KR20110044106A - 위상반전 블랭크 마스크, 위상반전 포토마스크 및 그의 제조 방법 - Google Patents

위상반전 블랭크 마스크, 위상반전 포토마스크 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR20110044106A
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Abstract

본 발명은 ArF (193 nm) 및 KrF (248 nm)의 노광 파장에 사용되는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 Hot DI Water에 대한 내성이 우수한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 따라서, 본 발명에서는 몰리브덴(Mo) 및 실리콘(Si)을 필수적으로 포함하고 RTP 및 Furnace 등을 통해 열처리를 실시하거나, 우수한 품질을 갖는 MoSi 합금 Target으로 제조되는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제조에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 Target의 Grain Size 및 경도 등의 Target 특성 제어를 통해 위상반전막의 Hot DI Water에 대한 내성을 향상시키는 것이 가능할 뿐만 아니라 위상반전막 성막 후 열처리를 통해 Hot DI Water에 대한 내성 향상이 가능하다. 그리고 위상반전막의 성막 시, 반응성 가스 조절을 통해 안정한 결합구조를 갖는 위상반전막을 통해 Hot DI Water를 이용한 Rinse 및 세정 시 Damage를 감소시킬 수 있는 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조가 가능하다.
블랭크 마스크, 포토마스크

Description

위상반전 블랭크 마스크, 위상반전 포토마스크 및 그의 제조 방법{The Half-tone Phase Shift Blank Mask, Half-tone Phase Shift Photomask and these Manufacturing Methods}
본 발명은 90 nm node 이하의 최소 선폭 (Critical Dimension : CD) 구현이 가능한 193 nm 및 248 nm 노광 파장에서 사용가능한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제조에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 제조를 위해서는 일반적으로 Lithography 공정을 이용하여 제조하게 되며 Lithography 공정의 핵심 부품은 반도체 회로의 정보를 포함하고 있는 포토마스크이다. 또한 포토마스크는 블랭크 마스크를 통해 제조되며 일반적으로 블랭크 마스크는 투명 기판위에 크롬계 차광막 및 반사방지막이 성막되어 구성되는 바이너리 블랭크 마스크와 MoSi계 위상반전막이 성막되는 위상반전 블랭크 마스크로 나눌 수 있다. 기본의 반도체 집적 회로의 최소 선폭 크기가 클 경우에는 바이너리 블랭크 마스크를 이용하여 제조된 포토마스크를 통해 반도체 집적 회로를 구현하였으나 최근 최소 선폭의 크기가 축소됨에 따라 위상반전 블랭크 마스크를 통해 제조된 위상반전 포토마스크의 사용이 점차적으로 늘어가고 있는 상황이다.
또한 Lithography 기술 발전과 더불어 노광파장이 짧아짐에 따라 노광 에너지가 갖는 에너지의 양은 증가하게 되어 많은 Haze 등과 같은 Defect Issue가 발생하며, 화학증폭형 레지스트 (Chemically Amplified Resist, CAR)가 Coating된 High-end 급 블랭크 마스크의 경우에는 Scum 및 Footing 등과 같은 문제로 인해 CD Error 및 Spot성 Defect을 야기하기도 한다. Haze의 경우, 황산 (H2SO4) 및 암모니아수 (NH4OH)를 이용한 세정시 Chemical Residue가 마스크를 구성하고 있는 금속 박막 표면에 잔류하게 되고 이들이 노광에너지를 받으면서 광화학반응을 일으킴으로서 발생하게 된다. 또한, CAR의 Scum 및 Footing은 세정시 남은 Chemical Residue로 인해 CAR의 강산 성분 (H+)가 이들과 중화반응을 일으키고 이로인해 현상액에 현상이 되지 않는 이유로 인해 발생하게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위해 반도체 및 마스크 업계에서는 세정 후 60 ~ 85 ℃의 Hot DI Water를 이용하여 Rinse를 실시하고 있다.
