KR100845173B1

KR100845173B1 - Ｅｕｖ 포토리소그래피를 위한 위상-시프팅 마스크 및 그형성 방법

Info

Publication number: KR100845173B1
Application number: KR1020067013133A
Authority: KR
Inventors: 상-훈 이
Original assignee: 인텔 코포레이션
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2008-07-10
Also published as: US20060240339A1; TWI280455B; CN1898603A; TW200528914A; US7169514B2; WO2005067010A3; WO2005067010A2; US20050147894A1; CN1898603B; KR20060096098A; US7384715B2

Abstract

본 발명은 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 다중층 미러(multilayer mirror)를 형성하는 단계와, 상기 다중층 미러 상에 위상-시프터층(phase-shifter layer)을 형성하는 단계와, 상기 위상-시프터층 상에 캐핑층(capping layer)을 형성하는 단계와, 상기 제 2 영역 내에서 상기 캐핑층 및 상기 위상-시프터층을 제거하는 단계와, EUV 광으로 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역에 조명을 인가하는 단계와, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역 외부로 상기 EUV 광을 반사하는 단계를 포함하는 방법에 관해 개시한다. 본 발명은 또한 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 기판과, 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역 위에 배치된 다중층 미러와, 상기 제 1 영역 내의 상기 다중층 미러 위에 배치된 위상-시프터층과, 상기 제 2 영역 내의 상기 다중층 미러 위에 배치된 세기 밸런서층과, 상기 제 1 영역 내의 상기 위상-시프터층 및 상기 제 2 영역 내의 상기 세기 밸런서층 위에 배치된 캐핑층을 포함하는 구조물에 관해 개시한다.

Description

ＥＵＶ 포토리소그래피를 위한 위상-시프팅 마스크 및 그 형성 방법{EXTREME ULTRAVIOLET MASK WITH MOLYBDENUM PHASE SHIFTER}

본 발명은 반도체 집적 회로(IC)의 제조 분야에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 EUV(extreme ultraviolet) 포토리소그래피를 위한 위상-시프팅 마스크 및 EUV 포토리소그래피를 위한 위상-시프팅 마스크의 형성 방법에 관한 것이다.

1965년, 고든 무어(Gordon Moore)는 거의 18개월 단위로 집적 회로(IC) 칩 위의 단위 면적 당 장치의 수가 2배가 된다는 것을 처음으로 관찰하였다. 30년에 걸쳐, 반도체 산업계는 여러 새로운 디자인 및 새로운 프로세스를 개발하는 것에 의해 무어의 법칙에 의해 제시된 장치 밀도의 증가 속도에 맞추도록 노력해왔다. 도핑, 증착(deposition) 및 에칭에서의 큰 개선은 IC 칩에 걸친 밀도, 깊이 및 두께가 제어될 수 있게 하는 정밀도를 증가시켰다.

종래에, 칩의 크기 조절(scaling)은 장치들 간의 상호 접속부의 치수뿐만 아니라 기판 내의 장치의 치수를 감소시키는 것에 의해 이루어져 왔다. 그러므로, 지속적인 포토리소그래피에서의 개선은 장치 상의 피쳐(feature) 내에 성공적으로 패터닝될 수 있는 임계 치수(critical dimension : CD)의 반복된 감소에 기여하였다.

레일리 표준(Rayleigh criterion)에 따르면, 이미징 시스템(imaging system)에 의해 분해 가능한 최소 CD는 조명 광원으로부터 나오는 방사(radiation) 또는 광에 정비례하고, 투사 광학계의 개구수(numerical aperture : NA)에 역비례한다. NA는 굴절률(n)과 수렴각(theta)의 사인값의 곱이다.

포토레지스트의 노출에 이용되는 광의 파장은 이용 가능한 조명 광원에 의존하고, 시간에 걸쳐 436나노미터(㎚)로부터 365㎚까지(모두 자외선 또는 UV 광이다)까지 감소되고, 그 후 248㎚까지 감소되며, 그 후에는 193㎚까지(모두 원자외선(deep ultraviolet) 또는 DUV 광이다) 감소된다. 투사 광학계의 NA는 대략 0.85까지 지속적으로 증가한다.

그러나, 장치 치수가 지속적으로 축소됨에 따라 광학계의 기본적인 한계는 점차 더 큰 역할을 하게 될 것이다. 특히, 회절(diffraction)은 CD가 노출 파장 또는 화학선(actinic) 파장보다 더 작아질 때 이미징 시스템에 의해 생성되는 공간 화상(aerial image)을 저하시킬 것이다. 결과적으로, 부화학선 기법(sub-actinic regime)에서 충분히 넓은 프로세스 허용 범위를 달성하기 위해서는 RET(resolution enhancement techniques)를 이용하는 웨이브프론트 엔지니어링(wavefront engineering)이 필요할 것이다.

RET의 타입 중 하나는 위상-시프팅 마스크(PSM)이다. 오로지 광의 진폭을 변조시키는 통상적인 바이너리 마스크(binary mask)와는 다르게, PSM은 또한 간섭 을 이용하기 위해 광의 위상을 변조하여 회절의 악영향을 완화하고, 광학계의 분해능(resolution)을 강화한다.

미래에, 노출 파장은 EUV 광을 포함하는 더욱 짧은 파장으로 감소될 것이다. 그러나, EUV 광학계는 현재 사용되고 있는 DUV 광학계에 비해 더 낮은 NA를 갖기 때문에 RET가 이용되어야만 할 것이다.

