KR20110114296A - 극자외선 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 극자외선(EUV) 마스크는, 메인패턴영역 및 상기 메인패턴영역을 둘러싸는 프레임영역을 갖는 극자외선 마스크에 있어서, 기판과, 기판 위에서 극자외선 광을 반사하는 반사층과, 반사층 위에 배치되는 캡핑층과, 캡핑층 위에 배치되는 흡수층패턴과, 그리고 메인패턴영역의 가장자리와 인접한 프레임영역의 흡수층패턴 위에서 메인패턴영역을 둘러싸도록 배치되는 광차단층패턴을 구비한다.

Description

극자외선 마스크 및 그 제조방법{EUV mask and method of fabricating the same}
본 발명은 노광공정에 사용되는 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 극자외선(EUV; Extreme Ultraviolet) 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체소자의 집적도가 급격하게 증가하면서, 패턴전사를 위해 수행되는 노광공정(Lithography)은 가시광, 자외선, 그리고 365nm, 248nm, 193nm의 파장을 갖는 원자외선(DUV; Deep Ultraviolet)으로 그 사용하는 빛의 파장을 줄여가면서 해상도를 높여왔다. 가장 최근에 적용하고 있는 ArF(193nm) 노광공정은 70nm 노드(node)까지가 한계인 것으로 알려져 있었으나, 기존의 장비에 대물렌즈와 웨이퍼 사이에 액체를 채워 넣음으로써 좀 더 해상도를 향상시킬 수 있는 ArF 액침(immersion) 노광기술이 개발되어 45nm 노드까지 적용하고 있다. 그럼에도 불구하고, 40nm 노드 이하에서는 현재와 같은 노광공정을 대체할 새로운 노광공정이 요구되고 있으며, 이와 같은 차세대 노광공정(NGL; Next Generation Lithography) 개발을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 최근까지 차세대 노광공정으로서 유력하게 대두되고 있는 노광기술들로는 극자외선(EUV) 노광기술, 전자빔 투영(EPL) 노광기술, 근접 전자빔(PXL) 노광기술, 근접 X-선(PXL) 노광기술, 이온빔 노광기술 등이 있다. 이 중 극자외선(EUV) 노광기술은 13nm~14nm 파장의 빛과 비등축 반사광학계를 활용하는 기술이다.
극자외선 노광기술에 사용되는 극자외선 마스크는, 광 투과형 구조와 달리 광 반사형 구조 예컨대, 기판 상에 Mo/Si층이 다층으로 적층되는 반사층을 포함하고, 반사층 상에 흡수층패턴이 형성된 구조로 이루어진다. 극자외선 마스크에 극자외선 광이 조사되는 경우, 흡수층패턴에서는 극자외선 광이 흡수되고, 흡수층패턴에 의해 노출되는 반사층 표면에서는 극자외선 광의 반사가 이루어진다. 반사된 광은 광학시스템을 통해 웨이퍼에 조사된다. 그런데, 극자외선 광은 마스크 표면에 수직한 각도가 아닌 경사진 입사 각도, 예컨대 5 내지 6°의 입사각을 가지고 입사된다. 이때, 흡수층패턴과 반사층의 표면 높이에 따른 단차로 인해 그늘지는 부분이 나타나고, 그늘지는 부분에 극자외선 광이 조사되지 않거나, 반사되지 않게 된다. 이로 인해, 극자외선 마스크에 조사되어 반사되는 반사광이 웨이퍼 상으로 입사되는 방향이 조금씩 변하게 되어 웨이퍼 패턴의 선폭(CD) 또는 위치가 변하는 새도우 현상(shadow effect)이 발생되고 있다.
