KR102475672B1 - 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 - Google Patents

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Abstract

본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 다층 차광막을 포함한다. 상기 다층 차광막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 상기 다층 차광막은 제1차광막 및 상기 제1차광막 상에 배치되는 제2차광막을 포함한다. 상기 다층 차광막의 아래 식 1의 EA 값이 2nm2 이하이다.
[식 1]
Figure 112021126614513-pat00010

상기 식 1에서, 상기 BC 값은 세정 실시 전 측정한 상기 다층 차광막의 단면의 넓이이다. 상기 AC 값은 상기 블랭크 마스크를 SC-1 용액에 800초간 침지하고 오존수로 린스한 후 측정한 상기 다층 차광막의 단면의 넓이이다. 상기 SC-1 용액은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 포함하는 용액이다. 상기 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액이다.
이러한 경우, 강화 세정 시 세정 용액에 대한 다층 차광막의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Description

블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 {BLANK MASK AND PHOTOMASK USING THE SAME}
구현예는 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 등에 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 10-2007-0060529 호 일본 등록특허 제5562835 호
구현예의 목적은 장시간의 세정공정에서 강한 내구성을 갖는 다층 차광막이 적용된 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공하는 것이다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 다층 차광막을 포함한다.
상기 다층 차광막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 다층 차광막은 제1차광막 및 상기 제1차광막 상에 배치되는 제2차광막을 포함한다.
상기 다층 차광막의 아래 식 1의 EA 값이 2nm2 이하이다.
[식 1]
Figure 112021126614513-pat00001
상기 식 1에서, 상기 BC 값은 세정 실시 전 측정한 상기 다층 차광막의 단면의 넓이이다.
상기 AC 값은 상기 블랭크 마스크를 SC-1 용액에 800초간 침지하고 오존수로 린스한 후 측정한 상기 다층 차광막의 단면의 넓이이다.
상기 SC-1 용액은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 포함하는 용액이다.
상기 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액이다.
상기 제1차광막은 하부 차광층 및 상기 하부 차광층 상에 배치되는 부착 강화층을 포함할 수 있다.
상기 부착 강화층은 산소를 20 내지 60at%를 포함할 수 있다.
상기 부착 강화층의 두께는 3Å 이상 15Å 이하일 수 있다.
상기 하부 차광층의 전이금속 함량 값에서 상기 부착 강화층의 전이금속 함량 값을 뺀 값의 절대값은 10at% 이하일 수 있다.
상기 제2차광막의 전이금속 함량에서 상기 부착 강화층의 전이금속 함량을 뺀 값의 절대값은 35at% 이하일 수 있다.
상기 하부 차광층의 산소 함량 값에서 상기 부착 강화층의 산소 함량 값을 뺀 값의 절대값은 10at% 이하일 수 있다.
상기 하부 차광층의 질소 함량 값에서 상기 부착 강화층의 질소 함량 값을 뺀 값의 절대값은 10at% 이하일 수 있다.
상기 제2차광막의 산소 함량에서 상기 부착 강화층의 산소 함량을 뺀 값의 절대값은 35at% 이하일 수 있다.
상기 제2차광막의 질소 함량에서 상기 부착 강화층의 질소 함량을 뺀 값의 절대값은 25at% 이하일 수 있다.
상기 부착 강화층 성막 직후 상기 부착 강화층 상면의 Rsk 값은 -3 이상 -1.1 이하일 수 있다.
상기 부착 강화층 성막 직후 상기 부착 강화층 상면의 Rku 값은 5.5 이상일 수 있다.
상기 부착 강화층 성막 직후 상기 부착 강화층 상면의 Ra 값은 0.4nm 이상 3nm 이하일 수 있다.
상기 제2차광막의 전이금속 함량에서 상기 하부 차광층의 전이금속 함량을 뺀 값의 절대값은 10at% 이상 35at% 이하일 수 있다.
상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 다른 포토마스크는 광투과성 기판을 포함한다.
상기 광투과성 기판은 차광 영역을 포함한다.
상기 포토마스크는 상기 차광 영역 상에 배치되는 다층 차광 패턴막을 포함한다.
상기 다층 차광 패턴막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 다층 차광 패턴막은 제1차광막 및 상기 제1차광막 상에 배치되는 제2차광막을 포함한다.
상기 제1차광막은 하부 차광층 및 상기 하부 차광층 상에 배치되는 부착 강화층을 포함한다.
상기 부착 강화층은 산소를 20 내지 60at%를 포함한다.
상기 다층 차광 패턴막의 아래 식 2의 pEA 값이 2nm2 이하이다.
[식 2]
Figure 112021126614513-pat00002
상기 식 2에서, 상기 pBC 값은 세정 실시 전 상기 다층 차광 패턴막의 단면의 넓이이다.
상기 pAC 값은 상기 포토마스크를 SC-1 용액에 800초간 침지하고 오존수로 린스한 후 측정한 상기 다층 차광 패턴막의 단면의 넓이이다.
상기 N 값은 상기 포토마스크 단면에서 관찰되는 차광 영역의 개수이다.
상기 SC-1 용액은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 포함하는 용액이다.
상기 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액이다.
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 기판을 포함한다.
상기 광투과성 기판은 차광 영역을 포함한다.
상기 포토마스크는 상기 차광 영역 상에 배치되는 다층 차광 패턴막을 포함한다.
상기 다층 차광 패턴막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 다층 차광 패턴막은, 제1차광막 및 상기 제1차광막 상에 배치되는 제2차광막을 포함한다.
상기 제1차광막은 하부 차광층 및 상기 하부 차광층 상에 배치되는 부착 강화층을 포함한다.
상기 부착 강화층은 산소를 20 내지 60at%를 포함한다.
상기 다층 차광 패턴막의 아래 식 2의 pEA 값이 2nm2 이하이다.
[식 2]
Figure 112021126614513-pat00003
상기 식 2에서, 상기 pBC 값은 세정 실시 전 측정한 상기 다층 차광 패턴막의 단면의 넓이이다.
상기 pAC 값은 상기 포토마스크를 SC-1 용액에 800초간 침지하고 오존수로 린스한 후 측정한 상기 다층 차광 패턴막의 단면의 넓이이다.
상기 N 값은 상기 포토마스크 단면에서 관찰되는 차광 영역의 개수이다.
상기 SC-1 용액은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 포함하는 용액이다.
상기 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액이다.
구현예에 따른 블랭크 마스크 등은 장시간의 세정공정에서 강한 내구성을 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.
Rq, Ra 및 Rz 값은 ISO_4287에 준거하여 평가되는 값이다.
Rpv 값은 측정 대상 표면에서 최대 피크 높이 값과 최대 밸리 깊이 값을 합한 값이다.
본 명세서에서 실온은 20℃ 이상 25℃ 이하를 의미한다.
반도체 고집적화에 따라 반도체 웨이퍼 상에 더욱 미세화된 회로 패턴을 형성하는 것이 요구된다. 반도체 웨이퍼 상에 현상되는 패턴의 선폭이 더욱 감소하면서, 상기 패턴의 선폭을 더욱 미세하고 정교하게 제어될 필요가 있다.
차광막 또는 상기 차광막을 패터닝하여 형성한 차광 패턴막에 세정 공정을 실시할 수 있다. 세정공정으로는, 차광막 표면에 흡착된 유기물, 기타 이물질을 제거하기 위한 목적으로 실시되는 일반세정법과, 포토마스크 내 차광 패턴막의 선폭을 미세하게 조절하기 위해 실시되는 강화세정법 등이 있다. 강화세정법은 일반세정법에 비해 상대적으로 산화력이 높은 세정 용액을 이용하거나 긴 시간동안 실시되는 경우가 많다.
한편, 에칭 특성, 광학 특성 등을 고려하여 차광막은 2층 이상의 다층 구조로 형성될 수 있다. 다층 구조의 차광막은, 강화세정법에 따라 세정을 실시할 경우 세정 용액과 접촉하는 차광막 측면, 특히 상기 측면 내 층간 계면 부근에서 손상이 발생할 수 있다. 이에 구현예의 발명자들은 강화세정 실시 전 후 차광막 단면의 넓이 차이가 감소된 다층 구조의 차광막을 적용함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있음을 확인하고 구현예를 완성하였다.
