KR20070096922A - 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 - Google Patents

하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 Download PDF

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KR20070096922A
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mask
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차한선
강형종
양신주
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주식회사 에스앤에스텍
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Abstract

본 발명은 기존의 436nm의 노광파장을 가지는 g-line 포토리소그래피 공정에서 노광장비의 교체 없이 보다 더 미세한 최소 선폭을 구현할 수 있는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제공하기 위함이다. 그리고, 수은(Hg) 램프의 특성 파장인 g-line (436nm) 또는 g-line(436nm) 및 h-line(405nm) 파장을 주 노광광으로 하는 평판 디스플레이(FPD: Flat Panel Display) 제조용 하프톤 위상반전 포토마스크와 그 원재료인 하프톤 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것으로서, 종래의 g-line 또는 g-line 및h-line을 주 노광광으로 하는 평판 디스플레이 제조용 노광장비와 본 발명의 하프톤 위상반전 포토마스크를 이용하여 2㎛ 이하의 정밀한 피사체의 패턴을 형성할 수 있도록 해상도가 개선된 평판 디스플레이 제조용 하프톤 위상반전 포토마스크 및 그 원재료인 하프톤 위상반전 블랭크 마스크와 그 제조 방법을 제공한다.
하프톤형 위상반전 블랭크 마스크, 하프톤형 위상반전 포토 마스크, g-line, h-line, 포토리소그래피, 최소선폭, 노광장비

Description

하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토 마스크 {Half-tone phase shift blankmask and photomask using the same}
도 1은 본 발명에 의해 제조된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 단면도
도 2는 본 발명에 의해 제조된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 제조된 하프톤형 위상반전마스크의 단면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조방법의 제 1 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 투명기판 20 : 위상반전막
40 : 차광막 50 : 반사방지막
60 : 포토레지스트막 20a : 위상반전막 패턴
40a : 차광막 패턴 50a : 반사방지막 패턴
60a : 포토레지스트 패턴
100 : 본 발명에 의해 제조된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크
200 : 본 발명에 의해 제조된 하프톤형 위상반전 포토 마스크
본 발명은 반도체 집적회로 등의 제조시 사용되는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것으로서, 특히 436nm의 노광 파장을 가지는 g-line 포토리소그래피 공정에 적합한 위상반전막을 가지는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 수은(Hg) 램프의 특성 파장인 g-line (436nm) 또는 g-line(436nm) 및 h-line(405nm) 파장을 주 노광광으로 하는 평판 디스플레이(FPD: Flat Panel Display) 제조용 하프톤 위상반전 포토마스크와 그 원재료인 하프톤 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것이다.
특히, g-line을 주 노광파장으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크는, 피디에이(PDAs: Personal Display Assistants), 휴대폰(Cellular Phone), 디지털 카메라(Digital Camera), 디지털 비디오카메라 (Digital Video Camera), 지피에스(GPSs: Global Positioning System)등의 소형 모바일용 시스템에 적용 가능한 소형 플랫 패널 디스플레이(FPD: Smaller Flat Panel Display) 및 모니터, 텔레비전용의 중·대형 액정 표시장치(LCD), 유기전계 발광 소자(OLED), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 전계 발광 디스플레이(FED) 등의 평판 디스플레이(FPD) 제품과 반도체 분야에서 광범위하게 사용된다.
특히, 반도체 집적회로의 고집적화로 인해 반도체 제조시의 핵심 공정인 포토리소그래피(Photo-Lithography) 공정의 중요성이 부각되고 있는데, 반도체 집적회로의 고집적화를 달성하기 위해서는 고해상도 구현이 가능해야 하며, 고해상도 구현을 하기 위해서 노광 광원의 파장이436nm, 365nm, 248nm, 193nm 등으로 노광파 장의 단파장화가 이루어지고 있다. 하지만 상기와 같이 노광 파장의 변화를 위해서는 포토리소그래피 공정에 있어서의 핵심 장비인 노광장비의 교체가 이루어져야만 한다. 노광장비의 교체를 위해서는 상당한 금액이 요구되며 또한 노광장비 교체시 공정을 완성하기에는 상당한 시간이 요구된다.
특히, 436nm의 노광파장을 가지는 노광장비를 사용하고 바이너리 마스크를 사용한 g-line 포토리소그래피의 최소선폭 구현 한계는 1.0㎛로 알려져 있다. 따라서 1.0㎛ 보다 더 작은 최소선폭 구현을 위해서는365nm, 248nm, 193nm 등의 노광파장을 가지는 스캐너로의 교체가 요구됨으로 인해 상당한 공정 완성 시간 및 금액이 요구된다.
아울러, 오늘날 상기의 평판 디스플레이(FPD) 제품은 시장의 요구가 고집적화, 고기능화 됨에 따라 그 응용 범위가 확대되면서, 우수한 제조 공정 기술의 개발이 요구되고 있다. 최근, 평판 디스플레이 제품이 급격히 고급화됨에 따라 그 제조 공정이 더욱 미세한 패턴의 제조가 요구되고 있다. 종래에는 상기 평판 디스플레이 제품 제조시 브로드 밴드(Broad Band) 파장을 노광광으로 하고 피사체에 동일한 형태의 패턴을 전사하는 바이너리 포토마스크를 사용하여 포토리소그라피(Photo Lithography) 공정을 수행하는 것이 일반적이었다.
이 경우 상기 노광광으로 수은(Hg) 램프의 특성 파장인 365nm의 i-line, 405nm의 h-line, 436nm의 g-line을 모두 포함하는 300 ~ 500nm의 브로드 밴드의 노광광 혹은 i-line, h-line, g-line 중 어느 하나의 파장 또는 둘을 주 노광광으로 하는 브로드 밴드 파장을 사용하거나 또는 어느 하나의 단일 파장을 사용하는 것이 일반적이었다.
그러나 상기 종래의 노광장비와 종래의 바이너리 포토마스크를 사용하여 포토리소그래피 공정을 수행하는 경우 서로 인접한 투광부 패턴에서 투과하는 노광광의 보강 간섭 등으로 해상도가 저하되어 피사체의 패턴 크기의 정밀한 제어와 최소선폭(CD)을 2㎛ 이하로 제조하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.
따라서 점점 미세화 되어가는 평면 디스플레이 제품을 제조하기가 어려워 고급의 평면 디스플레이 제품을 제조할 수 없는 문제점이 있었다.
또한 최소선폭 2㎛의 해상도 한계에 의하여 충분한 공정 여유도(Process Margin) 없이 해상도 한계에 가까운 최소선폭(CD)의 제품을 생산하여야 하기 때문에 평판 디스플레이 제품의 불량률이 높아지는 문제점이 있었다.
따라서 상기의 문제점을 해결하고자 하는 경우 짧은 파장의 노광광을 사용하는 고가의 노광장비를 추가적으로 도입하여야 하기 때문에 평판 디스플레이 제품의 제조단가가 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 436nm의 노광파장을 가지는 g-line 포토리소그래피 공정에서 노광장비의 교체 없이 보다 더 미세한 최소 선폭을 구현할 수 있는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제공하기 위함이다.
