KR20230072331A - 반사형 블랭크 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 EUV 리소그래피에 사용되는 반사형 블랭크 마스크를 제조함에 있어서 다층 반사막 자체에 전자빔 어닐링 기술을 적용하여 다층 반사막 계면 상에 원소 확산을 유발하지 않으면서도 다층 반사막의 평탄도 등을 향상시켜 블랭크 마스크의 반사도를 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 반사형 블랭크 마스크 제조방법은, 기판 상에 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 주기적으로 적층되어 극자외선 광(EUV 광)을 반사하는 다층 반사막을 가지는 반사형 블랭크 마스크 제조방법에 있어서, 상기 다층 반사막에 전자빔 어닐링 처리를 수행한다.

Description

반사형 블랭크 마스크 및 그 제조방법{REFLECTIVE BLANK MASK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 반사형 블랭크 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 EUV 리소그래피 공정에 사용되는 반사형 블랭크 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 반도체의 집적도를 향상시키기 위해 자외선(파장 193~365nm) 또는 ArF 엑시머 레이저광(파장 193nm) 등을 이용한 종래의 리소그래피 기술을 대신하여 극 자외선(Extreme Ultra Violet, 이하 "EUV"라고 함)을 이용한 리소그래피 기술이 각광받고 있다.
예를 들어, 현재 개발 중인 EUV 리소그래피 기술은 13.5nm의 극 자외선 파장의 빛을 사용하기 때문에 100nm 이상의 파장을 사용하던 종래의 리소그래피 기술로는 달성할 수 없었던 높은 수준의 집적회로 미세화를 달성할 수 있다.
EUV 광은 집적도를 높일 수 있는 장점은 있으나, 매우 짧은 파장이어서 모든 물질에 대해 흡수되기 쉽다는 단점을 가진다. 이로 인해, 종래의 리소그래피 기술에서 주로 사용되던 투과형 마스크와 같은 굴절 광학계를 사용할 수 없다. 따라서, EUV 리소그래피에서는 반사형 마스크와 같은 반사 광학계를 사용하여야 한다.
반사형 마스크는 기판 상에 EUV 광을 반사할 수 있도록 적층된 다층 반사막이 형성되고, 이 다층 반사막 위에 EUV 광을 흡수하는 흡수막이 형성된다. 이 흡수막을 반도체 패턴으로 에칭하면 에칭면 밑에 있는 반사막에 반사된 EUV 광은 패턴이 형성되어 웨이퍼 상에 패턴을 노광시키도록 구성된다. 즉, 반사형 마스크는 기판 상에 다층 반사막과 흡수막을 순서대로 적층해서 구성된 반사형 블랭크 마스크(Blank Mask)를 원판으로 이용하여 흡수막의 일부를 제거해 정해진 패턴을 형성함으로써 얻어진다.
EUV 리소그래피 공정에서는 상기 반사형 마스크 상에 입사된 EUV 광은 패턴으로 에칭된 부위 이외의 부위에서 흡수막에 의해 흡수되고 패턴으로 에칭된 부위에서는 패턴을 통과하여 다층 반사막에 의해 반사된다. 반사된 EUV 광은 포토레지스터가 도포된 웨이퍼 상에 패턴을 형성됨으로써 상기 흡수막의 패턴이 웨이퍼 상에 전사되는 것이다.
이러한 EUV 리소그래피 공정에서 집적도를 향상시키기 위해서는 기본적으로 반사형 마스크의 적층 구조 중에서 상기 다층 반사막의 반사도가 높아야 하고, 흡수막과의 대비도가 높아야 하는 등 반사형 블랭크 마스크 자체 물성을 개량하는 기술이 요구된다.
일본 공개특허 제2004-104118호(발명의 명칭: 반사형 블랭크 마스크 및 반사형 마스크 제조방법, 2004.04.02 공개)에는 반사형 블랭크 마스크를 제조함에 있어서, 다층 반사막을 적층한 후에 레지스트막의 프리베이킹 온도 이하에서 이를 가열 처리함으로써 다층 반사막에 형성된 막응력을 상쇄시키고, 이를 통해 다층 반사막의 평탄도를 향상시켜 반사도를 높이도록 한 열처리 기술이 공지되어 있다. 그러나, 일정 온도 이상의 가열 처리는 다층 반사막을 구성하는 원소의 상호 확산을 초래하여 반사막 간의 경계를 불명확하게 만들어 오히려 마스크의 반사도를 저하시키는 문제점이 있었다.
일본 공개특허 제2006-013280호(발명의 명칭: 반사형 블랭크 마스크 및 반사형 마스크를 이용한 반도체장치의 제조방법, 2006. 1. 12. 공개)에는 반사형 블랭크 마스크에 대해 후속 공정인 포토레지스트 막의 베이킹 프로세스에서 가열 처리하는 동안에 다층 반사막의 최상층에서의 확산이 이루어져 반사도가 저하되는 것을 방지하기 위해 다층 반사막의 최상층 표면에 수소 종단화 처리를 하여 확산을 방지하는 기술이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 수소 종단화 처리는 다층 반사막의 최상층에 수소를 혼합함으로써 최상층 구성 원소인 Si의 확산은 방지할 수는 있었으나, Impurity에 해당하는 수소를 도핑함에 따라 새로운 반사도 저하 요인을 발생시키는 문제점을 가지고 있다.
일본 공개특허 제2018-29498호(발명의 명칭: 반사형 블랭크 마스크 및 반사형 마스크를 이용한 반도체장치의 제조방법, 2018. 6. 7. 공개)에는 반사형 블랭크 마스크의 상기 다층 반사막과 흡수막 사이에 루데늄(Ru)으로 된 보호막을 적층하고, 이 보호막 상에 대기 중, 산소 가스, 오존 가스 분위기에서 어닐링 처리(80℃, 1시간)함으로써 루테늄과 산소로 구성된 확산 방지층을 형성하고, 그 결과 후속하는 가열 처리 공정에서 흡수막과 보호막 사이의 상호 확산을 방지함으로써 EUV 광의 반사도가 저하되는 것을 방지하는 기술이 공지되어 있다.
그러나, 이러한 어닐링 열처리도 또한 다층 반사막 자체의 평탄도를 향상시키는 방법이 아니어서 반사형 마스크의 전체 반사도를 향상시키는 것에는 한계가 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이, EUV 리소그래피에서 사용되는 반사형 마스크를 제조함에 있어서 반사도를 향상시키기 위한 다양한 열처리 방법이 적용되었으나, 이는 다층 반사막 자체에 대한 것이 아니었을 뿐만 아니라, 다층 반사막을 구성하는 원소의 상호 확산을 유발하여 궁극적으로 반사형 마스크의 반사도 향상에 크게 기여하지 못하는 문제점이 있었다.
일본 공개특허 제2004-104118호 일본 공개특허 제2006-013280호 일본 공개특허 제2018-29498호
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, EUV 리소그래피에 사용되는 반사형 블랭크 마스크를 제조함에 있어서 다층 반사막 자체에 전자빔 어닐링 기술을 적용하여 다층 반사막 계면 상에 원소 확산을 유발하지 않으면서도 다층 반사막의 평탄도 등을 향상시켜 블랭크 마스크의 반사도를 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 전자빔 어닐링 처리를 통해 복사나 전도에 의해서가 아니라 운동에너지를 가진 전자의 충돌에 의하여 가열함으로써 전자빔이 충돌하게 되는 표면 층에 국한된 열처리를 수행할 수 있어 표면층 밑의 하지층에 열전달을 방지할 수 있는 장점이 있고 결과적으로 하지 다층반사막의 원소 확산을 방지하면서도 표면층을 열처리할 수 있도록 해주는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 반사형 블랭크 마스크 제조방법은, 기판 상에 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 주기적으로 적층되어 극자외선 광(EUV 광)을 반사하는 다층 반사막을 가지는 반사형 블랭크 마스크 제조방법에 있어서, 상기 다층 반사막에 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다.
이 때, 상기 다층 반사막은 고굴절율층/저굴절율층으로서 Si/Mo, Si/Ru, Si/Nb, Be/Mo, Be/Nb, La/Nb, Si화합물/Mo화합물, Si/Mo/Ru, Si/Mo/Ru/Mo, Si/Ru/Mo/Ru이 주기적으로 적층되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 고굴절율층을 적층할 때마다 수행하거나, 상기 저굴절율층을 적층할 때마다 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 고굴절율층을 적층할 때와 저굴절율층을 적층할 때마다 각각 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 고굴절율층/저굴절율층을 교대로 적층하는 것을 1주기로 할 때, 1 ~ 5주기 마다 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고굴절율층에는 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 산소(O), 수소(H), 불소(F) 및 지르코늄(Zr)에서 선택되는 하나의 기능성 원소가 첨가되고, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 기능성 원소가 첨가된 고굴절율층을 대상으로 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 저굴절율층에는 질소, 탄소, 붕소, 산소, 수소, 불소, 니오븀 및 지르코늄 선택되는 하나의 기능성 원소가 첨가되고, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 기능성 원소가 첨가된 저굴절율층을 대상으로 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다층 반사막 위에 적층되어 상기 다층 반사막을 보호하는 보호막과 상기 보호막 위에 적층되어 상기 극자외선 광을 흡수하는 흡수체막을 더 포함하고, 상기 보호막은 루테늄(Ru) 또는 루테늄 합금으로 이루어지며, 상기 보호막에 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다.
또한, 상기 다층 반사막 위에 적층되어 상기 다층 반사막을 보호하는 보호막과 상기 보호막 위에 적층되어 상기 극자외선 광을 흡수하는 흡수체막을 더 포함하고, 상기 흡수체막은 탄탈륨(Ta) 또는 탄탈륨 합금으로 이루어지며, 상기 흡수체막에 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다.