새도우 현상을 억제하기 위한 방법들 중 하나는, 극자외선 마스크 제조시 흡수층패턴의 두께를 얇게 형성하여 흡수층패턴과 반사층 사이의 단차를 감소시키는 것이다. 그런데 새도우 현상의 억제를 위해 흡수층패턴의 두께를 얇게 형성하는 경우, 도 1에 나타낸 바와 같이, 극자외선 마스크(100)의 메인패턴영역(110) 내의 흡수층패턴(미도시) 뿐만 아니라 메인패턴영역(110)을 둘러싸는 프레임영역의 흡수층패턴(130)의 두께도 함께 얇아진다. 이에 따라 메인패턴영역(110)의 가장자리에서는 극자외선 광이 흡수층패턴(130)에 의해 차단되지 못하고 웨이퍼로 조사되며, 그 결과 극자외선 광에 의해 노광되는 영역(120)이 메인패턴영역(110) 둘레를 따라 확장되는 결과가 나타난다.
이와 같은 극자외선 마스크(100)를 사용하여 웨이퍼에 대한 노광을 수행하게 될 경우 하나의 칩 뿐만 아니라 칩을 둘러싸는 일정 영역에도 광이 조사되며, 이는 인접한 칩에 대한 노광에 의해 광이 추가적으로 조사되어 칩 가장자리에 배치된 패턴의 시디(CD)를 불균일하게 만드는 원인으로 작용한다. 구체적으로 도 2에 나타낸 바와 같이, 칩(201)에 대한 노광시 칩(201)을 둘러싸는 일정 영역(210)(빗금으로 나타낸 영역)에 대해서도 노광이 이루어진다. 다음에 옆으로 인접한 다른 칩(202)에 대한 노광시 칩(202)을 둘러싸는 일정 영역에 대해서도 노광이 이루어지며, 이에 따라 칩(201)과 칩(202)의 경계에는 노광이 중복되게 이루어진다. 마찬가지로 칩(201)의 하부에 인접한 칩(203)에 대한 노광시 칩(203)을 둘러싸는 일정 영역에 대해서도 노광이 이루어지며, 이에 따라 칩(201)과 칩(203)의 경계에도 노광이 중복되게 이루어진다. 이와 같은 현상은 칩(204)에 대한 노광시에도 동일하게 발생하며, 따라서 칩들(201, 202, 203, 204)이 서로 인접하는 영역(220)에 대해서는 노광이 추가적으로 3회 이루어지며, 따라서 이 영역(220)에 인접한 영역에서 패턴들의 시디(CD) 균일도는 현저하게 저하된다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 새도우 효과를 억제하기 위해 흡수층패턴을 얇게 형성할 경우 메인패턴영역 주위까지 극자외선 광에 의한 노광이 이루어지는 것을 억제함으로써 웨이퍼상으로의 패턴 전사를 위한 극자외선 노광시 칩 가장자리에 배치된 패턴들의 시디(CD)가 불균일해지는 것을 억제할 수 있도록 하는 극자외선 마스크 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 예에 따른 극자외선 마스크는, 메인패턴영역 및 상기 메인패턴영역을 둘러싸는 프레임영역을 갖는 극자외선 마스크에 있어서, 기판과, 기판 위에서 극자외선 광을 반사하는 반사층과, 반사층 위에 배치되는 캡핑층과, 캡핑층 위에 배치되는 흡수층패턴과, 그리고 메인패턴영역의 가장자리와 인접한 프레임영역의 흡수층패턴 위에서 메인패턴영역을 둘러싸도록 배치되는 광차단층패턴을 구비한다.
일 예에서, 흡수층패턴은 메인패턴영역 내에서 새도우 효과를 억제할 수 있는 두께를 갖는다.
일 예에서, 흡수층패턴은 10nm 내지 70nm의 두께를 갖는다.
일 예에서, 광차단층패턴은 크롬(Cr)막 또는 크롬(Cr)을 포함하는 금속화합물로 이루어진다.
본 발명의 일 예에 따른 극자외선 마스크의 제조방법은, 메인패턴영역 및 메인패턴영역을 둘러싸는 프레임영역을 갖는 극자외선 마스크의 제조방법에 있어서, 기판 위에 극자외선 광을 반사하는 반사층, 캡핑층, 흡수층, 및 제1 레지스트막패턴을 형성하는 단계와, 제1 레지스트막패턴을 이용한 식각으로 흡수층을 패터닝하여 흡수층패턴을 형성하는 단계와, 메인패턴영역의 가장자리를 둘러싸는 흡수층패턴을 노출시키는 제2 레지스트막패턴을 형성하는 단계와, 제2 레지스트막패턴 및 노출된 흡수층패턴 위에 차광층패턴을 형성하는 단계와, 그리고 노출된 흡수층패턴 위의 차광층패턴을 제외한 나머지 차광층패턴 및 제2 레지스트막패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
일 예에서, 흡수층은 메인패턴영역 내에서 새도우 효과를 억제할 수 있는 두께로 형성한다.
