KR100699858B1 - 극자외선 리소그래피용 반사 디바이스 및 그 제조 방법 및이를 적용한 극자외선 리소그래피용 마스크, 프로젝션광학계 및 리소그래피 장치 - Google Patents
극자외선 리소그래피용 반사 디바이스 및 그 제조 방법 및이를 적용한 극자외선 리소그래피용 마스크, 프로젝션광학계 및 리소그래피 장치 Download PDFInfo
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Abstract
극자외선 리소그래피용 반사 디바이스 및 반사 디바이스 제조방법이 개시되어 있다.
개시된 반사 디바이스는, 기판과, 기판 상에 형성되고 극자외(EUV:Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 이루어진 다중 반사층을 포함하며, 다중 반사층은, 제1물질층과, 제1물질층을 표면 처리한 표면처리막과, 표면 처리막 상에 형성된 제2물질층을 포함하는 층 그룹이 다수개 적층되어 형성된 다.
개시된 반사 디바이스 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판 상에 극자외(EUV:Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 다중 반사층;을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 다중 반사층을 형성하는 단계는, 제1물질층을 형성하는 단계와; 상기 제1물질층을 표면 처리하는 단계와; 표면 처리된 상기 제1물질층 상에 제2물질층을 형성하는 단계;를 포함하며, 다시, 상기 제2물질층 상에 제1물질층 형성, 제1물질층 표면 처리, 제2물질층 형성과정을 복수회 반복하여 상기 다중 반사층을 형성한다.
Description
도 1은 몰리브덴층과 실리콘층 계면에서의 상호 확산층(interdiffusion layer)의 존재를 보여준다.
도 2는 실리콘 기판 상에 이온 빔 스퍼터링에 의해, 실리콘층/몰리브덴층을 교대로 적층했을 때의 층 단면 사진을 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 EUVL용 반사 디바이스를 제조하기 위한 증착 시스템의 전체 구조를 개략적으로 보여준다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 증착 시스템을 이용하여 기판 상에 다중 반사층을 형성하는 과정을 보여준다.
도 5는 본 발명에 따른 반사 디바이스의 일 실시예로 EUVL용 마스크를 보여준다.
도 6은 적어도 하나의 반사 미러로 본 발명에 따른 반사 디바이스를 사용하는 EUVL용 프로젝션 광학계의 일 실시예로 비축상 프로젝션 광학계를 보여준다.
도 7은 마스크의 패턴 정보를 가지는 빔을 도 6의 비축상 프로젝션 광학계에 의해 웨이퍼에 조사하는 극자외선 리소그래피 장치를 개략적으로 보여준다.
도 8은 투과 전자 현미경(TEM) 분석 결과를 보여준다.
도 9는 O2 빔 전압만 달리하고, 나머지 조건 즉, 몰리브덴/실리콘층(Mo/Si)을 이온 빔 스퍼터링에 의해 증착하는 조건 및 O2 빔 표면 처리 조건은 동일하게 제작한 4가지 샘플(샐플1,2,3,4)에 대해 엑스레이 반사율(XRR: x-ray reflectivity) 측정 결과를 보여준다.
도 10은 도 9의 결과를 나타내는 4가지 샘플의 Mo/Si 이중층 두께(Bilayer thickness)를 측정한 결과를 보여준다.
도 11은 도 9의 결과를 나타내는 4가지 샘플의 내부 스트레스를 측정한 결과를 보여준다.
도 12는 실리콘층에 O2 빔을 사용하여 표면처리한 경우와 아르곤 이온 빔(이하, Ar 빔)을 사용하여 표면처리한 경우의 잔류 응력을 비교하여 보여준다.
도 13a 및 도 13b는 Mo/Si 이중층의 계면(interface)에서 산소를 TOF SIMS를 이용하여 검출한 결과를 보여준다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
35...기판 41...실리콘층
43...실리콘 산화막 45...몰리브덴층
50...반사 디바이스 51...다중 반사층
70...EUVL용 마스크 75...흡수체 패턴
80,90...반사 미러 100...웨이퍼
본 발명은 극자외선 리소그래피(Extreme Ultraviolet Lithography:EUVL)에 사용되는 반사 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극자외선을 반사시키기 위한 반사층의 내부 스트레스(stress)를 완화할 수 있도록 된 반사 디바이스 및 그 제조 방법 및 그 반사 디바이스를 적용한 EUVL용 마스크, 프로젝션 광학계 및 리소그래피 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정의 포토리소그라피 공정에 있어서, 45nm 이하의 묘화 사이즈를 실현하는 노광 기술로서, 연X선이라고 불리는 극자외선(EUV) 영역의 노광 파장을 이용한 기술이 활발히 연구되고 있다. 극자외선 리소그래피 기술에서는 100nm 보다 짧은 파장 예컨대 대략 13.5nm 정도인 매우 짧은 파장의 극자외선이 사용된다.
