KR20080042980A - 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 - Google Patents

하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 Download PDF

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KR20080042980A
KR20080042980A KR1020060111387A KR20060111387A KR20080042980A KR 20080042980 A KR20080042980 A KR 20080042980A KR 1020060111387 A KR1020060111387 A KR 1020060111387A KR 20060111387 A KR20060111387 A KR 20060111387A KR 20080042980 A KR20080042980 A KR 20080042980A
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차한선
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양철규
강주현
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주식회사 에스앤에스텍
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Abstract

본 발명은 반도체 포토리소그래피 공정에 적용되는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것으로서, 특히 90nm 급 이하의 최소선폭을 구현할 수 있는 ArF 리소그래피에 적절한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 구성은 투명 기판 위에 제1위상반전막, 제2위상반전막, 차광막, 반사방지막, 레지스트막이 순차적으로 형성된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크인 것을 특징으로 한다.
이로써 투과율 제어, 위상반전 제어, 우수한 선택비, 노광 파장 및 검사 파장에 대해 우수한 투과율 등의 특성을 가져 고품질의 포토마스크 제조가 가능하게 됨으로써, 결국에는 우수한 성능을 가지는 고성능의 반도체 소자의 제조가 가능하게 된다.
하프톤형, 위상반전, 마스크, ArF, 리소그래피

Description

하프톤형 위상반전 블랭크 마스크{high transmittance half-tone phase shift blankmask}
도 1은 본 발명에 의해 제조된 위상반전 블랭크 마스크의 단면을 나타내는 단면도 이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 투명기판 2 : 제 1 위상반전막
3 : 제 2 위상반전막
본 발명은 반도체 포토리소그래피 공정에 적용되는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것으로서, 특히 90nm 급 이하의 최소선폭을 구현할 수 있는 ArF 리소그래피에 적절한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 관한 것이다.
반도체 집적회로의 형성을 위해 반도체 제조 공정에 포토-리소그래피(photo-lithography) 공정이 적용되어 왔다. Photo-lithography 공정에 있어서 반도체 회로 설계 원판의 기능을 하는 포토마스크가 적용되게 된다. 이러한 포토마스크는 블 랭크 마스크에 패턴(pattern) 형성 과정을 통해 제조 되게 된다.
블랭크 마스크는 일반적으로 바이너리 인텐시티 블랭크 마스크와 위상반전블랭크 마스크로 분류되며, 이들 블랭크 마스크의 기능상의 차이는 바이너리 블랭크 마스크의 경우 빛의 투과, 차단 기능으로 패턴을 형성하며, 위상반전 블랭크 마스크의 경우 빛의 투과, 차단, 소멸 간섭 등을 통해 패턴의 형성이 가능하다. 일반적으로 위상반전 블랭크 마스크가 바이너리 블랭크 마스크보다 더 고해상도의 최소선폭을 구현할 수 있다.
이러한 위상반전 블랭크 마스크는 반도체 집적회로의 집적도가 높아짐으로 인해 하이엔드(high-end) 반도체 회로 제작시 많이 사용되고 있다.
위상반전 블랭크 마스크는 교호(alternating)형 혹은 강(strong) 위상반전 블랭크 마스크, 감쇠(attenuating)형 혹은 하프톤(half-tone) 위상반전 블랭크 마스크 등이 있다. 교호형 위상반전 블랭크 마스크의 경우 석영기판 위에 크롬막과 레지스트막이 순착적으로 형성되어 있는 구조로 되어 있으며, 이러한 교호 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 석영기판 패턴, 크롬막 패턴을 형성하면 교호 위상반전 포토마스크가 형성이 된다.
그러나 상기와 같은 교호형 위상반전 포토마스크의 경우 석영기판의 패턴을 형성하는 기술이 복잡하여 고정밀도의 최소선폭이나 위상량의 조절이 힘든 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점으로 인해 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크가 일반적으로 많이 사용되고 있다.
하프톤형 위상반전 블랭크 마스크는 석영기판 위에 위상반전막, 크롬막, 레지스트막이 순차적으로 형성되어 있다.
이러한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 사용하여 위상반전막 패턴, 크롬막 패턴을 형성하게 되면 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제작이 가능해진다.
