KR20230135032A - 블랭크 마스크, 블랭크 마스크 성막장치 및 블랭크 마스크의 제조방법 - Google Patents

블랭크 마스크, 블랭크 마스크 성막장치 및 블랭크 마스크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

구현예의 블랭크 마스크는 광투과성 기판, 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막 및 상기 광투과성 기판 및 상기 차광막 사이에 배치되는 위상반전막;을 포함한다. 블랭크 마스크는 차광막의 중심을 기준으로 한 중심 측정영역 및 상기 차광막의 가장자리에서 20 mm 이격된 가장자리 측정영역을 포함한다. 상기 중심 측정영역 및 상기 가장자리 측정영역 각각은 변의 길이가 20 ㎛인 정사각형이다. 블랭크 마스크는 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rz 조도 및 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rz 조도를 갖는다. 블랭크 마스크는 하기 식 1-1로 표시되는 Rz 조도 불균일도가 20 % 이하이다. 블랭크 마스크는 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rsk 조도 및 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rsk 조도를 갖는다. 블랭크 마스크는 하기 식 1-2로 표시되는 Rsk 조도차가 0.5 이하이다. 차광막은 차광막 상층; 및 상기 차광막 아래에 배치되는 차광막 하층을 포함한다. 차광막 하층과 상기 차광막 상층은 1:0.02 이상 0.25 이하의 두께비를 갖는다.
[식 1-1]
Rz 조도 불균일도 = (중심 Rz 조도와 가장자리 Rz 조도 차의 절대값/중심 Rz조도)×100 %
[식 1-2]
Rsk 조도차 = (중심 Rsk 조도와 가장자리 Rsk 조도 차의 절대값)

Description

블랭크 마스크, 블랭크 마스크 성막장치 및 블랭크 마스크의 제조방법{BLANK MASK, APPARATUS FOR FORMING A LAYER AND MANUFACTURING METHOD FOR THE BLANK MASK}
구현예는 블랭크 마스크, 블랭크 마스크 성막장치 및 블랭크 마스크의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 고집적화로 인해, 반도체 디바이스의 회로 패턴 미세화가 요구되고 있다. 이로 인해, 웨이퍼 표면 상에 포토마스크를 이용하여 회로 패턴을 현상하는 기술인 리소그라피 기술의 중요성이 더욱 부각되고 있다.
미세화된 회로 패턴을 현상하기 위해서는 노광 공정에서 사용되는 노광 광원의 단파장화가 요구된다. 주로 사용되는 노광 광원으로 193 nm 파장의 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저 등이 있다.
블랭크 마스크는 용도에 따라 광투과성 기판 및 광투과성 기판 상에 성막된 위상반전막, 또는 차광막 등을 포함할 수 있다. 광투과성 기판은 광투과 특성을 갖는 소재를 형상 가공한 후, 연마 및 세정 과정 등을 거쳐 제조할 수 있다.
웨이퍼 상에 현상되는 회로 패턴이 미세화됨에 따라, 사각 형상의 블랭크 마스크 제조 과정에서 발생할 수 있는 조도, 두께, 투과율, 위상차, 광학밀도 등의 불균일성을 최대한 해소하여, 파티클 발생을 방지하고 의도하지 않는 패턴이 전사되는 것을 방지하는 것이 요구된다.
전술한 배경기술은 발명자가 구현예의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
관련 선행기술로, 한국 등록특허 10-1319659에 개시된 "포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 제조 방법과 반도체장치의 제조 방법" 등이 있다.
구현예의 목적은 제조 과정에서 발생할 수 있는 조도, 두께, 투과율, 위상차, 광학밀도 등의 불균일성을 해소한 블랭크 마스크, 이의 제조장치 등을 제공하는 데 있다.
구현예의 다른 목적은 보조히터가 구비된 성막장치와, 이를 통해 물성의 균일성이 확보된 블랭크 마스크를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 블랭크 마스크는, 광투과성 기판, 상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막 및 상기 광투과성 기판 및 상기 차광막 사이에 배치되는 위상반전막;을 포함한다.
상기 블랭크 마스크는 상기 차광막의 중심을 기준으로 한 중심 측정영역 및 상기 차광막의 가장자리에서 20 mm 이격된 가장자리 측정영역을 포함한다.
상기 중심 측정영역 및 상기 가장자리 측정영역 각각은 변의 길이가 20 ㎛인 정사각형이다.
상기 블랭크 마스크는 상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rz 조도를 갖는다.
상기 블랭크 마스크는 상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rz 조도를 갖는다.
상기 블랭크 마스크는 하기 식 1-1로 표시되는 Rz 조도 불균일도가 20 % 이하이다.
[식 1-1]
Rz 조도 불균일도 = (중심 Rz 조도와 가장자리 Rz 조도 차의 절대값/중심 Rz조도)×100 %
상기 블랭크 마스크는 상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rsk 조도를 갖는다.
상기 블랭크 마스크는 상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rsk 조도를 갖는다.
상기 블랭크 마스크는 하기 식 1-2로 표시되는 Rsk 조도차가 0.5 이하이다.
[식 1-2]
Rsk 조도차 = (중심 Rsk 조도와 가장자리 Rsk 조도 차의 절대값)
상기 차광막은 차광막 상층; 및 상기 차광막 아래에 배치되는 차광막 하층을 포함한다.
상기 차광막 하층과 상기 차광막 상층은 1:0.02 이상 0.25 이하의 두께비를 갖는다.
상기 차광막의 가장자리는 4개의 변으로 구성될 수 있다.
상기 가장자리 측정영역은 상기 4개의 변 중 2개의 변으로부터 동일 간격으로 이격된 4개의 가장자리 측정영역을 포함할 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rku 조도를 가질 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rku 조도를 가질 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 하기 식 1-3으로 표시되는 Rku 조도 불균일도가 40 % 이하일 수 있다.
[식 1-3]
Rku 조도 불균일도 = (중심 Rku 조도와 가장자리 Rku 조도 차의 절대값/중심 Rku 조도)×100 %
상기 위상반전막은, 상기 위상반전막의 중심을 기준으로 한 제2중심 측정영역 및 상기 위상반전막의 가장자리에서 20 mm 이격된 제2가장자리 측정영역을 포함할 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 상기 제2중심 측정영역에서 측정한 제2중심 두께를 가질 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 상기 제2가장자리 측정영역에서 측정한 제2가장자리 두께를 가질 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 하기 식 2-1로 표시되는 두께 불균일도가 1.8 % 이하일 수 있다.
[식 2-1]
두께 불균일도 = (제2중심 두께와 제2가장자리 두께 차의 절대값/제2중심 두께)×100 %
상기 위상반전막은, 상기 제2중심 측정영역에서 측정한 제2중심 투과율을 가질 수 있다.
상기 위상반전막은 상기 제2가장자리 측정영역에서 측정한 제2가장자리 투과율을 가질 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 하기 식 2-2으로 표시되는 투과율 불균일도가 5.2 % 이하일 수 있다.
[식 2-2]
투과율 불균일도 = (제2중심 투과율과 제2가장자리 투과율 차의 절대값/제2중심 투과율)×100 %
상기 위상반전막은, 상기 제2중심 측정영역에서 측정한 제2중심 위상차를 가질 수 있다.
상기 위상반전막은 상기 제2가장자리 측정영역에서 측정한 제2가장자리 위상차를 가질 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 하기 식 2-3으로 표시되는 위상차 불균일도가 1 % 이하일 수 있다.
[식 2-3]
위상차 불균일도 = (제2중심 위상차와 제2가장자리 위상차 차의 절대값/제2중심 위상차)×100 %
상기 차광막은, 상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 두께를 가질 수 있다.
상기 차광막은 상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 두께를 가질 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 하기 식 1-4로 표시되는 두께 불균일도가 2 % 이하일 수 있다.
[식 1-4]
두께 불균일도 = (중심 두께와 가장자리 두께 차의 절대값/중심 두께)×100%
상기 차광막은, 상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 광학밀도를 가질 수 있다.
상기 차광막은 상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 광학밀도를 가질 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 하기 식 1-5로 표시되는 광학밀도 불균일도가 2.7 % 이하일 수 있다.
[식 1-5]
광학밀도 불균일도 = (중심 광학밀도와 가장자리 광학밀도 차의 절대값/중심 광학밀도)×100 %
구현예에 따른 블랭크 마스크는, 성막 시 열분포를 균일하게 하여 가장자리 영역과 중심 영역 간의 물성 차이가 크지 않고, 포토마스크로 제조 시 용이하게 미세 회로 패턴을 형성할 수 있다.
도 1은 구현예에 따른 성막장치의 일례를 나타낸 개념도.
