KR102559145B1 - 포토마스크 블랭크, 포토마스크 및 포토마스크의 제조 방법 - Google Patents

포토마스크 블랭크, 포토마스크 및 포토마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 양호한 웨이퍼 전사 특성 및 조사 내성을 갖는 포토마스크 블랭크 및 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다. 포토마스크 블랭크 (200) 는, 노광 파장 193 ㎚ 용 포토마스크 제작용의 포토마스크 블랭크 (200) 로서, 투광성 기판 (103) 과, 그 투광성 기판 (103) 상에 형성되어, 노광 광에 대한 광 투과율이 30 ％ 이상인, 위상 시프트 효과를 가져오는 위상 시프트막 (102) 과, 이 위상 시프트막 (102) 상에 형성되는 차광막 (101) 을 구비한다. 위상 시프트막 (102) 은, 질화규소계 재료를 이용하고, 굴절률 (n1) 은 2.5 이상 또한 2.75 이하, 소쇠 계수 (k1) 는 0.2 이상 또한 0.4 이하인 제 1 위상 시프트막 (102b) 과, 산질화규소계 재료를 이용하고, 굴절률 (n2) 은 1.55 이상 또한 2.20 이하, 소쇠 계수 (k2) 는 0 보다 크고 또한 0.1 이하인 제 2 위상 시프트막 (102a) 이 적층되어 구성되어 있다.

Description

포토마스크 블랭크, 포토마스크 및 포토마스크의 제조 방법
본 발명은, 반도체 디바이스 등의 제조에 있어서 사용되는 포토마스크 블랭크, 포토마스크 및 포토마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
레지스트 재료에 미세한 패턴 이미지를 형성하는 기술로서, 포토레지스트를 도포한 포토마스크 블랭크 상에 원화 패턴을 묘화하고, 노광 후에 열처리를 실시하고, 그 후 현상에 의해 레지스트 패턴을 제작한다. 이어서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막과 위상 시프트막을 에칭하도록 한 포토마스크 제조 장치 및 제조 방법이 알려져 있다. 차광막은 예를 들어, 크롬막에 산소, 질소, 탄소를 더한 막이고, 위상 시프트막은 예를 들어, 규소, 질소, 산소에, 몰리브덴 등의 천이 금속을 더하여 이루어지는 막이다.
최근, LSI 의 고집적화에 수반하여, 반도체 디바이스 제조에서 사용되는 노광 광원은, KrF 엑시머 레이저 (파장 248 ㎚) 로부터, ArF 엑시머 레이저 (파장 193 ㎚) 로 단파장화가 진행되고 있다.
광의 에너지 (E) 와 파장 (λ) 의 관계식 E = hc/λ (h : 플랭크 정수, c 는 광의 속도) 으로부터, 광원의 단파장화는 포톤 한 개당 에너지 증대를 의미한다. 에너지 상태의 관점에서 포토마스크가 보다 화학 반응이 일어나기 쉬운 상태로 노출되는 것을 의미하고, 노광 파장 248 ㎚ 를 사용하는 웨이퍼 제조 공정에서는 문제가 되지 않았던 현상이 야기되고 있다.
특히 문제가 되고 있는 것이, 노광 중의 마스크 패턴 치수 변동이다. 마스크 상의 라인계 패턴에 조사되는 적산 노광량이 증가함에 따라, 마스크 패턴의 산화에 의해 라인계 패턴 치수가 커져, 선단 웨이퍼 제조 프로세스에 영향을 미친다는 문제가 현저해졌다.
또, 선단 웨이퍼 제조 공정에 있어서 웨이퍼 전사 특성을 향상시키기 위해, 투광성 기판을 투과하는 ArF 엑시머 레이저광과, 투광성 기판과 위상 시프트막의 양방을 투과하는 ArF 엑시머 레이저광의 위상차 (이하, 간단히 「위상차」라고 한다.) 가 170 도 내지 190 도 또한 광 투과율 6 ％ 의 위상 시프트 마스크가 주류가 되고 있다. 위상 시프트 마스크 상의 위상 시프트막은, 광 투과율 6 ％ 의 경우, 위상차가 180 도 부근에서 가장 양호한 웨이퍼 전사 특성을 얻을 수 있다.
위상차가 177 도 부근이 되도록 위상 시프트막의 막두께를 설정하고, 위상 시프트막을 불소계 가스로 드라이 에칭할 때, 동시에 투광성 기판을 3 ㎚ 정도 가공하고, 최종적으로 위상차를 180 도 부근으로 하는 방법이 알려져 있다.
또, 웨이퍼 전사 특성을 표현하는 항목으로서, 포토마스크를 투과하여 웨이퍼 레지스트 상에서 패턴 이미지를 제작하기 위한 광에너지 분포의 콘트라스트의 구배를 표현하는 규격화 이미지 광강도 로그 구배값 (NILS : Normalized Image log Slope), 안정적으로 패턴 제작이 가능한 초점으로부터의 거리를 나타내는 포커스 유도 (裕度) (DOF : Depth Of Focus), 마스크 상 치수의 오차가 웨이퍼 치수로 증폭되는 정도를 표현하는 마스크 에러 증대 인자 (MEEF : Mask Error Enhancement Factor), 마스크 패턴에 있어서의 전자계 효과에 관련된 바이어스 (EMF 바이어스 : Electro Magnetic Field 바이어스) 가 사용된다.
로직계 디바이스의 14 ㎚ 보다 가는 세대, 또는 메모리계 디바이스의 20 ㎚ 보다 가는 세대에 있어서, 투과율이 6 ％ 로는 충분하지 않아, 고투과율 위상 시프트 마스크가 주목받고 있다.
광 투과율을 높게 함으로써, 보다 위상 시프트 효과가 커져, 양호한 웨이퍼 전사 특성을 얻는 것이 가능하다.
로직계 디바이스의 14 ㎚ 보다 가는 세대, 또는 메모리계 디바이스의 20 ㎚ 보다 가는 세대에서는, 웨이퍼 상 패턴 치수는 추가적인 미세화가 요구되어, 보다 높은 웨이퍼 전사 특성을 얻기 위해서, 광 투과율 20 ％ 이상의 고투과율 위상 시프트 마스크가 요망되고 있다.
그러나, 위상 시프트막의 위상차를 177 도 부근으로 유지한 채 광 투과율을 크게 하기 위해서는, 위상 시프트 막두께를 크게 할 필요가 있다.
또, 포토마스크의 미세화에 수반하여, 미세한 어시스트 패턴이 필요한데, 이물질 제거를 위한 세정 공정에 있어서, 세정액이나 린스액의 충격에 의해 어시스트 패턴이 붕괴되어, 소실되는 문제가 존재한다. 이것은 위상 시프트 막두께가 큰 것에서 기인하고 있고, 세정 내성을 개선하기 위해서는 위상 시프트막의 막두께를 작게 할 필요가 있다.
동시에 EMF 바이어스는, 위상 시프트막의 막두께가 작은 것이 양호하기 때문에, 가능한 한 얇은 위상 시프트막이 선호된다.
그래서 위상 시프트막의 광 투과율이 높음으로써 웨이퍼 전사 특성 (NILS, DOF, MEEF, EMF 바이어스) 이 양호하고, 노광에 의한 패턴 변동을 저감시키기 위해 위상 시프트막으로부터 몰리브덴 등의 천이 금속을 빼낸 질화규소막이 착안되고 있다.
일본 공개특허공보 2010-9038호 일본 공개특허공보 2016-191882호
로직계 디바이스 14 ㎚ 보다 가는 세대에서는, 웨이퍼 제조 공정에서 이중 노광, 사중 노광이 이용되어, 웨이퍼 노광 중의 마스크 치수 변동을 작게 할 필요가 있다. 그에 비하여 종래형의 하프톤형 위상 시프트 마스크는, 조사 내성을 향상시키기 위해서, 몰리브덴 등 천이 금속의 함유량을 줄이고, 주로 질화규소에 의해 위상 시프트막을 구성하고 있다 (특허문헌 1 및 2).
