KR102493632B1 - 위상 시프트형 포토마스크 블랭크 및 위상 시프트형 포토마스크 - Google Patents

위상 시프트형 포토마스크 블랭크 및 위상 시프트형 포토마스크 Download PDF

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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

[해결 수단] 투명 기판 상에, 전이 금속, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층 및 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층으로부터 선택되는 적어도 1층을 포함하는 단층 또는 복수층을 포함하는 위상 시프트막을 가지며, 위상 시프트막의 파장 200nm 이하의 광에 대한 위상 시프트량이 150 내지 250°, 투과율이 60 내지 80％이고, 위상 시프트막의 막 두께가 150nm 이하이고, 전이 금속 및 규소의 합계에 대한 전이 금속의 함유 비율(원자비)이 0.03 이하인 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
[효과] 포토마스크 패턴의 가공이나 노광에 있어서 유리한, 더 얇은 위상 시프트막이며, 위상 시프트막으로서 필요한 위상차와, 높은 투과율이 확보된 위상 시프트막을 구비하는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크 및 위상 시프트형 포토마스크를 제공할 수 있다.

Description

위상 시프트형 포토마스크 블랭크 및 위상 시프트형 포토마스크 {PHASE SHIFT-TYPE PHOTOMASK BLANK AND PHASE SHIFT-TYPE PHOTOMASK}
본 발명은, 반도체 집적 회로 등의 제조 등에 사용되는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크 및 위상 시프트형 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 기술 분야에서는, 패턴의 더 한층의 미세화를 위한 연구 개발이 진행되고 있다. 특히 근년에는, 대규모 집적 회로의 고집적화에 수반하여, 회로 패턴의 미세화나 배선 패턴의 세선화, 셀을 구성하는 층간 배선을 위한 콘택트 홀 패턴의 미세화 등이 진행되고, 미세 가공 기술에 대한 요구는 점점 높아지고 있다. 이에 따라서, 미세 가공 시의 포토리소그래피 공정에서 사용되는 포토마스크의 제조 기술의 분야에 있어서도, 보다 미세하며, 또한 정확한 회로 패턴(마스크 패턴)을 형성하는 기술의 개발이 요구되어 오고 있다.
일반적으로, 포토리소그래피 기술에 의해 반도체 기판 상에 패턴을 형성할 때에는, 축소 투영이 행해진다. 이 때문에, 포토마스크에 형성되는 패턴의 사이즈는, 반도체 기판 상에 형성되는 패턴의 사이즈의 4배 정도가 된다. 오늘날의 포토리소그래피 기술 분야에 있어서는, 묘화되는 회로 패턴의 사이즈는, 노광에서 사용되는 광의 파장을 상당히 하회하는 것으로 되어 있다. 이 때문에, 회로 패턴의 사이즈를 단순하게 4배로 하여 포토마스크 패턴을 형성한 경우에는, 노광 시에 발생하는 광의 간섭 등의 영향에 의해, 반도체 기판 상의 레지스트막에 본래의 형상이 전사되지 않는 결과가 되어버린다.
그래서, 포토마스크에 형성하는 패턴을, 실제 회로 패턴보다도 복잡한 형상으로 함으로써, 상술한 광의 간섭 등의 영향을 경감시키는 경우도 있다. 이러한 패턴 형상으로서는, 예를 들어 실제 회로 패턴에 광학 근접 효과 보정(OPC: Optical Proximity Correction)을 실시한 형상이 있다. 또한, 패턴의 미세화와 고정밀도화에 대응하기 위해, 변형 조명, 액침 기술, 해상도 향상 기술(RET: Resolution Enhancement Technology)이 사용되고, 이중 노광(더블 패터닝 리소그래피) 등의 기술도 응용되고 있다.
또한, 해상도 향상 기술(RET: Resolution Enhancement Technology)의 하나로서, 위상 시프트법이 사용되고 있다. 위상 시프트법은 포토마스크 상에, 위상을 대략 180° 반전시키는 막의 패턴을 형성하고, 광의 간섭을 이용하여 콘트라스트를 향상시키는 방법이다. 이것을 응용한 포토마스크의 하나로서 하프톤 위상 시프트형 포토마스크가 있다. 하프톤 위상 시프트형 포토마스크는, 석영 등의 노광광에 대하여 투명한 기판 상에, 위상을 대략 180° 반전시켜, 패턴 형성에 기여하지 않을 정도의 투과율을 갖는 하프톤 위상 시프트막의 마스크 패턴을 형성한 것이다. 하프톤 위상 시프트형 포토마스크로서는, 몰리브덴실리사이드 산화물(MoSiO), 몰리브덴실리사이드 산화질화물(MoSiON)을 포함하는 하프톤 위상 시프트막을 갖는 것 등이 제안되어 있다(일본 특허 공개 평7-140635호 공보(특허문헌 1)).
일본 특허 공개 평7-140635호 공보 일본 특허 공개 제2007-33469호 공보 일본 특허 공개 제2007-233179호 공보 일본 특허 공개 제2007-241065호 공보
위상 시프트막의 투과율은, 지금까지 20％ 이하, 예를 들어 6％ 정도의 것이 사용되어 왔지만, 최근에는 고투과율의 것도 검토되고 있다. 투과율이 높은 막일수록, 간섭에 의한 광의 감쇠 효과가 커지고, 미세한 패턴을 형성할 때, 유리해지는 경우가 있다. 그런데, 투과율이 높은 위상 시프트형 포토마스크 블랭크를 제조하는 경우, 투과율을 높이기 위해 산소 함유량을 증가시킬 필요가 있지만, 산소의 함유량이 증가하면, 투과율이 높아지는 한편, 막의 굴절률이 낮아지고, 소정의 위상차를 얻기 위해서는, 막 두께를 두껍게 해야 한다는 문제가 있다. 위상 시프트막은, 얇은 쪽이, 패턴 형성에 유리할 뿐만 아니라, 삼차원 효과를 저감시킬 수 있기 때문에 유리하다. 그 때문에, 포토리소그래피에 있어서, 보다 미세한 패턴을 형성하기 위해서는, 더욱 얇은 막이 요구된다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 패턴의 미세화에 대응할 수 있는 위상 시프트막으로서, 필요한 위상차 및 투과율을 확보한 후에, 패턴 형성이나, 삼차원 효과의 저감 등에 있어서 유리한, 막 두께가 얇은 위상 시프트막을 갖는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크 및 위상 시프트형 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 위상 시프트막으로서 필요한 위상차와 투과율을 확보한 후에, 막 두께가 얇은 위상 시프트막의 개발을 목표로 하여, 먼저, 위상 시프트막으로서 상용되고 있는 몰리브덴 등의 전이 금속을 포함하는 위상 시프트막에 대하여 검토하였다. 그러나, 파장 200nm 이하의 광에 대한 투과율이 예를 들어 60％ 이상인 위상 시프트막에서는, 약간량의 전이 금속을 첨가하기만 해도 투과율이 저하되고, 저하된 투과율을 보충하기 위해서, 보다 많은 산소를 첨가하면, 산소의 첨가량의 증가에 따라서, 원하는 투과율에서는 막의 굴절률이 낮아져버리기 때문에, 위상 시프트막으로서 필요한 위상차를 확보하기 위해서는, 막을 두껍게 해버린다.
