KR102285098B1 - 극자외선용 반사형 블랭크 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
EUV 용 블랭크마스크는, 기판 상에 적층된 반사막, 및 반사막 상에 적층된 흡수막을 포함한다. 흡수막은 복수의 흡수층과 하나 이상의 중간층이 교대로 배치된 구조를 가진다. 각각의 흡수층은 Pt 또는 Pt 에 경원소 물질이 포함된 Pt 화합물로 구성되고, 중간층은 Pt 를 제외한 금속물질 또는 상기 금속물질에 경원소 물질이 포함된 금속 화합물로 구성된다. 흡수막이 충분한 흡수율을 가지면서도 흡수막의 박막화가 가능하여 Shadowing Effect 가 최소화되고, 이에 따라 미세한 회로 패턴을 정밀하게 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 제조에 사용되는 극자외선(이하 EUV : Extreme Ultra Violet) 광을 노광광으로 사용하는 EUV 용 블랭크마스크에 관한 것이다.
반도체 회로 패턴의 미세화를 위하여 노광광으로서 13.5nm 의 극자외선(EUV : Extreme Ultra-Violet)의 사용이 추구되고 있다. EUV 를 이용하여 기판에 회로패턴을 형성하기 위한 포토마스크의 경우 노광광을 반사시켜 웨이퍼에 조사하는 반사형 포토마스크가 주로 사용된다. 도 1 은 반사형 포토마스크의 제작을 위한 반사형 블랭크마스크의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1 에 도시된 바와 같이, EUV 용 반사형 블랭크마스크는 기판(102), 기판(102)상에 적층된 반사막(104), 반사막(104) 위에 형성된 흡수막(106), 및 흡수막(106) 위에 형성된 레지스트막(108)을 포함하여 구성된다. 반사막(104)은 예컨대 Mo 로 이루어진 반사층과 Si 로 이루어진 반사층이 교대로 수십층 적층된 구조로 형성되며, 입사되는 노광광을 반사시키는 기능을 한다. 흡수막(106)은 통상적으로 TaBN 재질 또는 TaBON 재질로 형성되며, 입사된 노광광을 흡수하는 역할을 한다. 레지스트막(108)은 흡수막(106)을 패터닝하기 위해 사용된다. 흡수막(106)이 소정의 형상으로 패터닝됨에 따라 블랭크마스크가 포토마스크로 제작되며, 이러한 포토마스크에 입사되는 EUV 노광광은 흡수막(106)의 패턴에 따라 흡수 또는 반사된 후 반도체 웨이퍼상에 조사된다.
이러한 반사형 EUV 용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크를 사용하여 반도체칩을 제작할 때, EUV 는 통상적으로 포토마스크의 상면에서 6°의 각도를 가지도록 구배된 방향에서 입사된다. 따라서 흡수막(106)의 두께가 두꺼운 경우 흡수막(106)에 의한 그림자 효과(Shadowing Effect)로 인하여 반도체 회로의 정밀도가 떨어지고, 회로의 가로와 세로의 선폭이 차이가 발생하게 된다. 그림자 효과를 줄이기 위해서, 흡수막(106)의 두께는 가급적 얇은 것이 바람직하다. 반면에, 흡수막(106)은 고정밀도의 패터닝을 위해서 노광광에 대한 흡수율이 높아야 한다. 높은 흡수율은 두꺼운 두께를 요구한다.
종래의 반사형 EUV 용 블랭크마스크에서는 흡수막(106)의 재질로 주로 Ta 계열의 물질이 사용되었다. Ta 계열의 물질의 경우 흡수 계수의 한계로 인하여 흡수막(106)의 두께를 줄이는 데에 한계가 있으며, 요구되는 흡수율을 충족하기 위한 최소 두께로서 70nm 까지 줄일 수 있다. 그러나 70nm 의 두께에서는 Shadowing Effect 로 인하여 원하는 수준의 회로 정밀도를 얻기 어려우므로, 바람직하게는 50nm 이하, 더욱 바람직하게는 40nm 이하의 두께를 갖는 흡수막(106)이 요구된다.
