KR101587779B1 - 블랭크 마스크 및 이를 이용하여 제조되는 포토마스크 - Google Patents

Abstract

포토마스크의 단독패턴 (Iso Pattern)과 조밀패턴 (Dense Pattern)에 의해 발생하는 로딩 효과 (Loading Effect) 감소를 위해 투명기판위에 선택적으로 금속막, 하드마스크막, 포토레지스트를 형성하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 금속막은 건식 식각 시 로딩 효과를 저감하기 위해 500Å 이하의 두께를 가지며, 식각 저지막, 차광막, 식각 저감막, 반사방지막의 단독 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 상기의 구조는 수직한 패턴(Pattern)을 형성하고, 로딩효과를 저감하기 위해 금속막의 물질 조성비가 각기 다른 것을 형태로 구성되어 진다. 추가적으로 본 발명은 로딩 효과를 저감하기 위해 금속막, 하드마스크막을 포함하는 식각 매질의 평탄도를 제어하는 방법을 제시하여, 식각 매질과 건식 식각시 라디칼 이온의 거리차이에 의해 발생하는 로딩 효가가 저감되도록 설계된 우수한 품질의 블랭크 마스크를 제공하는 것이다. 상기와 같은 블랭크 마스크를 통해 우수한 특성의 블랭크 마스크를 제조할 수 있으며, 이를 통해 우수한 품질의 포토마스크 제작이 가능하다.

블랭크 마스크, 포토마스크, 하드마스크, 식각 저지막, 차광막, 식각 저감막, 반사방지막, 표면처리, 평탄도, 로딩효과, 라디칼 이온농도

Description

블랭크 마스크 및 이를 이용하여 제조되는 포토마스크{Blankmask and photomask manufactured by using the same}

본 발명은 반도체 집적회로 (Integrated Circuit), 전하 결합소자 (Charge Coupled Device), 액정 표시 소자 (Liquid Crystal Display), 컬러 필터 (Color Filter) 등의 미세가공에 사용되는 포토마스크 (Photomask)의 소재가 되는 포토마스크 블랭크 (Photomask Blank) 및 그것을 이용한 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다. 특히 본 발명에 의한 블랭크 마스크는 90nm 이하 특히, 45nm에서 적용이 가능한 블랭크 마스크 제조방법 및 그를 이용한 포토마스크 제조방법에 관한 것이다.

대규모 집적회로의 고집적화에 수반하는 회로패턴의 미세화 요구에 맞춰, 고도의 반도체 미세공정 기술이 매우 중요한 요소로 자리 잡고 있다. 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 광 리소그래피 (Photo Lithography)로 사용되는, 회로패턴 (Pattern)이 기록되는 포토마스크 (Photomask)의 제조에 있어서도, 상기 미세화를 수반하고, 보다 정밀한 회로 패턴 (Pattern)을 기록할 수 있는 기술이 요구된다.

일반적으로 블랭크 마스크 및 포토마스크의 제조방법은 투명기판 또는 투명기판에 위상반전막이 적층된 기판위에 차광막과 반사방지막을 적층한 다음 포토레지스트를 코팅한 후 노광, 현상, 식각 및 스트립 공정을 통하여 패턴을 형성하게 되는데, 종래의 블랭크 마스크 및 포토마스크는 포토레지스트의 두께가 두껍기 때문에 포토레지스트에 동일한 크기로 노광 되더라도 식각시 매크로 로딩 효과 (Macro Loading Effect) 및 마이크로 로딩 효과 (Micro Loading Effect)가 발생하여 높은 집적 패턴과 낮은 집적 패턴의 크기 및 단독패턴과 조밀패턴의 크기가 서로 달라지는 문제점이 있었다. 상기의 문제점은 특히, 크롬(Cr) 물질을 이용한 금속막 적용 시 낮은 흡수계수로 하여 두께가 두꺼워지게 되고, 이로 인해 로딩효과가 크게 발생하여 CD 선형성 (Linearity), 피델러티 (Fidelity)가 나빠진다고 알려져 있다. 이를 해결하기 위해 상대적으로 크롬 (Cr)보다 높은 흡수계수를 가지는 MoSi 물질을 이용하여 금속막의 두께를 감소하여 로딩 효과를 저감하는 방법이 제시되고 있다.

그러나, 로딩 효과의 근본적인 문제는 물질의 두께에 의해 기인하는 문제와 함께 라디칼 이온과의 반응 매카니즘 및 에너지에 의해 발생하는 문제가 있다. 일반적으로 건식 식각 시 발생하는 라디칼 이온의 공간에너지는 식각 매질 즉, 하드마스크 및 금속막과의 반응을 위한 거리차이에 의한 요인이 작용하게 되며, 이로 인해 미세패턴 형성 시 마이크로 로딩 및 매크로 로딩 효과가 발생하게 되어 우수 한 미세 패턴 형성이 어려워 지는 문제점이 있다.