또한, 상기 기판과 다층 반사막 사이에 상기 다층 반사막의 증착으로 생기는 막응력을 상쇄하는 응력 보정막이 형성되고, 이 응력 보정막에 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다.
또한, 상기 기판과 다층 반사막 사이에 상기 기판의 결함이 상기 다층 반사막으로 전파되는 것을 방지하는 결함 전파 방지막이 형성되고, 이 결함 전파 방지막에 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다.
또한, 상기 다층 반사막 위에 적층되어 상기 다층 반사막을 보호하는 보호막과 상기 보호막 위에 적층되어 상기 극자외선 광을 흡수하는 흡수체막을 더 포함하고, 상기 다층 반사막과 보호막 사이에 열확산 방지막이 형성되며, 상기 열확산방지막에 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다.
한편, 상기 열확산 방지막은, ⅰ) 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 타이타늄(Ti), 란탄(La)으로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 금속, ⅱ) 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 타이타늄(Ti), 란탄(La)으로부터 선택되는 적어도 1종과, 산소(O), 붕소(B), 질소(N), 탄소(C), 불소(F), 규소(Si)로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 화합물, 및 ⅲ) 탄소(C), 산소(O), 붕소(B), 질소(N), 불소(F), 규소(Si)로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 화합물을 포함하는 그룹에서 선택된 하나의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다층 반사막 위에 적층되어 상기 다층 반사막을 보호하는 보호막과 상기 보호막 위에 적층되어 상기 극자외선 광을 흡수하는 흡수체막을 더 포함하고, 상기 보호막은 루테늄(Ru) 또는 루테늄 합금으로 이루어지고, 상기 흡수체막은 탄탈륨(Ta) 또는 탄탈륨 합금으로 이루어지며, 상기 보호막의 표면 상에는 보호막의 일부로서 상기 흡수체막과 접하는 측에 상기 흡수체막과의 상호 확산을 방지하기 위해 루테늄과 산소를 포함하는 확산 억제막이 형성되고, 상기 확산 억제막에 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 제조방법에 의해 제조된 반사형 블랭크 마스크가 제공된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 극자외선 광을 반사하는 다층 반사막을 포함하는 반사형 블랭크 마스크를 제조하는 과정에서 전자빔 어닐링 처리를 함으로써 기존의 열처리 방법에 비해 기판의 온도를 상승시키지 않으면서 적층된 다층 반사막을 수~수십 원자층 두께에 한정하여 전자의 운동 에너지를 전달하여 원자의 배열을 보다 정밀하게 평탄화함으로써 블랭크 마스크의 반사도를 향상시킬 수 있도록 해준다.
또한, 본 발명에 따르면 반사형 블랭크 마스크의 다층 반사막 뿐만 아니라 보호막, 흡수체막, 응력 보정막, 열확산 방지막, 확산 억제막 등 여러 적층 막에도 전자빔 어닐링 처리를 추가함으로써 각 층의 평탄도를 증가시키거나 표면 결정화 처리를 해 줌으로써 궁극적으로 블랭크 마스크의 반사도를 향상시킬 수 있도록 해준다.
이와 같이, 반사형 마스크를 제조함에 있어서 고전적인 열처리 방법을 대신하여 고굴절율과 저굴절율을 이루는 다층박막의 물질 혹은 반사형 블랭크 마스크의 성능향상을 위하여 구성하는 물질들에 전자빔을 조사하는 표면 처리 방법은 전자가 표면 원자를 가격하여 적층 원자들 사이로 치고 들어가 표면 원자 구성물질의 진동을 유도하고 이로써 표면의 온도를 올려주는 역할을 하게 되는 것은 표면 구성 물질의 원자와 무게가 유사한 이온빔을 조사하여 표면의 원자를 스퍼터링 시켜서 뜯어내거나 표면 원자의 이동(surface migration)을 유도하는 이온빔 처리 방법과는 근본적인 작동 원리와 기능적 역할이 전혀 상이한 것인 바, 본 발명은 이러한 전자빔 어닐링 처리 기술을 이용하여 반사형 마스크의 반사율을 향상시키는데 기술적 특징을 가진다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EUV 블랭크 마스크 제조수단에 관한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 어닐링 수단에 관한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EUV 블랭크 마스크 제조수단과 전자빔 어닐링 수단에 하나의 챔버 내에 설치된 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 어닐링 처리 효과를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이온빔 스퍼터로 증착한 Si 표면 조도와 전자빔을 처리한 이후의 표면 조도를 비교한 도면.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 블랭크 마스크 제조수단과 전자빔 어닐링 수단의 배치 구조를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반사형 블랭크 마스크 제조수단과 전자빔 어닐링 수단의 배치 구조를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 반사형 블랭크 마스크의 적층구조를 나타낸 도면.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따라 제조된 반사형 블랭크 마스크의 적층구조를 나타낸 도면.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 반사형 블랭크 마스크(EUV Reticle: Mo/Si 80 Multi-layer)의 다층 반사막 적층 상태를 전자현미경(TEM) 촬영한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 설명되는 각 단계들은 특별한 인과관계에 의해 나열된 순서에 따라 수행되어야 하는 경우를 제외하고, 나열된 순서와 상관없이 수행될 수 있다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 블랭크 마스크 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 관련된 EUV 용 반사형 블랭크 마스크를 제조하는 이온빔 스퍼터링 장치를 나타낸다.
상기 이온빔 스퍼터링 장치를 사용하여 반사형 블랭크 마스크의 주요 구성요소인 다층 반사막을 형성할 수 있다. 이온빔 스퍼터링 장치(10)는 진공 챔버(11) 내에 이온빔을 조사하기 위한 이온 소스(12)와 스퍼터링 타겟 지지수단(14)과 기판 지지수단(2)을 포함한다. 상기 스퍼터링 타겟 지지수단(14)은 회전 가능하게 설치되고, 지지수단의 양 측면에 적어도 2개 이상의 다층 반사막 성막용 스퍼터링 타겟(15,16)이 장착되어 있다. 상기 기판 지지수단(2)에는 기판(1)이 스퍼터링 타겟 면을 향하여 설치되고 기판(1)의 주표면 중심을 회전축으로 하여 일정 속도로 회전될 수 있도록 설치된다.
다층 반사막을 형성할 때, 상기 스퍼터링용 이온 소스(12)로부터 불활성 가스의 이온(13)이 발생되어 스퍼터링 타겟(15,16)으로 조사된다. 이러한 불활성 가스 이온의 충돌로 인해 상기 스퍼터링 타겟(15,16)을 구성하는 원자가 타겟 표면으로부터 방출되고, 방출된 타겟 원자(17)는 이와 반대되는 전하로 대전된 기판(1)을 향해 날아가 증착된다. 제1 스퍼터링 타겟(15)이 일정한 두께로 증착되면, 상기 스퍼터링 타겟 지지수단(14)이 회전되고 제2 스퍼터링 타겟(16)에 대해서도 동일한 증착 작업을 수행한다. 이러한 공정을 반복 수행함으로써 2개의 원소로 구성된 다층 반사막이 형성된다. 예를 들어, 저굴절율층인 몰리브덴(Mo)층과 고굴절율층인 실리콘(Si)층이 교대로 40주기 정도 적층된 다층 반사막을 형성하여 EUV 반사막으로 이용될 수 있다.
EUV 용 반사형 마스크는 통상 13.5nm의 EUV 광을 사용하는데, 이 파장대의 광에 대한 반사율을 높이기 위해서는 다층 반사막의 각 층의 두께도 수 nm 정도로 얇게 증착되어야 한다. 다층 반사막의 반사율은 EUV 리소그래피 공정에서 집적도를 향상시키는데 중요한 인자 중에 하나이다. 따라서, 박막의 증착 작업은 매우 정밀하여야 하고, 증착된 각 층의 표면의 평탄도도 우수해야 한다. 그러나, 이온빔 스퍼터링 장치를 사용하여 성막된 EUV용 블랭크 마스크는 각 층의 표면 평탄도를 향상시키는데 한계가 있어 현재 상용화된 반사형 블랭크 마스크의 반사율은 70%를 넘지 못하고 있는 실정이다.
앞서 설명한 바와 같이, 이온빔 스퍼터링 장치는 강한 전기적 에너지를 이용하여 이온빔을 타겟에 충돌시켜 타겟 표면으로부터 원자를 뜯어내고 뜯겨진 이들 원자가 에너지를 가지고 날아가 기판의 표면에 증착되는 과정이다. 이를 나노 크기의 스케일로 보면 매우 거친 공정이기 때문에 수 나노의 두께로 형성되는 타겟 원자 층도 성막 직후에는 그 표면의 평탄도가 낮을 수밖에 없다. 이러한 이온빔 스퍼터링 장치의 공정 상의 한계를 극복하고 다층 반사막의 반사율을 향상시킬 수 있는 여러 방법이 연구되고 있다.
본 발명자는 이러한 목적을 위해 다년 간 연구한 결과 전자빔 어닐링 공정을 이용하여 다층 반사막의 표면 평탄도를 향상시킬 수 있는 방법을 개발하게 되었다.
전자빔은 2가지 원리로 생성된다. 첫 번째 방법은 음극선관(CRT, Cathode Ray Tube)으로 된 전자총 내부에서 금속 필라멘트를 가열하여 열 전자를 발생시키고 이 열 전자를 빠른 속도로 가속시켜 형광물질이 도포된 스크린 면에 충돌시킴으로써 전자빔 생성하는 것이다. 이는 높은 에너지의 전자빔을 가질 수 있는 반면에 빔 사이즈가 매우 좁다는 특성을 가진다. 두 번째 방법은 플라즈마 상태에서 전자 입자를 추출하고 이를 가속시킨 후 집속하여 출사시키는 방식이다. 이 방식은 조사되는 전자빔의 폭과 에너지를 제어하여 넓은 빔 폭을 갖는 전자빔을 생성할 수 있어 산업적으로 다양한 용도로 사용되고 있다.
