KR102524138B1 - 성장성 이물 및 헤이즈 발생이 억제된 펠리클이 부착된 포토마스크 - Google Patents

성장성 이물 및 헤이즈 발생이 억제된 펠리클이 부착된 포토마스크 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 상대적으로 저렴한 비용의 소다라임(sodalime) 기판을 사용하여 포토마스크를 제조하면서도, 석영(쿼츠) 기판과 동등한 수준의 성능을 발휘할 수 있으며, 특히, 포토마스크 노광 과정에서 야크(Yake) 현상에 의해 소다라임 기판 내부에서 표면으로 튀어나오는 나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+) 또는 마그네슘(Mg2+) 등과 같은 성장성 이물로 인한 헤이즈(haze) 발생을 최소한으로 억제할 수 있는, 펠리클 구조를 가지는 포토마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 포토마스크는 기판에 형성되는 코팅층으로 인하여 기판의 방오 성능을 향상시키는 한편, 성장성 이물 발생으로 인해 기판 세정을 위한 펠리클의 반복적인 탈착을 미연에 방지할 수 있으므로, 공정의 경제성이 향상된다.

Description

성장성 이물 및 헤이즈 발생이 억제된 펠리클이 부착된 포토마스크{A photomask with a pellicle that prevents growth of growable residue and haze}
본 발명은 성장성 이물 및 헤이즈 발생이 억제된 펠리클 구조의 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 소자를 웨이퍼(wafer) 상에 집적시키기 위해 리소그래피 과정이 수행된다. 리소그래피 과정은 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 회로 패턴의 레이아웃(layout)을 설계하고, 설계된 회로 패턴의 레이아웃을 따르는 마스크 패턴(mask pattern)을 투명한 석영 기판 상에 구현하는 포토마스크 제조 과정을 포함하여 수행된다. 제조된 포토마스크를 이용하여 노광 과정을 수행하여 마스크 패턴을 웨이퍼 상의 포토레지스트(photoresist) 층에 패턴 전사하고 있다.
한편, 노광 과정에서 보다 작은 선폭의 패턴을 전사하고자 보다 짧은 파장대의 노광 광원이 이용되고 있으며, 보다 짧은 파장대의 노광 광원이 도입됨에 따라, 짧은 파장대의 광원이 가지는 상대적으로 높은 노광 에너지(energy)에 의해 포토마스크 표면에 성장성 이물 또는 헤이즈(haze) 발생이 보다 빈번하게 유발되고 있다.
일반적으로 포토마스크에서 사용되는 석영(쿼츠) 기판의 경우 비용이 상대적으로 고가이므로, 보다 저렴한 비용의 소다라임(sodalime) 기판들을 사용하여 생산 비용을 다운시키는 한편, 석영(쿼츠) 기판과 동등한 수준의 성능을 발휘시키기 위한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 소다라임 글래스의 구성 성분은 산화규소(SiO2) 약 73%, 산화나트륨 (Na2O) 약 14%, 산화칼슘(CaO) 약 9%, 산화마그네슘(MgO) 약 3%, 잔량으로 산화알루미늄(Al2O3) 등을 포함하는 것으로 알려져 있고, 이러한 소다라임 기판을 사용하는 경우 노광 공정 수행 간 야크(Yake) 현상이 발생하여, 소다라임 기판 내에 포함된 성분으로서 나트륨(Na+) 이온, 칼슘(Ca2+) 이온, 마그네슘(Mg2+) 이온 등이 기판 표면으로 튀어나와 표면에서 성장함으로써, 성장성 이물을 이루고 이에 따라 포토마스크 사용 간 헤이즈(Haze)를 발생시키는 문제가 있다.
또한, 포토마스크의 사용 수명 및 세정 주기를 연장시키고 포토마스크를 보호하기 위해 널리 사용되는 펠리클(pellicle)은 펠리클 프레임을 통해 포토마스크 전면에 부착되게 되는데, 상술한 성장성 이물 또는 헤이즈가 발생하게 되는 경우, 기판 세정을 위한 펠리클의 반복적인 탈착이 불가피하게 되므로, 사용 상의 어려움이 크다. 또한, 성장성 이물 또는 헤이즈는 주변 투과도를 저하시켜, 실제 패턴이 존재하지 않는 부분에 패턴 부분이 형성되는 패턴 결함을 유도하며, 이러한 패턴 결함이 웨이퍼 상에 유발될 경우, 회피 패턴들이 원치않게 연결되는 브릿지(bridge) 결함이 발생될 수 있으므로, 이러한 성장성 이물 또는 헤이즈에 의한 패턴 결함을 방지하고자 하는 노력이 계속되고 있다.
