KR101319311B1 - 포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

패턴 전사 시의 노광장치에 고NA 노광방법을 이용한 경우의 초점심도에 의한 영향에 대응할 수 있고, 디바이스 상에 하프 피치 45nm 이하의 고정밀도 미세패턴을 형성하는데 알맞은 차광막을 구비한 포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 제조방법을 제공한다. 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 갖는 포토마스크 블랭크(10)로서, 상기 차광막(2)은 금속과 규소(Si)를 포함하고, 그 금속의 함유량이 금속과 규소(Si)의 합계에 대해 6원자％ 미만이다. 또 이 포토마스크 블랭크(10)에 있어서의 상기 차광막(2)을 드라이 에칭처리에 의해 패터닝함으로써 포토마스크를 제조한다.

Description

포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 제조방법{PHOTOMASK BLANK AND METHOD FOR MANUFACTURING PHOTOMASK}

본 발명은 하프 피치 45nm 이하의 고정밀도 미세패턴을 형성하는데 알맞은 차광막을 구비한 포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체장치의 제조공정에서는 포토리소그래피법을 이용하여 미세패턴의 형성이 실시되고 있다. 또 이 미세패턴의 형성에는 통상 몇 장의 포토마스크라고 불리고 있는 기판이 사용된다. 이 포토마스크는 일반적으로 투광성의 유리기판 상에, 금속박막 등으로 이루어지는 차광성의 미세패턴을 설치한 것이며, 이 포토마스크의 제조에 있어서도 포토리소그래피법이 이용되고 있다.

포토리소그래피법에 의한 포토마스크의 제조에는 유리기판 등의 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크가 이용된다. 이 포토마스크 블랭크를 이용한 포토마스크의 제조는 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트 막에 대해, 원하는 패턴 노광을 실시하는 노광공정과, 원하는 패턴 노광에 따라 상기 레지스트 막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상공정과, 레지스트 패턴을 따라 상기 차광막을 에칭하는 에칭공정과, 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거하는 공정을 갖고 실시되고 있다. 상기 현상공정에서는 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트 막에 대해 원하는 패턴 노광을 실시한 후에 현상액을 공급하고 현상액에 가용한 레지스트 막 부위를 용해하여 레지스트 패턴을 형성한다. 또 상기 에칭공정에서는 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 예를 들어 드라이 에칭에 의해 레지스트 패턴이 형성되어 있지 않은 차광막이 노출된 부위를 제거하고, 이에 따라 원하는 마스크 패턴을 투광성 기판 상에 형성한다. 이렇게 하여 포토마스크가 완성된다.

그런데 근래 반도체 장치의 제조에 있어서 회로패턴의 미세화가 점점 필요로 되고 있다. 따라서 포토마스크에 있어서도 미세패턴을 고정밀도로 형성하는 것이 요구되고 있다. 종래의 차광막으로는 크롬계 화합물이 다용되고 있다. 크롬계 화합물은 주성분인 크롬에 예를 들어 산소나 질소 등의 원소를 함유시킴으로써 차광막의 막응력이나 차광막의 표면 반사율을 조정하는 것이 가능하다. 포토마스크에 형성되는 차광막 패턴(마스크 패턴)을 미세화함에 있어서는 포토마스크 블랭크에서의 레지스트 막의 박막화와, 포토마스크 제조 시의 패터닝 수법으로서 종래의 웨트에칭에 대신하여 드라이 에칭 가공이 필요로 되고 있다.

그러나 레지스트 막의 박막화와 드라이 에칭 가공은 다음과 같은 기술적인 문제가 발생하고 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 차광막 재료로는 일반적으로 크롬계의 재료가 이용되고 있으며, 크롬의 드라이 에칭가공에서는 에칭가스에 염소가스와 산소가스의 혼합가스가 이용되고 있다. 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 드라이 에칭으로 패터닝할 시, 레지스트는 유기막이며 그 주성분은 탄소이므로 드라이 에칭 환경인 산소 플라즈마에 대해서 매우 약하다. 그러므로 차광막을 드라이 에칭으로 패터닝하는 동안, 그 차광막 상에 형성되어 있는 레지스트 패턴은 충분한 막 두께로 남아있어야 하지만, 단순히 레지스트 막 두께를 두껍게 하면 특히 미세한 패턴을 형성하는 경우, 애스팩트비가 커지고, 패턴 쓰러짐 등의 문제가 발생한다. 또한 에칭 가스에 염소가스와 산소가스의 혼합가스가 이용된 드라이 에칭은 지향성이 부족하여 등방적으로 에칭이 진행하기 때문에 예를 들어 45nm 하프 피치 정도의 미세 패턴을 고정밀도로 형성하는 경우에 불리하다.