또, 웨이퍼 제조 공정에 있어서의 양호한 웨이퍼 전사 특성 (NILS, DOF, MEEF, EMF 바이어스) 을 얻기 위해서, 위상 시프트막의 광 투과율은 6 ％ 이상인 것이 요구되고 있다 (특허문헌 1 및 2).
또한 포토마스크의 미세화에 수반하여, 미세한 어시스트 패턴이 필요하기 때문에, 포토마스크의 세정 공정에 있어서 세정액에 의한 패턴에 대한 영향을 저감시키기 위해서 막두께가 작은 위상 시프트막이 바람직하다 (특허문헌 1 및 2).
그러나 상기 특허문헌 1 또는 2 에 개시된 방법에서는, 위상 시프트막의 광 투과율은 각각 9 ％ 이상 30 ％ 이하 (특허문헌 1), 3 ％ 이상 12 ％ 이하 (특허문헌 2) 로, 선단 포토마스크에 요구되는 고투과율에 대응하기가 곤란하다.
질소나 산소 가스를 첨가하여, 광 투과율을 크게 하는 경우, 위상차 177 도 부근을 유지하기 위해서는, 위상 시프트막의 막두께를 크게 할 필요가 있어, 세정에 의한 패턴 붕괴의 가능성이 커진다.
또, 위상차 177 도 부근을 유지한 채 광 투과율을 크게 하고, 위상 시프트막의 막두께를 최소로 한정시키는 경우, 질화규소가 유효하지만, 질화규소막 단층막에서는 광 투과율 18 ％ 이상 크게 할 수 없다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 가능한 한 얇은 위상 시프트막으로 하여, 양호한 웨이퍼 전사 특성 (NILS, DOF, MEEF, EMF 바이어스) 을 갖고, 조사 내성, 또한 세정에 의한 패턴 붕괴 내성을 확보할 수 있는 포토마스크 블랭크, 포토마스크 및 포토마스크의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 양태에 관련된 포토마스크 블랭크는, 파장 193 ㎚ 의 노광 광이 적용되는 포토마스크를 제작하기 위해서 사용되는 포토마스크 블랭크로서, 투광성 기판과, 그 투광성 기판 상에 형성되고, 위상 시프트 효과를 가져오는 위상 시프트막과, 이 위상 시프트막 상에 형성되는 차광막을 구비하는 것이다. 위상 시프트막은, 질화규소계 재료를 사용한 제 1 위상 시프트막과, 산질화규소계 재료를 사용한 제 2 위상 시프트막이 적층되어 구성되어 있다. 또 위상 시프트막의 노광 광에 대한 광 투과율은 30 ％ 이상이며, 제 1 위상 시프트막의 굴절률 (n1) 은 2.5 이상 또한 2.75 이하이고, 제 2 위상 시프트막의 굴절률 (n2) 은 1.55 이상 또한 2.20 이하이며, 제 1 위상 시프트막의 소쇠 계수 (k1) 는 0.2 이상 또한 0.4 이하이고, 제 2 위상 시프트막의 소쇠 계수 (k2) 는 0 보다 크고 또한 0.1 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 이 포토마스크 블랭크에 있어서, 제 1 위상 시프트막의 막두께 (D1) 와 제 2 위상 시프트막의 막두께 (D2) 가
D1 (㎚)＞-0.5·D2 (㎚)＋45 ㎚ 또한
D1 (㎚)＜-0.5·D2 (㎚)＋75 ㎚
의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
또, 이 포토마스크 블랭크에 있어서의 차광막은, 불소계 드라이 에칭에서는 실질적으로 에칭되지 않고, 산소를 포함하는 염소계 드라이 에칭에서는 에칭이 가능하고, 크롬 함유량이 20 원자％ 이상인 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 일 양태에 관련된 포토마스크는, 파장 193 ㎚ 의 노광 광이 적용되는 포토마스크로서, 투광성 기판과, 그 투광성 기판 상에 적층된 위상 시프트막 상에 형성된 패턴인 회로 패턴을 구비한다. 위상 시프트막은, 질화규소계 재료를 사용한 제 1 위상 시프트막과, 산질화규소계 재료를 사용한 제 2 위상 시프트막이 적층되어 구성되어 있다. 또 위상 시프트막의 노광 광에 대한 광 투과율은 30 ％ 이상이고, 제 1 위상 시프트막의 굴절률 (n1) 은 2.5 이상 또한 2.75 이하이고, 제 2 위상 시프트막의 굴절률 (n2) 은 1.55 이상 또한 2.20 이하이며, 제 1 위상 시프트막의 소쇠 계수 (k1) 는 0.2 이상 또한 0.4 이하이며, 제 2 위상 시프트막의 소쇠 계수 (k2) 는 0 보다 크고 또한 0.1 이하인 것을 특징으로 한다.
이 포토마스크에 있어서, 제 1 위상 시프트막의 막두께 (D1) 와 제 2 위상 시프트막의 막두께 (D2) 가
D1 (㎚)＞-0.5·D2 (㎚)＋45 ㎚ 또한
D1 (㎚)＜-0.5·D2 (㎚)＋75 ㎚
의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
또, 이 포토마스크에 있어서, 회로 패턴을 포함하는 유효 에어리어의 외주부에 위치하는 위상 시프트막 상에 차광막이 적층되어 있고, 이 차광막은, 불소계 드라이 에칭에서는 실질적으로 에칭되지 않고, 산소를 포함하는 염소계 드라이 에칭에서는 에칭이 가능한 크롬을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 일 양태에 관련된 포토마스크의 제조 방법은, 전술한 포토마스크 블랭크를 사용하는 포토마스크의 제조 방법으로서, 차광막에 대하여, 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 차광막에 패턴을 형성하는 공정과, 차광막에 형성된 패턴을 마스크로 하여, 위상 시프트막에 불소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 위상 시프트막에 회로 패턴과 그 회로 패턴을 포함하는 에어리어의 외주부를 형성하는 외주부 패턴을 형성하는 공정과, 외주부 패턴 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 차광막의 일부를 제거하는 공정과, 레지스트 패턴을 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 양호한 웨이퍼 전사 성능을 확보함과 동시에, 양호한 조사 내성을 갖는 포토마스크 블랭크 또는 포토마스크를 실현하는 것이 가능하다.
도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 포토마스크 블랭크의 구조를 나타내는 모식 단면도이다.
도 2 는 제 2 실시형태에 관련된 포토마스크 블랭크의 구조를 나타내는 모식 단면도이다.
도 3 은 차광막 상에 패턴 가공막을 성막한 포토마스크 블랭크의 구조를 나타내는 모식 단면도이다.
도 4 는 차광막 상에 패턴 가공막과 레지스트막을 적층한 포토마스크 블랭크의 구조를 나타내는 모식 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태에 관련된 포토마스크의 구조를 나타내는 모식 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 실시형태에 관련된 포토마스크의 제조 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 실시형태에 관련된 포토마스크의 제조 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8 은 차광막 상에 패턴 가공막을 성막한 포토마스크 블랭크를 사용한 포토마스크의 제조 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 9 는 차광막 상에 패턴 가공막을 성막한 본 발명의 실시형태에 관련된 포토마스크의 제조 방법을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 10 은 위상 시프트막의 막두께와 광 투과율의 관계를 나타낸 도면이다.
도 11 은 제 1 위상 시프트막의 막두께 (D1) 및 제 2 위상 시프트막의 막두께 (D2) 와 NILS 의 관계를 나타낸 도면이다.
도 12 는 제 1 위상 시프트막의 막두께 (D1) 및 제 2 위상 시프트막의 막두께 (D2) 와 NILS 의 관계를 그래프화한 것이다.
도 13 은 제 1 위상 시프트막의 막두께 (D1) 및 제 2 위상 시프트막의 막두께 (D2) 와 NILS 의 관계를 나타낸 도면이다.
도 14 는 제 1 위상 시프트막의 막두께 (D1) 및 제 2 위상 시프트막의 막두께 (D2) 와 NILS 의 관계를 그래프화한 것이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명은 생략하는 경우가 있다. 또, 이하의 설명에서 사용하는 도면은 특징을 알기 쉽게 하기 위해서, 특징이 되는 부분을 확대하여 나타내고 있는 경우가 있고, 각 구성 요소의 치수 비율 등은 실제와 반드시 동일하지는 않다.
도 1, 도 2 는 본 발명의 포토마스크 블랭크를 나타내고, 도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 포토마스크 블랭크의 구조를 나타내는 모식 단면도, 도 2 는 제 2 실시형태에 관련된 포토마스크 블랭크의 구조를 나타내는 모식 단면도이다.
도 1 에 나타내는 포토마스크 블랭크 (200) 는, 투과형 위상 시프트 마스크 블랭크이며, 파장 193 ㎚ 의 노광 광 (예를 들어 이것은, ArF 엑시머 레이저와 같은 노광 광원으로부터 얻어진다) 이 적용되는 포토마스크를 제작하기 위해서 사용되는 포토마스크 블랭크로서, 투광성 기판 (103) 과, 투광성 기판 (103) 상에 형성되는, 위상 시프트 효과를 가져오는 위상 시프트막 (102) 과, 위상 시프트막 (102) 상에 접하여 형성되는 차광막 (101) 을 구비하고 있다.
차광막 (101) 은, 불소계 드라이 에칭에서는 실질적으로 에칭되지 않고, 산소를 포함하는 염소계 드라이 에칭에서는 에칭이 가능한, 크롬을 주성분으로 하는 것인 것, 그리고 크롬 함유량이 20 원자％ 이상이면 바람직하다.
위상 시프트막 (102) 은, 위상차가 170 도 내지 190 도이며, 또한 노광 광에 대한 광 투과율이 30 ％ 이상이면, 노광 조건에 따른 위상 시프트 효과에 의한 전사 패턴의 웨이퍼 전사 특성이 얻어지기 때문에 바람직하다. 위상차가 180 도이면, 더욱 양호한 웨이퍼 전사 특성이 얻어지기 때문에 특히 바람직하다.
또 위상 시프트막 (102) 은, 제 1 위상 시프트막 (102b) 과 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 2 층 구조로 되어 있다. 2 층 구조로 하는 이유는, 상이한 굴절률 (n) 과 소쇠 계수 (k) 를 갖는 2 종류의 막을 조합함으로써, 단층막과 비교하여, 막두께 및 광 투과율의 실현 가능한 범위가 넓어지기 때문이다.
위상 시프트막 (102) 에 관해서, 노광에 의한 패턴 치수 변동을 저감시키기 위해, 몰리브덴 등의 천이 금속을 포함하지 않는 것으로 한다. 또, 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 조성은 Si3N4 등의 질화규소계 재료로 이루어지는 것으로 하고, 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 조성은 SiON 등의 산질화규소계 재료로 이루어지는 것으로 한다. 이 이유는, 위상차 177 도 부근을 유지한 채 위상 시프트막을 얇게 하기 위해서는, 질화규소의 굴절률 (n) 이 크고, 소쇠 계수 (k) 가 비교적 작은 질화규소를 갖는 위상 시프트막으로 할 필요가 있다. 그러나, 질화규소를 사용한 단층막의 경우, 광 투과율은 18 ％ 정도가 한계로, 더 이상의 광 투과율을 실현할 수 없다. 그래서 소쇠 계수 (k) 가 더욱 작은 산질화규소계 재료를 위상차 조정막으로서 적층시켜, 산질화규소계 재료로 이루어지는 막과 질화규소계 재료로 이루어지는 막의 2 층막으로 하는 구성이, 위상 시프트막 (102) 의 막두께를 얇게 하는 것이 가능하고, 결과적으로 상기한 바와 같이 양호한 EMF 바이어스를 얻는 것이 가능하다.
또, 제 2 위상 시프트막 (102a) 을 SiON 등의 산질화규소계 재료를 사용한 것으로 하는 이유는, 종래 위상차 조정막으로서 이용되던 산화규소보다 굴절률 (n) 이 크고, 위상 시프트막 (102) 의 막두께를 보다 작게 하는 것이 가능하기 때문이다.
또, 위상 시프트막 (102) 에 관해서, 소쇠 계수 (k) 가 비교적 큰 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 막두께를 작게 함과 동시에, 제 1 위상 시프트막 (102b) 에 비하여 소쇠 계수 (k) 가 비교적 작은 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께를 조정함으로써, 위상차 180 도 부근을 유지한 채 광 투과율 30 ％ 이상을 실현 가능하다.
제 1 위상 시프트막 (102b) 이나 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 굴절률 (n) 과 소쇠 계수 (k) 는, 제 1 위상 시프트막 (102b) 에 사용되는 질소와 규소의 조성비, 그리고 제 2 위상 시프트막 (102a) 에 사용되는 산소와 질소와 규소의 조성비에 따라 변화하는 것이 알려져 있다. 자연계에 안정적으로 존재하는 규소질화물 중, Si3N4 는 굴절률 (n) 이 크고 소쇠 계수 (k) 가 비교적 작기 때문에, 제 1 위상 시프트막 (102b) 에 사용되는 경우에 적절하다. 또 자연계에 안정적으로 존재하는 규소산화질화물 중 SiON 은 굴절률 (n) 이 크고 소쇠 계수 (k) 가 더욱 작기 때문에, 제 2 위상 시프트막 (102a) 에 사용되는 경우에 적절하다. 그 때문에, 제 1 위상 시프트막 (102b) 에는 Si3N4 가 사용되는 것이 바람직하고, 또 제 2 위상 시프트막 (102a) 에는 SiON 이 사용되는 것이 바람직하다. 제 1 위상 시프트막 (102b) 에 Si3N4 를, 제 2 위상 시프트막 (102a) 에 SiON 을 사용하는 경우, 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 굴절률 (n1) 은 2.5 이상 또한 2.75 이하이고, 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 굴절률 (n2) 은 1.55 이상 또한 2.20 이하이고, 또한 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 소쇠 계수 (k1) 가 0.2 이상 또한 0.4 이하이고, 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 소쇠 계수 (k2) 가 0 보다 크고 또한 0.1 이하의 값을 취할 수 있다.
또한, 이하의 설명에서는, 투광성 기판 (103) 상에 접하는 형태로 형성되는 막을 「하층막」이라고 부르고, 하층막 상에 형성되는 막을 「상층막」이라고 부른다. 도 1 또는 도 2 에 나타낸 위상 시프트막 (102) 에서는, 투광성 기판 (103) 상에 접하는 형태로 Si3N4 등의 질화규소계 재료를 사용한 제 1 위상 시프트막 (102b) 이 형성되고, 또한 그 위에 SiON 등의 산질화규소계 재료를 사용한 제 2 위상 시프트막 (102a) 이 적층되어 있으므로, 하층막이 질화규소계 재료를 사용한 제 1 위상 시프트막 (102b) 이고, 상층막이 산질화규소계 재료를 사용한 제 2 위상 시프트막 (102a) 이다. 단, 적층의 순서는 이와 반대여도 된다. 요컨대 위상 시프트막 (102) 은, 하층막이 산질화규소계 재료를 사용한 제 2 위상 시프트막 (102a) 이고, 상층막이 질화규소계 재료를 사용한 제 1 위상 시프트막 (102b) 인 적층 구조를 취하는 것이어도 된다. 단, 도 1 또는 도 2 와 같이, 하층막이 제 1 위상 시프트막 (102b) 이고 상층막이 제 2 위상 시프트막 (102a) 인 적층 구조를 취하는 위상 시프트막 (102) 의 경우, 반대 구조 (상층막이 제 1 위상 시프트막 (102b) 이고 하층막이 제 2 위상 시프트막 (102a) 인 적층 구조) 인 것에 비하여, NILS 등의 웨이퍼 전사 특성이 양호해진다. 구체예에 관해서는 후술한다.
