KR20000041797A

KR20000041797A - 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크, 하프톤형위상시프트마스크 및 미세패턴 형성방법

Info

Publication number: KR20000041797A
Application number: KR1019980057799A
Authority: KR
Inventors: 마사루 미쯔이
Original assignee: 야마나까 마모루; 호야 가부시키가이샤
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2000-07-15
Also published as: KR100373317B1

Abstract

본 발명은 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크, 하프톤형 위상 시프트 마스크 및 미세패턴 형성방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 고정밀도의 패터닝이 가능하고, 내후성 및 신뢰성이 높은 위상 시프트 마스크 및 위상 시프트 마스크 블랭크에 관한 것이다. 본 발명은 투명기판(10)과, 이 투명기판상에 적층된 하프톤 재료막(11)과, 이 하프톤 재료막상에 적층된 금속막(12)을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서, 상기 금속막이 에칭속도가 다른 복수의 금속막에 의해 형성되어 있음과 동시에, 투명기판측에 위치하는 금속막의 에칭속도가 상기 표면측에 위치하는 금속막의 에칭속도보다도 단계적으로 또는 연속적으로 빠르게 설정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크, 하프톤형 위상 시프트마스크 및 미세 패턴 형성방법

본 발명은, 마스크(mask)를 통과하는 노광 빛(exposure light) 사이에 위상차를 주어서, 전사패턴(transfer pattern)의 해상도를 향상시킬 수 있도록 한 위상 시프트 마스크(phase shift mask) 및 그 소재로서의 위상 시프트 마스크 블랭크(phase shift mask blank)에 관한 것이고, 특히 이른바 하프톤형 위상 시프트 마스크(halftone phase shift mask) 및 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크(halftone phase shift mask blank)에 관한 것이다.

반도체 LSI 제조시 등에 있어서는, 미세패턴(fine pattern)이 노광될 때의 마스크로서 포토마스크(photomask)가 이용된다. 이 포토마스크의 일종으로서, 마스크를 통과하는 노광 빛사이에 위상차를 주는 것에 의해, 전사패턴의 해상도를 향상시킬 수 있도록 한 위상 시프트 마스크가 이용되고 있다.

근래에는, 이 위상 시프트 마스크의 일종으로서, 하프톤형 위상 시프트 마스크가 개발되어 이용되게 되었다.

이 하프톤형 위상 시프트 마스크의 하나로, 특히 단일의 홀, 도트 또는 라인 등의 고립한 패턴전사에 적합한 것으로서, 일본국 특개평 제 6-332152호 공보에 기재된 하프톤형 위상 시프트 마스크가 알려져 있다.

상기 공보에 기재된 하프톤형 위상 시프트 마스크는 투명기판상에 형성하는 마스크패턴을, 실질적으로 노광에 기여하는 강도의 빛을 통과시키는 광투과부와, 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 빛을 투과시키는 광반투과부로 구성하고, 또한 이 광반투과부를 통과하는 빛의 위상을 시프트(shift)시켜서, 이 광반투과부를 통과한 빛의 위상이 상기 광투과부를 통과한 빛의 위상에 대해서 실질적으로 반전하는 관계가 되도록 하여, 상기 광투과부와 반광투과부의 경계부 근방을 통과한 빛이 서로 상쇄되도록 하여 상기 경계부의 콘트라스트(contrast)를 양호하게 유지할 수 있도록 한 것이다.

이와 같은 하프톤형 위상 시프트 마스크는 광반투과부가 노광 빛을 실질적으로 차단하는 차광 기능과, 빛의 위상을 시프트시키는 위상 시프트 기능의 두 가지 기능을 겸하게 되기 때문에, 차광막 패턴과 위상 시프트막 패턴을 따로따로 형성할 필요가 없이 구성이 단순하고 제조도 용이함을 특징으로 한다.

이 하프톤형 위상 마스크의 소재로 사용하는 하프톤형 위상 마스크 블랭크의 종래의 일례로서, 도 11 및 도 12에 나타난 것이 알려져 있다.

도 11a에 도시된 하프톤형 위상 마스크 블랭크는 투명기판(1)상에, 예를 들어 몰리브덴·실리콘(MoSi)계 하프톤 재료막(2)이 형성된 것이다. 또한 도 12a에 도시된 하프톤형 위상 마스크 블랭크는 투명기판(1)상에 몰리브덴·실리콘계 하프톤 재료막(2)이 형성되고, 또 이 하프톤 재료막(2)상에, 전자선 노광시에 상기 투명기판(1)이 대전하여 전자선의 진행경로가 불안정해지는 것을 방지하기 위한 몰리브덴 금속막(3)이 형성된 것이다.

이러한 하프톤형 위상 마스크 블랭크로부터 하프톤형 위상 마스크를 제조하는데는 도 11b 및 도 12b에 나타난 바와 같이, 우선 각각 하프톤 재료막(2)상에 레지스트막(4)을 형성한다. 이어 이 레지스트막(4)에 대해 전자선 노광 및 현상(developing)을 실시한 후, 도 11c 및 도 12c에 나타난 바와 같이, 원하는 레지스트 패턴(resist pattern)(5)을 형성한다. 그런데, 이 레지스트 패턴(5)을 마스크로 하여 몰리브덴 금속막(3) 및/또는 하프톤 재료막(2)을 에칭(etching)할 때, 레지스트 패턴(5) 자체도 그 엣지(edge)부분부터 에칭되어 버리기 때문에, 하프톤 재료막(2)의 디멘션(dimension)의 제어가 정확하게 실시될 수 없고, 그 결과 하프톤 재료막(2)을 고정밀하게 에칭할 수 없는 문제가 있었다.

또한, 막의 성형(film formation)에서부터 하프톤형 시프트 마스크가 완성되기까지의 각 처리공정에서는, 산 또는 알카리 등의 각종 약품을 사용하는 경우가 있다. 이 때문에, 이러한 약품의 작용에 의해, 하프톤 재료막(2)이 특성변화를 일으켜, 원하는 하프톤 특성을 얻을 수 없게 되는 문제도 발생하였다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 도 13a에 도시한 것과 같이, 하프톤 재료막(2)에 대해 선택에칭이 가능한 금속막(6)을 상기 하프톤 재료막(2)상에 형성한 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크가 일본국 특개평 제 8-101493호 공보에 있어서 제안되었다.

이 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크는 투명기판(1)상에, MoSiOxNy(x, y: 정수) 하프톤 재료막(2)을 형성하고, 이 하프톤 재료막(2)상에 Cr금속막(6)을 적층하는 구성으로 되어 있다.

이와 같은 구성으로서, Cr금속막(6)과 MoSiOxNy 하프톤 재료막(2)을 각각 독립적으로 에칭처리할 수 있기 때문에, 하프톤 재료막(2)에 대해 여러가지 바람직한 처리를 실시할 수 있고, 상기 하프톤 재료막(2)을 고정밀하게 패터닝(patterning)할 수 있었다.

