KR20220168094A - 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크 및 포토마스크 - Google Patents

극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크 및 포토마스크 Download PDF

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KR20220168094A
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Abstract

EUV 리소그래피용 블랭크마스크는 기판, 반사막, 캡핑막, 및 위상반전막을 구비한다. 위상반전막은 제1층과 제2층을 구비한다. 제1층은 탄탈륨(Ta)을 포함하는 물질로 형성되며 캡핑막에 대한 식각저지막의 기능을 한다. 제2층은 제1층의 상부에 형성되고, 루테늄(Ru) 및 니오븀(Nb)을 포함하는 물질로 형성되며, 위상반전막의 반사율 및 위상반전량을 제어하는 기능을 한다. 이에 의하면 높은 반사율, 예컨대 20% 이상의 반사율을 갖는 EUV 용 블랭크마스크의 구현이 가능하다.

Description

극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크 및 포토마스크 {Phase Shift Blankmask and Photomask for EUV lithography}
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 Wafer에 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 일반적으로 포토마스크 제작이 용이하고, Wafer Printing 시 Performance 가 우수한 재료를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 위상반전막 물질로서 탄탈륨(Ta)계 물질을 고려할 수 있다. 그런데, 탄탈륨(Ta)계 물질은 상대적으로 높은 굴절률(High n) 및 높은 소멸계수(High k)를 가져 소정의 반사율 및 위상량 구현이 어려운 문제점을 가진다. 구체적으로, 탄탈륨(Ta)계 물질은 두께 제어(일반적으로 55~65nm)를 통해 180° 가량의 위상량을 구현할 수 있지만, 반사막에 대한 상대반사율이 5% 미만으로 낮아 위상반전막으로서 높은 Wafer Printing 효과를 가지기 어렵다. 따라서 위상반전막(108)에 대해 요구되는 반사율이 높아지는 경우 탄탈륨(Ta)은 위상반전막(108)의 재질로 적절하지 못하다.
한편, 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 낮아 상대적으로 표면 거칠기에 의한 난반사 영향이 미미하지만, 위상반전막은 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 높은 반사율, 예컨대 20% 의 반사율을 구현하면서도 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 위상반전막을 구비한 EUV 용 블랭크마스크를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 EUV 리소그래피용 블랭크마스크는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 반사막, 상기 반사막 상에 형성된 캡핑막, 및 상기 캡핑막 상에 형성된 위상반전막을 포함한다. 상기 위상반전막은 루테늄(Ru) 및 니오븀(Nb)을 포함하는 물질로 형성된다.
상기 위상반전막은 질소(N)를 추가로 포함하는 물질로 형성된다. 상기 위상반전막은 질소의 함유량이 50at% 이하인 것이 바람직하다.
상기 위상반전막은 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 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 위상반전막은 제1층 및 상기 제1층 상부의 제2층을 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 제1층은 탄탈륨을 포함하는 물질로 형성되고, 상기 제2층은 루테늄(Ru) 및 니오븀(Nb)을 포함하는 물질로 형성된다.
상기 제2층은 Ru 의 함유량이 50at% 이상인 것이 바람직하다.
상기 제2층은 Ru 와 Nb 의 함유량의 합이 50at% 이상인 것이 바람직하다.
상기 제2층은 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 물질을 추가로 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제2층은 질소(N)를 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 상기 제2층의 질소 함유량은 50at% 이하인 것이 바람직하다.
상기 제2층은 보론(B)을 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 잇다. 상기 제2층의 보론 함유량은 5~50at% 인 것이 바람직하다.
상기 제1층은 보론(B), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
또한 상기 제1층은 질소, 탄소, 산소 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 제1층은 질소의 함유량이 50at% 이하인 것이 바람직하다.
상기 제1층은 Ta 의 함유량이 50at% 이상인 것이 바람직하다.
상기 제1층은 7nm 이하의 두께를 갖는다.
상기 제1층이 보론(B) 및 니오븀(Nb) 중 하나 이상을 더 포함하는 물질로 형성될 수 있으며, 이에 의하면 상기 위상반전막은 상기 반사막에 대한 상대반사율이 205% 이상이 되도록 구현하는 것이 용이하다.
상기 위상반전막은 170~230°의 위상반전량을 갖는다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기와 같은 구성의 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크가 제공된다.