또한, 일반적으로 사용되는 식각 가스인 플로린(F2) 계열의 가스 및 클로린(Cl2) 가스의 식각 반응은 건식 식각 시 화학적인 요소뿐만 아니라 물리적인 충돌 에너지를 포함하고 있으며, 일반적으로 Clear Time을 Over 하여 식각하는 경우에 있어서, 식각 후 표면에 상기의 식각 가스들이 충돌, 잔류하게 되어 지속적인 노광에 의해 표면에서 성장성 결함이 발생하여 생산 수율 및 생산성을 저감하는 요인으로 작용하게 된다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 65nm 이하 특히 45nm 이하의 ArF 리소그래피 (Lithography), ArF 액침노광 (Immersion) 리소그래피, 극자외선(EUV) 리소그래피 기술에 적용이 가능하며, 로딩 효과를 효과적으로 저감하기 위해 하드마스크를 구비한 블랭크 마스크이며, 특히, 블랭크 마스크의 최종 패턴이 형성되는 매질의 조밀패턴과 단독패턴, 높은 집적 패턴과 낮은 집적 패턴의 CD 선형성 (Linearity) 및 피델러티 (Fidelity)를 개선하기 위해, 식각저감막을 선택적으로 포함하는 금속막을 가지는 블랭크 마스크인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 미세한 로딩 효과를 적절히 제어하기 위하여 기판의 평탄도 및 응력 제어를 통하여 평탄도 차이에 의한 라디칼 이온과의 거리 차이를 최소화하여 로딩 효과가 저감되는 우수한 품질의 블랭크 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이를 통해 현재의 마이크로 및 매크로 로딩 효과 뿐만 아니라, 프로세스에 의한 변수들에 의한 로딩 효과를 저감하여 우수한 품질의 블랭크 마스크 제작이 가능한 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 포토마스크의 원재료인 블랭크 마스크가 투명기판 위에 선택적으로 위상반전막을 포함할 수 있으며, 식각 저지막, 차광막, 식각 저감막, 반사방지막 중 어느 1종 이상이 포함되는 금속막 및 그 상부 에 하드마스크막, 레지스트막이 적층되어 있는 것을 특징으로 한다. 예를 들어 금속막은 식각저지막, 차광막, 식각 저감막, 반사방지막이 순차적으로 적층될 수도 있으며, 차광막, 반사방지막으로만 구성될 수도 있다. 또한 차광막의 단독으로도 구성할 수 있다.

상기 본 발명에 의한 블랭크 마스크 제조 방법의 경우,

a1) 투명기판을 준비하는 단계;

b1) 상기 a1) 단계에서 준비된 투명기판 위에 금속막을 형성하는 단계;

c1) 상기 b1) 단계에서 형성된 금속막 위에 하드마스크막을 형성하는 단계;

d1) 상기 c1) 단계에서 형성된 하드마스크막 위에 레지스트막을 형성하여 블랭크 마스크를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구체적인 제조방법 및 특징에 대하여 설명한다.

상기 a1) 단계에 있어서, 투명기판의 응력 형태는 박막의 응력 형태와 반대인 것을 특징으로 한다. 금속막 및 하드마스크막은 DC 및 RF-Sputter, Ion Beam Sputter와 같은 Physical Vapor Deposition (PVD) 방법과 Chemical Vapor Deposition (CVD) 방법을 통해 증착이 가능하다. 이 때, CVD 방법에 의해 형성된 박막은 화학적 결합에 의해 박막이 결정화하기 쉬우며, 이로 인해 건식 식각시 결정방향으로 패턴 형성이 되어 수직한 패턴 구현이 어렵게된다. 따라서, PVD 방법의 하나인 Sputtering에 형성되는 비정질 박막을 이용하여 건식 식각 시 수직 패턴을 형성하게 된다. 그런데, 상기의 Sputtering 방법을 적용한 증착 시 원자 충돌효과 (Atomic Peening Effect)가 발생하게 되어 박막에 압축 응력 또는 인장 응력이 발 생하게 되고, 그로인해 6inch x 6inch Size의 기판 면적에 대하여 휘어짐(Banding)이 발생하게 되어 결국 평탄도가 나빠지게 되는 요인으로 작용한다. 이렇게 형성된 박막은 건식 식각 시 라디칼 이온과의 위치에 따른 반응 속도가 달라지게 되는 문제점을 발생시켜 CD Linearity를 나쁘게 한다. 따라서, 금속막 및 하드마스크막과 같은 박막의 증착에 의한 응력을 보정할 필요가 있으며, 이러한 방법으로 본래 투명기판이 가지고 있는 응력형태의 반대방향으로 설정하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 성막 후의 응력 영향력을 관찰한 후 기판의 응력을 국부적인 열처리, 레이저 (Laser) 처리, 플라즈마 (Plasma)처리와 같은 표면 처리를 하여 증착되는 금속막과 하드마스크막의 응력과 매칭 (Matching) 시키는 것이 바람직하다. 이러한 방법은 반대로, 박막의 성막 후 열처리, 레이저 처리, 플라즈마처리, 램프 처리와 같은 기판의 후면 처리 및 표면 처리를 통해서도 제어가 가능할 수 있다.

상기 a1) 단계에 있어서, 투명기판의 평탄도는 성막되는 박막의 평탄도를 보정하기 위해, 압축 응력, 인장 응력의 한 형태를 가지고 있으며, 이에 따른 평탄도 TIR (Total Indicated Reading)값의 절대값이 0.5um 이내인 것을 특징으로 한다.

