KR101323578B1 - 포토마스크 블랭크, 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크 - Google Patents

포토마스크 블랭크, 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 구조를 갖는 포토마스크 블랭크를 이용하여, 하드마스크막이 적용된 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크를 제조할 수 있는 포토마스크 블랭크를 제공한다. 본 발명에 따른 포토마스크 블랭크는 위상반전 기능 및 투과율 조절 기능을 갖는 금속막과 상기 금속막 상에 적층된 하드마스크막으로 구성된다.
이를 통해, 구조 및 제조공정이 단순하여, 기존의 위상반전 블랭크 마스크, 하드마스크용 블랭크 마스크, 하드마스크용 위상반전 블랭크 마스크 제조 공정의 복잡성, 그리고 복잡한 공정에 의해 기인하는 결함 증가, 정렬도 (Registration) 문제, 패턴 정밀도등과 같은 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 금속박막 대비 낮은 두께에서 위상반전과 차광기능을 가지는 금속막 구현을 통해 로딩 효과 (Loading Effect)를 저감되고, 고 정밀도의 최소선폭 구현이 가능한 포토마스크 제조가 가능하다.

Description

포토마스크 블랭크, 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크{Photomask blank, Binary photomask and Phase shift photomask}
본 발명은 반도체 포토리소그래피(Photo-lithography) 공정에서 고 정밀도의 최소 선폭(Critical Dimension; CD) 구현이 가능한 포토마스크 블랭크 및 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 한가지 형태의 블랭크 마스크를 이용하여 하드마스크막이 적용된 바이너리 포토마스크 및 위상반전형 포토마스크를 형성하며, 65nm급 이하 특히 45nm급, 32nm급 이하의 최소 선폭을 구현할 수 있는 193nm의 ArF 리소그래피, 액침노광 리소그래피(Immersion Lithograph)에 적용할 수 있는 포토마스크 블랭크 및 포토마스크에 관한 것이다.
오늘날 대규모 집적회로의 고 집적화에 수반하는 회로패턴의 미세화 요구에 맞춰, 고도의 반도체 미세공정 기술이 매우 중요한 요소로 자리 잡고 있다. 고 집적회로의 경우 저전력, 고속동작을 위해 회로 배선이 미세화 되고 있고, 층간 연결을 위한 컨택트 홀 패턴 (Contact Hall Pattern) 및 집적화에 따른 회로 구성 배치 등에 대한 기술적 요구가 점점 높아지고 있다. 따라서 이러한 요구들을 충족시키기 위해서는 회로 패턴 (Pattern)의 원본이 기록되는 포토마스크 제조에 있어서도, 상기 미세화를 수반하고 보다 정밀한 회로 패턴 (Pattern)을 기록할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
이러한 포토리소그래피 기술은 반도체 회로 패턴의 해상도 (Resolution) 향상을 위해 436 nm의 g-line, 365 nm의 i-line, 248 nm의 KrF, 193 nm의 ArF 으로 노광파장의 단파장화가 이루어져 왔다. 그러나, 노광파장의 단파장화는 해상도 향상에는 크게 기여하였으나, 초점심도 (Depth of Focus; DoF)에는 나쁜 영향을 주어, 렌즈를 비롯한 광학시스템의 설계에 대해 많은 부담이 증대되는 문제점을 가져왔다. 이에 따라, 상기 문제점을 해결하기 위해 노광광의 위상을 180도 반전시키는 위상반전막 (Phase Shift Layer)을 이용하여 해상도와 초점심도를 동시에 향상시키는 위상반전 마스크가 개발되었다.
위상반전 마스크는 “등록특허 10-0373317”과 같이 주로 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 이용하여 형성되며, 그 구조는 도 1과 같다. 도 1을 참조하여, 위상반전 블랭크 마스크는 투명 기판 위에 위상반전막, 차광막 및 반사방지막으로 이루어지는 금속막, 레지스트막이 순차적으로 형성된 구조를 가진다. 한편, 45nm 이하 특히 32nm 이하로 패턴 크기(Size)가 더욱 더 미세화되고 조밀화됨에 따라 포토마스크 제조 시 해상도뿐만 아니라, 엄격한 CD Mean to Target(MTT), CD Uniformity, CD Linearity가 요구된다. 이러한 문제점을 해결하기 도 2 및 도 3을 참조하여, 근래에는 하드마스크막을 식각 마스크로 하여 하부 금속막을 식각하는 하드마스크용 블랭크 마스크에 대한 개발이 이루어지고 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 종래의 위상반전 블랭크 마스크(100), 하드마스크용 블랭크 마스크(200), 하드마스크용 위상반전 블랭크 마스크(300)의 경우 위상반전막(20), 차광막(30), 반사방지막(미도시), 하드마스크막(40) 및 선택적으로 식각저지막(50)을 포함하는 다층의 박막이 성막되기 때문에, 제조 공정의 복잡성과 그로 인해 발생하는 결함 (Defect)의 발생율이 높은 문제점을 가지고 있다. 특히, 구현하고자 하는 CD Size가 더욱 더 미세화됨에 따라 결함에 대한 제어가 더욱 더 엄격해 지고 있다.
