KR102554083B1 - 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 차광막을 포함한다. 차광막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 차광막 표면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm이다.
이러한 경우, 상기 블랭크 마스크로부터 고해상도의 포토마스크를 구현할 수 있고, 고감도로 차광막 표면을 결함 검사할 경우 더욱 정확한 결과값을 얻을 수 있다.
이러한 경우, 상기 블랭크 마스크로부터 고해상도의 포토마스크를 구현할 수 있고, 고감도로 차광막 표면을 결함 검사할 경우 더욱 정확한 결과값을 얻을 수 있다.
Description
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.
구현예의 목적은 패터닝을 통해 고해상도를 갖는 포토마스크를 구현할 수 있고, 고감도로 차광막 표면을 결함 검사할 경우 더욱 정확한 결과를 얻을 수 있는 블랭크 마스크 등을 제공하는 것이다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 블랭크 마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막을 포함한다.
상기 차광막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 차광막 표면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm이다.
상기 차광막은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 2% 이하일 수 있다.
상기 차광막은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 2% 이하일 수 있다.
상기 차광막 표면은 0.01㎛2당 그레인 수가 20개 이상 55개 이하일 수 있다.
상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치된 제2차광층을 포함할 수 있다.
아르곤 가스로 식각하여 측정한 상기 제2차광층의 식각 속도가 0.3Å/s 이상 0.5Å/s 이하일 수 있다.
아르곤 가스로 식각하여 측정한 상기 제1차광층의 식각 속도가 0.56Å/s 이상일 수 있다.
염소계 가스로 식각하여 측정한 상기 차광막의 식각속도는 1.5Å/s 이상일 수 있다.
상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이금속은 Fe를 더 포함할 수 있다.
상기 차광막은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.0001중량부 이상 0.035중량부 이하 포함하는 스퍼터링 타겟을 이용하여 성막된 것일 수 있다.
상기 제2차광층은 전이금속을 40at% 이상 70at% 이하 포함할 수 있다.
본 명세서의 다른 실시예에 따른 포토마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광패턴막을 포함한다.
상기 차광패턴막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 차광패턴막 상면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm이다.
상기 차광패턴막은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 2% 이하일 수 있다.
상기 차광패턴막은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 2% 이하일 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조방법은, 광원, 포토마스크 및 레지스트막이 도포된 반도체 웨이퍼를 배치하는 준비단계; 상기 포토마스크를 통해 상기 광원으로부터 입사된 광을 상기 반도체 웨이퍼 상에 선택적으로 투과시켜 출사하는 노광단계; 및 상기 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 현상하는 현상단계;를 포함한다.
상기 포토마스크는 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광 패턴막을 포함한다.
상기 차광패턴막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 차광패턴막 상면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm이다.
상기 차광패턴막은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 2% 이하일 수 있다.
상기 차광패턴막은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 2% 이하일 수 있다.
구현예에 따른 블랭크 마스크 등은 패터닝을 통해 더욱 높은 해상도를 갖는 포토마스크를 구현할 수 있고, 고감도로 차광막 표면을 결함 검사할 경우 더욱 정확한 결과를 얻을 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.
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.
반도체 고집적화에 따라 패터닝된 차광막은 더욱 좁은 선폭을 갖는 것이 요구된다. 다만, 설계된 패턴의 선폭이 좁아질수록 차광패턴막의 형상을 정교하게 제어하는 것이 어렵고, 패턴막에 결함이 발생하는 빈도가 높아질 수 있다.
한편, 미세화된 패턴의 경우, 높은 감도로 설정된 결함 검사가 요청된다. 다만, 고감도 결함검사를 실시할 경우, 실제 결함 외 의사결함도 다수 검출되는 등검사 결과의 정확도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 이는 포토마스크의 불량률을 높이는 원인이 된다.
의사결함은 블랭크 마스크 또는 포토마스크의 해상도 저하를 유발하지 않아 실제 결함에 해당하지는 않지만, 고감도 결함 검사 장치로 검사할 경우 결함으로 판정되는 것을 의미한다.
구현예의 발명자들은 차광막 표면의 그레인 사이즈의 평균값 등을 제어함으로써 고해상도의 포토마스크 구현이 가능하고, 고감도의 결함 검사를 통한 결함 검출이 용이한 블랭크 마스크 등을 제공할 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 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 식각 마스크로 사용될 수 있다.
차광막(20)은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
차광막 표면의 그레인 관련 특성
차광막(20) 표면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm이다.
차광막(20) 상에 형성된 레지스트막에 전자빔을 조사하여 레지스트 패턴막을 형성할 수 있다. 최근 반도체 소자의 미세화로 인해 노광 공정에 적용되는 포토마스크 또한 더욱 미세화된 패턴 및 높은 패턴 밀도를 갖는다. 이러한 포토마스크를 구현하기 위해, 블랭크 마스크는 종래보다 더욱 오랜 시간동안 전자빔에 노광된다. 전자빔의 조사가 계속되면, 레지스트막 아래에 배치된 차광막(20) 표면에 전자들이 축적되는 차지 업(charge up) 현상이 발생할 수 있다. 차징된(charged) 차광막 표면상에 전자빔이 조사될 경우, 전자빔 등에 포함된 전자와 차광막 표면 내 축적된 전자간 반발이 일어날 수 있다. 이로 인해, 현상되는 레지스트 패턴막의 형상을 정교하게 제어하는데 어려움이 발생할 수 있다. 또한, 차징된 차광막은 결함 검사 시 검사기에 영향을 주어 결함 검사의 정확도가 저하되는 원인이 될 수 있다.
