KR100756115B1 - 하프톤 위상 시프트 포토 마스크 및 이를 위한 하프톤위상 시프트 포토 마스크용 블랭크 및 이를 사용한 패턴형성 방법 - Google Patents

하프톤 위상 시프트 포토 마스크 및 이를 위한 하프톤위상 시프트 포토 마스크용 블랭크 및 이를 사용한 패턴형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노광에 사용되는 엑시머 레이저로 긴 시간에 걸쳐서 조사되어도 투과율 및 위상각이 변화하지 않는 하프톤 위상 시프트 포토 마스크 및 이를 위한 블랭크에 관한 것으로, 투명 기판(101) 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막(102)의 패턴을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크(108)에 있어서, 하프톤 위상 시프트막(102)에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛(109)을 조사한 막을 패터닝함으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 하프톤 위상 시프트 마스크이다.
ArF 엑시머 레이저, 하프톤 위상 시프트막, 샘플 챔버, 유리 기판, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크

Description

하프톤 위상 시프트 포토 마스크 및 이를 위한 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크 및 이를 사용한 패턴 형성 방법{HALFTONE PHASE SHIFT PHOTOMASK AND BLANKS FOR HALFTONE PHASE SHIFT PHOTOMASK FOR IT AND PATTERN FORMING METHOD USING THIS}
본 발명은 LSI 등의 고밀도 집적 회로의 제조에 사용되는 포토 마스크 및 이 포토 마스크를 제조하기 위한 포토 마스크용 블랭크 및 이를 사용한 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히 미세한 치수의 투영상을 얻을 수 있는 하프톤 위상 시프트 포토 마스크, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 제조하기 위한 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크 및 이를 사용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
LSI 등의 반도체 집적 회로는 포토 마스크를 사용한 소위 리토그라피(석판 인쇄) 공정을 반복함으로써 제조되는데, 특히 미세한 치수의 형성에는 예를 들어 일본 특허 공개 소58-173744호, 특허 공고 소62-59296호 등에 개시되어 있는 바와 같은 위상 시프트 포토 마스크의 사용이 검토되고, 그 중에서도 예를 들어 미국 특허 제4,890,309호 등에 개시된 바와 같은 소위 하프톤 위상 시프트 포토 마스크가 조기 실용화의 관점으로부터 주목을 끌어, 일본 특허 공개 평5-2259호, 특허 공개 평5-127361호 등과 같이 생산 수율을 향상시키고, 또한 비용을 저감시킨 구성ㆍ재 료에 관하여 몇가지 제안이 이루어져 실용화가 진행되고 있다.
여기서, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 도면에 따라서 간단하게 설명한다. 도14는 하프톤 위상 시프트 리토그라피의 원리를 도시한 도면이고, 도15는 종래의 방법을 도시한 도면이다. 도14의 (a) 및 도15의 (a)는 포토 마스크의 단면도, 도14의 (b) 및 도15의 (b)는 포토 마스크 상에서의 빛의 진폭, 도14의 (c) 및 도15의 (c)는 웨이퍼 상에서의 빛의 진폭, 도14의 (d) 및 도15의 (d)는 웨이퍼 상에서의 빛의 강도를 각각 나타내고, 도면 부호 911 및 921은 투명 기판, 922는 100 % 차광막, 912는 하프톤 위상 시프트막, 913 및 923은 입사광이다. 여기서, 하프톤 위상 시프트막이라 함은 투과하는 노광광의 위상을 동광로 길이의 공기를 통과하는 노광광의 위상에 대하여 사실상 반전하고, 또한 그 강도를 감쇠시키는 기능을 갖는 막이며, 단층 또는 다층에 의해 형성된다. 종래의 방법에 있어서는 도15의 (a)에 도시한 바와 같이, 석영 유리 등으로 이루어지는 기판(921) 상에 크롬 등으로 이루어지는 100 % 차광막(922)을 형성하여 원하는 패턴의 광투과부가 형성되어 있을 뿐이며, 웨이퍼 상의 빛의 강도 분포는 도15의 (d)에 도시한 바와 같이 하부가 확장하게 되어 해상도가 열화되어 버린다. 한편, 하프톤 위상 시프트 리토그라피에서는 반투명막인 하프톤 위상 시프트막(912)을 투과한 빛과 그 개구부를 투과한 빛에서는 위상이 실질적으로 반전되므로, 도14의 (d)에 도시한 바와 같이 웨이퍼 상에서 패턴 경계부의 빛의 강도가 0으로 되어 그 하부의 확장을 억제할 수 있으며, 따라서 해상도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 주목해야 하는 것은 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 효과가 얻어 지기 위해서는 마스크 상에 형성되는 패턴의 치수 정밀도, 위치 정밀도 등 종래의 포토 마스크에 요구되는 여러가지 특성에 부가하여, 그 위상각 및 투과율이 매우 중요해지는 점이며, 또한 이들은 하프톤 위상 시프트막을 형성하는 단층 또는 다층 막의 노광광 파장에서의 굴절율, 소쇠(消衰) 계수, 및 막두께로 결정된다는 점이다.
일반적으로, 위상각에 관해서는 180 °가 최적치로 되지만, 투과율에 관해서는 최적치가 1 내지 20 %(개구부를 100 %) 범위에 있으며, 전사하는 패턴, 전사하는 조건 등에 따라서 결정된다. 하프톤 위상 시프트 포토 마스크에 관해서는 위상각, 투과율 모두 그 최적치로 작성하는 것이 요구되고, 최적치로부터 벗어난 경우에는 적정 노광량 등이 변화하여 치수 정밀도의 저하, 초점 여유도의 저하 등에 이르게 되어 버린다. 따라서, 하프톤 위상 시프트막을 형성하는 단층 또는 다층 막의 굴절율, 소쇠 계수, 및 막두께의 정밀도, 안정성은 당연히 중요하다. 도17 및 도18에 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 사용한 리토그라피에 있어서의 투과율 및 위상차의 변화가 초점 심도, 전사 치수, 베스트 포커스 변화에 미치는 영향을 시뮬레이션한 결과를 도시한다.
그런데, 형성하는 패턴의 미세화에 따라서 리토그라피에 사용되는 노광 파장을 짧게 할 필요가 있는데, 소위 0.25 미크론 디자인 룰을 초과하는 미세화가 진행됨에 따라서 KrF 엑시머 레이저(파장: 248 nm)의 실용화가 시작되고, 또한 치수가 미세화되는 것을 목표로 하여 ArF 엑시머 레이저(파장: 193 nm)의 사용이 검토되고 있다. 하프톤 위상 시프트 마스크에 사용하는 하프톤 위상 시프트막에 관해서도, 이들의 파장에 대하여 최적의 위상각, 투과율을 실현할 수 있고, 또한 안정된 굴절율, 소쇠 계수를 갖는 재료의 개발이 요구된다.
