KR100811404B1 - 이유브이 노광 공정용 위상반전 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이유브이(Extreme Ultra-Violet; 이하 “EUV”라 칭함) 노광 공정용 위상반전 마스크(phase shift mask) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반사층의 손상을 방지하기 위하여, i)위상차를 유발할 수 있을 만큼의 두께로 식각된 트렌치를 포함하는 석영 기판 또는 ii)위상차를 유발할 수 있을 만큼의 두께로 형성된 버퍼층 패턴을 포함하는 석영 기판 상에 반사층을 형성함으로써, 고해상도의 미세패턴을 형성할 수 있는 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

이유브이 노광 공정용 위상반전 마스크 및 그 제조 방법{Phase Shift Mask for Performing Exposure Process using Extreme Ultra-Violet Light Source and Method for Manufacturing the its}

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 위상반전 마스크의 구조를 도시한 단면도.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상반전 마스크를 도시한 공정 단면도.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제2실시예에 따른 위상반전 마스크를 도시한 공정 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1, 21, 31: 석영기판 3, 3-1, 3-2: 반사층 패턴

5, 27: 흡수층 패턴 7, 39: 버퍼층

23, 33: 감광막 패턴 25: 트렌치

27, 37: 위상반전영역을 가지는 반사층

39-1: 버퍼층 패턴 h: 기판 상에 형성된 트렌치 두께

h′, h″′: 반사층의 위상반전 영역과 비위상반전 영역 간 단차

h″: 기판 상에 형성된 버퍼층 두께

본 발명은 이유브이(Extreme Ultra-Violet; 이하 “EUV”라 칭함) 노광 공정용 위상반전 마스크(phase shift mask) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 공정에서, 콘택홀을 포함한 각종 패턴들은 포토리소그라피 공정을 통해 형성된다. 이러한 포토리소그라피 공정은 주지된 바와 같이 피식각층 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부 피식각층을 식각하는 공정과 식각 공정 완료 후, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정을 포함한다. 아울러 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정은 피식각층 상에 포토레지스트 물질을 도포하는 공정과 특정 노광 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트를 선택적으로 노광하는 공정 및 소정의 화학용액을 이용하여 노광 또는 비노광된 영역의 포토레지스트 물질을 제거하는 현상 공정으로 구성된다.

한편, 포토리소그라피 공정으로 구현할 수 있는 피식각층 패턴의 임계 치수(critical dimension)는 노광 공정 시에 어떤 파장의 광원을 사용하느냐에 따라 크게 좌우된다. 이것은 노광 공정을 통해 구현할 수 있는 포토레지스트 패턴의 폭에 따라 실제 피식각층 패턴의 임계 치수가 결정되기 때문이다.

노광 공정을 통해 구현할 수 있는 포토레지스트 패턴의 폭은 하기의 레이레이 식 (Rayleigh's equation)에 의해 결정된다.

R = K(λ/NA)

상기 식에서, R은 포토레지스트 패턴의 임계 치수 즉 해상도이고, λ는 광의 파장이고, NA는 렌즈의 구경이며, K는 공정 관련 상수로서 공정 능력에 따라 변하는 값이지만, 양산 단계에서 대략 0.4∼0.5 정도이다.

예를 들어, 종래 G-line(λ=436nm) 또는 I-라인(λ=365nm) 광원을 이용한 노광 공정을 수행할 경우, 노광 장비의 렌즈의 구경이 0.6 정도라면, 상기 레이레이 식에 의거하여 대략 0.5㎛ 정도의 해상도를 가지는 패턴이 구현된다. 이때 상기 0.5㎛의 해상도를 가지는 패턴은 포토리소그라피 공정으로 구현할 수 있는 패턴 폭의 임계 치수가 0.5㎛ 정도임을 의미하므로, 반도체 소자의 유효 채널 길이가 0.30㎛ 이내로 감소 된 현 시점에서 고집적화된 미세 패턴을 얻는 것은 매우 어렵다는 것을 보여준다.