구현예는 차광막(20) 표면의 전이금속의 그레인 사이즈의 평균값을 구현예에서 설정한 범위 내로 제어하여 상기 표면의 결정립계 밀도를 조절할 수 있다. 이를 통해, 차광막(20) 표면에 축적된 전자가 차광막 내에서 더욱 자유롭게 이동할 수 있게 되어 차광막(20) 표면의 차징(charging) 정도를 효과적으로 저감할 수 있다. 이와 동시에, 차광막 표면의 결정립계 밀도가 조절되어 차광막의 식각 속도가 과도하게 낮아지는 것과 차광막 표면의 조도가 일정 수준 이상으로 높아지는 것을 억제할 수 있다.
차광막(20) 표면의 그레인 사이즈의 평균값은 SEM(Secondary Electron Microscope)을 통해 측정한다. 구체적으로, SEM의 측정 배율을 150k, 전압 5.0kV, WD(Working Distance, 렌즈와 시료 사이의 거리) 4mm로 설정하여 차광막 표면의 이미지를 측정한다. 상기 이미지로부터 ASTM E112-96e1에 기재된 Intercept Method를 통해 차광막 표면의 그레인 사이즈의 평균값을 측정한다.
Intercept Method를 통한 그레인 사이즈의 평균값을 측정하는 방법은 다음과 같다. 차광막(20) 표면의 이미지에 동일한 길이를 갖는 4개의 임의의 선을 긋는다. 각 선별 아래 식 1에 따른 결정립 크기(D)를 산출한다.
[식 1]
상기 식 1에서, D는 결정립 크기이고, l은 선의 길이이고, n은 선과 차광막 표면의 결정립계의 교차점 수이고, M은 SEM에 적용된 배율이다.
산출된 결정립 크기값들의 평균값을 차광막(20) 표면의 그레인 사이즈의 평균값으로 한다.
차광막(20) 표면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm일 수 있다. 상기 평균값은 15nm 이상일 수 있다. 상기 평균값은 16nm 이상일 수 있다. 상기 평균값은 17nm 이상일 수 있다. 상기 평균값은 19nm 이상일 수 있다. 상기 평균값은 23nm 이하일 수 있다. 상기 평균값은 22nm 이하일 수 있다. 이러한 경우, 차광막 상에 우수한 해상도를 갖는 레지스트 패턴막을 형성할 수 있고, 차광막 표면의 결함 검사 정확도를 효과적으로 높일 수 있다.
차광막(20) 표면은 0.01㎛2당 그레인 수가 20개 이상 55개 이하일 수 있다.
구현예는 차광막(20) 표면의 단위 면적당 그레인 수를 제어할 수 있다. 이를 통해, 차광막(20) 표면의 결정립계 분포가 조절되어 식각 기체에 대한 차광막(20)의 식각 속도가 지나치게 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 전자빔을 통한 패터닝과정에서, 차광막(20) 표면에 전자간 반발이 발생하는 정도를 효과적으로 낮출 수 있다. 그리고, 차징으로 인한 검사기의 오류 발생 빈도를 실질적으로 낮출 수 있다.
차광막 표면의 0.01㎛2당 그레인 수는 차광막 표면에 위치한 가로 1㎛, 세로 1㎛인 영역의 SEM 이미지로부터 측정한다. 차광막 표면의 SEM 이미지를 측정하는 방법은 상술한 내용과 중복되므로 생략한다.
그레인 수 산정 시, 가로 1㎛, 세로 1㎛인 영역의 일 변에 걸쳐서 위치하고 일부만 관찰되는 그레인은 0.5개로 산정하고, 상기 영역의 코너(corner)에 걸쳐서 위치하고 일부만 관찰되는 그레인은 0.25개로 산정한다.
차광막(20) 표면은 0.01㎛2당 그레인 수가 20개 이상 55개 이하일 수 있다. 차광막 표면은 0.01㎛2당 그레인 수가 25개 이상일 수 있다. 차광막 표면은 0.01㎛2당 그레인 수가 30개 이상일 수 있다. 차광막 표면은 0.01㎛2당 그레인 수가 52개 이하일 수 있다. 차광막 표면은 0.01㎛2당 그레인 수가 50개 이하일 수 있다. 이러한 경우, 식각 기체에 대한 차광막의 식각 속도를 향상시킬 수 있고, 차광막 상에 더욱 얇은 두께의 레지스트막을 적용하여 정교한 차광막 패터닝이 가능하도록 할 수 있다
차광막의 식각 특성
도 2는 본 명세서가 개시하는 일 실시예에 따른 블랭크 마스크를 설명하는 개념도이다. 상기 도 2를 참조하여 구현예의 블랭크 마스크를 설명한다.
차광막(20)은 제1차광층(21) 및 상기 제1차광층(21) 상에 배치된 제2차광층(22)을 포함할 수 있다.
아르곤 가스로 식각하여 측정한 제2차광층(22)의 식각 속도가 0.3Å/s 이상 0.5Å/s 이하일 수 있다.
아르곤 가스로 식각하여 측정한 상기 제1차광층(21)의 식각 속도가 0.56Å/s 이상일 수 있다.
구현예는 차광막(20) 내 층별 그레인 관련 특성을 제어하여 차광막(20)의 각 층별 식각 속도를 조절할 수 있다. 이를 통해, 식각 기체에 대한 차광막(20)의 식각 속도가 지나치게 저하되는 것을 억제하면서, 패터닝을 통해 차광막(20)으로부터 구현된 차광패턴막의 측면이 기판 표면으로부터 더욱 수직에 가까운 형상을 갖도록 할 수 있다.
특히, 구현예는 아르곤(Ar) 가스로 식각하여 측정한 차광막(20) 내 각 층별 식각 속도를 조절할 수 있다. 아르곤 가스를 에천트(etchant)로 적용하여 실시한 건식 식각은 에천트와 차광막(20)간 실질적인 화학 반응을 수반하지 않는 물리적 식각에 해당한다. 아르곤 가스를 에천트로 하여 측정한 식각 속도는 차광막(20) 내 각 층의 조성, 화학 반응성 등에 독립적이고, 상기 각 층의 결정립계 밀도를 효과적으로 반영할 수 있는 파라미터로 생각된다.
