KR101399568B1 - 마스크 블랭크 및 마스크 - Google Patents

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닛산 가가쿠 고교 가부시키 가이샤
호야 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 전사용 마스크의 전사패턴 선폭의 설계 치수와 기판상에 형성된 전사패턴 선폭 치수와의 차이(실 치수 차)를 억제하고, Linearity를 10㎚ 이하로 억제하는 것이 가능한 마스크 블랭크 및 마스크를 제공한다.
[해결 수단] 기판상에 성막된 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과 이 박막의 상방에 성막된 화학 증폭형의 레지스트막을 구비하는 마스크 블랭크에 있어서,
상기 레지스트막의 화학 증폭 기능를 저해하는 물질이 레지스트막의 저부에서부터 레지스트막 내로 이동하는 것을 저지하는 보호막을, 상기 박막과 레지스트막과의 사이에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
전사용 마스크, 전사패턴, 마스크, 마스크 블랭크, 레지스트 막

Description

마스크 블랭크 및 마스크{Mask Blank and Mask}
본 발명은 반도체 디바이스나 표시 디바이스(표시 팬널) 등의 제조에서 사용되는 마스크 블랭크 및 마스크에 관한 것이다.
예를 들어, 반도체 디바이스의 미세가공기술에 사용되는 포토마스크(레티클)는 투명 기판상에 형성된, 마스크 패턴으로서의 전사기능(차광성, 위상제어, 투과율 제어, 반사율 제어 등)을 발현시키는 것을 주목적으로 하여 형성되는 박막(이하, 마스크 패턴을 형성하기 의한 박막이라 한다), 예를 들어, 차광성 막을 패터닝하는 것에 의해 제조된다. 차광성 막의 패터닝은, 예를 들어, 레지스트 패턴을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해 행해진다. 레지스트 패턴은 예를 들어, 전자선 리소그라피법 등에 의해 형성된다.
최근, 마스크 제조분야에서, 전자선 리소그라피법에 사용되는 전자선의 가속전압을 50keV 이상으로 하는 것이 검토되고 있다. 이는, 전자선 레지스트 중을 통과하는 전자선의 전방산란을 작게 함과 동시에, 전자빔의 집속성을 향상시키는 것에 의해, 보다 미세한 레지스트 패턴이 해상되도록 할 필요가 있기 때문이다. 전자선의 가속전압이 낮을수록 레지스트 표면이나 레지스트 중에서 전방산란이 일어나 고, 전방산란이 있으면 레지스트의 해상성이 악화한다. 그러나, 전자선의 가속전압을 50keV 이상으로 한 경우, 가속전압에 반비례하여 전방산란이 감소하여 전방산란에 의해 레지스트에 부여되는 에너지가 감소하기 때문에, 예를 들어, 10-20keV 등의 가속전압 시에 사용한 전자선 레지스트는 레지스트의 감도가 부족하고, 처리율이 떨어지게 된다. 여기서, 마스크 제조분야에 있어서도, 반도체 웨이퍼의 미세가공기술에 사용되는 것과 같은 화학증폭형 레지스트 막을 사용할 필요가 생겼다. 화학증폭형 레지스트 막은 고가속전압에 대하여 감도가 높고, 게다가 높은 해상성을 갖는다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
화학증폭형 레지스트는 예를 들어, 전자선 노광에 의해 화학증폭형 레지스트막 내로 산을 발생시키고, 그 산을 촉매로 하여 감산(感酸) 물질이 반응하여 폴리머의 해상성이 변화하고, 포지형 또는 네가형의 레지스트가 얻어진다.
[특허문헌 1] 특개2003-107675호 공보
여기서, 마스크 제조분야에 있어서, 화학증폭형 레지스트막을 사용한 경우, 화학증폭형 레지스트가 도포 등에 의해 직접 형성되는 막(레지스트에 대하여 그 하지에 상당하는 막), 예를 들어, 크롬계의 차광성막 등의 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막의 표면 근방의 막 밀도가 비교적 소(疎)한 상태나 거칠어진 상태(즉 평활하지 않은 상태)로 있으면, 전자선 노광에 의해 화학 증폭형 레지스트막 내로 생성되는 촉매 물질의 산이, 레지스트에 대해 그 하지에 상당하는 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막 중(특히 그 표층 중)으로 이동하기 쉬워짐과 동시에, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막 중(특히 그 표층 중)에 산이 됨으로써 이동이 촉진되고, 이 때문에 레지스트막의 저부에 있어서의 산의 농도가 현저히 저하하고(일반적으로 실활이라 부른다), 이 결과, 레지스트 패턴의 옷자락 부분에 대해, 포지형의 화학 증폭형 레지스트막에 대해서는 「옷자락 당김」, 네가형에서는 「먹힘」이라고 하는 형상 불량이 생긴다. 종래, 이 실활에 의한 레지스트 패턴의 현저한 형상 불량의 문제를 해결하기 위해서, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과 화학 증폭형 레지스트막과의 사이에, 화학 증폭형 레지스트막 중의 산이 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막 중(특히 그 표층 중)으로 이동하는 것을 방지할 수 있는 밀도를 가지는 실활 억제 막을 설치한 구성이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.). 특허문헌 1 기재의 실활 억제 막은, 표면이 비교적 소한 상태나 거칠어진 상태의 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막에 비해, 실활 억제 막의 표면은 평활하고, 「옷자락 당김」이나 「먹힘」을 일으키지 않는 표면 상태를 결과적으로 가지고 있다고 생각된다. 특허문헌 1에는, Si를 포함하는 재료 실리사이드를 포함하는 재료 등의 실리사이드계 재료, Mo를 포함한 재료, Ta를 포함한 재료 등의 무기막이나, 유기 버크 등의 유기막을, 실활 억제 막으로서 도입하는 구성이 개시되어 있다.
