KR20090044565A - 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, EUV용 노광 마스크에 박스 형태의 제 1 흡수층 패턴 및 마름모 형태의 제 2 흡수층 패턴을 형성하여 패턴 방향에 따른 바이어스(Bias) 및 오프셋(Offset) 차이를 측정함으로써, 효과적으로 그림자 효과(Shadowing Effect)를 예측하고, 후속 공정 시 이를 반영하여, CD 균일도(Critical Dimension Uniformity) 및 오버랩(Overlap) 특성을 향상시키는 기술을 개시한다.
Description
본 발명은 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, EUV(Extreme Ultraviolet radiation)를 이용한 노광 공정에 관한 것이다.
최근 반도체 메모리 소자에 있어서, 반도체 소자의 고집적화에 대응하여 리소그래피 공정의 전사 한계를 초과하는 미세 패턴이 요구되고 있다. 이에 따라, 이러한 미세 패턴의 전사를 가능하도록 하기 위해 보다 파장이 짧은 극단 자외광(Extreme Ultra Violet; 이하, EUV 광이라 함) 등을 이용한 리소그래피 공정이 제안되었다. 여기서, EUV 광이라 함은 X선 영역 또는 진공 자외선 영역의 파장 대의 광을 말하며, 구체적으로는 파장이 0.2 ~ 100nm 정도의 광이다.
일반적으로 EUV 광이나 X선 등의 단파장 영역의 광을 사용하는 리소그래피 공정에서는 KrF(248nm), ArF(193nm) 및 F2(157nm)와 같이 비교적 장파장 광을 사용하는 리소그래피 공정에서 사용하는 투광형 마스크 대신에 반사형 마스크를 사용한다. 이는, 광이 마스크 및 렌즈에 투과되는 과정에서 대부분이 흡수되어 없어지기 때문이다.
도 1은 EUV용 노광 마스크를 이용한 노광 공정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 레이저 광원으로부터 조사된 광은 EUV 광원 발생부를 통해 13.4㎚ 파장의 EUV 빔이 되고, 이러한 EUV 광은 집속 렌즈(Condenser Lense)와 수개의 렌즈(120a, 120b, 120c, 120d)들을 거쳐 흡수층 패턴(110)이 구비된 EUV용 노광 마스크(100)에 도달하게 되며, 상기 마스크로부터 반사된 EUV 광은 축소 렌즈(Reduction Lense)를 거쳐 웨이퍼(130)에 전사된다.
여기서, EUV용 노광 마스크(100)는 반사형 마스크로, 실리콘이나 석영 등의 기판 상에 EUV 광이나 X선 등을 반사하는 반사층, 그 상부에 EUV 광이나 X선 등을 흡수하는 흡수층으로 이루어진다. 이중 반사층으로는 적어도 2종류의 물질의 박막이 상호 교대로 적층된 다층막이 일반적으로 사용된다.
또한, 이러한 반사형 마스크의 기본 구조에 더하여 상기 반사층과 상기 흡수층 사이에 중간층으로 버퍼층을 형성하는 기술이 있다. 상기 버퍼층은 상기 흡수층을 형성하기 위한 식각공정 시 상기 반사층이 노출되어 손상되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
이러한 반사형 마스크로는 마스크의 수직방향보다 어느 정도, 일반적으로 2~5°정도의 입사각(θ)을 갖는 방향으로부터 노광 광이 입사되고, 이렇게 마스크로 입사된 노광 광은 상기 흡수층이 있는 부분에서 흡수되며, 그 이외의 부분에서 노광 광은 상기 반사층에서 반사되기 때문에 상기 흡수층을 반영한 반사 상이 형성 된다. 이 반사 상을 적당한 광학계를 통해 실리콘 웨이퍼 상에 축소 촬영함으로써 전사가 이루어진다.
이처럼, 반사형 마스크로 입사되는 노광 광은 어느 정도의 입사각으로 입사되어야 하는데, 그 이유는 입사하는 광과 반사하는 광 사이의 간섭효과를 감소시키기 위함이다. 광을 어느 정도의 입사각을 갖도록 입사시키지 않은 경우 광의 입사 경로가 반사경로와 같게 되어 입사되는 광과 상을 형성하는 광이 서로 간섭을 일으키게 된다.
그러나, 종래기술에 따른 반사형 마스크에서는 상기한 이유에 의해 광을 어느 정도의 입사각을 갖고 입사시키는 경우 흡수체 패턴의 모서리 부위에서 흐릿함과 같은 그림자 효과(Shadowing Effect)가 야기된다. 이러한 그림자 효과는 반사형 마스크 상에서 반사되어져 나오는 상에 영향을 미치고, 결국 패터닝하고자 하는 패턴에 영향을 미치게 된다.
