KR101801101B1 - 위상반전 블랭크 마스크 및 포토 마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 위상반전막은 동일한 식각 용액에 식각 가능한 상호 다른 조성의 막들로 이루어지고, 다른 조성의 막들이 각 1회 이상 적층된 적어도 2층 이상의 다층막 또는 연속막 형태로 형성한다. 이에 따라, 본 발명은 위상반전막의 두께를 줄일 수 있음과 아울러 위상반전막의 패터닝 시 위상반전막 패턴의 경계가 분명하도록 가장자리 부분의 단면 경사를 가파르게 형성할 수 있어 위상반전막 패턴의 투과율, 위상반전량 균일성을 확보할 수 있음에 따라 위상반전막 패턴 및 피전사체의 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있는 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공할 수 있다.

Description

위상반전 블랭크 마스크 및 포토 마스크 {Phase Shift Blankmask and Photomask}
본 발명은 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 위상반전막 패턴의 반사율을 줄이고, 피전사체의 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있는 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것이다.
TFT-LCD, OLED, PDP 등을 포함하는 플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display : 이하, FPD라 함) 디바이스나 반도체 집적회로 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피 공정에서는 공통적으로 블랭크 마스크로부터 제조된 포토마스크를 이용한 패턴의 전사가 행해지고 있다.
블랭크 마스크는 합성 석영 유리 등으로 이루어지는 투광성 기판의 주 표면상에 금속 재료를 포함하는 박막이 형성되고, 박막 위에 레지스트막이 형성된 것으로서, 포토마스크는 이러한 블랭크 마스크로부터 박막이 패터닝된 형태를 갖는다. 여기서, 상기 박막은 광학적 특징에 따라 차광막, 반사방지막, 위상반전막, 반투광막, 반사막, 하드 필름 등으로 나눌 수 있고, 이러한 박막들 중 둘 이상의 박막이 혼용되어 사용되기도 한다.
최근에는 FPD 제품에 대한 시장의 요구가 고급화, 고기능화됨에 따라 그 응용 범위가 확대되면서, 우수한 제조 공정 기술의 개발이 요구되고 있다. 즉, 집적도가 높은 반도체 디바이스와 동일하게 FPD 디바이스 역시 집적도가 높아지고 그에 따른 설계 룰이 미세화되고 있으며, 미세 패턴을 형성하기 위하여 높은 패턴 해상도 및 고정밀화 기술이 요구되고 있다.
이에, FPD 디바이스 제조용 포토마스크의 정밀도를 향상시키기 위한 방법으로 등배 노광 장치에서도 i선(365nm), h선(405nm), g선(436nm)을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 위상이 대략 180°반전되는 위상반전막을 구비한 FPD용 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크가 개발되고 있다. 상기 위상반전막은 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 화합물 또는 크롬(Cr) 화합물로 형성된 단층막 형태의 박막으로서, 대면적의 기판에 형성된 박막은 습식 식각을 이용하여 패턴의 형태로 제조된다.
도 1은 종래 위상반전막 패턴을 도시한 사진이다.
도 1을 참조하면, 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 화합물 또는 크롬(Cr) 화합물로 구성된 단층막 형태의 위상반전막은 대면적에 적합한 습식 식각 시 등방성(Isotrope) 식각 특성을 가지며, 이에 따라 위상반전막 패턴의 가장자리 부분의 식각 단면이 완만한 경사를 갖는 형태로 형성된다.
이와 같은, 상기 패턴 가장자리 부분의 경사는 패턴 가장자리 부분과 그 외의 부분에서 투과율과 위상반전량의 차이를 발생시켜 위상반전막 패턴 선폭의 균일성에 영향을 미친다. 그리고, 패턴 가장자리 부분에서 위상반전막의 경사에 의하여 위상반전막의 경계가 불분명하여 미세 패턴을 형성하기 어렵다.
한편, 상기 위상반전막은 전사 공정 시 표층에서 반사되는 노광광의 비율이 높으면 반사에 의해 간섭파가 형성되기 때문에 미세한 배선 패턴을 노광시키는 것이 어려워진다. 따라서 노광광에 대한 낮은 반사율 특성이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 위상반전막의 두께를 줄임과 아울러 위상반전막 패턴의 경계가 분명하도록 가장자리 부분의 단면 경사가 가파르게 형성된 위상반전 블랭크 마스크 및 포토 마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 위상반전막 패턴의 단면 형상을 개선하여 위상반전막 패턴의 투과율 및 위상반전량 균일성을 높이며, 위상반전막 패턴 및 피전사체의 패턴 선폭의 정밀도 및 균일성을 향상시킬 수 있는 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 위상반전막 표면의 반사율을 저감시켜 입사되는 반사광에 의한 간섭파 발생을 방지함으로써 피전사체의 미세 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있는 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 투명 기판 상에 위상반전막이 구비된 위상반전 블랭크 마스크로서, 상기 위상반전막은 적어도 2층 이상의 다층막으로 이루어지며, 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 금속실리사이드 화합물로 이루어진 위상반전 블랭크 마스크에 의해 달성된다.
상기 위상반전막은, i선(365nm), h선(405nm), g선(436nm)을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 35% 이하의 반사율을 갖는 것이 바람직하다.
상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 동일한 식각 용액에 대하여 식각 가능한 물질로 이루어지고, 상호 다른 조성을 가지며, 상기 다른 조성의 막들이 각 1회 이상 적층되어 구성된다.
상기 위상반전막은 다층막 또는 다층막의 형태로 이루어지며, 상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 단일막 또는 연속막의 형태를 갖는다.
상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 상기 투명 기판으로부터 상부 방향으로 갈수록 동일한 식각 용액에 대하여 식각 속도가 느리도록 구성할 수 있다.
상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 최상층의 막이 하부 막들에 비하여 낮은 질소(N) 함유량을 가질 수 있다.
상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 상부로부터 상기 투명 기판 방향으로 갈수록 상기 질소(N)의 함유량이 높도록 구성될 수 있다.
상기 위상반전막을 구성하는 각 막들 중 적어도 하나 이상의 막은 식각 속도가 그 상부 또는 하부에 배치되는 막들에 비하여 식각 속도가 빠르거나 느리도록 구성될 수 있다.
상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 상기 질소(N)을 포함한 경우 0.1at% ∼ 70at%의 질소(N) 함유량을 갖 것이 바람직하다.
상기 위상반전막을 구성하는 각 막들 중 최상층의 막은 하부 막들에 비하여 낮은 산소(O) 함유량을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 상부로부터 상기 투명 기판 방향으로 갈수록 상기 산소(O)의 함유량이 높도록 구성될 수 있다.
상기 위상반전막을 구성하는 각 막들 중 최상층의 막은 하부 막들에 비하여 높은 탄소(C) 함유량을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 상부로부터 상기 투명 기판 방향으로 갈수록 상기 탄소(C)의 함유량이 낮도록 구성될 수 있다.
