KR102402767B1 - 극자외선 마스크 블랭크, 극자외선 마스크 블랭크를 이용하여 제조된 포토마스크, 포토마스크를 이용한 리소그래피 장치 및 포토마스크를 이용한 반도체 장치 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

수소를 저장할 수 있는 수소 흡수층을 포함하는 극자외선 마스크 블랭크를 제공하는 것이다. 상기 극자외선 마스크 블랭크는 서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판, 상기 기판의 제1 면 상에, 교대로 적층된 제1 반사막 및 제2 반사막을 포함하는 반사층, 상기 반사층 상의 캡핑층, 및 상기 반사층 및 상기 캡핑층 사이에, 수소를 저장하고, 상기 캡핑층과 접촉하는 수소 흡수층(hydrogen absorber layer)을 포함한다.

Description

극자외선 마스크 블랭크, 극자외선 마스크 블랭크를 이용하여 제조된 포토마스크, 포토마스크를 이용한 리소그래피 장치 및 포토마스크를 이용한 반도체 장치 제조 방법{EUV mask blank, photomask manufactured by using the EUV mask blank, lithography apparatus using the photomask and method of fabricating semiconductor device using the photomask}
본 발명은 극자외선 마스크 블랭크, 극자외선 마스크 블랭크를 이용하여 제조된 포토마스크, 포토마스크를 이용한 리소그래피 장치 및 포토마스크를 이용한 반도체 장치 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보 매체의 급속한 발전에 따라, 반도체 장치의 기능은 비약적으로 발전하고 있다. 반도체 장치의 경쟁력 확보를 위해, 저비용, 고품질의 반도체 장치의 고집적화가 요구되고 있다. 고집적화를 위해, 반도체 장치의 패턴 사이의 간격이 점차 감소하고 있다. 현재 널리 이용중인 ArF 엑시머 레이저를 광원으로 하는 포토리소그래피(photolithography) 공정은 32nm 이하의 선폭을 구현하기에 한계를 갖는다. 32nm 이하의 선폭을 구현하기 위해, 액침 포토 리소그래피, 더블 패터닝 공법 등이 도입되었으나 여전히 한계를 갖는다.
이러한 문제를 위해, 극자외선(EUV: Extreme Ultraviolet)을 광원으로 이용하는 포토 리소그래피 장치가 도입되었다. 하지만, 극 자외선은 대기에 의해 많이 감쇠되고, 거의 모든 물질에 흡수되는 성질을 가져, ArF 포토리소그래피 공정에 사용되는 투과형 포토마스크(photo mask)는 이용될 수 없다.
따라서, 극자외선 포토 리소그래피 공정에서는 반사층을 포함하는 포토마스크가 이용되고 있다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제는, 수소를 저장할 수 있는 수소 흡수층을 포함하는 극자외선 마스크 블랭크를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 기술적 과제는, EUV 리소그래피 공정에서 사용될 수 있고, 수소를 저장할 수 있는 수소 흡수층을 포함하는 포토마스크를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 기술적 과제는, 수소 흡수층을 포함하는 포토마스크가 사용될 수 있는 리소그래피 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 기술적 과제는, 수소 흡수층을 포함하는 포토마스크를 이용하여 반도체 장치를 제조하는 반도체 장치 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 극자외선 마스크 블랭크의 일 태양(aspect)은 서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판; 상기 기판의 제1 면 상에, 교대로 적층된 제1 반사막 및 제2 반사막을 포함하는 반사층; 상기 반사층 상의 캡핑층; 및 상기 반사층 및 상기 캡핑층 사이에, 수소를 저장하고, 상기 캡핑층과 접촉하는 수소 흡수층(hydrogen absorber layer)을 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 극자외선 마스크 블랭크의 다른 태양은 서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 저열팽창재료(LTEM: Low Thermal Expansion Material) 기판; 상기 저열팽창재료 기판의 제1 면 상에, 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 주기 다중막을 포함하는 반사층; 상기 반사층 상에, 전이 금속(transition metal)로 이루어진 제1 흡수층으로, 상기 전이 금속은 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 로듐(Rh) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하는 제1 흡수층; 상기 제1 흡수층 상에, 루테늄(Ru) 및 루테늄 화합물 중 하나로 형성된 캡핑층; 및 상기 캡핑층 상의 제2 흡수층을 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 포토마스크의 일 태양은 서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판; 상기 기판의 제1 면 상에, 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 주기 다중막인 반사층; 상기 반사층 상의 캡핑층; 상기 반사층 및 상기 캡핑층 사이에, 수소를 저장하고, 상기 캡핑층과 접촉하는 수소 흡수층; 상기 캡핑층 상에, 극자외선을 통과시키는 개구부를 포함하는 광 흡수 패턴; 및 상기 기판의 제2 면 상의 도전성 코팅막을 포함한다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 리소그래피 장치의 일 태양은 노광광을 제공하는 소오스; 상기 노광광을 반사하는 적어도 하나 이상의 조명계 반사 거울이 배치되는 제1 서브 챔버; 상기 제1 서브 챔버를 