아르곤 가스로 식각하여 제1차광층(21) 및 제2차광층(22)의 식각 속도를 측정하는 방법은 아래와 같다.
먼저, TEM(Transmission Electron Microscopy)을 이용하여 제1차광층(21) 및 제2차광층(22)의 두께를 측정한다. 구체적으로, 측정 대상인 블랭크 마스크(100)를 가로 15mm, 세로 15mm의 크기로 가공하여 시편을 준비한다. 상기 시편의 표면을 FIB(Focused Ion Beam) 처리 후, TEM 이미지 측정 장비 내 배치하고, 상기 시편의 TEM 이미지를 측정한다. 상기 TEM 이미지로부터 제1차광층(21) 및 제2차광층(22)의 두께를 산출한다. 예시적으로, TEM 이미지는 JEOL LTD 사(社)의 JEM-2100F HR 모델을 통해 측정할 수 있다.
이후 상기 시편의 제1차광층(21) 및 제2차광층(22)을 아르곤 가스로 식각하여 각 층을 식각하는데 걸리는 시간을 측정한다. 구체적으로, 상기 시편을 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 측정장비 내에 배치하고, 상기 시편 중앙부에 위치하는 가로 4mm, 세로 2mm의 영역을 아르곤 가스로 식각하여 각 층별 식각 시간을 측정한다. 식각 시간 측정 시 측정 장비 내 진공도는 1.0*10-8mbar, X-ray 소스(Source)는 Monochromator Al Kα(1486.6eV), 어노드 전력은 72W, 어노드 전압은 12kV, 아르곤 이온 빔의 전압은 1kV로 적용한다. 예시적으로, XPS 측정장비는 Thermo Scientific 사의 K-Alpha 모델을 적용할 수 있다.
측정된 제1차광층(21) 및 제2차광층(22)의 두께 및 식각 시간으로부터 아르곤 가스로 식각하여 측정한 각 층의 식각 속도를 산출한다.
아르곤 가스로 식각하여 측정한 상기 제2차광층(22)의 식각 속도가 0.3Å/s 이상 0.5Å/s 이하일 수 있다. 상기 식각 속도가 0.35Å/s 이상일 수 있다. 상기 식각 속도가 0.5Å/s 이하일 수 있다. 상기 식각 속도가 0.47Å/s 이하일 수 있다. 상기 식각 속도가 0.45Å/s 이하일 수 있다. 이러한 경우, 차광막의 식각 속도가 과도하게 저하되는 것을 억제하면서, 패터닝된 차광막(20)의 형상을 더욱 정교하게 제어할 수 있도록 도울 수 있다.
아르곤 가스로 식각하여 측정한 상기 제1차광층(21)의 식각 속도가 0.56Å/s 이상일 수 있다. 상기 식각 속도가 0.58Å/s 이상일 수 있다. 상기 식각 속도가 0.6Å/s 이상일 수 있다. 상기 식각 속도가 1Å/s 이하일 수 있다. 상기 식각 속도가 0.8Å/s 이하일 수 있다. 이러한 경우, 차광막 패터닝 과정에서 제2차광층이 식각 기체에 노출되는 시간을 줄일 수 있다.
구현예는 염소계 가스로 식각하여 측정한 차광막(20)의 식각 속도를 제어할 수 있다. 이를 통해, 차광막(20) 패터닝에 필요한 레지스트막의 두께를 줄일 수 있다. 이러한 레지스트막으로부터 구현된 레지스트 패턴막은 감소된 애스펙트 비(aspect ratio)를 갖게 되어 붕괴 현상이 억제될 수 있다.
염소계 가스에 대한 차광막(20)의 식각 속도를 측정하는 방법은 아래와 같다.
먼저, 차광막(20)의 TEM 이미지를 측정하여 차광막(20)의 두께를 측정한다. TEM을 통한 차광막 두께 측정방법은 상술한 내용과 중복되므로 생략한다.
이후, 염소계 가스로 차광막(20)을 식각하여 식각 시간을 측정한다. 염소계 가스는 염소 기체를 90 내지 95부피비%, 산소 기체를 5 내지 10부피비% 포함한 가스를 적용한다. 측정한 차광막(20)의 두께 및 식각 소요 시간으로부터 염소계 가스에 따른 차광막(20)의 식각 속도를 산출한다.
염소계 가스로 식각하여 측정한 차광막(20)의 식각 속도는 1.55Å/s 이상일 수 있다. 상기 식각 속도는 1.6Å/s 이상일 수 있다. 상기 식각 속도는 1.7Å/s 이상일 수 있다. 상기 식각 속도는 3Å/s 이하일 수 있다. 상기 식각 속도는 2Å/s 이하일 수 있다. 이러한 경우, 상대적으로 얇은 두께의 레지스트막을 형성하여 차광막(20) 패터닝을 더욱 정교하게 실시할 수 있다.
차광막의 조성
구현예는 차광막(20)에 요구되는 그레인 관련 특성, 식각 특성 등을 고려하여, 공정 조건 및 차광막(20)의 조성 등을 제어할 수 있다.
차광막(20)의 각 층별 원소별 함량은 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)를 이용한 뎁스 프로파일(depth profile)을 측정하여 확인할 수 있다. 구체적으로, 블랭크 마스크(100)를 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 층의 원소별 함량을 측정한다.
예시적으로, 각 박막의 원소별 함량은 Thermo Scientific사의 K-alpha 모델을 통해 측정할 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 35 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 전이금속을 50 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 전이금속을 45 at% 이하 포함할 수 있다.
제1차광층(21)은 산소를 30 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 산소를 35 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 8 at% 이상 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 질소를 25 at% 이하 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 2 at% 이상 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 25 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 탄소를 20 at% 이하 포함할 수 있다. 제1차광층(21)은 탄소를 18 at% 이하 포함할 수 있다.
