KR20000028599A - 반도체장치의포토마스크및그제조방법 - Google Patents

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KR20000028599A
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Abstract

반도체 장치의 포토 마스크(photo mask) 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 일 관점은 투광성 기판 상에 몰리브데늄(Mo)에 크롬(Cr) 등과 같은 금속 원소가 고용(solid solution)된 몰리브데늄 고용 합금으로 형성된 투과 방지층을 구비한다. 또한, 몰리브데늄 고용 합금은 몰리브데늄에 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta) 또는 텅스텐(W) 등이 각각 고용되어 형성된, 몰리브데늄 바나듐 고용 합금, 몰리브데늄 니오븀 고용 합금, 몰리브데늄 탄탈륨 고용 합금 또는 몰리브데늄 텅스텐 고용 합금일 수 있다.

Description

반도체 장치의 포토 마스크 및 그 제조 방법{Photo mask used for manufacturing semiconductor device ＆manufacturing method thereof}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 포토 마스크(photo mask) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조하는 공정에서는 반도체 기판 상에 물질층을 패터닝하기 위한 사진 식각 공정이 요구된다. 이러한 사진 식각 공정 중에서 포토레지스트층을 선택적으로 노광하기 위해서 포토 마스크가 사용된다. 이러한 포토 마스크는 포토 마스크의 투과 방지층(opaque layer or shield layer) 등을 요구되는 패턴에 따라 패터닝함으로써 구비된다.
종래의 포토 마스크는 광이 투과하는 투광성 기판, 예를 들어 석영 기판(quartz substrate) 상에 투과 방지층으로 크롬층이 형성된 구조가 사용되고 있다. 이러한 크롬층 상에는 크롬층에 의한 반사를 방지하는 크롬 산화층이 더 형성될 수 있다.
한편, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 디자인 룰(design rule)이 감소되고 있다. 따라서, 이러한 디자인 룰의 감소를 충족하기 위해서 보다 높은 해상도를 구현할 수 있는 포토 마스크가 요구되고 있다. 또한, 노광 공정에 사용되는 광원의 파장 또한 감소하여 대략 250㎚ 이하 또는 대략 150㎚ 이하의 피상 크기(feature size)를 구현하는 것이 요구되고 있다. 즉, KrF 또는 ArF를 광원으로 이용하는 것이 필요시 되고 있다. 이에 따라, 또한, 포토 마스크는 보다 미세한 패턴을 가지도록 제조되며, 따라서, 제조하는 공정의 마진 확보가 중요시 되고 있다. 따라서, 포토 마스크를 제조하는 공정에 건식 식각 방법을 채용하는 것이 요구되고 있다.
그러나, 종래의 포토 마스크에 사용되는 크롬층을 패터닝하는 공정에는 건식 식각 방법을 적용하기가 어렵다. 이는 건식 식각에 사용되는 반응 가스에 대해서 크롬층이 포토레지스트층과 낮은 선택비를 나타내는 데 기인한다. 즉, 상기 포토레지스트층으로는 주로 CAR(Chemical Amplitude Resist), ZEP 또는 EBR(E-beam resist) 등을 이용하는 데 이러한 포토레지스트층은 반응 가스에 대해 크롬층과 낮은 식각 선택비를 나타낸다. 따라서, 건식 식각 방법으로 크롬층을 패터닝하기 위해서는 매우 두꺼운 두께의 포토레지스트막이 요구된다. 그러나, 이러한 매우 두꺼운 포토레지스트막의 도입은 해상도 감소를 유발하여 고집적화된 반도체 장치 제조에는 적합하지 않다.
이를 보완하기 위해서, 크롬층을 패터닝하는 데에는 습식 식각 방법이 이용된다. 이러한 습식 식각 방법은 패턴의 측벽각(wall angle) 및 가장 자리 경사(edge slope) 등을 수반하여 피상 크기의 최소화에 제약을 줄 수 있다. 이에 따라, 전체 마스크 상에서 대략 1㎛ 이하의 선폭을 균일하게 구현하기가 매우 어렵다. 결과적으로 높은 해상도를 구현하기가 어렵다. 더욱이, 이러한 습식 식각 방법에 의한 패터닝은 건식 식각 방법에 비해 생산성 효율이 상대적으로 낮다.
