KR102520797B1 - 반사형 포토마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

반사형 포토마스크는 기판, 반사층, 흡수층을 갖는다. 반사층은 기판 상에 형성되고, 함몰부를 갖는다. 흡수층은 함몰부에 형성되고 흡수체와 폴리머를 갖는다.

Description

반사형 포토마스크 및 그 제조 방법{Reflective Photo Mask and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 반사형 포토마스크, 그 제조 방법, 그리고 그것을 갖는 노광 장치 에 관한 것이다.
극자외선 포토마스크는 기판, 반사층, 흡수층 등을 포함하여 구성하고 있다. 흡수층은 반사층 속에 매립될 수 있다. 흡수층을 반사층 속에 매립하여 구성할 때, 증착 공정을 통해 흡수층을 반사층 속에 매립하고, 이후 반사층 상의 흡수층을 건식 에칭 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)을 통해 제거하고 있다. 증착 공정과 건식 에칭 또는 CMP를 이용하여 반사층 속에 흡수층을 형성하면, 평탄도를 충분히 확보하는데 어려움이 있을 수 있고, 흡수층을 제거할 때 발생하는 파티클이 반사층 상에 잔존할 수도 있다.
한국특허공개 제2003-0082819호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 EUV 포토마스크의 평탄화가 용이한 포토마스크, 그 제조 방법, 그것을 갖는 노광 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 EUV 포토마스크의 결함(defect) 제어가 용이한 포토마스크, 그 제조 방법, 그것을 갖는 노광 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또다른 과제는 EUV 포토마스크에서 흡수층 재질로 다양한 물질을 이용할 수 있는 포토마스크, 그 제조 방법, 그것을 갖는 노광 장치를 제공하는 데 있다
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명 기술적 사상에 따른 실시예는 반사형 포토마스크, 그 제조 방법, 그것을 이용한 노광 장치 등을 제공한다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크는 기판, 반사층, 흡수층을 포함하여 구성할 수 있다.
반사층은 기판 상에 형성되고, 함몰부를 가질 수 있다.
흡수층은 반사층의 함몰부에 형성될 수 있다. 흡수층은 흡수체와 폴리머를 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크에서, 흡수체는 금속 파티클을 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크에서, 금속 파티클은 Hf, Ta, W, Al, Cr에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크에서, 흡수체는 극자외선에 대해 광학상수 중 소멸상수(extinction coefficient)인 k값이 0.02 이상을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크에서, 폴리머는 페놀성 히드록실기의 수소 원자가 비산분해성 다환형 지환식 탄화수소 구조를 갖는 기로 치환된 구조의 화합물일 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크는 반사층과 흡수층 상에 캡핑층을 더 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크에서, 캡핑층은 Si, Mo, Ru, Zr 중에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크는 반사층 상에 하드 마스크 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크에서, 하드 마스크 층은 Ru 또는 RuSi를 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크에서, 흡수층은 열경화되고 습식 에칭된 면을 가질 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 제조 방법은, 먼저 기판 상에 반사층을 형성할 수 있다. 제조 방법은 반사층에 함몰부를 형성하고, 함몰부 내부와 반사층 상에 흡수체와 폴리머를 갖는 흡수층을 스핀 코팅할 수 있다. 제조 방법은 흡수층을 열경화할 수 있다. 이후, 제조 방법은 함몰부 상부와 반사층 상의 흡수층을 제거할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 제조 방법에서, 흡수층의 열경화는 기판과 반사층의 광학적 성질이 변하지 않는 온도 이내에서 수행될 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 제조 방법에서, 흡수체의 제거는 습식 에칭을 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 제조 방법은 반사층과 흡수층 상에 캡핑층을 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 제조 방법은 반사층 상에 하드 마스크 층을 형성할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크를 이용한 노광 장치는 극자외선 생성 장치, 반사형 포토마스크, 조명 광학계, 투영 광학계 등을 포함하여 구성할 수 있다.
극자외선 생성 장치는 극자외선을 생성하여 방출할 수 있다.
반사형 포토마스크는 기판, 반사층, 흡수층을 포함하여 구성할 수 있다. 반사층은기판 상에 형성되고 함몰부를 가질 수 있다. 흡수층은 반사층의 함몰부에 형성될 수 있다. 흡수층은 흡수체와 폴리머를 포함할 수 있다.
조명 광학계는 극자외선 생성 장치로부터 방출되는 극자외선을 반사형 포토마스크로 투사할 수 있다.
투영 광학계는 반사형 포토마스크로부터 반사된 극자외선을 피처리물로 투영할수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크를 이용한 노광 장치에서, 흡수체는 극자외선에 대해 광학상수 중 소멸상수인 k값이 0.02 이상인 금속 파티클을 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크를 이용한 노광 장치에서, 폴리머는 페놀성 히드록실기의 수소 원자가 비산분해성 다환형 지환식 탄화수소 구조를 갖는 기로 치환된 구조의 화합물일 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크를 이용한 노광 장치에서, 반사형 포토마스크는 반사층과 흡수층 상에 캡핑층을 더 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크를 이용한 노광 장치에서, 반사형 포토마스크는 반사층 상에 하드 마스크 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일부 실시예에 따르면, 흡수층을 스핀 코팅, 차등 열경화, 습식 에칭으로 형성함으로써, EUV 포토마스크의 반사면에서 표면 평탄도를 높게 유지할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일부 실시예들에 따르면, 흡수층을 스핀 코팅, 습식 에칭으로 형성함으로써, EUV 포토마스크의 반사면 표면에서 파티클 등의 결함 발생을 원천적으로 차단할 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 일부 실시예에 따르면, 흡수층을 스핀 코팅으로 형성함으로써, EUV 흡수가 가능한 물질을 폭넓게 선택하여 사용할 수 있다.
