KR102583075B1 - 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크 및 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
EUV 용 블랭크마스크는 기판 상에 형성된 반사막 및 반사막 상에 형성된 위상반전막을 구비한다. 위상반전막은 루테늄(Ru) 및 탄탈륨(Ta)을 포함하는 물질로 형성된다. 위상반전막은 3~30% 의 상대반사율을 가지고, 170~220°의 위상반전량을 가지며, 0.5nmRMS 이하의 표면 거칠기를 갖는다. 이러한 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크를 이용하여, 최종적으로 7nm 이하의 패턴 제작 시 우수한 해상도(Resolution)을 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 블랭크마스크(Phase shift Blankmask) 및 포토마스크(Photomask)에 관한 것으로서, Wafer Printing 시 우수한 해상도(Resolution) 구현을 위하여 EUV 노광광에 대해 위상을 반전시키는 위상반전막을 구비한 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크 마스크 및 이를 이용하여 제조되는 포토마스크에 관한 것이다.
최근 반도체 제조를 위한 리소그래피 기술은 ArF, ArFi MP(Multiple) Lithography 에서 EUV Lithography 기술로의 발전이 이루어지고 있다. EUV Lithography 기술은 13.5nm 의 노광파장을 사용함으로써 해상도(Resolution) 향상 및 공정 단순화가 가능하여, 10nm 급 이하 반도체 소자 제조용으로 각광받고 있는 기술이다.
한편, EUV Lithography 기술에 있어서, EUV 광은 모든 물질에 대해 잘 흡수되고, 또한 이 파장에서 물질의 굴절률이 1에 가깝기 때문에, 기존의 KrF 또는 ArF 광을 사용한 포토 리소그래피와 같은 굴절 광학계를 사용할 수 없다. 이 때문에, EUV 리소그래피에서는 반사 광학계를 이용한 반사형 포토마스크가 사용된다.
블랭크마스크는 상기 포토마스크의 원재료로서, 반사형 구조를 형성하기 위하여, 기판 상에 EUV 광을 반사하는 반사막, EUV 광을 흡수하는 흡수막의 2가지 박막을 포함하여 이루어진다. 포토마스크는 이러한 블랭크마스크의 흡수막을 패터닝함으로써 제작되며, 반사막의 반사율과 흡수막의 반사율의 명암비(Contrast) 차이를 이용하여 Wafer 에 패턴을 형성하는 원리를 이용한다.
한편, 최근에는 10nm 급 이하, 즉 7nm 급 또는 5nm급 소자 나아가 3nm급 이하의 반도체 소자 제조를 위한 블랭크마스크 개발이 요구되고 있다. 그런데 5nm 급 이하, 예컨대 3nm 급의 공정에서는 현재의 바이너리 형태의 포토마스크를 이용할 경우 더블 패터닝 리소그래피(DPL : Double Pattering Lithography) 기술이 적용되어야만 하는 문제점을 가진다. 이에 따라, 상기와 같은 흡수막을 구비한 바이너리 형태의 블랭크마스크에 비하여 더욱 높은 해상도(Resolution)를 구현할 수 있는 위상반전 블랭크마스크의 개발이 시도되고 있다.
도 1 은 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크의 기본 구조를 도시한 도면이다. 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크는, 기판(102), 기판(102)상에 적층된 반사막(104), 반사막(104) 위에 형성된 위상반전막(108), 및 위상반전막(108) 위에 형성된 레지스트막(110)을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 EUV 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크에서, 위상반전막(108)은 포토마스크의 용도에 따라 요구되는 반사율 및 위상반전량을 충족하여야 한다. 또한 위상반전막(108)은 식각 시 패턴 정확도(Fidelity)를 우수하게 하기 위하여 비정질 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 위상반전막(108)은 낮은 박막 스트레스(Stress)를 가지는 것이 필요하다. 일반적으로 박막의 스트레스는 평탄도 변화(△TIR : Total indicated reading)로 표기된다. 박막의 패턴 형성 과정에서 박막 스트레스의 풀림(Release) 현상은 패턴 정렬도(Registration)의 변화를 발생시킨다. 이러한 문제점은 패턴 크기 및 밀도에 따라 다르게 발생하는데, 이를 효과적으로 제어하기 위해서는 박막이 낮은 스트레스를 갖도록 하는 것이 필요하다.
