KR102004828B1 - 위상반전 블랭크 마스크 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크는, 투명 기판 상에 2층 이상의 다층막 구조를 갖는 위상반전막이 구비되며, 위상반전막은 실질적으로 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si) 단독, 실리콘(Si) 화합물들 중 하나로 이루어진다.
본 발명에 따른 위상반전막은 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si)계 물질로 형성함으로써 노광광에 대한 내노광성 및 화학적 세정에 따른 내약품성이 우수한 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공할 수 있으며, 패턴 임계 치수의 정확성 제어가 가능하며, 포토마스크의 사용 주기를 증가시킬 수 있다.

Description

위상반전 블랭크 마스크 및 그의 제조 방법{Phase shift blankmask and method for fabricating the same}
본 발명은 위상반전 블랭크 마스크 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, KrF용 및 ArF용 엑시머 레이저를 이용하는 반도체 디바이스 제조 공정에 적합한 특성을 가지며, 내화학성 및 내노광성이 향상된 위상반전막을 포함하는 위상반전 블랭크 마스크 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
오늘날 대규모 집적회로의 고집적화에 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 구성 배치 등에 대한 기술적 요구가 점점 높아지고 있다. 따라서 이러한 요구들을 충족 시키기 위해서는 회로 패턴의 원본이 기록되는 포토마스크 제조에 있어서도, 상기 미세화를 수반하고 보다 정밀한 회로 패턴을 기록할 수 있는 포토리소그래피 기술이 요구되고 있다.
이러한 포토리소그래피 기술은 반도체 회로 패턴의 해상도(Resolution) 향상을 위해 436㎚의 g-line, 405㎚의 h-line, 365㎚의 i-line, 248㎚의 KrF, 193㎚의 ArF로 노광 파장의 단파장화가 이루어져 왔다. 그러나, 노광 파장의 단파장화는 해상도 향상에는 크게 기여하였으나, 초점심도 (Depth of Focus, DoF)에는 나쁜 영향을 주어, 렌즈를 비롯한 광학시스템의 설계에 대해 많은 부담이 증대되는 문제점을 가져왔다.
이에 따라, 상기 문제점을 해결하기 위해 노광광의 위상을 180° 반전시키는 위상반전막(Phase Shift Layer)을 이용하여 해상도와 초점심도를 동시에 향상시키는 위상반전 마스크가 개발되었다. 위상반전 블랭크 마스크는 투명 기판 상에 위상반전막, 차광막 및 포토레지스트막이 적층된 구조를 가지며, 반도체 포토리소그래피 공정에서 90㎚급 이하의 고 정밀도의 임계 치수(Critical Dimension, CD) 구현을 위한 블랭크 마스크로서, 특히 248㎚의 KrF 및 193㎚의 ArF 리소그래피 및 액침(Immersion) 노광 리소그래피에 적용할 수 있다.
한편, 블랭크 마스크나 포토마스크 상에 잔류하는 파티클은 패턴 결함의 원인으로 되기 때문에 반복되는 세정공정을 통하여 제거하게 된다. 이때, 사용되는 세정용액은 황산과수나 오존수, 암모니아과수 등이 사용될 수 있다. 황산과수는 황산과 과산화수소수를 혼합하여 얻어지는 강력한 산화 작용을 가진 세정제이며, 오존수는 오존을 물에 용해시킨 것으로서 황산과수의 대체하여 사용된다. 암모니아과수는 암모니아수와 과산화수소수를 혼합하여 얻어지는 세정제로서, 블랭크 마스크나 포토마스크의 표면에 부착된 유기계 이물질이 암모니아과수에 침지되면 암모니아의 용해 작용과 과산화수소의 산화 작용에 의해 표면으로부터 이탈되고 분리됨으로써 세정된다. 이러한 화학적 세정은 블랭크 마스크나 포토마스크에 부착된 파티클이나 오염물을 제거하지만, 블랭크 마스크나 포토마스크를 구성하는 박막에 손상(Damage)를 끼칠 우려가 있다.
또한, 몰리브데늄(Mo) 등의 전이금속을 포함하는 실리콘(Si)계 박막은 노광 공정에서 ArF 엑시머 레이저광의 조사에 의해 패턴 치수 변동이 발생하는 문제가 발생하고 있다. 상기 패턴 치수의 변동은 패턴이 노광광의 에너지와 수분에 의해 산화되어 선폭의 치수가 점점 증가되는 현상으로서, 세정 공정에 의해 제어될 수 있지만 계속되는 반복 세정에 의해 광학막의 특성 변화를 가져온다.
상술한 화학적 세정과 노광 공정에서의 광학막 특성 변화는 구현하고자 하는 패턴 사이즈가 미세화됨에 따라 임계 치수 변화에 대한 영향력이 증가하게 된다. 종래 100㎚급 이상의 패턴 구현에 있어서 5㎚의 임계 치수 변화는 미미한 수준이지만, 32㎚ 이하, 특히 22㎚급 이하에서는 심각한 수준의 임계 치수 변화이다.
