KR102465982B1 - 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 표면은 상기 차광막 표면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터들을 포함한다. 차광막 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 평균값이 -0.64 이상 0 이하이다. 차광막 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 평균값이 3 이하이다.
이러한 블랭크 마스크 등은 차광막 표면에 의사결함 형성이 효과적으로 억제된 차광막을 적용하여 고감도 결함 검사 시 결함 판정이 용이할 수 있다.
이러한 블랭크 마스크 등은 차광막 표면에 의사결함 형성이 효과적으로 억제된 차광막을 적용하여 고감도 결함 검사 시 결함 판정이 용이할 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(10) 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 차광막의 면내 방향으로의 두께 균일성이 우수하면서도 고감도 결함검사 시 결함 판정이 용이한 블랭크 마스크 등을 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 표면은 상기 차광막 표면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터들을 포함한다.
상기 차광막 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 평균값은 -0.64 이상 0 이하이다.
상기 차광막 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 평균값은 3 이하이다.
상기 Rsk 값들의 표준편차 값이 0.6 이하일 수 있다.
상기 Rku 값들의 표준편차 값이 0.9 이하일 수 있다.
상기 Rku 값들의 최대값과 최소값의 차이값이 2.2 이하일 수 있다.
상기 Rku 값들의 최대값이 4.6 이하일 수 있다.
상기 Rsk 값들의 최대값과 최소값의 차이값이 1.7 이하일 수 있다.
상기 차광막을 단면에서 관찰할 때, 상기 차광막 단면은 일 말단인 제1가장자리 및 타 말단인 제2가장자리를 포함할 수 있다.
상기 차광막을 단면에서 관찰할 때, 상기 차광막 단면의 중앙부에서 측정한 상기 차광막 두께는 Hc, 상기 제1가장자리에서 측정한 상기 차광막 두께는 H1, 상기 제2가장자리에서 측정한 상기 차광막 두께는 H2이다.
상기 차광막은 |Hc-H1| 값과 |Hc-H2| 값 중 더 큰 값은 5Å 미만일 수 있다.
상기 |Hc-H1| 값은 Hc 값에서 H1 값을 뺀 값의 절대값이고, 상기 |Hc-H2| 값은 Hc 값에서 H2 값을 뺀 값의 절대값이다.
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.
상기 포토마스크 상면은 상기 포토마스크 상면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터들을 포함한다.
상기 포토마스크 상면은 상기 9개의 섹터들에 위치한 상기 차광 패턴막 상면에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 평균값은 -0.64 이상 0 이하이다.
상기 포토마스크 상면은 상기 9개의 섹터들에 위치한 상기 차광 패턴막 상면에서 각각 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 평균값은 3 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.
상기 포토마스크 상면은 상기 포토마스크 상면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터들을 포함한다.
상기 포토마스크 상면은 상기 9개의 섹터들에 위치한 차광 패턴막 상면에서 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 평균값이 -0.64 이상 0 이하이다.
상기 포토마스크 상면은 상기 9개의 섹터들에 위치한 차광 패턴막 상면에서 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 평균값이 3 이하이다.
구현예에 따른 블랭크 마스크 등은 차광막의 면내 방향으로의 두께 균일성이 우수하면서도 고감도 결함검사 시 결함 판정이 용이할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크를 단면으로 설명하는 개념도.
도 2는 차광막 단면에서, 차광막의 두께 분포를 측정하는 방법을 설명하는 개념도.
도 3은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 단면으로 설명하는 개념도.
도 4는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 단면으로 설명하는 개념도.
도 5는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 포토마스크를 단면으로 설명하는 개념도.
도 6은 구현예에서 성막단계를 마친 직후 스퍼터링 챔버 내 위치한 차광막 표면을 스퍼터링 타겟과 연관지어 설명하는 개념도.
도 2는 차광막 단면에서, 차광막의 두께 분포를 측정하는 방법을 설명하는 개념도.
도 3은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 단면으로 설명하는 개념도.
도 4는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 단면으로 설명하는 개념도.
도 5는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 포토마스크를 단면으로 설명하는 개념도.
도 6은 구현예에서 성막단계를 마친 직후 스퍼터링 챔버 내 위치한 차광막 표면을 스퍼터링 타겟과 연관지어 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 실온이란 20℃ 이상 25℃ 이하의 온도이다.
본 명세서에서 의사결함이란 차광막 표면에 위치하고, 블랭크 마스크의 해상도 저하를 유발하지 않아 실제 결함에 해당하지는 않지만, 고감도 결함 검사 장치로 검사할 경우 결함으로 판정되는 것을 의미한다.
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 표면 프로파일에서 기준선(표면 프로파일에서 높이 평균선을 의미한다)의 상부에 위치한 프로파일 부분이다.
밸리(valley)는 차광막 표면 프로파일에서 기준선 하부에 위치한 프로파일 부분이다.
본 명세서에서 표준편차는 표본 표준편차를 의미한다.
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. 이로 인해 블랭크 마스크 및 포토마스크는 미세 결함에 의한 해상도 저하를 더욱 엄격히 방지하고자 한다. 이를 위해 결함 검사는 더욱 높은 감도에서 실시되고 있다. 고감도 조건에서 차광막 표면을 검사하면, 실제 결함뿐만 아니라 다수의 의사결함도 검출될 수 있다. 또한, 검사 결과 데이터로부터 실제 결함을 분별하는데 추가 검사 과정이 필요하게 되는 등 블랭크 마스크 생산 과정이 더 복잡해질 수 있다.
한편, 차광막의 두께는 차광막 내 위치에 따라 미세하지만 변동이 있을 수 있다. 이러한 차광막의 두께 변동은 차광막의 면내 방향으로의 광학 특성의 변동을 유발할 수 있다. 또한, 이러한 두께 변동을 갖는 차광막을 패터닝 할 경우, 차광막 내 상대적으로 두께가 얇은 부분에서 차광막의 면내 방향으로 과도한 식각이 발생할 수 있고, 상대적으로 두께가 두꺼운 부분에서 차광막의 깊이 방향으로 불충분한 식각이 발생할 수 있다. 반도체 웨이퍼 상에 현상되는 패턴의 선폭이 더욱 감소됨에 따라, 차광막의 면내 방향으로의 발생하는 미세한 두께 변동에 의해서도 상기와 같은 문제가 쉽게 발생할 수 있고, 두께 변동도 더욱 정교하게 제어할 필요가 있다.
구현예의 발명자들은 특정한 조도 분포를 갖고, 면내 방향으로 실질적으로 균일화된 두께를 갖는 것 등을 통해, 높은 감도의 결함 검사에서도 실제 결함 검출이 용이한 차광막이 적용된 블랭크 마스크를 제공할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.
이하, 구현예에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 1을 참조하여 이하 구현예를 구체적으로 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 마스크(100)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.
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) 등이 위치할 경우(도 3 참고), 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 표면 조도(surface roughness) 특성
차광막(20) 표면은 상기 차광막(20) 표면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터들을 포함한다.
차광막(20) 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 평균값은 -0.64 이상 0 이하이다.
차광막(20) 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 평균값은 3 이하이다.
스퍼터링 공정을 통해 차광막(20)을 성막함에 따라, 차광막(20) 표면 상에는 피크 및 밸리가 형성될 수 있다. 피크와 밸리는 결함을 형성하지 않을 정도로 제어되어야 하나, 이들 중 일부는 의사결함으로 인식될 정도의 높낮이, 형상 등을 가질 수 있고, 고감도 결함검사 시 의사결함으로 검출되는 빈도가 더 높아진다.
고감도 결함 검사의 정확도를 높이기 위해, 식각 기체 등을 이용하여 Ra 값 등으로 대표되는 차광막(20)의 표면 조도를 감소시키는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 검사 기기의 높은 검출 감도로 인해, 낮은 조도 특성을 갖는 차광막 표면에서도 여전히 다수의 의사결함이 검출될 수 있다.
