KR20100102159A

KR20100102159A - 마스크 블랭크, 마스크 블랭크의 제조 방법 및 마스크의 제조 방법

Info

Publication number: KR20100102159A
Application number: KR1020107015720A
Authority: KR
Inventors: 타쿠미 오가와; 아키라 쿠라바야시; 고 히라모토
Original assignee: 알박 세이마쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-09-20
Also published as: JPWO2009084516A1; CN101910941A; US20100273098A1; TW200937110A; WO2009084516A1

Abstract

고 해상도를 가지면서 전사 패턴의 형상 불량 없이 형성되는 마스크 블랭크가 제공된다. 마스크 블랭크(10)는 투명 기판(11), 상기 투명 기판(11)상에 위치하는 식각 대상막(14), 상기 식각 대상막(14) 상에 위치하며 제1 화학증폭형 레지스트를 사용하여 형성되는 억제막(20) 및 상기 억제막(20) 상에 위치하며 제2 화학증폭형 레지스트를 사용하여 형성되는 마스크 막(15)을 포함한다. 마스크 막(15)은 노광 광 수용 시, 상기 제2 화학증폭형 레지스트에 의해 산을 발생시키며 현상액에 대해 마스크 막(15)의 용해도를 변화시키는 작용을 한다. 억제막(20)은 마스크 막(15)을 통과한 상기 노광 광 수용 시, 상기 제1 화학증폭형 레지스트에 의해 산을 발생시키며 상기 현상액에 대해 마스크 막(15)의 불용성을 획득하는 작용을 한다.

Description

마스크 블랭크, 마스크 블랭크의 제조 방법 및 마스크의 제조 방법{MASK BLANK, PRODUCTION METHOD OF MASK BLANK AND PRODUCTION METHOD OF MASK}

본 발명은 마스크 블랭크, 마스크 블랭크의 제조 방법 및 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 기술에 있어서, 투명 기판 상에 광차단 전사 패턴을 포함하는 포토마스크가 사용되어 다양한 종류의 패턴들을 소형화할 수 있다. 상기 포토마스크의 상기 전사 패턴은 광차단막 상에 레지스트 마스크를 형성하고 이를 상기 투명 기판에 적용하며, 상기 레지스트 마스크를 사용하여 상기 광차단막을 패터닝함으로써 획득된다. 종래 기술에서는 화학증폭형 레지스트가 상기 레지스트 마스크에 활용되는 물질로서 사용되어 해상도와 같은 패터닝 특성 및 상기 광차단막의 처리량(throughput)을 향상시켜 왔다.

상기 화학증폭형 레지스트는 베이스 수지 및 산 발생제를 포함하는 화합물로서 상기 산 발생제가 노광시에 촉매 물질로서 기능하여 산을 발생시킨다. 상기 노광에 의해 발생한 상기 산은 가열되어 관능기 혹은 관능성 물질과 반응하여 상기 베이스 수지의 용해도에 영향을 미치고, 따라서 상기 레지스트 물질은 레지스트 기능을 획득할 수 있다. 다시 말하면, 상기 노광에 의해 발생한 상기 산은 네거티브형 레지스트의 가교반응을 진행시키며, 포지티브형 레지스트의 분해반응을 진행시킨다. 따라서 상기 화학증폭형 레지스트는 적은 노광량으로 레지스트를 패터닝할 수 있다.

화학증폭형 레지스트를 상기 레지스트 물질로서 사용 시에, 베이스 수지는 상기 광차단막의 표면에 존재할 수 있으며, 노광에 의해 발생한 산은 레지스트 막과 상기 광차단막의 계면에서 상기 광차단막으로 확산될 수 있다. 이는 상기 노광에 의해 발생한 산의 촉매 작용을 손상시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 광차단막 표면과 인접한 위치에서 상기 레지스트 막의 해상도가 감소할 수 있으며, 레지스트 마스크 내에 심각한 형상 불량이 발생할 수 있다. 예를 들면, 포지티브형 레지스트에서는 상기 레지스트 마스크가 상기 광차단막 표면 근처에서 퍼지는 형상 불량이 발생할 수 있으며, 네거티브형 레지스트에서는 상기 광차단막의 표면 근처에서 상기 레지스트 마스크가 작아지는 형상 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 포토마스크 제조 기술에 있어서 상기 형상 불량의 문제들을 해결하기 위한 다양한 수단들이 제안되어 왔다.

특허문헌 1에서는, 실리사이드 물질로 형성된 고밀도의 무기막이 광차단막과 화학증폭형 레지스트 사이에 억제막으로서 배치된다. 상기 억제막은 산의 상기 광차단막으로의 확산을 억제하는 역할을 한다. 이에 따라, 레지스트 마스크의 형상 불량을 억제할 수 있다. 또한, 특허문헌 2에서는 상기 레지스트 마스크에 대하여 보다 높은 식각율을 갖는 유기물질로부터 형성된 억제막이 상기 광차단막과 상기 화학증폭형 레지스트 사이에 배치된다. 이는 상기 억제막과 상기 레지스트 마스크 사이에서 선택비를 갖도록 하여 상기 억제막의 식각시에 상기 레지스트 마스크의 변형이 억제되며, 광차단막이 보다 높은 해상도를 가지고 패터닝될 수 있다.

