KR20240051502A - 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크 및 포토마스크 - Google Patents

극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크 및 포토마스크 Download PDF

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KR20240051502A
KR20240051502A KR1020220131243A KR20220131243A KR20240051502A KR 20240051502 A KR20240051502 A KR 20240051502A KR 1020220131243 A KR1020220131243 A KR 1020220131243A KR 20220131243 A KR20220131243 A KR 20220131243A KR 20240051502 A KR20240051502 A KR 20240051502A
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Abstract

EUV 리소그래피용 블랭크마스크는 기판 상에 순차 형성된 반사막, 캡핑막, 및 위상반전막을 구비한다. 위상반전막은, 니오븀(Nb)과 크롬(Cr)을 포함하는 제1층, 및 탄탈륨(Ta)과 실리콘(Si)을 포함하는 제2층을 구비한다. 제1층의 니오븀(Nb) 함유량은 20~50at% 이고, 크롬(Cr) 함유량은 10~40at% 이다. 블랭크마스크는 Wafer Printing 시 우수한 해상도(Resolution) 및 NILS(Normalized Image Log Slop) 구현이 가능하고 낮은 DtC(Dose to Clear)의 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 블랭크마스크 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 리소그래피에 사용되는 블랭크마스크는 일반적으로 기판 상에 EUV 광을 반사하는 반사막, 및 EUV 광을 흡수하는 흡수막의 2가지 박막을 포함하여 이루어진다.
최근에는 상기와 같은 흡수막을 구비한 바이너리 형태의 블랭크마스크에 비하여 더욱 높은 해상도(Resolution)를 구현할 수 있는 위상반전 블랭크마스크의 개발이 시도되고 있다. 위상반전 블랭크마스크는 바이너리 블랭크마스크에 비하여 높은 NILS 를 가지며, 이에 따라 Wafer Printing 시 Shot Noise Effect 에 의한 Stochastic Defect 를 줄일 수 있다. 또한 위상반전 블랭크마스크는 낮은 DtC(Dose to Clear) 구현이 가능하여 반도체 생산성을 높일 수 있다.
도 1 은 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크의 기본 구조를 도시한 도면이다. 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크는, 기판(102), 기판(102)상에 형성된 반사막(104), 반사막(104)상에 형성된 캡핑막(105), 캡핑막(105)상에 형성된 위상반전막(108), 및 위상반전막(108)상에 형성된 레지스트막(110)을 포함한다.
상기와 같은 EUV 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크에서, 위상반전막(108)은 포토마스크 제작이 용이하고 Wafer Printing 시 Performance 가 우수한 재료를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다. 이와 같은 점을 고려한 위상반전막(108)의 재질로서 루테늄(Ru)이 연구되고 있으나, 하기와 같은 문제점으로 생산 단계에 이르지 못하고 있다.
첫째, 루테늄(Ru)은 식각 속도가 느리므로 위상반전막(108) 식각 시 패턴의 수직 모양(Vertical Pattern Profile)을 구현하기 어렵다.
둘째, 위상반전막(108) 하부의 캡핑막(105)은 일반적으로 루테늄(Ru)으로 형성되므로, 위상반전막(108)이 이와 동일하게 루테늄(Ru)을 포함할 경우 캡핑막(105)에 대한 식각선택비를 확보하기 어렵다. 따라서 위상반전막(108)과 캡핑막(105) 사이에 식각저지막이 추가적으로 필요하며, 이에 따라 박막 설계의 복잡성 증가, 식각저지막 형성 공정의 추가, 및 추가 박막에 대한 세정과 결함 제어 필요 등과 같은 문제가 있다. 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크에 대해서도 세정 등과 같은 추가적인 공정이 요구된다. 이러한 문제는 결국 수율(Yield)을 나쁘게 하는 요인으로 작용한다.
셋째, 루테늄(Ru)은 193nm 파장의 DUV 검사광에 대해 표면 반사율이 높아, DUV 검사광을 이용한 검사 시 검사 감도가 낮은 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 루테늄(Ru)에 산소(O)를 추가하는 방안을 고려할 수 있다. 그런데 루테늄(Ru)에 산소(O)가 추가되는 경우 굴절률(n)이 높아지는 문제점이 발생한다. 또한 산소(O)는 루테늄(Ru)으로 형성된 캡핑막(105)을 산화시켜, 반사막(104)과 캡핑막(105)의 적층 구조의 반사율을 감소시킨다.
