KR101625382B1 - 극자외선용 반사형 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조방법 - Google Patents

극자외선용 반사형 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극자외선용 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의해 제조되는 극자외선용 블랭크 마스크는 반사막 (Multi-layer), 흡수막(Absorber layer) 및 하드마스크막 (Hardmask)을 필수적으로 포함하고 특히, 흡수막의 형성 시 깊이 방향으로 원소 조성비가 연속적으로 변하는 구간이 포함되어 건식 식각 시 그림자 효과 (Shadowing Effect)가 저감될 수 있는 극자외선용 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것이다.
이를 통해 우수한 해상도 (Resolution) 구현이 가능하고, 193 nm 또는 257 nm의 검사파장에서 낮은 반사율 형성이 가능한 우수한 품질의 극자외선용 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조가 가능하다.

Description

극자외선용 반사형 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조방법 {Reflective Type EUV Blankmask, Photomask and Its Manufacturing Method}
본 발명은 반도체 제조에서 고 정밀도의 최소선폭 (Critical Dimension; CD) 구현이 가능한 극자외선 (Extreme Ultra Violet; EUV)광을 노광광으로 사용하는 반사형 블랭크 마스크 제조 방법에 관한 것으로서, 32 nm 이하 특히 22 nm 급 이하의 최소 선폭을 구현할 수 있는 극자외선 리소그래피에 적용할 수 있는 적절한 포토마스크 (Photomask) 및 그 소재가 되는 블랭크 마스크 (Blankmask)에 관한 것이다.
오늘날 대규모 집적회로의 고 집적화에 수반하는 회로패턴의 미세화 요구에 맞춰, 고도의 반도체 미세공정 기술이 매우 중요한 요소로 자리 잡고 있다. 고 집적회로의 경우 저전력, 고속동작을 위해 회로 배선이 미세화 되고 있고, 층간 연결을 위한 컨택트 홀 패턴(Contact Hall Pattern) 및 집적화에 따른 회로 구성 배치 등에 대한 기술적 요구가 점점 높아지고 있다. 따라서 이러한 요구들을 충족시키기 위해서는 회로 패턴 (Pattern)의 원본 정보가 기록되는 포토마스크 (Photomask)의 제조에 있어서도, 상기 미세화를 수반하고 보다 정밀한 회로 패턴 (Pattern)을 기록할 수 있는 기술이 요구된다.
특히, 32 nm 이하 특히 22 nm이하의 초 정밀 회로 패턴 (Pattern)을 형성하기 위하여 최근에는 193 nm의 ArF 액침 노광 리소그래피 (Immersion Lithography), 더블/다중 패터닝 리소그래피 (Double/Multi-Patterning Lithography)등의 기술이 개발되어 적용되고 있으나, 상기 기술을 이용하여 22 nm 이하의 초 정밀 패턴 구현 시에는 제조 공정이 복잡해지고 이로 인해 단가가 급상승하는 문제점이 발생하고 있다. 따라서, 상기 문제를 해결하고, 높은 생산성과 가격 경쟁력을 확보하기 위해 기존의 투과형 리소그래피 기술을 대체하는 반사형 리소그래피 기술인 극자외선 리소그래피 기술에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
반사형 리소그래피 기술인 극자외선 리소그래피 기술은 13.5 nm의 EUV 파장을 이용하는데, 일반적으로 13.5 nm의 파장은 대기 및 매질 통과 시 강도 (Intensity)가 떨어지고, 노광광이 매질을 투과하지 못하고 흡수되는 특성을 가진다. 따라서, EUVL 기술은 기존의 빛의 투과 및 차광에 의해 패턴을 형성되는 투과형 리소그래피 기술이 아닌 빛의 반사 및 흡수를 통해 형성되는 반사형 리소그래피 기술 형태를 가진다. 이 때, EUV용 블랭크 마스크는 13.5 nm 단파장에 의해 발생하는 열적 에너지에 의해 발생하는 박막의 응력 (Stress) 저감하기 위하여 SiO2에 TiO를 혼합하여 열팽창 계수가 낮은 Thermal Expansion Material (LTEM) 기판을 사용하고, 상기 LETM 상에 몰리브데늄 (Mo) 및 실리콘 (Si)이 교대로 40층이상으로 형성하여 13.5 nm의 노광광을 반사하는 반사층 (Multi-layer) 그리고 그 상부에 13.5 nm의 파장의 빛을 흡수하는 흡수막 (Absorber layer) 및 레지스트막으로 형성된다. 이때 EUVL 시스템 (System) 자체가 반사형 구조로 인해 노광광이 포토마스크에 수직으로 입사하지 못하고 입사각도가 5 내지 7도 기울어져 있기 때문에 도 2와 같이 흡수막에 대하여 노광광이 가려지는 그림자 효과 (Shadowing Effect)가 발생하여 목표 CD 대비 Wafer에 Printing되는 패턴이 작아지는 문제점이 발생한다.