그러므로, EUV 포토리소그래피를 위한 위상-시프팅 마스크 및 EUV 포토리소그래피를 위한 위상-시프팅 마스크의 형성 방법이 필요하다.

도 1(a) 및 도 1(b)은 본 발명에 따른 EUV 위상-시프팅 마스크(PSM) 블랭크의 형성 방법에 대한 여러 실시예를 나타내는 단면도,

도 2(a) 내지 도 2(c)는 본 발명에 따른 EUV 감쇄형 위상-시프팅 마스크(PSM)의 형성 방법에 대한 여러 실시예를 나타내는 단면도,

도 2(c)는 또한 본 발명에 따른 EUV 감쇄형 PSM에 대한 여러 실시예를 나타내는 단면도,

도 3(a) 내지 도 3(d)은 본 발명에 따른 EUV 교차형 위상-시프팅 마스크(PSM)의 형성 방법에 대한 여러 실시예를 나타내는 단면도,

도 3(d)은 또한 본 발명에 따른 EUV 교차형 PSM에 대한 여러 실시예를 나타내는 단면도.

이하의 설명에서, 특정 재료, 치수 및 프로세스 등과 같은 여러 세부 사항은 본 발명의 정확한 이해를 제공하기 위해 제시된 것이다. 그러나, 당업자라면 본 발명이 이러한 특정 세부 사항을 갖지 않고도 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 예로서, 본 발명을 불명확하게 만들지 않도록 잘 알려진 반도체 장치 및 프로세스에 대해서는 특별히 세부적으로 설명하지 않았다.

본 발명은 EUV 포토리소그래피를 위한 위상-시프팅 마스크(PSM)의 형성 방법 및 EUV PSM에 관해 개시한다. EUV광에 대한 피크 조명 파장은 대략 11.3㎚ 또는 대략 13.4㎚ 등과 같이 대략 10 내지 15나노미터(㎚)의 범위 중에서 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 EUV PSM의 형성 방법에 대한 여러 실시예가 이하에 개시될 것이다.

도 1(a)에 도시된 본 발명의 일실시예에 도시된 바와 같이, 본 발명의 EUV PSM에 대한 시작 재료로서 이용된 기판(1100)은 대략 5ppb(parts per billion)/켈빈(degree Kelvin) 이하 등과 같은 낮은 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion : CTE)를 갖는 견고한 재료로 형성되어야 한다. 낮은 CTE는 EUV PSM이 EUV 광에 노출되는 것에 의해 가열될 때 화상 변위 에러(image displacement error)를 감소시킬 것이다.

기판(1100)은 유리 또는 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 기판(1100) 상의 임의의 결함이 매우 얇은 상부의 다중층을 통해 전파될 수 있기 때문에 기판(1100)은 낮은 결함 레벨을 가져야 한다. 35㎚ 이상의 결함 크기의 결함 밀도는 대략 0.003 결함/제곱 센티미터 이하가 되어야 한다.

기판(1100)의 전방 표면 및 후방 표면은 모두 매끄럽고, 평평하며, 작은 국부 경사를 가져야 한다. 평활도(smoothness)는 대략 0.15㎚ RMS(root-mean-squared) 이하가 되어야 한다. 평탄도(flatness)는 대략 30㎚ P-V(peak-to-valley) 이하가 되어야 한다. 국부 경사도는 대략 1.0mrad(milliradian) 이하가 되어야 한다.

기체를 포함한 사실상의 모든 재료는 EUV 광을 강하게 흡수하므로, EUV PSM을 포함하는 광학 소자는 투과형이 아니라 반사형이어야 하고, 충분히 높은 출력 세기를 생성하기 위해서 진공에서 작동되어야 한다. 그러나, 거의 모든 재료로 형성되는 단일-표면 미러는 EUV 광에 대한 너무 낮은 반사도를 가지므로, EUV PSM은 DBR(distributed Bragg reflector)의 원리에 기초하고, 박막으로 형성된 다중층(multiplayer : ML) 미러를 이용한다.

재료 또는 광학 매체의 굴절률은 해당 재료 내에서 광의 속도에 대한 진공 내에서 광의 속도의 비율이다. 굴절률(n)은 n=(1-δ) +i(β)로 표현될 수 있는 복소수이다. 실수 부분(1-δ)은 광의 분산 또는 위상 시프팅을 나타내고, 허수 부분(β)은 광의 흡수 또는 진폭 감쇄를 나타낸다.

도 1(a)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이, ML 미러(1200)는 기판(1100) 상에 형성된다. ML 미러(1200)는 상이한 굴절률을 갖는 2개의 재료의 교차층으로 형성된다. 그 주기는 높은 굴절률을 갖는 재료(1210) 및 낮은 굴절률을 갖는 재료(1220)로 이루어진 한 쌍 또는 이중층(1215)과 같다.

높은 굴절률 재료(1210)는 조명 파장에서 광을 구부리거나 분산시킨다. 본 발명의 일실시예에서, 높은 굴절률 재료(1210)는 주기율표 내에서 높은 원자 번호(Z)를 갖는 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 높은 굴절률 재료(1210)는 몰리브덴(Z=42) 또는 합금 등과 같은 금속일 수 있다. ML 미러(1200) 내에서 높은 굴절률 재료(1210)의 층은 가능한 한 얇아야 한다.