상기 위상반전막은 i선, h선, g선을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 1% ∼ 40%의 투과율을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 위상반전막은 i선, h선, g선을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 10% 이하의 투과율 편차를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 위상반전막은 i선, h선, g선을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 160°∼ 200°의 위상반전량을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 위상반전막은 i선, h선, g선을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 40°이하의 위상량 편차를 갖도록 구성될 수 있다.
상기 위상반전막은 400nm ∼ 900nm 이하의 파장 중 하나의 파장에서 최저반사율을 갖는 것이 바람직하다.
상기 위상반전막은 500Å ∼ 1,500Å의 두께를 가지며, 상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 50Å ∼ 1,450Å의 두께를 갖는다.
상기 금속실리사이드 화합물 막은 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 보론(B), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb) 중 어느 하나 이상의 금속 물질에 실리콘(Si)이 포함되어 이루어지거나, 상기 금속 실리사이드에 질소(N), 산소(O), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 하나 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 화합물로 이루어질 수 있다.
상기 위상반전막을 구성하는 금속실리사이드 화합물 막은 MoSiO, MoSiN, MoSiC, MoSiON, MoSiCN, MoSiCO, MoSiCON 중 하나로 이루어질 수 있다.
상기 금속실리사이드 화합물 막은 몰리브데늄(Mo)이 2at% ∼ 30at%, 실리콘(Si)이 20at% ∼ 70at%, 질소(N)가 5at% ∼ 40at%, 산소(O)가 0 ∼ 30at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%의 함유량을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 위상반전 블랭크 마스크는, 상기 위상반전막의 상부에 배치되는 차광성막 또는 1층 이상의 금속막 중 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 금속막은 반투과막, 식각저지막, 식각마스크막 중 하나일 수 있다.
상기 차광성막 및 금속막은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 보론(B), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 실리콘(Si) 중 어느 하나 이상의 금속 물질들을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 금속 물질들에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 하나 이상의 물질을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기와 같은 구성을 갖는 위상반전 블랭크 마스크를 이용하여 제조된 위상반전 포토마스크로서, 상기 위상반전막을 식각하여 제조된 적어도 2층 이상의 다층막으로 이루어진 위상반전막 패턴을 포함하며, 상기 위상반전막 패턴을 구성하는 각 막은 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 하나의 물질을 포함하는 금속실리사이드 화합물로 이루어지며, i선(365nm), h선(405nm), g선(436nm)을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 35% 이하의 반사율을 갖는 위상반전 포토마스크가 제공된다.
상기 위상반전막 패턴은 상부 가장자리와 하부 가장자리의 수평 거리가 100nm 이하인 것이 바람직하다.
상기 위상반전막 패턴은 상면과 패턴 가장자리 부분의 단면은 70° ∼ 110°의 각도(θ)를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크는, 상기 위상반전막의 상부 또는 하부에 배치되는 차광성막 패턴 또는 1층 이상의 금속막 패턴 중 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 동일한 식각 용액에 의해 식각 가능한 상호 다른 조성의 막들로 이루어지고, 다른 조성의 막들이 각 1회 이상 적층된 2층 이상의 다층막 또는 연속막 형태의 위상반전막을 구비한 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크가 제공된다.
이에 따라, 본 발명은 위상반전막을 구성하는 각 막들의 경계부에서 발생하는 노광광의 간섭효과에 의해 위상반전막의 두께를 줄일 수 있다.
또한, 위상반전막의 패터닝 시 위상반전막 패턴의 경계가 분명하도록 가장자리 부분의 단면 경사가 가파르게 형성되므로 위상반전막 패턴의 투과율, 위상반전량 균일성을 확보할 수 있다. 따라서 위상반전막 패턴 및 피전사체의 패턴 선폭의 정밀도 및 균일성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 위상반전막 표면의 반사율을 저감시켜 입사되는 반사광에 의한 간섭파 발생을 방지할 수 있다. 이에 따라 위상반전막 패턴 및 피전사체의 미세 패턴 정밀도가 향상된다.
도 1은 종래 위상반전막 패턴을 도시한 사진.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 블랭크마스크 내의 위상반전막을 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상반전 포토마스크의 제조 방법 및 위상반전 포토마스크를 설명하기 위하여 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 위상반전 포토마스크를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 위상반전막의 경계면을 도시한 단면도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시형태들에 따른 위상반전막의 반사율을 도시한 그래프.
도 10은 본 발명의 제1실시형태에 따른 위상반전막 패턴을 도시한 사진.
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.
이하, 본 발명의 실시형태들에서 구현되는 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크는 액정 표시 장치(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 유기 발광다이오드(OLED) 등을 포함하는 FPD용 디바이스 및 반도체용 디바이스를 제조하기 위한 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크이다. 또한, 노광광은 i선(365nm), h선(405nm), g선(436nm), KrF(248nm), ArF(193nm) 파장 각각이나 i선(365nm), h선(405nm), g선(436nm)을 포함하는 복합 파장을 지칭한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 위상반전막을 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크(100)는 투명 기판(102), 및 투명 기판(102) 상에 위상반전막(104), 차광성막(110) 및 레지스트막(114)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
투명 기판(102)은, 예를 들어, 한 변이 300㎜ 이상인 사각형의 투명한 기판이고, 합성 석영 유리, 소다 라임 글래스 기판, 무알카리 글래스 기판, 저열 팽창 글래스 기판 등일 수 있다.
위상반전막(104)은, 도 3을 참조하면, 적어도 2층 이상의 박막들(104a, ... 104n)이 적층된 구조를 가지며, 바람직하게, 2층 내지 10층, 더욱 바람직하게, 2층 내지 8층의 박막으로 이루어진다.
위상반전막(104)은 연속막 또는 다층막의 형태를 가지며, 각 박막들(104a, ... 104n)은 단일막 또는 연속막의 형태를 갖는다. 여기서, 상기 연속막은 플라즈마가 켜진 상태에서 스퍼터링 공정 중 반응성 가스, 파워, 압력 등과 같은 공정 변수를 변경하여 형성하는 막을 지칭한다.
위상반전막(104)을 구성하는 각 박막들(104a, ... 104n)은 동일한 식각 용액에 의하여 함께 식각 가능한 물질로 이루어지고, 상호 상이한 조성을 가지며, 상기 상이한 조성의 각 박막들(104a, ... 104n)이 적어도 1회 이상 적층되어 구성되며, 조성이 상이한 막은 상호 다른 식각 속도를 갖는다.
박막들(104a, ... 104n)은 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 보론(B), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb) 중 어느 하나 이상의 금속 물질로 이루어지거나, 상기 하나 이상의 금속 물질에 실리콘(Si)이 포함된 금속 실리사이드로 이루어지거나, 상기 금속 물질 또는 금속 실리사이드에 질소(N), 산소(O), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 하나 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 화합물로 이루어진다.