그 밖에, 본 발명 기술적 사상의 실시예로부터 다양한 기술적 효과를 도출할 수 있다. 그러한 언급되지 않은 기술적 효과는, 아래의 기재로부터 당업자가 쉽게 도출하거나 유추할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크를 제조하는 방법을 예시하는 단면도이다.
도 5a 내지 도 5k는 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크를 제조하는 방법을 예시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예를 이용한 노광 장치의 블록도이다.
도 7은 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예를 이용한 노광 장치의 공정도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명하는 실시예들로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성 요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 일어날 수 있는 형태 변경도 포함하는 것이다. 예를들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다.
도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성 요소 외에 다른 구성 요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시예에 따른 반사형 포토마스크(100)는 기판(110), 반사층(120), 흡수층(130)을 포함하여 구성할 수 있다.
기판(110)은 유전체, 유리, 반도체, 또는 금속 재료로 이루어질 수 있다. 기판(110)은 낮은 열팽창계수를 가지는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 기판(110)은 20℃에서의 열팽창 계수가 약 0 ± 0.05 × 10-7/℃ 일 수 있다. 기판(110)은 평활성, 평탄도, 및 세정액에 대한 내성이 우수한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 기판(110)은 합성 석영 유리, 석영 유리, 알루미노 실리케이트 유리, 소다라임 유리, SiO2-TiO2계 유리 등과 같은 LTEM (Low Thermal Expansion Material) 유리, β 석영 고용체를 석출한 결정화 유리, 단결정 실리콘, 또는 SiC로 이루어질 수 있다.
반사층(120)은 기판(110) 상에 형성될 수 있다. 반사층(120)은 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 다수 적층된 다층 미러 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 반사층(120)은 고굴절률층과 저굴절률층이 약 40 ∼ 60 주기로 반복 형성된 구조를 가질 수 있다. 반사층(120)을 최상층을 고굴절률층으로 구성할 수 있다.
반사층(120)은 Mo/Si의 다중막, Mo 화합물/Si 화합물의 다중막, Ru/Si의 다중막, Be/Mo의 다중막, Si/Nb의 다중막, Si/Mo/Ru의 다중막, Si/Mo/Ru/Mo의 다중막, 또는
Si/Ru/Mo/Ru의 다중막으로 이루어질 수 있다.
반사층(120)은 재료, 각 층의 두께를 EUV광의 파장대, 또는 반사층(120)에서 요구되는 EUV광의 반사율 등에 따라 선택할 수 있다. 예를 들면, 반사층(120)이 Mo/Si의 다중막으로 이루어지는 경우, 저굴절률층인 Mo층과 고굴절률층인 Si층을 각각 2∼5nm의 범위의 두께로 구성할 수 있다.
반사층(120)은 함몰부를 구비할 수 있다. 함몰부는, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(110) 방향으로는 폐쇄되고, 반사면 방향으로는 개방되게 구성할 수 있다. 함몰부는 웨이퍼에 전사되는 소정의 패턴으로 형성될 수 있다. 함몰부는 그 속에 매립되는 흡수체의 극자외선 흡수율에 따라 깊이를 달리할 수 있다. 즉, 흡수체의 극자외선 흡수율이 높으면 함몰부를 얕게 구성할 수 있고, 흡수체의 극자외선 흡수율이 낮으면 함몰부를 깊게 형성할 수 있다. 함몰부는 30∼200㎚의 깊이를 가질 수 있다.
흡수층(130)은 반사층(120)의 함몰부에 형성될 수 있다. 흡수층(130)은 극자외선 광을 흡수하면서 극자외선 광의 반사율이 매우 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 흡수층(130)은 내화학성이 우수한 물질로 이루어질 수 있다.
흡수층(130)은 스핀 코팅 방식으로 형성되므로, 스핀 코팅에 사용되는 물질들을 포함할 수 있다. 스핀 코팅의 물질은 용매, 흡수체, 폴리머 등을 포함하는 점성 물질일 수 있다. 스핀 코팅 후 열경화하면, 스핀 코팅 물질에서 용매는 날아가고, 흡수체와 폴리머가 경화되어 함몰부에 남게 된다.