낮은 굴절률 재료(1220)는 조명 파장에서 광을 투과시킨다. 본 발명의 일실시예에서, 낮은 굴절률 재료(1220)는 주기율표 내에서 낮은 Z를 갖는 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 낮은 굴절률 재료(1220)는 실리콘(Z=14)일 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 낮은 굴절률 재료(1220)는 베릴륨(Z=4)일 수 있다. 낮은 굴절률 재료(1220)는 조명 파장에서 최소 흡수도를 가져야 한다. ML 미러(1200) 내의 낮은 굴절률 재료(1220)층은 필터 또는 스페이서층(spacer layer)으로서 기능한다.

ML 미러(1200) 내의 높은 굴절률 재료(1210)는 결정질, 다결정질 또는 비정질일 수 있다. ML 미러(1200) 내의 낮은 굴절률 재료(1220)는 또한 결정질, 다결정질 또는 비정질일 수 있다. ML 미러(1200) 내의 높은 굴절률 재료(1210)와 낮은 굴절률 재료(1220) 사이의 인터페이스는 EUV PSM의 제조 동안에 화학적 및 물리적으로 안정한 상태로 유지되어야 한다. ML 미러(1200) 내의 높은 굴절률 재료(1210)와 낮은 굴절률 재료(1220) 사이의 인터페이스는 또한 EUV 광에 대한 EUV PSM의 노출 동안에 화학적 및 물리적으로 안정하게 유지되어야 한다. 개별 층이 매끄럽고, 서로 다른 재료들 간의 전이가 급격하고, EUV PSM에 걸친 각각의 층의 두께 변화가 0.01㎚ 이하일 때 ML 미러(1200)의 광학 특성이 최적화되기 때문에, ML 미러(1200) 내의 높은 굴절률 재료(1210)와 낮은 굴절률 재료(1220) 사이의 인터페이스에서는 어떠한 상호 확산(interdiffusion)도 최소화되어야 한다.

ML 미러(1200) 내의 각 층의 두께는 조명 광의 파장(또는 λ(lambda))에 의존한다. 반사된 광은 광 경로가 광의 파장의 절반과 같을 때 공진할 것이다. 제 1 근사치로서, 광은 반사 마스크를 통과하는 2개의 경로를 만들기 때문에, ML 미러(1200) 내의 각 층의 두께는 대략 1/4 파장이다. ML 미러(1200) 내의 개별 층의 두께는 또한 조명 광의 입사각에 의존한다. 입사각은 EUV PSM의 전면 표면에 대해 수직한 방향으로부터 대략 3.5 내지 6.5°의 범위 중에서 선택될 수 있다.

ML 미러(1200) 내의 교차층의 두께는 각각의 인터페이스에서 EUV 광의 보강 간섭(constructive interference)을 최대화하고, 전체 EUV 광의 흡수를 최소화하도록 조정 또는 최적화될 수 있다. 보강 간섭은 광 파가 서로에 대해 동일 위상(in-phase)으로 상호 작용하는 것을 지칭한다. 보강 간섭은 광의 파장의 (m)배의 파장에서 발생하는데, 여기에서 순차 번호 m=0,1,2,3...이다. 상쇄 간섭(Destructive interference)은 광 파가 서로에 대해 반전 위상(out-of-phase)으로 상호 작용하는 것을 지칭한다. 상쇄 간섭은 광의 파장의 (m+1/2)배의 파장에서 발생하는데, 여기에서 순차 번호 m=0,1,2,3...이다.

본 발명의 일실시예에서, ML 미러(1200)는 피크 조명 파장에서 대략 60~80%의 최대 반사도를 획득할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, ML 미러(1200)는 피크 조명 파장에서 대략 70%의 최대 반사도를 획득할 수 있다.

최대 반사도에 대해 ML 미러(1200)를 최적화하는 것은 대략 -350MPa(MegaPascals) 등의 압축 응력을 유발할 수 있는데, 이것은 대략 0.10㎚만큼 ML 미러(1200)를 왜곡시킬 수 있다. 응력에 의해 유도된 변형은 다중층을 열처리(annealing)하거나 기판(1100)과 ML 미러(1200) 사이에 버퍼층(도시하지 않음)을 추가하는 것에 의해서 감소될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, ML 미러(1200)는 높은 굴절률 재료(1210)와 낮은 굴절률 재료(1220)로 이루어진 대략 20~80쌍의 교차층을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, ML 미러(1200)는 몰리브덴 및 실리콘으로 이루어진 대략 40쌍의 교차층(Mo/Si 이중층)을 가질 수 있다. 높은 굴절률 재료(1210)는 대략 2.8㎚ 등의 두께인 몰리브덴(Z=42)을 포함할 수 있다. 낮은 굴절률 재료(1220)는 대략 4.1㎚ 등의 두께인 실리콘(Z=14)을 포함할 수 있다. 피크 파장은 대략 13.4㎚에서 존재하고, 피크 폭은 대략 0.50㎚일 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, ML 미러(1200)는 몰리브덴 및 베릴륨으로 이루어진 대략 70쌍의 교차층(Mo/Be 이중층)을 가질 수 있다. 낮은 굴절률 재료(1220)는 베릴륨(Z=4)을 포함할 수 있다. 피크 파장은 대략 11.3㎚에서 존재하고, 피크 폭은 대략 0.28㎚일 것이다. Mo/Be 이중층으로 형성된 ML 미러(1200)는 피크 파장에서 더 높은 피크 반사도를 가질 수 있으나, 표면 거칠기(roughness)에 대해 더 민감한 경향이 있다.

