KR20160036956A - 위상 반전 블랭크 마스크 및 포토 마스크 마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위상 반전막을 금속 실리사이드 화합물로 구성하여, 패턴 형성 시 패턴 형성의 제어가 용이한 위상 반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공한다.

Description

위상 반전 블랭크 마스크 및 포토 마스크 마스크{Phase shift blankmask and Photomask}
본 발명은 위상 반전 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 패턴의 수직성을 향상시킬 수 있는 위상 반전 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것이다.
플랫 패널 디스플레이(Flat Panel Display : 이하, FPD라 함) 디바이스나 반도체 집적회로 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피 공정에서는 공통적으로 블랭크 마스크로부터 제조된 포토마스크를 이용한 패턴의 전사가 행해지고 있다.
블랭크 마스크는 합성 석영 유리 등으로 이루어지는 투광성 기판 상에 금속 재료를 포함하는 박막이 형성되고, 박막 위에 레지스트막이 형성된 것으로서, 포토마스크는 이러한 블랭크 마스크로부터 박막이 패터닝된 형태를 갖는다. 여기서 박막은 광학적 특성에 따라 차광막, 반사방지막, 위상 반전막, 반투광막, 반사막 등으로 나눌 수 있고, 이러한 박막들 중 둘 이상의 박막이 혼용되어 사용되기도 한다.
한편, FPD 디바이스 제조용 포토마스크는 한 변이 300㎜ 이상으로, 한 변이 6인치(152㎜)인 반도체 디바이스 제조용 포토마스크에 비해 상대적으로 대형이다.
최근에는 집적도가 큰 반도체 디바이스와 동일하게 FPD 디바이스 역시 UHD(Ultra High Definition) 및 QHD(Quad high definition) 디스플레이의 개발로 인하여 픽셀의 집적도가 높아지고 그에 따른 설계 룰이 미세화되었으며, 미세 패턴을 형성하기 위하여 높은 패턴 해상도 및 고정밀 기술이 요구되고 있다. 패턴의 해상도를 높이기 위한 방법으로는, 패턴 형성에 사용되는 광원의 파장을 짧게 하고 렌즈의 구경을 크게 하는 방법이 있다. 그러나, 광원의 파장을 짧게 하고 렌즈의 구경을 크게 하면 패턴의 해상도는 높일 수 있지만, 렌즈의 초점 심도가 낮아져 실용적인 패턴의 해상도를 얻는데 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 위상 반전막을 이용한 위상 반전 포토마스크가 개발되었으며, 이에 따라, 바이너리 포토마스크보다 패턴의 해상도를 높일 수 있게 되었다.
하지만, FPD 디바이스는 등배 노광 장치를 이용하여 제조되기 때문에 반도체 디바이스의 패턴 선폭 만큼 좁히는 것은 거의 불가능하다. 또한, FPD 디바이스 제조용 포토마스크는 한 변이 300㎜ 이상으로 대형이고, 그 크기도 다양하기 때문에, 그에 맞는 축소 노광 장치를 개발한다는 것도 쉽지 않은 일이다.
최근에는, 등배 노광 장치를 이용하여 FPD 디바이스 제조용 포토마스크의 해상도를 향상시키기 위해 크롬(Cr) 화합물을 이용하여 단일막 또는 2층 이상 다층막의 위상 반전막이 형성된 위상 반전 블랭크 마스크가 개발되었다. 그러나, 상기 단일막 형태의 크롬(Cr) 화합물로 구성된 위상 반전막은 습식 식각 시 등방성(Isotrope) 식각 특성을 가져, 패턴 형성 시 수직 단면에 경사가 생기는 문제가 발생하였다. 또한, 상기 패턴에 경사가 생기는 것을 보완하기 위하여 2층 이상의 다층막 형태를 적용하는 경우, 복수 회의 성막에 따라 파티클(Particle) 및 결함(Defect) 발생 확률이 높아져 수율(Yield)이 낮아지고, 투과율, 위상 반전량, 반사율 및 광학 밀도 등의 광학 특성을 제어하는데 문제가 발생하였다.
본 발명은 위상 반전막을 금속 실리사이드 화합물로 구성하여, 패턴 형성 시 패턴 형성의 제어가 용이한 위상 반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공한다.
본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크는, 투명 기판 상에 위상 반전막 및 차광성막을 형성하고, 상기 위상 반전막은 g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 1% ∼ 30%의 투과율을 갖는다.
상기 위상 반전막은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플레티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 물질을 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함한다.
상기 위상 반전막은 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 금속 실리사이드 화합물로 이루어진다.
상기 위상 반전막은 몰리브데늄(Mo)이 5at% ∼ 20at%, 실리콘(Si)이 40at% ∼ 70at%, 질소(N)가 20at% ∼ 50at%, 산소(O)가 0 ∼ 30at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%의 함유량을 갖는다.
상기 위상 반전막은 70㎚ ∼ 150㎚의 두께를 갖는다.
상기 위상 반전막은 g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 160° 내지 200°의 위상 반전량을 갖고, g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 40°이하의 위상 반전량 차이를 갖는다.
상기 위상 반전막은 g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 1% ∼ 30%의 투과율을 갖는다.
상기 위상 반전막은 습식 식각 또는 건식 식각이 가능하며, 차광성막의 식각 조건에 대하여 10 이상의 식각 선택비를 갖는다.
상기 위상 반전막은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟을 이용하여 형성되고, 상기 타겟은 Mo : Si = 2at% ∼ 30at% : 70at% ∼ 98at%의 조성비를 갖는다.
본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크를 이용하여 위상 반전 포토마스크를 제조할 수 있다.
본 발명은 위상 반전막을 금속 실리사이드 화합물로 구성하여, 패턴 형성 시 패턴 형성의 제어가 용이한 위상 반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 위상 반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 위상 반전 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 위상 반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크(100)는 액정 표시 장치(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), OLED 및 UHD 디스플레이 등을 포함하는 FPD용 위상 반전 블랭크 마스크(100)이다. 본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크(100)는 투명 기판(102)과 투명 기판(102) 상에 위상 반전막(104) 및 레지스트막(108)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
투명 기판(102)은 한 변이 300㎜ 이상인 사각형의 투명한 기판이고, 합성 석영 유리, 소다 라임 글래스 기판, 무알카리 글래스 기판, 저열 팽창 글래스 기판 등일 수 있다.
