KR20160002332A - 극자외선용 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 - Google Patents

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KR20160002332A
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Abstract

본 발명은 흡수막을 구성하고 있는 흡수층 및 반사방지층을 동일 식각 물질에 의해 식각되는 물질로 구성함으로써, 단 1회의 식각 공정 만으로 흡수층 및 반사방지층의 동시 식각이 가능하여 공정 중의 결함 및 이물질의 발생을 최소화 할 수 있는 극자외선용 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 흡수막을 구성하는 경원소의 조성비를 조절하여 요구되는 흡수막의 광학 특성을 확보함과 동시에 박막화를 구현하여 14㎚급 이하, 특히, 7㎚급 이하의 패턴 구현 시 우수한 패턴 정확도를 갖는 극자외선용 블랭크 마스크 및 이를 이용한 고품질의 극자외선용 포토마스크를 제공한다.

Description

극자외선용 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크{Blankmask for Extreme Ultra-Violet Lithography and Photomask using the same}
본 발명은 13.5㎚의 극자외선(Extreme Ultra Violet; EUV)광을 노광광으로 사용하는 극자외선용 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 14㎚급 이하, 특히, 7㎚급 이하의 패턴 정확도가 향상된 극자외선용 블랭크 마스크 및 이를 이용하여 제조되는 포토마스크에 관한 것이다.
고집적화에 따른 포토-리소그래피(Photo-lithography) 기술은 고해상도 구현을 위하여 365㎚(i-line), 248㎚(KrF) 및 193㎚(ArF) 파장을 노광광으로 사용하여 발전해왔으며, 근래에는 13.5㎚ 파장의 EUV 노광광을 이용한 리소그래피 기술이 개발되고 있다.
그 중, EUV 노광광을 이용한 리소그래피 기술은 노광광을 반사하는 원리를 이용한 기술로서 13.5㎚ 파장의 노광광을 반사하는 다층 반사막(Multi-reflective layer)과 노광광을 흡수하는 흡수막(Absorber layer)의 2부분으로 크게 구성된다.
그 중 상기 흡수막은 13.5㎚의 극자외선 노광광을 흡수할 수 있는 물질로서 탄탈륨(Ta)을 포함하는 화합물이 사용되고 있으며, 이는, 탄탈륨(Ta) 화합물의 경우 염소(Cl) 또는 불소(F) 계열의 라디칼(Radical)을 이용한 플라즈마 식각이 용이하여 마스크 제조 공정을 쉽게 할 수 있는 장점이 있기 때문이다.
그러나, 상술한 탄탈륨(Ta) 화합물로 구성된 흡수막을 이용하여 14㎚급 이하, 특히, 7㎚급 이하의 패턴을 구현하는 경우 아래와 같은 문제점이 발생한다. 자세하게, 종래 흡수막은 일반적으로 물질 조성이 서로 상이한 상부층과 하부층의 2층 구조로 형성된다. 상기 하부층은 13.5㎚의 노광광을 흡수하기 위하여 소멸계수가 높은 질화탄탈막(TaN)으로 구성되고, 상부층은 검사파장(예를들어, 193㎚ 또는 257㎚)에서의 검사 감도(Contrast) 효율을 높이기 위해 산화질화탄탈(TaON)막으로 구성됨에 따라 식각 특성이 서로 달라지게 된다. 즉, 상부층인 산화질화탄탈막(TaON)은 불소(F) 가스에 식각되는 특성을 가지며, 하부층인 질화탄탈막(TaN)은 염소(Cl) 가스에 식각되는 특성을 갖는다.
따라서, 종래 탄탈륨(Ta) 화합물로 구성되는 흡수막은 불소(F) 가스 및 염소(Cl) 가스에 의한 2회에 걸친 식각 공정이 적용되어 공정이 번거롭고 공정 중의 결함 및 이물질의 발생 확률이 높다. 최종적으로 이러한 문제점은 공정상의 수율(Product Yield)에 영향을 미친다.
본 발명은 흡수막의 식각 공정 중의 결함 및 이물질 발생을 최소화할 수 있는 극자외선용 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공한다.
또한, 본 발명은 14㎚급 이하, 특히, 7㎚급 이하의 패턴 구현 시 우수한 패턴 정확도를 갖는 고품질의 극자외선 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크는 투명 기판 상에 적어도 다층 반사막 및 흡수막이 구비되며, 상기 흡수막은 적어도 2층 이상의 다층막으로 이루어지고, 상기 각 층들은 1회의 식각 공정으로 식각 가능하도록 동일한 식각 가스에 식각 가능한 물질로 이루어진다.
상기 흡수막은 탄탈(Ta), 질화탄탈(TaN), 탄화질화탄탈(TaCN), 질화보론탄탈(TaBN), 질화수소화탄탈(TaNH) 중 하나로 이루어지거나, 또는, 탄탈(Ta), 산화질화탄탈(TaON), 산화탄화질화탄탈(TaOCN), 산화질화보론탄탈(TaBON), 산화질화수소화탄탈(TaNOH) 중 하나로 이루어진다.
상기 흡수막은 상부층과 하부층을 포함하는 2층 구조로 이루어지며, 상기 상부층과 하부층은 10at% 이상의 금속 물질 및 경원소의 조성비 차이를 갖고, 상기 상부층은 전체 흡수막 두께의 1% ∼ 30%의 두께 비율을 갖는다.
