KR101829604B1 - 극자외선용 포토마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

투명 기판 상에 다층 반사막 및 흡수막 패턴이 구비된 극자외선용 포토마스크가 개시된다. 흡수막 패턴은 흡수층 패턴 및 반사방지층 패턴을 포함하며, 반사방지층 패턴은 상부가 나노 사이즈의 요철 구조를 갖는다. 이에 의하면, 흡수막의 표면 반사율이 저감되어 흡수막 패턴의 두께가 박막화되고 콘트라스트가 향상된다. 또한 흡수막 패턴의 표면을 소수성화하여 파티클 등의 오염원에 의한 패턴의 결함 발생을 억제할 수 있다.

Description

극자외선용 포토마스크 및 그 제조방법{Photomask for Extreme Ultra-Violet Lithography and Method for manufacturing the same}
본 발명은 극자외선용 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 14㎚급 이하, 특히 10㎚급 이하의 미세 패턴 구현이 가능한 극자외선용 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고집적화에 따른 포토리소그래피(Photo-lithography) 기술은 고해상도(High Resolution) 구현을 위하여 현재의 193㎚(ArF) 노광광을 사용하는 리소그래피 기술에서 최근에는 13.5㎚ 파장의 극자외선(Extreme Ultra-Violet, 이하 EUV라 함) 노광광을 이용한 리소그래피 기술로 발전이 이루어지고 있다.
그러나, EUV 리소그래피에 사용되는 13.5㎚ 파장의 노광광은 대부분의 물질(기체 포함)에 쉽게 흡수되는 성질이 있어 EUV 리소그래피 포토마스크는 기존의 투과형 리소그래피 기술(예를 들어, ArF 리소그래피 기술의 투광부와 차광부를 이용하는 원리)과는 달리 극자외선 노광광을 반사하는 반사막과 극자외선 노광광을 흡수하는 흡수막이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 즉, 극자외선용 블랭크 마스크는 크게 다층 반사막(Multi-reflective layer) 부분과 흡수막(Absorber layer) 부분의 2부분으로 구성된다.
상기 다층 반사막은 일반적으로 몰리브데늄(Mo)과 실리콘(Si)이 교대로 40층 내지 60층으로 적층된 구조를 가지며, 이는 13.5㎚ 파장의 노광광에 대하여 약 60% 이상의 반사율을 갖는다. 그리고, 상기 흡수막은 13.5㎚의 극자외선 노광광을 흡수할 수 있는 흡수계수가 높은 물질을 기반으로 구성되며, 일반적으로 탄탈륨(Ta) 화합물이 사용되고 있다.
그러나, 상기 EUV 포토마스크를 이용하여 14㎚급 이하의 패턴을 구현하는 경우, 흡수막 패턴에 의한 그림자 효과(Shadowing Effect)로 많은 문제가 유발되고 있다.
도 1은 종래의 극자외선용 블랭크 마스크를 이용하여 제작된 포토마스크에서 발생되는 그림자 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 극자외선용 블랭크 마스크는 투명 기판(102) 상에 구비된 다층반사막(104) 및 그의 상부에 형성된 흡수막 패턴(112a)을 포함하며, 극자외선용 블랭크 마스크는 노광광을 흡수하는 흡수막의 두께에 기인한 그림자 효과가 발생한다. 즉, 그림자 효과란 흡수막 패턴(112a)에 극자외선 노광광이 조사될 때 극자외선 노광광의 입사 각도가 수직입사 대비 기울어짐(약 4°∼ 6°)에 따라 흡수막 패턴(112a)이 가지는 두께에 기인하여 반사된 노광광이 흡수막 패턴(112a)에 흡수되어 일정 부분 피전사체로 전사되지 못하는 것을 말한다.
이에 따라, 흡수막 패턴(112a)은 그 두께가 두꺼울수록 그림자 효과 또한 커지기 때문에 두께의 박막화가 요구되고 있으나, 흡수막 패턴(112a)의 박막화는 흡수막의 노광광 흡수율을 감소시켜 흡수막 패턴(112a)의 표면 반사율을 증가시킴에 따라 이미지 콘트라스트(Image Contrast)가 감소하는 문제를 유발한다. 또한, 흡수막 패턴(112a) 두께의 박막화를 위하여 소멸 계수(k)가 높은 물질을 사용하는 경우, 광학 밀도(Optical Density) 및 콘트라스트를 맞추기 위한 두께의 하한이 존재하게 되므로 박막화에 한계가 있다. 따라서, 흡수막의 박막화 및 표면 반사율 저감을 위하여 새로운 구성 물질 또는 새로운 구조의 흡수막 패턴이 요구되고 있다.
