(57)【要約】【課題】  ブランクマスク及びこれを用いたフォトマスクを提供する。【解決手段】  窒素及び炭素の含有量を適切に制御して、ハードフィルムを形成することで、エッチング時に発生するCD偏差を減らし、遮光膜の金属成分が高く、反射防止膜の金属成分が低い金属膜を形成することによって、その厚さを低めて、解像度及びパターン正確度を向上させ、耐化学特性を改善することができる。また、金属膜とハードフィルムとの反射率差が大きくなるように、金属膜とハードフィルムとを形成することで、ハードフィルムの検査を容易に行える。これにより、本発明によるハードマスク用のブランクマスクを、DRAM、フラッシュメモリ、MPUなどに、ハーフピッチ32nm以下、特に、22nm以下の最小線幅の具現が可能になるように適用しうる。【選択図】      図４
2013088814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に金属膜及びハードフィルムが順次に積層されたブランクマスクにおいて、
前記金属膜とハードフィルムは、200nm以下の検査波長で3%〜60%の反射率差を有するブランクマスク。
【請求項２】
前記金属膜は、前記ハードフィルムよりも反射率が低いか、あるいは高いことを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項３】
前記ハードフィルムに対する前記金属膜の反射率比が200nm以下の検査波長で0.7〜1.4であることを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項４】
前記ハードフィルムは、0.4Å/sec〜1.6Å/secのエッチング率を有することを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項５】
前記ハードフィルムは、チタン(Ti)、バナジウム(V)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ジルコニウム(Zr)、ニオビオム(Nb)、パラジウム(Pd)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、リチウム(Li)、セレン(Se)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)及びタングステン(W)のうち、１つ以上の金属物質を含み、窒素(N)、酸素(O)、炭素(C)のうち、1種以上の物質をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項６】
前記ハードフィルムは、フッ素(F)系の前記金属膜エッチング物質に対して前記金属膜と20以上のエッチング選択比を有することを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項７】
前記ハードフィルムは、20Å〜200Åの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項８】
前記金属膜は、200Å〜600Åの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項９】
前記金属膜は、200nm以下の露光波長で光学密度が2.5〜3.5であることを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項１０】
前記金属膜は、単層または2層以上の多層膜からなり、単一膜または連続膜の形態を有することを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項１１】
前記金属膜は、深さ方向に金属の含有量が連続的または段階的に変化される区間を含むことを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項１２】
前記金属膜の深さ方向への金属含有量差は、40at%以下であることを特徴とする請求項１１に記載のブランクマスク。
【請求項１３】
前記金属膜は、前記透明基板上に積層された遮光膜及び反射防止膜を含むことを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項１４】
前記遮光膜の金属含有量は、前記反射防止膜の金属含有量よりも高いことを特徴とする請求項１３に記載のブランクマスク。
【請求項１５】
前記金属膜は、チタン(Ti)、バナジウム(V)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ジルコニウム(Zr)、ニオビオム(Nb)、パラジウム(Pd)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、リチウム(Li)、セレン(Se)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)及びタングステン(W)のうち、１つ以上の金属物質及びシリコン(Si)を含み、窒素(N)、酸素(O)、炭素(C)のうち、1種以上の不純物をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項１６】
前記シリコン(Si)の含有量は、前記金属または前記不純物の含有量よりも高いことを特徴とする請求項１５に記載のブランクマスク。
【請求項１７】
前記金属膜は、200nm以下の露光波長で10%〜50%の反射率を有することを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項１８】