또한, 상기와 같은 다층의 복잡한 구성에 의해 목표로 하는 박막의 투과율, 반사율, 위상반전량 및 두께의 균일도가 서로 다르게 되고, 각 층의 물질간의 상이함에 의해 발생하는 박막의 스트레스도 높게 되는 문제점을 가진다. 상기 문제점은 플레이트 면내에서도 영향을 미치지만, 대량 연속적으로 생산하는 플레이트 간에서도 영향을 미치게 되어 생산 수율을 떨어뜨리는 문제점을 야기한다.
나아가서는, 상기의 복잡한 블랭크 마스크의 구조에 의해 포토마스크 제조를 위한 노광, 현상, 식각 및 세정 공정이 반복되고 이로 인해 정렬도, 박막의 특성 변화를 가져오는 문제점을 나타내고 있다.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하고자, 193nm의 ArF 리소그래피 및 ArF 액침노광 리소그래피에 사용되는 포토마스크용 블랭크 마스크에 관한 것으로서, 발명하고자 하는 과제는 아래와 같다.
본 발명은 하나의 포토마스크 블랭크 구조에서 하드마스크막이 적용된 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크를 동시에 구현할 수 있는 포토마스크 블랭크를 제공한다.
또한, 본 발명은 다층의 박막이 형성되는 포토마스크 블랭크 구조에 있어서, 플레이트 면내 및 플레이트간 균일도 향상을 위하여 블랭크 마스크 제조방법을 제공한다.
이를 통해, 포토마스크 블랭크 및 포토마스크 제조 시, 공정의 단순화를 통해 생산 수율 (Product Yield) 향상과 함께 우수한 CD 특성을 가지는 포토마스크 블랭크 및 포토마스크를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 블랭크는, 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크 중 선택되는 하나로 제조될 수 있는 다기능성 포토마스크 블랭크로서, 투명 기판 상에 배치된 금속막, 상기 금속막 상에 배치된 하드마스크막을 포함하며, 상기 금속막은 노광광에 대한 위상율 조절막 및 상기 하드마스크막과 함께 투과율 조절막으로서 역할한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 블랭크는 투명 기판 상에 배치된 금속막 및 상기 금속막 상에 배치된 하드마스크막을 포함하며, 상기 금속막은 위상반전막이다.
상기 금속막은 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 선택되는 1종 이상의 금속 물질과 실리콘(Si)을 포함한다.
상기 금속막은 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1종 이상의 물질을 더 포함한다.
상기 금속막은 상기 실리콘(Si)이 상기 금속 물질보다 더 많은 함유량을 갖는다.
상기 금속막은 상기 실리콘(Si)의 함유량이 50% 이상이다.
상기 금속막은 단층 또는 다층 구조를 가지고, 깊이 방향으로 조성이 균일한 단일막 또는 조성이 변하는 연속막 구조를 가지며, 300Å 내지 1000Å의 두께를 갖는다.
상기 금속막은 상기 노광광에 대하여 투과율이 0.1% 내지 10%이고, 반사율이 10% 내지 30%이며, 위상변화량이 170° 내지 190°이다.
상기 노광광은 300㎚ 이하의 파장을 갖는다.
상기 하드마스크막은 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 선택되는 1종 이상의 금속 물질을 포함한다.
상기 하드마스크막은 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1종 이상의 물질을 더 포함한다.
상기 하드마스크막은 단층 또는 다층 구조를 가지고, 깊이 방향으로 조성이 균일한 단일막 또는 조성이 변하는 연속막 구조를 가지며, 50Å 내지 300Å의 두께를 갖는다.
상기 금속막과 상기 하드마스크막은 50:1 이상의 식각 선택비를 갖는다.
상기 금속막과 상기 하드마스크막의 적층 구조에서 상기 노광파장에 대한 광학밀도는 2.0 내지 4.0 이고, 상기 하드마스크막 상에서 반사율은 10% 내지 40% 이며, 면저항은 3kΩ/□ 이하이다.
