KR101504557B1

KR101504557B1 - 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토 마스크

Info

Publication number: KR101504557B1
Application number: KR20140033765A
Authority: KR
Inventors: 남기수; 양철규; 강긍원; 신철; 이종화; 최민기; 김창준; 장규진
Original assignee: 주식회사 에스앤에스텍
Priority date: 2014-03-23
Filing date: 2014-03-23
Publication date: 2015-03-20
Also published as: TWI612374B; JP6091533B2; US20150268552A1; US9551925B2; CN104932193A; JP2015184672A; CN104932193B; TW201537284A

Abstract

본 발명은 포토 마스크 제조 공정 중 세정 공정 및 하드 필름 패턴 제거 공정 시, 하부의 차광성막 또는 차광성막 패턴 제거 공정 시, 하부의 위상반전막의 손실을 방지할 수 있도록 차광성막 또는 위상반전막 상에 하드 필름 패턴 또는 차광성막 패턴과 식각 선택비를 갖는 보호막을 형성함으로써 포토 마스크 제조 후 차광성막 패턴 또는 위상반전막 패턴의 측면 및 상하 두께가 손실되는 것을 방지하여 두께 균일성을 확보할 수 있다.

Description

블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토 마스크{Blankmask and Photomask using the same}

본 발명은 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토 마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 32nm급 이하, 특히, 20nm급 이하의 패턴을 구현하기 위해 하드 필름이 구비된 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토 마스크에 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 미세화되고 있고, 층간 연결을 위한 컨택트 홀 패턴(Contact Hall Pattern) 및 집적화에 따른 회로 구성배치 등에 대한 기술적 요구가 점점 높아지고 있다. 따라서, 이러한 요구들을 충족시키기 위해서는 회로 패턴(Pattern)의 원본이 기록되는 포토 마스크 제조에 있어서도 상기 미세화를 수반하고 보다 정밀한 회로 패턴을 기록할 수 있는 리소그래피 기술이 요구되고 있다.

상기 리소그래피 기술을 이용하여 제조되는 포토 마스크의 원재료로 차광성막을 이용한 바이너리 블랭크 마스크(Binary Intensity Blankmask), 위상반전막 및 차광성막을 이용한 위상반전 블랭크 마스크(Phase Shifting Blankmask)가 상용화되었으며, 더 나아가, 현재에는 하드 필름을 추가적으로 구비한 블랭크 마스크가 개발되고 있다.

상술한 블랭크 마스크들 중 하드 필름을 가지는 블랭크 마스크의 경우, 일반적으로 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물을 차광막으로 사용하는 바이너리 블랭크 마스크 구조와, 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물을 위상반전막으로 사용하고 크롬(Cr) 화합물을 차광막으로 사용하는 위상반전 블랭크 마스크 등의 구조로 개발되고 있다.

한편, 상기 하드 필름이 구비된 블랭크 마스크를 이용한 포토 마스크 제조 공정은 상부에 배치되는 레지스트막을 식각마스크로 하드 필름을 패터닝한 후, 상기 하드 필름 패턴을 식각마스크로 하부의 금속막을 식각하고, 상기 하드 필름 패턴을 제거하는 방법으로 수행된다.

그러나, 상기 포토 마스크의 제조 공정 중 하드 필름을 이용한 하부 금속막의 패터닝 공정 및 하드 필름의 제거 공정에서 아래와 같은 문제가 발생한다.

자세하게, 포토 마스크의 제조 공정에서는 화학약품, 예를 들어, SC-1( Standard Cleaning - 1), 황산(H₂SO₄), 오존수(O₃)등을 이용한 세정 공정이 진행된다. 상기 세정공정은 중심부와 외주 영역 또는 메인 패턴(Main Pattern)영역과 비 메인 패턴 영역 간의 패턴 밀도(Pattern Density)에 따른 로딩 효과(Loading Effect)로 세정 물질에 노출되는 시간이 달라 상기 영역들 간 광학밀도(Optical Density : OD) 및 임계치수(Critical Dimenstion : CD) 균일성(Uniformity) 차이를 발생시킨다. 이러한 포토마스크 상의 광학밀도 및 임계치수 차이는 포토마스크를 이용한 웨이퍼 전사(Printing) 공정 시, 이미지 콘트라스트(Image Contrast) 문제로 인하여 웨이퍼에 전사된 패턴의 임계치수 균일성에 영향을 미친다.

또한, 상기 로딩 효과 문제는 포토 마스크의 제조 공정 중 하드 필름 패턴의 제거 공정에서도 발생한다. 자세하게, 하드 필름 패턴을 이용한 하부 금속막 패턴의 형성을 완료한 후, 하드 필름 패턴의 제거 공정 시, 중심부와 외주부, 메인패턴 영역과 비 메인 패턴 영역 등의 하드 필름 패턴의 밀도 차이에 따라 하드 필름이 제거되는 시간이 달라지는 로딩 효과가 발생한다. 이에 따라, 하드 필름 하부의 금속막 패턴이 패턴 밀도 차이로 식각 물질에 노출되는 시간이 달라 상기 영역들 간 광학밀도 및 임계치수 차이가 발생한다. 이러한 포토마스크 상의 광학밀도 및 임계치수 차이는 포토마스크를 이용한 웨이퍼 전사(Printing) 공정 시, 최종적으로 웨이퍼 레벨에서의 임계치수 불균일 및 공정 마진 문제를 유발한다.

상기 문제들은 하드 필름을 이용하여 형성되는 바이너리 포토 마스크뿐만 아니라 위상반전 포토 마스크에서도 동일하게 발생하며, 특히, 패턴 크기가 미세화됨에 따라 상기 문제들은 더욱더 크게 부각되고 있다.

본 발명은 32nm급 이하, 특히, 20nm급 이하의 미세 패턴을 구현하기 위한 포토 마스크 제조 공정 중 세정 공정과 더불어 하드 필름 패턴 제거 공정 시 하부의 차광성막 패턴 손실 또는 차광성막 패턴 제거 공정 시 하부의 위상반전막 패턴 손실을 방지할 수 있는 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토 마스크를 제공한다.

또한, 본 발명은 세정 공정과 더불어 상부의 하드 필름 또는 차광성막 패턴 제거 시, 하부 차광성막 패턴 및 위상반전막 패턴의 손실을 방지함으로써 패턴 밀도에 따른 광학밀도 및 임계치수 균일성 차이를 최소화할 수 있는 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토 마스크를 제공한다.

