KR101172698B1 - 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질소 및 탄소의 함유량을 적절히 제어하여 하드필름을 형성함으로써 식각시 발생하는 CD 편차를 줄일 수 있으며, 차광막의 금속 성분이 높고, 반사방지막의 금속 성분이 낮은 금속막을 형성함에 따라 그 두께를 낮추어 해상도 및 패턴 정확도를 향상시킬 수 있으며, 내화학성 특성을 개선하였다. 또한, 금속막과 하드필름의 반사율이 큰 차이가 나도록 금속막과 하드필름을 형성함으로써 하드필름의 검사를 용이하게 수행할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 하드마스크용 블랭크 마스크를 DRAM, 플래시 메모리, MPU 등에 하프 피치 32nm 이하, 특히, 22nm 이하의 최소 선폭 구현이 가능하도록 적용할 수 있다.

Description

블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조방법 {Blankmask, photomask and method of manufacturing the same}

본 발명은 반도체 디바이스등의 제조에 사용되는 포토마스크용 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 두께가 얇고, CD 측정 및 결함과 같은 검사가 가능하도록 금속막과 하드필름이 상호 반사율 차이를 갖는 포토마스크용 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 고속 동작이나 저소비 전력화 등과 같은 성능 및 기능의 향상이나 저비용과 같은 장점을 가짐에 따라 점점 더 미세화되고 있다. 이 미세화를 가능하게 하는 것이 리소그래피(Lithography) 기술이며, 리소그래피 기술을 구현하기 위한 전사용 마스크는 노광 장치, 레지스트 재료와 함께 디바이스 미세화의 중요한 기술로 대두되어 있다.

최근, 반도체 디바이스의 설계에서는 하프 피치(Half-pitch) 45nm 이후의 세대에 대한 개발이 진행되고 있다. 이것은 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장 193 nm의 1/5에 상당하는 크기이다. 하프 피치 45nm 이후의 세대에서는 종래의 위상반전법, 경사입사 조명법 등의 고해상 기술(Resolution Enhancement Technology; RET)과 광 근접 효과 보정(Optical Proximity Correction; OPC) 기술의 적용만으로는 불충분하며, 이에 따라, 액침 노광 리소그래피(Immersion lithography) 기술이나 더블 패터닝(Double Patterning) 기술이 필요로 되고 있다.

투명 기판 상에 차광성 패턴을 갖는 포토마스크를 제작하는 경우, 마스크 패턴이 형성된 레지스트막을 마스크로 하여 금속막에 건식 식각 (Dry Etching)을 행할 때, 레지스트막도 식각되어 소비된다. 이에 따라, 해상성(Resolution)이 저하되며, 이를 극복하기 위해서 금속막의 박막화가 필요하나, 이러한 경우 광학 밀도가 감소하게 된다.

상기의 대응책으로서, 기판 상에 몰리브데늄 실리사이드(MoSi)계의 금속막 및 크롬(Chrome)계의 하드필름을 이용하는 하드마스크용 블랭크 마스크 기술이 개발되었다. 상기 하드필름을 이용한 기술은 레지스트막의 부담을 경감시키고, 막 두께가 얇은 크롬계열의 하드필름에 마스크 패턴을 전사하였을 때 해상성 저하를 개선시킬 수 있다. 하드마스크용 블랭크 마스크는 종래 유기물로 형성된 레지스트막을 식각 마스크(Etch Mask)로 사용하지 않고, 무기물의 하드필름을 식각 마스크로 하여 하부 박막을 식각하는 블랭크 마스크이다. 이때, 하드필름은 기존의 레지스트막에 대비하여 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 종횡비(Aspect Ratio)를 향상시킬 수 있고, 식각 대상인 금속막과의 선택비(Selectivity)를 향상시킬 수 있다. 따라서, 하드필름을 식각 마스크로 하여 금속막을 식각하면 패턴 밀도 및 패턴 간격에 따른 로딩효과(Loading Effect)가 저감되어 CD Mean to Target(MTT), CD 선형성(Linearity) 및 CD 균일도(Uniformity) 등을 개선할 수 있다.

상술한 하드마스크용 블랭크 마스크를 하프 피치 32nm급, 특히 22 nm급, 이하의 디바이스를 제작에 적용하는 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.

첫째, 하드필름의 식각 특성 문제이다.

종래 하드필름을 이용한 포토마스크 제조공정을 도시한, 도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 포토마스크의 제조 공정은 기판(10) 상에 금속막을 포함하는 금속막(20), 하드필름(30) 및 레지스트막(40)이 형성된 블랭크 마스크를 형성한다. 이어서, 레지스트막을 패터닝하여 레지스트 패턴(40a)을 형성하고, 레지스트 패턴(40a)을 식각 마스크로 식각 공정을 진행하여 하드필름 패턴(30a)을 형성한다. 이후, 하드필름 패턴(30a)을 식각 마스크로 금속막(20)을 식각 공정을 진행하여 금속막 패턴(20a)을 형성하여 포토마스크 제조한다.

