KR20190129661A - 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크, 포토마스크 및 이의 제조 방법 - Google Patents

극자외선 리소그래피용 블랭크마스크, 포토마스크 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 포토 마스크는, 상기 투명 기판 상에 구비되며, 다수의 홈이 구비된 다층 반사막 및 상기 홈 내에 구비된 흡수막 패턴을 포함한다.
이에 따라, 본 발명은 그림자 효과의 발생을 방지하여 해상도가 향상되고, 임계 치수 균일도가 향상된 패턴을 형성할 수 있으며, EUV 노광광이 흡수되는 영역에서 반사되는 EUV 노광광과 다층반사막에서 반사되는 EUV 노광광 사이의 위상반전 효과를 이용하여 패턴 가장자리에서의 이미지 콘트라스트를 개선할 수 있다.

Description

극자외선 리소그래피용 블랭크마스크, 포토마스크 및 이의 제조 방법{Blankmask and Photomask for Extreme Ultra-Violet Lithography and method for fabricating of the same}
본 발명은 13.5㎚ 이하의 노광광을 사용하여 제조되는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크, 포토마스크 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 14㎚급 이하, 특히, 7㎚급, 5㎚급 이하의 미세 패턴 구현이 가능한 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크, 포토마스크 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
고집적화에 따른 포토-리소그래피(Photo-lithography) 기술은 고해상도(High Resolution) 구현을 위하여 193㎚(ArF)의 노광광에서 근래에는 13.5㎚ 파장의 EUV 노광광을 이용한 리소그래피 기술로의 발전이 이루어지고 있다.
그러나, EUV 리소그래피에 사용되는 13.5㎚ 파장의 노광광은 대부분의 물질(기체 포함)에 쉽게 흡수되는 성질이 있어 EUV 리소그래피 기술은 기존의 투과형 리소그래피 기술(예를 들어, ArF 리소그래피 기술의 투광부와 차광부를 이용하는 원리)과는 달리 극자외선 광을 반사하는 다층 반사막과 극자외선 광을 흡수하는 흡수막이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 즉, 극자외선용 블랭크 마스크는 크게 다층 반사막(Multi-reflective layer) 부분과 흡수막(Absorber layer) 부분의 2부분으로 구성된다.
일반적으로 상기 다층 반사막은 몰리브데늄(Mo)과 실리콘(Si)이 교대로 40층 내지 60층으로 적층된 구조를 가지며, 이는 13.5㎚의 파장에서 65% 이상의 반사율을 나타낸다. 그리고, 상기 다층 반사막 상에 구비되는 흡수막은 13.5㎚의 EUV 노광광을 흡수할 수 있는 물질로서 일반적으로 흡수 계수가 높은 탄탈(Ta) 물질을 기반으로 일반적으로 2층 구조로 하여 형성된다.
그러나, 종래 극자외선용 블랭크 마스크는 상기 흡수막의 두께에 의한 그림자 효과(Shadowing Effect)로 일부 패턴이 전사되지 못하는 문제가 있다. 상기 그림자 효과란, 흡수막 패턴에 극자외선 노광광이 조사될 때 극자외선 노광광의 입사 각도가 수직입사 대비 기울어짐(약 4°∼ 6°)에 따라 흡수막 패턴의 두께에 의해 입사광 및 반사광이 흡수막 패턴에 가리워져 일정 부분 전사(Printing)되지 못하는 것을 말한다. 이러한 그림자 효과(Shadowing Effect)는 웨이퍼 전사 시 스캔(Scan) 방향에 의해, 가로 패턴(Horizontal Pattern; HP)과 세로 패턴(Vertical Pattern; VP) 간 임계치수(CD) 편차(Bias)를 발생시키는 문제점을 일으킨다. 상기 그림자 효과는 흡수막 패턴의 두께에 의한 영향을 받으며, 두께가 두꺼울수록 그림자 효과에 의한 가로 패턴-세로 패턴 간 임계치수 편차가 높아진다.
