KR102051730B1 - 스페이서 패턴 및 위상변위 패턴을 포함하는 위상변위 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
위상변위 마스크가 제공된다. 상기 위상변위 마스크는, 스페이서(spacer) 패턴, 및 백금족 물질을 포함하는 위상변위 패턴을 포함하되, 상기 스페이서 패턴 및 상기 위상변위 패턴이 교대로, 그리고 반복적으로 적층된 것을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 위상변위 마스크 및 그 제조 방법에 관련된 것으로서, 스페이서 패턴 및 위상변위 패턴이 적층된 구조를 갖는 위상변위 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 산업의 지속적인 성장이 가능했던 것은 ‘소자의 최소 선폭의 감소는 비용(cost per function)의 감소와 동시에 소자의 기능성을 향상 시킨다’는 특징에 근거하고 있다. 소자의 선폭은 대부분의 반도체 산업 역사에서 3년마다 70%의 속도로 감소하였으며, 최근에는 주기가 2년으로 가속되었다. 동시에 기능 당 비용은 매년 평균 25-30%의 속도로 감소하고 있다. 이러한 경향은 Moore의 법칙이라 불리는데, 이렇게 지난 45년간 지속되어온 반도체성장동력인 소자미세화 기술은 더욱 작은 크기의 이미지를 전사시킬 수 있는 리소그래피(lithography) 공정 기술의 발전이 그 핵심이다.
상술된 바와 같이, 리소그래피(lithography) 공정은 반도체 소자의 미세화 및 집적도와 직결된 공정이다. 2008년에는 38nm 선폭을 갖는 IC chip이 양산되었으며, 2010년 이후에는 30nm 선폭의 소자들이 양산되고 있다.
이렇게 미세한 선폭을 갖는 반도체 소자를 생성하기 위한 것으로, x-선과 자외선 중간의 전자기파인 극자외선(extreme ultraviolet, EUV)을 이용한 노광 기술이 있다. 이러한 극자외선 광원을 이용하여, 20nm 선폭을 갖는 반도체 소자를 제작할 수 있을 것으로 예상되고 있다
이에 따라, 극자외선을 이용한 노광 기술과 관련된 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 대한 민국 특허 공개 번호 10-2017-0051506(출원번호: 10-2017-7009435, 출원인: 칼 짜이스 에스엠티 게엠베하)에는, a. 적어도 하나의 제 1 그룹 및 제 2 그룹으로 상기 결함들(220, 320, 520, 620, 920)을 분류하는 단계; b. 배열된 상기 흡수재 패턴(170)에 의해 상기 제 1 그룹의 최대수의 결함들을 보상하기 위해 상기 마스크 블랭크(250, 350, 550, 950) 상의 흡수재 패턴(170)의 배열을 최적화하는 단계; 및 c. 상기 마스크 블랭크(250, 350, 550, 950)에 상기 최적화된 흡수재 패턴(170)을 적용하는 단계를 더 포함하는 극자외선 파장 범위용 마스크를 제조하는 방법, 마스크 및 장치가 개시되어 있다.
이 밖에도 극자외선을 이용한 노광 기술과 관련된 다양한 기술들이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 극자외선 노광 공정의 수율을 향상시키는 위상변위 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 패턴 형성을 위한 에칭 공정이 용이한 위상변위 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 세정용액으로부터 손상이 최소화된 위상변위 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 위상변위 마스크를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상변위 마스크는, 광 반사층, 상기 광 반사층 상의 스페이서(spacer) 패턴, 및 상기 광 반사층 상에 배치되고, 백금족 물질을 포함하는 위상변위 패턴을 포함하되, 상기 스페이서 패턴 및 상기 위상변위 패턴이 교대로, 그리고 반복적으로 적층된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스페이서 패턴은, 상기 위상변위 패턴의 두께를 감소시켜 상기 위상변위 패턴이 포함하는 상기 백금족 물질의 결정립 크기를 감소시는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스페이서 패턴은, 상기 위상변위 마스크를 세정하는 경우, 위상변위 마스크 세정용액으로부터 상기 위상변위 패턴의 굴절지수 및 소광계수가 손상받지 않도록 보호하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상변위 패턴의 두께는, 40nm 이하인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상변위 패턴의 두께를 상기 위상변위 패턴의 두께 및 상기 스페이서 패턴의 두께를 더한 값으로 나눈 값은 0.2 초과 0.8 미만인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상변위 마스크는, 상기 스페이서 패턴의 두께가 감소함에 따라, image contrast 값이 증가하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상변위 마스크는, 상기 스페이서 패턴의 두께가 감소함에 따라, threshold-to-size 값이 감소하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스페이서 패턴은, Ti, Mo, TiN, Cr, CrN, CrON, AIN, Si, 또는 Al2O3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 에에 따르면, 상기 백금족 물질은, Pt, Pd, Os, Ir, PtO2, PdO, OsO, 또는 IrO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 위상변위 마스크 제조 방법을 제공한다.