한편, 구현예의 발명자들은 차광막 표면의 피크 및 밸리의 분포 대칭성 및 피크의 첨도 특성이 의사결함이 고감도 결함 검사기기에서 결함으로 판정되는데 영향을 미치는 요인 중 하나임을 실험적으로 확인하였다. 결함 검사는 검사 대상 표면에 검사광을 조사하고, 검사 대상 표면에 형성되는 반사광을 검출 및 분석하여 결함을 검출하는 방식으로 실시된다. 차광막 표면으로 입사된 검사광은 차광막의 표면에서 반사되는데, 표면 조도 특성에 따라 반사광의 각도, 강도 등이 달라질 수 있다. 이는 고감도 결함검사의 정확도를 저하시키는 요인이 될 수 있다.
구현예는 차광막(20) 표면의 각 섹터에서 측정한 Rsk 값 및 Rku 값의 평균값 등을 조절함과 동시에 구현예에서 개시하는 차광막의 층 구조, 층별 조성 등을 차광막에 적용함으로써, 차광막 표면에서 검출되는 의사결함 수를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 특히, 차광막(20) 표면의 각 섹터별 Rsk 값 및 Rku 값의 평균값, 편차 등을 제어하여 차광막의 표면 조도 특성에 따라 결함 검사 정확도가 저하되는 것을 효과적으로 막을 수 있다.
차광막(20) 표면의 각 섹터별 Rsk 값 및 Rku 값의 평균값, 편차 등은 스퍼터링 공정에서 기판과 타겟 간 거리, 기판의 회전 속도 등의 스퍼터링 공정 조건을 제어하여 조절할 수 있다. 이와 별도로 또는 이와 함께, 차광막(20) 성막 후 면적 전체적으로 고른 열 제어, 냉각 처리 등도 표면 특성에 영향을 줄 수 있다. 또한, 차광막 표면 조도가 세밀해짐에 따라, 표면에너지에 영향을 미칠 수 있는 요소들, 즉 차광막 내 포함된 조성 등도 차광막의 표면 특성에 영향을 미칠 수 있다. 상기 제어수단에 대한 구체적인 설명은 아래의 내용과 중복되므로 생략한다.
차광막(20) 표면의 각 섹터에서 Rsk 값 및 Rku 값을 측정하는 방법은 아래와 같다.
측정대상 차광막(20) 표면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터로 구분한다. 차광막(20) 표면의 각 섹터에서의 Rsk 값 및 Rku 값은 각 섹터의 중심영역에서 측정한다. 각 섹터의 중심영역이란 각 섹터의 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 각 섹터의 Rsk 값 및 Rku 값을 측정할 수 있다.
각 섹터에서 측정한 Rsk 값 및 Rku 값으로부터 Rsk 값 및 Rku 값의 평균값, 표준편차 등을 산출한다.
차광막(20) 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 평균값은 -0.64 이상 0 이하일수 있다. 상기 Rsk 값들의 평균값은 -0.635 이상 -0.1 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값들의 평균값은 -0.63 이상 -0.4 이하일 수 있다.
차광막(20) 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 평균값은 3 이하일 수 있다. 상기 Rku 값들의 평균값은 2.95 이하일 수 있다. 상기 Rku 값들의 평균값은 2.9 이하일 수 있다. 상기 Rku 값들의 평균값은 2.75 이상일 수 있다.
이러한 경우, 차광막(20) 표면 전체적으로 고른 표면 조도 특성을 갖도록 할 수 있고, 표면 조도 특성에 의해 의사결함이 형성되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
차광막 표면의 각 섹터에서 측정한 Rsk 값과 Rku 값의 편차를 제어할 수 있다. 차광막 표면의 각 섹터에서 측정한 Rsk 값과 Rku 값의 평균값이 미리 설정한 범위 내로 제어되고, 상기 Rsk 값과 Rku 값의 편차까지 제어되면, 차광막 표면 전체적으로 고감도 결함 검사 시 의사결함이 줄어들어 보다 정확도가 높은 결과를 얻을 수 있다.
차광막(20) 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 표준편차 값이 0.6 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값들의 표준편차 값이 0.5 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값들의 표준편차 값이 0.4 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값들의 표준편차 값이 0.1 이상일 수 있다. 이러한 경우, 각 섹터별 피크 및 밸리 분포 대칭성을 제어하여 부분적으로 피크나 밸리가 모여 있어서 발생하는 의사결함을 억제할 수 있다.
차광막(20) 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 표준편차 값이 0.9 이하일 수 있다. 상기 Rku 값들의 표준편차 값이 0.85 이하일 수 있다. 상기 Rku 값들의 표준편차 값이 0.8 이하일 수 있다. 상기 Rku 값들의 표준편차 값이 0.6 이하일 수 있다. 상기 Rku 값들의 표준편차 값이 0.1 이상일 수 있다. 상기 Rku 값들의 표준편차 값이 0.5 이상일 수 있다. 이러한 경우, 차광막 전체적으로 반사광 경로를 제어하는 것이 보다 용이해질 수 있고, 결함 검출이 보다 용이할 수 있다.
차광막(20) 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 최대값과 최소값의 차이값이 2.2 이하일 수 있다. 상기 차이값은 2.12 이하일 수 있다. 상기 차이값은 2 이하일 수 있다. 상기 차이값은 0.1 이상일 수 있다. 이러한 경우, 고감도 결함 검사 시, 차광막 내 일부 섹터에서 피크에 의한 산란현상으로 인해 결함검사의 정확도가 저하되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
상기 Rku 값들의 최대값이 4.6 이하일 수 있다. 상기 최대값이 4.3 이하일 수 있다. 상기 최대값이 4.2 이하일 수 있다. 상기 최대값이 4.1 이하일 수 있다. 상기 최대값이 2 이상일 수 있다. 이러한 경우, 상대적으로 높은 첨도를 갖는 일부 피크로 인해 발생하는 반사광의 산란 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.
차광막(20) 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 최대값과 최소값의 차이값이 1.7 이하일 수 있다. 상기 차이값은 1.6 이하일 수 있다. 상기 차이값은 1.3 이하일 수 있다. 상기 차이값은 0.1 이상일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 표면의 전 섹터의 피크 및 밸리 분포의 대칭성이 조절되어 결함 검출이 용이할 수 있다.
차광막의 두께 분포
도 2는 차광막 단면에서, 차광막의 두께 분포를 측정하는 방법을 설명하는 개념도이다. 상기 도 2를 참조하여 구현예를 설명한다.
차광막(20)을 단면에서 관찰할 때, 차광막(20) 단면은 일 말단인 제1가장자리(Le1) 및 타 말단인 제2가장자리(Le2)를 포함할 수 있다.
차광막(20)을 단면에서 관찰할 때, 차광막 단면의 중앙부에서 측정한 차광막 두께는 Hc, 제1가장자리에서 측정한 차광막 두께는 H1, 제2가장자리에서 측정한 차광막 두께는 H2이다.
차광막의 |Hc-H1| 값과 |Hc-H2| 값 중 더 큰 값은 5Å 미만일 수 있다.
상기 |Hc-H1| 값은 Hc 값에서 H1 값을 뺀 값의 절대값이다.
상기 |Hc-H2| 값은 Hc 값에서 H2 값을 뺀 값의 절대값이다.
스퍼터링을 실시하기 전, 스퍼터링 타겟은 스퍼터링 챔버 내에서 광투과성 기판(10) 표면의 수직 방향에 대해 비스듬하게 기울어지게 설치된다. 이는, 성막 중 스퍼터링 타겟 표면으로부터 발생하는 파티클에 의해 성막 대상 표면이 오염되는 것을 막기 위함이다.
차광막 표면의 결함 검사 정확도를 향상시키기 위해 차광막 성막 시 성막 대상 표면과 더욱 가까운 위치에 스퍼터링 타겟을 설치할 수 있다. 스퍼터링 타겟 표면에서 발생하는 스퍼터링 입자는 성막 대상 표면에 증착된다. 스퍼터링 타겟과 성막 대상 표면 사이의 거리가 더욱 가까워질수록 스퍼터링 입자는 더 강한 에너지를 갖고 성막 대상 표면과 충돌하여 증착되고, 성막된 차광막은 상대적으로 높은 치밀도를 가질 수 있다. 또한, 높은 치밀도를 갖는 차광막은 상대적으로 더 평활한 표면 형성이 유도될 수 있다. 특히 상기와 같은 표면은 차광막 표면의 피크 및 밸리 분포가 상대적으로 낮은 비대칭성 및/또는 피크의 첨도가 낮은 특성을 가질 수 있다. 이러한 표면 조도 특성을 갖는 차광막 표면을 높은 감도로 결함 검사할 경우, 상대적으로 높은 검사 정확도가 나타날 수 있다는 점을 실험적으로 확인했다.