본 발명은 이러한 2가지 종류의 전자빔 중 어느 것을 사용하여도 무방하나, 넓은 표면적의 기판 전체에 균일한 전자빔 어닐링 효과를 높이기 위해서는 플라즈마 방식의 전자빔을 사용하는 것이 바람직하다.
도 2는 이러한 플라즈마 방식 전자빔 생성 원리를 간단히 나타낸다.
플라즈마 전자빔 장치(20)는 플라즈마 챔버(21) 내에 Ar과 같은 불활성 가스가 주입되고 플라즈마 챔버(21) 외부에 설치된 안테나(22)에 RF 전원이 인가되면, 플라즈마 챔버(21) 내부에 플라즈마가 형성되고 그 중 전자 입자가 1차 그리드(23) 및 2차 그리드(24)에 가해진 전위에 의하여 빔폭 제어부(25)를 통하여 출구 밖으로 방출된다. 이 때 전자빔은 비행하는 공간 상에서 서로 간의 척력이 작용하여 방사형으로 확산되고자 하는 경향을 가지므로 상기 빔폭 제어부(25)의 내부 표면에 축적된다. 이와 같이 전자가 빔폭 제어부(25)의 내면에 계속하여 축적되어 그 전하량이 증가하면 어느 임계값 이상에서는 축적된 전자들에 의한 척력 사이에 균형이 이루어 전자빔은 빔폭 제어부(25)와 평행한 방향으로 진행하게 된다. 그 결과, 비교적 안정된 직선 운동을 하며 상대적으로 넓은 빔 폭을 가진 전자빔이 기판(1) 상에 조사된다.
본 발명은 상술한 이온빔 스퍼터링 장치와 전자빔 어닐링 장치를 함께 장착하여 이온빔 스퍼터링 공정을 통해 형성되는 다층 반사막의 표면에 전자빔 어닐링 장치를 이용하여 어닐링 처리를 함으로써 다층 반사막의 반사율을 향상시키고자 하는 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 이온빔 스퍼터링 장치(10)와 전자빔 어닐링 장치(20)가 함께 설치된 상태의 일 실시예를 나타낸다.
이온빔 스퍼터링 장치(10)는 이온 소스(12)로부터 방출된 고 에너지의 불활성 가스 이온(Ar)이 스퍼터링 타겟 지지수단(14)을 향해 조사되고, 이에 의해 스퍼터링 타겟의 원자가 방출되어 기판(1) 상에 증착되고 이것이 타겟이 바뀌어 반복됨으로써 반사형 블랭크 마스크의 다층 반사막(100)을 형성한다. 예를 들어 상기 스퍼터링 타겟 지지수단(14)에는 고굴절율층을 형성하는 실리콘(Si) 타겟 면이 이온 소스(12)로부터 조사되는 이온빔과 대향되도록 장착되어 다층 반사막(100) 상에 고굴절율층이 형성된다. 고굴절율층이 정해진 수 나노 두께로 형성된 후에는 전자빔 어닐링 장치(20)로부터 방출되는 전자빔이 상기 스퍼터링 공정을 통해 생성된 고굴절율층의 표면 상에 조사된다. 전자빔은 고굴절율층이 온도를 상승시키지 아니하면서 나노 두께의 층 표면의 실리콘 원자를 재배열시켜 표면 평탄도를 높여준다. 이러한 전자빔 조사 효과에 대해서는 도 4를 참조로 상세히 후술하기로 한다.
전자빔 어닐링 공정은 전자빔의 조사 폭에 따라 1회의 조사 공정으로 다층 반사막의 전체 면적을 커버할 수도 있고, 필요한 경우에는 전자빔을 직선 형태로 조사하면서 상기 기판(1)을 직선 왕복 혹은 회전 운동시켜 전자빔 어닐링을 다층 반사막 표면의 일측으로부터 순차적으로 수행되도록 구성할 수 있다. 이때 전자빔의 조사 시간은 다층 반사막의 온도를 올리지 않도록 수초 이하의 시간에서 짧게 처리하여 표면 원자층에 한정된 열에너지 증가가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
고굴절율층에 대한 이온빔 스퍼터링 성막 공정 및 전자빔 어닐링 공정이 완료되면, 상기 스퍼터링 타겟 지지수단(14)이 회전하여 반대면에 마련된 저굴절율층 형성용 몰리브덴(Mo) 타겟면이 이온 소스(12)로부터 조사되는 이온빔과 대향되도록 장착되면 다층 반사막(100) 상에 저굴절율층이 형성된다. 저굴절율층이 정해진 수 나노 두께로 형성된 후에는 전자빔 어닐링 장치(20)로부터 방출되는 전자빔이 상기 스퍼터링 공정을 통해 생성된 저굴절율층의 표면 상에 조사되어 어닐링 작업을 수행한다.
상술한 전자빔 어닐링 처리에 의해 표면 평탄도가 우수한 다층 반사막이 제조된다. 본 실시예에서는 전자빔 어닐링 처리를 고굴절율층과 저굴절율층 각각이 성막될 때마다 수행하는 것으로 설명하였으나, 다른 실시예에 따르면 일정한 주기(고굴절율층/저굴절율층 1세트 형성하는 것을 1주기로 함)마다, 즉 3~5회 주기의 다층 반사막이 형성된 후에 1회 전자빔 어닐링 처리를 하도록 구성될 수도 있다. 또한, EUV 용 반사형 블랭크 마스크에는 상기 다층 반사막 이외에도 보호막, 흡수막, 응력 보정막, 열확산 방지막, 확산 억제막 등과 같은 여러 종류의 층이 추가로 형성되는데, 상기 전자빔 어닐링 처리는 각각의 층에 대해서도 수행되어 반사형 블랭크 마스크의 물성 향상에 기여할 수 있다. 이러한 각 층에 대한 전자빔 어닐링 수행 방법에 대해서는 도 8 내지 도 11을 참조로 상세히 후술하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 어닐링 처리 효과를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 4의 (a)에서와 같이, 다층 반사막 증착을 위한 기판(1)이 마련된다. 이 기판은 리소그래피 공정 중에 열에 의한 패턴의 변형을 방지하기 위해 0±1.0×10-7/℃의 범위내 저열팽창 계수를 가지는 것이 바람직하다. 이 범위의 저열팽창 계수를 가지는 소재로서는, 비정질 유리, 세라믹, 금속의 어느 쪽에서도 사용할 수 있다. 예를 들면 비정질 유리로서 SiO2-TiO2계 글라스, 석영 유리(Quartz) 등을 사용할 수 있고, 세라믹 소재로서 알루미나(Al2O3), 베릴리아(BeO), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 등을 사용할 수 있으며, 금속 소재로서 인바 합금(Fe-Ni계 합금) 등을 사용할 수 있다. 또한, 단결정 실리콘 기판, 사파이어 기판, 다이아몬드 기판 등을 사용할 수 있다.
도 4의 (b)에서와 같이, 준비된 기판(1) 상에 이온빔 스퍼터링 장치에 의해 다층 반사막(100)을 구성하는 1개의 층이 성막된다. 이 층은 실리콘(Si)으로 된 고굴절율층이 될 수도 있고, 몰리브덴(Mo)으로 된 저굴절율층이 될 수도 있으며, 1 주기 이상의 고굴절율층/저굴절율층의 세트가 될 수도 있다. 앞서 설명한 바와 같이 성막이 완료된 다층 반사막(100)을 나노 크기의 스케일로 보면 타겟 원자들이 강제 충돌 과정을 통해 증착되었기 때문에 비정질을 이룰 뿐만 아니라 성막 표면이 원자층 단위로 거칠게 형성되어 있고 성막 내부에도 원자가 비어있는 공공(Vacancy)이 형성되어 결함(defect)이 있을 수도 있다. 이와 같은 낮은 표면 평탄도와 결함은 다층 반사막(100)의 반사율을 저하시키는 주요 원인이 된다.
도 4의 (c)에서와 같이, 성막된 다층 반사막(100) 상에 전자빔을 조사하면, 다층 반사막(100)을 구성하는 원자들이 전자빔의 에너지를 받아서 열에 의한 강한 진동(vibration)이 이루어지고 이에 따라 원자가 재배열되어 표면 평탄도가 크게 향상된다. 이러한 원자의 재배열 공정 중에는 전자빔에 의해 성막층 표면의 결정화가 이루어지기도 하여 평탄화가 더욱 향상된다. 전자빔 조사를 통한 원자의 재배열 공정은 공정압력 E-4 이하의 고진공 분위기에서 이루어지며, Ar 가스를 이용하여 이온 소스 내 플라즈마가 생성되면 수십 ~ 수 KeV의 가속전압으로 가속된 전자들이 다층 반사막 표면에 조사되어 표면 평탄화 혹은 원자의 결정화 처리가 수행되게 된다.
이때, 다층 반사막의 온도 상승 없이 표면만을 가열하기 위하여 조사되는 전자빔의 에너지는 짧은 시간 동안 지속하여 조사되도록 할 수 있고, 일정 시간 조사 후 휴지기 시간을 갖는 공정을 반복하여 수행되도록 할 수도 있으며, 일정 주기에 따라 가속에너지 레벨을 달리하거나 일정한 레벨의 에너지를 cyclic 형태로 반복 조사되도록 할 수도 있다.
