KR20080110464A - 포토마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토마스크면에 비수직으로 입사되는 노광광 성분 등에 기인하여 발생하는 패턴 해상도의 저하를 억제하는 것을 목적으로 한다.

노광광에 대하여 투명한 석영이나 불화칼슘 등의 투명 기판(11)의 주요면에 식각하여 형성된 오목부가 패터닝되어 있고, 이 오목부에 차광성 막(12)이 형성되어 있다. 이 차광성 막(12) 형성 영역이 차광부가 되고, 차광성 막 비형성 영역이 투광부가 된다. 따라서, 종래 구조라면 차광성 막(12)에 의해 차단되게 되는 노광광의 투과 광량을 대폭 저감할 수 있다.

차광성 막

Description

포토마스크{PHOTOMASK}

본 발명은 반도체 집적 회로 등의 제조 등에 이용되는 포토마스크에 관한 것이다.

IC, LSI 또는 VLSI 등의 반도체 집적 회로의 제조를 비롯하여 광범위한 용도로 이용되고 있는 포토마스크는, 예컨대, 투광성 기판 상에 크롬을 주성분으로 하는 차광막이 형성된 포토마스크 블랭크를 이용하여, 이 차광막에 자외선이나 전자선 등을 노광광으로 하는 포토리소그래피법에 의해 소정의 패턴을 형성한 것이다. 최근에는, 반도체 집적 회로의 고집적화 등의 시장 요구에 따라 패턴의 미세화가 급속히 진행되고, 노광 공정에서의 레지스트 해상도를 높이기 위한 노광 파장의 단파장화나 렌즈의 개구수 증대에 의해 대응이 행해져 왔다.

그러나, 노광 파장의 단파장화는 결과적으로 장치나 재료의 비용 증대를 초래하게 된다고 하는 문제가 있다. 또한, 렌즈의 개구수 증대는 해상도의 향상이라는 이점이 있는 반면, 초점 심도의 감소를 초래한 결과, 프로세스의 안정성이 저하되어 제품의 수율에 악영향을 미친다고 하는 문제가 있다. 이러한 문제의 해결에 대하여 유효한 패턴 전사법의 하나로 「위상 시프트 마스크」를 포토마스크로서 이 용하는 「위상 시프트법」이 알려져 있다(특허 문헌 1).

이들 포토마스크는 투명 기판 상에 차광성 막을 형성한 포토마스크 블랭크의 차광성 막 상에 레지스트를 도포하고, 이 레지스트를 노광·현상하여 소정의 패턴을 형성하며, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광성 막을 에칭한 후에 레지스트를 제거함으로써 제작된다.

종래, 포토마스크의 패턴을 실리콘웨이퍼 등의 피전사 기판에 전사할 때에는 공기 중에서의 노광이 행해지고 있었지만, 형성해야 할 패턴 선폭이 좁아짐에 따라 보다 고NA(고개구수)에 의한 노광을 실현하기 위해서 피전사 기판 상에 순수나 고굴절률의 액체를 공급하여 노광하는 방법이 실용화되도록 되어 왔다. 또한, 해상도를 한층 더 향상시키기 위해서 노광 장치의 광원에도 고안이 이루어지고, 2중극 조명이나 4중극 조명, 고리형 조명(annular illumination) 등의 변형 조명 등이 이용되도록 되어 오고 있으며, 이러한 노광 광원을 이용한 경우에는, 포토마스크에 입사되는 노광광에는 포토마스크면에 비수직으로 입사되는 성분이 포함되게 된다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제7-140635호 공보

도 1에 단면 개략도를 도시한 바와 같이, 투명 기판(1) 상에 Cr이나 MoSi 등의 차광성 막(2)의 패턴이 형성된 포토마스크의 차광부에는, 차광성 막(2)의 막 두께에 해당하는 단차가 생기고 있다. 또한, 패턴의 미세화에 따라 패턴의 폭과의 패턴의 단차의 비는 커진다. 그리고, 투명 기판(1)의 굴절률은 일반적으로 포토마스크의 노광 분위기의 굴절률(통상은 1)보다 크기 때문에, 포토마스크에 조사되는 광의 입사각(θ)이 커지면 커질수록 포토마스크의 차광부의 단차가 투과부를 투과한 광(의 일부)을 차단하는 현상이 현저해지고, 콘트라스트비가 저하되는 등으로 인해 해상도가 저하되어 버린다고 하는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 포토마스크면에 비수직으로 입사되는 노광광 성분 등에 기인하여 발생하는 패턴 해상도의 저하를 억제할 수 있는 포토마스크를 제공하는 것에 있다.