하지만, Hot DI Water를 이용한 Rinse시 마스크를 구성하는 금속 박막에 물리적 및 화학적인 Damage를 발생하게 되어 금속 박막의 특성 저하를 일으키고 이로인해 Wafer Patterning시 CD Uniformity 및 Linearity 등과 같은 CD Error를 유발한다. 특히, MoSi로 구성된 위상반전막의 경우, Hot DI Water Rinse로 인해 박막의 두께가 감소하여 투과율이 증가, Phase Shift 감소, 표면 Roughness 증가 등의 문제점을 유발한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 있어서 위상반전막의 성막방법에 관한 것이다. 특히, 조밀한 Grain Size를 갖도록 Hot Press (HP) 및 Roll Press (RP), Hot Iso-static Press (HIP) 방식으로 제조된 몰리브덴 (Mo)와 실리콘 (Si)를 필수적으로 포함하는 Target를 이용하여 성막함으로써 박막의 Density 향상, Defect, Particle 및 Arcing 현상을 줄이 수 있어 Hot DI Water에 대한 내성 향상을 꾀할 수 있다. 또한 위상반전막 성막 후 RTP 및 Vacuum Baker를 이용하여 열처리를 실시함으로써 Hot DI Water에 대한 내성 향상뿐만 아니라 박막의 Density 향상 및 내부 결합 제거가 가능하다. 이러한 위상반전막을 통해 193 nm 이상의 리소그래피 공정에 사용 가능한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제조가 가능하다.
따라서, 본 발명의 목적은 High-end급의 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 하프톤형 위상반전 포토마스크에 있어서, 우수한 특성을 가지는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 하프톤형 위상반전 포토마스크를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 제조방법의 특징은 투명기판 상에 투명기판 상에 위상반전막, 차광막, 반사방지막, 레지스트 막이 순차적으로 선택적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 제조 방법의 제조공 정의 경우,
a1) 투명 기판을 준비하는 단계;
b1) 상기 a1) 단계에서 준비된 투명 기판 상에 위상반전막을 형성하는 단계;
c1) 상기 b1) 단계에서 형성된 위상반전막 상에 금속막을 형성하는 단계;
d1) 상기 c1) 단계에서 형성된 금속막 상에 레지스트를 코팅하여 레지스트막을 형성하여 위상반전 블랭크 마스크를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이하 상기의 각 단계에 대하여 더욱 자세히 살펴보도록 한다.
상기 a1) 단계에서 투명기판이라 함은 소다라임(Sodalime), 합성석영 유리(Synthetic Quartz) 또는 불화칼슘(CaF2) 등으로 이루어지며, 리소그래피 광원인 i-line(365nm)에서 ArF laser(193nm) 파장에서 적어도 85% 이상의 투과율을 가지는 5인치 이상의 크기를 가지는 기판을 포함한다. 또한 Immersion Lithography에 적용되는 경우, 4nm/6.35mm 이하의 복굴절률을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 b1)의 단계에 있어서, 위상반전막은 단층막 또는 2층막 이상의 다층막으로 구성하는 것이 가능하며, 위상반전막의 성막시 스퍼터링 타겟은 Mo가 1 ~ 30 at%, Si가 10 ~ 90 at% 인 것을 사용하여 KrF (248 nm) 및 ArF (193 nm)의 노광 파장에서 원하는 투과율 확보가 가능하다. 또한 위상반전막 성막시 반응성 스퍼터링을 통해 형성되는 경우 불활성 기체로서는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne), 크세 논(Xe) 중에서 선택된 1종을 사용하고 반응성 기체로서는 산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4) 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 기체를 사용하여 성막한다. 또한, 이때의 스퍼터링 파워는 1 ~ 10 W/㎠이며 스퍼터링 압력은 0.1 ~ 10 mtorr 인 범위에서 성막한다. 이렇게 성막된 위상반전막의 조성은 Mo가 1 ~ 30 at%, Si가 30 ~ 80 at%을 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 하며 위상반전막의 두께는 500 ~ 1000 Å인 것을 특징으로 한다.