이하, 구현예에 대해 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 배치되는 다층 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.
또한 광투과성 기판(10)은 평탄도 및 조도 등의 표면 특성을 조절하여 광학 왜곡 발생을 억제할 수 있다.
다층 차광막(20)은 광투과성 기판(10)의 상면(top side) 상에 위치할 수 있다.
다층 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 다층 차광막(20) 사이에 위상반전막(30) (도 3 참고)등이 위치할 경우, 다층 차광막(20)은 상기 위상반전막(30) 등을 패턴 형상대로 식각하는 공정에서 에칭 마스크로 사용될 수 있다.
다층 차광막(20)은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
다층 차광막(20)은 제1차광막(21) 및 상기 제1차광막(21) 상에 배치되는 제2차광막(22)을 포함할 수 있다.
제1차광막(21)과 제2차광막(22)은 서로 상이한 전이금속 함량을 갖는다.
세정용액에 대한 차광막의 내구성
다층 차광막(20)의 아래 식 1의 EA 값이 2nm2 이하이다.
[식 1]
Figure 112021126614513-pat00004
상기 식 1에서, 상기 BC 값은 세정 실시 전 측정한 상기 다층 차광막(20)의 단면의 넓이이다.
상기 AC 값은 상기 블랭크 마스크(100)를 SC-1 용액에 800초간 침지하고 오존수로 린스한 후 측정한 상기 다층 차광막(20)의 단면의 넓이이다.
상기 SC-1 용액은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 포함하는 용액이다.
상기 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액이다.
다층 구조를 갖는 차광막의 경우, 차광막 내 포함된 각 층은 인접한 층과 상당한 크기의 물성 차이가 있을 수 있다. 이로 인해, 층간 계면에서 충분한 세기의 결합에너지가 형성되지 아니할 수 있다.
강화 세정을 실시하는 과정에서, 세정 용액과 접촉하는 차광막 표면 중 상대적으로 기계적 물성이 취약한 영역에서 차광막을 구성하는 일부가 탈락하는 등의 손상이 발생할 수 있다. 특히, 다층 구조의 차광막에 강화 세정을 실시하는 경우, 차광막 측면 중 층간 계면 부근에서 손상이 발생할 가능성이 상대적으로 높을 수 있다.
구현예는 강화 세정 전 후 측정한 다층 차광막 단면의 넓이 차이, 즉 EA 값을 감소시킨 다층 차광막을 적용하여, 강화 세정을 실시하는 경우에도 차광막이 안정적인 내구성을 갖도록 할 수 있다.
다층 차광막(20)의 EA 값을 측정하는 방법은 아래와 같다.
블랭크 마스크(100)를 가로 15mm, 세로 15mm의 크기로 가공하고, 가공된 블랭크 마스크 표면을 FIB(Focused Ion Beam) 처리한다. 이후, 상기 가공된 블랭크 마스크의 단면 이미지를 TEM(Transmission Electron Microscopy) 측정장비를 통해 측정한다. TEM 측정장비는 예시적으로 JEOL LTD 사의 JEM-2100F HR 모델을 적용할 수 있다. 블랭크 마스크의 단면 이미지로부터 BC 값을 산출한다.
가공된 블랭크 마스크를 SC-1 용액에 800초간 침지하여 강화 세정을 실시한다. SC-1 용액의 함량은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 적용한다. 이후, 가공된 블랭크 마스크를 꺼내어 오존수를 이용하여 가공된 블랭크 마스크 표면에 잔류하는 SC-1 용액을 제거한다. 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액을 적용한다. SC-1 용액에 의한 침지 및 오존수에 의한 린스는 실온에서 실시한다.
이후, BC 값을 측정하는 방법과 동일한 방법으로 AC 값을 측정한다. 그리고, 상기 측정한 BC 값 및 AC 값으로부터 블랭크 마스크(100)의 EA 값을 산출한다.
다층 차광막(20)의 상기 EA 값은 2nm2 이하일 수 있다. 상기 EA 값은 1.5nm2 이하일 수 있다. 상기 EA 값은 1.4nm2 이하일 수 있다. 상기 EA 값은 1nm2 이하일 수 있다. 상기 EA 값은 0.1nm2 이상일 수 있다. 상기 EA 값은 0.3nm2 이상일 수 있다. 이러한 경우, 강화 세정에 따른 차광막의 손상을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
부착 강화층의 조도 특성 및 두께
도 2는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 2를 참고하여 구현예의 블랭크 마스크를 설명한다.
제1차광막(21)은 하부 차광층(211) 및 상기 하부 차광층(211) 상에 배치되는 부착 강화층(212)을 포함할 수 있다.
부착 강화층(212) 상에 제2차광막(22)이 배치될 수 있다.
구현예는 제1차광막(21)에 부착 강화층(212)을 적용함으로써, 제1차광막(21)과 제1차광막(21) 상에 접하여 형성된 다른 박막, 특히 제2차광막(22) 사이의 부착력을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 부착 강화층(212)을 비롯한 다층 차광막(20) 내 각 박막 별 조성 차이 등을 제어하여 박막 사이의 화학적 부착력을 향상시킬 수 있다. 이와 함께, 제1차광막(21)에 조도 특성이 제어된 부착 강화층(212)을 적용함으로써, 부착 강화층(212)과 부착 강화층(212) 상에 적층된 다른 박막간 접하는 면적을 높여 물리적 부착력을 향상시킬 수 있다.
부착 강화층(212)의 두께는 3Å 이상 15Å 이하일 수 있다.
부착 강화층(212)을 성막하는 과정에서, 성막 대상 표면에 스퍼터링 입자를 산발적으로 증착하여 부착 강화층(212) 표면이 조면(粗面, rough surface)을 형성하도록 할 수 있다. 다만, 스퍼터링을 일정 시간 이상으로 지속하게 되면, 산발적으로 증착된 스퍼터링 입자 사이에 다른 스퍼터링 입자가 증착하게 되고, 부착 강화층(212) 표면의 거칠기는 구현예에서 목적하는 거칠기보다 낮아질 수 있다. 구현예는 부착 강화층(212)의 두께를 제어하여 부착 강화층(212) 표면이 다층 차광막(20) 내 층간 부착력을 향상시키는데 적합한 조도 특성을 갖도록 할 수 있다.
부착 강화층(212)의 두께는 TEM 이미지 측정을 통해 측정할 수 있다. TEM 이미지 측정 방법은 앞에서 설명한 EA 값 측정에 적용된 방법과 동일한 방법으로 측정할 수 있다.
부착 강화층(212)의 두께는 3Å 이상 15Å 이하일 수 있다. 상기 두께는 5Å 이상일 수 있다. 상기 두께는 15Å 이하일 수 있다. 상기 두께는 10Å 이하일 수 있다. 이러한 경우, 부착 강화층(212)의 상면에 접한 박막과 부착 강화층(212)간 기계적 부착력을 향상시키는 것을 도울 수 있다.
부착 강화층(212) 성막 직후 부착 강화층(212) 상면의 Rsk 값은 -3 이상 -1.1 이하일 수 있다.
스퍼터링된 표면에서, 밸리가 분포하는 비율이 과도하게 높을 경우, 피크는 상대적으로 외부 충격에 의해 부서지기 쉬운 형상을 갖는 경향이 있을 수 있다. 이러한 문제를 고려하여 구현예는 부착 강화층(212) 성막 직후 부착 강화층(212) 상면의 피크와 밸리의 비대칭성을 제어할 수 있다. 이를 통해, 부착 강화층(212)의 표면적을 높임과 동시에, 부착 강화층(212) 표면에 다른 박막을 스퍼터링 하는 과정에서 피크가 손상되어 발생하는 파티클의 양을 감소시킬 수 있다.
부착 강화층(212) 상면의 Rsk 값을 측정하는 방법은 아래와 같다.
Rsk 값은 부착 강화층(212) 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 2차원 조도측정기로 적용하여 Rsk 값을 측정할 수 있다.
