KR100884593B1 - 하프톤 위상 시프트 포토마스크 및 하프톤 위상 시프트포토마스크용 블랭크 - Google Patents

하프톤 위상 시프트 포토마스크 및 하프톤 위상 시프트포토마스크용 블랭크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포토마스크 및 포토마스크 제조용 포토마스크 블랭크에 관한 것으로, 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트층과 차광막이 차례로 적층되어 있고, 상기 차광막이 탄탈을 주성분으로 하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어지는 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크를 제공한다.
하프톤 위상 시프트 포토마스크, 블랭크, 건식 식각, 투명 기판, 탄탈, 크롬, 실리사이드, 산화막, 차광막

Description

하프톤 위상 시프트 포토마스크 및 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크 {HALFTONE PHASE SHIFT PHOTOMASK AND BLANK FOR HALFTONE PHASE SHIFT PHOTOMASK}
도 1은 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크의 제1 실시형태의 단면도.
도 2는 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크의 제2 실시형태의 단면도.
도 3은 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제1 실시형태의 단면도.
도 4는 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제2 실시형태의 단면도.
도 5는 도 3에 나타낸 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제조 공정 단면도.
도 6은 도 4에 나타낸 제2 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제조 공정 단면도.
도 7(a)는 비교예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 단면도이고, 도 7(b)는 비교예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크의 단면도.
도 8은 하프톤 위상 시프트법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 종래의 방법에 따른 마스크를 사용한 전사법[투영노광법(投影露光法)]을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 LSI, 초 LSI와 같은 고밀도 집적회로 등의 제조에 이용되는 포토마스크 및 그것을 제조하기 위한 포토마스크 블랭크(blank)에 관한 것으로, 특히 미세한 치수의 투영상이 얻어지는 하프톤 위상 시프트 포토마스크 및 이 위상 시프트 포토마스크를 제조하기 위한 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크에 관한 것이다.
IC, LSI, 초 LSI 등의 반도체 집적회로는 포토마스크를 사용한 리소그래피 공정을 반복함으로써 제조되지만, 특히 미세한 치수의 형성에는 예를 들면 EP 0 090 924 A2(JP-A-58-173744, JP-B-62-59296)에 제시되어 있는 바와 같은 위상 시프트 포토마스크의 사용이 검토되고 있다.
위상 시프트 포토마스크에는 여러 가지 구조로 이루어진 것이 제안되어 있으나, 그 중에도 예를 들면 JP-A-4-136854, 미국특허 제4,890,309호에 기재된 바와 같은 하프톤 위상 시프트 포토마스크가 조기 실용화의 관점에서 주목을 끌고 있다.
그리고, JP-A-5-2259, JP-A-5-127361에 기재된 바와 같이, 제조 공정수의 감소에 의한 수율의 향상, 비용의 저감 등이 가능한 구조 및 재료에 관하여 몇 가지가 제안되어 있다.
이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 이 하프톤 위상 시프트 포토마스크는 투명 기판, 하프톤 위상 시프트막 및 필요에 따라 차광막(遮光膜)을 구비하여 이루 어지는 것이다.
그런데 하프톤 위상 시프트 리소그래피에 있어서는, 스테퍼나 스캐너에 의한 축차(逐次) 전사노광(轉寫露光) 시에 웨이퍼 상의 인접한 쇼트(shot)(1회의 노광으로 전사되는 범위)가 서로 겹치는 영역을 가지지만, 종래형의 크롬 마스크와 달리 잔여 패턴부도 반투명하므로 반복 다중 노광됨으로써 감광되어 버린다.
또한, 하프톤 위상 시프트 리소그래피에 있어서는, 웨이퍼 전사 시에 전사하는 노광 패턴의 근방에 광 강도의 2차 피크(subpeak)가 발생하고 이것이 본래 발생시키고자 하는 노광 패턴을 변형시키는 문제가 있었다.
이 문제는 특히 큰 이탈 패턴(come-off pattern)의 근방에서 현저하며, 위상 시프트 리소그래피 기술을 이용하지 않고 충분히 해상이 가능한 큰 이탈 패턴에 있어서는 오히려 종래형의 크롬 마스크보다 전사 특성이 나빠진다.
이러한 문제에 대한 대책으로는 패터닝된 하프톤 위상 시프트막 및 차광막(실질적으로 완전한 차광을 제공하는 막 및 높은 콘트라스트가 얻어지는 막을 포함하고, 이하 본 명세서에서 "차광층" 또는 "실질적인 차광막"이라고 함)을 차례로 적층한 하프톤 위상 시프트 마스크를 웨이퍼에 대한 전사에 사용하는 하프톤 위상 시프트 리소그래피법이 일반적으로 채택되고 있다.
이와 같은 차광막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크는 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트막과 차광막이 차례로 적층된 블랭크를 사용하여, 하프톤 위상 시프트막의 패터닝 가공과는 별도로 차광막을 가공하여 제조된다.
이하에서 차광막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크를 제조하기 위한 종래의 일반적 방법을 간단히 설명한다.
먼저, 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트막과 차광막이 차례로 적층된 블랭크 상에 통상적인 리소그래피 방법으로 원하는 제1 레지스트 패턴을 형성한 후, 차광막과 하프톤 위상 시프트막을 연속적으로 식각하는 제1 단계의 식각 공정에 의해 하프톤 위상 시프트 패턴과 차광막의 패턴 모두를 내식각(耐蝕刻) 마스크로서 상기 제1 레지스트 패턴을 사용하여 식각한다.
이어서, 제1 레지스트 패턴을 제거하고 세정한 후, 다시 통상적인 리소그래법으로 제2 레지스트 패턴을 형성하고, 제2 레지스트 패턴을 내식각 마스크로 하여 차광막만을 식각하여 패터닝하는 제2 단계의 식각 공정을 행하여 차광막의 패턴을 형성한다.
제1 단계의 식각 공정에서는 마스크 상에 형성되는 모든 패턴이 형성되고, 제2 단계의 식각 공정에서는 하프톤 위상 시프트 효과가 요구되는 영역에서만 차광막이 제거되도록 패턴이 형성된다.
