KR102624985B1 - 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 광투과성 기판과, 상기 광투과성 기판에 배치되며, 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 크롬을 함유하는 크롬 화합물을 포함하는 제1 막과, 상기 제1 막 상에 최외곽층으로서 배치되며, 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소과 규소를 함유하는 규소 화합물, 전이 금속과 규소와의 합금, 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 및 규소 화합물을 포함하는 제2 막을 포함하며, 상기 제1 막과 제2 막의 광학 농도(OD)는 3 이상인 마스크 블랭크를 제공한다.

Description

마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 그 제조방법{MASK BLANK, PHASE SHIFT MASK AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 마스크 블랭크와, 이를 이용한 위상 시프트 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
포토리소그래피(photolithography) 공정은 기판에 도포된 포토레지스트 막에 빛을 조사하여 패턴을 형성하는 공정으로서. 평판 디스플레이, 회로 기판, 집적 회로 등을 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.
최근에는 매우 미세한 패턴이 형성된 반도체 장치의 요구에 따라 포토리소그래피 공정을 위한 기술이 개발되고 있다. 특히, 포토리소그래피에 사용되는 마스크는 미세 패턴의 품질에 중요한 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제들 중 하나는 간소화된 마스크 형성 프로세스를 이용하면서도 높은 광차단 특성과 패턴의 정밀성을 보장할 수 있는 마스크 블랭크를 제공하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제들 중 하나는 간소화된 마스크 형성 프로세스로 제조가능하면서 높은 광차단 특성과 패턴의 정밀성을 갖는 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 광투과성 기판과, 상기 광투과성 기판에 배치되며, 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 크롬을 함유하는 크롬 화합물을 포함하는 제1 막과, 상기 제1 막 상에 최외곽층으로서 배치되며, 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소과 규소를 함유하는 규소 화합물, 전이 금속과 규소와의 합금, 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 및 규소 화합물을 포함하는 제2 막을 포함하며, 상기 제1 막과 제2 막의 광학 농도(OD)는 3 이상인 마스크 블랭크를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 식각 영역(etched area)과 비식각 영역(non-etched area)을 갖는 광투과 영역과 광차단 영역을 갖는 광투과성 기판과, 상기 광투과성 기판의 광차단 영역 상에 배치된 제1 막과, 상기 제1 막 상에 배치되며 최외곽층으로 제공되는 제2 막을 갖는 차광부를 포함하며, 상기 제1 막은 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 크롬을 함유하는 크롬 화합물을 포함하고, 상기 제2 막은 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소과 규소를 함유하는 규소 화합물, 전이 금속과 규소와의 합금, 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 및 규소 화합물을 포함하며, 상기 차광부의 광학 농도(OD)는 3 이상인 위상 시프트 마스크를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 광투과 영역과 광차단 영역을 가지며, 상기 광투과 영역은 식각 영역과 비식각 영역을 갖는 광투과성 기판과, 상기 광투과성 기판의 광차단 영역 상에 배치되며 적어도 크롬을 함유한 물질을 포함하는 제1 막과, 상기 제1 막 상에 최외곽층으로서 배치되며, 전이 금속 및 규소를 함유한 화합물을 포함하는 제2 막을 포함하며, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭시에, 상기 제2 막에 대한 상기 광투과성 기판의 에칭 선택비는 상기 제2 막의 두께에 대한 상기 식각 영역의 깊이의 비율과 같거나 크며, 상기 제1 및 제2 막의 광학 농도(OD)는 3 이상인 위상 시프트 마스크를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 상술된 마스크 블랭크를 마련하는 단계와, 위상 시프트 영역이 개방된 제1 레지스트 패턴을 이용하여 상기 제2 막을 에칭함으로써 제1 박막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제1 박막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1 막을 에칭함으로써 제2 박막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 위상 시프트 영역과 위상 비시프트(phase non-shift) 영역을 포함한 광투과 영역이 개방된 제2 레지스트 패턴을 이용하여 상기 광투과성 기판의 노출된 영역과 함께 상기 위상 비시프트 상에 위치한 제1 박막 패턴 부분을 에칭함으로써 상기 광투과성 기판에 위상 시프트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 위상 비시프트 상에 위치한 제2 박막 패턴 부분을 선택적으로 에칭함으로써 상기 광투과성 기판의 부분을 노출시키는 단계를 포함하는 마스크 제조방법을 제공한다.