그래서, 본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 위상 시프트막을, 전이 금속, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층 및 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층으로부터 선택되는 적어도 1층을 포함하는 단층 또는 복수층을 포함하는 위상 시프트막으로 구성하고, 위상 시프트막을 구성하는 층의, 전이 금속 및 규소의 합계에 대한 전이 금속의 함유 비율(원자비)을 0.03 이하로 함으로써, 파장 200nm 이하의 광에 대한 위상 시프트량이 150 내지 250°, 투과율이 60 내지 80％인 위상 시프트막으로 한 경우에도, 위상 시프트막의 막 두께를 150nm 이하로 할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 이루기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은, 이하의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크 및 위상 시프트형 포토마스크를 제공한다.
1. 투명 기판 상에, 전이 금속, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층 및 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층으로부터 선택되는 적어도 1층을 포함하는 단층 또는 복수층을 포함하는 위상 시프트막을 가지며, 해당 위상 시프트막의 파장 200nm 이하의 광에 대한 위상 시프트량이 150 내지 250°, 투과율이 60 내지 80％이고, 상기 위상 시프트막의 막 두께가 150nm 이하이고, 상기 전이 금속, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층의, 상기 전이 금속 및 규소의 합계에 대한 상기 전이 금속의 함유 비율(원자비)이 0.03 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
2. 상기 위상 시프트막이, 상기 전이 금속, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층을 포함하고, 해당 층의, 상기 전이 금속 및 규소의 합계에 대한 상기 전이 금속의 함유 비율(원자비)이 0.001 이상인 것을 특징으로 하는, 1에 기재된 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
3. 상기 위상 시프트막을 구성하는 각 층에 있어서, 질소 및 산소의 합계 함유율이 50원자％ 이상인 것을 특징으로 하는, 1 또는 2에 기재된 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
4. 상기 위상 시프트막을 구성하는 각 층에 있어서, 질소의 함유율이 10원자％ 이상이고, 또한 질소의 함유율이 산소의 함유율보다 낮은 것을 특징으로 하는, 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
5. 상기 전이 금속이 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는, 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
6. 추가로, 상기 위상 시프트막 상에 크롬을 포함하는 재료로 구성된 단층 또는 복수층을 포함하는 제2층을 갖는 것을 특징으로 하는, 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
7. 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 위상 시프트형 포토마스크 블랭크를 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 위상 시프트형 포토마스크.
본 발명에 따르면, 포토마스크 패턴의 가공이나 노광에 있어서 유리한, 더 얇은 위상 시프트막이며, 위상 시프트막으로서 필요한 위상차와, 높은 투과율이 확보된 위상 시프트막을 구비하는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크 및 위상 시프트형 포토마스크를 제공할 수 있다. 본 발명의 위상 시프트형 포토마스크에 의하면, 포토리소그래피에 있어서의 더 한층의 패턴의 미세화와 고정밀도화의 요구에 적합한 노광이 가능하다.
도 1은 본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크 및 위상 시프트형 포토마스크의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크는, 석영 기판 등의 투명 기판 상에 형성된 단층 또는 복수층(즉, 2층 이상)을 포함하는 위상 시프트막을 갖는다. 또한, 본 발명의 위상 시프트형 포토마스크는, 석영 기판 등의 투명 기판 상에 형성된 단층 또는 복수층(즉, 2층 이상)을 포함하는 위상 시프트막의 마스크 패턴(포토마스크 패턴)을 갖는다.
본 발명에 있어서, 투명 기판은, 예를 들어 SEMI 규격에 있어서 규정되어 있는, 한 변이 6인치인 사각형, 두께 25밀리인치의 6025 기판이라 불리는 투명 기판이 적합하고, SI 단위계를 사용한 경우, 통상적으로 한 변이 152mm인 사각형, 두께 6.35mm의 투명 기판이라 표기된다.
도 1의 (A)는 본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 일례를 나타내는 단면도이며, 이 위상 시프트형 포토마스크 블랭크(100)는, 투명 기판(10)과, 투명 기판(10) 상에 형성된 위상 시프트막(1)을 구비한다. 또한, 도 1의 (B)는 본 발명의 위상 시프트형 포토마스크의 일례를 나타내는 단면도이며, 이 위상 시프트형 포토마스크(101)는, 투명 기판(10)과, 투명 기판(10) 상에 형성된 위상 시프트막 패턴(11)을 구비한다.
위상 시프트막은, 위상 시프트막으로서 필요한 위상차 및 투과율을 만족시키도록, 단층으로 구성해도 되지만, 예를 들어 소정의 표면 반사율을 만족시키도록 하기 위해서, 반사 방지 기능을 갖는 층을 포함하도록 하고, 전체로서 위상 시프트막으로서 필요한 위상차 및 투과율을 만족시키도록, 복수층으로 구성하는 것도 적합하다.
단층 및 복수층의 모든 경우에 있어서도, 각각의 층은, 조성이 두께 방향으로 연속적으로 변화되도록 형성해도 된다. 또한, 위상 시프트막을 복수층으로 구성하는 경우, 구성 원소가 다른 층 및 구성 원소가 동일하며 조성비가 다른 층으로부터 선택되는 2층 이상의 조합일 수도 있고, 복수층을 3층 이상으로 구성하는 경우에는, 인접하는 층으로 하지 않으면, 동일한 층을 조합할 수도 있다.
본 발명의 위상 시프트막은, 전이 금속, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층 및 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층으로부터 선택되는 적어도 1층을 포함하는 단층 또는 복수층을 포함한다. 여기서, 전이 금속(Me), 규소(Si), 질소(N) 및 산소(O)를 포함하는 층은, 불가피 불순물을 제외하고, 실질적으로 이들 4종의 원소로 구성된 층인 것이 바람직하고, 또한 규소(Si), 질소(N) 및 산소(O)를 포함하는 층은, 불가피 불순물을 제외하고, 실질적으로 이들 3종의 원소로 구성된 층인 것이 바람직하다. 구체적으로는 MeSiNO(전이 금속 규소 질화산화물)층, SiNO(규소 질화산화물)층을 들 수 있다. 또한, 여기서 MeSiNO 및 SiNO는 구성 원소를 나타내는 것이며, 구성 원소의 조성비를 의미하는 것은 아니다. 전이 금속으로서는, 몰리브덴, 지르코늄, 텅스텐, 티타늄, 하프늄, 크롬, 탄탈륨 등을 들 수 있고, 몰리브덴을 포함하는 것이 바람직하고, 특히 전이 금속이 몰리브덴인 것이 바람직하다.