그래서, 구체적으로는 예를 들어 일본 특허 공개 평7-110572호에 개시된 바와 같은 크롬을 주체로 하고 불소를 함유하는 막을 하프톤 위상 시프트막으로 사용하는 것이 제안되어 있는데, 이 막은 상기 파장에 대하여 위상각 및 투과율에 관해 요구되는 범위를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 블랭크의 제조, 마스크 제판 가공 등을 종래형의 포토 마스크의 제조 및 가공 등과 동일하게 행할 수 있다는 잇점이 있어, 조기부터 검토가 개시되어 이미 실용화가 되어 있다.
그러나, 크롬을 주체로 하고 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막은 ArF 엑시머 레이저 등의 노광에 사용되는 노광광의 긴 시간의 조사에 의해, 그 굴절율, 및 소쇠 계수 또는 이들 중 어느 하나가 변화되어 버린다는 문제가 있었다. 이로 인해, 크롬을 주체로 하고 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 사용하여 레지스트 패턴 형성을 행할 때, 그 투과율, 및 위상각 또는 이들 중 어느 하나가 사용할 때마다 변화되어 버린다.
그러나, 상기 도17 및 도18에 도시한 시뮬레이션 결과로부터 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 위상차, 투과율이 약간 변동해도, 전사 치수는 물론이고 포커스 위치, 여유도가 크게 변화되어 버린다.
즉, 이로 인해 이 마스크를 사용할 때마다 적정 노광량이 변화하거나 치수 정밀도의 저하나 초점 여유도의 저하가 발생하고, 또는 일회의 사용중에 있어서도 이들이 변화되어 버릴 가능성이 있어, 패턴 형성 여유도의 감소, 패턴 형상의 열화 가 발생한다.
본 발명은 종래 기술의 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 노광에 사용되는 엑시머 레이저로 긴 시간에 걸쳐서 조사되어도 투과율 및 위상각이 변화하지 않는 하프톤 위상 시프트 포토 마스크, 및 이를 제작하기 위한 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크, 및 이를 사용한 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기의 문제를 감안하여, 노광에 사용되는 엑시머 레이저를 긴 시간에 걸쳐서 조사해도 투과율 및 위상각이 변화하지 않는 하프톤 위상 시프트막을 개발하기 위해 연구한 결과, 완성에 이른 것이다.
즉, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크는 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사함으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크는 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막 상에 보호막을 형성하여 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크는 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사하고, 또한 이 위에 보호막을 형성하여 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 제1 또는 제3 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크에 있어서, 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛의 조사에 의해서, 이 막의 표면에 안정화막이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또, 보호막이 적어도 크롬과 불소를 함유하고, 또한 불소의 함유량이 하프톤 위상 시프트막보다도 적은 것이 바람직하다.
또, 보호막이 투명막인 것이 바람직하고, 예를 들어 실리콘 산화물을 주체로 하는 막을 사용할 수 있다.
본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크는 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막 패턴을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사한 막을 패터닝함으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크는 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막 패턴을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장 의 빛을 상기 하프톤 위상 시프트막을 패터닝한 후에 조사함으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크는 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막 패턴을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막의 패턴 상에 보호막의 패턴을 지님으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 별도의 또 하나의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크는 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막 패턴을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막을 패터닝한 후에 마스크 상면 전체면에 보호막을 형성하여, 하프톤 위상 시프트막의 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 제1 하프톤 위상 시프트 포토 마스크에 있어서, 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사한 후 그 위에 보호막을 형성하고, 그 후 보호막과 하프톤 위상 시프트막을 패터닝함으로써 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제1 하프톤 위상 시프트 포토 마스크에 있어서, 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사한 후 그 막을 패터닝하고, 그 후 보호막을 전체면에 형성함으로써 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감하는 것이 바람직하다.
또, 상기 제2 하프톤 위상 시프트 포토 마스크에 있어서, 패터닝된 하프톤 위상 시프트막에, 이 막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사한 후에 보호막을 전체면에 형성함으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감하는 것이 바람직하다.
또, 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛의 조사에 의해서, 이 막이 외기와 접촉하는 표면에 안정화막이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또, 보호막이 적어도 크롬과 불소를 함유하고, 또한 불소의 함유량이 하프톤 위상 시프트막보다도 적은 것이 바람직하다.
또, 보호막이 투명막인 것이 바람직하고, 예를 들어 실리콘 산화물을 주체로 하는 막을 사용할 수 있다.
또, 패턴을 형성할 때 패턴 크기를 목표 치수보다 작게 하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명은 이상의 하프톤 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성 방법을 포함하는 것이다.
이하, 본 발명에 있어서 상기한 바와 같은 구성을 취하는 이유와 작용에 대하여 설명한다. 우선, 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 엑시머 레이저의 노광에 의한 위상차, 투과율의 변화 상태를 도16의 (a), (b)에 도시한다. 여기서는 도8에 간략도를 도시한 바와 같은 조사 장치를 사용하여, ArF 엑시머 레이저 장치(1)로부터의 ArF 엑시머 레이저광(이하, 간단하게 레이저라고 함)(2)을 펄스 에너지: 0.2 mJ/㎠/pulse, 반복 주파수: 1 kHz, 조사 분위기: 대기의 조건으로 샘플 챔버(3) 내에 배치한 유리 기판(4)측으로부터 조사했을 때의 하프톤 위상 시프트막(5)의 총조사 에너지에 대한 위상차 및 투과율의 변화를 도시하고 있다. 여기서, 위상차 및 투과율은 레이저텍사제의 MPM193 위상차계를 사용하여 측정했다.
상기의 ArF 엑시머 레이저의 조사에 의해, 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막의 위상각, 및 투과율이 변화하는 원인을 조사하기 위해서, 노광광을 조사하기 전 및 후의 상기 하프톤 위상 시프트막의 조성을 X선 광전자 분광법에 의해 분석한 결과를 표1에 나타낸다. 표 중의 수치는 각각의 원자의 존재 비율을 %로 나타내고 있다. 여기서, ArF 엑시머 레이저의 조사 조건은 펄스 에너지: 0.2 mJ/㎠/pulse, 총조사 에너지: 21.6 kJ/㎠, 반복 주파수: 1 kHz, 조사 분위기: 대기이다. X선 광전자 분광은 VG SCIENTIFIC사제의 ESCALAB210을 사용하여 행하였다. 막 내부의 조성에 관해서는 Ar 이온 비임에 의해 막을 하프 엣칭하고 나서 분석을 행하였다.