극자외선 영역에서는, 대부분의 물질이 큰 광흡수성을 가지기 때문에, 굴절 광학소자는 사용이 불가능하다. 따라서, 극자외선을 사용하는 노광 기술에는 극자외선을 반사시킬 수 있는 마스크가 필요하며, 이 마스크로부터 반사된 극자외선을 웨이퍼쪽으로 진행시키기 위해 여러 반사 미러로 이루어진 프로젝션 광학계가 필요하다. 극자외선은 챔버 내에 설치된 이 마스크에 조사되며, 이 마스크로부터 반사된 극자외선은 프로젝션 광학계의 여러 반사 미러에 의해 반사된 후 웨이퍼에 조사 되어, 웨이퍼 상에 마스크에 대응하는 패턴이 형성되게 된다.
극자외선을 반사시킬 수 있도록, 마스크 및 반사 미러와 같은 반사 디바이스는 몰리브덴과 실리콘(Mo/Si) 등의 이종(異種)의 막이 교대로 적층된 다중 반사층 구조를 갖는다. 다중 반사층은 일반적으로 이온 빔 스퍼터링(ion-beam sputtering)에 의해 형성된다.
그런데, 몰리브덴/실리콘 이중층(bi-layer)을 다중 적층한 반사층에는 강한 압축을 유발하는 내부 스트레스(internal stress)가 존재한다. 이러한 내부 스트레스에 의해, 반사 디바이스를 정확하게 제조하려 해도, 광학적인 특성(properties)에 영향을 미치는 범위까지 무시할 수 없는 변형(deformation)이 발생할 수 있다. 예를 들어, 내부 스트레스에 의해 반사 디바이스의 미러면이 벤딩(bending)되어 상이 왜곡되는 문제가 생길 수 있다.
내부 스트레스의 원인으로는 크게 두 가지를 들 수 있다.
하나의 원인으로는, 도 1에서와 같이, 몰리브덴층(1)과 실리콘층(5) 계면에서의 상호 확산층(interdiffusion layer:3)의 존재를 들 수 있다. 도 2는 실리콘 기판(10) 상에 이온 빔 스퍼터링에 의해, 실리콘층(15)/몰리브덴층(11)을 교대로 적층했을 때의 층 단면 사진을 보여주는 것으로, 실리콘층(15)과 몰리브덴층(11)의 계면에 상호 확산층(13)이 존재함을 보여준다. 상호 확산층(13)은, 몰리브덴층(11)과 실리콘층(15)의 계면에서 상호 확산(interdiffusion)에 의해 몰리브덴-규소 화합물(molybdenum silicide)이 형성된 것으로, 이 상호 확산층(13)에 의해 부피 수축(volume contraction) 및 스트레인(strain) 등이 유발된다. 도 1은 몰리브덴층 (1)과 실리콘층(5)의 계면에서 상호 확산에 의해 수축이 일어나, 몰리브덴/실리콘 층의 두께가 원하던 것 보다 줄어들게 되는 경우를 보여준다. 도 1에서 왼편은 원하던 몰리브덴/실리콘 층의 두께를 보여주며, 오른편은 상호 확산에 의해 두께가 줄어든 몰리브덴/실리콘 층을 보여준다.
다른 원인으로는, 스퍼터링시에, 실리콘층에 있는 틈 위치(interstitial position)에 몰리브덴 원자가 박히게 되는 피닝 효과(peening effect)에 의해 스트레인을 유발하는 것을 들 수 있다.
이러한 원인들에 의해 몰리브덴/실리콘의 다중 층에는 내부 스트레스가 존재하게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 극자외선을 반사시키기 위한 다중 반사층 내의 상호 확산층 형성을 억제하여 내부 스트레스를 줄일 수 있도록 된 EUVL용 반사 디바이스 및 그 제조 방법 및 그 반사 디바이스를 적용한 EUVL용 마스크, 프로젝션 광학계 및 리소그래피 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사 디바이스는, 기판과; 상기 기판 상에 형성되고, 극자외선(EUV:Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 이루어진 다중 반사층;을 포함하며, 상기 다중 반사층은, 제1물질층과, 상기 제1물질층을 표면 처리한 표면처리막과, 상기 표면 처리막 상에 형성된 제2물질 층을 포함하는 층 그룹이 다수개 적층되어 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1물질층은 실리콘층이고, 상기 제2물질층은 몰리브덴층일 수 있다.