한편, 현재의 흡수막 패턴 물질로서 탄탈륨(Ta) 화합물이 적용되고 있으며, 약 70㎚의 두께를 가져, 10㎚ 및 7㎚ 디바이스 적용 시 그림자 효과에 의한 가로 패턴-세로 패턴 간 임계치수 편차에 영향을 미쳐 정확한 CD 구현이 어렵다. 특히, 상기 그림자 효과는 현재의 0.33 NA에서 0.5 이상의 High NA가 적용되는 EUV 리소그래피 공정 시, 입사광의 입사 각도가 현재 4° ∼ 6° 대비 더 커지기 때문에 가로 패턴-세로 패턴 간 임계치수 편차가 더 커지는 문제점을 가진다.
상기 문제는 반사계 리소그래피를 적용하는 EUV 이하 BEUV(Beyond EUV) 리소그래피 기술에 있어서도 같은 문제를 포함한다.
본 발명은 반사형 리소그래피를 적용하는 블랭크 마스크에 있어서, 흡수막 두께에 의해 발생하는 그림자 효과(Shadowing Effect)를 저감하고, 이를 통해 웨이퍼 전사 임계치수 균일도가 향상된 패턴을 형성할 수 있는 블랭크 마스크, 포토마스크 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 포토 마스크는, 투명 기판 상에 구비되며, 다수의 홈이 구비된 다층 반사막 및 상기 홈 내에 구비된 흡수막 패턴을 포함한다.
상기 흡수막 패턴은 인접한 다층 반사막 대비 160°∼ 200°의 반사 위상차 및 1% ∼ 30%의 반사율을 갖는다.
상기 흡수막 패턴은 인접한 다층 반사막 대비 노광광에서 6% 이하의 반사율을 갖는다.
상기 흡수막 패턴은 상부가 다층반사막 또는 캡핑막의 상부에 대비하여 동일 위치 또는 위 또는 아래에 위치한다.
상기 흡수막 패턴은 10㎚ 이상의 두께를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 포토 마스크 제조 방법은, 투명 기판 상에 다층 반사막, 캡핑막, 금속막 및 레지스트막 패턴을 형성하는 단계, 상기 레지스트막 패턴을 마스크로 금속막을 식각하여 금속막 패턴을 형성하는 단계, 상기 금속막 패턴을 식각마스크로 노출된 캡핑막 및 다층 반사막 부분을 식각하여 상기 다층 반사막에 다수의 홈을 형성하는 단계, 상기 홈의 내부에 흡수막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 금속막 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 금속막은 3㎚ 내지 15㎚의 두께로 형성한다.
본 발명은 다층 반사막에 다수의 홈을 형성하고, 상기 홈 내에 흡수막 패턴을 형성하며, 상기 흡수막 패턴에서 반사되는 EUV 노광광과 다층반사막에서 반사되는 EUV 노광광 사이의 위상반전 효과를 이용하여 패턴 가장자리에서의 이미지 콘트라스트를 개선할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 13.5㎚ 이하의 극자외선광을 노광광으로 사용하는 리소그래피 기술에 있어서, 그림자 효과를 효과적으로 제어되어 14㎚급 이하, 특히 10㎚, 7㎚, 5㎚급 이하의 미세 패턴을 구현할 수 있다.
도 1a 및 도 1b은 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 포토마스크를 도시한 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 포토마스크 제조 방법을 도시한 단면도.
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 가진 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 포토마스크를 도시한 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 포토마스크(100)는 투명 기판(102) 상에 배치되며 다수의 홈(H)이 구비된 다층 반사막(104a), 홈(H) 부분을 제외한 다층 반사막(104a) 상에 구비된 캡핑막 패턴(106a) 및 다층 반사막(104a)의 홈(H) 부분에 구비된 흡수막 패턴(112a)을 포함한다.
투명 기판(102)은 EUV광을 이용하는 반사형 마스크 블랭크용 글래스 기판으로서 적합하도록 노광시 열에 의한 패턴의 변형 및 박막에 의한 스트레스를 방지하기 위해 저 열팽창 계수를 갖는 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판을 이용하는 것이 바람직하다. 이를 위한 투명 기판(102)의 소재로서는 SiO2-TiO2계 유리, 다성분계 유리 세라믹스 등을 이용할 수 있다.
