KR20100009558A - 포토마스크 블랭크 및 포토마스크 - Google Patents

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KR20100009558A
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도시유키 스즈키
아츠시 고미나토
야스시 오쿠보
오사무 노자와
모리오 호소야
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호야 가부시키가이샤
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Abstract

ArF 엑시머 레이저를 이용한 노광방법에 적합한 포토마스크 블랭크 및 포토마스크를 제공한다.
200nm 이하의 노광광 파장에 제공되는 포토마스크의 소재이며, 투명기판 상에 차광성 막을 구비하는 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 차광성 막은 규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 막의 굴절율 n1이 1.0∼1.7, 막의 소쇠계수 k1이 2.5∼3.5, 막 두께 t1이 20∼50nm인 차광막과, 상기 차광막의 위에 접하여 형성된 표면 반사 방지막과, 상기 차광막의 아래에 접하여 형성되고, 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하며, 막의 굴절율 n2가 1.0∼3.5, 막의 소쇠계수 k2가 2.5 이하, 막 두께 t2가 5~40nm인 이면 반사 방지막을 구비하고, n1＜n2 또는 k1＞k2의 관계, 또 t1＞t2의 관계를 만족하며, 차광성 막 전체의 막 두께가 62nm 이하인 것을 특징으로 한다.
포토마스크, 포토마스크 블랭크, 전이금속

Description

포토마스크 블랭크 및 포토마스크{PHOTOMASK BLANK AND PHOTOMASK}
본 발명은 반도체 디바이스나 표시 디바이스(표시패널) 등의 제조에서 사용되는 포토마스크 블랭크 및 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 미세화는 성능, 기능의 향상(고속 동작이나 저소비 전력화 등)이나 저비용화를 가져오는 이점이 있고, 미세화는 더욱더 가속되고 있다. 이 미세화를 지지하고 있는 것이 리소그래피 기술이며, 전사용 포토마스크는 노광장치, 레지스트 재료와 함께 주요기술이 되고 있다.
근래, 위상 시프트 기술 등의 초해상 기술(Resolution Enhancement Technology:RET)을 적용한 포토마스크가 사용되고 있다. 위상 시프트 마스크는 위상 시프터에 의한 빛의 간섭작용을 이용하여 전사 패턴의 해상도를 향상할 수 있도록 한 포토마스크이다.
또 통상적으로 반도체 기판을 미세 가공할 때의 포토리소그래피는 축소 투영 노광으로 실시되기 때문에, 전사용 포토마스크에 형성되는 패턴사이즈는 반도체 기판 상에 형성되는 패턴사이즈의 4배 정도의 크기로 되어 있다. 그러나 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 45nm 이후에서의 포토리소그래피에 있어서는, 마스크 상의 회로패턴의 사이즈는 노광광의 파장보다도 작아지고 있기 때문에 회로패턴을 디자인대로 전사 패턴이 형성된 전사용 포토마스크를 사용하여 축소 투영 노광하면 노광광의 간섭 등의 영향으로 전사 패턴대로의 형상을 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사할 수 없게 된다.
그래서 초해상 기술을 사용한 포토마스크로서, 광근접효과보정(Optical Proximity Effect Correction:OPC)을 실시하는 것으로 전사 특성을 열화시키는 광근접효과의 보정 기술을 적용한 OPC 마스크 등이 이용되고 있다. 예를 들어 OPC 마스크에는 회로 패턴의 1/2 이하 사이즈의 OPC 패턴(예를 들어 100nm 미만의 선 폭의 어시스트 바 또는 해머 헤드 등)을 형성할 필요가 있다.
특허문헌 1에는 상기 OPC 패턴의 고정밀도화에 적합한 차광막으로서 Si:Mo=4:1∼15:1(원자비)의 차광막이 제안되어 있다. 이 Si:Mo=4:1∼15:1(원자비)의 차광막은 차광성능이 크롬계 막에 비하여 높기 때문에 차광막의 박막화가 가능해지고, 이 결과로 드라이 에칭 시간의 단축 및 레지스트막 두께의 박막화에 의해 차광성 막의 패터닝 정밀도의 향상이 가능해진다.
특허문헌 1: 일본특허공개공보 2006-78807호
반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 45nm 이후의 미세 패턴의 형성에는 개구수가 NA＞1인 고NA(Hyper-NA) 노광방법, 예를 들어 액침노광을 이용할 필요가 있다.
액침노광은 웨이퍼와 노광장치의 가장 아래 렌즈 사이를 액체로 채움으로써 굴절율이 1인 공기의 경우에 비해 액체의 굴절율 배로 NA를 높일 수 있기 때문에 해상도를 향상할 수 있는 노광방법이다. 개구수(NA:Numerical Aperture)는 NA=n×sinθ로 표시된다. θ는 노광장치의 가장 아래 렌즈의 가장 외측으로 들어오는 광선과 광축이 이루는 각도, n은 웨이퍼와 노광장치의 가장 아래 렌즈 사이의 매질의 굴절율이다.
그런데, 상기 특허문헌 1에 기재된 Si:Mo=4:1∼15:1(원자비)의 차광막을 갖는 포토마스크를 개구수가 NA＞1인 액침노광방법을 적용하고, 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 45nm 이후의 미세 패턴의 형성에 적용한 경우, 기대한 CD정밀도가 얻어지지 않는다는 과제가 있는 것이 판명되었다.
그 원인으로는 액침노광장치측의 영향(예를 들어 설정조건의 부적절이나, 가장 아래 렌즈에 대한 액체의 영향(예를 들어 혼탁함 등))이나, 웨이퍼 상의 레지스트에 대한 액체의 영향(예를 들어 레지스트의 팽창 등), 여러가지 요인이 생각된다.
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것이 가능한 포토마스크 블랭크 및 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 원인에 대해 검토 및 구명을 반복하는 과정에서 이하의 지견을 얻었다.
본 발명자들은 상기한 여러가지 요인에 더하여 종전과의 차이를 더욱 모색하던 중에 고NA＞1를 이용하는 경우, 노광시의 마스크 기판 이면으로의 광입사 각도가 커지는 점에 주목하여 그것에 의해 종전은 실질적으로 무시할 수 있었던 기판 내에서의 다중 반사의 영향을 받아 이것이 CD정밀도를 저하시키는 주원인의 하나가 되는 것은 아닌가 하고 본 발명자들은 생각했다.
구체적으로는 예를 들어 도 5에 나타내는 바와 같이 노광시의 마스크 기판 이면으로의 광입사 각도가 커지면(구체적으로는 기판 이면의 수선(垂線)과 이루는 각이 예를 들어 10∼20°가 된다) 차광막의 차광대 등에서 반사된 빛이 유리기판 이면에서 재반사되고, 그 재반사된 빛이 피전사측에 입사하며, 이 피전사측에 입사한 빛의 영향을 받는다. 그리고 차광대로부터의 반사가 큰 경우, 인접 쇼트에 영향을 주는 플레어(Flare)나, 패턴 에어리어 내에서의 노광량 초과 에러(Dose Error)로 이어져 요구되는 엄격한 CD 정밀도를 만족할 수 없는 주원인의 하나가 되는 것은 아닌가 하고 본 발명자들은 생각했다.