상기 하드마스크막 상에 배치된 포토레지스트막을 더 포함하며, 상기 포토레지스트막은 산을 포함하는 물질로 구성되며, 50nm 내지 300nm의 두께를 갖는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다기능성 포토마스크 블랭크를 이용하여 제조된 포토마스크는, 차광영역은 투명 기판 상에 적어도 금속막 및 하드마스크막이 적층된 영역이고, 상기 투광 영역은 상기 투명 기판이 노출된 영역이며, 상기 금속막과 하드마스크막은 상기 노광광에 대한 광학밀도가 2.0 내지 4.0이 되도록 각각 두께가 조절된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다기능성 포토마스크 블랭크를 이용하여 제조되는 위상반전 포토마스크는, 차광영역, 위상반전영역 및 투광영역을 가지며, 상기 차광영역은 투명 기판 상에 적어도 금속막 및 하드마스크막이 적층된 영역이고, 상기 위상반전영역은 투명 기판의 일부 영역 상에 금속막이 형성된 영역이며, 상기 투광 영역은 상기 투명 기판이 노출된 영역이고, 상기 금속막과 하드마스크막은 상기 노광광에 대한 광학밀도가 2.0 내지 4.0이 되도록 각각 두께가 조절된다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 하나의 포토마스크 블랭크 구조에서 하드마스크막이 적용된 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크를 동시에 구현할 수 있는 포토마스크 블랭크를 제공함으로써 포토마스크 블랭크 및 포토마스크 제조 시, 공정의 단순화를 통해 생산 수율 (Product Yield) 향상과 함께 우수한 CD 특성을 가지는 포토마스크 블랭크 및 포토마스크를 제공할 수 있다.
또한, 다층의 박막이 형성되는 포토마스크 블랭크 구조에 있어서, 플레이트 면내 및 플레이트간 균일도 향상된 포토마스크 블랭크 및 포토마스크를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 위상반전 포토마스크 블랭크를 도시한 단면도이다.
도 2는 종래 하드마스크막이 적용된 바이너리 포토마스크 블랭크를 도시한 단면도이다.
도 3는 종래 하드마스크막이 적용된 위상반전 포토마스크 블랭크를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다기능성 포토마스크 블랭크를 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 다기능성 포토마스크 블랭크를 이용한 바이너리 포토마스크 블랭크의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 다기능성 포토마스크 블랭크를 이용한 위상반전 포토마스크 블랭크의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
이하에서는, 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 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.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다기능성 포토마스크 블랭크를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다기능성 포토마스크 블랭크는 파장 300nm 이하, 특히, 200nm 이하의 노광광에 적용되는 포토마스크를 제작하기 위해 이용되는 블랭크 마스크로서, 투명 기판(102) 상에 금속막(104), 하드마스크막(106), 레지스트막(108)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 블랭크는 하드마스크막이 적용된 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크의 제조가 가능한 블랭크 마스크로서, 상기 포토마스크 블랭크의 구조로부터 상기 포토마스크들의 구현이 가능하다.
투명 기판(102)은 가로, 세로, 두께가 6 inch x 6 inch x 0.25 inch의 크기를 가지는 합성석영유리(Synthetic Fused Silica), 불화칼슘(CaF2), 불소도핑석영(F-Doped Quartz), 산화 티탄늄도핑 석영(SiO2-TiO)에서 선택되는 1종 이상의 투명 기판이다. 투명 기판(102)은 노광파장에서 복굴절률(Birefringence)이 2 nm/6.35 mm 이하이고, 90 % 이상의 투과율을 가지는 것이 바람직하며, 평탄도는 0.3 um 이내이고, 표면거칠기가 0.3 nmRa 이하인 것이 바람직하다.
금속막(104)은 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 선택되는 1종 이상의 물질과 실리콘(Si)을 포함하며, 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
금속막(104)은 차광 기능과 위상반전 기능을 모두 포함한다. 금속막(104)이 차광 기능을 가지기 위해서는 종래 차광성막으로 사용되는 대표적인 물질인 크롬(Cr)에 대비하여 소멸계수가 높은 물질로 구성되어야 하며, 실질적으로 두께를 저감할 수 있어야 한다. 실리콘(Si)은 다양한 물질화합물 중 크롬(Cr)에 대비하여 소멸계수가 높은 특성을 갖는 물질임에 따라, 두께를 줄일 수 있으며, 이에 따라, 포토레지스트막의 박막화 역시 가능하다. 포토레지스트막의 박막화는 노광 공정시 전자(Electron)의 산란(Scattering)을 저감하고, 직진성을 높여 최종적으로 우수한 해상도 구현을 가능하게 한다. 그러나, 금속으로만 이루어진 타겟 및 실리콘(Si)만으로 이루어진 타겟을 이용하여 DC 스퍼터링 방법으로 금속막(104)을 형성하게 되면 플라즈마 방전이 불안정한 문제가 발생하게 된다. 이에 따라, 상술한 금속막(104)을 구성하는 금속들 중 하나 이상의 금속과 실리콘(Si)을 함께 함유하고 있는 타겟을 이용하여 스퍼터링 방전의 불안정성을 개선하는 방법으로 금속막(104)을 형성할 수 있다. 이때, 타겟에 적용되는 금속은 상술한 금속들 중, 특히, 몰리브데늄(Mo), 티탄늄(Ti), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr)의 물질이 1종 이상인 것이 바람직하다.