이러한 경우, 차광막(20)이 우수한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있고, 제1차광층이 제2차광층에 비해 상대적으로 높은 식각 속도를 갖도록 도울 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 70 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 전이금속을 65 at% 이하 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 전이금속을 62 at% 이하 포함할 수 있다.
제2차광층(22)은 산소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 산소를 8 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 산소를 10 at% 이상 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 산소를 25 at% 이하 포함할 수 있다.
제2차광층(22)은 질소를 5 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 질소를 8 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 20 at% 이하 포함할 수 있다.
제2차광층(22)은 탄소를 1 at% 이상 포함할 수 있다. 제2차광층(22)은 탄소를 4 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 16 at% 이하 포함할 수 있다.
이러한 경우, 전자빔 또는 광 조사에 따른 차광막 표면의 전자 축적 정도를 저감할 수 있도록 도울 수 있다.
전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 전이금속은 Cr을 포함할 수 있다. 전이금속은 Cr일 수 있다.
전이금속은 Fe를 더 포함할 수 있다.
차광막(20)에 소량의 Fe가 더 포함될 경우, 열처리 과정에서 그레인의 크기가 일정한 범위 내로 제어될 수 있다. 특히, 이러한 차광막(20)은 장시간의 열처리에도 그레인의 과도한 성장이 억제될 수 있다. 이는, 열처리 과정에서 Fe가 불순물로 작용하여 그레인의 지속적인 성장을 방해하기 때문으로 생각된다. 구현예는 차광막(20)에 Fe를 추가로 적용하여 차광막(20)의 그레인 관련 특성, 식각 특성 및 조도 특성 등을 구현예에서 설정한 범위 내로 제어되도록 도울 수 있다.
차광막은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.0001중량부 이상 0.035중량부 이하 포함하는 스퍼터링 타겟을 이용하여 성막된 것일 수 있다. 상기 스퍼터링 타겟은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.003중량부 이상 포함할 수 있다. 상기 스퍼터링 타겟은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.03중량부 이하 포함할 수 있다. 상기 스퍼터링 타겟은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.025중량부 이하 포함할 수 있다. 이러한 경우, 전자 빔 조사에 따른 차광막 표면의 차징 정도가 완화될 수 있고, 염소계 에천트(etchant)에 대해 안정적인 식각 속도를 갖는 차광막을 제공할 수 있다.
스퍼터링 타겟의 원소별 함량은 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry)를 이용하여 측정하여 확인할 수 있다. 예시적으로, 스퍼터링 타겟의 원소별 함량은 세이코 인스트루먼트 사의 ICP_OES로 측정할 수 있다.
차광막의 두께
제1차광층(21)의 두께는 250 내지 650Å일 수 있다. 제1차광층(21)의 두께는 350 내지 600Å일 수 있다. 제1차광층(21)의 두께는 400 내지 550Å일 수 있다.
이러한 경우, 제1차광층(21)이 우수한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있다.
제2차광층(22)의 두께는 30 내지 200 Å일 수 있다. 제2차광층(22)의 두께는 30 내지 100 Å일 수 있다. 제2차광층(22)의 두께는 40 내지 80 Å일 수 있다. 이러한 경우, 블랭크 마스크(100)로부터 구현되는 포토마스크의 해상도를 더욱 향상시킬 수 있다.
제1차광층(21)의 두께 대비 제2차광층(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, 패터닝된 차광막의 측면 형상을 더욱 정교하게 제어할 수 있다.
차광막(20)의 전체 두께는 280 내지 850Å일 수 있다. 상기 두께는 380 내지 700 Å일 수 있다. 상기 두께는 440 내지 630일 수 있다. 이러한 경우, 차광막에 충분한 소광 특성을 부여할 수 있고, 차광막 패터닝 시 상대적으로 낮은 두께의 레지스트막을 적용할 수 있다
차광막의 광학 특성
파장 193nm의 광에 대한 차광막(20)의 광학 밀도가 1.3 이상일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 차광막(20)의 광학 밀도가 1.4 이상일 수 있다.
파장 193nm의 광에 대한 차광막(20)의 투과율이 2% 이하일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 차광막(20)의 투과율이 1.9% 이하일 수 있다.
이러한 경우, 차광막(20)은 노광광의 투과를 효과적으로 차단하는 것을 도울 수 있다.
차광막(20)의 광학 밀도 및 투과율은 스펙트로스코픽 엘립소미터(spectroscopic ellipsometer)를 이용하여 측정할 수 있다. 예시적으로, 차광막(20)의 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 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 차광막(20)을 포함하는 박막의 광학 밀도가 3 이상일 수 있다. 파장 193nm의 광에 대한 위상반전막(30)과 차광막(20)을 포함하는 박막의 광학 밀도가 5 이하일 수 있다. 이러한 경우, 상기 박막은 노광광의 투과를 효과적으로 억제할 수 있다.
위상반전막(30)의 위상차, 투과율 및 위상반전막(30)과 차광막(20)을 포함하는 박막의 광학 밀도는 스펙트로스코픽 엘립소미터를 이용하여 측정할 수 있다. 예시적으로, 스펙트로스코픽 엘립소미터는 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.
차광막(20) 상에 하드마스크(미도시)가 위치할 수 있다. 하드마스크는 차광막(20) 패턴 식각 시 식각 마스크막 기능을 할 수 있다. 하드마스크는 규소, 질소 및 산소를 포함할 수 있다.
차광막 상에 레지스트막(미도시)이 위치할 수 있다. 레지스트막은 차광막 상면에 접하여 형성될 수 있다. 레지스트막은 차광막 상에 배치된 다른 박막 상면에 접하여 형성될 수 있다.
레지스트막은 전자빔 조사 및 현상을 통해 레지스트 패턴막을 형성할 수 있다. 레지스트 패턴막은 차광막(20) 패턴 식각 시 식각 마스크막 기능을 할 수 있다.