일 예에서, 흡수층은 10nm 내지 70nm의 두께로 형성한다.
일 예에서, 차광층패턴은 크롬(Cr)막 또는 크롬(Cr)을 포함하는 금속화합물을 적층하여 형성한다.
일 예에서, 차광층패턴은 화학기상증착(CVD)법 또는 스퍼터링법을 사용하여 형성한다.
일 예에서, 차광층패턴은, 제2 레지스트막패턴 위에 형성되는 차광층패턴과 흡수층패턴 위에 형성되는 차광층패턴이 연결되지 않도록 형성한다.
본 발명에 따르면, 메인패턴영역을 둘러싸도록 광차단층패턴을 형성함에 따라, 새도우 효과를 억제하기 위해 흡수층패턴을 얇게 형성하더라도, 메인패턴영역 주위로 극자외선 광에 의한 노광이 이루어지는 것이 억제되며, 이에 따라 웨이퍼에 전사되는 패턴들의 균일도를 일정하게 유지할 수 있다는 이점이 제공된다.
도 1 및 도 2는 종래의 극자외선 마스크를 이용한 노광시 발생하는 문제점을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.
도 3은 본 발명에 따른 극자외선 마스크를 나타내 보인 평면도이다.
도 4는 도 3의 선 Ⅳ-Ⅳ'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.
도 5 내지 도 11은 도 3 및 도 4의 극자외선 마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.
도 12는 도 10에 나타낸 단계에서의 극자외선 마스크의 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 극자외선 마스크(300)는, 기판(351) 위에 배치되는 반사층(360)을 포함한다. 기판(351)은 극자외선(EUV) 조사에 의한 열적 팽창으로 인해 일어날 수 있는 패턴 오차의 최소화를 위해 열팽창계수가 낮은 물질로 이루어진다. 일 예에서, 기판(351)은 저열팽창계수의 유리기판이나 실리콘기판일 수 있다. 반사층(360)은 극자외선(EUV) 광을 반사하기 위한 층으로서, 일정 수준 이상, 예컨대 65% 이상의 반사율을 얻기 위해 굴절율이 높고 낮은 두 종류의 물질층이 교대로 30층 내지 60층으로 적층되는 다층 구조로 이루어진다. 일 예에서 반사층(360)은 대략 270-290nm의 두께를 갖고 Mo/Si층(361/362)이 대략 40층 정도 적층된 구조로 이루어진다. 경우에 따라서는 Mo/Si층(361/362) 대신 Ru/Si층이 사용될 수도 있으며, 또한 이중층 대신 삼중층으로 형성될 수도 있다. 반사층(360) 위에는 캡핑층(370)이 배치된다. 캡핑층(370)은 반사층(36)을 보호하기 위한 층으로서, 일 예에서 Ru막으로 이루어질 수 있다.
캡핑층(370) 위에는 흡수층패턴(380, 382)이 배치된다. 흡수층패턴(382)은 메인패턴영역(310) 내에서 캡핑층(370)의 일부 표면을 노출시키도록 배치된다. 반면에 흡수층패턴(380)은 프레임영역(320)에서 캡핑층(370)을 모두 덮도록 배치된다. 여기서 메인패턴영역(310)은 웨이퍼에 전사될 메인패턴으로 작용하는 흡수층패턴들(382)이 배치되는 영역이고, 프레임영역(320)은 메인패턴영역(310)을 둘러싸는 영역이다. 메인패턴영역(310) 내에서의 새도우 효과를 억제하기 위해 메인패턴영역(310) 내의 흡수층패턴(382)은 충분히 얇은 두께, 예컨대 10nmm 내지 70nm를 갖는다. 프레임영역(320)에 배치되는 흡수층패턴(380)은 메인패턴영역(310) 내의 흡수층패턴(382)과 동일한 공정 단계(step)에서 만들어지므로, 역시 동일한 두께, 예컨대 10nm 내지 70nm의 두께를 갖는다.
