KR100947166B1 - 포토마스크 블랭크와 포토마스크 제조 방법 - Google Patents

포토마스크 블랭크와 포토마스크 제조 방법 Download PDF

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사토시 오카자키
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다다시 사가
요스케 고지마
가즈아키 치바
유이치 후쿠시마
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

포토마스크 블랭크는 투명 기판, 기판 위에 부착되고 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물을 포함하는 차광막, 및 차광막 위에 부착되고 불소 드라이 에칭에 저항성인 또다른 금속 또는 금속 화합물을 포함하는 에칭 마스크막을 포함한다. 차광막은 드라이 에칭되어 패턴을 형성할 때, 패턴 밀도 의존성으로부터 기인하는 패턴 크기 변이가 감소하여, 따라서 포토마스크가 높은 정확도로 제조되도록 한다.
포토마스크, 블랭크, 투명 기판, 에칭, 불소, 패턴, 레벤슨형 마스크, 레지스트

Description

포토마스크 블랭크와 포토마스크 제조 방법{PHOTOMASK BLANK AND PHOTOMASK MAKING METHOD}
본 발명은 반도체 집적 회로, 전하 결합 소자(CCD), 액정 디스플레이(LCD) 컬러 필터, 자기 헤드 등의 마이크로제작에 사용하기 위한 포토마스크 블랭크, 및 포토마스크 블랭크를 사용한 포토마스크 제조 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체 프로세싱 기술에 있어서, 대규모 집적 회로의 고도 집적에 대한 도전은 회로 패턴의 미세화에 대한 요구를 증가시킨다. 회로-구성 와이어링 패턴의 크기의 미세화에 대한 요구와 셀-구성 층간 커넥션에 대한 접촉 홀 패턴의 미세화에 대한 요구가 증가하고 있다. 그 결과, 그러한 와이어링 패턴과 접촉 홀 패턴을 형성하는 포토리소그래피에 사용하기 위한 회로 패턴-작성된 포토마스크의 제조에 있어서, 더 미세한 회로 패턴을 정확하게 작성할 수 있는 기술이 미세화 요구를 만족시키기 위해 요구된다.
포토마스크 기판 위에 고도로 정확한 포토마스크 패턴을 형성하기 위해, 포토마스크 블랭크 위에 고도로 정확한 레지스트 패턴을 형성하는 것이 제일의 급선무이다. 실제로 반도체 기판을 프로세싱하는데 있어서 포토리소그래피가 축소 투영을 수행하기 때문에, 포토마스크 패턴은 실제 필요한 패턴 크기의 약 4배의 크기를 갖지만, 정확도가 그만큼 완화되는 것은 아니다. 원본으로서 역할을 하는 포토마스크는 오히려 노광 후 패턴 정확도보다 더 높은 정확도를 갖도록 요구된다.
더욱이, 현재 유행하는 포토리소그래피에서, 작성될 회로 패턴은 사용된 광의 파장보다 훨씬 더 작은 크기를 갖는다. 만일 회로 모양의 단지 4배 확대인 포토마스크 패턴이 사용된다면, 실제의 포토리소그래피 작동에서 일어나는 광학 간섭과 같은 영향으로 인해, 포토마스크 패턴에 대응되는 형태 그대로 레지스트막으로 전사되지 않는다. 이들 영향을 완화시키기 위해, 어떤 경우에는, 포토마스크 패턴은 실제 회로 패턴보다 더욱 복잡한 모양, 즉, 소위 광학 근접 교정(OPC)이 적용되는 형태로 설계되어야 한다. 그에 따라, 현재, 포토마스크 패턴을 얻기 위한 리소그래피 기술은 또한 더 높은 정확도 프로세싱 방법을 요구한다. 리소그래피 성능은 때때로 최대 해상도에 의해 나타낸다. 해상도 한계에 있어서, 포토마스크 프로세싱 단계에 수반된 리소그래피는 포토마스크를 사용하는 반도체 프로세싱 단계에 사용된 포토리소그래피에 필요한 해상도 한계와 동일하거나 더 큰 최대 해상도 정확도를 갖도록 요구된다.
포토마스크 패턴은 투명 기판 위에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크 위에 포토레지스트막을 형성하고, 전자빔을 사용하여 패턴을 묘화하고, 현상하여 레지스트 패턴을 형성함으로써 일반적으로 형성된다. 얻어진 레지스트 패턴을 에칭 마스크로서 사용하여, 차광막은 차광 패턴으로 에칭된다. 차광 패턴을 미세화하기 위한 시도로, 만일 프로세싱이 미세화 전과 동일한 수준으로 레지스트막의 두께를 유지하면서 수행된다면, 에스펙트 비로 알려진 패턴에 대한 막 두께의 비가 더 높아진다.
결과적으로, 레지스트 패턴 프로파일이 열화되어 효과적인 패턴 전사를 방해하고, 어떤 경우에, 레지스트 패턴 붕괴 또는 벗겨짐이 일어난다. 따라서, 미세화는 레지스트막의 두께 감소를 수반해야 한다.
에칭 마스크로서 레지스트를 사용하여 에칭되는 차광막 재료에 있어서, 다른 한편으로는, 많은 재료가 제안되었다. 실제로, 크롬 화합물 막은 그들의 에칭에 대해 많은 발견이 공지되어 있고 표준 공정이 확립되었기 때문에 항상 채택된다. 그러한 막의 전형은 ArF 엑시머 레이저 리소그래피를 위한 포토마스크 블랭크에 필요한 크롬 화합물의 차광막이고, JP-A 2003-195479, JP-A 2003-195483, 및 일본 특허 No. 3093632에서 보고된 바와 같이 50 내지 77 nm의 두께를 갖는 크롬 화합물 막을 포함한다.
그러나, 크롬 화합물 막과 같은 크롬계 막을 위한 통상적인 드라이 에칭 공정인 산소-함유 염소 드라이 에칭은 종종 어느 정도까지 유기막을 에칭하는 성질을 갖는다. 만일 얇은 레지스트막을 통해 에칭이 수행되면, 레지스트 패턴의 정확한 전사는 어렵다. 레지스트가, 높은 해상도와 높은 정확도 에칭을 허용하는 에칭 저항성 둘다를 갖는다는 것은 다소 어려운 과업이다. 따라서, 고해상도와 높은 정확도를 달성하기 위한 목적으로, 차광막 재료는 레지스트 성능에만 오직 의존하는 접근에서부터 차광막 성능을 개선하는 접근으로 전이되어 연구되어야 한다.
또한, 크롬계 재료 이외의 차광막 재료에 대해서, 많은 연구가 있었다. 가 장 최근의 연구중 한가지 예는 ArF 엑시머 레이저 리소그래피에 대한 차광막에서 탄탈의 사용이다. JP-A. 2001-312043 참조하라.
다른 한편으로는, 드라이 에칭 동안에 레지스트에 하중을 줄이기 위해 경질 마스크를 사용하는 것이 오랜 통상적인 관습이었다. 예를 들어, JP-A 63-85553은 SiO2 막이 오버레이된 MoSi2 를 염소 가스로 MoSi2 를 드라이 에칭하는 동안 에칭 마스크로 사용하는 것을 개시한다. SiO2 막은 반사 방지막으로서 작용할 수 있다는 것이 기술되어 있다.
과거로부터, 금속 실리사이드 막, 특히 몰리브덴 실리사이드 막에 연구가 있었다. 그들은 예를 들어, JP-A 63-85553, JP-A 1-142637, 및 JP-A 3-116147에서 개시되고, 그들 모두는 기본적으로 규소:몰리브덴=2:1의 막을 사용한다. 또한, JP-A 4-246649는 금속 실리사이드 막을 개시하지만, 실제 제작 공정은 종래의 크롬계 차광막을 개선함으로써 미세화 요구를 수용한다.
하프톤 위상 시프트 마스크 및 레벤슨형(Levenson) 위상 시프트 마스크와 같은 울트라-해상도 기술을 이용하는 마스크를 위해서, 다른 한편으로는, 마스크 프로세싱 공정은 빛에 대한 위상 변화를 초래하는 차광막의 일부를 제거하는 단계를 포함하고, 그 단계 동안에 하층막 또는 기판과 차광막 사이에 선택적인 에칭이 가능해야 한다. 종래의 크롬계 재료는 이러한 점에서 뛰어나기 때문에, 크롬계 재료가 널리 사용된다.
본 발명자들은 더 높은 해상도에서 더 미세한 마스크 패턴을 형성하기 위한 재료와 방법을 개발하는데 계속 노력을 하였다. 본 발명자들의 실험의 대부분은 선행 기술에서 통상 채택한 크롬계 재료를 사용하였고, 레지스트 패턴을 크롬 막으로 전사하는데 있어서 염소와 산소를 함유하는 드라이 에칭 조건을 선택하였다. 이 방법에서, 포토레지스트는 먼저 크롬계 재료의 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크 위에 코팅된다. 레지스트막은 예를 들어, 레지스트 패턴을 형성하기 위해, 전자 빔에 노출되고, 이어서 현상된다. 에칭 마스크로서 레지스트막을 사용하여, 크롬계 재료는 레지스트 패턴을 크롬 막으로 전사하기 위해 에칭된다.
그러나, 이 방법에서, 패턴 폭이 더 미세해질때, 예를 들어, 패턴 모델로서 0.4 ㎛ 이하의 직선의 레지스트 패턴이 크롬 차광막으로 전사될때, 상당한 패턴 밀도 의존이 관찰된다. 어떤 경우에, 얻어진 패턴은 포토마스크 블랭크위에 형성된 레지스트 패턴에 비해 주목할만한 오류를 갖는다. 즉, 주변에 막 패턴이 덜 남아있는 분리된 선과 주변에 더 많은 막 패턴이 남아있는 분리된 공간은 레지스트 패턴 전사 특성에서 상당한 차이가 있으므로, 정확도가 높은 마스크를 만들기가 매우 어렵다.
이 문제는 0.4 ㎛ 이상의 레지스트 패턴 형상이 사용될때는 심각하지 않다. 포토마스크의 제조에서, 만일 포토마스크가 0.3 ㎛ 정도의 레지스트 패턴의 노광을 의도한다면, 그렇게 심각하지 않지만, 만약 포토마스크가 0.1 ㎛ 이하의 레지스트 패턴 모양을 형성한다면 심각해진다.
비록 상기 문제가 차광막에서 크롬 재료의 사용을 피함으로써 극복될 수 있지만, 투명 기판과 규소-함유 위상 시프트 재료의 에칭 프로세싱에서 이용된 크롬 차광막의 경질 마스크 기능을 수득하는 방법이 새로운 이슈로 떠오른다.
본 발명의 목적은 특히, ArF 엑시머 레이저 광과 같은 250 nm 이하의 파장의 광에 노출되는 것을 수반하는 포토리소그래피에서 필요한 것과 같은, 포토마스크에 높은 해상도와 미세 포토마스크 패턴을 형성하기 위한 고도의 정확도 에칭능력 둘다를 부여하는 포토마스크 블랭크, 즉, 최소화된 패턴 밀도 의존성을 갖는 패턴을 형성하기 위해 에칭 프로세싱의 충분한 공정 정확성을 갖는 포토마스크 블랭크 및 포토마스크 블랭크를 사용하여 포토마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 불소 드라이 에칭에 의해 가공될 수 있는 막은 산소-함유 염소 드라이 에칭을 받은 크롬계 막에 비교할 때, 불소 드라이 에칭 동안에 패턴 밀도 의존성이 감소되었다는 것을 발견하였다. 불소 드라이 에칭에 의해 가공될 수 있는 막에 대한 연구를 하여, 본 발명자들은 전이 금속과 규소를 함유하는 막이 적합하다는 것을 발견하였다. 또한 크롬계 재료의 막이라도 만약 그것이 충분히 얇게 만들어지면, 패턴 밀도 의존이 감소될 수 있지만, 그러한 두께 범위 내에 있는 크롬계 재료 막은 차광이 부족하다는 것을 발견하였다.
상기 발견에 근거하여, 본 발명자들은 (I) 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물, 특히 전이 금속 및 규소를 함유하는 재료로 구성되는 차광막, 및 차광막 위에 배치되고 불소 드라이 에칭에 저항성인 금속 또는 금속 화합물로 구성된 에칭 마스크막을 포함하는 포토마스크 블랭크, (II) 차광막, 차광막 위에 배치된 반사 방지막, 특히 전이금속, 규소 및 질소를 함유하는 반사 방지막 및 반사 방지막 위에 배치된 에칭 마스크막, 특히 크롬을 함유하고 규소가 없는 또는 탄탈을 함유하고 규소가 없는 에칭 마스크막을 포함하는 포토마스크 블랭크, 또는 (III) 차광막, 차광막 위에 배치된 에칭 마스크막, 특히 적어도 50원자%의 크롬 함량을 갖는 크롬을 함유하는 에칭 마스크막, 및 에칭 마스크막 위의 반사 방지막, 특히 적어도 50원자%의 크롬 함량을 갖는 크롬과 산소를 함유하는 반사 방지막을 포함하는 포토마스크 블랭크가, 차광막을 패턴 밀도와 상관없이 높은 정확도로 가공하는 것을 보장하고, 차광막의 패턴 형성 후에, 위상 시프트막 또는 기판이 에칭에 의해 가공될때도, 패턴은 높은 정확도로 위상 시프트막 또는 기판으로 전사되는 것을 보장한다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 하기 정의된 바와같이 포토마스크 블랭크와 포토마스크 제조 방법을 제공한다.