그래서 가능한 한 레지스트 막 두께를 얇고 또한 보다 지향성이 있는 이방성 에칭을 가능하게 하기 위해 차광막의 재료로서 몰리브덴 실리사이드계 화합물(MoSi)을 이용하고, 또한 그 화합물 중 Mo의 비율을 6∼20원자％로 하는 기술이 제안되고 있다.(특허문헌 1 참조)

특허문헌1:일본공개특허공보2006-78807호

그런데 이와 같은 포토마스크를 사용하여 노광장치(축소투영 노광장치)에 의해 반도체기판(실리콘웨이퍼) 상에 패턴 전사를 실시하여 반도체 기판 상에 예를 들어 45nm 하프 피치 이하의 미세패턴을 고정밀도로 형성하기 위해서는 노광장치의 광학계에 높은 개구수(고NA)(NA>1)의 노광방법, 예를 들어 고NA 렌즈나 액침을 이용하는 것이 알맞다. 그러나 이와 같은 고NA의 노광방법을 이용한 경우, 초점심도의 영향에 의해 초점위치의 어긋남이 발생하고, 이러한 어긋남에 의해 전사패턴 정밀도나 위치 정밀도에 악영향을 미치며, 결과적으로 예를 들어 45nm 하프 피치 이하의 미세패턴을 고정밀도로 반도체 기판 상에 형성할 수 없다는 문제가 생긴다.

따라서 노광장치의 광학계에 고NA의 노광방법을 이용하는 경우, 초점심도의 영향에 의해 초점위치가 어긋나도 그 어긋남(의 영향)을 허용할 수 있는 포토마스크를 제작하는 것이 요구된다.

그래서 본 발명은 패턴 전사 시의 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용한 경우의 초점심도에 의한 영향에 대응할 수 있고, 디바이스 상에 하프 피치 45nm 이하의 고정밀도의 미세 패턴을 형성하는데 알맞은 차광막을 구비한 포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 철저히 검토한 결과, 몰리브덴 실리사이드 등의 금속 실리사이드 화합물로 차광막을 형성한 경우, 예를 들어 몰리브덴 등의 금속의 함유비율을 최적화함으로써 초점심도의 영향에 의해 초점위치가 어긋나도 그 어긋남(의 영향)을 어느 정도 허용할 수 있는지를 나타내는 특성 값이 커지는 것을 발견하여 금속 실리사이드 화합물 중 금속의 함유비율을 최적화할 필요가 있다는 인식하에 철저히 검토를 계속한 결과, 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.

(구성 1) 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크로서, 상기 차광막은 금속과 규소(Si)를 포함하고, 그 금속의 함유량이 금속과 규소(Si)의 합계에 대해 6원자％ 미만인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.

(구성 2) 상기 금속의 함유량이 금속과 규소(Si)의 합계에 대해 3원자％ 미만인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 포토마스크 블랭크이다.

(구성 3) 상기 금속이 몰리브덴(Mo)인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 구성 2에 기재된 포토마스크 블랭크이다.

(구성 4) 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크로서, 상기 차광막은 실질적으로 규소(Si)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.

(구성 5) 상기 차광막은 상기 금속과 상기 규소(Si)를 포함하는 차광층, 또는 실질적으로 상기 규소(Si)로 이루어지는 차광층과, 그 차광층의 위에 형성한 산소와 질소의 적어도 어느 한쪽을 함유하는 크롬계 화합물로 이루어지는 반사 방지층을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4의 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.

(구성 6) 상기 차광막과 상기 투광성 기판의 사이에 이면 반사 방지막을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 5에 기재된 포토마스크 블랭크이다.

(구성 7) 구성 1 내지 6의 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크를 이용하고, 상기 차광막을 드라이 에칭처리에 의해 패터닝하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법이다.

구성 1에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크는 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크로서, 상기 차광막은 금속과 규소(Si)를 포함하고, 그 금속의 함유량을 금속과 규소(Si)의 합계에 대해 6원자％ 미만으로 한 것이다.

이와 같이, 금속과 규소(Si)를 포함하는 차광막에 포함되는 금속의 함유량이 금속과 규소(Si)의 합계에 대해 6원자％ 미만임으로써, 투광성 기판 상에 상기 차광막을 형성한 포토마스크 블랭크를 이용하여 제작한 포토마스크에 있어서, 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용하여 패턴 전사를 실시하는 경우에, 초점심도의 영향에 의해 초점위치가 어긋나도 그 어긋남(의 영향)을 어느 정도 허용할 수 있는지를 나타내는 특성값(Exposure Latitude: 이하 「EL값」이라 한다)을 크게 할 수 있다.

따라서 패턴 전사 시의 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용한 경우의 초점심도에 의한 영향에 대응할 수 있고, 디바이스 상에 예를 들어 하프 피치 45nm 이하의 고정밀도의 미세패턴을 형성하는데 알맞은 차광막을 구비한 포토마스크 블랭크 및 포토마스크가 얻어진다.

또 구성 2에 있는 바와 같이, 구성 1에 있어서의 상기 금속의 함유량이 금속과 규소(Si)의 합계에 대해 3원자％ 미만인 것이 본 발명에 의한 작용효과를 보다 알맞게 발휘시킬 수 있으므로 특히 바람직하다.

또 구성 3에 있는 바와 같이 상기 금속이 몰리브덴(Mo)인 것이 바람직하다. 몰리브덴 실리사이드 화합물에 있어서의 몰리브덴의 함유량을 6원자％ 미만으로 함으로써 본 발명에 의한 작용효과가 바람직하게 얻어지는 동시에, 미세패턴을 형성하는데 있어서 평활성이 바람직한 양호한 차광막을 형성할 수 있다.

또, 구성 4에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크는 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크로서 상기 차광막은 실질적으로 규소(Si)로 이루어지는 것이다. 구성 4의 발명에 의해서도 본 발명에 의한 작용효과를 알맞게 발휘시킬 수 있다.