그러나, 도 13a에 도시된 하프톤형 위상 시프트 블랭크에 있어서는, 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제조할 때, 상기 금속막(6)상에 레지스트막(7)을 형성하고, 도 13b와 같이 상기 레지스트막(7)에 대해 전자선 노광을 실시한 후에 현상을 실시하여, 도 13c와 같이 원하는 레지스트 패턴(8)을 형성하고, 이 레지스트 패턴(8)을 마스크로 하여 상기 금속막(6), 또는 금속막(6) 및 하프톤 재료막(2)을 에칭할 때, 하프톤 재료막(2)상에 금속막(6)중의 금속이 남아서, 상기 하프톤 재료막(2)이 그 미세한 금속을 마스크로 하여 패터닝되어 버리기 때문에, 패턴의 결함(flaws)이 발생하는 문제가 있다.

또한, MoSiOxNy 하프톤 재료막(2)상에 선택에칭이 가능한 Cr금속막을 형성하여 이 Cr금속막(6)을 웨트에칭(wet etching)으로 패터닝하였을 때, Cr금속막(6)의 에칭속도가 느리기 때문에 MoSiOxNy 하프톤 재료막(2)에 전혀 영향이 없다고는 말할 수 없고, 광학특성에 적지 않게 영향을 미치고 있다.

더욱이, 하프톤 재료막(2)과 Cr금속막(6)의 밀착강도가 충분하지 않고, 막격리(film peeling)가 발생해 버리는 문제도 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 고정밀도로 패터닝이 가능하고, 내후성 및 신뢰성이 높은 하프톤형 위상 시프트 마스크 및 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 제 1 발명은,

투명기판과, 이 투명기판상에 적층된 하프톤 재료막과, 이 하프톤 재료막상에 적층된 금속막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 금속막은 이 금속막의 에칭속도가 표면측으로부터 투명기판측을 향하여 단계적으로, 또는 연속적으로, 또는 일부는 단계적으로 다른 일부는 연속적으로, 에칭속도가 다른 재료로 구성되어 있고, 또는 에칭속도가 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라 단계적으로, 또는 연속적으로, 또는 일부는 단계적이고 다른 일부는 연속적으로 빨라지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 2 발명은,

제 1 발명에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 금속막은 상기 하프톤 재료막에 사진석판술(photolithography)법으로 패턴형성할 때의 마스크로서 이용하는 것임을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 3 발명은,

제 2 발명에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 금속막은 상기 하프톤 재료막과 에칭특성이 다른 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 4 발명은,

제 3 발명에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 금속막은 상기 하프톤 재료막보다도 에칭속도가 빠른 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 5 발명은

상기 금속막은 차광기능을 갖는 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 6 발명은,

제 5 발명에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 하프톤 재료막은 몰리브덴 및 실리콘을 주요 구성요소로 하고,

상기 금속막은 크롬을 주요 구성요소로 하는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 7 발명은,

상기 금속막은 주성분인 금속이외에 1 또는 2이상의 다른 성분을 포함하는 복수의 성분으로 구성되어 있고,

이런 복수의 성분들 중 상기 금속이외의 성분은 상기 금속막만으로 구성된 막의 에칭속도와 비교하여 상기 금속막의 에칭속도를 빠르게 하는 성분, 또는 느리게 하는 성분, 또는 빠르게 하는 성분과 느리게 하는 성분을 포함하는 복수의 성분 중의 하나이고,

상기 에칭속도를 빠르게 하는 성분은 상기 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라 그 성분함유량이 연속적으로 증가하는 영역이 존재하도록 상기 금속막에 함유되어 있고,

상기 에칭속도를 느리게 하는 성분은 상기 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라 그 성분함유량이 연속적으로 감소하는 영역이 존재하도록 상기 금속막에 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 8 발명은,

제 7 발명에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 에칭속도를 빠르게 하는 성분은 질소를 포함하는 성분이고, 상기 에칭속도를 느리게 하는 성분은 탄소를 포함하는 성분인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 9 발명은,

투명기판과, 이 투명기판상에 형성된 하프톤 재료막과, 이 하프톤 재료막상에 형성된 금속막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 하프톤 재료막은 금속 및 실리콘을 함유하는 재료로 구성되고,

상기 금속막은 크롬을 주성분으로 하는 재료로 구성되며,

상기 금속막의 투명기판측 가까운 영역에는 질소를 함유하는 성분이 함유되고, 금속막의 표면측 가까운 영역에는 탄소를 포함하는 성분이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 10 발명은,

제 9 발명에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 금속막의 투명기판측에 가까우며 질소를 함유하는 성분이 함유된 영역에 있어서의 질소의 조성비율이 5∼60at%인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 11 발명은,

상기 금속막의 표면측에 가까우며 탄소를 함유하는 성분이 함유된 영역에 있어서의 탄소의 조성비율이 4∼18at%인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 12 발명은,

상기 금속막은 상기 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라 질소함유량이 연속적으로 증가하는 영역, 또는 탄소함유량이 연속적으로 감소하는 영역, 또는 상기 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라 질소함유량이 연속적으로 증가함과 동시에 탄소함유량이 연속적으로 감소하는 영역의 어느 한 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 13 발명은,

상기 금속막상에 반사방지막을 설치한 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 14 발명은,

제 13 발명에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 반사방지막은 상기 금속막을 구성하는 금속과 적어도 산소를 갖는 것임을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 15 발명은,

제 14 발명에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 금속막과 반사방지막이 두께방향으로 합체되어 연속하는 층으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이다.

제 16 발명은,

투명기판상에 마스크 패턴이 형성된 하프톤 재료막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서,

상기 하프톤 재료막에 형성하는 마스크 패턴은, 제 1 발명의 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 상기 금속막 및 하프톤 재료막에 마스크 패턴 형성처리를 실시하여 형성된 것임을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크이다.

제 17 발명은,

제 16 발명에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서,

상기 하프톤 재료막상으로 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역이외의 영역, 또는 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역에, 제 1 발명의 금속막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크이다.

제 18 발명은,

사진석판술법에 의해 미세패턴을 형성하는 미세패턴 형성방법에 있어서,

미세패턴의 전사를 실시할 때 이용하는 마스크로서 제 16 발명의 하프톤형 위상 시프트 마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 개념적 단면도(conceptual cross-section)이고,

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크의 구성을 나타내는 개념적 단면도이며,

도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 제조방법을 설명하기 위한 개념적 단면도이고,

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 제조방법을 설명하기 위한 개념적 단면도이며,

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 개념적 단면도이며,

도 6은 본 발명의 실시예 2∼7 및 비교예 2∼3에 있어서의 제 1 금속막(12)의 에칭속도, 제 1 금속막(12)과 제 2 금속막(13)의 에칭속도(etching rate)의 차이, 언더컷트량(undercut amount), 위상 시프트량의 측정결과를 나타낸 표이고,

도 7은 본 발명의 실시예 9에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 개념적 단면도이며,

도 8은 본 발명의 실시예 9에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 오제(Auger) 분석결과를 나타낸 그래프이고,

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크의 구성을 나타내는 단면도이며,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크의 구성을 나타내는 단면도이고,

도 11은 하프톤형 위상 시프트 마스크의 종래의 제조방법의 일례를 나타내는 개념적 단면도이며,

도 12는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 종래의 제조방법의 다른 예를 나타내는 개념적 단면도이고,

도 13은 하프톤형 위상 시프트 마스크의 종래의 제조방법의 또 다른 예를 나타내는 개념적 단면도이다.

