KR20100034624A - 반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법은, 투명 기판 위에 반사층, 버퍼막 및 흡수층을 형성하는 단계; 반사층을 선택적으로 노출시키는 흡수층 패턴 및 반사층 패턴을 형성하는 단계; 흡수층 패턴 및 버퍼층 패턴으로 설정된 흡수 영역 및 노출된 반사층으로 설정된 반사 영역을 포함하는 반사형 포토마스크의 선폭 균일도를 측정하는 단계; 선폭 균일도에서 검출된 선폭을 보정하려는 반사 영역에 포커스 이온빔으로 갈륨 이온을 주사하면서 탄소 가스를 공급하여 반사 영역의 반사층 상에 탄소층을 증착하는 단계; 및 광원을 조사하여 탄소층이 증착되지 않은 반사영역의 제1 반사광과 제1 반사광보다 상대적으로 반사율이 감소된 탄소층이 증착된 반사영역의 제2 반사광으로 웨이퍼에 선폭이 보정된 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
반사형 포토마스크, 탄소층, 반사율

Description

반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법{Method for correction critical dimension uniformity in reflective photomask}
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법에 관한 것이다.
포토마스크(Photomask)는 투명한 재질의 기판 상에 형성된 마스크 패턴 상에 빛을 투과시켜 투과된 빛이 웨이퍼로 전사되어 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성하는 역할을 한다. 이러한 포토마스크는 일반적으로 KrF 또는 ArF의 광원을 이용하는 바이너리 마스크(Binary mask) 또는 위상반전 마스크(PSM; Phase Shift Mask)를 이용하여 왔다. 그러나 반도체 소자의 집적도가 높아지면서 패턴의 크기 또한 작아짐에 따라 현재 적용하고 있는 리소그래피(lithography) 방식으로 미세 패턴을 형성하는데 한계가 있다. 이에 따라 이러한 한계를 극복하기 위하여 극자외선 리소그래피(EUVL; Extreme Ultra Violet Lithography) 공정이 제안되어 있다. 극자외선 리소그래피(EUVL) 공정은 통상적으로 노광 공정에서 사용되고 있는 KrF 또는 ArF 파장의 광원보다 파장이 짧은 극자외선(EUV)을 광원으로 사용한다. 그런데 석영 기 판, 광차단막 및 위상반전막으로 이루어진 투과형 마스크에 이러한 극자외선을 광원으로 사용하게 되면 극자외선 광원은 대부분의 물질에서 흡수가 이루어진다. 따라서 현재의 투과(transmission)를 이용한 노광 방법으로는 이용이 어려운 점이 있다. 이에 따라 투과를 이용한 노광 방법이 아닌 광을 반사시켜 노광하는 방법이 연구되고 있다.
한편, 리소그래피 공정을 진행하는 과정에서 웨이퍼 상에는 선폭 균일도(Critical Dimension uniformity; CD uniformity) 분포가 나타나고, 이 과정에서 제품 수율을 손상시키는 선폭 균일도 불량(CD uniformity fail)이 나타나게 된다. 선폭 균일도 불량은 마스크 제작시 발생되는 마스크 선폭 에러(mask CD error), 포토 공정을 진행하는 과정에서 발생된 선폭 에러 및 노광 장비에서 기인하는 선폭 에러등 여러 가지 원인이 있다. 이러한 선폭 균일도 불량은 웨이퍼에 불량 패턴을 형성하여 소자의 불량을 가져오는 문제를 유발한다. 이에 포토 공정 또는 포토 장비를 조절하여 선폭 균일도 불량을 개선하거나 선폭 균일도 불량이 발생된 마스크를 새로 제작하는 등의 방법이 있으나 한계가 있는 실정이다.