전이 금속, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층은, 전이 금속 및 규소의 합계에 대한 전이 금속의 함유 비율(원자비)이 0.03 이하, 특히 0.02 이하인 것이 바람직하다. 또한, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층의 경우, 전이 금속 및 규소의 합계에 대한 전이 금속의 함유 비율(원자비)은 0이다. 위상 시프트막은, 전이 금속, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층을 적어도 1층 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 전이 금속 및 규소의 합계에 대한 전이 금속의 함유 비율(원자비)이 0.001 이상, 특히 0.003 이상인 것이 바람직하다. 전이 금속 및 규소를 포함하는 층에 있어서의 패턴 치수 변동 열화의 문제는, 전이 금속 및 규소의 합계에 대한 전이 금속의 함유 비율을 이러한 범위로 함으로써 개선할 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트막은, 단층으로 구성하는 경우에는, 단층 전체에 있어서, 또한 복수층으로 구성하는 경우에는, 복수층을 구성하는 층의 1층 이상에 있어서, 특히 후술하는 표면 산화층을 마련하는 경우에는, 이 표면 산화층을 제외하고 복수층의 각 층에 있어서, 규소의 함유율이 30원자％ 이상, 특히 35원자％ 이상인 것이 바람직하고, 45원자％ 이하, 특히 40원자％ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트막은, 단층으로 구성하는 경우에는, 단층 전체에 있어서, 또한 복수층으로 구성하는 경우에는, 복수층을 구성하는 층의 1층 이상에 있어서, 특히 후술하는 표면 산화층을 마련하는 경우에는, 이 표면 산화층을 제외하고 복수층의 각 층에 있어서, 질소의 함유율이 10원자％ 이상, 특히 13원자％ 이상인 것이 바람직하고, 30원자％ 이하, 특히 20원자％ 이하인 것이 바람직하고, 또한 산소의 함유율이 60원자％ 이하, 특히 50원자％ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트막은, 단층으로 구성하는 경우에는, 단층 전체에 있어서, 또한 복수층으로 구성하는 경우에는, 복수층을 구성하는 층의 1층 이상에 있어서, 특히 후술하는 표면 산화층을 마련하는 경우에는, 이 표면 산화층을 제외하고 복수층의 각 층에 있어서, 질소 및 산소의 합계 함유율이 50원자％ 이상, 특히 60원자％ 이상인 것이 바람직하고, 또한 질소의 함유율이 산소의 함유량보다 낮은 것이 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트막은, 단층으로 구성하는 경우에는, 단층 전체에 있어서, 또한 복수층으로 구성하는 경우에는, 복수층을 구성하는 층의 1층 이상에 있어서, 특히 후술하는 표면 산화층을 마련하는 경우에는, 이 표면 산화층을 제외하고 복수층의 각 층에 있어서, 규소와 질소의 비율이, 규소:질소=3:1 내지 4:1(원자비)인 것이 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트막은, 소정의 막 두께에 있어서, 파장 200nm 이하의 광(노광광), 특히 위상 시프트형 포토마스크를 사용한 포토리소그래피에 있어서 사용되는 ArF 엑시머 레이저(193nm)에 대하여, 소정의 위상 시프트량(위상차)과, 소정의 투과율을 부여하는 막이다.
본 발명의 위상 시프트막의 노광광에 대한 위상차는, 위상 시프트막이 존재하는 부분(위상 시프트부)과, 위상 시프트막이 존재하지 않는 부분의 경계부에 있어서, 각각을 통과하는 노광광의 위상차에 의해 노광광이 간섭하여, 콘트라스트를 증대시킬 수 있는 위상차이면 되고, 위상차는 150° 이상, 특히 170° 이상이며, 250° 이하, 특히 230° 이하이면 된다. 일반적인 위상 시프트막에서는, 위상차를 대략 180°로 설정하지만, 상술한 콘트라스트 증대의 관점에서는, 위상차는 대략 180°에 한정되지 않는다. 본 발명의 위상 시프트막의 경우, 파장 200nm 이하의 광(노광광), 특히 ArF 엑시머 레이저(193nm)에 대한 위상 시프트량을 상기 범위 내로 할 수 있다. 한편, 본 발명의 위상 시프트막의 노광광에 대한 투과율은, 종래의 일반적인 투과율과는 달리, 고투과율인 60 내지 80％로 할 수 있다.
본 발명의 위상 시프트막의 전체의 두께는, 얇을수록 미세한 패턴을 형성하기 쉽기 때문에 150nm 이하, 바람직하게는 130nm 이하로 한다. 한편, 위상 시프트막의 막 두께의 하한은, 노광광에 대하여, 필요한 광학 특성이 얻어지는 범위로 설정되고, 특별히 제한은 없지만, 일반적으로는 50nm 이상이 된다.
본 발명의 위상 시프트막에 있어서는, 단층으로 구성하는 경우에는, 단층 전체에 있어서, 또한 복수층으로 구성하는 경우에는, 복수층을 구성하는 층의 1층 이상, 특히 후술하는 표면 산화층을 마련하는 경우에는, 이 표면 산화층을 제외하고 복수층 전체에 있어서, 노광광에 대한 굴절률 n이 1.75 이상, 특히 1.8 이상인 것이 바람직하다. 위상 시프트막의 산소 함유율을 60원자％ 이하, 특히 50원자％ 이하로 하는 것, 또는 전이 금속의 함유율을 낮게 함으로써, 소정의 투과율로 막의 굴절률을 높일 수 있고, 또한 위상 시프트막으로서 필요한 위상차를 확보한 후에, 막의 두께를 보다 얇게 할 수 있다. 굴절률은, 산소의 함유율이 낮을수록 높아지고, 굴절률이 높을수록, 얇은 막에서 필요한 위상차를 얻을 수 있다.
본 발명의 위상 시프트막에 있어서는, 단층으로 구성하는 경우에는, 단층 전체에 있어서, 또한 복수층으로 구성하는 경우에는, 복수층 전체에 있어서, 노광광에 대한 소쇠 계수 k가 0보다 크고, 또한 0.1 이하, 특히 0.05 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트막은, 공지된 성막 방법을 적용하여 성막할 수 있지만, 균질성이 우수한 막이 용이하게 얻어지는 스퍼터법에 의해 성막하는 것이 바람직하고, DC 스퍼터, RF 스퍼터 중 어느 방법도 사용할 수 있다. 타깃과 스퍼터 가스는, 층 구성이나 조성에 따라서 적절히 선택된다. 타깃으로서는, 규소 타깃, 질화규소 타깃, 규소와 질화규소의 양쪽을 포함하는 타깃 등을 사용하면 되고, 이들 타깃은 산소를 포함하고 있어도 된다. 위상 시프트막이 전이 금속을 포함하는 경우에는, 이들 타깃에 추가로 전이 금속을 포함하는 것일 수도 있고, 전이 금속을 포함하는 것과 전이 금속을 포함하지 않은 것을 동시에 사용해도 된다. 질소와 산소의 함유량은, 스퍼터 가스에, 반응성 가스로서, 질소를 포함하는 가스, 산소를 포함하는 가스, 질소 및 산소를 포함하는 가스 등을 사용하고, 도입량을 적절히 조정하여 반응성 스퍼터함으로써 조정할 수 있다. 반응성 가스로서 구체적으로는, 질소 가스(N2 가스), 산소 가스(O2 가스), 질소산화물 가스(N2O 가스, NO 가스, NO2 가스) 등을 사용할 수 있다. 또한, 스퍼터 가스에는, 희가스로서, 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스 등을 사용할 수도 있다.