반도체 제조기술의 리소그래피 공정에서 적용되는 노광 광원이 반도체 집적회로의 미세화에 따라서 보다 더 짧은 파장을 가지는 광원으로 발전됨에 따라 하프톤형 블랭크 마스크 또한 노광 광원에 대응할 수 있는 위상반전막이 형성된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크로 발전되어 왔으며 현재는 248nm의 노광파장 및 193nm의 노광 파장에 대응할 수 있는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크는 질화규화몰리브데늄(MoSiN), 탄화질화규화몰리브데늄(MoSiCN), 질화산화규화몰리브데늄(MoSiON) 등의 위상반전막이 적용된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크가 일반적으로 사용되고 있다.
상기와 같은 MoSi가 포함된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 경우 일반적으로 노광 파장에 대해 4~10%의 투과율과 170~190도의 위상반전을 일으키는 기능을 가진다.
그러나 상기와 같은 MoSi 계열의 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 경우 일반적으로 130nm 혹은 110nm 수준의 최소선폭의 구현이 가능하지만 90nm, 65nm와 같은 최소선폭의 구현이 힘들다.
그래서 고해상도의 최소선폭을 구현하기 위해 노광 파장에서 약 20~30%의 투과율을 구현할 수 있는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 필요성이 증대되고 있다.
그러나 상기와 같은 MoSi 계열의 위상반전막을 사용하여 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제작할 경우 노광 파장에서의 투과율을 20~30%로 설정할 경우 검사파장인 248, 365, 436, 488nm 등의 파티클 및 결함 등을 검사하기 위한 검사 파장에서의 투과율이 50% 이상으로 설정이 되기 때문에 검사를 실시하기 힘들다는 문제점이 있다.
또한, MoSi 계열의 위상반전막의 주성분이 Si이고, 석영기판의 주성분 또한 Si 이기 때문에 건식 식각시 선택비가 충분치 않아 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에서 요구되는 고정밀도의 위상반전 조절이 힘든 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점들로 인해 MoSi 계열의 위상반전막이 물질 뿐만 아니라 새로운 구조를 가지는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 대한 요구가 증가되어왔다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 반도체 리소그래피 공정에 적용되는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제공하기 위함이며 특히 고정밀도의 투과율 제어, 위상반전 제어, 우수한 선택비, 노광 파장 및 검사 파장에 대해 우수한 투과율 특성을 보이는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제공하기 위함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 특징은 투명 기판 위에 제1위상반전막, 제2위상반전막, 차광막, 반사방지막, 레지스트막이 순차적으로 형성된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 인것을 특징으로 한다.
특히 본 발명에 의한 바람직한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 경우 바람직하게는 a1) 투명기판을 준비하는 단계; b1) 상기 a1) 단계에서 준비된 투명기판 위에 제 1 위상반전막을 형성하는 단계; c1) 상기 b1) 단계에서 준비된 제 1 위상반전막 위에 제 2 위상반전막을 형성하는 단계; d1) 상기 a1), b1), c1) 단계를 통해 투명기판 위에 형성된 제 1 위상반전막, 제 2 위상반전막을 열처리를 실시하는 단계; e1) 상기 d1) 단계를 통해 열처리가 실시된 제 2 위상반전막 위에 차광막을 형성하는 단계; f1) 상기 e1) 단계에서 준비된 차광막 위에 반사방지막을 형성하는 단계; g1) 상기 f1) 단계에서 준비된 반사방지막 위에 실리콘이 포함된 유기물질을 사용하여 표면처리를 실시하는 단계; h1) 상기 g1) 단계에서 표면처리가 실시된 반사방지막 위에 레지스트 용액을 사용하여 레지스트막을 형성하여 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 a1) 단계에서 투명 기판의 크기는 5인치 이상의 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 a1) 단계에서 투명 기판은 소다라임(Sodalime), 합성석영(synthetic quartz), 불화칼슘(CaF2), 불소도핑석영(F-doped quartz) 중에서 선택된 투명 기판인 것을 특징으로 한다.
상기 a1) 단계에서 투명 기판은 액침리소그래피(immersion lithography)를 위한 노 광 파장의 극성(polarization) 제어를 위해 복굴절율(birefringence)이 제어된 투명 기판을 준비하는 것을 특징으로 하며 바람직하게는 193nm의 노광파장에서 5nm/6.35mm 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에서 제 1 위상반전막은 진공 증착을 통해 형성되는 것을 특징으로 하며 바람직하게는 DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 이온빔, 이온 플레이팅 및 원자층 증착 중에서 선택된 하나 이상의 방법이 가능하다.