본 발명에 따른 반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법은, 투명 기판 위에 반사층, 버퍼막 및 흡수층을 형성하는 단계; 상기 반사층을 선택적으로 노출시키는 흡수층 패턴 및 반사층 패턴을 형성하는 단계; 상기 흡수층 패턴 및 버퍼층 패턴으로 설정된 흡수 영역 및 상기 노출된 반사층으로 설정된 반사 영역을 포함하는 반사형 포토마스크의 선폭 균일도를 측정하는 단계; 상기 선폭 균일도에서 검출된 선폭을 보정하려는 반사 영역에 포커스 이온빔으로 갈륨 이온을 주사하면서 탄소 가스를 공급하여 상기 반사 영역의 반사층 상에 탄소층을 증착하는 단계; 및 광원을 조사하여 탄소층이 증착되지 않은 반사영역의 제1 반사광과 상기 제1 반사광보다 상대적으로 반사율이 감소된 상기 탄소층이 증착된 반사영역의 제2 반사광으로 웨이퍼에 선폭이 보정된 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 반사층은 몰리브데늄(Mo)막 또는 실리콘(Si)막이 서로 교차하면서 적층된 구조로 형성하고, 상기 버퍼막은 크롬나이트라이드(CrN)막을 포함하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 탄소층은 상기 선폭을 보정하려는 반사 영역 이외의 영역은 배제하고 증착하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기 에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 위에 반사층(mirror layer, 115)을 형성한다. 기판(100)은 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질, 예를 들어 석영(Quartz)을 포함하여 이루어진다. 기판(100) 위에 형성된 반사층(115)은 이후 진행될 노광 공정에서 마스크로 조사되는 광을 반사시키는 역할을 한다. 반사층(115)은 몰리브데늄(Mo)막 또는 실리콘(Si)막이 서로 교차하면서 적층된 구조로 형성할 수 있다. 이때, 몰리브데늄(Mo)막 또는 실리콘(Si)막은 고반사율을 구현하기 위하여 40층 이상 교차 증착된 다층 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
다음에 반사층(115) 위에 버퍼막(buffer layer, 120) 및 흡수층(absorber layer, 125)을 형성한다. 반사층(115) 위에 형성된 버퍼막(120)은 반사층(115)과 흡수층(125) 사이의 스트레스를 완화하는 역할을 한다. 이러한 버퍼막(120)은 크롬나이트라이드(CrN)막을 포함하여 형성할 수 있다. 그리고 흡수층(125)은 반사층(115)과 대응하여 이후 진행될 노광 공정에서 마스크로 입사되는 입사광을 흡수 및 소광시키는 역할을 한다. 이러한 흡수층(125)은 반사층(115)보다 상대적으로 낮은 반사도를 가진 물질을 포함하여 형성할 수 있다. 다음에 흡수층(125) 위에 레지스트막(130)을 도포하여 형성한다.
도 2를 참조하면, 반사층(115) 표면을 선택적으로 노출시키는 흡수층 패턴(140) 및 버퍼층 패턴(145)을 형성한다. 구체적으로, 레지스트막(130, 도 1 참 조) 상에 노광 공정 및 현상 공정을 포함하는 리소그래피(lithography) 공정을 진행하여 흡수층(125) 표면을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴(135)을 형성한다. 다음에 레지스트막 패턴(135)을 식각마스크로 흡수층(125)의 노출 부분을 식각하여 버퍼층(120)의 일부를 노출시키는 흡수층 패턴(140)을 형성한다. 계속해서 레지스트막 패턴(135) 및 흡수층 패턴(140)을 식각마스크로 한 식각 공정으로 반사층(115) 표면을 선택적으로 노출시키는 버퍼층 패턴(145)을 형성한다.
도 3을 참조하면, 레지스트막 패턴(135)은 스트립(strip) 공정으로 제거한다. 그러면 흡수층 패턴(140) 및 버퍼층 패턴(145)으로 설정된 흡수 영역(147) 및 반사층(115)이 소정 간격만큼 노출되어 설정된 반사 영역(150, 155)을 포함하는 반사형 포토마스크가 형성된다. 이러한 극자외선 리소그래피용 마스크 상에 11nm 내지 14nm의 짧은 파장을 갖는 극자외선을 조사하면, 반사 영역(150, 155)에 조사된 극자외선은 반사되고, 흡수 영역(147)에 조사된 극자외선은 흡수층 패턴(140)에 흡수된다. 여기서 극자외선은 반사층(115)의 표면과 소정 각도의 경사를 가지고 마스크 상에 조사된다. 이 경우 제1 반사영역(150)에 조사되어 반사된 제1 반사광(R1)과 제2 반사영역(155)에 조사되어 반사된 제2 반사광(R2)은 대등한 반사율 값을 갖는다.
한편, 포토마스크를 이용하여 리소그래피 공정을 진행하는 과정에서 웨이퍼 상에 선폭 균일도(CD uniformity) 분포가 나타난다. 선폭 균일도는 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있으므로 선폭 균일도 분포를 일정하게 유지시켜주어야 한다. 투과형 마스크의 경우, 선폭 균일도를 개선하기 위해 펄스 레이저(pulse laser)를 이용 하여 기판의 투과율을 조절하는 방법을 이용하고 있다. 예를 들어 펄스 레이저를 투명 기판 내에 도트 타입의 홈을 형성함으로써 투명 기판의 투과 강도를 조절한다. 그러나 반사형 마스크의 경우, 극자외선을 이용하기 때문에 펄스 레이저는 적용하기 어려운 점이 있다.
