KR20070071660A - 위상 반전 마스크 및 그의 제조 방법 - Google Patents

위상 반전 마스크 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위상 반전 마스크 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 노광기술의 하나인 EUV 리소그래피 공정에서 사용될 것으로 예상되어지는 위상 반전 마스크를 형성하는데 있어서 위상 반전 패턴 및 반사층 사이에 흡수층을 형성하고, 흡수층을 이용하여 노광 예정 영역의 외곽에 보조 노광 예정 영역을 형성함으로써, 이미지 콘트라스트 및 분해능을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

위상 반전 마스크 및 그의 제조 방법{PHASE SHIFT MASK AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
도 1은 종래기술에 따른 EUV 리소그래피 공정에서 사용되는 마스크를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 마스크에 의해 반사된 빛을 에너지를 웨이퍼에서 측정한 그래프.
도 3은 도 1의 마스크에 의해 반사된 빛의 세기를 웨이퍼에서 측정한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크를 도시한 단면도.
도 5는 도 4의 마스크에 의해 반사된 빛을 에너지를 웨이퍼에서 측정한 그래프.
도 6은 도 4의 마스크에 의해 반사된 빛의 세기를 웨이퍼에서 측정한 그래프.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크 형성 방법을 도시한 단면도들.
본 발명은 위상 반전 마스크 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 노광기술의 하나인 EUV 리소그래피 공정에서 사용될 것으로 예상되어지는 위상 반전 마스크를 형성하는데 있어서 위상 반전 패턴 및 반사층 사이에 흡수층을 형성하고, 흡수층을 이용하여 노광 예정 영역의 외곽에 보조 노광 예정 영역을 형성함으로써, 이미지 콘트라스트 및 분해능을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.
종래의 투과 광학을 사용하는 리소그래피 공정에서 위상 반전 마스크는 쉬프터(shifter)를 투과하는 빛과 쉬프터가 없는 부분을 빛 간의 위상차를 만들어 두 빛 간의 상쇄 간섭 효과를 이용하여 이미지 콘트러스트(Image Contrast)의 향상 및 분해능을 향상시킨다. 여기서, 쉬프터는 위상 반전층을 의미한다.
그러나, 반도체 소자의 크기가 점점 감소하므로 투과 광학을 사용한 리소그래피 공정은 한계를 갖고 있다. 따라서, 초원자외선(Extreme Ultraviolet ; 이하 'EUV'라 함)을 이용한 리소그래피 공정 기술이 현재 개발되고 있으며, EUV 리소그래피 공정은 현재의 KrF 또는 ArF을 광원으로 사용하는 투과 광학과는 반대로 빛을 반사시키는 반사광학(Reflective Optic)을 사용한다. 따라서 EUV 리소그래피 공정의 마스크는 투과 광학을 사용하는 종래의 노광기술과는 다른 마스크 구조를 갖는다. 오히려 기존의 마스크 제조기술보다는 웨이퍼 공정의 기술에 더 가깝다.
도 1은 종래기술에 따른 EUV 리소그래피 공정에서 사용되는 마스크를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, EUV 리소그래피 공정에서 사용되는 마스크의 기판(10) 상 부에 형성된 반사층(20)을 포함하고 있으며, 반사층(20) 상부에 흡수층 패턴(30)을 포함하고 있다. 여기서, 반사층(20)에 입사되는 빛은 웨이퍼로 반사되어 패턴 형성에 기여하게 되나, 흡수층 패턴(30)에 입사되는 빛은 모두 흡수되어 웨이퍼에 패턴 형성에 기여할 수 없다.
도 2는 도 1의 마스크에 의해 반사된 빛을 에너지를 웨이퍼에서 측정한 그래프이다.
도 3은 도 1의 마스크에 의해 반사된 빛의 세기를 웨이퍼에서 측정한 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 웨이퍼에 입사되는 빛의 에너지(Energy) 및 세기(Intensity) 가 낮게 나타난 것을 볼 수 있으며, 이에 따라 이미지 콘트라스트(Image Contrast)가 저하되고 분해능의 한계가 나타나기 때문에 미세 패턴을 형성하는 것이 어려워지는 문제가 있다.