[1] 투명 기판과, 노광광에 투명한 영역과 실효적으로 불투명한 영역을 포함하는 투명 기판 위에 형성된 마스크 패턴을 포함하는 포토마스크가 제조되는 포토마스크 블랭크로서,
상기 포토마스크 블랭크는
투명 기판,
기판 위에 배치된 차광막,
선택적으로는 그들 사이에 개재되는 또다른 막과 함께(상기 차광막은 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물을 포함하고),
상기 차광막 위에 형성된 에칭 마스크막(상기 마스크막은 불소 드라이 에칭에 저항성인 또다른 금속 또는 금속 화합물을 포함한다)을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[2] 투명 기판과, 투명 기판 위에 형성된, 노광광에 투명한 영역과 실효적으로 불투명한 영역을 포함하는 마스크 패턴을 포함하는 포토마스크가 제조되는 포토마스크 블랭크로서, 상기 포토마스크 블랭크는
투명 기판,
기판 위에 배치된 차광막,
선택적으로는 그들 사이에 개재되는 또다른 막과 함께(상기 차광막은 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물을 포함하고),
상기 차광막 위에 형성된 반사 방지막, 및
상기 반사 방지막 위에 형성된 에칭 마스크막(상기 마스크막은 불소 드라이 에칭에 저항성인 또다른 금속 또는 금속 화합물을 포함하고),
(상기 반사 방지막과 상기 에칭 마스크막은 다른 원소들로 구성되거나 또는 다른 조성 비의 동일한 원소로 구성되고)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[3] 상기 반사 방지막은 상기 차광막에서와 동일한 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 [2]의 포토마스크 블랭크.
[4] 투명 기판과, 투명 기판 위에 형성된, 노광광에 투명한 영역과 실효적으 로 불투명한 영역을 포함하는 마스크 패턴을 포함하는 포토마스크가 제조되는 포토마스크 블랭크로서,
상기 포토마스크 블랭크가
투명 기판,
기판 위에 배치된 차광막,
선택적으로는 그들 사이에 개재되는 또다른 막과 함께(상기 차광막은 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물을 포함하고),
상기 차광막 위에 형성된 에칭 마스크막(상기 마스크막은 불소 드라이 에칭에 저항성인 또다른 금속 또는 금속 화합물을 포함하고) 및
상기 마스크막 위에 형성된 반사 방지막,
(상기 반사 방지막과 상기 에칭 마스크막은 다른 원소들로 구성되거나 또는 다른 조성 비의 동일한 원소들로 구성된다)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[5] 상기 반사 방지막은 상기 차광막에서와 동일한 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 [4]의 포토마스크 블랭크.
[6] 상기 차광막, 반사 방지막, 및 에칭 마스크막은 인접하여 라미네이트되는 것을 특징으로 하는 [2] 내지 [5] 중 한가지의 포토마스크 블랭크.
[7] 상기 차광막은 상기 에칭 마스크막에 비해 2이상의 불소 드라이 에칭에서의 선택성 비를 갖는 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [6] 중 한가지의 포토마스크 블랭크.
[8] 상기 투명 기판은 상기 에칭 마스크막에 비해 10이상의 불소 드라이 에칭에서의 선택성 비를 갖는 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [7] 중 한가지의 포토마스크 블랭크.
[9] 상기 에칭 마스크막은 크롬 단독 또는 크롬과, 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 한가지 이상의 원소를 포함하는 크롬 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [8] 중 한가지의 포토마스크 블랭크.
[10] [9]에 있어서, 상기 크롬 화합물은 50원자% 이상의 크롬을 함유하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[11] [1] 내지 [8] 중 한가지에 있어서, 상기 에칭 마스크막은 탄탈 단독 또는 규소 없이 탄탈을 포함하는 탄탈 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[12] [1] 내지 [11] 중 한가지에 있어서, 상기 차광막은 규소 단독 또는 규소와 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 한가지 이상의 원소를 포함하는 규소 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[13] [1] 내지 [11] 중 한가지에 있어서, 상기 차광막은 전이 금속과 규소의 합금 또는 전이금속, 규소 및 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 한가지 이상의 원소를 포함하는 전이 금속 규소 화합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[14] [2]에 있어서, 상기 포토마스크 블랭크가
투명 기판,
기판 위에 형성된 차광막,
선택적으로는 그들 사이에 개재되는 또다른 막과 함께(상기 차광막은 불소 드라이 에칭가능한 전이 금속 및 규소를 포함하고),
상기 차광막에 인접하여 배치된 반사 방지막(상기 반사 방지막은 전이 금속, 규소 및 질소를 포함하고), 및
상기 반사 방지막에 인접하여 배치된 에칭 마스크막(상기 에칭 마스크막은 크롬을 포함하고 규소는 없거나, 또는 탄탈을 포함하고 규소는 없다)
를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[15] [4]에 있어서, 상기 포토마스크 블랭크가
투명 기판,
기판 위에 형성된 차광막,
선택적으로는 그들 사이에 개재되는 또다른 막과 함께(상기 차광막은 불소 드라이 에칭가능한 전이 금속 및 규소를 포함하고),
상기 차광막에 인접하여 배치된 에칭 마스크막(상기 에칭 마스크막은 적어도 50원자%의 크롬 함량으로 크롬을 포함하고), 및
상기 에칭 마스크막에 인접하여 배치된 반사 방지막(상기 반사 방지막은 50원자% 미만의 크롬 함량으로 크롬과 산소를 포함한다)
을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[16] [13] 내지 [15] 중 어느 한가지에 있어서, 상기 전이 금속은 티타늄, 바나듐, 코발트, 니켈, 지르코늄, 니오브, 몰리브덴, 하프늄, 탄탈, 및 텅스텐으로 구성되는 군으로부터 선택된 한가지 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[17] [13] 내지 [15] 중 어느 한가지에 있어서, 상기 전이 금속은 몰리브덴인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[18] [13] 내지 [17] 중 어느 한가지에 있어서, 상기 차광막은 5 원자% 내지 40원자%의 질소 함량으로 질소를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[19] [1] 내지 [18] 중 어느 한가지에 있어서, 상기 에칭 마스크막은 2 내지 30 nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[20] [1] 내지 [19] 중 어느 한가지에 있어서, 위상 시프트막은 라미네이트 막 사이에 다른 막으로서 개재되는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[21] [20]에 있어서, 상기 위상 시프트막은 하프톤 위상 시프트막인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
[22] [1] 내지 [21] 중 어느 한가지의 포토마스크 블랭크를 패터닝하는 것을 포함하는 포토마스크 제조 방법.
[23] [22]에 있어서, 에칭 마스크로서 상기 에칭 마스크막을 통해 상기 차광막을 불소 드라이 에칭하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
[24] [22] 또는 [23]에 있어서, 에칭 마스크로서 상기 에칭 마스크막을 통해 상기 투명 기판을 불소 드라이 에칭하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
[25] [22] 내지 [24] 중 어느 한가지에 있어서, 상기 포토마스크는 레벤슨형 마스크인 것을 특징으로 하는 방법.
종래의 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크과 비교할 때, 본 발명의 포토마스크 블랭크는 차광막이 드라이 에칭되어 패턴을 형성할때, 패턴 밀도 의존성으로부터 생기는 패턴 형상 크기의 변동이 감소된다는 이점을 갖는다. 이는 높은 정확도로 마스크를 제조할 수 있게 한다. 본 발명의 포토마스크 블랭크가 하프톤 위상 시프트 마스크, 크롬리스 위상 리소그래피(CPL) 마스크 또는 레벤슨형 마스크에 적용될때, 수퍼-해상도 노광을 위한 포토마스크가 높은 정확도로 제작될 수 있다.
본 발명에 따르면, 미세 포토마스크 패턴은 차광막이 최소화된 사이드 에칭 및 제어의 용이함을 특징으로 하는 불소 드라이 에칭에 의해 패터닝될 수 있기 때문에 그리고 레지스트막이 얇게 만들어질 수 있기 때문에, 높은 정확도로 형성될 수 있다. 포토마스크 블랭크가 위상 시프트막을 포함하는 구체예에서, 위상 시프트막은 에칭 마스크막을 이용하여 에칭될 수 있는 반면, 에칭 마스크막의 두께는 위상 시프트막의 에칭에 필요한 최소 수준에서 설정될 수 있다. 또한 레벤슨형 마스크 또는 CPL 마스크의 경우에, 투명 기판은 에칭에 의해 패터닝되고, 미세 포토마스크 패턴이 높은 정확도로 형성될 수 있도록, 에칭 마스크막의 두께는 최소 필요한 수준에서 세팅될 수 있다.
본 발명의 포토마스크 블랭크는 패턴 밀도 의존성으로부터 생기는 패턴 형상 크기의 변이가 감소된다는 이점을 가지며, 따라서 높은 정확도로 포토마스크를 제조할 수 있다. 또한, 미세 포토마스크 패턴은 차광막이 최소화된 사이드 에칭 및 제어의 용이함을 특징으로 하는 불소 드라이 에칭에 의해 패터닝될 수 있고 레지스트막이 얇게 만들어질 수 있기 때문에, 높은 정확도로 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 포토마스크 블랭크는 포토마스크에 높은 해상도와 미세 포토마스크 패턴을 형성하기 위한 고도의 정확도 에칭능력 모두를 부여한다.
본 발명은 투명 기판과, 노광광에 투명한 영역과 실효적으로 불투명한 영역을 포함하는, 투명 기판 위에 형성된 마스크 패턴을 포함하는 포토마스크를 제조하기 위한 포토마스크 블랭크에 관한 것이다. 포토마스크 블랭크는 투명 기판, 기판위에 배치된 차광막, 선택적으로 그사이에 개재되는 또다른 막을 포함하고, (차광막은 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물을 포함하고), 및 차광막 위에 형성된 에칭 마스크막을 포함하고, 마스크막은 불소 드라이 에칭에 저항성인 또다른 금속 또는 금속 화합물을 포함한다. 불소 드라이 에칭과 연결하여 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "가능한"은 재료가 불소 드라이 에칭에 의해 에칭될 수 있다는 것을 의미하고, 용어 "저항성"은 재료가 불소 드라이 에칭을 견딘다는 것을 의미한다.
본 발명의 포토마스크 블랭크의 바람직한 구체예는 하기의 2가지 구체예를 포함한다.
첫번째 구체예는 투명 기판, 기판 위에 배치된 차광막, 선택적으로 그 사이에 개재하는 또다른 막과 함께, (차광막은 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물을 포함하고), 차광막 위에 형성된 반사 방지막 및 반사 방지막 위에 형성된 에칭 마스크막(에칭 마스크막은 불소 드라이 에칭에 저항성인 또다른 금속 또는 금속 화합물을 포함한다)을 포함하는 포토마스크 블랭크이다.
보다 구체적으로, 투명 기판위에 직접적으로 배치된 차광막을 갖는 블랭크는(또다른 개재 막없이) 도 1A에 예증한 바와 같이, 투명 기판 (1)위에 직접 배치된 차광막(2), 이 차광막(2) 상에 반사 방지막(3) 및 에칭 마스크막(4)이 순서대로 서로 접하여 적층된 것을 포함하는 하나의 예시 블랭크를 포함한다. 또다른 개재 막을 통해 투명 기판위에 배치된 차광막을 갖는 블랭크는 라미네이트 막 사이에 다른 막으로서 개재하는 위상 시프트막을 갖는 블랭크를 포함하고, 특히 하나의 예시 블랭크는 도 1B에서 예증된 바와 같이, 그 사이에 개재된 위상 시프트막(8)을 통해 투명 기판(1)에 배치된 차광막(2), 이 차광막(2) 상에 반사 방지막(3) 및 에칭 마스크막(4)이 순서대로 서로 접하여 적층된 것을 포함한다. 첫번째 구체예에서, 반사 방지막은 차광막과 동일한 금속을 함유하는 것이 바람직하다.
두번째 구체예는 선택적으로 그 사이에 개재되는 또다른 막과 함께, 투명 기판, 기판 위에 배치된 차광막(차광막은 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물을 포함하고), 차광막 위에 형성된 에칭 마스크막(에칭 마스크막은 불소 드라이 에칭에 저항성인 또다른 금속 또는 금속 화합물을 포함하고) 및 에칭 마스크막 위에 형성된 반사 방지막을 포함하는 포토마스크 블랭크이다.
보다 구체적으로, 투명 기판 위에 직접적으로 배치된 차광막을 갖는 블랭크는 (또다른 개재 막 없이) 하나의 예시 블랭크를 포함하고, 도 2A에서 예증한 바와 같이, 투명 기판(1)에 직접 배치된 차광막(2), 이 차광막(2) 상에 에칭 마스크 막(4) 및 반사 방지막(3)이 순서대로 서로 접하여 적층된 것을 포함한다. 또다른 개재 막을 통해 투명 기판 위에 배치된 차광막을 갖는 블랭크는 다른 막으로서 개재하는 위상 시프트막을 갖는 블랭크, 특히 도 2B에서 도해된 바와 같이, 그 사이에 개재하는 위상 시프트막(8)을 통해 투명 기판(1) 위에 배치된 차광막(2), 이 차광막(2) 상에 에칭 마스크막(4) 및 반사 방지막(3)이 순서대로 서로 접하여 적층된 것을 포함하는, 한 예시 블랭크를 포함한다. 두번째 구체예에서, 반사 방지막은 에칭 마스크막과 동일한 금속을 함유하는 것이 바람직하다.
구체예 중 하나에서, 반사 방지막과 에칭 마스크막은 다른 원소들로 구성되거나 다른 조성 비로 동일한 원소들로 구성된다.