또, 구성 5에 있는 바와 같이, 상기 차광막은 상기 금속과 상기 규소(Si)를 포함하는 차광층 또는 실질적으로 상기 규소(Si)로 이루어지는 차광층과, 그 차광층의 위에 형성한 산소와 질소의 적어도 어느 한쪽을 함유하는 크롬계 화합물로 이루어지는 반사 방지층의 적층구성으로 할 수 있어 노광광에 대한 표면반사율을 저감할 수 있다. 또 반사 방지층과 차광층은 드라이 에칭 선택성을 갖기 때문에 패터닝한 반사 방지층은 아래 차광층의 패터닝 시의 에칭마스크가 되므로 차광막 상의 레지스트 막 두께를 저감해도 미세패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.

또, 구성 6에 있는 바와 같이, 상기 차광막과 상기 투광성 기판의 사이에 이면 반사 방지막을 가질 수 있다. 이와 같이 이면 반사 방지막을 가짐으로써 포토마스크의 이면측에 있어서의 노광광 반사를 방지할 수 있으므로 특히 고NA의 노광방법을 이용하는 노광장치에 의해 패턴 전사를 실시하는 경우에 알맞다.

또, 구성 7에 있는 바와 같이, 구성 1 내지 6의 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크를 이용하고, 그 포토마스크 블랭크의 차광막을 드라이 에칭처리에 의해 패터닝하는 공정을 갖는 포토마스크의 제조방법에 따르면 상술한 EL값이 크고, 따라서 패턴 전사 시의 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용한 경우의 초점심도에 의한 영향에 대응할 수 있으며, 디바이스 상에 예를 들어 하프 피치 45nm 이하의 고정밀도의 미세 패턴을 형성하는데 알맞은 차광막을 구비한 포토마스크가 얻어진다.

즉, 본 발명에 의해 얻어지는 포토마스크는 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용한 경우의 초점심도에 의한 영향에 대응할 수 있어 디바이스 상에 고정밀도로 하프 피치 45nm 이하의 미세패턴 전사를 실시하는데 알맞다.

본 발명에 따르면, 패턴 전사 시의 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용한 경우의 초점심도에 의한 영향에 대응할 수 있는 포토마스크를 제조하는데 알맞은 차광막을 구비한 포토마스크 블랭크를 제공할 수 있다. 따라서 이와 같은 포토마스크 블랭크를 이용하여 포토마스크를 제조함으로써, 패턴 전사 시의 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용하여 하프 피치 45nm 이하의 미세패턴의 전사를 실시하는 경우에 양호한 전사 정밀도가 얻어지는 포토마스크를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 포토마스크 블랭크의 일실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 포토마스크 블랭크를 이용한 포토마스크의 제조공정을 나타내는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세하게 서술한다.

도 1은 본 발명에 의해 얻어지는 포토마스크 블랭크의 일실시 형태를 나타내는 단면도이다.

도 1의 포토마스크 블랭크(10)는 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 갖는 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크의 형태인 것이다.

본 실시형태의 상기 포토마스크 블랭크(10)는 상기 차광막(2) 상에 형성되는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭처리에 의해 상기 차광막(2)을 패터닝하는 포토마스크의 제작방법에 대응하는 드라이 에칭처리용에 알맞은 포토마스크 블랭크이다.

여기에서 투광성 기판(1)으로는 유리기판이 일반적이다. 유리기판은 평탄도 및 평활도가 우수하기 때문에, 포토마스크를 사용하여 반도체 기판 상으로의 패턴 전사를 실시하는 경우, 전사패턴의 왜곡 등이 발생하지 않고 고정밀도의 패턴 전사를 실시할 수 있다.

상기 포토마스크 블랭크(10)에 있어서, 상기 차광막(2)은 금속과 규소(Si)를 포함하고, 그 금속의 함유량이 금속과 규소(Si)의 합계에 대해 6원자％ 미만으로 한 것이다.

이와 같이 금속과 규소(Si)를 포함하는 차광막에 포함되는 금속의 함유량을 금속과 규소(Si)의 합계에 대해 6원자％ 미만으로 함으로써 투광성 기판 상에 상기 차광막을 형성한 포토마스크 블랭크를 이용하여 제작한 포토마스크에 있어서, 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용하여 패턴 전사를 실시하는 경우에, 초점심도의 영향에 의해 초점위치가 어긋나도 그 어긋남(의 영향)을 어느 정도 허용할 수 있는지를 나타내는 특성 값(Exposure Latitude: EL값)을 크게 할 수 있다. 또한 Si의 양이 늘어남에 따라 혹은 금속 양이 줄어듬에 따라 광학 상의 값, n이나 k가 작아진다. 또 n이나 k가 작아지면 EL값이 높아진다. 여기에서 EL값이 본 발명의 효과를 이루기 위해 필요한 바람직한 n과 k 값으로서는 n≤1 또한 k≥2.5이다.

따라서 패턴 전사 시의 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용한 경우의 초점심도에 의한 영향에 대응할 수 있어 디바이스 상에 예를 들어 하프 피치 45nm 이하의 고정밀도의 미세패턴을 형성하는데 알맞은 차광막을 구비한 포토마스크 블랭크가 얻어진다. 이와 같은 포토마스크 블랭크를 이용하여 제조하는 포토마스크를 사용함으로써 패턴 전사 시의 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용하여 하프 피치 45nm 이하의 미세패턴의 전사를 실시하는 경우에 양호한 전사 정밀도가 얻어진다.