투명 기판(102)은 노광 시 반사광의 정밀도를 높이기 위하여 높은 평탄도(Flatness)가 요구된다. 상기 평탄도는 TIR(Total Indicated Reading) 값으로 정의할때, 투명 기판(102)의 TIR은 132mm2 영역 또는 142mm2 영역에서 100㎚ 이하, 바람직하게, 50㎚ 이하, 더욱 바람직하게, 30㎚ 이하의 TIR을 가지는 것이 바람직하다.
다층 반사막(104a)은 13.5㎚ 이하의 EUV 노광광을 반사하는 기능을 가지며, 몰리브데늄(Mo) 및 실리콘(Si)을 교대로 40층 내지 60층 적층하여 형성한다. 다층 반사막은 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 다층 반사막의 구조(각 층의 두께)에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 0.33의 Normal NA 공법이 적용되고, 노광광의 입사 각도가 4˚∼6˚인 경우, 몰리브데늄(Mo) 및 실리콘(Si)이 각각 2.8㎚, 4.2㎚의 두께, 40층 내지 60층으로 형성되는 것이 바람직하나, 입사각도가 8˚∼ 14˚의 “High NA”공법이 적용될 시 다층 반사막의 반사 강도를 최적화 하기 위해서는 몰리브데늄(Mo)은 2㎚ ∼4㎚, 실리콘(Si)은 3㎚ ∼5㎚의 두께 범위로 적층하는 것이 바람직하다. 이러한 다층 반사막은 노광광의 파장 및 입사 각도에 따라 적층되는 물질 및 구조가 다르게 설계될 수 있다. 예를 들어, 입사 각도에 따라, 적층되는 물질은 동일하나 두께 및 구조가 변경될 수 있으며, 노광광의 변경 예를 들어 13.5㎚ 또는 13.5㎚ 이하의 노광광원(BEUV : Beyond EUV)을 사용할 시 노광광에 대한 고 반사율을 가지기 위해 물질, 구조, 두께가 설계되는 것이 바람직하다.
다층 반사막(104a)은 몰리브데늄(Mo)이 대기에 접촉하면 쉽게 산화되어 반사율이 저하되기 때문에 산화 방지를 위한 보호막으로서 실리콘(Si)을 최상부층에 형성하는 것이 바람직하다. 다층 반사막은 13.5㎚의 EUV용 노광 파장에 대하여 60% 이상의 반사율을 가지며, 193㎚ 또는 257㎚의 파장에 대하여 40% ∼65%의 반사율을 갖는다. 다층 반사막(104a)은 표면 평탄도를 TIR로 정의할 때, 표면 평탄도는 1,000㎚ 이하의 절대값을 가지며, 바람직하게, 500㎚ 이하, 더욱 바람직하게, 300㎚ 이하의 값을 갖는 것이 우수하다. 이는, 다층 반사막의 표면 평탄도가 나쁜 경우, EUV 노광광이 반사되는 위치 에러를 유발하며, 상기 위치 에러가 높을수록 임계 치수(Critical Dimension)의 위치 에러(Position Error)를 유발하기 때문이다. 한편, 다층 반사막(104a)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 갖는 것이 우수하다.
캡핑막 패턴(106a)은 다층 반사막(104a) 상에 형성되어 패턴 형성을 위한 건식 식각 또는 세정 공정 시, 다층 반사막(104a)을 보호하는 역할을 한다. 이를 위해, 캡핑막 패턴(106a)은 루테늄(Ru) 또는 니오븀(Nb)의 단독, 루테늄(Ru) 화합물 또는 니오븀(Nb) 화합물로 구성되며, 루테늄(Ru)과 니오븀(Nb)을 모두 포함하는 화합물로 형성할 수 있다. 상세하게, 캡핑막 패턴(106a)은 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함할 수 있으며, 이때, 주원소인 루테늄(Ru) 또는 니오븀(Nb)이 60at% 이상의 함유량을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
캡핑막 패턴(106a)은 1㎚ 내지 20㎚의 두께를 가지며, 바람직하게, 1㎚ 내지 10㎚의 두께를 갖는다. 캡핑막의 두께가 1㎚ 이하인 경우, 식각 및 세정 공정에서 다층 반사막을 보호하기 어려우며, 그 두께가 20㎚ 이상인 경우, 13.5㎚의 노광광의 반사율이 감쇄되어 최종적으로 이미지 감도(Image Contrast)가 감소하는 문제를 유발한다.