넷째, 루테늄(Ru)은 e-beam Repair 시 XeF2 에 대한 내성에 의하여 Repair 속도가 느리며, 이에 따라 Repair 직후 Pattern 모양이 나쁜 문제점을 가진다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 위상반전막에 대해 요구되는 특성을 충족하면서도 기존에 위상반전막으로서 사용되던 물질, 특히 루테늄(Ru)에 의해 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 EUV 용 블랭크마스크를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 EUV 리소그래피용 블랭크마스크는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 반사막, 상기 반사막 상에 형성된 캡핑막, 상기 캡핑막 상에 형성된 위상반전막을 포함한다. 상기 위상반전막은, 상기 캡핑막상에 형성되며 니오븀(Nb)을 포함하는 제1층, 및 상기 제1층상에 형성되며 탄탈륨(Ta) 및 실리콘(Si) 중 하나 이상을 포함하는 제2층을 포함한다.
상기 제1층의 니오븀(Nb) 함유량은 20~50at% 이다.
상기 제1층은 탄탈륨(Ta), 및 실리콘(Si) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 제1층은 크롬(Cr)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1층의 크롬(Cr) 함유량은 10~40at% 이다.
상기 제1층은 산소(O), 질소(N), 및 탄소(C) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 제1층의 질소(N) 함유량은 10~60at% 이다.
상기 제1층은 30~60nm 의 두께를 갖는다.
상기 제1층은 상기 위상반전막의 전체 두께의 80% 이상의 두께를 갖는다.
상기 제1층은 13.5nm 파장의 노광광에 대하여 0.925~0.935 의 굴절률(n) 및 0.015~0.025 의 소멸계수(k)를 갖는다.
상기 제2층의 탄탈륨(Ta) 함유량은 50at% 이상인 것이 바람직하다.
상기 제2층은 산소(O), 질소(N), 및 탄소(C) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 제2층은 보론(B)을 더 포함할 수 있다.
상기 제2층의 보론(B) 함유량은 5~20at% 이다.
상기 제2층은 2~10nm 의 두께를 갖는다.
상기 제2층은 193nm 파장의 검사광에 대한 표면 반사율이 40% 이하인 것이 바람직하다.
상기 제2층은 13.5nm 파장의 노광광에 대하여 0.940~0.960 의 굴절률(n) 및 0.025~0.035 의 소멸계수(k)를 갖는다.
상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 노광광에 대하여 상기 반사막에 대한 상대반사율이 6~15% 이다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기와 같은 구성의 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크가 제공된다.
본 발명에 따르면, EUV 용 위상반전 블랭크마스크에 대해 요구되는 특성, 즉 Wafer Printing 시 우수한 해상도(Resolution) 및 NILS(Normalized Image Log Slop) 구현이 가능하고 낮은 DtC(Dose to Clear)의 구현이 가능하다.
또한 본 발명에서는 위상반전막이 루테늄(Ru)을 포함하지 않은 물질로 구성되므로, 루테늄(Ru)을 사용하는 경우에 발생하는 상기와 같은 문제점이 없다. 이에 따라 포토마스크 제조 공정이 상대적으로 간단하며, 위상반전막 하부에 식각저지막이 없는 구조를 통해 블랭크마스크 뿐만 아니라 포토마스크 제조 시의 수율(Yield)이 개선된다.
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 구성을 도시한 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 기술한다.
도 2 는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 도시한 도면이고, 도 3 은 도 2 의 위상반전막의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크는, 기판(202), 기판(202)상에 형성된 반사막(204), 반사막(204)상에 형성된 캡핑막(205), 캡핑막(205)상에 형성된 위상반전막(208), 위상반전막(208)상에 형성된 레지스트막(210), 및 기판(202)의 후면에 형성된 도전막(201)을 구비한다.
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.
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 형성된다.
