KR102444967B1 - 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
구현예는 블랭크 마스크 등에 대한 것으로, 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 위치하는 차광막을 포함한다. 차광막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 차광막 표면의 아래 식 1의 Mtr 값이 6 이하이다.
[식 1]
Mtr = |Rsk|*Rku
상기 식 1에서, 상기 |Rsk|은 Rsk 값의 절대값이다.
이러한 블랭크 마스크 등은 레지스트 도포 시 레지스트막간 부착력이 향상되고, 레지스트 패턴 제거 시 차광막 표면에 잔류하는 레지스트 양을 효과적으로 제거할 수 있다.
[식 1]
Mtr = |Rsk|*Rku
상기 식 1에서, 상기 |Rsk|은 Rsk 값의 절대값이다.
이러한 블랭크 마스크 등은 레지스트 도포 시 레지스트막간 부착력이 향상되고, 레지스트 패턴 제거 시 차광막 표면에 잔류하는 레지스트 양을 효과적으로 제거할 수 있다.
Description
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.
구현예의 목적은 차광막 표면에 레지스트 도포 시 차광막과 레지스트막간 부착력이 향상되고, 상기 도포된 레지스트막의 제거가 용이한 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공하는 것이다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크는, 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 위치하는 차광막을 포함한다.
상기 차광막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 차광막 표면의 아래 식 1의 Mtr 값은 6 이하이다.
[식 1]
Mtr = |Rsk|*Rku
상기 식 1에서, 상기 |Rsk|은 Rsk 값의 절대값이다.
상기 Rsk 값은 1 이하일 수 있다.
상기 Rku 값은 6 이하일 수 있다.
상기 천이금속은 크롬이다.
상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 위치하는 제2차광층을 포함한다.
상기 제2차광층은 상기 천이금속을 55 내지 75 at% 포함한다.
상기 제1차광층은 상기 천이금속을 35 at% 이상 55 at% 미만 포함한다.
상기 천이금속은 크롬이다.
상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 위치하는 제2차광층을 포함한다.
상기 제2차광층은 상기 천이금속을 55 내지 75 at% 포함한다.
상기 제1차광층은 상기 천이금속을 35 at% 이상 55 at% 미만 포함한다.
상기 차광막의 아래 식 2의 Dw 값이 0.01% 이하일 수 있다.
[식 2]
상기 식 2에서,
상기 Ds는 상기 차광막 상에 레지스트막을 1300Å의 두께로 도포 및 건조 후 제거하여 측정한 블랭크 마스크의 중량이다.
상기 Do는 상기 차광막 상에 레지스트막을 도포하기 전 측정한 블랭크 마스크의 중량이다.
상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층상에 위치하는 제2차광층을 포함할 수 있다.
상기 제2차광층의 상기 질소 함량과 상기 산소 함량을 합한 값은 10 내지 35원자%일 수 있다.
상기 천이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 차광막은 냉각수를 상기 차광막 표면에 직접 분사하여 냉각처리한 것일 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.
상기 차광 패턴막 표면에서의 아래 식 1의 Mtr 값은 6 이하이다.
[식 1]
Mtr = |Rsk|*Rku
상기 식 1에서, 상기 |Rsk|은 Rsk 값의 절대값이다.
상기 Rsk 값은 -1 이상 0.1 이하이다.
상기 Rku 값은 6 이하이다.
상기 천이금속은 크롬이다.
상기 차광패턴막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 위치하는 제2차광층을 포함한다,
상기 제2차광층은 상기 천이금속을 55 내지 75 at% 포함한다.
상기 제1차광층은 상기 천이금속을 35 at% 이상 55 at% 미만 포함한다.
상기 Rsk 값은 -1 이상 0.1 이하이다.
상기 Rku 값은 6 이하이다.
상기 천이금속은 크롬이다.
상기 차광패턴막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 위치하는 제2차광층을 포함한다,
상기 제2차광층은 상기 천이금속을 55 내지 75 at% 포함한다.
상기 제1차광층은 상기 천이금속을 35 at% 이상 55 at% 미만 포함한다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크 제조방법은 스퍼터링 챔버 내에 광투과성 기판 및 스퍼터링 타겟을 설치하는 준비단계, 상기 스퍼터링 챔버 내에 분위기 가스를 주입하고, 상기 스퍼터링 타겟에 전력을 가하여 상기 광투과성 기판 상에 차광막을 성막하는 성막단계, 150 내지 330℃에서 5 내지 30분간 열처리를 실시하는 열처리 단계 및 상기 광투과성 기판 측 표면과 상기 차광막 측 표면에 냉각수를 직접 분사 냉각하여 블랭크 마스크를 제조하는 냉각단계를 포함한다.
상기 블랭크 마스크 제조방법은 상기 열처리 단계를 거친 블랭크 마스크를 30 내지 50℃에서 1 내지 5분간 안정화시키는 안정화 단계를 포함할 수 있다.
상기 냉각단계에서 상기 냉각수의 온도는 10 내지 30℃일 수 있다.
상기 냉각단계에서 상기 냉각수를 상기 차광막 측 표면에 30 내지 75°의 각도에서 0.5 내지 1.5L/min의 유량으로 분사할 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 상기 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 위치하는 상기 차광막을 포함한다.
상기 차광막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 차광막 표면의 아래 식 1의 Mtr 값이 6 이하이다.
[식 1]
Mtr = |Rsk|*Rku
상기 식 1에서, 상기 |Rsk|은 Rsk 값의 절대값이다.
구현예에 따른 블랭크 마스크 등은 차광막 표면에 레지스트막 형성 시 차광막과 레지스트막간 부착력이 향상되고, 차광막 패턴 표면으로부터 레지스트 패턴의 제거가 용이할 수 있다.
도 1 내지 4는 본 명세서의 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도.
도 5는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 설명하는 개념도.
도 6은 포토마스크의 Mtr 값 측정 영역을 설명하는 개념도.
도 5는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 설명하는 개념도.
도 6은 포토마스크의 Mtr 값 측정 영역을 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 상온이란 20 내지 25℃이다.
Rsk 값은 ISO_4287에 근거하여 평가된 값이다. Rsk 값은 측정 대상 표면 프로파일(surface profile)의 높이 대칭성(왜도, skewness)을 나타낸다.