상기 흡수막은 30㎚ ∼ 80㎚의 두께를 갖는다.
본 발명은 상기 극자외선용 블랭크 마스크를 이용하여 극자외선용 포토마스크를 형성할 수 있다.
본 발명은 흡수막이 단층은 물론 또는 상부층과 하부층을 포함하는 다층 구조로 구성되더라도, 동일한 식각 물질에 의하여 단 1회의 식각 공정만으로 흡수막의 식각이 가능하여 공정 중의 결함 및 이물질의 발생을 최소화할 수 있는 극자외선용 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 흡수막의 광학 특성을 확보함과 동시에 박막화를 구현할 수 있는 극자외선용 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 14㎚급 이하, 특히, 7㎚급 이하의 패턴 구현 시 우수한 패턴 정확도를 갖는 고품질의 극자외선 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극자외선용 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 극자외선용 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 극자외선용 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 실시예는 단지 본 발명의 예시 및 설명을 하기 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 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술력 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 극자외선용 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크(100)는 투명 기판(102), 투명 기판(102) 상에 순차적으로 적층된 다층 반사막(104), 흡수막(112)과 레지스트막(118)을 포함한다.
투명 기판(102)은 극자외선 노광광을 이용하는 반사형 블랭크 마스크용 기판으로서 적합하도록 노광 시의 열에 의한 패턴의 변형을 방지하기 위해 저 열팽창 계수를 갖는 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판을 사용한다.
다층 반사막(104)은 몰리브데늄(Mo) 및 실리콘(Si)을 교대로 40층 내지 60층 적층하여 형성한다. 다층 반사막(104)은 노광 공정(Wafer Printing) 시, 이미지 감도(Image contrast)를 우수하게 하기 위하여 13.5㎚의 극자외선용 노광 파장에 대하여 65% 이상의 반사율을 가지며, 193㎚ 또는 257㎚의 검사 파장에 대하여 40% ∼ 65%의 반사율을 갖는다. 다층 반사막(104)은 노광광의 최종 입사 각도에 최적화된 반사 강도(Reflection Intensity)를 가져야 하며, 이를 위해 몰리브데늄(Mo)은 2㎚ ∼ 4㎚, 실리콘(Si)은 3㎚ ∼ 5㎚의 두께를 갖는다.
극자외선용 블랭크 마스크(100)는 다층 반사막(104) 및 흡수막(112) 사이에 구비된 캡핑막(106)을 더 포함할 수 있다. 캡핑막(106)은 흡수막(112) 패터닝 시 사용되는 식각 가스에 의해 다층 반사막(104)이 손상입는 것을 방지하는 역할을 하며, 흡수막(112) 패터닝 시 다층 반사막(104)에 손상이 발생하지 않는 경우, 형성되지 않을 수 있다.
캡핑막(106)은, 바람직하게, 루테늄(Ru), 니오븀(Nb)으로 형성하거나 또는 루테늄(Ru) 화합물, 니오븀(Nb) 화합물로 형성하며, 루테늄(Ru)과 니오븀(Nb)을 포함하는 화합물로 형성할 수 있다. 캡핑막(106)은 1㎚ ∼ 10㎚의 두께를 가지며, 바람직하게, 1㎚ ∼ 5㎚의 두께를 갖는다.
흡수막(112)은 하부층과 상부층을 포함하는 2층 이상의 다층막(108, 110)으로 구성되거나 또는 깊이 방향으로 조성비가 동일한 단일막으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 흡수막(112)은 단층막으로 구성되는 경우 조성비가 두께 방향으로 동일하거나, 단계적 또는 연속적으로 변화되는 막일 수 있다.
흡수막(112)은 단층막 또는 2층 이상의 다층막 구조를 갖더라도 동일 계열의 식각 가스를 이용한 1회의 식각 공정으로 식각 가능한 물질들로 구성된다. 이에 따라, 흡수막(112)은 종래 상호 다른 식각 물질을 이용한 다수회의 식각 공정으로 야기되는 결함 및 이물질의 발생을 최소화할 수 있다.
흡수막(112)은 탄탈(Ta) 단독, 탄탈(Ta)을 필수적으로 포함하는 금속 물질로 이루어지거나 상기 탄탈(Ta) 또는 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1종 이상의 경원소를 더 포함하는 탄탈(Ta) 화합물로 형성하는 것이 바람직하다.
흡수막(112)은, 예를 들어, 동일한 식각 가스로 식각 가능한 탄탈(Ta), 질화탄탈(TaN), 탄화질화탄탈(TaCN), 질화보론탄탈(TaBN), 질화수소화탄탈(TaNH) 중 어느 하나로 구성할 수 있다. 자세하게, 흡수막(112)은 단층 또는 상부층과 하부층의 2층 구조로 구성되는 경우, 상기 모든 층들은 염소(Cl)를 포함하는 가스에 의해 1회 식각 공정이 가능하도록, 예를 들어, 질화탄탈(TaN) 막으로 구성될 수 있다. 여기서, 흡수막(112)이 2층 구조로 구성되는 경우, 반사율 조절을 위하여 하부층의 질화탄탈(TaN)에 포함되는 질소(N)의 함유량이 상부층의 질화탄탈(TaN)에 포함되는 질소(N) 함유량보다 상대적으로 낮도록 구성한다.