부착 강화층(212) 성막 직후 부착 강화층(212) 상면의 Rsk 값은 -3 이상 -1.1 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -2.5 이상일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -2 이상일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -1.2 이하일 수 있다. 상기 Rsk 값은 -1.5 이하일 수 있다. 이러한 경우, 부착 강화층(212)의 표면적으로 높이면서도, 부착 강화층(212) 상면에서 스퍼터링을 실시하는 과정에서 발생하는 파티클 양을 감소시킬 수 있다.
부착 강화층(212) 성막 직후 상기 부착 강화층(212) 상면의 Rku 값은 5.5 이상일 수 있다.
구현예는 부착 강화층(212) 상면의 첨도 특성을 제어할 수 있다. 이를 통해, 부착 강화층(212) 상면에 접하여 성막되는 다른 박막의 하면이 부착 강화층(212) 상면 표면에 더욱 강력하게 고착되도록 할 수 있다.
부착 강화층(212) 상면의 Rku 값을 측정하는 방법은 앞에서 설명한 Rsk 값을 측정하는 방법과 동일하다.
부착 강화층(212) 성막 직후 부착 강화층(212) 상면의 Rku 값은 5.5 이상일 수 있다. 상기 Rku 값은 7 이상일 수 있다. 상기 Rsk 값은 10 이상일 수 있다. 상기 Rku 값은 20 이하일 수 있다. 상기 Rku 값은 18 이하일 수 있다. 상기 Rku 값은 15 이하일 수 있다. 상기 Rku 값은 13 이하일 수 있다. 이러한 경우, 부착 강화층(212)과 상기 부착 강화층(212) 상면에 접하는 박막간 부착력을 더욱 향상시키는 것을 도울 수 있다.
구현예는 부착 강화층(212) 상면의 표면 거칠기를 제어하여 강화 세정에서의 다층 차광막(20)의 내구성을 더욱 향상시키면서, 부착 강화층(212)의 면내 방향으로의 광학 특성 변동을 효과적으로 억제할 수 있다.
표면 거칠기를 나타내는 파라미터인 Ra 값, Rq 값, Rz 값 및 Rpv은 앞에서 설명한 Rsk 값을 측정하는 방법과 동일한 방법으로 측정할 수 있다.
부착 강화층(212) 성막 직후 상기 부착 강화층(212) 상면의 Rq 값은 0.5nm 이상 3nm 이하일 수 있다. 상기 Rq 값은 0.7nm 이상일 수 있다. 상기 Rq 값은 2nm 이하일 수 있다. 상기 Rq 값은 1.5nm 이하일 수 있다. 상기 Rq 값은 1.1nm 이하일 수 있다.
부착 강화층(212) 성막 직후 상기 부착 강화층(212) 상면의 Ra 값은 0.4nm 이상일 수 있다. 상기 Ra 값은 0.5nm 이상일 수 있다. 상기 Ra 값은 3nm 이하일 수 있다. 상기 Ra 값은 2nm 이하일 수 있다. 상기 Ra 값은 1nm 이하일 수 있다. 상기 Ra 값은 0.9nm 이하일 수 있다.
부착 강화층(212) 성막 직후 상기 부착 강화층(212) 상면의 Rz 값은 6.5nm 이상일 수 있다. 상기 Rz 값은 7nm 이상일 수 있다. 상기 Rz 값은 8nm 이상일 수 있다. 상기 Rz 값은 20nm 이하일 수 있다. 상기 Rz 값은 10nm 이하일 수 있다.
부착 강화층(212) 성막 직후 상기 부착 강화층(212) 상면의 Rpv 값은 6nm 이상일 수 있다. 상기 Rpv 값은 7nm 이상일 수 있다. 상기 Rpv 값은 7.2nm 이상일 수 있다. 상기 Rpv 값은 8nm 이상일 수 있다. 상기 Rpv 값은 10nm 이하일 수 있다. 상기 Rpv 값은 9nm 이하일 수 있다. 상기 Rpv 값은 8.8nm 이하일 수 있다.
이러한 경우, 강화 세정 과정에서 세정 용액에 의한 다층 차광막(20) 측면의 손상을 효과적으로 억제할 수 있고, 다층 차광막(20)의 면내 방향으로의 광학 특성 변동을 효과적으로 억제할 수 있다.
부착 강화층의 조성
부착 강화층(212)과 하부 차광층(211) 사이의 조성 차이 및 부착 강화층(212)과 제2차광막(22)간 조성 차이를 제어하여 세정 용액에 대한 다층 차광막(20)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 부착 강화층(212)과 하부 차광층(211) 사이의 조성, 특히 전이금속 함량의 차이를 제어하여 부착 강화층(212)과 하부 차광층(211) 사이의 표면 에너지 등의 물성 차이를 조절할 수 있다. 이를 통해, 부착 강화층(212) 표면의 원자들과 하부 차광층(211) 표면의 원자들간 용이하게 결합이 형성되도록 하여 부착 강화층(212)과 하부 차광층(211) 사이에 더욱 향상된 부착력이 형성되도록 할 수 있다. 마찬가지로, 부착 강화층(212)과 제2차광막(22) 사이의 전이금속 ?t량 차이를 제어하여 부착 강화층(212)과 제2차광막(22) 사이에 일정 수준 이상의 부착력이 형성되도록 할 수 있다. 결과적으로 부착 강화층(212)을 적용하지 아니한 다층 차광막 대비 세정용액에 대해 더욱 우수한 내구성을 갖는 다층 차광막을 성막할 수 있다.
하부 차광층(211), 부착 강화층(212) 및 제2차광막(22)의 원소별 함량은 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)를 이용한 뎁스 프로파일(depth profile)을 측정하여 확인할 수 있다. 구체적으로, 블랭크 마스를 가로 15mm, 세로 15mm의 크기로 가공하여 시편을 준비한다. 이후, 상기 시편을 XPS 측정장비 내 배치하고, 상기 샘플 중심부에 위치하는 가로 4mm, 세로 2mm의 영역을 식각하여 각 박막별 전이금속 함량을 측정한다.
예시적으로, 각 박막의 원소별 함량은 Thermo Scientific사의 K-alpha 모델을 통해 측정할 수 있다.
하부 차광층(211)의 전이금속 함량 값에서 부착 강화층(212)의 전이금속 함량 값을 뺀 값의 절대값은 10at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 8at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 5at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 0at% 이상일 수 있다.
하부 차광층(211)의 산소 함량 값에서 부착 강화층(212)의 산소 함량 값을 뺀 값의 절대값은 10at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 8at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 5at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 0at% 이상일 수 있다.
하부 차광층(211)의 질소 함량 값에서 부착 강화층(212)의 질소 함량 값을 뺀 값의 절대값은 10at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 8at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 5at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 0at% 이상일 수 있다.
이러한 경우, 하부 차광층(211)과 부착 강화층(212)이 접한 계면에서 강력한 부착력이 형성될 수 있다.
제2차광막(22)의 전이금속 함량에서 부착 강화층(212)의 전이금속 함량을 뺀 값의 절대값은 35at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 30at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 25at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 10at% 이상일 수 있다. 상기 절대값은 15at% 이상일 수 있다. 상기 절대값은 20at% 이상일 수 있다.
제2차광막(22)의 산소 함량에서 부착 강화층(212)의 산소 함량을 뺀 값의 절대값은 35at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 30at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 10at% 이상일 수 있다. 상기 절대값은 15at% 이상일 수 있다. 상기 절대값은 20at% 이상일 수 있다.
제2차광막(22)의 질소 함량에서 부착 강화층(212)의 질소 함량을 뺀 값의 절대값은 25at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 20at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 15at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 5at% 이상일 수 있다.
이러한 경우, 다층 차광막은 일정 수준 이상의 전이금속 함량 차이를 갖는 2이상의 차광막(또는 차광층)을 포함하더라도 장시간의 세정 공정에서 안정적인 내구성을 나타낼 수 있다.
부착 강화층(212)은 전이금속과, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 전이금속을 30 at% 이상 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 전이금속을 35 at% 이상 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 전이금속을 38 at% 이상 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 전이금속을 60 at% 이하 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 전이금속을 55 at% 이하 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 전이금속을 45 at% 이하 포함할 수 있다.