한편, 포토마스크 기판의 헤이즈 억제와 관련된 내용을 제시하는 종래 문헌으로는 한국 공개특허 제10-2009-0074558호(2009.07.07)가 있으나, 상기 공개특허에서는 석영(쿼츠) 기판 사용과 관련, 황산화물(SOx), 질산화물(NOx), 이산화탄소 또는 수분 등의 반응 물질이 포토마스크 세정 시 잔류하는 물질과 결합하는 것을 방지하고, 성장성 이물이 고착되는 것을 방지하여 헤이즈 내성을 증가시키는 내용에 관해서 개시하고 있을 뿐, 소다라임(sodalime) 기판 사용의 경우 및 소다라임 기판 사용으로 인한 기판 내부로부터 튀어나오는 성장성 이물을 방지하기 위한 제시가 없다는 한계가 있다.
선행문헌 1: 대한민국 공개특허 제10-2009-0074558호(2009.07.07.)
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 상대적으로 저렴한 비용의 소다라임(sodalime) 기판을 사용하여 포토마스크를 제조하면서도, 석영(쿼츠) 기판과 동등한 수준의 성능을 발휘할 수 있으며, 특히, 포토마스크 노광 과정에서 야크(Yake) 현상에 의해 소다라임 기판 내부에서 표면으로 튀어나오는 나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+), 마그네슘(Mg2+) 등과 같은 성장성 이물로 인한 헤이즈(haze) 발생을 최소한으로 억제할 수 있는, 펠리클 구조를 가지는 포토마스크 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서는, a) 소다라임(sodalime) 재질의 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; b) 상기 기판의 상면 및 하면 각각에 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine) 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 조성물로 코팅층을 형성하는 단계; 및 c) 상기 기판 상에, 펠리클 프레임으로 지지되며 기판과 소정 간격 이격된 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane)을 형성하는 단계; 를 포함하는 포토마스크 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서, 상기 b 단계의 코팅층 형성 단계는 스프레이 코팅 및 스퍼터링 중 선택되는 1종 이상의 방법을 통해 수행되는, 포토마스크 제조방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서, 상기 코팅층은 100 내지 800 Å 두께 범위로 형성되는, 포토마스크 제조방법을 제공한다.
본 명세서에서는, 상기 방법에 따라 제조되는 포토마스크로서, 마스크 패턴이 형성된 소다라임(sodalime) 재질의 기판; 상기 기판의 상면 및 하면을 각각 커버하며, 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine) 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 코팅층; 및 상기 기판 상에, 펠리클 프레임으로 지지되며 기판과 소정 간격 이격되어 형성되는 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane)을 포함하는, 포토마스크를 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 코팅층의 두께는 100 내지 800 Å 두께 범위를 가지는, 포토마스크를 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 기판 상면의 코팅층은 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 100 : 10 내지 20 중량부 비로 포함되고 300 내지 400 Å 두께 범위로 형성되고, 상기 기판 하면의 코팅층은 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 100 : 80 내지 120 중량부 비로 포함되고 100 내지 200 Å 두께 범위로 형성되는, 포토마스크를 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 포토마스크는 노광 시 소다라임 기판과 UV 광원 간 반응에 의한 야크(Yake) 현상으로 형성된 나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+) 및 마그네슘(Mg2+) 계열 중 선택되는 1종 이상의 성장성 이물로 인한 헤이즈(Haze) 발생을 억제하는, 포토마스크를 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 포토마스크는 436㎚ 파장에서 광투과율은 88 내지 90% 범위, 광반사율은 8.0 ± 5.0% 범위인, 포토마스크를 제공한다.
본 발명에 따라 제조되는 포토마스크는 상대적으로 저렴한 비용의 소다라임(sodalime) 기판을 사용하여 포토마스크를 제조하면서도, 석영(쿼츠) 기판과 동등한 수준의 광투과율, 광반사율 등의 성능을 발휘한다.
