KR100286445B1 - 위상쉬프트 포토마스크용 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선노광광에 대하여 투과성이 있고 충분한 에칭내성을 가지며 약액, 산등에 대하여 충분한 내성을 지닌 에칭 스톱퍼층을 구비하여 위상쉬프트각의 고정밀도제어가 가능한 위상쉬프트 포토마스크로서, 투명기판(201)상에 기판측부터 순서대로 에칭 스톱퍼층(202)과 적어도 위상쉬프터패턴(204)이 적층되어서 된 위상쉬프트 포토마스크에 있어서, 에칭 스톱퍼층(202)이 산화하프늄을 주체로 하는 층에 의하여 구성되어 있다.
Description
제1도는 본 발명에 의거한 산화하프늄막이 부착된 고순도합성석영의 분광투과율을 측정한 결과를 나타낸 도면,
제2도는 본 발명에 의한 위상쉬프트 포토마스크의 일실시예의 단면도이다.
본 발명은 LSI, 초LSI등의 고밀도집적회로의 제조에 사용되는 포토마스크 및 이 포토마스크를 제조하기 위한 포토마스크 블랭크에 관한 것으로서, 특히 그 중에서도 위상쉬프트 포토마스크 및 그 제조를 위한 블랭크에 관한 것이다.
위상쉬프트 리소그래피에 있어서는 전사시의 투영상의 분해능 및 콘트라스트를 향상시키기 위하여 위상쉬프트각의 고정밀도제어가 요구된다. 이 위상쉬프트각은 위상쉬프터패턴의 막두께와 굴절율에 따라 결정되는데, 특히 막두께의 제어가 위상쉬프트 포토마스크를 제조하는데 있어 큰 문제로 되고 있다. 위상쉬프터층의 에칭에는 고정밀도미세가공에 뛰어난 드라이에칭법이 많이 이용되는데, 가장 확실하게 위상쉬프터패턴의 막두께를 제어하는 방법은 위상쉬프터층과 하지층(下地層)의 에칭속도비(선택비)가 커지는 것같은 위상쉬프터층ㆍ하지층재료의 조합을 선택하여 위상쉬프터층이 완전히 제거될 수 있는 시간보다도 소정시간 만큼 길게 드라이에칭을 하는 것, 즉 오버에칭을 하는 것이다. 이렇게 함으로써 기판면전체에 걸쳐 에칭깊이가 정밀도좋게 균일하게 얻어지는 것이다. 더욱이 오버에칭은 패턴단면형상을 조정하기 위해서, 또 기판내의 가공치수의 분포를 작게 하기 위해서도 필요하게 된다.
그런데 위상쉬프트 포토마스크의 구성재료에 요구되는 특성으로는 노광광에 대한 투과성, 제조ㆍ가공공정중 약액등에 대한 내성, 포토마스크사용환경하에서의 안정성, 저렴한 재료비등을 들 수 있는데, 일반적으로 이러한 관점에서 기판으로는 고순도합성영역이, 또 위상쉬프터재로는 도포유리(스핀ㆍ온ㆍ글라스), SiO2막등이 사용되고 있다.
그런데 예를 들어 위상쉬프터재로서 시판되고 있는 도포유리(얼라이드 시그널사제 Accuglass 211S)를 사용한 경우, 석영기판과의 드라이에칭의 선택비는 최대라도 대략 1.5∼2.0정도밖에 얻을 수 없고, 최저한 필요한 오버에칭을 한 경우라도 위상쉬프트각에 영향이 미칠만큼 석영기판이 에칭되어 버린다. 또한 스퍼터링법등의 박막형성기술에 의하여 형성되는 SiO2막의 경우라도 석영기판의 에칭을 막을 수는 없다.
또한 에칭선택비가 큰 기판재-위상쉬프터재 조합도 찾아질 수 있으나, 상술한 여러 특성을 충분히 만족시킬 수 있는 조합은 발견되지 않은 것이 현상이다.
이 때문에 정밀도가 좋게 위상쉬프트각을 제어하기 위해서는 위상쉬프터층과의 에칭선택비가 충분히 큰 재료로 된, 이른바 에칭 스톱퍼층을 기판상에 설치하는 것이 불가결하게 되어 있다. 이와 같은 에칭 스톱퍼층의 역할을 다하는 것으로는 SnO2를 주체로 하는 투명도전막, Al2O3MgF2등을 주체로 하는 투명절연막이 알려져 있다.