그런데 하프톤 위상 시프트막에 사용되는 박막 재료로서는 그것의 성막 특성, 패턴 가공 특성, 패턴 가공 후의 화학적 안정성, 내구성 등이 우수한 점 때문에, 예를 들면 JP-A-7-134396, JP-A-7-281414에 예시된 바와 같이 탄탈의 산화 또는 질화막, JP-A-6-83027에 제시된 바와 같은 탄탈실리사이드계 재료막이나 JP-A-6-332152, 미국특허 제5474864호(JP-A-7-140635) 및 미국특허 제5482799(JP-A-7-168343)에 제시된 바와 같은 몰리브덴실리사이드계 재료막 등의 금속 실리사이드계 재료막, JP-A-7-5676, JP-A-6-308713, JP-A-7-28224 및 JP-A-7-110572에 제시된 바 와 같은 크롬계 재료막 등, 여러 가지 재료가 제안되어 이미 실용화되고 있다.
한편, 차광막(차광막 또는 높은 콘트라스트가 얻어지는 막재료)로서는 그것의 성막 특성, 가공성, 막의 안정성 등으로부터 크롬계 막이 사용되고 있다.
그러나, 하프톤 위상 시프트막의 가공에는 통상 건식 식각(dry etching)법이 사용되지만, 크게 나누어 염소계 건식 식각과 불소계 건식 식각을 구분하여 사용할 필요가 있고, 어느 것을 사용하는가는 전술한 재료계에 따라 결정된다.
하프톤 위상 시프트막이 크롬계 재료의 경우는 염소계의 건식 식각을 사용하는 것에 반해, 탄탈실리사이드계, 몰리브덴실리사이드계 등의 금속 실리사이드계 막 및 탄탈계 막의 경우는 일부 염소계 건식 식각을 사용하는 경우도 있으나, 일반적으로는 불소계 건식 식각을 행하는 일이 많다.
이에 대해 차광막(차광막 또는 높은 콘트라스트가 얻어지는 막)으로서 사용되는 크롬계 재료는 염소계가 아니면 건식 식각을 할 수 없고, 하프톤 위상 시프트 막으로 하는 실리사이드를 불소계로 건식 식각할 때 하나의 식각실에서 처리할 경우, 전술한 차광막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크의 종래의 일반적인 제조 방법에 있어서는 제1 단계의 식각 공정의 도중에 가스를 바꿔 넣을 필요가 있어 공정이 복잡해지고, 식각 장치의 구성도 복잡하게 되어 품이 많이 들어간다는 문제가 있었다.
식각실을 두 개 준비하고, 한 쪽의 식각실에서 차광막을 건식 식각한 후, 다른 한 쪽의 식각실로 처리 기판을 이동하여 실리사이드의 건식 식각을 행하도록, 제1 단계의 식각 공정을 연구할 수도 있으나, 즉 제1 단계의 식각 공정을 도중에 중단하고 기판을 이동하는 등의 연구를 채택할 수도 있으나, 장치 구성이 복잡해지고 장치 비용이 상승한다.
이와 같이 하프톤 위상 시프트 마스크에 있어서는 하프톤 위상 시프트막의 재료계에 의존하지 않고 차광막(차광막 또는 높은 콘트라스트가 얻어지는 막)과 하프톤 위상 시프트막을 동일 계통의 건식 식각으로 행하는 것이 요구되어 왔다.
따라서 본 발명은 새로운 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 제공하도록 하는 것이다. 본 발명은 또한, 공정을 복잡하게 만들지 않으며, 식각 장치의 구조도 복잡하지 않게 하고 건식 식각 가공이 가능한 구조의 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 제공하도록 하는 것이다. 본 발명은 또한, 그와 같은 가공을 가능하게 하는 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크를 제공하는 것이다.
본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크는 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트층과 실질적인 차광막이 적층되어 있는 하프톤 위상 시프트 포토마스크 형성용 블랭크로서, 상기 실질적인 차광막이 탄탈을 주성분으로 하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
그리고 여기에서, 하프톤 위상 시프트층이 금속 실리사이드를 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것으로, 상기 금속 실리사이드가 탄탈 실리사이드인 것을 특징으로 하는 것이다.
또는 상기에 있어서, 하프톤 위상 시프트층이 크롬을 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한 상기에 있어서, 이하의 식에 의해 구해지는 위상차 φ가 nπ±π/3 라디안(n은 홀수)의 범위가 되도록 하프톤 위상 시프트층이 투명 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
Figure 112001009800192-pat00001
상기 식에서, φ는 투명 기판 상에 (m-2)층의 하프톤의 위상 시프트층이 형성되어 있는 포토마스크를 수직으로 투과하는 빛이 받는 위상 변화로서, x(k, k+1)는 k번째의 층과 (k+1)번째 층의 경계에서 일어나는 위상 변화, u(k), d(k)는 각각 k번째 층을 이루는 재료의 굴절률과 막 두께, λ는 노광광의 파장이다.
단, k=1인 층은 투명 기판, k=m인 층은 공기로 한다.
또한 상기에 있어서, 노광광에 대한 투명 기판의 투과율을 100%라 할 때 그 노광광에 대한 하프톤 위상 시프트층의 투과율이 1%∼50% 범위가 되는 막 두께로 상기 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크는 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트층과 실질적인 차광막이 적층되어 있는 하프톤 위상 시프트 포토마스크에 있어서, 이 실질적인 차광막이 탄탈을 주성분으로 하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층 막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
그리고 상기에 있어서, 하프톤 위상 시프트층이 금속 실리사이드를 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이며, 또한 상기 금속 실리사이드가 탄탈 실리사이드인 것을 특징으로 하는 것이다.
또는 상기에 있어서, 하프톤 위상 시프트층이 크롬을 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한 상기에 있어서, 이하의 식에 의해 구해지는 위상차 φ가 nπ±π/3 라디안(n은 홀수)의 범위가 되도록 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
Figure 112001009800192-pat00002
상기 식에서, φ는 상기 투명 기판 상에 (m-2)층의 하프톤의 위상 시프트층이 형성되어 있는 포토마스크를 수직으로 투과하는 빛이 받는 위상 변화로서, x(k, k+1)는 k번째의 층과 (k+1)번째 층의 경계에서 일어나는 위상 변화, u(k), d(k)는 각각 k번째 층을 이루는 재료의 굴절률과 막 두께, λ는 노광광의 파장이다.
단, k=1인 층은 투명 기판, k=m인 층은 공기로 한다.
또한 상기에 있어서, 노광광에 대한 투명 기판의 투과율을 100%라 할 때 그 노광광에 대한 하프톤 위상 시프트층의 투과율이 1%∼50% 범위가 되는 막 두께로 상기 투명 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크는 이와 같이 구성함으로써 공정을 복잡하게 하지 않고 식각 장치의 구성도 복잡하게 하지 않으며 건식 식각 가공에 의해 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 만들 수 있는 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크를 제공할 수 있도록 한다.
