KR20220121399A - 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크 및 포토마스크 - Google Patents

극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크 및 포토마스크 Download PDF

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KR20220121399A
KR20220121399A KR1020210025384A KR20210025384A KR20220121399A KR 20220121399 A KR20220121399 A KR 20220121399A KR 1020210025384 A KR1020210025384 A KR 1020210025384A KR 20210025384 A KR20210025384 A KR 20210025384A KR 20220121399 A KR20220121399 A KR 20220121399A
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Abstract

EUV 리소그래피용 블랭크마스크는 기판 상에 형성된 반사막 및 반사막 상에 형성된 위상반전막을 구비한다. 위상반전막은 탄탈륨(Ta) 및 니우븀(Nb)을 포함하는 물질로 형성된다. 5~20% 의 반사율을 가지고 170~230°의 위상반전량을 가지는 위상반전막을 구비한 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 제작할 수 있다.

Description

극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크 및 포토마스크 {Phase Shift Blankmask and Photomask for EUV lithography}
본 발명은 블랭크마스크(Phase shift Blankmask) 및 포토마스크(Photomask)에 관한 것으로서, Wafer Printing 시 우수한 해상도(Resolution) 구현을 위하여 EUV 노광광에 대해 위상을 반전시키는 위상반전막을 구비한 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크 마스크 및 이를 이용하여 제조되는 포토마스크에 관한 것이다.
최근 반도체 제조를 위한 리소그래피 기술은 ArF, ArFi MP(Multiple) Lithography 에서 EUV Lithography 기술로의 발전이 이루어지고 있다. EUV Lithography 기술은 13.5nm 의 노광파장을 사용함으로써 해상도(Resolution) 향상 및 공정 단순화가 가능하여, 10nm 급 이하 반도체 소자 제조용으로 각광받고 있는 기술이다.
한편, EUV Lithography 기술에 있어서, EUV 광은 모든 물질에 대해 잘 흡수되고, 또한 이 파장에서 물질의 굴절률이 1에 가깝기 때문에, 기존의 KrF 또는 ArF 광을 사용한 포토 리소그래피와 같은 굴절 광학계를 사용할 수 없다. 이 때문에, EUV 리소그래피에서는 반사 광학계를 이용한 반사형 포토마스크가 사용된다.
블랭크마스크는 상기 포토마스크의 원재료로서, 반사형 구조를 형성하기 위하여, 기판 상에 EUV 광을 반사하는 반사막, EUV 광을 흡수하는 흡수막의 2가지 박막을 포함하여 이루어진다. 포토마스크는 이러한 블랭크마스크의 흡수막을 패터닝함으로써 제작되며, 반사막의 반사율과 흡수막의 반사율의 명암비(Contrast) 차이를 이용하여 Wafer에 패턴을 형성하는 원리를 이용한다.
한편, 최근에는 10nm 급 이하, 즉 7nm 급 또는 5nm급 소자 나아가 3nm급 이하의 반도체 소자 제조를 위한 블랭크마스크 개발이 요구되고 있다. 그런데 5nm 급 이하, 예컨대 3nm 급의 공정에서는 현재의 바이너리 형태의 포토마스크를 이용할 경우 더블 패터닝 리소그래피(DPL : Double Pattering Lithography) 기술이 적용되어야만 하는 문제점을 가진다. 이에 따라, 상기와 같은 흡수막을 구비한 바이너리 형태의 블랭크마스크에 비하여 더욱 높은 해상도(Resolution)를 구현할 수 있는 위상반전 블랭크마스크의 개발이 시도되고 있다.
도 1 은 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크의 기본 구조를 도시한 도면이다. 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크는, 기판(102), 기판(102)상에 적층된 반사막(104), 반사막(104) 위에 형성된 위상반전막(108), 및 위상반전막(108) 위에 형성된 레지스트막(110)을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 EUV 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크에서, 위상반전막(108)은 일반적으로 포토마스크 제작이 용이하고, Wafer Printing 시 Performance가 우수한 재료를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 위상반전막 물질로서 루테늄(Ru)계 물질을 사용할 수 있다. 루테늄(Ru)계 물질은 13.5nm 파장에서 낮은 굴절률(Low n) 및 낮은 소멸계수(Low k)를 가지기 때문에, 두께 박막화가 가능하면서도 높은 반사율 및 위상량 구현이 가능하다. 그러나 13.5nm 에서의 높은 반사율은 Wafer Printing 시 원하지 않는 위치가 노광되는 현상, 즉 사이드로브(Side-lobe) 현상을 발생시켜 사용하기 어려운 문제점을 가진다. 이를 위해서는 추가적으로 흡수막 등을 포함하는 구조가 필요하다.
