KR101772949B1 - 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명 기판 상에 위상반전막이 구비되며, 상기 위상반전막은 불소(F)을 포함하는 실리콘(Si) 화합물로 이루어진 위상반전 블랭크 마스크를 제공한다. 본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크는 10% 이상의 투과율 가짐에 따라 32㎚급 이하, 특히, 14㎚급 이하, 바람직하게, 10㎚급 이하의 미세 패턴 구현이 가능하다.
Description
본 발명은 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 32㎚급 이하, 특히, 14㎚급 이하의 미세 패턴 구현이 가능한 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것이다.
오늘날 대규모 집적회로의 고집적화에 수반하는 회로패턴의 미세화 요구에 맞춰 고도의 반도체 미세공정 기술이 매우 중요한 요소로 자리 잡고 있다. 고집적회로의 경우 저전력, 고속동작을 위해 회로 배선이 미세화되고 있고, 층간 연결을 위한 컨택 홀 패턴(Contact Hall Pattern) 및 집적화에 따른 회로 구성 배치 등에 대한 기술적 요구가 점점 높아지고 있다. 따라서 이러한 요구들을 충족시키기 위해서는 리소그래피 기술의 한 분야인 포토마스크의 제조에 있어서도, 상기 미세화를 수반하고, 보다 정밀한 회로 패턴을 기록할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
이러한 리소그래피 기술은 반도체 회로 패턴의 해상도 향상을 위해 차광성막을 이용한 바이너리 블랭크 마스크 (Binary Intensity Blankmask), 위상반전막을 이용한 위상반전 블랭크 마스크 (Phase Shifting Blankmask)가 상용화되었으며, 하드필름과 차광성막을 가지는 하드마스크용 바이너리 블랭크 마스크 (Hardmask Binary Blankmask)가 개발되었다.
이 중, 위상반전 블랭크 마스크는 투명 기판과 위상반전부를 투과하는 노광광 사이에 소정의 위상 차(예를 들면, 170° 내지 190°)를 발생시켜 광의 간섭 작용을 이용하는 마스크로써, 전사 패턴의 해상도를 향상시킬 수 있다.
한편, 최근에는 고해상도(High Resolution) 구현 및 품질 향상을 위하여, 위상반전막의 투과율을 약 6%에 한정 짓지 않고 고투과율을 갖도록 하는 위상반전 블랭크 마스크에 대한 연구가 진행되고 있다. 상기 고투과율을 갖는 위상반전 블랭크 마스크는 투과율을 약 6% 이상으로 설정함으로써 패턴 에지 부분의 상쇄 간섭을 증가시켜 패턴의 정밀도를 향상시킨다.
그러나, 종래 위상반전막으로 사용되는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물은 굴절률(n)이 낮고 소멸 계수(k)가 높음에 따라, 위상반전막의 투과율을 높이기 위하여 질소(N) 및 산소(O) 중 하나를 다량 첨가 하는 것이 필요하며, 이로 인해, 위상반전막의 두께가 매우 두꺼워진다. 이러한, 위상반전막의 두께 증가는 3차원 효과(3D effect)에 기인한 패턴 에지 부분의 상쇄 간섭 효과를 유발하여 고해상도 구현이 불가능하게 된다.
이에 따라, 두께의 박막화를 실현함과 아울러 고투과율 구현이 가능한 새로운 물질의 위상반전막이 요구되고 있다.
본 발명은 32㎚급 이하, 특히, 14㎚급 이하의 미세 패턴 구현이 가능한 고투과율을 가지는 위상반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공한다.
본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크는, 투명 기판 상에 위상반전막이 구비되며, 상기 위상반전막은 불소(F)을 포함하는 실리콘(Si) 화합물로 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크는 투명 기판 상에 위상반전막, 차광성막, 식각저지막 및 하드필름이 순차적으로 적층되며, 상기 위상반전막은 상기 식각저지막과 동일한 식각 특성을 가지며, 상기 위상반전막은 불소(F)을 포함하는 실리콘(Si) 화합물로 이루어진다.
상기 위상반전막은 불화실리콘(SiF)에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하며, 불화실리콘(SiF)이 30at% ∼ 100at%, 경원소가 0 ∼ 70at%인 조성비를 갖는다.
상기 위상반전막은 193㎚ 또는 248㎚ 파장의 노광광에 대하여 10% ∼ 40%의 투과율을 갖는다.
상기 위상반전막은 450Å ∼ 750Å의 두께를 갖는다.