본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크는 이와 같이 구성함으로써 공정을 복잡하게 하지 않고 식각 장치의 구성도 복잡하게 하지 않으며 건식 식각 가공에 의해 만들 수 있는 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 제공할 수 있도록 한다.
본 발명을 설명하기에 앞서, 우선 하프톤 위상 시프트 방법 및 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 도면에 의거하여 간단히 설명한다.
도 8은 하프톤 위상 시프트 방법의 원리를 나타내는 도면, 도 9는 크롬 등으로 이루어지는 100% 차광막을 사용한 종래 방법을 나타내는 도면이다.
도 8(a) 및 도 9(a)는 포토마스크의 단면도, 도 8(b) 및 도 9(b)는 포토마스크 상의 광의 진폭, 도 8(c) 및 도 9(c)는 웨이퍼 상의 광의 진폭, 도 8(d) 및 도 9(d)는 웨이퍼 상의 광 강도를 각각 나타내고, 911 및 921은 기판, 922는 100% 차광막, 912는 입사광의 위상을 실질적으로 180도 시프트하고, 또한 투과율이 1%∼50% 범위인 하프톤 위상 시프트막, 913 및 923은 입사광이다.
종래의 방법에서는 도 9(a)에 나타낸 바와 같이 석영 유리 등으로 이루어지는 기판(921) 상에 크롬 등으로 이루어지는 100% 차광막(922)을 형성하여, 원하는 패턴의 광 투과부를 형성하고 있을 뿐으로, 웨이퍼 상에서의 광 강도 분포는 도 9(d)에 나타낸 바와 같이 넓게 퍼지게 되어 해상도가 나빠진다.
한편, 하프톤 위상 시프트 방법에서는 하프톤 위상 시프트막(912)을 투과한 광과 그 개구부를 투과한 광의 위상이 실질적으로 반전(反轉)되므로 도 8(d)에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 상에서 패턴 경계부의 광 강도가 0(영)이 되고, 그것의 퍼짐을 억제할 수 있으며, 따라서 해상도를 향상시킬 수 있다.
하프톤 위상 시프트 포토마스크의 하프톤의 위상 시프트막(912)에는 위상 반전과 투과율 조정이라고 하는 두 가지 기능이 필요하다.
이 중에 위상 반전 기능에 관해서는 하프톤 위상 시프트막(912)을 투과하는 노광광과 그 개구부를 투과하는 노광광 사이에서 위상이 실질적으로 반전하도록 되어 있으면 된다.
여기서 하프톤 위상 시프트막(하프톤 위상 시프트층이라고도 함)(912)을 예를 들면 M. Born 및 E. Wolf가 저술한 "Principles of Opticls" 628∼632쪽에 기재된 흡수막으로서 취급하면, 다중간섭을 무시할 수 있으므로, 수직 투과광의 위상 변화 φ는 이하의 식에서 계산되고, φ가 nπ±π/3 (n은 홀수)의 범위에 포함될 때, 전술한 위상 시프트 효과가 얻어진다.
Figure 112001009800192-pat00003
상기 식에서, φ는 투명 기판 상에 (m-2)층의 하프톤의 위상 시프트층이 형성되어 있는 포토마스크를 수직으로 투과하는 빛이 받는 위상 변화로서, x(k, k+1)는 k번째 층과 (k+1)번째 층의 경계에서 일어나는 위상 변화, u(k), d(k)는 각각 k 번째 층을 이루는 재료의 굴절률과 막 두께, λ는 노광광의 파장이다.
단, k=1인 층은 투명 기판, k=m인 층은 공기로 한다.
한편, 하프톤 위상 시프트 효과를 얻기 위한 하프톤 위상 시프트막(912)의 노광광 투과율은 전사 패턴의 치수, 면적, 배치, 형상 등에 따라 결정되고 패턴에 따라 상이하다.
실질적으로 전술한 효과를 얻기 위해서는 패턴에 따라 결정되는 최적 투과율을 중심으로 최적 투과율 ±수 %의 범위 내에 하프톤 위상 시프트막(912)의 노광광 투과율이 포함되도록 해야 한다.
통상, 개구부의 투과율을 100%라 하였을 때 상기 최적 투과율은 전사 패턴에 따라 1%∼50%인 넓은 범위 내에서 크게 변동한다.
즉, 모든 패턴에 대응하기 위해서는 여러 가지 투과율을 갖는 하프톤 위상 시프트 포토마스크가 요구된다.
실제로는 위상 반전 기능과 투과율 조정 기능은 하프톤 위상 시프트막을 이루는 재료(다층의 경우는 각 층을 구성하는 각 재료)의 복소굴절률(複素屈折率)[굴절률과 소광계수(extinction coefficient)]과 막 두께에 의해 결정된다.
즉, 하프톤 위상 시프트막의 막 두께를 조정하여, 상기 식에 의해 구해지는 위상차 φ가 nπ±π/3 (n은 홀수)의 범위에 포함될 수 있는 재료가 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 하프톤 위상 시프트층으로서 사용된다.
이하에서 이와 같은 하프톤 위상 시프트 포토마스크 내지 이것을 제조하기 위한 블랭크로서 바람직한 본 발명에 관하여 실시형태에 따라 상세히 설명한다.
본 발명은 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트층과 실질적인 차광막이 적층되어 있는 하프톤 위상 시프트 포토마스크 형성용 블랭크로서, 상기 실질적인 차광막이 탄탈을 주성분으로 하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어지고, 더욱 바람직하게는 하프톤 위상 시프트층이 금속 실리사이드를 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 실질적인 차광막으로서 탄탈을 주성분으로 하는 1층과 그 위(표면측)에 산화크롬층을 반사방지층으로서 형성하고, 하프톤 위상 시프트막으로서 크롬계 재료를 사용한 경우, 염소계 건식 식각에 의해 실질적인 차광막 및 하프톤 위상 시프트막의 양쪽을 식각 가공할 수 있다.
또는, 예를 들면, 실질적인 차광막으로서 탄탈을 주성분으로 하는 층, 1층 내지 다층을 형성하는 동시에, 하프톤 위상 시프트막으로서 탄탈 실리사이드계, 몰리브덴 실리사이드계 등의 금속 실리사이드계 막 및 탄탈계 막을 1층 내지 다층으로 형성한 경우, 불소계 건식 식각에 의해 실질적인 차광막 및 하프톤 위상 시프트막을 모두 식각 가공할 수 있다.