한편, 기존의 탄탈륨(Ta)계 물질은 상대적으로 높은 굴절률(High n) 및 높은 소멸계수(High k)를 가져 소정의 반사율 및 위상량 구현이 어려운 문제점을 가진다. 구체적으로, 탄탈륨(Ta)계 물질은 두께 제어(일반적으로 55~65nm)를 통해 180° 가량의 위상량을 구현할 수 있지만, 반사막에 대한 상대반사율이 5% 미만으로 낮아 위상반전막으로서 높은 Wafer Printing 효과를 가지기 어렵다.
한편, 위상반전막(108)은 식각 시 패턴 정확도(Fidelity)를 우수하게 하기 위하여 비정질 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 위상반전막(108)은 낮은 박막 스트레스(Stress)를 가지는 것이 필요하다. 일반적으로 박막의 스트레스는 평탄도 변화(△TIR : Total indicated reading)로 표기된다. 박막의 패턴 형성 과정에서 박막 스트레스의 풀림(Release) 현상은 패턴 정렬도(Registration)의 변화를 발생시킨다. 이러한 문제점은 패턴 크기 및 밀도에 따라 다르게 발생하는데, 이를 효과적으로 제어하기 위해서는 박막이 낮은 스트레스를 갖도록 하는 것이 필요하다.
또한, 위상반전막(108)은 낮은 표면 거칠기(Surface Roughness)를 가지는 것이 필요하다. 기존의 바이너리형 블랭크마스크의 경우 노광광에 대하여 반사율이 낮아 상대적으로 표면 거칠기에 의한 난반사 영향이 미미하지만, 위상반전막은 5% 이상의 반사율이 요구됨에 따라, 그 영향이 커지게 된다. 예를 들어 위상반전막의 표면 거칠기(Surface Roughness)가 높아지면 노광광의 난반사에 의한 반사율 감소 또는 반사광의 플레어(Flare) 현상에 의해 Contrast 감소가 발생할 수 있고, Wafer PR 패턴의 LER(Line Edge Roughness) 및 LWR(Line Width Roughness)가 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 사이드로브(side-lobe) 현상이 발생하지 않으면서도 위상반전막에 대해 요구되는 반사율과 위상반전량을 충족시킬 수 있는 EUV 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 위상반전막의 표면 거칠기 제어를 통해 Wafer Printing 시 Contrast, LER, LWR 등의 특성을 우수하게 할 수 있는 고품질의 EUV 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 EUV 리소그래피용 블랭크마스크는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 반사막, 상기 반사막 상에 형성된 위상반전막을 포함하며, 상기 위상반전막은 탄탈륨(Ta) 및 니우븀(Nb)을 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 위상반전막의 탄탈륨(Ta)의 함유량은 30~70at% 인 것이 바람직하다.
상기 위상반전막은 몰리브데늄(Mo), 루테늄(Ru), 실리콘(Si), 보론(B), 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 상기 위상반전막의 보론(B)의 함유량은 하방으로 갈수록 증가하는 것이 바람직하다.
상기 위상반전막은 질소(N)를 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 상기 위상반전막의 질소(N)의 함유량은 1~30at% 인 것이 바람직하다. 상기 위상반전막의 질소(N)의 함유량은 하방으로 갈수록 감소하는 것이 바람직하다.
상기 위상반전막은 산소(O)를 추가로 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 상기 위상반전막은 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 이때 상기 위상반전막의 최상부층은 산소(O)를 추가로 포함하는 물질로 형성되고 상기 최상부층 아래의 하부층은 산소(O)를 포함하지 않는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 최상부층의 산소(O) 함유량은 1~40at% 이다. 상기 최상부층은 질소(N)를 더 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 상기 최상부층의 질소(N)와 산소(O)의 합계 함유량은 1~40at% 이다.
상기 하부층은 질소(N)를 더 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 상기 하부층의 질소(N)의 함유량은 1~40at% 이다.
상기 최상부층은 2~10nm 의 두께를 갖는다. 상기 하부층은 45~60nm 의 두께를 갖는다.
본 발명의 블랭크마스크는 상기 위상반전막상에 형성된 하드마스크막을 더 포함한다. 상기 하드마스크막은 크롬(Cr), 또는 크롬(Cr)에 탄소(C), 산소(O), 질소(N) 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
상기 위상반전막은 Ta : Nb = 30~60at% : 40~70at% 의 조성비를 갖는 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성된다.
상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 극자외선 노광광에 대한 반사율이 5~20% 이다. 상기 위상반전막은 170~230°의 위상반전량을 갖는다. 상기 위상반전막은 300nm 이하의 평탄도를 갖는다. 상기 위상반전막은 0.5nmRMS 이하의 거칠기를 갖는다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기와 같은 구성을 갖는 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크가 제공된다.
본 발명에 따르면, 5~20% 의 상대반사율(하부의 반사막의 반사율에 대비한 상대적인 반사율)을 가지고 170~230°의 위상반전량을 가지는 위상반전막을 구비한 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크가 제공된다. 또한 본 발명에 따르면, 위상반전막의 표면 거칠기가 0.5nmRMS 이하, 나아가 0.3nmRMS 이하인 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크가 제공된다.