한편, 극자외선용 포토마스크를 이용한 전사 공정은 14nm 이하의 매우 미세한 패턴을 형성함에 따라 파티클 등의 오염원에 매우 민감하다. 최근에는 상기 파티클 등의 오염원을 차단하기 위하여 포토마스크를 보호하는 극자외선용 페리클(Pelicle)에 대한 연구가 진행되고 있다.
그러나, 상기 페리클은 매우 얇은 두께를 가짐과 아울러 반사광의 진행을 방해하지 않는 특성의 구조 및 물질로 형성되어야 하나, 물리적 안정성 및 투과율과 반사율 등의 광학적 특성 저하로 개발에 어려움이 있다. 이에 따라, 극자외선용 포토마스크를 파티클과 같은 오염원으로부터 보호하는 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 흡수막의 두께를 박막화함과 동시에 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 극자외선용 포토마스크 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 흡수막 패턴의 결함 발생을 억제할 수 있는 극자외선용 포토마스크 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명을 달성하기 위하여 본 발명은, 투명 기판 상에 다층 반사막 및 흡수막 패턴이 구비된 극자외선용 포토마스크에 있어서, 상기 흡수막 패턴은 흡수층 패턴 및 상기 흡수층 패턴 상에 구비된 반사방지층 패턴을 포함하며, 상기 반사방지층 패턴은 상부가 나노 사이즈의 요철 구조를 갖는 극자외선용 포토마스크를 제안한다.
상기 나노 사이즈의 요철 구조는 도트(Dot) 또는 홀(Hole) 타입의 구조를 갖는다.
상기 나노 사이즈의 요철 구조는 1㎚ ∼ 50㎚의 높이(Height)를 가지며, 1㎚ ∼ 50㎚의 피치(Pitch)를 갖는다.
상기 나노 사이즈의 요철 구조를 반사방지층 패턴을 포함하는 흡수층 패턴은 130˚ ∼ 160˚의 접촉각을 갖는 것이 바람직하다.
상기 흡수막 패턴은 30㎚ ∼ 70㎚의 두께를 갖는다.
상기 흡수막 패턴은 니켈(Ni), 탄탈(Ta), 구리(Cu), 아연(Zn), 크롬(Cr), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 플래티늄(Pt), 금(Au) 중 선택되는 1종 이상의 금속 물질 단독, 2종 이상의 상기 금속 물질들의 합금을 포함하여 이루어지거나, 상기 금속 물질 및 합금에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 화합물로 이루어질 수 있다.
상기 흡수막 패턴은 금속 대비 경원소가 9 : 1 ∼ 2 : 8 의 함유량 비를 갖는 것이 바람직하다.
상기 흡수층 패턴 및 반사방지층 패턴은 단층, 조성 또는 조성비가 연속적으로 변하는 연속막, 상호 다른 조성을 가지며 상기 다른 조성의 막들이 각 1회 이상 적층되어 구성된 다층막 중 하나의 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 투명 기판의 상부에 흡수층 및 반사방지층으로 이루어진 흡수막을 형성하는 단계; 상기 반사방지층 상에 상기 반사방지층의 일부분이 노출되도록 나노 구조체 패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 반사방지층 부분 및 나노 구조체 패턴 상에 식각마스크층을 형성하는 단계; 상기 반사방지층 상에만 식각마스크층이 잔류하도록 상기 나노 구조체 패턴을 제거하여 식각마스크층 패턴을 형성하는 단계; 상기 식각마스크층 패턴을 이용하여 상기 반사방지층의 상부가 나노 사이즈의 요철 구조를 갖도록 상기 반사방지층을 식각하여 반사방지층 패턴을 형성하는 단계; 상기 반사방지층 패턴 상에 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 레지스트막 패턴을 이용하여 상기 반사방지층 패턴 및 흡수층을 식각하여 흡수막 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법이 제공된다.
상기 흡수막을 형성하는 단계 전, 상기 투명 기판 상에 다층 반사막, 캡핑막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 나노 구조체 패턴을 형성하는 단계는, 상기 반사방지층 상에 나노 구조체를 형성하는 단계; 및 상기 나노 구조체를 에싱(Ashing)하여 크기를 축소하는 단계;를 포함한다.
상기 나노 구조체는 탈이온수가 채워진 수조에 나노 구조체를 띄운 후 상기 투명 기판 상에 스쿱(Scoop) 방법으로 형성된다.
