KR20130007673A - 포토마스크 블랭크, 포토마스크와 그 제조 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

포토마스크 블랭크, 포토마스크와 그 제조 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

레지스트 패턴을 형성하기 위한 전자선 묘화에 의한 차지업을 억제할 수 있는 포토마스크 블랭크, 차광막의 깊이 방향에서의 드라이 에칭 속도를 최적화시켜 양호한 패턴 정밀도가 얻어지는 포토마스크 블랭크, 차광막의 드라이 에칭 속도를 높임으로써 드라이 에칭 시간을 단축할 수 있는 포토마스크 블랭크를 제공한다. 본 발명의 포토마스크 블랭크는, 투광성 기판 상에 주로 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 차광막은, 수소를 함유하는 재료로 이루어진다. 또한, 상기 차광막은, 투광성 기판측에 형성하는 층의 성막 속도보다도 차광막의 표면측에 형성하는 층의 성막 속도를 느리게 하여 형성한다. 또한, 상기 차광막의 투광성 기판측에서의 드라이 에칭 속도를, 차광막의 표면측에서의 드라이 에칭 속도보다도 느리게 하도록 했다.

Description

포토마스크 블랭크, 포토마스크와 그 제조 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법{PHOTOMASK BLANK, PHOTOMASK AND PRODUCTION METHOD THEREOF, AND SEMICONDUCTOR DEVICE PRODUCTION METHOD}
본 발명은 포토마스크 블랭크 상에 형성되는 레지스트막을 전자선 묘화할 때에 최적의 차광막, 및, 차광 패턴 형성을 위한 드라이 에칭 처리용으로 차광막의 막 특성을 최적화시킨 포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 제조 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 차광막 패턴 형성을 위한 드라이 에칭 처리용으로 차광막의 드라이 에칭 속도를 최적화시킨 포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 제조 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 이용하여 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 또한, 이 미세 패턴의 형성에는 통상적으로 복수의 포토마스크라고 부르고 있는 기판이 사용된다. 이 포토마스크는, 일반적으로 투광성의 글래스 기판 상에, 금속 박막 등으로 이루어지는 차광성의 미세 패턴을 형성한 것으로, 이 포토마스크의 제조에는, 글래스 기판 등의 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크가 이용된다. 이 포토마스크 블랭크를 이용한 포토마스크의 제조는, 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 원하는 패턴 노광(또는 패턴 묘화)을 실시하는 노광 공정(또는 묘화 공정)과, 원하는 패턴 노광(또는 패턴 묘화)에 따라서 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상 공정과, 레지스트 패턴을 따라서 상기 차광막을 에칭하는 에칭 공정과, 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거하는 공정을 갖고 행해지고 있다. 상기 현상 공정에서는, 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트막에 대하여 원하는 패턴 노광(또는 패턴 묘화)을 실시한 후에 현상액을 공급하여, 현상액에 가용한 레지스트막의 부위를 용해하고, 레지스트 패턴을 형성한다. 또한, 상기 에칭 공정에서는, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 예를 들면 웨트 에칭에 의해, 레지스트 패턴이 형성되어 있지 않은 차광막이 노출된 부위를 용해하고, 이에 의해 원하는 마스크 패턴을 투광성 기판 상에 형성한다. 이렇게 해서, 포토마스크가 완성된다.
특허 문헌 1에는, 웨트 에칭에 적합한 마스크 블랭크로서, 투명 기판 상에, 크롬 탄화물을 함유하는 크롬막을 차광막으로서 구비한 포토마스크 블랭크가 기재되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 동일하게 웨트 에칭에 적합한 마스크 블랭크로서, 투명 기판 상에, 하프톤 재료막과 금속막의 적층막을 갖고, 이 금속막은, 표면측으로부터 투명 기판측을 향하여 에칭 레이트가 서로 다른 재료로 구성되는 영역이 존재하고 있으며, 예를 들면 CrN/CrC의 금속막(투명 기판측으로부터 순서대로 CrN, CrC가 적층된 금속막. 이하 동일함)과 CrON의 반사 방지막으로 이루어지는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크가 기재되어 있다.
그런데, 반도체 장치의 패턴을 미세화함에 있어서는, 포토마스크에 형성되는 마스크 패턴의 미세화 외에, 포토리소그래피에서 사용되는 노광광원 파장의 단파장화가 필요로 된다. 반도체 장치 제조 시의 노광광원으로서는, 최근에는 KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚)로부터, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚), 나아가서는 F2 엑시머 레이저(파장 157㎚)에 단파장화가 진행되고 있다.
그 한편으로, 포토마스크나 포토마스크 블랭크에서는, 포토마스크에 형성되는 마스크 패턴을 미세화함에 있어서는, 포토마스크 블랭크에서의 레지스트막의 박막화와, 포토마스크 제조 시의 패터닝 방법으로서, 종래의 웨트 에칭을 대신하여 드라이 에칭 가공이 필요로 되고 있다.
그러나, 레지스트막의 박막화와 드라이 에칭 가공은 이하에 기재하는 기술적인 문제가 발생하고 있다.
하나는, 포토마스크 블랭크의 레지스트막의 박막화를 진행시킬 때, 차광막의 가공 시간이 하나의 큰 제한 사항으로 되고 있는 것이다. 차광막의 재료로서는, 일반적으로 크롬계의 재료가 이용되고, 크롬의 드라이 에칭 가공에서는, 에칭 가스에 염소 가스와 산소 가스의 혼합 가스가 이용되고 있다. 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝할 때, 레지스트는 유기막이고 그 주성분은 탄소이므로, 드라이 에칭 환경인 산소 플라즈마에 대해서는 매우 약하다. 차광막을 드라이 에칭으로 패터닝하는 동안, 그 차광막 상에 형성되어 있는 레지스트 패턴은 충분한 막 두께로 남아 있어야 한다. 하나의 지표로서, 마스크 패턴의 단면 형상을 양호하게 하기 위해서, 저스트 에칭 타임의 2배(100% 오버 에칭) 정도를 행해도 잔존하는 레지스트막 두께로 해야 한다. 예를 들면, 일반적으로는, 차광막의 재료인 크롬과, 레지스트막의 에칭 선택비는 1 이하로 되어 있으므로, 레지스트막의 막 두께는, 차광막의 막 두께의 2배 이상의 막 두께가 필요해지는 것으로 된다. 차광막의 가공 시간을 짧게 하는 방법으로서, 차광막의 박막화가 고려된다. 차광막의 박막화에 대해서는 특허 문헌 3에 제안되어 있다.
특허 문헌 3에는, 포토마스크의 제조에서, 투명 기판 상의 크롬 차광막의 막 두께를 박막화함으로써, 에칭 시간을 짧게 할 수 있어, 크롬 패턴의 형상을 개선하는 것이 개시되어 있다.
일본 특공소 62-32782호 공보 일본 특허 제2983020호 공보 일본 특개평 10-69055호 공보
그러나, 차광막의 막 두께를 얇게 하려고 하면, 차광성이 불충분해지기 때문에, 이러한 포토마스크를 사용하여 패턴 전사를 행하더라도, 전사 패턴 불량이 발생하게 된다. 차광막은, 이 차광성을 충분히 확보하기 위해서는, 소정의 광학 농도가 필요로 되기 때문에, 상기 특허 문헌 3과 같이 차광막의 막 두께를 얇게 한다고 하더라도, 자연히 한계가 생긴다.
또한, 상기 특허 문헌 1에 기재된 크롬 탄화물을 함유하는 크롬막을 차광막으로 하는 경우, 드라이 에칭 속도가 저하하는 경향이 있으며, 드라이 에칭에 의한 차광막의 가공 시간의 단축화를 도모할 수 없다.
또한, 상기 특허 문헌 2에 기재된 막 두께 방향에서 웨트 에칭 레이트가 서로 다른 CrN/CrC의 금속막에서는, CrC막을 CrN막보다도 두껍게 할 필요가 있었다. 그 이유는, 첫째로, 상층의 CrC막과 하층의 CrN막은 모두 웨트 에칭 레이트가 양호하지만, 하층 내에 질소가 함유되어 있으면, 웨트 에칭 처리한 경우, 언더컷이 커진다고 하는 문제가 생기기 때문에, CrN막의 막 두께를 상대적으로 얇게 할 필요가 있었기 때문이다. 둘째로, 종래 노광 장치에서 사용되고 있는 파장인 i선(365㎚)이나 KrF 엑시머 레이저(248㎚)에서는, CrN막의 흡수 계수가 작기 때문에, 차광막으로서 원하는 광학 농도를 얻기 위해서는, 차광성이 높은 CrC막을 두껍게 할 필요가 있었기 때문이다. 셋째로, 차광막 상에 레지스트 패턴을 형성하기 위한 노광(묘화)은 전자선을 이용하는 것이 일반적이지만, 특허 문헌 2에 기재된 CrN/CrC의 금속막 상에 형성된 산소를 함유하는 CrON막은 일반적으로 절연성이 높으며, 그 때의 차지업을 억제하기 위해서는 CrC막을 두껍게 하여 차광막의 시트 저항을 작게 할 필요가 있었기 때문이다. 그러나, 특허 문헌 2의 마스크 블랭크는, 상기 금속막 내의 탄소 함유율이 높아져, 드라이 에칭에 의해 패터닝을 행하는 경우, 에칭 속도가 저하하므로, 차광막의 가공 시간을 단축할 수 없다고 하는 문제가 있어, 드라이 에칭 처리용으로는 적합하지 않다. 또한, 특허 문헌 2의 마스크 블랭크를 드라이 에칭 처리에 이용한 경우, 차광막의 깊이 방향을 향하여, 처음에는 드라이 에칭 속도가 빠르고, 주로 CrC막의 영역에서는 늦어지고, 마지막으로 CrN막의 영역에서는 다시 빨라지기 때문에, 패턴의 단면 형상을 열화시키거나, 글로벌 로딩 현상이 일어나기 쉽다고 하는 문제가 있다. 또한, 최근의 패턴 미세화에 대응하기 위해서, 레지스트 패턴의 해상성을 향상시키기 위해서, 해상성이 높은 화학 증폭형 레지스트가 사용되어 오고 있다. 그리고 이 화학 증폭형 레지스트를 전자선에 의해 묘화할 때에, 전자선의 가속 전압을 50keV 이상의 가속 전압으로 전자선 묘화하기 위해서, 차광막의 도전성을 향상시켜 차지업을 확실히 억제할 필요가 있다.
따라서 본 발명은, 종래의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 첫째로, 차광막 상에 레지스트 패턴을 형성하기 위한 전자선 묘화에 의한 차지업을 억제할 수 있는 포토마스크 블랭크, 및 포토마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다. 둘째로, 차광막의 깊이 방향에서의 드라이 에칭 속도를 최적화시킴으로써 글로벌 로딩 현상을 저감할 수 있어, 양호한 패턴 정밀도가 얻어지는 포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다. 셋째로, 차광막의 드라이 에칭 속도를 높임으로써, 드라이 에칭 시간을 단축할 수 있어, 레지스트막의 막 감소를 저감할 수 있고, 그 결과, 레지스트막을 박막화하여 해상성, 패턴 정밀도(CD 정밀도)를 향상할 수 있어, 드라이 에칭 시간의 단축화에 의한 단면 형상이 양호한 차광막의 패턴을 형성할 수 있는 포토마스크 블랭크, 및 포토마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다. 넷째로, 차광막에 필요한 차광 성능을 가지면서, 차광막의 박막화에 의해, 단면 형상이 양호한 차광막의 패턴을 형성할 수 있는 포토마스크 블랭크, 및 포토마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1) 투광성 기판 상에 주로 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 차광막은, 수소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.
(구성 2) 상기 차광막에 함유되는 수소의 함유량은, 1원자% 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 3) 상기 차광막은, 그 차광막 표면측으로부터 상기 투광성 기판측의 깊이 방향의 대략 전역에 수소가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 4) 상기 차광막은, 그 차광막 표면측으로부터 상기 투광성 기판측을 향하여 수소의 함유량이 서로 다른 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 5) 상기 차광막은, 그 차광막 표면측으로부터 상기 투광성 기판측을 향하여 연속적으로 또는 단계적으로 수소의 함유량이 감소하고 있는 것을 특징으로 하는 구성 4에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 6) 상기 차광막의 상층부에 산소를 함유하는 반사 방지층을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 7) 상기 차광막의 막 두께는, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 8) 상기 포토마스크 블랭크는, 상기 차광막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 포토마스크 블랭크인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 9) 상기 투광성 기판과 상기 차광막 사이에, 하프톤형 위상 시프터막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 10) 상기 차광막의 막 두께는, 상기 하프톤형 위상 시프터막과의 적층 구조에서, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 9에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 11) 구성 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 상기 차광막을 패터닝하여 상기 투광성 기판 상에 차광막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법이다.
(구성 12) 구성 9 또는 10에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 상기 차광막을 에칭에 의해 패터닝하여 차광막 패턴을 형성한 후, 그 차광막 패턴을 마스크로 하여, 에칭에 의해 상기 하프톤형 위상 시프터막을 패터닝하여 상기 투광성 기판 상에 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법이다.
(구성 13) 상기 차광막의 패터닝은, 상기 차광막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 구성 11 또는 12에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.
(구성 14) 상기 차광막의 패터닝은, 상기 차광막 상에 전자선 묘화용 레지스트막을 형성하고, 그 전자선 묘화용 레지스트에 소정의 전자선 묘화 및 현상 처리에 의해 형성되는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 구성 11 내지 13 중 어느 하나에 기재된 포토마스크의 제조 방법이다.
(구성 15) 구성 11 내지 14 중 어느 하나에 기재된 포토마스크에서의 상기 차광막 패턴 또는 상기 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 포토리소그래피법에 의해, 반도체 기판 상에 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
(구성 16) 투광성 기판 상에, 차광막을 스퍼터링에 의해 형성하는 포토마스크 블랭크의 제조 방법에 있어서, 상기 포토마스크 블랭크는, 상기 차광막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 포토마스크 블랭크이고, 상기 차광막은, 상기 투광성 기판측에 형성하는 층의 성막 속도보다도, 그 차광막의 표면측에 형성하는 층의 성막 속도를 느리게 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조 방법이다.
(구성 17) 상기 차광막의 투광성 기판측에 형성하는 층과 상기 차광막의 표면측에 형성하는 층의 성막 속도의 비율(투광성 기판측에 형성하는 층:차광막의 표면측에 형성하는 층)을, 2.5:1～4.0:1로 하는 것을 특징으로 하는 구성 16에 기재된 포토마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 18) 상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 이루어지고, 산소와 질소 중 적어도 한쪽의 원소를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 구성 16 또는 17에 기재된 포토마스크 블랭크의 제조 방법이다.
(구성 19) 상기 차광막의 상층부에 산소를 함유하는 반사 방지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 구성 16 내지 18 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크의 제조 방법이다.
(구성 20) 상기 차광막의 표면측에 형성하는 층이, 상기 반사 방지층인 것을 특징으로 하는 구성 19에 기재된 포토마스크 블랭크의 제조 방법이다.
(구성 21) 상기 차광막의 막 두께는, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 16 내지 20 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크의 제조 방법이다.
(구성 22) 상기 투광성 기판과 상기 차광막 사이에, 하프톤형 위상 시프터막을 형성하는 것을 특징으로 하는 구성 16 내지 21 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크의 제조 방법이다.
(구성 23) 상기 차광막의 막 두께는, 상기 하프톤형 위상 시프터막과의 적층 구조에서, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 22에 기재된 포토마스크 블랭크의 제조 방법이다.
(구성 24) 구성 16 내지 23 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 상기 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 상기 투광성 기판 상에 차광막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법이다.
(구성 25) 구성 22 또는 23에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 상기 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 차광막 패턴을 형성한 후, 그 차광막 패턴을 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해 상기 하프톤 위상 시프터막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법이다.
(구성 26) 구성 24 또는 25에 기재된 포토마스크에서의 상기 차광막 패턴 또는 상기 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 포토리소그래피법에 의해, 반도체 기판 상에 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
(구성 27) 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 포토마스크 블랭크는, 상기 차광막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 포토마스크 블랭크이고, 상기 차광막의 투광성 기판측에서의 드라이 에칭 속도를, 상기 차광막의 표면측에서의 드라이 에칭 속도보다도 느리게 하도록 한 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.
(구성 28) 상기 차광막의 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 드라이 에칭 속도를 느리게 하도록 한 것을 특징으로 하는 구성 27에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 29) 상기 차광막은, 주로 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 27 또는 28에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 30) 상기 차광막은, 산소를 더 함유하고, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 산소의 함유량이 감소하고 있는 것을 특징으로 하는 구성 27 내지 29 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 31) 상기 차광막은, 질소를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 구성 27 내지 30 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 32) 상기 차광막은, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하는 막 두께 방향의 대략 전역에 질소가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 31에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 33) 상기 차광막의 상층부에 산소를 함유하는 반사 방지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 구성 27 내지 32 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 34) 상기 투광성 기판과 상기 차광막 사이에, 하프톤형 위상 시프터막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 27 내지 33 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 35) 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 포토마스크 블랭크는, 상기 차광막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 포토마스크 블랭크이고, 상기 차광막은, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하는 막 두께 방향의 대략 전체 영역에 질소가 함유되고, 또한, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 산소의 함유량이 감소하고 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.
(구성 36) 상기 차광막은, 주로 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 35에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 37) 상기 차광막은, 그 차광막 내에 함유되는 크롬의 비율을 1로 했을 때에, 상기 질소는, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 0.5～0.8의 비율로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 36에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 38) 상기 차광막의 상층부에 산소를 함유하는 반사 방지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 구성 35 내지 37 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 39) 상기 투광성 기판과 상기 차광막 사이에, 하프톤형 위상 시프터막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 35 내지 38 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크이다.
(구성 40) 구성 27 내지 39 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 상기 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 상기 투광성 기판 상에 차광막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법이다.
(구성 41) 구성 34 또는 39에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 상기 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 차광막 패턴을 형성한 후, 그 차광막 패턴을 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해 상기 하프톤형 위상 시프터막을 패터닝하여 상기 투광성 기판 상에 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법이다.
(구성 42) 구성 40 또는 41에 기재된 포토마스크에서의 상기 차광막 패턴 또는 상기 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 포토리소그래피법에 의해, 반도체 기판 상에 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
구성 1에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크는, 투광성 기판 상에 주로 크롬을 함유하는 재료로 하는 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 차광막은, 수소를 함유하는 재료로 하고 있다.
