KR102495225B1 - 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 - Google Patents

블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 Download PDF

Info

Publication number
KR102495225B1
KR102495225B1 KR1020210179867A KR20210179867A KR102495225B1 KR 102495225 B1 KR102495225 B1 KR 102495225B1 KR 1020210179867 A KR1020210179867 A KR 1020210179867A KR 20210179867 A KR20210179867 A KR 20210179867A KR 102495225 B1 KR102495225 B1 KR 102495225B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
blocking layer
less
light blocking
film
Prior art date
Application number
KR1020210179867A
Other languages
English (en)
Inventor
이형주
김규훈
이건곤
김성윤
최석영
김수현
손성훈
정민교
신인균
Original Assignee
에스케이엔펄스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스케이엔펄스 주식회사 filed Critical 에스케이엔펄스 주식회사
Priority to KR1020210179867A priority Critical patent/KR102495225B1/ko
Priority to JP2022186957A priority patent/JP7491984B2/ja
Priority to CN202211556081.4A priority patent/CN116263557A/zh
Priority to TW111147679A priority patent/TW202326281A/zh
Priority to US18/080,186 priority patent/US20240192584A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102495225B1 publication Critical patent/KR102495225B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/60—Substrates
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/0009—Materials therefor
    • G02F1/0063—Optical properties, e.g. absorption, reflection or birefringence
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133509—Filters, e.g. light shielding masks
    • G02F1/133512—Light shielding layers, e.g. black matrix
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/38—Masks having auxiliary features, e.g. special coatings or marks for alignment or testing; Preparation thereof
    • G03F1/46—Antireflective coatings
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/50—Mask blanks not covered by G03F1/20 - G03F1/34; Preparation thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/54—Absorbers, e.g. of opaque materials
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/54—Absorbers, e.g. of opaque materials
    • G03F1/58—Absorbers, e.g. of opaque materials having two or more different absorber layers, e.g. stacked multilayer absorbers
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/68—Preparation processes not covered by groups G03F1/20 - G03F1/50
    • G03F1/80—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28568—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table the conductive layers comprising transition metals

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

구현예에 따른 블랭크 마스크는, 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막을 포함한다. 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치되는 제2차광층을 포함한다. 제2차광층은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 파장 193nm의 광에 대한 차광막 표면의 반사율은 20% 이상 40% 이하이다. 제2차광층의 경도는 0.3kPa 이상 0.55kPa 이하이다. 이러한 경우, 차광막 표면에 고감도의 결함 검사를 실시할 때, 결함 검사의 정확도를 향상시킬 수 있고, 패터닝 과정에서 파티클의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

Description

블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 {BLANK MASK AND PHOTOMASK USING THE SAME}
구현예는 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 고집적화로 인해, 반도체 디바이스의 회로 패턴의 미세화가 요구되고 있다. 이로 인해, 웨이퍼 표면상에 포토마스크를 이용하여 회로 패턴을 현상하는 기술인 리소그래피 기술의 중요성이 더욱 부각되고 있다.
미세화된 회로 패턴을 현상하기 위해서는 노광 공정에서 사용되는 노광 광원의 단파장화가 요구된다. 최근 사용되는 노광 광원으로는 ArF 엑시머 레이저(파장 193nm) 등이 있다.
한편, 포토마스크에는 바이너리 마스크(Binary mask)와 위상반전 마스크(Phase shift mask) 등이 있다.
바이너리 마스크는 광투과성 기판 상에 차광층 패턴이 형성된 구성을 갖는다. 바이너리 마스크는 패턴이 형성된 면에서, 차광층을 포함하지 않은 투과부는 노광광을 투과시키고, 차광층을 포함하는 차광부는 노광광을 차단함으로써 웨이퍼 표면의 레지스트막 상에 패턴을 노광시킨다. 다만, 바이너리 마스크는 패턴이 미세화될수록 노광공정에서 투과부 가장자리에서 발생하는 빛의 회절로 인해 미세 패턴 현상에 문제가 발생할 수 있다.
위상반전 마스크로는 레벤슨형(Levenson type), 아웃트리거형(Outrigger type), 하프톤형(Half-tone type)이 있다. 그 중 하프톤형 위상반전 마스크는 광투과성 기판 상에 반투과막으로 형성된 패턴이 형성된 구성을 갖는다. 하프톤형 위상반전 마스크는 패턴이 형성된 면에서, 반투과층을 포함하지 않은 투과부는 노광광을 투과시키고, 반투과층을 포함하는 반투과부는 감쇠된 노광광을 투과시킨다. 상기 감쇠된 노광광은 투과부를 통과한 노광광과 비교하여 위상차를 갖게 된다. 이로 인해, 투과부 가장자리에서 발생하는 회절광은 반투과부를 투과한 노광광에 의해 상쇄되어 위상반전 마스크는 웨이퍼 표면에 더욱 정교한 미세 패턴을 형성할 수 있다.
일본 등록특허 제 6830985 호 일본 공개특허 제 2019-066892 호
구현예의 목적은 차광막 표면에 고감도 결함 검사를 실시할 경우 더욱 정확한 측정값을 얻을 수 있고, 차광막 등으로부터 유래한 파티클의 양이 효과적으로 감소된 블랭크 마스크 등을 제공하는 것이다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막을 포함한다.
상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치되는 제2차광층을 포함한다.
상기 제2차광층은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
파장 193nm의 광에 대한 상기 차광막 표면의 반사율은 20% 이상 40% 이하이다.
상기 제2차광층의 경도 값은 0.3kPa 이상 0.55kPa 이하이다.
파장 350nm의 광에 대한 상기 차광막 표면의 반사율은 25% 이상 45% 이하일 수 있다.
파장 350nm 이상 400nm 이하의 광 전체에 대한 상기 차광막 표면의 반사율은 25% 이상 50% 이하의 범위 내에 포함될 수 있다.
파장 480nm 이상 550nm 이하의 광 전체에 대한 상기 차광막 표면의 반사율은 30% 이상 50% 이하의 범위 내에 포함될 수 있다.
상기 제2차광층의 경도 값은 상기 제1차광층의 경도 값의 0.15배 이상 0.55배 이하일 수 있다.
상기 제2차광층의 영률 값은 1.0kPa 이상일 수 있다.
상기 제2차광층의 영률 값은 상기 제1차광층의 영률 값의 0.15배 이상 0.55배 이하일 수 있다.
상기 제2차광층의 전이금속 함량에서 상기 제1차광층의 전이금속 함량을 뺀 값의 절대값은 30 원자% 이하일 수 있다.
상기 제1차광층과 상기 제2차광층의 두께비는 1:0.02 내지 0.25일 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 포토마스크는, 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광 패턴막을 포함한다.
상기 차광 패턴막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치되는 제2차광층을 포함한다.
상기 제2차광층은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
파장 193nm의 광에 대한 상기 차광 패턴막 상면의 반사율은 20% 이상 40% 이하이다.
상기 제2차광층의 경도 값은 0.3kPa 이상 0.55kPa 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 현상단계를 포함한다.
상기 포토마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광 패턴막을 포함한다.
상기 차광 패턴막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치되는 제2차광층을 포함한다.
상기 제2차광층은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
파장 193nm의 광에 대한 상기 차광 패턴막 상면의 반사율은 20% 이상 40% 이하이다.
상기 제2차광층의 경도 값은 0.3kPa 이상 0.55kPa 이하이다.
구현예는, 차광막 표면에 고감도 결함 검사를 실시할 경우 더욱 정확한 측정값을 얻을 수 있고, 차광막 등으로부터 유래하는 파티클의 양이 효과적으로 감소된 블랭크 마스크 등을 제공할 수 있다.
도 1은 본 명세서가 개시하는 일 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도.
도 2는 차광막을 패터닝하여 형성되는 차광 패턴막을 설명하는 개념도.
도 3은 본 명세서가 개시하는 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도.
도 4는 본 명세서가 개시하는 또 다른 실시예에 따른 포토마스크를 설명하는 개념도.
도 5는 검사광 파장에 따른 실시예 1의 차광막 표면 반사율 측정값을 나타내는 그래프.
도 6a는 비교예 1의 차광막 표면을 결함 검사기로 측정한 이미지.
도 6b는 비교예 2의 차광막 표면을 결함 검사기로 측정한 이미지.
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 의사결함이란 차광막 표면에 위치하고, 블랭크 마스크의 해상도 저하를 유발하지 않아 실제 결함에 해당하지는 않지만, 고감도 결함 검사 장치로 검사할 경우 결함으로 판정되는 것을 의미한다.
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, 포토마스크의 해상도 저하 관련 이슈도 증가하는 추세이다.
차광막의 표면, 또는 차광막을 패터닝하여 형성된 차광 패턴막에 고감도의 결함 검사를 실시할 수 있다. 고감도 결함 검사를 실시할 경우, 결함 검사기는 차광막 또는 차광 패턴막 표면에 존재하는 다수의 의사결함을 결함으로 판정할 수 있고, 실제 결함을 검출하는데 어려움이 발생할 수 있다. 이러한 경우, 검사 결과 데이터로부터 실제 결함을 분별하는데 추가 검사 과정이 필요하게 되는 등 블랭크 마스크 및 포토마스크의 생산 공정 효율을 저하시킬 수 있다.