그러나, 하드필름(30)은 수 내지 수십 Å로 얇아 두께를 가짐에 따라 식각 공정시, 식각률(Etch Rate)이 적정 이상 또는 이하가 되는 경우 CD 편차(Bias)와 같은 문제점을 발생시킨다. 예를 들어, 하드필름(30)의 식각률이 빠르면 목표 CD 대비 CD 초과 등의 스큐(Skew) 문제 및 CD 제어 문제가 발생하게 된다. 또한, 식각률이 너무 느리면 상부 레지스트막(40)의 두께 경감 및 하드필름(30)에서 로딩 효과 등의 문제가 발생하게 된다. 특히, 구현하고자 하는 디바이스의 CD 크기가 더욱 미세화됨에 따라 하드필름의 식각 특성은 더욱 중요해진다.

둘째, 금속막의 두께에 제한되는 해상도(Resolution) 및 정확성(Fidelity) 문제점이다.

하프 피치 32nm 이하, 특히 22nm 이하의 미세 패턴을 형성하기 위해 하드필름을 식각마스크로 금속막 패턴을 패터닝하여 포토마스크를 제조하는 경우, 금속막의 두께는 해상도 및 패턴 정확도에 영향을 미친다.

자세하게, DRAM의 하프 피치가 45nm, 32nm로 미세화됨에 따라 포토마스크의 제조 공정에서 Fine Pattern을 구현하기 위한 광학 근접 보정(Optical Proximity Correction; OPC) 설계는 더욱 복잡해 진다. OPC 에서 실질적으로 x 4 축소노광 방법에 의해 웨이퍼 상에 패턴이 형성되지 않는 보조 형상(Sub-resolution feature size; SRFS) 크기는 DRAM 기준 하프 피키 45nm의 경우 포토마스크 상에 60nm, 32nm의 경우 포토마스크 상에 42nm의 패턴이 요구된다. 상기 보조 형상(SRFS) 구현 시 금속막의 두께가 두꺼우면 보조 형상 패턴이 정밀하게 구현되지 못하는 문제점이 발생하며, 이는 하프 피치 22nm 및 그 이하 적용에 큰 문제점으로 작용한다. 이를 해결하기 위해, 금속막의 두께를 얇게 할 수 있으나 금속막의 두께는 금속막의 광학밀도와도 직접적으로 관련되기 때문에 금속막의 두께를 무한정 얇게 할 수 없는 문제점을 가진다.

셋째, 하드필름과 금속막에 의한 검사의 문제점이다.

포토마스크 공정에서 하드필름과 금속막의 각 공정 단계별 제작 과정을 검증 하기 위한 검사는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 투과형 검사 방법 및 반사형 검사 방법이 있다. 이들은 검사시 계측기의 검사 파장에 따른 각 박막간의 반사율 차이가 있어야 검사가 가능하며, 투과형 검사 방법은 감도가 약함에 따라 반사형 방법의 검사를 진행하게 된다. 그러나, 상기에 언급한 문제들로 차광막 또는 반사필름의 두께를 얇게 하여 전체 금속막의 두께를 얇게 하는 경우, 검사파장에서 금속막의 반사율이 증가하며, 이는 얇은 두께의 하드필름 적용 시 반사율의 감도 차이를 떨어뜨리게 한다.

따라서, 상술한 문제점들, 즉, 고해상도를 위한 금속막의 두께 저감 문제, 두께 저감에 따른 하드필름의 CD 편차(Bais) 문제, 그리고, 금속막과 하드필름의 검사는 동일한 선상에서 고려되어야 하며, 이를 토대로 블랭크 마스크 및 포토마스크가 개발되어야 한다.

발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크는, 투명기판 상에 금속막과 하드필름이 순차적으로 적층되고, 상기 금속막은 차광막 및 반사방지막을 포함하고, 200Å ～ 500Å의 두께를 가지며, 상기 차광막은 반사방지막보다 높은 금속 함량을 가지고, 상기 하드필름에 대한 금속막의 두께 비는 1 : 8.7 ～ 12.5이며, 상기 금속막은 200nm 이하의 검사 파장에서 하드필름보다 3% ～ 60% 낮은 반사율을 갖는다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

상기 금속막에 대한 상기 하드필름의 반사율의 비가 200 nm 이하의 검사 파장에서 1.2 이상이다.

상기 하드필름은 0.1Å/sec 내지 1Å/sec의 식각률을 갖는다.

상기 하드필름은 금속 또는 금속과 O, N, C 중 하나 이상을 포함하여 구성된다.

상기 하드필름은 탄소를 필수적으로 포함하며, 상기 탄소의 함유량은 5at% ～ 50at%이다.

삭제

상기 금속막은 전이금속을 포함한다.

상기 금속막은 깊이 방향으로 금속의 함유량이 연속적 또는 단계적으로 증가되는 구간을 포함한다.

상기 금속막은 200Å ～ 600Å의 두께를 갖는다.

상기 금속막은 200nm 이하의 노광파장에서 광학밀도가 2.5 ～ 3.5이다.

상기 하드필름은 불소(F)계의 상기 금속막 식각 물질에 대하여 상기 금속막과 20 이상의 선택비를 갖는다.

상기 하드필름은 20Å ～ 200Å의 두께를 갖는다.
상기 금속막은 2층 이상의 다층막 또는 연속막으로 이루어진다.
상기 금속막의 깊이 방향으로 금속 함유량 차이는 40at% 이하이다.
상기 금속막은 실리콘 및 불순물을 더 포함하며, 상기 실리콘의 함유량은 상기 금속막을 이루는 금속 또는 상기 불순물의 함유량보다 높다.
상기 금속막은 200nm 이하의 노광 파장에서 10% ～ 30%의 반사율을 갖는다.
상기 금속막은 190nm ～ 500nm의 검사 파장에서 60% 이하의 반사율을 갖는다.
상기 금속막과 하드필름은 193nm의 검사 파장에서 3% ～ 60% 이하의 반사율 차이를 갖는다.

