KR102617884B1 - 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

밀도 향상 및 표면 조도 유지를 동시에 만족함으로써, 극자외선(EUV)에 대하여 반사성이 우수한 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법은 (a) 모 기판 상에 제1물질을 증착하여 제1층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1층 상에 제2물질을 증착하여 제2층을 형성하는 단계; (c) 상기 제2층 표면에 전자빔을 조사하는 단계; 및 (d) 상기 전자빔이 조사된 제2층 상에 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 순차적으로 1회 이상 반복하는 단계;를 포함한다.

Description

리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING REFLECTIVE LAYER FOR LITHOGRAPHY MASK}
본 발명은 극자외선에 대하여 반사성이 우수한 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정 중 리소그래피(lithography) 공정은 포토레지스트를 도포한 기판 상에 광선을 조사하여 회로 패턴을 형성시키는 핵심 공정 기술이다.
현 산업에서의 리소그래피 공정은 주로 레이저를 광원으로 사용하고 있다. 하지만, 반도체 소자의 집적화 및 고도화로 인해 패턴의 선폭이 급격히 축소됨에 따라 레이저 광원을 이용하여 패턴을 제작하는데 한계가 있다.
이에 따라 극자외선(extreme ultraviolet; EUV), 전자빔(electron beam), X-선, 이온빔 등이 새로운 광원으로 개발 및 연구되고 있다. 이 중에서도 특히 극자외선이 차세대 노광 기술을 위한 광원으로 각광을 받고 있다.
극자외선을 이용한 리소그래피용 마스크는 표면에 입사되는 극자외선을 반사시키는 반사층과 극자외선을 흡수하는 흡수층으로 구분된다.
종래의 반사층의 경우 최대 이론 반사도는 13.5nm의 파장에서 74.2%이지만, 계면(interlayer)의 형성과 계면의 거칠기(roughness)로 인해 실제 반사층을 제작하면 이론 반사도의 80-90% 정도 밖에 얻어지지 못하고 있다.
따라서, 극자외선 노광 공정에 적용하기 위해, 광학적 성질이 우수한 반사층의 제작이 절실히 요구되고 있다.
KR 2003-0000119 (2003.01.06.공개)
본 발명의 목적은 극자외선(EUV)에 대하여 반사성이 우수한 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 제2물질 상에 제1물질을 증착 시 제2물질-제1물질 경계의 상호적인 확산을 최소화할 수 있는 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 밀도 향상 및 표면 조도 유지를 동시에 만족할 수 있는 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법은 (a) 모 기판 상에 제1물질을 증착하여 제1층을 형성하는 단계; (b) 상기 제1층 상에 제2물질을 증착하여 제2층을 형성하는 단계; (c) 상기 제2층 표면에 전자빔을 조사하는 단계; 및 (d) 상기 전자빔이 조사된 제2층 상에 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 순차적으로 1회 이상 반복하는 단계;를 포함한다.
상기 제1물질은 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.
상기 제2물질은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다.
상기 전자빔 조사는 DC 전압 0V 초과 내지 500V 이하에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법은 극자외선에 대하여 반사성이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법은 제2물질-제1물질 경계의 상호적인 확산을 최소화하고, 밀도 향상 및 표면 조도 유지를 동시에 만족하는 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 공정을 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3은 기판 상에 Si층이 증착된 구조의 단면도이다.
도 4는 기판 상에 Si층이 증착된 구조에서 전자빔을 조사하지 않은 경우 XRR 그래프이다.
도 5는 기판 상에 Si층이 증착된 구조에서 Si층 표면에 1000V의 전자빔을 조사한 XRR 그래프이다.
도 6은 기판 상에 Si층이 증착된 구조에서 Si층 표면에 2000V의 전자빔을 조사한 XRR 그래프이다.
도 7은 비교예에 따른 반사층의 HR-TEM 이미지이다.
도 8은 비교예에 따른 반사층을 AFM으로 측정한 표면 조도 결과이다.
도 9는 제1실시예(DC 전압 300V)에 따른 반사층을 AFM으로 측정한 표면 조도 결과이다.
도 10은 제2실시예(DC 전압 500V)에 따른 반사층을 AFM으로 측정한 표면 조도 결과이다.
도 11은 제3실시예(DC 전압 1,000V)에 따른 반사층을 AFM으로 측정한 표면 조도 결과이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법을 설명하도록 한다.
본 발명에서 언급된 극자외선(EUV)은 파장이 대략 124nm에서 10nm인 전자기파를 가리킨다.
본 발명의 반사층은 극자외선을 광원으로 사용하는 리소그래피 공정에서 포토 마스크로 활용되는 것으로, 표면에 입사되는 극자외선을 반사시키는 역할을 한다.
일반적으로 극자외선용 반사층은 적층된 층들 경계의 표면 조도(거칠기)가 높을수록, 그리고 계면 사이의 상호적인 확산이 클수록 반사율이 감소하는 경향을 나타낸다.
기존 반사율 감소 현상을 개선하고자, 본 발명에서는 반사층의 적층 구조에서 층마다 전자빔 처리를 수행함으로써, 제2물질인 실리콘(Si)의 밀도를 향상시켜 열적 안정성을 확보하고, 제2물질 상에 제1물질을 증착 시에 상호적인 확산(intermixing)을 최소화할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법은 표면에 노출된 층의 고밀도화와 표면 조도 특성을 통해 극자외선에 대한 반사성이 향상되는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 공정을 보여주는 개략도이고, 도 2는 상기 반사층의 제조 방법을 보여주는 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법은 모 기판 상에 제1물질을 증착하여 제1층을 형성하는 단계(S110), 제2물질을 증착하여 제2층을 형성하는 단계(S120), 제2층 표면에 전자빔을 조사하는 단계(S130), 전자빔이 조사된 제2층 상에 S110 단계 내지 S130 단계를 순차적으로 1회 이상 반복하는 단계(S140)를 포함한다.
먼저, 모 기판(10) 상에 제1물질을 증착하여 제1층(30)을 형성한다.
모 기판(10)은 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별한 제한이 없으며, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 기판의 구조는 단층 구조여도 되고, 적층 구조여도 된다.
예를 들어, 모 기판(10)은 글래스, Si 웨이퍼 및 SiO2 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 이외에도 모 기판(10)은 석영을 포함할 수 있고, 티타늄과 같은 저열팽창성 물질이 도핑된 용융 실리카를 포함할 수도 있다.
반사층은 모 기판(10) 상의 전면에 형성되거나, 또는 모 기판(10)의 면적보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 도 1에서는 반사층이 모 기판(10)의 면적보다 작은 크기로 형성되는 것으로 도시하였으나, 이는 하나의 실시예에 해당하며 이에 제한되는 것은 아니다.
반사층은 제1물질과 제2물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사층은 제1물질과 제2물질 간의 제1적층 구조, 종류가 다른 2종의 화합물 간의 제2적층 구조, 또는 상기 제1적층 구조와 제2적층 구조 간의 제3적층 구조일 수 있다.
제1물질은 몰리브덴(Mo), 베릴륨(Be) 및 루비듐(Ru) 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게 제1물질은 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.
제1층(30)을 형성하는 단계에서, 제1물질을 증착하는 방법은 마스크 제조 공정에 사용되는 증착 방법이라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 증착은 스퍼터링 증착, e-beam 증착, 도포, 유기금속화학증착 등 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
제1층(30)의 두께는 대략 5 ~ 500nm로 형성될 수 있고, 구체적으로 5 ~ 100nm로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1층(30) 상에 제2물질을 증착하여 제2층(50)을 형성한다.
제1층(30)의 전면에 제2물질을 증착하여 제1층(30)과 동일한 면적 또는 크기의 제2층(50)을 형성할 수 있다.
제2물질은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 구체적으로 제2물질은 실리콘(Si) 또는/및 실리콘(Si) 화합물을 포함할 수 있다.
제2층(50)을 형성하는 단계에서, 제2물질을 증착하는 방법은 마스크 제조 공정에 사용되는 증착 방법이라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 증착은 스퍼터링 증착, e-beam 증착, 도포, 유기금속화학증착 등 어느 하나의 방법으로 수행될 수 있다.
제2층(50)의 두께는 대략 5 ~ 500nm로 형성될 수 있고, 구체적으로 5 ~ 100nm로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
실리콘(Si)으로 형성되는 제2층(50)은 전자빔의 표면처리 대상이며, 본 발명에서는 제2층(50)을 실리콘층이라고도 표기하였다.
제2층(50), 즉 실리콘층 상부 표면에 전자빔을 조사함으로써, 실리콘층 표면의 고밀도화를 부여할 수 있다. 실리콘층의 고밀도화는 열적 안정성을 확보하여 실리콘층 상에 제1층을 증착 시 층과 층 사이의 경계에서의 상호적인 확산을 최소화할 수 있다. 이에 따라 리소그래피 마스크용 반사층으로서의 반사특성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명에서는 전자빔이 조사된 제2층 상에 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 순차적으로 1회 이상 반복하여 반사층을 제조한다.