차광막 또는 차광 패턴막의 결함 검사의 정확도를 향상시키는 방법으로, 차광막의 표면 금속 함량을 높이는 방법 등이 적용될 수 있다. 이는 차광막 표면의 반사율 등의 광학 특성이 결함 검사에 적절한 값을 갖도록 제어하는 방법들 중 하나가 될 수 있다. 다만, 표면 금속 함량이 높은 차광막은, 패터닝 후 파티클의 발생량이 증가하는 문제를 갖기도 한다. 상기 파티클은 차광 패턴막 표면에 스크래치를 유발할 수 있고, 포토마스크의 해상도를 저하시키는 문제를 야기할 수 있다.
구현예의 발명자들은 다층 구조의 차광막을 적용하고, 특정 파장에서의 차광막 표면의 반사율을 제어함과 동시에, 차광막 내 층별 경도 값을 제어하여, 고감도 결함 검사 시 결함 검출이 용이하고 디펙트 발생이 억제된 블랭크 마스크 등을 제공할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.
이하, 구현예를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 명세서가 개시하는 일 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 1을 참조하여 구현예의 블랭크 마스크를 설명한다.
블랭크 마스크(100)는 광투과성 기판(10) 및 상기 광투과성 기판(10) 상에 위치하는 차광막(20)을 포함한다.
광투과성 기판(10)의 소재는 노광광에 대한 광투과성을 갖고 블랭크 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.
차광막(20)은 광투과성 기판(10)의 상면(top side) 상에 위치할 수 있다.
차광막(20)은 광투과성 기판(10)의 하면(bottom side) 측으로 입사하는 노광광을 적어도 일정 부분 차단하는 특성을 가질 수 있다. 또한, 광투과성 기판(10)과 차광막(20) 사이에 위상반전막(30) (도 3 참고)등이 위치할 경우, 차광막(20)은 상기 위상반전막(30) 등을 패턴 형상대로 식각하는 공정에서 에칭 마스크로 사용될 수 있다.
차광막(20)은 제1차광층(21) 및 상기 제1차광층(21) 상에 배치되는 제2차광층(22)을 포함할 수 있다.
차광막(20)은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
제2차광층(21)은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
제1차광층(21)과 제2차광층(22)은 서로 상이한 전이금속 함량을 갖는다.
차광막의 광학특성 및 기계적 물성
도 2는 차광막을 패터닝하여 형성된 차광 패턴막을 설명하는 개념도이다. 상기 도 2를 참고하여 구현예를 설명한다.
파장 193nm의 광에 대한 차광막(20) 표면의 반사율은 20% 이상 40% 이하이고, 제2차광층의 경도 값은 0.3kPa 이상 0.55kPa 이하이다.
결함 검사기를 이용하여 차광막(20)을 패터닝하여 형성된 패턴막(이하, 차광 패턴막이라 한다.) 표면에 위치하는 결함을 검출할 수 있다. 구체적으로, 결함 검사기를 통해 검사광을 차광 패턴막(25) 표면에 조사하면, 차광 패턴막(25) 표면에서 반사광이 형성된다. 결함 검사기는 상기 반사광을 분석하여 검사 위치에서의 결함 유무를 판정할 수 있다.
결함 검사기의 검사광 파장은 측정 대상에 따라 상이할 수 있다. 일반적으로, 포토마스크용 결함 검사기의 검사광 파장은 190nm 이상 260nm 이하의 범위 내에 속할 수 있고, 블랭크 마스크용 결함 검사기의 검사광 파장은 350nm 이상 400nm 이하의 범위 또는 480nm 이상 550nm 이하의 범위에 속할 수 있다.
결함 검사의 감도를 높게 설정할 경우, 검사 과정에서 형성되는 반사광의 세기는 결함 검사의 정확도에 영향을 미칠 수 있다. 구체적으로, 의사결함이 다수 검출되어 실제 결함에 해당하는 검출 데이터가 묻히거나, 지나치게 높은 세기의 반사광이 검사기 렌즈에 입사되어 측정된 차광 패턴막(25) 표면 이미지의 왜곡을 유발할 수 있다.
차광 패턴막(25) 표면에 더욱 강한 세기의 반사광이 형성될 수 있도록 차광막 또는 차광 패턴막(25)의 전이금속 함량을 더욱 높이는 방법을 고려할 수 있다. 이러한 경우, 결함 검사의 감도를 높은 값으로 설정하여도 의사결함 검출빈도가 감소될 수 있지만, 차광막을 패터닝하는 과정 또는 패터닝을 마친 후 차광막 또는 차광 패턴막(25)에서 유래하는 파티클의 양이 증가할 수 있다. 특히, 이러한 파티클 중 다수는 차광 패턴막의 손상된 부분(p)에서 유래한 것일 수 있다.
구현예는 파장 193nm의 광에 대한 차광막(20) 표면의 반사율을 제어함과 동시에, 제2차광층(22)의 경도 값을 제어하여, 차광 패턴막 표면에 존재하는 실제 결함을 더욱 정확하게 검출함과 동시에 차광 패턴막, 특히 차광 패턴막의 상부 모서리의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
차광막 표면의 반사율과 제2차광층의 경도 값은, 차광막 내 각 차광층 성막 시 적용되는 반응성 가스 비율, 반응성 가스 조성, 스퍼터링 전력, 분위기 가스 압력, 열처리 및 냉각 처리 조건 등을 제어함으로써 조절될 수 있다.
차광막(20)의 반사율은 스펙트로스코픽 엘립소미터를 통해 측정한다. 차광막(20)의 반사율은 예시적으로 나노-뷰 社의 MG-Pro 모델을 이용하여 측정할 수 있다.
경도는 AFM(Atomic Force Microscope)으로 측정 가능하다. 구체적으로, 경도는 Park Systems 社(장비 모델 XE-150)의 AFM 장비를 사용하여 스캔 속도는 0.5Hz으로 Contact Mode, Cantilever 모델 Park Systems 社의 PPP-CONTSCR을 적용해 측정한다. 측정대상 내의 16개 지점에서 응착력 등을 측정하여 그 평균값을 취하고, 이로부터 얻어지는 경도 값을 위의 경도 값으로 한다. 측정 시 적용되는 측정용 팁은 실리콘 소재의 Berkovich tip(팁의 푸아송비: 0.07)이 적용되며, 경도 측정 결과는 Oliver and Pharr Model이 적용하여 AFM 장비사가 제공한 프로그램에 의해 얻어지는 값을 취하여 제시한다.
파장 193nm의 광에 대한 차광막(20) 표면의 반사율은 20% 이상 40% 이하일 수 있다. 상기 반사율은 22% 이상일 수 있다. 상기 반사율은 25% 이상일 수 있다. 상기 반사율은 27% 이상일 수 있다. 상기 반사율은 35% 이하일 수 있다. 상기 반사율은 33% 이하일 수 있다.
제2차광층(22)의 경도는 0.3kPa 이상 0.55kPa 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 경도는 0.4kPa 이상일 수 있다. 제2차광층(22)의 경도는 0.45kPa 이상일 수 있다. 제2차광층(22)의 경도는 0.52kPa 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 경도는 0.5kPa 이하일 수 있다.
이러한 경우, 상기 차광막(20)을 패터닝한 후 패턴 검사를 실시할 경우, 의사결함 검출 빈도를 효과적으로 낮출 수 있고, 패터닝된 차광막으로부터 유래한 파티클의 발생량을 감소시킬 수 있다.
파장 350nm의 광에 대한 차광막(20) 표면의 반사율은 25% 이상 45% 이하일 수 있다. 상기 반사율은 27% 이상일 수 있다. 상기 반사율은 30% 이상일 수 있다. 상기 반사율은 40% 이하일 수 있다. 이러한 경우, 차광막 표면의 결함 검사 시 의사결함 검출 빈도를 효과적으로 낮출 수 있다.
블랭크 마스크의 결함 검사기는 350nm 이상 400nm 이하의 및 480nm 이상 550nm 이하의 범위 내에서 검사광 파장값이 적용될 수 있다. 구현예는 상기 파장 범위를 갖는 광 전체에 대한 차광막(20)의 반사율 특성을 제어할 수 있다. 이를 통해 결함 검사 시 반사광 세기가 결함 검사 정확도에 영향을 미치는 정도를 감소시킬 수 있다.
파장 350nm 이상 400nm 이하의 광에 대한 상기 차광막(20)의 표면 반사율은 25% 이상 50% 이하일 수 있다. 상기 반사율은 28% 이상일 수 있다. 상기 반사율은 30% 이상일 수 있다. 상기 반사율은 45% 이하일 수 있다. 상기 반사율은 40% 이하일 수 있다.
파장 480nm 이상 550nm 이하의 광에 대한 상기 차광막(20)의 표면 반사율은 30% 이상 50% 이하일 수 있다. 상기 반사율을 35% 이상일 수 있다. 상기 반사율은 38% 이상일 수 있다. 상기 반사율은 45% 이하일 수 있다. 상기 반사율은 42% 이하일 수 있다.
