KR101699088B1 - 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 전사용 마스크를 작성하기 위해 사용되고, 투광성 기판 상에 전사 패턴을 형성하기 위한 차광막을 갖는 마스크 블랭크이며, 차광막은 투광성 기판측으로부터 하층과 상층의 적어도 2층 구조로 이루어지고, 상기 하층은 천이 금속, 규소 및 질소를 주성분으로 하고, 또한 질소 함유량이 21원자％ 이상이고, 또한 굴절률(n)이 1.9 이하인 재료로 이루어지고, 상기 상층은 천이 금속, 규소 및 질소를 주성분으로 하고, 굴절률(n)이 2.1 이하인 재료로 이루어지고, 상기 상층의 표층은 산소를 함유하고 있고, 질소 함유량이 14원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크이다.

Description

마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법{MASK BLANK, TRANSFER MASK, METHOD FOR MANUFACTURING TRANSFER MASK AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 하전 입자 조사에 의한 결함 수정 기술을 적절하게 적용할 수 있는 동시에, 전자계(EMF:ElectroMagnetics Field) 효과에 기인하는 바이어스를 작게 할 수 있는 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 사용하여 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 이 미세 패턴의 형성에는 통상 몇 매의 전사용 마스크(포토마스크)라고 부르고 있는 기판이 사용된다. 이 전사용 마스크는 일반적으로 투광성의 글래스 기판 상에 금속 박막 등으로 이루어지는 미세 패턴을 설치한 것으로, 이 전사용 마스크의 제조에 있어서도 포토리소그래피법이 사용되고 있다.
포토리소그래피법에 의한 전사용 마스크의 제조에는 글래스 기판 등의 투광성 기판 상에 전사 패턴(마스크 패턴)을 형성하기 위한 박막(예를 들어, 차광막 등)을 갖는 마스크 블랭크가 사용된다. 이 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조는 마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트막에 대해, 원하는 패턴 묘화를 실시하는 노광 공정과, 원하는 패턴 묘화에 따라서 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상 공정과, 레지스트 패턴을 따라서 상기 박막을 에칭하는 에칭 공정과, 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거하는 공정을 갖고 행해지고 있다. 상기 현상 공정에서는 마스크 블랭크 상에 형성된 레지스트막에 대해 원하는 패턴 묘화를 실시한 후에 현상액을 공급하고, 현상액에 가용한 레지스트막의 부위를 용해하여, 레지스트 패턴을 형성한다. 또한, 상기 에칭 공정에서는, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 건식 에칭 또는 습식 에칭에 의해, 레지스트 패턴이 형성되어 있지 않은 박막이 노출된 부위를 용해하고, 이에 의해 원하는 마스크 패턴을 투광성 기판 상에 형성한다. 이와 같이 하여, 전사용 마스크가 완성된다.
반도체 장치의 패턴을 미세화하는 데 있어서는, 전사용 마스크에 형성되는 마스크 패턴의 미세화에 추가하여, 포토리소그래피에서 사용되는 노광 광원 파장의 단파장화가 필요해진다. 반도체 장치 제조 시의 노광 광원으로서는, 최근에는 KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚)로부터, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)로 단파장화가 진행되고 있다.
또한, 전사용 마스크의 종류로서는, 종래의 투광성 기판 상에 크롬계 재료로 이루어지는 차광막 패턴을 갖는 바이너리 마스크 외에, 최근에는, 일본 특허 출원 공개 제2007-292824호 공보(특허 문헌 1)에 기재되어 있는 바와 같은, MoSiN 등의 천이 금속과 규소를 주된 성분으로 하고, 또한 질소를 함유시킨 재료를 차광막으로서 사용한 바이너리 마스크 등이 출현하고 있다.
그런데, 이전부터, 마스크 블랭크를 사용하여, 레지스트막에 전자선 묘화 및 현상 처리에 의해 형성된 레지스트 패턴이나 에칭 마스크막에 형성된 에칭 마스크 패턴을 마스크로 하여 건식 에칭에 의해, 차광막에 전사 패턴이 형성된 전사용 마스크에 대해, 다음과 같이 하여 결함 수정이 행해져 왔다. 즉, 패턴 검사기를 사용하여, 설계상의 전사 패턴과 차광막에 형성된 전사 패턴을 비교하여, 설계상의 전사 패턴과 비교하여 여분의 차광막이 잔존하고 있는 결함(소위, 흑결함) 부분에 대해, 나노 머시닝이나 수렴 이온 빔 FIB(Focused Ion Beam)를 사용한 물리 가공에 의해 결함 수정이 행해져 왔다. 그러나, 이와 같은 물리 가공에서는 흑결함 수정에 시간을 필요로 한다고 하는 문제를 갖고 있었다. 또한, 통상의 FIB 처리에서는 Ga 이온의 조사량이 커지기 때문에, QZ 기판에 잔류하는 Ga 스테인(stain)이 문제가 되고 있었다. 따라서, 반응성을 올리고, Ga 조사량을 억제하기 위해 가스 지원하는 방법 등이 보고되어 있다[일본 특허 출원 공개 제2000-10260호 공보(특허 문헌 2) 참조].
한편, 일본 특허 출원 공표 제2004-537758호 공보(특허 문헌 3)에는 차광막의 흑결함 부분에 대해, 2불화크세논(XeF2) 가스를 공급하고, 또한 그 부분에 전자선을 조사하여 흑결함 부분을 에칭하여 제거하는 결함 수정 기술(이하, 이와 같은 2불화크세논 가스와 같은 불소를 함유하는 물질을 공급하면서, 전자선 등과 같은 하전 입자를 조사하여 행하는 결함 수정을 단순히 EB 결함 수정이라고 부름)이 개시되어 있다. 이러한 EB 결함 수정은, 당초에는 EUV 리소그래피용 반사형 마스크의 흡수체막에 있어서의 흑결함 부분의 수정에 사용되고 있었지만, MoSi계의 하프톤 마스크의 결함 수정에도 사용되기 시작하고 있다.
본 발명자들은 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은, 천이 금속과 규소를 주된 성분으로 하고, 또한 질소를 함유시킨 재료로 이루어지는 적층 구조의 차광막이 형성된 바이너리형 마스크 블랭크를 사용하여, 차광막에 전사 패턴을 형성한 전사용 마스크를 제작하고, 제작한 전사용 마스크의 결함 검사를 행하고, 흑결함 부분에 대해, 특허 문헌 3에 개시되어 있는 바와 같은 EB 결함 수정, 즉 흑결함 부분으로의 XeF2 가스 공급과 전자선 등의 하전 입자 조사에 의한 에칭을 행하였다. 그 결과, 적층 구조의 상하 각 층에 있어서의 막 조성의 관계에 따라서는, 이하와 같은 문제가 발생하는 경우가 있는 것이 판명되었다.
일반적으로 차광막은 막의 표면 반사를 억제하기 위해, 기판측의 층(하층)의 재료보다도 표면측의 층(상층)의 재료의 산화나 질화의 정도를 높게 함으로써, 차광막의 표면 반사율을 저감시키고 있다. 한편, 바이너리형 마스크 블랭크에서는, 차광막에 소정 이상[예를 들어, 광학 농도(OD) 2.8 이상]의 차광 성능이 필요해지지만, 재료 중의 산화나 질화의 정도를 높게 하면, 차광막의 차광 성능은 저하되는 방향으로 된다. 한편, 최근의 전사 패턴의 미세화에 의해, 사입사 조명법이나 액침 노광 기술을 사용할 필요가 발생하고 있다. 또한, 전사 패턴의 미세화에 수반하여, 보조 패턴의 미세화ㆍ복잡화가 현저하다. 그들에 대응하기 위해서는, 차광막의 박막화가 필요해지고 있다. 따라서, 기판측의 층(하층)에서는 최대한 얇은 막 두께로 차광 성능을 확보하기 위해, 산화나 질화의 정도를 최대한 억제할 필요가 있다. 한편, 차광막의 기판측의 표면의 반사율(이면 반사율)도, 표면측의 반사율(표면 반사율) 정도는 아니지만 소정값 이하로는 억제할 필요가 있고, 산화나 질화를 어느 정도 행할 필요가 있다.
XeF2 가스는 규소의 등방성 에칭 가스로서 알려져 있고, 표면 흡착, Xe와 F로 분리, 규소의 고차 불화물의 생성, 휘발이라고 하는 프로세스에서 에칭이 진행된다. 그러나, 규소는, Si3N4, SiO2, SiON, SiC와 같은 질화, 산화, 혹은 탄화된 규소이면, 휘발성이 높은 고차원의 불화물을 형성하기 어렵기 때문에, XeF2 가스 등의 불소계 가스에 대해 높은 에칭 내성을 갖는 경향이 있다. EB 결함 수정에서는, 전자선 등의 하전 입자 조사를 행함으로써, XeF2 가스의 에칭률이 비약적으로 향상되어, 흑결함 부분의 선택적인 이방성 에칭이 가능해진다. 그러나, 이 경우에 있어서도, 차광막 중의 산화, 질화, 혹은 탄화된 규소의 비율이 많아지는 것에 따라서, 에칭률이 저하되는 경향이 있다. 상기와 같이, 상층은 표면 반사율을 저감시키기 위해 산화나 질화의 정도가 높은 재료를 사용하므로, 상하층의 에칭률 차가 커져, 단차가 발생해 버린다. 극단적인 경우, 큰 언더 커트가 발생해 버린다.
또한, 상술한 바와 같이, 차광막의 상층에는 산화나 질화의 정도가 높은 재료를 사용하고 있으므로, 상층의 에칭률은 하층의 에칭률에 비해 낮게 되어 있다. 따라서, EB 조사에 의한 흑결함 부분의 수정 시에는, 상층의 에칭에 시간이 대폭으로 걸려 버려, 이 상층을 에칭하고 있는 동안에, 수정해야 할 흑결함 부분에 인접하는 패턴 부분의 하층(예를 들어, 동일한 패턴의 흑결함 부분에 인접하는 부분의 하층이나, 흑결함 부분을 갖는 패턴에 인접하는 패턴의 하층)이 에칭되어 버린다(EB가 조사되어 있는 부분 이외의 부분이라도, 어느 정도, 에칭되기 쉬운 상황에 놓여 있기 때문임). 그 결과, 에칭된 하층의 패턴측벽이 감퇴하는 한편, 감퇴한 부분의 상층은 EB 결함 수정의 에칭률이 대폭으로 지연되기 때문에, 패턴측벽은 패터닝한 채의 상태로 된다. 이에 의해, 수정해야 할 흑결함 부분 이외의 부분(정상인 패턴 부분)에도 큰 언더 커트가 발생해 버린다.