또한, 본 발명에 따라 제조되는 포토마스크는 노광 과정에서 야크(Yake) 현상에 의해 소다라임 기판 내부에서 표면으로 튀어나오는 나트륨(Na+) 이온, 칼슘(Ca2+) 또는 마그네슘(Mg2+) 등과 같은 성장성 이물로 인한 헤이즈(haze) 발생으로 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 포토마스크는 기판에 형성되는 코팅층으로 인하여 기판의 방오 성능을 향상시키는 한편, 성장성 이물 발생으로 인해 기판 세정을 위한 펠리클의 반복적인 탈착을 미연에 방지할 수 있으므로, 공정의 경제성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 펠리클 구조를 포함하는 포토마스크를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일구현예에 따른 펠리클 구조를 포함하는 포토마스크의 노광 공정 시 빛 경로를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따라 소다라임 기판 상에 코팅층을 형성하지 않은 경우, 야크(Yake) 현상에 의해 기판 표면 상에 성장성 이물이 성장하게 되는 메커니즘을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 각 층 또는 요소가 각 층들 또는 요소들의 "상에" 또는 "위에" 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층 또는 요소가 직접 각 층들 또는 요소들의 위에 형성되는 것을 의미하거나, 다른 층 또는 요소가 각 층 사이, 대상체, 기재 상에 추가적으로 형성될 수 있음을 의미한다.
발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 바와 같이, 포토마스크의 사용 수명 및 세정 주기를 연장시키고 포토마스크를 보호하기 위해 포토마스크 전면에 부착되는 펠리클(pellicle)이 널리 사용되고 있다. 한편, 일반적으로 포토마스크에서 사용되는 석영(쿼츠) 기판의 경우 비용이 상대적으로 고가이므로, 보다 저렴한 비용의 소다라임(sodalime) 기판들을 사용하여 생산 비용을 다운시키는 한편, 석영(쿼츠) 기판과 동등한 수준의 성능을 발휘시키기 위한 연구가 이루어지고 있으나, 이러한 소다라임 기판을 사용하는 경우 노광 공정 수행 간 야크(Yake) 현상이 발생하여, 소다라임 기판 내에 포함된 성분으로서 나트륨(Na+) 이온, 칼슘(Ca2+) 이온, 마그네슘(Mg2+) 이온 등이 기판 표면으로 튀어나와 표면에서 성장함으로써, 성장성 이물을 이루고 이에 따라 포토마스크 사용 간 헤이즈(Haze)를 발생시키는 문제가 있다.
본 발명자들은, 마스크 패턴이 형성된 소다라임(sodalime) 재질 기판의 상면 및 하면 각각에 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 특정 중량부 비로 포함된 조성물로 코팅층을 형성하는 경우, 포토마스크 노광 과정에서 야크(Yake) 현상에 의해 소다라임 기판 내부에서 표면으로 튀어나오는 나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+), 마그네슘(Mg2+) 등과 같은 성장성 이물로 인한 헤이즈(haze) 발생을 최소한으로 억제할 수 있다는 점, 상대적으로 저렴한 비용의 소다라임(sodalime) 기판을 사용하여 포토마스크를 제조하면서도, 석영(쿼츠) 기판과 동등한 수준의 광투과율, 광반사율 등의 성능을 발휘할 수 있다는 점 및 기판에 형성되는 코팅층으로 인하여 기판의 방오 성능을 향상시키는 한편, 성장성 이물 발생으로 인해 기판 세정을 위한 펠리클의 반복적인 탈착을 미연에 방지할 수 있으므로, 공정의 경제성이 향상된다는 점을 실험을 통하여 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 포토마스크 및 그 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다.
펠리클 구조를 포함하는 포토마스크 제조방법
본 발명의 일구현예에 따른, 포토마스크 제조 방법은 a) 소다라임(sodalime) 재질의 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; b) 상기 기판의 상면 및 하면 각각에 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine) 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 조성물로 코팅층을 형성하는 단계; 및 c) 상기 기판 상에, 펠리클 프레임으로 지지되며 기판과 소정 간격 이격된 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane)을 형성하는 단계; 를 포함한다.
먼저, 소다라임(sodalime) 재질의 기판 상에 마스크 패턴을 형성한다(단계 a).