이러한 경우, 차광막 결함 검사 시, 플레어(flare) 현상에 의해 결함 검사 정확도가 저하되는 것을 억제할 수 있고, 의사결함 검출 빈도를 효과적으로 낮출 수 있다.
제2차광층(22)의 경도 값은 제1차광층(21)의 경도 값의 0.15배 이상 0.55배 이하일 수 있다.
구현예는 다층 구조의 차광막을 적용하고, 차광막 내 제2차광층(22)의 경도 값과 제1차광층(21)의 경도 값의 비율을 제어할 수 있다. 이를 통해, 차광 패턴막(25)의 상부 모서리 부분의 내구성을 더욱 향상시키면서, 에칭 가스에 의한 제1차광층(21)과 제2차광층(2)의 식각 속도 비가 조절되어 더욱 정교한 차광 패턴막 형상 제어를 할 수 있다.
제2차광층(22)의 경도 값은 제1차광층(21)의 경도 값의 0.15배 이상 0.55배 이하이다. 제2차광층(22)의 경도 값은 제1차광층(21)의 경도 값의 0.2배 이상일 수 있다. 제2차광층(22)의 경도 값은 제1차광층(21)의 경도 값의 0.3배 이상일 수 있다. 제2차광층(22)의 경도 값은 제1차광층(21)의 경도 값의 0.5배 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 경도 값은 제1차광층(21)의 경도 값의 0.4배 이하일 수 있다. 이러한 경우, 차광 패턴막으로부터 유래하는 파티클의 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 차광 패턴막의 측면에 단차가 형성되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
제1차광층(21)의 경도는 1kPa 이상 3kPa 이하일 수 있다. 제1차광층(21)의 경도는 1.1kPa 이상일 수 있다. 제1차광층(21)의 경도는 1.3kPa 이상일 수 있다. 제1차광층(21)의 경도는 2.5kPa 이하일 수 있다. 이러한 경우, 제1차광층(21)은 안정적인 내구성을 가질 수 있다. 또한, 건식 식각 시 제1차광층(21)의 식각 속도가 제2차광층(22)에 비해 상대적으로 높은 값을 갖도록 조절되어 건식 식각을 통해 차광 패턴막 측면이 광투과성 기판 표면과 수직에 더욱 가깝게 형성되도록 하는 것을 도울 수 있다.
구현예는 제2차광층(22)과 제1차광층(21)의 영률 값, 영률 값 비율 등을 제어할 수 있다. 이를 통해, 세정 공정을 비롯하여 차광막(20) 표면에 외력이 작용되는 환경에서 차광막(20)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
제2차광층(22)과 제1차광층(21)의 영률 값 등은 각 차광층의 조성뿐만 아니라 각 차광층 성막 시 챔버 내 분위기 가스 조성, 열처리 및 냉각 조건 등을 제어하여 조절될 수 있다.
제1차광층(21) 및 제2차광층(22)의 영률 값을 측정하는 방법은 위에서 설명한 경도 값을 측정하는 방법에서 적용한 장치와 동일한 장치를 적용해 측정될 있다.
제2차광층(22)의 영률 값은 1.0kPa 이상일 수 있다. 제2차광층(22)의 영률 값은 1.2kPa 이상일 수 있다. 제2차광층(22)의 영률 값은 2.3kPa 이상일 수 있다. 제2차광층(22)의 영률 값은 4.2kPa 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 영률 값은 3.7kPa 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 영률 값은 3.5kPa 이하일 수 있다. 이러한 경우, 건식 식각에 따른 제2차광층(22)의 식각 속도가 과도하게 느려지는 것을 방지하면서도, 세정 공정 등에 의해 제2차광층(22)이 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
제1차광층(21)의 영률 값은 7kPa 이상 13kPa 이하일 수 있다. 제1차광층(21)의 영률 값은 8kPa 이상일 수 있다. 제1차광층(21)의 영률 값은 12kPa 이하일 수 있다. 제1차광층(21)의 영률 값은 11.8kPa 이상일 수 있다. 이러한 경우, 차광막(20) 건식 식각 시 제1차광층(21)의 측면이 광투과성 기판(10) 표면과 수직에 가깝게 형성될 수 있고, 제1차광층(21)의 내구성을 안정적으로 제어할 수 있다.
제2차광층(22)의 영률 값은 제1차광층(21)의 영률 값의 0.15배 이상 0.55 배 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 영률 값은 제1차광층(21)의 영률 값의 0.20배 이상일 수 있다. 제2차광층(22)의 영률 값은 제1차광층(21)의 영률 값의 0.23배 이상일 수 있다. 제2차광층(22)의 영률 값은 제1차광층(21)의 영률 값의 0.45배 이하일 수 있다. 제2차광층(22)의 영률 값은 제1차광층(21)의 영률 값의 0.42배 이하일 수 있다. 이러한 경우, 세정 공정을 비롯한 외력이 작용하는 환경에서 차광막(20) 표면부에서 발생하는 파티클의 수를 저감할 수 있다.
AFM을 이용한 측정에 의해, 분리력, 응착력 등도 얻어진다. 서로 다른 16개의 위치에서 측정한 분리력 및/또는 응착력은 측정값 전체적으로 그 편차가 작은 특징을 갖고, 이는 측정 위치 전체적으로 상기 차광막(20)의 물성이 고른 특징을 갖는다는 점을 의미한다.
상기 제2차광층(22)의 서로 다른 16개 위치(각 위치는 서로 적어도 1 cm 이상 떨어진 위치로 적용하는 것이 바람직함)에서 측정한 응착력(Adhesion energy)은 그 표준 편차가 상기 응착력 평균값의 8% 이하일 수 있고, 6 % 이하일 수 있고, 5 % 이하일 수 있다. 상기 표준편차는 상기 응착력 평균값의 0.001 % 이상일 수 있다. 이러한 특징을 갖는 블랭크 마스크(100) 또는 포토마스크는 전체적으로 미세한 패턴이 형성되더라도 고른 파티클 형성 저감 효과를 가질 수 있다.
상기 제2차광층(22)의 응착력은 0.25 fJ 이상일 수 있다. 상기 제2차광층(22)의 응착력은 0.30 fJ 이상일 수 있다. 상기 제2차광층(22)의 응착력은 0.4 fJ 이하일 수 있다.
상기 제2차광층(22)의 응착력은 상기 제1차광층(21)의 응착력보다 0.10 fJ 이상 큰 값일 수 있다. 상기 제2차광층(22)의 응착력은 상기 제1차광층(21)의 응착력보다 0.15 fJ 이하로 큰 값일 수 있다.
상기 제2차광층(22)의 서로 다른 16개 위치에서 측정한 분리력(Pull off force)은 그 표준 편차가 상기 분리력 평균의 5% 이하일 수 있고, 3 % 이하일 수 있고, 2 % 이하일 수 있다. 상기 표준편차는 상기 분리력 평균의 0.001% 이상일 수 있다. 이러한 특징을 갖는 블랭크 마스크(100) 또는 포토마스크는 전체적으로 고른 스크래치 형성 저감 효과를 가질 수 있다.
상기 제2차광층(22)의 분리력은 4.0 nN 이상일 수 있다. 상기 제2차광층(22)의 분리력은 4.1 nN 이상일 수 있다. 상기 제2차광층(22)의 분리력은 4.8 nN 이하일 수 있다.
상기 제2차광층(22)의 분리력은 상기 제1차광층(21)의 분리력보다 0.6 nN 이상 큰 값일 수 있다. 상기 제2차광층(22)의 분리력은 상기 제1차광층(21)의 응착력보다 1.2 nN 이하로 큰 값일 수 있다.
차광막(20)의 투과율 및 광학밀도는 스펙트로스코픽 엘립소미터를 통해 측정한다. 차광막(20)의 반사율은 예시적으로 나노-뷰 社의 MG-Pro 모델을 이용하여 측정할 수 있다.
차광막(20)의 파장 193 nm의 광에 대한 투과율이 1% 이상일 수 있다. 상기 투과율은 1.33% 이상일 수 있다. 상기 투과율은 1.38% 이상일 수 있다. 상기 투과율은 1.4% 이상일 수 있다. 상기 투과율은 1.6 이하일 수 있다.
상기 차광막(20)의 파장 193 nm의 광에 대한 광학밀도가 2.0 이하일 수 있다. 상기 광학밀도가 1.87 이하일 수 있다. 상기 광학밀도가 1.8 이상일 수 있다. 상기 광학밀도가 1.83 이상일 수 있다.
이러한 경우, 차광막(20)은 위상반전막과 함께 노광광을 효과적으로 차단할 수 있다.
차광막의 층 구조
차광막(20)은 제1차광층(21) 및 상기 제1차광층(21) 상에 배치되는 제2차광층(22)을 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 제1차광층(21) 상에 접하여 형성될 수 있다. 제2차광층(22)과 제1차광층(21) 사이에 다른 박막이 배치될 수 있다.