또한, 위상반전막(108)은 낮은 표면 거칠기(Surface Roughness)를 가지는 것이 필요하다. 기존의 바이너리형 블랭크마스크의 경우 노광광에 대하여 반사율이 2% 이하로서 상대적으로 표면 거칠기에 의한 난반사 영향이 미미하지만, 위상반전막은 3% 이상 바람직하게는 5% 이상의 반사율이 요구됨에 따라, 그 영향이 커지게 된다. 예를 들어 위상반전막의 표면 거칠기(Surface Roughness)가 높아지면 노광광의 난반사에 의한 반사율 감소 또는 반사광의 플레어(Flare) 현상에 의해 Contrast 감소가 발생할 수 있고, Wafer PR 패턴의 LER(Line Edge Roughness) 및 LWR(Line Width Roughness)가 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 위상반전막에 대해 요구되는 반사율과 위상반전량을 충족시킬 수 있는 EUV 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 위상반전막의 표면 거칠기 제어를 통해 Wafer Printing 시 Contrast, LER, LWR 등의 특성을 우수하게 할 수 있는 고품질의 EUV 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 EUV 리소그래피용 블랭크마스크는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 반사막; 및 상기 반사막 상에 형성된 위상반전막;을 포함하며, 상기 위상반전막은 루테늄(Ru) 및 탄탈륨(Ta)을 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 위상반전막의 루테늄(Ru) 및 탄탈륨(Ta)의 합계 함유량은 50~100at% 인 것이 바람직하다.
상기 위상반전막은 몰리브데늄(Mo), 실리콘(Si), 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 위상반전막은 보론(B)을 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 상기 위상반전막의 보론(B) 함유량은 5~50at% 인 것이 바람직하다.
상기 위상반전막은 질소(N), 산소(O), 탄소(C), 및 수소(H) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 위상반전막은 45at% 이하의 질소(N)를 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 위상반전막은 Ru : Ta = 30~70at% : 70~30at%의 조성비를 갖는 스퍼터링 타겟 또는 Ru : Ta : B = 75~40at% : 20~40at% : 5~20at% 범위의 조성비를 갖는 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 위상반전막은 Ta 의 함유량이 Ru 의 함유량보다 크도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 극자외선 노광광에서 상기 반사막의 반사율에 대한 상대반사율이 3~15% 가 되도록 구현될 수 있다.
상기 위상반전막은 Ta 의 함유량이 Ru 의 함유량보다 작거나 같도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 극자외선 노광광에서 상기 반사막의 반사율에 대한 상대반사율이 15~30% 가 되도록 구현될 수 있다.
상기 위상반전막은 170~220°의 위상반전량을 가지며, 30~70nm 의 두께를 가지며, 300nm 이하의 평탄도를 가지며, 0.5nmRMS 이하의 거칠기를 갖는다.
상기 위상반전막의 상부에는 Si, SiO, SiN, SiC, SiON, SiCO, SiCN, SiCON 중 어느 하나로 구성되는 하드마스크막이 추가로 형성될 수 있다.
상기 위상반전막은 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다.
이때 상기 위상반전막의 최상부층은 산소(O)를 추가로 포함하는 물질로 형성되고 상기 최상부층 아래의 하부층은 산소(O)를 포함하지 않는 물질로 형성될 수 있다. 상기 최상부층의 산소(O) 함유량은 1~60at% 인 것이 바람직하다.
상기 최상부층은 1~10nm 의 두께를 갖도록 구성된다.
상기 최상부층은, Si, SiN, SiC, SiO, SiCN, SiCO, SiNO, SiCON 중 어느 하나, TaO, TaCO, TaON, TaCON 중 어느 하나, 또는 RuTaO, RuTaON, RuTaBO, RuTaBON 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 최상부층의 상부에 형성되는 하드마스크막은 Cr, CrN, CrC, CrO, CrCN, CrON, CrCO, CrCON 중 어느 하나의 물질로 구성된다.