레지스트막은 포지티브 레지스트(positive resist)가 적용될 수 있다. 레지스트막은 네거티브 레지스트(negative resist)가 적용될 수 있다. 예시적으로 레지스트막은 후지 사의 FEP255 모델을 적용할 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) 및 상기 광투과성 기판(10) 상에 배치되는 차광패턴막(25)을 포함한다.
차광패턴막(25)은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
차광패턴막 상면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm이다.
포토마스크(200)에 포함된 광투과성 기판(10)에 대한 설명은 앞에서 설명한 내용과 중복되므로 생략한다.
차광패턴막(25)은 앞에서 설명한 차광막(20)을 패터닝하여 형성할 수 있다.
차광패턴막(25)의 층 구조, 물성, 조성 등에 대한 설명은 앞의 차광막(20)에 대한 설명과 중복되므로 생략한다.
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 제1차광층을 성막하는 제1차광층 성막단계; 제1차광층 상에 제2차광층을 성막하여 차광막을 제조하는 제2차광층 성막단계; 및 차광막을 열처리하는 열처리 단계;를 포함한다.
준비단계에서, 차광막의 조성을 고려하여 차광막을 성막 시 타겟을 선택할 수 있다.
스퍼터링 타겟은 전이금속을 90 중량% 이상 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 전이금속을 95 중량% 이상 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 전이금속을 99 중량% 이상 포함할 수 있다.
상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 전이금속은 Cr을 포함할 수 있다. 상기 전이금속은 Cr일 수 있다.
스퍼터링 타겟은 Fe를 더 포함할 수 있다.
스퍼터링 타겟은 Fe를 0.0001중량% 이상 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 Fe를 0.001중량% 이상 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 Fe를 0.003중량% 이상 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 Fe를 0.035중량% 이하 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 Fe를 0.03중량% 이하 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 Fe를 0.025중량% 이하 포함할 수 있다.
스퍼터링 타겟은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.0001중량부 이상 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.001중량부 이상 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.003중량부 이상 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.035중량부 이하 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.03중량부 이하 포함할 수 있다. 스퍼터링 타겟은 전체 전이금속 100중량부 대비 Fe를 0.025중량부 이하 포함할 수 있다.
이러한 경우, 상기 타겟을 적용하여 성막된 차광막은 결정립계 밀도가 조절되어 전자빔 조사에 따른 차광막 표면의 전자 축적 정도를 낮출 수 있다. 이와 동시에, 결정립 성장으로 인한 차광막의 식각 속도 저하를 억제할 수 있다.
스퍼터링 타겟의 원소별 함량은 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry)를 이용하여 측정하여 확인할 수 있다. 예시적으로, 스퍼터링 타겟의 원소별 함량은 세이코 인스트루먼트 사의 ICP_OES로 측정할 수 있다.
준비단계에서 스퍼터링 챔버 내 마그네트를 배치할 수 있다. 마그네트는 스퍼터링 타겟에서 스퍼터링이 발생하는 일 면에 대향되는 면에 배치될 수 있다.
제1차광층 성막단계 및 제2차광층 성막단계에서, 차광막에 포함된 각 층별로 스퍼터링 공정 조건을 상이하게 적용할 수 있다. 구체적으로, 각 층별로 요구되는 결정립계 분포 특성, 식각 특성 및 소광 특성 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 및 반응성 가스를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 성막된 박막을 구성하는 원소를 포함하지 않는 가스이다. 반응성 가스는 성막된 박막을 구성하는 원소를 포함하는 가스이다.
불활성 가스는 플라즈마 분위기에서 이온화하여 타겟과 충돌하는 가스를 포함할 수 있다. 불활성 가스는 Ar을 포함할 수 있다. 불활성 가스는 성막되는 박막의 응력 조절 등의 목적을 위해 He을 더 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 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. 상기 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.6 kW 이상 2kW 이하로 적용할 수 있다.
제1차광층 성막과정에서, 분위기 가스의 불활성 기체의 유량 대비 반응성 기체의 유량 비율은 0.5 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.7 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 1.5 이하일 수 있다. 상기 유량 비율은 1.2 이하일 수 있다. 상기 유량 비율은 1 이하일 수 있다.
상기 분위기 가스에서, 전체 불활성 기체 유량 대비 아르곤 기체 유량 비율은 0.2 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.25 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.3 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.55 이하일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.5 이하일 수 있다.
상기 분위기 가스에서, 반응성 기체에 포함된 질소 함량 대비 산소 함량 비율은 1.5 이상 4 이하일 수 있다. 상기 비율은 1.8 이상 3.8 이하일 수 있다. 상기 비율은 2 이상 3.5 이하일 수 있다.
이러한 경우, 성막된 제1차광층은 차광막이 충분한 소광 특성을 갖는 것을 도울 수 있다. 또한, 차광막 패터닝 과정에서 차광 패턴막의 형상을 정밀하게 제어하는 것을 도울 수 있다.
제1차광층의 성막은 200초 이상 300초 이하의 시간동안 실시할 수 있다. 제1차광층의 성막은 230초 이상 280초 이하의 시간동안 실시할 수 있다. 이러한 경우, 성막된 제1차광층은 차광막이 충분한 소광 특성을 갖도록 도울 수 있다.
제2차광층 성막단계에서, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1 내지 2kW로 적용할 수 있다. 상기 전력을 1.2 내지 1.7kW로 적용할 수 있다. 이러한 경우, 제2차광층이 목적하는 광학 특성 및 식각 특성을 갖는 것을 도울 수 있다.
제2차광층 성막단계는, 제2차광층의 하면과 접하여 배치된 박막(일 예로 제1차광층)의 성막 직후로부터 15초 이상 지난 후 실시될 수 있다. 제2차광층 성막단계는, 제2차광층의 하면과 접하여 배치된 박막의 성막 직후로부터 20초 이상 지난 후 실시될 수 있다. 제2차광층 성막단계는, 제2차광층의 하면과 접하여 배치된 박막의 성막 직후로부터 30초 이내 실시될 수 있다.