그렇지만, 상기 특허문헌 1 기재의 실활 억제 막을, 반도체 디자인 룰에 대한 DRAM 하프 피치(hp) 65㎚ 이하의 포토리소그라피에 사용되는 마스크 블랭크에 적용한 경우, 이하와 같은 과제가 있음이 판명되었다.
통상, 반도체기판을 미세 가공할 때의 포토리소그라피는 축소 투영 노광으로 행해지기 때문에, 전사용 마스크에 형성되는 패턴 사이즈는, 반도체 기판상에 형성되는 패턴 사이즈의 4배 정도의 크기로 되어 있다. 그러나, 상기의 반도체 디자인 룰(DRAM hp 65㎚ 이하)에서의 포토리소그라피에 대해서는, 반도체기판상에 전사되는 회로 패턴의 사이즈는 노광 광의 파장보다도 상당히 작아지고 있기 때문에, 회로 패턴을 그대로 4배 정도로 확대한 전사패턴이 형성된 전사용 마스크를 사용하여 축소 투영 노광하면, 노광 광의 간섭 등의 영향으로, 전사패턴 대로의 형상을 반도체기판 위의 레지스트막에 전사할 수가 없게 된다.
여기서, 초해상 마스크로서, 광 근접보정(Optical Proximity Effect Correction:OPC)을 행하는 것으로, 전사특성을 열화시키는 광 근접효과의 보정 기술을 적용한 OPC 마스크나, 라인 상 등의 차광 패턴의 중심부에 위상 쉬프터를 마련하는 구조(마스크 인핸서)에 의해, 마스크 패턴의 차광성을 강조하여 라인 패턴의 해상도를 향상시키는 위상 쉬프트 마스크(인핸서 마스크) 등이 사용되고 있다. 예를 들면, OPC 마스크에는 회로 패턴의 1/2 이하 사이즈의 OPC 패턴(예를 들면, 100㎚ 미만의 선폭의 어시스트 바나 해머 헤드 등)을 형성할 필요가 있다. 또, 인 핸서 마스크에 있어서의 차광 패턴이나 위상 쉬프터의 선폭도 상당히 가는 선폭의 패턴이 필요로 된다.
또, 인핸서 마스크는, 차광 패턴 주변으로부터 차광 패턴의 이면으로 회전하는 광의 강도와 위상 쉬프터를 투과하는 광의 강도가 알맞게 어울리도록, 패턴 폭과 위상 쉬프터 폭을 조정하면, 마스크 인핸서를 투과한 광의 진폭 강도는, 마스크 인핸서의 중심과 대응하는 위치에서 0이 되는 것과 같은 분포를 가져, 마스크 인핸서를 투과한 광의 강도(진폭 강도의 2승)도, 마스크 인핸서의 중심과 대응하는 위치에서 0이 되는 것과 같은 분포를 가지는 마스크이다.
그렇지만, 상기 특허문헌 1 기재의 실활 억제 막을 이용하여, 상기 반도체 디자인 룰(DRAM hp 65nm 이하)의 전사용 마스크 제작의 마스크 블랭크에 적용한 경우, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막 상의 화학 증폭형 레지스트 패턴으로서 100㎚의 라인앤드스페이스 패턴은 해상하지만, 설계 치수와 실제 기판상에 형성된 전사패턴의 치수와의 차이(실치수 차)가 커져, 상기 반도체 디자인 룰(DRAM hp 65nm 이하)에서 요구되는 Linearity(리니어리티)가 10㎚ 이하의 요구에 응할 수 없다고 하는 문제가 발생하였다.
거기서 본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 된 것으로서, 전사용 마스크의 전사패턴 선폭의 설계 치수와 기판상에 형성된 전사패턴 선폭 치수와의 차이(실 치수 차)를 억제하여, Linearity를 10㎚ 이하에 억제하는 것이 가능한 마스크 블랭크 및 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명자는, 기판상에 형성되는 전사패턴의 실 치수 차가 커지는 원인에 대하서 열심히 검토하였다.
그 결과, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막(실활 억제 막 등은 포함되지 않는다) 상에, 특허문헌 1 기재의 실활 억제 막을 형성한 기판에 있어서, 이온크로마토 분석을 했는데, 오염물질의 존재가 분명해졌다. 그리고, 이 오염물질은, 석영 기판 단독이나 석영 기판/실활 억제 막 단독의 기판의 이온크로마토 분석 결과에서는 거의 검출 되지 않고(따라서 상기 오염물질은 실활 억제 막이나 기판이 원인으로 발생하는 것은 아님이 판명된다), 기판/마스크 패턴을 형성하기 위한 박막 단독의 기판의 이온크로마토 분석 결과에서 비교적 많이 검출되는 것으로부터, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막으로부터 실활 억제 막을 통과하여 나타나는 오염물질(오염 이온 등 )인 것이 분명해졌다.
그리고, 이러한 오염물질(오염 이온 등)은, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막으로부터 실활 억제 막을 통하여 화학 증폭형 레지스트막 중으로 들어가, 화학 증폭형 레지스트의 기능(주반응)을 저하시켜, Linearity의 향상이나 화학 증폭형 레지스트의 한층 더 해상성 향상의 저해요인으로 되는 것을 밝혀냈다. 이 경우, 화학 증폭형 레지스트의 기능(주반응)의 저하로서는, 예를 들면, 산으로서의 기능의 저하(예를 들면, 산의 촉매 작용(반응성)의 저하나, 산의 중화에 의한 촉매 작용의 소멸)이나, 그 외의 반응성의 저하 등인 것으로 생각된다. 이때, 화학 증폭형 레지스트 중의 산 농도 자체의 저하는 없어, 따라서 산 농도의 저하에 의한 실활과는 개념이 다르다.
