KR20090102547A - 불순물 제거 방법 - Google Patents
불순물 제거 방법Info
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Abstract
본 발명은 EUVL(Extreme Ultra-Violet Lithography) 공정에서, EUV 시스템에 사용되는 멀티층 금속 표면에 형성된 불순물, 특히 금속 산화물을 제거하는 방법을 개시한다.
구체적으로, 본 발명은 MFC(Mass Flow Controller)를 통해 W 필라멘트로 수소 기체(H2)를 인가하는 단계; 상기 W 필라멘트가 상기 인가된 수소 기체를 수소 이온(H+)으로 이온화하는 단계; 상기 수소 이온을 와인딩 쿼츠 튜브(Winding Quartz Tube)를 통해 상기 금속 표면으로 전달하는 단계; 및 상기 수소 이온을 금속 표면에 존재하는 금속 산화물과 치환 반응시켜 상기 금속 산화물을 금속으로 변환시키는 단계를 포함하는 불순물 제거 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 EUVL(Extreme Ultra-Violet Lithography) 공정에서, EUV 시스템에 사용되는 멀티층 금속 표면에 형성된 불순물, 특히 금속 산화물을 제거하는 방법과 관련된다. 더 상세하게는, 금속 표면에 생성된 금속 산화물에 고온의 수소 이온을 반응시킴으로써 금속 산화물을 금속으로 치환 반응시키는 방법과 관련된다. 추가적으로, 본 발명은 DUV(Deep Ultra-Violet) PSM(Phase Shift Mask) 공정 또는 CPL(Chromless Phase-shift Lithography) 공정에도 적용 가능하다.
최근 반도체 장비의 크기가 작아짐에 따라 리소그래피(Lithography) 공정에서도 해상도(Resolution)의 한계를 보이고 있어, X-ray 리소그래피, E-beam 리소그래피, Ion-beam 리소그래피 등이 차후의 노광 공정으로 떠오르고 있다. 하지만, 이러한 리소그래피 공정은 현재 이용하고 있는 리소그래피 공정과는 다른 많은 장비 및 기술의 변화가 이루어져야 하므로 가장 좋은 대안은 현재의 옵티컬(Optical) 리소그래피 기술을 응용하는 기술을 개발하는 것이라 할 수 있다.
따라서, 현재 가장 유력한 후보로 떠오르고 있는 것이 EUV를 이용한 노광 공정이라 할 수 있겠다. 이것은 기존 사용하고 있는 KrF, ArF 등의 단파장광을 연장하는 10~14nm의 극단파장을 이용하는 노광 공정이다. 그러나, 극단파장의 광을 이용하기 때문에 해당 광이 대부분의 물질에서 흡수가 이루어지게 되어 현재의 트랜스미션(Transmission)을 이용한 노광 공정에서는 이용이 불가능하다. 이의 대안으로 트랜스미션을 이용한 방법이 아닌 광의 반사를 이용하려는 연구가 이루어져 현재는 반사광을 이용한 EUV 개발 공정의 주를 이루고 있다.
광의 반사를 이용한 EUV 노광 장비에 있어서, 노광원은 다수의 반사계를 광의 반사를 이용하여 통과한다. 그러나, 12~14nm의 파장을 갖는 EUV 광원은 대부분의 물질에서 매우 작은 값의 반사도를 가지게 되므로 EUV가 통과하는 경로는 진공과 같은 수준이 되거나, 렌즈 및 마스크 물질이 EUV를 충분히 이용 가능하도록 표면이 멀티층으로 코팅된 미러(Mirror)이어야 한다.
특히, 양산 가능한 광의 반사를 이용한 EUV 노광 장비를 만들기 위해서는 EUV가 반사계에서 각각 70% 이상의 반사도를 가져야 한다. 현재, EUVL에서 가장 유력한 반사계 물질로는 Mo/Si계열의 물질을 들 수 있다. 이 물질을 이용하여 멀티층을 형성하는 렌즈 및 마스크를 제작하는 방법이 연구되고 있다. 하지만, 차세대 사용될 이러한 EUVL 반사계 및 마스크 개발에 있어서 70% 이상의 반사도를 확보 가능한 불순물이 없는 공정을 개발할 수 있는가 여부가 문제된다.