이러한 과제를 해결하기 위해서, 제1 발명에 따른 포토마스크는, 투명 기판의 주요면에 패터닝된 오목부를 구비하고, 이 오목부에 차광성 막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 제2 발명에 따른 포토마스크는, 투명 기판의 주요면에 패터닝된 차광성 막을 구비하고, 상기 투명 기판 주요면의 비차광성 막 영역에는 노광 파장에 있어서의 굴절률이 1보다 큰 투광성막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이들 발명에 있어서, 상기 차광성 막은 실질적으로 노광에 기여하지 않을 정도의 노광광 투과율을 갖는 광학막으로 할 수 있다.

또한, 상기 차광성 막을 투과한 노광광과 비차광성 막 영역을 투과한 노광광이 소정의 위상차를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 차광성 막 속에서 전파된 노광광의 위상 변화량 δφ가, 노광시에 마스크의 패턴면이 접하고 있는 매질 내에서 상기 차광성 막과 동일한 거리만큼 전파된 광의 위상 변화량 δφ₀보다 작은(δφ＜δφ₀) 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따르면, 투명 기판의 주요면에 식각 형성된 오목부에 차광성 막을 형성 및/또는 투명 기판의 주요면에 패터닝된 차광성 막을 형성하여 비차광성 막 영역에 노광 파장에 있어서의 굴절률이 1보다 큰 투광성막을 형성하는 것으로 하였기 때문에, 종래 구조의 포토마스크라면 차광성 막에 의해 차단되어 있었던 노광광의 투과 광량을 대폭 저감할 수 있다. 그 결과, 포토마스크면에 비수직으로 입사되는 노광광 성분 등에 기인하여 발생하는 패턴 해상도의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 포토마스크의 구조에 대해서 설명한다.

[제1 형태]: 도 2는 제1 발명에 따른 포토마스크의 구조를 설명하기 위한 단면 개략도로, 노광광에 대하여 투명한 석영이나 불화칼슘 등의 투명 기판(11)의 주 요면에 식각 형성된 오목부가 패터닝되어 있고, 이 오목부에 차광성 막(12)이 형성되어 있다. 이 차광성 막(12) 형성 영역이 차광부가 되고, 차광성 막 비형성 영역이 투광부가 된다. 따라서, 종래 구조라면 차광성 막(12)에 의해 차단되는 노광광의 투과 광량을 대폭 저감할 수 있다.

차광성 막(12)으로서는, 크롬이나 몰리브덴실리사이드, 지르코니아실리사이드, 텅스텐실리사이드 등의 금속 실리사이드나 이들에 질소나 산소를 함유시킨 막이 예시된다. 또한, 투과율은 0.1% 이하 등으로 하여 차광성이 높은 막으로 하여도 좋고, 실질적으로 노광에 기여하지 않을 정도(예컨대, 1∼30% 정도)의 투과율의 막이어도 좋다. 또한, 차광성 막(12)의 형성은 스퍼터법, 증착법, CVD법 등의 공지의 방법에 의해 행할 수 있다.

투명 기판(11)으로서 석영을 이용한 경우, 차광성 막(12)으로서 크롬을 주성분으로 하는 막을 이용하면, 에칭을 행할 때에 투명 기판(11)과의 사이에서 에칭 선택성을 갖게 할 수 있다고 하는 이점이 있다.