다층반사막(104a)에 구비된 다수의 홈(H)과 홈(H) 부분에 증착되는 흡수막 패턴(112a)은, 예를 들어, 3 이하의 패턴 종횡비(종횡비=패턴 두께/패턴 크기)를 갖도록 형성할 수 있다. 이를 위해, 홈(H)의 깊이는 설계에 따라 10㎚ 이상, 바람직하게, 70㎚ 이상의 깊이를 가지도록 설계하고, 흡수막 패턴(112a)의 두께를 용이하게 조정하여 패턴 종횡비를 낮출 수 있다. 이에 따라, 최종적으로 높은 패턴 종횡비에 따른 패턴 무너짐(Collapse)과 같은 문제점을 해소할 수 있다. 예들 들어 도 1b와 같이, 홈(H)의 깊이와 흡수막 패턴(112a)의 두께를 동일하게 하여, 패턴 종횡비를 “0”이 되도록 설계할 수 있으며 나아가, 홈(H)의 깊이와 흡수막 패턴(112a)의 두께 및 흡수막 패턴의 물질 설계를 통해, 그림자 효과 및 흡수막 패턴(112a) 표면 반사율을 1% 이하로 한 바이너리 EUV용 포토마스크 제조가 가능하다. 또한, 홈(H)의 깊이와 흡수막 패턴(112a)의 두께의 설계를 통하여, 도 1a와 같이, 홈(H)에 성막된 흡수막 패턴(112a)은 노광광에 대하여 반사율이 1 ∼ 30%, 위상량을 160°∼ 200°도 이내, 더욱 바람직하게는 노광광에 대한 반사율이 3 ∼ 8%, 위상량을 170° ∼ 190° 이내로 한 위상반전 마스크 제조도 가능하다. 다시 말해, 상술한 방법으로 설계된 흡수막 패턴(112a)의 상부는 인접하는 다층반사막 또는 캡핑막의 상부에 대비하여 동일 레벨의 위치 또는 위 또는 아래에 위치할 수 있다. 예를 들어, 홈(H)의 깊이를 20㎚로 설계한 후 흡수막 패턴(112a)의 두께를 50㎚로 하여, 최종적으로 볼록 형태로도 구성이 가능하며, 홈(H)의 깊이를 70㎚로 설계하고 흡수막 패턴의 두께를 50㎚로 하여, 최종적으로 오목 형태로도 구성이 가능하다.
흡수막 패턴(112a)은 스퍼터링(Sputtering), 화학기상 증착(CVD), 원자층 증착(ALD), 이온 빔 증착(IBD) 등 다양한 방법으로 성막할 수 있으며, 적어도 홈(H)의 바닥 부분을 포함하여, 홈(H)의 측벽 부분에도 형성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 포토마스크의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 투명 기판(102) 상에 다층 반사막(104), 캡핑막(106), 금속막(108) 및 레지스트막(110)을 순차적으로 형성하여 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 블랭크 마스크를 형성한다. 여기서, 투명 기판(102)의 후면에는 도전막이 형성된다.
금속막(108)은 캡핑막(106) 및 다층 반사막(104)과 10 이상의 건식 식각 선택비(Selectivity)를 갖는 막으로 형성하며, 캡핑막(106) 및 다층 반사막(104)이 플로린(F)계 식각 물질에 식각됨에 따라, 금속막(108)은 염소(Cl)계 식각 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 금속막(108)은, 예를 들어, 크롬(Cr), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 코발트(Co), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W) 중 선택되는 1종 포함하거나, 또는 이에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 특히, 상기 물질 외에도 금속막(108)은 캡핑막(106) 및 다층 반사막(104)과 식각 선택비를 갖는 어떠한 물질을 사용하여도 무방하다.
금속막(108)은 3㎚ 내지 15㎚의 두께를 가지며, 포토마스크 제조 공정에서 선택적으로 제거할 수 있다.
