以下、具現例の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、実施例について詳細に説明する。しかし、具現例は、様々な異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
本明細書で使用される程度の用語「約」、「実質的に」などは、言及された意味に固有の製造及び物質の許容誤差が提示されるとき、その数値で又はその数値に近接した意味で使用され、具現例の理解を助けるために正確又は絶対的な数値が言及された開示内容を非良心的な侵害者が不当に利用することを防止するために使用される。
本明細書全体において、マーカッシュ形式の表現に含まれた「これらの組み合わせ」という用語は、マーカッシュ形式の表現に記載された構成要素からなる群から選択される1つ以上の混合又は組み合わせを意味するものであって、前記構成要素からなる群から選択される1つ以上を含むことを意味する。
本明細書全体において、「A及び/又はB」の記載は、「A、B、または、A及びB」を意味する。
本明細書全体において、「第1」、「第2」又は「A」、「B」のような用語は、特に説明がない限り、同一の用語を互いに区別するために使用される。
本明細書において、A上にBが位置するという意味は、A上にBが位置したり、それらの間に別の層が位置しながらA上にBが位置したりすることができることを意味し、Aの表面に当接してBが位置することに限定されて解釈されない。
本明細書において、単数の表現は、特に説明がなければ、文脈上解釈される単数又は複数を含む意味で解釈される。
本明細書において、図面は、具現例の説明のために提示され、その一部が誇張又は省略されて表現されてもよく、縮尺に従って表示されない。
本明細書において、透過部TAとは、透明基板上にパターンが形成されたフォトマスクの表面において位相反転膜を実質的に含まないので露光光を透過させる領域を意味し、半透過部NTAとは、位相反転膜を実質的に含むことで、減衰された露光光を透過させる領域を意味する(図11参照)。
半導体素子の製造過程は、半導体ウエハ上に露光パターンを形成することによって、デザインされたパターンを形成する過程を含む。具体的には、表面にレジスト層が塗布された半導体ウエハ上に、設計されたパターンを含むフォトマスクを位置させた後、光源を介して露光を行う場合、前記半導体ウエハのレジスト層は、現像溶液の処理後、設計されたパターンを形成するようになる。
半導体の高集積化に伴い、さらに微細化された回路パターンが求められる。半導体ウエハ上に微細化されたパターンを形成するためには、従来適用されている露光光よりも波長がさらに短い露光光を適用することができる。微細化されたパターンの形成のための露光光としては、例示的にArFエキシマレーザー(波長193nm)などがある。
回路パターンがさらに微細化されるに伴い、前記フォトマスク内に含まれてパターンを形成する膜は、向上した光学的特性を有することが要求される。
また、短波長の露光光を発生させる光源は高い出力が要求され得る。このような光源は、露光工程で半導体素子の製造装置内に含まれたフォトマスクの温度を上昇させることがある。
フォトマスク内に含まれてパターンを形成する膜は、温度の変化によって厚さ、高さなどの物理的特性が変化する特性を示すことができる。前記フォトマスク内に含まれてパターンを形成する膜は、さらに減少した熱的変動特性を有することが要求される。
フォトマスクは、ブランクマスクをパターニングして形成され得る。したがって、ブランクマスクの特性がフォトマスクの物性に影響を及ぼし得る。また、ブランクマスクの製造過程において酸化処理、熱処理などを経る場合もあるので、成膜直後のブランクマスク内の薄膜自体の特性と、完成されたブランクマスク内の薄膜の特性との間に差を示すこともある。
前記ブランクマスクに含まれた各層の光学的特性及び熱的特性が向上できるように、前記ブランクマスクに含まれた各層の結晶特性を適切に調節することができる。
具現例の発明者らは、ブランクマスクに含まれた膜の結晶特性を調節することによって、短波長の露光光を発生させる光源による温度の上昇、または各薄膜間の光学的物性の差により発生するフォトマスクの解像度の低下を実質的に抑制できることを実験的に確認し、具現例を完成した。
以下、具現例をより詳細に説明する。
図1は、一実施例に係るブランクマスクを示した断面図である。前記図1を参照して具現例を説明する。
ブランクマスク100は、透明基板10と、前記透明基板10上に配置される位相反転膜20と、前記位相反転膜20上に配置される遮光膜30とを含む。
透明基板10の素材は、露光光に対する光透過性を有し、フォトマスクに適用できる素材であれば制限されない。具体的には、透明基板10の波長200nm以下の露光光に対する透過率は85%以上であり得る。前記透過率は87%以上であってもよい。透明基板10のArF光に対する透過率は85%以上であってもよい。前記透過率は87%以上であってもよい。例示的に、透明基板10は合成石英基板が適用されてもよい。このような場合、透明基板10は、前記透明基板10を透過する光の減衰(attenuated)を抑制することができる。
また、透明基板10は、平坦度、粗さなどの表面特性を調節して光学歪みの発生を減少させることができる。
位相反転膜20は、透明基板10の上面(front side)上に位置することができる。
ブランクマスク100内において、遮光膜30は位相反転膜上に配置される。遮光膜30は、位相反転膜20をパターン形状の通りにエッチングする際に、位相反転膜20のエッチングマスクとして用いることができる。また、遮光膜30は、透明基板10の背面側から入射される露光光の透過を遮断することができる。
位相反転膜の結晶特性
一実施例に係るブランクマスクは、透明基板と、前記透明基板上に配置される位相反転膜と、前記位相反転膜の少なくとも一部上に配置される遮光膜とを含む。
ブランクマスクは、一般モードのXRDで分析される。
一般モードのXRD分析において、前記位相反転膜方向で反射後に測定されたX線強度の最大ピークの2θが15°~30°である。
一般モードのXRD分析において、前記透明基板方向で反射後に測定されたX線強度の最大ピークの2θが15°~30°である。
下記の式1で表されるAI1値が0.9~1.1である。
[式1]
前記式1において、前記XM1は、前記位相反転膜の上面に前記一般モードのXRD分析が行われるとき、測定されたX線強度の最大値であり、前記XQ1は、前記透明基板の下面に前記一般モードのXRD分析が行われるとき、測定されたX線強度の最大値である。
位相反転膜20の光学特性は、位相反転膜20を構成する元素の組成、膜の密度、膜の厚さなどの様々な要因によって決定される。したがって、半導体ウエハ上に現像されるパターンの解像度を最大限向上させるために、前記要因を考慮して位相反転膜20を設計した後、成膜する。
一方、位相反転膜20は、露光工程中に光源から発生する熱により温度が増加し得、前記熱により位相反転膜20の厚さの数値、応力などが変動し得る。
熱的変動特性において、位相反転膜20と透明基板10は互いに異なる特性を有することができる。これは、位相反転膜20に含まれた元素の種類、元素別の含量及び結晶構造などにおいて透明基板10と異なるためであると考えられる。このような差は、フォトマスクの解像度の低下を誘発する一要因となり得る。具体的には、長時間の繰り返される露光工程において、透明基板10と位相反転膜20は、互いに異なる数値の変動及び応力の変動を示し得る。これにより、特に、透明基板10と位相反転膜20とが接する界面において、光経路の歪みが発生し得る。
具現例は、位相反転膜20の結晶特性を透明基板10にさらに類似するように制御することで、透明基板10と位相反転膜20との界面で発生する光学的歪みを減少させることができる。
位相反転膜20を構成する元素の種類、元素別の含量、スパッタリング工程での磁場の強度、基板の回転速度、ターゲットに加える電圧、雰囲気ガスの組成、スパッタリング温度、後処理工程時の条件などの要素を制御して、位相反転膜20の結晶特性を調節することができる。
特に、具現例は、スパッタリング装備を用いて位相反転膜20を成膜する際に、スパッタリング装備にマグネットを配置し、磁場を形成して、チャンバ内のターゲットの前面にプラズマが分布するようにすることができる。磁場の分布、強度などを制御して、スパッタリング装備で形成される位相反転膜の結晶特性などを調節することができる。
図2は、一般モードのXRD分析の過程を示した概略図である。前記図2を参照して具現例を説明する。
位相反転膜及び透明基板の結晶特性は、XRD(X-ray diffraction)分析によって分析することができる。
XRD分析を行う前に、位相反転膜上に配置された遮光膜を除去する。位相反転膜と遮光膜との間に他の薄膜が位置する場合、前記他の薄膜も除去する。すなわち、遮光膜を除去して位相反転膜の上面が露出するようにする。薄膜を除去する方法としては、例示的にエッチングを適用することができる。
XRD分析は一般モードで行うことができる。前記一般モードのXRD分析はθ-2θモードである。前記一般モードのXRD分析において、X線発生器60から発生したX線がサンプル80に出射され、前記サンプル80で反射されたX線は、検出器70を介して検出される。
このとき、前記X線発生器60は、所定の入射角θで前記サンプル80にX線を出射する。前記入射角θは、前記X線発生器60から出射されたX線の方向と前記サンプル80の水平面との間の角度である。また、前記X線発生器60は、前記入射角θを変更させながら前記サンプル80にX線を出射する。
検出器70は、サンプル80のX線が入射される位置を基準として、前記X線発生器60が配置される位置と正反対側に配置される。また、検出器70は、前記サンプル80から反射されるX線のうち、所定の出射角θを有するX線を検出する。出射角θは、サンプル80から反射されるX線の方向と前記サンプル80の水平面との間の角度である。
また、検出器70は、X線発生器60のスキャン方向に対応して移動する。すなわち、検出器70は、X線発生器60がサンプル80をスキャンするとき、入射角θと前記出射角θが互いに同一になるように移動する。一般モードのXRD分析において、X線発生器60及び検出器70は、同一平面上で、前記入射角θと前記出射角θが互いに同一になるように移動できる。また、前記X線発生器60は、サンプル80のX線が入射される位置との距離が一定になるように移動できる。また、検出器70は、サンプル80のX線が反射される位置との距離が一定になるように移動できる。すなわち、X線発生器60及び検出器70は、弧を描きながら移動することができる。