일 실시 에에 따르면, 상기 위상변위 마스크 제조 방법은, 광 반사층을 준비하는 단계, 상기 광 반사층 상에 캐핑(capping)층을 형성하는 단계, 상기 캐핑층 상에 스페이서층 및 위상변위층이 교대로, 그리고 반복적으로 적층된 적층 구조체를 형성하는 단계, 및 상기 적층 구조체를 패터닝하여, 상기 캐핑층 상에 위상변위 패턴 및 스페이서 패턴을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적층 구조체를 패터닝하여, 상기 위상변위 패턴 및 상기 스페이서 패턴을 제조하는 단계는, 플라즈마를 통해 상기 스페이서층 및 상기 위상변위층이 에칭(etching)되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적층 구조체를 형성하는 단계는, 상기 캐핑층 상에 상기 스페이서층을 형성하는 단계, 상기 스페이서층 상에 상기 위상변위층을 형성하는 단계, 및 상기 스페이서층 및 상기 위상변위층을 순차적으로 반복하여 교대로 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광 반사층을 준비하는 단계는, 기판을 준비하는 단계, 및 상기 기판 상에 제1 물질막 및 제2 물질막을 교대로, 그리고 반복적으로 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상변위 마스크 제조 방법은, 상기 스페이서 패턴 및 상기 위상변위 패턴을 세정용액으로 세정하는 단계를 더 포함하되, 상기 스페이서 패턴은, 상기 세정용액으로부터 상기 위상변위 패턴의 굴절지수 및 소광계수가 손상받지 않도록 보호하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 제조 방법은, 광 반사층을 준비하는 단계, 상기 광 반사층 상에 캐핑층을 형성하는 단계, 상기 캐핑층 상에 스페이서층 및 위상변위층이 교대로, 그리고 반복적으로 적층된 적층 구조체를 형성하는 단계, 및 상기 적층 구조체를를 패터닝하여, 상기 캐핑층 상에 스페이서 패턴 및 위상변위 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 스페이서 패턴은, 상기 위상변위 패턴의 두께를 감소시켜 상기 위상변위 패턴이 포함하는 백금족 물질의 결정립 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 스페이서층에 의해 상기 적층 구조체가 용이하게 에칭되어, 상기 캐핑층 상에 상기 스페이서 패턴 및 상기 위상변위 패턴이 용이하게 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 위상변위 패턴에 사용되는 다양한 물질들의 특징을 나타내는 그래프이다.
도 7은 백금족 물질들의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8및 도 9는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 위상변위 마스크 및 바이너리 마스크의 해상도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크를 촬영한 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시 예들에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 스페이서 패턴의 특성을 나타내기 위한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 위상변위 패턴을 촬영한 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시 예 1 에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 스페이서 패턴 및 위상변위 패턴의 두께에 따른 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 위상변위 패턴에 사용되는 다양한 물질들의 특징을 나타내는 그래프이다.