상기 b1) 단계에서 제 1 위상반전막은 Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질로만 구성되거나 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질의 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에서 제 1 위상반전막이 특히 DC 또는 RF 마그네트론 반응성 스퍼터링을 통해 형성되는 경우 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 불활성 가스를 사용하고, 산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3) 및 메탄(CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 반응성 가스를 사용할 수 있다.
상기 b1) 단계에서 제 1 위상반전막의 투명 기판에 대한 선택비가 1:2 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에서 제 1 위상반전막의 190nm 이상의 파장에서 투과율은 10 % 이상이고 위상반전은 180도 미만임을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에서 제 1 위상반전막의 193nm 파장에서의 투과율이 200~600nm 파장에서의 투과율보다 높은 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에서 제 1 위상반전막의 193nm 파장에서의 투과율과 200~600nm 파장에서의 투과율과의 차이가 70% 미만인 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에서 제 1 위상반전막의 형성 전 또는 도중 또는 후 선택적으로 열처리 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에서 제 1 위상반전막의 형성 전 또는 후 선택적으로 열처리 공정을 실시할 경우 열처리 공정 장비로는 퍼니스(furnace), 급속열처리장치(rapid thermal process), 핫-플레이트(hot-plate) 중에서 선택된 장치를 사용하여 실시할 수 있으며, 분위기 가스로는 Ar, N2, O2 중에서 선택된 1종 이상의 가스를 적용할 수 있으며, 압력은 대기압 또는 그 이하의 압력을 적용하며, 열처리 온도는 200~1200℃인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서 제 2 위상반전막은 진공 증착을 통해 형성되는 것을 특징으로 하며 바람직하게는 DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 이온빔, 이온 플레이팅 및 원자층 증착 중에서 선택된 하나 이상의 방법이 가능하다.
상기 c1) 단계에서 제 2 위상반전막은 Hf을 주성분으로 하며 Hf의 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합 물 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서 제 2 위상반전막은 Hf을 포함하고 Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가로 구성되거나, 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가된 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서 제 2 위상반전막은 Al을 주성분으로 하며 Al의 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서 제 2 위상반전막은 Al을 포함하고 Hf, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가로 구성되거나, 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가된 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서 제 2 위상반전막이 특히 DC 또는 RF 마그네트론 반응성 스퍼터링을 통해 형성되는 경우 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 및 크세논(Xe)으로 이루 어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 불활성 가스를 사용하고, 산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3) 및 메탄(CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 반응성 가스를 사용할 수 있다.
상기 c1) 단계에서 제 2 위상반전막의 투과율이 193nm 이상의 파장에서 10% 이상이며 위상반전의 경우 180도 미만인 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에서 제 2 위상반전막의 제 1 위상반전막에 대한 선택비가 1:2 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 및 c1) 단계를 통해 형성된 제 1 위상반전막과 제 2 위상반전막은 기능상의 선택에 의해 석영기판을 기준으로 하여 석영기판 위에 제 1 위상반전막 위에 제 2 위상반전막의 형성이 가능하거나 제 2 위상반전막이 먼저 형성되고 제 2 위상반전막 위에 제 1 위상반전막을 형성하는 것이 가능하다.
상기 d1) 단계에서 제 2 위상반전막의 형성 전 또는 도중 또는 후 선택적으로 열처리 공정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기 d1) 단계에서 제 2 위상반전막의 형성 전 또는 후 선택적으로 열처리 공정을 실시할 경우 열처리 공정 장비로는 퍼니스(furnace), 급속열처리장치(rapid thermal process), 핫-플레이트(hot-plate) 중에서 선택된 장치를 사용하여 실시할 수 있으며, 분위기 가스로는 Ar, N2, O2 중에서 선택된 1종 이상의 가스를 적용할 수 있으며, 압력은 대기압 또는 그 이하의 압력을 적용하며, 열처리 온도는 200~1200℃인 것을 특징으로 한다.
상기 e1) 단계에서 차광막은 제 2 위상반전막이 Al을 포함하고 있을 경우 Hf, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가로 구성되거나, 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가된 질화물, 탄화물, 질화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 e1) 단계에서 차광막은 제 2 위상반전막이 Hf을 포함하고 있을 경우 Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가로 구성되거나, 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가된 질화물, 탄화물, 질화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 e1) 단계에서 차광막이 특히 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링을 통해 형성되는 경우 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 불활성 가스를 사용하고, 질소(N2), 암모니아(NH3) 및 메탄(CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 반응성 가스를 사용할 수 있다.