다만, 차광막 성막 시 스퍼터링 타겟을 성막 대상 표면의 수직 방향에 설치하지 않고 기울여서 설치될 경우, 성막 대상 표면 내 위치에 따라 성막 대상 표면과 스퍼터링 타겟 사이의 거리가 달라질 수 있다. 스퍼터링 타겟과 기판 표면 사이의 거리가 가까울수록 더 많은 스퍼터링 입자의 증착이 발생할 수 있다. 성막 대상 표면 중 스퍼터링 타겟과 상대적으로 더 가까운 곳에 위치하는 외곽부에는 중앙부에 비해 더 두꺼운 차광막이 형성될 수 있다.
또한, 스퍼터링 과정에서 기판이 회전함에 따라, 스퍼터링이 진행되는 동안 성막 대상 표면의 외곽부 내 일 지점과 스퍼터링 타겟과의 거리는 중앙부에 비해 더욱 크게 변동될 수 있다. 이러한 경우, 성막 대상 표면의 외곽부에는 중앙부에 비해 상대적으로 넓은 범위의 에너지 분포를 갖는 스퍼터링 입자가 증착될 수 있다. 이는 차광막 외곽부의 치밀도가 저하되는 원인이 될 수 있다. 낮은 치밀도를 갖는 차광막에는 상대적으로 거친 표면이 형성될 수 있다.
이러한 차이는 일반적인 스퍼터링을 통한 막 형성에서는 크게 문제되지 않으나, 구현예의 발명자들은 보다 정밀한 차광 패턴막 형성이 필요한 블랭크 마스크의 차광막 형성과 관련해서는 제조물의 품질에 영향을 미칠 수 있어서, 이의 제어 또한 필요하고 판단했다. 그리고, 결함 검사 시 의사결함과 연관된 것으로 판단된다.
구현예는 차광막(20) 표면의 각 섹터의 Rsk 값 및 Rku 값의 평균값 등을 제어함과 동시에 차광막(20)의 면내 방향으로의 두께 분포를 제어하여 고감도 결함 검사 시 차광막(20)의 전 표면에서 검출되는 의사결함 수를 감소시킴과 동시에 면내 방향으로 차광막(20)의 광학 특성이 변동되는 것을 효과적으로 억제한 블랭크 마스크(100)를 제공할 수 있다.
차광막 단면에서 관찰한 차광막의 두께 분포는 차광막 성막 시 타겟과 기판간의 거리, 기판의 회전 속도 등의 스퍼터링 공정 조건, 차광막 표면 내 구역별 열처리 및 냉각 처리 공정 조건, 차광막 층 구조 등을 제어하는 등의 방법으로 조절할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하는 차광막의 제조방법을 설명하는 부분과 중복되므로 생략한다.
차광막(20)을 단면에서 관찰할 때, 상기 차광막(20)의 중심에서 측정한 막 두께와 상기 차광막(20)의 각 가장자리에서 측정한 막 두께의 차이값은 아래와 같은 방법으로 측정한다.
측정대상인 차광막(20)의 단면의 이미지를 TEM(Transmission Electron Microscopy) 측정장비를 통해 측정한다.
차광막(20) 단면의 이미지에서, 제1가장자리(Le1), 제2가장자리(Le2)를 특정하고, 제1가장자리(Le1)에서의 차광막 두께 H1, 제2가장자리(Le2)에서의 차광막 두께 H2를 측정한다.
차광막(20) 단면의 이미지에서, 차광막 단면의 중심에서 측정한 차광막의 두께 Hc를 측정한다. Hc는 중심점(c)에서 측정한 차광막 두께이다. 중심점(c)은 상기 차광막(20) 단면의 이미지에서, 차광막(20)과 광투과성 기판(10) 사이에 형성된 계면(Lb)의 중심에 위치한 점이다. 차광막과 광투과성 기판 사이에 다른 박막이 위치하는 경우, 중심점은 차광막 단면의 이미지에서, 차광막과 상기 다른 박막 사이에 형성된 계면의 중심에 위치한 점이다.
측정된 H1 값, H2 값 및 Hc 값으로부터 |Hc-H1| 값과 |Hc-H2| 값 중 더 큰 값을 산출한다.
측정 대상 차광막 표면의 FIB(Focused Ion Beam) 처리를 용이하게 하기 위해, 하나의 블랭크 마스크의 중심부 및 외주부를 일정한 면적으로 커팅하여 복수의 측정 대상 시편을 제조할 수 있다. 구체적으로, 측정대상 블랭크 마스크의 중앙부(중심부)에 위치하는 가로 5cm, 세로 5cm의 영역에 대응하는 부분을 커팅하여 제1샘플을 제조한다. 상기 중앙부의 좌측에 위치하고, 차광막의 일 변을 포함하는 가로 5cm, 세로 5cm의 영역에 대응하는 부분을 커팅하여 제2샘플을 제조한다. 상기 중앙부의 우측에 위치하고, 차광막의 상기 일 변과 대향하여 위치하는 타 변을 포함하는 가로 5cm, 세로 5cm의 영역에 대응하는 부분을 커팅하여 제3샘플을 제조한다.
이후, 상기 제1샘플, 제2샘플 및 제3샘플의 상면(즉, 차광막 표면)을 FIB(Focused Ion Beam) 처리한다.
FIB 처리 후, TEM 측정장비를 통해 제1샘플의 단면의 이미지를 얻고, 상기 단면의 이미지로부터 Hc 값을 측정한다. 또한, TEM 측정장비를 통해 제2샘플 및 제3샘플의 단면의 이미지를 얻고, 상기 단면의 이미지들로부터 H1 값 및 H2 값을 측정하고, |Hc-H1| 값과 |Hc-H2| 값 중 더 큰 값을 산출한다.
예시적으로, JEOL LTD 사의 JEM-2100F HR 모델을 이용하여 시편의 TEM 이미지를 측정할 수 있다.
상기 |Hc-H1| 값과 상기 |Hc-H2| 값 중 더 큰 값이 5Å 미만일 수 있다. 이러한 경우, 면내 방향으로 차광막의 광학 특성이 변동되는 것을 실질적으로 억제할 수 있다.
차광막의 조성 및 층 구조
도 3은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크 (100)를 설명하는 개념도이다. 상기 도 3을 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 50at% 이상 80 at% 이하로 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 천이금속을 55at% 이상 75 at% 이하로 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 천이금속을 60at% 이상 70 at% 이하로 포함할 수 있다.
제2차광층(22)의 산소 또는 질소에 해당하는 원소의 함량은 10at% 이상 35 at% 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 산소 또는 질소에 해당하는 원소의 함량은 15at% 이상 25 at% 이하일 수 있다.
제2차광층(22)은 질소를 5at% 이상 20at% 이하로 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 질소를 7at% 이상 13 at% 이하로 포함할 수 있다.
이러한 경우, 차광막(20)이 위상반전막(30)(도 4 참조)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 at% 이상 60 at% 이하로 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 천이금속을 35 at% 이상 55 at% 이하로 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 천이금속을 40 at% 이상 50 at% 이하로 포함할 수 있다.
제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 40 at% 이상 70 at% 이하일 수 있다. 제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 45 at% 이상 65 at% 이하일 수 있다. 제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 50 at% 이상 60 at% 이하일 수 있다.
제1차광층(21)은 산소를 20 at% 이상 40 at% 이하로 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 산소를 23 at% 이상 33 at% 이하로 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 산소를 25 at% 이상 30 at% 이하로 포함할 수 있다.
제1차광층(21)은 질소를 5 at% 이상 20 at% 이하로 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 질소를 7 at% 이상 17 at% 이하로 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 질소를 10 at% 이상 15 at% 이하로 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 250Å 이상 650Å 이하일 수 있다. 제1차광층(21)의 막 두께는 350Å 이상 600Å 이하일 수 있다. 제1차광층(21)의 막 두께는 400Å 이상 550Å 이하일 수 있다. 이러한 경우, 제1차광층(21)은 차광막(20)이 노광광을 효과적으로 차단하는 것을 도울 수 있다.