이에 대한 개선책으로, 상기 광원들보다 더 짧은 파장, 예를 들면 KrF(λ=248nm) 또는 ArF(λ=193nm)와 같은 DUV(deep ultra violet) 광원을 이용한 노광 공정이 개발되었으며, 더 나아가 광원으로 13.5nm 파장의 광원을 이용한 EUV 노광 공정이 개발되었다. 이때 상기 EUV 노광 공정 시에는 일반적으로 흡수도가 큰 KrF 또는 ArF용 투광 마스크 대신에 감광제에 형성되는 상의 콘트라스트(contrast)를 높이기 위한 반사광학(reflective optical)을 이용한 위상반전 마스크가 사용된다.

종래 기술에 따른 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크의 구조를 첨부된 도면 1a 및 1b를 참조하여 간략하게 설명한다.

통상적인 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크는 도 1a에서 도시한 바와 같이 석영 기판(1)의 특정 부위에 식각 공정에 의해 형성되며, 투사된 빛의 위상을 180도 반전시킬 수 있는 위상반전 영역을 포함하는 다층의 반사층 패턴(3)과 흡수층 패턴(5)을 구비하고 있다. 또는 도 1b에 도시한 바와 같이 석영 기판(1) 상에 식각 공정에 의한 위상반전 영역을 포함하는 다층의 제1 및 제2 반사층 패턴(3-1, 3-2)과 버퍼층 패턴(7)의 적층 패턴 및 흡수층 패턴(5)을 구비하고 있다.

상기 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크를 이용하여 노광 공정을 수행하는 경우, 흡수층에 입사된 빛은 웨이퍼로의 조사가 차단되는 반면, 반사층에 입사된 빛은 반사되어 웨이퍼 상에 조사되므로, 위상반전 영역에 반사된 빛과 흡수된 빛 간의 위상차에 의한 상쇄 간섭 효과를 발생시켜 분해능이 향상된다.

그러나 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 상기 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크는 대부분 석영 기판상에 다층의 반사층을 증착한 다음, 상기 반사층에 대한 식각 공정을 수행하여 위상반전영역과 비위상반전영역을 가지는 반사층 패턴을 형성하는 단계로 제조되는데, 이때 상기 식각 공정을 수행하는 동안 반사층 패턴의 측벽이 손상되는 등 여러 가지 문제점이 발생한다. 그 결과, 후속 노광 공정 시에 반사율이 감소하여 포토레지스트 막에 대한 상 형성 능력이 저하된다.

이에 본 발명자들은 활발한 연구 결과 고가의 장비의 개발 없이도 상기한 종래의 문제점들을 극복할 수 있는, 위상반전 마스크 및 그 제조 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 종래 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크 제조 공정 시 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, EUV용 위상반전마스크 제조 시에 반사층에 대한 식각 공정을 수행하는 대신, 석영 기판 상부에 트렌치 또는 버퍼층 패턴을 형성하고, 그 상에 위상반전영역을 가지는 반사층 패턴을 형성하는 위상 반전 마스크와 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크는,

위상차 180도를 유발할 수 있을 만큼의 깊이로 식각된 트렌치를 포함하는 석영 기판; 및

상기 트렌치를 포함하는 기판의 전면에 형성되며, 수개의 Mo막과 Si막의 적층 구조 또는 Mo막과 Be막의 적층구조가 교대로 적층되어 이루어진 반사층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 위상반전 마스크는 상기 반사층을 형성하기 전에 기판 전면에 버퍼층을 더 포함할 수도 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,

석영 기판 상부에 노광 및 현상 공정에 위한 감광막 패턴을 형성하는 단계;

상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 상기 기판 상에 소정 깊이의 트렌치를 형성하는 단계;

상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및

상기 트렌치를 포함하는 기판 전면에 수개의 Mo막과 Si막의 적층 구조 또는 Mo막과 Be막의 적층구조를 교대로 적층하여 이루어진 반사층을 증착하는 단계를 포함하는 위상반전 마스크를 제조하는 방법을 제공한다.

