KR20060029040A - 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법 - Google Patents

극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상결함 및 진폭결함을 제거할 수 있는 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 극자외선리소그래피용 마스크의 리페어 방법은 집속된 이온빔과 가열을 통해 다중층을 구비하는 극자외선용 마스크의 상기 다중층에 발생된 상결함을 제거하고, 이온밀링을 이용하여 다중층을 구비하는 극자외선용 마스크의 상기 다중층에 발생된 진폭결함을 제거한다.
EUVL, 다중층 미러, 상결함, 진폭결함, 이온밀링, 가열, 이온빔

Description

극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법{METHOD FOR REPAIR OF DEFECT ON MASK FOR EUVL}
도 1은 종래기술에 따른 EUVL용 반사마스크를 도시한 도면,
도 2a는 다중층 미러에서 발생하는 상결함을 도시한 도면,
도 2b는 다중층 미러에서 발생하는 진폭 결함을 도시한 도면,
도 3은 다중층 미러에서 결함의 크기에 따른 임계치수(CD) 변동을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선리소그래피용 마스크의 상결함을 리페어하기 위한 방법을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선리소그래피용 진폭결함의 리페어 방법을 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21, 31 : 기판
22, 32 : 다중층 미러
23 : 상결함
33 : 진폭결함
본 발명은 리소그래피 기술에 관한 것으로, 특히 극자외선 리소그래피(Extreme Ultra Violet Lithography)에 사용되는 마스크의 결함 리페어 방법에 관한 것이다.
최근 광리소그래피(Optical lithography)의 비약적인 발전으로 인해 차세대 노광공정들이 이용되기 위해서는 많은 개발이 이루어져야 한다. 그러나, 광리소그래피는 기술적 한계에 도달하고 있기 때문에 이를 대체할 새로운 노광공정이 제안되고 있다.
현재 노광공정으로 주로 사용되는 기술은 엑스레이(X-ray), 전자빔(Electron beam), 이온빔(Ion beam) 리소그래피 기술들이 있다.
그러나, 이들 기술들은 광리소그래피와는 많은 장비적/기술적 변화가 필요하므로 가장 좋은 방법은 현재의 광리소그래피를 연장하는 기술을 개발하는 것이라 할 수 있다.
이에 현재 가장 강력한 후보로 떠오르고 있는 것이 극자외선(Extreme Ultra Violet; EUV)를 이용한 리소그래피 공정(이하 'EUVL'라고 약칭함)이다. 이 EUVL은 기존에 사용하고 있는 KrF, ArF, F2 등의 단파장광을 연장하는 10nm∼14nm의 극단 파장을 이용하는 리소그래피 공정이다.
그러나, 극단파장의 광을 이용하기 때문에 해당 광이 대부분의 물질에서 흡수가 이루어지게 되어 현재의 트랜스미션(Transmission)을 이용한 노광 메카니즘으로는 이용이 불가능하다.
이의 대안으로 트랜스미션 메카니즘을 이용한 방법이 아닌 광의 반사메카니즘을 이용하려는 연구가 이루어져 현재는 반사광을 이용한 EUVL 개발 공정이 주된 연구가 되고 있다.
EUVL은 기존 광리소그래피를 연장하고자 하는 개념에서 시작되었다. 일반적인 광리소그래피 장비의 빔경로(Beam path)가 렌즈를 투과하는 구조였으나, EUVL 장비는 투과하는 렌즈 대신 다중층 미러(Multilayer mirror)를 이용한 반사메카니즘을 이용한다.
그러나, 대부분의 물질에서 반사도가 매우 작은 값을 가지게 되므로 EUV 빔이 통과하는 경로는 진공과 같은 수준이 되어야 하며, 렌즈 및 마스크 물질은 EUV빔을 충분히 이용가능하도록 표면이 다중층으로 도포된 미러(Mirror)이어야 한다.
양산 가능한 제품을 만들기 위해서는 EUV 빔이 반사계에서 각각 70% 이상의 반사도를 가져야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 EUVL용 반사마스크를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 극자외선 리소그래피(EUVL)는 기판(11) 상에 다중층 미러(12)를 퇴적하여 이를 반사마스크로 사용한다. 여기서, 다중층 미러(12)는 실리콘막(Si, 12a)과 몰리브덴막(Mo, 12b)이 여러번 퇴적된 다중층 구조이며, 도시되지 않았지만 실리콘막과 몰리브덴막 사이에 루테늄막(Ru)이 삽입되는 다중층(Mo/Ru/Si) 구조일 수도 있다.