본 발명에 있어서는 상술한 큰 EL값을 얻기 위해서는 차광막에 포함되는 금속의 함유량이 금속과 규소(Si)의 합계에 대해 6원자％ 미만이면 된다. 또 본 발명에 있어서는 차광막에 포함되는 금속의 함유량이 금속과 규소(Si)의 합계에 대해 3원자％ 미만인 것이 특히 바람직하다. 또 본 발명에 있어서는 상기 차광막이 실질적으로 규소(Si)로 이루어지는 것인 것도 바람직하다.

본 발명에 있어서는 상기 금속이 몰리브덴(Mo)인 것이 바람직하다. 몰리브덴 실리사이드 화합물에 있어서의 몰리브덴의 함유량을 6원자％ 미만으로 함으로써 본 발명에 의한 작용효과가 바람직하게 얻어지는 동시에, 몰리브덴 실리사이드 화합물로 차광막을 형성함으로써 미세패턴을 형성하는데 있어서 평활성이 바람직한 양호한 차광막을 형성할 수 있기 때문이다.

또 상기 차광막(2)은 몰리브덴 등의 금속과 규소의 함유량이 깊이 방향으로 단계적 또는 연속적으로 다른 조성 경사막으로 해도 된다.

또 상기 차광막(2)은 상기 금속과 규소(Si)를 주 구성성분으로 포함하는 차광층, 또는 규소(Si)를 주 구성성분으로 포함하는 차광층과, 그 차광층의 위에 형성한 산소와 질소의 적어도 어느 한쪽을 함유하는 크롬계 화합물로 이루어지는 반사 방지층을 갖는 적층구성으로 할 수 있다. 즉, 차광막(2)은 표층부(상층부)에 반사 방지층을 포함하는 것이어도 좋다. 그 경우, 반사 방지층으로는 예를 들어 CrO, CrCO, CrN, CrNO, CrCON 등의 재질을 바람직하게 들 수 있다. 반사 방지층을 설치함으로써 노광 파장에 있어서의 반사율을 예를 들어 20％ 이하, 바람직하게는 15％ 이하로 억제할 수 있으므로, 마스크 패턴을 피전사체에 전사할 때에 투영 노광면과의 사이에서의 다중반사를 억제하고 결상 특성의 저하를 억제할 수 있다. 또한 포토마스크 블랭크나 포토마스크의 결함 검사에 이용하는 파장(예를 들어 257nm, 364nm, 488nm 등)에 대한 반사율을 예를 들어 30％ 이하로 하는 것이 결함을 고정밀도로 검출하는데 있어서 바람직하다.

또 크롬계의 반사 방지층을 설치함으로써 반사 방지층과 차광층은 드라이 에칭 선택성을 갖기 때문에 포토마스크 제조 시에 우선 차광막 상의 레지스트 패턴을 마스크로서 반사 방지층을 패터닝하고, 패터닝한 반사 방지층은 아래의 차광층의 패터닝 시의 에칭마스크가 되므로 차광막 상의 레지스트 막 두께를 저감하는 것이 가능하여 미세패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.

또한 크롬계의 반사 방지층인 경우, 크롬에 산소 또는 질소를 함유시킴으로써 드라이 에칭 속도를 향상시킬 수 있고, 또 질소의 함유량에 의해 막응력을 조정할 수 있다. 반사 방지층의 막응력은 포토마스크 블랭크의 평탄성을 손상시키지 않도록 금속과 규소(Si)를 포함하는 차광층의 막응력과의 균형으로 적절하게 조정하는 것이 바람직하다.

상기 차광막(2)의 형성방법은 특히 제약할 필요는 없지만, 그 중에서도 스퍼터링 성막법을 바람직하게 들 수 있다. 스퍼터링 성막법에 따르면 균일하고 막 두께가 일정한 막을 형성할 수 있으므로 본 발명에는 알맞다. 투광성 기판(1) 상에, 스퍼터링 성막법에 의해서 상기 차광막(2) 중 차광층을 성막하는 경우, 스퍼터 타겟으로서 몰리브덴(Mo)와 실리콘(Si)의 혼합 타겟을 이용하고, 챔버 내에 도입하는 스퍼터 가스는 아르곤 가스나 헬륨 가스 등의 불활성 가스를 이용한다. 또 크롬계의 반사 방지층을 성막하는 경우, 스퍼터 타겟으로서 크롬(Cr) 타겟을 이용하고, 챔버 내에 도입하는 스퍼터 가스는 아르곤 가스나 헬륨 가스 등의 불활성 가스에 산소, 질소 등의 가스를 혼합한 것을 이용한다. 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 산소가스 등을 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면 크롬에 산소를 포함하는 반사 방지층을 형성할 수 있고, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 질소가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면 크롬에 질소를 포함하는 반사 방지층을 형성할 수 있으며, 또 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 질소 가스 등을 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면 크롬에 질소와 산소를 포함하는 반사 방지층을 형성할 수 있다.

