KR20110016727A - 블랭크 마스크 및 이를 이용하여 제조되는 포토마스크 - Google Patents

Abstract

포토마스크의 단독패턴 (Iso Pattern)과 조밀패턴 (Dense Pattern)에 의해 발생하는 로딩 효과 (Loading Effect)를 저감하기 위해 투명기판위에 선택적으로 금속막, 하드마스크막, 포토레지스트를 형성하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 금속막은 건식 식각 시 로딩 효과를 저감하기 위해 600Å 이하의 두께를 가지며, 단일막 또는 2층막 이상으로 구성될 수 있다. 상기의 블랭크 마스크는 로딩효과를 저감하기 위해 금속막에서의 평탄도를 1um 이내로 조절하기 위하여 금속막을 구성하는 원소 중 실리사이드(Silicide) 조성비가 30~80at% 이내인 것을 특징으로 한다. 이를 통해 우수한 평탄도를 가지는 금속막 형성을 통해 건식 식각 시 금속막과 식각 라디칼 이온의 거리차이에 의해 발생하는 로딩 효과가 저감되는 우수한 품질의 블랭크 마스크를 제조할 수 있다.

블랭크 마스크, 포토마스크, 하드마스크, 금속막, 박막 응력, 평탄도, 조성비, 로딩효과

Description

블랭크 마스크 및 이를 이용하여 제조되는 포토마스크{BLANK MASK AND PHOTO MASK FABRICATED USING IT}

본 발명은 반도체 집적회로 (Integrated Circuit), 전하 결합소자 (Charge Coupled Device), 액정 표시 소자 (Liquid Crystal Display), 컬러 필터 (Color Filter) 등의 미세가공에 사용되는 포토마스크 (Photomask)의 소재가 되는 포토마스크 블랭크 (Photomask Blank) 및 그것을 이용한 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다. 특히 본 발명에 의한 블랭크 마스크는 90nm급 이하 특히, 45nm급 이하에서 적용이 가능한 블랭크 마스크 제조방법 및 그를 이용한 포토마스크 제조방법에 관한 것이다.

오늘날 대규모 집적회로의 고집적화에 수반하는 회로패턴의 미세화 요구에 맞춰, 고도의 반도체 미세공정 기술이 매우 중요한 요소로 자리 잡고 있다. 집적회로의 경우 저전력, 고속동작을 위해 회로 배선이 미세화 되고 있고, 층간 연결을 위한 컨택트 홀 패턴 (Contact Hall Pattern) 및 집적화에 따른 회로 구성 배치 등에 대한 기술적 요구가 점점 높아지고 있다. 따라서 이러한 요구들을 충족시키기 위해서는 광 리소그래피 (Photo Lithography)로 사용되는, 회로패턴 (Pattern)이 기록되는 포토마스크 (Photomask)의 제조에 있어서도, 상기 미세화를 수반하고, 보다 정밀한 회로 패턴 (Pattern)을 기록할 수 있는 기술이 요구된다.

일반적으로 블랭크 마스크 및 포토마스크의 제조방법은 투명기판 또는 투명기판에 위상반전막이 적층된 기판위에 차광막과 반사방지막을 적층한 다음 포토레지스트를 코팅한 후 노광, 현상, 식각 및 스트립 공정을 통하여 패턴을 형성하게 되는데, 종래의 블랭크 마스크 및 포토마스크는 포토레지스트의 두께가 두껍기 때문에 포토레지스트에 동일한 크기로 노광 되더라도 식각시 매크로 로딩 효과 (Macro Loading Effect) 및 마이크로 로딩 효과 (Micro Loading Effect)가 발생하여 높은 집적 패턴과 낮은 집적 패턴의 크기 및 단독패턴과 조밀패턴의 크기가 서로 달라지는 문제점이 있었다. 상기의 문제점은 포토레지스트를 노광 및 현상 후 식각할 경우, 포토레지스트를 마스크로 하여 포토레지스트 하부의 막을 식각하게 되는데, 동일한 현상액, 식각액, 또는 식각 가스량에 대해 단위 면적당 반응하는 반응속도 및 제거속도가 패턴의 집적도가 높은 패턴이 상대적으로 집적도가 적은 패턴 또는 단독패턴보다 작으므로 식각이 잘 되지 않아 CD (Critical Dimension)의 차이가 나타나는 것으로 알려져 있다. 즉, 조밀 패턴 (Dense Pattern) 영역의 경우에는 패턴을 형성하고자 하는 영역보다 금속막을 식각하기 위한 식각 (Etching) 라디칼 (Radical)의 농도가 금속 패턴의 아래부분으로 갈수록 낮아지게 되고, 이에 의해 금속 패턴의 Top CD와 Bottom CD 간의 차이가 발생하게 되며, 반면에 독립 패턴(Isolated Pattern) 영역의 경우 식각을 실시해야 할 영역이 작기 때문에 상대적으로 라디칼의 농도가 높게 되어 금속막 패턴의 언더컷 (Undercut)이 발생하게 되 어 CD 차이가 커지게 된다.