탄탈, 탄탈을 주성분으로 하는 산화탄탈, 질화탄탈, 산화질화탄탈 등을 차광막으로 사용한 경우, Cl2, CH2Cl2 등의 염소계 가스를 사용한 건식 식각 및 CF4, SF6, CHF3 등의 불소계 가스를 사용한 건식 식각의 양측 방법으로 차광막을 식각할 수 있다.
또한, 차광막으로서 기판측으로부터 금속 탄탈, 탄탈산화물의 순으로 적층하면, 탄탈산화물막의 굴절률과 막 두께를 제어함으로써 노광광에 대해 저반사하도록 할 수 있다.
여기서 "실질적인 차광막"이라 함은 상기와 같이 완전한 차광성을 부여하는 막뿐 아니라 높은 콘트라스트가 얻어지는 막을 포함한다. 즉, 노광광에 대해 적어도 하프톤 위상 시프트층보다 높은 차광률을 가져서 노광광에 의한 레지스트의 반응을 일으키지 않는 것이면 된다.
또한, 탄탈계 막의 굴절률은 막의 산화 정도에 따라 조정할 수 있고, 막을 질화하거나 산화질화하여 조정할 수도 있다.
또한, 필요에 따라 산소, 질소 이외의 원자를 혼입하는 것으로도 조정할 수 있고, 실질적으로 노광광의 파장의 입사에 대해 저반사를 용이하게 실현할 수 있다.
또한, 불가피한 불순물로서 Fe, Nb, Si, Y, Ce 등을 함유할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄탈을 주성분으로 하는 막으로서는 상기와 같은 불소계 및/또는 염소계 가스에 의한 건식 식각이 가능한 경우는 그 조성으로서는 특별히 한정되지 않는다.
이와 같은 탄탈막, 또는 그것의 산화막, 질화막 등은 종래부터 포토마스크용 박막의 형성에 사용되어 온 스퍼터링법으로 쉽게 형성할 수 있다.
예를 들면, 표적(target)으로서 금속 탄탈을 사용하되, 아르곤 가스만으로 스프터링을 행한 경우는 금속 탄탈막이 얻어지고, 스퍼터링 가스로서 산소, 질소를 혼합하면 탄탈의 산화막, 질화막이 얻어진다.
전술한 굴절률의 조정은 가스의 혼합비 이외에, 스퍼터링 압력, 스퍼터링 전류 등에 의해서도 제어할 수 있다.
또한, 이 탄탈계 막은 스퍼터링법 이외에 진공증착법, CVD법, 이온플레이팅법, 이온빔 스퍼터링법 등의 성막기술을 이용하여 성막할 수도 있다.
한편, 하프톤 위상의 시프트층으로서 사용될 수 있는 금속 실리사이드를 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 층으로서는 특별히 한정되는 것은 아니다.
이와 동일하게, 하프톤 위상 시프트층으로서 사용될 수 있는 크롬을 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 층으로서도 특별히 한정되지 않는다.
이와 같은 하프톤 위상 시프트층으로서는 예를 들면 동시심사 계속중인 미국 특허출원번호 09/736,805(유럽 특허출원번호 제311226.5호, 일본국 특허출원번호 11-355,522(1999) 및 2000-154,687)에 제시되는 것을 바람직한 일례로서 들 수 있다. 또한 이들 출원의 관련 부분의 기재는 그 관련에 따라 본 명세서 중에 결부된다.
다음에, 도면에 나타낸 바람직한 실시형태에 따라 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크의 제1 실시형태의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크의 제2 실시형태의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제1 실시형태의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제2 실시형태의 단면도이고, 도 5는 도 3에 나타낸 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제조 공정 단면도이고, 도 6은 도 4에 나타낸 제2 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제조 공정 단면도이고, 도 7(a)는 비교예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 단면도이고, 도 7(b)는 비교예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크의 단면도이다.
도 1에서, 110은 투명 기판, 120은 하프톤 위상 시프트층, 121은 탄탈층, 122는 금속 실리사이드 산화막(탄탈실리사이드 산화막), 125는 하프톤 패턴 영역(시프트층 패턴 영역), 130은 차광성층(실질적인 차광막이라고도 함), 131은 탄탈층, 132는 산화탄탈층(반사방지층으로 TaOx로도 기재함), 135는 차광성층 패턴 영역, 160, 165는 레지스트층, 210은 투명 기판, 220은 산화크롬층(하프톤 위상 시프트층), 225는 하프톤 패턴 영역(시프트층 패턴 영역), 230은 차광성층(실질적인 차광막이라고도 함), 231은 탄탈층, 232는 산화탄탈층(반사방지층으로 TaOx로도 기재함), 235는 차광성 패턴 영역, 260, 265는 레지스트층이다.
하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크
(제1 실시형태)
우선, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크의 제1 실시형태에 대하여 도 1에 따라 설명한다.
이 예는 투명 기판(110) 상에 하프톤 위상 시프트층(120)과 차광성층(실질적 인 차광막)(130)이 차례로 적층되어 있는 하프톤 위상 시프트 포토마스크 형성용 블랭크로, 차광성층(130)이 투명 기판(110) 측으로부터 차례로 탄탈층(131)과 산화탄탈층(132)을 적층한 2층막으로 이루어지고, 하프톤 위상 시프트층(120)이 투명 기판(110) 측으로부터 차례로 탄탈층(121)과 금속 실리사이트 산화막(122)을 적층한 2층막으로 이루어진다.
이 예에서는, 차광성층(130)과 하프톤 위상 시프트층(120)의 어느 것이나 불소계 가스로 건식 식각되는 재질로 이루어져 있어, 앞에서 설명한 차광막을 갖는 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 종래 일반적 제조 방법에서의 제1 단계의 식각을 중단시키지 않고 연속해서 행할 수 있다.
또한, 하프톤 위상 시프트층(120)의 금속 실리사이드 산화막(122)은 염소계 가스로 건식 식각하기 어려우므로, 염소계 가스로 건식 식각할 때의 식각 정지층으로 차광성층(130)을 이용할 수 있다.
또한, 금속 실리사이드 산화막(122)으로서는 탄탈 실리사이드 산화막, 몰리브덴 실리사이드 산화막 등을 들 수 있으나, 탄탈 실리사이드막이 산, 알칼리 등에 대한 안정성이 우수하므로 포토마스크 세정의 관점에서 유리하다.