제2차광층(22)의 막 두께는 30Å 이상 200 Å 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 막 두께는 30Å 이상 100 Å 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 막 두께는 40Å 이상 80 Å 이하일 수 있다. 이러한 경우, 제2차광층(22)은 차광막(20)의 소광 특성을 향상시키고, 차광막(20) 패터닝 시 형성되는 차광 패턴막(25)의 측면 표면 프로파일을 더욱 정교하게 제어하는 것을 도울 수 있다.
제1차광층(21)의 막 두께 대비 제2차광층(22)의 막 두께 비율은 0.05 이상 0.3 이하일 수 있다. 상기 막 두께 비율은 0.07 이상 0.25 이하일 수 있다. 상기 막 두께 비율은 0.1 이상 0.2 이하일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20)은 충분한 소광특성을 가지면서도, 차광막(20) 패터닝 시 형성되는 차광 패턴막(25)의 측면 표면 프로파일을 더욱 정교하게 제어할 수 있다.
제2차광층(22)의 천이금속 함량은 제1차광층(21)의 천이금속 함량보다 더 큰 값을 가질 수 있다.
차광막(20)을 패터닝하여 형성되는 차광 패턴막(25)의 측면 표면 프로파일을 더욱 정교하게 제어하고, 결함 검사에서 검사광에 대한 차광막 표면의 반사율이 검사에 적합한 값을 갖도록 하기 위해 제2차광층(22)은 제1차광층(21) 대비 천이금속 함량이 더 큰 값을 가질 것이 요구된다. 다만, 이러한 경우 성막된 차광막(20)을 열처리하는 과정에서 제2차광층(22)에 포함된 천이금속은 회복, 재결정 및 결정립 성장이 발생할 수 있다. 천이금속이 높은 함량으로 포함된 제2차광층(22)에서 결정립 성장이 발생할 경우, 과도하게 성장된 천이금속 입자들로 인해 차광막(20) 표면의 조도 특성이 과도하게 변동될 수 있다. 이는 차광막 표면을 높은 감도로 결함 검사할 경우 의사 결함 검출 수를 높이는 원인이 될 수 있다.
구현예는 제2차광층(22)의 천이금속 함량이 제1차광층(21)의 천이금속 함량보다 더 큰 값을 가지면서도 차광막(20)의 각 섹터별 Rsk 값의 평균값 등을 구현예에서 미리 설정한 범위 내로 제어하여 차광막(20)이 목적하는 광학 특성 및 식각 특성을 가지면서도, 상기 차광막(20)을 높은 감도로 결함 검사할 경우 검출되는 의사결함의 수를 효과적으로 감소시킬 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 4는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크(100)를 설명하는 개념도이다. 상기 도 4를 참조하여 구현예의 블랭크 마스크(100)를 설명한다.
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° 이상 190° 이하일 수 있다. 위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 위상차가 175° 이상 185°이하일 수 있다. 위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 3% 이상 10%이하일 수 있다. 위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 4% 이상 8%이하일 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 포토마스크(200)를 설명하는 개념도이다. 상기 도 5를 참조하여 구현예의 포토마스크(200)를 설명한다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 포토마스크(200)는, 광투과성 기판(10) 및 상기 광투과성 기판(10) 상에 위치하는 차광 패턴막(25)을 포함한다.
상기 차광 패턴막(25)은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 포토마스크(200) 상면은 상기 포토마스크(200) 상면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터를 포함한다.
상기 포토마스크(200) 상면의 각 섹터에 위치한 차광 패턴막(25) 표면에서 측정한 Rsk 값의 평균값이 -0.64 이상 0 이하이다.
상기 포토마스크(200) 상면의 각 섹터에 위치한 차광 패턴막(25) 표면에서 측정한 Rku 값의 평균값이 3 이다.
차광 패턴막(25)은 앞에서 설명한 블랭크 마스크(100)의 차광막(20)을 패터닝하여 형성할 수 있다.
포토마스크(200) 상면의 각 섹터에 위치한 차광 패턴막(25) 표면에서 측정한 Rsk 값의 평균값 및 Rku 값의 평균값을 측정하는 방법은, 측정 대상이 차광막(20) 표면이 아닌 차광 패턴막(25)의 상면인 점을 제외하고는 블랭크 마스크(100)에서 차광막(20) 표면의 각 섹터에서 측정한 Rsk 값의 평균값 및 Rku 값의 평균값을 측정하는 방법과 동일하다.
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 기판과 스퍼터링 타겟 사이의 거리가 260mm 이상 300mm 이하가 되도록 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 가하고, 광투과성 기판을 25rpm 이상으로 회전시켜 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, 차광막 표면을 가로 5등분, 세로 5등분하여 형성되는 25개의 구역으로 구분하고, 상기 25개의 구역을 각각 독립적으로 제어된 온도에서 열처리하는 열처리 단계를 포함할 수 있다.
상기 열처리 단계는 200℃ 이상 400℃ 이하의 온도에서 열처리될 수 있다.
상기 열처리 단계는 5분 이상 30분 이하의 시간동안 실시할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 상기 열처리 단계를 거친 차광막을 냉각시키는 냉각단계;를 포함할 수 있다.
준비단계에서, 차광막의 조성을 고려하여 스퍼터링 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 대한 설명은 앞에서 설명한 내용과 중복되므로 생략한다.
준비단계에서, 광투과성 기판과 스퍼터링 타겟 사이의 거리란, 스퍼터링 타겟의 중심점으로부터 광투과성 기판의 상면을 포함하는 면 사이의 수직 거리(T/S 거리)를 의미한다.
준비단계에서, 스퍼터링 챔버 내에 광투과성 기판과 스퍼터링 타겟 사이의 거리가 260mm 이상 300mm 이하가 되도록 광투과성 기판 및 스퍼터링 타겟을 설치할 수 있다. 상기 광투과성 기판과 스퍼터링 타겟 사이의 거리가 270mm 이상 290mm 이하가 되도록 광투과성 기판 및 스퍼터링 타겟을 설치할 수 있다. 이러한 경우, 차광막의 면내 방향으로의 두께 변동폭을 감소시킬 수 있다. 또한, 성막되는 차광막의 치밀도가 향상되어 열처리 단계 및 냉각 단계를 통한 차광막 표면의 조도 특성 제어가 용이할 수 있다.
준비단계에서 스퍼터링 챔버 내 마그네트를 배치할 수 있다. 마그네트는 스퍼터링 타겟에서 스퍼터링이 발생하는 일 면에 대향되는 면에 배치될 수 있다.
성막단계에서, 차광막에 포함된 각 층별 성막 시 성막 공정 조건을 상이하게 적용할 수 있다. 특히, 차광막의 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.
성막단계에서, 기판의 회전속도를 25rpm 이상으로 적용할 수 있다. 상기 회전속도를 30rpm 이상으로 적용할 수 있다. 상기 회전속도를 100rpm 이하로 적용할 수 있다. 이러한 경우. 성막되는 차광막의 면내 방향으로의 두께 변동폭을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 차광막 표면 내 각 섹터의 표면 조도 특성을 구현예에서 미리 설정한 범위 내로 조절할 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 1.5kW 이상 2.5kW 이하로 적용할 수 있다. 제1차광층(21) 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.6kW 이상 2kW 이하로 적용할 수 있다.
제1차광층(21) 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, 제1차광층(21)은 차광막(20)이 충분한 소광 특성을 갖는 것을 도울 수 있다. 또한, 제1차광층(21)의 식각 속도를 향상시켜 차광막(20) 패터닝을 통해 형성된 차광 패턴막(25)의 측면 표면 프로파일이 광투과성 기판(10)으로부터 수직에 가까운 형상을 갖도록 도울 수 있다.
제1차광층(21)의 성막 시간은 200초 이상 300초 이하일 수 있다. 제1차광층(21)의 성막 시간은 210초 이상 240초 이하일 수 있다. 이러한 경우, 제1차광층(21)은 차광막(20)(20)이 충분한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있다.
