KR20240026914A - 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
요구되는 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 내광성을 충족함과 함께, EB 결함 수정을 실용상 고정밀도로 용이하게 행할 수 있는 위상 시프트막을 구비하는 마스크 블랭크를 제공한다. 투광성 기판 위에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며, 위상 시프트막은, 전이 금속, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지고, 위상 시프트막의 투광성 기판과의 계면의 근방 영역과 위상 시프트막의 투광성 기판과는 반대측의 표층 영역을 제외한 내부 영역에 있어서의, 전이 금속의 함유량에 대한 질소 및 산소의 합계 함유량의 비율은 12 이상 19 이하이다.
Description
본 발명은 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 이용하여 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 또한, 이 미세 패턴의 형성에는 통상 여러 장의 전사용 마스크가 사용된다. 반도체 디바이스의 패턴을 미세화하는 데 있어서는, 전사용 마스크에 형성되는 마스크 패턴의 미세화에 추가하여, 포토리소그래피에서 사용되는 노광 광원의 파장의 단파장화가 필요해진다. 반도체 디바이스의 제조 시에 사용되는 노광 광원은, 근년에는 KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚)로부터, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)로 단파장화가 진행되고 있다.
전사용 마스크의 종류에는, 종래의 투광성 기판 위에 크롬계 재료로 이루어지는 차광막 패턴을 구비한 바이너리 마스크 외에, 하프톤형 위상 시프트 마스크가 있다. 이와 같은 하프톤형 위상 시프트 마스크로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 투명 기판 위에, 질소, 금속 및 실리콘을 주된 구성 요소로 하는 박막을 적어도 한 층 포함하는 광 반투과막을 형성한 것이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에 있어서는, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 내성(소위 ArF 내광성)을 높이기 위해서, 투광성 기판 위에 광 반투과막을 구비하고, 상기 광 반투과막은, 전이 금속, 규소 및 질소를 주성분으로 하는 불완전 질화물막으로 이루어지며, 상기 반투과막의 전이 금속과 규소 사이에서의 전이 금속의 함유 비율을 9％ 미만으로 한 위상 시프트 마스크가 개시되어 있다.
특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같은 전이 금속의 함유 비율을 억제한 규소와 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 위상 시프트막은, ArF 내광성이 높다는 것이 이미 알려져 있다. 그러나, 이와 같은 위상 시프트막의 패턴에서 발견한 흑색 결함 부분에 대하여 EB 결함 수정을 행한바, 이하와 같은 문제가 발생한다는 사실이 판명되었다.
우선, 전이 금속의 함유 비율을 억제한 위상 시프트막의 흑색 결함 부분을 EB 결함 수정에 의해 제거했을 때에, 흑색 결함이 존재하고 있던 영역의 투광성 기판의 표면이 크게 거칠어져 버린다(표면 조도가 대폭 악화됨). 기판의 표면 조도가 대폭 악화되면 ArF 노광광의 투과율의 저하나 난반사 등이 생기기 쉽고, 그와 같은 위상 시프트 마스크는 노광 장치의 마스크 스테이지에 설치하여 노광 전사에 사용할 때에 전사 정밀도의 대폭적인 저하를 초래한다.
또한, 질소 및 산소의 함유 비율을 억제한 위상 시프트막의 흑색 결함 부분을 EB 결함 수정에 의해 제거할 때에, 흑색 결함 부분의 주위에 존재하는 위상 시프트막에 형성된 전사 패턴이 측벽으로부터 에칭되어 버릴 우려가 있다(이 현상을 자발성 에칭 등이라고 함). 자발성 에칭이 발생한 경우, 전사 패턴이 EB 결함 수정 전의 폭보다도 대폭 가늘어져 버리는 일이 발생한다. EB 결함 수정 전의 단계에서 폭이 가는 전사 패턴의 경우, 패턴의 탈락이나 소실이 발생할 우려도 있다. 이러한 자발성 에칭이 생기기 쉬운 위상 시프트막의 패턴을 구비하는 위상 시프트 마스크는, 노광 장치의 마스크 스테이지에 설치하여 노광 전사에 사용할 때에, 전사 정밀도의 대폭적인 저하를 초래한다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 요구되는 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 내광성을 충족함과 함께, EB 결함 수정을 실용상 고정밀도로 용이하게 행할 수 있는 위상 시프트막을 구비하는 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 이 마스크 블랭크를 사용한 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 그리고, 본 발명은 이와 같은 위상 시프트 마스크를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
투광성 기판 위에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며,
상기 위상 시프트막은, 전이 금속, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지고,
상기 위상 시프트막의 상기 투광성 기판과의 계면의 근방 영역과 상기 위상 시프트막의 상기 투광성 기판과는 반대측의 표층 영역을 제외한 내부 영역에 있어서의, 전이 금속의 함유량에 대한 질소 및 산소의 합계 함유량의 비율은 12 이상 19 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 위상 시프트막은, 전이 금속, 규소, 질소 및 산소의 합계 함유량이 97원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 표층 영역은, 상기 위상 시프트막에 있어서의 상기 투광성 기판과는 반대측의 표면으로부터 상기 투광성 기판측을 향해 5㎚의 깊이까지의 범위에 걸치는 영역인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 근방 영역은, 상기 투광성 기판과의 계면으로부터 상기 표층 영역측을 향해 5㎚의 깊이까지의 범위에 걸치는 영역인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 표층 영역은, 상기 내부 영역보다도 산소 함유량이 많은 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 내부 영역에 있어서의 전이 금속의 함유량에 대한 산소의 함유량의 비율은 5.0 미만인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 내부 영역에 있어서의 전이 금속과 규소의 합계 함유량에 대한, 전이 금속의 함유량의 비율은 0.04 이상 0.07 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 전이 금속은 몰리브덴이며,
상기 내부 영역에 대하여 X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행하여 상기 내부 영역에 있어서의 Mo3d 내로우 스펙트럼을 취득했을 때, 상기 Mo3d 내로우 스펙트럼의 결합 에너지가 230eV 이상 233eV 이하의 범위에서의 최대 피크에 대한, 결합 에너지가 226eV 이상 229eV 이하의 범위에서의 최대 피크의 비율은 1.2 미만인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 9)
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 1％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능과, 상기 위상 시프트막을 투과한 상기 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 상기 노광광의 사이에서 150도 이상 210도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 8 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 10)
상기 위상 시프트막 위에, 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 11)
구성 1 내지 10 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 위상 시프트 마스크의 제조 방법이며, 건식 에칭에 의해 상기 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
(구성 12)
구성 11에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 사용하고, 반도체 기판 위의 레지스트막에 상기 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
본 발명의 마스크 블랭크는, 투광성 기판 위에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며, 위상 시프트막은, 전이 금속, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지고, 위상 시프트막의 투광성 기판과의 계면의 근방 영역과 위상 시프트막의 투광성 기판과는 반대측의 표층 영역을 제외한 내부 영역에 있어서의, 전이 금속의 함유량에 대한 질소 및 산소의 합계 함유량의 비율은 12 이상 19 이하인 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같은 구조의 마스크 블랭크로 함으로써, 요구되는 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 내광성을 충족함과 함께, EB 결함 수정을 실용상 고정밀도로 용이하게 행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1의 위상 시프트막에 대하여 X선 광전자 분광 분석을 행한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1의 위상 시프트막에 대하여 X선 광전자 분광 분석을 행한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 각 실시 형태에 대하여 설명한다.
[마스크 블랭크와 그 제조]
본 발명자들은, 전이 금속, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 위상 시프트막에 있어서, ArF 엑시머 레이저의 노광광(ArF 노광광)에 대한 내광성(ArF 내광성)이 높고, EB 결함 수정을 용이하게 행할 수 있는 위상 시프트막에 대하여 예의 연구를 행하였다.
위상 시프트막은, ArF 노광광에 대하여 소정의 투과율로 투과하는 기능과, 그 위상 시프트막을 투과하는 노광광에 대하여 그 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광의 사이에서 소정의 위상차를 발생시키는 기능을 겸비할 필요가 있다.
위상 시프트막의 EB 결함 수정에서는, 위상 시프트막의 수정 레이트와, 그것과 기판과의 수정 레이트 차, 및 수정 종점의 검출 정밀도의 3요소가, 고정밀도로 EB 결함 수정을 행하는 데 있어서 실용상 중요하다. 그리고, 이들 특성이, 전술한 위상 시프트막에 요구되고 있는 투과율과 위상차를 만들어 내는 요건을 손상시키지 않고 충족될 필요가 있다. 이 때문에, EB 결함 수정을 양호하게 행하기 위해서는, 위상 시프트막 중에 있어서의 전이 금속의 함유 비율을 높게 하는 것이 바람직하다.
한편, ArF 내광성을 높인다는 관점에 있어서는, ArF 노광광의 조사에 기인하는 전이 금속을 함유하는 변질층의 발생을 억제하기 위해서, 위상 시프트막 중에 있어서의 전이 금속의 함유 비율을 낮게 하는 것이 바람직하다.
