KR20180126810A - 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20180126810A KR1020170061678A KR20170061678A KR20180126810A KR 20180126810 A KR20180126810 A KR 20180126810A KR 1020170061678 A KR1020170061678 A KR 1020170061678A KR 20170061678 A KR20170061678 A KR 20170061678A KR 20180126810 A KR20180126810 A KR 20180126810A
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Abstract

본 발명은 투명 기판 상에 차광성막 및 하드필름이 구비된 블랭크 마스크로서, 전이금속을 포함하지 않는 실리콘 타겟을 이용하여 차광성막을 형성하되, 상기 차광성막을 투과율 제어층인 차광막과 반사율 제어층인 반사방지막을 포함하는 다층막으로 구성함으로써, 파장 193㎚ 의 광에 대하여 광학 밀도가 2.50 이상, 반사율 40% 이하이며, 막 두께가 60㎚ 이하인 차광성막을 포함하는 블랭크 마스크 및 이를 이용하는 포토 마스크를 제공한다.
본 발명에 따른 차광성막은 화학적 세정에 대한 내약품성과 ArF 노광광에 대한 내노광성이 우수하여, 특히 파장 193㎚의 노광광을 사용하여 고정밀도 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피에 있어, 상기 차광성막을 포함하는 포토마스크는 우수한 고정밀도의 패턴을 전사할 수 있다.

Description

블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법{Blankmask, Photomask and method for fabricating of the same}
본 발명은 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하프 피치(Half-pitch) 32㎚급 이하, 특히, 22㎚급 이하에 적용 가능한 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
오늘날 고집직화에 따른 포토-리소그래피(Photo-lithography) 기술은 해상도(Resolution) 향상을 위하여 365㎚의 i-line, 248㎚의 KrF, 193㎚의 ArF로 발전해 왔으며, 블랭크 마스크 구조 또한 바이너리 인텐서티(Binary Intensity) 블랭크 마스크, 위상 반전(Phase Shift) 블랭크 마스크와 같은 특성 향상을 기반으로 이루어져 왔다.
이러한 고해상도 구현을 위한 노력의 일환으로 근래에는 하드필름을 구비한 블랭크 마스크가 개발되어 적용되고 있다. 하드필름을 구비한 블랭크 마스크는 기존의 바이너리 블랭크 마스크, 위상 반전 블랭크 마스크와는 달리, 차광성막을 식각하기 위한 마스크로서 레지스트막을 사용하지 않고, 차광성막에 대한 식각 선택비가 높고 얇은 두께를 가지는 하드필름을 이용한다. 이러한 하드필름은 차광성막 대비 두께가 얇고 식각 시간이 짧음에 따라, 레지스트막의 박막화를 가능하게 하고, 전자빔 노광 시 전자의 산란(Scattering)을 감소시켜 고 정밀도의 패턴 구현을 가능하게 하는 장점을 가진다.
상술한 하드필름을 구비한 블랭크 마스크를 이용하여 제조되는 포토마스크는 일반적인 바이너리 인텐서티 블랭크 마스크, 위상 반전 블랭크 마스크와 동일하게 노광(Writing), 현상(Develop), 식각(Etching), 검사(Inspection), 리페어(Repair), 세정(Cleaning)과 같은 리소그래피 공정을 통해 제조된다.
한편, 블랭크 마스크나 포토마스크 상에 잔류하는 파티클은 패턴 결함의 원인으로 되기 때문에 반복되는 세정공정을 통하여 제거하게 된다. 이때 사용되는 세정용액은 황산과수나 오존수, 암모니아과수 등이 사용될 수 있다. 황산과수는 황산과 과산화수소수를 혼합하여 얻어지는 강력한 산화 작용을 가진 세정제이며, 오존수는 오존을 물에 용해시킨 것으로서 황산과수의 대체하여 사용된다. 암모니아과수는 암모니아수와 과산화수소수를 혼합하여 얻어지는 세정제로서, 블랭크 마스크나 포토마스크의 표면에 부착된 유기계 이물이 암모니아과수에 침지되면 암모니아의 용해 작용과 과산화수소의 산화 작용에 의해 표면으로부터 이탈되고 분리됨으로써 세정된다. 이러한 화학적 세정은, 블랭크 마스크나 포토마스크에 부착된 파티클이나 오염물과 같은 이물을 제거하기도 하지만, 블랭크 마스크나 포토마스크를 구성하는 박막에 손상(Damage)를 끼칠 우려가 있다.