또한, 흡수막(112)은 단층 또는 상부층과 하부층의 2층 구조로 구성되는 경우, 상기 모든 층들은 불소(F)를 포함하는 식각 가스에 의해 1회 식각 공정이 가능하도록, 예를 들어, 산화질화탄탈(TaON) 막으로 구성될 수 있다. 여기서, 흡수막(112)이 2층 구조로 구성되는 경우, 반사율 조절을 위하여 하부층의 산화질화탄탈(TaON)에 포함되는 산소(O)의 함유량이 상부층의 산화질화탄탈(TaON)에 포함되는 산소(O)의 함유량보다 상대적으로 낮도록 구성한다.
흡수막(112)은 상기 탄탈(Ta) 단독 또는 탄탈(Ta)을 포함하는 금속 물질 대비 경원소가 95at% : 5at% ∼ 20at% : 80at%인 조성비를 갖는다.
흡수막(112)은 30㎚ ∼ 80㎚의 두께를 가지며, 바람직하게, 50㎚ ∼ 70㎚의 두께를 갖는다. 흡수막(112)의 두께가 30㎚ 이하이면, 노광광에 대한 반사율이 10% 이상으로 반사율이 높고, 80㎚ 이상이면 가로-세로 패턴의 임계치수 편차가 높아 목표로 하는 임계치수 대비 편차가 커져 임계치수의 균일도 및 MEEF(Mask-Enhanced Error Factor) 증가의 원인이 된다.
흡수막(112)이 상부층과 하부층의 2층 구조로 구성되는 경우, 상층의 두께 비율은 전체 흡수막(112) 두께의 1% 내지 30% 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
흡수막(112)은 금속 물질 및 경원소의 함유량을 조절하여 광학 특성을 유지하면서 그의 두께를 줄일 수 있으며, 동일 식각 물질을 이용한 1회의 식각 공정에서 식각 속도가 조절되어 흡수막(112) 패턴의 단면 수직성을 향상시킬 수 있다. 흡수막(112)은 상부층과 하부층을 포함하는 2층 이상의 다층으로 이루어지거나 또는 연속막으로 이루어지는 경우, 상부층과 하부층 또는 표면과 하부막과 인접한 부분은 10at% 이상의 금속 물질 및 경원소의 조성비 차이를 갖는다.
흡수막(112)은 13.5㎚의 극자외선용 노광광에 대하여 10% 미만의 반사율을 가지며, 바람직하게, 5% 이하의 반사율, 더욱 바람직하게, 1% 이하의 반사율을 갖는다.
레지스트막(118)은 화학증폭형 레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)가 사용되며, 레지스트막(118)은 200㎚ 이하의 두께를 갖고, 바람직하게, 150㎚ 이하, 더욱 바람직하게, 100㎚ 이하의 두께를 갖는다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 극자외선용 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크(200)는 투명 기판(102), 투명 기판(102) 상에 순차적으로 적층된 다층 반사막(104), 흡수막(112) 및 레지스트막(118)을 포함한다. 또한, 다층 반사막(104)과 흡수막(112) 사이에 구비된 캡핑막(106) 및 캡핑막(106)과 흡수막(112) 사이에 구비된 식각저지막(114) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 여기서, 다층 반사막(104), 캡핑막(106) 및 레지스트막(118)은 상술한 제 1 실시예에서와 동일한 물질, 구조 및 동일한 물리적·화학적·광학적 특성을 갖는다.
흡수막(112)은, 예를 들어, 동일한 식각 가스로 식각 가능한 탄탈(Ta), 산화질화탄탈(TaON), 산화탄화질화탄탈(TaOCN), 산화질화보론탄탈(TaBON), 산화질화수소화탄탈(TaNOH) 중 어느 하나로 구성할 수 있다. 이때, 흡수막(112)은 CF4, C2F6, C4F8, C5F8, CHF3, SF6, ClF3 등의 불소(F)계 가스로 동시에 식각 될 수 있으며, O2, He, Ar 등의 가스를 선택적으로 혼합하여 사용할 수 있다.
흡수막(112)은 상기 식각 특성 외에 상술한 제1실시예에서와 동일한 물리적·화학적·광학적 특성을 갖는다.
식각저지막(114)은 캡핑막(106)과 흡수막(112) 사이에 구비되어 흡수막(112)의 식각 가스인 불소(F)계 가스에 의해 캡핑막(106)에 손상이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다.
식각저지막(114)은 캡핑막(106) 및 흡수막(112)이 불소(F) 계 가스에 의해 식각 가능하므로, 상기 불소(F)계 가스와 식각 선택비를 갖는, 예를 들어, 염소(Cl)계 가스에 의해 식각 가능한 물질로 구성한다. 식각저지막(114)은, 예를 들어, 크롬(Cr) 단독 또는 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1종 이상의 경원소를 더 포함하는 크롬(Cr) 화합물로 형성하는 것이 바람직하다.