상기 b1)의 단계에 있어서, 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 필수적으로 포함하고 세정 Chemical, 특히 Hot DI Water에 대한 신뢰성 향상을 위해 제조된 타겟은 조밀한 구조의 50 ㎛ 이하 또는 더욱 바람직하게는 30 ㎛ 이하의 Grain Size를 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기의 스퍼터링 타겟의 Grain Size가 50 ㎛ 이상일 경우, 이를 통해 제조된 위상반전막의 박막 밀도가 2.0 g/㎤ 이상 얻기 힘들고 Grain Size 역시 15 nm 이하의 조밀한 위상반전막의 구조를 얻기 힘들게 된다. 또한, 타겟의 Grain Size가 클 경우, 위상반전막의 성막 공정 중에 Defect, Particle 및 Arcing 발생 확률이 증가하여 결함이 증가하는 문제점이 발생하게 된다. 이에 반해, 스퍼터링 타겟의 Grain Size가 50 ㎛ 이하일 경우, 이를 통해 제조된 위상반전막의 박막 밀도는 2.0 g/㎤ 이상의 획득이 가능하고 위상반전막의 Grain Size 역시 15 nm 이하의 조밀한 구조를 얻는 것이 가능하다. 또한, 위상반전막은 Grain Size가 15 nm 이하로 구성되며 위상반전막이 성막된 영역 내에서 Grain Size Uniformity가 10 % 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에 있어서, 위상반전막의 제조를 위해 사용되는 타겟은 Hot Press (HP), Roll Press (RP), Hot Isostatic Press (HIP) 중 선택되어진 1종의 방법을 통해 제조가 가능하고, 타겟 제조에 이용되는 Raw Material은 5N 이상의 Powder를 통해 제조하여야 한다. 5N 이하의 Powder를 통해 제조할 경우, 타겟의 불순물 농도가 높고 이로 인해 박막 성막 공정시 국부적인 Arcing 발생을 인해 다량의 Particle이 발생할 확률이 증가하게 된다. 또한 불순물로 인해 Grain의 거동 Mechanism에 영향을 미쳐 균일하고 50 ㎛ 이하의 Grain Size를 갖는 타겟 제조가 힘들게 된다. 이와 더불어 Powder의 크기는 최소 50 ㎛ 이하의 크기를 가지는 Powder를 사용하여야 50 ㎛ 이하의 Grain Size를 가지는 타겟 제조가 가능하다. 50 ㎛ 이하의 Grain Size를 가지는 타겟 제조를 위해 HP 및 HIP를 통한 제조시 균일한 압력, 온도, Cooling Rate, Powder 분쇄 rpm, 분쇄 압력, 배합 등의 조절을 통해 타겟 제조가 가능하며, RP를 통한 제조 시, Roll 압력, Roll rpm 등의 조절을 통해 타겟 제조가 가능하다. 또한, 제조된 타겟의 Grain Size가 50 ㎛ 이하로 구성된 타겟에 있어서, Grain Size Uniformity가 10% 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에 있어서, Grain Size가 50 ㎛ 이하의 스퍼터링 타겟을 통해 제조된 위상반전막의 경우, 위상반전막의 Grain Size가 15 nm 이하가 가능하다. Grain Size가 조밀할 경우, 박막의 균일성이 증가하여 투과율 Uniformity, Thickness Uniformity, Phase Shift Uniformity 등의 박막 특성 향상이 가능하다. 