도 2는 구현예의 블랭크 마스크에서 중심을 기준으로 한 측정영역(CT) 및 가장자리에서 소정 거리(D) 이격된 측정영역(EG1 내지 EG4)의 일례를 나타낸 개념도.
이하, 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하나 이상의 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 구현예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
본 명세서에서, 어떤 구성이 다른 구성과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우만이 아니라, '그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결'되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, A 상에 B가 위치한다는 의미는 A 상에 직접 맞닿게 B가 위치하거나 그 사이에 다른 층이 위치하면서 A 상에 B가 위치하는 것을 의미하며 A의 표면에 맞닿게 B가 위치하는 것으로 한정되어 해석되지 않는다.
본 명세서에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B"를 의미한다.
본 명세서에서, “제1”, “제2” 또는 “A”, “B”와 같은 용어는 특별한 설명이 없는 한 동일한 용어를 서로 구별하기 위하여 사용된다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
블랭크 마스크
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 블랭크 마스크는,
광투과성 기판;
상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막;
상기 광투과성 기판 및 상기 차광막 사이에 배치되는 위상반전막;을 포함하고,
상기 차광막의 중심을 기준으로 한 중심 측정영역 및 상기 차광막의 가장자리에서 20 mm 이격된 가장자리 측정영역을 포함하고,
상기 측정영역은 변의 길이가 20 ㎛인 정사각형이고,
상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rz 조도를 갖고,
상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rz 조도를 갖고,
하기 식 1-1로 표시되는 Rz 조도 불균일도가 20 % 이하일 수 있다.
[식 1-1]
Rz 조도 불균일도 = (중심 Rz 조도와 가장자리 Rz 조도 차의 절대값/중심 Rz 조도)×100 %
상기 광투과성 기판은 크세논(Xe2) 불화아르곤(ArF), 불화크립톤(KrF) 등을 광원으로 하는 172 nm, 193 nm, 248 nm 파장대의 노광광에 대해서 투광성을 갖는 재료가 적용될 수 있다. 상기 광투과성 기판으로 소다라임, 석영유리(Quartz glass) 또는 불화칼슘 등일 수 있고, 예시적으로 석영유리일 수 있다.
상기 광투과성 기판은 불화아르곤(ArF)을 광원으로 하는 193 nm 파장의 레이저에서 적어도 85 % 이상, 100 % 이하의 투과율을 가질 수 있다.
위상반전막은 투과하는 노광광 세기를 감쇠하고, 위상차를 조절하여 포토마스크의 패턴 가장자리에 발생하는 회절광을 실질적으로 억제하는 박막이고, 차광막은 노광광을 차단하는 역할을 하여 패턴 형성에 기여한다.
상기 위상반전막은 몰리브덴과 및 규소와, 질소, 산소 및 탄소로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 이상의 원소를 포함할 수 있고, 예시적으로 MoSi, MoSiN, MoSiO, MoSiC, MoSiCN, MoSiCO, MoSiON, MoSiCON 등을 포함할 수 있다.
상기 위상반전막은 적어도 MoSi를 포함하는 경우,
몰리브덴 0.001 at% 이상 10 at% 이하; 및
실리콘 20 at% 이상 99 at% 이하로 포함할 수 있고,
질소 0.001 at% 이상 65 at% 이하;
산소 0.1 at% 이상 35 at% 이하; 및
탄소 0.001 at% 이상 20 at% 이하로 포함할 수도 있다.
또한, 상기 위상반전막은,
몰리브덴 0.001 at% 이상 6 at% 이하; 및
실리콘 25 at% 이상 98 at% 이하로 포함할 수 있고,
질소 0.001 at% 이상 60 at% 이하;
산소 1.0 at% 이상 30 at% 이하; 및
탄소 0.001 at% 이상 15 at%이하로 포함할 수도 있다.
상기 위상반전막은 대략 15 nm 이상 90 nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
상기 위상반전막은 불화아르곤(ArF)을 광원으로 하는 193 nm 파장의 레이저에서 1 % 이상 30 % 이하의 투과율을 가질 수 있고, 3 % 이상 10 % 이하의 투과율을 가질 수 있다. 또한, 상기 위상반전막은 불화아르곤(ArF)을 광원으로 하는 193 nm 파장의 레이저에 대한 위상차가 170 ° 이상 190 ° 이하일 수 있고, 175 ° 이상 185 ° 이하일 수 있다. 이러한 경우, 상기 블랭크 마스크용 적층체를 포토마스크로 활용할 시 해상도가 향상될 수 있다.
상기 위상반전막의 가장자리는 4개의 변으로 구성될 수 있고, 사각 형상을 포함할 수 있다.
상기 위상반전막은 그 중심을 기준으로 한 제2중심 측정영역 및 상기 위상반전막의 가장자리에서 20 mm 이격된 제2가장자리 측정영역을 가질 수 있다.
상기 위상반전막의 중심은 위상반전막의 무게중심일 수 있다. 예시적으로, 상기 위상반전막을 상부에서 바라본 평면도 형상이 4개의 변으로 구성되는 도형일 시, 상기 중심은 그 도형의 무게중심일 수 있다. 그리고 중심을 기준이라 함은 측정영역의 중심과 상기 위상반전막의 중심의 위치가 같도록 하는 것을 의미한다.
또한, 상기 제2가장자리 측정영역은 상기 4개의 변 중 2개의 변으로부터 동일한 간격으로 이격된 4개의 제2가장자리 측정영역일 수 있다. 예시적으로, 상기 위상반전막의 상변, 하변, 좌변, 우변 중, 상변과 좌변으로부터 동일 간격으로 이격된 것, 상변과 우변으로부터 동일 간격으로 이격된 것, 좌변과 하변으로부터 동일 간격으로 이격된 것, 좌변과 우변으로부터 동일 간격으로 이격된 것이 4개의 제2가장자리 측정영역일 수 있다.
상기 위상반전막에서, 상기 제2중심 측정영역 및 제2가장자리 측정영역에서 물성을 측정하여 균일도를 판단한다. 제2가장자리 측정영역이 복수일 경우, 각각의 제2가장자리 측정영역의 물성을 측정한 평균을, 제2가장자리 측정영역의 물성으로 간주할 수 있다.
상기 위상반전막은 상기 제2중심 측정영역에서 측정한 제2중심 두께를 가질 수 있고, 상기 제2가장자리 측정영역에서 측정한 제2가장자리 두께를 가질 수 있다.
상기 위상반전막은 하기 식 2-1로 표시되는 두께 불균일도가 1.8 % 이하일 수 있고, 1.2 % 이하일 수 있으며, 0.8 % 이하일 수 있다. 상기 두께 불균일도는 0.1 % 이상일 수 있다.
[식 2-1]
두께 불균일도 = (중심 두께와 가장자리 두께 차의 절대값/중심 두께)×100 %
상기 위상반전막은 상기 제2중심 두께 및 제2가장자리 두께의 차가 12 옹스트롬 이하일 수 있고, 8 옹스트롬 이하일 수 있으며, 4.8 옹스트롬 이하일 수 있다. 상기 두께의 차는 0.1 옹스트롬 이상일 수 있다.
상기 위상반전막은 이러한 두께 불균일도를 가짐으로, 위상반전막 중심 부분과 가장자리 부분과의 두께 차이를 최소화할 수 있고, 후속 차광막의 성막 시 양호한 품질을 확보할 수 있다.
상기 위상반전막은 상기 제2중심 측정영역에서 측정한 제2중심 투과율을 가질 수 있고, 상기 제2가장자리 측정영역에서 측정한 제2가장자리 투과율을 가질 수 있다.
상기 위상반전막은 하기 식 2-2으로 표시되는 투과율 불균일도가 5.2 % 이하일 수 있고, 4.8 % 이하일 수 있고, 4.5 % 이하일 수 있다. 상기 투과율 불균일도는 0.1 % 이상일 수 있다.
[식 2-2]
투과율 불균일도 = (제2중심 투과율과 제2가장자리 투과율 차의 절대값/제2중심 투과율)×100 %
상기 위상반전막은 상기 제2중심 투과율 및 제2가장자리 투과율의 차가 0.33 % 이하일 수 있고, 0.3 % 이하일 수 있으며, 0.28 % 이하일 수 있다. 상기 투과율의 차는 0.05 % 이상일 수 있다.
상기 위상반전막은 이러한 투과율 불균일도를 가짐으로, 위상반전막 중심 부분과 가장자리 부분과의 투과율 차이를 최소화할 수 있고, 이를 통해 제조되는 블랭크 마스크 및 포토마스크의 양호한 품질을 확보할 수 있다.
