KR101506888B1 - 블랭크 마스크 및 포토마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 기판 상에 차광성막 및 상기 차광성막에 대한 식각 선택비가 높고 얇은 두께를 가지는 하드필름을 구비한 블랭크 마스크를 형성함에 따라 하프피치(Half-pitch) 32㎚급 이하 특히, 22㎚급 이하의 고해상도 패턴이 구비된 포토마스크를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 차광성막을 구성하는 금속 및 실리콘(Si)과 경원소의 조성비를 조절하여 전자빔 리페어 공정 시 XeF2 가스에 의한 패턴 손상을 억제하여 우수한 품질을 가지는 포토마스크를 제공한다.

Description

블랭크 마스크 및 포토마스크{Blankmask and photomask}
본 발명은 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하프피치(Half-pitch) 32㎚급 이하, 특히, 22㎚급 이하에 적용 가능하도록 하드필름이 구비된 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것이다.
오늘날 고집직화에 따른 포토-리소그래피(Photo-lithography) 기술은 해상도(Resolution) 향상을 위하여 436㎚의 g-line, 405㎚의 h-line, 365㎚의 i-line, 248nm의 KrF, 193㎚의 ArF로 발전해 왔으며, 블랭크 마스크 구조 또한 바이너리 인텐서티(Binary Intensity) 블랭크 마스크, 위상 반전(Phase Shift) 블랭크 마스크와 같은 특성 향상을 기반으로 이루어져 왔다.
이러한 고해상도 구현을 위한 노력의 일환으로 근래에는 하드필름을 구비한 블랭크 마스크가 개발되어 적용되고 있다. 하드필름을 구비한 블랭크 마스크는 기존의 바이너리 블랭크 마스크, 위상 반전 블랭크 마스크와는 달리, 차광성막을 식각하기 위한 마스크로서 레지스트막을 사용하지 않고, 차광성막에 대한 식각 선택비가 높고 얇은 두께를 가지는 하드필름을 이용한다. 이러한 하드필름은 차광성막 대비 두께가 얇고 식각 시간이 짧음에 따라, 레지스트막의 박막화를 가능하게 하고, 전자빔 노광 시 전자의 산란(Scattering)을 감소시켜 고 정밀도의 패턴 구현을 가능하게 하는 장점을 가진다.
상술한 하드필름을 구비한 블랭크 마스크를 이용하여 제조되는 포토마스크는 일반적인 바이너리 인텐서티 블랭크 마스크, 위상 반전 블랭크 마스크와 동일하게 노광(Writing), 현상(Develop), 식각(Etching), 검사(Inspection), 리페어(Repair), 세정(Cleaning)과 같은 리소그래피 공정을 통해 제조된다.
상기 공정들 중, 리페어(Repair) 공정은 초기에 포커스 이온빔(Focus Ion Beam)을 이용한 방법이 적용되었다. 그러나, 상기 포커스 이온빔을 이용한 리페어 공정은 투명 기판 상에 차광성막이 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물(특히, 실리콘(Si) 주성분)로 형성되는 경우, 상기 투명 기판 또한 실리콘(Si)을 주성분으로 하는 SiO2로 이루어짐에 따라 상기 차광성막의 리페어 시 투명 기판에 손상이 발생하게 되었다.
이에 따라, 최근에는 리페어(Repair) 공정 후 차광성막 패턴의 손상에 따른 결함(Defect)을 저감하고, 기판의 손상을 줄이기 위하여 전자빔(Electron-beam)을 이용한 리페어 방법이 사용되고 있다. 그러나, 상기 전자빔 리페어 방법은 하프피치(Half-pitch) 32㎚급 이하, 특히 22㎚급 이하에 적용 가능하고, 상술한 포커스 이온빔을 이용한 리페어 공정의 문제점을 해결할 수 있다 하더라도 아래와 같은 문제점을 갖고 있다.
도 1은 종래 블랭크 마스크로 형성된 포토마스크에 대한 전자빔 리페어 공정 시 문제점을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 전자빔 리페어 공정은 리페어 공정 가스로서 XeF2를 사용하게 되는데, XeF2 가스의 불소(F) 성분은 차광성막이 몰르브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 이루어지는 경우 상기 차광성막을 식각(Etching)하는 특성을 가진다. 이에 따라, 전자빔 리페어 공정에서 최초 리페어를 실시한 부분 외 인근 영역에서 또 다른 리페어를 실시할 경우, XeF2 가스는 최초 리페어를 실시한 영역에 대하여 지속적인 손상(Damage)을 일으키며, 이러한 손상은 최종적으로 패턴의 CD 변화를 일으키게 되어 결국 패턴 손상을 발생시키게 된다. 즉, 리페어 공정 중 리페어 직후의 패턴 형태(a)와 XeF2 가스를 120초 주입한 후의 패턴 형태(b)를 비교하면 XeF2 가스에 의해 패턴 손상이 심하게 발생한다.
