KR100548708B1

KR100548708B1 - 다층 코팅에서의 진폭 결함의 복구

Info

Publication number: KR100548708B1
Application number: KR1020037006411A
Authority: KR
Inventors: 스테른스다니엘지; 스위니도널드더블유; 미르카리미폴비; 챕맨헨리엔
Original assignee: 더 리젠트스 오브 더 유니이버시티 오브 캘리포니아
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2006-02-02
Also published as: US6967168B2; EP1399781A1; WO2003003119A1; US20030006214A1; KR20040041534A; JP2004531905A; EP1399781B1

Abstract

본 발명은 다층 코팅에서 진폭 결함을 복구하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 진폭 결함 아래의 상당히 많은 수의 층들은 손상되지 않는다. 복구 기술은 결함을 물리적으로 제거하고 하부의 손대지 않은 층들을 노출시키는 넓고 얕은 크레이터를 남김으로써 코팅의 국부적 반사율을 재건한다. 입자, 구멍 또는 스크래치를 우선 제거하고, 손대지 않은 하부의 층들을 교란시키지 않으면서 남은 손상된 부위를 에칭해버린다.

Description

다층 코팅에서의 진폭 결함의 복구 {REPAIR OF AMPLITUDE DEFFECTS IN A MULTILAYER COATING}

미합중국 정부는 로렌스 리버모어 국립 연구소의 운영에 관한 미합중국 에너지부와 캘리포니아 대학간의 계약 번호 제W-7405-ENG-48호에 의거하여 본 발명에 대한 권리를 가진다.

본 발명은 극초단파 리쏘그래피(extreme ultraviolet lithography: EUVL) 시스템에서 생산된 부품들에서의 결함을 최소화하는 것에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, EUVL 마스크 블랭크(mask blank)에서의 진폭 결함(amplitude defect)을 복구(repair)하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 EUV 리쏘그래피 마스크 블랭크내 국부적(localized) 진폭 결함을 복구하기 위한 방법에 대한 것이다.

극초단파 리쏘그래피(EUVL)는 대략 13 ㎚의 광 파장에서 실리콘웨이퍼 상에 집적회로 패턴을 인쇄하기 위하여 투사 광학(projection optics)을 채용하는 기술이다. 이 파장에서 모든 물질에 대한 흡수가 높기 때문에, 마스크를 포함하여 EUVL 광학은 반사성이 있어야 한다. EUVL 반사성 마스크 블랭크는, 우선 반사성 다층막으로 코팅된 다음 연이어 패턴화되어 있는 흡수체(absorber) 층으로 코팅되어 있는, 두꺼운 유리 기재로 이루어져 있다. C. W. Gwyn et al., J. Vac. Sci. Technol. B 16, 3142(1998), S. Burkhart et al., Proc. SPIE, vol. 3676, p.570, 1999 및 T. Ikeda et al., "Reflection Type Mask", 1991년 9월 24일에 승인된 미국특허 제5,052,033호를 참조한다.

반사성 코팅이나 흡수체 층에서의 결함은, 이들이 웨이퍼상의 집적회로 패턴에 프린팅 에러를 생성하기 때문에 문제가 된다. 기본 전략은, 결함 오염을 최소화하고 제거하기까지 하는, EUVL 마스크 제조를 위한 극단적으로 깨끗한 공정을 개발하는 것이다. 그러나, 리쏘그래피 마스크를 제조함에 있어서의 현재의 경향은, EUVL 마스크 상의 적은 수의 결함들을 복구할 수 있는 실현가능한 능력을 개발하는 것이 비용상에서 잇점이 있을 것이라는 것을 제안하고 있다. EUVL 마스크에서 일어날 수 있는 결함들의 분류(10)가 도 1에 정리되어 있다. 복구 방법들은 모든 유형의 결함들에 대해 개발되어야 한다.

도 1을 참조하면, 패턴화된 흡수체 층에서의 결함(12)은 금속이 의도하지 않게 남아있거나 결실되어 있는 부위로 이루어져 있다. 이들은 반사계(reflected field)의 국부적 진폭에 에러를 유발하므로 "진폭 결함(amplitude defect)"이다. 전송 상태로 작동하는 리쏘그래피 마스크의 흡수체 층내 결함을 복구하기 위한 성숙된 기술이 현재 존재한다. 집속된 이온빔(focused ion beam)을 이용한 밀링(milling)과 침적(deposition)에 기반한 이러한 기술이 EUVL 마스크의 흡수체 층내 결함들을 복구하는 것에도 확장될 수 있다는 것을 예상하는 것은 합리적이다. T. Liang et al., J. Vac. Sci. Technol. B 18, 3216 (2000)을 참조한다.

계속하여 도 1을 참조하면, EUVL 마스크에 대한 유일한 문제점은 반사성 다 층 코팅내 결함(14)들의 존재이다. 원형(prototypical) 다층 코팅은 몰리브덴과 무정형 실리콘의 60 개의 이층(bilayer)들로 이루어져 있다. 개별적인 층들의 두께는 몰리브덴과 실리콘 각각에 대해 대략 3과 4 ㎚이다. 반사는 코팅의 공진 특성(resonant property)이므로, 층들의 모든 쌍들에 의해 반사된 계는 보강 간섭을 한다. 따라서, 반사는 막의 깊이를 통해 일어나고, 반사성 코팅 안에서의 층 구조의 변형이나 붕괴는 결함이 될 수 있다.