또한, Grain Size가 15 nm 이하로 작을 경우, Grain Boundary를 따라 자유전자의 흐름이 원활하여 면저항 특성이 개선되고 이로 인해 e-beam Writing시 발생하는 Electron Charging의 문제를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 위상반전막의 Grain Size가 15 nm 이하일 경우, 박막의 균일성 증가로 인해 박막을 이루고 있는 원자간 결합이 안정한 구조를 가지고 이로 인해 박막 표면의 에너지 상태가 매우 안정한 상태를 이루게 된다. 이로 인해 Hot DI Water 등과 같은 세정 Chemical 과의 반응이 작게 발생하게 됨으로 세정 Chemical에 대한 신뢰성 향상이 가능하다. 또한, 위상반전막의 Grain Size가 15 nm 이하일 경우, 내부 Stress가 감소되어 원자 및 분자의 자유도가 증가하여 박막의 Amorphous 특성이 나타나게 되고 이러한 박막을 Patterning 하였을 경우 Pattern Fidelity, Profile이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한 위상반전막의 Grain Size가 15 nm 이상일 경우, 위상반전막의 밀도를 2.0 g/㎤ 이상 얻기 힘들게 되고 이로 인해 위상반전막의 구조가 치밀한 구조가 아닌 기공 등과 같은 내부 결함을 포함하는 구조가 되어 세정 Chemical이 침투하기 쉽고 이로 인해 세정 Chemical과의 반응하는 Area의 영역이 증가하여 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
상기 b1)의 단계에 있어서, 위상반전막의 성막 후 열처리를 실시함에 있어서RTP, Vacuum Baker, Hot-Plate, 전기로 등을 사용할 수 있으며 열원의 위치는 상하좌우 어느 쪽에 위치하여도 상관없지만 바람직하게는 상하에 위치하는 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 위상반전막의 표면과 마주보는 쪽에 위치하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 b1)의 단계에 있어서, 위상반전막의 성막후 열처리를 실시함에 있어서, 가열 속도는 20 내지 100 ℃/sec의 속도로 가열하고 냉각 속도는 20 내지 100 ℃/sec의 속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 만약 100 ℃/sec 이상의 속도로 가열하게 되면 위상반전막의 표면이 급속도로 증가하는 열에 노출되게 됨에 따라 Thermal Damage로 인해 박막의 Roughness가 급격하게 나빠지게 된다. 또한 20 ℃/sec 이하의 승온속도로 가열하게 되면 공정시간이 길어짐으로써 박막을 이루고 있는 원자의 이동이 발생하게 되어 박막 내부 응력을 발생시킴으로써 박막의 Peeling 현상 등의 문제점을 발생하게 된다. 또한 20 ℃/sec 이하의 속도로 냉각하게 되면 마찬가지로 공정시간이 너무 길어지게 되고 생산성이 떨어지게 된다. 또한 냉각 시, N2, Vacuum 상태, 대기 중에 냉각할 수 있으며 바람직하게는 N2 및 Vacuum 상태에서 냉각하는 것이 바람직하다. 그리고, 100 ℃/sec 이상의 속도로 냉각을 하게 되면 열압축 응력이 발생하게 되어 박막 내부의 응력을 증가시키는 문제점이 발생한다.
상기 b1)의 단계에 있어서, 위상반전막의 성막후 열처리를 실시함에 있어서, 샘플과 Lamp 와의 거리는 10 mm - 100 mm 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 10 mm 이하의 거리에서 열처리를 실시할 경우 강한 열에너지로 인해 박막의 Uniformity가 급격하게 떨어지게 되고 100 mm 이상의 거리에서 열처리를 실시할 경우 열처리 효과가 미미해지게 된다.
