KR20010095837A - Phase shift mask having controlled transmittance with respect to a predetermined wavelength of light by using energy trap and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 위상 쉬프트 마스크(phase shift mask) 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phase shift mask and a method of manufacturing the same.
반도체 소자의 제조과정은 기판(웨이퍼) 상에 다양한 물질층을 형성하고 이를 소정의 형상으로 패터닝(식각)하는 과정을 반복하여 이루어진다. 이때 소정의 물질층을 원하는 패턴으로 식각하기 위해서는 통상 포토리소그래피라 불리는 사진식각 공정을 거치게 된다. 즉, 상기 소정의 물질층 상에 포토레지스트막을 도포하고, 그 위에, 도 1에 도시된 바와 같이 투명기판(10) 상에 빛을 차단하는 영역을 정의하는 차광막 패턴(12)이 형성된 포토마스크(photomask, 엄밀히 말해 포토마스크는 마스크에 형성된 패턴과 실제 노광에 의해 형성되는 포토레지스트막 패턴의 크기가 동일한 마스크를 말하고, 축소투영 노광방식에서 실제 형성되는 패턴보다 수 배만큼 확대된 패턴이 형성되어 있는 마스크를 특히 레티클(reticle)이라고 한다. 이하에서는 구분없이 마스크라 한다)를 위치시키고, 마스크에 소정 파장의 빛을 조사하면(14) 마스크의 패턴대로 포토레지스트막에 빛이 조사된 부분과 조사되지 않은 부분이 형성된다. 이어서, 포토레지스트막을 현상하여 빛이 조사된 부분또는 반대로 조사되지 않는 부분을 제거하면 마스크의 패턴을 따라 포토레지스트막 패턴이 형성된다. 이렇게 얻어진 포토레지스트막 패턴을 식각마스크로 하여 실제로 상기 물질층을 식각함으로써 원하는 패턴의 물질층을 얻는다.The manufacturing process of a semiconductor device is performed by repeatedly forming a pattern of various materials on a substrate (wafer) and patterning (etching) the same into a predetermined shape. In this case, in order to etch a predetermined layer of material into a desired pattern, a photolithography process, commonly referred to as photolithography, is performed. That is, a photomask is formed on the predetermined material layer, and a photomask (12) having a light shielding film pattern (12) defining a region for blocking light on the transparent substrate (10) as shown in FIG. A photomask, strictly speaking, refers to a mask having the same size as a pattern formed on a mask and a photoresist film pattern formed by actual exposure, and in which a pattern enlarged several times larger than the pattern actually formed in a reduced projection exposure method is formed. The mask is particularly called a reticle (hereinafter referred to as a mask without distinction), and when light of a predetermined wavelength is irradiated to the mask (14), the portion of the photoresist film irradiated with light is irradiated with the pattern of the mask. That is not formed. Subsequently, when the photoresist film is developed to remove a portion to which light is irradiated or a portion not to be irradiated, a photoresist film pattern is formed along the pattern of the mask. The material layer of the desired pattern is obtained by actually etching the material layer using the thus obtained photoresist film pattern as an etching mask.
그런데, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 물질층 패턴의 선폭이 갈수록 좁아지고 있어 도 1의 윗부분에 도시한 바와 같은 통상의 마스크로는 원하는 선폭의 패턴을 얻기가 어렵게 되었다. 즉, 마스크에 새겨진 패턴의 선폭을 줄이면 조사되는 빛의 회절에 의해 포토레지스트막의 표면에 도달하는 빛은 도 1의 그래프와 같이 차광영역(18)과 투광영역(16)의 경계에서 뚜렷한 강도 차이를 보이지 않게 된다.By the way, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the line width of the material layer pattern becomes narrower. As a result, it is difficult to obtain a desired line width pattern with a conventional mask as shown in the upper portion of FIG. That is, when the line width of the pattern engraved on the mask is reduced, the light reaching the surface of the photoresist film due to the diffraction of the irradiated light has a noticeable difference in intensity at the boundary between the light blocking region 18 and the light transmitting region 16 as shown in the graph of FIG. 1. Invisible
이를 해결하기 위하여 회절이 덜 일어나는 단파장 예컨대, 248nm나 193nm의 파장을 가지는 빛을 노광원으로 이용하기도 하지만, 선폭이 더욱 가늘어짐에 따라 노광원의 단파장화 만으로는 이러한 문제가 해결되지 않는다. 따라서, 빛의 간섭현상을 이용하여 투광영역(16)과 차광영역(18)의 경계에서 상쇄간섭이 일어나게 하는 위상 쉬프트 마스크가 출현하였다.In order to solve this problem, light having a short wavelength of less diffraction, for example, a wavelength of 248 nm or 193 nm may be used as an exposure source. However, as the line width becomes thinner, the shortening of the exposure source does not solve this problem. Accordingly, a phase shift mask has appeared to cause the destructive interference at the boundary between the light transmitting region 16 and the light blocking region 18 by using the interference of light.
도 2의 윗부분에 도시된 위상 쉬프트 마스크는 감쇠형(attenuated, 또는 하프 톤(half-tone)이라고도 한다) 위상 쉬프트 마스크로서, 투명 기판(20)과 위상 쉬프터 물질로 이루어진 위상 쉬프터 패턴(22)을 구비한다. 위상 쉬프터 물질로는 일반적으로 CrO, CrF, MoSiON, SiN, SOG(spin on glass) 등이 이용된다. 한편, 도시하지는 않았지만, 위상 쉬프트 마스크에는 차광막 패턴의 위 또는 아래에 SOG로 쉬프터 패턴을 형성한 마스크와, 별도의 위상 쉬프터 물질을 사용하지 않고 투명기판 자체를 소정 깊이로 식각하여 빛의 투과길이를 달리함으로써 위상을 쉬프트하는 기판 식각형 마스크도 있다(특히 이들중 위상 쉬프트 영역과 단순 투광영역이 번갈아 형성되는 경우 레벤슨(Levenson)형 위상 쉬프트 마스크라 한다).The phase shift mask shown in the upper part of FIG. 2 is an attenuated, or half-tone, phase shift mask. The phase shift mask 22 is formed of a transparent substrate 20 and a phase shifter material. Equipped. As the phase shifter material, CrO, CrF, MoSiON, SiN, spin on glass (SOG), etc. are generally used. Although not shown, the phase shift mask includes a mask having a shifter pattern formed of SOG on or under a light shielding film pattern, and a transparent substrate itself is etched to a predetermined depth without using a separate phase shifter material to provide a transmission length of light. There are also substrate etching masks that shift phases by different phases (particularly, when the phase shift region and the simple light transmitting region are alternately formed, they are called Levenson type phase shift masks).