또한, 최근의 EB 결함 수정 기술에서는, 수분을 공급함으로써 에칭률을 저하시키는 Water Passivation 등의 Passivation 기술(수분 외에, 산화물계 가스의 공급 등)을 사용함으로써, 차광막의 상층과 하층 사이인 정도의 에칭률 차가 있어도 문제를 저감시키는 것은 가능하지만, 이와 같은 에칭률 제어가 가능한 한계가 있다. 또한, 과도하게 에칭률이 저하되어 버리면, 수정 시간이 길어져, 합성 석영 등으로 이루어지는 투광성 기판과의 사이에서 에칭 선택성이 저하되어, 기판의 표면이 거칠어지는 것이나, 국소적으로 에칭된 오목부가 발생하는 등의 문제가 발생한다. 이로 인해, 하층의 에칭률을 극단적으로 떨어뜨릴 필요가 있는 차광막의 적층 구조는 바람직하지 않다.
그런데, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32㎚ 이후의 세대의 바이너리 마스크에 있어서는, ArF 노광광의 파장 193㎚보다도 전사용 마스크 상의 전사 패턴의 선 폭의 쪽이 작고, 또한 이에 대응하기 위한 초해상 기술을 채용해 온 것에 의해, 전사 패턴 영역(메인 패턴 영역)의 차광막 패턴의 막 두께가 두꺼우면, 전자계(EMF:ElectroMagnetics Field) 효과에 기인하는 바이어스가 커진다고 하는 문제가 발생하고 있다. 여기서, 「EMF 효과에 기인하는 바이어스」라 함은, EMF 효과에 기인하여 발생하는 전사 패턴 형상의 어긋남을 보정하기 위한 보정량을 의미한다. 즉, 전사용 마스크에 형성된 설계상의 전사 패턴과, 그 전사용 마스크를 사용하여 웨이퍼 상의 레지스트로 전사된 실제의 전사 패턴의 EMF 효과에 기인하는 어긋남을 보정하기 위한 보정량을 의미한다. EMF 효과에 기인하는 바이어스는, 웨이퍼 상의 레지스트로의 전사 패턴선 폭의 CD 정밀도에 큰 영향을 미친다. 이로 인해, EMF 효과를 고려한 시뮬레이션을 행하여, EMF 효과에 기인하는 바이어스를 미리 계산해 두고, 웨이퍼 상의 레지스트로 전사된 실제의 전사 패턴이 설계상의 전사 패턴과 일치하도록, 전사용 마스크의 전사 패턴의 선 폭을 보정하거나, 전사 패턴에 OPC(광 근접 효과 보정)나 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature) 등의 보조 패턴의 가일층의 추가를 행할 필요가 있다. 이 전사 패턴의 보정 계산은 EMF 효과에 기인하는 바이어스가 클수록 복잡화된다. 또한, 보정 후의 전사 패턴도, EMF 효과에 기인하는 바이어스가 클수록 복잡화되어, 전사용 마스크의 제작에 큰 부하가 걸린다. EMF 효과에 기인하는 바이어스가 커짐으로써, 이들의 새로운 과제가 발생하고 있었다.
바이너리 마스크의 마스크 설계에 있어서의 광학 시뮬레이션은 설계된 전사 패턴이 피전사체(웨이퍼 상의 레지스트 등)에 설계와 같이 노광 전사되기 위해, 추가 배치해야 할 OPC나 SRAF 등의 보정 패턴의 형상이나, 패턴선 폭의 보정량(바이어스량) 등을 산출하는 것을 큰 목적으로 하고 있다. 이 마스크 설계의 광학 시뮬레이션의 하나로, TMA(Thin Mask Analysis)가 있다. TMA는 전사용 마스크의 차광막이, 막 두께가 제로이고 소정의 광학 농도를 갖고 있다고 하는 이상상의 막이라고 가정하고, 보정 패턴의 형상이나 패턴선 폭의 보정량을 계산하는 것이다. 이상상의 막에서 행하는 간이적인 시뮬레이션이므로, 시뮬레이션의 계산 부하가 작다고 하는 큰 장점이 있다. 그러나, EMF 효과에 대해서는 고려되어 있지 않은 시뮬레이션이므로, EMF 효과의 영향이 커지는 최근의 미세 패턴에서는, TMA의 시뮬레이션 결과만으로는 불충분했다.
따라서 본 발명은, 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는바는, 하전 입자 조사에 의한 결함 수정 기술을 적절하게 적용할 수 있는 동시에, 전자계(EMF:ElectroMagnetics Field) 효과에 기인하는 바이어스를 작게 할 수 있는 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 종래의 천이 금속과 규소를 주된 성분으로 하고, 또한 질소를 함유시킨 재료로 이루어지는 적층 구조의 차광막이 형성된 바이너리형 마스크 블랭크를 사용하여, 차광막에 전사 패턴을 형성한 전사용 마스크에 대해, 흑결함 부분의 수정에 EB 결함 수정 기술을 적용한 경우의 과제에 관하여, 예의 검토를 행하였다.
또한, 본 발명자들은 EMF 효과에 기인하는 바이어스에 관하여 예의 검토를 행하였다.
우선, EMF 효과의 영향이 작은 차광막이면, TMA의 시뮬레이션을 이용하기 쉬워져, 실제의 전사 패턴과 설계상의 전사 패턴을 일치시키기 위한 보정 계산의 부하를 작게 할 수 있다고 하는 것에 착안하였다. 또한, EMF 효과의 영향이 작은 차광막에 대해 연구한 결과, 바이너리 마스크에 있어서의 차광막의 재료 중에 포함되는 질소의 함유량을 소정 범위로 조정함으로써, EMF 효과에 기인하는 바이어스를 작게 할 수 있을 뿐만 아니라, 종래의 EB 결함 수정 기술을 적용한 경우의 언더 커트에 관한 문제를 동시에 해결할 수 있는 것을 발견하였다.
그리고, 본 발명자들은 다양한 재료에 대해 검토한 결과, 천이 금속, 규소 및 질소를 포함하는 재료를 주성분으로 하는 하층과, 천이 금속, 규소 및 질소를 포함하는 재료를 주성분으로 하는 상층의 적어도 2층 구조로 이루어지는 차광막을 구비하는 마스크 블랭크에 있어서, 상기 하층의 재료의 질소 함유량이 21원자％ 이상이고, 또한 하층의 굴절률(n)이 1.9 이하로 되도록 조정하고, 상기 상층을 굴절률이 2.1 이하로 되도록 조정하고, 또한 산소의 함유를 피하기 어려운 상층의 표층의 질소 함유량을 14원자％ 이상으로 되도록 조정함으로써, 종래의 차광막에 EB 결함 수정 기술을 적용한 경우의 과제를 해결할 수 있고, 또한 EMF 효과에 기인하는 바이어스를 작게 할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하는 데 이르렀다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 전사용 마스크를 작성하기 위해 사용되고, 투광성 기판 상에 전사 패턴을 형성하기 위한 차광막을 갖는 마스크 블랭크이며,
상기 차광막은 투광성 기판측으로부터 하층과 상층의 적어도 2층 구조로 이루어지고,
상기 하층은 천이 금속, 규소 및 질소를 주성분으로 하고, 또한 질소 함유량이 21원자％ 이상이고, 또한 굴절률(n)이 1.9 이하인 재료로 이루어지고, 상기 상층은 천이 금속, 규소 및 질소를 주성분으로 하고, 굴절률(n)이 2.1 이하인 재료로 이루어지고,
상기 상층의 표층은 산소를 함유하고 있고, 질소 함유량이 14원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 하층은 산소를 실질적으로 함유하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 상층의 재료의 굴절률(n)은 상기 하층의 재료의 굴절률(n)보다도 큰 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 상층은 감쇠 계수(k)가 1.6 이하인 재료로 이루어지고, 상기 하층은 감쇠 계수(k)가 2.2 이상인 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 하층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율과, 상기 상층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율의 차가 4％ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 상층 중의 천이 금속의 함유량이 10원자％ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 차광막은 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받지 않는 상태에 있어서의 에칭률이 0.3㎚/sec 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 하층의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율과 질소 함유량은 하기 수학식 1의 조건을 만족시키는 범위인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
Figure 112011100433816-pat00001
(구성 9)
상기 차광막은 막 두께가 52㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 10)
상기 차광막의 상면에는 에칭 마스크막이 설치되고, 상기 에칭 마스크막은 크롬에, 질소, 산소 중 적어도 어느 한쪽의 성분을 포함하고, 상기 에칭 마스크막 중의 크롬의 함유량이 50원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 11)
구성 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크를 사용하여 제작되는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
(구성 12)
ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되고, 투광성 기판 상에 전사 패턴이 형성된 차광막을 갖고 이루어지는 전사용 마스크이며,
상기 차광막은 투광성 기판측으로부터 하층과 상층 중 적어도 2층 구조로 이루어지고,
상기 하층은 천이 금속, 규소 및 질소를 주성분으로 하고, 또한 질소 함유량이 21원자％ 이상이고, 또한 굴절률(n)이 1.9 이하인 재료로 이루어지고,
상기 상층은 천이 금속, 규소 및 질소를 주성분으로 하고, 굴절률(n)이 2.1 이하인 재료로 이루어지고,
상기 상층의 표층은 산소를 함유하고 있고, 질소 함유량이 14원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
(구성 13)
상기 하층은 산소를 실질적으로 함유하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 구성 12에 기재된 전사용 마스크.
(구성 14)
상기 상층의 재료의 굴절률(n)은 상기 하층의 재료의 굴절률(n)보다도 큰 것을 특징으로 하는 구성 12 또는 13에 기재된 전사용 마스크.
(구성 15)
상기 상층은 감쇠 계수(k)가 1.6 이하인 재료로 이루어지고, 상기 하층은 감쇠 계수(k)가 2.2 이상인 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 12 내지 14 중 어느 하나에 기재된 전사용 마스크.
(구성 16)
상기 하층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율과, 상기 상층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율의 차가 4％ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 12 내지 15 중 어느 하나에 기재된 전사용 마스크.