제2차광층 성막단계는, 제2차광층의 하면에 접하여 배치된 박막(일 예로서, 제1차광층)의 성막에 적용된 분위기 가스를 스퍼터링 챔버로부터 완전 배기한 후 실시될 수 있다. 제2차광층 성막단계는, 제2차광층의 하면에 접하여 배치된 박막의 성막에 적용된 분위기 가스를 완전 배기한 시점으로부터 10초 내 실시될 수 있다. 제2차광층 성막단계는, 제2차광층의 하면에 접하여 배치된 박막의 성막에 적용된 분위기 가스를 완전 배기한 시점으로부터 5초 내 실시될 수 있다.
이러한 경우, 제2차광층의 조성을 더욱 세밀하게 제어할 수 있다.
제2차광층 성막단계에서, 분위기 가스에 포함된 불활성 기체의 유량 대비 반응성 기체의 유량 비율은 0.4 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.5 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.65 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 1 이하일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.9 이하일 수 있다.
상기 분위기 가스에서, 전체 불활성 기체 대비 아르곤 가스의 유량 비율은 0.8 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.9 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 0.95 이상일 수 있다. 상기 유량 비율은 1 이하일 수 있다.
제2차광층 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. 상기 비율은 0 이상일 수 있다.
이러한 경우, 차광막 표면의 그레인 관련 특성이 구현예에서 미리 설정한 범위 내로 제어될 수 있도록 도울 수 있다.
제2차광층의 성막은 10초 이상 30초 이하의 시간동안 실시할 수 있다. 제2차광층의 성막 시간은 15초 이상 25초 이하의 시간동안 실시할 수 있다. 이러한 경우, 드라이 식각을 통한 차광 패턴막 형성 시, 차광 패턴막의 형상을 더욱 정교하게 제어할 수 있다.
열처리 단계에서, 차광막을 열처리할 수 있다. 차광막이 성막된 기판을 열처리 챔버 내 배치한 후, 차광막을 열처리할 수 있다. 구현예는 성막된 차광막에 열처리 단계를 실시하여 차광막의 내부 응력을 해소할 수 있고, 재결정을 통해 형성된 결정립의 크기를 조절할 수 있다.
열처리 단계에서 열처리 챔버 내 분위기 온도는 150℃ 이상일 수 있다. 상기 분위기 온도는 200℃ 이상일 수 있다. 상기 분위기 온도는 250℃ 이상일 수 있다. 상기 분위기 온도는 400℃ 이하일 수 있다. 상기 분위기 온도는 350℃ 이하일 수 있다.
열처리 단계는 5분 이상 실시될 수 있다. 열처리 단계는 10분 이상 실시될 수 있다. 열처리 단계는 60분 이하 실시될 수 있다. 열처리 단계는 45분 이하 실시될 수 있다. 열처리 단계는 25분 이하 실시될 수 있다.
이러한 경우, 차광막 내 결정립의 성장 정도가 제어되어 차광막 표면이 구현예에서 미리 설정한 범위의 그레인 크기 및 조도 특성을 갖도록 도울 수 있고, 차광막 내부 응력을 효과적으로 해소할 수 있다.
구현예의 블랭크 마스크 제조방법은 열처리를 마친 차광막을 냉각시키는 냉각 단계를 더 포함할 수 있다. 냉각 단계에서, 광투과성 기판 측에 냉각 플레이트를 설치하여 차광막을 냉각시킬 수 있다.
광투과성 기판과 냉각 플레이트간 이격 거리는 0.05mm 이상 2mm 이하일 수 있다. 냉각 플레이트의 냉각 온도는 10℃ 이상 40℃ 이하일 수 있다. 냉각 단계는 5분 이상 20분 이하 실시될 수 있다.
이러한 경우, 열처리를 마친 차광막 내 잔열로 인해 결정립의 성장이 지속되는 것을 효과적으로 억제할 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 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
차광 패턴막 상면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm이다.
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: 차광막의 성막
실시예 1: DC 스퍼터링 장비의 챔버 내 가로 6인치, 세로 6인치, 두께 0.25인치, 평탄도 500nm 미만의 쿼츠 소재 광투과성 기판을 배치하였다. T/S 거리가 255mm, 기판과 타겟간 각도가 25도를 형성하도록 아래 표 1에 기재된 조성을 갖는 스퍼터링 타겟을 챔버 내에 배치하였다. 상기 스퍼터링 타겟의 후면에 마그네트를 설치하였다.
이후 Ar 19 부피비%, N2 11 부피비%, CO2 36 부피비%, He 34 부피비%가 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.85kW, 마그네트 회전 속도를 113rpm으로 적용하여, 250초간 스퍼터링 공정을 실시하여 제1차광층을 성막하였다.
제1차광층 성막을 마친 후, 제1차광층 상에 Ar 57 부피비%, N2 43 부피비%가 혼합된 분위기 가스를 챔버 내 도입하고, 스퍼터링 타겟에 가하는 전력을 1.5kW, 마그네트 회전 속도를 113rpm으로 적용하여, 25초간 스퍼터링 공정을 실시하여 제2차광층을 성막였다.
제2차광층 성막을 마친 시편을 열처리 챔버 내에 배치하였다. 이후, 분위기 온도를 250℃로 적용하여 15분동안 열처리를 실시하였다.
열처리를 거친 블랭크 마스크의 기판 측에 냉각 온도가 10 내지 40℃로 적용된 냉각 플레이트를 설치하고 냉각 처리를 실시하였다. 블랭크 마스크의 기판과 냉각 플레이트간 이격 거리는 0.1mm로 적용하였다. 냉각 처리는 5 내지 20분간 실시하였다.
실시예 2: 준비단계에서 스퍼터링 타겟을 아래 표 1에 기재된 조성을 갖는 타겟으로 배치하고, 열처리 단계에서 분위기 온도를 300℃로 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다.