본 발명에 따르면, 20% 이상의 상대반사율(하부의 반사막의 반사율에 대비한 상대적인 반사율)을 가지고 170~230°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 종래의 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크의 기본 구조를 도시한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 도시한 도면.
도 3 은 도 2 의 위상반전막의 구체적인 구성의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 4 는 도 2 의 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 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크는, 기판(202), 기판(202)상에 적층된 반사막(204), 반사막(204) 위에 적층된 캡핑막(205), 캡핑막(205) 위에 적층된 위상반전막(208), 위상반전막(208) 위에 적층된 하드마스크막(209), 및 하드마스크막(209) 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.
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.
위상반전막(208)은 노광광의 위상을 반전시켜 반사시킴으로써, 반사막(204)에 의해 반사되는 노광광과 상쇄 간섭을 통해 해상도를 향상시킬 수 있다. 위상반전막(208)은 노광광의 파장에 대하여 위상반전 제어(Phase Shift Control)가 용이하면서도 투과도가 높은 물질로 형성된다. 이러한 물질로서 본 발명에서는 루테늄(Ru)과 니오븀(Nb)이 사용된다. Ru 와 Nb 는 Ta 에 비하여 소멸계수(k)가 낮아 높은 투과율 및 높은 반사율을 갖는 위상반전막(208)을 구현하기에 용이하다. 또한 Ru 는 Nb 에 비하여 굴절률이 낮으므로 Ru 와 Nb 의 조성비 조절을 통해 위상반전막(208)에 대해 요구되는 위상반전량의 구현이 용이하다. Ru 와 Nb 는 Ta 에 비하여 낮은 소멸계수(k) 및 낮은 굴절률(n)을 가짐에 따라 13.5nm 파장에 대하여 높은 투과율을 진다. 따라서, 최종적으로 반사막(204)으로부터 발생하는 반사율의 손실(Loss)이 낮아 상대적으로 높은 반사율 구현이 가능하다. 또한 위상반전막(208)의 낮은 굴절률은 위상반전막(204)의 낮은 두께 구현을 가능하게 하여 최종적으로 3D Effect 를 감소시키는 장점을 가진다.
한편, 위상반전막(208)은 질소(N)를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다. 질소(N)는 위상반전막(208)의 박막 결정성을 비정질화하여 패턴 형성 시 패턴 모양(Pattern Profile)을 우수하게 한다. 또한 질소(N)는 Ru 및 Nb 대비 낮은 원자량을 가짐에 따라 Sputtering 후 박막의 표면 거칠기를 낮추는 기능을 한다. 이를 통해 위상반전막(208) 표면에서 발생하는 난반사 등을 제어하기 용이하다. 그러나, 질소의 함유량이 높을 경우 박막의 밀도가 감소하여, 최종적으로 소정의 반사율 구현이 어렵게 하는 문제점을 가진다. 이에 따라 질소의 함유량은 구현하고자 하는 반사율 목표에 따라 적절히 제어되어야 하며, 50at% 이하인 것이 바람직하다.
한편, 위상반전막(208)은 Ru 와 Nb 외에도 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 물질을 추가로 포함할 수 있다. 이를 통하여 15% 내지 30%의 반사율을 가지는 위상반전막 구현이 가능하다. 구체적으로는, Ru 는 30% 의 반사율 구현이 가능하나 20% 의 반사율 구현은 어려우며, Mo 는 40% 의 반사율 구현은 가능하나 20% 의 반사율 구현은 어렵다. 이에 따라 높은 반사율을 가질 수 있는 물질과, 낮은 반사율을 가지는 물질들의 조합을 통해 15% 내지 30% 의 반사율을 가지는 박막을 제조할 수 있다.
또한 위상반전막(208)은 보론(B)을 더 포함할 수 있다. 보론(B)을 포함하는 경우 식각 속도가 증가되고 박막이 비정질화되므로, 패턴 프로파일이 우수해지고 표면 거칠기가 개선된다.
위상반전막(208)은 50nm 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 50nm 이상의 두께를 갖는 경우에는 shadowing effect 로 인하여 포토마스크를 이용하여 제작된 최종 패턴의 정밀도가 저하된다. 또한, 위상반전막(208)은 단층의 구조로 형성될 수 있고, 연속막의 구조 또는 2층 이상의 다층막의 구조로 형성될 수도 있다.
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.