상기 차광막(2)의 막 두께는 노광광에 대해 광학농도가 2.5 이상으로 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 상기 차광막(2)의 막 두께는 90nm 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는 근래에 있어서의 서브 미크론 레벨의 패턴사이즈로의 패턴의 미세화에 대응하기 위해서는 막 두께가 90nm를 넘으면 드라이 에칭 시의 패턴의 마이크로 로딩 현상 등에 의해서 미세패턴의 형성이 곤란하게 되는 경우가 생각되기 때문이다. 막 두께를 어느 정도 얇게 함으로써 패턴의 애스팩트비(패턴폭에 대한 패턴 깊이의 비)의 저감을 꾀할 수 있고, 글로벌 로딩 현상 및 마이크로 로딩현상에 의한 선 폭 에러를 저감할 수 있다.

또 본 발명에 있어서는 상기 차광막(2)과 상기 투광성 기판(1)의 사이에 이면 반사 방지막을 형성할 수 있다. 이와 같이 이면 반사 방지막을 형성함으로써 포토마스크의 이면측에 있어서의 노광광 반사를 효과적으로 방지할 수 있으므로 특히 고NA의 노광방법을 이용하는 노광장치에 의해 패턴 전사를 실시하는 경우에 알맞다. 이와 같은 이면 반사 방지막의 재료로는 본 발명에 있어서는 특히 제약이 되는 것은 아니지만, 예를 들어 차광막(2)과의 에칭 선택성 등을 고려하면 예를 들어 MoSiON 등을 바람직하게 들 수 있다.

또 본 발명의 포토마스크 블랭크로는 후술하는 도 2(a)에 있는 바와 같이, 상기 차광막(2)의 위에, 레지스트 막(3)을 형성한 형태라도 상관없다. 레지스트 막(3)의 막 두께는 차광막의 패턴 정밀도(CD정밀도)를 양호하게 하기 위해서는 가능한한 얇은 쪽이 바람직하다. 본 실시형태와 같은 소위 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크의 경우, 구체적으로는 레지스트 막(3)의 막 두께는 150nm 이하가 바람직하다. 또한 바람직하게는 100nm 이하로 하는 것이 바람직하다. 또 높은 해상도를 얻기 위해 레지스트 막(3)의 재료는 레지스트 감도가 높은 화학증폭형 레지스트가 바람직하다.

다음으로 도 1에 나타내는 포토마스크 블랭크(10)를 이용한 포토마스크의 제조방법을 설명한다.

이 포토마스크블랭크(10)를 이용한 포토마스크의 제조방법은 포토마스크 블랭크(10)의 차광막(2)을 드라이 에칭을 이용하여 패터닝하는 공정을 갖고, 구체적으로는 포토마스크 블랭크(10) 상에 형성된 레지스트 막에 대해, 원하는 패턴묘화를 실시하는 공정과, 원하는 패턴 묘화에 따라 상기 레지스트 막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 레지스트 패턴에 따라 상기 차광막을 드라이 에칭하는 공정과, 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거하는 공정을 갖는다.

도 2는 포토마스크 블랭크(10)를 이용한 포토마스크의 제조공정을 차례로 나타내는 단면도이다.

도 2(a)는 도 1의 포토마스크 블랭크(10)의 차광막(2) 상에 레지스트 막(3)을 형성한 상태를 나타내고 있다. 또한 레지스트 재료로는 포지티브형 레지스트 재료도 네거티브형 레지스트 재료도 이용할 수 있다.

다음으로 도 2(b)는 포토마스크 블랭크(10) 상에 형성된 레지스트 막(3)에 대해, 원하는 노광(패턴묘화)을 실시하는 공정을 나타낸다. 패턴묘화는 전자선 묘화장치 등을 이용하여 실시된다. 상술한 레지스트 재료는 전자선 또는 레이저에 대응하는 감광성을 갖는 것이 사용된다.

다음으로 도 2(c)는 원하는 패턴 묘화에 따라서 레지스트 막(3)을 현상하여 레지스트 패턴(3a)을 형성하는 공정을 나타낸다. 그 공정에서는 포토마스크 블랭크(10) 상에 형성한 레지스트 막(3)에 대해 원하는 패턴묘화를 실시한 후에 현상액을 공급하고 현상액에 가용한 레지스트 막의 부위를 용해하여 레지스트 패턴(3a)을 형성한다.

이어서, 도 2(d)는 상기 레지스트 패턴(3a)을 따라서 차광막(2)을 에칭하는 공정을 나타낸다. 본 발명의 포토마스크 블랭크는 드라이 에칭에 알맞기 때문에 에칭은 드라이 에칭을 이용하는 것이 알맞다. 그 에칭공정에서는 상기 레지스트 패턴(3a)을 마스크로서 드라이 에칭에 의해 레지스트 패턴(3a)이 형성되어 있지 않은 차광막(2)이 노출된 부위를 제거하고, 이에 따라 원하는 차광막 패턴(2a)(마스크 패턴)을 투광성 기판(1) 상에 형성한다.

이 드라이 에칭에는 금속과 규소(Si)를 포함하는 차광층에 대해서는 에칭 가스로서 불소계 가스를 이용할 수 있고, 크롬계 화합물을 포함하는 반사 방지층에 대해서는 염소계 가스 또는 염소계 가스와 산소가스의 혼합가스로 이루어지는 드라이 에칭 가스를 이용할 수 있다.

도 2(e)는 잔존한 레지스트 패턴(3a)을 박리 제거함으로써 얻어진 포토마스크(20)를 나타낸다.

이와 같이 본 발명의 포토마스크 블랭크를 이용하여 포토마스크를 제작함으로써, 포토마스크 상에 예를 들어 디바이스 상에 있어서의 45nm 하프 피치 이하 상당의 미세 패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있다.