ML 미러(1200)는 직류(direct current : DC) 마그네트론(magnetron) 스퍼터링 또는 이온 빔 증착(ion beam deposition : IBD)을 이용하여 기판(1100) 상에 형 성될 수 있다. 기판(1100)에 걸친 두께 균일도는 0.8% 이상이어야 한다. DC 마그네트론 스퍼터링 프로세스는 보다 더 컨포멀(conformal)하기 때문에 더 우수한 두께 균일도를 제공하지만, 기판(1100) 상의 임의의 결함이 교차층을 통해 ML 미러(1200)의 상부 표면까지 전파될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 기판(1100) 내의 결함은, 그 결함이 EUV 광을 흡수하는 경우에 ML 미러(1200)로부터 반사되는 EUV 광의 진폭에 영향을 줄 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 기판(1100) 내의 결함은, 그 결함이 경로 길이를 변동시키는 경우에 ML 미러(1200)로부터 반사되는 EUV 광의 위상에 영향을 줄 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 결함은 ML 미러(1200)로부터 반사되는 EUV 광의 진폭 및 위상에 모두 영향을 줄 수 있다.

IBD 프로세스는 덜 컨포멀하지만, 기판(1100) 상의 어떠한 결함도 완화시키도록 증착 조건을 최적화할 수 있기 때문에 더 작은 섭동(perturbation) 및 ML 미러(1200)의 상부 표면 내에서 더 작은 개수의 결함을 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, ML 미러(1200)는 전자 빔(electron-beam : e-beam) 증착을 이용하여 기판(1100) 상에 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 캐핑층(capping layer)(도시하지 않음)이 ML 미러(1200) 상에 형성되어 환경에 의해 ML 미러(1200)가 산화 등과 같이 영향을 받거나 변화되는 것을 방지할 수 있다. 캐핑층(도시하지 않음)은 EUV 광의 최소 위상-시프팅 및 EUV 광의 진폭의 최소 감쇄를 제공해야 한다. 캐핑층(도시하지 않음)은 탄소(C), 실리콘 탄화물(SiC), 실리콘(Si), 루테늄(Ru) 및 실리콘 질화물(Si₃N₄) 등과 같은 적절한 재료로 형성될 수 있다.

캐핑층(도시하지 않음)이 더 얇으면, EUV PSM의 사용 중에 차폐(shadowing)가 감소될 것이다. 또한 캐핑층(도시하지 않음)이 더 얇으면, EUV 광에 대한 노출 동안에 EUV PSM 내의 열 유도 응력이 감소될 것이다. 선택된 재료에 따라서, 캐핑층(도시하지 않음)은 RF(radio frequency) 마그네트론 스퍼터링 또는 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다. 몇몇 경우에, 캐핑층(도시하지 않음)은 IBD 또는 ALD(atomic-layer deposition)에 의해 증착될 수 있다.

도 1(b)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이, 위상-시프터층(1300)은 ML 미러(1200) 상에 형성된다. 위상-시프터층(1300)은 견고하고, 패터닝하기 용이해야 한다.

본 발명의 일실시예에서, 위상-시프터층(1300)은 EUV 광의 강한 위상-시프팅 및 EUV 광의 진폭에 대한 약한 감쇄 또는 낮은 흡수를 제공해야 한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 위상-시프터층(1300)은 비교적 높은 델타(δ) 및 낮은 흡수도 또는 베타(β)를 갖는 재료로 형성된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 위상-시프터층(1300)은 비교적 높은 델타(δ=0.077) 및 낮은 흡수도 또는 베타(β=0.0062)를 갖는 몰리브덴(Z=42) 등의 적적한 재료로 형성된다.

더 얇은 위상-시프터층(1300)은 EUV PSM의 사용 중에 차폐를 감소시킬 것이다. 더 얇은 위상-시프터층(1300)은 또한 EUV 광에 대한 노출 동안에 EUV PSM 내 의 열 유도 응력을 감소하는 데 도움이 될 것이다. 선택된 재료에 따라서, 위상-시프터층(1300)은 RF 마그네트론 스퍼터링 또는 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다. 몇몇 경우에, 위상-시프터층(1300)은 IBD 또는 ALD에 의해 증착될 수 있다.

도 1(b)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이, 기판(1100), ML 미러(1200) 및 위상-시프터층(1300)은 EUV PSM 블랭크(2100)를 형성한다.

도 1(b)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 EUV 마스크 블랭크(2100)는 도 2(c)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같은 EUV 감쇄형 PSM(2200)을 형성하도록 추가적으로 처리될 수 있다.

도 2(a)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이, 캐핑층(1400)은 위상-시프터층(1300) 상에 형성되어 몰리브덴 등과 같은 위상-시프터층(1300)이 환경에 대한 노출에 의해 산화 등과 같은 영향을 받거나 변경되는 것을 방지한다. 캐핑층(1400)은 EUV 광의 최소 위상-시프팅 및 EUV 광의 진폭의 최소 감쇄를 제공해야 한다. 캐핑층(1400)은 탄소(C), 실리콘 탄화물(SiC), 실리콘(Si), 루테늄(Ru) 및 실리콘 질화물(Si₃N₄) 등과 같은 적절한 재료로 형성될 수 있다.