이와 같이, 주로 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막 내에 수소를 함유함으로써, 차광막의 시트 저항을 작게 하여, 도전성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 차광막 상에 레지스트 패턴을 형성하기 위한 전자선에 의한 패턴 묘화를 행하더라도, 차광막에 전하가 쌓여서 차지업하는 것을 억제할 수 있어, 정확한 패턴 묘화를 할 수 없거나, 방전에 의한 차광막 패턴 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 드라이 에칭 처리에 적합한 차광막으로 하기 위해서, 드라이 에칭 속도를 저하시키는 탄소의 함유량을 저감시키고, 막 두께도 소정의 막 두께로 설정된 차광막으로 하더라도, 차광막 내에 수소를 함유함으로써, 차광막의 도전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 차광막 내에 수소를 함유함으로써, 드라이 에칭 시간을 단축할 수 있어, 레지스트막의 막 감소를 저감할 수 있다. 그 결과, 레지스트막의 박막화가 가능해져서, 패턴의 해상성, 패턴 정밀도(CD 정밀도)를 향상시킬 수 있다. 또한, 드라이 에칭 시간의 단축화에 의해, 단면 형상이 양호한 차광막 패턴을 형성할 수 있는 포토마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또한, 차광막의 도전성, 및 드라이 에칭 시간의 단축화의 점에서, 구성 2에 있는 바와 같이, 차광막에 함유되는 수소의 함유량은, 1원자% 이상이 바람직하다.
또한, 차광막의 도전성, 및 드라이 에칭 시간의 단축화의 점에서, 구성 3에 있는 바와 같이, 상기 차광막은, 그 차광막 표면측으로부터 투광성 기판측의 깊이 방향의 대략 전역에 수소가 함유되어 있는 것이 바람직하다.
구성 4에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크는, 상기 차광막은, 그 차광막 표면측으로부터 상기 투광성 기판측을 향하여 수소의 함유량이 서로 다른 영역을 갖는 구성으로 해도 된다. 예를 들면, 차광막의 표면측의 영역에 수소의 함유량을 많게 하여 도전성을 높여, 차지업의 억제 효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 구성 5에 있는 바와 같이, 차광막의 표면측으로부터 투광성 기판측(즉 깊이 방향)을 향하여 예를 들면 수소의 함유량이 연속적으로 또는 단계적으로 감소하고 있는 조성 경사막으로 함으로써, 드라이 에칭 속도를 차광막의 깊이 방향을 향하여 느리게 할 수 있다. 이에 의해, 드라이 에칭 시의 글로벌 로딩 현상에 의한 선폭 에러를 저감할 수 있다.
구성 6에 있는 바와 같이, 상기 차광막은 그 상층부에 산소를 함유하는 반사 방지층을 가질 수 있다. 이러한 반사 방지층을 가짐으로써, 노광 파장에서의 반사율을 저반사율로 억제할 수 있으므로, 마스크 패턴을 피전사체에 전사할 때에, 투영 노광면과의 사이에서의 다중 반사를 억제하여, 결상 특성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 포토마스크 블랭크나 포토마스크의 결함 검사에 이용하는 파장(예를 들면, 257㎚, 364㎚, 488㎚ 등)에 대한 반사율을 낮게 억제할 수 있으므로, 결함을 검출하는 정밀도가 향상한다.
구성 7에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크에서는, 예를 들면 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크의 경우, 상기 차광막의 막 두께는, 노광광에 대하여 광학 농도 2.5 이상으로 되도록 설정된다.
또한, 구성 8에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크는, 상기 차광막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 포토마스크 블랭크로 한다. 차광막 내에 수소를 함유함으로써, 드라이 에칭 속도를 높일 수 있으므로, 에칭 시간을 단축할 수 있어, 레지스트막의 막 감소를 저감할 수 있다. 그 결과, 레지스트막을 박막화하여 해상성, 패턴 정밀도(CD 정밀도)를 향상할 수 있어, 에칭 시간의 단축화에 의한 단면 형상이 양호한 차광막의 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 구성 9에 있는 바와 같이, 투광성 기판과 차광막 사이에, 하프톤형 위상 시프터막을 형성해도 된다.
그 경우, 구성 10에 있는 바와 같이, 차광막은 하프톤형 위상 시프터막과의 적층 구조에서, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정된다.
구성 11에 있는 바와 같이, 구성 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 차광막을 패터닝하여 투광성 기판 상에 차광막 패턴을 형성하는 포토마스크의 제조 방법에 따르면, 패턴의 해상성 및, 위치 정밀도가 양호하고 또한, 단면 형상이 양호한 차광막 패턴이 형성된 포토마스크를 얻을 수 있다.
또한, 구성 12에 있는 바와 같이, 구성 9 또는 10에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 차광막을 에칭에 의해 패터닝하여 차광막 패턴을 형성한 후, 차광막 패턴을 마스크로 하여, 에칭에 의해 하프톤형 위상 시프터막을 패터닝하고, 투광성 기판 상에 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 형성하는 포토마스크의 제조 방법에 따르면, 단면 형상이 양호한 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 정밀도 좋게 형성된 포토마스크를 얻을 수 있다.
구성 13에 있는 바와 같이, 상기 차광막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해 행하는 포토마스크의 제조 방법에 따르면, 드라이 에칭 시간을 단축할 수 있어, 단면 형상이 양호한 차광막 패턴이 정밀도 좋게 형성된 포토마스크를 얻을 수 있다.
구성 14에 있는 바와 같이, 차광막의 패터닝을, 상기 차광막 상에 전자선 묘화용 레지스트막을 형성하고, 전자선 묘화용 레지스트막에 소정의 전자선 묘화 및 현상 처리에 의해 형성되는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해 행하는 포토마스크의 제조 방법에 따르면, 차광막 상에 레지스트 패턴을 형성하기 위한 전자선에 의한 패턴 묘화를 행하더라도, 차광막에 전하가 쌓여서 차지업하는 것을 억제할 수 있어, 정확한 패턴 묘화를 할 수 없거나, 방전에 의한 차광막 패턴 파괴를 방지할 수 있다.
또한, 구성 15에 있는 바와 같이, 구성 14 또는 15에 기재된 포토마스크에서의 상기 차광막 패턴 또는 상기 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 포토리소그래피법에 의해, 반도체 기판 상에 패턴을 전사하므로, 반도체 기판 상에 형성되는 회로 패턴에 의해 결함이 없는 반도체 장치를 제조할 수 있다.
구성 16에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크의 제조 방법은, 투광성 기판 상에, 차광막을 스퍼터링에 의해 형성하는 포토마스크 블랭크의 제조 방법으로서, 상기 포토마스크 블랭크는, 상기 차광막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 포토마스크 블랭크이고, 상기 차광막은, 상기 투광성 기판측에 형성하는 층의 성막 속도보다도, 그 차광막의 표면측에 형성하는 층의 성막 속도를 느리게 하여 형성한다.
이와 같이, 차광막의 투광성 기판측에 형성하는 층의 성막 속도보다도, 차광막의 표면측에 형성하는 층의 성막 속도를 느리게 함으로써, 차광막의 깊이 방향(즉 차광막의 표면측으로부터 투광성 기판측)을 향하여 드라이 에칭 속도를 느리게 제어할 수 있다. 이에 의해, 글로벌 로딩 현상을 저감시켜, 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있다.
투광성 기판측의 드라이 에칭 속도가, 표면측의 드라이 에칭 속도에 근접함에 따라서, 패턴 조밀에 의한 CD 바이어스차, 즉, 글로벌 로딩 에러가 커진다. 이 때문에, 투광성 기판측의 드라이 에칭 속도를, 표면측의 드라이 에칭 속도에 대하여 적당히 느리게 하면, 글로벌 로딩 에러가 저감하여, 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있다.
구체적으로는, 구성 17에 있는 바와 같이, 차광막의 투광성 기판측에 형성하는 층과 차광막의 표면측에 형성하는 층의 성막 속도를 2.5:1～4.0:1로 하면 바람직하다.
구성 18에 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 포토마스크 블랭크는, 상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 이루어지고, 또한, 산소와 질소 중 적어도 한쪽의 원소를 함유하는 것이 바람직하다. 크롬과 이들 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 차광막은, 크롬 단체로 이루어지는 차광막보다도 드라이 에칭 속도가 빨라져, 드라이 에칭 시간의 단축화를 도모할 수 있다. 드라이 에칭 속도를 빠르게 할 수 있음으로써, 차광막의 패터닝에 필요한 레지스트막의 막 두께를 얇게 할 수 있어, 차광막의 패턴 정밀도(CD 정밀도)가 양호해진다. 또한, 이러한 원소를 함유하는 크롬계 재료의 차광막은, 패턴의 미세화를 달성하는 점에서 유효한 200㎚ 이하의 노광 파장에서는, 막 두께를 두껍게 하지 않더라도 어느 정도의 박막에서 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상인 것이 바람직함)를 얻을 수 있다. 즉, 차광막에 필요한 차광 성능을 가지면서, 차광막의 박막화를 달성하는 것이 가능해진다.
구성 19에 있는 바와 같이, 상기 차광막은 그 상층부에 산소를 함유하는 반사 방지층을 형성할 수 있다. 이러한 반사 방지층을 형성함으로써, 노광 파장에서의 반사율을 저반사율로 억제할 수 있으므로, 마스크 패턴을 피전사체에 전사할 때에, 투영 노광면과의 사이에서의 다중 반사를 억제하여, 결상 특성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 포토마스크 블랭크나 포토마스크의 결함 검사에 이용하는 파장(예를 들면 257㎚, 364㎚, 488㎚ 등)에 대한 반사율을 낮게 억제할 수 있으므로, 결함을 검출하는 정밀도가 향상된다.
구성 20에 있는 바와 같이, 차광막의 상층부에 산소를 함유하는 반사 방지막을 형성하는 경우, 상기 투광성 기판측에 형성하는 층의 성막 속도보다도 성막 속도를 느리게 한 스텝에 의해 반사 방지층을 형성할 수 있다. 산소를 함유하는 반사 방지층은, 산소 함유 가스 분위기 속에서 성막되지만, 예를 들면 산소 함유 가스 분위기 속에서, 반응성 스퍼터에 의해 CrO막을 성막하는 경우, 성막 장치의 파워를 높여 성막 속도를 빠르게 하면, 막의 결함이 증가한다는 문제가 발생하기 때문에, 막의 결함을 저감하기 위해서는 성막 속도를 느리게 하는 것이 바람직하다.
구성 21에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크에서는, 예를 들면 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크의 경우, 상기 차광막의 막 두께는, 노광광에 대하여 광학 농도 2.5 이상으로 되도록 설정된다.
또한, 구성 22에 있는 바와 같이, 투광성 기판과 차광막 사이에, 하프톤형 위상 시프터막을 형성해도 된다.
그 경우, 구성 23에 있는 바와 같이, 차광막은, 하프톤형 위상 시프터막과의 적층 구조에서, 노광광에 대하여 광학 농도 2.5 이상으로 되도록 설정된다.
구성 24에 있는 바와 같이, 구성 16 내지 23 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 포토마스크 블랭크에서의 차광막을 드라이 에칭 처리를 이용하여 패터닝하는 공정을 갖는 포토마스크의 제조 방법에 따르면, 드라이 에칭 시간을 단축할 수 있어, 단면 형상이 양호한 차광막 패턴이 정밀도 좋게 형성된 포토마스크를 얻을 수 있다.
구성 25에 있는 바와 같이, 구성 22 또는 23에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 상기 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 차광막 패턴을 형성한 후, 그 차광막 패턴을 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해 상기 하프톤 위상 시프터막 패턴을 형성하는 포토마스크의 제조 방법에 따르면, 단면 형상이 양호한 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 정밀도 좋게 형성된 포토마스크를 얻을 수 있다.
구성 26에 있는 바와 같이, 구성 24 또는 25에 기재된 포토마스크에서의 상기 차광막 패턴 또는 상기 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 포토리소그래피법에 의해, 반도체 기판 상에 패턴을 전사하므로, 반도체 기판 상에 형성되는 회로 패턴에 결함이 없는 반도체 장치를 제조할 수 있다.
구성 27에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크는, 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 포토마스크 블랭크는, 상기 차광막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 포토마스크 블랭크이고, 상기 차광막의 투광성 기판측에서의 드라이 에칭 속도를, 상기 차광막의 표면측에서의 드라이 에칭 속도보다도 느리게 하도록 했다.
이와 같이, 차광막의 투광성 기판측에서의 드라이 에칭 속도를, 차광막의 표면측에서의 드라이 에칭 속도보다도 느리게 함으로써, 글로벌 로딩 현상을 저감시켜, 패턴 정밀도나 패턴의 단면 형상을 향상시킬 수 있다.
차광막에서의 투광성 기판측의 드라이 에칭 속도가, 표면측의 드라이 에칭 속도에 근접함에 따라서, 패턴 조밀에 의한 CD 바이어스차, 즉, 글로벌 로딩 에러가 커진다. 그 때문에, 차광막의 투광성 기판측의 드라이 에칭 속도를, 표면측의 드라이 에칭 속도에 대하여 적당히 느리게 하면, 글로벌 로딩 에러가 저감하여, 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있다.
구성 28에 있는 바와 같이, 차광막의 드라이 에칭 속도는, 차광막의 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 드라이 에칭 속도를 느리게 하면 바람직하다. 예를 들면, 차광막의 드라이 에칭 속도를, 차광막의 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 단계적 및/또는 연속적으로 드라이 에칭 속도를 느리게 할 수 있다.
또한, 차광막의 재료는, 노광광에 대하여 차광 기능을 갖는 재료이면 되고, 예를 들면, 크롬, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐 등의 천이 금속을 함유하는 재료로 할 수 있다. 구성 29에 있는 바와 같이, 차광막의 재료는, 주로 크롬을 함유하는 재료가 바람직하다.
구성 30에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크는, 산소를 더 함유하는 것이 바람직하며, 이 경우, 차광막의 표면측으로부터 투광성 기판측(깊이 방향)을 향하여 산소의 함유량이 감소하고 있는 영역을 갖는 것이 바람직하다. 크롬과 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 차광막은, 크롬 단체로 이루어지는 차광막보다도 드라이 에칭 속도가 빨라져, 드라이 에칭 시간의 단축화를 도모할 수 있다. 드라이 에칭 속도를 빠르게 할 수 있음으로써, 차광막의 패터닝에 필요한 레지스트막의 막 두께를 얇게 할 수 있어, 차광막의 패턴 정밀도(CD 정밀도)가 양호해진다. 그리고, 차광막의 깊이 방향을 향하여 산소의 함유량이 감소하고 있음으로써, 차광막의 깊이 방향을 향하여 드라이 에칭 속도를 느리게 제어할 수 있으므로, 글로벌 로딩 현상을 저감시켜, 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있다.
구성 31에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크는, 질소를 더 함유하는 것이 바람직하다. 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막 내에 질소를 더 함유함으로써, 크롬 단체로 이루어지는 차광막보다도 드라이 에칭 속도가 빨라져서, 드라이 에칭 시간의 단축화를 도모할 수 있다. 드라이 에칭 속도를 빠르게 할 수 있음으로써, 차광막의 패터닝에 필요한 레지스트막의 막 두께를 얇게 할 수 있어, 차광막의 패턴 정밀도(CD 정밀도)가 양호해진다. 또한, 질소를 함유하는 크롬계 재료의 차광막은, 패턴의 미세화를 달성하는 점에서 유효한 200㎚ 이하의 노광 파장에서는, 막 두께를 두껍게 하지 않더라도 어느 정도의 박막에서 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상인 것이 바람직함)를 얻을 수 있어, 차광막에 필요한 차광 성능을 가지면서, 차광막의 박막화를 달성하는 것이 가능해진다. 또한, 전술한 바와 같이 차광막 내에 산소를 함유하고(구성 4), 질소를 더 함유함으로써, 구성 5에 의한 효과가 더 적합하게 발휘된다.
특히, 구성 32에 있는 바와 같이, 차광막은, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하는 막 두께 방향의 대략 전역에 질소가 함유되어 있으면 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 차광막은, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하는 막 두께 방향에서 균일하거나, 거의 균일하게 질소가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 차광막 내에 함유되는, 즉 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 함유되는 크롬의 비율(조성비)을 1로 했을 때에, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 0.5～0.8의 비율로 질소가 함유되어 있는 상태가 바람직하다.
구성 33, 38에 있는 바와 같이, 상기 차광막은 그 상층부에 산소를 함유하는 반사 방지층을 형성할 수 있다. 이러한 반사 방지층을 형성함으로써, 노광 파장에서의 반사율을 저반사율로 억제할 수 있으므로, 마스크 패턴을 피전사체에 전사할 때에 투영 노광면과의 사이에서 다중 반사를 억제하여, 결상 특성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 포토마스크 블랭크나 포토마스크의 결함 검사에 이용하는 파장(예를 들면 257㎚, 364㎚, 488㎚ 등)에 대한 반사율을 낮게 억제할 수 있으므로, 결함을 검출하는 정밀도가 향상된다.
또한, 구성 34, 39에 있는 바와 같이, 투광성 기판과 차광막 사이에, 하프톤형 위상 시프터막을 형성해도 된다.
구성 35에 있는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크 블랭크는, 투광성 기판 상에 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크에서, 상기 포토마스크 블랭크는, 상기 차광막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 포토마스크 블랭크이고, 상기 차광막은, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하는 막 두께 방향의 전체 영역에 질소가 함유되고, 또한, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 산소의 함유량이 감소하는 구성으로 했다.
이와 같이, 차광막에, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하는 막 두께 방향의 대략 전역에 질소가 함유되어 있으므로, 드라이 에칭 속도를 빠르게 할 수 있어, 차광막의 패터닝에 필요한 레지스트막의 막 두께를 얇게 할 수 있다. 따라서, 차광막의 패턴 정밀도(CD 정밀도)가 양호해진다. 또한, 차광막의 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 산소의 함유량이 감소시킴으로써, 글로벌 로딩 현상을 저감시켜, 패턴 정밀도나 패턴의 단면 형상을 향상시킬 수 있다.
또한, 전술과 마찬가지로, 차광막의 재료는, 노광광에 대하여 차광 기능을 갖는 재료이면 되고, 예를 들면, 크롬, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐 등의 천이 금속을 함유하는 재료로 할 수 있으며, 구성 36에 있는 바와 같이, 차광막의 재료는, 주로 크롬을 함유하는 재료가 바람직하다.
또한, 차광막은, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하는 막 두께 방향에서 균일하거나, 거의 균일하게 질소가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 구성 37에 있는 바와 같이, 차광막 내에 함유되는, 즉 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 함유되는 크롬의 비율(조성비)을 1로 했을 때에, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 0.5～0.8의 비율로 질소가 함유되어 있는 상태가 바람직하다.
구성 40에 있는 바와 같이, 구성 27 내지 39 중 어느 하나에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 차광막을, 드라이 에칭 처리를 이용하여 패터닝하는 공정을 갖는 포토마스크의 제조 방법에 따르면, 드라이 에칭 시간을 단축할 수 있어, 단면 형상이 양호한 차광막 패턴이 정밀도 좋게 형성된 포토마스크를 얻을 수 있다.
구성 41에 있는 바와 같이, 구성 34 또는 39에 기재된 포토마스크 블랭크에서의 상기 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 차광막 패턴을 형성한 후, 그 차광막 패턴을 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해 상기 하프톤형 위상 시프터막을 패터닝하여 상기 투광성 기판 상에 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 형성하는 포토마스크의 제조 방법에 따르면, 단면 형상이 양호한 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 정밀도 좋게 형성된 포토마스크를 얻을 수 있다.