도 2a 및 도 2b는 EUV용 노광 마스크를 이용한 노광 공정으로 형성되는 패턴을 도시한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 라인형 흡수층 패턴(210)이 형성되어 있는 EUV용 노광 마스크(200)를 사용한 패턴 형성 시 광원의 방향과 패턴의 방향이 평행한 경우를 나타낸 것으로, 웨이퍼(250) 상에 형성된 패턴은 바이어스(Bias) 및 오프 셋(Off Set) 차이가 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
도 2b를 참조하면, 라인형 흡수층 패턴(210)이 형성되어 있는 EUV용 노광 마스크(200)를 사용한 패턴 형성 시 광원의 방향과 패턴의 방향이 평행하지 않고, 입 사각을 가지는 경우를 나타낸 것으로, 노광 마스크(200)의 흡수층 패턴(210)과 광원의 입사각에 따라 웨이퍼(250)에 형성되는 패턴(260b)이 시프트(Shift)되거나, 바이어스(Bias) 차이가 발생한 것을 알 수 있다. 이로 인해 후속 공정 시 CD 균일도(Critical Dimension Uniformity) 및 오버랩(Overlap) 특성이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명은 EUV용 노광 마스크에 박스 형태의 제 1 흡수층 패턴 및 마름모 형태의 제 2 흡수층 패턴을 형성하여 패턴 방향에 따른 바이어스(Bias) 및 오프셋(Offset) 차이를 측정하여 효과적으로 그림자 효과(Shadowing Effect)를 예측하여 후속 공정 시 이를 반영함으로서, CD 균일도(Critical Dimension Uniformity) 및 오버랩(Overlap) 특성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 노광 마스크는
EUV 반사형 노광 마스크에 있어서,
다층 구조를 포함하는 반사 기판과,
상기 반사 기판 상부에 구비되는 흡수층을 포함하되, 상기 흡수층은 박스 형태의 제 1 흡수층 패턴 및 마름모 형태의 제 2 흡수층 패턴을 포함하는 것과,
상기 흡수층은 텅스텐(W), 크롬(Cr), 탄탈륨 질화막(TaN), 탄탈륨 붕소 질화막(TaBN) 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것과,
상기 박스 형태의 제 1 흡수층 패턴은 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향을 갖는 것과,
상기 제 1 방향은 X축에 대해 0°의 각도를 가지며, 상기 제 2 방향은 X축에 대해 90°의 각도를 가지는 것과,
상기 마름모 형태의 제 2 흡수층 패턴은 제 3 방향 및 상기 제 3 방향과 수 직한 제 4 방향을 갖는 것과,
상기 제 3 방향은 X축에 대해 45°의 각도를 가지며, 상기 제 4 방향은 X축에 대해 135°의 각도를 가지는 것과,
상기 제 1 흡수층 패턴은 상기 제 2 흡수층 패턴의 내측에 형성되는 것과,
상기 제 2 흡수층 패턴은 상기 제 1 흡수층 패턴의 내측에 형성되는 것과,
상기 반사 기판 상부에 버퍼층을 더 포함하는 것과,
상기 다층 구조는 몰리브덴, 실리콘 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노광 마스크를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은
반도체 기판 상부에 감광막을 형성하는 단계와,
상기 노광 마스크를 사용한 노광 및 현상 공정을 수행하여 감광막 패턴을 형성하는 단계와,
상기 감광막 패턴의 CD를 타겟 패턴의 CD와 비교하여 바이어스(Bias) 및 오프 셋(Off Set) 차이를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 감광막 패턴은 박스 형태의 제 1 감광막 패턴 및 마름모 형태의 제 2 감광막 패턴으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 EUV용 노광 마스크에 박스 형태의 제 1 흡수층 패턴 및 마름모 형태의 제 2 흡수층 패턴을 형성하여 패턴 방향에 따른 바이어스(Bias) 및 오프셋(Offset) 차이를 측정하여 효과적으로 그림자 효과(Shadowing Effect)를 예측하 여 후속 공정 시 이를 반영함으로서, 소자의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
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 것으로 보아야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명에 따른 EUV용 노광 마스크를 도시한 것으로, (ⅰ)은 평면도를 도시한 것이며, (ⅱ)는 상기 (ⅰ)의 X - X'의 절단면에 따른 단면도를 도시한 것이다.
도 3 (ⅰ)을 참조하면, 다층구조를 포함하는 반사 기판(300) 상부에 흡수층 패턴(310)이 구비되어 있다.
여기서, 흡수층 패턴(330)은 박스 형태의 제 1 흡수층 패턴(310) 및 마름모 형태의 제 2 흡수층 패턴(320)으로 구성되며, 도시된 바와 같이 제 2 흡수층 패턴(320)은 제 1 흡수층 패턴(310) 내측에 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 제 1 흡수층 패턴(310) 내측에 제 2 흡수층 패턴(320)이 구비되도록 하여도 무방하다.