상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 위상 반전 마스크를 형성하는데 있어서 위상 반전 패턴 및 반사층 사이에 흡수층을 형성하고, 흡수층을 이용하여 노광 예정 영역의 외곽에 보조 노광 예정 영역을 형성함으로써, 이미지 콘트라스트 및 분해능을 향상시킬 수 있도록 하는 위상 반전 마스크 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상 반전 마스크는,
EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피 공정에서 사용하는 위상 반전 마스크에 있어서,
기판의 전면에 형성한 반사층과,
상기 반사층 상부에 형성하는 위상 반전 패턴 및
상기 위상 반전 패턴 및 상기 반사층 사이에 흡수층을 형성하되, 상기 위상 반전 패턴의 측벽으로부터 소정거리 이격된 부분의 흡수층이 제거되어 상기 반사층과 위상 반전 패턴이 접합되도록 하는 흡수층 패턴 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 기판의 전면에 반사층을 형성하는 단계와,
후속의 공정에서 상기 반사층이 노출되어 패턴 형성에 기여하는 영역으로부터 소정 거리 이격된 부분의 흡수층이 제거된 흡수층 패턴을 상기 반사층 상부에 형성하는 단계와,
상기 반사층 및 흡수층 상부에 위상 반전층을 형성하는 단계와,
상기 패턴 형성에 기여하는 영역을 노출시키는 감광막 패턴을 위상 반전층의 상부에 형성하는 단계 및
상기 감광막 패턴을 식각 베리어로 사용하여 상기 위상 반전층 및 흡수층 패턴을 식각하고, 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 위상 반전 마스크 및 그의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크를 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 마스크는 EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피 공정에서 사 용하는 위상 반전 마스크로, 기판(100)의 전면에 형성하는 반사층(120)과 반사층(120) 상부에 형성하는 위상 반전 패턴(135)을 포함하며, 위상 반전 패턴(135) 및 반사층(120) 사이에 흡수층을 형성하되, 위상 반전 패턴(135)의 측벽으로부터 소정거리 이격된 부분의 흡수층이 제거되어 이 부분에서 반사층(120)과 위상 반전 패턴이 접합되도록 하는 흡수층 패턴(145) 포함한다. 여기서, 흡수층 패턴(145)은 TiN, Cr, NiSi, Ti TaSN 및 Al 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
도 5는 도 4의 마스크에 의해 반사된 빛을 에너지를 웨이퍼에서 측정한 그래프이다.
도 5를 참조하면, EUV 리소그래피 공정으로 웨이퍼에 소정의 패턴을 형성하는데 있어서 도 4의 위상 반전 마스크의 반사층(120)에서 반사된 빛의 에너지(Energy)를 웨이퍼(미도시)에서 측정한 것으로 이미지 콘트라스트(Image Contrast)가 매우 높고 선명하게 나타난 것을 알 수 있다.
도 6은 도 4의 마스크에 의해 반사된 빛의 세기(Intensity)를 웨이퍼에서 측정한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 도 4의 흡수층 패턴(145)에 입사되는 빛 중에서 소정의 흡수층 패턴(145)이 제거된 부분으로 입사되는 빛은 위상 반전 패턴에 의해 빛의 파장을 180도 반전시켜 반사함으로써 웨이퍼의 패터닝에 기여할 수 있게 되므로 웨이퍼에 조사되는 빛의 세기도 높게 나타남을 알 수 있다.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크 형성 방법을 도시한 단면도들이다.
도 7a를 참조하면, 마스크를 이루는 기판(100) 상부에 입사되는 빛을 균일하게 반사하기 위한 반사층(120)을 형성한다. 이때, 반사층(120)은 Mo 및 Si 의 조합으로 다층(2 ~ 80층)의 적층구조를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 7b를 참조하면, 반사층(120)의 상부에 흡수층(140)을 형성한다.