하프톤 위상 시프트 포토마스크를 제조할 때, 위상 시프트 효과를 얻기 위해서 앞에 제시된 식에서 m=4로 하여 구해지는 위상차 φ가 nπ±π/3 라디안(n은 홀수)의 범위가 되도록 하프톤 위상 시프트층(120)이 투명 기판(110) 상에 형성된다:
Figure 112001009800192-pat00004
상기 식에서, φ는 투명 기판(110) 상에 2층의 하프톤 위상 시프트층(120)이 형성되어 있는 포토마스크를 수직으로 투과하는 빛이 받는 위상 변화로서, x(k, k+1)는 k번째 층과 (k+1)번째 층의 경계에서 일어나는 위상 변화, u(k), d(k)는 각각 k번째 층을 이루는 재료[탄탈층(121), 금속 실리사이드 산화막(122)]의 굴절률과 막 두께, λ는 노광광의 파장이다.
단, k=1인 층은 상기 투명 기판(110), k=m인 층은 공기로 한다.
또한, 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 제조할 때, 실질적으로 위상 시프트 효과를 얻기 위해, 노광광에 대한 투명 기판(110)의 투과율을 100%라 할 때 그 노광광에 대한 하프톤 위상 시프트층(120)의 투과율이 1%∼50%의 범위가 되는 막두께로 투명 기판(110) 상에 하프톤 위상 시프트층이 형성되어 있다.
산화탄탈층(132), 탄탈층(131), 탄탈 실리사이드 산화막(122), 탄탈층(121)은 어느 것이나 종래부터 포토마스크용 박막의 성막에 사용되어 온 스퍼터링 방법으로 용이하게 형성할 수 있다.
표적으로서 금속 탄탈을 사용하되, 아르곤 가스만으로 스퍼터링을 행한 경우는 금속 탄탈막이 얻어지고, 스퍼터링 가스로서 산소, 질소를 혼합하면 탄탈의 산화막, 질화막이 얻어진다.
또한, 이 탄탈계 막은 스퍼터링 방법 이외에 진공증착법, CVD법, 이온 플레이팅법, 이온빔 스퍼터링법 등의 성막 기술을 이용하여 성막할 수도 있다.
탄탈 실리사이트 산화막, 몰리브덴 실리사이드 산화막 등의 금속 실리사이드 산화막에 관해서도 동일하게 표적으로서 금속 실리사이드 산화막을 사용하되, 아르 곤 가스만으로 스퍼터링을 행한 경우는 금속 실리사이드막이 얻어지고, 스퍼터링 가스로서 산소, 질소를 혼합하면 금속 실리사이드 산화막, 금속 실리사이드 질화막이 얻어진다.
금속 실리사이드 산화막(122)의 굴절률의 조정은 가스의 혼합비 이외에 스퍼터링 압력, 스퍼터링 전류 등에 의해서도 제어될 수 있다.
(제2 실시형태)
이어서, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크의 제2 실시형태에 대하여 도 2에 따라 설명한다.
이 예는 투명 기판(210) 상에 하프톤 위상 시프트층(220)과 차광성층(230)이 차례로 적층되어 있는 하프톤 위상 시프트 포토마스크 형성용 블랭크로서, 차광성층(230)이 투명 기판(210) 측으로부터 차례로 탄탈층(231)과 산화탄탈층(232)을 적층한 2층막으로 이루어지고, 하프톤 위상 시프트층(220)이 산화크롬층 1개 층으로 이루어진다.
이 예에 있어서는, 차광성층(230)과 하프톤 위상 시프트층(220) 중 어느 것이나 염소계 가스로 건식 식각되는 재질로 이루어져 있으므로, 제1 예의 경우와 동일하게, 앞에서 설명한 차광막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크의 종래 일반적인 제조 방법에서의 제1 단계 식각을 중단시키지 않고 연속적으로 행할 수 있다.
또한, 하프톤 위상 시프트층인 산화크롬층(220)은 불소계 가스로 건식 식각하기 어려우므로 차광성층(2300을 불소계 가스로 건식 식각할 때 식각되지 않는다.
그리고, 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 제조할 때 위상 시프트 효과를 얻 기 위해서 앞에 제시된 식에서 m=3으로 하여 구해지는 위상차 φ가 nπ±π/3 라디안(n은 홀수)의 범위가 되도록 하프톤 위상 시프트층(120)이 투명 기판(110) 상에 형성된다:
Figure 112001009800192-pat00005
상기 식에서, φ는 투명 기판(210) 상에 1층의 하프톤 위상 시프트층(220)이 형성되어 있는 포토마스크를 수직으로 투과하는 빛이 받는 위상 변화로서, x(k, k+1)는 k번째 층과 (k+1)번째 층의 경계에서 일어나는 위상 변화, u(2), d(2)는 각각 2번째 층[산화크롬층(220)]을 이루는 재료의 굴절률과 막 두께, λ는 노광광의 파장이다.
단, k=1인 층은 투명 기판(210), k=3인 층은 공기로 한다.
또한, 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 제조할 때, 실질적으로 위상 시프트 효과를 얻기 위해, 노광광에 대한 투명 기판(110)의 투과율을 100%라 할 때 그 노광광에 대한 하프톤 위상 시프트층(120)의 투과율이 1%∼50%의 범위가 되는 막두께로 투명 기판(110) 상에 하프톤 위상 시프트층이 형성되어 있다.
산화크롬층(220) 또한 종래부터 포토마스크용 박막의 성막에 사용되어 온 스퍼터링 방법으로 용이하게 형성할 수 있다.
표적으로서, 금속 크롬을 사용하되, 아르곤 가스만으로 스퍼터링을 행한 경우는 금속 크롬막이 얻어지고, 스퍼터링 가스로서 산소, 질소를 혼합하면 산화크롬막, 질화크롬막이 얻어진다.
산화크롬층(220)의 굴절률의 조정은 가스의 혼합비 이외에 스퍼터링 압력, 스퍼터링 전류 등으로도 제어될 수 있다.
또한, 이 크롬계 막은 스퍼터링 방법 이외에 진공증착법, CVD법, 이온 플레이팅법, 이온빔 스퍼터링법 등의 성막 기술을 이용하여 성막할 수도 있다.
또한, 탄탈층(231)도 제1 예의 탄탈층(131, 121)과 동일한 방법으로 형성할 수 있다.
(변형 실시형태)
제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크의 변형예로서는 차광성층(130)을 불소계 가스 및 염소계 가스 두 가지로 건식 식각되는 다른 재질의 단층 내지 다층으로 형성한 것을 들 수 있다.
예를 들면, 제1의 예에서 탄탈층(131), 산화탄탈(132)로 이루어지는 차광성층(130) 대신에 탄탈 단층으로 한 것, 또는 제1 예에서 탄탈층(131) 대신에 산화질화 탄탈층이나, 몰리브덴(Mo)층으로 한 것이다.