상기 나노 구조체는 OH-기를 갖는 폴리머로 형성될 수 있다.
상기 나노 구조체는 5㎚ ∼ 10㎚의 지름을 갖는 것이 사용될 수 있다.
상기 식각마스크층은 1㎚ ∼ 10㎚의 두께를 갖도록 형성된다.
본 발명은 흡수막의 표면 반사율을 저감하여 흡수막 패턴의 두께를 박막화함과 동시에 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 극자외선용 포토마스크를 제공할 수 있다.
본 발명은 흡수막 패턴의 표면을 소수성화하여 파티클 등의 오염원에 의한 패턴의 결함 발생을 억제할 수 있는 극자외선용 포토마스크를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 극자외선용 블랭크 마스크를 이용하여 제작된 포토마스크에서 발생되는 그림자 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선용 포토마스크를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 극자외선용 포토마스크의 흡수막 패턴 상에 형성된 요철 구조를 도시한 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선용 포토마스크의 제조 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 실시예는 단지 본 발명의 예시 및 설명을 하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선용 포토마스크를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 극자외선용 포토마스크의 흡수막 패턴 상에 형성된 요철 구조를 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 극자외선용 포토마스크(200)는 투명 기판(202) 상에 적층된 다층 반사막(204), 캡핑막(206) 및 흡수막 패턴(212a)을 포함한다.
투명 기판(202)은 EUV광을 이용하는 반사형 마스크 블랭크용 글래스 기판으로서 적합하도록 노광 시의 열에 의한 패턴의 변형을 방지하기 위해 저 열팽창 계수를 갖는 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판이다.
다층 반사막(204)은 이미지 콘트라스트를 좋게 하기 위하여 13.5㎚ 파장에 대한 높은 반사율이 요구되며, 몰리브데늄(Mo) 및 실리콘(Si)을 교대로 40층 내지 60층 적층하여 형성한다. 다층 반사막(204)은 노광광의 최종 입사 각도에 최적화된 반사 강도를 가져야 하며, 이때 몰리브데늄(Mo)은 2㎚ ∼ 4㎚, 실리콘(Si)은 3㎚ ∼ 5㎚의 두께를 갖는다. 다층 반사막(204)은 몰리브데늄(Mo)이 대기에 접촉하면 쉽게 산화되어 반사율이 저하되기 때문에 산화 방지를 위한 보호막으로서 실리콘(Si)을 최상부층에 형성 하는 것이 바람직하다. 다층 반사막(204)은 13.5㎚의 극자외선용 노광 파장에 대하여 65% 이상의 반사율을 가지며, 193㎚ 또는 257㎚의 검사 파장에 대하여 40% ∼ 65%의 반사율을 갖는다. 다층 반사막(204)의 표면 거칠기(Surface Roughness)는 0.2㎚RMS 이하의 값을 가지며, 바람직하게, 0.1㎚RMS 이하의 값을 갖는다.
캡핑막(206)은 다층 반사막(204) 상에 형성되어 패턴 형성 시 다층 반사막(204)을 보호하는 역할을 한다. 캡핑막(206)은 루테늄(Ru), 니오븀(Nb)으로 구성되거나 또는 루테늄(Ru) 화합물, 니오븀(Nb) 화합물로 구성되며, 루테늄(Ru)과 니오븀(Nb)을 모두 포함하는 화합물로 형성할 수 있다. 캡핑막(206)은 상기 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함할 수 있으며, 캡핑막(206)을 구성하는 금속 및 경원소(산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 함유된 물질의 합)는 10 : 0 ∼ 5 : 5의 함유량 비율을 갖는다. 캡핑막(206)은 1㎚ ∼ 10㎚의 두께를 가지며, 바람직하게, 1㎚ ∼ 5㎚의 두께를 갖는다. 캡핑막(206)은 13.5㎚의 극자외선 노광 파장에 대하여 60% 이상의 반사율을 가지며, 0.2㎚RMS 이하의 표면 거칠기(Surface Roughness)는 값을 갖고, 바람직하게, 바람직하게, 0.1㎚RMS 이하의 표면 거칠기 값을 갖는다.
흡수막 패턴(212a)은 캡핑막(206) 상에 형성되며 노광광을 흡수하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크(200)는 극자외선용 포토마스크의 노광 시 발생할 수 있는 그림자 효과를 저감하기 위하여 흡수막 패턴(212a)의 박막화가 필요하다. 이를 위해, 흡수막 패턴(212a)은 노광광에 대한 높은 소멸 계수(k)를 갖고, 하부 캡핑막(206)에 대하여 식각 선택비가 우수하며, 세정에 사용되는 화학 약품에 대하여도 우수한 내성을 갖는 물질로 구성된다.