투명기판은 일반적으로 제조 및 가공 단계에 있어서, 래핑 (Lapping) 및 폴리싱 (Polishing) 과정을 거쳐 제조되게 된다. 이러한 제조 공정에서, 투명기판의 크기 및 두께와 공정상의 기계적, 물리적인 힘의 분산에 의해 나타나는 평탄도 모양은 각기 다르며 이를 제어하기 위해 열처리, 레이저 처리와 같은 비접촉 표면 처리가 바람직하다. 그러나, 투명기판의 평탄도 TIR 값이 0.5um 이상이 되며 1000Å 이하 두께의 다층의 박막증착에 의한 평탄도 보정이 어려워져 결국 최종 패턴이 형 성되는 박막의 표면에서의 평탄도가 나빠지는 문제점이 발생한다 따라서, 평탄도 보정을 위해서는 0.5um 이하의 평탄도를 가지는 기판을 가지는 것이 바람직하다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막은 단일막 또는 2층 이상의 다층막으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막은 식각 저지막, 차광막, 식각 저감막, 반사방지막이 선택적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

금속막의 형성은 식각 저지막, 차광막, 식각 저감막, 반사방지막으로 그 역할을 구분할 수 있으며, 이의 역할을 단일막 또는 2층막 형태로 복합적인 기능을 가지도록 필요에 의해 구성할 수 있다. 즉 가장 간단한 구성으로서 차광막과 반사방지막의 역할을 동시에 수행할 수 있는 차광막 또는 반사방지막의 단일막으로 구성할 수 있으며, 추가적으로 건식 식각 시 기판의 데미지(Damage)를 최소화 하기 위해 식각 저지막 및 반사방지막과 차광막의 식각 속도에 의한 로딩 효과를 제어하기 위한 식각 저감막을 추가할 수 있다. 여기서 식각 속도에 의한 로딩 효과라 함은 반사방지막과 차광막의 조성비, 밀도와 같은 특성 차이에 의해 발생하는 식각 속도를 의미하며, 이로 인해 반사방지막에서 발생하는 조밀 패턴과 단독 패턴의 로딩 효과를 저감하기 위해 식각 저감막을 형성할 수 있음을 말한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막은 실리콘(Si)을 필수적으로 함유하고 실리콘 이외에 추가적으로 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 중 선택되는 1종 이상의 금속이 포함된 물질 및 그들의 산화물, 탄화물, 질화물, 산화질화물, 산화탄화물, 탄화질화물, 산화탄화질화물인 형태로 구성되는 것 을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막이 다층으로 구성되었을 때, 금속막 중 차광막에 포함된 실리콘의 조성비가 30 내지 90at%인 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막이 다층으로 구성되었을 때, 차광막 표면에서의 노광광에 대한 광학밀도가 2.5 내지 3.5인 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 차광막의 두께는 로딩효과 제어를 위하여 100Å 내지 500Å 이하인 것을 특징으로 한다. 차광막의 두께는 광학밀도와 로딩효과에 영향을 미치게된다. 먼저 차광막의 두께가 100Å 이하가 되면 소정의 광학밀도를 충족하게 되지 못하여, 차광막의 역할인 빛의 차광하는 역할이 어려워 지며, 500Å 이상이 되면 식각 시 로딩효과가 크게 발생하게 되어 효과적인 CD 제어가 어렵게 된다. 따라서, 차광막의 두께는 100Å 내지 500Å 인 것이 바람직하다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막의 식각 저감막은 인접한 상, 하부의 막의 식각률 차이에 의해 발생하는 CD 차이를 보정하기 위하여, 상부막 대비 식각률이 느린 것을 특징으로 한다.

여기에서 언급하는 식각 저감막은 2층이상의 역할을 수행하는 구조의 금속막에서 건식 식각시 발생하는 식각률 차이에 의해 발생하는 매크로 및 마이크로 로딩효과에 의해 발생하는 CD 차이를 식각 저감막 상부의 막 두께만큼 보정하기 위한 역할을 수행한다. 일반적으로, 금속막의 구성 형태인 차광막과 반사방지막에서, 먼저 식각되는 반사방지막의 두께에서 발생하는 로딩효과는 하부의 차광막 식각까지 중첩하여 진행이 된다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막에 식각 저감막이 형성된 구조일 경우, 식각 저감막은 Sputtering 및/또는 하부 차광막의 열처리 및 표면처리를 통해 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막에 식각 저감막이 포함될 경우, 식각 저감막 형성을 위한 열처리 시 그의 온도는 100도 내지 500도 이하인 조건에서 실시하며, 박막의 안정화 및 균일도 제어를 위해 급속 냉각 처리를 추가적으로 하는 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막에 식각 저감막이 포함될 경우, 식각 저감막은 동일한 식각 조건에 대하여 식각 방지막의 상부에 형성되는 반사방지막과 하부에 형성되어진 차광막 보다 식각률이 (Etch Rate) 동일하거나, 느린 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 식각 저감막은 실리콘(Si)을 필수적으로 함유하고 실리콘의 조성비가 반사방지막 내지 차광막 대비 동일하거나, 높은 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 식각 저감막의 두께는 10Å 내지 200Å인 것을 특징으로 한다.