식각저지막(114)은 흡수막(112)에 대하여 1 : 10 이상의 식각 선택비를 가지며 0.5㎚ ∼ 20㎚의 두께를 가지고, 바람직하게는 0.5㎚ ∼ 10㎚, 더욱 바람직하게는 0.5㎚ ∼ 5㎚의 두께를 갖는다. 식각저지막(114)이 0.5㎚ 이하의 두께를 갖는 경우 흡수막(112)의 식각 과정에서 식각 저지 기능을 못하여 캡핑막(106)에 손상이 발생할 수 있으며, 20㎚ 이상의 두께를 갖는 경우 단순한 보호막의 역할을 벗어나 그림자 효과(Shadow Effect)로 인한 임계치수 편차(CD Bias)가 커지는 문제가 발생한다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 극자외선용 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크(300)는 투명 기판(102), 투명 기판(102) 상에 순차적으로 적층된 다층 반사막(104), 흡수막(112), 하드 필름(116) 및 레지스트막(118)을 포함한다. 또한, 다층 반사막(104)과 흡수막(112) 사이에 구비된 캡핑막(106) 및 캡핑막(106)과 흡수막(112) 사이에 구비된 식각저지막(114) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 여기서, 다층 반사막(104), 캡핑막(106), 흡수막(112),식각저지막(114) 및 레지스트막(118)은 상술한 제 1, 2 실시예에서와 동일한 물질, 구조 및 물리적·화학적·광학적 특성을 갖는다.
하드 필름(116)은 흡수막(112) 및 레지스트막(118) 사이에 형성되며, 레지스트막(118)의 두께를 낮추고 로딩 효과를 저감시키기 위하여 형성한다.
하드 필름(116)은 흡수막(112)의 식각 마스크 역할을 수행하기 위하여 흡수막(112)과 1 : 10 이상의 식각 선택비를 갖는다. 예를 들어, 흡수막(112)이 질화탄탈(TaN)로 이루어진 경우 하드 필름(116)은 불소(F)계 가스로 식각 가능한 물질로 이루어질 수 있으며, 흡수막(112)이 산화질화탄탈(TaON)로 이루어진 경우 하드 필름(116)은 염소(Cl)계 가스로 식각 가능한 물질로 이루어진다.
하드 필름(116)은 레지스트막(118)의 박막화를 위하여 두께가 얇고 식각 속도가 빨라야 하며, 이를 위해, 2㎚ ∼ 10㎚의 두께를 갖는다. 하드 필름(116)이 10㎚ 이상의 두께를 갖는 경우, 레지스트막(118)을 식각 마스크로 하여 하드 필름(116)을 패터닝 할 때 로딩 효과(Loading Effect)에 의해 CD 편차가 높아질 수 있으며, 2㎚ 이하의 두께를 갖는 경우, 흡수막(112)에 대한 식각 선택비가 낮아져서 식각 마스크로의 역할 수행이 어렵게 된다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크는 레지스트막(118)의 하부에 배치된 막 상에, 예를 들어, 하드 필름(116) 또는 하드 필름(116)이 없는 경우 흡수막(112)의 반사방지층(110) 상에는, 레지스트막(118)에 대한 접착력(Adhesion) 향상을 위하여 도포된 실리콘을 포함한 고분자화합물이 형성될 수 있다. 상기 실리콘을 포함한 고분자화합물은 헥사메틸디실란(Hexamethyldisilane), 트리메틸실릴디에틸아민(Trimethylsilyldiethyl-amine), O-트리메틸실릴아세테이트 (O-trimethylsilylacetate), O-트리메틸실릴프로프리오네이트 (O-trimethylsilyl-proprionate), O-트리메틸실릴부티레이트 (O-trimethylsilylbutyrate), 트리메틸실릴트리플루오로아세테이트 (Trimethylsilyl -trifluoroacetate), 트리메틸메톡시실란(Trimethylmethoxysilane), N-메틸-N-트리메틸실릴트리플루오로아세트아마이드(N-methyl-Ntrimethylsilyltrifluoroacetate), O-트리메틸실릴아세틸아세톤(O-trimethylsilyacetylacetone), 아이소프로페녹시트리메틸실란(Isopropenoxy-trimethylsilane), 트리메틸실릴트리플루오로아세트아마이드(Trimethylsilyl-trifluoroacetamide), 메틸트리메틸실릴디메틸케톤아세테이트 (Methyltrimethyl-Silyldimethylketoneacetate), 트리메틸에톡시실란(Trimethyl -ethoxysilane) 중 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 극자외선 블랭크 마스크는 투명 기판(102)의 후면에 선택적으로 구비된 도전막을 더 포함할 수 있다.
상기 도전막은 극자외선용 블랭크 마스크와 정전척(Electronic-Chuck)의 결합을 도와주는 역할을 하고, 정전 척과의 밀착성 향상을 위해 낮은 면 저항을 갖는다. 또한, 도전막은 정전 척과 극자외선용 블랭크 마스크의 밀착성을 향상시켜 정전 척과 도전막의 마찰에 의해 도전막에 의한 파티클이 발생하는 것을 방지하도록 역할한다. 따라서, 도전막은 100Ω/□ 이하의 면 저항값을 가지며, 바람직하게, 50Ω/□ 이하, 더욱 바람직하게는 20Ω/□ 이하의 저항값을 갖는다.
상기 다층반사막, 캡핑막, 식각저지막, 흡수막, 하드 필름 및 도전막은 선택적으로 열처리할 수 있으며, 열처리 공정은 급속 열처리 장치(Rapid Thermal Process; RTP), 진공 핫-플레이트 열처리(Vacuum Hot-Plate Bake), 플라즈마 (Plasma) 및 퍼니스(Furnace) 중 1종 이상의 방법으로 수행 가능하다.