Rku 값은 ISO_4287에 근거하여 평가된 값이다. Rku 값은 측정 대상 표면 프로파일의 뾰쪽한 정도(첨도, kurtosis)를 나타낸다.
피크(peak)는 차광막(20) 표면 프로파일에서 기준선(표면 프로파일에서 높이 평균선을 의미한다)의 상부에 위치한 프로파일 부분이다.
밸리(valley)는 차광막(20) 표면 프로파일에서 기준선 하부에 위치한 프로파일 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, 상기 패턴을 현상하는 포토마스크의 해상도 관련 이슈도 증가하는 추세이다.
레지스트막과 차광막간 부착 및 제거 관련 특성은 포토마스크의 해상도 저하에 영향을 미치는 요인이 될 수 있다. 구체적으로, 도포된 레지스트막과 차광막 사이의 부착력에 따라 현상된 레지스트 패턴막의 엣지(edge) 부분이 차광막 표면으로부터의 탈락하는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 패터닝한 후 레지스트 패턴을 제거하는 과정에서 차광막 패턴 표면에 레지스트 패턴의 일부가 잔류할 수 있는데, 이는 반도체 웨이퍼 노광공정에서 파티클이 발생하는 원인이 될 수 있다.
구현예의 발명자들은 차광막의 표면 조도 특성 등을 제어함으로써, 차광막과 레지스트막간 부착성 및 레지스트 패턴 제거 용이성이 향상됨을 확인하고 구현예를 완성했다.
이하, 구현예에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 4는 본 명세서의 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 1 내지 도 4를 참조하여 구현예를 설명한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 명세서가 개시하는 일 실시예에 따른 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 포토마스크(200)에 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 정면(front side) 상에 위치할 수 있다.
차광막(20)은 광투과성 기판(10)의 배면(back side) 측에서 입사하는 노광광을 적어도 일정 부분 차단하는 특성을 가질 수 있다. 또한, 광투과성 기판(10)과 차광막(20) 사이에 위상반전막(30) 등이 위치할 경우, 차광막(20)은 상기 위상반전막(30) 등을 패턴 형상대로 식각하는 공정에서 에칭 마스크로 사용될 수 있다.
차광막의 표면 조도 특성
차광막(20) 표면의 아래 식 1의 Mtr 값이 6 이하이다.
[식 1]
Mtr = |Rsk|*Rku
상기 식 1에서, 상기 |Rsk|은 Rsk 값의 절대값이다.
차광막(20)은 스퍼터링 공정 등을 통해 성막될 수 있다. 스퍼터링 공정은 스퍼터링 입자를 성막 대상 표면에 산발적으로 증착시키면서 막을 형성한다. 차광막(20)을 스퍼터링 공정으로 형성하는 경우 스퍼터링 입자가 성막대상 표면에 산발적으로 증착될 수 있고, 이로 인해, 차광막(20) 표면은 미세 요철이 분포된 형상을 가질 수 있다.
차광막(20)을 패터닝할 목적으로, 차광막(20) 상에 레지스트막(40)이 형성될 수 있다. 레지스트막(40)은 전자빔 노광장치 등을 통해 레지스트 패턴(미도시)으로 형성될 수 있다. 레지스트 패턴은 차광막 패터닝을 마친 후 제거될 수 있다.
차광막(20)과 레지스트막(40)간 부착 및 제거 관련 특성에 영향을 미치는 요인으로는 상기 성막이 완료된 차광막(20)의 표면 조도 특성, 차광막(20) 및 레지스트막(40)의 표면에너지 차이, 레지스트막(40) 도포 전 차광막(20) 표면에 처리되는 화합물의 물성 등이 있다. 특히, 구현예는 차광막(20)의 표면 조도 특성 제어 등을 통해 레지스트막(40)과 차광막(20)간 부착성, 제거 용이성 등을 향상시켜 포토마스크(200)의 해상도 저하를 실질적으로 억제할 수 있다.
구체적으로, 레지스트 도포 공정 전, 차광막(20)과 레지스트막(40)간 부착력 향상을 위해 차광막(20)에 HMDS(Hexamethyldisilazane), 기타 유기 실란계 화합물을 비롯한 부착성 개선 물질을 표면 처리하는 공정을 적용할 수 있다. 차광막(20) 표면 처리 공정에서, 차광막(20) 표면의 면내 방향으로의 조도 분포에 따라 일부 영역, 특히 다수의 피크가 밀집한 영역에 부착성 개선 물질이 충분히 코팅되지 않을 수 있다. 또한, 차광막(20) 표면과 레지스트막(40)의 표면에너지의 차이 등으로 인해 상기 양 박막이 충분한 부착력을 갖지 못할 수 있다.
차광막(20) 패터닝 완료 후 레지스트 패턴을 제거하는 과정에서, 레지스트의 일부가 제거되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 또한, 차광막(20) 패턴의 일부 영역, 특히 밸리 분포가 집중된 영역에 레지스트가 일부 잔류될 수 있다. 레지스트 패턴의 잔류물은 파티클 등을 형성할 수 있고, 포토마스크(200)의 해상도를 저하시키는 원인 중 하나가 되기도 한다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 에천트(etchant) 등을 통해 차광막(20) 표면에 형성된 미세요철의 크기를 단순 감소시키는 방법을 고려할 수 있다. 다만, 차광막(20) 표면의 미세요철의 크기가 감소한다 하더라도, 요구되는 선폭이 점점 미세화되는 추세라, 크기가 감소된 요철도 여전히 레지스트막(40)의 부착, 제거 등과 관련된 문제를 발생시킬 수 있다. 즉, 차광막의 표면 특성이 보다 더 정밀하게 제어될 필요가 있다.
이에 구현예의 발명자들은 차광막(20) 표면의 왜도 및 첨도 특성을 모두 반영할 수 있는 Mtr 값을 한정함으로써, 차광막(20) 표면에 미세 요철이 존재하더라도 레지스트막(40)이 차광막(20)과 안정적인 부착성을 나타내고, 레지스트 패턴 제거 시 레지스트 잔류물 형성을 효과적으로 억제할 수 있음을 확인하였다.
차광막(20) 표면의 Rsk 값, Rku 값 및 Mtr 값은 스퍼터링을 통한 차광막(20) 성막 시 스퍼터링 공정 조건, 차광막(20)의 열처리 시 분위기 가스, 온도 변화 속도 등의 조건, 열처리 공정, 냉각 공정 조건 등에 따라 제어될 수 있다. Mtr 값의 제어수단에 대한 구체적인 설명은 아래의 내용과 중복되므로 생략한다.