부착 강화층(212)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 25 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 40 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 45 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 80 at% 이하일 수 있다. 상기 값은 60 at% 이하일 수 있다. 상기 값은 55 at% 이하일 수 있다.
부착 강화층(212)은 산소를 20 at% 이상 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 산소를 30 at% 이상 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 산소를 35 at% 이상 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 산소를 60 at% 이하 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 산소를 50 at% 이하 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 산소를 45 at% 이하 포함할 수 있다.
부착 강화층(212)은 질소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 질소를 7 at% 이상 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 질소를 20 at% 이하 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 질소를 15 at% 이하 포함할 수 있다.
부착 강화층(212)은 탄소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 탄소를 7 at% 이상 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 탄소를 20 at% 이하 포함할 수 있다. 부착 강화층(212)은 탄소를 15 at% 이하 포함할 수 있다.
이러한 경우, 부착 강화층과 상기 부착 강화층의 인접층(특히, 하부 차광층 또는 제2차광막)간 표면에너지 차이를 감소시킬 수 있다.
다층 차광막의 조성 및 두께
다층 차광막(20)은 드라이 에칭 방법을 통해 패터닝될 수 있다. 드라이 에칭 과정에서, 다층 차광막(20)의 상부는 하부에 비해 에칭 가스에 상대적으로 긴 시간동안 노출될 수 있다. 이로 인해, 다층 차광 패턴막이 미리 설계된 형상을 갖는데 어려움이 발생할 수 있다.
구현예는 다층 차광막(20)에 요구되는 광학 특성, 패터닝을 통해 형성된 다층 차광 패턴막의 형상 등을 고려하여, 다층 차광막(20) 내 포함된 박막의 조성, 두께, 스퍼터링 시 공정 조건 등을 제어할 수 있다.
제1차광막(21)은 전이금속과, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 전이금속을 30 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 전이금속을 35 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 전이금속을 38 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 전이금속을 60 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 전이금속을 55 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 전이금속을 45 at% 이하 포함할 수 있다.
제1차광막(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 25 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 40 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 45 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 80 at% 이하일 수 있다. 상기 값은 60 at% 이하일 수 있다. 상기 값은 55 at% 이하일 수 있다.
제1차광막(21)은 산소를 20 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 산소를 30 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 산소를 35 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 산소를 60 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 산소를 50 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 산소를 45 at% 이하 포함할 수 있다.
제1차광막(21)은 질소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 질소를 7 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 질소를 20 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 질소를 15 at% 이하 포함할 수 있다.
제1차광막(21)은 탄소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 탄소를 7 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 탄소를 20 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광막(21)은 탄소를 15 at% 이하 포함할 수 있다.
하부 차광층(211)은 전이금속과, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 전이금속을 30 at% 이상 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 전이금속을 35 at% 이상 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 전이금속을 38 at% 이상 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 전이금속을 60 at% 이하 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 전이금속을 55 at% 이하 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 전이금속을 45 at% 이하 포함할 수 있다.
하부 차광층(211)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 25 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 40 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 45 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 80 at% 이하일 수 있다. 상기 값은 60 at% 이하일 수 있다. 상기 값은 55 at% 이하일 수 있다.
하부 차광층(211)은 산소를 20 at% 이상 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 산소를 30 at% 이상 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 산소를 35 at% 이상 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 산소를 60 at% 이하 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 산소를 50 at% 이하 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 산소를 45 at% 이하 포함할 수 있다.
하부 차광층(211)은 질소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 질소를 7 at% 이상 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 질소를 20 at% 이하 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 질소를 15 at% 이하 포함할 수 있다.
하부 차광층(211)은 탄소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 탄소를 7 at% 이상 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 탄소를 20 at% 이하 포함할 수 있다. 하부 차광층(211)은 탄소를 15 at% 이하 포함할 수 있다.
이러한 경우, 제1차광막(21)은 다층 차광막이 우수한 소광특성을 갖도록 도울 수 있고, 다층 차광막에 더욱 정교한 드라이 에칭을 실시할 수 있다.
제2차광막(22)은 전이금속과, 산소 또는 질소를 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 전이금속을 50 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 전이금속을 55 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 전이금속을 60 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 전이금속을 80 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 전이금속을 75 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 전이금속을 70 at% 이상 포함할 수 있다.
제2차광막(22)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 10 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 20 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 25 at% 이상일 수 있다. 상기 값은 60 at% 이하일 수 있다. 상기 값은 40 at% 이하일 수 있다. 상기 값은 35 at% 이하일 수 있다.
제2차광막(22)은 산소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 산소를 20 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 산소를 15 at% 이하 포함할 수 있다.
제2차광막(22)은 질소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 질소를 10 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 질소를 15 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 질소를 40 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 질소를 30 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 질소를 25 at% 이하 포함할 수 있다.
제2차광막(22)은 탄소를 1 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 탄소를 10 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 탄소를 7 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광막(22)은 탄소를 5 at% 이하 포함할 수 있다.
이러한 경우, 다층 차광막이 우수한 소광 특성을 가지면서, 결함 검사에 적합한 광학 특성을 갖도록 도울 수 있다. 또한, 다층 차광막을 드라이 에칭하여 형성되는 다층 차광 패턴막이 미리 설계된 형상대로 형성될 수 있도록 도울 수 있다.
제2차광막(22)의 전이금속 함량에서 상기 하부 차광층(211)의 전이금속 함량을 뺀 값의 절대값은 35at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 30at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 25at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 10at% 이상일 수 있다. 상기 절대값은 15at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 20at% 이하일 수 있다.
제2차광막(22)의 산소 함량에서 하부 차광층(211)의 산소 함량을 뺀 값의 절대값은 35at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 30at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 10at% 이상일 수 있다. 상기 절대값은 15at% 이상일 수 있다. 상기 절대값은 20at% 이상일 수 있다.
제2차광막(22)의 질소 함량에서 하부 차광층(211)의 질소 함량을 뺀 값의 절대값은 25at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 20at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 15at% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 5at% 이상일 수 있다.
이러한 조성을 갖는 제2차광막(22)과 하부 차광층(211) 사이에 부착 강화층(212)을 적용할 경우, 부착 강화층에 의한 부착력 향상 효과를 더욱 높일 수 있다.
전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 전이금속은 Cr일 수 있다.
제1차광막(21)의 두께는 250 내지 650Å일 수 있다. 제1차광막(21)의 두께는 350 내지 600Å일 수 있다. 제1차광막(21)의 두께는 400 내지 550Å일 수 있다.
하부 차광층(211)의 두께는 250 내지 650Å일 수 있다. 하부 차광층(211)의 두께는 350 내지 600Å일 수 있다. 하부 차광층(211)의 두께는 400 내지 550Å일 수 있다.
이러한 경우, 제1차광막(21)이 우수한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있다.
제2차광막(22)의 두께는 30 내지 200 Å일 수 있다. 제2차광막(22)의 두께는 30 내지 100 Å일 수 있다. 제2차광막(22)의 두께는 40 내지 80 Å일 수 있다. 이러한 경우, 다층 차광막을 더욱 정교하게 패터닝할 수 있어 포토마스크의 해상도를 더욱 향상시킬 수 있다.
제1차광막(21)의 두께 대비 제2차광막(22)의 두께 비율은 0.05 내지 0.3일 수 있다. 상기 두께 비율은 0.07 내지 0.25일 수 있다. 상기 두께 비율은 0.1 내지 0.2일 수 있다. 이러한 경우, 패터닝을 통해 형성되는 다층 차광 패턴막의 측면 형상을 더욱 정교하게 제어할 수 있다.
제1차광막(21)의 두께 대비 부착강화층의 두께 비율은 0.005 내지 0.05일 수 있다. 상기 두께 비율은 0.01 내지 0.04일 수 있다. 상기 두께 비율은 0.015 내지 0.03일 수 있다. 이러한 경우, 다층 차광막은 세정 용액에 대하여 안정적인 내구성을 가질 수 있다.
다층 차광막의 광학 특성
파장 193nm의 광에 대한 다층 차광막(20)의 광학 밀도가 1.3 이상일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 다층 차광막(20)의 광학 밀도가 1.4 이상일 수 있다.