노광 파장이 200 ㎚ 이하(예컨대, 193 ㎚ 등)인 경우에는, 금속 실리사이드를 주성분으로 하는 막(산소나 질소를 함유시킬 수도 있음)을 이용하면, 반사율을 소정의 값까지 저감시키는 것, 차광성 막의 박막화, 패턴 미세화에 유리한 불소계 에칭이 가능하다는 등의 이점이 있다.

차광부를 형성하는 오목부의 기판 식각량은 적어도 차광성 막(12)의 두께의 깊이이면 좋지만, 노광광의 출사면을 평탄하게 하기 위해서는 차광성 막(12)의 두께와 같은 정도의 깊이인 것이 바람직하다.

또한, 차광성 막(12)에 적절한 투과율(예컨대, 1∼30%)을 갖게 하고, 투광부를 투과한 노광광과 차광부를 투과한 노광광과의 위상차를 소정의 값(예컨대, 180°)으로 함으로써 위상 시프트 효과를 갖게 할 수 있다.

또한, 위상 시프트 효과를 갖게 할 경우, 차광성 막(12) 내에 전파된 노광광의 위상 변화량 δφ가, 노광시에 마스크의 패턴면이 접하고 있는 매질 속에서 차광성 막(12)과 동일한 거리(두께)만큼 전파된 광의 위상 변화량 δφ₀보다 작게(δφ＜δφ₀) 되도록 막을 설계하면, 기판 식각량을 낮게 억제할 수 있다.

[제2 형태]: 도 3은 제2 발명에 따른 포토마스크의 구조를 설명하기 위한 단면 개략도로, 동일한 투명 기판(11)의 주요면에 패터닝된 차광성 막(12)이 형성되어 있고, 투명 기판 주요면의 비차광성 막 영역에 노광 파장에 있어서의 굴절률이 1보다 큰 투광성막(13)이 형성되어 있다. 차광성 막(12) 형성 영역이 차광부가 되고, 투광성막(13) 영역이 투광부가 된다. 이 경우도, 종래 구조라면 차광성 막(12)에 의해 차단되는 노광광의 투과 광량을 대폭 저감할 수 있다.

이러한 형태의 포토마스크의 경우, 투광성막(13)의 굴절률을 투명 기판 재료보다 크게 하면, 제1 형태의 포토마스크에 비하여 포토마스크의 패턴 형성면측에서의 광의 굴절각을 더욱 작게 할 수 있고, 그 결과, 콘트라스트를 개선할 수 있다.

차광성 막(12)은, 제1 형태의 것과 마찬가지로, 크롬이나 몰리브덴실리사이드, 지르코니아실리사이드, 텅스텐실리사이드 등의 금속 실리사이드나 이들에 질소나 산소를 함유시킨 막이 예시된다. 또한, 투과율은 0.1% 이하 등으로 하여 차광 성이 높은 막으로 하여도 좋고, 실질적으로 노광에 기여하지 않을 정도(예컨대, 1∼30% 정도)의 투과율의 막이어도 좋다. 또한, 차광성 막(12)의 형성은 스퍼터법, 증착법, CVD법 등의 공지의 방법에 의해 행할 수 있다.

투광성막(13)은 전술한 차광성 막(12)보다 투과율이 높은 막이면 좋고, 광투과도가 높은 막으로서, 산화규소막, 질화규소막, 산화질화규소막 등이 예시된다. 특히, 질화규소막은 굴절률이 크기 때문에 바람직하다. 또한, 노광 파장이 짧아지면 투과율이 감소되기 때문에, 그 경우에는 적절히 산소를 첨가하여 산화질화규소막으로 하면 좋다.

투광성막(13)의 두께는 차광성 막(12)과 같은 정도 이상이면 좋지만, 노광광의 출사면을 평탄하게 하기 위해서는 차광성 막(12)의 두께와 같은 정도의 막 두께인 것이 바람직하다.

또한, 투광성막(13)의 막 두께를 조정하고, 차광성 막(12)에 적절한 투과율(예컨대, 1∼30%)을 갖게 하여, 투광부를 투과한 노광광과 차광부를 투과한 노광광과의 위상의 차를 소정의 값(예컨대, 180°)으로 함으로써, 위상 시프트 효과를 갖게 할 수 있다.