또한, 노광 공정에서 ArF 엑시머 레이저광의 조사에 의한 MoSi계 재료막 등의 전이금속을 포함하는 실리콘(Si)계 박막의 패턴 치수 변동에 대한 문제가 지적되고 있다. ArF 엑시머 레이저광의 조사에 의한 패턴 치수 변동은 노광광의 에너지와 수분에 의해 산화하여 패턴 선폭의 치수가 점점 증가되는 것이다. ArF 엑시머 레이저광에 의한 포토마스크 패턴 선폭의 치수 변화는 세정공정에 의해 제어될 수 있지만 계속되는 반복 세정에 의해 광학막의 특성 변화를 가져올 수 있게 된다.
이러한 화학적 세정과 노광 공정에서의 광학막 변화는 구현하고자 하는 임계치수(Critical Dimension, CD) 사이즈가 미세화됨에 따라 CD 특성에 대하여 영향력이 증가하게 된다. 종래 100㎚급 이상의 패턴 구현에 있어서 5㎚의 CD 변화는 미미한 수준이지만 32㎚ 이하, 특히 22㎚급 이하에서는 심각한 CD 변화가 나타나게 된다.
최근에는, 몰리브덴(Mo) 등의 전이금속과 실리콘(Si)을 주된 금속 성분으로 하고 질소(N)를 더 함유시킨 재료의 차광막과 Cr계 하드필름이 적용된 마스크가 사용되고 있다. 그러나, 전이금속과 실리콘(Si)을 주된 금속 성분으로 하는 차광막이 적용된 블랭크 마스크는 앞서 설명하였듯이 세정 공정에 취약한 특성을 가지는 것이 확인 되었으며, 반복적인 노광 공정에 의해 차광성막의 표면에 산화층이 형성되어 패턴 선폭 치수가 점점 증가하는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si)계 물질로 우수한 내약품성과 노광광에 대한 충분한 내성을 가지는 차광막을 형성함으로써 고정밀도 패턴 전사가 가능한 블랭크 마스크 및 포토마스크의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 블랭크 마스크는, 투명 기판 상에 구비되며, 전이금속을 함유되지 않은 실리콘(Si)계 재료로 이루어지는 차광성막을 포함하고, 상기 차광성막은 단층, 차광막과 반사방지막이 적층된 2층, 2층 이상의 다층막, 연속막의 형태 중 하나의 형태로 이루어진다.
상기 차광성막을 구성하는 막은 실리콘(Si)의 단독, 실리콘(Si)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상의 경원소를 포함하여 이루어진다.
상기 차광막의 질소(N)와 산소(O)의 합계 함유량은 10at％ ∼ 30at％ 이며, 상기 반사방지막의 질소(N)와 산소(O)의 합계 함유량은 20at％ ∼ 40at％이다.
상기 차광막 상에 구비되며, 상기 차광막과 20 이상의 식각선택비를 갖는 하드 필름을 더 포함한다.
본 발명은 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si)계 물질로 차광성막을 형성함으로써 노광광에 대한 내노광성 및 화학적 세정에 대한 내약품성이 우수한 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 32㎚급 이하, 특히, 22㎚급 이하에 적용 가능한 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 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.
이하에서는 본 발명에 따른 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 블랭크 마스크(100)는 투명 기판(102) 상에 차광성막(106), 하드필름(108) 및 레지스트막(110)을 순차적으로 적층되어 이루어진다.
