KR20090132296A - 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
기판 상에 반사층, 흡수층 및 레지스트막을 형성하고, 레지스트막에 노광 영역을 설정한다. 노광 영역을 일정 간격으로 분할하여 다 수 개의 분할 영역을 형성한다. 분할 영역 별로, 전자빔 세기를 다르게 조사하여 주입되는 도즈량을 조절하고, 전자빔이 조사된 레지스트막을 현상하여 흡수층을 선택적으로 노출시키되, 전자빔 세기에 따른 레지스트막의 제거량 차이에 의해 경사진 측벽 프로파일을 갖는 레지스트막 패턴을 형성한다. 그리고 레지스트막 패턴에 의해 노출된 흡수층 부분을 식각하여 흡수층 패턴을 형성하는 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법을 제시한다.
레지스트막, 사다리꼴, 새도우 현상, 극자외선, 전자빔 세기
Description
본 발명은 극자외선 리소그라피에 관한 것으로, 보다 구체적으로 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체소자가 고집적화되고, 디자인 룰(design rule)이 축소됨에 따라 소자에서 요구되는 패턴의 크기가 급격하게 작아지고 있다. 이에 따라, 포토리소그파리 장치에서 사용되는 광의 파장이 점점 짧아지면서, 패턴 형성을 위한 포토리소그라피 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 투과형 구조와 달리 광 반사형 구조 예컨대, 기판 상에 Mo/Si층의 다층 구조로 이루어지는 반사층을 포함하고, 반사층 상에 웨이퍼 상으로 전사될 패턴의 형상으로 흡수층 패턴이 형성된다. 극자외선 마스크에 극자외선이 조사되는 경우, 흡수층 패턴에서는 극자외선이 흡수되고, 흡수층 패턴에 의해 노출된 반사층 표면에서는 극자외선의 반사가 이루어진다.
한편, 극자외선 마스크에 조사되는 극자외선은 마스크 표면에 수직한 각도가 아닌 경사진 입사 각도 예컨대, 5 내지 6°의 입사각을 가지고 조사되거나 반사된다. 이때, 상부의 흡수층 패턴과 하부의 반사층의 표면 높이에 따른 단차로 인해 그늘지는 부분이 나타나고, 이로 인해 극자외선이 조사되지 않거나, 반사되지 않을 수 있다. 따라서, 흡수층 패턴에 의해 그늘지는 정도가 달라 웨이퍼 상으로 입사되는 위치에 따라 마스크에 입사되는 방향이 조금씩 변하게 되어 웨이퍼 패턴의 CD가 변하게 되는 새도우 현상(shadow effect)이 나타나게 된다.
이에 따라, 새도우 현상을 제어하기 위해, 사다리꼴 형상의 패턴을 형성하기 위한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명에 따른 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법은, 기판 상에 반사층, 흡수층 및 레지스트막을 형성하는 단계; 상기 레지스트막에 노광 영역을 설정하는 단계; 상기 노광 영역을 일정 간격으로 분할하여 다 수 개의 분할 영역을 형성하는 단계; 상기 분할 영역 별로, 전자빔 세기를 다르게 조사하여 주입되는 도즈량을 조절하는 단계; 상기 전자빔이 조사된 레지스트막을 현상하여 흡수층을 선택적으로 노출시키되, 상기 전자빔 세기에 따른 레지스트막의 제거량 차이에 의해 경사진 측벽 프로파일을 갖는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 레지스트막 패턴에 의해 노출된 흡수층 부분을 식각하여 흡수층 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 반사층은, 몰리브데늄층 및 실리콘층의 이중층을 반복 적층하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 흡수층은 TaBN 및 TaBO막을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 반사층 상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 도즈량을 조절하는 단계는, 상기 노광 영역과, 노광 영역에 의해 한정되는 비노광 영역의 경계 부분에서 센터부분으로 갈수록 전자빔 세기를 증가시켜 조사하는 것이 바람직하다.
상기 전자빔 세기는, 상기 노광 영역과, 비노광 영역의 경계 부분은, 20%의 전자빔 세기로 조사하고, 센터 부분은 100%의 전자빔 세기로 조사하는 것이 바람직하다.
상기 레지스트막 패턴은, 사다리꼴 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
(실시예)
도 1을 참조하면, 투명기판(100) 상에 극자외선을 반사시키는 반사층(110),버퍼층(120), 흡수층(130) 및 레지스트막(140)을 형성한다.
투명기판(100)은 낮은 열패창계수(LTE:Low Thermal Expansion coefficient)을 갖는 석영(quartz)기판을 포함하여 형성할 수 있다. 반사층(110)은 마스크로 조사되는 13.5nm의 극자외선광을 반사시킬 수 있는 정도의 두께 예컨대, 몰리브데늄(Mo)층(111) 및 실리콘(Si)층(112)의 이중층이 대략 40 내지 50층 정도 반복 적층하여 형성할 수 있다. 이때, 반사층(110)의 최상층 예컨대, 실리콘층은 하지에 형성되는 실리콘층보다 상대적으로 두껍게 형성한다. 최상층의 실리콘층은 반사층(110)의 원하지 않는 산화나 오염을 억제하고, 레지스트막(140) 패터닝 시 반사층(110)이 손상(attack)되는 것을 방지하는 캡핑층(capping layer) 역할을 한다.
버퍼층(120)은, 흡수층(130)을 패터닝하기 위한 식각공정 또는 수정 공정 시 반사층(110)을 보호하는 역할을 한다. 흡수층은(130) 극자외선광을 흡수할 수 있는 물질 예컨대, TaBN 및 TaBO막을 포함하여 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 레지스트막(140)에 노광 영역(A)을 설정한다. 그러면, 레지스트막(140)은 노광 영역(A)과 비노광 영역(B)으로 구분된다. 이때, 노광 영역(A)은, 전자빔 쓰기가 수행될 영역으로, 후속 전자빔이 조사되고, 현상액에 의해 흡수층(130)이 선택적으로 노출되는 영역이다. 비노광 영역(B)은, 후속 현상액에 의해 흡수층(130)을 선택적으로 노출시키는 레지스트 패턴이 형성될 영역이다.
도 3을 참조하면, 노광 영역(A)을 일정 간격으로 분할(split)하여 다 수 개의 분할 영역을 설정한 후, 설정된 분할 영역 별로, 전자빔 세기를 다르게 조사한다. 분할 영역은, 웨이퍼 필드 영역의 위치에 따라, 대응되는 노광 영역에서 분할되는 분할 영역의 수가 달라질 수 있다. 이때, 전자빔 조사는 노광 영역(A)과 비노광 영역(B)의 경계 예컨대, 최외곽 분할 영역에서 센터(center) 분할 영역으로 갈수록 전자빔 세기를 증가시키면서 조사할 수 있다.
전자빔 세기가 증가됨에 따라, 레지스트막(140)의 분할 영역에 주입되는 도즈량은 증가된다. 따라서, 전자빔 세기에 따라, 레지스트막(140)의 분할 영역에 주입되는 도즈량이 달라, 현상 공정 시 제거되는 레지스트양(140)이 달라질 수 있다.
예컨대, 레지스트막의 노광 영역을 11개의 분할 영역으로 형성하는 경우, 레지스트막(140)의 노광 영역(A)을 자세히 살펴보면, 도 4에 제시된 바와 같이, 전자빔 노광 장치에, 노광 영역(A)과 비노광 영역(B)의 경계 부분 예컨대, 최외곽 분할 영역(a)은 20% 전자빔 세기로 조사되도록 설정하고, 최외곽 분할 영역(a)에서 센터 분할 영역(b)으로 갈수록 40%, 60%, 80%, 100%의 전자빔 세기로 조사되도록 설정한 후, 분할 영역 별로, 주입되는 도즈량을 달리하면서, 전자빔 쓰기를 수행한다.
그러면, 20%의 전자빔 세기로 조사된 최외곽 분할 영역(a)들에 주입되는 도즈들은, 레지스트막 상부 표면에서부터 소정 깊이(h1)까지 주입되고, 100%의 전자빔 세기로 조사된 센터 분할 영역(b)들에 주입되는 도즈들은 흡수층(130)과, 레지스트 막의 경계 깊이(h2)까지 주입된다. 즉,100%의 전자빔 세기로 조사된 센터 분할 영역(b)은 상하부 모두 전자빔에 의해 조사되는 반면에, 20%의 전자빔 세기로 조사된 최외곽 분할 영역(a)의 상부는 전자빔에 의해 조사되고, 최외곽 분할 영역(a)의 하부는 전자빔이 조사되지 않게 된다.
따라서, 레지스트막(140)에 주입되는 도즈량 차이에 의해, 전자빔이 조사되는 깊이가 달라지므로, 분할 영역 별로, 전자빔이 조사되는 부분과, 전자빔이 조사되지 않는 부분을 전자빔 세기에 따라 조절할 수 있다.
도 5를 참조하면, 전자빔이 조사된 레지스트막(도 3의 140)에 현상액을 이용한 현상공정을 수행한다. 그러면, 양측으로 경사진(slanted) 측벽 프로파일을 갖는 사다리꼴(trapezoid) 형상의 레지스트막 패턴(141)이 형성된다.
구체적으로, 전자빔이 조사된 레지스트막(140)에 현상액을 공급한다. 그러면, 전자빔이 조사된 부분과, 전자빔이 조사되지 않은 부분의 용해도 차이에 의해, 전자빔이 조사된 부분 또는 전자빔이 조사되지 않은 부분이 선택적으로 용해되어 제거된다. 이때, 분할 영역 별로, 레지스트막에 전자빔이 조사된 두께가 다르므로, 현상액에 의해 제거되는 양이 달라 남아있는 레지스트막의 두께가 달라지게 된다.
예컨대, 사다리꼴 형상의 레지스트막 패턴(141)을 자세히 살펴보면, 도 6에 제시된 바와 같이, 20% 전자빔 세기로 조사된 최외곽 분할 영역(a)의 경우, 최외곽 분할 영역(a)은 전자빔에 의해 도즈가 주입된 깊이(h1)까지만 레지스트막이 제거되고, 도즈가 주입되지 않는 부분은 잔류하게 된다.
반면에, 100% 전자빔 세기로 조사된 센터분할 영역(b)의 경우, 센터 분할 영역은 전자빔에 의해 흡수층과, 레지스트막의 경계 깊이(h2)까지 도즈가 주입되므로, 레지스트막은 모두 제거되어 흡수층을 선택적으로 노출시키게 된다. 따라서, 분할 영역 별로, 전자빔 세기를 다르게 조사함으로써, 현상액에 의해 잔류되는 레지스트막의 두께를 조절할 수 있다.
이와 같이, 노광 영역 예컨대, 전자빔 쓰기가 수행될 영역을 다 수개의 분할 영역으로 분할한 후, 분할 영역 별로, 전자빔 세기를 다르게 하여 현상액에 의해 잔류되는 레지스트막의 두께를 조절할 수 있다. 또한, 분할 영역 및 전자빔 세기를 조절하여 경사진 측벽 프로파일을 갖는 레지스트막 패턴(141)을 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 레지스트막 패턴(141)을 식각마스크로 한 식각 공정을 수행하여 사다리꼴 형상의 흡수층 패턴(131)을 형성한다.
그런데, 흡수층 패턴(131)을 형성하기 위한 식각공정이 수행되면서, 노출된 흡수층이 선택적으로 식각되면서, 동시에 레지스트막 패턴(141)의 상부가 일정 두께 정도 제거된다. 예컨대, 레지스트막 패턴(141)에 의해 노출된 흡수층 부분을 식각하는 동안, 상대적으로 낮은 두께의 레지스트막 패턴(141) 예를 들면, 80%의 전자빔 세기로 조사된 부분도 제거되어 흡수층의 일부를 노출시키고, 노출된 흡수층의 일부 역시 그 시점부터 식각공정에 의해 식각되어 제거된다. 따라서, 식각 공정 시간에 따라, 흡수층의 제거 두께와, 레지스트막의 제거 두께에 의존하여, 레지스트막 패턴(141)과 동일한 측벽 프로파일을 갖는 흡수층 패턴(131)이 형성된다.
일반적으로 전자빔 리소그라피 공정은, 전자빔 레지스트막에 전자빔을 조사한 후, 전자빔에 의해 조사된 부분과, 전자빔에 의해 조사되지 않는 부분의 용해도 차이를 이용한 현상공정을 수행하여 전자빔 레지스트막 패턴을 형성하게 된다. 이때, 전자빔은 동일한 에너지값으로 조사되므로, 동일한 에너지값으로 조사된 레지스트막은 후속 현상액에 의해 제거되므로, 버티컬한 측벽 프로파일을 갖는 레지스트막 패턴이 형성된다.
반면에, 본 발명의 실시예에 따르면, 전자빔 쓰기가 수행될 영역을 미세하게 분할한 후, 분할 영역 별로, 전자빔 세기를 다르게 조사하여 현상액에 의해 잔류되는 레지스트막의 두께를 조절할 수 있다. 이에 따라, 경사진 측벽 프로파일을 갖는 레지스트막 패턴을 형성하여, 하부의 흡수층 패터닝 시 경사진 측벽 프로파일을 갖는 흡수층 패턴을 형성할 수 있다. 이에 따라, 극자외선 마스크의 새도우 현상을 억제하여 웨이퍼 패턴의 위치가 변하는 쉬프트(shift) 현상을 방지할 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 가진 변형이 가능하다.
도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
Claims (7)
- 기판 상에 반사층, 흡수층 및 레지스트막을 형성하는 단계;상기 레지스트막에 노광 영역을 설정하는 단계;상기 노광 영역을 일정 간격으로 분할하여 다 수 개의 분할 영역을 형성하는 단계;상기 분할 영역 별로, 전자빔 세기를 다르게 조사하여 주입되는 도즈량을 조절하는 단계;상기 전자빔이 조사된 레지스트막을 현상하여 흡수층을 선택적으로 노출시키되, 상기 전자빔 세기에 따른 레지스트막의 제거량 차이에 의해 경사진 측벽 프로파일을 갖는 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 및상기 레지스트막 패턴에 의해 노출된 흡수층 부분을 식각하여 흡수층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 반사층은, 몰리브데늄층 및 실리콘층의 이중층을 반복 적층하여 형성하는 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 흡수층은 TaBN 및 TaBO막을 포함하여 형성하는 극자외선 리소그라피 마 스크의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 반사층 상에 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 도즈량을 조절하는 단계는, 상기 노광 영역과, 노광 영역에 의해 한정되는 비노광 영역의 경계 부분에서 노광 영역의 센터부분으로 갈수록 전자빔 세기를 증가시켜 조사하는 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 전자빔 세기는, 상기 노광 영역과, 비노광 영역의 경계 부분은, 20%의 전자빔 세기로 조사하고, 노광 영역의 센터 부분은 100%의 전자빔 세기로 조사하는 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 레지스트막 패턴은, 사다리꼴 형상으로 형성하는 극자외선 리소그라피 마스크의 제조 방법.
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