상술된 마스크 블랭크는 그 제조 공정이 간소화할 뿐만 아니라, 높은 광차단 특성(예, 높은 광학 농도(OD))를 보장할 수 있다.
본 실시예들에 따른 마스크 블랭크를 이용하여 제조된 위상 시프트 마스크는 그 패턴 형성공정이 간소화될 수 있다. 낮은 임계치수(critical dimension: CD) 편차를 보장하면서도, 식각 영역의 에칭 깊이를 정밀하게 제어할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 블랭크의 측단면도이다.
도2 및 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 시프트 마스크를 나타내는 평면도 및 측단면도이다.
도4는 제1 및 제2 막의 두께 변화에 따른 광학 농도(OD)를 나타내는 그래프이다.
도5 내지 도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 시프트 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도12는 본 발명의 일 실시예에 채용된 에칭 깊이 조절방안을 설명하기 위한 그래프이다.
도13a 내지 도13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 시프트 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 블랭크의 측단면도이다.
도1을 참조하면, 본 실시예에 따른 마스크 블랭크(30)는, 서로 반대에 위치한 제1 및 제2 면(10a,10b)을 갖는 광투과성 기판(10)과, 상기 광투과성 기판(10)의 제2 면(10b)에 배치되며 에칭 가능한 광차단부(20)를 포함한다. 상기 광차단부(20)는 선택적으로 에칭 가능한 제1 막(22)과 제2 막(25)의 적층체를 포함한다.
상기 광투과성 기판(10)은 드라이 에칭에 의해 패터닝 형성이 가능하면서, 광투과성을 갖는 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 광투과성 기판(10)은 쿼츠(quartz) 또는 무알칼리 유리와 같은 투명한 리지드(rigid) 재료일 수 있다.
상기 제1 막(22)은 드라이 에칭 조건에 따라 상기 광투과성 기판(10)과는 높은 에칭 선택성(etching selectivity)을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 막(22)은 불소계 가스(예, HF3, CF4)에 의한 드라이 에칭시에 상기 광투과성 기판(10)보다 높은 에칭 저항성을 갖는 물질로 구성될 수 있다. 이 경우에, 상기 광투과성 기판(10)의 에칭시에 제1 막(22)에서의 측부 에칭을 최소화할 수 있다(도10 참조).
또한, 상기 제1 막(22)은 염소계 가스(예, Cl2)와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭시에 상기 광투과성 기판(10)보다는 낮은 에칭 저항성(즉, 에칭 레이트가 높음)을 가질 수 있다. 이 경우에, 별도의 레지스트 마스크 없이도 광투과성 기판(10)의 위상 비시프트 영역(S1)으로부터 제1 막(22) 부분을 제거할 수 있다(도11 참조).
이러한 에칭 선택성을 만족하기 위해서, 상기 제1 막(22)은 적어도 크롬(chromium, Cr)을 함유한 물질일 수 있다. 크롬을 함유한 물질은 불소계 가스의 드라이 에칭시에 높은 에칭 저항성을 가지면서 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의해 효과적으로 에칭될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 막(22)은 크롬 단독, 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 크롬을 함유하는 크롬 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 크롬 화합물은 크롬 산화물(CrO), 크롬 질화물(CrN), 크롬 산질화물(CrON), 크롬 산탄화물(CrCO), 크롬 질탄화물(CrCN) 및 크롬 산질탄화물(CrCNO)일 수 있다.
다만, 상기 제1 막(22)을 구성하는 크롬 또는 크롬 화합물의 두께가 클 경우에, 에칭 바이어스(etch bias)가 커지므로, 식각된 패턴의 임계 치수(CD) 편차가 증가할 수 있다. 식각된 패턴의 정밀성을 보장하기 위해서, 본 실시예에 채용된 제1 막(22)의 두께(ta)는 45㎚ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 막(22)의 두께(ta)는 5㎚∼30㎚ 범위일 수 있다.