상기 표면처리막은, 상기 제1물질층에 산소 또는 아르곤 이온빔을 표면 처리한 막일 수 있다.
상기 제1 및 제2물질층은 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다.
상기 기판은 실리콘 또는 석영 기판일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 EUVL용 마스크는, 상기한 특징점 중 적어도 어느 하나를 가지는 본 발명에 따른 반사 디바이스와; 상기 반사 디바이스의 다중 반사층 상에 흡수체 패턴;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 EUVL용 프로젝션 광학계는, 복수의 반사 미러를 포함하며, 상기 복수의 반사 미러 중 적어도 어느 하나로 상기한 특징점 중 적어도 어느 하나는 가지는 본 발명에 따른 반사 디바이스를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 마스크의 패턴 정보를 가지는 빔을 상기한 프로젝션 광학계에 의해 웨이퍼에 조사하는 리소그래피 장치를 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사 디바이스 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계와; 상기 기판 상에 극자외(EUV:Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 다중 반사층;을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 다중 반사층을 형성하는 단계는, 제1물질층을 형성하는 단계와; 상기 제1물질층을 표면 처리하는 단계와; 표면 처리된 상기 제1물질층 상에 제2물질층을 형성하는 단계;를 포 함하며, 다시, 상기 제2물질층 상에 제1물질층 형성, 제1물질층 표면 처리, 제2물질층 형성과정을 복수회 반복하여 상기 다중 반사층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1물질층은 실리콘, 상기 제2물질층은 몰리브덴을 포함할 수 있다.
상기 표면 처리는 산소 또는 아르곤 이온 빔을 사용하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 및 제2물질층은 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 EUVL용 마스크는, 상기한 제조 방법에 의해 형성된 반사 디바이스와; 상기 반사 디바이스의 다중 반사층 상에 흡수체 패턴;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 EUVL용 프로젝션 광학계는, 복수의 반사 미러를 포함하며,
상기 복수의 반사 미러 중 적어도 어느 하나로 상기한 제조 방법에 의해 형성된 반사 디바이스를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리소그래피 장치는, 마스크의 패턴 정보를 가지는 빔을 웨이퍼에 조사하기 위하여 적어도 하나의 반사 미러로 상기한 제조 방법에 의해 형성된 반사 디바이스를 구비하는 프로젝션 광학계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 EUVL용 반사 디바이스 및 그 제조 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 EUVL용 반사 디바이스를 제조하기 위한 증착 시스템의 전체 구조를 개략적으로 보여준다. 도 4a 내지 도 4c는 도 3의 증착 시스템을 이용하여 기판 상에 다중 반사층을 형성하는 과정을 보여준다.
도 3을 참조하면, 증착 시스템(30)은 증착용 이온 빔 소스(Ion beam source:31)로부터 아르곤 이온(Ar+) 빔을 타겟(33)쪽으로 공급한다. 타겟(33)으로부터 아르곤 이온에 의해 스퍼터링된 타겟 물질은 실리콘 기판(35) 상에 증착된다.
기판(35)상에 몰리브덴층을 증착하고자 하는 경우에는 상기 타겟(33) 위치에 몰리브덴 재질의 타겟이 놓여지며, 실리콘층을 증착하고자 하는 경우에는 상기 타겟(33) 위치에 실리콘 재질의 타겟이 위치된다. 상기 증착 시스템(30)은 기판(35) 상에 몰리브덴/실리콘층을 교대로 증착하기 위해, 몰리브덴 재질의 타겟과 실리콘 재질의 타겟을 동일 면상에 배치한 상태에서, 증착용 이온빔의 진행 경로 상에 두 타겟을 교대로 위치시키도록 마련될 수 있다. 이 경우, 한 챔버내에서 실리콘층과 몰리브덴층을 교대로 증착하여 다중 반사층을 형성할 수 있다.
도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 실리콘 재질의 타겟을 정해진 곳에 위치시키고 증착용 이온빔(31)을 타겟에 조사하면, 스퍼터링에 의해 타겟으로부터 떨어져 나온 실리콘이 기판(35)에 증착되어 도 4a에 보여진 바와 같이 실리콘층(41)이 형성된다. 실리콘층(41)을 형성한 다음, 이 실리콘층(41)에 산화(oxidation)용 이온 빔 즉, 산소 이온(O2 +)빔을 조사하여, 표면 처리를 한다. 도 4를 참조하면, 이에 의해 실리콘층(41)상에는 표면 처리막 예컨대, 실리콘 산화막(SiOx:43)이 형성된다.