그리고, 평판 디스플레이 제품 제조를 위한 포토리소그래피 공정시 피사체의 최소선폭을 2㎛ 이하로 미세패턴을 제조할 수 있는 g-line(436nm) 또는 g- line(436nm) 및 h-line(405nm) 파장을 주 노광광으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크와 하프톤 위상반전 포토마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이에 따라, 제조비용 절감과 평판 디스플레이 제품의 고급화와 품질 개선을 동시에 이룰 수 있는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크와 하프톤 위상반전 포토마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 우수한 내화학성을 갖는 위상반전막을 구비함으로써 공정수율의 향상을 기대할 수 있는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크와 하프톤 위상반전 포토마스크 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 제조방법의 특징은 투명기판 상에 위상반전막, 차광막, 반사방지막을 순차적으로 형성한 후 레지스트막을 형성하여 구성되는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크인 것을 특징으로 한다.
특히 상기 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 제조공정의 경우, 바람직하게는 a1) 투명기판 상에 위상반전막을 형성하는 단계; b1) 상기 a1) 단계에서 형성된 위상반전막 상에 차광막을 형성하는 단계; c1) 상기 b1) 단계에서 형성된 차광막 상에 반사방지막을 형성하는 단계; d1) 상기 c1) 단계에서 형성된 반사방지막 상에 레지스트막을 형성하여 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제조하는 단계;를 포함하여 이루어 질 수 있다.
상기 a1) 단계에서 위상반전막을 형성하기 위한 방법으로는 DC 스퍼터, RF 스퍼터, 이온빔 증착 등의 방법이 사용될 수 있다.
상기 a1) 단계에서 형성된 위상반전막 조성비는 전이금속 1~60at%, 실리콘 50~99at%, 질소 0~60at% 인 것을 특징으로 한다.
상기 a1) 단계에서 위상반전막에 포함되는 전이금속은 크롬(Cr), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 플래티늄(Pt), 철(Fe) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 a1) 단계에서 형성된 위상반전막은 단층막 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에서 차광막은 금속의 모체가 Cr인 경우 CrN, CrC 또는 CrCN인 차광막을 말한다.
상기 c1) 단계에서 반사방지막은 금속의 모체가 Cr인 경우 CrO, CrON, CrCON 성분의 반사방지막인 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서 레지스트막은 포토레지스트, 전자빔레지스트, 화학증폭형레지스트를 코팅하여 형성된 막인 것을 특징으로 한다.
상기 과정을 통해 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제조하였으며 본 발명에 의한 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 통상적으로 사용되는 위상반전 포토마스크 제조 공정을 사용하여 위상반전 포토마스크 제조를 실시하였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의하여 제조된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 나타낸 단면도, 도 2는 본 발명에 의해 제조된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 제조된 하프톤형 위상반전 포토마스크(200)의 단면도이다. 이때 이하의 설명에 있어서, 동일 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 부착하여 그 설명을 생략한다.
도 1을 참조하여 6025(6inch x 6inch x 0.25inch)규격의 크기를 가지는 투명기판(10)을 준비하여 DC 마그네트론 스퍼터 장치를 사용하여 위상반전막(20)을 증착하였다.
그리고 상기 위상반전막(20) 증착시 사용된 스퍼터링 조건은 Ar 가스 5~100sccm, N2 가스 5~100sccm 사용하였으며, 파워는 0.1~4kW, 압력을 0.01~1Pa로 적용하여 MoSiN의 조성을 가지는 단일막의 위상반전막을 형성하였다. 상기의 조건을 통해 형성된 위상반전막의 두께를 미국 n&k Analyzer사의 n&k Analyzer 1512RT를 사용하여 측정한 결과 1000~2000Å 으로 측정되었으며, 두께 균일성은 ± 10Å 이하로 아주 우수한 균일성을 보였다. 또한 일본 Lasertec사의 MPM-100을 이용하여 측정한 결과 436nm에서 10~30%의 투과율과 170˚~180˚의 위상반전이 측정되었다. 그리고, Auger 원자분광법을 사용하여 위상반전막의 조성비를 분석한 결과 Mo 1~40at%, Si 20~80at%, N 10~50at%로 분석되었다.
이어서 세정 공정시 사용되는 황산, SC-1(암모니아:과산화수소:초순수=1:1:5vol%)에 대해 2시간 동안 담금질(Dipping)을 실시하여 내화학성 평가를 실시하였다. 평가 결과 투과율의 경우 변화량이 1%, 위상반전 변화량의 경우 4˚로서 우수한 내화학성을 보였다.
이어서 위상반전막(20) 위에 크롬으로 구성된 CrC, CrCN, CrN 중에서 선택된 차광막(40)을 300~800Å의 두께로 형성하고 차광막(40) 위에 크롬으로 구성된 CrO, CrON, CrCON 중에서 선택된 반사방지막(50)을 50~300Å의 두께로 형성하였다.
이어서 반사방지막(50) 위에 일본 후지필름사의 네가티브톤 화학증폭형 레지스트인 FEN-270을 1500~4000Å의 두께로 형성하여 본 발명에 따른 위상반전막(20)을 가지는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크(100)를 제조하였다.
이어서 도 2와 같이 본 발명에 의해 제조된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크(100)를 사용하여 하프톤형 위상반전 포토마스크(200) 제조시 통상적으로 사용되는 제조 방법을 이용하여 반사방지막 패턴(50a), 차광막 패턴(40a), 위상반전막 패턴(20a)을 형성하여 하프톤형 위상반전 포토마스크(200)를 제조하였다.
이때, 하프톤형 위상반전 마스크 적용을 통한 최소선폭 향상을 확인하기 위해 상기의 과정을 통해 제조된 하프톤형 위상반전 마스크를 436nm의 노광파장을 가지는 노광장비에 적용하여 포토레지스트 패턴 형성을 실시하였다. 이때 사용된 공정 조건은 436nm의 포토리소그래피 공정시 사용되는 통상적인 조건을 적용하였으며 포토레지스트 패턴을 CD 측정장비를 사용하여 측정을 실시한 결과 0.3㎛의 피치(Pitch)가 측정되었다.
이상과 같이 제1 실시예에 따라 위상반전막(20)을 형성함으로써 436nm의 노광파장을 가지는 g-line 포토리소그래피 공정에 있어서 노광장비의 변경 필요 없이 고해상도의 최소선폭 구현이 가능하다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 포토리소그래피 공정시 피사체의 최소선폭을 2㎛ 이하로 미세패턴을 제조할 수 있고, 우수한 내화학성을 갖는 위상반전막을 구비할 수 있도록 한 본 발명의 구성을 설명하기로 한다.
상기와 같이 피사체의 최소선폭을 2㎛ 이하로 미세패턴을 제조할 수 있고 우수한 내화학성을 갖는 위상반전막 구비를 위하여, 본 발명은, 투명기판 상에 위상반전막, 차광막, 반사방지막 중에서 모두 또는 선택된 1종 이상의 막이 차례로 적층되고, 상기 적층된 막 위로 레지스트를 코팅하여 형성된 레지스트막으로 구성한다.