상기의 문제점을 해결하고자 포토레지스트의 두께를 낮추게 되면 로딩효과와 미세 패턴의 선형성과 피델리티가 향상되나, 포토마스크를 건식 식각하여 제조하는 경우, 포토레지스트와 식각 물질의 식각비가 높지 못하기 때문에 하부 층 식각 시 포토레지스트가 데미지 (Damage)를 받아 레지스트 패턴의 형상이 변화 및 심각할 경우 하부의 막이 손상을 입게 되어, 본래의 포토레지스트 패턴을 차광막상에 정확하게 전사하는 것이 곤란해 진다. 이런 이유로, 포토마스크의 패턴형성에 있어서 마스크로서 이용되는 포토레지스트의 부담을 경감시킬 필요가 있다.

또한 형성하는 포토마스크 패턴의 미세화에 대응하여 포토레지스트 패턴도 미세화되게 되지만, 포토레지스트의 막 두께를 얇게 하는 일 없이 레지스트 패턴만을 미세화하면, 차광층용의 하드 마스크로서 기능하는 포토레지스트부의 레지스트 막 두께와 패턴폭과의 비(Aspect Ratio)가 커져 버린다. 일반적으로 포토레지스트 두께와 패턴폭의 비가 커지면 그 패턴형상이 열화 되기 쉽고, 이것을 마스크로 하는 차광층에의 패턴전사 정밀도가 나빠진다. 극단적인 경우에는, 레지스트 패턴의 일부가 쓰러지거나 박리를 일으켜 패턴 누락이 생기거나 하는 일도 일어난다. 따라서, 포토마스크 패턴의 미세화에 수반하여, 차광층 패터닝용의 마스크로서 이용하는 레지스트의 막 두께를 얇게 하여 두께 대비 패턴폭의 비가 너무 커지지 않게 할 필요가 있다.

그러나, 현실적으로 포토레지스트 마스크의 식각에 대한 내성과 고해상도, 패터닝 정밀도를 모두 만족시키는 것은 기술적으로 어렵고, 종래의 패터닝 프로세 스를 유지하는 한, 상기 제시된 문제점을 근본적으로 해결하기엔 어려움이 있다.

포토레지스트의 두께를 줄이는 것만큼 중요하게 고려해야 할 부분은 하드마스크의 두께도 낮추어야 한다. 레지스트 마스크로 하드마스크 층을 패턴 후 레지스트의 박리를 통해 하드마스크를 식각 마스크로 하여 하부 차광막 및 반사방지막을 건식 및 습식 식각을 하게 되는데, 매크로 및 마이크로 로딩 현상(Macro & Micro Loading Effect) 측면에서 하드마스크 또한 얇아져야 하는 필요성이 있다. 하지만, 이 하드마스크 층의 두께 최적화 또한 포토레지스트와 같이 하부 층 식각 시 제거되거나 손상될 염려가 있기 때문에, 하드마스크 층의 물질 선정 및 두께에 대한 고려도 충분히 수반해야만 한다.

이런 문제점들을 해결하기 위해서는 포토레지스트의 부하를 경감시켜 보다 고정밀도의 포토마스크 패턴을 형성하기 위해서는, 차광막 재료의 선택을 최적화, 포토레지스트 사용에 대한 식각 내성 최적화, 하드 마스크 공정 시 열처리, 두께 선택 및 공정 조건의 최적화를 통하여 우수한 식각 내성을 갖는 포토마스크 블랭크의 새로운 물질, 구조 및 특성을 제안하는 것이 필요하다.

또한 블랭크 마스크에서 해상도를 높이기 위해 화학증폭형레지스트 (Chemically Amplified Resist)를 코팅하여 포토마스크의 제작에 활용하였다. 화학증폭형레지스트는 노광시 강산 (H+)이 발생하게 되고 포스트 익스포저 베이크 (Post Exposure Bake; PEB) 공정에 의해 강산의 증폭현상이 발생하게 되어 현상시 레지스트가 현상되는 구조이다. 하지만 종래의 블랭크 마스크에서 화학증폭형레지스트막이 형성되는 토대는 금속막이다. 기존의 금속막에는 반사율 특성, 식각 특 성, 광학밀도 등의 조절을 위해 질소를 첨가하여 사용해 왔다. 하지만 이러한 금속막에 포함된 질소로 인해 화학증폭형레지스트에서 발생되는 강산이 질소와 결합을 하는 현상이 발생하게 되어 강산의 중화가 발생하게 되며, 이러한 강산의 중화로 인해 화학증폭형레지스트막의 현상이 되지 않는 문제가 발생하게 되었다. 이렇게 화학증폭형레지스트막의 현상이 되지 않으면 고해상도를 구현하는데 문제가 발생하게 되고 결국에는 고품질의 포토마스크 제작이 힘든 상황이 발생하게 된다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 65nm급 이하 특히 45nm 급 이하의 ArF 리소그래피 (Lithography), ArF 액침노광 (Immersion) 리소그래피, 극자외선(EUV) 리소그래피 기술에 적용이 가능하며, 로딩 효과를 효과적으로 저감하기 위해 하드마스크를 구비한 블랭크 마스크이며, 특히, 조밀패턴과 단독패턴, 높은 집적 패턴과 낮은 집적 패턴의 CD 선형성 (Linearity) 및 피델러티 (Fidelity), CD Mean To Target (MTT), CD 균일성 (Uniformity)를 개선하기 위한 블랭크 마스크 및 포토마스크와 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 금속막을 형성하는 원소 중 실리사이드 (Silicide) 조성비를 30~80at%로 제어하여, 금속막의 평탄도를 1um 이내로 제어하는 것을 특징으로 한다. 이를 통해 금속막의 건식 식각 (Dry Etch)시 금속막의 평탄도에 의해 발생하는 라디칼 이온의 밀도 (Density) 차이를 최소화함으로서 로딩 효과가 저감되는 우수한 품질의 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 포토마스크의 원재료인 블랭크 마스크가 투명기판 위에 선택적으로 위상반전막을 형성 할 수 있으며, 금속막, 하드마스크막을 적층하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 바이러니 인텐서티 블랭크 마스크 제조 방법의 경우,