이에, 본 발명자들은, 상술한 위상 시프트막에 요구되는 기능을 확보하는 것을 전제로 하여, 위상 시프트막 중에 있어서의 전이 금속과 규소의 비율을 조정함으로써, 요구되는 ArF 내광성과 EB 결함 수정의 용이성을 양립시키는 것을 시도하였다.
그러나, 위상 시프트막 중에 있어서의 전이 금속과 규소의 비율을 조정하여도, 요구되는 ArF 내광성과 EB 결함 수정의 용이성을 양립시킬 수 있는 위상 시프트막을 실현하는 것은 곤란하다는 것을 알게 되었다.
이에, 본 발명자들은, 발상을 전환하여, 전이 금속과 규소의 비율이 아니라, 위상 시프트막에 포함되는 전이 금속과, 질소 및 산소의 관계에 대하여 착안하였다. 산소는, 위상 시프트막에 있어서 필수적인 원소가 아니지만, ArF 내광성이나 EB 결함 수정에 대하여 무시할 수 없는 영향을 갖고 있다.
본 발명자들은, 이 관점에 기초하여, 우선, 복수매의 투광성 기판 위에, 스퍼터링법으로 성막 조건을 각각 바꾼 복수의 위상 시프트막을 형성하였다. 그리고, 각 위상 시프트막에 대하여 X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행하여 조성을 취득하였다. 또한, 각 위상 시프트막의 조성과 ArF 내광성이나 EB 결함 수정의 관련성에 대하여 검토를 행하였다. 그리고, 예의 검토한 결과, 위상 시프트막의 내부 영역에 있어서의, 전이 금속의 함유량에 대한 질소 및 산소의 합계 함유량의 비율이 12 이상 19 이하의 범위를 충족하는 것이면, 요구되는 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 내광성을 충족함과 함께, EB 결함 수정을 실용상 고정밀도로 용이하게 할 수 있다는 것을 알아내었다. 여기서, 위상 시프트막의 내부 영역이란, 위상 시프트막에 있어서의 조성이 안정되어 있는 영역이며, 투광성 기판과의 계면의 근방 영역과 위상 시프트막의 투광성 기판과는 반대측의 표층 영역을 제외한 영역이다.
본 발명은, 이상과 같은 예의 검토를 행한 결과 이루어진 것이다.
다음으로, 마스크 블랭크의 전체 구성을, 도 1을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(100)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시한 본 발명의 마스크 블랭크(100)는 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드마스크막(4)이 이 순서로 적층된 구조를 갖는다.
투광성 기판(1)은 합성 석영 유리 외에, 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등) 등으로 형성할 수 있다. 이들 중에서도, 합성 석영 유리는, ArF 노광광에 대한 투과율이 높고, 변형을 일으키기 어려운 충분한 강성도 갖기 때문에, 마스크 블랭크의 투광성 기판을 형성하는 재료로서 특히 바람직하다.
위상 시프트막(2)은 투광성 기판(1)의 표면에 접하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. EB 결함 수정 시에 있어서, 투광성 기판(1)이 위상 시프트막(2)의 사이에 EB 결함 수정을 하기 어려운 재료로 이루어지는 막(예를 들어, 크롬계 재료의 막)이 없는 편이 바람직하기 때문이다.
위상 시프트막(2)은 위상 시프트 효과를 유효하게 기능시키기 위해서는, ArF 노광광에 대한 투과율이 1％ 이상인 것이 바람직하고, 2％ 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(2)은 ArF 노광광에 대한 투과율이 20％ 이하가 되도록 조정되어 있는 것이 바람직하고, 15％ 이하이면 보다 바람직하며, 11％ 이하이면 더욱 바람직하다.
위상 시프트막(2)은 적절한 위상 시프트 효과를 얻기 위해서, 투과하는 ArF 노광광에 대하여, 이 위상 시프트막(2)의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 광과의 사이에서 소정의 위상차를 발생시키는 기능을 갖는 것이 요구된다. 또한, 그 위상차는 150도 이상 210도 이하의 범위가 되도록 조정되어 있는 것이 바람직하다. 위상 시프트막(2)에 있어서의 상기 위상차의 하한값은 160도 이상인 것이 보다 바람직하고, 170도 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 위상 시프트막(2)에 있어서의 상기 위상차의 상한값은 190도 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 이유는, 위상 시프트막(2)에 패턴을 형성할 때의 건식 에칭 시에, 투광성 기판(1)이 미소하게 에칭됨에 따른 위상차의 증가 영향을 작게 하기 위해서이다. 또한, 근년의 노광 장치에 의한 위상 시프트 마스크에 대한 ArF 노광광의 조사 방식이, 위상 시프트막(2)의 막면의 수직 방향에 대하여 소정 각도로 경사진 방향으로부터 ArF 노광광을 입사시키는 것이 늘어나고 있기 때문이기도 하다.
위상 시프트막(2)은 전이 금속, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 이루어진다. 위상 시프트막(2)에 함유시키는 전이 금속으로서는, 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 니켈(Ni), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd) 등 중 어느 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다. 위상 시프트막(2)은 규소에 추가하여, 어느 반금속 원소를 함유해도 된다. 이 반금속 원소 중에서도, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키면, 스퍼터링 타깃으로서 사용하는 규소의 도전성을 높이는 것을 기대할 수 있기 때문에, 바람직하다.
위상 시프트막(2)은 질소에 추가하여, 어느 비금속 원소를 함유해도 된다. 여기서, 본 발명에 있어서의 비금속 원소는, 협의의 비금속 원소(질소, 탄소, 산소, 인, 황, 셀레늄), 할로겐 및 귀가스를 포함하는 것을 말한다. 이 비금속 원소 중에서도, 탄소, 불소 및 수소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키면 바람직하다. 위상 시프트막(2)은 후술하는 표층 영역을 제외하고, 산소의 함유량을 20원자％ 이하로 억제하는 것이 바람직하고, 18원자％ 이하이면 보다 바람직하다. 위상 시프트막(2)의 산소 함유량이 많으면, EB 결함 수정을 행했을 때의 수정 레이트가 대폭 느려진다.
위상 시프트막(2)은 귀가스를 함유해도 된다. 귀가스는, 반응성 스퍼터링으로 위상 시프트막(2)을 성막할 때에 성막실 내에 존재함으로써 성막 속도를 크게 하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 이 귀가스가 플라스마화하고, 타깃에 충돌함으로써 타깃으로부터 타깃 구성 원소가 튀어나오고, 도중에 반응성 가스를 받아들이면서, 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트막(2)이 형성된다. 이 타깃 구성 원소가 타깃으로부터 튀어나오고, 투광성 기판(1)에 부착될 때까지의 사이에 성막실 중의 귀가스가 약간 도입된다. 이 반응성 스퍼터링에서 필요한 귀가스로서 바람직한 것으로서는, 아르곤, 크립톤, 크세논을 들 수 있다. 또한, 위상 시프트막(2)의 응력을 완화하기 위해서, 원자량이 작은 헬륨, 네온을 박막에 적극적으로 받아들이게 할 수 있다.
위상 시프트막(2)은 전이 금속, 규소, 질소 및 산소의 합계 함유량이 97원자％ 이상인 것이 바람직하고, 98원자％ 이상인 것이 보다 바람직하며, 99원자％ 이상이면 더욱 바람직하다. 위상 시프트막(2)은 위상 시프트 마스크에 대하여 불리하게 작용하는 원소를 위상 시프트막(2)으로부터 제외시키기 위해서, 불가피하게 도입되는 원소나 의도적으로 도입되는 원소(반금속 원소 및 비금속 원소)를 제외하고, 전이 금속, 규소, 질소 및 산소로 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 위상 시프트막(2)의 막 두께는, 적어도 90㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 박막화를 행하면, 전자계 효과에 관한 바이어스(EMF 바이어스: Electro Magnetic Field Bias)를 작게 할 수 있기 때문이다. 이 때문에, 위상 시프트막(2)의 두께는 85㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 80㎚ 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막의 막 두께를 이와 같은 박막으로 함으로써, 마스크 위의 패턴 도괴에 의한 불량이 억제되어 위상 시프트 마스크의 수율이 향상된다. 한편, 위상 시프트막(2)은 두께가 40㎚ 이상인 것이 바람직하다. 위상 시프트막(2)의 두께가 40㎚ 미만이면, 위상 시프트막으로서 요구되는 소정의 투과율과 위상차를 얻지 못할 우려가 있다.