그러나, 상기 억제막으로서 무기막을 사용시, 상기 레지스트 마스크의 형상 및 상기 광차단막의 표면 거칠기에 따라 상기 무기막의 밀도가 변화한다. 이는 상기 레지스트 마스크 형상에 있어 큰 편차를 초래하며, 결과적으로 전사패턴 형상의 편차를 초래한다. 더욱이, 상기 전사 패턴을 형성하기 위해, 상기 억제막을 패터닝하고 제거하는 공정들이 추가적으로 요구된다. 이는 포토마스크를 제조하기 위한 공정들의 수를 증가시키며 상기 포토마스크의 생산성을 크게 약화시킨다.

상기 억제막으로서 유기 물질을 사용시, 유기막의 밀도가 무기막보다 낮으므로, 상기 광차단막으로의 산의 확산이 충분히 억제될 수 없다. 더욱이, 상기 광차단막으로부터 베이스 성분들의 침투현상이 억제되기 어렵다. 따라서, 유기 물질로부터 형성된 억제막은 산 확산과 베이스 침투현상을 방지하기 위해, 예를 들면, 30nm 혹은 그 이상의 두께를 요구한다. 따라서, 무기막을 사용하는 경우보다 막 두께를 감소시키는 것이 더 곤란하며, 상기 억제막의 두께를 감소시키는 경우에는 레지스트 마스크의 형상 불량이 발생할 수 있다. 한편, 상기 억제막의 두께를 증가시키는 경우, 상기 레지스트 마스크는 크게 식각되며, 상기 레지스트 마스크를 사용하여 상기 억제막을 식각하는 경우 상기 광차단막의 해상도가 급격히 감소한다.

특허문헌 1: 일본공개특허공보 제2003-107675호

특허문헌 2: 일본공개특허공보 제2007-171520호

본 발명의 목적은, 형상 불량을 발생시키지 않으면서 고해상도를 갖는 전사 패턴을 형성할 수 있는 마스크 블랭크, 마스크 블랭크의 제조방법 및 마스크의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제1 측면에 따르면 마스크 블랭크가 제공된다. 상기 마스크 블랭크는 투명 기판, 상기 투명 기판 상에 위치하는 식각 대상막, 상기 식각 대상막 상에 위치하며 제1 화학증폭형 레지스트를 사용하여 형성되는 억제막 및 상기 억제막 상에 위치하며 제2 화학증폭형 레지스트를 사용하여 형성되는 마스크 막을 포함한다. 상기 마스크 막은 노광 시에 상기 제2 화학증폭형 레지스트에 의해 산을 발생시키며, 현상액에 대하여 상기 마스크 막의 용해도를 변화시키는 작용을 한다. 상기 억제막은 상기 마스크 막을 통과한 노광 광 수용 시, 상기 제1 화학증폭형 레지스트에 의해 산을 발생시키며 상기 현상액에 대하여 상기 마스크 막의 불용성을 획득하는 작용을 한다.

본 발명의 제2 측면에 따르면 마스크 블랭크의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법은 투명기판에 식각 대상막을 형성하는 단계, 제1 화학증폭형 레지스트를 사용하여 상기 식각 대상막 상에 억제막을 형성하는 단계 및 제2 화학증폭형 레지스트를 사용하여 상기 억제막 상에 마스크 막을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 마스크 막을 형성하는 단계는 상기 제2 화학증폭형 레지스트를 상기 억제막에 적용하는 단계 및 상기 제2 화학증폭형 레지스트로부터 용매를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 억제막을 형성하는 단계는 상기 제1 화학증폭형 레지스트를 상기 식각 대상막에 적용하는 단계 및 상기 제1 화학증폭형 레지스트를 가열하여 용매를 제거하는 단계를 포함한다. 상기 억제막은 상기 마스크 막을 노광하는 노광 광의 수용 시, 상기 제1 화학증폭형 레지스트에 의해 상기 마스크막이 현상액에 대하여 불용성을 획득하도록 하는 작용을 한다.

