KR20080038744A - 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 개시된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크(Halftone Phase Shift Blank Mask)는, 투명기판상에 위상반전막, 차광막, 반사방지막, 레지스트(Resist)막이 형성된 500nm 이하의 노광파장에서 0.1%~90%의 투과율을 가지며, 180±20°의 위상반전을 갖는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것으로서, 특히 위상반전막의 조성은, 탄탈(Ta)이 1~90 at%, 저마늄(Ge)이 1~50 at%, 산소(O)가 0~60 at%, 질소(N)가 0~60 at%, 탄소(C)가 0~60 at%인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것이다.
하프톤, 위상, 반전, 블랭크, 마스크, 포토마스크, 탄탈, 저마늄

Description

하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 그의 제조 방법 {Half-tone phase shift blank mask and its manufacturing method}
도 1은 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 2층막 구조의 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 단면도이다.
도 3는 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 제조된 하프톤형 위상반전 마스크의 단면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 투명기판 20 : 위상반전막
30 : 차광막 40 : 반사방지막
50 : 레지스트막 20a : 위상반전막 패턴
30a : 차광막 패턴 40a : 반사방지막 패턴
400 : 펠리클 100 : 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크
200 : 2층구조의 위상반전막을 갖는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크
300 : 하프톤형 위상반전 마스크
본 발명은 반도체 등의 제조시 사용되는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크(Photomask)에 관한 것으로서, 특히 신뢰성이 우수한 탄탈(Ta)을 기본물질로 Ⅳ족 원소인 저마늄(Ge)을 첨가하여 제조한 금속 타겟을 사용하여 반응성 스퍼터링법(Reactive Sputtering)을 통해 제조되는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것이다.
반도체 집적회로의 고집적화로 인해 반도체 제조시의 핵심 공정인 포토리소그래피 공정의 한층 중요해지고 있다. 고집적화를 이루기 위해서는 고해상도 구현이 가능해야 하며, 고해상도 구현을 하기 위해서는 노광 광원의 파장이 365nm의 i-line, 248nm의 KrF, 193nm의 ArF 노광파장과 같이 단파장화가 이루어져야 한다. 또한 고해상도 구현을 위한 다른 방법으로, 바이너리 마스크(Binary Intensity Mask)와 달리 노광파장의 위상차를 주는 위상반전 블랭크 마스크 기술이 있다.
위상반전 블랭크 마스크는 투명기판 위에 위상량을 조절하는 위상반전막과, 위상반전막 위에 차광막과 반사방지막을 가지며, 반사방지막 위에 포토레지스트막을 가진다. 위상반전막은 투과율을 조절하는 투과율 제어층을 가질 수 있으며, 1층 이상의 구조를 가진다. 일반적으로, 위상반전막의 특성으로서는, 정밀도가 높은 회로패턴을 얻기 위하여, 노광광으로 사용되는 단파장(KrF, ArF)에 있어서 광투과율이 충분히 높아야 하며, 동시에 결함조사를 행할 필요가 있으므로 결함검사파장(488nm)에 있어서 광투과율이 충분히 낮은 것이 요구되고 있다.
또한, 실제로 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제조하는 과정에서 행해지는 노광작업에서는, 산 또는 알칼리 화학 약품에 의한 세정이 행해지기 때문에 내화학성이 우수해야 한다.
종래 위상반전막으로 사용되는 물질로는 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 기본으로 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 중 1종 이상을 조합하여 MoSiN, MoSiO, MoSiON, MoSiCN, MoSiCON 등의 물질을 사용하고 있다.
실제로 위상반전 포토마스크 제조시 황산, 암모니아 같은 화학물질로 세정을 하게 되는데, 이러한 세정시 MoSi계 물질은, 특히 암모니아에 취약하여 세정 후 투과율, 위상반전 등과 같은 특성이 쉽게 변하게 되는 문제점이 있다. 이러한 내화학성 문제로 인해 세정공정이 선택적으로 수행되어야 하는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 위상반전마스크 제조시 파티클의 제거능력이 떨어지게 되며, 충분한 린스(rinse)가 이루어지지 않게 되므로, 황산, 암모니아 잔류물들이 높은 에너지를 갖는 노광광원과 반응하여 성장성 결함이라는 치명적인 문제를 초래하게 된다. 이러한 성장성 결함은 마스크의 수명을 단축시킬 뿐 아니라, 정확한 최소선폭(Critical Dimension; CD) 정밀도, CD 균일도에 악영향을 미치게 되어 고해상도 구현을 어렵게 만든다.
