KR101560385B1

KR101560385B1 - 위상 쉬프트 마스크 블랭크, 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101560385B1
Application number: KR1020147001637A
Authority: KR
Inventors: 카게히로 가게야마; 다이스케 나카무라
Original assignee: 알박 세이마쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2015-10-26
Also published as: CN104471478A; JP5661973B2; TW201413370A; WO2013190786A1; TWI599842B; KR20140038536A; JPWO2013190786A1

Abstract

에지 강조형의 위상 쉬프트 마스크를 높은 양산성으로 제조하는 것에 적합한 위상 쉬프트 마스크 블랭크를 제공한다. 본 발명의 위상 쉬프트 마스크 블랭크(MB)는 유리 기판(S)과, 유리 기판의 표면에 형성된, Cr을 주성분으로 하는 위상 쉬프트층(11)과, 유리 기판으로부터 위상 쉬프트층을 향하는 방향을 위(上)로 하고, 위상 쉬프트층 상에 형성된, Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층(12)과, 에칭 스토퍼층 상에 형성된, Cr을 주성분으로 하는 차광층(13)을 구비한다.

Description

위상 쉬프트 마스크 블랭크, 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조 방법{PHASE-SHIFTING MASK BLANK, AND PHASE-SHIFTING MASK AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 위상 쉬프트 마스크 블랭크, 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 플랫 패널 디스플레이(이하 「FPD」라고 함)의 제조에 적합한 것에 관한 것이다.

반도체 디바이스나 FPD의 제조 공정에서는, 실리콘이나 유리 등으로 이루어지는 기판에 형성된 레지스트 막에 미세 패턴을 노광, 전사하기 위하여 위상 쉬프트 마스크가 이용되고 있다. FPD용의 유리 기판은 반도체용의 실리콘 기판에 비해 대면적인 점으로부터, FPD용의 기판에 대하여 충분한 노광 광량으로 노광하기 위하여, g선, h선 및 i선의 복합 파장의 노광 광이 이용되고 있다. 이러한 노광 광을 이용하는 경우, 종래부터 에지 강조형의 위상 쉬프트 마스크가 이용되고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

그러나, 상기 종래 예의 것에서는, 투명 기판 상에 차광층을 성막하고, 이 차광층을 에칭하여 패터닝하고, 패터닝한 차광층을 덮도록 위상 쉬프트층을 성막하고, 이 위상 쉬프트층을 에칭하여 패터닝함으로써 위상 쉬프트 마스크가 제조된다. 이와 같이 성막과 패터닝을 교대로 행하면, 장치 간의 반송 시간이나 처리 대기 시간이 길어져서 생산 효율이 현저하게 저하한다. 게다가, 소정의 개구 패턴을 갖는 단일의 마스크 너머로, 위상 쉬프트층과 차광층을 연속하여 에칭할 수가 없고, 마스크(레지스트 패턴)를 2회 형성할 필요가 있어서 제조 공정 수가 많아진다. 따라서, 높은 양산성으로 위상 쉬프트 마스크를 제조할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

특허 문헌 1 : 일본 특허공개 제 2011-13283호 공보

본 발명은 이상의 점을 감안하여, 에지 강조형의 위상 쉬프트 마스크를 높은 양산성으로 제조하는 것에 적합한 위상 쉬프트 마스크 블랭크, 이 위상 쉬프트 마스크 블랭크로부터 제조되는 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 위상 쉬프트 마스크 블랭크는 투명 기판과, 투명 기판 표면에 형성된, Cr을 주성분으로 하는 위상 쉬프트층과, 투명 기판으로부터 위상 쉬프트층을 향하는 방향을 위(上)로 하고, 위상 쉬프트층 상에 형성된, Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층과, 에칭 스토퍼층 상에 형성된, Cr을 주성분으로 하는 차광층을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에서, Cr을 주성분으로 한다는 것은 Cr 및 Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 탄화질화물 및 산화탄화질화물로부터 선택되는 어느 1종으로 구성되는 것을 말한다.