도 7c를 참조하면, 흡수층(140) 상부에 노광 예정 영역으로부터 소정거리 이격된 부분을 노출시키는 제 1 감광막 패턴(150)을 형성한다. 여기서, 노광 예정 영역은 후속의 노광 공정에서 반사층(120)이 노출된 부분으로 빛을 반사시키고 패턴 형성에 기여하는 영역이며, 소정거리 이격된 부분은 노광 예정 영역의 외곽 모양을 따라서 형성되는 것이 바람직하다.
도 7d를 참조하면, 제 1 감광막 패턴(150)을 이용하여 흡수층(140)을 식각하고, 노광 예정 영역의 외곽 모양을 따라서 소정 영역의 반사층(120)을 노출시키는 흡수층 패턴(145)을 형성한다.
도 7e를 참조하면, 제 1 감광막 패턴(150)을 제거하고 흡수층 패턴(145)을 포함하는 기판 전면에 입사되는 빛의 위상을 반전해주기 위한 위상 반전층(130)을 적층한다.
도 7f를 참조하면, 위상 반전층(130) 상부에 제 2 감광막층(160)을 형성한다.
도 7g를 참조하면, 사진 식각 공정으로 제 2 감광막층(160)을 부분 식각하여 노광 예정 영역을 노출시키는 제 2 감광막 패턴(165)을 형성한다.
도 7h를 참조하면, 제 2 감광막 패턴(165)을 이용하여 위상 반전층(130) 및 흡수층 패턴(145)을 식각하여 노광 예정 영역의 반사층(120)을 노출시킨다.
도 7i를 참조하면, 제 2 감광막 패턴(165)을 제거하고 EUV 위상 반전 마스크를 완성한다.
상술한 바와 같이, EUV 리소그래피 공정에서 사용되는 반사형 마스크를 위상 반전 마스크로 형성하되, 위상 반전 패턴 및 반사층 사이에 흡수층을 형성하고, 노광 예정 영역의 외곽 모양을 따라서 상기 흡수층을 소정 부분 제거한다. 이와 같이 노광 예정 영역의 외곽 처리된 부분에서 상기 위상 반전 패턴 및 반사층이 접합되므로 이 부분이 보조 노광 예정 영역으로 작용하여 이미지 콘트라스트 및 분해능을 향상시킬 수 있다.
이상에서 기술한 바와 같이, 본 발명은 노광기술의 하나인 EUV 리소그래피 공정에서 사용될 것으로 예상되어지는 위상 반전 마스크를 형성하는데 있어서 위상 반전 패턴 및 반사층 사이에 흡수층을 형성하고, 흡수층을 이용하여 노광 예정 영역의 외곽에 보조 노광 예정 영역을 형성함으로써, 이미지 콘트라스트 및 분해능을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 디바이스 개발 및 양산 시에 노광공정에서 많은 공정마진을 확보할 수 있어 소자의 개발기간 단축 및 생상 수율의 향상을 가져올 수 있는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으 로 보아야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 기판 전면에 형성한 반사층;
    상기 반사층 상부에 형성하는 위상 반전 패턴; 및
    상기 위상 반전 패턴 및 상기 반사층 사이에 흡수층을 형성하되, 상기 위상 반전 패턴의 측벽으로부터 소정거리 이격된 부분의 흡수층이 제거되어 상기 반사층과 위상 반전 패턴이 접합되도록 하는 흡수층 패턴 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층은 Mo 및 Si의 조합으로 다층 적층된 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수층은 TiN, Cr, NiSi, Ti TaSN 및 Al 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크.
  4. 기판 전면에 반사층을 형성하는 단계;
    후속의 공정에서 상기 반사층이 노출되어 패턴 형성에 기여하는 영역으로부터 소정 거리 이격된 부분의 흡수층이 제거된 흡수층 패턴을 상기 반사층 상부에 형성하는 단계;
    상기 반사층 및 흡수층 상부에 위상 반전층을 형성하는 단계;
    상기 패턴 형성에 기여하는 영역을 노출시키는 감광막 패턴을 위상 반전층의 상부에 형성하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 식각 베리어로 사용하여 상기 위상 반전층 및 흡수층 패턴을 식각하고, 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사층은 Mo 및 Si의 조합으로 다층 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 흡수층은 TiN, Cr, NiSi, Ti TaSN 및 Al 중 선택된 어느 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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