KR20210127851A - 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크 - Google Patents
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Abstract
극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크는 기판, 상기 기판 상의 반사층, 상기 반사층 상의 캐핑층, 및 상기 캐핑층 상의 위상 반전 패턴들을 포함한다. 상기 위상 반전 패턴들의 각각은 상기 캐핑층 상의 하부 흡수 패턴, 및 상기 하부 흡수 패턴 상의 상부 흡수 패턴을 포함한다. 상기 상부 흡수 패턴의 굴절율은 상기 하부 흡수 패턴의 굴절율 보다 크고, 상기 상부 흡수 패턴의 두께는 상기 하부 흡수 패턴의 두께보다 작다.
Description
본 발명은 극자외선 리소그래피용 마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크에 관한 것이다.
반도체 장치의 크기 및 디자인 룰(design rule)이 점차 축소됨에 따라, 더욱 작은 크기의 패턴들을 형성하는 기술이 요구되고 있다. 이러한 기술적 요구를 충족시키기 위해, 리소그래피 공정에서 사용되는 광원의 파장이 점점 짧아지고 있다. 예를 들어, 리소그래피 공정에서 사용되는 광원은 g-line(436nm), i-line(365nm), KrF 레이저(248nm), 및 ArF 레이저(193nm)로 점점 짧아지고 있다. 최근에는 13.5nm의 파장을 갖는 극자외선을 광원으로 사용하는 극자외선 리소그래피가 제안되고 있다.
극자외선은 대부분의 굴절 광학 매질들(refractive optical materials)에서 흡수되기 때문에, 극자외선 리소그래피는 일반적으로 굴절 광학계가 아닌 반사 광학계(reflective optical system)를 이용한다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 마스크 콘트라스트(contrast) 특성이 개선된 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고해상도의 이미지를 구현할 수 있는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크는, 기판; 상기 기판 상의 반사층; 상기 반사층 상의 캐핑층; 및 상기 캐핑층 상의 위상 반전 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 위상 반전 패턴들의 각각은 상기 캐핑층 상의 하부 흡수 패턴; 및 상기 하부 흡수 패턴 상의 상부 흡수 패턴을 포함할 수 있다. 상기 상부 흡수 패턴의 굴절율은 상기 하부 흡수 패턴의 굴절율 보다 클 수 있고, 상기 상부 흡수 패턴의 두께는 상기 하부 흡수 패턴의 두께보다 작을 수 있다.
본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크는, 기판; 상기 기판 상의 반사층; 상기 반사층 상의 캐핑층; 상기 캐핑층 상의 버퍼 패턴들; 및 상기 버퍼 패턴들 상에 각각 배치되는 위상 반전 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 위상 반전 패턴들의 각각은 상기 버퍼 패턴들의 각각 상의 상부 흡수 패턴; 및 상기 버퍼 패턴들의 각각과 상기 상부 흡수 패턴 사이의 하부 흡수 패턴을 포함할 수 있다. 상기 하부 흡수 패턴과 상기 캐핑층은 동일한 금속 원소를 포함할 수 있다. 상기 상부 흡수 패턴은 상기 하부 흡수 패턴보다 큰 굴절율을 가질 수 있고,
상기 상부 흡수 패턴의 두께는 상기 하부 흡수 패턴의 두께보다 작을 수 있다.
본 발명에 따른 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크는, 기판; 상기 기판 상의 반사층; 상기 반사층 상의 캐핑층; 및 상기 캐핑층 상의 위상 반전 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 위상 반전 패턴들의 각각은 상기 캐핑층 상의 하부 흡수 패턴; 및 상기 하부 흡수 패턴 상의 상부 흡수 패턴을 포함할 수 있다. 상기 하부 흡수 패턴은 루테늄(Ru)을 포함할 수 있고, 상기 상부 흡수 패턴은 탄탈륨(Ta)을 포함할 수 있다. 상기 상부 흡수 패턴의 두께는 상기 하부 흡수 패턴의 두께보다 작을 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 위상 반전 패턴들은 하부 흡수 패턴 및 상부 흡수 패턴을 포함할 수 있다. 상대적으로 큰 굴절율을 갖는 상기 상부 흡수 패턴이 상대적으로 작은 굴절율을 갖는 상기 하부 흡수 패턴 상에 배치됨에 따라, 상기 위상 반전 패턴들로 입사되는 극자외선이 상기 위상 반전 패턴들의 표면에서 반사되는 정도가 감소할 수 있다. 이에 따라, 위상 반전 마스크의 마스크 콘트라스트 특성이 개선될 수 있다.
더하여, 상대적으로 작은 굴절율을 갖는 상기 하부 흡수 패턴이 상기 상부 흡수 패턴보다 두꺼운 두께를 가짐에 따라, 상기 위상 반전 패턴들을 통과하여 반사되는 극자외선의 위상이 쉬프트 되는 정도가 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 반전 마스크를 이용하여 고해상도의 이미지를 구현하는 것이 용이할 수 있다.