(구성 17)
상기 상층 중의 천이 금속의 함유량이 10원자％ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 12 내지 16 중 어느 하나에 기재된 전사용 마스크.
(구성 18)
상기 차광막은 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받지 않는 상태에 있어서의 에칭률이 0.3㎚/sec 이하인 것을 특징으로 하는 구성 12 내지 17 중 어느 하나에 기재된 전사용 마스크.
(구성 19)
상기 하층의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율과 질소 함유량은 하기 수학식 1의 조건을 만족시키는 범위인 것을 특징으로 하는 구성 12 내지 18 중 어느 하나에 기재된 전사용 마스크.
[수학식 1]
Figure 112011100433816-pat00002
(구성 20)
상기 차광막에 형성되어 있는 전사 패턴에는 하프 피치 40㎚ 이하의 라인 앤드 스페이스 패턴이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 12 내지 19 중 어느 하나에 기재된 전사용 마스크.
(구성 21)
구성 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조 방법이며,
상기 마스크 블랭크의 차광막에 전사 패턴을 형성하는 공정과,
설계상의 전사 패턴과 상기 차광막에 형성된 전사 패턴을 비교하여, 차광막이 잔존하고 있는 결함 부분에 대해 불소를 함유하는 물질을 공급하고, 또한 하전 입자를 조사하여 에칭을 행하는 결함 수정 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법.
(구성 22)
구성 12 내지 20 중 어느 하나에 기재된 전사용 마스크를 사용하여, 반도체 웨이퍼 상에 회로 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
(구성 23)
구성 21에 기재된 전사용 마스크의 제조 방법으로 제조된 전사용 마스크를 사용하여, 반도체 웨이퍼 상에 회로 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
(구성 24)
반도체 웨이퍼 상에 형성되는 회로 패턴에는 하프 피치 40㎚ 이하의 라인 앤드 스페이스 패턴이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 22 또는 23에 기재된 반도체 디바이스의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 하전 입자 조사에 의한 결함 수정 기술을 적절하게 적용할 수 있는 동시에, 전자계(EMF:ElectroMagnetics Field) 효과에 기인하는 바이어스를 작게 할 수 있는 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 마스크 블랭크의 일 실시 형태의 단면도.
도 2의 (a) 내지 (f)는 본 발명에 관한 마스크 블랭크의 일 실시 형태를 사용하여 전사용 마스크를 제조하는 공정을 도시하는 단면도.
도 3은 소정의 단위 막 두께당의 광학 농도 등을 만족시키는 Mo/(Mo＋Si) 비율과 질소 함유량의 관계를 나타내는 도면.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 서술한다.
본 발명은 ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 전사용 마스크를 작성하기 위해 사용되고, 투광성 기판 상에 전사 패턴을 형성하기 위한 차광막을 갖는 마스크 블랭크이며, 상기 차광막은 투광성 기판측으로부터 하층과 상층의 적어도 2층 구조로 이루어지고, 상기 하층은 천이 금속, 규소 및 질소를 주성분으로 하고, 또한 질소 함유량이 21원자％ 이상이고, 또한 굴절률(n)이 1.9 이하인 재료로 이루어지고, 상기 상층은 천이 금속, 규소 및 질소를 주성분으로 하고, 굴절률(n)이 2.1 이하인 재료로 이루어지고, 상기 상층의 표층은 산소를 함유하고 있고, 질소 함유량이 14원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 마스크 블랭크의 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 마스크 블랭크(10)는 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 구비하고 있다. 투광성 기판(1)은 ArF 엑시머 레이저에 대해 투과성을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서는 합성 석영 기판, CaF2, 소다라임 글래스, 무알칼리 글래스, 알루미노실리케이트 글래스, 그 밖의 각종 글래스 기판을 사용할 수 있지만, 이 중에서도 합성 석영 기판은 ArF 엑시머 레이저에 대한 투과성이 높으므로, 본 발명에는 특히 적합하다.
EB 결함 수정에 있어서의 상층 및 하층의 에칭률은 층 중의 산소나 질소의 함유량이 많아지는 것에 따라서 감소하는 경향이 있다. 즉, EB 결함 수정에 있어서의 상층 및 하층의 에칭률은 층 중의 산소 및 질소의 함유량에 크게 영향을 받는다. 특히, 산소를 함유하는 것에 의한 EB 결함 수정에 있어서의 에칭률의 저하는 질소를 함유하는 경우에 비해 현저하다.
또한, 차광막의 하층은 차광막 전체에서 소정의 차광 성능[예를 들어, 광학 농도(OD) 2.8 이상]을 얇은 전체 막 두께로 실현시키기 위해, 차광 성능이 높은 재료를 선정할 필요가 있다. 이로 인해, 하층에, 투과율을 올려 버리는 특성(차광 성능을 크게 내려 버리는 특성)을 갖는 산소를 함유시키는 것은 가능한 한 피할 필요가 있다.
따라서, 본 발명에 있어서는, 상층 및 하층 모두, 천이 금속, 규소 및 질소를 포함하는 재료를 주성분으로 하고 있다. 즉, 상층 및 하층 모두, 적어도 성막할 때에는, 산소를 최대한 함유시키지 않도록 하고 있다. 이에 의해, EB 결함 수정에 있어서의 상층 및 하층의 에칭률 차를 작게 하면서, 차광막의 전체 막 두께를 보다 얇게 하는(예를 들어, 52㎚ 이하) 것을 가능하게 하고 있다.
상기 하층의 재료의 질소 함유량이 21원자％보다도 작은 경우, EB 결함 수정에 있어서의 상층의 에칭률이, 하층의 에칭률에 비해 대폭으로 지연된다. EB 조사에 의한 흑결함 부분의 수정 시, 상층을 에칭하는 데 시간이 걸리면, EB 조사의 영향을 많이 받는 그 흑결함 부분에 인접하는 패턴 부분의 하층(동일한 패턴의 흑결함 부분에 인접하는 부분의 하층이나, 흑결함 부분을 갖는 패턴에 인접하는 패턴의 하층)이 에칭되기 쉬워진다. 이에 의해, 그 패턴 부분의 하층의 측벽이 예정되어 있던 위치보다도 크게 감퇴해 버려, 상층보다도 하층이 횡방향으로 감퇴한 상태(언더 커트)가 발생해 버린다.
EMF 효과에 기인하는 바이어스를 작게 하기 위해서는, 차광막(2)을 투과한 노광광과, 그 차광막(2)의 막 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 투과한 노광광 사이에서의 위상차를 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 위상차를 가능한 한 작게 하기 위해서는, 차광막(2)의 상층 및 하층의 재료의 굴절률(n)을 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 관점에서 하층의 재료의 굴절률(n)에 대해 검토하면, 하층은 굴절률(n)이 1.9 이하인 재료로 형성할 필요가 있다. 하층의 굴절률(n)을 1.9 이하로 하기 위해서는, 하층 중의 질소 함유량을, 예를 들어 28원자％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 단, 하층의 굴절률은 천이 금속의 함유량이 증가함으로써도 올라간다. 이로 인해, 하층 중의 천이 금속의 함유량에 의해, 하층 중의 질소 함유량의 상한을 ±2원자％ 정도의 범위에서 변동시키면 된다.
한편, 상층은, 가령 산소를 함유하지 않는 분위기 하에서 성막해도, 적어도 그 표층 부분에서는 산소가 함유되는 것을 피하는 것은 곤란하다. 통상, 차광막(2)은 성막된 후, 차광막(2) 표면의 세정 처리가 행해진다. 이때, 차광막(2)의 표층(즉, 상층의 표층)은 산화되는 것을 피할 수 없다. 또한, 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 형성한 후, 그 차광막(2)의 막 응력을 저감시키기 위해, 그 차광막(2)을 대기 중에서, 예를 들어 450℃의 온도에서 가열하는 처리(어닐 처리)를 행하는 경우가 있다. 이 어닐 처리에 있어서, 상층의 표층 부분이 대기 중의 산소와 불가피하게 결합, 즉 산화된다. 산화되는 상층의 막 두께는 두꺼워도 3㎚이고, 바람직하게는 2㎚ 이하이다.
상기 정도의 상층의 표층 산화만으로는, 차광막(2)의 노광광(ArF 엑시머 레이저)에 대한 표면 반사율을 소정값 이하(예를 들어, 40％ 이하)로 저감시키는 것은 곤란하다. 그러나, 상층에 산소를 지나치게 함유시키면, EB 결함 수정 시에 있어서의 상층의 에칭률이 대폭으로 저하되어 버린다는 문제가 있다. 또한, 상층에 산소를 지나치게 함유시키면, 상층의 차광 성능[감쇠 계수(k)]도 크게 저하되어, 차광막(2)의 전체 막 두께가 두꺼워져 버린다. 차광막(2)의 전체 막 두께가 두꺼워지면, EMF 효과에 기인하는 바이어스가 커진다고 하는 문제도 있다. 이들을 고려하면, 상층에 질소를 함유시킴으로써, 표면 반사 방지 기능을 갖게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 질소는 재료 중의 함유량이 증가하는 것에 따라서, 상층의 굴절률(n)이 올라간다고 하는 특성이 있다. 상기와 같이, EMF 효과에 기인하는 바이어스를 저감시키기 위해서는, 상층의 굴절률(n)도 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하지만, 상층에 반사 방지 기능을 갖게 하기 위해서는, 상층의 굴절률(n)은 하층의 굴절률(n)보다도 크게 할 필요가 있다. 이들을 고려하면, 상층의 굴절률(n)은 2.1 이하일 필요가 있다.
상층의 굴절률(n)을 2.1 이하로 하기 위해서는, 상층 중의 질소 함유량을, 예를 들어 30원자％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 단, 상층의 굴절률은 천이 금속 및 산소의 함유량에 따라서 변동된다. 이로 인해, 상층 중의 천이 금속 및 산소의 함유량에 의해, 상층 중의 질소 함유량의 상한을 ±2원자％ 정도의 범위에서 변동시키면 된다. 또한, 상층 중의 질소 함유량은 21원자％보다도 큰 것이 바람직하다.