상기 f1) 단계에서 반사방지막은 제 2 위상반전막이 Al을 포함하고 있을 경우 Hf, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가로 구성되거나, 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가된 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 f1) 단계에서 반사방지막은 제 2 위상반전막이 Hf을 포함하고 있을 경우 Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가로 구성되거나, 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가된 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 f1) 단계에서 반사방지막이 특히 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링을 통해 형성되는 경우 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 불활성 가스를 사용하고, 산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3) 및 메탄(CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 반응성 가스를 사용할 수 있다.
상기 g1) 단계에서 반사방지막 위에 실리콘이 포함된 유기물질을 사용하여 표면처 리를 실시하는 것을 특징으로 한다.
상기 h1) 단계에서 표면처리가 실시된 반사방지막 위에 레지스트 용액을 사용하여 레지스트막을 형성하여 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기의 과정을 통해 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 제조를 실시하였다. 이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 실시예는 단지 본 발명의 예시 및 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허 청구 범위에 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. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
[ 실시예 ]
도 1은 본 발명의 실시예에 의해 제조된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 나타낸 단면도이다. 이때 이하의 설명에 있어서, 동일 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 부착하여 그 설명을 생략한다.
도 1을 참조하여, 152.4 x 152.4 x 6.3 mm의 크기를 가지는 합성 석영 기판(1)을 준비하였다. 이때 합성 석영 기판은 액침(immerison) 리소그라피(lithography)의 극성(polarization)을 최소화하기 위해 1nm/6.35mm의 복굴절률을 적용하였으며, 193nm 파장에서의 투과율은 90.4%로 측정되었다.
다음에 제 1 위상반전막(2)을 형성하기 위해 선택적으로 DC 또는 RF 마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하고 스퍼터링 가스로 Ar만을 사용하거나, 선택적으로 반응성 가스로 O2, N2, CO, CO2, N2O, NO, NO2, NH3, CH4로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 반응성 가스를 적용하였다. 그리고 1~5mtorr의 압력과 0.1~1.5kW의 파워를 적용하여 스퍼터링을 실시하였으며 표 1과 같이 제 1 위상반전막의 형성을 실시하였다. 이때 스퍼터링 타겟은 화합물인 경우 복수의 물질을 하나의 화합물 타겟으로 제작하여 스퍼터링을 실시하거나, 복수개의 타겟을 사용하여 각각의 물질을 동시에 증착하는 Co-Sputtering 방법 중에서 선택하여 스퍼터링을 실시하였다.
[표1]
실시예 주구성 물질 두께(Å) 투과율(%)
193nm 248nm 365nm 488nm
1 Al 120 63.3 45.6 35.7 32.6
2 Hf 110 56.8 54.3 52.6 42.3
3 Ta 135 45.8 49.8 52.3 54.9
4 Ru 95 65.3 64.2 64.1 65.7
5 Si 150 37.8 37.9 45.6 52.6
6 Ti 95 68.3 64.5 53.7 45.7
7 Zr 100 43.8 56.7 65.7 72.4
8 Cr 105 45.7 46.8 47.3 44.6
9 V 105 42.3 45.8 49.8 53.4
10 Ni 100 53.7 53.9 54.6 55.7
11 NiN 150 42.6 52.9 61.7 72.5
12 NiO 230 73.5 85.6 90.8 91.2
13 NiON 214 65.3 75.6 85.6 90.5
14 NiCON 189 75.6 79.8 97.6 90.6
15 AlHf 105 68.9 56.3 45.6 42.8
16 PtAl 96 42.6 42.9 43.7 42.8
17 RuTi 125 37.8 43.6 48.6 42.1
18 ZrTi 105 42.7 49.8 47.6 42.5
19 ZrTiN 123 42.7 51.4 62.5 63.7
20 CrRu 96 65.3 52.4 42.7 38.5
21 TaCrRu 104 38.9 45.6 52.3 42.3
22 ZrCrRu 112 42.7 43.8 32.5 29.8
23 ZrPtAl 105 54.3 45.7 39.7 36.7
24 ZrPtAlN 127 46.8 52.7 63.4 68.7
표 1을 참조하여, 각 물질들에 대해 스퍼터링을 실시하여 두께 및 각 파장별 투과율 측정을 실시하였다. 두께는 X-ray를 사용하는 Grazing X-ray Reflectance 방식과 surface profiler인 α-step을 사용하여 측정하였으며, 투과율은 미국 n&k technology사의 n&k Analyzer를 사용하여 측정을 실시하였다.