따라서, 마스크 콘트라스트 특성이 개선됨과 동시에, 고해상도의 이미지를 구현할 수 있는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크를 이용하는 극자외선(extreme ultraviolet; EUV) 리소그래피 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 위상 반전 마스크의 일부의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 위상 반전 패턴들의 두께에 따른 입사광의 위상 쉬프트 정도를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 상부 흡수 패턴의 두께에 따른 광학 농도(Optical density, OD)를 나타내는 그래프들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 하부 흡수 패턴의 두께에 따른 NISL(Normalized image log slope) 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 위상 반전 마스크의 일부의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 위상 반전 패턴들의 두께에 따른 입사광의 위상 쉬프트 정도를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 상부 흡수 패턴의 두께에 따른 광학 농도(Optical density, OD)를 나타내는 그래프들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 하부 흡수 패턴의 두께에 따른 NISL(Normalized image log slope) 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크를 이용하는 극자외선(extreme ultraviolet; EUV) 리소그래피 장치를 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 극자외선 리소그래피 장치(1000)는 광원부(10, optical source unit), 집광부(20, condenser unit), 투영부(40, projection unit), 및 제어부(90)를 포함할 수 있다.
상기 광원부(10)는 극자외선(일 예로, 약 13.5nm의 파장을 갖는 광)을 발생시킬 수 있다. 상기 집광부(20)는 상기 광원부(10)로부터 발생된 극자외선(11)이 위상 반전 마스크(500)로 조사되도록 상기 극자외선(11)을 가이드할 수 있다. 상기 집광부(20)는 집광 광학계(22, condenser optics, 일 예로, 렌즈 및/또는 거울)를 포함할 수 있다. 상기 집광 광학계(22)는 상기 극자외선(11)을 모으고 반사함으로써 상기 극자외선(11)을 상기 위상 반전 마스크(500)로 가이드 할 수 있다. 상기 극자외선(11)은 상기 집광부(20)를 통해 상기 위상 반전 마스크(500)에 경사지게 입사될 수 있다.
상기 위상 반전 마스크(500)는 마스크 스테이지(32) 상에 제공될 수 있고, 상기 마스크 스테이지(32)는 상기 위상 반전 마스크(500)를 이동시키도록 구성될 수 있다. 상기 광원부(10) 및 상기 마스크 스테이지(32)는 제어부(90)에 의해 제어될 수 있다.
상기 위상 반전 마스크(500)로 입사된 상기 극자외선(11)은 상기 위상 반전 마스크(500)로부터 반사되어 투영부(40)로 입사될 수 있다. 상기 투영부(40)는 상기 위상 반전 마스크(500)의 마스크 패턴 이미지를 웨이퍼(50)로 투영시킬 수 있다. 상기 투영부(40)는 투영 광학계(42, projection optics)(예를 들어, 렌즈 및/또는 거울)를 포함할 수 있다. 상기 투영 광학계(42)는, 상기 위상 반전 마스크(500)로부터 반사된 극자외선(11)을 이용하여, 상기 위상 반전 마스크(500)의 상기 마스크 패턴 이미지를 소정의 배율(예를 들어, 4배, 6배, 또는 8배)로 축소할 수 있고 상기 웨이퍼(50)로 투영시킬 수 있다. 상기 극자외선(11)이 상기 투영부(40)를 통과하여 상기 웨이퍼(50) 상으로 조사됨에 따라, 상기 위상 반전 마스크(500)의 마스크 패턴 이미지에 대응하는 패턴들이 상기 웨이퍼(50) 상에 인쇄될 수 있다. 상기 웨이퍼(50)는 웨이퍼 스테이지(52) 상에 로드될 수 있고, 상기 웨이퍼 스테이지(52)는 상기 웨이퍼(50) 내 노광 영역을 변경하기 위해 상기 웨이퍼(50)를 이동시키도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 3의 위상 반전 마스크의 일부의 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 위상 반전 마스크(500)는 기판(100), 반사층(120), 캐핑층(130), 버퍼 패턴들(140), 위상 반전 패턴들(150), 및 하부 도전층(110)을 포함할 수 있다. 상기 위상 반전 마스크(500)는 반사형 위상 반전 마스크일 수 있다.
상기 기판(100)은 낮은 열팽창 계수를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 기판(100)은 글래스(glass) 또는 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 상기 기판(100)은 웨이퍼로 전사될 패턴들이 배치되는 패턴 영역(PA), 및 상기 패턴 영역(PA) 주위의 블랙 보더(black border) 영역(BA)을 포함할 수 있다. 상기 패턴 영역(PA)은 메인 패턴 영역(102) 및 서브 패턴 영역(104)을 포함할 수 있다. 상기 메인 패턴 영역(102)은 웨이퍼(도 1의 50)의 칩 영역 상에 집적회로를 구성하는 메인 패턴들을 전사하기 위한 영역일 수 있고, 상기 서브 패턴 영역(104)은 상기 웨이퍼(도 1의 50)의 스크라이브 라인 영역 상에 보조 패턴들을 전사하기 위한 영역일 수 있다. 상기 블랙 보더 영역(BA)은 평면적 관점에서 상기 패턴 영역(PA)을 둘러쌀 수 있다. 도시되지 않았지만, 도 1의 리소그래피 장치(1000) 내에서 상기 위상 반전 마스크(500)의 정렬을 위한 정렬 마크 및/또는 상기 위상 반전 마스크(500)의 식별을 위한 식별 마크 등이 상기 블랙 보더 영역(BA) 상에 배치될 수 있다.