상술한 본 발명의 실시예에서, 캡핑막(106), 흡수막(112), 식각저지막(114), 하드 필름(116) 및 도전막은 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 코발트(Co), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te), 오스뮴(Os), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 주석(Sn), 이리듐(Ir), 안티몬(Sb), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 로듐(Rh), 은(Ag), 인듐(In), 백금(Pt), 금(Au), 납(Pb), 실리콘(Si) 중 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 극자외선용 블랭크 마스크에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
(실시예)
본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크의 제조 I
극자외선용 블랭크 마스크의 제조를 위하여, 기판은 6 inch x 6 inch x 0.25 inch의 크기를 가지고, 평탄도(TIR: Total Indicated Reading)가 45㎚ 이하로 제어되며, SiO2-TiO 성분으로 이루어진 LTEM(Low Thermal Expansion Material) 기판을 준비하였다.
상기 LTEM 기판의 후면에는 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 설비를 이용하여 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 도전막(Conductive layer)을 형성하였다. 상기 도전막은 질화크롬(CrN; 하부층)과 산화질화크롬(CrON; 상부층)의 2층 구조로 형성하였다. 상기 상·하층의 도전막은 모두 크롬(Cr) 타겟을 이용하여 형성하고, 하부층의 도전막은 공정 가스로 Ar : N2 = 5sccm : 5sccm 주입하고, 공정 파워 1.4㎾를 사용하여 42㎚의 두께로 형성하였다. 상부층의 도전막은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 7sccm : 7sccm 주입하고, 공정 파워는 1.4㎾를 사용하여 24㎚의 두께로 형성하였다. 최종적으로 도전막은 66㎚의 두께로 형성되었고, 도전막의 면저항을 4-Point Probe를 이용하여 측정한 결과, 16.5Ω/□의 면저항값을 나타내어 정전척과의 결합(E-Chucking)에 문제가 없음을 확인하였다.
상기 LTEM 기판의 전면부에 이온 빔 증착-저밀도결함(Ion Beam Deposition-Low Defect Density: 이하, 'IBD-LDD'라고 함) 장비를 이용하여 몰리브데늄(Mo) 4.8㎚, 실리콘(Si) 2.2㎚의 두께로 40층을 교대로 성막하여 다층 반사막을 형성하였다. 상기 다층 반사막의 반사율을 EUV Reflectometer를 이용하여 측정하였고, 측정 결과 13.5㎚의 파장에서 67.8%의 반사율을 나타내었으며, 193㎚의 파장에서 64.66%의 반사율을 나타내었다. 그리고, AFM(Atomic Force Microscopy) 장비를 이용하여 상기 다층 반사막의 표면 거칠기(Surface Roughness)를 측정하였고, 측정 결과 0.12㎚RMS의 표면 거칠기를 나타내어 EUV 노광광이 다층 반사막에서 반사 시 표면 거칠기에 의한 난반사가 적게 일어나는 것을 알 수 있었다. 또한, Ultra-Flat 장비를 이용하여 다층 반사막 142㎟ 영역의 평탄도를 측정한 결과 54㎚의 TIR 값을 나타내어 LTEM 기판의 TIR 값이 45㎚임을 고려할 때, 반사막에 의한 패턴 위치 왜곡이 적은 것을 알 수 있었다.
상기 다층 반사막 상에 IBD-LDD 장비를 이용하여 루테늄(Ru)을 2.5㎚의 두께로 적층하여 캡핑막을 형성하였다. 상기 캡핑막의 형성 후, 다층 반사막에서와 동일하게 반사율을 측정한 결과 13.5㎚의 파장에서 65.8%의 반사율을 나타내어 다층 반사막의 반사율 수치였던 67.8%와 대비하여 반사율 변화가 거의 없음을 확인하였다. 그리고, 193㎚의 파장에서 반사율을 측정한 결과, 55.43%의 반사율을 나타내었다. 또한, 표면 거칠기 및 평탄도를 동일하게 측정한 결과, 표면 거칠기 값은 0.13㎚RMS를 나타내어 다층 반사막과 비교하여 거의 변화가 없었으며, TIR값 또한 54㎚로 변화가 없었음을 확인하였다.
상기 캡핑막 상에 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 설비를 이용하여 상부층 및 하부층으로 이루어진 2층 구조를 가지며 탄탈(Ta)을 포함하는 흡수막을 성막하였다. 2층의 흡수막 모두 탄탈(Ta) 타겟을 이용하였으며, 하부층은 공정 가스로 Ar : N2 = 8sccm : 2sccm 주입하고, 공정 파워는 1.0㎾를 사용하여 50㎚ 두께의 질화탄탈(TaN) 층으로 형성하였다. 이때, 상기 하부 흡수층의 반사율은 13.5㎚ 노광 파장에서 1.5%를 나타내었다. 상부층은 공정가스로 Ar : N2 = 4sccm : 6sccm 주입하고, 공정 파워는 1.0㎾를 사용하여 15㎚ 두께의 질화탄탈(TaN) 층으로 형성하였다. 상기 흡수층에서와 마찬가지로 13.5㎚의 노광 파장에서 대하여 반사율을 측정하였고 측정 결과 1.0%의 반사율을 나타내었다.