또한, 제 1 흡수층 패턴(310)과 제 2 흡수층 패턴(320)은 서로 중첩되지 않도록 이격되어 구비되는 것이 바람직하다.
도 3 (ⅱ)를 참조하면, 상기 '도 3 (ⅰ)'의 X - X'에 따른 절단면을 도시한 단면도로서, 반사기판(300) 상부에 다층구조의 반사층(303) 및 버퍼층(305)을 형성하고, 버퍼층(305) 상부에 흡수층(미도시)을 형성한다.
다음에, 상기 흡수층(미도시)을 패터닝하여 흡수층 패턴(330)을 형성한다.
여기서, 흡수층 패턴(330)은 상기 도 3 (ⅰ)에 도시된 바와 같이 박스 형태의 제 1 흡수층 패턴(310) 및 마름모 형태의 제 2 흡수층 패턴(320)으로 구성되며, 제 1 흡수층 패턴(310) 내측에 제 2 흡수층 패턴(320)이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 제 2 흡수층 패턴(320)이 제 1 흡수층 패턴(310) 내측에 형성되도록 할 수 도 있다.
상기 '도 3'의 노광 마스크를 사용한 반도체 소자의 제조 방법을 설명하면, 반도체 기판 상부에 감광막을 형성한 후 상기 '도 3'에 도시된 EUV 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 수행하여 감광막 패턴을 형성한다.
이때, EUV용 노광 마스크는 반사형 마스크이므로, 입사되는 광원은 입사각을 가지게 된다. 따라서, 광원의 방향에 따라 바이어스(Bias) 및 오프 셋(Off Set) 차이가 발생하게 된다. 이때, 감광막 패턴의 CD에 차이가 발생하고, 감광막 패턴의 CD와 타겟 패턴의 CD의 차이를 측정하여 광원이 입사된 각도 및 방향을 예측할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 각각 다른 방향으로 입사된 광원에 따라 웨이퍼 상에 형성되는 감광막 패턴을 도시한 것으로, 타겟 패턴의 CD와 감광막 패턴의 CD를 비교하여 EUV 노광 공정에서 발생하는 그림자 효과(Shadowing Effect)를 예측할 수 있 다.
이때, 웨이퍼 상에 형성되는 감광막 패턴은 박스 형태의 제 1 감광막 패턴(410) 및 제 1 감광막 패턴(410) 내측에 구비된 마름모 형태의 제 2 감광막 패턴(420)으로 구성되도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 타겟 패턴의 CD와 제 1 및 제 2 감광막 패턴(410, 420)의 CD를 비교하여, 가장 큰 CD 차이를 가지는 영역을 선별한다. 이때, EUV 광원은 가장 큰 CD 차이를 가지는 부분의 방향과 수직한 방향으로 기울어진 입사각을 가지는 것으로 예측할 수 있다.
따라서, 웨이퍼 상에 형성된 제 1 및 제 2 감광막 패턴(410, 420)을 통하여, EUV 광원이 어느 방향으로 기울어진 입사각이 있는지 예측할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 박스 형태의 제 1 감광막 패턴(410)은 X축을 기준으로 0°의 각도를 가지는 제 1 방향의 제 1 패턴(410a)과 X축을 기준으로 90°의 각도를 가지는 제 2 방향의 제 2 패턴(410b)을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 방향 및 제 2 방향은 서로 수직한 방향이다.
여기서, 상기 '도 4a'의 'a'와 같이 박스 형태의 제 1 감광막 패턴(410)의 제 2 패턴(410b)의 CD가 타겟 패턴의 CD와 가장 큰 차이를 가지고 형성된 것을 알 수 있다.
이와 같은 경우, EUV 광원은 상기 제 2 방향과 수직한 방향인 제 1 방향으로 기울어진 입사각이 있다고 예측할 수 있다.
또한, 상기 '도 4b'의 'b'와 같이 박스 형태의 제 1 감광막 패턴(410)의 제 1 패턴(410a)의 CD가 타겟 패턴의 CD와 가장 큰 차이를 가지고 형성된 것을 알 수 있다.
이와 같은 경우, EUV 광원은 상기 제 1 방향과 수직한 방향인 제 2 방향으로 기울어진 입사각이 있다고 예측할 수 있다.
도 4c 및 도 4d를 참조하면, 마름모 형태의 제 2 감광막 패턴(420)은 X축을 기준으로 45°의 각도를 가지는 제 3 방향의 제 3 패턴(420a), X축을 기준으로 135°의 각도를 가지는 제 4 방향의 제 4 패턴(420b)으로 나눌 수 있으며, 상기 제 3 방향과 제 4 방향은 서로 수직한 방향이다.