반사성 다층 코팅내 결함의 분류는 도 1에 나타내 바와 같이 자연적으로 두 개의 카테고리로 나뉜다. 첫 번째 카테고리는 내재형 결함(intrinsic-type defect: 16)이다. 내재 결함은 다층 막을 침적하는데 사용되는 증착 공정의 특징인 통계학적 변동(statistical fluctuation)에 의해 핵생성된다(nucleated). 특히, 무질서한 거칠기(random roughness)의 축적을 초래하는 원자 단위 침적(atom-by-atom deposition) 공정에서 샷 노이즈(shot noise)가 존재한다. 거칠기의 변이(variance)는 코팅의 전체 두께의 증가와 함께 상당히 선형으로 증가한다. 거칠기의 낮은 진동수 성분은 상부의 층들에 의해 효율적으로 복제되어 코팅의 상단쪽으로 전파된다. 이들 무질서한 두께 변동들 중의 하나가 대략 0.5 ㎚의 높이와 100 ㎚의 폭인 임계 크기를 초과하면, 내재 결함이 된다. 결과적인 층 구조의 변형은 반사계의 위상(phase)에서 받아들일 수 없는 섭동(perturbation)을 생성한다. 따라서, 내재 결합은 "위상 결함(phase defect)"이다.

반사성 다층 코팅에서 결함의 두 번째 카테고리는 도 1에서 보는 바와 같이 외재형 결함(extrinsic-type defect: 18)이다. 외재 결함은 외부 섭동에 의해 핵 생성되는 다층 구조의 변형이나 붕괴이다. 이는 마스크 기재상의 입자(particle), 구멍(pit) 또는 스크래치(scratch)일 수 있으며, 또는 침적 공정중에 다층막내에 박힌(imbedded) 입자나, 침적 후 코팅의 상단에 박힌 입자, 구멍 또는 스크래치일 수 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, 반사계에 대한 결함의 영향은 결함이 핵생성되는 곳에 의해 결정될 것이다. 핵생성(nucleation)이 기재(20)에서 일어나거나 다층 코팅(22)의 하단에서 일어날 때에는, 막 성장 동력학은 구조적 섭동을 약화시키는(damp out) 경향이 있어서, 상단층들은 변형되지만 붕괴되지는 않는다. 결함이 반사계의 위상의 변조(modulation)를 유발하는 경우, 이는 "위상 결함"이다. 결함이 다층 코팅(24) 가까이 또는 그 상단에서 핵생성될 또다른 가능성이 있다. 그것은 상단층들의 침적중에 도입되는 입자나, 침적 이후 상단면에 박힌 입자, 구멍 또는 스크래치일 수 있다. 입자와 다층 코팅의 손상된 부위는 하부의 층들을 가려서, 반사계를 약화시킬 것이다. 따라서, 이들은 "진폭 결함(amplitude defect)"이다.

1993. 12. 21 자로 Itou 등에게 부여된 미국특허 제5,272,744호는 다층 결함들의 복구를 용이하게 하기 위하여, X-선과 극초단파 리쏘그래피를 위한 특수한 레티크(reticle)를 개시하고 있다. 이러한 레티클은 Au 층에 의해 분리되어있는 두 개의 다층 막 스택으로 구성되어있고, 다층 막 상에 패턴화된 흡수체 층을 합체시킨 종래의 레티클 디자인이나, 1991. 9. 24 자로 T. Ikeda 등에게 부여된 "Reflection Type Mak"라는 제목의 미국특허 제5,052,033호에 기재되어있는 것과 같은, 흡수체 상에 패턴화된 다층의 다른 디자인과는 전혀 다르다. Itou 등의 접 근법은, (ⅰ) 이들 레티클이 다른 디자인들보다 더 만들기 어렵고 비싸며, (ⅱ) Au 층의 도입이 반사성 상부층에 추가적인 거칠기(roughness)를 유발하여 리쏘그래피 시스템의 반사율과 재료 처리량(throughput)을 아마도 줄이게 될 것이고, (ⅲ) 이들의 복구 공정은 국부적이지 않고 전체 레티클 블랭크를 레지스트로 도포하는 것이어서, 새로운 미립자(particulate)들/결함들을 초래할 수 있으며, (ⅳ) 위상 결함이 다층 결함 복구 공정으로부터 초래되지 않도록, Au 침적과 다양한 애칭 공정에 대한 극단적인 제어가 요구되기 때문에, 이들 방법이 실제 측면에서 사용될 수 있는지 여부가 확실치 않다는 단점을 가지고 있다.

본 발명자들에 의해 2000. 9. 26 자로 출원되었고 참조로서 본 발명에 합체되는, "Repair of Localized Defects in Multilayer-Coated Recticle Blanks for Extreme Ultraviolet Lithography"라는 제목의 미국특허출원 제09/669,390호는 EUVL 레티클에서 다층 위상 결함을 복구하기 위한 기술을 개시하고 있다. 이 기술은 다층의 국부적인 영역에 수축을 유도하기 위하여 집속된 에너지 빔을 이용한다. 다층 구조가 상당히 교란되어(disturb) 있을 때, 결함이 있는 다층은 반사된 EUV 광의 위상뿐만 아니라 진폭까지 변경하고, 이러한 결함은 "진폭 결함"으로 설정된다. 상기 기술은 EUVL에서의 진폭 결함을 복구하는데 효과적이지 않을 것이다; EUVL 레티클에서의 진폭 결함의 복구는 본 발명의 주제이다.