레지스트막(110)은 e-beam용 화학증폭형 레지스트로서, 150㎚ 이하, 바람직하게는 100㎚, 더욱 바람직하게는 60㎚ 이하의 두께를 갖는다. 또한, 레지스트막(110)은 멀티(Multi) e-beam용 레지스트을 적용할 수 있으며, 멀티 e-beam용 레지스트막은 50uC/cm2 이상의 노광 도즈(Dose), 바람직하게, 70uC/cm2 이상의 노광 도즈에 노광되는 레지스트를 의미한다.
도시하지는 않았지만, 레지스트막(110)의 상부에는 e-beam 노광 시 전자의 차지 업(Charge-up)을 저감하기 위하여 차지 방지층을 선택적으로 형성할 수 있으며, 그 물질로서, 예를 들어, 자기 도핑된 수용성 전도성 중합체 (Self-doped Water Soluble Conducting Polymer)로 형성할 수 있다. 상기 차지 방지층은 초순수에 용해되는 특성을 가지며, 5㎚ ∼ 60㎚, 바람직하게는 5㎚ ∼ 30㎚의 두께를 갖는다. 이러한, 상기 차지 방지층을 통해 e-beam 노광 시 전자의 차지업 현상을 방지함으로써 레지스트막(110)의 열적 변형을 방지하여 고 해상도(High Resolution) 구현이 가능하다.
도 2b를 참조하면, 상기 레지스트막에 대한 e-beam 노광 및 현상 고정을 실시하여 레지스트막 패턴(110a)을 형성한다. 이때, 멀티 e-beam을 이용하여 노광을 실시하여도 무방하다.
그런 다음, 레지스트막 패턴(110a)을 마스크로 상기 금속막을 패터닝하여 금속막 패턴(108a)을 형성한다. 여기서, 상기 레지스트막과 금속막은 각각 150㎚ 이하의 두께 및 3㎚ ∼ 15㎚의 두께를 가짐에 따라, 패턴 형성 시 로딩 효과(Loading Effect)가 현격히 감소하여, 해상도(Resolution)뿐만 아니라, CD 선형성(Linearity)이 우수한 특징을 가질 수 있다.
이어서, 금속막 패턴(108a)을 식각 마스크로 하부의 캡핑막 및 다층 반사막에 대한 식각을 실시하여 10㎚ 이상, 바람직하게, 200㎚ 이상의 깊이를 갖는 다수의 홈(H)을 형성한다. 이때, 상기 식각은 레지스트막 패턴을 제거한 후 금속막을 식각 마스크로 사용하여도 되고, 레지스트를 포함한 금속막을 식각 마스크로 이용하여 실시하여도 무방하다.
도 2c를 참조하면, 적어도 홈 부분(H) 및 금속막 패턴(108a) 상에 흡수막 패턴(114a)을 형성한다. 흡수막 패턴(114a)은 EUV 노광광에 대하여 160°∼ 180°의 위상차를 가질 수 있는 반사율을 갖도록 두께 및 조성으로 형성한다.
이어서, 홈(H) 부분 및 흡수막 패턴(114a)을 포함한 전체 구조를 덮도록 매립막(112)을 형성한다.
도 2d를 참조하면, 상기 매립막의 상부를 일부 깊이로 식각하여 흡수막 패턴(114a)을 노출시키고, 노출된 흡수막 패턴 및 금속막 패턴을 순차적으로 식각하여 캡핑막 패턴(106a)을 노출시킨 후, 상기 매립막을 제거하여 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 포토 마스크의 제조를 완료한다.
아울러, 상기 매립막을 형성한 후, 전체에 CMP 공정을 진행하여 다층 반사막 상의 캡핑막이 노출되도록 흡수막 패턴 및 금속막 패턴을 제거하고, 상기 매립막을 제거하는 방법으로 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 포토 마스크의 제조를 완료할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 다층 반사막에 다수의 홈을 형성하고, 상기 홈 내에 흡수막 패턴을 형성하며, 상기 흡수막 패턴에서 반사되는 EUV 노광광과 다층반사막에서 반사되는 EUV 노광광 사이의 위상반전 효과를 이용하여 패턴 가장자리에서의 이미지 콘트라스트를 개선할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 13.5㎚ 이하의 극자외선광을 노광광으로 사용하는 리소그래피 기술에 있어서, 그림자 효과를 효과적으로 제어되어 14㎚급 이하, 특히 10㎚, 7㎚, 5㎚급 이하의 미세 패턴을 구현할 수 있다.
