KR20050019210A - 블랭크 포토마스크 및 이를 사용한 포토마스크의 제조방법 - Google Patents

블랭크 포토마스크 및 이를 사용한 포토마스크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

포토마스크의 차광층 식각시 식각선택비가 우수한 하드마스크를 사용하는 블랭크 포토마스크 및 이를 이용한 포토마스크의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 블랭크 포토마스크는, 투광기판 상에 크롬 차광층이 형성되고, 그 위에 클로라인 가스 및 산소 가스를 포함하는 식각가스에 대하여 상기 크롬 차광층과의 식각선택비가 적어도 3:1 이상이 되는 전도성 물질로 이루어진 하드마스크층이 형성되고, 그 위에 레지스트층이 형성된다. 투광기판과 크롬 차광층 사이에 위상반전층이 더 형성될 수 있다. 하드마스크층은 바람직하게는 Mo 또는 MoSi을 사용한다.

Description

블랭크 포토마스크 및 이를 사용한 포토마스크의 제조방법{Blank photomask and method of fabricating photomask using the same}
본 발명은 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하드마스크를 이용한 블랭크(blank) 포토마스크 및 이를 사용한 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다.
포토마스크는 반도체 분야에서 실리콘 또는 갈륨아세나이드와 같은 기판 또는 웨이퍼상에 반도체 회로를 정의하는 미세 이미지 패턴을 전달하기 위해 사용된다. 웨이퍼상에 전달하고자 하는 반도체 회로를 정의하는 이미지 패턴이 아직 형성되지 않은 포토마스크를 블랭크 포토마스크라고 하며, 크게 바이너리(binary) 마스크와 위상반전 마스크(Phase Shift Mask; PSM)로 분류된다.
종래의 전형적인 바이너리(binary) 포토마스크는 쿼츠로 된 투광기판과 그 위에 반도체 회로가 정의된 크롬층으로 이루어진 차광 패턴을 포함한다. 상기 크롬층 상에는 반사방지층 (Anti-Reflective Layer;ARL)의 역할을 하는 크롬옥사이드층이 형성된다. 한편, 종래의 전형적인 위상반전 포토마스크는 쿼츠 기판과 크롬층 사이에 위상반전물질을 삽입하여 마스크내에서 위상반전 효과를 나타나게 함으로써 기존의 노광장치의 광원을 바꾸지 않고 고해상도를 확보하기 위한 것이다.
도 1은 종래의 바이너리 포토마스크를 위한 일반적인 블랭크 포토마스크를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 투광기판(12)상에 차광층(16) 및 포토레지스트층(18)이 차례로 적층되어 있다. 투광기판(12)은 투광성의 쿼츠로 이루어지며, 차광층은 크롬으로 이루어진다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 블랭크 포토마스크를 이용하여 포토마스크를 제조하는 과정을 나타내는 공정단면도들이다.
도 2를 참조하면, 레지스트층(18)의 일부를 식각하여 포토마스크에 실현하고자 하는 포토레지스트 패턴(18a)을 형성한다. 이 공정은 노광장치에서 블랭크 포토마스크를 가로질러 래스터 방식(raster fashion)으로 전자빔 또는 레이저빔을 주사함으로써 실현될 수 있다. 즉, 전자빔 또는 레이저빔에 노출된 포토레지스트 물질은 용해되며, 용해된 포토레지스트 물질은 공지의 기술들에 의해 제거된다.
도 3을 참조하면, 포토레지스트 패턴(18a)을 식각마스크로 하여 차광층(16)을 플라즈마 건식 식각하여 차광층 패턴(16a)을 형성한다. 크롬층 및 크롬층의 표면상에 형성되는 크롬옥사이드층을 식각하기 위한 식각가스로서는 전형적으로 Cl2 및 O2의 혼합가스를 사용한다.
도 4를 참조하면, 완성된 위상반전 포토마스크의 단면을 나타낸다. 즉, 도 3으로부터 잔류하는 포토레지스트 패턴(18a)을 제거함으로써 완성될 수 있다.