표1 - 노광광을 조사하기 전후의 막조성(XPS 분석)
Cr F C O
막 표면 노광전 14 27 31 28
노광후 14 17 34 35
막 내부 노광전 25 55 10 10
노광후 25 55 10 10
여기서 명확해지는 바와 같이, ArF 엑시머 레이저의 조사에 의해서 하프톤 위상 시프트막의 막 내부에서는 막조성에는 큰 변화가 발견되지 않는 점에 비해, 그 표면에 있어서는 불소가 감소하고 산소가 증가하는 막질 변화가 발견된다. 즉, 상기의 노광광의 조사에 의한 위상차 및 투과율의 변화는 이 막 표면 근방에서의 막질 변화가 원인이라고 생각된다.
여기서 주목해야 하는 것은, 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의, ArF 엑시머 레이저 등의 노광광 조사에 의한 위상차, 또는 투과율의 변화에 관해서는 도16으로부터 명확해지는 바와 같이 조사 개시부터 총조사 에너지 2.5 kJ/㎠까지는 위상차, 투과율 모두 변화량이 크지만, 총조사 에너지 2.5 kJ/㎠ 이후는 비교적 안정하다. 따라서, 이에 상당하는 ArF 엑시머 레이저 조사를 마스크 제조 공정중에 실시하여 그 표면에서의 막 변화를 사전에 행해 두면, 그 후의 변화량은 매우 적어짐을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 포토 마스크에 관하여, 이 포토 마스크가 노광에 사용되기 전에, 예를 들어 노광광과 동일한 엑시머 레이저 등을 조사함으로써 그 표면 근방의 막질 변화를 발생시켜, 노광 사용 개시후의 위상차, 투과율의 변화를 억제하도록 하고 있다. 이 안정화를 위한 조사에 ArF 엑시머 레이저를 사용하는 경우, 도16으로부터 2.5 kJ/㎠의 총조사 에너지를 사전에 조사하면 충분함을 알 수 있다.
또, 여기서 조사에 관해서는 실제로 노광에 사용하는 것과 동일한 엑시머 레이저를 조사해도 되지만, 실질적으로 하프톤 위상 시프트막이 흡수를 갖는 빛이면 다른 빛이라도 된다. 일예로서 고압 수은등, 크세논 램프, 중수소 램프 등을 광원으로 하는 것도 가능하다. 또한, 하프톤 위상 시프트막에의 조사 방향에 관해서는 막의 표면, 이면의 어느 쪽으로부터라도 효과가 있다. 그리고, 조사를 행하는 분위기에 관해서도 대기중인 것이 바람직하지만, 질소중, 진공중에서도 효과가 있었다. 또, 조사를 행할 때 동시에 가열을 행하는 것도 가능하다. 어떻든 도16에 도시한 바와 같은 총조사 에너지와 투과율, 위상각의 변화와의 상관을 들어, 그 변곡점 이상의 에너지를 조사하면 된다.
여기서, 이 조사는 반드시 포토 마스크의 제조 공정이 종료한 후가 아니라도 좋다. 즉, 이 조사는 이 포토 마스크를 사용하여 레지스트 패턴을 형성하기 전이면 언제라도 행할 수 있다. 예를 들어, 원하는 패턴을 제판하기 전의 포토 마스크용 블랭크의 제조 공정중이더라도 제판한 후와 마찬가지로 효과가 있다. 즉, 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 형성한 후, 포토 마스크가 완성되기 전의 어떠한 공정에 있어서의 조사도 상기 노광에 의한 투과율, 또는 위상각의 변화를 억제할 수 있는 것이다.
그리고, 실제로 본 발명의 이러한 방법으로 위상차, 및 투과율을 안정화시킨 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 제작할 때는 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트막을 성막할 때의 위상각, 및 투과율을 상기의 안정화를 위한 조사에 따른 변화량을 예상하여 제조하는 것이 좋다.
다음에, 본 발명에서는 또한 하프톤 위상 시프트막의 표면에 상기의 막질 변화를 방지하는 보호막을 형성하는 점에 관한 것이다. 표1에 나타나는 표면 근방의 특유한 막질 변화를 방지하는 구조를 형성함에 의해서도, 상기와 마찬가지로 노광광의 조사에 의한 위상각, 및 투과율의 변화를 억제하는 것도 가능하다.
이 보호막으로서는, 예를 들어 Si02막 등의 노광광에 대하여 투명한 막이 바람직하다. 이들 막은 ArF 엑시머 레이저 등의 노광광의 조사에 의해서도 표1에 나타낸 바와 같은 표면의 변화를 발생시키지 않을 뿐만 아니라, 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막에 대해서도 상기와 같은 불소가 감소하고 산소가 증가하는 변질을 발생시키지 않는 보호막의 역할을 다하며, 따라서 노광광의 조사에 의한 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 위상각, 투과율의 변화를 방지할 수 있는 것이다.
보호막으로서는 상기 Si02 이외에, MgF2, CaF2, LiF2, Al2 03, Ti02, ZrO2, HfO2, Ta205, ZnO, Mg0, W205 등의 금속 산화물, 불화물, 또는 CrSi, MoSi, WSi 등 금속 실리사이드의 산화물 등의 투명막을 들 수 있다. 이들 투명 보호막에 관해서는 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트막을 성막한 후이면, 포토 마스크의 제조 공정중 어느 공정에서 성막해도 원하는 효과를 얻을 수 있다.
또, 이 보호막은 예를 들어 Mo, Cr 등의 금속 박막 등과 같은 노광광에 대하여 반투명한 막이더라도 상관없다. 이 경우는 반투명 보호막은 포토 마스크용 블랭크를 원하는 패턴으로 가공하기 전에 성막하고, 하프톤 위상 시프트막의 가공과 동시 또는 별도의 공정에 의해서 동일한 패턴으로 가공하는 것이 바람직하다.
또, 어쨌든 이들 경우의 하프톤 위상 시프트막은 그 투과율, 및 위상각이 보호막을 형성한 경우에 개구부와 패턴부 사이에서 원하는 관계가 되도록 성막되어야 한다. 또, 사전에 원하는 패턴으로 제판된 후에 보호막을 형성할 때와 같이 패턴 을 형성하고 있는 단면에도 부착되는 것이 예상될 때는 단면에의 부착에 따른 전사 치수의 변화도 고려하여, 패턴의 치수에 변조를 가하여 제판을 행하는 것이 요구된다.