한편, 금속막(104)이 위상반전 기능을 가지기 위해서는 소정의 두께에서 일정량의 투과율 및 위상량을 가져야 한다. 이를 위해, 금속막(104)은 상기 금속 및 실리콘(Si)외에 굴절률 증가를 위하여 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1종 이상의 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 금속막(104)이 산소(O) 및 질소(N)를 함유하는 경우, 굴절률을 증가시켜 낮은 두께에서 위상량을 높일 수 있으며, 반면에 원하는 소정의 투과율을 확보할 수 있다. 이를 통해, 금속막(104)은 300nm 이하, 특히, 193nm이하 노광파장에서 0.1% 내지 10%의 투과율을 가지며, 바람직하게, 1 내지 5% 이내, 더욱 바람직하게, 1% 내지 3%의 투과율을 갖는다. 금속막(104)이 0.1% 이하의 투과율을 가지면 상쇄 간섭을 위한 노광 강도가 떨어지게 되어 위상 제어에 필요한 실효 강도가 부족하게 되고 10% 이상이면 차광 기능을 하지 못하게 된다. 아울러, 금속막(104)의 상부에 형성되는 하드마스크막(106)의 차광성 기능을 고려할 때 금속막(104)은 1% 내지 10%의 투과율을 가지는 것도 가능하다. 또한, 금속막(104)은 170도 내지 190도의 위상변화량을 가지며, 더욱 바람직하게 175도 내지 185도의 위상변화량을 갖는다. 금속막의 위상량이 170도 이하 및 190도 이상이면 투명 기판을 통과하는 투광부의 위상 대비 실질적인 위상반전 효과가 어렵다.
금속막(104)은 로딩효과를 저감하기 위하여 종래 바이너리 블랭크 마스크의 약 1,000Å의 두께에 대비하여 두께를 낮출 필요성이 있으며, 실질적인 차광 기능을 위하여 300Å 이상의 두께를 가질 필요가 있다. 따라서, 금속막(104)은 300Å 내지 1000Å의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 이는, 금속막(104)막이 300Å 이하의 두께를 갖는 경우 실질적으로 위상반전을 위한 두께가 형성되지 않아 기존의 차광기능만 할 수 있으며, 1000Å 이상이면 금속막의 두께가 높아져 차광 및 위상반전 기능을 동시에 수행할 수 있으나, 로딩 효과 측면에서 상대적으로 높은 두께로 인해 그 효과가 미미하기 때문이다. 금속막(104)은 400Å 내지 900Å 이내의 두께를 가지는 것이 더욱 바람직하다.
금속막(104)은 단층 또는 다층으로 구성될 수 있으며, 깊이 방향으로 조성이 균일한 단일막 및 선택적으로 조성이 변하는 연속막으로 형성할 수 있다. 금속막(104)은 300nm 이하의 노광파장, 예를 들어, 193nm 또는 248nm의 노광파장에서 표면 반사율이 10% 내지 30%이며, 위상변화량, 투과율, 반사율 및 두께와 같은 특성의 균일도는 면내 평균값의 10% 이내이고, 표면 거칠기가 0.1 nmRa 내지 1.0 nmRa 이며, 평탄도는 투명 기판 대비 그 변화의 절대치가 0.5 um 이내이다.
금속막(104)은 내화학성 특성이 SC-1 (암모니아수:과산화수소수:초순수=1:1:5)에 2 시간 침지 후 노광파장에서 투과율 및 반사율 변화가 1 % 이하이며, 오존수(DIO3)에 2시간 침지 후 노광파장에서의 투과율 및 반사율 변화가 1 % 이하이고, 표면에서 면저항 (Surface Resistance)이 2kΩ/□ 이하이다.
아울러, 금속막(104)의 실리콘(Si)은 금속 물질보다 함유량이 많으며, 실리콘(Si)의 조성비는 금속막(104) 내에서 50% 이상인 것이 바람직하며, 55% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이는, 포토마스크의 제조 시 다양한 세정 용액 예를 들어, 산성, 염기성 및 오존수와 같은 세정용액을 이용하여 세정 공정 단계를 가지는데, 이때, 금속막(104)의 실리콘 함유량이 50% 이내이면, 세정용액에 의한 데미지로 인해 두께가 얇아지게 되고, 이로 인해 광학밀도의 감소, 위상량의 변화, 투과율의 증가와 같은 문제점이 발생하기 때문이다.
하드마스크막(106)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 깊이 방향으로 조성이 균일한 단일막 및 선택적으로 조성이 변하는 연속막으로 형성할 수 있다. 하드마스크막(106)해상도 향상을 위하여 기존 차광막 대비 두께가 얇고 이로 인한 상부의 레지스트막(108)의 박막화가 가능하도록 50Å 내지 300Å의 두께를 갖는다.