一般モードのXRD分析において、X線ソース(X-ray source)は銅ターゲット(Cu target)であってもよい。一般モードのXRD分析において、X線の波長は約1.542nmであってもよい。一般モードのXRD分析において、X線を発生させるために使用される電圧は約45kVであってもよい。一般モードのXRD分析において、X線を発生させるために使用される電流は約200mAであってもよい。一般モードのXRD分析において、2θの測定範囲は、約10°~約100°であってもよい。一般モードのXRD分析は、2θを基準として約0.05°変わる度に測定を行うことができる。一般モードのXRD分析において、X線発生器60及び検出器70のスキャン速度は約5°/minであってもよい。
図3は、一実施例に係るブランクマスクにおいて、位相反転膜に一般モードのXRD分析が行われて測定されたX線強度を示した概念図である。図4は、一実施例に係るブランクマスクにおいて、透明基板に一般モードのXRD分析が行われて測定されたX線強度を示した概念図である。前記図3及び図4を参照して具現例を説明する。
位相反転膜で一般モードのXRD分析が行われるとき、反射後に測定されたX線強度の最大ピークの2θは15°~30°であってもよい。前記透明基板の背面(下面)で一般モードのXRD分析が行われるとき、反射後に測定されたX線強度の最大ピークの2θは15°~30°であってもよい。
以下で、位相反転膜でXRD分析が行われるということは、位相反転膜上でブランクマスクのXRD分析が行われるということを意味し、位相反転膜方向でXRD分析が行われると表現することもある。同様に、透明基板でXRD分析が行われるということは、透明基板の下面上でXRD分析が行われるということを意味し、透明基板方向でXRD分析が行われると表現することもある。
位相反転膜に一般モードのXRD分析が行われるとき、反射後に測定されたX線強度の最大ピークの2θは20°~25°であってもよい。透明基板に一般モードのXRD分析が行われるとき、反射後に測定されたX線強度の最大ピークの2θは20°~25°であってもよい。
また、位相反転膜に一般モードのXRD分析が行われるとき、反射後に測定されたX線強度の最大ピークの2θと、透明基板に一般モードのXRD分析が行われるとき、反射後に測定されたX線強度の最大ピークの2θとの差値の絶対値が5°以下であってもよい。前記絶対値が3°以下であってもよい。前記絶対値が1°以下であってもよい。
ブランクマスクにおいて、下記式1のAI1値が0.9~1.1であってもよい。
[式1]
ここで、前記XM1は、前記位相反転膜の上面に前記一般モードのXRD分析が行われるとき、測定されたX線強度の最大値であり、前記XQ1は、前記透明基板の下面に前記一般モードのXRD分析が行われるとき、測定されたX線強度の最大値である。
前記AI1値は0.95~1.05であってもよい。前記AI1値は0.97~1.03であってもよい。前記AI1値は0.98~1.02であってもよい。前記AI1値は0.99~1.01であってもよい。このような場合、露光工程で長時間の温度の変化によるフォトマスクの解像度の低下を抑制することができる。
ブランクマスクにおいて、下記の式3で表されるAI3値が0.9~1.1であってもよい。
[式3]
ここで、前記AM1は、前記位相反転膜の上面にXRD分析が行われるとき、反射後に測定されたX線強度において2θが15°~30°である領域の面積であり、前記AQ1は、前記透明基板の下面にXRD分析が行われるとき、反射後に測定されたX線強度において2θが15°~30°である領域の面積である。
前記AI3値は0.95~1.05であってもよい。前記AI3値は0.97~1.03であってもよい。前記AI3値は0.98~1.02であってもよい。前記AI3値は0.99~1.01であってもよい。このような場合、透明基板と位相反転膜との結晶特性の差が減少して、パターニングされた位相反転膜の温度の変化による劣化を抑制することができる。
ブランクマスクにおいて、下記の式4で表されるAI4値が0.9~1.1であってもよい。
[式4]
ここで、前記XM4は、前記位相反転膜の上面に前記XRD分析が行われるとき、2θが43°であるときの反射されたX線の強度であり、前記XQ4は、前記透明基板の下面に前記XRD分析が行われるとき、2θが43°であるときの反射されたX線の強度である。
前記AI4値は0.95~1.05であってもよい。前記AI4値は0.97~1.03であってもよい。前記AI4値は0.98~1.02であってもよい。前記AI4値は0.99~1.01であってもよい。
このような場合、透明基板と位相反転膜との熱的変動特性の差を効果的に減少させることができる。
図5は、固定モードのXRD分析の過程を示した概略図である。以下、前記図5を参照して具現例を説明する。
XRD分析は固定モードで行うことができる。固定モードのXRD分析において、X線発生器60からX線が発生してサンプル80に出射され、前記サンプル80で反射されたX線は、検出器70を介して検出される。
このとき、固定モードのXRD分析において、X線発生器60は、固定された入射角(例えば、1°)で前記サンプル80にX線を出射する。入射角は、X線発生器60から出射されるX線の方向と前記サンプル80の水平面との間の角度である。
検出器70は、サンプル80のX線が入射される位置を基準として、前記X線発生器60が配置される位置と正反対側に配置される。また、検出器70は、サンプル80から反射されるX線のうち、所定の出射角θを有するX線を検出する。出射角θは、サンプル80から反射されるX線の方向と前記サンプル80の水平面との間の角度である。
検出器70は、様々な出射角θで出射されるX線を検出するように移動することができる。固定モードのXRD分析において、X線発生器60、検出器70及びサンプル80で測定される部位は同一平面上に配置される。また、前記同一平面上で、検出器70が移動できる。また、前記検出器70は、サンプル80でのX線が反射される位置との距離が一定になるように移動できる。すなわち、検出器70は、弧を描きながら移動することができる。
固定モードのXRD分析において、前記入射角は約1°であり、前記X線ソース(X-ray source)は銅ターゲット(Cu target)であり、前記X線の波長は約1.542nmであり、前記X線を発生させるために使用される電圧は約45kVであり、前記X線を発生させるために使用される電流は約200mAであり、2θの測定範囲は約10°~約100°であり、2θを基準として約0.05°変わる度に測定が行われ、前記検出器70のスキャン速度は約5°/minである。
図6は、一実施例に係るブランクマスクにおいて、位相反転膜に固定モードのXRD分析が行われて測定されたX線強度を示した概念図である。図7は、一実施例に係るブランクマスクにおいて、透明基板に固定モードのXRD分析が行われて測定されたX線強度を示した概念図である。前記図6及び図7を参照して具現例を説明する。
固定モードのXRD分析が行われるとき、位相反転膜側で反射後に測定されたX線強度の最大ピークである第1ピークの2θが15°~25°であってもよい。固定モードのXRD分析が行われるとき、透明基板側で反射後に測定されたX線強度の最大ピークである第2ピークの2θが15°~25°であってもよい。
前記第1ピークの2θが17°~23°であり、前記第2ピークの2θが17°~23°であってもよい。
前記第1ピークの2θが19°~22°であり、前記第2ピークでの2θが19°~22°であってもよい。
前記第1ピークの2θと前記第2ピークの2θとの差値の絶対値は5°以下であってもよい。前記絶対値は3°以下であってもよい。前記絶対値は2°以下であってもよい。
ブランクマスクは、下記の式2で表されるAI2値が0.9~1.1であってもよい。
[式2]
ここで、前記XM2は、前記第1ピークの強度値であり、前記XQ2は、前記第2ピークの強度値である。
前記AI2値は0.95~1.05であってもよい。前記AI2値は0.97~1.03であってもよい。前記AI2値は0.98~1.02であってもよい。このような場合、透明基板と位相反転膜との界面で発生し得る光学的歪みを抑制することができる。
遮光膜の結晶特性
遮光膜は、ブランクマスクに含まれる他の薄膜に比べて相対的に高い含量の金属元素を含むことができる。これにより、遮光膜は、温度の変化による厚さ方向への数値の変動が他の薄膜に比べて相対的に大きくなり得る。このような遮光膜がパターニングされて位相反転膜と共にブラインドパターンを形成する場合、パターニングされた遮光膜は、高出力の露光光源から発生する熱により形状が変形し得る。これは、半導体ウエハ上に微細なパターンを精巧に現像するのに困難をもたらしたりもする。
具現例は、XRDで測定した遮光膜と透明基板の結晶特性を制御することで、反復的にかつ長時間行われる露光工程でも遮光パターン膜の形状の変形の発生が抑制されたブランクマスクを提供することができる。
図8は、一実施例に係るブランクマスクにおいて、遮光膜に一般モードのXRD分析が行われて測定されたX線強度を示した概念図である。前記図8を参照して具現例を説明する。
遮光膜の上面で一般モードのXRD分析が行われるとき、反射後に測定されたX線強度の最大ピークの2θが15°~30°であってもよい。透明基板の下面で一般モードのXRD分析が行われるとき、反射後に測定されたX線強度の最大ピークの2θが15°~30°である。
ブランクマスクは、下記の式5で表されるAI5値が0.5~0.97であってもよい。
[式5]
ここで、前記XC1は、前記遮光膜の上面で、一般モードのXRD分析で測定されたX線強度の最大ピークの強度値であり、前記XQ1は、透明基板の下面で、一般モードのXRD分析で測定されたX線強度の最大ピークの強度値である。
前記AI5値は0.7~0.97であってもよい。前記AI5値は0.5~0.95であってもよい。前記AI5値は0.7~0.95であってもよい。前記AI5値は0.7~0.93であってもよい。前記AI5値は0.9~0.93であってもよい。このような場合、短波長の露光工程によるブラインドパターンの形状の変形を抑制することができる。
ブランクマスクは、下記の式6で表されるAI6値が1.05~1.4であってもよい。
[式6]
ここで、前記XC4は、前記遮光膜の上面に前記一般モードのXRD分析が行われるとき、2θが43°であるときのX線の強度値であり、前記XQ4は、前記透明基板の下面に前記一般モードのXRD分析が行われるとき、2θが43°であるときのX線の強度値である。
前記AI6値は1.06~1.4であってもよい。前記AI6値は1.07~1.4であってもよい。前記AI6値は1.08~1.4であってもよい。このような場合、温度の変化による遮光膜の厚さ方向への数値の変動を抑制することができる。
位相反転膜の層構造
図9は、本明細書の他の実施例に係るブランクマスクを示す概念図である。前記図9を参照して具現例を説明する。
位相反転膜20は、位相差調整層21と、前記位相差調整層21上に配置される保護層22とを含むことができる。