그리고, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막으로부터 화학 증폭형 레지스트막 내로 들어가, 화학 증폭형 레지스트의 기능(주반응)을 저하시키는 오염물질이, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막으로부터 화학 증폭형 레지스트막 내로 들어가는 것을 차단(절연)할 수 있는 막(오염물질의 침입을 저지할 수 있는 막)을 화학 증폭형 레지스트막의 저부(저면)에 설치하는 것이, 마스크 블랭크 상에 형성되는 화학 증폭형 레지스트 및, 레지스트 패턴을 마스크로서 형성되는 전사패턴의 해상성의 한층 더 향상과 패턴 정밀도의 향상에 필요한 것임을 발견하였다.
본원 발명자는, 또한, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과 화학 증폭형 레지스트막과의 사이에 형성되는 막에 대해, GIXR 분석을 하였는바, 특허문헌 1 기재의 실활 억제 막(예를 들면 중성 유기 버크)은, 레지스트막의 바텀(저면)으로부터 화학 증폭형 레지스트막 내로 들어가는 오염물질(오염 이온 등)을 충분히 저지하지 못하여, 이 오염물질의 침투 저지의 점에서는 막 밀도와 막 두께가 충분하다라고는 말할 수 없는 것이 판명되었다.
그리고, 화학 증폭형 레지스트의 기능의 저하를 가져오는 물질(이온 등)의 레지스트막의 저부로부터 레지스트막 내로의 이동을 저지할 수 있는 기능을 가지는 소정의 막 밀도(1.4g/㎤ 이상)와 막 두께(2㎚ 이상)의 수지 막을, 상기 박막과 화학 증폭형 레지스트막과의 사이에 끼워넣는 것에 의해, 마스크 블랭크 상에 형성되는 화학 증폭형 레지스트 및, 레지스트 패턴을 마스크로서 형성되는 전사패턴의 해상성의 한층 더 향상과 패턴 정밀도의 향상에 필요한 것을 찾아내고, 본원 발명에 이르렀다.
본 발명에 의하면, 패턴을 묘화(描畵)하여 화학 증폭형 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로서 기판상에 형성되는 전사용 패턴의 Linearity를 10㎚ 이하에 억제하는 것이 가능한 마스크 블랭크, 및 전사용 마스크를 제공할 수 있다.
본 발명은, 이하의 구성을 가진다.
(구성 1) 기판상에 성막(成膜)된 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과, 이 박막의 상방(上方)에 성막된 화학 증폭형의 레지스트막을 구비하는 마스크 블랭크에 있어서,
상기 레지스트막의 화학 증폭기능을 저해하는 물질이 레지스트막의 저부로부터 레지스트막 내로 이동하는 것을 저지하는 보호막을, 상기 박막과 레지스트막과의 사이에 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2) 기판상에 성막된 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과, 이 박막의 상방에 성막된 화학 증폭형의 레지스트막을 구비하는 마스크 블랭크에 있어서,
상기 박막과 상기 레지스트 막과의 사이에, 막 두께가 2㎚ 이상이며, 막 밀도가 1.4g/㎥ 이상인 수지 막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. 또한, 상기 막 밀도는, Ⅹ선 반사법(Grazing Incidence X-ray Reflectively technique (GXIR))에 의해 요구한 막 밀도로 한다.
(구성 3) 상기 수지 막에 의해, 상기 레지스트막의 화학 증폭 기능을 저해하 는 물질의 레지스트막의 저부로부터 레지스트막 내로의 이동이 저지되는 것을 특징으로 하는 구성 2 기재의 마스크 블랭크.
(구성 4) 상기 수지 막은, 상기 박막의 패턴화 처리에서 제거 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 구성 2 또는 3에 기재의 마스크 블랭크.
(구성 5) 상기 박막은 금속 막인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6) 상기 박막은 반응성 스패터링법에 의해 성막된 막인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7) 상기 마스크 블랭크는, 상기 화학 증폭형의 레지스트막을 형성하기 전의 마스크 블랭크인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8) 구성 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크에 대한 상기 박막을 패턴닝하여 전사패턴을 기판상에 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전사마스크.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 마스크 블랭크는, 기판상에 성막된 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과, 이 박막의 상방에 성막된 화학 증폭형의 레지스트막을 구비하는 마스크 블랭크에 있어서,
상기 레지스트막의 화학 증폭 기능를 저해하는 물질이 레지스트막의 저부로부터 레지스트막 내로 이동하는 것을 저지하는 보호막을, 상기 박막과 레지스트막 과의 사이에 구비하고 있는 것을 특징으로 한다(구성 1).
구성 1에 관한 발명으로는, 상술한 화학 증폭형 레지스트의 기능을 저해하는 물질이 레지스트막의 저부로부터 레지스트막 내로 이동하는 것을 저지하는 보호막을, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과 화학 증폭형 레지스트막과의 사이에 마련하는 것에 의해, 화학 증폭형 레지스트 및, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 형성되는 전사패턴의 해상성의 한층 더 향상에 기여함과 동시에, 패턴 정밀도의 향상에 기여할 수 있다.
구성 1에 관한 발명은, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막 상에 존재하는 화학 증폭형 레지스트의 기능을 저해하는 물질(이온)에 있어서, 화학 증폭형 레지스트 막의 저면에서 상기 레지스트 막의 외부로부터 화학 증폭형 레지스트막 중으로 들어가는 것을 차단하는 기능을 가지는 보호막을 화학 증폭형 레지스트막의 저면(저면 바로 아래)에 구비한 것이다.