전자빔 어닐링 효과를 고굴절율층인 실리콘의 표면 평탄화 과정을 예를 들어 상세히 설명한다. 실리콘(Si)은 스퍼터링 증착시 그 온도가 충분하지 못해서 열 에너지가 평탄화에 필요한 활성화 에너지에 미치지 못하므로 대부분 표면 거칠기가 높은 상태이거나 비정질층으로 성장한다. 이 때, 열에너지를 대체할 수 있는 새로운 에너지가 공급된다면 이는 기판 표면에서 실리콘 입자의 표면 이동도를 증대시키므로 실리콘 입자가 표면에서 차곡차곡 빈 자리를 찾아가서 쌓여 표면 거칠기가 낮아지게 되고, 박막 내부의 빈 자리를 채우도록 유도할 수 있다. 한편, 일반적으로 가속된 전자들의 무수한 모임으로 이루어진 전자빔은 개별 입자인 전자의 무게가 극히 가벼우므로 자신보다 수천배 이상으로 무거운 증착된 박막 원자에 부딪치는 경우 대부분 비탄성충돌로 자신의 운동량을 전달하여 박막 원자에 열을 발생하게 하고 열에 의한 원자의 진동(Vibration)을 만들어 원자가 비어있는 공공(Vacancy)의 자리를 메우게 해준다.
이와 같이, 전자빔 어닐링 공정에서는 스퍼터링 공정에서의 열에너지의 부족분을 대신할 수 있는 수단으로서 전술한 운동량을 가진 전자의 운동에너지를 이용한다. 즉, 상기 전자빔 소스에서 생성되어 가속된 전자를 기판상에 제공하여 기판에 증착된 실리콘 입자와 충돌시켜, 실리콘 입자의 이동도를 향상시키게 되는 것이다.
다층 반사막의 반사율을 높이기 위해서는 다층 반사막을 구성하는 고굴절율층과 저굴절율층 사이의 계면이 매끈하게 형성되고 명확해야 한다. 제조 과정에서 높은 열 에너지가 가해지면 계면 사이에 각 층을 구성하는 원자들이 상호 확산되어 계면의 경계가 불명확해지는데, 이는 다층 반사막의 반사율을 저하시키는 주요 원인이 된다. 그러나, 본 발명의 전자빔 어닐링 공정은 전자빔의 에너지와 전자빔을 조사하는 총 시간(전자빔 dose)을 제어하여 전자빔의 침투 깊이를 나노 스케일로 한정함으로써 다층 반사막의 다른 층에 불필요한 열에너지를 전달하지 않고, 타겟으로 하는 성막층에 대해서만 선택적으로 처리하여 표면 평탄화를 이룰 수 있도록 하는 것이다. 반사형 다층 반사막은 수 나노 크기의 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 40주기 정도 적층되어 구성되기 때문에 나노 스케일 간격으로 수많은 계면이 존재하게 되는데, 본 발명에 따른 전자빔 조사는 다른 계면에 영향을 주지 않고 타켓으로 하는 계면만을 열처리할 수 있는 가장 효과적인 방법이 될 수 있다.
현재 반도체 박막 제조 공정에서 사용되는 열치리 방법은 가열로 내에 기판 전체를 가열하는 Furnace 공법, IR heat transfer를 이용하는 RTA(Rapid Thermal Annealing) 공법, 레이저를 이용한 Excimer Laser 공법, 마이크로파를 이용해 가열하는 Microwave 공법 등이 있다. 상기 Furnace 공법은 비용이 가장 저렴하나 공정 중 파티클 발생 및 표면 오염의 문제가 있고, 상기 RTA 공법은 열처리 속도는 빠르나 기판 전체의 균일한 열처리가 어려우며, Excimer Laser 공법은 고가의 레이저 스캔 장비를 사용하여야 하고, Microwave 공법은 전계 집중으로 인해 국부 가열이 발생하기 쉽다는 문제점이 있다. 이러한 기존의 열처리 공법과 비교해 보건대, 본 발명의 전자빔 어닐링 공정은 나노 스케일 하에서 원하는 계면에 대해서만 열처리가 가능하며 파티클 발생이나 국소 가열 등의 문제점도 발생하지 않는 가장 효과적인 열처리 공정이라 할 것이다.
도 5의 (a)는 이온빔 스퍼터링에 의하여 Si 층을 증착한 표면의 조도를 측정한 결과를 나타낸 것이고, 도 5의 (b)는 (a)의 시편에 본 발명에 따라 Si 표면에 전자빔을 조사(전자빔 에너지 : 3keV, 10sec 조사)한 후 표면 조도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 이는 원자단위 스케일의 roughness를 측정할 수 있는 분해능을 가진 알파스텝을 이용하여 측정한 것으로서, 이온빔 스퍼터링에 의해 증착만 한 경우(a)의 표면 조도 Ra는 0.57 ~ 0.59nm 이고 이후 Si 증착층 위에 전자빔을 조사한 결과(b)의 표면 조도 Ra는 0.45 ~ 0.46nm 임을 보여주고 있다. 이는 전자빔이 3keV의 에너지를 가지고 Si 표면에 충돌하였을 때 Si 원자와 무게(mass)가 다른 전자빔이 3keV의 운동에너지로 Si 표면 원자에 비탄성 충돌되면서 전달되는 에너지가 Si 원자를 가열시키고 그 열에 의해 표면에 가까운 Si 증착층 원자는 강한 진동을 하게 되고, 표면에 위치한 Si 원자는 이 진동에 따라 표면 이동도(surface mobility)의 향상을 가져오게 된다.
결과적으로 도 4에서와 같이 표면 쪽 Si 증착층 내부의 공공공(vacancy)은 채워지게 되고 정렬된 표면 원자층은 보다 더 낮은 조도를 갖는 smooth한 표면을 만들게 된다. 이와 같이 Si 증착층 상위 표면에 전자빔 조사로 표면 조도를 낮추어주고 나서 이후 이온빔 스퍼터로 저굴절율 Mo 층을 증착하면 smooth한 조도의 Si/Mo 계면이 형성된다. 또한 동일한 방법으로 Mo 표면에 전자빔을 조사하게 되면 smooth한 조도의 Mo/Si 계면이 만들어지게 된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 블랭크 마스크 제조수단(이온빔 스퍼터링 수단)과 전자빔 어닐링 수단의 배치 구조를 나타낸다.
도 6의 (a)에서 보듯이, 상기 반사형 블랭크 마스크 제조수단(10) 및 전자빔 어닐링 수단(20)은 하나의 챔버(5) 내에 배치될 수 있다. 앞서 도 3을 참조로 설명한 장치가 본 실시예에 해당된다. 이는 가장 컴팩트한 배치 구조로서, 하나의 챔버 내에서 기판의 이송 공정없이 반사형 블랭크 마스크의 제조 공정인 다층 반사막 제조를 위한 이온빔 스퍼터링 공정뿐만 아니라 적층된 반사막의 표면에 대한 전자빔 어닐링 공정을 함께 수행할 수 있기 때문에 가장 신속하게 반사형 블랭크 마스크를 제조할 수 있다. 다만, 이 배치 구조에서는 하나의 챔버 내에서 이온빔 스퍼터링을 위한 공정 조건과 전자빔 어닐링 공정 조건을 신속하게 상호 변경해야 하기 때문에 공정 제어가 어려울 뿐만 아니라 이온빔 스퍼터링 공정에서 발생한 파티클이 전자빔 어닐링 공정에서 표면 오염의 원인이 될 수도 있다.
도 6의 (b)에서 보듯이, 상기 반사형 블랭크 마스크 제조수단(10) 및 전자빔 어닐링 수단(20)이 다른 2개의 챔버(5,6) 내에 각각 독립적으로 설치되고, 이 챔버들(5,6) 사이가 게이트 밸브가 달린 이송 포트(7)를 통해 상호 연결되도록 배치될 수 있다. 이 배치 구조에 따르면, 제1 챔버(5) 내에서 반사형 블랭크 마스크의 다층 반사막 제조를 위한 이온빔 스퍼터링 공정이 완료된 후, 반사막이 적층된 기판이 별도의 이송 수단에 의해 상기 이송 포트(7)을 통해 제2 챔버(6) 내로 이동되고, 적층된 반사막 상에 전자빔 어닐링 공정이 수행된다. 이 배치 구조에 따르면, 상기 이온빔 스퍼터링 공정과 전자빔 어닐링 공정이 별도의 독립된 챔버(5,6) 내에서 이루어지기 때문에 각 챔버 내의 공정 조건을 수시로 변경할 필요가 없을 뿐만 아니라, 2개의 공정 환경이나 결과물의 상호 간섭으로 인한 반사형 블랭크 마스크의 물성 저하를 미연에 방지할 수 있다. 다만, 이 배치 구조는 별도의 이송 장치를 추가로 설치하여야 하기 때문에 제조 비용이 증가하고, 반사형 블랭크 마스크의 제조 공정 중에 기판이 2개의 챔버(5,6) 사이를 수 차례 이송되어야 하기 때문에 제조 시간이 증가하는 문제점이 있다.
도 7은 도 6의 (a)와 같이 반사형 블랭크 마스크 제조수단(10)과 전자빔 어닐링 수단(20)이 하나의 챔버(5)에 배치된 구조에 있어서, 스퍼터링 수단(30)을 별도의 챔버(6) 내에 설치한 형태를 나타낸다.
상기 반사형 블랭크 마스크 제조수단(10)과 전자빔 어닐링 수단(20)의 공정 압력이 ~10-4 Torr인데 반해, 스퍼터링 수단(30)의 공정 압력은 ~10-3 Torr로서 더 높다. 따라서, 스퍼터링 수단(30)을 상기 반사형 블랭크 마스크 제조수단(10) 또는 전자빔 어닐링 수단(20)과 같은 챔버 내에 설치하면 공정 조건의 차이로 인해 공정 효율성이 저하된다. 따라서, 다른 2개의 챔버(5,6)가 게이트 밸브가 달린 이송 포트(7)를 통해 상호 연결되도록 배치되고, 이 중 제1 챔버(5) 내에 공정 조건이 유사한 반사형 블랭크 마스크 제조수단(10)과 전자빔 어닐링 수단(20)을 배치하고, 제2 챔버(6) 내에 스퍼터링 수단(30)을 설치하는 것이 바람직하다.