위상 시프트막(2)은, 전체의 평균값(후술하는 기판 근방 영역, 내부 영역 및 표층 영역의 전체에서의 평균값)에서의 ArF 노광광에 대한 굴절률 n(이하, 단순히 굴절률 n 등이라고 함)이 1.9 이상인 것이 바람직하고, 2.0 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막의 굴절률 n은 3.1 이하이면 바람직하고, 2.8 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(2)은, 전체의 평균값에서의 ArF 노광광에 대한 소쇠 계수 k(이하, 단순히 소쇠 계수 k라고 함)가 1.2 이하인 것이 바람직하고, 1.0 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(2)은, 전체의 평균값에서의 소쇠 계수 k가 0.1 이상인 것이 바람직하고, 0.2 이상이면 보다 바람직하다. 위상 시프트막(2)으로서 요구되는 광학 특성인 ArF 노광광에 대한 소정의 위상차와 소정의 투과율을 충족시키기 위해서는, 상기 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 범위가 아니면 실현이 곤란하기 때문이다.
위상 시프트막(2)을 포함하는 박막의 굴절률 n과 소쇠 계수 k는, 그 박막의 조성만으로 정해지는 것은 아니다. 그 박막의 막 밀도나 결정 상태 등도 굴절률 n이나 소쇠 계수 k를 좌우하는 요소이다. 이 때문에, 반응성 스퍼터링으로 박막을 성막할 때의 여러 조건을 조정하여, 그 박막이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 되도록 성막한다. 위상 시프트막(2)을 상기 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 범위로 하기 위해서는, 반응성 스퍼터링으로 성막할 때에 희가스와 반응성 가스(산소 가스, 질소 가스 등)의 혼합 가스의 비율을 조정하는 것이 유효하지만, 그것만으로 한정되는 것은 아니다. 반응성 스퍼터링으로 성막할 때에 있어서의 성막실 내의 압력, 스퍼터 타깃에 인가하는 전력, 타깃과 투광성 기판(1) 사이의 거리 등의 위치 관계 등 다방면에 걸친다. 또한, 이들 성막 조건은 성막 장치에 고유한 것이며, 형성되는 위상 시프트막(2)이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 되도록 적절히 조정되는 것이다.
위상 시프트막(2)의 내부는, 투광성 기판(1) 측으로부터 기판 근방 영역(근방 영역), 내부 영역 및 표층 영역의 순으로 3개의 영역으로 나눌 수 있다. 기판 근방 영역(근방 영역)은 위상 시프트막(2)과 투광성 기판(1)의 계면으로부터 투광성 기판(1)과는 반대측의 표면측(즉, 표층 영역측)을 향해 5㎚의 깊이까지의 범위에 걸치는 영역이다. 이 기판 근방 영역에 대하여 X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행한 경우, 그 아래에 존재하는 투광성 기판(1)의 영향을 받기 쉽다. 또한, 취득된 기판 근방 영역의 Si2p, Mo3d, N1s, O1s 등의 각 내로우 스펙트럼에 있어서의 광전자 강도의 최대 피크의 정밀도가 낮다. 즉, X선 광전자 분광법에 의한 분석의 결과로부터 취득되는 기판 근방 영역의 조성 정밀도는 낮다.
표층 영역은, 투광성 기판(1)과는 반대측의 표면으로부터 투광성 기판(1) 측을 향해 5㎚의 깊이까지의 범위에 걸치는 영역이다. 표층 영역은, 위상 시프트막(2)의 표면으로부터 도입된 산소를 포함한 영역이기 때문에, 막의 두께 방향에서 산소 함유량이 조성 경사한 구조(투광성 기판(1)으로부터 멀어져 감에 따라 막 내의 산소 함유량이 증가해 가는 조성 경사를 갖는 구조)를 갖고 있다. 즉, 표층 영역은 내부 영역에 비하여 산소 함유량이 많다.
내부 영역은, 기판 근방 영역과 표층 영역을 제외한 위상 시프트막(2)의 영역이다. 이 내부 영역에 대하여 X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행하여 취득되는 각 내로우 스펙트럼의 광전자 강도의 최대 피크는, 투광성 기판(1)의 영향이나 표층 산화의 영향을 거의 받지 않는 수치이다. 이 때문에, 이 내부 영역에 있어서의 각 내로우 스펙트럼의 광전자 강도의 최대 피크는, 내부 영역을 구성하는 전이 금속, 규소 및 질소를 함유하는 재료의 X선이나 전자선의 조사에 대한 여기의 용이함(일함수)이 반영된 수치라고 말할 수 있다.
위상 시프트막(2)의 내부 영역에 있어서의, 전이 금속의 함유량에 대한 질소 및 산소의 합계 함유량의 비율[(N+O)/X 비율](X는 전이 금속. 이하에 있어서도 마찬가지)은 12 이상 19 이하이다. 내부 영역에 있어서의 (N+O)/X 비율이 12를 하회하면, 요구되는 ArF 내광성을 충족하는 것이 곤란해진다. 또한, 내부 영역에 있어서의 (N+O)/X 비율이 19를 상회하면, 요구되는 EB 결함 수정의 용이성을 충족하는 것이 곤란해진다. 내부 영역에 있어서의 (N+O)/X 비율은 13 이상이면 보다 바람직하고, 14 이상이면 더욱 바람직하다.
위상 시프트막의 내부 영역에 있어서의 질소의 함유량은 30원자％ 이상이면 바람직하다. 또한, 위상 시프트막의 내부 영역에 있어서의 질소의 함유량은 50원자％ 이하이면 바람직하다. 위상 시프트막(2)의 내부 영역은, 산소를 함유하고 있지 않아도 된다(X선 광전자 분광법에 의한 분석으로 취득되는 O1s 내로우 스펙트럼이 하한값 이하).
위상 시프트막(2)의 내부 영역에 있어서, 내부 영역에 있어서의 전이 금속의 함유량에 대한 산소의 함유량의 비율[O/X 비율]은 5.0 미만인 것이 바람직하고, 4.9 이하인 것이 보다 바람직하다. 내부 영역에 있어서의 O/X 비율이 5.0 이상이면 EB 결함 수정의 용이성이 저하되어 버리는 경향이 있기 때문이다.
또한, 위상 시프트막(2)의 내부 영역에 있어서, 전이 금속과 규소의 합계 함유량에 대한, 전이 금속의 함유량의 비율[X/(X+Si) 비율]은 0.04 이상 0.07 이하인 것이 바람직하고, 0.050 이상 0.065 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 X/(X+Si) 비율이 0.07보다 크면 ArF 내광성이 저하되는 경향이 있고, 0.04보다 작으면 EB 결함 수정의 용이성이 저하되어 버리는 경향이 있기 때문이다.
위상 시프트막(2) 중에 함유되는 전이 금속으로서는, 고품질의 타깃의 입수 용이함 등의 관점에서, 몰리브덴이 특히 바람직하다.
본 발명자들은, 전이 금속으로서 몰리브덴을 함유한 위상 시프트막(2)의 내부 영역에 대하여 X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행하여 내부 영역에 있어서의 Mo3d 내로우 스펙트럼을 취득하였다. 그리고, 취득한 Mo3d 내로우 스펙트럼과 ArF 내광성의 관계에 대하여 검토한바, Mo3d 내로우 스펙트럼의 결합 에너지가 230eV 이상 233eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip2]에 대한 결합 에너지가 226eV 이상 229eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip1]의 비율[Ip1/Ip2 비율]이 1.2 미만인 것이, ArF 내광성을 높이기 위해서 유익하다는 것을 알아내었다.
그 이유에 대해 본 발명자들은 이하와 같이 추측하고 있다. Mo3d 내로우 스펙트럼은 3d5/2와 3d3/2의 2개로 분열되며, 그 2개의 피크 위치(결합 에너지의 값)는 Mo의 화학 결합 상태에 따라 변화한다. 몰리브덴, 질소, 규소, (및 산소)를 함유한 위상 시프트막(2)에 있어서, 결합 에너지가 보다 높은 230eV 이상 233eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip2]와, 결합 에너지가 보다 낮은 226eV 이상 229eV 이하의 범위에서 최대 피크[Ip1]를 갖는다는 것을 알 수 있었다. 그리고, 이들 최대 피크의 비율[Ip1/Ip2 비율]이 1.2 미만이면, 1.2 이상의 경우에 비하여, 위상 시프트막(2)에 있어서의 전체적인 Mo원자 중, 보다 높은 결합 에너지를 갖는 Mo원자의 수가 많게 되어 있다고 말할 수 있다. 즉, 이들 최대 피크의 비율[Ip1/Ip2 비율]이 1.2 미만이면, 1.2 이상의 경우에 비해 Mo는 움직이기 어려운 상태에 있는 것으로 추측되며, 이에 따라 ArF 내광성이 높아지고 있는 것이 아닐까 추측된다. 또한, 이 추측은, 본 발명의 권리 범위를 전혀 한정하는 것은 아니다.
이와 같이, 위상 시프트막(2)은 내부 영역에 대하여 X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행하여 내부 영역에 있어서의 Mo3d 내로우 스펙트럼을 취득했을 때, Mo3d 내로우 스펙트럼의 결합 에너지가 230eV 이상 233eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip2]에 대한 결합 에너지가 226eV 이상 229eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip1]의 비율[Ip1/Ip2 비율]은 1.2 미만인 것이 바람직하고, 1.19 이하인 것이 보다 바람직하다.
