KR20030071194A - 이유브이 노광 공정용 위상반전마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 EUV(Extream Ultra-Violet) 노광 공정에서의 분해능 향상을 위해 적용 가능한 림 타입(Rim type)의 위상반전마스크(Phase Shift Mask) 및 그 제조방법을 개시하며, 개시된 본 발명의 위상 반전 마스크 제조방법은, 실리콘 기판 상에 수 개의 실리콘층과 몰리브덴층을 교번적으로 적층시켜 반사층을 형성하는 단계; 상기 반사층 상에 흡수층과 조사된 빛의 위상을 90°반전시키는 위상반전층을 차례로 형성하는 단계; 상기 위상반전층 상에 상기 위상반전층을 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 반사층이 노출되도록 상기 레지스트 패턴을 이용해서 상기 위상반전층과 흡수층을 건식 식각하는 단계; 상기 식각된 흡수층의 측벽 일부가 제거되도록 상기 흡수층을 습식 식각하는 단계; 및 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이유브이 노광 공정용 위상반전마스크 및 그 제조방법{PHASE SHIFT MASK FOR EUV EXPOSURE PROCESS AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 반도체 제조용 노광 마스크에 관한 것으로, 특히, 이유브이(EUV : Extream Ultra-Violet) 노광 공정에서의 분해능 향상을 위해 적용 가능한 위상반전마스크(Phase Shift Mask) 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조함에 있어서, 콘택홀을 포함한 각종 패턴들은 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 통해 형성된다. 이러한 포토리소그라피 공정은, 크게, 식각 대상층 상에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과 상기 레지스트 패턴을 마스크로해서 피식각층을 식각하는 공정을 포함하며, 상기 레지스트 패턴을 형성하는 공정은 피식각층 상에 레지스트를 도포하는 공정과, 특정 노광 마스크를 이용하여 상기 레지스트를 선택적으로 노광하는 공정, 및 소정의 화학용액으로 노광되거나 노광되지 않은 레지스트 부분을 제거하는 현상 공정으로 구성된다.

한편, 이와 같은 포토리소그라피 공정으로 구현할 수 있는 패턴의 임계 치수(Critical Demension)는 노광 공정에서 어떤 파장의 광원을 사용하는냐에 크게 의존된다. 이것은 노광 공정을 통해 구현할 수 있는 레지스트 패턴의 폭에 따라 실제 패턴의 임계 치수가 결정되기 때문이다.

예를들어, 기존에는 G-line(λ=436㎚) 또는 I-line(λ=365㎚)의 광원을 이용한 노광 공정이 수행되어 왔으며, 이러한 노광 공정을 통해 0.5㎛의 임계 치수를 갖는 패턴을 구현하였다. 그런데, 반도체 소자의 고집적화에 따라 유효 채널 길이가 0.35㎛ 이내로 감소되고 있는 실정에서 상기한 G- 라인 및 I-라인의 광원들로는 고집적 소자에서 요구되는 미세 선폭의 패턴을 얻기가 곤란하다. 이에, 상기 광원들 보다 더 짧은 파장의 KrF(λ=248㎚)를 광원으로 이용한 노광 기술이 개발되었고, 현재 대부분의 반도체 제조 공정에서 KrF를 광원으로 이용한 DUV(Deep Ultra-Violet) 노광 공정이 수행되고 있는 실정이다.

아울러, 상기 KrF 보다 더 짧은 파장의 ArF(λ=193㎚)를 광원으로 이용한 노광 공정이 개발되었으며, 더 나아가, 광원으로서 13.4㎚ 파장의 레이저 빔을 이용한 이유브이(EUV : Extream Ultra-Violet) 노광 공정이 개발되고 있다.