식각 저감막은 상부의 조밀패턴과 단독패턴 및 높은 집적 패턴과 낮은 집적 패턴의 로딩 효과에 의한 CD Bias를 식각 저감막을 통해 저감하는데 그 목적이 있다. 즉, 로딩 효과의 가장 핵심적인 요소는 건식 식각 시 라디칼 이온의 거리에 따른 농도분포와, 식각 되는 매질 다시 말해 금속막의 두께에 의해 결정된다. 이러한 두께는 식각 시간과 관련되어 지며, 식각 시간이 길어질수록 동일한 매질의 조밀패턴과 단독패턴, 높은 집적패턴과 낮은 집적 패턴간의 CD 편차(Bias)는 커지게 된다. 따라서, 식각 저감막은 상부 반사지막에서 로딩효과로 발생하는 CD 편차를 최소로 하고, 또한 최종 패턴 형성 후 조밀패턴과 단독패턴의 CD 편차를 최소로 하기 위함이다. 또한 이러한 식각 저감막의 형성은 기존의 스퍼터링 방법을 통해 형성할 수 있으며, 추가적으로 차광막의 열처리나 표면처리를 통해 형성할 수도 있다.

바람직하게는 차광막, 식각 저감막, 반사방지막의 설계 시 각 박막의 밀도 (Density)가 식각 저감막이 반사방지막 보다 높게 설계되는 것이 바람직하다. 높은 밀도는 반응성 라디칼(Radical) 이온 에너지의 충돌 에너지를 저감시켜 식각률을 낮아지게 하며, 이를 통해 반사방지막에서 발생했던 CD 편차를 저감할 수 있다. 반면에 반응성 라디칼과 박막의 조성비 제어를 통해서도 식각 저감막 설계가 가능하다. 특히, 실리콘를 필수적으로 포함하는 박막의 경우 불산계열의 식각 가스를 사용하게 되는데, 이때 불산과 실리콘의 화학적 양론적 반응식에 의해 식각 메커니즘이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 식각 저감막 형성을 위한 설계 방법으로 반사방지막 대비 실리콘 조성비를 높게 하여 느린 식각률을 가지게 하는 것이 바람직하다. 또 다른 방법으로 차광막의 표면을 열처리, 플라즈마 처리와 같은 표면처리를 통해 계면의 안정화를 통해 식각률을 느리게 할 수 있다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막에 반사방지막이 포함될 경우, 반사방지막 내 질소 함유량이 하부의 식각 저감막과 차광막보다 높은 것을 특징으로 한다. 반 사방지막의 건식 식각 시 박막의 반응물은 건식 식각시 플라즈마 라디칼 이온 (Radical Ion)과의 반응성에 의해 결정된다. 반면, 깊이 방향에 따른 패턴 (Pattern) 형성은 로딩 효과에 의해 깊이가 깊을수록 반응물의 제거가 늦어지게 되어 발생하게 된다. 따라서, 이러한 로딩 효과를 저감하기 위해서는 차광막과 반사방지막이 One-Step 공정에 의한 식각 시 깊이방향에 따른 차광막과 반사방지막의 조성비가 다른 것이 바람직하다. 즉, 우수한 수직 패턴 형성을 위해서 상부의 반사방지막은 하부의 차광막 대비 식각 속도가 느린 것이 바람직하다. 반면 깊이 방향으로 막내 실리콘 함유량을 저감하는 것도 바람직한 방법이다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막이 차광막, 식각 저감막, 반사방지막으로 구성되었을 때, 반사방지막 표면의 평탄도 및 응력 변화를 제어하기 위해서 질소의 함유량이 반사방지막이 하부의 박막보다 적어도 높은 것을 특징으로 한다. 반응성 가스인 질소의 함유량에 따른 금속막의 응력 변화를 본 발명자에 의한 실험결과 질소의 함유량이 높을수록 응력 변화가 저감됨을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과는 비단 질소뿐만이 아니라 탄소(C)와 같은 반응성 가스가 금속 및 Si보다 낮은 원자량을 가질수록 반응성 가스를 포함하지 않는 박막대비 응력이 낮아짐을 확인할 수 있었다. 이러한 원인으로 원자 반경은 원자질량에 의존하며, 이러한 원자반경이 작은 반응성 가스에 의해 비정질 매질의 공극이 줄어듦에 기인함을 알 수 있으며, 또한 다층막의 형성에 있어서, 박막의 응력 제어를 위해서는 상대적으로 높은 응력을 가지는 박막과 낮은 응력을 가지는 박막을 교대로 증착하는 것이 바람직하며, 특히 인장 응력과 압축 응력을 가지는 박막을 교대로 증착하는 것이 더욱 바람직하다. 상기의 응력 저감 즉 평탄도 변화를 적게 하기 위해서는 스퍼터링 공정 시 낮은 진공상태 와 원자량이 낮은 물질을 스퍼터링 (Sputtering) 하는 것이 바람직하며, 물질간에서도 제로 (Zero) 스트레스 영역의 변화 구간이 급격하지 않는 물질을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 b1) 단계에 있어서, 차광막, 식각저지막, 반사방지막으로 구성된 금속막의 응력 변화를 저감하기 위해 필수적으로 탄탈륨(Ta)을 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 한다. 박막의 스트레스 변화 즉, 성막에 의한 인장 및 압축 응력과 같은 응력변화는 스퍼터에 의한 박막 형성 시 기판의 상태, 타겟 물질, 공정 조건에 의해 영향을 많이 받게 된다. 그 중 타겟의 물질은 물질 자체의 고유 특성에 의해 기인하는 응력 변화가 발생하며, 또한 화합물을 형성하면서 기인하는 응력 변화가 발생하게 된다. 이 때 탄탈륨은 Si와의 반응성과 함께 외부 공정의 변화에 대해 응력변화가 크지 않으며, 이를 통해 제로 스트레스를 구현하기 위한 공정 마진 (Margin) 확보가 큼에 따라 스트레스 변화를 저감하고 공정 마진 확보가 쉽다.