a1) 투명기판을 준비하는 단계;

b1) 상기 a1) 단계에서 준비된 투명기판 위에 금속막을 형성하는 단계;

c1) 상기 b1) 단계에서 형성된 금속막 위에 하드마스크막을 형성하는 단계;

d1) 상기 c1) 단계에서 형성된 하드마스크막 위에 레지스트막을 형성하여 블랭크 마스크를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 위상반전 블랭크 마스크 제조 방법의 경우,

e1) 투명기판을 준비하는 단계;

f1) 상기 e1) 단계에서 준비된 투명기판 위에 위상반전막을 형성하는 단계;

g1) 상기 f1) 단계에서 형성된 위상반전막 위에 식각 저지막을 형성하는 단계;

h1) 상기 g1) 단계에서 형성된 식각 저지막 위에 금속막을 형성하는 단계;

i1) 상기 h1) 단계에서 형성된 금속막 위에 하드마스크막을 형성하는 단계;

j1) 상기 i1) 단계에서 형성된 하드마스크막 위에 레지스트막을 형성하여 블랭크 마스크를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구체적인 제조방법 및 특징에 대하여 설명한다.

상기 a1) 및 e1) 단계에 있어서, 투명기판은 블랭크 마스크 및 포토마스크에서 일반적으로 사용되는 6inch x 6inch x 0.25inch 크기를 가지는 투명기판을 의미하며, 그 재료는 합성석영기판, 소라다림 유리 등의 재료가 사용될 수 있으며, 특히 노광파장에서 90 % 이상의 투과율을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 a1) 및 e1) 단계에 있어서, 투명기판이 액침 노광 리소그래피 (Immersion Lithography)에 적용하도록 요구될 때 투명기판의 복굴절 (Birefringence)이 5nm/6.35mm 이내 인 것을 특징으로 한다.

상기 a1) 및 e1) 단계에 있어서, 투명기판의 평탄도 절대값이 1um 이내인 것을 특징으로 한다.

상기 a1) 및 e1) 단계에 있어서, 박막이 증착되는 투명기판의 응력은 투명기판에 증착되는 박막의 응력과 반대인 것을 특징으로 한다.

금속막 및 하드마스크막 등의 1층 이상이 증착되는 박막의 응력은 박막이 증착되는 투명기판의 응력에 의해 영향을 받게 되며, 투명기판의 응력이 박막에 의한 응력보다 높을 경우, 응력을 제어하기 위한 박막 형성 조건을 최적화 하더라도 투명기판 본래의 응력에 의해 제어가 힘들어 지게 된다. 따라서, 증착되는 박막에 의한 응력을 제어하기 위해서는 기판의 평탄도가 1um 이내인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5um 이내인 것이 우수하다. 또한, 이러한 투명기판에 증착되는 박막의 응력을 예측하여, 기판의 응력과 반대인 막을 증착하는 방법도 고려할 수 있 으며, 이를 통해 최종 박막에서의 응력을 최소화 할 수 있다. 예를 들어, 증착되는 박막의 응력의 형태가 인장이고 TIR 값이 0.5um 이면, 기판의 응력 형태를 압축형태이며 TIR값이 0.5um로 하여 최종 증착된 박막의 응력을 저감하는 매칭 시스템을 적용하는 것이 바람직하다. 또는, 기판의 응력 형태를 열처리, 레이저 (Laser) 처리, 플라즈마 (Plasma) 처리와 같은 표면처리를 실시하는 방법이 적용될 수 도 있다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막은 단일막 또는 2층 이상의 다층막으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막이 단일막인 경우 단일막 만으로 빛을 차광할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막이 2층 이상의 다층막인 경우, 빛을 차광할 수 있는 차광막의 기능과 빛의 반사를 저감하는 반사방지막이 적어도 포함되는 것을 특징으로 한다.

금속막이 2층이상으로 구성될 경우 노광광을 차광할 수 있는 차광막과, 노광광에 대한 반사율을 저감하기 위한 반사방지막으로 구성될 수 있다. 반면 2층 이상의 다층막의 경우, 건식 식각 시 금속막의 최상부 층에서 발생된 로딩 효과로 인한 CD 차이를 보정하기 위해 식각 저감막을 형성할 수 있으며, 식각 저감막은 최상부층의 식각 속도 (Etch Rate)보다 느린 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 3층 구조의 금속막은 반사방지막, 식각 저감막, 차광막의 형태로 구성할 수 있으며, 건식 식각 시 반사방지막에서 로딩 효과에 의해 발생된 CD 차이를 식각 저감막에서 보정한 후 차광막을 식각함으로서, 기존의 로딩 효과에 의한 CD 차이를 보정할 수 있는 기능을 가진다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막은 실리사이드(Silicide) 물질을 필수적으로 함유하고 실리콘 이외에 추가적으로 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 중 선택되는 1종 이상의 금속이 포함된 물질 및 그들의 산화물, 탄화물, 질화물, 산화질화물, 산화탄화물, 탄화질화물, 산화탄화질화물인 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막은 단층막으로 구성되었을 때, 금속막에 포함된 Silicide의 조성비가 30 내지 80at% 인 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막이 다층으로 구성되었을 때, 금속막에 포함된 Silicide의 조성비가 30 내지 80at% 인 것을 특징으로 한다.