본 실시예에 채용된 제2 막(25)은 차광부(20)를 구성하는 요소로서 상기 제1 막(22) 상에 배치될 수 있다. 상기 제2 막(25)은 블랭크(30)의 최외곽층으로서 상기 제1 막(22)의 패턴을 위한 에칭 마스크로 제공될 수 있다.
상기 제2 막(25)은 상기 제1 막(22)과는 높은 에칭 선택성을 갖는 반면에, 상기 광투과성 기판(10)과는 유사한 에칭 경향을 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 막(25)과 상기 광투과성 기판(10)은 동일한 에칭 공정에 의해 유효하게 에칭될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 막(25)은 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭시에 상기 제1 막(22)보다는 낮은 에칭 저항성을 가지므로, 제1 막(22)을 위한 에칭 마스크로 사용될 수 있다(도8 참조).
이와 달리, 상기 제2 막(25)은 불소계 가스에 의한 드라이 에칭시에 상기 광투과성 기판(10)과 유사하게 유효하게 에칭될 수 있다(도10 참조).
반면에, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 막(22)은 불소계 가스에 의한 드라이 에칭시에 상대적으로 높은 에칭 저항성을 가질 수 있다. 이러한 에칭 조건에 따르면, 위상 쉬프트 마스크의 제조과정에서, 상기 광투과성 기판(10)을 에칭할 때에 광투과 영역(즉, 전사영역)에 위치한 제2 막(25) 부분도 함께 제거될 수 있다(도10 참조). 이 경우에 상기 제2 막(25)은 상기 광투과성 기판(10)의 에칭 엔드 시점(etching end point)을 결정하는 기준으로 활용될 수 있다.
따라서, 상기 광투과성 기판(10)에 에칭 스톱층을 도입하지 않아도 상기 광투과성 기판(10)의 에칭 깊이를 정확히 조절할 수 있다. 이에 대해서는 도12에서 후술하기로 한다.
상기 제2 막(25)은 이에 한정되지 않으나, 예를 들어 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 규소를 함유하는 규소 화합물, 전이 금속과 규소와의 합금, 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 및 규소 화합물을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전이 금속이 티탄(Ti), 바나듐(V), 코발트(Co), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 하프늄(Hf) 및 탄탈(Ta)로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 막(25)은 몰리브덴(Mo)과 같은 전이 금속과 규소를 함유하는 화합물(예, MoSiN)일 수 있다.
상기 제2 막(25)의 두께(tb)는 상기 제1 막(22)을 위한 에칭 마스크를 사용하기 위해서 충분한 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 막(25)의 두께(tb)는 3㎚ 이상, 나아가 5㎚ 이상일 수 있다. 특정 예에서, 상기 제2 막(25)의 두께(tb)는 10㎚ 내지 40㎚ 범위일 수 있다.
본 실시예에서 채용된 차광부(20)는 상술된 제1 및 제2 막(22,25)의 두께를 조절하여, 원하는 극히 낮은 광투과율, 즉 높은 광학 농도(optical density: OD)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 막(22)이 Cr 또는 Cr 화합물을 포함하고, 상기 제2 막(25)이 몰리브덴(Mo)과 같은 전이 금속과 규소를 함유하는 화합물(예, MoSiN)을 포함하는 경우에, 각 두께(ta,tb)를 조절하여 광학 농도(OD)를 3 이상으로 구현할 수 있다. 이와 관련된 두께의 조건에 대해서는 도4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 마스크 블랭크는 레벤슨(Levenson)형 마스크와 같은 위상 시프트 마스크 또는 또는 위상 반전 마스크(phase inversion mask)를 위한 마스크 블랭크로 유용하게 사용될 수 있다.
도2 및 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 시프트 마스크를 나타내는 평면도 및 측단면도이다. 여기에 도시된 마스크(30')는 도1에 도시된 마스크 블랭크(30)로부터 제조된 위상 시프트 마스크로 이해할 수 있으며, 본 실시예에서 앞선 실시예와 동일한 지시부호로 표시된 구성요소는 다른 반대되는 설명이 없는 한, 앞선 실시예의 그 구성요소와 동일하거나 유사한 구성요소로 이해할 수 있다.
도2 및 도3을 참조하면, 본 실시예에 따른 위상 시프트 마스크(30')는, 광투과 영역(A)과 광차단 영역(B)을 갖는 광투과성 기판(10)과, 상기 광차단 영역(B) 상에 배치된 차광부(20)를 포함한다.