도 4a는 기판(35) 상에 실리콘층(41)이 형성된 상태를 보여준다. 도 4b는 실리콘층(41)을 형성한 다음, 실리콘층(41)에 산소 이온 빔 표면처리를 하여 실리콘 층(41) 표면에 실리콘 산화막(SiOx:43)이 형성되는 상태를 보여준다.
산소 이온 빔 표면처리를 한 다음, 몰리브덴 재질의 타겟을 정해진 곳에 위치시키고 증착용 이온빔을 타겟에 조사하면, 스퍼터링에 의해 타겟으로부터 떨어져 나온 몰리브덴이 실리콘 산화막(43) 상에 증착되어 도 4c에 보여진 바와 같이 몰리브덴층(45)이 형성된다.
다시, 몰리브덴층(45) 상에 스퍼터링에 의한 실리콘층(41) 형성, 실리콘층(41)에 산소 이온 빔 표면처리, 스퍼터링에 의한 몰리브덴층(45) 형성 과정을 수회 반복한다.
이러한 반복 과정을 통해 몰리브덴/실리콘 이중층(bilayer)이 다수개 적층된 다중 반사층(51)이 형성된다. 도 4d는 다중 반사층(51)을 가지는 본 발명에 따른 반사 디바이스(50)를 보여준다.
본 발명에 따른 반사 디바이스(50)에서 기판(35)으로는 실리콘을 포함하는 재질의 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(35)으로는 실리콘 기판 또는 석영(quartz:SiO2) 기판을 사용할 수 있다. 스퍼터링 방식의 증착에 의해, 상기 실리콘 층(41)은 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성된다. 스퍼터링 방식의 증착에 의해, 몰리브덴층(45)은 결정성 또는 다결정성 몰리브덴(c-Mo)으로 형성된다.
실리콘층(41)에 산소 이온 빔 표면처리를 하여 실리콘층(41) 표면에 형성된 실리콘 산화막(SiOx:43)은, 그 위에 몰리브덴층(45) 형성시, 몰리브덴 원자가 상호 확산(interdiffusion)되어 실리콘층(41)과의 계면에서 실리콘과 결합하는 것을 억 제한다. 이에 의해 상호 확산층 형성이나, 몰리브덴 원자가 실리콘층의 틈 위치로 박히게 되는 피닝 효과가 억제된다.
한편, 본 발명에 따른 반사 디바이스(50)에 있어서, 반사층(51)의 최상층은 몰리브덴층, 실리콘층의 어느 것이든지 좋지만, 실리콘 표면에 생성되는 자연 산화막의 안정성이 우수하므로, 실리콘층을 최상층으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 최상층의 실리콘층에 산소 이온 빔 표면처리에 의해 실리콘 산화막을 형성할 수도 있다. 몰리브덴층, 실리콘층의 두께는 수 nm 정도, 적층수는 수십층 정도의 값에서 원하는 반사율에 따라 임의로 설정하는 것이 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 반사 디바이스의 일 실시예로 EUVL용 마스크(70)를 보여준다. 도 5를 참조하면, EUVL용 마스크(70)는, 기판(35)과, 상기 기판(35) 상에 형성되는 다중 반사층(51)과, 상기 반사층(51) 상에 형성되는 흡수체 패턴(75)을 구비한다. 도 5의 EUVL용 마스크(70)는 도 4d의 반사 디바이스(50)에 흡수체 패턴(75)을 더 형성한 구조를 가질 수 있다. 상기 EUVL용 마스크(70)는 반사층(51) 상에 흡수체 패턴(75) 형성시 반사층(51) 보호 역할을 하는 캐핑층(capping layer:미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 흡수체 패턴(75)과 반사층(51) 또는 캐핑층 사이에 버퍼층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
상기 흡수체 패턴(75)은 EUV선에 대한 흡수 영역을 가지고 EUV선이 통과하는 윈도우를 마련하도록 소정의 패턴으로 형성된다. 상기 흡수체 패턴(75)은 EUV선을 흡수할 수 있는 재료 예컨대, 금속 물질을 포함하는 재료로 이루어진다. 예를 들어, 상기 흡수체 패턴(75)은 질화탄탈륨(TaN)막 등으로 이루어지고, 소정의 패턴으 로 형성되어 EUV선에 대한 흡수 영역을 구성한다. 상기 흡수체 패턴(75)은, 질화탄탈륨(TaN), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 질화티타늄(TiN), 티타늄(Ti), 알루미늄-동합금(Al-Cu), NiSi, TaSiN, 알루미늄(Al) 등으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 흡수체 패턴(75)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 즉, 상기 흡수체 패턴(75)의 측면(75a,75b)이 반사층(51)에 대해 이루는 각도는 다양하게 변형될 수 있다.
