KR20100096777A - Ｅｕｖ 노광마스크 및 그 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 EUV 노광마스크는 Sn02-실리카(silica)의 마스크 기판과 그 상부에 형성된 반사층 및 그 상부에 형성된 흡수층 패턴을 포함함으로써, EUV 노광마스크에 요구되는 반사도를 극대화시키면서도 마스크의 열팽창을 최소화시킬 수 있어 마스크 패턴 왜곡을 최소화 할 수 있고, 마스크에 남아있는 잔류이온들 간의 광학 반응으로 발생되는 헤이즈 결함을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.
EUV, 열팽창
Description
본 발명은 EUV 노광마스크 및 그 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 반사도를 최대화하고 열팽창을 억제할 수 있는 EUV 노광마스크 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 디자인 룰이 축소됨에 따라 반도체 소자의 선폭이 줄어들어 이를 구현하기 위한 차세대 노광공정(Next Generation Lithography)들이 산업에 이용되기 위해서는 많은 보안과 발전이 요구된다. 더욱이 이와 같은 노광공정은 분해능(resolution)의 근본적 한계에 도달하고 있기 때문에 이를 대체할 수 있는 새로운 노광원을 이용한 노광공정이 요구되고 있다.
현재 제안되고 있는 노광공정으로는 엑스레이(x-ray), 이-빔(e-beam), 이온빔(ion-beam)을 이용한 노광공정 등이 있는데, 이는 현재 이용하고 있는 노광공정들과는 장비적, 기술적 변화가 많이 이루어져야 하기 때문에 가장 좋은 방법은 현재의 노광공정에 사용되는 장비 및 기술을 연장할 수 있는 기술을 개발하는 것이라 하겠다. 이에 가장 유력하게 제안되고 있는 노광공정은 극자외선(EUV:extreme ultraviolet radiation)을 이용하는 노광공정이라 할 수 있다.
극자외선을 이용하는 노광공정은 기존에 사용하고 있는 I-line, G-line, KrF, ArF 및 F2 등의 단파장광을 연장하는 13.5nm 파장대의 극단파장을 이용하는 노광공정이다. 극자외선을 이용하는 노광공정은 해당 광이 대부분의 물질에서 흡수되어 현재 투과 매커니즘을 사용하는 노광장비를 이용하는 것은 불가능하다. 따라서, 노광원으로부터 노광마스크 및 렌즈에 입사된 광은 대부분이 마스크의 흡수층에서 흡수되어 버리기 때문에 웨이퍼 상에 도달하지 못해 패턴을 형성할 수 없다. 그러므로, 극자외선을 사용하는 노광방식에서는 반사 형태의 시스템이 요구되어져 극자외선을 통과하는 경로는 진공과 같은 수준이 되어야 하며, 노광공정에서 사용되는 렌즈 및 마스크 물질은 극자외선을 충분히 이용가능하도록 도 1에 도시된 바와 같이 반사 미러와 같은 반사 디바이스를 통하여 반사된 빛을 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 방식이 사용된다.
ArF를 사용하는 노광공정에서는 노광마스크 물질을 순수 실리카 글라스(pure silica glass)을 사용하는데 순수 실리카 글라스는 테트라헤드랄(tetrahedral)구조를 가지고 있기 때문에 주변에 4개의 원자를 갖는 4가의 안정한 실리콘(Si) 구조와 유사하다. 순수 실리카 글라스는 ArF가 사용되는 노광공정에서도 안정된 구조를 가지며 온도변화에 대한 팽창 및 수축이 적은 물질이다.