상기 위상반전막 상에 구비되며, 크롬(Cr), 몰리브데늄크롬(MoCr)의 금속 물질로 이루어지거나 상기 금속 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 하나 이상의 경원소를 더 포함하는 화합물로 이루어지진 차광성막을 더 포함한다.
상기 차광성막이 몰리브데늄크롬(MoCr) 화합물로 형성되는 경우, 차광성막(106)은 몰리브데늄(Mo)이 2at% ∼ 30at%, 크롬(Cr)이 30at% ∼ 60at%, 질소(N)가 10at% ∼ 40at%, 산소(O)가 0 ∼ 50at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%인 조성비를 갖는다.
상기 식각저지막은 실리콘(Si), 금속 실리사이드, 또는, 상기 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함한다.
상기 식각저지막은 금속이 0.1at% ∼ 10at%, 실리콘(Si)이 30at% ∼ 85at%, 경원소가 10at% ∼ 60at%인 조성비를 갖는다.
본 발명은 불소(F)을 포함하는 실리콘(Si) 화합물로 위상반전막을 구성함으로써 위상반전막의 박막화 및 고투과율 구현이 가능한 위상반전 블랭크 마스크를 제조할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 32㎚급 이하, 특히, 14㎚급 이하, 바람직하게, 10㎚급 이하의 미세 패턴 구현이 가능한 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 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 가진자라면 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크(100)는 투명 기판(102), 투명 기판(102) 상에 순차적으로 형성된 위상반전막(104), 차광성막(106) 및 레지스트막(112)을 포함한다.
투명 기판(102)은 석영유리, 합성 석영유리, 불소 도핑 석영유리로 구성된다. 투명 기판(102)의 평탄도는 상부에 형성되는 어느 하나의 박막, 예를 들어, 위상반전막(104), 차광성막(106) 등의 평탄도에 영향을 미치게 됨에 따라 성막되는 면의 평탄도를 TIR(Total Indicated Reading) 값으로 정의할 때, 그 값이 142㎟ 영역에서 300㎚ 이하, 바람직하게는 100㎚ 이하로 제어된다.
위상반전막(104)은 고투과율의 위상반전량을 가짐과 아울러 그의 두께를 박막화하기 위하여 굴절률이 높은 물질, 예를 들어, 실리콘(Si) 화합물로 구성하는 것이 바람직하다.
위상반전막(104)은 고투과율을 위하여 불화실리콘(SiF) 단독 또는 불화실리콘(SiF)에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함한 화합물로 구성할 수 있다. 이때, 위상반전막(104)은 불화실리콘(SiF)이 30at% ∼ 100at%, 경원소가 0 ∼ 70at%인 조성비를 가지며, 바람직하게, 불화실리콘(SiF)이 40at% ∼ 75at%, 경원소가 25at% ∼ 60at%인 조성비를 갖는다.
위상반전막(104)은 스퍼터링 공정을 통해 형성되며, 스퍼터링 공정은 실리콘(Si) 타겟 또는 불소(F)가 첨가된 실리콘(Si) 타겟을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 불화실리콘(SiF) 타겟은 Si : F = 70at% ∼ 99at% : 1at% ∼ 30at%의 조성비를 가지며, 바람직하게는, Si : F = 70at% ∼ 95at% : 5at% ∼ 30at%의 조성비를 갖는다. 여기서, 위상반전막(104) 중 불소(F)의 함유량이 30at%를 초과하면, 포토마스크의 세정 공정에 사용되는 세정액(Cleaning Chemical)에 대한 내성이 열화되므로 상기 불화실리콘(SiF) 타겟은 불소(F) 함유량이 30at% 이하인 것이 바람직하다.
아울러, 위상반전막(104)은 고투과율 구현을 위하여 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) 중 1 종 이상의 금속 물질을 더 포함하여 구성할 수 있다.
위상반전막(104)은 균일한 조성을 갖는 단층, 조성 또는 조성비가 연속적으으로 변하는 단층 연속막, 조성 또는 조성비가 상이한 하나 이상의 막들이 각 1층 이상 적층된 다층막 중 하나의 구조를 갖는다.
위상반전막(104)은 광학 특성 조절 및 내화학성의 향상을 위하여 최상부 또는 최상층이 산소(O)를 포함하는 연속막 또는 다층막의 구조를 갖도록 형성할 수 있다. 이때, 상기 최상부 또는 최상층은 0.1at% ∼ 20at%의 산소(O) 함유량을 갖는다. 상기 최상부 또는 최상층은 전체 위상반전막(104) 두께의 2% ∼ 30%의 두께를 갖고, 하부층 대비 높은 투과율을 갖는다.