또한, 제1의 예나 상기 변형예에서, 하프톤 위상 시프트층이, 금속 실리사이드를 주성분으로 하고 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 1층을 최상층으로 하고, 불소계 가스로 건식 식각이 행해지는 다른 재질의 층을 하층[투명 기판(210) 측]으로 하여 적층한 구조로 이루어진 것을 들 수 있다.
예를 들면, 제1의 예 및 변형예에서 하프톤 위상 시트층(120)의 탄탈층(121) 대신 몰리브덴층을 사용할 수 있다.
또한 제1의 예에서 탄탈이나 몰리브덴의 실리사이드 산화막(122) 대신에 다 른 조성인 탄탈이나 몰리브덴의 실리사이드 산화질화막, 실리사이드 질화막으로 한 것을 들 수 있다.
또한, 상기 산화질화 탄탈층이나 몰리브덴(Mo)층, 금속 실리사이드 산화질화막, 실리사이드 질화막도 스퍼터링법으로 형성할 수 있는데, 스퍼터링 가스로서 Ar만을 사용하거나 Ar에 소정량의 산소, 질소를 혼합한 것을 사용할 수 있다.
제2 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크의 변형예로서는, 차광성층(230)을 불소계 가스, 염소계 가스 두 가지로 건식 식각되는 다른 재질로 형성한 것을 들 수 있다.
예를 들면, 제2의 예에서 탄탈층(131) 대신 산화질화 탄탈층이나 몰리브덴(Mo)층을 사용할 수 있다.
또, 제2의 예나 상기 변형예에서, 하프톤 위상 시프트층으로서 다른 염소계 가스로 건식 식각되지만 불소계 가스로는 건식 식각하기가 곤란한 재질을 사용한 것을 들 수 있다.
예를 들면 제2의 예에서 산화크롬층(220) 대신에 별도의 조성을 갖는 산화질화 크롬막, 질화크롬막으로 한 것을 들 수 있다.
또한 이것들 외에도 상기에 예시한 제1 및 제2 실시형태는 첨부한 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 일탈함이 없이 많은 변형 및 변경 태양을 취할 수 있음을 당업자들은 쉽게 이해할 것이다.
하프톤 위상 시프트 포토마스크
(제1 실시형태)
다음에, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제1 실시형태에 대하여 도 3에 따라 설명한다.
이 예는 도 1에 나타낸 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크를 사용하여 만든 것으로, 위상 시프트 효과를 얻는 하프톤 패턴 영역(시프트층 패턴 영역)(125) 및 실질적인 차광 효과를 얻는 차광성 패턴 영역(135)을 형성한 것이다.
각 층의 재질이나 광학 특성에 관해서는 도 1에 나타내는 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크의 설명으로 대신하고 여기서는 설명을 생략한다.
이어서, 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제조 방법의 일례를 도 5에 따라 설명한다.
먼저, 도 1에 나타낸 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크를 준비하고[도 5(a)], 차광막(130) 상에 형성하고자 하는 하프톤 위상 시프트층(120)의 패턴 형상에 맞추어 레지스트층(160)을 형성한다[도 5(b)].
레지스트층(160)을 이루는 레지스트로서는 처리성이 양호하고 소정의 해상성을 가지며 건식 식각에 대한 내구성이 양호한 것이 바람직하지만 그것에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 레지스트층(160)을 내식각 마스크로 하고, 불소계 가스를 사용하여 차광성층(130), 하프톤 위상 시프트층(120)을 계속해서 식각한다.
이렇게 함으로써 차광막(130)이 부착된 하프톤 위상 시프트층 패턴을 얻는다[도 5(c)].
또한, 필요에 따라 불소계 가스의 조성을 바꾼다.
이어서, 레지스트층(160)을 통상의 방법으로 박리한 후, 만들고자 하는 차광막(130)의 형상에 맞추어 개구(開口)를 갖는 레지스트층(165)을 차광성층(130) 상에 형성하고[도 5(d)], 이것을 내식각 마스크로 하여 염소계 가스를 사용하여 차광성층(130)을 식각한다.
금속 실리사이드 산화층(122)이 식각 차단층으로서 역할을 한다.
레지스트층(165)을 통상의 방법으로 박리하여 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 형성한다[도 5(e)].
레지스트층(165)을 이루는 레지스트로서는 처리성이 양호하고 소정의 해상성을 가지며 건식 식각 내구성이 양호한 것이 바람직하지만 그것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 이 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 변형예로서는 앞에서 설명한 도 1에 나타낸 제1 예의 블랭크의 각 변형예의 블랭크를 사용한 위상 시프트 포토마스크를 들 수 있다.
(제2 실시형태)
다음에, 본 발명의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제2 실시형태에 대하여 도 4에 따라 설명한다.
이 예는 도 2에 나타낸 제2 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크를 사용하여 만든 것으로, 제1 예의 블랭크와 같이, 위상 시프트 효과를 얻는 하프톤 패턴 영역(시프트층 패턴 영역)(225) 및 실질적인 차광 효과를 얻는 차광성 패턴 영역(235)을 형성한 것이다.
각 층의 재질이나 광학 특성에 관해서는 도 2에 나타내는 제2 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크의 설명으로 대신하고 여기서는 설명을 생략한다.
이어서, 제2 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제조 방법의 일례를 도 6에 따라 설명한다.
먼저, 도 2에 나타낸 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크를 준비하고[도 6(a)], 차광막(230) 상에 형성하고자 하는 하프톤 위상 시프트층(220)의 패턴 형상에 맞추어 레지스트층(260)을 형성한다[도 6(b)].
레지스트층(260)을 이루는 레지스트로서는 처리성이 양호하고 소정의 해상성을 가지며 건식 식각 내구성이 양호한 것이 바람직하지만 그것에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 레지스트층(260)을 내식각 마스크로서 염소계 가스를 사용하여 차광성층(230), 하프톤 위상 시프트층(220)을 계속해서 식각한다.
이렇게 함으로써 차광막(230)이 부착된 하프톤 위상 시프트층 패턴을 얻는다[도 6(c)].
또한, 필요에 따라 염소계 가스의 조성을 바꾼다.
이어서, 레지스트층(260)을 통상의 방법으로 박리한 후, 만들고자 하는 차광막(230)의 형상에 맞추어 개구(開口)를 갖는 레지스트층(265)을 차광성층(230) 상에 형성하고[도 6(d)], 이것을 내식각 마스크로서 불소계 가스를 사용하여 차광성층(230)을 식각한다.
산화크롬층(220)이 식각 차단층으로서 역할을 한다.