차광막(20) 표면의 Rsk 값, Rku 값 및 Mtr 값을 측정하는 방법은 아래와 같다.
차광막(20) 표면의 Rsk 값, Rku 값 및 Mtr 값은 차광막(20) 표면의 중심영역에서 측정한다. 차광막(20) 표면의 중심영역이란 차광막(20) 표면의 중심부(중앙부)에 위치한 가로 1㎛, 세로 1㎛인 영역을 의미한다.
2차원 조도측정기를 이용하여 상기 중심영역에서 스캔 속도를 0.5Hz로 설정하여 Non-contact mode에서 Rsk 값 및 Rku 값을 측정한다. 예시적으로, 탐침으로 Park System 사의 Cantilever 모델인 PPP-NCHR을 적용한 Park System 사의 XE-150 모델을 적용하여 차광막(20) 표면의 Rsk 값 및 Rku 값을 측정할 수 있다.
상기 Rsk 값 및 Rku 값으로부터 차광막(20) 표면의 Mtr 값을 산출한다.
차광막(20) 표면의 Mtr 값은 6 이하일 수 있다. 상기 Mtr 값은 4 이하일 수 있다. 상기 Mtr 값은 1.5 이하일 수 있다. 상기 Mtr 값은 0 초과일 수 있다. 상기 Mtr 값은 0.5 이상일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20)은 레지스트막(40)과의 부착성이 향상되고, 레지스트 잔류물로 인한 파티클 형성이 억제될 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rsk 값은 -1 이하일 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rsk 값을 미리 설정된 범위 내로 제어할 경우, 부착성 개선 물질이 안정적으로 코팅되기 어려운 피크가 밀집된 영역을 상대적으로 감소시킬 수 있어, 레지스트막(40)과 차광막(20)간 부착력이 향상되도록 유도할 수 있다. 또한, 밸리가 형성된 영역이 적절한 범위로 제어되어 레지스트 잔류물 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rsk 값은 1 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값은 0.1 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -1 이상일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -0.5 이상일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20)이 레지스트막(40) 또는 레지스트 패턴을 용이 부착 및 제거할 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rku 값은 6 이하일 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rku 값을 제어함으로써 차광막(20)과 레지스트막(40)간 부착성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 차광막(20) 표면에 형성된 피크의 첨도를 제어함으로써 부착성 개선 물질이 차광막(20)의 미세 요철 표면의 전면에 충분한 두께로 코팅, 유지될 수 있다.
차광막(20) 표면의 Rku 값은 6 이하일 수 있다. 상기 Rku 값은 4 이하일 수 있다. 상기 Rku 값은 3 이하일 수 있다. 상기 Rku 값은 1 이상일 수 있다. 상기 Rku 값은 2 이상일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 표면에 레지스트 패턴이 설계된 형상에 따라 안정적으로 형성될 수 있다.
차광막(20) 표면의 Mtr 값을 제어함으로써 Rsk 값 및 Rku 값을 동시에 조절할 수 있다. 차광막(20) 표면의 Rsk 값에 한해 제어하는 경우, 차광막(20) 표면에 부착성 개선 물질이 충분히 코팅 및 유지되지 아니하여, 상기 레지스트 패턴이 차광막(20) 표면에 안정적으로 부착되지 아니할 수 있다. 또한 차광막(20) 표면의 Rku 값에 한해 미리 설정한 범위 내로 제어하는 경우, 차광막(20) 표면의 피크가 밀집한 영역에서 부착성 개선 물질 코팅층이 안정적으로 형성되지 않을 수 있거나, 밸리에 해당하는 공간이 차광막(20) 표면상에 과도하게 형성되어 레지스트 패턴 제거가 용이하지 아니할 수 있다. 따라서, 차광막(20) 표면의 Rsk 값 및 Rku 값을 동시에 조절함으로써 차광막(20)과 레지스트막(40)간 부착성 뿐만 아니라 레지스트 패턴 제거의 용이성 또한 향상시킬 수 있다.
차광막의 레지스트막 제거 용이성
차광막(20)의 아래 식 2의 Dw 값이 0.01% 이하일 수 있다.
[식 2]
상기 식 2에서, 상기 Ds는 상기 차광막(20) 상에 레지스트막(40)을 1300Å의 두께로 도포 및 건조 후 제거하여 측정한 블랭크 마스크(100)의 중량이다.
상기 Do는 상기 차광막(20) 상에 레지스트막(40)을 도포하기 전 측정한 블랭크 마스크(100)의 중량이다.
차광막(20)의 Dw 값을 미리 설정된 범위 내로 제어함으로써, 레지스트 패턴 제거 공정에서 레지스트 잔류물에 의한 파티클 형성을 억제할 수 있다.
차광막(20)의 Dw 값을 측정하는 방법은 아래와 같다.
Ds 값을 측정하는데 있어서, 스핀 코팅(Spin Coating) 방식을 적용하여 레지스트액을 분사하여 차광막(20) 상에 레지스트막(40)을 도포한다. 이후, 도포된 레지스트막(40)을 140℃에서 620초간 건조한다. 도포 및 건조된 레지스트막(40)은 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)를 혼합하여 제조한 퍼옥시일황산(H2SO5) 수용액에 디핑(dipping)하여 제거한다.
레지스트는 예시적으로 Fuji 사의 XFP255 모델 또는 XFP355 모델을 적용할 수 있다.
차광막(20)의 Dw 값은 0.01% 이하일 수 있다. 상기 Dw 값은 0.006% 이하일 수 있다. 상기 Dw 값은 0.001% 이상일 수 있다. 상기 Dw 값은 0.002% 이상일 수 있다. 이러한 경우, 레지스트 잔류물로 인한 포토마스크(200)의 해상도 저하를 억제할 수 있다.
차광막의 조성 및 막 두께
차광막(20)은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
차광막(20)은 제1차광층(21) 및 상기 제1차광층(21)상에 위치하는 제2차광층(22)을 포함할 수 있다.