캐핑층(1400)이 더 얇으면, EUV 감쇄형 PSM(2200)의 사용 중에 차폐가 감소될 것이다. 또한, 캐핑층(1400)이 더 얇으면, EUV 광에 대한 노출 동안에 EUV 감쇄형 PSM(2200) 내의 열 유도 응력이 감소될 것이다. 선택된 재료에 따라서, 캐핑층(도시하지 않음)은 RF 마그네트론 스퍼터링 또는 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다. 몇몇 경우에, 캐핑층(도시하지 않음)은 IBD 또는 ALD에 의해 증착될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 위상-시프터층(1300)이 환경에 의해 산화 등과 같은 영향을 받거나 변경이 되지 않는다면 캐핑층(1400)은 필요하지 않을 것이다.

도 2(b)에 도시된 본 발명의 일실시예에에 나타난 바와 같이, EUV PSM 블랭크(2100)는 코팅되고, 방사(1650)에 의해 선택적으로 노출되고, 현상되어 패턴(1550)을 형성하는 포토레지스트(1500) 등의 방사 감지층(radiation-sensitive layer)으로 피복될 수 있다. 포토레지스트(1500)의 두께는 대략 50 내지 150㎚의 범위에서 선택된다. CAR(chemically-amplified resist)를 이용할 수 있다. 이용된 포토레지스트(1500)의 타입에 따라서, 노출은 전자-빔(e-beam) 라이터(writer) 또는 레이저 라이터(laser writer)를 가지고 실행될 수 있다.

임계 치수(critical dimension : CD)의 현상 후 측정(post-develop measurement)은 포토레지스트(1500) 내의 현상된 패턴(1550) 내의 피쳐에 대해 실행될 수 있다. CD 측정은 탑-다운(top-down) 주사 전자 현미경(scanning electron microscope : SEM) 또는 광학 계측 기구(optical metrology tool)를 가지고 실행될 수 있다.

포토레지스트(1500) 내의 현상된 패턴(1550)은 도 2(c)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이 하부의 캐핑층(1400) 및 위상-시프터층(1300)으로 전사될 수 있다. 캐핑층(1400) 및 위상-시프터층(1300) 내의 에칭된 패턴(1350)의 LER(Line-edge roughness)은 최소화되어야 한다.

RIE(reactive ion etch) 프로세스는 포토레지스트(1500)에 의해 피복되지 않은 캐핑층(1400) 및 위상-시프팅층(1300)의 부분을 에칭하는 데 이용될 수 있다. 캐핑층(1400) 및 위상-시프팅층(1300)에 대한 RIE는 염소(Cl₂), 삼염화 붕소(BCl₃), 또는 삼불화 질소(NF₃) 등과 같은 할로겐 함유 기체를 가지고 실행될 수 있다. 아르곤은 캐리어 기체(carrier gas)로서 이용될 수 있다. 몇몇 경우에, 산소도 포함될 수 있다.

에칭 속도 및 에칭 선택도는 전력, 압력, 및 기판 온도에 의존할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는, 하드 마스크 프로세스를 이용할 수 있다. 이러한 프로세스에서, 포토레지스트(1500) 내의 현상된 패턴(1550)은 먼저 포토레지스트(1500) 아래에 미리 형성된 하드 마스크층(도시하지 않음)으로 전사된다. 하드 마스크층(도시하지 않음)은 포토레지스트(1500)보다 낮은 에칭 속도를 갖는 재료로 형성된다. 하드 마스크층(도시하지 않음) 내의 에칭된 패턴은 캐핑층(1400) 및 위상-시프팅층(1300) 내에 후속적으로 전사될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 포토레지스트(1500) 내의 현상된 패턴(1550)은 스퍼터링 프로세스 또는 이온 밀링(ion milling) 프로세스에 의해서 캐핑층(1400) 및 위상-시프팅층(1300) 내에 전사될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 버퍼층(도시하지 않음)은 위상-시프팅층(1300)과 ML 미러(1200) 사이에 형성되어 에칭에 대한 에칭 차단층(etch stop)으로서 기능할 수 있다. 버퍼층(도시하지 않음)은 또한 ML 미러(1200)가 환경에 의해 산화 등과 같이 영향을 받거나 변경되는 것을 방지할 수 있다.

버퍼층(도시하지 않음)은 LTO(low temperature oxide) 등과 같은 실리콘 산화물(SiO₂)로 형성될 수 있다. 대략 150℃ 이하의 온도 등의 저온 프로세스는 하부의 ML 미러(1200) 내의 교차층의 상호 확산을 방지할 수 있다. 실리콘 산질화물(SiON) 또는 탄소(C) 등과 같은 다른 재료는 버퍼층(도시하지 않음)으로서 이용될 수 있다. 버퍼층(도시하지 않음)의 두께는 대략 20 내지 105㎚의 범위 중에서 선택된다. 버퍼층(도시하지 않음)은 RF 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.

에칭 후에 포토레지스트(1500)의 제거 이후에는 캐핑층(1400) 및 위상-시프팅층(1300) 내의 에칭된 패턴(1350) 내의 피쳐에 대한 CD의 에칭 후 측정이 실행될 수 있다. CD 측정은 탑-다운 SEM 또는 광학 계측 기구를 가지고 실행될 수 있다.

다음으로, 결함 검사는 대략 150 내지 500㎚의 범위 중에서 선택된 파장에서 실행될 수 있다. 결함 검사는 패터닝되지 않은 영역(1360) 내의 광 신호에 대해 에칭된 패턴(1350) 내의 광 신호를 비교하는 것에 기초한다. 본 발명의 일실시예에서, 결함 검사는 EUV 광으로 실행될 수 있다.

