KR20240076729A - 고반사율의 위상반전막을 구비한 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크 및 포토마스크 - Google Patents
고반사율의 위상반전막을 구비한 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크 및 포토마스크 Download PDFInfo
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Abstract
극자외선 리소그래피용 블랭크마스크는 위상반전막을 구비하며, 위상반전막은 Ru, Mo, Nb, Si, Zr 중 하나 이상을 포함한다. 위상반전막은 낮은 굴절률(n)과 낮은 소멸계수(k)를 가지며, 13.5nm 파장의 노광광에 대해 13~50% 의 상대 반사율을 갖는다. 이를 통해 DtS 를 개선하여 Wafer 생산성을 높일 수 있다. 이 블랭크마스크를 이용하여 제작되는 포토마스크는 reverse PSM 으로서 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 블랭크마스크(Blankmask) 및 포토마스크(Photomask)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 미세 패턴 형성을 위한 고반사율 위상반전막을 구비한 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크 및 이를 이용하여 제작되는 포토마스크에 관한 것이다.
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(Normalized Image Log Slope)를 가지며, 이에 따라 Wafer Printing 시 Shot Noise Effect 에 의한 Stochastic Defect 를 줄일 수 있다. 또한 위상반전 블랭크마스크는 낮은 DtS(Dose to Space) 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(120)을 포함한다. 포토마스크는 이라한 구성의 위상반전막(108)을 패터닝함으로써 형성된다.
상기와 같은 EUV 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크는 현재 High-end Memory 및 Logic 3nm급에 적용되고 있다. 이러한 블랭크마스크에서 위상반전막(108)은 Ghost Image 를 최소화하기 위해 13% 이하의 상대 반사율을 갖도록 제작되는 것이 일반적이다. 여기에서 상대 반사율은 반사막(104)과 캡핑막(105)의 적층 구조에서의 반사율에 대비한 위상반전막(108)에서의 반사율을 의미한다. 이러한 낮은 상대 반사율의 구현을 위하여, 위상반전막(108)의 형성에는 예컨대 소멸계수(k)가 높은 물질과 굴절률(n)이 낮은 물질이 혼합되어 사용된다. 그러나 이와 같은 낮은 반사율의 위상반전막(108)을 구비한 블랭크마스크는 더욱 미세한 패턴이 요구되는 차세대급 반도체에 적용되기 어렵고, DoF(Depth of Focus) Margin 및 DtS(Dose to Space) 개선에 한계가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 현재 사용되고 있는 위상반전막에 비해 높은 반사율을 갖는 위상반전막을 구비한 EUV 용 블랭크마스크를 제공하는 것이다.
특히, 고반사율을 가지는 위상반전막을 통해 DtS 를 개선하여 Wafer 생산성을 높일 수 있는 우수한 품질의 블랭크마스크 및 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 반사막, 상기 반사막 상에 형성된 캡핑막, 상기 캡핑막 상에 형성된 위상반전막을 포함하며, 상기 위상반전막은 Ru, Mo, Nb, Si, Zr 중 하나 이상을 포함한다.
상기 위상반전막은 Cr, Ta, Pd, Nb, Sb, Pt, Ir, Te, Co, Ag, Sn, Ni, Fe, Au 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 위상반전막은 O, N, C, B 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 위상반전막은 Ru, Mo, Nb 중 둘 이상을 포함한다.
상기 위상반전막은 Ru, Mo, Nb 중 둘 이상의 합계 함유량은 50at% 를 초과하고 90at% 미만이다.
상기 위상반전막은 Ru, Mo, Nb 중 어느 하나의 함유량이 60at% 미만이다.
상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 노광광에 대해 13% 를 초과하고 50% 미만인 상대 반사율을 갖는다.
상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 노광광에 대해 25% 를 초과하고 35% 미만인 상대 반사율을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 위상반전막은 50nm 미만의 두께를 갖는다.
상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 노광광에 대해 140~250°의 위상반전량을 갖는다.
상기 위상반전막 상에는 하드마스크막이 형성될 수 있다. 상기 하드마스크막은 Cr, Sb, Nb, Ta, Si 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성된다.
일 예로서, 상기 하드마스크막은 CrSb 또는 CrNb 를 포함하며 염소(Cl2)계 가스에 의해 식각된다.
다른 예로서, 상기 하드마스크막은 Ta, Si, Sb 중 하나를 포함하며 불소(F)계 가스에 의해 식각된다.
또 다른 예로서, 상기 하드마스크막은 35at% 를 초과하는 Ta 또는 Cr 을 포함하며, DUV 검사광에 대해 40at% 미만의 반사율을 갖는다.
상기 하드마스크막은 20at% 미만의 보론(B)을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 캡핑막과 상기 위상반전막 사이에서 상기 캡핑막의 상부에, 또는 상기 위상반전막과 상기 하드마스크막 사이에서 상기 하드마스크막의 하부에는 식각저지막이 형성될 수 있다.
일 예로서, 상기 식각저지막은 Ta, Si, Pt, Sb, Nb, Mo 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성된다.
다른 예로서, 상기 식각저지막은 Cr 및 Nb 를 포함한다.
