KR20210022479A - 극자외선용 블랭크마스크 및 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
블랭크마스크는 투명 기판 상에 적어도 다층반사막 및 흡수막이 구비되며, 다층반사막 및 흡수막 중 적어도 하나는 성막 후 평탄도 향상을 위하여 열처리된다. 평탄도 및 박막의 잔류 응력이 개선된 고품질의 극자외선 블랭크마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 제조에 사용되는 극자외선(이하 EUV : Extreme Ultra Violet) 광을 노광광으로 사용하는 EUV 용 블랭크마스크 및 이를 이용하여 제작되는 포토마스크에 관한 것이다.
고집적화에 따른 포토리소그래피 (Photo-lithography) 기술은 고해상도(High Resolution) 구현을 위하여 현재의 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 다층반사막과 극자외선 광을 흡수하는 흡수막이 순차적으로 적층된 구조를 가진다.
극자외선용 블랭크마스크는 크게 다층반사막(Multi-reflective layer) 부분과 흡수막(Absorber layer) 부분의 2부분으로 구성된다. 일반적으로 상기 다층반사막은 몰리브데늄(Mo)과 실리콘(Si)이 교대로 40층 내지 60층으로 적층된 구조를 가지며, 이는 13.5㎚의 파장에서 65% 이상의 반사율을 나타낸다. 그리고, 상기 다층반사막 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 블랭크마스크는 상기 다층반사막과 흡수막의 형성으로 인한 기판 상 평탄도 저하로 인하여 최종적으로 패턴위치 오류(Pattern Position Error) 및 패턴 정렬도(Registration) 문제가 있다.
상기 패턴 위치 오류란, 극자외선 노광광에 대한 반사광이 웨이퍼 전사 시 실제 형성되는 패턴 위치와 설계된 패턴 위치의 차이를 말한다. 구체적으로는, 다층반사막에 극자외선 노광광이 약 6°의 입사각으로 조사될 때 마스크 상 다층반사막의 평탄도 저하는 반사광이 반사되는 지점의 위치 왜곡(이상적인 지점과 실제 반사되는 지점의 차이)을 일으키며, 이로 인해 반사광의 경로가 달라져 웨이퍼 전사 시 패턴 위치 왜곡 문제를 유발한다. 패턴 위치 오류는 평탄도 수치가 높아질수록, 즉 평탄도가 저하될수록 발생률이 높아진다.
한편, 상기 정렬도(Registration) 문제는, 흡수막 패턴 형성 시 흡수막에 존재하는 응력(Stress)으로 인해, 박막이 식각되면서 응력(Stress)의 Release(풀어짐) 현상에 의해 패턴 정렬도(Registration) 변하는 문제점을 말한다. 상기 패턴 정렬도 개선을 위해서는 흡수막 성막시 또는 성막 후의 잔류 응력(Stress)를 감소할 필요가 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다층반사막과 흡수막의 평탄도 및 응력(Stress)을 개선하여 웨이퍼 전사 시 패턴 위치 에러(Pattern Position Error) 및 패턴 정렬도(Registration)이 개선된 극자외선용 포토마스크 제조가 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 13.5㎚ 의 극자외선광을 노광광으로 사용하여 14㎚급 이하, 특히 10㎚급, 7nm급 이하의 미세 패턴 구현이 가능한 극자외선용 블랭크마스크 및 이를 이용하여 제작되는 포토마스크를 제공하는 것이다.
본 발명은, 투명 기판 상에 적어도 다층반사막, 및 흡수막이 구비된 극자외선용 블랭크마스크에 있어서, 상기 다층반사막 및 상기 흡수막 중 적어도 하나는, 성막 후 평탄도 향상을 위하여 열처리된 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크를 제안한다.
상기 다층반사막은 Mo막과 Si막이 교번 적층되어 이루어지거나, Mo막과 Si막 사이에 B4C막 또는 C막이 개재된 상태로 교번 적층되어 이루어진다.
상기 B4C막 또는 상기 C막은 0.1nm 내지 5nm의 두께를 갖는다.
상기 열처리의 온도는 100~500℃ 일 수 있다. 이때, 상기 열처리는 진공, O2, N2 중 하나의 분위기에서 10분 내지 2시간 동안 진행되는 것이 바람직하다.
상기 열처리의 온도는 150~350℃ 일 수 있다. 이때, 상기 열처리는 진공, N2 또는 O2, 분위기에서 20분 내지 30분 동안 진행되는 것이 바람직하다.