도 2(c)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이, 기판(1100), ML 미러(1200), 위상-시프터층(1300) 및 캐핑층(1400)은 EUV 감쇄형 PSM(2200)을 형성한다. EUV 감쇄형 PSM(2200)은 소정 타입의 약한(강한 간섭을 유발하기에 충분한 세기를 갖지 않은) 또는 에지 강화형(edge-enhancing) PSM이다. EUV 감쇄형 PSM(2200)은 대칭적 토폴로지를 가지므로, 일정하지 않은 배치에 적용 가능하고, 인접한 피쳐 내의 위상 충돌에 영향을 받지 않는다. 그러므로, EUV 감쇄형 PSM(2200)은 그룹화된 라인 및 공간 등과 같이 주기적이거나 중첩된(nested) 피쳐의 분해능을 강화하는 데 효과적일 뿐만 아니라, 고립형 컨택트 및 고립형 비아 등과 같은 고립형 피쳐의 분해능의 강화에도 효과적이다.

본 발명의 일실시예에서, 위상-시프터층(1300)의 두께(1370)는 대략 43㎚이고 60%의 투과도로 180°(π(pi))의 위상 시프트를 생성할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 위상-시프터층(1300)의 두께(1370)는 대략 129㎚이고 20%의 투과도로 540°(3π)의 위상 시프트를 생성할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 위상-시프터층(1300)의 두께(1370)는 대략 215㎚이고 8%의 투과도로 900°(5π)의 위상 시프트를 생성할 수 있다.

감쇄 영역을 통과하는 투과도는 피쳐의 분해능을 향상시키기 위해서 포토레지스트 임계치 미만이어야 한다. 본 발명의 일실시예에서, 감쇄된 영역을 통과하는 투과도는 20% 이하이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 감쇄된 영역을 통과하는 투과도는 8% 이하이다.

또한, 도 1(b)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이 EUV PSM 블랭크(2100)는 도 3(d)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이 EUV 교차형 PSM(2300)을 형성하도록 추가적으로 처리될 수 있다.

도 3(a)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이, EUV PSM 블랭크(2100)는 코팅되고, 방사(1650)에 의해 선택적으로 노출되고, 현상되어 패턴(1550)을 형성하는 포토레지스트(1500) 등의 방사 감지층(radiation-sensitive layer)으로 피복될 수 있다. 포토레지스트(1500)의 두께는 대략 50 내지 150㎚의 범위에서 선택된다. CAR을 이용할 수 있다. 이용된 포토레지스트(1500)의 타입에 따라서, 노출은 전자-빔 라이터 또는 레이저 라이터를 가지고 실행될 수 있다.

임계 치수의 현상 후 측정은 포토레지스트(1500) 내의 현상된 패턴(1550) 내의 피쳐에 대해 실행될 수 있다. CD 측정은 탑-다운 SEM 또는 광학 계측 기구를 가지고 실행될 수 있다.

포토레지스트(1500) 내의 현상된 패턴(1550)은 도 3(b)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이 하부의 위상-시프팅층(1300)으로 전사될 수 있다. 위상-시프팅층(1300) 내의 에칭된 패턴의 LER은 최소화되어야 한다.

RIE 프로세스는 포토레지스트(1500)에 의해 피복되지 않은 위상-시프팅층(1300)의 부분을 에칭하는 데 이용될 수 있다. 위상-시프팅층(1300)에 대한 RIE는 염소(Cl₂), 삼염화 붕소(BCl₃), 또는 삼불화 질소(NF₃) 등과 같은 할로겐 함유 기체를 가지고 실행될 수 있다. 아르곤은 캐리어 기체(carrier gas)로서 이용될 수 있다. 몇몇 경우에, 산소도 포함될 수 있다.

에칭 속도 및 에칭 선택도는 전력, 압력, 및 기판 온도에 의존할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는, 하드 마스크 프로세스를 이용할 수 있다. 이러한 프로세스에서, 포토레지스트(1500) 내의 현상된 패턴(1550)은 먼저 포토레지스트(1500) 아래에 미리 형성된 하드 마스크층(도시하지 않음)으로 전사된다. 하드 마스크층(도시하지 않음)은 포토레지스트(1500)보다 낮은 에칭 속도를 갖는 재료로 형성된 다. 하드 마스크층(도시하지 않음) 내의 에칭된 패턴은 위상-시프팅층(1300) 내에 후속적으로 전사될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 포토레지스트(1500) 내의 현상된 패턴(1550)은 스퍼터링 프로세스 또는 이온 밀링 프로세스로 위상-시프팅층(1300)에 전사될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 버퍼층(도시하지 않음)은 위상-시프팅층(1300)과 ML 미러(1200) 사이에 형성되어 에칭에 대한 에칭 차단층으로서 기능할 수 있다. 버퍼층(도시하지 않음)은 또한 ML 미러(1200)가 환경에 의해 산화 등과 같이 영향을 받거나 변경되는 것을 방지할 수 있다.

버퍼층(도시하지 않음)은 LTO(low temperature oxide) 등과 같은 실리콘 산화물(SiO₂)로 형성될 수 있다. 대략 150℃ 이하의 온도 등의 저온 프로세스는 하부의 ML 미러(1200) 내의 교차층의 상호 확산을 방지할 수 있다. 실리콘 산질화물(SiON) 또는 탄소(C) 등과 같은 다른 재료는 버퍼층(도시하지 않음)으로서 이용될 수 있다. 버퍼층(도시하지 않음)의 두께는 대략 20 내지 105㎚의 범위 중에서 선택된다. 버퍼층(도시하지 않음)은 RF 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.