前記金属膜は、190nm〜500nmの検査波長で60%以下の反射率を有することを特徴とする請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項１９】
請求項11に記載のブランクマスクで製造されたフォトマスク。
【請求項２０】
請求項14に記載のブランクマスクで製造されたフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスなどの製造に用いられるフォトマスク用のブランクマスク、フォトマスク及びその製造方法に係り、さらに詳細には、厚さが薄く、CD(Critical  Dimension)測定及び欠陷(defect)検査が可能になるように、金属膜とハードフィルムとが互いに反射率差を有するフォトマスク用のブランクマスク及びこれを用いたフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスが微細化されれば、高速動作や省力化などの性能及び機能が向上し、低コストのような長所を有することによって、さらなる微細化が要求される。リソグラフィー(Lithography)技術は、かような微細化を可能にし、リソグラフィー技術を具現するための転写用マスクは、露光装置、レジスト材と共に、デバイス微細化の重要な技術として脚光を浴びている。
【０００３】
最近、半導体デバイスの設計では、ハーフピッチ(Half-pitch)45nm以後の世代に対する開発が進行しつつある。これは、ArFエキシマレーザ露光光の波長である193nmの1/5に相当する大きさである。ハーフピッチ45nm以後の世代では、従来の位相反転法、斜入射照明法などの高解像技術(Resolution  Enhancement  Technology;RET)と光近接効果補正(Optical  Proximity  Correction;OPC)技術の適用のみでは不十分であり、これにより、液浸露光リソグラフィー(Immersion  lithography)技術やダブルパターニング(Double  Patterning)技術が必要となった。
【０００４】
透明基板上に遮光膜パターンを有するフォトマスクを製作する場合、マスクパターンが形成されたレジスト膜をエッチマスク(Etch  Mask)として金属膜にドライエッチング(Dry  Etching)を行う時、レジスト膜もエッチングされて消費される。これにより、解像度(Resolution)が低下し、これを乗り越えるために、金属膜の薄膜化が必要であるが、かような場合、光学密度が減少する。
【０００５】
前記問題に対する対応策として、基板上にMoSi系の金属膜及びクロム(Chrome)系のハードフィルムを用いるハードマスク用のブランクマスク技術が開発された。前記ハードフィルムを用いた技術は、レジスト膜の負担を軽減させ、クロム系の薄膜ハードフィルムにマスクパターンを転写した時、解像度の低下を改善させうる。ハードマスク用のブランクマスクは、従来の有機物に形成されたレジスト膜をエッチマスクとして利用せず、無機物からなるハードフィルムをエッチマスクとして下部薄膜をエッチングするブランクマスクである。この際、ハードフィルムは、既存のレジスト膜に比べて、薄膜化が可能なので、縦横比(Aspect  Ratio)を向上させ、エッチング対象である金属膜との選択比(Selectivity)を向上させうる。したがって、ハードフィルムをエッチマスクとして金属膜をエッチングすれば、パターン密度及びパターン間隔によるローディング効果(Loading  Effect)が低減してCD  Mean  to  Target(MTT)、CD線形性(Linearity)及びCD均一度(Uniformity)などを改善することができる。
【０００６】
前述したハードマスク用のブランクマスクをハーフピッチ32nm級、特に、22nm級、以下のデバイス製作に適用する場合、次のような問題が発生する。
【０００７】
第一は、ハードフィルムのエッチング特性の問題である。
【０００８】
図1A〜図1Dは、従来のハードフィルムを用いたフォトマスク製造工程を示す断面図である。図1Aを参照すれば、基板10上に金属膜20、ハードフィルム30及びレジスト膜40が形成されたブランクマスクを形成する。次いで、図1Bのように、レジスト膜40をパターニングしてレジストパターン40aを形成し、レジストパターン40aをエッチマスクとしてエッチング工程を進めてハードフィルムパターン30aを形成する。以降、図1Cを参照すれば、ハードフィルムパターン30aをエッチマスクとして金属膜20のエッチング工程を進めて金属膜パターン20aが形成される。図1Dを参照すれば、ハードフィルムパターン30aを除去してフォトマスクの製造を完了する。
【０００９】
しかし、ハードフィルム30は、数〜数十Åの薄膜を有することによって、エッチング工程時に、エッチング率(Etch  Rate)が適正レベル以上または以下になる場合、CD偏差(Bias)のような問題点を発生させる。例えば、ハードフィルム30のエッチング率が速ければ、目標CDに対するCD超過などのスキュ(Skew)問題及びCD制御問題が発生する。また、エッチング率が過度に遅ければ、上部レジスト膜40の厚さ軽減及びハードフィルム30でのローディング効果などの問題が発生する。特に、具現しようとするデバイスのCDサイズがさらに微細化されることによって、ハードフィルムのエッチング特性はさらに重要になる。
【００１０】
第二は、金属膜の厚さに制限される解像度(Resolution)及び正確性(Fidelity)の問題である。
【００１１】