하드마스크막(106)은 하부에 배치된 금속막(106)에 대하여 식각마스크로 활용할 수 있기 때문에 금속막(104)과 식각 가스가 상이한 물질로 형성하는 것이 바람직하며, 금속막(104)과 50:1 이상의 선택비를 갖는 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 하드마스크막(106)은 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 선택되는 1종 이상의 물질로 형성된다. 하드마스크막(106)의 하부 금속막(104)이 플로린(F) 계열의 가스로 식각되는 실리콘(Si)을 포함하고 있음에 따라, 클로린(Cl) 가스 계열에 식각되는 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 금속막(104)과의 선택비를 고려하여 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티탄늄(T) 중 1종 이상의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 하드마스크막(106)은 상술한 금속물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 블랭크 마스크는 금속막(104)과 하드마스크막(106) 적층구조에서 300nm 이하의 노광파장에 대하여 2.0 내지 4.0 의 광학밀도를 가지며, 하드마스크막(106) 상에서 10% 내지 40% 의 반사율을 갖고, 3kΩ/□ 이하의 면저항을 갖는다.
금속막(104)과 하드마스크막(106)은 반응성 DC 마그네트론 스퍼터링 (Reactive DC Magnetron Sputtering), 반응성 RF 마그네트론 스퍼터링, 이온 빔 스퍼터링 (Ion Beam Sputtering) 및 코 스퍼터링 (Co-Sputtering) 장치 중에서 선택되는 1종의 장치를 이용하여 형성한다. 예를 들어, 금속막(104)과 하드마스크막(106)은 투명 기판(102)과 스퍼터링 타겟과의 직선거리가 10cm 내지 40cm의 거리를 가지며, 스퍼터링 타겟과 투명 기판이 10도 내지 40도로 기울어진 사입사 구조를 갖는 롱 스로우 스퍼터링(Long Throw Sputtering) 장치를 이용하여 형성할 수 있다.
금속막(104)과 하드마스크막(106)은 스트레스, 산성 및 알카리 약품에 대한 내화학성 특성 향상을 위하여 형성 전, 중, 후에 선택적으로 열처리를 할 수 있다. 열처리 방법은, 예를 들어, 진공 핫 플레이트, 진공 급속 열처리 장치 등을 이용하여 수행할 수 있다. 이를 통해, 하드마스크막(106)의 상부에 형성되는 레지스트막(108)은 산을 포함하는 화학증폭형 레지스트를 사용하고, 해상도 향상을 위해 50nm 내지 300nm 의 두께를 갖는다. 아울러, 하드마스크막(106)과 레지스트막(108) 사이에는 유기물로 구성되며 산을 포함하는 중간층이 더 형성될 수 있다.
(실시예 1)
다기능성 블랭크 마스크의 제조
본 발명의 실시예에 따른 다기능성 블랭크 마스크의 제조 방법은, 도 4를 참조하면, 우선, 먼저, 6 inch x 6 inch x 0.25 inch 크기를 가지고 복굴절률이 2nm 이하로 제어된 투명 기판 준비하고, 다금속막 형성을 위하여 4N 이상의 순도를 갖는 MoSi (10 : 90at%) 타겟을 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 장치 챔버 상부에 위치하였다.
이후, 초기 진공도를 0.02 Pa 이하로 하여 챔버 내부의 수분과 같은 불순물을 완전히 제거한다. 이어서, 아르곤 가스(Ar)를 5∼8sccm, 질소(N) 가스를 12∼15 sccm로 주입하고, 공정 파워를 0.9∼1.4kW, 압력을 0.05∼0.20Pa의 범위로 하여 500∼600초간 스퍼터링을 실시하여 MoSiN으로 이루어진 금속막(104)을 형성하였다. 이때 투명 기판은 30 RPM으로 회전하고 있으며, 투명 기판의 하부에는 핫 플레이트에 의해 200도로 열처리가 된다. 아울러, 아르곤 가스(Ar) 외에 불활성 가스로 헬륨(He), 네온(Ne) 및 크세논(Xe) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 사용할 수 있다. 또한, 금속막(104)의 구성을 변경하는 경우, 반응성 가스로산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 이산화질소(NO2), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 암모니아(NH3) 및 메탄(CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 가스를 사용할 수 있다.
그런 다음, 크롬(Cr) 타겟을 이용하고, 아르곤 가스를 3∼5 sccm, 메탄 (CH4) 가스를 1∼3 sccm로 주입하고, 공정 파워를 0.4∼0.8 kW, 압력을 0.05∼0.20Pa의 범위로 하여 20∼80초간 스퍼터링을 실시하여 금속막(104) 상에 하드마스크막(106)을 형성하였다.
이후, 화학증폭형 레지스트막을 1500Å의 두께로 스핀 코팅하여 다기능성 블랭크 마스크를 제조하였다.