더욱 자세하게는, 투명기판 상에 위상반전막, 차광막, 반사방지막 중에서 모두 또는 선택된 1종 이상의 막이 차례로 적층되고, 상기 적층된 막 위로 레지스트를 코팅하여 형성된 레지스트막으로 구성하며, 수은 램프의 g-line(436nm) 또는 g-line(436nm) 및 h-line(405nm)를 주 노광광으로 하는 포토리소그래피 공정에 사용되는 위상반전 블랭크 마스크에 있어서, 상기 위상반전막의 두께는 1000Å 내지 3000Å 범위, 상기 노광광에서의 위상반전막에 의한 위상차가 150° 내지 210° 범위, 상기 노광광에서의 투과율이 4 내지 50% 범위, 상기 노광광에서의 굴절률이 1.7 내지 2.7 범위를 만족하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 위상반전막의 결정구조가 비정질 구조이며 표면 거칠기 가 0.1 ~ 5nmRMS인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 위상반전막이 차광막 식각에 대하여 식각선택비가 3 이상인 것을 특징으로 하며, 상기 위상반전막의 면저항 값이 0.1 내지 500kΩ/□인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 위상반전막이 몰리브데늄 실리사이드(MoSi)를 주성분으로 하고 차광막 및 반사방지막이 크롬(Cr)을 주성분으로 하고 산소(O), 질소(N), 보론(B), 불소(F), 염소(Cl), 수소(H) 성분 중 어느 하나 이상이 더 포함된 물질로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 위상반전막이 진공챔버 내에서 불활성 가스 및 반응성 가스를 도입하여 리액티브 스퍼터링(Reactive Sputtering) 또는 진공 증착 방법(PVD, CVD, ALD) 중의 어느 하나를 이용하는 제조된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 위상반전막 적층 후 80 ~ 800℃ 온도에서 1 내지 60분간 열처리 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 열처리 방법으로 진공 또는 대기압에서 램프에 의한 적외선, 자외선, X-Ray 조사 또는 핫플레이트(Hot Plate)를 사용하거나, 진공 중에서 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등의 불활성 가스와 산소(O2), 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 이산화질소(NO2), 산화질소(NO), 암모니아(NH3), 불소(F2) 중에서 어느 하나 이상을 더 사용하여 열처리 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 위상반전막은 포토마스크 얼라인 키(Align Key) 패턴이 형성될 영역을 포함하는 일부 영역에 위상반전막을 적층하지 않은 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 차광막은 염소(Cl)계열의 Cl2, CCl4, BCl3, SiCl, BCl, BCl2, SiCl4 중 1종 이상을 포함된 식각가스에 식각되고 상기 위상반전막이 불소(F)계열의 SF6, CF4, CH2F2, NF3, CHF3 중 1종 이상이 포함된 식각가스에 의해 식각되는 물질이거나 또는 상기 위상반전막이 염소(Cl)계열의 Cl2, CCl4, BCl3, SiCl, BCl, BCl2, SiCl4 중 1종 이상을 포함된 식각가스에 식각되고 상기 차광막이 불소(F)계열의 SF6, CF4, CH2F2, NF3, CHF3 중 1종 이상이 포함된 식각가스에 의해 식각되는 물질인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 차광막 위에 436nm, 413nm, 365nm의 노광파장에서 5 내지 40%의 반사율을 갖는 반사방지막이 더 적층된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 차광막 또는 위상반전막은 CAN (Ceric Ammonium Nitrate), 염산(HCl), 질산(HNO3), FeCl3, 초산(CH3COOH), 옥살산, 수산화 나트륨(NaOH), 수산화 칼륨(KOH) 중 어느 하나 이상이 포함된 식각액으로 식각되는 물질인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 위상반전막과 차광막 사이에 상기 위상반전막과 차광막과 식각비가 3 이상인 식각저지막이 더 적층된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 위상반전막, 차광막, 반사방지막은 탄탈륨(Ta), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 실리콘(Si), 니켈(Ni), 카드늄(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 게르마늄(Ge) 중 어느 하나 이상을 주성분으로 하고 산소(O), 질소(N), 보론(B), 불소(F), 염소(Cl), 수소(H) 성분 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 물질로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반사방지막 위에 1000Å 내지 20000Å 두께의 포지티브(Positive)형 또는 네거티브(Negative)형 포토레지스트가 스핀 코팅법, 캐필러리(Capillary) 코팅법, 스캔 앤드 스핀(Scan And Spin) 코팅법 중 어느 하나를 사용하여 코팅된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 수은 램프의 g-line(436nm) 또는 g-line(436nm) 및 h-line(405nm)을 주 노광광으로 하는 포토리소그래피 공정에 사용되는 위상반전 포토마스크에 있어서, 상기 기재된 특성을 가지는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 포토마스크를 제공한다.
이 경우, 바람직하게는, 상기 하프톤 위상반전 포토마스크는 포토레지스트를 노광 및 현상하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 적어도 차광막을 식각하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 위상반전막을 식각하는 단계; 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 단계; 상기 식각된 패턴 상에 포토레지스트를 코팅하는 단계; 상기 포토레지스트에 위상반전막 패턴을 형성 하기 위해서 노광 및 현상하는 단계; 상기 포토레지스트패턴을 식각 마스크로 하여 적어도 차광막을 식각하는 단계; 및 상기 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기 특징을 가지는 본 발명에 따른 블랭크 마스크, 포토 마스크 및 그 제조 방법을 도 3a 내지 도 3f를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조방법을 개략적으로 나타내는 단면도이다
먼저, 하프톤 위상반전 블랭크 마스크(100) 제조시 투명기판(10) 상에 적어도 위상반전막(20), 차광막(40)이 순차적으로 적층되는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 차광막(40) 위에 반사방지막(50)을 더 적층하여 하프톤 위상반전 포토마스크 제조 및 리소그래피 공정에서의 반사율을 감소시키는 것이 더욱 바람직하며, 이때 상기 반사방지막(50)의 반사율은 포토마스크 제조용의 노광파장 및 포토리소그래피 공정의 노광파장에서 5 내지 40% 인 것이 더욱 바람직하다.
상기 노광파장에서 상기 반사방지막(50)의 반사율이 40% 이상일 경우, 포토마스크 제조시 옵틱(Optic) 노광 장비를 사용하여 노광하는 경우 스탠딩 웨이브(Standing Wave)현상으로 인하여 패턴 정밀도를 저하시키고 상기 포토마스크를 사용하여 포토리소그래피 공정 적용시 노광장비의 렌즈와 다중반사에 의해 피사체의 패턴 불량과 해상도 저하의 원인을 제공하는 문제점이 있다.
그리고, 상기 반사방지막(50)의 반사율을 5% 이하로 하기는 어려운 반면에 패턴 정밀도 향상에는 불리하게 작용한다. 일반적으로 포토마스크 제조용의 옵틱(Optic) 노광장비의 노광파장은 436nm, 413nm, 365nm 중 어느 하나를 사용하고 있으며 패턴 미세화에 따라 257nm, 248nm 또는 그 이하의 노광파장을 사용하는 노광 장치도 개발되고 있다.