位相反転膜20、位相差調整層21及び保護層22は、遷移金属、珪素、酸素及び窒素を含むことができる。
位相差調整層21は、位相反転膜20において、遷移金属、珪素、酸素及び窒素が深さ方向に5原子%の範囲内で均等に含まれた層である。位相差調整層21は、位相反転膜20を透過する光の位相差及び透過率を実質的に調節することができる。
具体的に、位相差調整層21は、透明基板10の背面(back side)側から入射する露光光の位相を移動させる特性を有する。このような特性により、位相反転膜20は、フォトマスクにおいて透過部の縁部に発生する回折光を効果的に相殺して、リソグラフィー工程時にフォトマスクの解像度がさらに向上する。
また、位相差調整層21は、透明基板10の背面(back side)側から入射する露光光を減衰させる。これを通じて、位相反転膜20は、透過部の縁部で発生する回折光を相殺させると同時に、露光光の透過を遮断することができる。
保護層22は、位相反転膜の表面に形成され、前記表面から深さ方向に酸素含量が連続的に減少すると同時に、窒素含量が連続的に増加する分布を有する層である。保護層22は、フォトマスクのエッチング工程又は洗浄工程において位相反転膜20またはパターニングされた位相反転膜にダメージが発生することを抑制することで、位相反転膜の20の耐久性を向上させることができる。また、保護層22は、露光工程で位相差調整層21が露光光により酸化することを抑制することができる。
エリプソメータで測定した位相反転膜の光学特性
ブランクマスクは、PE1値が1.5eVであり、PE2値が3.0eVであるとき、下記の式7によるDel_1値が0である点での光子エネルギーが1.8eV~2.14eVであってもよい。
[式7]
前記式7において、前記DPS値は、前記ブランクマスクから前記遮光膜を除去し、入射角を64.5°として適用して前記位相反転膜の表面を分光エリプソメータで測定する際に、反射光のP波とS波との位相差が180°以下であれば、前記P波とS波との位相差であり、前記反射光のP波とS波との位相差が180°を超えれば、360°から前記P波とS波との位相差を引いた値である。
前記PE値は、前記PE1値~前記PE2値の範囲内での入射光の光子エネルギーである。
位相反転膜20の光学特性を精巧に調節してフォトマスクの解像度を向上させることができる。
具体的には、位相反転膜20の露光光に対する位相差と透過率を同時に調節することができる。位相反転膜20の位相差及び透過率は、位相反転膜の成分、厚さなどを調節して制御することができる。位相反転膜20の厚さと透過率、位相反転膜20の厚さと位相差は互いに関連している特徴を有する。但し、位相差と透過率は、同時に意図する値を有するようにし難いトレードオフ(trade off)の関係を有する。
具現例は、エリプソメータで測定した位相反転膜のP波とS波との位相差の分布を制御することによって、波長200nm以下の光に対する位相反転膜の位相差及び透過率が、具現例で予め設定した範囲内に調節されながらも、さらに薄膜化された位相反転膜20を提供することができる。
図10は、分光エリプソメータを用いて位相反転膜の反射光のP波とS波との位相差を測定する原理を示す概念図である。前記図10を参照して具現例を説明する。
反射光LrのP波(P`)とS波(S`)との位相差(△)値は、固定された入射角θで分光エリプソメータの入射光Liの光子エネルギー(Photon Energy)に応じて変わり得る。位相反転膜20の入射光Liの光子エネルギーに対する反射光LrのP波(P`)とS波(S`)との位相差△を測定して、前記Del_1値を算出することができる。
位相反転膜20を構成する元素、スパッタリング工程の条件、薄膜の厚さ、分光エリプソメータで設定した入射角などの様々な要素を制御して、Del_1値の分布を調節することができる。特に、位相反転膜20の成膜に適用される磁場の強度を調節するなどの方法で位相反転膜20のDel_1値の分布を制御することができる。
Del_1値は、分光エリプソメータを通じて測定する。例示的に、位相反転膜の反射光LrのP波(P`)とS波(S`)との位相差△は、ナノ-ビュー社のMG-PROモデルを通じて測定することができる。
位相反転膜20のDel_1値の分布の測定時に、位相反転膜20上に位置する遮光膜を除去した後に測定する。位相反転膜20と遮光膜との間に他の薄膜が位置する場合、前記他の膜も除去する。遮光膜及び前記他の膜を除去する方法としてはエッチング方法などがある。但し、これに限定されない。位相反転膜20の損傷なしに位相反転膜上に位置する他の膜を除去することは技術的に困難であるので、前記エッチング過程で位相反転膜に厚さ方向に1nm以下の損傷が加えられることは許容する。
ブランクマスクは、PE1値が1.5eVであり、PE2値が3.0eVであるとき、Del_1値が0である点での光子エネルギーが1.8eV~2.14eVであってもよい。前記光子エネルギーが1.85eV~2.1eVであってもよい。前記光子エネルギーが1.9eV~2.05eVであってもよい。このような場合、位相反転膜20は、短波長の露光光に対して目的とする透過率及び位相差を有することができ、さらに小さい厚さを有することができる。
ブランクマスクは、PE1値が3eVであり、PE2値が5eVであるとき、Del_1値が0である点での光子エネルギーが3.8~4.64eVであってもよい。
光子エネルギーの高い入射光Liを測定対象に照射すると、入射光Liの波長が短いことにより、入射光Liは、位相反転膜20の表面または表面から深さ方向に浅い所で反射される。光子エネルギーを高く設定した入射光Liを位相反転膜20の表面に照射して形成される反射光のP波とS波との位相差を分析する場合、位相反転膜20の表面部の光学特性、特に保護層22の光学特性を確認することができる。
保護層22は、位相差調整層21上に位置し、露光光及び洗浄溶液などから位相差調整層21を保護する機能を行う。保護層22の厚さが厚いほど、保護層22が緻密な構造を有するほど、保護層22は位相差調整層21をさらに安定的に保護することができる。但し、保護層22を形成する際に、位相差調整層21の安定した保護のみを考慮して保護層22を形成する場合、保護層22の形成の影響により、位相反転膜20全体の光学特性の変動が非常に大きく発生することがある。このような場合、位相反転膜20は、当初設計された光学特性を外れる特性を有することがある。具現例は、位相反転膜20のP波及びS波の分布特性を制御することで、位相差調整層21が安定的に保護されながらも、保護層22の形成前と比較して光学特性が大きく変動しない位相反転膜20を提供することができる。
PE1値が3eVであり、PE2値が5eVであるとき、Del_1値が0である点での光子エネルギーの分布は、位相差調整層21のアニーリング工程時に、雰囲気ガスの組成、アニーリング温度、温度上昇速度などの要素を制御して調節できる。特に、成膜された位相差調整層21の表面にUV光を処理した後、アニーリング工程時の熱処理温度、時間などを制御してDel_1値を制御できる。
ブランクマスク100は、PE1値が3eVであり、PE2値が5eVであるとき、Del_1値が0である点での光子エネルギーが3.8eV以上であってもよい。前記光子エネルギーが4eV以上であってもよい。前記光子エネルギーが4.2eV以上であってもよい。前記光子エネルギーは4.3eV以上であってもよい。前記光子エネルギーは4.64eV以下であってもよい。前記光子エネルギーが4.62eV以下であってもよい。前記光子エネルギーが4.6eV以下であってもよい。このような場合、保護層22が位相差調整層21を十分に保護しながらも、保護層22の形成による位相反転膜20の光学特性の変動を一定範囲内に制御することができる。
ブランクマスク100は、PE1値が1.5eVであり、PE2値が、前記Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうちの最小値であるとき、Del_1の平均値が78°/eV~98°/eVであってもよい。
入射光の光子エネルギーが、1.5eV以上、Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうち最小値以下の範囲内の値を有する場合、入射光は、相対的に長い波長値を有する。このような入射光は、位相反転膜の内部に相対的に深く透過した後、反射されるので、光子エネルギーを前記のような範囲に設定して測定したDel_1の平均値は、位相反転膜20内の位相差調整層21の光学特性などを示す。
ブランクマスク100は、PE1値が1.5eVであり、PE2値が、前記Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうちの最小値であるとき、Del_1値の平均値が78~98°/eVであってもよい。前記平均値が80~95°/eVであってもよい。前記平均値が82~93°/eVであってもよい。このような場合、位相差調整層21は、位相反転膜20が比較的低い厚さを有すると共に、短波長の光に対して目的とする位相差及び透過率を有するのを助けることができる。
ブランクマスク100は、PE1値が、Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうちの最小値であり、PE2値が、Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうちの最大値であるとき、Del_1の平均値が-65~-55°/eVであってもよい。
入射光の光子エネルギーが、Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうち最小値以上、前記Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうち最大値以下の範囲内の値を有する場合、このような条件を適用して測定したDel_1値の平均値は、位相差調整層21と保護層22との界面付近に位置した部分の光学特性などを反映する。
ブランクマスク100は、PE1値が、前記Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうちの最小値であり、PE2値が、前記Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうちの最大値であるとき、Del_1の平均値が-65~-55°/eVであってもよい。前記平均値が-62~-56°/eVであってもよい。前記平均値が-59~-57°/eVであってもよい。このような場合、位相差調整層21と保護膜22との間に形成された界面が位相反転膜全体の光学特性に大きく影響を及ぼすことを抑制することができる。
ブランクマスク100は、PE1値が、前記Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうちの最大値であり、PE2値が5.0eVであるとき、Del_1の平均値が60~120°/eVであってもよい。