소다라임(sodalime)은 산화나트륨(Na2O)과 산화칼슘(CaO)이 다량 포함된 글래스(glass)로서, 구체적으로 산화규소(SiO2) 약 73%, 산화나트륨 (Na2O) 약 14%, 산화칼슘(CaO) 약 9%, 산화마그네슘(MgO) 약 3%, 잔량으로 산화알루미늄(Al2O3-) 등을 포함하는 것일 수 있다. 한편, 소다라임은 석영(쿼츠) 대비 가격이 상대적으로 저렴한 장점이 있으나, 석영(quartz) 기판과 달리 산화나트륨, 산화칼슘 등과 같은 불순물을 다수 포함하므로, 노광 과정에서 기판 내부에서 표면으로 나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+), 마그네슘(Mg2+) 등과 같은 성장성 이물이 튀어나오는 문제점이 있다(도 3 참조).
한편, 본원 발명에서는 후술하는 b 단계에서와 같이, 기판 표면, 즉 기판의 상면 및 하면 상에 각각 코팅층을 형성함으로써, 포토마스크 노광 과정에서 높은 노광 에너지로 인한 야크(Yake) 현상에 의해 소다라임 기판 내부에서 표면으로 튀어나오는 나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+) 및 마그네슘(Mg2+)등 계열의 성장성 이물 발생 및 이로 인한 헤이즈(haze) 발생을 최소한으로 억제할 수 있게 된다.
보다 상세하게 설명하면, 야크(Yake) 현상은 소다라임(sodalime) 재질의 글래스에서 발생하는 현상으로서, 포토마스크 노광 시 발생하는 높은 노광 에너지로 인해 기판 온도가 상승하고, 상승된 온도 및 수분량, 이산화탄소(CO2)의 양 등에 의해 기판이 열화됨으로써, 소다라임 기판 내부에 존재하는 불순물로서 나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+) 및 마그네슘(Mg2+)등이 기판 외표면으로 튀어나와, 입자를 이루면서 성장하는 것을 의미한다. 한편, 본원 발명에 따라 기판 표면 상에 코팅층을 형성하는 경우, 해당 불순물들이 기판 열화 시 표면으로 튀어나오게 될 때, 상기 코팅층이 물리적 장벽으로 작용하게 되므로, 해당 현상을 효과적으로 방지하게 된다.
한편, 상기 소다라임 기판 상에 형성되는 마스크 패턴은 일례로 기판 상에 형성된 오목부 및 볼록부를 포함한 요철 패턴일 수 있으며, 상기 볼록부는 크롬층 및 산화크롬층이 순차 적층된 구성을 가지는 것일 수 있다. 한편, 상기 오목부는 소다라임 기판 만이 있는 구성일 수 있다. 한편, 상기 마스크 패턴은 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 형성되는 것일 수 있고, 상기 형성되는 크롬층은 일례로, 90 내지 100 ㎚ 두께로, 산화크롬층은 일례로, 10 내지 20 ㎚ 두께로 형성되는 것일 수 있다.
다음으로, 상기 기판의 상면 및 하면 각각에 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine) 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 조성물로 코팅층을 형성한다(단계 b).
상기 단계는 소다라임 재질의 기판으로 제작된 포토마스크를 노광 작업에 사용했을 때 야크(Yake) 현상에 의해 소다라임 기판 내부에서 표면으로 튀어나오는 나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+) 또는 마그네슘(Mg2+) 등과 같은 성장성 이물을 사전 차단함으로써, 해당 성장성 이물로 인한 헤이즈(haze) 발생을 억제하는 코팅층을 형성하는 단계에 해당한다(도 1 참조).
상기 단계는 스프레이 코팅 및 스퍼터링 중 선택되는 1종 이상의 방법을 통해 수행되는 것일 수 있고, 코팅층을 형성하는 조성물은 후술하는 바와 같이, 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine) 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 상기 코팅층은 100 내지 800 Å 두께 범위로 형성되는 것일 수 있다.
일례로, 마스크 패턴이 형성된 기판의 상면에는 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 100 : 10 내지 20 중량부 비로 포함된 조성물을 이용하여 300 내지 400 Å 두께 범위로 코팅층을 형성할 수 있으며, 기판의 하면에는 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 100 : 80 내지 120 중량부 비로 포함된 조성물을 이용하여 100 내지 200 Å 두께 범위로 각각 형성되는 것일 수 있다.
