KR20090097493A - 극자외선 리소그라피용 마스크 및 그 형성 방법. - Google Patents
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Abstract
기판 상에 형성되어 극 자외선 광을 반사시키는 다층 반사층과, 다층 반사층 상에 형성되어 상기 다층 반사층을 선택적으로 노출시키는 흡수층 패턴과, 그리고 흡수층 패턴 측벽에 형성되어 다층 반사층에 조사되는 극 자외선 광의 반사를 증가시키는 반사스페이서를 포함하는 극자외선 리소그라피용 마스크를 제시한다.
극 자외선, 리소그라피, 광의 세기, 컨트라스트, 반사도
Description
본 발명은 포토마스크 및 그 형성 방법에 관한 것으로 극자외선 리소그라피용 마스크 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
반도체소자의 집적도가 증가하고, 디자인 룰(design rule)이 축소됨에 따라, 소자에서 요구되는 패턴의 크기가 급격하게 작아지고 있다. 이에 따라, 포토리소그라피 장치에서 사용되는 광의 파장이 점점 짧아지면서, 패턴 형성을 위한 포토 리소그라피 과정에서 한계 해상력을 극복하기 위한 기술들이 개발되고 있다. 예컨대, 이머젼 리소그라피(immersion lithography), DPT(Double Patterning Technology) 극자외선 리소그라피(Extreme Ultra Violet lithography)등이 제시되고 있다.
특히, 극자외선 리소그라피 공정은 32nm 이하의 패턴을 형성하기 위해서, 일반적으로 노광 공정에서 사용하는 KrF 또는 ArF 파장의 광원보다 짧은 극자외선(EUV) 파장의 13.4nm의 광원으로 사용하고 있다. 이때, 극 자외선 리소그파리 공정에서 사용되는 마스크는, 광 반사형 구조 예컨대, 기판 상에 몰리브데늄(Mo)층 및 실리콘(Si)층의 다층 구조로 이루어지는 반사층을 포함하고, 반사층 상에 웨이 퍼 상으로 전사될 패턴의 형상으로 흡수층 패턴이 형성된다.
그런데, 극 자외선 리소그라피 공정에서 최저 67% 정도의 반사 효율을 얻기 위해서는 몰리브데늄층 및 실리콘층의 다층 구조로 이루어지는 반사층을 40 내지 50층 이상으로 형성해야 한다. 그러나, 다층 구조의 증가는 마스크 제작 단가를 증가시킬 뿐만 아니라 증착 과정에서 발생되는 이물질 등을 증가시키게 된다.
또한, 극 자외선 마스크는 흡수층 패턴이 반사층 상에 돌출된 형상으로 형성된다. 그런데, 극자외선 마스크에 조사되어 반사되는 광의 세기는 흡수층 패턴에 의해 노출된 반사층의 센터(center) 부분에서는 광의 세기(intensity)가 가장 높고 반사층과, 흡수층 패턴의 경계(edge) 부분으로 갈수록 광의 세기(intensity)가 낮아져 광원의 컨트라스트(contrast)가 저하된다. 이에 따라, 웨이퍼 상으로 전달되는 패턴의 이미지가 부정확해져 노광 불량이 유발될 수 있다.
본 발명에 따른 극 자외선 리소그라피용 마스크는, 기판 상에 형성되어 극 자외선 광을 반사시키는 다층 반사층; 상기 다층 반사층 상에 형성되어 상기 다층 반사층을 선택적으로 노출시키는 흡수층 패턴; 및 상기 흡수층 패턴 측벽에 형성되는 반사스페이서를 포함한다.