금속막의 Silicide 조성비가 30at% 이하일 경우 박막 형성 후 포토마스크 및 세정 공정에서 사용되는 화학 약품에 대한 내화학성이 떨어지게 되어 광학특성이 변하게 된다. 이로 인해 우수한 품질의 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조가 어렵게 되는 문제점이 있다. 반면 Silicide가 80at% 이상일 경우 Silicide 성분의 과다로 인해 박막 성장 매카니즘에서 금속막의 응력이 불안정하게 되고, 이로 인해 결국 박막 평탄도가 나빠지게 된다. 따라서, 이러한 평탄도 제어를 위해서 금속막에 포함되는 Silicide의 함유량을 제어해야 하며, 30 내지 80at%의 Silicide 함유량을 나타낼 때 평탄도 및 광학 특성이 안정되는 박막 형성이 가능하다. 더욱 바람직하게는 Silicide의 조성비가 40~70at%인 것이 더욱 우수하다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막은 노광광에 대한 광학밀도가 2.5 내지 3.5인 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막은 상부의 하드마스크막과의 선택비가 5 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막의 두께는 200 내지 600Å 인 것을 특징으로 한다. 금속막의 두께가 200Å 이하가 되면 소정의 광학밀도를 충족하지 못하게 되어 차광막의 역할인 빛의 차광하는 역할이 어려워 지며, 600Å 이상이 되면 건식 식각 시 로딩효과가 크게 발생하게 되어 효과적인 CD 제어가 어렵게 된다. 따라서, 금속막의 두께는 200Å 내지 600Å 인 것이 바람직하다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막이 2층 이상으로 구성되었을 때, 특히, Silicide 함유량이 금속막을 이루는 박막에서 깊이방향으로 증가하는 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 내지 h1) 단계에 있어서, 금속막이 2층 이상으로 구성되었을 때, 특히, 질소(N)의 함유량이 금속막을 이루는 박막에서 깊이방향으로 적어지는 것을 특징으로 한다.

Silicide와 반응성 가스인 질소의 함유량에 따른 금속막의 응력 변화를 본 발명자에 의한 실험결과 금속막 최상부박막에서 깊이 방향으로 Silicide의 함유량이 증가함에 따라, 금속막 최상부에서의 최종적인 박막 응력이 저감되고, 질소의 함유량이 깊이 방향으로 줄어듦에 따라 응력이 낮아짐을 관찰 할 수 있었다. 이러한 결과는 다층막 형성 시 기판으로부터 박막의 증착 시 응력 변화가 낮은 박막 증 착에 의해 최종 금속막 표면에서의 응력이 낮아지게 되고, 반면 박막 증착 시 응력 변화 클수록 최종 금속막 표면에서의 응력이 증가함을 알 수 있다.

상기 b1) 및 h1) 단계에 있어서, 금속막에 포함된 질소의 함유량이 0 내지 80at% 인 것을 특징으로 한다.

금속막에 포함되는 질소의 함유량이 80at% 이상이 되면, 박막의 질화로 인해 소멸계수(k)가 증가하게 되고, 이로 인해 600Å 이하의 두께에서 소정의 광학 특성인 O.D를 만족하지 못하게 된다. 따라서, 질소의 함유량은 80at% 이내인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 60at% 이내인 것이 우수하다.

상기 b1) 내지 h1) 단계에 있어서, 금속막의 응력 변화를 저감하기 위해 필수적으로 탄탈륨(Ta)을 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 한다. 박막의 스트레스 변화 즉, 성막에 의한 인장 및 압축 응력과 같은 응력변화는 스퍼터에 의한 박막 형성 시 기판의 상태, 타겟 물질, 공정 조건에 의해 영향을 많이 받게 된다. 그 중 타겟의 물질은 물질 자체의 고유 특성에 의해 기인하는 응력 변화가 발생하며, 또한 화합물을 형성하면서 기인하는 응력 변화가 발생하게 된다. 이 때 탄탈륨은 Si와의 반응성과 함께 외부 공정의 변화에 대해 응력변화가 크지 않으며, 이를 통해 제로 스트레스를 구현하기 위한 공정 마진 (Margin) 확보가 큼에 따라 스트레스 변화를 저감하고 공정 마진 확보가 쉽다.

금속막의 평탄도가 1um 이상이 되면, 라디칼 이온과 금속막의 거리 차이 즉, 기판 영역에 의한 평탄도 차이에 의한 균일도가 떨어지게 되고, 이로 인해 로딩 효과가 증가하게 되어 CD uniformity가 나빠지게 된다. 따라서, 금속막을 성막 한 후 평탄도가 1um 이내인 것이 바람직하다.

상기 b1) 내지 h1) 단계에 있어서, 금속막에 표면의 반사율은 193nm의 노광 파장에서 25% 이하인 것을 특징으로 한다. 금속막은 최종 패턴이 형성되는 표면이고, 이를 이용한 포토마스크 제작 후 웨이퍼 프린팅시 노광파장이 마스크에 재반사되어 패턴 에러 (Pattern Error)를 발생시키지 않아야 한다. 따라서, 금속막 표면에서의 반사율은 25% 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20% 이하인 것이 우수한다.