상기 b1) 단계에 있어서, 차광막, 식각저지막, 반사방지막의 금속막의 성막 후 평탄도 변화가 투명기판 대비 절대값 변화가 0.5um 이내인 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막의 성막 후 평탄도 변화가 150mm2의 유효영역에서의 TIR 값이 0.3um 이내인 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막에 표면의 반사율은 193nm의 노광 파장에서 25% 이하인 것을 특징으로 한다. 금속막은 최종 패턴이 형성되는 표면이고, 이를 이용한 포토마스크 제작 후 웨이퍼 프린팅시 노광파장이 마스크에 재반사되어 패턴 에러 (Pattern Error)를 발생시키지 않아야 한다. 따라서, 금속막 표면에서의 반사율은 25% 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20% 이하인 것이 우수한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막의 표면 반사율이 190nm 에서 250nm의 영역에서 25 % 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막의 표면 반사율 제어를 위해 금속막의 최상부는 산소를 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막의 광학밀도가 노광파장에서 2.5 내지 3.5 인 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 단계에 있어서, 금속막의 두께는 500Å 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 c1) 단계에 있어서, 하드마스크막은 금속을 주성분으로 하고 금속 단독으로 사용되거나, 금속의 산화물, 탄화물, 질화물, 산화탄화물, 산화질화물, 탄화질화물, 산화탄화질화물 중에서 선택된 1종의 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 c1) 단계에 있어서, 하드마스크막의 금속은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Hf, Ta, W, Os, Ir, Pt, Au 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 c1) 단계에 있어서, 금속을 주성분으로 하드마스크막을 형성하는 경우 하드마스크막은 불소 계열의 가스에 건식 식각이 되지 않으며, 염소 계열의 가스에 식각이 되는 것을 특징으로 한다. 이때 하드마스크막을 식각하기 위한 염소 계열의 가스가 하드마스크만 건식 식각이 가능하며, 하드마스크막의 바로 아래에 형성되는 금속막은 식각이 되지 않는 것을 특징으로 한다. 또한 기판 위에 형성되는 식각저지막이 하드마스크를 식각 가능한 식각 가스에 의해 식각이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 c1) 단계에 있어서, 하드마스크막은 3 내지 30nm 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 하드마스크막이 3nm 이하가 되면 하드마스크층 역할을 하지 못하게 되어 건식식각시 금속막의 손실이 일어날 수 있다. 그리고 30nm 이상이 되면 식각 시간이 길어짐으로 인해 공정시간이 길어지므로 생산성이 저하될 수 있으며, 두꺼운 두께로 인해 건식 식각시 로딩 효과가 발생하게 되어 우수한 품질의 CD 구현이 힘들게 된다.

상기 c1) 단계를 통해 기판 위에 순차적으로 차광막, 식각저감막, 반사방지막, 하드마스크막이 형성된 경우에 있어서, 투명기판대비 순차적으로 적층된 하드마스크막의 평탄도 차이가 TIR(Total Indicated Reading) 값의 절대값이 유효영역인 150mm2 내에서 0.3um 이내인 것을 특징으로 한다.

상기 c1) 단계를 통해 기판 위에 순차적으로 차광막, 식각저감막, 반사방지막, 하드마스크막이 형성된 경우에 있어서, 증착되는 순차적인 공정 순서에 의해 평탄도 변화가 적어지도록 설계하는 것을 특징으로 한다.

박막의 스트레스 변화를 제어하기 위한 한 방법중 본 발명자에 의한 평탄도 변화 관측 결과 평탄도 변화가 큰 변화에서 적은 변화의 박막이 성막되는 것이 바람직함을 알 수 있다. 즉, 최초 평탄도 변화가 큰 박막의 성막에 의해 발생하는 TIR 값은 순차적으로 적층되는 박막의 평탄도가 적을수록 최종 박막의 형성이 된 후의 TIR 값이 낮아짐을 알 수 있었다. 반면 평탄도 변화가 적은 물질에서 높은 물질로 성막할수록 TIR 값이 상대적으로 나쁜 결과를 나타내었다. 이러한 최종 패턴 형성 내지 건식 식각이 이루어지는 박막에서의 평탄도가 높을수록 건식 식각 시 플라즈마의 라디칼 이온이 깊이 방향으로 그 농도가 달라짐에 의해 블랭크 마스크 전 영역에서의 2차적인 로딩효과가 발생하여 우수한 CD 균일도를 가지지 못하게 된다. 이러한 방법 중 또 다른 방법으로 소정의 원하는 두께와 박막에서 요구하는 조건에 의해 평탄도 변화 제어가 상기와 같은 설계방법으로 형성되기 힘들때는 최종 패턴이 형성되는 부분과 그 하부박막의 평탄도 변화가 최종 패턴 영역의 평탄도가 적은 것이 바람직하다. 또는 최종 증착되는 박막이 인접한 하부 박막보다 평탄도 변화가 적은 적이 바람직하다.