이때, 상기 트렌치의 깊이는 노광 광원의 파장이 λ이고, 만들려는 위상차가 φ일 경우, φ = h x 2Π/λ의 식을 만족할 수 있어야 한다. 즉, 노광 광원이 EUV 파장인 경우, 180도의 위상차를 만들기 위해 트렌치 깊이는 λ/2의 홀수배가 되어야 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 제2 실시예에 따른 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크는,

석영 기판;

상기 기판 전면에 위상차 180도를 유발할 수 있을 만큼의 두께로 형성된 버퍼층 패턴;

상기 버퍼층 패턴을 포함하는 기판의 전 영역 상에 형성되며, 수개의 Mo막과 Si막의 적층 구조 또는 Mo막과 Be막의 적층구조가 교대로 적층되어 이루어진 반사층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,

석영 기판 전면에 버퍼층을 형성하는 단계;

상기 버퍼층 상부에 노광 및 현상 공정에 의한 감광막 패턴을 형성하는 단계;

상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 버퍼층에 대한 식각 공정을 수행하여 버퍼층 패턴을 형성하는 단계;

상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및

상기 버퍼층 패턴 및 상기 식각 공정을 통해 노출된 기판을 포함하는 전면에 수개의 Mo막과 Si막의 적층 구조 또는 Mo막과 Be막의 적층구조를 교대로 적층하여 이루어진 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 위상반전 마스크를 제조하는 방법을 제공한다.

이때 상기 버퍼층의 두께는 노광 광원의 파장이 λ이고, 만들려는 위상차가 φ라면 φ = h x 2Π/λ의 식을 만족할 수 있어야 한다. 즉, 노광 광원이 EUV 파장인 경우, 180도의 위상차를 만들기 위해 버퍼층의 두께는 λ/2의 홀수배가 되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

우선, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1실시예에 따른 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.

도 2a에 도시한 바와 같이 석영 기판(21) 전면에 감광막(미도시)을 형성하고, 노광 및 현상 공정을 수행하여 감광막 패턴(23)을 형성한다.

상기 도 2a의 감광막 패턴(23)을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 도 2b에 도시한 바와 같이 석영 기판(21) 상에 소정 깊이(h)의 트렌치(25)를 형성한다.

이때 상기 트렌치의 깊이는 노광 광원의 파장이 λ이고, 만들려는 위상차가 φ라면 φ = h x 2Π/λ의 식을 만족할 수 있어야 한다. 즉, 노광 광원이 EUV 파장인 경우, 180도의 위상차를 만들기 위해 트렌치 깊이는 λ/2의 홀수배가 되어야 한다. 예를 들면, 상기 트렌치는 67∼473Å의 깊이(h)로 형성된다.

이어서, 상기 감광막 패턴(23)을 제거한 다음, 결과물 전면에 수개의 Mo막과 Si막의 적층 구조 또는 Mo막과 Be막의 적층구조를 교대로 적층하여 이루어진 반사층(27)을 형성한다.

이때, 상기 반사층에 형성된 위상반전영역과 비위상반전영역 간에는 트렌치 깊이와 동일한 두께의 단차(h′)가 형성된다.

상기 방법은 다층의 반사층(27)을 형성하기 전에 기판 상에 버퍼층(미도시)을 형성하거나, 상기 반사층(23)을 형성한 후에 그 상부에 흡수층(미도시) 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제2실시예에 따른 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이 석영 기판(31) 전면에 위상차를 유발할 수 있을 만큼의 두께(h″)로 형성된 버퍼층(39)을 형성하고, 그 상부에 감광막(미도시)를 형성한 다음, 상기 감광막에 대한 노광 및 현상 공정을 수행하여 감광막 패턴(33)을 형성한다.

이때 상기 버퍼층(39)의 두께는 노광 광원의 파장이 λ이고, 만들려는 위상차가 φ라면 φ = h x 2Π/λ의 식을 만족할 수 있어야 한다. 즉, 노광 광원이 EUV 파장인 경우, 180도의 위상차를 만들기 위해 버퍼층의 두께는 λ/2의 홀수배가 되 어야 한다. 예를 들면, 상기 버퍼층은 67∼473Å의 두께(h″)를 가진다.

이어서, 상기 도 3a의 감광막 패턴(33)을 식각 마스크로 상기 석영 기판(31)이 노출될 때까지 상기 버퍼층(39)에 대한 식각 공정을 수행하여 도 3b에 도시한 바와 같은 버퍼층 패턴(39-1)을 형성한다.