본 발명은 하프피치(Half-pitch) 32㎚급 이하 특히, 22㎚급 이하에 적용이 가능하도록 투명 기판 상에 차광성막 및 하드필름이 구비된 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공한다.
본 발명은 전자빔 리페어(Electron-beam Repair) 공정 시 XeF2 가스에 의한 패턴 손상이 방지되도록 함과 아울러 우수한 광학적인 특성을 갖는 차광성막이 구비된 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공한다.
본 발명에 따른 블랭크 마스크는 투명 기판 상에 차광성막 및 하드필름이 구비된 블랭크 마스크로서, 상기 차광성 막은 패턴 형성 후 리페어(Repair) 공정에서 주입 가스에 의한 손상을 이방성 비율(Anisotropic ratio: △Lateral/Etched depth)로 수치화할 경우, 0 ∼ 0.5의 수치를 갖는다.
상기 리페어 공정은 전자빔 리페어(Electron-beam Repair)이며, 상기 주입 가스는 XeF2이다.
상기 차광성막은 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 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), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 금속 물질을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
차광성막은 MoSi, MoSiO, MoSiN, MoSiC. MoSiON, MoSiCN, MoSiOC, MoSiCON, MoSiB, MoSiBO, MoSiBN, MoSiBC. MoSiBON, MoSiBCN, MoSiBOC, MoSiBCON 중 하나의 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 이루어진다.
상기 차광성막은 Mo가 1at% ∼ 15at%, Si가 40at% ∼ 80at%, N이 15at% ∼ 35at%, B가 0 ∼ 5at%, C가 0 ∼ 5at%, O는 0 ∼ 5at%인 조성비를 갖는다.
상기 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 이루어진 차광성막은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟 또는 몰리브데늄 실리사이드 보론(MoSiB) 타겟을 이용하여 형성되고, 상기 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟은 Mo : Si = 2at% ∼ 20at% : 98at% ∼ 80at%의 조성비를 가지며, 상기 몰리브데늄 실리사이드 보론(MoSiB) 타겟은 Mo : Si : B = 2at% ∼ 20at% : 97at% ∼ 70at% : 1at% ∼ 10at%의 조성비를 갖는다.
상기 차광성막은 단층 단일막, 단층 연속막, 다층 단일막, 다층 연속막 중 선택된 하나의 구조를 갖는다.
상기 차광성막이 차광막 및 반사방지막을 갖는 2층 구조로 형성되는 경우, 차광막과 반사방지막은 몰리브덴(Mo)이 0 ∼ 10at%, 실리콘(Si)이 0 ∼ 40at%, 질소(N)가 0 ∼ 10at% 중 적어도 하나 이상의 함유량 차이를 갖는다.
상기 차광성막이 차광막 및 반사방지막을 갖는 2층 구조로 형성되는 경우, 상기 차광막은 35㎚ ∼ 50㎚의 두께를 가지며, 상기 반사방지막은 3㎚ ∼ 20㎚의 두께를 갖는다.
상기 차광성막은 193㎚의 노광 파장에 대하여 2.5 ∼ 3.5의 광학 밀도를 갖는다.
상기 차광성막은 193㎚의 노광 파장에 대하여 40% 이내의 표면 반사율을 갖는다.
하드필름은 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 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), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 금속 물질을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진다.
상기 하드필름은 Cr, CrO, CrN, CrC, CrON, CrOC, CrCN, CrCON, CrB, CrBO, CrBN, CrBC, CrBON, CrBOC, CrBCN, CrBCON 중 하나의 크롬(Cr) 화합물로 이루어진다.
상기 하드필름은 2㎚ ∼ 5㎚의 두께를 갖는다.
상기 하드필름은 0.4Å/sec ∼ 2.0Å/sec의 식각속도를 갖는다.
상기 하드필름과 상기 차광성막의 식각 선택비는 1 : 20 이상이다.
상기 하드필름 상에 레지스트막을 600Å ∼ 1200Å 두께로 형성할 수 있다.
본 발명은 앞의 블랭크 마스크 중 하나의 블랭크 마스크를 이용하여 포토마스크를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 블랭크 마스크는 투명 기판 상에 차광성막 및 상기 차광성막에 대한 식각 선택비가 높고 얇은 두께를 가지는 하드필름을 구비함에 따라 하프피치(Half-pitch) 32㎚급 이하 특히, 22㎚급 이하의 고해상도 패턴의 포토마스크를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 블랭크 마스크 및 포토마스크는 차광성막을 구성하는 금속 및 실리콘(Si)과 경원소의 조성비를 조절하여, 전자빔 리페어 공정 시 XeF2 가스에 의한 패턴 손상(Repair Damage)을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래 블랭크 마스크로 형성된 포토마스크의 전자빔 리페어(Electron-beam Repair) 공정 시 문제점을 설명하기 위하여 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하드필름이 구비된 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 3은 이방성 비율을 정의하기 위하여 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크로 형성된 포토마스크의 전자빔 리페어(Electron-beam Repair) 공정을 설명하기 위하여 도시한 도면.