상기 위상반전막은 상기 제2중심 측정영역에서 측정한 제2중심 위상차를 가질 수 있고, 상기 제2가장자리 측정영역에서 측정한 제2가장자리 위상차를 가질 수 있다.
상기 위상반전막은 하기 식 2-3으로 표시되는 위상차 불균일도가 1 % 이하일 수 있고, 0.8 % 이하일 수 있고, 0.44 % 이하일 수 있다. 상기 위상차 불균일도는 0.01 % 이상일 수 있다.
[식 2-3]
위상차 불균일도 = (제2중심 위상차와 제2가장자리 위상차 차의 절대값/제2중심 위상차)×100 %
상기 위상반전막은 상기 제2중심 위상차 및 제2가장자리 위상차의 차가 2.4 ° 이하일 수 있고, 1.6 ° 이하일 수 있으며, 0.76 ° 이하일 수 있다. 상기 위상차의 차는 0.1 ° 이상일 수 있다.
상기 위상반전막은 이러한 위상차 불균일도를 가짐으로, 위상반전막 중심 부분과 가장자리 부분과의 위상차 차이를 최소화할 수 있고, 이를 통해 제조되는 블랭크 마스크 및 포토마스크의 양호한 품질을 확보할 수 있다.
상기 위상반전막의 두께는 각 측정영역에서 투과전자현미경(TEM)으로 얻어진 사진을 통해 산출할 수 있고, 투과율 및 위상차는 각 측정영역에서 위상차/투과율 측정기(나노뷰 사의 MG-Pro)를 통해 측정할 수 있으며, 하기 실험예에 그 과정을 기재하였다.
상기 차광막은 크롬, 탄탈륨, 티타늄 및 하프늄으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 전이금속과, 산소, 질소 또는 탄소로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 비금속 원소를 포함할 수 있다.
상기 차광막은 CrO, CrON, CrOCN 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 차광막은 다층 구조를 갖는 것일 수 있고, 2층 구조를 갖는 것일 수 있다. 예시적으로, 상기 차광막의 표면 강도 등을 제어할 목적으로 차광막의 표면 쪽에 산소 또는 질소의 함량이 높아지도록 차광막 상층을 구성할 수 있다. 상기 차광막 상층 이외의 차광막은 구별할 목적으로 차광막 하층이라 칭한다.
상기 차광막의 두께는 30 nm 이상 80 nm 이하일 수 있고, 40 nm 이상 70 nm 이하일 수 있다.
상기 차광막 하층과 차광막 상층은 1: 0.02 이상 0.25 이하의 두께비를 가질 수 있고, 1:0.04 이상 1:0.18 이하의 두께비를 가질 수 있다.
상기 차광막 하층은 상기 전이금속을 30 at% 이상 47 at% 이하로 포함할 수 있고, 35.5 at% 이상 42 at% 이하로 포함할 수 있다.
상기 차광막 하층의 산소 및 질소를 38 at% 이상 52 at% 이하로 포함할 수 있고, 42.5 at% 이상 47.5 at% 이하로 포함할 수 있다.
상기 차광막 하층은 산소를 28 at% 이상 45 at% 이하로 포함할 수 있고, 33 at% 이상 42 at% 이하로 포함할 수 있다.
상기 차광막 하층은 질소를 5 at% 이상 16 at% 이하로 포함할 수 있고, 8 at% 이상 13 at% 이하로 포함할 수 있다.
상기 차광막 하층은 탄소를 더 포함할 수 있다. 상기 차광막 하층은 탄소를 10 at% 이상 20 at% 이하 로 포함할 수 있고, 14 at% 이상 15.5 at% 이하로 포함할 수 있다.
상기 차광막 상층은 상기 전이금속을 50 at% 이상 65 at% 이하로 포함할 수 있고, 52 at% 이상 60 at% 이하로 포함할 수 있다.
상기 차광막 상층은 상기 산소 및 질소를 18 at% 이상 45 at% 이하로 포함할 수 있고, 21 at% 이상 41 at% 이하로 포함할 수 있다.
상기 차광막 상층은 산소를 7 at% 이상 24 at% 이하로 포함할 수 있고, 10 at% 이상 21 at% 이하로 포함할 수 있다.
상기 차광막 상층은 질소를 8 at% 이상 30 at% 이하로 포함할 수 있고, 11 at% 이상 25 at% 이하로 포함할 수 있다.
상기 차광막 상층은 탄소를 더 포함할 수 있다. 상기 차광막 상층은 탄소를 3.5 at% 이상 18 at% 이하로 포함할 수 있고, 6.5 at% 이상 15 at% 이하로 포함할 수 있다.
상기 차광막은 불화아르곤(ArF)을 광원으로 하는 193 nm 파장의 레이저에 대한 반사율이 약 35 % 이하일 수 있고, 약 30 % 이하일 수 있다. 상기 반사율은 약 20 % 이상일 수 있고, 약 23 % 이상일 수 있고 약 25 % 이상일 수 있다.
상기 차광막의 가장자리는 상기 위상반전막과 마찬가지로 4개의 변으로 구성될 수 있고, 사각 형상을 포함할 수 있다.
상기 차광막은 그 중심을 기준으로 한 중심 측정영역 및 상기 차광막의 가장자리에서 20 mm 이격된 가장자리 측정영역을 가질 수 있다.
상기 차광막의 중심은 차광막의 무게중심일 수 있다. 예시적으로, 상기 차광막을 상부에서 바라본 평면도 형상이 4개의 변으로 구성되는 도형일 시, 상기 중심은 그 도형의 무게중심일 수 있다. 그리고 중심을 기준이라 함은 측정영역의 중심과 상기 차광막의 중심의 위치가 같도록 하는 것을 의미한다.
또한, 상기 가장자리 측정영역은 상기 4개의 변 중 2개의 변으로부터 동일한 간격으로 이격된 4개의 가장자리 측정영역일 수 있다. 예시적으로, 상기 차광막의 상변, 하변, 좌변, 우변 중, 상변과 좌변으로부터 동일 간격으로 이격된 것, 상변과 우변으로부터 동일 간격으로 이격된 것, 좌변과 하변으로부터 동일 간격으로 이격된 것, 좌변과 우변으로부터 동일 간격으로 이격된 것이 4개의 가장자리 측정영역일 수 있다.
상기 차광막에서, 상기 중심 측정영역 및 가장자리 측정영역에서 물성을 측정하여 균일도를 판단한다. 가장자리 측정영역이 복수일 경우, 각각의 가장자리 측정영역의 물성을 측정한 평균을, 가장자리 측정영역의 물성으로 간주할 수 있다.
상기 차광막은 상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rz 조도를 가질 수 있고, 상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rz 조도를 가질 수 있다.
상기 차광막은 하기 식 1-1로 표시되는 Rz 조도 불균일도가 20 % 이하일 수 있고, 12 % 이하일 수 있으며, 10 % 이하일 수 있으며, 8.2 % 이하일 수 있다. 상기 Rz 조도 불균일도는 0.01 % 이상일 수 있고, 0.1 % 이상일 수 있으며, 0.3 % 이상일 수 있다.
[식 1-1]
Rz 조도 불균일도 = (중심 Rz 조도와 가장자리 Rz 조도 차의 절대값/중심 Rz 조도)×100 %
상기 차광막은 중심 Rz 조도와 가장자리 Rz 조도와의 Rz 조도차가 1.5 nm 이하일 수 있고, 0.8 nm 이하일 수 있으며, 0.54 nm 이하일 수 있다. 상기 Rz 조도차는 0.001 nm 이상일 수 있고, 0.01 nm 이상일 수 있다.
상기 차광막은 이러한 Rz 조도 불균일도를 가짐으로, 차광막의 중심 부분과 가장자리 부분과의 Rz 조도차를 최소화할 수 있고, 후속 세정과정의 효율성이 개선될 수 있다. 이를 통해 제조되는 포토마스크의 전체적인 두께 균일성을 나타내어 양호한 품질을 확보할 수 있으며, 의도치 않은 패턴이 전사되는 것을 최소화할 수 있다.
상기 차광막은 상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rsk 조도를 가질 수 있고, 상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rsk 조도를 가질 수 있다.
상기 차광막은 하기 식 1-2로 표시되는 중심 측정영역 및 가장자리 측정영역 간 Rsk 조도차가 0.5 이하일 수 있고, 0.4 이하일 수 있고, 0.34 이하일 수 있다. 상기 Rsk 조도차는 0.001 이상일 수 있고, 0.01 이상일 수 있다.
[식 1-2]
Rsk 조도차 = (중심 Rsk 조도와 가장자리 Rsk 조도 차의 절대값)
상기 차광막은 이러한 Rsk 조도 불균일도를 가짐으로, 차광막의 중심 부분과 가장자리 부분과의 Rsk 조도차를 최소화할 수 있고, 이를 통해 제조되는 포토마스크의 양호한 품질을 확보할 수 있다.