위상반전막(104)은 193㎚ 또는 248㎚ 파장의 노광광에 대하여 10% ∼ 40%의 투과율을 갖는다. 위상반전막(104)의 투과율이 10% 보다 낮으면 상쇄 간섭을 위한 노광광의 강도(Intensity)가 떨어져 위상반전 효과가 미미하고, 투과율이 40% 보다 높으면, 웨이퍼에 도포된 레지스트막에 데미지(Damage)를 주어 레지스트막의 손실이 높아진다.
위상반전막(104)은 450Å ∼ 750Å의 두께를 갖고, 바람직하게, 500Å ∼ 600Å의 두께를 가지며, 193㎚ 또는 248㎚ 파장의 노광광에 대하여 170° ∼ 190°의 위상반전량을 갖고, 20% ∼ 30%의 표면 반사율을 갖는다.
위상반전막(104)은 선택적으로 100℃ ∼ 500℃로 열처리하여 내약품성 및 평탄도를 조절할 수 있다.
차광성막(106)은 위상반전막(104) 상에 단층 또는 다층의 형태로 구비되며, 위상반전막(104)과 10 이상의 식각 선택비를 갖는 물질로 형성한다.
차광성막(106)은 몰리브데늄(Mo), 탄탈(Ta), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 주석(Sn), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 물질을 포함하여 이루어지거나, 또는, 상기 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진다.
차광성막(106)은, 예를 들어, 크롬(Cr), 몰리브데늄크롬(MoCr)의 금속 물질로 이루어지거나 또는 상기 금속 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 하나 이상의 경원소를 더 포함하는 금속 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
차광성막(106)이 크롬(Cr) 화합물로 형성되는 경우, 차광성막(106)은 크롬(Cr)이 30at% ∼ 70at%, 질소(N)가 10at% ∼ 40at%, 산소(O)가 0 ∼ 50at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%인 조성비를 갖는다. 차광성막(106)이 몰리브데늄크롬(MoCr) 화합물로 형성되는 경우, 차광성막(106)은 몰리브데늄(Mo)이 2at% ∼ 30at%, 크롬(Cr)이 30at% ∼ 60at%, 질소(N)가 10at% ∼ 40at%, 산소(O)가 0 ∼ 50at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%인 조성비를 갖는다.
또한, 차광성막(106)은 제1차광층 및 제2차광층을 포함하는 2층 이상의 다층막으로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제1차광층은 위상반전막(104) 상에 형성되며, 차광성막(106)의 광학 밀도(Optical Density : OD)를 조절하는 역할을 한다. 이에 따라, 제1차광층은 전체 차광성막(106) 두께의 70% ∼ 99%에 해당하는 두께를 갖는다. 상기 제1차광층 상에 구비되는 상기 제2차광층은 상기 제1차광층 만으로 광학 밀도를 조절하는 경우, 차광성막(106)에 요구되는 광학 특성을 맞추기 위하여 두께가 두꺼워짐에 따라 제2차광층을 형성하여 차광성막(106)에 요구되는 광학 밀도를 보충할 수 있도록 한다. 상기 제2차광층은 전체 차광성막(106) 두께의 1% ∼30%에 해당하는 두께를 가지며, 상기 제2차광층은 상기 제1차광층에 비하여 단위 두께(Å)당 노광 파장에 대한 광학 밀도(Optical Density)가 높다.
상기 제1차광층은 전체 차광성막(106)에 대하여 높은 비율의 두께를 가짐에 따라 패턴 형성 시, 우수한 수직 단면 형상을 갖기 위하여 빠른 시각속도를 가져야한다. 이에 따라, 상기 제1차광층은 식각 속도를 증가시키기 위하여 산소(O) 및 질소(N) 중 하나 이상을 포함한다. 이때, 상기 제1차광층은 1at% ∼ 50at%의 산소(O) 함유량을 갖고, 바람직하게는 10at% ∼ 20at%의 산소(O) 함유량을 갖는다.
상기 제2차광층은 식각 공정 및 막의 면저항 값 등을 고려한 소정의 경우에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상의 물질을 미량 포함할 수 있다. 상기 제2차광층이 산소(O)를 포함하는 경우, 막의 두께가 두꺼워질 수 있으나, 식각 속도가 빨라지므로 식각 시간 및 레지스트막 두께의 박막화에 있어서는 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 탄소(C)를 포함하는 경우, 차광성막(106)의 면저항을 낮출 수 있다.
차광성막(106)은 300Å ∼ 800Å의 두께를 갖고, 바람직하게, 350Å ∼ 700Å의 두께를 가지며, 1.0Å/sec ∼ 4.0Å/sec의 평균 식각 속도를 갖는다.