레지스트층(265)을 통상의 방법으로 박리하여 제2 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 형성한다[도 6(e)].
레지스트층(265)을 이루는 레지스트로서는 처리성이 양호하고 소정의 해상성을 가지며 건식 식각 내구성이 양호한 것이 바람직하지만 그것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 이 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 변형예로서는 앞에서 설명한 도 2에 나타낸 제2 예의 블랭크에 대한 각 변형예의 블랭크를 사용한 위상 시프트 포토마스크를 들 수 있다.
이것들은 도 6에 나타내는 제조 공정에 의해 제조될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하프톤 위상 시프트 포토마스크에 관해서도 상기에 예시한 제1 및 제2 실시형태는 첨부한 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 일탈함이 없이, 그 밖의 많은 변형 및 변경 태양을 취할 수 있음을 당업자들은 쉽게 이해할 것이다.
[실시예]
이하, 본 발명에 대하여 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다.
실시예는 도 1에 나타낸 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크를 사용하여, 도 5에 나타낸 제조 방법으로 도 3에 나타낸 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 형성한 예이다.
이하, 도 1, 도 3, 및 도 5에 따라 설명한다.
제조한 하프톤 위상 시프트 포토마스크는 ArF 노광용인 것으로, 사방 6인치(6x6 in2)이고 두께 0.25인치인 고순도 합성 석영 기판을 투명 기판(110)으로 사용하고, 하프톤 위상 시프트막(120)은 탄탈층(121) 및 탄탈 실리사이드 산화물(122)의 2층으로 이루어지고, 차광층(130)은 탄탈층(131) 및 산화탄탈층(132)의 2층으로 이루어지는 것이다
우선, 이하와 같은 방법으로 도 1에 나타낸 제1 예의 하프톤 위상 시프트 포토마스크 블랭크를 만들었다.
먼저, 광학 연마되고 잘 세정된 투명 기판(110)의 한 면 위에 이하에 나타내는 조건에서 하프톤 위상 시프트막의 제1층인 탄탈층(121)을 약 10nm의 막 두께로 형성하였다.
〈탄탈층(121) 형성 조건〉
성막 장치: 평판형 DC 마그네트론 스퍼터 장치
표적: 금속 탄탈
가스 및 유량: 아르곤 가스, 70sccm
스퍼터 압력: 1.0 파스칼(Pa)
스퍼터 전류: 5.0 암페어(A)
다음에, 계속해서 이 위에 하프톤 위상 시프트막의 제2층인 탄탈 실리사이드 산화막(122)을 이하의 조건에서 약 30nm의 막 두께로 형성하였다.
〈탄탈 실리사이드 산화막(122) 형성 조건〉
성막 장치: 평판형 DC 마그네트론 스퍼터 장치
표적: 탄탈:실리콘 = 1:4 (원자비)
가스 및 유량: 아르곤 가스 50sccm + 산소 가스 50sccm
스퍼터 압력: 1.0 파스칼
스퍼터 전류: 3.5 암페어
이렇게 함으로써, ArF 엑시머 레이저 노광용인 투과율 6%의 하프톤 위상 시프트층(120)을 투명 기판(110)의 한 면 상에 형성하였다.
또한, 동일 조건에서 사전에 테이프 등으로 마스킹한 합성 석영 기판 상에 성막하고, 성막 후 마스킹을 박리하는 리프트오프 방법으로 단차(段差)를 형성한 시료를 만들고, 이것을 이용하여 193nm 광에 대한 위상차 및 투과율을 시판되는 위상차 측정장치[레이저테크사(Laser Tech. Co., Ltd.) 제품, MPM193]로 계측한 결과, 각각 177.55도 및 5.69%이었다.
다음에, 상기 하프톤 위상 시프트층(120) 상에 차광성층(130)의 탄탈층(131)을 이하의 조건에서 성막하였다.
〈탄탈층(131) 형성 조건〉
성막장치: 평판형 DC 마그네트론 스퍼터 장치
표적: 금속 탄탈
가스 및 유량: 아르곤 가스, 70sccm
스퍼터 압력: 1.0 파스칼
스퍼터 전류: 5.0 암페어
여기서, 금속 탄탈막의 두께는 약 50nm로 하였다.
이어서, 차광성층(130)의 탄탈층(131) 상에 산화탄탈층(132)을 이하의 조건에서 성막하였다.
〈산화탄탈층(132) 형성 조건〉
성막장치: 평판형 DC 마그네트론 스퍼터 장치
표적: 금속 탄탈
가스 및 유량: 아르곤 가스 50sccm + 산소 가스 50sccm
스퍼터 압력: 1.0 파스칼
스퍼터 전류: 5.0 암페어
여기서, 산화탄탈막의 두께는 약 20nm로 하였다.
이렇게 함으로써, 도 1에 나타낸 제1 예의 차광막(130)이 부착된 ArF 엑시머 레이저 노광용 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크를 얻었다.
이 차광막(130) 부착 ArF 엑시머 레이저 노광용 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크의 투과율은 오쓰카덴시(大塚電子)사제 분광 광도계 MCPD3000으로 측정한 결과, 193nm의 투과율은 0.1% 이하였다.
다음에, 상기와 같이 하여 얻어진 차광막(130) 부착 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크를 사용하여 도 3에 나타낸 하프톤 위상 시프트 마스크를 이하와 같은 방법으로 만들었다.
먼저, 얻어진 하프톤 위상 시프트 마스크용 블랭크의 차광성층(130) 상에 유기물을 주성분으로 하는 레지스트 ZEP7000[니폰제온사(Nippon Zeon Co., Ltd.)제] 를 사용하여 통상적 방법의 전자선 리소그래피법으로 원하는 형상의 레지스트층(160)을 얻었다[도 5(b)].
다음에, 시판되는 포토마스크용 건식 식각 장비(PTI사제 VLR700)를 사용하여 레지스트층(160)으로부터 노출된 하프톤 위상 시프트층(120)을 고밀도 플라즈마에 쏘임으로써 선택적으로 건식 식각하여 원하는 하프톤 위상 시프트층(120)의 패턴을 얻었다[도 5(c)].
여기서는 차광성층(130)과 하프톤 위상 시프트층(120)을 계속해서 일거에 식각하였다.
〈식각 조건〉
식각 가스: CF4 가스
압력: 10mTorr
ICP 파워(고밀도 플라즈마 발생): 950W
바이어스 파워(인출 파워): 50W
시간: 500초
이어서, 레지스트층(160)을 박리하고, 차광막(130) 부착 하프톤 위상 시프트층(120)의 패턴을 얻었다.