흡수층(130)은 흡수체로서 금속 파티클을 포함할 수 있다. 금속 파티클은 나노 크기를 가질 수 있다. 흡수층(130)은 EUV 광의 파장 영역인 13.5 ㎚ 부근에서 최대 광 반사율이 극히 낮은, 예를 들어 0.5% 이하의 물질로 이루어질 수 있다. 흡수체는 Hf, Ta, W, Al, Cr 등을 이용할 수 있다. 그 밖에, 흡수체가 이들 금속간, 또는 이들 금속과 다른 금속의 혼합물을 이용할 수도 있다 예를 들어, Ta를 주성분으로 할 경우, 흡수체는 Ta 주성분과 Hf, Si, Zr, Ge, B, N, H 중에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 흡수체는 TaO, TaN, TaHf, TaHfN, TaBSi, TaBSiN, TaB, TaBN, TaSi, TaSiN, TaGe, TaGeN, TaZr, TaZrN, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
흡수층(130)은 흡수체 물질을 극자외선에 대해 광학상수 중 소멸상수인 k값이 0.02 이상의 물질로 선택하여 사용할 수 있다.
흡수층(130)은 폴리머를 포함할 수 있다.
폴리머는 페놀성 히드록실기의 수소 원자가 비산분해성 다환형 지환식 탄화수소 구조를 갖는 기로 치환된 구조의 화합물을 이용할 수 있다. 폴리머는 하기 일반식 (1)로 나타내어지는 반복 단위를 포함할 수 있다.
Figure 112015099806899-pat00001
[식 중, R1은 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, X는 비산분해성 다환형 지환식탄화수소 구조를 갖는 기를 나타내고, Ar은 방향족환을 나타내고, m은 1 이상의 정수이다]
폴리머는 알칼리 가용성 수지를 사용할 수 있다. 알칼리 가용성 수지로는 노볼락 수지를 이용할 수 있다. 노볼락 수지는 페놀 화합물과 알데히드 화합물을 부가-축합반응하여 얻을 수 있다. 페놀 화합물은 페놀, o-크레졸, m-클레졸, p-크레졸, 2,5-크실레놀, 3,5-크실레놀, 3,4-크실레놀, 2,3,5-트리메틸페놀, 4-t-부틸페놀, 2-t-부틸페놀, 3-t-부틸페놀, 3-에틸페놀, 2-에틸페놀, 4-에틸페놀, 3-메틸-6-t-부틸페놀, 4-메틸-2-t-부틸페놀, 2-나프톨, 1,3-디히드록시나프탈렌, 1,7-디히드록시나프탈렌, 1,5-디히드록시나프탈렌 등이 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 이용될 수 있다. 알데히드 화합물은 포름알데히드, 파라포름알데히드, 아세트알데히드, 프로필알데히드, 벤즈알데히드, 페닐알데히드, α-페닐프로필알데히드 및 β-페닐프로필알데히드, o-히드록시벤즈알데히드, m-히드록시벤즈알데히드 및 p-히드록시벤즈알데히드, 글루타르알데히드, 글리옥살, o-메틸벤즈알데히드 및 p-메틸벤즈알데히드 등이 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 이용될 수 있다.
흡수층(130)은 표면 조도가 0.5㎚ 이하로 구성할 수 있다. 흡수층(130)은 표면의 표면 조도가 크면 흡수층(130)에 형성되는 패턴의 에지 러프니스가 커져, 패턴의 치수 정밀도가 나빠진다. 패턴이 미세해짐에 따라 에지 러프니스의 영향이 현저해지기 때문에, 흡수층(130) 표면은 평활한 것이 요구된다. 흡수층(130)은 표면 조도가 0.5 ㎚ 이하이면, 흡수층(130)은 표면이 충분히 평탄하기 때문에, 에지 러프니스의 영향에 의해 패턴의 치수 정밀도가 악화될 우려가 없다.
흡수층(130)은 스핀 코팅 타입, 즉 금속 나노 파티클의 흡수체와 폴리머가 열경화되어 형성된 것일 수 있다.
흡수층(130)은 상부 면이 습식 에칭에 의해 제거되므로, 습식 에칭으로 식각된 개방 면을 가질 수 있다.
도 2는 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예는 기판(100), 반사층(120), 흡수층(130), 캡핍층(140)을 포함하여 구성할 수 있다.
기판(110)은 유전체, 유리, 반도체, 또는 금속 재료로 이루어질 수 있다. 기판(110)은 도 1의 기판(110)과 동일하므로, 도 2의 기판(110)에 대한 상세 설명은 도 1의 기판(110) 관련 설명으로 갈음한다.
반사층(120)은 기판(110) 상에 형성되며 함몰부를 구비할 수 있다. 반사층(120)은 도 1의 반사층(120)과 동일하므로, 도 2의 반사층(120)에 대한 상세 설명은 도 1의 반사층(120)의 관련 설명으로 갈음한다.
흡수층(130)은 반사층(120)의 함몰부에 형성되며, 스핀 코팅 타입으로 형성되어 금속 파티클의 흡수체와 폴리머를 포함할 수 있다. 흡수층(130)은 도 1의 흡수층(130)과 동일하므로, 도 2의 흡수층(130)에 대한 상세 설명은 도 1의 흡수층(130)의 관련 설명으로 갈음한다.
캡핑층(140)은 반사층(120)과 흡수층(130) 상에 형성될 수 있다. 캡핑층(140)은 Si, Mo, Ru, Zr 중에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 캡핑층(140)은 전이 금속의 질화물, 또는 전이 금속의 산질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캡핑층(140)은 Ru 막, Ru 및 N을 포함하는 루테늄 질화물(RuN), 또는 Ru, O 및 N을 포함하는 루테늄 산질화물(RuON)로 이루어질 수 있다.