구성 42에 있는 바와 같이, 구성 40 또는 41에 기재된 포토마스크에서의 상기 차광막 패턴 또는 상기 하프톤형 위상 시프터막 패턴을 포토리소그래피법에 의해, 반도체 기판 상에 패턴을 전사하므로, 반도체 기판 상에 형성되는 회로 패턴에 결함이 없는 반도체 장치를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 차광막 상에 레지스트 패턴을 형성하기 위한 전자선 묘화했을 때의 차지업을 억제할 수 있어, 마스크 패턴의 방전 파괴를 방지할 수 있는 포토마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 차광막의 깊이 방향에서의 드라이 에칭 속도를 최적화시킴으로써 글로벌 로딩 현상을 저감할 수 있어, 양호한 패턴 정밀도가 얻어지는 포토마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 차광막의 깊이 방향을 향하여 드라이 에칭 속도를 느리게 하도록 하여 차광막의 깊이 방향에서의 드라이 에칭 속도를 최적화시킴으로써 글로벌 로딩 현상을 저감할 수 있어, 양호한 패턴 정밀도가 얻어지는 포토마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 차광막의 드라이 에칭 속도를 높임으로써, 드라이 에칭 시간을 단축할 수 있어, 레지스트막의 막 감소를 저감할 수 있다. 그 결과, 레지스트막의 박막화가 가능해져서, 패턴의 해상성, 패턴 정밀도(CD 정밀도)를 향상시킬 수 있다. 또한, 드라이 에칭 시간의 단축화에 의해, 단면 형상이 양호한 차광막 패턴을 형성할 수 있는 포토마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 차광막에 필요한 차광 성능을 가지면서, 차광막의 박막화에 의해, 단면 형상이 양호한 차광막의 패턴을 형성할 수 있는 포토마스크 블랭크, 포토마스크의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 포토마스크 블랭크의 일 실시 형태를 도시하는 단면도.
도 2는 포토마스크 블랭크를 이용한 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 포토마스크 블랭크 및 이 포토마스크 블랭크를 이용한 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명에 의해 얻어지는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 단면도.
도 5는 실시예 1의 차광막의 러더퍼드 후방 산란 분석에 의한 결과를 도시하는 도면.
도 6은 실시예 6의 차광막의 러더퍼드 후방 산란 분석에 의한 결과를 도시하는 도면.
도 7은 실시예 10의 차광막의 오거 분광 분석에 의한 결과를 도시하는 도면.
도 8은 실시예 10의 차광막의 러더퍼드 후방 산란 분석에 의한 결과를 도시하는 도면.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 1은 본 발명의 포토마스크 블랭크의 제1 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 1의 포토마스크 블랭크(10)는, 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 갖는 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크의 형태의 것이다.
상기 포토마스크 블랭크(10)는, 상기 차광막(2) 상에 소정의 전자선 묘화 및 현상 처리에 의해 형성되는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막(2)을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 마스크 블랭크이다.
여기서, 투광성 기판(1)으로서는 글래스 기판이 일반적이다. 글래스 기판은, 평탄도 및 평활도가 우수하기 때문에, 포토마스크를 사용하여 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 행하는 경우, 전사 패턴의 왜곡 등이 생기지 않아 고정밀도의 패턴 전사를 행할 수 있다.
상기 차광막(2)은 크롬을 함유하는 재료로 이루어지고, 또한 수소를 함유한다. 크롬계 재료로 이루어지는 차광막(2) 내에 수소가 함유됨으로써, 차광막의 시트 저항을 작게 하여, 도전성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 차광막 상에 레지스트 패턴을 형성하기 위한 전자선에 의한 패턴 묘화를 행하더라도, 차광막에 전하가 쌓여서 차지업하는 것을 억제할 수 있어, 차지업에 의한 정확한 패턴 묘화를 할 수 없거나, 방전에 의한 차광 패턴 파괴를 방지할 수 있다.
차광막(2) 내의 수소의 함유량은 1원자% 이상의 범위가 바람직하다. 수소의 함유량이 1원자% 미만이면, 차광막의 시트 저항을 작게 하여 도전성을 높이는 효과가 얻어지기 어렵다. 차광막은, 그 위에 형성하는 레지스트막을 전자선 묘화하여 패터닝할 때에 차지업하지 않을 정도의 도전성을 가질 필요가 있지만, 그를 위해서는 차광막의 시트 저항은, 예를 들면, 150Ω/□ 이하, 바람직하게는, 100Ω/□ 이하, 더욱 바람직하게는 50Ω/□ 이하로 하는 것이 좋다.
또한, 차광막(2) 내의 수소의 함유량이 1원자% 미만이면, 차광막의 드라이 에칭 속도를 빠르게 하는 효과가 얻어지기 어렵다.
차광막(2) 내에 함유되는 수소의 함유량은, 바람직하게는, 3원자% 이상, 보다 바람직하게는 5원자% 이상이 바람직하다. 수소의 함유량이 15원자%를 초과하면, 내약성(내산성, 내알칼리성)이 악화되므로 바람직하지 않다.
차광막(2) 내에는 산소나, 질소, 탄소를 더 함유해도 된다.
차광막(2) 내에 산소를 함유하는 경우, 산소의 함유량은, 5～80원자%의 범위가 바람직하다. 산소의 함유량이 5원자% 미만이면, 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도를 빠르게 하는 효과가 얻어지기 어렵다. 한편, 산소의 함유량이 80원자%를 초과하면, 파장 200㎚ 이하의 예를 들면, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서의 흡수 계수가 작아지기 때문에, 원하는 광학 농도(2.5 이상)를 얻기 위해서는 막 두께를 두껍게 할 필요가 생기게 된다. 바람직한 산소의 함유량은, 10～50원자%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 차광막(2) 내에 질소를 함유하는 경우, 질소의 함유량은 15～80원자%의 범위가 바람직하다. 질소의 함유량이 15원자% 미만이면, 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도를 높이는 효과가 얻어지기 어렵다. 한편, 질소의 함유량이 80원자%를 초과하면, 파장 200㎚ 이하의 예를 들면, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서의 흡수 계수가 작아지기 때문에, 원하는 광학 농도(2.5 이상)를 얻기 위해서는 막 두께를 두껍게 할 필요가 생기게 된다. 바람직한 질소의 함유량은, 20～50원자%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 차광막(2) 내에 산소와 질소의 양방을 함유해도 된다. 이 경우의 함유량은, 산소와 질소의 합계가 10～80원자%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 차광막(2) 내에 산소와 질소의 양방을 함유하는 경우의 산소와 질소의 함유비는, 특별히 제약은 되지 않으며, 흡수 계수 등의 균형에 의해 적절히 결정된다.
또한, 차광막(2) 내에 탄소를 함유하는 경우, 탄소의 함유량은, 1～20원자%의 범위가 바람직하다. 탄소는 수소와 마찬가지로 도전성을 높이는, 즉 시트 저항을 작게 하는 효과, 및 반사율을 저감시키는 효과가 있다. 그러나, 차광막 내에 탄소가 함유되어 있으면, 드라이 에칭 속도가 저하하여, 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝할 때에 요하는 드라이 에칭 시간이 길어져, 레지스트막을 박막화하는 것이 곤란해진다. 이상의 점으로부터, 탄소의 함유량은, 1～20원자%가 좋고, 더욱 바람직하게는 3～15원자% 이하가 바람직하다.
또한, 상기 차광막(2)은 단층인 것에 한하지 않고, 다층이어도 된다. 어느 막에도, 즉, 차광막(2) 표면측으로부터 투광성 기판(1)측의 깊이 방향의 대략 전역에 수소가 함유되어 있는 것이 좋다. 그리고 또한, 어느 막에도 산소 및/또는 질소를 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 차광막(2)은 표층부(상층부)에 반사 방지막을 포함하는 것이어도 된다. 이 경우, 반사 방지층으로서는, 산소를 함유하는 재료를 들 수 있으며, 예를 들면, CrOH, CrCOH, CrNOH, CrCH, CrCONH 등의 재료가 바람직하다. 반사 방지층을 형성함으로써, 노광 파장에서의 반사율을 예를 들면 20% 이하, 바람직하게는 15% 이하로 억제할 수 있으므로, 마스크 패턴을 피전사체에 전사할 때에, 투영 노광면과의 사이에서의 다중 반사를 억제하여, 결상 특성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 포토마스크 블랭크나 포토마스크의 결함 검사에 이용되는 파장(예를 들면, 257㎚, 364㎚, 488㎚ 등)에 대한 반사율을 예를 들면 30% 이하로 할 수 있어, 결함을 고정밀도로 검출할 수 있다. 특히, 반사 방지층으로서 탄소를 함유하는 막으로 함으로써, 노광 파장에 대한 반사율을 저감시키고, 또한, 상기 검사 파장(특히 257㎚)에 대한 반사율을 20% 이하로 할 수 있으므로 바람직하다. 구체적으로는, 탄소의 함유량은 5～20원자%로 하는 것이 바람직하다. 탄소의 함유량이 5원자% 미만인 경우, 상기 파장에 대한 반사율을 저감시키는 효과가 작아지고, 또한, 탄소의 함유량이 20원자%를 초과하는 경우, 드라이 에칭 속도가 저하하여, 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝할 때에 요하는 드라이 에칭 시간이 길어져, 레지스트막을 박막화하는 것이 곤란해지므로 바람직하지 않다. 또한, 탄소를 함유하는 반사 방지층은, 레지스트 패턴을 형성하기 위한 전자선에 의해 패턴 묘화 시의 차지업을 억제할 수 있는 기능을 갖고 있지만, 탄소를 함유하는 반사 방지층의 막 두께를 얇게 하더라도, 본 발명에서의 차광막은 수소를 함유함으로써 도전성을 확보하고, 또한 드라이 에칭 속도를 높이고 있으므로, 문제점은 없다. 또한, 드라이 에칭에 의해 차광막을 패터닝할 때의 패턴의 단면 형상을 양호하게 하는 점 등으로부터, 차광막의 드라이 에칭 속도는, 2.5Å/초 이상, 나아가서는 3Å/초 이상이 바람직하다. 또한, 상기 차광막(2)은, 그 위에 형성되는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭에 의해 패터닝할 때에 레지스트막의 막 감소가 일어나더라도, 차광막의 패터닝 종료 시점에서 레지스트막이 잔존하도록, 드라이 에칭 처리에서, 레지스트와의 선택비가 1을 초과하는 재료로 하는 것이 바람직하다. 선택비는, 드라이 에칭 처리에 대한 레지스트의 막 감소량과 차광막의 막 감소량의 비(=차광막의 막 감소량/레지스트의 막 감소량)로 나타낸다. 바람직하게는, 차광막 패턴의 단면 형상의 악화 방지나, 글로벌 로딩 현상을 억제한다는 점으로부터, 차광막은, 레지스트와의 선택비가 1을 초과하고 10 이하, 더욱 바람직하게는, 1을 초과하고 5 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 반사 방지층은 필요에 따라서 투광성 기판측에도 형성해도 된다.
또한, 상기 차광막(2)은, 수소의 함유량이 깊이 방향에서 서로 다르고, 표층부의 반사 방지층과, 그 이외의 층(차광층)에서 연속적 또는 단계적으로 경사진 조성 경사막으로 해도 된다. 이 경우, 전술한 바와 같이, 차광막(2)의 표면측의 반사 방지층의 영역에 수소의 함유량을 많게 하여 차광막의 도전성을 높이거나, 깊이 방향을 향하여 수소의 함유량을 감소함으로써, 차광막의 깊이 방향에서의 드라이 에칭 속도를 느리게 하도록 해도 된다. 이 경우, 드라이 에칭 시의 글로벌 로딩 현상에 의해 선폭 에러를 저감할 수 있다. 또한, 차광막(2)의 깊이 방향의 일부 영역에 있어서, 수소의 함유량이 감소하고 있는 조성 경사막으로 해도 된다. 또한, 차광막(2)으로서, 크롬과 수소 이외에, 질소, 산소, 탄소 등의 원소를 함유하는 경우에도, 차광막의 깊이 방향에서 서로 다르고, 또한, 깊이 방향으로 연속적으로 또는 단계적으로 조성 경사진 조성 경사막으로 해도 된다. 이러한 차광막을 조성 경사막으로 하기 위해서는, 예를 들면, 전술한 스퍼터링 성막 시의 스퍼터 가스의 종류(조성)를 성막 내로 절환하는 방법, 성막 시의 스퍼터 가스의 가스압을 변화시키는 방법 등을 들 수 있다.
또한, 상기 차광막(2)의 막 두께는, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정된다. 구체적으로는, 상기 차광막(2)의 막 두께는, 90㎚ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 최근에서의 서브 마이크론 레벨의 패턴 사이즈에의 패턴의 미세화에 대응하기 위해서는, 막 두께가 90㎚를 초과하면, 드라이 에칭 시의 패턴의 마이크로 로딩 현상 등에 의해, 미세 패턴의 형성이 곤란해지는 경우가 생각되기 때문이다. 막 두께를 어느 정도 얇게 함으로써, 패턴의 어스펙트비(패턴 폭에 대한 패턴 깊이의 비)의 저감을 도모할 수 있어, 글로벌 로딩 현상 및 마이크로 로딩 현상에 의한 선폭 에러를 저감할 수 있다. 또한, 막 두께를 어느 정도 얇게 함으로써, 특히 서브 마이크론 레벨의 패턴 사이즈의 패턴에 대하여, 패턴에의 데미지(도괴 등)를 방지하는 것이 가능해진다. 본 발명에서의 차광막(2)은, 200㎚ 이하의 노광 파장에서는, 막 두께를 90㎚ 이하의 박막으로 해도 원하는 광학 농도(예를 들면, 2.5 이상)를 얻을 수 있다. 차광막(2)의 막 두께의 하한에 대해서는, 원하는 광학 농도가 얻어지는 한에서는 얇게 할 수 있다.
상기 차광막(2)의 형성 방법은, 특별히 제약할 필요는 없지만, 그 중에서도 스퍼터링 성막법이 바람직하다. 스퍼터링 성막법에 의하면, 균일한 막 두께의 박막을 형성할 수 있으므로, 본 발명에는 바람직하다. 투광성 기판(1) 상에, 스퍼터링 성막법에 의해 상기 차광막(2)을 성막하는 경우, 스퍼터 타깃으로서 크롬(Cr) 타깃을 이용하고, 챔버 내에 도입하는 스퍼터 가스는, 아르곤 가스나 헬륨 가스 등의 불활성 가스에, 탄화 수소 가스나 수소 가스, 또한 필요에 따라서 산소 가스, 질소 가스, 일산화 질소 가스, 일산화 이질소 가스, 일산화 탄소 가스, 이산화 탄소 가스 등의 가스를 혼합한 것을 이용한다.
아르곤 가스 등의 불활성 가스에 수소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 수소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있고, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 탄화 수소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 탄소를 함유하는 차광막 혹은 크롬에 수소와 탄소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있다. 또한, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 산소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 산소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있고, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 질소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 질소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있다. 또한, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 산소 가스와 질소 가스, 또는 일산화 질소 가스, 또는 일산화 이질소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 산소와 질소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있다.
또한, 차광막(2) 내에 함유되는 수소의 함유량을 조정하기 위해서는, 수소 가스의 유량, 탄화 수소 가스의 유량, 탄화 수소 가스의 종류, 스퍼터 가스압 등의 조건을 선택함으로써 조정할 수 있다.
또한, 포토마스크 블랭크로서는, 후술하는 도 2의 (a)에 있는 바와 같이, 상기 차광막(2) 상에, 레지스트막(3)을 형성한 형태이더라도 상관없다. 레지스트막(3)의 막 두께는, 차광막의 패턴 정밀도(CD 정밀도)를 양호하게 하기 위해서는, 가능한 한 얇은 쪽이 바람직하다. 본 실시 형태와 같은 소위 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크의 경우, 구체적으로는, 레지스트막(3)의 막 두께는, 300㎚ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 200㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 레지스트막의 막 두께의 하한은, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 드라이 에칭했을 때에, 레지스트막이 잔존하도록 설정된다. 전술한 점을 고려하면, 레지스트막의 막 두께는, 10㎚ 이상 300㎚ 이하, 15㎚ 이상 200㎚ 이하, 20㎚ 이상 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 높은 해상도를 얻기 위해서, 레지스트막(3)의 재료는 레지스트 감도가 높은 화학 증폭형 레지스트가 바람직하다. 특히, 레지스트막을 50keV 이상의 전자선 묘화하여 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 에칭함으로써, 포토마스크를 제조할 때에 이용되는 포토마스크 블랭크에 바람직하다.
다음으로, 도 1에 도시하는 포토마스크 블랭크(10)를 이용한 포토마스크의 제조 방법을 설명한다.
이 포토마스크 블랭크(10)를 이용한 포토마스크의 제조 방법은, 포토마스크 블랭크(10)의 차광막(2)을, 드라이 에칭을 이용하여 패터닝하는 공정을 갖고, 구체적으로는, 포토마스크 블랭크(10) 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 원하는 패턴 노광(패턴 묘화)을 실시하는 공정과, 원하는 패턴 노광에 따라서 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 레지스트 패턴을 따라서 상기 차광막을 에칭하는 공정과, 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거하는 공정을 갖는다.
도 2는 포토마스크 블랭크(10)를 이용한 포토마스크의 제조 공정을 순서대로 도시하는 단면도이다.
도 2의 (a)는, 도 1의 포토마스크 블랭크(10)의 차광막(2) 상에 레지스트막(3)을 형성한 상태를 도시하고 있다. 또한, 레지스트 재료로서는, 포지티브형 레지스트 재료에 의해서도, 네가티브형 레지스트 재료에 의해서도 이용할 수 있다.
다음으로, 도 2의 (b)는, 포토마스크 블랭크(10) 상에 형성된 레지스트막(3)에 대하여, 원하는 패턴 노광(패턴 묘화)을 실시하는 공정을 도시한다. 패턴 노광은 전자선 묘화 장치 등을 이용하여 행해진다. 전술한 레지스트 재료는, 전자선 또는 레이저에 대응하는 감광성을 갖는 것이 사용된다. 상기 차광막(2)은 도전성을 갖고 있으므로, 전자선 묘화 시의 차지업을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 2의 (c)는, 원하는 패턴 노광에 따라서 레지스트막(3)을 현상하여 레지스트 패턴(3a)을 형성하는 공정을 도시한다. 상기 공정에서는, 포토마스크 블랭크(10) 상에 형성한 레지스트막(3)에 대하여 원하는 패턴 노광을 실시한 후에 현상액을 공급하여, 현상액에 가용한 레지스트막의 부위를 용해하고, 레지스트 패턴(3a)을 형성한다.
다음으로, 도 2의 (d)는, 상기 레지스트 패턴(3a)을 따라서 차광막(2)을 에칭하는 공정을 도시한다. 본 발명의 포토마스크 블랭크는 드라이 에칭에 바람직하기 때문에, 에칭은 드라이 에칭을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 에칭 공정에서는, 상기 레지스트 패턴(3a)을 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해, 레지스트 패턴(3a)이 형성되어 있지 않은 차광막(2)이 노출된 부위를 제거하고, 이에 의해 원하는 차광막 패턴(2a)(마스크 패턴)을 투광성 기판(1) 상에 형성한다.