제2차광층(22) 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1kW 이상 2kW이하로 적용할 수 있다. 제2차광층(22) 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.2kW 이상 1.7kW 이하로 적용할 수 있다.
제2차광층(22) 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 0.6 이하일 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, 차광막(20)이 안정적인 소광 특성을 가지는데 기여할 수 있다.
제2차광층(22)의 성막 시간은 10초 이상 30초 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 성막 시간은 15초 이상 25초 이하일 수 있다. 이러한 경우, 제2차광층(22)은 차광막(20)에 포함되어 노광광의 투과를 억제하는데 도울 수 있다.
도 6은 성막단계를 마친 직후 스퍼터링 챔버 내 위치한 차광막 표면을 설명하는 개념도이다. 이하, 상기 도 6을 참조하여 구현예를 설명한다.
성막단계를 마친 직후 챔버 내에 위치한 차광막(20) 표면은 시계 방향으로 순차적으로 배치된 가장자리인 제1변(L1), 제2변(L2), 제3변(L3) 및 제4변(L4)을 포함한다. 제1변(L1)은 상기 네 가장자리 중 스퍼터링 타겟과 가장 가까운 위치에 있는 가장자리이다.
차광막(20) 표면의 중심으로부터 제1변(L1)을 향하는 방향을 동측 방향(De)이라 한다. 차광막(20) 표면의 중심으로부터 제3변(L3)을 향하는 방향을 서측 방향(Dw)이라 한다. 차광막(20) 표면의 중심으로부터 제4변(L4)을 향하는 방향을 북측 방향(Dn)이라 한다. 차광막(20) 표면의 중심으로부터 제2변(L2)을 향하는 방향을 남측 방향(Ds)이라 한다. 차광막(20) 표면은 상기 차광막(20) 표면을 가로 5등분, 세로 5등분하여 형성되는 25개의 구역을 포함한다.
상기 25개의 구역 중 제1구역(a1)은 차광막(20) 표면의 중앙에 위치한 구역, 상기 중앙에 위치한 구역으로부터 북측 방향(Dn)에 위치한 2개의 구역 및 상기 중앙에 위치한 구역으로부터 남측 방향(Ds)에 위치한 2개의 구역으로 이루어진다. 제2구역(a2)은, 제1구역(a1)과 접하여 위치하는 구역 중 제2변(L2) 또는 제4변(L4)과 접하여 위치하지 않는 구역으로 이루어진다. 제3구역(a3)은 제1구역(a1) 및 제2구역(a2)에 해당하지 않는 구역으로 이루어진다.
성막단계 직후의 차광막(20) 표면을 높은 감도로 결함 검사하면 차광막(20) 표면의 외곽부는 중앙부에 비해 상대적으로 많은 수의 의사결함이 검출되는 경향이 있다. 이는 차광막(20)의 외곽부가 중앙부에 비해 상대적으로 낮은 치밀도를 갖기 때문으로 생각된다.
한편, 성막단계를 마친 차광막(20) 표면의 제1구역(a1) 내에서 상대적으로 균일한 조도 특성 분포를 가질 수 있다. 이는 성막단계를 마친 후에도 일시적으로 차광막(20) 표면에 스퍼터링 입자의 증착이 진행되기 때문으로 생각된다. 스퍼터링 타겟(50)에 가하는 전력 공급을 중단하고, 광투과성 기판(10)의 회전을 중지하더라도, 챔버 내 잔존하는 스퍼터링 입자에 의해 일시적으로 차광막(20) 표면 상에 스퍼터링이 일어날 수 있다. 이때, 제1구역(a1) 내에 포함된 각 지점은 스퍼터링 타겟(50) 표면과 서로 비슷한 거리를 형성하여, 제1구역(a1)에 위치한 차광막(20) 표면은 상대적으로 좁은 범위의 에너지 분포를 갖는 스퍼터링 입자가 증착될 수 있다. 이로 인해, 제1구역(a1) 내에서는 상대적으로 비교적 균일한 조도 특성 분포를 나타낼 수 있다.
구현예는 성막단계를 마친 차광막(20)의 구역별로 상이한 조건을 적용하여 열처리 및 냉각 처리를 실시하여, 상대적으로 균일화된 두께를 가지면서도, 차광막(20) 표면의 전 영역에서 고감도 결함 검사 시 의사결함 검출 수가 효과적으로 감소되고, 검사 위치에 따른 결함 검사 정확도의 변동이 억제된 차광막을 제공할 수 있다.
열처리 단계에서, 차광막(20) 표면의 25개의 구역을 각각 독립적으로 제어된 온도에서 열처리할 수 있다. 구체적으로, 차광막 표면의 각 구역별로 히터를 설치할 수 있다. 구역별 히터는 광투과성 기판 측에 설치될 수 있다.
구역별 히터의 온도는 200℃ 이상 400℃ 이하의 범위 내에서 각각 독립적으로 제어될 수 있다.
열처리 단계에서, 열처리 온도란 구역별 히터의 온도를 의미한다.
제1구역(a1)은 150℃ 이상 350℃ 이하의 온도에서 열처리를 실시할 수 있다. 제1구역(a1)은 200℃ 이상 300℃ 이하의 온도에서 열처리를 실시할 수 있다.
제3구역(a3)은 200℃ 이상 400℃ 이하의 온도에서 열처리를 실시할 수 있다. 제3구역(a3)은 250℃ 이상 350℃ 이하의 온도에서 열처리를 실시할 수 있다. 제3구역(a3)에 적용된 열처리 온도에서 제1구역(a1)에 적용된 열처리 온도를 뺀 값은 20℃ 이상 70℃ 이하일 수 있다.
제2구역(a2)은 제1구역(a1)에 비해 상대적으로 높은 온도에서 열처리되는 제3구역(a3)과 접하여 위치하고 있다. 제3구역(a3)을 열처리할 때 발생하는 열은 제2구역(a2)에 영향을 미칠 수 있다. 이를 고려하여, 제2구역(a2)의 열처리 온도는 제1구역(a1)의 열처리 온도와 제3구역(a3)의 열처리 온도의 사이값으로 적용할 수 있다. 제2구역(a2)의 열처리 온도는 제1구역(a1)의 열처리 온도와 동일한 온도로 열처리할 수 있다.
열처리 단계는 5분 이상 30분 이하의 시간동안 실시될 수 있다. 열처리 단계는 10분 이상 20분 이하의 시간동안 실시될 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 표면의 전 영역에서 결함 검사의 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 차광막의 내부 응력을 효과적으로 해소할 수 있다.
블랭크 마스크(100)는 열처리 단계를 마친 후 2분 내에 냉각 단계를 적용할 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 내 잔열에 의한 천이금속 입자의 결정립 성장을 효과적으로 막을 수 있다.
냉각단계에서, 냉각 플레이트에 미리 설정한 길이를 갖는 핀을 각 모서리에 설치하고, 상기 핀 위에 기판이 냉각 플레이트를 향하도록 블랭크 마스크(100)를 배치하여 블랭크 마스크(100)의 냉각속도를 제어할 수 있다.
냉각단계에서, 냉각 플레이트에 적용된 냉각 온도는 10℃ 이상 30℃ 이하일 수 있다. 상기 냉각 온도는 15℃ 이상 25℃ 이하일 수 있다.
냉각단계에서, 블랭크 마스크(100)와 냉각 플레이트간 이격 거리는 0.01mm 이상 30mm 이하일 수 있다. 상기 이격 거리는 0.05mm 이상 5mm 이하일 수 있다. 상기 이격 거리는 0.1mm 이상 2mm 이하일 수 있다.
블랭크 마스크(100)에서, 광투과성 기판 측에 냉각 플레이트를 설치하여 냉각처리를 실시할 경우, 차광막(20)의 냉각 속도는 광투과성 기판에 비해 다소 낮을 수 있다. 따라서, 냉각 플레이트를 통해 냉각 처리를 실시하면서 차광막 표면상에 냉각 기체를 분사하는 방법을 통해 차광막(20)에 형성된 잔열을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.
