KR20200126084A - 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법 - Google Patents

블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR20200126084A
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Abstract

본 발명에 따른 블랭크 마스크는, 투명 기판 상에 구비된 적어도 차광성막을 포함하고, 상기 차광성막은 실리콘(Si) 또는 실리콘 화합물로 형성된다.
본 발명은 차광성막의 내약품성, 내노광성 및 성장성 결함이 향상되어 고 해상도 및 우수한 품질을 가지는 블랭크 마스크를 제공한다.

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, 차광성막의 내약품성, 내노광성을 향상시키고, 고 해상도 구현이 가능한 블랭크 마스크, 포토 마스크 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
오늘날 대규모 집적회로의 고집적화에 따른 회로패턴의 미세화 요구에 대응하여 고도의 반도체 미세공정 기술이 매우 중요한 요소로 자리 잡고 있다. 고집적회로의 경우, 저전력과 고속동작을 위해 회로 배선이 미세화되고 있고, 층간 연결을 위한 컨택트 홀 패턴 (Contact Hall Pattern) 및 집적화에 따른 회로 구성 배치등에 대한 기술적 요구가 점점 높아지고 있다. 따라서, 이러한 요구들을 충족시키기 위해서는 회로 패턴의 원본이 기록되는 포토마스크 (Photomask)를 제조함에 있어서도 정밀한 회로 패턴과 함께 고해상도 패턴을 기록할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 이를 위한 포토리소그래피 기술은 365nm의 I-Line에서 193nm의 ArF로 노광파장이 단파장화 되어 발전해 왔으며, 블랭크 마스크의 경우, 마스크 구조를 바이너리 블랭크 마스크에서 위상 반전 블랭크 마스크로 이루어져 왔다.
근래에서는 하드마스크막을 구비한 블랭크 마스크가 개발되어 적용되고 있으며, 상기 하드마스크막을 구비한 블랭크 마스크는 기존의 블랭크 마스크와 달리 레지스트막과 인접한 하부에 하드마스크막을 구비함으로서 하부 차광성막 패턴 형성을 위한 식각 마스크(Etch Mask)로 레지스트막이 아닌 하드마스크막 패턴을 이용한다.
현재, 하드마스크막이 적용된 블랭크 마스크는 일반적으로는 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물을 차광성막으로 사용하고, 하드마스크막은 차광성막 대비 식각 선택비가 높은 물질인 크롬계(Cr) 물질을 이용하여 적용되고 있다.
그러나, 상기 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물은 하기와 같은 문제점을 가진다.
먼저, 세정공정에 사용되는 황산, 황산과수, Standard Clean-1(SC-1)등의 세정용액에 취약한 문제점을 가진다. 이러한 문제점은 최종적으로 차광성막의 두께 및 광학밀도를 감소시키고, 결국 포토마스크 수명을 단축시키는 요인으로 작용된다.
또한, 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물은 Wafer Printing 시 반복 노광되는 ArF 에너지에 대해서도 취약한 결과를 나타낸다. 상세하게, 반복 노광 시 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물의 몰리브데늄(Mo)이 산소와 결합되어 몰리브데늄산화물(MoO)이 형성됨에 따라 CD(Critical Dimension)가 증가하는 문제점이 발생한다.
아울러, 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물은 성장성 결함(Growth Defect)에도 취약한 문제점을 나타낸다.
본 발명은 차광성막의 내약품성, 내노광성 및 성장성 결함이 향상된 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 고 해상도 및 우수한 품질을 가지는 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 블랭크 마스크는 투명 기판 상에 구비된 적어도 차광성막을 포함하고, 상기 차광성막은 실리콘(Si) 또는 실리콘 화합물로 형성된다.
상기 차광성막은 Si, SiN, SiC, SiO, SiON, SiCN, SiCO, SiCON 중 선택되는 1종 이상을 포함한다.
상기 차광성막은 적어도 질소(N)를 포함하여 형성된다.
상기 차광성막 또는 반사방지막 상에 구비된 하드마스크막을 더 포함한다.
상기 차광성막 하부에 위상반전막 및 식각저지막 중 하나 이상의 막이 더 구비된다.
본 발명은 실리콘(Si) 또는 실리콘 화합물로 차광성막을 형성함으로써, 내약품성, 내노광성 및 성장성 결함이 향상된 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제조할 수 있다.
또한, 차광성막 상에 선택적으로 하드마스크막을 구비함으로 고 해상도 및 우수한 품질을 가지는 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 구조에 따른 블랭크 마스크를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 구조에 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.
도 1은 본 발명의 제 1 구조에 따른 블랭크 마스크를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제 2 구조에 따른 블랭크 마스크를 도시한 단면도
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 블랭크 마스크(100)는 투명 기판(101) 및 투명 기판(101) 상에 순차적으로 구비된 차광성막(102), 하드마스크막(105) 및 레지스트막(110)을 포함한다.
투명 기판(101)은 기판 두께에 대하여 193㎚의 노광 파장에 대한 복굴절이 2㎚ 이하이고, 평탄도가 0.3㎛ 이하인 석영 기판 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.
차광성막(102)은 실리콘(Si)의 단독 또는 실리콘(Si)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 보론(B), 인(P) 중 선택되는 1종 이상의 원소를 포함하는 실리콘(Si) 화합물 중 하나로 이루어진다.
자세하게, 차광성막(102)은 실리콘(Si)에 적어도 질소(N)를 포함하여 형성되며, 상기 질소(N)는 20a% ∼ 70at%의 함유량을 갖는다. 상기 실리콘(Si) 화합물에 포함되는 질소(N)는 그 함유량이 높을수록 불소(F)계 식각 가스에 식각 속도가 증가하는 효과를 가진다. 일반적으로, 식각 속도는 패턴 LER(Line Edge Roughness)에 영향을 미치며, 식각 속도가 빠를수록 LER이 우수한 효과를 가진다. 한편, 차광성막(102)의 질소(N) 함유량이 높을수록 박막의 광학 상수인 소멸계수(k)가 낮아지고, 이에 따라, 차광성막(102)의 두께가 증가하는 요인이 된다. 이러한 차광성막(102) 두께 증가는 3D Effect를 증가시켜, 광학보정 설계(OPC)를 복잡하게 하는 요인으로 작용된다.
따라서, 실리콘(Si) 화합물의 차광성막(102)에 포함되는 질소(N)의 함유량에 대한 적절한 제어가 필요하며, 상기 실리콘(Si) 화합물에 포함된 질소(N)가 20a% ∼ 70at%, 바람직하게, 30at% ∼ 60at%의 함유량을 가짐으로써 차광성막(102) 두께를 증가시키기 않고, 차광성막(102)의 식각 속도를 향상시킬 수 있다.
상기 차광성막(102)는 노광 파장에 대하여 0.8 ∼ 3.8, 바람직하게, 1.2 ∼2.6 범위의 소멸계수(k)를 갖는다.
상기 차광성막(102)은 노광 파장에 대하여 2.5 ∼ 3.5의 광학 밀도를 가지며, 50% 이하의 반사율을 갖는다.
차광성막(102)은 30nm ∼ 100nm의 두께를 갖는다. 차광성막(102)은 두께가 30nm 이하일 경우, 노광파장에 대해 2.5 이상의 광학밀도 확보가 어려우며, 100nm 이상일 경우, 차광성막(102) 식각 시 로딩 효과(Loading Effect) 및 3D Effect가 높아지는 문제점이 발생한다.
차광성막(102)은 단층 또는 2층 이상의 다층, 조성 또는 조성비가 동일한 단일막, 연속막 형태로 구성될 수 있으며, 차광성막(102)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 차광막(103) 상에 반사방지막(104)이 형성된 구조를 가질 수 있다.
차광성막(102)은 스퍼터링(Sputtering) 공정을 이용하여 형성하는 것이 바람직하며, 전도도 향상을 위하여 실리콘(Si)에 인(P) 또는 붕소(B)가 첨가된 스퍼터링 타겟을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 실리콘(Si) 타겟에 포함되는 붕소(B)의 함유량은 0.01at% ∼ 5at% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 붕소(B)는 함유량이 5at% 이상일 경우, 차광성막(102)에 대한 광학밀소가 감소시켜 최종적으로 차광성막(102)의 두께 증가를 야기한다. 한편, 붕소(B)의 함량이 낮을 경우, 실리콘(Si) 타겟의 전도도가 낮아, 스퍼터링시 방전 아크(Arc) 문제가 발생하여 차광성막(102) 형성 시 결함 발생률이 높아진다.
상기 차광성막(102)은 성막 이후 선택적으로 열처리를 이용할 수 있으며, 열처리 방법으로는 핫플레이트(Hot-Plate), 진공 급속 열처리 장치(Vacuum Rapid Thermal Process), 퍼니스(Furnace)등을 이용할 수 있다. 또한, 열처리 과정에서 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 등을 포함한 가스를 이용하여 열처리를 진행할 수 있다.
하드마스크막(105)은 차광성막(102)에 대한 건식 식각 선택비가 10 이상을 가지는 물질로 형성된다.
하드마스크막(105)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), 리툼(Li), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 선택되는 1 종 이상의 금속 물질을 포함하여 이루어지거나, 또는, 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 선택되는 1 종 이상의 원소를 더 포함하여 형성된다.
하드마스크막(105)은, 예를 들어, 크롬(Cr) 또는 크롬(Cr) 화합물로 구성되는 것이 바람직하다. 상세하게는 Cr, CrO, CrN, CrC, CrON, CrCO, CrCN, CrCON 중 선택되는 1종 이상으로 구성되는 것이 바람직하다.
하드마스크막(105)은 10Å ∼ 200Å의 두께를 가지며, 30Å ∼ 100Å의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 하드마스크막(105)은 10Å의 두께를 갖는 경우, 차광성막(102) 패턴 시 식각 시간이 짧아 식각종점 (End-point) 확인 및 얇은 두께에 따른 하드마스크막(105) 패턴 모양(Pattern Profile) 확인이 어렵고, 식각마스크로서 역할 수행이 어렵다. 또한, 하드마스크막(105)은 200Å 이상의 두께를 갖는 경우, 상대적으로 로딩 효과(Loading Effect)가 발생하며, CD 선형성(Linearity) 개선이 용이하지 못하게 된다.
아울러, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 블랭크 마스크는 선택적으로 투명 기판(101)과 차광성막(102) 사이의 어느 한 부분에서 구비된 위상반전막을 포함할 수 있다. 또한, 투명기판(101)과 상기 위상반전막 사이에 식각 저지막을 더 형성하여 식각 공정 시, 기판 데미지(Damage)에 의해 발생하는 투명 기판(101)의 성장성 결함(Growth Defect)을 저감할 수 있다.
상기 위상반전막은 노광광에서 4% ∼ 100%의 투과율을 가지며, 160°∼ 230°의 위상량을 가진다.
상기 위상반전막은 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), 리툼(Li), 셀레늄(Se), 구리(Cu), 하프늄(Hf), 텅스텐(W), 실리콘(Si) 중 선택되는 1 종 이상의 금속 물질을 포함하여 이루어지거나 또는 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 선택되는 1 종 이상의 원소를 더 포함하여 형성된다.
레지스트막(110)은 600Å ∼ 1,500Å의 두께를 가지며, 화학증폭형레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)인 것이 바람직하다.
레지스트막(110) 상부에는 챠지업 방지를 위한 물질을 선택적으로 형성할 수 있다.
(실시예)
실시예 1
본 발명에 따른 실시예 1은 실리콘(Si) 화합물로 형성된 바이너리 블랭크 마스크 및 포토마스크의 제조에 관하여 개시한다.
도 1을 참조하여, 우선 6inch × 6inch × 0.25inch(가로 × 세로 ×두께)의 크기를 가지며, 300㎚ 이하의 평탄도(TIR)를 가지는 투명기판(101)을 준비하였다.
이후, DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 붕소(B)가 도핑된 실리콘(Si) 타겟을 장착하고, 공정 가스 Ar : N2 = 6.5 sccm : 3.8sccm을 주입하고, 0.6kW의 공정 파워를 인가하여, 질화실리콘(SiN)으로 이루어진 단일막의 차광성막(102)을 형성하였다. 이후 차광성막(102)에 대하여 193nm 파장에서 광학밀도 및 반사율 및 두께를 측정한 결과 광학밀도는 3.08, 반사율은 23.7%, 두께는 89.9nm를 나타내었다.
이어서, 차광성막(102)에 대하여 진공 급속 열처리 장치(Vacuum Rapid Thermal Process)를 이용하여 350℃의 온도에서 20분간 열처리를 실시하였다.
상기와 같이 형성된 차광성막(102)에 대한 조성비를 AES 장비를 이용하여 분석한 결과 실리콘(Si) 51.6at%, 질소(N)가 48.4at%를 나타내었다.
그런 다음, 차광성막(102) 상에 크롬(Cr) 타겟을 이용하고, 공정 가스로 아르곤(Ar) 가스를 8sccm 주입하며, 0.7kW의 공정 파워를 인가하여 4nm 두께의 크롬(Cr) 하드마스크막(105)을 성막하였다.
이후, 하드마스크막(105) 상에 화학증폭형 레지스트인 FEP171을 200nm의 두께로 스핀코팅하여 최종적을 바이너리 블랭크 마스크를 제조하였다.
상기와 같이 형성된 블랭크 마스크를 이용하여 포토마스크 제조하였다.
먼저, 상기와 같이 준비된 블랭크 마스크 상에 e-beam Writing을 실시한 후 PEB(Post Exposure Bake)를 110℃에서 10분간 실시하였다. 이후, 현상액을 이용하여 레지스트막 패턴을 형성하였다.
이어서, 레지스트막 패턴을 식각 마스크(Etch Mask)로 하여 하부 하드마스크막을 식각하여 하드마스크막 패턴을 형성하였다. 이때, 상기 식각은 염소계(Cl) 가스를 이용하여 실시하였거, 하드마스크막(105)의 식각 속도는 0.8Å/sec를 나타내었다.
그런 다음, 상기 레지스트막 패턴을 제거하고, 하드마스크막(105) 패턴을 이용하여 하부 차광성막(102)을 불소계(F) 가스를 이용하여 건식 식각하였다. 이때 차광성막(102)의 패턴 형상을 측정한 결과 86°를 나타내어 양호하였다.
이후, 하드마스크 패턴을 염소(Cl) 가스를 이용하여 제거하여 최종적으로 포토마스크 제작을 완료하였다.
실시예 2
본 발명의 실시예 2는 상술한 실시예 1을 바탕으로 질소(N) 함유량이 제어된 차광성막(102) 제조방법을 개시한다.
먼저, 실시예 1과 같이 투명기판(101)상에 붕소(B)가 도핑된 실리콘(Si) 타겟을 이용하였으며, 공정 가스를 Ar : N2 = 6.5 sccm : 2.5sccm을 주입하고, 0.6kW의 공정 파워를 인가하여, 질화실리콘(SiN)으로 이루어진 단일막의 차광성막(102)을 형성하였다. 이후, 차광성막(102)에 대한 193nm 파장에서의 광학밀도와 반사율 및 두께를 측정한 결과, 3.10의 광학 밀도, 33.7%의 반사율 및 69.6nm의 두께를 나타내었다. 이어서, 차광성막(102)에 대하여 진공 급속 열처리 장치를 이용하여 350℃의 온도에서 20분간 열처리를 실시하였다.
상기와 같이 형성된 차광성막(102)에 대하여 조성비를 AES 장비를 이용하여 분석한 결과 실리콘(Si) 함유량이 56.3at%, 질소(N) 함유량이 43.7at%인 것을 확인하였다.
이어서 실시예 1과 동일하게 하드마스크막(105) 및 레지스트막(110)을 형성하여 블랭크 마스크 제조를 완료하였다.
실시예 3
본 발명의 실시예 3은 차광막(103) 상에 반사방지막(104)이 형성된 구조에 대하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 먼저, 붕소(B)가 도핑된 Si 타겟을 준비한 후 공정 가스 Ar : N2 = 6.5 sccm : 2.0sccm을 주입하고, 0.6kW의 공정 파워를 인가하여, 질화실리콘(SiN)으로 이루어진 차광막(103)을 형성하였다. 차광막(103)에 대하여 XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 54.5nm의 두께로 측정되었다.
그런 다음, 차광막(103) 상에 반사방지막(104) 형성을 위하여 Ar : N2 = 9.3 sccm : 7.2sccm을 주입하고, 0.7kW의 공정 파워를 인가하여, 질화실리콘(SiN)으로 이루어진 반사방지막(104)을 성막하였다. 이후, 반사방지막(104)에 대한 두께를 XRR 장비를 이용하여 측정한 결과 5.9nm를 나타내었다.
차광막(103) 및 반사방지막(104)이 형성된 박막의 총 두께는 60.4nm이고, 노광광 193nm 파장에서의 광학 밀도와 반사율을 측정한 결과, 3.08의 광학 밀도와 17.1%의 반사율을 나타내었다. 이후, 차광성막(102)에 대하여 진공 급속 열처리 장치를 이용하여 350℃의 온도에서 20분간 열처리를 실시하였다.
차광성막(102)은 AES 장비를 이용하여 조성비를 확인한 결과 하부층 차광막(103)은 실리콘(Si) 함유량이 65.9at%, 질소(N) 함유량이 32.2at%를 나타내었으며, 상부층 반사방지막(104)은 실리콘(Si) 함유량이 55.5at%, 질소(N) 함유량이 44.5at%인 것을 확인하였다.
이후, 실시예 1과 동일하게 하드마스크막(105) 및 레지스트막(110)을 형성하여 최종 블랭크 마스크 제조를 완료하였다.
실시예 4
본 발명의 실시예 4는 실시예 1를 바탕으로 하드마스크막(105) 물질 변경 결과를 나타내고 있다.
먼저, 상술한 실시예 1과 동일하게 차광성막(102)을 형성한 이후, 하드마스크막(105) 물질로서 실리콘(Si) 타겟을 이용하고, 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 5.0 sccm : 5.0sccm : 5.2sccm 가스를 주입하여, 0.7kW의 공정 파워를 인가하여 15nm 두께의 산화질화실리콘(SiON) 하드마스크막(105)을 성막하였다.
이후, 레지스트막(110)을 코팅하여 블랭크 마스크 제조를 완료하였다.
그런 다음, 포토마스크 제조를 위한 먼저 하드마스크막(105) 및 차광성막(102)의 식각 속도를 평가하였다. 그 결과, 하드마스크막(105)은 불소(F)계 가스에 1.08Å/sec를 나타내었으며, 차광성막(102)은 13Å/sec를 나타내어 식각 선택비는 10 이상인 것을 확인하였다.
상기와 같이 형성된 블랭크 마스크를 이용하여 포토마스크를 제조하였다. 먼저, e-beam 노광 및 PEB 이후 레지스트막 패턴을 형성하였다. 이후, 실시예 1과는 다르게 레지스트막 패턴을 제거하지 않고, 레지스트 및 하드마스크막(105) 패턴을 식각 마스크(Etch Mask)로 하여 하부 차광성막(102)을 불소(F)계 가스를 이용하여 식각하였다.
그런 다음, 레지스트막(110) 및 하드마스크막(105) 패턴을 제거하여 최종 포토마스크 제조를 완료하였다.
상기 포토마스크 제조 시 하드마스크막(105)과 차광성막(102)에 대한 패턴 경계선은 질소(N) 또는 산소(O) Peak를 이용하여 EPD 제어를 통하여 해결하였다.
비교예 1
비교예 1에서는 전이금속이 포함된 차광막(103) 및 반사방지막(104) 형성 결과를 나타낸다.
먼저, 스퍼터링 타겟으로 몰리브데늄실리사이드(MoSi) 타겟(Mo : Si = 10at% : 90at%)을 이용하고, 차광막으로 Ar : N2 = 6.5 sccm : 3.5sccm을 주입하고, 0.6kW의 공정 파워를 인가하여, 질화몰리브데늄실리사이드(MoSiN)으로 이루어진 차광막(103)을 성막하였다. 이때 차광막의 두께는 47.5nm를 나타내었다. 이후 반사방지막(104) 형성을 위하여 Ar : N2 = 9.3 sccm : 7.2sccm을 주입하고, 0.7kW의 공정 파워를 인가하여, 질화몰리브데늄실리사이드(MoSiN)으로 이루어진 반사방지막을 형성하였으며, 이때 두께는 4.1nm를 나타내었다.
상기와 같이 차광막 및 반사방지막의 총 두께는 51.6nm을 나타내었으며, 193nm 파장에서의 광학 밀도와 반사율은 3.03 및 33.8%을 나타내었다. 이후, 차광성막(102)에 대하여 진공 급속 열처리 장치를 이용하여 350℃의 온도에서 20분간 열처리를 실시하였다.
상기 차광막 및 반사방지막에 대한 조성비를 AES 장비를 이용하여 확인한 결과, 차광막은 몰리브덴(Mo) 함유량이 10.1at%, 실리콘(Si) 함유량이 70.5at%, 질소(N) 함유량이 19.4at%를 나타내었으며, 반사방지막은 몰리브덴(Mo) 함유량이 5.0at%, 실리콘(Si) 함유량이 65.2at%, 질소(N) 함유량이 29.8at%인 것을 확인하였다.
이어서, 차광성막(102) 상에 크롬(Cr) 타겟을 이용하고, 공정 가스로 아르곤(Ar) 가스를 8sccm 주입하며, 0.7kW의 공정 파워를 인가하여 4nm 두께의 크롬(Cr) 하드마스크막(105)을 성막하였다.
그런 다음, 하드마스크막(105) 상에 화학증폭형 레지스트막(110)을 100nm의 두께로 스핀코팅하여 최종적으로 바이너리 블랭크 마스크를 제조하였다.
차광성막의 내화학성 평가
상기 실시예들 및 비교예를 통하여 제작된 차광성막에 대하여 내약품성 평가를 진행하였다. 상기 평가는 세정 공정에 사용되는 SC-1(NH4OH : H2O2 : DIW = 1 : 1 : 5) 세정과 SPM(H2SO4 : H2O2 = 10 : 1) 세정 공정을 통하여, 차광성막의 두께 변화를 확인하는 방법으로 진행하였다.
세부적으로 세정 공정 평가는 SC-1(NH4OH : H2O2 : DIW = 1 : 1 : 5) 40℃에서 20분 동안 처리하였고, SPM(H2SO4 : H2O2 = 10 : 1) 90℃에서 30분 동안 처리하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
타겟 조성 Si Si Si MoSi(1:9)
차광성막 구조 단층 단층 2층 2층
차광성막 두께 89.9㎚ 69.6㎚ 60.4㎚ 51.6㎚
두께 변화량 SC-1 7.4Å 11.2Å 5.3Å 23.9Å
SPM 1.1Å 0.8Å 1.4Å 2.4Å
표 1을 참조하여, 실시예 1 내지 3의 경우 전이금속을 첨가하지 않은 실리콘(Si) 타겟을 이용하여 제작된 차광성막의 경우, SC-1 및 SPM에 대한 두께 변화량은 5.3Å 내지 11.2Å으로 내화학성에 따른 문제점이 나타내지 않았다.
이에 반해, 전이금속을 첨가한 비교예 1의 몰리브데늄실리사이드(MoSi)를 이용하여 제작된 차광성막(102)의 경우 두께 변화량이 23.9Å으로 전이금속을 첨가하지 않은 실리콘(Si)으로 제작된 차광성막이 2배 이상 내화학성이 개선됨을 확인할 수 있었다.
내노광성 (Exposure Durability) 평가
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1의 포토마스크를 바탕으로 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 차광성막의 내노광성을 평가 진행하였다.
상기 평가는 200nm의 라이 앤 스페이스 패턴의 5mm x 5mm 영역에 대하여 20kJ의 노광 가속 후 CD 변화를 확인하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
타겟 조성 Si Si Si MoSi(1:9)
차광성막 구조 단층 단층 2층 2층
CD 변화량 4.3㎚ 4.8㎚ 4.0㎚ 12.7㎚
표 2를 참조하면, 실시예 1 ∼ 3과 같이 전이금속을 첨가하지 않은 실리콘(Si) 타겟을 이용하여 제작된 차광성막의 경우, CD 변화량이 5nm 이하로 미비하나, 전이금속을 첨가한 비교예 1과 같이 몰리브데늄실리사이드(MoSi)를 이용하여 제작된 차광성막의 경우 CD 변화량이 12.7nm로 전이 금속을 포함하지 않는 실리콘(Si) 대비하여 3배 이상 CD 변화량이 증가함을 확인할 수 있었다.
이는, 전이금속 몰리브데늄(Mo)이 노광에너지를 흡수하여, 산소와 결합하기 때문에 발생되는 현상이며, 이에 반해, 실리콘이(Si)은 결합력이 높아 전이금속 몰리브데늄(Mo)에 비하여, 쉽게 산소와 결합하지 않기 때문인 것을 알 수 있었다.
100 : 블랭크 마스크
101 : 투명기판
102 : 차광성막
103 : 차광막
104 : 반사방지막
105 : 하드마스크막
110 : 레지스트막

Claims (11)

  1. 투명 기판 및
    상기 투명 기판 상에 구비된 적어도 차광성막을 포함하고,
    상기 차광성막은 실리콘(Si) 또는 실리콘 화합물로 형성된 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광성막은 Si, SiN, SiC, SiO, SiON, SiCN, SiCO, SiCON 중 선택되는 1종 이상을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광성막은 적어도 질소(N)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 차광성막에 포함된 질소(N)의 함유량은 20at% ∼ 70at%인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광성막은 소멸 계수(k)가 노광 파장에서 0.8 ∼ 3.8인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광성막은 단층 또는 2층 이상의 다층, 조성 또는 조성비가 동일한 단일막, 연속막, 또는 차광막과 반사방지막의 2층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 차광성막 또는 반사방지막 상에 구비된 하드마스크막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  8. 제 7 항에 있어서
    상기 반사방지막 및 하드마스크막은 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), 리툼(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 원소를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크.
  9. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서
    상기 차광성막 하부에 위상반전막 및 식각저지막 중 하나 이상의 막이 더 구비된 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크
  10. 제 9 항에 있어서
    상기 위상반전막 또는 식각저지막은 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), 리툼(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 원소를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크
  11. 상기 제 1 항 내지 제 8 항, 제 9 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 블랭크 마스크를 이용하여 제조되는 포토마스크.
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