도 2를 참조하여 일반적인 위상 쉬프트 마스크의 원리를 설명하면 다음과 같다. 투광영역(26)을 통과한 빛은 도 2의 중앙부분 그래프에 점선(30)으로 도시된 바와 같은 위상 및 진폭을 가진다. 또 위상 쉬프트 영역(28)을 통과한 빛은 위상이 180°반전되어 점선(32)과 같은 위상 및 진폭을 가진다. 따라서, 포토레지스트막 표면에서의 빛의 최종적인 위상 및 진폭은 실선(34)과 같이 된다. 그리고 이에 따른 포토레지스트막 표면에서의 빛의 강도는 도 2의 아래부분 그래프와 같이 된다. 결국, 도 1 및 도 2의 아래부분 그래프를 비교하면, 투광영역(16, 26)과 차광영역(18) 또는 위상 쉬프트 영역(28)의 경계에서 도 2의 위상 쉬프트 마스크의 경우가 더욱 확실한 강도 차이를 보임을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, the principle of a general phase shift mask will be described. Light passing through the light-transmitting region 26 has a phase and amplitude as shown by the dotted line 30 in the central part graph of FIG. Light passing through the phase shift region 28 is inverted in phase by 180 degrees and has the same phase and amplitude as the dotted line 32. Therefore, the final phase and amplitude of the light on the surface of the photoresist film become like the solid line 34. The light intensity on the surface of the photoresist film is as shown in the lower graph of FIG. 2. Finally, comparing the lower graphs of FIGS. 1 and 2, the intensity of the phase shift mask of FIG. 2 at the boundary between the light transmitting regions 16 and 26 and the light blocking region 18 or the phase shift region 28 is more robust. You can see the difference.
그런데, 도 2의 강도 그래프에서, 위상 쉬프트 영역(28)에 사이드 로브(side-lobe, 36)라 불리우는 2차 피크가 형성된 것을 알 수 있다. 사이드 로브(36)는 위상 쉬프터 패턴(22)이 빛을 완전히 차단하지 않는 한 필연적으로 발생하는 것으로서, 이 사이드 로브의 크기가 소정의 기준치보다 크면 포토레지스트막을 감광시켜 실제 물질층에서 원하지 않는 패턴을 유발한다. 따라서, 사이드 로브(36)를 막기 위해 위상 쉬프터 패턴(22)의 중앙부 상에 차광막을 형성하기도 하는데, 위상 쉬프터 패턴(22)의 폭이 작은 경우에는 이 방법을 사용할 수 없다. 또한, 사이드 로브(36)를 감소하기 위해 투과율이 낮은(통상 5∼10인) 위상 쉬프터물질을 사용하는 방법이 있다. 그러나, 이는 그만큼 위상 쉬프트 마스크의 효율을 떨어뜨린다. 즉, 도 2의 위상 그래프에서 알 수 있듯이, 위상 쉬프터 물질의 투과율이 높을수록 위상 쉬프트 영역(28)을 통과한 빛의 진폭(32)이 커지고 투광영역(26)과 위상 쉬프트 영역(28)의 경계에서 상쇄간섭의 효과는 더 커지고, 그만큼 투광영역(26)과 위상 쉬프트 영역(28)의 경계가 확실해진다.However, in the intensity graph of FIG. 2, it can be seen that a secondary peak called side-lobe 36 is formed in the phase shift region 28. The side lobe 36 is inevitably generated as long as the phase shifter pattern 22 does not completely block light. If the size of the side lobe is larger than a predetermined reference value, the side lobe is exposed to a photoresist film to remove unwanted patterns from the actual material layer. cause. Therefore, a light shielding film may be formed on the center portion of the phase shifter pattern 22 to prevent the side lobe 36, but this method cannot be used when the width of the phase shifter pattern 22 is small. There is also a method of using a phase shifter material having a low transmittance (typically 5-10) to reduce the side lobe 36. However, this reduces the efficiency of the phase shift mask by that much. That is, as can be seen in the phase graph of FIG. 2, the higher the transmittance of the phase shifter material is, the larger the amplitude 32 of light passing through the phase shift region 28 is, and the transmissive region 26 and the phase shift region 28 are separated. The effect of the destructive interference at the boundary is greater, and the boundary between the light transmissive area 26 and the phase shift area 28 is assured.
한편, 이러한 사이드 로브의 문제는 포토레지스트막의 성능과 관계가 깊다. 즉, 포토레지스트막은 어느 정도 이상의 강도(에너지)로 노광되었을 때 그 부분이 현상액에 의해 용해·제거되어 포토레지스트막 패턴이 만들어지는데, 만약 포토레지스트막 자체의 성능이 좋아 사이드 로브의 강도가 어느 정도까지 되더라도 포토레지스트막이 현상액에 의해 용해되지 않는다면(포토레지스트막의 콘트래스트가 높다면), 위상 쉬프트 마스크의 효율을 높이기 위해 투과율이 높은(예컨대, 40정도의) 위상 쉬프터 물질을 사용할 수 있다. 최근에는 이러한 요구에 부응하여 높은 콘트래스트를 가지는 포토레지스트가 개발되었고, 그에 따라 높은 투과율의 위상 쉬프터 물질을 사용한 위상 쉬프트 마스크가 요구되고 있다.On the other hand, the problem of this side lobe is deeply related to the performance of the photoresist film. That is, when the photoresist film is exposed to a certain intensity (energy), the portion is dissolved and removed by a developer to form a photoresist film pattern. If the photoresist film itself is good, the strength of the side lobe is somewhat high. Even if the photoresist film is not dissolved by the developer (if the contrast of the photoresist film is high), a phase shifter material having a high transmittance (for example, about 40) can be used to increase the efficiency of the phase shift mask. In recent years, in order to meet these demands, a photoresist having a high contrast has been developed. Accordingly, a phase shift mask using a high transmittance phase shifter material is required.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상대적으로 짧은 노광광에 대하여 상대적으로 높은 투과율을 가지는 위상 쉬프터 물질을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a phase shifter material having a relatively high transmittance with respect to relatively short exposure light.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 높은 투과율을 가지면서도 노광광의 파장보다 긴 파장을 가지는 검사광에 대하여 검사가 가능한 정도의 투과율을 가지도록 위상 쉬프터 물질의 투과율을 조절하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method of controlling the transmittance of a phase shifter material to have a transmittance that can be inspected with respect to inspection light having a high transmittance and a wavelength longer than the wavelength of the exposure light.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기의 위상 쉬프터 물질을 사용한 위상 쉬프트 마스크를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a phase shift mask using the phase shifter material described above.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기의 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing the phase shift mask described above.
도 1은 통상의 포토마스크의 개략적인 단면도와 이 포토마스크를 사용하여 노광하였을 때 포토레지스트막 표면에서의 빛의 위상 및 강도를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional photomask and a graph showing the phase and intensity of light on the surface of a photoresist film when exposed using this photomask.
도 2는 일반적인 감쇠형 위상 쉬프트 마스크의 개략적인 단면도와 이 위상 쉬프트 마스크를 사용하여 노광하였을 때 포토레지스트막 표면에서의 빛의 위상 및 강도를 나타낸 그래프이다.2 is a schematic cross-sectional view of a general attenuated phase shift mask and a graph showing the phase and intensity of light on the surface of a photoresist film when exposed using this phase shift mask.
도 3 내지 도 5는 파장이 각각 193nm, 248nm 및 365nm인 빛에 대하여 CrAlO막의 투과율을 Al/Cr비에 따라 나타낸 그래프이다.3 to 5 are graphs showing transmittances of CrAlO films according to Al / Cr ratios for light having wavelengths of 193 nm, 248 nm, and 365 nm, respectively.