상기 식각저지막은 Nb 20~50at%, Cr 10~40at%, N 10~70at% 를 포함할 수 있다.
상기 식각저지막은 2~10nm 의 두께를 갖는다.
상기 위상반전막의 상부 및 하부 중 하나 이상에는 노광광을 흡수하는 반사율제어막이 형성될 수 있다. 상기 반사율제어막은 소멸계수(k)가 0.02 를 초과하는 물질을 하나 이상 포함한다.
상기 반사율제어막은 상기 위상반전막 대비 소멸계수(k) 차이가 0.01 를 초과하는 것이 바람직하다.
상기 반사율제어막은 상기 위상반전막 대비 굴절률(n) 차이가 0.1 미만인 것이 바람직하다.
상기 반사율제어막은 Cr, Ta, Pd, Nb, Sb, Pt, Ir, Te, Co, Ag, Sn, Ni, Fe, Au, Fe 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 반사율제어막은 1~20nm 의 두께를 갖는다.
상기 반사율제어막은 산소(O2) 미포함 염소(Cl2)계 가스에 의해 식각될 수 있다.
상기 반사율제어막은 CrSb, CrNb, TaNb, TaSb 중 하나를 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기와 같은 구성을 갖는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 극자외선 리소그래피용 포토마스크가 제공된다.
이때, 상기 반사막에서 반사되는 노광광을 상기 위상반전막을 패터닝하여 형성된 위상반전막 패턴에서의 회절광을 이용하여 상쇄시킴으로써, 상기 위상반전막 패턴이 노광광을 반사시키는 반사패턴으로 사용되고 상기 반사막이 노광광을 차단하는 차광패턴으로서 사용될 수 있다.
이러한 극자외선 리소그래피용 포토마스크는, 네거티브 레지스트(negative resist)가 적용된 웨이퍼상에 패터닝된 노광광을 조사하는 노광 방법에 적용될 수 있다.
본 발명에 따르면 13~50% 의 높은 상대 반사율을 갖는 위상반전막을 구비한 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크가 제공된다.
이러한 고반사율의 블랭크마스크를 이용하여 제작되는 포토마스크는 미세 패턴 형성에 유리하다. 특히 본 발명의 블랭크마스크를 이용하여 제작되는 포토마스크는 위상반전막 패턴을 반사패턴으로 사용하고 반사막의 패턴을 차광패턴으로 사용하는 reverse PSM(Phase-Shift Photomask)으로서 사용될 수 있고, 이에 따라 네거티브 레지스트를 적용한 웨이퍼상에 hole 패턴과 같은 미세 패턴 형성 공정이 매우 효과적으로 이루어질 수 있다.
도 1 은 종래의 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크의 기본 구조를 도시한 도면.
도 2 내지 도 10 은 각각 본 발명의 제 1 내지 제 9 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 도시한 도면.
도 11 은 본 발명의 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크를 도시한 도면.
도 12 는 노광광의 회절 상태를 설명하기 위한 도면.
도 13 은 도 11 의 포토마스크에 의해 노광광 반사 시 회절되는 광의 강도 변화를 보여주는 도면.
도 14 내지 도 17 은 본 발명의 블랭크마스크를 이용하여 네거티브 레지스트가 적용된 웨이퍼에 대한 노광 공정을 수행하는 과정을 순차적으로 도시한 도면.
도 2 내지 도 10 은 각각 본 발명의 제 1 내지 제 9 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 도시한 도면.
도 11 은 본 발명의 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크를 도시한 도면.
도 12 는 노광광의 회절 상태를 설명하기 위한 도면.
도 13 은 도 11 의 포토마스크에 의해 노광광 반사 시 회절되는 광의 강도 변화를 보여주는 도면.
도 14 내지 도 17 은 본 발명의 블랭크마스크를 이용하여 네거티브 레지스트가 적용된 웨이퍼에 대한 노광 공정을 수행하는 과정을 순차적으로 도시한 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 기술한다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 도시한 도면이다.
본 발명의 제 1 실시예에 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(220), 및 기판(202)의 후면에 형성된 후면 도전막(201)을 구비한다.
기판(202)은 EUV 노광광을 이용하는 반사형 블랭크마스크용 글래스 기판으로서 적합하도록 저 열팽창 계수를 갖는 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판으로 구성된다.
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. 캡핑막(205)은 루테늄(Ru)을 포함하는 재질로 형성되며, 2~5nm 두께를 갖는다.
레지스트막(210)은 화학증폭형 레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)로 구성된다. 레지스트막(210)은 40~100㎚, 바람직하게는 40~80nm 의 두께를 갖는다.
후면 도전막(201)은 포토마스크를 이용하여 웨이퍼를 노광시키는 공정에서 EUV Scanner 의 정전척(Electrostatic-Chuck)을 이용하여 포토마스크를 고정하는 부위를 제공한다. 도전막(201) 일반적으로 크롬(Cr)계 재질로 형성되며, 탄탈륨(Ta)이나 루테늄(Ru)을 포함하는 물질로 형성될 수도 있다. 후면 도전막(201)은 두께를 감소시키기 위해 탄탈륨(Ta)을 기반으로 하는 물질의 2층 구조로 형성될 수 있다.