캡핑막(205)은 반사막(204)의 산화막 형성을 방지하여 반사막(204)의 EUV 노광광에 대한 반사율을 유지하고, 위상반전막(208)의 패터닝 진행 시 반사막(204)이 식각되는 것을 막아주는 역할을 한다. 일반적으로 캡핑막(205)은 루테늄(Ru)을 포함하는 재질로 형성된다. 캡핑막(205)은 2~5nm 두께로 형성된다. 캡핑막(205)의 두께가 2nm 이하일 경우 캡핑막(205)으로서의 기능을 발휘하기 어려우며, 5nm 이상일 경우 EUV 노광광에 대한 반사율이 저하되는 문제가 있다.
위상반전막(208)은 노광광의 위상을 반전시켜 반사시킴으로써, 반사막(204)에 의해 반사되는 노광광을 상쇄 간섭시킨다. 위상반전막(208)은 캡핑막(205)상에 형성되는 제1층(208a), 및 제1층(208a)상에 형성되는 제2층(208b)을 구비한다.
제1층(208a)은 니오븀(Nb)을 포함하는 물질로 형성된다. 이때 제1층(208a)의 니오븀(Nb) 함유량은 20~50at% 인 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)이 20at% 미만일 경우 식각 속도가 현저히 감소하여 Vertical Pattern Profile 구현이 어렵다. 또한 굴절률(n) 및 소멸계수(k)가 상대적으로 높아져 최종적으로 NILS 와 DtC 개선에 한계가 있을 뿐만 아니라, 반사율 감소 및 두께 증가의 문제점이 발생한다. 니오븀(Nb)이 50at% 이상일 경우 세정에 사용되는 Chemical, 예컨대 황산에 대한 내화학성이 감소된다.
이러한 제1층(208a)은 염소(Cl2)계 가스에 식각되는 특성을 가지며, 특히 산소(O2)가 미포함된 조건에서 식각이 가능하다. 이에 따라 제1층(208a) 식각 시, 특히 오버 식각(Over Etch) 시 그 하부의 캡핑막(205)을 구성하는 루테늄(Ru)에 데미지(Damage)를 줄일 수 있어, 반사율 저하와 같은 문제점을 최소화할 수 있다. 따라서 식각저지막과 같은 추가의 박막이 불필요하다.
또한, 이러한 제1층(208a)은 산소(O2)를 포함하지 않는 염소(Cl2)계 식각 가스에 대한 식각 속도가 높아, 수직 패턴 프로파일(Vertical Pattern Profile)이 개선된다. 또한 e-beam Repair 시 XeF2 에 대한 Repair 가 용이하고 또한 루테늄(Ru)을 포함하는 캡핑막(205)에 대한 e-beam Repair 선택비가 우수하다.
제1층(208a)은 탄탈륨(Ta), 실리콘(Si), 크롬(Cr) 중 하나 이상을 더 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 제1층(105a)은 니오븀(Nb)과 크롬(Cr)을 포함하는 물질로 형성되며, 이때 제1층(208a)의 크롬(Cr) 함유량은 10~40at% 이다. 크롬(Cr)의 함유량이 10at% 이하일 경우 세정 시 사용되는 Chemical, 예를 들어 황산에 대한 내화학성이 낮아지며, 40at% 이상일 경우 식각 속도가 현저히 감소하여 Pattern Profile 구현이 어려운 문제점을 가진다.
제1층(208a)은 산소(O), 질소(N), 및 탄소(C) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 제1층(208a)은 질소(N)를 더 포함한다. 이 경우, 제1층(208a)의 질소(N) 함유량은 10~60at% 인 것이 바람직하다. 질소(N)의 함유량이 10at% 이하일 경우 상대적으로 굴절률(n)이 높아져 NILS 향상이 어렵다. 질소(N)의 함유량이 60at% 이상일 경우 박막 형성을 위한 반응이 효과적으로 이루어지지 않아 Sputtering 효율이 감소한다.
제1층(208a)은 30~60nm 의 두께를 가지며, 바람직하게는 45~60nm 의 두께를 갖는다.
제1층(208a)은 위상반전막(208)의 전체 두께의 50% 이상, 바람직하게는 80% 이상의 두께를 갖는다. 이에 따라 제2층(208b)은 위상반전막(208) 전체 두께의 50% 이하, 바람직하게는 20% 이하의 두께를 갖는다.