에칭 마스크막은 차광막 등의 불소 드라이 에칭 동안에 에칭 마스크 작용을 위해 지배적으로 작용하는 막이고, 차광막은 노광광에 대한 차단 작용을 위해 지배적으로 작용하는 막이고, 반사 방지막은 노광광 또는 검사광에 대한 반사 방지 작용, 즉, 포토마스크 형태로 사용에 있어서, 반사율을 줄이는 작용을 위해 지배적으로 작용하는 막이다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "금속"은 특정한 제한없이 언급될때는 규소를 포함한다.
상기와 같이 구성된 포토마스크 블랭크는 표면 반사율을 효과적으로 제어하고, 차광막의 건조 에칭 프로세싱 동안에 높은 정확도로 미세 패턴을 형성하고, 패턴 밀도 의존성으로 인한 패턴 형상 크기의 변이를 줄이고, 더욱 고도로 정확한 포토마스크를 제조할 수 있게 한다.
보다 구체적으로, 차광막은 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물, 및 바람직하게는 규소 단독, 금속으로서 규소를 함유하는 합금, 또는 금속으로서 규소를 함유하는 금속 화합물로 구성된다(이것은 때때로 집합적으로 "규소-함유 재료"로 부른다). 이 차광막은 통상적으로 사용된 크롬계 차광막보다, 패턴 밀도 의존성을 향상시킨다. 규소는 통상 사용된 크롬계 재료보다 단파장 광에 대한 흡수의 계수가 더 높기 때문에, 규소-함유 재료는 차광막의 두께를 줄이면서, 얇은 막 형태에서도 충분한 차광 작용을 제공한다.
더 나아가, 차광막은 차광막의 에칭에 사용된 불소계 가스에 저항성인 에칭 마스크막으로 씌워져 있을때, 에칭 마스크막은 불소 드라이 에칭 동안에 에칭 마스크로서 작용한다. 이 경우에, 레지스트는 단지 에칭 마스크막을 패터닝하는 시간에만 에칭 마스크로서 작용하도록 요구되기 때문에, 레지스트막은 충분히 얇게 만들어져서 미세 레지스트 패턴의 형성을 촉진할 수 있다. 더욱이, 에칭 마스크막은 드라이 에칭 동안에 패턴 단면 형태가 레지스트막의 얇아짐에 의해 악화되는 것을 방지한다.
다른 한편으로는, 반사 방지막은 표면 반사율을 줄이고, 포토마스크 표면에 노광광의 반사를 저해한다.
본원에서 사용된 바와 같이 용어 "불소 드라이 에칭"은 불소-함유 가스를 사용하는 드라이 에칭을 말한다. 불소-함유 가스는 불소 원소를 함유하는 어떤 가스, 특히 불소 가스, CF4 및 C2F6와 같은 탄소와 불소를 함유하는 가스, 또는 헬륨과 불소-함유 가스와 같은 불소-없는 가스의 혼합물이 될 수 있다. 산소와 같은 다른 가스는 만일 필요하다면 거기에 첨가될 수 있다.
하프톤 위상 시프트 마스크, 크롬리스 마스크와 레벤슨형 마스크를 포함하여, 모든 현재 사용된 수퍼-해상도 포토마스크가 위상이 다른 광의 간섭 효과를 이용함으로써 리소그래피에서 광 콘트라스트를 증가시키도록 설계되지만, 마스크에 의해 투과된 광의 위상은 재료와 마스크 위에 형성된 위상 시프트부의 막 두께에 의해 조절된다. 현재 널리 채택된 바와 같은 위상 시프트 효과를 이용하는 수퍼-해상도 포토마스크의 제조에 있어서, 위상 시프트부의 패턴은 그위에 부착된 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크를 제공하고, 먼저 위상 시프트막 또는 투명 기판위에 형성된 차광막을 패터닝하고, 그후 패턴을 위상 시프트막 또는 투명 기판으로 전사하는 것을 수반하는 방법에 의해 형성된다. 따라서, 차광막의 패턴이 정확히 정의되는 것이 매우 중요하다.
위상 시프트 마스크에 사용된 보통 위상 시프트막이 만들어지는 재료는 하프톤 위상 시프트 마스크의 경우에는 거기에 첨가된 산소 및/또는 질소를 갖는 전이 금속 규소 화합물이고, 크롬리스 마스크와 레벤슨형 마스크의 경우에는 그 위의 투명 기판 그들자체 또는 규소 산화물이다. 어느 경우에도, 이들 재료는 불소 드라이 에칭을 사용하여 가공된다. 그로 인해, 크롬계 재료가 차광막 재료로서 선행기술에서 사용되어 왔다. 크롬계 재료는 불소 드라이 에칭 조건 하에서 저항성이기 때문에 만족스러운 차광막 재료이고, 불소 드라이 에칭 동안에 만족스런 에칭 마스크로서 역할을 할 수 있고, 규소-함유 재료에 손상을 일으키지 않는 염소-함유 드라이 에칭, 예를 들어, 염소 드라이 에칭, 전형적으로 염소와 산소를 함유하는 에칭제 가스로 드라이 에칭 조건 하에서 제거될 수 있다.
그러나, 본 발명에서 사용된 차광막이 불소 드라이 에칭가능한 막이기 때문에, 그것은 불소 드라이 에칭에 의해 에칭될 위상 시프트막 또는 투명 기판을 위한 에칭 마스크로서 작용하지 않는다. 그후 에칭 마스크막이 위상 시프트막 또는 투명 기판을 위한 에칭 마스크로서 기능할 수 있도록, 불소 드라이 에칭에 대한 저항성을 갖는 막은 에칭 마스크막으로서 개별적으로 형성된다.
다른 한편으로는, 종래의 크롬계 차광막 재료의 프로세싱의 정확도가 패턴 밀도 의존성으로 인해 낮아지는 문제는 0.1㎛ 이하의 형상 크기를 갖는 패턴의 노광을 위해 의도된 포토마스크의 제작에서 꽤 심각해진다. 그러면, 본 발명의 포토마스크 블랭크는 불소 드라이 에칭가능한 재료, 위상 시프트막 또는 투명 기판 재료와 같이, 전형적으로 차광막의 적어도 일부, 바람직하게는 전체에서 규소-함유 재료를 사용함으로써 프로세싱 정확도의 문제를 해결한다.
포토마스크 블랭크의 예시적 막 배열은 일반적으로 에칭 마스크막이 포토마스크 제조 동안에 마지막으로 제거되는 하나의 모드와, 에칭 마스크막이 제거되거나 남겨지는 또다른 모드로 분할된다.
첫번째 구체예에서 포토마스크 블랭크는 에칭 마스크막이 포토마스크 제작 공정 동안에 최종 제거되는 타입의 포토마스크 블랭크로서 사용될 수 있다. 이 막 배열을 가지고, 에칭 마스크막이 벗겨질때, 반사 방지막이 포토마스크의 가장 바깥쪽 표면측 위에 존재하여 포토마스크의 반사율은 충분히 낮게 제어된다. 이 경우에, 반사 방지막은 차광막의 에칭과 동일한 조건하에서 에칭될 수 있는 것이 바람 직하다. 이 때문에, 반사 방지막은 차광막에서와 동일한 금속을 함유하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 반사 방지막이 차광막보다 더 많은 산소와 질소를 함유하는 금속 화합물로 구성되는 것이 바람직하다.
차광막과 동일한 금속을 함유하는 반사 방지막은 차광막과 함께 에칭될 수 있다. 즉, 차광막과 반사 방지막은 에칭 마스크막이 마스크로서 역할을 하는 동안 단일 드라이 에칭에 의해 함께 에칭될 수 있다. 또한 노광 파장이 ArF 엑시머 레이저 등일 때도 낮은 반사율은 쉽게 이용가능하기 때문에, 반사 방지막이 규소-함유 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 첫번째 구체예의 포토마스크 블랭크 또는 포토마스크 제조 공정을 위해, 에칭 마스크막이 포토마스크 블랭크 또는 포토마스크의 가장 바깥쪽 표면에 존재하는 동안 결함 검사가 수행되는 상황이 존재한다. 만일 이 상황에서 에칭 마스크막의 반사율을 조절할 필요가 있다면, 반사 방지 기능을 갖는 막이 에칭 마스크막 위에 더욱 형성될 수 있다. 에칭 마스크막 위에 그렇게 형성된 반사 방지 기능을 갖는 막은 에칭 마스크막과 함께 최종적으로 제거될 수 있다.
첫번째 구체예의 포토마스크 블랭크는 또한 에칭 마스크막이 마스크 제조 후에 마스크의 일부로서 남아있는 모드에서 사용될 수 있다. 이 모드는 에칭 마스크막이 또한 반사 방지막에 상보적인 반사 방지 기능에 공헌하는 경우에 해당하거나, 에칭 마스크막이 세정 또는 다른 목적을 위해 사용된 화학물질에 대해 보호막으로서 기능하는 경우에 해당한다.
에칭 마스크막이 단일 막이 이중 기능, 즉 에칭 마스크의 기능과 반사 방지막의 기능을 갖도록 구성될 수 있지만, 만일 에칭 마스크의 기능이 반사 방지막의 기능과 분리된다면, 에칭 마스크막은 에칭 마스크로서 기능하기 위해 최소 허용되는 두께로 줄어들 수 있다. 단일 막이 에칭 마스크 기능과 반사 방지막 기능 둘다를 가질 때, 만일 막 성질의 변경에 의해 막이 낮은 광 감쇠로 세팅된다면, 에칭 마스크 기능은 줄어든다. 대조적으로, 에칭 마스크막과 반사 방지막은 독립적으로 형성되고, 둘다 낮은 광 감쇠와 높은 에칭 저항성이 양립가능하다.
반사 방지막과 에칭 마스크막은 다른 원소들 또는 다른 조성비로 동일한 원소들로 구성되는 것이 주목된다. 첫번째 구체예에서, 반사 방지막은 바람직하게는 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물, 예를 들어, 규소-함유 재료로 구성된다. 규소-함유 재료의 예는 규소 단독과 같이 규소를 유일한 금속으로서 함유하는 재료, 및 규소와 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 한가지 이상의 원소를 함유하는 규소 화합물을 포함한다. 규소 화합물의 예시는 규소 옥사이드, 규소 나이트라이드, 규소 옥시나이트라이드, 규소 옥시카바이드, 규소 나이트라이드 카바이드, 및 규소 옥사이드 나이트라이드 카바이드를 포함한다.
금속으로서 규소와 규소 이외의 금속을 함유하는 화합물은 또한 유용하고 규소와 전이 금속과의 합금, 및 전이 금속, 규소 및 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 한가지 이상의 원소를 함유하는 전이 금속 규소 화합물을 포함한다. 전이 금속 규소 화합물의 더욱 실례는 전이 금속 규소 옥사이드, 전이 금속 규소 나이트라이드, 전이 금속 규소 옥시나이트라이드, 전이 금속 규소 옥시카바이드, 전이 금속 규소 나이트라이드 카바이드, 및 전이 금속 규소 옥사이드 나이트라이드 카바이드 를 포함한다.
전이 금속은 바람직하게는 티타늄, 바나듐, 코발트, 니켈, 지르코늄, 니오브, 몰리브덴, 하프늄, 탄탈 및 텅스텐으로 구성되는 군으로부터 선택된 한가지이상의 원소이다. 이중에서 특히, 몰리브덴이 드라이 에칭 가공성에 바람직하다.
첫번째 구체예의 포토마스크 블랭크에서, 반사 방지막이 만들어지는 규소-함유 재료는 불소 드라이 에칭가능하고 그것의 조성의 선택에 의해서 또한 산소-없는 염소 드라이 에칭가능하게 만들어질 수 있다.
반사 방지막은 바람직하게는 10원자% 내지 80원자%, 특히 30원자% 내지 50원자%의 규소, 0 원자% 내지 60원자%, 특히 0 원자% 내지 40원자%의 산소, 0원자% 내지 57원자%, 특히 20 원자% 내지 50원자%의 질소, 0원자% 내지 20원자%, 특히 0 원자% 내지 5원자%의 탄소, 및 0 원자% 내지 35원자%, 특히 1원자% 내지 20원자%의 전이 금속으로 본질적으로 구성되는 조성을 갖는다.
본 발명에서, 반사 방지막은 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 단층 구조는 막 구성과 그것을 반영한 프로세스를 단순화한다.
어떤 경우에, 반사 방지막과 차광막, 에칭 마스크막 등 사이의 부착은 패턴 결함이 일어나기에 충분히 낮고; 레지스트막이 포토마스크 제조 동안에 반사 방지막 위에 직접적으로 형성될 때, 레지스트 패턴은 푸팅과 네킹으로 인해 단면적 모양이 저하된다. 전자의 경우에, 부착은 예를 들어, 차광막, 에칭 마스크막 등에 인접하는 반사 방지막의 일부, 또는 레지스트막에 인접하는 반사 방지막의 일부, 즉, 질소 및/또는 산소-함유 재료로부터, 단층 구조의 경우에는 두께 방향으로 반 사 방지막의 반대 표면 부분 중 하나 또는 둘다, 그리고 다층 구조의 경우에는 두께 방향으로 반사 방지막의 가장 먼 층들 중 하나 또는 둘다를 구성하고, 질소 및/또는 산소의 함량을 조절함으로써 개선될 수 있다. 후자의 경우에는, 에칭 패턴의 단면 모양에서 수직성은 그것의 조성이 두께 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 변화되도록 반사 방지막을 형성함으로써 개선될 수 있다. 이들 구조는 반응 스퍼터링의 매개변수들을 제어함으로써 쉽게 형성될 수 있다.