도 6은 에너지 트랩에 의해 소정 파장 근처에서 투과율이 감소된 위상 쉬프터 물질의 투과율을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the transmittance of a phase shifter material whose transmittance is reduced near a predetermined wavelength by an energy trap.
도 7은 CrAlO막 및 CrAlON막, 및 이들에 본 발명의 실시예에 따라 각각 소량의 어븀이 첨가된 막들의 투과율을 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the transmittances of CrAlO films and CrAlON films, and films in which a small amount of erbium is added thereto according to an embodiment of the present invention.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도들이다.8 and 9 are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a phase shift mask according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 위상 쉬프트 마스크를 제조하는데 사용되는 스퍼터링 장비를 개략적으로 도시한 장치 구성도이다.10 is a schematic diagram of an apparatus for sputtering equipment used to manufacture a phase shift mask according to the present invention.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 위상 쉬프터 물질로서, 소정 파장의 노광광에 대하여 반투명한 위상 쉬프터 물질을 모재로 하여, 여기에 노광광보다 긴 파장을 가지는 검사광의 파장 근처에서 에너지 트랩(energy trap)을 형성하는 물질을 소량 첨가함으로써 검사광에 대한 투과율을 떨어뜨리는 방법 및 이를 이용한 위상 쉬프트 마스크를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention uses a phase shifter material which is translucent with respect to exposure light of a predetermined wavelength as a phase shifter material, and has an energy trap (i.e., near the wavelength of inspection light having a wavelength longer than the exposure light). Provided are a method of reducing transmittance to inspection light by adding a small amount of a material forming an energy trap, and a phase shift mask using the same.
본 발명의 실시예에서 상기 모재가 되는 위상 쉬프터 물질로 Cr, Al 및 O를 포함하는 물질을 제공한다.In an embodiment of the present invention provides a material comprising Cr, Al and O as the phase shifter material to be the base material.
또한, 상기 모재가 되는 위상 쉬프터 물질에는 상기 Cr, Al 및 O에 N을 더 포함할 수도 있다.In addition, the phase shifter material serving as the base material may further include N in Cr, Al, and O.
본 발명의 실시예에서, 상기 검사광의 파장 근처에서 에너지 트랩을 형성하는 물질의 예로서 Er을 제공한다.In an embodiment of the present invention, Er is provided as an example of a material forming an energy trap near the wavelength of the inspection light.
상기 검사광의 파장 근처에서 에너지 트랩을 형성하는 물질로서 Er을 소량 첨가하는 위상 쉬프트 마스크는 다음과 같이 제조할 수 있다. 먼저, 투명 기판을 준비하고, 투명 기판 상에 소정 파장의 노광광에 대하여 반투명한 위상 쉬프터 물질을 모재로 하여 Er을 소량 첨가하여 위상 쉬프트층을 형성한 후, 위상 쉬프트층상에 노광광에 대하여 불투명한 차광막을 형성한다.A phase shift mask in which a small amount of Er is added as a material for forming an energy trap near the wavelength of the inspection light may be manufactured as follows. First, a transparent substrate is prepared, and a small amount of Er is added to form a phase shift layer using a phase shifter material translucent to exposure light of a predetermined wavelength on the transparent substrate as a base material, and then opaque to exposure light on the phase shift layer. One light shielding film is formed.
여기서, 상기 모재로 Cr, Al 및 O를 포함하는 물질을 사용하고 Er을 소량 첨가한 경우, 이 위상 쉬프트층은 Cr과 Al에 Er이 소정의 비율로 함유된 합금타겟, Cr과 Al의 합금타겟과 Er이 별도의 타겟으로 형성된 멀티타겟, 또는 Cr, Al 및 Er이 각각 별도의 타겟으로 형성된 멀티타겟을 이용하여 스퍼터링(sputtering)법으로 증착함으로써 형성할 수 있고, 이때 스퍼터링 챔버 내부에는 O의 공급원으로서 O2가스를 소정 유량으로 공급한다.Here, when using a material containing Cr, Al and O as the base material and a small amount of Er is added, the phase shift layer is an alloy target containing Er in a predetermined ratio in Cr and Al, an alloy target of Cr and Al And Er may be formed by sputtering by using a multi-target formed with a separate target, or a multi-target formed by Cr, Al and Er, respectively, as a separate target, wherein the source of O is inside the sputtering chamber. As a result, O 2 gas is supplied at a predetermined flow rate.
또한, 상기 모재로 Cr, Al, O 및 N을 포함하는 물질을 사용하고 Er을 소량 첨가한 경우, 이 위상 쉬프트층은 상기의 스퍼터링시 N의 공급원으로서 N2가스를 소정 유량으로 더 공급함으로써 형성할 수 있다.In addition, when a material containing Cr, Al, O, and N is used as the base material and a small amount of Er is added, this phase shift layer is formed by further supplying N 2 gas at a predetermined flow rate as a source of N during sputtering. can do.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 위상 쉬프터 물질, 이를 사용하는 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a phase shifter material, a phase shift mask using the same, and a method of manufacturing the same will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 위상 쉬프터 물질의 투과율이 결정되는 메카니즘을 설명하면 다음과 같다.First, the mechanism by which the transmittance of the phase shifter material is determined will be described as follows.
위상 쉬프터 물질의 투과율은 물질의 조성이나 노광광의 파장과 밀접한 관련이 있다. 즉, 위상 쉬프터 물질의 에너지 밴드 갭(Eg) 다시 말해, 위상 쉬프터 물질을 이루는 전자가 다른 궤도로 여기될 때 필요한 에너지에 비해 노광광의 에너지가 매우 작거나 클 경우에는 노광광의 에너지는 위상 쉬프터 물질의 전자를 여기시키지 못하므로 대부분의 노광광이 위상 쉬프터 물질을 그대로 투과하지만, 노광광의 에너지가 위상 쉬프터 물질의 에너지 밴드 갭과 비슷하거나 조금 클 경우에는 노광광의 에너지는 위상 쉬프터 물질의 전자를 여기시키는 데에 사용되므로 노광광이 위상 쉬프터 물질에 흡수되는 결과가 된다. 특히, 우리가 관심을 가지고 있는 파장 범위 즉, 193nm, 248nm, 365nm 등의 짧은 파장 범위에서는 파장이 짧아질수록 노광광의 에너지가 커지고 위상 쉬프터 물질의 에너지 밴드 갭에 근접하게 된다. 따라서, 이 범위에서 노광광의 파장이 짧을수록 노광광의 위상 쉬프터 물질에 대한 투과율은 낮아지게 된다. 결국 종래의 쉬프터 물질은 248nm 또는 365nm의 파장을 가지는 노광광에 대하여 1∼30의 투과율을 가지는 물질로서, 이보다 더 단파장(예컨대, 193nm 파장)의 빛에 대해서는 거의 불투명하게 되어 단순한 차광막과 같이 되어 버린다. 이에 본 출원인은 단파장의 빛에 대해서도 적절한 투과율을 가지는 위상 쉬프터 물질을 개발하여 1996년 10월 16일 특허출원하여(출원번호 1996-46357호) 등록받은 바 있다. 이 특허에는 상기와 같은 조건을 만족하는 위상 쉬프터 물질로서 크롬 산화물(Cr2O3)과 알루미나(Al2O3)를 이용하여 얻은 CrAlO의 조성을 가지는 물질이 제시되어 있다.The transmittance of the phase shifter material is closely related to the composition of the material and the wavelength of the exposure light. That is, the energy band gap Eg of the phase shifter material, that is, when the energy of the exposure light is very small or large compared to the energy required when the electrons of the phase shifter material are excited to another orbit, the energy of the exposure light is determined by the phase shifter material. Since most of the exposure light passes through the phase shifter material as it does not excite electrons, when the exposure light energy is similar to or slightly larger than the energy band gap of the phase shifter material, the exposure light energy is used to excite the electrons in the phase shifter material. As a result, the exposure light is absorbed by the phase shifter material. In particular, in the short wavelength ranges of interest such as 193 nm, 248 nm, and 365 nm, the shorter the wavelength, the greater the energy of the exposure light and the closer the energy band gap of the phase shifter material. Therefore, the shorter the wavelength of the exposure light in this range, the lower the transmittance of the exposure light to the phase shifter material. As a result, the conventional shifter material is a material having a transmittance of 1 to 30 with respect to exposure light having a wavelength of 248 nm or 365 nm, and becomes substantially opaque to light having a shorter wavelength (for example, 193 nm wavelength) and becomes a simple light shielding film. . Accordingly, the present applicant developed a phase shifter material having an appropriate transmittance even for light having a short wavelength and applied for a patent application on October 16, 1996 (Application No. 1996-46357). This patent discloses a material having a composition of CrAlO obtained using chromium oxide (Cr 2 O 3 ) and alumina (Al 2 O 3 ) as phase shifter materials satisfying the above conditions.