본 발명에 따른 블랭크 마스크는, 투명 기판 상에 구비된 차광성막, 상기 차광성막의 상부에 구비된 하드 필름 및 상기 차광성막과 하드 필름 사이에 구비되며, 포토 마스크 제조 공정에 사용되는 세정 약품 및 상기 하드 필름을 제거하는 식각 물질에 의한 상기 차광성막의 두께 손실을 방지하는 보호막을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 블랭크 마스크는, 투명 기판 상에 구비된 차광성막 및 상기 차광성막의 상부에 구비된 하드 필름을 포함하며, 상기 차광성막은 포토 마스크 제조 공정에 사용되는 세정 약품 및 상기 하드 필름을 제거하는 식각 물질에 의한 상기 차광성막의 두께 손실을 방지하기 위하여 상부가 하부보다 산소(O)의 함유량이 높다.

그리고, 본 발명에 따른 블랭크 마스크는, 투명 기판 상에 구비된 위상반전막 및 상기 위상반전막의 상부에 구비된 차광성막을 포함하며, 상기 위상반전막과 상기 차광성막 사이에 구비되며, 포토 마스크 제조 공정에 사용되는 세정 약품 및 상기 차광성막의 식각 물질에 의한 상기 위상반전막의 두께 손실을 방지하는 보호막을 포함한다.

아울러, 본 발명에 따른 블랭크 마스크는 투명 기판 상에 구비된 위상반전막 및 상기 위상반전막의 상부에 구비된 차광성막을 포함하며, 상기 위상반전막은 포토 마스크 제조 공정에 사용되는 세정 약품 및 상기 차광성막의 식각 물질에 의한 상기 위상반전막의 두께 손실을 방지하는 상부가 하부보다 산소(O)의 함유량이 높다.

상기 차광성막은 차광막 및 반사방지막이 적층된 다층막 구조, 단층막 구조 또는 조성비가 연속적으로 변화되는 연속막의 구조를 갖는다.

상기 차광성막은 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 주석(Sn), 하프늄(Hf) 중 선택되는 1종 이상을 금속 물질로 이루어지거나, 상기 금속 물질에 실리콘(Si), 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어지며, 상기 차광성막이 실리콘(Si)을 포함하는 화합물로 이루어지며, 상기 실리콘(Si)의 함유량 대비 금속의 함유량은 0.01 ∼ 0.3의 비율을 갖는

상기 차광성막은 10nm ∼ 65nm의 두께를 갖는다.

상기 보호막은 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 중 선택되는 1종 이상의 물질로 이루어지거나, 상기 물질에 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어지며, 상기 물질들 중 금속의 함유량이 0at% ∼ 10at%, 산소(O)의 함유량이 10at% ∼ 80at%, 실리콘(Si)의 함유량이 10at% ∼ 80at%, 경원소의 함유량이 0at% ∼ 60at%이다.

상기 보호막은 상기 하드 필름과 10 이상의 식각 선택비를 가지며, 상기 차광성막과 동일한 식각 물질에 의해 식각된다.

상기 보호막은 반사방지층으로 역할한다.

상기 보호막은 상기 차광성막과 10 이상의 식각 선택비를 가지며, 상기 위상반전막과 동일한 식각 물질에 의해 식각된다.

상기 보호막은 위상반전층으로 역할한다.

상기 보호막은 0.5nm ∼ 20nm의 두께를 가지며, 단층막, 다층막, 단일막 또는 연속막 구조 중 하나의 구조를 갖는다.

상기 하드 필름은 2nm ∼ 10nm의 두께를 갖는다.

상기 하드 필름은 크롬(Cr), 실리콘(Si), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta) 중 선택되는 1종 이상의 물질로 이루어지거나 또는 상기 물질에 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진다.

상기 차광성막 상에 구비된 하드 필름을 더 포함한다.

상기 위상반전막은 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 적어도 하나 이상의 경원소 물질을 포함하는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 이루어지며, 몰리브데늄(Mo)이 0.3at% ∼ 10at%, 실리콘(Si)이 10at% ∼ 80at%, 경원소가 20at% ∼ 60at%인 조성비를 갖는다.

상기 위상반전막은 30nm ∼ 65nm의 두께를 갖는다.

이에 따라, 차광성막 패턴 또는 위상반전막 패턴의 광학밀도(OD), 임계치수(CD) 균일성 및 위상반전량 등의 광학적 특성이 나빠지는 것을 방지할 수 있어 우수한 정밀도를 갖는 32nm급 이하, 특히, 20nm급 이하의 패턴을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 블랭크 마스크를 도시한 단면도.

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 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 블랭크 마스크(100)는 투명 기판(102), 투명 기판(102)의 상부에 순차적으로 배치된 차광성막(104), 보호막(Capping layer, 106), 하드 필름(108) 및 레지스트막(110)을 포함한다.

투명 기판(102)은 가로 × 세로 × 두께가 6inch × 6inch × 0.25inch인 크기를 갖는 석영유리, 합성 석영유리, 불소 도핑 석영유리로 형성되며, 2nm/0.25inch 이하, 바람직하게, 1nm/0.25inch 이하의 복굴절률(Birefringence)을 갖는다. 본 발명에 따른 블랭크 마스크(100)를 이용하여 형성되는 포토 마스크의 패턴 목표 임계 치수(CD)는 최종 웨이퍼 프린팅(Wafer Printing) 시 하프피치 32㎚급 이하, 더 바람직하게 20㎚급 이하이다. 그러나, 상기와 같은 고 미세화된 패턴 크기는 웨이퍼 노광 시, 포커스 마진(Focus Margin)을 작게 만들어 최종적으로 공정 윈도우(Process Window)를 어렵게 한다. 따라서, 물리적으로 공정 윈도우(Process Window) 마진을 확보하기 위해서 기판의 평탄도(Flatness)가 0 인 것이 바람직하나, 실질적으로 상기 평탄도로 기판을 가공하는 것이 불가능하다. 이에 따라, 최소한의 범위에서 우수한 공정 윈도우(Process Window) 마진을 확보하기 위하여 평탄도를 TIR(Total Indicated Reading) 값으로 정의할 때, 평탄도는 142mm² 영역에서 500nm 이하, 바람직하게는, 300nm 이하, 더욱 바람직하게는 200nm 이하의 TIR 값을 갖는다.