상기 c1) 및 i1) 단계에 있어서, 하드마스크막은 금속을 주성분으로 하고 금속 단독으로 사용되거나, 금속의 산화물, 탄화물, 질화물, 산화탄화물, 산화질화물, 탄화질화물, 산화탄화질화물 중에서 선택된 1종의 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 c1) 및 i1) 단계에 있어서, 하드마스크막의 금속은 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Hf, Ta, W, Os, Ir, Pt, Au 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 c1) 및 i1) 단계에 있어서, 금속을 주성분으로 하드마스크막을 형성하는 경우 하드마스크막은 불소 계열의 가스에 건식 식각이 되지 않으며, 염소 계열의 가스에 식각이 되는 것을 특징으로 한다. 이때 하드마스크막을 식각하기 위한 염소 계열의 가스가 하드마스크만 건식 식각이 가능하며, 하드마스크막의 바로 아래에 형성되는 금속막은 식각이 되지 않는 것을 특징으로 한다. 또한 기판 위에 형성되는 식각저지막이 하드마스크를 식각 가능한 식각 가스에 의해 식각이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 c1) 및 i1) 단계에 있어서, 하드마스크막은 3 내지 30nm 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 하드마스크막이 3nm 이하가 되면 하드마스크층 역할을 하지 못하게 되어 건식식각 시 금속막의 손실이 일어날 수 있다. 그리고 30nm 이상이 되면 식각 시간이 길어짐으로 인해 공정시간이 길어지므로 생산성이 저하될 수 있으며, 두꺼운 두께로 인해 건식 식각시 로딩 효과가 발생하게 되어 우수한 품질의 CD 구현이 힘들게 된다.

상기 b1) 및 h1) 단계 또는 상기 c1) 및 i1) 단계를 통해 기판 위에 형성된 금속막 및 하드마스크막의 평탄도 TIR이 1um 이내인 것을 특징으로 한다.

상기 b1) 내지 c1) 단계를 통해 순차적으로 형성된 금속막, 하드마스크막 표면에서의 평탄도 TIR 절대값이 1um 이하가 되도록 표면처리를 열처리, 섬광램프, 레이저 및 플라즈마 처리방법 중 선택된 방법을 사용하는 것을 특징으로 한다. 최종 박막의 평탄도 변화를 제어하기 위해서는 박막의 증착 시, 중, 후에 표면 처리를 하는 것이 바람직하다. 표면 처리라 함은 상기의 외부 에너지를 공급하는 방법외에도 냉각과 같은 방법을 통한 평탄도 변화를 저감하는 것도 가능하다.

상기 c1) 및 i1) 단계에 있어서, 하드마스크막에서의 표면 저항이 10Ω 내지 100kΩ/□ 인 것을 특징으로 한다.

상기 c1) 및 i1) 단계에 있어서, 하드마스크막에 의한 기판의존성을 제어하기 위해 하드마스크막의 불순물 이온 중 특히, 암모니아 (NH4+)를 포함한 염기성 불순물 이온이 1ppmv 이하인것을 특징으로 한다. 염기성 이온은 하드마스크막 상부에 증착되는 화학 증폭형 레지스트의 강산과 결합하게 되고 이러한 결합에 의해 중 화된 강산으로 인해 기판 의존성 현상이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 기판 의존성을 제어하기 위해 불순물 이온 중 특히 염기성 불순물 이온이 1ppmv 이하인 것이 바람직하다.

상기 c1) 및 i1) 단계에 있어서, 하드마스크막의 기존의존성을 제어하기 위하여 표면처리를 하는 것을 특징으로 하며, 그 표면처리 방법으로 급속 열처리 장치(RTP), Hot-Plate, 플라즈마 처리를 하는 것을 특징으로 한다.

상기 c1) 및 i1) 단계에 있어서, 하드마스크막의 표면 처리는 5mtorr 이하의 진공 중에서 실시하는 것을 특징으로 한다.

상기 d1) 및 i1) 단계에 있어서, 레지스트막은 포지티브형 또는 네가티브형 화학 증폭형 레지스트를 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상기의 블랭크 마스크를 사용하여 포토마스크 패터닝 시 50nm 내지 100nm의 CD 평가 시 선형성, Iso-Dense 패턴의 CD 변화, Fidelity, 식각단면 형상 (Line Edge Roughness: LER) 특성이 아주 우수한 포토마스크를 제공하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 블랭크 마스크 및 포토마스크는 박막의 평탄도 제어를 위해 금속막에 포함되는 물질의 함유량을 제어하여, 로딩효과를 저감하고, 이를 통해 고정밀도 패턴 및 패턴 전사 정밀도가 우수하게 하여 CD MTT 및 CD Uniformity가 우수한 블랭크 마스크를 제공한다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 하고자 한다. 다음에 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

본 실시예 1은 금속막 내 Silicide 함유량에 따른 금속막의 광학적 특성 및 평탄도 변화를 살펴본 결과이다.

먼저, 금속막 형성을 위하여 MoSi(10:90at%) 타겟을 이용하여 반응성 가스를 아르곤 (Ar) : 질소 (N) : 메탄 (CH4) : 산소(O) 가스를 이용하여 MoSi, MoSiC, MoSiN, MoSiO, MoSiCN, MoSiCO, MoSiON, MoSiCON을 형성하였다. 이 후 각각의 박막에 대한 광학적, 내화학성 특성 평가를 위하여 O.D 및 90도의 황산 및 SC 1에 대해 2시간 동안 침지한 후의 투과율 변화를 관찰하였다. 또한 Auger Electron Spectrometer (AES)를 이용하여 증착된 박막에 포함되어 있는 Silicide 조성비를 분석하였으며, Flatmaster 장비를 이용하여 평탄도를 표 2와 같이 분석하였다.