본 발명은 질소 및 탄소의 함유량을 적절히 제어하여 하드필름을 형성함으로써 식각시 발생하는 CD 편차를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 차광막의 금속 성분이 높고, 반사방지막의 금속 성분이 낮은 금속막을 형성함에 따라 그 두께를 낮추어 해상도 및 패턴 정확도를 향상시킬 수 있으며, 내화학성 특성을 개선할 수 있다.

아울러, 본 발명은 금속막과 하드필름의 반사율이 큰 차이가 나도록 금속막과 하드필름을 형성함으로써 하드필름의 검사를 용이하게 수행할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 하드마스크용 블랭크 마스크를 DRAM, 플래시 메모리, MPU 등에 하프 피치 32nm 이하, 특히, 22nm 이하의 최소 선폭 구현이 가능하도록 적용할 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 하드마스크용 블랭크 마스크를 이용한 포토마스크 제조 공정을 도시한 단면도.
도 2a 및 도 2b는 하드마스크용 블랭크 마스크 검사 방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예 42에 따른 하드마스크용 블랭크 마스크의 금속막과 하드필름의 반사율을 도시한 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 하드마스크용 블랭크 마스크는 투명기판, 금속막, 하드필름 및 레지스트막이 순차적으로 적층되어 구성된다.

자세하게, 상기 투명기판은 6inch × 6inch × 0.25inch(가로 × 세로 × 두께)의 크기를 가지며, 200nm 이하의 노광파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는다. 액침노광(Immersion) 리소그래피에서 상기 투명기판의 복굴절률(Birefringence Rate)은 노광량(Intensity) 및 CD 편차의 주요 요인으로 작용하며, 이를 저감시키기 위하여 상기 투명기판의 복굴절률은 200nm 이하의 노광파장에 대하여 2nm/6.3mm 이하인 것이 바람직하며, 1.5nm/6.3mm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 투명기판은 0.5㎛ 이하의 TIR(Total Indicated Reading) 값의 평탄도를 가지며, 상기 투명은 오목 형상(Concave Shape)을 갖는다.

상기 금속막은 1종 이상의 금속 및 실리콘을 포함하는 타겟을 이용한 스퍼터링 공정에 의하여 형성된다. 상기 금속은 전이금속, 예를 들어, 티탄(Ti), 바나듐(V), 코발트(Co), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta) 및 텅스텐(W)을 포함한다. 상기 금속막을 형성하기 위한 타겟의 금속 성분은, 특히, 몰리브데늄(Mo), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta) 중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 스퍼터링 타겟에 포함된 금속 단독의 소멸계수는 193nm 파장에서 2.0 이상이다. 상기 금속막은 상술한 금속과 실리콘 외에 불순물, 즉, 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1종 이상의 물질을 더 포함할 수 있고, 금속막의 함유량은 불순물의 함유량보다 높으며, 금속막은 불소계 가스에 식각될 수 있다.

상기 금속막을 형성하기 위한 스퍼터링 타겟에 구비된 실리콘의 함유량은 금속의 함유량보다 높다. 이는, 상기 금속막이 금속에 비하여 실리콘의 함유량이 낮은 타겟을 이용하여 형성되는 경우, 산성 및 알카리성 화학 약품을 사용하는 세정 공정에 의해 투과 및 반사율이 변하는 문제점이 발생하기 때문이다. 따라서, 금속막 형성을 위한 타겟의 실리콘 함유량은 50mol% 이상인 것이 바람직하며, 70mol% 이상인 것이 더욱 바람직하며, 특히, 80mol% 이상인 것이 바람직하다. 상기 금속막을 형성하기 위한 스퍼터링 타겟은 하나의 타겟 또는 조성비가 각기 다른 2개 이상의 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성할 수 있다.

금속막은 단층막, 적어도 2층 이상의 다층막 또는 연속막의 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 금속막의 후면 반사율 제어, 스트레스 제어를 위한 층을 더 포함할 수 있다. 금속막이, 예를 들어, 2층 구조를 가진다면 하부층은 노광광을 주로 차광하는 차광막으로 형성되고, 상부층은 노광광의 반사를 저감하는 반사방지막으로 구성될 수 있다. 금속막이 다층으로 구성되는 경우, 최외각 표면층은 하부의 어느 층보다 노광파장에서 반사율이 낮은 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 최외각 표면층이 반사방지막으로 역할하는 경우, 상기 최외각 표면층으로 역할하는 단독의 금속막은 190nm ～ 1000nm 파장 영역에서 반사율이 4% ～ 60 %, 투과율이 20% ～ 90% 인 것이 바람직하다.