본 발명의 제3 측면에 의하면 마스크의 제조방법에 제공된다. 상기 제조 방법은 본 발명의 상기 제2 측면에 따른 마스크 블랭크 제조 방법에 따라 마스크 블랭크를 제조하는 단계, 노광 광에 의해 상기 마스크 블랭크의 마스크 막을 조사함으로써 레지스트 마스크를 형성하는 단계 및 상기 레지스트 마스크를 사용하여 상기 마스크 블랭크의 억제막 및 식각 대상막을 식각함으로써 전사 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 상기의 측면들 및 다른 측면들과 이점들은 수반하는 도면들과 함께 하기의 본 발명의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 마스크 블랭크를 나타내는 단면도이다.
도 2는 상기 마스크 블랭크를 나타내는 단면도이다.
도 3은 상기 마스크 블랭크의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 마스크의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 상기 마스크 제조 방법의 일 단계를 나타내는 도면이다.
도 6은 상기 마스크 제조 방법의 일 단계를 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 7b는 각각 실시예 및 비교예의 전사 패턴들을 나타내는 SME 이미지들이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 블랭크(10)에 대해 도면들을 참조하여 논의될 것이다. 도 1 및 도 2는 각각 마스크 블랭크(10)를 나타내는 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 마스크 블랭크(10)는 투명 기판(11)상에 노광 광을 차단하는 광차단막(12) 및 노광 광의 반사를 방지하는 반사방지막(13)을 포함한다. 본 발명의 실시예에 있어, 광차단막(12) 및 반사방지막(13)은 식각 대상막 역할을 하는 하층막(14)을 형성한다.

투명 기판(11)으로써 예를 들면 합성 실리카 기판이 사용될 수 있다. 광차단막(12)으로써 예를 들면 크롬이 사용될 수 있다. 반사방지막(13)으로써 예를 들면 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 티타늄, 바나듐 및 지르코늄으로 구성된 그룹에서 선택된 하나의 산화물, 질화물, 탄화물 혹은 산질화물이 사용될 수 있다.

마스크 막(15)은 화학증폭형 포토레지스트를 사용하여 형성되며 마스크 블랭크(10)의 최상위 막으로써 배치된다. 억제막(20)은 마스크 막(15)의 해상도가 감소하는 것을 방지하며, 화학증폭형 포토레지스트를 사용하여 형성되고 마스크 막(15)과 하층막(14) 사이에 배치된다.

본 발명의 실시예에서, 마스크 막(15) 형성을 위한 상기 화학증폭형 레지스트는 마스크 레지스트로 지칭되며, 억제막(20) 형성을 상기 화학증폭형 레지스트는 억제 레지스트로 지칭된다.

화학증폭형 레지스트는 현상액으로 작용하는 알칼리 용액에 대해 용해도를 변화시키는 베이스 수지 및 노광 시에 산을 발생시키는 산 발생제를 포함한다. 예를 들면, 술포늄(sufonium)염 산 발생제 및 요오도늄(iodonium)염 산 발생제와 같은 오늄(onium)염 산 발생제, 옥심 술폰산(oxime sufonate) 산 발생제 혹은 이미드-술폰산(imide-sulfonate) 산 발생제가 상기 산 발생제로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 파라-히드록시 스티렌 수지 및 이의 유도체가 상기 베이스 수지로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 포지티브형 레지스트에 있어서, 파라-히드록시 스티렌 수지의 히드록실기 부분이 알칼리 불용성 구조를 갖는 아세탈 보호기에 의해 치환된 구조가 사용될 수 있다. 네거티브형 레지스트에 있어서, 알칼리에 가용성인 파라-히드록시 스티렌 수지 및 가교제의 혼합물이 사용될 수 있다. 예를 들면, 50kV로 가속된 전자 빔 혹은 257nm 파장을 갖는 DUV 레이저 광이 노광 광원으로 사용될 수 있다.

상기 화학증폭형 레지스트는 유기용매를 포함한 상태의 대상체에 적용되어 상기 유기용매를 제거함으로써 고형화된다. 상기 화학증폭형 레지스트는 고형화된 때부터 노광 광을 흡수하여 상기 산 발생제가 산을 발생하게 된다. 이는 상기 베이스 수지의 치환기와 산의 반응, 상기 가교제와 산의 반응 및 기타 유사한 반응을 통해 상기 베이스 수지의 알칼리 용해도를 변화시킨다. 케톤, 알코올, 에테르, 에스테르 및 기타 유사한 화합물들이 상기 유기 용매로서 사용될 수 있다.

마스크 막(15)은 상기 마스크 레지스트에 포함된 상기 유기 용매가 제거되고 가열을 통해 고형화된 막이다. 마스크 막(15)은 억제막(20)에 적용된 상기 마스크 레지스트를 가열함으로써 형성된다. 마스크 막(15)은 500nm 혹은 그 이하, 바람직하게는 400nm 혹은 그 이하의 두께를 가지며, 더욱 바람직하게는 초미세 전사 패턴을 형성하기 위해 300nm 혹은 그 이하의 두께를 갖는다. 알칼리 불용성인 베이스 수지를 포함하며 노광 광을 흡수하여 알칼리 가용성이 되는 포지티브형 레지스트가 상기 마스크 레지스트로서 사용될 수 있다. 이와 다르게, 알칼리 가용성 베이스 수지를 포함하며 노광 광을 흡수하여 알칼리 불용성이 되는 네거티브형 레지스트가 상기 마스크 레지스트로서 사용될 수 있다.