<표 2. 금속막의 Silicide 조성비에 따른 광학 특성 및 평탄도 변화>

표 2를 참조하여 MoSi 기반의 금속막의 황산 및 SC 1에 대한 내화학성 특성을 살펴보면, Silicide의 조성비가 30~80at% 일 경우 각 화학 약품에 대하여 노광파장에서의 투과율 변화가 0.5% 미만으로 우수한 내화학적 특성을 나타내고 있으나, Silicide 조성비가 30at% 이내인 비교 2의 경우, 황산에 대하여 2.34%, SC 1에 5.59%의 투과율 변화를 나타내어 나쁜 결과를 나타내었다.

또한 실리콘의 조성비에 따른 평탄도 변화를 살펴보면 Silicide가 30~80at%일 경우에는 모두 1um 이내의 우수한 평탄도를 나타내었으나, 비교 1를 참조하여, Silicide의 함유량이 80at% 이상 일 때, 평탄도가 1.23um로서 나쁜 결과를 나타내었다.

(실시예 2)

본 실시예 2에서는 상기 실시예 1을 바탕으로 평탄도 차이에 의한 CD 평가를 실시한 예이다. 먼저 투명기판 표면의 평탄도 TIR이 0.32um인 인장응력을 가지는 투명기판 위에 순차적으로 280Å의 두께를 가지는 MoSi 차광막과 170Å의 두께를 가지는 MoSiN의 반사방지막의 금속막을 적층한 후 100Å의 CrCON의 하드마스크막을 증착하였다. 이에 따른 하드마스크막에서의 평탄도를 Flatmaster 장비를 이용하여 측정한 결과 0.17um의 압축응력을 나타내었다. 다음에 포지티브 화학 증폭형 레지스트인 FEP-171을 1500Å의 두께로 증착한 후 노광, 현상, PEB, 식각의 리소그래피 공정을 통하여 포토마스크를 제조하였다. 이를 통해 제작된 포토마스크를 70nm Design CD에 대해 센터 부분과 Edge 부분의 4 Point을 비교하였으며, 그 결과 센터 부분에서는 68nm로서 2nm Under CD가 관측되었으나, Edge 부분에서는 5nm Under CD가 관측되어 우수한 결과를 나타내었다.

(비교예 2)

상기 실시예 2와 비교하기 위하여 두께가 450Å의 MoSi 단일막 금속막을 형성한 후 CrCON의 하드마스크막을 형성하였다. 이 때 금속막의 평탄도가 1.05um의 TIR값을 나타내었으며, 이 때 금속막에 포함된 Silicide의 조성비가 81.02at%를 나타내었다. 이 후 1500Å의 두께의 FEP-171의 화학 증폭형 레지스트를 코팅한 후, 노광, 현상, PEB, 식각의 공정을 통해 포토마스크를 제조하였다. 이 후 실시예 2와 동일하게 센터부분과 Edge 부분의 70nm Design CD에 대한 평가를 실시하였다. 평가 결과 센터부분은 Design CD 대비 1nm Under CD가 관측되었으나, Edge 부분에서는 12nm Under CD가 관측되어 Flatness 변화가 클수록 CD 편차가 크게 발생함을 알 수 있다.

(실시예 3)

본 실시예 3에서는 3층 구조의 금속막과 하드마스크막이 형성된 블랭크 마스크에 대한 평가를 실시하였다. 3층 구조의 금속막은 차광막, 식각 저감막, 반사방지막으로 구성되어 있으며, 식각 저감막은 반사방지막의 식각 동안에 발생하는 로딩 효과를 저감하기 위한 막으로 사용되었다. 이를 검증하기 위해 식각 저감막과 식각 저감막이 형성되지 않는 블랭크 마스크 제조를 통하여 그에 따른 패턴의 CD 차이를 평가하였다.

본 실시예에 따른 블랭크 마스크는 투명기판 위에, 차광막, 식각 저감막, 반사방지막, 하드마스크막 및 화학 증폭형 레지스트가 순차적으로 적층되어 형성된다.

보다 구체적으로 설명하면, 스퍼터링 방법을 적용하여 투명기판 위에 몰리실리(MoSi=20:80at%) 타겟과 아르곤(Ar):100sccm의 가스조건으로 하여 DC 전원을 인가하여 몰리실리(MoSi)을 차광막으로 30nm의 두께로 적층하였다. 이에 대한 193nm의 광학밀도를 측정한 결과 2.82의 값을 나타내었으며, 반사율이 193nm에서 52%를 나타내었다. 이 후 식각저감막을 형성하기 위해 몰리실리(MoSi=10:90at%) 타겟을 이용하여 아르곤(Ar):질소(N2)=95sccm:5sccm의 가스조건으로 하여 DC 전원을 인가하여 MoSiN을 식각저감막으로 5nm의 두께로 적층하였다. 이 후 다시 MoSi(20:80at%) 타겟을 이용하여 아르곤(Ar):질소(N2)=80sccm:20sccm의 가스 조건을 이용하여 MoSiN의 반사방지막을 10nm두께로 형성한 후 광학밀도를 측정한 결과 193nm에서 3.0의 양호한 광학밀도 및 반사율이 193nm에서 19.8%로 양호하게 관측되었다. 이후 하드마스크막으로 타겟을 크롬(Cr)으로 교체한 후 아르곤(Ar): 산소(O2): 질소(N2): 메탄(CH4)=40sccm: 5sccm: 10sccm: 3sccm의 가스 조건으로 리액티브 스퍼터링 방법으로 DC 전원을 인가하여 크롬 탄화산화질화물(CrCON)의 하드마스크막을 15nm 두께로 적층하였다.