상기 다층반사막은 1,000nm 이하의 표면 평탄도 절대값을 갖는다.
상기 흡수막은 성막 전후의 평탄도 차이가 300nm 이하이다.
상기 다층반사막에 대한 열처리 온도는 상기 흡수막에 대한 열처리 온도보다 낮은 것이 바람직하다.
상기 흡수막은 Cr, Ta, Mo, V, Co, Ag, Sb, I, Pb, Ga, Bi, Co, Sn, Te, Ni, Zr, Si, Nb, Pt, Pd, Zn, Al, Mn, Cd, Mg, Li, Se, Cu, Hf, W 중 선택되는 1종 이상을 포함하거나, 또는 이에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진다.
상기 흡수막은 단층막, 다층막, 및 연속막 중 하나로 이루어지며, Ta, TaN, TaC, TaO, TaON, TaCN, TaCO, TaCON 중 하나로 이루어진다.
상기 흡수막은 55nm 이하의 두께를 갖는다.
상기 흡수막은 탄탈(Ta) 및 질소(N)를 포함하는 2층으로 이루어지고, 상부층 대비 하부층의 질소(N) 함유량은 10% 이하이다.
본 발명의 블랭크마스크는 상기 흡수막 상에 구비된 하드마스크막을 더 포함하며, 상기 하드마스크막은 Cr, Ta, Mo, V, Co, Ag, Sb, I, Pb, Ga, Bi, Co, Sn, Te, Ni, Zr, Si, Nb, Pt, Pd, Zn, Al, Mn, Cd, Mg, Li, Se, Cu, Hf, W 중 선택되는 1종 이상을 포함하거나, 또는 이에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 선택되는 1종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 블랭크마스크는 상기 투명 기판의 하면에 구비된 후면 도전막을 더 포함하며, 상기 후면 도전막은 100Ω/□ 이하의 면 저항값을 갖는다.
본 발명에 따르면 상기와 같은 구성을 갖는 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크가 제공된다.
본 발명에 따르면, 평탄도 및 박막의 잔류 응력이 개선된 고품질의 극자외선 블랭크마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 얻을 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 EUV 용 블랭크마스크를 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 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.
도 1 은 본 발명에 따른 EUV 용 블랭크마스크를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 극자외선용 블랭크마스크(100)는 투명 기판(102) 상에 다층반사막(103), 캡핑막(104) 및 흡수막(105)을 포함하는 구성을 갖는다. 또한, 투명 기판(102)의 후면에 후면 도전막(101)이 형성된다.
투명 기판(102)은 13.5nm의 EUV광을 이용하는 반사형 블랭크마스크용 글래스 기판으로서 적합하도록 노광시 열에 의한 패턴의 변형 및 박막에 의한 스트레스를 방지하기 위해 0±1.0×10-7/℃ 범위 내의 저 열팽창 계수를 가지며, 바람직하게, 0±0.3×10-7/℃ 범위 내의 저 열팽창 계수를 갖는 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판을 이용하는 것이 바람직하다. 이를 위한 투명 기판의 소재로서는 SiO2-TiO2 계 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 표현되고, 투명 기판(102)의 TIR 값은 132mm2 영역 또는 142mm2 영역에서 100㎚ 이하, 바람직하게는 50㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 30㎚ 이하이다.
다층반사막(103)은 EUV 노광광을 반사하는 기능을 가지며, 몰리브데늄(Mo)막 및 실리콘(Si)막이 교대로 적층된 Mo/Si 층을 40층 내지 60층 적층하여 형성한다. 다층반사막(103)은 이미지 감도(Image Contrast)를 좋게 하기 위하여 13.5㎚ 파장에 대한 높은 반사율이 요구되는데, 이러한 다층반사막(103)의 반사 강도(Reflection Intensity)는 노광광의 입사 각도 및 다층반사막의 구조(각 층의 두께)에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 0.33 의 Normal NA 공법이 적용되고, 노광광의 입사 각도가 5∼6˚인 경우, 하나의 층 내의 몰리브데늄(Mo) 및 실리콘(Si)이 각각 2.8㎚, 4.2㎚ 의 두께를 갖는 것이 바람직하나, 입사각도가 6∼14˚의 High NA 공법이 적용될 시 다층반사막의 반사 강도를 최적화하기 위해서는 몰리브데늄(Mo)은 2∼4㎚, 실리콘(Si) 3∼5㎚ 의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
다층반사막(103)은 몰리브데늄(Mo)막과 실리콘(Si)막 형성 시 박막 확산(Diffusion) 또는 후처리 시 실시되는 열처리 공정 등에 의한 반사율 저감을 감소시키기 위하여, 몰리브데늄(Mo)막 위에 또는 실리콘(Si)막 위에 B4C막 또는 Carbon(C)막 중 하나 이상의 막을 0.1~5nm 의 두께, 바람직하게는 0.1~1nm 의 두께로 성막할 수 있다. 이를 통해 예컨대 Mo/B4C/Si/C/Mo 의 구조, 또는 Mo/C/Si/B4C/Mo 의 구조가 반복적으로 적층된 구조의 다층반사막(103)을 형성할 수 있다.