도 7은 백금족 물질들의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8및 도 9는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 위상변위 마스크 및 바이너리 마스크의 해상도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크를 촬영한 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시 예들에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 스페이서 패턴의 특성을 나타내기 위한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 위상변위 패턴을 촬영한 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시 예 1 에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 스페이서 패턴 및 위상변위 패턴의 두께에 따른 특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광 반사층(110R)이 준비된다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 광 반사층(110R)을 준비하는 단계(S100)는, 기판(100)을 준비하는 단계, 및 상기 기판 상에 제1 물질막(111) 및 제2 물질막(112)을 교대로, 그리고 반복적으로 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 물질막(111) 및 상기 제2 물질막(112)은, 단위막(110U, unit layer)을 이룰 수 있다. 상기 단위막(110U)은 상기 기판(100) 상에 복수로 제공될 수 있다. 즉, 상기 광 반사층(110R)은 상기 복수의 단위막(110U)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 반사층(110R)은 40개의 상기 단위막(110U)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 복수의 상기 단위막(110U) 각각의 두께는 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 물질막(111)의 굴절률 및 상기 제2 물질막(112)의 굴절률은 서로 다를 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(111)의 굴절률이 상기 제2 물질막(112)의 굴절률보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질막(111)은 몰리브덴(Mo)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 물질막(112)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(111) 및 상기 제2 물질막(112)의 두께는 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질막(111) 및 상기 제2 물질막(112)의 두께는 3.5 nm 내지 3.6 nm이고, 상기 단위막(110U)의 두께는 7.0 nm 내지 7.2 nm일 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 제1 물질막(111) 및 상기 제2 물질막(112)의 두께가 동일한 경우, 상기 단위막(110U) 전체 두께에서, 상기 제1 물질막(111)이 차지하는 비율은 0.5일 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(111) 및 상기 제2 물질막(112)의 두께는 서로 다를 수 있다.
도 1, 도 3, 및 도 4를 참조하면, 상기 광 반사층(110R) 상에 캐핑층(120, capping layer)이 형성될 수 있다(S200). 상기 캐핑층(120)은 상기 광 반사층(110R)을 보호할 수 있다. 상기 캐핑층(120)은 상기 반사막(110R)에 포함된 상기 제1 물질막(111) 및 상기 제2 물질막(112)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 캐핑층(120)은 루비듐(Ru)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 캐핑층(120)의 두께는, 상기 제1 물질막(111) 및 상기 제2 물질막(112)의 두께보다 얇을 수 있다. 예를 들어, 상기 캐핑층(120)의 두께는 2.5 nm일 수 있다.
상기 캐핑층(120) 상에 적층 구조체(130)가 형성될 수 있다(S300). 상기 적층 구조체(130)는 스페이서층(131) 및 위상변위층(132)이 교대로, 그리고 반복적으로 적층된 것일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적층 구조체(130)를 형성하는 단계(S300)는, 상기 캐핑층(120) 상에 상기 스페이서층(131)을 형성하는 단계, 상기 스페이서층(131) 상에 상기 위상변위층(132)을 형성하는 단계, 및 상기 위상변위층(132) 상에 상기 스페이서층(131) 및 상기 위상변위층(132)을 순차적으로 반복하여 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 캐핑층(120)이 상기 스페이서층(131)과 접촉되도록, 상기 캐핑층(120) 상에 상기 적층 구조체(130)가 형성될 수 있다. 상기 캐핑층(120)이 상기 스페이서층(131)과 접촉되도록, 상기 적층 구조체(130)가 형성됨에 따라, 후술되는 위상변위 마스크의 효율이 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스페이서층(131)은, Ti, Mo, TiN, Cr, CrN, CrON, AIN, Si, 또는 Al2O3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 위상변위층(132)은, 백금족 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 백금족 물질은, Pt, Pd, Os, Ir, PtO2, PdO, OsO, 또는 IrO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 사시도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 적층 구조체(130)를 패터닝하여, 상기 캐핑층(120) 상에 스페이서 패턴(131p) 및 위상변위 패턴(132p)이 형성될 수 있다(S400). 일 실시 예에 따르면, 상기 스페이서 패턴(131p) 및 상기 위상변위 패턴(132p)은, 상기 스페이서층(131) 및 상기 위상변위층(132)이 플라즈마를 통해 에칭(etching)되어 형성될 수 있다.
상기 적층 구조체(130)를 패터닝하여, 상기 캐핑층(120) 상에 상기 스페이서 패턴(131p) 및 상기 위상변위 패턴(132p)을 형성하는 단계를 통해, 상기 실시 예에 따른 위상변위 마스크가 제조될 수 있다. 즉, 상기 위상변위 마스크는 상기 기판(100), 상기 가판(100) 상에 형성된 상기 광 반사층(110R), 상기 광 반사층(110R) 상에 형성된 상기 캐핑층(120), 상기 캐핑층(120) 상에 형성된 상기 스페이서 패턴(131p), 및 상기 스페이서 패턴(131p) 상에 형성된 상기 위상변위 패턴(132p)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스페이서 패턴(131p)은, 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께를 감소시켜, 상기 위상변위 패턴(132p)이 포함하는 상기 백금족 물질의 결정립 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 적층 구조체(130)가 패터닝되어, 상기 위상변위 패턴(132p)이 용이하게 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께가 두꺼운 경우, 상기 백금족 물질의 결정립 크기가 크기 때문에, 상기 적층 구조체(130)가 패터닝 되는 과정에서 상기 위상변위 패턴(132p)이 용이하게 형성되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
이와 달리, 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께가 감소되는 경우, 상기 백금족 물질의 결정립 크기도 감소됨에 따라, 상기 적층 구조체(130)가 패터닝 되는 과정에서 상기 위상변위 패턴(132p)이 용이하게 형성될 수 있다. 하지만, 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께만 감소시키는 경우, 후술되는 상기 위상변위 패턴(132p)이 세정되는 과정에서 손상되는 문제가 발생할 수 있다.
이에 따라, 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께를 감소시키고, 상기 위상변위 패턴(132p)이 세정되는 과정에서 손상을 방지하기 위해, 상기 위상변위 패턴(132p) 상에 상기 스페이서 패턴(131p)이 제공될 수 있다. 즉, 상기 스페이서 패턴(132p)은 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께를 감소시킬 뿐만 아니라, 상기 위상변위 패턴(132p)이 세정되는 과정에서 발생하는 손상 또한 방지할 수 있다.
상기 스페이서 패턴(131p) 및 상기 위상변위 패턴(132p)은, 상기 위상변위 마스크의 흡수 영역과 반사 영역을 정의할 수 있다. 구체적으로, 상기 스페이서 패턴(131p) 및 상기 위상변위 패턴(132p)이 배치된 상기 캐핑층(120) 상의 일 영역은, 극자외선이 흡수되는 상기 흡수 영역으로 정의될 수 있다. 반면, 상기 스페이서 패턴(131p) 및 상기 위상변위 패턴(132p)이 배치되지 않고 노출되는 상기 캐핑층(120) 상의 일 영역은, 극자외선이 반사되는 상기 반사 영역으로 정의될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께는 40nm 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께는 12 nm일 수 있다. 이에 따라, 상기 흡수 영역 및 상기 반사 영역의 위상 차이가 180°로 유지될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 실시 예에 따른 위상변위 마스크는, 상기 스페이서 패턴(131p)의 두께가 감소함에 따라, 상기 위상변위 마스크의 image contrast 값이 증가될 수 있다. 또한, 상기 실시 예에 따른 위상변위 마스크는, 상기 스페이서 패턴(131p)의 두께가 감소함에 따라, 상기 위상변위 마스크의 threshold-to-size 값이 감소될 수 있다.
상기 위상변위 마스크는 image contrast 값이 높을수록, 극자외선 노광 공정에서 더욱 선명한 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 상기 위상변위 마스크는 threshold-to-size 값이 높을수록 공정에 사용되는 빛의 에너지량이 감소됨에 따라 극자외선 노광 공정의 수율이 향상될 수 있다.
이에 따라, 상기 위상변위 마스크는, 극자외선 노광 공정의 수율을 향상시키기 위해, 상기 스페이서 패턴(131p) 및 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께가 제어될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께를 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께 및 상기 스페이서 패턴(131p)의 두께를 더한 값으로 나눈 값은 0.2 초과 0.8 미만일 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께를 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께 및 상기 스페이서 패턴(131p)의 두께를 더한 값으로 나눈 값은 0.2 초과 0.4 미만일 수 있다.
계속해서, 상기 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 제조 방법은, 상기 스페이서 패턴(131p) 및 상기 위상변위 패턴(132p)을 세정용액으로 세정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 스페이서 패턴(131p)은 상기 세정용액으로부터 상기 위상변위 패턴(132p)의 굴절지수 및 소광계수(absorption coefficient)가 손상받지 않도록 보호할 수 있다. 즉, 상기 스페이서 패턴(131p)은 상기 세정용액으로부터 상기 위상변위 패턴(132p)의 광학적, 물리적, 화학적 특성이 손상받지 않도록 상기 위상변위 패턴(132p)을 보호할 수 있다. 예를 들어, 상기 세정용액은 Sulfuric peroxide mixture(SPM) 용액, 또는 Ammonium peroxide mixture(APM, SC-1)일 수 있다.