위상 시프트막을 복수층으로 한 경우, 위상 시프트막의 막질 변화를 억제하기 위해서, 그의 표면측(투명 기판과 이격되는 측)의 최표면부의 층으로서, 표면 산화층을 마련할 수 있다. 이 표면 산화층의 산소 함유율은 20원자％ 이상이어도 되고, 또한 50원자％ 이상이어도 된다. 표면 산화층을 형성하는 방법으로서, 구체적으로는, 대기 산화(자연 산화)에 의한 산화 외에도, 강제적으로 산화 처리하는 방법으로서는, 스퍼터에 의해 형성한 막을 오존 가스나 오존수에 의해 처리하는 방법이나, 산소 가스 분위기 등의 산소 존재 분위기 중에서, 오븐 가열, 램프 어닐, 레이저 가열 등에 의해, 300℃ 이상으로 가열하는 방법 등을 들 수 있다. 이 표면 산화층의 두께는 10nm 이하, 특히 5nm 이하, 그 중에서도 3nm 이하인 것이 바람직하고, 통상 1nm 이상에서 산화층으로서의 효과가 얻어진다. 표면 산화층은, 스퍼터 공정에서 산소량을 증가시켜 형성할 수도 있지만, 결함이 보다 적은 층으로 하기 위해서는, 전술한 대기 산화나, 산화 처리에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 위상 시프트막 상에는, 단층 또는 복수층을 포함하는 제2층을 마련할 수 있다. 제2층은 통상적으로 위상 시프트막에 인접하여 마련된다. 이 제2층으로서 구체적으로는, 차광막, 차광막과 반사 방지막의 조합, 위상 시프트막의 패턴 형성에 있어서 하드 마스크로서 기능하는 가공 보조막 등을 들 수 있다. 또한, 후술하는 제3층을 마련하는 경우, 이 제2층을, 제3층의 패턴 형성에 있어서 에칭 스토퍼로서 기능하는 가공 보조막(에칭 스토퍼막)으로서 이용할 수도 있다. 제2층의 재료로서는, 크롬을 포함하는 재료가 적합하다.
이러한 위상 시프트형 포토마스크 블랭크로서 구체적으로는, 도 2의 (A)에 나타나는 것을 들 수 있다. 도 2의 (A)는 본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 일례를 나타내는 단면도이며, 이 위상 시프트형 포토마스크 블랭크(100)는, 투명 기판(10)과, 투명 기판(10) 상에 형성된 위상 시프트막(1)과, 위상 시프트막(1) 상에 형성된 제2층(2)을 구비한다.
본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크에는, 위상 시프트막 상에, 제2층으로서 차광막을 마련할 수 있다. 또한, 제2층으로서, 차광막과 반사 방지막을 조합하여 마련할 수도 있다. 차광막을 포함하는 제2층을 마련함으로써, 위상 시프트형 포토마스크에, 노광광을 완전히 차광하는 영역을 마련할 수 있다. 이 차광막 및 반사 방지막은, 에칭에 있어서의 가공 보조막으로서도 이용 가능하다. 차광막 및 반사 방지막의 막 구성 및 재료에 대해서는 다수의 보고(예를 들어, 일본 특허 공개 제2007-33469호 공보(특허문헌 2), 일본 특허 공개 제2007-233179호 공보(특허문헌 3) 등)가 있지만, 바람직한 차광막과 반사 방지막의 조합의 막 구성으로서는, 예를 들어 크롬을 포함하는 재료의 차광막을 마련하고, 추가로 차광막으로부터의 반사를 저감시키는 크롬을 포함하는 재료의 반사 방지막을 마련한 것 등을 들 수 있다. 차광막 및 반사 방지막은 모두 단층으로 구성해도, 복수층으로 구성해도 된다. 차광막이나 반사 방지막의 크롬을 포함하는 재료로서는, 크롬 단체, 크롬산화물(CrO), 크롬질화물(CrN), 크롬탄화물(CrC), 크롬산화질화물(CrON), 크롬산화탄화물(CrOC), 크롬질화탄화물(CrNC), 크롬산화질화탄화물(CrONC) 등의 크롬 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 여기서, 크롬을 포함하는 재료를 나타내는 화학식은, 구성 원소를 나타내는 것이며, 구성 원소의 조성비를 의미하는 것은 아니다(이하의 크롬을 포함하는 재료에 있어서 동일하다.).
제2층이 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합인 경우, 차광막의 크롬 화합물 중의 크롬의 함유율은 40원자％ 이상, 특히 60원자％ 이상이며, 100원자％ 미만, 특히 99원자％ 이하, 그 중에서도 90원자％ 이하인 것이 바람직하다. 산소의 함유율은 60원자％ 이하, 특히 40원자％ 이하인 것이 바람직하고, 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 질소의 함유율은 50원자％ 이하, 특히 40원자％ 이하인 것이 바람직하고, 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 탄소의 함유율은 20원자％ 이하, 특히 10원자％ 이하인 것이 바람직하고, 에칭 속도를 조정할 필요가 있을 경우에는 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유율은 95원자％ 이상, 특히 99원자％ 이상, 그 중에서도 100원자％인 것이 바람직하다.
또한, 제2층이 차광막과 반사 방지막의 조합인 경우, 반사 방지막은 크롬 화합물인 것이 바람직하고, 크롬 화합물 중의 크롬의 함유율은 30원자％ 이상, 특히 35원자％ 이상이며, 70원자％ 이하, 특히 50원자％ 이하인 것이 바람직하다. 산소의 함유율은 60원자％ 이하인 것이 바람직하고, 1원자％ 이상, 특히 20원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 질소의 함유율은 50원자％ 이하, 특히 30원자％ 이하인 것이 바람직하고, 1원자％ 이상, 특히 3원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 탄소의 함유율은 20원자％ 이하, 특히 5원자％ 이하인 것이 바람직하고, 에칭 속도를 조정할 필요가 있는 경우에는 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유율은 95원자％ 이상, 특히 99원자％ 이상, 그 중에서도 100원자％인 것이 바람직하다.
제2층이 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합인 경우, 제2층의 막 두께는 통상 20 내지 100nm, 바람직하게는 40 내지 70nm이다. 또한, 파장 200nm 이하의 노광광에 대한 위상 시프트막과 제2층의 합계의 광학 농도가 2.0 이상, 특히 2.5 이상, 그 중에서도 3.0 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 제2층 상에는, 단층 또는 복수층을 포함하는 제3층을 마련할 수 있다. 제3층은 통상 제2층에 인접하여 마련된다. 이 제3층으로서 구체적으로는, 제2층의 패턴 형성에 있어서 하드 마스크로서 기능하는 가공 보조막, 차광막, 차광막과 반사 방지막의 조합 등을 들 수 있다. 제3층의 재료로서는, 규소를 포함하는 재료가 적합하고, 특히 크롬을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
이러한 위상 시프트형 포토마스크 블랭크로서 구체적으로는, 도 2의 (B)에 나타나는 것을 들 수 있다. 도 2의 (B)는 본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 일례를 나타내는 단면도이며, 이 위상 시프트형 포토마스크 블랭크(100)는, 투명 기판(10)과, 투명 기판(10) 상에 형성된 위상 시프트막(1)과, 위상 시프트막(1) 상에 형성된 제2층(2)과, 제2층(2) 상에 형성된 제3층(3)을 구비한다.