한편, 이와 같이 높은 해상도를 구현하기 위해서는 상기 투과 방지층의 두께 감소가 요구된다. 투과 방지층의 두께가 감소되면, 상기 투과 방지층의 패터닝을 위한 포토레지스트막의 두께 또한 감소될 수 있다. 따라서, 보다 감소된 크기를 가지는 투과 방지층 패턴이 형성될 수 있다. 이에 따라 해상도의 증가를 구현할 수 있다.
이와 같이 보다 감소된 두께로 투과 방지층을 형성하기 위해서는 크롬층에 비해 높은 OD(optical density) 특성 또는 높은 흡광 계수 k를 가지는 물질층이 요구된다. 흡광 계수 k 또는 OD 값이 크다는 것은 보다 작은 두께의 층으로 노광 공정에서 사용되는 광원을 선택적으로 차단할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, 종래의 포토 마스크에 이용되는 크롬층은 석영 기판과의 접착성(adhesion)이 비교적 낮아 크롬층을 패터닝하는 공정에서 패턴 불량(pattern defect)이 발생할 수 있다. 이와 같은 패턴 불량이 발생할 경우에는 FIB 수정(Focused Ion Beam repair) 또는 레이저 수정(laser repair) 등으로 상기 패턴 불량을 수정하는 공정이 수행된다. 이때, 리버베드(riverbed) 또는 기판의 투과율 감소 등과 같은 기판의 손상 등이 발생할 수 있다.
이러한 크롬층을 대체하기 위해서 Mo-Si 계열의 물질층을 이용하는 시도가 이루어지고 있다. 예를 들어, MoSi2층을 이용하는 방안이 제시되고 있다(Y. Watakabe, et al., "High performance very large scale integrated photomask with a silicide film", J. Vac. Sci. Technol. B(4), pp.841-844, 1986). 또한, MoSi층을 이용하는 방안이 제시되고 있다(Akira Chiba, "Fabrication technologies for advanced for advanced 5Ⅹ reticles for 16M-bit DRAM", J. Vac. Sci. Technol. B8(2), pp. 117-121. 1990). 한편, 이러한 MO-Si 계열의 물질층을 건식 식각 방법으로 패터닝하는 시도가 이루어지고 있다(C. Pierrat, et al., "Dry etched molybdenum silicide photomasks for submicron integrated circuit fabrication", J. Vac. Sci. Technol. B9(6), pp. 3132-3137, 1991). 더욱이 Mo-Si 계열의 물질층 상에 반사 방지층(anti-reflective layer)을 형성하는 방안이 제시되고 있다(Akira Chiba, "Antireflective MoSi photomasks", J. Vac. Sci. Technol. B10(16), pp. 2480-2485, 1992). 그리고, PSM에 적용하는 연구 또한 이루어지고 있다(Rik Jonckheere, "Molybdenum silicide based attenuated phase-shift masks", J. Vac. Sci. Technol. B12(6), pp. 3765-3772, 1994). 한편, 비정질 실리콘층을 이용하는 연구가 제시되고 있다(Charles H. Fields, et al., "The Use of Amorphous Silicon for Deep UV Masks", SPIE Vol. 1927, pp. 727-735, 1993).
그러나, 상기한 바와 같은 Mo-Si 계열의 물질층은 전기 전도도가 낮은 특성을 나타낸다. 즉, 상기 Mo-Si 계열의 물질층 내에 함유된 도전성이 낮은 Si 원자에 기인하여 낮은 전기 전도도를 나타낸다. 이에 따라, 포토레지스트막을 전자 빔을 이용하여 노광할 때 추가의 전하 소산층(charge dissipation layer)를 도입하여야 한다. 또한, Mo는 패터닝 후 세정 공정 등에 이용되는 과산화수소수(H2O2) 등과 같은 화학 용액에 용이하게 녹을 수 있다. 따라서, 패터닝후의 막질 몰폴로지(morphology) 등이 나빠지거나 패턴이 불량해질 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 보다 감소된 두께의 투과 방지층을 구현하여 사진 식각 공정 시 높은 해상도를 제공할 수 있는 반도체 장치의 블랭크 포토 마스크를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 포토 마스크를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 몰리브데늄과 크롬의 이성분계 상태도(binary phase diagram)이다.
도 3은 193㎚ 파장에서의 다양한 물질의 흡광 계수(extinction coefficient) k 값을 나타내는 그래프이다.
도 4는 몰리브데늄과 니오븀의 이성분계 상태도이다.
도 5는 몰리브데늄과 탄탈륨의 이성분계 상태도이다.
도 6은 몰리브데늄과 바나듐의 이성분계 상태도이다.