이어서 완성된 포토마스크에서 차광층 패턴(16a)의 라인 및 공간(line and space)에 대한 임계치수(Critical Dimension; CD)를 측정하고, 측정된 CD가 특정의 목표치와의 오차범위 내에 포함되는 지 여부를 결정한다. CD는 완성된 포토마스크에 대하여 복수개의 위치에서 측정된 후, 합산되고, 측정위치수로 나누어 평균 CD로 구하여진다. 구하여진 평균 CD는 특정 목표치와 비교되며, 목표치와의 편차가 작은 것이 바람직하다.
한편, 측정된 CD는 특정의 균일도(uniformity)에 대한 요구를 만족하여야 한다. CD의 균일도는 전형적으로 범위(최대값-최소값)로 정의되거나 측정집단의 표준편차로 정의된다. 반도체 집적회로의 집적도가 증가함에 따라 반도체 집적회로의 제조과정에서 디자인룰은 더욱 감소하게 되고, 극한의 균일도가 요구되고 있다.
상기 종래의 포토마스크 제조과정에서 포토마스크의 CD 균일도를 결정하는 주요 단계는 도 3에서와 같이 포토레지스트 패턴(18a)를 식각마스크로 크롬 차광층(16)을 식각하는 단계이다. 크롬층 및 크롬옥사이드층을 식각하기 위해서는 필수적으로 클로라인 가스 및 산소 가스가 사용되며, 이들 식각가스에 의해 크롬층 또는 크롬옥사이드층은 반응생성물로서 CrO2xCl2x 을 생성하게 되며, 클로라인 가스만으로 또는 산소가스만으로는 크롬층 및 크롬옥사이드층을 거의 식각할 수 없다. 한편 클로라인 가스 및 산소 가스는 각기 전자빔용 포토레지스트의 탄소성분과 쉽게 반응하여 CO 또는 CCl4 를 생성하여 레지스트층을 식각하게 된다. 즉, 클로라인 가스 및 산소 가스를 식각가스로 하여 크롬층을 식각하는 경우 크롬층과 레지스트층과의 식각선택비가 약 2:1 이하로 매우 작게 되는 결과가 되어, 크롬층을 완전히 식각하기 위해서는 레지스트층을 매우 두껍게 형성해야 한다. 상대적으로 두껍게 형성되는 레지스트층으로 인하여 포토마스크 제조에서 중요한 로딩 효과(loading effect) 및 광역 균일도 조절이 매우 곤란하고, 박막의 레지스트층을 사용할 수 없기 때문에 설계 CD와 측정 CD간의 직선성(linearity) 개선이 매우 어렵고, 따라서 공정 마진이 매우 협소하게 된다는 문제점이 있다.
포토마스크의 CD 균일도 향상을 위해 크롬층 식각시 포토레지스트 패턴 대신에 하드마스크 패턴을 사용하는 방법이 미국 특허번호 제6,472,107 및 미국 특허공개번호 제2003/0013023호에 개시되어 있다. 상기 특허문헌들에서는 하드마스크 물질로서 실리콘(Si)을 바람직한 예로 개시하고 있으며, 그밖의 물질로서 Ti, TiW, W, TiN, Si3N4, SiO2 또는 SOG(Spin On Glass)을 개시하고 있다.
그러나 상기 하드마스크 물질중에서 Si, Ti 및 그 화합물, W 및 그 화합물들은 크롬층의 식각가스인 클로라인 및 산소 가스에 대하여 반응성이 매우 뛰어나 각기 SiCl4, TiCl4, WCl5,WOCl4,등을 쉽게 형성한다. 따라서 이들 하드마스크 물질들은 크롬층 식각시 크롬층과의 식각선택비가 매우 낮기 때문에 하드마스크 역할을 수행하기에는 매우 부적절하다. Si3N4, SiO2 또는 SOG의 경우에는 전도성이 없기 때문에 포토레지스트 패턴을 위한 전자빔 주사시 전하가 포토레지스트 패턴으로부터 쉽게 방전되지 않기 때문에 포토레지스트 패턴의 왜곡을 초래하는 문제점이 있다. 한편 이들 하드마스크 물질들은 선별적으로, 산화성이 강하거나, 산 또는 알카리나 H20, H2O2 등의 세정액에 대하여 용해성이 강하거나, 클로라인 및 산소 가스에 의한 식각선택비 조절이 어렵거나, 식각가스에 의한 반응 부산물의 비등점이 크롬층 보다 낮거나, 하드마스크층의 제거시 하부의 노출층에 대한 데미지를 주거나 유기 스트리퍼 용액에 내성이 없는 등 크롬층 또는 크롬옥사이드층에 대한 하드마스크 역할을 하기에는 부적절하다.