먼저 실시예 1~10을 참조하여, 단일계 물질이 적용된 제 1 위상반전막의 경우 물질별로 각 파장에 따른 투과율 경향이 다르게 나타났다. 실시예 1인 Al의 경우 장파장으로 갈수록 투과율이 감소하는 결과를 보였다. 그리고 실시예 4인 Ru의 경우 193~488nm 파장에서 투과율 차이가 2% 미만으로 거의 동일한 투과율이 측정되었다. 그리고 실시예 7인 Zr의 경우 단파장에서 장파장으로 갈수록 투과율이 증가함을 알 수 있다.
따라서 물질의 특성에 따라 각 파장별 투과율 특성이 다름을 알 수 있다. 그리고 스퍼터링 조건에 따라서도 각 물질에 대한 투과율 특성을 제어할 수 있다.
그리고 실시예 10~14의 경우 Ni에 있어서 화합물 형태에 따른 투과율 특성 조사를 실시하였다.
먼저 실시예 10을 참조하여, 순수 Ni의 경우 193~488nm의 파장에서 투과율의 차이가 약 2% 미만으로 전파장에 걸쳐 거의 동일한 투과율을 보임을 알 수 있다. 그리고 실시예 11을 참조하여 Ni에 질소를 첨가한 경우 장파장으로 갈수록 투과율이 증가함을 알 수 있다.
다음에 실시예 12를 참조하여 NiO의 경우 193nm의 투과율이 73.5%로 상당히 투과율이 증가함을 알 수 있으며 장파장으로 갈수록 투과율이 증가함을 알 수 있다. 그리고 실시예 13 및 14인 NiON 및 NiCON의 경우 장파장으로 갈수록 투과율이 증가함을 알 수 있다.
따라서 질화, 산화, 질화산화와 같은 화합물의 형태에 따라 투과율 형태를 제어할 수 있음을 알 수 있다.
다음으로 2가지 이상의 물질이 혼합된 2성분계 물질에 대한 실시예인 실시예 15~20의 경우에도 단일의 물질의 특성과 마찬가지로 각각의 물질의 특성 및 화합물 형태에 따라 투과율 특성이 달라짐을 알 수 있다.
다음으로 3가지 이상의 물질이 혼합된 3성분계 물질에 대한 실시예인 실시예 21~24의 경우에도 단일의 물질 및 2성분계 물질의 특성과 마찬가지로 물질의 특성 및 화합물의 형태에 따라 투과율 특성이 달라짐을 알 수 있다.
다음에 상기의 과정을 통해 형성된 제 1 위상반전막 위에 표 2와 같이 제 2 위상반전막(3)의 형성을 실시하였다.
이때 실험 조건 및 방법은 앞의 표 1에서 실시된 제 1 위상반전막 형성시 적용된 동일한 조건과 방법이 사용되었다.
[표2]
실시예 주구성 물질 두께(Å) 투과율(%)
193nm 248nm 365nm 488nm
25 HfAlO 800 45.3 76.8 72.3 79.5
26 HfAlO 850 57.6 82.3 76.7 83.9
27 HfAlON 750 42.5 75.9 72.5 82.6
28 HfAlON 800 52.4 82.3 78.9 85.9
29 HfAlCO 825 48.7 82.6 76.9 81.4
30 HfAlCON 832 52.6 84.6 80.6 87.4
31 HfAlTaO 847 48.6 75.6 72.3 74.9
32 HfAlTaCON 813 52.6 82.3 78.5 83.9
표 2를 참조하여, 먼저 실시예 25, 26, 27, 28의 경우 Hf을 주성분으로 하고 Al의 비율을 조절한 실시예이다. Al 비율 조절은 타겟 제작시 Al의 조성비를 제어하거나 Co-sputtering을 실시하여 Al의 Power 조절을 통해 Al의 조성비를 제어하였다. 실시예 25, 26, 27, 28을 참조하여 Al의 비율이 증가함에 따라 투과율이 전반적으로 증가되는 것을 발견할 수 있었다. 이는 Al의 투과율이 Hf의 투과율 보다 상대적으 로 높음으로 인해 Al 비율이 증가함에 따라 투과율이 증가되는 것으로 판단된다.