상기 b1)의 단계에 있어서, 위상반전막의 성막 후 열처리를 실시함에 있어서, 열처리시 사용되는 램프, 열선 등과 같은 열원(Thermal Source)의 방향이 투명기판 위에 위상반전막이 형성되어 있을 경우 위상반전막의 표면으로만 조사될 수도 있으며, 투명기판으로부터 위상반전막 방향으로 조사 될 수 있다. 또한 투명기판 및 위상반전막 양면 모두 조사되는 것을 특징으로 한다. 이는 위상반전막의 열처리시 열 에너지에 의한 박막에 대한 응력(stress) 조절을 통해 선택적으로 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 b1)의 단계에 있어서, 위상반전막의 성막후 열처리를 실시함에 있어서, 열처리 분위기는 투과율 특성 개선을 위해 진공 중에 실시하거나 산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2) 등과 같은 산소 또는 질소를 포함하는 가스를 이용하여 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 열처리를 진공 중에 실시하는 것은 Chamber의 진공도가 10-2 torr 이하인 것이 바람직하다.
상기 b1)의 단계에 있어서, 위상반전막의 성막후 열처리를 실시함에 있어서, 공정 진행 진공도는 10-2 torr 이하에서 진행하는 것이 바람직하다. 10-2 torr 이상에서 열처리를 진행할 경우 Chamber내의 불순물에 의한 박막 오염으로 인해 박막의 투과율 Uniformity가 나빠지게 된다. 박막 오염으로 인해 투과율이 감소하는 문제점이 발생하게 된다. 또한, Chamber의 크기는 박막이 성막된 샘플 체적의 1.5 ~ 20배 범위에 속하는 Chamber를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 b1)의 단계에 있어서, 위상반전막의 성막후 열처리를 실시함에 있어서, 열처리 온도는 200 ~ 900℃ 범위에서 실시하는 것을 특징으로 한다. 200℃ 이하의 온도에서는 열처리를 효과가 미미하여 박막의 특성 개선 효과가 없으며, 900℃ 이상의 온도에서는 박막의 결정화로 입계에서의 빛의 산란 및 Scattering이 증가하여 투과율이 감소하거나 특정 방향의 결정성을 갖고 있기 때문에 Dry Etching시 LER (Line Edge Roughness) 및 LWR (Line Width Roughness)과 같은 특성이 나빠지게 된다.
상기 b1)의 단계에 있어서, 위상반전막의 성막후 열처리를 실시함에 있어서, 열처리를 통해 박막의 밀도 향상과 박막 결합 특성 개선을 통해 세정 Chemical에 대한 신회성 향상이 가능하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 금속막이 차광막 및 반사방지막으로 투명기판에서부터 순차적으로 구성되는 경우, 차광막은 크롬, 텅스텐, 탄탈륨, 및 티타늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 박막으로서, 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 크립톤 중 선택된 1종 이상의 불활성 가스와 산소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 아산화질소, 산화질소, 이산화질소, 암모니아, 메탄 중 선택된 1종 이상의 활성가스를 사용하여 스퍼터링 하는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에 있어서, 금속막이 차광막 및 반사방지막으로 투명기판에서부터 순차적으로 구성되는 경우, 반사방지막은 금속을 모체로 하여 크롬, 텅스텐, 탄탈륨, 규화몰리브덴 및 티타늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 박막으로서, 아르곤, 헬륨, 네온, 크세논, 크립톤 중 선택된 1종 이상의 불활성 가스와 산소, 질소, 일산화탄소, 이산화탄소, 아산화질소, 산화질소, 이산화질소, 암 모니아, 메탄 중 선택된 1종 이상의 활성가스를 사용하여 스퍼터링하는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에 있어서, 금속막이 차광막 및 반사방지막으로 투명기판으로부터 순차적으로 형성되는 경우 차광막 및 반사방지막은 각각 코발트(Co), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 플래티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 루세늄(Ru), 안토늄(Sb), 니켈(Ni), 카드늄(Cd), 지르코늄(Zr), 주석(Sn), 갈도륨(Ga), 니오븀(Nb), 실리콘(Si), 금속실리사이드 중에서 선택된 1종이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고 추가적으로 차광막 및 반사방지막이 산화, 질화, 탄화, 산화질화, 탄화질화, 산화탄화, 산화탄화질화물 형태로 존재하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 포토마스크 제조 방법은,
a1) 내지 d1)에 상술한 방법으로 제조된 하프톤형 위상반전 마스크 블랭크에 통상적으로 위상반전 포토마스크 제조 시 사용되는 공정을 통해 레지스트막 패턴, 반사방지막 패턴, 차광막 패턴, 위상반전막 패턴을 형성한 후 불필요해진 레지스트막 패턴을 제거하는 단계를 거쳐 위상반전 포토마스크를 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 위상반전막 제조 기술을 통해 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크는 제조할 경우 박막 밀도 향상, 미세한 조직 구조 및 안정한 결합구조를 갖는 위상반전막을 통해 세정 Chemical, 특히 Hot DI Water에 대한 내성이 우수한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 제조가 가능하다. 이러한 High-end급 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 통해 포토마스크의 수명 연장은 물론 Wafer의 패턴 전사시 Error가 없는 정확한 패턴 전사가 가능함으로써 생산성 향상을 도모할 수 있을 뿐만 고품질의 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크의 제조가 가능하다.