통과한 상기 노광광을 반사하는 포토마스크를 포함하는 스테이지 모듈; 반사된 상기 노광광을 웨이퍼로 투사하는 적어도 하나 이상의 투사 광학계 반사 거울이 배치되는 제2 서브 챔버; 및 상기 웨이퍼가 고정되는 웨이퍼 스테이지를 포함하고, 상기 포토마스크는 서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판과, 상기 기판의 제1 면 상에, 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 주기 다중막인 반사층과, 상기 반사층 상의 캡핑층과, 상기 반사층 및 상기 캡핑층 사이에, 수소를 저장하고, 상기 캡핑층과 접촉하는 수소 흡수층과, 상기 캡핑층 상에, 극자외선을 통과시키는 개구부를 포함하는 광 흡수 패턴과, 상기 기판의 제2 면 상의 도전성 코팅막을 포함한다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 장치 제조 방법의 일 태양은 기판 상에 마스크막을 형성하고, 포토마스크를 이용한 포토 공정을 이용하여 상기 마스크막을 식각하여, 상기 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 것을 포함하고, 상기 포토마스크는 서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판과, 상기 기판의 제1 면 상에, 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 주기 다중막인 반사층과, 상기 반사층 상의 캡핑층과, 상기 반사층 및 상기 캡핑층 사이에, 수소를 저장하고, 상기 캡핑층과 접촉하는 수소 흡수층과, 상기 캡핑층 상에, 극자외선을 통과시키는 개구부를 포함하는 광 흡수 패턴과, 상기 기판의 제2 면 상의 도전성 코팅막을 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 마스크 블랭크를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 마스크 블랭크를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 마스크 블랭크를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토마스크를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토마스크를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 포토마스크의 수소 흡수층의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.
본 명세서에 도시된 몇몇 구성요소들은 이해를 돕기 위해 과장되었거나 축소되었을 수 있다. 즉, 몇몇 도면들은 축척(scale)되지 않은 도면일 수 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 마스크 블랭크를 설명하기 위한 도면이다. 예를 들어, 극자외선 마스크 블랭크(100)는 극자외선을 광원으로 사용하는 포토 리소그래피 장치에 장착될 수 있는 포토마스크를 제조하기 위한 기판일 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 마스크 블랭크(100)는 마스크 기판(110), 반사층(120), 수소 흡수층(130), 캡핑층(140), 광 흡수층(150) 및 도전성 코팅막(160)을 포함할 수 있다.
마스크 기판(110)은 유전체, 유리, 반도체 또는 금소 재료로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 마스크 기판(110)은 낮은 열팽창계수(thermal expansion coefficient)를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 마스크 기판(110)은 20℃에서 열팽창 계수가 0±1.0×10-7/℃일 수 있다.
또한, 마스크 기판(110)은 평활성, 평탄도, 및 세정액에 대한 내성이 우수한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 마스크 기판(110)은 합성 석영 유리, 석영 유리, 알루미노 실리케이트 유리, 소다라임 유리, SiO2-TiO2계 유리(2원계(SiO2-TiO2) 및 3원계(SiO2-TiO2-SnO2)) 등과 같은 LTEM (low thermal expansion material) 유리, β 석영 고용체를 석출한 결정화 유리, 단결정 실리콘, 또는 SiC로 이루어질 수 있다. EUV 마스크 블랭크에 포함된 마스크 기판(110)은 저열팽창 특성이 요구될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 마스크 기판(110)은 예를 들어, 다성분계 유리 재료로 이루어질 수 있다.
마스크 기판(110)은 서로 대향되는 제1 면(110a)과 제2 면(110b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 마스크 기판의 제1 면(110a)은 약 50 nm 이하의 평탄도를 가질 수 있다. 마스크 기판의 제2 면(110b)은 약 500 nm 이하의 평탄도를 가질 수 있다. 또한, 마스크 기판(110)의 제1 면(110a) 및 마스크 기판의 제2 면(110b)은 각각 약 0.15 nm 이하의 평균(root mean square: RMS) 표면 조도를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
반사층(120)은 마스크 기판의 제1 면(110a) 상에 배치될 수 있다. 반사층(120)은 극자외선(EUV)를 반사할 수 있다. 반사층(120)은 다층 미러 구조를 가질 수 있다. 반사층(120)은 고굴절율을 갖는 물질층과, 저굴절율을 갖는 물질층이 교대로 복수회 적층되어 있을 수 있다.
반사층(120)은 교대로 적층된 제1 반사막(121) 및 제2 반사막(122)을 포함할 수 있다. 반사층(120)은 제1 반사막(121)/제2 반사막(122) 주기 다중막(periodic multi-layer)을 포함할 수 있다. 반사층(120)은 약 20 내지 60 주기로 반복 형성된 제1 반사막(121)과 제2 반사막(122)을 포함할 수 있다.