위상반전막(208)은 노광광의 위상을 반전시켜 반사시킴으로써, 반사막(204)에 의해 반사되는 노광광을 상쇄 간섭시킨다. 본 발명에서 위상반전막(208)은 높은 반사율을 확보하기 위하여 낮은 소멸계수(k)를 갖는 물질로 형성된다. 또한 본 발명에서 위상반전막(208)은 적은 두께로도 높은 위상반전량을 구현하기 위하여 낮은 굴절률(n)을 갖는 물질로 형성된다.
이러한 조건을 만족시키는 물질로서 위상반전막(208)은 Ru, Mo, Nb, Si, Zr 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성된다. 또한, 위상반전막(208)은 Cr, Ta, Pd, Nb, Sb, Pt, Ir, Te, Co, Ag, Sn, Ni, Fe, Au 중 하나 이상의 추가물질을 포함할 수 있다. 이러한 추가물질은 위상반전막(208)의 세정에 사용되는 화학물질에 대한 내화학성을 개선하는 기능을 한다.
또한, 위상반전막(208)은 O, N, C, B 중 하나 이상을 더 포함할 수 있으며, 이 물질들의 함량을 조절함으로써 위상반전막(208) 전체의 소멸계수(k), 굴절률(n), 위상반전량, 반사율 등을 목표하는 값이 되도록 제어할 수 있다.
위상반전막(208)은 Ru, Nb, Mo 중 둘 이상이 포함되는 물질로 형성는 것이 바람직하며, 구체적으로는 RuNbN, RuNbNO, RuMoN, RuMoNO 중 하나 이상으로 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 이를 통해 낮은 소멸계수(k)와 낮은 굴절률(n)의 확보가 용이하게 된다. 이때, 위상반전막을 구성하는 Ru, Nb, Mo 의 합계 함유량은 50at% 를 초과하고 90at% 미만인 것이 바람직하다. 이 합계 함유량이 90at% 이상인 경우 금속의 자발적 결정화에 의해 etching profile 이 나빠질 수 있고, 50at% 이하인 경우 굴절률(n)이 과도하게 증가하고 박막의 내구성이 저하된다. 또한, 위상반전막(208)을 구성하는 금속들 중 어느 하나가 60at% 이상으로 과도한 경우 합금의 특성이 과도한 비율로 함유된 금속의 특성에 지배된다. 따라서 전체 합금의 특성이 발현되지 않으므로, 각 물질의 함유량은 60at% 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 위상반전막(208)은 13.5nm 파장의 노광광에 대해 13% 를 초과하고 50% 미만인 상대 반사율을 갖는다. 여기에서 상대 반사율은, 반사막(204)과 캡핑막(205)의 적층 구조에서의 반사율에 대비한 위상반전막(208)에서의 상대적인 반사율을 의미한다. 이와 같은 고반사율의 위상반전 블랭크마스크를 이용함으로써 미세한 Contact Hole 및 Dot Pattern 의 형성이 가능하다.
위상반전막(208)은 50nm 미만, 바람직하게는 40nm 미만의 두께를 갖는다.
위상반전막(208)은 13.5nm 파장의 노광광에 대해 140~250°의 위상반전량을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 낮은 소멸계수(k)를 가지며 낮은 굴절률(n)을 갖는 물질로 형성되어, 목표 위상반전량을 구현하면서도 13~50% 의 높은 상대 반사율을 나타내는 위상반전막을 제작할 수 있다. 이러한 고반사율의 위상반전 블랭크마스크는 미세 패턴 형성이 용이하다는 장점이 있다.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 도면이다.
이하의 각 실시예에 대한 설명에서, 동일한 명칭의 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하여 인용한다. 또한, 이하의 실시예에 대한 설명에서 일반적인 극자외선용 블랭크마스크에 채용된 통상의 구성요소인 기판(202), 반사막(204), 캡핑막(205), 레지스트막(220), 및 후면 도전막(201)에 대해서는 구체적인 설명이 생략된다. 또한, 위상반전막(208)과 관련하여 도 2 의 제 1 실시예에서 설명한 구성은 이하의 실시예에서 동일하게 적용되므로, 그 구체적인 설명은 생략된다.
도 3 의 실시예는, 도 2 의 실시예에 비해 위상반전막(208)의 상부에 하드마스크막(210)이 추가로 구비된 점이 상이하다.
하드마스크막(210)은 위상반전막(208) 식각 시 식각마스크로 사용되며, 이를 위하여 하드마스크막(210)은 위상반전막(208)에 대해 식각선택비를 가지는 물질로 형성된다. 하드마스크막(210)은 Cr, Sb, Nb, Ta, Si 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 하드마스크막(210)은 O, N, C, B 중 하나 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다.
하드마스크막(210)이 염소(Cl2)계 가스에 의해 식각되어야 하는 경우에는 Cr, Sb, Nb, Ta 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성되며, 바람직하게는 CrSb 또는 CrNb 를 포함하는 물질로 형성된다. 하드마스크막(210)이 불소(F)계 가스에 의해 식각되어야 하는 경우에는 Ta, Si, Sb 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성되며, 바람직하게는 TaO, TaBO, SiO, TaSiO 중 하나로 형성된다.