구현예는 제2차광층(22)에 포함된 원소별 함량을 제어함으로써, 차광막(20)이 목적하는 소광 특성을 나타내도록 도울 수 있고, 차광막(20) 패터닝 시 차광막(20) 패턴의 측벽 프로파일이 버티컬(vertical) 형상에 더욱 가까운 형상을 갖도록 할 수 있다. 또한, 레지스트 패턴이 차광막(20) 표면에 설계된 형상에 따라 안정적으로 부착 및 유지되는 것을 도울 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 함량 및 질소 함량을 합한 값은 10 내지 35 at%일 수 있다. 제2차광층(22)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 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, 제2차광층(22)은 차광막(20)이 우수한 소광 특성을 갖는 것을 도울 수 있다. 또한, 차광막(20)을 패터닝할 경우, 차광막(20)이 식각 가스에 장시간 노출되더라도 차광막(20) 패턴의 선폭이 차광막(20)의 두께방향으로 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 또한, 제2차광층(22) 표면에 레지스트 패턴이 위치할 경우, 레지스트 패턴이 형상 변형 없이 안정적으로 부착 및 유지될 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 있고, 차광막(20)의 패터닝 시 차광막(20) 패턴의 측면에 발생할 수 있는 단차 발생을 억제할 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) 패턴의 선폭이 두께 방향으로 더욱 균일한 값을 갖도록 도울 수 있다.
제1차광층(21)의 막 두께 대비 제2차광층(22)(200)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, 패터닝 시 수직에 가까운 측면 프로파일을 형성할 수 있다.
차광막의 광학 특성
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 투과율이 1.5% 이하일 수 있다. 차광막(20)은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 1.4% 이하일 수 있다. 차광막(20)은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 1.2% 이하일 수 있다.
이러한 경우, 차광막(20)을 포함하는 패턴은 노광광의 투과를 효과적으로 차단할 수 있다.
광투과성 기판(10)과 차광막(20) 사이에 위상반전막(30)이 위치할 수 있다. 위상반전막(30)과 차광막(20)을 포함하는 박막은 파장 193nm의 광에 대한 광학 밀도가 3 이상일 수 있다. 위상반전막(30)과 차광막(20)을 포함하는 박막은 파장 193nm의 광에 대한 광학 밀도가 3.2 이상일 수 있다. 이러한 경우, 상기 박막은 노광광의 투과를 효과적으로 억제할 수 있다.
기타 박막
기타 박막으로 위상반전막(30), 하드마스크막(미도시) 등이 적용될 수 있다.
위상반전막(30)은 광투과성 기판(10)과 차광막 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 포토마스크(200)의 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.
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 5는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 설명하는 개념도이다. 도 6은 포토마스크에서 차광 패턴막 표면에서의 Mtr 값 측정방법을 설명하는 개념도이다. 상기 도 5 및 6을 참조하여 구현예를 설명한다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 포토마스크(200)는 광투과성 기판(10) 및 상기 광투과성 기판(10) 상에 위치하는 차광 패턴막(25)을 포함한다.
차광 패턴막(25)은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
차광 패턴막(25) 표면에서의 아래 식 1의 Mtr 값이 6 이하이다.
[식 1]
Mtr = |Rsk|*Rku
상기 식 1에서, 상기 |Rsk|은 Rsk 값의 절대값이다.
차광 패턴막(25) 표면에서 Mtr 값을 측정하는 방법은 블랭크 마스크(100)에서 차광막(20) 표면의 Mtr 값을 측정하는 방법과 동일하나, 측정 영역(A)은 포토마스크 내 위치하는 차광 패턴막(25) 표면 중 임의의 영역으로 설정하여 Mtr 값을 측정한다.
상기 차광 패턴막(25)은 앞에서 설명한 블랭크 마스크(100)의 차광막을 패터닝하여 제조할 수 있다.
차광 패턴막(25)의 표면 조도 특성, 레지스트 패턴막 제거 용이성, 조성, 막 두께 및 광학 특성 등에 대한 설명은 블랭크 마스크(100)의 차광막(20)에 대한 설명과 중복되므로 생략한다.
차광막의 제조방법
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크(100)의 제조방법은, 스퍼터링 챔버 내에 광투과성 기판(10) 및 스퍼터링 타겟을 설치하는 준비단계;를 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크(100)의 제조방법은, 스퍼터링 챔버 내에 분위기 가스를 주입하고, 스퍼터링 타겟에 전력을 가하여 광투과성 기판(10) 상에 차광막(20)을 성막하는 성막단계;를 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크(100)의 제조방법은, 150 내지 330℃에서 5 내지 30분간 열처리하는 열처리 단계;를 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크(100)의 제조방법은, 열처리 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 30 내지 50℃에서 1 내지 5분간 안정화시키는 안정화 단계;를 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크(100)의 제조방법은, 상기 차광막(20)을 냉각시키는 냉각단계;를 포함할 수 있다. 본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크(100)의 제조방법은, 블랭크 마스크(100)를 세정액으로 세정하는 세정단계;를 포함할 수 있다.
성막단계는 광투과성 기판(10) 상에 제1차광층(21)을 성막하는 제1차광층(21) 성막과정; 및 상기 제1차광층(21) 상에 제2차광층(22)을 성막하는 제2차광층(22) 성막과정;을 포함한다.
준비단계에서, 차광막(20)의 조성을 고려하여 차광막(20)을 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% 이상 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 기판(10)에 대해서는 앞에서 설명한 내용과 중복되므로 생략한다.
차광막(20) 성막단계에서, 차광막(20)에 포함된 각 막별, 일 막에 포함된 각 층별 성막 시 성막 공정 조건을 상이하게 적용할 수 있다. 특히, 차광막(20)의 표면 조도 특성, 소광 특성 및 에칭 특성 등을 고려하여, 분위기 가스 조성, 챔버 내 압력, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력, 성막 시간, 기판 회전 속도 등 각종 공정 조건을 각 막별 또는 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(21) 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5 내지 2.5kW로 적용할 수 있다. 제1차광층(21) 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.6 내지 2kW로 적용할 수 있다.
제1차광층(21) 성막과정에서, 분위기 가스의 불활성 기체의 유량 대비 반응성 기체의 유량 비율은 1.5 내지 3일 수 있다. 상기 유량 비율은 1.8 내지 2.7일 수 있다. 상기 유량 비율은 2 내지 2.5일 수 있다.(유량 비율은 부피기준)
반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 1.5 내지 4일 수 있다. 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 2 내지 3일 수 있다. 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 2.2 내지 2.7일 수 있다.