도 7은 몰리브데늄과 텅스텐의 이성분계 상태도이다.
＜ 도면의 주요 부호에 대한 설명＞
100; 투광성 기판, 200; 투과 방지층,
400; 포토레지스트층.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은 투광성 기판, 및 상기 기판 상에 몰리브데늄에 금속 원소가 고용된 몰리브데늄 고용 합금으로 형성된 투과 방지층 등을 구비한다.
상기 몰리브데늄 고용 합금은 몰리브데늄에 크롬이 치환 고용된 몰리브데늄 크롬 고용 합금일 수 있다. 이때, 상기 크롬은 전 조성에서 상기 몰리브데늄을 치환하여 완전 고용된다.
또는, 상기 몰리브데늄 고용 합금은 몰리브데늄에 텅스텐, 바나듐, 니오븀 또는 탄탈륨 등이 고용된 고용체일 수 있다. 즉, 상기 몰리브데늄 고용 합금은 몰리브데늄에 텅스텐이 치환 고용된 몰리브데늄 텅스텐 고용 합금이거나, 몰리브데늄에 바나듐이 치환 고용된 몰리브데늄 바나듐 고용 합금이거나, 몰리브데늄에 니오븀이 치환 고용된 몰리브데늄 니오븀 고용 합금이거나, 몰리브데늄에 탄탈륨이 치환 고용된 몰리브데늄 탄탈륨 고용 합금일 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 관점은 투광성 기판을 제공한다. 이후에, 상기 기판 상에 몰리브데늄에 금속 원소가 고용된 몰리브데늄 고용 합금층으로 투과 방지층을 형성한다.
이때, 상기 몰리브데늄 고용 합금층은 몰리브데늄에 크롬이 치환 고용된 몰리브데늄 크롬 합금의 타겟을 이용하는 스퍼터링 방법으로 형성된다. 또는, 상기 몰리브데늄 고용 합금층은 몰리브데늄에 텅스텐, 바나듐, 니오븀 또는 탄탈륨 등이 각각 고용된 합금으로 이루어지는 타겟을 이용하는 스퍼터링 방법으로 형성된다.
본 발명에 따르면, 보다 감소된 두께의 투과 방지층을 구현하여 사진 식각 공정 시 높은 해상도를 제공할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 층의 두께 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한 어떤 층이 다른 층 또는 반도체 기판의 "상"에 있다 또는 접촉하고 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 층은 상기 다른 층 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 층이 개재되어질 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 포토 마스크를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 의한 포토 마스크는 투광성 기판(100) 상에 형성된 투과 방지층(200) 등을 구비한다. 상기 투과 방지층(200)은 몰리브데늄에 금속 원자가 고용(solid solution)된 몰리브데늄 고용 합금(Mo alloy) 등으로 형성된다. 이러한 몰리브데늄 고용 합금은 몰리브데늄에 실질적으로 완전 치환 고용되어 실질적으로 거의 모든 조성비에서 고용체를 이룰 수 있는 물질과 상기 몰리브데늄의 고용체를 의미한다.
이때, 고용되는 물질은 몰리브데늄의 특성을 상쇄하여 개선할 수 있는 특성을 가지는 금속 원소를 이용할 수 있다. 이러한 물질이 몰리브데늄에 고용됨에 따라, 고용체의 화학적 특성 또는 기계적 특성은 변화시킬 수 있다. 이때, 이러한 고용되는 물질은 상기 몰리브데늄과 치환 고용(substitutional solid solution)될 수 있는 물질인 것이 바람직하다. 또한, 몰리브데늄과 실질적으로 전조성에 걸쳐 완전 고용을 이루는 물질인 것이 바람직하다.
상기한 고용되는 물질로는 크롬(Cr)을 예로 들 수 있다. 즉, 몰리브데늄에 크롬이 고용된 몰리브데늄 크롬 고용 합금으로 상기 투과 방지층(200)을 형성할 수 있다. 몰리브데늄 크롬 고용 합금은 다음의 도 2에서 도시되는 바와 같이 실질적으로 전 조성 영역에서 상호 고용되어 고용체(solid solution)로 형성된다.
이와 같이 몰리브데늄에 고용되어 고용체를 형성함으로서 몰리브데늄의 특성을 개선할 수 있는 물질로 바나듐(V), 텅스텐(W), 니오븀(Nb) 또는 탄탈륨(Ta) 등을 제시할 수 있다.