상기 a1) 내지 c1) 단계를 통해 기판 위에 순차적으로 적층된 차광막, 식각저감막, 반사방지막, 하드마스크막의 최종 스트레스 모양이 기판 표면과 반대방향의 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 a1) 내지 c1) 단계를 통해 순차적으로 형성된 차광막, 식각저감막, 반사방지막, 하드마스크막 표면에서의 평탄도 TIR 절대값이 0.5um 이하가 되도록 표면처리를 열처리, 섬광램프, 레이저 및 플라즈마 처리방법 중 선택된 방법을 사용하는 것을 특징으로 한다. 최종 박막의 평탄도 변화를 제어하기 위해서는 박막의 증착 시, 중, 후에 표면 처리를 하는 것이 바람직하다. 표면 처리라 함은 상기의 외부 에너지를 공급하는 방법외에도 냉각과 같은 방법을 통한 평탄도 변화를 저감하는 것도 가능하다.

상기 c1) 단계에 있어서, 하드마스크막에 의한 기판의존성 (Substrate Dependancy)을 제어하기 위해 하드마스크막의 불순물 이온 중 특히, 암모니아 (NH4+)를 포함한 염기성 불순물 이온이 1ppmv 이하인것을 특징으로 한다. 염기성 이온은 하드마스크막 상부에 증착되는 화학 증폭형 레지스트의 강산과 결합하게 되고 이러한 결합에 의해 중화된 강산으로 인해 기판 의존성 현상이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 기판 의존성을 제어하기 위해 불순물 이온 중 특히 염기성 불순물 이온이 1ppmv 이하인 것이 바람직하다.

상기 d1) 단계에 있어서, 레지스트막은 포지티브형 또는 네가티브형 화학 증폭형 레지스트를 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기의 블랭크 마스크를 사용하여 포토마스크 패터닝 시 50nm 내지 100nm의 CD 평가 시 선형성, Iso-Dense 패턴의 CD 변화, Fidelity, 식각단면 형상 (Line Edge Roughness: LER) 특성이 아주 우수한 포토마스크를 제공하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 블랭크 마스크 및 포토마스크는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 미세한 패턴에 의한 로딩효과를 저감하기 식각 저감막을 차광막과 반사방지막 사이에 형성함으로서, 반사방지막에서 발생한 CD 편차를 저감할 수 있게 되어, 고정밀도 패턴 정밀도 및 패턴 전사 정밀도가 가능하게 되어 CD가 매우 우수해질 수 있는 블랭크 마스크를 제공한다.

둘째, 박막의 평탄도를 효과적으로 제어하여, 건식 식각 라디칼 이온과 박막의 거리를 일정하게 유지함으로서, 식각 라디칼 이온농도에 의한 로딩 효과를 저감할 수 있다. 이를 통해 고정밀도의 패턴 형성이 가능한 우수한 블랭크 마스크를 제공한다.

상기의 효과를 통해 발명된 블랭크 마스크를 사용하여 포토마스크 제조시 50~100nm의 패턴에서 Fidelity, 선형성, Iso-Dense Bias, LER의 특성이 매우 우수한 품질의 포토마스크를 제공한다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 하고자 한다. 다음에 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

본 실시예 1에서는 식각 저감막과 식각 저감막이 형성되지 않는 블랭크 마스크 제조를 통하여 그에 따른 패턴의 CD 차이를 평가하였다.

먼저 본 실시예에 따른 블랭크 마스크는 투명기판 위에, 차광막, 식각 저감막, 반사방지막, 하드마스크막 및 화학 증폭형 레지스트가 순차적으로 적층되어 형성된다.

보다 구체적으로 설명하면, 스퍼터링 방법을 적용하여 투명기판 위에 몰리실리(MoSi=20:80at%) 타겟과 아르곤(Ar):100sccm의 가스조건으로 하여 DC 전원을 인가하여 몰리실리(MoSi)을 차광막으로 30nm의 두께로 적층하였다. 이에 대한 193nm 의 광학밀도를 측정한 결과 2.82의 값을 나타내었으며, 반사율이 193nm에서 52%를 나타내었다. 이 후 식각저감막을 형성하기 위해 몰리실리(MoSi=10:90at%) 타겟을 이용하여 아르곤(Ar):질소(N2)=95sccm:5sccm의 가스조건으로 하여 DC 전원을 인가하여 MoSiN을 식각저감막으로 5nm의 두께로 적층하였다. 이 후 다시 MoSi(20:80at%) 타겟을 이용하여 아르곤(Ar):질소(N2)=80sccm:20sccm의 가스 조건을 이용하여 MoSiN의 반사방지막을 10nm두께로 형성한 후 광학밀도를 측정한 결과 193nm에서 3.0의 양호한 광학밀도 및 반사율이 193nm에서 19.8%로 양호하게 관측되었다. 이후 하드마스크막으로 타겟을 크롬(Cr)으로 교체한 후 아르곤(Ar): 산소(O2): 질소(N2): 메탄(CH4)=40sccm: 5sccm: 10sccm: 3sccm의 가스 조건으로 리액티브 스퍼터링 방법으로 DC 전원을 인가하여 크롬 탄화산화질화물(CrCON)의 하드마스크막을 15nm 두께로 적층하였다.

