KR20100025823A - 반도체 소자의 ｃｄ보상 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체 소자의 CD 보상 방법은 반도체 기판 상부에 감광막을 도포하는 단계와 EUV 노광마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 감광막 패턴을 형성하는 단계와 상기 감광막 패턴의 CD를 측정하여 CD 균일도 맵을 구성하는 단계 및 상기 CD 균일도 맵을 이용하여 상기 EUV 노광마스크 상에 보상 박막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
EUV 노광마스크, CD 보상
Description
본 발명은 반도체 소자의 CD를 보상하기 위한 방법에 관한 것으로, EUV를 이용하여 형성된 반도체 소자의 CD를 보상하는 방법에 관한 것이다.
레티클(Reticle)의 패턴을 웨이퍼에 형성하는 노광 기술에 있어서 웨이퍼 상에 형성되는 패턴의 집적도가 증가하여 반도체 소자의 디자인 룰이 축소됨에 따라 반도체 소자의 선폭도 줄어들고 있으며, 이를 구현하기 위하여 노광원의 파장도 줄어들게 되었다.
종래의 노광공정에서는 노광원으로 I-line, G-line, krF 및 ArF 등을 사용하였지만, 반도체 소자의 고집적화로 인해 패터닝이 어려워 종래의 노광원보다 짧은 파장을 갖는 극자외선(EUV:extreme ultraviolet radiation)을 이용한 노광방식이 제안되었다.
종래의 노광방식은 노광마스크를 투과한 광을 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 방식인데, 극자외선을 사용하는 노광공정은 13.5nm 파장대의 고에너지 빛을 이용하기 때문에 종래의 노광방식으로는 웨이퍼 상에 패턴을 형성할 수 없다.
즉, 노광원은 짧은 파장대의 고에너지를 갖기 때문에 노광원으로부터 노광마 스크 및 렌즈에 입사된 광은 대부분이 마스크의 흡수층에 의해 흡수되어 없어지게 되어 웨이퍼 상에 도달하지 못해 패턴을 형성할 수 없다.
따라서, EUV를 사용하는 노광 방식에서는 반사 형태의 시스템이 요구되고 있다.
도 1은 반사 형태의 시스템을 적용한 노광 공정을 나타낸 것으로, 노광원(미도시)으로부터 사입되어 노광마스크(10)에 의해 반사된 광이 다시 반사 미러와 같은 반사 디바이스(20)를 통하여 반사됨으로써 웨이퍼(30)에 도달하게 되어 이를 이용하여 웨이퍼(30) 상에 패턴을 형성하는 방식이 사용된다.
한편, 노광공정 시 웨이퍼 표면에 전사된 마스크 이미지는 디자인 룰이 감소로 이웃하는 패턴들의 간격이 감소함에 따라 발생되는 광 근접 효과(OPE: optical proximity effect)과 같은 영향으로 인하여 패턴의 크기와 형상에 영향을 주어 웨이퍼 상에 형성되는 패턴의 CD 균일도(uniformity)를 저하시킨다.
즉, 동일한 치수로 설계된 패턴들이 동일한 노광마스크를 통해서 웨이퍼 상으로 전사될때, 노광 과정에서 패턴들이 전사되는 위치에 따라 패턴의 치수가 원하지 않게 변동되는 정도가 심각하게 커지고 있다.
종래기술에 따라 광을 투과하여 패터닝하는 방식을 이용하는 노광마스크는 웨이퍼 상으로 구현되는 패턴의 균일도를 향상시키기 위해서 포토 마스크 후면에 회절 격자 또는 필터를 도입하여 노광에 사용되는 조명계를 변화시키거나, 노광마스크를 투과한 노광원의 투과율을 이용하여 웨이퍼에 구현되는 패턴의 CD 균일도를 조절한다.
하지만, EUV 노광마스크는 광원을 반사시켜 패터닝하는 반사 프로세스를 이용하고 있기 때문에 종래의 기술로 사용되었던 방식을 사용할 수 없어, 웨이퍼 상에서 구현되는 패턴 균일도를 향상시키기 위해 패턴 CD의 보상이 어려운 문제가 있다.