최근에는, 몰리브덴(Mo) 등의 전이금속과 실리콘(Si)을 주된 금속 성분으로 하고 질소(N)를 더 함유시킨 재료의 위상반전막이 적용된 마스크가 사용되고 있다. 그러나, 전이금속과 실리콘(Si)을 주된 금속 성분으로 하는 위상반전막이 적용된 블랭크 마스크는 앞서 설명하였듯이 세정 공정에 취약한 특성을 가지는 것이 확인 되었으며, 반복적인 노광 공정에 의해 위상반전막의 표면에 산화층이 형성되어 패턴 선폭 치수가 점점 증가하는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 실질적으로 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si)계 물질로 이루어진 위상반전막을 구비하여 우수한 내약품성, 내노광성 특성을 가지는 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크는 투명 기판 상에 적어도 위상반전막 및 레지스트막이 구비되고, 상기 위상반전막은 단층이나 2층 이상의 다층막 구조를 가지며, 실질적으로 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si) 단독, 실리콘(Si) 화합물들 중 하나로 이루어진다.
상기 제1위상반전막은 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하여 이루어지며, 상기 실리콘(Si)은 40at% ∼ 80at%의 함유량을 갖는다.
상기 제2위상반전막은 실리콘(Si), 질소(N) 및 산소(O)를 포함하여 이루어지며, 상기 실리콘(Si)은 10at% 이상, 질소(N)는 3at% 이상, 산소(O)는 6at% 이상의 함유량을 갖는다.
상기 제2위상반전막은 두께 변화율에 대비한 위상량 및 투과율 변화가 제1위상반전막 보다 상대적으로 낮다.
상기 위상반전막 상에 구비되며, 상기 위상반전막과 식각선택비를 갖는 차광성막을 더 포함한다.
상기 차광성막 상에 구비되며, 상기 차광성막과 식각선택비를 갖는 하드마스크막을 더 포함한다.
상기 하드마스크막 상에 구비되며, 상기 하드마스크막과 식각선택비를 갖는 금속막을 더 포함한다.
본 발명은 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si)계 물질로 위상반전막을 형성함으로써 노광광에 대한 내노광성 및 화학적 세정에 따른 내약품성이 우수한 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공할 수 있다.
이를 통해, 포토마스크의 제조 시 더욱 미세화되는 패턴 임계 치수의 정확성 제어가 가능하며, 웨이퍼 프린팅(Wafer Printing) 시, 포토마스크의 사용 주기(Life-time)를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 구조에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 위상반전막을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 2 구조에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 3 구조에 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 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 제 1 구조에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 위상반전막을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 구조에 따른 위상반전 블랭크 마스크(100)는 적어도 투명 기판(102) 상에 순차적으로 구비된 위상반전막(104), 차광성막(106) 및 레지스트막(112)을 포함한다.
투명 기판(102)은 6inch × 6inch × 0.25inch(가로 × 세로 ×두께)의 크기를 가지며, 200㎚ 이하의 노광 파장에서 90% 이상의 투과율을 갖는다.
위상반전막(104)은 반응성 가스 비율의 변화, 타겟에 인가되는 파워(Power)의 변화 또는 플라즈마의 On/Off 등을 이용한 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해 조성 또는 조성비가 상이한 연속막의 형태 또는 다층막 형태로 형성할 수 있다. 여기서, 연속막은 스퍼터링 공정 중 플라즈마가 켜진 상태에서 주입되는 반응성 가스를 변경하여 형성하는 막을 의미한다.
위상반전막(104)은 실질적으로 몰리브덴(Mo) 등의 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si) 단독 또는 실리콘(Si)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상의 경원소를 포함하는 SiO, SiN, SiC, SiON, SiCO, SiCN, SiCON과 같은 실리콘(Si) 화합물 중 하나로 이루어지며, 여기에, 붕소(B)가 더 포함될 수 있다.
위상반전막(104)이 전이금속, 예를 들어, 몰리브데늄(Mo)을 포함하는 실리콘 화합물인 경우, 위상반전막(104)은 세정 용액에 대한 열화가 높기 때문에 반복 세정에 의한 손상을 받게 되면 두께가 감소되고 투과율 및 위상량의 변화가 발생하여 최종적으로 요구되는 광학적 특성을 구현할 수 없다. 이에 반해, 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si) 또는 실리콘(Si) 화합물로 형성된 위상반전막(104)은 전이금속 실리콘 또는 전이금속 실리콘 화합물로 이루어진 위상반전막에 대비하여 오존(O3), Hot-DI, 암모니아수(NH4OH), 황산(H2SO4) 등을 포함하는 세정 용액에 대하여 상대적으로 우수한 내성을 갖는다.
또한, 위상반전막(104)이 전이금속을 포함하는 경우, 위상반전막(104)은 반복 노광되는 웨이퍼 프린팅(Wafer Printing) 공정 시, 산소(O)와의 결합을 통해 패턴의 임계 치수가 증가하는 문제점이 발생한다. 반면, 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si) 또는 실리콘(Si) 화합물로 형성된 위상반전막(104)은 임계 치수가 증가하는 문제를 최소화할 수 있으며, 이에 따라, 포토마스크의 사용 주기(Life-time)를 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 위상반전막(104)은 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si) 또는 실리콘(Si) 화합물 형태로 이루어지도록 형성하는 것이 바람직하다.