앞서 설명한 바와 같이 반사형 블랭크 마스크는 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 다층 반사막 뿐만 아니라, 후속하는 에칭 공정 등에서 상기 다층 반사막을 보호하기 위해 그 최상위층 위에 적층되는 보호막, 이 보호막 위에 적층되어 극적외선을 흡수하는 흡수체막이 기본적으로 추가 적층되며, 필요한 경우 응력 보정막, 열확산 방지막 등 반사형 블랭크 마스크의 물성 향상을 위해 다양한 기능성 막이 추가로 적층된다.
이들 보호막, 흡수체막, 각종 기능성 막은 상기 반사형 블랭크 마스크 제조수단(10)에서 다층 반사막을 형성하기 위해 사용되는 이온빔 스퍼터링 장치에 의해 제조될 수 있으며, 이 경우에는 앞서 도 6의 (a) 및 (b)를 참조로 설명한 바와 같이 별도의 스퍼터링 수단(30)이 없이도 반사형 블랭크 마스크를 제조할 수 있다.
그러나, 최근에는 반사형 블랭크 마스크의 제조 생산성을 향상시키기 위해 상기 보호막, 흡수체막, 각종 기능성 막을 다층 반사막을 제조하는 이온빔 스퍼터링 장치와 별도로 마련된 스퍼터링 수단(30)에 의해 제조하는 도 7과 같은 배치 구조도 사용되고 있다. 상기 스퍼터링 수단(30)은 D.C 스퍼터링, RF 스퍼터링, 반응성 스퍼터링, 마그네트론 스퍼터링 등 현재 상용화되어 있는 다양한 스퍼터링 수단 중 하나일 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조로 설명한 반사형 블랭크 마스크 제조수단(10), 전자빔 어닐링 수단(20) 및 스퍼터링 수단(30)의 다양한 배치 구조는 제조 공정 상의 여러 가지 옵션을 제공해 주기 때문에, 제조 현장에서는 반사형 블랭크 마스크의 요구 물성에 맞추어 가장 효율적인 배치 구조를 선택할 수 있다.
이하에서는 지금까지 설명한 본 발명에 따른 반사형 블랭크 마스크 제조방법에 따라 만들어진 다양한 적층 구조의 반사형 블랭크 마스크에 대해 설명한다.
먼저, 도 8은 상기 반사형 블랭크 마스크(100)의 기본 적층구조를 나타낸 것으로서, 기판(110) 상에 40 주기로 고절굴율층/저굴절율층이 교대로 적층되는 다층 반사막(120), 이 다층 반사막(120) 상에 적층되어 후속하는 건식 에칭 공정 등에서 다층 반사막(120)을 보호해주는 보호막(130) 및 이 보호막(130) 상에 적층되어 후속하는 건식 에칭 공정에서 특정한 반도체 패턴 형상으로 패터닝된 후 EUV 조사 공정에서 EUV 광을 흡수하는 흡수체막(140)이 순서대로 적층된다.
이 중에서 상기 다층 반사막(120)은 반사형 블랭크 마스크의 반사율을 좌우하는 가장 중요한 구성이고, 그 중에서도 다층 반사막(120)을 구성하는 40 주기의 고굴절율층과 저굴절율층 사이의 계면의 평탄도가 블랭크 마스크의 전체 반사율을 결정한다.
이 다층 반사막(120)은 굴절률이 다른 재료를 교대로 적층시킨 구조를 통해 특정한 파장의 빛을 반사할 수 있다. 예를 들면 13 ~ 14 nm의 EUV 광에 대한 반사율이 높은, Si과 Mo를 교대로 40 주기 정도 적층한 Si/Mo 주기 다층 반사막을 들 수 있다. Si/Mo 다층 반사막의 경우, 상대적으로 굴절률의 작은 층이 Mo, 상대적으로 굴절률이 높은 층이 Si가 될 수 있다. 다층 반사막을 형성하는 재료는 사용하는 노광빛의 파장에 따라 적당한 것으로 선택된다.
EUV 광의 영역에서 사용되는 그 외의 다층 반사막의 예로서는, Si/Ru, Si/Nb, Be/Nb, Be/Mo, La/Nb 주기 다층 반사막, Si화합물/Mo화합물 주기 다층 반사막, Si/Mo/Ru 주기 다층 반사막, Si/Mo/Ru/Mo 주기 다층 반사막, Si/Ru/Mo/Ru주기 다층 반사막 등을 들 수 있다. 이들의 다층 반사막을 기판상으로 형성한 다층 반사막 부착 기판은 예를 들면 EUV 반사형 블랭크 마스크 또는 EUV 리소그래피 시스템에서 다층 반사막 미러로서 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다층 반사막(120)의 적층 공정 중에 전자빔 어닐링 처리를 수행하여 다층 반사막의 계면의 평탄도를 향상시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 전자빔 어닐링 처리는 고굴절율층을 적층할 때마다 수행하거나, 저굴절율층을 적층할 때마다 수행하거나, 고굴절율층을 적층할 때와 저굴절율층을 적층할 때마다 각각 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 고굴절율층/저굴절율층을 교대로 적층하는 것을 1주기로 할 때, 1 ~ 5주기 마다 수행하도록 구성될 수 있다.
고굴절율층 및/또는 저굴절율층의 계면에 전자빔 어닐링 처리를 하면 계면에 비정질로 불균일하게 적층되어 있던 타켓 원자들이 재배열되면서 계면의 평탄도가 증가된다는 것은 도 4를 통해 상술한 바, 상세한 내용은 이를 참조하기로 한다.
예를 들어, 다층 반사막의 적층 공정이 완료된 후 전자현미경(TEM) 단면 검사와 함께 반사율을 측정한 결과 고굴절율층인 Si 층 상위 계면에서의 평탄도가 낮다고 판단된 경우에는 추후 제조 공정에서 고굴절율층인 Si 층이 적층될 때마다 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다. 반대로 저굴절율층인 Mo 층 상위 계면에서의 평탄도가 낮다고 판단된 경우에는 추후 제조 공정에서 저굴절율층인 Mo 층이 적층될 때마다 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다. 필요한 경우 고굴절율층인 Si 층과 저굴절율층인 Mo 층 각각이 적층될 때마다 전자빔 어닐링 처리를 할 수도 있다. 이러한 고굴절율층 및/또는 저굴절율층의 표면의 평탄도 차이는 증착되는 타켓의 순도, 제조 공정 조건의 차이 등으로 인해 발생할 수 있다.
전자빔 어닐링 처리를 수행하면 다층 반사막의 계면 평탄도를 향상시켜 반사율 향상에 기여할 수 있지만, 전자빔 어닐링 처리를 자주 수행하게 되면 제조 비용이 증가할 수 있다. 특히 도 6의 (b)와 같이 전자빔 어닐링 수단(30)이 별도의 제2 챔버(6)에 설치되어 있어 전자빔 어닐링 처리를 수행할 때마다 다층 반사막 기판을 이송하여야 하는 배치 구조에서는 비용 증가뿐만 아니라 공정상의 문제점이 추가로 발생할 가능성도 있다. 이러한 전자빔 어닐링 처리의 장단점을 트레이드 오프하여 다층 반사막 공정 중 어느 시점에서 전자빔 어닐링 처리를 할 지를 실험적으로 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 고굴절율층에는 질소, 탄소, 붕소, 산소, 수소, 불소 및 지르코늄에서 선택되는 하나의 기능성 원소가 첨가되고, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 기능성 원소가 첨가된 고굴절율층을 대상으로 수행될 수 있다.
상기 기능성 원소는 고굴절율층의 표면에 도핑되어 고굴절율층을 형성하는 성막 물질의 막응력을 완화시켜줄 뿐만 아니라 성막 물질의 상호 확산을 억제시켜준다. 그 결과, 표면의 평탄도를 증가시켜 반사율을 향상시켜준다. 또한, 기능성 원소는 그 미세한 결정 크기로 인해 고굴절율층의 표면의 엉성함을 저감시켜 줌으로써 궁극적으로 표면의 평탄도를 증가시켜 성막 물질의 반사율을 향상시켜준다.
기능성 원소의 도핑 처리는 고굴절율층을 구성하는 원소의 이온빔 스퍼터링 공정 과정에서 기능성 윈소를 포함하는 특정한 가스를 공정이 이루어지는 챔버에 공급하거나 혹은 이온빔 소스의 가스 공급부에 아르곤 가스와 함께 공급하고, 이 공급 가스의 작용에 의해 기능성 원소가 고굴절율층의 원자와 흡착하거나 화학 결합됨으로써 이루어진다. 한편, 상기 기능성 원소 중에서 지르코늄과 같은 금속 재료의 경우에는 스퍼터 타겟 자체를 원소를 혼합하여 만든 것을 사용함으로써 이온빔 스퍼터로 스퍼터되어 혼합하여 증착되게 할 수 있다. 본 실시예에서 사용하는 가스는 원자 상태로 2 개 이상의 홑전자를 가지는 원소 또는 화합물의 가스, 다시 말해 희가스, 할로겐 및 수소 이외의 가스이면 단일 원소로도 사용 가능하고 화합물로도 사용 가능하다. 구체적으로는, 산소, 질소 등의 단원소 외, CH4, C2H6등의 탄화 수소계, 알코올 및 에테르계, 암모니아, 실란계 등의 화합물의 가스를 사용할 수 있다.
이러한 가스를 반사 다층막의 표면에 공급하려면 예를 들면, 반사 다층막을 구성하는 고굴절율층의 원료를 공급해 기판상에 고굴절율층을 성막한 후, 그 챔버 내에 활성화시킨 가스를 도입함으로써 가스에 포함되는 물질을 고굴절율층의 표면으로 흡착시키는 것이 가장 간편한 방법이다. 이 외에도 다양한 표면 처리 방법이 사용될 수 있음은 당연하다. 예를 들어, 상기 기능성 원소 중에서 지르코늄과 같은 금속 재료의 경우에는 이온빔 스퍼터링 장치를 이용하여 고굴절율층의 표면에 도핑 처리할 수도 있음은 이미 상기한 바와 같다.