상기 반사층(120)은 상기 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 배치될 수 있다. 상기 반사층(120)은 상기 패턴 영역(PA) 상에 배치될 수 있고 상기 블랙 보더 영역(BA) 상으로 연장될 수 있다. 상기 반사층(120)은 상기 반사층(120)으로 입사되는 광(일 예로, 도 1의 상기 극자외선(11))을 반사할 수 있다. 상기 반사층(120)은 브래그 반사체(Bragg reflector)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 반사층(120)은 저굴절률층들(122) 및 고굴절률층들(124)이 교대로 그리고 반복적으로 적층된 다층 구조를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 저굴절률층들(122) 및 상기 고굴절률층들(124)은 각각 약 40회 내지 약 60회 적층될 수 있다. 상기 저굴절률층들(122)은 일 예로, 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있고, 상기 고굴절률층들(124)은 일 예로 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 최하층의 저굴절률층(122)이 상기 반사층(120)의 최하부에 배치될 수 있고, 최상층의 고굴절률층(124)이 상기 반사층(120)의 최상부에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 반사층(120)은 상기 패턴 영역(PA) 상에서 상기 저굴절률층들(122) 및 상기 고굴절률층들(124)이 교대로 적층된 다층 구조(S1)를 가질 수 있고, 상기 블랙 보더 영역(BA) 상에서 상기 저굴절률층들(122) 및 상기 고굴절률층들(124)이 인터믹싱된(intermixed) 구조(S2)를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 블랙 보더 영역(BA)으로 입사된 광(일 예로, 도 1의 상기 극자외선(11))의 반사도가 감소될 수 있다.
상기 캐핑층(130)은 상기 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 상기 반사층(120) 상에 배치될 수 있다. 상기 반사층(120)은 상기 캐핑층(130)과 상기 기판(100) 사이에 개재될 수 있다. 상기 캐핑층(130)은 상기 패턴 영역(PA) 상에 배치될 수 있고 상기 블랙 보더 영역(BA) 상으로 연장될 수 있다. 상기 캐핑층(130)은 상기 반사층(120)을 보호하고 상기 반사층(120)의 표면이 산화되는 것을 방지할 수 있다. 상기 캐핑층(130)은 금속(일 예로, 루테늄(Ru))을 포함할 수 있다.
상기 위상 반전 패턴들(150)은 상기 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 상기 캐핑층(130) 상에 배치될 수 있다. 상기 캐핑층(130)은 상기 위상 반전 패턴들(150)과 상기 반사층(120) 사이에 개재될 수 있다. 상기 위상 반전 패턴들(150)은 상기 패턴 영역(PA) 및 상기 블랙 보더 영역(BA) 상에 배치될 수 있고, 상기 위상 반전 패턴들(150) 사이의 개구부들(150P)이 상기 캐핑층(130)의 상면을 노출할 수 있다.
상기 버퍼 패턴들(140)은 상기 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 상기 위상 반전 패턴들(150)과 상기 캐핑층(130) 사이에 배치될 수 있다. 상기 버퍼 패턴들(140)의 각각은 상기 위상 반전 패턴들(150)의 각각과 상기 캐핑층(130) 사이에 개재될 수 있다. 상기 개구부들(150P)은 상기 버퍼 패턴들(140) 사이로 연장되어 상기 캐핑층(130)의 상면을 노출할 수 있다.
상기 위상 반전 패턴들(150)의 각각은 하부 흡수 패턴(152), 및 상기 하부 흡수 패턴(152) 상의 상부 흡수 패턴(154)을 포함할 수 있다. 상기 하부 흡수 패턴(152)은 상기 버퍼 패턴들(140)의 각각과 상기 상부 흡수 패턴(154) 사이에 배치될 수 있다. 상기 상부 흡수 패턴(154)은 상기 하부 흡수 패턴(152) 보다 큰 굴절율(n)을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 즉, 상기 상부 흡수 패턴(154)의 굴절율은 상기 하부 흡수 패턴(152)의 굴절율보다 클 수 있다. 더하여, 상기 상부 흡수 패턴(154)은 상기 하부 흡수 패턴(152)보다 큰 흡광 계수(extinction coefficient, k)를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 즉, 상기 상부 흡수 패턴(154)의 흡광 계수는 상기 하부 흡수 패턴(152)의 흡광 계수보다 클 수 있다. 상기 상부 흡수 패턴(154)은 탄탈륨 합금 및 탄탈륨 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 상부 흡수 패턴(154)은 TaN, TaBN, 및 TaSi 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 하부 흡수 패턴(152)은 루테늄(Ru)을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 하부 흡수 패턴(152)은 루테늄, 루테늄 합금, 루테늄 산화물, 루테늄 질화물, 및 루테늄 산질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 상부 흡수 패턴(154) 및 상기 하부 흡수 패턴(152)의 각각은 상기 기판(100)의 제1 면(100a)에 수직한 방향에 따른 두께를 가질 수 있다. 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)는 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)보다 작을 수 있다.