상기 반사스페이서는 반사스페이서 두께에 따라 반사도 차이를 유발하는 스페이서 형상으로 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 극 자외선 리소그라피용 마스크의 형성방법은, 기판 위에 다층 반사층을 형성하는 단계; 상기 다층 반사층 상에 흡수층 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 흡수층 패턴 측벽에 상기 다층 반사층에 조사되는 광을 반사를 증가시키는 반사스페이서를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 다층 반사층은 몰리브데늄 및 실리콘의 이중층을 반복 적층하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 흡수층 패턴은 TaBN 및 TaBO막을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 반사스페이서는 실리콘막, 루테늄막 또는 몰리브데늄과 실리콘을 포함하는 혼합막으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 다층 반사층 상에 캡핑층을 형성하는 단계; 및 상기 캡핑층 상에 버퍼층 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 캡핑층은 실리콘막으로 형성하고, 상기 버퍼층 패턴은 크롬나이트라이드 또는 실리옥사이드막으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 반사스페이서는 상기 반사스페이서 두께에 따라 반사도 차이를 유발하는 스페이서 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
(실시예)
도 1을 참조하면, 극 자외선 리소그라피에 사용되는 마스크는, 기판(110) 상에 형성되어 극 자외선 광을 반사시키는 다층 반사층(120)과, 다층 반사층(120) 상에 형성되어 다층 반사층(120)을 선택적으로 노출시키는 흡수층 패턴(151), 그리고 흡수층 패턴(151) 측벽에 형성되어 다층 반사층(120)에 조사되는 극 자외선 광의 반사를 증가시키는 반사스페이서(171)를 포함한다. 이때, 다층 반사층(120) 상에 형성된 캡핑층(capping layer)(130)을 포함하고, 캡핑층(130)과 흡수층 패턴(151) 계면에 형성된 버퍼층(buffer layer) 패턴(141)을 포함할 수 있다. 캡핑층(130)은, 다층 반사층(120)의 산화를 방지하고, 흡수층 패턴(151) 형성 시 다층 반사층(120)의 손상(attack)을 방지한다. 버퍼층 패턴(141)은 후속 진행될 식각 공정 또는 수정 공정 진행 과정에서 다층 반사층(120)을 보호하는 역할을 한다. 반사스페이서(171)는 실리콘(Si)막 또는, 루테늄(Ru)막을 포함하여 이루어질 수 있다. 경우에 따라, 반사스페이서(171)은 몰리브데늄 및 실리콘이 함유된 혼합막으로 이루어질 수도 있다. 이때, 반사스페이서(171)는 반사스페이서 두께에 따라 반사도 차이를 유발한다.
이와 같은 구조의 극 자외선 리소그라피에 사용되는 마스크의 제조 방법은, 도 2를 참조하면, 석영과 같은 기판(110) 상에 다층 반사층(multi mirror layer)(120), 캡핑층(capping layer)(130), 버퍼층(buffer layer)(140), 흡수층(absorber layer)(150) 및 마스크막(160)를 형성한다. 다층 반사층(120)은 마스크로 조사되는 극자외선 파장 예컨대, 13.4nm 광원을 반사시킬 수 있는 정도의 두께 예컨대, 몰리브데늄(Mo)층 및 실리콘(Si)층의 이중층을 대략 40 내지 50층 정도 반복 적층하여 형성할 수 있다. 캡핑층(130)은 실리콘(Si)막을 100 내지 110Å 두께로 형성할 수 있다. 캡핑층(130)은 다층 반사층(120)의 산화를 방지하고, 후속 버퍼층(140) 패터닝 시 다층 반사층(120)의 손상(attack)을 방지하는 역할을 한다. 버퍼층(140)은 크롬나이트라이드(CrN) 또는 실리옥사이드(SiO2)막을 90 내지 100Å 두께로 형성할 수 있다. 버퍼층(140)은 후속 진행될 식각 공정 또는 수정 공정 진행 과정에서 다층 반사층(120)을 보호하는 역할을 한다. 흡수층(150)은 이후 진행될 노광 공정에서 마스크로 조사되는 극자외선 파장 예컨대, 13.4nm 의 광원을 흡수할 수 있는 물질 예컨대, TaBN 및 TaBO막을 포함하여 형성할 수 있다. 마스크막(160)은 전자빔 레지스트(e-beam resist)막으로 형성할 수 있 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 마스크막(160)은 전자빔리소그라피 공정을 통해 패터닝 되어 후속 흡수층을 패터닝하는 과정에서 식각 마스크 역할을 한다.