다음에, 이 위에 다시 레지스트 IP3500(東京應化工業株式會社제)를 도포하고, 포토리소그래피 방법으로 하프톤 막의 노출시키고자 하는 영역만을 개구한 레지스트층(165)을 얻은 후, 이하의 조건에서 건식 식각을 행하고 레지스트층(165)로 부터 노출한 영역의 차광성층(130)을 선택적으로 제거하였다[도 5(d)].
식각 가스: Cl2 가스
압력: 5mTorr
ICP 파워(고밀도 플라즈마 발생): 500W
바이어스 파워(인출 파워): 150W
시간: 100초
또한, 상기 식각 조건에서는 탄탈 실리사이드 산화막(122)은 식각되지 않으므로, 하프톤 위상 시프트층(120)의 위상차, 투과율에 영향을 주지 않도록 차광막을 제거할 수 있다.
탄탈 실리사이드 산화막(122)은 식각 차단층으로서의 역할을 한다.
마지막으로, 레지스트층(165)을 박리하고, 도 3에 나타낸 차광막(130) 부착 하프톤 위상 시프트 마스크를 얻었다.
이 하프톤 위상 시프트 포토마스크는 제거된 부분의 치수 정밀도, 단면 형상, 막 두께 분포, 막의 기판에 대한 밀착성 등이 모두 실제로 적용될 수 있는 것이었다.
또한, 도 7(b)에 나타낸 투명 기판의 한 면 상에 차례로 하프톤 위상 시프트층으로서 탄탈층, 탄탈 실리사이드 산화막, 차광막으로서 크롬층, 산화크롬층을 형성한 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크를 사용하여, 도 7(a)에 나타낸 ArF 노광용 하프톤 위상 시프트 포토마스크를 형성하는 경우는, 앞에서 설명한 차광막 을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크의 종래 제조 방법을 취하지 않을 수 없다.
즉, 크롬 차광막은 염소계 건식 식각으로 가공하는 것에 반해, 탄탈 실리사이드막은 불소계 건식 식각으로 가공하므로, 여기서는 제1 단계의 건식 식각 공정을 염소계 건식 식각과 불소계 건식 식각의 2회로 나누어 행할 필요가 있다.
제1 단계의 건식 식각 공정을 하나의 식각실에서 처리하는 경우, 공정 도중에 가스를 바꿔 넣을 필요가 있고, 공정이 복잡해지고, 식각 장치의 구성도 복잡해져서 품이 많이 든다.
또한, 식각실을 두 개 준비하고, 한쪽의 식각실에서 차광막을 건식 식각한 후, 다른 한 쪽의 식각실로 처리 기판을 이동하여 탄탈 실리사이드 산화층의 건식 식각을 행하도록 장치를 구성할 수도 있으나 장치 구조가 복잡해지고 장치 비용이 많이 든다.
본 발명은 상기와 같이 공정을 복잡하게 하지 않고 식각 장치의 구조를 복잡하게 함이 없이 건식 식각 가공을 할 수 있게 이루어진 하프톤 위상 시프트 포토마스크의 제공을 가능하게 하였다.
동시에 그와 같은 가공을 가능하게 하는 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크의 제공을 가능하게 하였다.

Claims (14)

  1. 투명 기판 상에 하프톤 위상(位相) 시프트층과 실질적인 차광막이 적층되어 있는 하프톤 위상 시프트 포토마스크 형성용 블랭크(blanks)로서, 상기 실질적인 차광막이 탄탈을 주성분으로 하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어진 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크에 있어서,
    (a) 상기 하프톤 위상 시프트층이 탄탈 실리사이드를 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어져 있거나, 또는 (b) 상기 하프톤 위상 시프트층이 크롬을 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크.
  2. 제1항에 있어서,
    이하의 식에 의해 구해지는 위상차 φ가 nπ±π/3 라디안(n은 홀수)의 범위가 되도록 상기 하프톤 위상 시프트층이 상기 투명 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크:
    Figure 112008064856045-pat00006
    상기 식에서, φ는 상기 투명 기판 상에 (m-2)층의 하프톤의 위상 시프트층이 형성되어 있는 포토마스크를 수직으로 투과하는 빛이 받는 위상 변화로서, x(k, k+1)는 k번째의 층과 (k+1)번째 층의 경계에서 일어나는 위상 변화, u(k), d(k)는 각각 k번째 층을 이루는 재료의 굴절률과 막 두께이고, λ는 노광광의 파장이며,
    단, k=1인 층은 상기 투명 기판, k=m인 층은 공기로 함.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    노광광에 대한 상기 투명 기판의 투과율을 100%라 할 때 상기 노광광에 대한 상기 하프톤 위상 시프트층의 투과율이 1%∼50% 범위가 되는 막 두께로 상기 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 포토마스크용 블랭크.
  4. 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트층 및 실질적인 차광막이 적층되어 있는 하프톤 위상 시프트 포토마스크로서, 상기 실질적인 차광막이 탄탈을 주성분으로 하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어진 하프톤 위상 시프트 포토마스크에 있어서,
    (a) 상기 하프톤 위상 시프트층이 탄탈 실리사이드를 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어져 있거나, 또는 (b) 상기 하프톤 위상 시프트층이 크롬을 주성분으로 하고, 산소, 질소, 불소 중의 적어도 하나 이상의 원소를 함유하는 1층을 포함하는 단층 또는 다층막으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 포토마스크.
  5. 제4항에 있어서,
    이하의 식에 의해 구해지는 위상차 φ가 nπ±π/3 라디안(n은 홀수)의 범위가 되도록 상기 하프톤 위상 시프트층이 상기 투명 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 포토마스크:
    Figure 112008064856045-pat00007
    상기 식에서, φ는 상기 투명 기판 상에 (m-2)층의 하프톤의 위상 시프트층이 형성되어 있는 포토마스크를 수직으로 투과하는 빛이 받는 위상 변화로서, x(k, k+1)는 k번째의 층과 (k+1)번째 층의 경계에서 일어나는 위상 변화, u(k), d(k)는 각각 k번째 층을 이루는 재료의 굴절률과 막 두께이고, λ는 노광광의 파장이며,
    단, k=1인 층은 상기 투명 기판, k=m인 층은 공기로 함.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    노광광에 대한 상기 투명 기판의 투과율을 100%라 할 때 상기 노광광에 대한 상기 하프톤 위상 시프트층의 투과율이 1%∼50% 범위가 되는 막 두께로 상기 투명 기판 상에 하프톤 위상 시프트층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 포토마스크.
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