이 드라이 에칭에는, 염소계 가스 또는, 염소계 가스와 산소 가스를 함유하는 혼합 가스로 이루어지는 드라이 에칭 가스를 이용하는 것이 본 발명에 있어서 바람직하다. 본 발명에서의 크롬과 수소와 산소, 질소 등의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 차광막(2)에 대해서는, 상기한 드라이 에칭 가스를 이용하여 드라이 에칭을 행함으로써, 드라이 에칭 속도를 높일 수 있어, 드라이 에칭 시간의 단축화를 도모할 수 있어, 단면 형상이 양호한 차광막 패턴을 형성할 수 있다. 드라이 에칭 가스에 이용하는 염소계 가스로서는, 예를 들면, Cl2, SiCl4, HCl, CCl4, CHCl3 등을 들 수 있다.
또한, 크롬에 적어도 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 차광막의 경우, 차광막 내의 산소와 크롬과 염소계 가스의 반응에 의해 염화 크로밀이 생성되기 때문에, 드라이 에칭에 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스로 이루어지는 드라이 에칭 가스를 이용하는 경우, 차광막에 함유되는 산소의 함유량에 따라, 드라이 에칭 가스 중의 산소의 함유량을 저감시킬 수 있다. 이와 같이 산소의 양을 저감시킨 드라이 에칭 가스를 이용하여 드라이 에칭을 행함으로써, 레지스터 패턴에 악영향을 끼치는 산소의 양을 저감할 수 있어, 드라이 에칭 시의 레지스트 패턴에의 데미지를 방지할 수 있기 때문에, 차광막의 패턴 정밀도가 향상된 포토마스크가 얻어진다. 또한, 차광막에 함유되는 산소의 함유량에 따라서는, 드라이 에칭 가스 중의 산소의 양을 제로로 한 산소를 함유하지 않는 드라이 에칭 가스를 이용하는 것도 가능하다.
도 2의 (e)는, 잔존한 레지스트 패턴(3a)을 박리 제거함으로써 얻어진 포토마스크(20)를 도시한다. 이렇게 해서, 단면 형상이 양호한 차광막 패턴이 정밀도 좋게 형성된 포토마스크가 완성된다.
또한, 본 발명은 이상 설명한 실시 형태에 한정되지는 않는다. 즉, 투광성 기판 상에 차광막을 형성한, 소위 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크에 한하지 않고, 예를 들면, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 제조에 이용하기 위한 포토마스크 블랭크이어도 된다. 이 경우, 후술하는 제2 실시 형태에 설명한 바와 같이, 투광성 기판 상의 하프톤 위상 시프터막 상에 차광막이 형성되는 구조로 되어, 하프톤 위상 시프터막과 차광막을 합쳐서 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상)가 얻어지면 되기 때문에, 차광막 자체의 광학 농도는 예를 들면 2.5보다도 작은 값으로 할 수도 있다.
[제2 실시 형태]
다음으로, 도 3의 (a)를 이용하여 본 발명의 포토마스크 블랭크의 제2 실시 형태를 설명한다.
도 3의 (a)의 포토마스크 블랭크(30)는, 투광성 기판(1) 상에, 하프톤형 위상 시프터막(4)과 그 위의 차광층(5)과 반사 방지층(6)으로 이루어지는 차광막(2)을 갖는 형태의 것이다. 투광성 기판(1), 차광막(2)에 대해서는, 상기 제1 실시 형태에서 설명했으므로 생략한다.
상기 하프톤형 위상 시프터막(4)은, 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 광(예를 들면, 노광 파장에 대하여 1%～30%)을 투과시키는 것으로서, 소정의 위상차를 갖는 것이다. 이 하프톤형 위상 시프터막(4)은, 그 하프톤형 위상 시프터막(4)을 패터닝한 광 반투과부와, 하프톤형 위상 시프터막(4)이 형성되어 있지 않은 실질적으로 노광에 기여하는 강도의 광을 투과시키는 광 투과부에 의해, 광 반투과부를 투과하여 광의 위상이 광 투과부를 투과한 광의 위상에 대하여 실질적으로 반전한 관계로 되도록 함으로써, 광 반투과부와 광 투과부의 경계부 근방을 통과하여 회절 현상에 의해 서로 상대의 영역으로 돌아 들어간 광이 서로 상쇄되도록 하고, 경계부에서의 광 강도를 거의 제로로 하여 경계부의 콘트라스트 즉 해상도를 향상시키는 것이다.
이 하프톤형 위상 시프터막(4)은, 그 위에 형성되는 차광막(2)과 에칭 특성이 서로 다른 재료로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 하프톤형 위상 시프터막(4)으로서는, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 하프늄 등의 금속, 실리콘, 산소 및/또는 질소를 주된 구성 요소로 하는 재료를 들 수 있다. 또한, 하프톤형 위상 시프터막(4)은, 단층이어도 복수 층이어도 상관없다.
이 제2 실시 형태에서의 상기 차광막(2)은, 하프톤형 위상 시프트막과 차광막을 합친 적층 구조에서, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정한다. 그와 같이 설정되는 차광막(2)의 막 두께는, 50㎚ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로서, 드라이 에칭 시의 패턴의 마이크로 로딩 현상 등에 의해, 미세 패턴의 형성이 곤란해지는 경우가 생각되기 때문이다. 또한, 본 실시 형태에서, 상기 반사 방지층(6) 상에 형성하는 레지스트막의 막 두께는, 250㎚ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 200㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 레지스트막의 막 두께의 하한은, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 드라이 에칭했을 때에, 레지스트막이 잔존하도록 설정된다. 전술한 점을 고려하면, 레지스트막의 막 두께는, 10㎚ 이상 300㎚ 이하, 15㎚ 이상 200㎚ 이하, 20㎚ 이상 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 높은 해상도를 얻기 위해서, 레지스트막의 재료는 레지스트 감도가 높은 화학 증폭형 레지스트가 바람직하다. 특히, 레지스트막을 50keV 이상의 전자선 묘화하여 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 에칭함으로써, 포토마스크를 제조할 때에 이용되는 포토마스크 블랭크에 바람직하다.
[제3 실시 형태]
본 발명에 의해 얻어지는 포토마스크 블랭크의 제3 실시 형태를 도시하는 단면도는, 전술한 도 1과 마찬가지이므로, 본 실시 형태에서도 도 1을 참조하여 설명한다.
포토마스크 블랭크(10)는, 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 갖는 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크의 형태의 것이다.
상기 포토마스크 블랭크(10)는, 상기 차광막(2) 상에 형성되는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막(2)을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 마스크 블랭크이다.
여기서, 투광성 기판(1)으로서는 글래스 기판이 일반적이다. 글래스 기판은, 평탄도 및 평활도가 우수하기 때문에, 포토마스크를 사용하여 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 행하는 경우, 전사 패턴의 왜곡 등이 생기지 않아 고정밀도의 패턴 전사를 행할 수 있다.
상기 차광막(2)은, 그 위에 형성되는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭에 의해 패터닝할 때에 레지스트막의 막 감소가 일어나더라도, 차광막의 패터닝 종료 시점에서 레지스트막이 잔존하도록, 드라이 에칭 처리에서, 레지스트와의 선택비가 1을 초과하는 재료로 하는 것이 바람직하다. 선택비는, 드라이 에칭 처리에 대한 레지스트의 막 감소량과 차광막의 막 감소량의 비(=차광막의 막 감소량/레지스트의 막 감소량)로 나타낸다. 바람직하게는, 차광막 패턴의 단면 형상의 악화 방지나, 글로벌 로딩 현상을 억제하는 점으로부터, 차광막은, 레지스트와의 선택비가 1을 초과하고 10 이하, 더욱 바람직하게는, 1을 초과하고 5 이하로 하는 것이 바람직하다.
구체적인 차광막(2)의 재료로서는, 크롬과, 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도가 빨라지는 첨가 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 이러한 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도가 빨라지는 첨가 원소로서는, 산소와 질소 중 적어도 한쪽의 원소를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 차광막(2)의 재료는, 상기 크롬을 함유하는 재료에 한하지 않고, 크롬, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐 등의 천이 금속을 함유하는 재료로 할 수 있다. 나아가서는, 차광막(2)이 다층인 경우에는, 차광막(2)을 구성하는 모든 층에서, 상기 천이 금속을 함유하는 재료로 해도 되고, 또한 각 층마다 다른 천이 금속을 함유하는 재료로 해도 상관없다.
차광막(2) 내에 산소를 함유하는 경우의 산소의 함유량은, 5～80원자%의 범위가 바람직하다. 산소의 함유량이 5원자% 미만이면, 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도가 빨라지는 효과가 얻어지기 어렵다. 한편, 산소의 함유량이 80원자%를 초과하면, 파장 200㎚ 이하의 예를 들면 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서의 흡수 계수가 작아지기 때문에, 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상)를 얻기 위해서는 막 두께를 두껍게 할 필요가 생기게 된다. 또한, 바람직한 차광막(2) 내의 산소의 함유량은 특히 10～50원자%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, 차광막(2) 내에 질소를 함유하는 경우의 질소의 함유량은, 15～80원자%의 범위가 바람직하다. 질소의 함유량이 20원자% 미만이면, 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도가 빨라지는 효과가 얻어지기 어렵다. 또한, 질소의 함유량이 80원자%를 초과하면, 파장 200㎚ 이하의 예를 들면 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서의 흡수 계수가 작아지기 때문에, 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상)를 얻기 위해서는 막 두께를 두껍게 할 필요가 생기게 된다.
또한, 차광막(2) 내에 산소와 질소의 양방을 함유해도 된다. 그 경우의 함유량은, 산소와 질소의 합계가 10～80원자%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 차광막(2) 내에 산소와 질소의 양방을 함유하는 경우의 산소와 질소의 함유비는, 특별히 제약은 되지 않으며, 흡수 계수 등의 균형에 의해 적절히 결정된다.
또한, 차광막(2) 내에 탄소를 함유하는 경우, 탄소의 함유량은, 1～20원자%의 범위가 바람직하다. 탄소는 도전성을 높이는 효과, 반사율을 저감시키는 효과가 있다. 그러나, 차광막 내에 탄소가 함유되어 있으면, 드라이 에칭 속도가 저하하여, 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝할 때에 요하는 드라이 에칭 시간이 길어져, 레지스트막을 박막화하는 것이 곤란해진다. 이상의 점으로부터, 탄소의 함유량은, 1～20원자%가 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 3～15원자%가 바람직하다.
상기 차광막(2)의 형성 방법은, 특별히 제약할 필요는 없지만, 그 중에서도 스퍼터링 성막법을 바람직하게 들 수 있다. 스퍼터링 성막법에 의하면, 균일하고 막 두께가 일정한 막을 형성할 수 있으므로, 본 발명에는 바람직하다. 투광성 기판(1) 상에, 스퍼터링 성막법에 의해 상기 차광막(2)을 성막하는 경우, 스퍼터 타깃으로서 크롬(Cr) 타깃을 이용하여, 챔버 내에 도입하는 스퍼터 가스는, 아르곤 가스나 헬륨 가스 등의 불활성 가스에 산소, 질소 혹은 이산화 탄소, 일산화 질소 등의 가스를 혼합한 것을 이용한다. 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 산소 가스 혹은 이산화 탄소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 산소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있고, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 질소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 질소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있고, 또한 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 일산화 질소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 질소와 산소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있다. 또한, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 메탄 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 탄소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 차광막(2)의 성막 공정은, 투광성 기판측에 형성하는 층의 성막 속도보다도 차광막의 표면측에 형성하는 층의 성막 속도를 느리게 하는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이, 투광성 기판측에 형성하는 층의 성막 속도보다도 차광막의 표면측에 형성하는 층의 성막 속도를 느리게 함으로써, 차광막의 깊이 방향(즉 차광막의 표면측으로부터 투광성 기판측)을 향하여 드라이 에칭 속도를 느리게 제어할 수 있으며, 이에 의해 글로벌 로딩 현상을 저감시켜, 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이와 같이 차광막의 성막 속도를 변경하는 시점은, 차광막의 깊이 방향에서의 드라이 에칭 속도를 전술한 바와 같이 적합하게 제어할 수 있도록, 적절히 결정된다. 예를 들면, 차광막의 성막 내에 스퍼터 가스의 종류(조성)를 변경함으로써 차광막 조성을 바꾸는 타이밍과 더불어 차광막의 성막 속도를 변경하도록 해도 된다. 또한, 차광막의 드라이 에칭 속도는, 차광막의 재료에 따라서도 서로 다르므로, 차광막을 깊이 방향에서의 조성 경사막으로 한 경우, 조성 경사에 의한 드라이 에칭 속도의 변화를 고려하여, 전술한 성막 속도를 변경하는 타이밍을 결정하는 것이 좋다. 또한, 차광막의 깊이 방향에서 드라이 에칭 속도가 단계적으로 바뀌도록 해도 되고, 연속적으로 바뀌도록 해도 된다.
차광막의 성막 속도를 변경하는 방법으로서는, 예를 들면 성막 장치의 파워(스퍼터 전력), 스퍼터 전력 밀도를 변경하는 방법이 가장 간이하다. 통상적으로, 성막 장치의 파워(스퍼터 전력), 스퍼터 전력 밀도를 높이면 성막 속도를 빠르게 하고, 파워(스퍼터 전력), 스퍼터 전력 밀도를 내리면 성막 속도를 느리게 할 수 있다. 이 경우, 성막 장치의 파워(스퍼터 전력), 스퍼터 전력 밀도를 어느 정도로 변경할지는, 차광막의 깊이 방향을 향하여 드라이 에칭 속도를 느리게 적합하게 제어할 수 있도록, 적절히 결정된다. 물론, 이 방법에 한정되는 것은 아니고, 그 외에도 예를 들면 성막 시의 가스압력 등을 변경함으로써 성막 속도를 바꾸도록 해도 된다.
상기 차광막(2)의 막 두께는, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정된다. 구체적으로는, 상기 차광막(2)의 막 두께는, 90㎚ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 최근에서의 서브 마이크론 레벨의 패턴 사이즈에의 패턴의 미세화에 대응하기 위해서는, 막 두께가 90㎚를 초과하면, 드라이 에칭 시의 패턴의 마이크로 로딩 현상 등에 의해, 미세 패턴의 형성이 곤란해지는 경우가 고려되기 때문이다. 막 두께를 어느 정도 얇게 함으로써, 패턴의 어스펙트비(패턴폭에 대한 패턴 깊이의 비)의 저감을 도모할 수 있어, 글로벌 로딩 현상 및 마이크로 로딩 현상에 의한 선폭 에러를 저감할 수 있다. 또한, 막 두께를 어느 정도 얇게 함으로써, 특히 서브 마이크론 레벨의 패턴 사이즈의 패턴에 대하여, 패턴에의 데미지(도괴 등)를 방지하는 것이 가능해진다. 본 발명에서의 차광막(2)은, 200㎚ 이하의 노광 파장에서는, 막 두께를 90㎚ 이하의 박막으로 해도 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상)를 얻을 수 있다. 차광막(2)의 막 두께의 하한에 대해서는, 원하는 광학 농도가 얻어지는 한에서는 얇게 할 수 있다.
또한, 상기 차광막(2)은 단층인 것에 한하지 않고, 다층이어도 되지만, 어느 막에도 산소 및/또는 질소를 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 차광막(2)은, 표층부(상층부)에 반사 방지층을 포함하는 것이어도 된다. 그 경우, 반사 방지층으로서는, 예를 들면 CrO, CrCO, CrNO, CrCON 등의 재질을 바람직하게 들 수 있다. 반사 방지층을 형성함으로써, 노광 파장에서의 반사율을 예를 들면 20% 이하, 바람직하게는 15% 이하로 억제할 수 있으므로, 마스크 패턴을 피전사체에 전사할 때에, 투영 노광면과의 사이에서의 다중 반사를 억제하여, 결상 특성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 포토마스크 블랭크나 포토마스크의 결함 검사에 이용하는 파장(예를 들면 257㎚, 364㎚, 488㎚ 등)에 대한 반사율을 예를 들면 30% 이하로 하는 것이, 결함을 고정밀도로 검출하는 점에서 바람직하다. 특히, 반사 방지층으로서 탄소를 함유하는 막으로 함으로써, 노광 파장에 대한 반사율을 저감시키고, 또한, 상기 검사 파장(특히 257㎚)에 대한 반사율을 20% 이하로 할 수 있으므로 바람직하다. 구체적으로는, 탄소의 함유량은, 5～20원자%로 하는 것이 바람직하다. 탄소의 함유량이 5원자% 미만인 경우, 반사율을 저감시키는 효과가 작아지고, 또한, 탄소의 함유량이 20원자% 초과한 경우, 드라이 에칭 속도가 저하하여, 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝할 때에 요하는 드라이 에칭 시간이 길어져, 레지스트막을 박막화하는 것이 곤란해지므로 바람직하지 않다.
또한, 산소 함유 가스 분위기 속에서 반응성 스퍼터에 의해 CrO막 등의 반사 방지층을 성막하는 경우, 성막 장치의 파워를 높여서 성막 속도를 빠르게 하면, 막의 결함이 증가한다고 하는 문제가 발생하기 때문에, 막의 결함을 저감하기 위해서는 성막 속도를 느리게 하는 것이 바람직하다.
또한, 반사 방지층은 필요에 따라서 투광성 기판측에도 형성해도 된다.
또한, 상기 차광막(2)은 크롬과, 질소, 산소, 탄소 등의 원소의 함유량이 깊이 방향에서 서로 다르고, 표층부의 반사 방지층과, 그 이외의 층(차광층)에서 단계적, 또는 연속적으로 조성 경사진 조성 경사막으로 해도 된다. 이러한 차광막을 조성 경사막으로 하기 위해서는, 예를 들면 전술한 스퍼터링 성막 시의 스퍼터 가스의 종류(조성)를 성막 내에 적절히 절환하는 방법이 바람직하다.
또한, 포토마스크 블랭크로서는, 전술한 도 2의 (a)에 있는 바와 같이, 상기 차광막(2) 상에, 레지스트막(3)을 형성한 형태이더라도 상관없다. 레지스트막(3)의 막 두께는, 차광막의 패턴 정밀도(CD 정밀도)를 양호하게 하기 위해서는, 가능한 한 얇은 쪽이 바람직하다. 본 실시 형태와 같은 소위 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크의 경우, 구체적으로는, 레지스트막(3)의 막 두께는 300㎚ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 200㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 레지스트막의 막 두께의 하한은, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 드라이 에칭했을 때에, 레지스트막이 잔존하도록 설정된다. 전술한 점을 고려하면, 레지스트막의 막 두께는, 10㎚ 이상 300㎚ 이하, 15㎚ 이상 200㎚ 이하, 20㎚ 이상 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 높은 해상도를 얻기 위해서, 레지스트막(3)의 재료는 레지스트 감도가 높은 화학 증폭형 레지스트가 바람직하다. 특히, 레지스트막을 50keV 이상의 전자선 묘화하여 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 에칭함으로써, 포토마스크를 제조할 때에 이용되는 포토마스크 블랭크에 바람직하다.