상기 위상반전막의 최상부층은 CrO, CrCO, CrON, CrCON 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 최상부층의 상부에 형성되는 하드마스크막은 Si, SiO, SiN, SiC, SiON, SiCO, SiCN, SiCON 중 어느 하나의 물질로 구성된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 이와 같은 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크가 제공된다.
본 발명에 따르면, 3~30% 의 상대반사율을 가지고 170~220°의 위상반전량을 가지는 위상반전막을 구비한 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크가 제공된다. 또한 본 발명에 따르면, 위상반전막의 표면 거칠기가 0.5nmRMS 이하, 나아가 0.3nmRMS 이하인 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크가 제공된다.
이러한 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크를 이용하여, 최종적으로 7nm 이하의 패턴 제작 시 우수한 해상도(Resolution)을 얻을 수 있다.
도 1 은 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크의 기본 구조를 도시한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 도시한 도면.
도 3 은 본 발명의 블랭크마스크에서 위상반전막의 구체적인 구성의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 4 는 본 발명의 블랭크마스크에서 위상반전막의 구체적인 구성의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 도시한 도면.
도 3 은 본 발명의 블랭크마스크에서 위상반전막의 구체적인 구성의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 4 는 본 발명의 블랭크마스크에서 위상반전막의 구체적인 구성의 제 2 실시예를 도시한 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 기술한다.
도 2 는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 극자외선 리소그패리용 위상반전 블랭크마스크는, 기판(202), 기판(202)상에 적층된 반사막(204), 반사막(204) 위에 적층된 캡핑막(205), 캡핑막(205) 위에 적층된 위상반전막(208), 및 위상반전막(208) 위에 적층된 레지스트막(210)을 구비한다. 또한 본 발명의 블랭크마스크는, 기판(202)의 후면에 형성된 도전막(201), 및 캡핑막(205)과 위상반전막(208) 사이에 형성된 식각저지막(207)을 추가적으로 구비할 수 있다. 또한, 위상반전막(208)과 레지스트막(210) 사이에는 흡수막(도시되지 않음)이 추가로 구비될 수 있다. 또한, 위상반전막(208) 상부 또는 흡수막이 형성되는 경우에는 흡수막의 상부에는 하드마스크막(도시되지 않음)이 추가로 구비될 수 있다.
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-TiO2 계 유리, 다성분계 유리 세라믹 등을 이용할 수 있다.
기판(202)은 노광 시 반사광의 패턴 위치 에러(Pattern Position Error)를 제어하기 위하여 낮은 수치의 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㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 30nm 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 40~60 층 적층하여 형성한다. 반사막(204)의 최상부층은 반사막(204)의 산화를 방지하기 위하여 Si 재질의 보호막으로 구성되는 것이 바람직하다.
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 바람직하다.
반사막(204)은 13.5㎚ 의 EUV 노광광에 대하여 60% 이상, 바람직하게는 64% 이상의 반사율을 갖는 것이 바람직하다.
반사막(204)의 표면 평탄도를 TIR(Total Indicated Reading)로 정의할 때 TIR 은 1,000㎚ 이하, 바람직하게는 500㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 300㎚ 이하의 값을 갖는다. 반사막(204)의 표면 TIR 이 높은 경우 EUV 노광광이 반사되는 위치의 에러를 유발하며, 위치 에러가 클수록 패턴 위치 에러(Pattern Position Error)가 커진다.
반사막(204)은 EUV 노광광에 대한 난반사를 억제하기 위하여 0.5㎚Rms 이하, 바람직하게는 0.3㎚Rms 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎚Rms 이하의 표면 거칠기(Surface Roughness) 값을 갖는다.
캡핑막(205)은 반사막(204) 상에 형성되며, 반사막(204)의 산화막 형성을 방지하여 반사막(204)의 EUV 노광광에 대한 반사율을 유지하고, 위상반전막(208) 패터닝 진행 시 반사막(204)이 식각되는 것을 막아주는 역할을 한다. 바람직한 예로서, 캡핑막(205)은 루테늄(Ru)을 포함하는 재질로 형성된다. 캡핑막(205)은 2~5nm 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 캡핑막(205)의 두께가 2nm 이하일 경우 캡핑막(205)으로서의 기능을 발휘하기 어려우며, 5nm 이상일 경우 EUV 노광광에 대한 반사율이 저하되는 문제가 있다.
