WO2020189912A1 - 극자외선 리소그래피용 마스크, 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2020189912A1
WO2020189912A1 PCT/KR2020/002774 KR2020002774W WO2020189912A1 WO 2020189912 A1 WO2020189912 A1 WO 2020189912A1 KR 2020002774 W KR2020002774 W KR 2020002774W WO 2020189912 A1 WO2020189912 A1 WO 2020189912A1
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extreme ultraviolet
material layer
etch stop
layer
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안진호
김정식
정동민
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한양대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a mask for extreme ultraviolet ray lithography, and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a mask for extreme ultraviolet ray lithography including a plurality of unit films stacked on a substrate, and a method of manufacturing the same.
  • the lithography process is a process directly connected to the degree of miniaturization and integration of semiconductor devices.
  • IC chips with a line width of 38 nm were mass-produced, and devices with a line width of 30 nm have been mass-produced since 2010.
  • EUV extreme ultraviolet
  • the extreme ultraviolet exposure process is a next-generation semiconductor exposure technology that is most likely to be applied to the mass production process of memory semiconductors below 20 nm after the 193 nm immersion double patterning technology. Since the extreme ultraviolet exposure process uses light with a wavelength of 13.5 nm, a reflective mask is used instead of a transmissive mask. In the case of a conventional mask for an extreme ultraviolet exposure process, in order to maximize the contrast ratio between the reflection region and the absorption region. A Ta (tantalum)-based absorber with a thickness of 70 nm is used.
  • One technical problem to be solved by the present invention is to provide a mask for extreme ultraviolet ray lithography, which is insensitive to defects, and a method of manufacturing the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a mask for extreme ultraviolet ray lithography with improved imaging performance, and a method of manufacturing the same.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a mask for extreme ultraviolet ray lithography with improved yield and throughput of an exposure process, and a method of manufacturing the same.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a mask for extreme ultraviolet ray lithography.
  • the extreme ultraviolet ray lithography mask includes a plurality of unit layers stacked on a substrate, and an etch stop layer disposed between the plurality of unit layers. And a reflective structure having a trench exposing the etch stop layer, and an absorption pattern disposed on a bottom surface of the trench, wherein the unit layer comprises: a first material layer and a second material layer on the first material layer. It may include a material film.
  • the number of the plurality of unit layers disposed under the etch stop layer may include the same as the number of the plurality of unit layers disposed on the etch stop layer.
  • the number of the plurality of unit layers disposed under the etch stop layer may include less than the number of the plurality of unit layers disposed above the etch stop layer.
  • the thickness of the etch stop layer may be thicker than the thickness of the first material layer or the second material layer.
  • the etch stop layer may include silicon oxide.
  • the first material layer and the second material layer may have the same thickness.
  • a capping layer disposed on the unit layer disposed on the uppermost portion may be further included.
  • the second material layer disposed adjacent to the lower surface of the etch stop layer is divided into an upper area adjacent to the upper surface of the second material layer and a lower area adjacent to the lower surface of the second material layer, From the upper region to the lower region, the concentration of oxygen (O) may decrease.
  • the present invention provides a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet lithography.
  • the method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet light lithography includes a plurality of unit layers stacked on a substrate and an etch stop layer disposed between the plurality of unit layers.
  • Preparing a preliminary reflective structure comprising a, Etching the preliminary reflective structure, manufacturing a reflective structure having a trench exposing the etch stop layer, and forming an absorption pattern on the bottom surface of the trench It may include the step of.
  • the preparing of the preliminary reflective structure includes: forming a first material layer on the substrate, and forming a second material layer on the first material layer, the Forming the etch stop layer on a second material layer, forming the first material layer on the etch stop layer, and forming the second material layer on the first material layer Including 2 lamination steps, the first lamination step and the second lamination step may include repeating a plurality of times.
  • the thickness of the second material layer formed on the top is greater than the thickness of the second material layer excluding the second material layer formed on the top. It is thick and may include those having a thickness greater than 3.6 nm.
  • the number of repetitions of the first stacking step may include being performed less than or equal to the number of repetitions of the second stacking step.
  • the etch stop layer has an etching selectivity compared to the first material layer and the second material layer.
  • the forming of the etch stop layer includes thermally oxidizing the uppermost second material layer in the first lamination step, and during thermal oxidation of the uppermost second material layer, oxygen (O ) May penetrate into the second material layer at the top to form an oxygen concentration gradient inside the second material layer at the top.
  • a mask for extreme ultraviolet ray lithography includes a plurality of unit layers stacked on a substrate and an etch stop layer disposed between the plurality of unit layers, and a trench exposing the etch stop layer
  • a reflective structure having a, an absorption pattern disposed on a bottom surface of the trench, and a capping layer disposed on the unit layer disposed at an uppermost portion, wherein the unit layer comprises: a first material layer and a first material layer on the first material layer. 2 may include a material film.
  • the mask according to the embodiment When the mask according to the embodiment is contaminated, contaminants may be formed on the capping layer so that the absorption pattern and the contaminant may be disposed on different planes. Accordingly, when an aerial image is acquired using the mask according to the embodiment, the contaminant is focused out, and the light intensity of the area where the contaminant is formed (defect area) and the limit light intensity of the area where the contaminant is not formed The difference in (threshold intensity) can be increased, and thus, it can have insensitive properties to minute defects. As a result, it is possible to improve the imaging performance, it is possible to increase the yield and throughput (throughput) of the exposure process.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet lithography according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flow chart specifically illustrating a step of preparing a preliminary reflective structure in a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet lithography according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a diagram illustrating a first lamination step in a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet lithography according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 are views illustrating a step of forming a visual stop layer in a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet lithography according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing a difference in concentration in an etch stop layer.
  • FIG. 7 and 8 are views showing a preliminary reflective structure prepared in a method for manufacturing a mask for extreme ultraviolet lithography according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flowchart specifically illustrating a step of forming a reflective structure in a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet lithography according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 10 to 14 are views showing a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet lithography according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a diagram showing a conventional mask for extreme ultraviolet lithography.
  • FIG. 16 is a schematic diagram and aerial image of a mask for extreme ultraviolet lithography according to Comparative Example 1 of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic diagram and aerial image of a mask for extreme ultraviolet lithography according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 18 is a schematic diagram and aerial image of a case where contamination occurs in a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Comparative Example 1 of the present invention.
  • 19 and 20 are schematic diagrams and aerial images when contamination occurs in a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 1 of the present invention.
  • 21 is a graph showing a difference between intensity and threshold intensity of a defective area of a mask for extreme ultraviolet lithography.
  • Example 22 is a graph comparing characteristics of masks for extreme ultraviolet ray lithography according to Examples 6, 7, and Comparative Example 1 of the present invention.
  • Examples 23 is a graph comparing characteristics of masks for extreme ultraviolet ray lithography according to Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.
  • 25 is a graph comparing characteristics of masks for extreme ultraviolet ray lithography according to Examples 3 and 4 of the present invention.
  • 26 is a graph showing characteristics of an etch stop layer included in a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to an embodiment of the present invention.
  • 27 to 29 are graphs for confirming the optimum number of etch stop layers disposed under an etch stop layer included in an extreme ultraviolet ray lithography mask according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • second component in another embodiment.
  • Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment.
  • 'and/or' is used to mean including at least one of the elements listed before and after.
  • connection is used as a meaning including both indirectly connecting a plurality of constituent elements and direct connecting.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a detailed description of a step of preparing a preliminary reflective structure in a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to an embodiment of the present invention
  • 3 is a diagram illustrating a first lamination step in a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams illustrating a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing the difference in concentration in the etch stop layer
  • FIGS. 7 and 8 are preliminary reflections prepared in the method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet light lithography according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the structure.
  • a pre-reflective structure may be prepared (S100).
  • the preparing of the preliminary reflective structure PRS may include a first stacking step (S110), an etch stop layer forming step (S120), and a second stacking step (S130).
  • S110 first stacking step
  • S120 etch stop layer forming step
  • S130 second stacking step
  • the first stacking step (S110) forming a first material layer 210 on the substrate 100, and forming a second material layer 220a,b on the first material layer 210 It may include the step of.
  • the substrate 100 may be transparent.
  • the first material layer 210 may include molybdenum (Mo).
  • the second material layers 220a and b may include silicon (Si).
  • the first material layer 210 and the second material layers 220a and b formed on the first material layer 210 may be defined as a unit layer 200. That is, the unit layer 200 may be formed on the substrate 110 through the first lamination step. According to an embodiment, the first stacking step may be repeatedly performed a plurality of times. Accordingly, a plurality of the unit layers 200 may be formed on the substrate 110.
  • the first material layer 210 and the second material layer 220a and b may have the same thickness.
  • thicknesses of the first material layer 210 and the second material layer 220a and b may be different from each other.
  • a thickness ratio of the first material layer 210 and the second material layer 220 may be 5:5 to 7:3.
  • the thickness of the first material layer 210 may be 3.5 nm to 4.9 nm.
  • the thickness of the second material layers 220a and b may be 2.1 nm to 3.5 nm.
  • the thickness t 1 of the uppermost second material layer 220a among the plurality of unit layers 200 formed on the substrate 100 is the second material layer ( It may be thicker than the thickness t 2 of 200b).