ハーフピッチ32nm以下、特に22nm以下の微細パターンを形成するために、ハードフィルムをエッチマスクとして金属膜をパターニングしてフォトマスクを製造する場合、金属膜の厚さは、解像度及びパターン正確度に影響を与える。
【００１２】
詳細には、DRAMのハーフピッチが45nm、32nmに微細化されることによって、フォトマスクの製造工程で微細パターン(Fine  Pattern)を具現するための光学近接補正(Optical  Proximity  Correction;OPC)の設計は、さらに複雑になる。OPCで実質的にx4縮小露光法によってウェーハ上にパターンが形成されない補助形状(Sub-resolution  featuresize;SRFS)のサイズは、DRAM基準ハーフピッチ45nmの場合は、フォトマスク上に60nm、32nmの場合は、フォトマスク上に42nmのパターンが要求される。前記補助形状(SRFS)の具現時に、金属膜が厚ければ、補助形状パターンが精密に具現されられない問題点が発生し、これは、ハーフピッチ22nm及びそれ以下の適用に大きな問題点として作用する。これを解決するために、金属膜を薄くしているが、金属膜の厚さは、金属膜の光学密度とも直接的に係わるために、金属膜を過度に薄くすることはできない。
【００１３】
第三は、ハードフィルムと金属膜とによる検査の問題である。
【００１４】
フォトマスク工程において、ハードフィルムと金属膜との各工程段階別の製作過程を検証するための検査には、図2A及び図2Bに示されたような透過型検査方法及び反射型検査方法がある。図２Aに示した方法では、金属膜20を透過する光の透過率aとハードフィルムパターン30aを透過する光の透過率bとの差を利用して、図2Bに示した方法では、金属膜20からの反射率a’とハードフィルムパターン30aからの反射率b’との差を用いる。
【００１５】
透過型検査方法は、ハードフィルムパターン30aの検査時に、比較層である金属膜20との透過率差が0.1%以下になることにより、金属膜20とハードフィルムパターン30aとの透過率差が現れず、実用的な検査が不可能である。したがって、ハードフィルムを検査するためには、反射型検査方法が必須である。しかし、前記問題点を解決するために、金属膜20を薄くする場合、検査波長で金属膜20の反射率が増加し、これは、薄膜のハードフィルムパターン30aの適用時に、反射率の感度差を落とす原因となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、前記問題点、すなわち、高解像度のための金属膜の厚さ低減問題、厚さ低減によるハードフィルムのCD偏差の問題、そして、金属膜とハードフィルムとの検査問題は、同一線上で考慮されねばならず、これに基づいて、ブランクマスク及びフォトマスクが開発されねばならない。
【００１７】
本発明が解決しようとする課題は、薄くて、CD測定及び欠陥検査が可能になるように、金属膜とハードフィルムとが互いに反射率差を有するフォトマスク用のブランクマスクとフォトマスクとを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によるブランクマスクは、透明基板上に金属膜及びハードフィルムが順次に積層されたものであって、前記金属膜とハードフィルムは、200nm以下の検査波長で3%〜60%の反射率差を有する。前記金属膜は、前記ハードフィルムよりも反射率が低いか、あるいは高い。前記ハードフィルムに対する前記金属膜の反射率比は、200nm以下の検査波長で0.7〜1.4である。前記ハードフィルムは、0.4Å/sec〜1.6Å/secのエッチング率を有する。前記ハードフィルムは、金属単独または金属とO，N，Cのうち、１つ以上を含む。前記金属膜は遷移金属を含む。前記金属膜は、200Å〜600Åの厚さを有する。前記金属膜は、200nm以下の露光波長で光学密度が2.5〜3.5である。
【００１９】
前記ハードフィルムは、フッ素(F)系の前記金属膜エッチング物質に対して前記金属膜と20以上のエッチング選択比を有する。前記ハードフィルムは、20Å〜200Åの厚さを有する。
【００２０】
前記金属膜は、単層または2層以上の多層膜からなり、単一膜または連続膜の形態を有する。前記金属膜は、深さ方向に金属の含有量が連続的または段階的に変化される区間を含む。前記金属膜の深さ方向への金属含有量差は、40at%以下である。前記金属膜は、前記透明基板上に積層された遮光膜及び反射防止膜を含む。
【００２１】
前記遮光膜の金属含有量は、前記反射防止膜の金属含有量と同一であるか、またはそれより高いか低い。
【００２２】
前記金属膜は、シリコン及び不純物をさらに含み、前記シリコンの含有量は、前記金属または前記不純物の含有量よりも高い。前記金属膜は、200nm以下の露光波長で10%〜50%の反射率を有する。前記金属膜は、190nm〜500nmの検査波長で60%以下の反射率を有する。前記金属膜とハードフィルムは、193nmの検査波長で3%〜60%以下の反射率差を有する。
【００２３】
また、前述したブランクマスクを用いてフォトマスクを製造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、窒素、炭素、酸素の含有量を適切に制御して、ハードフィルムを形成することで、エッチング時に発生するCD偏差を減らすことができる。
【００２５】
また、本発明は、遮光膜の金属成分が高く、反射防止膜の金属成分が低い金属膜を形成することによって、その厚さを薄くして、解像度及びパターン正確度を向上させ、耐化学特性を改善することができる。
【００２６】