상기 차광막은 상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rku 조도를 가질 수 있고, 상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rku 조도를 가질 수 있다.
상기 차광막은 하기 식 1-3으로 표시되는 Rku 조도 불균일도가 40 % 이하일 수 있고, 33 % 이하일 수 있으며, 28.5 % 이하일 수 있다. 상기 Rku 조도 불균일도는 0.01 % 이상일 수 있고, 0.1 % 이상일 수 있으며, 0.5% 이상일 수 있다.
[식 1-3]
Rku 조도 불균일도 = (중심 Rku 조도와 가장자리 Rku 조도 차의 절대값/중심 Rku 조도)×100 %
상기 차광막은 중심 Rku 조도와 가장자리 Rku 조도와의 Rku 조도차가 1.3 이하일 수 있고, 1.0 이하일 수 있으며, 0.67 이하일 수 있다. 상기 Rku 조도차는 0.001 이상일 수 있고, 0.01 이상일 수 있다.
상기 차광막은 이러한 Rku 조도 불균일도를 가짐으로, 차광막의 중심 부분과 가장자리 부분과의 Rku 조도차를 최소화할 수 있고, 이를 통해 제조되는 포토마스크의 양호한 품질을 확보할 수 있다.
상기 차광막의 각 Rz, Rsk, Rku 조도들은 상기 각 측정영역에서 조도측정기(Park System 사의 PPP-NCHR)를 통해 측정할 수 있고, 두께는 각 측정영역에서 투과전자현미경(TEM)으로 얻어진 사진을 통해 산출할 수 있고, 광학밀도는 분광타원계측기(나노뷰 사, MG-Pro)를 통해 측정할 수 있으며, 하기 실험예에 그 과정을 기재하였다.
상기 차광막은 상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 두께를 가질 수 있고, 상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 두께를 가질 수 있다.
상기 차광막은 하기 식 1-4로 표시되는 두께 불균일도가 2 % 이하일 수 있고, 1.5 % 이하일 수 있으며, 1.1 % 이하일 수 있다. 상기 두께 불균일도는 0.05 % 이상일 수 있다.
[식 1-4]
두께 불균일도 = (중심 두께와 가장자리 두께 차의 절대값/중심 두께)×100 %
상기 차광막은 상기 중심 두께와 가장자리 두께의 차가 10 옹스트롬 이하일 수 있고, 7 옹스트롬 이하일 수 있으며, 5.7 옹스트롬 이하일 수 있다. 상기 두께의 차는 0.1 옹스트롬 이상일 수 있다.
상기 차광막은 이러한 두께 불균일도를 가짐으로, 차광막의 중심 부분과 가장자리 부분과의 두께 차를 최소화할 수 있고, 이를 통해 제조되는 포토마스크의 양호한 품질을 확보할 수 있다.
상기 차광막은 상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 광학밀도를 가질 수 있고, 상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 광학밀도를 가질 수 있다.
상기 차광막은 하기 식 1-5로 표시되는 광학밀도 불균일도가 2.7 % 이하일 수 있고, 2.0 % 이하일 수 있으며, 1.3 % 이하일 수 있다. 상기 광학밀도 불균일도는 0 % 이상일 수 있고, 0.05 % 이상일 수 있다.
[식 1-5]
광학밀도 불균일도 = (중심 광학밀도와 가장자리 광학밀도 차의 절대값/중심 광학밀도)×100 %
상기 차광막은 상기 중심 광학밀도와 가장자리 광학밀도의 차가 0.04 이하일 수 있고, 0.03 이하일 수 있으며, 0.025 이하일 수 있다. 상기 광학밀도의 차는 0 이상일 수 있고, 0.0001 이상일 수 있다.
상기 차광막은 이러한 광학밀도 불균일도를 가짐으로, 차광막의 중심 부분과 가장자리 부분과의 광학밀도 차를 최소화할 수 있고, 이를 통해 제조되는 포토마스크의 양호한 품질을 확보할 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 특유의 열처리를 통해 전체적인 물성 균일도를 확보하여, 노광 공정에서 의도치 않은 패턴이 전사되는 것을 방지하도록 할 수 있다. 또한, 고품질의 집적회로 패턴을 형성하는 포토마스크 등으로 적용될 수 있다.
성막장치(1000)
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 성막장치(1000)는,
챔버(100);
상기 챔버 내 대상기판(10)이 안착되는 스테이지(300);
상기 대상기판이 성막되는 원료타겟(210)을 포함하는 타겟부(200); 및
상기 대상기판을 가열하도록 상기 스테이지와 이격 배치되는 보조히터(220);을 포함하여, 상기 블랭크 마스크를 제조할 수 있다.
상기 대상기판(10)은 위상반전막 성막 시 광투과성 기판일 수 있고, 차광막 성막 시 광투과성 기판 상에 위상반전막이 성막된 적층체일 수 있다.
상기 타겟부(200)는 DC 스퍼터링 또는 RF 스퍼터링을 통해 상기 대상기판(10)으로 원료의 성막이 이루어지도록 할 수 있고, 소정 회전속도로 회전 가능한 것일 수 있다.
상기 타겟부(200)는 일단에 원료물질(210)을 포함할 수 있고, 상기 원료물질은 위상반전막의 원료 또는 차광막의 원료가 포함된 스퍼터링용 타겟일 수 있다.
상기 타겟부(200)의 원료타겟(210)과 상기 스테이지(300)에 안착되는 대상기판(10)과의 최단 거리 T/S는 150 mm 이상 400 mm 이하일 수 있고, 200 mm 이상 350 mm 이하일 수 있다.
상기 보조히터(220)는 상기 스테이지(300)의 일 측면으로부터 최단 거리로 50 mm 이상 250 mm 이하로 이격된 것일 수 있고, 70 mm 이상 150 mm 이하로 이격된 것일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 보조히터는 상기 스테이지의 일 측면 그리고 타 측면으로부터 동일한 거리로 이격되어 복수 개 구비될 수 있다.
상기 보조히터(220)는 열복사를 통해 상기 스테이지(300) 상의 대상기판(10)을 가열하도록 마련될 수 있다.
상기 보조히터(220)는 예시적으로 0.1 kW 이상 1.5 kW 이하의 전력을 갖고 열을 방사하는 적외선 히터일 수 있다.
상기 보조히터(220)의 전력 대비 열복사 에너지 변환효율은 60 % 이상 85 % 이하일 수 있다.
상기 스테이지(300)는 상기 대상기판(10)을 고정하며 소정 속도로 회전시킬 수 있다.
상기 성막장치(1000)는 상기 타겟부(200)로 전력을 공급하는 전원(400)을 포함할 수 있다.
상기 성막장치(1000)는 상기 챔버(100) 내 가스를 배기하는 진공 펌프(500)를 포함할 수 있다.
상기 성막장치(1000)는 성막 시 챔버(100)로 투입될 가스를 저장하는 가스저장부(600) 및 가스의 유량을 조절하는 유량조절부(610)를 포함할 수 있다.
상기 성막장치(1000)는 별도의 열복사 보조히터(220)를 구비하여, 대상기판 상에 위상반전막 또는 차광막의 성막 시 전체적인 성막 균일도를 확보할 수 있다.
블랭크 마스크 제조방법
상기의 목적을 달성하기 위하여, 구현예에 따른 블랭크 마스크 제조방법은,
상기의 성막장치(1000)를 통한 것으로,
대상기판(10)은 광투과성 기판이고,
상기 광투과성 기판 상에 위상반전막을 성막하는 제1성막단계; 및
상기 위상반전막 상에 차광막을 성막하는 제2성막단계;를 포함하고,
상기 제1성막단계에서 상기 보조히터(220)의 전력은 0.3 kW 이상 1.5 kW 이하이고,
상기 제2성막단계에서 상기 보조히터의 전력은 0.1 kW 이상 0.6 kW 이하일 수 있다.
상기 제1성막단계는 광투과성 기판 상에 스퍼터링 등의 방법으로 위상반전막을 성막할 수 있다. 상기 스퍼터링은 DC 스퍼터링일 수 있고, RF 스퍼터링일 수 있다.
상기 제1성막단계에서 상기 타겟부(200)의 원료물질(210)은 주로 몰리브덴 및 실리콘을 포함할 수 있고, 예시적으로 Mo가 5 at% 내지 20 at%, Si가 70 at% 내지 97 at% 일 수 있고, 탄소 50 ppm 내지 230 ppm, 산소 400 ppm 내지 800 ppm을 포함할 수 있다.
