KR101567058B1 - 위상 반전 블랭크 마스크 및 포토마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 기판 상에 위상반전막 및 차광성막이 구비되고, 상기 차광성막은 금속 및 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 둘 이상을 포함하는 2층 이상의 다층막 및 연속막 중 하나로 이루어지고, 상기 차광성막의 최상부층은 탄소(C)를 필수적으로 포함하며, 상기 차광성막에 포함된 상기 산소(O) 및 질소(N) 중 적어도 하나는 하부층이 상부층에 비하여 함유량이 높으며, 상기 차광성막 전체에 탄소(C)가 포함되는 경우, 상기 차광성막의 포함된 탄소(C)는 상기 하부층이 상부층에 대비하여 함유량이 낮은 위상 반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공한다.

Description

위상 반전 블랭크 마스크 및 포토마스크{Phase shift blank mask and Photomask}
본 발명은 위상 반전 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 32㎚급 이하, 특히, 14㎚급 이하, 더욱 바람직하게는 10㎚급 이하의 미세패턴 구현이 가능한 위상 반전 블랭크 마스크 및 포토마스크에 관한 것이다.
오늘날 반도체 미세공정 기술은 대규모 집적회로의 고집적화에 수반하는 회로패턴의 미세화 요구에 맞추어 매우 중요한 요소로 자리 잡고 있다.
이를 구현하기 위한 리소그래피 기술은 반도체 회로 패턴의 해상도 향상을 위해 바이너리 블랭크 마스크 (Binary Intensity Blankmask), 위상반전막을 이용한 위상 반전 블랭크 마스크(Phase Shifting Blankmask), 하드 필름과 차광성막을 가지는 하드 마스크용 바이너리 블랭크 마스크(Hardmask Binary Blankmask) 등으로 발전하고 있다.
이러한 블랭크 마스크의 발전은 고 해상도(High resolution) 및 우수한 품질을 갖는 포토마스크를 제조하기 위한 것으로서, 기판 상에 형성되는 막을 박막화 하거나, 막의 식각 속도를 조절하여 미세 패턴의 구현을 가능하게 한다.
한편, 최근에는 고해상도 구현 및 품질을 향상시키기 위한 레지스트막의 박막화가 끊임없이 요구되고 있다. 그러나, 하부 차광성막 패턴 형성을 위하여 식각 마스크(Etch Mask)로 사용되는 레지스트막의 두께는 차광성막의 식각 속도 및 두께에 영향을 받게 되며, 차광성막 패턴 형성을 위한 건식 식각 조건에서 식각 선택비가 상대적으로 낮다. 이에 따라, 레지스트막의 두께를 박막화하기 위하여 차광성막의 두께를 줄이는 것이 필요하지만 차광성막의 두께가 줄어들면 요구되는 광학특성, 예를 들어, 광학 밀도 및 반사율 등을 만족시키기 못하는 문제가 발생한다.
아울러, 레지스트막의 두께를 박막화하기 위한 방법으로서 크롬(Cr) 화합물로 이루어진 차광성막에 산소(O)를 포함시켜 차광성막 식각 속도를 증가시키는 방법이 제안되었으나 이러한 경우, 차광성막의 면저항(Sheet Resistance)이 증가하는 문제점이 발생하였다. 상기 차광성막의 면저항 증가는 포토마스크 제조 공정의 전자 빔 조사(E-Beam Writing) 시, 전자(Electron)의 흐름이 방해되어 챠지-업(Charge-up) 현상이 발생하게 되며, 이에 따라, 패턴 형성 시 패턴 위치 에러(Position Error)가 유발되어 포토마스크의 품질 저하가 초래된다. 특히, 막의 면저항이 메가옴(㏁/□) 단위로 높은 값을 갖는 경우, 패턴 형성 장치(Writing Tool)의 보정 한계치를 초과하여 패턴 형성조차 어렵게 됨에 따라 포토마스크 제조가 불가능하게 된다.
본 발명은 차광성막의 차광성을 확보함과 동시에 식각 속도를 짧게하고 면저항 값이 낮은 위상 반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공한다.
본 발명은 32㎚급 이하, 특히, 14㎚급, 10㎚급 이하의 미세 패턴의 형성 및 고 해상도의 구현이 가능한 위상 반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공한다.
본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크는, 투명 기판 상에 위상반전막 및 차광성막이 구비되고, 상기 차광성막은 금속 물질과 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 둘 이상을 포함하는 2층 이상의 다층막 및 연속막 중 하나로 이루어지고, 상기 차광성막의 최상부층은 탄소(C)를 필수적으로 포함하며, 상기 차광성막에 포함된 상기 산소(O) 및 질소(N) 중 적어도 하나는 하부층이 상부층에 비하여 함유량이 높다.