  • the step (S120) of forming the etch stop layer 300 on the uppermost second material layer 220a to be described later when the etch stop layer 300 is formed by a thermal oxidation process, The thickness t 1 of the second material layer 200a is reduced so that the thickness of the second material layer 200a at the top is the thickness t 2 of the second material layer 200b below the top, and The thickness of the first material layer 210 may be the same. A more detailed description will be given later.
  • the thickness t 1 of the uppermost second material layer 220a among the plurality of unit layers 200 formed on the substrate 100 is the second material under the uppermost layer. It may be the same as the thickness t 2 of the film 200b.
  • the etch stop layer 300 may be formed on the uppermost second material layer 220a (S120).
  • the etch stop layer 300 is compared with the first material layer 210 and the second material layer 220 with respect to the etching source provided to the preliminary reflective structure PRS in the manufacturing step of the reflective structure to be described later.
  • it can be formed of a material having an etching selectivity. A detailed description of this will be described later.
  • the etch stop layer 300 may be formed by thermal oxidation of the uppermost second material layer 220a. Accordingly, the etch stop layer 300 may include silicon oxide. For example, the etch stop layer 300 may include SiO 2 .
  • oxygen (O) may penetrate into the uppermost second material layer 220a. Accordingly, an oxygen concentration gradient may be formed inside the uppermost second material layer 220a. As a result, as shown in FIGS. 5 and 6, the second material layer 200a at the uppermost portion goes from the upper region 200a 1 adjacent to the upper surface to the lower region 200a 2 adjacent to the lower surface, The concentration of oxygen (O) may be reduced.
  • the uppermost second material layer 220a when the uppermost second material layer 220a is thermally oxidized, oxygen penetrates into the uppermost second material layer 200a, so that a part of the uppermost second material layer 200a stops the etching. It may be formed of the film 300. Accordingly, the thickness t 1 of the uppermost second material layer 200a may be reduced. As a result, in order that the thickness t 1 of the second material layer 200a at the top is the same as the thickness t 2 of the second material layer 200b below the top, as described above, the The thickness t 1 of the second material layer 200a is formed to be thicker than the thickness t 2 of the second material layer 200b included in the plurality of unit layers 200 formed at a portion other than the uppermost portion Can be.
  • the etch stop layer 300 may be formed by a deposition process.
  • the etch stop layer 300 may be formed by chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), and atomic layer deposition (ALD). Can be formed.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the thickness of the etch stop layer 300 may be controlled to control the extreme ultraviolet (EUV) reflectivity of the etch stop layer 300.
  • EUV extreme ultraviolet
  • the extreme ultraviolet reflectance of the etch stop layer 300 is improved. Can be.
  • the extreme ultraviolet reflectance of the etch stop layer 300 may be improved.
  • the extreme ultraviolet reflectance of the etch stop layer 300 may affect the extreme ultraviolet reflectance of a reflective structure to be described later.
  • the extreme ultraviolet reflectance of the etch stop layer 300 decreases, the extreme ultraviolet reflectance of the reflective structure to be described later decreases, and thus the extreme ultraviolet reflectance of the final extreme ultraviolet lithography mask may be lowered. Accordingly, by controlling the thickness of the etch stop layer 300, the reflectivity of the extreme ultraviolet lithography mask can be maintained high.
  • the second laminating step (S130) may be performed after forming the etch stop layer 300 (S120 ). Accordingly, the preliminary reflection structure PRS may be formed.
  • the second stacking step (S130) forming the first material layer 210 on the etch stop layer 300, and forming a second material layer 220 on the first material layer 210 It may include forming. That is, the unit layer 200 may be formed on the etch stop layer 300 through the second lamination step. According to an embodiment, the second stacking step may be repeatedly performed a plurality of times. Accordingly, a plurality of unit layers 200 may be formed on the etch stop layer 300. As a result, the preliminary reflection structure PRS includes the plurality of unit layers 200 stacked on the substrate 100 and the etch stop layer 300 disposed between the plurality of unit layers. Can include.
  • the number of repetitions of the second stacking step S130 may be the same as the number of repetitions of the first stacking step S110. Accordingly, the number of the plurality of unit layers 200 disposed below the etch stop layer 300 and the number of the plurality of unit layers 200 disposed above the etch stop layer 300 are It can be the same. For example, the number of the plurality of unit layers 200 disposed below the etch stop layer 300 and the number of the plurality of unit layers 200 disposed above the etch stop layer 300 There can be all 20.
  • the number of repetitions of the second stacking step S130 may be greater than the number of repetitions of the first stacking step S110. Accordingly, the number of the plurality of unit layers 200 disposed below the etch stop layer 300 is greater than the number of the plurality of unit layers 200 disposed above the etch stop layer 300 Can be less. For example, the number of the plurality of unit layers 200 disposed above the etch stop layer 300 is 20, and the plurality of unit layers 200 disposed below the etch stop layer 300 The number of may be less than 20.
  • the etch stop layer 300 20 or less unit layers 200 may be disposed on the etch stop layer 300.
  • the number of the plurality of unit layers 200 disposed on the etch stop layer 300 exceeds 20, after the etching step of the preliminary reflection structure described later, the etch stop layer 300 is There may be a problem that the plurality of unit layers 200 disposed thereon collapse.
  • FIG. 9 is a flowchart specifically illustrating a step of forming a reflective structure in a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet lithography according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIGS. 10 to 14 are a method of manufacturing a mask for extreme ultraviolet lithography according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a view showing a conventional mask for extreme ultraviolet lithography.
  • the preliminary reflective structure PRS may include a plurality of unit layers 200 above and below the etch stop layer 300.
  • one unit layer 200 is disposed under the etch stop layer 300, and an upper portion of the etch stop layer 300
  • the preliminary reflective structure PRS including two unit layers 200 disposed thereon will be described.
  • the number of the unit layers 200 disposed above and below the etch stop layer 300 is not limited.
  • a reflect structure may be manufactured by etching the preliminary reflective structure (PRS) (S200).
  • the manufacturing step of the reflective structure RS includes forming a capping layer 400 on the preliminary reflective structure PRS (S210), and the capping layer 400 Forming a first sub-layer 500 (S220), forming a second sub-layer 600 on the first sub-layer 500 (S230), and the preliminary reflective structure PRS , Etching the capping layer 400, the first and second auxiliary layers 500 and 600 (S240), and removing the second auxiliary layer 600 (S250).
  • each step will be described in detail.
  • the capping layer 400 may be formed on the preliminary reflective structure PRS. More specifically, of the plurality of unit layers 200 included in the preliminary reflection structure (PRS), the capping layer 400 is formed on the unit layer 200 disposed on the uppermost portion of the substrate 100. I can.
  • the capping layer 400 may include any one of ruthenium (Ru), niobium oxide (NbO), ruthenium oxide (RuO), and titanium oxide (TiO).
  • the first auxiliary layer 500 and the second auxiliary layer 600 may be sequentially formed on the capping layer 400.
  • the first auxiliary layer 500 may include a lift-off material.
  • the second auxiliary layer 600 may include an E-beam resist.
  • step S240 as shown in FIG. 11, the preliminary reflective structure PRS, the capping layer 400, the first auxiliary layer 500, and the second auxiliary layer 600 may be etched. .
  • step S240 may be performed by a dry etching process.
  • the etch stop layer 300 may have an etching selectivity compared to the first material layer 210 and the second material layer 220 with respect to an etching source provided in an etching process. . That is, the first material layer 210 and the second material layer 220 may be etched by reacting with the etching source. On the other hand, the etch stop layer 300 may not be substantially etched because it does not react with the etching source.
  • the plurality of unit layers 200 disposed on the upper surface of the etch stop layer 300 are etched, while the plurality of unit layers 200 disposed on the lower surface of the etch stop layer 300 May not be etched.
  • the reflective structure RS including a trench T through which the etch stop layer 300 is exposed may be formed.
  • the second auxiliary layer 600 may be removed as illustrated in FIG. 12.
  • the second auxiliary layer 600 may be removed through a photo resist (PR) strip process.
  • an absorption pattern 700 may be formed on the bottom surface of the trench T (S300 ).
  • a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to the above embodiment may be manufactured. That is, the mask for extreme ultraviolet ray lithography according to the embodiment may include the plurality of unit layers 200 stacked on the substrate 100 and the etching disposed between the plurality of unit layers 200.
  • the reflective structure RS including the stop layer 300 and having the trench T exposing the etch stop layer 300, and the absorption pattern 700 disposed on the bottom surface of the trench T ), and the capping layer 400 disposed on the unit layer 200 disposed on the uppermost portion of the substrate 100.
  • the forming of the absorption pattern 700 includes forming the absorption pattern 700 on the first auxiliary layer 500 and the bottom surface of the trench T, and the first auxiliary layer It may include removing the layer 500 to remove the absorption pattern 700 formed on the first auxiliary layer 500 together with the first auxiliary layer 500.
  • the process of removing the first auxiliary layer 500 may be performed as a lift-off process. Accordingly, while the first auxiliary layer 500 is removed, the absorption pattern 700 disposed on the first auxiliary layer 500 may also be removed.
  • 10 to 20 unit layers 200 may be disposed under the etch stop layer 300.
  • the extreme ultraviolet lithography mask may satisfy an image contrast of 65% or more, a maximum defect size of 20 nm or more, and a threshold intensity of 0.15 or more. That is, when the number of the plurality of unit layers 200 disposed under the etch stop layer 300 is controlled in the range of 10 to 20, the extreme ultraviolet lithography mask may exhibit high imaging performance.