여기서, 상기 EUV 노광 공정은, 투과광학을 이용하는 KrF 및 ArF 노광 공정들과는 달리, 반사광학(Reflective Optic)을 이용하며, 따라서, 그 공정시에 사용되는 마스크의 구조도 상이하다. 즉, 투과광학을 이용하는 KrF 및 ArF 노광 공정용 마스크는 투명한 석영기판 상에 불투명한 크롬패턴이 형성된 구조인데 반하여, 반사광학을 이용하는 EUV 노광 공정용 마스크는 실리콘 기판 상에 적층막으로된 반사층이 형성되고, 상기 반사층 상에는 선택적으로 흡수층이 형성된 구조이다.

이와 같은 EUV 노광 공정용 마스크에 있어서, 흡수층에 입사된 빛은 상기 흡수층에 의해 웨이퍼로의 조사가 차단되는 반면, 반사층에 입사된 빛은 상기 반사층으로부터 반사되어 웨이퍼 상에 조사된다.

그러나, 상기 EUV 노광 공정용 마스크는 다음과 같은 문제점이 있다.

주지된 바와 같이, 종래의 노광 기술은 대부분 투과광학을 이용하고 있으며, 특히, 분해능 한계를 개선할 목적으로 위상반전마스크(Phase Shift Mask)를 개발하여 이를 사용하고 있다. 여기서, 상기 위상반전마스크는 석영기판의 특정 부위에 투사된 빛의 위상을 180°반전시킬 수 있는 위상반전층을 구비시킨 구조로서, 이러한 위상반전마스크를 사용하여 노광 공정을 행할 경우, 위상반전층을 투과하는 빛과 그렇지 않은 빛간의 위상차가 만들어져, 두 빛간의 상쇄 간섭 효과를 통해 분해능이 향상된다.

그런데, 상기 위상반전마스크는 투과광학을 이용하는 노광 공정에 적합하도록 개발된 것이므로, 반사광학을 이용하는 EUV 노광 공정용 마스크로는 적용할 수 없으며, 결과적으로, EUV 노광 공정용 PSM은 개발되지 않은 상태이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, EUV 노광 공정에 적용 가능한 위상반전마스크 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 및 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 EUV 노광 공정용 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도.

도 2는 종래의 EUV 노광 공정용 마스크 및 이를 이용한 EUV 노광 공정에서의 웨이퍼에 도달하는 빛의 에너지 분포와 강도 분포를 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 EUV 노광 공정용 위상반전마스크 및 이를 이용한 EUV 공정에서의 웨이퍼에 도달하는 빛의 에너지 분포와 강도 분포를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 실리콘 기판 2 : 반사층

2a : 실리콘층 2b : 몰리브덴층

3 : 흡수층 4 : 위상반전층

5 : 레지스트 패턴 10 : 위상반전마스크

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EUV 노광 공정용 위상반전마스크는, 실리콘 기판; 상기 기판의 전 영역 상에 형성되며 수 개의 실리콘층과 몰리브텐층이 교번적으로 적층되어 이루어진 반사층과, 상기 반사층 상에 그의 일부분을 노출시키도록 형태로 형성된 흡수층과, 상기 흡수층 상에 상기 노출된 반사층 부분으로 돌출되도록 형성되며 입사된 빛의 위상을 90°반전시키는 위상반전층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EUV 노광 공정용 위상반전마스크 제조방법은, 실리콘 기판 상에 수 개의 실리콘층과 몰리브덴층을 교번적으로 적층시켜 반사층을 형성하는 단계; 상기 반사층 상에 흡수층과 조사된 빛의 위상을 90°반전시키는 위상반전층을 차례로 형성하는 단계; 상기 위상반전층 상에상기 위상반전층을 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 반사층이 노출되도록 상기 레지스트 패턴을 이용해서 상기 위상반전층과 흡수층을 건식 식각하는 단계; 상기 식각된 흡수층의 측벽 일부가 제거되도록 상기 흡수층을 습식 식각하는 단계; 및 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 위상반전층을 림 타입으로 형성하는 바, 반사광학을 이용하는 EUV 공정에 적용 가능한 위상반전마스크를 구현할 수 있으며, 따라서, EUV 노광 공정에서의 분해능을 향상시킬 수 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 EUV 노광 공정용 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