제1 반사막(121) 및 제2 반사막(122)은 반사쌍(125)을 형성할 수 있다. 반사층(120)은 약 20 내지 60개의 반사쌍(125)을 포함할 수 있다. 하지만, 더 많거나 또는 더 적은 반사쌍(125)이 필요에 따라 사용될 수 있음은 물론이다.
예를 들어, 반사층(120)은 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 주기 다중막, Mo 화합물/Si 화합물 주기 다중막, 루테늄(Ru)/Si 주기 다중막, 베릴륨(Be)/Mo 주기 다중막, Si/나이오븀(Nb) 주기 다중막, Si/Mo/Ru 주기 다중막, Si/Mo/Ru/Mo 주기 다중막, 또는 Si/Ru/Mo/Ru 주기 다중막으로 이루어질 수 있다.
반사층(120)을 구성하는 재료 및 각 반사층의 막 두께는 적용되는 EUV 광의 파장대, 또는 반사층(120)에서 요구되는 EUV 광의 반사율에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 EUV 마스크 블랭크(100)에서, 반사층(120)은 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 주기 다중막을 포함하는 것으로 설명한다. 예를 들어, 제1 반사막(121)은 몰리브덴으로 형성되고, 제2 반사막(122)은 실리콘으로 형성될 수 있다. 또는, 제1 반사막(121)은 실리콘으로 형성되고, 제2 반사막(122)은 몰리브덴으로 형성될 수 있다.
도 1에서, 반사층(120)은 동일한 수의 제1 반사막(121) 및 제2 반사막(122)을 포함하는 것으로 도시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 반사층(120)에서, 제1 반사막(121)의 개수와 제2 반사막(122)의 개수의 차이가 1일 수도 있다.
반사층(120)은 DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 이온 빔 스퍼터링 공정 등을 이용하여 형성될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 이온 빔 스퍼터링을 이용하여 Mo/Si 주기 다중막을 형성하는 경우, 타겟(target)으로서 Si 타겟을 사용하고 스퍼터 가스로서 Ar 가스를 사용하여 Si 막을 퇴적하고, 타겟으로서 Mo 타켓을 사용하고 스퍼터 가스로서 Ar 가스를 사용하여 Mo 막을 퇴적하는 것을 1 주기로 하여, Si 막 및 Mo 막을 교대로 형성할 수 있다.
수소 흡수층(absorber layer)(130)은 반사층(120) 상에 형성될 수 있다. 수소 흡수층(130)은 포토마스크(도 6의 200)의 외부에서 유입되는 수소 이온(H+) 또는 수소 이온(H+)이 환원된 수소 원자를 흡수하여, 수소 흡수층(130) 내에 저장하는 역할을 할 수 있다.
수소 흡수층(130)은 흡수된 수소를 격자 구조(lattice structure) 내에 가두어 저장할 수 있다. 격자 구조 내의 수소는 격자 구조의 격자점(lattice site)이 아닌 침입형 자리(interstitial site)에 위치할 수 있다.
수소 흡수층(130)은 수소 용해도(hydrogen solubility)가 높은 물질을 포함할 수 있다.
수소 흡수층(130)이 금속을 포함할 경우, 수소 흡수층(130)은 금속 내에 수소가 흡수될 때 엔탈피(enthalpy)의 변화가 작은 금속을 포함할 수 있다. 수소 흡수층(130)은 수소 용해 반응의 엔탈피 변화량이 ±0.5(eV/흡수된 수소(absorbed hydrogen)) 이하인 금속을 포함할 수 있다. 수소 흡수층(130)은 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 로듐(Rh), 금(Au), 칼륨(K) 및 세슘(Cs) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수소 흡수층(130)에 포함될 수 있는 금속은 전이 금속(transition metal)일 수도 있고, 전형 금속(typical metal)일 수도 있다.
일 예로, 수소 흡수층(130) 티타늄(Ti), 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 로듐(Rh), 금(Au), 칼륨(K) 및 세슘(Cs) 중 하나로 이루어진 단일막을 수 있다. 다른 예로, 수소 흡수층(130)은 서로 다른 금속으로 이루어진 제1 금속막 및 제2 금속막을 포함하는 다중 금속막일 수 있다.
수소 흡수층(130)이 금속 합금을 포함할 경우, 수소 흡수층(130)은 티타늄(Ti)을 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수소 흡수층(130)은 체심 입방(Body-Centered Cubic) 구조를 갖는 합금을 포함할 수 있다. 수소 흡수층(130)은 Ti-Fe계 합금, Ti-Mn계 합금, Ti-Cr계 합금 및 Ti-Fe-V계 합금 중 하나를 포함할 수 있다.
수소 흡수층(130)은 세라믹 재료를 포함할 수 있고, 예를 들어, 탄화 붕소(B4C)로 이루어진 막을 포함할 수 있다.