또한, 상기 위상 쉬프트 마스크 블랭크로부터 제조된 본 발명의 위상 쉬프트 마스크는, 소정의 개구 패턴을 갖는 단일의 마스크 너머로 상기 차광층과 상기 에칭 스토퍼층을 순차적으로 에칭하여 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴을 형성하고, 상기 마스크 너머로 상기 위상 쉬프트층을 에칭하여 위상 쉬프트 패턴을 형성하고, 이 위상 쉬프트 패턴의 개구 폭보다도 차광 패턴의 개구 폭을 넓게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위상 쉬프트 마스크 블랭크로부터 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은, 차광층 상에 소정의 개구 패턴을 갖는 단일의 마스크를 형성하는 공정과, 이 형성한 마스크 너머로 상기 차광층과 상기 에칭 스토퍼층을 순차적으로 에칭하여 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴을 형성하는 공정과, 상기 마스크 너머로 상기 위상 쉬프트층을 에칭하여 위상 쉬프트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 에칭 스토퍼 패턴을 더욱 에칭하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 상기 에칭 스토퍼층의 에칭에 초산을 포함하는 에칭액을 이용하는 것이 바람직하다.

상기에 의하면, 위상 쉬프트 마스크 블랭크의 차광층 상에 소정의 개구 패턴을 갖는 단일의 마스크로서 레지스트 패턴을 형성하는 경우를 예로 설명하면, 이 레지스트 패턴 너머로 차광층을 에칭함으로써, 소정 폭의 차광 패턴이 형성된다. 또한, 상기 레지스트 패턴 너머로 에칭 스토퍼층을 에칭함으로써, 에칭 스토퍼 패턴이 형성된다. 이때, 차광 패턴의 측면은 노출하고 있지만, 차광 패턴은 에칭 스토퍼 패턴과는 상이한 재료로 구성되기 때문에 에칭되지 않고, 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴이 동일 폭이 된다. 다음으로, 상기 레지스트 패턴 너머로 위상 쉬프트층을 에칭함으로써, 에칭 스토퍼 패턴과 동일 폭의 위상 쉬프트 패턴이 형성된다. 이때, 위상 쉬프트 패턴과 동일한 Cr계의 재료로 구성되는 차광 패턴도 에칭되기 때문에, 위상 쉬프트 패턴의 폭보다다 차광 패턴의 개구 폭이 넓어진다. 마지막으로, 에칭 스토퍼 패턴을 더욱 에칭함으로써, 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴이 동일 폭이 된다. 이상의 공정을 경유하는 것에 의해, 차광 패턴의 개구 폭이 위상 쉬프트 패턴의 개구 폭보다도 넓은 에지 강조형의 위상 쉬프트 마스크가 얻어진다. 또한, 레지스트 패턴은, 위상 쉬프트 패턴의 형성 후이면 임의의 타이밍으로 제거될 수 있다. 이와 같이, 단일의 마스크 너머로 위상 쉬프트 마스크 블랭크를 패터닝하는 것만으로 위상 쉬프트 마스크를 제조할 수 있기 때문에, 종래 예와 같이 성막과 패터닝을 교대로 행하는 경우에 비해 효율적으로 제조할 수 있고, 게다가, 종래 예에 비해 제조 공정 수를 줄일 수 있는 점으로부터, 높은 양산성으로 위상 쉬프트 마스크를 제조할 수 있다.

본 발명에서, Cr을 주성분으로 한 위상 쉬프트층은, 상기 Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 탄화질화물 및 산화탄화질화물로부터 선택되는 어느 1종으로 구성되고, 위상 쉬프트 효과가 충분히 발휘되는 막 두께로 설정된다. 이러한 위상 쉬프트 효과가 충분히 발휘되는 막 두께를 가지기 위해서는, 에칭 시간이 차광층의 에칭 시간에 대하여 1배를 넘도록 길어져 버리지만, 각 층 간의 부착 강도가 충분히 높다는 점으로부터, 라인 러프니스가 대체로 직선 모양이며, 또한, 패턴 단면이 대체로 수직이 되는, 포토 마스크로서 양호한 패턴의 형성을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 에칭 스토퍼층으로서 Ni를 포함하는 막을 사용함으로써, Cr을 포함하는 차광막 및 Cr을 포함하는 위상 쉬프트층과의 부착 강도를 충분히 높일 수가 있다. 이 때문에, 습식 에칭액에서 차광층, 에칭 스토퍼층 및 위상 쉬프트층을 에칭할 때에, 차광층과 에칭 스토퍼층과의 계면이나, 에칭 스토퍼층과 위상 쉬프트층과의 계면으로부터 에칭액이 깊이 스며들지 않기 때문에, 형성되는 차광 패턴, 위상 쉬프트 패턴의 CD 정밀도를 높일 수가 있고, 또한, 막의 단면 형상을 포토 마스크의 경우에 양호한 수직에 가까운 형상으로 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 위상 쉬프트 마스크 블랭크를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2 (a) 내지 (e)는 도 1에 나타내는 위상 쉬프트 마스크로부터 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

도 1을 참조하여, MB는 본 발명의 실시 형태의 위상 쉬프트 마스크 블랭크이다. 위상 쉬프트 마스크 블랭크(MB)는 투명 기판(S)과, 이 투명 기판(S) 상에 형성된 위상 쉬프트층(11)과, 위상 쉬프트층(11) 상에 형성된 에칭 스토퍼층(12)과, 이 에칭 스토퍼층(12) 상에 형성된 차광층(13)으로 구성된다.