한편, EB 결함 수정 시에 있어서, 상층의 표면은 계속적으로 2불화크세논 가스와 같은 불소를 함유하는 물질에 노출되게 된다. 상층의 표면이, 상기와 같이 세정 처리나 어닐 처리 등의 각 프로세스 시에 표면 산화된 정도의 산소 함유량이며, 또한 적은 질소의 함유량인 경우, 2불화크세논 가스와 같은 불소를 함유하는 물질에 의해 상층의 표면으로부터 에칭이 진행되어 버려, 상층이 막 감소되는 것 등에 의해, 상층의 표면에 핀 홀 등의 결함이 발생할 우려가 있다. 또한, 상층은 기본적으로 표면 반사 방지층으로서 기능하는 막이므로, 표면 반사율의 면내 균일성이 저하되는 결과, 완성된 전사용 마스크에 의해 반도체 웨이퍼 상의 레지스트막 등에 노광 전사할 때에, 악영향이 발생할 우려가 있다. 이들을 고려하면, 상층의 표층은 산소를 함유하고 있을 뿐만 아니라, 질소 함유량을 14원자％ 이상으로 할 필요가 있다.
상층의 표층에 있어서의 질소 함유량이 14원자％ 이상으로 되기 위해서는, 표층 이외의 부분에서는, 적어도 그 이상의 질소 함유량으로 할 필요가 있다. 이에 의해, 상층의 재료 중에 있어서의 질소 함유량이 지나치게 적으므로, EB 결함 수정에 있어서의 상층의 에칭률이 지나치게 빨라지는 것을 회피할 수 있다. 또한, 하층의 에칭 중에 상층의 전사 패턴의 엣지 부분을 에칭해 버려, 라인 엣지 러프니스가 악화될 우려도 회피할 수 있다.
상술한 바와 같이, 차광막(2)을 구성하는 상층 및 하층 중, 하층은 산소를 실질적으로 함유하고 있지 않다. 여기서, 「산소를 실질적으로 함유하고 있지 않다」라고 함은, 산소를 적극적으로 함유시키지 않는 것을 의미하고 있고, 오염물(contamination) 등에 의해 산소가 불가피하게 함유되는 경우도 포함되고, 적어도 산소의 함유량이 5원자％ 이하인 것을 의미하고 있다. 또한, 상층의 표층을 제외한 부분에 있어서도, 산소를 실질적으로 함유시키지 않는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 차광막(2)은 상층의 재료의 굴절률(n)이 2.1 이하이고, 하층의 재료의 굴절률(n)이 1.9 이하이다. 상층 및 하층의 굴절률(n)이 이 범위이면, 이후에 설명하는 시뮬레이션의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 차광막(2)에 형성된 하프 피치 40㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴에 윤대 조명(Annular Illumination)에 의한 노광광을 조사했을 때의 EMF 효과에 기인하는 바이어스를 20㎚ 이하로 하는 것이 가능해진다. 또한, 차광막(2)에 형성된 하프 피치 40㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴에 2극 조명(Dipole Illumination)에 의한 노광광을 조사했을 때의 EMF 효과에 기인하는 바이어스를 3.0㎚ 이하로 하는 것이 가능해진다.
또한, EMF 효과에 기인하는 바이어스를 작게 하기 위해서는, 상층은 감쇠 계수(k)가 1.6 이하인 재료로 이루어지는 것이 바람직하고, 하층은 감쇠 계수(k)가 2.2 이상인 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 감쇠 계수(k)가 이 범위이면, 이후에 설명하는 시뮬레이션의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 차광막(2)에 형성된 하프 피치 40㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴에 윤대 조명(Annular Illumination)에 의한 노광광을 조사했을 때의 EMF 효과에 기인하는 바이어스를 20㎚ 이하로 하는 것이 가능해진다.
하층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율과, 상층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율의 차는 4％ 이하인 것 바람직하다. 상층 및 하층의 재료의 조성을 이와 같이 가능한 한 근접시킴으로써, EB 결함 수정에 있어서의 상층의 에칭률에 대한 하층의 에칭률의 비를 가능한 한 1.0으로 근접시키는 것이 가능하고, 상층의 에칭 중에 하층의 측벽이 예정되어 있던 위치보다도 크게 감퇴함으로써, 상층보다도 하층이 횡방향으로 대폭으로 감퇴한 상태(언더 커트)가 발생해 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 하층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율과, 상층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율의 차는 3％ 이하이면 보다 바람직하고, 2％ 이하이면 더욱 바람직하다.
하층 중에 포함되는 질소의 함유량이지만, 차광 성능만을 고려하면, 질소 함유량이 적은 것이 기대된다. 질소 함유량이 커지면, 산소를 함유시킨 경우 정도는 아니지만, 하층의 차광 성능이 저하되기 때문이다. 그러나, EB 결함 수정을 고려한 경우, 하층 중에도 질소는 소정량 이상 함유시킬 필요가 있다. 왜냐하면, 상층의 재료 중에는 질소가 함유되어 있으므로, 하층의 재료 중에도 질소를 함유시킴으로써, EB 결함 수정에 있어서의 상층의 에칭률에 대한 하층의 에칭률의 비를 가능한 한 1.0에 근접시킬 필요가 있기 때문이다.
도 3에, 몰리브덴과 규소에 질소를 함유하는 더 재료로 이루어지는 박막(차광막의 하층이나 상층)에 있어서, 불소를 함유하는 물질에 대한 전자선 등의 하전 입자의 조사를 받고 있지 않은 상태에 있어서의 에칭률이 0.3㎚/sec 이하로 되는 범위를 도시한다. 도 3의 그래프의 횡축은 박막 중의 몰리브덴의 함유량[원자％]을 몰리브덴과 규소의 합계 함유량[원자％]으로 나눈 비율{즉, 박막 중의 몰리브덴과 규소의 합계 함유량[원자％]을 100으로 했을 때의 몰리브덴의 함유량[원자％]의 비율을 백분율[％]로 나타낸 것. 이하, Mo/(Mo＋Si) 비율이라고 함}이다. 도 3의 그래프에 있어서, 좌측의 종축은 박막 중의 질소의 함유량[원자％]이다. 도 3의 「■0.3㎚/sec」의 플롯의 근사 곡선으로부터 위의 그래프 영역에 있는 Mo/(Mo＋Si) 비율과 질소 함유량의 범위를 갖는 박막은, 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받고 있지 않은 상태에 있어서의 에칭률이 0.3㎚/sec 이하로 된다.
EB 결함 수정을 흑결함 부분에 대해 행하고 있는 동안, 그 흑결함 부분에는 불소를 함유하는 물질이 기체의 상태로 공급된다. 이로 인해, 흑결함 부분을 중심으로, 불소를 함유하는 물질의 기체가 확산되어, 주위의 차광막의 패턴측벽에 접촉하게 된다. 하전 입자의 조사를 받고 있지 않아도, 불소를 함유하는 물질의 기체에 의해 에칭은 행해진다. 이때의 차광막의 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받고 있지 않은 상태에 있어서의 에칭률이 0.3㎚/sec보다도 크면, 흑결함 부분의 EB 결함 수정을 행하고 있는 동안에, 패턴측벽이 에칭되어 버릴 우려가 있다. 상층은 표면 반사율을 저감시키는 역할을 가지므로 질소를 많이 함유시키고 있다. 이로 인해, 상층은, 기본적으로 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받고 있지 않은 상태에 있어서의 에칭률이 0.3㎚/sec 이하의 범위인 질소 함유량으로 되어 있다.
그러나, 하층은 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받고 있지 않은 상태에 있어서의 에칭률이 0.3㎚/sec 이하의 범위인 질소 함유량으로 된다고는 한정되지 않는다. 이로 인해, 하층은 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받고 있지 않은 상태에 있어서의 에칭률이 0.3㎚/sec 이하의 범위인 질소 함유량으로 되도록 할 필요가 있다. 도 3에 있어서의 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받고 있지 않은 상태에 있어서의 에칭률이 0.3㎚/sec 이하의 범위인 근사 곡선식은, 차광막 중의 Mo/(Mo＋Si) 비율을 CMo, 질소의 함유량을 CN으로 했을 때, 예를 들어 CN＝－0.00526CMo 2－0.640CMo＋26.624이다. 또한, 이 근사 곡선은 도면 중 5점의 플롯을 기초로 각각 산출되는 근사 곡선식이므로, 산출 방식에 따라서 다소 변동되지만, 그 근사 곡선식의 변동에 의해 발생하는 소정 에칭률을 만족시키는 각 조성비의 경계선의 이동이 에칭률에 미치는 영향은 작고, 허용되는 범위이다.
또한, 차광막(2)은 구해지는 차광 성능(광학 농도)을 실질적으로 하층에서 확보하는 것이 필요하다. 하층에서 차광막(2) 전체의 광학 농도의 대부분을 확보하기 위해서는, 하층에 사용하는 재료의 단위 막 두께당의 광학 농도(OD)가 0.06㎚-1(파장:193㎚) 이상인 것이 바람직하고, 0.065㎚-1(파장:193㎚) 이상인 것이 보다 바람직하다. 도 3에는 단위 막 두께당의 광학 농도가 소정값(0.06㎚-1, 0.065㎚-1)인 차광막(하층)의 Mo/(Mo＋Si) 비율 및 질소의 함유량을 플롯하고, 근사 곡선을 그은 것이 도시되어 있다.
이 도 3에서는, 예를 들어 0.06㎚-1의 근사 곡선 「●0.06OD/㎚」의 플롯의 근사 곡선) 상을 포함하는 하측의 에어리어가 0.06㎚-1 이상의 광학 농도인 차광막(하층)을 형성 가능한 조성 범위인 것을 도시하고 있다. 이 근사 곡선식은, 예를 들어 CN＝－3.63×10-7CMo 5＋7.6O×10-5CMo 4－4.67×10-3CMo 3＋5.06×10-2CMo 2＋2.082CMo＋1.075이다. 또한, 단위 막 두께당의 광학 농도가 0.065㎚-1 이상의 차광막(하층)을 형성 가능한 Mo/(Mo＋Si) 비율 및 질소의 함유량에 대해서도, 도 3에 도시되어 있는 0.065㎚-1의 근사 곡선(「◆0.065OD/㎚」의 플롯의 근사 곡선) 상을 포함하는 하측의 에어리어의 조성 범위의 조건을 만족시키면 된다. 이 근사 곡선식은, 예를 들어 CN＝－3.0×10-7CMo 5＋7.0×10-5CMo 4－5.0×10-3CMo 3＋8.2×10-2CMo 2＋1.722CMo―6.621이다. 또한, 이들 근사 곡선은 도면 중 5점의 플롯을 기초로 각각 산출되는 근사식이므로, 산출 방식에 따라서 다소 변동되지만, 그 근사식의 변동에 의해 발생하는 소정의 광학 농도를 만족시키는 각 조성비의 경계선의 이동이 광학 농도에 미치는 영향은 작고, 허용되는 범위이다.
