KR20100076686A - 극자외선 리소그래피를 위한 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
카본 오염에 의한 마스크 패턴의 CD 변화를 제어할 수 있는 극자외선 리소그래피용 마스크 및 그 제조방법이 개시된다. 극자외선 리소그래피용 마스크는, 기판, 기판 상에 배치되며 입사된 극자외선을 반사시키는 반사층, 반사층 상에 회로 패턴을 한정하도록 배치되며 입사된 극자외선을 흡수하는 흡수층 패턴, 및 흡수층 패턴의 측벽에 형성된 오염 방지막을 포함한다.
극자외선 리소그래피, 반사형 마스크, 카본 오염, 오염 방지막
Description
본 발명은 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 극자외선 리소그래피를 위한 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정 중 리소그래피(lithography) 공정은 감광막을 도포한 기판 상에 광선을 조사하여 회로 패턴을 형성시키는 핵심 공정기술로서, 광원으로 주로 레이저를 사용하고 있으나 미세 선폭이 축소됨에 따라 광학적으로 한계에 부딪히고 있다. 이에 따라 극자외선(extreme ultraviolet; EUV), 전자빔(electron beam), X-선, 이온빔 등의 새로운 광원이 모색되고 있으며, 이 가운데 극자외선과 전자빔이 차세대 노광 기술 방식으로 각광을 받고 있다.
현재 사용되고 있거나 연구개발 중인 리소그래피 공정은 KrF(248㎚) 광원 또는 ArF(193㎚) 광원을 사용하고, 블랭크 기판 상에 크롬 등의 차광막 패턴이 형성된 투과형 마스크를 사용한다. 그러나, EUV 리소그래피 기술에서는 13.4nm에 이르는 극자외선 영역의 파장을 이용하는데, 극자외선 영역에서는 대부분의 물질이 큰 광 흡수성을 가지기 때문에 극자외선을 사용하는 노광 기술에서는 투과형 마스크와 는 다른 반사형 마스크를 사용한다. 반사형 마스크는 패턴이 반사층과 흡수층으로 나뉘기 때문에 투과형 마스크에서의 여러 가지 콘트라스트 개선 방법, 예를 들면 스트롱 위상반전마스크(strong PSM), 림(Rim) 타입 스트롱 PSM, 하프톤 PSM 등의 방법은 사용할 수가 없고 단순히 극자외선(EUV)의 반사와 흡수만을 이용하여 리소그래피 공정을 진행하게 된다. 극자외선 리소그래피를 실제 소자 제조에 적용하기 위해서는 해결해야할 많은 과제들이 남아 있는데, 그 중 카본 오염(contamination)과 산화가 대표적이다.
도 1은 일반적인 극자외선 리소그래피용 마스크를 도시한 단면도이다.
투명한 기판(100) 위에 반사층(110)이 배치되고, 그 위에는 패턴 수정시 보호막 역할을 하는 버퍼층(120)이 배치되며, 버퍼층(120) 위에 흡수층(absober)(130)이 배치된다.
상기 반사층(110)은 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si), 또는 베릴륨(Be)과 실리콘(Si) 등의 이종의 막이 교대로 적층된 다중 반사층막 구조를 갖는다. 반사층(110) 상에 캐핑층(도시되지 않음)을 더 포함할 수도 있다.
상기 흡수층(130)과 버퍼층(120)은 구현하고자 하는 패턴을 한정하도록 패터닝되어 반사층(110)의 표면을 노출시킨다. 흡수층(130)은 극자외선을 흡수할 수 있는 질화탄탈륨(TaN) 등으로 이루어진다.
이와 같이 극자외선(EUV) 리소그래피용 마스크는 여러 층으로 구성되는데, 특히 극자외선은 다층 박막으로 이루어진 반사층(110)에서 반사되고, 흡수층(130)에서 흡수되어 패턴을 형성하게 된다.
그런데, 이러한 극자외선 리소그래피용 마스크를 이용하여 노광 공정을 진행하는 과정에서 카본(carbon) 오염에 의해 마스크 패턴의 임계 치수(CD)에 변화가 발생하게 된다. 또한, 카본 오염을 제어하기 위하여 사용되는 잦은 세정공정은 결국 패턴의 산화를 유발하여 극자외선 리소그래피용 광학 렌즈 및 마스크의 수명을 단축시키는 결과를 초래하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 카본 오염에 의한 마스크 패턴의 CD 변화를 제어할 수 있는 극자외선 리소그래피용 마스크 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크는, 기판, 기판 상에 배치되며 입사된 극자외선을 반사시키는 반사층, 반사층 상에 회로 패턴을 한정하도록 배치되며 입사된 극자외선을 흡수하는 흡수층 패턴, 및 흡수층 패턴의 측벽에 형성된 오염 방지막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 흡수층 패턴과 반사층 사이에 캐핑층과, 상기 흡수층 패턴과 동일한 패턴으로 배치된 버퍼층 패턴을 더 구비할 수 있다.