금속막(104)에 대한 특성을 평가하기 위하여 Varian 社의 Cary-5000 장비를 이용하여 투과율을 측정한 결과 193nm에서 2.5% ∼ 8.3 %를 나타내었으며, 반사율은 193 nm에서 15.0∼20.0%를 나타내었다. 또한 금속막(104)의 위상량 변화를 위하여 MPM-193 장비를 이용하여 측정한 결과 193nm에서 위상변화가 175∼184도를 나타내었으며, XRR 장비를 이용하여 두께를 측정한 결과 600∼680 Å의 두께를 나타내어 금속막으로 우수한 결과를 나타내었다. 또한, 상기 제조된 금속막에 대하여 먼저 파티클(Particle)과 같은 결함 검사를 위하여 Lasertec 사의 MAGICS M6640 장비를 이용하여 측정한 결과, 100nm∼150 nm의 Particle이 3 ea, 150nm∼200nm 크기의 파티클이 2ea, 200nm 이상의 파티클이 0ea로, 전체 142 mm2 영역에서 파티늘이 5ea로서 우수한 결과를 나타내었다. 그리고, 금속막의 표면 거칠기를 AFM (Atomic Force Micrometer) 장비를 이용하여 1um × 1um의 영역에서 측정한 결과 0.35nmRa를 나타내어 우수한 표면 거칠기를 결과를 나타내었다. 또한 금속막 표면의 불순물 함량을 이온 크로마토그래피(Ion Chromatograph) 장비인 ICS-3000을 이용하여 분석한 결과 불순물 농도가 129 ppbv 이하를 나타내어 양호한 결과를 나타내었다. 또한 금속막의 평탄도 변화를 관찰하기 위하여 Tropel 사의 Flatmater-200 장비를 이용하여 142 mm2 영역에서 투명 기판의 평탄도(평균 0.35um) 대비 금속막(104)의 평탄도(평균 0.62um) 변화를 측정한 결과 TIR (Total Indicated Reading) 값의 변화가 평균 0.27um의 변화를 나타내어 우수한 결과를 나타내었다.
하드마스크막(106)에 대한 특성을 평가하기 위하여 XRR 장비를 이용하여 두께를 측정한 결과 50Å∼350Å를 나타내었으며, 하드마스크막(106)의 표면에서 투과율 및 반사율을 각각 측정한 결과, 193nm에서 0.15%∼0.08%의 투과율을 나타내었고, 18.0∼19.3%의 반사율을 나타내었다. 또한, 2.8∼3.1의 광학밀도를 나타내었으며, 4-Point Probe 장비를 이용하여 면저항 (Sheet Resistance)를 측정한 결과 358 Ω/ㅁ를 나타내어 우수한 면저항 결과를 나타내었다.
이와 같이, 본 발명에 따른 다기능성 블랭크 마스크는 포토마스크로 사용하기에 문제가 없는 우수한 특성을 나타내었다.
(실시예 2)
다기능성 블랭크 마스크를 이용한 바이너리 포토마스크의 제조
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 다기능성 포토마스크 블랭크를 이용한 바이너리 포토마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5a을 참조하면, 상술한 도 4의 다기능성 블랭크 마스크를 제조한 후, 다기능성 포토마스크 블랭크에 50keV의 노광 장비를 이용하여 노광공정을 수행하고, PEB(Post Exposure Bake) 공정을 110℃에서 10분 동안 실시하였다. 이후 THMA 2.38% Developer를 이용하여 현상(Develop) 공정을 실시하여 레지스트막 패턴(108a)을 형성하였다.
그런 다음, 도 5b를 참조하면, 레지스트막 패턴(108)을 식각 마스크(Etch Mask)로 하여 하부 하드마스크막(106)을 클로린(Cl) 계열의 가스, 예를 들어, Cl2 가스와 O2 가스를 이용하여 식각하여 하드마스크막 패턴(106a)을 형성하였다. 이후, 다시 플루오린(F) 계열의 가스, 예를 들어, SF6를 가스를 이용하여 기반으로 하여 금속막(104)을 식각하여 투광영역의 투명기판(102) 부분을 노출시키는 금속막 패턴(104a)을 형성하였다. 그리고, 레지스트막을 제거하여 바이너리 포토마스크를 제조하였다.
본 발명에 따른 바이너리 포토마스크는 상기 금속막(104)과 하드마스크막(106)이 적층됨에 따라, 노광광에 대하여 충분한 차광성을 갖는다.
(실시예 3)
다기능성 블랭크 마스크를 이용한 위상반전 포토마스크의 제조
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다기능성 블랭크 마스크를 이용한 위상반전 포토마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상술한 도 4의 다기능성 포토마스크 블랭크를 제조한 후, 다기능성 포토마스크 블랭크에 50keV의 노광 장비를 이용하여 노광공정을 수행하고, PEB(Post Exposure Bake) 공정을 110℃에서 10분 동안 실시하였다. 이후 THMA 2.38% Developer를 이용하여 현상(Develop) 공정을 실시하여 제1레지스트막 패턴(108a)을 형성하였다.