이와 같이 다층 반사막 중 고굴절율층에 기능성 원소의 흡착 또는 동시-스퍼터 (Co-sputtering) 증착 처리를 한 후에 본 발명에 따른 전자빔 어닐링 처리를 수행하면, 성막 표면의 평탄도를 더욱 증가시켜 반사도 향상에 기여할 수 있다. 이는 전자빔 어닐링 공정 중에 전자의 비탄성 충돌로 인해 고굴절율층을 이루는 성막 물질의 원소와 기능성 원소의 운동 에너지를 증가시켜 상호 이동하면서 기능성 원소의 증착 혹은 Implantation과 같은 별도의 도핑 과정에서 발생한 표면의 엉성함을 감소시켜 표면을 더욱 치밀하게 만들어 주기 때문이라고 생각된다.
동일한 방법으로, 상기 저굴절율층에도 질소, 탄소, 붕소, 산소, 수소, 불소및 지르코늄에서 선택되는 하나의 기능성 원소가 첨가되고, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 기능성 원소가 첨가된 저굴절율층을 대상으로 수행하도록 구성할 수 있다. 이와 같이 저굴절율층에 대한 기능성 원소의 흡착 또는 동시-스퍼터 (Co-sputtering) 증착 처리는 앞서 설명한 고굴절율층의 표면에 대한 처리와 동일한 방법으로 수행될 수 있다. 그 결과, 저굴절율층의 표면에 첨가된 기능성 원소가 성막 물질의 표면 응력을 완화하고, 상호 확산을 억제하며, 저굴절율층의 표면의 엉성함을 저감시켜 줌으로써 궁극적으로 표면의 평탄도를 증가시켜 성막 물질의 반사율을 향상시켜준다는 것은 앞서 고굴절율층에 대한 기능성 원소의 작용 효과와 동일하다.
이와 같이 다층 반사막 중 저굴절율층의 표면에 기능성 원소의 흡착 또는 동시-스퍼터 (Co-sputtering) 증착 처리를 한 후에 본 발명에 따른 전자빔 어닐링 처리를 수행하면, 성막 표면의 평탄도를 더욱 증가시켜 반사도 향상에 기여할 수 있다. 이는 상술한 고굴절율층의 경우에 마찬가지로, 전자빔 어닐링 공정 중에 전자의 비탄성 충돌로 인해 저굴절율층을 이루는 성막 물질의 원소와 기능성 원소의 운동 에너지가 증가하여 상호 이동하면서 도핑 과정에서 발생한 표면의 엉성함을 감소시켜 표면을 더욱 치밀하게 만들어 주기 때문이라고 생각된다.
한편, 상기 보호막(130)은 반사형 마스크의 제조 공정에서 건식 식각 및 세정으로부터 다층 반사막(120)을 보호하기 위하여 다층 반사막(120) 위에 적층된다. 또한, 보호막(120)은 마스크 패턴의 결함 수정시의 다층 반사막(120)을 보호하는 기능도 수행한다. 보호막(130)은 필요에 따라 1층으로 형성될 수도 있고 2층 이상의 다층으로도 형성될 수 있다.
보호막(130)은 일반적으로 루테늄(Ru)을 주성분으로 포함한 재료에 의해 형성된다. 루테늄을 주성분으로 포함한 재료로서는, 루테늄 금속 단체, 루테늄에 타이타늄(Ti), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 붕소(B), 란탄(La), 코발트(Co) 및 레늄(Re)으로부터 선택되는 적어도 1개의 금속을 함유한 루테늄 합금 및 이들 재료에 질소를 포함한 것을 들 수 있다. 이 중에서도 티타늄을 함유한 루테늄 합금 재료를 사용하면, 다층 반사막(130)의 고굴절율층을 형성하는 원소가 규소(Si)인 경우에 규소가 다층 반사막(120)의 표면으로부터 보호막(130)으로 확산되는 현상을 감소시켜 줄 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보호막(130)을 적층한 후에 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다. 보호막(130)의 결함은 EUV 광에 대한 다층 반사막(120)의 반사율 저하에 직접적인 영향을 미치기 때문에 상기 전자빔 어닐링 처리를 통해 보호막(130)의 표면 결함을 없애고 표면 평탄도와 표면 조도를 향상시킬 필요가 있다. 이러한 보호막(130)의 표면 평탄도 향상은 EUV 광의 노광 효율 개선, 스루풋 향상 등의 효과도 가져올 수 있다.
한편, 상기 흡수체막(140)은 보호막(130) 위에 적층되어 EUV 광을 흡수하는 기능을 수행하거나 EUV 광의 일부는 흡수하고 일부는 반사시켜 반사광의 위상을 시프트시키는 기능을 수행한다. 이러한 이유로 흡수체막(140)은 위상 시프트막으로 명명되기도 한다. 위상 시프트 기능이라 함은 흡수체막(140)이 형성되어 있는 영역에서 흡수체막(14)을 통해 반사되는 광과 흡수체막(140)이 형성되어 있지 않는 영역에서 다층 반사막(120)을 통해 반사되는 광 사이에 위상차가 170 ~ 190도 정도가 되도록 조절하면, 약 180도 위상차가 나는 반사광 사이에 서로 간섭이 발생함으로써, 투영광학상의 상 콘트라스트가 향상된다. 이러한 상 콘트라스트의 향상은 노광야의 여유도, 초점 여유도 등 노광에 관한 여러 여유도를 높여줄 수 있다.
상기 흡수체막(140)은 EUV 광에 대한 흡수 기능을 가지고, 에칭 등에 의한 가공(바람직하게는 염소(Cl)나 불소(F)계 가스의 건식 식각)이 가능한 재료로 형성된다. 이러한 기능을 가지는 것으로서 탄탈륨(Ta) 금속 단체 또는 탄탈륨을 주성분으로 포함한 탄탈륨 합금이 사용될 수 있다. 탄탈륨 합금으로서는, 탄탈륨과 붕소를 포함한 화합물, 탄탈륨과 질소를 포함한 화합물, 탄탈륨, 산소 및 질소를 포함한 화합물, 탄탈륨과 붕소를 포함하고 산소와 질소 중 적어도 어느 한 쪽을 포함한 화합물, 탄탈륨과 실리콘을 포함한 화합물, 탄탈륨과 실리콘과 질소를 포함한 화합물, 탄탈륨과 게르마늄을 포함한 화합물 및 탄탈륨과 게르마늄과 질소를 포함한 화합물 등을 사용할 수 있다. 흡수체막(140)을 구성하는 재료로서는, 탄탈륨 또는 탄탈륨 화합물 이외에, Cr, CrN, CrCON, CrCO, CrCOH, 및 CrCONH 등의 크롬 및 크롬 화합물 및 WN, TiN 및 Ti 등의 재료를 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡수체막(140)을 적층한 후에 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다. 흡수체막(140)의 표면 결함은 EUV 광에 대한 다층 반사막(120)의 반사율 저하, 상 콘트라스트의 저하 등의 문제점을 발생시키는 바, 상기 전자빔 어닐링 처리를 통해 흡수체막(130)의 표면 결함을 없애고 표면 조도와 표면 평탄도를 향상시키거나 혹은 표면 결정화를 유도할 필요가 있다.
한편, 도 9은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조된 반사형 블랭크 마스크의 적층 구조를 나타낸 도면이다. 이 반사형 블랭크 마스크(100)는 도 8에서와 같이 기본적으로 기판(110), 다층 반사막(120), 보호막(130), 흡수체막(140)으로 구성되고, 상기 기판(110)과 다층 반사막(120) 사이에 응력 보정막(buffer layer) (150)이 추가로 증착된 형태이다. 상기 기본 성막들에 대한 설명은 도 8을 참조로 상세히 설명하였는 바, 이를 참조하기로 한다.
본 실시예는 기본 반사형 블랭크 마스크의 적층 구조에서 응력 보정막(150)이 추가로 정착된 예이므로, 이 응력 보정막(150)을 중심으로 설명하기로 한다.
응력 보정막(150)은 상기 다층 반사막(120)이 가지는 응력과 역방향의 응력을 가지는 것으로부터 선택된다. 일반적으로 다층 반사막(120)은 치밀하게 형성되고 압축 응력을 가지므로, 응력 보정막(150)은 인장 응력을 가지는 막으로부터 선택되게 된다. 이와 같이 응력 보정막(150)은 다층 반사막(120)의 막응력을 상쇄하기 위하여 다층 반사막(120)이 과도한 압축 응력에 의해 휘어짐 현상이 나타나 후속하는 공정에서 웨이퍼 전사 오차를 발생시키는 것을 미연에 방지해준다.
이를 위해 응력 보정막(150)은 가열 처리에 의해 응력 보정막(150)의 응력의 크기(절대치)가 커지는 것을 선택한다. 구체적으로는, 응력이 보다 인장 응력 측에 시프트 하는 것이다. 또한, 응력 보정막(150)은 평탄도가 높은 막인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 응력 보정막(150)의 표면 평탄도를 나타내는 표면 조도는 바람직하게는 0.2 nm 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.15 nm 이하이다.
이러한 응력 보정막(150)의 재료는 탄탈륨(Ta)을 주성분으로 한 재료가 사용될 수 있다. 탄탈륨을 주성분으로 한 재료로서는, 예를 들면, 탄탈륨 합금 등을 들 수 있다. 더욱이, 탄탈륨을 주성분으로 한 비정질 재료가 바람직하다. 이러한 재료로서는, 탄탈륨과 붕소를 포함한 합금, 예를 들면, 탄탈륨 붕소 합금(TaB), 탄탈륨 붕소 합금의 질화물(TaBN) 등을 들 수 있다. 이 외에도 상기 응력 보정막(150)은 규소(Si)를 주성분으로 하는 재료나 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 재료를 사용할 수 있다.