상기 캐핑층(130)은 상기 하부 흡수 패턴(152)과 동일한 금속 원소(일 예로, 루테늄(Ru))을 포함할 수 있고, 상기 버퍼 패턴들(140)은 상기 캐핑층(130) 및 상기 하부 흡수 패턴(152)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 상기 버퍼 패턴들(140)은 상기 캐핑층(130) 및 상기 하부 흡수 패턴(152)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 상기 버퍼 패턴들(140)은 일 예로, 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 탄탈륨 산화물, 및 탄탈륨 산질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 버퍼 패턴들(140)은 SiN, SiO, SiON, TaO, TaON, TaBO, 및 TaBON 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 버퍼 패턴들(140)의 각각은 상기 기판(100)의 제1 면(100a)에 수직한 방향에 따른 두께를 가질 수 있고, 상기 버퍼 패턴들(140)의 각각의 두께(140T)는 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)보다 작을 수 있다.
상기 하부 도전층(110)은, 상기 기판(100)의 제1 면(100a)에 대향하는, 상기 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 배치될 수 있다. 상기 하부 도전층(110)은 상기 기판(100)을 사이에 두고 상기 반사층(120)으로부터 이격될 수 있다. 상기 하부 도전층(110)은 도전 물질(일 예로, CrN)을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 위상 반전 패턴들(150)은 상기 기판(100)의 제1 면(100a) 상으로 입사되는 극자외선(IL1)의 일부를 흡수할 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 반전 패턴들(150)로 입사된 극자외선(IL1)의 반사도(reflectance)는 상기 개구부들(150P)로 입사된 극자외선(IL2)의 반사도보다 작을 수 있다. 상기 위상 반전 패턴들(150)로 입사된 극자외선(IL1)의 반사도는 상기 위상 반전 패턴들(150)을 구성하는 물질의 흡광 계수(k), 및 상기 위상 반전 패턴들(150)의 두께에 따라 달라질 수 있다. 일 예로, 상기 위상 반전 패턴들(150)을 구성하는 물질의 흡광 계수(k)가 작을수록, 그리고, 상기 위상 반전 패턴들(150)의 두께가 작을수록, 상기 위상 반전 패턴들(150)로 입사된 극자외선(IL1)의 반사도는 커질 수 있다.
상기 위상 반전 패턴들(150)은 상기 위상 반전 패턴들(150)을 통과하여 반사되는 극자외선(RL1)의 위상을 쉬프트(shift) 시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 반전 패턴들(150)을 통과하여 반사되는 극자외선(RL1)의 위상은 상기 개구부들(150P)을 통과하여 반사되는 극자외선(RL2)의 위상과 다를 수 있다. 상기 위상 반전 패턴들(150)을 통과하여 반사되는 극자외선(RL1)의 위상의 쉬프트 정도는 상기 위상 반전 패턴들(150)을 구성하는 물질의 굴절율(refractive index, n) 및 상기 위상 반전 패턴들(150)의 두께에 따라 달라질 수 있다. 일 예로, 상기 위상 반전 패턴들(150)을 구성하는 물질의 굴절율이 작을수록, 그리고, 상기 위상 반전 패턴들(150)의 두께가 클수록, 상기 위상 반전 패턴들(150)을 통과하여 반사되는 극자외선(RL1)의 위상의 쉬프트 정도가 커질 수 있다.
상기 위상 반전 패턴들(150)을 구성하는 물질의 굴절율(n)이 작을수록, 상기 위상 반전 패턴들(150)로 입사된 극자외선(IL1)이 상기 위상 반전 패턴들(150)의 표면에서 반사되는 정도가 증가할 수 있다. 이 경우, 상기 위상 반전 마스크(500)의 마스크 콘트라스트 특성이 열화될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 하부 흡수 패턴(152)은 상기 상부 흡수 패턴(154)보다 작은 굴절율(n)을 가질 수 있고, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)는 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 위상 반전 패턴들(150)을 통과하여 반사되는 극자외선(RL1)의 위상의 쉬프트 정도가 증가될 수 있고, 이 경우, 상기 위상 반전 마스크(500)를 이용하여 고해상도 이미지를 구현하는 것이 용이할 수 있다.