위상 시프트막(2)은 스퍼터링에 의해 형성되지만, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 및 이온빔 스퍼터링 등 중 어느 스퍼터링도 적용 가능하다. 도전성이 낮은 타깃을 사용하는 경우에 있어서는, RF 스퍼터링이나 이온빔 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하지만, 성막 레이트를 고려하면, RF 스퍼터링을 적용하면 보다 바람직하다.
위상 시프트막(2)의 표층 영역은, 위상 시프트막(2)의 내부 영역보다도 산소 함유량이 많은 층(이하, 표면 산화층이라고 하는 경우도 있음)으로 되어 있는 것이 바람직하다. 표층에 산소 함유량이 많은 층을 갖는 위상 시프트막(2)은 마스크 제작 프로세스 시의 세정 공정이나 위상 시프트 마스크의 반복 사용 시에 행해지는 마스크 세정에서 사용되는 세정액에 대한 내성이 높다. 위상 시프트막(2)의 표면 산화층을 형성하는 방법으로서는, 다양한 산화 처리가 적용 가능하다. 이 산화 처리로서는, 예를 들어 대기 중 등의 산소를 함유하는 기체 중에 있어서의 가열 처리, 산소를 함유하는 기체 중에 있어서의 플래시 램프 등에 의한 광 조사 처리, 오존이나 산소 플라스마를 최상층에 접촉시키는 처리 등을 들 수 있다. 특히, 위상 시프트막(2)의 막응력을 저감하는 작용도 동시에 얻어지는 가열 처리나 플래시 램프 등에 의한 광 조사 처리를 사용하여, 위상 시프트막(2)에 표면 산화층을 형성하는 것이 바람직하다. 위상 시프트막(2)의 표면 산화층은, 두께가 1㎚ 이상인 것이 바람직하고, 1.5㎚ 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(2)의 표면 산화층은, 두께가 5㎚ 이하인 것이 바람직하고, 3㎚ 이하이면 보다 바람직하다.
마스크 블랭크(100)는 위상 시프트막(2) 위에 차광막(3)을 구비한다. 일반적으로, 바이너리형의 전사용 마스크에서는, 전사용 패턴이 형성되는 영역(전사용 패턴 형성 영역)의 외주 영역은, 노광 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 외주 영역을 투과한 노광광에 의한 영향을 레지스트막이 받지 않도록, 소정값 이상의 광학 농도(OD)를 확보하는 것이 요구되고 있다. 이 점에 대해서는, 위상 시프트 마스크의 경우도 동일하다. 통상, 위상 시프트 마스크를 포함하는 전사용 마스크의 외주 영역에서는, OD가 3.0 이상이면 바람직하다고 여겨지고 있으며, 적어도 2.8 이상은 필요로 하고 있다. 위상 시프트막(2)은 소정의 투과율로 노광광을 투과하는 기능을 갖고 있고, 위상 시프트막(2)만으로는 외주 영역에서 요구되는 소정값의 광학 농도를 확보하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 마스크 블랭크(100)를 제조하는 단계에서, 위상 시프트막(2) 위에 부족한 광학 농도를 확보하기 위한 차광막(3)을 적층해 둘 필요가 있다. 이와 같은 마스크 블랭크(100)의 구성으로 함으로써, 위상 시프트 마스크(200)(도 2 참조)를 제조하는 도중에, 위상 시프트 효과를 사용하는 영역(기본적으로 전사용 패턴 형성 영역)의 차광막(3)을 제거하면, 외주 영역에 소정값의 광학 농도가 확보된 위상 시프트 마스크(200)를 제조할 수 있다.
또한, 광학 농도 OD는, 대상으로 하는 막에 입사하는 광의 강도를 I0, 그 막을 투과해 온 광의 강도를 I로 했을 때에,
로 정의된다.
차광막(3)은 단층 구조 및 2층 이상의 적층 구조 모두 적용 가능하다. 또한, 단층 구조의 차광막 및 2층 이상의 적층 구조의 차광막의 각 층은, 막 또는 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성이어도, 층의 두께 방향에서 조성 경사진 구성이어도 된다.
도 1에 기재된 마스크 블랭크(100)는 위상 시프트막(2)의 위에, 다른 막을 통하지 않고 차광막(3)을 적층한 구성으로 되어 있다. 이 구성의 경우의 차광막(3)에서는, 위상 시프트막(2)에 패턴을 형성할 때에 사용되는 에칭 가스에 대하여 충분한 에칭 선택성을 갖는 재료를 적용할 필요가 있다.
이 경우의 차광막(3)은 크롬을 함유하는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 차광막(3)을 형성하는 크롬을 함유하는 재료로서는, 크롬 금속 외에, 크롬(Cr)에 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 및 불소(F)로부터 선택되는 1개 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 일반적으로, 크롬계 재료는, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스로 에칭되지만, 크롬 금속은 이 에칭 가스에 대한 에칭 레이트가 그다지 높지 않다. 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스의 에칭 가스에 대한 에칭 레이트를 높이는 점을 고려하면, 차광막(3)을 형성하는 재료로서는, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 1개 이상의 원소를 함유하는 재료가 바람직하다. 또한, 차광막을 형성하는 크롬을 함유하는 재료에 몰리브덴(Mo), 인듐(In) 및 주석(Sn) 중 1개 이상의 원소를 함유시켜도 된다. 몰리브덴, 인듐 및 주석 중 1개 이상의 원소를 함유시킴으로써, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 대한 에칭 레이트를 보다 빠르게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 마스크 블랭크는, 도 1에 도시한 것으로 한정되는 것이 아니라, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 사이에 다른 막(에칭 스토퍼막)을 통하도록 구성해도 된다. 이 경우에 있어서는, 상기 크롬을 함유하는 재료로 에칭 스토퍼막을 형성하고, 규소를 함유하는 재료로 차광막(3)을 형성하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
차광막(3)을 형성하는 규소를 함유하는 재료에는, 전이 금속을 함유시켜도 되고, 전이 금속 이외의 금속 원소를 함유시켜도 된다. 차광막(3)에 형성되는 패턴은, 기본적으로 외주 영역의 차광대 패턴이며, 전사용 패턴 영역에 비하여 ArF 노광광의 적산 조사량이 적은 것이나, 이 외주 영역에 미세 패턴이 배치되어 있는 것은 드물어 ArF 내광성이 낮아도 실질적인 문제가 생기기 어렵기 때문이다. 또한, 차광막(3)에 전이 금속을 함유시키면, 함유시키지 않는 경우에 비하여 차광 성능이 크게 향상되고, 차광막(3)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하게 되기 때문이다. 차광막(3)에 함유시키는 전이 금속으로서는, 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 니켈(Ni), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd) 등 중 어느 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다.
본 실시 형태에서는, 차광막(3) 위에 적층한 하드마스크막(4)을 차광막(3)을에칭할 때에 사용되는 에칭 가스에 대하여 에칭 선택성을 갖는 재료로 형성하고 있다. 이에 의해, 이하에 설명하는 바와 같이, 레지스트막을 차광막(3)의 마스크로서 직접 사용하는 경우보다도 레지스트막의 막 두께를 대폭 얇게 할 수 있다.
차광막(3)은 소정의 광학 농도를 확보하여 충분한 차광 기능을 가질 필요가 있기 때문에, 그 두께의 저감에는 한계가 있다. 한편, 하드마스크막(4)은 그 바로 아래의 차광막(3)에 패턴을 형성하는 건식 에칭이 끝날 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능할 수 있을 만큼의 막 두께가 있으면 충분하며, 기본적으로 광학면에서의 제한을 받지 않는다. 이 때문에, 하드마스크막(4)의 두께는, 차광막(3)의 두께에 비하여 대폭 얇게 할 수 있다. 그리고, 유기계 재료의 레지스트막은, 이 하드마스크막(4)에 패턴을 형성하는 건식 에칭이 끝날 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능할 수 있을 만큼의 막 두께가 있으면 충분하므로, 레지스트막을 차광막(3)의 마스크로서 직접 사용하는 경우보다도 레지스트막의 막 두께를 대폭 얇게 할 수 있다. 이와 같이 레지스트막을 박막화할 수 있기 때문에, 레지스트 해상도를 향상시킬 수 있음과 함께, 형성되는 패턴의 도괴를 방지할 수 있다. 이와 같이, 차광막(3) 위에 적층한 하드마스크막(4)을 상술한 재료로 형성하는 것이 바람직하지만, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 마스크 블랭크(100)에 있어서, 하드마스크막(4)을 형성하지 않고, 차광막(3) 위에 레지스트 패턴을 직접 형성하고, 그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막(3)의 에칭을 직접 행하도록 해도 된다.