그런데, CrAlO막을 포함하여 고투과율의 위상 쉬프터 물질은 다음과 같은 문제점이 있다. 일반적으로 원하는 패턴으로 마스크를 제조한 후에는 그 결함이 있는지를 검사하게 되는데, 이 검사는 통상 마스크의 일면에 일정한 파장을 가지는 빛을 조사하고 마스크의 반대면에 위치한 광검출기에서 검출된 광의 강도를 측정하여 원하는 패턴대로 마스크가 제조되었는지 보는 것이다. 그런데, 이 검사장비에서 사용하는 검사광의 파장은 일반적으로 실제 마스크를 이용한 사진 공정에서 사용하는 노광광의 파장보다 길다. 이는, 노광광의 단파장화에 따라 검사광도 점차 단파장화되어 가고 있으나, 통상 노광광의 단파장화가 먼저 진행되고 검사장비가 그에 후속하여 개발되기 때문이다. 아울러 검사장비가 고가라는 점도 노광광의 파장에 맞추어 곧바로 단파장의 검사장비를 구입하기 어렵게 하는 요인이다.However, high transmittance phase shifter materials including CrAlO films have the following problems. In general, after the mask is manufactured in a desired pattern, the defect is inspected for defects. The inspection is usually performed by irradiating light having a constant wavelength on one side of the mask and detecting the intensity of light detected by a photodetector located on the opposite side of the mask. It is measured to see if the mask is manufactured in the desired pattern. By the way, the wavelength of the inspection light used in the inspection equipment is generally longer than the wavelength of the exposure light used in the actual photo process using the mask. This is because the inspection light is gradually becoming shorter in accordance with the shortening of the exposure light. However, in general, the shortening of the exposure light proceeds first and the inspection equipment is subsequently developed. In addition, the high cost of the inspection equipment makes it difficult to purchase a short wavelength inspection equipment in accordance with the wavelength of the exposure light.
따라서, 실제 노광에서 사용하는 노광광의 파장에 맞추어 결정된 위상 쉬프터 패턴의 투과율이, 노광광의 파장보다 긴 파장을 가지는 검사광에 대해서는 훨씬 큰 투과율을 보이게 되고, 위상 쉬프터 물질이 형성되지 않은 투광영역과의 투과율 차이가 크지 않아 패턴이 제대로 형성되었는지 검사할 수 없게 된다. 이를 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Therefore, the transmittance of the phase shifter pattern determined according to the wavelength of the exposure light used in the actual exposure shows a much larger transmittance for the inspection light having a wavelength longer than the wavelength of the exposure light, and with the transmissive region where the phase shifter material is not formed. The difference in transmittance is not so large that it is impossible to check whether the pattern is properly formed. This will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5 as follows.
도 3 내지 도 5는 각각 193nm, 248nm, 365nm의 파장을 가지는 빛에 대한 위상 쉬프터 물질인 CrAlO막의 투과율을 나타낸 그래프이다. 각 그래프에서 횡축은 Al/Cr의 조성비이고, 종축은 CrAlO막의 두께를 나타내며, 선(40, 45)은 위상이 180°로 반전될 때의 CrAlO막의 두께를 나타낸다. 각 그래프에서 Al/Cr비가 증가할수록 투과율이 증가하고, 파장이 증가할수록(즉 도 3에서 도 5로 갈수록) 투과율이 증가함을 알 수 있다. 여기서, 예컨대, 노광광의 파장이 193nm이고 이때의 투과율을 20로 하면 이때의 막두께는 대략 124nm가 되고 Al/Cr의 조성비는 대략 4.5가 된다. 이때 검사광의 파장이 365nm라 하면, 도 5에서 위상 반전선(40)과 횡축의 Al/Cr 조성비가 4.5인 선(50)이 만나는 지점에서 투과율을 읽으면 대략 65를 상회하여 검사가 불가능한 투과율이 된다.3 to 5 are graphs showing transmittances of CrAlO films, which are phase shifter materials, to light having wavelengths of 193 nm, 248 nm, and 365 nm, respectively. In each graph, the horizontal axis represents the composition ratio of Al / Cr, the vertical axis represents the thickness of the CrAlO film, and the lines 40 and 45 represent the thickness of the CrAlO film when the phase is reversed to 180 °. In each graph, it can be seen that as the Al / Cr ratio increases, the transmittance increases, and as the wavelength increases (that is, from FIG. 3 to FIG. 5), the transmittance increases. For example, when the wavelength of the exposure light is 193 nm and the transmittance at this time is 20, the film thickness at this time is approximately 124 nm and the composition ratio of Al / Cr is approximately 4.5. If the wavelength of the inspection light is 365 nm, when the transmittance is read at the point where the phase inversion line 40 and the line 50 having the Al / Cr composition ratio of 4.5 on the horizontal axis meet in FIG. .
따라서, 위상 쉬프터 물질은 단순히 단파장의 노광광에 대하여 높은 투과율을 가질 뿐만 아니라 노광광보다 긴 파장의 검사광에 대해서도 투과율이 급격하게 증가하지 않아야 한다. 이에, 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예에 따른 위상 쉬프터 물질에 요구되는 구체적인 조건을 보면 다음과 같다. 즉, 노광광에 대하여 5∼50의 투과율을 가질 것, 노광광의 위상을 180°로 반전시킬 것, 검사광에 대하여 50이하의 투과율을 가질 것이 그것이다.Therefore, the phase shifter material should not only have a high transmittance for short wavelength exposure light but also have a rapid increase in transmittance even for inspection light having a wavelength longer than the exposure light. Thus, the specific conditions required for the phase shifter material according to the embodiment of the present invention described below are as follows. That is, it should have a transmittance of 5-50 with respect to exposure light, invert the phase of exposure light to 180 degrees, and have a transmittance below 50 with respect to inspection light.