흡수막(106)의 두께를 줄이기 위해서는 EUV 파장에 대해 높은 소멸계수(k)를 가지는 물질이 채용되는 것이 바람직하다. 이러한 물질로서 Pt 가 고려될 수 있다. 그러나 Pt 의 경우 박막의 형성을 위한 스퍼터링 과정에서 결정화(Crystallization)의 문제가 있다. 즉, Pt 재질의 층은 박막 형성 과정에서 결정화되어 포토마스크 제작 공정 중에 식각 및 repair 공정이 불가능해진다. 따라서 Pt 재질로 흡수막(106)을 형성함으로써 박막 두께를 얇게 할 수 있으면서도, 결정화 문제가 발생하지 않도록 하여 제작 공정에서의 식각 및 repair 가 용이한 구조를 갖도록 하는 방안이 필요하다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 충분한 흡수율을 가지면서도 흡수막의 두께가 얇도록 하여 Shadowing Effect 가 최소화되고, 이에 따라 미세한 회로 패턴을 정밀하게 형성할 수 있는 포토마스크의 제작이 가능한 블랭크마스크를 제공하는 것이다.
본 발명은, 기판, 상기 기판 상에 적층된 반사막, 상기 반사막 상에 적층된 흡수막을 포함하며, 상기 흡수막은 복수의 흡수층과 하나 이상의 중간층이 교대로 배치된 구조를 가지며, 각각의 상기 흡수층은 Pt 또는 Pt 에 경원소 물질이 포함된 Pt 화합물로 구성되고, 상기 중간층은 Pt 를 제외한 금속물질 또는 상기 금속물질에 경원소 물질이 포함된 금속 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크를 제안한다.
상기 금속물질은, Cr, Ti, Mo, Al 중 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 경원소 물질은 C, N, O 중 하나 이상을 포함한다.
상기 흡수막은 50nm 이하의 두께를 갖는다.
상기 흡수막은 EUV 노광광에 대해 10% 이하의 반사율을 갖는다.
상기 흡수막은 상기 반사막에서 반사되는 반사광과의 위상차가 170~230°가 되도록 구성된다.
각각의 상기 흡수층은 5~15nm 의 두께를 갖는다.
상기 흡수층은 EUV 노광광에 대해 0.04 이상의 소멸계수를 갖는다.
상기 흡수층은 0.94 이하의 굴절률을 갖는다.
각각의 상기 중간층은 5~15nm 의 두께를 갖는다.
상기 중간층은 EUV 노광광에 대해 0.0005 이상의 소멸계수를 갖는다.
상기 중간층은 1 이하의 굴절률을 갖는다.
상기 반사막은 각 층의 굴절률이 상이한 다층막 구조를 갖는다.
상기 반사막은 Mo 재질의 층과 Si 재질의 층이 교대로 배치된 구조를 갖는다.
상기 Mo 재질의 층과 상기 Si 재질의 층은 각각 2~4nm 및 3~5nm 의 두께를 갖는다.
상기 반사막은 1000nm 이하의 표면 TIR 을 갖는다.
상기 반사막은 0.5nmRa 이하의 표면 거칠기를 갖는다.
상기 반사막의 최상부에는 상기 반사막의 산화 방지를 위한 보호막이 형성된다.
본 발명의 EUV 용 블랭크마스크는, 상기 반사막의 상부에 형성되어 상기 흡수막의 패터닝을 위한 식각 공정 또는 세정 공정 시에 상기 반사막을 보호하기 위한 캡핑막을 더 포함할 수 있다.
상기 캡핑막은 Ru 및 Nb 중 적어도 어느 하나, 또는 Ru 또는 Nb 에 C, N, O 중 어느 하나 이상이 포함된 Ru 화합물 및 Nb 화합물 중 적어도 어느 하나로 형성된다.
상기 캡핑막은 1~10nm 의 두께를 갖는다.
상기 캡핑막은 상기 흡수막 내의 상기 캡핑막과 접하는 층에 대해 10 이상의 식각 선택비를 갖는다.
본 발명의 EUV 용 블랭크마스크는, 상기 흡수막 상에 형성된 식각저지막을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 식각저지막은 상기 흡수막에 대해 10 이상의 식각 선택비를 갖는다.
상기 식각저지막은 5~20nm 의 두께를 갖는다.
상기 식각저지막은 Si 또는 Si 에 C, N, O 중 적어도 하나 이상이 포함된 Si 화합물로 형성된다.
본 발명의 EUV 용 블랭크마스크는, 상기 기판의 후면에 형성되는 도전막을 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기와 같은 구성을 갖는 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크가 제공된다.