또한, 위상 위상 시프트 효과를 갖게 하는 경우, 차광성 막(12) 내에 전파된 노광광의 위상 변화량 δφ가, 노광시에 마스크의 패턴면이 접하고 있는 매질 속에서 상기 차광성 막과 동일한 거리(두께)만큼 전파된 광의 위상 변화량 δφ₀보다 작게(δφ＜δφ₀) 되도록 막을 설계하면, 투광성막(13)의 막 두께를 얇게 할 수 있 다.

또한, 제1 형태와 제2 형태를 조합하여 투광부 차광부를 형성하도록 하여도 좋다.

[실시예 1]

도 4는 제1 발명에 따른 포토마스크의 제조 프로세스를 설명하기 위한 도면으로, 본 실시예에서 얻어지는 포토마스크는, 차광성 막으로서 MoSiN의 차광층(60 ㎚)과 반사 방지층(40 ㎚)을 적층시킨 바이너리 마스크이다. 또한, 차광층 및 반사 방지층의 막 두께는 각각 30∼60 ㎚ 및 10∼40 ㎚ 등으로 하도록 하여도 좋다.

우선, 석영 기판(11)의 주요면에 레지스트(14)를 도포한다[도 4의 (A)]. 레지스트(14)는 전자선용이라도 KrF선용이라도 ArF선용이라도 좋고, 포지티브형이라도 좋고 네가티브형이라도 좋다. 또한, 화학 증폭형이어도 좋고 아니어도 좋다. 본 실시예에서는, 전자선용 화학 증폭형 포지티브 레지스트를 이용하고 있다.

이 레지스트(14)에, EB 묘화 장치로 소정의 패턴을 노광하고, 현상하여 소정의 레지스트 패턴(14)을 얻는다[도 4의 (B)].

이 레지스트 패턴(14)을 마스크로 하여 석영 기판(11)을 에칭하여 오목부(15)를 형성한다[도 4의 (C)]. 이 에칭은 웨트계, 드라이계 양쪽 모두 가능하지만, 미세한 패턴을 형성하기 위해서는 드라이 에칭이 바람직하고, 본 실시예에서는, CF₄(사불화탄소)나 SF₆(육불화황) 등의 불소를 함유한 에칭 가스를 이용하여 에칭을 행하고 있다. 또한, 이러한 에칭 가스에는 He이나 Ar 등의 불활성 가스를 함 유하고 있어도 좋다.

에칭 깊이는 바이너리 마스크로 하는 경우는, 차광성 막이 소정의 차광도가 되는 두께와 같은 정도로 형성하면 좋다. 본 실시예에서의 에칭 깊이는 대략 100 ㎚이다.

형성한 오목부(15)에, 차광성 막(12)으로서, Cr이나 MoSi 등의 금속 실리사이드, 또는 이들에 산소 또는 질소를 함유시킨 것을 성막한다[도 4의 (D)]. 본 실시예에서는, 차광성 막으로서 MoSiN의 차광층(60 nm)과 반사 방지층(40 ㎚)을 적층시키고 있다. 그 성막은 Ar 가스 내에 질소 가스를 첨가시킨 분위기 내에서 금속 타깃을 스퍼터링함으로써 행하고 있다.

또한, 차광성 막(12)은 상기한 2층 적층막에, 추가로 석영 기판(11)측에 반사 방지층이나 밀착 개선층을 형성하여 3층 이상의 적층 구조로 하여도 좋다. 또한, 막 속의 조성을 두께 방향으로 서서히 변화시켜 막 표면의 산화도나 질화도를 높임으로써, 반사율을 저감시키도록 하여도 좋다.

그리고, 차광성 막을 형성한 후에 레지스트 마스크(14)를 제거하면, 석영 기판(11)의 주요면에 패터닝된 차광성 막을 구비한 포토마스크를 얻을 수 있다[도 4의 (E)].