위상반전막(104)은 실리콘(Si) 타겟 또는 붕소(B)가 첨가된 실리콘(Si) 타겟을 이용한 스퍼터링 방법으로 형성하며, 실리콘(Si) 타겟에 붕소(B)를 포함하는 경우, 타겟의 전기 전도도를 높게 하여 박막 형성 시 결함 발생률을 감소시킬 수 있다. 이때, 보론(B)이 도핑된 실리콘 타겟의 비저항(Resistivity)은 1.0E-04Ω·㎝ ∼1.0E+01Ω·㎝, 바람직하게, 1.0E-03Ω·㎝ ∼1.0E-02Ω·㎝인 것이 우수하다. 상기 타겟의 비저항이 높으면 스퍼터링 시, 아크(Arc)와 같은 이상 방전 현상이 발생하며, 이는 박막의 특성 및 결함을 발생시키는 요인으로 작용한다.
또한, 위상반전막(104)을 형성하기 위한 실리콘(Si) 타겟은 주상정 또는 단결정을 이용한 제조방법으로 제조되는 것이 바람직하다. 주상정 타겟의 결정 사이즈는 5 ∼ 20mm인 것이 바람직하며, 상기 사이즈의 경우 잉곳 하부로부터의 거리가 20mm에서의 결정 사이즈는 15mm이고, 150mm에서의 결정 사이즈는 17mm이며, 280mm에서는 20mm인 것으로 보아 잉곳의 가장자리에서부터 중심으로 가까워질수록 결정 사이즈는 더 커지는 경향이 발생한다. 또한, 압축(Pressing)을 진행할 경우, 타겟의 깨짐 현상이 발생하므로 HP 혹은 HIP 공정을 진행하지 않는 것이 바람직하나, 낮은 온도 및 압력에서 진행하여도 무방하다. 상기 깨짐 현상을 방지하기 위한 주상정과 단결정 타겟의 HV 경도는 800 이상이며, 휨 강도는 100Mpa 이상의 기계적 특성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 스퍼터링시에 발생하는 결함(Defect) 발생을 최소화하기 위한 방법으로는 타겟 불순물의 함량을 최소화하는 것이 바람직하다. 불순물의 종류 중, 탄소(C)와 산소(O)의 불순물 함량은 30.0ppm 이하로 설정하는 것이 바람직하며, 5.0ppm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 상기 탄소(C)와 산소(O)를 제외한 나머지 불순물(Al, Cr, Cu, Fe, Mg, Na, K …)의 경우 1.0ppm 이하로 설정하는 것이 바람직하며, 0.05ppm 이하의 함량을 지니도록 설정하는 것이 더욱 바람직하다.
위상반전막(104)은 단일막 또는 2층 구조 이상의 다층막으로 구성될 수 있다. 위상반전막이 단일막으로 구성될 경우 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하는 질화성 위상반전막으로 형성될 수 있으며, 바람직하게, SiN막으로 형성된다.
반면에, 위상반전막(104)이 2층 구조로 구성될 경우, 두 가지 구조의 위상반전막(104)을 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 위상반전막(104)은 위상량 및 투과율을 주로 제어하는 역할을 하는 제1위상반전막(114) 및 포토마스크 제조 시 세정 공정에 사용되는 세정 용액에 대한 위상반전막(104)의 용해 또는 부식과 같은 열화 현상을 방지할 수 있는 제2위상반전막(116)으로 이루어질 수 있다.
이를 위해, 제1위상반전막(114)은, 예를 들어, 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하여 이루어지며, 위상반전막(104) 전체 두께의 80% 이상의 두께를 갖는다. 제1위상반전막(114)은 40at% ∼ 80at%, 바람직하게, 60at% ∼ 80at%의 실리콘(Si) 함유량을 가지며, 나머지는 질소(N)로 이루어진다.
제2위상반전막(116)은, 예를 들어, 실리콘(Si) 및 산소(O)와 질소(N)를 포함하여 이루어지고, 위상반전막(104) 전체 두께의 20% 이하의 두께를 가지며, 두께 변화율에 대비한 위상량 및 투과율 변화가 상대적으로 제1위상반전막(114)보다 작다. 제2위상반전막(116)은 10at% 이상의 실리콘(Si) 함유량을 갖고, 3at% 이상의 질소(N) 함유량을 가지며, 6at% 이상의 산소(O) 함유량을 가진다. 제2위상반전막(116)은 1at% 이상의 탄소(C)를 포함하여도 무방하다.
위상반전막(104)은 50㎚ ∼ 90㎚의 두께를 갖고, 바람직하게, 80㎚의 이하의 두께를 갖는다. 여기서, 제1위상반전막(114)은 50㎚ 이상의 두께를 가지며, 제2위상반전막(116)은 10㎚ 이하의 두께를 갖는다.
한편, 위상반전막(104)이 2층 구조로 구성될 경우, 위상반전막(104)은 주로 투과율을 제어하는 투과제어막(Transmission-Control Layer)으로 역할하는 제1위상반전막(114) 및 주로 위상량을 제어하는 위상제어막(Phase-Control Layer)으로 역할하는 제2위상반전막(116)으로 이루어질 수 있다.