  • a difference between the total number of the unit layers 200 included in the preliminary reflection structure PRS and the number of the unit layers 200 disposed under the etch stop layer 300 is controlled, so that the Imaging performance of a mask for extreme ultraviolet lithography may be improved.
  • the difference between the total number of the unit layers 200 included in the preliminary reflection structure (PRS) and the number of the unit layers 200 disposed under the etch stop layer 300 is greater, the pole Imaging performance of a mask for ultraviolet lithography can be improved.
  • the substrate 10, the unit film 20, and the capping film 40 are sequentially stacked, and the capping film 40 An absorption pattern 70 was disposed on one side.
  • a contaminant (defect, D) is formed on the capping layer 40, so that the absorption pattern 70 and the contaminant D are disposed on the same plane. I can.
  • contaminants D are also transferred together, resulting in a problem in that imaging performance is deteriorated.
  • the mask for extreme ultraviolet ray lithography is disposed between the plurality of unit layers 200 and the plurality of unit layers 200 stacked on the substrate 100.
  • the reflective structure RS including the etch stop layer 300 and having the trench T exposing the etch stop layer 300, and the absorption pattern disposed on the bottom surface of the trench T 700, and the capping layer 400 disposed on the unit layer 200 disposed on the uppermost portion, wherein the unit layer 200 includes the first material layer 210 and the first material A second material layer 220 on the layer 210 may be included.
  • contaminants may be formed on the capping layer 400 so that the absorption pattern 700 and the contaminant may be disposed on different planes. Accordingly, when an aerial image is acquired using the mask according to the embodiment, the contaminant is focused out, and the light intensity of the area where the contaminant is formed (defect area) and the limit light intensity of the area where the contaminant is not formed The difference in (threshold intensity) can be increased, and thus, it can have insensitive properties to minute defects. As a result, it is possible to improve the imaging performance, it is possible to increase the yield and throughput (throughput) of the exposure process.
  • a unit cell in which a molybdenum (Mo) material layer and a silicon (Si) material layer are stacked was formed on the substrate. After the unit layer formation process is repeated 10 times to form 10 unit layers, a SiO 2 etch stop layer is formed on the uppermost unit layer, and a molybdenum (Mo) material layer and silicon (Si) are formed on the uppermost unit layer. ) A unit layer in which a material layer is stacked was formed, and 30 unit layers were formed by repeating the unit layer forming process 30 times to prepare a preliminary reflective structure. In addition, a ruthenium (Ru) capping film was formed on the unit film disposed on the top of the preliminary reflective structure.
  • Ru ruthenium
  • Molybdenum (Mo) material film, and silicon (Si) by selectively etching ratio to the pre-reflection structure and the capping etching film produced by using the etching source has to the SiO 2 etch stop layer compared to the material layer, SiO 2 etch stop film is exposed A trench was formed. Thereafter, a Ni absorption pattern was disposed in the trench to prepare a mask for extreme ultraviolet lithography according to Example 1.
  • Example 2 A mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 1 was manufactured, but the number of unit layers disposed under the SiO 2 etch stop layer was controlled to 10, and the number of unit layers disposed on the upper portion was controlled to 50, and Example 2 A mask for extreme ultraviolet lithography was prepared according to.
  • the mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 1 was manufactured, but the number of unit layers disposed under the SiO 2 etch stop layer was controlled to 15, and the number of unit layers disposed on the upper portion was controlled to 25. In addition, by controlling the reflectivity of the Ni absorption pattern to 12%, the mask for extreme ultraviolet lithography according to Example 3 was manufactured.
  • the mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 1 was manufactured, but the number of unit layers disposed under the SiO 2 etch stop layer was controlled to 15, and the number of unit layers disposed on the upper portion was controlled to 25. In addition, by controlling the reflectivity of the Ni absorption pattern to 6%, the mask for extreme ultraviolet lithography according to Example 4 was manufactured.
  • Example 1 The mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 1 was manufactured, but the number of unit layers disposed under the SiO 2 etch stop layer was controlled to 20, and the number of unit layers disposed on the upper part was controlled to 20, and Example 5 A mask for extreme ultraviolet lithography was prepared according to.
  • a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 1 was prepared, but another mask for extreme ultraviolet ray lithography was manufactured in Example 6 by arranging a Pt absorption pattern in a trench.
  • the mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 6 was manufactured, but the number of unit layers disposed under the SiO 2 etch stop layer was controlled to 15, and the number of unit layers disposed on the upper portion was controlled to 25. In addition, by controlling the reflectivity of the Pt absorption pattern to 15%, a mask for extreme ultraviolet lithography according to Example 7 was manufactured.
  • the mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 6 was manufactured, but the number of unit layers disposed under the SiO 2 etch stop layer was controlled to 15, and the number of unit layers disposed on the upper portion was controlled to 25. In addition, by controlling the reflectivity of the Pt absorption pattern to 12%, the mask for extreme ultraviolet lithography according to Example 8 was manufactured.
  • Example 6 The mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 6 was manufactured, but the number of unit layers disposed under the SiO 2 etch stop layer was controlled to 20, and the number of unit layers disposed on the upper portion was controlled to 20, and Example 9 A mask for extreme ultraviolet lithography was prepared according to.
  • a molybdenum (Mo) material layer and a silicon (Si) material layer are alternately and repeatedly stacked on the substrate, and a capping layer is formed on the silicon (Si) material layer disposed on the top, and then Ni By arranging the absorption pattern, a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Comparative Example 1 having a transmission structure was manufactured.
  • a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 1 was prepared, and a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Comparative Example 2 was prepared in which all of the unit films were etched except for the SiO 2 etch stop film.
  • a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 1 was prepared, but using NiFe as an etch stop layer, a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Comparative Example 3 was manufactured.
  • a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 3 was prepared, but using NiFe as an etch stop film, a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Comparative Example 4 was manufactured.
  • a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 5 was prepared, but using NiFe as an etch stop layer, a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Comparative Example 5 was manufactured.
  • FIG. 16 is a schematic diagram and aerial image of a mask for extreme ultraviolet lithography according to Comparative Example 1 of the present invention.
  • FIG. 16A a schematic diagram of a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Comparative Example 1 is shown, and referring to FIG. 16B, an aerial image of the mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Comparative Example 1 Represents.
  • FIGS. 16A and 16B in the case of the extreme ultraviolet lithography mask according to Comparative Example 1, it was confirmed that the absorption pattern was disposed on the unit film without a trench.
  • FIG. 17 is a schematic diagram and aerial image of a mask for extreme ultraviolet lithography according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 17(a) a schematic diagram of a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to the first embodiment is shown, and referring to FIG. 17(b), an aerial image of the mask for extreme ultraviolet ray lithography according to the first embodiment Represents.
  • FIGS. 17A and 17B in the case of the extreme ultraviolet lithography mask according to Example 1, it was confirmed that a trench was formed and an absorption pattern was disposed on the lower surface of the trench.
  • the extreme ultraviolet ray lithography mask according to Example 1 and Comparative Example 1 showed very little difference in image contrast and NILS values. That is, it was confirmed that the mask for extreme ultraviolet ray lithography according to the first embodiment has similar imaging performance compared to the conventional mask.
  • FIG. 18 is a schematic diagram and aerial image of a case where contamination occurs in a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Comparative Example 1 of the present invention.
  • FIG. 18A a schematic diagram of a case where a 20 nm-sized defect occurs on the capping film included in the extreme ultraviolet lithography mask according to Comparative Example 1 is shown, and FIG. 18B ) Shows the aerial image of FIG. 18A.
  • FIG. 18B Shows the aerial image of FIG. 18A.
  • 19 and 20 are schematic diagrams and aerial images when contamination occurs in a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Example 1 of the present invention.
  • FIG. 19A a schematic diagram showing a case where a 20 nm-sized defect occurs on the capping film included in the extreme ultraviolet lithography mask according to Example 1 is shown, and FIG. 19B ) Shows the aerial image of FIG. 19(a).
  • FIG. 20 an aerial image of a 24 nm-sized defect occurs on the capping film included in the extreme ultraviolet lithography mask according to the first embodiment.
  • the extreme ultraviolet lithography mask according to Example 1 also shows distorted intensity distribution in the reflection area when contamination occurs, but the degree of distortion is significantly smaller than that of Comparative Example 1. I could see that it appeared. In particular, it was confirmed that the intensity distribution was similar in the reflection area of the mask for extreme ultraviolet light lithography according to Comparative Example 1 in which a 20 nm-sized contaminant was generated and a 24 nm-sized contaminant was generated. That is, in the case of the extreme ultraviolet lithography mask according to the above embodiment, it can be seen that the allowable degree of contamination is greater than that of the conventional mask.
  • 21 is a graph showing a difference between intensity and threshold intensity of a defective area of a mask for extreme ultraviolet lithography.
  • threshold intensity it is an intensity criterion that is related to the transfer ability of the mask.
  • Example 22 is a graph comparing characteristics of masks for extreme ultraviolet ray lithography according to Examples 6, 7, and Comparative Example 1 of the present invention.
  • FIG. 22 differences in intensity and threshold intensity of defect regions for extreme ultraviolet lithography masks according to Examples 6, 7, and Comparative Example 1 are shown.