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. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구 범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
(실시예 1)
실시예 1에서는 스퍼터링 타겟의 Grain Size에 따른 위상반전막의 Grain Size에 대한 평가를 실시하였으며 이렇게 제조된 위상반전막에 대해 Hot DI Water에 대한 신뢰성 평가를 진행하였다. 먼저 위상반전막의 성막 조건은 아래의 표 1과 같다.
[표 1] 성막 조건
Target MoSi (10 : 90 at%)
Target Grin Size Variable
Sputteing Gas Ar
Reactive Gas N2, CH4
Power 2.5 W/㎠
Pressure 5.0 x 10-3 torr 이하
Substrate Synthetic Quartz, 6 inch Squarre
위의 조건을 통해 성막된 위상반전막은 650 ~ 660 Å의 두께에 193 nm의 파장에서 투과율이 5.5 ~ 6.0 %의 범위를 가졌다. 이들 박막에 대해 Grain Size 및 Hot DI Water에 대한 내성 평가를 실시하였다. Grain Size 측정은 FE-SEM 장비를 통해 Target과 위상반전막에 대해 측정하였다. Hot DI Water에 대한 내성 평가는 70 ℃의 Hot DI Water에 1500 sec 동안 Dipping 한 후 193 nm에서의 투과율 변화를 통해 실시하였다. 도 2는 Grain Size 측정 결과 및 Hot DI Water에 대한 신뢰성 평가 결과이다.
도 2에서 보듯이 Target의 Grain size가 증가함에 따라 위상반전막의 Grain Size가 증가하였다. 이는 Target의 Grain Size가 작을수록 타겟이 치밀한 구조를 가지고 등방성을 가지기 때문에 스퍼터링시 Ar 원자의 충돌에 의한 타겟 원자의 방출이 균일하기 때문이다. 또한 위상반전막의 Grain Size가 증가할수록 Hot DI Water에 대한 신뢰성이 증가하였으며 이는 위상반전막의 Grain Size가 증가할수록 위상반전막은 기공과 같은 내부 결함이 증가하고 이로 인해 박막 Density가 감소하기 때문에 Hot DI Water에 대한 신뢰성이 감소하는 것으로 판단된다.
따라서, Hot DI Water에 대한 신뢰성을 위해서는 바람직하게 30 nm 이하의 위상반전막 Grain Size와 100 ㎛ 이하의 타겟 Grain Size를 가져야 하며 더욱 바람직하게는 15 nm 이하의 위상반전막 Grain Size와 30 ㎛ 이하의 타겟 Grain Size를 가지는 것이 더욱 바람직하다.
(실시예 2)
실시예 2에서는 Target Grain Size에 따른 Particle 및 박막 밀도를 측정하였다. Particle 측정은 650 Å의 두께와 193 nm에서 5.53 %의 투과율을 가지는 위상반전막 성막 후 Hitachi 사의 GM Inspection 장비를 이용하였으며 박막의 밀도는 XRR를 통해 측정하였다.