더하여, 상기 상부 흡수 패턴(154)은 상기 하부 흡수 패턴(152)보다 큰 굴절율(n)을 가질 수 있고, 이에 따라, 상기 위상 반전 패턴들(150)로 입사된 극자외선(IL1)이 상기 위상 반전 패턴들(150)의 표면에서 반사되는 정도가 감소될 수 있다. 또한, 상기 상부 흡수 패턴(154)은 상기 하부 흡수 패턴(152)보다 큰 흡광 계수(k)를 가질 수 있고, 이에 따라, 상기 위상 반전 패턴들(150)로 입사된 극자외선(IL1)의 반사도가 감소될 수 있다. 이 경우, 상기 위상 반전 마스크(500)의 마스크 콘트라스트 특성이 개선될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 위상 반전 패턴들의 두께에 따른 입사광의 위상 쉬프트 정도를 나타내는 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 위상 반전 패턴들(150)은, 상기 위상 반전 패턴들(150)을 통과하여 반사되는 극자외선(RL1)과 상기 개구부들(150P)을 통과하여 반사되는 극자외선(RL2)의 위상차가 약 180° 내지 약 250°가 되도록 구성될 수 있다(이하, 위상차 조건). 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T) 및 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)는 상기 위상차 조건을 만족하도록 조절될 수 있다. 일 예로, 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)는 약 8nm 내지 약 35nm 범위 내에 있을 수 있고, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)는 약 10nm 내지 약 40nm 범위 내에 있을 수 있다.
상기 위상 반전 패턴들(150)이 상기 위상차 조건을 만족하도록 구성됨에 따라, 상기 위상 반전 패턴들(150)을 통과하여 반사되는 극자외선(RL1)과 상기 개구부들(150P)을 통과하여 반사되는 극자외선(RL2) 사이에 상쇄 간섭이 발생될 수 있다. 상기 위상 반전 마스크(500)를 이용하는 노광 공정이 도 1의 웨이퍼(50) 상에 형성된 포토 레지스트 막 상에 수행되는 경우, 상기 극자외선들(RL1, RL2) 사이의 상쇄 간섭에 의해, 상기 위상 반전 패턴들(150)에 대응하는 상기 포토 레지스트 막의 영역들에 조사되는 극자외선의 세기가 작아질 수 있다. 즉, 상기 포토 레지스트 막 상에 투영되는 이미지는 높은 NISL(Normalized image log slope)을 가질 수 있고, 이에 따라, 상기 포토 레지스트 막 상에 고해상도의 이미지를 구현하는 것이 용이할 수 있다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 상부 흡수 패턴의 두께에 따른 광학 농도(Optical density, OD)를 나타내는 그래프들이다.
도 4, 도 6, 및 도 7을 참조하면, 상기 위상 반전 패턴들(150)로 입사된 극자외선(IL1)의 반사도를 Ra, 상기 개구부들(150P)로 입사된 극자외선(IL2)의 반사도를 Rb로 정의할 때, 상기 위상 반전 마스크(500)의 마스크 콘트라스트 특성은 아래 수학식1에 의해 평가될 수 있다.
[수학식 1]
OD = -log(Ra/Rb)
여기서, OD는 광학 농도(Optical density)이고, 차광성의 정도를 나타낸다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 블랙 보더 영역(BA)의 광학 농도(OD)는 2.8 이상일 것이 요구될 수 있다(OD≥2.8, 이하, 광학 농도 조건).
도 6은, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)가 32nm인 경우, 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)에 따른 상기 블랙 보더 영역(BA)의 광학 농도(OD) 및 반사도 비율(Ra/Rb)을 나타낸다. 도 6을 참조하면, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)가 32nm이고, 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)가 9.5nm, 16.5nm, 24nm, 31nm, 및 38nm에 인접하는 경우, 상기 블랙 보더 영역(BA)의 광학 농도(OD) 조건(즉, OD≥2.8)이 충족될 수 있다.
도 7은, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)가 30nm인 경우, 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)에 따른 상기 블랙 보더 영역(BA)의 광학 농도(OD) 및 반사도 비율(Ra/Rb)을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)가 30nm이고, 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)가 9.5nm, 16.5nm, 24nm, 31nm, 및 38nm에 인접하는 경우, 상기 블랙 보더 영역(BA)의 광학 농도(OD) 조건(즉, OD≥2.8)이 충족될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)는 상기 위상차 조건(약 180° 내지 약 250°) 및 상기 블랙보더 영역(BA)의 광학 농도 조건(OD≥2.8)을 만족하도록 조절될 수 있다. 일 예로, 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)는 약 8nm 내지 약 35nm 범위 내에서 상기 광학 농도 조건을 만족하는 값을 가지도록 조절될 수 있다. 상기 위상 반전 패턴들(150)이 상기 광학 농도 조건을 만족하도록 구성됨에 따라, 상기 위상 반전 마스크(500)의 마스크 콘트라스트 특성이 개선될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 하부 흡수 패턴의 두께에 따른 NISL(Normalized image log slope) 특성을 나타내는 그래프이다. 도 8에서, i) 실선은, 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)가 9.5nm인 경우, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)에 따른 NISL 특성을 나타내고, ii) 점선은, 상기 상부 흡수 패턴(154)이 제공되지 않은 경우, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)에 따른 NISL 특성을 나타낸다.