또, 상층막이 제 1 위상 시프트막 (102b) 이고 하층막이 제 2 위상 시프트막 (102a) 인 적층 구조를 취하는 위상 시프트막 (102) 의 경우, 위상 시프트막 (102) 을 불소계 가스로 드라이 에칭할 때, 투광성 기판 (103) 과 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 조성이 매우 가깝기 때문에, 플라즈마 발광을 사용한 종점 검출이 곤란하다. 또, 위상 시프트막 (102) 을 전자선 수정기로 에칭할 때, 동일한 이유에 의해 종점 검출이 곤란하고, 또한 투광성 기판 (103) 과의 선택비가 작아지기 때문에, 수정 성공률은 저하된다. 이들을 고려하면, 위상 시프트막 (102) 은 도 1 또는 도 2 와 같이, 하층막이 제 1 위상 시프트막 (102b) 이고 상층막이 제 2 위상 시프트막 (102a) 인 적층 구조인 것이 바람직하다. 그 때문에, 이하에서는 특별히 언급하지 않는 한, 하층막이 제 1 위상 시프트막 (102b) 이고 상층막이 제 2 위상 시프트막 (102a) 인 위상 시프트막 (102) 에 대하여 설명한다.
또, NILS 등의 웨이퍼 전사 특성을 고려하면, 위상 시프트막 (102) 은, 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 막두께 (D1) 와 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께 (D2) 가
D1 (㎚)＞-0.5·D2 (㎚)＋45 ㎚ 또한
D1 (㎚)＜-0.5·D2 (㎚)＋75 ㎚
의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
도 2 에 나타내는 포토마스크 블랭크 (250) 는, 기본 구성은 도 1 에 나타내는 포토마스크 블랭크 (200) 와 동일하지만, 차광막 (101) 상에 추가로 레지스트막 (104) 을 구비하고 있는 점에서 상이하다.
이 레지스트막 (104) 의 막두께는, 70 ㎚ 이상 150 ㎚ 이하인 것이, 미세 패턴 형성시에 레지스트 패턴 붕괴를 발생시키지 않기 때문에 바람직하다.
위상 시프트 마스크 블랭크는, 도 1 (또는 도 2) 와 같은 구조가 일반적이지만, 상기에서 설명한 것 이외의 막이 적층되어 있어도 된다. 예를 들어 도 1 에 나타낸 포토마스크 블랭크 상에, 추가로 다른 막 (이하에서는 이 막을 「패턴 가공막」이라고 부른다) 이 적층된 것이어도 된다. 이하에, 그러한 구성의 위상 시프트 마스크 블랭크의 예를 설명한다.
도 3 은 도 1 을 사용하여 설명한 포토마스크 블랭크 (200) 의 차광막 (101) 상에, 패턴 가공막을 성막한 구조의, 포토마스크 블랭크의 모식 단면도를 나타내고 있다. 도 3 의 포토마스크 블랭크 (500) 에 있어서, 차광막 (101) 이나 위상 시프트막 (102) 등의 특성 (막두께나 조성 등) 은, 도 1 이나 도 2 의 설명에 있어서 서술한 것과 동일하다. 그리고 차광막 (101) 상에 형성되어 있는 패턴 가공막 (107) 은, 불소계 드라이 에칭에서 드라이 에칭 가능한 소재, 예를 들어 규소계 재료를 사용하여 형성된 막이다.
한편, 도 4 에 나타내는 포토마스크 블랭크 (550) 는, 도 3 의 포토마스크 블랭크 (500) 의 패턴 가공막 (107) 상에 추가로 레지스트막 (108) 을 적층한 포토마스크 블랭크 (550) 의 구조를 나타내는 모식 단면도이다. 포토마스크 블랭크 (550) 는, 레지스트막 (108) 이 적층되어 있는 점 이외에는 포토마스크 블랭크 (500) 와 동일하다.
포토마스크 블랭크를 도 3 이나 도 4 와 같은 구조로 함으로써, 레지스트막 (108) 의 막두께를 얇게 할 수 있고, 결과적으로 현상 공정 중의 레지스트 붕괴를 경감시킬 수 있다. 또한, 이 레지스트막 (108) 의 막두께는, 70 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하인 것이, 미세 패턴 형성시에 레지스트 패턴 붕괴를 발생시키지 않기 때문에 바람직하다.
도 5 는 본 발명의 실시형태에 관련된 포토마스크의 구조를 나타내는 모식 단면도이다. 도 5 에 나타내는 포토마스크 (300) 는, 도 1 (또는 도 2) 에 나타내는 포토마스크 블랭크 (200) (또는 250), 혹은 도 3 (또는 도 4) 에 나타내는 포토마스크 블랭크 (500) (또는 550) 를 사용하여 제작되는 투과형 위상 시프트 마스크이다. 도 5 에 나타내는 포토마스크 (300) 는, 파장 193 ㎚ 의 노광 광이 적용되는 포토마스크로서, 적어도 투광성 기판 (103) 과, 투광성 기판 (103) 상의 위상 시프트막 (102) 을 에칭함으로써 형성된 회로 패턴을 구비한다. 이 위상 시프트막 (102) 은 상기에 서술한 대로, 제 1 위상 시프트막 (102b) 과 제 2 위상 시프트막 (102a) 이 적층되어 구성된 막이다.
도 5 에 있어서, 부호 105 로 나타내는 영역은, 유효 에어리어 (105) 라고 불리며, 이 유효 에어리어 (105) 는 회로 패턴을 포함하는 영역 (회로 패턴이 배치되는 영역) 이다. 또, 이 유효 에어리어 (105) 의 외주부에는, 위상 시프트막 (102) 및 그 위에 적층된 차광막 (101) 으로 이루어지는 외주부 패턴 (106) 이 형성되어 있다. 이하에서는, 위상 시프트막 (102) 중, 회로 패턴과 외주부 패턴을 구성하는 부분을, 「위상 시프트막 패턴 (102c)」이라고 부른다.
또한, 외주부 패턴 (106) 의 노광 광에 대한 광 투과율은, 0.1 ％ 이하인 것이 바람직하다. 이 이유는, 원하는 노광 광 이외가 웨이퍼에 조사되는 것을 방지하기 위해서이다. 통상 웨이퍼 상 레지스트에 마스크 패턴을 전사하기 위해서 스텝퍼라고 칭하는 노광 장치를 이용하여, 기계적인 셔터로 노광 영역을 설정하고 스텝 앤드 리피트하여 축소 투영 노광하는데, 외주부 패턴 (106) 에 의해, 각 스텝 노광의 경계부의 중복 노광 광을 방지하고 있다. 외주부 패턴의 노광 파장에 대한 투과율이 0.1 ％ 보다 큰 경우, 상기 중복 노광 광이 패턴을 생성해 버리기 때문이다.
계속해서, 본 발명의 실시형태에 관련된 포토마스크의 제조 방법을 설명한다. 도 6 및 도 7 은 레지스트막 (104) 을 형성한 도 2 에 나타내는 포토마스크 블랭크 (250) 의 형태로부터, 포토마스크를 제조하는 순서의 플로우를 나타내고 있다.