(실시예)
극자외선용 블랭크 마스크 제조 Ⅰ
도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 극자외선 리소그패리용 블랭크 마스크를 제조하였다.
극자외선 리소그래피용 블랭크 마스크는, 도시하지는 않았지만, SiO2-TiO2계 투명 기판(102)의 후면에 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 장비를 이용하여 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 하부층과 상부층의 2층 구조를 갖는 도전막(Conductive layer)을 형성하였다. 상기 상·하부층의 도전막은 모두 크롬(Cr) 타겟을 이용하여 형성하고, 하부층의 도전막은 공정 가스로 Ar : N2 = 5sccm : 5sccm 주입하고, 공정 파워 1.4㎾를 사용하여 51㎚의 두께를 갖는 질화크롬(CrN) 막으로 형성하였다. 상부층의 도전막은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 7sccm : 7sccm 주입하고, 공정 파워는 1.4㎾를 사용하여 15㎚의 두께를 갖는 산화질화크롬(CrON) 막으로 형성하였다. 상기 도전막의 면저항을 4-Point Probe를 이용하여 측정한 결과 22.6Ω/□의 면저항 값을 나타내어 정전척과의 결합(E-Chucking)에 문제가 없고 도전막으로 사용하기에 문제가 없음을 확인하였다.
상기 도전막이 형성된 투명 기판(102)의 전면에 몰리브데늄(Mo)과 실리콘(Si) 층을 교대로 적층하여 40층의 다층 반사막(104)을 형성하였다.
다층 반사막(104)은 이온 빔 증착-저밀도결함(Ion Beam Deposition-Low Defect Density, 이하, IBD-LDD) 장비에 몰리브데늄(Mo) 타겟과 실리콘(Si) 타겟을 장착한 후, 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 몰리브데늄(Mo)층 및 실리콘(Si)층을 교대로 성막하여 형성하였다. 자세하게, 다층 반사막(104)은 몰리브데늄(Mo)층을 2.8㎚로 우선 성막하고, 실리콘(Si)층을 4.2㎚로 성막하며, 몰리브데늄(Mo)층 및 실리콘(Si)층을 1주기로 하여 40주기를 반복 성막하여 형성하였다. 다층 반사막(104)은 표면 산화를 억제하기 위하여 최종 표면이 실리콘(Si)이 되도록 형성하였다.
다층 반사막(104)에 대한 반사율을 EUV Reflectometer 장비를 이용하여 13.5㎚에서 측정한 결과, 67.7%를 나타내었으며, 박막 스트레스를 Ultra-flat 장비를 이용하여 측정한 결과 TIR이 625㎚를 나타내었다. 이후 AFM 장비를 이용하여 표면 거칠기를 측정한 결과, 0.125㎚Ra를 나타내었다.
다층 반사막(104) 상에 IBD-LDD 장비를 이용하고 루테늄(Ru) 타겟을 이용하여 질소(N) 분위기에서 2.5㎚의 두께의 질화루테늄(RuN)으로 이루어진 캡핑막(106)을 형성하였다. 캡핑막(106)의 형성 후, 다층 반사막(104)과 동일하게 반사율을 측정한 결과 13.5㎚의 파장에서 66.8%의 반사율을 나타내어 반사율 손실이 거의 없음을 확인하였다.
캡핑막(106) 상에 DC 마그네트론 스퍼터링 설비를 이용하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하며, 공정 가스로 Ar : 7sccm을 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾를 사용하여 4㎚ 두께의 크롬(Cr)으로 이루어진 금속막을 형성하였다.
이후, 금속막(108) 상에 화학증폭형 레지스트막(110)을 100㎚ 두께로 스핀 코팅하여 최종적으로 블랭크 마스크 제조를 완료하였다.
극자외선용 블랭크 마스크 제조 Ⅱ
본 발명에 따른 실시예는 상술한 실시예 Ⅰ에 대비하여 Multi e-beam용 레지스트막(110) 및 차지 방지층(미도시)이 형성된 블랭크 마스크 제조 방법을 설명한다.