부호의 설명

10 투명기판(transparent substrate)

11 하프톤 재료막(halftone material film)

12 제 1 금속막(first metal film)

13 제 2 금속막(second metal film)

14 레지스트막(resist film)

15 레지스트 패턴(resist pattern)

<작용>

상술한 제 1 발명에 따르면, 하프톤 재료막상에 형성하는 금속막을, 이 금속막 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라, 단계적 또는 연속적으로 에칭속도가 빠른 막으로 구성하는 것에 의해, 과잉의 오버에칭(over-etching)에 의한 하프톤 재료막의 대미지(damage)를 방지하고, 이 하프톤 재료막상에 있어서의 금속막의 금속잔류를 방지할 수 있다.

이것에 의해, 고정밀하게 하프톤형 위상 시프트량의 제어를 실시할 수 있고, 패턴결함이 없는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 생성할 수 있는 위상 시프트 마스크 블랭크를 얻을 수 있다.

또한, 상술한 금속은 제 2 발명과 같이, 상기 하프톤 재료막을 사진석판술(photolithography)법으로 패턴형성할 때의 마스크의 기능을 갖고 있다.

구체적으로는, 제 3 발명과 같이, 상기 금속막은 상기 하프톤 재료막과 에칭 특성이 다른 재료로 구성된다. 에칭특성이 다른 재료로 구성하고 에칭과 금속막 또는 하프톤 재료막의 구체적 재료를 선정하는 것에 의해, 예를 들어 금속막을 웨트에칭(wet etching) 또는 드라이에칭(dry etching)하여 패터닝할 때, 하프톤 재료막이 그 웨트에칭 또는 드라이에칭으로 패터닝되기 어렵게 할 수 있다.

또한, 제 4 발명과 같이, 금속막을 하프톤 재료막보다도 에칭속도가 빠른 재료로 구성하는 것에 의해, 과잉의 오버에칭에 의한 하프톤 재료막의 대미지 방지효과와, 하프톤 재료막상에 있어서의 금속막의 금속잔류의 방지효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 금속막은, 상기 하프톤 재료막과 접하는 금속막의 에칭속도가 2nm/sec이상인 것이 바람직하다.

에칭속도가 2nm/sec미만이면, 에칭속도가 느리기 때문에 금속막의 재료에 의해서는, 금속막중의 금속이 하프톤 재료막상에 남겨지는 것을 완전하게 제거할 경우에 오버에칭에 의한 하프톤 재료막에의 영향이 발생하여 바람직하지 않다.

상기 하프톤 재료막으로서는, 단층의 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 경우, 금속, 실리콘, 산소 및/또는 질소를 주요 구성요소로 할 수 있고, 예를 들어 산화된 몰리브덴 및 실리콘(이하, MoSiO계 재료라 칭함), 질화된 몰리브덴 및 실리콘(이하, MoSiN계 재료라 칭함), 산화 및 질화된 몰리브덴 및 실리콘(이하, MoSiON계 재료라 칭함), 산화된 탄탈 및 실리콘(이하, TaSiO계 재료라 칭함), 질화된 탄탈 및 실리콘(이하, TaSiN계 재료라 칭함), 산화 및 질화된 탄탈 및 실리콘(이하, TaSiON계 재료라 칭함), 산화된 텅스텐 및 실리콘(이하, WSiO계 재료라 칭함), 질화된 텅스텐 및 실리콘(이하, WSiN계 재료라 칭함), 산화 및 질화된 텅스텐 및 실리콘(이하, WSiON계 재료라 칭함), 산화된 티탄 및 실리콘(이하, TiSiO계 재료라 칭함), 질화된 티탄 및 실리콘(이하, TiSiN계 재료라 칭함), 산화 및 질화된 티탄 및 실리콘(이하, TiSiON계 재료라 칭함), 산화된 크롬 및 실리콘(이하, CrSiO계 재료라 칭함), 질화된 크롬 및 실리콘(이하, CrSiN계 재료라 칭함), 산화 및 질화된 크롬 및 실리콘(이하, CrSiON계 재료라 칭함), 불화된 크롬 및 실리콘(이하, CrSiF계 재료라 칭함) 등을 들 수 있다. 또한, 이러한 물질은 하프톤 재료막으로서의 기능을 손상시키지 않는 범위에서, 이런 화합물 또는 이런 물질과의 혼합물로서, 탄소, 수소, 불소, 또는 헬륨 등을 미량 또는 적량 포함하여도 좋다.

또한, 본 발명에서는 예를 들어 몰리브덴실리사이드의 산화물, 몰리브덴실리사이드의 질화물, 몰리브덴실리사이드의 산화질화물, 탄탈실리사이드의 산화물, 탄탈실리사이드의 질화물, 탄탈실리사이드의 산화질화물, 텅스텐실리사이드의 산화물, 텅스텐실리사이드의 질화물, 텅스텐실리사이드의 산화질화물, 티탄실리사이드의 산화물, 티탄실리사이드의 질화물, 티탄실리사이드의 산화질화물, 또는 이러한 물질의 1종 이상과 질화규소(silicon nitride) 및/또는 금속질화물(metal nitride)과의 혼합물 등의 물질도 하프톤 재료막을 구성하는 재료로서 사용가능하다.

더욱이, 산화된 몰리브덴실리사이드(MoSiO), 질화된 몰리브덴실리사이드(MoSiN), 산화 및 질화된 몰리브덴실리사이드(MoSiON), 산화된 탄탈실리사이드(TaSiO), 질화된 탄탈실리사이드(TaSiN), 산화 및 질화된 탄탈실리사이드(TaSiON), 산화된 텅스텐실리사이드(WSiO), 질화된 텅스텐실리사이드(WSiN), 산화 및 질화된 텅스텐실리사이드(WSiON), 산화된 티탄실리사이드(TiSiO), 질화된 티탄실리사이드(TiSiN), 산화 및 질화된 티탄실리사이드(TiSiON) 등의 물질도 하프톤 재료막을 구성하는 재료로서 사용가능하다.

단층의 하프톤 위상 시프트 마스크 블랭크에 사용하는 바람직한 하프톤 재료막으로서는, 금속, 실리콘 및 질소를 주요 구성요소로 하는, 예를 들어 질화된 몰리브덴 및 실리콘(MoSiN계) 등이 내후성, 내광성, 전도성, 굴절률, 투과율, 에칭선택성 등의 면에서 우수한 것이 바람직하다. 또한, 후술할 하프톤 재료막상에 형성되는 질소를 함유하는 금속막과의 밀착성 또는, 그 외 특성의 면에서 생각해도 하프톤 재료막으로서는 MoSiN계 등이 바람직하다.

이상에 있어서는, 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서의 하프톤 재료막으로서 단층구조인 것을 거론하였지만, 하프톤 재료막은 반드시 단층일 필요는 없다. 예를 들어, 주로 입상 시프트 기능을 담당하는 고투과율막과, 주로 차광기능을 담당하는 저투과율막과의 2층이상의 막구조를 갖는 것이어도 좋다. 이 경우에는, 예를 들어 고투과율막으로서는 SiO₂계 피복막 형성용 도포액을 적하하고, 스핀 코팅법(spin coating)에 의해 전면으로 넓히고, 그 후 소성하여 바인더의 유기화합물(binder compound)을 휘발시킨 SOC(spin on glass)막 등을 들 수 있고, 저투과율막으로서는 Cr막을 들 수 있다.