また、本発明は、金属膜とハードフィルムとを、反射率差が大きくなるように形成することによって、ハードフィルムの検査を容易にしうる。
【００２７】
これにより、本発明によるハードマスク用のブランクマスクを、ハーフピッチ32nm以下、特に、22nm以下の最小線幅の具現が可能になるように、DRAM、フラッシュメモリ、MPUなどに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】従来のハードマスク用のブランクマスクを用いたフォトマスクの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｂ】従来のハードマスク用のブランクマスクを用いたフォトマスクの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｃ】従来のハードマスク用のブランクマスクを用いたフォトマスクの製造工程を示す断面図である。
【図１Ｄ】従来のハードマスク用のブランクマスクを用いたフォトマスクの製造工程を示す断面図である。
【図２Ａ】ハードマスク用のブランクマスク検査方法を説明する断面図である。
【図２Ｂ】ハードマスク用のブランクマスク検査方法を説明する断面図である。
【図３】本発明によるハードマスク用のブランクマスクを示す断面図である。
【図４】本発明の実施例によるハードマスク用のブランクマスクにおける金属膜とハードフィルムとの反射率を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例によるハードマスク用のブランクマスクにおける金属膜とハードフィルムとの反射率を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例によるハードマスク用のブランクマスクにおける金属膜とハードフィルムとの反射率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
【００３０】
図3は、本発明によるハードマスク用のブランクマスクの断面図である。図3を参照すれば、本発明によるハードマスク用のブランクマスク100は、透明基板110、金属膜120、ハードフィルム130及びレジスト膜140が順次に積層されて構成される。
【００３１】
具体的に、前記透明基板110は、6inch×6inch×0.25inch(横×縦×厚さ)の大きさを有し、200nm以下の露光波長で90%以上の透過率を有する。液浸露光リソグラフィーで前記透明基板110の複屈折率(Birefringence  Rate)は、露光量(Intensity)及びCD偏差の主要要因として作用し、これを低減させるために、前記透明基板110の複屈折率は、200nm以下の露光波長に対して、2nm/6.3mm以下であることが望ましく、1.5nm/6.3mm以下であることがさらに望ましい。また、前記透明基板110は、0.5um以下のTIR(Total  Indicated  Reading)値の平坦度を有し、前記透明基板110は凹状(Concave  Shape)を有する。
【００３２】
前記金属膜120は、1種以上の金属及びシリコンを含むターゲットを用いたスパッタリング工程によって形成される。前記金属は、遷移金属、例えば、チタン(Ti)、バナジウム(V)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ジルコニウム(Zr)、ニオビオム(Nb)、パラジウム(Pd)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、リチウム(Li)、セレン(Se)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)及びタングステン(W)を含む。前記金属膜120を形成するためのターゲットの金属成分は、特に、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、タンタル(Ta)のうち、1種以上を含むことが望ましい。前記スパッタリングターゲットに含まれた金属単独の消滅係数は、193nm波長で2.0以上である。前記金属膜120は、前述した金属、シリコン以外に、不純物、すなわち、窒素(N)、酸素(O)、炭素(C)のうち、1種以上の物質をさらに含み、金属の含有量は、不純物の含有量よりも高く、金属膜120は、フッ素系ガスにエッチングされる。
【００３３】
前記金属膜120を形成するためのスパッタリングターゲットに具備されたシリコンの含有量は、金属の含有量よりも高い。これは、前記金属膜120が金属に比べて、シリコン含有量の低いターゲットを用いて形成される場合、酸性及びアルカリ性化学薬品を用いる洗浄工程によって透過及び反射率が変わる問題点が発生するからである。したがって、金属膜120を形成するためのターゲットのシリコン含有量は、50mol%以上であることが望ましく、70mol%以上であることがさらに望ましく、特に、80mol%以上であることが望ましい。前記金属膜120を形成するためのスパッタリングターゲットは、１つのターゲットまたは組成比がそれぞれ異なる2つ以上のスパッタリングターゲットを用いて形成することができる。
【００３４】
金属膜120は、単層膜または2層以上の多層膜の構造を有し、組成比が一定した単一膜または組成比が変わる連続膜の形に形成され、例えば、金属膜120の背面反射率の制御、ストレス制御のための層をさらに含みうる。金属膜120が、例えば、2層構造を有するならば、示したように、下部層は、露光光を主に遮光する遮光膜112で形成され、上部層は、露光光の反射を低減する反射防止膜114で構成される。金属膜120が多層で構成される場合、最外郭表面層は、下部のいかなる層よりも露光波長で反射率が低いことが望ましい。例えば、前記最外郭表面層が反射防止膜114としての役割を行う場合、前記最外郭表面層として役割する単独金属膜は、190nm〜1000nmの波長領域で、反射率4%〜60%、透過率20%〜90%であることが望ましい。