박막들(104a, ... 104n)은, 바람직하게, 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 및 MoSiO, MoSiN, MoSiC, MoSiON, MoSiCN, MoSiCO, MoSiCON 중 하나의 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 화합물로 이루어진다.
박막들(104a, ... 104n)은 조성, 조성비, 두께 등의 변수에 따라 동일 식각 물질에 대하여 상이한 식각 속도 및 반사율을 갖기 때문에 상기 변수들을 고려하여 위상반전막의 패턴 형성 시 패턴 가장자리 부분의 단면 경사를 가파르게 형성되도록 하고, 반사율을 조절하기 위하여 적절히 배치하여 구성한다.
자세하게, 위상반전막(104)을 구성하는 박막들(104a, ... 104n)의 식각 속도 및 반사율은 금속 물질, 실리콘(Si), 질소(N), 산소(O) 및 탄소(C)의 함유량을 변화시켜 조절할 수 있다.
위상반전막(104)의 식각 속도를 조절하여 단면 경사를 가파르게 하는 방법으로 박막들(104a, ... 104n)의 식각 속도를 조절하기 위하여 경원소 물질의 함유량을 조절하는 것이 바람직하며, 질소(N) 또는 산소(O)의 함유량을 증가시키는 경우 식각 속도를 빠르게 할 수 있으며, 탄소(C)는 함유량을 증가시키는 경우 식각 속도를 느리게 할 수 있다.
자세하게, 박막들(104a, ... 104n)은 패턴 가장자리 부분의 단면 경사가 가파르게 형성되도록 투명 기판(104) 방향의 하부 박막(104a)으로부터 최상부(104n) 방향으로 갈수록 식각 속도가 느리도록 구성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 박막들(104a, ... 104n)은, 특히, 질소(N)의 함유량의 변경하여 박막들(104a, ... 104n)의 식각 속도를 조절할 수 있다. 위상반전막(104)의 박막들(104a, ... 104n)은 질소(N)의 함유량이 증가할수록 동일한 식각 물질에 대하여 식각 속도가 증가한다. 이에 따라, 박막들(104a, ... 104n)을 상부로부터 하부로, 즉 투명 기판(102) 쪽으로 갈수록 박막에 구비된 질소(N)의 함유량을 상대적으로 많게 하여 투명 기판(102) 방향으로 갈수록 위상반전막(104)의 식각 속도가 증가하도록 구성할 수 있으며, 예를 들어, 최상부에 배치되는 박막의 질소(N)의 함유량이 가장 낮은 것이 바람직하다.
여기서, 박막들(104a, ... 104n) 중 질소(N)를 포함하는 박막들이 상이한 질소(N) 함유량을 갖는 경우, 상기 질소(N)는 0.1at% ∼ 70at%의 함유량 차이, 바람직하게, 5% ∼ 40at%의 함유량 차이를 갖는다.
또한, 박막들(104a, ... 104n)은 탄소(C)의 함유량이 증가할수록 동일한 식각 물질에 대하여 식각 속도가 느려진다. 이에 따라, 박막들(104a, ... 104n)을 상부로부터 하부로 즉, 투명 기판(102) 쪽으로 갈수록 박막에 구비된 탄소(C)의 함유량을 상대적으로 적게 하여 투명 기판(102) 방향으로 갈수록 위상반전막(104)의 식각 속도가 증가하도록 구성할 수 있으며, 최상부에 배치되는 박막의 탄소(C) 함유량이 가장 높은 것이 바람직하다.
아울러, 박막들(104a, ... 104n)의 식각 속도는 산소(O)의 함유량이 증가할수록 동일한 식각 물질에 대하여 식각 속도가 빨라짐에 따라, 박막들(104a, ... 104n)에 산소(O)를 포함하여 구성함으로써 식각 속도를 미세하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 박막들(104a, ... 104n)을 상부로부터 하부로 즉, 투명 기판(102) 쪽으로 갈수록 박막에 구비된 산소(O)의 함유량을 상대적으로 많게 하여 투명 기판(102) 방향으로 갈수록 위상반전막(104)의 식각 속도가 증가하도록 구성할 수 있으며, 예를 들어, 최상부에 배치되는 박막의 산소(O)의 함유량이 가장 낮은 것이 바람직하다.
한편, 위상반전막(104)의 반사율은, 특히, 박막들(104a, ... 104n)에 포함된 질소(N) 및 산소(O) 각각, 또는, 둘 모두의 함유량을 변화시켜 조절할 수 있으며, 질소(N)의 함유량이 높을수록, 또한, 산소(O)의 함유량이 높을수록 반사율을 낮게 할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 박막들(106a, ..., 106n)은 위상반전부(140) 패턴의 식각 단면 형상만을 고려하여 상술한 질소(N), 탄소(C), 산소(O)의 식각 특성에 한정되도록 박막들(106a, ..., 106n)에 질소(N), 탄소(C), 산소(O)를 함유하고 배치하는 것은 아니며, 반사율 등과 같은 광학적 특성들을 모두 고려하여 박막들(106a, ..., 106n)에 질소(N), 탄소(C), 산소(O)를 함유하고 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 박막들(106a, ..., 106n)을 형성하기 위한 성막 가스들의 종류, 박막에 함유되는 질소(N), 탄소(C), 산소(O)의 함유량 차이에 따른 식각 속도 및 반사율의 변화 등을 고려하여, 특정 부분에 배치되는 박막이 그의 상부 또는 하부에 배치되는 박막보다 식각 속도가 느리거나 빠르도록 구성하는 것, 반사율이 높거나 낮게 배치되도록 구성하는 것 등과 같이 박막들(106a, ..., 106n)은 다양한 형태로 적층하여 식각 단면 및 반사율을 최적화 할 수 있다. 이는, 박막들(106a, ..., 106n)의 형성 시, 성막 가스 중 박막에 상호 유사하거나 상이한 식각 특성을 구현하게 하는 질소(N), 탄소(C), 산소(O)를 함유하는 성막 가스의 주입량을 적절히 조절함으로써 박막들(106a, ..., 106n)의 식각 속도 및 반사율을 최적의 상태로 조절할 수 있다.
위상반전막(104)은 i선(365nm), h선(405nm), g선(436nm)을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 50% 이하, 바람직하게, 40% 이하, 더욱 바람직하게, 35% 이하의 반사율을 갖는다. 또한, 위상반전막(104)은 400nm ∼ 900nm의 파장 영역 중 하나의 파장에 최저반사율이 위치해 있으며, 바람직하게는 500nm ∼ 800nm의 파장 영역에 위치하도록 제어되어야 한다.
