KR20100042470A - Ｅｕｖ 노광마스크의 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 EUV 노광마스크 형성 방법은 투명 기판 상부에 흡수층패턴을 형성하는 단계와 상기 투명 기판 및 상기 흡수층 전체 상부에 반사층을 형성하는 단계 및 상기 흡수층패턴이 노출되도록 상기 반사층을 평탄화하여 반사층패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 방법으로 형성된 EUV 노광마스크를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은 피식각층이 형성된 반도체 기판의 상부에 감광막을 도포하는 단계와 상술한 방법으로 형성된 EUV 노광마스크를 이용하여 상기 감광막에 대해 EUV를 이용한 노광공정을 수행하는 단계와 상기 감광막에 대해 현상공정을 수행하여 감광막패턴을 형성하는 단계 및 상기 감광막패턴을 식각마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

EUV 노광마스크

Description

ＥＵＶ 노광마스크의 형성 방법{manufacturing method of EUV photo mask }

EUV 노광마스크의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 그림자 효과를 방지하기 위한 것이다.

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 파장이 짧은 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 노광마스크 및 렌즈에 입사된 광은 대부분이 마스크의 흡수층에 의해 흡수되어 없어지게 되어 웨이퍼 상에 도달하지 못해 패턴을 형성할 수 없다.

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.

극자외선을 이용한 노광 공정은 상술한 바와 같이 반사된 광을 이용하는 방식을 적용하고 있기 때문에 노광원으로부터 입사된 광은 노광마스크에 대해 수직이 아닌 일정한 입사각을 가지며, 비스듬히 입사된 광은 노광마스크의 반사층에 의해 반사되거나 노광마스크의 흡수층에 의해 흡수된다.

도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 따른 노광마스크의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 투명 기판(10) 상에 빛을 반사하는 반사층(reflector)(12), 버퍼층(buffer layer)(14) 및 빛을 흡수하는 흡수층(absorber)(16)이 형성된다.

그 다음 도 2b에 도시된 바와 같이, 흡수층(16) 상에 감광막을 도포한 후 원하는 형상으로 패터닝하여 감광막패턴(18)을 형성한다.

그 다음 도 2c에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(18)을 식각마스크로 하여 흡수층(16)과 버퍼층(14)을 식각하여 마스크 패턴이 되는 버퍼층 패턴(20) 및 흡수층패턴(22)을 형성한다.

도 3은 종래 기술에 따른 노광마스크를 이용하여 노광하는 경우의 광의 경로를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 마스크 제조 방법으로 형성된 마스크 패턴을 포함하는 노광마스크를 이용하여 패터닝 하는 경우 광은 노광마스크에 입사각을 가지고 비스듬히 입사되기 때문에 반사되는 빛도 일정각을 갖고 비스듬히 기울어져 반사된다.

즉, 노광마스크에 입사된 입사광 중 'A'와 같이 반사층(12)에서 반사되는 광은 웨이퍼상으로 노광되어 웨이퍼 상에 도포된 감광막을 패터닝하고, 'B'와 같이 흡수층패턴(20)에 흡수되는 광은 웨이퍼 상에 도포된 감광막에 도달하지 않기 때문에 감광막을 패터닝하지 못한다.

이때, 'C'와 같은 광은 반사층(12)에서 반사되지만 일정각을 가지고 비스듬히 반사되기 때문에 다시 흡수층패턴(22)을 통과하게 되어 반사되지 못하고 흡수되어 웨이퍼에 노광되지 못하는 부분이 발생하게 된다.

이와 같은 이유로 패턴의 형상에 영향을 주어 패턴 변형을 발생시키게 되는데 이를 그림자 효과(shadowing effect)라고 한다.

이러한 그림자 효과는 노광마스크 상에서 반사된 광을 이용하여 패터닝할 때 패턴의 콘트라스트를 저하시켜 패턴을 왜곡시킨다.

도 4a는 투과형 노광마스크를 이용한 패터닝을 나타낸 개략도이고, 도 4b는 반사형 노광마스크를 이용한 패터닝을 나타낸 개략도이다.