본 발명의 금속막의 재료로서는, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 티탄(Ti) 등의 금속 또는 이러한 금속을 주성분으로 하는 합금, 또는 상기 금속의 산화물, 질화물, 탄화물 등이 사용된다. 단, 전술한 하프톤 재료막과 에칭특성이 다른 것이 바람직하다.

또한, 제 5 발명과 같이, 상기 금속에 더욱 차광기능을 갖게 하는 것에 의해, 상술한 효과(과잉의 오버에칭에 의한 하프톤 재료막이 받는 대미지를 방지하는 효과, 및 그 패턴형성 영역내의 하프톤 재료막상에 있어서의 금속막의 금속잔류를 방지하는 효과)에 더하여 이하의 효과를 더욱 얻을 수 있다. 즉, 이 차광기능을 갖는 금속막에 대해서는, 패턴형성영역이외의 영역의 하프톤 재료막상에 금속막을 남기는 것에 의해, 패턴형성영역이외의 영역을 통해서는 노광 빛이 마스크를 통과하지 않도록 하고, 불필요한 빛이 마스크를 통과하는 것에 의한 패턴전사 정밀도의 저하를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

제 5 발명에 있어서의 구체적인 막 재료로서는 제 6 발명과 같이, 하프톤 재료막은 몰리브덴 및 실리콘을 주성분으로 하는 재료를, 금속막은 Cr을 주성분으로하는 재료를 각각 들 수 있다.

그리고, 상기 금속막은 금속막 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라서, 에칭속도가 빠른 막으로 구성하기 위해, 예를 들어 상기 재료를 조합하여 적층하기도 하고, 연속막(단층) 또는 복수층에 있어서 상기 재료의 산화도, 질화도, 탄화도를 단계적 또는 연속적으로 변화시킨다. 복수층은 예를 들어 복수의 챔버내에서 스퍼터링(sputtering)에 의해 막을 성형하여 얻어진다. 연속막(단층)은 예를 들어 상기 챔버내에서 단수 또는 복수의 타겟(target)을 준비한 인라인 스퍼터링(in-line sputtering)에 의해 막을 성형하여 얻어진다. 패턴 단면을 수직으로 하는 점에서, 연속막(단층)이 사용되고 연속적으로 조성이 변화하는 것이 바람직하다.

구체적으로는 제 7 발명과 같이, 상기 금속막은 그 금속막을 구성하는 금속단체의 재료와 비교하여, 그 금속막의 에칭속도를 빠르게 하는 원소 및/또는 에칭속도를 느리게 하는 원소가 상기 금속막에 함유되어 있고, 에칭속도를 빠르게 하는 원소가 상기 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라서 연속적으로 증가하고, 및/또는 에칭속도를 느리게 하는 원소가 상기 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라서 연속적으로 감소하는 영역이 존재하는 구성으로 한다.

보다 구체적으로는, 하프톤 재료막이 몰리브덴 및 실리콘을 주성분으로 하는 재료의 경우, CrN/CrC, CrN/Cr, CrN/CrF, CrN/CrO 등의 조합을 들 수 있다. 또한 이러한 재료 중에서 각 금속막의 작용효과를 변하지 않을 정도로 다른 원소를 포함시켜도 상관없다. 또한, 상술한 연속막(단층)의 경우, 예를 들어 CrN/CrC는 CrN과 CrC가 경계선없이 표면측으로부터 투명기판측으로 향하여 연속적으로 C(탄소)가 감소, N(질소)이 증가하고 있는 상황을 말한다.

물론, 예를 들어 복수층의 경우, 상기 재료의 질화도를 변화시킨 막과 상기 금속막을 적층시킨 구성으로 하는 것도 가능하다.

그 중에서도 제 8 발명과 같이, 에칭속도를 빠르게 하는 성분을 질소, 에칭속도를 느리게 하는 성분을 탄소로 하는 것에 의해, 투명기판측의 금속막의 결정분말(crystalline grain)이 조밀하게 되기 때문에, 하프톤 재료막과의 밀착강도가 커짐과 동시에, 금속막의 휨(warping)이 방지되므로 바람직하다.

또한, 예를 들어 몰리브덴 및 실리콘을 함유하는 하프톤 재료막과 같이, 막응력(film stress)이 높아서 기판변형을 일으키는 경우, 그 응력을 상쇄하기 위해 금속막을 구성하는 금속재료를 크롬으로 하여 하프톤 재료막의 막응력은 저감되고 기판변형이 개선되기 때문에, 패턴위치의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 하프톤 재료막의 재료, 금속막을 구성하는 금속은 응력의 저감의 관점에서 적절히 선정할 수 있다.

또한, 제 9 발명은 투명기판과, 이 투명기판상에 형성된 하프톤 재료막과, 이 하프톤 재료막상에 형성된 금속막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서, 상기 하프톤 재료막은 금속 및 실리콘을 함유하는 재료로 구성되며, 상기 금속막은 크롬을 주성분으로 하는 재료로 구성되고, 상기 금속막의 투명기판측 가까운 영역에는 질소를 포함하는 성분이 함유되고, 금속막의 표면측 가까운 영역에는 탄소를 포함하는 성분이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같은 구성에 의해 투명기판측의 금속막의 결정분말이 조밀하게 되기 때문에, 하프톤 재료막과의 밀착강도가 커짐과 동시에 금속막의 휨이 방지된다. 또한 금속(예를 들어, 몰리브덴) 및 실리콘을 함유하는 하프톤 재료막의 막응력도 저감할 수 있고, 그에 수반하여 기판변형도 개선되기 때문에 패턴 위치의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 표면측의 금속막은 전도성이 좋은 재료이기 때문에, 레지스트막을 전자 노광하여 패터닝할 때, 금속막과 레지스트막과의 사이에 전하의 축적이 없어 전자선의 진행경로가 안정하고, 고정밀도의 패터닝이 가능하게 된다.

전도성의 좋고 나쁨을 결정하는 평가방법의 하나로서, 시트저항이 있는데, 상기 금속막의 최상층, 또는 최표면의 시트저항치로서, 1MΩ/□이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5MΩ/□이하가 바람직하다.

그리고, 일반적으로 질소를 포함하는 금속재료 쪽이 탄소를 포함하는 금속재료보다 에칭속도가 빠르기 때문에 상기 구성에 따르면 금속막을 그 표면측으로부터 투명기판측을 향해 단계적 및/또는 연속적으로 에칭속도가 빨라지도록 변화하게 된다.

이 결과, 하프톤 재료막에 대미지를 주지 않고 금속잔류를 제거하여 패턴 결함이 없이 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크를 얻을 수 있다.

구체적으로는 하프톤 재료막이 몰리브덴 및 실리콘을 주성분으로 하는 경우, 금속막이 복수층의 경우, 제 1 금속막/제 2 금속막은 CrN/CrC 등을 들 수 있다.

또한 제 1 금속막으로서, 질화도가 다른 CrN을 적층한 것, 제 2 금속막으로서 탄화도가 다른 CrC를 적층한 것이어도 좋다.

또한, 제 10 발명과 같이 금속막의 투명기판측의 질소함유량은 5∼60at%가 적합하며, 그 함유량이 5at%미만이면 결정분말이 조밀하지 않고 투명기판과의 밀착강도가 약하여 또한 응력(휨)이 쉽게 발생하게 되고, 막격리가 발생할 우려가 높아진다.

한편, 질소함유량이 60at%를 초과하면 에칭속도가 너무 빨라져서, 탄소를 포함하는 재료와의 에칭속도의 차가 커져서, 패턴형성이 오버행 형상(overhang condition)이 되어 수직의 패턴을 얻을 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 이 경우, 오버행 형상이 되면 금속막의 선단(단부)이 쉽게 깨지게 된다. 금속막의 선단(단부)이 깨진 경우에는 이 깨진 금속막이 바람직하게 않은 특정장소에 부착하여 흑결함(black flaw)이 발생하게 된다. 패턴형상 또는 생산성을 고려하면, 질소함유량의 바람직한 범위는 10∼40at%이고, 보다 바람직한 범위는 15∼30at%이다.

또한, 수직의 패턴을 얻기 위해서는 제 11 발명과 같이 금속막의 표면측의 탄소함유량을 4∼18at%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 제 12 발명은 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라서 질소함유량이 연속적으로 증가 및/또는 탄소함유량이 연속적으로 감소하는 영역이 존재하도록 한 것(구체적으로는 금속막의 조성이 연속적으로 변화하도록 한 것)이지만, 이 구성에 따르면 금속막을 복수의 층으로 한 경우와 비교하여 각 층과의 사이에 미립자(particle) 등이 부착하는 일이 없기 때문에 하프 핀 홀(half pin hole) 등의 결함도 없어 단면이 수직으로 됨과 동시에 밀착성도 향상되므로 바람직하다.

제 13 발명에 따르면, 금속막상에 반사방지막을 형성한 것에 의해, 상을 만들 때 금속막 표면의 다중반사를 방지함에 따라 정밀도가 높은 전사를 할 수 있다.

이 반사방지막으로서는 예를 들어 산소를 함유하는 금속막, 산소 및 질소를 함유하는 금속막, 또는 불소를 함유하는 금속막 등이 있고, 구체적으로는 CrON, CrO, CrF 등을 들 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 금속막을 구성하는 금속을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 이것은 패터닝할 때 동일한 종류의 에칭제를 사용할 수 있기 때문이다. 더욱 바람직하게는 제 14 발명과 같이, 상기 반사방지막의 재료로서, 본 발명의 금속막의 주성분인 금속과 적어도 산소를 함유하는 재료가 바람직하다. 또한, 반사방지막이 금속(예를 들어 크롬), 산소, 질소를 포함하는 경우, 산소는 2∼60at%, 질소는 10∼35at%가 바람직하다.

또한 제 15 발명과 같이, 금속막과 반사방지막을 조성이 연속적으로 변화하는 연속막으로 구성하는 것에 의해, 금속막과 반사방지막과의 사이에 미립자등이 부착하는 일이 없기 때문에 하프 핀 홀 등의 결함도 없어 단면이 수직으로 됨과 동시에 밀착성이 향상하여 바람직하다.

제 16 발명은 투명기판상에 마스크 패턴이 형성된 하프톤 재료막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 하프톤 재료막에 형성하는 마스크 패턴은 상술한 본 발명의 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 금속막 및 하프톤 재료막에 마스크 패턴형성 처리를 실시하여 형성된 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크이다. 따라서, 패턴결함이 없이 고정밀하게 패터닝된 하프톤형 위상 시프트 마스크를 얻을 수 있다.

제 17 발명은 하프톤 재료막상으로 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역이외의 영역, 또는 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역에, 본 발명의 금속막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역이외의 영역, 즉, 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역으로부터 벗어난 주변 영역 등은 패턴전사의 노광에 기여하지 않는 영역이다. 따라서, 이 영역을 노광 빛이 통과하면, 패턴 노광을 흩뜨릴 우려가 있기 때문에, 이 영역은 빛이 통과하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명은 상기 금속막을 이 영역으로 형성해 두어 차광하여 상기 효과를 얻는 것이다. 또한, 한편 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역내에 있어서는, 마스크 패턴에 있어서의 광반투과부에 본래 요구된 기능은 광투과부와의 경계부에서만 위상을 시프트시킨 빛을 통과시키는 것이 바람직하고, 다른 대부분(단부를 제외한 부분)은 오히려 완전히 차광하는 것이 바람직하다는 것이다. 그래서, 상기 발명에서는 마스크 패턴의 광반투과부의 단부를 제외한 부분에서는 금속막을 형성시켜 두어 본래 완전하게 차광되는 것이 요구되는 부분의 차광을 보다 완전하게 하는 것을 가능하게 하는 것이다.

제 18 발명은, 이 발명의 하프톤형 위상 시프트 마스크를 이용하여 반도체 웨이퍼(wafer) 등에 미세한 패턴을 형성하는 방법이고, 정확한 패턴전사를 실시할 수 있기 때문에 양호한 미세한 패턴을 형성할 수 있다.

이하 실시예에 기초하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명한다.

실시예 1

도 1은 실시예 1의 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크, 도 2는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 각각의 구성을 나타내는 개념적 단면도이고, 또한 도 3 및 도 4는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 제조방법을 설명하기 위한 개념적 단면도이다.

본 실시예에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크는 석영으로 이루어진 투명기판(10)상에, MoSiN계 재료로 이루어진 하프톤 재료막(11), CrN의 제 1 금속막(12) 및 CrC의 제 2 금속막(13)을 순차적으로 적층한 구성으로 되어 있다.

상술하면, 석영기판의 주표면 및 측면을 정밀연마하여, 6인치×6인치, 두께 0.25인치의 투명기판(10)을 작성하고, 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타겟(Mo:Si=20:80mol%)을 이용하며, 아르곤(Ar)과 질소(N₂)의 혼합기체 분위기 중(Ar: 10%, N₂: 90%, 압력: 1.5×10^-3torr)에서, 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 투명기판(10)상에 도 6a에 도시된 바와 같이 막두께 925옹스트롬의 MoSiN의 하프톤 재료막(11)을 형성하였다.

여기서, 상기 투명기판(10)은 석영이외에, 형석(fluorspar), 각종 유리(예를 들어, 소다-라임유리(soda-lime glass), 알루미노실리케이트유리, 알루미노보로실리케이트유리 등)등이 이용된다.

이와 같이 하여 얻어진 하프톤 재료막(12)의 조성, 광학특성을 특정한 결과, 이하의 결과를 얻었다.

조성=Mo:13at%, Si:40at%, N:47at%

굴절률=2.34

파장 248nm에 있어서의 광투과율=5%

입상 시프트량=180°

이어, 상기 하프톤 재료막(11)상에 크롬(Cr) 타겟을 이용하며, 아르곤(Ar)과 질소(N₂)와의 혼합기체 분위기 중(Ar: 88%, CH₄: 12%, 압력:1.5×10^-3torr)에서, 반응형 스퍼터링에 의해 도 3c에 도시된 바와 같이 막두께 600옹스트롬의 CrC의 제 2 금속막(13)을 형성하고, 초음파 세정을 실시하여 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크를 얻었다.

그리고, 상기 제 2 금속막(13)의 탄소함유량을 측정한 결과, 6at%이었고, 또한 에칭속도는 0.3nm/sec이며 또한 이 광학특성은 파장 450nm에서의 광학농도는 3.0이었다.

또한, 600g의 하중을 걸어서 스크래치 실험(scratch test)을 실시한 결과, 하프톤 재료막(11)과, 제 1 금속막(12), 제 2 금속(13)과의 사이에 막격리가 발생하지 않았고 양호한 막강도도 얻어졌다.

이어, 제 2 금속막(13)상에 도 3d에 도시된 바와 같이, 레지스트막(14)을 형성하고, 패턴 노광 및 현상에 의해 도 4a에 도시된 바와 같이 레지스트 패턴(15)을 형성하였다.

그리고, 이와 같은 패터닝에 있어서 안정한 고정밀도의 패터닝이 실시되는데, 이것은 얻어진 제 2 금속막(13)의 시트저항치를 측정한 결과, 0.5MΩ/□이하이고, 이 결과 양호한 전도성이 얻어지며, 전술한 전자 노광시, 제 2 금속막(13)과, 레지스트막(14)과의 사이에 전하의 축적이 없는 것에 기인하고 있는 것이라고 생각된다.

그리고, 전술한 패터닝후에, 세륨 암모늄 니트레이트(cerium ammonium nitrate) 165g과, 농도 70%의 과산소염 42ml에 순수(pure water)를 첨가하여 1000ml로 한 에칭액을 온도 19∼20℃로 유지하고, 이 에칭액에 의해 웨트에칭을 실시하여 제 2 금속막(13) 및 제 1 금속막(12)을 도 4b에 도시된 바와 같이 패터닝하였다.

이와 같은 패터닝을 실시한 후에 있어서, 하프톤 재료막(11)상으로의 제 1 금속막(12) 또는 제 2 금속막(13)중의 금속(Cr)의 잔재가 없고 또한 하프톤 재료막(11)에 대미지를 발견할 수 없었다.

이것은 제 1 금속막(12) 및 제 2 금속막(13)과 하프톤 재료막(11)이 서로 선택에칭 가능한 것, 즉 제 1 금속막(12) 및 제 2 금속막(13)과, 하프톤 재료막(11)과의 에칭특성이 다른 것에 의한 것이고, 또한 하프톤 재료막(11)에 접하는 제 1 금속막(12)의 에칭속도가 하프톤 재료막(11)보다도 빠른 것은 물론, 후술할 바와 같이 Cr단체보다도 빠른 것에 의한 것이라고 추정된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 제 1 금속막(12)과 제 2 금속막(13)의 에칭후의 폭 디멘션(width dimension) X₂와 X₁의 차, 즉 언더컷트량이 0.02㎛에 달하여 작고 선단이 깨질 정도의 오버행 형상이 되는 일없이 수직의 패턴이 얻어졌다.

이것은 제 1 금속막(12)과, 제 2 금속막(13)과의 에칭속도의 차가 1.9nm/sec로 적은 것에 기인한다고 생각된다.

이어, 상기 제 1 및 제 2의 금속막(12, 13)의 패턴을 마스크로 하여, CF₄와 O₂와의 혼합기체에 의한 드라이에칭에 의해 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 하프톤 재료막(11)의 노출부분을 제거하여 하프톤 재료막 패턴(11)을 형성하였다.

따라서, 황산에 의해 상기 레지스트 패턴(15)을 박리하고, 더욱 세륨 암모늄 니트레이트 165g과 농도 70%의 과산소염 42ml에 순수를 가하여 1000ml로 한 에칭액을 온도 19∼20℃로 유지하고, 이 에칭액에 의해 웨트에칭을 실시하여 제 2 금속막(13) 및 제 1 금속막(12)을 제거하여, 도 4d에 도시된 바와 같이 원하는 패턴의 하프톤 재료막 패턴(11)을 갖춘 하프톤형 위상 시프트 마스크를 얻었다.

비교예 1

또한, 비교를 위해 상기 실시예 1의 하프톤 재료막(11)상에, 막두께 300옹스트롬의 Cr로 이루어진 제 1 금속막과, 막두께 150옹스트롬의 CrN으로 이루어진 제 2 금속막을 형성한 것외에는 실시예 1과 동일하게 하여 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크 및 하프톤형 위상 시프트 마스크를 작성하였다.

여기서, 상기 제 1 금속막은 1.5×10^-8torr의 Ar가스 분위기 중에서 스퍼터링하고, 또한 제 2 금속막은 1.5×10^-8torr의 Ar과 N₂의 혼합기체 분위기 중(Ar:80%, N₂:20%)에서 반응성 스퍼터링에 의해 작성하였다.

이 비교예 1에 있어서는 하프톤 재료막의 표면에 대미지가 발생하고 그 때문에 원하는 위상차를 얻을 수 없는 문제가 발생하였다.

이것은 상기 Cr막과 CrN막의 에칭속도가 각각 1.5nm/sec, 2.2nm/sec이고, 패터닝 재료막과 접하는 Cr로 이루어진 제 1 금속막의 에칭속도가 이 제 1 금속막 상에 형성된 CrN으로 이루어진 제 2 금속막의 에칭속도보다도 느린 것에 기인하는 것으로 추정된다.

또한, 얻어진 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 대해서 스크래치 실험을 실시한 결과, 100장의 실험편 중 8장이 제 1 금속막과 제 2 금속막과의 사이에서 박리가 발생하였고, 밀착강도가 불충분하였다.

실시예 2∼실시예 7, 비교예 2∼비교예 3

또 다른 비교를 위해, 상기 제 1 금속막(12)을 형성할 때, Ar과 N₂의 혼합기체에 포함된 N₂의 양을 조정하여, 제 1 금속막(12)의 질소함유량을 5at%(실시예 2), 10at%(실시예 3), 30at%(실시예 4), 40at%(실시예 5), 50at%(실시예 6), 60at%(실시예 7)로 하고, 그 외의 조건은 상기 실시예와 동일하게 하여 위상 시프트량이 180°가 되도록 한 각 실시예를 작성하였고, 또한 질소함유량을 3at%로 한 비교예 2와 65at%로 한 비교예 3을 작성하였으며, 이러한 각 실시예 및 비교예에 있어서의 제 1 금속막(12)의 에칭속도(nm/sec), 제 1 금속막(12)과 제 2 금속막(13)의 에칭속도의 차(nm/sec), 언더컷트량(㎛), 위상 시프트량(°)을 측정하고, 그 결과를 도 6의 표에 나타내었다.

이 표로부터 명확해지는 바와 같이, 제 1 금속막(12)의 질소의 함유량이 5∼10at%일 때, 언더컷트량이 0.1㎛이하가 되기 때문에, 오버행 형상에 의한 금속막 선단의 깨짐에 의한 흑결함의 발생이 억제되고, 또한 거의 수직의 패턴이 형성되어 고정밀도의 패터닝이 실시된다.

또한, 하프톤 재료막(11)과 접하는 금속막(12)의 에칭속도가 충분히 빠르기 때문에, 하프톤 재료막(11)에 대미지가 발생하는 일이 적고, 위상 시프트량도 180°-2°의 범위내에서 수렴하고 있고, 신뢰성이 높은 하프톤형 위상 시프트 마스크가 얻어진다.

그리고, 제 1 금속막(12)에 있어서의 질소함유량이 상기 범위외인 상기 비교예 2 및 비교예 3의 어느 것에 있어서도, 오버행 형상이 되고 흑결함이 쉽게 발생하게 됨과 동시에, 수직의 패터닝이 이루어지지 않고 고정밀도의 패터닝을 할 수 없었다.