이러한 경우, 제1차광층(21)은 차광막(20)이 충분한 소광 특성을 갖는 것을 도울 수 있고. 제1차광층(21)의 식각 특성을 제어하여 패터닝 후 차광막(20) 패턴 측면 프로파일이 광투과성 기판(10)으로부터 수직에 가까운 형상을 갖도록 도울 수 있다.
제1차광층(21)의 성막 시간은 200 내지 300초동안 실시할 수 있다. 제1차광층(21)의 성막 시간은 210 내지 240초동안 실시할 수 있다. 이러한 경우, 제1차광층(21)은 차광막(20)이 충분한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있다.
제2차광층(22) 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1 내지 2kW로 적용할 수 있다. 제2차광층(22) 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.2 내지 1.7kW로 적용할 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20)이 레지스트 패턴 형성 및 제거에 있어서 우수한 효과를 갖도록 표면 조도 특성을 제어하는데 기여할 수 있다.
제2차광층(22) 성막과정에서, 분위기 가스의 불활성 기체의 유량 대비 반응성 기체의 유량 비율은 0.3 내지 0.8일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.4 내지 0.6일 수 있다.
제2차광층(22) 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, 제2차광층(22) 표면상에 위치한 레지스트 패턴의 형상이 안정적으로 유지될 수 있고, 제2차광층(22)으로부터 잔류물 없이 용이하게 레지스트 패턴을 제거하는 것을 도울 수 있다. 제2차광층(22)의 식각 속도는 제1차광층(21) 대비 상대적으로 작은 값을 갖게 되어 차광막(20) 패터닝 시 차광막(20) 패턴의 측면은 상대적으로 수직에 가까운 프로파일을 가질 수 있다.
제2차광층(22)의 성막 시간은 10 내지 30초동안 실시할 수 있다. 제2차광층(22)의 성막 시간은 15 내지 25초동안 실시할 수 있다. 이러한 경우, 제2차광층(22)은 차광막(20) 패턴이 버티컬 프로파일(vertical profile)에 가까운 형상을 가질 수 있도록 도울 수 있다.
열처리 단계에서, 성막단계를 마친 차광막(20)을 열처리할 수 있다. 구체적으로, 상기 차광막(20) 성막을 마친 기판을 열처리 챔버 내에 배치한 후, 열처리를 실시할 수 있다.
열처리 단계에서, 분위기 온도는 150 내지 330℃일 수 있다. 상기 분위기 온도는 170 내지 280℃일 수 있다. 상기 분위기 온도는 200 내지 250℃일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 표면의 표면 조도 특성을 미리 설정한 범위 내로 제어하는 것을 도울 수 있고, 열처리에 따른 차광막(20) 내 입자 성장을 실질적으로 억제할 수 있다.
열처리 단계에서 열처리 시간은 5 내지 30분일 수 있다. 상기 열처리 시간은 10 내지 20분일 수 있다. 이러한 경우, 열처리 단계는 차광막(20)의 표면 조도 특성을 적절한 범위로 제어할 수 있다.
열처리 단계는 1회 실시될 수 있다. 열처리 단계는 2회 이상 실시될 수 있다.
열처리를 1회 실시한 차광막(20)에 열처리 단계를 재실시하는 경우, 분위기 온도는 80 내지 250℃일 수 있다. 상기 분위기 온도는 100 내지 200℃일 수 있다. 이러한 경우, 열처리 재실시에 따른 차광막(20) 내 입자 성장을 효과적으로 억제하면서 차광막(20)이 우수한 레지스트 부착성 및 제거 용이성을 갖도록 할 수 있다.
안정화 단계에서, 열처리 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 안정화시킬 수 있다. 열처리 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 바로 냉각시킬 경우, 급격한 온도 변화로 인해 블랭크 마스크(100)에 상당한 손상(damage)이 가해질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 안정화 단계가 필요할 수 있다.
열처리 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 안정화시키는 방법은 다양할 수 있다. 일 예로서, 열처리 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 열처리 챔버에서 꺼내어 상온의 대기 중에 소정 시간 방치할 수 있다. 다른 일 예로서, 열처리 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 열처리 챔버에서 꺼내어 30 내지 50℃에서 1 내지 5분간 안정화시킬 수 있다. 이 때, 블랭크 마스크(100)를 20 내지 50rpm으로 1 내지 5분간 회전시킬 수 있다. 또 다른 일 예로서, 열처리 단계를 거친 블랭크 마스크(100)에 블랭크 마스크(100)와 반응하지 않는 기체를 5 내지 10L/min의 유량으로 1 내지 5분간 분사시킬 수 있다. 이 때, 블랭크 마스크(100)와 반응하지 않는 기체는 20 내지 40℃의 온도를 가질 수 있다.
냉각단계에서, 차광막(20)을 공냉 방식으로 냉각시킬 수 있다. 냉각단계로 공냉 방식을 적용할 경우, 냉각 온도는 10 내지 30℃일 수 있다. 공냉방식에 적용된 분위기 가스로 Air가 적용될 수 있다. 여기서, 공냉방식은, 블랭크 마스크(100)를 상온의 대기 중에 방치하는 방식과, 블랭크 마스크(100)와 반응하지 않는 기체를 블랭크 마스크(100)에 분사시키는 방식 등을 포함할 수 있다.
냉각단계에서, 차광막(20)을 수냉 방식으로 냉각시킬 수 있다. 구체적으로, 광투과성 기판(10) 측 표면과 차광막(20) 측 표면에 냉각수를 직접 분사 냉각할 수 있다. 차광막(20) 측 표면에 냉각수를 직접 분사하는 방식으로 냉각 단계를 실시하는 경우, 공냉 방식의 냉각 단계를 적용한 경우 대비 차광막(20) 표면의 Rsk 값이 더욱 높은 값을 갖고, Rku 값이 더욱 낮은 값을 갖는 것으로 실험적으로 확인되었다. 이는, 가열된 차광막(20) 표면에 가하는 급격한 온도 변화 및 냉각수가 차광막(20) 표면에 물리적으로 가하는 마찰이 차광막(20) 표면의 조도 특성, 특히 피크/밸리 분포와 피크의 첨도 등에 유효한 영향을 미치기 때문으로 생각된다.