도 3의 근사 곡선으로부터, 단위 막 두께당의 광학 농도가 0.060㎚-1 이상이고, 또한 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받고 있지 않은 상태에 있어서의 차광막(하층)의 에칭률이 0.3㎚/sec 이하로 된다고 하는 2개의 조건을 동시에 만족시키기 위해서는, Mo/(Mo＋Si) 비율이 9％ 이상일 필요가 있다. 또한, 단위 막 두께당의 광학 농도가 0.065㎚-1 이상이고, 또한 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받고 있지 않은 상태에 있어서의 차광막(하층)의 에칭률이 0.3㎚/sec 이하로 된다고 하는 2개의 조건을 동시에 만족시키기 위해서는, Mo/(Mo＋Si) 비율이 12％ 이상일 필요가 있다.
상기 하층의 재료에 포함되는 천이 금속에는 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 티탄, 크롬, 하프늄, 니켈, 바나듐, 지르코늄, 루테늄, 로듐, 니오브, 팔라듐 등이 적용 가능하다. 하층 중의 천이 금속의 함유량[원자％]을 천이 금속과 규소의 합계 함유량[원자％]으로 나눈 비율{즉, 차광막 중의 천이 금속과 규소의 합계 함유량[원자％]을 100으로 했을 때의 천이 금속의 함유량[원자％]의 비율을 ％로 나타낸 것. 이하, M/(M＋Si) 비율이라고 함. 단, M:천이 금속}에 대해서는, 상기한 예에서는 몰리브덴에 대해 서술하였지만, 다른 열기한 천이 금속에 대해서도 대략 동일한 경향을 나타낸다.
차광막(2)은 전체의 막 두께를 52㎚ 이하로 억제하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 51㎚ 이하이다. 이와 같이 함으로써, EMF 효과에 기인하는 바이어스를 억제할 수 있다. 이 EMF 효과에 기인하는 바이어스가 크면, 반도체 웨이퍼 상의 레지스트로의 전사 패턴선 폭의 CD 정밀도에 큰 영향을 미쳐 버린다. 차광막(2)의 전체 막 두께를 52㎚ 이하로 하기 위해서는, 하층의 단위 막 두께당의 광학 농도를 0.06㎚-1 이상으로 하면 바람직하고, 0.065㎚-1 이상으로 하면 보다 바람직하다. 또한, 상기와 같이, 상층은 표면 반사 방지 기능을 갖게 할 필요가 있고, 하층보다도 굴절률(n)이 높은 재료를 선정할 필요가 있다. 이로 인해, 상층의 막 두께는 5㎚ 미만으로 하는 것이 기대된다. 더욱 바람직하게는 4㎚ 이하이다. 상층에, ArF 노광광에 대한 어느 정도 이상의 표면 반사 방지 기능을 갖게 하기 위해서는, 상층의 막 두께는 적어도 2㎚ 이상일 필요가 있고, 바람직하게는 3㎚ 이상이다.
차광막(2)의 전체적인 막 두께를 얇게 하면서, 표면 반사율을 저감시키기 위해서는, 광의 간섭 효과를 이용하는 막 구조로 하는 것이 바람직하다. 광의 간섭 효과를 이용한다는 것은, 상층과 공기의 계면에서 반사되는 노광광과, 상층과 공기의 계면을 통과하여, 상층과 하층의 계면에서 반사되는 노광광 사이에서 간섭을 발생시켜 감쇠시킴으로써, 차광막(2)의 표면으로부터의 노광광의 반사를 저감시키는 것이다. 이 간섭 효과를 발생시키기 위해서는, 상층에 있어서의 하층측과의 계면 근방과, 하층에 있어서의 상층측의 계면 근방의 각 조성이 다른 것이 요구된다(상층과 하층의 계면이 어느 정도 명확한 것이 필요해짐). 또한, 이 간섭 효과를 이용하기 위해서는, 상층의 표층 이외의 부분이 막 두께 방향에서의 조성 경사가 작은 것이 바람직하고, 성막 프로세스 요인이나 어닐 처리 등에 의한 표면 산화를 제외하고, 조성 경사가 없는 것이 보다 바람직하다.
EB 결함 수정을 행할 때에 대상 부분(흑결함 부분)에 공급하는 불소를 함유하는 물질로서는, XeF2, XeF4, XeF6, XeOF2, XeOF4, XeO2F2, XeO3F2, XeO2F4, ClF3, ClF, BrF5, BrF, IF3, IF5, KrF, ArF 등이 적용 가능하고, 특히 XeF2가 적합하다. 이들은 가스 상태에서 대상 부분에 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 천이 금속과 규소를 함유하는 박막에 있어서, 박막 중의 산소 함유량 및 질소 함유량에 대한 에칭률의 변화의 경향은, EB 결함 수정의 에칭인 경우와, 플라즈마화한 불소계 가스에 의한 에칭, 즉 통상의 건식 에칭인 경우에 다르다. EB 결함 수정의 경우, 박막 중의 산소나 질소의 함유량이 증가, 즉 규소의 산화물이나 질화물의 함유량이 증가해 가면, 에칭률이 저하되는 경향이 있다. 이에 대해, 통상의 불소계 가스 플라즈마에 의한 건식 에칭의 경우, 박막 중의 산소나 질소의 함유량이 늘어나도, 에칭률은 거의 바뀌지 않거나, 천이 금속의 함유량에 따라서는 상승하는 경향이 있다. 따라서, 천이 금속과 규소를 함유하는 박막에 대한 여기 상태(플라즈마 상태)의 불소계 가스에 의한 건식 에칭인 경우에 있어서의 에칭률의 경향은, 비여기 상태의 불소계 가스를 공급하면서 하전 입자를 조사하는 EB 결함 수정에 있어서의 에칭률을 조정하기 위한 참고로는 되기 어렵다.
상층 중의 재료에 포함되는 천이 금속에는 몰리브덴, 탄탈, 텅스텐, 티탄, 크롬, 하프늄, 니켈, 바나듐, 지르코늄, 루테늄, 로듐 등이 적용 가능하지만, 그 중에서도 몰리브덴이 바람직하다. 또한, 그 상층 중의 천이 금속의 함유량은 10원자％ 이하인 것이 바람직하다. 상층의 천이 금속의 함유량이 10원자％보다도 많으면, 이 마스크 블랭크로부터 전사용 마스크를 제작하였을 때, 마스크 세정(암모니아 과수 등에 의한 알칼리 세정이나, 온수 세정)에 대한 내성이 낮고, 상층의 용해에 의한 광학 특성의 변화(표면 반사율의 상승), 전사 패턴 엣지 부분의 형상 변화에 의한 라인 엣지 러프니스의 저하나 CD 정밀도의 악화가 발생할 우려가 있다. 이 경향은 상층의 천이 금속에 몰리브덴이 사용되고 있는 경우에 특히 현저하다. 특히, 상층의 천이 금속에 몰리브덴이 사용되는 경우, 차광막의 응력 제어를 위해 고온에서 가열 처리(어닐 처리)하면, 상층(표면 반사 방지층)의 천이 금속의 함유량이 높은 경우에는 표면이 하얗게 흐려지는(백탁하는) 현상이 발생한다. 이는, 몰리브덴의 산화물이 표면에 석출되는 것이 원인이라고 생각된다. 이와 같은 현상을 억제하기 위해서도, 상층의 천이 금속의 함유량이 10원자％ 이하인 것이 바람직하다. 도 3에 몰리브덴의 함유량이 10원자％인 차광막(상층)의 Mo/(Mo＋Si) 비율 및 몰리브덴과 규소를 제외한 원소의 함유량을 플롯하여, 곡선을 그은 것이 도시되어 있다. 이 곡선은 차광막 중의 몰리브덴과 규소를 제외한 원소의 함유량을 COthers로 했을 때, COthers＝100－1000/CMo이다. 이 도 3에서는, 곡선 「▲Mo 함유량(10원자％」 상을 포함하는 좌측의 에어리어가, 차광막(상층) 중의 몰리브덴의 함유량이 10원자％ 이하인 것을 도시하고 있다.
질소나 산소를 함유하는 규소는 전기 전도도가 낮은(시트 저항값이 높은) 경향이 있다. 이로 인해, 천이 금속과 규소에 질소나 산소를 더 함유하는 차광막에서는, 전기 전도도를 올리기 위해서는, 막 중의 천이 금속의 함유량을 늘릴 필요가 있다. 마스크 블랭크로부터 전사용 마스크를 제작할 때에 있어서, 도 2의 (a) 내지 (c)에 도시한 바와 같이 차광막(2) 상[에칭 마스크막(3) 상]에 레지스트막(4)을 도포하고, 레지스트막(4)에 설계 패턴을 노광 전사하고, 레지스트막(4)을 현상ㆍ세정을 행하여 레지스트 패턴(4a)을 형성한다. 최근, 이 레지스트막에 전자선 묘화 노광용 레지스트를 적용하고, 전자선을 조사하여 묘화함으로써(전자선 노광 묘화) 설계 패턴을 노광하는 방법이 사용되고 있다.
이 전자선 묘화 노광에서는, 묘화 위치 정밀도나 차지 업의 관점으로부터, 레지스트막(4)의 아래의 박막[차광막(2), 에칭 마스크막(3)을 구비하는 구성의 경우에는, 차광막(2)이나 에칭 마스크막(3) 중 적어도 한쪽의 막]에는 도전성이 필요로 되어 있다. 즉, 차광막(2) 및 에칭 마스크막(3) 중 적어도 한쪽의 막에는 시트 저항값이 3㏀/□ 이하인 것이 기대되고 있다.