우선, 포토마스크 블랭크 (250) 의 차광막 (101) 상에 형성된, 제 1 레지스트 패턴 (104a) (이것은 레지스트막 (104) 에 회로 패턴 등을 묘화하고 현상을 실시함으로써 얻어진다) 을 마스크로 하여, 차광막 (101) 에 대하여 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 차광막 (101) 에 에칭 마스크 패턴 (101a) 을 형성하는 공정 (도 6 ＜S-1＞, ＜S-2＞, ＜S-3＞) 이 실시된다. 다음으로, 차광막 (101) 에 형성된 에칭 마스크 패턴 (101a) 을 마스크로 하여, 위상 시프트막 (102) 에 불소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 위상 시프트막 (102) 에 위상 시프트막 패턴 (102c) 을 형성하는 공정 (도 6 ＜S-4＞) 이 실시된다.
계속해서, 에칭 마스크 패턴 (101a) 상에 남은 제 1 레지스트 패턴 (104a) 을 제거하는 공정 (도 6 ＜S-5＞) 이 실시된다. 그리고 그 위에, 레지스트막 (104b) 을 도포하는 공정 (도 6 ＜S-6＞) 과, 레지스트막 (104b) 에 묘화, 현상을 실시함으로써 외주부 상에 제 2 레지스트 패턴 (104c) 을 형성하는 공정 (도 6 ＜S-7＞) 이 실시된다. 다음으로, 외주부 상에 형성된 제 2 레지스트 패턴 (104c) 을 마스크로 하여, 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 차광막 (101) (에칭 마스크 패턴 (101a)) 의 일부를 제거하는 공정 (도 6 ＜S-8＞) 이 실시된다. 마지막으로, 외주부 상에 형성된 제 2 레지스트 패턴 (104c) 을 제거하여 외주부 패턴 (위상 시프트막 패턴 (102c) 및 위상 시프트막 패턴 (102c) 상에 적층된 차광막 (101) (에칭 마스크 패턴 (101a)) 으로 이루어진다) 을 형성하는 공정 (도 7 ＜S-9＞) 이 실시됨으로써, 포토마스크 (400) 가 제작된다. 레지스트 패턴의 제거는, 황산 가수 세정을 사용할 수 있다. 또 패턴의 묘화에는, 레이저 묘화기를 사용할 수 있다.
도 8 및 도 9 는 도 4 에 나타낸 포토마스크 블랭크 (550) 로부터 포토마스크를 제조할 때의 공정의 플로우를 나타낸 도면이다.
우선, 포토마스크 블랭크 (550) 의 패턴 가공막 (107) 상에 형성된, 제 1 레지스트 패턴 (108a) (이것은 레지스트막 (108) 에 회로 패턴 등을 묘화하고 현상을 실시함으로써 얻어진다) 을 마스크로 하여, 패턴 가공막 (107) 에 대하여 불소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 패턴 가공막 (107) 에 패턴 가공 패턴 (107a) 을 형성하는 공정 (도 8 ＜T-1＞, ＜T-2＞, ＜T-3＞) 이 실시된다. 다음으로 차광막 (101) 에 대하여 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 차광막 (101) 에 에칭 마스크 패턴 (101a) 을 형성하는 공정 (도 8 ＜T-4＞) 이 실시된다.
계속해서, 에칭 마스크 패턴 (101a) 상에 남은 제 1 레지스트 패턴 (108a) 을 제거하는 공정 (도 8 ＜T-5＞) 이 실시된다.
다음으로, 차광막 (101) 에 형성된 에칭 마스크 패턴 (101a) 을 마스크로 하여, 위상 시프트막 (102) 에 불소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 위상 시프트막 (102) 에 위상 시프트막 패턴 (102c) 을 형성하는 공정 (도 8 ＜T-6＞) 이 실시된다. 여기서 패턴 가공 패턴 (107a) 은, 불소계 가스에 의해 위상 시프트막 (102) 과 동시에 에칭되어 제거된다.
이 이후의 공정은, 도 6, 도 7 을 사용하여 설명한 공정 (도 6 ＜S-6＞ ∼ 도 7 ＜S-9＞) 과 동일하다. 우선 도 8 ＜T-7＞ 에 나타내는 바와 같이, 레지스트막 (104b) 을 도포하는 공정이 실시되고, 계속해서 레지스트막 (104b) 에 묘화, 현상을 실시함으로써 외주부 상에 제 2 레지스트 패턴 (104c) 을 형성하는 공정 (도 8 ＜T-8＞) 이 실시된다. 다음으로, 외주부 상에 형성된 제 2 레지스트 패턴 (104c) 을 마스크로 하여, 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 차광막 (101) (에칭 마스크 패턴 (101a)) 의 일부를 제거하는 공정 (도 9 ＜T-9＞) 이 실시된다. 마지막으로, 외주부 상에 형성된 제 2 레지스트 패턴 (104c) 을 제거하여 외주부 패턴 (위상 시프트막 패턴 (102c) 및 위상 시프트막 패턴 (102c) 상에 적층된 차광막 (101) (에칭 마스크 패턴 (101a)) 으로 이루어진다) 을 형성하는 공정 (도 9 ＜T-10＞) 이 실시됨으로써, 포토마스크 (400) 가 제작된다. 레지스트 패턴의 제거는, 황산 가수 세정을 사용할 수 있다. 또 패턴의 묘화에는, 레이저 묘화기를 사용할 수 있다.
패턴 가공막의 조성은 앞에서도 서술했지만, 불소계 가스로 에칭 가능한 규소계 재료가 바람직하다. 또, 패턴 가공막의 막두께는, 5 ㎚ 이상 10 ㎚ 이하이면, 도 9 ＜T-6＞ 에 나타내는 공정에 있어서 위상 시프트막 (102) 의 에칭 시간 내에 패턴 가공 패턴 (107a) 을 완전히 에칭하는 것이 가능하므로 바람직하다.
실시예
실시예에서는, 본 발명의 포토마스크 블랭크, 및 그것을 사용한 포토마스크의 제조 방법의 유효성을 검증하기 위해서, 웨이퍼 전사 특성을 웨이퍼 전사 시뮬레이션에 의해 평가하였다.
시뮬레이션 평가는, Synopsys 사 S-Litho 를 사용하여 계산함으로써 구해진다.
＜시뮬레이션 평가 조건＞
·NA : 1.35
·sigma : QS X-0 deg BL : 32 deg/Y-90 deg BL : 37 deg
·polarization : Azimuthally polarizaion
·Target : 52 ㎚ 밀집 HOLE (Negative tone develop)
·Pitch : 100 ㎚
·제 1 위상 시프트막 (102b) 의 굴절률 (n1) : 2.60
·제 1 위상 시프트막 (102b) 의 소쇠 계수 (k1) : 0.35
·제 2 위상 시프트막 (102a) 의 굴절률 (n2) : 1.85
·제 2 위상 시프트막 (102a) 의 소쇠 계수 (k2) : 0.004
또 본 발명의 포토마스크 블랭크의 유효성을 검증하기 위해서, 비교예로서 종래부터 있는 위상 시프트막, 요컨대 규소, 몰리브덴, 산소, 질소로 이루어지는 위상 시프트막에 대해서도 웨이퍼 전사 시뮬레이션을 실시하였다. 비교예에 관련된 위상 시프트막의 특성은 이하와 같다.
＜비교예＞
투과율 : 6 ％
막두께 : 75 ㎚
위상차 : 177.0 도
굴절률 (n) : 2.3
소쇠 계수 (k) : 0.55
조성은 몰리브덴 함유량 10 원자％, 규소 함유량 30 원자％, 산소 함유량 10 원자％, 질소 함유량 50 원자％ 이다.