본 발명의 블랭크마스크는, 충분한 흡수율을 가지면서도 흡수막의 박막화가 가능하여 Shadowing Effect 가 최소화되고, 이에 따라 미세한 회로 패턴을 정밀하게 형성할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 종래의 일반적인 EUV 용 반사형 블랭크마스크의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 EUV 용 반사형 블랭크마스크의 구조를 도시한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 EUV 용 반사형 블랭크마스크의 구조를 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 가진자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
도 2 는 본 발명에 따른 EUV 용 반사형 블랭크마스크의 구조를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 EUV 용 반사형 블랭크마스크는 기판(202), 기판(202)상에 적층된 반사막(204), 반사막(204) 위에 적층된 흡수막(206), 및 흡수막(206) 위에 형성된 레지스트막(208)을 주된 막들로서 구비한다. 또한 본 발명의 블랭크마스크는, 기판(202)의 후면에 형성된 도전막(201), 반사막(204)과 흡수막(206) 사이에 형성된 캡핑막(205), 및 흡수막(206)과 레지스트막(208) 사이에 형성된 식각저지막(207)을 추가적으로 구비한다.
기판(202)은 EUV 노광광을 이용하는 반사형 블랭크마스크용 글래스 기판으로서 적합하도록 노광 시의 열에 의한 패턴의 변형 및 스트레스를 방지하기 위해 0±1.0×10-7/℃ 범위 내의 저 열팽창 계수를 가지며, 바람직하게는 0±0.3×10-7/℃ 범위 내의 저 열팽창 계수를 갖는 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판으로 구성된다. 기판(202)의 소재로서는 SiO2-TiO2계 유리, 다성분계 유리 세라믹 등을 이용할 수 있다.
기판(202)은 노광 시 반사광의 정밀도를 높이기 위하여 높은 평탄도(Flatness)가 요구된다. 평탄도는 TIR(Total Indicated Reading) 값으로 표현되고, 기판(202)은 낮은 TIR 값을 갖는 것이 바람직하다. 기판(202)의 평탄도는 132mm2 영역 또는 142mm2 영역에서 100㎚ 이하, 바람직하게는 50㎚ 이하이다.
반사막(204)은 EUV 노광광을 반사하는 기능을 가지며, 각 층의 굴절률이 상이한 다층막 구조를 갖는다. 구체적으로는, 반사막(204)은 Mo 재질의 층과 Si 재질의 층을 교대로 40층 내지 60층 적층하여 형성한다. 반사막(204)은 이미지 감도(Image Contrast)를 좋게 하기 위하여 13.5㎚ 파장에 대한 높은 반사율이 요구되는데, 이러한 다층 반사막의 반사 강도(Reflection Intensity)는 노광광의 입사 각도 및 각 층의 두께에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 노광광의 입사 각도가 5∼6˚일 경우, Mo 층 및 Si 층이 각각 2.8㎚, 4.2㎚의 두께로 형성되는 것이 바람직하나, High NA(Numerical Aperture) 공법 적용을 위한 렌즈의 확대로 입사 각도가 8∼14˚로 넓어질 경우에는 입사 각도에 최적화된 반사 강도를 가지기 위하여 Mo 층은 2∼4㎚, Si 층은 3∼5㎚의 두께로 형성될 수 있다.
반사막(204)은 13.5㎚ 의 EUV 노광광에 대하여 65% 이상의 반사율을 갖는 것이 바람직하다.
반사막(204)은 표면 TIR 이 1,000㎚ 이하의 값을 가지며, 바람직하게는 500㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 300㎚ 이하의 값을 갖는다. 반사막(204)의 표면 평탄도가 나쁜 경우 EUV 노광광이 반사되는 위치의 에러를 유발하며, 위치 에러가 높을수록 CD(Critical Dimension) 위치 에러(Position Error)를 유발하기 때문이다.
반사막(204)은 EUV 노광광에 대한 난반사를 억제하기 위하여 표면 거칠기(Surface Roughness)가 0.5㎚Ra 이하, 바람직하게, 0.3㎚Ra 이하, 더욱 바람직하게, 0.1㎚Ra 이하의 값을 갖는다.
한편, 반사막(204)의 최상부층은 보호막(204a)으로 구성된다. 보호막(204a)은 반사막(204)의 산화를 방지하는 기능을 한다. 반사막(204)은 Mo 층이 대기에 접촉하면 쉽게 산화되어 반사율이 저하되기 때문에 산화 방지를 위해서 보호막(204a)이 형성되는 것이 바람직하다. 보호막(204a)은 Si 재질로 형성된다.