도 2는 몰리브데늄과 크롬의 이성분계 상태도(binary phase diagram)를 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 몰리브데늄 고용 합금의 특성을 몰리브데늄에 크롬이 고용된 고용체, 즉, 몰리브데늄 크롬 고용 합금를 통해서 설명한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 몰리브데늄에 바나듐, 텅스텐, 니오븀 또는 탄탈륨 등이 치환 고용되어 형성되는 고용체 또한 상기 투과 방지층(200)으로 이용될 수 있다.
도 2의 이성분계 상태도를 참조하면, 몰리브데늄에 크롬 원소가 전 조성비에 걸쳐 고용될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 크롬 원소는 몰리브데늄 원소를 치환하여 고용됨을 알 수 있다. 이는 크롬 원소의 경우 격자 상수가 대략 2.882Å으로 몰리브데늄의 3.147Å과 유사함에 의해서도 또한 뒷받침될 수 있다. 이와 같이 전 조성에서 치환 고용되므로, 형성된 몰리브데늄 크롬 합금은 완전 치환 고용체(complete substitutional solid solution)로 이루어진다.
일반적으로 치환 고용체는 고용체를 이루는 두 성분의 특성을 상보적으로 함께 나타내는 특성을 지닌다. 따라서, 몰리브데늄 크롬 고용 합금으로 이루어지는 물질층은 크롬층과 몰리브데늄층의 특성을 상보적으로 함께 지닐 수 있다. 이는 야금학적인 견지에서 일반적이다. 따라서, 몰리브데늄 크롬 고용 합금이 투과 방지층(200)으로 이용될 경우의 특성을 설명하기 위해서 먼저, 크롬층 및 몰리브데늄층 각각이 투과 방지층으로 이용될 경우에 나타나는 특성을 설명한다.
크롬층 및 몰리브데늄층 각각은 다음과 같은 특성을 나타낸다고 알려져 있다. 먼저, 크롬층은 건식 식각 방법을 적용할 때 포토레지스트층과의 선택비가 낮은 단점이 있다고 알려져 있다. 그리고, 크롬층은 낮은 파장의 광원에 대해서, 예컨대, 대략 193㎚ 정도의 광원에 대해서 다음의 표 1 및 도 3에 나타난 바와 같이 몰리브데늄 보다 낮은 흡광 계수(extinction coefficient) k 값을 나타낸다.
표 1은 포토 마스크의 투과 방지층으로 이용되는 물질에 대한 광학 특성을 나타내고 있다. 특히, 표 1에는 크롬이 Mo, Ta, Nb 또는 W 등에 비해서도 낮은 흡광 계수 k를 가짐을 나타내고 있다. 한편, 도 3은 193㎚ 파장에서의 다양한 물질의 흡광 계수 k와 함께 반사 계수(refractive index)를 표시하고 있다. 도 3에서 T(transmittance)는 투과도를 나타내고 있으며, 화살표 이상의 흡광 계수 k를 나타내는 물질이 투과 방지층으로 적절함을 의미한다. 이와 같은 표 1 및 도 3에서 크롬층은 몰리브데늄층 등에 비해 낮은 흡광 계수 k 값을 가지므로, 몰리브데늄층 보다 큰 두께로 형성되어야 광의 투과를 방지하는 데 유효함을 알 수 있다.
한편, 크롬층은 기판으로 이용되는 석영과 접착성이 비교적 낮아 패터닝 시 결함의 발생할 수 있다. 이에 따라, 크롬층을 패터닝한 후 FIB 수정 또는 레이저 수정이 요구되며, 이러한 수정을 수행할 때 또한 결함이 발생될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, FIB 수정은 물리적인 힘을 이용하여 불투명 결함(opaque defect), 즉, 원하지 않는 크롬층의 일부분을 제거하는 기술이다. 이때, 이온 빔(ion beam)을 가속하여 부여되는 물리적인 힘에 의해서 크롬층의 일부분이 밀링(milling)된다. 즉, 미세한 두께로 크롬층의 일부분이 순차적으로 밀링되어 제거된다. 이 경우 크롬층 내의 크롬 원소와 크롬 원소 사이의 결합력은 몰리브데늄의 경우에 비해 크므로 보다 높은 가속도로 이온 빔을 가속시켜야 한다. 따라서, 기판에 결함 또는 손상을 유발시킬 수 있다.