이에 본 출원인은 상기의 CrAlO막에 N 성분을 더 첨가하여 위의 조건을 만족시키는 위상 쉬프터 물질로서 CrAlON막을 개발하여 1999년 9월 18일 특허출원한(출원번호: 1999-40288호) 바 있다.Accordingly, the present applicant has developed a CrAlON film as a phase shifter material that satisfies the above conditions by further adding an N component to the CrAlO film and filed a patent application on September 18, 1999 (Application No. 1999-40288).
본 발명에서는 상기 CrAlO막 또는 CrAlON막과 같이 상대적으로 짧은 파장의 노광광에 대해 상대적으로 높은 투과율을 가지는 위상 쉬프터 물질에 검사광의 파장 대역에서의 투과율을 떨어뜨리는 에너지 트랩을 가지는 물질을 더 첨가하여 위의 조건을 만족시키는 위상 쉬프터 물질을 제안한다.In the present invention, a phase shifter material having a relatively high transmittance for exposure light having a relatively short wavelength, such as the CrAlO film or CrAlON film, is further added to the phase shifter material having an energy trap for reducing the transmittance in the wavelength band of the inspection light. We propose a phase shifter material that satisfies the condition of.
먼저, 에너지 트랩에 관해 설명하면 다음과 갈다.First, the energy trap will be described as follows.
어떤 물질의 소정 파장의 빛에 대한 투과율이 감소하는 것은, 전술한 바와 같이, 그 빛의 에너지가 그 물질을 이루는 전자를 다른 궤도로 여기시킬 때 필요한 에너지에 근접할 때이다. 에너지 트랩 역시 이러한 원리로 설명되지만, 에너지 트랩은 모재를 이루는 물질에 소정의 물질이 소량 첨가될 때 나타나는 현상이다. 예컨대, Al2O3를 모재로 하여 0.05의 Cr3+이온을 첨가한 물질의 경우 빛의 파장에 대한 투과율은 도 6에 도시된 바와 같다. 도 6을 보면, 소량 첨가된 Cr3+이온은 점선으로 도시된 Al2O3의 기본적인 투과율(60) 특성에 거의 영향을 끼치지 않으면서, 소정 파장(약 380nm 및 520nm) 근처에서의 투과율만 크게 떨어뜨린다(62). 즉, 상기 소정 파장 근처의 파장을 가지는 빛은 Cr3+이온을 이루는 전자의 여기에 거의 대부분 사용된다 할 수 있다. 따라서, 예컨대 검사광의 파장이 365nm라 할 때, 그 투과율은 Cr3+이온을 첨가하지 않은 경우에 비해 적절한 수준으로 감소시킬 수 있다. 그런데, Cr3+이온을 모재에 비해 소량 첨가하지 않고 다량 첨가한 경우(즉, 전술한 CrAlO막이 되는 경우)는, 이러한 에너지 트랩이 형성되지 않는다. 이는 다량 첨가된 Cr은 독립적인 에너지 레벨을 갖지 못하고 전체 물질의 에너지 밴드에 흡수되기 때문이다. 결국, Cr3+이온의 첨가비율을 조절함으로써 에너지 트랩의 효과를 조절하여 원하는 검사광의 파장에서 적절한 투과율을 갖도록 할 수 있다.The decrease in the transmittance of a material to light of a certain wavelength is when the energy of the light is close to the energy needed to excite the electrons that make up the material into another orbit, as described above. Energy traps are also described on this principle, but energy traps are a phenomenon that occurs when a small amount of a certain substance is added to the base material. For example, in the case of a material in which 0.05 Cr 3+ ions are added using Al 2 O 3 as a base material, the transmittance with respect to the wavelength of light is shown in FIG. 6. 6, small amounts of added Cr 3+ ions have only a transmittance near a predetermined wavelength (about 380 nm and 520 nm) with little effect on the basic transmittance 60 characteristics of Al 2 O 3 shown in dashed lines. It is greatly dropped (62). That is, light having a wavelength near the predetermined wavelength can be almost used for excitation of electrons forming Cr 3+ ions. Therefore, for example, when the wavelength of inspection light is 365 nm, the transmittance can be reduced to an appropriate level as compared with the case where Cr 3+ ions are not added. By the way, when a large amount of Cr 3+ ions is added rather than a small amount compared to the base material (that is, the above-mentioned CrAlO film), such an energy trap is not formed. This is because a large amount of added Cr does not have an independent energy level but is absorbed in the energy band of the entire material. As a result, by adjusting the addition ratio of Cr 3+ ions, it is possible to adjust the effect of the energy trap so as to have an appropriate transmittance at the wavelength of the desired inspection light.
그러나, Al2O3에 Cr3+이온을 소량 첨가한 물질은 본 발명이 목적하는 위상 쉬프터 물질로는 적절하지 않다. 이는 도 6에 나타난 바와 같이 단파장 즉 193nm에서 투과율이 거의 0이고, 적절한 굴절율(refractive index, n)과 소멸 계수(extinction coefficient, k)를 만족시키는 조건이 없기 때문이다. 따라서, 본 실시예에서는 이러한 에너지 트랩을 형성하는 물질로서 Er을 제안한다.However, a substance in which Cr 3+ ions are added to Al 2 O 3 in a small amount is not suitable as the phase shifter material to which the present invention is directed. This is because, as shown in FIG. 6, the transmittance is almost zero at a short wavelength, that is, 193 nm, and there is no condition that satisfies an appropriate refractive index (n) and an extinction coefficient (k). Therefore, in this embodiment, Er is proposed as a material for forming such an energy trap.
Er3+이온은 Cr3+이온과 유사하게 약 380nm 및 520nm에서 에너지 트랩을 형성한다. 따라서, 단파장의 노광광에서 상대적으로 높은 투과율을 가지나 그보다 긴 파장의 검사광에서 검사가 불가능할 정도로 높은 투과율을 보이는 물질에 Er3+이온을 소량 첨가하면, 기본적인 투과율 경향에 거의 영향을 미치지 않고, 상대적으로 긴 파장 예컨대 365nm 파장의 검사광에 대한 투과율을 감소시킬 수 있다. 이러한 모재로는 전술한 CrAlO 또는 CrAlON이 사용될 수 있다.Er 3+ ions form energy traps at about 380 nm and 520 nm similarly to Cr 3+ ions. Therefore, when a small amount of Er 3+ ions is added to a material having a relatively high transmittance in the exposure wavelength of short wavelength but high transmittance such that inspection is not possible in the inspection light of longer wavelength, it has little influence on the basic transmittance tendency and As a result, it is possible to reduce transmittance for inspection light having a long wavelength, for example, 365 nm. As such a base material, CrAlO or CrAlON described above may be used.