마스크 막(15)은 레지스트 마스크 형성 공정(마스크 제조 공정)에서 노광 시에 상기 산 발생제에 의해 산을 발생시킨다. 마스크 막(15)은 상기 노광 시에 발생한 산과 상기 베이스 수지의 용해도에 영향을 미치는 관능기 혹은 관능성 물질 사이의 반응을 유도하여 마스크 막(15)은 알칼리 불용성 혹은 알칼리 가용성을 획득하게 된다.

억제막(20)은 가교 결합된 베이스 수지에 의해 형성되며 산 발생제를 포함한다. 억제막(20)은 하층막(14)에 적용된 억제 레지스트를 과열함으로써 형성된다. 보다 구체적으로, 억제막(20)은 가열을 통해 상기 억제 레지스트로부터 유기 용매를 제거함으로써 형성되며 추가 가열을 통해 상기 억제 레지스트에 포함된 상기 베이스 수지를 가교 결합시킴으로써 형성된다. 억제막(20)은 마스크 막(15)보다 충분히 작은 두께를 갖는다. 예를 들면, 억제막(20)은 1nm 내지 200nm, 바람직하게는 1nm 내지 50nm, 더욱 바람직하게는 1nm 내지 30nm의 두께를 갖는다. 알칼리 수용성인 베이스 수지를 포함하며 베이킹(가열) 및 추가 노광을 통해 알칼리 불용성이 되는 네거티브형 레지스트가 상기 억제 레지스트로서 사용될 수 있다.

억제막(20)은 전사 패턴 형성 공정(마스크 제조 공정)에 있어서 노광 시에 상기 산 발생제에 의해 산을 발생시킨다. 억제막(20)은 상기 산 발생제에 의해 발생한 산을 마스크 막(15) 및 억제막(20) 사이에서 상호 확산시킨다. 억제막(20) 내에서 상기 베이스 수지는 가교결합 되어 있으므로 고밀도를 갖는다. 결과적으로, 억제막(20)은 마스크 막(15)으로부터 산의 확산을 억제하며, 하층막(14)으로부터 상기 베이스의 침투를 억제한다. 이로써, 마스크 막(15) 내의 산의 감소를 방지할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 마스크 블랭크(10)는 투명기판(11) 및 하층막(14) 사이에 노광 광의 위상을 반전시키는 위상 반전 하프톤 막(21)을 포함할 수 있다. 다양한 공지의 하프톤 막들, 예를 들면, 크롬 포함 막(CrO, CrF 등), 몰리브덴 포함 막(MoSiON, MoSiN, MoSiO 등), 텅스텐 포함 막(WSiON, WSiN, WSiO 등), 및 실리콘 포함 막(SiN 등) 들이 위상 반전 하프톤 막(21)으로서 사용될 수 있다.

마스크 블랭크(10)는 탄탈륨 혹은 크롬을 포함하는 흡수체 막을 구비하여 다층 반사막 혹은 버퍼막 상에 전사 패턴을 형성한다. 상기 흡수체 막은 하층막(14)으로 사용될 수 있다. 마스크 블랭크(10)는 또한 크롬 혹은 이와 유사한 물질을 포함하는 전사 패턴 형성 박막을 구비하여 상기 전사 패턴을 형성한다. 상기 전사 패턴 형성 박막은 하층막(14)으로 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 마스크 블랭크(10)는 포토마스크 블랭크, 위상 반전 마스크 블랭크, 반사 마스크 블랭크 및 임프린트(imprint) 전사 기판을 포함한다.

하기에서 마스크 블랭크(10)의 제조 방법이 설명될 것이다. 상기 마스크 블랭크의 제조 공정에 있어서 본 발명의 특징인 억제막(20)의 형성 단계는 마스크 블랭크의 종류에 관계없이 동일하다. 반면, 하층막(14)의 형성 단계는 마스크 블랭크의 종류에 따라 상이하다. 따라서, 도 1에 도시된 마스크 블랭크(10)의 제조방법이 논의될 것이다.

도 3은 상기 마스크 블랭크의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 마스크 블랭크(10)의 제조 방법에서는 먼저 스퍼터링(sputtering) 혹은 이와 유사한 공정을 수행하여 투명기판(11) 상에 하층막(14)을 형성한다(하층막 형성 단계 : S11). 하층막 형성 이후에 스핀 코팅 혹은 이와 유사한 공정을 수행하여 하층막(14)의 표면 상에 억제 레지스트의 도포 막을 형성한다(제1 도포 단계 : S12).