첫번째 구체예의 포토마스크 블랭크에서, 두께 방향으로 조성 변화를 갖는 반사 방지막은 바람직하게는 본질적으로 0 원자% 내지 90원자%, 특히 10원자% 내지 90원자%의 규소, 0 원자% 내지 67원자%, 특히 5원자% 내지 67원자%의 산소, 0원자% 내지 57원자%, 특히 5원자% 내지 50원자%의 질소, 0원자% 내지 20원자%, 특히 0 원자% 내지 5원자%의 탄소 및 0원자% 내지 95원자%, 특히 1원자% 내지 20원자%의 전이 금속으로 구성되는 조성을 갖는다.
또한, 포토마스크 제조 공정에서 에칭 마스크막이 최종적으로 제거되거나 남는 모드에서, 두번째 구체예의 포토마스크 블랭크가 또한 채택될 수 있다. 이 경우에, 반사 방지막은 바람직하게는 차광막의 에칭에 저항성이 되어야 한다.
이 경우에, 반사 방지막은 바람직하게는 에칭 마스크막에서의 금속과 동일한 금속을 함유한다. 반사 방지막은 또다른 막, 예를 들어, 레지스트막에 부착을 향상시키기 위한 막으로 씌우는 경우, 다른 막이 바람직하게는 에칭 마스크막에서 금속과 동일한 금속을 함유해야 한다. 이 구성을 가지고, 반사 방지막은 에칭 마스크막과 동일한 공정에 의해 제거될 수 있고, 더 나아가, 다른 막은 또한 에칭 마스 크막과 동일한 공정에 의해 제거될 수 있다. 반사 방지막은 또한 에칭 마스크막에 상보적인 마스크 기능에 할당될 수 있다.
반사 방지막과 에칭 마스크막은 다른 원소들 또는 다른 조성비로 동일한 원소들로 구성되는 것이 주목된다. 두번째 구체예에서, 반사 방지막은 전형적으로 크롬 단독 또는 크롬 및 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 한가지 이상의 원소를 함유하는 크롬 화합물로 구성된다. 크롬 화합물의 좀더 실례는 크롬 옥사이드, 크롬 나이트라이드, 크롬 옥시나이트라이드, 크롬 옥시카바이드, 크롬 나이트라이드 카바이드 및 크롬 옥사이드 나이트라이드 카바이드를 포함한다.
이 반사 방지막은 바람직하게는 본질적으로 30 원자% 내지 100원자%, 특히 30원자% 내지 70원자%, 보다 구체적으로는 35원자% 내지 50원자%의 크롬, 0원자% 내지 60원자%, 특히 20원자% 내지 60원자%의 산소, 0원자% 내지 50원자%, 특히 3원자% 내지 30원자%의 질소, 및 0원자% 내지 20원자%, 특히 0원자% 내지 5원자%의 탄소로 구성되는 조성을 갖는다.
두번째 구체예의 포토마스크 블랭크에서, 두께 방향으로 변하는 조성을 갖는 반사 방지막은 30원자% 내지 100원자%, 특히 35원자% 내지 90원자%의 크롬, 0원자% 내지 60원자%, 특히 3원자% 내지 60원자%의 산소, 0원자% 내지 50원자%, 특히 3원자% 내지 50원자%의 질소 및 0원자% 내지 30원자%, 특히 0원자% 내지 20원자%의 탄소로 구성되는 조성을 갖는다.
본원에서 사용된 차광막은 바람직하게는 불소 드라이 에칭가능한 금속또는 금속 화합물, 예를 들어, 규소-함유 재료로 구성된다. 규소-함유 재료의 예는 규소 단독, 및 규소 및 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 한가지 이상의 원소를 함유하는 규소 화합물을 포함한다. 규소 화합물의 실례는 규소 옥사이드, 규소 나이트라이드, 규소 옥시나이트라이드, 규소 옥시카바이드, 규소 나이트라이드 카바이드, 및 규소 옥사이드 나이트라이드 카바이드를 포함한다.
또한 규소와 전이 금속의 합금, 전이 금속, 규소 및 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 한가지 이상의 원소를 함유하는 전이 금속 규소 화합물이 바람직하다. 전이 금속 규소 화합물의 보다 실례는 전이 금속 규소 옥사이드, 전이 금속 규소 나이트라이드, 전이 금속 규소 옥시나이트라이드, 전이 금속 규소 옥시카바이드, 전이 금속 규소 나이트라이트 카바이드, 및 전이금속 규소 옥사이드 나이트라이드 카바이드를 포함한다.
전이 금속은 바람직하게는 티타늄, 바나듐, 코발트, 니켈, 지르코늄, 니오브, 몰리브덴, 하프늄, 탄탈 및 텅스텐으로 구성되는 군으로부터 선택된 한가지 이상의 원소이다. 이 중에서도, 몰리브덴은 드라이 에칭 가공성을 위해 더 바람직하다.
차광막이 만들어지는 규소-함유 재료는 불소 드라이 에칭가능하고 그것의 조성에 의해서 또한 산소-없는 염소 드라이 에칭가능하게 만들어질 수 있다.
차광막은 바람직하게는 본질적으로 10 원자% 내지 95원자%, 특히 30원자% 내지 95원자%의 규소, 0 원자% 내지 50원자%, 특히 0원자% 내지 30원자%의 산소, 0원자% 내지 40원자%, 특히 0원자% 내지 20원자%의 질소, 0원자% 내지 20원자%, 특히 0원자% 내지 5원자%의 탄소, 및 0원자% 내지 35원자%, 특히 1원자% 내지 20원자%의 전이 금속으로 구성되는 조성을 갖는다.
본 발명에서, 차광막은 단층 구조 또는 다층구조를 가질 수 있다. 단층 구조는 막 구성 및 그것을 반영한 공정을 간소화한다.
차광막과 에칭 마스크막, 반사 방지막, 투명 기판, 위상 시프트막 등 사이의 부착이 패턴 결함이 일어나기에 충분히 낮은 경우에, 부착은 예를 들어 에칭 마스크막, 반사 방지막, 투명 기판, 위상 시프트막 등에 인접하는 차광막의 일부, 즉, 질소 및/또는 산소-함유 재료로부터, 단층 구조의 경우에 두께 방향으로 차광막의 반대 표면 부분 중 하나 또는 둘다, 그리고 다층 구조의 경우에 두께 방향으로 차광막의 가장 먼 층들 중 하나 또는 둘다를 구성하고, 질소 및/또는 산소-함유의 함량을 조절함으로써 개선될 수 있다. 또한, 에칭 패턴의 단면 모양에서 수직성은 그것의 조성이 두께 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 변화되도록 차광막을 형성함으로써 개선될 수 있다. 이들 구조는 반응성 스퍼터링의 매개변수의 제어함으로써 쉽게 형성될 수 있다.
두께 방향으로 조성 변화를 갖는 차광막은 바람직하게는 본질적으로 10원자% 내지 95원자%, 특히 15원자% 내지 95원자%의 규소, 0원자% 내지 60원자%, 특히 0원자% 내지 30원자%의 산소, 0원자% 내지 57원자%, 특히 0원자% 내지 40원자%의 질소, 0원자% 내지 30원자%, 특히 0 원자% 내지 20원자%의 탄소, 및 0원자% 내지 35원자%, 특히 1원자% 내지 20원자%의 전이 금속으로 구성되는 조성을 갖는다.
규소-함유 재료가 전이 금속 및 규소를 함유할 때, 조성 비의 선택이 넓은 범위에 걸쳐서 가능하다. 예를 들어, 1:4 내지 1:15(원자 비)의 범위에서 전이 금속 대 규소의 조성 비의 선택은 세정과 다른 목적에 사용된 화학물질에 대한 불활성을 유리하게 강화한다. 전이 금속 대 규소의 조성 비가 범위 바깥에 있을 때라도, 특히 5원자% 내지 40원자%의 질소 함량의 질소의 포함은 요구되는 화학 불활성을 부여하고 에칭 마스크막으로서 사용된 Cr 막의 에칭을 위한 산소-함유 염소 드라이 에칭 동안에 손상을 감소시키는데 효과적이다. 이때에, 전이 금속 대 규소의 비는 예를 들어, 1:1 내지 1:10(원자비)의 범위에 있을 수 있다.
차광막은 바람직하게는 10 내지 80nm의 두께를 갖는다. 10nm 미만의 두께를 갖는 막은 원하는 차광 효과를 제공하는데 실패할 수 있다. 80nm 이상의 두께를 갖는 막은 250nm 이하의 두께를 갖는 얇은 레지스트막과 조합될 때 높은 정확도로 가공하기 어려울 수 있거나, 또는 막 응력으로 인해 기판이 구부러지는 원인이 된다.
본원에 사용된 차광막은 포토마스크의 사용 동안에 노광에 대한 차광 효과를 부여하는 막이고 특별히 제한되지는 않는다. 포토마스크 블랭크가 층 구조(이때 포토마스크 블랭크가 포토마스크로 프로세싱될 때, 차광막은 포토마스크의 차광 역할을 주로 수행한다)일 때, 예를 들어 그것은 차광막이 도 1A와 2A에 도시된 바와 같이 투명 기판 위에 직접 배치되는 포토마스크 블랭크이거나, 또는 차광막이 도 1B와 2B에 도시된 바와 같이 위상 시프트막을 통해 투명 기판 위에 배치되는 포토마스크 블랭크이고, 위상 시프트막은 완전 투과형이고, 차광막의 조성과 두께는 그것이 노광광에 비해 1 내지 4의 광학 밀도를 가질 수 있도록 바람직하게 조절된다. 이 경우에, 차광막은 바람직하게는 20 내지 80nm의 두께를 갖는다.
다른 한편으로는, 포토마스크 블랭크가 주로 포토마스크의 차광 역할을 수행하는 또다른 막이 차광막에 더하여 존재하는 구성일 때, 예를 들어, 그것은 차광막이 도 1B와 2B에 도시된 바와 같이 위상 시프트막을 통해 투명 기판 위에 배치되는 포토마스크 블랭크이고, 위상 시프트막은 약 5% 내지 약 30%의 노광광의 투과율을 갖는 하프톤 위상 시프트막이고, 차광막의 조성과 두께는 그것이 노광광에 비해서 0.2 내지 4의 광학 밀도를 가질 수 있도록 바람직하게 조절된다. 이 경우에, 차광막은 바람직하게는 10 내지 70nm의 두께를 갖는다.
본원에 사용된 반사 방지막의 두께에 대해서, 비록 정확한 두께가 포토마스크의 제조 또는 사용에 필요한 검사에 사용된 광의 파장에 따라 및 반사 방지막의 조성에 따라 변하지만, 반사 방지 효과는 일반적으로 8 내지 30nm의 범위에 있는 두께에서 얻어진다. 8 내지 25nm의 범위에 있는 두께는 ArF 엑시머 레이저 리소그래피를 위해 바람직하다.
첫번째 구체예의 포토마스크 블랭크에서, 규소-함유 재료로 만들어지는 바람직한 반사 방지막은 10 내지 30nm의 적절한 두께를 갖는다. 두번째 구체예의 포토마스크 블랭크에서, 크롬 단독 또는 크롬 화합물로 만들어진 바람직한 반사 방지막은 8 내지 30nm의 적절한 두께를 갖는다.
차광막이 만들어지는 규소-함유 화합물이 에칭될때, 불소 드라이 에칭에 저항성인 에칭 마스크막은 에칭 마스크로서 작용하고, 그 막의 에칭 프로세싱의 정확성을 증가시키는데 공헌한다. 차광막 밑에 놓이는 투명 기판 또는 위상 시프트막이 불소 드라이 에칭에 의해 에칭될 때, 그것은 또한 에칭 마스크로서 작용한다.
본원에 사용된 에칭 마스크막은 불소 드라이 에칭에 저항성이 되어야 한다. 불소 드라이 에칭 하는 동안 에칭 마스크막과 차광막 사이의 에칭 선택성 비가 (즉, 불소 드라이 에칭 동안에 차광막 대 에칭 마스크막의 선택성 비) 2 이상일때, 사이드 에칭을 최소화하면서 미세 패턴을 형성할 수 있는 유리한 포토마스크 블랭크가 얻어진다. 그 범위의 에칭 선택성 비가 따라서 바람직하다.
불소 드라이 에칭 동안에 에칭 마스크막과 투명 기판 사이의 에칭 선택성 비(즉, 불소 드라이 에칭 동안에 투명 기판 대 에칭 마스크막의 선택성 비)가 10 이상일 때, 포토마스크 블랭크는 포토마스크가 투명 기판을 에칭함으로써 형성되는 레벤슨형 포토마스크 블랭크, 또는 CPL 포토마스크의 제조에 가장 적합한 포토마스크 블랭크가 될 수 있다.
이들 에칭 마스크막에 대해서, 크롬계 재료 또는 탄탈 함유, 규소-없는 재료가 사용될 수 있다.
크롬계 재료의 예는 크롬 단독, 및 크롬과 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 한가지 이상의 원소를 함유하고 바람직하게는 규소가 없는 크롬 화합물을 포함한다. 크롬 화합물의 더욱 실례는 크롬 옥사이드, 크롬 나이트라이드, 크롬 옥시나이트라이드, 크롬 옥시카바이드, 크롬 나이트라이드 카바이드 및 크롬 옥사이드 나이트라이드 카바이드를 포함한다. 이들 재료는 불소 드라이 에칭에 고도로 저항성이다.