PE1値を、Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうちの最大値、PE2値を5.0eVに設定して測定したDel_1の平均値は、保護層22の光学特性などを反映する。
ブランクマスク100は、PE1値が、前記Del_1値が0になる点での入射光の光子エネルギーのうちの最大値であり、PE2値が5.0eVであるとき、Del_1値の平均値が60°/eV~120°/eVであってもよい。前記平均値が70~110°/eVであってもよい。前記平均値が80~105°/eVであってもよい。このような場合、保護層22が位相反転膜20全体の光学特性に及ぼす影響を減少させながら、位相反転膜20が安定した耐久性を有することができる。
ブランクマスク100は、保護層22を形成した後に測定した、PE1値が1.5eVであり、PE2値が3.0eVであるとき、Del_1値が0である点での入射光の光子エネルギー値と、保護層22を形成する前に測定した、前記Del_1値が0である点での入射光の光子エネルギー値との差値の絶対値が0.001~0.2eVであってもよい。
位相差調整層21上に保護層22を形成する過程で位相差調整層21自体の光学特性の変動が発生し得る。具体的には、制御された雰囲気圧力及び温度の条件で位相差調整層にアニーリング(annealing)を適用する場合、位相差調整層内の残留応力、位相差調整層の表面の組成に変動が発生し得る。このような変動は、位相差調整層自体の光学特性の変動をもたらすことがある。これは、位相反転膜が具現例で目的とする光学特性から外れる特性を有するようになる原因となり得る。具現例は、保護層の形成前後の位相差調整層自体の光学特性の差値を制御して、さらに高い解像度を示すことができるブランクマスクを提供できる。
ブランクマスク100は、保護層22を形成した後に測定した、PE1値が1.5eVであり、PE2値が3.0eVであるとき、Del_1値が0である点での入射光の光子エネルギー値と、保護層22を形成する前に測定した、前記Del_1値が0である点での入射光の光子エネルギー値との差値の絶対値が0.001~0.2eVであってもよい。前記絶対値は0.005~0.1eVであってもよい。前記絶対値は0.01~0.008eVであってもよい。このような場合、ブランクマスク100は、保護層22の形成による位相差調整層21自体の光学変動を抑制することができる。
ブランクマスク100は、保護層22を形成した後に測定した、PE1値が3.0eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、Del_1値が0である点での入射光の光子エネルギー値と、保護層22を形成する前に測定した、前記Del_1値が0である点での入射光の光子エネルギー値との差値の絶対値が0.05~0.3eVであってもよい。前記絶対値は0.06~0.25eVであってもよい。前記絶対値は0.1~0.23eVであってもよい。このような場合、ブランクマスク100は、保護層22自体の光学特性が位相反転膜20全体の光学特性に及ぼす影響を減少させることができる。
ブランクマスク100は、PE1値が1.5eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、Del_1の最大値が105°/eV~300°/eVであってもよい。
具現例は、ブランクマスク100のPE1値が1.5eVであり、PE2値が5.0eVであるときのDel_1の最大値を調節することによって、位相反転膜20が安定した耐久性を有すると共に、保護層22の形成による位相反転膜20全体の光学特性の変動を一定範囲以内に調節することができる。
ブランクマスク100は、PE1値が1.5eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、Del_1の最大値が105~300°/eVであってもよい。前記最大値が120~200°/eVであってもよい。前記最大値が140~160°/eVであってもよい。このような場合、保護層22の形成による位相反転膜20全体の光学特性の変動を減少させながら、位相反転膜20が優れた耐光性及び耐薬品性などを有するようにすることができる。
ブランクマスク100は、PE1値が1.5eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、前記Del_1が最大値である点での光子エネルギーが4.5eV以上であってもよい。
PE1値が1.5eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、Del_1の最大値は保護層22の光学特性などを反映する。具現例は、Del_1の最大値である点での光子エネルギー値を調節することによって、保護層22が安定した耐久性を有しながらも、保護層22が位相反転膜20全体の光学特性に及ぼす影響を減少させることができる。
ブランクマスク100は、PE1値が1.5eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、前記Del_1の最大値である点での光子エネルギー値は4.5eV以上であってもよい。前記Del_1の最大値である点での光子エネルギー値は4.55eV以上であってもよい。前記Del_1の最大値である点での光子エネルギー値は5eV以下であってもよい。前記Del_1の最大値である点での光子エネルギー値は4.8eV以下であってもよい。このような場合、位相反転膜20は、短波長に対して目的とする光学特性を示すと同時に、露光工程及び洗浄工程による光学特性の変動が抑制され得る。
ブランクマスク100は、PE1値が1.5eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、前記Del_1の最大値から前記Del_1の最小値を引いた値は60~260°/eVであってもよい。
具現例の発明者らは、PE1値が1.5eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、前記Del_1の最大値は、位相反転膜20の保護層22の光学特性などを反映し、前記Del_1の最小値は、位相差調整層21の上部の光学特性などを反映することを実験的に確認した。
保護層の形成前後に、PE1値が1.5eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、前記Del_1の最大値及びDel_1の最小値は変動が発生し得る。前記Del_1の最大値から前記Del_1の最小値を引いた値が一定範囲内に制御される場合、保護層22の形成前後の位相反転膜20全体の光学特性の変動が許容範囲内で発生し得る。
ブランクマスクは、PE1値が1.5eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、前記Del_1の最大値から前記Del_1の最小値を引いた値は60~260°/eVであってもよい。前記Del_1の最大値から前記Del_1の最小値を引いた値は80~240°/eVであってもよい。前記Del_1の最大値から前記Del_1の最小値を引いた値は90~230°/eVであってもよい。このような場合、保護層の形成前後の位相反転膜全体の光学特性の変動は一定範囲内に制御され得る。
位相反転膜の組成
位相反転膜20は、遷移金属、珪素、酸素及び窒素を含むことができる。遷移金属は、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)などから選択される1種以上の元素であってもよいが、これに限定されない。例示的に、前記遷移金属はモリブデンであってもよい。
位相反転膜20は、遷移金属を1~10原子%含むことができる。位相反転膜20は、遷移金属を2~7原子%含むことができる。位相反転膜20は、珪素を15~60原子%含むことができる。位相反転膜20は、珪素を25~50原子%含むことができる。位相反転膜20は、窒素を30~60原子%含むことができる。位相反転膜20は、窒素を35~55原子%含むことができる。位相反転膜20は、酸素を5~35原子%含むことができる。位相反転膜20は、酸素を10~25原子%含むことができる。このような場合、位相反転膜20は、短波長の露光光、具体的に200nm以下の波長を有する光を用いたリソグラフィー工程に適した光学特性を有することができる。
位相反転膜20は、前記言及された元素以外に他の元素をさらに含むことができる。例示的に、位相反転膜20はアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)などを含むことができる。
位相反転膜20は、厚さ方向に元素別の含量が異なり得る。
位相差調整層21及び保護層22の深さ方向に形成された元素別の含量分布は、位相反転膜20のデプスプロファイル(depth profile)を測定して確認できる。位相反転膜20のデプスプロファイルは、例示的に、サーモサイエンティフィック(Thermo Scientific)社のK-alphaモデルを用いて測定できる。
位相差調整層21及び保護層22は、遷移金属、珪素、酸素及び窒素などの元素別の含量が互いに異なり得る。
位相差調整層21は、遷移金属を3~10原子%含むことができる。位相差調整層21は、遷移金属を4~8原子%含むことができる。位相差調整層21は、珪素を20~50原子%含むことができる。位相差調整層21は、珪素を30~40原子%含むことができる。位相差調整層21は、酸素を2~10原子%含むことができる。位相差調整層21は、酸素を3~8原子%含むことができる。位相差調整層21は、窒素を40~60原子%含むことができる。位相差調整層21は、窒素を45~55原子%含むことができる。このような場合、露光光として、短波長の露光光、具体的に波長200nm以下の光を適用する場合、ブランクマスクは、優れたパターン解像度を有することができる。
保護層22は、酸素を多く含むほど、露光光及び洗浄溶液などから位相差調整層21を安定的に保護することができる。但し、このような保護層22は、保護層22の形成前後に発生する位相反転膜20全体の光学特性の変動にさらに大きな影響を及ぼし得る。したがって、保護層22内の酸素及び窒素の含量分布を制御することによって、位相反転膜20が十分な耐光性及び耐薬品性を有すると共に、具現例で目的とする光学特性を有するようにすることができる。
保護層22は、窒素を20~40原子%含むことができる。保護層22は、窒素を25~35原子%含むことができる。保護層22は、酸素を10~50原子%含むことができる。保護層22は、酸素を20~40原子%含むことができる。保護層22は、珪素を10~50原子%含むことができる。保護層22は、珪素を20~40原子%含むことができる。保護層22は、遷移金属を0.5~5原子%含むことができる。保護層22は、遷移金属を1~3原子%含むことができる。このような場合、保護層22は位相差調整層21の変質を十分に抑制することができる。
保護層22は、厚さ方向に酸素含量(原子%)に対する窒素含量(原子%)が1以上である領域を含むことができる。前記領域は、保護層22全体の厚さに対して40~60%の厚さを有することができる。前記領域は、保護層22全体の厚さに対して45~55%の厚さを有することができる。このような場合、保護層22の形成による位相反転膜20の光学特性の変動を効果的に抑制することができる。
保護層22は、厚さ方向に酸素含量(原子%)に対する窒素含量(原子%)の比率が0.4~2である領域を含むことができ、前記領域は、保護層22全体の厚さに対して30~80%の厚さを有することができる。前記領域は、保護層22全体の厚さに対して40~60%の厚さを有することができる。このような場合、十分な長期耐久性を有しながらも、解像度に優れたフォトマスクを製造できるブランクマスクを提供することができる。
前記厚さ方向に酸素含量(原子%)に対する窒素含量(原子%)の比率が調節された領域の厚さの測定は、デプスプロファイルを測定して確認できる。但し、前記領域の厚さの測定時に、デプスプロファイルにおいて保護層22の深さ別のエッチング速度は一定であると仮定する。
位相反転膜の光学特性及び層別の厚さ
位相反転膜20は、波長200nm以下の光に対する位相差が160~200°であってもよい。位相反転膜20は、ArF光に対する位相差が160~200°であってもよい。位相反転膜20は、波長200nm以下の光に対する位相差が170~190°であってもよい。位相反転膜20は、ArF光に対する位相差が170~190°であってもよい。位相反転膜20は、波長200nm以下の光に対する透過率が3~10%であってもよい。位相反転膜20は、ArF光に対する透過率が3~10%であってもよい。位相反転膜20は、波長200nm以下の光に対する透過率が4~8%であってもよい。位相反転膜20は、ArF光に対する透過率が4~8%であってもよい。このような場合、前記位相反転膜20を含むフォトマスクは、短波長の露光光が適用された露光工程でウエハ上にさらに精巧な微細パターンを形成することができる。
保護層22の波長200nm以下の光に対する屈折率が1.3~2であってもよい。保護層22のArF光に対する屈折率が1.3~2であってもよい。保護層22の波長200nm以下の光に対する屈折率が1.4~1.8であってもよい。保護層22のArF光に対する屈折率が1.4~1.8であってもよい。保護層22の波長200nm以下の光に対する消衰係数が0.2~0.4であってもよい。保護層22のArF光に対する消衰係数が0.2~0.4であってもよい。保護層22の波長200nm以下の光に対する消衰係数が0.25~0.35であってもよい。保護層22のArF光に対する消衰係数が0.25~0.35であってもよい。このような場合、保護層22の形成による位相反転膜20の光学特性の変動を最小化することができる。
位相差調整層21は、波長200nm以下の光に対する屈折率が2~4であってもよい。位相差調整層21は、ArF光に対する屈折率が2~4であってもよい。位相差調整層21の波長200nm以下の光に対する屈折率は2.5~3.5であってもよい。位相差調整層21のArF光に対する屈折率は2.5~3.5であってもよい。位相差調整層21の波長200nm以下の光に対する消衰係数は0.3~0.7であってもよい。位相差調整層21のArF光に対する消衰係数は0.3~0.7であってもよい。位相差調整層21の波長200nm以下の光に対する消衰係数は0.4~0.6であってもよい。位相差調整層21のArF光に対する消衰係数は0.4~0.6であってもよい。このような場合、前記位相反転膜20を含むフォトマスクの解像度はさらに向上することができる。
位相反転膜20、保護層22及び位相差調整層21の光学特性は、分光エリプソメータを通じて測定することができる。例示的に、前記光学特性は、ナノ-ビュー(NANO-VIEW)社のMG-PRO装備を通じて測定することができる。
位相反転膜20全体の厚さに対する保護層22の厚さの比率は0.04~0.09であってもよい。前記厚さの比率は0.05~0.08であってもよい。このような場合、保護層22は、位相差調整層21を安定的に保護することができる。
保護層22の厚さは25Å以上80Å以下であってもよい。保護層22の厚さは35Å以上45Å以下であってもよい。このような場合、位相反転膜全体に及ぼす光学的特性の変化の程度を効果的に減少させながら、長期間の露光工程及び洗浄工程でも安定した光学特性を示す位相反転膜20を提供することができる。
位相反転膜20及び位相反転膜20を構成する各層の厚さは、位相反転膜20の断面のTEM(Transmission Electron Microscopy)イメージを通じて測定することができる。
遮光膜の層構造、組成及び光学特性
遮光膜30は位相反転膜20上に配置することができる。遮光膜30は、位相反転膜20を予め設計されたパターン形状の通りにエッチングする際に、位相反転膜20のエッチングマスクとして用いることができる。また、遮光膜30は、透明基板10の背面側から入射される露光光の透過を遮断することができる。
遮光膜30は単層構造であってもよい。遮光膜30は2層以上の複数層の構造であってもよい。遮光膜30のスパッタリング工程において、遮光膜内の層別に雰囲気ガスの組成及び流量を異なって適用して複数層の遮光膜30を形成することができる。遮光膜30のスパッタリング工程において、遮光膜内の層別にスパッタリングターゲットを異なって適用して複数層の遮光膜30を形成することができる。
遮光膜30は、クロム、酸素、窒素及び炭素を含むことができる。遮光膜30内の元素別の含量は、遮光膜30の厚さ方向に異なり得る。複数層の遮光膜の場合、遮光膜30内の各層は、組成が互いに異なり得る。
遮光膜30は、クロムを30~70原子%含むことができる。遮光膜30は、クロムを47~57原子%含むことができる。遮光膜30は、炭素を5~30原子%含むことができる。遮光膜30は、炭素を7~25原子%含むことができる。遮光膜30は、窒素を3~30原子%含むことができる。遮光膜30は、窒素を5~25原子%含むことができる。遮光膜30は、酸素を20~55原子%含むことができる。遮光膜30は、酸素を25~40原子%含むことができる。このような場合、遮光膜30は十分な消光特性を有することができる。
多重膜(図示せず)は、位相反転膜20と遮光膜30を含む。前記多重膜は、透明基板10上にブラインドパターンを形成して露光光が透過することを抑制することができる。
多重膜の波長200nm以下の光に対する光学濃度は3以上であってもよい。多重膜のArF光に対する光学濃度は3以上であってもよい。多重膜の波長200nm以下の光に対する光学濃度は3.5以上であってもよい。多重膜のArF光に対する光学濃度は3.5以上であってもよい。このような場合、多重膜は、優れた光遮断特性を有することができる。
位相反転膜の製造方法
具現例の位相反転膜における位相差調整層は、透明基板上にスパッタリングを通じて薄膜を形成する方式で製造することができる。
スパッタリング工程は、DC電源を用いてもよく、またはRF電源を用いてもよい。
成膜される位相反転膜の組成を考慮して、ターゲット及びスパッタガスを選択することができる。
スパッタリングターゲットの場合、遷移金属と珪素を共に含有する一つのターゲットを適用してもよく、または遷移金属を含有したターゲットと珪素を含有したターゲットをそれぞれ適用してもよい。スパッタリングターゲットとして一つのターゲットを適用する場合、前記ターゲットの遷移金属と珪素の含量の合計に対する遷移金属の含量は30%以下であってもよい。前記ターゲットの遷移金属と珪素の含量の合計に対する遷移金属の含量は20%以下であってもよい。前記ターゲットの遷移金属と珪素の含量の合計に対する遷移金属の含量は10%以下であってもよい。前記ターゲットの遷移金属と珪素の含量の合計に対する遷移金属の含量は2%以上であってもよい。このような場合、前記ターゲットを適用してスパッタリングする際に成膜される位相反転膜は、目的とする光学特性を有することができる。
スパッタガスの場合、炭素を含有するガスとしてCH4、酸素を含有するガスとしてO2、窒素を含有するガスとしてN2などが導入されてもよい。但し、これに限定されない。スパッタガスに不活性ガスが添加されてもよい。不活性ガスとしては、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)などがある。但し、これに限定されない。不活性ガスの種類及び含量に応じて、スパッタリング時に成膜される位相反転膜の結晶特性などが調節され得る。スパッタリングガスは、ガス別にそれぞれ個別にチャンバ内に導入してもよい。スパッタリングガスは、各ガスを混合してチャンバ内に導入してもよい。
位相反転膜が面内方向にさらに均一化された結晶特性を有するようにするために、チャンバにマグネットを配置することができる。具体的には、マグネットをスパッタリングターゲットの背面(back side)に位置させ、マグネットを一定の大きさの速度で回転させることによって、ターゲットの前面にプラズマが一定の分布を維持するようにすることができる。マグネットは、50~200rpmの速度で回転させることができる。
マグネットの回転速度は、スパッタリング時に一定の速度に固定されてもよい。マグネットの回転速度は、スパッタリング時に可変してもよい。マグネットの回転速度は、スパッタリング時に、最初の回転速度から一定の速度で向上させることができる。
マグネットの回転速度は、スパッタリング時に最初の回転速度から1分当たり5~20rpm上昇させることができる。マグネットの回転速度は、スパッタリング時に最初の回転速度から1分当たり7~15rpmずつ上昇させることができる。このような場合、位相反転膜の厚さ方向への目的とする膜質特性を容易に制御することができる。
マグネットの磁場を調節すると、チャンバ内に形成されるプラズマの密度が調節されることで、成膜される位相反転膜の結晶特性を制御することができる。スパッタリング時に適用されるマグネットの磁場は25~60mTであってもよい。前記磁場は30~50mTであってもよい。このような場合、成膜される位相反転膜20は、前記透明基板とさらに類似の結晶特性を有することができる。
スパッタリング工程において、ターゲットと基板との間の距離であるT/S距離、及び基板とターゲットとの間の角度を調節することができる。T/S距離は240~260mmであってもよい。基板とターゲットとの間の角度は20~30°であってもよい。このような場合、位相反転膜の成膜速度が安定的に調節され、位相反転膜の内部応力が過度に上昇することを抑制することができる。
スパッタリング工程において、成膜対象の表面を有する基板の回転速度を調節することができる。前記基板の回転速度は2~20rpmであってもよい。前記基板の回転速度は5~15rpmであってもよい。前記基板の回転速度をこのような範囲内に調節する場合、成膜された位相反転膜は、面内方向への光学特性の均等化度がさらに向上することで、安定した耐久性を有することができる。
また、位相差調整層の成膜時にスパッタリングターゲットに加える電力の強度を調節できる。スパッタリングターゲットに電力を供給することによって、チャンバ内にプラズマ雰囲気を含む放電領域を形成できる。前記電力の強度を調節すると同時に、マグネットの磁場及び回転速度などを共に調節することで、成膜される位相反転膜の結晶特性を調節できる。スパッタリングターゲットに加える電力の強度は1~3kWであってもよい。前記電力の強度は1.5~2.5kWであってもよい。前記電力の強度は1.8~2.2kWであってもよい。このような場合、位相反転膜は、温度による厚さ方向への熱的変動が一定範囲内に調節され得る。
スパッタリング装備に分光エリプソメータを設置することができる。これを通じて、成膜される位相差調整層21の光学的特性をモニタしながら、成膜時間を制御することができる。具体的には、入射光が成膜される位相差調整層の表面となす角度を設定した後、成膜過程の間、リアルタイムで成膜される位相差調整層21のDel_1値をモニタすることができる。前記Del_1値が具現例で予め設定した範囲内に属するまで成膜工程を行うことによって、位相反転膜が目的とする光学特性を有するようにすることができる。
分光エリプソメータの入射光の光子エネルギー(Photon Energy)を変化させながら反射光のP波とS波との位相差を測定することによって、位相反転膜の層別の光学特性などを測定できる。具体的には、入射光の光子エネルギーを相対的に低く設定する場合、入射光が長波長を形成するようになり、測定対象の位相反転膜の下部層の光学特性などを測定できる。入射光の光子エネルギーを相対的に高く設定する場合、入射光が短波長を形成するようになり、測定対象の位相反転膜の上部層の光学特性などを測定できる。
スパッタリング工程を終えた直後に、位相差調整層の表面にUV光を照射することができる。スパッタリング工程において、透明基板を構成するSiO2マトリックスのSiは遷移金属で置換され、SiO2マトリックスのOはNで置換され得る。スパッタリング工程を継続して行う場合、固溶限界(Solubility Limit)を外れるようになり、遷移金属がSiO2マトリックス中のSiと置換されるものではなく、侵入型位置(Interstitial site)に配置され得る。このような場合、遷移金属は、Si、O、Nなどの元素と共に混合物を形成し得る。前記混合物は均一(homogeneous)状態であるか、または不均一(inhomogeneous)状態であり得る。
位相差調整層の表面に不均一状態の混合物が形成される場合、露光工程で短波長の露光光によって位相差調整層の表面にヘイズ欠陥が形成されることがある。このようなヘイズを除去するために、硫酸を洗浄液として洗浄工程を行う場合、洗浄工程後に硫黄イオンが位相差調整層の表面に残留することがある。残留する硫黄イオンは、ウエハの露光工程で露光光から強いエネルギーを持続的に受け得る。高エネルギーの硫黄イオンは、不均一状態の混合物と反応して位相差調整層の表面に成長性欠陥を発生させることがある。具現例は、位相差調整層の表面に制御された波長のUV光を照射して、位相差調整層の表面の混合物中の遷移金属及びNの含量を面内方向に均一化させることで、位相差調整層の耐光性及び耐薬品性をさらに向上させることができる。
2~10mW/cm2のパワーを有する光源を用いて、波長200nm以下の光を5~20分間位相差調整層の表面に照射して、位相差調整層を表面処理することができる。
UV光の照射工程と共に又は別途に、位相差調整層21を熱処理することができる。UV光の照射工程と熱処理は、UV照射による発熱を活用して適用されてもよく、または別々の工程で行われてもよい。
スパッタリング工程を通じて形成された位相差調整層21は内部応力を有し得る。内部応力は、スパッタリングの条件に応じて圧縮応力であるか、または引張応力である。位相差調整層の内部応力は基板の反りをもたらし得、結果的に、前記位相差調整層が適用されたフォトマスクの解像度の低下を誘発することがある。具現例は、位相差調整層に熱処理を適用することで、基板の反りを低減することができる。
保護層は、位相差調整層の成膜後、熱処理工程を通じて形成されてもよい。熱処理工程時にチャンバ内に雰囲気ガスを導入して、位相差調整層21の表面に保護層を形成できる。熱処理工程において位相差調整層の表面が雰囲気ガスと反応することによって保護層が形成され得る。但し、保護層の製造方法は、これに限定されない。
熱処理工程は、昇温ステップ、温度維持ステップ、降温ステップ及び保護層形成ステップを含むことができる。熱処理工程は、表面に位相差調整層21が成膜されたブランクマスクをチャンバ内に配置した後、ランプを通じて加熱する方法で行われてもよい。
昇温ステップにおいて、熱処理チャンバ内の雰囲気温度を、設定温度である150~500℃に上昇させることができる。
温度維持ステップにおいて、チャンバ内の雰囲気温度を前記設定温度に維持し、チャンバ内の圧力を0.1~2.0Paに調節することができる。温度維持ステップは5分~60分間行うことができる。
降温ステップは、チャンバ内の温度を設定温度から室温に降下させることができる。
保護層形成ステップは、降温ステップを終えた後、チャンバ内に反応性ガスを含む雰囲気ガスを導入して位相反転膜の表面に保護層を形成させるステップである。前記反応性ガスはO2を含むことができる。保護層形成ステップでチャンバ内に導入される気体は、N2、Ar及びHeのうちの少なくともいずれか1つを含むことができる。具体的には、保護層形成ステップにおいて、O2気体をチャンバ内に0.3~2.5SLM(Standard Liter per Minute)で導入することができる。前記O2気体をチャンバ内に0.5~2SLMで導入することができる。保護層形成ステップは10分~60分間行うことができる。保護層形成ステップは12分~45分間行うことができる。このような場合、保護層の厚さ方向への元素別の含量が調節されることで、保護層の形成による位相反転膜全体の光学特性の変動を抑制することができる。
遮光膜の製造方法
具現例の遮光膜は、位相反転膜に接して成膜されてもよく、または位相反転膜上に位置した他の薄膜に接して成膜されてもよい。
遮光膜は、下層、及び前記下層上に位置する上層を含むことができる。
スパッタリング工程は、DC電源を用いてもよく、またはRF電源を用いてもよい。
遮光膜の組成を考慮して、遮光膜のスパッタリング時のターゲット及びスパッタガスを選択できる。遮光膜が2以上の層を含む場合、各層別にスパッタリング時に適用されるスパッタガスの種類及び流量を異なって適用できる。
スパッタリングターゲットの場合、クロムを含有する1つのターゲットを適用してもよく、またはクロムを含有する一つのターゲットを含め、2以上のターゲットを適用してもよい。ターゲットは、クロムを90原子%以上含むことができる。ターゲットは、クロムを95原子%以上含むことができる。ターゲットは、クロムを99原子%以上含むことができる。
遮光膜の各層を構成する元素の組成、遮光膜の結晶特性、光学特性などを考慮して、スパッタガスの種類及び流量を調節できる。
スパッタガスは、反応性ガス及び不活性ガスを含むことができる。スパッタガス中の反応性ガスの種類及び含量に応じて、成膜される遮光膜の光学特性及び結晶特性などを制御することができる。反応性ガスは、CO2、O2、N2及びNO2などを含むことができる。反応性ガスは、前記ガス以外に他のガスをさらに含むことができる。
スパッタガスに含まれた不活性ガスの種類及び含量に応じて、成膜される遮光膜の結晶特性などを制御することができる。不活性ガスは、Ar、He及びNeなどを含むことができる。不活性ガスは、前記ガス以外に他のガスをさらに含むことができる。
遮光膜の下層の成膜時に、Ar、N2、He及びCO2を含むスパッタガスをチャンバ内に注入することができる。具体的には、前記スパッタガスの全体流量に対するCO2及びN2の流量の合計が40%以上であるスパッタガスをチャンバ内に注入することができる。
遮光膜の上層の成膜時に、Ar及びN2を含むスパッタガスをチャンバ内に注入することができる。具体的には、前記スパッタガスの全体流量に対するN2の流量が30%以上であるスパッタガスをチャンバ内に注入することができる。
このような場合、前記遮光膜は、具現例で目的とする結晶特性を有することができる。
スパッタガスを構成する各ガスは、スパッタチャンバ内に混合して注入されてもよい。スパッタガスを構成する各ガスは、種類別にスパッタチャンバ内に互いに異なる投入口を介してそれぞれ個別に注入されてもよい。
成膜する遮光膜の結晶特性及び面内光学特性の均一度の制御のために、チャンバにマグネットを配置することができる。具体的には、マグネットをスパッタリングターゲットの背面(back side)に位置させ、マグネットを具現例で予め設定した範囲内の速度で回転させることによって、ターゲットの前面にプラズマが相対的に一定に分布するようにすることができる。遮光膜の各層別の成膜時に、マグネットは50~200rpmの速度で回転することができる。
スパッタリング工程において、ターゲットと基板との間の距離であるT/S距離、及び基板とターゲットとの間の角度を調節できる。遮光膜の各層別の成膜時に、T/S距離は240~300mmであってもよい。基板とターゲットとの間の角度は20~30°であってもよい。このような場合、遮光膜の成膜速度が安定的に調節され、遮光膜の内部応力が過度に上昇することを抑制できる。
スパッタリング工程において、成膜対象の表面を有する基板の回転速度を調節できる。前記基板の回転速度は2~50rpmであってもよい。前記基板の回転速度は10~40rpmであってもよい。前記基板の回転速度をこのような範囲内に調節する場合、遮光膜は、長期間の露光工程において減少した数値変動特性を示すことができる。
また、遮光膜の成膜時にスパッタリングターゲットに加える電力の強度を調節できる。スパッタリングチャンバ内に位置したターゲットに電力を供給することによって、チャンバ内にプラズマ雰囲気を含む放電領域を形成できる。前記電力の強度を調節することによって、マグネットと共に、チャンバ内のプラズマ雰囲気を制御できる。これを通じて、スパッタリング時に成膜される遮光膜の結晶特性を調節できる。
遮光膜の下層の成膜時にスパッタリングターゲットに加える電力の強度は0.5~2kWであってもよい。前記電力の強度は1.0~1.8kWであってもよい。前記電力の強度は1.2~1.5kWであってもよい。遮光膜の上層の成膜時にスパッタリングターゲットに加える電力の強度は1~3kWであってもよい。前記電力の強度は1.3~2.5kWであってもよい。前記電力の強度は1.5~2.0kWであってもよい。このような場合、遮光膜の熱的変動によりフォトマスクの解像度が低下することを効果的に防止することができる。
スパッタリング装備に分光エリプソメータを設置することができる。これを通じて、成膜される遮光膜の光学的特性をモニタしながら成膜時間を制御することができる。遮光膜の成膜時にスパッタリング装備に分光エリプソメータを設置した後、遮光膜の光学的特性を測定する方法は、位相反転膜の成膜時と重複するので省略する。
遮光膜の下層の成膜時に、分光エリプソメータで測定した反射光のP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが1.6~2.2eVになるまでスパッタリングを行うことができる。遮光膜の下層の成膜時に、分光エリプソメータで測定した反射光のP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが1.8~2.0eVになるまでスパッタリングを行うことができる。
遮光膜の上層の成膜時に、分光エリプソメータで測定した反射光のP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが1.7~3.2eVになるまでスパッタリングを行うことができる。遮光膜の上層の成膜時に、分光エリプソメータで測定した反射光のP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが2.5~3.0eVになるまでスパッタリングを行うことができる。
このような場合、成膜された遮光膜はフォトマスクのブラインドパターンに含まれて露光光を効果的に遮断することができる。
フォトマスク
図11は、他の実施例に係るフォトマスクを示した断面図である。前記図11を参照して具現例を説明する。
本明細書の他の実施例に係るフォトマスク200は、透明基板10と、前記透明基板10上に配置される位相反転膜20と、前記位相反転膜20の少なくとも一部上に配置される遮光膜30とを含む。
前記フォトマスク200は、一般モードのXRDで分析され、前記一般モードのXRD分析において、前記位相反転膜20側で反射後に測定されたX線強度の最大ピークは、2θが15°~30°の間に位置する。
前記一般モードのXRD分析において、前記透明基板10側で反射後に測定されたX線強度の最大ピークは、2θが15°~30°の間に位置する。
下記の式1で表されるAI1値が0.9~1.1である。
[式1]
前記式1において、前記XM1は、前記位相反転膜に前記一般モードのXRD分析が行われるとき、測定されたX線強度の最大値である。
前記XQ1は、前記透明基板の下面に前記一般モードのXRD分析が行われるとき、測定されたX線強度の最大値である。
前記フォトマスクは、上述したブランクマスクで製造され得る。具体的には、ブランクマスクの位相反転膜及び遮光膜をパターニングしてフォトマスクを製造することができる。
前記位相反転膜及び前記遮光膜に対する熱的変動特性、光学特性などについての説明は、前述した位相反転膜及び遮光膜の熱的変動特性及び光学特性についての説明と重複するので省略する。
本明細書の他の実施例に係るフォトマスクは、透明基板と、前記透明基板上に配置される位相反転膜と、前記位相反転膜上に配置される遮光膜とを含む。
フォトマスクは、PE1値が3.0eVであり、PE2値が5.0eVであるとき、下記の式8で表されるDel_2が0である点での入射光の光子エネルギーが4.0~5.0eVである。
[式8]
前記式8において、
前記pDPS値は、前記フォトマスクから前記遮光膜を除去した後、入射角を64.5°として適用して前記位相反転膜の表面を分光エリプソメータで測定する際に、反射光のP波とS波との位相差が180°以下であれば、前記P波とS波との位相差であり、反射光のP波とS波との位相差が180°を超えれば、360°から前記P波とS波との位相差を引いた値である。
前記PE値は、前記PE1値~前記PE2値の範囲内での入射光の光子エネルギーである。
前記フォトマスクは、前述したブランクマスクで製造され得る。具体的には、ブランクマスクの位相反転膜及び遮光膜をパターニングしてフォトマスクを製造することができる。
前記位相反転膜及び前記遮光膜に対する光学特性などについての説明は、前述した位相反転膜及び遮光膜の光学特性についての説明と重複するので省略する。
以下、具体的な実施例についてより詳細に説明する。
製造例:位相反転膜及び遮光膜の成膜
実施例1:DCスパッタリング装備のチャンバ内に、横6インチ、縦6インチ、厚さ0.25インチの石英素材の透明基板を配置した。モリブデンと珪素が1:9の原子比で含まれたターゲットを、T/S距離が255mm、基板とターゲットとの間の角度が25°を形成するように、チャンバ内に配置した。ターゲットの背面には、40mTの磁場を有するマグネットを位置させた。
以降、Ar:N2:He=10:52:38の比率で混合されたスパッタガスをチャンバ内に導入し、スパッタリング電力を2kWとし、マグネットを回転させながら、スパッタリング工程を行った。このとき、前記マグネットの回転速度は、最初の100rpmから1分当たり11rpmずつ最大155rpmまで上昇した。薄膜が形成される領域は、透明基板の表面の横132mm、縦132mmの面積で設定した領域内に限定した。スパッタリング工程は、入射角を64.5°として適用して分光エリプソメータで測定したDel_1値が0である点での光子エネルギーが2.0eVになるまで行った。
スパッタリングを終えたブランクマスクの位相反転膜の表面を、172nmの波長のエキシマ(Excimer)UV光に曝露させた。このとき、前記UV光の出力は、1分当たり3mW/cm2ずつ最大9mW/cm2に上昇し、9mW/cm2のパワーで4分間維持された。
以降、前記ブランクマスクを熱処理工程用チャンバ内に導入した後、1Paでアニーリングし、その後、自然冷却させた。前記アニーリング工程での温度は、常温で1分当たり50℃ずつ最大400℃まで上昇し、最大温度で約30分間維持された。自然冷却を終えた後、熱処理工程用チャンバ内にO2気体を1SLMの速度で30分間導入した。このとき、O2の供給温度は約300℃であった。
前記成膜された位相反転膜の表面上に遮光膜のスパッタリング工程を行った。具体的には、スパッタリングチャンバ内に、T/S距離が255mmであり、基板とターゲットとの間の角度が25°をなすように、クロムターゲット及び位相反転膜が成膜された透明基板を配置した。ターゲットの背面には、40mTの磁場を有するマグネットを位置させた。
チャンバ内に、流量比がAr:N2:He:CO2=19:11:34:37であるスパッタガスを注入した。以降、スパッタリング電力を1.35kWとして適用し、マグネットを回転させながら、分光エリプソメータで測定したP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが1.8~2.0eVになるまでスパッタリングを行って遮光膜の下層を成膜した。このとき、前記マグネットの回転速度は、最初の100rpmから1分当たり11rpmずつ最大155rpmまで上昇した。
遮光膜の下層の成膜後、チャンバ内に、流量比がAr:N2=57:43であるスパッタガスを注入した。以降、スパッタリング電力を1.85kWとして適用し、マグネットを回転させながら、分光エリプソメータで測定したP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが2.75~2.95eVになるまでスパッタリングを行って遮光膜の上層を成膜した。
前記のような成膜条件を適用して計2個のサンプルを製造した。
実施例2:実施例1と同じ条件でスパッタリング工程を行うが、マグネットの磁力を45mTとして適用し、工程実行時間をDel_1値が0である点での光子エネルギーが1.89eVになるまで行った。
実施例3:実施例1と同じ条件でスパッタリング工程を行うが、スパッタリングガスの組成をAr:N2:He=8:58:34の比率に変更した。
実施例4:DCスパッタリング装備のチャンバ内に、横6インチ、縦6インチ、厚さ0.25インチの石英素材の透明基板を配置した。モリブデンと珪素が1:9の原子比で含まれたターゲットを、T/S距離が255mm、基板とターゲットとの間の角度が25°を形成するように、チャンバ内に配置した。ターゲットの背面には、40mTの磁場を有するマグネットを位置させた。
以降、Ar:N2:He=9:52:39の比率で混合されたスパッタガスをチャンバ内に導入し、スパッタリング電力を2kWとし、マグネットを150rpmの速度で回転させながら、スパッタリング工程を行った。薄膜が形成される領域は、透明基板の表面の横132mm、縦132mmの面積で設定した領域内に限定した。スパッタリング工程は、Del_1値が0である点での光子エネルギーが2.0eVになるまで行った。
スパッタリングを終えたブランクマスクの位相反転膜の表面を、7mW/cm2のパワーで172nmの波長のエキシマ(Excimer)UV光に5分間曝露させた。
以降、前記ブランクマスクを熱処理工程用チャンバ内に導入した後、1Paで400℃で30分間アニーリングした後、自然冷却させた。自然冷却を終えた後、熱処理工程用チャンバ内にO2気体を1SLMの速度で30分間導入した。このとき、O2の供給温度は約300℃であった。
前記成膜された位相反転膜の表面上に遮光膜のスパッタリング工程を行った。具体的には、位相反転膜が成膜された透明基板及びクロムターゲットをスパッタリングチャンバ内に配置した後、流量比がAr:N2:He:CO2=19:11:34:37であるスパッタガスをチャンバ内に導入し、スパッタリング電圧を1.35kWとして適用してスパッタリングを行った。スパッタリングを分光エリプソメータで測定したP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが1.9eVになるまで行って遮光膜の下層を成膜した。
以降、流量比がAr:N2=57:43であるスパッタガスをチャンバ内に導入し、スパッタリング電圧を2.75kWとして適用してスパッタリングを行った。スパッタリングを分光エリプソメータで測定したP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが2.75eVになるまで行って遮光膜の上層を成膜した。
前記のような成膜条件を適用して計2個のサンプルを製造した。
実施例5:実施例4と同じ条件でスパッタリング工程を行うが、マグネットの磁力を45mTとして適用し、工程実行時間をDel_1値が0である点での光子エネルギーが1.89eVになるまで行った。
実施例6:実施例4と同じ条件でスパッタリング工程を行うが、スパッタリングガスの組成をAr:N2:He=8:58:34の比率に変更した。