제1층(208a)은 13.5nm 파장의 노광광에 대하여 0.925~0.935 의 굴절률(n) 및 0.015~0.025 의 소멸계수(k)를 갖는다. 굴절률(n)이 0.935 이상인 경우에는 NILS 및 DtS 를 현격하게 개선하기 어렵다. 따라서 굴절률(n)은 낮을수록 바람직하나, 물질이 가지는 특성으로 인해 0.925 이하가 되도록 구현하기는 어렵다. 소멸계수(k)가 0.015 이하인 경우에는 상대반사율이 높아져 Ghost Image Pattern 이 형성되는 등의 문제가 발생한다. 따라서 소멸계수(k)는 높을수록 바람직하나, 물질의 특성으로 인해 0.025 이상이 되도록 구현하기는 어렵다.
제1층(208a)은 패턴 모양을 개선하기 위해 조성이 연속적으로 변하는 연속막 또는 다층막 형태로 구성할 수 있다. 예를 들어 제1층(208a)의 깊이 방향으로 식각 속도를 증가시키기 위하여, 제1층(208a)의 깊이 방향으로 질소(N)의 함유량을 증가시키거나, 캡핑막(205)에 인접한 제1층(208a)의 부분에서 질소(N)의 함유량을 증가시키거나 니오븀(Nb)의 함유량을 증가시킬 수 있다. 이를 통해 패턴 형성 시 풋팅(Footing)과 같은 현상을 줄여 Vertical Pattern Profile 형성이 가능하다.
제1층(208a) 형성에는 단독 스퍼터링 방법 또는 코스퍼터링(Co-sputtering) 방법을 적용할 수 있다. 단독 스퍼터링 방법 적용 시 스퍼터링 타겟(Target)은 Nb : Cr = 30~70at% : 70~30at% 의 조성을 가질 수 있으며, 바람직하게는 Nb : Cr = 40~60at% : 60~40at% 의 조성을 가진다. 코스퍼터링 방법 적용 시에는 NbCr, Cr, Nb 타겟을 각각 이용하여 스퍼터링 할 수 있으며, 공정 시 각각의 Power 를 제어하여 박막 조성을 결정할 수 있다.
제2층(208b)은 탄탈륨(Ta) 및 실리콘(Si) 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성된다. 또한 제2층(208b)은 산소(O), 질소(N), 및 탄소(C) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 제2층(208b)은 TaON 으로 형성된다.
제2층(208b)의 탄탈륨(Ta) 함유량은 25at% 이상이며, 50at% 이상인 것이 바람직하다. 탄탈륨(Ta)의 함유량이 낮으면 식각 시 제1층(208a)에 대한 식각선택비가 확보되기 어렵다.
제2층(208b)은 보론(B)을 더 포함할 수 있다. 보론(B)의 함유량 조절을 통해 제2층(208b)의 굴절률(n) 및 소멸계수(k)를 조절할 수 있다. 제2층(208b)의 보론(B) 함유량은 5~20at% 인 것이 바람직하다. 보론(B)의 함유량이 20at% 이상인 경우에는 제2층(208b)의 화학적 내성이 감소하고, 5at% 이하인 경우에는 박막의 스트레스가 증가하고 식각 속도가 저하된다.
제2층(208b)은 불소(F)계 가스에 식각되는 특성을 가진다. 이에 따라 제2층(208b)은 하부의 제1층(208a)에 대해 식각선택비를 가진다. 이때 일반적으로 산소(O2)를 미포함한 조건에서 식각할 수 있으나, 선택적으로 산소(O2)를 포함하여도 무방하다.
제2층(208b)은 2~10nm 의 두께를 가지며, 바람직하게는 5nm 이하의 두께를 갖는다.
제2층(208b)은 193nm 파장의 검사광에 대한 표면 반사율이 40% 이하, 바람직하게는 35% 이하이다. 이를 통해 DUV 검사광을 이용한 검사 시 반사막(205)과 캡핑막(205)에 대한 감도(Contrast)를 높일 수 있다.