파장 193nm의 광에 대한 다층 차광막(20)의 투과율이 2% 이하일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 다층 차광막(20)의 투과율이 1.9% 이하일 수 있다.
이러한 경우, 다층 차광막은 노광광의 투과를 효과적으로 차단하는 것을 도울 수 있다.
다층 차광막의 광학 밀도 및 투과율은 분광타원계측기를 이용하여 측정할 수 있다. 예시적으로, 다층 차광막의 광학 밀도 및 투과율은 나노뷰 사의 MG-Pro 모델을 사용하여 측정할 수 있다.
기타 박막
도 3은 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 3을 참조하여 아래의 내용을 설명한다.
광투과성 기판(10)과 다층 차광막(20) 사이에 위상반전막(30)이 배치될 수 있다. 위상반전막(30)은 상기 위상반전막(30)을 투과하는 노광광의 광 세기를 감쇄하고, 노광광의 위상차를 조절하여 전사 패턴 가장자리에 발생하는 회절광을 실절적으로 억제하는 박막이다.
파장 193nm의 광에 대한 위상반전막(30)의 위상차가 170 내지 190°일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 위상반전막(30)의 위상차가 175 내지 185°일 수 있다.
파장 193nm의 광에 대한 위상반전막(30)의 투과율이 3 내지 10%일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 위상반전막(30)의 투과율이 4 내지 8%일 수 있다.
이러한 경우, 패턴막 가장자리에서 발생할 수 있는 회절광을 효과적으로 억제할 수 있다.
파장 193nm의 광에 대한 위상반전막(30)과 다층 차광막(20)을 포함하는 박막의 광학 밀도가 3 이상일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 위상반전막(30)과 다층 차광막(20)을 포함하는 박막의 광학 밀도가 3.2 이상일 수 있다. 이러한 경우, 상기 박막은 노광광의 투과를 효과적으로 억제할 수 있다.
위상반전막(30)의 위상차, 투과율 및 위상반전막(30)과 다층 차광막(20)을 포함하는 박막의 광학 밀도는 분광타원계측기를 이용하여 측정할 수 있다. 예시적으로, 분광타원계측기는 나노뷰 사의 MG-Pro 모델을 사용할 수 있다.
위상반전막(30)은 전이금속 및 규소를 포함할 수 있다. 위상반전막(30)은 전이금속, 규소, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 상기 전이금속은 몰리브덴일 수 있다.
다층 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 아래의 내용을 설명한다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 포토마스크(200)는 광투과성 기판(10)을 포함한다.
광투과성 기판(10)은 차광 영역(51)을 포함한다.
포토마스크는(200) 차광 영역 상에 배치되는 다층 차광 패턴막(25)을 포함한다.
다층 차광 패턴막(25)은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
다층 차광 패턴막(25)은 제1차광막(21) 및 상기 제1차광막(21) 상에 배치되는 제2차광막(22)을 포함한다.
다층 차광 패턴막(25)의 아래 식 2의 pEA 값이 2nm2 이하이다.
[식 2]
Figure 112021126614513-pat00005
상기 식 2에서, 상기 pBC 값은 세정 실시 전 측정한 다층 차광 패턴막(25)의 단면의 넓이이다.
상기 pAC 값은 상기 포토마스크(200)를 SC-1 용액에 800초간 침지하고 오존수로 린스한 후 측정한 상기 다층 차광 패턴막(25)의 단면의 넓이이다.
상기 N 값은 상기 포토마스크 단면에서 관찰되는 차광 영역의 개수이다.
상기 SC-1 용액은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 포함하는 용액이다.
상기 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액이다.
포토마스크(200)에 포함된 광투과성 기판(10)에 대한 설명은 앞에서 설명한 내용과 중복되므로 생략한다.
차광 영역(51)은, 광투과성 기판 표면에서, 다층 차광 패턴막이 배치되는 영역이다.
다층 차광 패턴막의 pEA 값을 측정하는 방법은 앞에서 설명한 다층 차광막의 EA 값을 측정하는 방법과 동일하다. 다만, 측정 대상은 다층 차광막이 아닌 다층 차광 패턴막이며, 식 1에 따른 EA 값이 아닌 식 2에 따른 pEA 값을 산출한다.
다층 차광 패턴막(25)은 앞에서 설명한 다층 차광막(20)을 패터닝하여 형성할 수 있다.
다층 차광 패턴막(25)의 층 구조, 물성, 조성 등에 대한 설명은 앞의 차광막에 대한 설명과 중복되므로 생략한다.
다층 차광막의 제조방법
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 전이금속을 포함하는 스퍼터링 타겟 및 광투과성 기판을 스퍼터링 챔버 내에 배치하는 준비단계; 광투과성 기판 상에 제1차광막을 성막하는 제1차광막 성막단계; 제1차광막 상에 제2차광막을 성막하는 제2차광막 성막단계;를 포함한다.
제1차광막 성막단계는, 광투과성 기판 상에 하부 차광층을 성막하는 하부 차광막 성막과정; 성막된 하부 차광층 상에 부착 강화층을 성막하는 부착 강화층 성막과정;을 포함한다.
준비단계에서, 차광막의 조성을 고려하여 차광막을 성막 시 타겟을 선택할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 전이금속을 함유하는 하나의 타겟을 적용할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 전이금속을 함유하는 일 타겟을 포함하여 2 이상의 타겟을 적용할 수 있다. 전이금속을 함유하는 타겟은 전이금속을 90 at% 이상 포함할 수 있다. 전이금속을 함유하는 타겟은 전이금속을 95 at% 이상 포함할 수 있다. 전이금속을 함유하는 타겟은 전이금속을 99 at% 포함할 수 있다.
전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 전이금속은 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.
다층 차광막 성막단계에서, 다층 차광막에 포함된 각 박막별로 스퍼터링 공정 조건을 상이하게 적용할 수 있다. 구체적으로, 각 박막별로 요구되는 표면 조도 특성, 내약품성, 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 박막별로 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.
제1차광막 성막단계에서, 먼저 하부 차광층을 성막할 수 있다.
하부 차광층 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW 이상 2.5kW 이하로 적용할 수 있다. 상기 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.6 kW 이상 2kW 이하로 적용할 수 있다.
하부 차광층 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.
상기 분위기 가스에서, 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 1.5 이상 4 이하일 수 있다. 상기 비율은 2 이상 3 이하일 수 있다. 상기 비율은 2.2 이상 2.7 이하일 수 있다.
이러한 경우, 하부 차광층은 다층 차광막이 충분한 소광 특성을 갖는 것을 도울 수 있다. 또한, 다층 차광막 패터닝 과정에서 다층 차광 패턴막의 형상을 정밀하게 제어하는 것을 도울 수 있다.
하부 차광층의 성막은 200초 이상 300초 이하의 시간동안 실시할 수 있다. 하부 차광층의 성막은 210초 이상 240초 이하의 시간동안 실시할 수 있다. 이러한 경우, 다층 차광막이 충분한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있다.
하부 차광층 상에 부착 강화층을 성막할 수 있다. 부착 강화층은 하부 차광층 상면에 성막될 수 있다. 부착 강화층은 하부 차광층 상에 배치된 다른 박막 상면에 성막될 수 있다.
부착 강화층 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW 이상 2.5kW 이하로 적용할 수 있다. 상기 전력을 1.6kW 이상 2kW 이하로 적용할 수 있다. 이러한 경우, 부착 강화층(221)의 표면 조도 특성을 구현예에서 미리 설정된 범위 내로 제어하는 것을 도울 수 있다.
부착 강화층 성막과정은, 부착 강화층의 하면에 접하여 배치된 박막(일 예로서, 하부 차광층)의 성막을 완료한 때로부터 15초 이상 지난 후 실시할 수 있다. 부착 강화층 성막과정은, 부착 강화층의 하면에 접하여 배치된 박막의 성막을 완료한 때로부터 20초 이상 지난 후 실시할 수 있다. 부착 강화층 성막과정은, 부착 강화층의 하면에 접하여 배치된 박막의 성막을 완료한 때로부터 30초 이내 실시할 수 있다.