이를 구현하기 위하여, 박막들(104a, ... 104n), 예를 들어, 최상부의 박막(104n)의 산소(O) 함유량이 가장 높고 그의 하부 박막으로 갈수록 산소(O)의 함유량이 낮도록 형성할 수 있다. 그러나, 이에 한정하지 않고, 최상부의 박막(104n)의 산소(O) 함유량이 가장 높고, 그의 하부 박막들은 패턴 형상 등을 고려하여 자유롭게 산소(O) 함유량을 갖도록 구성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 질소(N), 탄소(C), 산소(O) 등의 함유량은 경사각 특성과 반사율 특성의 조절에 영향을 주므로 박막들의 질소(N), 탄소(C), 산소(O) 함유량은 적절히 조절할 수 있다. 일 예로서, 전술한 바와 같이 경사각 특성은 N, O, C 의 함유량에 의해 조절되고 반사율 특성은 N, O 의 함유량에 의해 조절되는데, 경사각 특성 개선을 위해서는 N, O, C 는 하부로 갈수록 증가하는 것이 바람직하고 반사율 특성 개선을 위해서는 N, O 는 하부로 갈수록 감소하는 것이 바람직하다. 이를 고려할 때, 예컨대 N, O 가 하방으로 갈수록 감소하도록 구성함과 동시에 C 를 하방으로 갈수록 증가시키는 구성을 동시에 채택함으로써, N 의 하방 감소에 따른 반사율 특성 개선 효과를 얻되 이때 발생하는 경사 특성 열화를 C 의 하방 증가를 통해 보완하여 상쇄시킬 수 있다.
위상반전막(104)은 요구되는 패턴의 단면 경사, 반사율, 투과율 및 위상반전량 등을 만족시키기 위하여 박막들(104a, ... 104n)의 성분은 몰리브데늄(Mo)이 2at% ∼ 30at%, 실리콘(Si)이 20at% ∼ 70at%, 질소(N)가 5at% ∼ 40at%, 산소(O)가 0 ∼ 30at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%의 함유량을 갖는다.
본 발명에 따른 위상반전막(104)은 다층의 박막들(104a, ... 104n)이 적층되어 구성됨에 따라 굴절률 등을 조절할 수 있어 단일막으로 형성되는 위상반전막에 비하여 얇은 두께로 형성할 수 있다.
위상반전막(104)은 500Å ∼ 1,500Å의 두께를 가지며, 바람직하게, 900Å ∼ 1,300Å의 두께를 갖는다. 위상반전막(104)을 구성하는 박막들(104a, ... 104n)은 상하부에 배치되는 막들과의 접착력 및 식각 특성 등을 고려하여 50Å ∼ 1,450Å의 두께를 갖는다.
위상반전막(104)은 i선(365nm), h선(405nm), g선(436nm)을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 160° 내지 200°의 위상반전량을 가지며, 40°이하의 위상반전량 편차를 갖고, 바람직하게, 30°이하의 위상반전량 편차를 갖는다. 위상반전막(104)은 노광광에 대하여 1% ∼ 40%의 투과율을 갖고, 바람직하게, 5% ∼ 20%의 투과율을 가지며, 더욱 바람직하게, 10% 이하의 투과율 편차를 갖는다. 여기서, 위상반전량, 투과율, 반사율 편차는 i선, h선, g선의 노광광에 따른 상기 각 위상반전량, 투과율, 반사율의 값들 중 최대값과 최소값의 차이를 말한다.
위상반전막(104)의 상부에 배치되는 차광성막(110)은 포토마스크의 제조 시, 패턴의 형태로 제조되어 위상반전막(104)을 패터닝하기 위한 식각마스크 역할을 한다.
차광성막(110)은 레지스트막(114)과의 사이에 식각 물질이 침투하여 레지스트막(114)이 박리되는 것을 방지하기 위해 레지스트막(114)과 접착력이 우수한 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
이를 위해, 차광성막(110)은 위상반전막(104)과 상호 식각 선택비를 갖고, 레지스트막(114)과 접착력이 우수함 물질로 구성되며, 상기 특성을 만족하는 어떠한 물질로 형성되어도 무방하다. 차광성막(110)은 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 보론(B), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 실리콘(Si) 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하여 형성하거나 또는 상기 물질들에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 하나 이상의 물질을 더 포함하여 형성할 수 있다.
차광성막(110)은, 바람직하게, 몰리브데늄크롬(MoCr), 크롬(Cr) 또는 이들에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상을 포함하는 화합물, 예를 들어, MoCrO, MoCrN, MoCrC, MoCrCN, MoCrCO, MoCrCON, CrO, CrN, CrC, CrCN, CrCO, CrCON 막들 중 하나로 이루어진다.
차광성막(110)은 차광막(106) 및 반사방지막(108)을 포함하는 2층 이상의 다층막 또는 연속막의 형태로 구성되는 것이 바람직하며, 차광막(106)이 반사방지 기능을 갖는 경우, 반사방지막(108)은 형성하지 않을 수 있다.
차광성막(110)은 차광성막 패턴의 가장자리 부분 단면 경사가 가파르게 형성되도록 동일한 식각 용액에 대하여 함께 식각 가능한 물질로 이루어지고, 상호 상이한 조성을 가지며, 상기 다른 조성의 각 박막들이 적어도 1회 이상 적층되어 구성된 2층 이상의 다층막 또는 연속막의 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 차광성막(110)을 구성하는 박막들은 조성, 조성비, 두께 등의 변수에 따라 동일 식각 물질에 대하여 식각 속도가 다르기 때문에 상기 변수들을 고려하여 적절히 배치될 수 있다.
차광성막(110)으로 형성되는 차광성막 패턴은 하부에 배치되는 위상반전막(104)의 패턴 형성 후에 제거되거나, 예를 들어, 기판 가장자리 부분에 블라인드 영역(Blind Area)을 정의할 수 있도록 요구되는 상기 위상반전막 패턴의 일부분 상에 잔류할 수 있다.
차광성막(110)은 위상반전막(104) 패턴과의 적층 구조 또는 그의 단독 패턴의 구조에서 노광광에 대하여 2 ∼ 6의 광학 밀도(Optical density)를 가지며, 이를 위해, 차광성막(110)은 500Å ∼ 2,000Å의 두께를 갖는다. 차광성막(110)은 노광광에 대하여 30%의 이하의 반사율을 갖고, 바람직하게, 20% 이하의 반사율을 가지며, 더욱 바람직하게, 15% 이하의 반사율을 갖는다.