또한 본 발명의 위상반전막은 식각 시 깊이 방향으로 식각속도가 동일하거나 더 빠른 어느 한 층을 구비함으로써, 패턴 프로파일이 우수하다는 장점이 있다.
이러한 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크를 이용하여, 최종적으로 7nm 이하의 패턴 제작 시 우수한 해상도(Resolution)을 얻을 수 있다.
도 1 은 종래의 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크의 기본 구조를 도시한 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 도시한 도면.
도 3 은 본 발명의 블랭크마스크에서 위상반전막의 구체적인 구성의 실시예를 도시한 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 기술한다.
도 2 는 본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상반전 블랭크마스크를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 극자외선 리소그패리용 위상반전 블랭크마스크는, 기판(202), 기판(202)상에 적층된 반사막(204), 반사막(204) 위에 적층된 캡핑막(205), 캡핑막(205) 위에 적층된 위상반전막(208), 위상반전막(208) 위에 적층된 하드마스크막(209), 및 하드마스크막(209) 위에 적층된 레지스트막(210)을 구비한다. 또한 본 발명의 블랭크마스크는, 기판(202)의 후면에 형성된 도전막(201), 및 캡핑막(205)과 위상반전막(208) 사이에 형성된 식각저지막(207)을 추가적으로 구비할 수 있다. 또한, 위상반전막(208)과 레지스트막(210) 사이에는 흡수막(도시되지 않음)이 추가로 구비될 수 있다.
기판(202)은 EUV 노광광을 이용하는 반사형 블랭크마스크용 글래스 기판으로서 적합하도록 노광 시의 열에 의한 패턴의 변형 및 스트레스를 방지하기 위해 0±1.0×10-7/℃ 범위 내의 저 열팽창 계수를 가지며, 바람직하게는 0±0.3×10-7/℃ 범위 내의 저 열팽창 계수를 갖는 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판으로 구성된다. 기판(202)의 소재로서는 SiO2-TiO2 계 유리, 다성분계 유리 세라믹 등을 이용할 수 있다.
기판(202)은 노광 시 반사광의 패턴 위치 에러(Pattern Position Error)를 제어하기 위하여 낮은 수치의 평탄도(Flatness)가 요구된다. 평탄도는 TIR(Total Indicated Reading) 값으로 표현되고, 기판(202)은 낮은 TIR 값을 갖는 것이 바람직하다. 기판(202)의 평탄도는 132mm2 영역 또는 142mm2 영역에서 100㎚ 이하, 바람직하게는 50㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 30nm 이하이다.
반사막(204)은 EUV 노광광을 반사하는 기능을 가지며, 각 층의 굴절률이 상이한 다층막 구조를 갖는다. 구체적으로는, 반사막(204)은 Mo 재질의 층과 Si 재질의 층을 교대로 40~60 층 적층하여 형성한다. 반사막(204)의 최상부층은 반사막(204)의 산화를 방지하기 위하여 Si 재질의 보호막으로 구성되는 것이 바람직하다.
반사막(204)은 이미지 감도(Image Contrast)를 좋게 하기 위하여 13.5㎚ 파장에 대한 높은 반사율이 요구되는데, 이러한 다층 반사막의 반사 강도(Reflection Intensity)는 노광광의 입사 각도 및 각 층의 두께에 따라 달라지게 된다. 예를 들어, 노광광의 입사 각도가 5~6˚일 경우, Mo 층 및 Si 층이 각각 2.8㎚, 4.2㎚의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
반사막(204)은 13.5㎚ 의 EUV 노광광에 대하여 60% 이상, 바람직하게는 64% 이상의 반사율을 갖는 것이 바람직하다.
반사막(204)의 표면 평탄도를 TIR(Total Indicated Reading)로 정의할 때 TIR 은 1,000㎚ 이하, 바람직하게는 500㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 300㎚ 이하의 값을 갖는다. 반사막(204)의 표면 TIR 이 높은 경우 EUV 노광광이 반사되는 위치의 에러를 유발하며, 위치 에러가 클수록 패턴 위치 에러(Pattern Position Error)가 커진다.
반사막(204)은 EUV 노광광에 대한 난반사를 억제하기 위하여 0.5㎚Rms 이하, 바람직하게는 0.3㎚Rms 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎚Rms 이하의 표면 거칠기(Surface Roughness) 값을 갖는다.
캡핑막(205)은 반사막(204) 상에 형성되며, 반사막(204)의 산화막 형성을 방지하여 반사막(204)의 EUV 노광광에 대한 반사율을 유지하고, 위상반전막(208) 패터닝 진행 시 반사막(204)이 식각되는 것을 막아주는 역할을 한다. 바람직한 예로서, 캡핑막(205)은 루테늄(Ru)을 포함하는 재질로 형성된다. 캡핑막(205)은 2~5nm 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 캡핑막(205)의 두께가 2nm 이하일 경우 캡핑막(205)으로서의 기능을 발휘하기 어려우며, 5nm 이상일 경우 EUV 노광광에 대한 반사율이 저하되는 문제가 있다.