50원자% 이상, 특히 60원자% 이상의 크롬 함량을 갖는 에칭 마스크막이 바람직한데 왜냐하면 그것이 불소 드라이 에칭에 대해 양호한 저항성을 갖고 충분한 에칭 선택성을 차광막 및/또는 투명 기판에 부여하고 게다가, 그것은 염소와 산소-함유 드라이 에칭 조건 하에서 드라이 에칭에 의해 패터닝될 수 있기 때문이다.
크롬계 재료가 본질적으로 50원자% 내지 100원자%, 특히 60원자% 내지 100원자%의 크롬, 0원자% 내지 50원자%, 특히 0원자% 내지 40원자%의 산소, 0원자% 내지 50원자%, 특히 0원자% 내지 40원자%의 질소 및 0원자% 내지 20원자%, 특히 0원자% 내지 10원자%의 탄소로 구성되고, 예를 들어 차광막 및/또는 투명 기판에 충분한 에칭 선택성을 제공하는 에칭 마스크막이 거기서부터 형성될 수 있다.
본원에 사용된 에칭 마스크막은 단층 구조나 다층 구조를 가질 수 있다. 단층 구조는 막 구성과 그것을 반영한 공정을 간소화한다.
어떤 경우에는, 에칭 마스크막과 차광막, 반사 방지막 등 사이의 부착은 패턴 결함이 일어나기에 충분히 낮고; 레지스트막이 포토마스크 제조 동안에 에칭 마스크막 위에 직접 형성될 때, 레지스트 패턴은 푸팅과 네킹으로 인해서 단면 형태에서 퇴화된다. 전자의 경우에, 부착은 차광막, 반사 방지막 등에 인접하는 에칭 마스크막의 일부, 또는 레지스트막에 인접하는 에칭 마스크막의 일부, 즉, 예를 들어 질소 및/또는 산소-함유 재료로부터, 단층 구조의 경우에 두께 방향으로 에칭 마스크막의 반대 표면 부분 중 하나 또는 둘다, 그리고 다층 구조의 경우에 두께 방향으로 에칭 마스크막의 가장 먼 층들 중 하나 또는 둘다를 구성하고, 질소 및/또는 산소-함유의 함량을 조절함으로써 개선될 수 있다. 후자의 경우에, 에칭 패턴의 단면 모양에서 수직성은 그것의 조성이 두께 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 변화되도록 에칭 마스크막을 형성함으로써 개선될 수 있다. 이들 구조는 반응 스퍼터링의 매개변수들을 제어함으로써 쉽게 형성될 수 있다.
두께 방향으로 조성 변화를 갖는 에칭 마스크막은 본질적으로 50원자% 내지 100원자%, 특히 60원자% 내지 100원자%의 크롬, 0원자% 내지 60원자%, 특히 0원자% 내지 50원자%의 산소, 0원자% 내지 50원자%, 특히 0원자% 내지 40원자%의 질소, 및 0원자% 내지 20원자%, 특히 0원자% 내지 10원자%의 탄소로 구성되는 조성을 갖는다.
탄탈-함유 재료는 만약 그것이 규소를 함유한다면 불소 드라이 에칭에 대한 저항성을 잃는다. 그러나, 규소의 부재하에서, 탄탈-함유 재료는 예를 들어, 탄탈 단독은 규소-함유 재료에 비해서 선택적인 에칭을 허용하기 위해 충분한 에칭 저항성을 갖는다. 또한, 탄탈과 지르코늄, 또는 탄탈과 하프늄에 기반한 재료와 같이 탄탈을 함유하고, 규소는 없는 탄탈 화합물은 규소-함유 재료에 비해서 만족스러운 에칭 선택성 비를 제공한다. 크롬계 재료와 달리, 탄탈-함유 재료는 산소-없는 염소 드라이 에칭에 의해 에칭될 수 있다는 것이 주목된다.
드라이 에칭 동안에 전사된 패턴의 밀도 의존성의 문제가 일어나지 않도록, 불소 드라이 에칭에 대한 저항성을 갖는 에칭 마스크막은 두께가 충분히 감소되어야 한다는 것이 주목된다. 이는 에칭 마스크막이 당하는 패턴 밀도 의존성의 문제를 피한다. 차광막으로서 불소 드라이 에칭에 저항성인 막을 사용하는 선행 기술 포토마스크 블랭크과 비교할 때, 본 발명의 포토마스크 블랭크는 명백히 전사된 패턴의 밀도 의존성을 줄인다.
에칭 마스크막의 두께는 그것의 구성에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 일반적으로, 에칭 마스크막은 2 내지 55nm의 두께를 가질 때, 그것은 차광막의 규소-함유 재료를 에칭하고 차광막과 함께 위상 시프트막과 투명 기판을 에칭하는 충분한 에칭 마스크 기능을 발휘한다. 그것의 패턴 밀도 의존성을 더욱 줄이기 위해서, 에칭 마스크막은 바람직하게는 2 내지 30 nm의 두께로 조절된다.
본 발명의 포토마스크 블랭크에서, 투명 기판 위에 부착된 차광 성질을 갖는 막은 (이것은 차광막, 상보적 차광 성질을 부여하는 반사 방지막 (특정 타입의 반사 방지막은 상보적 차광 성질을 부여할 수 있다), 포토마스크로 프로세싱 후에 에칭 마스크막이 남겨질때 상보적 차광 성질을 부여하는 에칭 마스크막 (특정 타입의 에칭 마스크막은 상보적 차광 성질을 부여할 수 있다), 및 선택적으로 하프톤 위상 시프트막에 해당한다) 전체적으로 충분한 차광 성질을 제공하는 기능을 하고, 포토마스크 블랭크는 막이 포토마스크의 사용 동안에 노광광에 비해 1 내지 4의 전반적인 광학 밀도 OD를 갖는 포토마스크로 바람직하게 프로세싱되어야 한다.
에칭 마스크막이 제거된 포토마스크가 사용되는 경우에, 차광막과 반사 방지막의 조합은, 만일 하프톤 위상 시프트막이 함께 사용되면, 차광막, 반사 방지막과 하프톤 위상 시프트막의 조합은 적어도 2.5, 더욱 바람직하게는 적어도 2.8, 더더욱 바람직하게는 적어도 3.0의 광학 밀도 OD를 가져야한다.
포토마스크가 에칭 마스크막을 제거하지 않고 사용되는 경우에, 에칭 마스크막, 차광막 및 반사 방지막의 조합, 그리고 만일 하프톤 위상 시프트막이 함께 사용되면, 에칭 마스크막, 차광막, 반사 방지막 및 하프톤 위상 시프트막의 조합은 바람직하게는 적어도 2.5, 보다 바람직하게는 적어도 2.8 그리고 더더욱 바람직하게는 적어도 3.0의 광학 밀도 OD를 가져야한다.
산소, 질소 및 탄소와 같은 가벼운 원소들을 함유하는 차광막을 위해서, 특히, 가벼운 원소들의 함량이 특정 수준을 넘을때 충분한 차광 성질은 얻을 수 없다. 본 발명의 포토마스크 블랭크가 193nm 이하의 파장을 갖는 노광(본 발명이 유리하게 적용되는), 예를 들어, 파장 193nm을 갖는 ArF 엑시머 레이저에 대한 노광 또는 파장 153nm을 갖는 F2 레이저에 대한 노광에 적합화될 때, 차광막은 40원자% 이하의 질소 함량, 20원자% 이하의 탄소 함량, 10원자% 이하의 산소 함량을 가지고 특히 질소, 탄소 및 산소의 총 함량은 40원자% 이하인 것이 바람직하다. 차광막의 적어도 일부, 바람직하게는 전체가 그 범위 내에 조성을 가질때, 만족스러운 차광 성질이 얻어진다.
두가지 구체예가 본 발명의 포토마스크 블랭크로서 특히 바람직하다.
첫번째 구체예는 선택적으로 그 사이에 개재되는 또다른 막과 함께, 투명 기판, 기판 위에 배치된 차광막(차광막은 불소 드라이 에칭가능한 금속 또는 금속 화합물을 포함하고), 차광막에 인접하게 배치되고 전이 금속, 규소 및 질소를 포함하는 반사 방지막, 및 반사 방지막에 인접하여 배치되는 에칭 마스크막을 포함하는 포토마스크 블랭크이고, 마스크막은 크롬을 포함하고 규소는 없거나, 또는 탄탈을 포함하고 규소는 없다.
두번째 구체예는 선택적으로 그 사이에 개재되는 또다른 막과 함께, 투명 기판, 기판 위에 배치된 차광막(차광막은 불소 드라이 에칭가능한 전이 금속과 규소를 포함하고), 차광막에 인접하여 배치되고 적어도 50원자%, 바람직하게는 적어도 60원자%의 크롬 함량을 갖는 크롬을 포함하는 에칭 마스크막, 및 마스크막에 인접하여 배치되고 50원자% 미만, 바람직하게는 45원자% 이하의 크롬 함량을 갖고 크롬과 산소를 포함하는 반사 방지막을 포함하는 포토마스크 블랭크이다.
투명 기판은 바람직하게는 규소 옥사이드, 전형적으로 석영 기판으로 주로 구성되는 기판으로부터 선택된다. 위상 시프트막이 사용될 때, 그것은 완전 투과형 위상 시프트막 또는 하프톤 위상 시프트막 예를 들어, 5 내지 30%의 투과율을 갖는 하프톤 위상 시프트막 중 하나가 될 수 있다. 본원에 사용된 위상 시프트막은 바람직하게는 불소 드라이 에칭에 의해 에칭될 수 있는 막이다. 위상 시프트막이 만들어지는 재료의 예는 규소-함유 재료, 바람직하게는 전이 금속, 규소 및 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 한가지 이상의 원소를 함유하는 전이 금속 규소 화합물, 보다 바람직하게는 전이 금속, 규소 및 질소 및 산소 중 한가지 이상을 함유하는 전이 금속 규소 화합물을 포함한다. 규소-함유 재료의 예는 차광막을 위해 규소-함유 화합물로서 위에서 예증된 바와 같고; 전이 금속의 예는 차광막을 위한 전이 금속으로서 위에서 예증된 바와 같다. 위상 시프트막은 소정의 양, 전형적으로 포토마스크의 사용 동안에 노광광에 대해 180°만큼 광의 위상을 시프트시키기 위해 선택되는 두께를 갖는다.
위상 시프트막의 규소-함유 재료는 불소 드라이 에칭가능하지만, 그것의 조성의 적절한 선택에 의해 염소 가스 에칭에 저항성이 되도록 변경될 수 있다. 만일 첫번째 구체예의 포토마스크 블랭크에서 차광막과 반사 방지막, 또는 두번째 구체예의 포토마스크 블랭크에서 차광막은 산소-없는 염소 가스 에칭가능한 규소-함유 재료로 구성되고, 그후 산소-없는 염소 가스 에칭 동안에, 첫번째 구체예에서 위상 시프트막과 차광막과 반사 방지막 사이에, 또는 두번째 구체예에서 위상 시프트막과 차광막 사이에서 선택적인 에칭이 가능하다.
에칭 마스크막, 차광막, 반사 방지막, 및 위상 시프트막 중 어떤것이 잘 알려진 방법에 의해 부착될 수 있다. 다른 것들 중에서, 스퍼터링 공정이 균일한 막을 가장 쉽게 형성할 수 있기 때문에 바람직하다. 스퍼터링 공정은 DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 등 중 하나가 될 수 있다.
타겟과 스퍼터링 가스는 원하는 막 조성에 따라 선택된다. 크롬계 재료의 막을 부착하는 것이 바람직할 때, 예를 들어, 부착이 선행 기술 크롬계 재료에 사용된 바와 같은 방법에 의해 수행될 수 있다. 한가지 통상적으로 사용된 방법은 크롬 타겟과 아르곤 가스 단독, 질소 단독 또는 질소와 같은 반응성 가스와 아르곤과 같은 비활성 가스의 혼합물을 사용하는 반응 스퍼터링이다. 예를 들어, JP-A 7-140635 참조하라. 스퍼터링 가스의 유속은 막 성질에 따라 조절될 수 있고, 즉, 부착 동안에 일정하게 세팅될 수 있고, 또는 부착될 막의 두께 방향으로 산소 또는 질소 함량을 변화시키는 것이 바람직할때는 원하는 조성에 따라 변화될 수 있다.
전이 금속과 규소를 함유하는 막이 부착될 때, 사용된 타겟은 규소와 전이 금속을 제어된 비로 함유하는 단일 타겟이 될 수 있다. 대안으로서는, 규소 대 전이 금속의 비는 규소 타겟, 전이 금속 타겟 및 규소와 전이 금속의 타겟(전이 금속 실리사이드 타겟) 중에서 적절한 것을 선택하고 선택된 타겟의 스퍼터링 면적이 나 선택된 타겟에 적용되는 파워를 제어함으로써 조절될 수 있다. 막이 산소, 질소 및 탄소와 같은 가벼운 원소들을 함유할때, 그러한 막은 산소-함유 가스, 질소-함유 가스 및/또는 탄소-함유 가스가 반응성 가스로서 스퍼터링 가스에 첨가되는 반응성 스퍼터링에 의해 부착될 수 있다는 것이 주목된다.
탄탈을 함유하고 규소는 없는 막이 부착될 때, 규소-함유 타겟이 아니고 탄탈 함유 타겟을 사용하여, 바로 위에서 상술한 전이 금속과 규소를 함유하는 막에 사용된 방법에 의해 부착될 수 있다.