이와 같이, 본 발명은 위상반전막을 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 또는 이의 화합물을 이용하여 상호 식각 속도가 상이한 다층막으로 형성함에 따라 위상반전막 패턴의 단면 경사를 개선할 수 있다. 이에 따라, 위상반전막 패턴의 CD(Critical Dimension) 정밀도 및 균일성을 향상시킬 수 있어 2㎛ 이하, 바람직하게, 1.8㎛ 이하, 더욱 바람직하게, 1.5㎛ 이하의 미세한 위상반전막 패턴을 구현할 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상반전 포토마스크의 제조 방법 및 위상반전 포토마스크를 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 위상반전 포토마스크는 투명 기판(102) 상에 순차적으로 위상반전막(104), 차광성막(110) 및 레지스트막(114)을 적층하여 위상반전 블랭크 마스크(100)를 형성한다.
위상반전막(104) 및 차광성막(110)은 화학적 진공 증착(Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼 터링을 포함하는 물리적 진공 증착(Physical Vapor Deposition)법, 전자빔 증착법, 레이저 증착법, ALD법 등에 의해 성막될 수 있다. 특히, 본 발명에서 위상반전막(104) 및 차광성막(110)은 아르곤(Ar) 등의 비활성 가스와 반응성 가스를 주입한 챔버내에서 금속을 함유하는 타겟에 전압을 인가하는 스퍼터링 방법에 의해 성막되는 것이 바람직하다.
이때, 위상반전막(104) 및 차광성막(110)은 NO, N2O, NO2, N2, O2, CO2, CO, CH4 중 적어도 하나 이상의 반응성 가스를 함께 사용하는 것이 바람직하며, 상기 반응성 가스 외에 산소(O), 질소(N), 탄소(C)를 제공할 수 있는 가스를 자유롭게 사용하여 형성할 수 있다.
위상반전막(104)을 구성하는 각 박막들이 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 또는 그의 화합물 중 하나로 이루어지는 경우, 위상반전막(104)은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi)의 단일 타겟 또는 몰리브데늄(Mo)과 실리콘(Si)으로 각각 이루어진 복수의 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로 형성할 수 있다. 이때, 상기 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 단일 타겟은 Mo : Si = 2at% ∼ 30at% : 70at% ∼ 98at%인 조성비를 가지며, 예를 들어, Mo : Si = 10at% : 90at%, Mo : Si = 15at% : 85at%, Mo : Si = 20at% : 80at%, Mo : Si = 30at% : 70at% 등 다양한 조성비를 갖는 타겟을 사용할 수 있으며, 상기 타겟의 조성비는 요구되는 위상반전막(104)의 조건에 따라 자유롭게 조절할 수 있다.
위상반전막(104)을 구성하는 각 박막의 식각 속도를 조절하기 위하여 스퍼터링 공정 시 각 가스의 주입 비율을 달리할 수 있으며, 상기 반응성 가스와 비활성 가스는 0.5 : 9.5 ∼ 4 : 6 의 비율, 바람직하게, 1 : 9 ∼ 3 : 7 의 비율로 미세하게 조정되어 주입된다.
차광성막(110)은 차광막(106) 및 반사방지막(108)의 적층 형태로 형성하는 것이 바람직하며, 이는 하나의 예시적인 형태일 뿐 차광성막(110)은 습식 식각 특성을 고려하여 2층 이상의 다층막 또는 연속막의 적층 형태로 형성할 수 있다.
차광성막(110)은 위상반전막(104)과 식각 선택비를 갖는 물질로 형성하며, 예를 들어, Cr 및 CrO, CrN, CrC, CrCO, CrON, CrCN, CrCON 중 하나의 크롬(Cr) 화합물로 형성하는 것이 바람직하다.
도 4b를 참조하면, 상기 레지스트막에 노광 및 현상 공정 등을 수행하여 레지스트막 패턴(114a)을 형성한 후, 레지스트막 패턴(114a)을 식각 마스크로 하부의 상기 차광성막을 식각하여 차광성막 패턴(110a)을 형성한다.
도 4c를 참조하면, 상기 레지스트막 패턴 및 차광성막 패턴(110a)을 식각 마스크로 하부의 상기 위상반전막을 식각하여 다층막으로 이루어진 위상반전막 패턴(104a)을 형성한다.
이때, 차광성막 패턴(110a) 및 위상반전막 패턴(104a)을 형성하기 위한 식각 공정은 습식 또는 건식 식각 중 하나의 공정으로 수행하며, 바람직하게, 습식 식각 공정으로 수행한다. 여기서, 상기 습식 식각 공정의 식각 물질 및 식각 방법은 종래 공지된 여러 가지 재료 및 방법을 이용할 수 있다. 아울러, 상기 위상반전막의 식각은 상기 레지스트막 패턴을 제거한 후 수행할 수 있다.
도 4d를 참조하면, 상기 차광성막 패턴 상에 레지스트막 패턴(미도시)을 형성한 후, 상기 차광성막 패턴에 식각 공정을 진행하여 위상반전막 패턴(104a) 상에 차광성막 패턴(110b)이 잔류함으로써 위상반전에 대한 사이드 로브(Side-Lobe) 현상을 방지할 수 있으며, 콘택(Contact) 또는 라인 패턴을 형성하기 위한 림 타입(Rim-Type) 구조의 위상반전 포토마스크(200)의 제조를 완료한다.
또한, 도 4e를 참조하면, 블라인드 영역을 정의하도록 가장자리 부분의 위상반전막 패턴(104a) 상에 차광성막 패턴(110b)이 잔류하는 위상반전 포토마스크(200)는 제조를 완료한다.
아울러, 도 4f를 참조하면, 위상반전 포토마스크(200)는, 상술한 도 4b의 단계 후, 위상반전막 패턴(104a) 상부의 상기 차광성막 패턴을 완전히 제거하여 투명 기판(102) 상에 위상반전막 패턴(104a)만이 잔류하는 형태로 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시형태에 따른 위상반전 포토마스크를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 위상반전 포토마스크(300)는 투명 기판(102)의 메인 영역에 2층 이상의 다층막으로 이루어진 위상반전막 패턴(104a)이 구비되며, 블라인드 영역에 얼라인 키와 같은 보조적인 패턴을 갖도록 적어도 차광성막 패턴(110b)이 구비된다.
위상반전 포토마스크(300)는 투명 기판(102) 상에 차광성막 및 레지스트막 패턴을 형성한 후, 레지스트막 패턴을 식각마스크로 상기 차광성막을 식각하여 차광성막 패턴(110b)을 형성한다.
이어서, 차광성막 패턴(110b)을 포함한 투명 기판(102) 상에 다층의 위상반전막을 형성하고, 위상반전막 상에 레지스트막 패턴을 형성한 후, 위상반전막을 식각하여 위상반전막 패턴(104a)을 형성하는 과정으로 제조된다.
여기서, 도시하지는 않았지만, 상기 차광성막 패턴(110b)은 요구되는 메인 영역의 위상반전막 패턴의 하부에도 부분적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크는 다층의 위상반전막 상에 상기 위상반전막의 식각 마스크로 역할하는 얇은 두께의 금속막을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시형태에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크(400)는 투명 기판(202)과 투명 기판(202) 상에 순차적으로 형성된 위상반전막(204), 금속막(206) 및 레지스트막(214)을 포함한다.