하층막(14) 표면 상에 상기 억제 레지스트 도포막을 형성한 이후에, 베이킹 장치를 사용하여 상기 억제 레지스트 도포막 상에 과 베이킹(exessive baking) 공정을 수행한다(제1 베이킹 단계 : S13). 상기 제1 베이킹 단계에서, 상기 억제 레지스트에 포함된 유기 용매가 가열에 의해 제거되고, 상기 억제 레지스트에 포함된 베이스 수지는 추가 가열에 의해 가교 결합된다. 이로써, 마스크 블랭크(10)의 제조 공정에 있어서 하층막(14) 표면상에 불용성인 억제막(20)이 형성된다. 상기 과 베이킹 공정은 후속의 제2 베이킹 단계에서 보다 고온 및/또는 긴 시간 하에 수행되는 가열 공정을 포함한다. 상기 제1 베이킹 단계에서, 일반적인 베이킹 공정(예를들면, 제2 베이킹 단계)보다 고온 및/또는 긴 시간 하에 수행되는 과열 공정에 의해 상기 마스크 레지스트의 후속 가열시 억제막(20)의 특성 편차가 억제된다. 따라서, 억제막(20)의 불용성은 마스크 블랭크(10)의 제조 공정 동안 바람직한 방식으로 유지된다.

억제막(20)이 형성되면, 스핀 코팅 혹은 이와 유사한 공정을 수행하여 억제막(20) 표면상에 마스크 레지스트 도포막을 형성한다(제2 도포 단계 : S14). 억제막(20) 표면상에 상기 마스크 레지스트 도포막을 형성한 후, 상기 베이킹 장치를 사용하여 상기 마스크 레지스트 도포막 상에 베이킹 공정을 수행한다(제2 베이킹 단계 : S15). 상기 제2 베이킹 단계에서, 상기 마스크 레지스트에 포함된 유기 용매는 가열을 통해 제거된다. 이로써, 억제막(20) 표면상에 마스크 막(15)이 형성된 마스크 블랭크(10)를 얻을 수 있다.

다음으로 마스크 블랭크(10)를 사용한 마스크의 제조 방법이 논의될 것이다. 본 발명의 특징인 억제막(20)은 마스크 블랭크의 종류에 관계없이 동일하며, 하층막(14)은 마스크 블랭크의 종류에 따라 상이하다. 따라서, 도 1에 도시된 마스크 블랭크(10)를 사용한 마스크의 제조 방법이 하기에 설명될 것이다.

도 4는 상기 마스크의 제조 방법을 나타내는 흐름도이며, 도 5 및 도 6은 상기 마스크의 제조 방법 단계들을 나타내는 도면들이다. 상기 마스크 레지스트로 포지티브 형을 사용하는 경우, 네거티브 형을 사용하는 경우와 유사한 단계들이 수행된다. 상기 억제 마스크 레지스트로 네거티브 형을 사용하는 경우 및 상기 마스크 레지스트로 포지티브 형을 사용하는 경우가 하기에 설명될 것이다.

도 4를 참조하면, 상기 마스크 제조 방법에 있어서, 도 5에 도시된 바와 같이 먼저 노광 장치를 사용하여 소정의 파장을 갖는 노광 광(L)으로 마스크 막(15)의 노광 영역(EA)을 조사한다. 그 후, 베이킹 장치를 사용하여 노광된 마스크 막(15) 상에 베이킹 공정을 수행한다(노광 단계 : S21).

상기 단계에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 마스크 막(15)의 노광 영역(EA) 상기 산 발생제는 상기 노광 광을 수용하여 산을 발생시킨다. 베이킹 공정은 상기 노광에 의해 발생한 산이 관능기 혹은 관능성 물질과 반응하여 베이스 수지의 용해도에 영향을 미침으로써 노광 영역(EA)이 알칼리 수용성을 획득하도록 한다. 노광 영역(EA) 바로 하부에 위치한 억제막(20)은 마스크 막(15)을 통과한 노광 광(L)에 의해 조사되고 상기 산 발생제에 의해 산이 발생된다. 상기 산은 억제막(20) 내의 베이스 수지의 가교 결합을 보다 증진시킴으로써, 억제막(20)의 불용성을 심화시킨다. 따라서, 노광 영역(EA)의 바로 하부에 위치한 억제막(20)은 상기 산 발생제에 의해 발생한 산이 마스크 막(15) 및 억제막(20) 사이에서 상호 확산하도록 하며 하층막(14)으로부터 베이스 확산을 억제한다.

결과적으로, 억제막(20)은 마스크 막(15)의 계면에서 마스크 막(15)내 산의 감소를 억제하면서 마스크 막(15)이 전체 노광 영역(EA)에 걸쳐 균일한 알칼리 수용성을 획득하도록 유도한다. 게다가, 억제막(20)은 상기 산의 상호 확산에 의해 노광 영역(EA)에서 상기 산의 농도를 유지시킨다, 따라서, 억제막(20)의 두께가 노광 영역(EA)에서 마스크 막(15)으로부터의 산의 확산을 막기 위해 단지 억제막(20)의 두께 혹은 밀도에 의존할 때와 비교하여 급격히 감소할 수 있다.

마스크 막(15)상에 상기 노광 공정을 수행한 후, 상기 현상 장치를 사용하여 전체 마스크 막(15)에 현상액을 공급한다(현상 단계 : S22).