상기 탄탈(Ta)을 포함하는 흡수막의 평탄도를 Ultra-Flat 장비를 이용하여 측정한 결과 70㎚의 TIR값을 나타내었다. 캡핑막 형성 시의 TIR값과 대비하여 TIR값 변화량이 16㎚로 다소 높지만, 이를 박막 응력으로 환산하였을 경우 박막 응력은 150MPa 정도의 수치를 갖는 것으로 문제가 없음을 확인하였다.
또한, AES 장비를 이용하여 흡수막의 깊이에 따른 조성비를 분석한 결과 상부 반사방지층은 탄탈(Ta) : 경원소(N)의 조성이 4 : 6의 비율을 나타내었으며, 하부 흡수층은 탄탈(Ta) : 경원소(N)의 조성이 8 : 2의 비율을 나타내었다.
본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크의 제조 Ⅱ
상술한 극자외선용 블랭크 마스크 제조와 동일하게 불소(F) 계 가스로 식각 가능한 흡수막이 형성된 극자외선용 블랭크 마스크를 제조하였다. 상기 흡수막의 식각 공정에서 캡핑막이 손상되는 것을 방지하기 위하여 식각저지막을 추가적으로 형성하였으며, 캡핑막 및 하부 막들은 상술한 극자외선용 블랭크 마스크와 동일하게 형성되었다.
상기 식각저지막은 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 설비를 이용하여 질화크롬(CrN)막으로 형성하였다. 크롬(Cr) 타겟을 이용하였으며, 공정 가스로 Ar : N2 = 9sccm : 1sccm 주입하고, 공정 파워는 0.6㎾를 사용하여 4㎚ 두께의 식각저지막을 형성하였다.
상기 식각저지막 상에 흡수막을 형성하였으며, 흡수막은 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 설비를 이용하여 탄탈(Ta)을 포함하며 상부층 및 하부층의 2층 구조로 형성하였다. 하부층은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 8sccm : 2sccm : 1sccm 주입하고, 공정 파워는 1.0㎾를 사용하여 50㎚ 두께의 산화질화탄탈(TaON) 층으로 형성하였다. 상부층은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 5sccm : 5sccm : 3sccm 주입하고, 공정 파워는 1.0㎾를 사용하여 14㎚ 두께의 산화질화탄탈(TaON) 층을 형성하였다.
EUV 반사율 측정기(Reflecto-meter)를 이용하여 흡수막의 반사율을 측정하였고, 측정 결과 13.5㎚의 노광 파장에서 상기 흡수막은 1.1%의 반사율을 나타내었다.
또한, AES 장비를 이용하여 흡수막의 깊이에 따른 조성비를 분석한 결과 상부 반사방지층은 탄탈(Ta) : 경원소(O,N)의 조성이 4 : 6의 비율을 나타내었으며, 하부 흡수층은 탄탈(Ta) : 경원소(O,N)의 조성이 7.5 : 2.5의 비율을 나타내었다.
하드 필름의 구성 물질에 따른 극자외선용 블랭크 마스크의 제조 및 평가
상기 질화탄탈(TaN)로 구성된 흡수막을 갖는 본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크에 대하여 흡수막 상에 하드 필름을 추가적으로 형성하였다. 상기 흡수막 이하 막들은 상술한 극자외선용 블랭크 마스크와 동일하게 형성되었다.
실시예 1의 상기 하드 필름은 붕소(B)가 도핑(Doping)된 실리콘(Si) 타겟을 이용하여 형성하였고, 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 2sccm : 3sccm 주입하고, 공정 파워는 0.4㎾를 사용하여 5㎚ 두께의 산화질화실리콘(SiON) 층을 형성하였다.
실시예 2의 상기 하드 필름은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟(조성비 Mo : Si = 5at% : 95at%)을 이용하고, 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 8sccm : 2sccm : 5sccm 주입하고 공정 파워는 0.6㎾를 사용하여 4㎚ 두께의 산화질화몰리브데늄실리사이드(MoSiON) 층을 형성하였다.
실시예 3으로는, 탄탈(Ta) 타겟을 이용하고, 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 5sccm : 3sccm : 5sccm 주입하고 공정 파워는 0.7㎾를 사용하여 8㎚ 두께의 산화질화탄탈(TaON) 층으로 이루어진 하드 필름을 형성하였다.
또한, 상기 산화질화탄탈(TaON)로 구성된 흡수막을 갖는 본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크에 대하여 흡수막 상에 하드 필름을 추가적으로 형성하여 평가하였다.
실시예 4의 상기 하드 필름은 크롬(Cr) 타겟을 이용하여 형성하였고, 공정 가스로 Ar을 8sccm 주입하였으며, 공정 파워는 1.0㎾를 사용하여 4㎚의 크롬(Cr) 층을 형성하였다.
실시예 5는 탄탈(Ta) 타겟을 이용하고, 공정 가스로 Ar : N2 = 5sccm : 3sccm을 주입하였으며, 공정 파워는 1.0㎾를 사용하여 4㎚의 질화 탄탈(TaN) 층으로 이루어진 하드 필름을 형성하였다.