상기 오염 방지막은 루테늄(Ru), 탄화실리콘(SiC), 실리콘나이트라이드(SiN), 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)으로 이루어질 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 제조방법은, 기판 상에 반사층 및 흡수층을 차례로 형성하는 단계, 흡수층을 패터닝하여 흡수층 패턴을 형성하는 단계, 및 흡수층 패턴의 측벽에 카본 오염을 방지하기 위한 오염 방지막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 오염 방지막은 루테늄(Ru), 탄화실리콘(SiC), 실리콘나이트라이드(SiN), 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)으로 형성할 수 있다.
상기 오염 방지막을 형성하는 단계는, 흡수층 패턴이 형성된 기판 상에 카본 오염을 방지하기 위한 물질막을 형성하는 단계와, 상기 흡수층 패턴 상부 및 노출된 반사층 상부에 형성된 물질막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반사층과 흡수층 패턴 사이에 캐핑층과 버퍼층을 형성하고, 상기 흡수층을 패터닝하는 단계에서 상기 버퍼층을 패터닝할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 2 및 도 3은 루테늄(Ru)과 실리콘(Si)에서의 카본 오염 및 산화에 의한 반사도 및 카본막의 두께의 변화를 나타낸 그래프들이다.
도 2를 참조하면, 루테늄(Ru)과 실리콘(Si)에서의 노광 시간에 따른 반사도(reflectivity)의 변화를 나타낸 것으로, 참조번호 "210"은 루테늄의 반사율을, "220"은 실리콘의 반사율을 각각 나타낸다. 노광 시간이 증가할수록 루테늄(Ru)에 비해 실리콘(Si)에서의 반사도의 감소가 작음을 알 수 있다. 즉, 반사도 측면에서는 루테늄(Ru)에 비해 실리콘(Si)이 유리하다고 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 루테늄(Ru)과 실리콘(Si)에서의 노광 시간에 따른 카본막의 두께의 변화를 나타낸 것으로, 참조번호 "310"은 루테늄(Ru)막에 흡착된 카본막 두께를, "320"은 실리콘(Si)막에 흡착된 카본막 두께를 각각 나타낸다. 노광 시간 이 증가할수록 루테늄(Ru)에 비해 실리콘(Si)막에 흡착된 카본막의 두께가 많이 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 카본 오염 측면에서는 루테늄(Ru)이 유리함을 알 수 있다.
도 4 및 도 5는 카본 오염에 따른 마스크 패턴의 CD 변화를 나타낸 그래프들로서, 도 4는 실리콘(Si)으로 캐핑한 경우의 패턴 CD의 변화를, 도 5는 루테늄(Ru)으로 캐핑한 경우의 패턴 CD의 변화를 각각 나타낸다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 실리콘(Si)으로 캐핑한 경우에 비해 루테늄(Ru)으로 캐핑한 경우 패턴 CD의 변화가 훨씬 적은 것을 알 수 있다.
위 그래프들에 따르면, 루테늄(Ru)은 실리콘(Si)에 비해 카본 오염 측면에서 유리한데, 이는 카본 오염에 기인한 마스크의 패턴 CD의 균일도 측면에서 유리하고, 카본 오염에 의한 광학 미러의 세정 횟수가 감소하므로 산화에도 유리하다. 따라서, 루테늄(Ru)과 같이 카본 오염과 산화에 유리한 물질, 예를 들면 루테늄(Ru), 탄화실리콘(SiC), 실리콘나이트라이드(SiN), 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd) 등으로 패턴의 측면에 스페이서를 형성함으로써 패턴의 카본 오염에 의한 CD 변화를 제어할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 투명한 기판(400) 상에 반사층(410)을 형성한다. 상기 기판(400)은 예를 들면 석영(quartz)과 같은 투명한 기판일 수 있다. 그리고, 반사층(410)은 입사된 극자외선을 반사시키는 역할을 하며, 입사되는 극자외선(EUV)을 산란시키는 산란층(411)과, 산란층들 사이를 이격시키는 이격층(412)을 교대로 증착하여 형성한다. 산란층(411)은 몰리브덴(Mo) 또는 베릴륨(Be)을 포함하여 형성할 수 있고, 이격층(412)은 실리콘(Si)을 포함하여 형성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 반사층(410) 위에 버퍼층 패턴(420) 및 흡수층 패턴(430)을 형성한다. 구체적으로, 상기 반사층(410) 위에 예를 들면 크롬나이트라이드(CrN)를 일정 두께 증착하여, 반사층의 원하지 않는 산화나 오염을 억제하고 패턴 수정시 보호막 역할을 하는 버퍼층을 형성한다. 상기 버퍼층을 형성하기 전에, 반사층(410) 상에 루테늄(Ru) 또는 실리콘(Si)으로 이루어진 캐핑층(도시되지 않음)을 형성할 수도 있다.