하지만, 극자외선은 사용하는 노광공정에서는 순수 실리카 글라스로 구성되는 노광마스크를 사용하는 경우, 극자외선은 노광마스크의 온도를 증가시켜 순수 실리카 글라스의 열팽창을 촉진시키기 때문에, 순수 실리카 글라스 상에 형성된 마 스크 패턴들도 열팽창에 의해 틀어진 순수 실리카 글라스에 의해 왜곡되는 문제가 발생한다. 즉, 순수 실리카 글라스가 갖는 열팽창 계수는 ArF에서는 문제를 발생시키 않는 수치이지만 극자외선 내에서 마스크 패턴의 왜곡을 유발하는 수치가 된다. 따라서, 상술한 바와 같이 왜곡된 마스크 패턴을 갖는 마스크로 사진공정을 수행하여 웨이퍼 상에 구현되는 패턴들 역시 왜곡되어 반도체 소자의 신뢰성을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은 반도체 소자의 고집적화로 극자외선을 사용하는 노광공정에서 극자외선이 조사됨에 따라 발생하는 마스크 물질의 열팽창으로 마스크 패턴의 왜곡을 유발함으로써 웨이퍼 상에 구현되는 패턴을 왜곡시켜 반도체 소자의 신뢰성을 저하시키는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 EUV 노광마스크는 Sn02-실리카(silica)의 마스크 기판과 상기 마스크 기판 상에 형성된 반사층 및 상기 반사층 상에 형성된 흡수층 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 마스크 기판은 실리콘에 Sn을 확산시켜 형성된 상기 Sn02-실리카인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 반사층은 Mo층과 Si층이 교대로 적층된 다층 박막구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사층은 Be층과 Si층이 교대로 적층된 다층 박막구조인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 흡수층 패턴은 질화탄탈륨(TaN)막인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 EUV 노광마스크의 형성 방법은 Sn02-실리카(silica)의 마스크 기판 상에 반사층을 형성하는 단계 및 상기 반사층 상에 흡수층 패턴을 형성하는 단 계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 흡수층 패턴을 형성하는 단계는 상기 반사층 상에 흡수층을 형성하는 단계와 상기 흡수층 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 흡수층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 극자외선을 사용하는 노광공정에서도 EUV 노광마스크에 요구되는 반사도를 극대화시키면서도 마스크의 열팽창을 최소화함으로써 마스크 패턴의 왜곡을 최소화하여 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 마스크에 남아있는 잔류이온들 간의 광학 반응으로 발생되는 헤이즈 결함을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 EUV 노광마스크는 4가의 안정된 원자를 갖는 실리콘에 온도를 증가시키면서 Sn을 확산시킬 경우 구조 변형 메커니즘(structural transformation mechanism)에 의해 SnO2 부피가 증가하게 되어 Sn02-실리카(silica)의 구조로 변경된다. SnO2-실리카로 구성되는 EUV 노광마스크는 극자외선이 조사되는 경우에 열팽창을 억제하면서, 반사도를 증가시키기 때문에 종래와 같이 실리카 글라스를 사용하는 극자외선의 노광공정에서 유발되는 마스크 패턴의 왜곡을 줄일 수 있다. 본 발명의 EUV 노광마스크의 특성은 다음의 도 2 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 보다 구체적으로는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크 및 종래 기술에 따른 EUV 노광마스크가 온도 변화에 따라 변화되는 특성들을 비교하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 온도 변화에 따른 부피 팽창을 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 온도 변화에 따른 결합각의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 온도 변화에 따른 Cl에 대한 결합 깁스 에너지(gibbs energy)를 나타낸 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마스크(A)의 온도 변화에 따른 부피 팽창 수치는 종래 기술의 마스크(B)의 온도 변화에 따른 부피팽창 수치보다 낮은 수치를 가지며, 온도가 높아짐에도 종래 기술의 마스크(B)와 같이 변화되는 수치가 아닌 동일한 수치 35 volume*mole/Å3를 갖는다. 이는 본 발명의 노광마스크로 사용된 물질 즉, Sn02-실리카는 온도 변화에 민감하지 않고 열적 안정성을 갖는 물질임을 확인할 수 있다. 따라서 Sn02-실리카로 구성된 노광마스크는 극자외선을 사용한 노광공정에서도 마스크 패턴의 왜곡을 유발하지 않는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마스크(A)의 온도 변화에 따른 결합각(bonding angle)은 종래 기술의 마스크(B)의 온도 변화에 따른 부피팽창 수치보다 낮은 수치를 가지며, 온도가 높아짐에도 종래 기술의 마스크(B)와 같이 변화되지 않고 동일한 120˚를 갖는다. 이는 본 발명의 노광마스크로 사용되는 물질 즉, Sn02-실리카의 원자 결합각도는 온도가 변화함에 따라 원자 결합각이 틀어지지 않는 것을 확인할 수 있다. 그러므로, 극자외선을 이용한 노광공정에서도 마스크의 패턴의 왜곡을 유발하지 않음을 알 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마스크(A)의 온도 변화에 따른 Cl에 대한 결합 깁스 에너지는 종래 기술의 마스크(B)의 온도 변화에 따른 Cl에 대한 결합 깁스 에너지보다 낮은 에너지를 갖는다. Cl에 대한 결합 깁스 에너지가 낮다는 것은 헤이즈 디펙트(haze defect)에 대한 안정성이 증가됨을 의미한다. 헤이즈 디펙트란 노광원의 파장이 점차 짧아짐에 따라 노광에너지가 증가하고 이로 인해 마스크 표면에 남아있는 SOx, NOx, POx, F, Cl, NH4, Ca, Mg 등의 잔류 이온(residual ion)들이 광학반응을 일으켜 발생시키는 성장성 결함을 의미한다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이 온도 변화에 따라 Cl에 대한 결합 깁스 에너지가 작기 때문에 잔류 이온이 남아있더라도 SnO2와 Cl의 결합 깁스 에너지는 작기 때문에 헤이즈 디펙트를 줄일 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 형성 방법을 나타낸 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 EUV 노광마스크는 마스크 기판(10) 상에 반사층(12)을 형성하고, 반사층(12) 상에 형성되는 흡수층(14)을 형성하고, 흡수층(14) 상에 감광막을 도포한 후 구현하고자 하는 패턴의 모양으로 패터닝하여 감광막 패턴(16)을 형성한 후, 감광막 패턴(16)을 식각마스크로 흡수층(14)을 식각하여 마스크 패턴이 되는 흡수층 패턴(18)을 형성한다. 이때, 반사 층(12)과 흡수층(14) 사이에는 버퍼층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 버퍼층(미도시)이 더 형성되는 경우 감광막 패턴(16)을 식각마스크로 흡수층(14) 및 버퍼층(미도시)까지 식각되어 마스크 패턴은 흡수층 패턴(18) 및 버퍼층 패턴(미도시)를 포함한다.