차광성막(104), 보호막(106) 및 하드 필름(108)은 물리적 또는 화학적 증착 방법을 이용한 다양한 방법으로 형성할 수 있으며, 예를 들어, CVD(Chemical Vapor Deposition)), DC 스퍼터링(Sputtering), DC 마그네트론 스퍼터링, RF 스퍼터링, 이온빔 스퍼터링 중 1종 이상의 방법을 통해 성막된다. 또한, 스퍼터링 방식으로서 단일 타겟을 이용하는 방법 또는 여러 개의 타겟을 동시에 장착하여 성막하는 코- 스퍼터링(Co-Sputtering) 방법을 적용하여 박막을 성막할 수 있다.

차광성막(104)은 차광층 및 반사방지층으로 이루어진 다층막 구조를 갖는 것이 바람직하며, 단층막 또는 조성비가 연속적으로 변화되는 연속막의 형태를 갖거나, 연속막 형태의 박막이 적층된 다층막 구조를 가질 수 있다.

차광성막(104)은 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 주석(Sn), 하프늄(Hf) 중 선택되는 1종 이상을 금속 물질로 형성되거나, 상기 금속 물질에 실리콘(Si), 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 물질을 더 포함하여 형성된다. 차광성막(104)은 상부에 배치되는 하드 필름(108)과 식각 선택비를 가져야 하며, 예를 들어, 몰리브데늄(Mo), 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 형성될 수 있다. 이때, 차광성막(104)이 차광층 및 반사방지층의 2층 구조를 갖는 것이 바람직하며, 상기 차광층은 MoSiN으로 구성되고, 반사방지층은 MoSiN 또는 MoSiON으로 구성된다. 차광성막(104)은 몰리브데늄실리콘(MoSi) 합금 타겟 또는 몰리브데늄(Mo), 실리콘(Si)의 단독 타겟들을 이용하여 형성할 수 있으며, 몰리브데늄실리콘(MoSi) 합금 타겟의 경우, 상기 타겟의 조성비는 몰리브데늄(Mo) : 실리콘(Si)은 0.01 ∼ 0.3 : 1의 조성비를 갖는다.

차광성막(104)은 두께가 두꺼울 경우, 차광성막 패턴의 정확도(Fidelity)가 나빠져 최종적으로 광학근접 보정(Optical Proximity Correction)이 복잡해진다. 이러한 문제는 패턴 크기가 미세화될수록 더욱더 복잡해짐에 따라 공정상 많은 에러(Error)를 유발하여 최종적으로 수율(Yield)이 감소하는 문제를 야기한다. 상기 문제를 해결하기 위해서는 차광성막(104)의 두께를 박막화하는 것이 바람직하나, 차광성막(104)은 소정의 광학밀도(OD)를 충족해야 함에 따라 두께를 일정 수준으로 박막화하는 것은 실질적으로 어렵다. 따라서, 차광성막(104)은 65nm 이하의 두께를 가지며, 바람직하게, 55nm 이하, 더욱 바람직하게는 50nm 이하의 두께를 갖는다.

차광성막(104)은 193nm의 노광광에 대하여 2.5 ∼ 3.5의 광학밀도를 가지며, 광학밀도의 균일도가 면내 142mm² 영역에서 0.1 이내이다. 차광성막(104)은 비정질 구조로 형성되며, 실리콘(Si) 함유량 대비 금속 함유량의 조성비 비율이 0.01 ∼ 0.3 이다.

차광성막(104)의 TIR 절대값은 500nm 이하이고, 투명 기판(102) 대비 평탄도 변화량(차광막 TIR ― 투명 기판 TIR)은 200nm 이하, 바람직하게, 100nm 이하이며, 차광성막(104)의 표면 거칠기(Surface Roughness)는 0.3nmRMS 이하이다.

차광성막(104)은 성막된 후, 선택적으로 표면 처리(Surface Treatment)를 실시될 수 있으며, 이때, 표면 처리는 진공 급속 열처리 장치(Vacuum Rapid thermal process), 핫 플레이트 열처리(Hot-plate) 또는 냉각장치를 포함하는 장비를 이용하여 수행된다.

보호막(106)은 블랭크 마스크(100)를 이용한 포토 마스크의 제조 공정 중 세정 공정 및 하드 필름(108)의 제거 공정 시, 세정 약품 및 하드 필름(108)을 제거하는 식각 물질에 의해 차광성막(104) 패턴이 손실되는 것을 방지하도록 역할한다. 즉, 보호막(106)은 하드 필름(108)을 제거하는 식각 물질에 의해 차광성막(104) 패턴이 손상되는 것을 방지하여 차광성막(104)의 패턴 밀도에 따른 로딩 효과로 차광성막(104) 패턴의 측면 및 상하 두께가 손상되어 차광성막(104) 패턴의 광학밀도(OD) 및 임계치수(CD) 균일성이 나빠지는 것을 방지한다.

보호막(106)은 블랭크 마스크(100)를 이용한 포토 마스크 제조 공정 시, 하부에 배치되는 차광성막(104)과 더불어 한 번의 공정으로 함께 식각되는 특성의 물질로 형성된다.

보호막(106)은 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 중 선택되는 1종 이상을 물질로 형성되거나, 상기 물질에 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 형성된다. 보호막(106)이 상기 물질들 중 금속 물질을 포함하여 형성되는 경우, 보호막(106)은 산소(O)를 필수적으로 포함하는 화합물로 형성된다. 이때, 보호막(106)은 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al) 중 적어도 1종 이상의 금속 물질 함유량은 0at% ∼ 10at%, 산소(O)의 함유량은 10at% ∼ 80at%, 실리콘(Si)의 함유량은 10at% ∼ 80at% 이며, 나머지 경원소의 함유량은 0at% ∼ 60at% 이다. 또한, 보호막(106)은 SiO, SiON, SiCO, SiCON과 같이 실리콘(Si) 및 산소(O)를 필수적으로 포함하는 화합물로 형성될 수 있으며, 이때, 실리콘(Si)의 함유량은 20at% ∼ 80at%이고, 산소(O) 함유량은 20at% ∼ 80at%이며, 나머지 경원소의 함유량은 0at% ∼ 60at% 이다.

보호막(106)은 차광성막(104) 상에 구비되어 차광성막(104)의 반사방지층으로 역할할 수 있다. 여기서, 차광성막(104)이 단층 구조, 연속막 구조 또는 다층 구조의, 예를 들어, MoSiN으로 구성되는 경우, 보호막(106)은 하드 필름(108)과 식각선택비를 가짐과 아울러 반사방지층으로 역할하기 위하여 MoSiON, MoSiO, SiO, SiON 중 하나로 구성될 수 있다. 이때, 보호막(106)은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 합금 타겟 또는 몰리브데늄(Mo) 및 실리콘(Si)의 단독 타겟을 이용하여 형성할 수 있다.