이를 위해, 제1위상반전막(114)은, 예를 들어, 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하여 이루어지고, 제1위상반전막(114)은 40at% ∼ 80at%의 실리콘(Si) 및 나머지는 질소(N)로 이루어지며, 투과율 제어를 위하여 질소(N) 함유량을 낮게 설정한다.
제2위상반전막(116)은, 예를 들어, 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하여 이루어지며, 위상량 제어를 위하여 질소(N) 함유량을 제1위상반전막(114) 대비 높게 설정하고, 바람직하게, 10at% 이상의 질소(N) 함유량을 갖는다.
위상반전막(104)은 50㎚ ∼ 90㎚의 두께를 가지며, 제1위상반전막(114)은 20㎚ 이하의 두께를 가지며, 제2위상반전막(116)은 40㎚ 이상의 두께를 갖는다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 제2위상반전막(116) 상에는 위상반전막(104)의 표면 내화학성 향상을 위하여, 예를 들어, 실리콘산질화막(SiON)으로 이루어진 최표면층 박막(제3위상반전막)을 추가적으로 더 형성할 수 있다. 또한, 상기 실리콘산질화막(SiON)을 대신하여 실리콘질화막(SiN)으로도 형성이 가능하며, 탄소(C)를 더 포함하여도 무방하다. 여기서, 상기 최표면층은 진공 또는 반응성 산화 가스를 이용한 산소 분위기에서 이온 플레이팅(Ion plating), 이온 빔(Ion-beam), 플라즈마 표면처리, 급속 열처리(Rapid Thermal Process, RTP) 장치, 진공 핫-플레이트(Vacuum Hot-plate Bake) 장치 및 퍼니스(Furnace)를 이용한 열처리 방법 등을 통해 형성될 수 있으며, 5㎚의 두께를 갖는다.
위상반전막(104)은 200㎚ 이하의 노광광에 대하여 5% ∼ 10%의 투과율을 가지며, 바람직하게, 5% ∼ 8%의 투과율, 더욱 바람직하게, 6%의 투과율을 갖고, 170°∼ 190°의 위상반전량을 가지며, 바람직하게, 180°의 위상반전량을 갖는다.
또한, 위상반전막(104)은 성막 공정 후, 필요에 따라 특성 향상을 위하여 열처리 공정을 수행할 수 있다.
차광성막(106)은 크롬(Cr), 티탄(Ti), 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), 셀렌(Se), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta) 및 텅스텐(W)과 같은 금속 중 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하여 금속막으로 이루어지거나, 상기 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 금속화합물 막으로 이루어진다.
차광성막(106)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 2층 구조를 갖는 경우, 하부층은 노광광을 주로 차광하는 차광막으로 구성되고, 상부층은 노광광의 반사를 저감하는 반사방지막으로 구성될 수 있다.
차광성막(106)은 크롬(Cr) 단독 또는 크롬(Cr)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상을 포함하는 CrO, CrN, CrC, CrON, CrCN, CrCO, CrCON과 같은 크롬(Cr) 화합물 중 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 차광성막(106)이 하부막 및 상부막의 2층 구조로 이루어지는 경우, 예를 들어, 상기 하부막은 CrN막으로 이루어지고, 상부막은 CrON막으로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 외, 다양한 형태로 구성될 수 있다.
차광성막(106)은 식각 속도를 향상시키기 위하여 크롬(Cr)에 몰리브데늄(Mo)을 포함하는 화합물 형태로도 이루어질 수 있다. 이 경우, 차광성막(106)은 몰리브데늄크롬(MoCr) 단독 또는 MoCrO, MoCrN, MoCrC, MoCrON, MoCrCN, MoCrCO, MoCrCON과 같은 몰리브데늄크롬(MoCr) 화합물 중 하나로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 차광성막(106)이 몰리브데늄크롬(MoCr) 화합물 형태로 이루어지는 경우, 차광성막(106)이 높은 식각 속도를 가져 레지스트막(112)의 박막화가 가능하며, 이를 통해, 임계 치수 선형성(CD Linearity)을 향상시킬 수 있다.
차광성막(106)은 200Å ∼ 800Å의 두께를 가지며, 바람직하게, 400Å ∼ 700Å의 두께를 갖는다. 차광성막(106)은 두께가 200Å 이하일 경우, 노광광을 차광하는 기능을 실질적으로 하지 못하고, 두께가 800Å 이상일 경우, 차광성막(106)의 두께가 두꺼워져 보조 형상 패턴 구현을 위한 해상도 및 정확도가 떨어지게 된다.
차광성막(106)은 200㎚ 이하의 노광광에 대하여 2.5 ∼ 3.5의 광학 밀도와 10% ∼ 30%의 표면 반사율을 갖는다.
레지스트막(112)은 화학증폭형 레지스트(CAR; Chemically Amplified Resist)가 사용되며, 400Å ∼ 2,000Å의 두께를 갖고, 바람직하게는, 600Å ∼ 1,500Å의 두께를 갖는다.