제1차광층(21)과 제2차광층(22)은 1: 0.02 내지 0.25의 두께비를 가질 수 있다. 제1차광층(21)과 제2차광층(22)은 1:0.04 내지 0.18의 두께비를 가질 수 있다. 이러한 제1차광층(21)과 제2차광층(22)을 모두 포함하는 차광막(20)은 목적하는 투과율, 광학밀도 등의 조건을 만족하면서도 파티클 발생 억제 및 스크래치 저감 특성을 가질 수 있다.
차광막(20)은 30 내지 80 nm 두께일 수 있다. 차광막(20)은 40 내지 70 nm 두께일 수 있다. 이러한 경우, 파티클 형성 저감 효과가 보다 뛰어날 수 있다.
상기 두께 또는 두께 비율은 단면의 현미경 사진으로 확인되는 층 구분 등으로 확인할 수 있고, 두께를 확인할 수 있는 방법이라면 제한 없이 적용 가능하다.
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, 차광막(20)이 구현예에서 미리 설정한 범위의 표면 반사율 값을 갖는 것을 도울 수 있고, 차광막(20) 패터닝 시 형성되는 차광 패턴막의 측면 표면 프로파일을 더욱 정교하게 제어하는 것을 도울 수 있다.
차광막의 조성
구현예는 차광막(20)에 포함된 각 층의 원소별 함량을 제어할 수 있다. 이를 통해 차광막(20)에 차광 특성을 부여하면서, 차광막(20) 또는 차광 패턴막의 결함 검사 시 검사의 정확도를 향상시키는 것을 도울 수 있다. 또한, 차광막(20) 내 각 층의 기계적 물성에 영향을 미쳐 차광막(20)의 패터닝 과정 또는 패터닝이 완료된 차광 패턴막으로부터 유래하는 파티클의 양을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
다만, 차광막(20) 내 각 층의 기계적 물성은 각 층의 조성뿐만 아니라 각 층의 밀도, 각 층에 포함된 원소들의 결정화 정도, 원소들의 배치 등에도 영향을 받을 수 있다. 구현예는 차광막(20) 내 각 층의 조성을 제어하면서, 각 층의 스퍼터링 과정에서 적용하는 스퍼터링 전력, 분위기 가스에 포함된 불활성 가스의 함량, 반응성 가스의 조성 등을 제어하여 차광막(20) 내 각 층의 기계적 물성을 조절할 수 있다. 구체적인 내용은 후술한다.
제2차광층(22)은 전이금속과 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 전이금속을 35 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 전이금속을 40 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 전이금속을 45 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 전이금속을 50 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 전이금속을 75 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 전이금속을 70 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 전이금속을 65 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 전이금속을 60 at% 이하 포함할 수 있다.
제2차광층(22)의 산소 또는 질소에 해당하는 원소의 함량은 15 at% 이상일 수 있다. 상기 함량은 25 at% 이상일 수 있다. 상기 함량은 70 at% 이하일 수 있다. 상기 함량은 65 at% 이하일 수 있다. 상기 함량은 60 at% 이하일 수 있다.
제2차광층(22)은 산소를 10 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 산소를 15 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 산소를 20 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 산소를 40 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 산소를 35 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 산소를 30 at% 이하 포함할 수 있다.
제2차광층(22)은 질소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 질소를 10 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 질소를 30 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 질소를 25 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 질소를 22 at% 이하 포함할 수 있다.
제2차광층(22)은 탄소를 1 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 탄소를 3 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 탄소를 25 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 탄소를 20 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 탄소를 15 at% 이하 포함할 수 있다.
이러한 경우, 차광막(20)이 결함 검사를 하기에 용이한 표면 반사율 특성을 가지는 것을 도울 수 있다. 또한, 차광막(20) 표면부의 내구성을 더욱 향상시키는 것을 도울 수 있다.
제1차광층(21)은 전이금속과, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 전이금속을 20 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 전이금속을 25 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 전이금속을 30 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 전이금속을 45 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 전이금속을 40 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 전이금속을 35 at% 이하 포함할 수 있다.
제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 22 at% 이상일 수 있다. 제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 30 at% 이상일 수 있다. 제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 35 at% 이상일 수 있다. 제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 75 at% 이하일 수 있다. 제1차광층(21)의 산소 함량 및 질소 함량을 합한 값은 65 at% 이하일 수 있다.
제1차광층(21)은 산소를 20 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 산소를 25 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 산소를 30 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 산소를 55 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 산소를 50 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 산소를 45 at% 이하 포함할 수 있다.
제1차광층(21)은 질소를 2 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 질소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 질소를 20 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 질소를 15 at% 이하 포함할 수 있다.
제1차광층(21)은 탄소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 탄소를 10 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 탄소를 30 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 탄소를 25 at% 이하 포함할 수 있다.
이러한 경우, 제1차광층(21)은 차광막(20)이 우수한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있다. 또한, 건식 식각 시, 제1차광층(21)이 제2차광층(22)에 비해 상대적으로 높은 식각 속도를 나타내도록 도울 수 있다.
제2차광층(22)에 포함된 각 원소별 함량 값과 제1차광층(21)에 포함된 각 원소별 함량 값의 차이값을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1차광층(21)과 제2차광층(22)은 서로 접하여 배치될 수 있다. 이 경우, 제1차광층(21)과 제2차광층(22) 사이의 조성, 특히 전이금속 함량의 차이를 제어하여 제1차광층(21)과 제2차광층(22) 사이의 표면 에너지 등의 물성 차이를 조절할 수 있다. 이를 통해, 제1차광층(21)과 제2차광층(22)의 계면에 위치하는 제1차광층(21) 표면의 원자들과 제2차광층(22) 표면의 원자들 사이에 결합이 용이하게 형성되도록 할 수 있고, 제1차광층(21)과 제2차광층(22)의 부착력 부족으로 인한 디펙트 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
제2차광층(22)의 전이금속 함량에서 제1차광층(21)의 전이금속 함량을 뺀 값의 절대값은 30원자% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 25원자% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 20원자% 이하일 수 있다. 상기 절대값은 7원자% 이상일 수 있다. 상기 절대값은 10원자% 이상일 수 있다. 상기 절대값은 12원자% 이상일 수 있다. 이러한 경우, 제1차광층(21)과 제2차광층(22) 사이에 형성되는 부착력을 향상시킬 수 있다.
상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이금속은 Cr일 수 있다.
기타 박막
도 3은 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 3을 참조하여 구현예의 블랭크 마스크를 설명한다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크(100)는 광투과성 기판(10), 상기 광투과성 기판(10) 상에 배치되는 위상반전막(30) 및 상기 위상반전막(30) 상에 배치되는 차광막(20)을 포함한다.
위상반전막(30)은 전이금속 및 규소를 포함한다.
차광막(20)에 대한 설명은 앞에서 설명한 내용과 중복되므로 생략한다.
위상반전막(30)은 광투과성 기판(10)과 차광막(20) 사이에 위치할 수 있다. 위상반전막(30)은 상기 위상반전막(30)을 투과하는 노광광의 광 세기를 감쇄하고, 위상차를 조절하여 패턴 가장자리에 발생하는 회절광을 실질적으로 억제하는 박막이다.
위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 위상차가 170 내지 190°일 수 있다. 위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 위상차가 175 내지 185°일 수 있다. 위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 3 내지 10%일 수 있다. 위상반전막(30)은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 4 내지 8%일 수 있다. 이러한 경우, 상기 위상반전막(30)이 포함된 포토마스크의 해상도가 향상될 수 있다.
위상반전막(30)은 전이금속 및 규소를 포함할 수 있다. 위상반전막(30)은 전이금속, 규소, 산소 및 질소를 포함할 수 있다. 상기 전이금속은 몰리브덴일 수 있다.
광투과성 기판(10)과 차광막(20)의 물성 및 조성 등에 대한 설명은 각각 앞에서 한 내용과 중복되므로 생략한다.
차광막(20) 상에 하드마스크(미도시)가 위치할 수 있다. 하드마스크는 차광막(20) 패턴 식각 시 에칭 마스크막 기능을 할 수 있다. 하드마스크는 규소, 질소 및 산소를 포함할 수 있다.
포토마스크
도 4는 본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 포토마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 4를 참조하여 구현예의 포토마스크를 설명한다.
본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 포토마스크(200)는 광투과성 기판(10) 및 상기 광투과성 기판(10)상에 배치되는 차광 패턴막(25)을 포함한다.
차광 패턴막(25)은 제1차광층(21) 및 상기 제1차광층(21) 상에 배치되는 제2차광층(22)을 포함한다.
차광 패턴막(25)은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
제2차광층(22)은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
파장 193nm의 광에 대한 상기 차광 패턴막(25) 상면의 반사율은 20% 이상 40% 이하이다.
상기 제2차광층(22)의 경도 값은 0.3kPa 이상 0.55kPa 이하이다.
차광 패턴막(25)은 앞에서 설명한 블랭크 마스크(100)의 차광막(20)을 패터닝하여 형성할 수 있다.
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 기판 및 스퍼터링 타겟을 설치하는 준비단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 스퍼터링 챔버 내에 분위기 가스를 주입하고, 스퍼터링 타겟에 전력을 가하여 기판 상에 차광막을 성막하는 성막단계;를 포함할 수 있다.