그리고 실시예 29, 30의 경우 반응성 가스에 따른 투과율 특성 변화를 실험한 결과이며 실시예 31, 32의 경우 Hf을 주성분으로 하고 2종 이상의 금속이 첨가되었을 경우의 투과율 특성 변화를 관찰한 결과이다. 먼저 반응성 가스에 따른 특성 변화를 관찰한 실시예 29, 30의 경우 탄소 첨가에 의한 큰 변화는 없었으며 질소를 첨가한 경우에는 장파장으로 갈수록 투과율이 증가되는 경향을 나타내었다. 그리고 2종 이상의 금속이 첨가된 경우 투과율 변화에 크게 영향을 미치지는 않았다.
다음에 앞의 과정을 통해 형성된 제 1 위상반전막과 제 2 위상반전막의 조합을 통해 위상반전막의 형성을 표 3과 같이 실시하였다.
[표3]
실시예 위상반전막 물질 투과율(%)
1 2 193nm 248nm 365nm 488nm
33 Ta HfAlO 5.8 23.4 19.8 25.6
34 Ta HfAlO 25.8 34.8 32.1 37.6
35 Al HfAlO 23.7 36.4 31.5 38.7
36 Pt HfAlO 24.9 37.4 33.1 37.5
37 Ta HfAlON 26.7 36.7 31.4 36.4
38 Ta HfAlTaO 23.7 37.1 32.6 39.1
39 HfAlO Ta 25.7 36.9 31.6 37.6
40 HfAlO Pt 24.7 37.2 32.4 37.5
표 3에 있어서 위상반전막 1의 경우 석영기판 바로 위에 위치하며 위상반전막 2의 경우 위상반전막 1의 위에 위치하게 된다. 실시예 33, 34, 35, 36, 37, 38의 경우 제 1 위상반전막이 석영기판에 먼저 형성이 된 후 제 2 위상반전막이 제 1 위상반 전막에 형성된 실시예이다. 먼저 실시예 33과 34의 경우 제 1 위상반전막과 제 2 위상반전막의 물질은 동일하지만 각 위상반전막의 두께를 달리하여 투과율이 다른 위상반전막을 형성할 수 있었다. 그리고 실시예 35, 36의 경우 제 2 위상반전막의 물질은 HfAlO로 고정을 하고 제 1 위상반전막의 물질을 Al 및 Pt으로 형성을 실시하였다. 그리고 실시예 37, 38의 경우 제 1 위상반전막의 물질을 Ta로 고정을 하고 제 2 위상반전막의 물질을 변경하여 위상반전막의 형성을 실시하였다. 그리고 실시예 39, 40의 경우에는 HfAlO를 제 1 위상반전막으로 형성을 실시하였으며, Ta 및 Pt을 제 2 위상반전막으로 형성을 실시하였다. 실시예 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40의 위상반전막 모두 노광 파장인 193nm에서의 투과율을 구현할 수 있었으며, 검사파장인 248~488nm에서의 투과율이 40% 미만으로 우수한 특성을 나타내었다. 또한 포토마스크 패터닝을 실시하여 위상반전 측정을 실시한 결과 193nm의 파장에서 170~190도 사이의 위상반전이 이루어 졌다. 또한 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조시 사용되는 화학약품인 황산, SC1 등에 대한 내화학성 실험결과 우수한 특성을 나타내었다.
이상과 같이 본 실시예에 관한 발명에 의하면 우수한 성능을 가지는 위상반전 블랭크 마스크를 통해 고품질을 가지는 위상반전마스크의 제조가 가능해져 결국에는 우수한 성능을 가지는 고성능의 반도체 소자의 제조가 가능하다.
본 발명에 의한 위상반전 블랭크 마스크는 고정밀도의 투과율 제어, 위상반전 제 어, 우수한 선택비, 노광 파장 및 검사 파장에 대해 우수한 투과율 등의 특성을 가져 고품질의 포토마스크 제조가 가능해지며, 결국에는 우수한 성능을 가지는 고성능의 반도체 소자의 제조가 가능하다.