도 3은 본 발명의 제 2 구조에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 구조에 따른 위상반전 블랭크 마스크(200)는 적어도 투명 기판(102) 상에 순차적으로 구비된 위상반전막(104), 차광성막(106), 하드마스크막(108) 및 레지스트막(112)을 포함한다. 여기서, 상기 위상반전막(104), 차광성막(106) 및 레지스트막(112)은 상술한 도 1의 제 1 구조에 따른 위상반전 블랭크 마스크(100)와 동일하다.
하드마스크막(108)은 차광성막(106)과 레지스트막(112) 사이에 형성되며, 차광성막 패턴을 형성하기 위한 식각마스크로서 기능한다. 이를 위해, 하드마스크막(108)은 차광성막(106)과 식각선택비를 갖는 물질로 이루어지며, 바람직하게, 몰리브데늄실리사이드(MoSi), 실리콘(Si) 또는 상기 물질들에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상을 포함하는 몰리브데늄실리사이드(MoSi), 실리콘(Si) 화합물 중 하나로 이루어진다.
하드마스크막(108)은 10Å ∼ 150Å의 두께, 바람직하게, 20Å ∼ 100Å의 두께를 가지며, 이에 따라, 하드마스크막(108)의 식각마스크로 사용되는 레지스트막(112)의 박막화가 가능하여 임계 치수 선형성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 구조에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 구조에 따른 위상반전 블랭크 마스크(300)는 적어도 투명 기판(102) 상에 순차적으로 구비된 위상반전막(104), 차광성막(106), 하드마스크막(108), 금속막(110) 및 레지스트막(112)을 포함한다.
여기서, 상기 위상반전막(104), 차광성막(106), 하드마스크막(108) 및 레지스트막(112)은 상술한 도 1의 제 2 구조에 따른 위상반전 블랭크 마스크(200)와 동일하다.
금속막(110)은 하드마스크막(108)과 레지스트막(112)의 접착력 문제를 향상시키기 위하여 구비되며, 부수적으로, 하부 하드마스크막(108)의 식각마스크로 역할한다.
이를 위해, 금속막(110)은 레지스트막(112)과의 접착력이 우수하며, 하부 하드마스크막(108)에 대하여 식각선택비를 갖는 물질로 형성된다. 금속막(110)은, 상술한 바와 같이, 하드마스크막(108)이 몰리브데늄실리사이드(MoSi), 실리콘(Si) 또는 상기 물질들에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상을 포함하는 화합물로 이루어지는 경우, 예를 들어, 크롬(Cr) 단독 또는 크롬(Cr)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상을 포함하는 크롬(Cr) 화합물 중 하나로 이루어진다.
금속막(110)은 10Å ∼ 150Å의 두께를 가지며, 바람직하게, 100Å 이하의 두께를 갖는다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 위상반전 블랭크 마스크는 레지스트막의 상면에 차지 방지막을 선택적으로 형성할 수 있다. 상기 차지 방지막은 자기도핑된 수용성 전도성 중합체(Self-doped Water Soluble Conducting Polymer)로 형성되며, 노광 시 전자의 차지업(Charge-up) 현상을 방지하고, 차지업 현상에 의한 레지스트막(112)의 열적 변형을 방지한다. 상기 차지방지막은 100Å ～ 800Å의 두께를 가지며, 바람직하게, 400Å 이하의 두께를 갖고, 본 발명은 차지 방지막에 의해 고 해상도 구현이 가능하다.
(실시예)
실시예 1 : 위상반전막 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조 방법 Ⅰ
본 발명의 따른 위상반전 블랭크 마스크는, 도 1 및 도 2를 참조하면, DC 마그네트론 스퍼터링 장치와 붕소(B)가 불순물로 첨가된 실리콘(Si) 타겟을 이용하고, 6inch x 6inch x 0.25inch의 크기를 가지는 투명 기판(102) 상에 위상반전막(104)을 형성하였다.
투명 기판(102)은 193㎚의 노광 파장에서 복굴절이 2㎚ 이하로 제어되고, 평탄도가 0.3㎛ 이하, 투과율이 90% 이상으로 제어된 기판을 사용하였다.
위상반전막(104)은 2층 구조로 설계되었으며, 기판과 인접한 제1위상반전막(114)은 공정 가스로 Ar : N2 = 7.0sccm : 5.0sccm을 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾로 인가하여 SiN막으로 형성하였다. 제1위상반전막(114)은 X-ray Source를 이용한 XRR 장치를 이용하여 두께를 측정한 결과 62㎚의 두께를 나타내었고, AES 장비를 이용하여 조성비를 분석한 결과, Si : N = 68at% : 32at%을 나타내었다.
이어서, 제1위상반전막(114) 상에 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 7sccm : 7sccm을 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾로 인가하여 4㎚ 두께의 SiON막으로 형성하였고, Si : N : O = 21at% : 5at% : 74at%의 조성비를 나타내었다.
위상반전막(104)에 대하여 n&k 장비를 이용하여 193㎚ 노광 파장에서 투과율 및 위상량을 측정한 결과, 5.7%의 투과율과 181°의 위상량을 나타내어, 위상반전막(104)으로 사용하기에 문제가 없음을 확인하였다.