아래 표 1은 상술한 하드 필름이 형성된 극자외선용 블랭크 마스크를 이용하여, 레지스트막을 식각 마스크로 하고 염소(Cl) 및 불소(F) 계열의 식각 가스를 이용하여 하드 필름을 패터닝 한 후, 레지스트막의 잔여 두께 및 흡수막의 두께 변화를 각각 도시한 표이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
식각 가스 염소(Cl)계 가스 불소(F)계 가스

레지스트막		 두께 100㎚ 100㎚ 100㎚ 100㎚ 100㎚
하드필름 식각
후 잔여 두께		 35㎚ 32㎚ 21㎚ 42㎚ 46㎚
하드 필름 물질 SiON MoSiON TaON Cr TaN
두께 5㎚ 4㎚ 8㎚ 4㎚ 4㎚
흡수막 두께 변화 0.3㎚ 0.4㎚ 0.35㎚ 0.2㎚ 0.3㎚
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 5는 각각 하드 필름의 패턴 형성 후 21㎚ ∼ 46㎚의 레지스트막이 잔류하여, 상기 레지스트막은 더욱 박막화가 가능함을 알 수 있었다. 또한, 상기 하드 필름의 식각 후 흡수막은 0.2㎚ ∼ 0.4㎚의 두께 변화를 나타내어 실시예의 하드 필름 물질(SiON, MoSiON, TaON, Cr, TaN)들이 하드 필름으로 적합한 것을 알 수 있었다.
2층 구조를 갖는 흡수막의 평가
상부층 및 하부층 2층 구조를 갖는 흡수막에 대하여 반사율을 고려한 상부층 및 하부층의 적합한 두께 비율을 알아보기 위해 13.5nm에서의 반사율을 측정하였다. 이때, 상부층 및 하부층은 동일한 식각 물질로 식각 가능하게 구성되었다.
실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
상부층 두께 14nm 12nm 8nm 5nm 30nm
하부층 두께 56nm 58nm 62nm 66nm 40nm
전체 두께 70nm 70nm 70nm 70nm 70nm
상부층두께 비율 20% 17% 11.4% 7.1% 42.8%
반사율 1.0% 0.97% 0.85% 0.73% 2.04%
표 2를 참조하면, 실시예 6 ∼ 10은 상부층과 하부층 간의 두께 비율에 따른 13.5nm 노광 파장에서의 반사율을 평가하였다. 그 결과, 실시예 6 ∼ 9에서는 동일한 흡수막 두께에서 상부층의 두께 비율이 20% ∼ 7.1%의 범위를 가지는 경우 반사율은 점점 낮아지는 것을 확인하였다. 그러나, 실시예 10의 경우 두께 비율이 42.8%로 증가함에 따라 반사율이 2.04%를 나타내어 반사율이 증가함을 알 수 있다.
이에 따라, 흡수막의 상부층 두께 비율은 그림자 효과(Shadowing Effect)를 저감하기 위해서 낮은 것이 바람직하며, 2층 구조를 갖는 흡수막의 두께 박막화를 위해서는 상부층의 두께 비율이 전체 두께의 20% 이하인 것이 바람직함을 알 수 있었다.
단층 구조를 갖는 흡수막 평가 - I
투명 기판의 하면에 도전막을 형성하고, 투명 기판의 상면에 다층 반사막, 캡핑막 및 흡수막을 순차적으로 형성하였다.
흡수막은 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 설비를 이용하여 탄탈(Ta) 화합물로 형성하였으며, 이를 위해 공정 가스로 Ar : N2 = 7sccm : 3.5sccm로 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾를 사용하여 53㎚ 두께를 갖는 단층의 질화탄탈(TaN)층을 형성하였다.
상기 단층의 질화탄탈(TaN)층은 13.5㎚ 노광 파장에서 1.3%의 반사율을 나타내었으며, 193nm 파장에 대하여 50% 이하인 45%의 반사율을 나타내는 단층 구조로 흡수막 형성이 가능함을 확인할 수 있었다.
단층 구조를 갖는 흡수막 평가 - II
투명 기판의 하면에 도전막을 형성하고, 투명 기판의 상면에 다층 반사막, 캡핑막 및 흡수막을 순차적으로 형성하였다.
흡수막은 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 설비를 이용하여 탄탈(Ta) 화합물로 형성하였으며, 이를 위해 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 3sccm : 7sccm : 2sccm로 주입하고, 공정 파워는 0.8㎾를 사용하여 72㎚ 두께를 갖는 단층의 산화질화탄탈(TaON)층을 형성하였다.
상기 단층의 산화질화탄탈(TaON)층은 13.5㎚ 노광 파장에서 1.6%의 반사율을 나타내었으며, 193nm 파장에 대하여 50% 이하인 22%의 반사율을 나타내어 단층 구조로 흡수막 형성이 가능함을 확인할 수 있었다.
종래 극자외선용 블랭크 마스크와 비교
종래의 2단계의 식각 공정을 거치는 흡수막을 형성한 극자외선용 블랭크 마스크 및 본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크를 이용하여 패턴 형성 후의 이물질(Particle) 측정 결과를 비교 평가하였다.
본 발명에 따른 극자외선용 블랭크 마스크의 경우 앞에서 상술한 극자외선용 블랭크 마스크의 제조 I 및 Ⅱ의 블랭크 마스크를 사용하였고, 종래 극자외선용 블랭크 마스크 제조 또한 캡핑막의 형성까지는 상술한 극자외선용 블랭크 마스크의 제조 I 및 Ⅱ의 블랭크 마스크와 동일하게 형성되었으며, 흡수막의 형성에서 차이를 갖는다.