식각저지막(207)은 캡핑막(205)과 위상반전막(208) 사이에 선택적으로 구비되며, 위상반전막(208)의 패터닝을 위한 드라이 에칭(Dry Etching) 공정 또는 세정(Cleaning) 공정 시 하부의 캡핑막(205)을 보호하는 역할을 한다. 식각저지막(207)은 바람직하게는 위상반전막(208)에 대해 10 이상의 식각 선택비(Etch Selectivity)를 갖는 물질로 형성된다.
위상반전막(208)은 노광광의 위상을 반전시켜 반사시킴으로써, 반사막(204)에 의해 반사되는 노광광과 상쇄 간섭을 통해 해상도를 향상시킬 수 있다. 위상반전막(208)은 노광광의 파장에 대하여 위상반전 제어(Phase Shift Control)가 용이하면서도 투과도가 높은 물질로 형성된다. 이러한 물질로서 본 발명에서는 탄탈륨(Ta)과 니오븀(Nb)이 사용된다. Ta 와 Nb 을 포함하는 재질은 내약품성이 우수하고, 건식 식각 시 일반적으로 사용되는 불소(F)계 또는 염소(Cl)계 가스를 용이하게 적용할 수 있는 장점을 가진다.
특히 Nb 은 Ta 에 비하여 굴절률과 소멸계수가 낮아 위상반전막(208)에 대해 요구되는 위상반전량의 구현이 용이하고 상대적으로 높은 반사율의 구현이 가능하다. 즉, Ta 계의 재질만 사용할 때에 비하여 Nb 을 포함함으로써 반사율을 높일 수 있다.
한편, 위상반전막(208)은 Ta 와 Nb 외에도 몰리브데늄(Mo), 루테늄(Ru), 실리콘(Si), 보론(B) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상의 물질을 추가로 포함할 수 있다. 특히 보론(B)을 포함하는 경우 식각 속도가 증가되고 박막이 비정질화되므로, 패턴 프로파일이 우수해지고 표면 거칠기가 개선된다.
Ta 및 Nb 은 위상반전막(208)의 반사율과 위상반전량을 결정한다. 위상반전막(208)에 포함되는 Ta 의 함유량은 30~70at% 인 것이 바람직하다. Ta 의 함유량이 70at% 이상일 경우 13.5nm 파장에서 5% 이상의 상대반사율 구현이 어려우며, 반대로 30at% 이하일 경우 20% 이상의 높은 반사율로 인하여 사이드로브(side-lobe) 현상이 발생한다. 더욱 바람직하게는 Ta 는 40~60at% 의 함유량을 갖는다.
한편, 위상반전막(208)은 질소(N)를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다. 질소(N)는 위상반전막(208)의 박막 결정성을 비정질화하여 패턴 형성 시 패턴 모양(Pattern Profile)을 우수하게 한다. 또한 질소(N)는 Ta 와 Nb 대비 낮은 원자량을 가짐에 따라 Sputtering 후 박막의 표면 거칠기를 낮추는 기능을 한다. 이를 통해 위상반전막(208) 표면에서 발생하는 난반사 등을 제어하기 용이하다. 또한 질소(N)은 광학적으로 Ta 와 Nb 대비 낮은 소멸계수(k) 가지고 있으므로, 5~20% 범위의 반사율 및 180° 내외의 위상반전량을 구현을 용이하게 한다. 그러나, 질소(N)의 함유량이 증가할 경우 식각 속도가 느려지고, 따라서 패턴 프로파일이 나빠질 수 있다. 이에 따라 위상반전막(208)에 포함되는 질소(N)의 함유량은 1~30at% 인 것이 바람직하다.
위상반전막(208)은 산소(O)를 추가적으로 포함할 수 있다. Ta 를 포함하는 막은 산소(O)를 추가로 포함할 경우에는 불소계 식각 가스에 의해 식각되는 특성을 갖게 되며, 산소(O)를 포함하지 않을 경우에는 염소계 식각 가스에 의해 식각되는 특성을 갖게 된다. 따라서, 위상반전막(208)이 2층 또는 3층 이상의 다층으로 구성될 경우 위상반전막(208)의 최상부층을 산소(O)를 포함하는 층으로 구성함으로써 최상부층이 하드마스크의 역할도 동시에 수행하도록 할 수 있다. 그러나, 위상반전막(208) 상부의 레지스트막(210)과의 접착력(Adhesion) 등을 고려하여, 위상반전막(208)의 상부에 별도의 하드마스크막을 추가적으로 형성할 수도 있다.