도 5에서는 상기 윈도우에 인접한(adjacent) 상기 흡수체 패턴(75)의 측면(75a,75b)이 상기 반사층(51)에 대하여 경사진 경우를 보여준다. 바람직하게는, 상기 흡수체 패턴(75)의 경사진 측면(75a,75b)은 EUV선의 입사 각도와 실질적으로 동일한 각도로 경사진 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 EUVL용 마스크(70)는 EUV선(ray)에 노광될 때, 상기 흡수체 패턴(75)의 각 치수와 실제로 실리콘 웨이퍼(13)에 형성되는 패턴의 각 치수가 동일하게 된다.
다른 예로서, 상기 흡수체 패턴(75)의 측면은 반사층(51)에 대해 경사진 측면과 수직한 측면이 혼합된 구조로 될 수도 있다. 예를 들어, EUV선의 입사 평면에 수직한 방향을 따라 형성되는 흡수체 패턴은 경사진 측면을 가지고, 입사 평면에 나란한 방향을 따라 형성되는 흡수체 패턴은 반사층(12)에 대해 수직한 측면(75a,75b)을 가지도록 형성될 수 있다. 여기서, EUV선의 입사 평면은, 반사층(51)으로 입사되는 EUV선과 입사면 즉, 반사층(51)면에 수직인 법선이 이루는 평면이다.
이러한 흡수체 패턴(75)을 가지는 EUVL용 마스크(70)에 대해서는, 본 출원인 에 의해 제안된 대한민국 특허출원 2004-93573(출원일:2004년 11월 16일) 및 2005-66990(출원일:2005년 7월 22일)에 기재되어 있다. 따라서, EUVL용 마스크(70)에 대한 보다 자세한 사항은 상기 특허출원들을 참조하는 것으로 하고, 여기서는 그 자세한 설명은 생략한다.
한편, EUVL용 마스크로부터 반사된 극자외선을 웨이퍼쪽으로 진행시키기 위해 여러 반사 미러로 이루어진 프로젝션 광학계가 필요한데, 본 발명에 따른 반사 디바이스(50)는 프로젝션 광학계의 반사 미러로 사용될 수 있다. 즉, EUVL용 프로젝션 광학계는 반사 미러로 본 발명에 따른 반사 디바이스(50)를 적어도 하나 이상 사용할 수 있다.
도 6은 적어도 하나의 반사 미러로 본 발명에 따른 반사 디바이스를 사용하는 EUVL용 프로젝션 광학계의 일 실시예로 비축상 프로젝션 광학계를 보여준다. 도 6의 프로젝션 광학계는 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 2005-52727(출원일:2005년 6월 18일)에 개시되어 있다.
도 6을 참조하면, 비축상 프로젝션 광학계는, 비축상 배치 관계에 있으며 입사된 광을 상면으로 유도하기 위한 제1 및 제2미러(M1:80)(M2:90)를 포함한다. 비축상 프로젝션 광학계는 이러한 제1 및 제2미러(80)(90) 쌍을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 이 제1 및 제2미러(80)(90)는 후술하는 수학식 1을 만족하도록 형성될 수 있다.
상기 제1미러(80)는 볼록 미러, 제2미러(90)는 오목 미러 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2미러(80)(90)는 비구면 미러일 수 있다. 또한, 상 기 제1 및 제2미러(80)(90)는 그 중심점(정점)을 중심으로 양쪽 대칭(bilateral symmetric) 형태로 형성된다.