비교예에 관련된 위상 시프트막에 대한 웨이퍼 전사 시뮬레이션의 결과를 표 1 에 나타낸다.
Figure 112019097772781-pct00001
(1) 막두께와 광 투과율의 평가
우선, 질화규소계 재료를 사용한 제 1 위상 시프트막 (102b) 및 산질화규소계 재료를 사용한 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께와 광 투과율의 관계에 대하여 평가를 실시한다. 본 실시예에서는, 위상 시프트막 (102) 의 투과율이, 30 ％, 40 ％, 50 ％, 60 ％ 를 실현 가능한 제 1 위상 시프트막 (102b) 및 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 조합을 계산에 의해 구하여, 상기에서 서술한 비교예와의 비교를 실시한다. 이하에서는, 투과율이 30 ％, 40 ％, 50 ％, 60 ％ 인 위상 시프트막 (102) 이고, 하층막에 제 1 위상 시프트막 (102b) 을, 그리고 상층막에 제 2 위상 시프트막 (102a) 을 사용한 위상 시프트막을 각각, 「실시예 1 의 위상 시프트막 (102)」, 「실시예 2 의 위상 시프트막 (102)」, 「실시예 3 의 위상 시프트막 (102)」, 「실시예 4 의 위상 시프트막 (102)」이라고 부른다.
실시예 1 ∼ 4 의 위상 시프트막 (102) 을 구성하는 제 1 위상 시프트막 (102b) 및 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께를 구함에 있어서, ArF 엑시머 레이저 노광 광의 파장에 있어서의 위상차가 177 도 부근으로 했을 경우에, 위상 시프트막 (102) 의 각 광 투과율에 있어서의 총 막두께가 최소가 되는 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 막두께, 및 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께를 계산에 의해 구하였다. 하기 표 2 에, 구해진 결과 (실시예 1 ∼ 4 의 위상 시프트막 (102) 을 구성하는 제 1 위상 시프트막 (102b) 및 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께) 를 나타낸다.
Figure 112019097772781-pct00002
표 2 로부터 알 수 있는 바와 같이, 위상 시프트막 (102) 의 광 투과율을 올림에 따라, 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 막두께는 작아지고, 또한 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께는 커진다. 또 위상 시프트막 (102) 의 광 투과율을 올림에 따라 위상 시프트막 (102) 의 총 막두께는 커져 가지만, 본 발명의 실시형태에 관련된 위상 시프트막 (102) 은, 예를 들어 광 투과율이 30 ％ 인 경우의 위상 시프트막 (102) (실시예 1 의 위상 시프트막 (102)) 의 총 막두께는 71 ㎚ 로, 비교예의 위상 시프트막보다 얇고, 또한 높은 광 투과율을 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.
이어서, 제 1 위상 시프트막 (102b) 과 제 2 위상 시프트막 (102a) 을, 실시예 1 내지 4 의 위상 시프트막 (102) 과는 반대로 적층했을 경우의 위상 시프트막 (102) 에 대해서도 평가를 실시하였다. 이하에서는, 투과율이 30 ％, 40 ％, 50 ％, 60 ％ 인 위상 시프트막 (102) 이고, 상층막에 제 1 위상 시프트막 (102b) 을, 그리고 하층막에 제 2 위상 시프트막 (102a) 을 사용한 위상 시프트막을 각각, 「실시예 5 의 위상 시프트막 (102)」, 「실시예 6 의 위상 시프트막 (102)」, 「실시예 7 의 위상 시프트막 (102)」, 「실시예 8 의 위상 시프트막 (102)」이라고 부른다. 실시예 1 ∼ 4 의 위상 시프트막 (102) 과 동일하게, 실시예 5 ∼ 8 의 위상 시프트막 (102) 을 구성하는 제 1 위상 시프트막 (102b) 및 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께를 구할 때, ArF 엑시머 레이저 노광 광의 파장에 있어서의 위상차가 177 도 부근으로 했을 경우에, 위상 시프트막 (102) 의 각 광 투과율에 있어서의 총 막두께가 최소가 되는 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 막두께, 및 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께를 계산에 의해 구하였다. 그 결과를 하기 표 3 에 나타낸다.
Figure 112019097772781-pct00003
실시예 1 ∼ 4 의 위상 시프트막 (102) 과 동일하게 실시예 5 ∼ 8 의 위상 시프트막 (102) 도, 위상 시프트막 (102) 의 광 투과율을 올림에 따라, 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 막두께는 작아지고, 또한 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께가 커지는 것을 알 수 있었다. 또 실시예 5 (광 투과율이 30 ％) 의 위상 시프트막 (102) 의 총 막두께는 73 ㎚ 이기 때문에, 본 발명의 실시형태에 관련된 위상 시프트막 (102) 은, 비교예의 위상 시프트막과 동일한 정도의 막두께로, 높은 광 투과율을 실현 가능함을 알 수 있다.
또, 광 투과율을 30 ％ 에서 100 ％ 까지 변화시켰을 때의, 위상 시프트막의 막두께의 변화를 계산하였다. 그 결과를 도 10 에 나타낸다. 도 10 의 하단에 나타내는 표는, 광 투과율이 30 ％, 40 ％, 50 ％, 60 ％, 70 ％, 80 ％, 90 ％, 100 ％ 일 때의, 제 2 위상 시프트막의 막두께, 제 1 위상 시프트막의 막두께, 위상 시프트막의 총 막두께 (이것은 제 1 위상 시프트막의 막두께와 제 2 위상 시프트막의 막두께의 합이다) 를 나타낸 것이고, 이것을 그래프화한 것이 상단의 그래프이다. 또한, 도 10 의 결과는, 실시예 1 ∼ 4 의 위상 시프트막 (102) 과 동일하게, 하층막에 제 1 위상 시프트막 (102b) 을, 그리고 상층막에 제 2 위상 시프트막 (102a) 을 사용한 경우의 계산 결과이다.
도 10 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 30 ％ 이상의 광 투과율을 실현하기 위해서는 위상 시프트막의 총 막두께를 70 ㎚ 보다 크고 114 ㎚ 이하로 하면 바람직한 것을 알 수 있다.
또, 표 2 와 표 3 으로부터, 하층막에 제 1 위상 시프트막 (102b) 을 이용하고, 상층막에 제 2 위상 시프트막 (102a) 을 이용하는 구조 (실시예 1 내지 4) 가, 실시예 5 ∼ 8 의 위상 시프트막 (102) 보다 박막화가 가능하다는 것을 알 수 있다.
(2) 웨이퍼 전사 특성의 평가
이어서, 실시예 1 ∼ 4 의 위상 시프트막 (102) 을 사용한 포토마스크 (400), 및 비교예의 위상 시프트막 (102) 을 사용한 포토마스크 (400) 에 대하여, ArF 엑시머 레이저 노광 광의 파장에 있어서의 각 광 투과율에 대하여, NILS, DOF, MEEF, EMF 바이어스를 계산에 의해 구하고, 또 각 실시예의 비교예에 대한 개선율, 각 실시예의 개선율의 평균을 정리한 결과를 표 4 에 나타낸다. 또, 이 평가에 있어서는, 보다 양호한 전사 특성을 실현하기 위해, 포토마스크 (400) 의 위상차는 180 도로 하여 평가를 실시하였다.
Figure 112019097772781-pct00004
이 결과, 실시예 1 내지 4 의 위상 시프트막 (102) 을 사용한 포토마스크 (400) 는, 비교예의 위상 시프트막을 사용한 것보다, 모든 항목에 있어서 개선되는 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 포토마스크는, 높은 웨이퍼 전사 특성을 실현하기 위해서 유효하다.
또, NILS 에 관해서는, 실시예 1 의 위상 시프트막 (102) 을 사용한 포토마스크 (400) 가 가장 양호한 결과가 되었다.
