파형을 갖는 반사율의 분포를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 펄스 레이저의 횡모드와 저반사부의 반사율의 분포는 거울 대칭을 이룰 수 있다.
이와 달리, 도6b는 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖는 펄스 레이저의 횡단면의 출력 강도에 따른 다층막의 반사율의 변화를 나타내는 그래프이다. 만약 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖는 펄스 레이저의 횡단면의 출력 강도 분포가 횡단면에 대하여 불규칙한 파형을 갖는 도6b의 C2와 같은 횡모드를 갖는 경우, 저반사부(110R)는 도6b의 C4와 같이 파형의 변화가 최소화되어 완만한 곡선을 이루는 반사율의 분포를 가질 수 있다. 즉, 다층막(110)내에 저반사부(110R)를 형성하기 위해서 0.001초보다 작은 펄스폭을 갖는 펄스 레이저를 이용하는 것보다 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖는 펄스 레이저를 이용하는 경우, 상기 저반사부(110R)의 반사율 분포의 산포를 개선할 수 있다. 이는, 상술된 것처럼 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖는 펄스 레이저가 0.001초보다 작은 펄스폭을 갖는 펄스 레이저보다 넓은 열에너지 확산 범위를 갖기 때문이다. 결과적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따라 형성된 포토 마스크는 반사율 분포가 10%보다 작은 표준 편차를 갖는 저반사부(110R)를 가질 수 있다.
이하, 도7을 참조하여, 본 발명의 실시 예들에 따른 포토 마스크 및 상기 포토 마스크를 이용하여 반도체 기판(300)상에 전사되는 패턴의 일 예에 대해서 설명한다.
도7을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따라 형성된 포토 마스크(200)는 도면들을 참조하여 상술된 것처럼, 기판(100), 다층막(110), 차광 패턴(125a) 및 블랭크 패턴(125b)을 포함할 수 있고, 상기 다층막(110)내에 상기 다층막(110)의 반사율보다 낮은 반사율을 갖는 저반사부(110R)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 저반사부(110R)의 반사율의 분포는 10%보다 작은 표준 편차를 가질 수 있다. 즉, 상기 저반사부(110R)는 개선된 분포를 갖는 반사율을 가질 수 있다.
상기 개구부(125c)는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함할 수 있다. 상기 제1 개구부는 상기 다층막(110)의 일부분을 노출시킬 수 있고, 제1 폭(MD1)을 가질 수 있다. 상기 제2 개구부는 상기 저반사부(110R)를 노출시킬 수 있고, 제2폭(MD2)을 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 폭(MD1) 및 제2 폭(MD2)은 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따라 형성된 포토 마스크(200)가 장착된 극자외선 광원을 이용하는 광학 시스템(미도시)을 이용하여 반도체 기판(300)상에 배치된 포토레지스트막(310) 내에 제1 트렌치(315a) 및 제2 트렌치(315b)를 형성할 수 있다. 상기 극자외선 광원으로부터 발생된 극자외선광이 상기 포토 마스크(200)에 입사되면, 상기 제1 및 제2 개구부(125c)에 의해 노출된 다층막(110) 및 저반사부(110R)에 도달된 극자외선광은 반사되어 반도체 기판(300)에 형성된 포토레지스트막(310)으로 전달되고, 상기 포토 마스크(200)의 상기 블랭크 패턴(125b)에 전달된 극자외선광은 상기 블랭크 패턴(125b)에 흡수된다. 따라서, 상기 다층막(110) 및 상기 저반사부(110R)로부터 반사된 극자외선광만이 상기 반도체 기판(300)상의 포토레지스트막(310)에 도달할 수 있다. 상기 포토레지스트막(310)의 일부분이 상기 다층막(110) 및 상기 저반사부(110R)로부터 반사된 극자외선광에 노출되면, 상기 극자외선광에 노출된 상기 포토레지스트막(310)의 일부분의 물리적 특성 및 화학적 특성은 변할 수 있고, 이에 의해 상기 반도체 기판(300)상에 제1 및 제2 트렌치들(315a, 315b)을 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 트렌치(315a)는 상기 포토 마스크(200)의 상기 제1 개구부에 의해 노출된 다층막(110)으로부터 반사된 광에 의해서 형성될 수 있고, 상기 포토 마스크(200)의 상기 제2 트렌치(315b)는 상기 제2 개구부에 의해 노출된 저반사부(110R)로부터 반사된 광에 의해서 형성될 수 있다. 상기 제1 트렌치(315a)는 제1 선폭(CD1)을 가질 수 있고, 상기 제2 트렌치(315b)는 상기 제1 선폭(CD1)보다 작은 제2 선폭(CD2)을 가질 수 있다.
포토 마스크내의 다층막내에 낮은 반사율을 갖는 부분은 상기 다층막보다 적은 양의 광을 반사시킬 수 있다. 즉, 상기 낮은 반사율을 갖는 부분으로부터 반사되어 상기 반도체 기판에 도달하는 극자외선광은 상기 다층막으로부터 반사되어 반도체 기판에 도달하는 극자외선광보다 적을 수 있다. 따라서, 도8에 도시된 것처럼, 포토 마스크의 다층막의 반사율이 감소할수록 반도체 기판상에 형성되는 패턴의 폭은 감소한다.
본 발명에 실시 예들에 따른 포토 마스크(200)에서 상기 저반사부(110R)는 상기 다층막(110)보다 낮은 반사율을 가지므로, 상기 저반사부(110R)로부터 반사되어 상기 반도체 기판(300)에 도달하는 극자외선광의 양은 상기 다층막(110)으로부터 반사되어 상기 반도체 기판(300)에 도달하는 극자외선광의 양보다 작을 수 있다. 즉, 상기 반도체기판(100)상의 상기 포토레지스트막(310)내에서 상기 저반사부(110R)로부터 반사된 극자외선광에 노출되는 부분은 상기 다층막(110)으로부터 반사된 극자외선광에 노출되는 부분보다 작을 수 있다. 따라서, 비록 상기 포토 마스크(200)의 제1 개구부의 제1 폭(MD1) 및 제2 개구부의 제2폭(MD2)이 동일하지만, 상기 제1 개구부에 의해 전사된 제1 트렌치(315a)의 제1 선폭(CD1)과 상기 제2 개구부에 의해 전사된 제2 트렌치(315b)의 제2 선폭(CD2)은 서로 다를 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 선폭(CD2)은 상기 제1 선폭(CD1)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 선폭(CD2)은 상기 제1 선폭(CD1)보다 2*?D만큼 작을 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 포토 마스크(200)의 저반사부(110R)을 노출시키는 제2 개구부들의 폭들을 줄이지 않고, 반도체 기판(300)에 전사되는 패턴들의 폭들을 감소시킬 수 있다. 따라서, 반도체 기판(300)상에 미세 패턴을 형성하기 위한 포토 마스크(200)의 제조 공정을 단순화시킬 수 있고, 포토 마스크(200) 제조를 위한 공정 마진을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따른 포토 마스크(200)는 다층막(110)내에 저반사부(110R)를 포함할 수 있고, 상기 저반사부(110R)의 반사율의 분포는 10%보다 작은 표준 편차를 가질 수 있다. 만약 저반사부의 반사율의 분포가 큰 표준 편차를 갖는다면, 상기 저반사부로부터 반사된 극자외선광에 의해서 반도체 기판(300)상에 형성되는 트렌치(또는 패턴)의 선폭의 분포는 반사율의 분포에 따라 변화될 수 있다. 따라서, 상기 트렌치(또는 패턴)는 열화된 선폭의 분포를 가질 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 상기 저반사부(110R)의 반사율의 분포는 10%보다 작은 표준 편차를 가지므로, 반도체 기판(300)상에 상기 저반사부(110R)로부터 반사된 극자외선광에 의해 형성되는 트렌치(또는 패턴)는 개선된 선폭의 분포를 가질 수 있다. 따라서, 반도체 기판(300)상에 재현성 있는 선폭의 분포를 갖는 트렌치(패턴)을 형성할 수 있고, 신뢰성이 개선된 반도체 장치를 구현할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판
110: 다층막
110R: 저반사부
120: 블랭크막
125a: 차광 패턴
125b: 블랭크 패턴
125c: 개구부

Claims (10)

  1. 전사 영역을 포함하는 기판을 준비하는 것;
    상기 기판에 다층막 및 블랭크막을 형성하는 것;
    상기 블랭크막을 패터닝하여 상기 전사 영역의 상기 다층막의 일부분을 노출시키는 개구부들을 형성하는 것; 및
    상기 개구부들에 의해 노출된 다층막의 적어도 일부분에 펄스 레이저를 조사하여 저반사부를 형성하는 것을 포함하되,
    상기 펄스 레이저는 0.001초보다 큰 펄스폭을 갖고,
    상기 저반사부의 반사율의 분포는 10%보다 낮은 표준 편차를 갖는 포토 마스크의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다층막은 제1 굴절율을 갖는 제1 박막 및 제2 굴절율을 갖는 제2 박막을 교대로 그리고 반복적으로 적층하는 것에 의해서 형성되되,
    상기 제2 굴절율은 상기 제1 굴절율보다 작은 포토 마스크의 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 펄스 레이저를 조사하는 것에 의해서 상기 다층막에 열에너지가 제공되고,
    상기 제1 박막에 포함된 원소 및 상기 제2 박막에 포함된 원소가 상기 열에너지에 의해 상호 확산(inter-diffusion)되는 포토 마스크의 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 레이저가 조사된 부분의 다층막의 두께는 상기 펄스 레이저가 조사되지 않은 부분의 다층막의 두께보다 작은 포토 마스크의 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 전사 영역을 둘러싸는 차광 영역을 더 포함하고,
    상기 블랭크막을 패터닝하는 것은,
    상기 차광 영역상의 다층막을 덮는 차단 패턴을 형성하는 것을 더 포함하는 포토 마스크의 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개구부들을 형성하는 것은,
    플라즈마를 이용하는 건식 식각 공정을 수행하는 것을 포함하는 포토 마스크의 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 레이저가 조사된 부분의 다층막의 평균 반사율은 상기 펄스 레이저가 조사되지 않은 부분의 다층막의 평균 반사율보다 작은 포토 마스크의 형성 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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