【００３５】
金属膜120は、深さ方向への金属含有量が連続的または段階的に変化する区間を含む。金属膜120は、透明基板110の方向、すなわち、深さ方向に行くほど金属含有量が高い。本発明の目的である微細補助形状パターン(SRFS)を具現可能な解像度と正確度とを果たすためには、金属膜120の厚さ低減が必要である。これによる実験の結果、金属膜120の金属含有量によって金属膜120の厚さ及び耐化学性の特性が変わることを確認した。詳細には、金属及びシリコン化合物に形成された金属膜120において、金属含有量が高い場合、耐酸性、耐アルカリ性のような耐薬品性が悪くなる問題点があり、一方、同一厚さで露光波長に対する光学密度が高い長所を有することを確認した。したがって、金属膜120の形成時に、表面に対して深さ方向に金属含有量を増加させれば、金属膜120の厚さを低減し、表面の耐薬品性は、同一に保持することができる。この際、金属膜120の内部金属含有量の差は、|Max-Min|を基準に、3at%〜40at%であることが望ましく、30at%以下であることがさらに望ましく、5at%〜30at%であることが最も望ましい。これは、金属含有量が3%以下である場合、実質的に金属膜120の厚さ低減が難しく、40%以上である場合、表面耐化学性が落ちるためである。また、パターン形成時に、金属膜120内に急速な金属含有量差が発生すれば、エッチング時のエッチング率を変化させることにより、ネッキング(Necking)のようなパターンプロファイル(Profile)の問題を発生させるためである。
【００３６】
金属膜120は、シリコンの含有量が、金属または成膜時に含まれる反応性ガス成分の含有量よりも高く、面内の深さ方向に含量組成比の変化が連続した区間が選択的に含まれる。金属膜120は、200Å〜600Åの厚さを有し、300Å〜500Åの厚さを有することがさらに望ましい。金属膜120の厚さが200Å以下である場合、露光光を遮光する機能を実質的に行えず、600Å以上である場合、補助形状パターンの具現のための解像度及び正確度が落ちる。
【００３７】
金属膜120は、200nm以下の露光波長で2.5〜3.5の光学密度と、10%〜50%の表面反射率を有する。金属膜120を薄くしつつも、反射率を制御することは実質的に難しい。例えば、遮光膜112、反射防止膜114で構成される金属膜120において、金属膜120を薄くするための方法として、光学密度を増加させるために、遮光膜112の厚さを増加させれば、反射防止膜114の厚さを薄くしうる。しかし、前記構造は、反射防止膜114の厚さが薄いために、露光波長で高い反射率を有し、これは、露光波長に対してフレア(Flare)のような散乱効果を誘発して、微細CD制御を難しくする。一方、10%以下の反射率を有する場合、反射型検査(Inspection)モードで透明基板110との反射感度(Contrast)差発生が難しい。一般的に、合成石英ガラスで製造される透明基板110の反射率は、200nm以下の波長で4%〜6%を示し、これにより、前記遮光膜112との反射モード検査時に感度差が大きくなく、検査の効率性が落ちる。したがって、金属膜120の反射率は、200nm以下の露光波長、特に、193nmの波長で10〜50%であることが望ましく、15%〜40%であることがさらに望ましい。
【００３８】
また、金属膜120は、190nm〜500nmの検査波長で60%以下の表面反射率を有し、45%以下、特に、40%以下の表面反射率を有することがさらに望ましい。金属膜120の欠陥及びパターン検査、またはアライン(Align)用として適用される波長は、193nm、257nm、365nm、488nmのように多様である。この際、金属膜120の反射率が60%以上であれば、高い反射率によって、散乱(Scattering)現象が発生して、検査感度が低くなる問題点が発生する。
【００３９】
金属膜120は、表面粗度が0.5nmRMS以下であり、金属膜120の成膜後、透明基板110に対して、金属膜120の平坦度変化が0.5um以下であり、凹状を有する。金属膜120のパターン形成時に、ストレスリリース(Release)現象が発生すれば、金属膜120の平坦度変化が0.5um以上である場合、急激な平坦度変化によって整列度(Registration)の問題を引き起こすことになる。さらに、その形状(凹状、凸状)が透明基板110に対して相反する場合、整列度問題は、さらに大きく変わる。したがって、金属膜120成膜後の平坦度変化は、0.5um以下でありつつも、透明基板110の平坦度と同じであることが望ましく、0.3um以下の変化を有することがさらに望ましい。
【００４０】
ハードフィルム130は、チタン(Ti)、バナジウム(V)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ジルコニウム(Zr)、ニオビオム(Nb)、パラジウム(Pd)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、リチウム(Li)、セレン(Se)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)及びタングステン(W)のうち、1種以上の物質を含む。ハードフィルム130は、前記金属の単独、または金属と酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)のうち、1種以上の物質を含んで構成され、クロリン(Chlorine)基盤のガスによってエッチングされる。