금속막은 기판 방향, 즉, 깊이 방향으로 갈수록 금속 함유량이 높다. 본 발명의 목적인 미세 보조 형상 패턴(SRFS) 구현이 가능한 해상도와 정확도를 달성하기 위해서는 금속막의 두께를 저감이 필요하다. 이에 따른 실험 결과, 금속막의 금속 함유량에 따라 금속막의 두께 및 내화학성의 특성이 변함을 확인하였다. 상세하게, 금속 및 실리콘 화합물로 형성된 금속막에 있어서 금속 함유량이 높은 경우 내산성, 내알카리성과 같은 내약품성이 나쁘게 되는 문제점이 있는 반면, 동일 두께에서 노광파장에 대한 광학밀도가 높은 장점을 가짐을 확인할 수 있었다. 따라서, 금속막 형성 시 표면 대비 깊이 방향으로 금속 함유량을 증가시키면, 금속막의 두께를 저감할 수 있으며 표면의 내약품성은 동일하게 유지할 수 있다. 이때, 금속막 내부 금속 함유량의 차이는 |Max-Min| 기준으로 3at% ～ 40at% 인 것이 바람직하며, 30at% 이하인 것이 더욱 바람직하며, 5at% ～ 30at% 인 것이 더욱 바람직하다. 이는 금속 함유량이 3% 이하일 경우 실질적으로 금속막의 두께 저감이 어렵고, 40% 이상일 경우 표면 내화학성이 떨어지기 때문이다. 또한, 패턴 형성 시 금속막 내부의 급속한 금속 함유량 차이가 발생하면, 식각 시 식각률을 다르게 만들며 이로 인해 넥킹(Necking)과 같은 패턴 프로파일 (Profile) 문제를 발생시키기 때문이다.

금속막은 실리콘의 함유량이 금속 또는 성막시 포함되는 반응성 가스 성분의 함유량보다 높으며, 면내 깊이 방향으로 함량 조성비의 변화가 연속적인 구간이 선택적으로 포함될 수 있다.

금속막은 200Å ～ 600Å의 두께를 가지며, 300Å ～ 500 Å의 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 금속막의 두께가 200Å 이하일 경우 노광광을 차광하는 기능을 실질적으로 하지 못하고, 600Å 이상일 경우 금속막의 높은 두께로 인해 보조 형상 패턴 구현을 위한 해상도 및 정확도가 떨어지게 된다.

금속막은 200nm 이하의 노광파장에서 2.5 ～ 3.5의 광학밀도와 10% ～ 30%의표면 반사율을 갖는다. 금속막을 얇게 하면서도 반사율을 제어하는 것은 실질적으로 어렵다. 예를 들어, 차광막, 반사방지막으로 구성되는 금속막에 있어서 금속막을 얇게 하기 위한 방법으로 광학밀도를 증가시키기 위하여 차광막의 두께를 증가시키면 반사방지막의 두께를 얇게할 수 있다. 그러나, 상기 구조는 반사방지막의 두께가 얇음으로 인해 노광파장에서 높은 반사율을 가지며, 이는, 노광파장에 대하여 플레어(Flare)와 같은 산란 효과를 유발하여 미세 CD 제어를 어렵게 한다. 한편, 10% 이하의 반사율을 가질 경우, 반사형 검사(Inspection) 모드에서 투명기판과의 반사 감도(Contrast) 차이 발생이 어렵다. 일반적으로 합성석영유리로 제조되는 투명기판의 반사율은 200nm 이하 파장에서 4% ～ 6%를 나타내며, 이로 인해, 상기 차광막과의 반사 모드 검사 시 감도 차이가 크지 않아 검사의 효율성이 떨어진다. 따라서, 금속막의 반사율은 200nm 이하의 노광 파장, 특히, 193nm의 파장에서 10 ～ 30%인 것이 바람직하며, 15% ～ 25%인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 금속막은 190nm ～ 500nm의 검사 파장에서 60% 이하의 표면 반사율을 가지며, 45% 이하, 특히, 40% 이하의 표면 반사율을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 금속막의 결함 및 패턴 검사 또는 얼라인(Align)용에 적용되는 파장은 193nm, 257nm, 365nm, 488nm등과 같이 다양하다. 이때, 금속막의 반사율이 60% 이상이면, 높은 반사율에 의해 산란(Scattering)과 같은 현상이 발생하여 검사 감도가 낮아지는 문제점이 발생하게 된다.

금속막은 표면 거칠기가 0.5nmRMS 이하이고, 금속막 성막 후, 투명기판 대비 금속막의 평탄도 변화가 0.5㎛ 이하이며, 오목 형상을 갖는다. 금속막의 패턴 형성 시, 스트레스 풀림(Release) 현상이 발생하게 되면 금속막의 평탄도 변화가 0.5㎛ 이상일 경우 급격한 평탄도 변화로 인해 정렬도(Registration) 문제를 일으키게 된다. 더욱이, 그 모양(오목, 볼록)이 투명 기판 대비하여 상반되는 경우, 정렬도 문제는 더욱 크게 변하게 된다. 따라서, 금속막 성막 후의 평탄도 변화는 0.5㎛ 이하이면서 투명기판의 평탄도 모양과 동일한 것이 바람직하며, 0.3㎛ 이하의 변화를 가지는 것이 더욱 바람직하다.

하드필름은 티탄(Ti), 바나듐(V), 코발트(Co), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta) 및 텅스텐(W) 중 1종 이상의 물질을 포함한다. 하드필름은 상기 금속의 단독 또는 금속과 산소(O), 질소(N), 탄소(C)중 1종 이상의 물질을 포함하여 구성될 수 있으며, 클로린(Chlorine) 기반의 가스에 의해 식각될 수 있다.