한편, 기판의 상면에 형성되는 코팅층은 상기 두께 범위 및 조성비 내에서 뛰어난 배리어 효과 및 방오 성능을 발휘하는 효과가 있고, 특히, 상면에 형성되는 코팅층의 두께 범위 및 조성비 범위가 상기 범위 내인 경우 야크 현상에 의한, 성장성 이물 및 헤이즈 발생을 효과적으로 억제하는 동시에, 향상된 방오 성능을 확보하게 된다.
한편, 기판의 하면에 형성되는 코팅층은 펠리클 구조 내부에 구비되는 상면 코팅층과 달리 외부로 노출된 상태로 유지되는 바, 상기 두께 범위 및 조성비 내에서 향상된 방오 성능을 확보하는 한편, 대기 중과 글래스(glass)의 굴절율 차이로 발생하는 2차 굴절을 최소화하여 펠리클을 사용하지 않는 일반 포토마스크의 노광 빛 경로와 실질적으로 동등한 수준의 빛 경로를 가질 수 있게 된다(도 2 참조).
한편, 상기 b 단계의 코팅층 형성 단계는 스프레이 코팅 및 스퍼터링을 통해 수행되는 것일 수 있으며, 일례로, 70 ~ 150 ℃, 진공도 3.0 * 10-3 ~ 5.0 * 10-5 Torr, Ar: 5 ~ 10 sccm, O2: 5 ~ 10 sccm, 파워 270 ~ 290 mA, Rate 2 ~ 10 Å/sec의 건식 조건으로 각각 스퍼터링 하여 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 기판 상에, 펠리클 프레임으로 지지되며 기판과 소정 간격 이격된 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane)을 형성한다(단계 c).
상기 펠리클은 마스크를 보호하기 위한 구성으로서, 펠리클 프레임과 펠리클 멤브레인막을 포함할 수 있다. 한편, 펠리클 멤브레인막은 마스크의 노광 에이리어(area)를 커버하는 것으로서, 일례로 원형, 타원형, 다각형 등 평면 형상을 가질 수 있으나, 특별히 제한되는 것은 아니다. 한편, 펠리클 멤브레인은 탄소 함유 박막일 수 있으며, 일례로, 그래핀, 그라파이트(graphite), 또는 탄소나노튜브(carbon nanotube)를 포함하는 것일 수 있으며, 탄소나노튜브는 SWCNT(Single wall carbon nanotube), MWCNT(Multiwall CNT) 또는 이들의 조합일 수 있다. 한편, 상기 펠리클은 탄소 함유 박막 표면에 코팅된 강화층을 추가로 더 포함할 수 있으며, 강화층은 일례로, 붕소(B) 함유 물질, 실리콘(Si) 함유 물질, 또는 전이 금속으로 이루어지는 것일 수 있다. 한편, 상기 펠리클 멤브레인막은 약 1 내지 200 ㎚ 일 수 있다.
한편, 펠리클 프레임은 금속 또는 고분자로 이루어지는 것일 수 있으며, 일례로, 카본, DLC(Diamond like Carbon), 알루미늄, 스테인레스, 또는 폴리에틸렌 재질일 수 있다. 한편, 펠리클 프레임은 검은색일 수 있고, 이 경우 노광광의 반사를 방지함과 함께 부착된 이물 등의 유무 검사를 쉽게 수행할 수 있다. 한편, 상기 펠리클 프레임과 기판 사이에는 접착을 위한 접착층이 추가로 구비될 수 있으며, 일례로, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 불소 수지 등과 같은 접착제를 사용하여 형성된 것일 수 있다.
상술한 방법에 의해 제조되는 본 발명의 일구현예에 따른 포토마스크는 마스크 패턴이 형성된 소다라임(sodalime) 재질의 기판; 상기 기판의 상면 및 하면을 각각 커버하며, 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine) 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 코팅층; 및 상기 기판 상에, 펠리클 프레임으로 지지되며 기판과 소정 간격 이격되어 형성되는 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane)을 포함할 수 있다(도 1 참조).
상술한 바와 같이, 각각의 코팅층은 100 내지 800 Å 두께 범위로 형성되는 것일 수 있고, 일례로, 기판 상면의 코팅층은 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 100 : 10 내지 20 중량부 비로 포함되며, 300 내지 400 Å 두께 범위로 형성된 것, 상세하게는 100 : 15 중량부 비로 포함되며, 350 Å 두께로 형성될 수 있다. 또한, 기판 하면의 코팅층은 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 100 : 80 내지 120 중량부 비로 포함되며, 100 내지 200 Å 두께 범위로 형성된 것, 상세하게는 100 : 100 중량부 비로 포함되며, 150 Å 두께로 형성될 수 있다.