보호막(106)은 0.5nm ∼ 20nm, 바람직하게, 1nm ∼ 5nm의 두께를 가지며, 단층막, 다층막, 단일막, 연속막의 형태를 가질 수 있다. 보호막(106)과 차광성막(104)의 적층 구조에서 2.5 ∼ 3.5의 광학밀도를 갖고, 193nm의 노광 파장에 대하여 35% 이하의 표면 반사율을 갖는다.

아울러, 보호막(106)은 블랭크 마스크(100)를 이용한 최종적으로 패턴 형성이 완료되는 경우, 선택적으로 제거될 수 있다.

하드 필름(108)은 블랭크 마스크(100)를 이용한 포토 마스크 제조 공정 시 하부에 배치되는 차광성막(104)에 대한 식각 마스크로 역할한다. 이를 위해, 하드 필름(108)은 차광성막(104) 및 보호막(106)에 대하여 10 이상, 바람직하게, 20 이상, 더욱 바람직하게, 50 이상의 식각 선택비를 갖는다. 하드 필름(108)은 2nm ∼ 10nm의 두께를 가지며, 바람직하게, 3nm ∼ 5nm의 두께를 갖는다.

하드 필름(108)은 차광성막(104) 및 보호막(106)에 대하여 식각 선택비를 갖도록 크롬(Cr), 실리콘(Si), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta) 중 선택되는 1종 이상의 물질로 형성되거나 또는 상기 물질에 상기 금속 물질에 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 형성된다. 하드 필름(108)은, 예를 들어, 크롬(Cr) 단독 또는 CrN, CrC, CrO, CrCO, CrON, CrCN, CrCON과 같은 크롬(Cr) 화합물로 형성될 수 있다. 또한, 하드 필름(108)은 하부 보호막(106)과 식각 선택비를 갖는다면, 예를 들어, 실리콘(Si) 단독, 또는, SiN, SiC, SiO, SiCO, SiON, SiCN, SiCON과 같은 실리콘(Si) 화합물로 형성될 수 있다. 아울러, 하드 필름(108)은 1종 이상의 상기 금속 물질, 실리콘(Si) 및 경원소를 포함하는 금속실리사이드 화합물로 형성할 수 있다.

하드 필름(108)은 포토 마스크의 제조 공정 시, 차광막 패턴의 형성이 완료된 후 선택적으로 제거될 수 있다.

레지스트막(110)은 하부에 배치되는 하드 필름(108)에 대한 식각 마스크로 사용되며, 바람직하게, 화학증폭형 레지스트이다. 레지스트막(110)은 40nm ∼ 120nm의 두께를 가지며, 레지스트막(110)의 두께에 대한 포토 마스크의 제조로 형성되는 하부 차광성막(104) 패턴 폭의 종횡비(Aspect Ratio)는 2 이하이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 블랭크 마스크(200)는 투명 기판(202), 투명 기판(202)의 상부에 순차적으로 배치된 위상반전막(212), 보호막(206), 차광성막(204), 하드 필름(208) 및 레지스트막(210)을 포함한다. 여기서, 투명 기판(202), 하드 필름(208) 및 레지스트막(210)의 구성은 상술한 실시예 1과 동일하다.

위상반전막(212)은 포토 마스크의 제조 과정에서 상부에 배치되는 차광성막(204) 패턴을 식각 마스크로 사용하여 식각되며, 상면에 배치되는 보호막(206)과 함께 동일한 식각 물질에 의해 한 번의 공정으로 식각된다. 이를 위해, 위상반전막(212)은 보호막(206)과 식각 특성이 유사하도록 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 적어도 하나 이상의 경원소 물질을 포함하는, 예를 들어, MoSi, MoSiO, MoSiN, MoSiC. MoSiON, MoSiCN, MoSiOC, MoSiCON, MoSiB, MoSiBO, MoSiBN, MoSiBC. MoSiBON, MoSiBCN, MoSiBOC, MoSiBCON 중 하나의 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 이루어진다.

위상반전막(212)은 요구되는 투과율 및 위상 반전량을 만족시키기 위하여 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si) 및 이에 포함되는 상기 경원소의 조성비를 조정하여 형성하며, 몰리브데늄(Mo)이 0.3at% ∼ 10at%, 실리콘(Si)이 10at% ∼ 80at%, 경원소가 20at% ∼ 60at%인 조성비를 갖는다.

위상반전막(212)은 30nm ∼ 65nm의 두께를 가지며, 바람직하게, 40nm ∼ 50nm의 두께를 갖는다. 위상반전막(212)은 193㎚의 노광광에 대하여 3% ∼ 15%의 투과율을 가지며, 바람직하게, 3% ∼ 15%의 투과율을 갖고, 150° ∼ 190°의 위상 반전량을 갖는다.

차광성막(204)은 포토 마스크의 제조 과정에서 상부에 배치되는 하드 필름(208) 패턴을 식각 마스크로 패터닝되어 차광성막(204) 패턴이 되며, 하부에 배치되는 보호막(206) 및 위상반전막(212)의 식각 마스크로 사용됨에 따라 하드 필름(208), 보호막(206) 및 위상반전막(206)과 적어도 10 이상의 식각 선택비를 갖는 물질로 구성된다. 이를 위해, 차광성막(204)은 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 주석(Sn), 하프늄(Hf) 중 선택되는 1종 이상을 금속 물질로 형성되거나, 상기 금속 물질에 실리콘(Si), 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 물질을 더 포함하여 형성된다.

자세하게, 차광성막(204)은 차광성을 유지하면서 식각 속도를 빠르게 하기 위해 크롬(Cr), 주석(Sn), 탄탈(Ta), 크롬(Cr) 및 주석(Sn), 크롬(Cr) 및 탄탈(Ta), 주석(Sn) 및 탄탈(Ta) 중 하나에 경원소를 포함하는 화합물로 이루어지며, 상기 물질들에 실리콘(Si)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 차광성막(106)은, 예를 들어, Cr, CrN, CrO, CrC, CrON CrCN, CrCO, CrCON, Sn, SnN, SnO, SnC, SnON SnCN, SnCO, SnCON, Ta, TaN, TaO, TaC, TaON TaCN, TaCO, TaCON, CrSn, CrSnC, CrSnO, CrSnN, CrSnCO, CrSnCN, CrSnON, CrSnCON, CrTa, CrTaC, CrTaO, CrTaN, CrTaCO, CrTaCN, CrTaON, CrTaCON, SnTa, SnTaC, SnTaO, SnTaN, SnTaCO, SnTaCN, SnTaON, SnTaCON 중 하나로 이루어진다. 또한, 위상반전막(212)과 식각 선택비를 갖도록 경원소의 비가 조절된 MoSi 화합물 또는 MoTaSi 화합물로 이루어질 수 있다.