도 4a와 같이 투과형 노광마스크를 이용하는 경우에는 노광원으로부터 입사된 입사광이 노광마스크에 투과되어 웨이퍼 상에 도달하여 패터닝함으로써 마스크 패턴과 동일한 위치에 패턴이 형성된다.

하지만, 도 4b에 도시된 바와 같이 반사형 노광마스크를 이용하는 경우에는 노광원으로부터 입사된 입사광이 노광마스크에 반사되어 웨이퍼 상에 도달하여 패터닝하게 되는데, 이때 노광마스크로 사입사된 광이 흡수층패턴으로 흡수되어 마스크 패턴과 동일한 위치에 패턴이 형성되지 못하고 시프트(shift)되어 패터닝되는 한계가 있다.

본 발명에서는 EUV 노광마스크의 반사층으로부터 반사된 빛이 흡수층으로 다시 흡수되어 EUV 노광마스크를 이용한 노광공정 시에 웨이퍼에 노광되지 않아 마스크 패턴이 웨이퍼 상에 시프트되어 형성되는 문제점을 해결하고자 한다.

본 발명의 EUV 노광마스크 형성 방법은

투명 기판 상부에 흡수층패턴을 형성하는 단계와

상기 투명 기판 및 상기 흡수층 전체 상부에 반사층을 형성하는 단계 및

상기 흡수층패턴이 노출되도록 상기 반사층을 평탄화하여 반사층패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 투명 기판 상부에 흡수층을 형성하는 단계는

상기 흡수층 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계 및

상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 흡수층을 식각하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 반사층은 상기 흡수층패턴의 높이보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 방법으로 형성된 노광마스크를 이용한 본 발명의 반도체 소자의 형성 방법은

피식각층이 형성된 반도체 기판의 상부에 감광막을 도포하는 단계와

상술한 방법으로 형성된 EUV 노광마스크를 이용하여 상기 감광막에 대해 EUV를 이용한 노광공정을 수행하는 단계와

상기 감광막에 대해 현상공정을 수행하여 감광막패턴을 형성하는 단계 및

상기 감광막패턴을 식각마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 감광막패턴은 상술한 EUV 노광마스크의 상기 반사층패턴에 의해 반사된 광원이 상기 감광막에 도달되어 상기 감광막을 제거함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 EUV 노광마스크를 이용한 노광공정 시 웨이퍼 상으로 패턴이 시프트되어 구현되지 않도록 하고, 종래의 EUV 노광마스크에서 흡수층패턴을 형성하기 위한 흡수층의 식각공정에서 반사층의 손실을 방지하기 위하여 사용된 버퍼층을 형성하지 않고도 EUV 노광마스크를 제작할 수 있어 공정 단계 및 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 EUV 노광마스크 형성 방법은 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같다.

먼저 도 5a에 도시된 바와 같이, 투명 기판(100) 상에 빛을 흡수하는 흡수 층(110)을 형성한다.

그 다음 도 5b에 도시된 바와 같이, 흡수층(110) 상부에 감광막을 도포한 후 설계된 패턴대로 구현되도록 하는 직접 쓰기(direct wrirting) 방식을 이용하여 감광막 패턴(120)을 형성한다.

그 다음 도 5c에 도시된 바와 같이, 감광막 패턴(120)을 식각마스크로 하여 흡수층(110)을 패터닝하여 흡수층패턴(115)을 형성한다.

그 다음 도 5d에 도시된 바와 같이, 흡수층패턴(115)을 포함하는 전체 상부에 반사층(130)을 형성한다.

이때, 반사층(130)은 빛을 최적으로 반사할 수 있는 물질을 포함하는 다층의 적층구조를 흡수층패턴(115)보다 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.

다층의 적층구조는 2종의 서로 다른 층들이 교대로 적층된 구조를 포함하며, 2종의 서로 다른 층은 실리콘 막과 몰리브덴막을 포함한다.

그 다음 5e에 도시된 바와 같이, 흡수층패턴(115)이 노출되도록 반사층(130)을 식각하여 흡수층패턴(115) 사이를 매립하는 반사층패턴(135)을 형성한다.