그런 다음, 제1레지스트막 패턴(108a)을 식각 마스크(Etch Mask)로 하여 하부 하드마스크막(106)을 클로린(Cl) 계열의 가스, 예를 들어, Cl2 가스와 O2 가스를 이용하여 식각하여 하드마스크막 패턴(106a)을 형성하였다. 이후, 다시 플루오린(F) 계열의 가스, 예를 들어, SF6를 가스를 이용하여 기반으로 하여 금속막(104)을 식각하여 투광 영역의 투명 기판(102) 부분을 노출시키는 금속막 패턴(104a)을 형성하고, 제1레지스트막을 제거하였다.
이어서, 상기 결과물 상에 제2레지스트막을 형성한 후, 상기 제2레지스트막을 패터닝하여 하드마스크막 패턴(106a) 상에 제2레지스트막 패턴(108b)을 형성하였다.
이후, 제2레지스트막 패턴(108b)을 식각마스크로 차광 영역에만 하드마스크막 패턴(106b)이 잔류하도록 노출된 하드마스크막 부분을 식각하여 위상반전영역이 노출되는 위상반전 포토마스크를 제조하였다.
상기와 같이, 본 발명은 하나의 구조를 갖는 다기능성 포토마스크 블랭크를 이용하여 하드마스크막이 적용된 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크의 제조가 가능하였으며, 이때, 포토마스크 블랭크의 제조 시 성막되는 공정이 2단계로서 종래 위상반전 블랭크 마스크의 3단계, 하드마스크막이 적용된 위상반전 블랭크 마스크의 5단계 구조와 다르게 간편하게 제조가 가능하였다.
다음은 실시예 1 및 2를 적용하여 100 매를 연속적으로 생산한 경우의 플레이트 내부 및 플레이트 간의 균일도에 대하여 평가한 결과이다.
연속 평가 결과

실시예1
실시예2
투과율 평균 3.23％ 4.27％
Range(Max - Min) 0.02％ 0.03％
반사율 평균 21.85％ 19.1％
Range(Max - Min) 0.87％ 0.67％
두께 평균 572.4Å 576Å
Range(Max - Min) 8.1Å 7.8Å
평탄도 평균 0.61μm 0.58μm
Range(Max - Min) 0.08μm 0.04μm
위 [표 1]를 참조하면, 연속적인 100 매를 생산하였을 경우 투과율, 반사율, 두께, 평탄도 모두 재현성이 우수하며, Range 또한 평균값의 10% 이내인 우수한 결과를 나타내어 우수한 생산 수율을 나타내었아다.
한편, 비교예 1은 상기 실시예를 비교하기 위하여 제조된 위상반전 포토마스크 블랭크 및 하드마스크용 포토마스크 블랭크 제조에 관한 것이다.
먼저 위상반전 포토마스크 블랭크의 제조 방법에 관하여 설명한다.
6 inch x 6 inch x 0.25 inch 크기의 투명기판 위에 위상반전막 형성을 위하여 MoSi (10:90at%) 타겟을 이용하여 위상반전막을 형성하였다. 이때 적용된 공정 조건으로 공정 파워 (Power)는 1.5 kW로 플라즈마를 형성하기 위해 불활성 가스로 아르곤 (Ar)을 5 sccm, 반응성 가스인 질소 (N2)를 15 sccm 유량으로 사용하였으며, 공정 압력은 0.3 Pa, 공정 시간은 150초 동안 이루어졌다.
이후 제작된 위상반전막의 투과율 및 반사율을 n&k Analyzer 1512RT 장비를 이용하여 7 x 7의 49 Points에 대하여 측정한 결과 193 nm에서 투과율 평균이 5.62%를 나타내었다. 또한 위상량을 측정한 결과 193 nm에서 평균 178.1도, 균일도가 0.8도로 위상반전막으로 우수한 광학적 특성을 나타내었다. 또한 두께를 GXR 장비를 이용하여 측정한 결과 두께는 632.1 Å를 나타내어 상기 실시예 1 및 2 대비 위상반전막 두께가 상대적으로 높음을 알 수 있었다.
이후 금속막 형성을 위하여 크롬 타겟으로 교체하고 아르곤 가스 3 sccm 질소를 10 sccm, 공정 파워를 0.5kW, 공정 압력을 0.03 Pa로 하여 430 Å의 금속막의 차광막을 형성하였다. 이때 차광막에서 반사율을 측정한 결과 193 nm에서 반사율이 38.5%를 나타내어 높은 반사율로 인해 사용하기 어려운 결과를 나타내었다. 이후 차광막 상에 반사방지막을 아르곤 가스 5 sccm, 질소를 3 sccm, 일산화질소 가스를 4 sccm으로 하여 120 Å 두께로 하여 성막하여 다시 반사율을 측정한 결과 193 nm에서 18.3 %를 나타내어 금속막 형성을 완료하였다.
다음은 하드마스크용 포토마스크 블랭크 제조 방법에 관한 비교예이다.