위상반전막(104) 및 차광성막(106)이 적층된 부분의 광학 밀도는 193㎚ 또는 248㎚의 노광 파장에 대하여 2.5 ∼ 3.5의 광학 밀도를 갖고, 바람직하게는 2.7 ∼ 3.2의 광학 밀도를 갖는다. 위상반전막(104) 및 차광성막(106)이 적층된 부분의 표면 반사율은 20% ∼ 40%이며, 바람직하게는 25% ∼ 35%의 표면 반사율을 나타낸다.
차광성막(106)은 선택적으로 열처리를 실시할 수 있으며, 이때 열처리 온도는 하부의 위상반전막(104) 열처리 온도와 대비하여 동등하거나 낮은 조건에서 실시할 수 있다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 차광성막(106) 상에는 차광성막(106)의 식각마스크로 역할하는 하드필름이 구비될 수 있다. 상기 하드필름은 실리콘(Si), 금속 실리사이드, 또는, 상기 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진다. 상기 금속은 탄탈(Ta), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 주석(Sn), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 물질을 포함한다.
상기 하드필름은 0.4Å/sec 이상의 식각 속도를 갖고, 바람직하게, 1.0Å/sec 이상의 식각 속도를 가지며, 20Å ∼ 100Å의 두께를 갖는다.
레지스트막(112)은 화학증폭형 레지스트(CAR; Chemically Amplified Resist)가 사용되며, 레지스트막(112)은 400Å ∼ 1500Å의 두께를 갖고, 바람직하게는, 400Å ∼ 1,000Å의 두께를 갖는다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크(200)는 투명 기판(102), 투명 기판(102) 상에 순차적으로 형성된 위상반전막(104), 차광성막(106), 식각저지막(108), 하드필름(110) 및 레지스트막(112)을 포함한다. 여기서, 위상반전막(104), 차광성막(106) 및 레지스트막(112)은 상술한 일실시예와 광학적, 화학적, 물리적 특성을 동일하게 갖는다.
식각저지막(108)은 차광성막(106)의 상에 구비되며, 후술되는 하드필름(110)의 패턴 형성 시 또는 하드필름(110)의 제거 시에 하부에 위치한 차광성막(106)을 보호하는 역할을 하고, 차광성막(106)의 패턴 형성 시 식각 마스크의 역할을 한다. 이에 따라, 식각저지막(108)은 하드필름(110) 및 차광성막(106)과 10 이상의 식각 선택비를 갖는 물질로 형성하며, 또한, 식각 공정의 단순화를 위하여 식각저지막(108)이 위상반전막(104)의 패턴 형성 시 제거되는 경우, 식각저지막(108)은 위상반전막(104)과 식각 특성이 동일한 물질로 형성할 수 있다.
식각저지막(108)은 실리콘(Si), 몰리브데늄(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) 중 1 종 이상의 물질을 포함하여 이루어지거나, 또는, 상기 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진다.
식각저지막(108)은, 예를 들어, 실리콘(Si), 금속 실리사이드, 또는, 상기 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하는 실리콘(Si) 화합물, 금속 실리사이드(MSi) 화합물 중 하나로 구성되는 것이 바람직하다.
식각저지막(108)이 실리콘(Si) 화합물로 구성되는 경우, 식각저지막(108)은 실리콘(Si)이 40at% ∼ 90at%, 경원소(O, N, C)가 10at% ∼ 60at%인 조성비를 가지며, 바람직하게, 실리콘(Si)이 50at% ∼ 85at%, 경원소(O, N, C)가 15at% ∼ 50at%인 조성비를 갖는다. 또한, 식각저지막(108)이 금속 실리사이드 또는 그의 화합물로 구성되는 경우, 식각저지막(108)은 금속이 0.1at% ∼ 10at%, 실리콘(Si)이 30at% ∼ 85at%, 경원소가 10at% ∼ 60at%인 조성비를 가지며, 바람직하게, 금속이 0.1at% ∼ 5at%, 실리콘(Si)이 50at% ∼ 80at%, 경원소가 15at% ∼ 50at%인 조성비를 갖는다.
식각저지막(108)은 20Å ∼ 150Å의 두께를 가지며, 바람직하게, 30Å ∼ 100Å의 두께를 갖는다.
하드필름(110)은 식각저지막(108)의 상부에 구비되어 식각저지막(108)의 식각 마스크 역할을 하며, 이에 따라, 식각저지막(108)과 10 이상의 식각 선택비를 갖는 물질로 구성된다. 하드필름(210)은 식각 공정의 단순화를 위하여 차광성막(106)의 패터닝 시 제거되는 경우, 차광성막(106)과 식각 특성이 동일한 물질로 형성한다.