하드마스크막(210)은 DUV 검사광을 이용한 검사를 위해 사용될 수 있으며, 이 경우에는 반사율이 낮은 물질, 예컨대 탄탈륨(Ta) 또는 크롬(Cr)을 포함하는 물질로 형성된다. 크롬(Cr)으로 형성될 경우에는 하드마스크막(208)은 예컨대 CrON 이나 CrCON 으로 형성될 수 있으며, 염소(Cl2)계 가스에 의해 식각된다. 탄탈륨(Ta)으로 형성될 경우 하드마스크막(208)은 불소(F)계 가스에 의해 식각되도록 산소(O)를 추가로 포함하는 물질로 형성된다. 하드마스크막(210)의 탄탈륨(Ta) 또는 크롬(Cr) 함유량은 35at% 를 초과하는 것이 바람직하다. 하드마스크막(210)은 193nm 파장의 DUV 검사광에 대해 40% 미만, 바람직하게는 35% 미만의 반사율을 갖는다.
하드마스크막(210)이 보론(B)을 포함할 경우 보론(B) 함유량은 1at% 이상이고, 20at% 미만, 바람직하게는 15at% 미만이다.
하드마스크막(210)은 2~10nm 의 두께를 갖는다.
하드마스크막(210)은 위상반전막(208)의 패터닝이 완료된 후에 제거될 수도 있고, 제거되지 않고 포토마스크 내에 잔존할 수도 있다. 포토마스크 내에 잔존하는 경우에는 위상반전막(208)과 함께 노광광에 대한 위상반전 기능을 수행한다.
도 4 는 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 도면이다.
도 4 의 실시예는, 도 3 의 실시예에 비해 캡핑막(205)과 위상반전막(208)의 사이에서 캡핑막(205)의 상부에 식각저지막(207)이 추가로 구비된 점이 상이하다.
식각저지막(207)은 위상반전막(208) 식각 시 캡핑막(205)을 보호하는 기능을 한다. 식각저지막(207)은 위상반전막(208) 식각 후 하드마스크막(210)의 패턴 및 위상반전막(208)의 패턴을 식각마스크로 사용하여 식각되며, 이때 캡핑막(205)의 데미지(damage)를 방지하기 위하여 식각저지막(207)은 산소(O2)가 포함되지 않은 가스에 의해 식각되는 것이 바람직하다. 식각저지막(207)은 그 상부와 하부의 박막, 즉 위상반전막(208)과 캡핑막(205)에 대해 10 이상의 식각선택비를 갖는 것이 바람직하다.
식각저지막(207)은 Ta, Si, Pt, Sb, Nb, Mo 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성된다. 또한 식각저지막(207)은 N, C, O, B 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 예컨대 식각저지막(207)은 TaB, TaBN, TaBC, TaBCN, TaN, TaO, TaON, TaBO, TaBON, TaCO, TaCON, TABCO, TaBCON, SiO, SiON, SiCON 중 하나로 형성될 수 있다.
다른 예로서, 식각저지막(207)은 크롬(Cr) 및 니오븀(Nb)을 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 바람직하게는 식각저지막(207)은 질소(N)를 더 포함한다. 이때, 식각저지막(207)의 니오븀(Nb) 함유량은 20~50at%, 크롬(Cr) 함유량은 10~40at%, 질소(N) 함유량은 10~70at% 인 것이 바람직하다. 니오븀(Nb) 함유량이 20at% 이하인 경우에는 식각저지막(207)의 식각 속도가 저하되고, 50at% 이상인 경우에는 화학적 세정 공정의 효율이 저하된다. 질소(N) 함유량이 10at% 이하인 경우에는 LER(Line Edge Roughness)이 저하된다.
식각저지막(207)은 2~10nm 의 두께를 갖는다. 식각저지막(207)의 두께가 2nm 이하인 경우에는 식각 저지 기능을 하기 어려우며, 10nm 이상인 경우에는 식각저지막(207)의 재질이 위상반전막(208)의 재질보다 상대적으로 높은 소멸계수(k)를 가지므로 고반사율의 구현이 어렵게 된다.
도 5 는 본 발명의 제 4 실시예를 도시한 도면이다.
도 5 의 실시예는, 도 4 의 실시예에 비해 식각저지막(207)의 위치가 상이하다. 구체적으로는, 식각저지막(207)은 위상반전막(208)과 하드마스크막(210)의 사이에서 하드마스크막(210)의 하부에 배치된다. 위상반전막(208)과 하드마스크막(210) 사이의 식각선택비가 낮은 경우, 하드마스크막(210)에 대해 식각선택비를 갖는 식각저지막(207)을 배치함으로써 하드마스크막(210) 식각 시 위상반전막(208)을 보호한다. 식각저지막(207)의 조성은 전술한 바와 같다.
도 6 은 본 발명의 제 5 실시예를 도시한 도면이다.
도 6 의 실시예는, 도 2 의 실시예에 비해 위상반전막(208)의 상부에 반사율제어막(209)이 추가로 구비된 점이 상이하다.