하드필름은 20Å ～ 200Å의 두께를 가지며, 상기 금속막 대비 불소(F)계의 금속막 식각 물질에 대하여 20 이상의 식각 선택비를 갖고, 금속막 대비 평탄도의 변화가 0.2㎛이며, 면저항이 1MΩ/ㅁ 이하이다. 또한, 하드 필름은 식각시 0.1Å/sec ～ 1Å/sec의 식각률을 가지며, 0.2Å/sec ～ 0.8Å/sec의 식각률을 갖는 것이 더욱 바람직하고, 탄소(C)를 필수적으로 포함할 수 있으며, 이러한 경우, 탄소의 함유량은 5% ～ 50%이다. 하드필름의 식각률이 0.1Å 이하일 경우 식각률이 너무 낮아 패턴 프로파일에 문제가 발생할 수 있으며, 1Å/sec 이상일 경우 하드필름 패턴 형성 시 일반적으로 적용하는 과도 식각(Over Etching) 시 CD 편차가 크게 발생할 수 있다. 자세하게, 하드필름에 의한 CD 편차를 제어하기 위하여 하드필름의 식각률(Etch Rate) 제어는 미세패턴 형성을 위해 중요하다. 이는, 하드필름의 식각율가 높을 경우, 얇은 두께의 하드필름에 의해 미세 패턴의 CD 편차 제어가 어렵고, 식각율이 낮을 경우 레지스트막의 두께 경감이 가중되기 때문이다. 이를 해결하기 위한 하드필름의 식각율과 CD 편차의 문제를 평가한 결과 0.1Å/sec 내지 1Å/sec인 것이 CD 편차 제어가 가장 용이하였다. 또한, 상기 하드필름의 식각율을 적절히 제어하기 위해서는 단독의 금속 외에 탄소(C)를 함유하는 것이 식각율 제어 및 CD 편차를 제어하는데 용이하였다. 하드필름의 탄소 함유량이 5at% 미만일 경우 하드필름의 식각률이 증가하여 CD 편차 제어가 용이하지 못하고, 50at% 이상일 경우 식각 시 식각 부산물(Bi-product)에 의해 로딩 효과(Loading effect)가 증가하는 문제점이 나타난다.

하드필름은 200nm 이하의 검사 파장에서 상기 금속막 대비 3% ～ 60%의 높은 반사율 차이를 가지며, 바람직하게, 5% ～ 20%의 반사율 차이를 가지며, 다시 말해, 하드필름 대비 금속막이 1.2 이상의 반사율을 갖는다. 또한, 하드필름은 190nm ～ 300nm의 파장에서 15% ～ 50%의 반사율을 갖는다.

하드필름은 실질적으로 두께가 수 내지 수십Å에 불과하고, 이에 따라 식각 후 패턴 검사, 결함 검사는 필수적이며, 특히, 32nm 이하 22nm의 미세 패턴이 적용될수록 검사의 중요성은 더욱 높아지게 된다. 상기 패턴 및 결함 검사는 투과형 검사 방법과 반사형 검사방법이 있으나, 상기 검사방법들 중 투과형 검사 방법은 하부 금속막의 투과율이 낮아 하드필름과의 감도 차이가 크게 발생하지 않음에 따라 이용이 불가능하다. 따라서, 하드필름과 금속막의 반사율 차이를 이용한 반사형 검사 방법을 이용하여 하드 필름을 검사하며, 하드필름과 금속막의 반사율의 차이가 발생하지 않으면 검사의 효율성이 낮아지기 때문에 하드필름과 금속막의 반사율의 차이를 만들어 검사를 효율적으로 진행할 수 있다. 이때. 금속막의 반사율이 높은 상태는 플레어(Flare)와 같은 또 다른 문제점을 야기시킬 수 있으며, 이에 따라, 하드필름의 반사율이 금속막 대비 낮거나 높은 것이 바람직하며, 그 차이는 3% ～ 50% 인 것이 바람직하다. 하드필름과 금속막의 반사율 차이가 3% 이하일 경우 반사 감도가 낮아 효율적인 검사가 불가능하고, 60% 이상인 경우 하드필름의 두께에 대한 경감을 가중시킨다. 그리고, 하드필름에 대한 금속막의 반사율은 1.2 이상이 바람직하며, 1.4 이상인 것이 더욱 바람직하다. 반사 검사 모드에서는 반사율의 절대값과 더불어 반사율의 상대적인 비를 이용한 경우가 높기 때문이다.

금속막과 하드필름에는 그의 형성 전, 중, 또는 후에 열처리와 같은 표면 처리가 수행될 수 있다. 열처리는 급속 열처리 장치(Rapid Thermal Process; RTP), 진공 핫-플레이트 열처리(Vacuum Hot-Plate Bake), 플라즈마 (Plasma) 및 퍼니스(Furnace) 중 1종 이상의 방법으로 수행할 수 있다. 상기와 같은 표면 처리 시 모든 공정은 10^-3 torr 이하의 진공상태에서 수행하는 것이 바람직하다. 반면 열처리 후 쿨링(Cooling)은 자연 쿨링, 급속 냉각 장치를 이용한 방법으로 수행할 수 있다.

레지스트막의 하부에는 산(H+)을 포함하는 유기박막이 선택적으로 더 형성될 수 있으면, 레지스트막은 2,000Å 이하, 바람직하게, 1,500Å 이하의 두께를 가질 수 있다.