실시예 3 내지 5 및 비교예 1 내지 3: 준비단계에서 스퍼터링 타겟을 아래 표 1에 기재된 조성을 갖는 타겟으로 배치한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 블랭크 마스크 시편을 제조하였다.
실시예 및 비교예 별로 적용된 스퍼터링 타겟의 조성은 아래 표 1에 기재하였다.
평가예: 그레인 관련 측정
SEM을 통해 실시예 및 비교예 별 차광막 표면의 그레인 사이즈의 평균값 및 단위면적당 그레인 수를 측정하였다.
구체적으로, SEM의 측정 배율을 150k, 전압 5.0kV, WD 4mm로 설정하여 차광막 표면의 이미지를 측정하였다. 상기 이미지로부터 ASTM E112-96e1에 기재된 Intercept Method를 통해 차광막 표면의 그레인 사이즈의 평균값을 측정하였다.
또한, 상기 SEM 이미지 내 가로 1㎛, 세로 1㎛인 영역에서의 그레인 수를 측정하였다. 그레인 수 산정 시, 가로 1㎛, 세로 1㎛인 영역의 일 변에 걸쳐서 위치하고 일부만 관찰되는 그레인은 0.5개로 산정하고, 상기 영역의 코너에 걸쳐서 위치하고 일부만 관찰되는 그레인은 0.25개로 산정하였다.
실시예 및 비교예별 측정결과는 표 2에 기재하였다.
평가예: 차광패턴막 불량 여부 평가
실시예 및 비교예별 시편의 차광막 상면에 레지스트막을 형성한 후, 상기 레지스트막 중앙부에 전자빔을 이용하여 컨택홀 패턴(contact hole pattern)들을 형성하였다. 컨택홀 패턴들은 가로 방향으로 13개씩, 세로 방향으로 12개씩 형성된 총 156개의 컨택홀 패턴으로 구성되었다. 각 컨택홀 패턴의 직경은 60nm 내지 80nm로 설정하였다.
이후, 각 시편별 패터닝된 레지스트막 표면의 이미지를 측정하였다. 각 시편별 결함으로 검출된 레지스트 컨택홀 패턴 수가 6개 이상인 경우 F(레지스트)로 평가하였다.
F(레지스트)로 평가되지 아니한 각 시편에 대해 차광막 패터닝을 실시하였다. 이후, 패터닝된 레지스트막을 제거하고, 패터닝된 차광막 표면의 이미지를 측정하였다. 각 시편별 결함으로 검출된 차광막 컨택트홀 패턴 수가 6개 이상인 경우 F(차광막), 5개 이하인 경우 P로 평가하였다.
실시예 및 비교예 별 평가 결과는 아래 표 2에 기재하였다.
평가예: 차광막의 식각 특성 측정
실시예 1의 시편을 각각 2개씩 가로 15mm, 세로 15mm의 크기로 가공하였다. 가공한 시편의 표면을 FIB(Focussed Ion Beam) 처리 후, JEOL LTD 사(社)의 JEM-2100F HR 모델 장비 내 배치하고, 상기 시편의 TEM 이미지를 측정하였다. 상기 TEM 이미지로부터 제1차광층 및 제2차광층의 두께를 산출하였다.
이후 실시예 1의 일 시편에 대해, 아르곤 가스로 제1차광층 및 제2차광층을 식각하는데 소요되는 시간을 측정하였다. 구체적으로, 상기 시편을 Thermo Scientific사의 K-Alpha 모델 내에 배치하고, 상기 시편 중앙부에 위치하는 가로 4mm, 세로 2mm인 영역을 아르곤 가스로 식각하여 각 층별 식각 시간을 측정하였다. 각 층별 식각 시간 측정 시 측정 장비 내 진공도는 1.0*10-8mbar, X-ray 소스(Source)는 Monochromator Al Kα(1486.6eV), 어노드 전력은 72W, 어노드 전압은 12kV, 아르곤 이온 빔의 전압은 1kV로 적용하였다.
측정된 제1차광층 및 제2차광층의 두께 및 식각 시간으로부터 각 층별 식각 속도를 산출하였다.
실시예 1의 다른 시편 1개를 염소계 가스로 식각하여 전체 차광막을 식각하는데 소요되는 시간을 측정하였다. 상기 염소계 가스로 염소 기체를 90 내지 95부피비%, 산소 기체를 5 내지 10부피비% 포함한 가스를 적용하였다. 상기 차광막의 두께 및 차광막의 식각 시간으로부터 염소계 가스에 대한 차광막의 식각 속도를 산출하였다.
실시예 1의 아르곤 가스 및 염소계 가스에 대한 식각 속도 측정 값은 아래 표 3에 기재하였다.
평가예: 박막 별 조성 측정
실시예 1 및 비교예 1의 차광막 내 각 층의 원소별 함량을 XPS 분석을 이용하여 측정하였다. 구체적으로, 실시예 1 및 비교예 1의 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 원소별 ?t랑을 측정하였다. 실시예 1 및 비교예 1의 측정 결과는 아래 표 4에 기재하였다.