차광막(20) 표면의 제1변(L1) 측 및 제3변(L3) 측에 냉각 기체를 주입함으로써 구역별로 냉각 속도를 제어할 수 있다.
열처리 단계에서, 차광막(20) 표면의 제3구역(a3)은 제1구역(a1) 및 제2구역(a2)에 비해 상대적으로 높은 열처리 온도에서 열처리될 수 있다. 이러한 경우, 제3구역(a3)은 다른 구역에 비해 잔열에 따른 천이금속 입자의 재결정 및 결정립 성장이 형성될 가능성이 상대적으로 높을 수 있다. 천이금속 입자의 결정립 성장이 제어되지 않을 경우, 제3구역(a3)의 표면 윤곽에 변형이 발생하여 조도 특성의 변동을 유발할 수 있으며, 이는 결함 검사의 정확도를 저하시키는 원인이 될 수 있다.
따라서, 냉각 기체를 주입하는 노즐을 차광막(20)의 제1변(L1) 측 및 제3변(L3)측에 배치하여, 제1변(L1) 측과 제3변(L3)측에 위치한 제3구역(a3)의 냉각 속도를 향상시킴으로써 특히 제3구역(a3)에서 발생할 수 있는 천이금속의 결정립 성장을 효과적으로 차단할 수 있다.
냉각 기체는 비활성 기체일 수 있다. 냉각 기체는 예시적으로 헬륨일 수 있다.
냉각단계에서, 냉각 기체를 분사하는 노즐은 차광막 표면을 포함하는 면과 40° 이상 80°이하의 각도를 형성하도록 설치될 수 있다.
냉각단계에서, 노즐을 통해 분사되는 냉각 기체의 유량은 10sccm 이상 90sccm 이하일 수 있다. 상기 유량은 30sccm 이상 70sccm 이하일 수 있다.
냉각단계에서, 제3구역(a3)에서 측정한 냉각 속도는 제1구역(a1) 및 제2구역(a2)에 비해 상대적으로 높을 수 있다.
제3구역(a3)의 냉각 속도는 0.6℃/s 이상 1.2℃/s 이하일 수 있다. 제3구역(a3)의 냉각 속도는 0.8℃/s 이상 1℃/s 이하일 수 있다.
제1구역(a1) 및 제2구역(a2)의 냉각속도는 0.4℃/s 이상 1℃/s 이하일 수 있다. 제1구역(a1) 및 제2구역(a2)의 냉각속도는 0.6℃/s 이상 0.8℃/s 이하일 수 있다.
제3구역(a3)의 냉각 속도에서 제1구역(a1)의 냉각 속도를 뺀 값은 0.05℃/s 이상 0.3℃/s 이하일 수 있다.
냉각 단계는 1분 이상 10분 이하의 시간동안 실시될 수 있다. 냉각 단계는 3분 이상 7분 이하의 시간동안 실시될 수 있다.
이러한 경우, 차광막 내 잔열에 의한 차광막 표면의 조도 특성 변동을 효과적으로 억제할 수 있다.
반도체 소자 제조방법
본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조방법은 광원, 포토마스크(200) 및 레지스트막이 도포된 반도체 웨이퍼를 배치하는 준비단계; 상기 포토마스크(200)를 통해 상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 반도체 웨이퍼 상에 선택적으로 투과시켜 출사하는 노광단계; 및 상기 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 현상하는 현상단계;를 포함한다.
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.
포토마스크(200) 상면은 상기 포토마스크(200) 상면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터들을 포함한다.
포토마스크(200) 상면은 상기 9개의 섹터들에 위치하는 차광 패턴막 상면에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 평균값은 -0.64 이상 0 이하이다.
포토마스크(200) 상면은 상기 9개의 섹터들에 위치하는 차광 패턴막 상면에서 각각 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 평균값이 3 이하이다.
준비단계에서, 광원은 단파장의 노광광을 발생시킬 수 있는 장치이다. 노광광은 파장 200nm 이하의 광일 수 있다. 노광광은 파장 193nm인 ArF 광일 수 있다.
포토마스크(200)와 반도체 웨이퍼 사이에 렌즈가 추가로 배치될 수 있다. 렌즈는 포토마스크(200) 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, 포토마스크(200)를 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.
포토마스크(200)에 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 280mm, 기판과 타겟간 각도가 25도를 형성하도록 크롬 타겟을 챔버 내에 배치하였다.
이후 Ar 21 부피비%, N2 11 부피비%, CO2 32 부피비%, He 36 부피비%가 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.85kW으로 적용하고, 기판 회전속도를 30rpm으로 적용하여, 250초간 스퍼터링 공정을 실시하여 제1차광층을 성막하였다.
제1차광층 성막을 마친 후, 제1차광층 상에 Ar 57 부피비%, N2 43 부피비%가 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW으로 적용하고, 기판 회전속도를 30rpm으로 적용하여, 25초간 스퍼터링 공정을 실시하여 제2차광층을 성막한 블랭크 마스크 시편을 제조하였다.
제2차광층 성막을 마친 시편을 열처리 챔버 내에 배치하고, 시편의 기판 측에 각 구역별 개별 히터를 설치하였다. 이후 제1구역 및 제2구역의 히터의 온도를 250℃로 설정하고, 제3구역의 히터의 온도는 300℃로 적용하여 15분동안 열처리를 실시하였다.
열처리를 거친 시편의 기판 측에 냉각 온도가 23℃로 적용된 냉각 플레이트를 설치하였다. 차광막 표면 제1변과 제3변 측에, 노즐과 기판 표면을 포함하는 면이 이루는 각도가 70℃를 형성하도록 노즐을 각각 3개씩 설치하였다. 이후 노즐을 통해 냉각 기체를 50sccm의 유량으로 주입하여 5분간 냉각 처리를 실시하였다. 냉각 기체는 헬륨을 적용하였다.
차광막 표면의 제3구역 내 일 점에서 냉각 속도는 0.91℃/s로 측정되었고, 차광막 표면의 제1구역 및 제2구역 내 일 점에서 냉각 속도는 0.76℃/s로 측정되었다.
실시예 2: 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 시 T/S 값을 290mm로 적용하였고, 기판 회전 속도를 40rpm으로 적용하였다.
실시예 3: 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 시 기판 회전 속도를 40rpm으로 적용하였다.
비교예 1: 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 시 T/S 값을 290mm로 적용하였다. 열처리의 경우 차광막의 전체 구역에서 히터의 온도를 250℃로 적용하여 15분동안 실시하였다. 냉각처리의 경우, 시편의 기판 측에 냉각 온도가 23℃로 적용된 냉각 플레이트를 설치하여 5분간 냉각 처리를 실시하였다. 냉각 기체는 적용하지 않았다.
비교예 2: 비교예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 시 T/S 값을 280mm로 적용하였고, 기판의 회전 속도를 20rpm으로 적용하였다.
비교예 3: 비교예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 시 T/S 값을 255mm로 적용하였다.
비교예 4: 비교예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다. 다만, 차광막 성막 시 T/S 값을 310mm로 적용하였다.
실시예 및 비교예별 차광막 성막 조건, 열처리 및 냉각처리 조건에 대해 아래 표 1에 기재하였다.
평가예: 차광막 표면의 조도특성 측정
실시예 및 비교예의 시편의 차광막 표면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 총 9개의 섹터들로 구분하였다. 이후, 각 섹터들의 중심역역에서 Rsk 값 및 Rku 값을 측정하였다. 각 섹터들의 중심영역이란 각 섹터들의 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 측정하였다. 조도측정기는 탐침으로 Park System 사의 Cantilever 모델인 PPP-NCHR을 적용한 Park System 사의 XE-150 모델을 적용하였다.
이후, 각 섹터에서 측정한 Rsk 값 및 Rku 값으로부터 실시예 및 비교예별 Rsk 값 및 Rku 값의 평균값, 표준편차, 최대값 및 최소값 등을 산출하였다.
실시예 및 비교예별 측정 및 산출 결과는 아래 표 2 및 3에 기재하였다.