상기 제1 및 제2미러(80)(90)는 다음의 수학식 1을 만족하도록 설계될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2미러(80)(90)는, 상기 제1미러(80)의 탄젠셜 곡률 반경 및 새지털 곡률 반경을 각각 R1t, R1s, 상기 제2미러(90)의 탄젠셜 곡률 반경 및 새지털 곡률 반경을 각각 R2t, R2s, 물체점(O)으로부터의 광선이 상기 제1미러(80)에 입사되는 각도를 i1, 제1미러(80)에서 반사된 광선이 상기 제2미러(90)에 입사되는 각도를 i2라 할 때, 수학식 1을 만족하도록 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2미러(80)(90)가 상기 수학식 1을 만족하도록 설계되는 경우, 3차 수차(third order aberration)를 최소화할 수 있다. 3차 수차는 일반적인 Seidel 수차 즉, 코마, 비점수차, 구면수차, 상면 만곡 등을 말한다.
상기 제1 및 제2미러(80)(90) 중 어느 하나로 본 발명에 따른 반사 디바이스(50)를 사용할 수 있다. 이때, 기판을 제1 또는 제2미러(80)(90)의 곡면 형상에 대응되게 형성한 상태에서 다중 반사층(51)을 형성하는 공정을 진행하면, 제1 또는 제2미러(80)(90)가 얻어진다.
도 6은 본 발명에 따른 반사 디바이스(50)를 반사 미러로 사용하는 EUVL용 프로젝션 광학계의 일 예를 보인 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, EUVL용 프로젝션 광학계는 적어도 하나의 반사 미러로 본 발명에 따른 반사 디바이스(50)를 사용하며, 다양한 변형 및 타 실시예가 가능하다.
도 7은 마스크의 패턴 정보를 가지는 빔을 도 6의 비축상 프로젝션 광학계에 의해 웨이퍼에 조사하는 극자외선 리소그래피 장치를 개략적으로 보여준다. 도 7은 도 5의 마스크(70)를 적용한 예를 보여준다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 물체면에 패터닝된 반사형 마스크(70)가 놓여지며, 상면에 웨이퍼(100)가 놓여진다. 상기 마스크(70)에 조사되는 극자외선 빔은, 그 마스크(70)에서 반사된 후 제1미러(80)로 입사된다. 극자외선 빔은 제1미러(80)에 의해 반사되어 제2미러(90)로 입사된다. 입사된 극자외선 빔은 제2미러(90)에 의해 반사되어 상면에 위치된 웨이퍼(100) 상에 포커싱되어, 웨이퍼(100)에 마스크(70)의 흡수체 패턴에 대응하는 패턴이 형성되게 된다.
여기서, 프로젝션 광학계에서 사용되는 미러의 수는 최소 2개가 되며, 극자외선 리소그래피 장치내에서 요구되는 마스크 및 웨이퍼 설치 위치 및 방향 등을 고려하여, 적어도 1개 이상의 미러가 추가적으로 사용될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명에서와 같이, 실리콘층에 소정의 이온 빔 표면처리를 하면, 몰리브덴 원자의 상호 확산을 억제하게 됨을 보여주는 다양한 측정 결과들을 설명한다.
도 8은 투과 전자 현미경(TEM) 분석 결과를 보여준다.
도 8에서 상단의 4개의 샘플(sample) 사진은 산소 이온 빔(이하, O2 빔)의 전압을, 100V(샘플1), 300V(샘플2), 500V(샘플3), 700V(샘플4)로 높임에 따른 실리콘과 몰리브덴의 상호 믹싱 층(intermixing layer) 즉, 상호 확산층의 두께 변화를 보여주는 TEM 사진이다.
도 8에서 하단의 그래프는, 깊이 프로파일(depth profile: 라인스캔(line scan)이라고도 함)을 보여주는 것으로, 각 샘플에 대한 깊이(depth)에 따른 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 산소(O)의 존재량을 검출한 결과를 보여준다.
샘플들의 TEM 사진으로부터 알 수 있는 바와 같이, O2 빔의 전압을 높임에 따라 실리콘과 몰리브덴이 서로 섞이는 층(intermixing layer) 즉, 상호 확산층의 두께가 감소함을 알 수 있다. 또한, 깊이 프로파일 결과 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, O2 빔의 전압을 높임에 따라 실리콘(Si)과 몰리브덴(Mo)이 오버랩(overlap)되는 부분이 줄어든다. 이는, O2 빔 처리가 몰리브덴 원자의 상호 확산을 억제하며, O2 빔의 전압을 높이면 O2 빔 처리가 보다 잘 진행되어 몰리브덴 원자의 상호 확산을 보다 억제할 수 있음을 보여준다.