도 3은 스퍼터링 타겟의 Grain Size에 따른 Particle 및 위상반전막의 밀도를 측정한 결과이다. 도 3의 결과에서 보듯이 Target의 Grain Size가 증가함에 따라 Particle이 증가하고 밀도는 감소하였다. 이는 타겟의 Grain Size가 증가함에 따라 스퍼터링 공정 시 이상 방전 및 Arcing 발생으로 인해 Particle 및 Defect이 다량 발생하하고 이러한 Particle 및 Defect으로 인해 위상반전막를 구성하는 원자간의 결합이 제대로 형성되지 않기 때문에 박막의 밀도는 감소하는 것으로 판단된다. 또한 위상반전막의 밀도에 따른 Hot DI Water에 대한 신뢰성 평가를 실시하였다. 신뢰성 평가는 실시예 1과 동일한 방법인 70 ℃의 Hot DI Water에 1500 sec 동안 Dipping 후 투과율 변화를 측정하였다.
도 4는 위상반전막의 밀도에 따른 Hot DI Water에 대한 신뢰성 평가 결과이다. 도 4의 실험 결과를 통해 위상반전막의 밀도가 증가함에 따라 신뢰성이 증가하 며 이와 반대로 밀도가 감소함에 따라 신뢰성이 감소하였다. 이는 앞서서 설명하였듯이 박막의 Density가 증가하여 기송 및 Particle 등과 같은 내부 결함이 작아지지만 밀도가 감소할 경우, 기공 및 Particle 등의 Defect이 증가하고 기공 및 Particle이 존재하는 영역에 국부적으로 화학적 에너지가 집중되어 Hot DI Water 내의 OH-, O2- 등과 같은 이온과의 반응이 커지기 때문에 신뢰성이 증가한다.
따라서, 위의 실험 결과를 토대로 위상반전막의 밀도는 바람직하게는 2.0 g/㎤ 이상이어야 하고 더욱 바람직하게는 4.0 g/㎤ 이상이어야 한다.
(실시예 3)
실시예 3에서는 실시예 1과 2를 통해 제조된 15 nm 이하의 Grain Size를 가지는 위상반전막에 대해 RTP 및 Hot Plate, Furnace 및 Vacuum Baker를 이용하여 열처리를 실시하였다.
도 5는 열처리 수단에 따른 Hot DI Water에 대한 내성 평가 결과를 나타낸다. 도 5에서 보듯이 Reference의 경우 약 0.54%의 투과율 변화가 발생하였으나 열처리를 실시하였을 경우, 내성이 개선되는 효과를 얻을 수 있었다. 특히, RTP를 이용하여 열처리를 실시한 경우가 가장 큰 효과 개선이 이루어졌으며 이 때의 투과율 변화가 0.12%의 투과율 변화를 보였다. 이는 위상반전막의 열처리를 통해 내부 결함이 제거되고 위상반전막의 구조가 더욱 치밀한 구조로 변하기 때문이다.
따라서, 위상반전막의 열처리를 실시하는 것이 바람직하여 더욱 바람직하게 는 RTP를 이용하여 열처리를 실시하는 것이 더욱 바람직하다.
(실시예 4)
실시예 4에서는 위상반전막의 Grain Size에 따른 Pattering시 LER 특성을 평가하였다. LER 특성 평가는 1.0 ㎛ Line & Space Pattern을 Patterning 한 후 평가하였다.
도 6은 위상반전막의 Grain Size에 따른 LER 특성 평가 결과이다. 위의 결과에서 위상반전막의 Grain Size가 증가할수록 LER이 증가하였다. 이는 Grain Size가 증가함에 따라 박막의 내부 응력이 증가하여 비정질 특성이 감소하기 때문이며 또한 Grain Size 증가로 인해 박막 내부 결함의 증가로 인해 Patterning시 정확한 Pattern 구현이 어렵기 때문이다.