구체적으로는, 전자빔이 조사된 제2층 상에 제1물질을 증착하여 제1층을 형성하는 단계, 제1층 상에 제2물질을 증착하여 제2층을 형성하는 단계, 상기 제2층 표면에 전자빔을 조사하는 단계를 1회 이상 반복할 수 있다.
본 발명에서는 제1층(30) 및 제2층(50)의 적층 구조에서 제2층(50) 마다 전자빔을 조사함으로써, 표면층의 고밀도화 및 표면 조도 유지를 동시에 만족할 수 있다.
전자빔 조사는 전자빔을 조사한 표면에 국부적으로 열처리가 일어남으로써, 원자 재배열을 일으켜 제2층(실리콘층)의 표면 조도(표면 거칠기)를 개선시킴과 동시에 고밀도화를 부여한다. 여기서 표면 조도를 개선시키는 것은 표면 조도를 감소 내지 유지시키는 것을 의미한다.
상기 열처리는 전자빔 자체적으로 발생되는 열을 이용한 것으로, 일반적인 열처리 공정(annealing)과는 개념 및 원리가 상이하다.
일반적인 열처리 공정은 구조 전반적으로 열이 확산되기 때문에 제2층과 제1층 사이의 경계에서 상호적인 확산이 심화되는 문제점을 야기한다.
상기 전자빔은 스퍼터링 법을 이용하여 낮은 진공도와 플라즈마에서 전자를 가속하여 표면에 조사시키는 방법이다. 본 발명에서는 전자빔 조건에서 제2층의 표면 특성인 고밀도화 및 평탄화를 동시에 확보할 수 있다.
여기서 평탄화는 임의의 부위의 표면 거칠기가 감소하는 현상을 가리킨다.
고밀도화는 임의의 부위가 일정 부피당 질량 값이 증가하는 현상을 가리킨다.
본 발명에서는 RF 파워 50 ~ 1,000W 를 인가하여 전자빔을 형성하고, DC 전압 0V 초과 내지 2,000V 미만의 전압을 가하여 전자빔을 조사할 수 있다. 바람직하게, 전자빔 조사는 DC 전압 300V ~ 500V 에서 수행될 수 있다.
전자빔 조사가 0V 초과 내지 2,000V 이하에서 수행됨으로써, 실리콘층 표면의 밀도를 향상시킬 수 있고, 동시에 표면 조도 특성인 평탄화를 유지할 수 있다.
DC 전압이 0V 인 경우, 즉 실리콘층에 전자빔 조사를 수행하지 않는 경우, 실리콘층 박막의 두께가 그대로 유지되거나, 밀도가 그대로 유지되는 등 표면 특성의 변화가 없기 때문에 적층 경계의 상호적인 확산이 심한 현상을 보인다. 이에 따라 반사층의 반사율이 감소하는 문제점이 있다.
반대로 DC 전압이 2,000V 이상인 경우, 실리콘층 박막이 기화되기 때문에 반사층의 표면 특성을 확보하기 어렵다. 이에 따라 반사층의 반사율을 향상시키기 어려운 문제점이 있다.
이처럼, 전자빔 조사가 0V 초과 내지 2,000V 미만을 벗어나는 경우, 반사층을 구성하는 실리콘층의 평탄화 및 고밀도화가 제대로 이루어지지 않을 수 있다.
그리고 전자빔 조사는 아르곤 가스를 주입하면서 수행되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 전자빔 조사는 10~50sccm(cm3/min)의 아르곤 가스가 주입되는 분위기에서 수행될 수 있다. 가스의 유량이 이 범위를 벗어나는 경우, 실리콘층의 표면 조도 유지 및 고밀도화를 확보하기에 불충분할 수 있다.
전자빔 조사는 전자빔 조건 및 반사층 면적 등을 고려하여 조사 시간을 조절할 수 있다. 전자빔 조사는 대략 1~20분 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전자빔을 이용한 표면 처리는 진공 분위기에서 수행될 수 있다. 진공 분위기는 초기 압력이 5×10-6 Torr 이하, 동작 압력이 1 mTorr 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이처럼, 본 발명에서는 반사층을 구성하는 제1층 및 제2층의 적층 구조에서, 제2층 표면에 전자빔을 조사함에 따라, 제2층 및 상기 제2층 상에 배치되는 제1층의 계면에서 균일한 원자배열을 도모할 수 있어 표면 조도 유지와 높은 밀도 특성을 확보할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 리소그래피 마스크용 반사층은 광원에 대한 반사 효율을 극대화할 수 있다.