본 실시예에 채용된 차광부(20)는 도3에 도시된 바와 같이 광투과성 기판(10)의 모서리 영역을 따라 위치한 광차단 영역(B) 상에 배치될 수 있다. 상기 차광부(20)는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 광투과성 기판(10) 상에 배치된 제1 막(22)과, 상기 제1 막(22) 상에 배치된 제2 막(25)을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 막(22)이 Cr 또는 Cr 화합물을 포함하고, 상기 제2 막(25)이 몰리브덴(Mo)과 같은 전이 금속과 규소를 함유하는 화합물(예, MoSiN)을 포함할 수 있다. 상기 제1 막(22) 및 제2 막(25)에 대한 상세한 설명은 도1에서 설명된 사항들이 참조될 수 있다.
상기 광투과성 기판(10)의 광투과 영역(A)은 원하는 패턴을 전사하기 위한 전사 영역(transfer area)을 말하며, 비식각 영역(non-etched area, P1)과 식각 영역(etched area, P0)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 비식각 영역(P1)은 위상 변화없이 광이 투과되는 위상 비시프트 영역(phase non-shift area, S1)을 제공하며, 식각 영역(P0)은 위상이 반전되어 투과되는 위상 시프트 영역(phase shift area, S0)을 제공할 수 있다. 이러한 위상 반전 효과는 광의 파장 및 광투과성 기판(10)의 광학 특성(예, 굴절률 등)과 함께 에칭된 깊이(d)를 조절함으로써 얻어질 수 있다.
상기 제1 막(22)은 Cr 또는 Cr 화합물을 포함하고, 상기 제2 막(25)은 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소과 규소를 함유하는 규소 화합물, 몰리브덴과 같은 전이 금속과 규소와의 합금, 전이 금속과 규소를 함유하는 화합물(예, MoSiN)을 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 막(22,25)의 두께들(ta,tb)을 조절함으로써, 상기 차광부(20)의 광학 농도(CD)는 3 이상이 될 수 있다. 도4는 광학 농도를 3 이상을 얻기 위한 제1 막의 두께(ta)와 제2 막의 두께(tb)의 조건을 나타내는 그래프이다.
여기에 도시된 그래프는 제1 막이 CrCO(유전율: 1.815)이며, 제2 막이 MoSiN(유전율: 2.19)인 예에서 얻어지는 결과를 나타낸다. 예를 들어, 제1 막(22)의 두께(ta)가 50㎚일 때에 제2 막(25)은 약 7㎚ 이상일 때에 OD가 3이상을 갖게 되어 충분한 광차단 효과를 기대할 수 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 제1 막과 제2 막의 두께들(ta,tb)은 OD가 3 이상이 되도록 설계될 수 있다.
일부 실시예에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 막(22)의 두께(ta)가 큰 경우에 에칭 바이어스가 커지는 경향이 있을 수 있으므로, 제1 막(22)을 45㎚ 이하의 두께로 형성할 수 있다. 이 경우에, 차광부(20)의 OD가 3 이상을 얻기 위해서, 상기 제2 막(25)의 두께(tb)는 10㎚ 이상일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제2 막(25)을 패터닝할 때에 상기 광투과성 기판(10)을 안정적으로 보호하기 위해서, 상기 제1 막(22)는 5㎚ 이상의 두께로 형성할 수 있다. 이 경우에, 차광부(20)의 OD가 3 이상을 얻기 위해서, 상기 제2 막(25)의 두께(tb)는 45㎚ 이상일 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 제2 막(25)을 패터닝하기 위한 에칭시에 비교적 얇은 두께(예, 800Å 이하)의 레지스트를 사용하기 위해서, 상기 제2 막(25)의 두께(tb)를 40㎚ 이하로 설정할 수 있다. 이 경우에, 차광부(20)의 OD가 3 이상을 얻기 위해서, 상기 제1 막(25)의 두께(ta)는 10㎚ 이상일 수 있다.