한편, 기판의 상면에 형성되는 코팅층은 상기 두께 범위 및 조성비 내에서 뛰어난 배리어 효과 및 방오 성능을 발휘하는 효과가 있고, 특히, 상면에 형성되는 코팅층의 두께 범위 및 조성비 범위가 상기 범위 내인 경우 야크 현상에 의한, 성장성 이물 및 헤이즈 발생을 효과적으로 억제하는 동시에, 향상된 방오 성능을 확보하게 된다.
한편, 기판의 하면에 형성되는 코팅층은 펠리클 구조 내부에 구비되는 상면 코팅층과 달리 외부로 노출된 상태로 유지되는 바, 상기 두께 범위 및 조성비 내에서 향상된 방오 성능을 확보하는 한편, 대기 중과 글래스(glass)의 굴절율 차이로 발생하는 2차 굴절을 최소화하여 펠리클을 사용하지 않는 일반 포토마스크의 노광 빛 경로와 실질적으로 동등한 수준의 빛 경로를 가질 수 있게 된다(도 2 참조).
한편, 상기와 같은 코팅층 형성으로 인하여, 노광 과정에서 야크(Yake) 현상에 의해 소다라임 기판 내부에서 표면으로 튀어나오는 나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+) 또는 마그네슘(Mg2+) 등과 같은 성장성 이물로 인한 헤이즈(haze) 발생을 최소한으로 억제하는 한편, 상대적으로 저렴한 비용의 소다라임(sodalime) 기판을 사용하여 포토마스크를 제조하면서도, 석영(쿼츠) 기판과 동등한 수준의 광투과율, 광반사율 등의 성능을 발휘하게 되고, 또한, 코팅층으로 인하여 기판의 방오 성능을 향상시키는 한편, 성장성 이물 발생으로 인해 기판 세정을 위한 펠리클의 반복적인 탈착을 미연에 방지할 수 있으므로, 공정의 경제성이 향상된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 포토마스크는 436㎚ 파장에서 광투과율은 88 내지 90% 범위, 광반사율은 8.0 ± 5.0% 범위 내로서, 석영(쿼츠) 기판 대비 상대적으로 저렴한 소다라임 기판을 사용하면서도, 석영(쿼츠) 기판과 동등한 수준의 광투과율 및 광반사율 성능을 구현하는 효과가 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리 범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
크롬층, 및 산화크롬층이 순차 적층된 기판으로서, 산화규소(SiO2) 약 73%, 산화나트륨 (Na2O) 약 14%, 산화칼슘(CaO) 약 9%, 산화마그네슘(MgO) 약 3%, 잔량으로 산화알루미늄(Al2O3) 등을 포함하는 20인치 × 24인치 크기의 소다라임(Sodalime) 재질의 유리 기판)을 준비하고, 상기 포토마스크 기판 상면 및 하면에 각각 70 ~ 150 ℃, 진공도 3.0 * 10-3 ~ 5.0 * 10-5 Torr, Ar: 5 ~ 10 sccm, O2: 5 ~ 10 sccm, 파워 270 ~ 290 mA, Rate 2 ~ 10 Å/sec의 건식 조건으로 스퍼터링 하여 코팅층을 형성하였으며, 이때, 기판 상면에는 이산화규소 및 플루오린을 100 : 15 중량부 비로 하여 350 Å 두께 범위로 코팅층을 형성하였으며, 기판 하면에는 이산화규소 및 플루오린을 100 : 100 중량부 비로 하여 150 Å 두께 범위로 코팅층을 형성하였다. 다음으로, 상기 포토마스크 기판 상면에 면하는 프레임 형상의 펠리클 프레임 및 카본 재질의 펠리클 멤브레인막을 형성하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 방법으로 포토마스크를 제조하되, 소다라임 재질의 유리 기판이 아닌 쿼츠(quartz) 기판을 사용하고, 코팅층을 별도로 형성하지 않은 것만 달리하였다.
비교예 2-1, 2-2, 2-3
실시예 1과 동일한 방법으로 포토마스크를 제조하되, 코팅층을 별도로 형성하지 않은 것(비교예 2-1), 상면 코팅층을 형성하지 않은 것(비교예 2-2), 하면 코팅층을 형성하지 않은 것(비교예 2-3)만 달리하였다.