도 7은 CrAlO 및 CrAlON에 대해 Er3+이온을 소량 첨가한 경우의 빛의 파장에 대한 투과율을 도시한 그래프이다. 도면에서 참조부호 70 및 72는 각각 CrAlO막 및 CrAlON막의 투과율 그래프이고, 74 및 76은 여기에 각각 Er3+이온을 소량 첨가한 경우의 투과율 그래프이다. 여기서, CrAlO막(70) 및 CrAlON막(72)의 조성비와 두께는 다음과 같다.7 is a graph showing the transmittance with respect to the wavelength of light when a small amount of Er 3+ ions is added to CrAlO and CrAlON. In the drawings, reference numerals 70 and 72 are the transmittance graphs of the CrAlO film and the CrAlON film, respectively, and 74 and 76 are the transmittance graphs when small amounts of Er 3+ ions are added thereto, respectively. Here, the composition ratio and thickness of the CrAlO film 70 and the CrAlON film 72 are as follows.
도 7에서 검사광(365nm 파장)에 대한 투과율의 감소 정도는 Er3+이온의 첨가율을 조절함으로써 조절할 수 있다.In FIG. 7, the degree of decrease in transmittance with respect to inspection light (365 nm wavelength) may be controlled by adjusting the addition rate of Er 3+ ions.
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Next, a phase shift mask and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
먼저, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 실시예의 위상 쉬프트 마스크를 상세히 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 블랭크 위상 쉬프트마스크(blank phase shift mask)의 단면도이다. 여기서 블랭크 마스크란 도시된 바와 같이 아무런 패턴이 형성되어 있지 않은 마스크를 말한다. 실제 노광시에는 블랭크 마스크의 중앙 부위인 노광되는 영역(86)의 차광막(84) 및 위상 쉬프트층(82)을 식각하여 원하는 패턴으로 만든 도 9에 도시된 바와 같은 마스크를 사용하게 된다. 한편, 도 8 및 도 9에서는 도 1 및 도 2와 달리 투명 기판(80)이 아래를 향하고 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로 본 발명에 따른 마스크를 사용하여 노광을 수행할 때에는 통상 투명 기판(80)이 노광원쪽을 향하게 된다. 또한, 통상 크롬으로 이루어진 차광막(84) 상에는 보통 크롬 산화물 등의 반사율이 낮은 물질로 이루어진 반사방지막이 형성되는데, 도 8 및 도 9에서는 그 도시를 생략했다.First, the phase shift mask of this embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 8 and 9. 8 is a cross-sectional view of a blank phase shift mask made in accordance with an embodiment of the present invention. Here, the blank mask refers to a mask in which no pattern is formed as shown. In actual exposure, a mask as shown in FIG. 9 is formed by etching the light shielding film 84 and the phase shift layer 82 in the exposed region 86, which is the central portion of the blank mask, to form a desired pattern. Meanwhile, in FIGS. 8 and 9, unlike the FIGS. 1 and 2, the transparent substrate 80 faces downward, but for convenience of description, when the exposure is performed using the mask according to the present invention, the transparent substrate 80 is usually used. ) Is directed toward the exposure source. In addition, an antireflection film made of a material having a low reflectance such as chromium oxide is usually formed on the light shielding film 84 made of chromium. In FIG. 8 and FIG. 9, the illustration is omitted.
다시 도 8을 참조하면, 본 실시예의 위상 쉬프트 마스크는 유리와 같은 투명 기판(80) 상에 CrAlO 또는 CrAlON에 소량의 Er3+이온이 첨가되어 이루어진 위상 쉬프트층(82) 및 크롬과 같은 물질로 이루어진 차광막(84)이 형성되어 있다. 여기서, 위상 쉬프트층(82)의 두께에 따라 노광에 사용하는 빛의 파장에 대한 투과율 및 위상 쉬프트량이 달라지게 되고, 투과율 및 위상 쉬프트량은 또한 CrAlO 또는 CrAlON의 조성비와 첨가되는 Er3+이온의 양에 따라 달라진다. 따라서, 사용하는 노광광의 파장에서 5∼50의 투과율과 180°위상 쉬프트량을 보이는 막두께와 조성비를 원하는 응용에 따라 적절히 조절한다.Referring back to FIG. 8, the phase shift mask of this embodiment is made of a material such as chromium and phase shift layer 82 formed by adding a small amount of Er 3+ ions to CrAlO or CrAlON on a transparent substrate 80 such as glass. The light shielding film 84 which was formed is formed. Here, the transmittance and phase shift amount with respect to the wavelength of light used for exposure vary depending on the thickness of the phase shift layer 82, and the transmittance and phase shift amount are also determined by the composition ratio of CrAlO or CrAlON and the added Er 3+ ions. Depends on the quantity Therefore, the film thickness and composition ratio which show the transmittance | permeability of 5-50 and 180 degree phase shift in the wavelength of exposure light to be used are adjusted suitably according to a desired application.
도 9를 참조하면, 실제 노광공정에 사용되는 마스크는 차광막(84)이 제거되고 원하는 위상 쉬프터 패턴(82')이 형성된 노광 영역(86)과, 마스크의 식별번호나노광장비 또는 검사장비에 장착될 때 정렬을 위한 정렬키 등이 형성되어 있는 주변 영역(88)으로 이루어진다. 통상 감쇠형 위상 쉬프트 마스크는 노광 영역(86)에서 차광막은 모두 제거하고 위상 쉬프터 패턴(82') 만으로 노광 영역(86)을 형성하나, 전술한 사이드 로브를 방지하기 위해 위상 쉬프터 패턴(82')의 폭이 넓은 곳에서는 위상 쉬프터 패턴(82')의 중앙부에 차광막 패턴(84')을 남길 수도 있다.Referring to FIG. 9, the mask used in the actual exposure process is mounted on the exposure area 86 where the light shielding film 84 is removed and the desired phase shifter pattern 82 'is formed, and the identification number of the mask, exposure equipment or inspection equipment. Is composed of a peripheral region 88 in which an alignment key or the like for alignment is formed. In general, the attenuated phase shift mask removes all of the light blocking film from the exposure area 86 and forms the exposure area 86 using only the phase shifter pattern 82 ', but the phase shifter pattern 82' is used to prevent the side lobe described above. Where the width is wide, the light shielding film pattern 84 'may be left in the center of the phase shifter pattern 82'.
이하에서는 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조방법을 상세히 설명한다. 특히, 본 발명의 특징이 위상 쉬프트층에 있는 만큼, 위상 쉬프트층의 형성과정을 중심으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a phase shift mask according to an embodiment of the present invention as described above will be described in detail. In particular, since the features of the present invention reside in the phase shift layer, the description will be given mainly on the process of forming the phase shift layer.
먼저, 도 8에 도시된 블랭크 위상 쉬프트 마스크의 제조과정을 설명한다.First, a manufacturing process of the blank phase shift mask shown in FIG. 8 will be described.
본 실시예에 따른 블랭크 위상 쉬프트 마스크는 다른 방법 예컨대, 화학기상 증착 등의 방법으로도 형성할 수 있겠지만, 여기서는 스퍼터링법으로 형성하는 경우를 설명한다.Although the blank phase shift mask according to the present embodiment can be formed by another method, for example, chemical vapor deposition or the like, the case where the blank phase shift mask is formed by the sputtering method will be described.