이와 같이, OD가 3 이상을 얻기 위해서, 상기 제1 막(22)의 두께(ta)와 상기 제2 막(25)의 두께(tb)는 실질적으로 반비례 관계로 나타내므로, 다른 설계 인자(CD 편차 등)를 고려하여 적정한 두께를 설정할 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 제2 막(25)의 두께(tb)는 10㎚ 내지 40㎚ 범위이고, 상기 제1 막(22)의 두께(ta)는 OD가 3 이상이 되도록 적절히 선택될 수 있다.
한편, 다른 구체적인 실시예에서는, CD 품질을 위해서, 제1 막(22)의 두께(ta)를 30㎚ 이하로 설정하고, 상기 제2 막(25)의 두께(tb)는 OD가 3 이상이 되도록 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 막(22)의 두께(ta)는 5㎚ 내지 30㎚이며, 상기 제2 막(25)의 두께(tb)는 25㎚ 내지 45㎚일 수 있다.
본 실시예에 따른 위상 시프트 마스크(30')는 포토 리소그래피 공정에 사용되는 레티클(reticle)로 이해될 수 있다.
본 실시예에 채용된 차광부(20)는 도3에 도시된 바와 같이 광투과성 기판(10)의 모서리 영역을 따른 영역에 한하여 배치될 수 있으나, 광투과 영역(A)에도 광차단이 필요한 영역이 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 차광부(20)의 일부 패턴은 위상 시프트 영역(S0)과 위상 비시프트(S1) 영역 사이에 작은 사이즈로 배치될 수도 있다.
도5 내지 도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 시프트 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다. 예시된 제조공정은 도1에 도시된 마스크 블랭크를 이용하여 도2에 도시된 위상 시프트 마스크를 제조공정으로 이해할 수 있다.
도5를 참조하면, 마스크 블랭크(30) 상에 위상 시프트 영역(S0)이 개방된 개구(O1)를 갖는 제1 레지스트 패턴(R1)을 형성할 수 있다.
상기 제1 레지스트 패턴(R1)은 상기 제2 막(25) 상에 레지스트 물질을 코팅한 후에, 상기 제1 개구(O1)를 갖도록 현상 처리를 행함으로써 형성될 수 있다. 상기 개구(O1)를 통해서 위상 시프트 영역(S0)에 위치한 제2 막(25) 부분이 노출될 수 있다. 상기 제1 레지스트 패턴(R1)의 두께(tc)는, 에칭될 제1 막의 두께(tb)를 고려하여 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 레지스트 패턴(R)의 두께(tc)는 100㎚ 이하, 나아가 80㎚이하일 수 있다.
도6을 참조하면, 제1 레지스트 패턴(R1)을 이용하여 상기 제2 막(25)을 에칭함으로써 개구(O2)를 갖는 제1 박막 패턴(TP1)을 형성할 수 있다.
본 공정에서 상기 제1 레지스트 패턴(R1)은 마스크로 사용될 수 있다. 상기 제2 막(25)의 에칭은 불소계 가스를 사용하는 드라이 에칭에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 이러한 드라이 에칭에 사용되는 불소계 가스는, CHF3, CF4, C2F6, C4F8 및 SF6 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 불소계 가스를 사용한 드라이 에칭시에, 상기 제2 막(25)은 상기 제1 막(22)과는 높은 에칭 선택성을 가질 수 있으므로, 제1 막(22)의 부분이 개방된 개구(O1)를 갖는 제1 박막 패턴(TP1)을 형성할 수 있다.
도7을 참조하면, 상기 제1 박막 패턴(TP1)의 상면으로부터 잔류하는 제1 레지스트 패턴(R1)을 제거할 수 있다.
본 공정은 포토레지스트 제거용 스트리퍼 조성물을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 이러한 스트리퍼 조성물은 아민 화합물， 양자성 극성 용매 또는 비양자성 극성 용매를 포함할 수 있다.
도8을 참조하면, 상기 제1 박막 패턴(TP1)을 마스크로 이용하여 상기 제1 막(21)을 에칭함으로써 제2 박막 패턴(TP2)을 형성할 수 있다.