도 3을 참조하면, 마스크막을 패터닝하여 흡수층을 선택적으로 노출시키는 마스크막 패턴(161)을 형성한다. 구체적으로, 마스크막을 전자빔 레지스트막으로 형성하는 경우, 전자빔레지스트막에 선택적으로 전자빔을 노출시켜 노광공정을 수행하고, 노광된 전자빔레지스트막을 현상액을 이용한 현상공정을 수행한다. 그러 면, 전자빔에 의해 조사되거나 조사되지 않은 부분이 선택적으로 제거되어 흡수층을 선택적으로 노출시키는 마스크막 패턴(161)이 형성된다.
마스크막 패턴(161)을 식각마스크로 노출된 흡수층을 식각하여 흡수층 패턴(151)을 형성한다. 흡수층 패턴(151)은 후속 극자외선 리소그라피 과정에서 마스크에 조사되는 극자외선 파장의 광원을 선택적으로 흡수하는 역할을 한다. 예컨대, 극자외선 파장의 광원이 마스크에 조사되면, 흡수층 패턴(151)에서 광이 흡수되고, 흡수층 패턴(151)에 의해 선택적으로 노출된 다층 반사층(120) 표면에서 광의 반사가 이루어진다.
도 4를 참조하면, 마스크막 패턴(도 3의 161)을 제거한 후, 흡수층 패턴(151)을 식각마스크로 노출된 버퍼층을 식각하여 버퍼층 패턴(141)을 형성한다.버퍼층 패턴(141)과, 흡수층 패턴(151)은 다층 반사층(120) 상에 돌출된 형상으로 형성되어, 버퍼층 패턴(141) 및 흡수층 패턴(151)은 다층 반사층(120)과 단차를 유발시키게 된다. 이에 따라, 극자외선 마스크에 조사되어 반사되는 광의 세기는 도 7에 도시된 바와 같이, 흡수층 패턴(151)에 의해 노출된 다층 반사층(120)의 센터(center) 부분에서는 광의 세기(intensity)(200)가 가장 높고 다층 반사층(120) 표면과, 흡수층 패턴의 경계(edge) 부분으로 갈수록 광의 세기(intensity)(200)가 낮아져 광원의 컨트라스트(contrast)가 저하된다. 이에 따라, 웨이퍼 상으로 전달되는 패턴의 이미지가 부정확해져 노광 불량이 유발될 수 있다.
도 5를 참조하면, 버퍼층 패턴(141), 흡수층 패턴(151) 및, 노출된 다층 반사층(120)(또는 캡핑층) 상에 마스크에 조사되는 광을 반사시킬 수 있는 스페이서 물질막(170)을 형성한다. 스페이서물질막(170)은 후속 버퍼층 패턴(141) 및 흡수층 패턴(151) 측벽에 스페이서 형상으로 형성될 막으로, 실리콘(Si)막 또는, 루테늄(Ru)막을 포함하여 형성할 수 있다. 경우에 따라, 스페이서물질막(170)은 몰리브데늄 및 실리콘이 함유된 혼합막으로 형성할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 스페이서물질막에 이방성 식각 또는 테이퍼(taper) 식각 공정을 수행하여 흡수층 패턴(151) 및 버퍼층 패턴(141) 측벽에 마스크에 조사되는 광을 반사시킬 수 있는 반사스페이서(171)를 형성한다. 반사스페이서(171)는 흡수층 패턴(151) 및 버퍼층 패턴(141) 측벽에 비스듬한 스페이서 형상으로 형성된다. 반사스페이서(171)는 조사되는 광을 반사시킬 수 있는 물질이므로, 반사스페이서(171)의 두께에 따라 반사도 차이를 유발하게 된다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 비스듬한 형태의 반사스페이서의 두께가 두꺼운 부분(a)은 광의 반사가 상대적으로 높게 증가되고, 두께가 얇은 부분(b)은 상대적으로 낮게 반사된다. 