KR101726045B1 - 극자외선 노광 공정용 마스크, 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
극자외선 노광 공정용 마스크가 제공된다. 상기 극자외선 노광 공정용 마스크느, 기판, 상기 기판 상에 교대로 그리고 반복적으로 적층된 제1 물질막 및 제2 물질막을 포함하는 반사막, 상기 반사막 상의 캡핑막, 및 상기 캡핑막 상에 차례로 적층된 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴을 포함하되, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 측벽들은, 상기 캡핑막의 상부면에 대해서 비스듬할 수 있다.
Description
본 발명은 극자외선 노광 공정용 마스크 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 비스듬한 측벽을 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
반도체 산업의 지속적인 성장이 가능했던 것은‘소자의 최소 선폭의 감소는 비용(cost per function)의 감소와 동시에 소자의 기능성을 향상 시킨다’는 특징에 근거하고 있다. 소자의 선폭은 대부분의 반도체 산업 역사에서 3년마다 70%의 속도로 감소하였으며, 최근에는 주기가 2년으로 가속되었다. 동시에 기능 당 비용은 매년 평균 25-30%의 속도로 감소하고 있다. 이러한 경향은 Moore의 법칙이라 불리는데, 이렇게 지난 45년간 지속되어온 반도체성장동력인 소자미세화기술은 더욱 작은 크기의 이미지를 전사시킬 수 있는 리소그래피(lithography) 공정 기술의 발전이 그 핵심이다.
상술된 바와 같이, 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, 은 x-선과 자외선 중간의 전자기파인 극자외선(extreme ultraviolet, EUV)을 이용한 노광 기술이 있다. 이러한 극자외선 광원을 이용하여, 20nm 선폭을 갖는 반도체 소자를 제작할 수 있을 것으로 예상되고 있다.
한편, 극자외선이 대부분의 물질 및 공기 중에서 산란되는 특성을 갖기 때문에, 투과형 마스크를 사용하지 못하고, 13.5nm 파장 대역의 극자외선에 대한 반사형 마스크를 사용한다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고신뢰성의 극자외선 노광 공정용 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도가 조절된 극자외선 노광 공정용 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 NILS(normalized image log slope) 값이 조절된 극자외선 노광 공정용 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 공정 마진이 향상된 극자외선 노광 공정용 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 공정 수율이 향상된 극자외선 노광 공정용 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 극자외선 노광 공정용 마스크를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 극자외선 노광 공정용 마스크는, 기판, 상기 기판 상에 교대로 그리고 반복적으로 적층된 제1 물질막 및 제2 물질막을 포함하는 반사막, 상기 반사막 상의 캡핑막, 및 상기 캡핑막 상에 차례로 적층된 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴을 포함하되, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 측벽들은, 상기 캡핑막의 상부면에 대해서 비스듬할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과, 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도는, 최대 10°일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도가 10°인 경우, NILS(normalized image log slope) 값이 최대일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도가 10° 보다 큰 경우, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도가 증가할수록, NILS(normalized image log slope) 값이 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도가 10° 이하인 범위 내에서, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도가 증가할수록, NILS(normalized image log slope) 값이 증가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도에 따라서, NILS(normalized image log slope) 값 및 CD bias(critical dimension bias) 값이 조절될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴의 상기 측벽과 상기 흡수 패턴의 상기 측벽은 공면(coplanar)을 이룰 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 폭(width)은, 상기 캡핑막의 상부면에 인접할수록 증가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 폭(width)은, 상기 캡핑막의 상부면에 인접할수록 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 굴절률은 서로 동일하고, 소광 계수는 서로 다를 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 두께의 합은 40nm인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 40nm 두께를 유지하면서, 상기 위상 변조 패턴의 두께 및 상기 흡수 패턴의 두께를 조절하여 반사도가 조절될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 극자외선 노광 공정용 마스크의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 극자외선 노광 공정용 마스크의 제조 방법은, 기판 상에 제1 물질막 및 제2 물질막을 교대로 그리고 반복적으로 적층하여 반사막을 형성하는 단계, 상기 반사막 상에 캡핑막을 형성하는 단계, 상기 캡핑막 상에 위상 변조막을 형성하는 단계, 상기 위상 변조막 상에 흡수막을 형성하는 단계, 및 상기 흡수막 및 상기 위상 변조막을 차례로 패터닝하여, 상기 캡핑막의 상부면에 대해서 비스듬한(oblique) 측벽을 갖는 흡수 패턴 및 위상 변조 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도에 따라서, NILS(normalized image log slope) 값 및 CD bias(critical dimension bias) 값을 조절될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크는, 반사막 상의 캡핑막과 상기 캡핑막 상에 차례로 적층된 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴을 포함한다. 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 측벽들은, 상기 캡핑막의 상부면에 대해서 비스듬할 수 있다. 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들의 기울기에 따라서, NILS 값 및 CD bias 값이 조절되어, 공정 마진이 향상되고, 공정 수율이 향상된 고신뢰성의 극자외선 노광 공정용 마스크 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 흡수 패턴의 두께에 따른 위상 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 위상 변조 패턴의 두께에 따른 반사도 및 이미지 콘트라스트(image contrast)를 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 NILS 값을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 CD bias 값을 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 역 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 SEM 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 역 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 NILS 값을 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 역 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 CD bias 값을 측정한 그래프이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 흡수 패턴의 두께에 따른 위상 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 위상 변조 패턴의 두께에 따른 반사도 및 이미지 콘트라스트(image contrast)를 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 NILS 값을 측정한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 CD bias 값을 측정한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 역 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 SEM 사진이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 역 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 NILS 값을 측정한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 역 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 CD bias 값을 측정한 그래프이다.
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 노광 공정용 마스크를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크는, 기판(100), 상기 기판(100) 상의 반사막(120R), 상기 반사막(120R) 상의 캡핑막(130), 상기 캡핑막(130) 상의 위상 변조 패턴(140), 및 상기 위상 변조 패턴(140) 상의 흡수 패턴(150)을 포함할 수 있다.
상기 반사막(120R)은 상기 기판(100) 상에 적층된 복수의 단위막(120U, unit layer)을 포함할 수 있다. 각각의 상기 복수의 단위막(120U)의 두께는 서로 동일할 수 있다.
각각의 상기 복수의 단위막(120U)은 상기 기판(100) 상의 제1 물질막(121), 및 상기 제1 물질막(121) 상의 제2 물질막(122)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 상기 반사막(120R)은 상기 기판(100) 상에 교대로 그리고 반복적으로 적층된 상기 제1 물질막(121) 및 상기 제2 물질막(122)을 포함할 수 있다.
상기 제1 물질막(121)의 굴절률과 및 상기 제2 물질막(122)의 굴절률은 서로 다를 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(121)의 굴절률이 상기 제2 물질막(122)의 굴절률보다 클 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질막(121)은 실리콘(Si)을 포함하고, 상기 제2 물질막(122)은 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(121) 및 상기 제2 물질막(122)의 두께는 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질막(121) 및 상기 제2 물질막(122)의 두께는 3.5~3.6nm이고, 상기 단위막(120U)의 두께는 7.0~7.2nm일 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 제1 물질막(121) 및 상기 제2 물질막(122)의 두께가 동일한 경우, 상기 단위막(120U) 전체 두께에서, 상기 제1 물질막(121)이 차지하는 비율은 0.5일 수 있다.
또는, 상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질막(121) 및 상기 제2 물질막(122)의 두께는 서로 다를 수 있다.
상기 캡핑막(130)은 상기 반사막(120R) 상에 형성되어, 상기 반사막(120R)을 보호할 수 있다. 상기 캡핑막(130)은 상기 반사막(120R)에 포함된 상기 제1 물질막(121) 및 상기 제2 물질막(122)과 다른 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 캠핑막(130)은 루비듐(Ru)으로 형성될 수 있다. 상기 캡핑막(130)의 두께는 상기 제1 물질막(121) 및 상기 제2 물질막(122)의 두께보다 얇을 수 있다. 예를 들어, 상기 캡핑막(130)은 2.5nm일 수 있다.
상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)은, 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 흡수 영역과 반사 영역을 정의할 수 있다. 구체적으로, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)이 배치된 일 영역은, 극자외선이 흡수되는 상기 흡수 영역으로 정의되고, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)이 배치되지 않고 노출된 일 영역은 극자외선이 반사되는 상기 반사 영역으로 정의될 수 있다.
상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 굴절률은 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴(140)은 굴절률이 0.9238인 몰리브덴(Mo) 으로 형성되고, 상기 흡수 패턴(150)은 굴절률이 0.926인 탄탈륨 질화물(TaN)으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 두께의 합이 40nm로 유지된 상태에서, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 두께를 조절하더라도, 상기 흡수 영역 및 상기 반사 영역의 위상 차이가 180°로 유지될 수 있다.
또한, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)은, 상술된 바와 같이, 굴절률이 실질적으로 서로 동일하되, 서로 다른 소광 계수(absorption coefficient)를 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상술된 바와 같이, 상기 위상 변조 패턴(140)은 소광 계수가 0.0064인 몰리브덴(Mo)으로 형성되고, 상기 흡수 패턴(150)은 소광 계수가 0.0436인 탄탈륨 질화물(TaN)으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 두께의 합이 40nm로 유지된 상태에서 상기 위상 변조 패턴(140)의 두께 및 상기 흡수 패턴(150)의 두께를 조절하는 방법으로, 상기 흡수 영역 및 상기 반사 영역의 위상 차이를 180°로 유지하면서, 상기 극자외선 노광 공정용 마스크의 반사도가 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 두께를 조절하여, 전사하고자 하는 패턴의 모양 및 크기에 따라서 반사도가 조절된 극자외선 노광 공정용 마스크가 제공될 수 있다.
상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)은 상기 캡핑막(130)의 상부면, 또는 상기 캡핑막(130)이 생략되는 경우 상기 반사막(120R)의 상부면에 대해서 비스듬한(oblique) 측벽을 가질 수 있다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에 포함된 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)이 도 2 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 캡핑막(130)의 상기 상부면에 수직한 법선( vertical line, 130V)이 정의된다. 상기 캡핑막(130)의 상기 상부면은 실질적으로 평평(flat)할 수 있다.
상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 측벽들은, 상기 법선(130V)에 대해서 일정한 각도를 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(140)의 상기 측벽들과 상기 캡핑막(130)의 상기 법선(130V) 사이의 각도(a, b)에 따라서, 상기 극자외선 노광 공정용 마스크의 수평 패턴의 NILS(normalized image log slope) 값이 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 각도(a, b)가 10°보다 큰 경우, 상기 각도(a, b)가 증가할수록, 상기 극자외선 노광 공정용 마스크의 수평 패턴의 NILS(normalized image log slope) 값이 감소될 수 있다. 반면, 상기 각도(a, b)가 10° 이하인 범위에서, 상기 각도(a, b)가 증가될수록, 상기 극자외선 노광 공정용 마스크의 수평 패턴의 NILS(normalized image log slope) 값이 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(140)의 상기 측벽들과 상기 캡핑막(130)의 상기 법선(130V) 사이의 상기 각도(a, b)는 최대 10°일 수 있다.
또한, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 측벽들과 상기 캡핑막(130)의 사이 법선(130V) 사이의 상기 각도(a, b)에 따라서, 상기 극자외선 노광 공정용 마스크의 CD bias(critical dimension bias) 값이 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 각도(a, b)가 증가할수록, CD bias 값이 감소될 수 있다.
상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)을 형성하는 단계는, 상기 캡핑막(130) 상에 위상 변조막을 형성하는 단계, 상기 위상 변조막 상에 흡수막을 형성하는 단계, 및 상기 흡수막 및 상기 위상 변조막을 차례로 패터닝하여 상기 캡핑막(130)의 상기 상부면에 대해서 비스듬한 측벽을 갖는 상기 흡수 패턴(150) 및 상기 위상 변조 패턴(140)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 흡수막 및 상기 위상 변조막은 상술된 바와 같이, 동일한 공정에서 패터닝되어, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 측벽들은, 서로 공면(coplanar)을 이룰 수 있다.
상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)은, 도 2에 도시된 것과 같이, 사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 다시 말하면, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 폭(width)은, 상기 캡핑막(130)의 상기 상부면 및/또는 상기 반사막(120R)에 인접할수록 증가될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)이 사다리꼴 형태를 갖도록, 상기 흡수막 및 상기 위상 변조막의 식각 공정에서, 소스 파워(source power)가 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 식각 공정 동안 소스 파워가 증가되는 경우, 플라즈마를 구성하는 이온의 수가 증가될 수 있다. 이에 따라 식각 부산물들이 상기 위상 변조 패턴(140)의 아래에 쌓여 상기 위상 변조 패턴(140)의 아랫부분 및 상기 흡수 패턴(150)의 아랫부분이 덜 식각되어, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)이 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.
또는, 다른 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)이 사다리꼴 형태를 갖도록, 상기 흡수막 및 상기 위상 변조막의 식각 공정에서 압력(operating pressure)이 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 식각 공정 동안 압력이 증가되는 경우, 이온들 사이의 충돌이 증가되어 수직 방향의 식각률이 감소됨에 따라 이온의 에너지가 감소되어, 상기 위상 변조 패턴(140)의 아랫부분 및 상기 흡수 패턴(150)의 아랫부분에서 식각 속도가 감소될 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)이 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.
또는, 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)이 사다리꼴 형태를 갖도록, 가스 흐름 속도(gas flow rate)가 조절될 수 있다. 구체적으로, 상기 식각 공정 동안 화학적 식각을 위한 reactive gas의 주입 속도 대비 물리적 식각을 위한 inert gas의 주입 속도를 증가시키는 경우, 상기 흡수 패턴(150) 상의 마스크(포토 레지스트)가 빠르게 식각될 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 변조 패턴(150)의 윗부분 및 상기 흡수 패턴(150)의 윗부분이 더 식각되어, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)이 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.
상술된 바와 달리, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)은, 도 3에 도시된 것과 같이, 역 사다리꼴 형태를 가질 수 있다. 다시 말하면, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 폭(width)은, 상기 캡핑막(130)의 상기 상부면 및/또는 상기 반사막(120R)에 인접할수록 감소될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴이 역 사다리꼴 형태를 갖도록, 식각 공정 시간이 조절될 수 있다. 구체적으로, 식각 공정 시간이 증가되는 경우 이온들이 상기 캡핑막(130)의 표면에서 산란되어 상기 위상 변조 패턴(140)의 아랫부분 및 상기 흡수 패턴(150)의 아랫부분이 더 식각될 수 있고, 이에 따라, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)이 역 사다리꼴 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크는, 상기 반사막(120R) 상의 상기 캡핑막(130)과 상기 캡핑막(130) 상에 차례로 적층된 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)을 포함하되, 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 상기 측벽들은, 상기 캡핑막(130)의 상기 상부면에 대해서 일정한 기울기를 가질 수 있다. 상기 위상 변조 패턴(140) 및 상기 흡수 패턴(150)의 상기 측벽들의 기울기에 따라서, NILS 값 및 CD bias 값이 조절되어, 공정 마진이 향상되고, 공정 수율이 향상된 고신뢰성의 극자외선 노광 공정용 마스크 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 특성 평가 결과가 설명된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 흡수 패턴의 두께에 따른 위상 차이를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 몰리브덴(Mo) 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물(TaN) 흡수 패턴을 갖는 극자외선 노광 공정용 마스크에서, 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 두께를 두께를 달리하면서, 흡수 영역과 반사 영역의 위상 차이를 측정하였다.
측정 결과, 도 4에서 알 수 있듯이, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 두께의 합이 40nm인 상태로 유지되는 상태에서, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 두께들이 변형되더라도, 흡수 영역과 반사 영역의 위상 차이가 180°로 유지되는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크의 위상 변조 패턴의 두께에 따른 반사도 및 이미지 콘트라스트(image contrast)를 측정한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 몰리브덴(Mo) 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물(TaN) 흡수 패턴을 갖는 극자외선 노광 공정용 마스크에서, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 두께의 합이 40nm인 상태로 유지시키면서, 몰리브덴 위상 변조 패턴의 두께에 따른 반사도 및 이미지 콘트라스트를 측정하였다.
측정 결과, 도 5에서 알 수 있듯이, 전체 두께의 합이 40nm로 유지된 상태에서, 몰리브덴 위상 변조 패턴의 두께가 증가될수록, 반사도가 증가되고, 이미지 콘트라스트가 조절되는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 실시 예에 따라서, 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴이 굴절률이 실질적으로 동일하되 서로 다른 소광 계수를 갖는 물질로 형성되는 경우, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴이 두께를 40nm로 유지한 상태에서, 상기 위상 변조 패턴의 두께 및 상기 흡수 패턴의 두께를 조절하여, 흡수 영역 및 반사 영역의 위상 차이를 180°로 유지하면서 반사도 및/또는 이미지 콘트라스트를 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 SEM 사진이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 NILS 값을 측정한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 CD bias 값을 측정한 그래프이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, Mo층 및 Si층이 교대로 그리고 반복적으로 적층된 반사층 상에 Ru 캡핑층을 형성하고, 도 6에 도시된 바와 같이, 사다리꼴 형태를 갖는 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴을 형성하되, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 측벽 각도가 다른 극자외선 노광 공정용 마스크들을 형성하였다. 이후, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 NILS 값 및 CD bias 값을 측정하였다. 구체적으로, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 각각 수평 패턴의 왼쪽 및 오른쪽의 NILS 값을 측정한 그래프들이고, 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는 각각 수직 패턴 및 수평 패턴의 CD bias 값을 측정한 그래프들이다. 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도는, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 것과 같이, 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽과 캡핑막의 상부면의 법선이 이루는 각도를 의미한다.
도 7에서 알 수 있듯이, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 측벽 각도가 10°이하인 범위에서, 상기 측벽 각도가 증가할수록 NILS 값이 증가하고, 상기 측벽 각도가 10° 초과하는 경우, 상기 측벽 각도가 증가할수록 NILS 값이 감소되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 상기 측벽 각도 10°인 경우, NILS 값이 최대가 되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 8에서 알 수 있듯이, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 상기 측벽 각도가 증가할수록, 수직 패턴 및 수평 패턴의 CD bias 값이 감소되는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 역 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 SEM 사진이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 역 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 NILS 값을 측정한 그래프이고, 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 극자외선 노광 공정용 마스크에서 역 사다리꼴 형태를 갖는 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 CD bias 값을 측정한 그래프이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, Mo층 및 Si층이 교대로 그리고 반복적으로 적층된 반사층 상에 Ru 캡핑층을 형성하고, 도 9에 도시된 바와 같이, 역 사다리꼴 형태를 갖는 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴을 형성하되, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 측벽 각도가 다른 극자외선 노광 공정용 마스크들을 형성하였다. 이후, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 측벽 각도에 따른 NILS 값 및 CD bias 값을 측정하였다. 구체적으로, 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 각각 수평 패턴의 왼쪽 및 오른쪽의 NILS 값을 측정한 그래프들이고, 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 각각 수직 패턴 및 수평 패턴의 CD bias 값을 측정한 그래프들이다.
도 10에서 알 수 있듯이, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 측벽 각도가 10°이하인 범위에서, 상기 측벽 각도가 증가할수록 NILS 값이 증가하고, 상기 측벽 각도가 10° 초과하는 경우, 상기 측벽 각도가 증가할수록 NILS 값이 감소되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 상기 측벽 각도 10°인 경우, NILS 값이 최대가 되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 11에서 알 수 있듯이, 몰리브덴 위상 변조 패턴 및 탄탈륨 질화물 흡수 패턴의 상기 측벽 각도가 증가할수록, 수직 패턴 및 수평 패턴의 CD bias 값이 감소되는 것을 확인할 수 있다.
결론적으로, 도 6 내지 도 11을 참조하여 설명된 것과 같이, 본 발명의 실시 예에 따라서, 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴의 측벽과 캡핑막의 상부면의 법선 사이의 각도를 최대 10°로 제어하는 것이, 극자외선 노광 공정용 마스크의 NILS 값을 향상시키고, CD bias 값을 감소시키는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.
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.
100: 기판
120R: 반사막
121: 제1 물질막
122: 제2 물질막
130: 캡핑막
140: 위상변조패턴
150: 흡수 패턴
120R: 반사막
121: 제1 물질막
122: 제2 물질막
130: 캡핑막
140: 위상변조패턴
150: 흡수 패턴
Claims (14)
- 기판;
상기 기판 상에 교대로 그리고 반복적으로 적층된 제1 물질막 및 제2 물질막을 포함하는 반사막;
상기 반사막 상의 캡핑막; 및
상기 캡핑막 상에 차례로 적층된 위상 변조 패턴 및 흡수 패턴을 포함하되,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 측벽들은, 상기 캡핑막의 상부면에 대해서 비스듬한(oblique) 것을 포함하고,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과, 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도는, 최대 10°이고,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도에 따라서, NILS(normalized image log slope) 값 및 CD bias(critical dimension bias) 값이 조절되는 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도가 10°인 경우, NILS(normalized image log slope) 값이 최대인 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도가 10° 보다 큰 경우,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도가 증가할수록, NILS(normalized image log slope) 값이 감소되는 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크.
- 제4 항에 있어서,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도가 10° 이하인 범위 내에서,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도가 증가할수록, NILS(normalized image log slope) 값이 증가되는 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 위상 변조 패턴의 상기 측벽과 상기 흡수 패턴의 상기 측벽은 공면(coplanar)을 이루는 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 폭(width)은, 상기 캡핑막의 상부면에 인접할수록 증가되는 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 폭(width)은, 상기 캡핑막의 상부면에 인접할수록 감소되는 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 굴절률은 서로 동일하고, 소광 계수는 서로 다른 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크.
- 제1 항에 있어서,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 두께의 합은 40nm인 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크.
- 제11 항에 있어서,
40nm 두께를 유지하면서, 상기 위상 변조 패턴의 두께 및 상기 흡수 패턴의 두께를 조절하여 반사도가 조절되는 극자외선 노광 공정용 마스크.
- 기판 상에 제1 물질막 및 제2 물질막을 교대로 그리고 반복적으로 적층하여 반사막을 형성하는 단계;
상기 반사막 상에 캡핑막을 형성하는 단계;
상기 캡핑막 상에 위상 변조막을 형성하는 단계;
상기 위상 변조막 상에 흡수막을 형성하는 단계; 및
상기 흡수막 및 상기 위상 변조막을 차례로 패터닝하여, 상기 캡핑막의 상부면에 대해서 비스듬한(oblique) 측벽을 갖는 흡수 패턴 및 위상 변조 패턴을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 상기 측벽들과 상기 캡핑막의 상기 상부면의 법선 사이의 각도에 따라서, NILS(normalized image log slope) 값 및 CD bias(critical dimension bias) 값을 조절하는 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크의 제조 방법.
- 제13 항에 있어서,
상기 흡수 패턴 및 상기 위상 변조 패턴의 두께의 합이 유지된 상태에서, 상기 위상 변조 패턴 및 상기 흡수 패턴의 두께를 조절하여, 반사도 또는 이미지 콘트라스트를 조절하는 것을 포함하는 극자외선 노광 공정용 마스크의 제조 방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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