성막단계는 광투과성 기판 상에 제1차광층을 성막하는 제1차광층 성막과정; 및 상기 제1차광층 상에 제2차광층을 성막하는 제2차광층 성막과정을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 150℃ 이상 300℃이하의 분위기에서 5분 이상 30분 이하의 시간동안 열처리하는 열처리 단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 상기 열처리 단계를 거친 차광막을 냉각시키는 냉각단계;를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크의 제조방법은, 냉각 단계를 거친 블랭크 마스크를 10℃ 이상 60℃ 이하의 분위기에서 안정화시키는 안정화 단계;를 포함할 수 있다.
준비단계에서, 차광막의 조성을 고려하여 차광막을 성막 시 타겟을 선택할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 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 기판은 광투과성 기판 또는 광투과성 기판 상에 위상반전막이 증착된 것이 적용될 수 있다.
준비단계에서 스퍼터링 챔버 내 마그네트를 배치할 수 있다. 마그네트는 스퍼터링 타겟에서 스퍼터링이 발생하는 일 면에 대향되는 면에 배치될 수 있다.
차광막 성막단계에서, 차광막에 포함된 각 층별 성막 시 성막 공정 조건을 상이하게 적용할 수 있다. 특히, 차광막의 반사율, 광학 밀도 등의 광학 특성 및 기계적 물성 등을 고려하여, 분위기 가스 조성, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력, 성막 시간 등 각종 공정 조건을 각 층별로 상이하게 적용할 수 있다.
분위기 가스는 불활성 가스, 반응성 가스 및 스퍼터링 가스를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 성막된 박막을 구성하는 원소를 포함하지 않는 가스이다. 반응성 가스는 성막된 박막을 구성하는 원소를 포함하는 가스이다. 스퍼터링 가스는 플라즈마 분위기에서 이온화하여 타겟과 충돌하는 가스이다.
불활성 가스는 헬륨을 포함할 수 있다.
반응성 가스는 질소 원소를 포함하는 가스를 포함할 수 있다. 상기 질소 원소를 포함하는 가스는 예시적으로 N2, NO, NO2, N2O, N2O3, N2O4, N2O5 등일 수 있다. 반응성 가스는 산소 원소를 포함하는 가스를 포함할 수 있다. 상기 산소 원소를 포함하는 가스는 예시적으로 O2, CO2 등일 수 있다. 반응성 가스는 질소 원소를 포함하는 가스 및 산소 원소를 포함하는 가스를 포함할 수 있다. 상기 반응성 가스는 질소 원소와 산소 원소를 모두 포함하는 가스를 포함할 수 있다. 상기 질소 원소와 산소 원소를 모두 포함하는 가스는 예시적으로 NO, NO2, N2O, N2O3, N2O4, N2O5 등일 수 있다.
스퍼터링 가스는 Ar 가스일 수 있다.
스퍼터링 타겟에 전력을 가하는 전원은 DC 전원을 사용할 수 있고, RF 전원을 사용할 수도 있다.
제1차광층 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW 이상 2.5kW 이하로 적용할 수 있다. 제1차광층 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.6 kW 이상 2kW 이하로 적용할 수 있다. 이러한 경우, 건식 식각 시, 제1차광층의 기계적 물성이 조절되어 건식 식각 시 제1차광층이 안정적인 식각 속도를 가질 수 있도록 도울 수 있다.
제1차광층 성막과정에서, 스퍼터링 챔버 내에 주입되는 분위기 가스는 스퍼터링 가스와 함께 불활성 가스를 포함할 수 있다. 스퍼터링 시, 분위기 가스 내 불활성 가스의 함량을 제어함으로써, 성막되는 박막의 밀도. 경도 등의 기계적 물성이 구현예에서 미리 설정한 범위 내로 제어되는 것을 도울 수 있다.
분위기 가스에서, 불활성 가스의 함량(부피%)은 스퍼터링 가스의 함량(부피%)의 1배 이상일 수 있다. 불활성 가스의 함량(부피%)은 스퍼터링 가스의 함량(부피%)의 1.2배 이상일 수 있다. 불활성 가스의 함량(부피%)은 스퍼터링 가스의 함량(부피%)의 1.5배 이상일 수 있다. 불활성 가스의 함량(부피%)은 스퍼터링 가스의 함량(부피%)의 3배 이하일 수 있다. 불활성 가스의 함량(부피%)은 스퍼터링 가스의 함량(부피%)의 2.5배 이하일 수 있다. 불활성 가스의 함량(부피%)은 스퍼터링 가스의 함량(부피%)의 2.2배 이상일 수 있다.
전체 분위기 가스 기준 불활성 가스의 함량은 20부피% 이상일 수 있다. 상기 함량은 25부피% 이상일 수 있다. 상기 함량은 30부피% 이상일 수 있다. 상기 함량은 50부피% 이하일 수 있다. 상기 함량은 45부피% 이하일 수 있다. 상기 함량은 40부피% 이하일 수 있다.
이러한 경우, 제1차광층의 경도 값 등이 구현예에서 미리 설정한 범위 내로 조절되는 것을 도울 수 있다.
반응성 가스에 포함된 질소 함량(원자%) 대비 산소 함량(원자%) 비율은 1.5 이상 4 이하일 수 있다. 반응성 가스에 포함된 질소 함량(원자%) 대비 산소 함량(원자%) 비율은 2 이상 3 이하일 수 있다. 반응성 가스에 포함된 질소 함량(원자%) 대비 산소 함량(원자%) 비율은 2.2 이상 2.7 이하일 수 있다.
이러한 경우, 제1차광층으로부터 발생하는 파티클의 양을 감소시키는 것을 도울 수 있고, 건식 식각 시, 제2차광층 대비 제1차광층의 식각 속도를 향상시킬 수 있다.
제1차광층의 성막 시간은 200초 이상 300초 이하일 수 있다. 제1차광층의 성막 시간은 210초 이상 240초 이하일 수 있다. 이러한 경우, 제1차광층은 차광막이 충분한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있다.
제1차광층 성막을 실시한 후, 5초 이상 10초 이하의 시간동안 스퍼터링 챔버에 전력 및 분위기 가스를 공급하는 것을 중단하고, 제2차광층 성막과정에서 전력 및 분위기 가스를 다시 공급할 수 있다.
제2차광층 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1kW 이상 2kW 이하로 적용할 수 있다. 제2차광층 성막과정에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.2kW 이상 1.7kW 이하로 적용할 수 있다. 이러한 경우, 제2차광층의 경도, 영률 값 등이 구현예에서 미리 설정한 범위 내로 제어되는 것을 도울 수 있다.
제2차광층 성막과정에서, 분위기 가스 내 스퍼터링 가스 함량(부피%) 대비 반응성 가스의 함량(부피%) 비율은 0.3 이상 0.8 이하일 수 있다. 상기 함량(부피%) 비율은 0.4 이상 0.6이하일 수 있다.
제2차광층 성막과정에서, 반응성 가스에 포함된 질소 함량(원자%) 대비 산소 함량(원자%) 비율은 0.3 이하일 수 있다. 반응성 가스에 포함된 질소 함량(원자%) 대비 산소 함량(원자%) 비율은 0.1 이하일 수 있다. 반응성 가스에 포함된 질소 함량(원자%) 대비 산소 함량(원자%) 비율은 0.001 이상일 수 있다.
이러한 경우, 상기 차광막을 패터닝하여 형성된 차광 패턴막의 상부 내구성을 향상시키는 것을 도울 수 있고, 상기 차광막 또는 상기 차광막을 패터닝하여 형성된 차광 패턴막의 결함 검사 시 검사의 정확도를 향상시킬 수 있다.
제2차광층의 성막 시간은 10초 이상 30초 이하일 수 있다. 제2차광층의 성막 시간은 15초 이상 25초 이하일 수 있다. 이러한 경우, 건식 식각 시 더욱 정교한 차광막 패터닝이 가능하도록 도울 수 있다.
제1차광막 성막과정에서 적용된 반응성 가스 함량(부피%) 대비 제2차광막 성막과정에서 적용된 반응성 가스 함량(부피%) 비율은 0.7 이상 1.1 이하일 수 있다. 상기 비율은 0.8 이상 1.05 이하일 수 있다. 상기 비율은 0.85 이상 0.95 이하일 수 있다. 이러한 경우, 제1차광층과 제2차광층의 경도 및 영률 비 등의 제어가 보다 용이할 수 있다.
열처리 단계에서, 성막단계를 마친 차광막을 열처리할 수 있다. 구체적으로, 상기 차광막 성막을 마친 기판을 열처리 챔버 내에 배치한 후, 열처리를 실시할 수 있다.