바이너리 마스크 블랭크에 사용하는 차광막의 광학 농도로서는, 적어도 2.3 이상, 바람직하게는 2.5 이상이 필요하다. 단, 더블 노광 기술 등에서 사용하는 바이너리 전사용 마스크를 제작하기 위한 바이너리 마스크 블랭크의 경우에는, 광학 농도가 2.3이나 2.5에서는, 웨이퍼 상의 레지스트의 겹침 노광 부분에 누설되어 광에 기인하는 문제가 발생하는 경우가 있다. 그 점을 고려하면, 차광막의 광학 농도는 2.8 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3.0 이상이다.
본 발명의 차광막은 상층과 하층 중 적어도 2층 구조를 가질 필요가 있지만, 3층 이상의 적층 구조라도 좋다. 예를 들어, 최하층, 중간층, 최상층의 3층 적층 구조의 경우, 최상층을 본 발명의 상층에, 중간층을 본 발명의 하층에 각각 적용하고, 본 발명의 상층과 하층의 관계를 최상층과 중간층의 관계에 적용해도 좋다. 또한, 중간층을 본 발명의 상층에, 최하층을 본 발명의 하층에 각각 적용하고, 본 발명의 상층과 하층의 관계를 중간층과 최하층의 관계에 적용해도 좋다.
본 발명은, 상술한 본 발명에 의해 얻어지는 마스크 블랭크에 있어서의 상기 차광막을, 에칭에 의해 패터닝하는 에칭 공정과, 흑결함 부분을 EB 결함 수정 기술에 의해 수정을 행하는 결함 수정 공정을 갖는 전사용 마스크의 제조 방법에 대해서도 제공한다. 에칭 공정에 있어서의 에칭은 미세 패턴의 형성에 유효한 건식 에칭이 적절하게 사용된다.
본 발명에 관한 마스크 블랭크는, 도 1에 도시한 바와 같이 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 구비하고, 또한 상기 차광막(2) 상에 에칭 마스크막(3)을 구비한 마스크 블랭크(10)라도 좋다.
본 발명에 있어서는, 상기 에칭 마스크막(3)은 전사 패턴을 형성하기 위한 패터닝 시의 건식 에칭에 대해 차광막(2)과의 에칭 선택성을 확보할 수 있도록, 예를 들어 크롬에, 질소, 산소 중 적어도 어느 하나의 성분을 포함하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 에칭 마스크막(3)을 차광막(2) 상에 설치함으로써, 마스크 블랭크 상에 형성하는 레지스트막의 박막화를 도모할 수 있다. 또한, 에칭 마스크막 중에 탄소 등의 성분을 더 포함해도 좋다. 구체적으로는, 예를 들어 CrN, CrON, CrOC, CrOCN 등의 재료를 들 수 있다.
최근, 레지스트막(4)에 전자선 묘화 노광용 레지스트를 적용하고, 전자선을 조사하여 묘화함으로써(전자선 노광 묘화) 설계 패턴을 노광하는 방법이 사용되고 있다. 이 전자선 묘화 노광에서는 묘화 위치 정밀도나 차지 업의 관점으로부터, 차광막(2)이나 에칭 마스크막(3) 중 적어도 어느 한쪽에는, 어느 정도 이상의 도전성이 필요로 되어 있다. 즉, 차광막(2) 및 에칭 마스크막(3) 중 적어도 한쪽의 막에는 시트 저항값이 3㏀/□ 이하인 것이 기대되고 있다. 도 3에, 시트 저항값이 3㏀/□ 이하인 차광막(하층)의 Mo/(Mo＋Si) 비율과 질소 함유량을 플롯하여, 근사 직선(「×시트 저항값(3㏀/□」의 플롯의 근사 곡선)을 그은 것이 도시되어 있다. 이 근사 직선식은, 예를 들어 CN＝2.593CMo―24.074이다. 이 도 3에서는, 이 근사 직선의 우측의 에어리어가 3㏀/□ 이하의 시트 저항값인 차광막(하층)이 형성 가능한 조성 범위인 것을 도시하고 있다.
차광막(2)의 시트 저항값이 3㏀/□ 이하인 경우, 에칭 마스크막(3)은 시트 저항값이 높아도, 차지 업을 일으키지 않고 전자선 묘화할 수 있다. 레지스트막(4)의 박막화에는 에칭 마스크막(3)의 염소와 산소의 혼합 가스에 대한 건식 에칭의 에칭률을 향상시키는 것이 보다 바람직하다. 그것을 위해서는, 금속 성분(크롬)의 함유량을 50원자％ 미만, 바람직하게는 45원자％ 이하, 또한 40원자％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
한편, 차광막(2)의 시트 저항값이 3㏀/□보다도 큰 경우, 에칭 마스크막(3)의 시트 저항값을 3㏀/□ 이하로 할 필요가 있다. 이 경우, 에칭 마스크막(3)이 단층 구조인 경우에는, 에칭 마스크막(3) 중의 크롬 함유량은 50원자％ 이상인 것이 바람직하고, 60원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 에칭 마스크막(3)이 복수층의 적층 구조인 경우에는, 적어도 레지스트막(4)에 접하는 측의 층의 크롬 함유량은 50원자％ 이상(바람직하게는 60원자％ 이상)으로 하고, 차광막(2)측의 층의 크롬 함유량은 50원자％ 미만(바람직하게는 45원자％ 이하, 또한 40원자％ 이하)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 마스크막(3)은 차광막(2)측으로부터 레지스트막(4)에 접하는 측[단, 표면 산화에 의한 크롬 함유량의 저하를 피할 수 없는 레지스트막(4)에 접하는 표층은 제외함]을 향해 크롬 함유량이 증가해 가는 조성 경사 구조로 해도 좋다. 이 경우, 에칭 마스크막(3)의 크롬 함유량이 가장 적은 곳에서는 50원자％ 미만(바람직하게는 45원자％ 이하, 또한 40원자％ 이하)이고, 크롬 함유량이 가장 많은 곳에서는 50원자％ 이상(바람직하게는 60원자％ 이상)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 에칭 마스크막(3)은 막 두께가 5㎚ 이상, 20㎚ 이하인 것이 바람직하다. 막 두께가 5㎚ 미만이면, 에칭 마스크막 패턴을 마스크로 하여 차광막에 대한 건식 에칭이 완료되기 전에 에칭 마스크막의 패턴 엣지 방향의 막 감소가 진행되어 버려, 차광막에 전사된 패턴의 설계 패턴에 대한 CD 정밀도가 대폭으로 저하되어 버릴 우려가 있다. 한편, 막 두께가 20㎚보다도 두꺼우면, 에칭 마스크막에 설계 패턴을 전사할 때에 필요한 레지스트막 두께가 두꺼워져 버려, 미세 패턴을 에칭 마스크막에 고정밀도로 전사하는 것이 곤란해진다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해, 본 발명의 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명한다. 아울러, 실시예에 대한 비교예에 대해서도 설명한다.
(실시예 1)
합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 매엽식 스패터 장치를 사용하고, 스패터 타깃에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타깃(원자％비 Mo:Si＝13:87)을 사용하고, 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, MoSiN막[하층(차광층)]을 막 두께 47㎚로 성막하고, 계속해서, Mo/Si 타깃(원자％비 Mo:Si＝13:87)을 사용하여 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, MoSiN막[상층(표면 반사 방지층)]을 막 두께 4㎚로 성막함으로써, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 차광막(2)(총 막 두께 51㎚)을 형성하였다.
다음에, 차광막(2)을 구비한 기판(1)에 대해, 450℃에서 30분간 가열 처리(어닐 처리)를 행하고, 차광막(2)의 막 응력을 저감시키는 처리를 행하였다. 또한, 동일한 수순으로 어닐 처리까지 행한 차광막(2)을 구비한 기판(1)을 제조하여, X선 광전자 분광 분석(ESCA)으로 분석(단, 분석값에 RBS 보정을 행하고 있음. 이하, 다른 분석에서도 동일함.)한바, 하층(Mo:9.2원자％, Si:68.3원자％, N:22.5원자％), 하층측 근방의 상층(Mo:5.8원자％, Si:64.4원자％, N:27.7원자％, O:2.1원자％)의 막 조성인 것이 확인되었다. 또한, 상층의 표층에 대한 X선 광전자 분광 분석(ESCA)의 결과는 질소가 14.4원자％, 산소가 38.3원자％였다. 또한, 이 차광막(2)의 하층의 굴절률(n)은 1.88이고, 감쇠 계수(k)는 2.20이었다. 상층의 굴절률(n)은 2.07이고, 감쇠 계수(k)는 1.14였다.
(실시예 2)
합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 매엽식 스패터 장치를 사용하고, 스패터 타깃에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타깃(원자％비 Mo:Si＝13:87)을 사용하여, 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, MoSiN막[하층(차광층)]을 막 두께 46㎚로 성막하고, 계속해서 Mo/Si 타깃(원자％비 Mo:Si＝13:87)을 사용하여, 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, MoSiN막[상층(표면 반사 방지층)]을 막 두께 3㎚로 성막함으로써, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 차광막(2)(총 막 두께 49㎚)을 형성하였다.
다음에, 차광막(2)을 구비한 기판(1)에 대해, 450℃에서 30분간 가열 처리(어닐 처리)를 행하고, 차광막(2)의 막 응력을 저감시키는 처리를 행하였다. 또한, 동일한 수순으로 어닐 처리까지 행한 차광막(2)을 구비한 기판(1)을 제조하여, X선 광전자 분광 분석(ESCA)으로 분석한바, 하층(Mo:9.5원자％, Si:68.7원자％, N:21.8원자％), 하층측 근방의 상층(Mo:6.1원자％, Si:67.7원자％, N:21.7원자％, O:4.5원자％)의 막 조성인 것이 확인되었다. 또한, 상층의 표층에 대한 X선 광전자 분광 분석(ESCA)의 결과는 질소가 14.4원자％, 산소가 38.3원자％였다. 또한, 이 차광막(2)의 하층의 굴절률(n)은 1.81이고, 감쇠 계수(k)는 2.22였다. 상층의 굴절률(n)은 1.97이고, 감쇠 계수(k)는 1.59였다.
(참고예 1)
합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 매엽식 스패터 장치를 사용하고, 스패터 타깃에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타깃(원자％비 Mo:Si＝13:87)을 사용하여, 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, MoSiN막[하층(차광층)]을 막 두께 47㎚로 성막하고, 계속해서 Mo/Si 타깃(원자％비 Mo:Si＝13:87)을 사용하여, 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, MoSiN막[상층(표면 반사 방지층)]을 막 두께 13㎚로 성막함으로써, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 차광막(2)(총 막 두께 60㎚)을 형성하였다.