하드필름(110)은 탄탈(Ta), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 주석(Sn), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 물질을 포함하여 이루어지거나, 또는, 상기 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진다.
하드필름(110)은, 예를 들어, 크롬(Cr) 또는 크롬(Cr)에 경원소(O, N, C)를 포함하는 크롬(Cr) 화합물로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 하드필름(110)은 상기 크롬(Cr) 또는 크롬(Cr) 화합물에 주석(Sn)을 더 포함하여 식각 속도를 증가시킬 수 있다.
하드필름(110)은 0.4Å/sec 이상의 식각 속도를 갖고, 바람직하게, 1.0Å/sec 이상의 식각 속도를 갖는다. 하드필름(110)의 식각 속도가 높을수록 레지스트막(112)의 박막화가 용이하다.
하드필름(110)은 20Å ∼ 100Å의 두께를 갖고, 바람직하게, 30Å ∼ 60Å의 두께를 갖는다. 하드필름(110)은 20Å 이하의 두께를 갖는 경우, 식각 마스크로서의 역할 수행이 어렵고, 100Å 이상의 두께를 갖는 경우, 레지스트막(112)의 박막화가 어려워 최종적으로 고해상도 패턴 구현이 어렵다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크는 투명 기판, 투명 기판 상에 순차적으로 형성된 위상반전막, 식각저지막, 차광성막, 하드필름을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 상기 위상반전막과 차광성막은 동일한 식각 특성을 가지며, 상기 차광성막은 실리콘(Si), 금속실리사이드, 또는, 상기 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하는 실리콘(Si) 화합물, 금속 실리사이드 화합물 중 하나로 구성된다. 상기 위상반전막이 상술한 위상반전막과 광학적, 화학적, 물리적 특성을 동일하게 갖는다. 여기서, 상기 식각저지막은 차광성막 패턴 형성 시 위상반전막을 보호하는 역할을 한다.
상기 식각저지막 및 하드필름은 상기 위상반전막 및 차광성막과 상이한 식각 특성을 가지며, 크롬(Cr) 또는 상기 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하는 크롬(Cr) 화합물 중 하나로 구성된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 상세히 설명하도록 한다.
(실시예)
위상반전막의 구성 물질에 따른 광학 특성 평가 Ⅰ
본 발명의 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크의 위상반전막 평가를 위하여 실리콘(Si) 화합물 및 불화실리콘(SiF) 화합물로 구성된 위상반전막의 투과율, 굴절률 및 내화학성을 비교 평가하였다.
상기 위상반전막들은 공정 가스로 Ar : N2 = 7sccm : 4.5sccm 주입하며, 공정 파워를 1.0㎾로 인가하여 형성하였다.
각각의 위상반전막을 형성한 뒤, 상기 위상반전막의 위상반전량 및 투과율은 n&k analyzer 3700RT 장비를 이용하였으며, 굴절률은 Ellipsometer 장비를 이용하여 측정하였다.
내화학성 평가는 SC-1평가를 통해 진행하였고, 상기 SC-1 평가는 NH4OH, H2O2 및 H2O를 혼합한 용액(부피비 NH4OH : H2O2 : H2O = 1 : 1 : 5)에 대하여 약 45℃에서 20분간 3회 동안 세정 공정을 진행하는 것으로, 세정 공정 전·후 위상반전량의 변화를 측정하였다.
표 1은 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1의 위상반전막 투과율, 굴절률 및 내화학성 평가 결과를 나타내고 있다.
실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | |
타겟 | SiF | SiF | SiF | Si |
타겟 조성비 | Si : F = 90at% : 10at% |
Si : F = 80at% : 20at% |
Si : F = 70at% : 30at% |
- |
공정 가스 (sccm) |
Ar : N2 = 7sccm : 4.5sccm | |||
막 두께 | 650Å | 630Å | 600Å | 680Å |
위상반전량 (@193㎚) |
179.8˚ | 179.5˚ | 180.0˚ | 179.3˚ |
투과율(@193㎚) | 33% | 35% | 38% | 30% |
굴절률(n) | 2.60 | 2.65 | 2.70 | 2.45 |
소멸계수(k) | 0.58 | 0.55 | 0.53 | 0.6 |
SC-1평가 위상차 변화량 |
3.0˚ | 3.2˚ | 3.4˚ | 3.0˚ |
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 모두 30% 이상의 투과율을 나타내어 투과율을 향상시킨 위상반전막의 구성 물질로 적합한 것으로 확인하였다.