따라서, 크롬층에 대한 식각마스크로서 포토레지스트 물질을 대체할 수 있는 바람직한 마스크 물질의 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은 포토레지스트를 대체하여 포토마스크의 차광층 식각시 식각마스크 역할을 양호하게 수행할 수 있는 식각마스크 물질을 포함하는 블랭크 포토마스크를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 포토레지스트를 대체하여 포토마스크의 차광층 식각시 식각마스크 역할을 양호하게 수행할 수 있는 식각마스크 물질을 포함하는 블랭크 포토마스크를 이용한 포토마스크의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 형태에 따른 블랭크 포토마스크는, 투광기판 상에 크롬 차광층이 형성되고, 그 위에 클로라인 가스 및 산소 가스를 포함하는 식각가스에 대하여 상기 크롬 차광층과의 식각선택비가 적어도 3:1 이상이 되는 전도성 물질로 이루어진 하드마스크층이 형성되고, 그 위에 레지스트층이 형성된다.
상기 크롬 차광층상에 크롬옥사이드층이 더 형성되며, 상기 하드마스크층은 산, 알카리 및 H2O, H2O2를 포함하는 세정액에 대하여 비용해성인 물질인 것이 바람직하며, 내산화성을 띠며, 크롬 차광층과의 식각선택비가 적어도 포토레지스트 물질보다 큰 3:1 이상, 바람직하게는 5:1 이상인 물질이며, 클로라인 가스에 의한 반응부산물의 비등점이 크롬의 경우보다 크게 높은 것이 바람직하며, 하드마스크층의 제거 공정시 하부에 노출되는 기판에 대한 데미지가 발생되지 않는 물질이 바람직하며, 포토레지스트 물질을 제거하기 위한 유기 스트리퍼에 대하여 내성이 있는 것이 바람직하다.
구체적으로 상기 하드마스크층은 Mo, MoSi, MoSiON으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어지거나, Hf 또는 Hf 화합물로 이루어지거나, Zr, Sn, Fe, NiSi, CoSi 및 이들의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 하드마스크층의 두께는 적어도 30Å 이상이며, 상기 차광층의 두께 이하로 형성된 것이 바람직하며, 상기 레지스트층의 두께는 100Å 내지 4000Å인 것이 바람직하다. 100Å 이하의 두께에서는 이빔레지스트의 코팅이 불가하며, 하드마스크층을 식각하기 위한 하드마스크와의 선택비를 고려(하드마스크층의 두께가 30Å일 때 식각선택비 3:1 상황)할 때 불가능하며, 4000Å 이상의 두께에서는 CD의 직선성(Linearity)의 확보에 어려움이 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 형태에 의한 블랭크 포토마스크는, 투광기판상에 위상반전층이 형성되며, 위상반전층상에 크롬 차광층이 형성되며, 크롬 차광층상에 클로라인 가스 및 산소 가스를 포함하는 식각가스에 대하여 상기 크롬 차광층과의 식각선택비가 적어도 3:1 이상이 되는 전도성 물질로 이루어진 하드마스크층이 형성되며, 상기 하드마스크층상에 레지스트층이 형성된다.
상기 크롬 차광층상에 크롬옥사이드층이 더 형성되며, 상기 하드마스크층은 산, 알카리 및 H2O, H2O2를 포함하는 세정액에 대하여 비용해성인 물질인 것이 바람직하며, 내산화성을 띠며, 크롬 차광층과의 식각선택비가 적어도 포토레지스트 물질보다 큰 3:1 이상, 바람직하게는 5:1 이상인 물질이며, 클로라인 가스에 의한 반응부산물의 비등점이 크롬의 경우보다 크게 높은 것이 바람직하며, 하드마스크층의 제거 공정시 하부에 노출되는 기판에 대한 데미지가 발생되지 않는 물질이 바람직하며, 포토레지스트 물질을 제거하기 위한 유기 스트리퍼에 대하여 내성이 있는 것이 바람직하다.