여기서, 위상반전막(204)은 상술한 실시예들에서의 위상반전막과 구조적, 물리적, 화학적 및 광학적으로 동일한 구성 및 물성을 갖는다. 즉, 위상반전막(204)은 2층 이상의 다층막 또는 연속막으로 이루어지고, 각 박막들은, 바람직하게, 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 또는 이에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 하나 이상의 경원소를 포함하는 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 화합물로 이루어진다.
금속막(212)은 패턴의 형태로 제조되어 위상반전막(204)의 식각마스크로 역할하며, 이에 따라, 금속막(212)은 위상반전막(204)의 식각 물질에 대하여 10 이상의 식각 선택비를 갖는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
금속막(212)은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄 (Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플레티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀 (Nb) 중 1 종 이상의 금속물질을 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진다.
금속막(212)은 위상반전막(204)이 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 화합물로 구성되는 경우, 예를 들어, 크롬(Cr) 단독 또는 크롬(Cr)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 크롬(Cr) 화합물로 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 금속막(212)은 크롬(Cr)이 30at% ∼ 70at%, 질소(N)가 20at% ∼ 50at%, 산소(O)가 0 ∼ 30at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%인 조성비를 갖는다.
금속막(212)은 10Å ∼ 700Å 두께를 가지며, 바람직하게, 50Å ∼ 400Å 두께 갖는다. 금속막(212)은 상부에 배치되는 레지스트막(214)과의 접착력이 우수하며, 금속막(212)의 식각마스크로 사용되는 레지스트막(214)은 금속막(212)이 매우 얇은 두께를 가짐에 따라 두께 박막화가 가능하며, 8,000Å 이하, 바람직하게, 6,000Å 이하의 두께를 갖는다.
그리고, 상기 금속막과 레지스트막은 제품 수준 또는 필요에 따라 통상적으로 사용하는 바이너리 블랭크 마스크에 형성하는 두께로도 형성 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크(400)는 상술한 실시예들과 동일한 공정을 이용하여 위상반전 포토 마스크로 제조할 수 있다. 여기서, 상기 위상반전 포토 마스크 역시 상술한 실시예들 및 도 4d, 4e, 4f 및 도 5와 동일하게 투명 기판 상에 위상반전막 패턴 만이 형성되는 형태, 요구되는 위상반전막 패턴의 일부분 상에 금속막 패턴이 잔류하는 형태, 메인 영역에 위상반전막 패턴만이 잔류하는 형태 등의 다양한 형태로 형성 가능하다.
이와 같이, 본 발명은 위상반전막의 식각마스크로 얇은 두께의 금속막을 사용함에 따라 레지스트막의 두께를 종래에 비하여 매우 박막화할 수 있어 로딩 효과가 현저히 감소되어 식각 공정 후 매우 높은 정밀도의 금속막 패턴을 형성할 수 있으며, 상기 금속막 패턴을 식각 마스크로 식각되는 위상반전막 패턴 역시 높은 정밀도의 CD를 갖도록 형성할 수 있다.
또한, 금속막은 레지스트막과의 접착력이 우수함에 따라 위상반전막의 패터닝 시 식각 물질이 계면으로 침투하여 위상반전막 패턴의 단면이 경사지게 형성되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 위상반전 포토마스크는 차광 기능 등의 소정의 역할을 위하여 위상반전막 패턴의 상부 또는 하부에 구비된 차광성막 패턴을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 위상반전막은 2층 이상의 다층막으로 형성됨에 따라 그 두께를 줄일 수 있고, 위상반전막의 패터닝 시 위상반전막 패턴의 경계가 분명하도록 가장자리 부분의 단면 경사가 가파르게 형성되어 보다 미세한 위상반전막 패턴의 형성을 가능하게 한다.
도 7은 본 발명의 실시형태들에 따른 위상반전막 패턴에 대해 특히 그 경계면을 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 다층의 위상반전막 패턴(104a)은 두께 및 식각 속도 등의 변수를 고려하여 하부막의 식각 속도가 상부막보다 빠르도록 형성하거나 일부분에서 식각 속도를 느리게 하는 박막을 채용하는 등 다양하게 구성함으로써 패턴 가장자리 부분의 단면 경사가 가파르도록 형성할 수 있다.
이때, 위상반전막 패턴(104a)의 상부 가장자리와 하부 가장자리의 수평 거리(Tail Size : d)는 100nm 이하이며, 바람직하게, 60nm 이하이다. 또한, 위상반전막 패턴(104a)의 상면과 패턴 가장자리 부분의 단면은 70°∼ 110°의 각도(θ)를 가지며, 바람직하게, 80°∼ 100°의 각도(θ)를 갖는다.
아울러, 본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크는 위상반전막 또는 차광성막의 상부, 하부 중 하나 이상의 부분에 구비된 식각저지막, 반투과막, 하드 필름 등의 박막을 더 포함할 수 있다.
(실시예)
위상반전 블랭크 마스크 및 위상반전막 패턴 형성
본 발명의 실시예에 따른 다층의 위상반전막을 평가하기 위하여 도 4a 내지 도 4d에 도시된 제조 방법과 동일하게 위상반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 형성하고 평가하였다.
본 발명의 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크(100)는 투명 기판 상에 스퍼터링 공정으로 다층의 위상반전막(104)과 차광성막(110) 및 레지스트막(114)을 순차적으로 형성하였다.
본 발명의 실시예 1 내지 4는 위상반전막(104)을 각각 2층, 4층, 6층, 8층의 다층막으로 형성하였으며, 위상반전막(104)을 구성하는 각 막들은 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 타겟을 이용하고, 아르곤(Ar) 및 반응성 가스로 N2 와 CO2 가스 중 하나 이상의 가스를 이용한 스퍼터링 공정으로 MoSiN 막 및 MoSiCON 막 중 하나로 형성하였다. 상기 각 막들은 조성 및 조성비가 동일 또는 상이하며, 조성이 동일한 경우 포함된 산소(O), 탄소(C), 질소(N)의 조성비가 동일 또는 상이하게 형성하였다.
아울러, 위상반전막(104)은 NO, N2O, NO2, N2, O2, CO2, CO, CH4 중 적어도 하나 이상의 반응성 가스를 이용하여 MoSiO, MoSiN, MoSiC, MoSiCO, MoSiON, MoSiCN, MoSiCON 중 하나의 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 화합물로 형성할 수 있다.