본 실시 형태에 따른 포토마스크 블랭크(10)를 이용한 포토마스크의 제조 방법은, 포토마스크 블랭크(10)의 차광막(2)을, 드라이 에칭을 이용하여 패터닝하는 공정을 갖고, 구체적으로는, 포토마스크 블랭크(10) 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 원하는 패턴 노광(패턴 묘화)을 실시하는 공정과, 원하는 패턴 노광에 따라서 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 레지스트 패턴을 따라서 상기 차광막을 에칭하는 공정과, 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거하는 공정을 갖는다. 즉, 전술한 도 2에 도시하는 포토마스크 블랭크(10)를 이용한 포토마스크의 제조 공정과 마찬가지로 하여 제조된다. 이렇게 해서 본 실시 형태의 포토마스크 블랭크(10)를 이용하여, 단면 형상이 양호한 차광막 패턴이 정밀도 좋게 형성된 포토마스크가 완성된다.
또한, 본 발명은 이상 설명한 실시 형태에 한정되지는 않는다. 즉, 투광성 기판 상에 차광막을 형성한, 소위 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크에 한하지 않고, 예를 들면, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 제조에 이용하기 위한 포토마스크 블랭크이어도 된다. 이 경우, 후술하는 제4 실시 형태에 설명한 바와 같이, 투광성 기판 상의 하프톤 위상 시프터막 상에 차광막이 형성되는 구조로 되어, 하프톤 위상 시프터막과 차광막을 합하여 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상)가 얻어지면 되기 때문에, 차광막 자체의 광학 농도는 예를 들면 2.5보다도 작은 값으로 할 수도 있다.
[제4 실시 형태]
다음으로, 본 발명의 포토마스크 블랭크의 제4 실시 형태를 설명한다. 본 실시 형태의 단면도는 전술한 도 3의 (a)(실시 형태2)와 마찬가지이므로, 도 3의 (a)를 참조하여 설명한다.
도 3의 (a)의 포토마스크 블랭크(30)는, 투광성 기판(1) 상에, 하프톤형 위상 시프터막(4)과 그 위의 차광층(5)과 반사 방지층(6)으로 이루어지는 차광막(2)을 갖는 형태의 것이다. 본 실시 형태에서의 투광성 기판(1), 차광막(2)에 대해서는, 상기 제3 실시 형태에서 설명했으므로 생략한다.
상기 하프톤형 위상 시프터막(4)은, 전술한 제2 실시 형태와 마찬가지로, 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 광(예를 들면, 노광 파장에 대하여 1%～30%)을 투과시키는 것으로서, 소정의 위상차를 갖는 것이다.
이 하프톤형 위상 시프터막(4)은, 그 위에 형성되는 차광막(2)과 에칭 특성이 서로 다른 재료로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 하프톤형 위상 시프터막(4)으로서는, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 하프늄 등의 금속, 실리콘, 산소 및/또는 질소를 주된 구성 요소로 하는 재료를 들 수 있다. 또한, 하프톤형 위상 시프터막(4)은, 단층이더라도 복수층이더라도 상관없다.
본 실시 형태에서의 상기 차광막(2)은, 하프톤형 위상 시프트막과 차광막을 합친 적층 구조에서, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정한다. 그와 같이 설정되는 차광막(2)의 막 두께는, 50㎚ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로서, 드라이 에칭 시의 패턴의 마이크로 로딩 현상 등에 의해, 미세 패턴의 형성이 곤란해지는 경우가 생각되기 때문이다. 차광막의 막 두께를 50㎚ 이하로 함으로써, 드라이 에칭 시의 글로벌 로딩 현상 및 마이크로 로딩 현상에 의한 선폭 에러를 더욱 저감할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서, 상기 반사 방지층(6) 상에 형성하는 레지스트막의 막 두께는, 250㎚ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 200㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 레지스트막의 막 두께의 하한은, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 드라이 에칭했을 때에, 레지스트막이 잔존하도록 설정된다. 전술한 점을 고려하면, 레지스트막의 막 두께는, 10㎚ 이상 250㎚ 이하, 15㎚ 이상 200㎚ 이하, 20㎚ 이상 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 높은 해상도를 얻기 위해서, 레지스트막의 재료는 레지스트 감도가 높은 화학 증폭형 레지스트가 바람직하다. 특히, 레지스트막을 50keV 이상의 전자선 묘화하여 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 에칭함으로써, 포토마스크를 제조할 때에 이용되는 포토마스크 블랭크에 바람직하다.
[제5 실시 형태]
다음으로, 본 발명에 의해 얻어지는 포토마스크 블랭크의 제5 실시 형태를 설명한다. 제5 실시 형태의 단면도는 전술한 도 1과 마찬가지이므로, 도 1을 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 포토마스크 블랭크(10)는, 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 갖는 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크의 형태의 것이다.
상기 포토마스크 블랭크(10)는, 상기 차광막(2) 상에 형성되는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 차광막(2)을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 마스크 블랭크이다.
여기서, 투광성 기판(1)으로서는, 글래스 기판이 일반적이다. 글래스 기판은, 평탄도 및 평활도가 우수하기 때문에, 포토마스크를 사용하여 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 행하는 경우, 전사 패턴의 왜곡 등이 생기지 않아 고정밀도의 패턴 전사를 행할 수 있다.
상기 차광막(2)은, 그 위에 형성되는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭에 의해 패터닝할 때에 레지스트막의 막 감소가 일어나더라도, 차광막의 패터닝 종료 시점에서 레지스트막이 잔존하도록, 드라이 에칭 처리에서, 레지스트와의 선택비가 1을 초과하는 재료로 하는 것이 바람직하다. 선택비는, 드라이 에칭 처리에 대한 레지스트의 막 감소량과 차광막의 막 감소량의 비(=차광막의 막 감소량/레지스트의 막 감소량)로 나타낸다. 바람직하게는, 차광막 패턴의 단면 형상의 악화 방지나, 글로벌 로딩 현상을 억제한다는 점에서, 차광막은, 레지스트와의 선택비가 1을 초과하고 10 이하, 더욱 바람직하게는, 1을 초과하고 5 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 차광막(2)의 투광성 기판측에서의 드라이 에칭 속도를, 차광막(2)의 표면측에서의 드라이 에칭 속도보다도 느리게 하도록 하고 있다. 이에 의해, 글로벌 로딩 현상을 저감시켜, 패턴 정밀도나 패턴의 단면 형상을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 차광막(2)의 표면측으로부터 투광성 기판측(깊이 방향)을 향하여 드라이 에칭 속도를 느리게 하도록 하고 있다. 이와 같이, 드라이 에칭 속도를 차광막의 깊이 방향을 향하여 느리게 제어하기 위해서는, 예를 들면 차광막 내에 산소를 함유하는 것이 바람직하다. 산소를 함유하는 크롬계 차광막은, 크롬 단체의 차광막보다도 드라이 에칭 속도가 빨라짐과 함께, 산소의 함유량이 차광막의 깊이 방향을 향하여 감소하는 조성 경사막으로 함으로써, 드라이 에칭 속도를 차광막의 깊이 방향을 향하여 느리게 제어할 수 있기 때문이다.
구체적인 차광막(2)의 재료로서는, 크롬과, 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도가 빨라지는 첨가 원소를 함유하는 재료를 들 수 있으며, 이러한 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도가 빨라지는 첨가 원소로서는, 전술한 바와 같이 적어도 산소를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 차광막(2)의 재료는, 상기 크롬을 함유하는 재료에 한하지 않고, 크롬, 탄탈, 티탄, 몰리브덴, 텅스텐 등의 천이 금속을 함유하는 재료로 할 수 있다. 나아가서는, 차광막(2)이 다층인 경우에는, 차광막(2)을 구성하는 모든 층에서, 상기 천이 금속을 함유하는 재료로 해도 되고, 또한 각 층마다 다른 천이 금속을 함유하는 재료로 해도 상관없다.
차광막(2) 내에 산소를 함유하는 경우의 산소의 함유량은, 5～80원자%의 범위가 바람직하다. 산소의 함유량이 5원자% 미만이면, 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도가 빨라지는 효과가 얻어지기 어렵다. 한편, 산소의 함유량이 80원자%를 초과하면, 파장 200㎚ 이하의 예를 들면 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서의 흡수 계수가 작아지기 때문에, 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상)를 얻기 위해서는 막 두께를 두껍게 할 필요가 생기게 된다. 또한, 드라이 에칭 가스 내의 산소의 양을 저감한다고 하는 관점으로부터는, 차광막(2) 내의 산소의 함유량은 특히 60～80원자%의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, 차광막(2) 내에, 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도가 빨라지는 첨가 원소로서, 질소를 함유하는 것도 바람직하다. 차광막(2) 내에 질소를 함유하는 경우의 질소의 함유량은, 20～80원자%의 범위가 바람직하다. 질소의 함유량이 20원자% 미만이면, 크롬 단체보다도 드라이 에칭 속도가 빨라지는 효과가 얻어지기 어렵다. 또한, 질소의 함유량이 80원자%를 초과하면, 파장 200㎚ 이하의 예를 들면 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서의 흡수 계수가 작아지기 때문에, 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상)를 얻기 위해서는 막 두께를 두껍게 할 필요가 생기게 된다.
또한, 차광막(2) 내에 산소와 질소의 양방을 함유해도 된다. 그 경우의 함유량은, 산소와 질소의 합계가 10～80원자%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 차광막(2) 내에 산소와 질소의 양방을 함유하는 경우의 산소와 질소의 함유비는, 특별히 제약은 되지 않으며, 흡수 계수 등의 균형에 의해 적절히 결정된다.
또한, 차광막(2) 내에 탄소를 함유하는 경우, 탄소의 함유량은 1～20원자%가 바람직하다. 탄소는 도전성을 높이는 효과, 반사율을 저감시키는 효과가 있다. 그러나, 차광막 내에 탄소가 함유되어 있으면, 드라이 에칭 속도가 저하하여, 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝할 때에 요하는 드라이 에칭 시간이 길어져, 레지스트막을 박막화하는 것이 곤란해진다. 이상의 점으로부터, 탄소의 함유량은 1～20원자%가 좋고, 더욱 바람직하게는 3～15원자%가 바람직하다.
상기 차광막(2)의 형성 방법은, 특별히 제약할 필요는 없지만, 그 중에서도 스퍼터링 성막법을 바람직하게 들 수 있다. 스퍼터링 성막법에 의하면, 균일하고 막 두께가 일정한 막을 형성할 수 있으므로, 본 발명에는 바람직하다. 투광성 기판(1) 상에, 스퍼터링 성막법에 의해 상기 차광막(2)을 성막하는 경우, 스퍼터 타깃으로서 크롬(Cr) 타깃을 이용하고, 챔버 내에 도입하는 스퍼터 가스는, 아르곤 가스나 헬륨 가스 등의 불활성 가스에 산소, 질소 혹은 이산화 탄소, 일산화 질소 등의 가스를 혼합한 것을 이용한다. 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 산소 가스 혹은 이산화 탄소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 산소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있고, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 질소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 질소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있고, 또한 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 일산화 질소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 질소와 산소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있다. 또한, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 메탄 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 이용하면, 크롬에 탄소를 함유하는 차광막을 형성할 수 있다.
상기 차광막(2)의 막 두께는, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정된다. 구체적으로는, 상기 차광막(2)의 막 두께는, 90㎚ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 최근에서의 서브 마이크론 레벨의 패턴 사이즈에의 패턴의 미세화에 대응하기 위해서는, 막 두께가 90㎚를 초과하면, 드라이 에칭 시의 패턴의 마이크로 로딩 현상 등에 의해, 미세 패턴의 형성이 곤란해지는 경우가 고려되기 때문이다. 막 두께를 어느 정도 얇게 함으로써, 패턴의 어스펙트비(패턴폭에 대한 패턴 깊이의 비)의 저감을 도모할 수 있어, 글로벌 로딩 현상 및 마이크로 로딩 현상에 의한 선폭 에러를 저감할 수 있다. 또한, 막 두께를 어느 정도 얇게 함으로써, 특히 서브 마이크론 레벨의 패턴 사이즈의 패턴에 대하여, 패턴에의 데미지(도괴 등)를 방지하는 것이 가능해진다. 본 발명에서의 차광막(2)은, 200㎚ 이하의 노광 파장에서는, 막 두께를 90㎚ 이하의 박막으로 해도 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상)를 얻을 수 있다. 차광막(2)의 막 두께의 하한에 대해서는, 원하는 광학 농도가 얻어지는 한에서는 얇게 할 수 있다.
또한, 상기 차광막(2)은, 단층인 것에 한하지 않고, 다층이어도 되지만, 어느 막에도 산소 및/또는 질소를 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 차광막(2)은, 표층부(상층부)에 반사 방지층을 포함하는 것이어도 된다. 그 경우, 반사 방지층으로서는, 예를 들면 CrO, CrCO, CrNO, CrCON 등의 재질을 바람직하게 들 수 있다. 반사 방지층을 형성함으로써, 노광 파장에서의 반사율을 예를 들면 20% 이하, 바람직하게는 15% 이하로 억제할 수 있으므로, 마스크 패턴을 피전사체에 전사할 때에 투영 노광면과의 사이에서 다중 반사를 억제하여, 결상 특성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 포토마스크 블랭크나 포토마스크의 결함 검사에 이용하는 파장(예를 들면 257㎚, 364㎚, 488㎚ 등)에 대한 반사율을 예를 들면 30% 이하로 하는 것이, 결함을 고정밀도로 검출하는 점에서 바람직하다. 특히, 반사 방지층으로서 탄소를 함유하는 막으로 함으로써, 노광 파장에 대한 반사율을 저감시키고, 또한, 상기 검사 파장(특히 257㎚)에 대한 반사율을 20% 이하로 할 수 있으므로 바람직하다. 구체적으로는, 탄소의 함유량은, 5～20원자%로 하는 것이 바람직하다. 탄소의 함유량이 5원자% 미만인 경우, 반사율을 저감시키는 효과가 적어지고, 또한, 탄소의 함유량이 20원자% 초과인 경우, 드라이 에칭 속도가 저하하여, 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝할 때에 요하는 드라이 에칭 시간이 길어져, 레지스트막을 박막화하는 것이 곤란해지므로 바람직하지 않다.
또한, 반사 방지층은 필요에 따라서 투광성 기판측에도 형성해도 된다.
또한, 상기 차광막(2)은, 크롬과, 산소, 질소, 탄소 등의 원소의 함유량이 깊이 방향에서 서로 다르고, 표층부의 반사 방지층과, 그 이외의 층(차광층)에서 단계적, 또는 연속적으로 조성 경사진 조성 경사막으로 해도 된다. 이러한 차광막을 조성 경사막으로 하기 위해서는, 예를 들면 전술한 스퍼터링 성막 시의 스퍼터 가스의 종류(조성)를 성막 내에 적절히 절환하는 방법이 바람직하다.
또한, 차광막의 드라이 에칭 속도를 깊이 방향을 향하여 느리게 제어하기 위해서, 예를 들면 차광막 내에 산소를 함유하고, 산소의 함유량을 차광막의 깊이 방향을 향하여 감소하는 조성 경사막으로 하는 경우를 설명했지만, 이에 한하지 않고, 예를 들면 차광막 내에 수소를 함유하고, 수소 함유량이 차광막의 깊이 방향에서 서로 다른 조성 경사막으로 하거나, 혹은, 차광막의 성막 속도를 성막 내에 적절히 변경함으로써, 차광막의 드라이 에칭 속도를 깊이 방향을 향하여 느리게 제어해도 된다.
또한, 포토마스크 블랭크로서는, 전술한 도 2의 (a)에 있는 바와 같이, 상기 차광막(2) 상에, 레지스트막(3)을 형성한 형태이어도 상관없다. 레지스트막(3)의 막 두께는, 차광막의 패턴 정밀도(CD 정밀도)를 양호하게 하기 위해서는, 가능한 한 얇은 쪽이 바람직하다. 본 실시 형태와 같은 소위 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크의 경우, 구체적으로는, 레지스트막(3)의 막 두께는, 300㎚ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 200㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 레지스트막의 막 두께의 하한은, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 드라이 에칭했을 때에, 레지스트막이 잔존하도록 설정된다. 전술한 점을 고려하면, 레지스트막의 막 두께는, 10㎚ 이상 300㎚ 이하, 15㎚ 이상 200㎚ 이하, 20㎚ 이상 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 높은 해상도를 얻기 위해서, 레지스트막(3)의 재료는 레지스트 감도가 높은 화학 증폭형 레지스트가 바람직하다. 특히, 레지스트막을 50keV 이상의 전자선 묘화하여 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 에칭함으로써, 포토마스크를 제조할 때에 이용되는 포토마스크 블랭크에 바람직하다.
본 실시 형태의 포토마스크 블랭크(10)를 이용한 포토마스크의 제조 방법은, 포토마스크 블랭크(10)의 차광막(2)을, 드라이 에칭을 이용하여 패터닝하는 공정을 갖고, 구체적으로는, 포토마스크 블랭크(10) 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 원하는 패턴 노광(패턴 묘화)을 실시하는 공정과, 원하는 패턴 노광에 따라서 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 레지스트 패턴을 따라서 상기 차광막을 에칭하는 공정과, 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거하는 공정을 갖고, 구체적으로는 전술한 도 2에 도시하는 포토마스크 블랭크(10)를 이용한 포토마스크의 제조 공정과 마찬가지로 하여 제조된다. 이렇게 해서, 본 실시 형태의 포토마스크 블랭크(10)를 이용하여, 단면 형상이 양호한 차광막 패턴이 정밀도 좋게 형성된 포토마스크가 완성된다.
또한, 본 발명은 이상 설명한 실시 형태에 한정되지는 않는다. 즉, 투광성 기판 상에 차광막을 형성한, 소위 바이너리 마스크용 포토마스크 블랭크에 한하지 않고, 예를 들면, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 제조에 이용하기 위한 포토마스크 블랭크이어도 된다. 이 경우, 후술하는 제6 실시 형태에 설명한 바와 같이, 투광성 기판 상의 하프톤 위상 시프터막 상에 차광막이 형성되는 구조로 되어, 하프톤 위상 시프터막과 차광막을 합하여 원하는 광학 농도(예를 들면 2.5 이상)가 얻어지면 되기 때문에, 차광막 자체의 광학 농도는 예를 들면 2.5보다도 작은 값으로 할 수도 있다.
[제6 실시 형태]
다음으로, 본 발명의 포토마스크 블랭크의 제6 실시 형태를 설명한다. 제6 실시 형태의 단면도는 전술한 도 3의 (a)(제2 실시 형태)와 마찬가지이므로, 도 3의 (a)를 참조하여 설명한다.
본 실시 형태의 포토마스크 블랭크(30)는, 투광성 기판(1) 상에, 하프톤형 위상 시프터막(4)과 그 위의 차광층(5)과 반사 방지층(6)으로 이루어지는 차광막(2)을 갖는 형태의 것이다. 본 실시 형태에서의 투광성 기판(1), 차광막(2)에 대해서는, 상기 제5 실시 형태에서 설명했으므로 생략한다.