이때, 상기 '도 4c'의 'c'와 같이 제 2 감광막 패턴(420)의 제 4 패턴(420b)의 CD가 타겟 패턴의 CD와 가장 큰 차이를 가지고 형성되는 경우, 상기 제 4 방향과 수직한 제 3 방향으로 기울어진 입사각이 입사된다고 예측할 수 있다.
또한, 상기 '도 4d'의 'd'와 같이 제 2 감광막 패턴(420)의 제 3 패턴(420a)의 CD가 타겟 패턴의 CD와 가장 큰 차이를 가지고 형성되는 경우, 상기 제 3 방향과 수직한 제 4 방향으로 기울어진 입사각이 입사된다고 예측할 수 있다.
이와 같이 노광 마스크에 박스 형태의 제 1 흡수층 패턴과 마름모 형태의 제 2 흡수층 패턴이 구비되도록 함으로써, X축에 대해 0°, 45°, 90 °및 135°의 방향이 하나의 노광 마스크를 통해 나타나도록 한다.
상기와 같은 노광 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하고, 이를 통해 입사되는 광원의 입사각을 예측하여 EUV 노광 공정에서 발생하는 그림자 효과(Shadowing Effect)를 측정, 분석할 수 있으며, 후속 공정 시 패턴의 CD 균일 도(Critical Dimension Uniformity) 및 오버레이(Overlay) 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 EUV용 노광 마스크를 이용한 노광 공정을 설명하기 위하여 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 EUV용 노광 마스크를 이용한 노광 공정으로 형성되는 패턴을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 EUV용 노광 마스크를 도시한 평면도 및 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 노광 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 도시한 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
100, 200 : 노광 마스크 110, 210 : 흡수층 패턴
120a, 120b, 120c, 120d : 렌즈
130, 250 : 웨이퍼 260a, 260b : 패턴
300 : 반사기판 303 : 반사층
305 : 버퍼층 310 : 제 1 흡수층 패턴
320 : 제 2 흡수층 패턴 330 : 흡수층 패턴
410 : 제 1 감광막 패턴 420 : 제 2 감광막 패턴
410a : 제 1 패턴 410b : 제 2 패턴
420a : 제 3 패턴 420b : 제 4 패턴
Claims (12)
- EUV 반사형 노광 마스크에 있어서,다층 구조를 포함하는 반사 기판;상기 반사 기판 상부에 구비되는 흡수층을 포함하되, 상기 흡수층은 박스 형태의 제 1 흡수층 패턴 및 마름모 형태의 제 2 흡수층 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 흡수층은 텅스텐(W), 크롬(Cr), 탄탈륨 질화막(TaN), 탄탈륨 붕소 질화막(TaBN) 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 박스 형태의 제 1 흡수층 패턴은 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 방향은 X축에 대해 0°의 각도를 가지며, 상기 제 2 방향은 X축에 대해 90°의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 마름모 형태의 제 2 흡수층 패턴은 제 3 방향 및 상기 제 3 방향과 수직한 제 4 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 3 방향은 X축에 대해 45°의 각도를 가지며, 상기 제 4 방향은 X축에 대해 135°의 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 흡수층 패턴은 상기 제 2 흡수층 패턴의 내측에 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 흡수층 패턴은 상기 제 1 흡수층 패턴의 내측에 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 반사 기판 상부에 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 다층 구조는 몰리브덴, 실리콘 및 이들의 조합 중 선택된 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
- 반도체 기판 상부에 감광막을 형성하는 단계;청구항 1의 노광 마스크를 사용한 노광 및 현상 공정을 수행하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및상기 감광막 패턴의 CD를 타겟 패턴의 CD와 비교하여 바이어스(Bias) 및 오프 셋(Off Set) 차이를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 감광막 패턴은 박스 형태의 제 1 감광막 패턴 및 마름모 형태의 제 2 감광막 패턴으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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| KR1020070110705A KR20090044565A (ko) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=40855110
Family Applications (1)
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| KR1020070110705A KR20090044565A (ko) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013158593A1 (en) * | 2012-04-18 | 2013-10-24 | Kla-Tencor Corporation | Critical dimension uniformity monitoring for extreme ultra-violet reticles |
-
2007
- 2007-10-31 KR KR1020070110705A patent/KR20090044565A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013158593A1 (en) * | 2012-04-18 | 2013-10-24 | Kla-Tencor Corporation | Critical dimension uniformity monitoring for extreme ultra-violet reticles |
| US9863761B2 (en) | 2012-04-18 | 2018-01-09 | Kla-Tencor Corporation | Critical dimension uniformity monitoring for extreme ultraviolet reticles |
| US10288415B2 (en) | 2012-04-18 | 2019-05-14 | Kla-Tencor Corporation | Critical dimension uniformity monitoring for extreme ultra-violet reticles |
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