상기의 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 현상액은 마스크 막(15)의 전체 노광 영역(EA)을 용출시키며 노광 영역(EA)을 제외한 영역(하기에서는 이를 레지스트 마스크(15P)로 간단히 지칭한다.)은 억제막(20) 상에 유지된다. 상기 현상액은 억제막(15) 내의 베이스 수지가 상기 과 베이킹 공정 및 노광 광(L)에 의해 발생한 억제막(15) 내의 산에 의해 가교 결합되므로 마스크 막(15)의 용출과 관계없이 억제막(15)을 용출시키지 않는다. 이는 마스크 막(15)의 노광 영역(EA)에 존재하는 산의 감소를 억제한다. 따라서, 억제막(20)과의 계면에서 마스크 막(15)의 해상도(패터닝 특성)가 향상될 수 있다.

마스크 막(15)상에 상기 현상 공정을 수행한 이후에, 식각 장치를 사용하여 전체 마스크 블랭크(10)에 걸쳐 식각 공정을 수행한다(식각 단계 : S23).

상기의 경우에, 할로겐 족 및 산소를 포함한 혼합 가스가 하층막(14)을 식각하기 위한 식각 가스로 선택된다. 노광 영역(EA)으로부터 노출된 억제막(20)에 해당하는 영역은 산소를 포함하는 상기 식각 가스에 노출됨으로써 제거된다. 노광 영역(EA)의 바로 하부에 위치한 하층막(14) 부분은 바로 상부에 위치한 억제막(20)에 해당하는 영역이 제거됨으로써 제거 혹은 식각된다. 결과적으로, 마스크 블랭크(10)의 노광 영역(EA)을 제외한 영역내에 전사 패턴이 형성된다.

이로써, 고 해상도를 갖는 마스크 막(15)을 형성할 수 있다. 따라서, 억제막(20)은 고 해상도로 식각되며, 하층막(14) 역시 고 해상도로 식각된다. 게다가, 억제막(20)의 두께가 작으므로 레지스트 마스크(15P)의 형상이 식각 공정동안 유지될 수 있다. 따라서, 하층막(14)은 보다 고 해상도로 식각되며, 상기 전사 패턴과 관련한 형상 불량들이 억제된다.

(실시예 1)

0.25 인치의 두께를 가지며 6 평방인치의 넓이를 갖는 합성 실리카 기판이 투명기판(11)으로 사용되었다. 스퍼터링 공정을 통해 투명기판(11)상에 크롬막을 형성하여 하층막(14)을 획득하였다(하층막 형성 단계).

추가적으로, 스핀 코팅 공정을 통해 상기 크롬막 상에 네거티브형 화학증폭형 레지스트(후지 필름 전자재료사 제조 : FEN-270)를 도포하여 10nm 두께의 도포막을 형성하였다(제1 도포 단계). 이후에, 핫 플레이트(hot plate)를 사용하여 상기 억제 레지스트의 상기 도포막 상에 200℃ 온도로 15분 동안 과 베이킹 공정을 수행하여 억제막(20)을 획득하였다(제1 베이킹 단계).

포지티브형 화학증폭형 레지스트(후지 필름 전자재료사 제조 : FEP-171)를 사용한 스핀 코팅 공정을 통해 억제막(20) 상에 300nm의 도포막을 형성하였다. 그 후에, 상기 핫 플레이트를 사용하여 상기 마스크 레지스트의 상기 도포막 상에 145℃의 온도로 15분동안 베이킹 공정을 수행하여 마스크 막(15)를 형성함으로써, 제1 실시예의 마스크 블랭크(10)를 획득하였다(제2 베이킹 단계).

그 후, 상기 실시예 1의 마스크 블랭크(10)는 50kev 의 전자 빔 노광 장치를 사용하여 노광된 후, 추가로 노광된 마스크 블랭크(10) 상에 베이킹 공정을 수행하였다(노광 단계). 다음에, 현상 공정을 수행하여 100nm/100nm 및 200nm/200nm의 라인/스페이스(L/S) 디자인 룰을 따르는 레지스트 마스크(15P)를 획득하였다. 도 7a는 100nm/100nm의 L/S 디자인 룰을 따르는 레지스트 마스크(15P)의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 나타낸다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 소위 "스커트(skirt) 형상"혹은 마스크 막(15)이 억제막(20)을 따라 퍼진 형상이 상기 실시예 1의 레지스트 마스크(15P)의 하부(도 7a에서 화살표로 지시된 부분)에서 관찰되지 않으며, 마스크 막(15)은 고 해상도를 갖는 것을 알 수 있었다.

상기 실시예 1의 레지스트 마스크(15P)를 사용하여 하층막(14) 상에 식각 공정을 수행함으로써 100nm/100nm 및 200nm/200nm의 L/S 디자인 룰을 따르는 전사 패턴을 획득하였다. 상기 100nm/100nm의 L/S 디자인 룰이 측정되는 전사 패턴과 관련된 SEM 이미지를 얻었다. 그 결과, 라인으로부터 10nm를 초과하는 편차가 상기 전사 패턴의 하부에서 관찰되지 않았으며, 하층막(14)은 마스크 막(15)과 동일한 방식으로 고 해상도를 갖는 것을 알 수 있었다.