식각저지막(207)은 캡핑막(205)과 위상반전막(208) 사이에 선택적으로 구비되며, 위상반전막(208)의 패터닝을 위한 드라이 에칭(Dry Etching) 공정 또는 세정(Cleaning) 공정 시 하부의 캡핑막(205)을 보호하는 역할을 한다. 식각저지막(207)은 바람직하게는 위상반전막(208)에 대해 10 이상의 식각 선택비(Etch Selectivity)를 갖는 물질로 형성된다.
식각저지막(207)은 실리콘(Si), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 중 하나 이상의 물질로 구성되거나, 이 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 수소(H), 보론(B) 중 하나 이상을 더 포함하는 화합물로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 위상반전막(208)과 캡핑막(205)이 동종 물질이 포함될 경우, 예컨대 루테늄(Ru)을 포함한 물질로 구성될 경우, 식각저지막(207)은 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하는 물질로 구성될 수 있다. 다른 예로서, 식각저지막(207)은 몰리브데늄(Mo) 단독 또는 몰리브데늄(Mo)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 수소(H), 보론(B) 및 다른 금속 중 하나 이상을 포함하여 형성할 수 있다. 한편, 식각저지막(207)이 산소(O)를 포함할 경우에는 Ru 재질의 캡핑막(205)에 데미지(Damage)를 주어 반사율 감소 등의 영향을 미치므로, 식각저지막(207)은 산소(O)를 포함하지 않도록 구성될 수 있다.
식각저지막(207)에 대한 식각 가스는 그 상부에 형성되는 위상반전막(208)에 대한 식각 가스와 같거나 다를 수 있다. 예를 들어 식각 가스가 같은 경우에는 식각저지막(207)과 위상반전막(208)의 조성 또는 조성비를 상이하게 하여 EPD(End Point Detection) System 으로 Etching 종점을 확인할 수 있다.
또한 식각저지막(207)은 최종 패턴 형성 시 제거(Removal)되는 물질로 형성할 수 있다. 식각저지막(207)의 제거를 위하여, 건식 식각, 습식 식각 및 Cleaning 과정에서 식각저지막(207)이 제거되는 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로, Cleaning 과정에서 세정용액으로서 SC-1, SPM, APM, Megasonic, Hot-DI water 를 사용함으로써 식각저지막(207)을 제거할 수 있다.
식각저지막(207)은 0.5~5nm 의 두께를 가지며, 바람직하게는 1nm 내지 3nm 의 두께를 가진다. 식각저지막(207)이 5nm 이상으로 두께를 가질 경우 최종적으로 형성된 위상반전막(208) 패턴의 반사율이 감소하게 되고, 0.5nm 이하의 경우 식각저지막(207)으로서의 역할 수행이 어려운 문제점이 발생한다.
위상반전막(208)은 노광광의 위상을 반전시켜 반사시킴으로써, 반사막(204)에 의해 반사되는 노광광과 상쇄 간섭을 일으켜 노광광을 소멸시키는 기능을 한다. 위상반전막(208)은 노광광의 파장에 대하여 위상반전 제어(Phase Shift Control)가 용이하면서도 투과도가 높은 물질로 형성된다. 이러한 물질로서 본 발명에서는 루테늄(Ru)과 탄탈륨(Ta)이 사용된다. Ru 와 Ta 를 포함하는 재질은 내약품성이 우수하고, 건식 식각 시 일반적으로 사용되는 불소(F)계 및 염소(Cl)계 가스를 용이하게 적용할 수 있는 장점을 가진다. Ru 는 Ta 에 비하여 굴절률이 낮아 위상반전막(208)의 위상반전량을 제어할 수 있다. 또한 박막의 스트레스 관점에서 Ta 은 Compressive Stress 를, Ru 는 Tensile Stress 를 가짐에 따라, 이 두 물질을 혼합할 경우 스트레스(Stress)가 낮은 박막의 구현이 가능하다는 장점을 가진다. 한편, 위상반전막(208)은 Ru 와 Ta 외에도 몰리브데늄(Mo), 실리콘(Si) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 물질을 추가로 포함할 수 있다.