비교예 3-1 내지 3-4
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 포토마스크를 제조하되, 상면 코팅층 두께를 250 Å으로 형성한 것(비교예 3-1), 상면 코팅층 두께를 450 Å으로 형성한 것(비교예 3-2), 하면 코팅층 두께를 50 Å으로 형성한 것(비교예 3-3), 및 하면 코팅층 두께를 250 Å 두께 범위로 형성한 것만 달리하였다.
비교예 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 등
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 포토마스크를 제조하되, 상면 코팅층 형성 시 이산화규소 및 플루오린을 100 : 5 중량부 비로 포함한 것(비교예 4-1), 이산화규소 및 플루오린을 100 : 25 중량부 비로 포함한 것(비교예 4-2), 하면 코팅층 형성 시 이산화규소 및 플루오린을 100 : 60 중량부 비로 포함한 것(비교예 4-3), 이산화규소 및 플루오린을 100 : 130 중량부 비로 포함한 것(비교예 4-4)만 달리하였다.
상면 코팅층 조성 및 두께 하면 코팅층 조성 및 두께
SiO2 (중량부) Fluorine
(중량부)		 두께(Å) SiO2
(중량부)		 Fluorine
(중량부)		 두께(Å)
실시예 1 100 15 350 100 95 150
비교예 1 - - - - - -
비교예 2-1 - - - - - -
비교예 2-2 - - - 100 95 150
비교예 2-3 100 15 350 - - -
비교예 3-1 100 15 250 100 95 150
비교예 3-2 100 15 450 100 95 150
비교예 3-3 100 15 350 100 95 100
비교예 3-4 100 15 350 100 95 250
비교예 4-1 100 5 350 100 95 150
비교예 4-2 100 25 350 100 95 150
비교예 4-3 100 15 350 100 60 150
비교예 4-4 100 15 350 100 130 150
[실험 1: 성장성 이물(헤이즈 발생 여부) 확인 및 접촉각 측정 실험]
상기 실시예 1 내지 비교예들에 의해 제조된 포토마스크를 접촉식 노광 공정에 100회 적용 후, 성장성 이물로 인한 헤이즈가 발생하였는지 여부를 KS M ISO 14782 방법에 의거하여 측정하였다. 또한, 증류수에 대한 초기 접촉각은 KS L 2110 방법에 의해 측정하고, 방오 성능을 측정하기 위하여 무진천을 대상으로 250g, 40 rpm, 5,000회를 실시한 다음, 재차 접촉각을 측정하여, 그 결과 값을 표 2에서 나타내었다.
[실험 2: 포토마스크 투과율 및 반사율 확인 실험]
실시예 1 및 비교예들에 따라 포토마스크를 제조하는 경우, 최종적으로 제조된 포토마스크 제품의 전 면적에 걸쳐 균일한 투과율 및 반사율을 얻을 수 있는지 여부를 확인하기 위하여, 투과율을 10회 반복 측정하고 편차를 측정하여 종합한 결과를 아래에 나타내었다. 구체적으로 광투과율은 KS M ISO 9211-3 방법에 의거하여 측정하였으며 그 결과를 표 2에서 나타내었다.