다음에, 차광막(2)을 구비한 기판(1)에 대해, 450℃에서 30분간 가열 처리(어닐 처리)를 행하고, 차광막(2)의 막 응력을 저감시키는 처리를 행하였다. 또한, 동일한 수순으로 어닐 처리까지 행한 차광막(2)을 구비한 기판(1)을 제조하여, X선 광전자 분광 분석(ESCA)으로 분석한바, 하층(Mo:9.0원자％, Si:63.6원자％, N:27.4원자％), 하층측 근방의 상층(Mo:6.2원자％, Si:54.0원자％, N:39.8원자％)의 막 조성인 것이 확인되었다. 또한, 상층의 표층에 대한 X선 광전자 분광 분석(ESCA)의 결과는 질소가 21.2원자％, 산소가 22.3원자％였다. 또한, 이 차광막(2)의 하층의 굴절률(n)은 2.28이고, 감쇠 계수(k)는 2.00이었다. 상층의 굴절률(n)은 2.37이고, 감쇠 계수(k)는 0.98이었다.
(비교예 1)
합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 매엽식 스패터 장치를 사용하고, 스패터 타깃에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타깃(원자％비 Mo:Si＝13:87)을 사용하여, 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, MoSiN막[하층(차광층)]을 막 두께 32㎚로 성막하고, 계속해서 Mo/Si 타깃(원자％비 Mo:Si＝13:87)을 사용하여, 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, MoSiN막[상층(표면 반사 방지층)]을 막 두께 12㎚로 성막함으로써, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 차광막(2)(총 막 두께 44㎚)을 형성하였다.
다음에, 차광막(2)을 구비한 기판(1)에 대해, 300℃에서 30분간 가열 처리(어닐 처리)를 행하고, 차광막(2)의 막 응력을 저감시키는 처리를 행하였다. 또한, 동일한 수순으로 어닐 처리까지 행한 차광막(2)을 구비한 기판(1)을 제조하여, X선 광전자 분광 분석(ESCA)으로 분석한바, 하층(Mo:10.8원자％, Si:79.0원자％, N:10.2원자％), 하층측 근방의 상층(Mo:6.6원자％, Si:73.8원자％, N:19.6원자％)의 막 조성인 것이 확인되었다. 또한, 상층의 표층에 대한 X선 광전자 분광 분석(ESCA)의 결과는 질소가 12.7원자％, 산소가 31.1원자％였다. 또한, 이 차광막(2)의 하층의 굴절률(n)은 1.64이고, 감쇠 계수(k)는 2.60이었다. 상층의 굴절률(n)은 2.26이고, 감쇠 계수(k)는 2.11이었다.
(비교예 2)
합성 석영 글래스로 이루어지는 투광성 기판(1) 상에 매엽식 스패터 장치를 사용하고, 스패터 타깃에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)의 혼합 타깃(원자％비 Mo:Si＝13:87)을 사용하여, 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, MoSiN막[하층(차광층)]을 막 두께 44㎚로 성막하고, 계속해서 Mo/Si 타깃(원자％비 Mo:Si＝13:87)을 사용하여, 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, MoSiN막[상층(표면 반사 방지층)]을 막 두께 4㎚로 성막함으로써, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)용 차광막(2)(총 막 두께 48㎚)을 형성하였다.
다음에, 차광막(2)을 구비한 기판(1)에 대해, 450℃에서 30분간 가열 처리(어닐 처리)를 행하고, 차광막(2)의 막 응력을 저감시키는 처리를 행하였다. 또한, 동일한 수순으로 어닐 처리까지 행한 차광막(2)을 구비한 기판(1)을 제조하여, X선 광전자 분광 분석(ESCA)으로 분석한바, 하층(Mo:9.8원자％, Si:70.4원자％, N:19.8원자％), 하층측 근방의 상층(Mo:6.3원자％, Si:69.4원자％, N:20.9원자％, O:3.4원자％)의 막 조성인 것이 확인되었다. 또한, 상층의 표층에 대한 X선 광전자 분광 분석(ESCA)의 결과는 질소가 14.2원자％, 산소가 37.9원자％였다. 또한, 이 차광막(2)의 하층의 굴절률(n)은 1.63이고, 감쇠 계수(k)는 2.37이었다. 상층의 굴절률(n)은 1.94이고, 감쇠 계수(k)는 1.23이었다.
다음에, 상기한 실시예 1, 2, 참고예 1 및 비교예 1, 2에서 얻어진 각 차광막(2)의 상면에, 에칭 마스크막(3)을 형성하였다. 구체적으로는, 매엽식 스패터 장치에서 크롬(Cr) 타깃을 사용하여, 아르곤과 질소의 혼합 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, CrN막(막 조성비 Cr:75.3원자％, N:24.7원자％)을 막 두께 5㎚로 성막하였다. 또한, 에칭 마스크막(3)(CrN막)을 상기 차광막(2)의 어닐 처리보다도 낮은 온도에서 어닐함으로써, 차광막(2)의 막 응력에 영향을 미치지 않고 에칭 마스크막(3)의 응력을 최대한 낮아지도록(바람직하게는 막 응력이 실질적으로 제로로 되도록) 조정하였다. 이상의 수순에 의해, 실시예 1, 2, 참고예 1 및 비교예 1, 2의 각 바이너리형 마스크 블랭크(10)를 얻었다.
다음에, 상기한 실시예 1, 2, 참고예 1 및 비교예 1, 2에서 얻어진 각 마스크 블랭크(10)의 차광막(2)에 대해, EMF 바이어스를 산출하는 광학 시뮬레이션을 행하였다.
광학 시뮬레이션에 있어서는, 상기한 각 실시예 및 비교예에서 얻어진 굴절률(n), 감쇠 계수(k) 및 막 두께(d)를 입력값으로서 사용하였다.
광학 시뮬레이션에 적용하는 설계 패턴으로서는, DRAM 하프 피치(hp) 40㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴을 적용하였다.
광학 시뮬레이션에 적용하는 노광광의 조명 조건으로서는, 2극 조명(Dipole Illumination) 및 윤대 조명(Annular Illumination)의 2개의 조건을 설정하였다.
EMF 바이어스는 TMA에 의한 광학 시뮬레이션에서 산출된 바이어스(보정량)와, EMF 효과를 고려한 시뮬레이션에서 산출된 바이어스(보정량)의 차를 취함으로써 산출하였다.
이하의 표 1에 광학 시뮬레이션의 결과를 나타낸다.
Figure 112011100433816-pat00003
표 1에 나타내는 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2에서 얻어진 차광막(2)에 대해서는, 2극 조명에 있어서의 EMF 바이어스가 3.0[㎚] 이하이고, 또한 윤대 조명에 있어서의 EMF 바이어스가 20.0[㎚] 이하로 되어 있고, EMF 바이어스가 작은 결과로 되었다.
이에 대해, 참고예 1, 비교예 1에서 얻어진 차광막(2)에 대해서는, 2극 조명에 있어서의 EMF 바이어스가 3.0[㎚]보다도 크고, 또한 윤대 조명에 있어서의 EMF 바이어스가 20.0[㎚]보다도 크게 되어 있고, EMF 바이어스가 큰 결과로 되었다. 즉, 참고예 1, 비교예 1의 차광막(2)을 갖는 마스크 블랭크를 사용하여, 윤대 조명이 적용되는 전사용 마스크를 작성하는 경우, DRAM 하프 피치(hp) 40㎚의 라인 앤드 스페이스(L&S)를 포함하는 패턴을 형성할 수 없는 것을 알 수 있었다.
다음에, 상기와 같이 하여 제작한 실시예 1, 2, 참고예 1 및 비교예 1, 2의 각 마스크 블랭크(10)를 사용하여 바이너리형의 전사용 마스크를 제작하였다. 도 2의 (a) 내지 (f)에 제조 공정을 도시한다. 또한, 각 전사용 마스크의 차광막(2)에 형성되는 전사 패턴은 DRAM hp 40㎚의 L&S 패턴을 포함하는 회로 패턴을 적용하였다. 단, EB 결함 수정의 검증을 행하는 것을 고려하여, 전사 패턴에는 프로그램 결함 부분(흑결함이 되는 부분)도 넣어 두었다. 또한, 상기한 광학 시뮬레이션 결과를 고려하여, 실시예 1, 실시예 2, 비교예 2의 마스크 블랭크(10)로부터는, 윤대 조명이 적용되는 전사용 마스크를 제작하는 것으로 하고, 참고예 1, 비교예 1의 마스크 블랭크(10)로부터는 2극 조명이 적용되는 전사용 마스크를 제작하는 것으로 하였다. 또한 상기한 조건을 기초로, 각각의 차광막(2)의 EMF 바이어스를 고려하여 전사 패턴의 보정을 행하고, 전자선 묘화 장치에서 레지스트막에 묘화하는 묘화 데이터로 변환해 두었다.
우선, 상기 마스크 블랭크(10) 상에, 전자선 묘화용 화학 증폭형 포지티브 레지스트막(4)(후지 필름 일렉트로닉스 매터리얼즈사제 PRL009)을 형성하였다(도 2의 (a) 참조).
다음에 상기 레지스트막(4)에 대해, 전자선 묘화 장치를 사용하여 원하는 패턴 묘화를 행한 후(도 2의 (b) 참조), 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴(4a)을 형성하였다(도 2의 (c) 참조).
다음에, 상기 레지스트 패턴(4a)을 마스크로 하고, CrN막으로 이루어지는 에칭 마스크막(3)의 건식 에칭을 행하여 에칭 마스크막 패턴(3a)을 형성하였다(도 2의 (d) 참조). 건식 에칭 가스로서, 산소와 염소의 혼합 가스(O2:Cl2＝1:4)를 사용하였다.
다음에, 잔존하고 있는 상기 레지스트 패턴(4a)을 애싱 처리 등에 의해 제거한 후, 상기 에칭 마스크막 패턴(3a)을 마스크로 하고, 차광막(2)의 건식 에칭을 행하여 차광막 패턴(2a)을 형성하였다(도 2의 (e) 참조). 건식 에칭 가스로서, SF6과 He의 혼합 가스를 사용하였다. 마지막으로, 산소와 염소의 혼합 가스(O2:C12＝1:4)를 사용하여 에칭 마스크막 패턴(3a)을 제거하였다(도 2의 (f) 참조).