부착 강화층 성막과정은, 부착 강화층의 하면에 접하여 배치된 박막(일 예로서, 하부 차광층)의 성막에 적용된 분위기 가스를 스퍼터링 챔버로부터 완전 배기한 후 실시될 수 있다. 부착 강화층 성막과정은, 부착 강화층의 하면에 접하여 배치된 박막의 성막에 적용된 분위기 가스를 완전 배기한 시점으로부터 10초 내 실시될 수 있다. 부착 강화층 성막과정은, 부착 강화층의 하면에 접하여 배치된 박막의 성막에 적용된 분위기 가스를 완전 배기한 시점으로부터 5초 내 실시될 수 있다.
이러한 경우, 부착 강화층의 조성을 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
부착 강화층 성막과정에서, 분위기 가스에 포함된 불활성 기체의 유량 대비 반응성 기체의 유량 비율은 0.2 이상 0.8 이하일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.3 이상 0.7 이하일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.35 이상 0.6 이하일 수 있다.
상기 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 0.2 이하일 수 있다. 상기 비율은 0.1 이하일 수 있다. 상기 비율은 0.001 이상일 수 있다.
이러한 경우, 하부 차광층과 부착 강화층간 표면에너지 차이를 더욱 감소시킬 수 있다.
부착 강화층의 성막은 1초 이상 15초 이하의 시간동안 실시할 수 있다. 부착 강화층의 성막은 2초 이상 8초 이하의 시간동안 실시할 수 있다.
이러한 경우, 부착 강화층의 두께 및 표면 조도 특성을 구현예에서 미리 설정한 범위 내로 제어할 수 있다.
부착 강화층 성막 직후의 부착 강화층 표면 조도 특성에 대한 설명은 앞에서 설명한 내용과 중복되므로 생략한다.
부착 강화층 상에 제2차광막을 성막할 수 있다. 제2차광막은 부착 강화층 상면에 접하여 형성될 수 있다. 제2차광막은 부착 강화층 상에 배치된 다른 박막 표면에 접하여 형성될 수 있다.
제2차광막 성막단계에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1 내지 2kW로 적용할 수 있다. 상기 전력을 1.2 내지 1.7kW로 적용할 수 있다. 이러한 경우, 제2차광막이 목적하는 광학 특성 및 에칭 특성을 갖는 것을 도울 수 있다.
제2차광막 성막단계는, 제2차광막의 하면과 접하여 배치된 박막(일 예로 부착 강화층)의 성막 직후로부터 15초 이상 지난 후 실시될 수 있다. 제2차광막 성막단계는, 제2차광막의 하면과 접하여 배치된 박막의 성막 직후로부터 20초 이상 지난 후 실시될 수 있다. 제2차광막 성막단계는, 제2차광막의 하면과 접하여 배치된 박막의 성막 직후로부터 30초 이내 실시될 수 있다.
제2차광막 성막단계는, 제2차광막의 하면에 접하여 배치된 박막(일 예로서, 부착 강화층)의 성막에 적용된 분위기 가스를 스퍼터링 챔버로부터 완전 배기한 후 실시될 수 있다. 제2차광막 성막단계는, 제2차광막의 하면에 접하여 배치된 박막의 성막에 적용된 분위기 가스를 완전 배기한 시점으로부터 10초 내 실시될 수 있다. 제2차광막 성막단계는, 제2차광막의 하면에 접하여 배치된 박막의 성막에 적용된 분위기 가스를 완전 배기한 시점으로부터 5초 내 실시될 수 있다.
이러한 경우, 제2차광막의 조성을 더욱 세밀하게 제어할 수 있다.
제2차광막 성막단계에서, 분위기 가스에 포함된 불활성 기체의 유량 대비 반응성 기체의 유량 비율은 0.3 내지 0.7일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.4 내지 0.6일 수 있다.
제2차광막 성막단계에서, 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 0.3 이하일 수 있다. 상기 비율은 0.1 이하일 수 있다. 상기 비율은 0.001 이상일 수 있다.
이러한 경우, 다층 차광막을 패터닝하여 형성되는 다층 차광 패턴막의 형상을 더욱 정교하게 제어할 수 있다.
제2차광막의 성막은 10초 이상 30초 이하의 시간동안 실시할 수 있다. 제2차광막의 성막 시간은 15초 이상 25초 이하의 시간동안 실시할 수 있다. 이러한 경우, 드라이 에칭을 통한 다층 차광 패턴막 형성 시, 다층 차광 패턴막의 형상을 더욱 정교하게 제어할 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 기판을 포함한다.
광투과성 기판은 차광 영역을 포함한다.
포토마스크는 차광 영역 상에 배치되는 다층 차광 패턴막을 포함한다.
상기 다층 차광 패턴막은, 제1차광막 및 상기 제1차광막 상에 배치되고, 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2차광막을 포함한다.
상기 다층 차광 패턴막은, 제1차광막 및 상기 제1차광막 상에 배치되는 제2차광막을 포함한다.
다층 차광 패턴막의 아래 식 2의 pEA 값이 2nm2 이하이다.
[식 2]
Figure 112021126614513-pat00006
상기 식 2에서, 상기 pBC 값은 세정 실시 전 측정한 상기 다층 차광 패턴막의 단면의 넓이이다.
상기 pAC 값은 상기 포토마스크를 SC-1 용액에 800초간 침지하고 오존수로 린스한 후 측정한 상기 다층 차광 패턴막의 단면의 넓이이다.
상기 N 값은 상기 포토마스크 단면에서 관찰되는 차광 영역의 개수이다.
상기 SC-1 용액은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 포함하는 용액이다.
상기 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액이다.
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 용액처리하여 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: 다층 차광막의 성막
실시예 1: DC 스퍼터링 장비의 챔버 내 가로 6인치, 세로 6인치, 두께 0.25인치의 쿼츠 소재 광투과성 기판을 배치하였다. 크롬 타겟은 T/S 거리가 255mm, 기판과 타겟간 각도가 25도를 형성하도록 챔버 내에 배치하였다.
이후 광투과성 기판 상에 하부 차광층 및 상기 하부 차광층 상에 배치된 부착 강화층을 포함하는 제1차광막을 성막하였다. 구체적으로, Ar:N2:CO2=3:2:5의 부피비로 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.85kW로 적용하고, 기판 회전속도를 30RPM으로 적용하여, 200초 이상 250초 이하의 시간동안 스퍼터링 공정을 실시하여 하부 차광층을 성막하였다.
하부 차광층 성막을 마친 후, Ar:N2:CO2=3:2:5의 부피비로 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.85kW로 적용하고, 기판 회전속도를 30RPM으로 적용하여, 2초간 스퍼터링 공정을 실시하여 하부 차광층 상에 부착 강화층을 성막하였다. 하부 차광층 성막을 마친 후로부터 20초 후에 스퍼터링 타겟에 전력을 공급하고, 분위기 가스는 하부 차광층 성막에 적용된 분위기 가스를 챔버로부터 완전 배기한 시점으로부터 5초 내 주입하였다.
부착 강화층 성막을 마친 후, Ar:N2=6.5:3.5의 부피비로 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW로 적용하고, 기판 회전속도를 30RPM으로 적용하여, 10초 이상 30초 이하의 시간동안 부착 강화층 상면에 스퍼터링 공정을 실시하여 제2차광막을 성막하였다.
실시예 2: 실시예 1과 동일한 조건으로 다층 차광막을 성막하였다. 다만, 부착 강화층 성막과정에서, Ar:N2:CO2=3:1:6의 부피비로 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하였고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.83kW로 적용하였다.
실시예 3: 실시예 1과 동일한 조건으로 다층 차광막을 성막하였다. 다만, 부착 강화층 성막과정에서, Ar:N2:CO2=4:1:5의 부피비로 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하였고, 부착 강화층 성막 시간을 5초로 적용하였고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW로 적용하였다.
실시예 4: 실시예 1과 동일한 조건으로 다층 차광막을 성막하였다. 다만, 부착 강화층 성막과정에서, 기판 회전속도를 20RPM으로 적용하였다.
비교예 1: 실시예 1과 동일한 조건으로 다층 차광막을 성막하였다. 다만, 부착 강화층 성막과정에서, Ar:N2=3:7의 부피비로 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하였고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 2kW로 적용하였다.