이후 제조된 박막의 성분 분석을 위하여 Auger Electron Spectrometer (AES)를 이용하여 성분 분석을 한 결과, 차광막은 몰리브뎀(Mo):32at%, 실리콘(Si):68at%, 식각저지막은 몰리브뎀(Mo):12at%, 실리콘(Si):72at%, 질소(N2):16at%의 조성비를 나타내었으며, 반사방지막은 몰리브뎀(Mo):19at%, 실리콘(Si):49at%, 질소(N2):32at%의 조성비를 나타내었다.

이후 차광막, 식각저감막, 반사방지막 및 하드마스크막이 적층된 표면의 전자빔(E-beam) 노광시 차지업 문제의 유무를 판단하고자 면저항을 4-Point Probe를 이용하여 7 x 7 Point를 측정하였으며 평균 면저항은 326Ω/□으로 측정으로 문제가 없었다.

그 다음 전자빔 노광 장치용의 포지티브 (Positive) 화학 증폭형 포토레지스트 (CAR: Chemical Amplified Resist)인 FEP-171을 각각 150nm의 두께로 코팅하고 소프트 베이크 (Soft Bake)를 130도/15분 실시하여 블랭크 마스크를 제조하였다.

이 후 상기 블랭크 마스크를 전자빔 노광 장치를 사용하여 노광하고 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하였다. 패터닝된 레지스트막을 식각 마스크로 하여 하드마스크막을 건식식각 (염소(Cl2): 산소(O2)=80sccm: 5sccm, 40W, 1Pa)으로 크롬탄화산화질화물 (CrCON)의 하드마스크막의 패터닝을 실시하였다. 이후 레지스트 막을 제거한 후 상기 하드마스크막을 식각 마스크로 하여 건식식각 (CF4=80sccm, 40W, 1Pa)하여 반사방지막, 식각저감막 및 차광막을 식각하였다. 이후 하드마스크막을 크롬 식각액으로 쓰이는 CR-7S를 이용하여 제거하여 포토마스크를 완성하였다.

반면 식각 저감막이 없는 형태의 블랭크 마스크를 동일한 과정을 통해 제조하였으며, 이에 따른 CD 평가를 다음과 같이 실시하였다.

	평가 Item	Design CD - Pattern CD [nm]
		50	60	70	80	90	100
식각저지막(有)	Fidelity	0.96	0.97	0.99	1	1	1
	조밀 패턴	0.8	0.6	0.5	0.3	0.2	0.1
	단독 패턴	0.4	0.4	0.3	0.1	0.1	0.0
식각저지막(無)	Fidelity	0.93	0.95	0.95	0.97	1	1
	조밀 패턴	1.6	1.5	1.5	1.3	0.8	0.5
	단독 패턴	0.7	0.7	0.6	0.5	0.3	0.2

상기 표 1은 식각저기막 유무에 따른 CD 평가 결과를 나타내고 있다. 먼저 식각저지막이 존재할 경우 Fidelity 및 조밀 패턴간의 CD Linearity 및 CD Bias가 상대적으로 식각저지막이 없을 경우 대비 낮음을 알 수 있다. 특히, 조밀 패턴과 단독 패턴간의 CD Bias 역시 많이 줄어듦을 알 수 있다. 따라서, 상기의 결과를 바탕으로 식각 저기막을 통해 Fidelity 및 CD Bias 개선이 이루어짐을 확인 할 수 있다.

(실시예 2)

본 실시예 2에서는 상기 블랭크 마스크 공정에서 각 공정의 박막 증착에 의한 스트레스에 따른 CD 평가를 실시한 실시예이다. 먼저 투명기판 표면의 평탄도 TIR이 0.32um인 인장응력을 가지는 투명기판에 순차적으로 실시예 1과 동일하게 차광막, 식각저지막, 반사방지막 및 하드마스크막을 증착하였다. 이에 따른 하드마스크막에서의 평탄도를 Flatmaster 장비를 이용하여 측정한 결과 0.17um의 압축응력을 나타내었다. 이를 이용하여 포토마스크 제작 후 70nm Design CD에 대해 센터 부분과 Edge 부분을 평가하여 보았다. 평가 결과 센터 부분에서는 68nm로서 아주 2nm Under CD가 관측되었으나, Edge 부분에서는 5nm Under CD가 관측되어 우수한 결과를 나타내었다. 이와 동일하게 투명기판 표면의 평탄도가 0.32um인 인장응력을 가지는 투명기판위에 실시예 1과는 동일하지만 Sputter 공정 압력을 고진공에서 실시하여 전체 Flatness 변화가 0.79um의 압축응력을 나타내는 블랭크 마스크를 제작하여 동일하게 Process를 진행한 후 센터부분과 Edge 부분의 70nm Design CD에 대한 평가를 실시하였다. 평가 결과 센터부분은 Design CD 대비 1nm Under CD가 관측되었으나, Edge 부분에서는 12nm Under CD가 관측되어 Flatness 변화가 클수록 CD 편차가 크게 발생함을 알 수 있다.