상술된 실시 예에 따른 위상변위 마스크와 달리, 상기 캐핑층(120) 상에 상기 스페이서 패턴(131p)이 생략되고, 상기 위상변위 패턴(132p)만이 적층된 종래의 위상변위 마스크의 경우, 상기 위상변위 패턴(132p)을 세정하는 과정에서, 세정용액으로부터 상기 위상변위 패턴(132p)이 손상을 받아, 위상변위 마스크의 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 캐핑층(120) 상에 상기 스페이서 패턴(131p)이 생략되고, 상기 위상변위 패턴(132p)만이 적층된 종래의 위상변위 마스크의 경우, 상기 캐핑층(120) 상에 상기 위상변위층(132)이 형성된 후, 이를 패터닝 하는 과정에서 상기 위상변위층(132p)의 에칭이 용이하게 이루어지지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 캐핑층(120) 상에 상기 위상변위 패턴(132p)이 형성이 용이하게 이루어지지 않을 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 제조 방법은, 상기 광 반사층(110R)을 준비하는 단계, 상기 광 반사층(110R) 상에 상기 캐핑층(120)을 형성하는 단계, 상기 캐핑층(120) 상에 상기 스페이서층(131) 및 상기 위상변위층(132)이 교대로, 그리고 반복적으로 적층된 상기 적층 구조체(130)를 형성하는 단계, 및 상기 적층 구조체를(130)를 패터닝하여, 상기 캐핑층(120) 상에 상기 스페이서 패턴(131p) 및 상기 위상변위 패턴(132p)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 스페이서 패턴(131p)은, 상기 위상변위 패턴(132p)의 두께를 감소시켜 상기 위상변위 패턴이 포함하는 상기 백금족 물질의 결정립 크기를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 적층 구조체(130)가 용이하게 에칭되어, 상기 캐핑층(120) 상에 상기 스페이서 패턴(131p) 및 상기 위상변위 패턴(132p)이 용이하게 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1에 따른 위상변위 마스크의 제조
기판이 준비된다. 상기 기판 상에 3.5 nm의 두께를 갖는 몰리브덴(Mo)막 및 3.5 nm의 두께를 갖는 실리콘(Si)막을 교대로, 그리고 반복적으로 40회 적층하였다. 이후, 몰리브덴막 및 실리콘 막이 적층된 구조체 상부면에 2.5 nm의 두께를 갖는 루비듐(Ru)막을 형성시켰다.
루비듐막 형성 이후, 루비듐막 상에 11 nm 의 두께를 갖는 티타늄(Ti)막 및 12 nm의 두께를 갖는 백금(Pt)막을 교대로, 2회 적층한 후, 적층된 티타늄막 및 백금막을 플라즈마를 통해 에칭하여 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크를 제조하였다.
실시 예 2에 따른 위상변위 마스크의 제조
실시 예 1에 따른 위상변위 마스크의 제조 방법으로 제조하되, 루비듐막 형성 이후, 루비듐막 상에 실리콘(Si)막 및 백금(Pt)막을 교대로, 2회 적층한 후, 이를 플라즈마를 통해 에칭하여 실시 예 2에 따른 위상변위 마스크를 제조하였다.
실시 예 3에 따른 위상변위 마스크의 제조
실시 예 1에 따른 위상변위 마스크의 제조 방법으로 제조하되, 루비듐막 형성 이후, 루비듐막 상에 몰리브덴(Mo)막 및 백금(Pt)막을 교대로, 2회 적층한 후, 이를 플라즈마를 통해 에칭하여 실시 예 3에 따른 위상변위 마스크를 제조하였다.
실시 예 4에 따른 위상변위 마스크의 제조
실시 예 1에 따른 위상변위 마스크의 제조 방법으로 제조하되, 루비듐막 형성 이후, 루비듐막 상에 크롬(Cr)막 및 백금(Pt)막을 교대로, 2회 적층한 후, 이를 플라즈마를 통해 에칭하여 실시 예 4에 따른 위상변위 마스크를 제조하였다.