또한, 흡수막 형성 시 상기 흡수막의 식각 마스크로 사용되는 레지스트막은 흡수막 패터닝 시 낮은 선택비 (Selectivity) 및 이로 인해 레지스트의 두께가 상대적으로 두꺼워짐에 의해 발생하는 Aspect Ratio증가로 인해 해상도 (Resolution)의 저하, 레지스트막의 무너짐 현상 및 로딩 효과 (Loading Effect)가 발생시켜 결함 (Defect) 및 CD 균일도 (Uniformity)가 달라지는 문제점이 발생시킨다.
또한, 22 nm 이하와 같이 초 정밀 미세화 패턴 형성을 위해서는 기존에 사용되는 화학 증폭형 레지스트의 강산 (H+)이 하부 기판에 의해 중화되어 현상 (Develop) 후 스컴 (Scum)과 같은 찌거기가 발생하여 패턴 형성이 부정확하게 되는 문제점을 발생시키고 있다.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하고자 극자외선용 블랭크 마스크, 극자외선용 위상반전 블랭크 마스크에 있어서, 해상도 (Resolution) 향상을 위해 레지스트막 하부에 강산 (H+)을 포함하는 유기물을 주성분으로 하는 유기박막 및 무기물을 주성분으로 하는 하드마스크막을 필수적으로 포함하고, 그림자 효과 (Shadowing Effect)를 저감하기 위하여 흡수막의 깊이 방향으로 조성비가 연속적으로 변화는 구간이 적어도 포함함으로서 우수한 성능을 가지는 극자외선용 블랭크 마스크 및 극자외선용 포토마스크 제조가 가능하다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
[구성 1]
LTEM의 투명기판; LTEM의 투명기판 위에 반사막; 반사막 위에 흡수막; 흡수막 위에 하드마스크막; 하드마스크막 위에 강산을 포함하는 유기 박막을 형성하는 단계; 유기 박막 위에 레지스트막을 포함하며 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 2]
LTEM의 투명기판; LTEM의 투명기판 위에 반사막; 반사막 위에 위상반전막; 위상반전막 위에 흡수막; 흡수막 위에 하드마스크막; 하드마스크막 위에 강산을 포함하는 유기 박막을 형성하는 단계; 유기 박막 위에 레지스트막을 포함하며 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 위상반전 블랭크 마스크.
[구성 3]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막은 단층 또는 다층으로 이루어지는 지는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 4]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막은 단계적인 스퍼터링 공정 내지 연속적인 스퍼터링 공정을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 5]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막을 구성하는 원소 중 하나 이상의 조성비가 박막의 내부 또는 계면에서 변하는 연속막 구간이 적어도 한 구간 이상인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 6]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막을 구성하는 원소 중 하나 이상의 조성비가 박막의 내부 또는 계면에서 변하는 연속막 구간이 적어도 한 구간 이상 포함하고, 이 때, 조성의 변화가 1 at% 내지 50 at% 이내인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 7]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막을 구성하는 원소 중 하나 이상의 원소가 박막의 내부 또는 계면에서 조성비가 변하는 연속막 구간이 적어도 한 부분 이상 포함되고 원소성분의 변화율이 1 at% 내지 50 at% 이내로 변하는 구간이 50 Å 이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 8]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막은 원소의 조성비가 변하는 연속막 구간을 하나이상 포함하고, 흡수막의 깊이 방향으로 식각률의 변화가 적어도 하나 이상의 구간에서 표면 대비 느린 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 9]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막의 원소 조성비 중 질소의 조성비가 필수적으로 연속적인 변화를 가지며, 그 변화 두께가 1 nm 이상인 구간이 적어도 포함되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 10]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막은 넓이 방향으로 조성비 균일도가 10 % 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 11]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막에서 박막의 깊이 방향으로의 밀도 변화가 0.2 g/㎤ 내지 2.0 g/㎤인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 12]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막이 연속막으로 형성되고, 레지스트막과 인접한 부분의 흡수막 표면에서 깊이 방향으로 질소의 함유량이 낮아지는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 13]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막의 표면 5 nm의 두께 범위에서의 식각률이 흡수막의 바닥 5 nm의 두께 대비 식각률이 1.2 배 이상 높은 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 14]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 흡수막이 연속막으로 형성되고 이 때, 흡수막의 두께가 300 내지 1000 Å 인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 15]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 하드마스크막은 흡수막에 대한 건식 식각 선택비가 5 이상인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 16]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 하드마스크막은 DC 반응성 마그네트론 스퍼터링 방법을 통해 형성되며, 이때 사용되는 불활성 가스로서 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 사용하고, 반응성 가스로는 산소 (O2), 질소 (N2), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2), 이산화질소 (NO2), 일산화질소 (NO), 아산화질소 (N2O), 암모니아 (NH3) 및 메탄 (CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상을 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 17]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 하드마스크막은 선택적으로 깊이 방향으로 조성비의 변화가 발생하는 연속막을 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 18]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 하드마스크막은 단층 및 다층으로 형성될 수 있으며, 각각의 단층 및 다층의 내부 및 계면에서 박막을 구성하는 어느 하나 이상의 원소 조성비가 1 at% 내지 50 at% 이내로 변하는 구간을 가지는 연속막인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 19]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 하드마스크막의 조성비 중 질소의 함유량이 연속적으로 변화하는 구간이 5 nm 이상의 두께로 적어도 한 구간이상 포함되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 20]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 하드마스크막의 두께는 50 내지 150 Å 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 21]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 유기 박막은 상기 유기 박막 위의 레지스트막 대비 높은 농도의 강산을 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 22]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 유기 박막은 노광공정 적용 혹은 노광 공정 미적용시에도 현상액에 의해 현상되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 23]
구성 1 또는 구성 2에 있어서, 유기 박막의 두께가 200 Å 이내인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
[구성 24]
구성 1 내지 구성 23 중 어느 하나를 통해 제조된 극자외선용 블랭크 마스크의 제조 방법.