제2층(208b)은 13.5nm 파장의 노광광에 대하여 0.940~0.960 의 굴절률(n) 및 0.025~0.035 의 소멸계수(k)를 갖는다. 굴절률(n)이 0.960 이상이 되기 위해서는 제2층(208b)의 산소(O) 함유량이 증가하여야 하므로 박막의 재현성 및 공정 안정성이 저하된다. 또한 굴절률(n)이 0.940 이하가 되기 위해서는 제2층(208b)의 산소(O) 함유량이 감소하여야 하므로 제1층(208a)에 대한 식각선택비가 저하된다. 소멸계수(k)가 0.025 이하 또는 0.035 이상이 되기 위해서는 산소(O)의 함량이 과도하게 증가하거나 감소하여야 하므로, 상술한 바와 같은 문제가 발생한다.
위상반전막(208)은 13.5nm 파장의 노광광에 대하여 반사막(204)에 대한 상대반사율이 6~15% 이다. 여기에서 상대반사율은 반사막(204)과 캡핑막(205)의 적층 구조에서의 반사율에 대한 위상반전막(208)에서의 반사율의 비율을 의미한다. 또한, 위상반전막(208)은 180~220°, 바람직하게는 185~220°의 위상반전량을 갖는다.
상기와 같은 구성에서, 제1층(208a)은 위상반전막(208) 전체의 위상변화량 및 반사율을 결정한다. 제2층(208b)은 제1층(208a)과 상이한 식각 조건을 가지며, 이에 따라 제2층(208b)은 위상반전막(208)을 패터닝할 때 제1층(208a)의 식각을 위한 하드마스크의 역할을 수행한다. 또한 제2층(208b)은 낮은 반사율을 가지므로 최종 패턴 형성 후 DUV 검사광을 이용한 검사가 용이하게 수행될 수 있다.
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.
상기와 같은 구성의 블랭크마스크를 이용하여 포토마스크를 제작하는 공정은 하기와 같다.
먼저 레지스트막(210)의 패턴을 형성한 후 레지스트막 패턴을 사용하여 제2층(208a)을 불소계 가스로 식각한다. 이후 레지스트막 패턴을 제거한 후 제2층(208a)의 패턴을 식각 마스크(Etch Mask)로 사용하여 제1층(208a)을 염소계 가스로 식각한다. 이때 제2층(208b)은 위상반전막(208)의 일부이지만 식각 공정에서는 제1층(208a)에 대한 하드마스크막(Hardmask)로서의 역할을 수행한다.
실시예
본 실시예에서는 본 발명에 따른 위상반전 블랭크마스크 및 포토마스크 제작의 구체적인 예를 기술한다.
먼저, LTEM 기판을 준비한 후 Mo/Si 각 층을 40pairs 로 적층하여 반사막을 형성하고, 루테늄(Ru)으로 구성되는 캡핑막을 2.5nm의 두께로 하여 형성하였다. 반사막과 캡핑막의 적층 구조에서의 반사율을 EUV Reflectometer 를 이용하여 측정한 결과 13.53nm 파장의 EUV 광에 대해 64.57% 를 나타내었으며, FWHM 은 0.57nm, CWL 은 13.52nm를 나타내어, 반사막과 캡핑막으로 사용하기에 문제가 없었다.
2층으로 구성된 위상반전막 형성하기 전에, 위상반전막의 제1층과 제2층을 각각 별도로 형성한 후 13.53nm 파장의 노광광에서의 굴절률(n) 및 소멸계수(k)를 측정하였다.
위상반전막 형성 조건, 및 각 조건에 대해 측정된 n, k 결과
Sputtering Condition Results@13.53nm
타겟조성 Ar N2 O2 Power
[kW]		 n k
위상반전막
제1층		 실시예1 CrNb[40:60] 40 0 - 0.8 0.9436 0.0164
실시예2 28 12 - 0.8 0.9356 0.0203
실시예3 20 20 - 0.8 0.9316 0.0212
실시예4 20 20 - 2.0 0.9417 0.0178
실시예5 20 20 10 0.8 0.9522 0.0202
실시예6 20 20 15 0.8 0.9533 0.0197
실시예7 20 20 20 0.8 0.9543 0.0193
실시예8 CrNb[45:55] 20 20 - 0.8 0.9366 0.0191
실시예9 CrNb[60:40] 40 - - 0.8 0.9403 0.0197
실시예10 28 12 - 0.8 0.9357 0.0212
실시예11 20 20 - 0.8 0.9376 0.0215
위상반전막
제2층		 실시예12 TaB[9:1] 15 - 100 0.6 0.9632 0.0360
실시예13 TaB[9:1] 15 - 50 0.8 0.9553 0.0382
상기 표 1 과 같은 조건으로 형성된 위상반전막의 각 층의 실시예들 중 일부에 대해, 그 식각 특성을 ICP-Dry etcher 장비를 이용하여 평가하였다. 그 결과는 하기 표 2 와 같다.