이 하드마스크막(4)은 차광막(3)이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에는, 상기 규소를 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 이 경우의 하드마스크막(4)은 유기계 재료의 레지스트막과의 밀착성이 낮은 경향이 있기 때문에, 하드마스크막(4)의 표면을 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리를 실시하고, 표면의 밀착성을 향상시키는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우의 하드마스크막(4)은 SiO2, SiN, SiON 등으로 형성되면 보다 바람직하다.
또한, 차광막(3)이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에 있어서의 하드마스크막(4)의 재료로서, 상기 외에, 탄탈을 함유하는 재료도 적용 가능하다. 이 경우에 있어서의 탄탈을 함유하는 재료로서는, 탄탈 금속 외에, 탄탈에 질소, 산소, 붕소 및 탄소로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다. 예를 들어, Ta, TaN, TaO, TaON, TaBN, TaBO, TaBON, TaCN, TaCO, TaCON, TaBCN, TaBOCN 등을 들 수 있다.
또한, 하드마스크막(4)은 차광막(3)이 규소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우, 상기 크롬을 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
마스크 블랭크(100)에 있어서, 하드마스크막(4)의 표면에 접하여, 유기계 재료의 레지스트막이 100㎚ 이하인 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. DRAM hp32㎚ 세대에 대응하는 미세 패턴의 경우, 하드마스크막(4)에 형성해야 할 전사용 패턴(위상 시프트 패턴)에, 선 폭이 40㎚인 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)가 마련되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에도, 레지스트 패턴의 단면 애스펙트비는 1:2.5로 낮아지므로, 레지스트막의 현상 시, 린스 시 등에 레지스트 패턴이 도괴되거나 탈리되는 것이 억제된다. 또한, 레지스트막의 막 두께는 80㎚ 이하이면, 레지스트 패턴의 도괴나 탈리가 더 억제되기 때문에, 보다 바람직하다.
[위상 시프트 마스크와 그 제조]
이 실시 형태의 위상 시프트 마스크(200)는 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(2)에 전사용 패턴(위상 시프트 패턴)이 형성되고, 차광막(3)에 차광대 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 마스크 블랭크(100)에 하드마스크막(4)이 마련되어 있는 구성의 경우, 이 위상 시프트 마스크(200)의 제작 도중에 하드마스크막(4)은 제거된다.
본 발명에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 상기 마스크 블랭크(100)를 사용하는 것이며, 건식 에칭에 의해 차광막(3)에 전사용 패턴을 형성하는 공정과, 전사용 패턴을 갖는 차광막(3)을 마스크로 하는 건식 에칭에 의해 위상 시프트막(2)에 전사용 패턴을 형성하는 공정과, 차광대 패턴을 갖는 레지스트막(제2 레지스트 패턴(6b))을 마스크로 하는 건식 에칭에 의해 차광막(3)에 차광대 패턴을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다. 이하, 도 2에 도시한 제조 공정에 따라서, 본 발명의 위상 시프트 마스크(200)의 제조 방법을 설명한다. 또한, 여기에서는, 차광막(3)의 위에 하드마스크막(4)이 적층한 마스크 블랭크(100)를 사용한 위상 시프트 마스크(200)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 차광막(3)에는 크롬을 함유하는 재료를 적용하고, 하드마스크막(4)에는 규소를 함유하는 재료를 적용하고 있는 경우에 대하여 설명한다.
우선, 마스크 블랭크(100)에 있어서의 하드마스크막(4)에 접하여, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 다음으로, 레지스트막에 대하여 위상 시프트막(2)에 형성해야 할 전사용 패턴(위상 시프트 패턴)인 제1 패턴을 전자선으로 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여 위상 시프트 패턴을 갖는 제1 레지스트 패턴(5a)을 형성한다(도 2의 (a) 참조). 계속해서, 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하고, 하드마스크막(4)에 제1 패턴(하드마스크 패턴(4a))을 형성한다(도 2의 (b) 참조).
다음으로, 제1 레지스트 패턴(5a)을 제거하고 나서, 하드마스크 패턴(4a)을 마스크로 하여, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용한 건식 에칭을 행하고, 차광막(3)에 제1 패턴(차광 패턴(3a))을 형성한다(도 2의 (c) 참조). 계속해서, 차광 패턴(3a)을 마스크로 하고, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 위상 시프트막(2)에 제1 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 형성하고, 또한 동시에 하드마스크 패턴(4a)도 제거한다(도 2의 (d) 참조).
다음으로, 마스크 블랭크(100) 위에 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 그 후, 레지스트막에 대하여 차광막(3)에 형성해야 할 패턴(차광 패턴)인 제2 패턴을 전자선으로 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여 차광 패턴을 갖는 제2 레지스트 패턴(6b)을 형성한다(도 2의 (e) 참조). 여기서, 제2 패턴은 비교적 큰 패턴이므로, 전자선을 사용한 노광 묘화 대신에, 스루풋이 높은 레이저 묘화 장치에 의한 레이저광을 사용한 노광 묘화로 하는 것도 가능하다.
계속해서, 제2 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하여, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용한 건식 에칭을 행하고, 차광막(3)에 제2 패턴(차광 패턴(3b))을 형성한다(도 2의 (f) 참조). 또한, 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐 위상 시프트 마스크(200)를 얻는다(도 2의 (g) 참조).
상기 건식 에칭에 사용되는 염소계 가스로서는, 염소(Cl)가 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, Cl2, SiCl2, CHCl3, CH2Cl2, BCl3 등을 들 수 있다. 또한, 상기 건식 에칭에 사용되는 불소계 가스로서는, 불소(F)가 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, CHF3, CF4, C2F6, C4F8, SF6 등을 들 수 있다. 특히, C를 포함하지 않는 불소계 가스는, 유리 기판에 대한 에칭 레이트가 비교적 낮기 때문에, 유리 기판에 대한 대미지를 보다 작게 할 수 있다.
본 발명의 위상 시프트 마스크(200)는 상기 마스크 블랭크(100)를 사용하여 제작된 것이다. 이 때문에, 전사용 패턴이 형성된 위상 시프트막(위상 시프트 패턴)은 ArF 노광광에 대한 투과율이 1％ 이상이고, 또한 위상 시프트 패턴을 투과한 노광광과 위상 시프트 패턴의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광의 사이에서의 위상차가 150도 이상 210도의 범위 내로 되어 있어 높은 위상 시프트 효과를 발생시킬 수 있다. 그에 추가하여, 위상 시프트 마스크(200)의 제조 공정 도중에 행해지는 마스크 검사에서 발견된 흑색 결함에 대한 EB 결함 수정 시에 있어서, 에칭 종점을 비교적 용이하게 검출할 수 있다. 또한, ArF 노광광의 조사 전후에 있어서, 위상 시프트 패턴의 패턴 선폭 변화량을 허용 범위 내로 억제할 수 있어, 요구되는 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 내광성을 충족할 수 있다.
[반도체 디바이스의 제조]
본 발명의 반도체 디바이스의 제조 방법은, 상기 위상 시프트 마스크(200) 또는 상기 마스크 블랭크(100)를 사용하여 제조된 위상 시프트 마스크(200)를 사용하고, 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사용 패턴을 노광 전사하는 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명의 위상 시프트 마스크(200)는 높은 위상 시프트 효과를 발생시키기 위해서, 본 발명의 위상 시프트 마스크(200)를 사용하여 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사하면, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 충족하는 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 그 제조 도중에 흑색 결함 부분을 EB 결함 수정에서 수정한 위상 시프트 마스크를 사용하여 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사한 경우에 있어서도, 그 위상 시프트 마스크의 흑색 결함이 존재하고 있던 패턴 부분에 대응하는 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 전사 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 피가공막을 건식 에칭하여 회로 패턴을 형성한 경우, 정밀도 부족이나 전사 불량에 기인하는 배선 단락이나 단선이 없는 고정밀도이고 수율이 높은 회로 패턴을 형성할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해, 본 발명의 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
[마스크 블랭크의 제조]
주표면의 치수가 약 152㎜×약 152㎜이고, 두께가 약 6.35㎜인 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(1)을 준비하였다. 이 투광성 기판(1)은 단면 및 주표면을 소정의 표면 조도 이하(제곱 평균 평방근 조도 Rq로 0.2㎚ 이하)로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이다.
다음으로, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=8원자％:92원자％)을 사용하고, 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 위에 몰리브덴, 규소 및 질소로 이루어지는 위상 시프트막(2)을 69㎚의 두께로 형성하였다.
다음으로, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 위상 시프트막(2)의 막응력을 저감시키기 위해서, 및 표층에 산화층을 형성하기 위한 가열 처리를 행하였다. 구체적으로는, 가열로(전기로)를 사용하여, 대기 중에서 가열 온도를 450℃, 가열 시간을 1시간으로 하여, 가열 처리를 행하였다. 다른 투광성 기판(1)의 주표면에 대하여 동일한 조건에서 위상 시프트막(2)을 성막하고, 가열 처리를 행한 것을 준비하였다. 위상 시프트량 측정 장치(레이저텍사 제조 MPM193)를 사용하여, 그 위상 시프트막(2)의 파장 193㎚의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한바, 투과율이 6.1％, 위상차가 177도였다. 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 위상 시프트막(2)의 광학 특성을 측정한바, 파장 193㎚의 광에 있어서의 굴절률 n은 2.48, 소쇠 계수 k는 0.61이었다.
상기와 마찬가지의 수순으로 다른 투광성 기판(1)에 위상 시프트막(2)을 형성한 것을 준비하고, 그 위상 시프트막(2)의 막 조성을 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy: X선 광전자 분광법)로 측정하고, 그 측정 결과를 RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry: 러더포드 후방 산란 분광법) 측정 결과에 상당하도록 보정(교정)하였다. 그 결과, 근방 영역과 표층 영역을 제외한 부분의 위상 시프트막(2)의 조성은, Mo가 3.0원자％, Si가 49.8원자％, N이 47.2원자％, 그리고 O가 0.0원자％였다. 따라서, 이 위상 시프트막(2)의 [(N+O)/Mo 비율]은 15.54이며, 12 이상 19 이하의 범위를 충족하고 있었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 [O/Mo 비율]은 0.0이며, 5 미만을 충족하고 있었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 [Mo/(Mo+Si) 비율]은 0.0575이며, 0.04 이상 0.07 이하의 범위를 충족하고 있었다. 또한, 도 3으로부터 파악되는 바와 같이, 이 위상 시프트막(2)의 내부 영역에 있어서의, Mo3d 내로우 스펙트럼의 결합 에너지가 230eV 이상 233eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip2]의 광전자 강도에 대한, 결합 에너지가 226eV 이상 229eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip1]의 광전자 강도의 비율[Ip1/Ip2 비율]은 1.185이며, 1.2 미만의 범위를 충족하고 있었다.
다음으로, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타깃을 사용하고, 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하여, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행하고, 위상 시프트막(2) 위에 CrOCN으로 이루어지는 차광막(3)의 최하층을 16㎚의 두께로 형성하였다. 다음으로, 동일한 크롬(Cr) 타깃을 사용하고, 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하여, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행하고, 차광막(3)의 최하층 위에 CrOCN으로 이루어지는 차광막(3)의 하층을 41㎚의 두께로 형성하였다.
다음으로, 동일한 크롬(Cr) 타깃을 사용하고, 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하여, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행하고, 차광막(3)의 하층 위에 CrN으로 이루어지는 차광막(3)의 상층을 6㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 방법에 의해, 위상 시프트막(2) 측으로부터 CrOCN으로 이루어지는 최하층, CrOCN으로 이루어지는 하층, CrN으로 이루어지는 상층의 3층 구조로 이루어지는 크롬계 재료의 차광막(3)을 합계 막 두께 63㎚로 형성하였다. 또한, 이 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조에 있어서의 파장 193㎚의 광학 농도(OD)를 측정한바 3.0 이상이었다.
또한, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에, 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화규소(SiO2) 타깃을 사용하고, 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 하여, RF 스퍼터링을 행하여 차광막(3)의 위에 규소 및 산소로 이루어지는 하드마스크막(4)을 5㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 방법에 의해, 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드마스크막(4)이 적층된 구조의 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 사용하고, 이하의 수순으로 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다. 처음에, 하드마스크막(4)의 표면에 HMDS 처리를 실시하였다. 계속해서, 스핀 도포법에 의해, 하드마스크막(4)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 레지스트막을 막 두께 80㎚로 형성하였다. 다음으로, 이 레지스트막에 대하여 위상 시프트막(2)에 형성해야 할 위상 시프트 패턴인 제1 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리를 행하고, 제1 패턴을 갖는 제1 레지스트 패턴(5a)을 형성하였다(도 2의 (a) 참조). 또한, 이때 전자선 묘화한 제1 패턴에는, 위상 시프트막(2)에 흑색 결함이 형성되도록, 본래 형성되어야 할 위상 시프트 패턴 외에 프로그램 결함을 추가해 두었다.
다음으로, 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하고, CF4 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 하드마스크막(4)에 제1 패턴(하드마스크 패턴(4a))을 형성하였다(도 2의 (b) 참조).
다음으로, 제1 레지스트 패턴(5a)을 애싱이나 박리액 등에 의해 제거하였다. 계속해서, 하드마스크 패턴(4a)을 마스크로 하고, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=15:1)를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제1 패턴(차광 패턴(3a))을 형성하였다(도 2의 (c) 참조).
다음으로, 차광 패턴(3a)을 마스크로 하고, 불소계 가스(SF6+He)를 사용한 건식 에칭을 행하여, 위상 시프트막(2)에 제1 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 형성하고, 또한 동시에 하드마스크 패턴(4a)을 제거하였다(도 2의 (d) 참조).
다음으로, 차광 패턴(3a) 위에 스핀 도포법에 의해, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 레지스트막을 막 두께 150㎚로 형성하였다. 다음으로, 레지스트막에 대하여 차광막(3)에 형성해야 할 패턴(차광 패턴)인 제2 패턴을 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 차광 패턴을 갖는 제2 레지스트 패턴(6b)을 형성하였다(도 2의 (e) 참조). 계속해서, 제2 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하고, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제2 패턴(차광 패턴(3b))을 형성하였다(도 2의 (f) 참조). 또한, 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐 위상 시프트 마스크(200)를 얻었다(도 2의 (g) 참조).
제작한 실시예 1의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한바, 프로그램 결함을 배치하고 있던 개소의 위상 시프트 패턴(2a)에 흑색 결함이 확인되었다. 그 흑색 결함 부분에 대하여 Carl Zeiss사 제조의 MeRIT MG45 전자 빔·마스크 리페어 툴을 사용하여, 전자선과 XeF2 가스를 사용하는 EB 결함 수정을 행한바, 투광성 기판(1)의 표면에 대한 에칭을 최소한으로 할 수 있어 요구되는 시간 내에 정밀도가 양호한 수정을 행할 수 있었다.
상기와 마찬가지의 수순으로 다른 투광성 기판(1)에 실시예 1과 마찬가지의 위상 시프트막(2)에 대하여 선 폭 200㎚ 정도의 위상 시프트 패턴(2a)을 형성한 것을 준비하고, ArF 엑시머 레이저 조사 내성을 조사하였다. 구체적으로는, 위상 시프트 패턴(2a)에 대하여 펄스 주파수 300㎐, 펄스 에너지 16J/㎠/pulse의 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 적산 조사량 10kJ/㎠가 되도록 연속 조사를 행하였다. 그리고, CD-SEM(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope)에서의 관찰에 의해, ArF 조사 전후에 있어서의 위상 시프트 패턴(2a)의 변화량의 비율 Δd를 산출한바, 4％ 이내이며, 허용 범위 내의 ArF 내광성을 갖고 있었다.
EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 1의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS 193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때의 전사 상(像)의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 충족하고 있었다. 또한, EB 결함 수정을 행한 부분의 전사 상은, 그 이외의 영역의 전사 상에 비하여 손색이 없는 것이었다. 이 결과로부터, EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 1의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사하였다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다고 말할 수 있다.
(실시예 2)
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 투광성 기판(1)을 준비하였다. 다음으로, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=8원자％:92원자％)을 사용하여, 아르곤(Ar), 질소(N2), 산소(O2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 위에 몰리브덴, 규소, 질소 및 산소로 이루어지는 위상 시프트막(2)을 70㎚의 두께로 형성하였다.
다음으로, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 위상 시프트막(2)의 막응력을 저감시키기 위해서 및 표층에 산화층을 형성하기 위한 가열 처리를 행하였다. 구체적으로는, 가열로(전기로)를 사용하여, 대기 중에서 가열 온도를 450℃, 가열 시간을 1.5시간으로 하여, 가열 처리를 행하였다. 다른 투광성 기판(1)의 주표면에 대하여 동일한 조건에서 위상 시프트막(2)을 성막하고, 가열 처리를 행한 것을 준비하였다. 위상 시프트량 측정 장치(레이저텍사 제조 MPM193)를 사용하여, 그 위상 시프트막(2)의 파장 193㎚의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한바, 투과율이 6.1％, 위상차가 177도였다. 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 위상 시프트막(2)의 광학 특성을 측정한바, 파장 193㎚의 광에 있어서의 굴절률 n은 2.38, 소쇠 계수 k는 0.57이었다.