| 스퍼터링 타겟의 원소별 함량 | ||||||
| Cr (중량%) |
C (중량%) |
O (중량%) |
N (중량%) |
Fe | ||
| (중량%) | 중량(g) | |||||
| 실시예1 | 99.985 | 0.002 | 0.009 | 0.001 | 0.003 | 0.040 |
| 실시예2 | 99.985 | 0.002 | 0.009 | 0.001 | 0.003 | 0.040 |
| 실시예3 | 99.983 | 0.002 | 0.009 | 0.001 | 0.005 | 0.067 |
| 실시예4 | 99.988 | 0.001 | 0.009 | 0.001 | 0.001 | 0.013 |
| 실시예5 | 99.978 | 0.002 | 0.009 | 0.001 | 0.010 | 0.134 |
| 비교예1 | 99.988 | 0.002 | 0.009 | 0.001 | 0.000 | 0.000 |
| 비교예2 | 99.948 | 0.002 | 0.009 | 0.001 | 0.040 | 1.073 |
| 비교예3 | 99.908 | 0.003 | 0.008 | 0.001 | 0.080 | 1.073 |
| 그레인 사이즈 평균값(nm) | 0.01㎛2 당 그레인 수 | 차광패턴막 불량여부 평가 | |
| 실시예1 | 17.65 | 33.5 | P |
| 실시예2 | 17.91 | 32.5 | P |
| 실시예3 | 16.22 | 40 | P |
| 실시예4 | 21.82 | 22 | P |
| 실시예5 | 14.63 | 49 | P |
| 비교예1 | 24.49 | 17.5 | F(차광막) |
| 비교예2 | 13.19 | 60 | F(레지스트) |
| 비교예3 | 11.76 | 75.5 | F(레지스트) |
| 아르곤 가스로 식각하여 측정한 제1차광층의 식각 속도(Å/s) | 아르곤 가스로 식각하여 측정한 제2차광층의 식각 속도(Å/s) | 염소계 가스로 식각하여 측정한 차광막 식각 속도(Å/s) | |
| 실시예 1 | 0.621 | 0.430 | 1.7 |
| Cr(at%) | C(at%) | N(at%) | O(at%) | ||
| 실시예 1 | 제2차광층 | 57.4 | 10.9 | 16.0 | 15.7 |
| 제1차광층 | 39.3 | 14.9 | 9.7 | 36.1 | |
| 비교예 1 | 제2차광층 | 57.2 | 10.5 | 16.3 | 15.9 |
| 제1차광층 | 39.6 | 14.7 | 9.4 | 36.3 |
차광 패턴막 불량 여부 평가에서, 실시예 1 내지 5는 P로 평가된 반면, 비교예 1 내지 3은 F로 평가되었다.
상기 표 3에서, 실시예 1의 각 식각 속도 측정 값은 구현예에서 한정하는 범위 내 포함되는 것으로 측정되었다.
이상에서 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 구현예의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 블랭크 마스크
10: 광투과성 기판
20: 차광막
21: 제1차광층
22: 제2차광층
25: 차광 패턴막
30: 위상반전막
200: 포토마스크
10: 광투과성 기판
20: 차광막
21: 제1차광층
22: 제2차광층
25: 차광 패턴막
30: 위상반전막
200: 포토마스크
Claims (12)
- 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막을 포함하고,
상기 차광막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 차광막 표면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm이며,
상기 차광막은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 2% 이하이고,
상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함하고, Fe를 더 포함하고,
상기 차광막은 전체 전이금속 100 중량부 대비 상기 Fe를 0.0001 중량부 내지 0.035 중량부를 포함하는 스퍼터링 타겟을 이용하여 성막된, 블랭크 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 차광막 표면은 0.01㎛2당 그레인 수가 20개 이상 55개 이하인, 블랭크 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치된 제2차광층을 포함하고,
아르곤 가스로 식각하여 측정한 상기 제2차광층의 식각 속도가 0.3Å/s 이상 0.5Å/s 이하인, 블랭크 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치된 제2차광층을 포함하고,
아르곤 가스로 식각하여 측정한 상기 제1차광층의 식각 속도가 0.56Å/s 이상인, 블랭크 마스크.
- 제1항에 있어서,
염소계 가스로 식각하여 측정한 상기 차광막의 식각속도는 1.5Å/s 이상인, 블랭크 마스크.
- 삭제
- 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막을 포함하고,
상기 차광막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함하고, Fe를 더 포함하고,
상기 차광막은 전체 전이금속 100중량부 대비 상기 Fe를 0.0001중량부 내지 0.035중량부를 포함하는 스퍼터링 타겟을 이용하여 성막된, 블랭크 마스크.
- 제1항에 있어서,
상기 차광막은 제1차광층 및 상기 제1차광층 상에 배치된 제2차광층을 포함하고,
상기 제2차광층은 전이금속을 40at% 이상 70at% 이하 포함하는, 블랭크 마스크.
- 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광패턴막을 포함하고,
상기 차광패턴막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 차광패턴막 상면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm이며,
상기 차광패턴막은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 2% 이하이고,
상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함하고, Fe를 더 포함하고,
상기 차광패턴막은 전체 전이금속 100 중량부 대비 상기 Fe를 0.0001 중량부 내지 0.035 중량부를 포함하는 스퍼터링 타겟을 이용하여 성막된, 포토마스크.
- 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 차광패턴막을 포함하고,
상기 차광패턴막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 차광패턴막 상면은 그레인 사이즈의 평균값이 14nm 내지 24nm이며,
상기 차광패턴막은 파장 193nm의 광에 대한 투과율이 2% 이하이고,
상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함하고, Fe를 더 포함하고,
상기 차광패턴막은 전체 전이금속 100 중량부 대비 상기 Fe를 0.0001 중량부 내지 0.035 중량부를 포함하는 스퍼터링 타겟을 이용하여 성막된, 반도체 소자 제조방법.
- 광투과성 기판 및 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광패턴막을 포함하고,
상기 차광패턴막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함하고, Fe를 더 포함하고,
상기 차광패턴막은 전체 전이금속 100중량부 대비 상기 Fe를 0.0001중량부 내지 0.035중량부를 포함하는 스퍼터링 타겟을 이용하여 성막된, 포토마스크.
- 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 차광패턴막을 포함하고,
상기 차광패턴막은 전이금속과, 산소 및 질소 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 전이금속은 Cr, Ta, Ti 및 Hf 중 적어도 어느 하나를 포함하고, Fe를 더 포함하고,
상기 차광패턴막은 전체 전이금속 100중량부 대비 상기 Fe를 0.0001중량부 내지 0.035중량부를 포함하는 스퍼터링 타겟을 이용하여 성막된, 반도체 소자 제조방법.
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