비교예에 따른 극자외선용 블랭크 마스크를 제조하기 위하여 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 설비를 이용한 탄탈(Ta)을 포함하는 2층 구조의 흡수막을 형성하였다. 2층의 흡수막 모두 탄탈(Ta) 타겟을 이용하여 형성하였고, 이때, 하부층은 공정 가스로 Ar : N2 = 18sccm : 2sccm 주입하고, 공정 파워는 0.62㎾를 사용하여 51㎚ 두께의 산화탄탈(TaN)층을 형성하였다. 상부층은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 3sccm : 20sccm : 4.2sccm 주입하고, 공정 파워는 0.62㎾를 사용하여 14㎚ 두께의 산화질화탄탈(TaON) 층을 형성하였다.
아래 표 2는 각각의 실시예 및 비교예의 블랭크 마스크를 이용하여 식각 공정을 수행 한 후, Magics(M6640)를 이용하여 측정된 이물질(Particle)의 갯수를 비교한 표이다.
막 (물질) Particle Size Particle count Total Particle

실시예 11
 반사방지층(TaN)
흡수층(TaN)
 0.1∼0.3㎛ 13ea
16ea
0.3∼0.5㎛ 2ea
0.5∼1.0㎛ 1ea

실시예 12
 반사방지층(TaON)
흡수층(TaON)
 0.1∼0.3㎛ 10ea
17ea
0.3∼0.5㎛ 2ea
0.5∼1.0㎛ 5ea

비교예
 반사방지층(TaON)
흡수층(TaN)
 0.1∼0.3㎛ 35ea
52ea
0.3∼0.5㎛ 12ea
0.5∼1.0㎛ 5ea
표 3을 참조하면, 실시예 11 및 12의 경우 이물질(Particle) 측정 결과 0.1 ∼1.0㎛ 의 범위에서 총 20개 이하의 이물질이 측정되었다. 반면, 비교예의 경우 0.1 ∼1.0㎛ 의 범위에서 총 52개의 이물질이 측정되어 포토마스크 이용 시 결함 발생 확률이 훨씬 높은 것을 알 수 있다. 비교예의 경우 상부층 및 하부층을 식각하는 가스가 다르기 때문에, 식각을 위하여 다른 챔버(Chamber)로 이동하는 동안 이물질(Particle)의 부착이 발생하여 이물질의 수가 증가한 것으로 판단된다.
이상, 본 발명을 가장 바람직한 실시예를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는, 상기 실시예에 기재된 범위에 한정되지 않는다. 상기 실시예에 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능하다는 것은 해당 기술분야의 일반적인 기술자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이 특허 청구 범위의 기재로부터 분명하다.
100, 200, 300: 극자외선용 블랭크 마스크
102: 투명 기판 104: 다층 반사막
106: 캡핑막 108: 흡수층
110: 반사방지층 112: 흡수막
114: 식각저지막 116: 하드 필름
118: 레지스트막

Claims (12)

  1. 투명 기판 상에 적어도 다층 반사막 및 흡수막이 구비된 극자외선용 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 흡수막은 적어도 2층 이상의 다층막으로 이루어지고,
    상기 각 층들은 1회의 식각 공정으로 식각 가능하도록 동일한 식각 가스에 의해 식각 가능한 물질로 이루어진 극자외선용 블랭크 마스크.
  2. 투명 기판 상에 적어도 다층 반사막 및 흡수막이 구비된 극자외선용 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 흡수막은 1회의 식각 공정으로 식각 가능하도록 동일한 물질로 구성된 단층으로 이루어진 극자외선용 블랭크 마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수막은 조성비가 두께 방향으로 동일하거나, 단계적 또는 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수막은 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 코발트(Co), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 카드뮴(Cd), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te), 오스뮴(Os), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 주석(Sn), 이리듐(Ir), 안티몬(Sb), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 로듐(Rh), 은(Ag), 인듐(In), 백금(Pt), 금(Au), 납(Pb), 실리콘(Si) 중 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 중 1종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속 물질 대비 경원소의 조성비는 95at% : 5at% ∼ 20at% : 80at%인 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수막은 탄탈(Ta), 질화탄탈(TaN), 탄화질화탄탈(TaCN), 질화보론탄탈(TaBN), 질화수소화탄탈(TaNH) 중 하나로 이루어지거나, 또는, 탄탈(Ta), 산화질화탄탈(TaON), 산화탄화질화탄탈(TaOCN), 산화질화보론탄탈(TaBON), 산화질화수소화탄탈(TaNOH) 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막은 상부층과 하부층을 포함하는 2층 구조로 이루어지며, 상기 상부층과 하부층은 10at% 이상의 금속 물질 및 경원소의 조성비 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수막은 상부층과 하부층을 포함하는 2층 구조로 이루어지며, 상기 상부층은 전체 흡수막 두께의 1% ∼ 30%의 두께 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수막은 30㎚ ∼ 80㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다층 반사막과 상기 흡수막 사이에 구비된 캡핑막, 상기 투명 기판의 후면에 구비된 도전막, 상기 캡핑막 및 상기 흡수막 사이에 구비된 식각저지막, 상기 흡수막 상에 구비된 하드 필름 중 적어도 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 하드 필름은 상기 흡수막과 식각 선택비를 갖는 물질로 이루어지며, 2㎚ ∼ 10㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 극자외선용 블랭크 마스크.
  12. 제 1항 내지 제 11항의 극자외선용 블랭크 마스크를 이용하여 형성된 극자외선용 포토마스크.
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