비교 예 1에 따른 바이너리 마스크의 준비
실시 예 1에 따른 루비듐막 상에 탄탈륨 질화물(TaN)막이 형성된 비교 예 1에 따른 위상변위 마스크를 준비하였다.
비교 예 2에 따른 위상변위 마스크의 준비
실시 예 1에 따른 루비듐막 상에 탄탈륨 질화물(TaN)막 및 몰리브덴(Mo)막이 교대로, 그리고 반복적으로 적층된 비교 예 2에 따른 위상변위 마스크를 준비하였다.
비교 예 3에 따른 위상변위 마스크의 준비
실시 예 1에 따른 루비듐막 상에 백금(Pt)막이 형성된 비교 예 3에 따른 위상변위 마스크를 준비하였다.
상기 실시 예 1 내지 4 및 비교 예 1 내지 3에 따른 위상변위 마스크의 구조가 아래 <표 1>을 통해 정리된다.
| 구분 | 마스크 구조 | 마스크 종류 |
| 실시 예 1 | Ti/Pt/Ti/Pt | 위상변위 마스크 |
| 실시 예 2 | Si/Pt/Si/Pt | 위상변위 마스크 |
| 실시 예 3 | Mo/Pt/Mo/Pt | 위상변위 마스크 |
| 실시 예 4 | Cr/Pt/Cr/Pt | 위상변위 마스크 |
| 비교 예 1 | TaN | 바이너리 마스크 |
| 비교 예 2 | Mo/TaN | 위상변위 마스크 |
| 비교 예 3 | Pt | 위상변위 마스크 |
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 위상변위 패턴에 사용되는 다양한 물질들의 특징을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 위상변위 패턴에 사용되는 다양한 물질들의 굴절지수(Refractive index, n) 및 소광계수(Extinction coefficient, k)를 나타내었다. 도 6의 A는 백금족 계열의 물질들을 나타내고, 도 6의 B는 Ta 계열의 물질들을 나타낸다.
도 6에서 확인할 수 있듯이, 백금족 물질들은, 백금족 계열의 물질들이 Ta계열의 물질들보다 n 값은 낮고, k 값은 높은 것을 확인할 수 있었다. 위상변위 마스크에서 n 값은 낮을수록, 흡수영역 및 반사영역에서의 위상차가 180°에 가까워지고, k 값은 높을수록 빛의 흡수력이 향상된다. 따라서, 백금족 물질들은 도 6에서 확인된 바와 같이, 낮은 n 값 및 높은 k 값을 가짐에 따라, 위상변위 마스크의 위상변위 패턴을 구성하는 물질로 우수한 것을 알 수 있다.
도 7은 백금족 물질들의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 0.85 내지 0.95의 굴절지수(n) 값을 갖는 백금족 물질들로 각각 위상변위 마스크를 제조하는 경우, 13.5 nm 파장의 영역에서 위상변위 패턴의 두께(absorber thickness, nm)에 따른 위상차(phase difference, deg)를 나타내었다.
도 7에서 확인할 수 있듯이, 0.92 이하의 굴절지수 값을 갖는 백금족 물질들은, 위상변위 패턴의 두께가 40 nm 이하에서 위상차가 180°를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 위상변위 마스크를 제조하는 경우, 180°의 위상차를 갖기 위해 위상변위 패턴의 두께를 40 nm 이하로 제조해야 하는 것을 알 수 있다.
도 8및 도 9는 본 발명의 실시 예 및 비교 예들에 따른 위상변위 마스크 및 바이너리 마스크의 해상도를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 상기 실시 예 1, 및 비교 예 1 내지 비교 예 3에 따른 위상변위 마스크 및 바이너리 마스크들을 0.33 NA 시스템에서, half-pitch(nm)에 대한 NILS(normalized image log slope) 값을 측정하여 나타내었다.
도 8에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1 및 비교 예 3에 따른 위상변위 마스크는, 12 nm 에서 NILS 값이 2를 초과하지만, 비교 예 1에 따른 바이너리 마스크 및 비교 예 2에 따른 위상변위 마스크는 NILS 값이 2 미만인 것을 확인할 수 있었다.
도 9를 참조하면, 상기 실시 예 1, 및 비교 예 1 내지 비교 예 3에 따른 위상변위 마스크 및 바이너리 마스크들을 0.55 NA 시스템에서, half-pitch(nm)에 대한 NILS(normalized image log slope) 값을 측정하여 나타내었다.