반사율제어막(209)은 소멸계수(k)가 0.02 를 초과하는 물질을 적어도 하나 이상 포함하여 구성되며, 또한 위상반전막(208) 대비 소멸계수(k) 차이가 0.01 을 초과하도록 구성된다. 반사율제어막(209)은 블랭크마스크의 패터닝이 완료된 후에 포토마스크 내에 잔존하며, 이에 따라 위상반전막(208)과 함께 노광광에 대한 위상반전 기능을 한다.
반사율제어막(209)은 노광광을 흡수하는 기능을 하며, 따라서 반사율제어막(209)의 흡수율 조절을 통해 위상 반전 기능을 하는 전체 박막(208, 209)에서의 반사율을 조절할 수 있다. 따라서 위상반전막(208)의 반사율이 목표하는 반사율보다 높은 경우 반사율제어막(209)을 추가함으로써 전체 박막(208, 209)에서의 반사율을 목표 반사율이 되도록 낮출 수 있다. 위상반전막(208)의 박막화를 위하여 위상반전막(208)의 두께를 낮출 경우에는 위상반전막(208)의 반사율이 지나치게 높아 목표 범위를 초과할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 위상반전막(208)의 두께를 두껍게 할 경우 위상반전막(208)의 박막화 목적을 달성할 수 없게 된다. 그러나 본 실시예와 같이 상대적으로 노광광의 흡수율이 높은 반사율제어막(209)을 부가함으로써, 위상반전막(208)의 두께가 증가되어야 하는 양보다 적은 양의 두께 증가를 통해서도 목표 반사율을 얻을 수 있다. 따라서 위상반전 기능을 하는 전체 박막(208, 209)의 두께가 박막화되어 3D Effect 를 감소시킬 수 있다.
반사율제어막(209)은 위상반전막(208) 대비 굴절률(n) 차이가 0.1 미만, 바람직하게는 0.05 미만이다. 이에 의하면 최종적으로 형성된 패턴에서의 위상반전량 제어가 용이하다.
반사율제어막(209)은 Cr, Ta, Pd, Nb, Sb, Pt, Ir, Te, Co, Ag, Sn, Ni, Fe, Au, Fe 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성된다. 반사율제어막(209)은 O, N, C, B 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
반사율제어막(209)은 1~20nm 의 두께, 바람직하게는 1~10nm 의 두께를 갖는다. 반사율제어막(209)의 두께가 1nm 이하일 경우 흡수율 제어 효과가 낮다. 반사율제어막(209)의 두께가 20nm 이상일 경우 Patterning 시 Profile 에서 2-tone 현상이 발생할 수 있으며, 또한 e-repair 시 Undercut 또는 Footing 과 같은 현상이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 반사율제어막(209)은 두께가 20nm 미만인 것이 바람직하며, 10nm 미만인 것이 더욱 바람직하다.
반사율제어막(209)은 불소(F)계 또는 염소(Cl2)계 가스에 의해 식각되며, 바람직하게는 염소(Cl2)계 가스에 의해 식각된다. 반사율제어막(207)이 염소(Cl2)계 가스에 의해 식각되는 경우에는 산소(O2) 미포함 조건에서 식각되는 것이 바람직하다. 이를 위한 물질로서 대표적으로 CrSb, CrNb, TaNb, TaSb 중 하나를 포함하는 물질이 사용될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 제 6 실시예를 도시한 도면이다.
도 7 의 실시예는, 도 6 의 실시예에 비해 반사율제어막(209)의 상부에 하드마스크막(210)이 추가로 구비된 점이 상이하다.
하드마스크막(210)은 반사율제어막(209) 식각 시 식각 마스크로서 사용되며, 그 조성 물질은 전술한 바와 같다.
도 8 은 본 발명의 제 7 실시예를 도시한 도면이다.
도 8 의 실시예는, 도 7 의 실시예에 비해 반사율제어막(209)와 하드마스크막(210) 사이에 식각저지막(207)이 추가로 구비된 점이 상이하다.
반사율제어막(209)과 하드마스크막(210) 사이의 식각선택비가 낮은 경우, 하드마스크막(210)에 대해 식각선택비를 갖는 식각저지막(207)을 배치함으로써 하드마스크막(210) 식각 시 반사율제어막(209)을 보호한다. 식각저지막(207)의 조성은 전술한 바와 같다.
도 9 는 본 발명의 제 8 실시예를 도시한 도면이다.
도 9 의 실시예는, 도 7 의 실시예에 비해 위상반전막(208)과 반사율제어막(209)의 배치 순서가 상이하다. 즉, 반사율제어막(209)이 캡핑막(205) 상에 형성되고, 위상반전막(208)은 반사율제어막(208) 상에 형성된다.
도 10 은 본 발명의 제 9 실시예를 도시한 도면이다.
도 10 의 실시예는, 도 9 의 실시예에 비해 반사율제어막(209)과 하드마스크막(210) 사이에 식각저지막(207)이 추가로 구비된 점이 상이하다.
반사율제어막(209)과 하드마스크막(210) 사이의 식각선택비가 낮은 경우, 하드마스크막(210)에 대해 식각선택비를 갖는 식각저지막(207)을 배치함으로써 하드마스크막(210) 식각 시 반사율제어막(209)을 보호한다. 식각저지막(207)의 조성은 전술한 바와 같다.