본 발명에서는 반사 방식을 사용하는 EUV 노광마스크를 적용하는 경우 종래의 투과 방식을 사용하는 노광마스크에 적용되는 CD보상 방법을 적용할 수 없어 웨이퍼에 구현되는 패턴 CD를 보상하기 어려운 문제점을 해결하고자 한다.
본 발명의 반도체 소자의 CD 보상 방법은 반도체 기판 상부에 감광막을 도포하는 단계와 EUV 노광마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 감광막 패턴을 형성하는 단계와 상기 감광막 패턴의 CD를 측정하여 CD 균일도 맵을 구성하는 단계 및 상기 CD 균일도 맵을 이용하여 상기 EUV 노광마스크 상에 보상 박막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 CD 균일도 맵은 상기 감광막 패턴의 CD와 EUV 노광마스크 상의 마스크 패턴의 CD가 동일한 영역을 정의하는 제 1 패치(patch) 및 동일하지 않은 영역을 정의하는 제 2 패치(patch)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 보상 박막 패턴은 상기 CD 균일도 맵의 상기 제 2 패치를 이용하여 상기 EUV 노광마스크상의 해당영역에 형성하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 2 패치는 상기 EUV 노광마스크 패턴의 CD와 상기 감광막 패턴의 CD 차이가 일정한 영역들로 구성되는 다수개의 영역을 포함하는 것을 특징으로한다.
또한, 상기 보상 박막 패턴이 형성된 EUV 노광마스크는 마스크 기판 상부에 구비된 반사층과 상기 반사층 상부에 순차적으로 구비된 흡수층 패턴 및 상기 제 2 패치에 흡수층 패턴 및 그와 이웃한 반사층 상에 형성된 상기 보상 박막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 보상 박막 패턴은 상기 흡수층 패턴을 포함한 상기 반사층 상부에 보상 박막 및 감광막을 형성하는 단계와 상기 감광막을 직접 쓰기(direct writing) 방식으로 패터닝하여 감광막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 보상 박막을 패터닝하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 보상 박막은 화학기상증착(CVD) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 보상 박막은 절연막으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 절연막은 산화막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사층 상부에 버퍼층 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 CD 보상 방법은 반도체 기판 상부에 감광막을 도포하는 단계와 EUV 노광마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 감광막 패턴을 형성하는 단계와 상기 감광막 패턴의 CD를 측정하여 CD 균일도 맵을 구성하는 단계와 상기 CD 균일도 맵을 이용하여 상기 EUV 노광마스크 상에 제 1 보상 박막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 단계들을 n회(단, n은 2 이상의 자연수) 반복하여 제 n 보상 박막 패턴을 더 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로한다.
이때, 상기 CD 균일도 맵은 상기 감광막 패턴의 CD와 EUV 노광마스크 상의 마스크 패턴의 CD가 동일한 영역을 정의하는 제 1 패치(patch) 및 동일하지 않은 영역을 정의하는 n개의 패치(patch)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 보상 박막 패턴은 상기 CD 균일도 맵의 상기 n개의 패치를 이용하여 상기 EUV 노광마스크상의 해당영역에 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 n개의 패치는 상기 EUV 노광마스크 패턴의 CD와 상기 감광막 패턴의 CD 오차율이 일정한 영역들로 분류되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 n 보상 박막 패턴이 형성된 EUV 노광마스크는 마스크 기판 상부에 구비된 반사층과 상기 반사층 상부에 순차적으로 구비된 흡수층 패턴 및 상기 n개의 영역에 해당하는 흡수층 패턴 및 그와 이웃한 반사층 상에 형성된 상기 제 1 보상 박막 패턴 내지 상기 제 n 보상 박막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 보상 박막 패턴 내지 n 보상 박막 패턴은 상기 흡수층 패턴을 포함한 상기 반사층 상부에 보상 박막 및 감광막을 형성하는 단계와 상기 감광막을 직접 쓰기(direct writing) 방식으로 패터닝하여 감광막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 보상 박막을 패터닝하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 EUV 노광마스크 패턴에 반사율을 조절할 수 있는 물질을 적층함으로써 반사층이 손실되는 것을 방지하면서 반도체 소자의 CD를 보상할 수 있는 장점 이 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크를 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 EUV 노광마스크는 마스크 기판(110) 상에 형성된 빛을 반사하는 반사층(reflector,120)과 그 상부에 순차적으로 형성된 버퍼층(buffer layer) 패턴(130) 및 빛을 흡수하는 흡수층(absorber) 패턴(140)과, 웨이퍼에 구현될 CD를 보상하기 위한 보상 박막 패턴(165)이 구비된다.