캡핑막(205)은 반사막(204) 상에 형성되어 흡수막(206)의 패터닝을 위한 드라이 에칭(Dry Etching) 공정 또는 세정(Cleaning) 공정 시 하부의 반사막(204)을 보호하는 역할을 한다. 이를 위해, 캡핑막(104)은 Ru 및 Nb 중 적어도 어느 하나, 또는 Ru 또는 Nb 에 C, N, O 중 어느 하나 이상이 포함된 Ru 화합물 및 Nb 화합물 중 적어도 어느 하나로 형성된다. 이때 주원소인 Ru 또는 Nb 는 60at% 이상의 함유량을 갖는 것이 바람직하다. 또한 캡핑막(205)은 그 상부의 흡수막(206) 내의 캡핑막(205)과 접하는 층, 즉 흡수막(206) 내의 최하부 층에 대해 10 이상의 식각 선택비를 갖는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20 이상의 식각 선택비를 갖는다. 식각 선택비가 큰 경우, 상부의 흡수막(206)의 패터닝 공정 시 캡핑막(205)의 식각이 방지되어 하부의 반사막(204)을 적절히 보호할 수 있게 된다.
캡핑막(205)은 1~10nm 의 두께를 가지며, 바람직하게는 1~5nm 의 두께를 갖는다. 캡핑막(205)은 그 두께가 1㎚ 이하인 경우 그 상부의 흡수막(206)의 패터닝 공정 시 식각 조건(예를 들어, Over Etching 등)을 고려하였을 때 하부에 형성된 반사막(204)을 보호하기 어려우며, 그 두께가 10㎚ 이상인 경우 13.5㎚의 노광광의 반사율이 감쇄되어 최종적으로 이미지 감도(Image Contrast)가 감소하는 문제를 유발한다.
흡수막(206)은 캡핑막(205) 상에 형성되며 노광광을 흡수하는 역할을 한다. 구체적으로는, 흡수막(206)은 13.5㎚ 파장의 EUV 노광광에 대해 10% 이하의 반사율, 바람직하게는 1~8% 의 반사율을 가지며, 이에 따라 노광광의 대부분을 흡수한다.
흡수막(206)은 또한 그 하부의 캡핑막(205)에서 발생하는 반사광과의 위상 차이를 이용한 상쇄간섭 효과를 가질 수 있다. 흡수막(206)은 캡핑막(205)에서 반사되는 반사광 대비 170∼230°의 위상차를 가지며, 바람직하게는 175∼185°의 위상차를 갖는다.
또한, 흡수막(206)은 50nm 이하의 두께를 가지며, 바람직하게는 40nm 이하의 두께를 갖는다.
흡수막(206)은 복수의 흡수층(206b)과 하나 이상의 중간층(206a)이 교대로 배치된 구조를 가진다. 바람직하게는 흡수층(206b)과 중간층(206a)은 4층 이상으로 적층된다.
흡수층(206b)은 주로 13.5nm 노광광을 흡수하는 역할을 수행한다. 각각의 흡수층(206b)은 Pt 또는 Pt 에 경원소 물질이 포함된 Pt 화합물로 구성된다. Pt 는 소멸계수가 높으므로, 바람직하게는 흡수층(206b)은 경원소 물질이 함유되지 않은 Pt 단독으로 구성한다. Pt 단독으로 구성할 경우 소멸계수(k) 값이 높아 얇은 두께의 흡수층(206b)으로도 충분한 차광 효과를 얻을 수 있고, 따라서 종국적으로 흡수막(206) 전체의 두께가 더욱 박막화될 수 있다. 흡수층(206b)의 두께를 충분히 얇게 하기 위하여, 흡수층(206b)은 EUV 노광광에 대해 0.04 이상의 소멸계수를 가지도록 하는 것이 바람직하다. 각각의 흡수층(206b)은 5~15nm 의 두께를 갖는다.
또한, 흡수층(206b)은 전체 흡수막(206)이 전술한 170~230°의 위상반전 효과를 가지도록 하기 위하여 0.94 이하의 굴절률을 갖는다.
중간층(206a)은 각 흡수층(206b)들의 사이에 배치된다. 중간층(206a)은 각 흡수층(206b)의 형성 공정에서 흡수층(206b)의 결정화를 방지하는 역할을 한다. 중간층(206a)은 또한 최하부 흡수층(206a)과 캡핑층(205) 사이에도 배치된다. 최하부의 중간층(206a)은 흡수층(206b)의 결정화 방지와는 무관하나, 전체 흡수막(206)의 노광광 흡수 효과를 보충함으로써 광학적 효과를 더욱 개선하는 기능을 한다.
또한 중간층(206a)은 흡수막(206)의 위상차를 조절하는 역할을 한다. 중간층(206a)은 전체 흡수막(206)이 전술한 170~230°의 위상반전 효과를 가지도록 하기 위하여 1 이하의 굴절률을 갖는다.
중간층(206a)은 Pt 를 제외한 금속물질 또는 상기 금속물질에 경원소 물질이 포함된 금속 화합물로 구성된다.