차광막을 열처리하여 상기 차광막에 형성된 응력을 제거하고, 차광막의 치밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 차광막에 열처리가 적용되면, 차광막에 포함된 전이금속은 회복(recovery) 및 재결정(recrystallization)을 거치게 되고, 차광막에 형성된 응력은 효과적으로 제거될 수 있다. 다만, 열처리 단계에서, 열처리 온도 및 시간 등의 공정 조건이 제어되지 않을 경우, 차광막에 결정립 성장(grain growth)이 발생하고, 크기가 제어되지 않은 전이금속으로 구성된 결정립으로 인해 차광막 내 전이금속 원자들의 배치는 열처리 전에 비해 상당히 변형될 수 있다. 이는 차광막의 밀도, 경도 등 기계적 물성에 영향을 미칠 수 있고, 차광막 표면의 조도 특성에도 영향을 미쳐 차광막의 반사율 특성의 변동을 유발할 수 있다.
구현예는 열처리 단계에서 열처리 시간 및 온도를 제어하고, 아래에서 상술할 냉각단계에서 냉각 속도, 냉각 시간, 냉각 시 분위기 가스 등을 제어하여 차광막에 형성된 내부 응력을 효과적으로 제거하면서 차광막 내 각 층이 구현예에서 미리 설정한 기계적 물성을 갖도록 하고, 차광막 표면의 반사율 값이 결함 검사에 적절한 값을 갖도록 하는 것을 도울 수 있다.
열처리 단계는 150 내지 330℃에서 실시될 수 있다. 열처리 단계는 180 내지 280℃에서 실시될 수 있다.
열처리 단계는 5 내지 30분간 실시될 수 있다. 열처리 단계는 10 내지 20분간 실시될 수 있다. 상기 시간은 승온 시간을 제외한 시간이다.
이러한 경우, 차광막에 형성된 내부 응력을 효과적으로 제거할 수 있고, 열처리에 따른 전이금속 입자의 과도한 성장을 억제하는데 도울 수 있다.
냉각 단계에서, 열처리를 마친 차광막을 냉각할 수 있다. 열처리 단계를 마친 블랭크 마스크의 기판 측에, 구현예에서 미리 설정한 냉각 온도로 조절된 냉각 플레이트를 배치하여 블랭크 마스크를 냉각시킬 수 있다. 냉각단계에서, 블랭크 마스크와 냉각 플레이트간 간격을 조절하고, 분위기 가스를 도입하는 등의 공정 조건을 적용하여 블랭크 마스크의 냉각 속도를 제어할 수 있다.
블랭크 마스크는 열처리 단계를 마친 후 2분 내에 냉각 단계를 적용할 수 있다. 이러한 경우, 차광막 내 잔열에 의한 전이금속 입자의 성장을 효과적으로 막을 수 있다.
냉각 플레이트에 조절된 길이를 갖는 핀을 각 모서리에 설치하고, 상기 핀 위에 기판이 냉각 플레이트를 향하도록 블랭크 마스크를 배치하여 블랭크 마스크의 냉각속도를 제어할 수 있다.
냉각 플레이트에 의한 냉각방법에 더하여, 냉각단계가 진행되는 공간에 비활성 가스를 주입하여 블랭크 마스크를 냉각시킬 수 있다. 이러한 경우, 냉각 플레이트에 의한 냉각 효율이 다소 떨어지는 블랭크 마스크의 차광면 측의 잔열을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.
비활성 기체는 예시적으로 헬륨일 수 있다.
냉각단계에서, 냉각 플레이트에 적용된 냉각 온도는 10 내지 30℃일 수 있다. 상기 냉각 온도는 15 내지 25℃일 수 있다.
냉각단계에서, 블랭크 마스크와 냉각 플레이트간 이격 거리는 0.01 내지 30mm일 수 있다. 상기 이격 거리는 0.05 내지 5mm일 수 있다. 상기 이격 거리는 0.1 내지 2mm일 수 있다.
냉각단계에서, 블랭크 마스크의 냉각 속도는 30 내지 80℃/min일 수 있다. 상기 냉각속도는 35 내지 75℃/min일 수 있다. 상기 냉각속도는 40 내지 70℃/min일 수 있다.
이러한 경우, 열처리 후 차광막에 남아있는 열에 의한 전이금속의 결정립 성장을 억제하여 차광막 내 각 층이 구현예에서 미리 설정한 범위의 경도 값 등을 갖도록 하고, 차광막 표면이 결함 검사에 적합한 반사율 특성을 갖는 것을 도울 수 있다.
안정화 단계에서, 냉각 단계를 거친 블랭크 마스크를 안정화시킬 수 있다. 이를 통해, 급격한 온도 변화로 인한 블랭크 마스크의 손상을 방지할 수 있다.
냉각 단계를 거친 블랭크 마스크를 안정화시키는 방법은 다양할 수 있다. 일 예로서, 냉각 단계를 거친 블랭크 마스크를 냉각 플레이트로부터 분리한 후 상온의 대기 중에 소정 시간 방치할 수 있다. 다른 일 예로서, 냉각 단계를 거친 블랭크 마스크를 냉각 플레이트로부터 분리한 후 15℃ 이상 30℃ 이하의 분위기에서 30분 이상 200분 이하의 시간동안 안정화시킬 수 있다. 이 때, 블랭크 마스크를 20rpm 이상 50rpm 이하의 속도로 회전시킬 수 있다. 또 다른 일 예로서, 냉각 단계를 거친 블랭크 마스크에 블랭크 마스크와 반응하지 않는 기체를 5L/min 이상 10L/min 이하의 유량으로 1분 이상 5분 이하의 시간동안 분사시킬 수 있다. 이 때, 블랭크 마스크와 반응하지 않는 기체는 20℃ 이상 40℃ 이하의 온도를 가질 수 있다.
반도체 소자 제조방법
본 명세서의 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조방법은 광원, 포토마스크 및 레지스트막이 도포된 반도체 웨이퍼를 배치하는 준비단계, 상기 포토마스크를 통해 상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 반도체 웨이퍼 상에 선택적으로 투과시켜 출사하는 노광단계 및 상기 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 현상하는 현상단계를 포함한다.
포토마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광 패턴막을 포함한다.
차광 패턴막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치되는 제2차광층을 포함한다.
차광 패턴막(25)은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
제2차광층(22)은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
파장 193nm의 광에 대한 상기 차광 패턴막 상면의 반사율은 20% 이상 30% 이하이다.
상기 제2차광층의 경도 값은 0.3kPa 이상 0.55kPa 이하이다.
준비단계에서, 광원은 단파장의 노광광을 발생시킬 수 있는 장치이다. 노광광은 파장 200nm 이하의 광일 수 있다. 노광광은 파장 193nm인 ArF 광일 수 있다.
포토마스크와 반도체 웨이퍼 사이에 렌즈가 추가로 배치될 수 있다. 렌즈는 포토마스크 상의 회로 패턴 형상을 축소하여 반도체 웨이퍼 상에 전사하는 기능을 갖는다. 렌즈는 ArF 반도체 웨이퍼 노광공정에 일반적으로 적용될 수 있는 것이면 한정되지 않는다. 예시적으로 상기 렌즈는 불화칼슘(CaF2)으로 구성된 렌즈를 적용할 수 있다.
노광단계에서, 포토마스크를 통해 반도체 웨이퍼 상에 노광광을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 이러한 경우, 레지스트막 중 노광광이 입사된 부분에서 화학적 변성이 발생할 수 있다.
현상단계에서, 노광단계를 마친 반도체 웨이퍼를 현상 용액 처리하여 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 현상할 수 있다. 도포된 레지스트막이 포지티브 레지스트(positive resist)일 경우, 레지스트막 중 노광광이 입사된 부분이 현상용액에 의해 용해될 수 있다. 도포된 레지스트막이 네가티브 레지스트(negative resist)일 경우, 레지스트막 중 노광광이 입사되지 않은 부분이 현상용액에 의해 용해될 수 있다. 현상용액 처리에 의해 레지스트막은 레지스트 패턴으로 형성된다. 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 형성할 수 있다.
포토마스크에 대한 설명은 앞의 내용과 중복되므로 생략한다.
이하, 구체적인 실시예에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
제조예: 차광막의 제조
실시예 1: 가로 6인치, 세로 6인치, 두께 0.25인치의 합성 쿼츠 광투과성 기판상에 파장 193 nm의 광에 대해 약 180 °의 위상차를 갖는 동일한 기판을 마련하여 이하 차광막의 제조에 적용했다.
상기 기판을 DC 스퍼터링 장비의 챔버 내에 배치하고, 크롬 타겟이 T/S 거리가 255mm, 기판과 타겟간 각도가 25도를 형성하도록 하였다. 제1차광층 성막 시 적용한 전력은 1.85 kW이고, 제2차광층 성막에 적용된 전력은 1.5 kW이었다.
기판을 회전하면서 아래의 분위기 가스를 적용하여 표 1과 같이 스퍼터링을 진행했고, 각각 제1차광층과 제2차광층을 순차로 형성하여 차광막을 형성했다. 열처리는 200 ℃에서 15분 동안 동일하게 적용하였으며, 열처리를 마친 차광막은 20 ℃의 분위기에서 5분 동안 건조공기를 적용하여 냉각처리 하였다.
실시예 및 비교예별 공정 조건에 대해 아래 표 1에 기재하였다.
