KR100317211B1

KR100317211B1 - 포토마스크 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크

Info

Publication number: KR100317211B1
Application number: KR1020010023857A
Authority: KR
Inventors: 히로시 모리; 게이지 하시모또; 마사히로 다까하시; 와따루 고또; 유끼오 이이무라
Original assignee: 기타지마 요시토시; 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 2001-05-02
Publication date: 2001-12-24
Also published as: EP0582308A2; DE69328140T2; KR100306861B1; KR940004383A; US5419988A; DE69328140D1; EP0582308B1; EP0582308A3

Abstract

본 발명은 위상쉬프트 포토마스크 및 이를 위한 포토마스크 블랭크에 관한 것으로, 기판과 차광층과의 사이, 기판과 위상쉬프터층과의 사이에 배치되는 드라이 에칭 스톱퍼층으로서 에칭선택성이 높고 투과성이 좋은 산화 질화주석을 주체로 하는 층 또는 스퍼터링법으로 형성된 후에 산화성 분위기중에서 가열처리를 한 알루미나막을 사용하여 위상쉬프터층의 에칭시에 충분한 오버에칭을 할 수 있게 하여 정밀한 위상제어가 되도록 한다. 또한 광투과율의 면내분포도 발생하지 않도록 한다.

Description

포토마스크 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크 {Photomask Blank And Phase Shift Photomask}

본 발명은 LSI, 초LSI등의 고밀도집적회로의 제조에 사용되는 포토마스크 및 이 포토마스크를 제조하기 위한 포토마스크 블랭크에 관한 것으로, 특히 이 중에서 위상쉬프트 포토마스크 및 이 위상쉬프트 포토마스크를 제조하기 위한 포토마스크 블랭크에 관한 것이다.

IC, LSI, 초LSI등의 반도체집적회로는 실리콘 웨이퍼 등의 피가공기판 상에 레지스트를 도포하고, 스텝퍼(stepper)등에 의해 원하는 패턴을 노광한 후, 현상, 에칭, 도핑, CVD 등을 행하는 이른바 리소그래피공정을 반복함으로써 제조되고 있다.

이와 같은 리소그래피공정에 사용되는 포토마스크는 반도체집적회로의 고성능화, 고집적화에 따라 점점 고정밀도가 요구되는 경향에 있으며, 예컨대 대표적인 LSI인 DRAM을 예로 들면, 1M비트 DRAM용의 5배 레티클, 즉 노광하는 패턴의 5배 크기를 갖는 포토마스크에 있어서의 치수의 차이는 평균치 ±3σ(σ는 표준편차)를 취하였을 경우에 있어서도 0.15㎛의 정밀도가 요구되고, 마찬가지로 4M비트 DRAM용의 5배 레티클은 0.1∼0.15㎛의 치수정밀도가, 16M비트 DRAM용 5배 레티클은 0.05∼0.1㎛의 치수정밀도가, 64M비트 DRAM용 5배 레티클은 0.03∼0.07㎛의 치수정밀도가 요구되고 있다.

또한 이들 레티클을 사용하여 형성되는 디바이스패턴의 선폭은 1M비트 DRAM에서 1.2㎛, 4M비트 DRAM에서는 0.8㎛, 16M비트 DRAM에서는 0.6㎛, 64M비트 DRAM에서는 0.35㎛로 점점 미세화가 요구되고 있으며, 이와 같은 요구에 부응하기 위하여 여러 가지 노광방법이 연구되고 있다.

그런데 예를 들어 64M비트 DRAM클라스의 차세대 디바이스패턴으로 되면, 지금까지의 포토마스크를 사용한 스텝퍼노광방식으로는 레지스트패턴의 해상한계에 도달하므로, 이 한계를 극복하는 것으로서, 예컨대 일본국 특허공개공보 소58-173744호, 특허공고공보 소62-59296호 등에 나타나 있는 바와 같은 위상쉬프트 포토마스크라고 하는 새로운 방식의 레티클이 제안되고 있다. 위상쉬프트 포토마스를 사용하는 위상쉬프트 리소그래피는 레티클을 투과하는 광의 위상을 조작함으로써 투영상의 분해능 및 콘트라스트를 향상시키는 기술이다.

위상쉬프트 리소그래피에 있어서는 전사시 투영상의 분해능 및 콘트라스트를 향상시키기 위하여 위상쉬프트각의 고정밀도제어가 요구된다. 이 위상쉬프트각은 위상쉬프터패턴의 막두께와 굴절율에 의해 결정되는데, 특히 막두께의 제어가 위상 쉬프트 포토마스크를 제조하는데 있어 큰 문제로 되고 있다.