[구성 25]
구성 1 내지 구성 23 중 어느 하나를 통해 제조된 극자외선용 포토마스크의 제조 방법.
상기의 구성에 의한 본 발명에 따르면, 극자외선용 블랭크 마스크는 제조 시 레지스트막 하부에 유기박막, 하드마스크막을 필수적으로 포함하고, 흡수막의 깊이 방향으로 연속적으로 변하게 되어 해상도 및 그림자 효과가 저감되어 우수한 특성을 가지는 블랭크 마스크 제조가 가능한다.
도 1은 본 발명에 의해 제조된 EUV 하드마스크용 블랭크 마스크의 단면도이다.
도 2는 EUV 포토마스크의 그림자 효과에 영향을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 EUV 하드마스크용 블랭크 마스크의 AES 분석 그래프이다.
본 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크 제조방법의 특징은 아래와 같다.
a1) LTEM의 투명기판을 준비하는 단계;
b1) 상기 a1) 단계에서 준비된 LTEM의 투명기판 위에 반사막을 형성하는 단계;
c1) 상기 b1) 단계에서 준비된 반사막 위에 흡수막을 형성하는 단계;
d1) 상기 c1) 단계에서 준비된 흡수막 위에 하드마스크막을 형성하는 단계;
e1) 상기 d1) 단계에서 준비된 하드마스크막 위에 강산을 포함하는 유기 박막을 형성하는 단계;
f1) 상기 e1) 단계에서 준비된 유기 박막 위에 레지스트막을 형성하여 제조되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 반사막과 흡수막 사이에 반사막의 반사율의 저하를 방지하기 위한 캡핑막 (Capping Layer), 흡수막 패터닝 시 발생할 수 있는 결함을 수리 (Repair) 하기 위한 버퍼막 (Buffer Layer), 위상반전을 위한 위상반전막 (Phase Shifting Layer), LETM의 기판 후면에 도전막을 선택적으로 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 EUV 블랭크 마스크에 있어서, 위상반전막 형성될 시 위상반전막은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 이로 인해 흡수막 표면에서의 13.5 nm에서의 반사 광도가 0.01 내지 30 % 이내이며, 위상반전이 반사막 대비 180도 반전되는 것을 특징으로 한다.
상기 위상반전막은 전이금속, 금속 및 그의 산화물, 탄화물, 산화질화물, 산화탄화물, 질화탄화물, 산화질화탄화물로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 위상반전막의 두께는 10 내지 70 nm 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 EUV 블랭크 마스크에 있어서, 위상반전막은 그의 원소 조성비가 깊이 방향으로 변하는 구간을 적어도 가지는 연속적인 구간을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 EUV 블랭크 마스크에 있어서, 위상반전막의 건식 식각 특성이 깊이 방향으로 표면 대비 느린 것을 특징으로 한다.