다층 반사성 코팅에서 발생할 것으로 예상되는 모든 유형의 결함을 복구하는 방법을 개발하는 것은 중요하다. 결합의 가장 큰 원천은 기재 불완전성에 의해 핵생성되는 외재 결함들인 것으로 나타난다. 매끄러운 버퍼 층이 기재와 반사성 코 팅 사이에 침적되어 이들 결함들의 대부분을 덜어줄 수 있다. P.B. Mirkarimi와 D.G. Stearns의 Appl. Phys. Lett. 77, 2243 (2002)와, P.B. Mirkarimi 등에 의해 1999. 12. 6 자로 출원된 "Mitigation of Substrate Defects in Reticles Using Multilayer Buffer Layers"라는 제목의 미국특허출원 제09/454,715호를 참조한다. 모든 내재 결함들뿐만 아니라, 반사성 다층 코팅의 하단 가까이에서 핵생성된 외재 결함들은 위상 결함들일 것이다. 코팅을 국부적으로 가열하거나 흡수체 패턴을 변경하는 것에 기반을 두고 다층 코팅에서 위상 결함들을 복구하는 방법들이 현재 개발중에 있다. "Repair of Localized Defects in Multilayer-Coated Reticle Blanks for Extreme Ultraviolet Lithography"라는 제목의 본 발명자들의 미국특허출원 제09/669,390호를 참조한다. 해결해야 할 결함 중에 마지막 항목은, 반사성 코팅의 상단이나 그 가까이에서 핵생성되고 반사계의 진폭을 변조시키는 외재 결함이다. 이하에 기재된 본 발명은 이러한 유형의 진폭 결함을 복구하는 방법이다.

본 발명의 목적은 다층 코팅내 진폭 결함을 복구하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은, 결함을 물리적으로 제거하고 하부의 손대지 않은 층(underlying intact layer)들을 노출시키는 넓고 얕은 크레이터(crater)를 남김으로써, 다층 코팅의 국부적 반사율을 재건하는 방법을 제공하는 것이다.

이들 목적과 기타 다른 목적들은 하기 내용에 기초할 때 당업자에게 명료해질 것이다.

EUV 리쏘그래피 마스크 블랭크는 반사성 다층 막으로 코팅된 두꺼운 기재로 구성되어 있다. 코팅의 상단 가까이에 박힌 입자나, 상단면에 가까운 코팅을 손상시키는 구멍 또는 스크래치는, EUV 광을 약화시키고 마스크의 국부적 반사율을 현저히 감소시킬 수 있다. 그와 같은 특성이 리쏘그래피 이미지에서 허용될 수 없는 강도 변조를 만들어낼 때, 그것은 진폭 결함인 것으로 고려된다. 본 발명은 다층 코팅내 진폭 결함을 복구하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 진폭 결함 아래에 있는 상당히 많은 수의 층들이 손상되지 않는다는 사실을 활용한다. 복구 방법은, 결함을 물리적으로 제거하고 하부의 손대지 않은 층들을 노출시키는 넓고 얕은 크레이터를 남김으로써 코팅의 국부적 반사율을 재건한다.

복구 방법은, 첫째, 입자(입자가 존재한다면)를 제거하고, 둘째, 손대지 않은 하부의 층들을 교란시키지 않으면서 다층 코팅의 손상된 부위를 에칭하는 것으로 구성되어 있다. 입자는, 보통의 입사각(normal incidence) 가까이에서 작동하고 100 ㎚ 이하의 직경을 가진 FIB(high-resolution focused ion beam)을 사용하는 밀링(milling)에 의해 제거된다. FIB는 가스 공급원(예를 들어, He, Ne, Ar, Xe, F, Cl, I, Br 등으로 이루어진)나 액체 금속 공급원(예를 들어, Ga, Si, In, Pb, Hg 등으로 이루어진)을 가지고 있다. FIB는 또한 복구 공정중에 결함을 영상화하는 데에도 사용된다. 입자의 제거는, 이식(implantation)과 재침적(redeposition)으로 인해 홀(hole)의 부근에 부수적 손상(collateral damage)을 유발하면서 다층 코팅의 표면에 홀을 남긴다. 복구의 두 번째 단계에서, 코팅의 손상된 부분은 낮은 입사각(코팅 표면으로부터 20도 이하)에서 저전압(< 5000 V) 이온빔을 사용하여 제거된다. 이것은 입자를 제거하는데 사용된 것과 동일한 FIB이거나 또는 두 번째 이온빔일 수 있다. 이 단계에서, 이온빔은 상대적으로 클 수 있고(직경 1 ㎜ 까지), 에칭 공정의 균일성을 향상시키기 위하여 마스크에 대하여 회전될 수 있다. 저전압과 낮은 각의 빔 구성은 복구 공정중에 코팅을 상당한 정도로 가열하지 않고(온도는 200℃ 이하로 유지됨) 표면에 최소한의 손상만을 생성하기 때문에 중요하다. 복구 방법의 결과, 반사성 다층 코팅의 표면에서 진폭 결함은 하부의 손대지 않은 층을 노출시키는 넓고(10 ㎛ - 1 ㎜의 직경) 얕은(통상 < 150 ㎚의 깊이) 크레이터로 대체됨으로써, 국부적 반사율을 복구한다.

FIB 이외에, 입자를 제거하고 다층 코팅에 적당한 크레이터를 생성할 수 있는데 사용될 수 있는 다른 장치들도 가능하다. 예를 들어, Rave LLC에서 생산되는 상대적으로 새로운 장치와, 패턴화된 마스크내 흡수체 층의 복구를 위한 시판 장치들이 있다; 이 장치는 원자현미경(Atomic Force Microscope)에 유사하지만 본 발명에서 요구되는 것과 유사한 크기와 형상의 크레이터(다층 코팅내에)를 생성할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이러한 장치는 결함이 있는 영역을 영상화하고 크레이터를 생성하는데 사용될 수 있다.