또한 위상반전막(208)의 최상부층이 산소(O)를 포함할 경우, 자외선 영역을 이용하는 검사장비에 대한 검사감도(Inspection Contrast)가 향상되는 장점을 가진다. 그러나, e-beam 을 이용하거나 또는 13.5nm 파장을 이용하는 검사장비를 사용하여 검사할 경우에는 검사감도 문제가 없으므로, 최상부층이 산소(O)를 포함하지 않아도 무방하다.
한편, 위상반전막(208)은 탄소(C)와 수소(H) 중 하나 이상을 추가로 포함하여 형성할 수도 있다.
위상반전막(208)을 형성하기 위한 스퍼터링 타겟은 Ta : Nb = 30~60at% : 40~70at% 의 조성비를 갖는다. 또한 위상반전막(208)의 스퍼터링 타겟으로 B 를 포함할 경우 B 의 함유량은 0~30at% 의 범위를 가진다. B 의 함유량이 30at% 이상인 경우 위상반전막(208)에 결함(defect)이 발생할 수 있다.
위상반전막(208)은 13.5nm 파장의 극자외선 노광광에서 5~20% 의 상대반사율을 갖는다. 여기에서 상대반사율은 반사막(204)의 반사율에 대비한 위상반전막(208)의 반사율을 의미한다.
위상반전막(208)은 170~230°의 위상반전량을 가지며, 바람직하게는 Wafer Printing 시 NILS 의 효과가 극대화되는 위상량을 갖는다. 일반적으로 NILS 는 패턴 밀도(Pattern Density) 및 패턴 모양(Line & Space, Contact Pattern) 등에 따라 달라지기 때문에 효과적인 NILS 구현을 위해서 위상반전막(208)은 170~230°, 바람직하게는 180~220° 의 위상반전량을 갖는다.
위상반전막(208)은 단층 또는 다층 구조로 설계되며, 단층일 경우 위상반전막(208)의 깊이 방향으로, 즉 도면상에서 하방으로 식각 속도가 동일하거나 빨라지도록 또는 느려지도록 설계할 수 있다. 바람직하게는 깊이 방향으로 식각 속도가 빨라지도록 설계함으로써 풋팅(Footing)과 같은 현상을 방지할 수 있다. 이를 위해서 위상반전막(208)은 단층의 연속막의 형태 또는 다층막의 형태로 구현이 가능하여, 이들을 혼합하여 형성해도 무방하다.
구체적으로는, 위상반전막(208)이 TaNbN(하부층) 및 TaNbNO(최상부층)로 구성될 경우, 하층의 TaNbN 은 성막 시 질소(N)의 함유량을 깊이 방향으로 연속적으로 감소시킴으로써 깊이 방향으로 식각 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, TaNbN 재질에 보론(B)이 포함되면 식각 속도가 증가하므로, 보론(B)의 함유량을 깊이 방향으로 연속적으로 증가시킴으로써 깊이 방향으로 식각 속도를 증가시킬 수 있다.
또 다른 방법으로, TaNbN 의 다층 구조로 위상반전막(208)이 형성될 경우, 상층에 비하여 최하층의 질소(N)의 함유량을 감소시키거나 보론(B)의 함유량을 증가시킴으로써 최하층의 식각 속도를 증가시킬 수 있다. 상기 예시된 방법을 포함하여, 다양한 조합등을 통해 식각 속도 제어가 가능하다. 이를 통해, 최종 형성되는 위상반전막(208)의 패턴 Profile 을 우수하게 할 수 있다.
위상반전막(208)은 그림자 효과(Shadowing Effect)의 감소를 위하여 두께가 작을수록 우수하다. 위상반전막(208)은 30~70nm 의 두께를 가지며, 바람직하게는 40~60nm 의 두께를 갖는다.
위상반전막(208)은 Charge-up 현상을 감소시키기 위하여 면저항이 낮을수록 유리하다. 본 발명의 위상반전막(208)은 1000Ω/□ 이하의 면저항을 가지며, 바람직하게는 500Ω/□ 이하, 더욱 바람직하게는 100Ω/□ 이하의 면저항을 갖는다.
위상반전막(208)은 Registration 영향을 감소시키기 위해서 낮은 평탄도(△TIR)를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 위상반전막(208)은 300nm 이하의 평탄도를 가지며, 바람직하게는 200nm, 더욱 바람직하게는 100nm 이하의 평탄도를 갖는다.
위상반전막(208)은 표면에서의 난반사에 의한 Flare 현상을 방지하고 반사광의 Intensity 감소를 방지하기 위하여 낮은 표면 거칠기를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 위상반전막(208)은 0.5nmRMS 이하의 거칠기를 가지며, 바람직하게는 0.3nmRMS 이하의 거칠기를 갖는다.