또, 구성 1과 관련되는 발명은, 마스크 패턴를 형성하기 위한 박막 상에 존재하는 화학 증폭형 레지스트의 기능을 저해하는 물질(이온)이, 화학 증폭형 레지스트막의 저면에서 상기 레지스트막의 외부로부터 화학 증폭형 레지스트막 중으로 들어가고, 그것에 의해 화학 증폭형 레지스트막 중에 포함되는 상기 물질(이온)의 농도가 증가하는 것에 의해, 화학 증폭형 레지스트의 기능을 저해하는 것을 방지하기 위해서, 그러한 방지기능을 가지는 보호막을, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과 화학 증폭형 레지스트막과의 사이에 끼워넣는 것이다.
또, 본 발명의 마스크 블랭크는 기판상에 성막된 마스크 패턴을 형성하기 위 한 박막과, 그 박막의 상방에 성막된 화학증폭형 레지스트막과의 사이에 끼워넣은 것이다.
상기 박막과 레지스트 막과의 사이에, 막 두께가 2㎚ 이상이고, 막 밀도가 1.4g/㎤ 이상인 수지막을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다(구성 2), 또, 상기 막 밀도는, Ⅹ선 반사법(Grazing Incidence X-ray Reflectively technique(GXIR))에 의해 구한 막 밀도로 한다.
구성 2에 관한 발명에서는, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과 화학 증폭형 레지스트막과의 사이에, 막 두께가 2㎚ 이상이며, 막 밀도가 1.4g/㎥ 이상인 수지 막을 사이에 넣는 것에 의해, 화학 증폭형 레지스트의 기능을 저해하는 물질(이온)이, 상기 레지스트막의 저부로부터 화학 증폭형 레지스트 내로 이동하는 것을 효과적으로 저지할 수 있는(구성 3) 것으로, 화학 증폭형 레지스트 및, 레지스트 패턴을 마스크로서 형성되는 전사패턴의 해상성의 한층 더 향상에 기여함과 동시에, 패턴 정밀도의 향상에 기여할 수 있다.
상기 막 두께, 막 밀도의 수치가 밑도는 경우에 대해서는, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막 상에 존재하는 상기 화학 증폭형 레지스트의 기능을 저해시키는 원인으로 되는 물질(이온)이 화학 증폭형 레지스트막 내로 이동하는 것을 확실히 방지할 수 없을 우려가 있으므로 바람직하지 않다.
바람직한 막 두께 및 막 밀도는, 막 두께가 2㎚ 이상 20㎚ 이하, 막 밀도가 1.6g/㎥ 이상, 더욱 바람직하게는, 막 두께가 5㎚ 이상 20㎚ 이하, 막 밀도가 1.7g/㎥ 이상이 바람직하다. 이에 의해, 마스크 블랭크 상에 형성되는 화학 증폭형 레지스트 및, 레지스트 패턴을 마스크로서 형성되는 전사패턴의 해상성의 한층 더 향상을 확실히 실현할 수 있다. 구체적으로는, 반도체 디자인 룰로 DRAM 하프 피치가 65㎚ 이하의 미세 패턴 형성용 마스크에 요구되는 패턴 정밀도를 만족할 수가 있는 마스크 블랭크를 확실히 실현할 수 있다.
본 발명에 있어서, 마스크 블랭크로는, 포토마스크 블랭크, 위상 쉬프트 마스크 블랭크, 반사형 마스크 블랭크, 인프린트용 전사 플레이트 기판도 포함된다. 또, 마스크 블랭크에는, 레지스트막 부착 마스크 블랭크, 레지스트막 형성 전의 마스크 블랭크(구성 7)가 포함된다. 레지스트막 형성 전의 마스크 블랭크로는, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막 상에 본 발명에 관한 보호막 또는 본 발명에 관한 수지 막이 형성된 마스크 블랭크도 포함된다. 위상 쉬프트 마스크 블랭크로는, 하프톤막 상에 크롬계 재료 등의 차광성막이 형성되는 경우를 포함한다. 또, 이 경우, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막은, 하프톤막이나 차광성막을 가리킨다. 또, 반사형 마스크 블랭크의 경우는, 다층 반사막 상, 또는 다층 반사막 상에 설치된 버퍼 층상에, 전사 패턴으로 되는 탄탈계 재료나 크롬계 재료의 흡수체막이 형성되는 구성, 인프린트용 전사 플레이트의 경우에는, 전사 플레이트로 되는 기재상에 크롬계 재료 등의 전사패턴 형성용 박막이 형성되는 구성을 포함한다. 마스크로는, 포토마스크, 위상 쉬프트 마스크, 반사형 마스크, 인프린트용 전사플레이트가 포함된다. 마스크로는 레티클이 포함된다.
본 발명에 있어서, 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막으로서는, 노광광 등을 차단하는 차광막, 노광광 등의 투과량을 조정·제어하는 반투광성막, 노광광 등의 반사율을 조정·제어하는 반사율 제어 막(반사방지막을 포함한다), 노광광 등에 대한 위상을 변화시키는 위상 쉬프트 막, 차광 기능과 위상 쉬프트 기능을 가지는 하프톤막 등이 포함된다.
또, 본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 수지 막 또는 보호막이, 상기 박막의 패턴화 처리에서 제거되도록 구성하는 것에 의해(구성 4), 마스크 블랭크 상에 형성된 화학 증폭형 레지스트막의 패턴을 상기 박막에 충실히 전사할 수가 있다. 즉, 상기 수지 막 또는 보호막에 의해 얻어진 마스크 블랭크 상의 화학 증폭형 레지스트막의 해상성을, 그대로 유지하도록 박막에 전사할 수 있어 박막을 패터닝하여 얻어지는 전사용 패턴의 해상성도 양호해져, 패턴 정밀도도 양호하다.
본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막이, 금속 막인 경우에 특히 효과적이다(구성 5). 금속 막으로서는, 크롬, 탄탈, 몰리브덴, 티탄, 하프늄, 텅스텐이나, 이러한 원소를 포함하는 합금, 또는 상기 원소나 상기 합금을 포함한 재료로 이루어지는 막을 들 수 있다.
또, 본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막이, 반응성 스패터링 법에 의해 성막된 막인 것을 특징으로 한다(구성 6). 스패터링 시에 사용하는 반응성 가스로서는, 산소 가스, 질소 가스, 일산화질소 가스, 탄산 가스, 탄화수소 가스, 또는 이러한 혼합 가스를 들 수 있다. 반응성 스패터링 법에 의해 성막된 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막의 표면은, 일반적으로, 화학 증폭형 레지스트의 기능을 저해하는 물질을 보충하여 채워지기 쉬운 상태(예를 들면, 표면이 엉성해진다)로 되기 쉽기 때문에, 상기 과제가 특히 문제화하기 쉽기 때문 에, 반응성 스패터링 법에 의해 성막된 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과 본 발명의 보호막을 조합하면 특히 효과가 있다.
구성 6에 관한 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막으로서는, 드라이 에칭 속도를 높인 박막으로 하는 것이, 전사용 패턴의 미세화, 패턴 정밀도 향상의 점에서 바람직하다. 구체적으로는, 금속이 크롬인 경우, 드라이 에칭 속도를 높이는 첨가 원소를 첨가한다. 드라이 에칭 속도를 높이는 첨가 원소로서는, 산소 및/또는 질소를 들 수 있다.
크롬을 포함하는 박막에 산소를 포함하는 경우의 산소의 함유량은, 5~80원자%의 범위가 매우 적합하다. 산소의 함유량이 5원자% 미만이면, 드라이 에칭 속도를 높이는 효과가 얻어지기 어렵다. 한편, 산소의 함유량이 80원자%를 넘으면, 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프 피치 65㎚ 이하에서 적용되는 노광 광의 파장(200㎚ 이하)의 예를 들면, ArF 엑시머레이저(파장 193㎚)에 있어서의 흡수 계수가 작아지기 때문에, 원하는 광학농도를 얻기 위해서 막 두께를 두껍게 할 필요가 생기게 되어,패턴 정밀도의 향상을 도모할 수 없게 되므로 바람직하지 않다.
또, 크롬을 포함하는 박막에 질소를 포함한 경우의 질소의 함유량은, 20~80원자%의 범위가 매우 적합하다. 질소의 함유량이 20원자% 미만이라고, 드라이 에칭 속도를 높이는 효과를 얻기 어렵다. 한편, 질소의 함유량이 80원자%를 넘으면, 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프 피치 65㎚ 이하에서 적용되는 노광 광의 파장(200㎚ 이하)의 예를 들면, ArF 엑시머레이저(파장 193㎚)에 있어서의 흡수 계수가 작아지기 때문에, 원하는 광학농도를 얻기 위해서 막 두께를 두껍게 할 필요가 생기게 되어, 패턴 정밀도의 향상을 도모할 수 없게 되므로 바람직하지 않다.
또, 크롬을 포함하는 박막 중에 산소와 질소의 양쪽 모두를 포함해도 좋다. 그 경우의 함유량은, 산소와 질소의 합계가 10~80원자%의 범위로 하는 것이 매우 적합하다. 또, 크롬을 포함한 박막 중에 산소와 질소의 양쪽 모두를 포함하는 경우의 산소와 질소의 함유비는, 특별히 제약되지 않고, 흡수 계수 등의 균형으로 적절하게 결정된다.
또, 산소 및/또는 질소를 포함하는 크롬 박막은, 기타 탄소, 수소, 헬륨 등의 원소를 포함해도 좋다.
또, 드라이 에칭 가스 중의 산소의 양을 저감한다고 하는 관점으로부터는, 산소를 포함하지 않는 드라이 에칭 가스를 사용하는 것도 가능하다.
크롬계 박막은, 드라이 에칭에 의해 에칭(패터닝)하는 것이, 크롬계 박막의 패턴 정밀도의 향상의 관점으로부터 바람직하다.
크롬계 박막의 드라이 에칭에는, 염소계 가스, 또는, 염소계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스로 이루어지는 드라이 에칭 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 크롬과 산소, 질소 등의 원소를 포함한 재료로 이루어지는 크롬계 박막에 대해서는, 상기의 드라이 에칭 가스를 사용하여 드라이 에칭을 실시하는 것에 의해, 드라이 에칭 속도를 높일 수가 있고, 드라이 에칭 시간의 단축화를 도모할 수가 있고 단면 형상의 양호한 차광막 패턴을 형성할 수가 있기 때문이다. 드라이 에칭 가스로 사용하는 염소계 가스로서는, 예를 들면, C12, SiC14, HCl, CC14, CHC13 등을 들 수 있다.
본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 화학 증폭형 레지스트막이, 50keV 이상의 가속 전압에서 가속된 전자선에 의해 패턴 노광(묘화)되어 레지스트 패턴이 형성되는 것인 경우에 특히 유용하다.
본원 발명은, 50keV 대응 EB 리소그라피를 적용한 경우에 있어서, 마스크 블랭크 상에 형성되는 화학 증폭형 레지스트 패턴의 해상성의 한층 더 향상을 의도하고 있기 때문이다.
또, 본 발명에 있어서의 화학 증폭형 레지스트막에는, 예를 들면, 노광에 의해 레지스트막 중에 생성되는 촉매 물질의 산이, 계속하여 행해지는 열처리 공정에 있어서 폴리머의 용해성을 제어하는 관능기 혹은 관능 물질과 반응하는 것에 의해 레지스트 기능을 발현하는 레지스트막이 포함된다. 여기서, 레지스트 기능의 발현은, 예를 들면, 관능기 등을 제외하는 것에 의해 알칼리에 용해하게 되는 것을 말한다.
본 발명의 마스크 블랭크는, 마스크 블랭크 상에 100㎚ 미만인 선폭의 레지스트 패턴을 형성하기 위해 사용되는 경우에 특히 유효하다. 이러한 마스크 블랭크로서는, OPC 마스크나 마스크 인핸서 구조를 가지는 마스크(인핸서 마스크)를 들 수 있다. 이러한 마스크(OPC 마스크나 인핸서 마스크)에서는, 본 패턴의 해상성을 향상시킬 목적으로 본 패턴의 주위에 설치되는 보조 패턴의 폭이 가장 좁기 때문에, 이러한 패턴을 가지는 마스크의 제조에, 특히 유용하다.
본 발명의 전사용 마스크는, 상기 본 발명에 관한 마스크 블랭크에 있어서의 상기 박막을 패터닝하여 형성된 전사패턴을 기판상에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다(구성 8 ).
상기 본 발명의 전사용 마스크는, 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프 피치 65㎚ 이하에 대응하는 전사용 마스크로 요구되는 패턴 정밀도를 만족할 수 있다.
본 발명에 있어서, 기판으로서는, 합성석영기판, 소다라임 글라스 기판, 무 알칼리 글라스 기판, 저열팽창 글라스 기판 등을 들 수 있다.
이하, 본 발명에 관한 실시 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 마스크 블랭크 10의 일례를 나타내는 모식도이다. 본 예에 대해, 마스크 블랭크 10은, 바이너리 마스크 용의 마스크 블랭크이고, 투명 기판 12, 차광성막 13(차광층 14와 반사 방지층 16과의 적층막), 보호막 18, 및 화학 증폭형 레지스트막 20을 구비한다.
투명 기판 12는, 예를 들면, 합성석영 기판, 소다라임 글라스 등의 재료로 된다. 차광성막 13은, 차광층 14로 반사 방지층 16과의 적층막이다.
차광층 14는, 투명 기판 12상에, 예를 들면, 질화 크롬 막 22 및 탄화 질화 크롬 막 24를 이 순서로 가진다. 질화 크롬 막 22는, 질화 크롬(CrN)을 주성분으로 하는 층이고, 예를 들면, 10~20㎚의 막 두께를 가진다. 탄화 질화 크롬 막 24는, 탄화 질화 크롬(CrCN)을 주성분으로 하는 층이고, 예를 들면, 25~60㎚의 막 두께를 가진다.
반사 방지층 16은, 예를 들면, 크롬에 산소 및 질소가 함유 되고 있는 막(CrON 막)이고, 탄화 질화 크롬 막 24상에 형성된다. 반사 방지층 16의 막 두께는, 예를 들면, 15~30㎚이다.
이들 차광층 14, 반사 방지층 16은, 크롬을 스패터링 타겟으로 하여, 반응성 가스(예를 들면, 산소 가스, 질소 가스, 일산화질소 가스, 탄산 가스, 탄화수소계 가스, 또는 이들의 혼합 가스) 분위기 중에서의 반응성 스패터링법에 의해 성막할 수 있다.
또, 차광성막 13은, 상기와 같이, 투명 기판 12측으로부터 질화 크롬 막 22, 탄화 질화 크롬 막 24, 산화 질화 크롬 막의 재료로 구성되어 차광성막 13의 막 두께 방향의 약 전역에 크롬 및, 산소 및 질소가 적어도 하나의 원소가 포함되는 것에 의해, 혹은 더욱 각 층에 대하여 주로 질소를 많이 포함하는 것에 의해, 염소계 가스를 사용한 드라이 에칭 시의 드라이 에칭 속도를 높일 수가 있다.
또, 차광성막 13의 재료로서는, 크롬 단체나, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 수소로부터 이루어지는 원소를 적어도 1종을 포함하는 것(Cr을 포함하는 재료), 등을 들 수 있다. 차광성막 13의 막 구조로서는, 상기 막재료로 이루어지는 단층, 복수 층 구조로 할 수가 있다. 또, 다른 조성에 대해서는, 단계적으로 형성한 복수 층 구조나, 연속적으로 조성이 변화한 막 구조로 할 수 있다.
보호막 18은, 화학 증폭형 레지스트막 20의 기능을 저하시키는 것을 방지하기 위한 층(화학 증폭 기능를 저해하는 물질이, 화학 증폭형 레지스트막 20의 저부 로부터 화학 증폭형 레지스트 막 내로 이동하는 것을 저지하는 층)이고, 반사 방지층 16을 사이에 두고 차광성막 13 상에 형성된다.
또, 보호막 18은, 화학 증폭형 레지스트막 20에 있어서 레지스트 패턴를 형성할 때에 사용하는 현상액에 대하여 내성을 가지고, 보호막을 에칭할 때에 사용하는 에천트에 대해서 에칭 레이트가 높고, 나아가 레지스트 패턴을 마스크로서 차광성 막 13을 에칭할 때에 사용하는 에천트로 에칭 가능하고, 그 에칭 레이트가 높은 것이 바람직하다.
또, 본 실시 형태의 변형 예로서, 마스크 블랭크 10은, 위상 쉬프트 마스크용의 마스크 블랭크이어도 좋다. 이 경우, 마스크 블랭크 10은, 예를 들면, 투명 기판 12와 차광성막 13과의 사이에, 위상 쉬프트 막을 더욱 구비한다. 위상 쉬프트 막으로서는, 예를 들면, 크롬계(CrO, CrF 등), 몰리브덴계(MoSiON, MoSiN, MoSiO 등), 텅스텐계(WSiON, WSiN, WSiO 등), 실리콘계(SiN, SiON 등)의 각종 공지의 하프톤막을 사용할 수가 있다. 위상 쉬프트 마스크 용의 마스크 블랭크 10은, 위상 쉬프트 막을, 차광성막 13 상에 구비해도 좋다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타낸다.
(실시예 1)
(레지스트막 부착 마스크 블랭크의 제작)
투명 기판 12로서 사이즈 6인치 각, 두께 0.25인치의 합성석영 기판을 사용하고, 투명 기판 12 상에, 차광성막 13으로서 질화 크롬 막 22, 탄화 질화 크롬 막 24, 산화 질화 크롬 막(반사 방지층 16)을 각각 스패터링 법으로 연속적으로 형성 하였다(도 1). 차광성막 13은, 막 두께 방향의 약 전역에 질소를 포함함과 동시에, 각층에 대하여 주로 질소를 많이 포함시킴으로써, 염소계 가스에 대한 드라이 에칭 속도를 높이도록 하였다. 차광성막 13의 막 두께는 68㎚로 하였다.
다음으로, 차광성막 13 상에, 회전 도포법에 의해 브롬 원자를 함유하는 노볼락계 수지로부터 되는 보호막 18을 형성한 후, 150℃에서 10분간 열처리하여, 두께 10㎚로 형성하였다(도 1).
다음으로, 화학 증폭형 레지스트막 20으로서 전자선 노광용 화학 증폭형 포지 레지스트(FEP171:후지필름 일렉트로닉스 머티리얼즈사제)를 회전 도포법으로 두께 300㎚ 도포하고, 그 후, 핫 플레이트로 130℃에서 10분 열처리하여, 화학 증폭형 레지스트막 20을 건조시키고, ArF 엑시머레이저 노광용의 레지스트막 부착 포트마스크블랭크스인 마스크 블랭크 10을 얻었다(도 1).
(비교예 1)
(레지스트막 부착 마스크 블랭크의 제작)
투명 기판 12로서 사이즈 6인치 각, 두께 0.25인치의 합성석영 기판을 이용하고, 투명 기판 12 상에, 차광성막 13으로서 질화 크롬 막 22, 탄화 질화 크롬 막 24, 산화 질화 크롬 막(반사 방지층 16)을 각각 스패터링 법으로 연속적으로 형성하였다(도 1). 차광성막 13은, 막 두께 방향의 약 전역에 질소를 포함함과 동시에, 각 층에 대하여 주로 질소를 많이 포함시킴으로써, 염소계 가스에 대한 드라이 에칭 속도를 높인 것으로 하였다. 차광성막 13의 막 두께는 68㎚로 하였다.
다음으로, 유기 버크(쉬프레이 사제 BARL)를 회전 도포법으로 10㎚ 도포하여 실활 억제 막 18'을 형성하였다(도 1).
다음으로, 화학 증폭형 레지스트막 20으로서 전자선 노광용 화학 증폭형 포지 레지스트(FEP171:후지필름 일렉트로닉스 머티리얼즈 사제)를 회전 도포법으로 두께 300㎚ 도포하고, 그 후, 핫 플레이트로 130℃에서 10분 열처리하여, 화학 증폭형 레지스트막 20을 건조시키고, ArF 엑시머레이저 노광용의 레지스트막 부착 포토마스크블랭크스인 마스크 블랭크 10을 얻었다(도 1).
(GIXR 분석)
실시예 1 및 비교예 1에 있어서의 화학증폭형 레지스트 막 20 형성 전의 기판 시료에 대하여, X선 반사율법(Grazing Incidence X-ray Reflectively technique: GIXR)으로 막 밀도를 구하였다. 또, X선 입사측정에 사용한 입사 X선의 파장은 0.154㎚(CuK α1 선)로 하였다.
그 결과, 비교예 1에 관한 기판 시료에 있어서 실활 억제 막 18'의 막 밀도는 1.3g/㎤ 었다.
이에 대해, 실시예 1에 관한 기판 시료에 대하여는 보호막 18의 막 밀도는 1.8g/㎤ 이었다.
(레지스트 패턴의 형성)
실시예 1 및 비교예 1에 관한 마스크 블랭크에 대하여, 화학증폭형 레지스트 패턴의 해상성의 차이를 비교하기 위해서, 화학증폭형 레지스트 패턴을 형성하였다. 구체적으로는, 각 마스크 블랭크를 전자선 노광 장치를 사용하여 50keV 이상의 가속 전압으로 가속시킨 전자선에 의해 패턴 노광(묘화)하고, 그 후, 노광 후의 베 이크 처리 및 현상 처리를 하여, 화학 증폭형 레지스트 패턴을 형성하였다.
그 결과, 실시예 1 및 비교예 1에 대해서는, 화학 증폭형 레지스트 패턴의 옷자락 부분에 옷자락 당김 상태의 돌기부가 형성되어 있지 않은 것이 확인되었다. 또, 실시예 1에 있어서는 80㎚의 라인＆스페이스의 화학 증폭형 레지스트 패턴이 해상되고 있는 것이 확인되나, 비교예 1에 대해서는, 100㎚의 라인＆스페이스의 화학 증폭형 레지스트 패턴이 해상하고 있음에 머물렀다.
(마스크의 제작)
계속하여 레지스트 패턴을 마스크로 하고, 염소 가스와 산소가스를 포함하는 에칭 가스를 사용한 드라이 에칭에 의해, 보호막 18 또는 실활 억제 막 18' 및 차광성막 13을 패터닝하고, 그 후, 화학증폭형 레지스트 막 20 및 보호막 18 또는 실활 억제 막 18'을 알칼리성 수용액에 침지하여 제거하였다.