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크에 대해 기술한다.
도 11 은 본 발명의 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크를 도시한 도면이다. 도 11 은 도 2 에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 블랭크마스크, 즉 캡핑막(205) 상에 위상반전막(208)만을 구비하는 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크를 도시하였다. 그러나 본 발명은 도 3 내지 도 10 에 도시된 실시예, 즉 식각저지막(207), 반사율제어막(209), 하드마스크막(210) 중 하나 이상을 더 구비한 블랭크마스크막에 대해서도 적용된다. 이 경우에는 식각저지막(207) 및/또는 반사율제어막(209)이 위상반전막(208)과 동일하게 패터닝되어 포토마스크 내에 잔존할 수 있다. 따라서 이하의 설명에서 위상반전막(208) 또는 위상반전막 패턴(208)으로 명칭된 구성요소들은 도 3 내지 도 10 의 실시예에 적용 시에는 위상반전막 패턴(208a)과 함께 식각저지막(207) 및/또는 반사율제어막(209)의 식각에 의해 형성되어 포토마스크 내에 잔존하는 패턴을 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 도 11 에서 본 발명의 설명에 불필요한 구성요소들, 예컨대 후면 도전막(201)과 레지스트막(220)은 도시가 생략되었다.
포토마스크는 반사막(204)과 캡핑막(205) 상에 형성된 위상반전막 패턴(208a)을 구비한다. 위상반전막 패턴(208a)은 위상반전막(208)을 패터닝하여 형성된다. 일반적인 포토마스크에서는 위상반전막 패턴(208a)이 노광광을 차단하는 영역을 제공하고 위상반전막 패턴들(208a) 사이의 반사막(204)이 노출된 영역(204a)이 노광광을 반사시키는 영역을 제공한다. 본 발명의 포토마스크 또한 이와 같은 일반적인 포토마스크와 동일한 방식으로 사용될 수 있다.
그러나 본 발명의 위상반전막(208)은 매우 높은 반사율을 가지며, 이와 같은 고반사율의 위상반전막(208)은 노광광의 회절을 이용하여 이와 반대의 동작을 하는 포토마스크로서 사용될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에서는 위상반전막 패턴(208a)이 노광광을 반사시키는 영역을 제공하고 위상반전막 패턴들(208a) 사이의 반사막(204)이 노출된 영역(204a)이 노광광을 반사시키는 영역을 제공하는 방식으로 사용될 수 있다. 이를 고려하여, 이하에서는 노광광을 반사시키는 위상반전막 패턴(208a) 부분을 '반사패턴(208a)'으로 칭하고 위상반전막 패턴들(208a) 사이에서 반사막(204)이 노출되어 노광광을 차단하는 부분을 '차광패턴(204a)'으로 칭한다. 본 발명에서 반사패턴(208a)과 차광패턴(204a)이 일반적인 포토마스크와 반대로 구성되는 것은 노광광의 회절에 의한 상쇄간섭 및 보강간섭을 이용하기 때문이다.
도 12 는 노광광의 회절 상태를 설명하기 위한 도면이다.
노광광이 어떤 반사면에서 반사되는 경우 반사광에서는 회절(diffraction)이 발생한다. 입사광이 반사되는 주 경로의 반사광을 0차 회절광(D0)이라 하고, 주 경로에 대해 회절각(θ)을 이루는 회절광을 1차 회절광(D1)이라 한다. 1차 회절광에 대해서도 회절이 발생하며 이를 2차 회절광이라 하고, 각 회절광에 대한 회절광을 n차 회절광이라 한다. 또한, 회절은 대칭적으로 발생하므로 1차 회절광(D1)에 대해서는 대칭되는 -1차 회절광(-D1)이 존재한다. 회절을 이용하는 본 발명의 원리에 대한 설명에서 n차 회절광 및 -1차 회절광(-D1)에 대해서는 설명이 생략된다.
도 13 은 도 11 의 포토마스크에 의해 노광광 반사 시 회절되는 광의 강도 변화를 보여주는 도면으로서, 도 11 의 반사패턴들(208a) 중에서 두 개의 반사패턴(208a-1, 208a-2)을 확대한 것이다. 두 반사패턴(208a-1, 208a-2) 사이에는 차광패턴(204a)이 형성되어 있다. 도 13 에서는 설명의 편의상 캡핑막(205)은 생략되어 있다.
도 13 은 또한 각 패턴들(208a-1, 208a-2, 204a)이 형성된 영역에서의 반사광 및 회절광의 강도 변화를 보여준다.
도 13 의 첫 번째 그래프에서, R0 는 노광광 입사 시 차광패턴(204a)에 의해 반사되는 반사광의 강도 변화를 나타낸다. 반사광의 0차 회절광은 차광패턴(204a)의 영역의 중앙 부분에서 가장 강하고 에지 부분으로 갈수록 약해지는 강도 분포를 갖는다. 차광패턴(204a)의 영역 외측의 반사패턴(208a-1, 208a-2)의 영역에서는 노광광에 대한 1차 회절광에 의한 반사광의 강도 변화가 발생한다. 1차 회절광은 강도가 0차 회절광에 비해 낮으며, 대략 각 반사패턴(208a-1, 208a-2)의 영역의 중앙 부분에서 가장 강하고 에지 부분으로 갈수록 약해지는 분포를 갖는다. 1차 회절광은 위상이 0차 회절광과 반대이다. 2차 이상의 회절광은 도시가 생략되었다.