그리고 본 발명자들은 상기의 대책으로서, 개구수가 NA＞1인 노광방법을 이용하여 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 45nm 이후(이하)의 미세 패턴의 형성시에,
마스크 기판 이면으로의 광입사 각도가 커지는 것에 기인하여 기판 내에서 다중 상 반사되어(특히 기판 내에서 2회 반사되어) 피전사측에 입사하는 빛(이하, 소정의 빛이라고 한다)의 영향이 커지는데,
이 소정의 빛의 영향을 저감하는 것(구체적으로는 상기 차광막 기판측의 반사율을 소정의 빛의 영향을 실질적으로 무시할 수 있을 정도까지 저감하는 것, 보다 구체적으로 예를 들면 이면 반사 방지막을 상기 차광막과 상기 투명기판의 사이에 설치하는 것)이 상기 과제의 해결에 효과적인 것을 확인하고, 따라서 상술한 「주원인의 하나가 아닌가 하는 추정」이 실효적으로 맞다는 것을 명확하게 하여 본 발명에 이르렀다.
또한 상기 대책으로서 그 밖에 차광대의 폭을 넓게 하고, 반사 회수를 늘려서 감쇠시키는 것이 생각되었고, 상기 과제의 해결에 효과가 있는 것을 알았다. 그러나 차광대의 폭을 넓게 하는 경우, 도 6에 나타내는 바와 같이, (1) 평가 전용 패턴인 TEG(Test Element Group) 패턴을 메인 패턴(A, B의 에어리어)에 접근시키거나 혹은 (2) A와 B의 복수 칩을 전사 가능한 멀티 칩 마스크에서의 수확량(A와 B의 면적이나 수)을 높이는 등의 필요로부터는 멀어지는 방향이 된다.
또 상기의 대책으로서 그 밖에 마스크 기판 이면으로 입사하는 입사각도가 큰 빛을 마스크 기판 이면에서 반사시키고, 기판 내에 입사시키지 않도록 하는 대책, 예를 들어 마스크 기판 이면에 반사 방지막(예를 들어 TiO2/SiO2의 다층)을 설치하는 대책도 생각되었고, 효과가 있는 것을 알았다. 그러나 이 경우, 표면측의 차광막 등의 에칭 프로세스 등의 시에 이면의 반사 방지막이 영향을 받는 일이 있다. 또 결함 품질의 점에서도 실현성이 낮다.
그런데 상기 특허문헌 1 기재의 Si:Mo=4:1∼15:1(원자비)의 차광막을 갖는 포토마스크를 개구수가 NA=0.8의 노광방법을 적용하고, 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 90nm의 미세 패턴의 형성에 적용한 경우, hp 90nm로서의 미세 패턴의 CD정밀도에 문제는 생기지 않는다.
이 이유는 이하와 같이 생각할 수 있다.
(1) NA＜1의 경우, 기판 이면에 입사하는 빛의 입사 각도는 대략 기판 이면에 수직(기판 이면의 수선과 이루는 각이 수°)이며, 스테퍼의 조명광학계측으로 반사방지대책이 취해지고 있으므로 이면 반사의 영향을 실질적으로 회피 가능하다.
(2) NA＜1의 경우, 즉 대략 기판 이면에 수직 입사하는 빛에 한정되는 경우라면, 마스크 기판 내에서 다중 반사되는 빛이 있어도 다수 회(예를 들어 4회 이상) 반사되어 무시할 수 있는 강도까지 감쇠되므로 마스크 기판 내에서의 다중 반사의 영향은 무시할 수 있다.
본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
200nm 이하의 노광광 파장에 제공되는 포토마스크의 소재이고, 투명기판 상에 차광성 막을 구비하는 포토마스크 블랭크에 있어서,
상기 차광성 막은
규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 막의 굴절율 n1이 1.0∼1.7, 막의 소쇠(消衰;extinction)계수 k1이 2.5∼3.5, 막 두께 t1이 20∼50nm인 차광막과,
상기 차광막의 위에 접하여 형성된 표면 반사 방지막과,
상기 차광막의 아래에 접하여 형성되고, 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하고, 막의 굴절율 n2가 1.0∼3.5, 막의 소쇠계수 k2가 2.5 이하, 막 두께 t2가 5∼40nm인 이면 반사 방지막을 구비하며,
n1＜n2 또는 k1＞k2의 관계, 또 t1＞t2의 관계를 만족하고,
차광성 막 전체의 막 두께가 62nm 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 차광막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2초과:1∼19:1인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재한 포토마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 차광막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2초과:1∼4미만:1인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재한 포토마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 이면 반사 방지막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2초과:1∼9:1인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3의 어느 한 항에 기재한 포토마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 이면 반사 방지막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2초과:1∼4미만:1인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3의 어느 한 항에 기재한 포토마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 투명기판측으로부터의 빛의 입사에 대한 이면 반사율이 약 30％ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5의 어느 한 항에 기재한 포토마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 이면 반사 방지막은 전이금속 실리사이드 산화물, 전이금속 실리사이드 질화물, 전이금속 실리사이드 산질화물, 전이금속 실리사이드 산화탄화물, 전이금속 실리사이드 질화탄화물 또는 전이금속 실리사이드 산질화탄화물을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6의 어느 한 항에 기재한 포토마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 표면 반사 방지막은 크롬 산화물, 크롬 질화물, 크롬 산질화물, 크롬 산화탄화물, 크롬 질화탄화물 또는 크롬 산질화탄화물을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7의 어느 한 항에 기재한 포토마스크 블랭크.
(구성 9)
상기 표면 반사 방지막은 전이금속 실리사이드 산화물, 전이금속 실리사이드 질화물, 전이금속 실리사이드 산질화물, 전이금속 실리사이드 산화탄화물, 전이금속 실리사이드 질화탄화물 또는 전이금속 실리사이드 산질화탄화물을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7의 어느 한 항에 기재한 포토마스크 블랭크.
(구성 10)
상기 전이금속이 몰리브덴인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9의 어느 한 항에 기재한 포토마스크 블랭크.
(구성 11)
상기 표면 반사 방지막 상에 설치되고, 막 두께가 200nm 이하인 레지스트막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 10의 어느 한 항에 기재한 포토마스크 블랭크.
(구성 12)
구성 1 내지 11의 어느 한 항에 기재한 포토마스크 블랭크를 이용하여 제작된 것을 특징으로 하는 전사용 포토마스크.
(구성 13)
200nm 이하의 노광광 파장에 제공되는 포토마스크의 소재이고, 투명기판 상에 차광성 막을 구비하는 포토마스크 블랭크에 있어서,
상기 차광성 막은
규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 규소 및 전이금속의 원자비가 2초과:1∼19:1이며, 막 두께 t1이 20∼50nm인 차광막과,
상기 차광막의 위에 접하여 형성된 표면 반사 방지막과,
상기 차광막의 아래에 접하여 형성되고, 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하고, 막 두께 t2가 5∼40nm인 이면 반사 방지막을 구비하며,
t1＞t2의 관계를 만족하고,
차광성 막 전체의 막 두께가 62nm 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
(구성 14)
200nm 이하의 노광광 파장에 제공되는 포토마스크의 소재이고, 투명기판 상에 차광성 막을 구비하는 포토마스크 블랭크에 있어서,
상기 차광성 막은
규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 규소 및 전이금속의 원자비가 2초과:1∼19:1인 차광막과,
상기 차광막의 위에 접하여 형성된 표면 반사 방지막과,
상기 차광막의 아래에 접하여 형성되고, 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하고, 규소 및 전이금속의 원자비가 2초과:1∼9:1인 이면 반사 방지막을 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 포토마스크 블랭크는 200nm 이하의 노광광 파장에 제공되는 포토마스크의 소재이며, 투명기판 상에 차광성 막을 구비하는 포토마스크 블랭크에 있어서,
상기 차광성 막은
규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 막의 굴절율 n1이 1.0∼1.7, 막의 소쇠계수 k1이 2.5∼3.5, 막 두께 t1이 20∼50nm인 차광막과,
상기 차광막의 위에 접하여 형성된 표면 반사 방지막과,
상기 차광막의 아래에 접하여 형성되고, 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하고, 막의 굴절율 n2가 1.0∼3.5, 막의 소쇠계수 k2가 2.5 이하, 막 두께 t2가 5∼40nm인 이면 반사 방지막을 구비하고,
n1＜n2 또는 k1＞k2의 관계, 또 t1＞t2의 관계를 만족하며,
차광성 막 전체의 막 두께가 62nm 이하인 것을 특징으로 한다(구성 1).