도 1에서 알 수 있듯이, EUV 빔이 지나는 경로는 실리콘막과 몰리브덴막의 퇴적층으로 이루어진 다중층 미러(12)를 통해 반사가 이루어진다. 이때, 빔 경로 및 마스크의 경우 패턴의 왜곡에 가장 큰 영향을 줄 수 있는 부분이 이 다중층의 결함 유무가 될 것이다.
도 1과 같은 다중층 미러 구조에서 발생할 수 있는 결함은 크게 상결함(Phase defect)과 진폭 결함(Amplitude defect)으로 분류할 수 있다.
도 2a는 다중층 미러에서 발생하는 상결함을 도시한 도면이고, 도 2b는 다중층 미러에서 발생하는 진폭 결함을 도시한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 상결함(Phase defect)은 마스크가 극자외선을 잘못된 상으로 전달하는 결함으로서, 기판(11)에서부터 기판 상의 입자오염 또는 표면손상에 의해 상결함(14)이 존재하여 이 상결함(14)으로 인해 다중층 미러(12)의 각 층에 잘못된 상을 전달하여 발생한다.
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 진폭 결함(15)은 다중층 미러(12)의 표면부에서 발생하는 오염으로 인해 결함이 존재하여 웨이퍼에 전사되는 경우에 발생하는 결함이다.
위와 같은 두 가지 결함들은 모두 웨이퍼에 전사되는 대기이미지(Aerial image)에서 모두 원치 않는 반복된 결함으로 존재하게 되며, 이는 소자 제작에 있어서 치명적인 악영향을 미친다.
도 3은 다중층 미러에서 결함의 크기에 따른 임계치수(CD) 변동을 도시한 도면이다. 도 3에서, 가로축은 결함의 폭(Defect width)을 나타내고, 세로축은 CD 변동률(%)을 나타내며, 결과그래프는 결함의 높이(Defect height)를 나타낸다.
다중층에 존재하는 결함의 높이(Height) 및 폭(Width)에 따른 CD 변동은 EUVL의 개구수(Numerical Aperture; NA)가 0.1이고 공칭CD(Nominal CD)가 70nm라고 가정할 때, 결함의 크기가 증가함에 따라 급격히 증가하는 경향을 보이고 있음을 알 수 있다. 예컨대, 5nm 높이를 갖는 결함이 존재하는 경우, 공칭CD는 결함의 40nm 폭에서 10% 이상의 CD 변동을 보이고 있다.
따라서, 다중층에 존재하는 결함을 리페어할 수 있는 방법이 EUVL의 다중층 마스크 제작시 가장 중요한 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 상결함 및 진폭결함을 제거할 수 있는 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 극자외선리소그래피용 마스크의 리페어 방법은 집속된 이온빔과 가열을 통해 다중층을 구비하는 극자외선용 마스크의 상기 다중층에 발생된 상결함을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상 기 집속된 이온빔은 갈륨이온빔을 이용하는 것을 특징으로 하고, 상기 가열은 200℃∼350℃의 온도범위에서 진행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 극자외선리소그래피용 마스크의 리페어 방법은 이온밀링을 이용하여 다중층을 구비하는 극자외선용 마스크의 상기 다중층에 발생된 진폭결함을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 이온밀링시 비활성 이온을 이용하는 것을 특징으로 하며, 상기 이온밀링시 크세논 이온을 이용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 EUVL용 마스크의 상결함을 리페어하기 위한 방법을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 집속된 이온빔(Focused ion beam; FIB)과 가열법(Heating)을 이용하여 기판(21) 상의 다중층 미러(22)에 발생된 상결함(23)을 리페어한다. 여기서, 다중층 미러(22)는 실리콘막(Si), 몰리브덴막(Mo)의 퇴적층(Mo/Si)이거나, 실리콘막, 루테늄막 및 몰리브덴막의 퇴적층(Mo/Ru/Si)일 수 있다. 이때, 실리콘막, 루테늄막 및 몰리브덴막의 퇴적층(Mo/Ru/Si)을 다중층 미러(22)로 이용하는 경우는, 루테늄막이 실리콘막과 몰리브덴막간 상호확산을 방지하는 배리어 역할을 하여, 다중층 미러(22)의 반사도를 향상시킬 수 있다.
자세히 살펴보면, 다중층 미러(22)에 존재하는 상결함(23)은 200℃∼350℃의 온도(이 온도는 다중층 미러의 각 층들이 상변화 및 상호확산을 일으키지 않는 온도)로 가열되면, 집속이온빔(FIB)으로부터 운동에너지를 얻어 확산이 일어나게 되고, 휘어졌던(Bending) 다중층 미러는 평평한(Flat) 형태로 변형이 발생된다.