차광성막(110)은 차광막(106) 및 반사방지막(108)의 적층 구조로 이루어지고, 크롬(Cr) 타겟을 이용한 스퍼터링 공정으로 위상반전막(104)과 식각선택비를 갖는 크롬(Cr) 화합물로 형성하였다. 차광성막(110)은 단면 형상의 개선을 위하여 위상반전막과 동일하게 2층 이상의 다층막 또는 연속막의 형태로 구성될 수 있고, 차광성막이 반사방지 기능을 갖는 경우, 반사방지막을 형성하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다층 위상반전막의 평가는 FPD용 위상반전 블랭크 마스크(100)의 차광성막(110) 및 위상반전막(104)을 패터닝한 후 진행하였다.
상기 패터닝은, 우선, 상기 레지스트막에 노광 및 현상 공정을 진행하여 레지스트막 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트막 패턴을 식각 마스크로 상기 차광성막을 습식 식각하여 차광성막 패턴(110a)을 형성하였다. 이어서, 상기 레지스트막 패턴을 제거한 후, 차광성막 패턴(110a)을 식각마스크로 하부의 상기 위상반전막을 습식 식각하여 위상반전막 패턴(104a)을 형성하고, 상기 차광성막 패턴의 일부를 제거하는 방법을 이용하였다.
그리고, 비교예에서는 MoSiN 단층으로 이루어진 위상반전막을 형성하여 위상반전 블랭크 마스크를 형성하고, 실시예와 동일한 방법으로 패터닝을 진행하여 실시예들과 비교예에 따른 위상반전막의 특성을 비교하였다.
하기 표 1 및 2는 본 발명의 실시예 1 내지 4와 비교예에 따른 위상반전막(104)의 제조를 위한 공정 가스비, 파워, 각 막의 구성, 광학적 특성 및 패턴의 단면 형상에 대하여 표시하였다.
제1실시예 제2실시예 제3실시예 제4실시예
위상반전막 구조 2층막 4층막 6층막 8층막
타겟 MoSi MoSi MoSi MoSi
공정 파워(KW) 3.0 3.0 3.0 3.0
위상
반전막
각 층의
조성
및 두께(Å)		 1층
(최하층)		 MoSiN
(1,055Å)		 MoSiN
(606Å)		 MoSiN
(434Å)		 MoSiN
(316Å)
2층 MoSiN
(213Å)		 MoSiN
(217Å)		 MoSiN
(164Å)		 MoSiN
(136Å)
3층 - MoSiN
(203Å)		 MoSiN
(135Å)		 MoSiN
(124Å)
4층 - MoSiCON
(160Å)		 MoSiCON
(131Å)		 MoSiCON
(123Å)
5층 - - MoSiCON
(143Å)		 MoSiCON
(118Å)
6층 - - MoSiCON
(146Å)		 MoSiCON
(127Å)
7층 - - - MoSiCON
(112Å)
8층 - - - MoSiCON
(126Å)
공정
가스비(%)
Ar/N2/CO2 		1층 77/23/- 77/23/- 77/23/- 77/23/-
2층 89/11/- 83/17/- 83/17/- 83/17/-
3층 - 89/11/- 89/11/- 89/11/-
4층 - 83/11/6 87/11/2 87/11/2
5층 - - 85/11/3 85/11/3
6층 - - 83/11/6 83/11/6
7층 - - - 85/11/3
8층 - - - 87/11/2
위상반전막 두께(Å) 1,268 1,186 1,153 1,182
차광성막 두께(Å) 1,100 1,100 1,100 1,100
제5실시예 제6실시예 제7실시예 비교예
위상반전막 구조 2층막 2층막 3층막 단층막
타겟 MoSi MoSi MoSi MoSi
공정 파워(KW) 3.0 3.0 3.0 3.0
위상
반전막
각 층의
조성
및 두께(Å)		 1층
(최하층)		 MoSiN
(806Å)		 MoSiN
(640Å)		 MoSiN
(121Å)		 MoSiN
2층 MoSiN
(228Å)		 MoSiN
(576Å)		 MoSiN
(530Å)
3층 - - MoSiN
(538Å)
공정
가스비(%)
Ar/N2/CO2 		1층 80/20/- 78/22/- 50/50/- 77/23/-
2층 89/11/- 82/18/- 78/22/-
3층 - - 83/17/-
위상반전막 두께(Å) 1,034 1,216 1,189 1,320
차광성막 두께(Å) 1,100Å 1,100Å 1,100Å 1,100Å
제1실시예 제2실시예 제3실시예 제4실시예
투과율(%) 365nm 5.57 5.55 5.82 5.74
405nm 8.78 8.76 9.03 8.86
436nm 12.49 12.53 12.85 12.37
반사율(%) 365nm 23.76 19.66 19.07 19.39
405nm 25.47 22.69 20.62 22.39
436nm 26.75 25.40 21.81 24.03
위상차(°) 365nm 186 181 178 178
436nm 158 155 150 153
최저 반사율 파장 667 nm 658 nm 643 nm 641 nm
수평거리 (Tail Size) 51 nm 49 nm 52 nm 48 nm
제5실시예 제6실시예 제7실시예 비교예
투과율(%) 365nm 5.26 4.63 4.36 6.04
405nm 7.87 7.06 6.89 9.26
436nm 10.21 9.09 9.20 12.08
반사율(%) 365nm 33.49 26.3 32.4 22.8
405nm 31.97 29.6 33.3 24.1
436nm 29.52 31.3 32.8 23.6
위상차(°) 365nm 174 185 179 173
436nm 149 159 155 146
최저 반사율 파장 616 nm 680 nm 584 nm 676 nm
수평거리 (Tail Size) 50 nm 53 nm 51 nm 152 nm
표 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 7은 위상반전막을 구성하는 각 박막들은 위상반전막 패턴의 단면이 가파르게 형성되도록 두께 및 식각 속도를 고려하여 형성하였고 배치되었다. 즉, 실시예 1 및 실시예 7은 각 박막의 조성을 변경하여 위상반전막을 구성하는 박막들이 하부 투명 기판 방향으로 갈수록 동일한 식각 용액에 대하여 식각 속도가 빠르도록 형성하였고, 실시예 4는 가운데 부분에 배치되는 박막들의 식각 속도가 상부 및 하부에 배치되는 박막들에 비하여 식각 속도가 느리도록 구성하였다.
이때, 실시예 1 내지 7 및 비교예의 위상반전막은 투과율, 위상반전량 등에서 모두 요구되는 조건을 만족하였다.
위상반전막(104)은, 본 발명의 실시예들에 따른 반사율을 도시한 그래프인 도 8과 9를 참조하면, i선(365nm), h선(405nm), g선(436nm)을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 40% 이하의 반사율을 가짐을 확인할 수 있었다.