한편, 상기 B4C막 또는 Carbon(C)막의 두께가 5nm 이상이면, 다층반사막(103)의 반사율 저감 등의 변화가 발생하며, 0.1nm 이하이면 Mo/Si 확산(Diffusion) 또는 열적 변화에 의한 반사율 감소를 줄이기 어렵다.
표면 평탄도를 TIR 로 정의할 때, 다층반사막(103)의 표면 평탄도는 1,000nm 이하의 절대값을 가지며, 바람직하게는 500nm 이하, 더욱 바람직하게는 300nm 이하의 값을 갖는다.
다층반사막(103)은 위와 같은 표면 평탄도를 충족하도록 하기 위하여 열처리된다. 열처리는 100~500℃ 범위에서 Furnace, RTP, 핫-플레이트 중 선택되는 1종 이상의 방법을 통해 실시할 수 있으며, 바람직하게는 RTP 공정을 이용하여 150~350℃ 범위에서 하는 것이 다층반사막(103)의 평탄도를 우수하게 하는데 용이하다.
열처리가 100℃ 이하로 이루어지는 경우, 박막의 스트레스가 해소(Release) 되지 않아 평탄도를 우수하게 할 수 없으며, 500℃ 이상으로 이루어지는 경우, 다층반사막(103)의 Intermixing 에 의해 반사율이 저감되는 문제점이 발생한다. RTP 를 이용한 열처리는 진공, O2, 또는 N2 분위기에서 실시할 수 있으며, N2 분위기에서 RTP 공정을 하는 것이 다층반사막(103)의 평탄도를 우수하게 하는데 용이하다. 상기 열처리 공정 시간의 경우 RTP 공정 시 10분 내지 2시간 범위에서 진행하는 것이 바람직하다. 150~350℃ 범위에서 열처리를 하는 경우에는 박막의 스트레스 해소 및 반사율 저감의 문제가 더욱 개선되며, 이 경우 열처리 시간은 진공, O2 또는 N2 분위기에서 20~30분이다. 이를 통해 다층반사막(103)의 평탄도(Flatness)를 감소시켜, 웨이퍼 전사 시 패턴 위치 오류 발생률을 낮출 수 있다. 한편, 다층반사막(103) 형성 시 B4C막 또는 C막을 성막하는 것을 통해 상기 열처리 시 발생하는 확산에 의한 반사율 감소 영향을 억제할 수 있다.
다층반사막(103)은 몰리브데늄(Mo)이 대기에 접촉하면 쉽게 산화되어 반사율이 저하되기 때문에 산화 방지를 위한 보호막으로서 실리콘(Si)을 최상부 층에 형성하는 것이 바람직하다. 다층반사막(103)은 13.5㎚의 EUV용 노광 파장에 대하여 65% 이상의 반사율을 가지며, 193㎚ 또는 257㎚의 파장에 대하여 65% 이하의 반사율을 갖는다. 다층반사막(103)은 표면 평탄도를 TIR로 정의할 때, 표면 평탄도는 1,000㎚ 이하의 절대값을 가지며, 바람직하게는 500㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 300㎚ 이하의 값을 갖는다. 다층반사막(103)의 표면 평탄도가 나쁜 경우 EUV 노광광이 반사되는 위치 에러를 유발하며, 상기 위치 에러가 높을수록 임계 치수(Critical Dimension)의 위치 에러(Position Error)를 유발한다. 한편, 다층반사막(103)은 EUV 노광광에 대한 난반사를 억제하기 위하여 표면 거칠기(Surface Roughness)가 0.5㎚Ra 이하, 바람직하게는 0.3㎚Ra 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎚Ra 이하의 값을 갖는다.
