KR102205274B1 - 마스크 블랭크, 마스크 블랭크의 제조 방법, 위상 시프트 마스크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

마스크 블랭크, 마스크 블랭크의 제조 방법, 위상 시프트 마스크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 및 반도체 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

위상 시프트 패턴 형성 시에 이용되는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 내성이 투광성 기판에 비해 높고, 약액 세정에 대한 내성도 높고, 노광광에 대한 투과율도 높다는 특성을 만족하는 에칭 스토퍼막을 구비한 위상 시프트 마스크용 마스크 블랭크를 제공한다.
투광성 기판의 주표면 상에 차광막을 구비한 마스크 블랭크로서, 투광성 기판 상에, 에칭 스토퍼막, 위상 시프트막 및 차광막이 이 순서로 적층된 구조를 구비하고, 위상 시프트막은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고, 에칭 스토퍼막은, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

마스크 블랭크, 마스크 블랭크의 제조 방법, 위상 시프트 마스크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 및 반도체 디바이스의 제조 방법
본 발명은, 마스크 블랭크, 그 마스크 블랭크를 이용하여 제조된 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또, 본 발명은, 상기의 위상 시프트 마스크를 이용한 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 이용하여 미세 패턴의 형성이 행하여지고 있다. 이 패턴의 형성에는, 통상 몇 장의 전사(轉寫)용 마스크가 사용되고 있으며, 특히 미세한 패턴을 형성하는 경우에는, 위상차를 이용함으로써 해상도를 대표로 하는 전사 성능을 높인 위상 시프트 마스크가 다용되고 있다. 또, 반도체 디바이스의 패턴을 미세화함에 있어서는, 위상 시프트 마스크로 대표되는 전사용 마스크의 개량, 개선에 더하여, 포토리소그래피에서 사용되는 노광 광원의 파장의 단파장화가 필요해진다. 따라서, 반도체 디바이스의 제조 시에 이용되는 노광 광원은, 최근에는 KrF 엑시머 레이저(파장 248nm)에서, ArF 엑시머 레이저(파장 193nm)로 단파장화가 진행되고 있다.
위상 시프트 마스크의 한 양태인 굴입(掘入) 레벤손형의 위상 시프트 마스크는, 투광성 기판에 형성된 굴입부 및 비(非)굴입부로 이루어지는 투광부와, 라인·앤드·스페이스 등의 패턴이 형성된 차광부를 구비한다. 구체적으로는, 투광성 기판 상의 차광막이 존재하는 영역에서 차광부를 형성하고, 차광막이 존재하지 않는 투광성 기판이 노출된 영역에서 투광부를 형성한다. 굴입부의 굴입 깊이는, 굴입부를 투과하는 노광광과, 비굴입부를 투과하는 노광광과의 사이에서 위상 시프트 효과가 얻어지는 소정의 위상차를 부여할 수 있는 깊이로 되어 있다. 종래, 굴입 레벤손형의 위상 시프트 마스크는, 예를 들면 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 투명 기판 상에 크롬계 재료로 이루어지는 차광막이 설치된 마스크 블랭크를 이용한 프로세스에 의해 제조되어 있다.
한편, 특허문헌 2에는, 적층막을 이용한 레벤손형의 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는, 석영으로 이루어지는 투명 기판의 위에, 에칭 스토퍼의 기능을 갖는 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 투명 도전막과, SiO2로 이루어지는 투명한 위상 시프트막, Cr을 주성분으로 하는 차광막을 이 순서로 형성하고, 차광막에 주투광부와 보조 투광부의 패턴을 형성하고, 그 후, 위상 시프트막에 보조 투광부의 패턴을 형성하고 있다.
위상 시프트 마스크 등의 전사용 마스크의 결함은, 그 전사용 마스크를 이용하여 제조되는 반도체 장치의 결함이나 수율의 저하에 직결된다. 이 때문에, 전사용 마스크에 결함이 발견된 경우, 마스크 결함 수정이 행하여진다. 이 마스크 결함 수정 기술로서, 특허문헌 3에는, 차광막의 흑결함 부분에 대하여, 이불화 크세논(XeF2) 가스를 공급하면서, 그 부분에 전자선을 조사함으로써 흑결함부를 에칭하여 제거하는 결함 수정 기술(이하, 이와 같은 전자선 등의 하전 입자를 조사하여 행하는 결함 수정을 단순히 「EB 결함 수정」이라고 함)이 개시되어 있다. 이 EB 결함 수정은, 당초, EUV 리소그래피(Extreme Ultraviolet Lithography)용 반사형 마스크의 흡수체막에 있어서의 흑결함 수정에 이용되고 있었지만, 최근에는 위상 시프트 마스크의 결함 수정에 있어서도 사용되고 있다.