본 발명의 위상반전막(208)은 포토마스크의 세정 시 우수한 내약품성을 가지며, 구체적으로는 본 발명에 따른 위상반전막(208)은 SC-1 및 SPM 공정 후의 두께 변화가 1nm 이하이다.
하드마스크막(209)은 위상반전막(208)에 대해 식각 선택비를 갖는 물질로 구성된다. 전술한 바와 같이, 위상반전막(208)의 최상부층이 산소(O)를 포함하는 재질 예컨대 TaNbON 으로 형성될 경우, TaNbON 은 불소계 식각 가스에 의해 식각되는 특성을 가지므로 위상반전막(208)의 최상부층이 그 하부층에 대한 하드마스크의 기능을 수행할 수 있다. 그러나, TaNbON 은 상부 레지스트막(210)과의 접착력 문제를 야기할 수 있으므로, 이러한 구조의 위상반전막(208)의 상부에 염소계 식각 가스에 의해 식각되는 물질, 예컨대 크롬(Cr)을 포함하는 물질의 하드마스크막(209)을 추가로 형성할 수 있다. 바람직하게는 하드마스크막(209)은 탄소(C), 산소(O), 질소(N) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질, 즉 Cr, CrC, CrO, CrN, CrCO, CrON, CrCN, CrCON 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 하드마스크막(209)은 2~10nm 의 두께를 갖는다.
한편, 전술한 바와 같이 e-beam Inspection 및 13.5nm Inspection 을 사용하는 경우에는 위상반전막(208)이 산소(O)를 포함하지 않아도 무방하므로 TaNbN 으로 위상반전막(208)이 구현될 수 있다. 이 경우, 위상반전막(208)은 염소계 식각 가스에 의해 식각되므로 하드마스크막(209)은 불소계 식각 가스에 의해 식각되는 물질로 형성될 수 있다. 예컨대 하드마스크막(209)은 Si 계 물질 또는 Si 에 C, O, N 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성할 수 있으며, 구체적으로는, Si, SiC, SiO, SiN, SiCO, SiCN, SiON, SiCON 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
레지스트막(210)은 화학증폭형 레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)로 구성된다. 레지스트막(210)은 40~100㎚, 바람직하게는 40~80nm 의 두께를 갖는다.
도전막(201)은 기판(202)의 후면에 형성된다. 도전막(201)은 낮은 면저항 값을 가져 정전척(Electronic-Chuck)과 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크의 밀착성을 향상시키며, 정전척과의 마찰에 의해 파티클이 발생하는 것을 방지하는 기능을 한다. 도전막(201)은 100Ω/□ 이하의 면저항을 가지며, 바람직하게는, 50Ω/□ 이하, 더욱 바람직하게는 20Ω/□ 이하의 면저항을 갖는다.
도전막(201)은 단일막, 연속막, 또는 다층막의 형태로 구성될 수 있다. 도전막(201)은, 예를 들어, 크롬(Cr) 또는 탄탈륨(Ta)을 주성분으로 하여 형성될 수 있다.
도 3 은 본 발명의 블랭크마스크에서 위상반전막의 구체적인 구성의 실시예를 도시한 도면이다. 도 3 에서는 도시 및 설명의 편의상 도 2 에 도시된 구성에 대응되는 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였다.
도 3 에는 캡핑막(205)부터 하드마스크막(209)까지의 구성만을 도시하였고, 나머지 막들(201, 202, 204, 210)은 그 도시를 생략하였다. 또한 도 3 의 실시예에서 식각저지막(207)은 도시가 생략되어 있다. 그러나, 식각저지막(207)은 각 실시예에 대해 필요에 따라 추가할 수도 있고 생략될 수도 있다.
본 실시예에서, 위상반전막(208)은 하층을 구성하는 제1층(208a)과 최상부층을 구성하는 제2층(208b)으로 구성되어 있다. 제1층(208a)은 TaNbN 으로 형성되고 제2층(208b)은 TaNbO 로 형성된다. 제1층(208a)은 그 조성이나 조성비가 상이한 2층 이상의 구조로 형성될 수 있으다. 제1층(208a)은 B 를 추가로 포함하여 TaNbBN 으로 형성될 수 있다. 제2층(208b)은 질소(N)를 추가로 포함하여 TaNbON 으로 형성될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 탄탈륨(Ta)은 산소(O)가 추가되는 경우 불소(F)계 식각 가스에 의해 식각되며 산소(O)가 추가되지 않는 경우에는 염소(Cl)계 식각 가스에 의해 식각되는 특성을 갖는다. 따라서, 제2층(208b)은 불소계 식각 가스에 의해 식각되고 제1층(208a)은 염소계 식각 가스에 의해 식각되므로, 제2층(208b)과 제1층(208a)은 식각 선택비를 갖는다.
한편, 캡핑막(205)을 구성하는 Ru 재질은 불소계 식각 가스와 염소계 식각 r가스 모두에 의해 식각되지만, 산소(O)를 포함하지 않는 경우에는 식각 속도가 현저히 감소하는 특성을 가진다. 따라서 캡핑막(205)은 위상반전막(208)의 제1층(208a)에 대해 식각 선택비를 갖는다.