본 발명의 위상반전막(208)의 구체적인 구성에 대해서는 도 3 및 도 4 를 참조하여 후술한다.
하드마스크막(209)은 그 하부의 위상반전막(208)을 패터닝하기 위한 식각 마스크의 기능을 한다. 이를 위하여, 하드마스크막(209)은 위상반전막(208)에 대해 식각 선택비를 갖는 물질로 구성된다. 위상반전막(208)이 Ru 및 Nb 를 포함하는 경우 위상반전막(208)은 염소(Cl)계 식각물질에 의해 식각되는 특성을 가진다. 따라서 하드마스크막(209)은 불소(F)계 식각물질에 의해 식각되는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 일 예로서, 하드마스크막은 Si 계 물질 또는 Si 에 C, O, N 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성할 수 있으며, 구체적으로는, Si, SiC, SiO, SiN, SiCO, SiCN, SiON, SiCON 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 바람직하게는 하드마스크막(209)은 SiON 으로 형성된다. 하드마스크막(209)은 5nm 이하의 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
레지스트막(210)은 화학증폭형 레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)로 구성된다. 레지스트막(210)은 40~100㎚, 바람직하게는 40~80nm 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, 크롬(Cr) 또는 탄탈륨(Ta)을 주성분으로 하여 형성될 수 있다.
도 3 은 도 2 의 위상반전막의 구체적인 구성의 제 1 실시예를 도시한 도면이다. 도 3 에서는 도 2 의 구성 중에서 위상반전막(208) 부분만을 도시하였다.
본 실시예의 위상반전막(208)은 20% 이상의 상대반사율을 갖는다. 또한, 위상반전막(208)은 170~230°위상반전량을 가지며, 바람직하게는 Wafer Printing 시 NILS 의 효과가 극대화되는, 예컨대 180~195°의 위상반전량을 갖는다.
본 실시예에서, 위상반전막(208)은 제1층(208a) 및 제2층(208b)의 2층 구조로 구성된다. 제2층(208b)은 전술한 바와 같이 RuNb 를 포함하는 물질로 구성되고 제1층(208a)은 탄탈륨(Ta)을 포함하는 물질로 구성된다.
제1층(208a)은 제2층(208b) 식각 시 하부 캡핑막(205)의 데미지(Damage)를 방지하는 기능을 한다. 즉, 제1층(208a) 하부의 캡핑막(205)의 물질이 Ru 이고 제2층(208b)의 RuNb 물질에 Ru 가 포함됨에 따라 위상반전막(208)의 제2층(208b) 식각 시 제1층(208a)이 식각될 수 있으므로, 제1층(208a)이 제2층(208b)과 캡핑막(205)에 대해 식각선택비를 갖는 물질로 구성됨으로써 제1층(208a)이 식각저지막의 기능을 하게 된다. 이 경우 도 2 의 종래기술과 같은 별도의 식각저지막(207)은 불필요하다. 바람직하게는 제1층(208a)은 제2층(208b) 및 캡핑막(205)에 대해 식각선택비가 10 이상인 물질로 구성된다. 제1층(208a)은 식각저지막 기능을 수행하기 위해 필요한 최소한의 두께를 가지며, 바람직하게는 7nm 이하의 두께를 갖는다.
제1층(208a)는 탄탈륨(Ta) 단독, 또는 탄탈륨(Ta)에 보론(B), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 구성될 수 있다. 나아가 제1층(208a)은 이러한 물질에 질소, 탄소, 산소 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 구성될 수 있다. 일 예로서, 제1층(208a)은 탄탈륨(Ta)의 단독 화합물로 형성될 시 Ta, TaN, TaC, TaO, TaON, TaCO, TaCN, TaCON 중 하나로 구성될 수 있다.
또한 제1층(208a)은 제2층(208b)과 함께 위상반전막(208) 전체의 반사율 및 위상반전량을 제어하는 기능을 한다. 이를 위하여, 제1층(208a)과 제2층(208b)은 다양한 조성, 조성비 및 두께의 조합을 가질 수 있다. 구체적으로는, 위상반전막(208) 전체의 반사율을 높이기 위하여 제1층(208a)의 두께를 7nm 이하 또는 5nm 이하로 제어하거나, 위상반전막(208) 전체의 소멸계수(k)를 낮게 하기 위하여 제1층(208a)이 보론(B)를 추가로 포함하도록 구성할 수 있다. 바람직하게는 제1층(208a)은 도 3 과 같이 TaBN 으로 구성된다. 보론(B)을 포함할 경우 위상반전막(208)이 14~15at% 의 상대반사율을 갖도록 제어하는 것이 용이하다.