(비교예 1)

상기 실시예 1의 상기 제1 도포 단계 및 상기 제1 베이킹 단계는 수행하지 않고 다른 단계들은 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 수행하여 비교예 1의 마스크 블랭크(10)을 획득하였다. 그 후, 상기 비교예 1의 마스크 블랭크는 50kev의 전자 빔 노광 장치를 사용하여 노광되었으며, 베이킹 공정 및 현상 공정들을 노광된 마스크 블랭크(10) 상에 수행하여 상기 비교예 1의 레지스트 마스크(15P)를 획득하였다. 도 7b는 100nm/100nm의 L/S 디자인 룰을 따르는 레지스트 마스크(15P)의 SEM 이미지를 나타낸다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 하층막(14)를 따라 마스크 막(15)이 퍼진 "스커트 형상"이 상기 비교예 1의 레지스트 마스크(15P)의 하부(도 7b에서 화살표로 지시된 부분)에서 관찰되었으며, 상기 비교예 1의 마스크 막(15)의 해상도는 상기 실시예 1에 비해 매우 열등한 것으로 나타났다.

상기 비교예 1의 레지스트 마스트(15P)를 사용하여 하층막(14) 상에 식각 공정을 수행함으로써 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 100nm/100nm 및 200nm/200nm의 L/S 디자인 룰을 따르는 전사 패턴을 획득하였다. 상기 L/S 디자인 룰이 100nm/100nm인 상기 전사 패턴과 관련된 SEM 이미지가 관찰되었다. 그 결과, 라인으로부터 약 30nm의 편차가 상기 전사 패턴의 하부에서 관찰되었으며, 상기 비교예 1의 하층막(14)의 해상도는 마스크 막(15)과 유사하게 상기 실시예 1에 비해 매우 열등한 것으로 나타났다.

(비교예 2)

상기 제1 도포 단계에서, 산 발생제를 포함하지 않은 레지스트 베이스 막 형성 물질(니산 케미컬 산업사 제조의 반사 방지막 형성 물질 : ARC29A)을 사용하여 10nm의 도포막을 형성하였다. 다른 단계들은 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 수행되어 비교예 2의 마스크 블랭크(10)을 획득하였다.

그 후, 상기 비교예 2의 마스크 블랭크는 50kev의 전자 빔 노광 장치를 사용하여 노광되었으며, 노광된 마스크 블랭크(10) 상에 베이킹 공정 및 현상 공정을 수행하여 상기 비교예 2의 레지스트 마스크(15P)를 획득하였다. 상기 비교예 2의 레지스트 마스크(15P)의 SEM 이미지가 관찰되었다. 그 결과, 상기 비교예 2의 마스크 막(15)은 상기 비교예 1의 마스크 막(15)과 유사하게 상기 실시예 1과 비교하여 매우 열등한 것으로 나타났다.

이후에, 상기 비교예 2의 레지스트 마스크(15P)를 사용하여 하층막(14)상에 식각 공정을 수행함으로써 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 전사 패턴을 획득하였다, 상기 비교예 2의 상기 전사 패턴의 SEM 이미지 측정 결과, 상기 비교예 2의 하층막(14)의 해상도는 상기 비교예 1과 유사하게 상기 실시예 1과 비교하여 매우 열등한 것으로 나타났다.

본 발명의 실시예에 따른 마스크 블랭크(10)은 하기의 이점을 가지고 있다.

(1) 마스크 막(15)은 마스크 레지스트를 사용하여 형성되며 노광 광(L)을 수용 시, 상기 마스크 레지스트에서 산을 발생시킨다. 이는 현상액에 대해 마스크 막(15)의 용해도를 변화시킨다. 억제막(20)은 억제 레지스트를 사용하여 형성되며 마스크 막(15)을 통과한 노광 광(L)에 노출 시, 상기 억제 레지스트에서 산을 발생시킨다. 이는 현상액에 대해 마스크 막(15)이 불용성을 갖도록 한다.

이에 따라, 억제막(20)의 두께, 억제막(20)의 밀도 및 억제막(20)의 산 농도는 노광 영역(EA) 내 마스크 막(15)에서의 산 농도의 변화를 억제한다. 이로써, 전체 노광 영역(EA) 내 마스크 막(15)의 용해도가 균일하게 유지된다. 결과적으로 마스크 블랭크(10)는 억제막(20)의 두께 및 억제막(20)의 밀도를 이용해 마스크 막(15)의 산 농도 변화를 억제하는 경우와 비교하여 더 얇은 억제막(20)을 포함할 수 있다. 따라서, 하층막(14)의 패터닝 불량이 마스크 블랭크(10)내 산 농도 변화를 억제함으로써 방지되며, 하층막(14)의 해상도가 억제막(20)의 두께를 감소시킴으로써 향상된다.