Ru 및 Ta 는 위상반전막(208)의 반사율과 위상반전량을 결정한다. 위상반전막(208)에 포함되는 Ru 와 Ta 의 함유량의 합은 50~100at% 인 것이 바람직하다. Ru 와 Ta 의 함유량이 50at% 이하일 경우에는 3~30% 의 반사율 확보 및 위상량 제어가 어려운 문제점을 가진다.
Ru 는 Ta 에 비하여 낮은 소멸계수를 가지므로 Ru 의 함유량이 Ta 의 함유량에 비하여 상대적으로 증가하면 위상반전막(208)의 반사율이 높아진다. 따라서 위상반전막(208)에 포함되는 Ru 와 Ta 의 비율은 요구되는 반사율을 고려하여 결정된다.
낮은 반사율이 요구되는 경우에는 Ta 의 함유량이 Ru 의 함유량보다 크도록 구성된다. 구체적으로는, Ta : Ru = 50~99at% : 1~50at% 의 비율로 구성할 경우 3~15% 의 상대반사율을 구현하기 용이하다. 여기에서 상대반사율은 캡핑막(205)을 포함한 반사막(204)의 반사율에 대비한 위상반전막(208)의 13.5nm 파장의 EUV 노광광에 대한 반사율을 의미한다. 예컨대 캡핑막(205)을 포함한 반사막(204)의 반사율이 65% 이고 위상반전막(208)의 반사율이 3.3% 인 경우, 위상반전막(208)의 반사막(204)에 대한 상대반사율은 5.08% 가 된다.
높은 반사율이 요구되는 경우에는 Ta 의 함유량이 Ru 의 함유량보다 작거나 같도록 구성된다. 구체적으로는, Ta : Ru = 1~50at% : 50~99at% 의 비율로 구성할 경우 15~30% 의 상대반사율을 구현하기 용이하다.
한편, Ru 및 Ta 를 포함하는 위상반전막(208)은 적어도 보론(B)를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다. 보론(B)은 위상반전막의 박막 결정성을 비정질화하여 패턴 형성 시 패턴 모양(Pattern Profile)을 우수하게 한다. 또한 보론(B)은 Ru, Ta 대비 낮은 원자량을 가짐에 따라 Sputtering 후 박막의 표면 거칠기를 낮추는 기능을 한다. 이를 통해 위상반전막(208) 표면에서 발생하는 난반사 등을 제어하기 용이하다. 또한 보론(B)은 광학적으로 Ru 및 Ta 대비 낮은 소멸계수(k) 가지고 있으므로, 3~30% 범위에서 소정의 반사율 및 180° 내외의 위상반전량을 구현할 수 있다. 추가적으로, 보론(B)의 함유량이 증가함에 따라 Ru 와 Ta 를 포함하는 위상반전막(208)의 식각속도(Etch-rate)가 증가하여 패턴 모양(Pattern Profile) 특히, 패턴의 LER 과 LWR 을 향상시킬 수 있다.
반면 보론(B)의 함유량이 높을 경우 상대적으로 Cleaning 공정 시 세정 용액에 취약한 경향을 나타낸다. 따라서 위상반전막(208)에 포함되는 보론(B)의 함유량은 5~50at% 로 제어되는 것이 바람직하다.
위상반전막(208)은 추가적으로 질소(N), 산소(O), 탄소(C), 수소(H) 중 하나 이상을 포함하여 형성할 수 있다. 특히, 질소(N)를 포함할 경우 Ru, Ta 에 대해 소멸계수를 낮추는 영향을 주므로 정밀한 반사율 제어가 가능한 장점을 가진다. 그러나, 질소의 함유량이 높을 경우 식각 속도(Etch-rate)가 저하되는 요인으로 작용하기 때문에, 질소(N)의 함유량은 45at% 이하로 제어되는 것이 바람직하다.
위상반전막(208)은 단층 또는 2층 이상의 다층으로 구성될 수 있다.
위상반전막(208)이 단층으로 구성될 경우 위상반전막(208)상에 하드마스크막(도시되지 않음)을 추가적으로 형성할 수 있다. 하드마스크막의 재료로는 Si, SiO, SiN, SiC, SiON, SiCO, SiCN, SiCON 중 어느 하나가 채용될 수 있다.