상기 제1성막단계의 타겟부(200)의 원료물질(210)과 대상기판(10)과의 최단거리는 150 mm 이상 400 mm 이하일 수 있고, 200 mm 이상 350 mm 이하일 수 있다.
상기 제1성막단계의 타겟부(200)의 원료물질(210)은 대상기판(10)과 10 도 이상 40 도 이하 기울어지도록 배치될 수 있다.
상기 제1성막단계에서 상기 타겟부(200)의 회전속도는 예시적으로 50 rpm 이상 250 rpm 이하일 수 있다. 초기 rpm은 80 rpm 이상 120 rpm 이하일 수 있고, 점진적으로 최대 rpm까지 소정 속도로 상승될 수 있다. 8 rpm/min 이상 12 rpm/min 이하의 속도로 최대 rpm인 130 rpm 이상 250 rpm 이하까지 상승될 수 있다. 이러한 속도를 가짐으로, 성막 시 균일도 향상에 도움이 될 수 있다.
상기 제1성막단계에서 상기 타겟부(200)의 자기장은 10 mT 이상 100 mT 이하일 수 있다.
상기 제1성막단계에서 상기 보조히터(220)는 상기 스테이지(300)의 측면으로부터 최단 거리로 50 mm 이상 250 mm 이하 이격된 상태, 70 mm 이상 150 mm 이하로 이격된 상태에서 성막되는 대상기판의 표면을 향하여 열을 방사할 수 있다.
상기 제1성막단계에서 상기 보조히터(220)의 전력은 0.3 kW 이상 1.5 kW 이하일 수 있고, 0.3 kW 이상 1.2 kW 이하일 수 있으며, 0.4 kW 이상 1.0 kW 이하일 수 있다. 이러한 전력 및 간격을 가짐으로, 대상기판 상에 위상반전막의 성막이 진행될 시 효과적으로 균일도가 유지될 수 있도록 한다.
상기 제1성막단계에서 상기 스테이지(300)는 소정 속도로 회전될 수 있다. 예시적으로 2 rpm 이상 50 rpm 이하일 수 있으며, 5 rpm 이상 20 rpm 이하일 수 있다. 이러한 rpm을 가짐으로, 위상반전막의 균일도가 더욱 높아질 수 있다.
상기 제1성막단계에서 챔버(100)에 투입되는 투입가스는 아르곤 등의 스퍼터링 가스와, 질소, 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 아산화질소, 산화질소, 이산화질소, 암모니아, 메탄 등을 포함하는 반응성 가스를 포함할 수 있으며, 상기 반응성 가스는 예시적으로 질소 및 산소를 포함할 수 있다.
상기 제1성막단계의 챔버(100) 내 진공도는 10-4 Pa 이상 10-1 Pa 이하일 수 있다. 이러한 진공도에서 스퍼터링되는 입자의 가속에너지를 적절히 조절하고 성막 안정성을 확보할 수 있다.
상기 제1성막단계에서 상기 투입가스는 체적 기준 전체 100 % 대비 아르곤 5 % 이상 20 % 이하, 질소 42 % 이상 62 % 이하, 헬륨 28 % 이상 48 % 이하 포함될 수 있다.
상기 제1성막단계에서 상기 스퍼터링 가스의 유량은 5 sccm 이상 100 sccm 이하일 수 있고, 50 sccm 이하일 수 있고, 20 sccm 이하일 수 있다. 상기 반응성 가스의 유량은 5 sccm 이상 200 sccm 이하일 수 있고, 150 sccm 이하일 수 있다.
상기 제1성막단계는 아래 식 1로 표시되는 Del_1이 0인 점에서의 입사광의 포톤 에너지(PE)가 1.5 eV 내지 3.0 eV 중 어느 한 eV 값이 될 때까지 진행될 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서, 상기 DPS값은 다음 i) 및 ii) 중 어느 하나의 값이다.
입사각을 64.5 °로 적용하여 위상반전막의 표면을 분광타원해석기로 측정 시, i) 반사광의 P파 및 S파 간 위상차가 180 ° 이하이면 상기 P파 및 S파 간 위상차이고, ii) 반사광의 P파 및 S파 간 위상차가 180 ° 초과이면 360 °에서 상기 P파 및 S파간 위상차를 뺀 값이다.
상기 입사각은 분광타원해석기의 입사광과 위상반전막의 법선(normal line)이 이루는 각도일 수 있다.
상기 분광타원해석기를 통한 측정은 예시적으로 나노뷰 사의 MG-Pro 모델을 사용하여 측정할 수 있다. 측정 시 고정된 입사각에서, 입사광의 포톤 에너지 값을 상대적으로 높거나 낮은 범위로 설정하여 반사광의 P파와 S파간 위상차() 분포를 측정함으로써 성막된 막의 상층, 하층의 광학 특성을 측정할 수 있다.
상기 블랭크 마스크 제조방법은 상기 제1성막단계가 진행된 위상반전막/광투과성 기판 적층체를 열처리하는 제1열처리단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1열처리단계는 별도의 열처리 공정용 챔버 내에서 이루어질 수 있고, 성막이 진행된 챔버 내에서 이루어질 수도 있다. 예시적으로, 5 ℃/min 이상 80 ℃/min 이하의 승온 속도로 300 ℃ 이상 600 ℃ 이하의 온도로 승온시키고, 승온된 최대 온도에서 20 분 이상 120 분 이하의 시간 동안 열처리가 진행될 수 있다. 열처리 이후 자연 냉각이 이루어질 수 있고, 이후 300 ℃의 질소(N2) 가스를 0.1 slm 이상 10 slm 이하의 유량으로 챔버 내에 도입할 수 있다.
상기 제1열처리단계는 또한 상기 보조히터(220)를 통한 열복사도 동시에 이루어질 수 있다. 이때 보조히터의 전력 및 이격거리는 상기 제1성막단계와 동일할 수 있다.
상기 제1성막단계 또는 제1열처리단계 이후, 위상반전막에 차광막을 성막하는 제2성막단계가 진행될 수 있다.
상기 제2성막단계는 광투과성 기판 상의 위상반전막 상에 스퍼터링 등의 방법으로 차광막을 성막할 수 있다. 상기 스퍼터링은 DC 스퍼터링일 수 있고, RF 스퍼터링일 수 있다.
상기 제2성막단계에서 상기 타겟부(200)의 원료물질(210)은 주로 크롬, 탄탈륨, 티타늄 및 하프늄으로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 전이금속을 포함할 수 있고, 크롬을 포함할 수 있다.
상기 제2성막단계의 타겟부(200)의 원료물질(210)과, 위상반전막이 성막된 대상기판과의 최단거리는 150 mm 이상 400 mm 이하일 수 있고, 200 mm 이상 350 mm 이하일 수 있다.
상기 제2성막단계의 타겟부(200)의 원료물질(210)은 위상반전막이 성막된 대상기판과 10 도 이상 40 도 이하 기울어지도록 배치될 수 있다.
상기 제2성막단계에서 상기 타겟부(200)의 회전속도는 예시적으로 50 rpm 이상 250 rpm 이하일 수 있다. 초기 rpm은 80 rpm 이상 120 rpm 이하일 수 있고, 점진적으로 최대 rpm까지 소정 속도로 상승될 수 있다. 8 rpm/min 이상 12 rpm/min 이하의 속도로 최대 rpm인 130 rpm 이상 250 rpm 이하까지 상승될 수 있다. 이러한 속도를 가짐으로, 성막 시 균일도 향상에 도움이 될 수 있다.
상기 제2성막단계에서 상기 타겟부(200)의 자기장은 10 mT 이상 100 mT 이하일 수 있다.
상기 제2성막단계에서 상기 보조히터(220)는 상기 스테이지(300)의 측면으로부터 최단 거리로 50 mm 이상 250 mm 이하 이격된 상태, 70 mm 이상 150 mm 이하로 이격된 상태에서 성막되는 표면을 향하여 열을 방사할 수 있다.
상기 제2성막단계에서 상기 보조히터(220)의 전력은 0.1 kW 이상 1.0 kW 이하일 수 있고, 0.15 kW 이상 0.8 kW 이하일 수 있으며, 0.25 kW 이상 0.5 kW 이하일 수 있다. 이러한 전력 및 간격을 가짐으로, 위상반전막 상에 차광막의 성막이 진행될 시 효과적으로 균일도가 유지될 수 있도록 한다.
상기 제2성막단계에서 상기 스테이지(300)는 소정 속도로 회전될 수 있고, 예시적으로 2 rpm 이상 50 rpm 이하일 수 있으며, 5 rpm 이상 20 rpm 이하일 수 있다. 이러한 rpm을 가짐으로, 차광막의 균일도가 더욱 높아질 수 있다.