캡핑층(140)은 산소가 침투하여 원하지 않는 산화막이 성장함으로써, 하부의 반사층(120)이 열화되거나 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 캡핑층(140)은 후속 공정에서 필요로 하는 반복적인 세정 공정에 대한 내구성도 향상시켜, 반사형 포토마스크의 수명을 연장시킬 수 있다.
캡핑층(140)은 예를 들어 2.5 nm 이하의 두께로 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예는 기판(110), 반사층(120), 흡수층(130), 하드 마스크 층(150)을 포함하여 구성할 수 있다.
기판(110)은 유전체, 유리, 반도체, 또는 금속 재료로 이루어질 수 있다. 기판(110)은 도 1의 기판(110)과 동일하므로, 도 3의 기판(110)에 대한 상세 설명은 도 1의 기판(110) 관련 설명으로 갈음한다.
반사층(120)은 기판(110) 상에 형성되며 함몰부를 구비할 수 있다. 반사층(120)은 도 1의 반사층(120)과 동일하므로, 도 3의 반사층(120)에 대한 상세 설명은 도 1의 반사층(120)의 관련 설명으로 갈음한다.
흡수층(130)은 반사층(120)의 함몰부에 형성되며, 스핀 코팅 타입으로 형성되어 금속 파티클의 흡수체와 폴리머를 포함할 수 있다. 흡수층(130)은 도 1의 흡수층(130)과 동일하므로, 도 3의 흡수층(130)에 대한 상세 설명은 도 1의 흡수층(130)의 관련 설명으로 갈음한다.
하드 마스크 층(150)은 반사층(120)에 함몰부를 형성할 때 반사층(120)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
하드 마스크 층(150)은 반사층(120)에 함몰부를 형성할 때 패턴 형성용 식각 차단층으로 기능할 수도 있다. 이 경우, 반사층(120)에 함몰부를 형성할 때, 패터닝된 포토레지트층으로 하드 마스크 층(150)을 패터닝한 후에는, 포토레지스트층을 제거하고 하드 마스크 층(150)만을 이용할 수 있다.
하드 마스크 층(150)은 반사층(120) 표면이 산화되는 것을 방지하는 기능도 수행할 수 있다.
하드 마스크 층(150)은 EUV 광의 흡수율이 매우 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 하드 마스크 층(150)은 Ru, Ni, Ir 중에서 선택되는 적어도 하나의 전이 금속을 포함할 수 있다.일부 실시예들에서, 하드 마스크 층(150)은 RuB, RuSi, Cr, Cr 질화물, Al, Al 질화물, Ta, Ta 질화물, Pt, Pd, SiO2, Si3N4, Al2O3, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
하드 마스크 층(150)은 반사층(120)의 최상층을 구성하는 고굴절률층의 두께보다 두껍게 구성할 수 있다. 하드 마스크 층(150)은 1 ∼ 6 nm의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 반사층(120)의 최상층을 구성하는 고굴절률층이 1. 5 ∼ 2.5 nm의 두께를 가지고, 하드 마스크 층(150)은 약 3 ∼ 6 nm의 두께를 가질 수 있다.
도 3의 실시예에서, 반사층(120)과 흡수층(130) 상에 도 2의 캡핑층(140)을 더 형성하여, 기판(110), 반사층(120), 흡수층(130), 하드 마스크 층(150), 캡핑층(140)을 포함하는 구조로 형성할 수도 있다.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크를 제조하는 방법을 예시하는 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 먼저 기판(210)을 준비한다. 기판(210)은, 도 1에서 설명한 바와 같이, 유전체, 유리, 반도체, 또는 금속 재료로 이루어질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 기판(210) 상에 반사층(220)을 형성할 수 있다. 반사층(220)은 DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 이온 빔 스퍼터링 공정 등을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 이온 빔 스퍼터링을 이용하여 Mo/Si 다중 반사층을 형성하는 경우, 타겟(target)으로서 Si 타겟을 사용하고 스퍼터 가스로서 Ar 가스를 사용하여 Si 막을 퇴적하고, 그리고 타겟으로서 Mo 타켓을 사용하고 스퍼터 가스로서 Ar 가스를 사용하여 Mo 막을 퇴적하는 것을 하나의 주기로 하여, Si 막과 Mo 막을 약 40 ∼ 60 주기로 형성할 수 있다. 다중 반사층(120)은 최상층을 고굴절률층인 Si 막으로 형성할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 반사층(220) 상에 포토레지스트층(260)을 형성할 수 있다. 포토레지스트층(260)은 노광 공정을 통해 패턴화되어, 도 4c와 같은 형태로 반사층(220) 상에 형성될 수 있다.
도 4d를 참조하면, 반사층(220)은 에칭되어 포토레지스트층(220)의 패턴에 따른 다수의 함몰부를 형성할 수 있다. 반사층(220)은 건식 에칭 등에 의해 식각될 수 있다. 반사층(220)의 에칭에는 Cl2, F2, 또는 이들의 혼합물을 이용할 수 있다. 반사층(220)의 함몰부는 50 ~ 150 nm의 깊이로 에칭될 수 있다.