도 1a를 참조하면, 실리콘 기판(1) 상에 수 개의 실리콘층(2a)과 몰리브덴층(2b)을 교번적으로 적층시켜 입사되는 빛을 균일하게 반사시키기 위한 반사층(2)을 형성한다. 이때, 상기 실리콘층(2a)과 몰리브덴층(2b)은 바람직하게 80층 정도를 적층한다. 상기 반사층(2) 상에 TiN, Cr, NiSi, Ti, TaSiN 및 Al 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 흡수층(3)을 형성한다. 여기서, 상기 흡수층(3)은 후속에서 패터닝되는 층으로서, 이러한 패터닝을 통해 노광 영역과 비노광 영역을 한정하게 된다.

도 1b를 참조하면, 흡수층(3) 상에 입사된 빛의 위상을 90°반전시키는 위상반전층(4)을 형성하고, 그런다음, 상기 위상반전층(4) 상에 후속에서 식각 베리어(etch barrier)로 사용하기 위한 레지스트 패턴(5)을 형성한다.

도 1c를 참조하면, 레지스트 패턴(5)을 식각 베리어로 이용하여 노출된 위상반전층 부분을 식각하고, 연이어, 상기 위상반전층(4)이 식각되어 노출된 흡수층 부분을 식각한다. 이때, 상기 위상반전층(4) 및 흡수층(3)의 식각은 이방성 식각 특성이 얻어지도록 건식 식각 공정으로 수행한다. 여기서, 상기 흡수층(3)이 식각된 영역은, 반사광학을 이용하는 EUV 노광 공정시, 노광 영역이 되며, 반면, 흡수층(3)이 존재하는 영역은 비노광영역이 된다.

도 1d를 참조하면, 레지스트 및 위상반전층 물질에 대해 충분히 식각 내성 (etch resistance)를 갖는 에천트(Etchant)를 사용하여 상기 결과물을 습식 식각한다. 이 결과로, 식각된 흡수층 부분의 측면 일부가 추가 식각되며, 이로 인해, 상기 위상반전층(4)은 상기 흡수층(3)으로부터 일부가 돌출된 형태를 갖게 된다. 즉, 상기 위상반전층(4) 및 흡수층(3)이 식각되어 노출된 반사층 부분은 EUV 노광 공정시에 실질적으로 노광 영역이 되므로, 상기 위상반전층(4)이 노광 영역의 가장자리에 일부 배치된 구조가 된다.

도 1e를 참조하면, 식각 베리어로 사용된 레지스트 패턴을 제거하여, 본 발명에 따른 EUV 노광 공정에 적용 가능한 림 타입(Rim type)의 위상반전마스크(10)을 완성한다.

상기와 같은 본 발명의 위상반전마스크를 이용하여 EUV 노광 공정을 수행할 경우, 다음과 같은 잇점을 갖는다.

도 2 및 도 3은 종래 및 본 발명에 따른 EUV 노광 공정용 마스크와 이를 이용한 EUV 노광 공정에서의 웨이퍼에 도달하는 빛의 에너지 분포 및 강도 분포를 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(11) 상에 반사층(12)과 패턴 형태의 흡수층(13)이 차례로 형성된 구조로된 종래의 마스크(20)를 이용하여 EUV 노광 공정을 수행할 경우, 노출된 반사층 영역, 즉, 노광 영역에서 웨이퍼에 도달하는 빛의 에너지 및 강도가 상기 노광 영역의 중심부가 최대를 보이는 분포를 보이지만, 노광 영역과 비노광 영역의 경계 부분에서도 빛의 에너지 및 강도가 일정 크기를 보이며, 그래서, 종래의 마스크(20)로는 분해능 향상을 도모할 수 없다.