상기 제2성막단계에서 챔버(100)에 투입되는 투입가스는 아르곤 등의 스퍼터링 가스와, 질소, 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 아산화질소, 산화질소, 이산화질소, 암모니아, 메탄 등을 포함하는 반응성 가스를 포함할 수 있으며, 상기 반응성 가스는 예시적으로 질소 및 산소를 포함할 수 있다.
상기 제2성막단계의 챔버(100) 내 진공도는 10-4 Pa 이상 10-1 Pa 이하일 수 있다. 이러한 진공도에서 스퍼터링되는 입자의 가속에너지를 적절히 조절하고 성막 안정성을 확보할 수 있다.
상기 제2성막단계는 차광막 하층 성막과정과 차광막 상층 성막과정으로 세분화될 수 있다.
상기 제2성막단계의 차광막 하층 성막과정에서, 상기 투입가스는 체적 기준 전체 100 % 대비 아르곤 14 % 이상 24 % 이하, 질소 7 % 이상 15 % 이하, 헬륨 29 % 이상 39 % 이하, 이산화탄소 32 % 이상 42 % 이하 포함될 수 있다.
상기 제2성막단계의 차광막 상층 성막과정에서, 상기 투입가스는 체적 기준 전체 100 % 대비 아르곤 47 % 이상 67 % 이하, 질소 33 % 이상 53 % 이하 포함될 수 있다.
상기 제2성막단계에서 상기 스퍼터링 가스의 유량은 5 sccm 이상 100 sccm 이하일 수 있고, 50 sccm 이하일 수 있고, 20 sccm 이하일 수 있다. 상기 반응성 가스의 유량은 5 sccm 이상 200 sccm 이하일 수 있고, 150 sccm 이하일 수 있다.
상기 제2성막단계의 차광막 하층 성막과정은 분광타원해석기로 측정한 반사광의 P파와 S파 간 위상차가 140 °인 점에서의 입사광의 포톤 에너지(PE)가 1.4 eV 내지 2.4 eV 중 어느한 eV 값이 될 때까지 진행될 수 있다.
상기 제2성막단계의 차광막 상층 성막과정은 분광타원해석기로 측정한 반사광의 P파와 S파 간 위상차가 140 °인 점에서의 입사광의 포톤 에너지(PE)가 2.25 eV 내지 3.25 eV 중 어느한 eV 값이 될 때까지 진행될 수 있다.
상기 블랭크 마스크 제조방법은 상기 제2성막단계가 진행된 차광막/위상반전막/광투과성 기판 적층체를 열처리하는 제2열처리단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2열처리단계는 별도의 열처리 공정용 챔버 내에서 이루어질 수 있고, 성막이 진행된 챔버 내에서 이루어질 수도 있다. 예시적으로, 100 ℃ 이상 500 ℃ 이하의 온도에서 5 분 이상 60 분 이하의 시간 동안 열처리가 진행될 수 있다. 열처리 이후 자연 냉각이 이루어질 수 있고, 20 ℃ 이상 30 ℃ 이하의 온도에서 1 분 이상 20 분 이하의 시간 동안 냉각이 이루어질 수 있다.
상기 제2열처리단계는 또한 상기 보조히터(220)를 통한 열복사도 동시에 이루어질 수 있다. 이때 상기 보조히터의 전력은 및 이격거리는 상기 제2성막단계와 동일할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 보조히터를 통한 블랭크 마스크의 제조 1
성막장치인 DC 스퍼터링 장비의 챔버 내의 스테이지 상에 가로 6 인치, 세로 6 인치, 두께 0.25 인치의 석영유리로 이루어진 광투과성 기판을 배치하였다.
1) 위상반전막의 성막, 제1성막단계
몰리브덴과 규소가 1:9의 원자비로 포함된 원료물질을 포함하는 타겟을 타겟부에 배치하였고, 타겟과 광투과상 기판 간 거리가 255 mm, 각도가 25 도가 되도록 하였다. 타겟부의 타겟 후면에는 40 mT의 자기장을 가질 수 있는 마그네트론을 배치하였다. 광투과성 기판이 배치된 스테이지 일측면으로부터 100 mm 이격된 위치에 보조히터인 적외선 히터를 배치하였다.
체적 기준 아르곤:질소:헬륨이 10:52:38의 비율을 갖는 투입가스를 챔버 내에 도입하였다. 동시에, 2.05 kW의 전력을 인가하고, 타겟부의 회전속도가 초기 100 rpm에서 분당 11 rpm의 속도로 상승하여 155 rpm까지 되도록 하였고, 상기 스테이지의 회전속도도 10 rpm이 되도록 하였으며, 적외선 히터에 0.5 W의 전력을 인가하였다. 성막되는 영역은 광투과성 기판 표면의 가로 132 mm, 세로 132 mm의 넓이로 설정한 영역 내로 한정하였다. 성막과정은 하기 식 1에 따른 De1_1의 값이 0인 점에서의 포톤 에너지(PE)가 2.0 eV가 될 때까지 실시하였다.
[식 1]
상기 식 1에서, 상기 DPS값은 다음 i) 및 ii) 중 어느 하나의 값이다.
입사각을 64.5 °로 적용하여 위상반전막의 표면을 분광타원해석기로 측정 시, i) 반사광의 P파 및 S파 간 위상차가 180 ° 이하이면 상기 P파 및 S파 간 위상차이고, ii) 반사광의 P파 및 S파 간 위상차가 180 ° 초과이면 360 °에서 상기 P파 및 S파간 위상차를 뺀 값이다.
위상반전막 성막 후, 200 ℃의 온도, 1Pa의 압력이 유지되는 챔버 내에서 15 ℃/min의 승온속도로 400 ℃까지 승온시켰고, 이 온도에서 30 분 동안 열처리하였다. 이후 자연 냉각하였고, 300 ℃의 질소 가스를 1 slm의 유량으로 30 분 간 챔버 내에 투입하였다. 열처리 시, 상기 보조히터에 위상반전막 성막과정에서 진행한 조건으로 전력을 인가하였다.
2) 차광막의 성막, 제2성막단계
위상반전막이 성막된 광투과성 기판 적층체를 챔버 내에 배치하였다. 크롬을 포함하는 타겟을 타겟부에 배치하였고, 타겟과 광투과성 기판 간 거리가 280 mm, 각도가 25 도가 되도록 하였다. 타겟부의 타겟 후면에는 40 mT의 자기장을 가질 수 있는 마그네트론을 배치하였다. 스테이지 일측면으로부터 100 mm 이격된 위치에 보조히터인 적외선 히터를 배치하였다.
2-1) 차광막 하층 성막과정
체적 기준 아르곤:질소:헬륨:이산화탄소가 19:11:34:37의 비율을 갖는 투입가스를 챔버 내에 도입하였다. 동시에, 1.35 kW의 전력을 인가하고, 타겟부의 회전속도가 초기 100 rpm에서 분당 11 rpm의 속도로 상승하여 155 rpm까지 되도록 하였고, 상기 스테이지의 회전속도도 10 rpm이 되도록 하였으며, 적외선 히터에 0.3 W의 전력을 인가하였다. 성막과정은 분광타원해석기로 측정한 P파와 S파간 위상차가 140°인 점에서의 점에서의 입사광의 포톤 에너지(PE)가 2.0 eV가 될 때까지 실시하였다.
2-2) 차광막 상층 성막과정
체적 기준 아르곤:질소가 57:43의 비율을 갖는 투입가스를 챔버 내에 도입하였다. 동시에, 1.85 kW의 전력을 인가하고, 타겟부의 회전속도가 초기 100 rpm에서 분당 11 rpm의 속도로 상승하여 155 rpm까지 되도록 하였고, 상기 스테이지의 회전속도도 10 rpm이 되도록 하였으며, 적외선 히터에 0.3 W의 전력을 인가하였다. 성막과정은 분광타원해석기로 측정한 P파와 S파간 위상차가 140°인 점에서의 점에서의 입사광의 포톤 에너지(PE)가 2.95 eV가 될 때까지 실시하였다.
차광막 성막 후, 250 ℃에서 15 분 동안 열처리하였고, 25에서 5분 동안 냉각 처리하하여 블랭크 마스크를 제조하였다. 열처리 시, 상기 보조히터에 차광막 성막과정에서 진행한 조건으로 전력을 인가하였다.
<실시예 2 내지 6> 보조히터를 통한 블랭크 마스크의 제조 2 내지 6
상기 실시예 1의 위상반전막 및 차광막의 성막에서, 적외선 히터의 이격거리 및 인가전력을 하기 표 1의 조건으로 변경하였고, 이외의 조건은 동일하게 하여 실시예 2 내지 6의 블랭크 마스크를 제조하였다.