또 EL값이 크고, 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용하는 경우, 초점심도의 영향에 의해 초점위치가 어긋나도 그 어긋남(의 영향)을 허용할 수 있는 포토마스크가 얻어진다. 즉, 본 발명에 의해 얻어지는 포토마스크는 노광장치에 고NA의 노광방법을 이용한 경우의 초점심도에 의한 영향에 대응할 수 있고, 하프 피치 45nm 이하의 미세패턴을 피전사체 상에 고정밀도로 패턴 전사를 실시하는데 알맞다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명의 실시형태를 더욱 구체적으로 설명한다. 아울러 실시예에 대한 비교예에 대해서도 설명한다.

(실시예 1)

본 실시예의 포토마스크 블랭크는 투광성 기판 상에, 차광막과 반사 방지막을 형성한 것이다.

이 포토마스크 블랭크는 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.

주표면 및 단면이 정밀 연마되고, 기판 주표면의 형상이 볼록형상으로 마무리된 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(크기 152mm×152mm) 상에, 매엽식 스퍼터 장치를 이용하며, 스퍼터 타겟에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타겟(Mo:Si=5:95원자％)을 이용하고, 아르곤(Ar)가스 분위기로 스퍼터링(DC스퍼터링)에 의해 몰리브덴과 실리콘을 주 구성요소로 하는 차광층을 막 두께 35nm로 형성했다. 그 후, 500℃, 3시간으로 가열처리를 실시했다.

다음으로 스퍼터 타겟에 크롬 타겟을 사용하고, 아르곤과 질소와 산소의 혼합가스(Ar:30체적％, N₂:35체적％, O₂:35체적％) 분위기 중에서 반응성 스퍼터링을 실시함으로써 크롬에 산소와 질소를 포함하는 반사 방지층을 막 두께 20nm로 형성했다. 이와 같이 하여 투광성 기판 상에 총 막 두께가 55nm의 차광층 및 반사 방지층으로 이루어지는 차광막이 형성된 포토마스크 블랭크를 제조했다.

또 이 포토마스크 블랭크에 있어서의 차광막은 차광층과 그 위의 반사 방지층과의 적층 구조에 있어서, 예를 들어 노광 파장 193nm에 있어서의 광학농도가 3.0 이상이었다. 또 노광 파장 193nm에 있어서의 반사율은 16％로 낮게 억제할 수 있었다. 또한 포토마스크의 결함 검사 파장인 257nm에 대해서는 18％가 되어 검사하는데 있어서도 문제가 되지 않는 반사율이 되었다.

다음으로 상기 포토마스크 블랭크에 대해, 차광막 상에 형성하는 레지스트 막의 부착력 향상을 위해 레지스트의 종류를 고려하여 160℃에서의 베이크처리를 실시했다. 이어서 상기 포토마스크 블랭크 상에, 화학증폭형 레지스트인 전자선 레지스트 막(후지필름 일렉트로닉스 머티리얼즈사 제조 CAR-FEP171)을 막 두께 150nm로 형성했다. 레지스트 막의 형성은 스피너(회전도포장치)를 이용하여 회전도포했다. 또한 상기 레지스트 막을 도포 후, 130℃에서의 프리베이크처리를 실시했다.

다음으로 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트 막에 대해, 전자선 묘화장치를 이용하여 디바이스에 있어서의 45nm 하프 피치에 상당하는 패턴묘화를 실시한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴을 형성했다.

다음으로 상기 레지스트 패턴을 따라 우선 반사 방지층의 드라이 에칭을 실시하여 반사 방지층 패턴을 형성했다. 이때의 드라이 에칭가스로서 Cl₂와 O₂의 혼합가스(Cl₂:O₂=4:1)를 이용했다.

다음으로 상술한 반사 방지층 패턴 및 레지스트 패턴을 마스크로, 차광층의 드라이 에칭을 실시하여 차광막 패턴을 형성했다. 이때의 드라이 에칭가스로서 SF₆과 He의 혼합가스를 이용했다.

다음으로 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여 포토마스크를 얻었다. 형성한 차광막의 패턴의 CD로스(CD에러)(설계 선 폭에 대한 실측 선 폭의 어긋남)는 20nm로 작고, 포토마스크 상의 차광막 패턴의 패턴 정밀도도 설계대로 양호하였다.

이상과 같이 얻어진 본 실시예의 포토마스크의 EL값을 예를 들어 광학조건, λ=193nm, NA=1.3으로서 계산 소프트웨어(예를 들어 EM-suitesVer5)에 의해 구했다.

이상의 방법에 의해 본 실시예의 포토마스크의 EL값을 구한 결과, 후술한 비교예의 포토마스크의 EL값과 비교하면 큰 값이었다. 덧붙여 말하면 n≤1, k≥2.5의 범위 내에 있다. 따라서 고NA의 노광방법을 이용한 노광장치에 의해 이 포토마스크를 사용하여 반도체 기판 상에 패턴 전사를 실시할 경우, 초점심도의 영향에 의해 초점위치가 어긋나도 그 어긋남(의 영향)을 충분히 허용할 수 있고, 그 결과 45nm 하프 피치 상당의 미세 패턴을 설계대로 고정밀도로 반도체 기판 상에 형성하는 것이 가능하다.