상기 위성반전층 및 상기 하드마스크층은 동일한 식각가스에 의해 식각되는 물질, 바람직하게는 동일 물질로 이루어질 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 형태에 의한 포토마스크의 제조방법은, 전술한 본 발명의 제1 형태에 의한 블랭크 포토마스크를 사용하여 포토마스크를 제조하는 방법에 있어서, 노광공정을 통하여 상기 레지스트층의 일부를 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층을 식각하여 하드마스크 패턴을 형성하고, 잔류하는 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고, 상기 하드마스크 패턴을 식각마스크로 하여 상기 크롬 차광층을 식각하여 차광 패턴을 형성하고, 상기 잔류하는 하드마스크 패턴을 제거하여 완성한다.
상기 하드마스크층은 Mo, MoSi, MoSiON으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어지며, 상기 하드마스크층을 식각하는 단계는 할로겐 원소를 포함하는 가스, 구체적으로는 CF4, CF4/O2, CHF3, CHF3 /O2, SF6, SF6/O2, Cl2 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 가스를 주 식각가스로 사용하여 수행한다.
상기 크롬 차광층을 식각하는 단계에서 상기 Cl2 : O2 가스비는 2:1 내지 10:1 의 범위내에서 조절하여 하드마스크층과의 식각선택비가 예를 들어, 3:1 내지 25:1의 범위가 되도록 수행할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 형태에 의한 포토마스크의 제조방법은, 전술한 본 발명의 제2 형태에 따른 블랭크 포토마스크를 사용하여 포토마스크를 제조하는 방법에 있어서, 노광공정을 통하여 상기 레지스트층의 일부를 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층을 식각하여 하드마스크 패턴을 형성하고, 잔류하는 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고, 상기 하드마스크 패턴을 식각마스크로 하여 상기 크롬 차광층 및 상기 위상반전층을 식각하여 차광 패턴을 형성한다.
바람직하게는 상기 위상반전층 및 상기 하드마스크층은 동일한 식각가스에 의해 제거되는 물질로 이루어지며, 상기 위상반전층을 제거함과 동시에 잔류하는 하드마스크 패턴을 모두 식각할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기서 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되서는 아니되며, 차라리 이러한 실시예들은 그 개시내용을 완벽히 하며 발명의 사상을 당업자에게 충분히 전달하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에서, 층들 및 영역들의 두께는 명료성을 위해 과장되어 있다. 동일한 참조번호는 전체적으로 동일한 요소를 지칭한다.
도 5 도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이너리 포토마스크용 블랭크 포토마스크를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 투광기판(32)상에 차광층(36), 하드마스크층(37) 및 레지스트층(38)이 차례로 적층되어 있다. 투광기판(32)은 투광성의 쿼츠로 이루어지며, 예를 들어 25 mm의 두께로 가로 x 세로의 길이가 각기 6인치 x 6인치인 정방형으로 형성된다. 차광층(36)은 일반적으로 크롬으로 이루어지며, 약 700 Å의 두께로 형성되며, 그 표면상에는 크롬옥사이드층(도시안됨)이 반사방지층으로서 더 형성된다.
상기 하드마스크층(37)은 크롬층에 대한 양호한 식각마스크 역할을 수행하기 위해 다음과 같은 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
첫째) 전도성을 갖는다. 도 6에 관하여 후술하여 설명하는 바와 같이 노광장치내에서 블랭크 포토마스크의 최상층인 레지스트층(38)에 대하여 전자빔을 미리 설계된 반도체회로에 대응하는 이미지 형태로 주사하여 포토레지스트 물질을 용해한 후 제거함으로서 포토레지스트 패턴(38a)을 형성하게 된다. 이때 전자빔의 주사에 의해 하드마스크층(37)의 표면에는 많은 전하가 축적될 수 있으며, 이러한 전하가 적절히 방전되지 않으면 포토레지스트 패턴(38a)의 프로파일 왜곡을 발생시킬 수 있다. 따라서 하드마스크층(37)을 전도성 물질로 형성하여 전기적 통로로 만들어줌으로써 포토레지스트 패턴(38a)의 프로파일을 양호하게 형성할 수 있다.