이때, 흡수층패턴(115)이 노출되도록 반사층(130)을 식각하는 공정은 평탄화 공정을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 투명 기판(100) 상부에 흡수층패턴(115)을 형성한 후 흡수층패턴(115) 사이에 반사층패턴(135)을 형성하여 종래의 노광마스크의 반사층에서 반사된 빛이 흡수층패턴(115)에 의해 다시 흡수되는 것을 방지함으로써 그림자 효과를 방지할 수 있는 것이다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 방법으로 형성된 EUV 노광마스크를 이용한 반도체 소자의 형성 방법을 나타낸 단면도로서, 도 7b는 EUV 노광마스크를 도시한 단면도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 피식각층(미도시)이 형성된 반도체 기판(200) 상부에 감광막(210)을 도포한다.

그 다음 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 형성된 EUV 노광마스크를 이용하여 노광공정을 수행하는 경우 노광 경로는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

노광원으로부터 입사된 광은 노광마스크에 대해 수직이 아닌 입사각을 가지고 비스듬하게 입사되며 이로 인해 노광마스크에 대해 반사되는 빛도 기울어진 형태가 된다.

노광마스크로 입사되는 광원 중 반사층패턴(135)으로 입사되는 광원 'E'는 반사층패턴(135)에서 반사되기 때문에 웨이퍼 상으로 노광되어 반도체 기판(100) 상부에 도포된 감광막(210)을 노광하게 되며, 흡수층패턴(115)으로 입사되는 광원 'D'는 흡수되어 감광막(210)에 노광되지 않는다.

따라서, 종래 기술에서와 같이 반사층패턴(135)으로부터 반사되어야 할 광이 흡수층패턴(115)으로 흡수되는 문제점을 방지할 수 있다.

그 다음 도 6c에 도시된 바와 같이, 감광막에 대하여 현상공정을 수행하여 감광막패턴(220)을 형성한다.

후에 감광막패턴(220)을 식각마스크로 피식각층(미도시)을 식각하여 반도체 소자를 형성한다.

본 발명에 따라 형성된 EUV 노광마스크 구조에 의해 반사층에서 반사되는 빛이 흡수층패턴에 의해 다시 한번 흡수되는 것을 방지하여 그림자 효과를 없애 노광마스크에 형성된 패턴이 웨이퍼 상으로 정확하게 반영되도록 하여 원하는 패턴을 형성할 수 있도록 한다.

도 1은 반사 형태의 시스템을 적용한 노광 공정을 나타낸 개략도.

도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 따른 노광마스크의 제조 방법을 나타낸 단면도.

도 3은 종래 기술에 따른 노광마스크를 이용하여 노광하는 경우의 광의 경로를 나타낸 도면.

도 4a는 투과형 노광마스크를 이용한 패터닝을 나타낸 개략도.

도 4b는 반사형 노광마스크를 이용한 패터닝을 나타낸 개략도.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 형성 방법을 나타낸 단면도.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 방법에 따라 형성된 EUV 노광마스크를 이용한 반도체 소자의 형성 방법을 나타낸 개략도.

Claims (4)

1. 투명 기판 상부에 흡수층패턴을 형성하는 단계;

   상기 투명 기판 및 상기 흡수층 전체 상부에 반사층을 형성하는 단계; 및

   상기 흡수층패턴이 노출되도록 상기 반사층을 평탄화하여 반사층패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광마스크 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 흡수층패턴을 형성하는 단계는

   상기 흡수층 상부에 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 흡수층을 식각하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 EUV 노광마스크 형성 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 반사층은 상기 흡수층패턴 보다 두껍게 형성하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광마스크 형성 방법.
4. 피식각층이 형성된 반도체 기판의 상부에 감광막을 도포하는 단계;

   청구항 1항의 방법으로 형성된 EUV 노광마스크를 이용하여 상기 감광막에 대해 EUV를 이용한 노광공정을 수행하는 단계;

   상기 감광막에 대해 현상공정을 수행하여 감광막패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 감광막패턴을 식각마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.

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