수소 흡수층(130)은 예를 들어, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 이온 빔 스퍼터링 공정 등을 이용하여 형성될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
몇몇 실시예들에서, 수소 흡수층(130)은 예를 들어, 5 내지 100Å의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따는 극자외선 마스크 블랭크에서, 수소 흡수층(130)은 하부의 반사층(120)과 접촉할 수 있다. 여기에서, "접촉한다"는 의미는 수소 흡수층(130)과 반사층(120) 사이에 개재되는 막이 없다는 것을 의미할 수 있다.
수소 흡수층(130)의 효과에 대해서는 도 6 내지 도 7b를 이용하여 후술한다.
캡핑층(140)은 수소 흡수층(130) 상에 배치될 수 있다. 캡핑층(140)은 수소 흡수층(130)과 접촉할 수 있다. 수소 흡수층(130)은 캡핑층(140)과 반사층(120) 사이에 배치될 수 있다.
캡핑층(140)은 기계적 손상 및/또는 화학적 손상들로부터 반사층을 보호하는 역할을 할 수 있다.
캡핑층(140)은 루테늄(Ru) 또는 루테늄 화합물로 이루어질 수 있다. 캡핑층(140)이 루테늄막 또는 루테늄 화합물막일 수 있다. 루테늄 화합물은 루테늄(Ru)과, Nb, Zr, Mo, Y, B, La, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 화합물로 이루어질 수 있다. 캡핑층(140)은 5 내지 100Å의 두께를 가질 수 있다.
광 흡수층(150)은 캡핑층(140) 상에 배치될 수 있다. 광 흡수층(150)은 극자외선 광을 흡수하면서, 극자외선 광의 반사율이 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 광 흡수층(150)은 내화학성이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 광 흡수층(150)은 에칭 등에 의해 제거가 가능한 물질로 이루어질 수 있다.
광 흡수층(150)은 Ta를 주성분으로 하는 재료로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 광 흡수층(150)은 탄탈륨(Ta) 주성분과, 하프늄(Hf), 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 저마늄(Ge), 붕소(B), 질소(N) 및 수소(H) 중에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 광 흡수층(150)은 TaN, TaHf, TaHfN, TaBSi, TaBSiN, TaB, TaBN, TaSi, TaSiN, TaGe, TaGeN, TaZr, TaZrN, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
도전성 코팅막(160)은 마스크 기판의 제2 면(110b) 상에 배치될 수 있다. 도전성 코팅막(160)은 포토리소그래피 공정시에 리소그래피 장치의 정전 척(electrostatic chuck)에 극자외선 마스크 블랭크를 이용하여 제조한 포토마스크(도 6의 200)를 고정하는데 이용될 수 있다.
도전성 코팅막(160)은 도전성을 갖는 크롬(Cr) 함유 물질 또는 탄탈륨(Ta) 함유 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전성 코팅막(160)은 Cr, CrN 또는 TaB 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
또는, 도전성 코팅막(160)은 도전성을 갖는 금속 산화물 또는 금속 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전성 코팅막(160)은 티타늄 질화물(TiN), 지르코늄 질화물(ZrN), 하프늄 질화물(HfN), 루테늄 산화물(RuO2), 아연 산화물(ZnO2) 또는 이리듐 산화물(IrO2) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 마스크 블랭크를 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의상, 도 1과 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 마스크 블랭크(100)은 계면 실리사이드층(135)을 더 포함할 수 있다.
계면 실리사이드층(135)은 반사층(120)과 수소 흡수층(130) 사이에 개재될 수 있다. 계면 실리사이드층(135)은 실리사이드 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 계면 실리사이드층(135)은 수소 흡수층(130)에 포함된 금속이 실리사이드화된 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 수소 흡수층(130)이 금속(M)을 포함할 경우, 계면 실리사이드층(135)은 금속(M)이 실리사이드화된 M-Si를 포함할 수 있다. 다른 예로, 수소 흡수층(130)이 전이 금속을 포함할 경우, 계면 실리사이드층(135)은 전이금속이 실리사이드화된 물질을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 마스크 블랭크를 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의상, 도 1과 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 극자외선 마스크 블랭크(100)는 저반사층(170)을 더 포함할 수 있다.
저반사층(170)은 광 흡수층(150) 상에 배치될 수 있다. 저반사층(170)은 극자외선 마스크 블랭크(100)를 이용하여 제조한 포토마스크(도 6의 200)에 형성된 패턴 요소들에 대한 검사 중에, 검사 광의 파장 대역, 예를 들면 약 190 ∼ 260 nm의 파장 대역에서 비교적 낮은 반사율을 제공할 수 있다. 이를 통해, 저반사층(120)은 충분한 콘트라스트를 얻도록 하는 역할을 할 수 있다.
저반사층(170)은 예를 들어, TaBO, TaBNO, TaOH, 또는 TaONH 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 저반사층(170)은 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토마스크를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토마스크를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토마스크(200)는 EUV 파장 범위, 예를 들어, 약 13.5nm의 노광 파장을 이용하여 포토리소그래피 공정에 사용할 수 있는 반사형 포토마스크일 수 있다.