【００４１】
ハードフィルム130は、20Å〜200Åの厚さを有し、前記金属膜120に比べて、フッ素(F)系の金属膜エッチング物質に対して20以上のエッチング選択比を有し、金属膜120に比べて、平坦度の変化が0.2umであって、面抵抗1MΩ/□以下である。また、ハードフィルム130は、エッチング時に0.4Å/sec〜2.0Å/secのエッチング率を有し、0.6Å/sec〜1.6Å/secのエッチング率を有することがさらに望ましい。ハードフィルム130のエッチング率が0.4Å以下である場合、エッチング率が過度に低くてパターンプロファイルに問題が発生し、2.0Å/sec以上である場合、ハードフィルム130のパターン形成時に一般的に適用する過渡エッチング(Over  Etching)時に、CD偏差が大きく発生することができる。詳細には、ハードフィルム130によるCD偏差を制御するために、ハードフィルム130のエッチング率(Etch  Rate)の制御は、微細パターン形成のために重要である。これは、ハードフィルム130のエッチング率が高い場合、薄いハードフィルム130によって微細パターンのCD偏差の制御が難しく、エッチング率が低い場合、レジスト膜140の厚さ軽減が加重されるためである。これを解決するためのハードフィルム130のエッチング率とCD偏差の問題を評価した結果、0.4Å/sec〜2.0Å/secであることが、CD偏差制御において最も容易であった。
【００４２】
ハードフィルム130は、200nm以下の検査波長で前記金属膜120に比べ、3%〜60%の高い反射率差を有し、望ましくは、5%〜20%の反射率差を有し、すなわち、ハードフィルム130に比べて、金属膜120が0.7〜1.4の反射率差を有する。また、ハードフィルム130は、190nm〜300nmの波長で15%〜50%の反射率を有する。
【００４３】
ハードフィルム130は、実質的に厚さが数〜数十Åに過ぎず、これにより、エッチング後のパターン検査、欠陥検査は必須であり、特に、32nm以下22nmの微細パターンが適用されるほど、検査の重要性はさらに高くなる。前記パターン及び欠陥検査は、透過型検査方法と反射型検査方法とがあるが、前記検査方法のうち、透過型検査方法は、下部金属膜120の透過率が低くて、ハードフィルム130との感度差が大きくないために、その利用が不可能である。したがって、ハードフィルム130と金属膜120との反射率差を用いた反射型検査方法を用いてハードフィルム130を検査し、ハードフィルム130と金属膜120との反射率差が発生しなければ、検査の効率性が低くなるために、ハードフィルム130と金属膜120との反射率差を作って検査を効率よく進めることができる。この際、金属膜120の反射率が高い状態は、フレアのようなさらなる問題点を引き起こし、これにより、ハードフィルム130の反射率が、金属膜120に比べて、低いか高いことが望ましく、その差は3%〜50%であることが望ましい。ハードフィルム130と金属膜120との反射率差が3%以下である場合、反射感度が低くて効率的な検査が不可能であり、60%以上である場合、ハードフィルム130の厚さに対する軽減を加重させる。そして、ハードフィルム130に対する金属膜120の反射率比は、0.8〜1.3であることが望ましく、0.7〜1.4であることがさらに望ましい。これは、反射検査モードでは、反射率の絶対値と共に、反射率の相対的な比を用いた場合が高いためである。
【００４４】
金属膜120とハードフィルム130には、その形成前、形成中、または形成後に熱処理のような表面処理が行われる。熱処理は、急速熱処理装置(Rapid  Thermal  Process;RTP)、真空ホットプレート熱処理(Vacuum  Hot-Plate  Bake)、プラズマ及びファーネス(Furnace)のうち、1種以上の方法で行える。前記のような表面処理時に、全工程は、10-3torr以下の真空状態で行うことが望ましい。一方、熱処理後のクーリング(Cooling)は、自然クーリング、急速冷却装置を用いた方法で行える。
【００４５】
レジスト膜140の下部には、酸(H+)を含む有機薄膜が選択的にさらに形成され、レジスト膜140は、2，000Å以下、望ましくは、1，500Å以下の厚さを有することができる。
【００４６】
本発明によるフォトマスクは、本発明によるハードマスク用のブランクマスク100を利用してハードフィルム130のパターンを形成した後、これをエッチマスクとして遮光膜120をパターニングして製造し、最終的には、透明基板110上に遮光膜120のパターンが形成された構造を有することになる。この際、遮光膜120のパターンは、前述したハードマスク用のブランクマスク100中の遮光膜120の性質をそのまま有する。
【００４７】
以下、実施例を通じて本発明を具体的に説明するが、実施例は単に本発明の例示及び説明のための目的として使われたものであって、意味限定や特許請求の範囲に記載した本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、本発明の技術分野で通常の知識を有する者ならば、実施例から多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解できるであろう。よって、本発明の真の技術力の保護範囲は、特許請求の範囲の技術的事項によって決められねばならない。
【００４８】