둘째) 내산화성을 갖는다. 하드마스크 물질이 산화성이 강하면 하드마스크의 표면에 산화막이 형성될 수 있으며, 이는 하드마스크층(37)에 대한 식각후 노출된 표면에 형성된 산화막에 의해 CD의 변화를 초래하여 후속되는 하드마스크 패턴을 식각마스크로 하여 식각하는 경우 크롬 차광층(36)에 대한 정확한 식각을 방해하게 된다.
셋째) 입자가 작아야 한다. 하드마스크 물질의 입자 크기가 큰 경우 하드마스크 패턴의 측벽의 프로파일이 불량하게 되어 하드마스크 패턴을 식각마스크로 하여 크롬 차광층(36)을 식각하는 경우 이미지 전사가 불량하게 된다.
넷째) 산 또는 알카리 용액, H2O 또는 H2O2등을 포함하는 세정액, 유기 스트리퍼 용액에 대하여 비용해성이어야 한다. 포토레지스트를 제거하기 위한 스트립공정이나 세정 공정시에 사용되는 각종 산, 알카리 용액에 하드마스크 물질이 용해되기 쉬우면 정확한 하드마스크 패턴을 형성할 수 없다.
다섯째) 크롬층 식각시 크롬층과의 식각선택비가 크다. 레지스트층을 크롬층에 대한 식각마스크로 하는 경우 레지스트층과 크롬층사이의 식각선택비가 2:1 이하로 매우 작기 때문에 레지스트층을 과도하게 두껍게 형성해야한다는 단점이 있으므로 하드마스크층과 크롬층과의 식각선택비는 적어도 3:1 이상, 바람직하게는 5:1 내지 25: 1 의 범위내가 되는 것이 좋다.
여섯째) 클로라인 가스 및 산소 가스에 대하여 크롬층에 대한 식각선택비가 높아야 한다. 크롬층에 대한 식각가스가 클로라인 가스 및 산소 가스의 혼합가스로 제한되기 때문에 이들 식각가스를 사용하여 식각공정을 수행할 때 하드마스크층과 크롬층과의 식각선택비가 커야 한다.
일곱째) 클로라인 가스에 의한 반응부산물의 비등점이 매우 높아야 한다. 크롬층과 클로라인 가스 및 산소 가스에 의한 반응부산물인 CrO2Cl2의 비등점이 약 117°인 점을 고려하여 이들 식각가스와 하드마스크층의 반응부산물의 비등점이 매우 높아 휘발성이 적어야 하드마스크의 역할을 할 수 있다.
여덟째) 차광층 패턴이 형성된 후 잔류하는 하드마스크층을 제거할 때 노출된 투광기판의 표면에 데미지를 주지 않아야 한다. 즉, 하드마스크층은 투광기판인 쿼츠와 반응성이 없는 식각가스에 의해 제거될 수 있는 물질인 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 상기 조건들을 만족시킬 수 있는 하드마스크 물질로서, Mo 또는 MoSi를 사용하였지만, 그 외에도 MoSiON 등의 Mo을 함유하는 물질, Hf 또는 Hf 화합물, 또는 Zr, Sn, Fe, NiSi, CoSi 및 이들의 화합물로부터 선택적으로 사용할 수 있다.
한편, 상기 하드마스크층(37)의 두께는 적어도 약 30Å 이상이 되고 상기 차광층(36)의 두께 이하로 형성된 것이 바람직하다. 하드마스크층(37)의 두께가 약 30Å 이하로 되면 상기 크롬층(36)과의 식각선택비를 고려하여 식각마스크로서의 역할을 충분히 할 수 없으며, 하드마스크층(37)의 두께가 차광층(36)의 두께 이상이 되면 차광층(36)에 대한 하드마스크로서의 의미가 없기 때문이다.
한편, 상기 레지스트층(38)의 두께는 상기 하드마스크층(37)의 두께 및 식각선택비를 고려하여 가능한 낮게 형성하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 상기 레지스트층(38)의 두께는 100Å 내지 4000Å, 바람직하게는 3000Å 내지 4000Å 정도로 형성하였다.