<비교예 1> 보조히터 없이 블랭크 마스크의 제조
상기 실시예 1의 위상반전막 및 차광막의 성막에서, 적외선 히터를 구비하지 않도록 하고, 이외의 조건은 동일하게 하여 비교예 1의 블랭크 마스크를 제조하였다.
구분 위상반전막
보조히터 전력		 위상반전막
보조히터 이격거리		 위상반전막
스퍼터링 전력		 차광막
보조히터 전력		 차광막
보조히터 이격거리		 차광막
스퍼터링 전력
실시예 1 0.5 100 2.05 0.3 100 1.35
실시예 2 1.0 150 2.0 0.4 150 1.3
실시예 3 0.6 110 2.1 0.4 110 1.4
실시예 4 0.4 90 2.2 0.3 90 1.35
실시예 5 0.7 130 2.05 0.35 120 1.3
실시예 6 0.8 120 2.15 0.4 120 1.35
비교예 1 - - 2.05 - - 1.35
전력단위: kW, 이격거리 단위: mm<실험예> 차광막 표면의 Rz, Rsk 및 Rku 조도 측정
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1에서 제조된 블랭크 마스크 적층체에서, 차광막 표면의 Rz, Rsk, Rku 조도를 조도측정기(Park System 사, PPP-NCHR)를 통해 측정하였다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 차광막의 중심점을 기준으로 20 ㎛×20 ㎛ 범위의 측정영역을 갖는 CT, 그리고 사각 형태의 차광막의 네 가장자리로부터 20 mm 이격되고 상기 CT와 동일 크기의 측정영역을 갖는 EG1 내지 EG4 측정영역을 구획하였다. 상기 각 측정영역(CT, EG1 내지 EG4)에서 스캔 속도 0.5 Hz, Non-contact mode 조건으로 각 조도를 측정하였고, 그 결과를 표 2 내지 4에 나타내었다.
차광막
Rz조도
구분		 CT EG1 EG2 EG3 EG4 EG평균 CT 및 EG평균 차이 절대값 *불균일도 백분율(%)
실시예 1 7.02 7.81 6.97 6.7 7.39 7.22 0.198 2.81
실시예 2 6.12 6.13 7.54 5.47 6.64 6.45 0.325 5.31
실시예 3 7.03 7.33 7.22 6.58 6.62 6.94 0.093 1.32
실시예 4 6.99 6.89 7.33 6.58 5.69 6.62 0.368 5.26
실시예 5 7.02 7.77 6.98 6.34 6.89 7.00 0.025 0.356
실시예 6 6.54 7.03 7.63 7.25 6.39 7.08 0.535 8.18
비교예 1 7.02 9.23 9.33 9.65 9.26 9.37 2.35 33.4
조도 단위: nm*불균일도 백분율={(CT 및 EG평균 차이 절대값)/CT}×100%
차광막
Rsk조도
구분		 CT EG1 EG2 EG3 EG4 EG평균 CT 및 EG평균 차이 절대값
실시예 1 -0.686 -0.399 -0.463 -0.913 -0.876 -0.686 0.023
실시예 2 -0.419 -0.928 -0.318 -0.875 -0.673 -0.419 0.280
실시예 3 -0.526 -0.887 -0.958 -0.852 -0.754 -0.526 0.337
실시예 4 -0.759 -0.645 -0.876 -0.588 -0.649 -0.759 0.070
실시예 5 -0.587 -0.913 -0.771 -0.712 -0.843 -0.587 0.223
실시예 6 -0.599 -0.685 -0.573 -0.597 -0.571 -0.599 0.008
비교예 1 -0.658 -1.235 -1.293 -1.254 -1.385 -0.658 0.634
*불균일도 백분율={(CT 및 EG평균 차이 절대값)/CT}×100%
차광막
Rku조도
구분		 CT EG1 EG2 EG3 EG4 EG평균 CT 및 EG평균 차이 절대값 *불균일도 백분율(%)
실시예 1 2.82 2.49 2.31 3.05 2.96 2.82 0.111 3.93
실시예 2 2.37 3.34 2.26 3.18 2.54 2.37 0.458 19.3
실시예 3 2.35 2.11 2.26 2.34 2.25 2.35 0.113 4.78
실시예 4 2.64 3.01 2.30 3.20 2.15 2.64 0.026 0.985
실시예 5 2.55 3.10 2.43 2.89 2.33 2.55 0.137 5.35
실시예 6 2.33 2.55 3.33 3.22 2.89 2.33 0.665 28.5
비교예 1 2.33 4.21 4.01 4.32 4.34 2.33 1.89 81.1
*불균일도 백분율={(CT 및 EG평균 차이 절대값)/CT}×100%
표 2 내지 4의 결과를 참고하면, 보조히터를 통해 제조된 실시예의 차광막의 경우, 비교예 대비 Rz, Rsk, Rku 조도의 중심 측정영역 및 가장자리 측정영역 간 불균일도가 적고 양호한 조도 특성을 나타내는 것을 확인하였다.
<실험예> 각 층의 두께 및 광학 특성 측정
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1에서 제조된 블랭크 마스크 적층체에서, 위상반전막, 차광막의 두께를 측정하기 위해 다음과 같은 방법으로 진행하였다.
실시예들 및 비교예의 적층체를 도 2에 도시된 바와 같이, 차광막의 중심점을 기준으로 20 ㎛×20 ㎛ 범위의 측정영역을 갖는 CT, 그리고 사각 형태의 차광막의 네 가장자리로부터 20 mm 이격되고 상기 CT와 동일 크기의 측정영역을 갖는 EG1 내지 EG4 측정영역을 구획하였다.
각 측정영역(CT, EG1 내지 EG4)이 절단되도록 가공한 샘플을 마련하고, 샘플의 상면을 이온 빔 처리한 후, 샘플의 각 측정영역(CT, EG1 내지 EG4)의 단면을 투과전자현미경(JEM-2100F HR)을 통해 촬영하였다. 촬영된 이미지로부터 차광막, 위상반전막 층의 두께를 측정하였고, 그 결과를 표 5, 7에 나타내었다.
또한, 상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1에서 제조된 블랭크 마스크 적층체에서, 분광타원계측기(나노뷰 사, MG-Pro)를 통해 차광막의 상기 각 측정영역(CT, EG1 내지 EG4)에서 광학밀도를 측정하였고, 그 결과를 표 6에 나타내었다.
그리고 상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1에서 위상반전막까지 성막한 적층체들에서, 위상반전막의 중심점을 기준으로 20 ㎛×20 ㎛ 범위의 측정영역을 갖는 CT, 그리고 사각 형태의 위상반전막의 네 가장자리로부터 20 mm 이격되고 상기 CT와 동일 크기의 측정영역을 갖는 EG1 내지 EG4 측정영역을 구획하였다.
위상차 및 투과율 측정기(나노뷰 사, MG-Pro)를 통해 위상반전막의 각 측정영역(CT, EG1 내지 EG4)에서 투과율 및 위상차를 측정하였다. 구체적으로 193 nm 파장의 ArF 광원을 통해 위상반전막이 성막된 측정영역과 위상반전막이 성막되지 않은 광투과성 기판에 광을 조사하여, 양 영역을 투과한 빛 사이의 위상차 및 투과율 차이값을 산출하였고, 그 결과를 표 8, 9에 나타내었다.