도 9는 O2 빔 전압만 달리하고, 나머지 조건 즉, 몰리브덴/실리콘층(Mo/Si)을 이온 빔 스퍼터링에 의해 증착하는 조건 및 O2 빔 표면 처리 조건은 동일하게 제작한 4가지 샘플(샘플1,2,3,4)에 대해 엑스레이 반사율(XRR: x-ray reflectivity) 측정 결과를 보여준다. 도 10은 도 9의 결과를 나타내는 4가지 샘플의 Mo/Si 이중 층 두께(Bilayer thickness)를 측정한 결과를 보여준다. 도 11은 도 9의 결과를 나타내는 4가지 샘플의 내부 스트레스를 측정한 결과를 보여준다.
도 9 내지 도 11의 결과는 얻는데 사용된 샘플1,2,3,4는, 각각 100V, 300V, 500V, 700V의 전압하에서 실리콘 표면을 약 1초간 O2 빔을 사용하여 표면 처리하였다. 또한, 상기 샘플1,2,3,4의 Mo/Si의 이중층(bilayer)은 62초동안 스퍼터링에 의한 증착에 의해 형성하였으며, O2 빔 처리는 실리콘(Si) 층상에 약 1초 동안 하였다.
도 9는 엑스레이 반사율 측정 결과, 상기 4가지 샘플1,2,3,4의 반사율 피크 위치가 서로 거의 일치함을 보여준다. 이 측정 결과는 O2 빔 표면 처리 전압 즉, O2 빔 바이어스(O2 beam bias) 값에 관계없이 Mo/Si의 이중층의 두께 변화가 미미함을 나타낸다.
도 10은 상기 4가지 샘플1,2,3,4에서의 Mo/Si의 이중층 두께를 측정한 결과를 보여준다. 측정 결과, 4가지 샘플의 두께는, 각각 70.29A, 70.55A, 70.18A, 70.04A이었다. 도 10에서 가로축은 O2 빔 바이어스(O2 beam bias)를 볼트(V) 단위로 나타내며, 세로축은 상기 이중층의 두께를 Å 단위로 나타낸 것이다. 도 10의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, Mo/Si 이중층 증착시 실리콘 표면을 약 1초간 O2 빔 처리한 결과, O2 빔 바이어스(O2 beam bias)를 100V, 300V, 500V, 700V로 변화시켜도, 표면처리에 의한 두께 변화는 미미함을 알 수 있다.
도 11은 상기 4가지 샘플1,2,3,4의 잔류 응력(residual stress)을 측정한 결과를 보여준다. 도 11은 O2 빔 바이어스가 클수록, 다층막 내부의 잔류 응력은 감소함(stress decreases)을 보여준다.
도 10 및 도 11의 측정 결과, 4가지 샘플은 O2 빔 바이어스 증가에 대해 이중층의 두께는 변화가 거의 없는 반면에, 다층막 내부의 잔류 응력은 감소하게 됨을 알 수 있다.
본 발명자의 확인에 따르면, O2 빔 표면처리를 하지 않은 경우 다층막 내부의 잔류 응력은 -510 Mpa이었는데, O2 빔 표면처리를 한 결과, 다층막 내부 잔류 응력은 -218 Mpa(700V의 O2 빔 바이어스가 가해진 경우)까지 감소하였다.
한편, 이상에서는 실리콘층 표면을 O2 빔 처리하는 경우에 대해 설명하였는데, 실리콘층 표면 처리에 다른 종류의 이온 빔을 사용할 수도 있다.
도 12는 실리콘층에 O2 빔을 사용하여 표면처리한 경우와 아르곤 이온 빔(이하, Ar 빔)을 사용하여 표면처리한 경우의 잔류 응력을 비교하여 보여준다.
도 12에서 알 수 있는 바와 같이, 표면 처리에 Ar 빔을 사용하는 경우에도, O2 빔을 사용하는 경우와 마찬가지로, 잔류 응력은 표면 처리를 하지 않은 경우의 -510 Mpa보다 줄어들게 되며, Ar 빔 바이어스가 증가함에 따라 잔류 응력은 감소하게 된다.
또한, 도 12에서 알 수 있는 바와 같이, O2 빔으로 표면 처리 하는 경우, Ar 빔으로 표면처리를 하는 경우에 비해, 내부 스트레스가 10% 정도 더 감소함을 알 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 Mo/Si 이중층의 계면(interface)에서 산소를 TOF SIMS를 이용하여 검출한 결과를 보여준다. 도 13a는 O2 빔 바이어스 500V하에서 표면 처리한 샘플을 측정한 결과를 보여주며, 도 13b는 O2 빔 바이어스 700V하에서 표면 처리한 샘플을 측정한 결과를 보여준다.