여기에서 금속물질은, Cr, Ti, Mo, Al 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. Cr, Ti, Mo, Al 은 높은 흡수율을 가지므로 중간층(206a)에서의 노광광 흡수 효과를 높일 수 있고, 따라서 전체 흡수막(206)을 더욱 박막화할 수 있다. 이들 금속물질 중에서 Cr 이 가장 바람직하다. Cr 은 내화학성이 우수하고 중간층(206a) 상부의 Pt 재질의 흡수층(206b) 및 중간층(206a) 하부의 캡핑층(205)의 접착성이 우수하다.
또한 경원소 물질은 C, N, O 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 경원소 물질을 포함하는 경우 중간층(206a)은 건식 식각 공정 시 산소 가스를 제외할 수 있고, 이에 따라 하부 캡핑막(206) 표면의 손상(damage)이 최소화된다.
각각의 중간층(206a)은 5~15nm 의 두께를 갖는다. 박막화를 위하여, 중간층(206a)은 EUV 노광광에 대해 0.0005 이상의 소멸계수를 갖는 것이 바람직하며, 0.01 이상의 소멸계수를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
중간층(206a)은 염소 계열 가스에 의해 식각되며, 흡수층(206b) 또한 염소 계열 가스에 식각되는 특성을 가진다. 따라서 흡수막(206) 전체를 하나의 식각 공정에 의해 식각하여 패터닝할 수 있다.
식각저지막(207)은 선택적으로 형성된다. 레지스트막(208)의 패턴을 이용하여 흡수막(206)을 식각할 때, 흡수막(206)의 식각 공정에서 레지스트막(208)이 점차 식각에 의해 손상되어 흡수막(206) 식각용 마스크로서 정상적으로 기능하지 못할 수 있다. 이를 방지하기 위해 레지스트막(208)을 두껍게 형성할 경우에는 흡수막(206)의 패턴의 정밀도가 저하된다. 따라서, 본 발명에서는 식각저지막(207)을 형성함으로써 레지스트막(208) 패턴을 이용하여 먼저 식각저지막(207)을 식각함으로써 식각저지막(207)의 패턴을 형성하고, 레지스트막(208)의 패턴과 식각저지막(207)의 패턴을 함께 식각마스크로 이용하여 흡수막(206)을 식각한다.
식각저지막(207)은 흡수막(206) 상에 형성되며 5~20nm 의 두께를 갖는다. 식각저지막(207)은 흡수막(206)에 대해 10 이상의 식각 선택비를, 바람직하게는 20 이상의 식각 선택비를 갖는다. 식각저지막(207)은 Si 로 형성되거나 Si 에 C, N, O 중 적어도 하나 이상이 포함된 Si 화합물로 형성되는 것이 바람직하며, 이때 주원소인 Si 가 20at% 이상의 함유량을 갖는 것이 바람직하다. 식각저지막(207)은 그 상부를 HMDS 처리와 같은 표면처리를 함으로써 레지스트막(208)과의 접착력을 향상시킬 수 있다.
레지스트막(208)은 화학증폭형 레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)로 구성된다. 레지스트막(208)은 150㎚ 이하의 두께를 갖고, 바람직하게, 100㎚ 이하의 두께를 갖는다.
도전막(201)은 기판(201)의 후면에 형성된다. 도전막(201)은 낮은 면저항 값을 가져 정전척(Electronic-Chuck)과 EUV 용 블랭크마스크의 밀착성을 향상시키며, 정전척과의 마찰에 의해 파티클이 발생하는 것을 방지하는 기능을 한다. 도전막(201)은 100Ω/□ 이하의 면저항을 가지며, 바람직하게는, 50Ω/□ 이하, 더욱 바람직하게는 20Ω/□ 이하의 면저항을 갖는다.
도전막(201)은 단일막, 연속막, 또는 다층막의 형태로 구성될 수 있다. 도전막(201)은, 예를 들어, Cr 을 주성분으로 하여 형성될 수 있고, 2층의 다층막으로 구성되는 경우 하부층은 Cr 및 N 을 포함하고, 상부층은 Cr, N, 및 O 를 포함하여 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하면, 흡수막(206)이 Pt 를 포함한 재질로 구성되므로 흡수막(206)의 전체 두께를 50nm 이하로 구성하여도 흡수막(206)에 요구되는 충분한 차광 효과를 얻을 수 있다. 따라서 종래의 TaBN 또는 TaBON 재질로 형성된 70nm 두께의 흡수막에 비하여 Shadowing Effect 를 현저하게 줄일 수 있다.