위상쉬프터층의 에칭에는 고정밀도 미세가공에 뛰어난 드라이 에칭법이 이용되는데, 가장 확실하게 위상쉬프터패턴의 막두께를 제어하는 방법은, 위상쉬프터층과 하지층(下地層)의 드라이 에칭속도비(선택비)가 커지는 위상쉬프터층과 하지층의 재료를 선택하여 위상쉬프터층이 완전히 제거될 수 있는 시간보다도 특정한 시간만큼 길게 드라이 에칭을 하는 것, 즉 오버에칭을 하는 것이다. 이렇게 함으로써 기판면 전체에 걸쳐 정밀도가 좋고 에칭깊이가 균일하게 얻어지는 것이다. 또한 패턴단면형상을 조절하기 위해서 오버에칭이 필요하게 되는 경우도 있다.

그러나 예를 들어, 유리기판으로서 석영을, 위상쉬프터 재료로서 시판되고 있는 도포유리(얼라이드 시그널사제 Accuglass 211S)를 사용한 경우, 드라이 에칭의 선택비는 최대라도 대략 1.5∼2.0 정도밖에 얻을 수 없고, 최저로 필요한 오버에칭을 한 경우라도 위상쉬프트각에 영향이 미칠 만큼 유리기판이 에칭되어 버린다.

이 때문에 정밀도가 좋게 위상쉬프트각을 제어하기 위해서는 위상쉬프터층과의 에칭선택비가 충분히 큰 재질로 된, 이른바 에칭 스톱퍼층을 유리기판상에 설치하는 것이 불가결하게 되어 있다. 이와 같은 에칭 스톱퍼층의 역할을 하는 것으로는, 예를 들면 일본국 특허공고공보 소61-61664호에 나타나는 바와 같은 산화주석을 주체로 하는 투명도전막이 알려져 있다.

그러나 산화주석을 주체로 하는 투명도전막은 전사시의 조사광인 수은등의 i선에 대해 흡수를 지속하므로, 막두께를 15㎚정도로 억제하지 않으면, 차광층이 선택적으로 제거된 부분에서 실용상 충분한 조사광강도를 얻을 수 없다.

그런데 이 산화주석을 주체로 하는 투명도전막은 드라이 에칭에 대한 내성도 충분하지 않으므로, 상술한 약 15㎚의 막은 20분 정도의 오버에칭으로 완전히 제거되어 에칭 스톱퍼층의 역할을 하지 못하게 된다.

따라서 이와 같은 블랭크로 제조되는 위상쉬프트 포토마스크는 위상쉬프터층의 에칭시에 충분한 오버에칭을 할 수 없기 때문에 정밀한 위상제어가 어려워지게 된다.

또한, 오버에칭 중에 상술한 바와 같이 광흡수를 지속하는 막이 감소하게 되므로, 위상쉬프터막이 선택적으로 제거되어 오버에칭이 가해진 부분과, 위상쉬프터층이 제거되지 않고 남아 있는 부분과는 광투과율의 면내분포가 발생하게 되는 문제도 있다.

또한, 위상쉬프트 포토마스크의 에칭 스톱퍼층으로서 요구되는 기능은, ①위상쉬프터층을 부분적으로 드라이 에칭하여 위상쉬프트패턴을 형성할 때, 이 위상쉬프터층의 아래에 배치된 에칭 스톱퍼층이 에칭되기 어려울 것, ②위상시프트 포토마스크를 사용할 때의 노광파장(초고압수은등의 i선 파장: 365㎚, 플루오르화크립톤·엑시머 레이저파장: 248㎚ 등)에 대하여 투과율이 높을 것, 적어도 투과율이 85% 이상일 것, 또 부가하여, ③통상의 포토마스크 제조공정 중 세정방법의 하나로서 널리 이용되고 있는 산세정법(예를 들면, 농황산 침지)을 위상쉬프트 포토마스크 제조공정에서도 사용할 수 있도록 충분한 내산성을 가질 것을 들 수 있다.

현재 i선용 위상쉬프트 포토마스크의 에칭 스톱퍼층으로는 상기한 바와 같이 산화주석을 주체로 한 막이 많이 이용되고 있으나, 드라이 에칭에 대한 내성이 충분하지 않아 플루오르화크립톤·엑시머 레이저파장 248㎚를 포함하는 350㎚ 이하의 파장영역에서는 투과성이 나빠서 플루오르화크립톤·엑시머 레이저용 위상쉬프트 포토마스크에는 적합하지 않다.

이와 같은 상황하에서 플루오르화크립톤·엑시머 레이저파장 248㎚를 포함하

는 350nm 이하의 파장영역에서도 투과성이 높고, 드라이 에칭에 대한 내성이 충분한 알루미나막으로 된 에칭 스톱퍼층을 갖는 진공증착법으로 형성한 위상쉬프트 포토마스크가 보고되어 있는데(제52회 응용물리학회 학술강연회 강연예고집, p.539),상기 알루미나막이 산에 약한 것이 동시에 보고되어 있다.