위상반전막 물질별 식각 특성
Etching Gas Bias power Etch-rate
Cl2 F O2
실시예1 O X X < 50W 2.8Å/s
실시예2 O X X < 50W 4.3Å/s
실시예3 O X X < 50W 5.8Å/s
실시예9 O X X < 50W 2.5Å/s
실시예10 O X X < 50W 3.8Å/s
실시예11 O X X < 50W 4.2Å/s
실시예12 X O X < 50W 2.8Å/s
실시예13 X O X < 50W 2.9Å/s
상기와 같이 측정된 위상반전막의 n, k 및 식각 특성 결과를 바탕으로, 캡핑막상에 위상반전막의 제1층 및 제2층을 순차 형성하였다. 이때 성막 조건은 실시예 3 및 실시예 12 에 따르고 제1층과 제2층을 각각 50nm 및 4nm 의 두께로 성막하였다. 이와 같이 성막된 위상반전막의 반사율을 193nm 파장의 DUV 검사광에서 측정한 결과 33% 를 나타내어, DUV 검사광을 이용한 검사 시 반사막과 캡핑막의 적층 구조의 반사율 63% 에 대비하여 Contrast 가 높은 것으로 확인되었다. 이후 최종적으로 위상반전막 상부에 레지스트막을 100nm 두께로 코팅하여 위상반전 블랭크마스크 제조를 완료하였다.
상기와 같이 제작된 위상반전 블랭크마스크를 이용하여 하기와 같은 공정을 통해 포토마스크를 제작하였다. 먼저 e-beam Writing 및 Develop 공정을 통해 레지스트막 패턴을 형성하였다. 이후, 레지스트막 패턴을 이용하여 위상반전막의 제2층을 불소계 가스를 이용하여 식각하였다. 이어서, 위상반전막의 제1층을 염소계 가스를 이용하여 식각하여 위상반전 포토마스크 제작를 완료하였다. 이후 위상반전막 패턴의 단면 경사를 측정한 결과 86°를 나타내어 우수한 Pattern Profile 의 구현이 가능함을 확인하였다.
상기와 같이 제작된 포토마스크에 대한 Wafer Simulation 을 하기와 같이 진행하였다. Simulation 은 17nm Staggered Contact Hole 패턴을 이용하여 실시하였으며, 그 결과 위상반전막의 상대반사율은 10% 를 나타내었고 위상반전량은 199°를 나타내었다. 또한 NILS 는 1.95 를 나타내었으며, DtC 는 114.7mJ 를 나타내었다.
비교예
본 비교예에서는 루테늄(Ru)을 포함하는 위상반전막을 구비한 블랭크마스크 제작 공정 및 이를 이용한 포토마스크 제작 공정을 설명한다.
먼저, 상술한 실시예와 동일하게 반사막과 캡핑막을 형성하였다. 이후 TaBN 재질의 층 및 TaBO 재질의 층로 형성되는 2층 구조의 식각저지막을 형성한 후, 식각저지막 상부에 루테늄(Ru) 단독으로 이루어진 위상반전막을 형성하였다. 이후 위상반전막 상부에 TaBO 로 이루어지는 하드마스크막을 형성하였으며, 마지막으로 하드마스크막 상부에 레지스트막을 형성하여 최종 블랭크마스크를 완료하였다.
상기와 같은 공정에서는, 위상반전막과 캡핑막이 동종 물질을 포함함에 따라, 식각저지막 식각 시 캡핑막에 대한 데미지(Damage)을 최소화하기 위하여 식각저지막을 2층 구조로 형성하였다. 즉, Ta 계열 물질은 산화도가 높고 또한 Ru 로 구성된 위상반전막 식각 시 식각물질이 염소계 가스와 산소를 포함하므로, TaBN 층을 먼저 성막하고 TaBN 표면의 산화막을 제어하기 위하여 TaBO 로 형성된 층을 추가적으로 형성하였다.