일본국 특개 평9-160218호 공보 일본국 특개 2006-084507호 공보 일본국 특표 2004-537758호 공보
종래의 굴입 레벤손형의 위상 시프트 마스크는, 기판에 굴입부 및 비굴입부를 형성하고, 굴입부를 투과하는 노광광과 비굴입부를 투과하는 노광광과의 사이에서 위상 시프트 효과가 발생하도록 구성되어 있다. 굴입부를 투과하는 노광광과 비굴입부를 투과하는 노광광과의 사이의 위상차는, 노광광이 기판을 투과하는 거리의 차에 의해 발생하는 것이다. 굴입 레벤손형의 위상 시프트 마스크에서는, 위상 시프트 마스크의 면 내의 각처에서 발생하는 위상 시프트 효과 사이에 차가 없는 것이 이상적이다. 이 때문에, 굴입 레벤손형의 위상 시프트 마스크의 경우, 위상 시프트 마스크의 면 내의 각 굴입부의 깊이가 같아지는 것이 이상적이다. 위상 시프트 마스크의 각 굴입부는, 기판에 드라이 에칭을 행함으로써 동시에 형성한다. 위상 시프트 마스크에 있어서의 각 굴입부의 패턴의 저면(底面) 형상이나 깊이는, 마이크로 트렌치 현상이나 마이크로 로딩 현상 등의 영향을 받기 때문에, 드라이 에칭에서 각 굴입부의 저면 형상이나 깊이를 동일해지도록 제어하는 것은 용이하지 않다. 최근, 마스크 패턴의 미세화에 따라, 굴입부의 패턴 폭이 미세하게 되어 가고 있어, 각 굴입부의 깊이를 제어하는 것은 곤란해져가고 있다. 한편, 미세화에 따라, 광학상의 이유로, 보다 높은 위상 제어, 즉 각 굴입부의 깊이에도, 보다 높은 제어성이 요구되고 있다.
또, 마이크로 트렌치 현상이란, 패턴 에지부의 근방에서 깊은 굴입이 발생하여 미세한 홈이 형성되는 현상이다. 또, 마이크로 로딩 현상이란, 미세 패턴의 경우에 있어서, 패턴의 개구부의 폭에 따라서 에칭되는 깊이가 다른 현상이다.
특허문헌 2에 개시되어 있는 위상 시프트 마스크는, SiO2로 이루어지는 투명한 위상 시프트막에 패턴이 형성된 보조 투광부를 투과하는 노광광과, 그 위상 시프트막에 패턴이 형성되어 있지 않은 주투광부를 투과하는 노광광과의 사이에서 위상 시프트 효과가 발생하도록 구성되어 있다. 즉, 특허문헌 2에 개시되어 있는 위상 시프트 마스크는, 종래의 굴입 레벤손형의 위상 시프트 마스크의 굴입부를 대신하여, SiO2의 위상 시프트막을 위상 시프트 패턴으로 하여, 굴입부를 형성하는 경우와 마찬가지의 높은 위상 시프트 효과를 발생시키도록 하고 있다. 또한, 특허문헌 2의 위상 시프트 마스크는, 투명 기판과 SiO2로 이루어지는 위상 시프트막과의 사이에, Al2O3으로 이루어지는 투명 도전막(에칭 스토퍼막)을 설치하고 있다. Al2O3으로 이루어지는 에칭 스토퍼막은, SiO2로 이루어지는 위상 시프트막에 패턴을 형성할 때에, 불소계 가스에 의해 행하여지는 드라이 에칭에 대하여 높은 내성을 갖는다. 이 때문에, SiO2로 이루어지는 위상 시프트막에 패턴을 형성할 때에 기판을 굴입하는 것을 억제할 수 있어, 위상 제어성이 향상하고, 위상 시프트 마스크의 면 내에서의 위상 시프트 효과의 차를 작게 할 수 있게 된다.
그러나, Al2O3으로 이루어지는 에칭 스토퍼막은, 약액 세정에 대한 내성이 낮은 경향이 있다. 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제조하는 프로세스 도중에 있어서, 약액을 이용한 세정이 마스크 블랭크에 대하여 몇 번이나 행하여진다. 또, 완성 후의 위상 시프트 마스크에 대해서도, 정기적으로 약액에 의한 세정이 행하여진다. 이러한 세정에서는, 암모니아 과수(過水)나 TMAH(수산화 테트라 메틸 암모늄) 수용액이 세정액으로서 이용되는 경우가 많지만, Al2O3으로 이루어지는 에칭 스토퍼막은, 이러한 세정액에 대한 내성이 낮다.