자세하게, 상술한 실시예 Ⅰ과 동일하게 다층 반사막(104), 캡핑막(106), 금속막(108)이 형성된 이 후 Multi e-beam용 레지스트막(110)을 60㎚ 두께로 스핀 코팅하였다. 이후, 차지 업 방지를 위하여 자기도핑된 수용성 전도성 중합체 (Self-doped Water Soluble Conducting Polymer)로 형성된 물질을 30㎚ 두께로 스핀 코팅하여 최종적으로 극자외선 블랭크 마스크 제조를 완료하였다.
극자외선용 포토 마스크 제조 Ⅰ
상술한 실시예 Ⅰ의 극자외선용 블랭크 마스크를 이용하여, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여, 포토마스크 제조 하였다.
먼저, 실시예 Ⅰ의 블랭크 마스크에 대하여 e-beam 노광 및 현상 공정을 진행하여 레지스트막 패턴(110a)을 형성하였다. 이후 클로린(Cl) 가스를 기반으로 하부 금속막을 식각하여 금속막 패턴(108a)을 형성하였다. 이때, 금속막의 식각 속도는 0.8Å/sec을 나타내었으며, 과도 식각(Over Etch)은 100%를 적용하였다.
이후, 상기 레지스트막 패턴을 제거하고, 금속막 패턴(108a)을 식각 마스크로 하부 캡핑막 및 다층 반사막에 대하여 프로린(F) 가스를 기반으로 건식 식각을 실시하여, 다층 반사막(104a)에 다수의 홈(H)을 형성하였다. 홈(H)은 80㎚ 깊이로 형성되었으며, 상기 식각 후, 홈(H)의 바닥부 표면은 실리콘(Si)이 위치하도록 제어하였다.
이어서, 다층 반사막(104a)의 홈(H) 내에 반사율을 저감할 목적으로 탄탈륨(Ta) 타겟을 이용하여 공정 가스를 Ar : N2 = 8 : 2sccm로 주입하며, 공정 파워는 0.7kW로 하여 40㎚ 두께의 TaN 흡수막 패턴(114a)을 형성하였다. 흡수막 패턴(114a)의 성막 후 홈의 깊이를 AFM으로 측정한 결과 42㎚를 나타내었으며, 13.5㎚ 파장에서 반사율을 측정한 결과 4.2%를 나타내었다.
그런 다음, 흡수막 패턴(106a) 상의 금속막 패턴(108a) 및 흡수막 패턴(114a)을 제거하여 홈(H) 내에 흡수막 패턴(106a)이 구비된 포토마스크 제조를 완료하였다. 이후, 다층 반사막의 홈(H) 및 다층 반사막 표면에 대하여 13.5㎚의 노광광에서 반사율을 측정한 결과 홈(H)은 48%를 나타내었으며, 다층반사막 표면은 65%를 나타내어 콘트라스트가 낮은 결과를 나타내었다.
흡수막 형성 조건에 따른 포토마스크 평가
실시예 1 내지 4와 비교예는 다층 반사막에 구비된 홈의 깊이에 대하여 흡수막 패턴을 형성 조건을 변경하여 극자외선용 포토마스크를 제조하고 평가하였다.
실시예 1
(Ar:N2=8:2)		 실시예 2
(Ar:N2=8:2)		 실시예 3
(Ar:N2=7:3)		 실시예 4
(Ar:N2=6:4)		 비교예 1 비교예 2
홈(H) 깊이 80㎚ 80㎚ 80㎚ 80㎚ 0 280㎚
흡수막 두께 40㎚ 80㎚ 50㎚ 70㎚ 55㎚ 0
흡수막 증착후
홈(H) 깊이		 - 42㎚ 0 - 32㎚ - 14㎚ 55㎚ - 280㎚
패턴 종횡비
(CD = 22㎚)		 1.91 0 1.5 0.64 3.18 12.7
반사율
@13.5㎚		 4.2% 0.53% 4.34% 4.8% 0.8% 0
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 4의 경우, 홈(H)의 깊이는 모두 80㎚로 설정하였고, 종횡비(Aspect Ratio) 및 위상량 조절을 위하여 흡수막을 이루는 TaN의 질소를 변경시켜 스퍼터링을 실시하였다. 그 결과 실시예 1의 경우 반사율은 4.2%를 나타내었으며, 패턴 종횡비는 1.91를 나타내어 비교예 1의 3.18에 대비하여 상대적으로 1/2배 감소되었음을 확인할 수 있었다. 한편 실시예 2는 흡수막 두께를 홈(H)의 두께와 동일하게 성막하였다. 그 결과, 반사율은 0.53%를 나타내었으며, 그림자 효과가 없는 바이너리 마스크 제조가 가능하였다.