도 9에서 확인할 수 있듯이. 0.55 NA 시스템에서의 half-pitch(nm)에 대한 NILS(normalized image log slope) 값은, 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크, 비교 예 3에 따른 위상변위 마스크, 비교 예 2에 따른 위상변위 마스크, 및 비교 예 1에 따른 바이너리 마스크의 순서대로 큰 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크는, 8 nm, 9 nm, 및 10 nm 의 half-pitch 구간에서 모두 2.0 이상의 NILS 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크는, 8 nm half-pitch의 극자외선 노광 공정에서 용이하게 사용 가능한 것을 알 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크를 촬영한 사진이다.
도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 서로 다른 패턴의 크기를 갖는 상기 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크 두개를, 각각 SEM(scanning electron microscope) 촬영하였다.
도 10의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크는 패턴 사이의 폭이 40 nm이고, 패턴의 넓이가 90 nm인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 10의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 도 10의 (a)와 서로 다른 패턴의 크기를 갖는 상기 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크는, 패턴 사이의 폭이 40 nm 이고, 패턴의 넓이가 340 nm 인 것을 확인할 수 있었다.
도 11은 본 발명의 실시 예들에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 스페이서 패턴의 특성을 나타내기 위한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 상기 실시 예 1 내지 4에 따른 위상변위 마스크, 및 비교 예 1 에 따른 바이너리 마스크를, 8X 렌즈를 사용한 경우와 anamorphic 렌즈를 사용한 경우에 대해, half-pitch(nm)에 따른 NILS(normalized image log slope) 값을 나타내었다.
도 11에서 확인할 수 있듯이, 상기 비교 예 1에 따른 바이너리 마스크의 경우, 8X 렌즈 및 anamorphic 렌즈 모두에서 NILS 값이 2 미만으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 상기 실시 예 1 내지 실시 예 4에 따른 위상변위 마스크의 경우, 8X 렌즈 및 anamorphic 렌즈 모두에서 NILS 값이 2 초과로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예들에 따른 위상변위 마스크의 경우, 스페이서 패턴이 위상변위 패턴의 굴절지수 및 소광계수에 미치는 영향이 극히 적은 것을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 위상변위 패턴을 촬영한 사진이다.
도 12의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크의 제조한 직후, 제조된 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크를 SC-1 세정용액으로 세정한 후, 및 제조된 실시 예 1 에 다른 위상변위 마스크를 SPM 세정용액으로 세정한 후에 대해 각각, 위상변위 마스크가 포함하는 위상변위 패턴의 표면을 SEM 촬영하였다.
도 12의 (a) 내지 (c)에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 위상변위 패턴은, SC-1 또는 SPM 세정용액에 의하여 세정됨에도 불구하고, 위상변위 패턴이 손상되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 스페이서 패턴은, 마스크 세정용액으로부터 위상변위 패턴이 손상받지 않도록 보호하는 것을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예 1 에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 스페이서 패턴 및 위상변위 패턴의 두께에 따른 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크가 포함하는 스페이서 패턴 및 위상변위 패턴의 두께에 따른 Image contrast 값과 Threshold to size 값을 측정하여 나타내었다. 도 13에 표시된 Gamma ratio는 위상변위 패턴의 두께를 위상변위 패턴의 두께 및 스페이서 패턴의 두께를 더한 값으로 나눈 값을 의미한다.