이러한 FIB 수정에 따른 결함으로는 리버베드 등을 들 수 있다. 즉, 결함의 가장 자리 부위가 가운데 부분에 비해 빠른 속도로 제거되어 강바닥과 유사한 결함이 기판에 발생할 수 있다. 이러한 리버베드의 발생은 크롬층의 두께가 두꺼울수록 커지는 경향을 나타낸다. 따라서, 상술한 바와 같이 몰리브데늄층 보다 큰 두께로 형성되어야하는 크롬층에서는 리버베드가 더 심하게 발생할 수 있다.
더욱이, 상기한 바와 같이 크롬층이 보다 큰 두께로 형성됨에 기인하여, 크롬층을 패터닝한 후 레이저 수정으로 결함을 수정할 때 더 많은 열량이 하부의 기판으로 이전될 수 있다. 이에 따라, 기판의 석영 일부가 기화 등에 의해서 떨어져나가거나 융해되어 재 응고될 수 있다. 이러한 재 응고는 조직의 변화를 야기하므로 기판의 투과 정도를 변화시킬 수 있다.
그러나, 크롬은 습식 식각 방법을 그 패터닝 시 주로 적용할 정도로 화학 용액에 대한 저항성이 우수한 이점을 가지고 있다. 즉, 우수한 화학 내성을 지니고 있다. 반면에, 건식 식각에 대해서는 낮은 식각율을 나타내 낮은 식각 선택비를 나타낸다. 이에 크롬층의 패터닝에는 건식 식각 방법이 적용되기가 어렵다.
반면에, 몰리브데늄층은 다음과 같은 특성을 일반적으로 나타내고 있다. 몰리브데늄은 표 1 및 도 3에서 나타나듯이 크롬 보다 높은 흡광 계수 k 값을 가진다. 또한, 높은 OD 값을 가진다. 따라서, 크롬층 보다 얇은 두께로 형성하여 이용하여도 유효한 결과를 얻을 수 있음은 자명하다. 더욱이, 상술한 바와 같이 보다 얇게 형성될 수 있어, 몰리브데늄층을 패터닝 후 레이저 수정으로 결함을 수정할 때 기판으로 전이되는 열량은 보다 작아지게 된다. 따라서, 기판의 결함 발생이 줄어들 수 있다.
또한, 몰리브데늄층은 보다 얇은 두께로 형성되어 이용될 수 있고, 결합력이 크롬층에 비해 작아, FIB 수정 등을 시행할 때 동일한 인가 파워(power)에서도 결함의 제거를 보다 빠르게 구현할 수 있다. 또한, 보다 낮은 이온 빔 가속 정도를 적용할 수 있어 기판에 투사되는 갈륨(Ga) 이온을 억제할 수 있다. 즉, 기판에 투사되는 갈륨 이온의 깊이가 작아지므로 리버베드 현상의 발생을 억제시킬 수 있다.
그리고, 몰리브데늄은 크롬보다 높은 전기 전도도를 지니고 있다. 이와 같은 전기 전도도 우수함은 정전기 등에 의한 패턴 훼손 등과 같은 결함 발생을 억제하는 데 유리하다. 예를 들어, 포토레지스트막을 전자 빔 등으로 노광할 때 하부의 막질이 낮은 전기 전도도를 가지면, 상기 전자 빔에 기인하는 정전기에 의해서 패턴 등이 훼손되게 된다. 따라서, 크롬층 등가 같이 낮은 전도도의 물질층을 투과 방지층으로 이용하는 경우에는 추가의 전하 소산층이 요구되나, 몰리브데늄층 등과 같은 높은 전도도를 가지는 물질층에는 상기한 추가의 전하 소산층이 요구되지 않는다.
그리고, 일반적인 건식 식각 방법에 이용되는 반응 가스에 대해 몰리브데늄은 크롬 보다 높은 식각 속도를 나타내고 있다. 이에 따라, 보다 작은 포토레지스트막의 소모로써도 선택적 식각을 구현할 수 있다. 그러나, 몰리브데늄은 과산화수소수 정도의 약 반응성의 화학 용액에도 용이하게 용해된다. 즉, 화학 용액에 대한 저항성이 크롬층에 비해 낮다. 이에 따라, 패터닝 후 세정 등에 의해서 패턴의 선폭 등이 훼손될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 몰리브데늄에 크롬을 치환 고용한 고용체를 투과 방지층(200)으로 이용함으로써, 상술한 바와 같은 크롬층의 장점 및 몰리브데늄층의 장점을 함께 구현할 수 있다. 그리고, 크롬층 및 몰리브데늄층 각각의 단점을 상쇄시켜 보완할 수 있다.