도 4를 참조하면, 선폭을 보정하려는 영역의 반사층(115) 위와 흡수층 패턴(140) 상부에 선택적으로 탄소층(160)을 증착한다. 예를 들어, 선폭을 보정하려는 영역, 즉, 제2 반사영역(155) 상에 포커스 이온빔(FIB; Focus Ion Beam)을 이용하여 갈륨(Ga) 이온을 30kV의 에너지로 주사한다. 이와 함께 보조 가스로 탄소(C) 가스를 제2 반사영역(155) 상에 공급한다. 그러면 공급된 탄소 가스들이 조사된 포커스 이온빔에 의해 탄소 분자로 분해되면서 제2 반사영역(155)의 노출된 반사층(115) 표면과 흡수층 패턴(140) 상부에 탄소층(160)으로 증착된다. 여기서 포커스 이온빔은 선폭을 보정하려는 제2 반사영역(155)에만 주사하므로 제1 반사영역(150)은 포커스 이온빔에 의한 영향을 받지 않는다.
이와 같이 선폭을 보정하려는 영역에 탄소층(160)이 증착되면서 이 부분의 반사율이 감소하게 된다. 구체적으로 도 5에 도시한 바와 같이, 탄소층(160)이 부분적으로 증착된 극자외선 리소그래피용 마스크 상에 11nm 내지 14nm의 짧은 파장, 바람직하게는 13.5nm의 파장을 갖는 극자외선을 조사한다. 그러면 제1 반사 영역(150) 및 제2 반사영역(155)에 조사된 극자외선은 반사되고, 흡수 영역(147)에 조사된 극자외선은 흡수층 패턴(140)에 흡수된다. 여기서 극자외선은 반사층(115)의 표면과 소정 각도의 경사를 가지고 마스크 상에 조사된다. 이 경우 탄소층(160) 이 증착된 제2 반사영역(150)에 조사되어 반사된 제3 반사광(R3)은 탄소층이 증착되지 않은 제1 반사영역(150)의 반사층(115)의 제1 반사광(R1)보다 반사율이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 탄소층(160)이 증착되지 않은 제1 반사영역(150)의 제1 반사광(R1)과 제1 반사광(R1)보다 상대적으로 반사율이 감소된 탄소층(160)이 증착된 제2 반사영역(155)의 제3 반사광(R3)으로 웨이퍼에 선폭이 보정된 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 탄소층(160)은 탄소계 물질을 식각할 수 있는 물질로 세정하여 제거할 수 있고, 재증착하여 수정할 수도 있다. 이와 같이 탄소층을 선택적으로 증착시킴에 따라 선폭을 보정하여 선폭 균일도를 개선할 수 있다. 또한, 마스크의 영역별로 탄소층의 증착 두께를 다르게 증착하여 원하는 반사율을 구현할 수 있다. 이에 따라 반사형 마스크에서 선폭 균일도 불량이 발견된 경우 마스크를 재제작하지 않고 보정하여 선폭 균일도를 개선할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 다른 반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

Claims (4)

  1. 투명 기판 위에 반사층, 버퍼막 및 흡수층을 형성하는 단계;
    상기 반사층을 선택적으로 노출시키는 흡수층 패턴 및 반사층 패턴을 형성하는 단계;
    상기 흡수층 패턴 및 버퍼층 패턴으로 설정된 흡수 영역 및 상기 노출된 반사층으로 설정된 반사 영역을 포함하는 반사형 포토마스크의 선폭 균일도를 측정하는 단계;
    상기 선폭 균일도에서 검출된 선폭을 보정하려는 반사 영역에 포커스 이온빔으로 갈륨 이온을 주사하면서 탄소 가스를 공급하여 상기 반사 영역의 반사층 상에 탄소층을 증착하는 단계; 및
    광원을 조사하여 탄소층이 증착되지 않은 반사영역의 제1 반사광과 상기 제1 반사광보다 상대적으로 반사율이 감소된 상기 탄소층이 증착된 반사영역의 제2 반사광으로 웨이퍼에 선폭이 보정된 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 몰리브데늄(Mo)막 또는 실리콘(Si)막이 서로 교차하면서 적층된 구조로 형성하는 반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼막은 크롬나이트라이드(CrN)막을 포함하여 형성하는 반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소층은 상기 선폭을 보정하려는 반사 영역 이외의 영역은 배제하고 증착하는 반사형 포토마스크의 선폭 균일도 보정방법.
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