이때, 버퍼층 패턴(130)과 흡수층 패턴(140)은 EUV 노광마스크를 이용한 노광공정으로부터 패터닝하는 경우 빛을 흡수하도록 하고, 반사층(20)은 빛을 반사하도록 하여 웨이퍼 상에 원하는 형상으로 패터닝되도록 하는 마스크 패턴의 역할을 한다.
그리고, 반사층(120)은 빛을 최적으로 반사할 수 있는 물질을 포함하는 다층의 적층구조로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 다층의 적층구조는 2종의 서로 다른 층들이 교대로 적층된 구조를 포함하며, 2종의 서로 다른 층은 실리콘 막과 몰리브덴막을 포함한다.
그리고, 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 반사층(120)과 버퍼층 패턴(130) 사이에는 캐핑층(150)이 더 형성될 수 있다.
또한, 보상 박막 패턴(165)은 흡수층 패턴(140)과 다른 물질로서, 절연막인 것이 바람직하고, 특히 산화막인 것이 더 바람직하다.
이때, 보상 박막 패턴(165)이 형성되는 위치는 다음에 의해 결정된다.
먼저, 노광원으로부터 사입사된 입사광을 EUV 노광마스크에 조사하여 노광공정을 수행한다.
이때, EUV 노광마스크의 흡수층 패턴으로 조사된 입사광은 흡수되고, 반사층으로 조사된 입사광은 반사되어 감광막이 도포된 웨이퍼 상에 도달하게 되어 노광된다.
일반적으로 광에 대한 민감성(sensitive)이 좋은 포지티브 타입(positive type)의 감광막을 사용하는 경우를 예를 들어 감광막 패턴이 형성되는 과정을 설명하면, EUV 노광마스크의 흡수층 패턴으로 흡수된 입사광은 웨이퍼 상으로 도달되지 않아 감광막 패턴에 아무 영향을 주지 않게 되고, EUV 노광마스크 흡수층 패턴 사이의 반사층으로부터 반사되어 웨이퍼에 도달된 광은 포지티브 타입의 감광막 특성에 따라 광이 도달된 부분의 감광막을 제거하여 감광막 패턴을 형성하게 된다.
따라서, EUV 노광마스크의 흡수층 패턴의 형상대로 웨이퍼 상에 형성되는 감광막 패턴이 형성된다.
그러나, EUV 노광마스크를 이용한 사진식각공정으로 웨이퍼 상에 구현되는 감광막 패턴의 CD는 EUV 노광마스크에 형성된 마스크 패턴들이 갖는 CD와 동일해야 함에도 불구하고, 여러가지 요인에 의하여 EUV 노광마스크에 형성된 마스크 패턴의 CD와 다른 값을 갖게 된다.
즉, 동일한 치수를 갖는 마스크 패턴들이 형성된 노광마스크를 이용하여 웨 이퍼 상에 전사하는 경우 마스크 패턴과 동일한 치수를 갖는 패턴들이 형성되어야 하지만 노광(field) 영역에 따라 마스크 패턴의 치수와 웨이퍼 상에 형성된 감광막 패턴의 치수가 달라진다.
여기서, EUV 노광마스크에 형성된 마스크 패턴의 CD와 웨이퍼 상에 형성된 감광막 패턴의 CD가 동일한 영역(이하 '기준 영역'이라 한다.)과, EUV 노광마스크에 형성된 마스크 패턴의 CD와 웨이퍼 상에 형성된 감광막 패턴의 CD가 동일하게 형성되지 않은 영역(이하, '에러 영역'이라 한다.)을 설정한다.