제1층(208a)은 Ta 가 50at% 이상 포함되도록 구성되는 것이 바람직하다. Ta 가 50at% 이하일 경우 제2층(208b)과 캡핑막(205)에 대한 식각 선택비가 낮아지는 문제가 발생하고 또한 식각 속도가 상대적으로 느려져 우수한 패턴 Profile 형성이 어려운 문제점가 발생한다. 제1층(208a)에 질소(N)를 포함할 경우 질소의 함유량은 50at% 이하인 것이 바람직하다. 탄탈륨(Ta)에 질소가 추가될 경우 식각 속도가 느려지게 되고, 이로 인해 상부의 제2층(208b)이 제1층(208a) 식각 시 데미지를 입게 된다. 따라서, 제1층(208a)은 50at% 이하의 질소를 포함하도록 함으로써 제2층(208b)의 데미지를 방지할 수 있다.
한편, 제1층(208a)은 단층으로 구성되거나 다층으로 구성될 수 있다. 일 예로서, 예를 들어 제1층은 Ta 로 구성된 하부층 및 TaO 로 구성된 상부층의 2층 구조로 구성될 수 있다.
제1층(208a)의 식각 공정에서는 하부의 캡핑막(205) 또는 상부의 제2층(208b)의 광학적 손실을 최소화하기 위하여 산소가 없는 식각 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
위상반전막(208)의 제2층(208b)은 25~50nm, 바람직하게는 30~40nm 의 두께를 갖는다. 위상반전막(208)은 전체 두께가 55nm 이하가 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 제2층(208b)은 단층 또는 2층 이상의 다층으로 구성될 수 있다.
제2층(208b)을 구성하는 Ru 와 Nb 를 포함하는 재질은 내약품성이 우수하고, 건식 식각 시 일반적으로 사용되는 불소(F)계 및 염소(Cl)계 가스를 적용할 수 있는 장점을 가진다. 특히, Ru 와 Nb 를 포함하는 재질은 염소계 가스로 용이하게 식각할 수 있다. Ru 는 Nb 에 비하여 굴절률이 낮으므로 Ru 와 Nb 를 적절한 비율로 혼합함으로써 제2층(208b)의 위상반전량을 제어할 수 있다.
또한 Ru 및 Nb 는 제2층(208b)의 반사율을 결정한다. 제2층(208b)에 포함되는 Ru 의 함유량은 적어도 50at% 이상 바람직하게는 70at% 이상으로 구성되며, Ru 및 Nb 의 함유량의 합은 50~100at% 인 것이 바람직하다. 제2층(208b)에 포함되는 Ru 와 Nb 의 비율은 요구되는 반사율을 고려하여 결정된다. Ru 와 Nb 는 기존의 Ta 와 Cr 에 비해 낮은 소멸계수를 가지므로 제2층(208b)의 반사율을 높일 수 있다. 그러나 제2층(208b)의 위상반전량을 고려하여, RuNb 내에서 Ru 의 함유량은 50at% 이상인 것이 바람직하다. 제2층(208b)은 Ru 와 Nb 외에도 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 물질을 추가로 포함할 수 있다.
제2층(208b)은 추가적으로 질소(N)를 포함할 수 있다. 질소(N)를 포함할 경우 최종적으로 위상반전막(208)이 패터닝된 포토마스크에서의 패턴의 edge roughness 가 개선되는 장점을 가진다. 제2층(208b)에 포함되는 질소의 함유량은 50at% 이하인 것이 바람직하다. Ru 의 함유량이 50at% 이하 또는 질소의 함유량이 50at% 이상일 경우 요구되는 반사율 및 위상량 확보가 어려운 문제점을 가진다.
또한, 제2층(208b)은 보론(B)를 추가로 포함할 수 있다. 보론(B)은 제2층(208b)의 박막 결정성을 비정질화하여 패턴 형성 시 패턴 모양(Pattern Profile)을 우수하게 한다. 또한 보론(B)은 Ru, Nb 대비 낮은 원자량을 가짐에 따라 Sputtering 후 박막의 표면 거칠기를 낮추는 기능을 한다. 이를 통해 제2층(208b) 표면에서 발생하는 난반사 등을 제어하기 용이하다. 반면 보론(B)의 함유량이 높을 경우 상대적으로 Cleaning 공정 시 세정 용액에 취약한 경향을 나타낸다. 따라서 제2층(208b)에 포함되는 보론(B)의 함유량은 5~50at% 인 것이 바람직하다.