평가예: 조성 평가
실시예 및 비교예별 차광막 내 각 층의 전이금속 원소, 구체적으로 크롬 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 층의 크롬 ?t랑을 측정하였다. 실시예 및 비교예 별 측정 결과는 아래 표 2에 기재하였다.
평가예: 광학 특성 평가
스펙트로스코픽 엘립소미터를 이용하여 실시예 및 비교예 별 차광막의 파장 193nm의 광에 대한 투과율 및 광학밀도를 측정하였다.
또한 스펙트로스코픽 엘립소미터를 이용하여 실시예 1의 검사광 파장에 따른 차광막의 표면 반사율을 측정하였다. 구체적으로, 검사광 파장을 190nm에서 1nm 단위로 증가시키면서, 각 파장에 따른 실시예 1의 차광막 표면 반사율을 측정하였다. 이후, 상기 측정된 반사율 값을 회귀분석하여 그래프로 도시하였다.
광학 특성 평가에 사용된 스펙트로스코픽 엘립소미터는 나노-뷰 社의 MG-Pro를 사용하였다.
실시예 및 비교예 별 투과율 및 광학밀도 측정값은 아래 표 3에 기재하였다.
실시예 1의 검사광 파장에 따른 차광막의 표면 반사율을 측정한 그래프는 도 5에 개시하였다.
평가예: 기계적 물성 평가
경도, 영률, 분리력, 응착력 등의 측정은 원자현미경(Atomic force microscope, AFM)으로 측정했다. Park Systems 社(장비 모델 XE-150)의 AFM 장비를 사용하여 스캔 속도는 0.5Hz으로 Contact Mode, Cantilever 모델 Park Systems 社의 PPP-CONTSCR을 적용해 측정했고, 측정대상 내의 16개 지점에서 응착력 등을 측정하여 그 평균값을 취하고, 이로부터 얻어지는 경도 또는 영률 값을 위의 경도 또는 영률 값으로 아래 표 3에 나타냈다.
실시예 2의 16개 지점에서의 실측 데이터는 표 4에 제시했다. 측정 시 적용되는 측정용 팁은 실리콘 소재의 Berkovich tip(팁의 푸아송비: 0.07)이 적용되며, 경도 및 영률 측정 결과는 Oliver and Pharr Model이 적용하여 AFM 장비사가 제공한 프로그램에 의해 얻어지는 값을 취했다.
평가예: 식각 특성 평가
실시예 및 비교예별 시편에 포함된 차광막의 투과 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM) 이미지를 측정하여 차광막의 두께를 측정하였다. 시편을 가로 15mm, 세로 15mm의 크기로 가공하였다. 상기 가공된 시편의 표면을 ThermoFisher社의 Helios 5 HX DualBeam System을 이용하여 집속이온빔(Focused Ion Beam, FIB) 처리 후, JEOL LTD 社의 JEM-2100F HR 모델 장비 내 배치하고, 상기 시편의 TEM 이미지를 측정하였다. 상기 TEM 이미지로부터 차광막의 두께를 산출하였다.
이후, 염소계 가스에 대한 차광막의 식각 시간을 측정하였다. 상기 염소계 가스로 염소 기체를 90 내지 95부피%, 산소 기체를 5 내지 10부피% 포함한 가스를 적용하였다. 상기 차광막의 두께 및 차광막의 식각 시간으로부터 염소계 가스에 대한 차광막의 식각 속도를 산출하였다.
실시예 및 비교예 별 식각 속도 측정 값은 아래 표 3에 기재하였다.
평가예: 결함 평가
결함 검사 장비를 이용하여 비교예 1 및 2의 차광막 표면의 결함 형성 여부를 측정하였다. 구체적으로, LASERTEC 사의 M6641S 모델의 검사 장비에 HF filter를 적용한 후, 비교예 1 및 2의 차광막 표면의 이미지를 측정하였다.
비교예 1 및 2의 차광막 표면 이미지는 각각 도 6a 및 6b에 개시하였다.
층 종류 성막 시간(s) 분위기 가스 부피비 반응성 가스 비율*
Ar N2 CO2 He
실시예1 제1차광층 230~300 21 11 32 36 1
제2차광층 20~28 57 11 32 0
실시예2 제1차광층 230~300 19 11 36 34 0.915
제2차광층 20~28 57 11 32 0
실시예3 제1차광층 230~300 17 24 49 30 0.811
제2차광층 20~28 57 11 32 0
비교예1 제1차광층 230~300 21 11 32 36 -
제2차광층 - - - - -
비교예2 제1차광층 230~300 21 11 32 36 1.302
제2차광층 20~28 44 56 0 0
비교예3 제1차광층 230~300 19 11 36 34 0.426
제2차광층 20~28 80 20 0 0
* 제1차광층 형성 시 적용되는 반응성 가스를 기준으로 하는 제2차광층 형성 시 적용되는 반응성 가스의 비율(부피비)
Cr(원자%)
실시예 1 제1차광층 38
제2차광층 55
실시예 2 제1차광층 25
제2차광층 40
실시예 3 제1차광층 50
제2차광층 65
비교예 1 제1차광층 15
제2차광층 30
비교예 2 제1차광층 15
제2차광층 30
비교예 3 제1차광층 60
제2차광층 80
층 종류 경도
(kPa)		 경도비* 영률
(kPa)		 영률비** 투과율
(%)		 광학
밀도		 식각
속도
(Å/s)
실시예1 제1차광층 1.331 0.370 7.403 0.372 1.323 1.88 1.6
제2차광층 0.493 2.751
실시예2 제1차광층 1.630 0.302 9.040 0.305 1.412 1.85 1.8
제2차광층 0.493 2.760
실시예3 제1차광층 2.050 0.242 11.314 0.246 1.526 1.82 1.9
제2차광층 0.496 2.780
비교예1 제1차광층 - - - - 1.415 1.85 1.9
제2차광층 - -
비교예2 제1차광층 1.338 0.618 7.453 0.621 1.417 1.85 1.7
제2차광층 0.828 4.626
비교예3 제1차광층 1.640 0.102 9.101 0.101 0.993 2.02 1.1
제2차광층 0.167 0.920
* 경도비는 제1차광층의 경도를 기준으로 하는 제2차광층의 경도의 비율
** 영률비는 제1차광층의 영률을 기준으로 하는 제2차광층의 영률의 비율
측정점 제1차광층 제2차광층
분리력(nN) 응착력(fJ) 분리력(nN) 응착력(fJ)
1 3.7 0.22 4.55 0.35
2 3.68 0.21 4.41 0.33
3 3.63 0.21 4.41 0.33
4 3.59 0.2 4.37 0.32
5 3.53 0.2 4.4 0.33
6 3.52 0.19 4.31 0.32
7 3.47 0.19 4.39 0.33
8 3.61 0.2 4.27 0.32
9 3.57 0.2 4.34 0.31
10 3.45 0.19 4.29 0.31
11 3.56 0.2 4.41 0.34
12 3.45 0.19 4.36 0.33
13 3.36 0.18 4.37 0.33
14 3.52 0.19 4.29 0.3
15 3.49 0.19 4.18 0.3
16 3.47 0.19 4.27 0.3
평균 3.538 0.197 4.351 0.322
표준편차 0.091 0.010 0.084 0.015
평균 대비 표준편차 비율(%) 2.567 5.153 1.935 4.569
도 5에서, 실시예 1의 차광막 표면 반사율은 190nm 이상 260nm 이하의 파장에서 25% 이상 35% 이하의 반사율을 나타냈고, 350nm 이상 400nm 이하의 파장에서 30% 이상 45% 이하의 반사율을 나타냈고, 480nm 이상 550nm 이하의 파장에서 35% 이상 45% 이하의 반사율을 나타냈다.
표 3에서, 실시예 1 내지 3의 경도비는 0.15 이상 0.55 이하를 나타낸 반면, 비교예 1은 0.6 초과, 비교예 2는 0.11 미만을 나타냈다.
실시예 1 내지 3의 영률비는 0.15 이상 0.55 이하를 나타낸 반면, 비교예 1은 0.6 초과, 비교예 2는 0.11 미만을 나타냈다.
식각 속도에 있어서, 실시예 1 내지 3, 비교예 1 및 2는 1.6Å/s 이상의 속도를 나타낸 반면, 비교예 3의 식각 속도는 1.1 Å/s을 나타냈다.
응착력 및 분리력 평가에 있어서, 실시예 2의 제1차광층과 제2차광층의 분리력 평균값 대비 표준편차 비율은 각각 3% 이하로 나타났고, 응착력 평균값 대비 표준편차 비율은 각각 6% 이하로 나타났다.