  • an intensity of 67% and a threshold intensity difference were shown, and in the case of the extreme ultraviolet ray lithography mask according to Example 7, an intensity of 64% and The difference in threshold intensity was shown, and in the case of the extreme ultraviolet lithography mask according to Comparative Example 1, a difference in intensity and threshold intensity of 51% was shown.
  • Examples 23 is a graph comparing characteristics of masks for extreme ultraviolet ray lithography according to Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.
  • FIG. 23 differences in intensity and threshold intensity of a defect area of a mask for extreme ultraviolet lithography according to Examples 1 and 2, and Comparative Examples 1 and 2 are shown.
  • the extreme ultraviolet ray lithography mask according to Example 1 showed a difference of 66% intensity and threshold intensity
  • the extreme ultraviolet ray lithography mask according to Example 2 had an intensity of 70% and The difference in threshold intensity was shown, and in the case of the extreme ultraviolet lithography mask according to Comparative Example 2, a difference of 64% intensity and threshold intensity was shown.
  • FIG. 24 differences in intensity and threshold intensity of defect regions of a mask for extreme ultraviolet lithography according to Examples 7 and 8 are shown. As can be seen in FIG. 24, in the case of the extreme ultraviolet ray lithography mask according to Example 7, a difference of 66% intensity and threshold intensity were shown, and in the case of the extreme ultraviolet ray lithography mask according to Example 8, an intensity of 64% and The difference in threshold intensity was shown.
  • 25 is a graph comparing characteristics of masks for extreme ultraviolet ray lithography according to Examples 3 and 4 of the present invention.
  • FIG. 25 differences in intensity and threshold intensity of defect regions of a mask for extreme ultraviolet lithography according to Examples 3 and 4 are shown. As can be seen in FIG. 25, in the case of the extreme ultraviolet lithography mask according to Example 3, a difference of 64% intensity and threshold intensity were shown, and in the case of the extreme ultraviolet lithography mask according to Example 4, an intensity of 61% and The difference in threshold intensity was shown.
  • 26 is a graph showing characteristics of an etch stop layer included in a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to an embodiment of the present invention.
  • the thickness of the mask for extreme ultraviolet ray lithography according to Examples 1, 3, 5, and Comparative Examples 3, 4, and 5 is changed, and EUV reflectance ( reflectivity) was measured.
  • the extreme ultraviolet ray lithography mask according to the above examples had higher reflectivity than the extreme ultraviolet ray lithography mask according to the comparative examples.
  • the highest reflectivity was exhibited at a thickness of 5.45 nm to 6.6 nm.
  • 27 to 29 are graphs for confirming the optimum number of etch stop layers disposed under an etch stop layer included in an extreme ultraviolet ray lithography mask according to an embodiment of the present invention.
  • a mask for extreme ultraviolet light lithography according to the above embodiments is prepared, and the number of etch stop layers disposed under the etch stop layer is controlled to 5, 10, 15, 20, 25, and Ni and Using Pt, the maximum allowable size of contaminants (Maximum defect size, nm) was measured and indicated for each case.
  • the number of etch stop films disposed under the etch stop film should be controlled to 5 to 20.
  • a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to the above embodiments is prepared, and the number of etch stop films disposed under the etch stop film is controlled to 5, 10, 15, 20, 25, and Ni and Using Pt, the image contrast (%) was measured and shown for each case.
  • the number of etch stop layers disposed under the etch stop layer should be controlled to 5-20.
  • a mask for extreme ultraviolet ray lithography according to the above embodiments is prepared, and the number of etch stop layers disposed under the etch stop layer is controlled to 5, 10, 15, 20, 25, and Ni and Using Pt, Threshold intensity was measured and shown for each case.
  • the number of etch stop films disposed under the etch stop film should be controlled to 10 to 25.
  • the number of etch stop films disposed under the etch stop film should be controlled to 10-20.
  • the mask for extreme ultraviolet ray lithography and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention may be used in various thin film patterning processes such as logic ICs, memory semiconductors, CIS, and display devices.

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Abstract

극자외선 리소그래피용 마스크가 제공된다. 상기 극자외선 리소그래피용 마스크는 기판 상에 적층된 복수의 단위막(unit layer), 및 상기 복수의 단위막 사이 중 어느 하나에 배치되는 식각 정지막(etch stop layer)을 포함하고, 상기 식각 정지막을 노출시키는 트렌치(trench)를 갖는 반사 구조체, 및 상기 트렌치의 바닥면 상에 배치되는 흡수 패턴을 포함하되, 상기 단위막은, 제1 물질막 및 상기 제1 물질막 상의 제2 물질막을 포함할 수 있다.

Description

극자외선 리소그래피용 마스크, 및 그 제조 방법
본 발명은 극자외선 리소그래피용 마스크, 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 기판 상에 적층된 복수의 단위막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크, 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
리소그래피(lithography) 공정은 반도체 소자의 미세화 및 집적도와 직결된 공정이다. 2008년에는 38nm 선폭을 갖는 IC chip이 양산되었으며, 2010년 이후에는 30nm 선폭의 소자들이 양산되고 있다. 이렇게 미세한 선폭을 갖는 반도체 소자를 생성하기 위한 것으로, 극자외선(extreme ultraviolet, EUV) 노광 기술이 있다.
극자외선 노광 공정은 193 nm immersion double patterning 기술 이후 20 nm 이하 급 메모리 반도체 양산 공정에 적용될 가능성이 가장 높은 차세대 반도체 노광 기술이다. 극자외선 노광 공정은 13.5 nm 파장의 빛을 이용하기 때문에, 투과형 마스크가 아닌 반사형 마스크를 사용하게 되며 종래의 일반적인 극자외선 노광 공정용 마스크의 경우, 반사 영역과 흡수 영역의 명암비를 최대로 하기 위하여 70 nm 두께를 갖는 Ta(탄탈륨) 계열의 흡수체를 사용한다.
하지만 종래의 마스크를 사용하여 10 nm 급 미세한 패턴을 구현할 경우, 두꺼운 흡수체 구조로 인해 노광 공정의 공정 능력이 부족하여 웨이퍼 상의 패턴 형성이 어려운 실정이다. 또한 결함에 민감하기 때문에 노광공정 수율이 쉽게 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 결함에 둔감하면서 도 이미징 성능을 향상시킬 수 있는 극자외선 리소그래피용 마스크에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 결함에 둔감한 극자외선 리소그래피용 마스크, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 이미징 성능이 향상된 극자외선 리소그래피용 마스크, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 노광 공정의 수율 및 throughput이 향상된 극자외선 리소그래피용 마스크, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 극자외선 리소그래피용 마스크를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 극자외선 리소그래피용 마스크는 기판 상에 적층된 복수의 단위막(unit layer), 및 상기 복수의 단위막 사이 중 어느 하나에 배치되는 식각 정지막(etch stop layer)을 포함하고, 상기 식각 정지막을 노출시키는 트렌치(trench)를 갖는 반사 구조체, 및 상기 트렌치의 바닥면 상에 배치되는 흡수 패턴을 포함하되, 상기 단위막은, 제1 물질막 및 상기 제1 물질막 상의 제2 물질막을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 식각 정지막의 하부에 배치된 상기 복수의 단위막의 개수는, 상기 식각 정지막의 상부에 배치된 상기 복수의 단위막의 개수와 같은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 식각 정지막의 하부에 배치된 상기 복수의 단위막의 개수는, 상기 식각 정지막의 상부에 배치된 상기 복수의 단위막의 개수 보다 적은 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 식각 정지막의 두께는, 상기 제1 물질막 또는 상기 제2 물질막의 두께 보다 두꺼운 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 식각 정지막은, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막의 두께는 서로 동일한 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 최상부에 배치된 상기 단위막 상에 배치되는 캡핑막(capping layer)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 식각 정지막의 하부면과 인접하게 배치된 상기 제2 물질막은, 상기 제2 물질막의 상부면에 인접한 상부 영역 및 상기 제2 물질막의 하부면에 인접한 하부 영역으로 구분되고, 상기 상부 영역에서 상기 하부 영역으로 갈수록, 산소(O)의 농도가 감소할 수 있다.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법은 기판 상에 적층된 복수의 단위막(unit layer), 및 상기 복수의 단위막 사이 중 어느 하나에 배치되는 식각 정지막(etch stop layer)을 포함하는 예비 반사 구조체를 준비하는 단계, 상기 예비 반사 구조체를 식각하여, 상기 식각 정지막을 노출시키는 트렌치(trench)를 갖는 반사 구조체를 제조하는 단계, 및 상기 트렌치의 바닥면 상에 흡수 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 반사 구조체 준비 단계는, 상기 기판 상에 제1 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 물질막 상에 제2 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 제1 적층 단계, 상기 제2 물질막 상에 상기 식각 정지막을 형성하는 단계, 및 상기 식각 정지막 상에 상기 제1 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 물질막 상에 상기 제2 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 제2 적층 단계를 포함하되, 상기 제1 적층 단계, 및 상기 제2 적층 단계는 복수회 반복되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 적층 단계에서 형성되는 복수의 상기 제2 물질막 중, 최상부에 형성되는 제2 물질막의 두께는, 상기 최상부에 형성되는 제2 물질막을 제외한 제2 물질막의 두께 보다 두껍고, 3.6 nm 초과의 두께를 갖는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 적층 단계의 반복 횟수는, 상기 제2 적층 단계의 반복 횟수 이하로 수행되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 반사 구조체 제조 단계에서, 상기 예비 반사 구조체에 제공되는 식각 소스에 대해, 상기 식각 정지막은, 상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막과 비교하여 식각 선택비를 갖는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 식각 정지막 형성 단계는, 상기 제1 적층 단계에서 최상부의 상기 제2 물질막을 열산화시키는 단계를 포함하고, 최상부의 상기 제2 물질막 열산화되는 동안, 산소(O)가 최상부의 상기 제2 물질막 내부로 침투되어, 최상부의 상기 제2 물질막 내부에 산소 농도 구배(gradient)가 형성되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크는, 기판 상에 적층된 복수의 단위막, 및 상기 복수의 단위막 사이 중 어느 하나에 배치되는 식각 정지막을 포함하고, 상기 식각 정지막을 노출시키는 트렌치를 갖는 반사 구조체, 상기 트렌치의 바닥면 상에 배치되는 흡수 패턴, 및 최상부에 배치된 상기 단위막 상에 배치되는 캡핑막을 포함하되, 상기 단위막은, 제1 물질막 및 상기 제1 물질막 상의 제2 물질막을 포함할 수 있다.