또한, 본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크는, 투명 기판 상에 위상반전막 및 차광성막이 구비되고, 상기 차광성막은 금속 물질과 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 둘 이상을 포함하는 2층 이상의 다층막 및 연속막 중 하나로 이루어지며, 상기 제1차광층은 전체 차광성막 두께의 70% ∼ 95%에 해당하는 두께를 갖는다.
상기 위상반전막은 최상부층에 산소(O)를 필수적으로 포함한다.
상기 차광성막의 최상부층은 탄소(C)를 필수적으로 포함하며, 상기 차광성막에 포함된 상기 산소(O) 및 질소(N) 중 적어도 하나는 하부층이 상부층에 비하여 함유량이 높다.
상기 차광성막 전체에 탄소(C)가 포함되는 경우, 상기 차광성막의 포함된 탄소(C)는 상기 하부층이 상부층에 대비하여 함유량이 낮다.
상기 차광성막은 제1차광층 및 제2차광층의 다층막으로 구성되며, 상기 제1차광층은 1at% ∼ 40at%의 산소(O) 함유량을 가지며, 제2차광층은 1at% ∼ 20at%의 산소(O) 함유량을 갖는다.
상기 차광성막은 제1차광층 및 제2차광층의 다층막으로 구성되며, 상기 제1차광층은 0 ∼ 40at%의 탄소(C) 함유량을 가지며, 제2차광층은 1at% ∼ 50at%의 탄소(C) 함유량을 갖는다.
상기 차광성막은 제1차광층 및 제2차광층의 다층막으로 구성되고, 상기 차광성막은 400Å ∼ 600Å의 두께를 가지며, 상기 제1차광층은 전체 두께의 70% ∼ 95%에 해당하는 두께를 갖는다.
상기 금속 물질은 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), 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상이다.
상기 위상반전막은 금속실리사이드 또는 실리콘(Si)을 포함하는 2층 이상의 다층막으로 이루어지며, 상기 위상반전막의 최상층막은 0.1at% ∼ 20at%의 산소(O) 함유량을 가지며, 1Å ∼ 100Å의 두께를 갖는다.
상기 위상반전막 및 차광성막이 적층된 구조는 30㏀/□ 이하의 면저항 값을 갖는다.
상기 차광성막 상에 구비된 식각저지막 및 하드 필름 중 적어도 하나의 막을 더 포함한다.
본 발명은 차광성막의 식각 속도를 증가시켜 레지스트막을 150nm 이하, 바람직하게는, 100nm 이하의 두께로 형성할 수 있음에 따라 고해상도 미세 패턴 구현이 가능한 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 차광성막의 금속 및 경원소의 조성을 조절하여 차광성을 확보함과 동시에 식각 속도를 짧게 하고, 면저항 값이 낮은 위상 반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명은 최상층부에 산소(O)를 포함시켜 산화성을 갖도록 위상반전막을 형성함으로써 굴절률 및 위상반전량이 떨어지는 것이 방지되고, 두께가 두꺼워지는 것이 방지되며, 세정 물질에 대한 열화가 방지되어 내약품성 및 내구성이 우수한 위상반전 블랭크 마스크 및 포토마스크를 제공할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 32㎚급 이하, 특히, 14㎚급, 10㎚급 이하의 미세 패턴 형성이 가능한 위상 반전 블랭크 마스크 및 이를 이용한 포토마스크를 제공할 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 투명 기판(102), 투명 기판(102) 상에 순차적으로 적층된 위상반전막(104), 차광성막(106) 및 레지스트막(112)을 포함한다.
투명 기판(102)은 석영유리, 합성 석영유리, 불소 도핑 석영유리 등으로 구성된다. 투명 기판(102)의 평탄도는 상부에 형성되는 어느 하나의 박막, 예를 들어, 위상반전막(104), 차광성막(106)등의 평탄도에 영향을 미치게 됨에 따라 성막되는 면의 평탄도를 TIR(Total Indicated Reading) 값으로 정의할 때 그 값이 142㎟ 영역에서 300㎚ 이하, 바람직하게는 200㎚ 이하로 제어된다.
위상반전막(104)은 동일한 구성을 갖는 하나의 타겟, 예를 들어, 전이금속 및 실리콘(Si)으로 이루어진 타겟을 이용하여 상호 구성 물질이 다른 적어도 2층 이상의 막으로 형성할 수 있다. 이때, 상기 타겟은 전이금속 : 실리콘(Si)의 비율이 1% ∼ 40% : 99% ∼ 60%의 비율을 가질 수 있다. 위상반전막(104)은 구성 물질이 상이한 연속막 또는 2층 이상의 다층막의 형태를 갖는다.