차광성막(204)은 차광막 및 반사방지막으로 이루어진 다층막 구조를 갖는 것이 바람직하며, 차광성막(204)이 반사방지 기능을 갖는 경우, 단층막 또는 조성비가 연속적으로 변화되는 연속막의 형태를 갖고, 연속막 형태의 박막이 적층된 다층막 구조를 갖는다.

차광성막(204)은 하부에 배치되는 위상반전막(212)과 함께 적층된 구조에서 2.5 ∼ 3.5의 광학밀도를 가지며, 이에 따라, 차광성막(204)은 10nm ∼ 45nm의 두께를 가지고, 바람직하게, 15nm ∼ 30nm의 두께를 가지며, 나머지 광학적, 물리적 특성은 실시예 1과 동일하다.

보호막(206)은 블랭크 마스크(200)를 이용한 포토 마스크의 제조 공정에서 세정 공정 및 상부의 차광성막(204) 패턴의 제거 시, 세정 약품 및 차광성막(204)을 제거하는 식각 물질에 의해 위상반전막(212) 손실이 발생하는 것을 방지하도록 역할한다. 즉, 보호막(206)은 차광성막(204)을 제거하는 물질에 의해 위상반전막(212) 패턴이 손상되는 것을 방지하여 위상반전막(212)의 패턴 밀도에 따른 로딩 효과로 위상반전막(212)의 측면 및 상하 두께가 손상되어 위상반전막(212) 패턴의 광학적 특성이 나빠지는 것을 방지할 수 있다.

아울러, 보호막(206)은 위상반전 기능이 부여된 막으로 형성되어 하부의 위상반전막(212)과 더불어 위상반전층으로 역할할 수 있다.

자세하게, 보호막(206)이 위상반전층으로 역할하는 경우, 보호막(206)은 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 중 선택되는 1종 이상을 물질로 이루어지거나, 상기 물질에 산소(O)를 필수적으로 포함하며, 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진다. 이때, 보호막(206)은 금속 물질 함유량이 0at% ∼ 10at%, 산소(O)의 함유량이 10at% ∼ 80at%, 실리콘(Si)의 함유량이 10at% ∼ 80at%, 나머지 경원소의 함유량이 0at% ∼ 60at%인 조성을 갖는다. 또한, 보호막(206)은 0.5nm ∼ 20nm의 두께를 갖고, 단층막, 다층막, 단일막 또는 연속막의 형태를 가지며, 위상반전막(206)과 동일한 식각 물질에 식각되는 특성을 갖는다.

아울러, 보호막(206)은 블랭크 마스크(200)를 이용한 최종적으로 패턴 형성이 완료되는 경우, 선택적으로 제거될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 블랭크 마스크를 상세히 설명하도록 한다.

(실시예)

보호막을 가지는 바이너리 블랭크 마스크 및 포토 마스크의 제조 Ⅰ

본 발명의 실시예에 따른 바이너리 블랭크 마스크를 제조하기 위하여 6inch x 6inch x 0.25inch 크기를 가지고, 평탄도(TIR)가 300nm 이하로 제어되고, 복굴절이 2nm/0.25inch로 제어된 투명기판을 준비하였다.

상기 투명 기판을 Mo : Si = 10at% : 90at% 조성의 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 투입한 후, 공정 가스로 Ar : N₂ = 7sccm : 3sccm으로 주입하고, 0.70kW로 공정 파워를 인가하여 상기 투명기판 상에 MoSiN으로 이루어진 차광막을 성막하였다.

이후, 공정 가스로 Ar : N₂ = 7sccm : 6.5sccm으로 주입하고, 0.6kW의 공정 파워를 인가하여 MoSiN으로 이루어진 반사방지막을 성막하여 최종적으로 차광성막을 형성하였다.

상기 차광성막에 대하여 n&k사의 n&k Analyzer 3700RT 장비를 이용하여 광학밀도 및 반사율을 측정한 결과, 193nm의 노광 파장에 대하여 상기 차광성막은 2.95의 광학밀도를 나타내었으며 33.2%의 반사율을 나타내었다. 그리고, XRR 장비를 통해 두께를 측정한 결과 상기 차광성막은 47.5nm의 두께를 가졌다.

이어서, 보론(B)이 도핑된 Si 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 공정 가스로 Ar : O₂ = 5sccm : 10sccm으로 주입하고, 0.60kW로 공정 파워를 인가하여 상기 차광성막 상에 SiO의 보호막을 2nm의 두께로 성막하였다.

그런 다음, 크롬(Cr) 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 공정 가스로 Ar을 8sccm으로 주입하고, 0.70kW로 공정 파워를 인가하여 상기 보호막 상에 4nm의 두께의 하드 필름을 성막하였다.

이후, 상기 하드 필름 상에 화학증폭형 레지스트막을 80nm의 두께로 코팅하여 하드 필름 및 보호막을 구비한 위상반전 블랭크 마스크를 제조 완료하였다.

상기 블랭크 마스크의 레지스트막에 리소그래피 공정을 수행하여 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부 하드 필름 패턴을 형성하였다. 이후, 레지스트 패턴을 제거하고, 하드 필름 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부 보호막 및 차광성막 패턴을 형성한 후, 하드 필름 패턴을 제거하여 포토 마스크의 제조를 완료하였다.

또한, 상기 보호막의 효과를 확인하기 위하여 비교예로 보호막이 성막되지 않고, 나머지 차광성막, 하드 필름 및 레지스트막을 상술한 실시예와 동일하게 형성한 블랭크 마스크를 제조하고, 패터닝 공정을 수행하여 포토 마스크를 제조하였다.

이어서, 상기 실시예 및 비교예에 따라 형성된 보호막 및 차광막 패턴들 중 0%, 50%, 100%의 패턴 밀도를 갖는 패턴들에 대하여 임계치수(CD) 균일성을 측정하였고 193nm 파장의 광에 대하여 광학 밀도를 측정하였다.