상기 실시 예에 따른 마스크가 오염되는 경우, 오염물질이 상기 캡핑막 상에 형성되어, 상기 흡수 패턴과 오염물질이 서로 다른 평면 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 마스크를 이용하여 aerial image를 획득하는 경우, 오염물질이 focus out 되어, 오염물질이 형성된 영역(defect 영역)의 빛 세기와 오염물질이 형성되지 않은 영역의 한계 빛 세기(threshold intensity)의 차이를 증가시킬 수 있어, 미세한 오염(defect)에 대하여 둔감한 특성을 가질 수 있다. 결과적으로, 이미징 성능을 향상시킬 수 있어, 노광 공정의 수율 및 처리량(throughput)을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법 중 예비 반사 구조체 준비 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법 중 제1 적층 단계를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법 중 시각 정지막 형성 단계를 나타내는 도면이다.
도 6은 식각 정지막 내의 농도 차이를 나타내는 그래프이다.
, 도 7 및 8은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법 중 준비되는 예비 반사 구조체를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법 중 반사 구조체 형성 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 15는 종래의 극자외선 리소그래피용 마스크를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 모식도 및 aerial image이다.
도 17은 본 발명의 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 모식도 및 aerial image이다.
도 18은 본 발명의 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크에 오염이 발생된 경우의 모식도 및 aerial image이다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크에 오염이 발생된 경우의 모식도 및 aerial image이다.
도 21은 극자외선 리소그래피용 마스크 Defect 영역의 intensity와 threshold intensity의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 실시 예 6, 실시 예 7, 및 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 특성을 비교한는 그래프이다.
도 23은 본 발명의 실시 예 1, 실시 예 2, 및 비교 예 1, 비교 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 특성을 비교한는 그래프이다.
도 24는 본 발명의 실시 예 7 및 실시 예 8에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 특성을 비교한는 그래프이다.
도 25는 본 발명의 실시 예 3 및 실시 예 4에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 특성을 비교한는 그래프이다.
도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크가 포함하는 식각 정지막의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 27 내지 도 29는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크가 포함하는 식각 정지막의 하부에 배치되는 식각 정지막의 최적의 개수를 확인하기 위한 그래프들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법 중 예비 반사 구조체 준비 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법 중 제1 적층 단계를 나타내는 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법 중 시각 정지막 형성 단계를 나타내는 도면이고, 도 6은 식각 정지막 내의 농도 차이를 나타내는 그래프이고, 도 7 및 8은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법 중 준비되는 예비 반사 구조체를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 예비 반사 구조체(pre-reflective structure, PRS)가 준비될 수 있다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 예비 반사 구조체(PRS) 준비 단계는, 제1 적층 단계(S110), 식각 정지막 형성 단계(S120), 및 제2 적층 단계(S130)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명된다.
상기 제1 적층 단계(S110)는, 기판(100) 상에 제1 물질막(210)을 형성하는 단계, 및 상기 제1 물질막(210) 상에 제2 물질막(220a,b)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 투명할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질막(210)은 몰리브덴(Mo)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 물질막(220a,b)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다.
상기 제1 물질막(210), 및 상기 제1 물질막(210) 상에 형성된 상기 제2 물질막(220a,b)은 단위막(unit layer, 200)으로 정의될 수 있다. 즉, 상기 제1 적층 단계를 통해 상기 기판(110) 상에 상기 단위막(200)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 적층 단계는 복수회 반복 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(110) 상에는 복수의 상기 단위막(200)이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220a,b)의 두께는 동일할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220a,b)의 두께는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)의 두께 비율은 5:5~7:3 일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 물질막(210)의 두께는 3.5 nm ~ 4.9 nm 일 수 있다. 반면, 상기 제2 물질막(220a,b)의 두께는 2.1 nm ~ 3.5 nm 일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판(100) 상에 형성된 상기 복수의 단위막(200) 중 최상부의 상기 제2 물질막(220a)의 두께(t1)는, 최상부 아래의 상기 제2 물질막(200b)의 두께(t2)와 보다 두꺼울 수 있다. 이 경우, 후술되는 최상부의 상기 제2 물질막(220a) 상에 식각 정지막(300)을 형성하는 단계(S120)에서, 상기 식각 정지막(300)이 열산화 공정으로 형성되는 경우, 최상부의 상기 제2 물질막(200a)의 두께(t1)가 감소되어, 최상부의 상기 제2 물질막(200a)의 두께가 최상부 아래의 상기 제2 물질막(200b)의 두께(t2), 및 상기 제1 물질막(210)의 두께와 동일해질 수 있다. 보다 구체적인 설명은 후술된다.
또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 기판(100) 상에 형성된 상기 복수의 단위막(200) 중 최상부의 상기 제2 물질막(220a)의 두께(t1)는, 최상부 아래의 상기 제2 물질막(200b)의 두께(t2)와 같을 수 있다.
상기 제1 적층 단계(S110) 이후, 최상부의 상기 제2 물질막(220a) 상에 상기 식각 정지막(etch stop layer, 300)이 형성될 수 있다(S120). 상기 식각 정지막(300)은 후술되는 반사 구조체 제조 단계에서, 상기 예비 반사 구조체(PRS)에 제공되는 식각 소스에 대해, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)과 비교하여 식각 선택비를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 식각 정지막(300)은 최상부의 상기 제2 물질막(220a)이 열산화되어, 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 식각 정지막(300)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 정지막(300)은 SiO2를 포함할 수 있다.
최상부의 상기 제2 물질막(220a)이 열산화되어, 상기 식각 정지막(300)이 형성되는 동안, 산소(O)가 최상부의 상기 제2 물질막(220a) 내부로 침투될 수 있다. 이에 따라, 최상부의 상기 제2 물질막(220a) 내부에는 산소 농도 구배(gradient)가 형성될 수 있다. 결과적으로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 최상부의 상기 제2 물질막(200a)은, 상부면에 인접한 상부 영역(200a1)에서 하부면에 인접한 하부 영역(200a2)으로 갈수록, 산소(O)의 농도가 감소될 수 있다.
또한, 최상부의 상기 제2 물질막(220a)이 열산화되는 경우, 산소가 최상부의 상기 제2 물질막(200a)으로 침투되어, 최상부의 상기 제2 물질막(200a)의 일부가 상기 식각 정지막(300)으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 최상부의 상기 제2 물질막(200a)의 두께(t1)가 감소될 수 있다. 결과적으로, 최상부의 상기 제2 물질막(200a)의 두께(t1)가 최상부 아래의 제2 물질막(200b)의 두께(t2)와 동일해지기 위해, 상술된 바와 같이, 최상부의 상기 제2 물질막(200a)의 두께(t1)는, 최상부를 제외한 다른 부분에 형성된 상기 복수의 단위막(200)이 포함하는 상기 제2 물질막(200b)의 두께(t2) 보다 두껍게 형성될 수 있다.
상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 식각 정지막(300)은 증착 공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 정지막(300)은 화학 기상 증착 공정(Chemical Vapor Deposition, CVD), 물리 기상 증착 공정(Physical Vapor Deposition, PVD), 및 원자층 증착 공정(Atomic layer Depostion, ALD) 등으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 식각 정지막(300)의 두께를 제어하여 상기 식각 정지막(300)의 극자외선(EUV) 반사도(reflectivity)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 식각 정지막(300)의 두께가, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)의 두께보다 두꺼운 경우, 상기 식각 정지막(300)의 극자외선 반사도가 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 정지막(300)의 두께가 5.45 nm ~ 6.6 nm 인 경우, 상기 식각 정지막(300)의 극자외선 반사도가 향상될 수 있다. 상기 식각 정지막(300)의 극자외선 반사도는 후술되는 반사 구조체의 극자외선 반사도에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 상기 식각 정지막(300)의 극자외선 반사도가 저하되는 경우, 후술되는 반사 구조체의 극자외선 반사도가 저하되어 최종적인 극자외선 리소그래피용 마스크의 극자외선 반사도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 식각 정지막(300)의 두께를 제어하여, 극자외선 리소그래피용 마스크의 반사도를 높게 유지시킬 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 식각 정지막(300) 형성 단계(S120) 이후, 상기 제2 적층 단계(S130)가 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 예비 반사 구조체(PRS)가 형성될 수 있다.