또한, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토마스크(200)는 도 1 내지 도 3의 극자외선 마스크 블랭크(100)에 포함된 광 흡수층(150) 및/또는 저반사층(120)을 패터닝하여 제조된 것일 수 있다. 예를 들어, 도 4는 도 1의 광 흡수층(150)을 패터닝하여 제조된 것이고, 도 5는 도 2의 광 흡수층(150)을 패터닝하여 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토마스크(200)에서, 마스크 기판(110), 반사층(120), 수소 흡수층(130), 캡핑층(140), 도전성 코팅막(160)에 대한 설명은 도 1 내지 도 3에서 설명한 것과 실질적으로 유사하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토마스크(200)는 마스크 기판(110), 반사층(120), 수소 흡수층(130), 캡핑층(140), 도전성 코팅막(160) 및 광 흡수 패턴(155)을 포함할 수 있다.
광 흡수 패턴(155)는 캡핑층(140) 상에 배치될 수 있다. 광 흡수 패턴(155)은 극자외선을 통과시키는 개구부(155x)를 포함할 수 있다.
도 4에서, 반사층(120)은 수소 흡수층(130)과 접촉할 수 있다.
도 5에서, 반사층(120)과 수소 흡수층(130) 사이에 계면 실리사이드층(135)이 개재될 수 있다.
도시하지 않았지만, 도 4 및 도 5에서, 광 흡수 패턴(155) 상에는 저반사층(도 3의 170)이 패터닝된 저반사층 패턴이 더 형성될 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 리소그래피 장치는 극자외선 광을 노광 파장을 이용하여 포토리소그래피 공정에 사용되는 장치일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 리소그래피 장치는 도 4 및 도 5의 포토마스크를 이용하는 장치일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 리소그래피 장치에서, 포토마스크(200)에 대한 설명은 도 1 내지 도 5를 이용하여 설명한 것과 실질적으로 유사하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 리소그래피 장치는 메인 챔버(1100), 제1 서브 챔버(1110), 제2 서브 챔버(1120), 레티클 스테이지 모듈(1130), 레티클 스테이지 전원(1300), 소오스(1400), 조명계 반사 거울(1501, 1502), 투사 광학계 반사 거울(1601, 1602, 1603, 1604) 및 웨이퍼 스테이지(1700)을 포함할 수 있다.
메인 챔버(1100)는, 제1 서브 챔버(1110), 제2 서브 챔버(1120), 레티클 스테이지 모듈(1130), 조명계 반사 거울(1501, 1502), 투사 광학계 반사 거울(1601, 1602, 1603, 1604), 웨이퍼 스테이지(1700)를 포함하고 있다. 메인 챔버(1100) 내부는 진공 상태로 유지될 수 있다.
제1 서브 챔버(1110)는 메인 챔버(1100) 내에 위치할 수 있다. 제1 서브 챔버(1110) 내에 적어도 하나 이상의 조명계 반사 거울(1501, 1502)이 배치될 수 있다.
조명계 반사 거울(1501, 1502)에서 반사되어 제1 서브 챔버(1110)를 통과한 노광광은, 레티클 스테이지(1200)에 고정된 포토마스크(200)에 도달할 수 있다. 노광광의 반사 효율을 높이기 위하여, 제1 서브 챔버(1110) 내부는 진공 상태로 유지될 수 있다.
제2 서브 챔버(1120)는 메인 챔버(1100) 내에 위치할 수 있다. 제2 서브 챔버(1120) 내에 적어도 하나 이상의 투사 광학계 반사 거울(1601, 1602, 1603, 1604)이 배치될 수 있다.
포토마스크(200) 표면에서 반사된 노광광은, 투사 광학계 반사 거울(1601, 1602, 1603, 1604)에서 반사되어, 웨이퍼 스테이지(1700) 상의 웨이퍼에 조사될 수 있다. 노광광의 반사 효율을 높이기 위하여, 제2 서브 챔버(1120) 내부는 진공 상태로 유지될 수 있다.
레티클 스테이지 모듈(1130)은 메인 챔버(1100) 내에, 제1 서브 챔버(1110) 및 제2 서브 챔버(1120)와 이격되어 위치할 수 있다. 레티클 스테이지 모듈(1130)은 레티클 스테이지(1200)와 포토마스크(200) 등을 포함할 수 있다.
레티클 스테이지(1200)는 메인 챔버(1100)의 상부에 위치할 수 있다. 포토마스크(200)은 레티클 스테이지(1200) 상에 고정될 수 있다. 레티클 스테이지(1200)는 스캐닝(scanning) 동작을 할 수 있다.
포토마스크(200)는 제1 서브 챔버(1110)을 통과한 노광광을 제2 서브 챔버(1120) 쪽으로 반사한다.