한편, 실시예 3은 질소 함유량을 증가시켜 흡수막을 형성하였으며, 그 결과, 패턴 종횡비는 1.5, 반사율이 4.34%를 나타내어 실시예 2 대비 증가하는 결과를 나타내었다.
한편, 비교예 2는 다층 반사막을 모두 식각한 결과를 나타내고 있으며 종횡비가 12.7를 나타내어 패턴 무너질 확률이 높은 것으로 판단되어 진다.
이상, 본 발명을 가장 바람직한 실시예를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는, 상기 실시예에 기재된 범위에 한정되지 않는다. 상기 실시예에 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능하다는 것은 해당 기술분야의 일반적인 기술자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이 특허 청구 범위의 기재로부터 분명하다.
102 : 투명 기판 104 : 다층 반사막
106 : 캡핑막 108 : 금속막
110 : 레지스트막 112a : 흡수막 패턴
114 : 매립막

Claims (14)

  1. 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 구비되며, 다수의 홈이 구비된 다층 반사막; 및
    상기 홈 내에 구비된 흡수막 패턴;
    을 포함하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막 패턴은 인접한 다층 반사막 대비 160° ∼ 200°의 반사 위상차 및 1% ∼ 30%의 반사율을 가지는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막 패턴은 인접한 다층 반사막 대비 노광광에서 6% 이하의 반사율을 가지는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막 패턴은 상부가 다층반사막 또는 캡핑막의 상부에 대비하여 동일 레벨의 위치 또는 위 또는 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막 패턴은 10㎚ 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막 패턴의 상기 홈의 바닥 및 측벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막 패턴은 탄탈륨(Ta)의 단독 또는 탄탈륨(Ta), 니켈(Ni), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 은(Ag), 인듐(In), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 금(Au), 플렛티늄(Pt), 팔라듐(Pd) 중 선택되는 1종 이상의 금속 물질을 포함하여 이루어지거나, 또는, 상기 1종 이상의 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1종 이상을 더 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈 이외의 다층 반사막 상에 구비된 캡핑막 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크.
  9. 투명 기판 상에 다층 반사막, 캡핑막, 금속막 및 레지스트막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 레지스트막 패턴을 마스크로 금속막을 식각하여 금속막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 금속막 패턴을 식각마스크로 노출된 캡핑막 및 다층 반사막 부분을 식각하여 상기 다층 반사막에 다수의 홈을 형성하는 단계;
    상기 홈의 내부에 흡수막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 금속막 패턴을 제거하는 단계;를
    포함하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속막 패턴을 제거하는 단계는,
    상기 홈 부분을 포함한 전체 구조 상에 매립막을 형성하는 단계;
    상기 매립막 및 금속막 패턴을 CMP 및 식각 중 하나 이상의 공정을 진행하여 상기 다층 반사막 상의 캡핑막 패턴이 노출되도록 제거하는 단계; 및
    상기 잔류하는 매립막을 제거하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속막은 크롬(Cr), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 코발트(Co), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W) 중 선택되는 1종 포함하거나, 또는 이에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속막은 3㎚ 내지 15㎚의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크 제조 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 레지스트막 상에 구비되며, 자기 도핑된 수용성 전도성 중합체 (Self-doped Water Soluble Conducting Polymer)로 형성된 차지 방지층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 포토 마스크 제조 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 극자외선 리소그래피용 포토마스크를 제조하기 위하여, 투명 기판 상에 순차적으로 형성된 다층 반사막, 캡핑막, 금속막 및 레지스트막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 블랭크 마스크.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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