위와 같은 상결함 레피어 방법은 열에너지와 운동에너지를 결합한 결함의 확산을 유도하는 방법으로서, 일정 온도에서 집속된 이온빔(FIB)을 조사하여 상결함의 확산을 유도하므로써 휘어진 다중층 미러(22)를 평평한 상태(22a)로 복구시켜 리페어한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 진폭결함의 리페어 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 기판(31) 상의 다중층 미러(32)의 표면에 발생된 진폭결함(33)을 리페어하기 위한 것으로, 다중층 미러(32) 표면에 발생된 진폭결함(33)을 건식식각(Dry etch) 공정의 일종인 이온밀링(Ion milling)을 통해 리페어하는 방법이다. 여기서, 다중층 미러(32)는 실리콘막(Si), 몰리브덴막(Mo)의 퇴적층(Mo/Si)이거나, 실리콘막, 루테늄막 및 몰리브덴막의 퇴적층(Mo/Ru/Si)일 수 있다. 이때, 실리콘막, 루테늄막 및 몰리브덴막의 퇴적층(Mo/Ru/Si)을 다중층 미러(32)로 이용하는 경우는, 루테늄막이 실리콘막과 몰리브덴막간 상호확산을 방지하는 배리어 역할을 하여, 다중층 미러(32)의 반사도를 향상시킬 수 있다.
자세히 살펴보면, 아르곤(Ar), 네온(Ne), 크세논(Xe), 크립톤(Kr), 라돈(Rn) 및 헬륨(He)으로 이루어진 비활성 이온 그룹 중에서 선택된 하나의 비활성 이온을 이용하여 다중층 미러(32) 표면에 발생된 진폭 결함(33)을 제거한다. 이때, 이온밀링 공정시 압력은 0.1Pa∼0.8Pa의 낮은 압력을 이용한다.
즉, 이와 같은 이온 밀링을 통해 다중층 미러(32) 표면의 진폭결함(33)을 건식식각해주어 다중층 미러(32) 표면에 리세스(34)를 형성한다.
상기 이온밀링 공정에서 비활성 이온 중에서 특히 크세논(Xe) 이온을 이용하면 진폭 결함 제거 효과가 더욱 크다.
부가 설명하면, 크세논(Xe) 이온은 아르곤(Ar) 등의 다른 비활성 이온 대비 상대적으로 다중층 미러 표면과의 충돌후 다시튕겨져 나오는 이온(Rebounded ion)이 운동에너지를 많이 잃어버리게 되어(예컨대, 아르곤 이온 대비 10분의 1 이하의 운동에너지가 됨), 다중층 미러(32) 표면에 가장 적은 손상을 주게 되기 때문이다.
이때, 사용하는 크세논 이온은 300eV∼1000eV의 운동에너지로 가속되는데, 그 이상의 운동에너지를 가하게 되면 다중층 미러(32) 표면은 넓은 영역을 통해 크랙 및 또다른 결함을 초래하게 된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은 EUVL에서 렌즈물질 및 마스크 재료로 사용되는 다중층에 발생된 상결함 및 진폭결함을 리페어해주므로써 웨이퍼에 전사되는 대기이미지가 왜곡이 없는 정상적인 패턴의 노광이 가능해지는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 집속된 이온빔과 가열을 통해 다중층을 구비하는 극자외선용 마스크의 상기 다중층에 발생된 상결함을 제거하는 단계
    를 포함하는 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집속된 이온빔은 갈륨이온빔을 이용하는 것을 특징으로 하는 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가열은,
    200℃∼350℃의 온도범위에서 진행하는 것을 특징으로 하는 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법.
  4. 이온밀링을 이용하여 다중층을 구비하는 극자외선용 마스크의 상기 다중층에 발생된 진폭결함을 제거하는 단계
    를 포함하는 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이온밀링시,
    비활성 이온을 이용하는 것을 특징으로 하는 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 이온밀링시,
    크세논 이온을 이용하는 것을 특징으로 하는 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 크세논 이온은,
    300eV∼1000eV의 운동에너지로 가속되는 것을 특징으로 하는 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 크세논 이온을 이용한 이온밀링은,
    0.1Pa∼0.8Pa의 낮은 압력에서 진행하는 것을 특징으로 하는 극자외선리소그래피용 마스크의 결함 리페어 방법.
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