상기 제2 적층 단계(S130)는 상기 식각 정지막(300) 상에 상기 제1 물질막(210)을 형성하는 단계, 및 상기 제1 물질막(210) 상에 제2 물질막(220)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2 적층 단계를 통해 상기 식각 정지막(300) 상에 상기 단위막(200)이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 적층 단계는 복수회 반복 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 식각 정지막(300) 상에는 복수의 상기 단위막(200)이 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 예비 반사 구조체(PRS)는 상기 기판(100) 상에 적층된 상기 복수의 단위막(200), 및 상기 복수의 단위막 사이 중 어느 하나에 배치되는 상기 식각 정지막(300)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 적층 단계(S130)의 반복 횟수는 상기 제1 적층 단계(S110)의 반복 횟수와 동일 할 수 있다. 이에 따라, 상기 식각 정지막(300)의 하부에 배치되는 상기 복수의 단위막(200)의 개수와, 상기 식각 정지막(300)의 상부에 배치되는 상기 복수의 단위막(200)의 개수가 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 정지막(300)의 하부에 배치되는 상기 복수의 단위막(200)의 개수와, 상기 식각 정지막(300)의 상부에 배치되는 상기 복수의 단위막(200)의 개수는 모두 20개일 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 적층 단계(S130)의 반복 회수는 상기 제1 적층 단계(S110)의 반복 횟수보다 많을 수 있다. 이에 따라, 상기 식각 정지막(300)의 하부에 배치되는 상기 복수의 단위막(200)의 개수는, 상기 식각 정지막(300)의 상부에 배치되는 상기 복수의 단위막(200)의 개수보다 적을 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 정지막(300)의 상부에 배치되는 상기 복수의 단위막(200)의 개수는 20개이고, 상기 식각 정지막(300)의 하부에 배치되는 상기 복수의 단위막(200)의 개수는 20개 미만일 수 있다.
반면, 상기 식각 정지막(300)의 상부에는, 20개 이하의 상기 단위막(200)이 배치될 수 있다. 이와 달리, 상기 식각 정지막(300)의 상부에 배치되는 상기 복수의 단위막(200)의 수가 20개를 초과하는 경우, 후술되는 예비 반사 구조체의 식각 단계 이후, 상기 식각 정지막(300)의 상부에 배치된 상기 복수의 단위막(200)들이 붕괴(collapse)되는 문제점이 발생될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법 중 반사 구조체 형성 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법을 나타내는 도면이고, 도 15는 종래의 극자외선 리소그래피용 마스크를 나타내는 도면이다.
상술된 바와 같이, 상기 예비 반사 구조체(PRS)는, 상기 식각 정지막(300)의 상부 및 하부에 복수의 상기 단위막(200)들을 포함할 수 있다. 이하, 상기 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법을 설명함에 있어, 상기 식각 정지막(300)의 하부에는 1개의 상기 단위막(200)이 배치되고, 상기 식각 정지막(300)의 상부에는 2개의 상기 단위막(200)이 배치된 것을 포함하는 상기 예비 반사 구조체(PRS)가 예를 들어 설명된다. 상기 식각 정지막(300)의 상부 및 하부에 배치되는 상기 단위막(200)의 개수는 제한되지 않는다.
도 1, 및 도 9 내지 도 12를 참조하면, 상기 예비 반사 구조체(PRS)를 식각하여, 반사 구조체(reflect structure, RS)를 제조할 수 있다(S200). 일 실시 예에 따르면, 상기 반사 구조체(RS)의 제조 단계는, 상기 예비 반사 구조체(PRS) 상에 캡핑막(capping layer, 400)을 형성하는 단계(S210), 상기 캡핑막(400) 상에 제1 보조막(sub layer, 500)을 형성하는 단계(S220), 상기 제1 보조막(500) 상에 제2 보조막(600)을 형성하는 단계(S230), 상기 예비 반사 구조체(PRS), 상기 캡핑막(400), 상기 제1 및 제2 보조막(500, 600)을 식각하는 단계(S240), 및 상기 제2 보조막(600)을 제거하는 단계(S250)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다.
상기 S210 단계에서는, 상기 예비 반사 구조체(PRS) 상에 상기 캡핑막(400)이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 예비 반사 구조체(PRS)가 포함하는 복수의 단위막(200) 중, 상기 기판(100) 상의 최상부에 배치된 상기 단위막(200) 상에 상기 캡핑막(400)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 캡핑막(400)은 루테늄(Ru), 니오븀 산화물(NbO), 루테늄 산화물(RuO), 및 티타늄 산화물(TiO) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 S220 단계, 및 상기 S230 단계를 통해, 상기 캡핑막(400) 상에 상기 제1 보조막(500), 및 상기 제2 보조막(600)이 순차적으로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 보조막(500)은 lift-off material을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 보조막(600)은 E-beam resist를 포함할 수 있다.
상기 S240 단계에서는, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 예비 반사 구조체(PRS), 상기 캡핑막(400), 상기 제1 보조막(500), 및 상기 제2 보조막(600)이 식각 될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 S240 단계는 건식 식각(dry etching) 공정으로 수행될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 식각 정지막(300)은 식각 공정에서 제공되는 식각 소스에 대해, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)과 비교하여 식각 선택비를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제2 물질막(220)은 상기 식각 소스와 반응되어 식각 될 수 있다. 반면, 상기 식각 정지막(300)은 상기 식각 소스와 반응되지 않아, 실질적으로 식각되지 않을 수 있다.
이에 따라, 상기 식각 정지막(300)의 상부면에 배치된 상기 복수의 단위막(200)들은 식각되는 반면, 상기 식각 정지막(300)의 하부면에 배치된 상기 복수의 단위막(200)들은 식각되지 않을 수 있다. 결과적으로, 상기 S240단계에서 상기 예비 반사 구조체(PRS)가 식각되는 경우, 상기 식각 정지막(300)이 노출되는 트렌치(trench, T)를 포함하는 상기 반사 구조체(RS)가 형성될 수 있다.
상기 S240 단계를 통해 상기 반사 구조체(RS)가 형성된 이후, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 제2 보조막(600)이 제거될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 보조막(600)은 PR(Photo Resist) strip 공정을 통해 제거될 수 있다.
도 1, 도 13, 및 도 15를 참조하면, 상기 트렌치(T)의 바닥면 상에 흡수 패턴(700)이 형성될 수 있다(S300). 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크가 제조될 수 있다. 즉, 상기 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크는, 상기 기판(100) 상에 적층된 상기 복수의 단위막(200), 및 상기 복수의 단위막(200) 사이 중 어느 하나에 배치되는 상기 식각 정지막(300)을 포함하고, 상기 식각 정지막(300)을 노출시키는 상기 트렌치(T)를 갖는 상기 반사 구조체(RS), 상기 트렌치(T)의 바닥면 상에 배치되는 상기 흡수 패턴(700), 및 상기 기판(100) 상의 최상부에 배치된 상기 단위막(200) 상에 배치된 상기 캡핑막(400)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 흡수 패턴(700) 형성 단계는, 상기 제1 보조막(500) 및 상기 트렌치(T)의 바닥면 상에 흡수 패턴(700)을 형성하는 단계, 및 상기 제1 보조막(500)을 제거하여 상기 제1 보조막(500)과 함께 상기 제1 보조막(500) 상에 형성된 상기 흡수 패턴(700)을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 보조막(500)을 제거하는 공정은, 리프트 오프(lift-off) 공정으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 보조막(500)이 제거되는 동시에, 상기 제1 보조막(500) 상에 배치된 상기 흡수 패턴(700) 또한 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 식각 정지막(300)의 하부에는, 10~20개의 상기 단위막(200)이 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 극자외선 리소그래피용 마스크가 65% 이상의 image contrast, 20 nm 이상의 maximum defect size, 및 0.15 이상의 threshold intensity를 만족시킬 수 있다. 즉, 상기 식각 정지막(300)의 하부에 배치되는 상기 복수의 단위막(200)의 수가 10~20개 범위로 제어되는 경우, 상기 극자외선 리소그래피용 마스크가 높은 이미징 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 예비 반사 구조체(PRS)가 포함하는 상기 단위막(200)의 전체 개수와, 상기 식각 정지막(300) 하부에 배치되는 상기 단위막(200)의 개수 사이의 차이가 제어되어, 상기 극자외선 리소그래피용 마스크의 이미징 성능이 향상될 수 있다. 구체적으로, 상기 예비 반사 구조체(PRS)가 포함하는 상기 단위막(200)의 전체 개수와, 상기 식각 정지막(300) 하부에 배치되는 상기 단위막(200)의 개수 사이의 차가 클수록, 상기 극자외선 리소그래피용 마스크의 이미징 성능이 향상될 수 있다.
종래의 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우, 도 15에 도시된 바와 같이, 기판(10), 단위막(20), 및 캡핑막(40)이 순차적으로 적층된 구조를 갖고, 캡핑막(40) 상의 일 측에 흡수 패턴(70)이 배치되었다. 이러한 종래의 마스크에 오염이 발생되는 경우, 오염물질(defect, D)이 캡핑막(40) 상에 형성되어, 흡수 패턴(70)과 오염물질(D)이 동일한 평면(plane) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 마스크를 이용한 이미징 과정에서, 오염물질(D) 또한 함께 전사되어 이미징 성능이 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크는, 상기 기판(100) 상에 적층된 상기 복수의 단위막(200), 및 상기 복수의 단위막(200) 사이 중 어느 하나에 배치되는 상기 식각 정지막(300)을 포함하고, 상기 식각 정지막(300)을 노출시키는 상기 트렌치(T)를 갖는 상기 반사 구조체(RS), 상기 트렌치(T)의 바닥면 상에 배치되는 상기 흡수 패턴(700), 및 최상부에 배치된 상기 단위막(200) 상에 배치되는 상기 캡핑막(400)을 포함하되, 상기 단위막(200)은, 상기 제1 물질막(210) 및 상기 제1 물질막(210) 상의 제2 물질막(220)을 포함할 수 있다.