제2층이 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합인 경우, 제3층으로서, 제2층의 패턴 형성에 있어서 하드 마스크로서 기능하는 가공 보조막(에칭 마스크막)을 마련할 수 있다. 또한, 후술하는 제4층을 마련하는 경우, 이 제3층을, 제4층의 패턴 형성에 있어서 에칭 스토퍼로서 기능하는 가공 보조막(에칭 스토퍼막)으로서 이용할 수도 있다. 이 가공 보조막은, 제2층과 에칭 특성이 상이한 재료, 예를 들어 크롬을 포함하는 재료의 에칭에 적용되는 염소계 건식 에칭에 내성을 갖는 재료, 구체적으로는, SF6이나 CF4 등의 불소계 가스로 에칭할 수 있는 규소를 포함하는 재료로 하는 것이 바람직하다. 규소를 포함하는 재료로서 구체적으로는, 규소 단체, 규소와, 질소 및 산소의 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 재료, 규소와 전이 금속을 포함하는 재료, 규소와, 질소 및 산소의 한쪽 또는 양쪽과, 전이 금속을 포함하는 재료 등의 규소 화합물 등을 들 수 있고, 전이 금속으로서는, 몰리브덴, 탄탈륨, 지르코늄 등을 들 수 있다.
제3층이 가공 보조막인 경우, 가공 보조막은 규소 화합물인 것이 바람직하고, 규소 화합물 중의 규소의 함유율은 20원자％ 이상, 특히 33원자％ 이상이며, 95원자％ 이하, 특히 80원자％ 이하인 것이 바람직하다. 질소의 함유율은 50원자％ 이하, 특히 30원자％ 이하인 것이 바람직하고, 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 산소의 함유율은 70원자％ 이하, 특히 66원자％ 이하인 것이 바람직하고, 에칭 속도를 조정할 필요가 있는 경우에는 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 20원자％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 전이 금속의 함유율은 35원자％ 이하, 특히 20원자％ 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 규소, 산소, 질소 및 전이 금속의 합계 함유율은 95원자％ 이상, 특히 99원자％ 이상, 그 중에서도 100원자％인 것이 바람직하다.
제2층이 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합, 제3층이 가공 보조막인 경우, 제2층의 막 두께는 통상 20 내지 100nm, 바람직하게는 40 내지 70nm이며, 제3층의 막 두께는 통상 1 내지 30nm, 바람직하게는 2 내지 15nm이다. 또한, 파장 200nm 이하의 노광광에 대한 위상 시프트막과 제2층의 합계의 광학 농도가 2.0 이상, 특히 2.5 이상, 그 중에서도 3.0 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 제2층이 가공 보조막인 경우, 제3층으로서 차광막을 마련할 수 있다. 또한, 제3층으로서, 차광막과 반사 방지막을 조합하여 마련할 수도 있다. 이 경우, 제2층은, 위상 시프트막의 패턴 형성에 있어서 하드 마스크로서 기능하는 가공 보조막(에칭 마스크막)이며, 제3층의 패턴 형성에 있어서 에칭 스토퍼로서 기능하는 가공 보조막(에칭 스토퍼막)으로서 이용할 수도 있다. 가공 보조막의 예로서는, 일본 특허 공개 제2007-241065호 공보(특허문헌 4)에 개시되어 있는 크롬을 포함하는 재료로 구성된 막을 들 수 있다. 가공 보조막은 단층으로 구성해도, 복수층으로 구성해도 된다. 가공 보조막의 크롬을 포함하는 재료로서는, 크롬 단체, 크롬산화물(CrO), 크롬질화물(CrN), 크롬탄화물(CrC), 크롬산화질화물(CrON), 크롬산화탄화물(CrOC), 크롬질화탄화물(CrNC), 크롬산화질화탄화물(CrONC) 등의 크롬 화합물 등을 들 수 있다.
제2층이 가공 보조막인 경우, 제2층의 크롬 화합물 중의 크롬의 함유율은 40원자％ 이상, 특히 50원자％ 이상이며, 100원자％ 이하, 특히 99원자％ 이하, 그 중에서도 90원자％ 이하인 것이 바람직하다. 산소의 함유율은 60원자％ 이하, 특히 55원자％ 이하인 것이 바람직하고, 에칭 속도를 조정할 필요가 있는 경우에는 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 질소의 함유율은 50원자％ 이하, 특히 40원자％ 이하인 것이 바람직하고, 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 탄소의 함유율은 20원자％ 이하, 특히 10원자％ 이하인 것이 바람직하고, 에칭 속도를 조정할 필요가 있는 경우에는 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유율은 95원자％ 이상, 특히 99원자％ 이상, 그 중에서도 100원자％인 것이 바람직하다.
한편, 제3층의 차광막 및 반사 방지막은, 제2층과 에칭 특성이 상이한 재료, 예를 들어 크롬을 포함하는 재료의 에칭에 적용되는 염소계 건식 에칭에 내성을 갖는 재료, 구체적으로는, SF6이나 CF4 등의 불소계 가스로 에칭할 수 있는 규소를 포함하는 재료로 하는 것이 바람직하다. 규소를 포함하는 재료로서 구체적으로는, 규소 단체, 규소와, 질소 및 산소의 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 재료, 규소와 전이 금속을 포함하는 재료, 규소와, 질소 및 산소의 한쪽 또는 양쪽과, 전이 금속을 포함하는 재료 등의 규소 화합물 등을 들 수 있고, 전이 금속으로서는, 몰리브덴, 탄탈륨, 지르코늄 등을 들 수 있다.
제3층이 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합인 경우, 차광막 및 반사 방지막은 규소 화합물인 것이 바람직하고, 규소 화합물 중의 규소의 함유율은 10원자％ 이상, 특히 30원자％ 이상이며, 100원자％ 미만, 특히 95원자％ 이하인 것이 바람직하다. 질소의 함유율은 50원자％ 이하, 특히 40원자％ 이하, 그 중에서도 20원자％ 이하인 것이 바람직하고, 에칭 속도를 조정할 필요가 있는 경우에는 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 산소의 함유율은 60원자％ 이하, 특히 30원자％ 이하인 것이 바람직하고, 에칭 속도를 조정할 필요가 있는 경우에는 1원자％ 이상인 것이 바람직하다. 전이 금속의 함유율은 35원자％ 이하, 특히 20원자％ 이하인 것이 바람직하고, 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 규소, 산소, 질소 및 전이 금속의 합계 함유율은 95원자％ 이상, 특히 99원자％ 이상, 그 중에서도 100원자％인 것이 바람직하다.
제2층이 가공 보조막, 제3층이 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합인 경우, 제2층의 막 두께는 통상 1 내지 20nm, 바람직하게는 2 내지 10nm이며, 제3층의 막 두께는 통상 20 내지 100nm, 바람직하게는 30 내지 70nm이다. 또한, 파장 200nm 이하의 노광광에 대한 위상 시프트막과 제2층과 제3층의 합계의 광학 농도가 2.0 이상, 특히 2.5 이상, 그 중에서도 3.0 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 제3층 상에는, 단층 또는 복수층을 포함하는 제4층을 마련할 수 있다. 제4층은 통상 제3층에 인접하여 마련된다. 이 제4층으로서 구체적으로는, 제3층의 패턴 형성에 있어서 하드 마스크로서 기능하는 가공 보조막 등을 들 수 있다. 제4층의 재료로서는, 크롬을 포함하는 재료가 적합하다.