평가예: 차광막 두께 분포 측정
실시예 및 비교예의 시편의 중앙부(중심부)에 위치하는 가로 5cm, 세로 5cm의 영역에 대응하는 부분을 커팅하여 제1샘플을 제조하였다. 상기 중앙부의 좌측에 위치하고, 차광막의 일 변을 포함하는 가로 5cm, 세로 5cm의 영역에 대응하는 부분을 커팅하여 제2샘플을 제조하였다. 상기 중앙부의 우측에 위치하고, 차광막의 상기 일 변과 대향하여 위치하는 타 변을 포함하는 가로 5cm, 세로 5cm의 영역에 대응하는 부분을 커팅하여 제3샘플을 제조하였다. 이후, 상기 제1샘플, 제2샘플 및 제3샘플의 상면(즉, 차광막 표면)을 FIB(Focused Ion Beam) 처리한 후, 상기 샘플들의 TEM 이미지를 JEOL LTD 사의 JEM-2100F HR 모델을 이용하여 얻었다.
상기 샘플들의 TEM 이미지에서, 차광막의 제1가장자리 및 제2가장자리를 특정하고, 제1가장자리(Le1)에서의 차광막 두께 H1, 제2가장자리에서의 차광막 두께 H2 및 차광막 중심점(차광막과 광투과성 기판 사이에 형성된 계면의 중심점)에서의 차광막 두께 Hc를 측정하였다. 실시예 및 비교예별 측정된 H1 값, H2 값 및 Hc 값으로부터 |Hc-H1| 값과 |Hc-H2| 값 중 더 큰 값을 산출하였다.
실시예 및 비교예별 측정 및 산출 결과는 아래 표 4에 기재하였다.
평가예: 고감도 결함검사에 따른 의사결함 검출 여부 측정
SMIF pod(Standard Mechanical InterFace Pod)에서 보관중인 실시예 및 비교예별 시편을 꺼내어 결함 검사를 실시하였다. 구체적으로, 시편의 차광막 표면에서, 상기 차광막 표면의 중앙에 위치하는 가로 146mm, 세로 146mm인 영역을 측정 부위로 특정하였다.
상기 측정부위를 Lasertec 사의 M6641S 모델을 이용하여 검사광 파장 532nm, 장비 내 세팅 값을 기준으로 Laser power를 0.4 이상 0.5 이하로, 스테이지 속도를 2로 적용하여 결함검사를 실시하였다.
이후, 상기 측정부위의 이미지를 측정하여 실시예 및 비교예별 상기 결함검사에 따른 결과값 중 의사결함에 해당하는 것을 구별하여 아래 표 4에 기재하였다.
| T/S(mm) | 기판회전속도 (rpm) |
제1구역 및 제2구역 열처리 온도(℃) | 제3구역 열처리 온도(℃) | 제1구역 및 제2구역 냉각 속도(℃/s) | 제3구역 냉각 속도(℃/s) | |
| 실시예1 | 280 | 30 | 250 | 300 | 0.76 | 0.91 |
| 실시예2 | 290 | 40 | 250 | 300 | 0.76 | 0.91 |
| 실시예3 | 280 | 40 | 250 | 300 | 0.76 | 0.91 |
| 비교예1 | 290 | 30 | 250 | 250 | 0.76 | 0.76 |
| 비교예2 | 280 | 20 | 250 | 250 | 0.76 | 0.76 |
| 비교예3 | 255 | 30 | 250 | 250 | 0.76 | 0.76 |
| 비교예4 | 310 | 30 | 250 | 250 | 0.76 | 0.76 |
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | 비교예4 | ||
| 섹터1 | Rsk | -0.399 | -0.928 | -0.387 | -0.925 | -0.405 | -0.377 | -1.355 |
| Rku | 2.494 | 3.835 | 2.491 | 3.723 | 2.673 | 2.455 | 4.712 | |
| 섹터2 | Rsk | -0.686 | -0.419 | -0.676 | -0.422 | -0.754 | -0.698 | -0.887 |
| Rku | 2.815 | 2.369 | 2.803 | 2.360 | 3.017 | 2.717 | 3.394 | |
| 섹터3 | Rsk | -0.463 | -0.318 | -0.459 | -0.317 | -0.516 | -0.435 | -0.761 |
| Rku | 2.313 | 2.261 | 2.3 | 2.263 | 2.528 | 2.333 | 3.245 | |
| 섹터4 | Rsk | -0.599 | -0.301 | -0.608 | -0.311 | -0.651 | -0.602 | -0.783 |
| Rku | 2.511 | 2.241 | 2.514 | 2.260 | 2.792 | 2.497 | 3.207 | |
| 섹터5 | Rsk | -0.321 | 0.278 | -0.325 | 0.274 | -0.422 | -0.316 | 0.715 |
| Rku | 2.138 | 2.323 | 2.141 | 2.334 | 2.355 | 2.145 | 3.334 | |
| 섹터6 | Rsk | -0.205 | -0.599 | -0.2 | 0.202 | -0.464 | -0.316 | 0.716 |
| Rku | 2.849 | 4.063 | 2.843 | 3.534 | 3.351 | 2.617 | 4.533 | |
| 섹터7 | Rsk | -0.891 | -0.563 | -0.89 | -1.135 | -1.121 | -0.903 | -1.533 |
| Rku | 3.199 | 2.455 | 3.195 | 4.012 | 3.712 | 3.182 | 5.327 | |
| 섹터8 | Rsk | -0.876 | -0.673 | -0.888 | -1.148 | -1.107 | -0.887 | -1.581 |
| Rku | 2.962 | 2.537 | -1.148 | 4.105 | 3.697 | 2.924 | 5.450 | |
| 섹터9 | Rsk | -1.213 | -1.262 | 4.046 | -1.487 | -1.513 | -1.273 | -2.194 |
| Rku | 4.048 | 4.176 | -1.487 | 4.876 | 4.652 | 3.784 | 6.806 | |
| Rsk 평균값 | Rku 평균값 | Rsk 표준 편차* |
Rku 표준 편차* |
Rsk 최대값 | Rsk 최소값 | Rsk 최대값-최소값 | Rku 최대값 | Rku 최소값 | Rku 최대값-최소값 | |
| 실시예1 | -0.628 | 2.814 | 0.322 | 0.57 | -0.205 | -1.213 | 1.008 | 4.048 | 2.138 | 1.91 |
| 실시예2 | -0.532 | 2.918 | 0.431 | 0.84 | 0.278 | -1.262 | 1.54 | 4.176 | 2.241 | 1.935 |
| 실시예3 | -0.627 | 2.813 | 0.324 | 0.57 | -0.2 | -1.211 | 1.011 | 4.046 | 2.141 | 1.905 |
| 비교예1 | -0.585 | 3.274 | 0.62 | 0.99 | 0.274 | -1.487 | 1.761 | 4.876 | 2.26 | 2.616 |
| 비교예2 | -0.773 | 3.197 | 0.39 | 0.732 | -0.405 | -1.513 | 1.108 | 4.652 | 2.355 | 2.297 |
| 비교예3 | -0.645 | 2.739 | 0.327 | 0.499 | -0.316 | -1.273 | 0.957 | 3.784 | 2.145 | 1.639 |
| 비교예4 | -0.851 | 4.445 | 0.999 | 1.263 | 0.716 | -2.194 | 2.91 | 6.806 | 3.207 | 3.599 |
* Rsk 값 및 Rku 값의 표준편차는 엑셀의 STDEV.S 함수를 적용함.
| 차광막 중심 대비 가장자리 부분 두께 차이 | 의사결함 검출(개수) | |
| 실시예1 | 1Å 이상 5Å 미만 | 1~10 |
| 실시예2 | 1Å 이상 5Å 미만 | 1~10 |
| 실시예3 | 1Å 이상 5Å 미만 | 1~10 |
| 비교예1 | 1Å 이상 5Å 미만 | 60~100 |
| 비교예2 | 5Å 이상 10Å 미만 | 100~150 |
| 비교예3 | 10Å 이상 20Å 미만 | 100~200 |
| 비교예4 | 10Å 이상 20Å 미만 | 100~200 |
상기 표 3에서, 실시예 1 내지 3은 Rsk 값의 평균값이 -0.64 내지 0에 포함되는 값을 나타내는 반면, 비교예 2 내지 4는 -0.645 이하의 값을 나타냈다.
