KR20110123518A - Ｅｕｖ 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 EUV 마스크의 제작 과정에서 생기는 반사체의 반사율 저하와 그림자 효과를 방지하기 위하여 반사체의 일부를 산화시켜 반사율을 저하시킴으로써 이를 흡수체로 사용한다. 이에 따라, 흡수체 형성을 위한 식각 공정을 생략할 수 있어 반사체에 데미지가 발생하지 않는다. 또한, 그림자 효과를 방지함으로써, 해상도가 향상되며, CD 균일도가 향상된 패턴을 형성할 수 있는 EUV 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 EUV 마스크 제조 방법은 반사영역 및 흡수영역을 포함하는 EUV 마스크 제조 방법에 있어서, 석영 기판 상부에 반사층을 형성하는 단계와, 흡수 영역의 반사층을 산화시켜 산화층으로 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 EUV 마스크는 반사영역 및 흡수영역을 포함하는 EUV 마스크에 있어서, 반사영역의 석영 기판 상부에 구비된 반사층 및 흡수영역의 석영 기판 상부에 구비된 산화층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＥＵＶ 마스크 및 그 제조방법{EXTREME ULTRA VIOLET MASK AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 EUV 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 노광 공정에 사용되는 마스크 중 반사 마스크에 해당되는 EUV 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 크기가 점차 감소함에 따라 반도체 공정기술에서도 많은 기술개발이 이루어지고 있다. 그 중에서 노광공정 기술이 가장 큰 변화를 이루고 있으며, 특히 40nm 이하 소자에서는 기존에 사용하였던 이머젼(immersion) 기술 또한 한계에 이르게 되어 EUV(Extreme Ultra Violet) 리소그래피에 대한 개발이 이루어지고 있다.
EUV 노광은 기존의 노광 기술과 달리 파장이 13.5 nm로 매우 짧은 광원을 사용하여 노광하므로 선폭이 40 nm 이하인 반도체 소자 개발에 있어서 핵심적인 공정기술로 취급되고 있다. 다만 EUV 노광은 기존 노광원에 비하여 매우 짧은 파장을 가진 광원을 사용하기 때문에, 종래의 투과 마스크가 아닌 반사 마스크를 사용하게 된다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 EUV 마스크의 형성 방법을 도시한 단면도들이다. 도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 석영 기판(10)에는 다중 박막(40)이 형성되고 이 다중 박막(40)의 상부에 흡수층(20)이 형성된다. 다중 박막(40)은 빛의 간섭 효과를 줄이기 위한 것으로 몰리브덴(42)과 실리콘(44)이 차례로 적층된 구조를 가진다.
그 다음, 흡수층(20) 상부에 감광막 패턴(25)을 형성하고(도 1b), 감광막 패턴(25)을 마스크로 흡수층(20)을 식각하여 흡수층 패턴(20a)을 형성한다(도 1c). 여기서, 흡수층 패턴(20a)은 크롬을 포함하는 물질로 형성한다. 이때, 흡수층 패턴(20a)을 형성하기 위한 식각 공정은 건식으로 진행하는데, 이러한 건식 식각 공정 시 반사체인 다중 박막(40) 표면에 데미지가 전사되어 반사율이 저하되는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 다중 박막(40) 표면에 데미지(Demage)가 있으면 마스크 해상력이 저하되는 문제가 발생한다. 다음으로, 감광막 패턴(25)을 제거한다(도 1d).
도 2는 종래 기술에 따른 EUV 마스크를 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 석영 기판(10)에는 다중 박막(40)이 형성되고 이 다중 박막(40)의 상부에 흡수층 패턴(20a)이 형성된다. 이러한 반사 마스크에서는 입사광(A)이 다중 박막(40) 표면에서 반사되어 반사광(B)으로 반사되는데, 이 때 흡수층 패턴(20a)이 위치한 부분에서는 입사광(A)이 흡수되면서 흡수층 패턴(20a)의 형상이 반사광(B)에 반영되고 이 결과 노광 대상인 감광막에 패터닝이 이루어지게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이 EUV 마스크를 반사 마스크로 사용하는 이유는, EUV 광원은 종래의 광원에 비하여 짧은 파장을 가지기 때문에 종래와 같은 투과 마스크로 구성할 경우, 광원이 석영 기판(10)에 흡수되어 버리기 때문이다. 그리고 반사 마스크를 사용하려면, 광원으로부터 입사된 입사광(A) 또한 마스크에 대하여 수직하게 입사되지 않고 소정 각도 경사진 상태로 마스크에 입사되어야 한다. 이는 광원이 서로 간섭하는 현상을 방지하기 위한 것으로, 이 때 입사광이 경사진 각도는 장비 구성에 따라 다르겠지만, 마스크 표면에 수직한 직선으로부터 6° 기울어지는 것이 일반적이다.