구체적인 일 예로서, 도 2 에 도시된 바와 같이 흡수막(206)을 두 개의 흡수층(206b)과 두 개의 중간층(206a)을 갖도록 구성하되, 각 층(206a, 206b)의 두께를 9nm 로 형성한다. 이에 따라 흡수층(206b)은 총 18nm 의 두께를 갖고 중간층(106a)도 총 18nm 의 두께를 가지며, 흡수막(206) 전체는 36nm 의 두께를 갖는다. 만약 흡수막(206) 전체를 Pt 재질로 구성한다면 요구되는 차광성을 충족하기 위해서는 흡수막(206)은 예컨대 30nm 이상의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 그러나, Pt 재질의 층은 10nm 이상의 두께가 될 경우 결정화 문제가 발생한다.
본 발명에서는 9nm 두께의 흡수층(206a)들이 두 개 구비되고 흡수층(206a)들의 사이 및 하부의 흡수층(206a)과 캡핑층(205)의 사이에 중간층(206b)이 개재되어 있으므로, 개개의 흡수층(206a)은 9nm 의 두께를 갖도록 구성되고, 이에 따라 흡수층(206a)의 형성 과정에서 결정화가 발생하지 않게 된다. 한편, 총 18nm 두께의 중간층(206b)은 약 12nm 두께의 Pt 재질의 층에 해당되는 차광성을 발휘하며, 이에 따라 총 36nm 두께의 흡수막(206)은 Pt 재질로만 이루어진 총 30nm 두께의 흡수막에 해당되는 차광성을 갖게 된다.
따라서 본 발명에 의하면 36nm 두께의 흡수막(206)을 통해 30nm 두께의 Pt 재질만으로 이루어진 흡수막의 기능을 구현하면서도 Pt 재질의 결정화에 의한 식각 장애 및 repair 불가능의 문제가 발생하지 않게 된다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 구현 예를 기술한다.
Example 1.
SiO2-TiO2계 기판(202)의 후면에 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 장비를 이용하여 Cr을 주성분으로 하는 하부층과 상부층의 2층 구조를 갖는 도전막(201)을 형성하였다. 상·하부층의 도전막은 모두 Cr 타겟을 이용하여 형성하ㅇ였다. 하부층의 도전막은 공정 가스로 Ar : N2 = 5sccm : 5sccm 를 주입하고, 공정 파워 1.4㎾ 를 사용하여 51㎚ 의 두께를 갖는 CrN 막으로 형성하였다. 상부층의 도전막은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 7sccm : 7sccm 주입하고, 공정 파워는 1.4㎾ 를 사용하여 15㎚ 의 두께를 갖는 CrON 막으로 형성하였다. 도전막(201)의 면저항을 4-Point Probe를 이용하여 측정한 결과 22.6Ω/□ 의 면저항값을 나타내어 정전척과의 결합에 문제가 없고 도전막으로 사용하기에 문제가 없음을 확인하였다.
도전막(101)이 형성된 기판(202)의 전면에 Mo 층과 Si 층을 교대로 적층하여 40층의 다층 반사막(204)을 형성하였다. 다층 반사막(204)은 이온 빔 증착-저밀도결함(Ion Beam Deposition-Low Defect Density, 이하, IBD-LDD) 장비에 Mo 타겟과 Si 타겟을 장착한 후, Ar 가스 분위기에서 Mo 층 및 Si 층을 교대로 성막하여 형성하였다. 자세하게, 다층 반사막(204)은 Mo 층을 2.8㎚ 로 우선 성막하고, Si 층을 4.2㎚ 로 성막하며, Mo 층 및 Si 층을 1주기로 하여 40주기를 반복성막하여 형성하였다. 다층 반사막(103)은 표면 산화를 억제하기 위하여 최종 표면에 Si 재질의 보호막(204a)으로 형성하였다.
다층 반사막(204)에 대한 반사율을 EUV Reflectometer 장비를 이용하여 13.5㎚ 에서 측정한 결과, 67.7% 를 나타내었으며, 박막 스트레스를 Ultra-flat 장비를 이용하여 측정한 결과 TIR 이 625㎚ 를 나타내었다. 이후 AFM 장비를 이용하여 표면 거칠기를 측정한 결과, 0.125㎚Ra 를 나타내었다.
다층 반사막(204) 상에 IBD-LDD 장비를 이용하고 Ru 타겟을 이용하여 질소 분위기에서 2.5㎚ 두께의 RuN 으로 이루어진 캡핑막(205)을 형성하였다. 캡핑막(205)의 형성 후, 다층 반사막(204)과 동일하게 반사율을 측정한 결과 13.5㎚ 의 파장에서 66.8% 의 반사율을 나타내어 반사율 손실이 거의 없음을 확인하였다.