[패턴 밀도에 따른 차광성막 패턴 임계치수 균일성 및 광학 밀도]

		0% Pattern	50% Pattern	100% Patten	Delta
실시예 1 (보호막 형성)	Delta CD (Real CD)	0.8nm	1.1nm	1.6nm	0.8nm
실시예 1 (보호막 형성)	O.D @193nm	2.82	2.80	2.77	0.05
비교예 1 (보호막 미형성)	Delta CD (Real CD)	1.1nm	2.5nm	4.9nm	3.8nm
비교예 1 (보호막 미형성)	O.D @193nm	2.81	2.72	2.65	0.16

표 1을 참조하면, 실시예 1에서와 같이 보호막이 구비된 블랭크 마스크의 경우, 포토 마스크의 제조 공정 중의 세정 공정 및 하드 필름의 제거 공정에 따른 차광성막의 패턴 밀도별 임계치수(CD) 차이는 0.8nm 범위를 가지며, 광학밀도(OD)는 0.05 차이를 가졌다.

이에 반해, 비교예 1의 경우, 차광성막의 패턴 밀도별 임계치수(CD) 차이는 3.8nm 범위를 가지며, 광학밀도(OD)는 0.16 차이를 가져 세정 공정 및 하드 필름의 제거 공정에 따른 차광성막의 손실이 크다는 것을 알 수 있었다.

따라서, 보호막에 의해 포토 마스크의 제조 공정 중의 세정 공정 및 하드 필름의 제거 공정에 따른 차광성막 패턴의 손실이 방지되어 차광성막 패턴이 우수한 임계치수(CD) 및 광학밀도(OD)를 갖는 것을 알 수 있었다.

보호막을 가지는 바이너리 블랭크 마스크 및 포토 마스크의 제조 Ⅱ

본 발명의 실시예에 따른 바이너리 블랭크 마스크를 제조하기 위하여 투명 기판을 Mo : Si = 10at% : 90at% 조성의 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 투입한 후, 공정 가스로 Ar : N₂ = 7sccm : 3sccm으로 주입하고, 0.70kW로 공정 파워를 인가하여 상기 투명기판 상에 MoSiN으로 이루어진 차광막을 성막하였다.

이후, 차광막이 성막된 투명 기판을 Mo : Si = 5at% : 95at% 조성의 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 투입한 후, 공정 가스로 Ar : N₂ : NO = 3sccm : 3sccm : 10sccm으로 주입하고, 0.60kW로 공정 파워를 인가하여 차광막 상에 MoSiON으로 이루어진 보호막을 성막하여 최종적으로 차광성막을 형성하였다. 이때, 상기 보호막은 반사방지의 기능을 함께 갖는다.

상기 차광성막에 대하여 광학밀도 및 반사율을 측정한 결과, 193nm의 노광 파장에 대하여 상기 차광성막은 2.97의 광학밀도를 나타내었고, 33.5%의 반사율을 나타내었으며, 47.5nm의 두께를 가졌다.

이후, 상기 차광성막 상에 공정 가스로 Ar을 8sccm으로 주입하고, 크롬(Cr) 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 0.70kW로 공정 파워를 인가하여 4nm의 두께의 하드 필름을 성막하였다.

그런 다음, 상기 하드 필름 상에 화학증폭형 레지스트막을 80nm의 두께로 코팅하여 하드 필름 및 보호막을 구비한 블랭크 마스크를 제조 완료하였다.

그리고, 상기 블랭크 마스크의 레지스트막에 리소그래피 공정을 수행하여 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부 하드 필름 패턴을 형성하였다. 이후 레지스트 패턴을 제거하고, 하드 필름 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부 차광성막 패턴을 형성한 후, 하드 필름 패턴을 제거하여 포토 마스크의 제조를 완료하였다.

또한, 상술한 바와 동일한 방법으로 투명 기판 상에 MoSiN으로 이루어진 차광막을 형성한 후, 차광막이 성막된 투명 기판을 Si 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 투입한 후, 공정 가스로 Ar : N₂ : NO = 5sccm : 2sccm : 7sccm으로 주입하고, 0.70kW로 공정 파워를 인가하여 차광막 상에 SiON으로 이루어진 보호막을 성막하여 최종적으로 차광성막을 형성하였다.

상기 차광성막에 대하여 광학밀도 및 반사율을 측정한 결과, 193nm의 노광 파장에 대하여 상기 차광성막은 2.97의 광학밀도를 나타내었고, 33.7%의 반사율을 나타내었으며, 48.9nm의 두께를 가졌다.

이후, 상기 차광성막 상에 상술한 바와 동일한 방법으로 하드 필름 및 레지스트막을 형성하고, 패터닝 공정을 진행하여 포토마스크의 제조를 완료하였다.

이어서, 상기 실시예들에 따라 각각 MoSiON 및 SiON으로 이루어진 보호막을 갖는 차광성막 패턴들 중 0%, 50%, 100%의 패턴 밀도를 갖는 패턴들에 대하여 임계치수(CD) 균일성을 측정하였고 193nm 파장의 광에 대하여 광학 밀도를 측정하였다.

		보호막 물질	0% Pattern	50% Pattern	100% Patten	Delta
실시예 2	Delta CD (Real CD)	MoSiON	0.7nm	1.0nm	1.4nm	0.7nm
실시예 2	O.D @193nm	MoSiON	2.83	2.82	2.80	0.03
실시예 3	Delta CD (Real CD)	SiON	0.8nm	1.2nm	1.5nm	0.7nm
실시예 3	O.D @193nm	SiON	2.82	2.81	2.78	0.04

표 2를 참조하면, 실시예 2, 3에서와 같이 보호막이 구비된 블랭크 마스크의 경우, 포토 마스크의 제조 공정 중의 세정 공정 및 하드 필름의 제거 공정에 따른 차광성막의 패턴 밀도별 임계치수(CD) 차이는 MoSiON 및 SiON 보호막이 형성된 경우, 각각 0.7nm의 범위를 가지며, 광학밀도(OD)는 0.03 및 0.04 차이를 가졌다.

이에 따라, 세정 공정 및 하드 필름의 제거 공정에 따른 차광성막의 손실이 크지 않다는 것을 알 수 있었다.

보호막을 가지는 바이너리 블랭크 마스크 및 포토 마스크의 제조 Ⅲ

본 발명의 실시예에 따른 바이너리 블랭크 마스크를 제조하기 위하여 투명 기판을 Mo : Si = 10at% : 90at% 조성의 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 투입한 후, 공정 가스로 Ar : N₂ : NO = 5sccm : 5sccm : 0 ∼ 10sccm의 범위로 주입하고, 0.70kW로 공정 파워를 인가하여 상기 투명기판 상에 MoSi 계열의 차광성막을 성막하였다. 이때, 상기 차광성막은 상부로 갈수록 O의 함유량이 증가하도록 형성하며, 이에 따라, 상기 차광성막의 하부는 MoSiN에 가까운 조성을 갖고, 상부는 MoSiON의 조성을 갖도록 형성하였다.