이후, 위상반전막(104)에 진공 급속 열처리 장치(Vacuum RTP)를 이용하여 350℃의 온도에서 20분간 열처리를 실시하여 위상반전막(104)의 응력을 저감시켰다.
그런 다음, 위상반전막(104) 상에 크롬(Cr) 타겟을 이용하여 크롬(Cr) 화합물로 이루어진 2층 구조의 차광성막(106)을 형성하였다. 위상반전막(104)과 인접한 차광성막(106) 하부층은 공정 가스로 Ar : N2 = 5sccm : 9sccm로 주입하고, 공정 파워는 1.4kW로 인가하여 28㎚ 두께의 CrN막으로 형성하였다. 차광성막(106)의 상부층은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 3sccm : 10sccm : 5sccm로 주입하고, 공정 파워는 0.6kW로 인가하여 10㎚ 두께의 CrON막으로 형성하였다. 차광성막(106)은 193㎚ 파장의 노광광에 대하여 3.05의 광학밀도를 나타내었으며, 반사율은 30%를 나타내었다.
이후, 차광성막(106)에 화학증폭형 레지스트막(112)을 150㎚ 두께로 스핀 코팅하여 블랭크 마스크(100)의 제조를 완료하였다.
블랭크 마스크(100)를 이용하여 제조되는 포토마스크는 먼저, 레지스트막(112)에 노광을 실시한 후, PEB(Post Exposure Bake)를 108℃의 온도에서 10분 동안 실시하였다.
이후, 현상액을 이용하여 레지스트막(112)을 패터닝하여 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 차광성막(106)에 클로린(Chlorine) 가스를 이용한 건식 식각 공정을 수행하여 차광성막 패턴을 형성하였다.
이어서, 상기 레지스트막 패턴을 제거한 후(미제거 해도 무방함) 상기 차광성막 패턴을 식각 마스크로 위상반전막(104)에 플로린(Fluorine) 가스를 이용한 건식 식각 공정을 수행하여 위상반전막 패턴을 형성하였다.
그런 다음, 상기 구조물 상에 2차 레지스트를 코팅한 후, 외주부를 제외한 메인 영역을 노출시키는 2차 레지스트막 패턴을 형성한 후, 노출된 상기 차광성막 패턴을 제거하여 최종적으로 포토마스크 제조를 완료하였다.
상기와 같이 제조된 포토마스크에 대하여 MPM-193 장비를 이용하여 투과율 및 위상량을 측정한 결과, 6.1%의 투과율과 182°의 위상량을 나타내어 위상반전 마스크로서 사용하기에 문제가 없음을 확인하였다.
[비교예 1]
상술한 실시예 1과 동일하게 DC 마그네트론 스퍼터링 장치와 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 타겟(Mo : Si = 10at% : 90at%)을 이용하여 투명 기판 상에 2층 구조로 위상반전막을 형성하였다.
상기 위상반전막 중 기판과 인접한 제1위상반전막은 공정 가스로 Ar : N2 = 7sccm : 10sccm을 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾로 인가하여 60㎚ 두께의 MoSiN막으로 형성하였다. 이어서, 상기 제1위상반전막 상에 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 7sccm : 7sccm을 주입하고, 공정 파워는 0.6㎾로 인가하여 5㎚ 두께의 MoSiON막으로 형성하였다. .
상기 위상반전막에 대하여 193㎚ 파장에서 투과율 및 위상량을 측정한 결과, 상기 위상반전막은 5.8%의 투과율과 182°의 위상량을 나타내었다.
이후 실시예 1과 동일한 공정을 통하여 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조를 완료하였다.
실시예 2 : 하드마스크막을 포함하는 위상반전막 블랭크 마스크 제조 방법
본 실시예에서는, 도 3을 참조하면, 투명 기판(102) 상에 순차적으로 위상반전막(104), 차광성막(106), 하드마스크막(108) 및 레지스트막(112)를 포함한다.
이때, 상기 투명 기판(102), 위상반전막(104) 및 차광성막(106)은 실시예 1과 동일하다.
실시예 1의 차광성막(106) 형성 이후, 상기 차광성막(106) 상에 DC 마그네트론 스퍼터링 장치와 붕소(B)가 불순물로 첨가된 실리콘(Si) 타겟을 이용하고, 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 7sccm : 5sccm을 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾로 인가하여 5㎚ 두께의 SiON막으로 이루어진 하드마스크막(108)을 형성하였다.
상기 하드마스크막(108)과 레지스트막(112)의 접착성을 향상시키기 위해 HMDS(hexamethyldisilazane)를 증기 상태로 150℃에서 20분 증착 과정을 진행하였다.
그런 다음, 하드마스크막(108)에 화학증폭형 레지스트막(112)을 80㎚ 두께로 스핀 코팅하여 블랭크 마스크(200)의 제조를 완료하였다.
블랭크 마스크(100)를 이용하여 제조되는 포토마스크는 먼저, 레지스트막(112)에 노광을 실시한 후, PEB(Post Exposure Bake)를 108℃의 온도에서 10분 동안 실시하였다.