그리고, 상기 위상반전막(20)에 의한 g-line(436nm) 또는 h-line(405nm)에 대하여 상기 위상차가 150° 내지 210°의 범위를 만족하는 것이 바람직하다. g-line(436nm) 또는 g-line(46nm)와 h-line(405nm)의 파장을 주 노광광으로 하여 위상반전막(20)을 투과하는 노광광과 인접한 투과부를 투과하는 노광광의 위상차가 180°일 경우 빛의 상쇄 간섭효과가 최대가 되기 때문에 높은 해상도를 얻을 수 있게 되어 종래의 바이너리 마스크로 얻을 수 없는 최소선폭의 한계인 2㎛이하의 패턴을 형성하는 것이 가능하다.
이 경우, 더욱 바람직하게는, 상기 위상차가 180°인 경우가 가장 바람직하나, 150 내지 210°의 위상이동 범위에서도 상쇄 간섭에 의한 해상도 개선 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 상기 위상반전막(20)의 투과율은 436nm 또는 405nm의 파장에서 4 ~ 50%의 투과율을 가지는 것이 바람직하고, 두께가 1000Å 내지 3000Å을 갖는 위상반전막(20)을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 하프톤 위상반전 포토마스크는 위상반전막(20) 패턴을 투과하는 노광광이 인접한 투과부를 투과하는 노광광과 상쇄간섭 되어 투과부를 투과하는 노광광의 공간적 분포를 개선하여 해상도를 증가시키는 것으로써, 그 자체로는 피사체의 포토레지스트를 노광시키지 않는다. 따라서 위상반전막(20)에 의한 위상반전 효과는 투과율이 클수록 증가하게 되나 위상반전막(20)의 투과율이 50% 이상이 되면 투과율이 너무 높기 때문에 실질적으로 피사체의 포토레지스트가 노광이 되며, 투과율이 4% 이하가 되면 위상반전에 의한 해상도 개선 효과가 거의 없다.
또한 상기 위상반전막(20)의 두께는 하기의 식에 의해 1500Å 내외의 것이 가장 바람직하며, 굴절률과 투과율 조절을 통하여 하한으로는 1000Å, 상한으로는 3000Å의 위상반전막(20)을 제조하는 것이 가능하다.
상기 위상 변화는 Lasertech사의 MPM-100등의 위상 이동 측정 장치를 사용하거나, 또는 위상반전막(20)의 굴절률을 측정하여 아래의 식으로 계산하는 것이 가능하다.
Figure 112007023329639-PAT00001
(Φ : 위상 이동, n : 반투과막(4)의 굴절률, d : 반투과막(4)의 두께 λ : 노광광의 파장 파장)
그리고, 상기 위상반전막(20) 굴절률은 1.3 내지 3.0이 되도록 하는 것이 바람직하다. 굴절률이 1.3 이하인 경우 436nm 또는 405nm에서의 150 내지 210°의 위상 이동 두께에서의 투과율이 너무 높으며, 굴절률이 3.0 이상이 되는 경우 150 내지 210°의 위상 이동 두께에서의 투과율이 너무 낮게 된다. 이 경우, 더욱 바람직한 굴절률 범위는 1.7 내지 2.7 이다.
한편, 상기 블랭크 마스크(100) 형태를 가지게 되면, 위상반전막(20)이 차광 막(40) 하부에 적층되어 있기 때문에 차광막(40) 식각에 대하여 식각선택비는 3 이상으로 구성하는 것이 바람직하다. 만약 차광막(40) 식각에 대한 위상반전막(20)의 식각비가 3 이하가 되면 차광막(40)을 식각할 때 하부 위상반전막(20)이 손상되어 위상차의 제어가 용이하지 못하게 되는 문제점이 발생한다.
아울러, 적층시 상기 위상반전막(20)의 표면 거칠기가 0.1 ~ 5nmRMS가 되도록 적층되는 것이 바람직하다. 위상반전막(20)의 표면 거칠기가 5nmRMS 이상이 되면 위상반전막(20) 패턴을 투과하는 투과광의 산란이 커지기 때문에 위상반전막(20) 패턴을 투과하는 노광광의 분포에 악영향을 주게 되어 현상 공정 후 패턴 크기, 노광 정도, 투과광의 공간적 분포 등을 제어하기가 매우 어렵게 된다. 따라서 위상반전막(20)의 거칠기는 작을수록 좋으며 표면 거칠기가 0.1 ~ 1.5nmRMS가 되도록 적층하는 것이 더욱 바람직하다.
이 경우, 상기 위상반전막(20)은 원자 간에 국소배열(Short Range Ordering)로 이루어지는 비정질구조를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 상기 표면 거칠기는 위상반전막(20)이 결정화(Crystallization)가 되면 커지는 경향이 있기 때문에 위상반전막(20)이 비정질인 것이 바람직하며, 상기 표면 거칠기가 커지게 되면 상기와 같이 위상반전막(20) 패턴을 투과하는 노광광이 산란되어 피사체 포토레지스트의 패턴 크기, 노광 정도, 투과광의 공간적 분포 등을 제어하기가 매우 어렵게 된다. 또한 하기의 차광막(40) 및 반사방지막(50)의 경우에도 패턴 에지(Edge) 거칠기와 난반사에 의한 문제를 감소시키기 위하여 비정질 구조를 갖도록 하였다.
또한, 포토마스크 제조시 전자빔 노광 장비에 의한 대전현상(Charge Up)을 방지하기 위하여 위상반전막(20)의 면저항 값은 0.1 내지 500kΩ/□의 값을 만족하도록 하였다. 일반적으로 포토마스크 제조시 노광 장비는 단색광의 레이저를 사용하는 상기 옵틱(Optic) 노광 장비와 전자빔 노광장비가 있으며 더욱 미세한 패턴을 형성하기 위해서는 전자빔 노광 장비를 사용한다. 이때 위상반전막(20)의 면저항이 너무 높으면 대전현상(Charge Up)에 의하여 패턴의 위치 이동이 발생하여 패턴 불량을 일으키기 쉽다. 또한 위상반전막(20)의 면저항이 낮게 되면 위상반전막(20) 적층시 플라즈마(Plasma) 방전의 안정성이 확보되어 하프톤 위상반전 블랭크 마스크의 결함이 감소하는 효과가 있다.
한편, 상기 위상반전막(20), 차광막(40), 반사방지막(50)은 탄탈륨(Ta), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 실리콘(Si), 니켈(Ni), 카드늄(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 게르마늄(Ge) 중 어느 하나 이상을 주성분으로 하여 구성한다.
여기서, 산소(O), 질소(N), 보론(B), 불소(F), 염소(Cl), 수소(H) 성분 중 어느 하나 이상이 더 포함된 물질로 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 위상반전막(20)은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi)를 주성분으로 하고 차광막(40) 및 반사방지막(50)은 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 화합물로 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 몰리브데늄 실리사이드(MoSi)를 주성분으로 하는 물질은 하기 불소(F)계열의 식각가스로 높은 식각비를 가지고 식각하는 것이 가능하며, 세정 공정에 사 용되는 세정액인 황산(H2SO4) 및 SC-1에 대하여 높은 내화학성을 가지기 때문에 상기 하프톤 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 위상반전 포토마스크 제조시 위상반전막(20)의 투과율이 거의 변하지 않는다. 또한 반사방지막(20) 및 차광막(40) 물질인 크롬(Cr)은 하기 염소(Cl)계열의 식각가스 및 CAN(Ceric Ammonium Nitrate) 식각액으로 높은 식가비를 가지고 식각하는 것이 가능하며 황산(H2SO4) 및 SC-1에 대하여 높은 내화학성을 가지는 장점이 있기 때문에 정밀한 패턴 형성에 적합하다.