예를 들면, 유리로 이루어지는 투광성 기판 상에, Al2O3으로 이루어지는 에칭 스토퍼막과 위상 시프트 패턴이 형성된 위상 시프트막을 구비하는 위상 시프트 마스크에 대하여, 암모니아 과수에 의한 세정을 행하는 경우가 있다. 이때, 위상 시프트 마스크에 있어서의 에칭 스토퍼막의 표면이 노출되어 있는 투광부에서, 그 에칭 스토퍼막이 표면으로부터 서서히 용해되어 가고, 용해가 진행하면 그 투광부에서 기판의 주표면이 노출되어 버린다. 그리고, 추가로 세정을 행하면, 위상 시프트막이 존재하는 패턴 부분의 직하(直下)의 에칭 스토퍼막도 위상 시프트막의 측벽측으로부터 내부측을 향하여 용해되어 간다. 이 에칭 스토퍼막이 용해되는 현상은, 위상 시프트막의 패턴의 양방의 측벽측으로부터 각각 진행하기 때문에, 위상 시프트막의 패턴 폭보다도 용해되지 않고 잔존하고 있는 에칭 스토퍼막의 폭쪽이 작아져 버린다. 이와 같은 상태가 되면, 위상 시프트막의 패턴이 탈락하는 현상이 발생하기 쉬워진다.
또, 위상 시프트 마스크를 노광 장치에 세트하여, 전사 대상물(반도체 웨이퍼 상의 레지스트막 등)에 노광 전사할 때, 노광광은 위상 시프트 마스크의 투광성 기판의 위상 시프트 패턴이 설치되어 있는 주표면과는 반대측의 주표면측으로부터 입사한다. 투광성 기판에 입사 후의 노광광은, 굴입부에서는 에칭 스토퍼막을 경유하여 대기 중에 출사하고, 비굴입부에서는 에칭 스토퍼막 및 위상 시프트막을 경유하여 대기 중에 출사한다. 위상 시프트 마스크의 위상 시프트막의 광학 특성이나 두께는, 굴입부 및 비굴입부를 투과하는 각 노광광이 함께 에칭 스토퍼막을 경유하는 것을 전제로 설계되어 있다. 그러나, 위상 시프트 마스크에 대하여 상기의 세정을 행함으로써 비굴입부의 에칭 스토퍼막이 막 감소하거나 소실하거나 하면, 굴입부와 비굴입부의 각각을 투과한 노광광과의 사이의 위상차가 설계대로는 되지 않게 되어, 예정되어 있던 위상 시프트 효과를 얻기 어려워질 우려가 있다.
또한, Al2O3으로 이루어지는 에칭 스토퍼막은, 위상 시프트 마스크의 투광성 기판의 재료에 이용되는 합성 석영 유리보다도 노광광에 대한 투과율이 낮다는 문제가 있다. ArF 엑시머 레이저(파장 193nm)를 노광광에 적용하는 위상 시프트 마스크의 경우, 더욱 현저하게 그 경향이 나타난다. Al2O3으로 이루어지는 에칭 스토퍼막은, 위상 시프트 마스크가 완성한 단계에 있어서, 투광부의 굴입부 및 비굴입부의 모두에 남겨지는 것이다. 위상 시프트 마스크의 투광부에 있어서의 노광광의 투과율이 저하하는 것은, 단위시간당의 전사 대상물에의 노광광의 적산 조사량이 저하하는 것으로 이어진다. 이 때문에, 노광 시간을 길게 할 필요가 생기고, 반도체 디바이스의 제조에 있어서의 노광 전사 공정의 스루풋의 저하로 이어진다.