이어서, 실시예 5 ∼ 8 의 위상 시프트막 (102) 을 사용하여 제작된 포토마스크 (400) 에 대하여, NILS, DOF, MEEF, EMF 바이어스를 평가한다. 이 평가에 있어서도, 포토마스크 (400) 의 위상차를 180 도로 하여 평가를 실시하였다.
실시예 5 ∼ 8 및 비교예의 위상 시프트막 (102) 을 사용한 포토마스크 (400) 에 대하여, ArF 엑시머 레이저 노광 광의 파장에 있어서의 광 투과율에 대하여, NILS, DOF, MEEF, EMF 바이어스를 계산에 의해 구하고, 또 각 실시예의 비교예에 대한 개선율, 각 실시예의 개선율의 평균을 정리한 결과를 표 5 에 나타낸다.
표 5 의 개선율에 관하여, - 는 악화된 것을 나타내고 있다.
Figure 112019097772781-pct00005
이 결과, 실시예 1 내지 8 모두, 비교예보다 양호한 웨이퍼 전사 특성을 얻는 것이 가능하여, 웨이퍼 제조에 유효함을 알 수 있다. 단, 실시예 5 내지 8 에 관해서는, 개선의 평균값에 있어서는 비교예보다 개선은 관찰되지만, 실시예 5 및 6 에서는 MEEF 가 악화되는 것을 알 수 있다.
또, 실시예 5 내지 8 의 위상 시프트막 (102) 을 사용한 포토마스크는, 실시예 1 내지 4 의 것에 비하면, 개선율도 적다. 따라서, 실시예 1 내지 4 와 같이, 하층막에 제 1 위상 시프트막 (102b) 을 이용하고, 상층막에 제 2 위상 시프트막 (102a) 을 이용하는 구조가, 보다 양호한 웨이퍼 전사 특성을 얻는 것이 가능하여 바람직하다.
계속해서, 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 막두께 (D1) 및 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께 (D2) 를 변화시켰을 때의 NILS 의 값을 조사하였다. 도 11 은 하층막에 제 1 위상 시프트막 (102b) 을 이용하고, 상층막에 제 2 위상 시프트막 (102a) 을 이용한 위상 시프트막 (102) 에 대하여, 웨이퍼 전사 시뮬레이션을 사용하여, D1 을 5 ㎚ ∼ 65 ㎚ 의 범위에서 변화시키고, 또 D2 를 20 ㎚ ∼ 80 ㎚ 의 범위에서 변화시켰을 때의 NILS 의 값이고, 도 12 는 이 결과를 그래프화한 것이다. 한편 도 13 은 하층막에 제 2 위상 시프트막 (102a) 을 이용하고, 상층막에 제 1 위상 시프트막 (102b) 을 이용한 위상 시프트막 (102) 에 대하여, 막두께 (D1 와 D2) 를 변화시켰을 때의 NILS 의 값을 나타내고 있고, 도 14 는 이 결과를 그래프화한 것이다.
시뮬레이션 평가는, 상기 실시예와 동일하게, Synopsys 사 S-Litho 를 사용하여 계산함으로써 구한 것이고, 평가 조건도 상기 실시예와 동일하다.
표 1 에 나타내는 바와 같이, 비교예에 관련된 위상 시프트막의 NILS 는 1.79 이다. 그리고 도 11 ∼ 도 14 로부터 알 수 있는 바와 같이, NILS 가 비교예보다 개선되는 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 막두께 (D1) 와 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께 (D2) 의 관계는, 이하의 식
D1 (㎚)＞-0.5·D2 (㎚)＋45 ㎚ 또한
D1 (㎚)＜-0.5·D2 (㎚)＋75 ㎚
을 만족시키는 영역이다. 이러한 점으로부터 전사 특성의 관점에서는, D1 과 D2 가 상기 식을 만족시키는 범위에 있는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
이상, 실시예에 의해 본 발명의 포토마스크 블랭크 및 이것을 사용하여 제작되는 포토마스크에 대하여 설명했지만, 상기 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 예에 지나지 않고, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
또, 위상 시프트막 (102) 상에 반사 방지막을 추가하는 등, 이들 실시예를 변형시키는 것은 본 발명의 범위 내이며, 또한 본 발명의 범위 내에 있어서 다른 다양한 실시예가 가능한 것은 상기 기재로부터 자명하다.
마지막으로, 구체적인 포토마스크 (400), 및 위상 시프트막 (102) 의 제조 방법에 대하여 설명한다. 상기 실시예 1 내지 8 에 관련된 위상 시프트막은, 광학 연마한 6 인치각, 0.25 인치막의 투광성을 갖는 합성 석영 기판 상에, DC 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용하여, 제 1 위상 시프트막 (102b) 을, 타깃으로 규소를 이용하고, 스퍼터 가스로서 질소 및 아르곤을 이용하여 성막하고, 제 2 위상 시프트막 (102a) 을, 타깃으로 규소를 이용하고, 스퍼터 가스로서 질소, 산소 및 아르곤을 이용하여 성막함으로써 제작할 수 있다.
다음으로, 위상 시프트막 (102) 상에, DC 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용하여, 차광막 (101) 을, 타깃으로 크롬을 이용하고, 스퍼터 가스로서 질소 및 산소를 이용하여 성막한다. 이로써, 마스크 블랭크를 제작할 수 있다. 물론, 도 3 등에서 설명한 마스크 블랭크를 제작하기 위해서, 차광막 (101) 상에 패턴 가공막을 제막하는 등의 순서를 추가해도 된다.
계속해서, 구체적인 포토마스크 (400) 의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 제 1 실시형태인 도 1 에 나타내는 포토마스크 블랭크 (200) 를 준비하였다. 여기서, 위상 시프트막 (102) 과 차광막 (101) 은 이하의 것으로 하였다.
위상 시프트막 (102) 은 총 막두께 70 ㎚, 투과율 30 ％, 제 1 위상 시프트막 (102b) 의 막두께 48 ㎚, 제 2 위상 시프트막 (102a) 의 막두께 22 ㎚ 의 2 층 구조이다. 제 1 위상 시프트막 (102b) 은 질화규소이고, 제 2 위상 시프트막 (102a) 은 산질화규소이다.
차광막 (101) 은 막두께 70 ㎚, 크롬 함유량 50 원자％, 탄소 함유량 20 ％, 질소 함유량 30 원자％ 의 단층막이며, 위상 시프트막 (102) 과 차광막 (101) 을 합하여, 파장 193 ㎚ 에 대한 투과율은 0.1 ％ 이하이다.
이 포토마스크 블랭크 (200) 상에, 네거티브형 화학 증폭형 전자선 레지스트 SEBN2014 (신에츠 화학 공업 제조) 를 막두께 150 ㎚ 로 스핀 코트하여 레지스트막 (104) 을 형성하고, 제 2 실시형태인 도 2 에 나타내는 포토마스크 블랭크 (250) 로 하였다 (도 6 ＜S-1＞).
다음으로, 도스량 35 μC/㎠ 로, 평가 패턴을 묘화하고, 그 후, 열처리 장치로 110 ℃ 에서 10 분간 열처리 (PEB = Post exposure bake) 를 실시하였다. 다음으로, 패들 현상으로 90 초간 현상을 실시하여, 제 1 레지스트 패턴 (104a) 을 형성하였다 (도 6 ＜S-2＞).
다음으로, 차광막 (101) 에 대하여 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용하여 하기 조건으로 드라이 에칭을 실시하였다 (도 6 ＜S-3＞). 이 때, 에칭의 빠짐 불량은 발생하지 않았다.