프레임영역(320) 내의 흡수층패턴(380) 위에는 광차단막패턴(390)이 배치된다. 일 예에서, 광차단막패턴(390)은 크롬(Cr)막 또는 크롬(Cr)을 포함하는 금속화합물로 이루어진다. 구체적으로 광차단막패턴(390)은 프레임영역(320) 중에서 메인패턴영역(310)에 인접한 영역, 즉 메인패턴영역(310)의 가장자리와 접하면서 메인패턴영역(310)을 둘러싸도록 배치된다. 이와 같은 광차단막패턴(390)은, 메인패턴영역(310) 내에서의 새도우 효과를 억제하기 위해 흡수층패턴들(380, 382)을 충분히 얇은 두께로 형성함에 따라 메인패턴영역(310)의 가장자리와 접한 일부 프레임영역(380)에서 원하지 않게 극자외선 광이 반사되어 웨이퍼로 조사되는 것을 막아준다.
도 5 내지 도 11은 본 발명에 따른 극자외선 마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.
먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(351) 위에 반사층(360)을 형성한다. 반사층(360)은 Mo/Si층(361/362)을 대략 40층 정도 적층하여 형성한다. 반사층(360) 위에 캡핑층(370)을 형성하고, 그 위에 흡수층(385) 및 레지스트막(510)을 순차적으로 형성한다. 흡수층(385)은 메인패턴영역(310) 내에서 새도우 효과가 억제될 수 있도록 충분히 얇은 두께, 예컨대 10nm 내지 70nm의 두께로 형성한다. 여기서 메인패턴영역(310)은 웨이퍼로 전사된 메인패턴들이 배치되는 영역이고, 메인패턴영역(310) 둘레에는 메인패턴영역(310)을 둘러싸는 프레임영역(320)이 배치된다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 기판(351)의 배면에는 백사이드(backside)층이 배치될 수 있다.
다음에 도 6에 도시된 바와 같이, 레지스트막(510)을 패터닝하여 레지스트막패턴(512)을 형성한다. 이 레지스트막패턴(512)은, 메인패턴영역(310) 내에서는 흡수층(385)의 일부 표면을 노출시키는 반면에, 프레임영역(320) 내에서는 흡수층(385) 표면을 모두 덮는다.
다음에 도 7에 도시된 바와 같이, 레지스트막패턴(512)을 식각마스크로 한 식각으로 흡수층(도 6의 382)의 노출부분을 제거한다. 이 식각에 의해 메인패턴영역(310) 내에는 캡핑층(370)의 일부 표면을 노출시키는 흡수층패턴들(382)이 형성되고, 프레임영역(320) 내에는 캡핑층(370)을 덮는 흡수층패턴(380)이 형성된다.
다음에 도 8에 도시된 바와 같이, 통상의 스트립(strip) 공정을 수행하여 레지스트막패턴(512)을 제거한다. 레지스트막패턴(512)이 제거됨에 따라, 메인패턴영역(310) 내에는 캡핑층(370)의 일부 표면을 노출시키는 흡수층패턴들(382)이 노출되며, 프레임영역(320) 내에는 캡핑층(370)을 모두 덮는 흡수층패턴(380)이 노출된다. 레지스트막패턴(512)을 제거한 후에는 통상의 클리닝(cleaning) 공정을 수행할 수 있다.
다음에 도 9에 도시된 바와 같이, 메인패턴영역(310) 및 프레임영역(320) 전면에 다시 레지스트막(520)을 형성한다. 그리도 도 10에 도시된 바와 같이, 레지스트막(도 9의 520)에 대한 패터닝을 수행하여 레지스트막패턴(522)을 형성한다. 이 레지스트막패턴(522)은, 메인패턴영역(310)에 있는 캡핑층(370)의 노출 표면과 흡수층패턴들(382)을 모두 덮는 반면, 프레임영역(320)에 있는 흡수층패턴(380)의 일부 표면을 노출시키는 개구부를 갖는다. 프레임영역(320)에서 레지스트막패턴(522)에 의해 노출되는 흡수층패턴(380)은, 도 12에 나타낸 바와 같이, 메인패턴영역(310)을 둘러싸는 부분에 한정된다.