이러한 위상 시프트형 포토마스크 블랭크로서 구체적으로는, 도 2의 (C)에 나타나는 것을 들 수 있다. 도 2의 (C)는 본 발명의 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 일례를 나타내는 단면도이며, 이 위상 시프트형 포토마스크 블랭크(100)는, 투명 기판(10)과, 투명 기판(10) 상에 형성된 위상 시프트막(1)과, 위상 시프트막(1) 상에 형성된 제2층(2)과, 제2층(2) 상에 형성된 제3층(3)과, 제3층(3) 상에 형성된 제4층(4)을 구비한다.
제3층이 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합인 경우, 제4층으로서, 제3층의 패턴 형성에 있어서 하드 마스크로서 기능하는 가공 보조막(에칭 마스크막)을 마련할 수 있다. 이 가공 보조막은, 제3층과 에칭 특성이 상이한 재료, 예를 들어 규소를 포함하는 재료의 에칭에 적용되는 불소계 건식 에칭에 내성을 갖는 재료, 구체적으로는, 산소를 함유하는 염소계 가스로 에칭할 수 있는 크롬을 포함하는 재료로 하는 것이 바람직하다. 크롬을 포함하는 재료로서 구체적으로는, 크롬 단체, 크롬산화물(CrO), 크롬질화물(CrN), 크롬탄화물(CrC), 크롬산화질화물(CrON), 크롬산화탄화물(CrOC), 크롬질화탄화물(CrNC), 크롬산화질화탄화물(CrONC) 등의 크롬 화합물 등을 들 수 있다.
제4층이 가공 보조막인 경우, 제4층 중의 크롬의 함유율은 40원자％ 이상, 특히 50원자％ 이상이며, 100원자％ 이하, 특히 99원자％ 이하, 그 중에서도 90원자％ 이하인 것이 바람직하다. 산소의 함유율은 60원자％ 이하, 특히 40원자％ 이하인 것이 바람직하고, 에칭 속도를 조정할 필요가 있는 경우에는 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 질소의 함유율은 50원자％ 이하, 특히 40원자％ 이하인 것이 바람직하고, 에칭 속도를 조정할 필요가 있는 경우에는 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 탄소의 함유율은 20원자％ 이하, 특히 10원자％ 이하인 것이 바람직하고, 에칭 속도를 조정할 필요가 있는 경우에는 1원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유율은 95원자％ 이상, 특히 99원자％ 이상, 그 중에서도 100원자％인 것이 바람직하다.
제2층이 가공 보조막, 제3층이 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합, 제4층이 가공 보조막인 경우, 제2층의 막 두께는 통상 1 내지 20nm, 바람직하게는 2 내지 10nm이며, 제3층의 막 두께는 통상 20 내지 100nm, 바람직하게는 30 내지 70nm이며, 제4층의 막 두께는 통상 1 내지 30nm, 바람직하게는 2 내지 20nm이다. 또한, 파장 200nm 이하의 노광광에 대한 위상 시프트막과 제2층과 제3층의 합계의 광학 농도가 2.0 이상, 특히 2.5 이상, 그 중에서도 3.0 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
제2층 및 제4층의 크롬을 포함하는 재료로 구성된 막은, 크롬 타깃, 크롬에 산소, 질소 및 탄소로부터 선택되는 임의의 1종 또는 2종 이상을 첨가한 타깃 등을 사용하고, Ar, He, Ne 등의 희가스에, 성막하는 막의 조성에 따라서, 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스 등으로부터 선택되는 반응성 가스를 적절히 첨가한 스퍼터 가스를 사용한 반응성 스퍼터에 의해 성막할 수 있다.
한편, 제3층의 규소를 포함하는 재료로 구성된 막은, 규소 타깃, 질화규소 타깃, 규소와 질화규소의 양쪽을 포함하는 타깃, 전이 금속 타깃, 규소와 전이 금속의 복합 타깃 등을 사용하고, Ar, He, Ne 등의 희가스에, 성막하는 막의 조성에 따라서, 산소 함유 가스, 질소 함유 가스, 탄소 함유 가스 등으로부터 선택되는 반응성 가스를 적절히 첨가한 스퍼터 가스를 사용한 반응성 스퍼터에 의해 성막할 수 있다.
본 발명의 위상 시프트형 포토마스크는, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크로부터, 통상의 방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들어, 위상 시프트막 상에, 제2층으로서, 크롬을 포함하는 재료의 막이 형성되어 있는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크에서는, 예를 들어 하기 공정에서 위상 시프트형 포토마스크를 제조할 수 있다.
먼저, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 제2층 상에, 전자선 레지스트막을 성막하고, 전자선에 의한 패턴 묘화를 행한 후, 소정의 현상 조작에 의해 레지스트 패턴을 얻는다. 이어서, 얻어진 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여, 산소를 함유하는 염소계 건식 에칭에 의해, 제2층에 레지스트 패턴을 전사하여, 제2층의 패턴을 얻는다. 이어서, 얻어진 제2층의 패턴을 에칭 마스크로 하여, 불소계 건식 에칭에 의해, 위상 시프트막에 제2층의 패턴을 전사하여, 위상 시프트막 패턴을 얻는다. 여기서, 제2층의 일부를 남길 필요가 있는 경우에는, 그 부분을 보호하는 레지스트 패턴을, 제2층 상에 형성한 후, 산소를 함유하는 염소계 건식 에칭에 의해, 레지스트 패턴에서 보호되지 않은 부분의 제2층을 제거한다. 그리고, 레지스트 패턴을 통상의 방법에 의해 제거하여, 위상 시프트형 포토마스크를 얻을 수 있다.
추가로, 위상 시프트막 상에, 제2층으로서, 크롬을 포함하는 재료의 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합이 형성되고, 제2층 상에, 제3층으로서, 규소를 포함하는 재료의 가공 보조막이 형성되어 있는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크에서는, 예를 들어 하기 공정에서 위상 시프트형 포토마스크를 제조할 수 있다.
먼저, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 제3층 상에, 전자선 레지스트막을 성막하고, 전자선에 의한 패턴 묘화를 행한 후, 소정의 현상 조작에 의해 레지스트 패턴을 얻는다. 이어서, 얻어진 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여, 불소계 건식 에칭에 의해, 제3층에 레지스트 패턴을 전사하여, 제3층의 패턴을 얻는다. 이어서, 얻어진 제3층의 패턴을 에칭 마스크로 하여, 산소를 함유하는 염소계 건식 에칭에 의해, 제2층에 제3층의 패턴을 전사하여, 제2층의 패턴을 얻는다. 이어서, 레지스트 패턴을 제거한 후, 얻어진 제2층의 패턴을 에칭 마스크로 하여, 불소계 건식 에칭에 의해, 위상 시프트막에 제2층의 패턴을 전사하여, 위상 시프트막 패턴을 얻음과 동시에, 제3층의 패턴을 제거한다. 이어서, 제2층을 남기는 부분을 보호하는 레지스트 패턴을, 제2층 상에 형성한 후, 산소를 함유하는 염소계 건식 에칭에 의해, 레지스트 패턴에서 보호되지 않은 부분의 제2층을 제거한다. 그리고, 레지스트 패턴을 통상의 방법에 의해 제거하여, 위상 시프트형 포토마스크를 얻을 수 있다.