캡핑막(104)은 다층반사막 상에 형성되어 패턴 형성을 위한 건식 식각 또는 세정 공정 시 다층반사막(103)을 보호하는 역할을 한다. 이를 위해, 캡핑막(104)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(104)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(104)은 1~10㎚의 두께를 가지며, 바람직하게는 1~5㎚ 의 두께를 갖는다. 캡핑막(104)의 두께가 1㎚ 이하인 경우 식각 및 세정 공정에서 다층반사막(103)을 보호하기 어려우며, 두께가 10㎚ 이상인 경우 13.5㎚ 의 노광광의 반사율이 감쇄되어 최종적으로 이미지 감도(Image Contrast)가 감소하는 문제를 유발한다.
흡수막(105)은 캡핑막(104) 상에 형성되며 노광광을 흡수하는 역할을 한다. 이때, 흡수막(105)은 상대적으로 낮은 반사율을 가지며, 이를 통해 흡수막(105)은 극자외선 노광 공정 진행 시 패턴을 형성할 수 있다. 구체적으로는, 흡수막(105)은 13.5㎚ 파장에 대해 20% 이내의 반사율을 가지며, 바람직하게는 1∼8% 반사율을 갖는다. 흡수막(105)은 스퍼터링(Sputtering), 화학기상 증착법(CVD), 원자층 증착법(ALD), 이온 빔 증착법(IBD) 등 다양한 방법으로 성막할 수 있다.
흡수막(105) 물질로서 예를 들어, Cr, Ta, Mo, V, Co, Ag, Sb, I, Pb, Ga, Bi, Co, Sn, Te, Ni, Zr, Si, Nb, Pt, Pd, Zn, Al, Mn, Cd, Mg, Li, Se, Cu, Hf, W 중 선택되는 1종 이상을 포함하거나, 또는 이에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
흡수막(105)은 단층막, 다층막, 또는 연속막 중 어느 하나 이상의 방법으로 형성할 수 있다.
구체적으로는, 흡수막(105)이 단일막으로 형성될 시 그 물질로서 탄탈륨(Ta), 탄탈륨(Ta)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 선택되는 1종 이상을 포함하여 형성할 수 있다. 바람직하게는 흡수막(105)은 Ta, TaN, TaC, TaO, TaON, TaCN, TaCO, TaCON 중 선택되는 1종의 형태인 것이 바람직하다. 이때 흡수막(105)의 두께는 55nm 이하, 바람직하게는 50nm 이하로 형성된다.
흡수막(105)이 2층으로 구성될 시 흡수막(105)은 흡수막 하부층(106), 흡수막 상부층(107)으로 구분할 수 있다. 이때 흡수막 하부층(106)은 55nm 이하의 두께를 가지며, 흡수막 상부층(107)은 1~3nm 의 두께를 가진다. 흡수막 하부층(106)은 13.5nm 에 대하여 소멸계수가 높은 물질이 적용되어 흡수막(105) 전체 두께를 감소시키는 것이 바람직하다. 한편, 흡수막 상부층(107)은 13.5nm 의 검사파장 외, 193nm, 248nm, 257nm 등의 검사파장에서 낮은 반사율이 요구될 수 있다. 따라서, 전체 흡수막(105)의 13.5nm 에서의 반사율을 억제하면서, 193nm, 248nm, 257nm등의 검사파장에서 낮은 반사율을 만족하기 위해서, 흡수막 상부층(107)의 두께는 1~3nm 의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
흡수막(105)이 탄탈륨(Ta)으로 구성되고 2층으로 구성될 경우, 흡수막(105)은 질소(N)를 추가로 포함하되 질소(N)의 함유량이 상부층(107)이 높고 하부층(106)이 낮게 형성할 수 있다. 구체적으로 상부층(107) 대비 하부층(106)의 질소(N)의 함유량은 10% 이하 바람직하게는 5% 이하로 구성될 수 있다.
흡수막(105)이 탄탈륨(Ta)을 포함하고 2층으로 구성될 경우, 흡수막(105)은 질화탄탈륨(TaN)으로도 구성할 수 있다.