본 에칭 공정은 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용한 드라이 에칭에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 본 드라이 에칭에 사용되는 염소계 가스는, Cl2, SiCl4, CHCl3, CH2Cl2, CCl4 및 BCl3 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용한 드라이 에칭시에, 상기 제1 막(22)은, 상기 제2 막(25)뿐만 아니라 상기 광투과성 기판(10)과도 높은 에칭 선택성을 가지므로, 광투과성 기판(10)의 위상 쉬프트 영역(S0)을 개방한 개구(O3)를 갖는 제2 박막 패턴(TP2)을 형성할 수 있으며, 상기 제2 박막 패턴(TP2) 상에 상기 제1 박막 패턴(TP1)이 실질적으로 그대로 잔류할 수 있다.
도9를 참조하면, 마스크 블랭크(30)의 광차단 영역(B)이 개방된 개구(OT)를 갖는 제2 레지스트 패턴(R2)을 형성할 수 있다.
구체적으로, 본 공정에서 형성된 제2 레지스트 패턴(R2)은 위상 시프트 영역(S0)에 해당되는 광투과성 기판(10) 부분들과 함께 위상 비시프트 영역(S1)에 위치한 제2 막(25) 부분들이 개방되도록 형성될 수 있다. 후속 에칭 과정에서, 위상 시프트 영역(S0)을 위한 부분들뿐만 아니라 상기 위상 비시프트 영역(S1)에 위치한 제2 막(25) 부분들도 함께 노출될 수 있다.
도10을 참조하면, 앞선 공정에서 형성된 제2 레지스트 패턴(R2)을 이용하여 드라이 에칭 공정을 수행한다.
본 실시예에 채용된 제2 막과 광투과성 기판은 유사한 에칭 경향을 가지므로, 위상 시프트 영역(S0)에 식각 영역(P1)을 제공하는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭과정에서 위상 비시프트 영역(S1)에 위치한 상기 제2 막(25) 부분들도 유효하게 에칭될 수 있다. 따라서, 본 에칭 공정에서, 상기 광투과성 기판(10)의 노출된 영역(S0)의 표면으로부터 소정의 깊이(d)로 에칭된 식각 패턴(P0)이 형성될 때에 상기 위상 비시프트 영역(S1) 상에 위치한 제2 막(25) 부분들, 즉, 제1 박막 패턴(TP1) 부분들을 실질적으로 제거될 수 있다.
이와 같이, 본 공정에 따른 드라이 에칭에서, 상기 광투과성 기판(10)을 에칭할 때에 광투과 영역(즉, 전사영역)에 위치한 상기 제2 막(25)도 제거될 수 있으므로, 상기 제2 막(25) 부분들을 상기 광투과성 기판(10)의 에칭 엔드 시점(etching end point)을 결정하는 기준으로 활용될 수 있다. 에칭시 특정 성분을 검출하는 엔드 포인트 검출(end point detection, EPD) 방법을 이용하여, 위상 반전에 필요한 에칭 깊이(d)를 정확히 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 광투과성 기판(10)과 상기 제2 막(25)은 공통적으로 특정 성분(예, 규소)을 함유하도록 구성되고, 에칭시에 그 특정 성분을 검출할 수 있다. 예를 들어, 상기 광투과성 기판(10)은 쿼츠 기판이며, 상기 제2 막(25)은 몰리브덴과 규소를 함유한 질화물(예, MoSiN)일 수 있다.
도12는 본 발명의 일 실시예에 채용된 에칭 깊이 조절방안을 설명하기 위한 EPD 검출결과를 나타내는 그래프이다. 도10에 도시된 단계에서의 에칭 공정 동안에 규소 성분을 검출한 결과이다.
도12를 참조하면, 검출이 시작되는 시점에서 많은 규소 성분(제2 막과 광투과성 기판의 모두 에칭)이 검출되다가 특정 시점(T)에서 규소 검출이 갑자기 감소되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 감소는 위상 비시프트 영역(S1)에서는 제2 막(25)이 제거된 후에 드러나는 제1 막(22)은 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 제거되지 않기 때문에 발생된다. 따라서, 이 시점(T)은 위상 비시프트 영역(S1)에 위치한 제2 막(25) 부분들이 실질적으로 제거된 시점으로 이해할 수 있다.