도 4e를 참조하면, 반사층(220) 상의 포토레지스트층(260)을 제거할 수 있다.
포토레지스트층(260)을 제거하는데, H2SO4, O3 등을 이용할 수 있다. H2SO4을 이용하는 경우, H2SO4, 물 등을 혼합한 희석 황산 용액에 포토레지스트층(260)을 담글 수 있다. H2SO4 용액의 반응성을 높이기 위하여 수십 ℃ 정도로 가열할 수 있다. H2SO4을 이용하는 경우, 중성 또는 알칼리성 세정액으로 전체를 세정하는 공정을 더 수행할 수 있다. 예를 들어, 물, 과산화수소 또는 암모니아를 함유한 세정액을 이용할 수 있다. 오존을 이용하는 경우, 증기(vapor) 상태의 O3 가스에 포토레지스트층(260)을 노출시킬 수 있다. 포토레지스트층(260)은, O3에 노출될 경우, 수용성으로 변한다. 구체적으로는, 반응 챔버의 내부 기압을 약 76㎪ 정도로 유지하고, 반응 챔버 내부의 온도를 약 105℃ 정도로 유지할 수 있다. O3 가스의 증기화 압력을 약 95㎪ 정도로 유지하고, 증기화된 오존 가스의 온도를 약 136℃ 정도로 유지할 수 있다. 반응 시간은 레지스트의 종류에 따라 다를 수 있다. 이후, 물을 이용하여 수용성으로 변화된 포토레지스트층(260)을 제거할 수 있다.
도 4f를 참조하면, 반사층(220)의 함몰부에 흡수층(230)을 형성할 수 있다. 흡수층(230)은 스핀 코팅 방식으로 형성될 수 있다. 스핀 코팅 물질은 용매, 폴리머, 흡수체 등을 포함할 수 있다.
용매는 흡수층(230)이 반사층(220)의 함몰부에 매립된 후 증발되어 균일하고 평탄한 흡수층(230)을 형성할 수 있는 것이면 어느 것이든 사용할 수 있다. 예를 들면, 통상적으로 사용되는 용매를 사용할 수 있는데, 예를 들면, 에틸렌글리콜모노메틸에틸, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 톨루엔, 크실렌, 메틸에틸케톤, 시클로헥산온, 2-히드록시프로피온에틸, 2-히드록시 2-메틸프로피온산에틸, 에톡시초산에틸, 히드록시초산에틸, 2-히드록시 3-메틸부탄산메틸, 3-메톡시 2-메칠프로피온산메틸, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시 2-메틸프로피온산에틸, 초산에틸, 초산부틸, 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 용매의 함량은 폴리머 100중량부에 대하여, 300 내지 5000 중량부로 구성할 수 있다.
폴리머는 페놀성 히드록실기의 수소 원자가 비산분해성 다환형 지환식 탄화수소 구조를 갖는 기로 치환된 구조의 화합물을 이용할 수 있다. 폴리머는 하기 일반식 (1)로 나타내어지는 반복 단위를 포함할 수 있다.
Figure 112015099806899-pat00002
[식 중, R1은 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, X는 비산분해성 다환형 지환식탄화수소 구조를 갖는 기를 나타내고, Ar은 방향족환을 나타내고, m은 1 이상의 정수이다]
일반식 (1)에서, Ar로 나타내어지는 방향족환의 예는 벤젠환, 나프탈렌환, 안트라센환, 플루오렌환 및 페난트렌환 등의 치환기를 가져도 좋은 탄소수 6~18개의 방향족 탄화수소환, 및 티오펜환, 푸란환, 피롤환, 벤조티오펜환, 벤조푸란환, 벤조피롤환, 트리아진환, 이미다졸환, 벤즈이미다졸환, 트리아졸환, 티아디아졸환 및 티
아졸환 등의 복소환을 함유하는 방향족 복소환을 포함할 수 있다.
Ar의 방향족환은 OX로 나타내어지는 기 이외에 치환기를 가져도 좋고, 치환기의 예는 알킬기(바람직하게는 탄소수 1~6개), 시클로알킬기(바람직하게는 탄소수 3~10개), 아릴기(바람직하게는 탄소수 6~15개), 할로겐 원자, 히드록실기, 알콕시기(바람직하게는 탄소수 1~6개), 카르복실기 및 알콕시카르보닐기(바람직하게는 탄소수 2~7개)를 포함할 수 있다.
다환형의 지환식 탄화수소 구조는 예를 들면, 탄소수 5개 이상의 비시클로, 트리시클로 또는 테트라시클로 구조를 포함하고, 탄소수 6~30개의 다환형 시클로 구조가 바람직하고, 그것의 예는 아다만탄 구조, 데칼린 구조, 노르보르난 구조, 노르보르넨 구조, 세드롤 구조, 이소보르난 구조, 보르난 구조, 디시클로펜탄 구조, α-피넨 구조, 트리시클로데칸 구조, 테트라시클로데칸 구조 및 안드로스탄 구조를 포함할 수 있다
흡수체는 예를 들어 Hf, Ta, W, Al, Cr 등으로 이용할 수 있다. 흡수체는 나노 파티클 형태로 구성되어, 용매에 혼합될 수 있다.
도 4f의 스핀 코팅에 사용되는 스핀 코팅 장치는 포토마스크, 포토마스크 지지부, 코팅물질 분사부, 노즐 구동부, 제어부 등을 포함할 수 있다. 노즐이 포토마스크의 중심 영역에서 포토마스크의 가장자리 영역으로 이동하면서 동시에 스핀 코팅 물질을 토출할 수 있다. 노즐은 100 ~ 200 mm/sec의 속도로 이동할 수 있다. 스핀 코팅 물질의 토출량은 0.4 ~ 1.0 cc/sec 일 수 있다.
도 4g를 참조하면, 반사층(220)의 함몰부 내부와 반사층(220)의 상면에 코팅된 스핀 코팅 물질에 열을 가할 수 있다. 가해지는 열은 기판(210) 또는 반사층(220)의 광학적 성질을 변화시키지 않는 온도, 예를 들면 200 이하일 수 있다.
열은 기판(210) 방향에서 가해질 수 있다. 열은 구조적으로 함몰부에 집중될 수 있다. 반사층(220) 함몰부 내의 스핀 코팅 물질은 강하게 경화되고, 반사층(220) 상면의 스핀 코팅 물질은 약하게 경화될 수 있다.
반사층(220) 상면의 스핀 코팅 물질은, 가열되는 과정에서 용매가 증발되므로, 부피가 줄어들 수 있다.
도 4g의 열처리를 위해, 전자기파(electromagnetic waves)를 이용할 수 있다. 전자기파는 0.6 ㎛ ∼ 1 mm의 파장을 가질 수 있다. 예를 들면, 전자기파는 100 ∼ 1000 nm 의 파장을 가질 수 있다. 전자기파는 적외선 램프, 고체 레이저(solid-state laser), Ni-Cr 열선, 세라믹 히터, 또는 석영 히터로부터 공급될 수 있다. 예를 들면, 전자기파 발생 장치로서 Xe 램프, Xe-Hg 램프, 세라믹 히터, 석영 히터, 808 nm의 발진 파장을 갖는 다이오드 레이저광, 투명한 석영 적외선 히터 램프(transparent quartzinfrared heater lamp), 또는 이들의 조합을 이용할 수 있다.
도 4h를 참조하면, 반사층(220)의 함몰부를 제외하고, 반사층(220)의 상면, 그리고 함몰부 상부에 코팅된 스핀 코팅 물질을 제거할 수 있다. 반사층(220)의 상면과 함몰부 상부의 스핀 코팅 물질은 약하게 열경화된 상태일 수 있다. 약하게 경화된 스핀 코팅 물질은 습식 에칭을 통한 제거가 가능하다. 습식 에칭을 이용하여 스핀 코팅 물질을 제거할 경우, 반사층(220)의 상면 및 함몰부 상부의 스핀 코팅 물질을 고 평탄도를 유지하면서 제거할 수 있다. 습식 에칭을 이용하여 스핀 코팅 물질을 제거할 경우, 반사층(220)의 상면에 파티클이 잔존하는 것을 방지할 수 있다.
도 4i를 참조하면, 반사층(220)과 흡수층(230) 상에 캡핑층(240)을 형성할 수 있다. 캡핑층(240)은 Si, Mo, Ru, Zr 등의 물질로 구성할 수 있다. 캡핑층(240)은 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition), 스퍼터링 등을 이용하여 형성할 수 있다.
도 5a 내지 도 5k는 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크를 제조하는 방법을 예시하는 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 먼저 기판(210)을 준비한다.
도 5b를 참조하면, 기판(210) 상에 반사층(220)을 형성할 수 있다.
도 5a, 5b의 공정은 도 4a,4b의 공정과 동일하므로, 도 4A,4B의 관련 설명으로 갈음한다.
도 5c를 참조하면, 반사층(220) 상에 하드 마스크 층(250)을 형성할 수 있다. 하드 마스크 층(250)은 Ru 또는 RuSi를 포함할 수 있다. 하드 마스크 층(250)은 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition), 스퍼터링 등을 이용하여 형성할 수 있다.
하드 마스크 층(250)을 스퍼터링 공정으로 형성할 경우, 타겟으로서 Ru를 사용하고 스퍼터 가스로서 Ar를 사용하는 마그네트론 스퍼터링 공정을 수행할 수 이다. 하드 마스크 층(250)은 1 ∼ 100 nm의 두께로 형성할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 하드 마스크 층(250) 상에 포토레지스트층(260)을 형성할 수 있다. 포토레지스트층(260)은 노광 공정을 통해 패턴화되어, 도 5d와 같은 형태로 반사층(220) 상에 형성될 수 있다.
도 5e를 참조하면, 포토레지스트층(260)의 패턴에 따라 하드 마스크 층(250)이 패터닝될 수 있다. 하드 마스크 층(250)의 패터닝은 건식 에칭 등으로 수행할 수 있다.
도 5f를 참조하면, 포토레지스트층(260)을 제거할 수 있다. 포토레지스트층(260)을 제거하는데, H2SO4, O3 등을 이용할 수 있다.