상기 탄탈륨 붕소 합금의 경우, 마그네트론 스퍼터링법을 이용해, 실온 및 아르곤 가스 분위기로 기판 상으로 형성할 수 있다. 이 경우, 가스압을 올리는 것에 따라, 압축 응력측으로부터 인장 응력측에 응력이 변화하기 때문에, 일정한 투입 파워 하에서 스퍼터링 가스압을 변화시킴으로써, 응력 제어를 정밀하게 조정할 수 있다. 탄탈륨과 붕소를 포함한 합금막은 양호한 비정질 상태를 얻기 위해서 붕소의 함유량이 10 ~ 30 at%인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판(110)과 다층 반사막(120) 사이에 상기 다층 반사막의 막응력과 반대 방향의 막응력을 가지는 상기 응력 보정막(150)이 형성되고, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 응력 보정막(150)에 대해서도 수행될 수 있다. 이러한 전자빔 어닐링 처리는 응력 보정막(150)이 가지는 표면의 평탄도를 향상시켜 줄 뿐만 아니라, 아울러 국소 열처리 효과까지 발휘하므로 상술한 가스압 제어만이 아니라 전자빔 어닐링 제어를 통해서도 응력 보정막(150)이 가지는 막응력을 미세 제어할 수 있다. 전자빔 어닐링에 의한 가열을 하면 어떠한 응력도 제거해 줄 수 있으므로 전자빔 조사는 과하게 걸려있는 응력의 적절한 완화를 조절할 수도 있는 것이다. 이와 같이 조절된 응력 보정막(150)위에 증착된 다층 반사막(120)의 휘어짐 현상 등을 미연에 방지하여 마스크 정밀도를 향상시켜준다.
한편, 상기 기판(110)과 다층 반사막(120) 사이에는 결함 전파 방지막(151)이 형성될 수 있다. 이 결함 전파 방지막(151)은 기판의 재료와 동일한 성분으로 구성되는 것이 바람직하며, 일 예로서 실리콘 옥사이드가 사용될 수 있다. 이 결함 전파 방지막(151)은 수 ~ 수십 원자층으로 증착되도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 결함 전파 방지막(151)에 대해서도 전자빔 어닐링 처리가 수행될 수 있다. 이 전자빔 어닐링 처리는 결함 전파 방지막(151)의 증착과 동시에 또는 증착 후에 수행될 수 있다. 전자빔 어닐링은 기판의 표면에 있는 공공 혹은 수 원자층이 뜯겨난 결함 등을 채워주거나 평탄화하여 기판 결함의 구조가 다층 반사막으로 연속 전파되지 않도록 해준다.
특히, 석영을 포함한 기판의 경우 표면에 존재하는 결함은 이후 다층 반사막중착시에까지 그 결함이 따라와 연결되어서 반사형 블랭크 마스크에 치명적 불량을 일으킨다. 기판에 존재하는 표면 공공(Vacancy) 혹은 수~수십 원자층이 떨어져 나간 곳과 같은 결함의 존재는 반사형 블랭크 마스크의 불량을 결정하는 가장 중요한 요소이다. 그러므로 기판 결함의 전파를 방지하기 위해 상기 결함 전파 방지막(151)을 수십 원자층 이하의 낮은 두께로 증착한 후에 본 발명에 따른 전자빔 조사를 하게 되면, 전자빔의 에너지 전달에 의하여 충분한 이동도를 확보한 결함 전파 방지막(151)의 원자는 표면 이동(surface migration)을 하면서 결함을 채우고 평탄화 작업을 스스로 하게 된다. 이러한 결함 제거(defect annealing)를 위한 결함 전파 방지막(151)에 대한 전자빔 어닐링 처리는 상당히 중요한 요소로서 품질과 양산성을 좌우할 수 있게 된다.
한편, 도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조된 반사형 블랭크 마스크의 적층 구조를 나타낸 도면이다. 이 반사형 블랭크 마스크(100)는 도 8에서와 같이 기본적으로 기판(110), 다층 반사막(120), 보호막(130), 흡수체막(140)으로 구성되고, 상기 기판(110)과 보호막(130) 사이에 열확산 방지막(160)이 추가로 증착된 형태이다. 상기 기본 성막들에 대한 설명은 도 8을 참조로 상세히 설명하였는 바, 이를 참조하기로 한다.
본 실시예는 기본 반사형 블랭크 마스크의 적층 구조에서 열확산 방지막(160)이 추가로 정착된 예이므로, 이 열확산 방지막(160)을 중심으로 설명하기로 한다.
이 열확산 방지막(160)은 루테늄 또는 루테늄 화합물로 이루어지는 보호막(130)과 다층 반사막(120)과의 사이에 증착된다. 이에 의해, 보호막(130)의 성막 시나 그 후 가열 처리(예를 들어 다층 반사막의 응력 저감을 위한 가열 처리나, 레지스트막의 프리베이킹 처리, 노광, 세정 등)에 의한 보호막(130)과 다층 반사막(120)의 최상층의 Si막과의 확산층의 형성을 억제할 수 있고, 확산층에 의한 반사율의 저하를 방지할 수 있다.
상기 열확산 방지막(160)을 마련함으로써, 고반사율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 후속하는 가열 처리에 의한 반사율 저하가 일어나지 않기 때문에, 반사형 마스크에서 반사 영역은 높은 반사율을 유지할 수 있다. 상기 열확산 방지막(160)은 굴절률(n)이 0.90 보다도 크고, 상쇠계수(k)가 -0.020 보다도 작은 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 재료는 광학 특성(반사율)의 향상으로 기여하고, 동시에 상술한 확산층의 형성을 억제하는 효과를 발휘한다.
이 열확산 방지막(160)을 형성하는 재료는, ⅰ) 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 타이타늄(Ti), 란탄(La)으로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 금속, ⅱ) 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 타이타늄(Ti), 란탄(La)으로부터 선택되는 적어도 1종과, 산소(O), 붕소(B), 질소(N), 탄소(C), 불소(F), 규소(Si)로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 화합물, 및 ⅲ) 탄소(C), 또는 탄소(C)와 산소(O), 붕소(B), 질소(N), 불소(F), 규소(Si)로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 화합물을 포함하는 그룹에서 선택된 하나의 재료인 것이 바람직하다.
제1 및 제2 그룹에 속하는 대표적인 재료로서, Mo2C, MoC, MoSi2, NbN, ZrC, ZrN, ZrO2, Y2O3, La2O3, LaB6, TiC, TiN, TiO2 등의 화합물의 외, 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 타이타늄(Ti), 란탄(La) 중 어느 하나 단체를 사용할 수 있다. 제3 그룹에 속하는 대표적인 재료로서, SiO2, SiON, BN, Si3N4 등의 화합물을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다층 반사막(120)과 보호막(130) 사이에 형성된 열확산 방지막(160)에 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다. 이에 의하면, 열확산 방지막(160)의 자체 표면 조도를 증가시켜 EUV 광의 투과도를 높여 줌으로써 다층 반사막(120)까지 도달하지 못하는 EUV 광 손실을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 열확산 방지막(160)에 의한 다층 반사막(120)의 최상층의 표면 확산을 더욱 효과적으로 방지하여 다층 반사막(120)의 표면 평탄도를 증가시켜 줌으로써 궁극적으로 다층 반사막(120)의 반사율을 향상시켜준다.
한편, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제조된 반사형 블랭크 마스크의 적층 구조를 나타낸 도면이다. 이 반사형 블랭크 마스크(100)는 도 8에서와 같이 기본적으로 기판(110), 다층 반사막(120), 보호막(130), 흡수체막(140)으로 구성되고, 상기 보호막(130)과 흡수체막(140) 사이에 확산 억제막(170)이 추가로 증착된 형태이다. 상기 기본 성막들에 대한 설명은 도 8을 참조로 상세히 설명하였는 바, 이를 참조하기로 한다.
본 실시예는 기본 반사형 블랭크 마스크의 적층 구조에서 확산 억제막(170)이 추가로 정착된 예이므로, 이 확산 억제막(170)을 중심으로 설명하기로 한다.
상기 보호막(130)은 루테늄 또는 루테늄 합금으로 이루어지고, 상기 흡수체막(140)은 탄탈륨 또는 탄탈륨 합금으로 이루어지며, 상기 보호막의 표면 상에는 보호막의 일부로서 상기 흡수체막과 접하는 측에 상기 흡수체막과의 상호 확산을 방지하기 위해 루테늄과 산소를 포함하는 확산 억제막(170)이 형성된다.
이 확산 억제막(170)은 EUV 노광기의 노광 광원이 고파워화한 경우에 반사형 마스크의 루테늄 계 보호막(130)과 이와 인접하는 흡수체막(140) 사이로, 열확산에 의한 상호 확산이 생겨 이것에 의해서 EUV 광에 대한 반사율이 변동하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 확산 억제막(170)은 EUV 노광기의 노광 광원이 고파워인 사용 환경 아래에서도 보호막(130)과 흡수체막(140) 사이에서 열확산에 의한 상호 확산을 억제함으로써 EUV 광의 반사율 저하가 방지할 수 있다.