따라서, 내화학성이 취약한 물질을 사용하여 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제조하였을 경우, 앞서 언급한 마스크에서 치명적이 결함 및 수명단축 등의 문제점을 유발하게 된고, 고해상도 구현을 어렵게 함과 동시에, 반도체 집적회로의 고집적화를 더욱 어렵게 하는 원인이 된다.
본 발명은 상기에 제시된 문제점들을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 기존의 위상반전막으로 사용되는 MoSi계 물질이 갖는 취약한 내화학성으로 인한 세정 공정의 제한 및 성장성 결함에서 오는 마스크의 수명 단축, 부정확한 CD 정밀도 및 균일도 등의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 세정 후 투과율의 변화 및 위상반전의 변화를 방지할 수 있는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공하는데 목적이 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은, Ta 물질을 기본 물질로 하고, Ⅳ족 원소인 Ge를 첨가하여 제조한 금속타겟을 사용하여 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제조함으로써, 내화학성이 우수하면서 좋은 투과율 특성을 갖는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 위상반전 마스크를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크는, 투명기판 위에 위상반전막, 차광막, 반사방지막을 순차적으로 형성한 후 레지스트막을 형성하여 구성되며, 특히, 상기 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 제조공정의 경우, 바람직하게는 ① 투명기판 위에 위상반전막을 형성하는 단계; ② 상기 ①단계에서 형성된 위상반전막 위에 차광막을 형성하는 단계; ③ 상기 ②단계에서 형성된 차광막 상에 반사방지막을 형성하는 단계; ④ 상기 ③단계에서 형성된 반사방지막 상에 레지스트막을 형성하여 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제조하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 ① 단계에서 위상반전막을 형성하기 위한 방법으로는 DC 스퍼터, R.F. 스퍼터, 이온빔 증착 등의 방법이 사용될 수 있으며, 위상반전막을 형성할 때 아르곤(Ar) 가스는 5~100 sccm, 질소(N2) 가스는 5~100 sccm, 메탄(CH4) 가스는 5~100 sccm을 사용하고 파워는 0.1~2kW, 압력은 10-1~10-4 torr 범위에서 실시하는 것이 바람직하다.
상기 ① 단계에서 사용되는 스퍼터 타겟에 있어서, 타겟은 Ta을 기본물질로 여기에 Ge을 포함하는 단일 타겟인 것이 바람직하며, 스퍼터 타겟의 조성비는, Ta이 0.1~90 at%, Ge이 0.1~50 at%인 것이 바람직하며, Ta이 50~80 at%, Ge이 20~50 at%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 ① 단계에서 위상반전막 형성시 반응성 가스로는, 산소, 질소, 탄소를 포함하는 가스를 사용하여 산화물, 질화물, 산화질화물, 산화질화탄화물, 산화탄화물, 탄화질화물을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 ① 단계에서 형성된 위상반전막은 단층막 이상인 것이 바람직하며, 형성되는 위상반전막의 조성비가 Ta이 1~90at%, Ⅳ족 금속이 1~50at%, 산소가 0~60at%, 질소가 0~60at%, 탄소가 0~60at%인 것이 더욱 바람직하다.
상기 ① 단계에서 형성된 위상반전막의 세정(cleaning) 공정이나 열처리 공정을 추가로 실시할 수 있으며, 이때 열처리 온도는 100~600℃인 것이 바람직하다.
또한, 상기 ② 단계에서 형성하는 차광막은 CrN, CrC 또는 CrCN인 것이 바람직하다.
또한, 상기 ③ 단계에서 형성하는 반사방지막으로는 CrO, CrON, CrCON인 것 이 바람직하며, 형성된 반사방지막 상에 Si를 포함하는 유기물질로 표면처리를 하는 것이 바람직하고, 특히 Hexa Methyl disiloxane(HMDS)를 사용하여 표면처리를 하는 것이 더욱 바람직하다.