흡수막 패턴(212a)은 니켈(Ni), 탄탈(Ta), 구리(Cu), 아연(Zn), 크롬(Cr), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 플래티늄(Pt), 금(Au) 중 선택되는 1종의 금속 물질 또는 2종 이상의 상기 금속 물질들의 합금을 포함하여 이루어지거나, 상기 금속 물질 및 합금에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 화합물로 이루어진다. 특히, 상기 금속 물질들의 합금 및 합금 화합물은 종래 탄탈(Ta) 화합물로 이루어진 흡수막에 비하여 높은 소멸 계수(k) 값을 가짐에 따라 차광성을 확보함과 동시에 박막화에 유리하다. 이때, 상기 금속 대비 경원소는 9 : 1 ∼ 2 : 8 의 함유량 비를 갖는다.
흡수막 패턴(212a)은 균일한 조성의 단층, 조성 또는 조성비가 연속적으로 변하는 연속막의 형태, 상호 다른 조성을 가지며 상기 다른 조성의 막들이 각 1회 이상 적층되어 구성된 다층막 중 하나의 형태를 가질 수 있다. 그 중, 흡수막 패턴(212a)은 단면 형상을 수직으로 형성하고, 광학 특성의 조절을 용이하게 하기 위하여 두께 방향으로 조성비가 변화하는 연속막 또는 2층 이상의 다층막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
흡수막 패턴(212a)은 흡수층 패턴(208a) 및 반사방지층 패턴(210b)의 2층 구조로 이루어지며, 반사방지층 패턴(210b)의 상부는 나노 사이즈(Size)의 요철 구조로 이루어진다. 상기 나노 사이즈의 요철 구조는 흡수되지 못하고 반사되는 노광광을 최대한 흡수하여 흡수율을 높이는 동시에 노광광의 반사율을 낮추는 역할을 하며, 이에 따라 패턴의 이미지 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 나노 사이즈의 요철 구조는 흡수막 패턴(212a)의 표면 충전률을 낮춤에 따라 흡수막 패턴(212a)이 130˚ ∼ 160˚의 접촉각을 갖도록 패턴 표면의 소수성(Hydrophobic)을 증가시켜 흡수막 패턴(212a) 상의 파티클을 용이하게 제거할 수 있다.
상기 요철 구조는, 도 3을 참조하면, 돌출된 형태의 도트(Dot) 또는 식각되어 파인 형태의 홀(Hole) 구조로 구성된다. 상기 요철 구조는 1㎚ ∼ 50㎚의 높이(Height)와 1㎚ ∼ 50㎚의 피치(Pitch), 바람직하게, 5㎚ ∼ 10㎚의 높이와 피치를 갖는다.
반사방지층 패턴(210b)은 산소(O) 및 질소(N) 중 적어도 하나 이상을 다량 포함하여 검사 파장에서의 반사율을 감소시킬 수 있다. 또한, 흡수층 패턴(208a)은 반사방지층 패턴(210b)에 비해 산소(O)를 적게 함유하도록 하여 광 흡수율을 높이고, 막의 두께를 박막화할 수 있다. 이때, 흡수막 패턴(212a)을 구성하는 금속 물질 및 경원소는 사이에 적어도 10% 이상의 함유량 차이를 갖는다.
흡수막 패턴(212a)은 30㎚ ∼ 70㎚의 두께를 갖는다. 흡수막 패턴(212a)의 두께가 30㎚ 이하이면, 노광광에 대한 반사율이 10% 이상으로 반사율이 높고, 70㎚ 이상이면 가로-세로 패턴의 임계치수 편차가 높아 목표로 하는 임계치수 대비 편차가 커져 임계치수 균일도, MEEF(Mask-Enhanced Error Factor) 증가의 원인이 된다.
흡수막 패턴(212a)은 13.5㎚의 극자외선용 노광광에 대하여 10% 미만의 반사율을 가지며, 바람직하게, 5% 이하, 더욱 바람직하게, 1% 이하의 반사율을 갖는다. 또한, 흡수막 패턴(212a)은 193㎚의 검사용 파장에 대하여 30% 이하의 반사율을 갖는다. 흡수막 패턴(212a)은 200㎫ 이하의 박막 응력(Stress)을 가지며, 바람직하게, 150㎫ 이하의 박막 응력을 갖는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선용 포토마스크의 제조 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 극자외선 포토마스크는 투명 기판(202) 상에 다층 반사막(204), 캡핑막(206) 및 흡수층(208)과 반사방지층(210)으로 이루어진 흡수막(212)을 순차적으로 형성하고, 반사방지층(210) 상에 나노 구조체(216)를 정렬한다. (도 4 의 (a))
나노 구조체(216)는 구 형태의 폴리머로서 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리에틸렌 (polyethylene), 폴리비닐-클로라이드 (polyvinyl chloride), 나일론 등으로 요구되는 특성과 크기에 따라 다양하게 사용 가능하다.