이와 같이 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 기판 상에 Si층이 증착된 구조의 단면도이다.
도 4는 기판 상에 Si층이 증착된 구조에서 전자빔을 조사하지 않은 경우 XRR 그래프이고, 도 5는 Si층 표면에 1000V의 전자빔을 조사한 XRR 그래프이다.
도 6은 기판 상에 Si층이 증착된 구조에서 Si층 표면에 2000V의 전자빔을 조사한 XRR 그래프이다.
표 1은 DC 전압에 따른 Si층의 밀도 변화를 나타낸다. 유리기판 및 Si층이 적층된 적층물에서 Si층 표면에 전자빔을 조사하고, XRR(X-ray reflectometry)로 측정하였다.
[표 1]
삭제
표 1 및 도 4 내지 도 6을 참조하면, Si 표면에 표면 처리를 하지 않은 샘플에 비해, Si 표면에 1,000V의 DC 전압으로 전자빔을 조사한 샘플의 두께가 감소하고, 밀도가 향상된 결과를 보였다. 이러한 밀도 향상은 Si층에 Mo과 같은 제1물질을 증착할 때 Si층과 Mo층 경계 사이의 상호적인 확산을 최소화할 수 있음을 나타낸다.
반면, Si층 박막 표면에 2,000V의 DC 전압으로 전자빔을 조사한 샘플은 박막이 기화되어 두께 측정이 불가능한 것을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 XRR 결과를 기반으로 전자빔 DC 전압 조건에서는 2,000V 미만으로 표면 처리를 수행하는 것이 바람직하다.
도 7, 도 8에서 비교예 샘플은 전자빔 처리를 하지 않은 것이다.
도 9 내지 도 11에서 실시예 1 ~ 3의 샘플들은 DC 전압 조건 300 ~ 1000V, RF 파워 150W, Ar 가스 10sccm 조건의 전자빔 처리를 한 것이다.
실시예 1 ~ 3 및 비교예 샘플의 구조는 Si 웨이퍼, SiO2, Mo, Si, Mo, Si 가 순차적으로 배치된 구조이다.
도 7은 비교예에 따른 반사층의 HR-TEM 이미지이다.
도 8은 비교예에 따른 반사층을 AFM으로 측정한 표면 조도 결과이다.
도 9는 제1실시예(DC 전압 300V)에 따른 반사층, 도 10은 제2실시예(DC 전압 500V)에 따른 반사층, 도 11은 제3실시예(DC 전압 1,000V)에 따른 반사층을 AFM으로 측정한 표면 조도 결과이다.
표 2는 도 8 내지 도 11의 표면 조도 값을 나타낸다.
[표 2]
삭제
도 8 내지 도 11, 표 2를 참조하면, DC 전압 500V 이하의 전자빔을 조사하여 표면처리한 경우, Si 층의 표면조도 변화는 유의미한 차이를 보이지 않았다.
반면, DC 전압 1,000V 의 전자빔을 조사하여 표면처리한 실시예 3은 비교예에 비해 약 10% 이상 증가되었다.
따라서 본 발명의 전자빔 조사는 DC 전압 500V 이하로 수행되는 것이 바람직하며, DC 전압 0V 초과 내지 500V 이하의 범위에서 표면층의 고밀도화 및 평탄화 유지를 동시에 만족함으로써, 극자외선(EUV) 광원에 대한 반사율이 증가되는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10 : 모 기판
30 : 제1물질
50 : 제2물질
A : 타겟 영역

Claims (8)

  1. (a) 모 기판 상에 제1물질을 증착하여 제1층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 제1층 상에 제2물질을 증착하여 제2층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 제2층 표면에 원자 재배열을 유도하는 전자빔을 조사하여 제2층 표면에 평탄화를 부여하는 단계; 및
    (d) 상기 전자빔이 조사된 제2층 상에 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 순차적으로 1회 이상 반복하는 단계;를 포함하고,
    상기 전자빔 조사는 DC 전압 300 ~ 500V 이하에서 수행되는 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1물질은 몰리브덴(Mo), 베릴륨(Be) 및 루비듐(Ru) 중 1종 이상을 포함하는 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1물질은 몰리브덴(Mo)을 포함하는 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2물질은 실리콘(Si)을 포함하는 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 조사는 RF 파워 50 ~ 1,000W에서 수행되는 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자빔 조사는 아르곤 가스를 주입하면서 수행되는 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모 기판은 글래스, Si 웨이퍼 및 SiO2 중 1종 이상을 포함하는 리소그래피 마스크용 반사층의 제조 방법.
  8. 삭제
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