그러나 산화주석을 주체로 하는 투명도전막은 전사시의 조사광에 대하여 충분한 투과성을 갖지 않는다고 하는 결점이 있었다. 예를들면 파장 248㎚광은 거의 투과하지 않기 때문에 KrF 엑시머 레이저 리소그래피에는 사용할 수 없다. 또한 수은등의 i선(365㎚)에 대해서도 상당한 흡수를 가지므로 막두께를 15㎚정도로 억제하지 않으면 안된다.
그런데 이 산화주석을 주체로 하는 투명도전막은 드라이에칭에 대한 내성도 충분하지 않으므로 상술한 약 15㎚의 막은 20분정도의 오버에칭으로 완전히 제거되어 에칭 스톱퍼층의 역할을 다하지 못하게 된다. 따라서 이와 같은 블랭크로 제조되는 위상쉬프트 포토마스크는 위상쉬프터층의 에칭시에 충분한 오버에칭을 할 수 없기 때문에 정밀한 위상제어가 어려워지게 된다.
한편 Al2O3, MgF2등을 주체로 하는 재료는 예를 들면 단결정재료에서는 우수한 단파장투과성, 드라이에칭내성, 화학안정성을 갖는다. 그러나 스퍼터링법등의 박막형성기술에 의하여 석영기판상에 형성된 막으로는 충분한 특성을 갖기 어려운 것이 현상이다.
예컨대 Al2O3를 예로 들면 소결체 Al2O3를 타겟재료로 하여 아르곤가스에 의한 고주파스퍼터링에 의하여 형성된 Al2O3막은 뛰어난 단파장투과성, 드라이에칭내성을 가지나, 화학안정성이 결여되어 포토마스크의 세정공정에 사용되는 산에 간단하게 용해되어 버린다. 또한 미세가공공정에서 사용되는 약액에 대한 내성도 충분하지 않다. 상술한 단결정 Al2O3에 가까운 화학안정성을 얻기 위해서는 600℃이상의 고온에서 가열처리를 한다고 하는 해결수단은 있으나, 생산성등을 고려한 경우 큰 장해로 되어 버린다.
또한 MgF2에 대해서도 스퍼터링법으로 제작하면 불소원자가 결핍된 막이 얻어져 드라이에칭내성은 뛰어나지만, 광학특성, 화학안정성이 불충분한 막밖에 얻을 수 없다. 또한 진공증착법으로 제작되는 막은 광학특성, 화학안정성이 상당히 개선되나, 기판과의 밀착성에 뒤떨어져 실용적이지 않은 것이 현상이다.
본 발명은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 수은등의 i선, KrF 엑시머 레이저등의 자외선 노광광에 대하여 투과성이 있고 오버에칭에 대하여 충분한 내성이 있는 에칭 스톱퍼층을 구비하며, 더욱이 미세가공공정에서 사용되는 약액, 산등에 대하여 충분한 내성을 지닌 에칭 스톱퍼층을 구비함으로써 위상쉬프트각의 고정밀도제어가 가능한 위상쉬프트 포토마스크 블랭크 및 이 블랭크에 의하여 제작되는 위상쉬프트 포토마스크를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 위상쉬프터층의 위상쉬프트각 제어성이 향상되는 위상쉬프트 포토마스크 및 그 제조를 위한 블랭크를 개발하기 위하여 검토한 결과 완성하기에 이른 것이다.
즉 본 발명은 광학연마된 유리기판상에 드라이에칭 스폽퍼층으로서 산화하프늄을 주체로 하는 층을 형성한 위상쉬프트 포토마스크용 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크이다.
산화하프늄층을 형성하기 위해서는 종래의 박막형성기술인 스퍼터링법, 잔공증착법, 이온 플레이팅법등을 이용할 수 있다.