도 6 내지 도 8은 도 5의 블랭크 포토마스크를 이용하여 포토마스크를 제조하는 과정을 나타내는 공정단면도들이다. 도 6을 참조하면, 레지스트층(38)의 일부를 식각하여 포토마스크에 실현하고자 하는 이미지에 대응하는 포토레지스트 패턴(38a)을 형성한다. 이 공정은 노광장치에서 블랭크 포토마스크를 가로질러 래스터 방식 또는 벡터 방식으로 전자빔 또는 레이저빔을 주사함으로써 실현될 수 있다. 즉, 전자빔 또는 레이저빔이 주사된 포토레지스트 물질은 용해되며, 용해된 포토레지스트 물질은 특수 화공약품인 현상액등을 사용하여 공지의 기술들에 의해 제거된다.
도 7을 참조하면, 포토레지스트 패턴(38a)을 식각마스크로 하여 하드마스크층(37)을 식각하여 하드마스크 패턴(37a)을 형성한 후, 하드마스크 패턴(37a)을 식각마스크로 하여 차광층(36)을 식각하여 차광층 패턴(36a)을 형성한 단계를 나타낸다. 먼저, 하드마스크 패턴(37a)을 형성하는 단계에서는 하드마스크 물질의 종류에 따라 다양한 식각가스를 사용할 수 있다. 본 실시예에서 상기 하드마스크층(37)을 Mo, MoSi, MoSiON으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 형성하는 경우, 상기 하드마스크층(37)을 식각하는 단계는 F, Cl, Br, I 등의 할로겐 원소를 포함하는 가스를 사용하여 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 하드마스크층(37)을 MoSi로 형성한 경우, 식각가스는 CF4, CF4/O2, CHF3, CHF3 /O2, SF6, SF6/O2, Cl2 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 가스를 주 식각가스로 사용하여 수행할 수 있다.
이어서, 상기 하드마스크 패턴(37a)을 식각마스크로 하여 상기 크롬 차광층 패턴(36a)을 형성하는 단계에서는, Cl2 및 O2 가스를 주식각가스로 사용하여 플라즈마 건식 식각공정을 수행한다. Cl2 및 O2 가스와 함께 헬륨 또는 아르곤등과 같은 불활성가스를 더 첨가할 수 있으며, Cl2 가스 및 O2 가스의 혼합비, 예를 들어 Cl 2 가스 : O2 가스의 비를 2:1 내지 10:1의 범위내에서 원하는 식각선택비에 따라 조절하여 사용할 수 있다. 한편, 크롬층(37)의 표면상에 형성되는 크롬옥사이드층(도시안됨)을 식각하기 위한 식각가스로서도 전형적으로 Cl2 및 O2의 혼합가스를 사용한다.
도 8을 참조하면, 잔류하는 하드마스크 패턴(37a)을 전술한 식각가스를 사용하여 제거하여 포토마스크를 완성시킨다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 위상반전 마스크를 위한 블랭크 포토마스크를 나타내는 단면도이다. 도 5에서 바이너리 마스크를 위한 블랭크 포토마스크에서와 동일한 구성요소는 동일한 참조번호를 사용하며, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 도 5에서와 달리 투광기판(32)상에 위상반전층(34)이 차광층(36)과의 사이에 더 형성되어 있다. 위상반전층(34)은 쿼처 투광기판(32)과 크롬 차광층(36) 사이에 삽입되어 마스크내에서 위상반전 효과를 나타내는 물질로서, MoSi계열 또는 CrF계열의 물질이 사용되고, 본 실시예에서는 MoSi를 사용하였다.
상기 차광층(36)상에는 하드마스크층(37) 및 레지스트층(38)이 차례로 적층되어 있으며, 그 특성 및 치수 등에 대하여는 도 5에서 설명한 바와 같다.
도 10 내지 도 12는 도 9의 블랭크 포토마스크를 이용하여 위상반전 포토마스크를 제조하는 과정을 나타내는 공정단면도들이다.
도 10을 참조하면, 레지스트층(38)의 일부를 식각하여 포토마스크에 실현하고자 하는 이미지에 대응하는 포토레지스트 패턴(38a)을 형성한다. 이 공정은 노광장치에서 블랭크 포토마스크를 가로질러 래스터 방식 또는 벡터 방식으로 전자빔 또는 레이저빔을 주사함으로써 실현된다는 것은 전술한 바와 같다.