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 2는 본 발명의 실시예에 따른 하드필름을 구비한 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 블랭크 마스크(100)는 투명 기판(102), 투명 기판(102) 상에 순차적으로 적층된 차광성막(106) 및 하드마스크막(108)을 포함한다. 차광성막(106)은 차광막(104) 및 반사방지막(105)으로 이루어진 2층 이상의 다층막으로 이루어지는 것이 바람직하며, 단층막으로 이루어질 수 있다.
투명 기판(102)은 기판 두께에 대하여 193㎚의 노광 파장에 대한 복굴절이 2㎚ 이하이고, 평탄도가 0.3㎛ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 패턴 목표 CD(Critical Dimension)는 최종 웨이퍼 프린팅(Wafer Printing) 시 하프피치 32㎚급 이하, 더 바람직하게 22㎚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 평탄도가 0 인 것이 바람직하나, 실질적으로 상기 평탄도로 기판을 가공하는 것이 불가능하다. 이에 따라, 최소한의 범위에서 우수한 공정 윈도우(Process Window) 마진을 확보하기 위해 투명 기판의 평탄도는 0.3㎛ 이하인 것이 바람직하며, 0.2㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
차광성막(106)은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 차광성막(106)이 몰리브덴 실리사이드(MoSi)로 구성된 경우, 패턴 형성 후에 수행되는 XeF2 가스를 이용하는 전자빔 리페어 공정에서 차광성막(106)을 구성하는 실리콘(Si)과 리페어 가스를 구성하는 불소(F)의 반응에 의해 패턴에 손상(Damage)이 크게 발생한다. 이에 따라, 상기 리페어 손상을 억제하기 위하여, 차광성막(106)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 1종 이상을 포함하도록 하였다. 자세하게, 차광성막(106)은 MoSi, MoSiO, MoSiN, MoSiC. MoSiON, MoSiCN, MoSiOC, MoSiCON, MoSiB, MoSiBO, MoSiBN, MoSiBC. MoSiBON, MoSiBCN, MoSiBOC, MoSiBCON 중 하나의 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 이루어진다.
차광성막(106)에 산소(O)를 포함하는 경우, 차광성막(106)의 리페어 손상 억제가 가능하나, 차광성막(106)의 박막화를 어렵게 하고, 광학밀도(Optical Density)가 높아지는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 차광성막(106)은 몰리브덴 실리사이드(MoSi) 화합물에서 산소(O)의 함유량을 최소화한다.
그리고, 차광성막(106)에 붕소(B)를 포함하는 경우, 붕소(B)는 차광성막(106)의 전기 전도도를 높게 하여 박막 형성 시 결함 발생률을 감소시키고, 박막의 응력을 저감하는 효과를 나타내나 많은 양의 붕소(B)를 포함하기 위하여는 차광성막(106)의 박막화를 어렵게 하는 문제가 있다.
이에 따라, 차광성막(106)은 Mo가 1at% ∼ 15at%, Si가 40at% ∼ 80at%, N이 15at% ∼ 35at%, B가 0 ∼ 5at%, C가 0 ∼ 5at%, O는 0 ∼ 5at%인 조성비를 갖는 것이 바람직하다. 앞에서 언급하였듯이, 차광성막(106) 중 붕소(B) 및 산소(O)의 함유량이 5at%를 초과하는 경우에는 차광성막(106)의 박막화 및 광학밀도를 만족시키기 어렵다.
차광성막(106)은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 이외에 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 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), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 금속 물질을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
차광성막(106)은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟 또는 몰리브데늄 실리사이드 보론(MoSiB) 타겟을 이용하여 형성한다. 이때, 상기 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟은 Mo : Si = 2at% ∼ 20at% : 98at% ∼ 80at%의 조성비를 가지며, 상기 몰리브데늄 실리사이드 보론(MoSiB) 타겟은 Mo : Si : B = 2at% ∼ 20at% : 97at% ∼ 70at% : 1at% ∼ 10at%의 조성비를 갖는다.
차광성막(106)에 붕소를 함유하는 경우, 몰리브데늄 실리사이드 보론(MoSiB) 타겟을 이용하여 형성하거나 또는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟을 이용하는 경우 공정 가스로 BH3를 주입하여 형성 가능하다.