냉각단계에 적용되는 냉각수의 온도는 10 내지 30℃일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 표면 미세요철의 왜도 및 첨도 등의 조도 특성 등을 효과적으로 제어할 수 있다.
냉각수는 차광막(20)의 화학적 변성을 유발하지 않는 유체일 수 있다. 냉각수는 H2O일 수 있다.
냉각수를 분사하는 노즐은 차광막(20) 표면 상에 1 이상 설치될 수 있다. 냉각수를 분사하는 노즐은 차광막(20) 표면 및 기판 표면 상에 각각 1 이상 설치될 수 있다.
블랭크 마스크(100)의 일 표면 상에 2 이상의 노즐을 설치하는 경우, 일 표면상에서 관찰할 때 상기 노즐간 형성하는 각도는 60도 이상일 수 있다. 일 예로서, 상기 노즐간 형성하는 각도는 90도 일 수 있다.
노즐은 차광막(20) 표면으로부터 5 내지 20mm 이격된 위치에 설치될 수 있다. 노즐은 차광막(20) 표면 및 기판 표면으로부터 5 내지 20mm 이격된 위치에 설치될 수 있다.
노즐은 차광막(20) 측 표면과 30 내지 75도를 형성하는 각도로 설치될 수 있다. 노즐은 차광막(20) 측 표면과 45 내지 60도를 형성하는 각도로 설치될 수 있다. 노즐은 기판 표면과 30 내지 75도를 형성하는 각도로 설치될 수 있다. 노즐은 기판 표면과 45 내지 60도를 형성하는 각도로 설치될 수 있다. 노즐은 냉각 대상인 블랭크 마스크(100)의 중심으로부터 소정 간격 이격된 위치를 향하도록 설치될 수 있다. 일 예로서, 노즐은 냉각 대상인 블랭크 마스크(100)의 중심으로부터 약 10mm 이격된 위치를 향하도록 설치될 수 있다. 이러한 경우, 냉각수 분사로 인한 차광막(20)의 손상을 최소화하면서, 차광막(20)의 표면 조도 특성 등을 효과적으로 제어할 수 있다.
차광막(20) 측 표면 및 광투과성 기판(10) 측 표면 상에 노즐 배치를 완료한 후, 상기 노즐을 통해 냉각수를 직접 분사함으로써 차광막(20) 표면의 조도 특성 등을 제어할 수 있다.
차광막(20) 표면 측으로 분사되는 냉각수의 총 유량은 0.5 내지 1.5L/min 일 수 있다. 상기 냉각수의 총 유량은 0.8 내지 1.2 L/min 일 수 있다. 이러한 경우, 블랭크 마스크(100)에 데미지를 가하지 아니하면서도 차광막(20) 표면의 첨도 및 왜도 등을 실질적으로 제어할 수 있다.
광투과성 기판(10) 표면 측으로 분사되는 냉각수의 총 유량은 0.5 내지 1.5L/min 일 수 있다. 상기 냉각수의 총 유량은 0.8 내지 1.2 L/min 일 수 있다. 이러한 경우, 블랭크 마스크(100)의 두께 방향으로의 온도 분포를 상대적으로 균일하게 제어할 수 있다.
냉각시간은 2 내지 15분일 수 있다. 냉각시간은 3 내지 10분일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 표면이 레지스트 패턴을 안정적으로 유지하고 잔류물 없이 제거하는데 우수한 효과를 갖는데 기여할 수 있다.
냉각수를 통한 냉각 단계를 마친 후, 블랭크 마스크(100)를 회전시킴으로써 블랭크 마스크(100) 표면 상에 존재하는 냉각수를 제거할 수 있다. 구체적으로 1000 내지 2000rpm에서 30 내지 60초간 회전시킨 후, 10 내지 60초간 일정한 가속도로 감속하여 블랭크 마스크(100)의 회전을 정지시킬 수 있다.
세정단계에서, 세정액으로 블랭크 마스크(100)를 세정할 수 있다. 세정단계를 통해, 차광막(20) 표면 상의 잔여물을 제거할 수 있다. 세정단계는 블랭크 마스크(100)에 세정액을 분사하는 세정액 분사과정 및 린스액을 통해 블랭크 마스크(100) 표면에 존재하는 세정액을 제거하는 린스과정을 포함한다.
세정액 분사과정에서, 세정액은 예시적으로 SC-1(standard clean-1) 용액을 적용할 수 있다. SC-1 용액은 암모니아수, 과산화수소 및 물의 혼합용액이다. SC-1 용액은 암모니아수를 10 내지 20중량부, 과산화수소를 10 내지 20중량부, 물을 60 내지 80중량부 포함할 수 있다. 세정액 분사과정은 60초 내지 600초간 실시될 수 있다.
린스과정에서, 린스액을 통해 블랭크 마스크(100) 표면상에 존재하는 세정액을 제거할 수 있다. 린스액은 예시적으로 오존수가 적용될 수 있다.
상기와 같은 제조방법으로 제조된 블랭크 마스크(100)는 광투과성 기판(10) 및 상기 광투과성 기판(10) 상에 위치하는 차광막(200)을 포함한다.
차광막(20)은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
차광막(20) 표면의 식 1의 Mtr 값이 6 이하이다.
차광막(20)은 냉각수를 차광막(20) 표면에 직접 분사하여 냉각처리한 것이다.
상기 블랭크 마스크(100)에 대한 설명은 앞에서 한 내용과 중복되므로 생략한다.
이하, 구체적인 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
제조예: 차광막의 성막
비교예 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 19 부피비%, N2 11 부피비%, CO2 36 부피비%, He 34 부피비%가 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.85kW로 적용하여, 230 내지 330초간 스퍼터링 공정을 실시하여 제1차광층을 성막하였다.
제1차광층 성막을 마친 후, Ar 57 부피비%, N2 43 부피비%가 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW로 적용하여 제2차광층을 성막하여 블랭크 마스크 시편을 제조하였다.