이에 따라, 도 9에 제시된 바와 같이, 극자외선 마스크에 조사되어 반사되는 광의 세기는다층 반사층(120)과, 흡수층 패턴(151)의 경계 부위에서 추가적인 반사효과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 다층 반사층(120)과, 흡수층 패턴(150)의 경계 부위에서 흡수층 패턴(151)에 의해 노출된 다층 반사층(120)의 센터 부위와 대등한 광의 세기(201)를 얻어 광원의 컨트라스트를 향상시킬 수 있다. 따라서, 극 자외선 리소그라피 공정에서 67% 정도의 반사 효율을 얻기 위해, 추가적으로 적층되는 다층 반사층의 수를 감소시킬 수 있으며, 마스크 제작 단가를 절감할 수 있다. 또한, 다층 구조 증가에 따른 이물 증가를 억제할 수 있으며, 32nm 이하의 패턴을 보다 안정적 으로 구현할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 극자외선 리소그라피용 마스크를 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
도 2 내지 도 9는 본 발명에 따른 극자외선 리소그라피용 마스크의 형성방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
Claims (12)
- 기판 상에 형성되어 극 자외선 광을 반사시키는 다층 반사층;상기 다층 반사층 상에 형성되어 상기 다층 반사층을 선택적으로 노출시키는 흡수층 패턴; 및상기 흡수층 패턴 측벽에 형성되어 상기 다층 반사층에 조사되는 극 자외선 광의 반사를 증가시키는 반사스페이서를 포함하는 극자외선 리소그라피용 마스크.
- 제1항에 있어서,상기 다층 반사층은 몰리브데늄 및 실리콘의 이중층을 반복 적층하여 형성된 극자외선 리소그라피용 마스크.
- 제1항에 있어서,상기 흡수층 패턴은 TaBN 및 TaBO막을 포함하여 형성된 극자외선 리소그라피용 마스크.
- 제1항에 있어서,상기 반사스페이서는 실리콘막, 루테늄막 또는 몰리브데늄과 실리콘을 포함하는 혼합막으로 형성된 극자외선 리소그라피용 마스크.
- 제1항에 있어서,상기 반사스페이서는 반사스페이서 두께에 따라 반사도 차이를 유발하는 형태로 형성된 극자외선 리소그라피용 마스크.
- 기판 위에 다층 반사층을 형성하는 단계;상기 다층 반사층 상에 흡수층 패턴을 형성하는 단계; 및상기 흡수층 패턴 측벽에 상기 다층 반사층에 조사되는 광을 반사를 증가시키는 반사스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 극자외선 리소그라피 마스크의 형성방법.
- 제6항에 있어서,상기 다층 반사층은 몰리브데늄 및 실리콘의 이중층을 반복 적층하여 형성하는 극자외선 리소그라피용 마스크의 형성방법.
- 제6항에 있어서,상기 흡수층 패턴은 TaBN 및 TaBO막을 포함하여 형성하는 극자외선 리소그라피용 마스크의 형성방법.
- 제6항에 있어서,상기 반사스페이서는 실리콘막, 루테늄막 또는 몰리브데늄과 실리콘을 포함 하는 혼합막으로 형성하는 극자외선 리소그라피용 마스크의 형성방법.
- 제6항에 있어서,상기 다층 반사층 상에 캡핑층을 형성하는 단계; 및상기 캡핑층 상에 버퍼층 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 극 자외선 리소그라피용 마스크의 형성방법.
- 제10항에 있어서,상기 캡핑층은 실리콘막으로 형성하고, 상기 버퍼층 패터은 크롬나이트라이드 또는 실리옥사이드막으로 형성하는 극 자외선 리소그라피용 마스크의 형성방법.
- 제6항에 있어서,상기 반사스페이서는 상기 반사스페이서 두께에 따라 반사도 차이를 유발하는 형태로 형성하는 극자외선 리소그라피용 마스크의 형성방법.
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