또한, 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막이 실질적으로 다층막에 의해 구성되는 경우는 상기의 노광광에 의한 막 표면에서의 변화가 가장 발생하기 어려운 막을 가장 표면에 배치하는 것도 유효하다. 여기서, 적어도 크롬과 불소를 함유하는 막인 경우, 일반적으로는 불소 함유량이 많을수록 상기 노광에 의한 불소의 감소, 산소의 증가 현상은 심하므로, 이 경우 불소 함유량이 적은 막을 표면에 배치하는 것이 바람직하게 된다.
마지막으로, 본 발명의 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막의, ArF 엑시머 레이저 등의 노광광 조사에 따른 투과율, 또는 위상각의 변화를 억제하기 위한 실질적으로 흡수되는 파장의 빛의 조사와 보호막의 형성은 상술한 바와 같이 각각 단독으로 행하여도 충분히 효과가 얻어지지만, 동시에 양 쪽의 적용도 가능하다. 이 경우, 실질적으로 흡수를 갖는 파장의 빛의 조사와 보호막 형성은 어느 쪽을 먼저 행하여도 일반적으로 그 효과에 차이는 발견되지 않는다. 또한, 각각의 처리는 포토 마스크 제조 공정중의 어떠한 공정에서 행하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명은 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 성막한 하프톤 위상 시프트 포토 마스크에 관한 것으로, 이 하프톤 위상 시프트막이 실질적으로 흡수를 갖는 파장의 빛을 조사하여 표면의 막질 을 변화시킴으로써, ArF 엑시머 레이저 등의 노광광 조사에 대하여 투과율, 및 위상차를 안정화시킬 수 있다.
또, 상기 하프톤 위상 시프트 포토 마스크에 관하여, 하프톤 위상 시프트막의 표면에 보호막을 형성함으로써, ArF 엑시머 레이저 등의 노광광 조사에 따른 표면에서의 막질 변화를 방지하고, 노광광 조사에 대하여 투과율, 및 위상차를 안정화시킬 수 있다.
이들 막의 개질 혹은 보호막 형성에 의해, 마스크 보관시, 사용시 또는 사용중의 투과율이나 위상각의 변화가 경감되고, 마스크를 사용할 때마다 적정 노광량이 변화하거나 치수 정밀도가 저하하거나, 또는 초점 여유도가 저하하고 패턴 형성 여유도가 감소하여 패턴 형상이 열화하는 등의 문제가 해결 또는 경감된다.
도1은 본 발명의 제1 실시예의 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크를 제조하는 공정, 및 이를 가공하여 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 얻는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도2는 본 발명의 제2 실시예의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도3은 본 발명의 제3 실시예의 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크를 제조하는 공정, 및 이를 가공하여 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 얻는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도4는 본 발명의 제4 실시예의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 제조 공정 을 설명하기 위한 도면이다.
도5는 본 발명의 제5 실시예의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도6은 본 발명의 제6 실시예의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도7은 본 발명의 제7 실시예의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도8은 ArF 엑시머 레이저 조사 장치의 개략도이다.
도9는 본 발명의 제1 실시예의 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크의 ArF 엑시머 레이저 조사 내성을 나타내는 실험 결과를 도시한 도면이다.
도10은 본 발명의 제3 실시예의 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크의 ArF 엑시머 레이저 조사 내성을 나타내는 실험 결과를 도시한 도면이다.
도11은 본 발명의 제8 실시예의 레지스트 패턴 형성 공정에 있어서 사용하는 노광 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도12는 본 발명의 제1 실시예의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 사용하여 제8 실시예의 레지스트 패턴 형성을 행한 실험 결과를 도시한 도면이다.
도13은 본 발명의 제3 실시예의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 사용하여 제8 실시예의 레지스트 패턴 형성을 행한 실험 결과를 도시한 도면이다.
도14는 하프톤 위상 시프트 리토그라피의 원리를 도시한 도면이다.
도15는 도14에 대하여 종래의 리토그라피 방법을 도시한 도면이다.
도16은 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 엑시머 레이저의 노광에 의한 위상차, 투과율의 변화 상태를 도시한 도면이다.
도17은 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 사용한 리토그라피에 있어서의 투과율의 변화가 초점 심도, 전사 치수에 미치는 영향을 도시한 도면이다.
도18은 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 사용한 리토그라피에 있어서의 위상차의 변화가 초점 심도, 베스트 포커스 변화에 미치는 영향을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크 및 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크의 실시예에 대하여 설명한다.
<제1 실시예>
본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크 및 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 실시예를 도1에 따라서 설명한다. 동도면 (a)에 도시한 바와 같이, 광학 연마되고 잘 세정된 합성 석영 기판(101) 상에 스퍼터링법에 의해 이하에 제시하는 조건으로 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막(102)을 형성함으로써, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(103)를 얻는다.
성막 장치 : DC 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 금속 크롬
가스 및 유량 : 아르곤 가스 76 sccm + 4불화 탄소 가스 24 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전류 : 5.5 암페어
여기서, 성막하는 하프톤 위상 시프트막(102)의 막두께는 135 nm로 했다.
또, 여기서 합성 석영 기판(101) 상에 하프톤 위상 시프트막(102)을 동일 조건에서 동일 막두께로 성막하고, 상용하는 리토그라피법에 의해서 하프톤 위상 시프트막을 패터닝함으로써, 도1의 (b)에 도시한 바와 같은 위상차 투과율 측정용 샘플(104)을 제작하고, 시판되는 위상 시프트 마스크용 위상차계(레이저텍사제 MPM193)로 하프톤 위상 시프트막의 파장 193 nm에서의 위상차 및 투과율을 측정한 결과, 각각 약 182°, 10 %였다.
다음에, 도8에 도시한 조사 장치에 의해 도1의 (c)에 도시한 바와 같이 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크(103)에 파장 193 nm의 레이저광(109)을 조사하여, 도1의 (d)에 도시한 바와 같은 포토 마스크 사용시의 광학 특성 변화가 경감되는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크(105)를 얻었다. 여기서, 조사 조건은 이하와 같다.
광원 : ArF 엑시머 레이저
조사 분위기 : 질소 : 산소 = 80 : 20
펄스 에너지 : 0.2 mJ/㎠/펄스
총에너지 : 2.5 kJ/㎠
여기서, 레이저의 조사는 기판(101) 방향으로부터 행하고 있다.