비교예 2: 실시예 1과 동일한 조건으로 다층 차광막을 성막하였다. 다만, 부착 강화층 성막과정에서, Ar:N2=3:7의 부피비로 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하였고, 기판 회전 속도를 10RPM으로 적용하였고, 부착 강화층 성막 시간을 5초로 적용하였고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW로 적용하였다.
비교예 3: 실시예 1과 동일한 조건으로 다층 차광막을 성막하였다. 다만, 부착 강화층 성막 과정에서, Ar:N2=3:7의 부피비로 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하였고, 부착 강화층 성막 시간을 10초로 적용하였고, 기판 회전 속도를 5RPM으로 적용하였다.
비교예 4: 실시예 1과 동일한 조건으로 다층 차광막을 성막하였다. 다만, 하부 차광층과 제2차광막 사이에 부착 강화층을 성막하지 아니하였다.
비교예 5: 실시예 1과 동일한 조건으로 다층 차광막을 성막하였다. 다만, 부차 강화층 성막 과정에서, Ar:N2:O2=5:4:1의 부피비로 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하였다.
실시예 및 비교예 별 성막 조건에 대해 아래 표 1에 기재하였다.
평가예: EA 값 측정
실시예 및 비교예 별 시편의 EA 값을 측정하였다. 구체적으로, 각 실시예 및 비교예 별 시편을 가로 15mm, 세로 15mm의 크기로 가공하였다. 이후, 상기 가공한 시편의 상면을 FIB(Focused Ion Beam) 처리한 후, 상기 시편의 단면의 TEM 이미지를 JEOL LTD 사의 JEM-2100F HR 모델로 측정하였다. 상기 TEM 이미지로부터 실시예 및 비교예 별 BC 값을 산출하였다.
이후, 가공된 시편을 SC-1 용액에 800초간 침지하여 강화 세정을 실시하였다. SC-1 용액의 함량은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 적용하였다. 이후, 가공된 블랭크 마스크를 꺼내어 오존수를 이용하여 가공된 블랭크 마스크 표면에 잔류하는 SC-1 용액을 제거하였다. 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액을 적용하였다. SC-1 용액에 의한 침지 및 오존수에 의한 린스는 실온에서 실시하였다.
이후, BC 값을 측정하는 방법과 동일한 방법으로 AC 값을 측정하였다. 그리고, 상기 측정한 BC 값 및 AC 값으로부터 블랭크 마스크의 EA 값을 산출하였다.
실시예 및 비교예 별 측정결과는 아래 표 2에 기재하였다.
평가예: 각 박막별 두께 측정
실시예 및 비교예 별 시편의 TEM 이미지를 측정하여 하부 차광층, 부착 강화층 및 제2차광막의 두께를 산출하였다. TEM 이미지를 측정방법은 앞의 EA 값 측정 시 적용한 방법과 동일한 방법을 적용하였다.
실시예 및 비교예 별 측정결과는 아래 표 2에 기재하였다.
평가예: 광학특성 측정
나노뷰 사의 MG-Pro 모델의 분광타원계측기를 이용하여 실시예 및 비교예별 시편의 파장 193nm의 광에 대한 광학밀도 및 투과율을 측정하였다.
실시예 및 비교예 별 측정 결과는 아래 표 2에 기재하였다.
평가예: 부착 강화층 성막 직후 표면 조도 측정
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3 및 5의 시편 제조 과정에서, 부착 강화층 성막 직후 부착 강화층 표면의 Rsk 값, Rku 값, Rq 값, Ra 값, Rz 값, Rpv 값을 측정하였다. 구체적으로, 부착 강화층 표면의 중심부(중앙부)에 위치한 가로 1㎛, 세로 1㎛인 영역에서 측정하였다. 조도측정기를 이용하여 상기 영역에서 스캔 속도를 0.5Hz로 설정하여 Non-contact mode에서 Rsk 값 등을 측정하였다. 조도측정기는 탐침으로 Park System 사의 Cantilever 모델인 PPP-NCHR을 적용한 Park System 사의 XE-150 모델을 적용하였다.
실시예 및 비교예 별 측정 결과는 아래 표 3에 기재하였다.
평가예: 박막 별 조성 측정
실시예 및 비교예별 각 층 및 각 막의 원소별 함량을 XPS 분석을 이용하여 측정하였다. 구체적으로, 실시예 및 비교예 별 블랭크 마스크를 가로 15mm, 세로 15mm의 크기로 가공하여 시편을 준비하였다. 상기 시편을 Thermo Scientific 사의 K-Alpha 모델 측정장비 내 배치한 후, 상기 시편의 중앙부에 위치한 가로 4mm, 세로 2mm인 영역을 식각하여 각 층 및 각 막의 원소별 ?t랑을 측정하였다. 실시예 및 비교예 별 측정 결과는 아래 표 4에 기재하였다.
박막 종류 스퍼터링 전력(kW) 기판 회전속도
(RPM)		 성막시간
(초)		 분위기 가스 조성(부피비)
실시예1 제2차광막 1.5 30 10~30 Ar:N2=6.5:3.5
부착강화층 1.85 30 2 Ar:N2:CO2=3:2:5
하부차광층 1.85 30 200~250 Ar:N2:CO2=3:2:5
실시예2 제2차광막 1.5 30 10~30 Ar:N2=6.5:3.5
부착강화층 1.83 30 2 Ar:N2:CO2=3:1:6
하부차광층 1.85 30 200~250 Ar:N2:CO2=3:2:5
실시예3 제2차광막 1.5 30 10~30 Ar:N2=6.5:3.5
부착강화층 1.50 30 5 Ar:N2:CO2=4:1:5
하부차광층 1.85 30 200~250 Ar:N2:CO2=3:2:5
실시예4 제2차광막 1.5 30 10~30 Ar:N2=6.5:3.5
부착강화층 1.85 20 2 Ar:N2:CO2=3:2:5
하부차광층 1.85 30 200~250 Ar:N2:CO2=3:2:5
비교예1 제2차광막 1.5 30 10~30 Ar:N2=6.5:3.5
부착강화층 2 30 2 Ar:N2=3:7
하부차광층 1.85 30 200~250 Ar:N2:CO2=3:2:5
비교예2 제2차광막 1.5 30 10~30 Ar:N2=6.5:3.5
부착강화층 1.5 10 5 Ar:N2=3:7
하부차광층 1.85 30 200~250 Ar:N2:CO2=3:2:5
비교예3 제2차광막 1.5 30 10~30 Ar:N2=6.5:3.5
부착강화층 1.85 5 10 Ar:N2=3:7
하부차광층 1.85 30 200~250 Ar:N2:CO2=3:2:5
비교예4 제2차광막 1.5 30 10~30 Ar:N2=6.5:3.5
하부차광층 1.85 30 200~250 Ar:N2:CO2=3:2:5
비교예5 제2차광막 1.5 30 10~30 Ar:N2=6.5:3.5
부착강화층 1.85 30 5 Ar:N2:CO2=5:4:1
하부차광층 1.85 30 200~250 Ar:N2:CO2=3:2:5
두께(Å) 투과율(%) 광학밀도 EA값(nm2)
실시예1 제2차광막 60 1.85 1.43 0.50
부착강화층 3.5
하부차광층 460
실시예2 제2차광막 60 1.84 1.45 0.55
부착강화층 3.5
하부차광층 460
실시예3 제2차광막 60 1.80 1.51 1.30
부착강화층 7.5
하부차광층 460
실시예4 제2차광막 60 1.83 1.45 0.85
부착강화층 3.5
하부차광층 460
비교예1 제2차광막 60 1.71 1.63 2.80
부착강화층 5.0
하부차광층 460
비교예2 제2차광막 60 1.25 1.98 3.10
부착강화층 9.0
하부차광층 460
비교예3 제2차광막 60 1.03 2.17 2.75
부착강화층 20
하부차광층 460
비교예4 제2차광막 60 1.43 1.85 3.00
하부차광층 460
비교예5 제2차광막 60 1.52 1.75 3.10
부착강화층 17
하부차광층 460
부착 강화층 표면조도
Rpv(nm) Rq(nm) Ra(nm) Rz(nm) Rsk Rku
실시예1 8.502 1.090 0.722 8.283 -1.926 7.244
실시예2 8.609 0.874 0.547 8.157 -2.484 11.964
실시예3 7.372 0.823 0.556 7.167 -1.946 8.573
실시예4 8.391 1.001 0.640 8.570 -1.353 11.432
비교예1 5.429 0.419 0.309 4.939 -1.006 5.309
비교예2 5.570 0.529 0.394 5.240 -0.394 4.864
비교예3 5.601 0.498 0.368 5.294 -0.821 5.436
비교예4 - - - - - -
비교예5 8.921 1.299 1.094 8.475 -0.523 2.579
층/막 종류 원소 함량(at%)
Cr O C N
실시예 1 제2차광막 67 10 3 20
부착강화층 43 38 9 10
하부차광층 43 38 9 10
실시예 2 제2차광막 67 10 3 20
부착강화층 43 38 9 10
하부차광층 43 38 9 10
실시예 3 제2차광막 67 10 3 20
부착강화층 43 38 9 10
하부차광층 43 38 9 10
실시예 4 제2차광막 67 10 3 20
부착강화층 43 38 9 10
하부차광층 43 38 9 10
비교예 1 제2차광막 67 10 3 20
부착강화층 49 6 1 44
하부차광층 43 38 9 10
비교예 2 제2차광막 67 10 3 20
부착강화층 48 6 1 45
하부차광층 43 38 9 10
비교예 3 제2차광막 67 10 3 20
부착강화층 38 10 3 49
하부차광층 43 38 9 10
비교예 4 제2차광막 67 10 3 20
하부차광층 43 38 9 10
비교예 5 제2차광막 67 10 3 20
부착강화층 52 20 5 23
하부차광층 43 38 9 10
상기 표 2에서, 실시예 1 내지 4의 EA 값은 2nm2 이하로 측정된 반면, 비교예 1 내지 5의 EA 값은 2nm2 초과로 측정되었다.