차광막
두께
구분		 CT EG1 EG2 EG3 EG4 EG평균 CT 및 EG평균 차이 절대값 *불균일도 백분율(%)
실시예 1 541.48 537.05 535.46 538.20 536.45 541.48 4.69 0.866
실시예 2 541.25 536.72 536.09 536.88 535.78 541.25 4.88 0.902
실시예 3 541.38 536.69 535.94 536.65 536.42 541.38 4.96 0.915
실시예 4 542.16 536.31 536.19 536.75 536.81 542.16 5.65 1.041
실시예 5 541.84 537.52 536.42 537.72 536.43 541.84 4.82 0.889
실시예 6 540.31 536.01 535.48 536.09 535.05 540.31 4.65 0.861
비교예 1 539.27 524.27 528.58 519.59 523.53 539.27 15.3 2.833
두께 단위: 옹스트롬(Å)*불균일도 백분율={(CT 및 EG평균 차이 절대값)/CT}×100%
차광막
광학밀도
구분		 CT EG1 EG2 EG3 EG4 EG평균 CT 및 EG평균 차이 절대값 *불균일도 백분율(%)
실시예1 1.83 1.81 1.83 1.81 1.83 1.82 0.010 0.546
실시예2 1.8 1.78 1.78 1.78 1.80 1.79 0.015 0.833
실시예3 1.8 1.78 1.77 1.78 1.79 1.78 0.020 1.111
실시예4 1.78 1.75 1.78 1.79 1.79 1.78 0.002 0.140
실시예5 1.78 1.75 1.76 1.76 1.76 1.76 0.023 1.264
실시예6 1.76 1.75 1.77 1.76 1.76 1.76 0.000 0.000
비교예 1 1.74 1.80 1.79 1.81 1.80 1.80 0.060 3.448
*불균일도 백분율={(CT 및 EG평균 차이 절대값)/CT}×100%
위상반전막
두께
구분		 CT EG1 EG2 EG3 EG4 EG평균 CT 및 EG평균 차이 절대값 *불균일도 백분율(%)
실시예 1 690.93 686.97 684.93 687.29 685.81 690.93 4.68 0.677
실시예 2 690.87 687.42 686.32 686.06 685.43 690.87 4.56 0.660
실시예 3 691.27 686.87 686.80 685.90 686.79 691.27 4.68 0.677
실시예 4 691.25 686.53 686.42 685.66 686.89 691.25 4.88 0.705
실시예 5 691.25 687.31 685.74 687.17 685.73 691.25 4.76 0.689
실시예 6 691.55 687.58 687.10 686.95 685.98 691.55 4.65 0.672
비교예 1 691.45 673.96 679.55 667.08 672.84 691.45 18.09 2.617
두께 단위: 옹스트롬(Å)*불균일도 백분율={(CT 및 EG평균 차이 절대값)/CT}×100%
위상반전막
투과율
구분		 CT EG1 EG2 EG3 EG4 EG평균 CT 및 EG평균 차이 절대값 *불균일도 백분율(%)
실시예1 6.01 5.81 5.84 5.84 5.82 6.01 0.183 3.08
실시예2 6.09 5.82 5.82 5.81 5.84 6.09 0.268 4.39
실시예3 6.01 5.80 5.82 5.83 5.79 6.01 0.200 3.33
실시예4 6.02 5.82 5.79 5.81 5.8 6.02 0.215 3.57
실시예5 6.03 5.77 5.81 5.78 5.82 6.03 0.235 3.90
실시예6 6.10 5.80 5.83 5.84 5.84 6.10 0.273 4.47
비교예 1 6.05 5.65 5.69 5.65 5.71 6.05 0.375 6.20
투과율 단위: %*불균일도 백분율={(CT 및 EG평균 차이 절대값)/CT}×100%
위상반전막
위상차
구분		 CT EG1 EG2 EG3 EG4 EG평균 CT 및 EG평균 차이 절대값 *불균일도 백분율(%)
실시예1 175.37 174.87 174.35 174.93 174.55 175.37 0.695 0.396
실시예2 175.38 175.03 174.76 174.67 174.50 175.38 0.640 0.365
실시예3 175.50 174.88 174.88 174.61 174.83 175.50 0.700 0.399
실시예4 175.49 174.75 174.79 174.55 174.85 175.49 0.755 0.430
실시예5 175.45 175.00 174.60 174.94 174.57 175.45 0.673 0.383
실시예6 175.50 175.02 174.89 174.85 174.60 175.50 0.660 0.376
비교예 1 175.46 173.04 173.00 172.10 171.95 175.46 2.938 1.674
위상차 단위: °*불균일도 백분율={(CT 및 EG평균 차이 절대값)/CT}×100%
표 5 내지 8의 결과를 참고하면, 보조히터를 통해 제조된 실시예의 차광막의 경우, 비교예 대비 두께, 광학밀도의 중심 측정영역 및 가장자리 측정영역 간 불균일도가 적고 양호한 특성을 나타내는 것을 확인하였다.
또한, 보조히터를 통해 제조된 실시예의 위상반전막의 경우, 비교예 대비 두께, 투과율, 위상차의 중심 측정영역 및 가장자리 측정영역 간 불균일도가 적고 양호한 특성을 나타내는 것을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 대상기판
100: 챔버
200: 타겟부
210: 원료타겟
220: 보조히터
300: 스테이지
400: 전원
500: 진공 펌프
600: 가스저장부
610: 유량조절부

Claims (8)

  1. 광투과성 기판;
    상기 광투과성 기판 상에 배치되는 차광막; 및
    상기 광투과성 기판 및 상기 차광막 사이에 배치되는 위상반전막;을 포함하고,
    상기 차광막의 중심을 기준으로 한 중심 측정영역 및 상기 차광막의 가장자리에서 20 mm 이격된 가장자리 측정영역을 포함하고,
    상기 중심 측정영역 및 상기 가장자리 측정영역 각각은 변의 길이가 20 ㎛인 정사각형이고,
    상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rz 조도를 갖고,
    상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rz 조도를 갖고,
    하기 식 1-1로 표시되는 Rz 조도 불균일도가 20 % 이하이고,
    상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rsk 조도를 갖고,
    상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rsk 조도를 갖고,
    하기 식 1-2로 표시되는 Rsk 조도차가 0.5 이하이고,
    상기 차광막은 차광막 상층; 및 상기 차광막 아래에 배치되는 차광막 하층을 포함하고,
    상기 차광막 하층과 상기 차광막 상층은 1:0.02 이상 0.25 이하의 두께비를 갖는, 블랭크 마스크;
    [식 1-1]
    Rz 조도 불균일도 = (중심 Rz 조도와 가장자리 Rz 조도 차의 절대값/중심 Rz조도)×100 %
    [식 1-2]
    Rsk 조도차 = (중심 Rsk 조도와 가장자리 Rsk 조도 차의 절대값)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차광막의 가장자리는 4개의 변으로 구성되고,
    상기 가장자리 측정영역은 상기 4개의 변 중 2개의 변으로부터 동일 간격으로 이격된 4개의 가장자리 측정영역을 포함하는, 블랭크 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 Rku 조도를 갖고,
    상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 Rku 조도를 갖고,
    하기 식 1-3으로 표시되는 Rku 조도 불균일도가 40 % 이하인, 블랭크 마스크.
    [식 1-3]
    Rku 조도 불균일도 = (중심 Rku 조도와 가장자리 Rku 조도 차의 절대값/중심 Rku 조도)×100 %
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상반전막은,
    상기 위상반전막의 중심을 기준으로 한 제2중심 측정영역 및 상기 위상반전막의 가장자리에서 20 mm 이격된 제2가장자리 측정영역을 포함하고,
    상기 제2중심 측정영역에서 측정한 제2중심 두께를 갖고,
    상기 제2가장자리 측정영역에서 측정한 제2가장자리 두께를 갖고,
    하기 식 2-1로 표시되는 두께 불균일도가 1.8 % 이하인, 블랭크 마스크.
    [식 2-1]
    두께 불균일도 = (제2중심 두께와 제2가장자리 두께 차의 절대값/제2중심 두께)×100 %
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위상반전막은,
    상기 제2중심 측정영역에서 측정한 제2중심 투과율을 갖고,
    상기 제2가장자리 측정영역에서 측정한 제2가장자리 투과율을 갖고,
    하기 식 2-2으로 표시되는 투과율 불균일도가 5.2 % 이하인, 블랭크 마스크.
    [식 2-2]
    투과율 불균일도 = (제2중심 투과율과 제2가장자리 투과율 차의 절대값/제2중심 투과율)×100 %
  6. 제4항에 있어서,
    상기 위상반전막은,
    상기 제2중심 측정영역에서 측정한 제2중심 위상차를 갖고,
    상기 제2가장자리 측정영역에서 측정한 제2가장자리 위상차를 갖고,
    하기 식 2-3으로 표시되는 위상차 불균일도가 1 % 이하인, 블랭크 마스크.
    [식 2-3]
    위상차 불균일도 = (제2중심 위상차와 제2가장자리 위상차 차의 절대값/제2중심 위상차)×100 %
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차광막은,
    상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 두께를 갖고,
    상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 두께를 갖고,
    하기 식 1-4로 표시되는 두께 불균일도가 2 % 이하인, 블랭크 마스크.
    [식 1-4]
    두께 불균일도 = (중심 두께와 가장자리 두께 차의 절대값/중심 두께)×100%
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차광막은,
    상기 중심 측정영역에서 측정한 중심 광학밀도를 갖고,
    상기 가장자리 측정영역에서 측정한 가장자리 광학밀도를 갖고,
    하기 식 1-5로 표시되는 광학밀도 불균일도가 2.7 % 이하인, 블랭크 마스크.
    [식 1-5]
    광학밀도 불균일도 = (중심 광학밀도와 가장자리 광학밀도 차의 절대값/중심 광학밀도)×100 %
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