본 발명에서, 나노 구조체(216)는 탈이온수(DI water) 표면에 띄우기 유리하도록 OH-기를 갖는 폴리스틸렌(polystyrene)을 사용하는 것이 바람직하며, 패턴의 크기 및 요철 구조를 고려하여 지름 5㎚ ∼ 10㎚ 크기의 나노 구조체(216)를 사용하는 것이 바람직하다.
나노구조체(216)의 정렬은 탈이온수(DI water)가 채워진 수조(bath)에 나노 구조체(216)를 띄운 뒤 소듐(sodium) 용액을 이용하여 육방정밀 구조로 자가 정렬(self-assembly) 시킨 후, 흡수막(212) 표면에 나노 구조체(216)를 스쿱(scoop) 방법으로 정렬하고, 탈이온수를 건조하여 부착하는 방식으로 진행된다. 나노 구조체(216)의 육방정밀(Hexagonal) 배열은 반사방지층(210) 상의 요철 구조와 동일하다.
이후, 상기 나노 구조체에 애싱(Ashing) 공정을 진행하여 크기가 축소된 나노 구조체 패턴(216a)를 형성한다. (도 4 의 (b))
이때, 애싱 공정은 플라즈마(Plasma)를 이용한 반응성 이온 식각 장비(RIE; Reactive Ion Etching) 등의 다양한 장비를 사용할 수 있으며, 산소(O) 가스를 포함한 다양한 반응성 가스를 이용하여 수행할 수 있다.
크기가 축소된 나노 구조체 패턴(216a) 및 노출된 반사방지층(210) 상에 식각 마스크층(218)을 형성한다. (도 4 의 (c))
식각 마스크층(218)은 반사방지층(210) 표면에 요철 구조를 형성하기 위한 식각 마스크 역할을 한다. 식각 마스크층(218)은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 중 1 이상의 물질로 구성될 수 있으며, 반사방지층(210)의 식각 조건에 대하여 10 이상의 식각 선택비를 갖는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
식각 마스크층(218)은 0.1㎚ ∼ 20㎚의 두께를 갖는다. 식각 마스크층(218)이 20㎚ 이상의 두께를 갖는 경우, 나노 구조체 패턴(216a)의 제거가 어려울 수 있으며, 0.1㎚ 이하의 두께를 갖는 경우, 반사방지층(210)에 대한 식각 선택비가 낮아져 식각 마스크로써의 역할 수행이 어려울 수 있다.
식각 마스크층(218)은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition), 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Depostion), 열 증발법(Thermal Evaporation) 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 균일한 막의 형성을 위하여 열 증발법을 이용하는 것이 바람직하다.
이후, 반사방지층(210) 상의 나노 구조체 패턴을 제거하여 식각 마스크 패턴(218a)을 형성한다. (도 4 의 (d))
상기 나노 구조체 패턴은 건식 또는 습식 방법을 이용하여 제거할 수 있으며, 화학 용액을 이용한 습식 방법으로 제거하는 경우, 상기 화학 용액은 에탄올(Ethanol), 클로로포름(Chloroform), 톨루엔(Toluene) 등을 사용할 수 있다. 반사방지층(210) 표면에 위치한 나노 구조체 패턴이 제거됨에 따라, 식각 마스크 패턴(218a)은 상기 나노 구조체 패턴과 동일한 크기의 패턴 사이즈를 갖는다.
식각 마스크 패턴(218a)을 이용해 상기 반사방지층을 일부 깊이로 식각하여 상부에 나노 사이즈의 요철 구조를 갖는 반사방지층 패턴(210a)을 형성한다. (도 4 의 (e))
상기 요철 구조는 반응성 이온 식각 장비(RIE)를 이용하여 식각하는 것이 바람직하며, 그 외에 플라즈마 식각(Plasma Etching), 유도 결합 플라즈마(ICP; Inductively Coupled Plasma), 이온 빔 밀링(Ion Beam Milling) 등의 건식 식각법(Dry Etching)에 의하여 식각 가능하다. 상기 요철 구조는 5㎚ ∼ 10㎚의 높이 및 5㎚ ∼ 10㎚의 피치를 갖는다.