그러나, 실시예들과 비교예는 패터닝된 위상반전막의 단면의 형상에서 차이를 가졌다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다층 위상반전막 패턴의 단면 형상을 도시한 사진이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예 7의 위상반전막, 즉, 하부 투명 기판 방향으로 갈수록 동일한 식각 용액에 대하여 식각 속도가 빠르도록 형성되고, 이때, 위상반전막을 구성하는 각 박막을 식각 속도에 대비하여 두께를 조절한 경우, 2층과 3층의 위상반전막 패턴은 위상반전막을 구성하는 상부 박막의 식각 속도를 빠르게 함으로써 위상반전막 패턴의 가장자리 부분의 단면 경사가 가파르게 형성된 것을 알 수 있다. 이때, 상기 위상반전막 패턴의 상부 가장자리와 하부 가장자리의 수평 거리(Tail Size)는 약 51nm이고, 위상반전막 패턴의 상면과 가장자리 단면은 80° 이상의 각도(θ)를 가져 위상반전막 패턴의 가장자리 부분의 경사가 개선된 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 실시예 1과 동일하게 하부 투명 기판 방향으로 갈수록 동일한 식각 용액에 대하여 식각 속도가 빠르도록 형성되고, 이때, 위상반전막을 구성하는 각 박막을 식각 속도에 대비하여 두께를 조절한 경우, 4층의 위상반전막 패턴은 가장자리 부분의 단면 경사가 개선된 것을 확인하였으며, 이때, 상기 위상반전막 패턴의 상부 가장자리와 하부 가장자리의 수평 거리는 약 49nm인 것을 확인하였다.
그리고, 실시예 3의 위상반전막, 즉, 상부 박막의 식각 속도가 빠르도록 형성되고, 이때, 위상반전막을 구성하는 각 박막을 식각 속도에 대비하여 두께를 조절한 경우, 위상반전막 패턴은 가장자리 부분의 단면 경사가 개선된 것을 알 수 있다. 이때, 상기 위상반전막 패턴의 상부 가장자리와 하부 가장자리의 수평 거리는 약 52nm인 것을 확인하였다.
그리고, 실시예 4에서 7까지의 위상반전막 패턴의 상부 가장자리와 하부 가장자리의 수평거리는 각각 48nm, 50nm, 53nm, 51nm 를 확인하였다.
그러나, 비교예와 같이, 위상반전막이 단층으로 형성된 경우, 도 1을 참조하면, 위상반전막 패턴의 가장자리 부분 단면 경사가 완만하게 형성되어 위상반전막 패턴의 경계가 불분명하게 형성됨을 알 수 있다. 이때, 상기 위상반전막 패턴의 상부 가장자리와 하부 가장자리의 수평 거리는 약 152nm인 것을 확인하였다.
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 : FPD용 위상반전 블랭크 마스크
102, 202 : 투명 기판 104, 204 : 다층 위상반전막
106 : 차광막 108 : 반사방지막
110 : 차광성막 212 : 금속막

Claims (29)

  1. 투명 기판 상에 위상반전막이 구비된 위상반전 블랭크 마스크로서,
    상기 위상반전막은 i선(365nm), h선(405nm), g선(436nm)을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 35% 이하의 반사율 및 1% ~ 40%의 투과율을 갖도록 함과 아울러, 패턴 형성 시 패턴 단면의 경사를 가파르게 형성되도록 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 하나의 경원소 물질을 포함하는 금속실리사이드 화합물로 이루어진 2층 이상의 다층막으로 구성되며,
    상기 금속실리사이드 화합물은 상기 경원소 물질을 포함하는 반응성 가스와 비활성 가스가 0.5 : 9.5 ~ 4 : 6의 비율로 주입하여 형성된 위상반전 블랭크 마스크.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 동일한 식각 용액에 대하여 식각 가능한 물질로 이루어지고, 상호 다른 조성을 가지며, 상기 다른 조성의 막들이 각 1회 이상 적층되어 구성된 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 다층막 또는 다층막의 형태로 이루어지며, 상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 단일막 또는 연속막의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 상기 투명 기판으로부터 상부 방향으로 갈수록 동일한 식각 용액에 대하여 식각 속도가 느린 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 최상층의 막이 하부 막들에 비하여 낮은 질소(N) 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 상부로부터 상기 투명 기판 방향으로 갈수록 상기 질소(N)의 함유량이 높은 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 각 막들 중 적어도 하나 이상의 막은 식각 속도가 그 상부 또는 하부에 배치되는 막들에 비하여 식각 속도가 빠르거나 느린 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 상기 질소(N)을 포함한 경우 0.1at% ∼ 70at%의 질소(N) 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 각 막들 중 최상층의 막은 하부 막들에 비하여 낮은 산소(O) 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 상부로부터 상기 투명 기판 방향으로 갈수록 상기 산소(O)의 함유량이 높은 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 각 막들 중 최상층의 막은 하부 막들에 비하여 높은 탄소(C) 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 상부로부터 상기 투명 기판 방향으로 갈수록 상기 탄소(C)의 함유량이 낮은 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  14. 삭제
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 i선, h선, g선을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 10% 이하의 투과율 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 i선, h선, g선을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 160°∼ 200°의 위상반전량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 i선, h선, g선을 포함하는 복합 파장의 노광광에 대하여 40°이하의 위상량 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 400nm ∼ 900nm 이하의 파장 중 하나의 파장에서 최저반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 500Å ∼ 1,500Å의 두께를 가지며, 상기 위상반전막을 구성하는 각 막들은 50Å ∼ 1,450Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속실리사이드 화합물 막은 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 보론(B), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb) 중 어느 하나 이상의 금속 물질에 실리콘(Si)이 포함되어 이루어지거나, 상기 금속 실리사이드에 질소(N), 산소(O), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 하나 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 구성하는 금속실리사이드 화합물 막은 MoSiO, MoSiN, MoSiC, MoSiON, MoSiCN, MoSiCO, MoSiCON 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 금속실리사이드 화합물 막은 몰리브데늄(Mo)이 2at% ∼ 30at%, 실리콘(Si)이 20at% ∼ 70at%, 질소(N)가 5at% ∼ 40at%, 산소(O)가 0 ∼ 30at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%의 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전막의 상부에 배치되는 차광성막 또는 1층 이상의 금속막 중 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 금속막은 반투과막, 식각저지막, 식각마스크막 중 하나인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 차광성막 및 금속막은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 보론(B), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 실리콘(Si) 중 어느 하나 이상의 금속 물질들을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 금속 물질들에 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 하나 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  26. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 13 항, 제 15 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항의 위상반전 블랭크 마스크를 이용하여 위상반전막 패턴을 포함하도록 제조된 위상반전 포토마스크.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 위상반전막 패턴은 상부 가장자리와 하부 가장자리의 수평 거리가 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 위상반전 포토마스크.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 위상반전막 패턴은 상면과 패턴 가장자리 부분의 단면은 70° ∼ 110°의 각도(θ)를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 포토마스크.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 위상반전막의 상부 또는 하부에 배치되는 차광성막 패턴 또는 1층 이상의 금속막 패턴 중 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 포토마스크.
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