먼저 MoSi (10:90at%) 타겟을 이용하여 금속막 형성을 위하여 아르곤 가스를 7 sccm, 질소를 3.5 sccm으로 파워를 0.8kW에서 300 초 동안 성막하였다. 성막된 금속막의 차광막은 193 nm에서 투과율이 0.17 %를 나타내었으며, 두께는 500 Å을 나타내었으나, 반사율이 48.2%를 나타내어 상부에 반사방지막을 아래와 같이 형성하였다. 반사방지막 성막 조건은 아르곤 가스를 7 sccm, 질소를 9.5 sccm, 파워를 0.7 W에서 150sec 동안 성막하였다. 반사방지막이 성막된 금속막의 반사율을 측정한 결과 193 nm에서 14.5%를 나타내어 금속막의 반사율로 양호한 결과를 나타내었다. 상기 금속막 상부에 하드마스크막 형성을 위하여 타겟을 크롬으로 교체하고 아르곤 가스를 5 sccm, 질소를 3 sccm, 일산화질소 가스를 2.5 sccm으로 하여 0.5 kW에서 100초 동안 성막하여 100 Å의 두께의 하드마스크막 형성을 하였다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크 블랭크를 이용한 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크는 비교예에 따른 포토마스크 블랭크보다 우수한 물성을 갖는다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10, 102 : 투명기판 20 : 위상반전막
30, 104 : 금속막 40 : 식각저지막
50, 106 : 하드마스크막 60 : 레지스트막
100 : 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크
200 : 하드마스크용 바이너리 인텐서티 블랭크 마스크
300 : 하드마스크용 위상반전 블랭크 마스크

Claims (20)

  1. 바이너리 포토마스크 및 위상반전 포토마스크 중 선택되는 하나로 제조될 수 있는 포토마스크 블랭크로서,
    투명 기판 상에 배치된 금속막;
    상기 금속막 상에 배치된 하드마스크막;을 포함하며,
    상기 금속막은 노광광에 대한 위상율 조절막 및 상기 하드마스크막과 함께 투과율 조절막으로서 역할하는 포토마스크 블랭크.
  2. 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 배치된 금속막; 및
    상기 금속막 상에 배치된 하드마스크막;을 포함하며,
    상기 금속막은 위상반전막인 포토 마스크 블랭크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막은 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 금속 물질과 실리콘(Si)을 포함하며, 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1종 이상의 물질을 선택적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속막이 금속 및 실리콘(Si)을 포함하는 경우, 상기 실리콘(Si)은 상기 금속보다 더 많은 함유된 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 실리콘(Si)의 함유량이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막은 단층 또는 다층 구조를 가지고, 깊이 방향으로 조성이 균일한 단일막 또는 조성이 변하는 연속막 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막은 300Å 내지 1000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막은 노광광에 대하여 투과율이 0.1% 내지 10%인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막은 노광광에 대하여 위상변화량이 170° 내지 190°인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하드마스크막은 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 금속 물질을 포함하며, 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1종 이상의 물질을 선택적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하드마스크막은 단층 또는 다층 구조를 가지고, 깊이 방향으로 조성이 균일한 단일막 또는 조성이 변하는 연속막 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하드마스크막은 50Å 내지 300Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막과 상기 하드마스크막은 50:1 이상의 식각 선택비를 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막과 상기 하드마스크막의 적층 구조에서 노광 파장에 대한 광학밀도는 2.0 내지 4.0인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막과 상기 하드마스크막의 적층 구조에서 상기 하드마스크막 상에서 반사율은 10% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막과 상기 하드마스크막의 적층 구조에서 상기 하드마스크막 상에서 면저항은 3kΩ/□ 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하드마스크막 상에 배치된 포토레지스트막을 더 포함하며, 상기 포토레지스트막은 50nm 내지 300nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 포토레지스트막은 산을 포함하는 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  19. 제1항의 포토마스크 블랭크를 이용하여 제조되며, 차광영역 및 투광영역을 갖는 포토마스크로서,
    상기 차광영역은 투명 기판 상에 적어도 금속막 및 하드마스크막이 적층된 영역이고, 상기 투광 영역은 상기 투명 기판이 노출된 영역이며, 상기 금속막과 하드마스크막은 상기 노광광에 대한 광학밀도가 2.0 내지 4.0이 되도록 각각 두께가 조절된 포토마스크.
  20. 제1항 또는 제2항의 포토마스크 블랭크를 이용하여 제조되며, 차광영역, 위상반전영역 및 투광영역을 갖는 위상반전 포토마스크로서,
    상기 차광영역은 투명 기판 상에 적어도 금속막 및 하드마스크막이 적층된 영역이고, 상기 위상반전영역은 투명 기판의 일부 영역 상에 금속막이 형성된 영역이며, 상기 투광 영역은 상기 투명 기판이 노출된 영역이고, 상기 금속막과 하드마스크막은 상기 노광광에 대한 광학밀도가 2.0 내지 4.0이 되도록 각각 두께가 조절된 포토마스크.
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