본 발명에 따르면, 포토마스크는 노광광에 대해 투명한 영역과 실효적으로 불투명한 영역을 포함하는 마스크 패턴을, 투명 기판위에 형성하기 위한 블랭크의 각각의 막을 패터닝함으로써 상술한 포토마스크 블랭크로부터 얻어진다.
본 발명의 포토마스크 블랭크에서, 차광막은 에칭 마스크로서 에칭 마스크막을 사용하여 불소 드라이 에칭될 수 있고, 투명 기판은 에칭 마스크로서 에칭 마스크막을 사용하여 불소 드라이 에칭될 수 있다.
도면을 참조하여, 포토마스크의 제조 공정이 상세하게 기술한다.
(1)에칭 마스크막이 제거되는 포토마스크 제조 공정(바이너리 마스크)
공정은 제 1 구체예에 따라 투명 기판(1) 위에 순서대로 부착된 차광막(2), 반사 방지막(3), 및 에칭 마스크막(4)를 포함하는 포토마스크 블랭크로 시작한다(도 3A). 레지스트(5)는 블랭크 위에 코팅되고 그후 패터닝되고(도 3B) 그후에 염소 드라이 에칭을 수행하여 에칭 마스크막(4)를 패터닝한다(도 3C). 레지스트(5)와 에칭 마스크막(4)이 마스크로서 역할을 하면서, 불소 드라이 에칭을 그후 반사 방지막(3)과 차광막(2)에서 수행하고, 그로인해서 이들 막들을 패터닝한다(도 3D). 레지스트(5)는 그후 벗겨낸다(도 3E). 마지막으로, 에칭 마스크막(4)을 염소 드라이 에칭에 의해 제거하여, 반사 방지막(3)이 포토마스크 표면 위에 노출되는 포토마스크를 완성한다(도 3F).
(2) 에칭 마스크막이 제거되지 않는 포토마스크 제작 공정(바이너리 마스크)
공정은 제 2 구체예에 따라 투명 기판(1) 위에 순서대로 부착된 차광막(2), 에칭 마스크막(4), 및 반사 방지막(3)을 포함하는 포토마스크 블랭크로 시작한다(도 4A). 레지스트(5)는 블랭크 위에 코팅되고 그후 패터닝되고(도 4B), 그후 염소 드라이 에칭을 수행하여 반사 방지막(3)과 에칭 마스크막(4)을 패터닝한다(도 4C). 다음에 레지스트(5), 반사 방지막(3) 및 에칭 마스크막(4)가 마스크로서 역할을 하는 동안, 불소 드라이 에칭을 차광막(2) 위에서 수행한다(도 4D). 마지막으로, 레지스트(5)를 벗겨내고, 포토마스크를 완성한다(도 4E).
(3) 에칭 마스크막이 제거되는 포토마스크 제조 공정 (하프톤 위상 시프트 마스크)
공정은 제 1 구체예에 따라 투명 기판(1) 위에 순서대로 부착된 하프톤 위상 시프트막(8), 차광막(2), 반사 방지막(3), 및 에칭 마스크막(4)을 포함하는 포토마스크 블랭크로 시작한다(도 5A). 첫번째 레지스트(6)은 블랭크 위에 코팅되고 그후 패터닝되고(도 5B), 그후에 염소 드라이 에칭을 수행하여 에칭 마스크막(4)를 패터닝한다(도 5C). 첫번째 레지스트(6)과 에칭 마스크막(4)이 마스크로서 역할을 하면서, 불소 드라이 에칭을 그후 반사 방지막(3), 차광막(2) 및 하프톤 위상 시프트막(8) 위에서 수행하고, 그로인해 이들 막들을 패터닝한다(도 5D). 그후에, 첫번째 레지스트(6)를 벗겨내고(도 5E), 에칭 마스크막(4)을 염소 드라이 에칭에 의해 제거한다(도 5F). 다음에, 두번째 레지스트(7)은 차광막(2)가 남겨질 두번째 레지스트의 일부가 남겨지도록, 코팅되고 패터닝된다(도 5G). 두번째 레지스트(7)가 마스크로서 역할을 하면서, 산소-없는 염소 드라이 에칭을 수행하여 반사 방지막(3)과 차광막(2)를 제거한다(도 5H). 마지막으로, 두번째 레지스트(7)을 제거하고, 포토마스크를 완성한다(도 5I).
(4) 에칭 마스크막이 제거되지 않는 포토마스크 제조 공정(하프톤 위상 시프트 마스크)
공정은 제 2 구체예에 따라 투명 기판(1) 위에 순서대로 부착된 하프톤 위상 시프트막(8), 차광막(2), 에칭 마스크막(4) 및 반사 방지막(3)을 포함하는 포토마스크 블랭크로 시작한다(도 6A). 첫번째 레지스트(6)는 블랭크 위에 코팅되고 그후 패터닝되고(도 6B), 그후에 염소 드라이 에칭을 수행하여 반사 방지막(3)과 에칭 마스크막(4)을 패터닝한다(도 6C). 첫번째 레지스트(6), 반사 방지막(3) 및 에칭 마스크막(4)가 마스크로서 역할을 하고, 그후 차광막(2)와 하프톤 위상 시프트막(8)에서 불소 드라이 에칭을 수행한다(도 6D). 그후에, 첫번째 레지스트(6)을 벗겨낸다(도 6E). 다음에, 차광막(2)이 남겨질 두번째 레지스트의 일부가 남겨지도록 두번째 레지스트(7)를 코팅하고 패터닝된다(도 6F). 두번째 레지스트(7)가 마스크로서 역할을 하면서, 염소 드라이 에칭을 수행하여 반사 방지막(3)과 에칭 마스크막(4)를 제거한다(도 6G). 다음에 차광막(2)을 산소-없는 염소 드라이 에칭에 의해 제거한다(도 6H). 마지막으로, 두번째 레지스트(7)를 제거하고, 포토마스크를 완성한다(도 6I).
(5) 에칭 마스크막을 제거하는 포토마스크 제조 공정(레벤슨형 마스크)
공정은 제 1 구체예에 따라서 투명 기판(1)위에 순서대로 부착된 광학 위상 시프트막, 차광막(2), 반사 방지막(3), 및 에칭 마스크막(4)를 포함하는 포토마스크 블랭크로 시작한다(도 7A).(위상 시프트막은 도 7에 빠져있다). 첫번째 레지스트(6)을 블랭크 위에 코팅하고 그후 패터닝하고(도 7B), 그후에 염소 드라이 에칭을 수행하여 에칭 마스크막(4)를 패터닝한다(도 7C). 첫번째 레지스트(6)과 에칭 마스크막(4)이 마스크로서 역할을 하면서, 그후 반사 방지막(3)과 차광막(2)(만일 포함된다면 위상 시프트막도)에서 불소 드라이 에칭을 수행하고, 그로인해 이들 막들을 패터닝한다(도 7D). 그후에, 첫번째 레지스트(6)을 벗겨낸다(도 7E). 다음에, 투명 기판(1)이 에칭되는 두번째 레지스트의 일부가 제거되도록, 두번째 레지스트(7)을 코팅하고 패터닝한다(도 7F). 두번째 레지스트(7)와 에칭 마스크막(4)가 마스크로서 역할을 하면서, 패터닝을 위해 불소 드라이 에칭을 투명 기판(1) 위에서 수행한다(도 7G). 그 후, 두번째 레지스트(7)를 제거한다(도 7H). 마지막으로, 에칭 마스크막(4)을 염소 드라이 에칭에 의해 제거하고, 반사 방지막(3)이 포토마스크 표면 위에 노출되는 포토마스크를 완성한다(도 7I).
(6) 에칭 마스크막이 제거되지 않는 포토마스크 제조 공정(레벤슨형 마스크)
공정은 제 2 구체예에 따라 투명 기판(1) 위에 순서대로 부착된 광학 위상 시프트막, 차광막(2), 에칭 마스크막(4) 및 반사 방지막(3)을 포함하는 포토마스크 블랭크로 시작한다(도 8A). (위상 시프트막은 도 8에는 빠져있다). 첫번째 레지스트(6)은 블랭크 위에 코팅되고 그후 패터닝되고(도 8B), 그후에 염소 드라이 에칭을 수행하여 반사 방지막(3)과 에칭 마스크막(4)을 패터닝한다(도 8C). 첫번째 레지스트(6), 반사 방지막(3) 및 에칭 마스크막(4)은 마스크로서 역할을 하면서, 불소 염소 에칭을 그후 차광막(2)(그리고 만일 포함된다면 위상 시프트막)에서 수행하고, 그로인해서 막들을 패터닝한다(도 8D). 그후에, 첫번째 레지스트(6)을 벗겨낸다(도 8E). 다음에, 투명 기판(1)이 에칭될 두번째 레지스트의 일부가 제거되도록, 두번째 레지스트(7)를 코팅하고 패터닝한다(도 8F). 두번째 레지스트(7), 반사 방지막(3) 및 에칭 마스크막(4)이 마스크로서 역할을 하면서, 패터닝을 위해 불소 드라이 에칭을 투명 기판(1) 위에서 수행한다(도 8G). 마지막으로, 두번째 레지스트(7)을 제거하고, 포토마스크를 완성한다(도 8H).
(7) 에칭 마스크막이 제거되는 포토마스크 제조 공정(크롬리스 마스크).
공정은 제 1 구체예에 따라 투명 기판(1) 위에 순서대로 부착된 차광막(2), 반사 방지막(3) 및 에칭 마스크막(4)을 포함하는 포토마스크 블랭크로 시작한다(도 9A). 첫번째 레지스트(6)는 블랭크 위에 코팅되고 그후 패터닝되고(도 9B), 그후에 염소 드라이 에칭을 수행하여 에칭 마스크막(4)을 패터닝한다(도 9C). 첫번째 레지스트(6)과 에칭 마스크막(4)은 마스크로서 역할을 하면서, 그후 이들 막들을 패터닝하기 위해 불소 염소 에칭을 반사 방지막(3)과 차광막(2)에서 수행하고(도 9D) 투명 기판(1)이 에칭될때까지 더욱 계속한다(도 9E). 그후에, 첫번째 레지스트(6)을 벗겨낸다(도 9F). 에칭 마스크막(4)을 염소 드라이 에칭에 의해 제거한다(도 9G). 다음에, 차광막(2)이 남겨질 두번째 레지스트의 일부가 남겨지도록, 두번째 레지스트(7)를 코팅하고 패터닝한다(도 9F). 두번째 레지스트(7)이 마스크로서 역할을 하면서, 산소-없는 불소 건조를 수행하여 반사 방지막(3)과 차광막(2)을 제거한다(도 9I). 마지막으로, 두번째 레지스트(7)을 제거하고, 포토마스크를 완성한다(도 9J).
(8) 에칭 마스크막이 제거되지 않는 포토마스크 제조 공정(크롬리스 마스크)
공정은 제 2 구체예에 따라 투명 기판(1) 위에 순서대로 부착된 광학 위상 시프트막, 차광막(2), 에칭 마스크막(4) 및 반사 방지막(3)을 포함하는 포토마스크 블랭크로 시작한다(도 10A). 첫번째 레지스트(6)은 블랭크 위에 코팅되고 그후 패터닝되고(도 10B), 그후에 염소 드라이 에칭을 수행하여 반사 방지막(3)과 에칭 마스크막(4)을 패터닝한다(도 10C). 첫번째 레지스트(6), 반사 방지막(3) 및 에칭 마스크막(4)은 마스크로서 역할을 하면서, 그후 막을 패터닝하기 위해 차광막(2)에서 불소 드라이 에칭을 수행하고(도 10D) 더 나아가 투명 기판(1)이 에칭될때까지 계속된다(도 10E). 그후에, 첫번째 레지스트(6)을 벗겨낸다(도 10F). 다음에, 차광막(2)이 남겨질 두번째 레지스트의 일부가 남겨지도록, 두번째 레지스트(7)를 코팅하고 패터닝한다(도 10G). 두번째 레지스트(7)가 마스크로서 역할을 하면서, 염소 드라이 에칭을 수행하여 반사 방지막(3)과 에칭 마스크막(4)을 제거한다(도 10H). 다음에, 차광막(2)을 산소-없는 염소 드라이 에칭에 의해 제거한다(도 10I). 마지막으로, 두번째 레지스트(7)을 제거하고, 포토마스크를 완성한다(도 10J).
실시예
물론 본 발명이 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 본 발명을 더욱 예증하기 위해 실험과 실시예가 아래에 주어진다.
실험 1
ArF 리소그래피 마스크를 위한 전형적인 포토마스크 블랭크 모델로서, 투명 기판 위에 순서대로 부착된 26nm 두깨의 CrN 차광막(원자비 Cr:N= 9:1)과 20nm 두께의 CrON 반사 방지막(원자비 Cr:O:N = 4:5:1)을 포함하는 포토마스크 블랭크가 공급되었다. 이 포토마스크 블랭크위에, 에칭 조건: 20 sccm의 Cl2 유속, 9 sccm의 O2 유속, 80 sccm의 He 유속, 및 2Pa의 챔버 내부 압력 하에서 염소와 산소 드라이 에칭에 의해, 0.1㎛의 간격으로 1.6㎛ 내지 0.2㎛에서 변하는 선 폭을 갖는 분리된/그룹화된 선 패턴 모델로서, 1:9 선-및-공간 패턴(분리된 패턴 모델)과 9:1 선-및-공간 패턴(분리된 공간 모델)을 형성하였다
결과적으로, 분리된 공간에서, 최소와 최대 폭 사이의 관점에서 1.6㎛ 내지 0.2㎛의 범위에 걸쳐서 크기 에러는 총계가 5.3 nm가 되었다. 분리된 패턴에서, 폭은 1.6㎛ 내지 0.5㎛의 범위에서 3.8nm였지만, 1.6㎛ 내지 0.2㎛의 범위에서 13.8nm였다. 0.4㎛ 이하의 미세 분리된 패턴들 사이에 에칭 속도가 실질적으로 다른 (마무리된 두께) 현상이 관찰되었다.