상기 식각 마스크 패턴을 엣천트(Etchant) 용액을 이용하여 제거한 뒤, 반사방지층 패턴(210a) 상에 레지스트막 패턴(214)을 형성한다. (도 4 의 (f))
상기 엣천트는 식각 마스크 패턴의 구성 물질에 따라 다양하게 적용될 수 있으며, 예를 들어, 상기 식각 마스크 패턴이 크롬(Cr)을 포함하는 물질로 구성되는 경우, 염소(Cl)계 용액을 사용하여 제거 가능하다.
레지스트막 패턴(214)은 예를 들어, 화학증폭형 레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)가 사용되며, 200㎚ 이하의 두께를 갖고, 바람직하게, 150㎚ 이하의 두께를 갖는다.
최종적으로, 상기 레지스트막 패턴을 식각 마스크로 하부의 반사방지층 패턴 및 흡수층을 식각하여 상부에 나노 사이즈의 요철 구조를 갖는 흡수막 패턴(212a)이 구비된 극자외선용 포토마스크의 제조를 완료한다. (도 4 의 (g))
본 실시예에서는 흡수막 상의 요철 구조가 나노 구조체 리소그래피를 이용하여 형성되는 것을 예시하나, 상기 요철 구조는 전자 빔 리소그래피를 이용하여 형성될 수도 있다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 극자외선 블랭크 마스크는 투명 기판의 후면에 구비된 도전막을 더 포함할 수 있다. 상기 도전막은 LTEM 기판 상에 다층 반사막, 캡핑막, 흡수막을 형성한 후 기판의 후면에 형성하거나, 또는, 상기 박막들의 형성 전에 LTEM 기판의 후면에 우선적으로 형성할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크는 버퍼막과 도전막을 모두 포함할 수 있으며, 다층 반사막의 상부와 흡수막의 상부에 각각 위상반전막 및 상기 흡수막과 식각 선택비를 가지며 흡수막의 패터닝 시 마스크로 역할하는 하드 필름을 삽입하여 패턴 정확도를 높일 수 있다.
그리고, 극자외선 포토마스크를 구성하는 각 막들은 선택적으로 열처리할 수 있으며, 열처리 공정은 급속 열처리 장치(Rapid Thermal Process; RTP), 진공 핫-플레이트(Vacuum Hot-Plate Bake), 플라즈마(Plasma) 및 퍼니스(Furnace) 중 1 종 이상의 방법으로 수행 가능하다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선용 블랭크 마스크에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
(실시예)
본 발명에 따른 극자외선용 포토마스크의 제조
본 발명에 따른 극자외선용 포토마스크의 제조를 위하여, 도 4를 참조하면, 평탄도(TIR값)가 60㎚ 이하로 제어되며, 6 inch x 6 inch x 0.25 inch의 크기를 가지고, SiO2-TiO 성분으로 이루어진 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판(202)을 준비하였다.
LTEM 기판(202)의 후면에는 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 설비를 이용하여 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 도전막(Conductive layer)을 형성하였다.
LTEM 기판(202)의 전면부에 이온 빔 증착-저밀도결함(Ion Beam Deposition-Low Defect Density: 이하, 'IBD-LDD'라고 함) 장비를 이용하여 몰리브데늄(Mo) 4.8㎚, 실리콘(Si) 2.2㎚의 두께로 40층을 교대로 성막하여 다층 반사막(204)을 형성하였다. 다층 반사막(204)의 반사율은 EUV Reflecto-meter를 이용하여 측정하였고, 측정 결과 13.5㎚의 파장에서 67.8%의 반사율을 나타내었으며, 193㎚의 파장에서 64.6%의 반사율을 나타내었다.
상기 다층 반사막 상에 IBD-LDD 장비를 이용하여 루테늄(Ru)을 2.5㎚의 두께로 적층하여 캡핑막(206)을 형성하였다. 캡핑막(206)의 형성 후, 다층 반사막(204)과 동일하게 반사율을 측정한 결과 13.5㎚의 파장에서 65.8%의 반사율을 나타내어 다층 반사막(204)의 반사율 수치였던 67.8%와 대비하여 반사율 변화가 거의 없음을 확인하였다. 그리고, 193㎚의 파장에서 반사율을 측정한 결과, 55.43%의 반사율을 나타내었다.