따라서, 위상반전막의 Grain Size는 30 nm 이하가 바람직하며 더욱 바람직하게는 15 nm 이하가 더욱 바람직하다.
도 1은 본 발명에 의해 제조된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 Target Grain Size에 따른 위상반전막 Grain Size 및 Hot DI Water 신뢰성에 관한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에서 Target Grain Size에 따른 Particle 및 Density 특성에 관한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에서 위상반전막 밀도에 따른 Hot DI Water에 대한 신뢰성에 관한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에서 열처리 수단에 따른 Hot DI Water에 대한 내성 평가 결과에 관한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 4에서 위상반전막의 Grain Size에 따른 LER 특성 평가에 관한 그래프이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 투명기판
20 : 위상반전막
30 : 차광막
40 : 반사방지막
60 : 레지스트막
100 : 본 발명에 의해 제조된 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크

Claims (19)

  1. 투명 기판 상에 위상반전막, 금속막 및 레지스트막으로 이루어진 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 위상반전막은 몰리브덴 (Mo)과 실리콘 (Si)으로 필수적으로 포함하고 위상반전막의 그레인 사이즈(Grain Size)가 15 nm 이하인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막의 그레인 사이즈 균일도(Grain Size Uniformity)가 위상반전막이 성막되는 전 영역에 걸쳐 10 % 이하인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막의 조성은 Mo는 1 ~ 30 at%와 Si는 30 ~ 80 at%의 범위를 가지며 산소, 질소, 탄소 중의 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  4. 제 1항에 있어서,
    스퍼터링 타겟(Target)을 통해 제조된 상기 위상반전막의 밀도가 2.0 g/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막을 성막하기 위한 스퍼터링 타겟이 몰리브덴 (Mo) 및 실리콘(Si)을 필수적으로 포함하고 실리콘의 함량이 50 내지 95 at%인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막을 성막하기 위한 스퍼터링 타겟의 그레인 사이즈는 50 ㎛ 이하이고 타겟 전체에 대한 그레인 사이즈 균일도가 10 % 이하인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막을 성막하기 위한 스퍼터링 타겟은 Hot Press, Roll Press, Hot Isostatic Press 중의 선택되어진 어느 한 가지 방법으로 제조된 타겟을 사용하는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  8. 투명 기판 상에 위상반전막, 차광막, 반사방지막 및 레지스트막으로 이루어진 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 위상반전막은 HIP 방법으로 제조된 몰리브덴 (Mo)과 실리콘 (Si)으로 필수적으로 포함하고 그레인 사이즈가 15 nm 이하이며 성막 후 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  9. 제 8항에 있어서,
    위상반전막의 열처리는 Rapid Thermal Process (RTP), Vacuum Baker, Furnace 및 Hot-plate으로 구성되는 군 중의 선택되어진 1종 이상을 통해 열처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 위상반전막의 열처리시 사용되는 온도가 200 내지 900℃ 인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 위상반전막의 열처리시 가열 속도가 20 내지 100℃/sec 이며 냉각 속도가 20 내지 100℃/sec로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 위상반전막의 열처리시 열원과 위상반전막 표면의 거리가 10 내지 200 mm인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 위상반전막의 열처리시 사용되는 분위기 가스가 산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2) 등과 같은 산소 또는 질소를 포함하는 가스 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 위상반전막의 열처리시 사용되는 온도가 200 내지 900℃ 인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 위상반전막이 Hot DI Water로 Rinse시 투과율 변화량이 3% 미만인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  16. 제 8항에 있어서,
    상기 위상반전막이 Hot DI Water로 Rinse시 투과율 변화량이 3% 미만인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 제조하기 위한 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크의 제조 방법.
  18. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 통해 제조되는 하프톤형 위상반전 포토마스크.
  19. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항의 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크를 통해 제조되는 하프톤형 위상반전 포토마스크를 제조하기 위한 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제조 방법.
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