실시예 8

또한, 상기 실시에 1에 의해 얻어진 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크상에, 막두께 250옹스트롬의 CrON으로 이루어진 반사방지막을 형성한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 실시한 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크 및 하프톤형 위상 시프트 마스크를 작성하였다. 또한 얻어진 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 광학특성, 파장 365nm에서의 표면반사율은 20%이하로 양호한 결과를 얻었다.

여기서, 상기 반사방지막은 1.5×10^-3torr의 아르곤(Ar)과 아산화질소(N₂O)의 혼합기체 분위기중(Ar:80%, N₂O:20%)에서 반응성 스퍼터링에 의해 작성하였다.

얻어진 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크는 실시예 1에 있어서 얻어진 작용효과에 더하여, 표면반사율이 낮다는 우수한 특성을 갖고 있다.

상술한 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크를 상술한 실시예와 동일하게, 반사방지막, 금속막(제 1 금속막, 제 2 금속막), 하프톤 재료막을 패터닝하여 하프톤형 위상 시프트 마스크를 얻었다.

실시예 9

본 발명의 다른 실시예에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크를 도 7에 나타내었다. 이 실시예에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크는 석영으로 이루어진 투명기판상에 MoSi계 재료로 이루어진 하프톤 재료막, 금속막 및 반사방지막을 순차적으로 적층한 구성으로 되어 있다. 또한, 본 실시예의 금속막 및 반사방지막의 구성은 실시예 8에 기재된 CrN의 제 1 금속막, CrC의 제 2 금속막, CrON의 반사방지막을 인라인 스퍼터링법으로 연속적으로 막성형한 것이다. 이 금속막 및 반사방지막의 조성을 오제 분광법에 의해 분석한 결과, CrN에서는 Cr: 48∼72at%, N: 13∼41at%, O: 0∼10at%, C: 3∼13at%, CrC에서는 Cr: 61∼76at%, C: 6∼14at%, N: 13∼23at%, O: 0∼8at%, CrON에서는 Cr: 17∼60at%, O: 8∼55at%, N: 15∼30at%, C: 1∼10at%이었다. 또한, 금속막 및 반사방지막의 Cr, N, O, C의 각 원소의 함유량은 막두께 방향에 있어서 연속적으로 변화하고 있다. 도 8은 실시예 9의 각각의 막중의 각 원소함유량을 오제 분광법으로 조사한 결과를 나타낸 것이다.

또한, 이 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서, 600g의 하중을 가하여 스크래치 실험(100장)을 실시한 결과, 하프톤 재료막과 CrN의 제 1 금속막과의 사이, CrN의 제 1 금속막과 CrC의 제 2 금속막 사이, CrC의 제 2 금속막과 CrON의 반사방지막 사이에서 막격리가 발생하지 않고, 양호한 막강도가 얻어졌다. 이것은 하프톤 재료막과 접하는 금속막의 투명기판측의 CrN막의 결정분말이 조밀하게 됨에 의한 응력의 감소와, 금속막에 있어서의 CrN과 CrON 사이, 및 CrC와 CrON의 반사방지막 사이를 연속적으로 조성변화하는 영역이 존재하는 연속막으로 하는 것에 의해 각 층의 사이에 미립자등이 부착하는 일없이, 또한 대기중에 노출되는 것이 내부이므로, 표면이 산화되지 않도록 연속 막성형이 되는 것에 의한 것이다.

그리고, 상술한 다른 실시예와 같이 반사방지막, 금속막(제 1 금속막, 제 2 금속막), 하프톤 재료막을 패터닝하여 하프톤형 위상 시프트 마스크를 얻었다.

이 경우, 금속막과 반사방지막이 두께방향으로 합체되어 연속하는 층으로서 형성하고 있기(금속막인 CrN, CrC와, 반사방지막인 CrON을 구성하는 각 원소가 연속적으로 변화하고 있는 영역이 존재하고 있기) 때문에, 상술한 실시예 1 또는 8등에서 얻어진 것과 동일한 효과(양호한 막강도, 패터닝시의 하프톤 재료막의 대미지방지와 오버행 방지, 낮은 표면반사율)가 얻어졌지만, 특히 투명기판측으로부터 표면측(반사방지막측)을 향하여 단(step)의 차가 없이 수직의 단면이 형성되어 있기 때문에 하프톤 재료막의 고정밀도의 패터닝이 가능하게 되었다.

실시예 10

본 실시예에 따른 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크는 이하와 같이 작성하였다.

석영으로 이루어진 투명기판상에 스퍼터링법에 의해 Cr로 이루어진 저투과율막, 이 저투과율막상에 SiO₂계 피복층 형성용 도포액을 적하하고, 스핀코팅법에 의해 전면으로 넓히고, 그 후 소성하여 바인더의 유기화합물을 증발시켜, SOG(spin on glass)막으로 이루어진 고투과율막을 형성하고, 저투과율막과 고투과율막으로 이루어진 하프톤 재료막으로 하여, 후에는 실시예 8과 동일하게 스퍼터링법에 의해, CrN의 제 1 금속막, CrC의 제 2 금속막, CrON의 반사방지막을 형성시켜 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크를 얻었다.

그리고, 상술한 다른 실시예와 동일하게 반사방지막, 금속막(제 1 금속막, 제 2 금속막), 하프톤 재료막을 패터닝하여 하프톤형 위상 시프트 마스크를 얻었다.

또한, 상술한 실시예 8, 9, 10의 하프톤형 위상 시프트 마스크도 하프톤 재료막과 접하는 금속막의 에칭속도가 충분히 빠르기 때문에 하프톤 재료막에 대미지가 발생하는 것없이, 위상 시프트량도 180°-2°의 범위내에 들어 있고, 신뢰성이 높은 하프톤형 위상 시프트 마스크를 얻었다.

또한, 상기 실시예에 있어서 도시된 각 구성이나, 디멘션등은 일례이고, 설계요구 등에 기초하여 여러 변경이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시예에 있어서는 하프톤 재료막(11)상에 형성한 금속막(12, 13)을 완전히 제거한 하프톤형 위상 시프트 마스크를 나타내었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 하프톤 재료막상의 적소에 제 1 금속막 또는 제 2 금속막, 또한 반사방지막을 형성시킨 금속막 등의 패턴을 설치하여, 마스크의 차광성을 향상시키는 것도 가능하다. 이 하프톤형 위상 시프트 마스크의 대표예를 도 9 및 도 10에 나타내었다.

도 9에 나타난 예는, 마스크 패턴형성 영역이외의 영역인 주변영역에 있어서, 하프톤 재료막상에 금속막(반사방지막)을 형성한 것이다. 이 금속막은 차광 기능을 담당한다. 즉, 이 주변영역을 노광 빛이 통과할 수 없도록 하는 것이다.