(2) 노광 광(L)에 의해 산을 발생시키는 화학증폭형 레지스트를 "억제 레지스트"로 사용하는 것에 추가하여, 억제막(20)은 상기 억제 레지스트 상에 과 베이킹 공정을 수행함으로써 형성된다. 따라서, 마스크 블랭크(10)의 제조 단계에서 억제막(20)의 불용성을 획득할 수 있다.

(3) 억제막(20)의 두께는 1nm 내지 200nm를 갖도록 형성된다. 따라서, 억제막(20)의 두께 감소로 인해 하층막(14)의 해상도 향상이 보장된다.

(4) 마스크 막(15) 및 억제막(20)은 상기 화학증폭형 레지스트를 사용하여 형성된다. 이는 마스크 막(15)과 억제막(20) 사이의 접착성 및 억제막(20)과 하층막(14) 사이의 접착성을 강화시킨다.

상술한 실시예는 하기에 설명한 바와 같이 변형될 수 있다.

반사 방지막(13)은 반투명막으로 대체할 수 있다. 또한, 하층막(14)은, 예를 들면, 광차단막(12) 혹은 상기 반투명막만을 포함하는 단일막일 수 있다. 하층막(14)에서 광차단막(12) 및 상기 반투명막의 적층 순서는 제한되지 않는다. 예를 들면, 광차단막(12)이 상기 반투명막 상에 적층될 수도 있다.

10 : 마스크 블랭크
11 : 투명 기판
12 : 광차단막
13 : 반사 방지막
14 : 하층막
15 : 마스크 막
15P : 레지스트 마스크
20 : 억제막

Claims

투명 기판;
상기 투명 기판 상에 위치한 식각 대상막;
상기 식각 대상막 상에 위치하며 제1 화학증폭형 레지스트를 사용하여 형성되는 억제막; 및
상기 억제막 상에 위치하며 제2 화학증폭형 레지스트를 사용하여 형성되는 마스크 막을 포함하고,
상기 마스크 막은 노광 광 수용 시, 상기 제2 화학증폭형 레지스트에 의해 산을 발생시키고 현상액에 대하여 상기 마스크 막의 용해도를 변화시키는 작용을 하며,
상기 억제막은 상기 마스크 막을 통과한 상기 노광 광 수용 시, 상기 제1 화학증폭형 레지스트에 의해 산을 발생시키고, 상기 현상액에 대하여 상기 마스크 막의 불용성을 획득하는 작용을 하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제 1 항에 있어서, 상기 억제막은 1nm 내지 200nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 화학증폭형 레지스트는
상기 제1 화학증폭형 레지스트를 고형화시키는 용매;
상기 노광 광에 대해 산을 발생시키는 산 발생제; 및
상기 현상액에 대해 수용성을 획득하는 베이스 수지 및 가교제의 혼합물을 포함하며,
상기 억제막은 상기 용매를 제거함으로써 형성되며, 상기 노광 광에 의해 발생하는 산과 상기 가교제의 반응을 통해 가교 결합된 베이스 수지를 형성하는 작용을 하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제 1 항에 있어서, 상기 억제막은 상기 노광 광을 수용하기 전에 상기 제2 화학증폭형 레지스트에 의해 가열되어 불용성을 획득하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 억제막 형성을 위한 상기 제1 화학증폭형 레지스트는 네거티브형인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
투명 기판상에 식각 대상막을 형성하는 단계;
상기 식각 대상막 상에 제1 화학증폭형 레지스트를 사용하여 억제막을 형성하는 단계; 및
제2 화학증폭형 레지스트를 사용하여 상기 억제막 상에 마스크 막을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 마스크 막을 형성하는 단계는 상기 억제막 상에 상기 제2 화학증폭형 레지스트를 적용하는 단계 및 상기 제2 화학증폭형 레지스트로부터 용매를 제거하는 단계를 포함하며,
상기 억제막을 형성하는 단계는 상기 식각 대상막 상에 상기 제1 화학증폭형 레지스트를 적용하는 단계 및 상기 제1 화학증폭형 레지스트를 가열하여 상기 제1 화학증폭형 레지스트로부터 용매를 제거하는 단계를 포함하고,
상기 억제막은 상기 마스크 막을 노광하는 노광 광 수용 시, 상기 제1 화학증폭형 레지스트에 의해 현상액에 대한 상기 마스크 막의 불용성을 획득하는 작용을 하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크의 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 억제막을 형성하는 단계는 상기 제1 화학증폭형 레지스트로부터 상기 용매를 제거한 후에 상기 제1 화학증폭형 레지스트를 추가로 가열함으로써 불용성을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크의 제조 방법.
제 6 항의 마스크 블랭크 제조 방법을 사용하여 마스크 블랭크를 제조하는 단계;
노광 광으로 상기 마스크 블랭크의 상기 마스크 막을 조사하여 레지스트 마스크를 형성하는 단계; 및
상기 레지스트 마스크를 사용하여 상기 마스크 블랭크의 상기 억제막 및 상기 식각 대상막을 식각하여 전사 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 마스크의 제조 방법.