본 발명은 Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL), Sandia National Laboratory, Lawrence Berkeley Laboratory, 및 사설 산업에서 회수들의 컴소시엄으로 구성된 the EUV Limited Liability Company 사이의 현재 공동 개발중에 있는 초단파 리쏘그래피(EUVL) 시스템에 충격을 줄만한 잠재력을 가지고 있다. 강력한 상업적 응용들 이외에, EUVL은 ASCII와 같은 정부 프로그램에도 충격을 줄만한 잠 재력을 가지고 있다.

전자 디바이스들에서 증가되는 소형화에 대한 강력한 상업화 구동력이 존재하므로, 초단파 리쏘그래피(EUVL) 도구는 중요한 상업적 잠재력을 가지고 있다. 경제적으로 실현가능하게 하기 위하여, 이 기술은 거의 무결함 반사성 레티클을 요구한다. 상업적인 집적회로 생산업자들은 현재 충분히 낮은 결함 밀도를 가진 트랜스미션 레티클(transmission reticle)을 얻기 위하여 결함 복구 기술을 믿고 있다; 그러나, 이러한 복구 기술들은 반사성 EUVL 레티클에 적용될 수 없다. 여기 기재되어있는 본 발명은 반사성 EUVL 레티클에서 결함들을 복구하기 위한 기술이다.

도 1은 EUVL 마스크에서 일어날 수 있는 결함들의 분류를 보여주고 있다.

도 2a는 다층 반사성 코팅에 박혀있는 입자를 보여주고 있다.

도 2b는 박혀있는 입자가 제거된 것을 나타내고 있다.

도 2c는 홀과 코팅의 주변 손상부를 큰 직경과 얕은 크레이터로 대체하는 공정으로부터의 결과를 보여주고 있다.

도 3은 복구된 부위에 위치되어있는 임계 차원 특징에 대한 비손상 코팅에서의 동일한 특징의 공중 영상(aerial image)을 비교하여 보여주고 있다.

도 4는 Mo와 Si 사이 상단층의 조성을 변경함으로 인한 콘트라스트 변동(contrast variation)을 MoSi₂ 표면층의 두께 함수로서 나타내고 있다.

도 5는 비손상 코팅이 60 개의 층 쌍들을 가지고 있다고 가정할 때, 콘트라스트 변동을 층 쌍들의 수의 함수로서 보여주고 있다.

도 6a는 여러 반경 값에 대하여 크레이터의 최대 깊이에 따른 콘트라스트의 변동을 보여주고 있다.

도 6b는 고정된 콘트라스트 값을 얻는데 요구되는 크레이터의 반경을 최대 깊이 함수로서 보여주고 있다.

반사성 다층 코팅에서 진폭 결함은 코팅의 상단 또는 그 가까이에 입자가 박힘으로써 야기될 수 있다. 입자는 두가지 방식으로 코팅의 국부적 반사율을 감소시킨다: 입자가 하부의 층들을 직접 가리고, 결과적으로 입자에 의한 광의 흡수로 인해 반사계를 감소시킨다.

입자는 실제의 박힘 공정에서 또는 입자 주변의 다층의 성장 동안에 다층 구조를 입자의 주변에서 손상시킨다. 다층의 손상된 부위로부터 반사계에 대한 기여는 없기 때문에, 국부적 반사율은 손상된 부위에서의 흡수로 인해 줄어든다.

입자가 코팅내에 박힌 상태로 있지 않을 경우에도, 다층의 잔류 손상 부위는 진폭 결함으로 작용한다. 이 경우에, 결함은 다층 코팅의 상단에서 구멍 또는 스크래치로서 물리적으로 나타나게 될 것이다. 다층 코팅에서 진폭 결함의 복구가 흡수체 층의 침적전에 마스크 블랭크 상에 행해지는 것을 강조하는 것이 또한 중요하다.

복구 방법의 기본적인 원리는, 다층 코팅의 손대지 않은 하부의 층들을 노출 시키면서, 입자(존재한다면)와 코팅의 손상된 부위를 제거함으로써 국부적 반사율을 재건하는 것이다. 이 공정은 두가지 제약을 만족시켜야 한다. 첫째, 손대지 않은 하부의 층들이 복구 공정에서 훼손되지 말아야 한다. 둘째, 복구된 부위는 리쏘그래피 이미지의 명시야 강도(bright field intensity)에서 콘트라스트의 현저한 변동을 생성하지 말아야 한다.

복구 방법은 도 2a - 2c에서 도식적으로 볼 수 있는 바와 같이 전반적으로 두 개의 단계로 구분될 수 있다. 도 2a는 다층 반사성 코팅(32)에 박혀있는 입자(30)를 보여주고 있다. 도 2b의 첫 번째 단계에서, 박힌 입자는 집속 이온빔(focused ion beam)(FIB)을 사용하는 밀링에 의해 물리적으로 제거된다. 본 발명에 참조로서 합체되는, "Micro-machining using a focused ion beam" R.J. Young, Vacuum 44, 353(1993)를 참조한다. 이 단계는 결함이 구멍이나 스크래치라면 필요치 않다. FIB는 가스 공급원(gas source: 예를 들어, He, Ne, Ar, Xe, F, Cl, I, Br 등으로 이루어짐)이나 액체 금속 공급원(liquid metal source: 예를 들어, Ga 등으로 이루어짐)을 가지고 있다. 정상적인 입사각 가까이에서 작동되는 FIB를 사용할 때, 10 ㎚의 깊이 레졸루션(depth resolution)과 100 ㎚의 측면 레졸루션(lateral resolution)으로서 물질이 제거될 수 있다. Ga 이온 공급원에 대한 통상적인 작동 변수들은 25 keV의 빔 전압, 40 pA의 빔 전류, 50 ㎚의 빔 직경, 및 10 ㎛³/nA-min의 밀링 속도이다. 이러한 접근법의 잇점은 FIB가, 복구 공정의 정렬과 모니터링에 유용한, 결함의 고해상도 영상들을 동시에 제공할 수 있다는 것이 다. FIB를 사용하는 잠재적인 문제점은 Ga 원자들이 표면 아래로 대략 10 ㎚의 깊이로 코팅내로 이식된다(implanted)는 것이다. 이는 진폭 결함의 바로 아래에서 Mo 및 Si 층들의 광학적 콘트라스트를 감소시키고, 이들 층들이 그 이후에 제거되는 것을 요구한다. 이식 문제를 완화시키는 가능한 방법은 큰 이온 직경을 희생하는 대신에 낮은 빔 전압을 사용하는 것이다.