이는 치환 고용에 의한 완전 고용체가, 고용되는 두 물질의 특성을 상보적으로 함께 지닌다는 야금학적인 사실에 근거하여 이해될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 전 조성비 영역에서 상호 완전 고용되어 형성되는 고용체는, 일반적으로 각각 성분의 기계적 및 화학적 물성 특성을 함께 나타낸다. 이러한 물성 특성은 각각의 성분의 함량에 비례하여 상보적으로 나타나는 것은 명백하다.
이와 같은 근거에서 본 발명의 몰리브데늄 크롬 고용 합금층은 다음과 같은 특성을 나타낸다.
먼저, 몰리브데늄의 화학 용액에 대한 낮은 저항성을 고용되는 크롬에 의해 상쇄시켜 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 순수 몰리브데늄층은 반도체 장치, 특히 마스크 세정에 일반적으로 사용되는 과산화 수소수에 황산이 첨가된 세정액 또는 암모니아수, 과산화 수소수 및 순수의 혼합 용액 등과 같은 혼합물에 필수적으로 첨가되는 과산화 수소수에 빠른 속도로 부식된다. 그러나, 본 실시예에 의한 몰리브데늄 크롬 고용 합금층, 예컨대, 70%의 몰리브데늄에 30%의 크롬이 고용된 합금층은 상기한 화합물, 특히, 과산화 수소수에 전혀 침식되지 않음이 실험에 의해서 밝혀졌다.
이와 같은 사실에 근거하면, 크롬층의 화학적 내성에 의해서 몰리브데늄의 낮은 화학적 저항성이 상쇄되어 몰리브데늄 크롬층은 우수한 화학적 내성을 가지게 된다는 것을 알 수 있다.
그리고, 몰리브데늄 크롬 고용 합금층은 크롬층에 비해 얇은 두께로 투과 방지층(도 1의 200)으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 500Å 내지 700Å 정도의 두께로 형성되어도 투과 방지층(200)으로 이용될 수 있다. 이는 표 1에서 알 수 있듯이, 몰리브데늄의 우수한 흡광 계수 k 값에 기인한다. 몰리브데늄은 193㎚의 파장에서 대략 2.36의 k 값을 나타내는 반면에, 크롬은 1.66의 높은 k 값을 나타낸다. 따라서, 몰리브데늄 크롬 고용 합금층은 크롬의 낮은 k 값을 몰리브데늄의 높은 k 값이 상쇄하여 크롬층 보다 높은 k 값을 가질 수 있다. 이에 따라, 보다 얇은 두께로 몰리브데늄 크롬 고용 합금층을 형성하여도 두꺼운 두께의 크롬층 보다 뛰어난 투과 방지 효과를 구현할 수 있다. 이는 결과적으로 OD의 보다 더 확보할 수 있다는 것과 상통한다.
이와 같이 몰리브데늄 크롬 합금층의 두께를 보다 얇게 형성하여 투과 방지층(200)으로 이용할 수 있다는 것은 고해상도를 구현할 수 있다는 의미로 해석할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 FIB 수정 또는 레이저 수정에서도 기판의 결함 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 몰리브데늄은 상술한 바와 같이 크롬 보다 일반적인 반응 가스를 이용하는 건식 식각 방법에서 높은 건식 식각율을 나타내고 있다. 이에 따라, 크롬의 낮은 건식 식각율을 상쇄할 수 있어 몰리브데늄 크롬 고용 합금층 또한 크롬층에 비해 높은 건식 식각율을 구현할 수 있다. 이는 몰리브데늄 크롬 고용 합금층을 투과 방지층(200)으로 이용할 경우, 투과 방지층(200)의 패터닝에 건식 식각 방법을 채용할 수 있음을 의미한다.
더욱이, 상술한 바와 같이 몰리브데늄 크롬 합금층을 보다 얇은 두께로 구현할 수 있고 보다 높은 건식 식각율이 구현되므로, 포토레지스트막과의 식각 선택비를 보다 확보할 수 있다. 즉, 선택적 식각에 이용되는 포토레지스트막의 선택폭을 넓게 확보할 수 있다. 또한, 습식 식각 공정에서도 몰리브데늄 크롬 합금층의 두께가 보다 작아지므로 사이드 컷(side cut) 등을 억제할 수 있다. 몰리브데늄은 크롬층에 비해 화학 용액에 대한 저항성이 낮으므로 몰리브데늄 크롬 고용 합금층의 습식 식각율의 제고를 구현할 수 있다. 이에 따라, 현상 공정 등의 공정 마진을 보다 더 확보할 수 있다.