즉, 기준 영역은 전체 노광 영역에 있어서 원하는 타겟의 CD, 다시말해 노광마스크에 형성된 마스크 패턴의 CD와 동일한 CD 값을 가지고 있는 영역이 될 것이고, 에러 영역은 전체 노광 영역에 있어서 원하는 타겟의 CD를 만족하고 있지 못한 영역 즉, 원하는 타겟의 CD보다 CD가 작게 형성되거나 크게 형성되는 부분이 될 수 있다.
보상 박막 패턴은 상술한 에러 영역에 증착되어 노광원으로부터 입사되는 입사광의 반사도를 조절하고, 실제 웨이퍼에 도달하는 광의 에너지를 조절함으로써 실제 웨이퍼에 형성되는 감광막 패턴의 CD를 마스크 패턴의 CD와 동일하게 맞춰주는 역할을 한다.
이때, 보다 정확하게 기준 영역과 에러 영역을 정의하기 위해 CD 균일도 맵을 작성하는 것이 바람직한데, 이는 마스크 패턴 CD와 웨이퍼 상의 감광막 패턴 CD의 차이가 일정한 영역을 패치(patch)로 정의하고, 각 패치별로 보상 박막 패턴을 형성하여 반사도를 조절함으로써 웨이퍼 상의 감광막 패턴 CD를 조절한다.
보다 구체적으로 살펴보면, 기준 영역은 제 1 패치로 정의되고, 에러 영역은 제 2 패치 또는 n개의 패치로 정의될 수 있다.(이때, n은 2 이상의 자연수이다.)
n개의 패치는 마스크 패턴 CD와 감광막 패턴CD의 오차율 차이에 따라 분류되는 것이 바람직하다.
제 2 패치에는 제 1 반사율을 갖는 제 1 보상 박막 패턴을 형성할 수 있으며, n개의 패치에는 서로 다른 반사율을 갖는 제 n 보상 박막 패턴을 형성할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 형성 방법을 나타낸 개략도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 투명 기판(110) 상에 빛을 반사하는 반사층(120)을 형성하고, 그 상부에 버퍼층 패턴(130) 및 빛을 흡수하는 흡수층 패턴(140)을 형성한 후, 전체 표면 상부에 보상 박막(160)을 형성하고, 그 상부에 감광막(170)을 도포한다.
이때, 보상 박막(160)은 화학기상증착(CVD) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성되거나 코팅물질로 도포되는 것이 바람직하다.
그 다음 도 3b에 도시된 바와 같이, 보상 박막(160) 상부에 도포된 감광막(170)에 레이져 또는 전자빔을 이용한 직접 쓰기(direct write)방식으로 감광막 패턴(175)을 형성한다.
이때, 감광막 패턴(175)이 형성되는 영역은 상술한 CD 균일도 맵으로부터 얻은 에러 영역 즉, 제 2 패치를 포함하며 후에 보상 박막 패턴을 형성하도록 형성된 다.
그 다음 도 3c에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(175)을 식각마스크로 하여 감광막 패턴(175)이 형성되지 않은 흡수층 패턴(140) 및 버퍼층 패턴(30)이 노출되도록 보상 박막 물질을 제거하여 보상 박막 패턴(165)을 형성한다.
이때, 보상 박막(160)이 제거되는 영역은 상술한 CD 균일도 맵으로부터 얻은 기준 영역 즉 제 1 패치를 포함한다.
즉, 보상 박막 패턴(165)이 형성되는 영역은 제 2 패치 또는 n개의 패치에 해당하는 EUV 노광마스크의 흡수층 패턴(140) 및 그와 이웃하는 반사층 상부가 된다.
이때, n개의 패치에 해당하는 EUV 노광마스크 영역에 형성되는 보상 박막 패턴(165)은 상술한 단계를 반복하여 추가적으로 형성함으로써 반도체 소자의 CD 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
그 다음 도 3d에 도시된 바와 같이, EUV 노광마스크 상에 보상 박막 패턴(165)이 노출되도록 감광막 패턴(275)을 제거한다.
상술한 바와 같이 EUV 노광마스크와 같이 반사 방식을 사용하는 노광마스크를 적용하는 경우에도 에러 영역에 보상 박막 패턴(165)을 형성함으로써 노광마스크의 전체 반사율을 균일하게 유지하도록 하여 웨이펴 상에 형성되는 패턴 CD의 균일도를 개선시킬 수 있다.
도 1은 반사 형태의 시스템을 적용한 노광 공정을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크를 나타낸 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 형성 방법을 나타낸 개략도.
Claims (16)
- 반도체 기판 상부에 감광막을 도포하는 단계;EUV 노광마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 감광막 패턴을 형성하는 단계;상기 감광막 패턴의 CD를 측정하여 CD 균일도 맵을 구성하는 단계; 및상기 CD 균일도 맵을 이용하여 상기 EUV 노광마스크 상에 보상 박막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 CD 균일도 맵은 상기 감광막 패턴의 CD와 EUV 노광마스크 상의 마스크 패턴의 CD가 동일한 영역을 정의하는 제 1 패치(patch) 및 동일하지 않은 영역을 정의하는 제 2 패치(patch)로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 보상 박막 패턴은 상기 CD 균일도 맵의 상기 제 2 패치를 이용하여 상기 EUV 노광마스크상의 해당영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 제 2 패치는 상기 EUV 노광마스크 패턴의 CD와 상기 감광막 패턴의 CD 차이가 일정한 영역들로 구성되는 다수개의 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 보상 박막 패턴이 형성된 EUV 노광마스크는마스크 기판 상부에 구비된 반사층;상기 반사층 상부에 순차적으로 구비된 흡수층 패턴; 및상기 제 2 패치에 흡수층 패턴 및 그와 이웃한 반사층 상에 형성된 상기 보상 박막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 5항에 있어서,상기 보상 박막 패턴은상기 흡수층 패턴을 포함한 상기 반사층 상부에 보상 박막 및 감광막을 형성하는 단계;상기 감광막을 직접 쓰기(direct writing) 방식으로 패터닝하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 보상 박막을 패터닝하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 보상 박막은 화학기상증착(CVD) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 6항 있어서,상기 보상 박막은 절연막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 보상 박막은 산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 5항에 있어서,상기 반사층 상부에 버퍼층 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 반도체 기판 상부에 감광막을 도포하는 단계;EUV 노광마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 감광막 패턴을 형성하는 단계;상기 감광막 패턴의 CD를 측정하여 CD 균일도 맵을 구성하는 단계;상기 CD 균일도 맵을 이용하여 상기 EUV 노광마스크 상에 제 1 보상 박막 패턴을 형성하는 단계; 및상기 단계들을 n회 반복하여 제 n 보상 박막 패턴을 더 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 반도체 소자의 CD 보상 방법.(단, n은 2 이상의 자연수)
- 제 11항에 있어서,상기 CD 균일도 맵은 상기 감광막 패턴의 CD와 EUV 노광마스크 상의 마스크 패턴의 CD가 동일한 영역을 정의하는 제 1 패치(patch) 및 동일하지 않은 영역을 정의하는 n개의 패치(patch)로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 12항에 있어서,상기 보상 박막 패턴은 상기 CD 균일도 맵의 상기 n개의 패치를 이용하여 상기 EUV 노광마스크상의 해당영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 12항에 있어서,상기 제 n개의 패치는 상기 EUV 노광마스크 패턴의 CD와 상기 감광막 패턴의 CD 오차율이 일정한 영역들로 분류되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 12항에 있어서,상기 제 n 보상 박막 패턴이 형성된 EUV 노광마스크는마스크 기판 상부에 구비된 반사층;상기 반사층 상부에 순차적으로 구비된 흡수층 패턴; 및상기 n개의 영역에 해당하는 흡수층 패턴 및 그와 이웃한 반사층 상에 형성된 상기 제 1 보상 박막 패턴 내지 상기 제 n 보상 박막 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 CD 보상 방법.
- 제 15항에 있어서,상기 제 1 보상 박막 패턴 내지 n 보상 박막 패턴은상기 흡수층 패턴을 포함한 상기 반사층 상부에 보상 박막 및 감광막을 형성하는 단계;상기 감광막을 직접 쓰기(direct writing) 방식으로 패터닝하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 보상 박막을 패터닝하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 반도체 소자의 CD 보상 방법.
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