④ 단계에서 레지스트막은 포토레지스트, 전자빔레지스트, 화학증폭형 레지스트를 코팅하여 형성된 막인 것을 특징으로 한다.
상기의 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, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 실시예는 단지 본 발명의 예시 및 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지, 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
<실시예>
도 1은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하면, 투명 기판(10)을 준비하고, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 사용하여 위상반전막을 증착하였고, 증착시 사용된 타겟은 Ta이 80at%, Ge이 20at%인 단일 타겟을 사용하였다.
상기 위상반전막 증착시 스퍼터링 조건은 아르곤(Ar) 가스를 10~100 sccm, 질소(N2) 가스를 10~100 sccm, 메탄(CH4) 가스를 0~20 sccm 사용하였으며, 파워는 0.1~2 kW, 압력을 0.1~10mtorr에서 TaGeCN의 조성을 가지는 단일막의 위상반전막을 형성하였다.
상기 위상반전막의 두께는 미국의 n&k Analyzer사의 n&k Analyzer 1512RT 장비를 사용하여 측정하였으며, 그 결과 500~1500Å이었다. 또한 일본 Lasertec사의 MPM-193 장비를 이용하여 측정한 결과 248nm에서 4~8%의 투과율과 170~190도의 위상반전량이 측정되었다.
그리고, Auger 원자분광법을 사용하여 위상반전막의 조성비를 분석한 결과, Ta이 60~80 at%, Ge가 20~60 at%, N이 1~70 at%, C가 1~30 at%로 분석되었다. 추가로 위상반전막의 결정성을 알아보기 위하여 XRD(X-ray diffractometer) 분석을 해본 결과, 비정질(Armophous) 상태의 강도(Intensity) 분포를 보였으며, 2θ가 10° ~ 170°의 범위에서 결정 피크(Peak)의 강도가 3000 이하의 값을 보였다.
상기에서 언급한 스퍼터링 조건에 따라 동일한 조성의 위상반전막을 가지는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 10장 제작하였다. 10장의 위상반전막에 대해 각각의 황산, SC-1(암모니아:과산화수소:초순수=1:1:5 vol%)에 대해 120분 동안 담금질(Dipping)을 실시하여 내화학성 평가를 실시하였다. 내화학성 평가 결과, 투과율 변화량은 0.03% 내외, 위상반전 변화량은 0.15도로서 우수한 내화학성 결과를 보였다. 또한 크롬(Cr) 에천트(Etchant)인 CR-7s에 동일한 조건으로 내화학성 평가 를 실시한 결과, 투과율 변화량은 0.01% 내외, 위상반전 변화량은 0.05도 미만으로 아주 우수한 내화학성 결과를 보였다. 이 결과는 아래의 표 1에 나타내었다.
다음에 위상반전막 위에 크롬으로 구성된 CrN, CrC 또는 CrCN 중에서 선택된 차광막(40)을 300~800Å의 두께로 형성하고, 차광막 위에 크롬으로 구성된 CrO, CrON, CrCON 중에서 선택된 반사방지막(50)을 50~300Å의 두께로 형성하였다.
Figure 112006079503521-PAT00001
상기 반사방지막상에 HMDS 처리 후, 일본 후지필름사의 네가티브(Negative) 화학증폭형 레지스트 FEN-270을 1500~4000Å의 두께로 형성하여 위상반전막을 가진 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크(100)를 제조하였다.
다음으로 도 3를 참조하면, 상기 도 1에 도시된 하프톤형 위상반전 블랭크마스크 사용하여 통상적으로 사용되는 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제조 방법에 따라, 반사방지막 패턴(50a), 차광막 패턴(40a), 위상반전막 패턴(20a)을 형성하고, 펠리클(400)을 부착하여 하프톤형 위상반전 마스크(200)를 제조하였다.
이상과 같이 본 실시예에 관한 발명에 의하면 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 제조에 있어서, Ta를 기본물질로 하여 Ⅳ족 원소인 Ge를 첨가하여 제조한 단일 타겟으로 제조된 위상반전막의 경우, 내화학성 평가시 황산, SC-1, CR-7s 등의 포토마스크 공정에 사용되는 화학약품에 대해 우수한 내화학성 갖게 된다.