투명 기판(S)으로서는 유리 기판을 이용할 수 있다. 위상 쉬프트층(11) 및 차광층(13)은 Cr을 주성분으로 하는 것이며, 구체적으로는, Cr 단체, 및 Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 탄화질화물 및 산화탄화질화물로부터 선택되는 1개로 구성할 수 있고, 또한, 이들 중으로부터 선택되는 2종 이상을 적층하여 구성할 수도 있다. 위상 쉬프트층(11)은 300 nm 이상 500 nm 이하의 파장 영역의 어느 것인가의 광(예를 들어, 파장 365 nm의 i선)에 대하여 180°의 위상차를 가지게 하는 것이 가능한 두께(예를 들어, 90 ~ 170 nm)로 형성된다. 차광층(13)은 소정의 광학 특성이 얻어지는 두께(예를 들어, 80 nm ~ 200 nm)로 형성된다. 에칭 스토퍼층(12)으로서는, Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 주성분으로 하는 것을 이용할 수가 있고, 예를 들어, Ni-Ti-Nb-Mo 막을 이용할 수가 있다. 이들 위상 쉬프트층(11), 에칭 스토퍼층(12) 및 차광층(13)은 예를 들어, 스퍼터링법, 전자빔 증착법, 레이저 증착법, ALD법 등에 의해 성막될 수 있다.

상기 위상 쉬프트 마스크 블랭크(MB)는 예를 들어, 유리 기판(S) 상에, DC 스퍼터링법을 이용하여, Cr을 주성분으로 하는 위상 쉬프트층(11), Ni를 주성분으로 하는 에칭 스토퍼층(12) 및 Cr을 주성분으로 하는 차광층(13)을 순서대로 성막함으로써 제조된다. 이하, 상기 위상 쉬프트 마스크 블랭크(MB)로부터 위상 쉬프트 마스크(M)를 제조하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 2 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 위상 쉬프트 마스크 블랭크(MB)의 최상층인 차광층(13) 상에, 리소그래피 기술을 이용하여, 소정의 개구를 갖는 단일의 마스크로서 레지스트 패턴(RP)을 형성한다. 다음으로, 도 2 (b)에 나타낸 바와 같이, 이 레지스트 패턴(RP) 너머로 제 1 에칭액을 이용하여 차광층(13)을 습식 에칭한다. 제 1 에칭액으로서는, 초산 세륨 제 2 암모늄을 포함하는 에칭액을 이용할 수가 있고, 예를 들어, 초산이나 과염소산 등의 산을 함유하는 초산(硝酸) 세륨 제 2 암모늄을 이용하는 것이 바람직하다. 여기서, 에칭 스토퍼층(12)은 제 1 에칭액에 대하여 높은 내성을 가지기 때문에, 차광층(13)만 패터닝되어 차광 패턴(13a)이 형성된다. 다음으로, 상기 레지스트 패턴(RP) 너머로 제 2 에칭액을 이용하여 에칭 스토퍼층(12)을 습식 에칭한다. 제 2 에칭액으로서는, 질산에 초산, 과염소산, 과산화 수소수 및 염산으로부터 선택한 적어도 1종을 첨가한 것을 매우 적합하게 이용할 수가 있다. 여기서, 차광층(13) 및 위상 쉬프트층(11)은 제 2 에칭액에 대하여 높은 내성을 가지기 때문에, 에칭 스토퍼층(12)만 패터닝되어 에칭 스토퍼 패턴(12a)이 형성된다.

다음으로, 도 2 (c)에 나타낸 바와 같이, 상기 레지스트 패턴(RP) 너머로 상기 제 1 에칭액을 이용하여 위상 쉬프트층(11)을 습식 에칭한다. 여기서, 차광 패턴(13a)은 위상 쉬프트층(11)과 동일한 Cr계 재료로 구성되고, 차광 패턴(13a)의 측면은 노출하고 있기 때문에, 위상 쉬프트층(11)이 패터닝되어 위상 쉬프트 패턴(11a)이 형성됨과 동시에 차광 패턴(13a)도 에칭된다. 그 결과, 위상 쉬프트 패턴(11a)의 개구 폭(d1)보다도 차광 패턴(13a)의 개구 폭(d2)이 넓어진다.