스퍼터링법으로 산화하프늄층을 형성하려면 금속하프늄 또는 하프늄의 산화물을 주체로 하는 타겟을 사용하여 아르곤, 네온, 크세논, 질소등의 스퍼터가스 단독 또는 이들 스퍼터가스와 산소, 탄산가스, 질소산화물가스, 수증기, 공기등의 산소원이 되는 가스를 조합한 분위기를 적절한 압력으로 유지하고 직류 또는 고주파전력을 투입함으로써 생성되는 플라즈마에 가판을 노출시킨다.
또한 진공증착법으로 산화하프늄층을 형성하려면 전자총으로 증착원을 가열하는 통상의 소위 EB증착법에 있어서 증착원으로서 금속하프늄 또는 하프늄의 산화물을 주체로 하는 소결체 또는 분말을 사용하여 필요에 따라 막형성시의 분위기를 산소, 탄산가스, 질소산화물가스, 수증기, 공기등의 산소원이 되는 가스로 하면 된다.
더욱이 이온 플레이팅법으로 산화하프늄층을 형성하려면 통상의 이온 플레이팅법에 있어서 증착원으로서 금속하프늄 또는 하프늄의 산화물을 주체로 하는 소결체 또는 분말을 사용하여 필요에 따라 막형성시의 분위기를 산소, 탄산가스, 질소산화물가스, 수증기, 공기등의 산소원이 되는 가스와의 혼합가스로 하면 된다.
이상과 같이 하여 제작되는 산화하프늄을 주체로 하는 막은 하기 실시예에서 분명히 알 수 있는 바와 같이 수은등의 i선, KrF 엑시머 레이저광에 대한 투과성, 드라이에칭내성, 화학안정성이 매우 뛰어난 것이다.
이와 같이 하여 막형성한 산화하프늄을 주체로 하는 층을 본 발명에 의하여 에칭 스톱퍼로 함으로써 위상쉬프트각의 고정밀도제어가 가능한 위상쉬프트 포토마스크 및 그 제조를 위한 블랭크를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 하기 실시예에서 설명하는 위상쉬프터의 위에 놓는 형 레벤손타입의 위상쉬프트 포토마스크에 한정되지 않고 위상쉬프터의 아래에 두는 형 레벤손타입의 위상쉬프트 포토마스크, 하프톤위상쉬프트 포토마스크, 크롬이 없는 위상쉬프트 포토마스크등 공지의 어떤 타입의 위상쉬프트 포토마스크에도 적용할 수 있다.
이상의 설명으로 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 위상쉬프트 포토마스크용 블랭크는 투명기판상에 설치된 위상쉬프터층의 드라이에칭을 위한 에칭 스톱퍼층을 투명기판과 위상쉬프터층사이에 구비하는 위상쉬프트 포토마스크용 블랭크에 있어서, 상기 에칭 스톱퍼층이 산화하프늄을 주체로 하는 층에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한 본 발명 위상쉬프트 포토마스크는 투명기판상에 기판측부터 순서대로 에칭 스톱퍼층과 적어도 위상쉬프터패턴이 적층되어서 된 위상쉬프트 포토마스크에 있어서, 상기 에칭 스톱퍼층이 산화하프늄을 주체로 하는 층에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 있어서는 에칭 스톱퍼층이 산화하프늄을 주체로 하는 층에 의하여 구성되어 있으므로 위상쉬프트각을 고정밀도로 제어할 수 있어 수은등의 i선, KrF 엑시머 레이저광에 대한 투과성이 양호하고, 또 미세가공공정에서 사용되는 약액, 산등에 대하여 충분한 내성을 지닌 위상쉬프트 포토마스크를 제공할 수 있다.
이하에 본 발명 위상쉬프트 포토마스크용 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크를 실시예에 따라 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
포토마스크용 고순도합성석영(두께 0.09인치)상의 일면전면에 고주파 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 하기 조건으로 약 100㎚ 두께가 되도록 산화하프늄막을 형성했다.
타겟 : HfO2, 직경 3인치
스퍼터가스, 유량 : 아르곤, 20sccm
스퍼터압력 : 6.7×10-1Pa
스퍼터전력 : 200W
기판가열 : 없음
이 때의 스퍼터링비는 약 10㎚/분이었다.
이 두께 약 100㎚의 산화하프늄막이 부착된 고순도합성석영의 분광투과율을 측정한 바, 제 1 도에 나타낸 바와 같은 결과가 얻어졌다.