도 6a 및 6b에서, 비교예 1의 표면은 파티클 및 파티클에 의한 스크래치가 다수 발생한 것을 확인할 수 있었다. 비교예 2의 표면은 비교예 1에 비해 상대적으로 파티클의 크기 및 개수가 감소했으나, 여전히 상당한 수의 파티클이 발생한 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 블랭크 마스크
10: 광투과성 기판
20: 차광막
21: 제1차광층
22: 제2차광층
30: 위상반전막
200: 포토마스크
25: 차광 패턴막
p: 차광 패턴막의 손상된 부분

Claims (10)

  1. 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막을 포함하고,
    상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치되는 제2차광층을 포함하고,
    상기 제2차광층은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    파장 193nm의 광에 대한 상기 차광막 표면의 반사율은 20% 이상 40% 이하이고,
    상기 제2차광층의 경도 값은 0.3kPa 이상 0.55kPa 이하이고,
    상기 제2차광층의 경도 값은 상기 제1차광층의 경도 값의 0.15배 이상 0.55배 이하인, 블랭크 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    파장 350nm의 광에 대한 상기 차광막 표면의 반사율은 25% 이상 45% 이하인, 블랭크 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    파장 350nm 이상 400nm 이하의 광 전체에 대한 상기 차광막 표면의 반사율은 25% 이상 50% 이하의 범위 내에 포함되고,
    파장 480nm 이상 550nm 이하의 광 전체에 대한 상기 차광막 표면의 반사율은 30% 이상 50% 이하의 범위 내에 포함되는, 블랭크 마스크.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서
    상기 제2차광층의 영률 값은 1.0kPa 이상인, 블랭크 마스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2차광층의 영률 값은 상기 제1차광층의 영률 값의 0.15배 이상 0.55배 이하인, 블랭크 마스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2차광층의 전이금속 함량에서 상기 제1차광층의 전이금속 함량을 뺀 값의 절대값은 30 원자% 이하인, 블랭크 마스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1차광층과 상기 제2차광층의 두께비는 1:0.02 내지 0.25인, 블랭크 마스크.
  9. 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광 패턴막을 포함하고,
    상기 차광 패턴막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치되는 제2차광층을 포함하고,
    상기 제2차광층은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    파장 193nm의 광에 대한 상기 차광 패턴막 상면의 반사율은 20% 이상 40% 이하이고,
    상기 제2차광층의 경도 값은 0.3kPa 이상 0.55kPa 이하이고,
    상기 제2차광층의 경도 값은 상기 제1차광층의 경도 값의 0.15배 이상 0.55배 이하인, 포토마스크.
  10. 광원, 포토마스크 및 레지스트막이 도포된 반도체 웨이퍼를 배치하는 준비단계; 상기 포토마스크를 통해 상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 반도체 웨이퍼 상에 선택적으로 투과시켜 출사하는 노광단계; 및 상기 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 현상하는 현상단계;를 포함하고,
    상기 포토마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광 패턴막을 포함하고,
    상기 차광 패턴막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치되는 제2차광층을 포함하고,
    상기 제2차광층은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    파장 193nm의 광에 대한 상기 차광 패턴막 상면의 반사율은 20% 이상 40% 이하이고,
    상기 제2차광층의 경도 값은 0.3kPa 이상 0.55kPa 이하이고,
    상기 제2차광층의 경도 값은 상기 제1차광층의 경도 값의 0.15배 이상 0.55배 이하인, 반도체 소자 제조방법.
KR1020210179867A 2021-12-15 2021-12-15 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 KR102495225B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210179867A KR102495225B1 (ko) 2021-12-15 2021-12-15 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크
JP2022186957A JP7491984B2 (ja) 2021-12-15 2022-11-22 ブランクマスク及びそれを用いたフォトマスク
CN202211556081.4A CN116263557A (zh) 2021-12-15 2022-12-06 空白掩模、光掩模和半导体元件的制造方法
TW111147679A TW202326281A (zh) 2021-12-15 2022-12-13 空白罩幕、光罩及半導體元件的製造方法
US18/080,186 US20240192584A1 (en) 2021-12-15 2022-12-13 Blank mask and photomask using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210179867A KR102495225B1 (ko) 2021-12-15 2021-12-15 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102495225B1 true KR102495225B1 (ko) 2023-02-06

Family

ID=85224064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210179867A KR102495225B1 (ko) 2021-12-15 2021-12-15 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240192584A1 (ko)
JP (1) JP7491984B2 (ko)
KR (1) KR102495225B1 (ko)
CN (1) CN116263557A (ko)
TW (1) TW202326281A (ko)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010204203A (ja) * 2009-02-27 2010-09-16 Fujifilm Corp フォトマスクの製造方法
KR101165242B1 (ko) * 2004-09-10 2012-09-13 도판 인사츠 가부시키가이샤 포토마스크 블랭크 및 포토마스크
JP5147328B2 (ja) * 2006-10-03 2013-02-20 キヤノン株式会社 近接場露光装置、近接場露光方法、レジストパターンの形成方法、デバイスの製造方法
KR20130051879A (ko) * 2011-11-10 2013-05-21 주식회사 에스앤에스텍 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조방법
KR101374498B1 (ko) * 2004-10-22 2014-03-13 도판 인사츠 가부시키가이샤 포토마스크 블랭크 및 포토마스크 및 그 제조방법
JP2019066892A (ja) 2014-08-29 2019-04-25 エスアンドエス テック カンパニー リミテッド 位相反転ブランクマスク及びフォトマスク
KR20190047671A (ko) * 2014-07-30 2019-05-08 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 포토마스크 블랭크의 설계 방법 및 포토마스크 블랭크
KR20200066178A (ko) * 2018-11-30 2020-06-09 호야 가부시키가이샤 포토마스크 블랭크, 포토마스크 블랭크의 제조 방법, 포토마스크의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법
JP6830985B2 (ja) 2019-07-22 2021-02-17 Hoya株式会社 マスクブランクおよび転写用マスク

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3645882B2 (ja) 2002-03-01 2005-05-11 Ｈｏｙａ株式会社 ハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法
JP3093632U (ja) 2002-03-01 2003-05-16 Ｈｏｙａ株式会社 ハーフトーン型位相シフトマスクブランク
JP6279858B2 (ja) 2013-09-03 2018-02-14 Hoya株式会社 マスクブランクの製造方法および転写用マスクの製造方法
JP7159096B2 (ja) 2019-03-28 2022-10-24 Hoya株式会社 フォトマスクブランク、フォトマスクの製造方法及び表示装置の製造方法
TWI743766B (zh) 2019-05-31 2021-10-21 南韓商S&S技術股份有限公司 空白罩幕和光罩
JP7344628B2 (ja) 2021-04-30 2023-09-14 エスケー エンパルス カンパニー リミテッド フォトマスクブランク、フォトマスク及び半導体素子の製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101165242B1 (ko) * 2004-09-10 2012-09-13 도판 인사츠 가부시키가이샤 포토마스크 블랭크 및 포토마스크
KR101374498B1 (ko) * 2004-10-22 2014-03-13 도판 인사츠 가부시키가이샤 포토마스크 블랭크 및 포토마스크 및 그 제조방법
JP5147328B2 (ja) * 2006-10-03 2013-02-20 キヤノン株式会社 近接場露光装置、近接場露光方法、レジストパターンの形成方法、デバイスの製造方法
JP2010204203A (ja) * 2009-02-27 2010-09-16 Fujifilm Corp フォトマスクの製造方法
KR20130051879A (ko) * 2011-11-10 2013-05-21 주식회사 에스앤에스텍 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조방법
KR20190047671A (ko) * 2014-07-30 2019-05-08 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 포토마스크 블랭크의 설계 방법 및 포토마스크 블랭크
JP2019066892A (ja) 2014-08-29 2019-04-25 エスアンドエス テック カンパニー リミテッド 位相反転ブランクマスク及びフォトマスク
KR20200066178A (ko) * 2018-11-30 2020-06-09 호야 가부시키가이샤 포토마스크 블랭크, 포토마스크 블랭크의 제조 방법, 포토마스크의 제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법
JP6830985B2 (ja) 2019-07-22 2021-02-17 Hoya株式会社 マスクブランクおよび転写用マスク

Also Published As

Publication number Publication date
JP7491984B2 (ja) 2024-05-28
TW202326281A (zh) 2023-07-01
US20240192584A1 (en) 2024-06-13
CN116263557A (zh) 2023-06-16
JP2023088855A (ja) 2023-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7901842B2 (en) Photomask blank and method of producing the same, method of producing photomask, and method of producing semiconductor device
TWI829153B (zh) 空白遮罩、使用其的光罩以及半導體元件的製造方法
JP7394918B2 (ja) ブランクマスク及びそれを用いたフォトマスク
US20220397819A1 (en) Blank mask and photomask using the same
TWI819769B (zh) 空白罩幕以及使用其之光罩幕
TWI834325B (zh) 空白遮罩以及使用其之光罩
KR102495225B1 (ko) 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크
JP7329031B2 (ja) ブランクマスク及びそれを用いたフォトマスク
KR102535171B1 (ko) 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크
KR102660636B1 (ko) 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크
TWI842005B (zh) 空白罩幕、使用該空白罩幕的光罩幕以及半導體器件的製造方法
KR102554083B1 (ko) 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크
JP7482197B2 (ja) ブランクマスク及びそれを用いたフォトマスク
KR102400199B1 (ko) 반도체 소자 제조 장치
KR102537003B1 (ko) 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크
KR102368448B1 (ko) 반도체 소자 제조 장치
KR102475672B1 (ko) 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크
CN116560176A (zh) 空白掩模、光掩模以及半导体器件制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant