KR20200137938A - 블랭크마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법 - Google Patents

블랭크마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

블랭크마스크는 투명 기판, 위상반전막, 및 차광성막을 구비한다. 위상반전막은 예컨대 30~100% 의 투과율을 가지며, 이때 차광성막은 40~70nm 의 두께, 크롬 30~80at%, 질소 10~50at%, 산소 0~35%, 탄소는 0~25% 의 조성비를 가진다. 차광성막과 위상반전막의 적층 구조의 광학밀도는 2.5~3.5 로 구성된다.

Description

블랭크마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법 {Blankmask, photomask and method for fabricating of the same}
본 발명은 블랭크마스크, 포토마스크 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 차광성막의 식각속도를 제어함으로서 CD 편차가 제어된 고품질의 블랭크마스크 및 포토마스크를 제조가 가능한 블랭크마스크, 포토마스크 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 공정 기술에서는 반도체 회로나 액정표시장치 등의 고집적화에 따라 높은 패턴 정밀도가 요구되고 있으며, 이에 따라, 회로 원본의 정보를 가지는 포토마스크의 제조 및 그 원재료가 되는 블랭크마스크의 중요성이 점점 부각되고 있다.
블랭크마스크는 크게 바이너리 블랭크마스크, 위상반전 블랭크마스크 두 종류가 있다. 바이너리 블랭크마스크는 투명기판 위에 차광성막을 구비하며, 위상반전 블랭크마스크는 투명기판 위에 순차 적층된 위상반전막과 차광성막을 구비한다.
최근에는 차광성막 위에 하드마스크막이 구비된 블랭크마스크가 개발되어 양산되고 있다. 이러한 블랭크마스크는 하드마스크막이 없는 블랭크마스크에 비하여 레지스트막의 박막화가 가능하고, 무기물의 하드마스크막을 이용하여 그 하부 박막을 식각함에 따라 로딩 효과(Loading Effect)가 감소되어, 해상도(Resolution) 및 CD 선형성(Linearity)이 향상되는 효과를 가진다.
하드마스크막을 구비한 블랭크마스크를 이용하여 포토마스크를 제조하는 과정은 하기와 같다.
먼저, 바이너리 블랭크마스크의 경우, 노광(Writing) 및 현상(Develop) 공정을 통해 레지스트막 패턴을 형성한 후, 레지스트막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 식각 공정을 진행하여 하드마스크막 패턴을 형성한다. 이후, 하드마스크막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 식각 공정을 진행하여 차광성막 패턴을 형성한다. 이어서, 하드마스크막 패턴을 제거하여 포토마스크를 형성한다.
그리고, 위상반전 블랭크마스크의 경우, 노광 및 현상 공정을 통해 레지스트막 패턴을 형성한 후, 레지스트막 패턴을 식각 마스크로 하여 하드마스크막 패턴을 형성하고, 하드마스크막 패턴을 식각 마스크로 하여 차광성막 패턴을 형성한 후, 하드마스크막 및 차광성막 패턴을 이용한 식각 공정을 통하여 위상반전막 패턴을 형성한다.
위상반전 블랭크마스크를 이용하여 포토마스크 제조 시, 하기와 같은 문제점이 발생한다.
먼저, 상기 공정 중에서 크롬(Cr)계 물질로 구성되는 차광성막은 염소(Cl)계 가스에 의한 건식 식각 시 라디칼(Radical) 반응에 의해 상대적으로 등방성으로 식각되는 경향을 나타낸다. 구체적으로, 차광성막을 식각하여 차광성막 패턴을 형성할 때, 상기 라디칼 반응의 등방성 식각 특성에 의해 레지스트막의 CD(Critical Dimension)와 차광성막 패턴의 CD 간의 편차가 커지게 된다. 하드마스크막을 구비한 블랭크마스크의 경우 하드마스크막을 구비하지 않고 레지스트 패턴만을 이용하여 차광성막을 패터닝하는 블랭크마스크에 비해 CD 편차는 줄어들게 되나, 여전히 하드마스크막 패턴의 CD 에 비하여 차광성막 패턴의 CD 편차가 커지게 된다.
포토마스크 제조 공정상에서 구현하고자 하는 최종 패턴 즉, 위상반전막 패턴의 CD 와 최초 레지스트막을 노광하여 구현된 CD 와의 차이가 클수록 에러(Error)가 발생 가능성이 높아지며, 이에 따라 공정 윈도우(Process Window) 마진(Margin)이 악화되어 최종적으로 Resolution, CD MTT, 및 CD 정밀도 제어 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 포토마스크 제조 공정에서 차광성막의 시각 시 CD 편차를 최소화할 수 있는 블랭크마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 블랭크마스크는, 투명 기판; 및 상기 투명기판 상에 구비되는 차광성막;을 포함하며, 상기 차광성막은 크롬 20~70at%, 질소 15~55at%, 산소 0~40at%, 탄소 0~30at% 의 조성비를 갖는다.
블랭크마스크는 상기 투명기판 상에 상기 차광성막의 하부에 구비되는 위상반전막;을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 위상반전막은 노광광에 대하여 3~10% 의 투과율을 가지며, 상기 차광성막과 상기 위상반전막의 적층 구조의 광학밀도는 2.5~3.5 이며, 상기 차광성막은 30~70nm 의 두께를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예의 블랭크마스크는, 투명 기판; 상기 투명기판 상에 구비되는 위상반전막; 및 상기 위상반전막 상에 구비되는 차광성막;을 포함하며, 상기 위상반전막은 30~100% 의 투과율을 가지며, 상기 차광성막은 노광광에 대하여 크롬 30~80at%, 질소 10~50at%, 산소 0~35%, 탄소는 0~25% 의 조성비를 갖는다. 상기 차광성막과 상기 위상반전막의 적층 구조의 광학밀도는 2.5~3.5 이고, 상기 차광성막은 40~70nm 의 두께를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예의 블랭크마스크는, 투명 기판; 상기 투명기판 상에 구비되는 위상반전막; 및 상기 위상반전막 상에 구비되는 차광성막;을 포함하며, 상기 위상반전막은 10~30% 의 투과율을 가지며, 상기 차광성막은 노광광에 대하여 크롬 25~75at%, 질소 5~45at%, 산소 0~30%, 탄소는 0~20% 의 조성비를 갖는다. 상기 차광성막과 상기 위상반전막의 적층 구조의 광학밀도는 2.5~3.5 이고, 상기 차광성막은 35~65nm 의 두께를 갖는다.
한편, 상기 차광성막 2층 이상의 다층으로 구성될 수 있다.
상기 차광성막은 상부층과 하부층의 2층으로 구성되는 경우, 상기 상부층에 비하여 상기 하부층의 식각 속도가 느리도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 차광성막은 상부층, 중간층, 및 하부층의 3층으로 구성되는 경우, 상기 중간층이 상기 상부층과 상기 하부층에 비해 식각 속도가 느리도록 구성되거나, 상기 중간층과 상기 하부층이 상기 상부층보다 식각 속도가 느리도록 구성될 수 있으며, 이를 위하여 상기 상부층은 질소(N)와 산소(O)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 하부층은 상기 중간층보다 식각 속도가 빠르도록 구성될 수 있으며, 이를 위하여 상기 하부층은 상기 중간층에 비해 질소(N) 및/또는 산소(O)의 함유량이 큰크도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 위상반전막은 실리콘(Si) 또는 전이금속을 포함하는 실리콘(Si)계 물질로 구성될 수 있다.
또한, 블랭크마스크는 상기 차광성막 상에 형성되는 하드마스크막;을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 상기 하드마스크막은 실리콘(Si) 또는 전이금속을 포함하는 실리콘(Si)계 물질로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 이러한 구성의 블랭크마스크를 이용하여 제조되는 포토마스크가 제공된다.
본 발명에 따르면, 차광성막의 식각속도를 조절함으로서 차광성막의 CD 편차를 최소화할 수 있다. 이에 따라 고품질의 블랭크마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 얻을 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 블랭크마스크의 구조를 도시한 도면.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블랭크마스크의 구조를 도시한 도면.
이하에서는 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 자라며 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사항에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 블랭크마스크의 구조를 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 블랭크마스크(100)는 투명기판(101) 상에 순차적으로 적층 형성된 위상반전막(102), 차광성막(103), 및 레지스트막(110)을 구비한다. 차광성막(103)은 하부층을 이루는 제1차광성막(104), 중간층을 이루는 제2차광성막(105) 및 상부층을 이루는 제3차광성막(106)의 3층 구조로 구성된다.
바이너리 블랭크마스크의 경우에는 위상반전막(102) 없이 차광성막(103)과 레지스트막(110)을 포함하는 구조로 구성되며, 위상반전 블랭크마스크의 경우에는 위상반전막(102), 차광성막(103), 및 레지스트막(110)을 포함하는 구조로 구성된다. 도 1 및 아래의 도 2 의 실시예에서는 위상반전막(102)을 구비한 위상반전 블랭크마스크를 예시하고 있으나, 본 발명은 바이너리 블랭크마스크 및 위상반전 블랭크마스크 모두에 대해 적용된다.
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블랭크마스크의 구조를 도시한 도면으로서, 도 1 의 구성에 하드마스크막(107)이 추가로 구비된 블랭크마스크를 도시한 것이다. 도 2 와 같이 본 발명은 하드마스크막(107)을 구비한 형태의 블랭크마스크(100)에도 적용된다. 하드마스크막(107)을 구비한 블랭크마스크도 위상반전막(102)을 구비하지 않고 차광성막(103)만을 구비한 바이너리 블랭크마스크, 또는 위상반전막(102)과 차광성막(103)을 모두 구비한 위상반전 블랭크마스크일 수 있다.
도 1 및 2 의 실시예에서는 차광성막(103)이 3층 구조를 구비한 것을 예시하고 있으나, 차광성막(103)은 단층, 2층, 또는 4층 이상의 구조를 가질 수도 있다.
본 발명의 차광성막(103)은 크롬을 주성분으로 하는 화합물로 구성된다. 크롬 화합물은 염소계 가스에 의한 건식 식각 시 라디칼(Radica) 반응에 의해 상대적으로 등방성으로 식각되는 경향을 나타낸다. 예를 들어, 하드마스크막(107)을 구비한 위상반전 블랭크마스크에서, 하드마스크막(107) 패턴을 형성한 후 하드마스크막(107) 패턴을 식각 마스크(Etching Mask)로 하여 그 하부의 차광성막(103) 식각 시 라디칼 반응에 의해 하드마스크막(107) 패턴의 CD 대비 차광성막(103)의 CD 에 편차가 발생하는 문제점이 나타난다. 한편, 차광성막(103) 하부의 위상반전막(102)은 몰리브데늄 실리콘 화합물 또는 실리콘 화합물로 구성되며, 이 경우 위상반전막(102)은 라디칼 반응 대비 이온성 반응이 상대적으로 높아 차광성막(103)의 CD 에 비하여 CD 편차가 적다.
이에 따라, 차광성막(103)의 라디칼 반응을 억제하기 위한 차광성막(103)의 구성은 다음과 같은 것이 바람직하다.
차광성막(103)은 크롬(Cr)을 주성분으로 하며, 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 바나듐(V), 주석(Sn), 코발트(Co), 인듐(In), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 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 추가로 포함할 수 있다. 특히, 차광성막(103)을 형성하는 물질로서 크롬(Cr)에 추가되는 금속 물질은, 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 인듐(In) 중에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 또한 차광성막(103)은 상기 금속 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 1 종 이상의 원소를 더 포함하여 이루어진다.
보다 구체적으로 본 발명의 기술적 특징을 기술하면, 차광성막(103)은 크롬(Cr)을 주성분으로 구성하되, 차광성막(103) 식각 시 라디칼 반응에 의한 CD 편차를 감소시키기 위하여 차광성막(103)의 식각 속도가 느려지도록 조절한다. 일반적으로, 차광성막(103)의 식각 속도가 느린 경우 식각 시 패턴 밀도(Pattern Density)에 의한 로딩 효과(Loading Effect)가 발생하여 CD Linearity(선형성)이 나빠지는 문제점을 나타내므로, 차광성막(103)의 식각 속도는 빠른 것이 바람직하다. 그러나, 식각 속도가 빠른 경우에 발생하는 전술한 바와 같은 식각 시 CD 편차의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 차광성막(103)의 식각 속도를 일정 이하로 제한하는 구성을 제시한다.
이를 위하여, 본 발명의 차광성막(103)은 하기와 같이 구성된다.
먼저, 차광성막(103)의 식각 속도를 제어하기 위하여 차광성막(103)의 조성비는, 크롬 20~70at%, 질소 15~55at%, 산소 0~40at%, 탄소 0~30at% 로 구성된다.
이때, 차광성막(103)의 전체 두께는 20~75nm 로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 30~60nm 로 구성된다. 일 예로서, 차광성막(103)이 2층으로 구성될 경우 상부층은 5~20nm, 하부층은 30~50nm 의 두께로 구성될 수 있다. 다른 예로서, 차광성막(103)이 3층으로 구성될 경우 상부층은 5~20nm, 중간층은 5~30nm, 하부층은 5~20nm 의 두께로 구성될 수 있다.
한편, 위상반전 블랭크마스크에서, 광학밀도는 차광성막(103)의 하부의 위상반전막(102)의 투과율에 의해 영향을 받는다. 따라서 위상반전 블랭크마스크의 경우에는 차광성막(103)은 그 하부에 형성되는 위상반전막(102)의 투과율에 따라 그 조성비와 두께를 다르게 하여 형성할 수 있다. 즉, 위상반전막(102)과 차광성막(103)이 적층된 상태에서의 광학밀도를 바람직한 특정 값으로 설정하고, 이러한 광학밀도를 만족하기 위한 차광성막(103)의 조성비와 두께의 조합을 위상반전막(102)의 투과율에 따라 상이하게 조절한다. 위상반전막(102)을 포함하여 차광성막(103)의 바람직한 광학밀도는 노광 파장에 대해 2.5~3.5 이다. 그리고, 질소, 산소의 높은 함유량은 차광성막(103)에 요구되는 광학밀도(Optical Density)를 충족하기 위하여 두께가 증가하는 요인으로 작용한다. 한편, 차광성막(103)은 반사율이 40% 이하의 값을 갖는 것이 바람직하다.
먼저, 노광광에 대하여 3~10% 의 투과율을 가지는 위상반전막(102)이 하부에 형성된 경우에 대하여 살펴본다. 위상반전막(102) 및 차광성막(103)이 적층된 구조에 대해 요구되는 광학밀도는 2.5 내지 3.5 이다. 이를 충족하도록 하기 위하여, 차광성막(103) 두께가 30~70nm 인 경우, 차광성막(103)의 조성비는 크롬은 20~70at%, 질소는 15~55at%. 산소는 0~40at%, 탄소는 0~30% 의 범위를 갖도록 구성한다.
크롬의 함유량이 20at% 이하일 경우에는 질소, 산소의 함유량이 상대적으로 높아 식각 속도가 지나치게 빨라지며, 이에 따라 CD 편차가 높게 발생하는 문제가 발생한다. 크롬의 함유량이 70at% 이상일 경우에는 식각 속도가 느리게 되어, 차광성막(103) 식각 시 로딩 효과(Loading Effect)가 커지는 단점이 있다. 이에 따라 크롬 함유량은 20~70at% 의 범위로 설계되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 크롬의 함유량은 30~70at% 로 구성한다.
한편 질소와 산소는 함유량이 높아질수록 식각 속도가 증가하므로 식각 속도 증가의 제한을 위하여 함유량을 어느 정도 낮추는 것이 바람직하다. 그러나, 질소와 산소의 함유량이 너무 적으면 차광성막(103)의 반사율이 증가하므로, 질소와 산소의 함유량을 증가시킴으로써 반사율 증가를 억제하는 것이 필요하다. 즉, 산소와 질소의 함유량은 일정 이상이 되도록 하여 반사율의 과도한 증가를 방지하면서도, 식각 속도가 지나치게 증가하지 않도록 억제할 필요가 있다. 그런데, 함유량 대비 식각 속도 증가의 효과는 질소에 비하여 산소가 매우 크다. 따라서 질소의 함유량은 일정 수준 이상, 즉 15at% 이상으로 유지하되, 산소는 질소의 함유량보다 적게 하는 것이 바람직하다. 이를 고려할 때, 질소는 15~55at%, 산소는 0~40at%의 조성비를 가지는 것이 바람직하다.
한편, 질소와 산소의 경우 반사율을 낮추기 위한 목적으로 최상층에 다량 함유가 될 경우, 표면층의 산화막과 질화막에 의해 표면층의 면저항 수치가 급격히 증가하게 된다. 그로 인해 E-beam을 통한 노광 공정 진행 시 박막의 차징 (Charging) 현상으로 인해 패턴 쉬프트 등의 원하지 않는 문제가 발생하게 된다. 탄소(C)는 이러한 차징 현상을 직접적으로 막아주는 역할을 하지는 않으나, 질소와 산소에 비해 면저항의 증가가 완만하여 면저항의 급격한 증가 현상을 막는 기능을 한다. 그리고, 식각 속도는 탄소의 함량이 증가할수록 미세하게 감소하며, 반사율은 탄소의 함량에 따라 특별한 경향을 나타내지 않는다. 이를 고려할 때, 탄소는 0~30%의 조성비를 가지는 것이 바람직하다.
다음으로, 노광광에 대하여 30~100% 의 투과율을 가지는 위상반전막(102)이 하부에 형성된 경우에 대하여 살펴본다. 이 경우, 차광성막(103)과 위상반전막(102)의 적층 구조에 대해 요구되는 광학밀도인 2.5~3.5 를 충족하기 위하여, 차광성막(103)의 광학밀도 보상의 정도는 3~10% 의 투과율을 가지는 위상반전막(102)의 경우에 비하여 커져야 한다. 이에 따라 차광성막(103)이 40~70nm 의 두께를 갖도록 하고, 이때 차광성막(103)의 조성비는 크롬 30~80at%, 질소 10~50at%, 산소 0~35%, 탄소는 0~25% 로 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 3~10% 투과율과 30~100% 의 투과율 사이의 범위에 있는 10~30% 의 투과율을 가지는 위상반전막(102)이 하부에 형성된 경우에도, 적층 구조에 대해 요구되는 광학밀도인 2.5~3.5를 충족하는 것이 바람직하다.
이에 따라 차광성막(103)은 35~65nm 의 두께를 갖도록 하고, 이때 차광성막(103) 의 조성비는 크롬 25~75%, 질소 5~45%, 산소 0~30%, 탄소는 0~20% 로 구성하는 것이 바람직하다.
차광성막(103)은 단층 또는 2층 이상의 다층으로 구성될 수 있으며, 2층 이상으로 구성될 경우 CD 편차를 감소시키기 위하여 차광성막(103)을 구성하는 층들 중 하나 이상은 식각 속도가 다른 층에 비하여 느리게 구성될 수 있다.
예를 들어, 차광성막(103)이 2층으로 구성될 경우 상부층에 비하여 하부층의 식각 속도가 느리도록 구성할 수 있다. 구체적으로는, 상부층은 식각 마스크와 인접하여 있어 CD 편차가 낮으며 하부층은 라디칼 반응에 의하여 CD 편차가 높으므로, 하부층의 식각 속도를 느리게 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같이 2층으로 구성된 실시예에서, 상부층, 하부층은 이들이 각각 복수의 층을 포함하는 경우도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대 최하부의 제1층부터 최상부의 제5층까지 5층으로 구성되어 있는 차광성막의 구조를 가정한다. 이때, 5개의 층을 어느 한 경계면을 기준으로 크게 두 개의 층으로 나누어, 경계면 상부의 층을 상부층으로, 그리고 경계면 하부의 층을 하부층으로 간주할 수 있다. 본 발명의 특허청구범위에서의 동일 용어들도 이와 같은 경우를 포함하는 용어로서 사용되었다.
다른 예로서, 차광성막(103)이 도 1 및 2 와 같이 3층으로 구성될 경우 상부층과 하부층에 비하여 중간층의 식각 속도가 느리도록 구성할 수 있다. 구체적으로는, 차광성막(103)이 3층으로 구성될 경우 차광성막(103)의 상부층은 상대적으로 라디칼 반응이 적으며, 따라서 상부 식각 마스크(Etch Mask)의 전사(Printing)율이 높아 CD 편차가 적다.
한편 중간층과 하부층은 상대적으로 상부층 대비 라디칼 반응이 크므로 CD 편차도 커지게 된다. 따라서, 중간층과 하부층은 CD 편차 발생을 억제하기 위하여 상부층보다 식각 속도가 느리게 하는 것이 바람직하다. 이때, 패턴 모양(Profile)을 고려하여 중간층의 식각 속도를 느리게 하고 하부층은 식각 속도를 빠르게 함으로써, 풋팅(Footing)이 발생하지 않도록 하는 것에 효과적이다. 이를 위하여, 상부층은 표면 반사를 저감하기 위하여 질소(N)와 산소(O)를 모두 포함하여 형성될 수 있고, 하부층은 중간층에 비해 깊이 방향에 따른 식각 속도를 향상시키기 위하여 질소(N) 및/또는 산소(O)의 함유량을 중간층보다 크게 할 수 있다.
한편, 상기와 같이 3층으로 구성된 실시예에서, 상부층, 중간층, 하부층은 이들이 각각 복수의 층을 포함하는 경우도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대 최하부의 제1층부터 최상부의 제5층까지 5층으로 구성되어 있는 차광성막의 구조를 가정한다. 이때, 5개의 층을 어느 두 개의 경계면을 기준으로 크게 세 개의 층으로 나누어 상부층, 중간층, 하부층으로 구분할 수 있다. 따라서, 상부층은 5층만을 의미할 수도 있고, 4층과 5층을 포함하는 층을 의미할 수도 있고, 3층 내지 5층을 포함하는 층을 의미할 수도 있다. 마찬가지로 중간층은 2층 내지 4층을 포함하는 층이거나, 2층과 3층을 포함하거나, 3층과 4층을 포함하거나, 2층 또는 3층을 의미할 수도 있다. 또한 하부층은 1층을 의미하거나, 1층과 2층을 포함하는 층이거나, 1층 내지 3층을 포함하는 층을 의미할 수 있다. 본 발명의 특허청구범위에서의 동일 용어들도 이와 같은 경우를 포함하는 용어로서 사용되었다.
차광성막(103)은 내약품성 및 평탄도 향상을 위하여 성막 이후 선택적으로 100~500℃ 로 열처리를 할 수 있으며, 열처리는 핫플레이트(Hot-Plate), 진공 급속 열처리 장치(Vacuum Rapid Thermal Process), 퍼니스(Furnace) 등을 이용하여 수행할 수 있다.
차광성막(103)의 하부와 상부에 각각 형성되는 위상반전막(102)과 하드마스크막(107)은 실리콘(Si) 또는 전이금속을 포함하는 실리콘(Si)계 물질로 형성되며, 단층 또는 2층 이상의 다층막이나 연속막으로 이루어진다.
구체적으로 위상반전막(102) 또는 하드마스크막(107)은 Si, SiN, SiC, SiO, SiB, SiCN, SiNO, SiBN, SiCO, SiBC, SiBO, SiNCO, SiBCN, SiBON, SiBCO, SiBCON 과 같은 실리콘(Si) 화합물 중 하나로 구성될 수 있다. 또한 전이금속인 몰리브데늄(Mo)인 포함된 경우 MoSi, MoSiN, MoSiC, MoSiO, MoSiB, MoSiCN, MoSiNO, MoSiBN, MoSiCO, MoSiBC, MoSiBO, MoSiNCO, MoSiBCN, MoSiBON, MoSiBCO, MoSiBCON 과 같은 몰리브덴늄 실리사이드(MoSi) 화합물 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다.
위상반전막(102)은 193nm 의 노광광에 대하여 3~100% 의 투과율을 가지며, 160~230°의 위상반전량을 가진다. 구체적으로는, 193nm 의 노광광에 대하여 투과율 6% 를 가지는 PSM 의 위상반전량은 160~200˚, 45% 의 투과율을 가지는 PSM 의 위상반전량은 175~215˚, 70% 의 투과율을 가지는 PSM 의 위상반전량은 190~230˚ 를 나타낸다.
위상반전막(102)은 내약품성 및 평탄도 향상을 위하여 성막 이후 선택적으로 100~1000℃ 로 열처리를 이용할 수 있다. 열처리는 핫플레이트(Hot-Plate), 진공 급속 열처리 장치(Vacuum Rapid Thermal Process), 퍼니스(Furnace) 등을 이용하여 수행될 수 있고, Sputter 장비를 이용한 박막 성막을 통해 열처리 효과를 낼 수도 있다.
하드마스크막(107)은 2~20nm 의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 두께가 2nm 이하일 경우, 하드마스크막(107)이 얇아서 차광성막(103) 식각 시 차광성막(103)의 표면에 데미지(Damage)가 발생하며, 두께가 20nm 이상일 경우 레지스트막(110)의 두께가 증가하여야 하므로 전자빔 노광 시 전자의 산란(Scattering)에 의하여 고정밀도의 패턴의 구현이 힘들어진다.
레지스트막(110)은 60~150nm 의 두께를 가지며, 화학증폭형 레지스트(CAR: Chemically Amplified Resist)인 것이 바람직하다.
(실시예 1) : 위상반전 블랭크마스크의 제조
본 실시예는 도 1 과 같이 하드마스크막이 없는 형태의 위상 반전 블랭크마스크의 제조에 관하여 개시한다.
DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 몰리브데늄실리사이드(MoSi)의 함량이 10:90 인 타겟을 장착하고, 공정 가스 Ar : N2 = 5.5sccm : 23.0sccm 을 주입한 후, 0.65kW 의 공정 파워를 인가하여, 질화몰리브데늄실리사이드(MoSiN)로 이루어진 단일막의 위상반전막을 형성하였다.
이후, 위상반전막에 대하여 진공 급속 열처리 장치(Vacuum Rapid Thermal Process)를 이용하여 350℃ 의 온도에서 20분간 열처리를 실시하였다.
성막된 위상반전막에 대해 193nm 파장에서의 투과율과 위상반전량을 측정한 결과, 투과율 6.02%, 위상반전량 183.5°를 나타내었으며, XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 위상반전막은 67.5nm의 두께를 나타내었다.
이어서, 위상반전막 상에 크롬(Cr) 타겟을 이용하여, 공정 가스 Ar : N2 : CO2 = 3.0sccm : 10.0sccm : 6.5sccm을 주입하고, 0.62kW 의 공정 파워를 인가하여, 산화질화크롬(CrON)의 제1차광성막을 형성하였다. 제1차광성막에 대하여 XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 8.5nm 의 두께로 측정되었다. 이후 제1차광성막 상에 제2차광성막 형성을 위하여 공정 가스 Ar : N2 = 5.0sccm : 9.0sccm 을 주입하고, 1.40kW 의 공정 파워를 인가하여, 질화크롬(CrN)으로 이루어진 두께 22.0nm 의 제2차광성막을 형성하였다. 이후 제2차광성막 상에 제3차광성막 형성을 위하여 공정 가스 Ar : N2 : CO2 = 3.0sccm : 10.0sccm : 6.0sccm을 주입하고, 0.62kW 의 공정 파워를 인가하여, 산화질화크롬(CrON)의 제3차광성막을 형성하였다. 제3차광성막에 대하여 XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 13.0nm의 두께로 측정되었다.
상기 공정에서 형성된 차광성막의 총 두께는 43.5nm이고, 위상반전막 상에 차광성막 형성에 따른 노광광 193nm 파장에서의 광학 밀도와 반사율을 측정한 결과, 3.05의 광학 밀도와 28.8%의 반사율을 나타내었다. 이후, 차광성막에 대하여 진공 급속 열처리 장치(Vacuum Rapid Thermal Process)를 이용하여 250℃ 의 온도에서 20분간 열처리를 실시하였다.
이후 차광성막에 대하여 AES(Auger Electron Spectroscopy) 장비를 이용하여 조성비를 확인한 결과 제1차광성막의 크롬(Cr) 함유량이 38.9at%, 질소(N) 함유량이 22.3at%, 산소(O) 함유량이 22.3at%, 제2차광성막의 크롬(Cr) 함유량이 68.9at%, 질소(N) 함유량이 30.4at%, 제3차광성막의 크롬(Cr) 함유량이 39.4at%, 질소(N) 함유량이 23.1at%, 산소(O) 함유량이 20.4at%, 탄소(C) 함유량이 17.1at% 인 것을 확인하였다.
그런 다음, 차광성막 상에 화학증폭형 레지스트막을 스핀코팅하여 위상반전 블랭크마스크를 제조하였다.
(실시예 2) : 하드마스크막을 구비한 위상반전 블랭크마스크의 제조
본 실시예는 도 2 와 같이 하드마스크막을 구비한 위상 반전 블랭크마스크의 제조에 관하여 개시한다.
실시예 1 과 동일하게 위상반전막 및 차광성막을 형성하였다.
이어서, 차광성막 상에 붕소(B)가 도핑된 실리콘(Si) 타겟을 이용하여, 공정 가스 Ar : N2 : NO = 7.0sccm : 7.0sccm : 5.0sccm 을 주입하고, 0.7kW 의 공정 파워를 인가하여, 10nm 두께의 산화질화실리콘(SiON)으로 이루어진 하드마스크막을 형성하였다.
그런 다음, 하드마스크막 상에 화학증폭형 레지스트막을 스핀코팅하여 하드마스크막을 구비한 위상반전막 블랭크마스크를 제조하였다.
TETRA-X 장비를 이용하고 염소(Cl)와 산소(O)의 혼합 Gas 를 이용하여 식각 공정을 진행한 결과, 43.5nm 의 두께를 지닌 6% 위상반전 블랭크마스크의 식각률(Etch-rate)은 1.21ÅA/sec 임을 확인하였다.
(비교예 1)
본 비교예는 실시예 1 과 2 에 대비하여 식각률(Etch-rate)이 높은 차광성막이 형성되는 위상반전 블랭크마스크 제조에 관하여 개시한다.
실시예 1 과 동일하게 위상반전막을 형성하였다.
이어서, 위상반전막 상에 크롬(Cr) 타겟을 이용하여, 공정 가스 Ar : N2 : CO2 = 6.0sccm : 10.0sccm : 6.0sccm 을 주입하고, 0.75kW 의 공정 파워를 인가하여, 탄화산화질화크롬(CrCON)의 제1차광성막을 형성하였다. 제1차광성막에 대하여 XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 40.0nm의 두께로 측정되었다. 이후 제1차광성막 상에 제2차광성막 형성을 위하여, 공정 가스 Ar : N2 : CO2 = 5.0sccm : 5.0sccm : 2.0sccm 을 주입하고, 1.40kW 의 공정 파워를 인가하여, 탄화산화질화크롬(CrCON)으로 이루어진 두께 4.3nm 의 제2차광성막을 형성하였다. 이후 제2차광성막 상에 제3차광성막 형성을 위하여, 공정 가스 Ar : N2 : CO2 = 3.0sccm : 10.0sccm : 7.5sccm 을 주입하고, 0.75kW 의 공정 파워를 인가하여, 탄화산화질화크롬(CrCON)의 제3차광성막을 형성하였다. 제3차광성막에 대하여 XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 4.2nm 의 두께로 측정되었다.
형성된 차광성막의 총 두께는 48.5nm 이고, 위상반전막 상에 상기 차광성막 형성에 따른 노광광 193nm 파장에서의 광학 밀도와 반사율을 측정한 결과, 3.03의 광학 밀도와 27.9% 의 반사율을 나타내었다.
이후 차광성막에 대하여 AES 장비를 이용하여 조성비를 확인한 결과 제1차광성막의 크롬(Cr) 함유량이 41.5at%, 질소(N) 함유량이 22.9at%, 산소(O) 함유량이 19.0at%, 탄소(C) 함유량이 16.6at%, 제2차광성막의 크롬(Cr) 함유량이 54.9at%, 질소(N) 함유량이 27.4at%, 산소(O) 함유량이 3.7at%, 탄소(C) 함유량이 14.0at%, 제3차광성막의 크롬(Cr) 함유량이 40.3at%, 질소(N) 함유량이 23.0at%, 산소(O) 함유량이 20.4at%, 탄소(C) 함유량이 16.3at%인 것을 확인하였다.
그런 다음, 차광성막 상에 화학증폭형 레지스트막을 스핀코팅하여 위상반전 블랭크마스크를 제조하였다.
(비교예 2)
본 비교예는 실시예 1 과 2 에 대비하여 식각률(Etch-rate)이 높은 차광성막에 형성되는 하드마스크막을 구비한 위상 반전 블랭크마스크 제조에 관하여 개시한다.
비교예 1 과 동일하게 위상반전막 및 차광성막을 형성하였다.
이어서, 차광성막 상에 붕소(B)가 도핑된 실리콘(Si) 타겟을 이용하여, 공정 가스 Ar : N2 : NO = 7.0sccm : 7.0sccm : 5.0sccm 을 주입하고, 0.7kW 의 공정 파워를 인가하여, 10nm 두께의 산화질화실리콘(SiON)으로 이루어진 하드마스크막을 형성하였다.
그런 다음, 하드마스크막 상에 화학증폭형 레지스트막을 스핀코팅하여 위상반전 블랭크마스크를 제조하였다.
TETRA-X 장비를 이용하고 염소(Cl)와 산소(O)의 혼합 Gas 를 이용하여 식각 공정을 진행한 결과, 48.5nm 두께를 지닌 6% 위상반전 블랭크마스크의 식각률(Etch-rate)은 1.83ÅA/sec 임을 확인하였다.
(실시예 3) : 70% (고투과율) 하드마스크막을 구비한 위상반전 블랭크마스크의 제조 방법
본 실시예는 실시예 1 과 2 에 대비하여, 위상반전막과 차광성막의 구조가 다른 형태의 박막을 형성시키는 위상반전 블랭크마스크에 관하여 개시한다.
DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 붕소(B)가 도핑된 실리콘(Si) 타겟을 이용하여, 공정 가스 Ar : N2 : NO = 5.0sccm : 5.0sccm을 : 5.0sccm 을 주입하고, 1.0kW 의 공정 파워를 인가하여, 질산화실리사이드(SiON)로 이루어진 단일막의 위상반전막을 형성하였다.
이후, 위상반전막에 대하여 진공 급속 열처리 장치(Vacuum Rapid Thermal Process)를 이용하여 500℃ 의 온도에서 40분간 열처리를 실시하였다. 이에 대하여 193nm 파장에서의 투과율과 위상반전량을 측정한 결과 투과율 71.0%, 위상반전량 215.5°를 나타내었으며, XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 위상반전막은 127.1nm 의 두께를 나타내었다.
이어서, 위상반전막 상에 크롬(Cr) 타겟을 이용하여, 공정 가스 Ar : N2 : CH4 = 5.0sccm : 5.0sccm : 0.8sccm 을 주입하고, 1.40kW 의 공정 파워를 인가하여, 탄화질화크롬(CrCN)의 제1차광성막을 형성하였다. 제1차광성막에 대하여 XRR 장비를 이용한 두께 측정 결과 41.5nm 의 두께로 측정되었다. 이후 제1차광성막 상에 제2차광성막 형성을 위하여, 공정 가스 Ar : N2 : NO = 3.0sccm : 10.0sccm : 5.7sccm 을 주입하고, 0.62kW 의 공정 파워를 인가하여, 질화크롬(CrON)으로 이루어진 두께 18.0nm 의 제2차광성막을 형성하였다.
형성된 차광성막의 총 두께는 59.5nm 이고, 위상반전막 상에 상기 차광성막 형성에 따른 노광광 193nm 파장에서의 광학 밀도와 반사율을 측정한 결과 3.09 의 광학 밀도와 32.8% 의 반사율을 나타내었다.
그런 다음, 차광성막 상에 붕소(B)가 도핑된 실리콘(Si) 타겟을 이용하여, 공정 가스 Ar : N2 : NO = 7.0sccm : 7.0sccm : 5.0sccm 을 주입하고, 0.7kW 의 공정 파워를 인가하여, 10nm 두께의 산화질화실리콘(SiON)으로 이루어진 하드마스크막을 형성하였다.
그런 다음, 하드마스크막 상에 화학증폭형 레지스트막을 스핀코팅하여 위상반전 블랭크마스크를 제조하였다.
TETRA-X 장비를 이용하고, 염소(Cl)와 산소(O)의 혼합 Gas 를 이용하여, 식각 공정을 진행한 결과, 59.5nm 의 두께를 지닌 70% (고투과율) 위상반전 블랭크마스크의 식각률(Etch-rate)은 0.71ÅA/sec 임을 확인하였다.
차광성막의 CD 편차 측정 평가
상술한 본 발명에 따른 위상 반전 블랭크마스크에 대하여 광학 밀도 및 차광성막의 패터닝 후 CD 편차를 측정하였다.
표 1 은 블랭크마스크의 박막 특성이다. 표 1 을 참조하면, 실시예 및 비교예 모두 위상반전막을 포함한 광학 밀도가 2.5~3.5 를 나타내어 패턴 형성 후 포토마스크로 사용하기에 모두 양호한 것으로 나타났으며, 이외의 박막 특성에서도 특이점이 없음을 확인 할 수 있었다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2

위상반전막
특성		 구성물질 MoSiN MoSiN SiON MoSiN MoSiN
두께 67.5nm 67.5nm 127.1nm 67.5nm 67.5nm
투과율 6.02% 6.01% 71.0% 6.05% 6.03%
Phase 183.5° 183.6° 215.5° 183.1° 183.3°
차광성막
OD/반사율		 w/PSM 3.05 3.06 3.09 3.03 3.04
반사율 28.8% 29.0% 32.8% 27.9% 28.1%
차광성막
두께		 제3막 두께 13.0nm 13.0nm - 4.2nm 4.2nm
제2막 두께 22.0nm 22.0nm 18.0nm 4.3nm 4.3nm
제1막 두께 8.5nm 8.5nm 41.5nm 40.0nm 40.0nm
하드마스크막 구성물질 X SiON SiON X SiON
두께 - 10nm 10nm - 10nm
Resist 두께 150nm 100nm 100nm 150nm 100nm
포토마스크의 제조에 있어, 주로 미세 패터닝에 일반적으로 사용되는 전자빔(E-Beam)용 레지스트인 화학 증폭형(Chemical Amplified Resist) 레지스트를 이용하여 블랭크마스크에 도포하는 공정을 진행하였으며 그 두께는 표 1 에 표기하였다.
도포된 레지스트를 식각 마스크로 이용하여, 노광 및 현상 공정을 거쳐 불소(Fluorine) 성분의 혼합 식각 Gas 를 이용하여 하드마스크막을 패터닝하고, 다시 하드 마스크막을 식각 마스크로 이용하여 염소(Chlorine) 와 산소(Oxide) 성분의 혼합 식각 Gas 를 이용하여 차광성막을 패터닝하고, 다시 차광성막을 식각 마스크막로 이용하여 불소(Fluorine) 성분의 혼합 식각 Gas 를 이용하여 위상반전막을 패터닝하는 공정을 수행함으로써, 포토마스크를 제조하였다.
특성 비교예 2 실시예 2 실시예 3
6% HM PSM 6% HM PSM 70% HM PSM
Resist CD (L/S) 100nm 100nm 100nm
ABS Layer CD 63nm 89nm 92nm
ABS Structure 3 Layer 3 Layer 2 Layer
Skew (@ABS) 37nm 11nm 8nm
PSM Layer CD 59nm 85nm 88nm
ABS Layer E/R 1.83ÅA/s 1.21ÅA/s 0.71ÅA/s
표 2 는 블랭크마스크 박막의 CD 차이 및 Skew 발생 정도이다.
(ABS Layer 의 CD 는 EPD 를 고려하여 O/E 30% 를 적용하였으며, 식각 후 CD 를 측정함)
상기 표 2 는 4가지 조건의 식각 마스크(Etching Mask)를 이용하여 100nm Line & Space CD 확인용 Resist 패터닝을 실시한 결과를 보여준다. 식각률(Etch-rate) 및 차광성막의 구조에 따라 Skew 의 차이가 있음을 확인할 수 있었으며, 이로 인해 Skew 의 제어가 더욱 용이하다는 것도 확인이 가능하였다.
100 : 블랭크마스크 101 : 투명기판
102 : 위상반전막 103 : 차광성막
104 : 제1차광성막 105 : 제2차광성막
106 : 제3차광성막 107 : 하드마스크막
110 : 레지스트막

Claims (21)

  1. 투명 기판; 및
    상기 투명기판 상에 구비되는 차광성막;을 포함하며,
    상기 차광성막은 크롬 20~70at%, 질소 15~55at%, 산소 0~40at%, 탄소 0~30at% 의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명기판 상에 상기 차광성막의 하부에 구비되는 위상반전막;
    을 더 포함하며,
    상기 위상반전막은 노광광에 대하여 3~10% 의 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막과 상기 위상반전막의 적층 구조의 광학밀도는 2.5~3.5 인 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 차광성막은 30~70nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  5. 투명 기판;
    상기 투명기판 상에 구비되는 위상반전막; 및
    상기 위상반전막 상에 구비되는 차광성막;을 포함하며,
    상기 위상반전막은 30~100% 의 투과율을 가지며,
    상기 차광성막은 노광광에 대하여 크롬 30~80at%, 질소 10~50at%, 산소 0~35%, 탄소는 0~25% 의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차광성막과 상기 위상반전막의 적층 구조의 광학밀도는 2.5~3.5 인 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 차광성막은 40~70nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  8. 투명 기판;
    상기 투명기판 상에 구비되는 위상반전막; 및
    상기 위상반전막 상에 구비되는 차광성막;을 포함하며,
    상기 위상반전막은 10~30% 의 투과율을 가지며,
    상기 차광성막은 노광광에 대하여 크롬 25~75at%, 질소 5~45at%, 산소 0~30%, 탄소는 0~20% 의 조성비를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 차광성막과 상기 위상반전막의 적층 구조의 광학밀도는 2.5~3.5 인 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 차광성막은 35~65nm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차광성막 2층 이상의 다층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차광성막은 상부층과 하부층의 2층으로 구성되며,
    상기 상부층에 비하여 상기 하부층의 식각 속도가 느린 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 차광성막은 상부층, 중간층, 및 하부층의 3층으로 구성되며,
    상기 중간층은 상기 상부층과 상기 하부층에 비해 식각 속도가 느린 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 차광성막은 상부층, 중간층, 및 하부층의 3층으로 구성되며,
    상기 중간층과 상기 하부층은 상기 상부층보다 식각 속도가 느린 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 상부층은 질소(N)와 산소(O)를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 하부층은 상기 중간층보다 식각 속도가 빠른 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 하부층은 상기 중간층에 비해 질소(N) 및/또는 산소(O)의 함유량이 큰 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  18. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 실리콘(Si) 또는 전이금속을 포함하는 실리콘(Si)계 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  19. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차광성막 상에 형성되는 하드마스크막;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 하드마스크막은 실리콘(Si) 또는 전이금속을 포함하는 실리콘(Si)계 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 블랭크마스크.
  21. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 구성의 블랭크마스크를 이용하여 제조되는 포토마스크.
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