도 4 및 도 8을 참조하면, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 굴절율(n)은 상기 상부 흡수 패턴(154)의 굴절율(n)보다 작을 수 있고, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)는 상기 상부 흡수 패턴(154)의 두께(154T)보다 클 수 있다. 즉, 상대적으로 작은 굴절율(n)을 갖는 상기 하부 흡수 패턴(152)이 상대적으로 큰 굴절율(n)을 갖는 상기 상부 흡수 패턴(154)보다 두껍게 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)는 상기 위상차 조건(약 180° 내지 약 250°)을 만족하도록, 그리고 상기 위상 반전 마스크(500)가 요구되는 NISL 특성을 가지도록 조절될 수 있다. 일 예로, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)는 약 10nm 내지 약 40nm 범위 내에 있을 수 있다. 도 8을 참조하면, 상기 하부 흡수 패턴(152)의 두께(152T)가 약 40nm 이하인 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 상기 위상 반전 마스크(500)는, 상기 하부 흡수 패턴(152) 상에 상기 상부 흡수 패턴(154)이 제공되지 않는 위상 반전 마스크의 NILS 특성(점선) 대비, 개선되거나 동등한 수준의 NILS 특성을 가질 수 있다. 상기 위상 반전 패턴들(150)이 요구되는 NISL 특성을 만족하도록 구성됨에 따라, 고해상도의 이미지를 용이하게 구현할 수 있는 위상 반전 마스크(500)가 제공될 수 있다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 위상 반전 마스크의 제조방법을 나타내는 단면도들이다. 설명의 간소화를 위해, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 위산 반전 마스크와 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
도 9를 참조하면, 기판(100)이 제공될 수 있다. 상기 기판(100)은 낮은 열팽창 계수를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 기판(100)은 글래스(glass) 또는 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 상기 기판(100)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한, 상기 패턴 영역(PA) 및 상기 블랙 보더 영역(BA)을 포함할 수 있다.
하부 도전층(110)이 상기 기판(100)의 제2 면(100b) 상에 형성될 수 있다. 상기 하부 도전층(110)은 일 예로, CrN을 포함할 수 있고, 스퍼터링 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
반사층(120)이 상기 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 형성될 수 있다. 상기 반사층(120)을 형성하는 것은, 저굴절률층들(122) 및 고굴절률층들(124)을 상기 기판(100)의 제1 면(100a) 상에 교대로 그리고 반복적으로 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상기 저굴절률층들(122) 및 상기 고굴절률층들(124)은 각각 약 40회 내지 약 60회 적층될 수 있고, 일 예로, 스퍼터링 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 반사층(120)을 형성하는 것은, 상기 블랙 보더 영역(BA) 상에 레이저 어닐링(laser annealing) 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 블랙 보더 영역(BA) 상의 상기 저굴절률층들(122) 및 상기 고굴절률층들(124)은 상기 레이저 어닐링 공정에 의해 인터믹싱될 수 있다. 이에 따라, 상기 반사층(120)은 상기 패턴 영역(PA) 상에서 상기 저굴절률층들(122) 및 상기 고굴절률층들(124)이 교대로 적층된 다층 구조(S1)를 가질 수 있고, 상기 블랙 보더 영역(BA) 상에서 상기 저굴절률층들(122) 및 상기 고굴절률층들(124)이 인터믹싱된(intermixed) 구조(S2)를 가질 수 있다.
캐핑층(130)이 상기 반사층(120) 상에 형성될 수 있다. 상기 캐핑층(130)은 일 예로, 루테늄을 포함할 수 있고, 스퍼터링 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
버퍼층(140L)이 상기 캐핑층(130) 상에 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(140L)은 상기 캐핑층(130)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 더하여, 상기 버퍼층(140L)은 후술될 하부 흡수층(152L) 에 대해 식각 선택성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 버퍼층(140L)은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 탄탈륨 산화물, 및 탄탈륨 산질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 버퍼층(140L)은 일 예로, 화학기상증착, 스퍼터링 증착 등을 이용하여 형성될 수 있다.
하부 흡수층(152L)이 상기 버퍼층(140L) 상에 형성될 수 있다. 상기 하부 흡수층(152L)은 상기 캐핑층(130)과 동일한 금속 원소(일 예로, 루테늄)을 포함할 수 있다. 상기 하부 흡수층(152L)은 일 예로, 루테늄, 루테늄 합금, 루테늄 산화물, 루테늄 질화물, 및 루테늄 산질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 하부 흡수층(152L)은 일 예로, 스퍼터링 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 하부 흡수층(152L)은 상기 버퍼층(140L)의 두께(140T)보다 두꺼운 두께(152T)를 가지도록 형성될 수 있다.