또, 상기 위상차 투과율 측정용 샘플(104)을 상기 조건으로 조사한 후, 그 파장 193 nm에서의 위상차 및 투과율을 측정한 결과, 각각 약 180°, 11.5 %였다.
이와 같이 하여 얻어진 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(105)의 ArF 엑시머 레이저 조사에 의한 투과율의 변화를 도9에 도시한다. 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(105)는 도16에서 도시한 광학 특성의 변화를 사전에 행하여 안정 영역에 도달하고 있으므로, 패터닝을 행하여 포토 마스크로 가공한 후의 전사 사용 도중에서의 위상차, 투과율의 변화가 적어 실용성이 향상되어 있음을 알 수 있다.
다음에, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크를 패터닝하여 포토 마스크로 가공하는 공정의 설명을 행한다. 도1의 (e)에 도시한 바와 같이, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(105) 상에 시판되는 전자선 레지스트(니혼 제온사제 ZEP7000)를 베이킹한 후의 막두께가 300 nm가 되도록 도포하고, 계속해서 110 ℃에서 20분간 베이킹을 행함으로써 전자선 레지스트막(106)을 얻는다. 그리고, 포토 마스크용 전자선 묘화 장치에 의해 원하는 패턴의 잠상을 얻은 후, 전용 현상액 ZED500으로 현상 처리를 행하여 원하는 레지스트 패턴(107)을 얻는다.
이 레지스트 패턴(107)을 마스크로 하여 이하의 조건으로 반응성 이온 엣칭을 행하고, 하프톤 위상 시프트막(102)[도1의 (a)]의 드라이 엣칭을 행한다.
엣칭 장치 : 평행 평판 반응성 이온 엣칭 장치
가스 및 유량 : 디클로로메탄 30 sccm + 산소 60 sccm
엣칭 압력 : 200 밀리토르
엣칭 전력 : 300 와트
엣칭 종료 후 자외선을 조사하면서 오존에 의해 표면 처리를 행함으로써, 불 필요한 레지스트를 제거하여 도1의 (f)에 도시한 바와 같은 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(108)를 얻는다.
이와 같이 하여 얻어진 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(108)는 도9에 도시한 바와 같이 광학 특성이 안정되어 있는 블랭크를 사용하여 제작하고 있으므로, 전사 사용 도중에서의 위상차, 투과율의 변화가 적어 실용성이 향상된다.
<제2 실시예>
다음에, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 실시예를 도2에 따라서 설명한다. 제1 실시예와 마찬가지로, 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 광학 연마되고 잘 세정된 합성 석영 기판(201) 상에 스퍼터링법에 의해 이하에 제시하는 조건으로 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막(202)을 형성함으로써, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(203)를 얻는다.
성막 장치 : DC 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 금속 크롬
가스 및 유량 : 아르곤 가스 76 sccm + 4불화 탄소 가스 24 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전류 : 5.5 암페어
여기서, 성막하는 하프톤 위상 시프트막(202)의 막두께는 135 nm로 했다.
다음에, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이, 이 블랭크(203) 상에 시판되는 전자선 레지스트(니혼 제온사제 ZEP7000)를 베이킹한 후의 막두께가 300 nm가 되도록 도포하고, 계속해서 110 ℃에서 20분간 베이킹을 행함으로써 전자선 레지스트막(204)을 얻는다. 그리고, 포토 마스크용 전자선 묘화 장치에 의해 원하는 패턴의 잠상을 얻은 후, 전용 현상액 ZED500으로 현상 처리를 행하여 원하는 레지스트 패턴(205)을 얻는다.
이 레지스트 패턴(205)을 마스크로 하여 이하의 조건으로 반응성 이온 엣칭을 행하고, 하프톤 위상 시프트막(202)[도2의 (a)]의 드라이 엣칭을 행한다.
엣칭 장치 : 평행 평판 반응성 이온 엣칭 장치
가스 및 유량 : 디클로로메탄 30 sccm + 산소 60 sccm
엣칭 압력 : 200 밀리토르
엣칭 전력 : 300 와트
엣칭 종료 후 자외선을 조사하면서 오존에 의해 표면 처리를 행함으로써, 불필요한 레지스트를 제거하여 도2의 (c)에 도시한 바와 같은 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(206)를 얻는다.
다음에, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(206)를 잘 세정한 후, 제1 실시예와 마찬가지로 도8에 도시한 조사 장치에 의해 파장 193 nm의 레이저광(208)을 조사하여, 도2의 (d)에 도시한 바와 같은 포토 마스크 사용시의 광학 특성 변화가 경감되는 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(207)를 얻는다. 여기서, 조사 조건은 제1 실시예와 동일하다.
이와 같이 하여 얻어진 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(207)는 도16에서 도시한 광학 특성의 변화를 사전에 행하여 안정 영역에 도달하고 있으므로, 사용 도중에서의 위상차, 투과율의 변화가 적어 실용성이 향상된다.
<제3 실시예>
다음에, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크 및 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 실시예를 도3에 따라서 설명한다. 도3의 (a)에 도시한 바와 같이, 광학 연마되고 잘 세정된 합성 석영 기판(301) 상에 스퍼터링법에 의해 이하에 제시하는 조건으로 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막(302)을 형성한다.
성막 장치 : DC 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 금속 크롬
가스 및 유량 : 아르곤 가스 76 sccm + 4불화 탄소 가스 24 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전류 : 5.5 암페어
여기서, 성막하는 하프톤 위상 시프트막(302)의 막두께는 130 nm로 했다.
그리고, 계속해서 이 위에 이하의 조건으로 Si02 보호막(303)을 형성함으로써, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(304)를 얻는다.
성막 장치 : RF 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 이산화규소
가스 및 유량 : 아르곤 가스 50 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전력 : 1 킬로와트
여기서, 성막하는 보호막(303)의 막두께는 20 nm로 했다.
또, 여기서 합성 석영 기판(301) 상에 하프톤 위상 시프트막(302) 및 보호막(303)을 동일 조건에서 동일 막두께로 성막하고, 상용하는 리토그라피법에 의해서 보호막(303) 및 하프톤 위상 시프트막(302)을 연속적으로 패터닝함으로써, 도3의 (b)에 도시한 바와 같은 위상차 투과율 측정용 샘플(305)을 제작하고, 시판되는 위상 시프트 마스크용 위상차계(레이저텍사제 MPM193)로 하프톤 위상 시프트막의 파장 193 nm에서의 위상차 및 투과율을 측정한 결과, 각각 약 180°, 12 %였다.