본 발명의 포토마스크 블랭크는 상기 차광막 기판측의 반사율을 소정의 빛의 영향을 실질적으로 무시할 수 있을 정도(약 30％ 이하)까지 저감할 수 있는 이면 반사 방지막(이면 반사율 저감막)을 상기 차광막과 상기 투명기판의 사이에 형성한 것이다.
또 본 발명은 차광막의 광학특성(n1, k1, t1)과, 차광막과 투명기판의 사이에 형성되는 이면 반사 방지막의 광학특성(n2, k2, t2)의 양쪽을 각각 엄밀하게 제어함으로써 차광막 이면측의 반사율을 엄밀하게 제어 가능(예를 들어 최소값 또는 극소값으로 제어 가능)하다.
따라서 마스크기판 이면으로의 광입사 각도가 커지는 것에 기인하여 기판 내에서 다중 반사되어(특히 기판 내에서 2회 반사되어) 피전사측으로 입사하는 빛(이하, 소정의 빛이라고 한다)의 영향이 커지지만, 이 소정의 빛의 영향을 실효적으로 저감하는 것, 구체적으로는 상기 차광막 기판측의 반사율을 소정의 빛의 영향을 실질적으로 무시할 수 있을 정도까지 저감하는 것이 가능해진다.
이에 따라, 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 45nm 이후의 미세 패턴의 형성시에 피전사 기판 상에 형성되는 전사 패턴의 해상성이 한층 더 향상되는데 기여하는 동시에, 패턴 정밀도의 향상에 기여할 수 있으며, 기대한 CD정밀도가 얻어진다.
또한 이면 반사 방지막을 구비하는 차광성 막으로서, 박막화를 가능하게 한 것이다. 구체적으로는 차광성 막의 막 두께가 62nm 이하의 제한하에서 차광막이 규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 막의 굴절율 n1을 1.0∼1.7, 막의 소쇠계수 k1을 2.5∼3.5, 막 두께 t1을 20∼50nm로 하는 동시에, 이면 반사 방지막이 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하고, 막의 굴절율 n2를 1.0∼3.5, 막의 소쇠계수 k2를 2.5 이하, 막 두께 t2를 5∼40nm로 함으로써 상대적으로 차광막의 막 두께를 두껍게, 이면 반사 방지막의 막 두께를 얇게 구성할 수 있다. 즉, 차광막의 조성 및 막 두께와, 이면 반사 방지막의 조성 및 막 두께를 각각 제어함으로써 차광성 막 전체의 박막화가 가능해진다.
차광막의 막 두께 t1이 20nm 미만, 또는 이면 반사 방지막의 막 두께 t2가 40nm를 초과하면, 차광성 막 전체로서 충분한 광학농도를 얻을 수 없는 경우가 있다. 또 차광막의 막 두께 t1이 50nm를 초과하거나, 또는 이면 반사 방지막의 막 두께 t2가 5nm 미만이면, 충분한 표면 반사율 또는 이면 반사율을 얻을 수 없는 경우가 있다.
상기 구성 1에 기재한 막 두께 범위에 있어서, 차광막의 굴절율 n1이 1.0∼1.7의 범위 외, 또는 이면 반사 방지막의 굴절율 n2가 1.0∼3.5의 범위 외이면 차광막에 의한 반사광과 이면 반사 방지막에 의한 반사광에 의한 간섭이 잘 작용하지 않아 충분한 이면 반사 방지기능을 얻을 수 없는 경우가 있다. 또 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하는 이면 반사 방지막에 있어서, n2가 3.5를 초과하는 막을 형성하는 것은 곤란하다. 상기 구성 1에 기재한 막 두께 범위에 있어서, 차광막의 소쇠계수 k1이 2.5미만이면 차광성 막으로서 충분한 광학농도를 얻을 수 없는 경우가 있다. 또 규소 및 전이금속을 포함하는 차광막의 소쇠계수 k1이 3.5를 초과하는 막을 형성하는 것은 곤란하다. 또 이면 반사 방지막의 소쇠계수 k2가 2.5를 초과하면 충분한 이면 반사율을 얻을 수 없는 경우가 있다.
개구수가 NA＞1인 노광방법은 200nm 이하(이후)의 노광광 파장, 구체적으로는 ArF 엑시머 레이저(193nm), F2 엑시머 레이저(157nm) 등에 알맞게 적용된다.
ArF 엑시머 레이저용에서는 차광막의 n1은 1.2∼1.6, k1은 2.8∼3.3인 것이 더욱 바람직하고, 차광막과 투명기판의 사이에 형성되는 이면 반사 방지막의 n2는 2.0∼2.6, k2는 0.3∼1.0인 것이 더욱 바람직하다. 즉, n1＜n2이고, k1＞k2인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크 블랭크에 있어서, 차광막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비는 규소:금속=2초과:1∼19:1(원자비)인 것이 바람직하다(구성 2).
이 이유는 규소(Si)의 원자비가 2 이하가 되면 금속 비율이 높아도 차광성능이 낮아지는 경향이 있기 때문이다. 한편, 규소(Si)의 원자비가 19를 초과하면 타겟의 도전성이 낮아져 DC스퍼터에서는 양호한 품질을 얻을 수 없기 때문이다. 또한 이 경우, 금속 비율이 낮아지므로 차광막 단체의 차광성능이 낮아(소쇠계수가 작아)져 차광성 막 전체로서의 박막화가 곤란하게 된다. 또 차광막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2:1(원자비)이면 차광성능이 크롬계 막에 비하여 높은 특성을 얻을 수 없다.
본 발명에서는 차광막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비는 규소:금속=2초과:1∼4미만:1(원자비)인 것이 더욱 바람직하다(구성 3).
이 범위 내이면, 규소:금속=4:1∼19:1(원자비)에 비하여 차광막 단체의 차광성의 향상을 꾀할 수 있고, 또한 차광성 막의 박막화가 가능해진다.
본 발명의 포토마스크 블랭크에 있어서, 차광막은 단층막이어도, 다층막이어도 되지만, 보다 높은 가공성을 얻기 위해서는 단층막인 것이 바람직하다. 또 차광막이 다층막인 경우에 있어서는 차광막을 구성하는 모든 층이 주성분으로 규소와 전이금속을 포함하고, 또 규소와 전이금속의 원자비가 상기 범위 내인 것이 바람직하다.
차광막을 구성하는 전이금속으로는 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 바나듐, 티탄, 니오브, 지르코늄, 하프늄 등이 알맞은 재료로 예시되지만, 특히 몰리브덴이 바람직하다(구성 10).
포토마스크 상에 성막된 막이 충분한 차광성을 구비하는 것으로서 기능하기 위해서는 차광막과 표면 및 이면 반사 방지막을 구비하는 바이너리 마스크 블랭크에서는 차광막과 표면 및 이면 반사 방지막을 합치고, 또 하프톤 위상 시프트 마스크 블랭크에서는 하프톤 위상 시프트막과 차광막과 표면 및 이면 반사 방지막을 합쳐서 노광광에 대해 광학농도 OD가 2.5 이상, 특히 2.8 이상, 특히 3.0 이상인 것이 요구된다.