제1층(208a)은 Ta : Nb : N = 30~60 : 30~60 : 1~40at% 의 조성비를 가지며, 제2층(208b)은 Ta : Nb : O(+N) = 30~60 : 30~60 : 1~40at% 의 조성비를 갖는다.
제1층(208a)은 질소의 함유량이 높을 경우 식각 속도(Etch-rate)가 저하되는 요인으로 작용하기 때문에, 질소(N)의 함유량은 1~40at% 로 조절되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 제2층(208b)은 산소(O)를 함유함으로써 제1층(208a)에 대해 하드마스크의 기능을 할 수 있으며, 이 경우 위상반전막(208) 상부의 하드마스크막(209)은 생략될 수도 있다. 이때 제2층(208b)의 산소(O)의 함유량이 1at% 이하인 경우에는 불소계 식각 가스에 의해 식각되는 특성이 미약하여 하드마스크막의 기능을 갖기 어렵다. 제2층(208b)의 산소(O)의 함유량이 40at% 이상인 경우에는 박막 형성의 재현 가능성 확보가 어렵다. 제2층(208b)이 산소(O)와 질소(N)를 함께 포함하는 경우에는 산소(O)와 질소(N)의 합계 함유량이 1~40at% 가 되도록 하는 것이 바람직하다.
제1층(208a)은 위상반전량 확보를 위하여 45~60nm 의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 제2층(208b)은 2~10nm 의 두께를 갖는다. 제2층(208b)이 2nm 이하의 두께를 갖는 경우에는 하부의 층에 대한 식각선택비 확보가 어려우며, 10nm 이상의 두께를 갖는 경우에는 제2층(208b)의 식각을 위한 레지스트막(210)의 두께 감소가 어려워진다.
한편 하드마스크막(209)이 크롬(Cr)을 포함하는 물질 예컨대 CrCON 으로 형성되는 경우, 하드마스크막(209)은 2~10nm 의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
구현예 1. TaNb 위상반전막을 구비한 EUV 용 블랭크 마스크 제조
먼저, 블랭크마스크 제조를 위한 기판으로서, 6 inch x 6 inch x 0.25 inch 의 크기를 가지고, 평탄도(TIR: Total Indicated Reading)가 30㎚ 이하로 제어되며, SiO2-TiO2 성분으로 이루어진 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판을 준비하였다.
이후 LTEM 기판의 전면부에 스퍼터링 설비를 이용하여 몰리브데늄(Mo) 4.8㎚, 실리콘(Si) 2.2㎚ 의 두께로 40층을 교대로 성막하여 반사막을 형성하였다. 반사막의 반사율을 EUV Reflectometer 를 이용하여 측정한 결과 13.5㎚ 의 파장에서 67.8% 의 반사율을 나타내었으며, 반사막의 표면 거칠기를 AFM(Atomic Force MiNboscopy) 장비를 이용하여 측정한 결과, 0.12㎚RMS 의 표면 거칠기를 나타내어 EUV 노광광이 다층 반사막에서 반사 시 표면 거칠기에 의한 난반사가 적게 일어나는 것을 알 수 있었다. 또한, Ultra-Flat 장비를 이용하여 다층 반사막 142㎟ 영역의 평탄도를 측정한 결과 +684㎚ 의 TIR 값(+ : Convex Type)을 나타내었다.
이후 상기 다층 반사막 상에 루테늄(Ru)을 2.5㎚ 의 두께로 적층하여 캡핑막을 형성하였다.
캡핑막의 형성 후, 반사막에서와 동일하게 반사율을 측정한 결과 13.5㎚ 의 파장에서 67% 의 반사율을 나타내어, 반사막의 반사율 수치였던 67.8% 와 대비하여 반사율 변화가 거의 없음을 확인하였다. 또한, 표면 거칠기 및 평탄도를 동일하게 측정한 결과, 표면 거칠기 값은 0.13㎚RMS 를 나타내어 다층 반사막과 비교하여 거의 변화가 없었으며, TIR 값 또한 +670㎚ 로 변화가 거의 없음을 확인하였다.
이후 캡핑막 상에 급속 열처리 장치(Rapid Thermal Process)를 이용하여 200℃에서 10분간 열처리를 실시하였다. 이후 평탄도를 측정한 결과 TIR 값이 -102nm(- : Concave Type)를 나타내어 반사막/캡핑막의 Bow 는 300nm 이하의 우수한 결과를 나타내었으며, 반사율은 64.2% 를 나타내었다.