에칭 후에 포토레지스트(1500)의 제거 다음에는 위상-시프팅층(1300) 내의 에칭된 패턴(1350) 내의 피쳐의 CD에 대한 에칭 후 측정을 실행할 수 있다. CD 측정은 탑-다운 SEM 또는 광학 계측 기구를 가지고 실행될 수 있다.

세기 밸런서층(intensity balancer layer)(1700)은 위상-시프팅층(1300) 상부 및 에칭된 패턴(1350) 내에 형성된다. 세기 밸런서층(1700)은 비교적 낮은 델타를 갖고, 위상-시프터층(1300)과 동일한 흡수도 또는 베타를 가져야 한다. 본 발명의 일실시예에서, 세기 밸런서층(1700)은 실리콘 질화물(Si₃N₄)일 수 있는데, 이 재료는 비교적 낮은 델타(δ=0.017)를 갖고, 위상-시프터층(1300)의 낮은 흡수도와 동일한 낮은 흡수도 또는 베타(β=0.00618)를 갖는다.

위상-시프터층(1300)의 두께(1380) 및 세기 밸런서층(1700)의 두께(1780)는 세기가 균형이 맞는 한 동일해야만 할 필요는 없다. 다시 말해서, 두께(1380) 및 두께(1780)는 위상-시프터층(1300)을 통과하는 투과도 및 세기 밸런서층(1700)을 통과하는 투과도가 동일하게 되도록 선택될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 위상-시프터층(1300)의 두께(1380) 및 세기 밸런서층(1700)의 두께(1780)는 동일하게 선택된다. 세기 밸런서층(1700)은 도 3(c)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이 상부 표면(1720)이 위상-시프팅층(1300)의 상부 표면(1320)과 동일한 높이가 될 때까지 평탄화된다. 본 발명의 일실시예에서, CMP(chemical-mechanical polishing) 프로세스를 이용할 수 있다.

캐핑층(1400)은 세기 밸런서층(1700)의 상부 표면(1720) 및 위상-시프팅층(1300)의 상부 표면(1320) 상에 형성되어 몰리브덴 등과 같은 위상-시프팅층(1300)이 환경에 대한 노출에 의해 산화 등과 같이 영향을 받거나 변경되는 것을 방지한다. 캐핑층(1400)은 EUV 광의 최소 위상 시프팅 및 EUV 광의 진폭의 최소 감쇄를 제공해야 한다. 캐핑층(1400)은 탄소(C), 실리콘 탄화물(SiC), 실리콘(Si), 루테늄(Ru) 및 실리콘 질화물(Si₃N₄) 등과 같은 적절한 재료로 형성될 수 있다.

캐핑층(1400)이 더 얇으면, EUV 교차형 PSM(2300)의 사용 중에 차폐가 감소될 것이다. 또한, 캐핑층(1400)이 더 얇으면, EUV 광에 대한 노출 동안에 EUV 교차형 PSM(2300) 내의 열 유도 응력이 감소될 것이다. 선택된 재료에 따라서, 캐핑층(도시하지 않음)은 RF 마그네트론 스퍼터링 또는 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다. 몇몇 경우에, 캐핑층(도시하지 않음)은 IBD 또는 ALD에 의해 증착될 수 있다.

도 3(d)에 도시된 본 발명의 일실시예에 나타난 바와 같이, 기판(1100), ML 미러(1200), 위상-시프터층(1300), 세기 밸런서층(1700), 및 캐핑층(1400)은 EUV 교차형 PSM(2300)을 형성한다. EUV 교차형 PSM(2300)은 소정 타입의 강한 PSM으로서, 강한 간섭을 유발하기에 충분히 강한 세기를 가지고 광학 이미징 시스템의 분 해능을 이론적으로 2배가 되게 하고, 노출 또는 조명 파장보다 훨씬 더 작은 피쳐를 인쇄할 수 있다. PSM으로부터의 간섭은 광학 이미징 시스템의 부분 코히어런스(partial coherence)가 더 높아짐에 따라 더 강해진다.

EUV 교차형 PSM(2300)은 특히 그룹화된 라인 및 공간 등과 같이 주기적이거나 중첩된 피쳐의 분해능을 강화하는 데 유용하고, 피쳐가 매우 작을 때 더욱 유용하다. 그러나, EUV 교차형 PSM(2300)은 경계선 근처의 피쳐에 대한 분해능을 강화하는 데에는 그다지 도움이 되지 않는데 이는 EUV 교차형 PSM(2300)이 인접한 피쳐 내의 위상 충돌에 영향을 받기 쉽기 때문이다. 그러므로, 본 발명의 일실시예에서, EUV 교차형 PSM(2300)은 브라이트 필드(bright-field) 마스크로 설계된 다른 트림(trim) 마스크를 필요로 하는 다크 필드(dark-field) 마스크로서 설계되어, 덜 중요한 피쳐를 인쇄할 뿐만 아니라, 불가피하게 인쇄된 피쳐를 제거한다. 이중 노출 프로세스는 설계, 배치 및 제조의 복잡성을 증가한다. 그러나, 이중 노출 프로세스는 EUV 교차형 PSM(2300)이 트랜지스터 게이트용의 격리형 라인 등과 같은 매우 작은 격리형 피쳐를 형성할 수 있게 한다.