이 단계에서, 도 2b에서 보는 바와 같이, 다층 코팅에는 박힌 입자를 제거하기에 충분한 깊이를 가진 작은 홀(34)이 있게 된다. FIB 밀링 공정은 이식(implantation)과 재침적(redeposition)으로 인해 홀 인근에 부수적 손상을 생성하기 때문에, 아직까지 구조는 결함이 있다. 더욱이, 홀 자체는 반사계에서 위상 섭동을 생성하게 될 것이다. 결함의 복구를 완료하기 위해서는, 홀 근처의 다층 코팅에 남아있는 손상부를 제거하고 코팅 표면의 윤곽을 매끈하게 하는 것이 필요하다. 구체적으로, 복구 공정의 두 번째 단계는 홀과 코팅의 주변 손상부를, 도 2c에서 보는 것과 같이, 넓고(10 ㎛ - 1 ㎜ 직경) 얕은(통상적으로 <150 ㎚ 깊이) 크레이터(36)로 대체하는 것이다.

크레이터는 저전압(< 5000 V) 이온빔을 저 입사각(코팅 표면으로부터 < 20도)에서 사용하여 다층 코팅에서 에칭된다. 이러한 빔 구성은 투과전자현미경을 위한 얇은 단면 샘플들의 제조에 일반적으로 사용된다. 본 발명에 참조로서 합체되는, "Precision Ion Polishing System - A New Instrument For TEM Specimen Preparation Of Materials" R. Alani and P.R. Swann, Mat. Res. Symp. Proc. 254, 43 (1992)를 참조한다. 이 기술로 매우 완만하고 점진적인 표면 경사를 가지는 조 절된 깊이의 얕은 크레이터를 만들 수 있다는 것은 잘 알려져 있다. 이온빔은 입자를 제거하는데 사용된 이온빔(예를 들어, Ga-소스 FIB)과 동일하거나 또는 가스 공급원(예를 들어, He, Ne, Ar, Xe, F, Cl, I, Br 등으로 이루어짐)을 가지고 있는 두 번째 이온빔일 수 있다. 빔은 상대적으로 클 수 있고(1 ㎜ 직경까지), 에칭 공정의 균일성을 향상시키기 위하여 마스크에 대하여 회전될 수 있다.

이온빔에 대한 낮은 전압과 낮은 입사각의 조건은 다층 코팅에서 하부 층들에 대한 손상을 피하는데 중요하다. 200℃ 이상의 온도는 Mo-Si 계면에서 구조적 이완(structural relaxation)을 활성화시킬 수 있기 때문에, 하나의 중요한 요건은 공정 전반에 걸쳐 코팅의 온도가 대략 200℃ 이하로 유지되는 것이다. "Stress, Reflectance, And Temporal Stability Of Sputter Deposited Mo/Si And Mo/Be Multilayer Films For Extreme Ultraviolet Lithography", P.B. Mirkarimi, Opt. Eng. 38, 1246 (1999)를 참조한다. 20도의 스침 각도(grazing angle)에서 4 kV 및 1 mA의 Ar 이온빔을 사용하여 Si를 에칭하는 것은 샘플의 온도를 ~85℃로 상승시킨다는 것이 보여졌다. D. Bahnck and R. Hull, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 199, 253 (1990)(제목: "Experimental measurement of transmission electron microscope specimen temperature during ion milling")을 참조한다. 온도 상승은, 낮은 전압과 낮은 입사각에 대해 더 작을지라도, Mo-Si 다층 코팅에 대해서도 유사할 것으로 기대된다.

에칭 공정에서 낮은 전압과 낮은 입사각을 사용하는 또다른 중요한 잇점은 크레이터의 표면에 노출된 층들에 대해 손상을 최소화한다는 점이다. 표면에는 이 온빔에 의해 유도되는 약간의 믹싱(some mixing)이 항상 있다. 그러나, Si의 Ar 이온 에칭에 대한 연구는 이러한 손상된 표면 부위의 두께가 2 kV의 전압과 14도의 스침각에 대해 1 - 2 ㎚의 범위에 있다는 것을 보여 주었다. T. Schuhrke et al., Ultramicroscopy 41, 429 (1992)(제목: "Investigation of surface amorphization of silicon wafers during ion-milling")을 참조한다. Mo-Si 다층 코팅의 경우에 있어서, 이온빔에 의해 유도되는 믹싱이 MoSi₂의 얇은 표면층을 초래할 것 같다. 이는 실제적으로 순수한 Mo 및 Si 층들을 산화로부터 보호하는 잇점을 제공할 것이다. 또다른 방식으로, 이온 밀링 단계 이후에, Si의 얇은(1 - 2 ㎚) 층이 복구된 부위에서 노출된 다층 코팅의 상단에 침적되어, 표면에서 산화를 제한할 수 있다.