상기와 같이 종래 알루미나막은 내산성이 부족하여 이 알루미나막을 에층 스톱퍼층으로서 갖는 위상쉬프트 포토마스크에는 통상의 산세정을 적용할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 수은등의 i선에 대해 흡수가 적기 때문에 필요한 두께만큼 막을 형성할 수 있고, 또 오버에칭에 대해 충분한 내성이 있는 에칭 스톱퍼층을 구비하여 위상쉬프트 포토마스크를 제작할 때 위상쉬프트각의 고정밀도제어가 가능한 위상쉬프트 포토마스크 및 이를 위한 포토마스크 블랭크를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 포토마스크 블랭크의 단면도,

도 2는 도 1의 포토마스크 블랭크를 포토마스크로 가공하는 공정을 나타낸 공정단면도,

도 3은 도 2의 포토마스크를 상부쉬프터형 위상스프트 포토마스크로 가공하는 공정을 나타낸 공정단면도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 관한 포토마스크 블랭크의 단면도,

도 5는 도 4의 포토마스크 블랭크를 위상쉬프트 포토마스크로 가공하는 공정을 나타낸 공정단면도,

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 관한 포토마스크 블랭크의 단면도,

도 7은 도 6의 포토마스크 블랭크를 위상스프트 포토마스크로 가공하는 공정을 나타낸 공정단면도,

도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 의한 포토마스크 블랭크의 단면도,

도 9는 여러 개의 위상스프트 포토마스크의 단면도,

도 10은 도 9 (a)의 위상쉬프트 포토마스크의 제조공정을 나타낸 단면도,

도 11은 도 9 (b)의 위상쉬프트 포토마스크의 제조공정을 나타낸 단면도,

도 12는 본 발명에 의한 소성온도에 따른 알루미나막의 에칭속도의 변화를 나타낸 그래프,

도 13은 본 발명에 의한 알루미나막의 분광투과율을 나타낸 그래프,

본 발명은 상기 문제를 감안하여 위상쉬프터층의 위상쉬프트각 제어성이 향상된 위상쉬프트 포토마스크 및 이를 위한 포토마스크 블랭크를 개발, 완성한 것이다.

즉, 본 발명은 광학연마된 유리기판상에 드라이 에칭 스톱퍼층으로서 스퍼터링법, 진공증착법, 이온 플레이팅법 등의 박막형성기술로 산화질화주석을 주체로하는 층을 형성한 포토마스크 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크이다.

스퍼터링법으로 산화질화주석층을 형성하려면, 금속주석 또는 주석의 산화물을 주체로 하는 타겟을 사용하여 아르곤, 네온, 크세논, 질소 등의 스퍼터 가스와 산소, 탄산가스, 질소산화물가스, 수증기, 공기 등의 산소원이 되는 가스와, 질소, 질소산화물가스 등의 가스를 조합시킨 분위기를 적절한 압력으로 유지하고, 직류 또는 고주파전력을 투입함으로써 생성되는 플라즈마에 기판을 노출시킨다.

또한, 진공증착법으로 산화질화주석층을 형성하려면, 전자총으로 증착원을 가열하는 통상의 소위 전자빔증착법에 있어서, 증착원으로서 금속주석 또는 주석의 산화물을 주체로 하는 소결체 또는 분말을 사용하여, 막형성시의 분위기를 산소, 탄산가스, 질소산화물가스, 수증기, 공기 등의 산소원이 되는 가스와, 질소, 질소산화물가스 등의 질소원이 되는 가스와의 혼합가스로 하면 된다.

또한, 이온 플레이팅법으로 산화질화주석층을 형성하려면, 통상의 이온 플레이팅법에 있어서, 증착원으로서 금속주석 또는 주석의 산화물을 주체로 하는 소결체 또는 분말을 사용하여, 막형성시의 분위기를 산소, 탄산가스, 질소산화물가스, 수증기, 공기 등의 산소원이 되는 가스와, 질소, 질소산화물가스 등의 질소원이 되는 가스와의 혼합가스로 하면 된다.

본 발명에 의하면, 이상과 같이 막형성시에 산소원이 되는 가스와 질소원이 되는 가스를 분위기로 하여 제작되는 산화질화주석을 주체로 하는 막은 종래의 산화주석을 주체로 하는 막에 비해 수은등의 i선에 대한 투과성이 향상되고, 또 드라이 에칭에 대한 내성이 향상된다. 또한, 이들 막의 제작장치로는 종래의 포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 도전막을 제작하는 장치를 사용할 수 있으므로, 종래의 제조설비를 크게 변경시킬 필요가 없다.

상술한 방법으로 형성되는 산화질화주석을 주체로 하는 막은 종래의 산화주석을 주체로 하는 막과 달리 도전성을 갖지 않으나, 본 발명이 목적으로 하는 포토마스크 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크의 에칭 스톱퍼층은 반드시 도전성을 필요로 하지 않는다. 그러나 이 산화질화주석을 주체로 하는 막의 형성중에 기판을 적당한 온도로 가열하거나 또는 막형성후에 막을 적당한 온도로 소성함으로써 종래의 산화주석을 주체로 하는 막과 같은 정도의 도전성을 달성할 수는 있다.

본 발명의 포토마스크 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크에서 사용하는 차광층은 통상의 포토마스크로 사용되고 있는 크롬, 산화크롬, 규화몰리브덴, 규화산화몰리브덴 등을 주체로 하는 단층 또는 복합막이면 된다.

이와 같이 형성된 산화질화주석을 주체로 하는 에칭 스톱퍼층을 갖는 위상쉬프트 포토마스크 및 이를 위한 포토마스크 블랭크는 에칭 스톱퍼층이 드라이 에칭되기 어렵기 때문에 위상쉬프터부의 위상쉬프트각 제어성이 향상된다.

한편, 본 발명에 있어서는 상기와 같이 산화질화주석을 주체로 하는 에칭 스톱퍼층 대신에, 스퍼터링법으로 알루미나막이 형성된 후에 산화성 분위기 중에서 가열처리된 층을 에칭 스톱퍼층으로 사용해도 된다.

즉, 본 발명에서는 내산성이 있고 플루오르화크립톤·레이저에도 대응할 수 있는 에칭 스톱퍼층의 개발, 연구를 한 결과, 투명기판상에 알루미나(Al₂O₃)를 형성하고 대기중에서 600℃ 이상으로 소성함으로써 내산성이 뛰어나 200nm 이상의 파장에서 85% 이상의 투과율을 가진 막이 얻어지는 것을 발견했다.

도 12에 석영기판상에 알루미나막을 두께 110nm만큼 스프터한 후, 1 시간 동안 대기중에서 가열처리한 막의 열황산에 의한 에칭속도가 소성온도에 따른 변화를 나타냈다. 이 도면에서 보듯이, 산화성 분위기 중에서 가열처리함으로써 알루미나막의 내산성이 상승하는 것을 알 수 있다. 특히 600℃ 이상으로 소성하는 것이 바람직하다.

다음에 도 13에 600℃ 가열처리후의 알루미나막의 파장 200~850nm 범위의 분광투과율을 나타냈다.

이상으로 600℃ 이상에서 가열처리한 알루미나막은 내산성이 향상되어 200nm~850nm의 파장범위에서 투과율이 85% 이상인 것을 알았다.

그런데 이와 같은 가열처리 후의 알루미나막 상에 배치되는 위상쉬프터층으로는 스퍼터링법, CVD법 등으로 형성한 이산화규소막이나 도포·소성법으로 형성한 SOG(spin-On-Glass: 도포유리)막 등이 매우 적합하다.

또한 차광성 박막층으로는 스퍼터링법 등으로 형성한 크롬, 탄탈, 규화몰리브덴 등, 또는 이들의 산화물, 질화물, 산화질화물을 주체로 한 단층 또는 복합층이 매우 적합하다.

이 경우, 알루미나막이 600℃ 이상의 가열처리를 하여 형성된 것으로 되는 것이 바람직하다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제1 위상쉬프트포토마스크 블랭크는 광학연마된 기판상에 드라이 에칭 스톱퍼층, 차광층을 순차적으로 적층하여서 된 포토마스크 블랭크에 있어서, 드라이 에칭 스톱퍼층이 (a) 박막형성방법으로 형성된 산화질화주석을 주체로 하는 층 또는 (b) 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 가열처리한 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제2 포터마스크 블랭크는 광학연마된 기판상에 드라이 에칭 스톱퍼층, 차광층, 위상쉬프터층을 순차적으로 적층하여서 된 위상쉬프트 포토마스크 블랭크에 있어서, 드라이 에칭 스톱퍼층이 (a) 박막형성방법으로 형성된 산화질화주석을 주체로 하는 층 또는 (b) 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 가열처리한 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제3 포토마스크 블랭크는 광학연마된 기판상에 드라이 에칭 스톱퍼층, 위상쉬프터층, 차광층을 순차적으로 적층하여서 된 위상쉬프트 포토마스크 블랭크에 있어서, 드라이 에칭 스톱퍼층이 (a) 박막형성방법으로 형성된 산화질화 주석을 주체로 하는 층 또는 (b) 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 가열처리한 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

이들 제2, 제3 중 어느 것에 있어서도 전사시의 노광파장에 대하여 기판의 노광광투과율을 100%로 할 때, 블랭크 전체의 노광광투과율이 1~50%의 범위에 포함되게 하여 하프톤(half-tone)형의 위상시프트 포토마스크용 블랭크로 할 수도 있다.

또한 본 발명의 제4 포토마스크 블랭크는 광학연마된 기판상에 드라이 에칭스톱퍼층, 위상쉬프터층을 순차적으로 적층하여서 된 위상쉬프트 포토마스크 블랭크에 있어서, 드라이 에칭 스톱퍼층이 (a) 박막형성방법으로 형성된 산화질화주석을 주체로 하는 층 또는 (b) 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 가열처리한 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 본 발명 위상쉬프트 포토마스크 또는 포토마스크는 이들 포토마스크 블랭크의 위상쉬프터층, 차광층을 패터닝하여 위상쉬프터패턴, 차광패턴을 구성한 것이다.

본 발명에 있어서는 드라이 에칭 스톱퍼층이 (a) 박막형성방법으로 형성된 산화질화주석을 주체로 하는 층으로 형성되거나 또는 (b) 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 가열처리된 층으로 형성되어 사용되고 있으므로, 종래의 산화주석을 주체로 하는 막에 비해 수은등의 i선에 대한 투과성이 향상되고, 또 드라이 에칭에 대한 내성이 향상된다. 따라서 위상쉬프터층의 에칭시에 충분한 오버에칭을 할 수 있어 정밀한 위상제어를 할 수 있고, 또 광투과율의 면내분포도 발생하지 않는다.

이하에서는 에칭스톱퍼층으로서 산화질화주석을 주체로 하는 층이 사용되는 본 발명 포토마스크 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크를 실시예를 사용하여 구체적으로 설명한다.

<실시예 1>

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 포토마스크 블랭크의 단면도이다. 광학연마된 초고순도합성석영유리기판(101)상에 직류마그네트론 스퍼터법에 의해 표 1에나타낸 조건으로 산화질화주석층(102)을 막두께 약 20nm로 형성한다. 계속하여 이산화질화주석층(102)상에 막두께 약 90nm의 크롬을 주성분으로 하는 차광층(103)을 직류마그네트론 스퍼터법으로 형성하여 포토마스크 블랭크(104)를 얻는다.

스퍼터압력	5mTorr
스퍼터가스	Ar, N₂, O₂
가스유량	Ar=50sccm, N₂=40sccm, O₂=30sccm
스퍼터전력	DC200W
타겟	Sn

<실시예 2>

도 2에는 실시예 1에서 얻은 포토마스크 블랭크(104)를 포토마스크(205)로 가공하는 공정을 나타냈다. 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이 포토마스크 블랭크(104)상에 전자선 레지스트박막(201)을 형성하고, 이 레지스트박막(201)을 전자선 노광장치로 패턴묘화하여 포스트베이크를 한 후에 현상을 하여 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 레지스트패턴(203)을 얻는다. 그 후, 질산제이세륨암모늄수용액을 주성분으로 하는 에칭액으로 레지스트패턴(203)의 개구부를 통해 노출된 차광층(103)을 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이 에칭하고, 남아 있는 레지스트(204)를 제거하여 도 2의 (d)에 나타낸 바와 같이 포토마스크(205)를 얻는다.

<실시예 3>

실시예 2와 같이 하여 얻은 포토마스크(205)는 도 3에 나타낸 방법에 의해 상부쉬프터형(위상쉬프터층이 차광층의 위에 있는 형) 위상쉬프트 포토마스크로 가공할 때 우수한 특성을 나타냈다. 즉, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 실시예 2에서 얻은 포토마스크(205)상에 시판되고 있는 도포유리(얼라이드 시그널사제 Accuglass 211S)를 소성 후, 막두께가 400nm로 되도록 도포, 소성을 하여 위상쉬프터층(301)으로 했다. 그 후, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이 위상쉬프터층(301)상에 레지스트(302)를 도포하고 패턴묘화, 현상 등을 하여 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이 레지스트패턴(303)을 얻는다. 다음에 이 레지스트패턴(303)의 개구부를 통해 노출된 위상쉬프터층(301)을 표 2에 나타낸 조건으로 드라이 에칭한다(도 3의 (d)). 이때 미리 구해놓은 위상쉬프터층(301)의 드라이 에칭속도에서 예상되는 에칭시간에다 10분간의 오버에칭을 가한다. 마지막에 남아 있는 레지스트(304)를 제거하여 도 3의 (e)에 나타낸 바와 같은 상부쉬프터형 위상쉬프트 포토마스크(305)를 얻는다.

여기에서 10분간의 위상시프터층 오버에칭을 하였음에도 불구하고 에칭 스톱퍼층(102)에는 큰 투과율변화나 막의 감소 등은 관측되지 않고, 또 위상쉬프터패턴에는 기대된 대로의 단차가 수직현상으로 얻어졌다.

에칭가스	CF₄
에칭압력	3.OPa
에칭전력	100W

<비교예 1>

에칭 스톱퍼층을 표 3의 조건으로 제작한 것 외에는 실싱예 1~3과 마찬가지로 포토마스크 블랭크 및 포토마스크를 제작했다.

이 포토마스크를 상기와 같은 가공에 의해 상부쉬프터형 위상쉬프트 포토마스크로 가공한 경우, 위상쉬프터층의 오버에칭이 된 부분에는 오버에칭되지 않은 부분에 비해 수은등의 i선의 투과율이 약 3% 상승했다. 또한 투과율변화가 문제로 되지 않을 정도로 오버에칭 시간을 짧게 한 경우, 깨끗한(수직인) 위상쉬프터층 단면형상을 얻을 수 없었다.

스퍼터압력	5mTorr
스퍼터가스	Ar, O₂
가스유량	Ar=80sccm, 0₂=40sccm
스퍼터전력	DC200W
타겟	Sn

<실시예 4>

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 관한 소위 하부쉬프터형(위상쉬프터층이 차광층의 아래에 있는 형) 위상쉬프트 포토마스크 블랭크의 단면도이다. 하부쉬프터형 위상쉬프트 포토마스크는 유리기판상에 위상쉬프터층, 차광층을 순차적으로 적층하여서 된 위상쉬프트 포토마스크로서, 이를 위한 블랭크는 광학연마된 초고순도 합성석영유리기판(101)상에 직류마그네트론 스퍼터법에 의해 표 1에 나타낸 조건으로 산화질화주석층(102)을 막두께 약 20nm로 형성한다. 계속하여 산화질화주석층(102) 상에 시판되고 있는 도포유리(SOG)로 된 위상쉬프터층(105)을 약 400nm로 형성한다. 또한 이 위에 막두께 약 90nm의 크롬을 주성분으로 하는 차광층(106)을 직류마그네트론 스퍼터법으로 형성하여 위상쉬프트 포토마스크 블랭크(107)를 얻는다.

도 5는 상기와 같이 하여 얻어진 위상쉬프트 포토마스크 블랭크(107)를 소위하부쉬프터형 위상쉬프트 포토마스크로 가공하는 공정을 나타낸 도면이다. 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이 위상쉬프트 포토마스크 블랭크(107)상에 전자선 레지스트박막(206)을 형성하고 전자선 노광장치로 패턴노광을 한 후에 현상을 하여 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같은 레지스트패턴(207)을 얻는다. 계속하여 이 레지스트패턴(207)의 개구부를 통해 노출되어 있는 차광층(106)을 에칭액으로 제거한 후, 남아 있는 레지스트를 박리하여 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같은 차광층패턴(208)을 얻는다. 다음에 다시 블랭크상 전면에 레지스트를 도포하고 같은 방법으로 패터닝하여 도 5의 (d)에 나타낸 바와 같은 레지스트패턴(209)을 형성한 후, 노출된 위상쉬프터층(105)을 드라이 에칭법에 의해 표 2의 조건으로 도 5의 (e)에 나타낸 바와 같이 에칭한다. 마지막에 남아 있는 레지스트(210)를 제거하여 도 5의 (f)에 나타낸 바와 같은 위상쉬프트 포토마스크(211)를 얻는다.

여기에서 위상쉬프터층(105)의 드라이 에칭시 미리 구해놓은 위상쉬프터층(105)의 드라이 에칭속도에서 예상되는 에칭시간에다 10분간의 오버에칭을 해도 에칭 스톱퍼층(102)에는 큰 투과율변화나 막의 감소 등은 관측되지 않고, 또 위상쉬프터패턴에는 기대된 대로의 단차가 수직형상으로 얻어졌다.

<실시예 5>

도 6은 소위 투과형 위상쉬프트 포토마스크용 블랭크의 단면도이다. 광학연마된 초고순도합성석영유리기판(306)상에 직류마그네트론 스퍼터법에 의해 표 1에 나타낸 조건으로 산화질화주석층(307)을 막두께 약 20nm로 형성한다. 계속하여 산화질화주석층(307)상에 시판되고 있는 도포유리(SOG)로 된 위상쉬프터층(308)을 약 400nm로 형성하여 투과형 위상쉬프트 포토마스크 블랭크(309)를 얻는다.

도 7에 이와 같이 하여 얻은 위상쉬프트 포토마스크 블랭크(309)를 투과형

위상쉬프트 포토마스크(404)로 가공하는 공정을 나타내었다. 도 7의 (a)의 나타낸 바와 같이 포토마스크 블랭크(309)상에 레지스트박막(401)을 형성하고 전자선 노광 장치로 패턴노광을 한 후에 현상하여 도 7의 (b)의 나타낸 바와 같은 레지스트패턴(402)을 얻는다. 계속하여 이 레지스트패턴(402)의 개구부를 통해 노출되어 있는 위상쉬프터층(308)을 드라이 에칭법에 의해 표 2의 조건으로 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이 에칭한다. 마지막에 남아 있는 레지스트(403)를 제거하여 도 7의 (d)의 나타낸 바와 같은 투과형 위상쉬프트 포토마스크(404)를 얻는다.

여기에서 위상쉬프터층(308)의 드라이 에칭시에 미리 구해놓은 위상쉬프터층(308)의 드라이 에칭속도에서 예상되는 에칭시간에다 10분간의 오버에칭을 해도 에칭 스톱퍼층(307)에는 큰 투과율변화나 막의 감소 등은 관측되지 않고, 또 위상쉬프터패턴에는 기대된 대로의 단차가 수직형상으로 얻어졌다.

<비교예 2>

에칭 스톱퍼층을 표 3의 조건으로 제작한 것 외에는 실시예 4, 5와 마찬가지로 위상쉬프트 포토마스크 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크를 제작했다.

이들의 경우, 위상쉬프터층의 드라이 에칭시에 미리 구해놓은 위상쉬프터층의 드라이 에칭속도에서 예상되는 에칭시간에다 10분간의 오버에칭을 한 경우, 오버에칭이 된 부분에는 오버에칭되지 않은 부분에 비해 수은등의 i선에 대한 투과율이 약 3% 상승했다. 또한 투과율변화가 문제로 되지 않을 정도로 오버에칭시간을 짧게 한 경우, 깨끗한(수직인) 위상쉬프터층 단면형상을 얻을 수 없었다.