하드 마스크 층(250)을 반사층(220)의 주된 식각 차단막으로 사용하지 않고 포토레지스트층(260)을 주된 식각 차단막으로 사용하는 경우에는, 포토레지스트층(260)을 제거하지 않을 수 있다.
도 5g를 참조하면, 하드 마스크 층(250)을 식각 차단막으로 하여 반사층(220)을 식각하여 함몰부를 형성할 수 있다. 반사층(220)은 건식 에칭 등에 의해 식각될 수 있다. 반사층(220)의 에칭에는 Cl2, F2, 또는 이들의 혼합물을 이용할 수 있다. 다만, 하드 마스크 층(250)도 식각될 염려가 있는 경우에는 다른 적절한 에칭 물질을 선택하여 사용할 수 있다.
도 5h를 참조하면, 반사층(220)과 하드 마스크 층(250)에 의해 형성되는 함몰부에 흡수층(230)을 형성할 수 있다. 흡수층(230)은 스핀 코팅 방식으로 형성될 수 있다. 스핀 코팅 물질은 용매, 폴리머, 흡수체 등을 포함할 수 있다. 스핀 코팅과 관련하여서는, 도 4F의 과정과 동일하므로, 도 5H에 대한 상세 설명은 도 4F의 관련 설명으로 갈음한다.
도 5i를 참조하면, 흡수층(230)을 가열하여 용해도 차이를 유발하고, 도 5j를 참조하면, 상부의 흡수층(230)을 습식 에칭으로 제거하며, 그리고 도 5k를 참조하면, 상부에 캡핑층(240)을 형성할 수 있다. 흡수층(230)의 가열, 흡수층(230)의 일부 제거, 캡핑층(240)의 형성은, 반사층(220) 상에 하드 마스크 층(250)이 추가된 구조를 제외하면, 도 4g~4i와 동일하므로, 도 5i~5k에 대한 상세 설명은 도 4g~4i의 관련 설명으로 갈음한다.
도 6은 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예를 이용한 노광 장치의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 노광 장치는 극자외선 생성 장치(310), 조명 광학계(320), 마스크 스테이지(330), 투영 광학계(340), 웨이퍼 스테이지(350) 등을 포함할 수 있다.
극자외선 생성 장치(310)는 챔버, 원료 공급 유닛, 레이저 조사 유닛, 집광 유닛, 가이드 유닛 등을 포함할 수 있다.
챔버는 극자외선이 형성되는 내부 공간을 갖는다. 본 실시예에서, 극자외선은 원료에 레이저를 조사하여 발생되는 고온의 플라즈마로부터 생성되므로, 챔버는 고온의 플라즈마에 의해 손상되지 않는 재질로 구성할 수 있다.
원료 공급 유닛은 챔버의 상부면에 배치할 수 있다. 원료 공급 유닛은 원료를 하나씩 예를들어 연직 하방으로 챔버의 내부 공간에 공급할 수 있다. 원료는 주석, 주석 화합물 등을 포함할 수 있다.
원료가 레이저 조사 위치로 정확하게 도달할 수 있도록, 원료 제어 유닛이 원료 공급 유닛의 위치를 제어할 수 있다. 원료 제어 유닛은 원료 공급 유닛을 X축, Y축 및 Z축의 방향을 따라 미세하게 이동시킬 수 있다.
레이저 조사 유닛은 챔버의 좌측면에 배치할 수 있다. 레이저 조사 유닛은 원료 공급 방향과 실질적으로 직교하는 방향, 예를들어 수평 우측 방향으로 레이저를 챔버의 내부 공간에 조사할 수 있다. 레이저 조사 유닛은 원료 공급 유닛과 실질적으로 직교하는 방향을 따라 배치할 수 있다. 레이저는 이산화탄소 레이저를 포함할 수 있다.
하방으로 이동하는 이동하는 원료에 레이저를 수평 방향으로 정확하게 조사하기 위해서, 레이저 제어 유닛이 레이저 조사 유닛의 위치를 제어할 수 있다. 레이저 제어 유닛은 레이저 조사 유닛을 X축, Y축, 및 Z축의 방향을 따라 미세하게 이동시킬 수 있다.
집광 유닛은 레이저가 원료에 조사되어 생성된 극자외선을 집광시킨다. 집광 유닛은 집광 미러, 집광부 등을 포함할 수 있다. 집광 미러는 레이저 조사 유닛과 레이저 조사 위치 사이인 챔버의 내부에 배치할 수 있다. 집광 미러는 극자외선을 챔버의 우측면으로 반사할 수 있다. 집광부는 챔버의 우측면에 배치할 수 있다. 집광 미러에서 반사된 극자외선은 집광부에 집광될 수 있다.
집광 미러가 집광부로 극자외선을 정확하게 반사하도록 하기 위해, 미러 제어 유닛이 집광 미러의 위치를 제어할 수 있다. 미러 제어 유닛은 집광 미러의 반사각을 조정하여, 집광 미러로부터 반사된 극자외선이 집광부에 정확하게 포커싱되게 할 수 있다.
가이드 유닛은 원료 공급 유닛으로부터 공급되는 원료를 레이저 조사 위치로 안내할 수 있다. 가이드 유닛은 원료가 유출되는 원료 공급 유닛의 하단에 배치할 수 있다. 가이드 유닛은 원료 공급 유닛과 평행하게 하방으로 배치할 수 있다.