종래에 브랙의 법칙(Bragg's law)을 만족하는 파장인 10~14nm의 단파장과 이 영역의 단파장들을 가장 잘 반사시키는 후보물질들로 알려진 Mo/Si 멀티층에서 현재 문제가 되는 얇은 내부-확산(Thinner Inter-Diffusion) 및 표면 형태(Surface Morphology)에 의한 반사도 감소를 최소화하는 것이 EUV 반사계 시스템 및 EUV 마스크 제작에 있어 가장 중요한 이슈이다.
따라서, 이러한 Mo-Si 표면의 얇은 내부-확산 및 표면 형태를 최소화하기 위하여 캐핑층(Capping Layer)를 적용한 멀티층을 개발 중에 있다. 이러한 캐핑된 금속층은 EUV 노광 에너지의 공급 및 대기에 함유된 탄화수소(Hydrocarbon)의 분해에 의해 제공된 탄소(C)나 표면 산화물에 의해 멀티층 미러의 EUV 반사도가 급격히 감소한다. 이는 EUV 시스템의 내구성에 큰 영향을 주게 되어 큰 성능저하를 유발하게 된다. 이러한 불순물은 미러 제조시나 사용 중에 발생할 수 있는데 그 영향은 웨이퍼(Wafer)에 패턴(Pattern) 전사시에 큰 영향을 주게 된다.
도 1a 및 도 1b는 멀티층에 불순물이 존재할 경우, 웨이퍼(Wafer) 상에 불순물이 그대로 전사되는 과정을 도시한다. 여기서, 도 1a는 반도체 기판(10)에 불순물(20)이 존재하여 각 멀티층(30)에 상이 전달된 후 웨이퍼에 상이 전사되는 경우를 도시한다. 한편, 도 1b는 멀티층(30) 표면에 불순물(20)이 존재하여 웨이퍼에 상이 전사되는 경우를 도시한다. 이 두 가지의 경우 모두 웨이퍼에 전사되는 상은 반도체 장비 제작자가 원치 않는 불순물에 의해 왜곡된 상이 나타나며, 반도체 장비에 치명적인 해가 된다.
도 2a는 멀티층 마스크에 존재하는 불순물의 크기를 도시하고, 도 2b는 멀티층 마스크에서 불순물의 크기에 따른 CD 변동률을 도시한다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 멀티층에 존재하는 불순물의 높이 및 폭에 따른 CD 변동률은 0.1 NA에서 멀티층의 크기가 증가함에 따라서 급격히 증가하는 경향을 보인다. 즉, 불순물의 높이가 5nm 이면 노미얼(Nominal) CD는 40 nm 의 폭에서 10%이상의 CD 변동률을 나타낸다.
일반적으로, EUV 시스템을 위한 멀티층은 최소 40개 이상의 다층 박막이 적층된 구조로서, 각 층은 원자 1~3개 정도의 두께인 수 Å의 두께를 갖는다. 이 경우, 각 층은 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정을 통해 형성되고, 이 적층이 이루어지게 되고 이 퇴적(Deposition) 공정에서 원하지 않는 불순물이 함께 적층된다.
도 3a는 일반적인 EUVL 반사계 제작시에 발생하는 불순물을 도시한다. 도 3a를 참조하면, 멀티층(30) 상에 불순물(20)이 존재하게 된다. 도 3b는 일반적인 EUVL 마스크 제작시에 발생하는 불순물을 도시한다. 도 3b를 참조하면, 멀티층 상부에 존재하는 캐핑층(40), 버퍼층(50, Buffer Layer) 또는 흡수층(60, Absorber Layer) 상에 불순물(20)이 존재하게 된다.
상기한 멀티층(30), 캐핑층(40), 버퍼층(50) 또는 흡수층(60) 상에 존재하는 불순물(20)은 일반적인 반도체 클리닝 공정을 적용하여서는 제거가 되지 않고, 무리하게 이를 제거하려 하면 각 층에 화학적 충격을 주게되어 패턴의 왜곡이 증가하게 된다.
추가적으로, EUV 시스템 사용 중 발생하는 대기 노출이나 반사계의 EUV 노출에 의해 금속 산화물이 형성되어 EUV 반사도를 감소시키는 문제점이 발생한다. 따라서, 이러한 금속 산화물을 제거하는 것이 EUV 시스템의 내구성 향상을 위해 중요하다.
본 발명은 EUVL 공정이나, DUV PSM 공정 또는 CPL 공정에서 금속 표면에 발생하는 불순물, 특히 금속 산화물을 제거하는 방법과 관련된다. 상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 금속 표면에 생성된 금속 산화물에 고온의 수소 이온을 반응시켜 금속 산화물을 금속으로 치환시킴으로써 불순물을 제거하는 방법과 관련된다.