캡핑막(206) 상에 DC 마그네트론 스퍼터링 설비를 이용하여 흡수층(208) 및 반사방지층(210)으로 이루어진 2층 구조의 흡수막(212)을 성막하였다. 흡수층(208) 및 반사방지층(210)은 모두 니켈탄탈(NiTa) 타겟(조성비 Ni : Ta = 30at% : 70at%)을 이용하였으며, 공정 가스 및 공정 파워를 조절하여 형성하였다.
흡수층(208)은 공정 가스로 Ar : N2 = 8sccm : 2sccm 주입하고, 공정 파워는 1.0㎾를 사용하여 31㎚ 두께의 질화니켈탄탈(NiTaN) 막을 형성하였으며, 상기 반사방지층은 Ta 타겟을 이용하고, 공정가스로 Ar : N2 : NO = 5sccm : 5sccm : 3sccm 주입하고, 공정 파워는 1.0㎾를 사용하여 14㎚ 두께의 산화질화탄탈(TaON) 막을 형성하였다. 흡수막(212)의 반사율을 측정한 결과, 13.5㎚의 노광 파장에 대하여 1.65%의 반사율을 나타내었으며, 193㎚의 검사 파장에서는 22.4%의 반사율을 나타내었다.
흡수막(212)에 대하여 Ultra-Flat 장비를 이용하여 평탄도를 측정한 결과 61㎚의 TIR값을 나타내었으며, 박막 응력으로 환산하였을 경우 박막 응력은 97M㎩ 정도의 수치를 갖는 것으로서 평탄도에 문제가 없음을 확인하였다.
흡수막(212)의 표면에 나노 구조체(216)를 정렬하고, 반응성 이온 식각(RIE; Reactive Ion Etching)을 통하여 나노 구조체(216)의 크기를 축소시킨다.
이후, 흡수막(212) 및 나노 구조체 패턴(216a) 상에 식각 마스크로 사용될 식각 마스크층(218; Cr계 화합물)을 적층하고, 나노 구조체 패턴(216a)을 제거하여 식각 마스크 패턴(218a)을 형성한다.
식각 마스크 패턴(218a)을 이용하여 반사방지층(210)의 표면에 나노 사이즈의 요철 구조를 형성한 뒤, 크롬 엣천트를 이용하여 식각 마스크 패턴(218a)을 제거하고 화학증폭형 레지스트막을 120㎚의 두께로 코팅하였다.
상기 극자외선 블랭크 마스크를 50keV Writing 장비를 이용하여 노광한 후 PEB(Post exposure bake) 및 현상(Develope)을 통하여 레지스트막에 패턴을 형성하였다. 상부의 반사방지층(210a)을 SF6 가스를 이용하여 식각하고, 하부의 흡수층(208)을 Cl2 가스를 이용하여 식각한 뒤 잔류 레지스트막(214)을 제거하여 극자외선용 포토마스크의 제조를 완료하였다.
본 발명에 따른 극자외선용 포토마스크의 해상도(Resolution)를 CD-SEM을 이용하여 측정한 결과, 단독 공간패턴(Iso-space)의 경우 50㎚까지 현상(Define) 되었으며, 임계치수의 선형성(CD Linearity)을 60㎚ ∼ 1000㎚ 범위에서 측정한 결과 단독 라인패턴(Iso-line)에서 4.0㎚, 라인 및 공간패턴(Line & Space)에서 5.0㎚, 단독 공간패턴(Iso space)에서 4.2㎚의 값을 가져 양호한 결과를 나타내었다.
요철 구조 유무에 따른 극자외선용 포토마스크의 접촉각 및 반사율 평가
본 발명에 따른 극자외선용 포토마스크의 제조에 있어서, 나노 패턴의 포함 유무에 따른 극자외선용 포토마스크의 각 파장에 따른 반사율을 비교 평가하였다.
실시예는 앞에서 언급한 것과 같이 흡수막 상에 나노 패턴을 포함하는 극자외선용 포토마스크를 제조한 것이며, 비교예는 흡수막 상에 나노 패턴을 형성하지 않고 극자외선용 포토마스크를 제조한 것이다.