조명 광학계(320)는 극자외선 생성 장치(310)의 측부에 배치할 수 있다. 조명 광학계(320)는 극자외선 생성 장치(310)로부터 생성된 극자외선을 반사형 포토마스크(100)로 전달할 수 있다.
반사형 포토마스크(100)는 도 1의 반사형 포토마스크(100)의 구성요소들과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함할 수 있다. 반사형 포토마스크(100)에 대한 설명은 도 1의 관련 설명으로 갈음한다. 반사형 포토마스크(100)는 도 2,3의 반사형 포토마스크(200,300)를 이용할 수도 있다.
마스크 스테이지(330)는 조명 광학계(320)의 상부에 배치할 수 있다. 마스크 스테이지(330)는 반사형 포토마스크(100)를 지지할 수 있다.
투영 광학계(340)는 조명 광학계(320)의 하부에 배치할 수 있다. 투영 광학계(340)는 반사형 포토마스크(100)로부터 반사된 극자외선을 웨이퍼(W)로 전달할 수 있다.
웨이퍼 스테이지(350)는 투영 광학계(340)의 하부에 배치할 수 있다. 웨이퍼 스테이지(350)는 웨이퍼(W)를 지지할 수 있다.
도 7은 본 발명 기술적 사상에 따른 반사형 포토마스크의 일 실시예를 이용한 노광 장치의 공정도이다.
도 7을 참조하면, 단계(S11)에서, 웨이퍼 스테이지(350)에 웨이퍼(W)를, 그리고 마스크 스테이지(330)에 반사형 포토마스크(100)을 배치할 수 있다.
단계(S12)에서, 챔버에 연결된 진공 챔버를 작동시켜, 챔버 내부에 진공 분위기를 형성할 수 있다.
단계(S13)에서, 극자외선 생성 장치(310)를 작동시켜, 극자외선을 방출시킬 수 있다.
단계(S14)에서, 조명 광학계(320)는 극자외선을 반사형 포토마스크(100)로 전달할 수 있다.
단계(S15)에서, 반사형 포토마스크(100)는 극자외선을 선택적으로 반사 및 흡수하여 극자외선 패턴을 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 반사형 포토마스크(100)는 스핀 코팅 타입의 물질을 스핀 코팅하여 흡수층을 형성하고 있어, 반사층(120) 상에 파티클을 거의 포함하지 않으며, 또한 표면 평탄도가 양호하여, 정확한 극자외선 패턴을 형성할 수 있다. 반사형 포토마스크(100)가 캡핑층(140)을 구비하는 경우에는, 반사층(120)이나 흡수층(130)으로부터 이물질이 방출되지 않으므로, 노광 공정의 파티클 생성을 최소화할 수 있다.
단계(S16)에서, 투영 광학계(340)는 반사형 포토마스크(100)로부터 반사된 극자외선 패턴을 웨이퍼 스테이지(350)에 안착된 웨이퍼(W)로 전달할 수 있다.
단계(S17)에서, 웨이퍼(W)는 극자외선 패턴에 따라 패터닝될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 기술적 사상의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
110, 210 : 기판 120, 220 : 반사층
130, 230 : 흡수층 140, 240 : 캡핑층
150, 250 : 하드 마스크 층 260 : 포토 레지스트 층
310 : 극자외선 생성 장치 320 : 조명 광학계
330 : 마스크 스테이지 340 : 투영 광학계
350 : 웨이퍼 스테이지

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성되고, 함몰부를 갖는 반사층; 및
    상기 함몰부에 형성되고 흡수체와 폴리머를 갖는 흡수층을 포함하고,
    상기 폴리머는 페놀성 히드록실기의 수소 원자가 비산분해성 다환형 지환식 탄화수소 구조를 갖는 기로 치환된 구조의 화합물을 포함하는, 반사형 포토마스크.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 흡수체는
    금속 파티클을 포함하는, 반사형 포토마스크.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 금속 파티클은
    Hf, Ta, W, Al, Cr에서 선택되는 적어도 하나인, 반사형 포토마스크.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 흡수체는
    극자외선에 대해 광학상수 중 소멸상수인 k값이 0.02 이상을 갖는 물질을 포함하는, 반사형 포토마스크.
  5. 삭제
  6. 기판 상에 반사층을 형성하고;
    상기 반사층에 함몰부를 형성하고;
    상기 함몰부의 내부와 상기 함몰부의 상부에 흡수체와 폴리머를 갖는 흡수층을 스핀 코팅하고;
    상기 기판 방향에서 열을 가해, 상기 함몰부의 상기 내부의 상기 흡수층을 강하게 열경화하며 상기 함몰부의 상기 상부의 상기 흡수층을 약하게 열경화하고; 그리고
    습식 에칭을 통해 상기 함몰부의 상기 상부의 상기 흡수층을 제거하는, 반사형 포토마스크 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 반사층과 상기 흡수층 상에 캡핑층을 형성하는, 반사형 포토마스크 제조 방법.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 반사층 상에 하드 마스크 층을 형성하는, 반사형 포토마스크 제조 방법.
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