한편, 몰리브데늄은 크롬의 기판과의 접착 불량 특성을 상쇄시킬 수 있어 몰리브데늄 크롬 고용 합금층은 기판과의 높은 접착 정도를 구현한다. 이에 따라, 투과 방지층(200)을 패터닝할 때 발생하는 결함을 억제할 수 있다.
또한, 몰리브데늄은 크롬에 비해 높은 전기 전도도를 가진다. 따라서, 몰리브데늄 크롬 고용 합금층은 크롬층 보다 높은 전기 전도도를 가질 수 있다. 따라서, 전자 빔을 이용하는 노광 공정 등에서 전하의 축적에 따른 정전기에 의한 결함 발생을 방지할 수 있다.
이와 같은 몰리브데늄 크롬 고용 합금층은 다음과 같은 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 대략 90% 몰리브데늄 및 10% 크롬의 합금을 타겟으로 이용하여 스퍼터링 방법으로 상기 몰리브데늄 크롬 고용 합금층을 형성할 수 있다. 이때, 아르곤을 대략 30sccm 정도 공급하고 대략 40mTorr 정도의 챔버 압력을 유지한다. 상기 아르곤에 대략 150 W 정도의 RF 파워를 인가하여 상기 타겟을 스퍼터링하여 상기 타겟에 대향되게 도입되는 기판 상에 몰리브데늄 크롬 고용 합금층이 증착되도록 한다.
이와 같은 스퍼터링 방법에서 형성되는 몰리브데늄 크롬 고용 합금층의 조성에 따라, 상기 타겟의 조성 및 챔버 압력 조건 또는 인가 파워의 조건 등이 변화될 수 있다. 또한, 몰리브데늄에 바나듐, 텅스텐, 니오븀 또는 탄탈륨 등이 고용된 몰리브데늄 고용 합금층을 형성할 때도 상기 타겟을 교환하여 상술한 바와 같은 스퍼터링 방법을 이용할 수 있다.
한편, 몰리브데늄에 탄탈륨, 바나듐, 니오븀 또는 텅스텐 등을 치환 고용함으로써, 앞서 설명한 바와 같이 몰리브데늄의 특성을 개선할 수 있다. 이와 같은 개선은 설명한 바와 같은 완전 치환 고용이 일어나 고용체의 특성이 개선될 수 있음에 기인한다. 한편, 다음의 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 니오븀, 탄탈륨, 바나듐 또는 텅스텐의 각각은 몰리브데늄과 실질적으로 전 조성에서 치환 고용되어, 크롬의 경우에서와 같이 몰리브데늄층의 특성을 개선할 수 있다.
도 4 내지 도 7 각각은 몰리브데늄과 니오븀, 탄탈륨, 바나듐 및 텅스텐 각각의 이성분계 상태도들을 개략적으로 나타낸다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 몰리브데늄과, 니오븀, 탄탈륨, 바나듐 또는 텅스텐 각각은 몰리브데늄과 전 조성에서 치환 고용된다. 따라서, 몰리브데늄 니오븀 고용 합금, 몰리브데늄 탄탈륨 고용 합금, 몰리브데늄 바나듐 고용 합금 또는 몰리브데늄 텅스텐 고용 합금은 각각 몰리브데늄에 상기한 원소들이 각각 완전 치환된 고용체를 의미한다.
이와 같이 니오븀, 탄탈륨, 바나듐 또는 텅스텐 등은 몰리브데늄에 완전 치환 고용될 수 있으므로, 몰리브데늄 크롬 고용 합금층에 대해서 설명한 바와 같이 몰리브데늄층의 특성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 몰리브데늄의 상술한 과산화 수소 등과 같은 화학 용액에 대한 낮은 저항성을, 고용되는 상기 니오븀, 탄탈륨, 바나듐 또는 텅스텐 등이 개선할 수 있다. 즉, 화학적 내성을 증가시키는 효과를 구현할 수 있다.
또한, 탄탈륨, 바나듐, 니오븀 또는 텅스텐 등은 도 3에 도시된 바와 같이 비교적 높은 흡광 계수(k)를 나타내고 낮은 반사 계수(n)를 나타내므로, 몰리브데늄과 이를 원소들의 고용체는 우수한 흡광 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 보다 얇은 두께로 투과 방지층(도 1의 200)을 형성하는 것이 가능하다.