도 4 는 도 2 의 위상반전막의 구체적인 구성의 제 2 실시예를 도시한 도면이다. 도시 및 설명이 편의상 도 4 의 각 층에 대해서 도 3 과 동일한 참조부호를 부여하였다. 도 3 에 대해 기술한 내용 중 도 4 의 구성에도 해당되는 내용은 중복 기술이 생략되나, 이러한 내용은 도 4 에도 동일하게 적용된다.
본 실시예의 위상반전막(208) 또한 20% 이상의 상대반사율을 갖는다. 또한, 위상반전막(208)은 170~230°위상반전량을 가지며, 바람직하게는 Wafer Printing 시 NILS 의 효과가 극대화되는, 예컨대 180~195°의 위상반전량을 갖는다.
도 4 의 실시예는, 도 3 의 실시예와 비교할 때 제1층(208a)의 재질이 상이하다. 즉, 도 4 의 실시예에서는 제1층(208a)이 TaNbN 으로 구성되어 있다. Nb 는 Ta 에 비하여 소멸계수(k)가 낮으므로, Ta 에 Nb 를 포함시킬 경우 제1층(208a)의 반사율을 높일 수 있다. 따라서 Ta 와 Nb 의 함량을 조절함으로써 제1층(208a)에 의한 반사율 제어의 정도를 조절할 수 있게 된다. 구체적으로는, Nb 의 함유량이 높을수록 제1층(208a)의 반사율이 높아지고, 이에 따라 위상반전막(208) 전체의 반사율이 증가하여 20% 이상의 상대반사율을 구현하기가 용이하게 된다.
제1층(208a)은 식각저지막 기능을 수행하기 위해 필요한 최소한의 두께를 가지며, 바람직하게는 7nm 이하의 두께를 갖는다. 제2층(208b)은 25~40nm 의 두께, 바람직하게는 30~32nm 의 두께를 갖는다.
제2층(208b)은 도 3 의 실시예에서와 같이, Ru 의 함유량이 적어도 50at% 이상 바람직하게는 70at% 이상으로 구성되며, Ru 및 Nb 의 함유량의 합이 50~100at%, 질소의 함유량이 0~50at% 으로 구성된다. 제1층(208a)은 Nb 의 함유량을 1~ 50at%, 바람직하게는 5~50at%, 더욱 바람직하게는 10~40at% 로 구성함으로써, 위상반전막(208) 전체의 반사율이 20% 이상이 되도록 할 수 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 (21)

  1. 기판, 상기 기판 상에 형성된 반사막, 상기 반사막 상에 형성된 캡핑막, 및 상기 캡핑막 상에 형성된 위상반전막을 포함하며,
    상기 위상반전막은 루테늄(Ru) 및 니오븀(Nb)을 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 질소(N)를 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 질소의 함유량이 50at% 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 보론(B)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 제1층 및 상기 제1층 상부의 제2층을 포함하며,
    상기 제1층은 탄탈륨을 포함하는 물질로 형성되고,
    상기 제2층은 루테늄(Ru) 및 니오븀(Nb)을 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2층은 Ru 의 함유량이 50at% 이상인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2층은 Ru 와 Nb 의 함유량의 합이 50at% 이상인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2층은 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 물질을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2층은 질소(N)를 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 리소그래피용 블랭크마스크.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2층의 질소 함유량은 50at% 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 리소그래피용 블랭크마스크.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2층은 보론(B)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2층의 보론 함유량은 5~50at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1층은 보론(B), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1층은 질소, 탄소, 산소 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1층은 질소의 함유량이 50at% 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  17. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1층은 Ta 의 함유량이 50at% 이상인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  18. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1층은 7nm 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  19. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1층은 보론(B) 및 니오븀(Nb) 중 하나 이상을 더 포함하는 물질로 형성되며,
    상기 위상반전막은 상기 반사막에 대한 상대반사율이 20% 이상인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  20. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 170~230°의 위상반전량을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  21. 제 1 항의 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크.
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