도면중에도 기입되어 있는 바와 같이 KrF 엑시머 레이저광의 파장 248㎚에 대한 투과율은 78.77%, 수은등 i선의 365㎚에 대한 투과율은 89.58%로 높아 위상쉬프트 포토마스크로서는 충분한 투과성을 갖는다.
또한 이 산화하프늄막의 드라이에칭내성의 평가를 하기 조건으로 하였다.
방식 : 고주파평행판판 반응성이온에칭
에칭가스, 유량 : 4불화탄소 18sccm + 산소 2sccm
에칭압력 : 5.0Pa
에칭전력 : 100W
이 때의 산화하프늄과 도포유리(얼라이드 시그널사제 Accuglass 211S)와의 에칭비는 1 : 약 50이었다.
더욱이 이 산화하프늄막의 화학안정성을 평가하기 위하여 하기 약액에의 침지테스트를 하였다.
약액 : 황산:질산 = 10:1(체적비)
온도 : 80℃
이 때 2시간의 침지후에도 막감소는 전혀 발생하지 않았다.
이상의 결과로 이 산화하프늄막은 위상쉬프트 포토마스크의 에칭스톱퍼층으로서 충분한 특성을 갖추고 있음을 알 수 있었다.
[실시예 2]
실시예 1 에서 형성된 산화하프늄막을 에칭 스톱퍼층으로 하는 위상쉬프트 마스크를 하기 방법으로 제작했다.
제 2 도를 참조하여 설명한다. 5인치각, 0.90인치두께의 고순도합성석영(201)상에 실시예 1의 방법으로 산화하프늄막(202)을 형성한 후, 이 산화하프늄막(202)상에 스퍼터링법으로 양면저반사크롬으로 된 차광막(203)을 형성하고, 이 차광막(203)을 종래의 리소그래피기술로 선택적으로 에칭을 함으로써 패터닝을 하였다. 이 때 차광막(203)의 막형성 및 리소그래피공정은 종래의 석영기판과 크롬층만으로 된 포토마스크의 경우와 완전히 동일하면 된다.
다음에 차광막(203)상에 도포유리(얼라이드 시그널사제 Accuglass 211S)막(204)을 막두께가 400㎚가 되도록 스핀코팅법으로 형성하였다. 그 후 300℃의 오븐속에서 1시간의 소성을 하여 도포유리막(204)상에 레지스트패턴을 형성했다. 계속하여 실시예 1 에 나타낸 드라이에칭 조건으로 미리 구해둔 도포유리의 에칭비와 막두께로 예상되는 에칭시간의 120%시간만큼 드라이에칭을 하여 도포유리막(204)을 패터닝하였다.
이 결과 에칭깊이의 분포는 거의 없고, 또 주사형 전자현미경 관찰에 의하여 확인한 바, 기판전면에 걸쳐 매우 균일하게 수직인 위상쉬프터단면을 갖는 위상쉬프트 포토마스크가 얻어졌다.
이상의 설명으로 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 위상쉬프트 포토마스크용 블랭크 및 위상쉬프트 포토마스크에 있어서는 에칭 스톱퍼층이 산화하프늄을 주체로 하는 층에 의하여 구성되어 있으므로 위상쉬프트각을 고정밀도로 제어할 수 있어 수은등의 i선, KrF 엑시머 레이저광에 대한 투과성이 양호하고, 또 미세가공공정에서 사용되는 약액, 산등에 대하여 충분한 내성을 지닌 위상쉬프트 포토마스크를 제공할 수 있다.
Claims (2)
- 투명기판상에 설치된 위상쉬프터층의 드라이에칭을 위한 에칭 스톱퍼층을 투명기판과 위상쉬프터층사이에 구비한 위상쉬프트 포토마스크용 블랭크에 있어서, 상기 에칭 스톱퍼층이 산화하프늄을 주체로 하는 층에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상쉬프트 포토마스크용 블랭크.
- 투명기판상에 기판측부터 순서대로 에칭 스톱퍼층과 적어도 위상쉬프터패턴이 적층되어서 된 위상쉬프트 포토마스크에 있어서, 상기 에칭 스톱퍼층이 산화하프늄을 주체로 하는 층에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상쉬프트 포토마스크.
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