블랭크 마스크로 형성된 포토마스크에 대한 리페어 공정은 XeF2 가스를 사용하는 전자빔 리페어(Electron-beam Repair) 방법으로 진행되는 것이 바람직하다. 이때, 차광성막(106)을 형성하는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟에서 몰리브덴(Mo)의 함유량이 높을수록, 즉, 차광성막(106)을 구성하는 몰리브덴(Mo)의 함유량이 높을수록 리페어에 따른 차광성막(106) 패턴의 손상이 감소된다. 이러한 현상은 XeF2 가스의 불소(F) 성분이 차광성막(106)을 구성하는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 또는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물 중 실리콘(Si)과 반응하여 차광성막(106) 패턴의 손상을 발생시키기 때문이다.
한편, 몰리브데늄 실리사이드(MoSi)로 이루어진 단일 타겟(Target)에서 몰리브덴(Mo) 함유량이 20at% 이상인 경우에는 포토마스크 공정 중 세정 공정에 사용되는 화학약품, 예를 들어, 오존수(O3), SC-1, 황산 등에 취약해져 최종적으로 차광성막(106)의 두께 및 광학밀도(Optical Density)가 감소된다. 또한, 몰리브데늄 실리사이드(MoSi)로 이루어진 단일 타겟(Target)의 몰리브덴(Mo) 함유량이 2at% 이하인 경우에는, 스퍼터링 시 방전이 불안정하게 되어 결함이 크게 발생한다. 이에 따라, 본 발명의 블랭크 마스크(100)의 차광성막(106)을 형성하는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟의 함유량은 Mo : Si = 2at% ∼ 20at% : 98at% ∼ 80at%의 범위를 갖는 것이 바람직하며, Mo : Si = 5at% ∼ 10at% : 95at% ∼ 90at%의 범위를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 차광성막(106)은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi)에 붕소(B)를 함유한 타겟을 이용하여 제조하는 것이 가능하다. 붕소(B)는 DC 스퍼터링 시 타겟의 전기 전도도를 우수하게 하여 박막 증착 시 발생할 수 있는 아크(Arc)를 방지하여 결함을 저감할 수 있는 요인으로 작용한다. 그리고, 붕소(B)를 함유함에 따라 스퍼터링 시 원자의 충돌 에너지(Atomic Peening Effect)가 감소되어 박막 응력을 감소시킬 수 있다. 그러나, 붕소(B)의 함유량이 다량일 경우 스퍼터링에 따른 차광성막의 특성 변화, 예를 들면 광학밀도(Optical Density)가 감소하는 것으로 인하여 붕소(B)의 함유량은 제한된다. 이에 따라 차광성막(106)을 형성하기 위한 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟에 붕소(B)를 선택적으로 함유할 수 있으며, 이때 붕소(B)의 함유량은 0 ∼ 5at% 인 것이 바람직하고, 0 ∼ 3at% 이내인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 블랭크 마스크(100)를 구성하는 차광성막(106)은 단층 단일막, 단층 연속막, 다층 단일막, 다층 연속막의 중 블랭크 마스크(100)의 특성에 따라 선택하여 설계할 수 있다.
자세하게, 전자빔 리페어(Electron-beam Repair) 공정 시 발생하는 손상은 실질적으로 차광성막(106)을 형성하는 차광막(104)과 반사방지막(105)의 물질 특성 차이에 의해 발생한다. 즉, 차광막(104)과 반사방지막(105) 각각의 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물 조성비의 차이에 의해 불소(F)와의 반응성 차이가 발생하고, 이러한 반응성 차이는 차광막(104)과 반사방지막(105)의 손상 차이를 발생시킨다. 따라서, 이를 해결하기 위한 방법으로 차광성막(106)을 단층 구조로 형성하는 것이 가장 우수한 방법이다. 그러나, 차광성막(106)이 단층구조로 형성되는 경우, 노광 파장에 대한 차광성막(106)의 반사율이 높아져 웨이퍼 노광시 플레어(Flare) 현상이 발생하게 되기 때문에 반사율을 낮추어야 하는 다른 문제점이 발생한다. 이에 따라, 전자빔 리페어 손상(Electron-beam repair Damage)을 최소화 하면서 반사율 문제를 해결할 수 있는 방법으로, 단층 단일막의 경우 광학밀도(Optical Density)를 고려하고 상대적으로 질소(N)의 함유량을 증가시킴으로서 노광파장에서 반사율을 억제할 수 있다. 또한, 차광성막(106)을 내부 조성비가 변화되는 단층 연속막으로 형성하는 경우 광학밀도(Optical Density)를 고려하여 깊이 방향에서 표면 방향으로 질소(N)의 함유량을 증가시킴으로써 반사율 억제를 구현할 수 있다. 그리고, 차광성막(106)을 동일한 구성성분을 갖는 차광막(104) 및 반사방지막(105)을 포함하는 다층 단일막으로 형성하는 경우, 차광막(104)에 포함된 질소(N)의 함유량과, 반사방지막(105)에 포함된 질소(N)의 함유량의 차이를 최소로 함으로서 손상 차이를 최소화함과 동시에 반사율 억제를 구현할 수 있다. 아울러, 차광성막(106)을 다층 연속막으로 형성하는 경우, 차광막(104) 또는 반사방지막(105)의 어느 층에 질소(N)의 함유량을 연속적으로 증가시킴으로서 반사율 억제를 구현할 수 있다. 이 중, 차광성막(106)을 구성하는 차광막(104)에 포함된 질소(N)의 함유량과, 반사방지막(105)에 포함된 질소(N)의 함유량의 차이를 최소로 함으로서 손상 차이를 최소화하는 다층 단일막의 형태가 가장 바람직하다,
전자빔 리페어(Electron-beam Repair) 공정에서 XeF2 가스 주입에 따른 차광성막(106)의 손상(Damage)을 이방성 비율(Anisotropic ratio)로 수치화할 수 있다.