레티클 스테이지 전원(1300)은 포토마스크(200) 및 레티클 스테이지(1200)에 전기적으로 연결될 수 있다. 레티클 스테이지 전원(1300)이 레티클 스테이지(1200) 및 포토마스크(200)에 연결됨으로써, 레티클 스테이지(1200) 및 포토마스크(200) 사이에 정전력(electrostatic force)이 발생한다. 이를 통해, 포토마스크(200)은 정전력에 의해 레티클 스테이지(1200)에 고정될 수 있다.
소오스(1400)는 메인 챔버(1100) 외부에 위치할 수 있다. 소오스(1400)은 포토 리소그래피 공정에 사용되는 노광광을 제공할 수 있다. 소오스(1400)는 제1 서브 챔버(1110) 내의 조명계 반사 거울(1501, 1502)에 노광광을 조사할 수 있다.
소오스(1400)는, 예를 들어, 방전 생성 플라즈마(DPP) EUV 광원, 레이저 생성 플라즈마(LPP) EUV 광원, 하이브리드 EUV 광원, 싱크로트론(synchrotron) EUV 광원 등일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
반사 거울(1501, 1502, 1601, 1602, 1603, 1604)는 제1 서브 챔버(1110) 및 제2 서브 챔버(1120) 내에 위치할 수 있다. 반사 거울(1501, 1502, 1601, 1602, 1603, 1604)은, 소스(1400)로부터 조사된 노광광이 거울의 반사면 상에 경사 입사각으로 입사하는 경사 입사 거울, 반사면이 다층막인 다중 다층 거울 등일 수 있다.
웨이퍼 상에 미세한 패턴을 전사하기 위해, 투사 광학계 반사 거울(1601, 1602, 1603, 1604)는 고해상도를 가질 수 있다. 반사 거울(1501, 1502, 1601, 1602, 1603, 1604)의 개수는, 예를 들어, 6개일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
웨이퍼 스테이지(1700)는 메인 챔버(1100) 내의 하부에 위치할 수 있다. 웨이퍼 스테이지(1700) 상에 웨이퍼가 고정될 수 있다.
웨이퍼 스테이지(1700)는 미세 정렬을 위한 이동이 가능할 수 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지(1700)는 포토 리소그래피 공정을 위해 특정한 방향으로 이동이 가능할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 포토마스크의 수소 흡수층의 효과를 설명하기 위한 도면들이다. 설명의 편의를 위해, 도 7a 및 7b는 비교 포토마스크(2001)에 포함된 개별적인 구성 요소를 도시하지 않았다.
도 6 및 도 7a에서, 극자외선 광의 전달 및 집광 장치(collector)의 오염 방지를 위해, 리소그래피 장치의 내부에는 수소(H2) 흐름이 존재한다. 리소그래피 장치 는 수소 환경(hydrogen atmosphere)에 놓여 있으므로, 소오스(1400)에서 생성된 극자외선 광에 의해 수소 이온(H+)이 생성될 수 있다.
생성된 수소 이온(H+)은 리소그래피 장치 내부를 이동하다가, 비교 포토마스크(2001) 내부로 침투될 수 있다. 침투된 수소 이온(H+)은 극자외선을 이용한 포토리소그래피 공정 시 발생되는 이차 전자(secondary electron)을 얻어 수소 원자로 환원될 수 있다.
침투된 수소 이온(H+) 및 환원된 수소 원자에 의해, 비교 포토마스크(2001) 내에 고농도 수소 영역(200cr)이 형성될 수 있다. 고농도 수소 영역(200cr) 내의 수소 원자(H atom)들이 만나, 고농도 수소 영역(200cr) 내에 수소 가스 버블(GB)이 생성될 수 있다.
도 7b에서, 고농도 수소 영역(200cr) 내의 수소 가스 버블(GB)들이 기체 상태로 고농도 수소 영역(200cr) 내에서 축적될 수 있다. 수소 가스 버블(GB)의 축적으로 인해, 비교 포토마스크(2001) 내에 수소 기포(hydrogen blister)(H_B)가 생성될 수 있다.
비교 포토마스크(2001) 내에 수소 기포(H_B)는 비교 포토마스크(2001)를 사용할 수 없도록 하여, 포토 리소그래피 공정의 신뢰성을 저하시킬 수 있다. 또한, 비교 포토마스크(2001)를 다시 제작해야 하므로, 공정 단가의 상승을 야기할 수 있다.
하지만, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 포토마스크(200)는 수소를 저장할 수 있는 수소 흡수층(130)을 포함한다. 포토마스크(200) 내에서 환원된 수소는 수소 흡수층(130)의 격자 안에 포획 또는 용해되어 있을 수 있다.