본 실시예에서는, 레지스트를 마스크로서 이용하였지만, 금속막(패턴 보조막)을 마스크로서 이용하여도 좋다. 그 경우의 금속막은 Cr막 등을, 예컨대 10 내지 100 ㎚ 형성한 것을 패터닝하여 얻을 수 있다.

[실시예 2]

도 5는 제2 발명에 따른 포토마스크의 제조 프로세스를 설명하기 위한 도면으로, 본 실시예에서 얻어지는 포토마스크도 실시예 1과 마찬가지로, 차광성 막으로서 MoSiN의 차광층(60 ㎚)과 반사 방지층(40 ㎚)을 적층시킨 바이너리 마스크이다. 또한, 차광층 및 반사 방지층의 막 두께는 각각 30∼60 ㎚ 및 10∼40 ㎚ 등으로 하도록 하여도 좋다.

우선, 석영 기판(11)의 주요면에 레지스트(14)를 도포한다[도 5의 (A)]. 본 실시예에서도, 전자선용 화학 증폭형 포지티브 레지스트를 이용하고 있다.

이 레지스트(14)에, EB 묘화 장치로 소정의 패턴을 노광하고, 현상하여 소정의 레지스트 패턴(14)을 얻는다[도 5의 (B)].

이 레지스트(14)를 마스크로 하여 석영 기판(11)의 노출 부분에 차광성 막(12)으로서 MoSiN의 차광층(60 ㎚)과 반사 방지층(40 ㎚)을 적층시킨다. 이 성막도, Ar 가스 내에 질소 가스를 첨가시킨 분위기 내에서 금속 타깃을 스퍼터링함으로써 행하고 있다.

또한, 차광성 막(12)은 상기한 2층 적층 막에, 추가로 석영 기판(11)측에 반사 방지층이나 밀착 개선층을 형성하여 3층 이상의 적층 구조로 하여도 좋다. 또한, 막 속의 조성을 두께 방향으로 서서히 변화시켜 막 표면의 산화도나 질화도를 높임으로써, 반사율을 저감시키도록 하여도 좋다.

그리고, 차광성 막을 형성한 후에 레지스트 마스크(14)를 제거하면, 석영 기판(11)의 주요면에 패터닝된 차광성 막(12)을 얻을 수 있다[도 5의 (D)].

전술한 방법에 의해 차광성 막(12) 상에 레지스트 패턴(14)을 형성하고[도 5 의 (E)], 석영 기판(11)의 노출 부분에 산화규소막을 약 100 ㎚의 두께로 스퍼터 성막하여 투광성막(13)을 얻는다[도 5의 (F)]. 또한, 이 산화규소막 대신에 질화규소막이나 산화질화규소막이어도 좋은 것은 전술한 바와 같다.

그리고, 마지막으로, 레지스트 마스크(14)를 제거하면, 석영 기판(11)의 주요면에 패터닝된 차광성 막(12)과 투광성막(13)을 구비한 포토마스크를 얻을 수 있다[도 5의 (G)].

또한, 본 실시예에서는 차광성 막(12)을 먼저 형성하는 예를 나타내었지만, 투광성막(13)을 먼저 형성하도록 하여도 좋다.

[실시예 3]

도 6은 제2 발명에 따른 포토마스크의 제조 프로세스의 다른 예를 설명하기 위한 도면으로, 본 실시예에서 얻어지는 포토마스크도 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지로, 차광성 막으로서 MoSiN의 차광층(60 ㎚)과 반사 방지층(40 ㎚)을 적층시킨 바이너리 마스크이다. 또한, 차광층 및 반사 방지층의 막 두께는 각각 30∼60 ㎚ 및 10∼40 ㎚ 등으로 하도록 하여도 좋다.