도 3은 이방성 비율을 정의하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 리페어 공정 중 XeF2 가스에 의한 손상은 측면 손상(Lateral Damage)과 깊이 방향 손상(Etched depth Damage)으로 구분할 수 있으며, 상기 이방성 비율은 패턴의 식각 깊이에 대한 측면 손상의 비율(△Lateral/Etched depth)로 표현할 수 있다. 자세하게, 식각된 폭(b)에서 목표 패턴의 직경(a)을 뺀 값을 측면 손상(△Lateral)이라고 하고, 반사방지막(115) 및 차광막(114)의 두께와 기판이 손상된 깊이를 더한 값(리페어 공정에서 발생할 수 있는 기판의 손상을 포함함)을 패턴의 식각 깊이(c)라고 한다. 상기 이방성 비율이 0.5 이상일 경우에는 패턴의 깊이 방향 대비 측면 손상이 커져 목표로 하는 패턴 CD를 벗어나기 때문에 상기 이방성 비율은 0 ∼ 0.5의 수치를 갖는 것이 바람직하며, 0 ∼ 0.4의 수치를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
상술한 바와 같이, 차광성막(106)을 다층 단일막의 형태, 즉, 차광성막(106)이 차광막(104) 및 반사방지막(105)의 2층 구조를 형성하는 경우, 차광막(104)과 반사방지막(105) 조성비의 차이에 따라 XeF2 중 불소(F) 성분이 차광막(104)과 반사방지막(105)에 포함된 실리콘(Si)과 반응하는 정도 또한 차이가 발생한다. 자세하게, 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 구성된 차광막(104)은 차광성을 높게 하기 위하여 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B)등의 함유량이 반사방지막(105)에 비하여 상대적으로 낮다. 이로 인해 리페어 손상(Repair Damage)은 상대적으로 차광막(104)이 반사방지막(105)에 비해 높게 나타났다. 따라서, 불소(F) 반응에 대한 반사방지막(105)과 차광막(104)의 반응 속도 차이를 저감하는 것이 필요하게 되었다. 이에 따라, 본 발명은 차광막(104)과 반사방지막(105)을 형성하는 각 성분의 조성차이를 최소화 함에 따라 리페어 손상을 최소화할 수 있으며, 특히 이방성 비율 또한 목표로 하는 0 ∼ 0.5의 수치를 갖도록 구성하였다. 자세하게, 차광성막(106)을 차광막(104) 및 반사방지막(105)으로 구성된 2층 구조로 형성하는 경우, 차광막(104)과 반사방지막(105)은 질소(N)의 조성비 차이를 10at% 이하로 갖는 것이 바람직하다. 또한, 차광막(104)과 반사방지막(105)은 몰리브덴(Mo)의 조성비 차이는 10at% 이하인 것이 바람직하며, 실리콘(Si) 조성비의 차이는 40at% 이하인 것이 바람직하다.
차광성막(106)은 193㎚의 노광파장에서 2.5 ∼ 3.5의 광학밀도(Optical Density) 값을 갖는다. 또한, 차광성막(106)은 193㎚의 노광파장에서 40% 이내의 표면 반사율을 갖는다.
차광성막(106)이 차광막(104) 및 반사방지막(105)으로 구성된 2층 구조로 형성된 경우, 차광막(104)은 35㎚ ∼ 50㎚의 두께를 갖고, 반사방지막(105)은 3㎚ ∼ 20㎚의 두께를 갖는다.
하드필름(108)은 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 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), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 금속 물질을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진다.