상부 흡수층(154L)이 상기 하부 흡수층(152L) 상에 형성될 수 있다. 상기 상부 흡수층(154L)은 상기 하부 흡수층(152L)보다 굴절율이 큰 물질로 형성될 수 있다. 더하여, 상기 상부 흡수층(154L)은 상기 하부 흡수층(152L)보다 흡광 계수가 큰 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 상부 흡수층(154L)은 탄탈륨 합금 및 탄탈륨 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 상부 흡수층(154L)은 일 예로, 스퍼터링 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 상부 흡수층(154L)은 상기 하부 흡수층(152L)의 두께(152T)보다 얇은 두께(154T)을 가지도록 형성될 수 있다. 본 실시예들에 다르면, 상기 상부 흡수층(154L)의 두께(154T) 및 상기 하부 흡수층(152L)의 두께(152T)는 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한, 상기 위상차 조건, 상기 광학 농도(OD) 조건, 및 상기 NILS 특성을 만족하도록 조절될 수 있다. 일 예로, 상기 상부 흡수층(154L)의 두께(154T)는 약 8nm 내지 약 35nm 범위 내에 있을 수 있고, 상기 하부 흡수층(152L)의 두께(152T)는 약 10nm 내지 약 40nm 범위 내에 있을 수 있다.
하드 마스크층(160L)이 상기 상부 흡수층(154L) 상에 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크층(160L)은 상기 상부 흡수층(154L) 및 상기 하부 흡수층(152L)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 하드 마스크층(160L)은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 탄탈륨 산화물, 및 탄탈륨 산질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 하드 마스크층(160L)은 상기 버퍼층(140L)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 상기 하드 마스크층(160L)은 일 예로, 화학기상증착, 스퍼터링 증착 등을 이용하여 형성될 수 있다.
포토 레지스트 패턴들(170)이 상기 하드 마스크층(160L) 상에 형성될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴들(170)은 후술될 위상 반전 패턴들이 형성될 영역을 정의할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 포토 레지스트 패턴들(170)을 식각 마스크로 이용하여 상기 하드 마스크층(160L)이 식각될 수 있다. 이에 따라, 하드 마스크 패턴들(160)이 상기 상부 흡수층(154L) 상에 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크 패턴들(160)을 형성하는 것은, 일 예로, SF6, CF4, CHF3 와 같은 식각 소스를 이용하여 상기 하드 마스크층(160L)을 식각하는 것을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 포토 레지스트 패턴들(170)이 제거될 수 있다. 상기 포토 레지스트 패턴들(170)은 일 예로, 에싱 및/또는 스트립 공정을 이용하여 제거될 수 있다. 상기 하드 마스크 패턴들(160)을 식각 마스크로 이용하여 상기 상부 흡수층(154L)이 식각될 수 있다. 이에 따라, 상부 흡수 패턴들(154)이 상기 하부 흡수층(152L) 상에 형성될 수 있다. 상기 상부 흡수 패턴들(154)을 형성하는 것은, 일 예로, Cl2와 같은 식각 소스를 이용하여 상기 상부 흡수층(154L)을 식각하는 것을 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 하드 마스크 패턴들(160)을 식각 마스크로 이용하여 상기 하부 흡수층(152L)이 식각될 수 있다. 이에 따라, 하부 흡수 패턴들(152)이 상기 버퍼층(140L) 상에 형성될 수 있다. 상기 하부 흡수 패턴들(152) 및 상기 상부 흡수 패턴들(154)은 위상 반전 패턴들(150)을 구성할 수 있다. 상기 위상 반전 패턴들(150)의 각각은 상기 버퍼층(140L) 상에 차례로 적층된 각 하부 흡수 패턴(152) 및 각 상부 흡수 패턴(154)을 포함할 수 있다. 상기 하부 흡수 패턴들(152)을 형성하는 것은, 일 예로, CL2 및 O2와 같은 식각 소스를 이용하여 상기 하부 흡수층(152L)을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 버퍼층(140L)은 상기 하부 흡수층(152L)의 식각 동안 식각 정지막으로 이용될 수 있다. 이에 따라, 상기 하부 흡수층(152L)의 식각 동안 상기 캐핑층(130)이 보호될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 상기 위상 반전 패턴들(150)을 식각 마스크로 이용하여 상기 버퍼층(140L)이 식각될 수 있다. 이에 따라, 상기 캐핑층(130) 상에 버퍼 패턴들(140)이 형성될 수 있다. 상기 버퍼 패턴들(140)의 각각은 상기 위상 반전 패턴들(150)의 각각과 상기 캐핑층(130) 사이에 개재될 수 있다. 상기 버퍼 패턴들(140)을 형성하는 것은, 일 예로, SF6, CF4, CHF3 와 같은 식각 소스를 이용하여 상기 버퍼층(140L)을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 하드 마스크 패턴들(160)은 상기 버퍼층(140L)의 식각 동안 제거될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
100: 기판
110: 하부 도전층
120: 반사층 130: 캐핑층
140: 버퍼 패턴들 150: 위상 반전 패턴들
152: 하부 흡수 패턴들 154: 상부 흡수 패턴들
120: 반사층 130: 캐핑층