상기 a1) 단계에서, LTEM의 투명기판은 6025 크기를 가지고, SiO2에 TiO 성분이 적어도 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에서, 반사막의 형성은 이온 빔 스퍼터링 (Ion Beam Sputtering) 방법을 이용하여 형성되며, 이온 빔 스퍼터링 장치에 추가적으로 보조 이온 스퍼터링 (Assisted Ion Beam Sputtering)법을 적용하여 박막을 형성하는 것을 특징으로 한다. EUV 리소그래피에 있어서, 반사막의 표면 반사 광도는 투과형 리소그래피의 기판의 투과광도와 동일한 역할을 수행한다. 즉, 반사막은 투과형 리소그래피의 기판과 동일한 역할을 수행하고, 흡수막은 금속막의 역할을 수행하게된다. 따라서, 반사막 표면에서의 반사 광도와 흡수막의 반사 광도 차이가 높을수록 우수한 해상도 구현이 가능하게 된다. 이때, 반사막 표면에서의 나쁜 표면 거칠기 (Surface Roughness)는 표면 난반사를 통해 노광광에 대한 반사 광도를 저하시키고, 이로 인해 플래어 (Flare) 및 감도 (Contrast) 저하의 문제점을 일으킨다. 따라서, 반사막 표면에서의 난반사를 저감하기 위한 표면 거칠기 개선이 필수적인 상황이다. 이때, 기존의 DC 마그네트론 스퍼터링 방법을 적용할 시에는 스퍼터링 후 기판 표면에서의 이동성이 낮음으로 인해 표면 거칠기 개선이 어렵게 된다. 따라서, 기판 이동성을 높게 하여 표면 거칠기를 우수하게 할 수 있는 이온 빔 스퍼터링 방법을 적용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 이온 빔 스퍼터링 방법에 보조 이온 빔 스퍼터링 방법을 혼합하여 적용하는 것이 더욱 더 우수한 표면 거칠기 개선을 가질 수 있다.
상기 b1) 단계에서, 반사막은 몰리브데늄 (Mo)/실리콘 (Si) 또는 몰리브데늄 (Mo)/루테늄 (Ru) 또는 탄화 몰리브데늄 (MoC)/실리콘 (Si) 또는 탄화 몰리브데늄 (MoC)/베릴륨 (Be) 또는 몰리브데늄루테늄 (MoRu)/베릴륨 (Be) 또는 몰리브데늄 (Mo) /루테늄 (Ru)/실리콘 (Si) 또는 몰리브데늄(Mo)/니오븀(Nb)인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막은 DC 반응성 마그네트론 스퍼터링 (DC Reactive Magnetron Sputtering), RF 반응성 마그네트론 스퍼터링, 이온 빔 스퍼터링 (Ion Beam Sputtering) 방법을 이용하여 증착할 수 있으며, 이때 사용되는 불활성 가스로서 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종을 사용하고, 반응성 가스로는 산소 (O2), 질소 (N2), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2), 이산화질소 (NO2), 일산화질소 (NO), 아산화질소 (N2O), 암모니아 (NH3) 및 메탄 (CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막은 전이금속 또는 금속의 단독 및 그들의 1종 이상이 혼합된 타겟을 이용하고, 그들의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 산화탄화물, 질화탄화물, 산화질화탄화물 중 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막은 탄탈륨을 필수적으로 포함하는 1종 이상의 화합물로 구성되어 있으며, 그들의 조성비가 탄탈륨이 10 내지 80at, 산소가 0 내지 20at%, 질소의 함유량이 0 내지 50at% 범위에서 연속적으로 조성비가 변하는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막을 DC 반응성 마그네트론 스퍼터링 공정을 통해 형성 시 공정 압력이 0.1 내지 0.15 Pa 범위에서 실시하고, 기판과 타겟 간의 거리는 100 mm 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막을 DC 반응성 마그네트론 스퍼터링 공정을 통해 형성 시 전력 밀도는 0.6 내지 13 W/mm인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막은 단층 또는 다층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막의 두께는 30 nm 내지 100 nm 이내인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막은 단계적인 스퍼터링 공정 내지 연속적인 스퍼터링 공정을 통해 제조되는 것을 특징으로 한다. 단계적으로 형성되는 스퍼터링 공정이란, 스퍼터링을 위한 플라즈마 (Plasma)가 꺼진 상태에서 스퍼터링 파워, 가스, 압력과 같은 공정 조건을 변경되고, 다시 변경된 조건에서 플라즈마를 형성하여 단계적으로 박막을 증착하는 방법이며, 연속적인 스퍼터링 공정이란, 플라즈마가 켜진 상태에서 공정 조건을 변경하여 박막을 연속적으로 증착하는 것을 의미한다. 이는 박막의 조성비에 영향을 주는데, 단계적으로 스퍼터링 조건에서는 박막의 깊이 방향으로 조성비가 균일하게 형성되며 연속적으로 스퍼터링 되는 조건에서는 조성비가 연속적으로 변화는 특성을 가진다. 이때, 단계적 공정을 통해 형성되는 박막은 조건이 변경되는 시점의 경계면에서 박막의 화학적 조성비 및 밀도등과 같은 특성의 급격한 변화가 발생하여 물리적, 화학적 특성이 변하지만, 연속적인 스퍼터링 시에는 박막 경계면에서의 물리적, 화학적 변화 비율이 상대적으로 저감되어 그 변화 역시 줄어들 수 있게 할 수 있다. 