(실시예 3)

본 실시예는 상기 블랭크 마스크 공정에 있어서, 차광막과 반사방지막으로 이루어지는 금속막의 수직 패턴 형성을 위한 건식 식각 특성을 평가하기 위한 실시예이다.

먼저, 차광막과 반사방지막은 MoTaSi(15:5:80at%) 타겟을 이용하여 MoTaSi의 차광막을 250Å 두께로 증착하였으며, MoTaSiN 반사방지막을 140Å의 두께로 증착한 후 다시 Cr 타겟을 이용하여 CrCON 박막을 100Å 증착하였다. 이때 광학밀도는 193nm에서 2.9를 만족하였으며, 반사율은 20.2%로 우수한 결과를 나타내었다. 이때, 차광막과 반사방지막의 조성비를 ESCA로 분석한 결과 차광막은 MoTaSi (33:18:49at%)의 조성비를 나타내었으며, 반사방지막은 MoTaSiN (9:4:60:27at%)의 조성비를 나타내었다. 또한 XRR 장비를 이용하여 각 박막 밀도를 분석한 결과 차광막은 3.2gram/cm2, 반사방지막은 3.6gram/cm2로 측정되었다. 이를 이용하여 FEP-171 포토레지스트를 1500Å 코팅한 후 건식식각을 통한 차광막과 반사방지막의 패턴 프로파일을 FE-SEM을 통해 관찰하였다. 관찰결과 Footing 또는 Under Cut 없이 Pattern Profile Angle이 89도로서 아주 우수한 결과를 나타내었다. 이와 관련 Sputter 공정 조건을 변경하여 차광막을 MoTaSiN 반사방지막을 MoTaSiN으로 형성하여 동일하게 조성비와 박막 밀도를 분석한 후 건식 식각조건을 동일하게 한 후 Profile을 FE-SEM을 통해 관찰하였다. 이때 차광막 MoTaSiN의 조성비는 MoTaSiN (8:5:62:27at%), 반사방지막의 MoTaSiN (9:4:60:27at%)이었으며, 차광막의 박막밀도는 3.8gram/cm2, 반사방지막의 박막밀도는 3.6gram/cm2로 관측되었다. 단면 관측결과 Pattern Profile Angle이 82도로서 사다리꼴 형태의 Pattern Profile이 관측되었다. 이러한 결과는 박막밀도에 의해 Etch Rate가 달라지며, 또한 Si 함유량이 적을 경우 건식 식각 Radical Ion과 반응물의 양이 빨리짐에 따라 Pattern Profile이 깊이방향으로 가도 우수한 Pattern Profile을 나타냄을 알 수 있다. 반면 동일한 Si 함유량과 Density를 가질 경우 깊이 방향으로 갈수록 Radical Ion의 지속적인 Damage와 함께, 박막 Density에 의한 로딩 효과로 인한 수직 패턴 형성이 어려워 짐을 알 수 있다.

도 1은 본 발명에 의해 제조된 블랭크 마스크의 단면도이다.

<　도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 투명기판 20 : 차광막

30 : 반사방지막 40 : 하드마스크막

50 : 레지스트막

Claims (26)

1. 투명기판 상에 적어도 1층 이상의 금속막이 성막된 블랭크 마스크에 있어서,

   상기 성막된 막들의 응력에 의한 로딩 효과를 저감하기 위하여 상기 투명 기판의 150mm² 유효영역에서 상기 성막된 막들은 0.3um 이내의 평탄도 TIR(Total Indicated Reading) 절대값을 갖는 블랭크 마스크.
2. 제 1항에 있어서,

   투명기판의 응력 형태는 박막의 응력 형태와 반대인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 금속막은 위상반전막, 식각저지막, 차광막, 반사방지막, 식각저감막, 하드마스크막을 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속막은 실리콘(Si) 및 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 중 선택되는 1종 이상의 금속이 포함된 물질로 이루어지거나 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 차광막을 구성하는 실리콘(Si)은 30at% 내지 90at%의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
7. 삭제
8. 제 4항에 있어서,

   상기 차광막은 100Å 내지 500Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
9. 제 4항에 있어서,

   상기 식각저감막은 인접한 상, 하부 막의 식각 속도 차이에 의해 발생하는 CD(Critical Dimension) 차이를 보정하기 위하여 상기 상부막 대비 식각 속도가 느린 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
10. 제 5항에 있어서,

    상기 식각 저감막의 실리콘(Si) 함유량은 상기 차광막 및 반사방지막 대비 동일하거나 높은 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 제 5항에 있어서,

    상기 금속막이 상기 차광막, 식각저감막, 반사방지막의 순서로 적층 구조를 포함하는 경우, 상기 반사방지막의 질소(N) 함유량은 하부에 배치된 상기 차광막, 식각저감막의 질소(N) 함유량보다 높은 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 제 4항에 있어서,

    상기 하드마스크막은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Hf, Ta, W, Os, Ir, Pt, Au 중 1종 이상의 금속 물질로 이루어지거나, 상기 금속 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 하나 이상을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
23. 삭제
24. 삭제
25. 제 4항에 있어서,

    상기 하드마스크막은 3nm 내지 30nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
26. 삭제

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