이 확산 억제막(170)은 루테늄(Ru)과 산소(O)를 포함한 재료에 의해서 형성되고, 그 외에도 질소나 수소 등을 포함할 수도 있다. 루테늄은 루테늄 금속 단체라도 좋고, 루테늄 합금이어도 무방하다. 예를 들어, 보호막(130)이 루테늄인 경우에는 확산 억제막(170)의 재료는 RuO, RuON 등이 사용될 수 있다. 보호막(130)이 Ru 합금(예를 들어 RuNb)의 경우는 확산 억제막(170)의 재료는 RuNbO, RuNbON 등일 수 있다. 열확산에 의한 상호 확산의 억제와 EUV 광에 대한 반사율의 관점에서, 확산 억제막(170)의 루테늄과 산소의 비율(원자%)은 루테늄을 1로 했을 때에 산소가 0.8 이상 2.2 이하, 바람직하게는 1.0 이상 2.0 이하로 할 수 있다.
이러한 확산 억제막(170)은 스퍼터링법(이온 빔 스팩터, DC 스팩터, RF 스팩터)에 의해 생성될 수 있으며, 루테늄 계 보호막(130)의 표면을 대기 중, 산소 가스, 오존가스 분위기 중에서 어닐링 처리하는 것에 의해서 생성될 수도 있다. 상기 스퍼터링법에서 적층하는 경우에는, 루테늄 계 보호막(130) 위에 새롭게 확산 억제막(170)이 적층되지만(막 두께가 증가한다), 루테늄 계 보호막(130)의 표면을 어닐링 처리하는 경우에는, 전체 막 두께의 증가 없이 루테늄계 보호막(130)의 일부(흡수체막(140)으로 접하는 측)가 확산 억제막(170)의 기능을 가지게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보호막(130)과 흡수체막(140)의 사이에 형성되는 확산 억제막(170)에 대해서 전자빔 어닐링 처리를 수행할 수 있다. 이에 의하면, 확산 억제막(170)의 자체 표면 조도를 증가시켜 EUV 광의 투과도를 높여 줌으로써 다층 반사막(120)까지 도달하지 못하는 EUV 광 손실을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 확산 억제막(160)에 의한 보호층(130)의 표면 확산을 더욱 효과적으로 방지하여 궁극적으로 다층 반사막(120)의 반사율을 향상시켜준다.
마지막으로, 도 12은 본 발명에 따라 이온빔 스퍼터링 및 전자빔 어닐링 처리를 통해 제조한 Mo/Si가 40 주기로 생성된 다층 반사막을 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 사진이다. 총 280nm의 두께로 제조된 다층 반사막을 계면을 좀 더 정확하게 확인하기 위하여 190nm의 두께로 구분하여 상위 부분(Upper portion) 및 하위 부분(Lower portion)으로 나누어 확대한 결과, 모든 Mo/Si 계면과 Si/Mo계면의 평탄도가 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
Mo/Si 계면과 Si/Mo계면의 계면 조도는 다층 반사막의 EUV 광의 반사율을 결정하는 중요한 인자가 되고 있으며 Mo-Si 간의 상호 확산을 통하여, 또한 증착 공정과 조건에 따라서, 또한 각 계면을 처리해 주는 방법과 각 계면에 추가해 넣어주는 이종 원자에 의해서, 계면의 평탄도와 조도가 달라지게 된다. 이와 같은 계면은 온도 상승에 의해서 상호간의 계면 확산이 일어나지 않도록 짧은 시간 동안 전자빔 조사를 함으로써, 다층 반사막 전체에 온도 상승을 유도하지 않으면서 증착막의 최상위 표면 원자에만 에너지를 전달하고, 최상위 일부 원자층에만 에너지가 전달되면 표면 원자의 이동도 향상에 의해 표면 조도의 향상을 달성할 수 있다. 그러므로 전자빔 조사는 선택적 표면에만 온도를 제공할 수 있어 계면 조도를 향상할 수 있는 유용한 방법이 될 수 있다.
본 발명의 각 실시 예에 개시된 기술적 특징들은 해당 실시 예에만 한정되는 것은 아니고, 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 각 실시 예에 개시된 기술적 특징들은 서로 다른 실시 예에 병합되어 적용될 수 있다.
따라서, 각 실시 예에서는 각각의 기술적 특징을 위주로 설명하지만, 각 기술적 특징이 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 서로 병합되어 적용될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1: 기판 10: 반사형 블랭크 마스크 제조수단
20: 전자빔 어닐링 수단 30: 스퍼터링 수단
100: 반사형 블랭크 마스크 110: 기판
120: 다층 반사막 130: 보호막
140: 흡수막 150: 응력 보정막
151: 결함 전파 방지막 160: 열확산 방지막
170: 확산 억제막

Claims (16)

  1. 기판 상에 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 주기적으로 적층되어 극자외선 광(EUV 광)을 반사하는 다층 반사막을 가지는 반사형 블랭크 마스크 제조방법에 있어서,
    상기 다층 반사막에 전자빔 어닐링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다층 반사막은 고굴절율층/저굴절율층으로서 Si/Mo, Si/Ru, Si/Nb, Be/Mo, Be/Nb, La/Nb, Si화합물/Mo화합물, Si/Mo/Ru, Si/Mo/Ru/Mo, Si/Ru/Mo/Ru이 주기적으로 적층된 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 고굴절율층을 적층할 때마다 수행하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 저굴절율층을 적층할 때마다 수행하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 고굴절율층을 적층할 때와 저굴절율층을 적층할 때마다 각각 수행하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 고굴절율층/저굴절율층을 교대로 적층하는 것을 1주기로 할 때, 1 ~ 5주기 마다 수행하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고굴절율층에는 질소, 탄소, 붕소, 산소, 수소, 불소 및 지르코늄에서 선택되는 하나의 기능성 원소가 첨가되고, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 기능성 원소가 첨가된 고굴절율층을 대상으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 저굴절율층에는 질소, 탄소, 붕소, 산소, 수소, 불소, 니오븀 및 지르코늄에서 선택되는 하나의 기능성 원소가 첨가되고, 상기 전자빔 어닐링 처리는 상기 기능성 원소가 첨가된 저굴절율층을 대상으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  9. 기판 상에 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 주기적으로 적층되어 극자외선 광(EUV 광)을 반사하는 다층 반사막을 가지는 반사형 블랭크 마스크 제조방법에 있어서,
    상기 다층 반사막 위에 적층되어 상기 다층 반사막을 보호하는 보호막과 상기 보호막 위에 적층되어 상기 극자외선 광을 흡수하는 흡수체막을 더 포함하고,
    상기 보호막은 루테늄(Ru) 또는 루테늄 합금으로 이루어지며, 상기 보호막에 전자빔 어닐링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  10. 기판 상에 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 주기적으로 적층되어 극자외선 광(EUV 광)을 반사하는 다층 반사막을 가지는 반사형 블랭크 마스크 제조방법에 있어서,
    상기 다층 반사막 위에 적층되어 상기 다층 반사막을 보호하는 보호막과 상기 보호막 위에 적층되어 상기 극자외선 광을 흡수하는 흡수체막을 더 포함하고,
    상기 흡수체막은 탄탈륨(Ta) 또는 탄탈륨 합금으로 이루어지며, 상기 흡수체막에 전자빔 어닐링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  11. 기판 상에 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 주기적으로 적층되어 극자외선 광(EUV 광)을 반사하는 다층 반사막을 가지는 반사형 블랭크 마스크 제조방법에 있어서,
    상기 기판과 다층 반사막 사이에 상기 다층 반사막의 증착으로 생기는 막응력을 상쇄하는 응력 보정막이 형성되고, 이 응력 보정막에 전자빔 어닐링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  12. 기판 상에 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 주기적으로 적층되어 극자외선 광(EUV 광)을 반사하는 다층 반사막을 가지는 반사형 블랭크 마스크 제조방법에 있어서,
    상기 기판과 다층 반사막 사이에 상기 기판의 결함이 상기 다층 반사막으로 전파되는 것을 방지하는 결함 전파 방지막이 형성되고, 이 결함 전파 방지막에 전자빔 어닐링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  13. 기판 상에 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 주기적으로 적층되어 극자외선 광(EUV 광)을 반사하는 다층 반사막을 가지는 반사형 블랭크 마스크 제조방법에 있어서,
    상기 다층 반사막 위에 적층되어 상기 다층 반사막을 보호하는 보호막과 상기 보호막 위에 적층되어 상기 극자외선 광을 흡수하는 흡수체막을 더 포함하고,
    상기 다층 반사막과 보호막 사이에 열확산 방지막이 형성되며, 상기 열확산방지막에 전자빔 어닐링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 열확산 방지막은,
    ⅰ) 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 타이타늄(Ti), 란탄(La)으로부터 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 금속,
    ⅱ) 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 타이타늄(Ti), 란탄(La)으로부터 선택되는 적어도 1종과, 산소(O), 붕소(B), 질소(N), 탄소(C), 불소(F), 규소(Si)로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 화합물
    ⅲ) 탄소(C), 산소(O), 붕소(B), 질소(N), 불소(F), 규소(Si)로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 화합물,
    을 포함하는 그룹에서 선택된 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  15. 기판 상에 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 주기적으로 적층되어 극자외선 광(EUV 광)을 반사하는 다층 반사막을 가지는 반사형 블랭크 마스크 제조방법에 있어서,
    상기 다층 반사막 위에 적층되어 상기 다층 반사막을 보호하는 보호막과 상기 보호막 위에 적층되어 상기 극자외선 광을 흡수하는 흡수체막을 더 포함하고,
    상기 보호막은 루테늄(Ru) 또는 루테늄 합금으로 이루어지고, 상기 흡수체막은 탄탈륨(Ta) 또는 탄탈륨 합금으로 이루어지며, 상기 보호막의 표면 상에는 보호막의 일부로서 상기 흡수체막과 접하는 측에 상기 흡수체막과의 상호 확산을 방지하기 위해 루테늄과 산소를 포함하는 확산 억제막이 형성되고, 상기 확산 억제막에 전자빔 어닐링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 반사형 블랭크 마스크 제조방법.
  16. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 청구항에 의한 제조방법에 의해 제조된 반사형 블랭크 마스크.
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