(실시예 2)

실시예 1과 같은 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판 상에, 매엽식 스퍼터장치를 이용하여 스퍼터 타겟에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타겟(Mo:Si=3:97원자％)을 이용하고, 아르곤(Ar)가스 분위기에서 스퍼터링(DC스퍼터링)에 의해 몰리브덴과 실리콘을 주 구성요소로 하는 차광층을 막 두께 33nm로 형성했다. 그 후, 500℃, 3시간으로 가열처리를 실시했다.

다음으로 상기 차광층 상에, 실시예 1과 마찬가지로 하여 반사 방지층을 형성하여 포토마스크 블랭크를 제작했다.

본 실시예의 포토마스크 블랭크는 노광 파장 193nm에 있어서의 광학농도가 3.0 이상이었다. 또 이 노광 파장 193nm에 있어서의 반사율은 19％로 낮게 억제할 수 있었다.

이와 같이 하여 얻어진 포토마스크 블랭크를 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 포토마스크를 제작했다.

본 실시예에 있어서도 형성한 차광막의 패턴의 CD로스(CD에러)(설계 선 폭에 대한 실측 선 폭의 어긋남)는 20nm로 작고, 포토마스크 상의 차광막 패턴의 패턴 정밀도도 설계대로 양호하였다.

본 실시예의 포토마스크의 EL값을 실시예 1과 마찬가지로 하여 구한 결과, 높은 값이었다. 이 값은 후술한 비교 예의 포토마스크의 EL값과 비교하면 큰 값이다. 덧붙여 말하면, n≤1, k≥2.5의 범위 내에 있다. 따라서 고NA의 노광방법을 이용한 노광장치에 의해 본 실시예의 포토마스크를 사용하여 반도체 기판 상에 패턴 전사를 실시할 경우, 초점심도의 영향에 의해 초점위치가 어긋나도 그 어긋남(의 영향)을 충분히 허용할 수 있고, 그 결과 45nm 하프 피치 상당의 미세패턴을 설계대로 고정밀도로 반도체 기판 상에 형성하는 것이 가능하다.

(실시예 3)

실시예 1과 동일한 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판 상에, 매엽식 스퍼터장치를 이용하고, 스퍼터 타겟에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타겟(Mo:Si=5:95원자％)을 이용하며, 아르곤(Ar)과 산소와 질소의 혼합가스(Ar:10체적％, O₂:10체적％, N₂:80체적％) 분위기에서 스퍼터링(DC스퍼터링)에 의해 몰리브덴과 실리콘에 산소 및 질소를 포함하는 이면 반사 방지막을 막 두께 10nm로 형성했다.

다음으로 상기 이면 반사 방지막 상에, 실시예 1과 마찬가지로 하여 차광층 및 반사 방지층을 형성하여 포토마스크 브랭크를 제작했다. 단, 본 실시예의 차광층의 막 두께는 35nm, 반사 방지층의 막 두께는 20nm로 했다.

본 실시예의 포토마스크 블랭크는 노광 파장 193nm에 있어서의 광학농도가 3.0 이상이었다. 또 이 노광 파장 193nm에 있어서의 차광막 표면(반사 방지층 표면)에서의 반사율은 16％로 낮게 억제할 수 있었다. 그리고 포토마스크 블랭크의 이면측에서의 반사율도 25％로 낮게 억제할 수 있고, 특히 고NA의 노광방법을 이용한 노광장치에 의한 패턴 전사를 실시할 경우에 알맞다.

이와 같이 하여 얻어진 포토마스크 블랭크를 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 포토마스크를 제작했다. 즉, 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트 막에 대해, 전자선 묘화장치를 이용하여 45nm 하프 피치 상당의 패턴 묘화를 실시한 후, 현상하여 레지스트 패턴을 형성했다. 다음으로 실시예 1과 마찬가지로 상기 레지스트 패턴을 따라서 우선 반사 방지층의 드라이 에칭을 실시하여 반사 방지층의 패턴을 형성했다.

다음으로 상술한 반사 방지층 패턴 및 레지스트 패턴을 마스크로, 차광층 및 이면 반사 방지막의 드라이 에칭을 실시하여 차광막 및 이면 반사 방지막의 패턴을 형성했다.

다음으로 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여 포토마스크를 얻었다. 본 실시예에 있어서도 형성한 차광막의 패턴의 CD로스(CD에러)(설계 선 폭에 대한 실측 선 폭의 어긋남)는 20nm로 작고, 포토마스크 상의 차광막 패턴의 패턴 정밀도도 설계대로 양호하였다.

본 실시예의 포토마스크의 EL값을 실시예 1과 마찬가지로 하여 구한 결과, 높은 값이었다. 이 값은 후술한 비교예의 포토마스크의 EL값과 비교하면 큰 값이다. 덧붙여 말하면, n≤1, k≥2.5의 범위 내에 있다. 따라서 고NA의 노광방법을 이용한 노광장치에 의해 본 실시예의 포토마스크를 사용하여 반도체 기판 상에 패턴 전사를 실시할 경우, 초점심도의 영향에 의해 초점위치가 어긋나도 그 어긋남(의 영향)을 충분히 허용할 수 있고, 그 결과 45nm 하프 피치 상당의 미세 패턴을 설계대로 고정밀도로 반도체 기판 상에 형성하는 것이 가능하다.