실시예 1과 마찬가지로, 다른 투광성 기판(1)에 위상 시프트막(2)을 형성한 것을 준비하고, 그 위상 시프트막(2)의 막 조성을 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy: X선 광전자 분광법)로 측정하고, 그 측정 결과를 RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry: 러더포드 후방 산란 분광법) 측정 결과에 상당하도록 보정(교정)하였다. 그 결과, 근방 영역과 표층 영역을 제외한 부분의 위상 시프트막(2)의 조성은, Mo가 3.1원자％, Si가 47.2원자％, N이 34.4원자％, 그리고 O가 15.3원자％였다. 따라서, 이 위상 시프트막(2)의 [(N+O)/Mo 비율]은 15.90이며, 12 이상 19 이하의 범위를 충족하고 있었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 [O/Mo 비율]은 4.897이며, 5 미만을 충족하고 있었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 [Mo/(Mo+Si) 비율]은 0.0622이며, 0.04 이상 0.07 이하의 범위를 충족하고 있었다. 또한, 도 3으로부터 파악되는 바와 같이, 이 위상 시프트막(2)의 내부 영역에 있어서의, Mo3d 내로우 스펙트럼의 결합 에너지가 230eV 이상 233eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip2]의 광전자 강도에 대한, 결합 에너지가 226eV 이상 229eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip1]의 광전자 강도의 비율[Ip1/Ip2 비율]은 1.184이며, 1.2 미만의 범위를 충족하고 있었다.
다음으로, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막(2) 위에 차광막(3) 및 하드마스크막(4)을 순서대로 형성하였다. 이상의 방법에 의해, 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드마스크막(4)이 적층된 구조를 갖는 실시예 2의 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 2의 마스크 블랭크(100)를 사용하고, 실시예 1과 마찬가지의 수순에 의해, 실시예 2의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다.
제작한 실시예 2의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한바, 프로그램 결함을 배치하고 있던 개소의 위상 시프트 패턴(2a)에 흑색 결함이 확인되었다. 그 흑색 결함 부분에 대하여 Carl Zeiss사 제조의 MeRIT MG45 전자 빔·마스크 리페어 툴을 사용하여, 전자선과 XeF2 가스를 사용하는 EB 결함 수정을 행한바, 투광성 기판(1)의 표면에 대한 에칭을 최소한으로 할 수 있어 요구되는 시간 내에 있어서 정밀도가 양호한 수정을 행할 수 있었다.
상기와 마찬가지의 수순으로 다른 투광성 기판(1)에 실시예 2와 마찬가지의 위상 시프트막(2)에 대하여 선 폭 200㎚ 정도의 위상 시프트 패턴(2a)을 형성한 것을 준비하고, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 ArF 엑시머 레이저 조사 내성을 조사하였다. 그 결과, ArF 조사 전후에 있어서의 막 두께 변화량의 비율 Δd는 4％ 이내이며, 허용 범위 내의 ArF 내광성을 갖고 있었다.
EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 2의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS 193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때의 전사 상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 충족하고 있었다. 또한, EB 결함 수정을 행한 부분의 전사 상은, 그 이외의 영역의 전사 상에 비하여 손색이 없는 것이었다. 이 결과로부터, EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 2의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사하였다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다고 말할 수 있다.
(실시예 3)
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 투광성 기판(1)을 준비하였다. 다음으로, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=8원자％:92원자％)을 사용하고, 아르곤(Ar), 질소(N2), 산소(O2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 위에 몰리브덴, 규소, 질소 및 산소로 이루어지는 위상 시프트막(2)을 68㎚의 두께로 형성하였다.
다음으로, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 위상 시프트막(2)의 막응력을 저감하기 위해서, 및 표층에 산화층을 형성하기 위한 가열 처리를 행하였다. 구체적으로는, 가열로(전기로)를 사용하여, 대기 중에서 가열 온도를 450℃, 가열 시간을 1.5시간으로 하여 가열 처리를 행하였다. 다른 투광성 기판(1)의 주표면에 대하여 동일한 조건에서 위상 시프트막(2)을 성막하고, 가열 처리를 행한 것을 준비하였다. 위상 시프트량 측정 장치(레이저텍사 제조 MPM193)를 사용하여, 그 위상 시프트막(2)의 파장 193㎚의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한바, 투과율이 6.1％, 위상차가 177도였다. 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 위상 시프트막(2)의 광학 특성을 측정한바, 파장 193㎚의 광에 있어서의 굴절률 n은 2.43, 소쇠 계수 k는 0.51이었다.
실시예 1과 마찬가지로, 다른 투광성 기판(1)에 위상 시프트막(2)을 형성한 것을 준비하고, 그 위상 시프트막(2)의 막 조성을 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy: X선 광전자 분광법)로 측정하고, 그 측정 결과를 RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry: 러더포드 후방 산란 분광법) 측정 결과에 상당하도록 보정(교정)하였다. 그 결과, 근방 영역과 표층 영역을 제외한 부분의 위상 시프트막(2)의 조성은, Mo가 2.9원자％, Si가 48.7원자％, N이 44.0원자％, 그리고 O가 4.4원자％였다. 따라서, 이 위상 시프트막(2)의 [(N+O)/Mo 비율]은 16.69이며, 12 이상 19 이하의 범위를 충족하고 있었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 [O/Mo 비율]은 1.517이며, 5 미만을 충족하고 있었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 [Mo/(Mo+Si) 비율]은 0.0562이며, 0.04 이상 0.07 이하의 범위를 충족하고 있었다.
다음으로, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막(2) 위에 차광막(3) 및 하드마스크막(4)을 순서대로 형성하였다. 이상의 방법에 의해, 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드마스크막(4)이 적층된 구조를 갖는 실시예 3의 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 3의 마스크 블랭크(100)를 사용하고, 실시예 1과 마찬가지의 수순에 의해, 실시예 3의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다.
제작한 실시예 3의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한바, 프로그램 결함을 배치하고 있던 개소의 위상 시프트 패턴(2a)에 흑색 결함이 확인되었다. 그 흑색 결함 부분에 대하여 Carl Zeiss사 제조의 MeRIT MG45 전자 빔·마스크 리페어 툴을 사용하여, 전자선과 XeF2 가스를 사용하는 EB 결함 수정을 행한바, 투광성 기판(1)의 표면에 대한 에칭을 최소한으로 할 수 있어, 요구되는 시간 내에 있어서 정밀도가 양호한 수정을 행할 수 있었다.
상기와 마찬가지의 수순으로 다른 투광성 기판(1)에 실시예 3과 마찬가지의 위상 시프트막(2)에 대하여 선 폭 200㎚ 정도의 위상 시프트 패턴(2a)을 형성한 것을 준비하고, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 ArF 엑시머 레이저 조사 내성을 조사하였다. 그 결과, ArF 조사 전후에 있어서의 막 두께 변화량의 비율 Δd는 4％ 이내이며, 허용 범위 내의 ArF 내광성을 갖고 있었다.
EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 3의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS 193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때의 전사 상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 충족하고 있었다. 또한, EB 결함 수정을 행한 부분의 전사 상은, 그 이외의 영역의 전사 상에 비하여 손색이 없는 것이었다. 이 결과로부터, EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 3의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사하였다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다고 말할 수 있다.
(비교예 1)
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 투광성 기판(1)을 준비하였다. 다음으로, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=12원자％:88원자％)을 사용하고, 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 위에 몰리브덴, 규소 및 질소로 이루어지는 위상 시프트막(2)을 69㎚의 두께로 형성하였다.
다음으로, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 위상 시프트막(2)의 막응력을 저감하기 위해서, 및 표층에 산화층을 형성하기 위한 가열 처리를 행하였다. 구체적으로는, 가열로(전기로)를 사용하여, 대기 중에서 가열 온도를 450℃, 가열 시간을 1.5시간으로 하여 가열 처리를 행하였다. 다른 투광성 기판(1)의 주표면에 대하여 동일한 조건에서 위상 시프트막(2)을 성막하고, 가열 처리를 행한 것을 준비하였다. 위상 시프트량 측정 장치(레이저텍사 제조 MPM193)를 사용하여, 그 위상 시프트막(2)의 파장 193㎚의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한바, 투과율이 6.1％, 위상차가 177도였다. 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 위상 시프트막(2)의 광학 특성을 측정한바, 파장 193㎚의 광에 있어서의 굴절률 n은 2.43, 소쇠 계수 k는 0.60이었다.
실시예 1과 마찬가지로, 다른 투광성 기판(1)에 위상 시프트막(2)을 형성한 것을 준비하고, 그 위상 시프트막(2)의 막 조성을 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy: X선 광전자 분광법)로 측정하고, 그 측정 결과를 RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry: 러더포드 후방 산란 분광법) 측정 결과에 상당하도록 보정(교정)하였다. 그 결과, 근방 영역과 표층 영역을 제외한 부분의 위상 시프트막(2)의 조성은, Mo가 4.0원자％, Si가 48.9원자％, N이 47.1원자％, 그리고 O가 0.0원자％였다. 따라서, 이 위상 시프트막(2)의 [(N+O)/Mo 비율]은 11.76이며, 12 이상 19 이하의 범위를 충족하는 것은 아니었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 [O/Mo 비율]은 0.000이며, 5 미만을 충족하고 있었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 [Mo/(Mo+Si) 비율]은 0.0756이며, 0.04 이상 0.07 이하의 범위를 충족하는 것은 아니었다. 또한, 도 3로부터 파악되는 바와 같이, 이 위상 시프트막(2)의 내부 영역에 있어서의, Mo3d 내로우 스펙트럼의 결합 에너지가 230eV 이상 233eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip2]의 광전자 강도에 대한, 결합 에너지가 226eV 이상 229eV 이하의 범위에서의 최대 피크[Ip1]의 광전자 강도의 비율[Ip1/Ip2 비율]은 1.207이며, 1.2 미만의 범위를 충족하는 것은 아니었다.