캡핑막(205) 상에 DC 마그네트론 스퍼터링 설비를 이용하여 중간층(206a) 및 흡수층(206b) 적층 구조 이루어진 4층 구조의 흡수막(206)을 형성하였다. 구체적으로는, 캡핑막(205) 상에 Cr 타겟을 이용하여, 공정 가스로 Ar = 8sccm 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾ 를 사용하여 7.5㎚ 두께의 Cr 로 이루어진 중간층(206a)을 형성하였다. 이후, 스퍼터링 챔버를 이동하여 Pt 타겟을 이용하여, 공정 가스로 Ar = 8sccm 를 주입하고, 공정 파워는 0.8㎾ 를 사용하여 9㎚ 두께의 Pt 로 이루어진 흡수층(206b)을 형성하였다. 흡수층(206b) 상에 동일 조건의 중간층(206a)과 흡수층막(206b) 을 적층하여 총 33nm 두께의 4층 구조의 흡수막(206)을 형성하였다.
중간층(206a)과 흡수층(206b)의 4층 적층구조로 제조된 흡수막(206)은 13.5㎚ 파장에 대하여 2.2% 의 반사율을 나타내었으며, 캡핑막(205)에서 반사된 반사광에 대한 위상차가 183°를 나타내었다. 그 결과로서, 흡수막(206)의 흡수층(206b) 또는 중간층(206a)의 두께 조절을 통하여 반사율 1∼10% 범위, 위상차를 170∼190°범위로 제어할수 있는 수준으로 판단된다.
흡수막(206) 레지스트막(208)을 100㎚ 두께로 스핀 코팅하여 EUV 블랭크 마스크의 제조를 완료하였다.
Example 2.
Example 2 는 중간층(206a)을 CrN 막으로 한 구현 예이며, 흡수층(206a)은 그 두께를 조정하였다. 그 이회는 실시예 1과 동일하다.
캡핑막(205) 상에 DC 마그네트론 스퍼터링 설비를 이용하여 중간층(206a) 및 흡수층(206b)의 적층 구조 이루어진 4층 구조의 차광막(105)을 형성하였다. 구체적으로는, 캡핑막(106) 상에 Cr 타겟을 이용하여, 공정 가스로 Ar : N2 = 5sccm : 3sccm 주입하고, 공정 파워는 1.0kW 를 사용하여 7㎚ 두께의 CrN 막으로 이루어진 중간층(206a)을 형성하였다. 이후, 스퍼터링 챔버를 이동하여 Pt 타겟을 이용하여, 공정 가스로 Ar = 8sccm 를 주입하고, 공정 파워는 0.8㎾ 를 사용하여 9㎚ 두께의 Pt 막으로 이루어진 흡수층(206b)을 형성하였다. 흡수층(206b) 상에 동일 조건의 중간층(206a)과 흡수층(206b)을 적층하여 총 32nm 두께의 4층 구조의 흡수막(206)을 형성하였다.
중간막(206a)과 흡수막(206b)이 4층 적층구조로 제조된 흡수막(206)은 13.5㎚ 파장에 대하여 5.3% 의 반사율을 나타내었으며, 캡핑막(205)에서 반사된 반사광에 대한 위상차가 181°를 나타내었다.
Example 3.
Example 3 은 흡수층(206b)을 PtO 로 형성한 경우의 구현 예이며, 중간층(206a)은 두께를 조정하였다. 그 이외는 실시예 1과 동일하다.
캡핑막(205) 상에 DC 마그네트론 스퍼터링 설비를 이용하여 중간층(206a) 및 흡수층(206b)의 적층 구조 이루어진 4층 구조의 흡수막(206)을 형성하였다. 구체적으로, 캡핑막(205) 상에 Cr 타겟을 이용하여, 공정 가스로 Ar = 8sccm 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾ 를 사용하여 8.5㎚ 두께의 Cr 막으로 이루어진 중간층(206a)을 형성하였다. 이후, 스퍼터링 챔버를 이동하여 Pt 타겟을 이용하여, 공정 가스로 Ar : O2 = 6sccm : 2sccm 주입하고, 공정 파워는 1.0㎾ 를 사용하여 8.5㎚ 두께의 PtO 재질의 흡수층(206b)을 형성하였다. 흡수층(206b) 상에 동일 조건의 중간층(206a)과 흡수층(206b)을 적층하여 총 34nm 두께의 4층 구조의 흡수막(206)을 형성하였다.