상기 하프톤형 위상 시프터막(4)은, 전술한 실시 형태와 마찬가지로, 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 광(예를 들면, 노광 파장에 대하여 1%～30%)을 투과시키는 것으로서, 소정의 위상차를 갖는 것이다.
이 하프톤형 위상 시프터막(4)은, 그 위에 형성되는 차광막(2)과 에칭 특성이 서로 다른 재료로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 하프톤형 위상 시프터막(4)으로서는, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 하프늄 등의 금속, 실리콘, 산소 및/또는 질소를 주된 구성 요소로 하는 재료를 들 수 있다. 또한, 하프톤형 위상 시프터막(4)은, 단층이더라도 복수층이더라도 상관없다.
이 제6 실시 형태에서의 상기 차광막(2)은, 하프톤형 위상 시프트막과 차광막을 합친 적층 구조에서, 노광광에 대하여 광학 농도가 2.5 이상으로 되도록 설정한다. 그와 같이 설정되는 차광막(2)의 막 두께는, 50㎚ 이하인 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로서, 드라이 에칭 시의 패턴의 마이크로 로딩 현상 등에 의해, 미세 패턴의 형성이 곤란해지는 경우가 생각되기 때문이다. 또한, 본 실시 형태에서, 상기 반사 방지층(6) 상에 형성하는 레지스트막의 막 두께는, 250㎚ 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 200㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 레지스트막의 막 두께의 하한은, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 드라이 에칭했을 때에, 레지스트막이 잔존하도록 설정된다. 전술한 점을 고려하면, 레지스트막의 막 두께는, 10㎚ 이상 250㎚ 이하, 15㎚ 이상 200㎚ 이하, 20㎚ 이상 150㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 높은 해상도를 얻기 위해서, 레지스트막의 재료는 레지스트 감도가 높은 화학 증폭형 레지스트가 바람직하다. 특히, 레지스트막을 50keV 이상의 전자선 묘화하여 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막을 에칭함으로써, 포토마스크를 제조할 때에 이용되는 포토마스크 블랭크에 바람직하다.
<실시예>
이하, 실시예에 의해, 본 발명의 실시 형태를 더 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예 1～5는, 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 대응하는 실시예이다. 아울러, 실시예에 대한 비교예에 대해서도 설명한다.
[실시예 1]
전술한 도 2는, 본 실시예에 따른 포토마스크 블랭크 및 이 포토마스크 블랭크를 이용한 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. 본 실시예의 포토마스크 블랭크(10)는, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(1) 상에 차광층과 반사 방지층으로 이루어지는 차광막(2)으로 이루어진다.
이 포토마스크 블랭크(10)는, 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.
인라인형 스퍼터링 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 크롬 타깃을 사용하여, 아르곤 가스와 질소 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:30 체적%, N2:30 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하여 투광성 기판(1) 상에 차광층을 형성하고, 그 후, 아르곤 가스와 메탄 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:54 체적%, CH4:6 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하고, 계속해서, 아르곤 가스와 일산화 질소 가스의 혼합 가스(Ar:90 체적%, NO:10 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행함으로써, 반사 방지층을 형성하고, 합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 형성했다. 또한, 상기 차광층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 1.16kW, 전체 가스압은 0.17 파스칼(Pa), 반사 방지층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 0.33kW, 전체 가스압은 0.28 파스칼(Pa)의 조건으로 차광막을 형성했다. 이 차광막의 막 두께는, 67㎚이었다. 차광막에 대하여, 러더퍼드 후방 산란 분석법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 질소(N)는 32.5원자%, 산소(O)는 12.8원자%, 수소(H)는 5.9원자%가 함유되어 있는 크롬(Cr)막이었다. 또한, 오거 전자 분광법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 상기 차광막 내에는 탄소(C)가 8.0원자% 함유되어 있었다.
도 5는 본 실시예의 차광막의 러더퍼드 후방 산란 분석에 의한 차광막의 깊이 방향의 조성 분석 결과를 도시하는 도면이다.
이 결과에 의하면, 차광막 중 차광층은, 크롬, 질소 및 반사 방지층의 형성에 이용한 산소, 탄소가 약간 혼입한 조성 경사막으로 되었다. 또한 반사 방지층은, 크롬, 질소, 및 산소, 및, 탄소가 약간 혼입한 조성 경사막으로 되었다. 또한, 차광막 내의 수소에 대해서는, 깊이 방향 전체에 함유되어 있으며, 표면측의 반사 방지층 내의 함유량이 높아, 전체적으로는 차광막의 깊이 방향을 향하여 수소의 함유량이 대략 감소하고 있는 수소의 조성 경사막으로 되었다.
이 차광막의 노광 파장 193㎚에서의 광학 농도는 3.0이었다. 또한, 이 차광막의 노광 파장 193㎚에서의 반사율은 14.8%로 낮게 억제할 수 있었다. 또한, 포토마스크의 결함 검사 파장인 257㎚ 또는 364㎚에 대해서는, 각각 19.9%, 19.7%로 되어, 검사 상에서도 문제로 되지 않는 반사율이었다.
또한, 이 차광막의 시트 저항은, 4단자법으로 측정하였더니, 100Ω/□로 작은 값을 나타내고 있었다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크(10) 상에, 화학 증폭형 레지스트인 전자선 묘화용 레지스트막(후지 필름 아치사제:FEP171, 막 두께:250㎚)을 형성했다. 레지스트막의 형성은, 스피너(회전 도포 장치)를 이용하여 회전 도포했다. 또한, 상기 레지스트막을 도포 후, 가열 건조 장치를 이용하여 소정의 가열 건조 처리를 행하였다.
다음으로 포토마스크 블랭크(10) 상에 형성된 레지스트막(3)에 대하여, 전자선 묘화 장치를 이용하여, 원하는 패턴 묘화(80㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴)를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴(3a)을 형성했다(도 2의 (b), (c) 참조).
다음으로, 상기 레지스트 패턴(3a)을 따라서, 차광층과 반사 방지층으로 이루어지는 차광막(2)의 드라이 에칭 처리를 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성했다(도 2의 (d) 참조). 드라이 에칭 가스로서, 염소(Cl2) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다. 이 때의 에칭 속도는, 3.6Å/초로, 매우 빠른 것이었다.
본 실시예에서는, 차광막(2) 전체에 수소를 함유시킴으로써 에칭 속도를 빠르게 함과 함께, 차광층에 주로 질소를 많이 함유하고, 반사 방지층에 주로 산소를 많이 함유함으로써, 차광막(2) 전체의 에칭 속도를 빠르게 하도록 했다. 이와 같이, 차광막(2)은 막 두께가 얇은데다가 에칭 속도가 빠르고, 에칭 시간도 빠르다는 점에서, 차광막 패턴(2a)의 단면 형상도 수직 형상으로 되어 양호해졌다. 또한, 차광막 패턴(2a) 상에는 레지스트막이 잔존하고 있었다.
마지막으로 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여, 포토마스크(20)를 얻었다(도 2의 (e) 참조). 그 결과, 투광성 기판 상에 80㎚의 라인 앤드 스페이스의 차광막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다.
[실시예 2]
인라인형 스퍼터링 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 크롬 타깃을 사용하여, 아르곤 가스와 질소 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:30 체적%, N2:30 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하여 투광성 기판 상에 차광층을 형성하고, 그 후, 아르곤 가스와 프로판 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:57 체적%, C3H8 :3 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서, 반응성 스퍼터링을 행하고, 계속해서, 아르곤 가스와 일산화 질소 가스의 혼합 가스(Ar:90 체적%, NO:10 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행함으로써, 반사 방지층을 형성하고, 합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 형성했다. 또한, 상기 차광층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 1.14kW, 전체 가스압은 0.17 파스칼(Pa), 반사 방지층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 0.33kW, 전체 가스압은 0.30 파스칼(Pa)의 조건으로 차광막을 형성했다. 이 차광막의 막 두께는 67㎚이었다. 차광막에 대하여, 러더퍼드 후방 산란 분석법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 질소(N)는 30.2원자%, 산소(O)는 12.0원자%, 수소(H)는 1.8원자%가 함유되어 있는 크롬(Cr)막이었다. 또한, 오거 전자 분광법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 상기 차광막 내에는 탄소(C)가 10.1원자% 함유되어 있었다.
이 차광막의 노광 파장 193㎚에서의 광학 농도는 3.0이었다. 또한, 이 차광막의 노광 파장 193㎚에서의 반사율은 13.5%로 낮게 억제할 수 있었다. 또한, 포토마스크의 결함 검사 파장인 257㎚ 또는 364㎚에 대해서는, 각각 19.8%, 20.1%로 되어, 검사 상에서도 문제로 되지 않는 반사율이었다.
또한, 이 차광막의 시트 저항은, 4단자법으로 측정하였더니, 110Ω/□로 작은 값을 나타내고 있었다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크 상에, 화학 증폭형 레지스트인 전자선 묘화용 레지스트막(후지 필름 아치사제:FEP171, 막 두께:250㎚)을 형성했다. 레지스트막의 형성은, 스피너(회전 도포 장치)를 이용하여 회전 도포했다. 또한, 상기 레지스트막을 도포 후, 가열 건조 장치를 이용하여 소정의 가열 건조 처리를 행하였다.
다음으로 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화 장치를 이용하여, 원하는 패턴 묘화(80㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴)를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴을 형성했다.
다음으로, 상기 레지스트 패턴을 따라서, 차광층과 반사 방지층으로 이루어지는 차광막(2)의 드라이 에칭 처리를 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성했다. 드라이 에칭 가스로서, 염소(Cl2) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다. 이 때의 에칭 속도는, 3.3Å/초로, 매우 빠른 것이었다.
본 실시예에서는, 차광막(2) 전체에 수소를 함유시킴으로써 에칭 속도를 빠르게 함과 함께, 차광층에 주로 질소를 많이 함유시키고, 반사 방지층에 주로 산소를 많이 함유시킴으로써, 차광막(2) 전체의 에칭 속도를 빠르게 하도록 했다. 이와 같이, 차광막(2)은 막 두께가 얇은데다가 에칭 속도가 빠르고, 에칭 시간도 짧다는 점에서, 차광막 패턴(2a)의 단면 형상도 수직 형상으로 되어 양호해졌다. 또한, 차광막 패턴(2a) 상에는 레지스트막이 잔존하고 있었다.
마지막으로 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여, 포토마스크를 얻었다. 그 결과, 투광성 기판 상에 80㎚의 라인 앤드 스페이스의 차광막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다.
[실시예 3]
인라인형 스퍼터링 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 크롬 타깃을 사용하여, 아르곤 가스와 질소 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:30 체적%, N2:30 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하여 투광성 기판 상에 차광층을 형성하고, 그 후, 아르곤 가스와 메탄 가스와 헬륨 가스와 수소 가스의 혼합 가스(Ar:44 체적%, CH4:6 체적%, He:40 체적%, H2:10 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하고, 계속해서, 아르곤 가스와 일산화 질소 가스의 혼합 가스(Ar:90 체적%, NO:10 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행함으로써, 반사 방지층을 형성하고, 합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 형성했다. 또한, 상기 차광막 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 1.18kW, 전체 가스압은 0.17 파스칼(Pa), 반사 방지층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 0.33kW, 전체 가스압은 0.26 파스칼(Pa)의 조건으로 차광막을 형성했다. 이 차광막의 막 두께는, 67㎚이었다. 차광막에 대하여, 러더퍼드 후방 산란 분석법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 질소(N)는 35.3원자%, 산소(O)는 13.0원자%, 수소(H)는 8.9원자%가 함유되어 있는 크롬(Cr)막이었다. 또한, 오거 전자 분광법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 상기 차광막 내에는 탄소(C)가 4.0원자% 함유되어 있었다. 이 차광막의 노광 파장 193㎚에서의 광학 농도는, 3.0이었다. 또한, 이 차광막의 노광 파장 193㎚에서의 반사율은 15.0%로 낮게 억제할 수 있었다. 또한 포토마스크의 결함 검사 파장인 257㎚ 또는 364㎚에 대해서는, 각각 18.2%, 18.5%로 되어, 검사 상에서도 문제로 되지 않는 반사율이었다.
또한, 이 차광막의 시트 저항은, 4단자법으로 측정하였더니, 95Ω/□로 작은 값을 나타내고 있었다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크 상에, 화학 증폭형 레지스트인 전자선 묘화용 레지스트막(후지 필름 아치사제:FEP171, 막 두께:250㎚)을 형성했다. 레지스트막의 형성은, 스피너(회전 도포 장치)를 이용하여 회전 도포했다. 또한, 상기 레지스트막을 도포 후, 가열 건조 장치를 이용하여 소정의 가열 건조 처리를 행하였다.
다음으로 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화 장치를 이용하여, 원하는 패턴 묘화(80㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴)를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴을 형성했다.
다음으로, 상기 레지스트 패턴을 따라서, 차광층과 반사 방지층으로 이루어지는 차광막(2)의 드라이 에칭 처리를 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성했다. 드라이 에칭 가스로서, 염소(Cl2) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다. 이 때의 에칭 속도는, 4.1Å/초로, 매우 빠른 것이었다.
본 실시예에서는, 차광막(2) 전체에 수소를 함유시킴으로써 에칭 속도를 빠르게 함과 함께, 차광층에 주로 질소를 많이 함유시키고, 반사 방지층에 주로 산소를 많이 함유시킴으로써, 차광막(2) 전체의 에칭 속도를 빠르게 하도록 했다. 이와 같이, 차광막(2)은 막 두께가 얇은데다가 에칭 속도가 빠르고, 에칭 시간도 빠르다는 점에서, 차광막 패턴(2a)의 단면 형상도 수직 형상으로 되어 양호해졌다. 또한, 차광막 패턴(2a) 상에는 레지스트막이 잔존하고 있었다. 마지막으로 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여, 포토마스크를 얻었다. 그 결과, 투광성 기판 상에 80㎚의 라인 앤드 스페이스의 차광막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다.
[실시예 4]
도 3은, 본 실시예에 따른 포토마스크 블랭크 및 이 포토마스크 블랭크를 이용한 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. 본 실시예의 포토마스크 블랭크(30)는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(1) 상에, 하프톤형 위상 시프터막(4)과 그 위의 차광층(5)과 반사 방지층(6)으로 이루어지는 차광막(2)으로 이루어진다.
이 포토마스크 블랭크(30)는 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.
합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판 상에, 매엽식 스퍼터 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=8:92mol%)을 이용하여, 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 혼합 가스 분위기(Ar:N2=10 체적%:90 체적%)에서, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 몰리브덴, 실리콘, 및 질소를 주된 구성 요소로 하는 단층으로 구성된 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 하프톤형 위상 시프터막을 막 두께 69㎚로 형성했다. 또한, 이 하프톤형 위상 시프터막은, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서, 투과율은 5.5%, 위상 시프트량이 대략 180℃로 되어 있다.
다음으로, 상기 하프톤형 위상 시프터막 상에, 실시예 1과 마찬가지로 하여 총 막 두께가 48㎚의 차광층 및 반사 방지층으로 이루어지는 차광막을 형성했다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크(30) 상에, 화학 증폭형 레지스트인 전자선 묘화용 레지스트막(후지 필름 아치사제:FEP171, 막 두께:200㎚)을 형성했다. 레지스트막의 형성은, 스피너(회전 도포 장치)를 이용하여, 회전 도포했다. 또한, 상기 레지스트막을 도포 후, 가열 건조 장치를 이용하여 소정의 가열 건조 처리를 행하였다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크(30) 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화 장치를 이용하여, 원하는 패턴 묘화(70㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴)를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴(7)을 형성했다(도 3의 (b) 참조).
다음으로, 상기 레지스트 패턴(7)을 따라서, 차광층(5)과 반사 방지층(6)으로 이루어지는 차광막(2)의 드라이 에칭을 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성했다(도 3의 (c) 참조).
다음으로, 전술한 차광막 패턴(2a) 및 레지스트 패턴(7)을 마스크로, 하프톤형 위상 시프터막(4)의 에칭을 행하여 하프톤형 위상 시프터막 패턴(4a)을 형성했다(도 3의 (d) 참조). 이 하프톤형 위상 시프터막(4)의 에칭에서는, 상기 차광막 패턴(2a)의 단면 형상이 영향을 주기 때문에, 차광막 패턴(2a)의 단면 형상이 양호하기 때문에, 하프톤형 위상 시프터막 패턴(4a)의 단면 형상도 양호해졌다.
다음으로, 잔존하는 레지스트 패턴(7)을 박리 후, 다시 레지스트막(8)을 도포하고, 전사 영역 내의 불필요한 차광막 패턴을 제거하기 위한 패턴 노광을 행한 후, 그 레지스트막(8)을 현상하여 레지스트 패턴(8a)을 형성했다(도 3의 (e), (f) 참조). 이어서, 웨트 에칭을 이용하여 불필요한 차광막 패턴을 제거하고, 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여, 포토마스크(40)를 얻었다(도 3의 (g) 참조). 그 결과, 투광성 기판 상에, 70㎚의 라인 앤드 스페이스의 하프톤형 위상 시프터막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다.
또한, 도 3의 (g)에 도시하는 예는, 전사 영역(마스크 패턴 형성 영역) 이외의 영역인 주변 영역에서, 위상 시프터막 상에 차광막을 형성한 것이다. 이 차광막은, 이 주변 영역을 노광광이 통과할 수 없도록 하는 것이다. 즉, 위상 시프트 마스크는, 축소 투영 노광 장치(스테퍼)의 마스크로서 이용되지만, 이 축소 투영 노광 장치를 이용하여 패턴 전사를 행할 때는, 그 노광 장치에 구비된 피복 부재(어퍼처)에 의해 위상 시프트 마스크의 전사 영역만을 노출시키도록 주연 영역을 피복하여 노광을 행한다. 그러나, 이 피복 부재를, 정밀도 좋게 전사 영역만을 노출시키도록 형성하는 것이 어려워, 대부분의 경우, 노출부가 전사 영역의 외주 주변의 비전사 영역으로 비어져 나오게 된다. 통상적으로, 마스크의 비전사 영역에는 이 비어져 나온 노광광을 차단하기 위해서 차광막이 형성된다. 하프톤형 위상 시프트 마스크의 경우에는, 위상 시프터막이 차광 기능을 갖고 있지만, 이 위상 시프터막은 노광광을 완전히 차단하는 것이 아니라, 1회의 노광에 의해서는 실질적으로 노광에 기여할 수 없을 정도의 약간의 양이지만 노광광을 통과시킨다. 그런 까닭으로, 반복 스텝 시에 이 비어져 나옴에 의해 위상 시프터막을 통과한 노광광이 이미 패턴 노광이 이루어진 영역에 도달하여 중복 노광이 되거나, 혹은 다른 샷 시에 마찬가지로 비어져 나옴에 의한 약간의 노광이 이루어진 부분에 겹쳐 노광하는 경우가 생긴다. 이 중복 노광에 의해, 이들이 가산되어 노광에 기여하는 양에 달하여, 결함이 발생하는 경우가 있었다. 마스크 패턴 형성 영역 이외의 영역인 주변 영역에서 위상 시프터막 상에 형성된 상기 차광막은 이 문제를 해소하는 것이다. 또한, 마스크의 주변 영역에 식별용의 부호 등을 부여하는 경우에, 차광막이 있으면, 부여된 부호 등을 인식하기 쉬워진다.