또한, 이러한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 제작된 하프톤형 위상반전 마스크의 경우, 반복 세정으로 인한 막의 데미지(Damage)를 억제함으로써 우수한 패턴 정밀도, 긴 수명의 포토마스크의 제작이 가능하게 된다.
상기의 구성에 따른 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크는 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 위상반전막 형성시, Ta을 기본물질로 하는 Ⅳ족 원소인 Ge이 첨가된 단일 타겟을 사용함으로써, 우수한 내화학성, 고투과율, 위상반전 균일성을 가지는 위상반전막을 형성하는 효과가 있다.
둘째, Ge를 첨가한 타겟으로 제조된 위상반전막은, 황산과 SC-1에는 투과율이 0.03% 내외, 위상반전량의 변화는 0.15도 내외이고, CR-7s에는 투과율이 0.01% 내외, 위상반전량의 변화는 0.05도 내외로 아주 우수한 내화학성을 가지는 효과가 있다. 즉, 포토마스크 공정시 반복세정으로 인한 패턴의 부정확성, 투과율의 변화, 위상반전량의 변화 등을 억제할 수 있으며, 우수한 품질의 하프톤형 위상반전 블랭크 및 하프톤형 위상반전 마스크를 제조할 수 있게 된다.
셋째, 고투과율, 균일한 위상반전량을 갖기 때문에 우수한 최소선폭 품질을 가지는 반도체 소자를 제조할 수 있으며, 반도체 집적회로의 고집적화를 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 투명기판상에 위상반전막, 차광막, 반사방지막, 레지스트막이 형성된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 블랭크 마스크는 500nm 이하의 노광파장에서 0.1%~90%의 투과율을 가지며, 180±20°의 위상반전을 갖고,
    상기 위상반전막의 조성은, 탄탈(Ta)이 1~90 at%, 저마늄(Ge)이 1~50 at%, 산소(O)가 0~60 at%, 질소(N)가 0~60 at%, 탄소(C)가 0~60 at%인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크(Halftone Phase Shift Blank Mask).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막은, DC 스퍼터(Sputter), RF 스퍼터, 이온빔 증착, 원자층 증착 방법 중 하나의 방법으로 형성되고, 상기 위상반전막의 구조가 1층 이상의 구조를 가지는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사방지막과 레지스트막 형성시, 상기 반사방지막 위에 실리콘(Si)을 포함하는 유기물질로 표면처리를 하는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실리콘을 포함하는 유기물질은 에이치엠디에스(HMDS; Hexamethyl disiloxane)인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 위상반전막을 스퍼터링 방식으로 형성하고, 스퍼터링에 사용되는 스퍼터 타겟은 탄탈을 기본물질로 하고 저마늄을 첨가하여 만들어진 단일 타겟을 사용하는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄탈이 1~80 at%이고, 저마늄이 1~60 at%인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막 형성시, 이온빔 스퍼터(Ion Beam Sputter)를 사용하여 형성하고, 사용되는 타겟으로는 탄탈, 저마늄, 또는 탄탈에 저마늄을 첨가한 단일 타겟인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막의 중심선 평균조도(nmRa)가 0.1 내지 100nmRa 이하인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막이, 23~100℃의 황산(H2SO4) 1갤론(Gal)에 120분 동안 담갔을 때 투과율 변화가 5% 이하, 위상반전량의 변화가 10° 이하인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막이, 23~100℃의 Ceric Ammonium Nitrate(Ce(NH4)2(NO3)6) 1갤론에 120분 동안 담갔을 때 투과율 변화가 5% 이하, 위상반전량의 변화가 10° 이하인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막이, 23~100℃의 NH4OH:H2O2:DI water=1:1:3~5 vol% 비율로 혼합된 APM(Ammonium Peroxide Mixture) 1갤론에 120분 동안 담갔을 때, 투과율 변화가 5% 이하, 위상반전량의 변화가 10° 이하인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  12. 제1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상반전막을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 제조방법.
  13. 제12항에 기재된 방법에 의하여 제조되는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 제작된 하프톤형 위상반전 마스크.
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