도 11을 참조하면, 포토레지스트 패턴(38a)을 식각마스크로 하여 하드마스크층(37)을 식각하여 하드마스크 패턴(37a)을 형성한 후, 하드마스크 패턴(37a)을 식각마스크로 하여 차광층(36)을 식각하여 차광층 패턴(36a)을 형성한 단계를 나타낸다. 각 식각단계는 도 7에 대한 설명에서 자세히 설명한 바와 같다.
도 12를 참조하면, 상기 하드마스크 패턴(37a) 및 차광층 패턴(36a)를 식각마스크로 하여 노출된 위상반전층(34)을 식각한다. 한편, 상기 하드마스크 패턴(37a)을 먼저 제거한 후 차광층 패턴(36a)만을 식각마스크로 하여 노출된 위상반전층(34)을 제거하여 위상반전층 패턴(34a)을 형성할 수 있으며, 위상반전층 패턴(34a)을 형성한 후 하드마스크 패턴(37a)만을 제거할 수도 있다.
한편, 하드마스크 물질의 종류에 따라 위상반전층(34)을 제거하는 동시에 상기 하드마스크 패턴(37a)을 제거할 수도 있다. 예를 들어 본 실시예에서와 같이 위상반전층(34)과 하드마스크층(37)을 모두 MoSi로 형성하는 경우에는 동일한 식각가스에 의해 동시에 제거될 수 있다. 상기 위상반전층(37)을 MoSi 또는 MoSiON으로 형성하는 경우, F, Cl, Br, I 등의 할로겐 원소를 포함하는 가스를 사용하여 수행할 수 있다. 보다 구체적으로 식각가스는 CF4, CF4/O2, CHF3 , CHF3/O2, SF6, SF6/O2, Cl2 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 가스를 주 식각가스로 사용하여 수행할 수 있다.
이상은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구체적인 설명이지만, 본 발명은 상기 실시예들의 형태에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자의 기술수준에 따라 여러 가지로 변경을 가하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면, 차광층 패턴을 위한 식각마스크로서 포토레지스트 패턴 대신에 하드마스크 패턴을 사용하기 때문에 초박막의 포토레지스트의 사용이 가능하며, 따라서 초박막의 포토레지스트 패턴의 이미지가 전사된 하드마스크 패턴의 CD의 균일도를 최대한 양호하게 할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 크롬 차광층을 위한 식각마스크로서 식각선택비가 우수하며, 두께가 크롬 차광층보다 얇은 하드마스크를 사용하기 때문에 크롬 차광층 패턴의 CD 균일도를 매우 양호하게 할 수 있으며, 크롬층 식각공정의 공정마진을 충분히 확보할 수 있으며, 로딩 효과의 제어를 효과적으로 수행할 수 있고, 저 어스펙트비의 구조이기 때문에 CD의 직선성이 매우 양호하게 될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 크롬층 식각을 위한 식각마스크로서 포토레지스트 패턴을 사용하지 않기 때문에 식각챔버내에서 탄소 성분을 최소화하여 청정한 공정을 수행할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 위상반전층인 MoSi 식각시 발생되는 반사방지층의 부식을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 블랭크 포토마스크를 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 종래의 블랭크 포토마스크를 이용하여 포토마스크를 제조하는 과정을 나타내는 공정단면도들이다.
도 5 도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 블랭크 포토마스크를 나타내는 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 도 5의 블랭크 포토마스크를 이용하여 포토마스크를 제조하는 과정을 나타내는 공정단면도들이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 블랭크 포토마스크를 나타내는 단면도이다.