상기 하드필름(108)은 크롬(Cr)화합물로 이루어지는 것이 바람직하며, Cr, CrO, CrN, CrC, CrON, CrOC, CrCN, CrCON, CrB, CrBO, CrBN, CrBC, CrBON, CrBOC, CrBCN, CrBCON 중 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
하드필름(108)은 레지스트막(110)의 박막화를 위하여 두께가 얇고 식각 속도가 빨라야 하며, 이를 위해, 하드필름(108)은 2㎚ ∼ 5㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 하드필름(108)이 5㎚ 이상일 경우, 레지스트막(110)을 식각 마스크로 하여 하드필름(108) 식각 시 로딩 효과(Loading Effect)에 의해 CD 편차가 높아질 수 있으며, 2㎚ 이하인 경우, 차광성막(106)에 대한 식각 선택비가 낮아져서 식각 마스크로의 역할 수행이 어렵게 된다.
하드필름(108)의 식각속도가 느린 경우 레지스트막(110)에 대한 선택비가 나빠지게 되어 레지스트막(110)의 박막화가 어려워지게 되므로, 하드필름(108)의 식각속도는 0.4Å/sec ∼ 2.0Å/sec인 것이 바람직하다. 하드필름(108)과 차광성막(106)의 식각 선택비는 1 : 20 이상인 것이 바람직하다.
레지스트막(110)은 600Å ∼ 1,200Å의 두께를 가지며, 화학증폭형 레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)인 것이 바람직하다.
차광성막(106) 및 하드필름(108)은 선택적으로 열처리 할 수 있으며, 열처리 공정은 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.
블랭크 마스크(100)는 노광(Writing), 현상(Develop), 식각(Etching), 검사(Inspection), 리페어(Repair), 세정(Cleaning)의 리소그래피 공정을 진행하여 포토마스크를 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크로 형성된 포토마스크의 전자빔 리페어 공정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 블랭크 마스크는 상기 차광성막을 구성하는 금속 및 실리콘(Si)과 경원소의 조성비를 조절하여 전자빔 리페어 공정 시 XeF2 가스에 의한 패턴 손상을 억제한다. 즉, 리페어 공정 중 리페어 직후 패턴 형태(a)와 XeF2 가스를 120초 주입한 후의 패턴 형태(b)를 비교하면 패턴 손상이 거의 발생하지 않는다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 블랭크 마스크는 투명 기판, 차광성막 사이에 식각 선택비를 고려하여 구비된 식각저지막을 더 포함할 수 있다. 또한, 차광성막의 상층 또는 하층에 위상반전막을 삽입하여 패턴 정확도를 높일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
(실시예)
전자빔 리페어(E-beam Repair)에 대한 블랭크 마스크 특성 평가
본 발명의 블랭크 마스크에 대하여 전자빔 리페어(E-beam Repair)를 실시하여 패턴 손상을 포함한 차광성막의 특성을 평가하였다. 블랭크 마스크는 6inch x 6inch x 0.25inch의 크기를 가지는 투명 기판 상에 DC 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 차광성막 및 하드필름을 형성하여 제조되었다.
세부적으로, 상기 투명 기판은 193㎚에서 복굴절이 2㎚ 이하로 제어되고, 평탄도가 0.16㎛, 투과율이 193㎚ 노광파장에서 90.3%로 제어된 기판을 사용하였다.
차광성막은 2층 구조로 설계되었으며, 하부층인 차광막은 몰리브덴 실리사이드(MoSi) 타겟(조성비 Mo : Si = 10at% : 90at%)을 이용하고 공정 가스는 Ar : N2 = 7sccm : 3sccm으로 공정 파워는 0.6㎾를 사용하여 성막되었다. 또한, 상부층인 반사방지막은 몰리브덴 실리사이드(MoSi) 타겟(조성비 Mo : Si = 10at% : 90at%)을 이용하고 공정가스는 Ar : N2 = 7.5sccm : 9.0sccm으로 공정 파워는 0.7kW를 사용하여 성막되었다. 차광성막의 두께는 X-ray Source를 이용한 XRR 장치를 이용하여 측정하였고, 측정한 결과 475.4Å의 두께를 나타내었다. 광학밀도(Optical Density)는 UV-VIS Spectrometer 장비인 Cary-5000을 이용하여 193㎚에서 투과율을 측정하여 계산하였으며, 계산한 결과 193㎚에서 광학밀도는 2.86, 반사율은 33.8%를 나타내었다. 또한, AES 장비를 이용하여 차광성막의 조성비를 분석하였으며, 측정 결과 차광막의 조성비는 Mo : Si : N = 10.1at% : 70.5at% : 19.4at%를 나타내었으며, 반사방지막은 Mo : Si : N = 5at% : 65.2at% : 29.8at%를 나타내었다. 차광막과 반사방지막의 조성비 차이는 몰리브덴(Mo)이 5.1at%, 실리콘(Si)이 5.3at%, 질소(N)는 10.0at%를 나타내었다.