그 때문에 상기 규소와 전이금속을 주성분으로 하는 차광막은 실질적으로 규소와 전이원소만으로 이루어져도, 그 외의 성분으로 산소, 질소, 탄소 등의 경원소를 추가로 포함하고 있어도 되지만, 이들의 경원소를 일정량 이상 함유하면 충분한 차광성을 얻을 수 없게 되는 경우가 있기 때문에, 예를 들어 본 발명의 포토마스크 블랭크가 특히 바람직하게 적용되는 파장 193nm의 ArF 엑시머 레이저 노광용의 포토마스크 블랭크로는 질소, 탄소의 함유율은 각각 20 원자％ 이하, 산소의 함유율은 10 원자％ 이하, 특히 질소, 탄소 및 산소의 합계가 40 원자％ 이하인 것이 바람직하다.
또 차광막의 막 두께는 20∼50nm인 것이 바람직하다. 막 두께가 20nm미만에서는 충분한 차광효과를 얻을 수 없는 경우가 있으며, 50nm를 초과하면 두께 200nm 이하의 얇은 레지스트로 고정밀도의 가공이 곤란하게 되거나, 막 응력에 의해 기판 휨의 원인이 되거나 할 우려가 있다.
차광막은 공지의 방법으로 형성할 수 있지만, 가장 용이하게 균질성이 뛰어난 막을 얻는 방법으로 스퍼터링에 의한 성막이 상용되고 있으며, 본 발명에 있어서도 스퍼터링법은 바람직한 성막방법이다. 타겟으로는 규소와 전이금속의 함유비를 2초과:1∼19:1(바람직하게는 2초과:1∼4미만:1)로 조정한 타겟을 단독으로 사용해도 되고, 규소 타겟, 전이금속 타겟 및 규소와 전이금속으로 이루어지는 타겟(전이금속 실리사이드 타겟)으로부터 적절하게 선택하여 타겟의 스퍼터링 면적 또는 타겟에 대한 인가전력을 조정함으로써 규소와 전이금속의 비를 조정해도 된다.
또한 차광막에 산소, 질소, 탄소 등의 경원소를 함유시키는 경우는 스퍼터링가스에 반응성 가스로서 산소를 포함하는 가스, 질소를 포함하는 가스, 탄소를 포함하는 가스, 이들의 혼합가스를 적절하게 도입하여 반응성 스퍼터링에 의해 성막하는 것이 가능하다.
본 발명의 포토마스크 블랭크에 있어서, 이면 반사 방지막이 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하고 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2초과:1∼9:1인 것이 바람직하며(구성 4), 규소:금속=2초과:1∼4미만:1이면 더욱 바람직하다(구성 5).
이 이유는 규소(Si)의 원자비가 2 이하가 되면 기판과의 부착이 나빠진다. 한편, 규소(Si)의 원자비가 9를 초과하면 금속 비율이 낮아지므로 차광성능이 낮아져 박막화가 곤란해질 가능성이 있다. 또 이면 반사 방지막에 있어서의 규소 및 전이금속의 원자비와, 차광막에 있어서의 규소 및 전이금속의 원자비를 같은 것으로 하면, 스퍼터링시에 규소와 전이금속의 함유율이 같은 타겟을 사용할 수 있기 때문에 제조공정이 용이하게 되는 것에 더하여 상호 막의 에칭 레이트 차이가 작아지므로 차광성 막의 패턴 단면형상이 양호하게 되어 바람직하다.
또 본 발명의 포토마스크 블랭크에 있어서, 상술한 바와 같이, 패턴 정밀도를 향상시키기 위해 이면 반사율을 저감시키면 효과적이지만, 액침노광이 되면 패턴 정밀도에 대한 요구도 높아지기 때문에 이면 반사율은 30％ 이하가 바람직하다(구성 6).
본 발명의 다른 포토마스크 블랭크는 200nm 이하의 노광광 파장에 제공되는 포토마스크의 소재이고, 투명기판 상에 차광성 막을 구비하는 포토마스크 블랭크에 있어서,
상기 차광성 막은
규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 규소 및 전이금속의 원자비가 2초과:1∼19:1이며, 막 두께 t1이 20∼50nm인 차광막과,
상기 차광막의 위에 접하여 형성된 표면 반사 방지막과,
상기 차광막의 아래에 접하여 형성되고, 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하고, 막 두께 t2가 5∼40nm인 이면 반사 방지막을 구비하며,
t1＞t2의 관계를 만족하고,
차광성 막 전체의 막 두께가 62nm 이하인 것을 특징으로 한다(구성 13).
구성 13에 관련되는 포토마스크 블랭크는 표면 반사 방지막 및 이면 반사 방지막을 구비하는 차광성 막으로서, 차광막이 규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 규소 및 전이금속의 원자비가 2초과:1∼19:1이고, 막 두께 t1을 20∼50nm로 하는 동시에, 이면 반사 방지막이 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하며, 막 두께 t2를 5∼40nm로 하고, t1＞t2의 관계를 만족함으로써 상대적으로 차광막의 막 두께를 두껍고, 이면 반사 방지막의 막 두께를 얇은 구성으로 할 수 있다. 즉, 차광막의 조성 및 막 두께와, 이면 반사 방지막의 막 두께를 각각 제어함으로써 차광성 막 전체의 박막화가 가능해진다.
차광막의 막 두께 t1이 20nm미만, 또는 이면 반사 방지막의 막 두께 t2가 40nm를 초과하면 차광성 막 전체로서 충분한 광학농도를 얻을 수 없는 경우가 있다. 또 차광막의 막 두께 t1이 50nm를 초과하거나 또는 이면 반사 방지막의 막 두께 t2가 5nm 미만이면 충분한 표면 반사율 또는 이면 반사율을 얻을 수 없는 경우가 있다.
본 발명의 다른 포토마스크 블랭크는 200nm 이하의 노광광 파장에 제공되는 포토마스크의 소재이고, 투명기판 상에 차광성 막을 구비하는 포토마스크 블랭크에 있어서,
상기 차광성 막은
규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 규소 및 전이금속의 원자비가 2초과:1∼19:1인 차광막과,
상기 차광막의 위에 접하여 형성된 표면 반사 방지막과,
상기 차광막의 아래에 접하여 형성되고, 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하고, 규소 및 전이금속의 원자비가 2초과:1∼9:1인 이면 반사 방지막을 구비하는 것을 특징으로 한다(구성 14).
구성 14에 관련되는 포토마스크 블랭크는 표면 반사 방지막 및 이면 반사 방지막을 구비하는 차광성 막으로서 차광막이 규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 규소 및 전이금속의 원자비를 2초과:1∼19:1로 하는 동시에, 이면 반사 방지막이 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하며, 규소 및 전이금속의 원자비를 2초과:1∼9:1로 함으로써 상대적으로 차광막의 막 두께를 두껍고, 이면 반사 방지막의 막 두께를 얇은 구성으로 할 수 있다. 즉, 차광막의 조성과, 이면 반사 방지막의 조성을 각각 제어함으로써 차광성 막 전체의 박막화가 가능해진다.
차광막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비는 규소:금속=2초과:1∼19:1(원자비)인 것이 바람직한 이유는 규소(Si)의 원자비가 2 이하가 되면 금속 비율이 높아도 차광성능이 낮아지는 경향이 있기 때문이다. 한편, 규소(Si)의 원자비가 19를 초과하면 타겟의 도전성이 낮아져 DC스퍼터에서는 양호한 품질을 얻을 수 없기 때문이다. 또한 이 경우, 금속 비율이 낮아지므로 차광막 단체의 차광성능이 낮아(소쇠계수가 작아)져 차광성 막 전체로서의 박막화가 곤란해진다. 또 차광막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2:1(원자비)이면 차광성능이 크롬계 막에 비해 높은 특성을 얻을 수 없다.