그리고, 도 2 (d)에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 에칭액을 이용하여 에칭 스토퍼 패턴(12a)을 더욱 습식 에칭한다. 이것에 의해, 에칭 스토퍼 패턴(12b)의 개구 폭이 차광 패턴(13b)의 개구 폭(d2)과 동일하게 된다.

마지막으로, 레지스트 패턴(RP)을 제거하면, 도 2 (e)에 나타낸 바와 같이, 위상 쉬프트 패턴(11a)의 개구 폭(d1)보다도 차광 패턴(13b)(및 에칭 스토퍼 패턴(12b))의 개구 폭(d2)이 넓은 에지 강조형의 위상 쉬프트 마스크(M)가 얻어진다. 레지스트 패턴(RP)의 제거에는, 공지의 레지스터 박리액을 이용할 수가 있기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

또한, 차광 패턴(13b)의 외측에 노출하는 위상 쉬프트 패턴(11a)의 폭(d2-d1)은 위상 쉬프트층(11)을 습식 에칭할 때의 차광 패턴(13a)의 에칭 속도에 의해 정해진다. 여기서, 이 차광 패턴(13a)의 에칭 속도는 차광층(13)의 조성이나 에칭 스토퍼층(12)과 차광층(13)과의 계면 상태의 영향을 받는다. 예를 들어, 차광층(13)을 크롬을 주성분으로 한 층과 산화 크롬을 주성분으로 한 층과의 2층의 막으로 구성하였을 경우에, 크롬을 주성분으로 한 층의 크롬 성분의 비율을 높게 하면 에칭 속도를 높게 할 수 있는 한편, 크롬 성분의 비율을 낮게 하면 에칭 속도를 낮게 할 수 있다. 차광 패턴(13a)의 에칭량으로서는, 예를 들어, 200 nm ~ 1000 nm의 범위 내에서 설정할 수 있다.

상기 실시 형태에 의하면, 투명 기판(S) 상에, 위상 쉬프트층(11), 에칭 스토퍼층(12) 및 차광층(13)을 이 순서로 적층하여 위상 쉬프트 마스크 블랭크(MB)를 구성하였다. 이 위상 쉬프트 마스크 블랭크(MB)의 차광층(13) 상에 레지스트 패턴(RP)을 형성하고, 이 레지스트 패턴(RP) 너머로 각 층을 습식 에칭함으로써, 에지 강조형의 위상 쉬프트 마스크(M)를 제조할 수 있다. 따라서, 성막과 에칭을 반복하는 종래 예에 비해 제조 공정 수를 줄일 수가 있음과 동시에 생산 효율을 높일 수 있기 때문에, 높은 양산성으로 위상 쉬프트 마스크(M)를 제조할 수 있다.

또한, 위상 쉬프트층(11)은 Cr의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화질화물, 탄화질화물 및 산화탄화질화물로부터 선택되는 어느 1종으로 구성되고, 위상 쉬프트 효과가 충분히 발휘되는 막 두께를 가진다. 이러한 위상 쉬프트 효과가 충분히 발휘되는 막 두께를 가지기 위해서는, 에칭 시간이 차광층(13)의 에칭 시간에 대하여 1배를 넘도록 길어져 버리지만, 각 층 간의 부착 강도가 충분히 높다는 점으로부터, 라인 러프니스가 대체로 직선 모양이며, 또한, 패턴 단면이 대체로 수직이 되는, 포토 마스크로서 양호한 패턴의 형성을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 에칭 스토퍼층(12)으로서 Ni를 포함하는 막을 사용함으로써, Cr을 포함하는 차광층(13) 및 Cr을 포함하는 위상 쉬프트층(11)과의 부착 강도를 충분히 높일 수가 있다. 이 때문에, 습식 에칭액으로 차광층(13), 에칭 스토퍼층(12) 및 위상 쉬프트층(11)을 에칭할 때에, 차광층(13)과 에칭 스토퍼층(12)의 계면이나, 에칭 스토퍼층(12)과 위상 쉬프트층(11)의 계면으로부터 에칭액이 깊이 스며들지 않기 때문에, 형성되는 차광 패턴(13b), 위상 쉬프트 패턴(11a)의 CD 정밀도를 높일 수가 있고, 또한, 막의 단면 형상을 포토 마스크의 경우에 양호한 수직에 가까운 형상으로 할 수가 있다.