본 발명은 MFCMFC(Mass Flow Controller)를 통해 W 필라멘트로 수소 기체(H2)를 인가하는 단계; 상기 W 필라멘트가 상기 인가된 수소 기체를 수소 이온(H+)로 이온화하는 단계; 상기 수소 이온을 와인딩 쿼츠 튜브(Winding Quartz Tube)를 통해 상기 금속 표면으로 전달하는 단계; 및 상기 수소 이온을 금속 표면에 존재하는 금속 산화물과 치환 반응시켜 상기 금속 산화물을 금속으로 변환시키는 단계를 포함하는 불순물 제거 방법을 개시한다.
본 발명은 EUVL 공정에서 EUV 시스템에 사용되는 멀티층 금속 표면에 형성된 불순물, 특히 금속 산화물을 제거하는 방법으로서, 본 발명에 의할 경우 멀티층의 금속 표면상에 형성된 금속 산화물을 금속으로 치환시킴으로써 불순물을 제거한다. 그 결과, 불순물에 의해 발생하는 EUV의 반사도 감소 현상을 방지하여 EUV 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
추가적으로, 종래 기술에서 멀티층 표면에 존재하는 불순물이 웨이퍼에 전사되어 왜곡된 상이 발생하였는데, 본 발명에 의할 경우 불순물이 제거되어 웨이퍼에 왜곡된 상이 전사되는 것을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1a는 반도체 기판에 불순물이 존재하여 각 멀티층에 상이 전달된 후 웨이퍼에 상이 전사되는 경우를 도시한다.
도 1b는 멀티층 표면에 불순물이 존재하여 웨이퍼에 상이 전사되는 경우를 도시한다.
도 2a는 멀티층 마스크에 존재하는 불순물의 크기를 도시한다.
도 2b는 멀티층 마스크에서 불순물의 크기에 따른 CD 변동률을 도시한다.
도 3a는 일반적인 EUVL 반사계 제작시에 발생하는 불순물을 도시한다.
도 3b는 일반적인 EUVL 마스크 제작시에 발생하는 불순물을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 불순물 제거 시스템을 도시한 개략도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따르는 불순물 제거 방법을 실시한 결과 시간에 따른 금속(Ru) 표면의 산화도를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따르는 불순물 제거 방법을 실시한 결과 EUV 반사도가 회복되는 효과를 보여주는 실험 결과를 나타내는 그래프이다
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 불순물 제거 시스템을 도시한 개략도이다. 도 4를 참조하면, MFC(502)를 통해 W 필라멘트(501)로 수소 기체(H2)를 인가한다.
상기 W 필라멘트(501)는 인가된 수소 기체를 수소 이온(H+)으로 이온화한다. 이 경우, W 필라멘트(501)는 1700℃ 이상으로 수소 기체를 가열함으로써 수소 기체를 수소 이온으로 이온화하는 것을 특징으로 한다.
수소 이온은 수소 이온의 금속 표면(505)까지의 전달을 최적화하기 위해서, 와인딩 쿼츠 튜브(504, Winding Quartz Tube)를 통해 상기 금속 표면(505)으로 전달된다.
수소 이온이 금속 표면(505)에 전달되면, 수소 이온을 금속 표면에 존재하는 금속 산화물과 치환 반응을 일으키게 된다. 구체적으로, 수소 이온은 다음의 화학 반응식에 의하여 치환 반응을 일으키게 된다.
2H+ + (METAL)OX -> H2OX + (METAL)
즉, 수소 이온은 금속 산화물과 반응하여 산화되어 H2O2 또는 H2OX와 같은 휘발성 기체가 되어 휘발되고, 금속 산화물은 수소 이온와 반응하여 환원되어 순수한 금속으로 변환된다. 따라서, 금속 산화물이 제거되는 것과 같은 효과가 나타나므로 불순물이 제거되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 EUVL 공정에서 금속 산화물을 상기 금속으로 변환시키는 방법은 EUVL 공정 이외에도, DUV(Deep Ultra-Violet) PSM(Phase Shift Mask) 공정 또는 CPL(Chromless Phase-shift Lithography) 공정에서도 금속 표면에 존재하는 금속 산화물을 금속으로 변환시킬 때 이용될 수 있다.