실시예 1: 비교예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크(100)를 제조한 후, 상기 블랭크 마스크(100)를 열처리 챔버 내에 배치하였다. 이후, 분위기 온도를 250℃로 적용하여 15분동안 열처리를 실시하였다. 열처리를 마친 블랭크 마스크(100)를 열처리 챔버에서 꺼내어 40℃ 분위기에서 30rpm으로 2분간 회전시킴으로써 안정화시켰다. 안정화 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 수냉 방식으로 냉각 처리하였다. 구체적으로, 안정화 단계를 거친 블랭크 마스크의 차광막 측에 노즐을 1개 설치하고, 기판 측에 노즐을 2개 설치하였다. 구체적으로, 상기 차광막 표면과 60도를 형성하고, 노즐 방향이 블랭크 마스크의 중심으로부터 약 10mm 이격된 위치를 향하도록 1개의 노즐을 설치하였다. 또한, 상기 광투과성 기판 표면과 60도를 형성하고, 상기 광투과성 기판 상면에서 관찰할 때 노즐과 노즐간 90도를 형성하고, 블랭크 마스크의 중심으로부터 약 10mm 이격된 위치를 향하도록 2개의 노즐을 설치하였다.
이후 상기 노즐들을 통해 냉각수를 5분간 블랭크 마스크에 직접 분사하여 냉각 처리를 실시하였다. 차광막 상에 위치한 노즐의 냉각수 분사량은 1.1L/min, 기판 상에 위치한 각각의 노즐의 냉각수 분사량은 0.55L/min으로 설정하였다. 상기 냉각수는 25℃의 H2O를 적용하였다.
냉각 처리를 마친 블랭크 마스크를 1500rpm으로 40초간 회전시킨 후, 15초간 일정하게 감속하여 정지시켰다.
실시예 2: 비교예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크를 제조한 후, 상기 블랭크 마스크를 열처리 챔버 내에 배치하였다. 이후, 분위기 온도를 200℃로 적용하여 15분동안 열처리를 실시하였다. 열처리를 마친 블랭크 마스크(100)를 실시예 1과 동일한 조건으로 안정화시켰다. 안정화 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 수냉 방식으로 냉각 처리하였다. 냉각 처리 조건은 20℃의 H2O를 냉각수로 적용하였다는 점을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
실시예 3: 비교예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크를 제조한 후, 상기 블랭크 마스크를 열처리 챔버 내에 배치하였다. 이후, 분위기 온도를 250℃로 적용하여 15분동안 1차 열처리를 실시하였다. 1차 열처리를 마친 후, 분위기 온도를 150℃로 적용하여 15분동안 2차 열처리를 실시하였다. 2차 열처리를 마친 블랭크 마스크(100)를 실시예 1과 동일한 조건으로 안정화시켰다. 안정화 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 수냉 방식으로 냉각 처리하였다. 냉각 처리 조건은 실시예 1과 동일하다.
실시예 4: 비교예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크를 제조한 후, 상기 블랭크 마스크를 열처리 챔버 내에 배치하였다. 이후, 분위기 온도를 250℃로 적용하여 15분동안 열처리를 실시하였다. 열처리를 마친 블랭크 마스크(100)를 실시예 1과 동일한 조건으로 안정화시켰다. 안정화 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 수냉 방식으로 냉각 처리하였다. 냉각 처리 조건은 20℃의 H2O를 냉각수로 적용하였다는 점을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
비교예 2: 비교예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크(100)를 제조한 후, 상기 블랭크 마스크(100)를 열처리 챔버 내에 배치하였다. 이후, 분위기 온도를 250℃로 적용하여 10분동안 열처리를 실시하였다. 열처리를 마친 블랭크 마스크(100)를 열처리 챔버에서 꺼내어 40℃ 분위기에서 30rpm으로 2분간 회전시킴으로써 안정화시켰다. 안정화 단계를 거친 블랭크 마스크(100)를 25℃ 분위기 온도에서 5분동안 공냉 방식으로 냉각 처리하였다. 냉각 처리에 적용된 기체는 Air이다.
비교예 3: 비교예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크를 제조한 후, 상기 블랭크 마스크를 열처리 챔버 내에 배치하였다. 이후, 분위기 온도를 250℃로 적용하여 15분동안 1차 열처리를 실시하였다. 1차 열처리를 마친 후, 분위기 온도를 350℃로 적용하여 15분동안 2차 열처리를 실시하였다. 2차 열처리를 마친 블랭크 마스크(100)를 실시예 1과 동일한 조건으로 안정화시켰다. 안정화 단계를 거친 블랭크 마스크(100)에 대한 냉각 처리 조건은 비교예 2와 동일하다.
실시예 및 비교예 별 열처리 및 냉각 조건에 대해 아래 표 1에 기재하였다.
평가예: 표면조도 측정
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 차광막 표면의 Rsk 및 Rku 값을 ISO_4287에 준거하여 측정하고, 상기 Rsk 값 및 Rku 값으로부터 Mtr 값을 산출하였다.
구체적으로, 차광막 중심부의 가로 1um, 세로 1um의 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.
이후 실시예 및 비교예별 측정된 Rsk 값 및 Rku 값으로부터 Mtr 값을 산출하였다.
실시예 및 비교예 별 측정결과는 아래 표 2에 기재하였다.
평가예: 레지스트 잔류량 측정
실시예 및 비교예별 차광막 상에 레지스트막을 형성하기 전 블랭크 마스크의 중량을 측정하여 Do 값을 산출하였다.
이후, 실시예 및 비교예별 차광막 상에 스핀 코팅 방식을 적용하여 레지스트액을 분사하여 레지스트막을 도포하였다. 이후 도포된 레지스트막을 140℃에서 620초간 건조하여 1300Å 두께의 레지스트막을 형성하였다.
상기 레지스트액은 Fuji 사의 XFP255 모델을 적용하였다.
상기 레지스트막을 제거한 후의 블랭크 마스크의 중량을 측정하여 Ds 값을 산출하였다. 상기 레지스트막은 황산과 과산화수소수의 혼합 용액인 퍼옥시일황상 수용액에서 디핑하여 제거하였다.
실시예 및 비교예별 Ds 및 Do 값으로부터 Dw 값을 산출하였다.