이후, 현상액을 이용하여 레지스트막(112)을 패터닝하여 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하부 하드마스크막(108)에 플로린(Fluorine) 가스를 이용한 건식 식각 공정을 수행하여 차광성막(106) 패턴을 형성하였다.
이어서, 상기 레지스트막(112) 패턴을 제거한 후(미제거 해도 무방함) 상기 하드마스크막(108)을 식각 마스크로 차광성막(106)에 클로린(Chlorine)계 가스를 이용한 건식 식각 공정을 수행하여 차광성막(106) 패턴을 형성하였다.
이후, 상기 차광성막(106) 패턴을 식각 마스크로 위상반전막(104)에 플로린(Fluorine)계 가스를 이용한 건식 식각 공정을 수행하여 위상반전막(104) 패턴을 형성하였다.
그런 다음, 상기 구조물 상에 2차 레지스트를 코팅한 후, 외주부를 제외한 메인 영역을 노출시키는 2차 레지스트막 패턴을 형성한 후, 노출된 상기 차광성막 패턴을 제거하여 최종적으로 포토마스크 제조를 완료하였다.
상기와 같이 제조된 포토마스크에 대하여 CD Performance 평가 결과 3㎚의 IS-IL CD Linearity를 보여 실시예1 대비 향상된 결과를 보였다.
실시예 3 : 하드마스크막 및 금속막을 포함하는 위상반전막 블랭크 마스크 제조 방법
본 실시예에서는, 도 4를 참조하여, 투명 기판(102) 상에 순차적으로 위상반전막(104), 차광성막(106), 하드마스크막(108), 금속막(110) 및 레지스트막(112)를 포함한다. 이때, 상기 투명 기판(102), 위상반전막(104), 차광성막(106), 하드마스크막(108) 및 레지스트막(112)은 실시예 1 및 2와 동일하다.
실시예 2에서 하드마스크막(108) 형성 이후, DC 마그네트론 스퍼터링 장치와 크롬(Cr) 타겟을 이용하고, 공정 가스로 Ar = 8sccm을 주입하고, 공정 파워는 0.7kW로 인가하여 5㎚의 두께를 갖는 Cr막으로 이루어진 금속막(108)을 형성하였다.
이후, 금속막(108) 상에 레지스트막(112)을 형성하여 블랭크 마스크(300) 제조를 완료하였다.
실시예 4 : 위상반전막 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조 방법 Ⅱ
본 실시예에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, DC 마그네트론 스퍼터링 장치와 붕소(B)가 불순물로 첨가된 실리콘(Si) 타겟을 이용하고, 투명 기판(102) 상에 위상반전막(104)을 형성하였다.
위상반전막(104)은 2층 구조로 설계되었으며, 기판과 인접한 제1위상반전막(114)은 공정 가스로 Ar : N2 = 7.0sccm : 3.0 sccm을 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾로 인가하여 SiN막으로 형성하였다. 제1위상반전막(114)은 X-ray Source를 이용한 XRR 장치를 이용하여 두께를 측정한 결과 11㎚의 두께를 나타내었고, AES 장비를 이용하여 조성비를 분석한 결과, Si : N = 76at% : 24at%을 나타내었다.
이어서, 제1위상반전막(114) 상에 공정 가스로 Ar : N2 = 7sccm : 24sccm 을 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾로 인가하여 62㎚ 두께의 SiN막으로 제2위상반전막(116)을 형성하였고, Si : N = 44at% : 56at% 의 조성비를 나타내었다.
위상반전막(104)에 대하여 n&k 장비를 이용하여 193㎚ 파장에서 투과율 및 위상량을 측정한 결과, 위상반전막(104)은 5.7%의 투과율과 182°의 위상량을 나타내어, 위상반전막(104)으로 사용하기에 문제가 없음을 확인하였다.
이후, 위상반전막(104)에 진공 급속 열처리 장치(Vaccum RTP)를 이용하여 350℃의 온도에서 20분간 열처리를 실시하여 위상반전막(104)의 응력을 저감시켰다.
실시예 5 : 내화학성 평가
실시예 5는 상술한 실시예 1, 4 및 비교예 1에 의해 제조된 위상반전막 패턴에 대하여 90℃의 온도에서 10분 동안 수행되는 SPM 세정 및 60℃의 온도에서 10분 동안 수행되는 SC-1(NH4OH : H2O2 : Di-Water = 1 : 1 : 50) 세정을 1-cycle로 하여 5회 반복 세정하여 내화학성 평가를 실시하였다.
그 결과, 실시예 1에 의해 제조되는 위상반전막은 5회 반복 세정 이후, 투과율 변화는 0.06%, 위상량 변화는 0.04°를 나타내었으며, 실시예 4에 제조된 위상반전막은 0.09%, 위상량 변화는 0.95°를 나타내었으나, 비교예 1에 의해 제조된 위상반전막은 0.38%의 투과율 변화, 5.09°도의 위상량 변화를 나타내었다. 상기 결과는 포토마스크 세정 공정 및 웨이퍼 프린팅 후, 재사용을 위한 세정 공정에 비교예 1의 위상반전막이 상대적으로 내화학성 특성이 취약함을 확인할 수 있었다.