(実施例)
金属膜の設計I(遮光膜の設計)
本発明の実施例による金属膜は、2層構造で形成され、単層、2層以上でも具現可能である。金属膜は、主に遮光機能を有する遮光膜及び前記遮光膜上に具備され、露光光の反射を低減する反射防止膜からなる。遮光膜は、200nm以下の露光波長で光学密度及び厚さに重点をおいて設計される。
【００４９】
透明基板としては、複屈折率が2nm/6.3mm以下に制御された6025inchサイズの合成石英ガラス基板が用いられる。前記透明基板上にDCマグネトロン装備で多様な組成を有するモリブデンシリサイド(MoSi)ターゲット及び0.3〜1.6kWの工程パワーで厚さを減少させうる範囲で反応性ガスである窒素の比率を変更して、下記表1のように多様な形態の金属膜を形成した。この際、厚さ範囲を判断するために、193nmで光学密度は2.72に設定し、Varian社のCary-5000装備及びX-rayを用いたXRD装備を用いて測定した。
【００５０】
【表１】
2013088814.tif 000003
遮光膜は、解像度及びパターン正確度(Fidelity)の向上のために薄く形成されることが要求される。このために、実施例1〜9を参照すれば、ターゲットの組成比及び窒素(N2)の比率による遮光膜の厚さを実験した結果、スパッタリングターゲットの金属、すなわち、モリブデンの比率が増加するほど、そして、窒素の比率が低いほど、同一光学密度で厚さが低くなることを確認した。追加的に、実施例10のように消滅係数がモリブデンに比べて、高いタングステン(W)を用いる場合、その厚さがさらに低くなることを確認した。
【００５１】
金属膜の設計II(反射防止膜の設計)
前記実施例1〜10に基づいて、薄い厚さを有し、露光波長に対してフレア現象を低減させる目的で、反射防止膜を下記表2のように形成した。この際、適用された反応性ガスの比率は30〜60%であり、工程パワーは0.3〜1.6kWに設定した。
【００５２】
【表２】
2013088814.tif 000004
前記実施例11〜22を参照すれば、反射防止膜は、前述した遮光膜の実施例2、5、8、10を基準にその上部に形成した。遮光膜及び反射防止膜で構成された金属膜の最終厚さは193nmで光学密度2.92〜3.05範囲で測定された。実験結果、実施例11〜13、すなわち、遮光膜形成をMoSi(10:90at%)ターゲットを利用して、反射防止膜を設計する場合、金属膜の全体厚さ範囲は、550Å〜600Åであった。実施例14〜16、すなわち、遮光膜の形成は、MoSi(20:80at%)ターゲットを利用し、反射防止膜を設計する場合、金属膜の全体厚さ範囲は、420Å〜470Åであった。実施例17〜19、すなわち、遮光膜の形成は、MoSi(30:70at%)ターゲットを利用し、反射防止膜を設計する場合、金属膜の全体厚さは360Å〜400Åであった。実施例20、すなわち、遮光膜の形成はWSiターゲットを利用し、反射防止膜を設計する場合、金属膜の全体厚さは、300Å〜350Åであった。これを通じて目標光学密度である2.7〜3.0以上を有しつつも、金属膜を薄く形成するためには、金属膜の遮光膜形成時に金属成分の含有量が増加するほどその効果が大きくなることを確認した。追加的に、モリブデンに比べて、消滅係数が高いタングステンを用いる時、その効果が顕著に増加することが分かる。また、同一構成の遮光膜上に反射防止膜を形成する場合、金属含有量が増加するほど最終金属膜の反射率が増加することが分かる。
【００５３】
したがって、前記実験を通じて厚さが薄く、フレア防止のために反射率が制御された金属膜の形成のためには、遮光膜の場合、金属含有量が高く、反射防止膜の場合、金属含有量が低くなければならないことが分かる。
【００５４】
金属膜の設計III(耐化学性の評価)
金属膜は、フォトマスクの製造時、繰り返して洗浄工程を経ることになり、これにより、SPM及びSC-1のような化学薬品に対する耐化学特性が重要である。したがって、90℃の硫酸:過酸化水素水の比率が10:1であるSPMと、アンモニア水:過酸化水素水:超純水の比率が1:1:5であるSC-1条件で2時間浸漬した後、薄膜の厚さ変化をXRR装備で評価した。追加的に、急速熱処理装置(RTP)を利用して、10motrr〜2motrrの真空条件と350℃の温度で30分間表面熱処理を実施した後、耐化学性評価を実施した。
【００５５】
【表３】
2013088814.tif 000005
前記実施例23〜30を参照すれば、急速熱処理装置を通じて表面処理を実施する場合、耐化学特性が改善されることを確認した。しかし、実施例13、16、19、22のように反射防止膜に金属成分が高いほど耐化学性が悪くなることを確認した。これは、モリブデン自体が塩基性及び酸性に脆弱な特性に起因すると判断される。
【００５６】
このように、薄く、反射率が30%以内に制御されつつも、耐化学特性に優れた金属膜を得るための実験において、金属膜の遮光膜は金属成分が高く、反射防止膜には金属成分が低くなければならないことが確認できた。
【００５７】
ハードフィルムの設計I
ハードフィルムのCD偏差低減のための実験において、ハードフィルムのエッチング特性評価のために、クロム物質及びクロリン(Chlorine)基盤の反応性ガスを用いて、Cr、CrN、CrC、CrON、CrCO、CrCONなどのそれぞれの組合わせに対して、ドライエッチング率を評価した。この際、それぞれのハードフィルムは、40Åの厚さに制御され、EPD(End  Point  Detection)を通じてエッチング終点を確認し、工程パワーは、0.3〜1.6kWに設定した。
【００５８】
【表４】