그런데, 이와 같이 6° 경사지게 입사광(A)을 조사하는 EUV 노광공정에서는 또 다른 문제점이 발생한다. 종래 EUV 마스크의 문제점을 도시한 사시도인 도 3 및 도 4를 참조하면, 입사광(A)은 6° 경사진 우측 방향에서 조사되고 반사광(B)은 6° 경사지게 좌측 방향으로 반사되며, 이 때 입사각과 반사각이 동일한 것은 스넬의 법칙(snell's law)으로 알려져 있다.
먼저 도 3a과 같이 흡수층 패턴(20a)이 입사광(A) 및 반사광(B)과 평행한 방향으로 형성되는 경우에는, 흡수층 패턴(20a)이 위치한 부분을 제외하면 입사광(A)이 문제없이 반사되어 반사광(B)으로 반사된다. 그런데 도 3b와 같이 흡수층 패턴(20a)이 입사광(A) 및 반사광(B)과 수직한 방향으로 형성되는 경우에는, 흡수층 패턴(20a)이 위치하지 않은 부분에서도, 입사광(A)이 흡수층 패턴(20a)에 흡수되어 버리는 문제가 발생한다. 이는 흡수층 패턴(20a)도 소정 높이를 가지고 있고 입사광(A)이 경사지게 조사됨에 따라 발생하는 문제이며, 이를 그림자 효과(Shadowing Effect)라 한다.
이러한 그림자 효과 때문에, 흡수층 패턴(20a)이 형성된 방향에 따라 입사광(A)이 흡수되는 정도가 일정하지 않게 되어, 실제 EUV 패터닝 후에는 동일한 사이즈의 패턴도 형성된 방향에 따라 실제로 다르게 패터닝되는 문제점이 있다.
본 발명은 EUV 마스크의 제작 과정에서 생기는 반사체의 반사율 저하와 그림자 효과를 방지하기 위하여 반사체의 일부를 산화시켜 반사율을 저하시킴으로써 이를 흡수체로 사용한다. 이에 따라, 흡수체 형성을 위한 식각 공정을 생략할 수 있어 반사체에 데미지가 발생하지 않는다. 또한, 그림자 효과를 방지함으로써, 해상도가 향상되며, CD 균일도가 향상된 패턴을 형성할 수 있는 EUV 마스크 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 EUV 마스크 제조 방법은 반사영역 및 흡수영역을 포함하는 EUV 마스크 제조 방법에 있어서, 석영 기판 상부에 반사층을 형성하는 단계와, 흡수 영역의 반사층을 산화시켜 산화층으로 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 반사층은 다중 박막으로 형성하며, 다중 박막은 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)을 포함하는 물질로 형성하고, 다중 박막은 40 ~ 60개의 몰리브덴(Mo)과 40 ~ 60개의 실리콘(Si)이 번갈아 적층된 구조로 형성한다.
그리고, 반사층을 산화시키는 단계는 건식 산화 방법 또는 습식 산화 방법을 포함하며, 건식 산화 방법은 산소가스(O2)를 사용하여 진행하고, 습식 산화 방법은 수증기(H2O)를 사용하여 진행한다. 산화층으로 변환시키는 단계는 상기 반사층 일부 또는 전체를 산화시키며, 산화층은 SiO2를 포함하는 물질로 형성된다. 반사층을 산화시키는 단계는 반사층 상부에 흡수영역을 오픈시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계와, 감광막 패턴을 마스크로 반사층에 대해 산화 공정을 진행하는 단계와, 감광막 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 EUV 마스크는 반사영역 및 흡수영역을 포함하는 EUV 마스크에 있어서, 반사영역의 석영 기판 상부에 구비된 반사층 및 흡수영역의 석영 기판 상부에 구비된 산화층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 반사층은 다중박막을 포함하며, 상기 다중 박막은 몰리브덴과 실리콘을 포함하는 물질이며, 다중 박막은 40 ~ 60개의 몰리브덴과 40 ~ 60개의 실리콘이 번갈아 적층된 구조이다. 그리고, 산화층은 SiO2를 포함하며, 흡수영역은 상기 산화층 및 반사층이 적층된 구조를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 EUV 마스크 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, EUV 마스크의 제작 공정을 변경함으로써, 마스크 반사율이 개선되어 해상력이 향상된다.
둘째, EUV 마스크의 제작 공정을 변경함으로써, 마스크 제작 공정이 단순해진다.