도 13에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 위상변위 마스크의 경우, 스페이서 패턴의 두께가 감소함에 따라, Image contrast 값이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 스페이서 패턴의 두께가 감소함에 따라, Threshold to size 값이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예 1 에 다른 위상변위 마스크의 경우, Gamma ratio 값이 0.2 초과 0.8 미만이 되도록 스페이서 패턴의 두께 및 위상변위 패턴의 두께를 제어하는 것이, 위상변위 마스크의 성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 기판
111: 제1 물질막
112: 제2 물질막
110U: 단위막
110R: 광 반사층
120: 캐핑층
130: 적층 구조체
131: 스페이서층
132: 위상변위층
131p: 스페이서 패턴
132p: 위상변위 패턴
111: 제1 물질막
112: 제2 물질막
110U: 단위막
110R: 광 반사층
120: 캐핑층
130: 적층 구조체
131: 스페이서층
132: 위상변위층
131p: 스페이서 패턴
132p: 위상변위 패턴
Claims (14)
- 광 반사층;
상기 광 반사층 상의 스페이서(spacer) 패턴; 및
상기 광 반사층 상에 배치되고, 백금족 물질을 포함하는 위상변위 패턴을 포함하고,
상기 스페이서 패턴 및 상기 위상변위 패턴이 교대로, 그리고 반복적으로 적층된 것을 포함하되,
상기 위상변위 패턴의 두께를 상기 위상변위 패턴의 두께 및 상기 스페이서 패턴의 두께를 더한 값으로 나눈 값은 0.2 초과 0.4 미만인 것을 포함하는 위상변위 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 스페이서 패턴은, 상기 위상변위 패턴의 두께를 감소시켜 상기 위상변위 패턴이 포함하는 상기 백금족 물질의 결정립 크기를 감소시키는 것을 포함하는 위상변위 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 스페이서 패턴은, 상기 위상변위 마스크를 세정하는 경우, 위상변위 마스크 세정용액으로부터 상기 위상변위 패턴의 굴절지수 및 소광계수가 손상받지 않도록 보호하는 것을 포함하는 위상변위 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 위상변위 패턴의 두께는, 40nm 이하인 것을 포함하는 위상변위 마스크.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 스페이서 패턴의 두께가 감소함에 따라, image contrast 값이 증가하는 것을 포함하는 것을 포함하는 위상변위 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 스페이서 패턴의 두께가 감소함에 따라, threshold-to-size 값이 감소하는 것을 포함하는 위상변위 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 스페이서 패턴은, Ti, Mo, TiN, Cr, CrN, CrON, AIN, Si, 또는 Al2O3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 위상변위 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 백금족 물질은, Pt, Pd, Os, Ir, PtO2, PdO, OsO, 또는 IrO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 위상변위 마스크.
- 광 반사층을 준비하는 단계;
상기 광 반사층 상에 캐핑(capping)층을 형성하는 단계;
상기 캐핑층 상에 스페이서층 및 위상변위층이 교대로, 그리고 반복적으로 적층된 적층 구조체를 형성하는 단계; 및
상기 적층 구조체를 패터닝하여, 상기 캐핑층 상에 위상변위 패턴 및 스페이서 패턴을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 위상변위 패턴의 두께를 상기 위상변위 패턴의 두께 및 상기 스페이서 패턴의 두께를 더한 값으로 나눈 값은 0.2 초과 0.4 미만인 것을 포함하는 위상변위 마스크 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 적층 구조체를 패터닝하여, 상기 위상변위 패턴 및 상기 스페이서 패턴을 제조하는 단계는, 플라즈마를 통해 상기 스페이서층 및 상기 위상변위층이 에칭(etching)되는 것을 포함하는 위상변위 마스크 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 적층 구조체를 형성하는 단계는,
상기 캐핑층 상에 상기 스페이서층을 형성하는 단계;
상기 스페이서층 상에 상기 위상변위층을 형성하는 단계; 및
상기 스페이서층 및 상기 위상변위층을 순차적으로 반복하여 교대로 적층하는 단계를 포함하는 위상변위 마스크 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 광 반사층을 준비하는 단계는,
기판을 준비하는 단계; 및
상기 기판 상에 제1 물질막 및 제2 물질막을 교대로, 그리고 반복적으로 적층하는 단계를 포함하는 위상변위 마스크 제조 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 스페이서 패턴 및 상기 위상변위 패턴을 세정용액으로 세정하는 단계를 더 포함하되,
상기 스페이서 패턴은, 상기 세정용액으로부터 상기 위상변위 패턴의 굴절지수 및 소광계수가 손상받지 않도록 보호하는 것을 포함하는 위상변위 마스크 제조 방법.
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| KR1020180004426A KR102051730B1 (ko) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 스페이서 패턴 및 위상변위 패턴을 포함하는 위상변위 마스크 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180004426A KR102051730B1 (ko) | 2018-01-12 | 2018-01-12 | 스페이서 패턴 및 위상변위 패턴을 포함하는 위상변위 마스크 및 그 제조 방법 |
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2018
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| KR20190086195A (ko) | 2019-07-22 |
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