2013088814.tif 000006
実施例31〜41を参照すれば、クロムからなるハードフィルムのエッチング率は、1.20Å/secを示した。また、ハードフィルムに含まれた窒素の含有量が高くなるほどエッチング率が高いことを確認し、一方、炭素の含有量が高いほどエッチング率が低いことを確認した。
【００５９】
これに対して、ハードフィルムのエッチング率によるCD偏差とローディング効果とを一般化した結果、ハードフィルムのエッチング率が増加するほど、ローディング効果に比べて、CD偏差がさらに大きく増加する傾向を示した。これは、ハードフィルムの厚さが40Åと薄いために、ローディング効果に比べて、CD偏差の効果がさらに大きく示されると判断され、この際、微細パターンの許容誤差範囲でエッチング率は、0.4Å/sec〜2.0Å/secの範囲が適正であることを確認した。
【００６０】
ハードフィルムの設計II(反射率差の評価)
ハードフィルムの検査のために表5のように前記実施例22、23、25、27、29での金属膜に対して熱処理を行い、熱処理された金属膜上にハードフィルムを40Åの厚さに成膜した後、Cary-5000装備を用いて193nmでハードフィルムと金属膜との反射率を測定した。
【００６１】
【表５】
2013088814.tif 000007
実施例43〜46では、前記表5のようにハードフィルムと金属膜との反射率の絶対値差が6%〜13%を示した。その中、実施例45の金属膜及びハードフィルムの反射率を比べたグラフを図4に示した。図4を参照すれば、ハードフィルムと金属膜との反射率の絶対値差は9.98%であり、金属膜に比べて、ハードフィルムの反射率の比率は1.2以上を示して、ハードフィルムの反射モード検査時に十分な感度(Contrast)を有することを確認した。
【００６２】
また、実施例42の金属膜、すなわち、193nmで34.85%の反射率を有する金属膜とハードフィルムの反射率の絶対値を比べた結果、ハードフィルムでの反射率は33.55%を示して絶対値は1.30%を示し、金属膜に比べて、ハードフィルムの反射率の比率は0.96を示して、ハードフィルムと金属膜との反射率感度差が発生したことを確認した。
【００６３】
さらに、ハードフィルムによる反射率差の発生を図5及び図6に基づいて詳しく説明する。
【００６４】
遮光膜は、前述した実施例を参照してMoSi[含有率20:80]ターゲットを用いて、窒素含有量を20%に制御してスパッタリングした。この際、図5に示したように、193nmで遮光膜の反射率(実線)は30%を示した。次いで、ハードフィルムとしてクロムを用いてクロムを4nmの厚さに形成した。これによるハードフィルムの反射率(点線)は、193nmで37%を示して、図5に示されたように遮光膜とハードフィルム表面での反射率差が7%を示して検査が容易であった。
【００６５】
また、遮光膜の形成のためにMoSi[15:85]ターゲットを利用し、窒素含有量は30%に制御して形成した。この際、図6に示したように、遮光膜の厚さは45nmを示し、光学密度は193nmで3.0、反射率(実線)は32%を示した。次いで、ハードフィルムでクロム窒化物(CrN)を4nm厚さに成膜した後、ハードフィルム上で反射率(点線)を測定した結果、193nmで28%を示した。
【００６６】
前述したように、本発明では、遮光膜の金属成分が高く、反射防止膜の金属成分が低く、その厚さを低めて解像度及びパターン正確度を向上させ、反射率が30%以内に制御されつつも、耐化学特性に優れた金属膜を形成した。また、ハードフィルムの窒素含有量が高くなるほど、エッチング率が高く、かつ炭素の含有量が高いほどエッチング率が低いことを確認して、ハードフィルムのエッチング率を適正に制御することによって、CD偏差を低減させ、検査しやすいハードフィルム及び金属膜を設計可能にした。
【００６７】
以上、本発明を特定の実施例に関連付けて図示し、説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、下記特許請求の範囲は、本発明の精神及び分野を離脱しない限り、本発明を多様に改造及び変形可能であるということを当業者ならば、容易に理解できるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、半導体デバイスの製造に用いられるフォトマスク関連の技術分野に好適に適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
110    透明基板
112    遮光膜
114    エッチング阻止膜
120    金属膜
130    ハードフィルム
140    レジスト膜
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2013088814.tif 000009
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
2013088814.tif 000011
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2013088814.tif 000013
【図３】
2013088814.tif 000014
【図４】
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【図５】
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【図６】
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