(비교예 1)

실시예 1과 동일한 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판 상에, 매엽식 스퍼터장치를 이용하여 스퍼터 타겟에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합타겟(Mo:Si=7:93원자％)을 이용하고, 아르곤(Ar)가스 분위기에서 스퍼터링(DC스퍼터링)에 의해 몰리브덴과 실리콘을 주 구성요소로 하는 차광층을 막 두께 42nm로 형성했다.

다음으로 상기 차광층 상에, 실시예 1과 마찬가지로 하여 반사 방지층을 형성하여 포토마스크 블랭크를 제작했다. 단, 본 비교예의 반사 방지층의 막 두께는 20nm로 했다.

본 비교예의 포토마스크 블랭크는 노광 파장 193nm에 있어서의 광학농도가 3.0 이상이었다. 또 이 노광 파장 193nm에 있어서의 반사율은 14％로 낮게 억제할 수 있었다.

이와 같이 하여 얻어진 포토마스크 블랭크를 이용하여 실시예 1과 마찬가지로 포토마스크를 제작했다.

차광막 중의 Mo 함유량을 7원자％로 한 본 비교예의 포토마스크의 EL값을 실시예 1과 마찬가지로 하여 구한 결과, 낮은 값이었다. 이 값은 차광막 중의 Mo 함유량을 6원자％ 미만으로 한 상술한 각 실시예의 포토마스크의 EL값과 비교하면 작기 때문에, 이 포토마스크를 사용하여 고NA의 노광방법을 이용한 노광장치에 의해 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 실시하면 광학계의 초점심도의 영향을 허용할 수 없어 45nm 하프 피치 상당의 미세 패턴을 설계대로 고정밀도로 반도체 기판 상에 형성하는 것이 곤란하다.

(비교예 2)

실시예 1과 동일한 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판 상에, 매엽식 스퍼터장치를 이용하고, 스퍼터 타겟에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타겟(Mo:Si=7:93원자％)을 이용하며, 아르곤(Ar)과 질소와 산소의 혼합가스(Ar:10체적％, N₂:80체적％, O₂:10체적％) 분위기에서 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해 몰리브덴과 실리콘에 산소 및 질소를 포함하는 이면 반사 방지막을 막 두께 10nm로 형성했다.

다음으로 상기 이면 반사 방지막 상에, 동일하게 매엽식 스퍼터장치를 이용하고, 스퍼터 타겟에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타겟(Mo:Si=7:93원자％)을 이용하며, 아르곤(Ar)가스 분위기에서 스퍼터링(DC스퍼터링)에 의해 몰리브덴과 실리콘을 주 구성요소로 하는 차광층을 막 두께 42nm로 형성했다.

다음으로 상기 차광층 상에 실시예 1과 마찬가지로 해서 반사 방지층을 형성하여 포토마스크 블랭크를 제작했다. 단, 본 비교예의 반사 방지층의 막 두께는 20nm로 했다.

본 비교예의 포토마스크 블랭크는 노광 파장 193nm에 있어서의 광학농도가 3.0 이상이었다. 또 이 노광 파장 193nm에 있어서의 반사율은 14％로 낮게 억제할 수 있었다. 그리고 포토마스크 블랭크의 이면측에서의 반사율도 22％로 낮게 억제할 수 있었다.

이와 같이 하여 얻어진 포토마스크 블랭크를 이용하여 실시예 3과 마찬가지로 포토마스크를 제작했다.

본 비교예의 포토마스크의 EL값을 실시예 1과 마찬가지로 해서 구한 결과, 낮은 값이었다. 이 값은 차광막 중의 Mo함유량을 6원자％ 미만으로 한 상술한 각 실시예의 포토마스크의 EL값과 비교하면 작기 때문에 이 포토마스크를 사용하여 고NA의 노광방법을 이용한 노광장치에 의해 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 실시하면 광학계의 초점심도의 영향을 허용할 수 없어 45nm 하프 피치 상당의 미세패턴을 설계대로 고정밀도로 반도체 기판 상에 형성하는 것이 곤란하다.

1 투광성 기판
2 차광막
3 레지스트 막
2a 차광막의 패턴
3a 레지스트 패턴
10 포토마스크 블랭크
20 포토마스크

Claims (11)

1. 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크로서,
   상기 포토마스크 블랭크는 개구수(NA, numerical aperture)가 1보다 큰 노광방법이 이용된 노광장치에 적용되는 포토마스크를 제작하기 위한 것이며,
   상기 차광막은 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)를 포함하고, 몰리브덴(Mo)의 함유량이 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 합계에 대해 6원자％ 미만인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 몰리브덴(Mo)의 함유량이 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 합계에 대해 3원자％ 미만인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 차광막은 상기 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)를 포함하는 차광층과, 그 차광층의 위에 형성한 산소와 질소의 적어도 어느 한쪽을 함유하는 크롬계 화합물로 이루어지는 반사 방지층을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 차광막과 상기 투광성 기판의 사이에 이면 반사 방지막을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 차광막의 굴절률(n)은 n≤1, 소쇠계수(k)는 k≥2.5의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 차광막 상에 레지스트막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
9. 제 1 항, 제 2 항 및 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 포토마스크 블랭크를 이용하여 상기 차광막을 드라이 에칭처리에 의해 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
10. 제 1 항, 제 2 항 및 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 포토마스크 블랭크를 이용하여 제작되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
11. 제 10 항의 포토마스크를 사용하여 반도체 기판에 패턴 전사를 실시하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조방법.

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