수소 흡수층(130) 내에 수소가 용해되어 있을 경우, 포토마스크(200) 내의 수소가 기체 상태로 유리되는 것이 방지 또는 경감될 수 있다. 이를 통해, 수소 흡수층(130)은 포토마스크(200) 내에 수소 기포(blister)가 생성되는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 수소 흡수층(130)을 포함하는 포토마스크(200)의 수명이 증가함으로써, 포토마스크(200)의 제작에 소요되는 비용 등을 감소시킬 수 있다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치 제조 방법을 설명하기 위한 중간단계 도면들이다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 반도체 장치 제조 방법은 도 4 및 도 5의 포토마스크를 이용한 제조 방법일 수 있다.
도 8을 참고하면, 기판(300) 상에 마스크막(310)이 형성될 수 있다.
기판(300)은 실리콘 기판일 수도 있고, 또는 다른 물질, 예를 들어, SOI(silicon-on-insulator), 실리콘게르마늄, SGOI(silicon germanium on insulator), 안티몬화 인듐, 납 텔루르 화합물, 인듐 비소, 인듐 인화물, 갈륨 비소 또는 안티몬화 갈륨을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기판(300)은 도전성 패턴 및 반도체 패턴을 포함하는 회로 소자를 포함할 수 있다. 기판(300)은 절연막 및 절연막 내의 금속 배선을 포함할 수 있다.
기판(300)이 회로 소자를 포함할 경우, 회로 소자는 예를 들어, 핀형 패턴 형상의 채널 영역을 포함하는 핀형 트랜지스터(FinFET), 터널링 트랜지스터(tunneling FET), 나노 와이어를 포함하는 트랜지스터, 나노 시트(sheet)를 포함하는 트랜지스터, 또는 3차원(3D) 트랜지스터, 양극성 접합(bipolar junction) 트랜지스터, 횡형 이중 확산 트랜지스터(LDMOS), 또는 평면(planar) 트랜지스터일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
마스크막(310)은 절연 물질, 반도체 물질 및 도전 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
마스크막(310) 상에 감광막(320)이 형성될 수 있다.
도 9 내지 도 11을 참고하면, 포토마스크(도 6의 200)를 이용한 포토 공정(330)을 이용하여 마스크막(310)이 식각될 수 있다. 이를 통해, 기판(300) 상에 마스크 패턴(315)이 형성될 수 있다.
도 9에서, 포토 공정(330)을 이용하여, 감광막(320)에 소자 패턴이 전사될 수 있다. 포토 공정(330)은 포토마스크(200)에서 반사된 노광광을 이용할 수 있다.
도 10에서, 감광막(320)에 전사된 소자 패턴을 현상하여, 마스크막(310) 상에 감광 패턴(325)이 형성될 수 있다.
도 11에서, 감광 패턴(325)을 이용하여, 마스크막(310)이 식각될 수 있다. 이를 통해, 기판(300) 상에 마스크 패턴(315)이 형성될 수 있다. 감광 패턴(325)는 제거될 수 있다.
일 예로, 마스크 패턴(315)을 이용하여, 기판(300)의 일부를 식각할 수 있다. 다른 예로, 마스크 패턴(315) 자체를 반도체 소자의 일부로 사용할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 극자외선 마스크 블랭크 110: 마스크 기판
120: 반사층 130: 수소 흡수층
140: 캡핑층 150: 광 흡수층
200: 포토마스크

Claims (20)

  1. 서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판;
    상기 기판의 제1 면 상에, 교대로 적층된 제1 반사막 및 제2 반사막을 포함하는 반사층;
    상기 반사층 상의 캡핑층; 및
    상기 반사층 및 상기 캡핑층 사이에, 수소를 용해시키는 격자 구조를 갖는 물질을 포함하고, 상기 캡핑층과 접촉하는 수소 흡수층(hydrogen absorber layer)을 포함하고,
    상기 수소 흡수층은 전이 금속(transition metal) 및 전형 금속(typical metal) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전이 금속은 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 로듐(Rh) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전형 금속은 칼륨(K), 세슘(Cs) 및 탄화 붕소(B4C) 중 적어도 하나를 포함하는 극자외선(EUV) 마스크 블랭크.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 수소 흡수층은 수소 용해 반응의 엔탈피(enthalpy) 변화량이 0.5(eV/흡수된 수소)이하인 금속으로 이루어지는 극자외선 마스크 블랭크.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 수소 흡수층은 Ti-Fe계 합금, Ti-Mn계 합금, Ti-Cr계 합금 및 Ti-Fe-V계 합금 중 하나를 포함하는 극자외선 마스크 블랭크.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 수소 흡수층은 상기 반사층과 접촉하는 극자외선 마스크 블랭크.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 수소 흡수층과 상기 반사층 사이에, 계면 실리사이드층을 더 포함하는 극자외선 마스크 블랭크.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 수소 흡수층은 금속(M)을 포함하고,
    상기 계면 실리사이드층은 상기 금속이 실리사이드화된 물질을 포함하는 극자외선 마스크 블랭크.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 반사막은 실리콘(Si)으로 형성되고, 상기 제2 반사막은 몰리브덴(Mo)으로 형성되는 극자외선 마스크 블랭크.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 캡핑층은 루테늄(Ru)막 또는 루테늄 화합물막인 극자외선 마스크 블랭크.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 캡핑층 상에 광 흡수층을 더 포함하고,
    상기 광 흡수층은 극자외선을 흡수하는 극자외선 마스크 블랭크.