위상반전막(104)은, 바람직하게, 실리콘(Si) 또는 SiN, SiC, SiO, SiCN, SiCO, SiNO, SiCON, SiB, SiBN, SiBC, SiBO, SiBCN, SiBCO, SiBNO, SiBCON과 같은 실리콘(Si) 화합물 중 하나로 구성될 수 있다. 또한, 위상반전막(104)은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 또는 MoSiN, MoSiC, MoSiO, MoSiCN, MoSiCO, MoSiNO, MoSiCON, MoSiB, MoSiBN, MoSiBC, MoSiBO, MoSiBCN, MoSiBCO, MoSiBNO, MoSiBCON과 같은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물 중 하나로 구성되는 것이 바람직하다.
위상반전막(104)은 최상층막이 필수적으로 산소(O)를 포함하도록 구성된다. 자세하게, 위상반전막(104)이, 예를 들어, MoSi계 화합물로 이루어지는 경우, 위상반전막(104)은 오존(O3), Hot-DI 및 암모니아(NH4OH), 황산(H2SO4) 등을 포함하는 세정 용액에 손상을 받기 쉽다. 위상반전막(104)이 세정 공정 등에서 상기 물질 등에 손상을 받게 되면 위상반전막(104)은 두께는 얇아지고, 투과율이 증가하며, 위상반전량의 변화가 발생하여 요구되는 광학적 물성을 구현할 수 없다. 이에 따라, 본 발명은 최상층막이 필수적으로 산소(O)를 포함하도록, 예를 들어, MoSiON으로 위상반전막(104)의 최상층을 형성함으로써 세정 용액에 의해 발생하는 위상반전막(104)의 용해 또는 부식과 같은 열화 현상을 방지할 수 있다. 위상반전막(104)의 최상층막은 0.1at% ∼ 20at%의 산소(O) 함유량을 가지며, 상기 최상층막 하부에 배치되는 막은 조성 및 조성비가 상이한 다양한 형태의 막으로 구성될 수 있다.
위상반전막(104)은 500Å ∼ 850Å의 두께를 가지며, 최상층막은 10Å ∼ 100Å의 두께를 갖고, 상기 최상층막은 전체 위상반전막(104) 두께의 1% ∼ 40%에 해당하는 두께를 가지며, 바람직하게, 1% ∼ 10%에 해당하는 두께를 갖는다.
위상반전막(104)은 193㎚ 또는 248㎚ 파장의 노광광에 대하여 6% ∼ 30%의 투과율을 갖고, 170° ∼ 190°의 위상반전량을 가지며, 20% ∼ 30%의 표면 반사율을 갖는다. 위상반전막(104)은 투과율이 6% 보다 낮으면 웨이퍼(Wafer)에 도포된 레지스트막의 노광시 상쇄 간섭을 위한 노광광의 강도(Intensity)가 떨어져 위상 반전 효과가 미미하고, 투과율이 30% 보다 높으면, 웨이퍼에 도포된 레지스트막에 데미지(Damage)를 주어 레지스트막의 손실을 초래한다.
위상반전막(104)은 선택적으로 100℃ ∼ 500℃로 열처리하여 내약품성 및 평탄도를 조절할 수 있다.
차광성막(106)은, 바람직하게, 전이금속 및 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 둘 이상을 포함하며 조성 또는 조성비가 상이한 2층 이상의 다층막 또는 연속막으로 이루어진다. 이때, 차광성막(106)은 위상반전막(104)과 식각선택비를 갖는 물질로 구성되며, 크롬(Cr) 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 차광성막(106)이 2층 이상의 다층막으로 이루어지는 경우, 각 층은 조성비가 동일한 단일막 또는 조성비가 변화되는 연속막의 구조를 갖는다. 차광성막(106)은 성막 시, 공정 단순화를 위하여 단층의 연속막으로 구성할 수 있으나, 패턴 형성 공정에서의 패턴 종횡비 및 막의 광학 특성을 고려하였을 때 2층 이상의 다층 구조로 형성하는 것이 바람직하다.
차광성막(106)은, 바람직하게, 제1차광층(114) 및 제2차광층(116)의 다층 구조로 이루어지며, 크롬(Cr)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 하나 이상의 경원소를 포함하는 크롬(Cr) 화합물로 이루어진 진다. 즉, 제1차광층(114) 및 제2차광층(116)은 CrN, CrO, CrC, CrON, CrCN, CrCO 및 CrCON 중 하나로 이루어진다.
제1차광층(114)은 주로 광학 밀도를 조절하기 위한 역할로 사용되며, 제2차광층(116)은 차광성막(106)에 요구되는 광학 특성을 맞추기 위하여 제1차광층(114)이 두꺼워지는 것이 방지되도록 광학 밀도를 보충하는 역할로 사용된다. 이를 위해, 제2차광층(116)은 제1차광층(114)에 비하여 단위 두께(Å)당 노광 파장에서의 광학 밀도가 상대적으로 높도록 구성된다.
제1차광층(114) 및 제2차광층(116)은 식각 속도를 향상시키기 위하여 산소(O) 및 질소(N) 중 하나를 포함하거나 둘 모두를 포함하며, 제2차광층(116)은 차광성막(106)이 산소(O)를 포함하는 경우, 면저항이 증가함에 따라 블랭크 마스크를 구성하는 박막들의 면저항 값을 개선하기 위하여 탄소(C)를 필수적으로 포함한다.
자세하게, 차광성막(106)은 산소(O)와 질소(N)의 포함으로 광학 밀도가 감소되어 웨이퍼 프린트(Wafer Printing) 시 이미지 감도(Image Contrast)가 감소되며, MΩ/□ 단위로 표면 면저항 값이 증가하여 포토마스크 제조 시 챠지 업(Charge-up) 현상에 의한 이미지 왜곡(Image Distribution)이 발생하여 포토마스크 제조 자체가 어려워진다. 이에 따라, 제2차광층(116)에 탄소(C)를 포함시켜 블랭크 마스크를 구성하는 박막들의 면저항 값을 개선함으로써 우수한 품질의 포토마스크를 구현할 수 있다.
제1차광층(114) 및 제2차광층(116)은 식각 속도를 빠르게 하고 낮은 면저항을 가지기 위하여 산소(O), 질소(N), 탄소(C)를 모두 포함할 수 있다. 이때, 제1차광층(114) 및 제2차광층(116)에 포함된 산소(O), 질소(N), 탄소(C)의 조성비는 다를 수 있으며, 제1차광층(114)은 탄소(C)를 포함하지 않을 수 있다.
제1차광층(114)은 크롬(Cr)이 20at% ∼ 70at%, 질소(N)가 10 ∼ 50at%, 산소(O)가 1at% ∼ 40at%, 탄소(C)가 0 ∼ 40at%인 함유량을 가지며, 제2차광층(116) 크롬(Cr)이 20at% ∼ 70at%, 질소(N)가 10 ∼ 50at%, 산소(O)가 1at% ∼ 20at%, 탄소(C)가 1 ∼ 50at%인 함유량을 갖는다. 여기서, 제2차광층(116)의 탄소 함유량이 1at% 미만이면, 면저항이 높아져 전자 빔 조사(E-Beam Writing) 시 문제가 발생하며, 50at% 이상이면, 상대적으로 광학 밀도가 감소하여 최종적으로 광학 밀도를 만족시키는 경우 두께가 두꺼워지는 문제가 발생한다. 또한, 제2차광층(116)의 산소(O) 함유량이 1at% 미만인 경우, 식각 속도가 저하되는 문제가 있으며, 산소(O) 함유량이 20at%를 초과하는 경우, 위상반전막(104)의 식각에 사용되는 불소(F)계 식각 가스에 대한 내성이 약화되어, 위상반전막(104) 식각 시 제2차광층(116)이 손상(Damage)되어 광학 밀도가 저하되는 문제가 발생한다. 아울러, 제1차광층(114) 및 제2차광층(116)에는 필요에 따라 붕소(B), 수소(H) 등의 경원소가 더 함유될 수 있다.
차광성막(106)은 고해상도 패턴 구현을 위해 600Å 이하의 두께를 갖고, 바람직하게, 400Å ∼ 600Å의 두께, 더욱 바람직하게, 500Å ∼ 550Å의 두께를 갖는다. 차광성막(106)이 400Å 이하의 두께를 갖는 경우, 광학 밀도가 2.5 이하가 되어 웨이퍼에 도포된 레지스트막에 데미지(Damage)를 주고 레지스트막의 손실이 발생할 수 있으며, 600Å 이상의 두께를 갖는 경우, 패턴의 종횡비(Aspect Ratio)가 2 이상이 되어 패턴이 무너지고 결함의 발생이 증가할 수 있다.
제1차광층(114)은 주로 광학 밀도를 조절하기 위한 역할로 사용되고, 제2차광층(116)은 광학 밀도를 보강하는 역할을 함에 따라 제1차광층(114)은 전체 차광성막 두께의 80% ∼ 95%에 해당하는 두께를 가지며, 제2차광층(116)은 5% ∼ 20%에 해당하는 두께를 갖는다.
제1차광층(114)은 차광성막(106) 전체 두께 중 대부분의 두께를 차지함에 따라 양호한 단면 경사의 패턴을 형성하기 위하여 제2차광층(116)보다 빠른 식각 속도를 가져야하며, 이에 따라, 제1차광층(114)은 제2차광층(116)에 비하여 산소(O) 및 질소(N) 중 적어도 하나가 높은 함유량을 갖는다. 제2차광층(116)은 전체 박막의 면저항을 줄이는 역할을 함에 따라 제1차광층(114)이 탄소(C)를 포함하는 경우 제1차광층(114)에 비하여 높은 탄소(C) 함유량을 갖는다.
차광성막(106)은 연속막의 형태로 구성할 수 있으며, 이때, 식각 속도를 조절하기 위해 함유되는 질소(N) 및 산소(O) 중 적어도 하나는 표면으로부터 투명 기판(102) 방향으로 갈수록 함유량이 단계적 또는 연속적으로 증가하며, 면저항을 조절하기 위하여 함유되는 탄소(C)는 표면으로부터 투명 기판(102) 방향으로 갈수록 함유량이 단계적 또는 연속적으로 감소한다.
차광성막(106)은 선택적으로 표면 열처리를 실시할 수 있으며, 이때 열처리 온도는 하부의 위상반전막(104)의 열처리 온도와 대비하여 동등하거나 낮은 조건에서 실시할 수 있다.
위상반전막(104) 및 차광성막(106)이 순차적으로 적층된 막은 30㏀/□ 이하, 바람직하게, 10㏀/□ 이하, 더욱 바람직하게 3㏀/□ 이하의 면저항을 갖는다.
위상반전막(104) 및 차광성막(106)이 순차적으로 적층된 막의 광학 밀도는 193㎚ 내지 248㎚의 노광 파장에 대하여 2.5 ∼ 3.5의 값을 가지며, 바람직하게는 2.7 ∼ 3.5의 광학 밀도 값을 갖고, 표면 반사율은 20% ∼ 40%이며, 바람직하게는 25% ∼ 35%의 표면 반사율을 갖는다.
레지스트막(112)은 차광성막(106)의 식각 속도가 증가됨에 따라 1,500Å 이하, 바람직하게, 1,200Å 이하, 더욱 바람직하게, 1,000Å 이하의 두께를 갖는다. 이때, 사용되는 레지스트막은 포지티브, 네가티브 타입의 레지스트에 동일하게 적용 가능하다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 위상 반전 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크(100)는 투명 기판(102), 투명 기판(102) 상에 순차적으로 형성된 위상반전막(104), 차광성막(106), 하드 필름(110) 및 레지스트막(112)을 포함한다. 여기서, 차광성막(106)과 하드 필름(110) 사이에는 필요에 따라 식각저지막(108)이 더 포함될 수 있다.
위상반전막(104), 차광성막(106) 및 레지스트막(112)은 상술한 제 1 실시예와 광학적, 화학적, 물리적 특성을 동일하게 갖는다.
하드 필름(110)은 하부에 구비되는 차광성막(106)과 식각 선택비를 갖는 물질로 구성되는 경우, 차광성막(106)의 식각 마스크로 역할한다. 또한, 하드 필름(110)이 차광성막(106)과 식각 선택비를 갖는 물질로 구성되는 않는 경우, 차광성막(106)과 하드 필름(110) 사이에는 차광성막(106) 및 하드 필름(110)과 10 이상의 식각 선택비를 갖는 물질로 구성되는 식각저지막(108)이 구비된다.
하드 필름(110)은 하부의 차광성막(106)과 식각 선택비를 갖도록, 예를 들어, 실리콘(Si) 또는 SiN, SiC, SiO, SiCN, SiCO, SiNO, SiCON, SiB, SiBN, SiBC, SiBO, SiBCN, SiBCO, SiBNO, SiBCON과 같은 실리콘(Si) 화합물 중 하나로 구성될 수 있다. 또한, 위상반전막(104)은, 예를 들어, 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 또는 MoSiN, MoSiC, MoSiO, MoSiCN, MoSiCO, MoSiNO, MoSiCON, MoSiB, MoSiBN, MoSiBC, MoSiBO, MoSiBCN, MoSiBCO, MoSiBNO, MoSiBCON과 같은 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 화합물 중 하나로 구성될 수 있다.
하드 필름(110)은 하부의 차광성막(106)과 식각 선택비를 갖지 못하는 경우, 크롬(Cr) 또는 CrN, CrC, CrO, CrCN, CrNO, CrCO, CrCON, CrSn, CrSnN, CrSnC, CrSnO, CrSnCN, CrSnNO, CrSnCO, CrSnCON과 같이 크롬(Cr) 화합물 중 하나로 구성될 수 있다. 이때, 하드 필름(110)은 하부에 구비되는 식각저지막(108)의 식각 마스크로 사용되며, 식각저지막(108)은 하드 필름(110)의 패턴 형성 시 또는 하드 필름(110)의 제거 시 하부에 위치한 차광성막(106)을 보호하도록 역할하며, 식각저지막(108) 패턴은 하부에 구비되는 차광성막(106)의 식각 마스크로 사용된다.
하드 필름(110)은 식각 속도가 높을수록 레지스트막(112)의 박막화가 용이함에 따라 0.4Å/sec 이상의 식각 속도를 갖고, 바람직하게, 1.0Å/sec 이상의 식각 속도를 갖는다.
하드 필름(110)은 20Å ∼ 100Å의 두께를 갖고, 바람직하게, 30Å ∼ 60Å의 두께를 갖는다.