마스크 블랭크 복구의 효능

복구의 효능을 평가하기 위하여, 리쏘그래피 이미지에 대한 잔존 크레이터의 효과가 고려되어야 한다. 크레이터의 부위에서 반사된 계는, 웨이퍼에서의 명시야 강도에서 작은 콘트라스트를 생성하게 될 위상 및 진폭에서 작은 변조를 가지게 된다. 위상 변조는 크레이터 안쪽 표면의 기울기에 기인한다. 진폭 변조는 3 가지 영향들로부터 발생한다. 첫째, 반사율은 상단 층의 조성에 따라 변화되므로, Mo와 Si가 교대로 노출되는 부위에 상응하는, 크레이터의 표면내 링(ring)들을 따라 변조된다. 둘째, 크레이터에서 반사율은, 이온빔 믹싱에 의해 생성되는, MoSi₂인 것으로 추정되는, 표면 층의 흡수로 인해 감소된다. 셋째, 반사율은 다층 코팅에 남 아있는 이층(bilayer)의 수에 따라 줄어들게 되게, 이는 크레이터의 하단에서 최소이다. 크레이터의 크기(> 10 ㎛ 반경)는 마스크(δ~ 200 ㎚)에서의 현상도 요소(resolution element: δ)보다 훨씬 크기 때문에, 이미지화 실행에서 복구의 잔류 영향은 임계 차원(critical dimension: CD)에서 국부적 변동을 야기하게 될 것이다. 이는 도 3에서 볼 수 있으며, 여기서 비손상 코팅(선 40)에서 임계 차원 특성의 공중 영상(aerial image)이 복구된 부위(선 42)에 위치되어있는 동일한 특성에 대해 비교되어 있다. 레지스트(resist)에 대한 간단한 한계 모델(threshold model)을 사용할 때, CD는 한계 강도에서 공중 영상의 폭에 의해 결정된다. 복구된 부위와 관련된 명시야 콘트라스트(bright field contrast)에서의 변화가 CD에서의 상승을 초래한다 것은 분명하다. 명시야 콘트라스트 변동(bright field contrast variation: ΔC)에 의해 초래된 CD에서의 상승에 대한 평가는,

이다.

EUVL에서 허용될 수 있는 CD 변동의 총 버짓(total budget)는 5%로 예상된다. 이는 플레어(flare), 패턴 에러(pattern error), 광학적 왜곡(optical distortion) 및 레지스트 비균일성(resist non-uniformity) 등과 같은 많은 원인들 사이에 분배되어야 한다. 따라서, 마스크 결함에 유효한 CD 에러 버짓은 아마도 ~2%의 범위내에 있을 것 같다. 식(1)을 사용할 때, 이는 다층 코팅의 복구된 부위에서 생성된 명시야 강도에서의 콘트라스트 변동이 ~4% 이하이어야 한다는 것을 암 시한다. 명시야 콘트라스트 변동에 대한 다른 기여들도 고려되어야 한다. Mo와 Si 사이의 상단층의 조성의 변화로 인한 콘트라스트 변동이 MoSi 표면층 두께의 함수로서 도 4에 도시되어 있다. 비손상 다층 코팅은 Si(공기에 노출된 산화 이후 실제적으로 SiO₂)의 상단층을 가지고 있다. 복구된 부위에서 상단층은 크레이터의 깊이가 증가함에 따라 Mo와 Si가 교번하게 될 것이다(도 2c 참조). 도 4는 콘트라스트 변동이 Mo(50)와 Si(52) 상단층들에 대해 다르지만 전반적으로 MoSi₂ 두께가 증가함에 따라 전반적으로 증가한다는 것을 보여주고 있다. 복구된 부위의 표면상에 침적된 Si의 산화 보호층이 있다면, 유사한 거동이 일어나게 될 것이다.

복구된 부위내에서의 콘트라스트 변동의 또다른 원인은 다층 코팅에서 감소된 층 쌍(layer pair)들의 수이다. 도 5는, 비손상 코팅이 60 개의 층 쌍들을 가지고 있다고 가정할 때, 감소된 층 쌍들의 수의 함수로서 콘트라스트 변동을 보여주고 있다. 이는 상당히 작은 영향임을 알 수 있다; 20 개의 이층(bilayer)들의 감소는 1% 이하의 콘트라스트 변동을 초래한다.

끝으로, 복구된 코팅의 표면에서 얕은 크레이터는 반사계의 위상에 섭동을 일으키고, 이는 리쏘그래피 이미지에서 콘트라스트의 추가적인 변동을 초래한다. 복구 공정에 의해 생성된 크레이터의 깊이 프로파일이 N 개 이층들의 최대 깊이와 반경 w의 가우스 분포라고 가정하자. 그럴 경우, 반사계에서의 결과적인 위상 섭 동 φ(r)은 하기와 같이 주어진다.

여기서, λ는 EUV 광의 진공 파장(vacuum wavelength)이고, n 은 다층 코팅의 평균 굴절율(average index of refraction)이다(Mo/Si에 대해 n = 0.97). Δz의 비초점 값(defocus value)에서 이미지 강도는 하기 식에 따른 위상의 두 번째 미분요소와 관련되어 있다[J. M. Cowley, "Diffraction Physics, 2^nd ed." (North-Holland, Amsterdam, 1984) p. 61].