도 13 의 두 번째 그래프에서, R1 은 노광광 입사 시 도 13 의 좌측 반사패턴(208a-1)의 영역에서 반사되는 반사광의 강도 변화를 나타낸다. 반사광의 0차 회절광은 반사패턴(208a-1)의 영역의 중앙 부분에서 가장 강하고 에지 부분으로 갈수록 약해지는 강도 분포를 갖는다. 좌측 반사패턴(208a-1) 우측의 차광패턴(204a)의 영역에서는 노광광에 대한 1차 회절광에 의한 반사광의 강도 변화가 발생한다. 1차 회절광은 강도가 0차 회절광에 비해 낮으며, 대략 차광패턴(204a)의 영역의 중앙 부분에서 가장 강하고 에지 부분으로 갈수록 약해지는 분포를 갖는다. 1차 회절광은 위상이 0차 회절광과 반대이다. 차광패턴(204a) 우측의 우측 반사패턴(208a-2)의 영역에서는 노광광에 대한 2차 회절광에 의한 반사광의 강도 변화가 발생한다. 2차 회절광은 강도가 1차 회절광에 비해 낮으며, 대략 우측 반사패턴(208a-2)의 영역의 중앙 부분에서 가장 강하고 에지 부분으로 갈수록 약해지는 분포를 갖는다. 2차 회절광은 위상이 1차 회절광과 반대이다.
도 13 의 두 번째 그래프에서, R2 는 노광광 입사 시 도 13 의 우측 반사패턴(208a-2)의 영역에서 반사되는 반사광의 강도 변화를 나타낸다. R2 는 R1 과 대칭적인 강도 분포를 갖는다.
도 13 의 세 번째 그래프는 각 영역에서 R0, R1, R2 의 조합에 의한 반사광의 강도 분포를 보여준다. 각 패턴(208a-1, 208a-2, 204a)의 영역에서는 0차 회절광과 1차 및 2차 회절광의 보강간섭 및 상쇄간섭이 발생하며, 그 결과 반사패턴(208a-1, 208a-2)의 영역에서의 반사광의 강도가 차광패턴(204a)의 영역에서의 반사광의 강도보다 높다. 이와 같은 원리에 의하여 본 발명에서는 위상반전막 패턴(208a)이 형성된 영역과 반사막(204)이 노출된 영역(204a)이 일반적인 포토마스크에서와는 반대로 각각 반사영역(208a)과 차광영역(204a)으로서 기능하며, 이러한 본 발명의 포토마스크를 이하에서는 'Reverse PSM(Reverse Phase-Shift Photomask)'이라 칭한다.
본 발명의 Reverse PSM 을 구현하기 위해서는 본 발명의 전술한 실시예에서와 같이 위상반전막(208)이 높은 반사율을 가져 회절광의 강도가 높아야 한다. 실험 결과에 의하면, Reverse PSM 구현을 위한 위상반전막(208)의 상대 반사율은 13.5nm 파장의 노광광에 대해 25% 를 초과하고 35% 미만인 것이 바람직하며, 30% 가 가장 바람직하다.
상기와 같은 Reverse PSM 을 이용하는 경우 웨이퍼상에 hole 패턴을 형성하는 것이 용이하다. 이하에서는 이에 대해 기술한다.
도 14 내지 도 17 은 본 발명의 블랭크마스크를 이용하여 웨이퍼에 대한 노광 공정을 수행하는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다. 웨이퍼(W) 상에는 포토레지스트(PR)가 코팅되어 있으며, 이때 포토레지스트(PR)는 네거티브 레지스트로 구성된다. 네거티브 레지스트는 노광광이 조사되지 않는 부분에서만 제거되므로, 도 14 와 같이 일 부분에서만 EUV 노광광이 조사될 경우 도 15 와 같이 조사된 부분만 제외하고 나머지 부분에서 포토레지스트(PR)가 제거된다.
도 15 의 상태에서 웨이퍼(W)의 상면을 식각하면 포토레지스트(PR)가 잔존하는 부분만 제외하고 식각되어 도 16 과 같이 hole 패턴이 형성된다. 도 16 의 상태에서 포토레지스트(PR)를 제거하면 도 17 과 같이 웨이퍼(W)상에 hole 패턴이 형성된다.
네거티브 레지스트는 포지티브 레지스트에 비해 두께가 얇으며 낮은 dose 로도 미세 패턴의 형성이 가능하다는 장점이 있어 포지티브 레지스트에 비해 우수한 성능을 보여준다. 그러나 네거티브 레지스트를 사용하여 웨이퍼(W) 상에 hole 을 형성하기 위해서는 여러 번의 식각 공정이 수행되어야 하는 문제가 있어 포지티브 레지스트에 비해 네거티브 레지스트의 성능이 우수함에도 불구하고 네거티브 레지스트의 사용이 제한되어 왔다. 그러나 상기한 바와 같이 reverse PSM 을 사용하는 경우에는 네거티브 레지스트를 이용하여 hole 을 1회의 식각 공정에 의해 수행할 수 있다.
