31. EUV Mask에 대하여 - 흡수 (3)

 

흡수체 스택 및 패턴

EUV 마스크에는 ML 위에 흡수체 스택이라고 하는 2중 또는 3중 필름이 필요합니다. 흡수체 패턴 형상에 의한 그림자 효과를 최소화하려면 흡수체 스택을 더 얇게 만드는 것이 좋겠죠? 필요한 경우 흡수체 스택에 Phase shift 레이어와 ARC를 추가하기도 합니다.

흡수층

흡수층은 높은 EUV 흡수, EUV 방사 하에서의 안정성, 전도성, 캡핑층에 대한 높은 식각 선택성(버퍼는 더 이상 사용되지 않으며 적어도 널리 사용되지는 않음) 등 여러 특성을 나타내야 광학 표면 결함 검사를 수행할 수 있습니다. 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 화합물을 포함한 여러 후보 물질이 전통적으로 제안되었는데... 그중에서도 Ta 기반 물질이 널리 연구되고 있습니다.

 

(Soft) X-Ray 마스크용으로 개발된 Ta 기반 재료는 Cl2 및 F 기반 화학 물질로 쉽게 에칭할 수 있으며 에칭 편향이 거의 발생하지 않는다는 장점이 있습니다. 이러한 재료는 또한 EUV 마스크 제작 및 인쇄에 적합하죠. Aerial image optical contrast는 흡수체 재료(TaN 및 Cr 사용 시 더 높음)와 흡수체 두께(두꺼운 흡수체 사용 시 더 높음)에 따라 달라집니다. 그러나 PSM에는 TaN과 같은 저굴절률 소재를 사용할 수 있어 낮은 두께(TaN의 경우 45nm)에서 더 높은 콘트라스트를 얻을 수 있습니다.

TaN 흡수층은 화학 세척 호환성과 결함 수준이 Cr 소재와 비슷합니다. 그리고 EUV 파장에 대한 높은 소멸 계수를 가진 더 얇은 흡수층을 사용하는 다른 연구가 있었고 재료 후보로는 Ni 및 Pd와 같은 전이 금속이 있습니다. 주 광선 입사각이 높을수록 마스크 3D 효과가 증가하기 때문에 해상도 확장을 위해 고NA 시스템에서 더 얇은 흡수층이 더 중요해집니다. 굴절률이 매우 낮으면 매우 얇은 두께(예: 20nm에서 n = 0.8634인 PdO)에서 180도 위상 이동을 제공할 수 있으며, 이는 높은 소멸 계수와 결합하여 더욱 높은 성능을 발휘할 수 있습니다.

기존 광학 마스크는 투과, 반사 또는 두 가지 방법의 조합을 사용하여 검사할 수 있었습니다. 그러나 EUV 마스크는 반사 모드로만 검사할 수 있습니다. 이미지 콘트라스트는 ML 영역과 흡수체 영역 사이의 반사율 차이에 따라 달라집니다. 이미지 콘트라스트는 위 그림에 표시된 것처럼 해당 방정식으로 정의되며, 여기서 Rml과 Rabs는 각각 ML과 흡수체에서 측정된 반사율입니다. 주의할 점은 방정식 및 그림에서 "ML"이 사용되는 경우 일반적으로 그 위에 캡핑 레이어가 증착된 ML을 나타냅니다.

E-Beam 패터닝

EUV 마스크 E-Beam 패터닝은 기존 광학 마스크와 유사합니다. 그러나 ML 열 불안정성과 마스크 왜곡으로 인해 온도(노광 후 베이크, 건식 식각 및 리페어)를 150°C 미만의 저온으로 유지해야 합니다.

 

E-Beam 리소그래피의 지속적인 과제 중 하나는 패턴형상 및 CD 성능을 심각하게 저하시킬 수 있는 proximity 효과입니다. proximity 효과는 레지스트의 전자 산란과 기판 재료의 전자 후방 산란으로 인해 발생합니다. proximity 효과의 범위는 입사 전자의 에너지, 기판 재료, 레지스트 및 기판의 두께에 따라 달라집니다. 고에너지 전자 빔은 순방향 산란에 의한 노출을 최소화하고 후방 산란 전자를 분산시켜 고해상도 레지스트 패턴을 생성합니다. 원자 번호가 높은 재료는 전자 후방 산란 단면적이 높으며 원자 번호가 낮은 재료보다 더 큰 proximity 효과를 가집니다.

 

EUV 마스크에는 일반적으로 흡수체용 원자 번호가 높은 원소가 포함되어 있기 때문에 이러한 기판의 proximity 효과는 Si와 같은 원자 번호가 낮은 재료보다 더 높죠. 위 그림에서 볼 수 있듯이, TaSiN 최상층이 있는 구조는 높은 원자 수의 TaSiN 층에서 후방 산란된 전자가 레지스트를 노출하기 때문에 proximity 효과가 더 커집니다.

 

근접효과 (proximity 효과) https://en.wikipedia.org/wiki/Proximity_effect_(electromagnetism)

Proximity effect (electromagnetism) - Wikipedia

흡수체 스택 에칭

헥사플루오르(SF6) 화학 물질을 사용한 TaN 흡수체 에칭의 경우, Ru 캡핑층에 대해 60:1의 높은 에칭 선택성이 있습니다. 5nm 미만의 에칭 바이어스가 얻어지고 구조와 크기 모두에 독립적인데, 이는 Cr 흡수체의 공정 결과와 대조적입니다. 또한 흡수체 식각 공정에서 다른 중요한 문제는 측벽 각도와 LER입니다. 또한 흡수체 에칭 공정은 ML의 EUV 반사율에 최소한의 영향을 미쳐야 합니다. 반사율 손실의 가능한 원인으로는 표면 산화 또는 표면 형태 변화가 있습니다. Ta 기반 흡수체 식각 공정에서는 반사율 손실이 거의 없는 충분한 균일성 있기에 결과적으로 Ta이 사용됩니다.