그 결과, 실시예 1에 대해서는, 차광성막 13의 패턴을 SEM(주사형 전자현미경)으로 조사한 결과, 80㎚의 라인앤드스페이스 패턴이 해상되고, 패턴엣지 러프니스도 작고 양호했다. 한편, 비교예 1에 대하여는 차광성 막 13의 패턴은, 100㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴이 해상하고 있음에 머물렀다.
도 2에 실시예 1, 비교예 1의 마스크 패턴의 설계 치수에 대한 실 치수 차를 조사한 결과를 나타낸다. 실시예 1에 있어서는, 120㎚에서 1000㎚의 설계 치수에 대한 실 치수 차가 10㎚ 이하인 것에 대하여, 비교예 1에서는, 120㎚에서 1000㎚에 있어서의 실 치수 차가 약 25㎚로 컸다. 이 실시예 1의 마스크는, 반도체 디자인 룰 DRAM 하프 피치 65㎚에 있어서의 Linearity lOnm 이하를 만족하는 것이었다.
(실시예 2)
실시예 1에 있어서의 보호막을 아크릴계 수지로 바꾼 이외에는 실시예 1과 동일하게 마스크 블랭크 및 마스크를 제조하였다. 또, 상기 보호막의 막 두께는, 25㎚로 하였다. 상술과 같이 GIXR 분석에 의한 보호막의 막 밀도를 측정했는데, 1.4g/㎥이었다.
또, 실시예 2에 대하여도, 80㎚의 라인 앤드 스페이스의 화학 증폭형 레지스트 패턴이 해상되어 있음이 확인되었다.
또, 제작한 마스크에 있어서도, 차광성막 패턴으로부터 되는 80㎚의 라인앤드스페이스 패턴이 해상되어, 120㎚에서 1000㎚의 설계 치수에 대한 실 치수 차가 10㎚ 이하이며, 반도체 디자인 룰 DRAM 하프 피치 65㎚에 있어서의 Linearity lOnm 이하를 만족하는 것이었다.
(실시예 3, 4)
상술의 실시예 2에 있어서의 보호막의 분자량, 점도, 베이크 조건을 적절히 조정하는 것으로, 막 밀도와 막 두께가 다른 마스크 블랭크(막 밀도가 2. 3g/㎥에서 막 두께가 5㎚인 마스크 블랭크(실시예 3), 막 밀도가 1. 5g/㎥, 막 두께가 20㎚인 마스크 블랭크(실시예 4)를 제작하고, 나아가 이 마스크 블랭크를 사용해 마스크를 제작했다.
그 결과, 실시예 2와 같이, 80㎚의 라인 앤드 스페이스의 화학 증폭형 레지스트 패턴이 해상 되고 있는 것이 확인되었다.
또, 제작한 마스크에 있어서도, 차광성막 패턴으로부터 되는 80㎚의 라인앤 드스페이스 패턴이 해상 되어, 120㎚에서 1000㎚의 설계 치수에 대한 실 치수 차가 10㎚ 이하이며, 반도체 디자인 룰 DRAM 하프 피치 65㎚에 있어서의 Linearity lO㎚ 이하를 만족하는 것이었다.
또, 상술의 실시예 3에 대해, 한층 더 보호막의 막 밀도를 높게 하여, 막 두께를 2㎚로 했을 경우에 대해도 실시예 2와 동일한 효과를 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 실시 형태 및 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는, 상기 실시 형태 및 실시예에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 상기 실시 형태 및 실시예로, 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능하다는 것은, 당업자에게 자명하다. 이러한 변경 또는 개량을 더한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이, 특허 청구의 범위의 기재로부터 분명하다.
본 발명은, 반도체 디바이스나 플래트 패널표시장치(FPD) 액정표시 디바이스 등의 제조에서 사용되는 마스크 블랭크 및 마스크에 매우 적합하게 이용할 수 있다.
[도 1] 본 발명의 제1의 실시 형태와 관련되는 마스크 블랭크 10의 일례를 나타내는 모식도이다.
[도 2] 실시예 1, 비교예 1의 마스크 패턴의 설계 치수에 대한 실 치수 차를 조사한 결과를 나타내는 그림이다.
[부호의 설명]
10…마스크 블랭크 12…투명 기판 13…차광성막
14…차광층 16…반사 방지층 18…보호막
20…화학 증폭형 레지스트막

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 기판상에 성막된 마스크 패턴을 형성하기 위한 박막과, 그 박막의 상방에 막이 형성된 화학증폭형 레지스트 막을 구비하는 마스크 블랭크에 있어서,
    상기 박막과 상기 레지스트 막과의 사이에 막 두께가 2㎚ 이상이고, 막 밀도가 1.4g/㎤ 이상인 수지막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. 단, 상기 막 밀도는, X선 반사법(Grazing Incidence X-ray Reflectively technique(GIXR))에 의해 구해진 막 밀도이다.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수지막에 의해, 상기 레지스트 막의 화학증폭기능을 저해하는 물질의 레지스트 막의 저부에서 레지스트 막 내로의 이동이 저해되는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 수지막은 상기 박막의 패터닝 처리에 의해 제거되도록 구성된 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 박막은 금속막인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  6. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 박막은 반응성 스패터링법에 의해 막이 형성된 막인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  7. 삭제
  8. 제 2항 또는 제 3항의 마스크 블랭크에 부착된 상기 박막을 패터닝하여 전사패턴이 기판상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사마스크.
  9. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 수지막의 두께가 2㎚ 이상 20㎚ 이하이고, 막 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  10. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 수지막의 두께가 5㎚ 이상 20㎚ 이하이고, 막 밀도가 1.7g/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  11. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 수지막은, 상기 박막을 에칭할 때에 사용하는 에천트로 에칭되는 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
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