다음으로, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막(2) 위에 차광막(3) 및 하드마스크막(4)을 순서대로 형성하였다. 이상의 방법에 의해, 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드마스크막(4)이 적층된 구조를 갖는 비교예 1의 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 비교예 1의 마스크 블랭크(100)를 사용하고, 실시예 1과 마찬가지의 수순에 의해, 비교예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다.
제작한 비교예 1의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한바, 프로그램 결함을 배치하고 있던 개소의 위상 시프트 패턴(2a)에 흑색 결함이 확인되었다. 그 흑색 결함 부분에 대하여 Carl Zeiss사 제조의 MeRIT MG45 전자 빔·마스크 리페어 툴을 사용하여, 전자선과 XeF2 가스를 사용하는 EB 결함 수정을 행한바, 투광성 기판(1)의 표면에 대한 에칭을 최소한으로 할 수 있어, 요구되는 시간 내에 있어서 정밀도가 양호한 수정을 행할 수 있었다.
상기와 마찬가지의 수순으로 다른 투광성 기판(1)에 비교예 1과 마찬가지의 위상 시프트막(2)에 대하여 선 폭 200㎚ 정도의 위상 시프트 패턴(2a)을 형성한 것을 준비하고, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 ArF 엑시머 레이저 조사 내성을 조사하였다. 그 결과, ArF 조사 전후에 있어서의 막 두께 변화량의 비율 Δd는 4％를 초과하고 있어, 허용 범위 내의 ArF 내광성을 갖는 것은 아니었다.
ArF 조사를 행한 후의 비교예 1의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS 193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때의 전사 상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한바, 설계 사양을 충족하는 것이 아니라, 전사 불량이 발생하는 레벨의 것이었다. 이 결과로부터, ArF 조사를 행한 후의 비교예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴에는, 회로 패턴의 단선이나 단락이 발생하는 것이 예상된다.
(비교예 2)
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 투광성 기판(1)을 준비하였다. 다음으로, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=4원자％:96원자％)을 사용하고, 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 위에 몰리브덴, 규소 및 질소로 이루어지는 위상 시프트막(2)을 62㎚의 두께로 형성하였다.
다음으로, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 위상 시프트막(2)의 막응력을 저감하기 위해서, 및 표층에 산화층을 형성하기 위한 가열 처리를 행하였다. 구체적으로는, 가열로(전기로)를 사용하여, 대기 중에서 가열 온도를 450℃, 가열 시간을 1.5시간으로 하여 가열 처리를 행하였다. 다른 투광성 기판(1)의 주표면에 대하여 동일한 조건에서 위상 시프트막(2)을 성막하고, 가열 처리를 행한 것을 준비하였다. 위상 시프트량 측정 장치(레이저텍사 제조 MPM193)를 사용하여, 그 위상 시프트막(2)의 파장 193㎚의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한바, 투과율이 6.1％, 위상차가 177도였다. 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)을 사용하여 이 위상 시프트막(2)의 광학 특성을 측정한바, 파장 193㎚의 광에 있어서의 굴절률 n은 2.58, 소쇠 계수 k는 0.66이었다.
실시예 1과 마찬가지로, 다른 투광성 기판(1)에 위상 시프트막(2)을 형성한 것을 준비하고, 그 위상 시프트막(2)의 막 조성을 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy: X선 광전자 분광법)로 측정하고, 그 측정 결과를 RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry: 러더포드 후방 산란 분광법) 측정 결과에 상당하도록 보정(교정)하였다. 그 결과, 근방 영역과 표층 영역을 제외한 부분의 위상 시프트막(2)의 조성은, Mo가 1.6원자％, Si가 51.9원자％, N이 46.5원자％, 그리고 O가 0.0원자％였다. 따라서, 이 위상 시프트막(2)의 [(N+O)/Mo 비율]은 29.06이며, 12 이상 19 이하의 범위를 충족하는 것은 아니었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 [O/Mo 비율]은 0.000이며, 5 미만을 충족하고 있었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 [Mo/(Mo+Si) 비율]은 0.0299이며, 0.04 이상 0.07 이하의 범위를 충족하는 것은 아니었다.
다음으로, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막(2) 위에 차광막(3) 및 하드마스크막(4)을 순서대로 형성하였다. 이상의 방법에 의해, 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드마스크막(4)이 적층된 구조를 갖는 비교예 2의 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 비교예 2의 마스크 블랭크(100)를 사용하고, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 비교예 2의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다.
제작한 비교예 2의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한바, 프로그램 결함을 배치하고 있던 개소의 위상 시프트 패턴(2a)에 흑색 결함이 확인되었다. 그 흑색 결함 부분에 대하여 Carl Zeiss사 제조의 MeRIT MG45 전자 빔·마스크 리페어 툴을 사용하여, 전자선과 XeF2 가스를 사용하는 EB 결함 수정을 행한바, 요구되는 시간 내를 크게 초과해 버려, 수정의 정밀도도 허용할 수 있는 것은 아니었다.
EB 결함 수정을 행한 후의 비교예 2의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS 193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때의 전사 상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한바, EB 결함 수정을 행한 부분 이외에서는, 대략 설계 사양을 충분히 충족하고 있었다. 그러나, EB 결함 수정을 행한 부분의 전사 상은, 투광성 기판(1)에 대한 에칭의 영향 등에 기인하여 전사 불량이 발생하는 레벨의 것이었다. 이 결과로부터, EB 결함 수정을 행한 후의 비교예 2의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴에는, 회로 패턴의 단선이나 단락이 발생하는 것이 예상된다.
1: 투광성 기판
2: 위상 시프트막
2a: 위상 시프트 패턴
3: 차광막
3a, 3b: 차광 패턴
4: 하드마스크막
4a: 하드마스크 패턴
5a: 제1 레지스트 패턴
6b: 제2 레지스트 패턴
100: 마스크 블랭크
200: 위상 시프트 마스크
2: 위상 시프트막
2a: 위상 시프트 패턴
3: 차광막
3a, 3b: 차광 패턴
4: 하드마스크막
4a: 하드마스크 패턴
5a: 제1 레지스트 패턴
6b: 제2 레지스트 패턴
100: 마스크 블랭크
200: 위상 시프트 마스크
Claims (12)
- 투광성 기판 위에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며,
상기 위상 시프트막은, 전이 금속, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지고,
상기 위상 시프트막의 상기 투광성 기판과의 계면의 근방 영역과 상기 위상 시프트막의 상기 투광성 기판과는 반대측의 표층 영역을 제외한 내부 영역에 있어서의, 전이 금속의 함유량에 대한 질소 및 산소의 합계 함유량의 비율은 12 이상 19 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항에 있어서,
상기 위상 시프트막은, 전이 금속, 규소, 질소 및 산소의 합계 함유량이 97원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 표층 영역은, 상기 위상 시프트막에 있어서의 상기 투광성 기판과는 반대측의 표면으로부터 상기 투광성 기판측을 향해 5㎚의 깊이까지의 범위에 걸치는 영역인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 근방 영역은, 상기 투광성 기판과의 계면으로부터 상기 표층 영역측을 향해 5㎚의 깊이까지의 범위에 걸치는 영역인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 표층 영역은, 상기 내부 영역보다도 산소 함유량이 많은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 영역에 있어서의 전이 금속의 함유량에 대한 산소의 함유량의 비율은 5.0 미만인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 영역에 있어서의 전이 금속과 규소의 합계 함유량에 대한, 전이 금속의 함유량의 비율은 0.04 이상 0.07 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전이 금속은 몰리브덴이며,
상기 내부 영역에 대하여 X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행하여 상기 내부 영역에 있어서의 Mo3d 내로우 스펙트럼을 취득했을 때, 상기 Mo3d 내로우 스펙트럼의 결합 에너지가 230eV 이상 233eV 이하의 범위에서의 최대 피크에 대한, 결합 에너지가 226eV 이상 229eV 이하의 범위에서의 최대 피크의 비율은 1.2 미만인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 1％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능과, 상기 위상 시프트막을 투과한 상기 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 상기 노광광과의 사이에서 150도 이상 210도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상 시프트막 위에, 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 위상 시프트 마스크의 제조 방법이며, 건식 에칭에 의해 상기 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
- 제11항에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 사용하고, 반도체 기판 위의 레지스트막에 상기 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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