  11. 서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 저열팽창재료(LTEM: Low Thermal Expansion Material) 기판;
    상기 저열팽창재료 기판의 제1 면 상에, 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 주기 다중막을 포함하는 반사층;
    상기 반사층 상에, 전이 금속(transition metal) 및 전형 금속(typical metal) 중 적어도 하나를 포함하는 제1 흡수층으로, 상기 전이 금속은 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 로듐(Rh) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 전형 금속은 칼륨(K), 세슘(Cs) 및 탄화 붕소(B4C) 중 적어도 하나를 포함하는 제1 흡수층;
    상기 제1 흡수층 상에, 루테늄(Ru) 및 루테늄 화합물 중 하나로 형성된 캡핑층; 및
    상기 캡핑층 상의 제2 흡수층을 포함하는 극자외선 마스크 블랭크.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 캡핑층은 상기 제1 흡수층과 접촉하는 극자외선 마스크 블랭크.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 흡수층은 상기 반사층과 접촉하는 극자외선 마스크 블랭크.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 흡수층은 수소를 저장하고,
    상기 제2 흡수층은 극자외선을 흡수하는 극자외선 마스크 블랭크.
  15. 서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판;
    상기 기판의 제1 면 상에, 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 주기 다중막인 반사층;
    상기 반사층 상의 캡핑층;
    상기 반사층 및 상기 캡핑층 사이에, 수소를 용해시키는 격자 구조를 갖는 물질을 포함하고, 상기 캡핑층과 접촉하는 수소 흡수층;
    상기 캡핑층 상에, 극자외선을 통과시키는 개구부를 포함하는 광 흡수 패턴; 및
    상기 기판의 제2 면 상의 도전성 코팅막을 포함하고,
    상기 수소 흡수층은 전이 금속(transition metal) 및 전형 금속(typical metal) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전이 금속은 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 로듐(Rh) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전형 금속은 칼륨(K), 세슘(Cs) 및 탄화 붕소(B4C) 중 적어도 하나를 포함하는 포토마스크.
  16. 기판 상에 마스크막을 형성하고,
    포토마스크를 이용한 포토 공정을 이용하여 상기 마스크막을 식각하여, 상기 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 포토마스크는
    서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판과,
    상기 기판의 제1 면 상에, 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 주기 다중막인 반사층과,
    상기 반사층 상의 캡핑층과,
    상기 반사층 및 상기 캡핑층 사이에, 수소를 용해시키는 격자 구조를 갖는 물질을 포함하고, 상기 캡핑층과 접촉하는 수소 흡수층과,
    상기 캡핑층 상에, 극자외선을 통과시키는 개구부를 포함하는 광 흡수 패턴과,
    상기 기판의 제2 면 상의 도전성 코팅막을 포함하되,
    상기 수소 흡수층은 전이 금속(transition metal) 및 전형 금속(typical metal) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전이 금속은 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 로듐(Rh) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전형 금속은 칼륨(K), 세슘(Cs) 및 탄화 붕소(B4C) 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 수소 흡수층은 상기 반사층과 접촉하는 반도체 장치 제조 방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 포토마스크는 상기 수소 흡수층과 상기 반사층 사이에, 계면 실리사이드층이 더 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  20. 노광광을 제공하는 소오스;
    상기 노광광을 반사하는 적어도 하나 이상의 조명계 반사 거울이 배치되는 제1 서브 챔버;
    상기 제1 서브 챔버를 통과한 상기 노광광을 반사하는 포토마스크를 포함하는 스테이지 모듈;
    반사된 상기 노광광을 웨이퍼로 투사하는 적어도 하나 이상의 투사 광학계 반사 거울이 배치되는 제2 서브 챔버; 및
    상기 웨이퍼가 고정되는 웨이퍼 스테이지를 포함하고,
    상기 포토마스크는
    서로 대향되는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 기판과,
    상기 기판의 제1 면 상에, 몰리브덴(Mo)/실리콘(Si) 주기 다중막인 반사층과,
    상기 반사층 상의 캡핑층과,
    상기 반사층 및 상기 캡핑층 사이에, 수소를 용해시키는 격자 구조를 갖는 물질을 포함하고, 상기 캡핑층과 접촉하는 수소 흡수층과,
    상기 캡핑층 상에, 극자외선을 통과시키는 개구부를 포함하는 광 흡수 패턴과,
    상기 수소 흡수층은 전이 금속(transition metal) 및 전형 금속(typical metal) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전이 금속은 바나듐(V), 망간(Mn), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 로듐(Rh) 및 금(Au) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전형 금속은 칼륨(K), 세슘(Cs) 및 탄화 붕소(B4C) 중 적어도 하나를 포함하는 리소그래피 장치.
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