이면 반사 방지막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비는 규소:금속=2초과:1∼9:1인 것이 바람직한 이유는 규소(Si)의 원자비가 2 이하가 되면 기판과의 부착이 나빠진다. 한편 규소(Si)의 원자비가 9를 초과하면 금속 비율이 낮아지므로 차광성능이 낮아져 박막화가 곤란하게 될 가능성이 있다.
본 발명에 있어서 차광막과 투명기판의 사이에 형성되는 이면 반사 방지막은 전이금속 실리사이드 산화물, 전이금속 실리사이드 질화물, 전이금속 실리사이드 산질화물, 전이금속 실리사이드 산화탄화물, 전이금속 실리사이드 질화탄화물, 전이금속 실리사이드 산질화탄화물 등의 전이금속 실리사이드 화합물을 주성분으로 하는 것이 바람직하다(구성 7).
이 경우, 전이금속으로는 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 바나듐, 티탄, 니오브, 지르코늄, 하프늄 등을 알맞은 재료로 예시할 수 있고, 이들 전이금속 중 2이상의 전이금속을 포함하는 경우도 예시할 수 있지만, 에칭 가공성에서는 차광막의 전이금속과 동일한 것을 이용하는 것이 바람직하고, 특히 몰리브덴이 가장 바람직하다(구성 10). 또 저반사(반사 방지) 및 박막화의 관점에서 전이금속 실리사이드 산질화물, 특히 몰리브덴 실리사이드 산질화물(MoSiON)이 바람직하다.
이 경우, 이면 반사 방지막의 원자 조성은 전이금속=1.7∼28 원자％, Si=10∼57 원자％, O=0∼60 원자％, N=0∼57 원자％, C=0∼30 원자％의 범위에서, 또 후술하는 막 두께로 한 경우, 노광광에 대한 광학농도 OD가 0.1∼0.8, 바람직하게는 0.15∼0.4의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 이면 반사 방지막의 막 두께는 5∼40nm의 막 두께로 함으로써 반사 방지 효과를 얻을 수 있고, 특히 ArF 엑시머 레이저 노광용으로서는 7∼10nm인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는 상술한 바와 같은 차광막 상에, 표면 반사 방지막을 추가로 적층할 수 있다.
표면 반사 방지막은 기본적으로는 공지의 것이 모두 사용 가능하지만, 가공성을 고려하여, 구성으로 2개의 양태를 들 수 있다.
하나는 표면 반사 방지막과 차광막을, 레지스트를 에칭 마스크로서 동시에 에칭 가공해 버리는 경우에 적합한 표면 반사 방지막으로, 전이금속 실리사이드 산화물, 전이금속 실리사이드 질화물, 전이금속 실리사이드 산질화물, 전이금속 실리사이드 산화탄화물, 전이금속 실리사이드 질화탄화물, 전이금속 실리사이드 산질화탄화물 등의 전이금속 실리사이드 화합물을 주성분으로 하는 것이다(구성 9).
이 경우, 전이금속으로는 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 바나듐, 티탄, 니오브, 지르코늄, 하프늄 등을 알맞은 재료로 예시할 수 있지만, 에칭 가공성에서는 차광막의 전이금속과 동일한 것을 이용하는 것이 바람직하고, 특히, 몰리브덴이 가장 바람직하다(구성 10).
이 경우 표면 반사 방지막의 원자 조성은 전이금속=1.7∼28 원자％, Si=10∼57 원자％, O=0∼60 원자％, N=0∼57 원자％, C=0∼30 원자％의 범위에서, 또 후술하는 막 두께로 한 경우, 노광광에 대한 광학농도 OD가 0.03∼0.3, 바람직하게는 0.05∼이상 0.2의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 표면 반사 방지막의 막 두께는 포토마스크의 제작 또는 사용시에 필요한 검사에 이용하는 빛의 파장에 의해서도 다르지만, 통상 5∼30nm의 막 두께로 함으로써 반사 방지효과를 얻을 수 있고, 특히 ArF 엑시머 레이저 노광용으로서는 7∼15nm인 것이 바람직하다. 이 표면 반사 방지막의 드라이 에칭 특성은 차광막 및 이면 반사 방지막과 동등하기 때문에 1회의 에칭 가공에 의해 차광막과 표면 반사 방지막과 이면 반사 방지막을 에칭하여 차광패턴을 형성할 수 있다.
이와 같은 표면 반사 방지막은 상술한 차광막과 마찬가지의 방법에 의해서 얻을 수 있다.
한편, 또 하나의 표면 반사 방지막의 양태는 크롬 산화물, 크롬 질화물, 크롬 산질화물, 크롬 산화탄화물, 크롬 질화탄화물, 크롬 산질화탄화물 등의 크롬 화합물을 주성분으로 하는 것이다(구성 8).
크롬 화합물의 에칭 조건인 염소계 드라이 에칭은 레지스트에 데미지를 주는 것이다. 크롬 화합물의 표면 반사 방지막의 막 두께는 13∼30nm 정도로 충분하기 때문에, 레지스트에 문제가 되는 데미지를 주기 전에 단시간으로 크롬 화합물의 표면 반사 방지막의 에칭을 종료할 수 있기 때문에 패턴 로딩의 저감도 가능하게 되고, 100∼200nm의 막 두께의 레지스트라도 정밀도 좋은 가공을 하는 것이 가능하다.
또 Cl2+O2의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭으로는 규소와 전이금속을 함유하는 차광막(산소를 많이 포함하는 경우)을 에칭 가공하는 것은 실질적으로 할 수 없지만, 크롬 화합물의 표면 반사 방지막을 Cl2+O2의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭으로 에칭 가공한 후, 이 표면 반사 방지막을 에칭 마스크로서 규소와 전이금속을 함유하는 차광막을 불소계 드라이 에칭으로 에칭 가공하면, 표면 반사 방지막인 크롬 화합물 막이 불소계 드라이 에칭에 의해 거의 에칭되지 않기 때문에 에칭 마스크의 역할을 다하여 고정밀도인 에칭이 가능해진다.
이 경우 표면 반사 방지막의 원자 조성은 Cr=30∼85 원자％, O=20∼60 원자％, N=0∼50 원자％, C=0∼20 원자％의 범위에서, 후술하는 막 두께로 한 경우, 노광광에 대한 광학농도 OD가 0.03 이상 0.3 이하, 바람직하게는 0.05 이상 0.2 이하의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 표면 반사 방지막의 막 두께는 포토마스크의 제작 또는 사용시에 필요한 검사에 이용하는 빛의 파장에 의해서도 다르지만, 통상 5∼30nm의 막 두께로 함으로써 반사 방지 효과를 얻을 수 있고, 특히 ArF 노광용으로서는 7∼15nm인 것이 바람직하다.
이와 같은 표면 반사 방지막은 공지의 방법에 의해서 얻을 수 있지만, 상용되는 방법은 크롬 타겟을 이용하고, 반응성 가스 또는 반응성 가스와 아르곤 등의 불활성 가스와의 혼합 가스 기류 중에서 반응성 스퍼터링을 실시하는 방법이다.
다음으로 상술한 본 발명에 관련되는 포토마스크 블랭크를 사용하여 전사용 포토마스크를 얻는 방법에 대해서 설명한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 포토마스크 블랭크를 가공할 때, 반사 방지막에 전이금속 실리사이드 화합물을 사용한 경우와, 크롬 화합물을 사용한 경우에서는 공정이 일부 다르기 때문에 우선 표면 반사 방지막이 전이금속 실리사이드 화합물인 경우부터 설명한다.
우선, 처음에 전이금속 실리사이드 화합물의 표면 반사 방지막을 갖는 포토마스크 블랭크 상에 레지스트 패턴을 형성한다.