[실시예 5]
실시예 4와 동일한 합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판 상에, 매엽식 스퍼터 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 탄탈(Ta)과 하프늄(Hf)의 혼합 타깃(Ta:Hf=90:10at%)을 이용하여, 아르곤(Ar) 가스 분위기 속에서, DC 마그네트론 스퍼터링에 의해, 막 두께 75Å의 TaHf막을 형성하고, 다음으로, Si 타깃을 이용하여, 아르곤과 산소와 질소의 혼합 가스 분위기 속에서, 반응성 스퍼터링에 의해, 막 두께 740Å의 SiON막(Si:O:N=40:27:33at%)을 형성했다. 즉, TaHf막을 하층으로 하고, SiON막을 상층으로 하는 2층으로 구성된 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 하프톤형 위상 시프터막을 형성했다. 또한, 이 하프톤형 위상 시프터막은, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서, 투과율은 15.0%로 고투과율을 갖고, 위상 시프트량이 대략 180°로 되어 있다.
다음으로, 상기 하프톤형 위상 시프터막 상에, 실시예 4와 마찬가지로 하여 총 막 두께가 48㎚인 차광층 및 반사 방지층으로 이루어지는 차광막을 형성했다.
이와 같이 해서 얻어진 하프톤형 위상 시프트 마스크용의 포토마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 4와 마찬가지로, 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제작했다. 단, 본 실시예에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전사 영역 내의 차광막 패턴을 제거하지 않고, 마스크 패턴에서의 광 투과부(마스크 패턴이 형성되어 있지 않아 투명 기판이 노출되어 있는 부분)와의 경계부를 제외한 부분에 차광막을 형성시켜 두었다.
그 결과, 투광성 기판 상에, 70㎚의 라인 앤드 스페이스의 하프톤형 위상 시프터막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다.
도 4에 도시하는 하프톤형 위상 시프트 마스크는, 위상 시프터막의 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역에 있어서, 마스크 패턴에서의 광 투과부(마스크 패턴이 형성되어 있지 않아 투명 기판이 노출되어 있는 부분)와의 경계부를 제외한 부분에 차광막을 형성시켜 둠으로써, 본래는 완전히 차광되는 것이 바람직한 부분의 차광을 보다 완전하게 하도록 한 것이다. 즉, 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역 내에 있어서는, 마스크 패턴인 위상 시프터막에 본래 요구되는 기능은, 광 투과부와의 경계부에서만 위상을 시프트시킨 광을 통과시키면 되며, 다른 대부분(상기 경계부를 제외한 부분)은, 오히려 완전히 차광하는 것이 바람직하기 때문이다. 본 실시예와 같이, 노광광에 대한 투과율이 높은 위상 시프터막을 구비하는 경우에는, 본 실시예의 포토마스크의 형태는 특히 바람직하다.
[비교예 1]
실시예 1에서, 반사 방지층의 형성을, 아르곤 가스와 이산화 탄소 가스의 혼합 가스(Ar:92 체적%, CO2:8 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행함으로써 형성한 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 포토마스크 블랭크를 제작했다. 또한, 반사 방지층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 0.35kW, 전체 가스압은 0.20 파스칼(Pa)의 조건으로 형성했다. 차광막의 막 두께는, 70㎚이었다. 차광막에 대하여, 러더퍼드 후방 산란 분석법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 질소(N)는 38.0원자%, 산소(O)는 12.1원자%, 수소(H)는 0%가 함유되어 있는 크롬(Cr)막이었다. 또한, 오거 전자 분광법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 상기 차광막 내에는 탄소(C)가 10.8원자% 함유되어 있었다.
또한, 이 차광막의 시트 저항은, 4단자법으로 측정하였더니, 200Ω/□이었다.
다음으로, 얻어진 포토마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 포토마스크를 제작했다. 차광막의 드라이 에칭 속도는, 2.1Å/초로, 매우 느린 것이었다. 이와 같이, 본 비교예의 차광막은 에칭 속도가 느리고, 에칭 시간도 길어진다는 점에서, 형성된 차광막 패턴의 단면 형상도 나빴다. 또한, 80㎚의 라인 앤드 스페이스의 차광막 패턴을 정확하게 형성할 수 없었다.
[반도체 장치의 제조 방법]
실시예 1～5에 의해 얻어진 포토마스크를 노광 장치에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 패턴 전사를 행하여, 반도체 장치를 제작하였더니, 반도체 기판 상에 형성된 회로 패턴의 결함도 없어, 양호한 반도체 장치를 얻을 수 있었다.
상기 실시예 1～5에서의 포토마스크 제작 과정에서의 전자선 묘화 시의 전자선의 가속 전압을 50keV 이상으로 했을 때에도, 차광막의 도전성은 양호하고, 형성된 차광막 패턴의 단면 형상은 수직 형상으로 양호하며, 80㎚나 70㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴도 양호하게 형성된 포토마스크가 얻어졌다.
이하의 실시예 6～9는 본 발명의 제3 및 제4 실시 형태에 대응하는 실시예이다.
[실시예 6]
본 실시예의 포토마스크 블랭크는, 투광성 기판(1) 상에 차광층과 반사 방지층으로 이루어지는 차광막(2)으로 이루어진다.
이 포토마스크 블랭크는, 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.
스퍼터링 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 크롬 타깃을 사용하여, 아르곤 가스와 질소 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:30 체적%, N2:30 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하여 투광성 기판(1) 상에 차광층을 형성하고, 그 후, 아르곤 가스와 메탄 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:54 체적%, CH4:6 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하고, 계속해서, 아르곤 가스와 일산화 질소 가스의 혼합 가스(Ar:90 체적%, NO:10 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행함으로써, 반사 방지층을 형성하고, 합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 형성했다. 또한, 상기 차광층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 1.16kW, 전체 가스압은 0.17 파스칼(Pa), 반사 방지층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 0.33kW, 전체 가스압은 0.28 파스칼(Pa)의 조건으로 차광막을 형성했다. 차광층과 반사 방지층의 성막 속도의 비율은 3.2:1이었다. 차광막의 막 두께는, 67㎚이었다. 차광막에 대하여, 러더퍼드 후방 산란 분석법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 질소(N)는 32.5원자%, 산소(O)는 12.8원자%, 수소(H)는 5.9원자%가 함유되어 있는 크롬(Cr)막이었다. 또한, 오거 전자 분광법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 상기 차광막 내에는 탄소(C)가 8.0원자% 함유되어 있었다.
도 6은 본 실시예의 차광막의 러더퍼드 후방 산란 분석에 의한 차광막의 깊이 방향의 조성 분석 결과를 도시하는 도면이다.
이 결과에 의하면, 차광막 중 차광층은, 크롬, 질소 및 반사 방지층의 형성에 이용한 산소, 탄소가 약간 혼입한 조성 경사막으로 되었다. 또한 반사 방지층은, 크롬, 질소, 및 산소, 및, 탄소가 약간 혼입한 조성 경사막으로 되었다. 또한, 차광막 내의 수소에 대해서는, 깊이 방향 전체에 함유되어 있으며, 표면측의 반사 방지층 내의 함유량이 높고, 전체적으로는 차광막의 깊이 방향을 향하여 수소의 함유량이 대략 감소하고 있는 수소의 조성 경사막으로 되었다.
이 차광막의 광학 농도는 3.0이었다. 또한, 이 차광막의 노광 파장 193㎚에서의 반사율은 14.8%로 낮게 억제할 수 있었다. 또한, 포토마스크의 결함 검사 파장인 257㎚ 또는 364㎚에 대해서는, 각각 19.9%, 19.7%로 되어, 검사 상에서도 문제로 되지 않는 반사율이었다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크 상에, 화학 증폭형 레지스트인 전자선 묘화용 레지스트막(후지 필름 일렉트로닉스 머티리얼스사제:FEP171)을 형성했다. 레지스트막의 형성은, 스피너(회전 도포 장치)를 이용하여 회전 도포했다. 또한, 상기 레지스트막을 도포 후, 가열 건조 장치를 이용하여 소정의 가열 건조 처리를 행하였다.
다음으로 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화 장치를 이용하여 원하는 패턴 묘화(80㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴)를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴을 형성했다.
다음으로, 상기 레지스트 패턴을 따라서, 차광층과 반사 방지층으로 이루어지는 차광막(2)의 드라이 에칭 처리를 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성했다. 드라이 에칭 가스로서, 염소(Cl2) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다. 이 때 에칭 속도는, 반사 방지층이 4.9Å/초, 차광층이 3.3Å/초이고, 차광막 전체의 에칭 속도는 3.6Å/초이었다. 차광막의 깊이 방향에서의 에칭 속도는, 차광막의 표면측의 에칭 속도가 빠르고, 투광성 기판측이 느린 경향이었다.
본 실시예에서는, 차광막(2)에서의 차광층의 성막 속도보다도, 반사 방지층의 성막 속도를 느리게 하여 형성함으로써, 차광막의 깊이 방향을 향하여 드라이 에칭 속도를 적당히 느리게 함으로써, 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들어갔다. 또한, 차광막(2)에서의 차광층에 주로 질소를 많이 함유시키고, 반사 방지층에 주로 산소를 많이 함유시킴으로써, 차광막(2) 전체의 에칭 속도를 빠르게 하도록 했다. 이와 같이, 차광막(2)은 막 두께가 얇은데다가 에칭 속도가 빠르고, 에칭 시간도 빠르다는 점에서, 차광막 패턴(2a)의 단면 형상도 수직 형상으로 되어 양호해졌다. 또한, 차광막 패턴(2a) 상에는 레지스트막이 잔존하고 있었다.
마지막으로 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여, 포토마스크를 얻었다. 그 결과, 투광성 기판 상에 80㎚의 라인 앤드 스페이스의 차광막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다.
[실시예 7]
스퍼터링 타깃에 크롬 타깃을 사용하여, 아르곤 가스와 질소 가스의 혼합 가스(Ar:50 체적%, N2:50 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하여 투광성 기판(1) 상에 차광층을 형성하고, 그 후, 아르곤 가스와 메탄 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:54 체적%, CH4:6 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하고, 계속해서, 아르곤 가스와 일산화 질소 가스의 혼합 가스(Ar:90 체적%、 NO:10 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행함으로써, 반사 방지층을 형성하고, 합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 형성했다. 또한, 상기 차광층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 0.9kW, 전체 가스압은 0.2 파스칼(Pa), 반사 방지층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 0.33kW, 전체 가스압은 0.28 파스칼(Pa)의 조건으로 차광막을 형성했다. 차광층과 반사 방지층의 성막 속도의 비율은, 3.8:1이었다. 차광막의 막 두께는 65㎚이었다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크 상에, 화학 증폭형 레지스트인 전자선 묘화용 레지스트막(후지 필름 일렉트로닉스 머티리얼스사제:FEP171)을 형성했다. 레지스트막의 형성은, 스피너(회전 도포 장치)를 이용하여 회전 도포했다. 또한, 상기 레지스트막을 도포 후, 가열 건조 장치를 이용하여 소정의 가열 건조 처리를 행하였다.
다음으로 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화 장치를 이용하여 원하는 패턴 묘화(80㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴)를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴을 형성했다.
다음으로, 상기 레지스트 패턴을 따라서, 차광층과 반사 방지층으로 이루어지는 차광막(2)의 드라이 에칭 처리를 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성했다. 드라이 에칭 가스로서, 염소(Cl2) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다. 이 때 에칭 속도는, 반사 방지층이 4.9Å/초, 차광층이 2.9Å/초이고, 차광막 전체의 에칭 속도는, 3.2Å/초이었다. 차광막의 깊이 방향에서의 에칭 속도는, 차광막의 표면측의 에칭 속도가 빠르고, 투광성 기판측이 느린 경향이었다.
본 실시예에서는, 차광막(2)에서의 차광층의 성막 속도보다도, 반사 방지층의 성막 속도를 느리게 하여 형성함으로써, 차광막의 깊이 방향을 향하여 드라이 에칭 속도를 적당히 느리게 함으로써, 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들어갔다. 또한, 차광막(2)에서의 차광층에 주로 질소를 많이 함유시키고, 반사 방지층에 주로 산소를 많이 함유시킴으로써, 차광막(2) 전체의 에칭 속도를 빠르게 하도록 했다. 이와 같이, 차광막(2)은 막 두께가 얇은데다가 에칭 속도가 빠르고, 에칭 시간도 빠르다는 점에서, 차광막 패턴(2a)의 단면 형상도 수직 형상으로 되어 양호해졌다. 또한, 차광막 패턴(2a) 상에는 레지스트막이 잔존하고 있었다.
마지막으로 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여, 포토마스크를 얻었다. 그 결과, 투광성 기판 상에 80㎚의 라인 앤드 스페이스의 차광막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다.
[실시예 8]
도 3은 본 실시예에 따른 포토마스크 블랭크 및 이 포토마스크 블랭크를 이용한 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. 본 실시예의 포토마스크 블랭크(30)는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(1) 상에, 하프톤형 위상 시프터막(4)과 그 위의 차광층(5)과 반사 방지층(6)으로 이루어지는 차광막(2)으로 이루어진다.
이 포토마스크 블랭크(30)는, 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.
합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판 상에, 매엽식 스퍼터 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=8:92mol%)을 이용하여, 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 혼합 가스 분위기(Ar:N2=10 체적%:90 체적%)에서, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 몰리브덴, 실리콘, 및 질소를 주된 구성 요소로 하는 단층으로 구성된 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 하프톤형 위상 시프터막을 막 두께 69㎚로 형성했다. 또한, 이 하프톤형 위상 시프터막은, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서, 투과율은 5.5%, 위상 시프트량이 대략 180°로 되어 있다.
다음으로, 상기 하프톤형 위상 시프터막 상에, 실시예 6과 마찬가지로 하여 총 막 두께가 48㎚의 차광층 및 반사 방지층으로 이루어지는 차광막을 형성했다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크(30) 상에, 화학 증폭형 레지스트인 전자선 묘화용 레지스트막(후지 필름 일렉트로닉스 머티리얼스사제:FEP171, 막 두께:200㎚)을 형성했다. 레지스트막의 형성은, 스피너(회전 도포 장치)를 이용하여 회전 도포했다. 또한, 상기 레지스트막을 도포 후, 가열 건조 장치를 이용하여 소정의 가열 건조 처리를 행하였다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크(30) 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화 장치를 이용하여, 원하는 패턴 묘화(70㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴)를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴(7)을 형성했다(도 3의 (b) 참조).
다음으로, 상기 레지스트 패턴(7)을 따라서, 차광층(5)과 반사 방지층(6)으로 이루어지는 차광막(2)의 드라이 에칭을 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성했다(도 3의 (c) 참조).
다음으로, 전술한 차광막 패턴(2a) 및 레지스트 패턴(7)을 마스크로, 하프톤형 위상 시프터막(4)의 에칭을 행하여 하프톤형 위상 시프터막 패턴(4a)을 형성했다(도 3의 (d) 참조). 이 하프톤형 위상 시프터막(4)의 에칭에서는, 상기 차광막 패턴(2a)의 단면 형상이 영향을 주기 때문에, 차광막 패턴(2a)의 단면 형상이 양호하기 때문에, 하프톤형 위상 시프터막 패턴(4a)의 단면 형상도 양호해졌다.
다음으로, 잔존하는 레지스트 패턴(7)을 박리 후, 다시 레지스트막(8)을 도포하고, 전사 영역 내의 불필요한 차광막 패턴을 제거하기 위한 패턴 노광을 행한 후, 그 레지스트막(8)을 현상하여 레지스트 패턴(8a)을 형성했다(도 3의 (e), (f) 참조). 다음으로, 웨트 에칭을 이용하여 불필요한 차광막 패턴을 제거하고, 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여, 포토마스크(40)를 얻었다(도 3의 (g) 참조).
그 결과, 투광성 기판 상에, 70㎚의 라인 앤드 스페이스의 하프톤형 위상 시프터막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다. 또한, 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들어갔다.
[실시예 9]
실시예 6과 동일한 합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판 상에, 매엽식 스퍼터 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 탄탈(Ta)과 하프늄(H)의 혼합 타깃(Ta:Hf=90:10at%)을 이용하여, 아르곤(Ar) 가스 분위기 속에서, DC 마그네트론 스퍼터링에 의해, 막 두께 75Å의 TaHf막을 형성하고, 다음으로, Si 타깃을 이용하여, 아르곤과 산소와 질소의 혼합 가스 분위기 속에서, 반응성 스퍼터링에 의해, 막 두께 740Å의 SiON막(Si:0:N=40:27:33at%)을 형성했다. 즉, TaHf막을 하층으로 하고, SiON막을 상층로 하는 2층으로 구성된 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 하프톤형 위상 시프터막을 형성했다. 또한, 이 하프톤형 위상 시프터막은, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서, 투과율은 15.0%로 고투과율을 갖고, 위상 시프트량이 대략 180°로 되어 있다.
다음으로, 상기 하프톤형 위상 시프터막 상에, 실시예 8과 완전히 마찬가지로 하여 총 막 두께가 48㎚의 차광층 및 반사 방지층으로 이루어지는 차광막을 형성했다.
이와 같이 해서 얻어진 하프톤형 위상 시프트 마스크용의 포토마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 8과 마찬가지로, 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제작했다. 단, 본 실시예에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전사 영역 내의 차광막 패턴을 제거하지 않고, 마스크 패턴에서의 광 투과부(마스크 패턴이 형성되어 있지 않아 투명 기판이 노출되어 있는 부분)와의 경계부를 제외한 부분에 차광막을 형성시켜 두었다.
그 결과, 투광성 기판 상에, 70㎚의 라인 앤드 스페이스의 하프톤형 위상 시프터막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다. 또한, 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들어갔다.
[비교예 2]
스퍼터링 타깃에 크롬 타깃을 사용하여, 아르곤 가스와 질소 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:30 체적%, N2:30 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하여 투광성 기판(1) 상에 차광층을 형성하고, 그 후, 아르곤 가스와 메탄 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:54 체적%, CH4:6 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하고, 계속해서, 아르곤 가스와 일산화 질소 가스의 혼합 가스(Ar:90 체적%, NO:10 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행함으로써, 반사 방지층을 형성하고, 합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 형성했다. 또한, 상기 차광층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 0.33kW, 전체 가스압은 0.28 파스칼(Pa), 반사 방지층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 0.33kW, 전체 가스압은 0.28 파스칼(Pa)의 조건으로 차광막을 형성했다. 차광층과 반사 방지층의 성막 속도의 비율은, 1:1이었다. 차광막의 막 두께는, 70㎚이었다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크 상에, 화학 증폭형 레지스트인 전자선 묘화용 레지스트막(후지 필름 일렉트로닉스 머티리얼스사제:FEP171)을 형성했다. 레지스트막의 형성은, 스피너(회전 도포 장치)를 이용하여, 회전 도포했다. 또한, 상기 레지스트막을 도포 후, 가열 건조 장치를 이용하여 소정의 가열 건조 처리를 행하였다.