그러나, 비교예 1의 실리콘(Si) 화합물로 구성된 위상반전막은 2.45의 굴절률 값을 가지는 것에 비하여, 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 2.60 내지 2.70의 굴절률 값을 나타내어 불화실리콘(SiF) 화합물로 구성된 위상반전막의 막 굴절률이 더 높은 것을 확인하였다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 3의 굴절률을 살펴보면, 불화실리콘(SiF) 타겟 중에서도 불소(F)의 조성비가 증가할수록 막의 굴절률이 높아져 위상반전막을 박막화하는데 유리하지만, SC-1 평가 결과에 따른 위상차 변화량을 고려하였을 때, 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 3.0˚ 에서 3.4˚로 위상차 변화량이 증가하여 불화실리콘(SiF) 타겟 중 불소(F)의 양이 증가할수록 내화학성이 약해지는 것을 알 수 있다.
위상반전막의
구성 물질에 따른 광학 특성 평가 Ⅱ
본 발명의 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크의 위상반전막 평가를 위해 불화실리콘(SiF) 화합물 중 질소(N)의 함유량을 조절하여 위상반전막의 투과율, 굴절률 및 내화학성을 비교 평가하였다. 실시예 4 내지 실시예 6은 모두 불화실리콘(SiF) 타겟(조성비 Si : F = 90at% : 10at%)을 이용하여 위상반전막을 형성하였다.
실시예 4는 공정 가스로 Ar : N2 = 7sccm : 3.0sccm을 주입하고, 1.0㎾의 공정 파워를 인가하여 630Å의 SiFN막을 형성하였다.
실시예 5는 공정 가스로 Ar : N2 = 7sccm : 4.5sccm을 주입하고, 1.0㎾의 공정 파워를 인가하여 650Å의 SiFN막을 형성하였다.
실시예 6은 공정 가스로 Ar : N2 = 7sccm : 6.0sccm을 주입하고, 1.0㎾의 공정 파워를 인가하여 670Å의 SiFN막을 형성하였다.
각각의 위상반전막을 형성한 뒤, 앞에서 상술한 것과 마찬가지로 상기 위상반전막의 위상반전량 및 투과율을 측정하였다. 내화학성 평가 역시 SC-1 평가를 통해 진행하였으며 세정 공정 전·후의 위상반전량 변화를 측정하였다.
표 2는 실시예 4 내지 실시예 6의 위상반전막 투과율, 굴절률 및 내화학성 평가 결과를 나타내고 있다.
실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | |
타겟 | SiF (Si : F = 90at% : 10at%) | ||
공정 가스 (sccm) |
Ar : N2 = 7sccm : 3.0sccm |
Ar : N2 = 7sccm : 4.5sccm |
Ar : N2 = 7sccm : 6.0sccm |
막 두께 | 630Å | 650Å | 670Å |
위상반전량 (@193㎚) | 179.5° | 179.8° | 180.2° |
투과율 (@193㎚) | 32% | 33% | 35% |
굴절률(n) | 2.63 | 2.60 | 2.58 |
소멸계수(k) | 0.56 | 0.58 | 0.60 |
SC-1 평가 위상차 변화량 |
2.9° | 3.0° | 3.1° |
표 2를 참조하면, 실시예 4 내지 실시예 6 모두 30% 이상의 투과율을 나타내어 투과율을 향상시킨 위상반전막으로 사용 가능한 것을 확인하였다.
또한, 실시예 4 내지 실시예 6을 참조하면, 질소(N) 함유량의 증가에 따라 투과율은 32%에서 35%로 증가하였지만, 굴절률은 2.63에서 2.58로 감소하는 것을 알 수 있다. 질소(N) 함유량의 조절에 따라 굴절률이 높아지면, 막의 단위 두께당 위상반전량이 증가하여 위상반전막의 박막화에 유리하지만 노광 파장에 대한 투과율은 감소하여, 투과율과 굴절률은 트레이드오프(Trade off) 관계에 있음을 알 수 있다.
한편, 위상반전막의 내화학성 평가 결과, 질소(N) 함유량의 증가에 따라 SC-1 평가에 따른 위상차 변화량이 증가하여 내화학성이 약해지지만 차이는 크지 않은 것으로 판단된다.
위상반전막의
구성 물질에 따른 광학 특성 평가 Ⅲ
본 발명의 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크의 위상반전막 평가를 위해 실리콘(Si) 화합물 및 불화실리콘(SiF) 화합물 중 경원소(O, N, C)의 함유량을 조절하여 위상반전막의 투과율 및 굴절률을 비교 평가하였다.