흡수막(105)은 열처리를 진행한다. 열처리 방법으로는 100~500℃ 범위에서 Furnace, RTP, 핫-플레이트 중 선택되는 1종 이상의 방법을 통해 실시할 수 있으며, 바람직하게는 RTP 공정을 이용하여 150~350℃ 범위에서 실시한다. 100℃ 이하에서는 흡수막(105)의 박막의 스트레스 해소를 통한 평탄도 개선 효과를 얻기 어렵고, 500℃ 이상에서는 흡수막(105) 하부의 다층반사막(103)의 반사율이 저감된다. 이때, 흡수막(105)의 열처리 온도는 그 하부의 반사막(103)에 적용된 열처리 온도보다 낮게 진행하는 것이 하부 반사막(103)의 반사도 감소를 억제하기 위해 바람직하다. RTP 를 이용한 열처리는 진공, O2, 또는 N2 분위기에서 실시할 수 있으며, N2 분위기에서 RTP 공정을 하는 것이 다층반사막(103)의 평탄도를 우수하게 하는데 용이하다. 열처리 시간은 RTP 공정 시 10분 내지 2시간 범위인 것이 바람직하다. 150~350℃ 범위에서 열처리를 하는 경우에는 박막의 스트레스 해소 및 다층반사막(103)의 반사율 저감의 문제가 더욱 개선되며, 이 경우 열처리 시간은 진공, O2 또는 N2 분위기에서 20~30분이다. 이를 통해 흡수막(105)의 박막 응력을 성막 전후의 평탄도 차이(△TIR)로 정의할 때, 평탄도 차이는 300nm 이하, 바람직하게는 150nm 이하의 값을 갖다.
흡수막(105) 상부에 선택적으로 하드마스크막(108)을 형성할 수 있다. 하드마스크막(108)은 단층 또는 다층으로 구성되며, 인접한 흡수막(105)에 대한 식각 선택비가 10 이상으로 된 물질을 적용할 수 있다.
상기 하드마스크막(108) 물질로서는 Cr, Ta, Mo, V, Co, Ag, Sb, I, Pb, Ga, Bi, Co, Sn, Te, Ni, Zr, Si, Nb, Pt, Pd, Zn, Al, Mn, Cd, Mg, Li, Se, Cu, Hf, W 중 선택되는 1종 이상을 포함하거나, 또는 이에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 선택되는 1종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
레지스트막(109)은 e-beam 용 화학증폭형 레지스트로서, 150nm 이하, 바람직하게는 100nm, 더욱 바람직하게는 60nm 이하의 두께를 갖는다. 또한, 레지스트막(109)은 멀티(Multi) e-beam용 레지스트을 적용할 수 있으며, 멀티 e-beam 용 레지스트막은 50uC/cm2 이상의 노광 도즈(Dose), 바람직하게는 70uC/cm2 이상의 노광도즈를 갖는다.
기판 후면에 형성되는 후면 도전막(101)은 낮은 면저항 값을 가져 정전척(Electronic-Chuck)과 EUV 용 블랭크마스크의 밀착성을 향상시키며, 정전척과 도전막의 마찰에 의해 도전막에 의하여 파티클이 발생하는 것을 방지하는 기능을 한다. 따라서, 후면 도전막(101)은 100Ω/□ 이하의 면저항 값을 가지며, 바람직하게는 50Ω/□ 이하, 더욱 바람직하게는 20Ω/□ 이하의 면저항 값을 갖는다.
상기 후면 도전막(101)은 70㎚ 이하의 두께를 가지며, 단층막, 다층막 또는 연속막의 형태로 구성할 수 있으며, 193㎚ 내지 257㎚ 파장에서 30% 이하의 반사율을 갖는다.
상기 후면 도전막(101) 물질로서는 Cr, Ta, V, Co, Ni, Ti, W 중 선택되는 1종 포함하거나, 또는 이에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 선택되는 1종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 예를들어, 후면 도전막(101)이 크롬(Cr) 선택되어 2층의 다층막으로 구성되는 경우, 하부층은 Cr 및 N를 포함하고, 상부층은 Cr, N 및 O를 포함하여 이루어질 수 있다.
도시하지는 않았지만, 레지스트막(109)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, 5nm 내지 60nm, 바람직하게는 5nm 내지 30nm의 두께를 갖는다. 이러한, 상기 차지 방지층을 통해 e-beam 노광 시 전자의 차지업 현상을방지함으로써 레지스트막(110)의 열적 변형을 방지하여 고 해상도(High Resolution) 구현이 가능하다.
(실시예 1)
EUV 용 블랭크마스크는, 도 1 을 참조하면, SiO2-TiO2계 투명 기판(102)의 후면에 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 장비를 이용하여 Cr을 주성분으로 하는 하부층과 상부층의 2층 구조를 갖는 후면 도전막(101)을 형성하였다. 상기 상·하부층의 도전막은 모두 Cr 타겟을 이용하여 형성하고, 하부층의 도전막은 공정 가스로 Ar : N2 = 5sccm : 5sccm 를 주입하고, 공정 파워 1.4㎾ 를 사용하여 CrN 막으로 형성하였다. 도전막 하부층에 대하여 XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 51.0nm의 두께로 측정되었다. 상기 상부층의 도전막은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 7sccm : 7sccm 를 주입하고, 공정 파워는 1.4㎾ 를 사용하여 CrON 막으로 형성하였다.