투명 기판(102)은 기판 두께에 대하여 193㎚의 노광 파장에 대한 복굴절이 2㎚ 이하이고, 평탄도가 0.3㎛ 이하인 석영 기판 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 형성되는 패턴의 목표 CD는 최종 웨이퍼 프린팅(Wafer Printing) 시 하프피치가 32㎚급 이하, 바람직하게, 22㎚급 이하이다. 그러나, 고미세화된 패턴 크기는 웨이퍼 노광 시, 포커스 마진(Focus Margin)을 작게 만들어 최종적으로 공정 윈도우(Process Window)를 어렵게 한다. 따라서, 물리적으로 공정 윈도우 마진을 확보하기 위해서 투명 기판(102)의 평탄도가 0 인 것이 바람직하나, 실질적으로 상기 평탄도로 기판을 가공하는 것이 불가능하다. 이에 따라, 최소한의 범위에서 우수한 공정 윈도우 마진을 확보하기 위해 투명 기판의 평탄도는 0.3㎛ 이하인 것이 바람직하며 0.2㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
차광성막(106)은 몰리브덴(Mo) 등의 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si) 또는 실리콘(Si) 화합물로 형성한다. 차광성막(106)은 실리콘(Si) 타겟 또는 붕소(B)가 첨가된 실리콘(Si) 타겟을 이용한 스퍼터링 방법으로 형성하며, 실리콘(Si) 타겟에 붕소(B)를 포함하는 경우, 타겟의 전기 전도도를 높게 하여 박막 형성 시 결함 발생률을 감소시킬 수 있음에 따라 붕소(B)가 첨가된 실리콘(Si) 타겟을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 붕소(B)의 함유량이 다량일 경우, 스퍼터링에 따른 차광성막의 특성 변화, 예를 들면 광학 밀도(Optical Density)가 감소함에 따라 붕소(B)의 함유량은 1at% 이하로 제한되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명에 따른 차광성막(106)은 실리콘(Si)의 단독, 실리콘(Si)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상의 경원소를 포함하여 이루어지며, 차광성막(106)은 실리콘(Si) 및 질소(N), 또는 실리콘(Si), 질소(N) 및 산소(O)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하며, 아주 미미한 함유량으로 붕소(B)가 포함될 수 있다.
차광성막(106)은 단층 또는 2층 이상의 다층막이나 연속막의 형태를 갖도록 형성할 수 있으며, 차광성막(106)이 다층막으로 형성되는 경우, 투명 기판(102)과 인접한 부분의 막은 노광광을 주로 차광하는 차광막(104)일 수 있고 최외측의 상층은 노광광의 반사율을 저감하기 위한 반사방지막(105)으로 이루어질 수 있다.
차광성막(106)은 패턴 정밀도를 향상시키고 로딩 효과를 저감하기 위하여 600Å 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하고, 500Å 이하의 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 차광성막(106)의 두께가 400Å 이하이면 광학 밀도의 특성이 좋지 못하고 600Å 이상이면 로딩 효과가 발생하여 CD 제어가 어렵다.
차광성막(106)은 차광막(104) 및 반사방지막(105)의 2층 구조로 형성되는 경우, 차광막(104)은 250Å ∼ 550Å의 두께를 갖고 반사방지막(105)은 30Å ∼ 200Å 의 두께를 갖는다.
차광성막(106)은, 예를 들어, 실리콘(Si) 단독 또는 질화실리콘(SiN)을 포함하여 이루어진 차광막(104)과 질화실리콘(SiN) 또는 산질화실리콘(SiON)을 포함하여 이루어진 반사방지막(105)을 포함하는 2층 이상의 다층막 또는 연속막의 형태를 갖도록 형성할 수 있다.
차광성막(106)은 박막화 및 충분한 차광 성능을 얻기 위하여 노광광에 대한 흡수계수를 크게 하기 위해 질소(N)나 산소(O) 등의 경원소 함유율을 낮게 할 필요가 있다. 그러나, 노광광에 대한 반사율이 높아지고 노광 시 레지스트막이 성막된 전사 기판으로부터 반사된 노광광이 마스크 표면에서 재반사되고 다시 레지스트막에 조사되는 것에 의한 고스트 패턴이 형성될 위험이 있다. 차광성막(106)이 단층 단일막의 경우, 광학 밀도를 고려하고 상대적으로 질소(N)의 함유량을 증가시킴으로서 노광 파장에서 반사율을 억제할 수 있으나, 광학 밀도가 낮아져 두께가 증가하게 되고 로딩 효과가 발생하여 CD 특성 제어에 어려움이 발생하게 된다. 이에 따라, 차광성막(106)은 표면측에서 반사율을 제어하는 반사방지막(105)을 포함하는 2층 이상의 다층막 또는 연속막의 형태로 구성하는 것이 바람직하다.