이하에서는 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. 그럼으로, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라며 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.

(실시예)

금속막 설계 I ( 차광막 설계)

본 발명의 실시예에 따른 금속막은 2층 구조로 형성되며, 단층, 2층 이상으로도 구현이 가능한다. 금속막은 주로 빛을 차광하는 기능을 가지는 차광막 및 상기 차광막 상에 구비되며 노광광의 반사를 저감하는 반사방지막으로 이루어진다. 차광막은 200 nm 이하의 노광파장에서 광학밀도 및 두께를 중점으로 설계된다.

투명기판은 복굴절률이 2nm/6.3mm 이하로 제어된 6025inch 크기의 합성석영 유리기판이 이용된다. 상기 투명기판 상에 DC 마그네트론 장비로 다양한 조성을 가지는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟 및 0.3 ～ 1.6kW의 공정 파워로 두께를 낮출 수 있는 범위에서 반응성 가스인 질소의 비율을 변경하여 아래 표 1과 같이 다양한 형태의 금속막을 형성하였다. 이때, 두께 범위를 판단하기 위하여 193nm에서 광학밀도는 2.72로 설정하였으며, 측정한 장비는 Varian 社의 Cary-5000 장비 및 X-ray를 이용한 XRR 장비를 이용하였다.

<차광막 광학밀도 및 두께 실험 결과>

실시예 No.	타겟	타겟 조성비 (금속 : 실리콘)	질소비율(%) N2/(Ar+N2)	두께(Å)	광학밀도 @193nm
1	MoSi	10 : 90at%	0	382	272
2	MoSi	10 : 90at%	10	404	272
3	MoSi	10 : 90at%	20	422	272
4	MoSi	20 : 80at%	0	315	272
5	MoSi	20 : 80at%	10	332	272
6	MoSi	20 : 80at%	20	354	272
7	MoSi	30 : 70at%	0	272	272
8	MoSi	30 : 70at%	10	295	272
9	MoSi	30 : 70at%	20	323	272
10	WSi	30 : 70at%	10	225	272

차광막은 해상도 및 패턴 정확도(Fidelity) 향상을 위하여 얇은 두께로 형성되는 것이 요구된다. 이를 위해 실시예 1 ～ 9를 참조하면, 타겟의 조성비 및 질소(N2) 비율에 따른 차광막의 두께를 실험한 결과, 스퍼터링 타겟의 금속, 즉, 몰리브데늄의 비율이 증가할수록, 그리고, 질소 비율이 낮을수록 동일 광학밀도에서 두께가 낮아짐을 확인하였다. 추가적으로 실시예 10과 같이 소멸계수가 몰리브데늄 대비 높은 텅스텐(W)을 이용하는 경우 그 두께가 더욱 낮아짐을 확인할 수 있었다.

금속막 설계 Ⅱ ( 반사방지막 설계)

상기 실시예 1 ～ 10을 바탕으로 얇은 두께를 가지고, 노광파장에 대하여 플레어(Flare) 현상을 저감시키는 목적으로 반사방지막을 아래의 표 2와 같이 형성하였다. 이때, 적용된 반응성 가스의 비율은 30 ～ 60%이며, 공정파워는 0.3 ～ 1.6kW로 설정하였다.

<반사방지막 실험 결과>

실시예 No	차광막	반사방지막		최종두께(Å)	광학밀도 @193nm	반사율(%) @193nm
		타겟물질	타겟조성비 (Mo:Si)
11	실시예 2	MoSi	10 : 90at%	595	2.92~3.05	17.51
12		MoSi	20 : 80at%	583	2.92~3.05	18.82
13		MoSi	30 : 70at%	575	2.92~3.05	20.25
14	실시예 5	MoSi	10 : 90at%	470	2.92~3.05	17.95
15		MoSi	20 : 80at%	453	2.92~3.05	22.35
16		MoSi	30 : 70at%	448	2.92~3.05	24.32
17	실시예 8	MoSi	10 : 90at%	398	2.92~3.05	17.55
18		MoSi	20 : 80at%	382	2.92~3.05	25.33
19		MoSi	30 : 70at%	368	2.92~3.05	28.83
20	실시예 10	MoSi	10 : 90at%	348	2.92~3.05	23.15
21		MoSi	20 : 80at%	320	2.92~3.05	26.32
22		MoSi	30 : 70at%	303	2.92~3.05	34.85

상기 실시예 11 ～ 22를 참조하여, 반사방지막은 상술한 차광막 실시예 2, 5, 8, 10번을 기준으로 그 상부에 형성하였다. 차광막 및 반사반지층로 구성된 금속막의 최종 두께는 193nm에서 광학밀도 2.92 ～ 3.05 범위에서 측정되었다. 실험 결과, 실시예 11 ～ 13, 즉, 차광막 형성을 MoSi(10:90at%) 타겟을 이용하고, 반사방지막을 설계하는 경우 금속막의 전체 두께 범위는 550Å ～ 600Å이였다. 실시예 14 ～ 16, 즉, 차광막 형성을 MoSi(20:80at%) 타겟을 이용하고, 반사방지막을 설계하는 경우 금속막 전체 두께 범위는 420Å ～ 470Å이였다. 실시예 17 ～ 19, 즉, 차광막 형성을 MoSi(30:70at%) 타겟을 이용하고, 반사방지막을 설계하는 경우 금속막 전체 두께는 360Å ～ 400Å이였다. 실시예 20, 즉, 차광막 형성을 WSi 타겟을 이용하고, 반사방지막을 설계하는 경우 금속막 전체 두께는 300Å ～ 350Å이였다. 이를 통해 목표 광학밀도인 2.7 ～ 3.0 이상을 가지면서 금속막을 얇은 두께로 형성하기 위해서는 금속막의 차광막을 형성 시 금속 성분의 함유량이 증가할수록 그 효과가 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 추가적으로 몰리브데늄 대비 소멸계수가 높은 텅스텐을 이용할 시 그 효과가 현저히 증가함을 알 수 있다. 또한, 동일 구성의 차광막 상에 반사방지막을 형성하는 경우, 금속 함유량이 증가할 수 최종 금속막의 반사율이 증가함을 알 수 있다.