도전막 상부층에 대하여 XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 15.0nm의 두께로 측정되었다. 후면 도전막(101)의 면저항을 4-Point Probe 를 이용하여 측정한 결과 22.6Ω/□의 면저항값을 나타내어 정전척과의 결합에 문제가 없고 도전막으로 사용하기에 문제가 없음을 확인하였다.
후면 도전막(101)이 형성된 기판(102)의 전면에 증착 장비를 이용하여 다층반사막(103)을 형성하였다. 증착 장비에 Mo 타겟, Si 타겟, B4C 타겟 그리고 C 타겟을 장착한 후, Ar 가스 분위기에서 Mo층, B4C층, Si층, C층 순서로 성막하여 형성되었다. 자세하게, 다층반사막(103)은 Mo층을 2.8nm, B4C층을 0.5nm, Si층을 4.2nm, C층을 0.5nm로 성막하여 4개층을 1주기로 하여 40주기를 반복 성막하여 형성하였으며, 다층반사막의 최종 표면은 표면 산화를 억제하기 위하여 C층을 제외하여 Si층이 되도록 형성하였다.
다층반사막(103)에 대한 반사율을 EUV Reflectometer 장비를 이용하여 13.5㎚ 에서 측정한 결과, 66.2% 를 나타내었으며, 박막 평탄도를 Ultra-flat 장비를 이용하여 측정한 결과 TIR 이 634㎚ 를 나타내었다. 이후 AFM 장비를 이용하여 표면 거칠기를 측정한 결과, 0.125㎚Ra 를 나타내었다.
다층반사막(103) 상에 증착 장비를 이용하고 Ru 타겟을 이용하여 질소 분위기에서 2.5㎚ 의 두께의 RuN 으로 이루어진 캡핑막(104)을 형성하였다. 캡핑막(104)의 형성 후, 다층반사막(103)과 동일하게 반사율을 측정한 결과 13.5㎚ 의 파장에서 65.8% 의 반사율을 나타내었으며, 박막 평탄도를 Ultra-flat 장비를 이용하여 측정한 결과 TIR 이 617nm 를 나타내었다.
이후, RTP 장비를 이용하여 열처리를 진행하였다. 상기 열처리는 N2 분위기로 200℃에서 30분 동안 진행하였으며, 이후, 박막 스트레스를 Ultra-flat 장비를 이용하여 측정한 결과 TIR 이 280nm 를 나타내었다. 캡핑막(104)과 동일하게 반사율을 측정한 결과 65.3% 의 반사율을 나타내어 반사 방지막으로 사용하기에 문제가 없음을 확인하였다.
캡핑막(104) 상에 증착 장비를 이용하여 하부층(106) 및 상부층(107)으로 이루어진 2층 구조의 흡수막(105)을 형성하였다. 자세하게, 캡핑막(106) 상에 Ta 타겟을 이용하여, 공정 가스로 Ar : N2 = 9sccm : 1sccm 를 주입하고, 공정 파워는 0.62㎾ 를 사용하여 하부층(106)을 형성하였다. 흡수막 하부층(106)에 대하여 XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 50.2nm 의 두께로 측정되었다. 이후, 동일 타겟을 이용하여 공정 가스로 Ar : N2 : O2 = 3sccm : 20sccm : 4.5sccm 를 주입하고, 공정 파워는 0.62㎾ 를 사용하여 TaON 막으로 이루어진 상부층(107)을 형성하였다. 흡수막 상부층(107)에 대하여 두께 측정 결과 2.0nm 의 두께로 측정되었다.
상기 공정에서 형성된 흡수막(105)의 총 두께는 52.2nm 이고, 13.5㎚ 파장에 대하여 2.7% 의 반사율을 나타내었다. 상기 결과는 흡수막(105)의 하부층(106) 또는 상부층(107)의 두께 조절을 통하여 반사율 0.1∼20% 범위로 제어할 수 있는 수준으로 판단된다. 흡수막(105)의 박막 응력을 확인하기 위해 흡수막(105) 성막 전후로 평탄도 차이를 Ultra-flat장비를 이용하여 평가한 결과 △TIR 이 236nm로 측정되었다.