실시예 7 내지 실시예 8 는 동일한 불화실리콘(SiF) 타겟(조성비 Si : F = 90at% : 10at%)을 이용하였으며, 비교예 2 내지 비교예 3은 실리콘(Si) 타겟을 이용하여 위상반전막을 형성하였다.
실시예 7은 공정 가스로 Ar : N2 = 7sccm : 4.8sccm 주입하고, 1.0㎾의 공정 파워를 인가하여 650Å의 두께를 갖는 SiFN 막을 형성하였고, 실시예 8은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 2sccm : 1.5sccm 주입하고, 0.7㎾의 공정 파워를 인가하여 670Å의 두께를 갖는 SiFON 막을 형성하였다.
비교예 2는 공정 가스로 Ar : N2 = 7sccm : 4.8sccm 주입하고, 1.0㎾의 공정 파워를 인가하여 680Å의 두께를 갖는 SiN 막을 형성하였고, 비교예 3은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 2sccm : 1.5sccm 주입하고, 0.7㎾의 공정 파워를 인가하여 730Å의 두께를 갖는 SiON 막을 형성하였다.
표 3은 실시예 7 내지 실시예 8 및 비교예 2 내지 비교예 3의 위상반전막에 대한 투과율 및 굴절률의 평가 결과를 나타내고 있다.
실시예 7 | 실시예 8 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
물질 | SiFN | SiFON | SiN | SiON |
두께 | 650Å | 690Å | 680Å | 730Å |
위상반전량 (@193㎚) |
179 | 179 | 178 | 178 |
투과율(@193㎚) | 35% | 40% | 28% | 35% |
굴절률(n) | 2.6 | 2.2 | 2.4 | 2.0 |
표 3을 참조하면, 실시예 7 내지 실시예 8의 위상반전막은 비교예 2 내지 비교예 3의 위상반전막 보다 굴절률이 높아 위상반전막을 박막화 할 수 있음을 확인하였다.
한편, 실시예 7 및 실시예 8을 비교하였을 때, 불화실리콘(SiF) 화합물 중 산소(O)를 포함하는 경우, 위상반전막의 두께가 두꺼워지지만 투과율이 증가하는 것을 확인하였다. 따라서, 상기 위상반전막을 2층 이상의 다층막으로 형성하는 경우, 한 층은 질소(N)를 함유하여 위상반전량을 제어하고, 다른 한 층은 산소(O)를 함유하여 투과율 제어가 가능할 것으로 판단된다.
위상반전막 구조에 따른 광학 특성 평가
위상반전막 구조에 따른 광학 특성 및 내화학성 평가를 위하여 실리콘(Si) 화합물 및 불화실리콘(SiF) 화합물로 구성된 위상반전막의 투과율, 굴절률 및 내화학성을 비교 평가하였다.
실시예 9 내지 실시예 11은 모두 동일한 불화실리콘(SiF) 타겟(조성비 Si : F = 90at% : 10at%)을 이용하여 위상반전막을 형성하였으며 비교예 4 는 실리콘(Si) 타겟을 이용하여 위상반전막을 형성하였고, 모두 공정 파워를 0.7㎾로 인가하여 형성하였다.
표 4는 실시예 9 내지 실시예 11의 위상반전막에 대한 투과율, 굴절률 및 내화학성 평가 결과를 나타내고 있다.
실시예 9 | 실시예 10 | 실시예 11 | 비교예 4 | |
구조 | 단일막 | 단일막 | 2층막 | 2층막 |
구성 물질 | SiFN | SiFON | SiFN/SiFON | SiN/SiON |
공정 가스 (sccm) |
Ar : N2 = 7 : 5.5 |
Ar : N2 : NO = 7 : 2.5 : 1.5 |
Ar : N2 = 7 : 7.0 / Ar : N2 : NO = 6 : 2.0 : 2.0 |
Ar : N2 = 7 : 7.0 / Ar : N2 : NO = 5 : 2.5 : 2.0 |
막 두께 | 650Å | 680Å | 620Å | 700Å |
위상반전량 (@193㎚) |
180.1˚ | 178.5˚ | 180.5˚ | 179.8˚ |
투과율(@193㎚) | 33% | 38% | 35% | 30% |
굴절률(n) | 2.72 | 2.30 | 2.62 | 2.47 |
SC-1평가 위상차 변화량 |
2.55˚ | 2.51˚ | 2.52˚ | 2.50˚ |
표 4를 참조하면, 실시예 9 내지 실시예 11의 경우, 비교예 4에 대하여 얇은 두께로 위상량을 변경하면서 높은 투과율을 갖는 위상반전막을 형성할 수 있었다.