한편, 위상 시프트막 상에, 제2층으로서, 크롬을 포함하는 재료의 가공 보조막이 형성되고, 제2층 상에, 제3층으로서, 규소를 포함하는 재료의 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합이 형성되어 있는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크에서는, 예를 들어 하기 공정에서 위상 시프트형 포토마스크를 제조할 수 있다.
먼저, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 제3층 상에, 전자선 레지스트막을 성막하고, 전자선에 의한 패턴 묘화를 행한 후, 소정의 현상 조작에 의해 레지스트 패턴을 얻는다. 이어서, 얻어진 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여, 불소계 건식 에칭에 의해, 제3층에 레지스트 패턴을 전사하여, 제3층의 패턴을 얻는다. 이어서, 얻어진 제3층의 패턴을 에칭 마스크로 하여, 산소를 함유하는 염소계 건식 에칭에 의해, 제2층에 제3층의 패턴을 전사하고, 위상 시프트막을 제거하는 부분의 제2층이 제거된 제2층의 패턴을 얻는다. 이어서, 레지스트 패턴을 제거하고, 제3층을 남기는 부분을 보호하는 레지스트 패턴을, 제3층 상에 형성한 후, 얻어진 제2층의 패턴을 에칭 마스크로 하여, 불소계 건식 에칭에 의해, 위상 시프트막에 제2층의 패턴을 전사하여, 위상 시프트막 패턴을 얻음과 동시에, 레지스트 패턴에서 보호되지 않은 부분의 제3층을 제거한다. 이어서, 레지스트 패턴을 통상의 방법에 의해 제거한다. 그리고, 산소를 함유하는 염소계 건식 에칭에 의해, 제3층이 제거된 부분의 제2층을 제거하여, 위상 시프트형 포토마스크를 얻을 수 있다.
또한, 위상 시프트막 상에, 제2층으로서, 크롬을 포함하는 재료의 가공 보조막이 형성되고, 제2층 상에, 제3층으로서, 규소를 포함하는 재료의 차광막, 또는 차광막과 반사 방지막의 조합이 형성되고, 또한 제3층 상에, 제4층으로서, 크롬을 포함하는 재료의 가공 보조막이 형성되어 있는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크에서는, 예를 들어 하기 공정에서 위상 시프트형 포토마스크를 제조할 수 있다.
먼저, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크의 제4층 상에, 전자선 레지스트막을 성막하고, 전자선에 의한 패턴 묘화를 행한 후, 소정의 현상 조작에 의해 레지스트 패턴을 얻는다. 이어서, 얻어진 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여, 산소를 함유하는 염소계 건식 에칭에 의해, 제4층에 레지스트 패턴을 전사하여, 제4층의 패턴을 얻는다. 이어서, 얻어진 제4층의 패턴을 에칭 마스크로 하여, 불소계 건식 에칭에 의해, 제3층에 제4층의 패턴을 전사하고, 제3층의 패턴을 얻는다. 이어서, 레지스트 패턴을 제거하고, 제3층을 남기는 부분을 보호하는 레지스트 패턴을, 제4층 상에 형성한 후, 얻어진 제3층의 패턴을 에칭 마스크로 하여, 산소를 함유하는 염소계 건식 에칭에 의해, 제2층에 제3층의 패턴을 전사하여 제2층의 패턴을 얻음과 동시에, 레지스트 패턴에서 보호되지 않은 부분의 제4층을 제거한다. 이어서, 제2층의 패턴을 에칭 마스크로 하여, 불소계 건식 에칭에 의해, 위상 시프트막에 제2층의 패턴을 전사하여, 위상 시프트막 패턴을 얻음과 동시에, 레지스트 패턴에서 보호되지 않은 부분의 제3층을 제거한다. 이어서, 레지스트 패턴을 통상의 방법에 의해 제거한다. 그리고, 산소를 함유하는 염소계 건식 에칭에 의해, 제3층이 제거된 부분의 제2층과, 레지스트 패턴이 제거된 부분의 제4층을 제거하여, 위상 시프트형 포토마스크를 얻을 수 있다.
본 발명의 위상 시프트형 포토마스크는, 피가공 기판에 하프 피치 50nm 이하, 특히 30nm 이하, 그 중에서도 20nm 이하의 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피에 있어서, 피가공 기판 상에 형성한 포토레지스트막에, ArF 엑시머 레이저(193nm), F2 레이저(157nm) 등의 파장 200nm 이하의 노광광으로 패턴을 전사하는 노광에 있어서 특히 유효하다.
본 발명의 패턴 노광 방법에서는, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크로부터 제조된 위상 시프트형 포토마스크를 사용하고, 위상 시프트막의 패턴을 포함하는 포토마스크 패턴에, 노광광을 조사하여, 피가공 기판 상에 형성한 포토마스크 패턴의 노광 대상인 포토레지스트막에, 포토마스크 패턴을 전사한다. 노광광의 조사는, 드라이 조건에 의한 노광이어도, 액침 노광이어도 되지만, 본 발명의 패턴 노광 방법은, 실생산에 있어서 비교적 단시간에 누적 조사 에너지량이 높아져버리는, 액침 노광에 의해, 특히 300mm 이상의 웨이퍼를 피가공 기판으로 하여 액침 노광에 의해, 포토마스크 패턴을 노광할 때, 특히 유효하다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
스퍼터 장치의 챔버 내에, 한 변이 152mm인 사각형, 두께 6.35mm의 6025 석영 기판을 설치하고, 스퍼터 타깃으로서 규소(Si) 타깃, 스퍼터 가스로서 아르곤 가스, 질소 가스 및 산소 가스를 사용하고, 규소(Si) 타깃에 인가하는 전력을 1,000W, 아르곤 가스의 유량을 15sccm, 질소 가스의 유량을 11sccm, 산소 가스의 유량을 11sccm으로 하여, SiON을 포함하는 단층의 위상 시프트막을 성막하여, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크를 얻었다. 이 위상 시프트막의 ArF 엑시머 레이저(193nm)에 대한 위상차는 188°, 투과율은 71％, 막 두께는 113nm였다. 또한, 이 막의 조성을 XPS(X선 광전자 분광 분석법, 이하 동일함)로 측정한 결과, 규소(Si)가 38원자％, 질소(N)가 16원자％, 산소(O)가 46원자％였다.
[실시예 2]
스퍼터 장치의 챔버 내에, 한 변이 152mm인 사각형, 두께 6.35mm의 6025 석영 기판을 설치하고, 스퍼터 타깃으로서 몰리브덴 규소(MoSi, 구성 원소를 나타내는 것이며, 구성 원소의 조성비를 의미하는 것이 아님(이하 동일함)) 타깃과 규소(Si) 타깃, 스퍼터 가스로서 아르곤 가스, 질소 가스 및 산소 가스를 사용하고, 몰리브덴 규소(MoSi) 타깃에 인가하는 전력을 50W, 규소(Si) 타깃에 인가하는 전력을 1,800W, 아르곤 가스의 유량을 15sccm, 질소 가스의 유량을 20sccm, 산소 가스의 유량을 13.5sccm으로 하여, MoSiON(구성 원소를 나타내는 것이며, 구성 원소의 조성비를 의미하는 것이 아님(이하 동일함))을 포함하는 단층의 위상 시프트막을 성막하여, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크를 얻었다. 이 위상 시프트막의 ArF 엑시머 레이저(193nm)에 대한 위상차는 185°, 투과율은 75％, 막 두께는 112nm였다. 또한, 이 막의 조성을 XPS로 측정한 결과, 규소(Si)가 37원자％, 질소(N)가 15원자％, 산소(O)가 47원자％, 몰리브덴(Mo) 및 규소(Si)의 합계에 대한 몰리브덴(Mo)의 함유 비율(원자비)은 0.002이며, 몰리브덴(Mo)의 함유율은 1원자％ 미만이었다. 이 경우, 전이 금속(Mo)을 극히 소량 포함하는 위상 시프트막으로 하였지만, 전이 금속(Mo)을 포함하지 않는 실시예 1의 위상 시프트막과, 위상차, 투과율 및 막 두께가 동등한 위상 시프트막이 형성되었다.