셋째, EUV 마스크의 제작 공정을 변경함으로써, 흡수체 패턴의 식각 공정을 생략할 수 있어 그림자 효과(Shadowing Effect)를 방지할 수 있다.
넷째, EUV 마스크의 제작 공정을 변경함으로써, 패터닝 시 패턴의 CD(Critical Dimension) 균일도가 향상된다.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 EUV 마스크의 형성 방법을 도시한 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 EUV 마스크를 도시한 단면도.
도 3a 및 도 3b는 종래 기술에 따른 EUV 마스크의 문제점을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 EUV 마스크를 도시한 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 EUV 마스크 형성 방법을 도시한 단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 EUV 마스크 및 그 제조방법의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 EUV 마스크를 도시한 사시도이다. 도 4를 참조하면,석영 기판(100)의 반사영역(Ⅰ)에 반사층(115)이 구비되고, 흡수영역(Ⅱ)에 산화층(125)이 구비된다. 반사층(115)은 빛의 간섭 효과를 줄이기 위한 것으로 다수의 몰리브덴(Mo)(105)과 실리콘(Si)(110)이 차례로 적층된 구조의 다중박막이다. 이때 다중 박막은 40 ~ 60개의 몰리브덴(105)과 40 ~ 60개의 실리콘(110)이 번갈아 적층된 구조를 가지는 것이 빛의 간섭을 감소시키기에 가장 바람직하다.
또한, 산화층(125)은 다중박막이 산화되어 형성된 것이며, 흡수영역(Ⅱ) 전체가 산화층(125)으로 이루어져 있거나 다중박막의 상부에 산화층(125)이 적층된 구조로 이루어져 있을 수 있다. 여기서 산화층(125)은 Si02의 물질을 포함하는 것이 바람직하다.이러한 산화층(125)은 반사층(115)과 굴절율 값이 다르고, 반사율이 저하되면서 반사체 역할을 상실하여 흡수체 역할을 하게 된다.
상술한 바와 같이 흡수영역(Ⅱ) 상에 형성되는 흡수체가 반사층(115) 상부에 패턴 형태로 구비되지 않고, 반사층(115)과 동일한 높이에 산화층(125) 형태로 구비됨으로써 평면적인 구조의 마스크가 된다. 따라서 입체적인 구조의 마스크를 사용하면서 발생하는 그림자 효과(Shadowing effect)를 방지할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 EUV 마스크 제조 방법을 도시한 단면도들이다. 먼저 도 5a를 참조하면, 반사영역(Ⅰ) 및 흡수영역(Ⅱ)을 포함하는 석영 기판(100)의 전체 상부에 반사층(115)을 형성한다. 반사층(115)은 다중 박막으로 형성하며, 다중 박막은 빛의 간섭 효과를 줄이기 위해 몰리브덴(Mo)(105)과 실리콘(Si)(110)이 차례로 다수 층 적층된 구조를 가진다. 이때 다중 박막(115)은 40 ~ 60개의 몰리브덴(105)과 40 ~ 60개의 실리콘(110)이 번갈아 적층된 구조를 가지는 것이 빛의 간섭을 감소시키기에 가장 바람직하다.
도 5b를 참조하면, 반사층(115) 상부에 감광막(미도시)을 도포한다. 그 다음, 노광 및 현상 공정을 진행하여 흡수영역(Ⅱ)의 반사층(115)을 오픈시키는 감광막 패턴(120)을 형성한다.
그리고, 도 5c에 도시된 바와 같이 감광막 패턴(120)을 배리어로 산화 공정을 진행하여 오픈된 반사층(115)을 산화시킨다. 이때, 다중 박막 전체 또는 일부가 산화층(125)으로 변환된다. 이 산화 공정 시 감광막 패턴(120)이 배리어로 작용하여 감광막 패턴(120)에 의해 덮여있는 반사층(115)은 산화되지 않는다. 이 산화 공정으로 형성된 산화층(125)에 의해 흡수영역(Ⅱ)의 다중 박막 굴절율 값이 변하게 되고, 굴절율이 변한 영역은 반사체로서의 역할을 하지 못하게 된다. 즉, 굴절율이 변한 영역은 반사율이 저하되어 흡수체의 역할을 하게 된다. 여기서, 상기 산화 공정으로 반사층(115) 전체가 산화될 수 도 있고, 반사층(115) 상부의 일부영역만 산화될 수 도 있다. 반사층(115)이 전체적으로 산화되는 경우는 반사층(115) 상부의 일부영역만 산화되는 경우보다 흡수율이 향상된다. 단 반사층(115)의 최상단 1개층이 산화 되면 흡수율이 80% 정도가 되고, 그 아래 형성된 반사층(115)까지 산화 되면 흡수율이 90% 정도가 되고, 그 아래 형성된 반사층(115)이 산화되면 흡수율이 92% 정도가 된다. 따라서, 반사층(115)이 산화되는 영역이 많아질수록 흡수율이 향상된다. 그러나, 반사층(115) 상부 몇개층만 산화되어도 충분히 흡수체로 사용 가능하므로 반사층(115)의 산화 정도와는 관계없이 산화층(125)을 포함하기만 하면 흡수체의 역할을 할 수 있다.