이러한 제2 막(25)의 에칭이 종료되는 시점(T)을 기준으로 위상 시프트 영역(S0)을 위한 에칭 시간을 설정함으로써 원하는 에칭 깊이(d)를 정확히 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 막(25)이 실질적으로 제거되는 시점(T) 또는 그 후에 일정 시간을 지속함으로써 원하는 깊이(d)로 정밀하게 에칭할 수 있다. 원하는 에칭 깊이(d)는 위상 반전에 필요한 두께로 결정되며, 에칭 깊이를 위한 에칭 시간은 드라이 에칭 공정 조건에 설정될 수 있다. 여기서, 그 에칭 시간보다 짧거나 동일한 시간에 상기 제2 막(25) 부분의 에칭이 종료되도록 상기 제2 막(25)의 조건(성분 또는 두께)을 결정할 수 있다.
구체적으로, 제2 막(25) 부분을 위상 시프트 영역(S0)의 엔드 포인트 시점으로 활용하기 위해서, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭시에 상기 광투과성 기판(10)에 대한 상기 제2 막(25)의 에칭 선택비가 상기 식각 영역(P0)의 깊이(d)에 대한 상기 제2 막(25)의 두께(tb)의 비율보다 같거나 크도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 불소계 가스 드라이 에칭시에, 광투과성 기판에 대한 제2 막의 에칭 선택비가 1.5(즉, 1.5:1)일 때, 에칭 깊이(d)에 대한 제2 막의 두께(tb)를 1.5(1.5:1) 또는 그보다 크게(예, 2:1) 설정할 수 있다.
이와 같이, 상기 광투과성 기판(10)에 별도의 에칭 스톱층을 채용하지 않아도 위상 시프트 영역(S0)의 깊이(d)를 정확히 조절할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 광투과성 기판(10)을 다른 물질의 에칭 스톱층을 구비하지 않고 실질적으로 전체 영역이 균일 성분계로 이루어진 기판도 유익하게 사용될 수 있다.
도11을 참조하면, 상기 위상 비시프트(S1) 상에 위치한 제2 박막 패턴(TP2) 부분, 즉 제1 막(22)을 선택적으로 에칭함으로써 상기 광투과성 기판(10)의 부분을 노출시킬 수 있다.
본 에칭은 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용한 드라이 에칭에 의해 수행될 수 있으며, 에칭 선택성에 의해 거의 광투과성 기판(10)에는 손상 없이 위상 비시프트 영역(S1)에 위치한 제1 막(22) 부분들이 제거될 수 있다. 본 공정은 제2 레지스트 패턴(R2)을 제거하기 전 물론, 제2 레지스트 패턴(R2)을 제거한 후에도 수행될 수 있다.
도13a 내지 도13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 시프트 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 도면들이다.
도13a는 도2에 도시된 위상 시프트 마스크의 측단면을 나타내며, 도13b는 도13a에 도시된 위상 시프트 마스크를 투과하는 광의 강도를 나타내는 그래프이다. 도13c는 레지스트 패턴을 갖는 피가공재를 나타낸다.
도13a 및 도13b를 참조하면, 위상 시프트 마스크(30')의 제1 면(10a)에 조사되는 광(예, UV)은, 광차단 영역(B)에서는 차단부(20)에 의해 투과되지 않지만, 광투과 영역(A)을 통해서는 투과될 수 있다.
상기 광투과 영역(A)에는 상기 위상 시프트 마스크(30')의 제2 면(10b)에 대한 선택적 에칭에 의해 형성된 위상 시프트 영역(S0)과 위상 비시프트 영역(S1)이 서로 인접하여 배열된다.
도13b에 도시된 바와 같이, 위상 비시프트 영역(S1)을 통과하는 광은 원래 위상대로 통과하는데 반하여, 위상 시프트 영역(S0)을 통과하는 광은 반전된다. 투과된 광은 반도체 기판과 같은 피가공재(51) 상에 마련된 포토 레지스트에 전사될 수 있고, 현상 후에는 도13c에 도시된 레지스트 패턴(55)을 얻을 수 있다. 구체적으로, 노광되는 포토 레지스트에서 임계 강도(TH) 이상의 광에 의해 조사된 부분은 현상시에 제거될 수 있으며 원하는 레지스트 패턴(55)을 형성할 수 있다(포지티브 레지스트 공정예).