따라서, 상기 실험을 통해 두께가 얇고, 플레어 방지를 위해 반사율이 제어된 금속막 형성을 위해서는 차광막의 경우 금속 함유량이 높고, 반사방지막의 경우 금속 함유량이 낮아야만 함을 알 수 있다.

금속막 설계 Ⅲ (내화학성 평가)

금속막은 포토마스크 제조 시 반복 세정 공정을 거치게 되며, 이에 따라, SPM 및 SC-1과 같은 화학약품에 대한 내화학성 특성이 중요하다. 따라서, 90℃의 황산 : 과산화수소수의 비율이 10 : 1의 SPM과, 암모니아수 : 과산화수소수 : 초수순의 비율이 1 : 1 : 5의 SC-1 조건에서 2시간 동안 침지한 후 박막의 두께 변화를 XRR 장비를 이용하여 평가하였다. 추가적으로, 급속 열처리 장치(RTP)를 이용하여 10motrr ～ 2motrr의 진공 조건과 350℃의 온도에서 30분 동안 표면 열처리를 실시한 후 내화학성 평가를 실시하였다.

<내화학성 실험 결과>

실시예 No	기존 실시예	두께변화(nm) Before-After
		SPM	SPM after RTP	SC-1	SC-1 after RTP
23	11	1.5	0.3	11.5	1.2
24	13	4.5	2.5	48.3	22.8
25	14	1.2	0.2	12.5	1.5
26	16	3.5	2.3	52.8	24.8
27	17	1.3	0.4	12.6	1.8
28	19	3.5	2.6	85.1	25.6
29	20	1.8	0.9	11.3	1.4
30	22	3.3	2.5	82.2	28.2

상기 실시예 23 ～ 30을 참조하면, 급속 열처리 장치를 통해 표면 처리를 실시하는 경우 내화학성 특성이 개선됨을 확인할 수 있었다. 그러나, 실시예 13, 16, 19, 22와 같이 반사방지막에 금속 성분이 높을수록 내화학성이 나빠짐을 확인할 수 있었다. 이는 몰리브데늄 자체가 염기성 및 산성에 취약한 특성에 기인하는 것으로 판단된다.

이와 같이, 얇은 두께를 가지고, 반사율이 30% 이내로 제어되면서, 내화학성 특성이 우수한 금속막을 얻기 위한 실험에서 금속막의 차광막은 금속 성분이 높고, 반사방지막에는 금속 성분이 낮아야만 함을 확인할 수 있다.

하드필름 설계 I

하드필름의 CD 편차 저감을 위한 실험으로 하드필름의 식각 특성 평가를 위하여 크롬물질 및 클로린(Chlorine) 기반의 반응성 가스를 이용하여 Cr, CrN, CrC, CrON, CrCO, CrCON등의 각각의 조합에 대하여 건식 식각률을 평가하였다. 이때 각각의 하드필름은 40Å의 두께로 제어되었으며, EPD(End Point Detection)를 통해 식각 종점을 확인하였고, 공정파워는 0.3 ～ 1.6kW로 설정하였다.

<하드필름 식각 특성 평가 결과>

실시예 No	물질	Reactive Gas Ratio(%)	Etch Rate(Å/sec)
31	Cr	0	1.20
32	CrN	30	1.56
33	CrN	50	1.90
34	CrC	30	0.41
35	CrC	50	0.35
36	CrON	30	1.12
37	CrON	50	1.35
38	CrCO	30	0.37
39	CrCO	50	0.32
40	CrCON	30	0.72
41	CrCON	50	0.93

실시예 31 ～ 41를 참조하여, 크롬으로 이루어진 하드필름의 식각률은 1.20Å/sec을 나타내었다. 또한, 하드필름에 포함된 질소의 함유량이 높아질수록 식각률이 높음을 확인할 수 있었으며, 반면에, 탄소의 함유량이 높을수록 식각률이 낮음을 확인하였다.

이에 대하여, 하드필름의 식각률에 따른 CD 편차와 로딩효과를 일반화한 결과 하드필름의 식각률이 증가할수록 로딩효과 대비 CD 편차가 더욱 더 크게 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 하드필름의 두께가 40Å으로 두께가 얇기 때문에 로딩효과 대비 CD 편차 효과가 더욱 크게 나타나는 것으로 판단되며, 이때 미세 패턴의 허용 오차 범위에서 식각률은 0.2Å/sec ～ 1.0Å/sec 범위가 적정함을 확인하였다.