이러한 공정은 박막 경계면 뿐만 아니라, 박막이 단계적으로 형성되는 중에도 적용할 수 있는데, 이를 통해 박막의 부분 또는 전체에서 박막의 조성을 변경함으로서, 박막의 식각률 (Etch Rate), 밀도, 응력, 반사율, 두께와 같은 박막의 특성을 제어가 가능하다. 특히, 이러한 연속막 스퍼터링 기술은 EUV 블랭크 마스크에 있어서, 스퍼터링 시 발생하는 응력의 제어뿐만 아니라, 그 기판이 되는 반사막의 응력 변화를 저감하게 되어 우수한 특성을 가질 수 있도록 할 수 있다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막을 구성하는 원소 중 하나 이상의 조성비가 박막의 내부 또는 계면에서 연속적으로 변하는 구간을 하나 이상 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막을 구성하는 원소 중 하나 이상의 조성비가 박막의 내부 또는 계면에서 변하는 연속막 구간이 적어도 한 구간 이상 포함하고, 이 때, 조성의 변화가 1 at% 내지 50 at% 이내인 것을 특징으로 한다. 종래의 흡수막은 13.5 nm의 EUV광을 효과적으로 흡수하기 위한 흡수막과 반사막의 경계면에 형성되는 흡수막의 하층 물질인 Ta 또는 TaN과 193 nm 또는 257 nm의 검사 파장에서의 반사율 저감을 위해 흡수막 상부 물질인 TaBN 또는 TaON과 같은 물질이 단계적으로 형성되어 2층막 구조로 형성되어 왔다. 이로 인해 흡수막의 두께가 상대적으로 높아져 그림자 효과 (Shadowing Effect)가 증가하고, 흡수막의 하부와 상부의 계면에서의 급속한 조성비의 변화, 박막 밀도 및 응력의 변화로 인해 건식 식각 후 Necking과 같은 패턴 결함이 발생하는 문제점을 나타내었다. 이러한 문제점은 근본적으로 박막 조성비의 급격한 변화에 의해 발생하는 것으로 경계면에서 원소의 조성비가 연속적으로 변하는 연속막을 구현함으로서 상기 문제점을 해결할 수 있게 된다. 이 때 박막을 형성하는 조성비의 변화가 1 at% 이내이면 기존 대비 박막 응력 및 건식 식각비의 변화가 적고, 50 at% 이상으로 급변하면 물질간의 잔류응력 또한 급변하게 되어, 결국 단계적으로 형성한 박막과 동일한 결과를 나타내게 된다. 따라서, 흡수막을 구성하는 원소 중 하나 이상의 원소가 박막의 내부 또는 계면에서 조성비가 변하는 연속막 구간이 적어도 한 부분 이상 포함되고 원소성분의 변화율이 1 at% 내지 50 at% 이내인 것이 바람직하며, 더욱, 바람직하게는 3 at% 내지 30 at% 이내인 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막을 구성하는 원소 중 하나 이상의 원소가 박막의 내부 또는 계면에서 조성비가 변하는 연속막 구간이 적어도 한 부분 이상 포함되고 원소성분의 변화율이 1 at% 내지 50 at% 이내로 변하는 구간이 50 Å 이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막은 원소의 조성비가 변하는 연속막 구간을 하나이상 포함하고, 흡수막의 깊이 방향으로 식각률의 변화가 적어도 하나 이상의 구간에서 표면 대비 느린 것을 특징으로 한다. 일반적으로 투과형 리소그래피에 있어서, 패턴 형성 시 수직한 패턴 형성을 위해서 박막의 식각률은 두께 방향으로 식각률이 높아지는 것이 바람직하다. 그러나, EUV 리소그래피는 도 2를 참조하여 사다리꼴 모양의 패턴이 형성될 수 있도록 흡수막의 식각률이 깊이 방향으로 갈수록 느려지는 것이 우수한데, 이는 노광광이 5 내지 7도 정도 기울어져 발생하는 그림자 효과를 저감하기 위해서이다. 이러한 식각률은 박막의 조성비와 큰 관계를 가지고 있으며, 이에 따라 박막형성 시 조성을 변화시키는 연속막 구간을 설정함으로서 제어가 가능하다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막의 원소 조성비 중 질소의 조성비가 필수적으로 연속적인 변화를 가지며, 그 변화 두께가 1 nm 이상인 구간이 적어도 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막은 넓이 방향으로 조성비 분포가 균일한 것을 특징으로 한다. 특히 흡수막의 넓이 방향으로 조성비 균일도가 10 % 이하인 것을 특징으로 하며, 이때 조성비 균일도는 {(최대 조성비-최소 조성비)/(최대 조성비+최소 조성비)} x 100 과 같은 식으로 계산할 수 있으며, 측정 위치는 넓이 방향으로 최소 5 군데 이상이다. 그리고 박막의 조성비는 AES, XPS, RBS 등과 같은 방법을 통해 분석이 가능하다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막에서 박막의 깊이 방향으로의 밀도 변화가 0.2 g/cm3 내지 2.0 g/cm3인 것을 특징으로 한다. 박막 밀도가 0.2 g/cm3 이내인 경우 박막 밀도가 변하지 않은 상태로 인해 그 효과가 미비하며, 2.0 g/cm3 이상으로 변할 경우 박막 내부의 응력이 서로 크게 달라짐으로 더욱 더 어려워 진다. 따라서, 박막 밀도가 두께 방향으로 0.2g/cm3 내지 2.0g/cm3이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.2 g/cm3 내지 1.0 g/cm3인 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막은 두께 방향으로 다른 잔류 응력을 가지는 것을 특징으로 한다. 특히 두께 방향으로 잔류 응력 차이가 10 MPa 이상 차이가 발생하는 구간을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막이 연속막으로 형성될 때 레지스트막과 인접한 부분의 흡수막 표면에서의 깊이 방향으로 질소의 함유량이 낮아지는 것을 특징으로 한다. 흡수막의 깊이 방향에 대한 질소의 함유량은 건식 식각비에 영향을 미치게 된다. 일반적으로 EUV 리소그래피 시 노광광이 5 내지 7도 기울어져 있고 이로 인해 그림자 효과가 발생하게 된다. 따라서, 흡수막의 건식 식각 시 기존의 수직 패턴과는 달리 5 내지 7도 기울어져 패터닝되는 기술이 필요로 하고 있다. 이때, 흡수막의 표면에서 깊이 방향으로 질소의 함유량이 점점 적어질수록 식각률 (Etch Rate)가 점점 느려지고 이로 인해 건식 식각 후 흡수막은 수직 패턴 모양보다 사다리꼴 형태의 패턴 형태로 가까워 져 그림자 효과가 저감될 수 있는 특성을 가지게 된다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막에 산소가 포함되어 형성될 시 표면에서의 산소 함유량이 깊이 방향으로 적어지는 연속막으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서, 흡수막의 표면 5 nm의 두께 범위에서의 식각률이 흡수막의 바닥 5 nm의 두께 대비 식각률이 1.2 배 이상 높은 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막 형성을 위해 사용되는 스퍼터링 타겟은 몰리브데늄 실리사이드 (MoSi), 몰리브데늄 탄탈늄 실리사이드 (MoTaSi), 크롬 (Cr), 탄탈륨 (Ta), 텅스텐 (W), 실리사이드 (Si), 몰리브데늄 (Mo), 티탄늄 (Ti) 중 선택되는 1종 이상의 스퍼터링 타겟을 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막은 흡수막에 대한 건식 식각 선택비가 5 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막은 DC 반응성 마그네트론 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링 방법을 통해 형성될 수 있으며, 이때 사용되는 불활성 가스로서 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 네온 (Ne) 및 크세논 (Xe) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 사용하고, 반응성 가스로는 산소 (O2), 질소 (N2), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2), 이산화질소 (NO2), 일산화질소 (NO), 아산화질소 (N2O), 암모니아 (NH3) 및 메탄 (CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상을 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막은 선택적으로 깊이 방향으로 조성비의 변화가 발생하는 연속막을 가질 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막은 단층 및 다층으로 형성될 수 있으며, 각각의 단층 및 다층의 내부 및 계면에서 박막을 구성하는 어느 하나 이상의 원소 조성비가 1 at% 내지 50 at% 이내로 변하는 구간을 가지는 연속막인 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막은 단층 및 다층으로 형성될 수 있으며, 각각의 단층 및 다층의 내부 및 계면에서 박막을 구성하는 어느 하나 이상의 원소 조성비가 1 at% 내지 50 at% 이내로 변하는 구간이 20 Å 이상의 두께를 가지는 연속막인 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막의 조성비 중 질소의 함유량이 연속적으로 변화하는 구간이 5 nm 이상의 두께로 적어도 한 구간이상 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막에서 박막의 깊이 방향으로의 밀도의 변화가 0.2 g/㎤ 내지 2 g/㎤인 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막은 불소계 건식 식각 시 하부 흡수막과의 선택비가 5 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막은 염소계 건식 식각 시 하부 흡수막과의 선택비가 5 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막의 두께는 50 내지 150 Å 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서, 하드마스크막 표면에서의 면저항이 1 kΩ/□ 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 e1) 단계에서, 유기 박막은 상기 유기 박막 위의 형성되는 레지스트막 대비 높은 농도의 강산을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 e1) 단계에서, 유기 박막은 노광공정 적용 혹은 노광 공정 미 적용시에도 현상액에 의해 현상되는 것을 특징으로 한다.
상기 e1) 단계에서, 유기 박막의 두께가 200 Å 이내인 것을 특징으로 한다.
상기 f1) 단계에서, 레지스트는 강산을 포함하는 레지스트로 구성되는 화학증폭형 레지스트인 것을 특징으로 한다.
상기 f1) 단계에서, 레지스트의 두께는 1,000 내지 2,000 Å 인 것을 특징으로 한다.
실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 실시예는 단지 본 발명의 예시 및 설명을 하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라며 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
(실시예 1)
실시예 1을 통해 본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크 제조 방법에 대하여 설명한다.　　　
먼저 열팽창 계수가 3ppb/℃ 이하로 제어되고, 기판의 142 mm sq. 영역에서의 P-V 평탄도가 50 nm 이하로 제어되고, 표면의 거칠기가 0.07 nmRa 인 6025 (6inch x 6inch x 0.25inch)의 LTEM의 투명기판을 준비하였다.
그 위에 이온빔 스퍼터링 (Ion Beam Sputtering) 장치를 이용하여 몰리브데늄 (Mo)을 2.8 nm 두께로 하고 실리콘 (Si)을 4.2 nm 두께로 각각 교대로 40 층으로 하여 반사막을 형성하였다. 이 때 반사막의 표면 거칠기 및 발생하는 응력를 감소시키기 위해 보조 이온빔 발생장치에서 헬륨 가스를 사용하여 기판측으로 향하게 하여 이온빔이 기판에 적층되는 원자에 충돌하게 하였다.
반사막 형성 후에 표면 거칠기를 Atomic Force Micrometer (AFM)로 1 um x 1 um 영역에서 측정한 결과 0.05 nmRa를 나타내어 우수한 특성을 나타내었으며, 142 mm sq. 영역에서 13.5 nm EUV 파장에서 반사율 측정 결과 65.6 %의 평균 반사율과, 0.94 %의 균일도를 나타내어 EUV 블랭크 마스크의 반사막으로 사용하기에 적절하였다.
이후 반사막 상부에 반사막을 보호하기 위한 캡핑막 (Capping Layer)으로 루테늄 (Ru)을 7 nm 두께로 형성하였다. 이후 HIP 방식으로 제조된 탄탈륨 타겟을 DC 반응성 마그네트론 스퍼터링 방법을 적용하여 흡수막 (Absorber Layer)을 형성하였다. 흡수막 형성 시 사용된 파워는 0.6 kW로 아르곤 (Ar) 가스를 3 sccm, 질소 (N2) 가스를 1 → 1.5 → 2 sccm과 같이 연속적으로 증가시켜 연속막을 형성하였으며, 이 때 공정 압력은 0.05 Pa, 공정 시간은 23 초 동안 진행하였다.
이후 연속막 형성을 위해 상기 조건에서 추가적으로 산소 (O2) 가스를 0.5 → 0.7 → 1.0 sccm으로 사용하고, 파워를 0.6 → 0.8 → 1.0 kW 로 증가시켜, 흡수막의 하부는 TaN 흡수막의 상부는 TaON으로 이루어지는 연속막 구조의 흡수막 형성하였다.
상기 제조된 흡수막 표면에서의 반사율을 n&k Analyzer 1512RT를 이용하여 193 nm 및 257 nm에서의 반사율을 148 mm sq. 에서 측정하였으며, GXR 장비를 이용하여 흡수막의 두께를 측정하였다. 그 결과 193 nm에서 18.32 %의 반사율과 0.52 %의 반사율 균일도를 나타내었으며 257 nm에서 14.23 %의 평균 반사율과 0.49 %의 균일도를 나타내어 흡수막으로서의 우수한 특성을 나타내었으며, 흡수막의 전체 두께는 563 Å를 나타내었다. 또한 흡수막의 13.5nm에서의 반사율을 측정한 결과 0.12 %를 나타내어 흡수막으로서의 역할도 우수한 결과를 나타내었다.
다음은 상기 제조된 흡수막 상부에 하드마스크막을 형성하기 위하여 HIP 방식으로 제조된 크롬을 타겟으로 하고 아르곤 가스를 3 sccm, 메탄 (CH4) 가스를 0.1 sccm, 이산화질소 가스를 5 sccm의 가스 유량으로 파워는 0.4 kW 압력은 0.5 Pa에서 10 초 동안 증착하였다. 이후 플라즈마를 끄지 않은 상태로 연속적으로 이산화질소 가스를 5 → 3 → 1 sccm으로 유량을 변동하였고, 파워는 0.4 → 1.0 → 1.5 kW로 증가하였다. 이를 통해 박막의 계면이 없는 연속막 제조가 가능하였다. 상기 제조된 하드마스크막의 두께를 GXR로 측정한 결과 72 Å를 나타내었다. 그리고, 하드마스크막 표면에 강산을 함유하는 유기 박막을 Spin Coating하여 100 Å의 두께로 형성하고 FEN-270의 네가티브 화학증폭형 레지스트를 1500 Å의 두께로 코팅하여 극자외선용 블랭크 마스크를 제작하였다.