이와 같이 하여 얻어진 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(304)의 ArF 엑시머 레이저 조사에 의한 투과율 변화를 도10에 도시한다. 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(304)는 표면에 보호막을 형성함으로써 도16에서 도시한 광학 특성의 변화를 방지하고 있으므로, 패터닝을 행하여 포토 마스크로 가공한 후의 전사 사용 도중에서의 표1에 나타낸 바와 같은 표면의 조성 변화가 발생하지 않고, 그 결과 위상차, 투과율의 변화가 적어 실용성이 향상되어 있음을 알 수 있다.
다음에, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(304)를 패터닝하여 포토 마스크로 가공하는 공정의 설명을 행한다. 도3의 (c)에 도시한 바와 같이, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(304) 상에 시판되는 전자선 레지스트(니혼 제온사제 ZEP7000)를 베이킹한 후의 막두께가 300 nm가 되도록 도포하고, 계속해서 110 ℃에서 20분간 베이킹을 행함으로써 전자선 레지스트막(306)을 얻는다. 그리 고, 포토 마스크용 전자선 묘화 장치에 의해 원하는 패턴의 잠상을 얻은 후, 전용 현상액 ZED500으로 현상 처리를 행하여 원하는 레지스트 패턴(307)을 얻는다.
이 레지스트 패턴(307)을 마스크로 하여 이하의 두가지 조건으로 반응성 이온 엣칭을 행하고, 보호막(303) 및 하프톤 위상 시프트막(302)[도3의 (a)]의 드라이 엣칭을 계속해서 행한다.
엣칭 장치 : 평행 평판 반응성 이온 엣칭 장치
조건 1
가스 및 유량 : 4불화 탄소 100 sccm
엣칭 압력 : 200 밀리토르
엣칭 전력 : 300 와트
조건 2
가스 및 유량 : 디클로로메탄 30 sccm + 산소 60 sccm
엣칭 압력 : 200 밀리토르
엣칭 전력 : 300 와트
엣칭 종료 후 자외선을 조사하면서 오존에 의해 표면 처리를 행함으로써, 불필요한 레지스트를 제거하여 도3의 (d)에 도시한 바와 같은 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(308)를 얻는다.
이와 같이 하여 얻어진 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(308)는 표면에 보호막을 형성함으로써 도16에서 도시한 광학 특성의 변화를 방지하고 있으므로, 전사 사용 도중에서의 위상차, 투과율의 변화가 적어 실용성이 향상된다.
<제4 실시예>
다음에, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크의 실시예를 도4에 따라서 설명한다. 도4의 (a)에 도시한 바와 같이, 광학 연마되고 잘 세정된 합성 석영 기판(401) 상에 스퍼터링법에 의해 이하에 제시하는 조건으로 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막(402)을 형성함으로써, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(403)를 얻는다.
성막 장치 : DC 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 금속 크롬
가스 및 유량 : 아르곤 가스 76 sccm + 4불화 탄소 가스 24 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전류 : 5.5 암페어
여기서, 성막하는 하프톤 위상 시프트막(402)의 막두께는 135 nm로 했다.
다음에, 도4의 (b)에 도시한 바와 같이, 이 블랭크(403) 상에 시판되는 전자선 레지스트(니혼 제온사제 ZEP7000)를 베이킹한 후의 막두께가 300 nm가 되도록 도포하고, 계속해서 110 ℃에서 20분간 베이킹을 행함으로써 전자선 레지스트막(404)을 얻는다. 그리고, 포토 마스크용 전자선 묘화 장치에 의해 원하는 패턴의 잠상을 얻은 후, 전용 현상액 ZED500으로 현상 처리를 행하여 원하는 레지스트 패턴(405)을 얻는다.
이 레지스트 패턴(405)을 마스크로 하여 이하의 조건으로 반응성 이온 엣칭을 행하고, 하프톤 위상 시프트막(402)[도4의 (a)]의 드라이 엣칭을 행한다.
엣칭 장치 : 평행 평판 반응성 이온 엣칭 장치
가스 및 유량 : 디클로로메탄 30 sccm + 산소 60 sccm
엣칭 압력 : 200 밀리토르
엣칭 전력 : 300 와트
엣칭 종료 후 자외선을 조사하면서 오존에 의해 표면 처리를 행함으로써, 불필요한 레지스트를 제거하여 도4의 (c)에 도시한 바와 같은 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(406)를 얻는다.
다음에, 도4의 (d)에 도시한 바와 같이, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(406) 상에 이하의 조건으로 보호막(407)을 형성하여, 보호막이 부착된 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(408)를 얻는다.
성막 장치 : RF 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 이산화규소
가스 및 유량 : 아르곤 가스 50 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전력 : 1 킬로와트
여기서, 성막하는 보호막(407)의 막두께는 20 nm로 했다.
이와 같이 하여 얻어진 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(408)는 도10에 도시한 바와 같은 ArF 엑시머 레이저의 조사에 대하여 광학 특성이 안정되어 있는 블랭크를 사용하여 제작하고 있으므로, 전사 사용 도중에서의 위상차, 투과율의 변화가 적어 실용성이 향상된다.
<제5 실시예>
다음에, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 실시예를 도5에 따라서 설명한다. 도5의 (a)에 도시한 바와 같이, 제2 실시예와 마찬가지로 광학 연마되고 잘 세정된 합성 석영 기판(501) 상에 스퍼터링법에 의해 이하에 제시하는 조건으로 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막(502)을 형성함으로써, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(503)를 얻는다.
성막 장치 : DC 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 금속 크롬
가스 및 유량 : 아르곤 가스 76 sccm + 4불화 탄소 가스 24 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전류 : 5.5 암페어
여기서, 성막하는 하프톤 위상 시프트막(502)의 막두께는 135 nm로 했다.
다음에, 도5의 (b)에 도시한 바와 같이, 이 블랭크(503) 상에 시판되는 전자선 레지스트(니혼 제온사제 ZEP7000)를 베이킹한 후의 막두께가 300 nm가 되도록 도포하고, 계속해서 110 ℃에서 20분간 베이킹을 행함으로써 전자선 레지스트막(504)을 얻는다. 그리고, 포토 마스크용 전자선 묘화 장치에 의해 원하는 패턴의 잠상을 얻은 후, 전용 현상액 ZED500으로 현상 처리를 행하여 원하는 레지스트 패턴(505)을 얻는다.
이 레지스트 패턴(505)을 마스크로 하여 이하의 조건으로 반응성 이온 엣칭을 행하고, 하프톤 위상 시프트막(502)[도5의 (a)]의 드라이 엣칭을 행한다.