그리고, 상기 차광막(40)의 광학밀도(O/D : Optical Density)는 2.0 내지 6.0이 바람직하다. 아울러, 차광막(40)은 노광광에 대하여 차광 효과를 가져야 하기 때문에 노광광에 대한 투과율이 1% 이하가 되는 것이 바람직하며, 이는 광학밀도 2에 해당한다. 또한 상기 광학밀도를 너무 높게 하면 차광효과는 거의 증가하지 않는데 차광막(40)의 두께만 두꺼워지게 되므로 6.0 이하로 적절히 제어되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 위상반전막(20), 차광막(40), 및 반사방지막(50) 중 어느 하나는 진공챔버 내에서 불활성 가스 및 반응성 가스를 도입하여 리액티브 스퍼터링(Reactive Sputtering) 및 진공 증착 방법(PVD, CVD, ALD)을 이용하는 것이 바람직하며, 이중 리액티브 스퍼터링법을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 리액티브 스퍼터링법은 작은 면적의 기판 뿐만 아니라 대면적의 기판에 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr) 등의 타겟을 사용하여 금속박막을 균일한 두께 및 성분으로 적층하는데 매우 적합하며, 또한 사용되는 반응성 가스에 따라 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 보론(B), 불소(F), 염소(Cl), 수소(H) 등의 성분비를 제어하여 박막의 특성을 제어하는 것이 가능하다.
이 경우, 상기 투명기판(10)을 위상반전막(20) 적층 전 또는 위상반전막(20) 적층 후 80 ~ 800℃ 온도 범위에서 1 내지 60분간 열처리 하는 것이 바람직하다. 위상반전막(20) 적층 후 열처리 공정을 적용함으로서 투과율 특성을 향상시킬 수 있으며, 하프톤 위상반전 포토마스크 제조시 세정 등에 사용되는 황산(H2SO4) 및 SC-1 등의 화학약품에 대한 내화학성 개선 효과가 있다.
이때, 상기 열처리는 800℃ 이상의 온도에서는 대부분의 물질들이 결정화가 이루어질 가능성이 높고 이는 결정화가 진행되면서 위상반전막(20)의 그레인 사이즈(Grain Size)가 증가하면서 표면 거칠기가 증가하게 되는 결과를 초래한다. 또한 열처리 온도가 80℃ 이하의 온도에서는 열처리 효과에 의한 영향은 거의 없다.
상기 열처리 방법으로는 진공 또는 대기압에서 램프에 의한 적외선, 자외선, X-Ray 조사 등의 비접촉식 방법을 사용하거나 핫플레이트(Hot Plate)등의 접촉식 방법을 사용하는 것이 가능하다. 진공 중에서 열처리하는 경우 투과율 특성 및 표면 개질을 위하여 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등의 불활성 가스와 산소(O2), 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 이산화질소(NO2), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3), 불소(F2) 중에서 어느 하나 이상을 사용하는 것도 가능하다.
한편, 투명기판(10)과 위상반전막(20) 사이, 또는 차광막(40)과 위상반전막(20) 사이에 선택적 식각이 어려울 경우 식각저지막을 더 적층할 수 있도록 구성 한다. 이때 식각저지막은 투명기판(10)과 위상반전막(20) 사이에 적층될 경우 식각비가 3 이상이어야 하고, 차광막(40)과 위상반전막(20) 사이에 적층될 경우 차광막(40)과 위상반전막(20)과의 식각비가 3 이상이 되는 이 바람직하다. 식각비는 아래의 식으로 계산된다. 식각저지막 물질로는 식각비를 만족하는 경우 상기에서 나열한 물질을 사용하는 것이 가능하다.
식각비 = (식각하고자 하는 물질의 식각속도) / (식각하지 않고자 하는 물질의 식각속도)
그리고, 적어도 상기 위상반전막(20)과 차광막(40) 및 반사방지막(50)이 적층된 하프톤 위상반전 블랭크 마스크 위에 포토레지스트(60)가 코팅되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 포토레지스트는 포지티브(Positive)형, 네거티브(Negative)형 중 어느 것이라도 사용 가능하며 제조 공정과 설계상의 필요에 따라 적절히 선택하면 된다.
이 경우, 상기 차광막(40) 및 반사방지막(50)의 두께는 100Å내지 2500Å로 구성하며, 상기 차광막(40)과 반사방지막(50)을 패터닝하기 위해서 1000Å 내지 20000Å 두께의 포토레지스트(60)를 코팅하는 것이 바람직하다.
상기 포토레지스트(60) 코팅시 스핀 코팅법, 캐필러리(Capillary) 코팅법, 스캔 앤드 스핀(Scan And Spin) 코팅법 중 어느 하나를 사용하는 것이 가능하며, 코팅 후 50 내지 300℃ 범위 내에서 소프트 베이크(Soft Bake)를 하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 포토마스크는 상기 언급된 특징을 갖는 하프톤 위상반전 블 랭크마스크를 사용하여 먼저 투과부를 형성하기 위해서,
a) 투과부 영역의 위치에 포토레지스트(60)를 노광 및 현상하는 단계;
b) 상기 포토레지스트(60)의 패턴을 식각 마스크로 하여 반사방지막(50)과 차광막(40)을 식각하는 단계;
c) 상기 포토레지스트(12)의 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 위상반전막(4)을 식각하는 단계;
d) 상기 잔류하는 포토레지스트막(12)을 제거하는 단계;
e) 상기 식각된 패턴 상에 포토레지스트막(12)을 코팅하는 단계;
f) 상기 포토레지스트(12)에 위상반전막(4) 패턴을 형성하기 위해서 노광 및 현상하는 단계;
g) 상기 패턴이 형성된 포토레지스트(12)를 식각 마스크로 하여 반사방지막(8) 및 차광막(6)을 식각하는 단계;
h) 상기 잔류하는 포토레지스트(12)을 제거함으로서 반사방지막(8) 및 차광막(6) 패턴, 위상반전막(4) 패턴을 형성하는 단계;를 순차적으로 수행하여 제작한다.
상기 공정 단계에서 차광막(40) 및 반사방지막(50)의 건식 식각 가스는 염소(Cl)계열의 Cl2, CCl4, BCl3, SiCl, BCl, BCl2, SiCl4 중 1종 이상을 포함하여 사용하는 것이 바람직하고, 위상반전막(20)의 건식 식각 가스로는 불소(F)계열의 SF6, CF4, CH2F2, NF3, CHF3 중 1종 이상을 포함하여 사용하는 것이 바람직하다. 물론 이 경우, 서로 반대로 하여 사용하는 것도 가능하다.
또한 HI, BBr, HBr, H2O, CH3OH, O2, Ar, H2, He 등의 가스를 1종 또는 2종 이상 더 포함될 수 도 있다. 상기 염소(Cl)계열과 불소(F)계열의 식각가스는 상호간의 식각비가 크기 때문에 위상반전막(20)과 차광막(40)을 서로 구분하여 식각하는 것이 가능하다.
아울러, 습식식각액으로 CAN (Ceric Ammonium Nitrate), 염산(HCl), 질산(HNO3), FeCl3, 초산(CH3COOH), 옥살산, 수산화 나트륨(NaOH), 수산화 칼륨(KOH) 중 어느 하나 이상이 포함된 식각액으로 식각하는 것도 가능하다. 상기 식각액은 위상반전막(20), 차광막(40) 및 반사방지막(50)을 구성하는 물질의 종류, 적층 및 패터닝 순서 등을 고려하여 적절히 선택하여 사용하는 것이 바람직하며 식각비, 식각속도에 따라 식각액을 20℃ 내지 200℃에서 가열하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 상기 위상반전막(20) 적층시 패턴 위치를 정렬하기 위하여 얼라인 키(Align Key) 패턴이 형성될 영역을 포함하는 일부 영역에 위상반전막(20)을 적층하지 않도록 함이 바람직하다. 일반적으로 포토리소그래피 노광 장비에서는 패턴이 형성된 피사체와 새롭게 형성시킬 패턴과의 위치 정렬을 위하여 포토마스크의 비노광 영역에 얼라인 키(Align Key) 패턴을 형성하고 상기 얼라인 키(Align Key) 패턴을 후면에서 검사하여 피사체 패턴과의 위치 정렬을 실시 한 다음 노광하게 된다.
이 때 종래의 바이너리 포토마스크는 차광막(40)의 반사율이 높고 투명기 판(20)의 반사율이 높기 때문에 차광막(40) 얼라인 키 패턴을 형성하는 경우 높은 반사율 차이에 의하여 콘트라스트가 크기 때문에 위치 정렬이 쉽다. 그러나 본 발명의 상기 위상반전막(20)은 반사율이 낮기 때문에 후면에서의 반사율이 낮으며 따라서 위상반전막(20)이 식각되어 얼라인 키(Align Key) 패턴이 형성되더라도 콘트라스트가 작아서 위치 정렬이 어렵게 된다.
따라서 상기와 같이 얼라인 키 패턴이 형성되는 비 노광 영역의 일부분에 위상반전막(20)을 적층하지 않고 투명기판(10) 위에 차광막(40)만을 적층함으로써 종래의 바이너리 포토마스크와 마찬가지로 후면에서의 얼라인 키 패턴의 투과 패턴과 그 주변부와의 높은 반사율 차이로 인하여 위치 정렬이 쉽고 정확하게 될 수 있다
상기 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 하프톤 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 투과부 및 차광부 패턴과 투과부 주위로 형성되며, 직접적으로 피사체의 포토레지스트를 노광시키지 않으면서 투과부 패턴을 투과하는 노광광 강도의 공간분포를 개선하여 해상도 증가를 이룰 수 있는 위상반전막(20) 패턴이 형성된 하프톤 위상반전 포토마스크(200)를 제조할 수 있다.
이하 첨부된 도 3a~ 3f를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
<제2 실시예>
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제2 실시예에 따른 g-line(436nm) 또는 g-line(436nm) 및 h-line(405nm)을 주 노광광으로 사용되는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크와 하프톤 위상반전 포토마스크 및 그 제조 방법을 도시한 것이다.
먼저, 도 3a에서와 같이 유리나 석영으로 이루어진 투명기판(10)위에 위상반전막(20), 차광막(40) 및 반사방지막(50)을 순차적으로 형성한다. 그리고 상기 반사방지막(50)상에 포토레지스트막(60)을 형성함으로서, 도 3a와 같이 하프톤 위상반전 블랭크마스크(100)를 준비한다.
이때 상기 위상반전막(20)은 몰리브데늄 실리사이드(Mo : Si = 10 : 90at%)의 타겟으로 진공챔버의 진공도가 2.1mTorr, 인가전력이 1.5kW인 조건에서 반응성 가스의 혼합비율은 아르곤(Ar) : 질소(N2)의 부피비가 65%: 35%로 하여 1550Å의 몰리브데늄 실리사이드 질화물(MoSiN)을 적층하였다.
이때 포토리소그래피 노광장비에서의 위치 정렬 패턴이 형성되는 영역에는 tm크린 부품을 사용하여 위상반전막(20)이 적층되지 않도록 하여 위치 정렬 패턴이 높은 콘트라스트(Contrast)를 가지도록 적층하였다. 그 다음 차광막(50)은, 크롬(Cr)을 타겟으로 하여 아르곤(Ar), 메탄(CH4), 질소(N2) 가스를 이용한 리액티브 스퍼터링으로 탄화질화크롬(CrCN)을 적층하였다.
진공챔버의 진공도가 2mTorr, 인가전력이 1.4kW인 조건에서 반응성 가스의 혼합비율은 아르곤(Ar) : 질소(N2): 메탄(CH4)의 부피 구성비를 90%: 9%: 1%로 하여 차광막(40)인 크롬 탄화 질화물(CrCN)을 750Å으로 형성하였다.
또한, 상기 차광막(40) 상에 크롬 탄화 산화 질화물(CrCON)을 조성물로 구성한 반사방지막(50)을 동일한 스퍼터링 방법으로 진공챔버의 진공도가 2mTorr, 인가전력이 1.0kW인 조건에서 반응성 가스의 혼합비율은 아르곤(Ar) : 질소(N2): 이산화 탄소(CO2)의 부피 구성비를 20%: 77%: 3%로 하여 110Å의 크롬 탄화 산화 질화물(CrCON)을 300Å 두께로 적층하였다.
이어서, 상기 반사방지막(50) 위에 전자빔용 포지티브 포토레지스트인 ZEP-7000을 스핀 코팅 방식을 이용하여 3,000Å 두께의 포토레지스트(60)를 코팅한 후, 핫플레이트에서 소프트 베이크를 실시하였다. 상기에서 소프트 베이크는 180℃의 소프트 베이크 온도에서 30분 정도 실시하여 도 3a와 같이 하프톤 위상반전 블랭크 마스크(100)를 준비하였다.
이어서, 상기 하프톤 위상반전 블랭크 마스크(100)를 사용하여 위상반전 포토마스크(200)를 제조하는데, 이하 이에 대하여 설명한다.
먼저 투광부에 해당하는 포토레지스트(60)의 영역에 대하여 전자빔 노광 및 2.38%TMAH 용액을 이용하여 현상 공정을 실시함으로서, 도 3b에서와 같이 제 1 포토레지스트 패턴(60a)을 형성하였다.
그 다음 상기 포토레지스트 패턴(60a)을 식각 마스크로 하여, 상기 크롬(Cr) 계열의 반사방지막(50) 및 차광막(40)을 염소(Cl2) 및 산소(O2)의 혼합 가스를 사용하고, 상기 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 계열의 위상반전막(20)을 SF6 및 산소(O2)의 혼합 가스를 이용하여 순차적으로 건식식각 공정을 실시함으로서 도3c와 같이 투과부 패턴을 형성하였다. 이 경우, 추가적으로 수송가스(Carrier Gas)로서는 헬륨(He) 가스를 사용하였다.