상술한 산화 공정은 건식 산화 방법 또는 습식 산화 방법을 사용하여 진행할 수 있다. 건식 산화 방법은 산소가스(O2)를 사용하여 진행하며, 다중 박막의 실리콘(Si)(110)에 O2가 결합되어 Si02이 형성된다. 이러한 건식 산화 방법은 정밀하게 산화가 가능하고, 반사층(115) 상부로 형성되는 산화막이 매우 얇아서 산화막의 제거 공정을 생략할 수 있는 장점이 있다. 그리고, 습식 산화 방법은 수증기(H2O)를 사용하여 진행하며, 실리콘(Si)(110)에 H2O가 결합되어 Si02 및 수소(H2)가 형성된다. 이러한 습식 산화 방법은 산화 속도가 빨라서 산화 공정 시 소요 시간이 짧은 장점이 있다.
도 5d를 참조하면, 감광막 패턴(120)을 제거하여 EUV 마스크를 완성한다. 완성된 EUV 마스크를 이용하여 노광 및 현상 공정을 진행하면, 웨이퍼 상에는 산화층(125)이 포함된 영역만 패턴으로 남겨지게 된다. 여기서, EUV 마스크 제조 방법은 EUV 전용 마스크 제조방법 이외에 바이너리 마스크(Binary mask) 또는 위상 반전 마스크(Phase shift mask) 형성 시 적용할 수 있다.
상술한 바와 같이 흡수체를 형성하기 위한 식각 공정이 생략됨에 따라 식각 공정 시 반사층 표면에 발생하는 데미지(Damage)을 방지할 수 있으며, 이로 인해 반사체 표면의 반사율이 매우 높아진다. 또한, 종래에는 반사층 상부에 형성되는 흡수체 패턴으로 인해 입체적인 구조를 갖게되고, 이렇게 입체적인 구조의 마스크 사용 시 그림자 효과가 발생하였다. 그러나, 본 발명과 같이 반사층을 산화시켜 흡수체 역할을 하도록 하여 평면적인 구조의 EUV 마스크를 형성함으로써, 그림자 효과를 방지할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것이다.
100 : 석영 기판 105 : 몰리브덴
110 : 실리콘 115 : 다중 박막
120 : 감광막 패턴 125 : 산화층

Claims (16)

  1. 반사영역 및 흡수영역을 포함하는 EUV 마스크 제조 방법에 있어서,
    석영 기판 상부에 반사층을 형성하는 단계; 및
    상기 흡수 영역의 상기 반사층을 산화시켜 산화층으로 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사층은 다중 박막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 다중 박막은 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)을 포함하는 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 다중 박막은 40 ~ 60개의 몰리브덴(Mo)과 40 ~ 60개의 실리콘(Si)이 번갈아 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사층을 산화시키는 단계는 건식 산화 방법 또는 습식 산화 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 건식 산화 방법은 산소가스(O2)를 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 습식 산화 방법은 수증기(H2O)를 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화층으로 변환시키는 단계는,
    상기 반사층 일부 또는 전체를 산화시키는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화층은 SiO2를 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 제조 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사층을 산화시키는 단계는
    상기 반사층 상부에 상기 흡수영역을 오픈시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 반사층에 대해 산화 공정을 진행하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 제조 방법.
  11. 반사영역 및 흡수영역을 포함하는 EUV 마스크에 있어서,
    상기 반사영역의 석영 기판 상부에 구비된 반사층; 및
    상기 흡수영역의 상기 석영 기판 상부에 구비된 산화층을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 반사층은 다중박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 다중 박막은 몰리브덴과 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 다중 박막은 40 ~ 60개의 몰리브덴과 40 ~ 60개의 실리콘이 번갈아 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 산화층은 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 흡수영역은 상기 산화층 및 반사층이 적층된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크.
KR1020100043039A 2010-05-07 2010-05-07 Ｅｕｖ 마스크 및 그 제조방법 KR101095042B1 (ko)

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