이는 탄탈륨, 바나듐, 니오븀 또는 텅스텐 등의 각각과 몰리브데늄과의 고용체가 투과 방지층(200)으로 이용될 경우, 이러한 투과 방지층(200)을 습식 또는 건식 식각 공정에서 현상 마진(develop margin)을 증가시켜 줄 수 있음을 의미한다. 즉, 몰리브데늄 크롬 고용 합금층에서 설명한 바와 같이 투과 방지층(200)의 두께를 얇게 도입함으로써, 포토레지스트층의 두께를 보다 얇게 도입할 수 있다. 이는 해상도의 증가를 구현할 수 있음을 의미한다. 또한, 건식 식각 공정에서는 포토레지스트와의 선택비에 따른 영향을 감소시키는 역할을 한다. 따라서, 다양한 종류의 포토레지스트를 도입할 수 있다.
한편, 이러한 고용 합금층을 형성할 때도 몰리브데늄 크롬 고용 합금층을 형성하는 방법과 같이, 몰리브데늄에 상기한 탄탈륨, 니오븀, 바나듐 또는 텅스텐 등이 각각 고용된 몰리브데늄 탄탈륨 합금, 몰리브데늄 니오븀 합금, 몰리브데늄 바나듐 합금 또는 몰리브데늄 텅스텐 합금 등으로 각긱 이루어지는 타겟들을 이용하는 스퍼터링 방법으로 상기한 고용 합금층을 형성할 수 있다. 이때, 형성되는 고용 합금층, 즉, 투과 방지층(200)의 조성은 타겟의 조성에 따르게 된다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해서 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
상술한 본 발명에 따르면, 몰리브데늄에 크롬, 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀 또는 바나듐 등을 치환 고용한 고용체로 이루어지는 몰리브데늄 고용 합금층을 투과 방지층으로 이용할 수 있다. 이러한 몰리브데늄 고용 합금층은 완전 치환 고용에 의해 형성된 것으로 몰리브데늄층 또는 크롬층 등의 특성이 개선될 수 있다. 예를 들어, 흡광 계수의 개선 또는 내화학성 등의 개선이 이루어질 수 있다. 또한, 투과 방지층으로 이용될 때, 투과 방지층의 두께를 보다 얇은 두께로 도입할 수 있다. 이에 따라, ArF 또는 KrF 등과 같은 보다 짧은 파장의 광원에 적절한 해상도를 구현할 수 있다.

Claims (11)

  1. 투광성 기판; 및
    상기 기판 상에 몰리브데늄에 금속 원소가 고용된 몰리브데늄 고용 합금으로 형성된 투과 방지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 몰리브데늄 고용 합금은
    몰리브데늄에 크롬이 치환 고용된 몰리브데늄 크롬 고용 합금인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크.
  3. 제2항에 있어서, 상기 크롬은
    전 조성에서 몰리브데늄을 치환하여 완전 고용되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 몰리브데늄 고용 합금은
    몰리브데늄에 텅스텐, 바나듐, 니오븀 또는 탄탈륨으로 이루어진 일군에서 선택되는 어느 하나가 고용된 고용체인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 몰리브데늄 고용 합금은
    몰리브데늄에 텅스텐이 치환 고용된 몰리브데늄 텅스텐 고용 합금인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크.
  6. 제1항에 있어서, 상기 몰리브데늄 고용 합금은
    몰리브데늄에 바나듐이 치환 고용된 몰리브데늄 바나듐 고용 합금인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 몰리브데늄 고용 합금은
    몰리브데늄에 니오븀이 치환 고용된 몰리브데늄 니오븀 고용 합금인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크.
  8. 제1항에 있어서, 상기 몰리브데늄 고용 합금은
    몰리브데늄에 탄탈륨이 치환 고용된 몰리브데늄 탄탈륨 고용 합금인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크.
  9. 투광성 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 기판 상에 몰리브데늄에 금속 원소가 고용된 몰리브데늄 고용 합금층으로 투과 방지층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 몰리브데늄 고용 합금층은
    몰리브데늄에 크롬이 치환 고용된 몰리브데늄 크롬 합금의 타겟을 이용하는 스퍼터링 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 몰리브데늄 고용 합금층은
    몰리브데늄에 텅스텐, 바나듐, 니오븀 또는 탄탈륨으로 이루어진 일군에서 선택되는 어느 하나가 고용된 합금으로 이루어지는 타겟을 이용하는 스퍼터링 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토 마스크 제조 방법.
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