선 밀도 의존성이 에칭 조건에 밀접히 서로 관련된다는 기대 하에서, 다른 에칭 조건 하에서 가공될 수 있는 차광막으로서 전이 금속 실리사이드 차광막에서 테스트를 수행하였다.
ArF 리소그래피 마스크를 위해 포토마스크 블랭크 모델로서, 투명 기판위에 순서대로 부착된 23nm 두께의 MoSiN 차광막(원자비로 Mo:Si:N=1:3:1.5)과 18nm 두께의 MoSiN 반사 방지막(두께 방향으로 차광막쪽에서 원자비 Mo:Si:N=1:3:1.5로부터 투명 기판으로부터 멀리 떨어진 측에서 원자비 Mo:Si:N=1:5:5 까지 조성적으로 변화됨)을 포함하는 포토마스크 블랭크가 제공되었다. 이 포토마스크 블랭크에서, 1:9 선-및-공간 패턴(분리된 패턴 모델)과 9:1 선-및-공간 패턴(분리된 공간 모델)이 불소 드라이 에칭에 의해, 0.1㎛의 간격으로 1.6㎛ 에서 0.2㎛로 변하는 선 폭을 갖는 분리된/그룹화된 선 패턴 모델로서 형성되었다.
결과적으로, 분리된 공간에서, 최소와 최대 폭 사이의 차이의 관점에서 1.6㎛ 에서 0.2㎛에 이르는 범위에 걸쳐서 크기 에러는 총계가 2.3 nm였다. 분리된 패턴에서, 폭은 1.6㎛ 내지 0.2㎛의 범위에서 9.0nm였고, 선 밀도 의존성의 문제가 상당히 개선된다는 것을 암시한다.
실험 2
크롬계 재료의 에칭 저항성 대 크롬 함량
크롬계 재료의 에칭 저항성을 조사하기 위해, 타겟으로 금속 크롬과 스퍼터링 가스로서 아르곤, 질소 및 산소 가스를 사용하고, 질소와 산소 가스의 유속을 제어함으로써 스퍼터링을 수행하였다. 이러한 식으로, 변하는 크롬/산소/질소의 비를 갖는 크롬계 재료 막이 기판위에 부착되었다. 이들 크롬계 재료 막은 염소 가스로 드라이 에칭되었고, 에칭 속도 대 막에서의 크롬 함량을 결정하였다. 결과는 도 11의 그래프로 도면화된다. 크롬계 재료 막은 그것이 50원자% 이상의 크롬 함량을 갖는한 양호한 에칭 저항성을 나타낸다는 것이 증명된다.
실시예 1
CrN/MoSiN/MoSiN/기판
몰리브덴, 규소 및 질소로 구성되는 차광막(41nm 두께)이 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 석영 기판 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 챔버로 제어되어 공급되었다. 사용된 2개의 타겟은 전이 금속 공급원으로서의 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정) 타겟을 포함하였다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 이 차광막은 원자비 Mo:Si:N=1:3:1.5 조성을 가졌다.
몰리브덴, 규소 및 질소로 구성되는 두께-방향 변화 조성의 반사 방지막(18nm 두께)은 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 차광막 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 2 타겟은 전이 금속 공급원으로서의 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정) 타겟을 포함하였다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 반사 방지막은 차광막에서 원자비 Mo:Si:N=1:3:1.5 조성과 기판에서 멀리 떨어진 쪽(또는 에칭 마스크막이 부착될 쪽)에서 원자비 Mo:Si:N=1:5:5 조성을 가졌다.
CrN의 에칭 마스크막(10nm 두께)은 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 반사 방지막 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 타겟은 크롬이었다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 에칭 마스크막은 조성 원자비 Cr:N=9:1 를 가졌다.
상기 과정은 석영 기판 위에 순서대로 부착된 MoSiN의 차광막, MoSiN의 반사 방지막, 및 CrN의 에칭 마스크막을 포함하는 포토마스크 블랭크를 산출하였다.
다음에, 에칭 마스크막 위에 EB 레지스트를 코팅하고, 노광하고 현상하여 레지스트를 패터닝하였다. 레지스트가 마스크로서 역할을 하면서, 에칭 마스크막을 패터닝하기 위해 에칭 가스로서 염소와 산소의 혼합물을 사용하여 드라이 에칭을 수행하였다. 다음에, 레지스트와 에칭 마스크막이 마스크로서 작용하면서, 불소 드라이 에칭을 패터닝을 위해 반사 방지막과 차광막에서 수행하였다. 그후에, 레지스트를 벗겨내었고, 에칭 마스크막을 염소와 산소의 가스 혼합물로 드라이 에칭에 의해 제거하였고, 에칭 마스크막이 제거된 포토마스크를 완성하였다. 결과의 포토마스크는 패턴 밀도에 독립적으로 미리선택된 형상 크기를 충실하게 반영하였다. 이는 포토마스크 블랭크가 최소 패턴 밀도 의존성을 갖는다는 것을 증명한다.
실시예 2
CrON/CrN/MoSiN/기판
몰리브덴, 규소 및 질소로 구성되는 차광막(두께 30nm)은 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 석영 기판 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 2 타겟은 전이 금속 공급원으로서의 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정) 타겟을 포함하였다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 차광막은 원자비 Mo:Si:N=1:3:1.5 조성을 가졌다.
CrN의 에칭 마스크막(10nm 두께)은 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 차광막 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 막은 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 타겟은 크롬이었다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 에칭 마스크막은 원자비 Cr:N=9:1의 조성을 가졌다.
CrON의 반사 방지막(20nm 두께)은 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 에칭 마스크막 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 막은 아르곤, 산소 및 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 타겟은 크롬이었다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 반사 방지막은 원자비 Cr:O:N=4:5:1의 조성을 가졌다.
상기 과정은 석영 기판 위에 순서대로 부착된 MoSiN의 차광막, CrN의 에칭 마스크막, 및 CrON의 반사 방지막을 포함하는 포토마스크 블랭크를 산출하였다.
다음에, 반사 방지막 위에 EB 레지스트를 코팅하고, 노광하고 현상하여 레지스트를 패터닝하였다. 레지스트가 마스크로서 역할을 하면서, 반사 방지막과 에칭 마스크막을 패터닝하기 위해 에칭 가스로서 염소와 산소의 혼합물을 사용하여 드라이 에칭을 수행하였다. 다음에, 레지스트, 반사 방지막 및 에칭 마스크막이 마스크로서 작용하면서, 불소 드라이 에칭을 패터닝을 위해 차광막에서 수행하였다. 그후에, 레지스트를 벗겨내어, 에칭 마스크막이 남겨진 포토마스크를 완성하였다. 결과의 포토마스크는 패턴 밀도에 독립적으로 미리선택된 형상 크기를 충실하게 반영하였다. 이는 포토마스크 블랭크가 최소 패턴 밀도 의존성을 갖는다는 것을 증명한다.
실시예 3
CrON/MoSiN/MoSiN/기판
몰리브덴, 규소 및 질소로 구성되는 차광막(41nm 두께)이 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 석영 기판 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 챔버로 제어되어 공급되었다. 사용된 2개의 타겟은 전이 금속 공급원으로서의 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정) 타겟을 포함하였다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 이 차광막은 원자비 Mo:Si:N=1:3:1.5 조성을 가졌다.
몰리브덴, 규소 및 질소(10nm 두께)로 구성되는 반사 방지막은 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 차광막 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 2 타겟은 전이 금속 공급원으로서의 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정) 타겟을 포함하였다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 반사 방지막은 원자비 Mo:Si:N=1:4:3 조성을 가졌다.
CrON의 에칭 마스크막(10nm 두께)은 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 반사 방지막 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤, 산소 및 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 타겟은 크롬이었다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 에칭 마스크막은 조성 원자비 Cr:O:N=4:5:1 를 가졌다.
상기 과정은 석영 기판 위에 순서대로 부착된 MoSiN의 차광막, MoSiN의 반사 방지막, 및 CrON의 에칭 마스크막을 포함하는 포토마스크 블랭크를 산출하였다.
다음에, 에칭 마스크막 위에 EB 레지스트를 코팅하고, 노광하고 현상하여 레지스트를 패터닝하였다. 레지스트가 마스크로서 역할을 하면서, 에칭 마스크막을 패터닝하기 위해 에칭 가스로서 염소와 산소의 혼합물을 사용하여 드라이 에칭을 수행하였다. 다음에, 레지스트와 에칭 마스크막이 마스크로서 작용하면서, 불소 드라이 에칭을 패터닝을 위해 반사 방지막과 차광막에서 수행하였다. 그후에, 레지스트를 벗겨내었고, 에칭 마스크막을 제거하여, 에칭 마스크막이 제거된 포토마스크를 완성하였다. 결과의 포토마스크는 패턴 밀도에 독립적으로 미리선택된 형상 크기를 충실하게 반영하였다. 이는 포토마스크 블랭크가 최소 패턴 밀도 의존성을 갖는다는 것을 증명한다.
실시예 4
Ta/MoSiN/MoSiN/기판
몰리브덴, 규소 및 질소로 구성되는 차광막(41nm 두께)이 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 석영 기판 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 챔버로 제어되어 공급되었다. 사용된 2개의 타겟은 전이 금속 공급원으로서의 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정) 타겟을 포함하였다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 이 차광막은 원자비 Mo:Si:N=1:3:1.5 조성을 가졌다.
두께-방향으로 변화된 조성의 몰리브덴, 규소 및 질소로 구성되는 반사 방지막(18nm 두께)은 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 차광막 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 2 타겟은 전이 금속 공급원으로서의 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정) 타겟을 포함하였다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 반사 방지막은 차광막에서 원자비 Mo:Si:N=1:3:1.5 조성과 기판에서 멀리 떨어진 쪽(또는 에칭 마스크막이 부착될 쪽)에서 원자비 Mo:Si:N=1:5:5 조성을 가졌다.
Ta의 에칭 마스크막(15nm 두께)은 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 반사 방지막 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 타겟은 탄탈이었다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다.
상기 과정은 석영 기판 위에 순서대로 부착된 MoSiN의 차광막, MoSiN의 반사 방지막, 및 Ta의 에칭 마스크막을 포함하는 포토마스크 블랭크를 산출하였다.
다음에, 에칭 마스크막 위에 EB 레지스트를 코팅하고, 노광하고 현상하여 레지스트를 패터닝하였다. 레지스트가 마스크로서 역할을 하면서, 에칭 마스크막을 패터닝하기 위해 에칭 가스로서 염소와 산소의 혼합물을 사용하여 드라이 에칭을 수행하였다. 다음에, 레지스트와 에칭 마스크막이 마스크로서 작용하면서, 불소 드라이 에칭을 패터닝을 위해 반사 방지막과 차광막에서 수행하였다. 그후에, 레지스트를 벗겨내었고, 염소와 산소의 가스 혼합물로 드라이 에칭함으로써 에칭 마스크막을 제거하여, 에칭 마스크막이 제거된 포토마스크를 완성하였다. 결과의 포토마스크는 패턴 밀도에 독립적으로 미리선택된 형상 크기를 충실하게 반영하였다. 이는 포토마스크 블랭크가 최소 패턴 밀도 의존성을 갖는다는 것을 증명한다.
실시예 5
CrON/CrN/MoSiN/기판, 레벤슨형 마스크
실시예 2에서와 같이, 석영 기판 위에 순서대로 부착된 MoSiN의 차광막, CrN의 에칭 마스크막 및 CrON의 반사 방지막을 포함하는 포토마스크 블랭크를 제조하였다.
포토마스크 블랭크의 반사 방지막 위에 첫번째 레지스트로서 EB 레지스트를 코팅하고, 노광하고 현상하여 그로인해 첫번째 레지스트를 패터닝하였다. 레지스트가 마스크로서 역할을 하면서, 반사 방지막과 에칭 마스크막을 패터닝하기 위해 에칭 가스로서 염소와 산소의 혼합물을 사용하여 드라이 에칭을 수행하였다. 다음에, 첫번째 레지스트, 반사 방지막 및 에칭 마스크막이 마스크로서 작용하면서, 패터닝을 위해 불소 드라이 에칭을 차광막에서 수행하였다. 그후에, 첫번째 레지스트를 벗겨내었다. 두번째 레지스트로서 EB 레지스트를 코팅하였고, 노광하고 현상하였고, 그로인해 석영 기판이 에칭될 두번째 레지스트의 일부가 제거된 레지스트 패턴을 형성하였다. 두번째 레지스트, 반사 방지막 및 에칭 마스크막이 마스크로서 작용하며, 불소 드라이 에칭을 석영 기판 위에서 수행하였다. 그후에, 두번째 레지스트를 벗겨내고, 에칭 마스크막이 남겨진 레벤슨형 마스크를 완성하였다. 결과의 포토마스크는 패턴 밀도에 독립적으로 미리선택된 형상 크기를 충실하게 반영하였다. 이는 포토마스크 블랭크가 최소 패턴 밀도 의존성을 갖는다는 것을 증명한다.