현재, EUVL 시스템에서 멀티층의 캐핑 물질로 사용되는 금속으로서 가장 우수한 금속은 Ru(Ruthenium)이며, 이하에서는 Ru의 경우를 예로 들어, 본 발명의 실시예를 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
EUV의 멀티층 및 EUVL 마스크 상에 존재할 수 있는 불순물, 특히 금속 산화물인 RuOX를 제거하기 위해서는 상기 시스템에서, W 필라멘트(501)에서 이온화된 수소 이온이 와인딩 쿼츠 튜브(504)를 통과하여 금속(Ru) 표면(505)에 도달한다. 그러면, 금속 표면(505)에서는 RuOX와 수소 이온 사이에 다음과 같은 치환 반응이 일어나게 된다.
2H+ + RuOX -> H2OX + Ru
즉, 수소 이온은 RuOX와 반응하여 산화되어 H2O2 또는 H2OX와 같은 휘발성 기체가 되어 휘발되고, RuOX는 수소 이온와 반응하여 환원되어 순수한 금속인 Ru로 변환된다. 따라서, 금속 표면은 순수한 Ru만이 존재하게 되므로, 불순물이 제거되는 효과를 얻을 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따르는 불순물 제거 방법을 실시한 결과 시간에 따른 금속(Ru) 표면의 산화도를 나타내는 그래프이다. 도 5a를 참조하면, 불순물이 없는 퇴적 상태(as-dep)에서는 금속 표면의 80% 이상이 금속인 Ru 상태로 존재한다. 하지만, 불순물이 존재하는 상태, 즉 산화된 상태(Oxidized)에서는 금속 표면의 65% 이상이 금속 산화물인 RuOX 상태로 존재한다. 본 발명의 실시예에 따르는 불순물 제거 방법을 실시하면, 시간 경과에 따라 불순물인 금속 산화물이 금속으로 변환되면면서 금속 산화물의 비중이 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 90분 정도 경화 후에는 퇴적 상태보다 더 적은 금속 산화물이 존재하는 것을 볼 수 있다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따르는 불순물 제거 방법을 실시한 결과 EUV 반사도가 회복되는 효과를 보여주는 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 5b를 참조하면 13.5nm의 경우에, 불순물이 없는 퇴적 상태(as-dep)에서는 EUV에 대하여 금속 표면의 반사도가 62% 정도이다. 하지만, 불순물이 존재하는 상태, 즉 산화된 상태에서는 금속 산화물인 RuOX가 금속 표면에 존재하는 경우에 반사도는 57% 정도로 감소하게 된다. 본 발명의 실시예에 따르는 불순물 제거 방법을 실시하면, 반사도가 62%로 다시 회복되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따라 금속 표면에 있는 불순물을 제거함으로써 불순물 없는 EUV 멀티층 미러 및 마스크의 제작이 가능하다.
Claims (6)
- MFC(Mass Flow Controller)를 통해 W 필라멘트로 수소 기체(H2)를 인가하는 단계;상기 W 필라멘트가 상기 인가된 수소 기체를 수소 이온(H+)으로 이온화하는 단계; 및상기 수소 이온을 금속 표면에 존재하는 금속 산화물과 치환 반응시켜 상기 금속 산화물을 금속으로 변환시키는 단계를 포함하는 불순물 제거 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 수소 이온을 이온화시키는 단계 이후에 상기 수소 이온을 와인딩 쿼츠 튜브(Winding Quartz Tube)를 통해 상기 금속 표면으로 전달하는 단계를 더 포함하는 불순물 제거 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 수소 이온을 이온화시키는 단계는 수소 기체를 1700℃ 이상으로 가열함으로써 수소 이온으로 이온화시키는 것을 특징으로 하는 불순물 제거 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 수소 이온은 상기 금속 산화물과의 치환 반응을 통해 H2O2 또는 H2OX로 변환되는 것을 특징으로 하는 불순물 제거 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 금속 산화물을 상기 금속으로 변환시키는 단계는 EUVL(Extreme Ultra-Violet Lithography) 공정이나, DUV(Deep Ultra-Violet) PSM(Phase Shift Mask) 공정 또는 CPL(Chromless Phase-shift Lithography) 공정 중에 수행되는 것을 특징으로 하는 불순물 제거 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,상기 금속은 Ru(Ruthenium)인 것을 특징으로 하는 불순물 제거 방법.
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2008
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| CN111326405A (zh) * | 2014-04-01 | 2020-06-23 | Ev 集团 E·索尔纳有限责任公司 | 用于衬底表面处理的方法及装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20080326 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |