KR102435818B1 - 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 - Google Patents

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이형주
손성훈
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Abstract

구현예에 따른 블랭크 마스크는, 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막을 포함한다. 차광막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 디아이오도메탄(Diiodomethane)으로 측정한 상기 차광막의 접촉각은 40° 이상 45°이하이다. 차광막 표면의 Rsk 값이 -1 이상 0 이하이고, 차광막 표면의 Rku 값이 7 이하이다. 이러한 블랭크 마스크는, 세정 용액을 이용한 차광막 표면의 세정이 용이하고, 레지스트막 코팅 시 레지스트막과 안정적인 접착력을 가질 수 있다.

Description

블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 {BLANK MASK AND PHOTOMASK USING THE SAME}
구현예는 블랭크 마스크 및 이를 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 광투과성 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 노광공정에서 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 광투과성 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.
국내 공개특허 제 10-2007-0114025 호
구현예의 목적은 세정용액에 의한 파티클 제거가 용이하고, 상면에 레지스트막을 코팅할 경우 레지스트막과 우수한 접착력을 가질 수 있는 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공하는 것이다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막을 포함한다.
상기 차광막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
디아이오도메탄(Diiodomethane)으로 측정한 상기 차광막의 접촉각은 40° 이상 45°이하이다.
상기 차광막 표면의 Rsk 값이 -1 이상 0 이하이다.
상기 차광막 표면의 Rku 값이 7 이하이다.
상기 차광막의 표면에너지 대비 상기 표면에너지의 분산 성분의 비율은 0.84 이상 0.865 이하일 수 있다.
상기 차광막의 표면에너지의 분산 성분의 값은 37mN/m 이상 40mN/m 이하일 수 있다.
상기 차광막의 표면에너지는 43mN/m 이상 47mN/m 이하일 수 있다.
디아이오도메탄으로 측정한 상기 차광막의 접촉각을 순수로 측정한 상기 차광막의 접촉각으로 나눈 값은 0.58 이상 0.604 이하일 수 있다.
상기 차광막 표면의 Rku 값은 2 이상일 수 있다.
상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치되는 제2차광층을 포함할 수 있다.
상기 제2차광층의 천이금속 함량은 상기 제1차광층의 천이금속 함량보다 더 큰 값을 가질 수 있다.
상기 천이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 포토마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 위치하는 차광 패턴막을 포함한다.
상기 차광 패턴막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
디아이오도메탄으로 측정한 상기 차광 패턴막 상면의 접촉각은 40° 이상 45°이하이다.
상기 차광 패턴막 상면의 Rsk 값이 -1 이상 0 이하이다.
상기 차광 패턴막 상면의 Rku 값이 7 이하이다.
본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조방법은 광원, 포토마스크 및 레지스트막이 도포된 반도체 웨이퍼를 배치하는 준비단계, 상기 포토마스크를 통해 상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 반도체 웨이퍼 상에 선택적으로 투과시켜 출사하는 노광단계 및 상기 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 현상하는 현상단계;를 포함한다.
상기 포토마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광 패턴막을 포함한다.
상기 차광 패턴막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
디아이오도 메탄으로 측정한 상기 차광 패턴막 상면의 접촉각은 40° 이상 45°이하이다.
상기 차광 패턴막 상면의 Rsk 값이 -1 이상 0 이하이다.
상기 차광 패턴막 상면의 Rku 값이 7 이하이다.
구현예에 따른 블랭크 마스크 등은 세정용액에 의한 파티클 제거가 용이하고, 상면에 레지스트막을 코팅할 경우 레지스트막과 우수한 접착력을 가질 수 있다.
도 1은 본 명세서가 개시하는 일 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도.
도 2는 본 명세서가 개시하는 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도.
도 3은 본 명세서가 개시하는 또 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도.
도 4는 본 명세서가 개시하는 또 다른 실시예에 따른 포토마스크를 설명하는 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 표면 프로파일(surface profile)은 표면에서 관찰되는 윤곽 형상을 의미한다.
Rsk 값은 ISO_4287에 근거하여 평가되는 값이다. Rsk 값은 측정 대상 표면 프로파일(surface profile)의 높이 대칭성(왜도, skewness)을 나타낸다.
Rku 값은 ISO_4287에 근거하여 평가되는 값이다. Rku 값은 측정 대상 표면 프로파일의 뾰쪽한 정도(첨도, kurtosis)를 나타낸다.
피크(peak)는 차광막 표면 프로파일에서 기준선(표면 프로파일에서 높이 평균선을 의미한다)의 상부에 위치한 부분이다.
밸리(valley)는 차광막 표면 프로파일에서 기준선 하부에 위치한 부분이다.
본 명세서는 차광막 상에 접하여 형성되는 박막으로 레지스트막을 예시적으로 들어 설명하고 있으나, 차광막 상에 접하여 형성되고, 이후 공정에서 제거하는 방식이 적용될 수 있는 모든 박막에 대하여 구현예의 특징이 적용될 수 있다. 차광막 상에 접하여 형성되는 박막을 레지스트막으로 한정하지 않는다.
반도체 고집적화에 따라 반도체 웨이퍼 상에 더욱 미세화된 회로 패턴을 형성하는 것이 요구된다. 반도체 웨이퍼 상에 현상되는 패턴의 선폭이 더욱 감소하면서, 포토마스크의 해상도 저하 관련 이슈도 증가하는 추세이다.
블랭크 마스크에 포함된 차광막은 파티클 제거를 위해 세정 처리하고, 차광막 상에 레지스트막을 코팅한 후, 패터닝하여 차광 패턴막을 형성할 수 있다. 이 과정에서, 차광막 세정 후 일부 파티클이 차광막 표면에 잔류할 수 있고, 차광막을 미리 설계된 패턴 형상대로 정교하게 패터닝되지 아니하는 문제가 발생할 수 있다.
구현예의 발명자들은 차광막의 표면에너지 및 조도 특성 등을 제어함으로써, 이러한 문제를 해결할 수 있음을 확인하고 구현예를 완성하였다.
이하, 구현예를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 명세서가 개시하는 일 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 1을 참조하여 구현예의 블랭크 마스크를 설명한다.
블랭크 마스크(100)는 광투과성 기판(10) 및 상기 광투과성 기판(10) 상에 위치하는 차광막(20)을 포함한다.
광투과성 기판(10)의 소재는 노광광에 대한 광투과성을 갖고 블랭크 마스크에 적용될 수 있는 소재면 제한되지 않는다. 구체적으로, 광투과성 기판(10)의 파장 193nm의 노광광에 대한 투과율은 85% 이상일 수 있다. 상기 투과율은 87% 이상일 수 있다. 상기 투과율은 99.99% 이하일 수 있다. 예시적으로, 광투과성 기판(10)은 합성 쿼츠 기판이 적용될 수 있다. 이러한 경우, 광투과성 기판(10)은 상기 광투과성 기판(10)을 투과하는 광의 감쇠(attenuated)를 억제할 수 있다.
또한 광투과성 기판(10)은 평탄도 및 조도 등의 표면 특성을 조절하여 광학 왜곡 발생을 억제할 수 있다.
차광막(20)은 광투과성 기판(10)의 상면(top side) 상에 위치할 수 있다.
차광막(20)은 광투과성 기판(10)의 하면(bottom side) 측으로 입사하는 노광광을 적어도 일정 부분 차단하는 특성을 가질 수 있다. 또한, 광투과성 기판(10)과 차광막(20) 사이에 위상반전막(30) (도 3 참고)등이 위치할 경우, 차광막(20)은 상기 위상반전막(30) 등을 패턴 형상대로 식각하는 공정에서 에칭 마스크로 사용될 수 있다.
차광막(20)은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
차광막의 표면에너지 관련 특성
디아이오도메탄(Diiodomethane)으로 측정한 차광막(20)의 접촉각은 40° 이상 45° 이하이다.
블랭크 마스크는 보관 및 이동 과정에서 공기 중에 존재하거나 또는 작업자로부터 유래한 유기물 파티클이 흡착될 수 있다. 이러한 파티클을 제거하기 위해 차광막(20) 표면에 세정 공정을 실시한 후, 상기 차광막(20) 상에 레지스트막을 코팅할 수 있다. 레지스트막 코팅은 차광막(20) 표면에 별도 처리 없이 실시되거나, HMDS(Hexamethyldisilazane), 기타 유기 실란계 화합물을 비롯한 부착성 개선 물질을 처리한 후 실시될 수 있다.
동일한 세정용액 및 세정방법을 적용하여 세정공정을 실시하더라도, 차광막(20) 표면 특성에 따라 세정 효과가 상이할 수 있다. 구현예는 차광막(20) 표면의 조도 특성, 조성, 열처리 및 냉각 처리 등에서의 공정 조건 등을 제어할 수 있다. 이와 동시에 구현예는 디아이오도메탄으로 측정한 차광막(20)의 접촉각을 구현예에서 미리 설정한 범위 내로 제어할 수 있다. 이를 통해, 유기물 파티클과 차광막(20) 표면간 형성되는 반발력을 높여 파티클이 차광막(20) 표면으로부터 쉽게 제거되면서도, 표면 처리되지 않은 차광막(20)이더라도 소수성을 갖는 레지스트막에 대해 보다 안정적인 접착력을 갖도록 할 수 있다.
디아이오도메탄으로 측정한 차광막(20)의 접촉각은 표면 분석기를 이용하여 Goniometer method 법을 통해 측정한다. 구체적으로, 차광막(20) 표면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 총 9개의 섹터로 구분한다. 각 섹터의 중심부에 디이오도메탄(Diiodo-methane)을 0.8 내지 1.2μL, 일 예로서, 1μL 적하하여 표면 분석기로 각 섹터의 디이오도메탄의 접촉각을 측정하고, 각 섹터의 접촉각 측정값의 평균값을 디이오도메탄으로 측정한 차광막(20)의 접촉각으로 산출한다.
측정에 사용된 디아이오도메탄의 표면 에너지는 50.8mN/m, 표면 에너지 중 극성 성분은 0mN/m, 분산 성분은 50.8mN/m이다.
예시적으로, 디아이오도메탄으로 측정한 차광막(20)의 접촉값은 KRUSS 사(社)의 MSA(Mobile Surface Analyzer) double type 모델을 통해 측정할 수 있다.
디아이오도메탄(Diiodomethane)으로 측정한 차광막(20)의 접촉각은 40° 이상 45° 이하일 수 있다. 상기 접촉각은 42° 이상일 수 있다. 상기 접촉각은 42.5° 이상일 수 있다. 상기 접촉각은 44.8° 이하일 수 있다. 상기 접촉각은 43.8° 이하일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 표면에 존재하는 유기물 파티클을 용이하게 제거할 수 있고, 별도 표면처리 되지 않은 차광막(20) 상에 레지스트막 코팅 시 차광막(20)과 레지스트막간 부착력이 안정적인 세기를 갖도록 할 수 있다.
차광막(20)의 표면에너지 대비 상기 표면에너지의 분산 성분 비율은 0.84 이상 0.865 이하일 수 있다.
차광막(20)을 세정하는 공정에서 적용되는 세정 용액은, SC-1 용액, 암모니아수, 과산화수소수 등으로, 상대적으로 높은 극성을 갖는 용액이 적용된다. 세정 용액은 광 조사 등을 통해 활성화된 차광막(20) 표면과 접촉하여 차광막(20) 표면에 흡착된 유기물을 산화시켜 제거할 수 있다. 다만, 이러한 세정 용액은 반응성이 높아 차광막(20) 표면에 장기간 잔류할 경우 차광막(20)의 표면 손상을 유발할 수 있으므로, 세정공정을 마친 후 차광막(20) 표면으로부터 제거될 필요가 있다.
표면에너지 값은 상기 표면에너지의 분산 성분 값과 상기 표면에너지의 극성 성분 값을 합한 값이다. 동일한 표면에너지 값을 갖더라도, 상기 표면에너지 대비 상기 표면에너지의 분산 성분 값에 따라 차광막(20)은 상이한 표면 특성을 가질 수 있다. 차광막(20)의 표면에너지 대비 상기 표면에너지의 분산 성분 비율을 제어함으로써, 표면 처리되지 아니한 차광막(20) 상에 레지스트막이 안정적으로 코팅될 수 있도록 함과 동시에, 세정 용액에 대한 활성화된 차광막(20) 표면의 친화성을 더욱 높여 차광막(20) 표면에 잔류하는 파티클을 더욱 효율적으로 제거할 수 있다.
차광막(20)의 표면에너지 및 상기 표면에너지의 분산 성분 비율은 표면 분석기를 이용하여 Goniometer method 법을 통해 측정한다. 구체적으로, 차광막(20) 표면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 총 9개의 섹터로 구분한다. 각 섹터의 중심부에 순수를 약 2초 간격으로 0.8 내지 1.2μL, 일 예로서, 1μL 적하하여 표면 분석기로 각 섹터의 순수의 접촉각을 측정하고, 각 섹터의 접촉각 측정값의 평균값을 순수로 측정한 차광막(20)의 접촉각으로 산출한다. 순수 적하 후 2초 후에 순수가 적하된 위치로부터 이격된 위치에서 약 2초 간격으로 디이오도메탄(Diiodo-methane)을 0.8 내지 1.2μL, 일 예로서, 1μL 적하하여 표면 분석기로 각 섹터의 디이오도메탄의 접촉각을 측정하고, 각 섹터의 접촉각 측정값의 평균값을 디이오도메탄으로 측정한 차광막(20)의 접촉각으로 산출한다. 상기 차광막(20)에서 측정 및 산출한 순수 및 디이오도메탄의 접촉각으로부터 차광막(20)의 표면에너지, 표면에너지의 분산 성분 값 및 극성 성분 값을 산출한다.
측정에 사용된 순수의 표면 에너지는 72.8mN/m, 표면 에너지 중 극성 성분은 51mN/m, 분산 성분은 21.8 mN/m이다. 측정에 사용된 디아이오도메탄의 표면 에너지는 50.8mN/m, 표면 에너지 중 극성 성분은 0mN/m, 분산 성분은 50.8mN/m이다.
예시적으로, 차광막(20)의 표면에너지 대비 상기 표면에너지의 분산 성분 비율 값은 KR
Figure 112021102163178-pat00001
SS 사(社)의 MSA(Mobile Surface Analyzer) double type 모델을 통해 측정할 수 있다.
차광막(20)의 표면에너지 대비 상기 표면에너지의 분산 성분 비율은 0.84 이상 0.865 이하일 수 있다. 상기 비율은 0.842 이상일 수 있다. 상기 비율은 0.85 이상일 수 있다. 상기 비율은 0.8605 이하일 수 있다. 상기 비율은 0.86 이하일 수 있다. 이러한 경우, 패터닝 과정에서 차광막(20) 표면으로부터 레지스트 패턴막이 이탈하는 것을 억제하면서도, 세정 단계에서 세정액에 의한 세정 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
차광막(20)의 표면에너지의 분산 성분 값은 37mN/m 이상 40mN/m 이하일 수 있다. 상기 분산 성분 값은 37.5mN/m 이상일 수 있다. 상기 분산 성분 값은 39 mN/m 이하일 수 있다. 상기 분산 성분 값은 38.5mN/m 이하일 수 있다. 상기 분산 성분 값은 38mN/m 이하일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 표면에 파티클이 흡착되는 정도를 감소시키면서, 차광막(20) 표면상에 레지스트막이 안정적으로 형성될 수 있다.
차광막(20)의 표면에너지는 43mN/m 이상 47mN/m 이하일 수 있다. 차광막(20)의 표면에너지는 43.5mN/m 이상일 수 있다. 차광막(20)의 표면에너지는 44mN/m 이상일 수 있다. 차광막(20)의 표면에너지는 46mN/m 이하일 수 있다. 차광막(20)의 표면에너지는 45.5mN/m 이하일 수 있다. 이러한 경우, 활성화되지 아니한 차광막(20) 표면과 세정 용액간 반발력을 일정 수준 이상으로 조절할 수 있고, 외부로부터 유입된 유기물 입자가 차광막(20) 표면에 달라붙는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
디아이오도메탄으로 측정한 차광막(20)의 접촉각을 순수로 측정한 차광막(20)의 접촉각으로 나눈 값은 0.58 이상 0.604 이하일 수 있다.
극성 물질로 측정한 차광막(20) 표면의 접촉각 값과 비극성 물질로 측정한 차광막(20) 표면의 접촉각 값을 동시에 조절하여 극성 물질로 측정한 차광막(20) 표면의 접촉각 값을 구현예에서 미리 설정한 범위 내로 제어함으로써, 세정 공정을 마친 후 활성화 효과가 사라진 차광막(20) 표면으로부터 세정 용액을 용이하게 제거할 수 있다. 이와 동시에 유기물질을 포함하는 파티클과 차광막(20) 표면 간 형성되는 반발력을 높여 파티클이 차광막(20) 표면으로부터 쉽게 탈락할 수 있도록 할 수 있다.
순수로 측정한 차광막(20)의 접촉각을 측정하는 방법은 앞에서 설명한 차광막(20)의 표면에너지를 측정하는 방법과 동일하다.
디아이오도메탄으로 측정한 차광막(20)의 접촉각을 순수로 측정한 차광막(20)의 접촉각으로 나눈 값은 0.58 이상 0.604 이하일 수 있다. 상기 값은 0.585 이상일 수 있다. 상기 값은 0.59이상일 수 있다. 상기 값은 0.6 이하일 수 있다. 상기 값은 0.595 이하일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 표면의 세정 용이성을 향상시킬 수 있다.
차광막의 표면 조도 관련 특성
차광막(20) 표면의 Rsk 값이 -1 이상 0 이하일 수 있고, Rku 값이 7 이하일 수 있다.
차광막(20) 상에 레지스트막을 형성하기 전, 차광막(20)과 레지스트막 사이의 접착력을 향상시키기 위해 차광막(20)에 부착성 개선 물질을 이용한 표면처리를 실시할 수 있다. 표면 처리는, 차광막(20) 표면에 부착성 개선 물질을 도포하는 방법으로 실시될 수 있다.
구현예는 차광막(20)의 조성, 표면에너지, 차광막(20)의 열처리 및 냉각 처리 조건 등을 제어하는 것과 함께, 차광막(20) 표면의 Rsk 값 및 Rku 값을 제어하여 차광막(20)과 레지스트막 사이의 접착력을 향상시킬 수 있고, 차광막(20) 표면에 파티클이 흡착되는 것을 억제시킬 수 있다.
구체적으로, 차광막(20) 표면의 피크와 밸리의 비대칭성 분포를 제어하여, 차광막(20) 표면 내 피크가 위치한 영역뿐만 아니라 밸리가 위치한 영역에서도 부착성 개선 물질이 비교적 고른 분포로 도포되도록 할 수 있다. 또한, 상기 외부로부터 유입된 파티클이 밸리 부분에 흡착되지 아니하고, 차광막(20) 표면으로부터 용이하게 탈락하도록 할 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rsk 값 및 Rku 값을 동시에 조절할 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 표면 상에 전체적으로 부착성 개선 물질을 비교적 고른 분포로 도포할 수 있고, 차광막(20) 상에 레지스트막이 성막되기까지 피크 표면에 도포된 개선 물질이 안정적으로 유지될 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rsk 값 및 Rku 값을 측정하는 방법은 아래와 같다.
Rsk 값 및 Rku 값은 차광막(20) 표면의 중심부(중앙부)에 위치한 가로 1㎛, 세로 1㎛인 영역에서 측정한다. 2차원 조도측정기를 이용하여 상기 영역에서 스캔 속도를 0.5Hz로 설정하여 Non-contact mode에서 Rsk 값을 측정한다. 예시적으로, 탐침으로 Park System 사의 Cantilever 모델인 PPP-NCHR을 적용한 Park System 사의 XE-150 모델을 적용하여 Rsk 값 및 Rku 값을 측정할 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rsk 값은 -1 이상 0 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -0.9 이상일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -0.85 이상일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -0.8 이상일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -0.7 이상일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -0.1 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -0.15 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -0.2 이하일 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rku 값은 7 이하일 수 있다. 상기 Rku 값은 6 이하일 수 있다. 상기 Rku 값은 5 이하일 수 있다. 상기 Rku 값은 2 이상일 수 있다.
이러한 경우 부착력 개선 물질에 의한 차광막(20)과 레지스트막간 접착력 향상 효과를 더욱 높일 수 있고, 차광막(20) 표면에 잔류하는 파티클을 쉽게 제거할 수 있다.
차광막의 층 구조 및 조성
도 2는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 2를 참조하여 구현예를 설명한다.
차광막(20)은 제1차광층(21) 및 상기 제1차광층(21) 상에 배치되는 제2차광층(22)을 포함할 수 있다.
제2차광층(22)은 천이금속과 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 천이금속을 50 내지 80 at% 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 천이금속을 55 내지 75 at% 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 천이금속을 60 내지 70 at% 포함할 수 있다.
제2차광층(22)의 산소 또는 질소에 해당하는 원소의 함량은 10 내지 35 at%일 수 있다. 제2차광층(22)의 산소 또는 질소에 해당하는 원소의 함량은 15 내지 25 at%일 수 있다.
제2차광층(22)은 질소를 5 내지 20 at% 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 질소를 7 내지 13 at% 포함할 수 있다.
이러한 경우, 차광막(20)이 위상반전막(30)과 함께 적층체를 형성하여 노광광을 실질적으로 차단하는 것을 도울 수 있다.
제1차광층(21)은 천이금속과, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 천이금속을 30 내지 60 at% 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 천이금속을 35 내지 55 at% 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 천이금속을 40 내지 50 at% 포함할 수 있다.
제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 40 내지 70 at%일 수 있다. 제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 45 내지 65 at%일 수 있다. 제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 50 내지 60 at%일 수 있다.
제1차광층(21)은 산소를 20 내지 40 at% 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 산소를 23 내지 33 at% 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 산소를 25 내지 30 at% 포함할 수 있다.
제1차광층(21)은 질소를 5 내지 20 at% 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 질소를 7 내지 17 at% 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 질소를 10 내지 15 at% 포함할 수 있다.
이러한 경우, 제1차광층(21)은 차광막(20)이 우수한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있다.
상기 천이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 천이금속은 Cr일 수 있다.
제1차광층(21)의 막 두께는 250 내지 650Å일 수 있다. 제1차광층(21)의 막 두께는 350 내지 600Å일 수 있다. 제1차광층(21)의 막 두께는 400 내지 550Å일 수 있다. 이러한 경우, 제1차광층(21)은 차광막(20)이 노광광을 효과적으로 차단하는 것을 도울 수 있다.
제2차광층(22)의 막 두께는 30 내지 200 Å일 수 있다. 제2차광층(22)의 막 두께는 30 내지 100 Å일 수 있다. 제2차광층(22)의 막 두께는 40 내지 80 Å일 수 있다. 이러한 경우, 제2차광층(22)은 차광막(20)의 소광 특성을 향상시키고, 차광막(20) 패터닝 시 형성되는 차광 패턴막의 측면 표면 프로파일을 더욱 정교하게 제어하는 것을 도울 수 있다.
제1차광층(21)의 막 두께 대비 제2차광층(22)의 막 두께 비율은 0.05 내지 0.3일 수 있다. 상기 막 두께 비율은 0.07 내지 0.25일 수 있다. 상기 막 두께 비율은 0.1 내지 0.2일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20)은 충분한 소광특성을 가지면서도, 차광막(20) 패터닝 시 형성되는 차광 패턴막이 수직에 가까운 측면 표면 프로파일을 형성할 수 있다.
제2차광층(22)의 천이금속 함량은 제1차광층(21)의 천이금속 함량보다 더 큰 값을 가질 수 있다.
제2차광층(22)은 차광막(20) 패터닝 시 형성되는 차광 패턴막의 측면 표면 프로파일을 정교하게 제어하고, 결함 검사 등을 위해 미리 설정된 범위 내의 반사율을 확보하기 위해 제1차광층(21) 대비 천이금속 함량이 더 큰 값을 가질 수 있다. 이러한 경우 성막된 차광막(20)을 열처리함에 따라 제2차광층(22)에 포함된 천이금속은 회복, 재결정 및 결정립 성장이 발생할 수 있고, 천이금속이 높은 함량으로 포함된 제2차광층(22)에서 결정립 성장이 제어되지 않을 경우 차광막(20)의 표면은 과도하게 성장된 천이금속 입자로 인해 열처리 전과 비교하여 변형된 윤곽을 형성할 수 있다. 이는 차광막(20)의 표면에너지 및 조도 특성 등에 영향을 미쳐 차광막(20)과 레지스트막 간 접착력 및 차광막(20)의 세정 용이성을 저하시킬 수 있다.
구현예는 제2차광층(22)의 천이금속 함량은 제1차광층(21)의 천이금속 함량보다 더 큰 값을 가지면서도 차광막(20)의 표면에너지 및 조도 특성, 열처리 및 냉각 처리 등에서의 공정 조건 등을 미리 설정한 범위 내로 제어하여 차광막(20)이 목적하는 광학 특성 및 식각 특성을 가지면서도, 차광막(20)과 레지스트막 간 접착력 및 차광막(20)의 세정 용이성을 향상시킬 수 있다.
차광막의 광학 특성
파장 193nm의 광에 대한 차광막(20)의 투과율은 1% 이상일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 차광막(20)의 투과율은 1.3% 이상일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 차광막(20)의 투과율은 1.4% 이상일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 차광막(20)의 투과율은 2% 이하일 수 있다.
차광막(20)은 파장 193nm의 광에 대한 광학 밀도가 1.8 이상일 수 있다. 차광막(20)은 파장 193nm의 광에 대한 광학 밀도가 1.9 이상일 수 있다. 차광막(20)은 파장 193nm의 광에 대한 광학 밀도가 3 이하일 수 있다.
이러한 경우, 차광막(20)을 포함하는 박막은 노광광의 투과를 효과적으로 억제할 수 있다.
기타 박막
도 3은 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 3을 참조하여 구현예의 블랭크 마스크를 설명한다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크(100)는 광투과성 기판(10), 상기 광투과성 기판(10) 상에 배치되는 위상반전막(30) 및 상기 위상반전막(30) 상에 배치되는 차광막(20)을 포함한다.
위상반전막(30)은 천이금속 및 규소를 포함한다.
차광막(20)은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
디아이오도메탄(Diiodomethane)으로 측정한 상기 차광막(20)의 접촉각은 40° 이상 45°이하일 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rsk 값이 -1 이상 0 이하이고, Rku 값이 7 이하일 수 있다.
위상반전막(30)은 광투과성 기판(10)과 차광막(20) 사이에 위치할 수 있다. 위상반전막(30)은 상기 위상반전막(30)을 투과하는 노광광의 광 세기를 감쇄하고, 위상차를 조절하여 패턴 가장자리에 발생하는 회절광을 실질적으로 억제하는 박막이다.
위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 위상차가 170 내지 190°일 수 있다. 위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 위상차가 175 내지 185°일 수 있다. 위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 3 내지 10%일 수 있다. 위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 4 내지 8%일 수 있다. 이러한 경우, 상기 위상반전막(30)이 포함된 포토마스크의 해상도가 향상될 수 있다.
위상반전막(30)은 천이금속 및 규소를 포함할 수 있다. 위상반전막(30)은 천이금속, 규소, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 상기 천이금속은 몰리브덴일 수 있다.
광투과성 기판(10)과 차광막(20)의 물성 및 조성 등에 대한 설명은 각각 앞에서 한 내용과 중복되므로 생략한다.
차광막(20) 상에 하드마스크(미도시)가 위치할 수 있다. 하드마스크는 차광막(20) 패턴 식각 시 에칭 마스크막 기능을 할 수 있다. 하드마스크는 규소, 질소 및 산소를 포함할 수 있다.
포토마스크
도 4는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 포토마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 4를 참조하여 구현예의 포토마스크를 설명한다.
본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 포토마스크(200)는 광투과성 기판(10) 및 상기 광투과성 기판(10)상에 배치되는 차광 패턴막(25)을 포함한다.
차광 패턴막(25)은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
디아이오도메탄으로 측정한 차광 패턴막(25) 상면의 접촉각은 40° 이상 45°이하이다.
차광 패턴막(25) 상면의 Rsk 값이 -1 이상 0 이하이고, 차광 패턴막(25) 상면의 Rku 값이 7 이하이다.
차광 패턴막(25)은 앞에서 설명한 블랭크 마스크(100)의 차광막(20)을 패터닝하여 형성할 수 있다.
디아이오도메탄으로 측정한 차광 패턴막(25) 상면의 접촉각 값을 측정하는 방법은 측정 대상이 차광 패턴막(25)의 상면인 점을 제외하고는 블랭크 마스크(100)에서 디아이오도메탄으로 측정한 차광막(20)의 접촉각 값을 측정하는 방법과 동일하다.
디아이오도메탄으로 측정한 차광 패턴막(25)의 접촉각 값 측정 시, 적하된 디아이오도메탄의 방울 밑면의 전 영역이 차광 패턴막(25)의 상면과 완전히 접하도록 디아이오도메탄을 차광 패턴막(25) 상면에 적하한다.
디아이오도메탄으로 측정한 차광 패턴막(25)의 접촉각 값 측정 시, 차광 패턴막(25) 상면의 각 섹터의 중심부에 차광 패턴막(25) 상면이 위치하지 않을 경우, 상기 중심부 근방에 위치한 영역에서 상기 접촉각 값을 측정한다.
차광 패턴막(25) 상면에서 Rsk 값 및 Rku 값을 측정하는 방법은 블랭크 마스크(100)에서 차광막(20) 표면의 Rsk 값 및 Rku 값을 측정하는 방법과 동일하다. 다만, 포토마스크(200) 표면의 중심부(중앙부)에 위치한 가로 1㎛, 세로 1㎛인 영역에 차광 패턴막(25)의 상면이 위치하지 않을 경우, 상기 영역의 근방에 위치한 차광 패턴막(25) 상면에서 측정한다.
차광 패턴막(25)의 물성, 조성 및 구조 등에 대한 설명은 블랭크 마스크(100)의 차광막(20)에 대한 설명과 중복되므로 생략한다.
차광막의 제조방법
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 스퍼터링 챔버 내에 광투과성 기판 및 스퍼터링 타겟을 설치하는 준비단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 스퍼터링 챔버 내에 분위기 가스를 주입하고, 스퍼터링 타겟에 전력을 가하여 광투과성 기판 상에 차광막을 성막하는 성막단계;를 포함할 수 있다.
성막단계는 광투과성 기판 상에 제1차광층을 성막하는 제1차광층 성막과정; 및 상기 제1차광층 상에 제2차광층을 성막하는 제2차광층 성막과정을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 150℃ 이상 330℃이하의 분위기에서 5분 이상 30분 이하의 시간동안 열처리하는 열처리 단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 상기 열처리 단계를 거친 차광막을 냉각시키는 냉각단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 냉각 단계를 거친 블랭크 마스크를 10℃ 이상 60℃ 이하의 분위기에서 안정화시키는 안정화 단계;를 포함할 수 있다.
준비단계에서, 차광막의 조성을 고려하여 차광막을 성막 시 타겟을 선택할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 천이금속을 함유하는 하나의 타겟을 적용할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 천이금속을 함유하는 일 타겟을 포함하여 2 이상의 타겟을 적용할 수 있다. 천이금속을 함유하는 타겟은 천이금속을 90 at% 이상 포함할 수 있다. 천이금속을 함유하는 타겟은 천이금속을 95 at% 이상 포함할 수 있다. 천이금속을 함유하는 타겟은 천이금속을 99 at% 포함할 수 있다.
천이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 천이금속은 Cr을 포함할 수 있다.
스퍼터링 챔버 내에 배치되는 광투과성 기판에 대해서는 앞에서 설명한 내용과 중복되므로 생략한다.
준비단계에서 스퍼터링 챔버 내 마그네트를 배치할 수 있다. 마그네트는 스퍼터링 타겟에서 스퍼터링이 발생하는 일 면에 대향되는 면에 배치될 수 있다.
차광막 성막단계에서, 차광막에 포함된 각 층별 성막 시 성막 공정 조건을 상이하게 적용할 수 있다. 특히, 차광막의 표면 에너지 특성, 표면 조도 특성, 소광 특성 및 에칭 특성 등을 고려하여, 분위기 가스 조성, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력, 성막 시간 등 각종 공정 조건을 각 층별로 상이하게 적용할 수 있다.
분위기 가스는 불활성 가스, 반응성 가스 및 스퍼터링 가스를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 성막된 박막을 구성하는 원소를 포함하지 않는 가스이다. 반응성 가스는 성막된 박막을 구성하는 원소를 포함하는 가스이다. 스퍼터링 가스는 플라즈마 분위기에서 이온화하여 타겟과 충돌하는 가스이다.
불활성 가스는 헬륨을 포함할 수 있다.
반응성 가스는 질소 원소를 포함하는 가스를 포함할 수 있다. 상기 질소 원소를 포함하는 가스는 예시적으로 N2, NO, NO2, N2O, N2O3, N2O4, N2O5 등일 수 있다. 반응성 가스는 산소 원소를 포함하는 가스를 포함할 수 있다. 상기 산소 원소를 포함하는 가스는 예시적으로 O2, CO2 등일 수 있다. 반응성 가스는 질소 원소를 포함하는 가스 및 산소 원소를 포함하는 가스를 포함할 수 있다. 상기 반응성 가스는 질소 원소와 산소 원소를 모두 포함하는 가스를 포함할 수 있다. 상기 질소 원소와 산소 원소를 모두 포함하는 가스는 예시적으로 NO, NO2, N2O, N2O3, N2O4, N2O5 등일 수 있다.
스퍼터링 가스는 Ar 가스일 수 있다.
스퍼터링 타겟에 전력을 가하는 전원은 DC 전원을 사용할 수 있고, RF 전원을 사용할 수도 있다.
제1차광층 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW 이상 2.5kW 이하로 적용할 수 있다. 제1차광층 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.6 kW 이상 2kW 이하로 적용할 수 있다.
제1차광층 성막과정에서, 분위기 가스의 불활성 기체의 유량 대비 반응성 기체의 유량 비율은 1.5 이상 3 이하일 수 있다. 상기 유량 비율은 1.8 이상 2.7 이하일 수 있다. 상기 유량 비율은 2 이상 2.5 이하일 수 있다.
반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 1.5 이상 4 이하일 수 있다. 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 2 이상 3 이하일 수 있다. 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 2.2 이상 2.7 이하일 수 있다.
이러한 경우, 제1차광층은 차광막이 충분한 소광 특성을 갖는 것을 도울 수 있고. 제1차광층의 식각 특성을 제어하여 패터닝 후 차광막 패턴 측면 표면 프로파일이 광투과성 기판으로부터 수직에 가까운 형상을 갖도록 도울 수 있다.
제1차광층의 성막 시간은 200초 이상 300초 이하일 수 있다. 제1차광층의 성막 시간은 210초 이상 240초 이하일 수 있다. 이러한 경우, 제1차광층은 차광막이 충분한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있다.
제2차광층 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1kW 이상 2kW 이하로 적용할 수 있다. 제2차광층 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.2kW 이상 1.7kW 이하로 적용할 수 있다.
제2차광층 성막과정에서, 분위기 가스의 불활성 기체의 유량 대비 반응성 기체의 유량 비율은 0.3 이상 0.8 이하일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.4 이상 0.6이하일 수 있다.
제2차광층 성막과정에서, 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 0.3 이하일 수 있다. 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 0.1 이하일 수 있다. 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 0.001 이상일 수 있다.
이러한 경우, 차광막의 비극성 용액에 대한 친화력을 구현예가 목적하는 범위 내로 제어하는데 기여할 수 있고, 차광막이 안정적인 소광 특성을 가지는데 기여할 수 있다.
제2차광층의 성막 시간은 10초 이상 30초 이하일 수 있다. 제2차광층의 성막 시간은 15초 이상 25초 이하일 수 있다. 이러한 경우, 제2차광층은 차광막에 포함되어 노광광의 투과를 억제하는데 도울 수 있다.
열처리 단계에서, 성막단계를 마친 차광막을 열처리할 수 있다. 구체적으로, 상기 차광막 성막을 마친 기판을 열처리 챔버 내에 배치한 후, 열처리를 실시할 수 있다.
차광막을 열처리하여 상기 차광막에 형성된 응력을 제거하고, 차광막의 치밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 차광막에 열처리가 적용되면, 차광막에 포함된 천이금속은 회복(recovery) 및 재결정(recrystallization)을 거치게 되고, 차광막에 형성된 응력은 효과적으로 제거될 수 있다. 다만, 열처리 단계에서, 열처리 온도 및 시간 등의 공정 조건이 제어되지 않을 경우, 차광막에 결정립 성장(grain growth)이 발생하고, 크기가 제어되지 않은 천이금속으로 구성된 결정립으로 인해 차광막 표면 프로파일이 열처리 전에 비해 상당히 변형될 수 있다. 이는 차광막의 표면에너지 및 조도 특성 등에 영향을 미칠 수 있다.
구현예는 열처리 단계에서 열처리 시간 및 온도를 제어하고, 아래에서 상술할 냉각단계에서 냉각 속도, 냉각 시간, 냉각 시 분위기 가스 등을 제어하여 차광막에 형성된 내부 응력을 효과적으로 제거하면서 차광막 표면이 구현예에서 미리 설정한 표면에너지 특성 및 조도 특성을 갖도록 할 수 있다.
열처리 단계는 150 내지 330℃에서 실시될 수 있다. 열처리 단계는 180 내지 300℃에서 실시될 수 있다.
열처리 단계는 5 내지 30분간 실시될 수 있다. 열처리 단계는 10 내지 20분간 실시될 수 있다.
이러한 경우, 차광막에 형성된 내부 응력을 효과적으로 제거할 수 있고, 열처리에 따른 천이금속 입자의 과도한 성장을 억제하는데 도울 수 있다.
냉각 단계에서, 열처리를 마친 차광막을 냉각할 수 있다. 열처리 단계를 마친 블랭크 마스크의 기판 측에, 구현예에서 미리 설정한 냉각 온도로 조절된 냉각 플레이트를 배치하여 블랭크 마스크를 냉각시킬 수 있다. 냉각단계에서, 블랭크 마스크와 냉각 플레이트간 간격을 조절하고, 분위기 가스를 도입하는 등의 공정 조건을 적용하여 블랭크 마스크의 냉각 속도를 제어할 수 있다.
블랭크 마스크는 열처리 단계를 마친 후 2분 내에 냉각 단계를 적용할 수 있다. 이러한 경우, 차광막 내 잔열에 의한 천이금속 입자의 성장을 효과적으로 막을 수 있다.
냉각 플레이트에 조절된 길이를 갖는 핀을 각 모서리에 설치하고, 상기 핀 위에 기판이 냉각 플레이트를 향하도록 블랭크 마스크를 배치하여 블랭크 마스크의 냉각속도를 제어할 수 있다.
냉각 플레이트에 의한 냉각방법에 더하여, 냉각단계가 진행되는 공간에 비활성 가스를 주입하여 블랭크 마스크를 냉각시킬 수 있다. 이러한 경우, 냉각 플레이트에 의한 냉각 효율이 다소 떨어지는 블랭크 마스크의 차광면 측의 잔열을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.
비활성 기체는 예시적으로 헬륨일 수 있다.
냉각단계에서, 냉각 플레이트에 적용된 냉각 온도는 10 내지 30℃일 수 있다. 상기 냉각 온도는 15 내지 25℃일 수 있다.
냉각단계에서, 블랭크 마스크와 냉각 플레이트간 이격 거리는 0.01 내지 30mm일 수 있다. 상기 이격 거리는 0.05 내지 5mm일 수 있다. 상기 이격 거리는 0.1 내지 2mm일 수 있다.
냉각단계에서, 블랭크 마스크의 냉각 속도는 10 내지 80℃/min일 수 있다. 상기 냉각속도는 20 내지 75℃/min일 수 있다. 상기 냉각속도는 40 내지 70℃/min일 수 있다.
이러한 경우, 열처리 후 차광막에 남아있는 열에 의한 천이금속의 결정립 성장을 억제하여 차광막 표면이 구현예에서 미리 설정한 범위 내의 표면에너지 특성 및 조도 특성을 갖는 것을 도울 수 있다.
안정화 단계에서, 냉각 단계를 거친 블랭크 마스크를 안정화시킬 수 있다. 이를 통해, 급격한 온도 변화로 인한 블랭크 마스크의 손상을 방지할 수 있다.
냉각 단계를 거친 블랭크 마스크를 안정화시키는 방법은 다양할 수 있다. 일 예로서, 냉각 단계를 거친 블랭크 마스크를 냉각 플레이트로부터 분리한 후 상온의 대기 중에 소정 시간 방치할 수 있다. 다른 일 예로서, 냉각 단계를 거친 블랭크 마스크를 냉각 플레이트로부터 분리한 후 15℃ 이상 30℃ 이하의 분위기에서 10분 이상 60분 이하의 시간동안 안정화시킬 수 있다. 이 때, 블랭크 마스크를 20rpm 이상 50rpm 이하의 속도로 회전시킬 수 있다. 또 다른 일 예로서, 냉각 단계를 거친 블랭크 마스크에 블랭크 마스크와 반응하지 않는 기체를 5L/min 이상 10L/min 이하의 유량으로 1분 이상 5분 이하의 시간동안 분사시킬 수 있다. 이 때, 블랭크 마스크와 반응하지 않는 기체는 20℃ 이상 40℃ 이하의 온도를 가질 수 있다.
반도체 소자 제조방법
본 명세서의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조방법은 광원, 포토마스크 및 레지스트막이 도포된 반도체 웨이퍼를 배치하는 준비단계, 상기 포토마스크를 통해 상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 반도체 웨이퍼 상에 선택적으로 투과시켜 출사하는 노광단계 및 상기 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 현상하는 현상단계를 포함한다.
포토마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광 패턴막을 포함한다.
차광 패턴막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
디아이오도메탄으로 측정한 차광 패턴막 상면의 접촉각은 40° 이상 45°이하이다.
차광 패턴막 상면의 Rsk 값이 -1 이상 0 이하이고, 차광 패턴막 상면의 Rku 값이 7 이하이다.
준비단계에서, 광원은 단파장의 노광광을 발생시킬 수 있는 장치이다. 노광광은 파장 200nm 이하의 광일 수 있다. 노광광은 파장 193nm인 ArF 광일 수 있다.
포토마스크와 반도체 웨이퍼 사이에 렌즈가 추가로 배치될 수 있다. 렌즈는 포토마스크 상의 회로 패턴 형상을 축소하여 반도체 웨이퍼 상에 전사하는 기능을 갖는다. 렌즈는 ArF 반도체 웨이퍼 노광공정에 일반적으로 적용될 수 있는 것이면 한정되지 않는다. 예시적으로 상기 렌즈는 불화칼슘(CaF2)으로 구성된 렌즈를 적용할 수 있다.
노광단계에서, 포토마스크를 통해 반도체 웨이퍼 상에 노광광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 이러한 경우, 레지스트막 중 노광광이 입사된 부분에서 화학적 변성이 발생할 수 있다.
현상단계에서, 노광단계를 마친 반도체 웨이퍼를 현상 용액 처리하여 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 현상할 수 있다. 도포된 레지스트막이 포지티브 레지스트(positive resist)일 경우, 레지스트막 중 노광광이 입사된 부분이 현상용액에 의해 용해될 수 있다. 도포된 레지스트막이 네가티브 레지스트(negative resist)일 경우, 레지스트막 중 노광광이 입사되지 않은 부분이 현상용액에 의해 용해될 수 있다. 현상용액 처리에 의해 레지스트막은 레지스트 패턴으로 형성된다. 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 형성할 수 있다.
포토마스크에 대한 설명은 앞의 내용과 중복되므로 생략한다.
이하, 구체적인 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
제조예: 차광막의 성막
실시예 1: DC 스퍼터링 장비의 챔버 내 가로 6인치, 세로 6인치, 두께 0.25인치의 쿼츠 소재 광투과성 기판을 배치하였다. T/S 거리가 255mm, 기판과 타겟간 각도가 25도를 형성하도록 크롬 타겟을 챔버 내에 배치하였다.
이후 Ar 21 부피%, N2 11 부피%, CO2 32 부피%, He 36 부피%가 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.85kW으로 적용하여, 250초간 스퍼터링 공정을 실시하여 제1차광층을 성막하였다.
제1차광층 성막을 마친 후, 제1차광층 상에 Ar 57 부피%, N2 43 부피%가 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW으로 적용하여, 25초간 스퍼터링 공정을 실시하여 제2차광층을 성막한 블랭크 마스크 시편을 제조하였다.
제2차광층 성막을 마친 시편을 열처리 챔버 내에 배치하고, 200℃의 분위기 온도에서 15분동안 열처리를 실시하였다.
열처리를 거친 시편의 기판 측에 냉각 온도가 23℃로 적용된 냉각 플레이트를 설치하였다. 시편의 차광막 표면에서 측정한 냉각 속도가 36℃/min이 되도록 시편의 기판과 냉각 플레이트간 이격 거리를 조정한 후, 5분간 냉각 단계를 실시하였다.
냉각 처리를 마친 후, 시편을 20℃ 이상 25℃ 이하의 분위기에서 대기 중에 보관하는 방식으로 15분간 안정화시켰다.
실시예 2: 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 후 시편을 250℃에서 열처리하였고, 냉각 처리를 7분간 실시하였으며, 냉각 처리된 시편을 20분간 안정화시켰다.
실시예 3: 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 후 시편을 250℃에서 열처리하였고, 시편의 차광막 표면에서 측정한 냉각 속도를 30℃/min으로 적용하여 냉각 처리를 8분간 실시하였다.
실시예 4: 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 후 시편을 300℃에서 열처리하였고, 열처리를 마친 시편의 냉각 처리를 8분간 실시하였으며, 냉각 처리된 시편을 30분간 안정화시켰다.
실시예 5: 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 후 시편을 300℃에서 열처리하였고, 냉각 처리 시 시편에 헬륨 기체를 300sccm의 유량으로 분사하여 시편의 차광막 표면에서 측정한 냉각 속도가 56℃/min이 되도록 하였고, 냉각 처리된 시편을 45분간 안정화시켰다.
비교예 1: 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 성막된 시편에 열처리, 냉각 처리 및 안정화를 실시하지 않았다.
비교예 2: 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막(20) 성막 후 시편을 250℃에서 열처리하였고, 시편의 냉각 처리는 냉각 플레이트를 사용하지 않고 대기 중에서 자연 냉각을 실시하였다. 자연 냉각 시 분위기 온도는 23℃, 냉각 시간은 120분, 시편의 차광막 표면에서 측정한 냉각 속도는 2℃/min으로 적용하였다. 냉각 처리 후 안정화는 실시하지 않았다.
비교예 3: 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 후 시편을 300℃에서 열처리하였고, 냉각 처리 시 시편에 헬륨 기체를 300sccm의 유량으로 분사하여 냉각 속도가 56℃/min이 되도록 하였다. 냉각 처리된 시편에 대해 안정화를 실시하지 않았다.
실시예 및 비교예별 열처리, 냉각 처리 및 안정화 조건에 대해 아래 표 1에 기재하였다.
평가예: 차광막의 표면에너지 관련 특성 측정
실시예 및 비교예별 시편의 차광막 표면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 총 9개의 섹터로 구분하였다. 각 섹터의 중심부에 순수를 약 2초 간격으로 0.8 내지 1.2μL, 일 예로서, 1μL 적하하여 표면 분석기로 각 섹터별 순수의 접촉각을 측정하고, 각 섹터의 접촉각 측정값의 평균값을 순수로 측정한 차광막의 접촉각으로 산출하였다. 순수 적하 후 순수가 적하된 위치로부터 이격된 위치에서 디아이오도메탄(Diiodo-methane)을 약 2초 간격으로 0.8 내지 1.2μL, 일 예로서, 1μL 적하하여 표면 분석기로 각 섹터별 디아이오도메탄의 접촉각을 측정하고, 각 섹터의 접촉각 측정값의 평균값을 디아이오도메탄으로 측정한 차광막의 접촉각으로 산출하였다. 상기 산출한 순수 및 디아이오도메탄으로 측정한 차광막의 접촉각 값으로부터 표면에너지, 표면에너지의 극성 성분 및 분산 성분을 산출하였다.
측정에 사용된 순수의 표면 에너지는 72.8mN/m, 표면 에너지 중 극성 성분은 51mN/m, 분산 성분은 21.8 mN/m이다. 측정에 사용된 디아이오도메탄의 표면 에너지는 50.8mN/m, 표면 에너지 중 극성 성분은 0mN/m, 분산 성분은 50.8mN/m이다.
표면 분석기는 KR
Figure 112021102163178-pat00002
SS 사(社)의 MSA(Mobile Surface Analyzer) double type 모델을 사용하였다.
상기 실시예 및 비교예별 측정값은 아래 표 2에 기재하였다.
평가예: 차광막의 표면 조도 특성 측정
실시예 및 비교예별 차광막 표면의 Rsk 및 Rku 값을 ISO_4287에 준거하여 측정하였다.
구체적으로, 차광막 중심부의 가로 1㎛, 세로 1㎛의 영역에서 탐침으로 Park System 사의 Cantilever 모델인 PPP-NCHR을 적용한 Park System 사의 XE-150 모델을 이용하여 스캔 속도 0.5Hz, Non-contact mode에서 Rsk 값 및 Rku 값을 측정하였다.
실시예 및 비교예 별 측정결과는 아래 표 3에 기재하였다.
평가예: 레지스트막 코팅 평가
실시예 및 비교예별 차광막 상에 스핀 코팅 방식을 적용하여 Fuji 사의 XFP255 모델 레지스트액을 분사하여 레지스트막을 도포하였다. 이후 도포된 레지스트막을 140℃에서 620초간 건조하여 1300Å 두께의 레지스트막을 형성하였다.
이후 실시예 및 비교예별 시편의 레지스트막이 도포된 면을 가로 7개, 세로 7개의 영역으로 분할하였다. 상기 각 영역에서 나노뷰 사의 MG Pro 모델 검사기를 이용하여 레지스트막 두께를 측정하였다. 각 영역에서 측정한 레지스트막 두께 값 중 최대값에서 최소값을 뺀 값이 130Å 미만인 경우 Pass, 130Å 이상인 경우 Fail로 평가하였다.
실시예 및 비교예별 평가결과는 아래 표 3에 기재하였다.
평가예: 차광막 세정효과 평가
SMIF(Standard Mechanical InterFace)에 보관된 실시예 및 비교예별 시편을 개봉하여 동일한 조건에서 시편 표면이 오염되도록 방치하였다. 방치된 시편의 차광막 표면 내 가로 146mm 세로 146mm 영역을 Lasertec사의 M6641S 검사기로 검사하여 파티클 개수를 측정하였다. 파티클 검사에 사용된 검사광 파장은 532mm로 적용하였다.
이후, 오염이 확인된 시편 표면에 세정을 실시하였다.
세정은 다음과 같이 실시하였다. 시편의 차광막 표면을 파장 172nm의 광으로 120초간 조사하여 활성화시켰다. 활성화 후 시편 표면에 탄산수를 1500ml/min의 유량으로 1분 30초간 분사하여 린스를 실시하였다. 린스 후 시편을 80rpm으로 회전시키면서 차광막 표면에 800ml/min의 유량의 SC-1 용액과 600ml/min의 유량의 수소수를 동시에 8분 30초간 분사하여 세정을 실시하였다. SC-1 용액은 NH4OH 0.1부피%, H2O2 0.08부피%, H2O 99.82부피%를 포함하는 용액을 적용하였다. 세정 후 시편 표면에 탄산수를 1500ml/min의 유량으로 1분 30초간 분사하여 린스를 실시하였다.
이후 세정 전 시편의 파티클을 검사하는 방법과 동일한 방법으로 세정을 마친 시편의 차광막 표면에 위치하는 파티클 개수를 검사하였다. 세정 후 측정 결과 차광막 표면의 파티클이 모두 제거되면 O, 파티클이 70% 이상 제거되면 △, 파티클이 70% 미만 제거되면 X로 평가하였다.
실시예 및 비교예별 측정결과는 아래 표 3에 기재하였다.
평가예: 차광막 내 추가 파티클 측정 평가
SMIF(Standard Mechanical InterFace)에 보관된 실시예 및 비교예별 시편을 Lasertec 사의 M6641S 모델의 검사기 내부에서 개봉 및 로딩하여 차광막 표면 내 가로 146mm 세로 146mm 영역에서 파티클 개수를 측정하였다. 파티클 검사에 사용된 검사광 파장은 532mm로 적용하였다.
이후, 시편 표면에 세정을 실시하였다. 구체적으로, 시편의 차광막 표면을 파장 172nm의 광으로 120초간 조사하여 활성화시켰다. 활성화 후 시편 표면에 탄산수를 1500ml/min의 유량으로 1분 30초간 분사하여 린스를 실시하였다. 린스 후 시편을 80rpm으로 회전시키면서 차광막 표면에 800ml/min의 유량의 SC-1 용액과 600ml/min의 유량의 수소수를 동시에 8분 30초간 분사하여 세정을 실시하였다. SC-1 용액은 NH4OH 0.1부피%, H2O2 0.08부피%, H2O 99.82부피%를 포함하는 용액을 적용하였다. 세정 후 시편 표면에 탄산수를 1500ml/min의 유량으로 1분 30초간 분사하여 린스를 실시하였다.
이후 세정 전 시편의 파티클을 검사하는 방법과 동일한 방법으로 세정을 마친 시편의 차광막 표면에 위치하는 파티클 개수를 검사하였다. 차광막 세정 전과 비교하여, 세정 후 새롭게 추가된 파티클이 측정되지 않을 경우 X, 세정 후 새롭게 추가된 파티클이 측정된 경우 △로 평가하였다.
실시예 및 비교예별 평가 결과는 아래 표 3에 기재하였다.
열처리
온도
(℃)		 열처리
시간
(분)		 냉각 플레이트 사용 여부 헬륨 기체 유량
(sccm)		 냉각
플레이트
온도
(℃)		 냉각
시간
(분)		 냉각
속도
(℃/분)		 안정화 온도
(℃)		 안정화
시간
(분)
실시예1 200 15 O - 23 5 36 20 내지 25 15
실시예2 250 15 O - 23 7 36 20 내지 25 20
실시예3 250 15 O - 23 8 30 20 내지 25 15
실시예4 300 15 O - 23 8 36 20 내지 25 30
실시예5 300 15 O 300 23 5 56 20 내지 25 45
비교예1 - - - - - - - - -
비교예2 250 15 X - 23(분위기
온도)		 120 2 - -
비교예3 300 15 O 300 23 5 56 - -
θ1(°)1) θ2(°)2) θ2/θ1 차광막
표면 에너지
(mN/m)		 차광막
표면 에너지
중 극성 성분
(mN/m)		 차광막
표면 에너지
중 분산 성분
(mN/m)		 표면에너지 대비 상기 표면에너지 중 분산 성분 비율
실시예1 71.58 42.91 0.599 45.25 7.13 38.12 0.842
실시예2 72.71 43.56 0.599 44.5 6.73 37.78 0.849
실시예3 73.11 43.75 0.598 44.25 6.58 37.68 0.852
실시예4 74.25 43.9 0.591 43.71 6.11 37.6 0.860
실시예5 74.46 44.95 0.604 43.21 6.17 37.04 0.857
비교예1 68.31 39.45 0.578 48.02 8.13 39.89 0.831
비교예2 68.95 39.03 0.566 47.87 7.77 40.09 0.837
비교예3 75.15 45.43 0.605 42.73 5.95 36.78 0.861
1) θ1은 순수로 측정한 차광막 표면의 접촉각이다.
2) θ2은 디아이오도메탄으로 측정한 차광막 표면의 접촉각이다.
Rsk Rku 세정효과 레지스트 코팅 추가 파티클 평가
실시예1 -0.885 4.125 ○ P X
실시예2 -0.651 3.795 ○ P X
실시예3 -0.714 3.923 ○ P X
실시예4 -0.399 2.972 ○ P X
실시예5 -0.204 2.845 ○ P X
비교예1 -1.316 9.245 △ F △
비교예2 -1.154 7.352 △ F △
비교예3 -1.168 5.054 X F X
디아이오도메탄으로 측정한 차광막 표면의 접촉각, Rsk 및 Rku 값 등이 구현예에서 미리 설정한 범위 내로 제어된 실시예의 경우, 세정효과에서 모두 P로 평가되었으나, 비교예 1 및 2는 로 평가되었고, 비교예 3의 경우 X로 평가되었다.
레지스트막 코팅 평가에 있어서, 실시예는 모두 P로 평가되었으나, 비교예는 모두 F로 평가되었다.
세정효과에 평가에 있어서, 실시예는 O로 평가된 반면, 비교예는 △ 또는 X로 평가되었다.
추가 파티클 유무 평가에 있어서, 실시예는 추가 파티클이 검출되지 아니하였으나, 비교예 1 및 2는 △로 평가되었다.
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: 광투과성 기판
20: 차광막
21: 제1차광층
22: 제2차광층
30: 위상반전막
200: 포토마스크
25: 차광 패턴막

Claims (10)

  1. 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막을 포함하고,
    상기 차광막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    디아이오도메탄(Diiodomethane)으로 측정한 상기 차광막의 접촉각은 42.91 ° 이상 44.95 ° 이하이고,
    상기 차광막 표면의 Rsk 값이 -0.885 이상 -0.204 이하이고,
    상기 차광막 표면의 Rku 값이 2.845 이상 4.125 이하인, 블랭크 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차광막의 표면에너지 대비 상기 표면에너지의 분산 성분의 비율은 0.84 이상 0.865 이하인, 블랭크 마스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차광막의 표면에너지의 분산 성분의 값은 37mN/m 이상 40mN/m 이하인, 블랭크 마스크.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 차광막의 표면에너지는 43mN/m 이상 47mN/m 이하인, 블랭크 마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    디아이오도메탄으로 측정한 상기 차광막의 접촉각을 순수로 측정한 상기 차광막의 접촉각으로 나눈 값은 0.58 이상 0.604 이하인, 블랭크 마스크.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치되는 제2차광층을 포함하고,
    상기 제2차광층의 천이금속 함량은 상기 제1차광층의 천이금속 함량보다 더 큰 값을 갖는, 블랭크 마스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 천이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 블랭크 마스크.
  9. 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 위치하는 차광 패턴막을 포함하고,
    상기 차광 패턴막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    디아이오도 메탄으로 측정한 상기 차광 패턴막 상면의 접촉각은 42.91 ° 이상 44.95 ° 이하이고,
    상기 차광 패턴막 상면의 Rsk 값이 -0.885 이상 -0.204 이하이고,
    상기 차광 패턴막 상면의 Rku 값이 2.845 이상 4.125 이하인, 포토마스크.
  10. 광원, 포토마스크 및 레지스트막이 도포된 반도체 웨이퍼를 배치하는 준비단계; 상기 포토마스크를 통해 상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 반도체 웨이퍼 상에 선택적으로 투과시켜 출사하는 노광단계; 및 상기 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 현상하는 현상단계;를 포함하고,
    상기 포토마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광 패턴막을 포함하고,
    상기 차광 패턴막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    디아이오도 메탄으로 측정한 상기 차광 패턴막 상면의 접촉각은 42.91 ° 이상 44.95 ° 이하이고,
    상기 차광 패턴막 상면의 Rsk 값이 -0.885 이상 -0.204 이하이고,
    상기 차광 패턴막 상면의 Rku 값이 2.845 이상 4.125 이하인, 반도체 소자 제조방법.
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