이후 제조된 박막의 성분 분석을 위하여 Auger Electron Spectrometer (AES)를 이용하여 성분 분석을 한 결과, 차광막은 몰리브뎀(Mo):32at%, 실리콘(Si):68at%, 식각저지막은 몰리브뎀(Mo):12at%, 실리콘(Si):72at%, 질 소(N2):16at%의 조성비를 나타내었으며, 반사방지막은 몰리브뎀(Mo):19at%, 실리콘(Si):49at%, 질소(N2):32at%의 조성비를 나타내었다.

이후 차광막, 식각저감막, 반사방지막 및 하드마스크막이 적층된 표면의 전자빔(E-beam) 노광시 차지업 문제의 유무를 판단하고자 면저항을 4-Point Probe를 이용하여 7 x 7 Point를 측정하였으며 평균 면저항은 326Ω/□으로 측정으로 문제가 없었다.

그 다음 전자빔 노광 장치용의 포지티브 (Positive) 화학 증폭형 포토레지스트 (CAR: Chemical Amplified Resist)인 FEP-171을 각각 150nm의 두께로 코팅하고 소프트 베이크 (Soft Bake)를 130도/15분 실시하여 블랭크 마스크를 제조하였다.

이 후 상기 블랭크 마스크를 전자빔 노광 장치를 사용하여 노광하고 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하였다. 패터닝된 레지스트막을 식각 마스크로 하여 하드마스크막을 건식식각 (염소(Cl2): 산소(O2)=80sccm: 5sccm, 400W, 1Pa)으로 크롬탄화산화질화물 (CrCON)의 하드마스크막의 패터닝을 실시하였다. 이후 레지스트 막을 제거한 후 상기 하드마스크막을 식각 마스크로 하여 건식식각 (CF4=80sccm, 400W, 1Pa)하여 반사방지막, 식각저감막 및 차광막을 식각하였다. 이후 하드마스크막을 크롬 식각액으로 쓰이는 CR-7S를 이용하여 제거하여 포토마스크를 완성하였다.

반면 식각 저감막이 없는 형태의 블랭크 마스크를 동일한 과정을 통해 제조하였으며, 이에 따른 CD 평가를 다음 표 1과 같이 실시하였다.

표 1. 식각저지막 유무에 따른 CD 평가 결과

상기 표 1은 식각저지막 유무에 따른 CD 평가 결과를 나타내고 있다. 먼저 식각저지막이 존재할 경우 Fidelity 및 조밀 패턴간의 CD Linearity 및 CD Bias가 상대적으로 식각저지막이 없을 경우 대비 낮음을 알 수 있다. 특히, 조밀 패턴과 단독 패턴간의 CD Bias 역시 많이 줄어듦을 알 수 있다. 따라서, 상기의 결과를 바탕으로 식각 저기막을 통해 Fidelity 및 CD Bias 개선이 이루어짐을 확인 할 수 있다.

(실시예 4)

본 실시예는 상기 블랭크 마스크 공정에 있어서, 차광막과 반사방지막으로 이루어지는 금속막의 수직 패턴 형성을 위한 건식 식각 특성을 평가하기 위한 실시예이다.

먼저, 차광막과 반사방지막은 MoTaSi(15:5:80at%) 타겟을 이용하여 MoTaSi의 차광막을 250Å 두께로 증착하였으며, MoTaSiN 반사방지막을 140Å의 두께로 증착한 후 다시 Cr 타겟을 이용하여 CrCON 박막을 100Å 증착하였다. 이때 광학밀도는 193nm에서 2.9를 만족하였으며, 반사율은 20.2%로 우수한 결과를 나타내었다. 이때, 차광막과 반사방지막의 조성비를 ESCA로 분석한 결과 차광막은 MoTaSi (33:18:49at%)의 조성비를 나타내었으며, 반사방지막은 MoTaSiN (9:4:60:27at%)의 조성비를 나타내었다. 또한 XRR 장비를 이용하여 각 박막 밀도를 분석한 결과 차광막은 3.2gram/cm2, 반사방지막은 3.6gram/cm2로 측정되었다. 이를 이용하여 FEP-171 포토레지스트를 1500Å 코팅한 후 건식식각을 통한 차광막과 반사방지막의 패턴 프로파일을 FE-SEM을 통해 관찰하였다. 관찰결과 Footing 또는 Under Cut 없이 Pattern Profile Angle이 89도로서 아주 우수한 결과를 나타내었다. 이와 관련 Sputter 공정 조건을 변경하여 차광막을 MoTaSiN 반사방지막을 MoTaSiN으로 형성하여 동일하게 조성비와 박막 밀도를 분석한 후 건식 식각조건을 동일하게 한 후 Profile을 FE-SEM을 통해 관찰하였다. 이때 차광막 MoTaSiN의 조성비는 MoTaSiN (8:5:62:27at%), 반사방지막의 MoTaSiN (9:4:60:27at%)이었으며, 차광막의 박막밀도는 3.8gram/cm2, 반사방지막의 박막밀도는 3.6gram/cm2로 관측되었다. 단면 관측결과 Pattern Profile Angle이 82도로서 사다리꼴 형태의 Pattern Profile이 관측되었다. 이러한 결과는 박막밀도에 의해 Etch Rate가 달라지며, 또한 Si 함유량이 적을 경우 건식 식각 Radical Ion과 반응물의 양이 빨리짐에 따라 Pattern Profile이 깊이방향으로 가도 우수한 Pattern Profile을 나타냄을 알 수 있다. 반면 동일한 Si 함유량과 Density를 가질 경우 깊이 방향으로 갈수록 Radical Ion의 지속적 인 Damage와 함께, 박막 Density에 의한 로딩 효과로 인한 수직 패턴 형성이 어려워 짐을 알 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 단일 금속막 구조의 블랭크 마스크의 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 2층막 구조의 블랭크 마스크의 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 3층막 금속막 구조의 블랭크 마스크의 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