위상반전막(208)이 2층 이상의 구조로 형성될 경우, 적어도 하나의 층은 산소(O)가 없고 나머지는 산소(O)가 있는 구조로 형성될 수 있다. 이때, 2층 이상의 구조의 위상반전막(208)에서 최상부층이 산소(O)를 포함하고 최상부층의 하부층은 산소(O)를 포함하지 않는 것이 바람직하다. 최상부층에 산소(O)가 포함됨에 따라 최종적으로 위상반전막(208)의 최상부층에서 검사파장에 대한 Contrast를 향상시킬 수 있다.
구체적으로는, 위상반전막(208)의 최상부층은 Si, SiN, SiC, SiO, SiCN, SiCO, SiNO, SiCON 중 어느 하나의 Si 화합물, TaO, TaCO, TaON, TaCON 중 어느 하나의 Ta 산화 화합물, CrO, CrCO, CrON, CrCON 중 어느 하나의 Cr 산화 화합물, 또는 RuTaO, RuTaON, RuTaBO, RuTaBON 중 어느 하나로 구성할 수 있다. 그리고, 하부층은 RuTa, RuTaN, RuTaB, RuTaBN 중 어느 하나로 구성할 수 있다. 한편, 최상부층과 그의 하부층이 재질의 차이 또는 산소(O) 함유 여부의 차이에 의하여 식각선택비를 가지는 경우, 최상부층은 검사파장에서의 반사율 감소 효과를 가져옴과 동시에 그의 하부층에 대해 하드마스크막으로서의 기능을 할 수 있다.
위상반전막(208)이 2층 이상으로 구성될 경우에도 위상반전막(208)의 최상부층상에 하드마스크막을 추가적으로 형성할 수도 있다. 하드마스크막은 식각 시 발생하는 부산물을 최소화하기 위하여 염소계 가스에 식각되는 특성을 가지는 물질로 구성하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 하드마스크막 물질로서 Cr 화합물, 구체적으로 Cr, CrN, CrC, CrN, CrCN, CrCO, CrON, CrCON 중 어느 하나가 채용될 수 있다. 또한 하드마스크막의 물질로서 전술한 단층 위상반전막(208)의 경우에서와 마찬가지로 Si, SiO, SiN, SiC, SiON, SiCO, SiCN, SiCON 중 어느 하나가 채용될 수도 있다. 크롬(Cr) 계열의 물질은 염소계 식각 가스에 의해 식각되고 실리콘(Si) 계열의 물질은 불소계 식각 가스에 의해 식각되므로, 하드마스크막의 물질은 위상반전막(208)의 최상부층의 재질을 고려하여 최상부층에 대해 식각선택비를 갖도록 선택된다. 예컨대, 최상부층이 Si, SiN, SiC, SiO, SiCN, SiCO, SiNO, SiCON 중 어느 하나, TaO, TaCO, TaON, TaCON 중 어느 하나, 또는 RuTaO, RuTaON, RuTaBO, RuTaBON 중 어느 하나의 물질로 형성되는 경우에는 하드마스크막은 Cr, CrN, CrC, CrO, CrCN, CrON, CrCO, CrCON 중 어느 하나의 물질로 구성될 수 있다. 또한 최상부층이 CrO, CrCO, CrON, CrCON 중 어느 하나로 형성되는 경우에는 하드마스크막은 Si, SiO, SiN, SiC, SiON, SiCO, SiCN, SiCON 중 어느 하나의 물질로 구성될 수 있다.
위상반전막(208)의 최상부층의 산소(O)의 함유량은 1~60at% 인 것이 바람직하다. 산소(O)의 함유량이 1at% 이하인 경우에는 검사파장에서의 반사율 감소 효과가 없어 Contrast 향상이 어려우며, 60at% 이상일 경우에는 박막 증착 시 재현성 확보가 어려운 문제점을 가진다.