이에 반해, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(1) 상에 반사층(2)과 흡수층(3)이 차례로 형성되고, 아울러, 노광 영역과 비노광 영역의 경계에 위상반전층(4)이 배치된 구조로된 본 발명의 위상반전마스크(100를 이용하여 EUV 노광 공정을 수행할 경우, 반사층(2)에 직접 조사된 빛은 상기 반사층(2)으로부터 반사되어 위상의 변동없이 그대로 웨이퍼에 도달하게 되지만, 노광 영역과 비노광 영역간의 경계로 조사된 빛이 상기 경계부에 존재하는 위상반전층(4)을 투과하면서 90°로 위상반전이 일어난 후, 상기 반사층(2)에 의해 반사되어 재차 위상반전층(4)을 투과하면서 90°위상반전이 일어나게 되어 결과적으로 180°로 위상반전된 빛으로 웨이퍼에 도달하게 된다.

이에 따라, 웨이퍼에 도달하는 빛은 노광 영역의 중심부에서 최대인 에너지 분포를 보이면서, 동시에, 노광 영역과 비노광 영역의 경계부에서 위상반전층을 통해 반사된 빛에 기인하는 에너지 분포도 보이게 된다. 이 결과, 노광 영역과 비노광 영역간의 경계부에서 180°위상반전된 빛과 그렇지 못한 빛간의 상쇄간섭이 일어나는 바, 상기 경계부에서의 빛의 강도는 노광에 기여하지 못하는 수준의 강도를 보이게 된다.

결국, 본 발명의 위상반전마스크(10)를 사용하여 EUV 노광 공정을 행하게 되면, 노광 영역에서 반사된 빛과 노광 영역과 비노광 영역간의 경계부에서 반사된 빛간의 상쇄간섭이 일어나는 바, 빛의 회절에 의한 콘트라스트 저하를 방지할 수 있게 되며, 그래서, 이미지 콘트라스트를 높일 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 흡수층의 추가적인 습식 식각을 통해 노광 영역과 비노광 영역간의 경계부에 위상반전층을 배치시킴으로써, 반사광학을 이용하는 EUV 노광 공정에 적용 가능한 위상반전마스크를 구현할 수 있으며, 따라서, 이러한 위상반전마스크를 사용하여 EUV 노광 공정을 수행하는 바, 이미지 콘트라스트를 향상시킬 수 있어서 분해능 향상은 물론 공정 측면에서의 공정 마진을 향상시킬 수 있다.

한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (3)

1. 실리콘 기판;

   상기 기판의 전 영역 상에 형성되며, 수 개의 실리콘층과 몰리브텐층이 교번적으로 적층되어 이루어진 반사층;

   상기 반사층 상에 그의 일부분을 노출시키도록 형태로 형성된 흡수층; 및

   상기 흡수층 상에 상기 노출된 반사층 부분으로 돌출되도록 형성되며, 입사된 빛의 위상을 90°반전시키는 위상반전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 림 타입 위상 반전 마스크.
2. 실리콘 기판 상에 수 개의 실리콘층과 몰리브덴층을 교번적으로 적층시켜 반사층을 형성하는 단계;

   상기 반사층 상에 흡수층과 조사된 빛의 위상을 90°반전시키는 위상반전층을 차례로 형성하는 단계;

   상기 위상반전층 상에 상기 위상반전층을 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 반사층이 노출되도록 상기 레지스트 패턴을 이용해서 상기 위상반전층과 흡수층을 건식 식각하는 단계;

   상기 식각된 흡수층의 측벽 일부가 제거되도록 상기 흡수층을 습식 식각하는 단계; 및

   상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 림 타입 위상 반전 마스크의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 흡수층은 TiN, Cr, NiSi, Ti, TaSiN 및 Al로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 림 타입 위상 반전 마스크의 제조방법.