이하에서는 에칭 스톱퍼층으로서 스퍼터링법으로 알루미나막이 형성된 후 산화성 분위기 중에서 가열처리된 층을 사용하는 경우의 실시예에 대하여 설명한다.

<실시예 6>

도 8 및 도 9는 각각 이 실시예에 의해 제조되는 포토마스크 블랭크와 포토마스크를 나타낸 단면도이다. 도 8의 (a)는 위상쉬프터층이 차광층의 아래에 있는 하부쉬프터형 블랭크이다. 이 블랭크를 제조하려면, 석영기판(1) 상에 알루미나를 RF마그네트론 스퍼터링법으로 약 100nm 형성하고, 소성로 등으로 산화성 분위기 중에서 600℃ 이상으로 가열하여 알루미나막(2)을 형성하고, 다음에 알루미나막(2) 상에 위상쉬프터층(3)이 되는 SOG(Spin-On-Glass: 도포유리)재를 회전도포하고, 이어서 오븐 등에서 소성하여 380∼430nm두께의 SOG막(3)을 형성하고, 차광층(4)인 크롬막을 스퍼터링법으로 형성하여 도 8의 (a)에 나타낸 하부쉬프터형 블랭크를 완성한다.

또한 도 8의 (b), (c), (d)는 블랭크의 다른 실시예로, 각각 위상쉬프터층이 차광층의 위에 있는 상부쉬프터형, 하프톤형, 투과형 블랭크이다. 도 8의 (b)의 경우는 석영기판(1)상에 도 8의 (a)와 동일한 방식으로 알루미나막(2)이 설치되고, 그 위에 직접 차광층(4) 또는 반투과성층(5)이 설치되어 있다. 도 8의 (c)의 경우는 석영기판(1)상에 도 8의 (a)와 동일한 방식으로 알루미나막(2)이 설치되고, 그 위에 위상쉬프터층(3), 반투과성층(5)이 순서대로 형성되어 있다. 또한 도 8의(d)의 경우는 석영기판(1)상에 도 8의 (a)와 동일한 방식으로 알루미나막(2)이 설치되고, 그 위에 위상쉬프터층(3)이 설치되어 있다.

또한, 도 9의 (a), (b), (c), (d)에 각각 도 8의 (a), (b), (c), (d)의 블랭크를 사용하여 제조된 위상쉬프트 포토마스크의 완성단면도를 나타냈다. 이들의 상세한 작용은 널리 알려져 있으므로 설명은 생략한다.

다음에 도 10 및 도 11에는 각각 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)의 위상쉬프트 포토마스크의 제조공정을 설명하기 위한 단면도를 나타냈다.

도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 도 8의 (a)의 블랭크상에 통상의 전리방사선 레지스트를 도포하고 전자선 노광장치 등의 전리방사선으로 소정의 패턴을 묘화, 노광하고 현상, 린스하여 레지스트패턴(16)을 형성한다. 다음에 레지스트패턴(16)을 개구부를 통해 노출되는 크롬막(4)을 드라이 또는 웨트 에칭하여 크롬패턴을 형성한 후 레지스트패턴(16)을 박리한다(도 10의 (b)). 이어서 크롬패턴(14)상에 전리방사선 레지스트 등을 도포하고 통상의 방법에 따라 크롬패턴(14)과의 얼라인먼트를 한 후에 노광, 현상하여 레지스트패턴(17)을 형성한다(도 10의 (c)). 다음에 위상쉬프터층(3)을 드라이 또는 웨트 에칭하여 레지스트패턴(17)을 박리함으로써 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같은 위상쉬프트패턴(13)을 갖는 위상쉬프트 포토마스크를 완성한다.

또한, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이 도 8의 (b)의 블랭크상에 레지스트패턴(16)을 형성한 후, 크롬막(4)을 선택에칭하여 레지스트패턴(16)을 박리하여(도 11의 (b)), 도 11의 (c)와 같이 위상쉬프터층(3)을 형성하고, 또 그 위에 레지스트패턴(17)을 형성(도 11의 (d))한 후, 위상쉬프터층(3)을 드라이 또는 웨트 에칭하여 레지스트패턴(17)을 박리함으로써 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같은 위상쉬프트패턴(13)을 갖는 상부쉬프터형 위상쉬프트 포토마스크를 완료한다.

도 9의 (c) 및 도 9의 (d)에 나타낸 위상쉬프트 포토마스크도 거의 동일하게 제조할 수 있다.

이상의 설명으로 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 포토마스크 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크에 의하면, 드라이 에칭 스톱퍼층으로서 산화질화주석을 주체로 하는 막 또는 스퍼터링법으로 알루미나막이 형성된 후에 산화성 분위기 중에서 가열처리를 한 막을 사용하고 있으므로, 종래의 산화주석을 주체로 하는 막에 비해 수은등의 i선에 대한 투과성이 향상되고, 또 드라이 에칭에 대한 내성이 향상된다. 따라서 위상쉬프터층의 에칭시에 충분한 오버에칭을 할 수 있어 정밀한 위상 제어를 할 수 있고, 광투과율의 면내분포도 발생하지 않는다.