Claims (20)

  1. 투명기판 위에 위상반전막이 형성되어 있는 위상반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 투명기판의 복굴절율이 액침 리소그래피에서의 극성을 고려하여 193nm의 파장에서 5nm/6.35mm 이하인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  2. 투명기판 위에 위상반전막이 형성되어 있는 위상반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 위상반전막이 투명기판을 기점으로 하여 제 1 위상반전막과 제 2 위상반전막으로 순차적으로 2층막의 구성을 가지며, 이때 제 2 위상반전막의 주성분이 하프늄(Hf)인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  3. 투명기판 위에 위상반전막이 형성되어 있는 위상반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 위상반전막이 투명기판을 기점으로 하여 제 1 위상반전막과 제 2 위상반전막으로 순차적으로 2층막의 구성을 가지며, 이때 제 2 위상반전막의 주성분이 알루미늄(Al)인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  4. 제 2항 내지 3항에 있어서,
    제 1 위상반전막이 Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질로만 구성되거나 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질의 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  5. 제 2항 내지 3항에 있어서,
    제 1 위상반전막이 DC 또는 RF 마그네트론 반응성 스퍼터링을 통해 형성되는 경우 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 불활성 가스를 사용하고, 산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3) 및 메탄(CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 반응성 가스를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  6. 제 2항 내지 3항에 있어서,
    제 1 위상반전막의 투명 기판에 대한 선택비가 1:2 이상인 것을 특징으로 하는 위 상반전 블랭크 마스크
  7. 제 2항 내지 3항에 있어서,
    제 1 위상반전막의 190nm 이상의 파장에서 투과율은 10 % 이상이고 위상반전은 180도 미만임을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  8. 제 2항 내지 3항에 있어서,
    제 1 위상반전막의 193nm 파장에서의 투과율이 200~600nm 파장에서의 투과율보다 높은 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  9. 제 2항 내지 3항에 있어서,
    제 1 위상반전막의 193nm 파장에서의 투과율과 200~600nm 파장에서의 투과율과의 차이가 70% 미만인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  10. 제 2항 내지 3항에 있어서,
    제 2 위상반전막은 진공 증착을 통해 형성되는 것을 특징으로 하며 바람직하게는 DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 이온빔, 이온 플레이팅 및 원자층 증착 중에서 선택된 하나 이상의 방법을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  11. 제 2항에 있어서,
    제 2 위상반전막은 Hf을 주성분으로 하며 Hf의 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  12. 제 2항에 있어서,
    제 2 위상반전막은 Hf을 포함하고 Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가로 구성되거나, 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가된 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  13. 제 3항에 있어서,
    제 2 위상반전막은 Al을 주성분으로 하며 Al의 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  14. 제 3항에 있어서,
    제 2 위상반전막은 Al을 포함하고 Hf, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가로 구성되거나, 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가된 질화물, 산화물, 탄화물, 질화산화물, 질화탄화물, 산화탄화물, 질화산화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  15. 제 2 내지 3항에 있어서,
    제 2 위상반전막이 DC 또는 RF 마그네트론 반응성 스퍼터링을 통해 형성되는 경우 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 불활성 가스를 사용하고, 산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3) 및 메탄(CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 반응성 가스를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  16. 제 2 내지 3항에 있어서,
    제 2 위상반전막의 투과율이 193nm 이상의 파장에서 10% 이상이며 위상반전의 경우 180도 미만인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  17. 제 2 내지 3항에 있어서,
    제 1 위상반전막과 제 2 위상반전막은 기능상의 선택에 의해 석영기판을 기준으로 하여 석영기판 위에 제 1 위상반전막 위에 제 2 위상반전막의 형성이 가능하거나 제 2 위상반전막이 먼저 형성되고 제 2 위상반전막 위에 제 1 위상반전막을 형성하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  18. 제 3항에 있어서,
    차광막 및 반사방지막은 Hf, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가로 구성되거나, 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가된 질화물, 탄화물, 질화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  19. 제 2항에 있어서,
    차광막 및 반사방지막은 Al, Si, P, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Tl, Pb, 란탄족(lanthanide) 원소, 악티늄족(actinoid) 원소 중에서 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가로 구성되거나, 선택된 1종 혹은 선택된 2종 이상의 혼합된 물질이 추가된 질화물, 탄화물, 질화탄화물 중에서 선택된 화합물 형태인 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
  20. 제 2 내지 3항에 있어서,
    차광막이 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링을 통해 형성되는 경우 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 불활성 가스를 사용하고, 질소(N2), 암모니아(NH3) 및 메탄(CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 반응성 가스를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 위상반전 블랭크 마스크
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