식각저지막(108)은, 예를 들어, 하드 필름(110) 및 차광성막(106)이 크롬(Cr) 화합물로 구성되는 경우, 실리콘(Si), 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 또는 상기 물질에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B)가 포함된 화합물 중 하나로 구성되는 것이 바람직하다.
식각저지막(108)은 20Å ∼ 150Å의 두께를 가지며, 바람직하게, 30Å ∼ 100Å의 두께를 갖는다.
아울러, 위상반전막(104), 차광성막(106), 식각저지막(108) 및 하드 필름(110) 및 인접하는 막과 식각선택비를 갖는 물질로 형성되며, 실리콘(Si), 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), 주석(Sn) 중 1 종 이상의 물질을 포함하여 이루어지거나, 또는, 상기 물질에 질소(N), 산소(O), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H) 중 1 종 이상의 물질을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 블랭크 마스크를 상세히 설명하도록 한다.
(실시예)
차광성막의 구성에 따른 특성 평가
차광성막의 구성 물질 및 막의 구성에 따른 식각 속도 및 면저항을 측정하였다. 실시예 1 및 비교예 1 내지 3에서는 차광성막을 공정 조건 및 막의 구성이 다른 크롬(Cr) 화합물로 형성하였다.
실시예 1은 공정 가스로 Ar : N2 : NO : CH4 = 3sccm : 9sccm : 3.5sccm : 2sccm 주입하고, 공정 파워는 0.75㎾를 사용하여 48㎚ 두께의 제1차광층(CrCON)을 형성한 뒤, 공정 가스로 Ar : N2 : NO : CH4 = 5sccm : 5sccm : 1.5sccm : 3sccm 주입하고, 공정 파워는 1.4㎾를 사용하여 5.5㎚ 두께의 제2차광층(CrCON)을 형성하였다.
비교예 1은 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 5sccm : 10sccm : 5sccm 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾를 사용하여 48㎚ 두께의 제1차광층(CrON)을 형성한 뒤, 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 5sccm : 10sccm : 2sccm 주입하고, 공정 파워는 0.8㎾를 사용하여 5.5㎚ 두께의 제2차광층(CrON)을 형성하였다.
비교예 2는 공정 가스로 Ar : N2 : NO : CH4 = 3sccm : 9sccm : 3.5sccm : 2sccm 주입하고, 공정 파워는 0.75㎾를 사용하여 48㎚ 두께의 제1차광층(CrCON)을 형성한 뒤, 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 5sccm : 10sccm : 2sccm 주입하고, 공정 파워는 0.8㎾를 사용하여 5.5㎚ 두께의 제2차광층(CrON)을 형성하였다.
비교예 3은 공정 가스로 Ar : N2 = 5sccm : 3sccm 주입하고, 공정 파워는 0.7㎾를 사용하여 41㎚ 두께의 차광층(CrN)을 형성한 뒤, 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 5sccm : 5sccm : 3sccm 주입하고, 공정 파워는 0.65㎾를 사용하여 12.5㎚ 두께의 반사방지층(CrON)을 형성하였다.
표 1은 상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 차광성막 구성에 따른 식각 시간 및 면저항 값 평가 결과를 나타내고 있다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
제2차광층 CrCON CrON CrON CrON
제1차광층 CrCON CrON CrCON CrN
두께 53.5㎚ 53.5㎚ 53.5㎚ 53.5㎚
면저항 1.2㏀/□ 12㏁/□ 8㏁/□ 54Ω/□
식각 시간 380초 372초 375초 723초
표 1을 참조하면, 비교예 1 내지 2는 실시예 1에 비하여 식각 시간이 5초 ∼ 8초 단축되어 식각 속도가 빠르지만, 면저항 값이 8㏁/□ ∼ 12㏁/□을 가져 실시예 1의 1.2㏀/□ 보다 현저히 큰 것을 확인하였다. 또한, 비교예 3은 54Ω/□의 면저항 값을 가져 실시예 1에 대비하여 낮은 저항값을 갖지만, 식각 시간이 723초로 실시예 1 대비 현저히 느린 식각 속도를 갖는 것을 확인하였다.
본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크 및 포토마스크 제조와 평가
본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크의 제조를 위하여, 기판은 6inch x 6inch x 0.25inch의 크기를 가지며, 복굴절률이 2㎚/㎝로 제어되고, 평탄도(TIR: Total Indicated Reading)가 176㎚로 제어된 합성 석영 유리 기판을 준비하였다.
상기 합성 석영 유리 기판 상에 몰리브데늄 실리사이드(MoSi) 타겟(조성비 Mo : Si = 10at% : 90at%)이 장착된 DC 마그네트론 스퍼터링 장비(DC Magnetron Reactive Sputter)를 이용하여 2층막으로 구성된 위상반전막을 형성하였다. 상기 위상반전막 중 하층은 공정 가스로 Ar : N2 = 7sccm : 8.5sccm 주입하고, 공정 파워를 0.7㎾로 550초 동안 성막하여 60㎚ 두께의 질화 몰리브데늄 실리사이드(MoSiN)막을 형성하였다. 이후, 공정 가스로 Ar : N2 : NO = 7sccm : 7sccm : 7sccm 주입하며, 공정 파워를 0.7㎾로 50초 동안 성막하여 5㎚ 두께의 산화질화 몰리브데늄 실리사이드(MoSiON)막을 상층막으로 형성하였다.
이후, 상기 형성된 위상반전막은 진공 급속 열처리 장비(RTP; Rapid Thermal Process)를 이용하여 350℃에서 30분간 열처리를 실시하였으며, n&k analyzer 3700RT 장비를 이용하여 위상반전막의 투과율 및 위상 반전량을 측정한 결과 위상반전막은 투과율 6.1%, 위상 반전량은 183°를 나타내었다.
상기 위상반전막 상에 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링 설비를 이용하여 제1차광층 및 제2차광층으로 구성된 차광성막을 형성하였다. 상기 차광성막은 모두 크롬(Cr) 타겟을 이용하였으며, 제1차광층은 공정 가스로 Ar : N2 : NO : CH4 = 3sccm : 9sccm : 3.5sccm : 2sccm 주입하고, 공정 파워를 0.75㎾로 380초 동안 성막하여 48㎚ 두께의 산화질화탄화 크롬(CrCON)막으로 형성하였다. 상기 제2차광층은 공정 가스로 Ar : N2 : NO : CH4 = 5sccm : 5sccm : 1.5sccm : 3sccm 주입하고, 공정 파워를 1.4㎾로 30초 동안 성막하여 5㎚ 두께의 산화질화탄화 크롬(CrCON)막으로 형성하였다.
여기서, 상기 위상반전막 및 상기 차광성막이 적층된 막의 광학 밀도(OD; Optical Density)는 193㎚의 노광광에서 2.93의 값을 나타냈으며, 33%의 반사율을 나타내었다.
이후, 상기 차광성막 상에 포지티브 타입 레지스트를 100㎚ 두께로 코팅하여 본 발명에 따른 위상 반전 블랭크 마스크를 완성하고 전자 빔 조사 장치에 대한 저항값(Resistance)을 측정하였다. 그 결과, 레지스트막 표면에서 2.3kΩ/□의 면저항 값을 나타내어 전자 빔 조사 장치의 제한 값인 30kΩ/□ 이하로 전자 빔 조사 시 문제가 없음을 확인하였다.
상술한 위상 반전 블랭크 마스크에 전자 빔을 이용한 노광 공정을 수행하고, 핫플레이트(Hot Plate)를 이용하여 190℃의 온도에서 10분 동안 포스트 베이크(Post Exposure bake) 공정을 실시한 후, 레지스트막을 현상하여 레지스트막 패턴을 형성하였다.
이후, 상기 레지스트 패턴을 식각마스크로 패턴 밀도 50%에 대한 차광성막의 식각 속도 및 레지스트막의 잔여 두께를 확인하기 위하여 노광, 현상, 식각공정을 실시하였다. 그 결과, 차광성막의 식각 시간은 380초를 나타내어 1.40Å/sec의 식각 속도를 확인할 수 있었으며, AFM 장비를 이용하여 레지스트막의 잔여 두께를 측정한 결과 42nm를 나타내어 식각 마스크로서의 역할을 충분히 가능함을 확인할 수 있었다.
이어서, 상기 레지스트 패턴을 제거한 뒤, 차광성막 패턴을 식각 마스크로 하부의 위상반전막을 식각하여 위상반전막 패턴을 형성하였다.
차광성막 패턴 및 위상반전막 패턴을 포함하는 상기 결과물 상에 레지스트막 패턴을 형성하고, 메인 패턴이 형성되지 않는 블라인드(Blind) 영역의 상기 차광성막 패턴을 제거하여 본 발명에 따른 위상 반전 포토마스크 제조를 완료하였다.