이후, 흡수막(104) 상에 RTP 장비를 이용하여 열처리를 진행하였다. 흡수막(104) 상에 N2 분위기로 200℃ 에서 20분 동안 RTP 공정을 진행하였으며, 이후 박막 스트레스를 Ultra-flat 장비를 이용하여 측정한 결과 TIR 이 132nm 를 나타내었다. 반사율의 경우 13.5nm 파장에 대하여 측정한 결과 2.6% 의 반사율을 나타내어 RTP 전과 유사한 반사율을 확인하였다.
흡수막(105) 상에 레지스트막(110)을 형성하기 위하여, 레지스트막(110)을 100㎚ 두께로 스핀 코팅하여 극자외선용 블랭크마스크(100)의 제조를 완료하였다.
이후, 극자외선용 블랭크마스크(100)상 레지스트막(110)에 대해 전자선 노광장치를 사용하여 노광을 진행하고 현상을 진행하여 레지스트막 상에 미세패턴(210)을 형성하였다.
레지스트막 패턴 형성 후 이를 마스크로 사용하여 흡수막(105)에 대해 건식 식각을 진행하였다. 이때, 흡수막 상부층(107)은 불소계열 가스를 이용하여 식각을 진행하였으며 흡수막 하부층(106)은 염소계열 가스를 이용하여 건식 식각을 진행하였다. 그 후 레지스트막 상 패턴(210)을 세정 공정을 통해 제거하여 포토마스크(200) 제작을 완료하였다.
(실시예 2)
실시예 2 에서는, 다층반사막(103)과 흡수막(105)의 열처리를 Furnace 를 사용하여 진행하였다. 그 외에는 실시예 1과 동일하다.
실시예 1 과 동일하게 후면 도전막(101))과 다층반사막(103)과 캡핑막(104)을 투명 기판(102) 상에 형성하였다.
다층반사막(103)에 대한 반사율을 EUV Reflectometer 장비를 이용하여 13.5㎚ 에서 측정한 결과, 66.3% 를 나타내었으며, 박막 평탄도를 Ultra-flat 장비를 이용하여 측정한 결과 TIR 이 631㎚ 를 나타내었다.
이후, Furnace 장비를 이용하여 열처리를 진행하였다. 상기 열처리는 N2 분위기로 200℃ 에서 30분 동안 Furnace 공정을 진행하였으며, 이후 박막 스트레스를 Ultra-flat 장비를 이용하여 측정한 결과 TIR 이 293nm 를 나타내었다. 캡핑막(104)과 동일하게 반사율을 측정한 결과 65.1% 의 반사율을 나타내어 반사 방지막으로 사용하기에 문제가 없음을 확인하였다.
캡핑막(104) 상에 증착 장비를 이용하여 하부층(106) 및 상부층(107)으로 이루어진 2층 구조의 흡수막(105)을 형성하였다. 자세하게, 캡핑막(106) 상에 Ta 타겟을 이용하여, 공정 가스로 Ar : N2 = 9sccm : 1sccm 주입하고, 공정 파워는 0.62㎾ 를 사용하여 하부층(106)을 형성하였다. 흡수막 하부층(106)에 대하여 XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 50.3nm의 두께로 측정되었다. 이후, 흡수막의 상부층에는 동일 타겟을 이용하여 공정 가스로 Ar : N2: O2 = 3sccm : 20sccm : 4.5sccm 주입하고, 공정 파워는 0.62㎾ 를 사용하여 TaON 막으로 이루어진 상부층(107)을 형성하였다. 흡수막 상부층(107)에 대하여 두께 측정 결과 2.0nm의 두께로 측정되었다.
상기 공정에서 형성된 흡수막(105)의 총 두께는 52.3nm 이고, 13.5㎚ 파장에 대하여 2.7% 의 반사율을 나타내었다. 흡수막(105)의 박막 응력을 확인하기 위해 흡수막(105) 성막 전후로 평탄도 차이를 Ultra-flat장비를 이용하여 평가한 결과 △TIR이 238nm로 측정되었다.
이후, 흡수막(104) 상에 Furnace 장비를 이용하여 열처리를 진행하였다. 상기 열처리는 N2 분위기로 200℃ 에서 20분 동안 Furnace 공정을 진행하였으며, 이후 박막 스트레스를 Ultra-flat 장비를 이용하여 측정한 결과 TIR이 142nm를 나타내었다. 반사율의 경우 13.5nm 파장에 대하여 측정한 결과 2.6%의 반사율을 나타내어 RTP 전과 유사한 반사율을 확인하였다.