이러한 과정에서 인접한 두 패턴, 즉 인접한 위상 시프트 영역(S0)과 위상 비시프트 영역(S1) 사이의 영역에서 간섭되는 광은 위상 차에 의해 증폭되지 않고 오히려 상쇄될 수 있다. 따라서, 위상 시프트 마스크(30')에서는 인접한 부분에서의 투과되는 광의 강도는 임계 강도(TH)에 가깝게 증가되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 마스크(30')의 패턴 폭(wa)보다 작은 선폭(wb)의 레지스트 패턴(55)을 정밀하게 구현할 수 있다. 이와 같이, 노광 장치의 해상 한계(TH) 미만의 해상도를 높은 정밀도로 구현할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 광투과성 기판 20: 광차단부
22: 제1 막 25: 제2 막
P0: 비식각 영역 P1: 식각 영역
S0: 위상 비시프트 영역 S1: 위상 시프트 영역
51: 반도체 기판 55: 포토레지스트 패턴

Claims (10)

  1. 광투과성 기판;
    상기 광투과성 기판에 배치되며, 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 크롬으로 구성된 크롬 화합물의 단일막인 제1 막; 및
    상기 제1 막 상에 최외곽층으로서 배치되며, 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 규소를 함유하는 규소 화합물, 전이 금속과 규소와의 합금, 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 및 규소 화합물을 포함하는 제2 막을 포함하며,
    상기 제1 막과 제2 막의 광학 농도(OD)는 3 이상이고,
    상기 제1 막의 두께는 5 내지 30㎚이며, 상기 제2 막의 두께는 25 내지 45㎚인 마스크 블랭크.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 막은 상기 광투과성 기판과 함께 드라이 에칭 가능한 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 막과 상기 광투과성 기판은 적어도 하나의 동일한 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광투과성 기판은 쿼츠(quartz) 기판이며, 상기 제1 막은 CrN, CrON 및 CrCO로부터 선택된 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 막은 몰리브덴과 규소를 함유한 질화물을 포함하는 마스크 블랭크.
  7. 식각 영역(etched area)과 비식각 영역(non-etched area)을 갖는 광투과 영역과 광차단 영역을 갖는 광투과성 기판; 및
    상기 광투과성 기판의 광차단 영역 상에 배치된 제1 막과, 상기 제1 막 상에 배치되며 최외곽층으로 제공되는 제2 막을 갖는 차광부를 포함하며,
    상기 제1 막은 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 크롬으로 구성된 크롬 화합물인 단일막으로 제공되고, 상기 제2 막은 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 규소를 함유하는 규소 화합물, 전이 금속과 규소와의 합금; 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상의 원소와 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 및 규소 화합물을 포함하며,
    상기 차광부의 광학 농도(OD)는 3 이상이고,
    상기 제1 막의 두께는 5 내지 30㎚이며, 상기 제2 막의 두께는 25 내지 45㎚인 위상 시프트 마스크.
  8. 제7항에 있어서,
    불소계 가스에 의한 드라이 에칭시에, 상기 제2 막에 대한 상기 광투과성 기판의 에칭 선택비는 상기 제2 막의 두께에 대한 상기 식각 영역의 깊이의 비보다 같거나 큰 위상 시프트 마스크.
  9. 삭제
  10. 제1항과 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크를 마련하는 단계;
    위상 시프트 영역이 개방된 제1 레지스트 패턴을 이용하여 상기 제2 막을 에칭함으로써 제1 박막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 박막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 제1 막을 에칭함으로써 제2 박막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 위상 시프트 영역과 위상 비시프트 영역을 포함한 광투과 영역이 개방된 제2 레지스트 패턴을 이용하여 상기 광투과성 기판의 노출된 영역과 함께 상기 위상 비시프트 상에 위치한 제1 박막 패턴 부분을 에칭함으로써 상기 광투과성 기판에 위상 시프트 패턴을 형성하는 단계 - 여기서, 상기 위상 비시프트 상에 위치한 제1 박막 패턴 부분은 제거됨 - ; 및
    상기 위상 비시프트 상에 위치한 제2 박막 패턴 부분을 선택적으로 에칭함으로써 상기 광투과성 기판의 부분을 노출시키는 단계;를 포함하는 마스크 제조방법.
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