구분 헤이즈(%) 초기 접촉각(°) 내마모 시험 후 접촉각(°) 436 nm에서의
광 투과율
(Transmittance)		 436 nm에서의
광 반사율
(Reflectance)
실시예 1 0.07 ± 0.01 118.7° 115.6 ± 1.2° 89 ± 1.0% 8.0 ± 5.0%
비교예 1 0.06 ± 0.03 118.9° 116.4 ± 1.5° 89 ± 1.5% 8.0 ± 5.0%
비교예 2-1 4.07 ± 0.20 115.4° 94.2 ± 1.5° 87 ± 1.0% 8.0 ± 7.0%
비교예 2-2 4.06 ± 0.15 115.7° 96.1 ± 1.5° 87 ± 1.5% 8.0 ± 7.0%
비교예 2-3 0.07 ± 0.02 117.8° 112.6 ± 1.8° 88 ± 2.0% 8.0 ± 7.0%
비교예 3-1 0.07 ± 0.03 118.8° 114.6 ± 1.0° 89 ± 1.0% 8.0 ± 6.0%
비교예 3-2 0.07 ± 0.04 118.7° 115.5 ± 1.2° 87 ± 1.5% 8.0 ± 7.0%
비교예 3-3 0.08 ± 0.15 117.9° 112.3 ± 1.5° 89 ± 1.5% 8.0 ± 6.0%
비교예 3-4 0.07 ± 0.15 118.5° 113.1 ± 1.2° 87 ± 1.2% 8.0 ± 7.0%
비교예 4-1 0.07 ± 0.05 118.5° 111.1 ± 1.2° 88 ± 1.0% 8.0 ± 6.0%
비교예 4-2 0.07 ± 0.02 118.6° 115.8 ± 1.2° 87 ± 1.5% 8.0 ± 7.0%
비교예 4-3 0.07 ± 0.02 118.7° 114.6 ± 1.5° 88 ± 1.5% 8.0 ± 6.0%
비교예 4-4 0.07 ± 0.01 118.9° 115.1 ± 1.2° 87 ± 1.2% 8.0 ± 7.0%
상기 표 2의 결과를 참고하면, 실시예 1에 따라 제조된 포토마스크는 비교예들 대비 성장성 이물 발생에 따른 헤이즈 발생이 현저히 억제되면서, 우수한 방오 성능을 가지며, 쿼츠 기판과 동등한 수준의 광 투과율 및 광 반사율 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었으며, 상면 코팅층이 형성되지 않는 경우, 성장성 이물로 인한 헤이즈가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 포토마스크 제조 시 코팅층이 본 발명에 따른 조성비 및 두께 범위를 가지는 경우, 상술한 바와 같이, 헤이즈 발생 억제 및 우수한 방오 성능 확보와 함께, 광 투과율 및 광 반사율의 편차가 현저히 적어지고, 우수한 광 투과 및 반사 특성을 가질 수 있다는 점을 확인할 수 있었다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100: 소다라임 기판
200: 코팅층
300: 펠리클
310: 펠리클 멤브레인막
320: 펠리클 프레임
330: 접착층

Claims (8)

  1. a) 소다라임(sodalime) 재질의 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    b) 상기 기판의 상면 및 하면 각각에 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)중 선택되는 1종 이상을 포함하는 조성물로 코팅층을 형성하는 단계; 및
    c) 상기 기판 상에, 펠리클 프레임으로 지지되며 기판과 소정 간격 이격된 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane)을 형성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 기판 상면의 코팅층은 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 100 : 10 내지 20 중량부 비로 포함되고 300 내지 400 Å 두께 범위로 형성되고,
    상기 기판 하면의 코팅층은 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 100 : 80 내지 120 중량부 비로 포함되고 100 내지 200 Å 두께 범위로 형성되는 포토마스크 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 b 단계의 코팅층 형성 단계는 스프레이 코팅 및 스퍼터링 중 선택되는 1종 이상의 방법을 통해 수행되는, 포토마스크 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층 두께의 합은 400 내지 600 Å 범위인, 포토마스크 제조방법.
  4. 제 1 항의 방법에 따라 제조되는 포토마스크로서,
    마스크 패턴이 형성된 소다라임(sodalime) 재질의 기판;
    상기 기판의 상면 및 하면을 각각 커버하며, 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine) 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 코팅층; 및
    상기 기판 상에, 펠리클 프레임으로 지지되며 기판과 소정 간격 이격되어 형성되는 펠리클 멤브레인막(pellicle membrane)을 포함하고,
    상기 기판 상면의 코팅층은 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 100 : 10 내지 20 중량부 비로 포함되고 300 내지 400 Å 두께 범위로 형성되고,
    상기 기판 하면의 코팅층은 이산화규소(SiO2) 및 플루오린(Fluorine)이 100 : 80 내지 120 중량부 비로 포함되고 100 내지 200 Å 두께 범위로 형성되는, 포토마스크.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 코팅층 두께의 합은 400 내지 600 Å 범위인, 포토마스크.
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 포토마스크는 노광 시 소다라임 기판과 UV 광원 간 반응에 의한 야크(Yake) 현상으로 형성된 나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+) 및 마그네슘(Mg2+) 계열 중 선택되는 1종 이상의 성장성 이물로 인한 헤이즈(Haze) 발생을 억제하는, 포토마스크.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 포토마스크는 436㎚ 파장에서 광투과율은 88 내지 90% 범위, 광반사율은 8.0 ± 5.0% 범위인, 포토마스크.
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