다음에 도 10에 도시된 바와 같이, 전면에 차광층패턴(392)을 형성한다. 차광층패턴(392)은 크롬(Cr)막이나, 또는 크롬(Cr)을 포함하는 금속화합물을 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition)법 또는 스퍼터링(sputternig)법을 사용하여 증착함으로써 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 차광층패턴(392)은 레지스트막패턴(522) 위에 형성되는 차광층패턴(392)과 흡수층패턴(380) 위에 형성되는 차광층패턴(392)이 연결되지 않도록 적절하게 두께를 조절하여 형성한다. 다음에 레지스트막패턴(522)을 제거한다. 레지스트막패턴(522)을 제거함에 따라, 레지스트막패턴(522) 위에 있던 차광층패턴(392)은 떨어져 나와 함께 제거되며, 그 결과 도 4에 도시된 바와 같이, 메인패턴영역(310)의 가장자리와 인접하여 메인패턴영역(310)을 둘러싸는 영역에만 차광층패턴(392)이 남게 된다.
310...메인패턴영역 320...프레임영역
351...기판 360...반사층
370...캡핑층 380, 382...흡수층패턴
390...차광층패턴

Claims (10)

  1. 메인패턴영역 및 상기 메인패턴영역을 둘러싸는 프레임영역을 갖는 극자외선 마스크에 있어서,
    기판;
    상기 기판 위에서 극자외선 광을 반사하는 반사층;
    상기 반사층 위에 배치되는 캡핑층;
    상기 캡핑층 위에 배치되는 흡수층패턴; 및
    상기 메인패턴영역의 가장자리와 인접한 프레임영역의 흡수층패턴 위에서 상기 메인패턴영역을 둘러싸도록 배치되는 광차단층패턴을 구비하는 극자외선 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡수층패턴은 상기 메인패턴영역 내에서 새도우 효과를 억제할 수 있는 두께를 갖는 극자외선 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 흡수층패턴은 10nm 내지 70nm의 두께를 갖는 극자외선 마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광차단층패턴은 크롬(Cr)막 또는 크롬(Cr)을 포함하는 금속화합물로 이루어지는 극자외선 마스크.
  5. 메인패턴영역 및 상기 메인패턴영역을 둘러싸는 프레임영역을 갖는 극자외선 마스크의 제조방법에 있어서,
    기판 위에 극자외선 광을 반사하는 반사층, 캡핑층, 흡수층, 및 제1 레지스트막패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 레지스트막패턴을 이용한 식각으로 상기 흡수층을 패터닝하여 흡수층패턴을 형성하는 단계;
    상기 메인패턴영역의 가장자리를 둘러싸는 흡수층패턴을 노출시키는 제2 레지스트막패턴을 형성하는 단계;
    상기 제2 레지스트막패턴 및 노출된 흡수층패턴 위에 차광층패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 노출된 흡수층패턴 위의 차광층패턴을 제외한 나머지 차광층패턴 및 제2 레지스트막패턴을 제거하는 단계를 포함하는 극자외선 마스크의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 흡수층은 상기 메인패턴영역 내에서 새도우 효과를 억제할 수 있는 두께로 형성하는 극자외선 마스크의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 흡수층은 10nm 내지 70nm의 두께로 형성하는 극자외선 마스크의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 차광층패턴은 크롬(Cr)막 또는 크롬(Cr)을 포함하는 금속화합물을 적층하여 형성하는 극자외선 마스크의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 차광층패턴은 화학기상증착(CVD)법 또는 스퍼터링법을 사용하여 형성하는 극자외선 마스크의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 차광층패턴은, 상기 제2 레지스트막패턴 위에 형성되는 차광층패턴과 상기 흡수층패턴 위에 형성되는 차광층패턴이 연결되지 않도록 형성하는 극자외선 마스크의 제조방법.
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