우선, 석영 기판(11)의 주요면 상에 차광성 막(12)으로서 MoSiN의 차광층(60 ㎚)과 반사 방지층(40 ㎚)을 적층시킨 포토마스크 블랭크를 준비하고[도 6의 (A)], 차광성 막(12) 상에 레지스트(14)를 도포한다[도 6의 (B)]. 또한, 본 실시예에 있어서도, 차광성 막(12)의 성막은 Ar 가스 내에 질소 가스를 첨가시킨 분위기 내에서 금속 타깃을 스퍼터링함으로써 행하고 있다. 또한, 이용한 레지스트는 전자선용 화학 증폭형 포지티브 레지스트이다.

또한, 차광성 막(12)은, 상기한 2층 적층막에, 추가로 석영 기판(11)측에 반사 방지층이나 밀착 개선층을 형성하여 3층 이상의 적층 구조로 하여도 좋고, 막 내의 조성을 두께 방향으로 서서히 변화시켜 막 표면의 산화도나 질화도를 높임으로써 반사율을 저감시키도록 하여도 좋은 것도 실시예 1 및 실시예 2와 동일하다.

이 레지스트(14)에, EB 묘화 장치로 소정의 패턴을 노광하고, 현상하여 소정의 레지스트 패턴(14)을 얻는다[도 6의 (C)].

다음에, 레지스트 패턴(14)을 마스크로 하여 차광성 막(12)의 노출 부분을 에칭하여 패터닝을 행한다[도 6의 (D)]. 이 때의 에칭은 SF₆이나 CF₄ 등의 불소를 함유한 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭이다. 또한, 에칭 가스에는 추가로 He이나 Ar 등의 불활성 가스를 함유하게 하도록 하여도 좋은 것은 전술한 바와 같다.

계속해서, 차광성 막(12)의 에칭에 의해 드러난 석영 기판(11)의 노출 부분에, 산화규소막을 약 100 ㎚의 두께로 스퍼터 성막하여 투광성막(13)을 얻는다[도 6의 (E)]. 또한, 이 산화규소막 대신에 질화규소막이나 산화질화규소막이어도 좋은 것은 전술한 바와 같다.

그리고, 마지막으로, 레지스트 마스크(14)를 제거하면, 석영 기판(11)의 주요면에 패터닝된 차광성 막(12)과 투광성막(13)을 구비한 포토마스크를 얻을 수 있다[도 6의 (F)].

또한, 본 실시예에서는 차광성 막(12)을 먼저 형성하는 예를 나타내었지만, 투광성막(13)을 먼저 형성하여도 좋다.

도 1은 종래의 포토마스크의 구조를 설명하기 위한 단면 개략도.

도 2는 제1 발명에 따른 포토마스크의 구조를 설명하기 위한 단면 개략도.

도 3은 제2 발명에 따른 포토마스크의 구조를 설명하기 위한 단면 개략도.

도 4는 제1 발명에 따른 포토마스크의 제조 프로세스를 설명하기 위한 도면.

도 5는 제2 발명에 따른 포토마스크의 제조 프로세스를 설명하기 위한 도면.

도 6은 제2 발명에 따른 포토마스크의 제조 프로세스의 다른 예를 설명하기 위한 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1, 11 : 기판 2, 12 : 차광성 막

13 : 투광성막 14 : 레지스트

5 : 오목부

Claims (5)

1. 투명 기판의 주요면에 패터닝된 오목부를 구비하고, 이 오목부에 차광성 막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
2. 투명 기판의 주요면에 패터닝된 차광성 막을 구비하고, 상기 투명 기판의 주요면의 비차광성 막 영역에는 노광 파장에 있어서의 굴절률이 1보다 큰 투광성 막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차광성 막은 실질적으로 노광에 기여하지 않을 정도의 노광광 투과율을 갖는 광학막인 것인 포토마스크.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차광성 막을 투과한 노광광과 비차광성 막 영역을 투과한 노광광이 소정의 위상차를 갖는 것인 포토마스크.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차광성 막 내에 전파된 노광광의 위상 변화량 δφ가, 노광시에 마스크의 패턴면이 접하고 있는 매질 내에서 상기 차광성 막과 동일한 거리만큼 전파된 광의 위상 변화량 δφ₀보다 작은(δφ＜δφ₀) 것을 특징으로 하는 포토마스크.

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