상기 버퍼층 위에 흡수층 위에 예를 들어 탄탈륨보론나이트라이드(TaBN)(431)와 탄탈륨나이트라이드(TaN)(432)를 차례로 적층하여 흡수층을 형성한다. 흡수층 상에, 구현하고자 하는 회로 패턴을 정의하는 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 다음에, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 흡수층 및 버퍼층을 차례로 패터닝하여 버퍼층 패턴(420) 및 흡수층 패턴(430)을 형성하고, 포토레지스트 패턴을 제거한다.
도 8을 참조하면, 포토레지스트 패턴이 제거된 기판의 결과물 상에 카본 오염에 유리한 물질을 증착한다. 이러한 물질로는 예를 들면, 루테늄(Ru), 탄화실리콘(SiC), 실리콘나이트라이드(SiN), 백금(Pt), 또는 팔라듐(Pd)을 들 수 있다.
다음에, 증착된 물질막을 이방성식각하여 흡수층 패턴(430) 및 버퍼층 패턴(420)의 측벽에 오염 방지 스페이서(440)를 형성한다. 상기 오염 방지 스페이 서(440)는 카본 오염에 유리한 물질로 이루어져 있기 때문에, 노광 과정에서 흡수층 및 버퍼층의 카본 오염을 차단하여 마스크 패턴의 CD가 변화하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 카본 오염을 제거하기 위하여 실시하는 세정공정의 횟수를 줄일 수 있으므로, 세정에서 발생하는 패턴의 산화를 방지하여 패턴 CD의 변화를 더욱 감소시킬 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.
도 1은 일반적인 극자외선 리소그래피용 반사형 마스크를 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3은 카본 오염 및 산화에 의한 노광 시간에 따른 반사도 및 카본막의 두께의 변화를 나타낸 그래프들이다.
도 4 및 도 5는 카본 오염에 따른 마스크 패턴의 CD 변화를 나타낸 그래프들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.
Claims (7)
- 기판;상기 기판 상에 배치되며, 입사된 극자외선을 반사시키는 반사층;상기 반사층 상에 회로 패턴을 한정하도록 배치되며, 입사된 극자외선을 흡수하는 흡수층 패턴; 및상기 흡수층 패턴의 측벽에 형성된 오염 방지막을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제1항에 있어서,상기 흡수층 패턴과 반사층 사이에 캐핑층과, 상기 흡수층 패턴과 동일한 패턴으로 배치된 버퍼층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제1항에 있어서,상기 오염 방지막은 루테늄(Ru), 탄화실리콘(SiC), 실리콘나이트라이드(SiN), 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 기판 상에 반사층 및 흡수층을 차례로 형성하는 단계;상기 흡수층을 패터닝하여 흡수층 패턴을 형성하는 단계; 및상기 흡수층 패턴의 측벽에 카본 오염을 방지하기 위한 오염 방지막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 오염 방지막은 루테늄(Ru), 탄화실리콘(SiC), 실리콘나이트라이드(SiN), 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 오염 방지막을 형성하는 단계는,상기 흡수층 패턴이 형성된 기판 상에 카본 오염을 방지하기 위한 물질막을 형성하는 단계와,상기 흡수층 패턴 상부 및 노출된 반사층 상부에 형성된 물질막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
- 제4항에 있어서,상기 반사층과 흡수층 패턴 사이에 캐핑층과 버퍼층을 형성하고,상기 흡수층을 패터닝하는 단계에서 상기 버퍼층을 패터닝하는 것을 특징으 로 하는 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조방법.
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2008
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