比較例1:DCスパッタリング装備のチャンバ内に、横6インチ、縦6インチ、厚さ0.25インチの石英素材の透明基板を配置した。モリブデンと珪素が1:9の原子比で含まれたターゲットを、T/S距離が255mm、基板とターゲットとの間の角度が25°を形成するように、チャンバ内に配置した。ターゲットの背面には、60mTの磁場を有するマグネットを位置させた。
以降、Ar:N2:He=9:52:39の比率で混合されたスパッタガスをチャンバ内に導入し、スパッタリング電力を2kWとし、マグネットを100rpmの速度で回転させながら、スパッタリング工程を行った。薄膜が形成される領域は、透明基板の表面の横132mm、縦132mmの面積で設定した領域内に限定した。スパッタリング工程は、Del_1値が0である点での光子エネルギーが2.0eVになるまで行った。成膜後、UV光処理及びアニーリング処理は適用しなかった。
前記成膜された位相反転膜の表面上に遮光膜のスパッタリング工程を行った。具体的には、スパッタリングチャンバ内に、T/S距離が255mmであり、基板とターゲットとの間の角度が25°を形成するように、クロムターゲット及び位相反転膜が成膜された透明基板を配置した。ターゲットの背面には60mTの磁場を有するマグネットを位置させた。
チャンバ内に、流量比がAr:N2:He:CO2=19:11:34:37であるスパッタガスを注入した。以降、スパッタリング電力を1.35kWとして適用し、マグネットを100rpmで回転させながら、分光エリプソメータで測定したP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが1.8~2.0eVになるまでスパッタリングを行って遮光膜の下層を成膜した。
遮光膜の下層の成膜後、チャンバ内に、流量比がAr:N2=57:43であるスパッタガスを注入した。以降、スパッタリング電力を1.85kWとして適用し、マグネットを回転させながら、分光エリプソメータで測定したP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが2.75~2.95eVになるまでスパッタリングを行って遮光膜の上層を成膜した。
比較例2:比較例1と同じ条件でスパッタリング工程を行うが、マグネットの磁力を20mTとして適用した。また、追加の熱処理工程が適用されなかった。
比較例3:DCスパッタリング装備のチャンバ内に、横6インチ、縦6インチ、厚さ0.25インチの石英素材の透明基板を配置した。モリブデンと珪素が1:9の原子比で含まれたターゲットを、T/S距離が255mm、基板とターゲットとの間の角度が25°を形成するように、チャンバ内に配置した。ターゲットの背面には60mTの磁場を有するマグネットを位置させた。
以降、Ar:N2:He=9:52:39の比率で混合されたスパッタガスをチャンバ内に導入し、スパッタリング電力を2kWとし、マグネットを100rpmの速度で回転させながら、スパッタリング工程を行った。薄膜が形成される領域は、透明基板の表面の横132mm、縦132mmの面積で設定した領域内に限定した。スパッタリング工程は、Del_1値が0である点での光子エネルギーが2.0eVになるまで行った。追加のUV光処理及び熱処理は適用しなかった。
前記成膜された位相反転膜の表面上に遮光膜のスパッタリング工程を行った。具体的には、位相反転膜が成膜された透明基板及びクロムターゲットをスパッタリングチャンバ内に配置した後、流量比がAr:N2:He:CO2=19:11:34:37であるスパッタガスをチャンバ内に導入し、スパッタリング電圧を1.35kWとして適用してスパッタリングを行った。スパッタリングを分光エリプソメータで測定したP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが1.9eVになるまで行って遮光膜の下層を成膜した。
以降、流量比がAr:N2=57:43であるスパッタガスをチャンバ内に導入し、スパッタリング電力を2.75kWとして適用してスパッタリングを行った。スパッタリングを分光エリプソメータで測定したP波とS波との位相差が140°である点での光子エネルギーが2.75eVになるまで行って遮光膜の下層を成膜した。
比較例4:比較例3と同じ条件でスパッタリング工程を行うが、マグネットの磁力を20mTとして適用し、スパッタリングガスの組成をAr:N2:He=8:58:34の比率に変更した。
実施例1~3及び比較例1、2のサンプルは、遮光膜を形成する前に、スパッタリング装置に設置された分光エリプソメータ(ナノ-ビュー社製のMG-PRO)を用いてDel_1値の分布を測定した。具体的には、実施例及び比較例別に、成膜が完了した位相反転膜の表面に対して入射光の角度を64.5°に設定した後、光子エネルギーによるP波とS波との位相差を測定し、これをDel_1値に換算した。Del_1値に関連するパラメータの測定結果は、下記の表2に示した。
評価例:XRD分析
実施例1~3、比較例1及び比較例2の試片の透明基板の下面で一般モードのXRD分析及び固定モードのXRD分析を行い、試片の遮光膜の上面で一般モードのXRD分析及び固定モードのXRD分析を行った。以降、エッチング及び洗浄工程によって、前記試片に含まれた遮光膜を除去して位相反転膜が露出するようにした。
前記露出された位相反転膜で一般モードのXRD分析及び固定モードのXRD分析を行った。
前記一般モードのXRD分析は、下記のような条件で行われた。
装備名:Rigaku社のsmartlab
x-ray source:銅ターゲット(Cu target)
x-ray情報:波長1.542nm、45kV、200mA
(θ-2θ)測定範囲(measurement range):10~100°
Step:0.05°
Speed:5°/min
前記固定モードのXRD分析は、下記のような条件で行われた。
装備名:Rigaku社のsmartlab
x-ray source:銅ターゲット(Cu target)
x-ray情報:波長1.542nm、45kV、200mA
X線発生器の出射角:1°
(θ-2θ)測定範囲(measurement range):10~100°
Step:0.05°
Speed:5°/min
実施例及び比較例別の測定結果は下記の表1に示した。
評価例:Del_1値の測定
実施例4~6及び比較例3、4の試片からエッチングを通じて遮光膜を除去した。具体的には、各サンプルをチャンバ内に配置した後、エッチャントである塩素系ガスを供給してエッチング工程を行って遮光膜を除去した。
以降、前記試片に対して、スパッタリング装置に設置された分光エリプソメータ(ナノ-ビュー社製のMG-PRO)を用いて、PE1が1.5eV、PE2が5.0eVであるときのDel_1値の分布を測定した。具体的には、実施例及び比較例別に、成膜が完了した位相反転膜の表面に対して入射光の角度を64.5°に設定した後、光子エネルギーによるP波とS波との位相差を測定し、これをDel_1値に換算した。
前記試片別に測定された前記Del_1値の分布に関連するパラメータは、下記の表2に示した。前記試片別に測定されたDPS値及びDel_1値の分布を示すグラフは、図12乃至図15に示した。
評価例:位相差及び透過率の測定
先の製造例を通じて説明した実施例及び比較例の試片に対して、前記XRDを分析する方法と同じ方法のエッチングを通じて遮光膜を除去した。位相差/透過率測定器(Lasertec社製のMPM193)を用いて、位相差及び透過率を測定した。具体的には、ArF光源(波長193nm)を用いて、各試片の位相反転膜が成膜された領域と位相反転膜が成膜されなかった領域に光を照射し、両領域を通過した光間の位相差及び透過率の差値を算出し、下記の表3に示した。
評価例:コントラスト及びCD値の測定
実施例及び比較例別の試片の位相反転膜の表面にフォトレジスト膜を成膜した後、前記フォトレジスト膜の表面にNuflare社のEBM9000モデルを用いて密集した四角形パターンを露光した。四角形パターンのターゲットCD値は400nm(4X)に設定した。以降、各試片のフォトレジスト膜上にパターンを現像した後、Applied material社のTetra Xモデルを用いて、遮光膜及び位相反転膜を現像されたパターン形状に沿ってエッチングした。以降、フォトレジストパターンを除去した。
位相反転膜パターンを含む実施例及び比較例別の試片に対して、カールツァイス(Carl Zeiss)社のAIMS 32モデルを用いて、位相反転膜のDel_1値によるウエハの露光工程時に現像されたパターンのコントラスト及び正規化されたCD値を測定及び算出した。測定及び算出時の開口数(NA)は1.35、照明系はcrosspole 30X、outer sigma 0.8、in/out sigma ratio 85%に設定した。測定したデータは下記の表3に示した。
評価例:保護層の厚さ方向への元素別の含量の測定及び評価
実施例4~6及び比較例3、4の試片に対して、保護層の厚さ方向への元素別の含量を測定した。具体的には、サーモサイエンティフィック(Thermo Scientific)社のK-alphaモデルを用いて、分析器のタイプ/チャンネルを180°二重フォーカシング半球分析器/120チャンネル、X線光源をAl Ka micro-focused、パワーを1keV、Working pressureを1E-7mbar、ガスをArとして適用し、保護層の厚さ方向への元素別の含量を測定した。
測定の結果、保護層が厚さ方向に酸素含量に対する窒素含量の比率が0.4~2である領域を含み、前記領域が、保護層全体の厚さに対して30~80%の厚さを有する場合に○、前記領域が、保護層全体の厚さに対して30%未満または80%を超える厚さを有する場合に×と評価した。測定結果は下記の表3に示した。
前記表1において、実施例1~3のAI1、AI2、AI3及びAI4値は、比較例1、2に比べて1にさらに近い値として測定された。
前記表3において、実施例1~6の透過率は5.4~6.9%の範囲内に属し、位相差は170~190°の範囲内に属するが、比較例1及び3は、透過率が4%未満、位相差が200°以上と測定され、比較例2及び4は、透過率が7.5%以上、位相差が170°未満と測定された。
保護層の厚さ方向への元素別の含量の評価において、実施例4~6は○と評価された反面、比較例3、4は×と評価された。
実施例1~6は、正規化されたコントラストが0.95以上を示し、正規化されたCD値が1.03以下を示す反面、比較例1~4は、正規化されたコントラストが0.93未満を示し、正規化されたCD値が1.06以上を示した。
以上、好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲で定義している具現例の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。