상기 효과를 확인하기 위하여 다음의 실험을 행하였다. 즉, 유리 기판(S) 상에, 스퍼터링법에 의해, 위상 쉬프트층(11)인 크롬의 산화질화탄화막을 120 nm의 두께로 성막하고, 에칭 스토퍼층(12)인 Ni-Ti-Nb-Mo 막을 30 nm의 두께로 성막하고, 차광층(13)인 크롬 주성분의 층과 산화크롬 주성분의 층과의 2층으로 구성되는 막을 100 nm의 합계 두께로 성막하여, 위상 쉬프트 마스크 블랭크(MB)를 얻었다. 이 위상 쉬프트 마스크 블랭크(MB) 상에 레지스트 패턴(RP)을 형성하고, 이 레지스트 패턴(RP) 너머로 초산 세륨 제 2 암모늄과 과염소산과의 혼합 에칭액을 이용하여 차광층(13)을 에칭하여 차광 패턴(13a)을 형성하고, 또한 초산과 과염소산과의 혼합 에칭액을 이용하여 에칭 스토퍼층(12)을 에칭하여 에칭 스토퍼 패턴(12a)을 형성하였다. 다음으로, 상기 레지스트 패턴(RP) 너머로 초산 세륨 제 2 암모늄과 과염소산과의 혼합 에칭액을 이용하여 위상 쉬프트층(11)을 에칭하여 위상 쉬프트 패턴(11a)를 형성함과 동시에 차광 패턴(13a)을 사이드 에칭하여 차광 패턴(13b)을 형성하였다. 다음으로, 초산과 과염소산과의 혼합 에칭액을 이용하여 에칭 스토퍼 패턴(12a)을 에칭하여 에칭 스토퍼 패턴(12b)을 형성하고, 레지스트 패턴(RP)을 제거함으로써, 에지 강조형의 위상 쉬프트 마스크(M)를 얻었다. 이와 같이 하여 얻은 위상 쉬프트 마스크(M)를 이용하고, g선, h선 및 i선의 복합 파장의 노광 광을 이용하여 노광하고, 노광된 패턴의 선폭을 측정하고, 목표 선폭(2.5 μm)에 대한 차이를 구한 결과, 10 % 정도로 억제될 수 있다는 것이 확인되었다. 이것에 의해, 높은 양산성으로 제조 가능한 위상 쉬프트 마스크(M)를 FPD용으로 사용 가능한 것을 알았다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 에칭 스토퍼 패턴(12)을 형성한 후에 레지스트 패턴(RP)을 제거하는 경우에 대해 설명하였지만, 위상 쉬프트층(11)의 에칭 후이면 어느 타이밍으로 제거하여도 좋다.

MB : 위상 쉬프트 마스크 블랭크 S : 유리 기판(투명 기판)
11 : 위상 쉬프트층 11a : 위상 쉬프트 패턴
12 : 에칭 스토퍼층 12a, 12b : 에칭 스토퍼 패턴
13 : 차광층 13a, 13b : 차광 패턴

Claims

투명 기판과, 상기 투명 기판의 표면에 형성된, Cr을 포함하는 위상 쉬프트층과, 상기 투명 기판으로부터 상기 위상 쉬프트층을 향하는 방향을 위(上)로 하고, 상기 위상 쉬프트층 상에 형성된, Ni, Co, Fe, Ti, Si, Al, Nb, Mo, W 및 Hf로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 포함하는 에칭 스토퍼층과, 상기 에칭 스토퍼층 상에 형성된, Cr을 포함하는 차광층을 구비하는 위상 쉬프트 마스크 블랭크로부터 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 방법으로서,
상기 차광층 상에 소정의 개구 패턴을 갖는 단일의 마스크를 형성하는 공정과,
형성된 상기 마스크 너머로 상기 차광층과 상기 에칭 스토퍼층을 에칭하여 차광 패턴과 에칭 스토퍼 패턴을 형성하는 공정과,
상기 마스크 너머로 상기 위상 쉬프트층을 에칭하여 위상 쉬프트 패턴을 형성함과 동시에 상기 차광 패턴을 추가로 에칭하여 상기 차광 패턴의 개구 폭을 상기 위상 쉬프트 패턴의 개구 폭보다 더 넓게 하는 공정과,
상기 에칭 스토퍼 패턴을 추가로 에칭하여 상기 에칭 스토퍼 패턴의 폭을 상기 위상 쉬프트 패턴의 개구 폭보다 더 넓게 하는 공정을 포함하는, 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 에칭 스토퍼층의 에칭에 초산을 포함하는 에칭액을 이용하는 것을 특징으로 하는, 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
삭제
삭제