여기서, 우리는 비초점 위치에 대해 초점의 통상적인 깊이의 두 배인 Δz = λ/(NA)²의 값을 사용하였고(이는 매우 전형적인 경우임), 마스크에서 현상도 요소를 δ = λ/(NA)인 것으로 정의하였다. 식(1)로부터 식(2)로 치환하여 하기 식을 얻는다.

이미지 강도에서 콘트라스트 변동은 식(3)으로부터 결정되고, 하기와 같다.

이제 우리는 실제 리쏘그래피 변수들에 대한 복구된 부위의 프로파일에 의해 생성된 위상 에러로 인한 이미지 콘트라스트를 평가할 수 있다. 13 ㎚의 작동 파장과 0.25의 이미지 쪽에서의 개구수(numerical aperture)를 고려한다; 이는 대략 200 ㎚의 마스크에서의 현상도 요소에 해당한다. 크레이터의 최대 깊이에 따른 콘트라스트의 변동이 몇 개의 서로다른 반경 w의 값에 대해 도 6a에 도시되어 있다. 콘트라스트는 깊이가 증가함에 따라 빠르게 증가하는 것이 분명하다. 그러나, 반경이 5 ㎛일 때, 콘트라스트는 30 개나 되는 이층들의 깊이에 대해 1% 이하로 유지된다. 도 6b는 콘트라스트의 고정값을 달성하는데 요구되는 크레이터의 반경을 최대 깊이의 함수로서 보여주고 있다. 5 ㎛ 이상의 반경 또는 10 ㎛ 이상의 직경을 가지는 크레이터는 이미지 강도에서 1% 이하의 콘트라스트 변동을 생성하게 된다는 것은 분명하다.

복구되는 결함에 의해 생성된 전체 허용될 수 있는 명시야 콘트라스트 변동이 4%이기 때문에, 위에 기재한 각각의 원인들로부터의 기여는 1% 전후로 한정되어야 한다. 이는 복구된 다층의 구조에 대해 상당히 협소한 요건들을 설정하고 있는 것이다. 상단층으로 인한 반사율의 변조를 고려할 때, MoSi₂ 표면층의 두께는 ~ 2㎚ 이하인 것이 요구된다. 산화를 제한하기 위하여 표면에 침적된 Si 보호층은 대략 두께의 두 배 또는 4 ㎚ 까지 이를 수 있다. 복구 과정에서 제거된 이층들의 수에 대한 콘트라스트의 의존도는 크레이터가 ~ 20 개 이층들의 최대 깊이를 가지도록 제한하다(도 5). 20 개 이층들의 깊이인 크레이터는 위상 콘트라스트를 1% 값 이하로 유지하기 위하여 10 ㎛ 보다 큰 직경을 가져야 한다(도 6b). 따라서, 진폭 결함을 제거하고 그것을 얕은 크레이터로 대체하는 복구 방법이 리쏘그래피 이미지에 대한 그것의 효과 측면에서 실행가능한 것임이 결론지어진다. 그러나, 결과적인 얕은 크레이터는 20 개 이층들의 최대 깊이와 대략 10 ㎛의 최소 직경을 가져야하는 것이 요구된다. 이는 CD에서의 국부적 변동을 2% 이하로, 그리고 EUVL 에러 버짓내에서 유지할 것이다. 우리는 크레이터의 허용될 수 있는 직경에 대한 상한이 없고 실제로 크레이터의 직경을 10 ㎛ 보다 훨씬 큰 1 ㎜ 만큼으로 하는 것이 더욱 편리할 수 있다는 것을 언급한다. 이는 크레이터의 에칭을 위한 대직경 이온빔, 즉, 이온빔의 직경을 1 ㎜의 크레이터 직경만큼이나 크게 하는 것을 가능케 할 것이다.

간단한 설명을 통해, 본 발명은 다층 코팅에서 진폭 결함의 복구를 위한 방법과 장치를 제공하는 것을 교시하였다. 진폭 결함 아래의 상당히 많은 수의 층들이 손상되지 않는다. 복구 기술은 결함을 물리적으로 제거하고 하부의 손대지 않은 층들을 노출시키는 넓고 얕은 크레이터를 남김으로써 국부적 반사율을 재건한다. 우선, 입자, 구멍 또는 스크래치가 제거되고, 남은 손상된 부위는 손대지 않은 하부의 층들을 교란시키지 않으면서 에칭되버린다.

본 발명의 상기 기재는 설명과 기재를 목적으로 주어진 것이며, 본 발명이 여기 개시된 상세한 형태로 한정되는 것은 아니다. 많은 변경들과 변형들이 상기 교시로부터 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리와 그것의 실제 응용예를 최대한 설명하기 위하여 선택되었고 기재되었으므로, 본 발명의 다른 당업자들은 본 발명 을 다양한 실시예에서 실행할 수 있고 특정한 실시에 적합한 다양한 변형들이 예상될 수 있다. 본 발명의 범주는 하기 청구항들에 의해 정의될 것이다.