위상 반전막(104)은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플레티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 물질을 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 위상 반전막(104)은 실리콘(Si)을 필수적으로 포함하는 금속 실리사이드(Si) 화합물로 이루어지며, 예를 들어, 몰리브데늄 실리사이드(MoSi)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 형성된다.
위상 반전막(104)은 요구되는 투과율 및 위상 반전량을 만족시키기 위하여 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si) 및 이에 포함되는 상기 경원소의 조성비를 조정하여 형성하며, 위상 반전막(104)은 몰리브데늄(Mo)이 5at% ∼ 20at%, 실리콘(Si)이 40at% ∼ 70at%, 질소(N)가 20at% ∼ 50at%, 산소(O)가 0 ∼ 30at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%의 함유량을 갖는다. 실리콘(Si)의 경우, 위상 반전막(104)의 전도성 유지를 위하여 70at% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.
위상 반전막(104)은 70㎚ ∼ 150㎚의 두께를 갖는다.
위상 반전막(104)은 g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 160° 내지 200°의 위상 반전량을 갖는다. 위상 반전막(104)은 g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 40°이하의 위상 반전량 차이를 갖고, 바람직하게, 20°이하, 더욱 바람직하게는 10°이하의 위상 반전량 차이를 갖는다. 위상 반전량은 노광광에 따라서 다를 수밖에 없기 때문에, 노광광에 대한 위상 반전량의 차이를 최대한 작게 하는 것이 바람직하다.
위상 반전막(104)은 g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 1% ∼ 30%의 투과율을 갖고, 바람직하게는 2% ∼ 20%의 투과율을 갖는다. 투과율 또한 노광광에 따라서 다를 수밖에 없기 때문에, 노광광에 대한 투과율 차이 역시 최대한 작게 하는 것이 바람직하다.
위상 반전막(104)은 습식 식각 또는 건식 식각이 가능하며, 차광성막(110)의 식각 조건에 대하여 10 이상의 식각 선택비를 갖는다.
위상 반전막(104)은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟을 이용하여 형성된다. 상기 타겟은 몰리브데늄(Mo)과 실리콘(Si)이 혼합된 단일 타겟을 사용하거나, 몰리브데늄(Mo) 및 실리콘(Si) 각각으로 이루어진 2개 이상의 타겟을 사용하여 위상 반전막(104)을 형성할 수 있다.
위상 반전막(104)은 단일 타겟을 이용하여 형성하는 것이 바람직하며, 상기 타겟은 Mo : Si = 2at% ∼ 30at% : 70at% ∼ 98at%의 조성비를 갖고, 예를 들어 Mo : Si = 10at% : 90at%의 조성비를 갖거나, Mo : Si = 15at% : 85at%, Mo : Si = 20at% : 80at% 또는 Mo : Si = 30at% : 70at%의 조성비를 갖는다. 상기 타겟의 몰리브데늄(Mo) 함유량이 2at% 미만인 경우 방전이 어려우며, 30at%를 초과하는 경우 타겟(MoSi2) 제조 시 공극률(porosity) 이 높아져 파티클 및 결함 발생률이 증가한다.
레지스트막(110)은 800㎚ 이하의 두께를 갖고, 바람직하게, 750㎚ 이하의 두께를 갖는다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 위상 반전 블랭크 마스크(200)를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크(200)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 위상 반전 블랭크 마스크(100)와 대비하여 위상 반전막(204) 상에 차광성막(210)을 추가로 형성한다. 본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크(200)의 투명 기판(202), 위상 반전막(204), 레지스트막(210)은 제 1 실시예에 따른 위상 반전 블랭크 마스크(100)와 동일하며, 물리적, 화학적, 광학적 특성을 동일하게 갖는다.
차광성막(210)은 차광층(206)과 반사방지층(208)이 적층된 2층 이상의 다층 구조를 갖는다. 차광층(206)이 반사방지 기능을 갖는 경우, 차광성막(210)은 단층 구조로 형성할 수 있으며, 차광성막(210)이 단층 구조를 갖는 경우, 차광성막(210)은 조성비가 두께 방향으로 변화되는 연속막의 형태로 구성할 수 있다.
차광층(206) 및 반사방지층(208)은 동일한 물질을 주성분으로 하여 이루어지며, 경원소의 함유량에 따라 차광 기능 및 반사방지 기능을 갖는다.
차광성막(210)은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플레티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 물질을 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하여 이루어진다.
차광성막(210)은 차광성 확보를 위해 소광 계수가 큰 물질을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 차광성막(110)은 크롬(Cr) 단독 또는 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 하나 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 크롬(Cr) 화합물로 이루어진다.
차광층(206)은 위상 반전막(204) 상에 형성되고, 패턴 형성 시 노광광을 흡수하여 빛을 차단하는 역할을 한다. 따라서, 차광층(206)은 크롬(Cr)을 주성분으로 하여 형성하는 경우, 크롬(Cr)이 40at% ∼ 70at%, 질소(N)가 1at% ∼ 20at%, 탄소(C)가 0 ∼ 20at%의 함유량을 갖는다. 산소(O)를 포함하는 경우 막의 차광성이 떨어지므로, 산소(O)를 필수적으로 포함하지 않도록 구성된다.
반사방지층(208)은 차광층(206) 상에 형성되며, 차광층(206)에 의해 반사되는 빛이 재노광 되는 것을 막는다. 반사방지층(208)은 크롬(Cr)을 주성분으로 하여 형성하는 경우, 크롬(Cr)이 40at% ∼ 60at%, 산소(O)가 1at% ∼ 20at%, 질소(N)가 1at% ∼ 20at%, 탄소(C)가 0 ∼ 20at%의 함유량을 갖는다. 산소(O)를 포함하는 경우, 막의 반사율을 떨어뜨려 반사 방지 기능에 효과적이지만, 20at% 이상 포함하는 경우, 차광성 확보 및 박막화가 어려우므로 1at% ∼ 20at% 포함하는 것이 바람직하다.
차광성막(210)은 200㎚ 이하의 두께를 갖고, 바람직하게는 150㎚ 이하의 두께를 갖는다.
차광성막(210)은 패턴 형성 시 잔류하여 메인 패턴 영역 및 블라인드 영역의 노광광을 차단하는 역할을 하거나, 또는, 패턴 형성 시 제거되어 제 1 실시예에 따른 위상 반전 블랭크 마스크(100)에 의해 제조된 포토마스크와 동일한 포토마스크를 형성할 수 있다.
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: 위상 반전 블랭크 마스크
102, 202: 투명 기판 104, 204: 위상 반전막
206: 차광층 208: 반사방지층
210: 차광성막 112, 212: 레지스트막

Claims (10)

  1. 투명 기판 상에 위상 반전막 및 차광성막이 구비된 위상 반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 위상 반전막은 g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 1% ∼ 30%의 투과율을 갖는 위상 반전 블랭크 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 반전막은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 텅스텐(W), 몰리브데늄(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 플레티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 이트륨(Y), 황(S), 인듐(In), 주석(Sn), 베릴륨(Be), 나트륨(Na), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 물질을 포함하여 이루어지거나, 또는 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 반전막은 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 경원소 물질을 더 포함하는 금속 실리사이드 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 반전막은 몰리브데늄(Mo)이 5at% ∼ 20at%, 실리콘(Si)이 40at% ∼ 70at%, 질소(N)가 20at% ∼ 50at%, 산소(O)가 0 ∼ 30at%, 탄소(C)가 0 ∼ 30at%의 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 반전막은 70㎚ ∼ 150㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 반전막은 g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 160° 내지 200°의 위상 반전량을 갖고, g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 40°이하의 위상 반전량 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 반전막은 g-line, h-line, i-line 각각의 노광광에 대하여 1% ∼ 30%의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    위상 반전막은 습식 식각 또는 건식 식각이 가능하며, 차광성막의 식각 조건에 대하여 10 이상의 식각 선택비를 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 반전막은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟을 이용하여 형성되고,
    상기 타겟은 Mo : Si = 2at% ∼ 30at% : 70at% ∼ 98at%의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항의 위상 반전 블랭크 마스크를 이용하여 제조되는 위상 반전 포토마스크.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101392165B1 (ko) * 2012-10-15 2014-05-08 주식회사 피케이엘 평판 디스플레이 소자의 해상력 및 생산성 향상을 위한 포토 마스크 및 그 제조 방법

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KR102081592B1 (ko) 2020-02-26

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