상기 차광성막에 대하여 광학밀도 및 반사율을 측정한 결과, 193nm의 노광 파장에 대하여 상기 차광성막은 2.95의 광학밀도를 나타내었고, 32.1%의 반사율을 나타내었으며, 46.5nm의 두께를 가졌다. 이에 따라, 상기 연속막 형태의 차광성막은 차광, 반사방지 및 보호막의 기능을 모두 갖는 것을 확인할 수 있다.

이어서, 상기 차광성막 상에 공정 가스로 Ar을 8sccm으로 주입하고, 크롬(Cr) 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 0.70kW로 공정 파워를 인가하여 4nm의 두께의 하드 필름을 성막하였다.

그런 다음, 상기 하드 필름 상에 화학증폭형 레지스트막을 80nm의 두께로 코팅하여 하드 필름 막을 구비한 위상반전 블랭크 마스크를 제조 완료하였다.

그리고, 상기 블랭크 마스크의 레지스트막에 리소그래피 공정을 수행하여 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부 하드 필름 패턴을 형성하였다. 이후 레지스트 패턴을 제거하고, 하드 필름 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부 차광성막 패턴을 형성한 후 하드 필름 패턴을 제거하여 포토 마스크의 제조를 완료하였다.

이어서, 상기 실시예에 따라 형성된 차광성막 패턴들 중 0%, 50%, 100%의 패턴 밀도를 갖는 패턴들에 대하여 임계치수(CD) 균일성을 측정하였고 193nm 파장의 광에 대하여 광학 밀도를 측정하였다.

		0% Pattern	50% Pattern	100% Patten	Delta
실시예 4	Delta CD (Real CD)	0.7nm	1.1nm	1.5nm	0.8nm
	O.D @193nm	2.81	2.80	2.79	0.02

표 3을 참조하면, 실시예 4에서와 같이 차광성막의 상부가 보호막의 기능을 갖는 경우, 차광성막의 패턴 밀도별 임계치수(CD) 차이는 0.8nm 범위를 가지며, 광학밀도(OD)는 0.02 차이를 가져, 실시예 1에서 보호막이 형성된 블랭크 마스크와 유사한 결과를 나타내었다.

보호막을 가지는 위상반전 블랭크 마스크 및 포토 마스크의 제조 Ⅰ

본 발명의 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 제조하기 위하여 투명 기판을 Mo : Si = 10at% : 90at% 조성의 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 투입한 후, 공정 가스로 Ar : N₂ = 5sccm : 7sccm으로 주입하고, 0.70kW로 공정 파워를 인가하여 상기 투명기판 상에 MoSiN으로 이루어진 위상반전막을 형성한다.

이후, 공정 가스로 Ar : N₂ : NO = 3sccm : 3sccm : 10sccm으로 주입하고, 0.6kW의 공정 파워를 인가하여 MoSiON으로 이루어진 보호막을 형성하였다. 이때, 보호막은 식각에 따른 보호막 및 위상반전층으로 역할한다.

상기 위상반전막 및 보호막에 대하여 투과율 및 위상차을 측정한 결과, 193nm의 노광 파장에 대하여 5.8% 투과율, 181°의 위상차를 나타내었고, 59.5nm의 두께를 가졌다.

이어서, 상기 위상반전막이 형성된 투명 기판을 크롬(Cr) 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 투입한 후, Ar : N₂ = 3sccm : 5 sccm으로 주입하고 0.6kW로 공정 파워를 인가하여 CrN으로 이루어진 차광막 형성하고, Ar : N₂ : NO = 5sccm : 5sccm : 5sccm 주입하고, 0.7kW로 공정 파워를 인가하여 CrON으로 이루어진 반사방지막을 형성하였다. 이때, 차광막 및 반사방지막으로 이루어진 최종 차광성막은 49nm 두께를 가졌다.

이후, 상기 차광성막이 형성된 투명 기판을 Mo : Si = 10at% : 90at% 조성의 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 투입한 후, 공정 가스로 Ar을 8sccm으로 주입하고, 0.70kW로 공정 파워를 인가하여 4nm의 두께의 하드 필름을 성막하였다.

그리고, 상기 블랭크 마스크의 레지스트막에 리소그래피 공정을 수행하여 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부 하드 필름 패턴을 형성하였다. 이후 레지스트 패턴을 제거하고, 하드 필름 패턴을 식각 마스크로 이용하여 하부 차광성막 패턴을 형성하였다. 그런 다음, 상기 보호막 및위상반전막을 함게 식각하여 위상반전막 패턴을 형성하였다. 이때, 하드 필름은 상기 위상반전막 패턴의 식각 시 제거된다. 이후 차광막 패턴을 제거하여 포토 마스크 제조를 완료하였다.

또한, 비교예2로 보호막이 형성하지 않고 나머지는 상술한 실시예 4와 동일하게 형성하여 블랭크 마스크를 제조하고, 패터닝 공정을 수행하여 포토 마스크를 제조하였다.

이어서, 상기 실시예 및 비교예에 따라 형성된 위상반전막 패턴들 중 0%, 50%, 100%의 패턴 밀도를 갖는 패턴들에 대하여 임계치수(CD) 균일성을 측정하였고 193nm 파장의 광에 대하여 위상값을 측정하였다.

[패턴 밀도에 따른 위상반전막 패턴 임계치수 균일성 및 위상값]

		0% Pattern	50% Pattern	100% Patten	Delta
실시예 5 (보호막 형성)	Delta CD (Real CD)	0.8nm	1.0nm	1.4nm	0.6nm
실시예 5 (보호막 형성)	위상값 @193nm	181°	180°	178°	2°
비교예 2 (보호막 미형성)	Delta CD (Real CD)	1.5nm	2.7nm	5.4nm	3.9nm
비교예 2 (보호막 미형성)	위상값 @193nm	180°	175°	172°	8°

표 4을 참조하면, 실시예 5에서와 같이 위상반전막 블랭크 마스크의 경우, 포토 마스크의 제조 공정 중의 세정 공정 및 하드 필름의 제거 공정에 따른 위상반전막의 패턴 밀도별 임계치수(CD) 차이는 0.6nm 범위를 가지며, 위상값은 2°도 차이를 가졌다.

이에 반해, 비교예 2의 경우, 위상반전막의 패턴 밀도별 임계치수(CD) 차이는 3.9nm 범위를 가지며, 위상값은 8° 차이를 가져 세정 공정 및 차광성막의 제거 공정에 따른 위상반전막의 손실이 크다는 것을 알 수 있었다.