이상에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 실시예는 단지 본 발명의 예시 및 설명을 하기 위한 목적에서 사용된 것이며 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 것이며, 본 발명의 진정한 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (29)
- 기판, 상기 기판 상에 형성된 반사막, 상기 반사막 상에 형성된 캡핑막, 상기 캡핑막 상에 형성된 위상반전막을 포함하며,
상기 위상반전막은 Ru, Mo, Nb, Si, Zr 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상반전막은 Cr, Ta, Pd, Nb, Sb, Pt, Ir, Te, Co, Ag, Sn, Ni, Fe, Au 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상반전막은 O, N, C, B 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상반전막은 Ru, Mo, Nb 중 둘 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 4 항에 있어서,
상기 위상반전막은 Ru, Mo, Nb 중 둘 이상의 합계 함유량이 50at% 를 초과하고 90at% 미만인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 5 항에 있어서,
상기 위상반전막은 Ru, Mo, Nb 중 어느 하나의 함유량이 60at% 미만인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 6 항에 있어서,
상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 노광광에 대해 13% 를 초과하고 50% 미만인 상대 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 6 항에 있어서,
상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 노광광에 대해 25% 를 초과하고 35% 미만인 상대 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 6 항에 있어서,
상기 위상반전막은 50nm 미만의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 9 항에 있어서,
상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 노광광에 대해 140~250°의 위상반전량을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상반전막 상에 형성되는 하드마스크막을 더 포함하며,
상기 하드마스크막은 Cr, Sb, Nb, Ta, Si 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 11 항에 있어서,
상기 하드마스크막은 CrSb 또는 CrNb 를 포함하며 염소(Cl2)계 가스에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 11 항에 있어서,
상기 하드마스크막은 Ta, Si, Sb 중 하나를 포함하며 불소(F)계 가스에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 11 항에 있어서,
상기 하드마스크막은 35at% 를 초과하는 Ta 또는 Cr 을 포함하며, DUV 검사광에 대해 40at% 미만의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 11 항에 있어서,
상기 하드마스크막은 20at% 미만의 보론(B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 11 항에 있어서,
상기 캡핑막과 상기 위상반전막 사이에서 상기 캡핑막의 상부에 형성되거나, 또는 상기 위상반전막과 상기 하드마스크막 사이에서 상기 하드마스크막의 하부에 형성된 식각저지막을 더 포함하며,
상기 식각저지막은 Ta, Si, Pt, Sb, Nb, Mo 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 11 항에 있어서,
상기 캡핑막과 상기 위상반전막 사이에서 상기 캡핑막의 상부에 형성되거나, 또는 상기 위상반전막과 상기 하드마스크막 사이에서 상기 하드마스크막의 하부에 형성된 식각저지막을 더 포함하며,
상기 식각저지막은 Cr 및 Nb 를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 17 항에 있어서,
상기 식각저지막은 Nb 20~50at%, Cr 10~40at%, N 10~70at% 를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 17 항에 있어서,
상기 식각저지막은 2~10nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 1 항에 있어서,
상기 위상반전막의 상부 및 하부 중 하나 이상에 형성되어 노광광을 흡수하는 반사율제어막을 더 포함하며,
상기 반사율제어막은 소멸계수(k)가 0.02 를 초과하는 물질을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 20 항에 있어서,
상기 반사율제어막은 상기 위상반전막 대비 소멸계수(k) 차이가 0.01 를 초과하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 21 항에 있어서,
상기 반사율제어막은 상기 위상반전막 대비 굴절률(n) 차이가 0.1 미만인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 22 항에 있어서,
상기 반사율제어막은 Cr, Ta, Pd, Nb, Sb, Pt, Ir, Te, Co, Ag, Sn, Ni, Fe, Au, Fe 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 23 항에 있어서,
상기 반사율제어막은 1~20nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 24 항에 있어서,
상기 반사율제어막은 산소(O2) 미포함 염소(Cl2)계 가스에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 25 항에 있어서,
상기 반사율제어막은 CrSb, CrNb, TaNb, TaSb 중 하나를 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
- 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항의 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제 27 항의 극자외선 리소그래피용 포토마스크로서,
상기 반사막에서 반사되는 노광광을 상기 위상반전막을 패터닝하여 형성된 위상반전막 패턴에서의 회절광을 이용하여 상쇄시킴으로써, 상기 위상반전막 패턴이 노광광을 반사시키는 반사패턴으로 사용되고 상기 반사막이 노광광을 차단하는 차광패턴으로서 사용되는 극자외선 리소그래피용 포토마스크.
- 제 28 항의 극자외선 리소그래피용 포토마스크를 이용한 노광 방법으로서,
네거티브 레지스트(negative resist)가 적용된 웨이퍼상에 상기 포토마스크에 의해 패터닝된 노광광을 조사하는 노광 방법.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220156943 | 2022-11-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20240076729A true KR20240076729A (ko) | 2024-05-30 |
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