그리고 캡핑막상에 위상반전막 형성을 위하여 TaNb 타겟(Ta:Nb = 50:50at%)을 준비하고, Ar : N2 = 9sccm : 1.5sccm, 공정 파워는 0.6kW 조건으로 TaNbN 박막을 52nm 두께로 형성하였다. 이후 위상반전막 상부층 형성을 위하여 동일타겟으로 Ar : N2 : NO = 9 : 5 : 3sccm, 공정 파워는 0.7kW 조건으로 TaNbNO 박막을 5nm 두께로 형성하였다. 이후 반사율을 측정한 결과 6.1%를 나타내어, 반사막에 대한 상대 반사율은 9.53% 를 나타내었다. 그리고 위상량은 183°를 나타내었다.
상기 위상반전막상에 하드마스크막 형성을 위하여 크롬(Cr) 타겟을 준비한 후 Ar : N2 : CO2 = 5sccm : 5sccm : 5sccm, 공정 파워는 0.6kW 조건으로 CrCON 박막을 4nm 두께로 형성하였다.
이후 LTEM 기판의 후면에는 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 설비를 이용하여 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 도전막(Conductive layer)을 형성하였다. 도전막은 CrN 박막의 1층 구조로 36nm 두께를 가지고 형성되었다. 이때, 도전막의 면저항을 4-Point Probe 를 이용하여 측정한 결과 26Ω/□의 면저항값을 나타내어 정전척과의 결합(E-Chucking)에 문제가 없음을 확인하였으며, 거칠기를 AFM 장비를 이용하여 1um x 1um 의 영역에서 측정한 결과 0.4nmRMS 를 나타내었다.
이후 화학증폭형 레지스트막을 80nm 두께로 하여 최종 블랭크 마스크 제조를 완료하였다.
구현예 2. TaNbN 식각 속도 증가 (N 함유량 감소)
본 구현예 2 는 위상반전막 패턴 시 식각 속도를 증가시키기 위하여 TaNbN 하부층에서 질소 함유량을 감소시켜 형성하였다. 구체적으로는, TaNbN의 하부층은 Ar : N2 = 9 : 0.5sccm 조건에서 5nm 두께로 형성하였다.
구현예 1 에서는 식각 속도가 12Å/s를 나타내었으나, 구현예 2 의 조건에서 하부층에 질소 함유량을 감소시킴에 따라 식각 속도가 14.2Å/s를 나타내어 상대적으로 식각 속도가 증가하는 효과를 확인하였다.
구현예 3. B 함유량 증가에 따른 식각 속도 평가
본 구현예 3 은 위상반전막 패턴 시 식각 속도를 증가시키기 위하여 TaNbN 에 보론(B)을 포함하였다.
먼저 타겟으로 Ta:Nb:B = 45 : 45 : 10at% 타겟을 이용하여 Ar : N2 = 9 : 1.5sccm 조건으로 구현예 1 과 동일하게 성막하였다. 이때 식각 속도를 측정한 결과 구현예 1 의 12Å/s 대비하여 구현예 3 에서는 15.2Å/s를 나타내었다.
이후 화학증폭형 레지스트막을 80nm 두께로 하여 최종 블랭크 마스크 제조를 완료하였다.
이상에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 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 가진자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (23)

  1. 기판, 상기 기판 상에 형성된 반사막, 상기 반사막 상에 형성된 위상반전막을 포함하며,
    상기 위상반전막은 탄탈륨(Ta) 및 니우븀(Nb)을 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막의 탄탈륨(Ta)의 함유량은 30~70at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브데늄(Mo), 루테늄(Ru), 실리콘(Si), 보론(B), 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 위상반전막의 보론(B)의 함유량은 하방으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 질소(N)를 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 위상반전막의 질소(N)의 함유량은 1~30at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 위상반전막의 질소(N)의 함유량은 하방으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 산소(O)를 추가로 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 2층 이상의 다층 구조를 가지며,
    상기 위상반전막의 최상부층은 산소(O)를 추가로 포함하는 물질로 형성되고 상기 최상부층 아래의 하부층은 산소(O)를 포함하지 않는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 최상부층의 산소(O) 함유량은 1~40at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 최상부층은 질소(N)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 최상부층의 질소(N)와 산소(O)의 합계 함유량은 1~40at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 하부층은 질소(N)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 하부층의 질소(N)의 함유량은 1~40at% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 최상부층은 2~10nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하부층은 45~60nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 위상반전막상에 형성된 하드마스크막을 더 포함하며,
    상기 하드마스크막은 크롬(Cr), 또는 크롬(Cr)에 탄소(C), 산소(O), 질소(N) 중 하나 이상을 포함하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 Ta : Nb = 30~60at% : 40~70at% 의 조성비를 갖는 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 13.5nm 파장의 극자외선 노광광에 대한 반사율이 5~20% 인 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 170~230°의 위상반전량을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 300nm 이하의 평탄도를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 0.5nmRMS 이하의 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크.
  23. 제 1 항의 극자외선 리소그래피용 블랭크마스크를 이용하여 제작된 포토마스크.
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