제1차광막 상면 조도평가에서, 실시예 1 내지 4는 O로 평가된 반면, 비교예 1 내지 5는 X로 평가되었다.
상기 표 3에서, 실시예 1 내지 4의 Rsk 값은 -3 이상 -1.1 이하의 값을 나타내는 반면, 비교예 1 내지 3 및 5의 Rsk 값은 -1.1 초과의 값을 나타냈다.
실시예 1 내지 4의 Rku 값은 5.5 이상의 값을 나타내는 반면, 비교예 1 내지 3 및 5의 Rku 값은 5.5 미만의 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: 다층 차광막
21: 제1차광막
211: 하부 차광층
212: 부착 강화층
22: 제2차광막
25: 다층 차광 패턴막
30: 위상반전막
51: 차광 영역
200: 포토마스크

Claims (12)

  1. 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 다층 차광막을 포함하고,
    상기 다층 차광막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 다층 차광막은 제1차광막 및 상기 제1차광막 상에 배치되는 제2차광막을 포함하고,
    상기 제1차광막은 하부 차광층 및 상기 하부 차광층 상에 배치되는 부착 강화층을 포함하고,
    상기 부착 강화층은 산소를 20 내지 60at%를 포함하고,
    상기 다층 차광막의 아래 식 1의 EA 값이 2nm2 이하인, 블랭크 마스크;
    [식 1]
    Figure 112022111419027-pat00007

    상기 식 1에서,
    상기 BC 값은 세정 실시 전 측정한 상기 다층 차광막의 단면의 넓이이고,
    상기 AC 값은 상기 블랭크 마스크를 SC-1 용액에 800초간 침지하고 오존수로 린스한 후 측정한 상기 다층 차광막의 단면의 넓이이고,
    상기 SC-1 용액은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 포함하는 용액이고,
    상기 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부착 강화층의 두께는 3Å 이상 15Å 이하인, 블랭크 마스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부 차광층의 전이금속 함량에서 상기 부착 강화층의 전이금속 함량을 뺀 값의 절대값은 10at% 이하인, 블랭크 마스크.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2차광막의 전이금속 함량에서 상기 부착 강화층의 전이금속 함량을 뺀 값의 절대값은 35at% 이하인, 블랭크 마스크.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 하부 차광층의 산소 함량 값에서 상기 부착 강화층의 산소 함량 값을 뺀 값의 절대값은 10at% 이하이고,
    상기 하부 차광층의 질소 함량 값에서 상기 부착 강화층의 질소 함량 값을 뺀 값의 절대값은 10at% 이하인, 블랭크 마스크.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2차광막의 산소 함량에서 상기 부착 강화층의 산소 함량을 뺀 값의 절대값은 35at% 이하이고,
    상기 제2차광막의 질소 함량에서 상기 부착 강화층의 질소 함량을 뺀 값의 절대값은 25at% 이하인, 블랭크 마스크.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 부착 강화층 성막 직후 상기 부착 강화층 상면의 Rsk 값은 -3 이상 -1.1 이하이고, Rku 값은 5.5 이상인, 블랭크 마스크.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 부착 강화층 성막 직후 상기 부착 강화층 상면의 Ra 값은 0.4nm 이상 3nm 이하인, 블랭크 마스크.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2차광막의 전이금속 함량에서 상기 하부 차광층의 전이금속 함량을 뺀 값의 절대값은 5at% 이상 35at% 이하인, 블랭크 마스크.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 블랭크 마스크.
  11. 광투과성 기판을 포함하고,
    상기 광투과성 기판은 차광 영역을 포함하고,
    상기 차광 영역 상에 배치되는 다층 차광 패턴막을 포함하고,
    상기 다층 차광 패턴막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 다층 차광 패턴막은 제1차광막 및 상기 제1차광막 상에 배치되는 제2차광막을 포함하고,
    상기 제1차광막은 하부 차광층 및 상기 하부 차광층 상에 배치되는 부착 강화층을 포함하고,
    상기 부착 강화층은 산소를 20 내지 60at%를 포함하고,
    상기 다층 차광 패턴막의 아래 식 2의 pEA 값이 2nm2 이하인, 포토마스크;
    [식 2]
    Figure 112022111419027-pat00008

    상기 식 2에서,
    상기 pBC 값은 세정 실시 전 측정한 상기 다층 차광 패턴막의 단면의 넓이이고,
    상기 pAC 값은 상기 포토마스크를 SC-1 용액에 800초간 침지하고 오존수로 린스한 후 측정한 상기 다층 차광 패턴막의 단면의 넓이이고,
    상기 N 값은 상기 포토마스크 단면에서 관찰되는 차광 영역의 개수이고,
    상기 SC-1 용액은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 포함하는 용액이고,
    상기 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액이다.
  12. 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 기판을 포함하고,
    상기 광투과성 기판은 차광 영역을 포함하고,
    상기 포토마스크는 상기 차광 영역 상에 배치되는 다층 차광 패턴막을 포함하고,
    상기 다층 차광 패턴막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 다층 차광 패턴막은, 제1차광막 및 상기 제1차광막 상에 배치되는 제2차광막을 포함하고,
    상기 제1차광막은 하부 차광층 및 상기 하부 차광층 상에 배치되는 부착 강화층을 포함하고,
    상기 부착 강화층은 산소를 20 내지 60at%를 포함하고,
    상기 다층 차광 패턴막의 아래 식 2의 pEA 값이 2nm2 이하인, 반도체 소자 제조방법;
    [식 2]
    Figure 112022111419027-pat00009

    상기 식 2에서,
    상기 pBC 값은 세정 실시 전 측정한 상기 다층 차광 패턴막의 단면의 넓이이고,
    상기 pAC 값은 상기 포토마스크를 SC-1 용액에 800초간 침지하고 오존수로 린스한 후 측정한 상기 다층 차광 패턴막의 단면의 넓이이고,
    상기 N 값은 상기 포토마스크 단면에서 관찰되는 차광 영역의 개수이고,
    상기 SC-1 용액은 NH4OH를 14.3중량%, H2O2를 14.3중량%, H20를 71.4중량% 포함하는 용액이고,
    상기 오존수는 초순수를 용매로 하여 오존을 20ppm(중량 기준) 포함하는 용액이다.
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