Claims

다층 코팅으로부터 진폭 결함을 유발하는 것을 제거함으로써, 상기 결함의 제거 후 상기 다층 코팅의 손상된 부위를 남기는 단계; 및

상기 손상된 부위를 에칭하는 단계;

를 포함하는 것으로 구성되어있는, 다층 코팅에서 진폭 결함을 복구하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 진폭 결함을 유발하는 것을 제거하는 것은 입자, 얕은 구멍 및 스크래치 중의 적어도 하나를 제거하는 것인 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 손상된 부위를 에칭하는 단계가 상기 다층 코팅의 손대지 않은 하부의 층들을 교란시키지 않고 수행되는 방법.
제 2 항에 있어서, 입자를 제거하는 단계가 상기 다층 코팅으로부터 상기 입자를 밀링하는 것을 포함하고 있고, 상기 밀링은 집속 이온빔(focused ion beam: FIB)으로 수행되는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 FIB가 보통의 입사각 가까이에서 작동되는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 FIB가 100 ㎚ 이하의 직경을 가지는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 FIB는 가스 공급원을 포함하는 것으로 구성되어있는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 가스 공급원은 He, Ne, Ar, Xe, F, Cl, I 및 Br로 이루어진 군에서 선택되는 가스를 포함하는 것으로 구성되어있는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 FIB는 액체 금속 공급원을 포함하는 것으로 구성되어있는 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 액체 금속 공급원은 Ga, Si, In, Pb 및 Hg로 이루어진 군에서 선택된 액체 금속을 포함하는 것으로 구성되어있는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 결함을 상기 FIB를 가지고 영상화하는 것을 더 포함하는 것으로 구성되어있는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제거 단계와 에칭 단계 동안에 상기 결함을 영상화하는 것을 더 포함하는 것으로 구성되어있는 방법.
제 12 항에 있어서, 영상화하는 단계가 집속 이온빔을 사용하여 수행되는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 손상된 부위를 에칭하는 단계가 5000 V 이하의 전압을 가지는 이온빔을 사용하여 수행되는 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 이온빔이 약 10 ㎚ 내지 약 1 ㎜의 직경을 가지고 있는 방법.
제 14 항에 있어서, 상기 이온빔이 에칭 공정의 균일성을 향상시키기 위하여 상기 다층 코팅에 대하여 회전하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 손상된 부위를 에칭하는 단계가 200℃ 이하의 온도에서 행해지는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 손상된 부위를 에칭하는 단계가 상기 다층 코팅의 표면에 10 ㎛ 이상의 직경과 150 ㎚ 이하의 깊이를 가진 크레이터를 생성하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 손상된 부위를 에칭하는 단계가 상기 다층 코팅의 표면으로부터 20도 이하인 경사각으로 이온빔을 사용하여 수행되는 방법.
제 19 항에 있어서, 상기 이온빔이 에칭 공정의 균일성을 향상시키기 위하여 상기 다층 코팅에 대하여 회전되는 방법.
제 4 항에 있어서, 결함을 제거하기 위한 상기 밀링 단계에 의해 이식된 원자들을 제거하는 것을 포함하는 것으로 구성된 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 입자가 손상된 다층 코팅의 국부적 부위에 의해 둘러싸인 상기 다층 코팅의 상단에 있거나 그것의 표면 가까이에 박혀 있는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 결함을 제거하는 단계가, 크레이터를 생성할 수 있는 능력을 가진 AFM(Atomic Force Microscope)을 가지고 수행되는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 복구된 부위에서 상기 다층 코팅의 표면의 경사를 최소화하는 것을 더 포함하는 것으로 구성된 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 결함을 제거하는 단계에 연이어, 두께가 약 1 내지 4 ㎚이고 노출된 다층 코팅의 산화를 제한하는 Si 층을 침적하는 것을 더 포함하는 것으로 구성된 방법.
결함을 물리적으로 제거하고, 하부의 손대지 않은 층들을 노출시키는 넓고 얕은 크레이터를 남겨 코팅의 국부적 반사율을 재건하는 것을 포함하는 것으로 구성되어있는, 다층 코팅에서 진폭 결함을 복구하는 방법.
이온빔 생성을 위한 이온빔 공급원; 및

다층 코팅을 수행하는 기재를 보지(holding)하고 위치시키기(positioning) 위한 마운트(mount);

를 포함하는 것으로 구성되어있는, 진폭 결함을 복구하기 위한 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 결함을 제거하기 위하여 상기 다층 코팅상에 상기 이온빔을 집속하고, 상기 결함의 제거시 남은 손상된 부위를 에칭하기 위한 이온빔 광학기기를 더 포함하는 것으로 구성되어있는 장치.
제 28 항에 있어서, 상기 이온빔 광학기기는 상기 다층 코팅상에 100 ㎚ 이하의 직경으로 상기 이온빔을 집속할 수 있는 장치.
제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 상기 이온빔 공급원이 가스 공급원을 포함하는 것으로 구성되어있는 장치.
제 30 항에 있어서, 상기 가스 공급원이 He, Ne, Ar, Xe, F, Cl, I 및 Br로 이루어진 군에서 선택된 가스를 포함하는 것으로 구성되어있는 장치.
제 28 항에 있어서, 상기 이온빔 공급원은 액체 금속 공급원을 포함하는 것으로 구성되어있는 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 액체 금속 공급원은 Ga, Si, In, Pb 및 Hg로 이루어진 군에서 선택된 액체 금속을 포함하는 것으로 구성되어 있는 장치.
제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 상기 이온 공급원으로 상기 결함을 영상화하기 위한 수단을 더 포함하는 것으로 구성되어있는 장치.
제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 에칭 공정의 균일성을 향상시키기 위하여 상기 다층 코팅에 대하여 상기 이온빔을 회전시키기 위한 수단을 포함하는 것으로 구성되어있는 장치.
제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 상기 다층 코팅의 온도를 모니터링하기 위한 수단을 더 포함하는 것으로 구성되어있는 장치.
제 27 항에 있어서, 상기 이온빔 공급원은 크레이터를 생성할 수 있는 능력을 가진 AFM(Atomic Force Microscope)이고, 상기 기재를 보지하고 위치화시키기 위한 상기 마운트는 상기 AFM에 대해 작동가능한 가까운 곳에서 작용을 수행하는 장치.