140: 버퍼 패턴들 150: 위상 반전 패턴들
152: 하부 흡수 패턴들 154: 상부 흡수 패턴들
Claims (20)
- 기판;
상기 기판 상의 반사층;
상기 반사층 상의 캐핑층; 및
상기 캐핑층 상의 위상 반전 패턴들을 포함하되,
상기 위상 반전 패턴들의 각각은:
상기 캐핑층 상의 하부 흡수 패턴; 및
상기 하부 흡수 패턴 상의 상부 흡수 패턴을 포함하고,
상기 상부 흡수 패턴의 굴절율은 상기 하부 흡수 패턴의 굴절율 보다 크고, 상기 상부 흡수 패턴의 두께는 상기 하부 흡수 패턴의 두께보다 작은 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 상부 흡수 패턴의 흡광 계수는 상기 하부 흡수 패턴의 흡광 계수 보다 큰 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 2에 있어서,
상기 위상 반전 패턴들 사이에서 상기 캐핑층을 노출하는 개구부를 더 포함하되,
상기 위상 반전 패턴들은 상기 위상 반전 패턴들을 통과하여 반사되는 극자외선이 상기 개구부를 통과하여 반사되는 극자외선에 대해 180° 내지 250°의 위상차를 가지도록 구성되는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 2에 있어서,
상기 하부 흡수 패턴은 루테늄(Ru)을 포함하는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 4에 있어서,
상기 상부 흡수 패턴은 탄탈륨 합금 및 탄탈륨 질화물 중 적어도 하나를 포함하는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 상부 흡수 패턴의 상기 두께는 8nm 내지 35nm인 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 6에 있어서,
상기 하부 흡수 패턴의 상기 두께는 10nm 내지 40nm인 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 위상 반전 패턴들의 각각과 상기 캐핑층 사이의 버퍼 패턴을 더 포함하되,
상기 하부 흡수 패턴과 상기 캐핑층은 동일한 금속 원소를 포함하고,
상기 버퍼 패턴은 상기 하부 흡수 패턴 및 상기 캐핑층과 다른 물질을 포함하는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 8에 있어서,
상기 하부 흡수 패턴과 상기 캐핑층은 루테늄을 포함하는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 9에 있어서,
상기 버퍼 패턴은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 탄탈륨 산화물, 및 탄탈륨 산질화물 중 적어도 하나를 포함하는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 8에 있어서,
상기 버퍼 패턴의 두께는 상기 하부 흡수 패턴의 상기 두께보다 작은 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 패턴 영역, 및 상기 패턴 영역을 둘러싸는 블랙 보더 영역을 포함하고,
상기 반사층은 상기 패턴 영역 상에서 고굴절률층들 및 저굴절률층들이 교대로 적층된 구조를 가지고, 상기 블랙 보더 영역 상에서 상기 고굴절률층들 및 상기 저굴절률층들이 인터믹싱된(intermixed) 구조를 갖는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 기판;
상기 기판 상의 반사층;
상기 반사층 상의 캐핑층;
상기 캐핑층 상의 버퍼 패턴들; 및
상기 버퍼 패턴들 상에 각각 배치되는 위상 반전 패턴들을 포함하되,
상기 위상 반전 패턴들의 각각은:
상기 버퍼 패턴들의 각각 상의 상부 흡수 패턴; 및
상기 버퍼 패턴들의 각각과 상기 상부 흡수 패턴 사이의 하부 흡수 패턴을 포함하고,
상기 하부 흡수 패턴과 상기 캐핑층은 동일한 금속 원소를 포함하고,
상기 상부 흡수 패턴은 상기 하부 흡수 패턴보다 큰 굴절율을 가지고,
상기 상부 흡수 패턴의 두께는 상기 하부 흡수 패턴의 두께보다 작은 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 13에 있어서,
상기 상부 흡수 패턴은 상기 하부 흡수 패턴보다 큰 흡광 계수를 갖는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 13에 있어서,
상기 하부 흡수 패턴과 상기 캐핑층은 루테늄을 포함하는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 15에 있어서,
상기 상부 흡수 패턴은 탄탈륨 합금 및 탄탈륨 질화물 중 적어도 하나를 포함하는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 15에 있어서,
상기 버퍼 패턴들은 상기 하부 흡수 패턴 및 상기 캐핑층과 다른 물질을 포함하는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 17에 있어서,
상기 버퍼 패턴들은 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 탄탈륨 산화물, 및 탄탈륨 산질화물 중 적어도 하나를 포함하는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 13에 있어서,
상기 버퍼 패턴들의 각각의 두께는 상기 하부 흡수 패턴의 상기 두께보다 작은 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크. - 청구항 13에 있어서,
상기 기판은 패턴 영역, 및 상기 패턴 영역을 둘러싸는 블랙 보더 영역을 포함하고,
상기 반사층은 상기 패턴 영역 상에서 고굴절률층들 및 저굴절률층들이 교대로 적층된 구조를 가지고, 상기 블랙 보더 영역 상에서 상기 고굴절률층들 및 상기 저굴절률층들이 인터믹싱된(intermixed) 구조를 갖는 극자외선 리소그래피용 위상 반전 마스크.
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