이 공정에서는 레지스트를 도포하기 전에 기판(포토마스크 블랭크) 표면 상에 수지층을 형성한다. 수지층을 형성함으로써 미세한 레지스트 패턴의 벗겨짐이나 쓰러짐이라는 문제의 발생을 저감할 수 있다.
또한 상기 공정에서는 수지층의 형성에 대신하여, 레지스트를 도포하기 전에 기판(포토마스크 블랭크) 표면의 표면 에너지를 낮추기 위한 표면 처리를 실시할 수 있다. 처리방법으로 가장 바람직한 방법은 반도체 제조공정에서 상용되는 HMDS나 그 외의 유기 규소계 표면처리제로 표면을 알킬실리화 하는 방법으로 처리제 가스 중에 기판을 폭로하는 방법이나, 표면에 직접 도포하는 방법이 바람직하게 이용된다. 이 처리를 실시함으로써 미세 패턴의 벗겨짐이나 쓰러짐이라는 문제의 발생을 저감할 수 있다.
다음으로 상기 공정을 거친 기판(포토마스크 블랭크) 상에 레지스트를 도포하고, 건조하여 레지스트막을 얻는다. 레지스트는 사용하는 묘화장치에 따라서 적절한 것을 선택할 필요가 있지만, 통상 사용되는 EB 묘화용으로는 방향족 골격을 폴리머 중에 갖는 포지티브형 또는 네거티브형의 레지스트, 또는 본 발명에 특히 유효하게 이용되는 미세 패턴용의 포토마스크 제조용으로는 화학증폭형 레지스트를 이용하는 것이 바람직하다.
레지스트 막 두께는 양호한 패턴 형상을 얻을 수 있는 범위이고, 또 에칭 마스크로서의 기능을 다할 수 있는 범위일 필요가 있지만, 특히 ArF 노광용 마스크로서 미세한 패턴을 형성하고자 한 경우에는 막 두께는 200nm 이하인 것이 바람직하며, 150nm 이하인 것이 더 바람직하다. 또한 실리콘계 수지를 사용한 레지스트와 방향족계 수지를 사용한 하층막의 조합에 의한 2층 레지스트법이나 방향족계 화학증폭형 레지스트와 실리콘계 표면 처리제를 조합시킨 표면 이미징법을 이용한 경우에는 더욱 막 두께를 줄이는 것도 가능하다. 도포조건, 건조방법에 대해서는 사용하는 각각의 레지스트에 적합한 방법을 적절하게 선정한다.
레지스트로의 묘화는 EB조사에 의한 방법이나 광조사에 의한 방법이 있지만, 일반적으로는 EB조사에 의한 방법이 미세 패턴을 형성하기 위해서는 바람직한 방법이다. 화학증폭형 레지스트를 사용한 경우에는 통상 3∼40μC/㎠의 범위의 에너지에 의해 묘화를 실시하고, 묘화후, 가열처리를 실시하며, 그 후에 레지스트막을 현상 처리하여 레지스트 패턴을 얻는다.
다음으로 상기에서 얻은 레지스트 패턴을 에칭마스크로서 차광막의 에칭 가공을 실시한다. 에칭은 공지의 불소계 드라이 에칭으로 실시함으로써 이 양태의 표면 반사 방지막의 경우는 표면 반사 방지막 및 차광막을 동시에 에칭 가공할 수 있다.
또 표면 반사 방지막을 에칭한 후, 차광막을 염소계 드라이 에칭으로 에칭하는 것도 가능하며, 이 경우, 산소를 많이 포함하는 전이금속 실리사이드 화합물의 막은 에칭되지 않고 산소 함유량이 적은 전이금속 실리사이드 화합물의 막은 에칭되기 때문에 표면 반사 방지막의 산소 함유량을 차광막의 산소 함유량보다 많게 설정하면 표면 반사 방지막을 에칭마스크로 할 수도 있으며, 보다 고정밀도인 가공을 실시할 수 있다.
또한 에칭에 의해 차광 패턴을 얻은 후, 레지스트를 소정의 박리액으로 박리하면 차광막 패턴이 형성된 포토마스크를 얻을 수 있다.
또 상기와 같이, 표면 반사 방지막을 에칭 후, 염소계 드라이 에칭을 이용하여 차광막을 에칭 제거하면 오버 에칭을 방지하는 것이 가능하다. 또한 표면 반사 방지막이 형성되어 있지 않은 구성의 포토마스크 블랭크를 가공하는 경우도 상술한 방법과 마찬가지의 방법으로 가능하다.
본 발명의 전사용 포토마스크는 상술한 바와 같이 상기 본 발명에 관련되는 포토마스크 블랭크를 이용하여 제작된 것을 특징으로 한다(구성 12).
본 발명의 전사용 포토마스크는 개구수가 NA＞1인 노광방법 및 200nm 이하의 노광광 파장을 이용하여 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 45nm 이후의 미세 패턴이 형성하는 패턴 전사 방법에 있어서 사용되는 포토마스크로서 특히 유용하다.
본 발명에 있어서, 포토마스크 블랭크에는 레지스트막 부착 포토마스크 블랭크, 레지스트막 형성 전의 포토마스크 블랭크가 포함된다.
본 발명의 포토마스크 블랭크는 포토마스크 블랭크 상에 100nm 미만의 선 폭의 레지스트 패턴을 형성하기 위해 이용되는 것인 경우에 특히 유효하다. 이와 같은 포토마스크 블랭크로는 OPC 구조를 갖는 포토마스크를 들 수 있다. 이 OPC마스크에서는 본 패턴의 해상성을 향상시킬 목적으로 본 패턴의 주위에 설치되는 보조패턴의 폭이 가장 좁기 때문에 이들 패턴을 갖는 포토마스크를 이용한 패턴 전사에 특히 유용하다.
본 발명에 있어서, 기판으로는 합성석영기판, 소다라임 유리기판, 무알칼리 유리기판, 저열팽창 유리기판 등을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련되는 포토마스크 블랭크(10)의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 관련되는 포토마스크 블랭크의 분광반사율 및 광학농도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 관련되는 포토마스크 블랭크의 분광반사율 및 광학농도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3에 관련되는 포토마스크 블랭크의 분광반사율 및 광학농도를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 과제를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 다른 수단을 설명하기 위한 모식도이다.
부호의 설명
10…포토마스크 블랭크 12…투명기판
13…차광성 막 16…표면 반사 방지막
20…화학증폭형 레지스트막 22…이면 반사 방지막
24…차광막
이하, 본 발명에 관련되는 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련되는 포토마스크 블랭크(10)의 일례를 나타내는 모식도이다. 본 예에 있어서, 포토마스크 블랭크(10)는 바이너리 마스크용의 포토마스크 블랭크이며, 투명기판(12), 차광성 막(13) 및 화학증폭형 레지스트막(20)을 구비한다.
투명기판(12)은 예를 들어 합성석영기판, 소다라임 유리 등의 재료로 이루어진다. 차광성 막(13)은 이면 반사 방지막(22)과, 차광막(24)과, 표면 반사 방지막(16)의 적층막이다.
차광성 막(13)은 투명기판(12) 상에, 예를 들어 산질화 몰리브덴 실리사이드 막(22) 및 몰리브덴 실리사이드 막(24)을 이 순서로 갖는다. 산질화 몰리브덴 실리사이드 막(22)은 몰리브덴, 규소, 산소, 질소를 주성분으로 하는 층(MoSiON)이고, 예를 들어 5∼40nm의 막 두께를 갖는다. 몰리브덴 실리사이드 막(24)은 몰리브덴과 규소를 주성분으로 하는 층(MoSi)으로 예를 들어 25∼50nm의 막 두께를 갖는다.