차광성막(106)을 차광막(104) 및 반사방지막(105)을 포함하는 2층 이상 다층막으로 형성하는 경우, 차광막(104)에 포함된 산소(O), 질소(N) 등의 함유량과 반사방지막(105)에 포함된 산소(O), 질소(N) 등의 함유량의 차이를 둠으로써 반사율 억제를 구현할 수 있다.
차광성막(106)에 산소(O)를 포함하는 경우, 차광성막(106)의 박막화를 어렵게 하고 광학밀도가 낮아지는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 차광성막(106)은 실리콘(Si) 화합물에서 산소(O)를 포함하지 않거나 또는 산소(O)의 함유량을 최소화하는 것이 바람직하다.
차광막(104)의 경우, 차광성을 높게 하기 위하여 산소(O), 질소(N) 등의 함유량이 반사방지막(105)에 비하여 상대적으로 낮고 반사방지막(105)의 경우 반사율 제어를 위해 산소(O), 질소(N) 등의 함유량이 차광막(104)에 비해 상대적으로 높다. 그러나 차광막(104)에 포함된 산소(O), 질소(N) 등의 함유량과 반사방지막(105)에 포함된 산소(O), 질소(N) 등의 함유량의 차이가 증가하게 되면 조성 차이로 인해 패턴의 건식 식각 시 패턴 측면의 불량이 발생하게 되고 리페어(Repair) 공정 중 발생되는 손상(Damage) 또한 차광막(104)과 반사방지막(105)에 상대적인 차이가 발생하게 된다.
차광성막(106)은 패턴 형성 후에 XeF2 가스를 이용하는 전자빔 리페어 공정으로 수정될 수 있으며, 이때, 차광성막(106)을 구성하는 실리콘(Si)와 리페어 가스를 구성하는 불소(F)의 자발적 반응에 의해 패턴 손상(Damage)이 발생하게 된다. 이러한 자발적 반응에 의한 패턴 손상은 리페어 완료 후, 인근 영역에 추가 리페어 시, 불소(F) 가스에 의하여 리페어 완료 영역에 손상을 주는 현상이다. 이러한 현상은 차광성막(106)을 형성하는 실리콘과 질소 또는 산소의 조성비에 따라 패턴 손상 차이가 발생하게 된다.
이에 따라, 본 발명은 차광막(104)과 반사방지막(105)을 형성하는 각 성분의 조성 차이를 최소화 함에 따라 리페어 공정 중 손상을 최소화할 수 있으며 패턴 형성을 위한 건식 식각 시 패턴 측면의 불량을 최소화할 수 있다.
차광막(104)은 질소(N)와 산소(O)의 합계 함유량이 10at％ ∼ 30at％, 특히, 10at％ ∼ 20at％가 되도록 형성하는 바람직하다. 차광막(104)의 질소(N)와 산소(O) 합계 함유량을 상기 범위 내로 함으로써, 광학 밀도를 만족시키는데 필요한 높은 흡수계수를 얻을 수 있다.
반사방지막(105)은 질소(N)와 산소(O)의 합계 함유량이 20at％ ∼ 40at％, 특히, 20at％ ∼ 30at％가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 반사방지막(105)의 질소(N)와 산소(O) 합계 함유량이 20at% 이하인 경우, 반사율 제어에 어려움이 발생하고 40at％ 이상인 경우, 내약품성이 취약해질 우려가 있다. 따라서, 반사방지막(105)의 질소(N)와 산소(O) 합계 함유량을 상기 범위 내로 함으로써, 상기 특성을 확보할 수 있다.
또한, 차광성막(106)을 구성하는 차광막(104)과 반사방지막(105)은 리페어 손상과 건식 식각 시 패턴 측면의 불량을 고려하여 질소(N)와 산소(O)의 합계 함유량 차이가 15at% 이하인 것이 바람직하다.
차광성막(106)은 193㎚ 파장의 노광광에 대하여 2.5 ∼ 3.5의 광학 밀도 값을 가지며, 20% ∼ 40%의 표면 반사율을 갖는다.
하드필름(108)은 차광성막(106)의 식각 시, 식각마스크로 역할함에 따라 차광성막(106)의 식각 선택비는 1 : 20 이상인 것이 바람직하다.
하드필름(108)은 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 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), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 금속 물질을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진다.
상기 하드필름(108)은 크롬(Cr) 단독, 또는, Cr, CrO, CrN, CrC, CrON, CrOC, CrCN, CrCON과 같은 크롬(Cr)화합물 중 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
하드필름(108)은 레지스트막(110)의 박막화를 위하여 두께가 얇고 식각 속도가 빨라야하며, 이를 위해, 하드필름(108)은 20Å ∼ 100Å 의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 하드필름(108)이 100Å 이상일 경우, 레지스트막(110)을 식각 마스크로 하드필름(108) 식각할 때, 로딩 효과에 의해 CD 편차가 높아질 수 있으며, 20Å 이하인 경우, 차광성막(106)에 대한 식각 선택비가 낮아져서 식각 마스크로의 역할 수행이 어렵다.
하드필름(108)은 식각 속도가 느린 경우 레지스트막(110)에 대한 선택비가 나빠지게 되어 레지스트막(110)의 박막화가 어려워지게 되므로, 하드필름(108)의 식각속도는 0.4Å/sec ∼ 2.0Å/sec인 것이 바람직하다.
레지스트막(110)은 600Å ∼ 1,500Å의 두께를 가지며 화학증폭형 레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)인 것이 바람직하다.
차광성막(106) 및 하드필름(108)은 선택적으로 열처리 할 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 수행할 수 있다.
차광성막(106)과 하드필름(108)은 스퍼터링 가스로 아르곤(Ar), 질소(N2), 산화질소(NO), 산소(O2), 이산화탄소(CO2) 등과 같이 산소(O), 질소(N), 탄소(C)를 포함하는 가스를 이용한 DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 등을 사용할 수 있으나, 특히, DC 스퍼터링이 바람직하다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 블랭크 마스크는 투명 기판(102), 차광성막(106) 사이에 식각 선택비를 고려하여 구비된 식각저지막을 더 포함할 수 있다. 또한, 차광성막(106)의 상층 또는 하층에 위상반전막을 삽입하여 패턴 정확도를 높일 수 있다.
(실시예)
스퍼터링 타겟의 조성비에 따른 내약품성 평가
(실시예 1)
도 1을 참조하면, 본 발명의 블랭크 마스크는 DC 마그네트론 스퍼터링 장치와 붕소(B)가 불순물로 첨가된 실리콘 타겟을 이용하고, 6inch x 6inch x 0.25inch의 크기를 가지는 투명 기판(102) 상에 아르곤(Ar)과 질소(N2) 가스를 이용하여 질화실리콘(SiN)으로 이루어진 차광성막(106)을 형성하였다.
투명 기판(102)은 193㎚에서 복굴절이 2㎚ 이하로 제어되고, 평탄도가 0.3㎛ 이하, 투과율이 193㎚ 노광파장에서 90% 이상으로 제어된 기판을 사용하였다.
차광성막(106)은 2층 구조로 설계되었으며, 하부층인 차광막(104)은 Ar : N2 = 9.9sccm : 2.0sccm 가스 조건으로 공정 파워는 0.6㎾를 사용하여 성막하였다. 차광성막의 두께는 X-ray Source를 이용한 XRR 장치를 이용하여 측정하였고, 측정한 결과 두께 55㎚의 두께를 나타내었다.
상부층인 반사방지막(105)은 Ar : N2 = 9.3sccm : 6.0sccm 가스 조건으로 공정 파워는 0.7㎾를 사용하여 5㎚ 두께로 형성하였다.
이후, 차광성막(106)에 진공 급속 열처리 장치(Vaccum RTP)를 이용해 350℃에서 20분간 열처리를 실시하여 막 응력을 저감시키도록 하였다.
차광성막(106)은 총 두께가 60 ㎚이고, 193㎚ 파장의 노광광에 대하여, OD는 2.95, 반사율은 30.0％ 이였다. 차광성막(106)은 AES 장비를 이용하여 조성비를 확인한 결과, 차광막(104)은 실리콘(Si) 함유량이 82.1at％, 질소(N) 함유량이 17.9at％였으며, 반사방지막(105)은 실리콘(Si) 함유량이 71.2at％, 질소(N) 함유량이 28.8at％인 것을 확인하였다.
차광성막(106)에 대하여 내약품성 평가를 진행하였다. 상기 평가는 SC-1 세정과 SPM 세정 공정을 통해 차광성막(106)의 두께 변화를 확인하는 방법으로 진행되었으며, 차광성막(106)을 SPM(H2SO4 : H2O2 = 10 : 1, 90℃) 세정 공정에서 90℃에서 30분 동안 처리하였고, SC-1(NH4OH : H2O2 : DIW = 1 : 1 : 5, 40℃) 세정 공정에서 40℃에서 20분 동안 처리하였다.
이때, 차광성막(106)은 SPM 세정 공정에서 2.3Å의 두께가 줄어들었으며, SC-1 세정 공정에서는 12.3Å의 두께가 줄어들었다.
(실시예 2)
상술한 실시예 1과 같이 DC 마그네트론 스퍼터링 장치와 붕소(B)가 불순물로 첨가된 실리콘(Si) 타겟을 이용하고, 투명 기판 상에 아르곤(Ar)과 질소(N) 가스를 이용하여 질화실리콘(SiN)으로 이루어진 차광성막(106)을 형성하였다.
차광성막(106)은 2층 구조로 설계되었으며, 하부층인 차광막(104)은 Ar : N2 = 9.9sccm : 1.2sccm 가스 조건으로 공정 파워는 0.6㎾를 사용하여 50㎚의 두께로 성막하였으며, 상부층인 반사방지막(105)은 Ar : N2 = 9.3sccm : 5.5sccm 가스 조건으로 공정 파워는 0.7㎾를 사용하여 5㎚의 두께로 형성하였다.
이후, 차광성막(106)에 350℃에서 20분간 열처리를 실시하여 막 응력을 저감시키도록 하였다.
차광성막(106)은 총 두께가 55㎚이고, 193㎚ 파장의 노광광에 대하여, OD는 2.90, 반사율은 32.3％였다. 차광막(104)은 실리콘(Si) 함유량이 84.4at％, 질소(N) 함유량이 15.6at％였으며, 반사방지막(105)은 실리콘(Si) 함유량이 72.4at％, 질소(N) 함유량이 27.6at％인 것을 확인하였다.
차광성막(106)에 대하여 내약품성을 평가한 결과, SPM 세정 공정에서 2.1Å의 두께가 줄어들었으며, SC-1 세정 공정에서는 10.6Å의 두께가 줄어들었다.
(실시예 3)
상술한 실시예 1 및 2와 같이 DC 마그네트론 스퍼터링 장치와 붕소(B)가 불순물로 첨가된 실리콘(Si) 타겟을 이용하고, 투명 기판 상에 아르곤(Ar)과 질소(N) 가스를 이용하여 질화실리콘(SiN)으로 이루어진 차광성막(106)을 형성하였다.
차광성막(106)은 2층 구조로 설계되었으며, 하부층인 차광막(104)은 Ar : N2 = 9.9sccm : 1.2sccm 가스 조건으로 공정 파워는 0.6㎾를 사용하여 43㎚의 두께로 성막하였으며, 상부층인 반사방지막(105)은 Ar : N2 = 9.3sccm : 5.0sccm 가스 조건으로 공정 파워는 0.7㎾를 사용하여 4㎚의 두께로 형성하였다.
이후, 차광성막(106)에 350℃에서 20분간 열처리를 실시하여 막 응력을 저감시키도록 하였다.
차광성막(106)은 총 두께가 47㎚이고, 193㎚ 파장의 노광광에 대하여, OD는 2.85, 반사율은 34.1％였다. 차광막(104)은 실리콘(Si) 함유량이 85.9at％, 질소(N) 함유량이 14.1at％였으며, 반사방지막(105)은 실리콘(Si) 함유량이 73.2at％, 질소(N) 함유량이 26.7at％인 것을 확인하였다.
차광성막(106)에 대하여 내약품성을 평가한 결과, SPM 세정 공정에서 1.9Å의 두께가 줄어들었으며, SC-1 세정 공정에서는 8.6Å의 두께가 줄어들었다.
(비교예 1)
비교예에서는 DC 마그네트론 스퍼터링 장치와 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 타겟(Mo : Si = 20at% : 80at%)을 이용하고, 투명 기판 상에 아르곤(Ar)과 질소(N) 가스를 이용하여 MoSiN으로 이루어진 차광성막을 형성하였다.
차광성막은 2층 구조로 설계되었으며, 하부층인 차광막은 Ar : N2 = 9.9sccm : 4.5sccm 가스 조건으로 공정 파워는 0.6㎾를 사용하여 43㎚의 두께로 성막하였으며, 상부층인 반사방지막은 Ar : N2 = 9.3sccm : 9.3sccm 가스 조건으로 공정 파워는 0.7㎾를 사용하여 4㎚의 두께로 형성하였다.
이후, 차광성막에 350℃에서 20분간 열처리를 실시하여 막 응력을 저감시키도록 하였다.
차광성막은 총 두께가 47㎚이고, 193㎚ 파장의 노광광에 대하여, OD는 2.93, 반사율은 34.8％였다. 차광막은 몰리브덴(Mo) 함유량이 12.3at％, 실리콘(Si) 함유량이 67.2at％, 질소(N) 함유량이 20.5at％였으며, 반사방지막은 몰리브덴(Mo) 함유량이 7.6at％, 실리콘(Si) 함유량이 61.5at％, 질소(N) 함유량이 30.9at％인 것을 확인하였다.
비교예의 차광성막에 대하여 내약품성을 평가한 결과, SPM 세정 공정에서 3.5Å의 두께가 줄어들었으며, SC-1 세정 공정에서는 35.2Å의 두께가 줄어들었다.
(비교예 2)
상술한 비교예 1과 동일한 DC 마그네트론 스퍼터링 장치와 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 타겟(Mo : Si = 10at% : 90at%)을 이용하고, 투명 기판 상에 아르곤(Ar)과 질소(N) 가스를 이용하여 MoSiN으로 이루어진 차광성막을 형성하였다.
차광성막은 2층 구조로 설계되었으며, 하부층인 차광막은 Ar : N2 = 9.9sccm : 3.7sccm 가스 조건으로 공정 파워는 0.6㎾를 사용하여 43㎚의 두께로 성막하였으며, 상부층인 반사방지막은 Ar : N2 = 9.3sccm : 8.4sccm 가스 조건으로 공정 파워는 0.7㎾를 사용하여 4㎚의 두께로 형성하였다.
이후, 차광성막에 350℃에서 20분간 열처리를 실시하여 막 응력을 저감시키도록 하였다.
차광성막은 총 두께가 47㎚이고, 193㎚ 파장의 노광광에 대하여, OD는 2.85, 반사율은 34.4％였다. 차광막은 몰리브덴(Mo) 함유량이 10.1at％, 실리콘(Si) 함유량이 70.5at％, 질소(N) 함유량이 19.4at％였으며, 반사방지막은 몰리브덴(Mo) 함유량이 5.0at％, 실리콘(Si) 함유량이 65.2at％, 질소(N) 함유량이 29.8at％인 것을 확인하였다.
차광성막에 대하여 내약품성을 평가한 결과, SPM 세정 공정에서 2.4Å의 두께가 줄어들었으며, SC-1 세정 공정에서는 23.9Å의 두께가 줄어들었다.
상술한 실시예에서와 같이 실리콘(Si) 타겟을 이용하여 차광성막을 형성하는 경우, SPM 세정과 SC-1 세정에 대하여 상부층인 반사방지막의 질소(N) 조성비에 따른 내약품성을 비교한 결과, 질소(N) 함유량이 높을수록 두께 변화가 큰 것을 확인하였다.
또한, 비교예와 같이 몰리브데늄실리사이드(Mo : Si = 10at% : 90at% 또는 20at% : 80at%) 타겟을 이용하여 차광성막을 형성하는 경우, 몰리브데늄이(Mo) 함유량이 감소할수록 질소(N)의 함유량이 감소하는 결과를 나타냈다. 또한, 세정에 대하여 내약품성 평가를 진행한 결과 몰리브데늄(Mo)의 함유량이 감소할수록 두께 변화가 작은 것을 확인하였다.
상기 결과에서 알 수 있듯이 차광성막은 몰리브데늄(Mo)의 함유량이 높고 질소(N)의 함유량이 높을수록 내약품성이 취약해짐을 확인하였다.
차광성막의 조성비에 따른 내노광성 (Exposure Durability) 평가
상술한 실시예 3 및 비교예 2의 포토 마스크를 바탕으로 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 차광성막의 내노광성을 평가를 진행하였다
상기 평가는 200㎚의 라인 앤 스페이스 패턴의 5mm × 5mm 영역에 대하여 20KJ의 노광 가속 후 CD 변화를 확인하였다.
실시예 3의 실리콘(Si) 타겟을 이용한 포토마스크의 경우, 20KJ의 노광 가속 후 CD 변화는 4㎚였지만, 비교예 2의 몰리브데늄실리사이드(Mo : Si = 10at% : 90at%) 타겟을 이용한 포토마스크의 경우, CD 변화는 12mm로 나타내었다.
이는, 전이금속인 몰리브데늄이(Mo)이 함유된 실리콘을 재료로 형성한 차광성막의 경우, 전이금속을 포함하지 않은 실리콘으로 형성한 차광성막에 대비하여 CD 변동이 큰 것으로 나타내었다. 이는 몰리브데늄(Mo)이 CD 변동에 영향을 주는 것을 알 수 있다.
상기 결과를 통해, 전이금속을 포함하지 않는 실리콘(Si)계 재료로 형성된 차광성막을 사용한 포토마스크는 ArF 엑시머 레이저광에 대한 패턴 치수 변동 문제를 개선할 뿐만 아니라 내약품성 또한 개선될 수 있음을 확인하였다.
이상, 본 발명을 실험예를 이용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는, 상기 실험예에 기재된 범위에 한정되지 않는다. 상기 실험예에 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능하다는 것은 당업자에게 명백하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이 특허 청구범위의 기재로부터 분명하다.
100 : 블랭크 마스크
102 : 투명 기판
104 : 차광막
105 : 반사방지막
106 : 차광성막
108 : 하드필름
110 : 포토레지스트막

Claims (17)

  1. 투명 기판; 및
    상기 투명 기판 상에 구비되며, 전이금속을 함유되지 않은 실리콘(Si)계 재료로 이루어지는 차광성막; 을
    포함하는 블랭크 마스크.
  2. 투명 기판; 및
    상기 투명 기판 상에 구비되며, 전이금속을 함유되지 않은 실리콘(Si)계 재료로 형성된 차광막과 반사방지막으로 이루어진 차광성막; 을
    포함하는 블랭크 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광성막은 단층, 2층 이상의 다층막이나 연속막의 형태 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막을 구성하는 막은 실리콘(Si)의 단독, 실리콘(Si)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상의 경원소를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막은 600Å 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막은 차광막 및 반사방지막의 2층 구조로 이루어지며, 상기 차광막과 반사방지막은 실리콘(Si), 산소(O), 및 질소(N) 중 하나 이상의 함유량 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막은 차광막 및 반사방지막의 2층 구조로 이루어지며, 상기 차광막의 질소(N)와 산소(O)의 합계 함유량은 10at％ ∼ 30at％ 이며, 상기 반사방지막의 질소(N)와 산소(O)의 합계 함유량은 20at％ ∼ 40at％인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막은 차광막 및 반사방지막의 2층 구조로 이루어지며, 상기 차광막 및 반사방지막의 질소(N)와 산소(O)의 합계 함유량 차이가 15at% 이하인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막은 실리콘(Si) 타겟 또는 붕소(B)가 1at% 이하로 첨가된 실리콘(Si) 타겟을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막은 193㎚ 파장의 노광광에 대하여 2.5 ∼ 3.5의 광학밀도 값을 가지며, 20% ∼ 40%의 표면 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광막 상에 구비되며, 상기 차광막과 20 이상의 식각선택비를 갖는 하드 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하드필름은 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 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), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 1 종 이상의 금속 물질을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 하드필름은 크롬(Cr) 단독, 또는, 크롬(Cr)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 하드필름은 20Å ∼ 100Å 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 하드필름은 0.4Å/sec ∼ 2.0Å/sec의 식각 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 투명 기판과 차광성막 사이에 구비된 식각저지막 또는 상기 차광성막의 상층 또는 하층에 구비된 위상반전막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  17. 투명 기판 상에 구비되며, 전이금속을 함유되지 않은 실리콘(Si)계 재료로 이루어지는 차광성막 패턴을 포함하며,
    상기 차광성막 패턴은 단층, 차광막과 반사방지막이 적층된 2층, 2층 이상의 다층막, 연속막의 형태 중 하나의 형태로 이루어지며, 실리콘(Si)의 단독, 실리콘(Si)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 하나 이상의 경원소를 포함하여 이루어진 포토마스크.

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