이후 루테늄(Ru)으로 이루어진 위상반전막을 식각저지막상에 형성하였으며, 해상도(Resolution) 및 CD 선형성(Linearity) 향상을 위해 추가적으로 TaBO 로 이루어지는 하드마스크막을 형성하였다.
이러한 비교예에 따른 위상반전 블랭크마스크 구조는 상술한 실시예에 비하여 식각저지막과 하드마스크막이 추가적으로 포함되므로 복잡한 구조를 가진다.
이러한 위상반전 블랭크마스크를 이용한 포토마스크 제조 방법은 하기와 같다.
상기 실시예와 동일하게 먼저 e-beam Writing 이후 Develop 공정을 통해 레지스트막 패턴을 형성하였다. 이후 레지스트막 패턴을 식각마스크로 사용하여 TaBO 의 하드마스크막 패턴을 형성하였다. 이때 식각 가스로서 불소(F)계 가스를 이용하였다. 이후 레지스트막 패턴을 제거한 후 하드마스크막 패턴을 식각마스크로 사용하여 위상반전막을 염소(Cl2)계 가스 및 산소(O2) 가스를 이용하여 식각하였다. 이후 다시 불소(F)계 가스를 이용하여 식각저지막 중 상부의 TaBO 층을 식각하였으며, 이때 하드마스크막은 제거된다. 이후 다시 산소(O2)가 없는 염소(Cl2)계 가스를 이용하여 식각저지막 중 하부의 TaBN 층을 식각하여 최종 위상반전 포토마스크 제조를 완료하였다.
이하, 상기 비교예에 따른 블랭크마스크의 특성을 하기와 같이 측정하였다. 먼저 193nm 파장의 검사광에서 위상반전막의 반사율을 측정하였다. 그 결과 45.2%를 나타내어 상기 실시예 대비 Contrast 가 감소함을 알 수 있다. 이러한 결과는 루테늄(Ru) 단독으로는 위상반전막 형성이 부적절하며, 루테늄(Ru)에 산소(O)가 추가로 포함되어야 함을 의미한다.
이후, 상기 공정에 따른 위상반전막 패턴의 Profile 을 측정하였다. 그 결과 패턴 단면이 70°의 경사를 나타내어 상기한 실시예 대비 Profile 이 나쁨을 알 수 있었다.
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 (19)

  1. 기판, 상기 기판 상에 형성된 반사막, 상기 반사막 상에 형성된 캡핑막, 상기 캡핑막 상에 형성된 위상반전막을 포함하며,
    상기 위상반전막은,
    상기 캡핑막상에 형성되며 니오븀(Nb)을 포함하는 제1층, 및
    상기 제1층상에 형성되며 탄탈륨(Ta) 및 실리콘(Si) 중 하나 이상을 포함하는 제2층,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1층의 니오븀(Nb) 함유량은 20~50at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1층은 탄탈륨(Ta), 및 실리콘(Si) 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1층은 크롬(Cr)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1층의 크롬(Cr) 함유량은 10~40at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1층은 산소(O), 질소(N), 및 탄소(C) 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1층의 질소(N) 함유량은 10~60at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1층은 30~60nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1층은 상기 위상반전막의 전체 두께의 80% 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1층은 13.5nm 파장의 노광광에 대하여 0.925~0.935 의 굴절률(n) 및 0.015~0.025 의 소멸계수(k)를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2층의 탄탈륨(Ta) 함유량은 50at% 이상인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2층은 산소(O), 질소(N), 및 탄소(C) 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2층은 보론(B)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2층의 보론(B) 함유량은 5~20at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2층은 2~10nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2층은 193nm 파장의 검사광에 대한 표면 반사율이 40% 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2층은 13.5nm 파장의 노광광에 대하여 0.940~0.960 의 굴절률(n) 및 0.025~0.035 의 소멸계수(k)를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 노광광에 대하여 상기 반사막에 대한 상대반사율이 6~15% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  19. 제 1 항의 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크.
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