KR102273211B1 - 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 - Google Patents

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최석영
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손성훈
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Abstract

구현예는 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 등에 대한 것으로, 투명기판 및 상기 투명기판 상에 위상반전막을 포함하고, 상기 위상반전막은 입사각을 64.5°로 적용하여 분광타원해석기로 측정한 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 1.8 내지 2.15 eV인 블랭크 마스크 등을 개시한다.
이러한 블랭크 마스크 등은 위상반전막이 얇은 두께를 가지면서도 상보적인 특성인 위상차 및 투과율이 목적하는 값을 가질 수 있도록 조절될 수 있다.
또한 블랭크 마스크 등은 위상반전막 표면에 보호층을 포함함으로써 우수한 내광성 및 내약품성을 가지면서, 보호층 형성으로 인한 광학 특성 변동이 제어될 수 있다.

Description

블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 {BLANKMASK AND PHOTOMASK USING THE SAME}
구현예는 블랭크 마스크 및 상기 블랭크 마스크를 이용한 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 고집적화로 인해, 반도체 디바이스의 회로 패턴의 미세화가 요구되고 있다. 이로 인해, 웨이퍼 표면상에 포토마스크를 이용하여 회로 패턴을 현상하는 기술인 리소그래피 기술의 중요성이 더욱 부각되고 있다.
미세화된 회로 패턴을 현상하기 위해서는 노광 공정에서 사용되는 노광 광원의 단파장화가 요구된다. 최근 사용되는 노광 광원으로는 ArF 엑시머 레이저(파장 193nm) 등이 있다.
한편, 포토마스크에는 바이너리 마스크(Binary mask)와 위상반전 마스크(Phase shift mask) 등이 있다.
바이너리 마스크는 투명 기판 상에 차광층 패턴이 형성된 구성을 갖는다. 바이너리 마스크는 패턴이 형성된 면에서, 차광층을 포함하지 않은 투과부는 노광광을 투과시키고, 차광층을 포함하는 차광부는 노광광을 차단함으로써 웨이퍼 표면의 레지스트막 상에 패턴을 노광시킨다. 다만, 바이너리 마스크는 패턴이 미세화될수록 노광 시 투과부 가장자리에서 발생하는 빛의 회절로 인해 미세 패턴 현상에 문제가 발생할 수 있다.
위상반전 마스크로는 레벤슨형(Levenson type), 아웃트리거형(Outrigger type), 하프톤형(Half-tone type)이 있다. 그 중 하프톤형 위상반전 마스크는 투명 기판 상에 반투과막으로 형성된 패턴이 형성된 구성을 갖는다. 하프톤형 위상반전 마스크는 패턴이 형성된 면에서, 반투과층을 포함하지 않은 투과부는 노광광을 투과시키고, 반투과층을 포함하는 반투과부는 감쇠된 노광광을 투과시킨다. 상기 감쇠된 노광광은 투과부를 통과한 노광광과 비교하여 위상차를 갖게 된다. 이로 인해, 투과부 가장자리에서 발생하는 회절광은 반투과부를 투과한 노광광에 의해 상쇄되어 위상반전 마스크는 웨이퍼 표면에 더욱 정교한 미세 패턴을 형성할 수 있다.
국내등록특허 제 10-1360540 호 미국공개특허 제 2004-0115537 호 일본공개특허 제 2018-054836 호
구현예의 목적은 위상반전막이 얇은 두께를 가지면서도 상보적인 특성인 위상차와 투과율이 목적하는 값으로 조절되어 단파장의 노광광에서 해상력이 우수한 블랭크 마스크 등을 제공하는 것이다.
구현예의 다른 목적은 열처리 공정을 통해 위상반전막 표면에 보호층을 형성하여 내광성 및 내약품성이 우수하면서도 보호층으로 인한 광학 특성 변동이 제어된 블랭크 마스크 등을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 명세서가 개시하는 일 실시예에 따른 블랭크 마스크는 투명기판 및 상기 투명기판 상에 위치하는 위상반전막을 포함한다. 상기 위상반전막은 입사각을 64.5°로 적용하여 분광타원해석기로 측정한 아래 식 1에 따른 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 1.8 내지 2.15eV이다.
[식 1]
Figure 112020089293197-pat00001
상기 식 1에서,
상기 DPS 값은, 반사광의 P파 및 S파간 위상차가 180° 이하이면 상기 P파 및 S파간 위상차를 의미하고, 반사광의 P파와 S파의 위상차가 180° 초과이면 360°에서 상기 P파 및 S파간 위상차를 뺀 값을 의미한다.
상기 PE값은 1.5 내지 3.0eV 범위 내에서의 포톤 에너지를 의미한다.
상기 위상반전막은 위상차 조정층 및 상기 위상차 조정층 상에 위치하는 보호층을 포함할 수 있다. 상기 위상반전막은 전이금속, 규소, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 상기 위상차 조정층은 질소를 40 내지 60원자% 포함할 수 있다. 상기 보호층은 질소를 20 내지 40원자% 포함할 수 있다. 상기 보호층은 두께 방향으로 산소 함량(원자%) 대비 질소 함량(원자%)이 1 이상인 영역을 포함할 수 있다. 상기 영역은 상기 보호층 전체 두께 대비 40 내지 60%의 두께를 가질 수 있다.
상기 위상반전막은 위상차 조정층 및 상기 위상차 조정층 상에 위치하는 보호층을 포함할 수 있다. 상기 위상반전막은 전이금속, 규소, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 상기 위상차 조정층은 질소를 40 내지 60원자% 포함할 수 있다. 상기 보호층은 질소를 20 내지 40원자% 포함할 수 있다. 상기 보호층은 두께 방향으로 산소 함량 대비 질소 함량의 비율이 0.4 내지 2인 영역을 포함할 수 있다. 상기 영역은 상기 보호층 전체 두께 대비 30 내지 80%의 두께를 가질 수 있다.
블랭크 마스크에서, 상기 위상반전막의 두께 대비 상기 보호층의 두께의 비율은 0.04 내지 0.09일 수 있다.
상기 보호층의 두께는 25Å 이상 80Å 이하일 수 있다.
상기 보호층은 굴절률이 1.3 내지 2이고, 소쇠계수가 0.2 내지 0.4일 수 있다.
상기 위상차 조정층은 굴절률이 2 내지 4이고, 소쇠계수가 0.3 내지 0.7일 수 있다.
블랭크 마스크는 상기 위상반전막 위에 위치하는 차광막을 포함하고, 차광막은 크롬, 산소, 질소 및 탄소를 포함하고, 상기 크롬을 44 내지 60원자% 포함할 수 있다.
블랭크 마스크에서 다중막은 상기 위상반전막과 상기 차광막을 포함할 수 있다. 상기 다중막의 광학농도가 3 이상일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 명세서가 개시하는 다른 실시예에 따른 포토마스크는 상기 블랭크 마스크로 제조한다.
구현예의 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 등은 위상반전막이 얇은 두께를 가지면서도 상보적인 특성인 위상차 및 투과율이 목적하는 수치로 조절되어 단파장의 노광광을 이용한 리소그래피 공정에서 웨이퍼 표면에 더욱 정교한 미세 패턴을 현상할 수 있다. 또한 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 등은 위상반전막 표면에 보호층을 포함함으로써 우수한 내광성 및 내약품성을 가지면서, 보호층 형성으로 인한 광학 특성 변동이 제어될 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따라 제조된 위상반전막을 포함하는 블랭크 마스크를 나타내는 개념도.
도 2는 분광타원해석기를 이용하여 위상반전막의 반사광의 P파와 S파간 위상차를 측정하는 원리를 나타내는 개념도.
이하, 구현예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 구현예는 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 구현예의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.
본 명세서 전체에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 특별한 설명이 없는 한 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.
본 명세서에서, A 상에 B가 위치한다는 의미는 A 상에 B가 위치하거나 그 사이에 다른 층이 위치하면서 A 상에 B가 위치하거나 할 수 있다는 것을 의미하며 A의 표면에 맞닿게 B가 위치하는 것으로 한정되어 해석되지 않는다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
본 명세서에서 투과부란 투명기판 상에 패턴이 형성된 포토마스크 표면에서 위상반전막을 포함하지 않아 노광광을 투과시키는 영역을 의미하고, 반투과부란 위상반전막을 포함하여 감쇠된 노광광을 투과시키는 영역을 의미한다.
본 명세서에서 입사각은 분광타원해석기의 입사광과 위상반전막의 법선(normal line)이 이루는 각도를 의미한다.
블랭크 마스크를 이용하여 제조한 포토마스크의 해상력을 향상시키기 위하여 위상차와 투과율 등이 동시에 정교하게 조절될 필요가 있다.
위상반전막의 위상차 및 투과율 등 광학 특성은 위상반전막의 성분, 두께 등을 조절하여 제어할 수 있다. 위상반전막의 두께와 투과율, 위상반전막의 두께와 위상차는 서로 연관된 특징을 갖고, 위상반전막의 위상차와 투과율은 동시에 의도하는 값을 갖도록 하기 어려운 상보적(trade off)인 특성을 갖는다.
반도체 고집적화에 따라 패턴의 CD가 작아질수록, 해상력 향상을 위해 블랭크 마스크 막의 박막화가 요구된다. 위상반전막이 목적하는 위상차 및 투과율을 갖더라도 위상반전막의 두께가 충분히 작은 값이 아니라면 포토마스크로 적용시에 CD 바이어스(CD bias)가 허용 수치 이상으로 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 위상반전막에 세정공정을 실시할 때, 또는 노광공정에서 위상반전막의 표면 상에 이물질을 형성하여 헤이즈를 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위해 위상반전막 표면상에 보호층을 형성할 수 있다. 다만, 보호층은 위상반전막의 광학 특성의 변동을 유발할 수 있다. 이는 상기 위상반전막을 포함하는 포토마스크의 해상력을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
구현예의 발명자들은 위상반전막을 스퍼터링 시 제어된 자기장을 적용하고, 분광타원해석기로 측정한 포톤 에너지 변화량에 대한 P파와 S파간 위상차가 특정한 분포를 가지는 위상반전막을 성막할 경우, 의도하는 광학 특성을 모두 충족하면서도 박막화된 위상반전막을 제공할 수 있음을 확인하였다. 또한, 위상반전막의 표면에 형성된 보호층의 구성 원소별 함량을 정밀하게 제어함으로써, 보호층으로 인해 발생하는 위상반전막의 광학 특성을 보다 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 이에 구현예의 발명자들은 상기 내용을 바탕으로 구현예를 완성하였다.
이하, 구현예들을 보다 자세히 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따라 제조된 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 도2는 분광타원해석기를 이용하여 위상반전막의 반사광의 P파와 S파간 위상차를 측정하는 원리를 나타내는 개념도이다. 상기 도 1 및 도 2를 참조하여 이하 구현예를 구체적으로 설명한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 명세서가 개시하는 일 실시예에 따른 블랭크 마스크(100)는 투명기판(10) 및 위상반전막(20)을 포함한다.
위상반전막(20)은 투명기판(10)의 상면(front side) 상에 위치할 수 있다.
위상반전막(20)은 입사각을 64.5°, 포톤 에너지(Photon Energy)를 1.5 내지 3.0 eV 범위로 설정한 분광타원해석기로 측정한 아래 식 1에 따른 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 1.8 내지 2.15 eV이다.
[식 1]
Figure 112020089293197-pat00002
상기 식 1에서, 상기 DPS 값은, 반사광의 P파 및 S파간 위상차가 180° 이하이면 상기 P파 및 S파간 위상차를 의미하고, 반사광의 P파와 S파의 위상차가 180° 초과이면 360°에서 상기 P파 및 S파간 위상차를 뺀 값을 의미하고, 상기 PE값은 포톤 에너지를 의미한다.
입사각(θ)은 위상반전막 표면의 법선(N)과 입사광(Li)이 이루는 각도를 의미한다.
위상반전막(20)은 분광타원해석기를 이용하여 측정한 상기 식 1의 Del 값의 분포를 제어함으로써, 노광 공정의 해상도를 보다 향상시킬 수 있다.
반사광(Lr)의 P파(P`)와 S파(S`)간 위상차(△) 값은 고정된 입사각(θ)에서 분광타원해석기 입사광(Li)의 포톤 에너지(Photon Energy)에 따라 달라질 수 있다. 위상반전막(20)에 대하여 입사광(Li)의 포톤 에너지에 대한 반사광(Lr)의 P파(P`)와 S파(S`)간 위상차(△)를 측정하여, 상기 식 1에 따른 Del 값을 산출할 수 있다. 예시적으로 위상반전막의 반사광(Lr)의 P파(P`) 및 S파(S`)의 위상차(△)는 나노-뷰 사의 MG-PRO 모델을 통해 측정할 수 있다.
위상반전막(20)을 입사각을 64.5°, 포톤 에너지(Photon energy)를 1.5 내지 3.0 eV 범위로 설정한 분광타원해석기로 측정한 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 1.8 내지 2.15eV일 수 있다. 상기 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 1.85 내지 2.12eV일 수 있다. 상기 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 1.88 내지 2.0eV일 수 있다. 이러한 경우, 위상반전막(20)은 단파장의 노광광에 대하여 목적하는 투과율 및 위상차를 가질 수 있고, 더 작은 두께를 가질 수 있다.
투명기판(10)은 노광광을 투명기판 상에 형성된 박막으로 투과시키는 역할을 한다. 투명기판의 소재는 노광광에 대하여 투광성을 갖는 소재이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로 투명기판(10)의 파장 200nm 이하의 노광광에 대한 투과율은 85% 이상일 수 있다. 상기 투과율은 87% 이상일 수 있다. 투명기판은 예시적으로 합성 석영 기판 등을 적용할 수 있다. 이러한 경우, 투명기판(10)은 투명기판을 투과하는 광의 감쇠(attenuated)를 억제할 수 있다. 또한 투명기판(10)은 평탄도 및 조도 등의 표면 특성을 조절하여 광학 왜곡 발생을 억제할 수 있다.
위상반전막(20)은 보호층(22) 및 위상차 조정층(21)을 포함할 수 있다. 보호층(22)은 위상차 조정층(21) 상에 위치할 수 있다.
위상차 조정층(21)은 위상반전막에서 전이금속, 규소, 산소 및 질소가 깊이 방향으로 5 원자% 범위 내에서 균등하게 포함된 층이다. 위상차 조정층(21)은 노광광의 위상차 및 투과율을 실질적으로 조절한다.
위상차 조정층(21)은 투명기판(10)의 배면(back side) 측에서 입사하는 노광광의 위상을 이동시킬 수 있다. 위상차 조정층은 미리 정해진 패턴을 갖도록 가공되어 포토마스크에 포함된다. 이를 통해, 포토마스크의 반투과부를 통과한 노광광은 투과부의 가장자리에서 발생하는 회절광을 상쇄하여 리소그래피 공정 시 포토마스크의 해상력이 보다 향상된다.
또한 위상차 조정층(21)은 위상반전막(20) 표면으로 입사하는 노광광을 감쇠시킨다. 이를 통해, 위상반전막(20)은 상기 회절광을 상쇄시킴과 동시에 노광광을 적절히 차단할 수 있다.
보호층(22)은 위상반전막의 표면에 형성되어, 상기 표면으로부터 깊이 방향으로 산소 함량이 연속적으로 감소하는 동시에 질소 함량이 연속적으로 증가하는 분포를 갖는 층이다. 보호층(22)은 포토마스크의 식각 공정 및 세정 공정에서 위상반전막 패턴에 데미지가 발생하거나 불필요한 식각이 발생하는 것을 억제하여 위상반전막의 내구성(durability)을 향상시킬 수 있다.
위상반전막(20)을 구성하는 원소, 원소별 함량, 성막 공정 조건, 박막의 두께, 분광타원해석기에서 설정한 입사각 등 다양한 요소에 따라 위상전이막의 Del 값 분포는 영향을 받을 수 있다. 실시예에서는 위상반전막(20) 성막을 위한 스퍼터링 공정에서 적용되는 자기장의 세기를 조절하는 등으로 위상반전막(20)의 상기 식 1의 Del 값의 분포를 제어하였다.
스퍼터링 장비를 이용하여 위상반전막(20)을 성막할 때, 스퍼터링 장비에 마그네트를 위치시키고 자기장을 형성하여 챔버 내 타겟 전면에 플라즈마가 분포되도록 한다. 그리고, 자기장의 분포, 세기 등은 스퍼터링 장비로 형성된 막의 밀도 등에 영향을 미칠 수 있다.
구체적으로, 자기장 세기가 강할수록 챔버 내 형성되는 플라즈마의 밀도가 높아지게 되어 성막된 위상반전막(20)이 밀해질 수 있다. 자기장 세기가 약할수록 챔버 내 형성되는 플라즈마의 밀도가 낮아지게 되어 성막된 위상반전막(20)이 소해질 수 있다. 즉, 스퍼터링 장비의 자기장 조건을 조절하는 등의 방법으로 위상반전막(20)의 Del 값의 분포를 제어할 수 있다.
위상반전막(20)은 전이금속, 규소, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 전이금속은 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 지르코늄(Zr) 등으로부터 선택되는 일종 이상의 원소일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예시적으로 상기 전이금속은 몰리브덴일 수 있다.
전이금속은 위상반전막(20) 전체를 기준으로 1 내지 10 원자%를 포함할 수 있다. 전이금속은 위상반전막(20) 전체를 기준으로 2 내지 7 원자%를 포함할 수 있다. 규소는 위상반전막(20) 전체를 기준으로 15 내지 60 원자%를 포함할 수 있다. 규소는 위상반전막(20) 전체를 기준으로 25 내지 50 원자%를 포함할 수 있다. 질소는 위상반전막(20) 전체를 기준으로 30 내지 60 원자%를 포함할 수 있다. 질소는 위상반전막(20) 전체를 기준으로 35 내지 55 원자%를 포함할 수 있다. 산소는 위상반전막(20) 전체를 기준으로 5 내지 35 원자%를 포함할 수 있다. 산소는 위상반전막(20) 전체를 기준으로 10 내지 25 원자%를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 위상반전막(20)은 단파장의 노광광원을 이용한 리소그래피 공정에 적합한 광학특성을 가질 수 있다.
위상반전막(20)은 상기 언급된 원소 외에 다른 원소를 추가적으로 포함할 수 있다. 예시적으로 위상반전막(20)은 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등을 포함할 수 있다.
위상반전막(20)은 두께 방향으로 원소별 함량이 상이할 수 있다.
위상차 조정층(21)과 보호층(22)의 깊이 방향으로 형성된 원소별 함량 분포는 위상반전막의 뎁스 프로파일(depth profile)을 측정하여 확인할 수 있다. 예시적으로, Thermo Scientific사의 K-alpha모델을 이용하여 뎁스 프로파일을 측정할 수 있다.
위상차 조정층(21)과 보호층(22)은 전이금속, 규소, 산소 및 질소 등의 원소별 함량이 층별로 상이할 수 있다.
위상차 조정층(21)은 위상차 조정층 전체를 기준으로 전이금속을 3 내지 10원자% 포함할 수 있다. 위상차 조정층(21)은 위상차 조정층 전체를 기준으로 전이금속을 4 내지 8원자% 포함할 수 있다. 위상차 조정층(21)은 위상차 조정층 전체를 기준으로 규소를 20 내지 50원자% 포함할 수 있다. 위상차 조정층(21)은 위상차 조정층 전체를 기준으로 규소를 30 내지 40원자% 포함할 수 있다. 위상차 조정층(21)은 위상차 조정층 전체를 기준으로 산소를 2 내지 10원자% 포함할 수 있다. 위상차 조정층(21)은 위상차 조정층 전체를 기준으로 산소를 3 내지 8원자% 포함할 수 있다. 위상차 조정층(21)은 위상차 조정층 전체를 기준으로 질소를 40 내지 60 원자% 포함할 수 있다. 위상차 조정층(21)은 위상차 조정층 전체를 기준으로 질소를 45 내지 55 원자% 포함할 수 있다. 이러한 경우, 포토마스크 제조 시 단파장의 노광광에서 우수한 패턴 해상도를 가지는 블랭크 마스크를 제공할 수 있다.
보호층(22)은 위상차 조정층(21) 상에 별도의 성막 과정을 통해 형성될 수 있고, 위상차 조정층(21)을 형성한 후 보호층 형성을 위한 추가적인 처리를 위상차조정층에 가하여 형성될 수도 있다.
보호층(22)은 스퍼터링을 통한 위상반전막(20) 성막 후 열처리 공정을 통하여 형성될 수 있다. 열처리 공정 시 위상반전막(20) 표면이 분위기 가스와 반응함으로써 보호층(22)이 형성될 수 있다. 다만, 보호층(22) 제조방법은 이에 한정되지 않는다.
위상차 조정층(21) 뿐만 아니라 보호층(22)도 위상반전막(20)의 투과율 및 위상차 등 광학 특성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 성막된 직후의 위상반전막(20)이 목적하는 투과율 및 위상차를 갖는다고 하더라도, 열처리 등의 방법으로 보호층(22)이 형성된 후의 위상반전막(20) 전체가 목적하는 투과율 및 위상차와 상이한 값을 가질 수 있다.
보호층(22)에 포함되는 산소 원소의 함량이 높을수록 위상반전막(20)의 표면은 내광광, 세정액 등으로부터 안정적으로 보호할 수 있지만, 위상반전막(20)의 위상차 및 투과율은 변동될 수 있다. 따라서 보호층(22) 내 산소 및 질소의 함량 분포를 제어함으로써 위상반전막(20)이 충분한 내광성 및 내약품성을 가지면서 목적하는 광학 특성을 가지도록 할 수 있다.
보호층(22)은 보호층(22) 전체를 기준으로 질소를 20 내지 40원자% 포함할 수 있다. 상기 질소를 25 내지 35원자% 포함할 수 있다. 보호층(22)은 보호층(22) 전체를 기준으로 산소를 10 내지 50원자% 포함할 수 있다. 상기 산소를 20 내지 40원자% 포함할 수 있다. 보호층(22)은 보호층(22) 전체를 기준으로 규소를 10 내지 50원자% 포함할 수 있다. 상기 규소를 20 내지 40원자% 포함할 수 있다. 보호층(22)은 보호층(22) 전체를 기준으로 전이금속을 0.5 내지 5원자% 포함할 수 있다. 상기 전이금속을 1 내지 3원자% 포함할 수 있다. 이러한 경우, 보호층(22)은 위상차 조정층(21)의 변질을 충분히 억제할 수 있다.
보호층(22)은 두께 방향으로 산소 함량(원자%) 대비 질소 함량(원자%)이 1 이상인 영역을 포함할 수 있고, 상기 영역은 보호층(22) 전체 두께 대비 40 내지 60%의 두께를 가질 수 있다. 상기 영역은 보호층(22) 전체 두께 대비 45 내지 55%의 두께를 가질 수 있다. 이러한 경우 보호층(22) 형성으로 인한 위상반전막(20)의 광학특성 변동을 효율적으로 억제할 수 있다.
보호층(22)은 두께 방향으로 산소 함량(원자%) 대비 질소 함량(원자%)의 비율이 0.4 내지 2인 영역을 포함할 수 있고, 상기 영역은 보호층(22) 전체 두께 대비 30 내지 80%의 두께를 가질 수 있다. 상기 영역은 보호층(22) 전체 두께 대비 40 내지 60%의 두께를 가질 수 있다. 이러한 경우, 충분한 장기 내구성을 가지면서도 해상도가 뛰어난 포토마스크를 제조할 수 있는 블랭크 마스크를 제공할 수 있다.
상기 보호층을 형성하는 방법은 아래 내용과 중복되어 생략한다.
위상반전막, 위상차 조정층, 보호층의 원소별 함량 및 두께 방향으로 형성된 원소별 함량 분포는 뎁스 프로파일을 측정하여 확인할 수 있다. 예시적으로 Thermo Scientific사의 K-alpha 모델을 통해 측정할 수 있다.
두께 방향으로 산소 함량(원자%) 대비 질소 함량(원자%)의 비율이 1 이상인 영역의 두께 측정은 뎁스 프로파일을 측정하여 확인할 수 있다. 다만, 뎁스 프로파일에서 보호층(22)의 깊이별 에칭 속도는 일정하다고 가정한다.
두께 방향으로 산소 함량(원자%) 대비 질소 함량(원자%)의 비율이 0.4 내지 2인 영역의 두께 측정은 뎁스 프로파일을 측정하여 확인할 수 있다. 다만, 뎁스 프로파일에서 보호층(22)의 깊이별 에칭 속도는 일정하다고 가정한다.
위상반전막(20) 두께 대비 보호층(22)의 두께 비율은 0.04 내지 0.09일 수 있다. 상기 두께 비율은 0.05 내지 0.08일 수 있다. 이러한 경우, 보호층(22)은 위상차 조정층(21)을 안정적으로 보호할 수 있다.
보호층(22)의 두께는 25Å 이상 80Å 이하일 수 있다. 보호층(22)의 두께는 35Å 이상 45Å 이하일 수 있다. 이러한 경우, 위상반전막 전체에 미치는 광학적 특성 변화 정도를 효율적으로 제어하면서 다수의 노광공정 및 세정공정에도 불구하고 안정적인 광학특성을 나타내는 위상반전막(20)을 제공할 수 있다.
예시적으로, 위상반전막(20) 및 위상반전막(20)을 구성하는 각 층의 두께는 위상반전막(20) 단면의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지를 통해 확인할 수 있다.
보호층(22)의 굴절률이 1.3 내지 2일 수 있다. 보호층(22)의 굴절률이 1.4 내지 1.8일 수 있다. 보호층(22)의 소쇠계수가 0.2 내지 0.4일 수 있다. 보호층(22)의 소쇠계수가 0.25 내지 0.35일 수 있다. 이러한 경우, 보호층(22) 형성으로 인한 위상반전막(20)의 광학 특성 변동 효과를 최소화할 수 있다.
위상차 조정층(21)은 굴절률이 2 내지 4일 수 있다. 위상차 조정층(21)의 굴절률은 2.5 내지 3.5일 수 있다. 위상차 조정층(21)의 소쇠계수는 0.3 내지 0.7일 수 있다. 위상차 조정층(21)의 소쇠계수는 0.4 내지 0.6일 수 있다. 이러한 경우, 상기 위상반전막(20)을 포함하는 포토마스크는 웨이퍼 표면 상에 노광 공정시 패터닝 효과가 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
예시적으로, 위상반전막(20), 위상반전막(20) 내 포함된 보호층(22) 및 위상차 조정층(21)의 굴절률 및 소쇠계수는 NANO-VIEW사의 MG-PRO 장비를 통해 측정할 수 있다.
위상반전막(20)은 파장 200nm 이하의 광에 대한 위상차가 160 내지 200°일 수 있다. 상기 위상차는 170 내지 190°일 수 있다. 위상반전막(20)은 파장 200nm 이하의 광에 대한 투과율이 3 내지 10%일 수 있다. 상기 투과율은 4 내지 8%일 수 있다. 이러한 경우, 상기 위상반전막(20)을 포함하는 포토마스크는 단파장의 노광광이 적용된 노광 공정에서 웨이퍼 상에 더욱 정교한 미세 패턴을 노광시킬 수 있다. 예시적으로 위상반전막(20)의 위상차 및 투과율은 Lasertec사의 MPM193 모델을 통해 측정될 수 있다.
블랭크 마스크(100)는 위상반전막(20) 위에 위치하는 차광막(미도시)을 포함할 수 있다. 차광막은 위상반전막(20) 식각 시 위상반전막의 에칭 마스크로 사용될 수 있다. 또한 차광막은 노광광의 투과를 차단할 수 있다.
차광막은 단층 구조일 수 있다. 차광막은 2층 이상의 복수 층 구조일 수 있다. 차광막은 스퍼터링을 통해 성막될 수 있다. 차광막은 스퍼터링 제어 조건에 따라 2층 이상의 복수 층 구조를 가질 수 있다.
차광막은 크롬, 산소, 질소 및 탄소를 포함할 수 있다. 전체 차광막 대비 원소별 함량은 두께 방향으로 상이할 수 있다. 전체 차광막 대비 원소별 함량은 복수층의 차광막일 경우 층별로 상이할 수 있다.
차광막은 크롬을 44 내지 60원자% 포함할 수 있다. 차광막은 크롬을 47 내지 57원자% 포함할 수 있다. 차광막은 탄소를 5 내지 30원자% 포함할 수 있다. 차광막은 탄소를 7 내지 25원자% 포함할 수 있다. 차광막은 질소를 3 내지 20원자% 포함할 수 있다. 차광막은 질소를 5 내지 15원자% 포함할 수 있다. 차광막은 산소를 20 내지 45원자% 포함할 수 있다. 차광막은 산소를 25 내지 40원자% 포함할 수 있다. 이러한 경우, 차광막은 충분한 소광 특성을 가질 수 있다.
다중막은 위상반전막(20)과 차광막을 포함한다. 상기 다중막은 투명기판(10) 위에 블라인드 패턴을 형성하여 노광광이 투과되는 것을 억제할 수 있다.
위상반전막(20)과 차광막을 포함하는 다중막의 광학농도는 3 이상일 수 있다. 다중막의 광학농도는 3.5 이상일 수 있다. 이러한 경우 다중막은 우수한 노광광 차단 특성을 가질 수 있다.
구현예의 다른 실시예에 따른 포토마스크는 앞에서 설명한 블랭크 마스크(100)로 제조될 수 있다. 구체적으로, 포토마스크는 상기 블랭크 마스크(100) 표면의 위상반전막(20) 및 차광막 등이 포함된 박막을 설계한 패턴 형상대로 식각하여 제조할 수 있다. 포토마스크는 웨이퍼 노광공정에서 웨이퍼 표면에 패턴을 묘화시킬 수 있다. 구체적인 포토마스크의 제조방법은 아래의 내용과 중복되므로 생략한다.
이하, 블랭크 마스크(100)의 제조방법에 대해 설명한다.
구현예의 블랭크 마스크(100)는 투명기판(10) 위에 스퍼터링을 통해 위상반전막(20)과 차광막 등의 박막을 형성하여 제조할 수 있다.
스퍼터링 방법으로는 DC 전원을 사용할 수 있고, RF 전원을 사용할 수 있다.
박막을 구성하는 물질의 조성을 고려하여 타겟 및 스퍼터 가스를 선택할 수 있다.
구현예의 위상반전막(20)을 성막할 경우, 전이금속과 규소를 함께 함유하는 하나의 타겟을 적용할 수 있고, 전이금속을 함유한 타겟과 규소를 함유한 타겟을 각각 적용할 수 있다. 구현예의 차광막을 성막할 경우, 크롬을 함유한 일 타겟을 적용할 수 있다.
스퍼터 가스의 경우, 박막을 구성하는 원소 중 타겟에 함유된 조성 이외의 조성에 따라 스퍼터 가스를 조제할 수 있다. 구체적으로, 탄소를 함유하는 가스로 CH4, 산소를 함유하는 가스로 O2, 질소를 함유하는 가스로 N2 등이 도입될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 스퍼터 가스에는 박막을 구성하는 원소를 포함하는 가스 외에 불활성 가스가 첨가될 수 있다. 불활성 가스로는 Ar, He 등이 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 불활성 가스의 조성에 따라 스퍼터링시 성막되는 박막의 막질이 변동될 수 있다. 따라서 불활성 가스의 조성을 조절함으로써 박막의 광학 특성을 제어할 수 있다. 스퍼터링 가스는 동일 조성의 가스별로 각각 챔버 내에 도입할 수 있다. 스퍼터링 가스는 각 조성의 가스를 혼합하여 챔버 내에 도입할 수 있다.
성막하는 박막의 두께 및 면 내 광학특성의 균일도 향상을 위해 챔버에 마그네트를 배치할 수 있다. 구체적으로, 마그네트를 스퍼터링 타겟의 배면(back side)에 위치시키고, 마그네트를 일정 크기의 속도로 회전시킴으로써 타겟 전면에 플라즈마가 일정한 분포를 유지하게 할 수 있다. 마그네트는 10 내지 30rpm의 속도로 회전시킬 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 마그네트의 자기장을 조절하면 챔버 내 형성되는 플라즈마의 밀도가 조절되어 성막되는 위상반전막(20)의 광학 특성을 제어할 수 있다. 스퍼터링시 적용되는 마그네트의 자기장은 25 내지 55mT일 수 있다. 상기 자기장은 30 내지 50mT일 수 있다. 이러한 경우, 성막되는 위상반전막(20)은 단파장의 노광광이 적용된 리소그래피 공정에서 우수한 해상력을 나타낼 수 있다.
스퍼터링 공정에서, 타겟과 기판 사이의 거리인 T/S거리와, 기판과 타겟간 각도를 조절할 수 있다. T/S거리는 240 내지 260mm 일 수 있다. 이러한 경우, 성막 속도가 안정적으로 조절되고, 성막되는 박막의 면내 광학 특성 균일도를 향상시킬 수 있다. 기판과 타겟간 각도는 20 내지 30도일 수 있다. 이러한 경우, 성막되는 박막의 내부응력이 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.
스퍼터링 장비에 분광타원해석기를 설치할 수 있다. 이를 통해, 성막되는 위상반전막(20)이 목적하는 광학적 특성을 가질 수 있도록 성막 시간을 제어할 수 있다. 구체적으로, 입사광(Li)이 성막되는 위상반전막(20)의 표면과 이루는 각도(θ)를 설정한 후, 증착과정 동안 실시간으로 성막되는 위상반전막(20)의 Del 값을 모니터링 할 수 있다. 상기 Del 값이 설정 범위 내에 속할 때까지 증착 공정을 진행함으로써 성막된 위상반전막(20)이 목적하는 광학 특성을 가지게 할 수 있다.
스퍼터링 공정을 마친 직후 위상반전막(20) 표면에 UV 광원 조사를 실시할 수 있다. 스퍼터링 공정에서 투명기판(10)을 구성하는 SiO2 매트릭스의 Si는 전이금속으로 치환되고, O는 N으로 치환될 수 있다. 스퍼터링 공정을 지속할 경우 전이금속이 고용한계(Solubility Limit)를 벗어나게 되어 SiO2 매트릭스 내 Si와 치환이 되는 것이 아닌 침입형 자리(Interstitial site)에 배치되어 전이금속이 Si, O, N 등의 원소와 함께 혼합물을 형성할 수 있다. 상기 혼합물은 균일(homogeneous) 상태 또는 불균일(inhomogeneous) 상태일 수 있다. 표면에 불균일 상태의 혼합물이 형성된 위상반전막(20)의 경우, 노광공정 중 단파장의 노광광에 의해 위상반전막(20) 표면에 헤이즈 결함이 형성될 수 있다. 또한 디펙트 제거를 위한 세정 공정에서 세정액으로 황산을 사용할 경우, 세정 공정 후 황 이온이 위상반전막(20) 표면에 잔류할 수 있다. 잔류하는 황 이온은 웨이퍼 노광 공정 중 노광광에 의한 강한 에너지를 장기간 받을 경우 불균일 상태의 혼합물과 반응하여 위상반전막(20) 표면에 성장성 결함을 발생시킬 수 있다. 따라서 위상반전막(20) 표면에 미리 설정된 파장의 UV광을 노출시켜 위상반전막(20) 표면의 혼합물 내 전이금속 및 N 함량을 막 내 방향으로 균일화시킴으로써 위상반전막(20)의 내광성 및 내약품성을 향상시킬 수 있다.
UV광을 이용한 위상반전막(20) 표면 처리는 2 내지 10mW/cm2 파워에서 파장 200nm 이하의 광원을 5 내지 20분동안 위상반전막(20)에 노출시키는 방법으로 진행될 수 있다.
UV광 조사공정과 함께 또는 별도로, 상기 위상반전막(20)을 열처리할 수 있다. UV광 조사공정과 열처리는 UV 조사에 의해 진행되는 발열을 활용하여 적용될 수 있고, 별도의 공정으로 진행될 수도 있다. 스퍼터링 공정을 통한 성막을 마친 위상반전막(20)은 내부 응력을 가질 수 있다. 내부응력은 스퍼터링의 조건에 따라 압축 응력일 수 있고, 인장 응력일 수 있다. 위상반전막(20)의 내부응력은 기판의 휘어짐을 초래할 수 있으며, 이는 블랭크 마스크(100)를 이용하여 제조한 포토마스크의 해상력 저하를 유발할 수 있다. 위상반전막(20)에 열처리를 행할 경우 위상반전막(20)의 내부응력을 저감하여 기판의 휘어짐을 저감할 수 있다.
또한, 열처리 공정 시 챔버 내 분위기 가스를 도입함으로써 위상반전막(20) 표면에 보호층(22)을 형성할 수 있다. 위상반전막(20)의 표면은 반복된 노광 및 세척 과정에서 헤이즈가 형성될 수 있다. 이로 인해 위상반전막(20)의 광학 특성이 변질될 수 있다. 위상반전막(20) 표면에 보호층(22)이 위치할 경우 위상반전막(20)의 표면이 노광공정이나 세정공정에서 변질되는 것을 실질적으로 억제할 수 있다.
열처리 공정은 승온단계, 온도 유지단계, 강온단계 및 보호층 형성단계를 포함할 수 있다. 열처리 공정은 표면에 위상반전막(20)이 성막된 블랭크 마스크를 챔버 내에 배치한 후 램프를 통해 가열함으로써 진행될 수 있다. 열처리 공정 시 분위기 가스를 도입할 수 있다. 분위기 가스로는 He, Ar 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
승온단계는 챔버 내 온도를 실온에서 설정온도인 150 내지 500℃로 상승시키는 단계이다. 온도 유지단계는 챔버 내 온도를 상기 설정온도로 유지하고, 챔버 내 압력을 0.1 내지 2.0 Pa로 유지하는 단계이다. 온도 유지단계는 5분 내지 60분 동안 진행될 수 있다. 강온단계는 챔버 내 온도를 설정온도에서 실온으로 강하하는 단계이다. 보호층 형성단계는 강온단계를 마친 후 챔버 내 반응성 기체를 포함하는 기체를 도입하여 위상반전막 표면에 보호층을 형성시키는 단계이다. 상기 반응성 기체는 O2를 포함할 수 있다. 보호층 형성단계에서 챔버 내 도입되는 기체는 N2, Ar 및 He 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로 보호층 형성단계는 O2 기체를 챔버 내에 0.3 내지 2.5 SLM(Standard Liter per Minute)으로 도입할 수 있다. 상기 O2 기체를 챔버 내에 0.5 내지 2 SLM으로 도입할 수 있다. 보호층 형성단계 진행 시간은 10분 내지 60분동안 진행될 수 있다. 보호층 형성단계 진행 시간은 12분 내지 45분동안 진행될 수 있다. 이러한 경우, 보호층(22) 내 원소별 함량이 조절되어 보호층(22)으로 인한 위상반전막(20)의 광학 특성 변동을 억제할 수 있다.
위상반전막(20) 상에 차광막(미도시)을 스퍼터링하여 형성할 수 있다. 차광막은 상기 차광막을 구성하는 금속을 함유하는 스퍼터링 타겟을 적용하여 스퍼터링 공정을 진행할 수 있다. 차광막은 단층 구조 또는 2층 이상의 복수 층 구조로 성막할 수 있다. 차광막은 공정 중 스퍼터링 조건을 변경시킴으로써 복수 층 구조로 성막할 수 있다.
앞에서 설명한 블랭크 마스크(100)를 이용하여 포토마스크를 제조할 수 있다. 위상반전막(20)과 차광막을 포함하는 블랭크 마스크(100) 표면 위에 레지스트를 도포하고 건조하여 레지스트막을 형성할 수 있다. 레지스트는 포지티브 레지스트일 수 있고 네가티브 레지스트일 수 있다. 레지스트막은 차광막과 인접하여 형성될 수 있고, 차광막 상에 위치하는 다른 막 표면상에 인접하여 형성될 수 있다.
레지스트막 상에 EB 또는 광 조사를 통해 패턴을 묘화 후 가열, 현상하여 패턴을 형성할 수 있다. 상기 형성된 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여 블랭크 마스크(100) 표면에 형성된 박막을 에칭 가공할 수 있다. 에칭 가공은 에칭 대상인 막의 조성에 따라 드라이 에칭을 적용할 수 있다. 드라이 에칭에 적용되는 에칭 기체로는 염소계 가스와 불소계 가스가 적용될 수 있다.
이하, 구체적인 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
제조예: 위상반전막의 성막
실시예 1: DC 스퍼터링 장비의 챔버 내 가로 6인치, 세로 6인치, 두께 0.25인치의 쿼츠 소재 투명기판을 배치하였다. 몰리브덴과 규소가 1:9 원자비로 포함된 타겟이 T/S 거리가 255mm, 기판과 타겟간 각도가 25도를 형성하도록 챔버 내에 배치하였다. 타겟 배면에는 40mT의 자기장을 갖는 마그네트를 위치시켰다. DC 스퍼터링 장비에는 실시간 분광타원편광 측정이 가능하도록 분광타원해석기(나노뷰 사 MG-PRO제품)를 설치하였다. 분광타원해석기의 입사각은 64.5도로 설정하였다.
이후 Ar:N2:He=9:52:39의 비율로 혼합된 스퍼터 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 전압을 2kW, 마그네트를 15rpm의 속도로 회전시키면서 스퍼터링 공정을 실시하였다. 박막이 형성되는 영역은 투명기판 표면의 가로 132mm, 세로 132mm의 넓이로 설정한 영역 내로 한정하였다. 스퍼터링 공정은 상기 식 1에 따른 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 2.0eV가 될 때까지 실시하였다.
스퍼터링을 마친 블랭크마스크의 위상반전막 표면을 7mW/cm2 파워에서 172nm 파장의 Excimer UV광을 5분간 노출시켰다.
이후 상기 블랭크마스크를 열처리 공정용 챔버 내 도입한 후 1Pa에서 400℃로 30분간 어닐링한 후 자연냉각하였다. 자연냉각을 마친 후 열처리 공정용 챔버 내 O2 기체를 1SLM 속도로 30분간 챔버 내 도입하였다.
실시예 2: 실시예 1과 동일한 조건으로 스퍼터링 공정을 진행하되, 마그네트 자력을 45mT로 적용하였고, 공정 진행 시간을 상기 식 1에 따른 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 1.89eV가 될 때까지 실시하였다.
실시예 3: 실시예 1과 동일한 조건으로 스퍼터링 공정을 진행하되, 스퍼터링 가스의 조성을 Ar:N2:He=8:58:34의 비율로 변경하였다.
비교예 1: 실시예 1과 동일한 조건으로 스퍼터링 공정을 진행하되, 마그네트 자력을 60mT로 적용하였다.
비교예 2: 실시예 3과 동일한 조건으로 스퍼터링 공정을 진행하되, 마그네트 자력을 20mT로 적용하였다.
평가예: Del 값 측정
앞의 제조예를 통해 설명한 실시예 및 비교예 별 시편에 대해, 스퍼터링 장치에 설치된 분광타원해석기(나노-뷰 사 MG-PRO제품)를 이용하여 상기 식 1에 따른 Del 값이 0인 점에서의 포톤에너지를 측정하였다. 구체적으로, 실시예 및 비교예 별 성막이 완료된 위상반전막 표면에 대하여 입사광의 각도를 64.5로 설정한 후, 포톤에너지에 따른 P파, S파간 위상차를 측정하여 이를 상기 Del 값으로 환산하였다. 상기 Del 값은 포톤에너지 1.5 내지 3.0 eV 범위 내에서 측정하였다. 실시예 및 비교예 별 측정된 상기 Del 값이 0인 점에서의 포톤에너지는 아래 표 1에 기재하였다.
평가예: 위상차, 투과율 측정
앞의 제조예를 통해 설명한 실시예 및 비교예 별 시편에 대해, 위상차/투과율 측정기(Lasertec사 MPM193제품)를 이용하여 위상차 및 투과율을 측정하였다. 구체적으로, ArF 광원(파장 193nm)을 이용하여 각 시편의 위상반전막이 성막된 영역과 위상반전막이 성막되지 않은 영역에 빛을 조사하여, 양 영역을 통과한 빛 사이의 위상차 및 투과율 차이값을 산출하여 아래 표 1에 기재하였다.
평가예: 콘트라스트 및 CD 값 측정
실시예 및 비교예 별 시편의 위상반전막 표면에 포토레지스트막을 성막한 후, 상기 포토레지스트막 표면에 Nuflare 사의 EBM 9000 모델을 이용하여 밀집한 사각형 패턴을 노광하였다. 사각형 패턴의 타겟 CD 값은 400nm(4X)로 설정하였다. 이후 각 시편의 포토레지스트막 상에 패턴을 현상한 후, Applied material 사의 Tetra X 모델을 이용하여 위상반전막을 현상된 패턴 형상에 따라 식각하였다. 이후 포토레지스트 패턴을 제거하였다.
위상반전막 패턴을 포함하는 실시예 및 비교예 별 시편에 대하여 Carl Zeiss 사의 AIMS 32 모델을 이용하여 위상반전막의 Del 값에 따른 웨이퍼 노광 공정시 현상된 패턴의 콘트라스트 및 정규화된 CD 값을 측정 및 산출하였다. 측정 및 산출 시 개구 수(NA)는 1.35, 조명계는 crosspole 30X, outer sigma 0.8, in/out sigma ratio 85%로 설정하였다. 측정한 데이터는 아래 표 2에 기재하였다.
자기장(mT) Del 값이 0인 점에서의 포톤에너지(eV) 투과율(%) 위상차(°)
실시예 1 40 2.00 6.1 178.5
실시예 2 45 1.89 5.4 186.1
실시예 3 35 2.09 6.9 172.4
비교예 1 60 1.65 3.4 209.1
비교예 2 20 2.17 7.8 166.0
Del 값이 0인 점에서의 포톤에너지(eV) 콘트라스트 정규화된 콘트라스트 정규화된 CD(nm)
실시예 1 2.00 0.266 1.000 0.99
실시예 2 1.89 0.263 0.989 1.01
실시예 3 2.09 0.255 0.959 1.03
비교예 1 1.65 0.247 0.929 1.06
비교예 2 2.17 0.235 0.883 1.10
상기 표 1에서, 자기장을 30 내지 50mT 범위 내로 적용한 실시예 1 내지 3은 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 1.8 내지 2.15eV 범위 내에 포함되지만, 자기장이 30mT 미만 또는 50mT 초과인 비교예 1 및 2는 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 1.8 내지 2.15eV 범위 내에 포함되지 않는 것으로 나타났다. 이를 통해, 스퍼터링 공정에서 마그네트 자력을 조절함으로써 위상반전막의 포톤에너지에 따른 Del 값 분포를 제어할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 1 내지 3의 투과율은 5.4 내지 6.9% 범위 내에 속하고, 위상차는 170 내지 190°범위 내에 속하였지만, 비교예 1은 투과율이 4% 미만, 위상차가 200° 이상으로 측정되었고, 비교예 2는 투과율이 7.5% 이상, 위상차가 170° 미만으로 측정되었다. 이를 통해, Del 값이 0인 점에서의 포톤에너지가 설정한 범위 내로 조절된 위상반전막은 단파장의 노광광에 대하여 목적하는 투과율(6%) 및 위상차(180도)에 근접하는 광학특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
상기 표 2에서, Del 값이 0인 점에서의 포톤에너지가 1.8 내지 2.15eV 범위 내에 속한 실시예 1 내지 3은 콘트라스트가 0.25 이상(정규화된 콘트라스트 0.95 이상)을 나타내고, 정규화된 CD 값이 1.03 이하를 나타내는 반면, 비교예 1 및 2는 콘트라스트가 0.25 미만(정규화된 콘트라스트 0.93 미만)을 나타내고, 정규화된 CD 값이 1.06 이상을 나타냈다. 이를 통해, Del 값이 0인 점에서의 포톤에너지가 설정한 범위 내로 조절된 위상반전막은 패턴 노광 시 더 높은 수준의 해상도를 가지는 것을 알 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 구현예의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 블랭크 마스크
10: 투명기판
20: 위상반전막 21: 위상차 조정층 22: 보호층
θ: 입사각 N: 법선
Li: 입사광 Lr: 반사광
P: 입사광의 P파 성분 S: 입사광의 S파 성분
P`: 반사광의 P파 성분 S`: 반사광의 S파 성분
△: 반사광의 P파와 S파간 위상차

Claims (10)

  1. 전이금속 및 규소를 포함하는 스퍼터링 타겟 및 투명기판을 스퍼터링 장비의 챔버 내에 배치하고, 마그네트를 상기 스퍼터링 타겟의 배면에 위치시키고, 분광타원해석기를 상기 스퍼터링 장비에 설치하는 단계; 및 스퍼터링 단계;를 포함하고,
    상기 스퍼터링 단계는, 상기 챔버 내 스퍼터 가스를 도입하고, 상기 스퍼터링 장비의 스퍼터링 전압을 조절하고, 상기 마그네트의 자기장을 25 내지 55mT로 조절하고, 상기 마그네트를 10 내지 30rpm의 속도로 회전시키고, 입사각을 64.5°로 적용한 상기 분광타원해석기로 측정한 아래 식 1에 따른 Del 값이 0인 점에서의 포톤 에너지가 1.8 내지 2.15eV가 될 때까지 위상반전막을 성막하는 단계이고,
    상기 위상반전막은, 전이금속, 규소, 산소, 및 질소를 포함하고,
    상기 위상반전막은, 파장 193nm의 광에 대한 위상차가 170 내지 190°이고,
    상기 위상반전막은, 상기 전이금속을 1 내지 10원자% 포함하는, 블랭크 마스크 제조방법;
    [식 1]
    Figure 112021035176931-pat00003

    상기 식 1에서,
    상기 DPS 값은, 반사광의 P파 및 S파간 위상차가 180° 이하이면 상기 P파 및 S파간 위상차를 의미하고, 반사광의 P파와 S파의 위상차가 180° 초과이면 360°에서 상기 P파 및 S파간 위상차를 뺀 값을 의미하고,
    상기 PE값은 1.5 내지 3.0 eV 범위 내에서의 포톤 에너지를 의미한다.
  2. 제1항에 있어서,
    열처리 단계를 더 포함하고,
    상기 열처리 단계는, 승온과정, 온도 유지과정 및 강온과정을 포함하는, 블랭크 마스크 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막은 위상차 조정층 및 상기 위상차 조정층 상에 위치하는 보호층을 포함하고,
    상기 보호층은, 상기 위상반전막의 표면에 형성되어, 상기 표면으로부터 깊이 방향으로 상기 산소 함량이 연속적으로 감소하는 동시에 상기 질소 함량이 연속적으로 증가하는 분포를 갖는 층인, 블랭크 마스크 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보호층은 상기 보호층 전체를 기준으로 상기 전이금속을 0.5 내지 5원자% 포함하는, 블랭크 마스크 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 위상반전막의 두께 대비 상기 보호층의 두께의 비율은 0.05 내지 0.08이고,
    상기 보호층의 두께는 35Å 이상 45Å 이하인, 블랭크 마스크 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    열처리 단계를 더 포함하고,
    상기 열처리 단계는, 상기 보호층을 형성하는 보호층 형성과정을 포함하는, 블랭크 마스크 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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