(실시예 2)
흡수막과 하드마스크막의 조성비 분석을 위해 실시예 1과 동일한 조건에서의 흡수막을 기판위에 형성하고, 이에 따른 조성비를 Auger Electron Spectrometer (AES) 장비를 이용하여 아래의 도 3과 같이 분석을 실시하였다.
도 3을 참조하여 흡수막의 조성비 결과 질소의 함유량이 표면으로 갈수록 증가하는 연속적인 결과를 나타냄을 알 수 있으며, 이에 따른 식각비를 확인하기 위해 ICP Dry Etcher에 End Point Detection의 질소 검출량을 기준으로 식각률 (Etch Rate)를 아래의 표 1과 같이 분석하였다.
흡수막 두께 위치별 Etch rate
흡수막 두께 방향
(흡수막 상부) 0~10 nm 10~20 nm 20~40 nm 40~(흡수막 하부)
Etch Rate(sec) 3.2 sec 4.73 sec 12.23 sec 16.53 sec
상기 표 1은 질소의 함유량에 따른 Etch Rate를 평가한 결과이다. 표 1을 참조하여 흡수막의 질소 함유량이 표면으로 갈수록 증가함에 따라 Etch Rate가 증가함을 알 수 있다. 이를 통해 흡수막 패턴 형성 시 수직한 패턴형성보다 표면의 식각이 높아지는 사다리꼴 형태의 패턴 형성 구현이 가능함을 알 수 있다.
(비교예 1)
비교예 1은 상기 실시예 2와 비교하기 위하여 실험한 결과로서 흡수막 형성을 위해 먼저 탄탈륨 (Ta) 타겟을 이용하고 파워는 1.0 kW로 아르곤 가스는 4 sccm, 질소 가스를 2 sccm, 공정 압력은 0.05 Pa 공정 시간을 26 초 동안 증착하였다. 이후 플라즈마를 끄고, 파워를 0.8 kW, 아르곤 가스는 3 sccm 질소 가스를 8 sccm, 산소 가스를 2 sccm의 공정 조건에서 플라즈마를 형성한 후 탄탈 질화막을 형성하였다.
이후 AES 장비를 이용하여 조성비를 분석한 결과 깊이 방향으로 단계적인 변화를 나타내었다.
10 : 투명기판
20 : 반사막
30 : 흡수막
40 : 하드마스크막
50 : 유기박막
60 : 레지스트막
100 : EUV 하드마스크용 블랭크 마스크

Claims (25)

  1. 투명 기판 상에 구비된 반사막;
    상기 반사막 상에 구비된 흡수막;
    상기 흡수막 상에 구비된 하드마스크막;
    상기 하드마스크막 상에 구비된 유기박막; 및
    상기 유기박막 상에 구비된 레지스트막; 을 포함하며,
    상기 유기 박막은 레지스트막 대비 높은 농도의 강산을 포함하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막은 구성 원소 중 하나 이상의 조성비가 변화되는 구간을 적어도 하나 이상 포함하는 연속막 또는 다층막 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수막의 조성비가 변화되는 구간은 구성 원소 중 하나 이상의 조성비가 1at% ∼ 50at%로 변화되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수막의 조성비가 변화되는 구간은 50Å 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수막은 깊이 방향으로 식각률이 적어도 하나 이상의 구간에서 표면 대비 느린 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수막은 표면으로부터 5nm 두께 범위에서의 식각률이 바닥으로부터 5nm의 두께 범위에서의 식각률 대비 1.2 배 이상 높은 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수막의 조성비가 변화되는 구성 원소는 질소(N)를 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수막은 깊이 방향으로의 박막 밀도의 변화가 0.2 g/㎤ ∼ 2.0 g/㎤인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막은 넓이 방향으로 조성비 균일도가 10% 이하인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막은 300Å ∼ 1,000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하드마스크막은 단층, 구성 원소 중 하나 이상의 조성비가 변화되는 구간을 적어도 하나 이상 포함하는 연속막 또는 다층막 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하드마스크막의 조성비가 변화되는 구간은 구성 원소 중 하나 이상의 조성비가 1at% ∼ 50at%로 변화되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  13. 삭제
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 박막은 200Å 이내의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막과 흡수막 사이에 구비된 위상반전막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 깊이 방향으로 식각 속도가 느려지도록 조성비가 변화되는 구간을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
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