엣칭 장치 : 평행 평판 반응성 이온 엣칭 장치
가스 및 유량 : 디클로로메탄 30 sccm + 산소 60 sccm
엣칭 압력 : 200 밀리토르
엣칭 전력 : 300 와트
엣칭 종료 후 자외선을 조사하면서 오존에 의해 표면 처리를 행함으로써, 불필요한 레지스트를 제거하여 도5의 (c)에 도시한 바와 같은 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(506)를 얻는다.
다음에, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(506)를 잘 세정한 후, 제1, 제2 실시예와 마찬가지로 도8에 도시한 조사 장치에 의해 파장 193 nm의 레이저광(508)을 조사하여, 도5의 (d)에 도시한 바와 같은 포토 마스크 사용시의 광학 특성 변화가 경감되는 하프톤 위상 시프트 마스크(507)를 얻는다. 여기서, 조사 조건은 제1, 제2 실시예와 동일하다.
다음에, 도5의 (e)에 도시한 바와 같이, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(507) 상에 이하의 조건으로 Si02 보호막(509)을 전체면에 형성함으로써, 보호막이 부착된 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(510)를 얻는다.
성막 장치 : RF 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 이산화규소
가스 및 유량 : 아르곤 가스 50 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전력 : 1 킬로와트
여기서, 성막하는 보호막(509)의 막두께는 20 nm로 했다.
이와 같이 하여 얻어진 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(510)는 표면에 보호막(509)을 형성함으로써 도16에서 도시한 광학 특성의 변화를 방지하고 있으므로, 전사 사용 도중에서의 위상차, 투과율의 변화가 적어 실용성이 향상된다.
<제6 실시예>
다음에, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크의 실시예를 도6에 따라서 설명한다. 도6의 (a)에 도시한 바와 같이, 제2 실시예와 마찬가지로 광학 연마되고 잘 세정된 합성 석영 기판(601) 상에 스퍼터링법에 의해 이하에 제시하는 조건으로 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막(602)을 형성함으로써, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(603)를 얻는다.
성막 장치 : DC 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 금속 크롬
가스 및 유량 : 아르곤 가스 76 sccm + 4불화 탄소 가스 24 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전류 : 5.5 암페어
여기서, 성막하는 하프톤 위상 시프트막(602)의 막두께는 130 nm로 했다.
그리고, 계속해서 도6의 (b)에 도시한 바와 같이, 이 위에 이하의 조건으로 Si02 보호막(604)을 형성함으로써, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(605) 를 얻는다.
성막 장치 : RF 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 이산화규소
가스 및 유량 : 아르곤 가스 50 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전력 : 1 킬로와트
여기서, 성막하는 보호막(604)의 막두께는 20 nm로 했다.
다음에, 도6의 (c)에 도시한 바와 같이, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(605) 상에 시판되는 전자선 레지스트(니혼 제온사제 ZEP7000)를 베이킹한 후의 막두께가 300 nm가 되도록 도포하고, 계속해서 110 ℃에서 20분간 베이킹을 행함으로써 전자선 레지스트막(606)을 얻는다. 그리고, 포토 마스크용 전자선 묘화 장치에 의해 원하는 패턴의 잠상을 얻은 후, 전용 현상액 ZED500으로 현상 처리를 행하여 원하는 레지스트 패턴(607)을 얻는다.
이 레지스트 패턴(607)을 마스크로 하여 이하의 두가지 조건으로 반응성 이온 엣칭을 행하고, 보호막(604) 및 하프톤 위상 시프트막(602)[도6의 (a), (b)]의 드라이 엣칭을 계속해서 행한다.
엣칭 장치 : 평행 평판 반응성 이온 엣칭 장치
조건 1
가스 및 유량 : 4불화 탄소 1OO sccm
엣칭 압력 : 200 밀리토르
엣칭 전력 : 300 와트
조건 2
가스 및 유량 : 디클로로메탄 30 sccm + 산소 60 sccm
엣칭 압력 : 200 밀리토르
엣칭 전력 : 300 와트
엣칭 종료 후 자외선을 조사하면서 오존에 의해 표면 처리를 행함으로써, 불필요한 레지스트를 제거하여 도6의 (d)에 도시한 바와 같은 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(608)를 얻는다.
또, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(608)를 잘 세정한 후, 제1 실시예와 마찬가지로 도8에 도시한 조사 장치에 의해 도6의 (e)에 도시한 바와 같이 파장 193 nm의 레이저광(610)을 조사하여, 도6의 (f)에 도시한 바와 같은 포토 마스크 사용시의 광학 특성 변화가 경감되는 하프톤 위상 시프트 마스크(609)를 얻는다. 여기서, 조사 조건은 제1 실시예와 동일하다.
이와 같이 하여 얻어진 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(609)는 도16에서 도시한 광학 특성의 변화를 사전에 행하여 안정 영역에 도달하고 있으므로, 사용 도중에서의 위상차, 투과율의 변화가 적어 실용성이 향상된다.
<제7 실시예>
다음에, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크의 실시예를 도7에 따라서 설명한다. 도7의 (a)에 도시한 바와 같이, 제2 실시예와 마찬가지로 광학 연마되고 잘 세정된 합성 석영 기판(701) 상에 스퍼터링법에 의해 이하에 제 시하는 조건으로 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막(702)을 형성함으로써, 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(703)를 얻는다.
성막 장치 : DC 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 금속 크롬
가스 및 유량 : 아르곤 가스 76 sccm + 4불화 탄소 가스 24 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전류 : 5.5 암페어
여기서, 성막하는 하프톤 위상 시프트막(702)의 막두께는 135 nm로 했다.
다음에, 도7의 (b)에 도시한 바와 같이, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크(703) 상에 시판되는 전자선 레지스트(니혼 제온사제 ZEP7000)를 베이킹한 후의 막두께가 300 nm가 되도록 도포하고, 계속해서 110 ℃에서 20분간 베이킹을 행함으로써 전자선 레지스트막(704)을 얻는다. 그리고, 포토 마스크용 전자선 묘화 장치에 의해 원하는 패턴의 잠상을 형성하는데, 여기서 패턴의 개구부 치수를 본래의 개구부 치수보다 크게 형성한다. 그 후, 전용 현상액 ZED500으로 현상 처리를 행하여 원하는 개구부 치수보다도 큰 개구부를 갖는 레지스트 패턴(705)을 얻는다.