따라서, 보호막에 의해 포토 마스크의 제조 공정 중의 세정 공정 및 차광성막의 제거 공정에 따른 위상반전막 패턴의 손실이 방지되어 위상반전막 패턴이 우수한 임계치수(CD) 및 위상값을 갖는 것을 알 수 있었다.

보호막을 가지는 위상반전 블랭크 마스크 및 포토 마스크의 제조 Ⅱ

본 발명의 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 제조하기 위하여 투명 기판을 Mo : Si = 10at% : 90at% 조성의 타겟이 구비된 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 투입한 후, 공정 가스로 Ar : N₂ : NO = 5sccm : 2sccm : 0 ∼ 10sccm의 범위로 주입하고, 0.70kW로 공정 파워를 인가하여 상기 투명기판 상에 MoSi 계열의 위상반전막을 성막하였다. 이때, 상기 위상반전막은 상부로 갈수록 O의 함유량이 증가하도록 형성하며, 이에 따라, 상기 위상반전막의 하부는 MoSiN에 가까운 조성을 갖고, 상부는 MoSiON의 조성을 갖도록 형성하였다.

상기 위상반전막에 대하여 투과율 및 위상차를 측정한 결과, 193nm의 노광 파장에 대하여 상기 위상반전막은 5.9%의 투과율을 나타내었고, 181°의 위상차을 나타내었으며, 58.5nm의 두께를 가졌다. 이에 따라, 상기 연속막 형태의 위상반전막은 위상반전 및 보호막의 기능을 모두 갖는 것을 확인할 수 있다.

이어서, 상기 위상반전막 상에 상기 실시예 4와 동일한 공정으로 CrN으로 이루어진 차광막 및 CrON으로 이루어진 반사방지막을 형성하였다. 이때, 차광막 및 반사방지막으로 이루어진 최종 차광성막은 49nm 두께를 가졌다.

이어서, 상기 실시예에 따라 형성된 위상반전막 패턴들 중 0%, 50%, 100%의 패턴 밀도를 갖는 패턴들에 대하여 임계치수(CD) 균일성을 측정하였고 193nm 파장의 광에 대하여 위상값을 측정하였다.

		0% Pattern	50% Pattern	100% Patten	Delta
실시예 6	Delta CD (Real CD)	0.9nm	1.1nm	1.3nm	0.4nm
	위상값 @193nm	181°	180°	179°	2°

표 5를 참조하면, 실시예 6에서와 같이 위상반전막의 상부가 보호막의 기능을 갖는 경우, 포토 마스크의 제조 공정 중의 세정 공정 및 차광성막 패턴의 제거 공정에 따른 위상반전막의 패턴 밀도별 임계치수(CD) 차이는 0.4nm 범위를 가지며, 위상값은 2도 차이를 가졌다.

이에 따라, 세정 공정 및 차광성막 패턴의 제거 공정에 따른 위상반전막 패턴의 손실이 크지 않다는 것을 알 수 있었다.

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.

100, 200 : 블랭크 마스크
102, 202 : 투명 기판
104, 204 : 차광성막
106, 206 : 보호막
108, 208 : 하드 필름
110, 210 : 레지스트막
212 : 위상반전막

Claims

투명 기판 상에 구비되며, 차광막 및 반사방지막을 포함하는 차광성막;
상기 차광성막의 상부에 구비된 하드 필름; 및
상기 차광성막과 하드 필름 사이에 구비되며, 포토 마스크 제조 공정에 사용되는 세정 약품 및 상기 하드 필름을 제거하는 식각 물질에 의한 상기 차광성막의 두께 손실을 방지하는 보호막;
을 포함하는 블랭크 마스크.
제 1 항에 있어서,
상기 반사방지막은 상기 차광막의 상부에 구비되며, 상기 반사방지막은 상기 차광막보다 산소(O)의 함유량이 높은 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
투명 기판 상에 구비되며, 상부가 하부보다 산소(O)의 함유량이 높은 위상반전막; 및
상기 위상반전막의 상부에 구비된 차광성막; 을 포함하며,
상기 위상반전막과 상기 차광성막 사이에 구비되며, 포토 마스크 제조 공정에 사용되는 세정 약품 및 상기 차광성막의 식각 물질에 의한 상기 위상반전막의 두께 손실을 방지하는 보호막을 포함하는 블랭크 마스크.
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제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차광성막은 차광막 및 반사방지막이 적층된 다층막 구조 또는 조성비가 연속적으로 변화되는 연속막의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차광성막은 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 주석(Sn), 하프늄(Hf) 중 선택되는 1종 이상을 금속 물질로 이루어지거나, 또는, 상기 금속 물질에 실리콘(Si), 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어지며, 상기 차광성막이 실리콘(Si)을 포함하는 경우, 상기 실리콘(Si) 함유량 대비 금속의 함유량은 0.01 ∼ 0.3의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차광성막은 10nm ∼ 65nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 보호막은 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 중 선택되는 1종 이상의 물질로 이루어지거나, 상기 물질에 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어지며, 상기 물질들 중 금속의 함유량이 0at% ∼ 10at%, 산소(O)의 함유량이 10at% ∼ 80at%, 실리콘(Si)의 함유량이 10at% ∼ 80at%, 산소(O)를 제외한 경원소의 함유량이 0at% ∼ 60at%인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 1 항에 있어서,
상기 보호막은 상기 하드 필름과 10 이상의 식각 선택비를 가지며, 상기 차광성막과 동일한 식각 물질에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 1 항에 있어서,
상기 보호막은 반사방지층으로 역할하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 3 항에 있어서,
상기 보호막은 상기 차광성막과 10 이상의 식각 선택비를 가지며, 상기 위상반전막과 동일한 식각 물질에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 3 항에 있어서,
상기 보호막은 위상반전층으로 역할하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 보호막은 0.5nm ∼ 20nm의 두께를 가지며, 단층막, 다층막, 단일막 또는 연속막 구조 중 하나의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 3 항에 있어서,
상기 차광성막 상에 구비된 하드 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 1 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 하드 필름은 크롬(Cr), 실리콘(Si), 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta) 중 선택되는 1종 이상의 물질로 이루어지거나 또는 상기 물질에 산소(O), 탄소(C), 질소(N) 중 적어도 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 1 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 하드 필름은 2nm ∼ 10nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 3 항에 있어서,
상기 위상반전막은 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 적어도 하나 이상의 경원소 물질을 포함하는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 이루어는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
제 3 항에 있어서,
상기 위상반전막은 30nm ∼ 65nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
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