또한, 상기와 같이 세정 공정 이후, 500㎚ 라인 앤 스페이스(Line & Space) 패턴에 대하여 임계 치수 변화를 CD-SEM를 이용하여 측정하였다. 그 결과, 실시예 1의 위상반전막 패턴은 0.2㎚의 임계 치수 변화를 나타내었으며, 실시예4의 위상반전막 패턴은 0.4㎚의 임계 치수 변화를 나타내었으나, 비교예 1의 위상반전막 패턴을 1.6㎚의 임계 치수 변화를 나타내어 임계 치수 조절 측면에서도 우수함을 확인할 수 있었다.
실시예 5 : 내노광성 평가
실시예 5는 실시예 1, 4 및 비교예 1에 의해 제조된 위상반전 포토마스크에 대하여 내노광성 평가를 실시하였다.
내노광성 평가는 200㎚의 라인 앤 스페이스 패턴에 대하여 30kJ, 60kJ, 100kJ의 에너지를 조사한 후 임계 치수 변동을 측정하였다. 그 결과, 실시예 1의 위상반전막 패턴은 4㎚, 9㎚, 15㎚의 임계 치수 증가를 나타내었으며, 실시예 4의 위상반전막 패턴은 4㎚, 10㎚, 16㎚의 임계 치수 증가를 나타내었으나, 비교예 1의 위상반전막 패턴은 12㎚, 30㎚, 60㎚의 임계 치수 증가를 나타내어 비교예 1의 위상반전막 패턴이 상대적으로 임계 치수 변동이 큰 것을 확인하였다.
100 : 위상반전 블랭크 마스크 102 : 투명기판
104 : 위상반전막 106 : 차광성막
108 : 하드마스크막 110 : 금속막
112 : 레지스트막 114 : 제1위상반전막
116 : 제2위상반전막

Claims (24)

  1. 투명 기판 상에 적어도 위상반전막 및 레지스트막이 구비된 위상반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 위상반전막은 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si) 화합물들 중 하나로 이루어지며,
    상기 위상반전막은 상기 투명 기판 상에 순차적으로 형성된 제1위상반전막 및 제2위상반전막을 포함하고,
    상기 위상반전막은 50㎚ ∼ 90㎚의 두께에서 200㎚ 이하의 노광광에 대하여 5% ∼ 10%의 투과율을 갖기 위하여 제1위상반전막은 40at% ∼ 80at%의 실리콘(Si) 함유량을 갖는 위상반전 블랭크 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘(Si) 화합물은 SiO, SiN, SiC, SiON, SiCO, SiCN, SiCON, SiBO, SiBN, SiBC, SiBON, SiBCO, SiBCN, SiBCON 중 하나인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1위상반전막은 전체 위상반전막의 80% 이상에 해당하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1위상반전막은 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하며, 상기 실리콘(Si)은 40at% ∼ 80at%의 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2위상반전막은 실리콘(Si), 질소(N) 및 산소(O)를 포함하며, 상기 실리콘(Si)은 10at% 이상, 질소(N)는 3at% 이상, 산소(O)는 6at% 이상의 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2위상반전막은 두께 변화율에 대비한 위상량 및 투과율 변화가 제1위상반전막 보다 상대적으로 낮은 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1위상반전막은 투과제어막으로 역할하기 위하여 20㎚ 이하, 제2위상반전막은 위상반전막으로 역할하기 위하여 40㎚ 이상의 두께를 갖는 위상반전 블랭크 마스크.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1위상반전막은 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하며, 상기 실리콘(Si)은 40at% ∼ 80at%의 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2위상반전막은 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하며, 상기 제1위상반전막 대비 질소(N)의 함유량이 높은 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2위상반전막은 10at% 이상의 질소(N) 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  12. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제2위상반전막 상에 구비된 제 3위상반전막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제3위상반전막은 실리콘(Si), 질소(N) 및 산소(O), 또는, 실리콘(Si) 및 질소(N)를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제3위상반전막은 5㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  15. 삭제
  16. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 위상반전막 상에 구비되며, 상기 위상반전막과 식각선택비를 갖는 차광성막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 차광성막은 Cr, MoCr, 또는, Cr, MoCr에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상을 포함하는 화합물 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 차광성막 상에 구비되며, 상기 차광성막과 식각선택비를 갖는 하드마스크막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 하드마스크막은 MoSi, Si 또는 MoSi, Si에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상을 포함하는 화합물 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 하드마스크막 상에 구비되며, 상기 하드마스크막과 식각선택비를 갖는 금속막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 금속막은 Cr 또는 Cr에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상을 포함하는 크롬(Cr) 화합물 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 금속막은 10Å ∼ 150Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  23. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 레지스트막 상에 구비되며, 자기도핑된 수용성 전도성 중합체(Self-doped Water Soluble Conducting Polymer)로 이루어진 차지 방지막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크.
  24. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 위상반전 블랭크 마스크에 의해 제조된 위상반전 포토 마스크.
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