특히, 실시예 11의 경우, 위상반전막을 2층막으로 형성하여 불화실리콘(SiF) 화합물 막의 내화학성을 보완할 수 있었다.
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 당업자에게 명백하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이 특허 청구 범위의 기재로부터 분명하다.
100, 200 : 본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크
102 : 투명 기판 104 : 위상반전막
106 : 차광성막 108 : 식각저지막
110 : 하드필름 112 : 레지스트막
102 : 투명 기판 104 : 위상반전막
106 : 차광성막 108 : 식각저지막
110 : 하드필름 112 : 레지스트막
Claims (22)
- 투명 기판 상에 위상반전막이 구비된 위상반전 블랭크 마스크에 있어서,
상기 위상반전막은 불소(F)을 포함하는 실리콘(Si) 화합물로 이루어지고, 연속막 및 다층막 중 하나로 구성되며, 최상부 및 최상층 중 하나는 0.1at% ∼ 20at%의 산소(O) 함유량을 갖는 위상반전 블랭크 마스크. - 투명 기판 상에 위상반전막, 차광성막, 식각저지막 및 하드필름이 순차적으로 적층된 위상반전 블랭크 마스크에 있어서,
상기 위상반전막은 불소(F)을 포함하는 실리콘(Si) 화합물로 이루어지고,
상기 식각저지막은 상기 위상반전막과 동일한 식각 특성을 갖는 실리콘(Si) 및 금속 실리사이드 중 하나를 포함하여 이루어진 위상반전 블랭크 마스크. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 위상반전막은 불화실리콘(SiF)에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 위상반전막은 불화실리콘(SiF)이 30at% ∼ 100at%, 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소가 0 ∼ 70at%인 조성비를 갖도록 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 위상반전막은 불화실리콘(SiF) 타겟을 이용하여 형성하며, 상기 타겟은 Si : F = 70at% ∼ 99at% : 1at% ∼ 30at%의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 위상반전막은 193㎚ 또는 248㎚ 파장의 노광광에 대하여 10% ∼ 40%의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 위상반전막은 450Å ∼ 750Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 위상반전막은 균일한 조성을 갖는 단층, 조성 또는 조성비가 연속적으으로 변하는 단층 연속막, 조성 또는 조성비가 상이한 하나 이상의 막들이 각 1층 이상 적층된 다층막 중 하나의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 2 항에 있어서,
상기 위상반전막은 연속막 또는 다층막으로 구성되며, 최상부 또는 최상층은 0.1at% ∼ 20at%의 산소(O) 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 위상반전막은 연속막 또는 다층막으로 구성되며, 최상부 또는 최상층은 전체 위상반전막 두께의 2% ∼ 30%의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 1 항에 있어서,
상기 위상반전막 상에 구비된 차광성막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 2 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 차광성막은 단층 구조, 다층 구조, 제1차광층 및 제2차광층이 적층된 구조 중 하나의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 2 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 차광성막은 크롬(Cr), 몰리브데늄크롬(MoCr)의 금속 물질로 이루어지거나 상기 금속 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 하나 이상의 경원소를 더 포함하는 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 2 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 차광성막이 몰리브데늄크롬(MoCr) 화합물로 형성되는 경우, 차광성막(106)은 몰리브데늄(Mo)이 2at% ∼ 30at%, 크롬(Cr)이 30at% ∼ 60at%, 질소(N)가 10at% ∼ 40at%, 산소(O)가 0 ∼ 50at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%인 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 2 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 차광성막은 300Å ∼ 800Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 2 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 차광성막은 1.0Å/sec ∼ 4.0Å/sec의 평균 식각 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 11 항에 있어서,
상기 차광성막 상에 구비되며, 상기 차광성막과 식각선택비를 갖는 하드필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 2 항에 있어서,
상기 식각저지막은 실리콘(Si) 또는 금속 실리사이드에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 2 항에 있어서,
상기 식각저지막은 실리콘(Si)이 40at% ∼ 90at%, 경원소가 10at% ∼ 60at%인 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 2 항에 있어서,
상기 식각저지막은 금속이 0.1at% ∼ 10at%, 실리콘(Si)이 30at% ∼ 85at%, 경원소가 10at% ∼ 60at%인 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 2 항에 있어서,
상기 식각저지막은 20Å ∼ 150Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크. - 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항의 위상반전 블랭크 마스크를 이용하여 형성된 위상반전 포토마스크.
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