중간층(206a)과 흡수층(206b)이 4층 적층구조로 제조된 흡수막(206)은 13.5㎚ 파장에 대하여 1.0% 의 반사율을 나타내었으며, 캡핑막(205)에서 반사된 반사광에 대한 위상차가 185°를 나타내었다.
비교예 1.
비교예 1 은 종래 기술에 따라 흡수막을 TaN 재질의 하부층과 TaON 재질의 상부층으로 구성한 경우의 비교예이며, 그 이외는 실시예 1과 동일하다.
반사막(104) 상에 DC 마그네트론 스퍼터링 설비를 이용하여 하부층과 상부층 2층막 구조로 이루어진 흡수막(106)을 형성하였다. 구체적으로는, 반사막(104) 상에 Ta 타겟을 이용하여, 공정 가스로 Ar : N2 = 18 : 2 sccm 주입하고, 공정 파워는 0.62㎾ 를 사용하여 52㎚ 두께의 TaN 막으로 이루어진 하부층을 형성하였다. 이후, 동일 타겟을 이용하여, 공정 가스로 Ar : N2 : O2 = 3sccm : 20sccm : 4.5 sccm 주입하고, 공정 파워는 0.62㎾ 를 사용하여 10㎚ 두께의 TaON 재질로 이루어진 상부층 형성하였다. 이층막 구성을 통하여 총 52nm 두께인 흡수막(106)을 형성하였다.
2층막으로 제조된 흡수막(106)은 13.5㎚ 파장에 대하여 2.4% 의 반사율을 나타내었으며, 반사막(102)에서 반사된 반사광에 대한 위상차가 182°를 나타내었다.
Claims (29)
- 기판, 상기 기판 상에 적층된 반사막, 상기 반사막 상에 적층된 흡수막을 포함하며,
상기 흡수막은 복수의 흡수층과 하나 이상의 중간층이 교대로 배치된 구조를 가지며,
각각의 상기 흡수층은 Pt 또는 Pt 에 경원소 물질이 포함된 Pt 화합물로 구성되고,
상기 중간층은 Pt 를 제외한 금속물질 또는 상기 금속물질에 상기 경원소 물질이 포함된 금속 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속물질은, Cr, Ti, Mo, Al 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속물질은 Cr 을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 경원소 물질은 C, N, O 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡수막은 50nm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 5 항에 있어서,
상기 흡수막은 EUV 노광광에 대해 10% 이하의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 5 항에 있어서,
상기 흡수막은 상기 반사막에서 반사되는 반사광과의 위상차가 170~230°인 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 5 항에 있어서,
각각의 상기 흡수층은 5~15nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 8 항에 있어서,
상기 흡수층은 EUV 노광광에 대해 0.04 이상의 소멸계수를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 8 항에 있어서,
상기 흡수층은 0.94 이하의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 5 항에 있어서,
각각의 상기 중간층은 5~15nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 11 항에 있어서,
상기 중간층은 EUV 노광광에 대해 0.0005 이상의 소멸계수를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 11 항에 있어서,
상기 중간층은 1 이하의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 반사막은 각 층의 굴절률이 상이한 다층막 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 14 항에 있어서,
상기 반사막은 Mo 재질의 층과 Si 재질의 층이 교대로 배치된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 15 항에 있어서,
상기 Mo 재질의 층과 상기 Si 재질의 층은 각각 2~4nm 및 3~5nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 반사막은 1000nm 이하의 표면 TIR 을 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 반사막은 0.5nmRa 이하의 표면 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 반사막의 최상부에는 상기 반사막의 산화 방지를 위한 보호막이 형성되는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 반사막의 상부에 형성되어 상기 흡수막의 패터닝을 위한 식각 공정 또는 세정 공정 시에 상기 반사막을 보호하기 위한 캡핑막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 20 항에 있어서,
상기 캡핑막은 Ru 및 Nb 중 적어도 어느 하나, 또는 Ru 또는 Nb 에 C, N, O 중 어느 하나 이상이 포함된 Ru 화합물 및 Nb 화합물 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 20 항에 있어서,
상기 캡핑막은 1~10nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 20 항에 있어서,
상기 캡핑막은 상기 흡수막 내의 상기 캡핑막과 접하는 층에 대해 10 이상의 식각 선택비를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡수막 상에 형성된 식각저지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 24 항에 있어서,
상기 식각저지막은 상기 흡수막에 대해 10 이상의 식각 선택비를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 24 항에 있어서,
상기 식각저지막은 5~20nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 24 항에 있어서,
상기 식각저지막은 Si 또는 Si 에 C, N, O 중 적어도 하나 이상이 포함된 Si 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기판의 후면에 형성되는 도전막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 용 블랭크마스크.
- 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 따른 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크.
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