도 10 내지 도 12는 도 9의 블랭크 포토마스크를 이용하여 포토마스크를 제조하는 과정을 나타내는 공정단면도들이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명
12, 32 ; 투광기판 34 ; 위상반전층
16, 36 ; 차광층 18, 38 ; 레지스트층
37 ; 하드마스크층

Claims (30)

  1. 투광기판;
    상기 투광기판상에 형성된 크롬 차광층;
    상기 크롬 차광층상에 형성되며, 클로라인 가스 및 산소 가스를 포함하는 식각가스에 대하여 상기 크롬 차광층과의 식각선택비가 적어도 3:1 이상이 되는 전도성 물질로 이루어진 하드마스크층; 및
    상기 하드마스크층상에 형성된 레지스트층을 포함하는 블랭크 포토마스크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 크롬 차광층상에 크롬옥사이드층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 산, 알카리 및 H2O, H2O2를 포함하는 세정액에 대하여 비용해성인 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 Mo, MoSi, MoSiON으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 Hf 또는 Hf 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 Zr, Sn, Fe, NiSi, CoSi 및 이들의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 하드마스크층의 두께는 30Å 내지 상기 차광층의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 상기 차광층과의 식각선택비는 3:1 내지 25:1의 범위내로 될 수 있는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 레지스트층의 두께는 100Å 내지 4000Å인 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  10. 투광기판;
    상기 투광기판상에 형성된 위상반전층;
    상기 위상반전층상에 형성된 크롬 차광층;
    상기 크롬 차광층상에 형성되며, 클로라인 가스 및 산소 가스를 포함하는 식각가스에 대하여 상기 크롬 차광층과의 식각선택비가 적어도 3:1 이상이 되는 전도성 물질로 이루어진 하드마스크층; 및
    상기 하드마스크층상에 형성된 레지스트층을 포함하는 블랭크 포토마스크.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 크롬 차광층과 상기 하드마스크층 사이에 크롬옥사이드층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 위성반전층 및 상기 하드마스크층은 동일한 식각가스에 의해 식각되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 위상반전층은 MoSi로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 Mo, MoSi, MoSiON으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 Hf 또는 Hf 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 Zr, Sn, Fe, NiSi, CoSi 및 이들의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  17. 제 10 항에 있어서, 상기 하드마스크층의 두께는 30Å 내지 상기 차광층의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 상기 차광층과의 식각선택비는 3:1 내지 25:1의 범위내로 될 수 있는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  19. 제 10 항에 있어서, 상기 레지스트층의 두께는 100Å 내지 4000Å인 것을 특징으로 하는 블랭크 포토마스크.
  20. 청구항 1의 블랭크 포토마스크를 사용하여 포토마스크를 제조하는 방법에 있어서,
    노광공정을 통하여 상기 레지스트층의 일부를 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층을 식각하여 하드마스크 패턴을 형성하는 단계;
    잔류하는 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
    상기 하드마스크 패턴을 식각마스크로 하여 상기 크롬 차광층을 식각하여 차광 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 잔류하는 하드마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 포토마스크의 제조방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 Mo, MoSi, MoSiON으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어지며, 상기 하드마스크층을 식각하는 단계는 할로겐 원소를 포함하는 가스를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 하드마스크층을 식각하는 단계는, CF4, CF4/O2 , CHF3, CHF3/O2, SF6, SF6/O2, Cl 2 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 가스를 주 식각가스로 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 크롬 차광층을 식각하는 단계는, Cl2 및 O2 가스를 주식각가스로 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 차광층을 식각하는 단계에서 상기 Cl2 : O2 가스비는 2:1 내지 10:1 의 범위내에서 조절하여 수행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  25. 청구항 10의 블랭크 포토마스크를 사용하여 포토마스크를 제조하는 방법에 있어서,
    노광공정을 통하여 상기 레지스트층의 일부를 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 상기 하드마스크층을 식각하여 하드마스크 패턴을 형성하는 단계;
    잔류하는 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
    상기 하드마스크 패턴을 식각마스크로 하여 상기 크롬 차광층 및 상기 위상반전층을 식각하여 차광 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 포토마스크의 제조방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 하드마스크층은 Mo, MoSi, MoSiON으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 이루어지며, 상기 하드마스크층을 식각하는 단계는 할로겐 원소를 포함하는 가스를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 하드마스크층을 식각하는 단계는, CF4, CF4/O2 , CHF3, CHF3/O2, SF6, SF6/O2, Cl 2 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 가스를 주 식각가스로 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  28. 제 25 항에 있어서, 상기 크롬 차광층을 식각하는 단계는, Cl2 및 O2 가스를 주식각가스로 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 크롬 차광층을 식각하는 단계에서 상기 Cl2 : O2 가스비는 2:1 내지 10:1 의 범위내에서 조절하여 수행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  30. 제 25 항에 있어서, 상기 위상반전층 및 상기 하드마스크층은 동일한 식각가스에 의해 제거되는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
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