이후, 하드필름을 형성하기 전 차광성막에 대하여 진공 급속 열처리 장치(Vaccum RTP)를 이용하여 350℃에서 20분간 열처리를 실시하고, 차광성막 상에 하드필름을 형성하였다. 하드필름은 크롬(Cr) 타겟을 이용하여 공정 가스는 Ar을 8sccm으로 0.7kW의 공정 파워를 사용하여 4㎚의 두께로 성막하였다.
상기 블랭크 마스크에 대해 Merit사의 E-beam Repair 설비를 이용하여 리페어 손상(Repair Damage)을 평가하였다. 상기 평가는, 리페어 공정 후에 XeF2 가스를 120초 동안 주입하여 흘리는 방법으로 수행하였으며, AFM으로 패턴의 깊이(Etched Depth)를 측정하고, CD-SEM으로 측면손상(△Lateral)을 관찰한 결과, 포토마스크의 패턴의 깊이는 50㎚, 측면 손상은 19㎚(9.5㎚ X 2(양면) = 19㎚)로써 이방성 비율은 0.38을 나타내어 리페어 손상이 없는 것으로 확인하였다.
스퍼터링 타겟의 조성비에 따른 리페어 손상( Repair Damage ) 평가
상술한 전자빔 리페어에 대한 블랭크 마스크 특성 평가를 바탕으로 스퍼터링 타겟의 조성비에 따른 리페어 손상을 측정하였다.
차광성막은 앞서 설명한 바와 같이 전자빔 리페어 특성 뿐만 아니라, 성막 안정성, 내화학성 등에 대한 모든 특성이 우수해야 한다. 이에 따라, 본 실시예에서는 타겟 조성비(Target Composition)에 따른 성막 안정성, 내화학성(SC-1, O3)에 따른 차광성막의 두께 변화, 그리고 전자빔 리페어 손상을 평가하였다.
Target 차광막
(Mo:Si:N)		 반사방지막
(Mo:Si:N)		 방전
안정성		 두께변화
(SC-1&O3)		 이방성
비율		 O.D
@193㎚		 응력변화
(△TIR)
실시예
1		 MoSi
[2:98]		 4:74:22 3:69:28 O 5Å 0.45 2.80 0.09㎛
실시예
2		 MoSi
[10:90]		 10.1:70.5:19.4 5:65.2:29.8 O 9Å 0.34 2.85 0.07㎛
실시예
3		 MoSi
[20:80]		 12.3:67.3:20.4 8:63.5:28.5 O 13Å 0.31 2.93 0.07㎛
비교예
1		 Si 0:84.5:15.5 0:74.3:25.7 X 3Å 0.52 2.84 0.13㎛
비교예
2		 MoSi
[30:70]		 17.3:64.2:18.5 10.2:60:29.8 O 25Å 0.23 3.05 0.05㎛
표 1을 참조하면, 실시예 1 ∼ 3에서와 같이, MoSi[2:98]에서 MoSi[20:80] 조성비를 가지는 타겟을 이용하여 차광막 및 반사방지막을 성막하는 경우, 성막 안정성, 상세하게는 성막 중의 아크(Arc)등에 의한 불안정성이 낮은 결과를 나타냈다. 또한, 성막된 차광막 및 반사방지막에 대하여 내화학성을 평가하였다. 상기 평가는 차광성막을 SC-1(NH4OH : H2O2 : DIW = 1 : 1 : 5, 40℃/1hr), O3 120ppm에 대하여 각각 20분 동안 3회 반복 처리한 후 그 두께 변화를 살펴보는 방법으로 진행되었으며, 그 결과 5Å ∼ 13Å의 두께변화를 나타내어 내화학성에 따른 문제점을 나타내지 않았다.
그리고, 전자빔 리페어에 대한 이방성 비율 또한 0.5 미만의 값을 가져 문제점이 나타나지 않았다.
그러나, 비교예 1의 경우 실리콘(Si)의 함유량이 80at% 이상임에 따라 전자빔 리페어에 따른 이방성 비율이 0.52를 나타내고, 응력 변화가 0.13㎛로 크다는 문제점이 나타났으며, 비교예 2의 MoSi[30:70] 타겟을 적용할 경우 몰리브덴(Mo)의 함유량이 17.3at%를 나타냄에 따라 내화학성에서 25Å의 변화를 나타내어 내화학성에 문제가 있었다.