흡수막(105) 상에 레지스트막(110)을 100㎚ 두께로 스핀 코팅하여 극자외선용 블랭크마스크(100)의 제조를 완료하였다.
이후, 극자외선용 블랭크마스크(100) 상의 레지스트막(110)에 대해 전자선 노광장치를 사용하여 노광을 진행하고 현상을 진행하여 레지스트막 상 미세패턴(210)을 형성하였다.
레지스트막 패턴 형성 후 이를 마스크로 사용하여 흡수막(105)에 대해 건식 식각을 진행하였다. 이때, 흡수막 상부층(107)은 불소계열 가스를 이용하여 식각을 진행하였으며 흡수막 하부층(106)은 염소계열 가스를 이용하여 건식 식각을 진행하였다. 그 후 레지스트막 상의 패턴(210)을 세정 공정을 통해 제거하여 포토마스크(200) 제작을 완료하였다.
100 : 블랭크마스크
101 : 후면 도전막 102 : 투명기판
103 : 다층반사막 104 : 캡핑막
105 : 흡수막 106 : 흡수막 하부층
107 : 흡수막 상부층 108 : 하드마스크막
109 : 레지스트막
101 : 후면 도전막 102 : 투명기판
103 : 다층반사막 104 : 캡핑막
105 : 흡수막 106 : 흡수막 하부층
107 : 흡수막 상부층 108 : 하드마스크막
109 : 레지스트막
Claims (17)
- 투명 기판 상에 적어도 다층반사막, 및 흡수막이 구비된 극자외선용 블랭크마스크에 있어서,
상기 다층반사막 및 상기 흡수막 중 적어도 하나는, 성막 후 평탄도 향상을 위하여 열처리된 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 다층반사막은 Mo막과 Si막이 교번 적층되어 이루어지거나, Mo막과 Si막 사이에 B4C막 또는 C막이 개재된 상태로 교번 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 2 항에 있어서,
상기 B4C막 또는 상기 C막은 0.1nm 내지 5nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 열처리의 온도는 100~500℃ 인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 4 항에 있어서,
상기 열처리는 진공, O2, N2 중 하나의 분위기에서 10분 내지 2시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 열처리의 온도는 150~350℃ 인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 6 항에 있어서,
상기 열처리는 진공, N2 또는 O2, 분위기에서 20분 내지 30분 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 4 항에 있어서,
상기 다층반사막은 1,000nm 이하의 표면 평탄도 절대값을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 4 항에 있어서,
상기 흡수막은 성막 전후의 평탄도 차이가 300nm 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 다층반사막에 대한 열처리 온도는 상기 흡수막에 대한 열처리 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡수막은 Cr, Ta, Mo, V, Co, Ag, Sb, I, Pb, Ga, Bi, Co, Sn, Te, Ni, Zr, Si, Nb, Pt, Pd, Zn, Al, Mn, Cd, Mg, Li, Se, Cu, Hf, W 중 선택되는 1종 이상을 포함하거나, 또는 이에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡수막은 단층막, 다층막, 및 연속막 중 하나로 이루어지며, Ta, TaN, TaC, TaO, TaON, TaCN, TaCO, TaCON 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡수막은 55nm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡수막은 탄탈(Ta) 및 질소(N)를 포함하는 2층으로 이루어지고, 상부층 대비 하부층의 질소(N) 함유량은 10% 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 흡수막 상에 구비된 하드마스크막을 더 포함하며,
상기 하드마스크막은 Cr, Ta, Mo, V, Co, Ag, Sb, I, Pb, Ga, Bi, Co, Sn, Te, Ni, Zr, Si, Nb, Pt, Pd, Zn, Al, Mn, Cd, Mg, Li, Se, Cu, Hf, W 중 선택되는 1종 이상을 포함하거나, 또는 이에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 선택되는 1종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 투명 기판의 하면에 구비된 후면 도전막을 더 포함하며,
상기 후면 도전막은 100Ω/□ 이하의 면 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 용 블랭크마스크.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20190101993 | 2019-08-20 | ||
| KR1020190101993 | 2019-08-20 | ||
| KR1020190123556 | 2019-10-07 | ||
| KR20190123556 | 2019-10-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210022479A true KR20210022479A (ko) | 2021-03-03 |
Family
ID=75151418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200002545A KR20210022479A (ko) | 2019-08-20 | 2020-01-08 | 극자외선용 블랭크마스크 및 포토마스크 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210022479A (ko) |
-
2020
- 2020-01-08 KR KR1020200002545A patent/KR20210022479A/ko not_active Application Discontinuation
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