실시예 및 비교예 별 측정결과는 아래 표 2에 기재하였다.
| 1차 열처리 | 2차 열처리 | 냉각처리 | |||||
| 온도(℃) | 시간(분) | 온도(℃) | 시간(분) | 종류 | 온도(℃) | 시간(분) | |
| 실시예 1 | 250 | 15 | - | - | 수냉 | 25 | 5 |
| 실시예 2 | 200 | 15 | - | - | 수냉 | 20 | 5 |
| 실시예 3 | 250 | 15 | 150 | 15 | 수냉 | 25 | 5 |
| 실시예 4 | 250 | 15 | - | - | 수냉 | 20 | 3 |
| 비교예 1 | - | - | - | - | - | - | - |
| 비교예 2 | 250 | 10 | - | - | 공냉 | 25 | 5 |
| 비교예 3 | 250 | 15 | 350 | 15 | 공냉 | 25 | 5 |
| Rsk | Rku | Mtr | Dw | |
| 실시예 1 | -0.52 | 3.833 | 1.993 | 0.005 |
| 실시예 2 | -0.756 | 5.657 | 4.277 | 0.008 |
| 실시예 3 | -0.648 | 3.981 | 2.58 | 0.006 |
| 실시예 4 | -0.399 | 2.494 | 0.995 | 0.004 |
| 비교예 1 | -1.212 | 9.204 | 11.155 | 0.085 |
| 비교예 2 | -1.017 | 7.537 | 7.665 | 0.017 |
| 비교예 3 | -2.569 | 14.006 | 35.981 | 0.221 |
상기 표 2에서, 실시예 1 내지 4의 Mtr 값은 6 이하를 나타내는 반면, 비교예 1 내지 3은 7 이상의 Mtr 값을 나타냈다.
Dw 값에 있어서, 실시예 1 내지 4는 0.01% 이하의 값을 내타내는 반면, 비교예 1 내지 3은 0.01% 초과의 값을 나타냈다.
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
25: 차광 패턴막
30: 위상반전막
40: 레지스트막
200: 포토마스크
A: 포토마스크의 차광막 패턴에서 Rsk 및 Rku 값 측정 가능한 영역
10: 광투과성 기판
20: 차광막
21: 제1차광층
22: 제2차광층
25: 차광 패턴막
30: 위상반전막
40: 레지스트막
200: 포토마스크
A: 포토마스크의 차광막 패턴에서 Rsk 및 Rku 값 측정 가능한 영역
Claims (12)
- 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 위치하는 차광막을 포함하고,
상기 차광막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 차광막 표면의 아래 식 1의 Mtr 값이 6 이하이고,
상기 차광막 표면의 Rsk 값은 -1 이상 0.1 이하이고,
상기 차광막 표면의 Rku 값은 6 이하이고,
상기 천이금속은 크롬이고,
상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 위치하는 제2차광층을 포함하고,
상기 제2차광층은 상기 천이금속을 55 내지 75 at% 포함하고,
상기 제1차광층은 상기 천이금속을 35 at% 이상 55 at% 미만 포함하는, 블랭크 마스크;
[식 1]
Mtr = |Rsk|*Rku
상기 식 1에서,
상기 |Rsk|은 Rsk 값의 절대값이고,
상기 Rsk 값 및 상기 Rku 값은 ISO 4287에 근거하여 평가되는 값이다.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 Rku 값은 4 이하인, 블랭크 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 차광막의 아래 식 2의 Dw 값이 0.01% 이하인, 블랭크 마스크;
[식 2]
상기 식 2에서,
상기 Ds는 상기 차광막 상에 레지스트막을 1300Å의 두께로 도포 및 건조 후 제거하여 측정한 블랭크 마스크의 중량이고,
상기 Do는 상기 차광막 상에 레지스트막을 도포하기 전 측정한 블랭크 마스크의 중량이다.
- 제1항에 있어서,
상기 제2차광층의 상기 질소 함량과 상기 산소 함량을 합한 값은 10 내지 35원자%인, 블랭크 마스크.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 차광막은 냉각수를 상기 차광막 표면에 직접 분사하여 냉각처리한, 블랭크 마스크.
- 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 위치하는 차광 패턴막을 포함하고,
상기 차광 패턴막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 차광 패턴막 표면의 아래 식 1의 Mtr 값이 6 이하이고,
상기 차광 패턴막 표면의 Rsk 값은 -1 이상 0.1 이하이고,
상기 차광 패턴막 표면의 Rku 값은 6 이하이고,
상기 천이금속은 크롬이고,
상기 차광 패턴막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 위치하는 제2차광층을 포함하고,
상기 제2차광층은 상기 천이금속을 55 내지 75 at% 포함하고,
상기 제1차광층은 상기 천이금속을 35 at% 이상 55 at% 미만 포함하는, 포토마스크;
[식 1]
Mtr = |Rsk|*Rku
상기 식 1에서,
상기 |Rsk|은 Rsk 값의 절대값이고,
상기 Rsk 값 및 상기 Rku 값은 ISO 4287에 근거하여 평가되는 값이다.
- 스퍼터링 챔버 내에 광투과성 기판 및 스퍼터링 타겟을 설치하는 준비단계;
상기 스퍼터링 챔버 내에 분위기 가스를 주입하고, 상기 스퍼터링 타겟에 전력을 가하여 상기 광투과성 기판 상에 차광막을 성막하는 성막단계;
150 내지 330℃에서 5 내지 30분간 열처리를 실시하는 열처리 단계; 및
상기 광투과성 기판 측 표면과 상기 차광막 측 표면에 냉각수를 직접 분사 냉각하여 블랭크 마스크를 제조하는 냉각단계;를 포함하고,
상기 블랭크 마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 위치하는 차광막을 포함하고, 상기 차광막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 차광막 표면의 아래 식 1의 Mtr 값이 6 이하이고, 상기 차광막 표면의 Rsk 값은 -1 이상 1 이하이고, 상기 차광막 표면의 Rku 값은 6 이하이고, 상기 천이금속은 크롬인, 블랭크 마스크 제조방법;
[식 1]
Mtr = |Rsk|*Rku
상기 식 1에서,
상기 |Rsk|은 Rsk 값의 절대값이고,
상기 Rsk 값 및 상기 Rku 값은 ISO 4287에 근거하여 평가되는 값이다.
- 제9항에 있어서,
상기 열처리 단계를 거친 블랭크 마스크를 30 내지 50℃에서 1 내지 5분간 안정화시키는 안정화 단계;를 포함하는, 블랭크 마스크 제조방법.
- 제9항에 있어서,
상기 냉각단계에서 상기 냉각수의 온도는 10 내지 30℃이고,
상기 냉각수를 상기 차광막 측 표면에 30 내지 75°의 각도에서 0.5 내지 1.5 L/min의 유량으로 분사하는, 블랭크 마스크 제조방법. - 삭제
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