Rku 값의 평균값에 있어서, 실시예 1 내지 3은 3 이하의 값을 나타내는 반면, 비교예 1, 2 및 4는 3 초과의 값을 나타냈다.
Rsk 값의 표준편차에 있어서, 실시예 1 내지 3은 0.6 이하의 값을 나타내는 반면, 비교예 1 및 4는 0.6 초과의 값을 나타냈다.
Rku 값의 표준편차에 있어서, 실시예 1 내지 3은 0.9 이하의 값을 나타내는 반면, 비교예 1 및 4는 0.9 초과의 값을 나타냈다.
실시예 1 내지 3에서, Rku 값의 최대값이 4.6 이하를 나타냈고, Rku 값의 최대값과 최소값의 차이값이 2.2 이하로 나타난 반면, 비교예 1, 2 및 4에서, Rku 값의 최대값은 4.6 초과, Rku 값의 최대값과 최소값의 차이값은 2.2 초과의 값을 나타냈다.
Rsk 값의 최대값과 최소값의 차이값에 있어서, 실시예 1 내지 3은 1.7 이하의 값으로 나타난 반면, 비교예 1 및 4는 1.7 이상의 값을 나타냈다.
차광막의 두께 분포에 있어서, 실시예 1 내지 3은 그 차이값이 5Å 미만으로 측정된 반면, 비교예 1 내지 4는 5Å 이상으로 측정되었다.
의사결함 검출 수에 있어서, 실시예 1 내지 3은 10개 이하로 검출된 반면, 비교예 1 내지 4는 60개 이상으로 측정되었다.
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
50: 스퍼터링 타겟
200: 포토마스크
Le1: 제1가장자리 Le2: 제2가장자리 c: 중심점
Lb: 차광막과 광투과성 기판 사이에 형성된 계면
H1: 제1가장자리에서 측정한 차광막 두께
H2: 제2가장자리에서 측정한 차광막 두께
Hc: 차광막의 중심점에서 측정한 차광막 두께
L1: 제1변 L2: 제2변 L3: 제3변 L4: 제4변
A: 스퍼터링 타겟의 회전축
a1: 제1구역 a2: 제2구역 a3: 제3구역
Dn: 북측 방향 De: 동측 방향 Dw: 서측 방향 Ds: 남측 방향
10: 광투과성 기판
20: 차광막
21: 제1차광층
22: 제2차광층
25: 차광 패턴막
30: 위상반전막
50: 스퍼터링 타겟
200: 포토마스크
Le1: 제1가장자리 Le2: 제2가장자리 c: 중심점
Lb: 차광막과 광투과성 기판 사이에 형성된 계면
H1: 제1가장자리에서 측정한 차광막 두께
H2: 제2가장자리에서 측정한 차광막 두께
Hc: 차광막의 중심점에서 측정한 차광막 두께
L1: 제1변 L2: 제2변 L3: 제3변 L4: 제4변
A: 스퍼터링 타겟의 회전축
a1: 제1구역 a2: 제2구역 a3: 제3구역
Dn: 북측 방향 De: 동측 방향 Dw: 서측 방향 Ds: 남측 방향
Claims (11)
- 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 위치하는 차광막을 포함하고,
상기 차광막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 천이금속은 Cr 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 차광막 표면은 상기 차광막 표면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터들을 포함하고,
상기 차광막 표면은 상기 9개의 섹터들에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 평균값이 -0.635 이상 -0.1 이하이고,
상기 차광막 표면은 상기 9개의 섹터들에서 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 평균값이 2.75 이상 3 이하이고,
상기 차광막을 단면에서 관찰할 때, 상기 차광막 단면은 일 말단인 제1가장자리 및 타 말단인 제2가장자리를 포함하고,
상기 차광막을 단면에서 관찰할 때, 상기 차광막 단면의 중앙부에서 측정한 상기 차광막 두께는 Hc, 상기 제1가장자리에서 측정한 상기 차광막 두께는 H1, 상기 제2가장자리에서 측정한 상기 차광막 두께는 H2이고,
상기 차광막은 |Hc-H1| 값과 |Hc-H2| 값 중 더 큰 값은 1Å 이상 5Å 미만인, 블랭크 마스크;
상기 |Hc-H1| 값은 Hc 값에서 H1 값을 뺀 값의 절대값이고,
상기 |Hc-H2| 값은 Hc 값에서 H2 값을 뺀 값의 절대값이다.
- 제1항에 있어서,
상기 Rsk 값들의 표준편차 값이 0.6 이하인, 블랭크 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 Rku 값들의 표준편차 값이 0.9 이하인, 블랭크 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 Rku 값들의 최대값과 최소값의 차이값이 2.2 이하인, 블랭크 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 Rku 값들의 최대값이 4.6 이하인, 블랭크 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 Rsk 값들의 최대값과 최소값의 차이값이 1.7 이하인, 블랭크 마스크.
- 삭제
- 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.
- 삭제
- 포토마스크로서,
광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 위치하는 차광 패턴막을 포함하고,
상기 차광 패턴막은 천이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 천이금속은 Cr 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 포토마스크 상면은 상기 포토마스크 상면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터들을 포함하고,
상기 포토마스크 상면은 상기 9개의 섹터들에 위치한 상기 차광 패턴막 상면에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 평균값이 -0.635 이상 -0.1 이하이고,
상기 포토마스크 상면은 상기 9개의 섹터들에 위치한 상기 차광 패턴막 상면에서 각각 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 평균값이 2.75 이상 3 이하이고,
상기 차광 패턴막을 단면에서 관찰할 때, 상기 차광 패턴막 단면은 일 말단인 제1가장자리 및 타 말단인 제2가장자리를 포함하고,
상기 차광 패턴막을 단면에서 관찰할 때, 상기 차광 패턴막 단면의 중앙부에서 측정한 상기 차광 패턴막 두께는 Hc, 상기 제1가장자리에서 측정한 상기 차광 패턴막 두께는 H1, 상기 제2가장자리에서 측정한 상기 차광 패턴막 두께는 H2이고,
상기 차광 패턴막은 |Hc-H1| 값과 |Hc-H2| 값 중 더 큰 값은 1Å 이상 5Å 미만인, 포토마스크;
상기 |Hc-H1| 값은 Hc 값에서 H1 값을 뺀 값의 절대값이고,
상기 |Hc-H2| 값은 Hc 값에서 H2 값을 뺀 값의 절대값이다.
- 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,
상기 천이금속은 Cr 및 Ti 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 포토마스크 상면은 상기 포토마스크 상면을 가로 3등분, 세로 3등분하여 형성되는 9개의 섹터들을 포함하고,
상기 포토마스크 상면은 상기 9개의 섹터들에 위치한 상기 차광 패턴막 상면에서 각각 측정한 Rsk 값들을 갖고, 상기 Rsk 값들의 평균값이 -0.635 이상 -0.1 이하이고,
상기 포토마스크 상면은 상기 9개의 섹터들에 위치한 상기 차광 패턴막 상면에서 각각 측정한 Rku 값들을 갖고, 상기 Rku 값들의 평균값이 2.75 이상 3 이하이고,
상기 차광 패턴막을 단면에서 관찰할 때, 상기 차광 패턴막 단면은 일 말단인 제1가장자리 및 타 말단인 제2가장자리를 포함하고,
상기 차광 패턴막을 단면에서 관찰할 때, 상기 차광 패턴막 단면의 중앙부에서 측정한 상기 차광 패턴막 두께는 Hc, 상기 제1가장자리에서 측정한 상기 차광 패턴막 두께는 H1, 상기 제2가장자리에서 측정한 상기 차광 패턴막 두께는 H2이고,
상기 차광 패턴막은 |Hc-H1| 값과 |Hc-H2| 값 중 더 큰 값은 1Å 이상 5Å 미만인, 반도체 소자 제조방법;
상기 |Hc-H1| 값은 Hc 값에서 H1 값을 뺀 값의 절대값이고,
상기 |Hc-H2| 값은 Hc 값에서 H2 값을 뺀 값의 절대값이다.
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|---|---|---|---|
| KR1020210091497A KR102465982B1 (ko) | 2021-07-13 | 2021-07-13 | 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 |
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