다음으로 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화 장치를 이용하여 원하는 패턴 묘화(80㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴)를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴을 형성했다.
다음으로, 상기 레지스트 패턴을 따라서, 차광층과 반사 방지층으로 이루어지는 차광막(2)의 드라이 에칭 처리를 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성했다. 드라이 에칭 가스로서, 염소(Cl2) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다. 이 때 에칭 속도는, 반사 방지층이 4.2Å/초, 차광층이 4.2Å/초이고, 차광막 전체의 에칭 속도는, 4.2Å/초이었다. 이와 같이 차광막의 깊이 방향에서의 에칭 속도는, 차광막의 표면측과 투광성 기판측에서는 동일했다.
본 비교예에서는, 차광막(2)에서의 차광층의 성막 속도와 반사 방지층의 성막 속도를 동일하게 하여 형성함으로써, 차광막의 깊이 방향을 향하여 드라이 에칭 속도가 대략 일정해지고, 이 때문에 글로벌 로딩 에러가 커져, 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들지 않았다.
[반도체 장치의 제조 방법]
전술한 실시예 6～9에 의해 얻어진 포토마스크를 노광 장치에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 패턴 전사를 행하여, 반도체 장치를 제작하였더니, 반도체 기판 상에 형성된 회로 패턴의 결함도 없어, 양호한 반도체 장치를 얻을 수 있었다.
상기 실시예 6～9에서의 포토마스크 제작 과정에서의 전자선 묘화 시의 전자선의 가속 전압을 50keV 이상으로 했을 때도, 차광막의 도전성은 양호하고, 형성된 차광막 패턴의 단면 형상은 수직 형상으로 양호하며, 80㎚나 70㎚의 라인 앤드 스페이스 페턴도 양호하게 형성되고, 또한 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들어간 포토마스크가 얻어졌다.
이하의 실시예 10～12는, 본 발명의 제5 및 제6 실시 형태에 대응하는 실시예이다.
[실시예 10]
본 실시예의 포토마스크 블랭크는, 투광성 기판(1) 상에 차광층과 반사 방지층으로 이루어지는 차광막(2)으로 이루어진다.
이 포토마스크 블랭크는, 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.
스퍼터링 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 크롬 타깃을 사용하여, 아르곤 가스와 질소 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:30 체적%, N2:30 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하여 투광성 기판(1) 상에 차광층을 형성하고, 그 후, 아르곤 가스와 메탄 가스와 헬륨 가스의 혼합 가스(Ar:54 체적%, CH4:6 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하고, 계속해서, 아르곤 가스와 일산화 질소 가스의 혼합 가스(Ar:90 체적%, NO:10 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행함으로써, 반사 방지층을 형성하고, 합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 형성했다. 또한, 상기 차광층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 1.16kW, 전체 가스압은 0.17 파스칼(Pa), 반사 방지층 성막 시의 스퍼터링 장치의 파워는 0.33kW, 전체 가스압은 0.28 파스칼(Pa)의 조건으로 차광막을 형성했다. 차광층과 반사 방지층의 성막 속도의 비율은 3.2:1이었다. 차광막의 막 두께는, 67㎚이었다. 차광막에 대하여, 러더퍼드 후방 산란 분석법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 질소(N)는 32.5원자%, 산소(O)는 12.8원자%, 수소(H)는 5.9원자%가 함유되어 있는 크롬(Cr)막이었다. 또한, 오거 전자 분광법에 의해 조성 분석을 행한 결과, 상기 차광막 내에는 탄소(C)가 8.0원자% 함유되어 있었다.
도 7은 본 실시예의 차광막의 오거 전자 분광 분석에 의한 차광막의 깊이 방향의 조성 분석 결과를 도시하는 도면이다.
이 결과에 의하면, 차광막 중 차광층은, 크롬, 질소 및 반사 방지층의 형성에 이용한 산소, 탄소가 약간 혼입한 조성 경사막으로 되었다. 또한 반사 방지층은, 크롬, 질소, 및 산소, 및, 탄소가 약간 혼입한 조성 경사막으로 되었다.
도 8은 본 실시예의 차광막의 러더퍼드 후방 산란 분석법에 의해 조성 분석을 행한 결과이며, Cr의 조성비를 1로 했을 때의 차광막의 표면측으로부터 투광성 기판측의 크롬(Cr), 질소(N), 산소(O), 수소(H), 탄소(C)의 분포를 도시하는 도면이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 차광막은, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하는 막 두께 방향의 대략 전역에 질소(N)가 함유되어 있고, 또한, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 산소(O)의 함유량이 감소하고 있음을 알 수 있다. 또한, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 수소(H)의 함유량도 감소하고 있다. 여기서, 질소(N)는, 차광막 내에 함유되는 크롬(Cr)의 비율(조성비)을 1로 했을 때에, 질소(N)는, 표면측으로부터 투광성 기판측의 대략 전역에서, 0.65～0.67로 균일하게 함유되어 있었다.
이 차광막의 광학 농도는 3.0이었다. 또한, 이 차광막의 노광 파장 193㎚에서의 반사율은 14.8%로 낮게 억제할 수 있었다. 또한, 포토마스크의 결함 검사 파장인 257㎚ 또는 364㎚에 대해서는, 각각 19.9%, 19.7%로 되어, 검사 상에서도 문제로 되지 않는 반사율이었다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크 상에, 화학 증폭형 레지스트인 전자선 묘화용 레지스트막(후지 필름 일렉트로닉스 머티리얼스사제:FEP171)을 형성했다. 레지스트막의 형성은, 스피너(회전 도포 장치)를 이용하여, 회전 도포했다. 또한, 상기 레지스트막을 도포 후, 가열 건조 장치를 이용하여 소정의 가열 건조 처리를 행하였다.
다음으로 포토마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화 장치를 이용하여 원하는 패턴 묘화(80㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴)를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴을 형성했다.
다음으로, 상기 레지스트 패턴을 따라서, 차광층과 반사 방지층으로 이루어지는 차광막(2)의 드라이 에칭 처리를 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성했다. 드라이 에칭 가스로서, 염소(Cl2) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다. 이 때 에칭 속도는, 반사 방지층이 4.9Å/초, 차광층이 3.3Å/초이고, 차광막 전체의 에칭 속도는, 3.6Å/초이었다. 차광막의 깊이 방향에서의 에칭 속도는, 차광막의 표면측의 에칭 속도가 빠르고, 투광성 기판측이 느린 경향이었다.
본 실시예에서는, 차광막(2)에 있어서의 차광층의 성막 속도보다도, 반사 방지층의 성막 속도를 느리게 하여 형성함으로써, 차광막의 깊이 방향을 향하여 드라이 에칭 속도를 적당히 느리게 함으로써, 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들어갔다. 또한, 차광막(2)에서의 차광층에 주로 질소를 많이 함유시키고, 반사 방지층에 주로 산소를 많이 함유시킴으로써, 차광막(2) 전체의 에칭 속도를 빠르게 하도록 했다. 이와 같이, 차광막(2)은 막 두께가 얇은데다가 에칭 속도가 빠르고, 에칭 시간도 빠르다는 점에서, 차광막 패턴(2a)의 단면 형상도 수직 형상으로 되어 양호해졌다. 또한, 차광막 패턴(2a) 상에는 레지스트막이 잔존하고 있었다.
마지막으로 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여, 포토마스크를 얻었다. 그 결과, 투광성 기판 상에 80㎚의 라인 앤드 스페이스의 차광막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다.
[실시예 11]
도 3은, 본 실시예에 따른 포토마스크 블랭크 및 이 포토마스크 블랭크를 이용한 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. 본 실시예의 포토마스크 블랭크(30)는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(1) 상에, 하프톤형 위상 시프터막(4)과 그 위의 차광층(5)과 반사 방지층(6)으로 이루어지는 차광막(2)으로 이루어진다.
이 포토마스크 블랭크(30)는, 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.
합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판 상에, 매엽식 스퍼터 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=8:92mol%)을 이용하여, 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 혼합 가스 분위기(Ar:N2=10 체적%:90 체적%)에서, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 몰리브덴, 실리콘, 및 질소를 주된 구성 요소로 하는 단층으로 구성된 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 하프톤형 위상 시프터막을 막 두께 69㎚로 형성했다. 또한, 이 하프톤형 위상 시프터막은, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서, 투과율은 5.5%, 위상 시프트량이 대략 180°로 되어 있다.
다음으로, 상기 하프톤형 위상 시프터막 상에, 실시예 10과 마찬가지로 하여 총 막 두께가 48㎚의 차광층 및 반사 방지층으로 이루어지는 차광막을 형성했다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크(30) 상에, 화학 증폭형 레지스트인 전자선 묘화용 레지스트막(후지 필름 일렉트로닉스 머티리얼스사제:FEP171, 막 두께 200㎚)을 형성했다. 레지스트막의 형성은, 스피너(회전 도포 장치)를 이용하여 회전 도포했다. 또한, 상기 레지스트막을 도포 후, 가열 건조 장치를 이용하여 소정의 가열 건조 처리를 행하였다.
다음으로, 상기 포토마스크 블랭크(30) 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화 장치를 이용하여, 원하는 패턴 묘화(70㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴)를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴(7)을 형성했다(도 3의 (b) 참조).
다음으로, 상기 레지스트 패턴(7)을 따라서, 차광층(5)과 반사 방지층(6)으로 이루어지는 차광막(2)의 드라이 에칭을 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성했다(도 3의 (c) 참조).
다음으로, 전술한 차광막 패턴(2a) 및 레지스트 패턴(7)을 마스크로, 하프톤형 위상 시프터막(4)의 에칭을 행하여 하프톤형 위상 시프터막 패턴(4a)을 형성했다(도 3의 (d) 참조). 이 하프톤형 위상 시프터막(4)의 에칭에서는, 상기 차광막 패턴(2a)의 단면 형상이 영향을 주기 때문에, 차광막 패턴(2a)의 단면 형상이 양호하기 때문에, 하프톤형 위상 시프터막 패턴(4a)의 단면 형상도 양호해졌다.
다음으로, 잔존하는 레지스트 패턴(7)을 박리 후, 다시 레지스트막(8)을 도포하고, 전사 영역 내의 불필요한 차광막 패턴을 제거하기 위한 패턴 노광을 행한 후, 그 레지스트막(8)을 현상하여 레지스트 패턴(8a)을 형성했다(도 3의 (e), (f) 참조). 이어서, 웨트 에칭을 이용하여 불필요한 차광막 패턴을 제거하고, 잔존하는 레지스트 패턴을 박리하여, 포토마스크(40)를 얻었다(도 3의 (g) 참조).
그 결과, 투광성 기판 상에 70㎚의 라인 앤드 스페이스의 하프톤형 위상 시프터막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다. 또한, 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들어갔다.
[실시예 12]
실시예 10과 동일한 합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판 상에, 매엽식 스퍼터 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 탄탈(Ta)과 하프늄(Hf)의 혼합 타깃(Ta:Hf=90:10at%)을 이용하여, 아르곤(Ar) 가스 분위기 속에서, DC 마그네트론 스퍼터링에 의해, 막 두께 75Å의 TaHf막을 형성하고, 다음으로, Si 타깃을 이용하여, 아르곤과 산소와 질소의 혼합 가스 분위기 속에서, 반응성 스퍼터링에 의해, 막 두께 740Å의 SiON막(Si:0:N=40:27:33at%)을 형성했다. 즉, TaHf막을 하층으로 하고, SiON막을 상층로 하는 2층으로 구성된 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 하프톤형 위상 시프터막을 형성했다. 또한, 이 하프톤형 위상 시프터막은, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에서, 투과율은 15.0%로 고투과율을 갖고, 위상 시프트량이 대략 180°로 되어 있다.
다음으로, 상기 하프톤형 위상 시프터막 상에, 실시예 11과 완전히 마찬가지로 하여 총 막 두께가 48㎚의 차광층 및 반사 방지층으로 이루어지는 차광막을 형성했다.
이와 같이 해서 얻어진 하프톤형 위상 시프트 마스크용의 포토마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 11과 마찬가지로, 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제작했다. 단, 본 실시예에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전사 영역 내의 차광막 패턴을 제거하지 않고, 마스크 패턴에서의 광 투과부(마스크 패턴이 형성되어 있지 않아 투명 기판이 노출되어 있는 부분)와의 경계부를 제외한 부분에 차광막을 형성시켜 두었다.
그 결과, 투광성 기판 상에 70㎚의 라인 앤드 스페이스의 하프톤형 위상 시프터막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었다. 또한, 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들어갔다.
[비교예 3]
실시예 10과 동일한 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판 상에, 인라인형 스퍼터 장치를 이용하여, 스퍼터 타깃에 크롬 타깃을 사용하여, 아르곤과 질소의 혼합 가스(Ar:50 체적%, N2:50 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행하고, 다음으로 아르곤과 메탄과 헬륨의 혼합 가스(Ar:54 체적%, CH4:6 체적%, He:40 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행함으로써, 차광층을 형성했다. 계속해서, 아르곤과 일산화 질소의 혼합 가스(Ar:90 체적%, NO:10 체적%) 분위기 속에서 반응성 스퍼터링을 행함으로써, 반사 방지층을 형성했다. 이와 같이 해서, 총 막 두께가 68㎚의 차광층 및 반사 방지층으로 이루어지는 차광막이 형성되었다.
본 비교예의 차광막은 광학 농도가 3.0이었다. 또한, 이 차광막의 노광 파장 193㎚에서의 반사율은 12.0%로 낮게 억제할 수 있었다.
다음으로, 얻어진 포토마스크 블랭크를 이용하여, 전술한 실시예 10과 마찬가지로 하여, 포토마스크를 제작했다. 차광막의 드라이 에칭 속도는, 차광막의 총 막 두께/에칭 시간으로 1.8Å/초로, 매우 느린 것이었다. 이와 같이, 본 비교예의 차광막은 에칭 속도가 느리고, 에칭 시간도 길어진다는 점에서, 형성된 차광막 패턴의 단면 형상도 나빴다. 또한, 레지스트막의 데미지도 컸다. 그 이유는, 본 비교예의 차광막은, 웨트 에칭에 바람직한 막 구성으로 되어 있고, 그 성막 조건에서 보면, 웨트 에칭 속도를 빠르게 하는 데에 적합한 탄소의 함유량이 많고, 웨트 에칭에 있어서 언더컷을 억제하도록 질소의 함유량이 적기 때문이라고 추찰되며, 이것이 드라이 에칭 속도를 느리게 하는 결과로 된 것으로 생각된다. 또한, 차광막의 깊이 방향을 향하여, 처음에는 드라이 에칭 속도가 빠르고, 주로 CrC막의 영역에서는 늦어지며, 마지막으로 CrN막의 영역에서는 다시 빨라지기 때문에, 패턴의 단면 형상을 열화시키거나, 글로벌 로딩 현상이 일어나기 쉬웠던 것으로 생각된다.
그 결과, 투광성 기판 상에 80㎚의 라인 앤드 스페이스의 차광막 패턴이 형성된 포토마스크를 제작할 수 있었지만, 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들지 않았다.
전술한 실시예 10～12에서, 차광막 내에 함유되는 크롬(Cr)의 비율(조성비)을 1로 했을 때에, 질소(N)를, 표면측으로부터 투광성 기판측의 대략 전역에서, 0.5～0.8로 한 경우에도, 드라이 에칭 속도를 빠르게 할 수 있는 효과가 확인되고, 이와 더불어, 차광막의 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 산소의 함유량이 감소되는 것에 의해, 글로벌 로딩 현상을 저감시켜, 패턴 정밀도나 패턴의 단면 형상을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
[반도체 장치의 제조 방법]
실시예 10～12에 의해 얻어진 포토마스크를 노광 장치에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 패턴 전사를 행하여, 반도체 장치를 제작하였더니, 반도체 기판 상에 형성된 회로 패턴의 결함도 없어, 양호한 반도체 장치를 얻을 수 있었다.
상기 실시예 10～12에서의 포토마스크 제작 과정에서의 전자선 묘화 시의 전자선의 가속 전압을 50keV 이상으로 했을 때도, 차광막의 도전성은 양호하고, 형성된 차광막 패턴의 단면 형상은 수직 형상으로 양호하며, 80㎚나 70㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴도 양호하게 형성되고, 또한 글로벌 로딩 에러는 실용상 허용할 수 있는 수치에 들어간 포토마스크가 얻어졌다.
1: 투광성 기판
2: 차광막
3: 레지스트막
4: 하프톤형 위상 시프터막
5: 차광층
6: 반사 방지층
2a: 차광막의 패턴
3a: 레지스트 패턴
10, 30: 포토마스크 블랭크
20, 40: 포토마스크

Claims (15)

  1. 포토마스크 블랭크로서,
    투광성 기판과,
    상기 투광성 기판 상에 형성된 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 제1 막을 구비하고,
    상기 포토마스크 블랭크는, 상기 제1 막 상에 형성되는 마스크 패턴을 마스크로 하여 드라이 에칭 처리에 의해, 상기 제1 막을 패터닝하는 포토마스크의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 포토마스크 블랭크이고,
    상기 제1 막은, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하는 막 두께 방향의 전체 영역에 질소가 함유되고, 상기 투광성 기판측의 질소의 함유량이 표면측의 질소의 함유량보다도 많고, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 산소의 함유량이 감소하고 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질소는, 상기 제1 막 내에 함유되는 크롬의 비율을 1로 했을 때에, 표면측으로부터 투광성 기판측을 향하여 0.5～0.8의 비율로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 질소의 함유량은, 15～80원자%인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산소의 함유량은, 5～80원자%인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산소와 질소의 함유량의 합계가 10～80원자%인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 기판과 상기 제1 막 사이에, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈 또는 하프늄을 함유하는 재료로 이루어지는 제2 막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 기판과 상기 제1 막 사이에, 몰리브덴, 실리콘 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 제3 막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 막 상에 레지스트막을 가지는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 포토마스크 블랭크를 이용하여 제작된 포토마스크.
  10. 제1항의 포토마스크 블랭크에서의 상기 제1 막을 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 상기 투광성 기판 상에 막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
  11. 제6항의 포토마스크 블랭크에서의 상기 제1 막을 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 막 패턴을 형성한 후, 그 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 제1 막 패턴을 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해 상기 제2 막을 패터닝하여 상기 투광성 기판 상에 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈 또는 하프늄을 함유하는 재료로 이루어지는 제2 막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
  12. 제7항의 포토마스크 블랭크에서의 상기 제1 막을 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 제1 막 패턴을 형성한 후, 그 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 제1 막 패턴을 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해 상기 제3 막을 패터닝하여 상기 투광성 기판 상에 몰리브덴, 실리콘 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 제3 막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조 방법.
  13. 제10항의 포토마스크에서의 상기 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 제1 막 패턴을 포토리소그래피법에 의해, 반도체 기판 상에 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제11항의 포토마스크에서의 상기 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈 또는 하프늄을 함유하는 재료로 이루어지는 제2 막 패턴을 포토리소그래피법에 의해, 반도체 기판 상에 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제12항의 포토마스크에서의 상기 몰리브덴, 실리콘 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 제3 막 패턴을 포토리소그래피법에 의해, 반도체 기판 상에 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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