위상반전막(208)의 최상부층은 1~10nm 의 두께, 바람직하게는 2~5nm 의 두께를 갖는다. 1nm 이하의 두께를 갖는 경우에는 하부의 층에 대한 식각선택비 확보가 어려우며, 10nm 이상의 두께를 갖는 경우에는 최상부층의 식각을 위한 레지스트막(210)의 두께 감소가 어려워진다.
위상반전막(208)을 형성하기 위한 스퍼터링 타겟은, Ru : Ta = 30~70at% : 70~30at%의 조성비를 갖는 RuTa 합금, 또는 Ru : Ta : B = 75~40at% : 20~40at% : 5~20at% 범위의 조성비를 갖는 RuTaB 물질로 구성될 수 있다.
위상반전막(208)은 170~220°의 위상반전량을 가지며, 바람직하게는 170~190°, 더욱 바람직하게는 175~185°의 위상반전량을 가진다.
위상반전막(208)은 그림자 효과(Shadowing Effect)의 감소를 위하여 두께가 작을수록 우수하다. 위상반전막(208)은 30~70nm 의 두께를 가지며, 바람직하게는 40~60nm 의 두께를 갖는다.
위상반전막(208)은 Charge-up 현상을 감소시키기 위하여 면저항이 낮을수록 유리하다. 본 발명의 위상반전막(208)은 1000Ω/□ 이하의 면저항을 가지며, 바람직하게는 500Ω/□ 이하, 더욱 바람직하게는 100Ω/□ 이하의 면저항을 갖는다.
위상반전막(208)은 Registration 영향을 감소시키기 위해서 낮은 평탄도(△TIR)를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 위상반전막(208)은 300nm 이하의 평탄도를 가지며, 바람직하게는 200nm, 더욱 바람직하게는 100nm 이하의 평탄도를 갖는다.
위상반전막(208)은 표면에서의 난반사에 의한 Flare 현상을 방지하고 반사광의 Intensity 감소를 방지하기 위하여 낮은 표면 거칠기를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 위상반전막(208)은 0.5nmRMS 이하의 거칠기를 가지며, 바람직하게는 0.3nmRMS 이하의 거칠기를 갖는다.
본 발명의 위상반전막(208)은 포토마스크의 세정 시 우수한 내약품성을 가지며, 구체적으로는 본 발명에 따른 위상반전막(208)은 SC-1 및 SPM 공정 후의 두께 변화가 1nm 이하이다.
레지스트막(210)은 화학증폭형 레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)로 구성된다. 레지스트막(210)은 40~150㎚ 의 두께를 갖는다.
도전막(201)은 기판(202)의 후면에 형성된다. 도전막(201)은 낮은 면저항 값을 가져 정전척(Electronic-Chuck)과 극자외선 리소그래피용 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.
이하에서는 도 3 및 도 4 를 참조하여 도 2 의 블랭크마스크에서 위상반전막(208)의 구체적인 구성의 각 실시예를 설명한다. 도 3 및 도 4 는 각각 상이한 실시예이나, 도시 및 설명의 편의상 위상반전막(208)을 구성하는 각 층에 대해서 그 명칭이 동일하면 동일한 도면부호를 부여하였다.
도 3 및 도 4 의 각 실시예에서 식각저지막(207)은 도시가 생략되어 있다. 그러나, 식각저지막(207)은 각 실시예에 대해 필요에 따라 추가할 수도 있고 생략될 수도 있다.
그리고 도 3 및 도 4 에서는 위상반전막(208) 하부의 캡핑막(205)을 함께 도시하였다. 도 3 및 도 4 의 실시예에서 캡핑막(205)은 그 재질이 Ru 로 도시되어 있으나, 이는 캡핑막(205)의 바람직한 재질을 예시적으로 기재한 것으로서 이와는 다른 재질, 예컨대 Ru 에 O, N, C 등의 경원소 및/또는 다른 금속 등이 추가로 포함되거나 Ru 가 아닌 다른 재질일 수도 있다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 위상반전막(208)의 구성을 도시한 도면이다.