[실시예 3]
스퍼터 장치의 챔버 내에, 한 변이 152mm인 사각형, 두께 6.35mm의 6025 석영 기판을 설치하고, 스퍼터 타깃으로서 몰리브덴 규소(MoSi) 타깃과 규소(Si) 타깃, 스퍼터 가스로서 아르곤 가스, 질소 가스 및 산소 가스를 사용하고, 몰리브덴 규소(MoSi) 타깃에 인가하는 전력을 실시예 2보다 높은 100W, 규소(Si) 타깃에 인가하는 전력을 1,750W, 아르곤 가스의 유량을 15sccm, 질소 가스의 유량을 20sccm, 산소 가스의 유량을 16sccm으로 하여, MoSiON을 포함하는 단층의 위상 시프트막을 성막하여, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크를 얻었다. 이 위상 시프트막의 ArF 엑시머 레이저(193nm)에 대한 위상차는 190°, 투과율은 74％, 막 두께는 130nm였다. 또한, 이 막의 조성을 XPS로 측정한 결과, 규소(Si)가 36원자％, 질소(N)가 10원자％, 산소(O)가 53원자％, 몰리브덴(Mo) 및 규소(Si)의 합계에 대한 몰리브덴(Mo)의 함유 비율(원자비)은 0.02이며, 몰리브덴(Mo)의 함유율은 1원자％ 미만이었다.
[비교예 1]
스퍼터 장치의 챔버 내에, 한 변이 152mm인 사각형, 두께 6.35mm의 6025 석영 기판을 설치하고, 스퍼터 타깃으로서 몰리브덴 규소(MoSi) 타깃과 규소(Si) 타깃, 스퍼터 가스로서 아르곤 가스, 질소 가스 및 산소 가스를 사용하고, 몰리브덴 규소(MoSi) 타깃에 인가하는 전력을 실시예 3보다 높은 150W, 규소(Si) 타깃에 인가하는 전력을 1,700W, 아르곤 가스의 유량을 17sccm, 질소 가스의 유량을 20sccm, 산소 가스의 유량을 18.7sccm으로 하여, MoSiON을 포함하는 단층의 위상 시프트막을 성막하여, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크를 얻었다. 이 위상 시프트막의 ArF 엑시머 레이저(193nm)에 대한 위상차는 195°, 투과율은 71％, 막 두께는 152nm였다. 또한, 이 막의 조성을 XPS로 측정한 결과, 규소(Si)가 34원자％, 질소(N)가 5원자％, 산소(O)가 60원자％, 몰리브덴(Mo) 및 규소(Si)의 합계에 대한 몰리브덴(Mo)의 함유 비율(원자비)은 0.03이며, 몰리브덴(Mo)의 함유율은 1원자％였다.
[비교예 2]
스퍼터 장치의 챔버 내에, 한 변이 152mm인 사각형, 두께 6.35mm의 6025 석영 기판을 설치하고, 스퍼터 타깃으로서 몰리브덴 규소(MoSi) 타깃과 규소(Si) 타깃, 스퍼터 가스로서 아르곤 가스, 질소 가스 및 산소 가스를 사용하고, 몰리브덴 규소(MoSi) 타깃에 인가하는 전력을 비교예 1보다 높은 200W, 규소(Si) 타깃에 인가하는 전력을 1,650W, 아르곤 가스의 유량을 15sccm, 질소 가스의 유량을 23.5sccm, 산소 가스의 유량을 20sccm으로 하여, MoSiON을 포함하는 단층의 위상 시프트막을 성막하여, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크를 얻었다. 이 위상 시프트막의 ArF 엑시머 레이저(193nm)에 대한 위상차는 188°, 투과율은 73％, 막 두께는 160nm였다. 또한, 이 막의 조성을 XPS로 측정한 결과, 규소(Si)가 32원자％, 질소(N)가 2.6원자％, 산소(O)가 64원자％, 몰리브덴(Mo) 및 규소(Si)의 합계에 대한 몰리브덴(Mo)의 함유 비율(원자비)은 0.04이며, 몰리브덴(Mo)의 함유율은 1원자％였다.
[비교예 3]
스퍼터 장치의 챔버 내에, 한 변이 152mm인 사각형, 두께 6.35mm의 6025 석영 기판을 설치하고, 스퍼터 타깃으로서 규소(Si) 타깃, 스퍼터 가스로서 아르곤 가스 및 산소 가스를 사용하고, 규소(Si) 타깃에 인가하는 전력을 1,000W, 아르곤 가스의 유량을 15sccm, 산소 가스의 유량을 40sccm으로 하여, SiO를 포함하는 단층의 위상 시프트막을 성막하여, 위상 시프트형 포토마스크 블랭크를 얻었다. 이 위상 시프트막의 ArF 엑시머 레이저(193nm)에 대한 위상차는 215°, 투과율은 90％, 막 두께는 200nm였다. 또한, 이 막의 조성을 XPS로 측정한 결과, 규소(Si)가 33원자％, 산소(O)가 67원자％였다.
1 위상 시프트막
2 제2층
3 제3층
4 제4층
10 투명 기판
11 위상 시프트막 패턴
100 위상 시프트형 포토마스크 블랭크
101 위상 시프트형 포토마스크

Claims (7)

  1. 투명 기판 상에, 전이 금속, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층을 적어도 1층 포함하는 단층 또는 복수층을 포함하는 위상 시프트막을 가지며, 해당 위상 시프트막의 파장 200nm 이하의 광에 대한 위상 시프트량이 150 내지 250°, 투과율이 60 내지 80％이고, 상기 위상 시프트막의 막 두께가 150nm 이하이고, 상기 전이 금속, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 층의, 상기 전이 금속 및 규소의 합계에 대한 상기 전이 금속의 함유 비율(원자비)이 0.001 이상 0.03 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전이 금속이 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위상 시프트막을 구성하는 각 층에 있어서, 질소 및 산소의 합계 함유율이 50원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 위상 시프트막을 구성하는 각 층에 있어서, 질소의 함유율이 10원자％ 이상이고, 또한 질소의 함유율이 산소의 함유율보다 낮은 것을 특징으로 하는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가로, 상기 위상 시프트막 상에 크롬을 포함하는 재료로 구성된 단층 또는 복수층을 포함하는 제2층을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트형 포토마스크 블랭크.
  6. 제1항 또는 제2항에 기재된 위상 시프트형 포토마스크 블랭크를 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 위상 시프트형 포토마스크.
  7. 삭제
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