표면 반사 방지막(16)은 예를 들어 크롬에 산소 및 질소가 함유되어 있는 산화질화 크롬막(CrON막)이고, 차광막(24) 상에 형성된다. 표면 반사 방지막(16)의 막 두께는 예를 들어 5∼30nm이다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타낸다.
(실시예 1)
(포토마스크 블랭크의 제작)
투명기판(12)으로서 사이즈 6인치각, 두께 0.25인치의 합성석영기판을 이용하고, 투명기판(12) 상에 차광성 막(13)으로서 MoSiON막(이면 반사 방지막)(22), MoSi막(차광막)(24), CrON막(표면 반사 방지막)(16)을 각각 스퍼터링법으로 연속적으로 형성했다(도 1).
구체적으로는 Mo:Si=10:90(원자％비)의 타겟을 이용하고 Ar과 O2와 N2를 스퍼터링 가스로서 몰리브덴, 실리콘, 산소, 질소로 이루어지는 막(MoSiON)을 7nm의 막 두께로 형성하고, 이어서 같은 타겟을 이용하고 Ar을 스퍼터링 가스로서 몰리브덴 및 실리콘으로 이루어지는 막(MoSi)을 33nm의 막 두께로 형성하며, 이어서 Cr타 겟을 이용하고 Ar과 O2와 N2를 스퍼터링 가스로서 크롬, 산소, 질소로 이루어지는 막(CrON)을 17nm의 막 두께로 형성했다. 차광성 막(13)의 합계 막 두께는 57nm로 했다. 또 MoSi막의 n은 1.2, k는 2.8이며, MoSiON막의 n은 2.3, k는 0.5이었다.
상기에 의해 ArF 엑시머 레이저 노광용의 차광성 막을 형성한 포토마스크 블랭크를 얻었다.
(반사율 및 광학농도의 측정)
상기에서 얻어진 기판 시료에 대해서 표이면(表裏面)의 분광 반사율 및 광학농도의 측정결과를 도 2에 나타낸다. 또한 분광 투과율 및 광학농도는 분광 광도계(히타치세이사쿠쇼사 제조: U-4100)에 의해 측정했다.
ArF 엑시머 레이저의 노광파장 193.4nm에 있어서, 막을 형성한 측(표면측)의 반사율은 15.8％, 기판 이면측의 반사율은 29.6％이었다. 광학농도는 3.03이었다.
또 차광성 막(13)으로서 MoSi막(24)을 단독으로 석영기판 상에 형성하고, 그 광학농도를 조사한 바, 약 40nm에서 약 3이었다. 또 MoSi막(24)을 단독으로 석영기판 상에 형성하고, 기판 이면측의 반사율을 조사한 바, 파장 193.4nm에 있어서 67％이었다.
(실시예 2)
(포토마스크 블랭크의 제작)
투명기판(12)으로서 사이즈 6인치각, 두께 0.25인치의 합성석영기판을 이용하고, 투명기판(12) 상에, 차광성 막(13)으로서 MoSiON막(22)(이면 반사 방지막), MoSi막(24), 산화질화 크롬막(표면 반사 방지층(16))을 각각 스퍼터링법으로 연속적으로 형성했다(도 1).
구체적으로는 Mo:Si=25:75(원자％비)의 타겟을 이용하고, Ar과 O2와 N2를 스퍼터링 가스로서 몰리브덴, 실리콘, 산소, 질소로 이루어지는 막(MoSiON)을 10nm의 막 두께로 형성하며, 이어서 같은 타겟을 이용하고, Ar을 스퍼터링 가스로서 몰리브덴 및 실리콘으로 이루어지는 막(MoSi)을 32nm의 막 두께로 형성하며, 이어서 Cr타겟을 이용하고 Ar과 O2와 N2를 스퍼터링 가스로서 크롬, 산소, 질소로 이루어지는 막(CrON)을 20nm의 막 두께로 형성했다. 차광성 막(13)의 합계 막 두께는 62nm로 했다. 또 MoSi막의 n은 1.3, k는 3.0이며, MoSiON막의 n은 2.3, k는 0.5이었다.
상기에 의해 ArF 엑시머 레이저 노광용의 차광성 막을 형성한 포토마스크 블랭크를 얻었다.
(반사율 및 광학농도의 측정)
상기에서 얻어진 기판 시료에 대해서 표이면의 분광 반사율 및 광학농도의 측정결과를 도 3에 나타낸다. 또한 분광투과율 및 광학농도는 분광 광도계(히타치세이사쿠쇼사 제조: U-4100)에 의해 측정했다.
ArF 엑시머 레이저의 노광파장 193.4nm에 있어서, 막을 형성한 측(표면측)의 반사율은 16.8％, 기판 이면측의 반사율은 약 23％이었다. 광학농도는 3.2이었다.
또 차광성 막(13)으로서 MoSi막(24)을 단독으로 석영기판 상에 형성하고, 그 광학농도를 조사한 바, 약 30nm에서 약 3이었다. 또 MoSi막(24)을 단독으로 석영 기판 상에 형성하고, 기판 이면측의 반사율을 조사한 바, 파장 193.4nm에 있어서 66％이었다.
(실시예 3)
(포토마스크 블랭크의 제작)
투명기판(12)으로서 사이즈 6인치각, 두께 0.25인치의 합성석영기판을 이용하고 투명기판(12) 상에, 차광성 막(13)으로서 MoSiON막(22)(이면 반사 방지막), MoSi막(24), 산화질화 크롬막(표면 반사 방지층(16))을 각각 스퍼터링법으로 연속적으로 형성했다(도 1).
구체적으로는 Mo:Si=10:90(원자％비)의 타겟을 이용하고, Ar과 O2와 N2를 스퍼터링 가스로서 몰리브덴, 실리콘, 산소, 질소로 이루어지는 막(MoSiON)을 8nm의 막 두께로 형성하며, 이어서 Mo:Si=25:75(원자％비)의 타겟을 이용하고, Ar을 스퍼터링 가스로서 몰리브덴 및 실리콘으로 이루어지는 막(MoSi)을 29nm의 막 두께로 형성하며, 이어서 Cr타겟을 이용하고 Ar과 O2와 N2를 스퍼터링 가스로서 크롬, 산소, 질소로 이루어지는 막(CrON)을 20nm의 막 두께로 형성했다. 차광성 막(13)의 합계 막 두께는 57nm로 했다. 또 MoSi막의 n은 1.3, k는 3.0이며, MoSiON막의 n은 2.2, k는 0.5이었다.
상기에 의해 ArF 엑시머 레이저 노광용의 차광성 막을 형성한 포토마스크 블랭크를 얻었다.
(반사율 및 광학농도의 측정)
상기에서 얻어진 기판 시료에 대해서 표이면의 분광 반사율 및 광학농도의 측정결과를 도 4에 나타낸다. 또한 분광 투과율 및 광학농도는 분광 광도계(히타치 세이사쿠쇼사 제조: U-4100)에 의해 측정했다.
ArF 엑시머 레이저의 노광파장 193.4nm에 있어서 막을 형성한 측(표면측)의 반사율은 16.9％, 기판 이면측의 반사율은 약 23％이었다. 광학농도는 3.2이었다.
또 차광성 막(13)으로서 MoSi막(24)을 단독으로 석영기판 상에 형성하고, 그 광학농도를 조사한 바, 약 30nm에서 약 3이었다. 또 MoSi막(24)을 단독으로 석영기판 상에 형성하고, 기판 이면측의 반사율을 조사한 바, 파장 193.4nm에 있어서 66％이었다.
(비교예 1)
실시예 1에 있어서 MoSiON막(22)(이면 반사 방지막)을 형성하지 않은 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 했다.