실리콘(Si) 검출 피크 주기와 동일하게 산소(O) 검출 피크가 반복되는 것으로 보아, Mo/Si 이중층의 계면에서만 산소가 검출됨을 알 수 있다. 이에 의해, Mo/Si 이중층의 계면에 SiOx막이 존재함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 극자외선을 반사시킬 수 있도록, Mo/Si 이중층을 복수개 적층하여 다중층 구조의 반사층을 형성하는데, 실리콘층을 형성한 다음 이 실리콘 층을 표면처리하면, 다중층의 내부 스트레스를 완화시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 극자외선을 반사시키기 위한 다중 반사층 내의 상호 확산층 형성을 억제하여 내부 스트레스가 완화된 EUVL용 반사 디바이스를 실현할 수 있다. 부가적으로, 내부 스트레스가 완화된 본 발명에 따른 반사 디바이스 상에 패턴 노광시 패턴의 왜곡 및 오차를 최소화시킬 수 있다.
Claims (18)
- 기판과;상기 기판 상에 형성되고, 극자외선(EUV:Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재료로 이루어진 다중 반사층;을 포함하며,상기 다중 반사층은,제1물질층과, 상기 제1물질층을 표면 처리한 표면처리막과, 상기 표면 처리막 상에 형성된 제2물질층을 포함하는 층 그룹이 다수개 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 반사 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 제1물질층은 실리콘층이고, 상기 제2물질층은 몰리브덴층인 것을 특징으로 하는 반사 디바이스.
- 제2항에 있어서, 상기 표면처리막은, 상기 제1물질층에 산소 또는 아르곤 이온빔을 표면 처리한 막인 것을 특징으로 하는 반사 디바이스.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2물질층은 스퍼터링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반사 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 표면처리막은, 상기 제1물질층에 산소 또는 아르곤 이 온빔을 표면 처리한 막인 것을 특징으로 하는 반사 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 또는 석영 기판인 것을 특징으로 하는 반사 디바이스.
- 청구항 1항 내지 6항 중 어느 한 항의 반사 디바이스와;상기 반사 디바이스의 다중 반사층 상에 흡수체 패턴;을 구비하는 것을 특징으로 하는 EUVL용 마스크.
- 복수의 반사 미러를 포함하며,상기 복수의 반사 미러 중 적어도 어느 하나로 청구항 1항 내지 6항 중 어느 한 항의 반사 디바이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 EUVL용 프로젝션 광학계.
- 마스크의 패턴 정보를 가지는 빔을 프로젝션 광학계에 의해 웨이퍼에 조사하는 리소그래피 장치에 있어서,상기 프로젝션 광학계는, 청구항 8항의 프로젝션 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
- 기판을 준비하는 단계와;상기 기판 상에 극자외(EUV:Extreme Ultra Violet)선을 반사시킬 수 있는 재 료로 다중 반사층;을 형성하는 단계를 포함하며,상기 다중 반사층을 형성하는 단계는,제1물질층을 형성하는 단계와;상기 제1물질층을 표면 처리하는 단계와;표면 처리된 상기 제1물질층 상에 제2물질층을 형성하는 단계;를 포함하며,다시, 상기 제2물질층 상에 제1물질층 형성, 제1물질층 표면 처리, 제2물질층 형성과정을 복수회 반복하여 상기 다중 반사층을 형성하는 것을 특징으로 하는 반사 디바이스 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 제1물질층은 실리콘, 상기 제2물질층은 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사 디바이스 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 표면 처리는 산소 또는 아르곤 이온 빔을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사 디바이스 제조 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2물질층은 스퍼터링에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반사 디바이스 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 표면 처리는 산소 또는 아르곤 이온 빔을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사 디바이스 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 또는 석영 기판인 것을 특징으로 하는 반사 디바이스 제조 방법.
- 청구항 10항 내지 15항 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해 형성된 반사 디바이스와;상기 반사 디바이스의 다중 반사층 상에 흡수체 패턴;을 구비하는 것을 특징으로 하는 EUVL용 마스크.
- 복수의 반사 미러를 포함하며,상기 복수의 반사 미러 중 적어도 어느 하나로 청구항 10항 내지 15항 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해 형성된 반사 디바이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 EUVL용 프로젝션 광학계.
- 마스크의 패턴 정보를 가지는 빔을 프로젝션 광학계에 의해 웨이퍼에 조사하는 리소그래피 장치에 있어서,상기 프로젝션 광학계는, 청구항 17항의 프로젝션 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
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