1 : 투명기판 2 : 차광막

3 : 식각 저감막 4 : 반사방지막

5 : 하드마스크막 6 : 화학 증폭형 레지스트

7 : 금속막 100 : 블랭크 마스크

Claims (20)

1. 바이너리 인텐서티 블랭크 마스크 제조 방법에 있어서,

   투명기판을 준비하는 단계;

   상기 투명기판 위에 금속막을 형성하는 단계;

   상기 금속막 위에 하드마스크막을 형성하는 단계; 그리고

   상기 하드마스크막 위에 레지스트막을 형성하는 단계를 포함하며,

   상기 금속막의 평탄도 TIR을 1um 이내로 하기 위하여 Silicide 함유량이 30~80at% 인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조방법.
2. 상기 제 1항에 있어서,

   금속막이 증착되는 투명기판의 응력 형태는, 평탄도 제어를 위하여 투명기판에 증착되는 박막의 응력 형태와 반대의 응력을 가지는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
3. 상기 제 1항에 있어서,

   금속막은 1층의 단일막 또는 2층 이상의 다층막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
4. 상기 제 1항에 있어서,

   금속막의 차광막, 식각 저감막, 반사방지막은 실리콘(Si)을 필수적으로 함유하고 실리콘 이외에 추가적으로 몰리브데늄(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 중 선택되는 1종 이상의 금속이 포함된 물질 및 그들의 산화물, 탄화물, 질화물, 산화질화물, 산화탄화물, 탄화질화물, 산화탄화질화물인 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
5. 상기 1항에 있어서

   금속막이 단층막으로 구성되었을 때, 금속막에 포함된 silicide의 함유량이 30 내지 80at% 인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
6. 상기 1항에 있어서,

   금속막이 다층막으로 구성되었을 때, 금속막에 포함된 Silicide의 함유량이 30 내지 80at% 인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
7. 상기 제 1항에 있어서,

   금속막은 노광광에 대한 광학밀도가 2.5 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
8. 상기 제 1항에 있어서,

   금속막은 상부의 하드마스크막과의 선택비가 5 이상인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
9. 상기 제 1항에 있어서,

   금속막의 두께가 200 내지 600Å 인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
10. 상기 제 1항에 있어서,

    금속막이 2층 이상으로 구성되었을 때, Silicide의 함유량이 금속막의 깊이 방향으로 증착된 각각의 막에서 적어도 증가하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
11. 상기 제 1항에 있어서,

    금속막이 2층 이상으로 구성되었을 때, 특히, 질소의 함유량이 금속막의 깊이 방향으로 증착된 각각의 막에서 작아지는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
12. 상기 제 1항에 있어서,

    금속막에 포함된 질소의 함유량이 0 내지 80at%인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
13. 상기 제 1항에 있어서

    금속막의 응력 변화를 저감하기 위해 탄탈륨(Ta)을 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
14. 상기 제 1항에 있어서,

    금속막의 반사율이 193nm에서 25% 이하인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
15. 상기 제 1항에 있어서,

    하드마스크막은 금속을 주성분으로 하고, 금속 단독 및 금속의 산화물, 탄화물, 질화물, 산화탄화물, 탄화질화물, 산화탄화질화물 중에서 선택된 1종의 형태인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
16. 상기 제 1항에 있어서,

    하드마스크막이 불소 계열의 가스에 건식 식각이 되지 않으며, 염소 계열의 가스에 식각이 되는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
17. 상기 제 1항에 있어서,

    하드마스크막의 두게가 3 내지 30nm 두께인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
18. 상기 제 1항에 있어서,

    하드마스크막에 의한 기판의존성을 제어하기 위해 하드마스크막의 불순물 이온 중 특히, 암모니아 (NH4+)를 포함한 염기성 불순물 이온이 1ppmv 이하인것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.
19. 상기 제 1항에 있어서,

    하드마스크막의 기존의존성을 제어하기 위하여 표면처리를 하는 것을 특징으로 하며, 그 표면처리 방법으로 급속 열처리 장치(RTP), Hot-Plate, 플라즈마 처리를 하는 것을 특징으로 블랭크 마스크 제조 방법.
20. 제 19항에 있어서,

    하드마스크막의 표면 처리는 5mtorr 이하의 진공 중에서 실시하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조 방법.

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