본 발명의 일실시예에서, 위상-시프터층(1300)의 두께(1380)는 대략 55㎚이고 대략 53%의 투과도로 232.2°(1.29π)의 위상 시프트를 생성할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 세기 밸런서층(1700)의 두께(1780)는 대략 55㎚이고 대략 53%의 투과도로 52.2°(0.29π)의 위상 시프트를 생성할 수 있다. 따라서, 위상-시프터층(1300)과 세기 밸런서층(1700) 사이의 상대적 위상은 180°(π)이고, 그 세기의 균형이 맞취진다.

본 발명이 명확한 이해를 제공하기 위해서 여러 실시예 및 여러 세부 사향이 제시되었다. 당업자라면 일실시예 내의 특징의 대부분이 다른 실시예에도 동등하게 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다. 또한 당업자라면 본 명세서에서 언급된 특정한 재료, 프로세스, 치수, 조성에 대한 여러 등가의 대체물을 제공할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명에 대한 상세한 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적인 것이며, 본 발명의 범주는 이하의 청구항에 의해 결정되어야 한다는 것을 이해할 것이다.

이와 같이, 본 명세서에서는 EUV 포토리소그래피를 위한 위상-시프팅 마스크 및 EUV 포토리소그래피를 위한 위상-시프팅 마스크의 형성 방법에 관해 개시하였다.

Claims

삭제
제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 기판을 제공하는 단계와,

상기 기판 상에 다중층 미러(multilayer mirror)를 형성하는 단계와,

상기 다중층 미러 상에 위상-시프터층(phase-shifter layer)을 형성하는 단계와,

상기 위상-시프터층 상에 캐핑층(capping layer)을 형성하는 단계와,

상기 제 2 영역 내에서 상기 캐핑층 및 상기 위상-시프터층을 제거하는 단계와,

EUV 광으로 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역을 조명하는 단계와,

상기 제 1 영역에서 상기 EUV 광을 감쇄시키는 단계와,

상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역 외부로 상기 EUV 광을 반사하는 단계를 포함하되,

상기 위상-시프터 층은 몰리브덴을 포함하며,

상기 캐핑층은 탄소를 포함하며,

상기 제 1 영역에서의 투과도는 상기 제 2 영역에서의 투과도의 60%인

방법.
제 2 항에 있어서,

상기 캐핑층은 실리콘 질화물을 포함하는

방법.
삭제
제 2 항에 있어서,

상기 몰리브덴의 두께는 43㎚인

방법.
삭제
제 5 항에 있어서,

상기 제 1 영역에서의 위상은 상기 제 2 영역에서의 위상으로부터 180° 시프팅되어 있는

방법.
제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 기판을 제공하는 단계와,

상기 기판 상에 다중층 미러를 형성하는 단계와,

상기 다중층 미러 상에 위상-시프터층을 형성하는 단계와,

상기 제 2 영역에서 상기 위상-시프터층을 제거하는 단계와,

상기 제 1 영역 내의 상기 위상-시프터층 및 상기 제 2 영역 내의 상기 다중층 미러 상에 세기 밸런서층(intensity balancer layer)을 형성하는 단계와,

상기 제 1 영역 내의 상기 위상-시프터층 상에서 상기 세기 밸런서층을 제거하는 단계와,

상기 제 1 영역 내의 상기 위상-시프터층 및 상기 제 2 영역 내의 상기 세기 밸런서층 상에 캐핑층을 형성하는 단계와,

EUV 광으로 상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역을 조명하는 단계와,

상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역 외부로 상기 EUV 광을 반사하는 단계를 포함하는

방법.
청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 8 항에 있어서,

상기 위상-시프터층은 몰리브덴을 포함하는

방법.
청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 9 항에 있어서,

상기 세기 밸런서층은 실리콘 질화물을 포함하는

방법.
청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 10 항에 있어서,

상기 위상-시프터층은 상기 세기 밸런서층과 동일한 두께인

방법.
청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 11 항에 있어서,

상기 위상-시프터층의 두께는 55㎚인

방법.
청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 12 항에 있어서,

상기 제 1 영역에서의 투과도는 상기 제 2 영역에서의 투과도와 동일한

방법.
제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 기판과,

상기 제 1 영역 및 상기 제 2 영역 위에 배치된 다중층 미러와,

상기 제 1 영역 내의 상기 다중층 미러 위에 배치된 위상-시프터층과,

상기 제 2 영역 내의 상기 다중층 미러 위에 배치된 세기 밸런서층과,

상기 제 1 영역 내의 상기 위상-시프터층 및 상기 제 2 영역 내의 상기 세기 밸런서층 위에 배치된 캐핑층을 포함하는

구조물.
제 14 항에 있어서,

상기 위상-시프터층은 몰리브덴을 포함하는

구조물.
제 15 항에 있어서,

상기 세기 밸런서층은 실리콘 질화물을 포함하는

구조물.
제 16 항에 있어서,

상기 위상-시프터층은 상기 세기 밸런서층과 동일한 두께인

구조물.
제 17 항에 있어서,

상기 위상-시프터층의 두께는 55㎚인

구조물.
제 18 항에 있어서,

상기 제 1 영역에서의 투과도는 상기 제 2 영역에서의 투과도와 동일한

구조물.
제 19 항에 있어서,

상기 제 1 영역에서의 위상은 상기 제 2 영역에서의 위상으로부터 180° 시프팅되어 있는

구조물.