이 레지스트 패턴(705)을 마스크로 하여 이하의 조건으로 반응성 이온 엣칭을 행하고, 하프톤 위상 시프트막(702)[도7의 (a)]의 드라이 엣칭을 행한다.
엣칭 장치 : 평행 평판 반응성 이온 엣칭 장치
가스 및 유량 : 디클로로메탄 30 sccm + 산소 60 sccm
엣칭 압력 : 200 밀리토르
엣칭 전력 : 300 와트
엣칭 종료 후 자외선을 조사하면서 오존에 의해 표면 처리를 행함으로써, 불필요한 레지스트를 제거하여 도7의 (c)에 도시한 바와 같은 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(706)를 얻는다. 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(706)는 도7의 (d)에 도시한 바와 같은 원하는 치수의 개구부(709)를 갖는 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(711)의 경우보다도 큰 개구부(710)를 갖는다.
다음에, 도7의 (e)에 도시한 바와 같이, 이 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(706) 상에 이하의 조건으로 보호막(707)을 형성하여, 보호막이 부착된 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(708)를 얻는다.
성막 장치 : RF 마그네트론 스퍼터 장치
타겟 : 이산화규소
가스 및 유량 : 아르곤 가스 50 sccm
스퍼터 압력 : 3.0 밀리토르
스퍼터 전력 : 1 킬로와트
여기서, 성막하는 보호막(707)의 막두께는 상술한 개구부가 패턴 단면부에 보호막이 부착됨으로써 원하는 패턴 개구 치수로 되는 만큼으로 한다.
본 실시예에서는 하프톤 위상 시프트막(702)의 패터닝을 행할 때 개구부 치수를 원하는 값보다 편측(片側) 20 nm 크게 제작하고, 보호막(707)을 50 nm의 막두께로 형성하여 원하는 개구부 치수를 얻을 수 있었다.
이와 같이 하여 얻어진 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(708)는 표면에 보호막(707)을 형성함으로써 도16에서 도시한 광학 특성의 변화를 방지하고 있으므로, 전사 사용 도중에서의 위상차, 투과율의 변화가 적어 실용성이 향상된다.
<제8 실시예>
본 발명에 의한 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 사용하여, 웨이퍼 상에 레지스트 패턴을 형성하는 방법을 도11에 따라서 설명한다. 본 발명에 의한 하프톤 위상 시프트 포토 마스크(10)를 도11에 도시한 바와 같은 구성의 반도체 노광 장치에 설치하고, 하프톤 마스크 패턴을 파장 193 nm의 ArF 엑시머 레이저(11)를 이용하여 레지스트를 도포한 웨이퍼(12) 상에 투영 노광했다. 웨이퍼(12)에는 닛산 가가꾸사제의 DUV-30을 도포하고 소정의 온도에서 베이킹을 행하고, 니혼 제온사제의 ZAF001을 도포하고 소정의 온도에서 베이킹을 행하였다. 그 후, 도11의 파장 193 nm의 ArF 엑시머 레이저 노광 장치로 노광하고, 소정의 온도에서 베이킹을 행하고, 현상을 행하였다.
목표 치수 0.15 ㎛의 패턴에 착안하여 긴 시간 노광을 행하였지만, 치수나 초점 심도의 두드러진 변화는 일어나지 않았다.
본 발명의 제1 실시예의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 사용했을 때의 전사 결과를 도12에, 그리고 제3 실시예의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 사용했을 때의 전사 결과를 도13에 도시한다.
본 발명의 마스크에 조사한 노광량은 15 kJ/㎠인데, 이것은 통상의 반도체 노광으로 1.5년분에 상당한다. 에너지선의 조사에 의해 하프톤 마스크의 내구성이 확보되는 것을 나타내고 있다.
이상의 설명으로부터 명확해지는 바와 같이, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크, 및 하프톤 위상 시프트 포토 마스크용 블랭크에 의하면, 마스크 사용시의 노광광의 조사에 의해서 발생하는 하프톤 위상 시프트막의 개질을 실용에 사용하기 전에 발생시켜 안정화시키거나, 또는 개질을 발생시키지 않기 위한 보호막을 형성하거나, 또는 그 양 쪽의 수단을 함께 이용함으로써 마스크 사용시의 위상차, 투과율의 변화를 저감할 수 있고, 그 결과 실용성이 우수한 최적의 하프톤 위상 시프트 포토 마스크를 얻을 수 있다.

Claims (20)

  1. 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사함으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크.
  2. 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막 상에 보호막을 형성하여 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감하고, 상기 보호막이 크롬과 불소를 함유하는 막인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크.
  3. 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사하고, 또한 이 위에 보호막을 형성하여 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛의 조사에 의해서 이 막의 표면에 안정화막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보호막은 적어도 크롬과 불소를 함유하고，또한 불소의 함유량이 상기 하프톤 위상 시프트막보다도 적은 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보호막은 투명막인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보호막은 실리콘 산화물을 주체로 하는 막인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크.
  8. 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막 패턴을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사한 막을 패터닝함으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  9. 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막 패턴을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 상기 하프톤 위상 시프트막을 패터닝한 후에 조사함으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  10. 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막 패턴을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막 패턴 상에 보호막의 패턴을 지님으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감하며, 상기 보호막이 크롬과 불소를 함유하는 막인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  11. 투명 기판 상에 적어도 크롬과 불소를 함유하는 하프톤 위상 시프트막 패턴을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막을 패터닝한 후에 마스크 상면 전체면에 보호막을 형성하여, 하프톤 위상 시프트막의 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  12. 제8항에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사한 후 그 위에 보호막을 형성하고, 그 후 보호막과 하프톤 위상 시프트막을 패터닝함으로써 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  13. 제8항에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사한 후 그 막을 패터닝하고, 그 후 보호막을 전체면에 형성함으로써 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  14. 제9항에 있어서, 패터닝된 상기 하프톤 위상 시프트막에, 이 막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛을 조사한 후에 보호막을 전체면에 형성함으로써, 노광용 엑시머 레이저 조사에 있어서의 광학 특성 변화를 저감한 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  15. 제8항, 제9항, 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 빛의 조사에 의해서, 이 막이 외기와 접촉하는 표면에 안정화막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  16. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호막은 적어도 크롬과 불소를 함유하고, 또한 불소의 함유량이 상기 하프톤 위상 시프트막보다도 적은 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  17. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호막은 투명막인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  18. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호막은 실리콘 산화물을 주체로 하는 막인 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  19. 제9항, 제10항, 제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 패턴을 형성할 때 패턴 크기를 목표 치수보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
  20. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 하프톤 위상 시프트 마스크를 사용하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
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