붕소(B)를 첨가한 타겟을 사용한 경우 리페어 손상( Repair Damage ) 평가
차광성막의 형성 시 붕소(B)가 함유된 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟을 이용하여 차광성막을 형성하고, 그의 리페어 손상을 측정하였다. 상기 타겟은 실시예 2를 기준으로 했을 때 몰리브덴(Mo)의 함유량을 유지한 상태로 붕소(B)를 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟에 5at% ∼ 10at% 도핑한 몰리브데늄 실리사이드 보론(MoSiB) 타겟을 이용하였다.
Target 방전안정성 두께 변화
(SC-1 & O3)		 이방성 비율 O.D
@193㎚		 응력 변화
(△TIR)
실시예 4 MoSi[10:90] O 9Å 0.34 2.85 0.07㎛
실시예 5 MoSiB[10:85:5] O 12Å 0.32 2.73 0.05㎛
실시예 6 MoSiB[10:80:10] O 15Å 0.30 2.47 0.03㎛
표 2를 참조하면, 실시예 4와 실시예 5는 타겟에 붕소(B)의 첨가 유무에 따른 블랭크 마스크 특성을 비교한 결과이며, 실시예 5 및 실시예 6은 붕소(B)의 함유량에 따른 블랭크 마스크 특성을 비교한 결과이다.
실시예 5 및 실시예 6에서와 같이 붕소(B)의 첨가량을 증가할 경우, 내화학성에 대한 두께 변화는 상대적으로 증가하였으나, 전자빔 리페어에 대한 이방성 비율은 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 광학밀도의 경우 붕소(B)의 함유량의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며, 응력 변화(△TIR)는 붕소(B)의 함유량이 증가할수록 변화가 줄어드는 결과를 나타내었다.
그러나, 상기 실시예들에 따른 차광성막에 대한 특성을 모두 고려할 때 리페어에 따른 이방성 비율, 광학밀도, 내화학성, 응력변화, 특성 등은 모두 만족하였으나, 붕소(B)의 함유량이 10at%인 실시예 6의 경우 목표로 하는 광학밀도 2.5를 벗어나는 문제가 나타났다.
이상, 본 발명을 가장 바람직한 실시예를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는, 상기 실시예에 기재된 범위에 한정되지 않는다. 상기 실시예에 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능하다는 것은 해당 기술분야의 일반적인 기술자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이 특허 청구 범위의 기재로부터 분명하다.
100: 블랭크 마스크
102: 투명 기판
104: 차광막
104a: 차광막 패턴
105: 반사방지막
105a: 반사방지막 패턴
106: 차광성막
108: 하드필름
110: 포토레지스트

Claims (12)

  1. 투명 기판 상에 차광성막 및 하드필름이 구비된 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 차광성막은 패턴 형성 후 리페어(Repair) 공정에서 주입 가스에 의한 손상을 이방성 비율(Anisotropic ratio: △Lateral/Etched depth)로 수치화할 경우, 0 ∼ 0.5의 수치를 갖는 블랭크 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광성막은 MoSi, MoSiO, MoSiN, MoSiC. MoSiON, MoSiCN, MoSiOC, MoSiCON, MoSiB, MoSiBO, MoSiBN, MoSiBC. MoSiBON, MoSiBCN, MoSiBOC, MoSiBCON 중 하나의 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막은 Mo가 1at% ∼ 15at%인 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟 또는 몰리브데늄 실리사이드 보론(MoSiB) 타겟을 이용하여 형성되고,
    상기 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟은 Mo : Si = 2at% ∼ 20at% : 98at% ∼ 80at%의 조성비를 가지며,
    상기 몰리브데늄 실리사이드 보론(MoSiB) 타겟은 Mo : Si : B = 2at% ∼ 20at% : 97at% ∼ 70at% : 1at% ∼ 10at%의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광성막은 단층 단일막, 단층 연속막, 다층 단일막, 다층 연속막 중 선택된 하나의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막이 차광막 및 반사방지막을 갖는 2층 구조로 형성되는 경우, 상기 차광막과 반사방지막은 몰리브덴(Mo)이 10at% 이하, 실리콘(Si)이 40at% 이하, 질소(N)가 10at% 이하의 함유량 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광성막이 차광막 및 반사방지막을 갖는 2층 구조로 형성되는 경우,
    상기 차광막은 35㎚ ∼ 50㎚의 두께를 가지며, 상기 반사방지막은 3㎚ ∼ 20㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광성막은 193㎚의 노광 파장에 대하여 2.5 ∼ 3.5의 광학 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하드필름은 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 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), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 금속 물질을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하드필름은 Cr, CrO, CrN, CrC, CrON, CrOC, CrCN, CrCON, CrB, CrBO, CrBN, CrBC, CrBON, CrBOC, CrBCN, CrBCON 중 하나의 크롬(Cr) 화합물로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하드필름은 2㎚ ∼ 5㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 블랭크 마스크를 이용하여 제조된 포토마스크.
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