상기 실시 예에 따른 마스크가 오염되는 경우, 오염물질이 상기 캡핑막(400) 상에 형성되어, 상기 흡수 패턴(700)과 오염물질이 서로 다른 평면(plane) 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 실시 예에 따른 마스크를 이용하여 aerial image를 획득하는 경우, 오염물질이 focus out 되어, 오염물질이 형성된 영역(defect 영역)의 빛 세기와 오염물질이 형성되지 않은 영역의 한계 빛 세기(threshold intensity)의 차이를 증가시킬 수 있어, 미세한 오염(defect)에 대하여 둔감한 특성을 가질 수 있다. 결과적으로, 이미징 성능을 향상시킬 수 있어, 노광 공정의 수율 및 처리량(throughput)을 증가시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크, 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크, 및 그 제조 방법의 구체적인 실험 예, 및 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
기판 상에 몰리브덴(Mo) 물질막 및 실리콘(Si) 물질막이 적층된 단위막(unit cell)을 형성시켰다. 단위막 형성 공정을 10회 반복하여, 10개의 단위층을 형성한 이후, 최상위에 배치된 단위막 상에 SiO2 식각 정지막을 형성시키고, 식각 정지막 상에 몰리브덴(Mo) 물질막 및 실리콘(Si) 물질막이 적층된 단위막을 형성하되, 단위막 형성 공정을 30회 반복하여 30개의 단위층을 형성하여, 예비 반사 구조체를 제조하였다. 또한, 예비 반사 구조체의 최상부에 배치된 단위막 상에 루테늄(Ru) 캡핑막을 형성시켰다.
몰리브덴(Mo) 물질막 및 실리콘(Si) 물질막과 비교하여 SiO2 식각 정지막에 대해 선택적 식각비를 갖는 식각 소스를 이용하여 제조된 예비 반사 구조체 및 캡핑막을 식각하여, SiO2 식각 정지막을 노출시키는 트렌치(trench)를 형성하였다. 이후, 트렌치에 Ni 흡수 패턴을 배치시켜, 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스클 제조하였다.
실시 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, SiO2 식각 정지막 하부에 배치되는 단위막의 개수를 10으로 제어하고, 상부에 배치되는 단위막의 개수를 50으로 제어하여, 상기 실시 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
실시 예 3에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, SiO2 식각 정지막 하부에 배치되는 단위막의 개수를 15로 제어하고, 상부에 배치되는 단위막의 개수를 25로 제어하였다. 또한, Ni 흡수 패턴의 반사도를 12%로 제어하여, 상기 실시 예 3에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
실시 예 4에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, SiO2 식각 정지막 하부에 배치되는 단위막의 개수를 15로 제어하고, 상부에 배치되는 단위막의 개수를 25로 제어하였다. 또한, Ni 흡수 패턴의 반사도를 6%로 제어하여, 상기 실시 예 4에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
실시 예 5에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, SiO2 식각 정지막 하부에 배치되는 단위막의 개수를 20으로 제어하고, 상부에 배치되는 단위막의 개수를 20으로 제어하여, 상기 실시 예 5에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
실시 예 6에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, 트렌치에 Pt 흡수 패턴을 배치하여 실시 예 6에 다른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
실시 예 7에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 6에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, SiO2 식각 정지막 하부에 배치되는 단위막의 개수를 15로 제어하고, 상부에 배치되는 단위막의 개수를 25로 제어하였다. 또한, Pt 흡수 패턴의 반사도를 15%로 제어하여, 상기 실시 예 7에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
실시 예 8에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 6에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, SiO2 식각 정지막 하부에 배치되는 단위막의 개수를 15로 제어하고, 상부에 배치되는 단위막의 개수를 25로 제어하였다. 또한, Pt 흡수 패턴의 반사도를 12%로 제어하여, 상기 실시 예 8에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
실시 예 9에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 6에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, SiO2 식각 정지막 하부에 배치되는 단위막의 개수를 20으로 제어하고, 상부에 배치되는 단위막의 개수를 20으로 제어하여, 상기 실시 예 9에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
기판 상에 몰리브덴(Mo) 물질막 및 실리콘(Si) 물질막을 교대로 그리고 반복적으로 적층시키고, 최상단에 배치된 실리콘(Si) 물질막 상에 캡핑층을 형성한 후, 캡핑층의 일 측에 Ni 흡수 패턴을 배치하여, 투과 구조를 갖는 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
비교 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, SiO2 식각 정지막을 제외하여, 단위막이 모두 식각된 비교 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
비교 예 3에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, 식각 정지막으로 NiFe를 사용하여, 비교 예 3에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
비교 예 4에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 3에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, 식각 정지막으로 NiFe를 사용하여, 비교 예 4에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
비교 예 5에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 제조
상기 실시 예 5에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하되, 식각 정지막으로 NiFe를 사용하여, 비교 예 5에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하였다.
상술된 실시 예들 및 비교 예들에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 구조가 아래 <표 1>을 통해 정리된다.
구분 식각 정지막 하부 단위막 식각 정지막 상부 단위막 식각 정지막 종류 흡수 패턴 종류 전사 방식
실시 예 1 10 30 SiO2 Ni 반사
실시 예 2 10 50 SiO2 Ni 반사
실시 예 3 15 25 SiO2 Ni (12%) 반사
실시 예 4 15 25 SiO2 Ni (6%) 반사
실시 예 5 20 20 SiO2 Ni 반사
실시 예 6 10 30 SiO2 Pt 반사
실시 예 7 15 25 SiO2 Pt (15%) 반사
실시 예 8 15 25 SiO2 Pt (12%) 반사
실시 예 9 20 20 SiO2 Pt 반사
비교 예 1 - - - Ni 투과
비교 예 2 - - - Ni 반사
비교 예 3 10 30 NiFe Ni 반사
비교 예 4 15 25 NiFe Ni 반사
비교 예 5 20 20 NiFe Ni 반사
도 16은 본 발명의 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 모식도 및 aerial image이다.
도 16의 (a)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 모식도를 나타내고, 도 16의 (b)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 aerial image를 나타낸다. 도 16의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우, 트렌치가 없이, 단위막 상에 흡수 패턴이 배치되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 17은 본 발명의 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 모식도 및 aerial image이다.
도 17의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 모식도를 나타내고, 도 17의 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1 에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 aerial image를 나타낸다. 도 17의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우, 트렌치가 형성되어 있으며, 트렌치 하부면에 흡수 패턴이 배치되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
이 밖에, 상기 실시 예 1 및 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 Image contrast(%), 및 NILS(Normalized Image Log-Slope) 값이 아래 <표 2>를 통해 정리된다.
구분 Image contrast (%) NILS
비교 예 1 79.6 2.55
실시 예 1 80.3 2.51
도 16, 및 도 17 그리고 <표 2>를 통해 알 수 있듯이, 상기 실시 예 1 및 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크는, Image contrast 및 NILS 값의 차이가 매우 적은 것을 알 수 있었다. 즉, 상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크는, 종래의 마스크와 비교하여 이미징 성능이 유사하다는 것을 확인할 수 있었다.
도 18은 본 발명의 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크에 오염이 발생된 경우의 모식도 및 aerial image이다.
도 18의 (a)를 참조하면, 상기 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크가 포함하는 캡핑막 상에 20 nm 크기의 오염(defect)가 발생된 경우의 모식도를 나타내고, 도 18의 (b)를 참조하면, 도 18의 (a)의 aerial image를 나타낸다. 도 18의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 오염이 발생된 경우, 반사 영역의 intensity 분포가 왜곡되어 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 19 및 도 20은 본 발명의 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크에 오염이 발생된 경우의 모식도 및 aerial image이다.
도 19의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크가 포함하는 캡핑막 상에 20 nm 크기의 오염(defect)가 발생된 경우의 모식도를 나타내고, 도 19의 (b)를 참조하면, 도 19의 (a)의 aerial image를 나타낸다. 도 20을 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크가 포함하는 캡핑막 상에 24 nm 크기의 오염(defect)가 발생된 경우의 aerial image를 나타낸다.
도 19 및 도 20에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 역시, 오염이 발생된 경우 반사 영역의 intensity 분포가 왜곡되어 나타나지만, 왜곡된 정도가 비교 예 1과 비교하여 현저히 작게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 20 nm 크기의 오염물이 발생된 비교 예 1과 24 nm 크기의 오염물이 발생된 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 반사 영역에서 intensity 분포가 유사하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우, 종래의 마스크와 비교하여 오염물(defect) 허용 정도가 큰 것을 알 수 있다.
도 21은 극자외선 리소그래피용 마스크 Defect 영역의 intensity와 threshold intensity의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 21을 참조하면, Defect 영역의 intensity와 threshold intensity의 차이를 나타낸다. Threshold intensity의 경우 마스크의 전사능력과 관련이 있는 intensity 기준이다.