이상과 같이 하여 바이너리형의 전사용 마스크(20)를 얻었다(도 2의 (f) 참조).
다음에, 이 바이너리형 전사용 마스크(20)의 프로그램 결함 부분(차광막이 잔존하고 있는 흑결함 부분)에 대해, 불소를 함유하는 물질인 XeF2 가스를 공급하고, 또한 거기에 전자선(5.0keV)을 조사하고, 흑결함 부분을 에칭하여 제거하는 EB 결함 수정을 행하였다.
이와 같은 EB 결함 수정의 결과, 실시예 1, 2 및 참고예 1에서 얻어진 차광막(2)에 대해서는, 하층의 언더 커트 등의 문제가 발생하는 일 없이, 흑결함을 양호하게 수정할 수 있었다. 또한, EB 결함 수정 시에, 상층의 표면에 핀 홀 등의 결함이 발생하는 일도 없었다.
이에 대해, 비교예 1 및 비교예 2에서 얻어진 차광막(2)을 갖는 전사용 마스크(20)에 대해서는, 그 패턴 부분의 하층의 측벽이 예정되어 있던 위치보다도 크게 감퇴해 버려, 상층보다도 하층이 횡방향으로 감퇴한 상태(언더 커트)가 발생하고 있었다. 또한, 본래 수정되면 안되는 개소까지 에칭되어 버려, 흑결함 부분만을 양호하게 수정할 수 없어, 흑결함이 형성되어 있는 부분 이외의 패턴 부분의 하층의 언더 커트 등의 문제가 발생하고 있었다.
또한, 비교예 1에서 얻어진 차광막(2)을 갖는 전사용 마스크(20)에 대해서는, EB를 조사하고 있지 않은 부분(즉, 흑결함 부분 이외의 부분)에 있어서도, 주위에 존재하는 XeF2 가스에 의해 상층의 표면으로부터 에칭이 진행되어 버려, 상층이 막 감소함으로써, 상층의 표면에 복수개의 핀 홀이 발생하고 있었다.
다음에, 얻어진 바이너리형 전사용 마스크(20)를 사용하여, 전사 대상물인 반도체 웨이퍼 상의 레지스트막에 대해, 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 행하였다. 노광 장치에는 실시예 1, 실시예 2, 비교예 2의 전사용 마스크에 대해서는, ArF 엑시머 레이저를 광원으로 하는 윤대 조명(Annular Illumination)이 사용된 액침 방식의 것이 사용되었다. 또한, 참고예 1, 비교예 1의 전사용 마스크에 대해서는, ArF 엑시머 레이저를 광원으로 하는 2극 조명(Dipole Illumination)이 사용된 액침 방식의 노광 장치가 사용되었다. 구체적으로는, 노광 장치의 마스크 스테이지에, 각 실시예, 참고예, 비교예의 바이너리형 전사용 마스크(20)를 세트하고, 반도체 웨이퍼 상의 ArF 액침 노광용 레지스트막에 대해 노광 전사를 행하였다. 노광 후의 레지스트막에 대해, 소정의 현상 처리를 행하여 레지스트 패턴을 형성하였다. 또한, 레지스트 패턴을 사용하여, 반도체 웨이퍼 상에 DRAM 하프 피치(hp) 40㎚의 라인 앤드 스페이스(L&S) 패턴을 포함하는 회로 패턴을 형성하였다.
얻어진 반도체 웨이퍼 상의 회로 패턴을 전자 현미경(TEM)으로 확인한바, 상기한 실시예 1, 2, 참고예 1에서 얻어진 차광막(2)을 갖는 전사용 마스크(20)를 사용하여 형성된 회로 패턴에 대해서는, DRAM 하프 피치(hp) 40㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴의 사양을 충분히 만족시키고 있었다.
이에 대해, 상기한 비교예 1, 2에서 얻어진 차광막(2)을 갖는 전사용 마스크(20)를 사용하여 형성된 회로 패턴에 대해서는, 라인 앤드 스페이스 패턴 부분에서 단락 개소나 단선 개소가 많이 발생하고 있어, DRAM 하프 피치(hp) 40㎚의 사양을 만족시킬 수 없었다.
이상으로부터, 차광막(2)의 하층의 재료의 질소 함유량을 21원자％ 이상이고, 또한 굴절률(n)이 1.9 이하로 되도록 조정하고, 상층의 재료를 굴절률(n)이 2.1 이하로 되도록 조정하고, 또한 상층의 표층이 산소를 함유하고 있고, 또한 질소 함유량이 14원자％ 이상으로 되도록 조정함으로써, 차광막(2)의 흑결함 부분에 EB 결함 수정 기술을 적용한 경우의 언더 커트 등의 문제를 해결할 수 있는 것인 동시에, EMF 효과에 기인하는 바이어스를 작게 할 수 있는 것을 실증할 수 있었다.
이상, 본 발명에 대해 실시 형태를 사용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위로는 한정되지 않는다. 상기 실시 형태에, 다양한 변경 또는 개량을 추가하는 것이 가능한 것이 당업자에게 있어서 명백하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이, 특허청구의 범위의 기재로부터 명백하다.

Claims (25)

  1. ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 전사용 마스크를 작성하기 위해 사용되고, 투광성 기판 상에 전사 패턴을 형성하기 위한 차광막을 갖는 마스크 블랭크로서,
    상기 차광막은 투광성 기판측으로부터 하층과 상층의 적어도 2층 구조로 이루어지고,
    상기 하층은 천이 금속, 규소 및 질소를 함유하고, 질소 함유량이 21원자％ 이상 100원자% 미만이고, 또한 굴절률(n)이 0 초과 1.9 이하이고, 또한 감쇠 계수(k)가 2.2 이상인 재료로 이루어지고,
    상기 상층은 천이 금속, 규소 및 질소를 함유하고, 굴절률(n)이 0 초과 2.1 이하이고, 또한 감쇠 계수(k)가 0 초과 1.6 이하인 재료로 이루어지고,
    상기 상층의 표층은 산소를 함유하고 있고, 질소 함유량이 14원자％ 이상 100원자% 미만인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하층은 산소를 함유하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상층의 재료의 굴절률(n)은 상기 하층의 재료의 굴절률(n)보다도 큰 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 하층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율과, 상기 상층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율의 차가 4％ 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  6. 제1항에 있어서, 상기 상층 중의 천이 금속의 함유량이 0원자% 초과 10원자％ 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  7. 제1항에 있어서, 상기 차광막은 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받지 않는 상태에 있어서의 에칭률이 0.0㎚/sec 초과 0.3㎚/sec 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하층의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율과 질소 함유량은 하기 수학식 1,
    Figure 112011100433816-pat00004

    의 조건을 만족시키는 범위인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  9. 제1항에 있어서, 상기 차광막은 막 두께가 0㎚ 초과 52㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  10. 제1항에 있어서, 상기 차광막의 상면에는 에칭 마스크막이 설치되고, 상기 에칭 마스크막은 크롬에, 질소, 산소 중 적어도 어느 한쪽의 성분을 포함하고, 상기 에칭 마스크막 중의 크롬의 함유량이 50원자％ 이상 100원자％ 미만인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  11. 제1항에 기재된 마스크 블랭크를 사용하여 제작되는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  12. ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되고, 투광성 기판 상에 전사 패턴이 형성된 차광막을 갖고 이루어지는 전사용 마스크로서,
    상기 차광막은 투광성 기판측으로부터 하층과 상층의 적어도 2층 구조로 이루어지고,
    상기 하층은 천이 금속, 규소 및 질소를 함유하고, 또한 질소 함유량이 21원자％ 이상 100원자％ 미만이고, 또한 굴절률(n)이 0 초과 1.9 이하이고, 또한 감쇠 계수(k)가 2.2 이상인 재료로 이루어지고,
    상기 상층은 천이 금속, 규소 및 질소를 함유하고, 굴절률(n)이 0 초과 2.1 이하이고, 또한 감쇠 계수(k)가 0 초과 1.6 이하인 재료로 이루어지고,
    상기 상층의 표층은 산소를 함유하고 있고, 질소 함유량이 14원자％ 이상 100원자% 미만인 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하층은 산소를 함유하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  14. 제12항에 있어서, 상기 상층의 재료의 굴절률(n)은 상기 하층의 재료의 굴절률(n)보다도 큰 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서, 상기 하층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율과, 상기 상층 중의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율의 차가 4％ 이하인 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  17. 제12항에 있어서, 상기 상층 중의 천이 금속의 함유량이 0원자％ 초과 10원자％ 이하인 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  18. 제12항에 있어서, 상기 차광막은 불소를 함유하는 물질에 대한 하전 입자의 조사를 받지 않는 상태에 있어서의 에칭률이 0㎚/sec 초과 0.3㎚/sec 이하인 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  19. 제12항에 있어서, 상기 하층의 천이 금속의 함유량을 천이 금속 및 규소의 합계 함유량으로 나눈 비율과 질소 함유량은 하기 수학식 1,
    Figure 112011100433816-pat00005

    의 조건을 만족시키는 범위인 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  20. 제12항에 있어서, 상기 차광막에 형성되어 있는 전사 패턴에는 하프 피치 0㎚ 초과 40㎚ 이하의 라인 앤드 스페이스 패턴이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  21. 제1항에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조 방법으로서,
    상기 마스크 블랭크의 차광막에 전사 패턴을 형성하는 공정과,
    설계상의 전사 패턴과 상기 차광막에 형성된 전사 패턴을 비교하여, 차광막이 잔존하고 있는 결함 부분에 대해 불소를 함유하는 물질을 공급하고, 또한 하전 입자를 조사하여 에칭을 행하는 결함 수정 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법.
  22. 제12항에 기재된 전사용 마스크를 사용하여, 반도체 웨이퍼 상에 회로 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  23. 제21항에 기재된 전사용 마스크의 제조 방법으로 제조된 전사용 마스크를 사용하여, 반도체 웨이퍼 상에 회로 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  24. 제22항에 있어서, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 회로 패턴에는 하프 피치 0㎚ 초과 40㎚ 이하의 라인 앤드 스페이스 패턴이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  25. 제23항에 있어서, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 회로 패턴에는 하프 피치 0㎚ 초과 40㎚ 이하의 라인 앤드 스페이스 패턴이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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