여기서 마스크 기판(10)은 종래 기술에 개시된 바와 같이 실리카 글라스가 아닌 SnO2-실리카가 사용된다. SnO2-실리카는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같은 특성을 갖기 때문에 극자외선이 적용된 노광공정에서도 마스크 기판(10)이 왜곡되지 않게 된다. 또한, EUV 노광마스크의 제작이나 노광공정에서 남게되는 잔류 이온들과의 광학 반응으로 유발되는 성장성 결함을 방지할 수 있기 때문에 헤이즈 디펙트를 감소시켜 불량을 감소시킬 수 있다. 그리고, 반사층(12)은 굴절율 등 광학적 특성의 차이가 큰 Mo층과 Si층의 적층 구조를 이용하고 있으며, Mo/Si 다층 박막보다 우수한 반사도를 갖는 다층 박막을 제작하기 위하여 여러 가지 다른 물질을 이용하여 다층 박막을 제작하고 있다. 이외에도 베릴륨과 실리콘(Be/Si) 등의 이종(異種)의 막이 교대로 적층된 다중 반사층막이 사용될 수 있다. 흡수체 패턴(14)은 극자외선을 흡수할 수 있는 질화탄탈륨(TaN)막 등으로 이루어지고, 소정의 패턴으로 되어 극자외선에 대한 흡수영역을 구성한다. 이때, 반사층(12)과 흡수층 패턴(14)의 물질은 반드시 상술한 바에 한정되는 것은 아니고 변경 가능하다.
따라서, 상술한 바와 같이 형성된 본 발명의 EUV 노광마스크를 이용하여 극자외선이 적용된 노광공정을 수행하는 경우 노광마스크의 왜곡을 방지하여 웨이퍼 상에 구현되는 패턴 또한 왜곡없이 구현하여 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 EUV 노광방식을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 온도 변화에 따른 부피 팽창을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 온도 변화에 따른 결합각의 변화를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 온도 변화에 따른 Cl에 대한 결합 깁스 에너지(gibbs energy)를 나타낸 그래프.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 EUV 노광마스크의 형성 방법을 나타낸 단면도.
Claims (7)
- Sn02-실리카(silica)의 마스크 기판;상기 마스크 기판 상에 형성된 반사층; 및상기 반사층 상에 형성된 흡수층 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광마스크.
- 제 1항에 있어서,상기 마스크 기판은실리콘에 Sn을 확산시켜 형성된 상기 Sn02-실리카인 것을 특징으로 하는 EUV 노광마스크.
- 제 1항에 있어서,상기 반사층은Mo층과 Si층이 교대로 적층된 다층 박막구조인 것을 특징으로 하는 EUV 노광마스크.
- 제 1항에 있어서,상기 반사층은Be층과 Si층이 교대로 적층된 다층 박막구조인 것을 특징으로 하는 EUV 노광마스크.
- 제 1항에 있어서,상기 흡수층 패턴은질화탄탈륨(TaN)막인 것을 특징으로 하는 EUV 노광마스크.
- Sn02-실리카(silica)의 마스크 기판 상에 반사층을 형성하는 단계; 및상기 반사층 상에 흡수층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광마스크 형성 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 흡수층 패턴을 형성하는 단계는상기 반사층 상에 흡수층을 형성하는 단계;상기 흡수층 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 흡수층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광마스크 형성 방법.
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