ArF 엑시머 레이저의 노광파장 193.4nm에 있어서, 막을 형성한 측(표면측)의 반사율은 15.8％, 기판 이면측의 반사율은 67％이었다.
(레지스트막 부착 포토마스크 블랭크의 제작)
상기 실시예 1∼3 및 비교예 1에서 얻어진 각 포토마스크 블랭크에 있어서의 차광성 막(13) 상에, 회전 도포법에 의해 화학증폭형 레지스트막(20)을 두께 150nm로 형성했다(도 1).
구체적으로는 화학증폭형 레지스트 막(20)으로서 전자선 노광용 화학증폭형 포지티브 레지스트(FEP171: 후지필름 일렉트로닉스 머티리얼즈사 제조)를 회전 도 포법으로 두께 150nm로 도포하고, 그 후, 핫 플레이트에서 130℃로 10분 열처리 하여 화학증폭형 레지스트 막(20)을 건조시키고, ArF 엑시머 레이저 노광용의 레지스트막 부착 포토마스크 블랭크인 포토마스크 블랭크(10)를 얻었다(도 1).
(레지스트 패턴의 형성)
실시예 1∼3 및 비교예 1에 관련되는 레지스트막 부착 마스크 블랭크에 대해서 각 포토마스크 블랭크를 전자선 노광장치를 이용하고 50keV이상의 가속 전압으로 가속된 전자선에 의해서 패턴노광(묘화)하고, 그 후, 노광 후의 베이크처리 및 현상처리를 하여 화학증폭형 레지스트 패턴을 형성했다.
(포토마스크의 제작)
레지스트 패턴을 마스크로 하고, 염소가스와 산소가스를 포함하는 에칭가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 산화질화 크롬막(표면 반사 방지층(16))을 패터닝했다. 또한 패터닝된 산화질화 크롬막(표면 반사 방지층(16))을 마스크로서, 불소계 가스를 포함하는 에칭가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 MoSi막(24) 및 MoSiON막(22)(이면 반사 방지막)을 패터닝했다. 마지막으로 화학증폭형 레지스트막(20)을 제거하여 ArF 엑시머 레이저 노광용의 포토마스크를 제작했다.
(포토마스크를 이용한 패턴전사)
실시예 1∼3에서 얻어진 포토마스크를 개구수가 NA＞1의 액침노광방법을 적용하고, 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 45nm 이후의 미세 패턴의 형성에 적용한 경우, 기대한 CD정밀도를 얻을 수 있었다.
또한 실시예 1에 대하여 실시예 2, 3의 포토마스크를 이용한 경우가 CD정밀 도가 뚜렷하게(현격하게) 좋았다.
비교예 1에서 얻어진 포토마스크를 개구수가 NA＞1의 액침노광방법을 적용하고, 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 45nm 이후의 미세 패턴의 형성에 적용한 경우, 기대한 CD정밀도를 얻을 수 없었다. 노광기측에서의 조정(예를 들어 디포커스) 등을 실시했지만 결과는 마찬가지였다.
비교예 1에서 얻어진 포토마스크를 개구수가 NA=0.8의 노광방법을 적용하고, 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 65nm인 미세 패턴의 형성에 적용하였다. 이 경우, 노광기측에서의 조정(예를 들어 디포커스) 등에서 hp 65nm로서의 미세 패턴의 CD정밀도에 문제는 없었다.
이 이유에 대해서는 전술했다.
이상, 본 발명을 실시형태 및 실시예를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태 및 실시예에 기재한 범위에는 한정되지 않는다. 상기 실시형태 및 실시예에 다양한 변경 또는 개량을 가하는 것이 가능한 것은 당업자에게 분명하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이 특허청구의 범위의 기재로부터 명확하다.
본 발명에 따르면, 200nm 이하의 노광광 파장을 이용하여 반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프피치(hp) 45nm 이후의 미세 패턴의 형성 시에, 피전사 기판 상에 형성되는 전사 패턴의 해상성이 한층 더 향상하는데 기여하는 동시에, 패턴 정밀도의 향상에 기여할 수 있는 포토마스크 블랭크 및 전사용 포토마스크를 제공 할 수 있다.

Claims (14)

  1. 200nm 이하의 노광광 파장에 제공되는 포토마스크의 소재이고, 투명기판 상에 차광성 막을 구비하는 포토마스크 블랭크에 있어서,
    상기 차광성 막은,
    규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 막의 굴절율 n1이 1.0∼1.7, 막의 소쇠계수 k1이 2.5∼3.5, 막 두께 t1이 20∼50nm인 차광막과,
    상기 차광막의 위에 접하여 형성된 표면 반사 방지막과,
    상기 차광막의 아래에 접하여 형성되고, 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하고, 막의 굴절율 n2가 1.0∼3.5, 막의 소쇠계수 k2가 2.5 이하, 막 두께 t2가 5∼40nm인 이면 반사 방지막을 구비하며,
    n1＜n2 또는 k1＞k2의 관계, 또 t1＞t2의 관계를 만족하고,
    차광성 막 전체의 막 두께가 62nm 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2초과:1∼19:1인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2초과:1∼4미만:1인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이면 반사 방지막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2초과:1∼9:1인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이면 반사 방지막에 있어서의 규소와 전이금속의 원자비가 규소:금속=2초과:1∼4미만:1인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명기판측으로부터의 빛의 입사에 대한 이면 반사율이 약 30％ 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이면 반사 방지막은 전이금속 실리사이드 산화물, 전이금속 실리사이드 질화물, 전이금속 실리사이드 산질화물, 전이금속 실리사이드 산화탄화물, 전이금속 실리사이드 질화탄화물 또는 전이금속 실리사이드 산질화탄화물을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 반사 방지막은 크롬 산화물, 크롬 질화물, 크롬 산질화물, 크롬 산화탄화물, 크롬 질화탄화물 또는 크롬 산질화탄화물을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 반사 방지막은 전이금속 실리사이드 산화물, 전이금속 실리사이드 질화물, 전이금속 실리사이드 산질화물, 전이금속 실리사이드 산화탄화물, 전이금속 실리사이드 질화탄화물 또는 전이금속 실리사이드 산질화탄화물을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전이금속이 몰리브덴인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 반사 방지막 상에 설치되고, 막 두께가 200nm 이하인 레지스트막을 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재한 포토마스크 블랭크를 이용하여 제작된 것을 특징으로 하는 전사용 포토마스크.
  13. 200nm 이하의 노광광 파장에 제공되는 포토마스크의 소재이고, 투명기판 상에 차광성 막을 구비하는 포토마스크 블랭크에 있어서,
    상기 차광성 막은
    규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 규소 및 전이금속의 원자비가 2초과:1∼19:1이며, 막 두께 t1이 20∼50nm인 차광막과,
    상기 차광막의 위에 접하여 형성된 표면 반사 방지막과,
    상기 차광막의 아래에 접하여 형성되고, 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하고, 막 두께 t2가 5∼40nm인 이면 반사 방지막을 구비하며,
    t1＞t2의 관계를 만족하고,
    차광성 막 전체의 막 두께가 62nm 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
  14. 200nm 이하의 노광광 파장에 제공되는 포토마스크의 소재이고, 투명기판 상에 차광성 막을 구비하는 포토마스크 블랭크에 있어서,
    상기 차광성 막은
    규소 및 전이금속을 주성분으로 포함하고, 규소 및 전이금속의 원자비가 2초 과:1∼19:1인 차광막과,
    상기 차광막의 위에 접하여 형성된 표면 반사 방지막과,
    상기 차광막의 아래에 접하여 형성되고, 규소, 전이금속, 산소 및 질소를 포함하며, 규소 및 전이금속의 원자비가 2초과:1∼9:1인 이면 반사 방지막을 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 포토마스크 블랭크.
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