그 다음 잔류하는 포토레지스트(60)를 85℃에서 가열한 황산용액에 디 핑(Dipping) 방식으로 하여 완전히 제거한 다음 황산(H2SO4) 및 SC-1 단위 공정이 포함된 세정을 실시하였다. 그 다음 위상반전막 패턴(20a)을 형성하기 위해서 상기 패턴 상에 포토레지스트막(12)을 스핀 코팅 방식을 이용하여 ZEP-7000을 3000Å 두께의 막으로 형성 한 후, 핫플레이트에서 소프트 베이크를 실시하였다. 상기에서 소프트 베이크는 180℃의 소프트 베이크 온도에서 30분 정도 실시하였다.
이어서 위상반전막 패턴(20a)을 형성하기 위해서 포토레지스트(60)를 상기와 같이 노광 및 현상함으로서 도 3d와 같이 포토레지스트 패턴(60a)을 형성하였다. 그 다음 포토레지스트 패턴(60a)을 식각마스크로 하여 상기 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 반사방지막(50)과 차광막(40)을 염소(Cl2) 및 산소(O2) 가스를 이용하여 순차적으로 건식식각 공정을 실시하여 도 3e와 같이 위상반전막 패턴(20a)을 형성하였다.
이어서 잔존하는 포토레지스트막(60a)은 85℃에서 가열한 황산(H2SO4) 용액에 디핑(Dipping) 방식으로 완전히 제거한 다음, 상기 패턴에 남아있는 이물질을 제거하기 위해서 세정공정을 추가하였다. 도 3f는 상기의 결과를 도시한 도면이다. 도 3f에서 보는 바와 같이, 반사방지막 패턴(50a), 차광막 패턴(40a) 및 위상반전막 패턴(20a)이 형성된 g-line(436nm) 또는 g-line(436nm) 및 h-line(405nm)을 주 노광광원으로 하는 하프톤 위상반전 포토마스크(200)가 완성된다.
이때, 상기 위상반전막(20)에 대한 막 성분을 분석하고자 오제전자분광기(Auger Electron Spectroscopy)를 이용하여 분석하였으며 위상반전막(20)인 몰리 브데늄 실리사이드 질화물(MoSiN)막에 대한 조성 분석결과는 그 구성비가 몰리브데늄(Mo) 5.8at%, 실리콘(Si) 46.9at%, 질소(N) 47.3at%로 이루어지는 것을 확인하였다. 또한 상기 위상반전막(20) 투과율을 측정한 결과 436nm파장에서 투과율이 23.5%를 만족하며 위상차가 183.7°로 측정이 되었다.
또한 본 실시예에 따른 샘플 제작 결과, 위상반전막(20), 차광막(40) 및 반사방지막(50)의 표면 제곱 평균 거칠기 값을 분석하고자 Digital Instrument(UK)사의 Nanoscope IIIa(AFM) 측정장비를 통해서 표면의 중심선 평균 조도(Ra)와 제곱 평균 거칠기(Rq)값을 측정한 결과, 위상반전막(20)은 중심선 평균 조도(Ra)값이 0.37nm이고 제곱 평균 거칠기(Rq)값이 0.41nmRMS로 측정되었다.
그리고 상기 차광막(40)은 중심선 평균 조도(Ra)값이 0.39nm이고 제곱 평균 거칠기(Rq)값이 0.45nmRMS, 상기 반사방지막(50)은 중심선 평균 조도(Ra)값이 0.41nm이고 제곱 평균 거칠기(Rq)값이 0.58nmRMS인 결과를 얻었으며 상기의 결과로부터 상기 막의 표면이 양호하게 적층된 것으로 판단된다.
또한 상기 특성을 가지는 위상반전 포토마스크를 g-line과 h-line을 노광광으로 사용하는 포토리소그래피 노광장비에 장착하여 노광을 실시한 결과 위치 정렬 패턴의 콘트라스트가 뚜렷하여 피사체 패턴의 위치 정렬에 어려움이 없었으며 2㎛ 이하의 패턴을 높은 수율로 형성하는 것이 가능하였다.
이하, 상기 제2 실시예에 따른 하프톤 위상반전 블랭크 마스크에서 위상반전막을 열처리하는 과정을 추가하고 그 때의 내화학성 증가 효과에 대한 비교실험치인 제3 실시예를 설명하기로 한다.
표 1은 본 발명의 제3실시예에 따른 하프톤 위상반전 블랭크 마스크의 열처리에 따른 위상반전막의 내화학성을 평가한 결과이다.
<황산 세정액 및 SC-1에 대한 내화학성 특성 결과 (120분 Dipping 기준)>
본 발명의 위상반전막 투과율 변화 @436nm 본 발명의 위상반전막 위상전이값 변화 [°]@436nm
열처리온도[℃] 종래조건 200 350 종래조건 200 350
Nanostrip 0.36 0.14 0.08 0.75 0.09 0.04
SC-1 0.27 0.19 0.14 1.89 0.13 0.05
본 실시예에서는 제 2 실시예에서 성막된 위상반전막(20)을 열처리 공정을 추가하여 내화학성 특성을 평가하였다. 제2실시예에서 성막된 위상반전막(20)의 조건으로 준비된 몰리브데늄 실리사이드 질화물(MoSiN)의 막에 대해서, 표1에서와 같이 3가지 온도 조건에서 20분간 열처리 공정을 실시하였으며 이를 세정 공정에 사용되는 85℃로 가열된 H2SO4 : H2O2=9 : 1 구성비로 조성된 세정액과, NH4OH : H2O2 : H2O(=D. I. Water)=1: 1: 5 구성비로 조성된 23℃의 SC-1 세정액에 Dipping하여 내화학성을 평가하였다.
상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이, 350℃에서 열처리 공정을 실시한 시료에서는 436nm 파장을 기준으로 가열된 황산 세정액에서는 120분 Dipping 시 투과율 변화가 0.08%, SC-1에서는 0.14%로 열처리 공정을 적용하지 않은 종래의 위상반전막(20)보다 우수한 내화학성을 갖는 위상반전막(20)을 얻을 수 있었으며, 위상이동 값 또한 열처리 공정을 실시하지 않은 시료보다 안정된 막 특성을 보이고 있음을 확인 할 수 있다.
그 다음 상기 위상반전막(20) 위에 제 2 실시예와 동일한 방법으로 차광막(40) 및 반사방지막(50) 적층 후 포토레지스트(60)를 코팅하여 하프톤 위상반전 블랭크 마스크(100)를 제조한 후 하프톤 위상반전 포토마스크(200)를 제조하였으며, 이 경우 제조 조건 변화 없이 제조하는 것이 가능하였다.
또한 상기 위상반전막(20)을 350℃로 열처리 공정을 수행한 제품의 위상반전 포토마스크(200) 제조 후의 투과율 변화가 위상반전막(20) 적층 후의 투과율에 비하여 0.09% 증가하여 투과율 변화가 거의 없었으며 종래의 방법에 의한 투과율 변화 0.37%에 비하여 우수한 결과를 보였다.