블랭크 위상 쉬프트 마스크는 도 10에 도시된 바와 같은 스퍼터링 장비를 사용하여 제조되는데, 도 10에 도시된 스퍼터링 장비는, 챔버(100), 반응가스들이 공급되는 가스 주입구(112), 챔버(100) 내의 압력을 조절하기 위한 펌프(120) 및 배기구(118)를 구비한다. 각 가스 주입구에는 유량조절계(mass flow controller, 114) 및 조절 밸브(116)가 부착되어 유량을 조절하거나 가스의 공급/차단을 제어한다. 배기구(118)에도 역시 조절 밸브(122)가 부착된다. 챔버(100) 내부에는 마스크 기판(104)이 놓이는 지지대(102)가 마련되고, 이 지지대(102)에는 직류 전원의 양(+)극이 접속된다. 기판(104)의 반대쪽에는 증착하고자 하는 물질로 이루어진 타겟(108)이 음(-)의 전극(106)에 연결된다. 여기서, 타겟(108)으로는 알루미늄과 크롬에 소량의 어븀(Er)이 첨가된 합금으로 이루어진 하나의 타겟을 사용하였으나, 알루미늄과 크롬의 합금 타겟과 어븀 타겟으로 이루어진 멀티 타겟, 또는 각각이 알루미늄, 크롬 및 어븀으로 이루어진 멀티 타겟을 사용할 수도 있다. 타겟(108) 아래에는 타겟으로부터 분리되어 나온 타겟 물질이 기판(104)에 도달하지 못하도록 차단하는 셔터(110)가 마련된다. 또한, 도시하지는 않았지만, 타겟(108)의 위에는 자석을 마련하여 스퍼터 가스 이온이나 타겟 물질 이온에 자기장을 걸어줄 수도 있다. 또한, 도 10에서 펌프(120)는 하나 만이 도시되어 있으나, 고속으로 고진공을 형성하기 위한 터보 펌프를 더 구비할 수도 있다.The blank phase shift mask is manufactured using sputtering equipment as shown in FIG. 10. The sputtering equipment shown in FIG. 10 includes a chamber 100, a gas inlet 112 through which reaction gases are supplied, and a chamber 100. A pump 120 and an exhaust port 118 for adjusting the pressure are provided. Each gas inlet is equipped with a mass flow controller 114 and a control valve 116 to adjust the flow rate or control the supply / discharge of the gas. The control valve 122 is also attached to the exhaust port 118. In the chamber 100, a support 102 on which the mask substrate 104 is placed is provided, and a positive pole of a DC power supply is connected to the support 102. On the opposite side of the substrate 104 a target 108 made of the material to be deposited is connected to the negative electrode 106. Here, the target 108 was used as one target made of an alloy in which a small amount of erbium (Er) was added to aluminum and chromium, but a multi-target consisting of an alloy target of aluminum and chromium and an erbium target, or each of aluminum, It is also possible to use multi-targets made of chromium and erbium. Below the target 108, a shutter 110 is provided to block the target material separated from the target from reaching the substrate 104. Although not shown, a magnet may be provided on the target 108 to apply a magnetic field to sputter gas ions or target material ions. In addition, although only one pump 120 is illustrated in FIG. 10, the pump 120 may further include a turbo pump for forming a high vacuum at a high speed.
도 10에 도시된 스퍼터링 장비를 이용하여 본 발명에 따른 블랭크 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 과정은 다음과 같다.The process of manufacturing the blank phase shift mask according to the present invention using the sputtering apparatus shown in FIG. 10 is as follows.
먼저, 유리나 석영 등의 투명 기판(104)을 지지대(102) 상에 놓고, 챔버(100) 내의 불순물을 제거하기 위하여 펌프(120)를 작동하여 챔버(100) 내부를 1E-6 ∼ 6E-6 Torr 정도의 압력이 되도록 배기한다. 챔버(100) 내부의 불순물이 충분히 제거되면, 지지대(102) 및 전극(106)에 전력이 대략 60∼100 W인 직류 전원을 인가한다. 가스 주입구(112)의 유량조절계(114) 및 밸브(116)를 조절하여 CrAlO를 모재로 하는 경우 반응가스로서 O2가스를 공급하고, CrAlON을 모재로 하는 경우는 반응가스로서 O2및 N2가스를 공급한다. 또한, 스퍼터 가스로서 아르곤 이온(Ar+)을 공급한다. 이때 셔터(110)는 닫은 상태이다. 이후 챔버(100) 내부의 압력은5∼8E-3 Torr 정도로 유지한다. 또한, 기판 온도는 실온으로 유지한다.First, a transparent substrate 104, such as glass or quartz, is placed on the support 102, and the pump 120 is operated to remove impurities in the chamber 100. Exhaust to a pressure of about Torr. When impurities in the chamber 100 are sufficiently removed, a direct current power source having a power of approximately 60 to 100 W is applied to the support 102 and the electrode 106. When the flow control system 114 and the valve 116 of the gas inlet 112 are controlled to supply Cr 2 O as a base gas, O 2 gas is supplied as a reaction gas, and when CrAlON is used as a base gas, O 2 and N 2 are used as the reaction gas. Supply gas. In addition, argon ions (Ar +) are supplied as the sputter gas. At this time, the shutter 110 is closed. Afterwards, the pressure inside the chamber 100 is maintained at about 5-8E-3 Torr. In addition, the substrate temperature is maintained at room temperature.
셔터(110)를 닫은 상태에서 소정 시간이 지나면, 아르곤 이온이 타겟(108)에 충돌하여 타겟(108) 표면의 불순물이 제거되고, 스퍼터 수율(sputter yield)이 평형상태에 도달하여 타겟 물질인 Cr, Al 및 Er이 합금 비율대로 분리되어 나온다. 이후 셔터(110)를 열면, 분리된 타겟 물질과 산소 또는 산소 및 질소가 투명 기판(104) 상에 증착되어 소량의 Er이 첨가된 CrAlO막 또는 CrAlON막이 형성된다.When a predetermined time elapses with the shutter 110 closed, argon ions collide with the target 108 to remove impurities on the surface of the target 108, and the sputter yield reaches an equilibrium state. , Al and Er are separated by alloy ratio. After the shutter 110 is opened, the separated target material and oxygen or oxygen and nitrogen are deposited on the transparent substrate 104 to form a CrAlO film or a CrAlON film to which a small amount of Er is added.