표 1은 실시예 및 비교예의 극자외선용 포토마스크의 접촉각 및 반사율을 비교한 표이다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
나노 패턴 나노 패턴 형성 나노 패턴 미 형성
두께 70㎚ 60㎚ 50㎚ 40㎚ 70㎚ 60㎚ 50㎚ 40㎚
반사율
(@13.5㎚)		 0.82% 1.17% 1.45% 1.89% 1.32% 2.38% 2.55% 3.58%
반사율
(@193㎚)		 18.42% 20.24% 22.34% 24.55% 23.89% 25.45% 26.32% 28.11%
접촉각 150.3° 151.1° 151.2° 152.0° 118.1° 120.4° 117.4° 119.0°
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 4의 경우, 흡수막 상에 나노 패턴을 포함하여 13.5㎚의 노광 파장에서 0.82% 내지 1.89%의 반사율을 갖고, 193㎚의 검사 파장에서 18.42% 내지 24.55%의 반사율을 가져, 나노 패턴을 포함하지 않는 비교예보다 더 낮은 반사율 값을 가졌다. 여기서, 상기 다층 반사막에서의 반사율이 일정한 것을 고려하였을 때, 흡수막 반사율이 감소되는 경우 패턴의 이미지 콘트라스트는 향상됨을 알 수 있다.
또한, 접촉각의 경우 118˚에서 151˚로 증가하여 흡수막의 소수성이 증가하는 것을 확인하였다.
이상, 본 발명을 가장 바람직한 실시예를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는, 상기 실시예에 기재된 범위에 한정되지 않는다. 상기 실시예에 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능하다는 것은 해당 기술분야의 일반적인 기술자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이 특허 청구 범위의 기재로부터 분명하다.
200 : 극자외선용 포토마스크 102, 202 : 투명 기판
104, 204 : 다층 반사막 206 : 캡핑막
208 : 흡수층 210 : 반사방지층
112, 212 : 흡수막 214 : 레지스트막
216 : 나노 구조체 218 : 식각 마스크층

Claims (16)

  1. 투명 기판의 상부에 흡수층 및 반사방지층으로 이루어진 흡수막을 형성하는 단계;
    상기 반사방지층 상에 상기 반사방지층의 일부분이 노출되도록 나노 구조체패턴을 형성하는 단계;
    상기 노출된 반사방지층 부분 및 나노 구조체 패턴 상에 식각마스크층을 형성하는 단계;
    상기 반사방지층 상에만 식각마스크층이 잔류하도록 상기 나노 구조체 패턴을 제거하여 식각마스크층 패턴을 형성하는 단계;
    상기 식각마스크층 패턴을 이용하여 상기 반사방지층의 상부가 나노 사이즈의 요철 구조를 갖도록 상기 반사방지층을 식각하여 반사방지층 패턴을 형성하는단계;
    상기 반사방지층 패턴 상에 레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 레지스트막 패턴을 이용하여 상기 반사방지층 패턴 및 흡수층을 식각하여 흡수막 패턴을 형성하는 단계;를
    포함하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막을 형성하는 단계 전, 상기 투명 기판 상에 다층 반사막, 캡핑막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 구조체 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 반사방지층 상에 나노 구조체를 형성하는 단계; 및
    상기 나노 구조체를 에싱(Ashing)하여 크기를 축소하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 나노 구조체는 탈이온수가 채워진 수조에 나노 구조체를 띄운 후 상기 투명 기판 상에 스쿱(Scoop) 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 나노 구조체는 OH-기를 갖는 폴리머로 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 나노 구조체는 5㎚ ∼ 10㎚의 지름을 갖는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각마스크층은 1㎚ ∼ 10㎚의 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 사이즈의 요철 구조는 도트(Dot) 또는 홀(Hole) 타입의 구조를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 사이즈의 요철 구조는 1㎚ ∼ 50㎚의 높이(Height)를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 사이즈의 요철 구조는 1㎚ ∼ 50㎚의 피치(Pitch)를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 사이즈의 요철 구조를 반사방지층 패턴을 포함하는 흡수층 패턴은 130˚ ∼ 160˚의 접촉각을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막 패턴은 30㎚ ∼ 70㎚의 두께를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막 패턴은 니켈(Ni), 탄탈(Ta), 구리(Cu), 아연(Zn), 크롬(Cr), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 주석(Sn), 플래티늄(Pt), 금(Au) 중 선택되는 1종 이상의 금속 물질 단독, 2종 이상의 상기 금속 물질들의 합금을 포함하여 이루어지거나, 상기 금속 물질 및 합금에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 화합물로 이루어지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 흡수막 패턴은 금속 대비 경원소가 9 : 1 ∼ 2 : 8 의 함유량 비를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수층 패턴 및 반사방지층 패턴은 단층, 조성 또는 조성비가 연속적으로 변하는 연속막, 상호 다른 조성을 가지며 상기 다른 조성의 막들이 각 1회 이상 적층되어 구성된 다층막 중 하나의 형태를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 포토마스크 제조 방법.
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