제 1 실시예에서, 위상반전막(208)은 하부의 제1층(208a)과 상부의 최상부층(208n)의 2층으로 구성되어 있으며, 제1층(208a)은 RuTaBN 으로 형성되고 최상부층(208n)은 RuTaBON 으로 형성된다. 전술한 바와 같이, 탄탈륨(Ta)은 산소(O)가 추가되는 경우 불소(F)계 식각 가스에 의해 식각되며 산소(O)가 추가되지 않는 경우에는 염소(Cl)계 식각 가스에 의해 식각되는 특성을 갖는다. 따라서, 최상부층(208n)은 불소계 식각 가스에 의해 식각되고 제1층(208a)은 염소계 식각 가스에 의해 식각되므로, 최상부층(208n)과 제1층(208a)은 식각 선택비를 갖는다.
캡핑막(205)과 제1층(208a) 사이에는 별도의 식각저지막(207)이 형성될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 위상반전막(208)의 구성을 도시한 도면이다.
제 2 실시예에서, 위상반전막(208)의 제1층(208a)은 도 3 의 제 1 실시예의 경우와 동일하고, 최상부층(208n)은 제 1 실시예에 비하여 Ru 가 포함되지 않은 TaBON 으로 형성된다. Ta 는 O 가 포함될 경우 불소계 식각 가스에 의해 식각되므로 최상부층(208n)은 제1층(208a)에 대해 하드마스크의 기능을 할 수 있다.
최상부층(208n) TaBON 외에도 산소(O)를 포함하는 Ta 의 화합물, 즉 TaBO, TaBCO, TaBCON 중 하나로 형성될 수도 있다. 또한, 최상부층(208n)은 실리콘(Si) 단독 또는 Si, SiN, SiO, SiC, SiON, SiCO, SiCN, SiCON 중 어느 하나를 포함하는 실리콘 화합물로 형성될 수도 있다.
이상에서는, 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.
Claims (25)
- 기판;
상기 기판 상에 형성된 반사막; 및
상기 반사막 상에 형성된 위상반전막;
을 포함하며,
상기 위상반전막은 루테늄(Ru) 및 탄탈륨(Ta)을 포함하는 물질로 형성되고,
상기 위상반전막의 루테늄(Ru) 및 탄탈륨(Ta)의 합계 함유량은 50~100at% 이고,
상기 위상반전막은 Ta 의 함유량이 Ru 의 함유량보다 작거나 같도록 구성되며,
상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 극자외선 노광광에서 상기 반사막의 반사율에 대한 상대반사율이 15~30% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상반전막은 몰리브데늄(Mo), 실리콘(Si), 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상반전막은 보론(B)을 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 4 항에 있어서,
상기 위상반전막의 보론(B) 함유량은 5~50at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 4 항에 있어서,
상기 위상반전막은 질소(N), 산소(O), 탄소(C), 및 수소(H) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 5 항에 있어서,
상기 위상반전막은 45at% 이하의 질소(N)를 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상반전막은 Ru : Ta = 30~70at% : 70~30at%의 조성비를 갖는 스퍼터링 타겟 또는 Ru : Ta : B = 40~75at% : 20~40at% : 5~20at% 범위의 조성비를 갖는 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항, 제 3 항 내지 제 8 항, 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상반전막은 2층 이상의 다층 구조를 가지며,
상기 위상반전막의 최상부층은 산소(O)를 추가로 포함하는 물질로 형성되고 상기 최상부층 아래의 하부층은 산소(O)를 포함하지 않는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 18 항에 있어서,
상기 최상부층의 산소(O) 함유량은 1~60at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 18 항에 있어서,
상기 최상부층은 1~10nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 18 항에 있어서,
상기 최상부층은, Si, SiN, SiC, SiO, SiCN, SiCO, SiNO, SiCON 중 어느 하나, TaO, TaCO, TaON, TaCON 중 어느 하나, 또는 RuTaO, RuTaON, RuTaBO, RuTaBON 중 어느 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 삭제
- 제 1 항, 제 3 항 내지 제 8 항, 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상반전막은 2층 이상의 다층 구조를 가지며,
상기 위상반전막의 최상부층은 CrO, CrCO, CrON, CrCON 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 23 항에 있어서,
상기 최상부층의 상부에 형성되며, Si, SiO, SiN, SiC, SiON, SiCO, SiCN, SiCON 중 어느 하나의 물질로 구성되는 하드마스크막;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 1 항의 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크.
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