상기 도 3b에서 도시한 바와 같이 노출된 석영 기판(31) 및 버퍼층 패턴(39-1)을 포함하는 전면에 도 3c에 도시한 바와 같이 수개의 Mo막과 Si막의 적층 구조 또는 Mo막과 Be막의 적층구조를 교대로 적층하여 이루어진 반사층(37)을 형성한다.

이때, 상기 반사층에 형성된 위상반전영역과 비위상반전영역 간에는 버퍼층 두께(h")와 동일한 두께의 단차(h′″)가 형성된다.

전술한 바와 같은 본원 발명의 방법을 이용하면 EUV용 위상반전 마스크뿐만 아니라, DUV용 위상반전 마스크도 제조할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 발명은 반사층에 대한 식각 공정을 수행하지 않고도 위상반전 영역과 비위상반전 영역을 포함하는 반사층을 형성할 수 있으므로, 반사층의 손상을 방지하여 반사율 저하를 개선할 수 있다. 따라서, 후속 노광 공정 시에 반사율이 증가하여 포토레지스트 막에 대한 상 형성 능력이 개선된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 위상반전 마스크 제조 시에 식각 공정을 수행하지 않고, 트렌치가 형성된 석영 기판 또는 버퍼층 패턴이 형성된 석영 기판 상에 반사층을 적층함으로써, 손상 없이 위상반전 영역과 비위상반전 영역을 포함 하는 반사층을 형성할 수 있어 반사율 저하를 개선할 수 있으므로, 후속 식각 공정 시 마스크로 사용되는 감광막에 조사되는 상 형성 능력을 높일 수 있다.

Claims (9)

1. 위상차 180도를 유발할 수 있는 깊이로 식각된 트렌치를 포함하는 석영 기판; 및

   상기 트렌치를 포함하는 기판의 전면에 형성되며, 수개의 Mo막과 Si막의 적층 구조 또는 Mo막과 Be막의 적층구조가 교대로 적층되어 이루어진 반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상반전 마스크는 상기 반사층 하부에 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 트렌치는 180도의 위상차를 만들기 위해 λ/2(여기서,λ는 EUV 노광 광원의 파장임)의 홀수배의 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크.
4. 석영 기판 상부에 노광 및 현상 공정에 위한 감광막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여 상기 기판 상에 소정 깊이의 트렌치를 형성하는 단계;

   상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및

   상기 트렌치를 포함하는 기판 전면에 수개의 Mo막과 Si막의 적층 구조 또는 Mo막과 Be막의 적층구조를 교대로 적층하여 이루어진 반사층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 반사층은 위상반전영역과 비위상반전영역 간 단차 차이가 λ/2(여기서,λ는 EUV 노광 광원의 파장임)의 홀수배인 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크의 제조 방법.
6. 석영 기판;

   상기 기판 전면에 위상차 180도를 유발할 수 있을 만큼의 두께로 형성된 버퍼층 패턴;

   상기 버퍼층 패턴을 포함하는 기판의 전면에 형성되며, 수개의 Mo막과 Si막의 적층 구조 또는 Mo막과 Be막의 적층구조가 교대로 적층되어 이루어진 반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 버퍼층 패턴은 180도의 위상차를 만들기 위해 λ/2(여기서,λ는 EUV 노광 광원의 파장임)의 홀수배의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크.
8. 석영 기판 전면에 버퍼층을 형성하는 단계;

   상기 버퍼층 상부에 노광 및 현상 공정에 의한 감광막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 버퍼층에 대한 식각 공정을 수행하여 버퍼층 패턴을 형성하는 단계;

   상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및

   상기 버퍼층 패턴 및 상기 식각 공정을 통해 노출된 기판을 포함하는 전면에 수개의 Mo막과 Si막의 적층 구조 또는 Mo막과 Be막의 적층구조를 교대로 적층하여 이루어진 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크의 제조 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 반사층은 위상반전영역과 비위상반전영역 간 단차 차이가 λ/2(여기서,λ는 EUV 노광 광원의 파장임)의 홀수배인 것을 특징으로 하는 EUV 노광 공정용 위상반전 마스크의 제조 방법.

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