이것은 이하의 이유에 따른다. 즉, 통상 위상 시프트 마스크는 축소투영 노광장치(스텝퍼(stepper))의 마스크(레티클(reticle))로서 이용된다. 이 스텝퍼를 이용하여 패턴 전사를 실시할 때는 스텝퍼에 준비되었던 피복부재(애퍼쳐(aperture))에 의해 위상 시프트 마스크 전사 영역만을 노출시키도록 주변영역을 피복하여 노광을 실시한다. 그러나, 이 애퍼쳐를 정밀하게 전사영역만을 노출시키도록 설치하는 것이 어렵고, 대부분의 경우 노출부가 전사영역의 외주주변의 비전사영역으로 돌출되어 버린다. 그래서, 보통 이 도출에 의한 폐해가 발생하지 않도록 마스크의 비전사 영역에 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 빛만 통과시키는 광반투과막을 형성하고 있다. 그러나, 반복적으로 스텝시켜 노광하기 때문에, 이 돌출하여 노광된 부분(돌출 노광부)이 전사영역에 겹쳐지기도 하고, 또는 다른 쇼트(shot)시와 동일하게 돌출하여 노광된 부분과 겹쳐지기도 하는 경우가 발생하고, 이 중복 노광에 의해, 그것들이 가산되어 노광에 기여하는 양에 달하여 결함을 발생시키는 경우가 있다. 상기와 같이, 주변영역을 노광 빛이 완전히 통과할 수 없도록 하는 것에 의해, 이 같은 결함발생의 우려를 방지하는 것이다.

도 10에 나타난 예는, 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역내에 있어서, 마스크 패턴의 광반투과부 표면의 단부를 제외한 부분에 금속막을 형성시켜 두는 것에 의해 본래 완전히 차광되는 것이 바람직한 부분의 차광을 보다 완전하게 하도록 한 것이다. 즉, 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역내에 있어서는 마스크 패턴에 있어서의 광반투과부에 본래 요구되는 기능은 광투과부와의 경계부로만 위상을 시프트시킨 빛을 통과시키면 좋고, 다른 대부분(단부를 제외한 부분)은 오히려 완전히 차광하는 것이 바람직한 것이다. 그래서, 마스크 패턴의 광반투 표면의 단부를 제외한 부분에는 금속막을 형성시켜 두는 것에 의해 본래 완전히 차광되는 것이 바람직한 부분의 차광을 보다 완전하게 할 수 있는 것이다. 또한, 예를 들어 피전사체 표면에 단의 차가 있어서, 피전사체상에 형성되어 있는 레지스트의 막두께가 장소에 따라 크게 다른 것같은 경우, 레지스트 막두께의 얇은 부분에 하프톤 재료막의 광반투과부(본래 차광해야 하는 부분)를 투과하여 약간의 노광이 되면, 얇은 레지스트가 현상에 의해 더욱 얇아진다. 그러면, 에칭시에 이른바 막축소가 발생한다. 차광해야하는 부분을 완전히 차광하는 것에 의해 이 막축소를 방지할 수 있다.

또한, 이러한 금속막에는 반사방지막을 설치하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 전술한 반사방지막은 Ar과 N₂O와의 혼합기체 분위기중에서 막성형을 하였지만 이것에 한정되는 것이 아니라 N₂+O₂, NO 등과 Ar로 하여도 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 고정밀도의 패터닝이 가능하고, 내후성 및 신뢰성이 높은 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크 및 하프톤형 위상 시프트 마스크를 얻을 수 있다.

Claims

투명기판과, 이 투명기판상에 적층된 하프톤 재료막과, 이 하프톤 재료막상에 적층된 금속막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 금속막은 이 금속막의 에칭속도가 표면측으로부터 투명기판측을 향하여 단계적으로, 또는 연속적으로, 또는 일부는 단계적으로 일부는 연속적으로, 에칭속도가 다른 재료로 구성되어 있고, 또는 에칭속도가 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라 단계적으로, 또는 연속적으로, 또는 일부는 단계적이고 다른 일부는 연속적으로, 빨라지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 1항에 있어서, 상기 금속막은 상기 하프톤 재료막에 사진석판술법으로 패턴형성할 때의 마스크로서 이용하는 것임을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 2항에 있어서, 상기 금속막은 상기 하프톤 재료막과 에칭특성이 다른 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 3항에 있어서, 상기 금속막은 상기 하프톤 재료막보다도 에칭속도가 빠른 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 2항에 있어서, 상기 금속막은 차광기능을 갖는 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 5항에 있어서, 상기 하프톤 재료막은 몰리브덴 및 실리콘을 주요 성분요소로 하고, 상기 금속막은 크롬을 주요 성분요소로 하는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 1항에 있어서, 상기 금속막은 주성분인 금속이외에 1 또는 2이상의 다른 성분을 포함하는 복수의 성분으로 구성되어 있고,

이런 복수의 성분들 중 상기 금속이외의 성분은 상기 금속막만으로 구성된 막의 에칭속도와 비교하여 상기 금속막의 에칭속도를 빠르게 하는 성분, 또는 느리게 하는 성분, 또는 빠르게 하는 성분과 느리게 하는 성분을 포함하는 복수의 성분 중의 하나이고,

상기 에칭속도를 빠르게 하는 성분은 상기 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라 그 성분함유량이 연속적으로 증가하는 영역이 존재하도록 상기 금속막에 분포되어 있고,

상기 에칭속도를 느리게 하는 성분은 상기 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라 그 성분함유량이 연속적으로 감소하는 영역이 존재하도록 상기 금속막에 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 7항에 있어서, 상기 에칭속도를 빠르게 하는 성분은 질소를 포함하는 성분이고, 상기 에칭속도를 느리게 하는 성분은 탄소를 포함하는 성분인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
투명기판과, 이 투명기판상에 형성된 하프톤 재료막과, 이 하프톤 재료막상에 형성된 금속막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크에 있어서,

상기 하프톤 재료막은 금속 및 실리콘을 함유하는 재료로 구성되고,

상기 금속막은 크롬을 주성분으로 하는 재료로 구성되며,

상기 금속막의 투명기판측 가까운 영역에는 질소를 함유하는 성분이 함유되고, 금속막의 표면측 가까운 영역에는 탄소를 포함하는 성분이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 9항에 있어서, 상기 금속막의 투명기판측에 가까우며 질소를 함유하는 성분이 함유된 영역에 있어서의 질소의 조성비율이 5∼60at%인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 9항에 있어서, 상기 금속막의 표면측에 가까우며 탄소를 함유하는 성분이 함유된 영역에 있어서의 탄소의 조성비율이 4∼18at%인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 9항에 있어서, 상기 금속막은 상기 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라 질소함유량이 연속적으로 증가하는 영역, 또는 탄소함유량이 연속적으로 감소하는 영역, 또는 상기 금속막의 표면측으로부터 투명기판측을 향함에 따라 질소함유량이 연속적으로 증가함과 동시에 탄소함유량이 연속적으로 감소하는 영역의 어느 한 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 1항에 있어서, 상기 금속막상에 반사방지막을 설치한 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 13항에 있어서, 상기 반사방지막은 상기 금속막을 구성하는 금속과 적어도 산소를 갖는 것임을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
제 14항에 있어서, 상기 금속막과 반사방지막이 두께방향으로 합체되어 연속하는 층으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크.
투명기판상에 마스크 패턴이 형성된 하프톤 재료막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서,

상기 하프톤 재료막에 형성하는 마스크 패턴은, 제 1항의 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 상기 금속막 및 하프톤 재료막에 마스크 패턴 형성처리를 실시하여 형성된 것임을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크.
제 16항에 있어서, 상기 하프톤 재료막상으로 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역이외의 영역, 또는 마스크 패턴이 형성되어 있는 영역에, 제 1항의 금속막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크.
사진석판술법에 의해 미세패턴을 형성하는 미세패턴 형성방법에 있어서,

미세패턴의 전사를 실시할 때 이용하는 마스크로서 제 16항의 하프톤형 위상 시프트 마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.