실시예 6
(CrON/CrN)/MoSiN/MoSiN/기판, 레벤슨형 마스크
몰리브덴, 규소 및 질소로 구성되는 차광막(41nm 두께)이 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 석영 기판 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 챔버로 제어되어 공급되었다. 사용된 2개의 타겟은 전이 금속 공급원으로서의 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정) 타겟을 포함하였다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 이 차광막은 원자비 Mo:Si:N=1:3:1.5 조성을 가졌다.
두께-방향으로 변화된 조성의 몰리브덴, 규소 및 질소로 구성되는 반사 방지막(18nm 두께)은 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 차광막 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 2 타겟은 전이 금속 공급원으로서의 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정) 타겟을 포함하였다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 반사 방지막은 차광막 측에서 원자비 Mo:Si:N=1:3:1.5 조성과 기판에서 멀리 떨어진 쪽(또는 에칭 마스크막이 부착될 쪽)에서 원자비 Mo:Si:N=1:5:5 조성을 가졌다.
CrN의 내층과 CrON의 외곽층으로 구성된 에칭 마스크막(15nm 두께=CrN의 내층 10nm + CrON의 외곽층 5nm)은 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 반사 방지막 위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 내층의 부착 동안에는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 외곽층의 부착 동안에는 산소와 질소의 혼합물이었고, 0.05 Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 타겟은 크롬이었다. 기판을 30rpm에서 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의해 에칭 마스크막의 분석에서, 내층은 원자비 Cr:N=9:1의 조성을 가졌고 외곽층은 원자비 Cr:O:N=4:5:1의 조성을 가졌다.
상기 과정은 석영 기판 위에 순서대로 부착된 MoSiN의 차광막, MoSiN의 반사 방지막, 및 CrN과 CrON의 2층의 에칭 마스크막을 포함하는 포토마스크 블랭크를 산출하였다.
첫번째 레지스트로서 포토마스크 블랭크의 에칭 마스크막 위에 EB 레지스트를 코팅하고, 노광하고 현상하여 그로인해 첫번째 레지스트를 패터닝하였다. 첫번째 레지스트가 마스크로서 역할을 하면서, CrON의 외곽층과 CrN의 내층으로 구성되는 에칭 마스크막을 패터닝하기 위해 에칭 가스로서 염소와 산소의 혼합물을 사용하여 드라이 에칭을 수행하였다. 다음에, 첫번째 레지스트와 에칭 마스크막이 마스크로서 작용하면서, 불소 드라이 에칭을 패터닝을 위해 반사 방지막과 차광막에서 수행하였다. 그후에, 첫번째 레지스트를 벗겨내었다. 두번째 레지스트로서 EB 레지스트를 코팅하고, 노광하고 현상하여 그로인해 석영 기판이 에칭될 두번째 레지스트의 일부가 제거된 레지스트 패턴을 형성하였다. 두번째 레지스트와 에칭 마스크막이 마스크로서 역할을 하면서, 불소 드라이 에칭을 석영 기판위에서 수행하였다. 그후에, 두번째 레지스트를 벗겨내었고, 에칭 마스크막을 염소 가스로 드라이 에칭함으로써 제거하여, 에칭 마스크막이 제거된 레벤슨형 마스크를 완성하였다. 결과의 포토마스크는 패턴 밀도에 독립적으로 미리선택된 형상 크기를 충실하게 반영하였다. 이는 포토마스크 블랭크가 최소 패턴 밀도 의존성을 갖는다는 것을 증명한다.
실시예 7
CrN/MoSiN/MoSi/MoSiON/기판, 하프톤 위상 시프트 마스크
몰리브덴, 규소, 산소 및 질소로 구성되는 하프톤 위상 시프트막 (75nm 두께)을 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 석영 기판위에 부착하였다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤, 산소 및 질소의 혼합물이었고 0.05Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 챔버로 제어되어 공급되었다. 사용된 2개의 타겟은 전이 금속 공급원으로서 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정)타겟을 포함하였다. 30rpm에서 기판을 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 이 하프톤 위상 시프트막은 원자비 Mo:Si:O:N=1:4:1:4 조성을 갖는다.
몰리브덴과 규소로 구성되는 차광막 (23nm 두께)을 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여 석영 기판위에 부착하였다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤이었고 0.05Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 챔버로 제어되어 공급되었다. 사용 된 2개의 타겟은 전이 금속 공급원으로서 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정)타겟을 포함하였다. 30rpm에서 기판을 회전시키면서 막을 부착하였다. ESCA에 의해 분석에서, 이 차광막은 원자비 Mo:Si=1:5 조성을 갖는다.
몰리브덴, 규소 및 질소로 구성되는 반사 방지막(13nm 두께)은 2 타겟을 갖는 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 차광막위에 부착되었다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고 0.05Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 2 타겟은 전이 금속 공급원으로서 Mo 타겟과 규소 공급원으로서 Si(단일 결정)타겟을 포함하였다. 30rpm에서 기판을 회전시키면서 막을 부착하였다. 반사 방지막은 원자비 Mo:Si:N= 1:1:2의 조성을 가졌다.
CrN의 에칭 마스크막(10nm 두께)을 DC 스퍼터링 시스템을 사용하여, 반사 방지막 위에 부착하였다. 사용된 스퍼터링 가스는 아르곤과 질소의 혼합물이었고, 0.05Pa의 가스 압력을 제공하기 위해 제어되어 챔버로 공급되었다. 사용된 타겟은 크롬이었다. 30rpm에서 기판을 회전하면서 막을 부착하였다. ESCA에 의한 분석에서, 에칭 마스크막은 원자비 Cr:N =9:1 조성을 가졌다.
상기 과정은 석영 기판 위에 순서대로 부착된 MoSiN의 하프톤 위상 시프트막, MoSi의 차광막, MoSiN의 반사 방지막, 및 CrN의 에칭 마스크막을 포함하는 포토마스크 블랭크를 산출하였다.
주로 히드록시스티렌 수지, 가교결합제 및 광산 발생제를 포함하는 화학 증폭된 네거티브 레지스트 조성물을 250nm의 두께로 포토마스크 블랭크 위에 코팅하고, 노광하고 현상하여 그로인해 레지스트를 패터닝하였다. 레지스트가 마스크로서 역할을 하면서, 에칭 마스크막을 패터닝하기 위해, 염소와 산소의 혼합물을 사용하여 드라이 에칭을 수행하였다. 다음에, 레지스트와 에칭 마스크막이 마스크로서 역할을 하면서, 패터닝을 위해 반사 방지막, 차광막 및 하프톤 위상 시프트막 위에서 불소 드라이 에칭을 수행하였다. 그후에, 레지스트를 벗겨냈다. 에칭 마스크막은 염소와 산소의 가스 혼합물로 드라이 에칭함으로써 제거되었다. 차광막의 불필요한 부분을 제거하기 위해, 남겨질 차광막의 일부분을 보호하기 위한 레지스트 패턴을 형성하였다. 산소-없는 염소 가스로 드라이 에칭을 수행하여 반사 방지막과 차광막을 제거하였다. 그후에 레지스트를 벗겨내어, 하프톤 위상 시프트 마스크를 완성하였다. 결과의 포토마스크는 패턴의 얇음을 경험하지 않았고 패턴 밀도에 독립하여 미리선택된 형상 크기를 충실하게 반영하였다. 이는 최소 패턴 밀도 의존성을 갖는다는 것을 증명한다.
도 1은 본 발명의 첫번째 구체예에서 한가지 예의 포토마스크 블랭크를 보여주는 단면도이다. 도 1A는 투명 기판위에 직접 배치된 차광막에 해당하고 도 1B는 위상 시프트막을 통해 투명 기판위에 배치된 차광막에 해당한다.
도 2는 본 발명의 두번째 구체예에서 한 예시 포토마스크 블랭크를 보여주는 단면도이다. 도 2A는 투명 기판위에 직접 배치된 차광막에 해당하고 도 2B는 위상 시프트막을 통해 투명 기판위에 배치된 차광막에 해당한다.
도 3은 본 발명에 따르는 포토마스크의 제조 방법의 단계를 도식적으로 예시하고, 방법은 첫번째 구체예의 포토마스크 블랭크를 사용하여 바이너리 마스크를 제조하고 에칭 마스크막은 제거된다.
도 4는 본 발명에 따르는 포토마스크의 제조 방법의 단계를 도식적으로 예시하고, 방법은 두번째 구체예의 포토마스크 블랭크를 사용하여 바이너리 마스크를 제조하고 에칭 마스크막은 남겨진다.
도 5는 본 발명에 따르는 포토마스크의 제조 방법의 단계를 도식적으로 예시하고, 방법은 첫번째 구체예의 포토마스크 블랭크를 사용하여 하프톤 위상 시프트 마스크를 제조하고 에칭 마스크막은 제거된다.
도 6은 본 발명에 따르는 포토마스크의 제조 방법의 단계를 도식적으로 예시하고, 방법은 두번째 구체예의 포토마스크 블랭크를 사용하여 하프톤 위상 시프트 마스크를 제조하고 에칭 마스크막은 남겨진다.
도 7은 본 발명에 따르는 포토마스크의 제조 방법의 단계를 도식적으로 예시 하고, 방법은 첫번째 구체예의 포토마스크 블랭크를 사용하여 레벤슨형 마스크를 제조하고 에칭 마스크막을 제거한다.
도 8은 본 발명에 따르는 포토마스크의 제조 방법의 단계를 도식적으로 예시하고, 방법은 두번째 구체예의 포토마스크 블랭크를 사용하여 레벤슨형 마스크를 제조하고 에칭 마스크막을 남긴다.
도 9은 본 발명에 따르는 포토마스크의 제조 방법의 단계를 도식적으로 예시하고, 방법은 첫번째 구체예의 포토마스크 블랭크를 사용하여 크롬리스 마스크를 제조하고 에칭 마스크막을 제거한다.
도 10은 본 발명에 따르는 포토마스크의 제조 방법의 단계를 도식적으로 예시하고, 방법은 두번째 구체예의 포토마스크 블랭크를 사용하여 크롬리스 마스크를 제조하고 에칭 마스크막을 남긴다.
도 11은 염소 가스 드라이 에칭의 속도 대 실험 2에서 측정된 크롬계 재료 막의 크롬 함량을 보여주는 그래프이다.

Claims (24)

  1. 투명 기판 상에 노광광에 대하여 투명한 영역과 실효적으로 불투명한 영역을 갖는 마스크 패턴을 설치한 포토마스크의 소재가 되는 포토마스크 블랭크로서,
    투명 기판 상에 차광막, 반사 방지막 및 에칭 마스크막만이 순서대로 성막되고,
    차광막이 규소 단체; 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상과 규소를 함유하는 규소 화합물; 전이 금속과 규소와의 합금; 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상, 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 규소 화합물을 포함하고,
    반사 방지막이 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상과 규소를 함유하는 규소 화합물; 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상, 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 규소 화합물을 포함하고,
    에칭 마스크막이 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상과 크롬으로 이루어진 크롬 화합물; 또는 탄탈 단체를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차광막과 반사 방지막을 합친 광학 농도 OD가 2.5 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사 방지막이 상기 차광막에 포함되는 금속과 동일한 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에칭 마스크막에 대한 상기 차광막의 불소계 드라이 에칭 선택비가 2 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에칭 마스크막에 대한 상기 투명 기판의 불소계 드라이 에칭 선택비가 10 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차광막이 적어도 질소를 함유하고, 상기 질소의 함유율이 5 원자％ 이상 40 원자％ 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에칭 마스크막이 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상과 크롬으로 이루어진 크롬 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  8. 제7항에 있어서, 상기 크롬 화합물의 크롬 함유율이 50 원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에칭 마스크막이 탄탈 단체를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차광막이 규소 단체; 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상과 규소를 함유하는 규소 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차광막이 전이 금속과 규소와의 합금; 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상, 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 규소 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전이 금속이 티탄, 바나듐, 코발트, 니켈, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 하프늄, 탄탈 및 텅스텐으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  13. 제7항에 있어서, 상기 차광막이 전이 금속과 규소와의 합금; 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상, 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 규소 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전이 금속이 몰리브덴인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에칭 마스크막의 막 두께가 2 내지 30 nm 인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 블랭크.
  16. 투명 기판 상에 노광광에 대하여 투명한 영역과 실효적으로 불투명한 영역을 갖는 마스크 패턴을 설치한 포토마스크의 소재가 되는 포토마스크 블랭크로서,
    투명 기판 상에 위상 시프트막, 차광막, 반사 방지막 및 에칭 마스크막만이 순서대로 성막되고,
    차광막이 규소 단체; 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상과 규소를 함유하는 규소 화합물; 전이 금속과 규소와의 합금; 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상, 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 규소 화합물을 포함하고,
    반사 방지막이 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상과 규소를 함유하는 규소 화합물; 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상, 전이 금속 및 규소를 함유하는 전이 금속 규소 화합물을 포함하고,
    에칭 마스크막이 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 1종 이상과 크롬으로 이루어진 크롬 화합물; 또는 탄탈 단체를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  17. 제16항에 있어서, 상기 위상 시프트막이 하프톤 위상 시프트막인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  18. 제17항에 있어서, 상기 하프톤 위상 시프트막과 차광막과 반사 방지막을 합친 광학 농도 OD가 2.5 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  19. 제1항 또는 제2항에 기재된 포토마스크 블랭크를 패터닝하여 제조하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 에칭 마스크막을 에칭 마스크로서 상기 차광막을 불소계 드라이 에칭하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
  21. 제19항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 바이너리 마스크.
  22. 제19항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 레벤슨형 마스크.
  23. 제17항 또는 제18항에 기재된 포토마스크 블랭크를 패터닝하여 제조하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  24. 제23항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
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