하드필름 설계 II (반사율 차이평가)

하드필름의 검사를 위하여 표 5와 같이 상기 실시예 23, 25, 27, 29에서의 금속막에 대하여 열처리를 수행하고, 열처리된 금속막 상에 하드필름을 40Å의 두께로 성막한 후 Cary-5000 장비를 이용하여 193nm에서 하드필름과 금속막의 반사율을 측정하였다.

<하드필름과 금속막 반사율 차이>

실시예 No	금속막 실시예 No	금속막 반사율(%)	하드마스크막 반사율(%)	반사율 차이(%) (하드필름-금속막)	반사율 차이(%) (하드필름/금속막)
42	23	17.51	31.23	13.72	1.78
43	25	17.95	28.12	10.17	1.57
44	27	17.55	27.53	9.98	1.57
45	29	23.15	29.43	6.28	1.27

상기 실시예 42 ～ 45와 실시예 42의 금속막 및 하드필름의 반사율을 비교한 그래프 도 3을 참조하면, 하드필름과 금속막의 반사율의 절대값 차이는 6% ～ 13%를 나타내었으며, 금속막 대비 하드필름의 반사율 비율은 1.2 이상을 나타내어 하드필름의 반사 모드 검사 시 충분한 감도(Contrast)를 가짐을 확인할 수 있었다.

(비교예)

비교예에서는 실시예 22의 금속막, 즉, 193nm에서 34.85%의 반사율을 가지는 금속막 상에 표 6과 같이 상기 실시예 42 ～ 45와 동일한 조건으로 하드필름을 40Å의 두께로 성막한 후 Cary-5000 장비를 이용하여 193nm에서 하드필름과 금속막의 반사율을 측정하였다.

<비교예 결과>

비교예 No	금속막 실시예 No	금속막 반사율(%)	하드마스크막 반사율(%)	반사율 차이(%) (하드필름-금속막)	반사율 차이(%) (하드필름/금속막)
1	22	34.85	33.55	-1.03	0.96

상기 비교예 1에 따른 하드필름에서의 반사율은 33.55%를 나타내어, 하드필름과 금속막의 반사율의 절대값 차이는 1.30%를 나타내었으며, 금속막 대비 하드필름의 반사율 비율은 0.96을 나타내어 하드필름과 금속막의 반사율 감도 차이가 발생하지 않음을 확인하였다.

이상에서와 같이, 본 발명에서는 차광막의 금속 성분이 높고, 반사방지막의 금속 성분이 낮으며, 그 두께를 낮추어 해상도 및 패턴 정확도를 향상시키고, 반사율이 30% 이내로 제어되면서 내화학성 특성이 우수한 금속막을 형성하였다. 또한, 하드필름의 질소의 함유량이 높아질수록 식각률이 높음과 아울러 탄소의 함유량이 높을수록 식각률이 낮음을 확인하여 하드필름의 식각률을 적정하게 제어함에 따라 CD 편차를 저감하고, 검사가 용이한 하드필름 및 금속막을 설계할 수 있도록 하였다.

이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.

10 : 투명기판 20 : 금속막
30 : 하드필름 40 : 레지스트막

Claims (25)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 투명기판 상에 금속막과 하드필름이 순차적으로 적층된 블랭크 마스크에 있어서,
   상기 금속막은 차광막 및 반사방지막을 포함하고, 200Å ～ 500Å의 두께를 가지며,
   상기 차광막은 반사방지막보다 높은 금속 함량을 가지고,
   상기 하드필름에 대한 금속막의 두께 비는 1 : 8.7 ～ 12.5이며,
   상기 금속막은 200nm 이하의 검사 파장에서 하드필름보다 3% ～ 60% 낮은 반사율을 갖는 블랭크 마스크.
7. 삭제
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 금속막에 대한 상기 하드필름의 반사율의 비가 200nm 이하의 검사파장에서 1.2 이상인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 하드필름은 0.1Å/sec 내지 1Å/sec의 식각률을 갖는 블랭크 마스크.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 하드필름은 금속 또는 금속과 O, N, C 중 하나 이상을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
11. 삭제
12. 제 6 항에 있어서,
    상기 하드필름은 탄소를 필수적으로 포함하며, 상기 탄소의 함유량은 5at% ～ 50at%인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
13. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속막은 전이금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
14. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속막은 깊이 방향으로 금속의 함유량이 연속적 또는 단계적으로 증가되는 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
15. 삭제
16. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속막은 200nm 이하의 노광파장에서 광학밀도가 2.5 ～ 3.5인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
17. 제 6 항에 있어서,
    상기 하드필름은 불소(F)계의 식각 물질에 대하여 상기 금속막과 20 이상의 선택비를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
18. 제 6 항에 있어서,
    상기 하드필름은 20Å ～ 200Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
19. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속막은 2층 이상의 다층막 또는 연속막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
20. 삭제
21. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속막의 깊이 방향으로 금속 함유량 차이는 40at% 이하인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
22. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속막은 실리콘 및 불순물을 더 포함하며, 상기 실리콘의 함유량은 상기 금속막을 이루는 금속 또는 상기 불순물의 함유량보다 높은 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
23. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속막은 200nm 이하의 노광 파장에서 10% ～ 30%의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
24. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속막은 190nm ～ 500nm의 검사 파장에서 60% 이하의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
25. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속막과 하드필름은 193nm의 검사 파장에서 3% ～ 60% 이하의 반사율 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.

Images