또한 산화질화주석을 주체로 하는 막을 사용할 경우는, 이 막의 제작장치로서 종래의 포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 도전막을 제작하는 장치를 사용할 수 있으므로, 종래의 제조설비를 크게 변경시킬 필요가 없다.

또한 스퍼터링법으로 형성된 후에 산화성 분위기 중에서 가열처리를 한 알루미나막을 사용할 경우는, 에칭 스톱퍼층이 내산성이 뛰어나고 자외영역부터 가시영역에 있어서 투과성이 뛰어난 것이 되므로, 위상쉬프트 포토마스크를 제조할 때 통상의 산세정법을 적용할 수 있어 결함이 적은 위상쉬프트 포토마스크를 제조할 수있다.

더구나 초고압수은등의 i선을 사용한 노광장치뿐만 아니라 플루오르화크립톤 엑시머 레이저를 사용한 노광장치에도 적용가능한 위상쉬프트 포토마스크를 구성 할 수 있으므로, LSI, 총LSI등의 고밀도집적회로나 고속소자의 제조에 있어서, 보다 미세한 패턴이 높은 수율로 형성되고, 그 때문에 고성능인 집적회로나 고속소자를 높은 수율로 제조할 수 있다.

Claims

광학연마된 기판상에 드라이 에칭 스톱퍼층, 차광층을 순차적으로 적층하여서 된 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 드라이 에칭 스톱퍼층이 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 600℃ 이상의 온도로 가열처리한 층인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
광학연마된 기판상에 드라이 에칭 스톱퍼층, 차광층, 위상쉬프터층을 순차적으로 적층하여서 된 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 드라이 에칭 스톱퍼층이 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 600℃ 이상의 온도로 가열처리한 층이고, 전사시의 노광파장에 대하여 기판의 노광광 투과율을 100%로 할 때 블랭크 전체의 노광광 투과율이 1∼50% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
광학연마된 기판상에 드라이 에칭 스톱퍼층, 위상쉬프터층, 차광층을 순차적으로 적층하여서 된 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 드라이 에칭 스톱퍼층이 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 600℃ 이상의 온도로 가열처리한 층이고, 전사시의 노광파장에 대하여 기판의 노광광 투과율을 100%로 할때 블랭크 전체의 투과율이 1∼50% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
광학연마된 기판상에 드라이 에칭 스톱퍼층, 위상쉬프터층을 순차적으로 적층하여서 된 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 드라이 에칭 스톱퍼층이 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 600℃ 이상의 온도로 가열처리한 층이고, 전사시의 노광파장에 대하여 기판의 노광광 투과율을 100%로 할 때 블랭크 전체의 노광광 투과율이 1∼50% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
광학연마된 기판상에 기판측에서 순서대로 드라이 에칭 스톱퍼층, 차광패턴을 갖는 포토마스크에 있어서, 상기 드라이 에칭 스톱퍼층이 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기에서 600℃ 이상의 온도로 가열처리한 층인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
광학연마된 기판상에 기판측에서 순서대로 드라이 에칭 스톱퍼층, 차광패턴, 위상쉬프터패턴을 갖는 위상쉬프트 포토마스크에 있어서, 상기 드라이 에칭 스톱퍼층이 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 600℃ 이상의 온도로 가열처리한 층이고, 전사시의 노광파장에 대하여 기판의 차광패턴이 존재하지 않는 위치의 노광광 투과율을 100%로 할 때 상기 차광패턴이 존재하는 위치의 노광광 투과율이 1∼50% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 위상쉬프트 포토마스크.
광학연마된 기판상에 기판측에서 순서대로 드라이 에칭 스톱퍼층, 위상쉬프터패턴, 차광패턴을 갖는 위상쉬프트 포토마스크에 있어서, 상기 드라이 에칭 스톱퍼층이 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 600℃ 이상의 온도로 가열처리한 층이고, 전사시의 노광파장에 대하여 기판의 차광패턴이 존재하지 않는 위치의 노광광 투과율을 100%로 할때 상기 차광패턴이 존재하는 위치의 노광광투과율이 1∼50% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 위상쉬프트 포토마스크.
광학연마된 기판상에 기판측에서 순서대로 드라이 에칭 스톱퍼층, 위상쉬프터패턴을 갖는 위상쉬프트 포토마스크에 있어서, 상기 드라이 에칭 스톱퍼층이 스퍼터링법으로 형성된 알루미나막을 산화성 분위기하에서 600℃ 이상의 온도로 가열처리한 층이고, 전사시의 노광파장에 대하여 기판의 차광패턴이 존재하지 않는 위치의 노광광 투과율을 100%로 할 때 상기 차광패턴이 존재하는 위치의 노광광 투과율이 1∼50% 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 위상쉬프트 포토마스크.