＜차광막 (101) 의 드라이 에칭 조건 1＞
장치 : ICP (Inductively Coupled Plasma = 유도 결합 플라즈마) 방식
가스 : Cl2＋O2＋He, 가스 압력 : 6 mTorr
ICP 전력 : 400 W
바이어스 파워 : 15 W
＜차광막 (101) 의 드라이 에칭 조건 2＞
장치 : ICP (Inductively Coupled Plasma = 유도 결합 플라즈마) 방식
가스 : Cl2＋O2＋He, 가스 압력 : 6 mTorr
ICP 전력 : 400 W
바이어스 파워 : 30 W
다음으로, 위상 시프트막 (102) 에 대하여 불소계 가스를 사용하여 하기 조건으로 드라이 에칭을 실시하였다 (도 6 ＜S-4＞).
＜위상 시프트막 (102) 의 드라이 에칭 조건＞
장치 : ICP
가스 : SF6＋O2, 가스 압력 : 5 mTorr
ICP 전력 : 325 W
다음으로, 제 1 레지스트 패턴 (104a) 을 황산 가수 세정에 의해 박막하였다 (도 6 ＜S-5＞).
다음으로, 레지스트막 (104b) 을 코트하고 (도 6 ＜S-6＞), 레이저 묘화 장치에 의해 묘화를 실시하였다. 그 후, 현상을 실시하여, 제 2 레지스트 패턴 (104c) 을 형성하였다 (도 6 ＜S-7＞).
다음으로, 에칭 마스크 패턴 (101a) 에 대하여 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용하여 하기 조건으로 드라이 에칭을 실시하였다 (도 6 ＜S-8＞).
＜에칭 마스크 패턴 (101a) 의 드라이 에칭 조건 1＞
장치 : ICP (Inductively Coupled Plasma = 유도 결합 플라즈마) 방식
가스 : Cl2＋O2＋He, 가스 압력 : 8 mTorr
ICP 전력 : 500 W
바이어스 파워 : 10 W
다음으로, 제 2 레지스트 패턴 (104c) 을 황산 가수 세정에 의해 박리하고, 본 발명의 포토마스크 블랭크를 사용한 포토마스크 (400) 를 제작하였다 (도 7 ＜S-9＞).
본 발명의 포토마스크 블랭크 및 그것을 사용한 포토마스크의 제조 방법은, 로직계 디바이스 14 ㎚ 보다 가는 세대, 또는 메모리계 디바이스 20 ㎚ 보다 가는 세대의 선단 포토마스크에 있어서, 양호한 웨이퍼 전사 특성 (NILS, DOF, MEEF, EMF 바이어스), 조사 내성, 및 세정에 의한 패턴 붕괴 내성을 갖는 위상 시프트 마스크를 제작하기 위한 위상 시프트 마스크 블랭크, 및 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서 적용 가능하다.
101 : 차광막
101a : 에칭 마스크 패턴
102 : 위상 시프트막
102a : 제 2 위상 시프트막
102b : 제 1 위상 시프트막
102c : 위상 시프트막 패턴
103 : 투광성 기판
104 : 레지스트막
104a : 제 1 레지스트 패턴
104b : 레지스트막
104c : 제 2 레지스트 패턴
105 : 유효 에어리어
106 : 외주부 패턴
107 : 패턴 가공막
107a : 패턴 가공 패턴
108 : 레지스트막
108a : 제 1 레지스트 패턴
200, 250, 500, 550 : 포토마스크 블랭크
300 : 포토마스크
400 : 포토마스크

Claims (12)

  1. 파장 193 ㎚ 의 노광 광이 적용되는 포토마스크를 제작하기 위해서 사용되는 포토마스크 블랭크로서,
    상기 포토마스크 블랭크는,
    투광성 기판과,
    상기 투광성 기판 상에 형성되어, 위상 시프트 효과를 가져오는 위상 시프트막과,
    상기 위상 시프트막 상에 형성되는 차광막을 구비하고,
    상기 위상 시프트막은,
    질화규소 재료를 사용한 제 1 위상 시프트막과,
    산질화규소 재료를 사용한 제 2 위상 시프트막이 적층되어 구성되어 있고,
    상기 위상 시프트막의 상기 노광 광에 대한 광 투과율은 30 ％ 이상이고,
    상기 제 1 위상 시프트막의 굴절률 (n1) 은 2.5 이상 또한 2.75 이하이고, 상기 제 2 위상 시프트막의 굴절률 (n2) 은 1.55 이상 또한 2.20 이하이며,
    상기 제 1 위상 시프트막의 소쇠 계수 (k1) 는 0.2 이상 또한 0.4 이하이고, 상기 제 2 위상 시프트막의 소쇠 계수 (k2) 는 0 보다 크고 또한 0.1 이하이고,
    상기 위상 시프트막의 총 막두께는, 70 ㎚ 보다 크고 114 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 포토마스크 블랭크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판 상에 형성된 상기 제 1 위상 시프트막 상에, 상기 제 2 위상 시프트막이 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 포토마스크 블랭크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광막은, 불소계 드라이 에칭에서는 실질적으로 에칭되지 않고, 산소를 포함하는 염소계 드라이 에칭에서는 에칭이 가능하고, 크롬 함유량이 20 원자％ 이상인 것을 특징으로 하는, 포토마스크 블랭크.
  4. 파장 193 ㎚ 의 노광 광이 적용되는 포토마스크로서,
    상기 포토마스크는,
    투광성 기판과,
    상기 투광성 기판 상에 적층된 위상 시프트막에 형성된 패턴인 회로 패턴을 구비하고,
    상기 위상 시프트막은,
    질화규소 재료를 사용한 제 1 위상 시프트막과,
    산질화규소 재료를 사용한 제 2 위상 시프트막이 적층되어 구성되어 있고,
    상기 위상 시프트막의 상기 노광 광에 대한 광 투과율은 30 ％ 이상이고,
    상기 제 1 위상 시프트막의 굴절률 (n1) 은 2.5 이상 또한 2.75 이하이고, 상기 제 2 위상 시프트막의 굴절률 (n2) 은 1.55 이상 또한 2.20 이하이며,
    상기 제 1 위상 시프트막의 소쇠 계수 (k1) 는 0.2 이상 또한 0.4 이하이고, 상기 제 2 위상 시프트막의 소쇠 계수 (k2) 는 0 보다 크고 또한 0.1 이하이고,
    상기 위상 시프트막의 총 막두께는, 70 ㎚ 보다 크고 114 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 포토마스크.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 상기 제 1 위상 시프트막이 상기 투광성 기판 상에 형성되고, 또한 상기 제 1 위상 시프트막 상에 상기 제 2 위상 시프트막이 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는, 포토마스크.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 포토마스크는, 상기 회로 패턴을 포함하는 유효 에어리어의 외주부에 위치하는 상기 위상 시프트막 상에, 차광막이 적층되어 있고,
    상기 차광막은, 불소계 드라이 에칭에서는 실질적으로 에칭되지 않고, 산소를 포함하는 염소계 드라이 에칭에서는 에칭이 가능하고, 크롬 함유량이 20 원자％ 이상인 것을 특징으로 하는, 포토마스크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 외주부에 형성된 상기 차광막과 상기 위상 시프트막을 합친 적층막의, 상기 노광 광에 대한 광 투과율은, 0.1 ％ 이하인 것을 특징으로 하는, 포토마스크.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 포토마스크 블랭크를 사용한, 포토마스크의 제조 방법으로서,
    상기 차광막에 대하여, 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 상기 차광막에 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 차광막에 형성된 패턴을 마스크로 하여, 상기 위상 시프트막에 불소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 상기 위상 시프트막에 회로 패턴과 상기 회로 패턴을 포함하는 에어리어의 외주부를 형성하는 외주부 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 외주부 패턴 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용하는 드라이 에칭을 실시함으로써, 상기 차광막의 일부를 제거하는 공정과,
    상기 레지스트 패턴을 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 포토마스크의 제조 방법.
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