상기 특징을 가지는 본 발명에 따른 하프톤 위상반전 포토마스크는 피디에이(PDA: Personal Display Assistants), 휴대폰(Cellular Phone), 디지털 카메라(Digital Camera), 디지털 비디오카메라 (Digital Video Camera), 지피에스(GPSs: Global Positioning System)등의 소형 모바일용 시스템에 적용 가능한 소형 플랫 패널 디스플레이(FPD: Smaller Flat Panel Display), 및 중·대형 액정표시장치(TFT-LCD), 반도체 집적회로, 유기전계 발광소자(OLED), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 전계 효과 디스플레이(FED) 및 평판 디스플레이(FPD)의 제조용으로 광범위하게 응용이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상기하였듯이, 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 436nm의 노광파장을 가지는 g-line 포토리소그래피 공정에 적용함으로써 노광장비의 교체 없이 고해상도의 최소선폭 구현이 가능해진다.
아울러, 상술한 바와 같이 본 발명의 g-line 또는 g-line및 h-line 파장을 주 노광광원으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크 및 하프톤 위상반전 포토마스크는 다음과 같은 추가 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명의 하프톤 위상반전 블랭크 마스크와 하프톤 위상반전 포토마스크는, 위상반전막 패턴의 위상을 180° 변화시켜 인접한 투과 패턴을 투과하는 노광광 강도의 공간 분포를 개선하여 피사체의 최소선폭을 2㎛ 이하로 하는 미세패턴을 제조할 수 있으며, 이 경우 종래의 노광장비를 활용하여 저렴한 제조 단가로도 미세 패턴이 형성된 고급의 평판 디스플레이(FPD: Flat Panel Display) 제품 제조 및 고집적화를 요구하는 반도체 제품의 제조를 가능하게 하는 효과가 있다.
둘째, 본 발명의 위상반전막은 포토마스크의 공정 전/후의 투과율 및 위상 전이 값의 변화가 종래의 위상반전막 보다 향상된 우수한 내화학성을 갖는 효과가 있다.

Claims (14)

  1. 투명기판 상에 위상반전막과 차광막, 반사방지막 중에서 모두 또는 선택된 1종 이상의 막이 차례로 적층되고, 상기 적층된 막 위로 레지스트를 코팅하여 형성된 레지스트막으로 구성하며, 수은 램프의 g-line(436nm) 또는, g-line(436nm) 및 h-line(405nm)을 주 노광광으로 하는 포토리소그래피 공정에 사용되는 위상반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 위상반전막 조성물은 적어도 전이금속, 실리콘을 포함하며, 선택적으로 산소(O), 질소(N), 보론(B), 불소(F), 염소(Cl), 수소(H) 성분 중 어느 하나 이상 성분을 더 포함하고, 상기 위상반전막의 결정구조는 비정질 구조이며 표면 거칠기가 0.1 ~ 5nmRMS인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막의 두께는 1000Å 내지 3000Å 범위, 바람직하게는 1500 Å로 구성하고, 상기 노광광에서의 위상반전막에 의한 위상차는 150° 내지 210° 범위, 바람직하게는 180°로 구성하며, 상기 노광광에서의 투과율은 4 내지 50% 범위, 상기 노광광에서의 굴절률은 1.7 내지 2.7 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막의 면저항 값이 0.1 내지 500kΩ/□인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막 적층 후 80 ~ 800℃ 온도에서 1 내지 60분간 열처리 하며, 상기 열처리 방법으로 진공 또는 대기압에서 램프에 의한 적외선, 자외선, X-Ray 조사 또는 핫플레이트(Hot Plate)를 사용하거나, 진공 중에서 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 등의 불활성 가스와 산소(O2), 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3), 불소(F2) 중에서 어느 하나 이상을 더 사용하여 열처리 하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막은 포토마스크 얼라인 키(Align Key) 패턴이 형성될 영역을 포함하는 일부 영역에 위상반전막을 적층하지 않은 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막은 차광막 식각에 대하여 식각선택비가 3 이상인 것을 특징 으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi)를 주성분으로 하고, 차광막 및 반사방지막은 크롬(Cr)을 주성분으로 하며, 상기 각각의 위상반전막, 차광막 및 반사방지막 조성물은 산소(O), 질소(N), 보론(B), 불소(F), 염소(Cl), 수소(H) 성분 중 어느 하나 이상을 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 차광막은 염소(Cl)계열의 Cl2, CCl4, BCl3, SiCl, BCl, BCl2, SiCl4 중 1종 이상을 포함된 식각가스에 식각되고, 상기 위상반전막은 불소(F)계열의 SF6, CF4, CH2F2, NF3, CHF3 중 1종 이상이 포함된 식각가스에 의해 식각되는 물질이거나, 상기 위상반전막이 염소(Cl)계열의 Cl2, CCl4, BCl3, SiCl, BCl, BCl2, SiCl4 중 1종 이상을 포함된 식각가스에 식각되고, 상기 차광막이 불소(F)계열의 SF6, CF4, CH2F2, NF3, CHF3 중 1종 이상이 포함된 식각가스에 의해 식각되는 물질인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 차광막 위에 436nm, 413nm, 365nm의 노광파장에서 5 내지 40%의 반사율을 갖는 반사방지막이 더 적층된 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 차광막 또는 위상반전막은 CAN (Ceric Ammonium Nitrate), 염산(HCl), 질산(HNO3), FeCl3, 초산(CH3COOH), 옥살산, 수산화 나트륨(NaOH), 수산화 칼륨(KOH) 중 어느 하나 이상이 포함된 식각액으로 식각되는 물질인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막, 차광막 및 반사방지막은 탄탈륨(Ta), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플랫티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 실리콘(Si), 니켈(Ni), 카드늄(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 셀렌(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 게르마늄(Ge) 중 어느 하나 이상을 주성분으로 하고 산소(O), 질소(N), 보론(B), 불소(F), 염소(Cl), 수소(H) 성분 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 반사방지막 위에 1000Å 내지 20000Å 범위 두께의 포지티브(Positive)형 또는 네거티브(Negative)형 포토레지스트가 스핀 코팅법, 캐필러리(Capillary) 코팅법, 스캔 앤드 스핀(Scan And Spin) 코팅법 중 어느 하나를 사용하여 코팅된 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 블랭크 마스크.
  13. 수은 램프의 g-line(436nm) 또는 g-line(436nm) 및 h-line(405nm)를 주 노광광으로 하는 포토리소그래피 공정에 사용되는 위상반전 포토마스크에 있어서,
    제 1항 내지 제 13항에 기재된 블랭크 마스크를 리소그래피법에 의하여 패턴 형성하여 제작하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 포토마스크.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 포토마스크는 포토레지스트를 노광 및 현상하는 단계; 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 적어도 차광막을 식각하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 위상반전막을 식각하는 단계; 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 단계; 상기 식각된 패턴 상에 포토레지스트를 코팅하는 단계; 상기 포토레지스트에 위상반전막 패턴을 형성하기 위해서 노광 및 현상하는 단계; 상기 포토레지스트패턴을 식각 마스크로 하여 적어도 차광막을 식각하는 단계; 상기 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 단계;를 포함하는 제조 공정을 통하여 제작되는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상반전 포토마스크.
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