도 22는 본 발명의 실시 예 6, 실시 예 7, 및 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 특성을 비교한는 그래프이다.
도 22를 참조하면, 상기 실시 예 6, 실시 예 7, 및 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 defect 영역의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었다. 도 22에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 6에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 67%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었고, 상기 실시 예 7에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 64%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었고, 상기 비교 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 51%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었다.
이에 따라, 기판 상에 배치된 단위막의 총 개수 대비 식각 정지막 하부에 배치된 단위막의 개수의 차이가 증가할수록, aerial image의 왜곡 정도가 감소되는 것을 알 수 있었다.
또한, 51%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내기 위해서는, 실시 예 7에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 24 nm의 defect가 허용되고, 실시 예 8에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 26 nm의 defect가 허용되는 것을 알 수 있다.
도 23은 본 발명의 실시 예 1, 실시 예 2, 및 비교 예 1, 비교 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 특성을 비교한는 그래프이다.
도 23을 참조하면, 상기 실시 예 1, 실시 예 2, 및 비교 예 1, 비교 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 defect 영역의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었다. 도 23에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 66%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었고, 상기 실시 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 70%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었고, 상기 비교 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 64%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었다.
이에 따라, 기판 상에 배치된 단위막의 총 개수 대비 식각 정지막 하부에 배치된 단위막의 개수의 차이가 증가할수록, aerial image의 왜곡 정도가 감소되는 것을 다시 한번 확인할 수 있었다.
또한, 51%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내기 위해서는, 실시 예 1에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 26 nm의 defect가 허용되고, 비교 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 24 nm의 defect가 허용되고, 실시 예 2에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 28 nm의 defect가 허용되는 것을 알 수 있다.
도 24는 본 발명의 실시 예 7 및 실시 예 8에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 특성을 비교한는 그래프이다.
도 24를 참조하면, 상기 실시 예 7, 및 실시 예 8에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 defect 영역의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었다. 도 24에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 7에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 66%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었고, 상기 실시 예 8에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 64%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었다.
도 25는 본 발명의 실시 예 3 및 실시 예 4에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 특성을 비교한는 그래프이다.
도 25를 참조하면, 상기 실시 예 3, 및 실시 예 4에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 defect 영역의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었다. 도 25에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 64%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었고, 상기 실시 예 4에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 61%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내었다.
또한, 51%의 intensity와 threshold intensity 차이를 나타내기 위해서는, 실시 예 7에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 26 nm의 defect가 허용되고, 실시 예 3에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우 24 nm의 defect가 허용되는 것을 알 수 있다.
도 26은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크가 포함하는 식각 정지막의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 26을 참조하면, 상기 실시 예 1, 실시 예 3, 실시 예 5, 및 비교 예 3, 비교 예 4, 비교 예 5에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 두께를 변화시키며, 두께에 따른 EUV 반사도(reflectivity)를 측정하여 나타내었다.
도 25에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예들에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크가, 비교 예들에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 보다 반사도가 높은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 실시 예들에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크의 경우, 5.45 nm ~ 6.6 nm의 두께에서 가장 높은 반사도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 상기 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하는 경우, 식각 정지막의 물질로서는 SiO2를 사용하고 두께는 5.45 nm ~ 6.6 nm로 제어하는 것이 반사도를 높일 수 있는 방법임을 알 수 있었다.
도 27 내지 도 29는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크가 포함하는 식각 정지막의 하부에 배치되는 식각 정지막의 최적의 개수를 확인하기 위한 그래프들이다.
도 27을 참조하면, 상기 실시 예들에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 준비하되, 식각 정지막의 하부에 배치되는 식각 정지막의 개수를 5, 10, 15, 20, 25 개로 제어하고, 흡수 패턴으로서 Ni 및 Pt를 사용하여, 각각의 경우에 대해 오염물 최대 허용 크기(Maximum defect size, nm)를 측정하여 나타내었다.
도 27에서 확인할 수 있듯이, 오염물 최대 허용 크기가 20 nm 이상이 되려면, 식각 정지막의 하부에 배치되는 식각 정지막의 개수를 5~20개로 제어해야 하는 것을 확인할 수 있었다.
도 28을 참조하면, 상기 실시 예들에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 준비하되, 식각 정지막의 하부에 배치되는 식각 정지막의 개수를 5, 10, 15, 20, 25 개로 제어하고, 흡수 패턴으로서 Ni 및 Pt를 사용하여, 각각의 경우에 대해 Image contrast(%)를 측정하여 나타내었다.
도 28에서 확인할 수 있듯이, 65% 이상의 image contrast를 얻기 위해서는 식각 정지막의 하부에 배치되는 식각 정지막의 개수를 5~20개로 제어해야 하는 것을 확인할 수 있었다.
도 29를 참조하면, 상기 실시 예들에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크를 준비하되, 식각 정지막의 하부에 배치되는 식각 정지막의 개수를 5, 10, 15, 20, 25 개로 제어하고, 흡수 패턴으로서 Ni 및 Pt를 사용하여, 각각의 경우에 대해 Threshold intensity를 측정하여 나타내었다.
도 29에서 확인할 수 있듯이, 0.15 이상의 threshold intensity를 얻기 위해서는 식각 정지막의 하부에 배치되는 식각 정지막의 개수를 10~25개로 제어해야 하는 것을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 이미징 성능이 향상된 극자외선 리소그래피용 마스크를 제조하기 위해서는, 식각 정지막의 하부에 배치되는 식각 정지막의 개수가 10~20개로 제어되야 하는 것을 알 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 리소그래피용 마스크 및 그 제조 방법은, 로직 IC, 메모리 반도체, CIS, 디스플레이 소자 등 다양한 박막 패터닝 공정에 활용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 기판 상에 적층된 복수의 단위막(unit layer), 및 상기 복수의 단위막 사이 중 어느 하나에 배치되는 식각 정지막(etch stop layer)을 포함하고, 상기 식각 정지막을 노출시키는 트렌치(trench)를 갖는 반사 구조체; 및
    상기 트렌치의 바닥면 상에 배치되는 흡수 패턴을 포함하되,
    상기 단위막은, 제1 물질막 및 상기 제1 물질막 상의 제2 물질막을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 식각 정지막의 하부에 배치된 상기 복수의 단위막의 개수는, 상기 식각 정지막의 상부에 배치된 상기 복수의 단위막의 개수와 같은 것을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 식각 정지막의 하부에 배치된 상기 복수의 단위막의 개수는, 상기 식각 정지막의 상부에 배치된 상기 복수의 단위막의 개수 보다 적은 것을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 식각 정지막의 두께는, 상기 제1 물질막 또는 상기 제2 물질막의 두께 보다 두꺼운 것을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 식각 정지막은, 실리콘 산화물을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막의 두께는 서로 동일한 것을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크.
  7. 제1 항에 있어서,
    최상부에 배치된 상기 단위막 상에 배치되는 캡핑막(capping layer)를 더 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 식각 정지막의 하부면과 인접하게 배치된 상기 제2 물질막은, 상기 제2 물질막의 상부면에 인접한 상부 영역 및 상기 제2 물질막의 하부면에 인접한 하부 영역으로 구분되고,
    상기 상부 영역에서 상기 하부 영역으로 갈수록, 산소(O)의 농도가 감소되는 것을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크.
  9. 기판 상에 적층된 복수의 단위막(unit layer), 및 상기 복수의 단위막 사이 중 어느 하나에 배치되는 식각 정지막(etch stop layer)을 포함하는 예비 반사 구조체를 준비하는 단계;
    상기 예비 반사 구조체를 식각하여, 상기 식각 정지막을 노출시키는 트렌치(trench)를 갖는 반사 구조체를 제조하는 단계; 및
    상기 트렌치의 바닥면 상에 흡수 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 예비 반사 구조체 준비 단계는,
    상기 기판 상에 제1 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 물질막 상에 제2 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 제1 적층 단계;
    상기 제2 물질막 상에 상기 식각 정지막을 형성하는 단계; 및
    상기 식각 정지막 상에 상기 제1 물질막을 형성하는 단계, 및 상기 제1 물질막 상에 상기 제2 물질막을 형성하는 단계를 포함하는 제2 적층 단계를 포함하되,
    상기 제1 적층 단계, 및 상기 제2 적층 단계는 복수회 반복되는 것을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 적층 단계에서 형성되는 복수의 상기 제2 물질막 중,
    최상부에 형성되는 제2 물질막의 두께는, 상기 최상부에 형성되는 제2 물질막을 제외한 제2 물질막의 두께 보다 두껍고, 3.6 nm 초과의 두께를 갖는 것을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 적층 단계의 반복 횟수는, 상기 제2 적층 단계의 반복 횟수 이하로 수행되는 것을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 반사 구조체 제조 단계에서, 상기 예비 반사 구조체에 제공되는 식각 소스에 대해,
    상기 식각 정지막은, 상기 제1 물질막 및 상기 제2 물질막과 비교하여 식각 선택비를 갖는 것을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 식각 정지막 형성 단계는, 상기 제1 적층 단계에서 최상부의 상기 제2 물질막을 열산화시키는 단계를 포함하고,
    최상부의 상기 제2 물질막 열산화되는 동안, 산소(O)가 최상부의 상기 제2 물질막 내부로 침투되어, 최상부의 상기 제2 물질막 내부에 산소 농도 구배(gradient)가 형성되는 것을 포함하는 극자외선 리소그래피용 마스크 제조 방법.
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