이때, 투명 기판(104) 상에 증착되는 소량의 Er이 첨가된 CrAlO막 또는 CrAlON막의 조성은 타겟(108)의 크롬, 알루미늄, 어븀의 합금 비율과 O2또는 O2및 N2의 유량비에 의해 결정된다. 따라서, 원하는 조성비에 따라 합금 비율이 결정된 타겟을 사용하고, O2및 N2의 유량은 각각 20 sccm 이하에서 적절하게 조절한다. 또한, 스퍼터 가스로서의 아르곤 가스의 유량은 7∼30 sccm의 범위에서 적절하게 조절한다. 한편, 멀티 타겟을 사용하는 경우에는 원하는 비율로 크롬, 알루미늄 및 어븀이 분리되어 나오도록 크롬, 알루미늄 및 어븀의 스퍼터 수율을 고려하면서 각 타겟의 면적을 달리하면 된다.At this time, the composition of the CrAlO film or CrAlON film to which a small amount of Er deposited on the transparent substrate 104 is added is determined by the alloy ratio of chromium, aluminum and erbium of the target 108 and the flow rate ratio of O 2 or O 2 and N 2 . Is determined. Thus, the flow rate of the alloy is used for the target, and O 2 and N 2 as determined according to a desired composition ratio is adjusted appropriately in less than 20 sccm, respectively. In addition, the flow volume of argon gas as a sputter gas is adjusted suitably in the range of 7-30 sccm. On the other hand, in the case of using a multi-target, the area of each target may be changed while considering the sputter yield of chromium, aluminum and erbium so that chromium, aluminum and erbium are separated at a desired ratio.
노광시에 사용할 노광광의 파장에 맞추어 위상 쉬프트층인 소량의 Er이 첨가된 CrAlO막 또는 CrAlON막(도 8의 82)을 통과한 노광광의 위상이 180° 쉬프트 되도록 하는 두께의 Er이 첨가된 CrAlO막 또는 CrAlON막이 얻어질 때까지 위의 스퍼터링을 계속한 다음, 원하는 두께가 얻어지면 중지한다.CrAlO film with a small amount of Er, which is a phase shift layer, or a CrAlO film with a thickness of Er, such that the phase of the exposure light passing through the CrAlON film (82 in FIG. 8) is shifted by 180 ° according to the wavelength of the exposure light to be used during exposure. Alternatively, the above sputtering is continued until a CrAlON film is obtained, and then stopped when the desired thickness is obtained.
이어서, 차광막(도 8의 84) 및 반사방지막을 형성하기 위하여 타겟(108)을바꾸어(또는 다른 타겟이 장착된 스퍼터링 장비에서) 소정 시간동안 스퍼터링을 수행한다.Subsequently, the target 108 is changed (or in a sputtering apparatus equipped with another target) to sputter for a predetermined time to form a light shielding film (84 of FIG. 8) and an antireflection film.
다음으로, 도 9에 도시된, 실제 노광시에 사용되는 패터닝된 위상 쉬프트 마스크의 제조방법에 대하여 설명한다.Next, the manufacturing method of the patterned phase shift mask used at the time of actual exposure shown in FIG. 9 is demonstrated.
도 9에 도시된 위상 쉬프트 마스크는 이상에서 설명한 바와 같이 제조된 블랭크 위상 쉬프트 마스크의 노광영역(86)을 소정의 패턴으로 식각함으로써 얻어진다.The phase shift mask shown in FIG. 9 is obtained by etching the exposure area 86 of the blank phase shift mask manufactured as described above in a predetermined pattern.
먼저, 도 8의 블랭크 마스크에 대하여 노광영역(86)의 반사방지막 및 차광막(84)을 모두 제거한다. 이때, 전술한 바와 같이 사이드 로브를 방지하기 위하여 차광막을 부분적으로 남겨둘 수도 있다.First, both the antireflection film and the light shielding film 84 of the exposure area 86 are removed with respect to the blank mask of FIG. 8. In this case, the light shielding film may be partially left to prevent side lobes as described above.
이어서, 실제로 위상 쉬프터 패턴을 형성하기 위한 식각을 수행하게 되는데, 여기서는 플라즈마 식각에 의하여 위상 쉬프트층인 소량의 Er이 첨가된 CrAlO막 또는 CrAlON막을 식각하는 경우를 설명한다.Subsequently, etching is performed to actually form a phase shifter pattern. Here, the case where the CrAlO film or the CrAlON film to which a small amount of Er is added is added by plasma etching will be described.
위상 쉬프트층을 식각하기 위해서는 통상 차광막이 제거된 또는 부분적으로 남아있는 마스크의 전면에 전자빔 레지스트를 도포하고, 원하는 패턴대로 전자빔을 조사(writing)한다. 이어서, 전자빔에 의해 조사된 부분을 제거하는 현상공정을 거치면 전자빔 레지스트 패턴이 형성된다. 이 전자빔 레지스트 패턴을 마스크로 하여 노출된 소량의 Er이 첨가된 CrAlO막 또는 CrAlON막을 예컨대 Cl2와 O2가스를 사용하여 반응성 이온 식각(reative ion etching)함으로써 투명 기판을 노출하고, 전자빔 레지스트 패턴을 모두 제거하면 원하는 패턴대로 위상 쉬프터 패턴이 형성된, 실제 노광에 사용되는 위상 쉬프트 마스크가 얻어진다.To etch the phase shift layer, an electron beam resist is usually applied to the entire surface of the mask from which the light shielding film has been removed or partially left, and the electron beam is irradiated in a desired pattern. Subsequently, an electron beam resist pattern is formed through a developing step of removing the portion irradiated by the electron beam. Using the electron beam resist pattern as a mask, a transparent substrate is exposed by reactive ion etching using a small amount of Er-added CrAlO film or CrAlON film using, for example, Cl 2 and O 2 gases, thereby exposing the electron beam resist pattern. Removing all of them gives a phase shift mask for actual exposure, in which a phase shifter pattern is formed in a desired pattern.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 위상 쉬프트층 즉, 소정 파장의 노광광에 대하여 원하는 투과율을 가지는 물질을 모재로 여기에 소정의 검사광 파장 근처에서 에너지 트랩을 형성하는 물질이 소량 첨가된 막은, 모재의 전체적인 투과율 특성을 유지하면서 검사광의 파장 근처에서 투과율을 감소시킨다. 따라서, 노광광에 대하여 5∼50의 투과율을 가지고 소정 두께에서 노광광의 위상을 180°로 반전시키며, 상기 노광광보다 파장이 긴 검사광에 대하여 50이하의 투과율을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 소량의 Er이 첨가된 CrAlO막 또는 CrAlON막은 예컨대 193nm 및 248nm의 파장을 가지는 노광광에 대하여 고해상도를 보장하는 상대적으로 고투과율의 위상 쉬프트층으로 사용될 수 있으며, 예컨대 365nm 파장을 가지는 검사광에 대해서도 상대적으로 낮은 투과율을 보여 검사가 가능하다.As described above, the phase shift layer according to the present invention, that is, a film having a small amount of a substance that forms an energy trap near a predetermined wavelength of inspection light based on a material having a desired transmittance with respect to exposure light of a predetermined wavelength, The transmittance is reduced near the wavelength of the inspection light while maintaining the overall transmittance characteristics of the base material. Accordingly, the phase of the exposure light is inverted to 180 ° at a predetermined thickness with a transmittance of 5 to 50 with respect to the exposure light, and transmittance of 50 or less can be obtained for the inspection light having a longer wavelength than the exposure light. Therefore, the CrAlO film or the CrAlON film to which a small amount of Er is added according to the present invention can be used as a relatively high transmittance phase shift layer that ensures high resolution for exposure light having wavelengths of, for example, 193 nm and 248 nm. Branches can also be inspected by showing relatively low transmittance with respect to the inspection light.
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- 2000-04-12 KR KR1020000019255A patent/KR20010095837A/en active IP Right Grant
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