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 : 투명 기판
104 : 위상반전막
106 : 차광성막
108 : 식각저지막
110 : 하드 필름
112 : 레지스트막
114 : 제1차광층
116 : 제2차광층

Claims (13)

  1. 투명 기판 상에 위상반전막 및 차광성막이 구비된 위상 반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 차광성막은 금속 물질과 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 둘 이상을 포함하며, 제1차광층과 상기 제1차광층의 상측에 배치되는 제2차광층을 포함하는 다층막으로 구성되며,
    상기 차광성막의 최상부층은 탄소(C)를 필수적으로 포함하며,
    상기 차광성막에 포함된 상기 산소(O) 및 질소(N) 중 적어도 하나는 하부층이 상부층에 비하여 함유량이 높고,
    상기 차광성막 전체에 탄소(C)가 포함되는 경우, 상기 차광성막의 포함된 탄소(C)는 상기 하부층이 상부층에 대비하여 함유량이 낮은 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  2. 투명 기판 상에 위상반전막 및 차광성막이 구비된 위상 반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 차광성막은 금속 물질과 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 둘 이상을 포함하며, 제1차광층과 상기 제1차광층의 상측에 배치되는 제2차광층을 포함하는 다층막으로 구성되며,
    상기 차광성막의 일부를 구성하는 상기 제1차광층은 전체 차광성막 두께의 70% ∼ 95%에 해당하는 두께를 가지며,
    상기 차광성막 전체에 탄소(C)가 포함되는 경우, 상기 차광성막의 포함된 탄소(C)는 하부층이 상부층에 대비하여 함유량이 낮은 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  3. 투명 기판 상에 위상반전막 및 차광성막이 구비된 위상 반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 차광성막은 금속 물질과 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 둘 이상을 포함하며, 제1차광층과 상기 제1차광층의 상측에 배치되는 제2차광층을 포함하는 다층막으로 구성되며,
    상기 차광성막의 최상부층은 탄소(C)를 필수적으로 포함하며,
    상기 차광성막에 포함된 상기 산소(O) 및 질소(N) 중 적어도 하나는 하부층이 상부층에 비하여 함유량이 높고,
    상기 제1차광층은 1at% ∼ 40at%의 산소(O) 함유량을 가지며, 제2차광층은 1at% ∼ 20at%의 산소(O) 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  4. 투명 기판 상에 위상반전막 및 차광성막이 구비된 위상 반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 차광성막은 금속 물질과 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 둘 이상을 포함하며, 제1차광층과 상기 제1차광층의 상측에 배치되는 제2차광층을 포함하는 다층막으로 구성되며,
    상기 차광성막의 일부를 구성하는 상기 제1차광층은 전체 차광성막 두께의 70% ∼ 95%에 해당하는 두께를 가지며,
    상기 제1차광층은 1at% ∼ 40at%의 산소(O) 함유량을 가지며, 제2차광층은 1at% ∼ 20at%의 산소(O) 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  5. 투명 기판 상에 위상반전막 및 차광성막이 구비된 위상 반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 차광성막은 금속 물질과 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 둘 이상을 포함하며, 제1차광층과 상기 제1차광층의 상측에 배치되는 제2차광층을 포함하는 다층막으로 구성되며,
    상기 차광성막의 최상부층은 탄소(C)를 필수적으로 포함하며,
    상기 차광성막에 포함된 상기 산소(O) 및 질소(N) 중 적어도 하나는 하부층이 상부층에 비하여 함유량이 높고,
    상기 제1차광층은 0 ∼ 40at%의 탄소(C) 함유량을 가지며, 제2차광층은 1at% ∼ 50at%의 탄소(C) 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  6. 투명 기판 상에 위상반전막 및 차광성막이 구비된 위상 반전 블랭크 마스크에 있어서,
    상기 차광성막은 금속 물질과 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 중 적어도 둘 이상을 포함하며, 제1차광층과 상기 제1차광층의 상측에 배치되는 제2차광층을 포함하는 다층막으로 구성되며,
    상기 차광성막의 일부를 구성하는 상기 제1차광층은 전체 차광성막 두께의 70% ∼ 95%에 해당하는 두께를 가지며,
    상기 제1차광층은 0 ∼ 40at%의 탄소(C) 함유량을 가지며, 제2차광층은 1at% ∼ 50at%의 탄소(C) 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제2차광층은 상기 제1차광층에 비하여 단위 두께(Å)당 노광 파장에서의 광학 밀도가 상대적으로 높은 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막은 400Å ∼ 600Å의 두께를 가지는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 물질은 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), 주석(Sn) 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위상반전막은 금속실리사이드 또는 실리콘(Si)을 포함하는 2층 이상의 다층막으로 이루어지며, 상기 위상반전막의 최상층막은 0.1at% ∼ 20at%의 산소(O) 함유량을 가지며, 1Å ∼ 100Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 위상반전막 및 차광성막이 적층된 구조는 30㏀/□ 이하의 면저항 값을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차광성막 상에 구비된 식각저지막 및 하드 필름 중 적어도 하나의 막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 블랭크 마스크.
  13. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 위상 반전 블랭크 마스크를 이용하여 제조된 위상 반전 포토마스크.
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KR101670348B1 (ko) * 2016-04-25 2016-10-31 주식회사 에스앤에스텍 위상반전 블랭크 마스크 및 이를 이용하여 제작되는 포토마스크
KR20170112741A (ko) * 2016-04-01 2017-10-12 주식회사 에스앤에스텍 플랫 패널 디스플레이용 위상반전 블랭크 마스크, 포토 마스크 및 그의 제조 방법

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