본 발명은, 상기 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 투광성 기판 상에 위상 시프트막이나 차광막과 같은 패턴 형성용 박막을 구비한 마스크 블랭크에서 투광성 기판과 패턴 형성용 박막 사이에 에칭 스토퍼막을 개재시키는 구성으로 하는 경우에 있어서, 패턴 형성용 박막을 패터닝할 때에 이용되는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 내성이 높고, 약액 세정에 대한 내성이 높으며, 또한 노광광에 대한 투과율이 높은 에칭 스토퍼막을 구비한 위상 시프트 마스크용 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또, 이 마스크 블랭크를 이용하여 제조되는 위상 시프트 마스크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 이와 같은 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 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
투광성 기판의 주표면 상에 차광막을 구비한 마스크 블랭크로서, 상기 투광성 기판 상에, 에칭 스토퍼막, 위상 시프트막 및 상기 차광막이 이 순서로 적층된 구조를 구비하고, 상기 위상 시프트막은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고, 상기 에칭 스토퍼막은, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 에칭 스토퍼막은, 산소 함유량이 60 원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 에칭 스토퍼막은, 상기 규소 및 상기 알루미늄의 합계 함유량에 대한 상기 규소의 함유량의 원자％에 의한 비율이, 4/5 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 에칭 스토퍼막은, 규소, 알루미늄 및 산소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 에칭 스토퍼막은, 상기 투광성 기판의 주표면에 접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 에칭 스토퍼막은, 두께가 3nm 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 위상 시프트막은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 하층과, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 상층이 이 순서로 적층된 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 위상 시프트막은, 상기 위상 시프트막을 투과한 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 같은 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광과의 사이에서 150도 이상 200도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 9)
상기 위상 시프트막은, 노광광을 95％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 8 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 10)
상기 차광막은, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 11)
상기 차광막은, 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 12)
상기 차광막 상에, 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 하드 마스크막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 10에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 13)
상기 차광막 상에, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 하드 마스크막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 11에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 14)
구성 1 내지 11 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막에 위상 시프트 패턴을 갖고, 상기 차광막에 차광 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
(구성 15)
구성 1 내지 6 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크를 이용한 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서, 드라이 에칭에 의해 상기 차광막에 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 위상 시프트 패턴을 갖는 차광막을 마스크로 하고, 불소계 가스를 사용하는 드라이 에칭에 의해 상기 위상 시프트막에 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정과, 드라이 에칭에 의해 상기 차광막에 차광대(遮光帶)를 포함하는 차광 패턴을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
(구성 16)
구성 14에 기재된 위상 시프트 마스크를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 위상 시프트 마스크 상의 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
(구성 17)
구성 15에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 위상 시프트 마스크 상의 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
본 발명의 마스크 블랭크는, 투광성 기판의 주표면 상에 차광막을 구비한 위상 시프트 마스크용 마스크 블랭크로서, 그 투광성 기판과 차광막 사이에, 에칭 스토퍼막 및 위상 시프트막이 이 순서로 적층되어 설치되고, 그 위상 시프트막은, 규소 및 산소를 함유하고, 그 에칭 스토퍼막은, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같은 구조의 마스크 블랭크로 함으로써, 에칭 스토퍼막은, 위상 시프트막에 패턴을 형성할 때에 행하여지는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 내성이 실용상 충분히 높은 에칭 스토퍼 기능을 갖고, 약액 세정에 대한 내성도 높으며, 노광광에 대한 투과율도 높다는 3개의 특성을 동시에 만족할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 및 제 4 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 및 제 4 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 및 제 4 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 5 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
도 10은 다른 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 11은 다른 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 12는 다른 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 모식도이다.
우선, 본 발명의 완성에 도달한 경위를 서술한다. 본 발명자들은, Al2O3으로 이루어지는 에칭 스토퍼막이 갖고 있는 기술적 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 행했다. 에칭 스토퍼막의 재료인 Al2O3은, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 내성이 높지만, ArF 엑시머 레이저(파장: 약 193nm)의 노광광에 대한 투과율은, 후술의 비교예 1에서 나타내는 바와 같이 그다지 높지는 않고, 위상 시프트 마스크의 세정에 이용되는 세정액에 대한 내성도 낮다. 한편, 투광성 기판의 주재료인 SiO2는, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 투과율이 높고, 위상 시프트 마스크의 세정에 이용되는 세정액에 대한 내성도 높은 재료이지만, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대하여 에칭되기 쉬운 재료이다. 그래서, 본 발명자들은, 예의 검토의 결과, 에칭 스토퍼막을 Al2O3과 SiO2를 혼합시킨 재료로 형성함으로써, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 내성, ArF 엑시머 레이저(파장: 약 193nm)의 노광광에 대한 높은 투과율, 위상 시프트 마스크의 세정에 이용되는 세정액에 대한 내성의 3개의 조건을 모두 만족할 수 있는 가능성을 찾아냈다.
Al2O3과 SiO2를 혼합시킨 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막을 이용하여 검증해 본바, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대하여 실용상 충분한 내성을 갖고 있고, 이 막이 에칭 스토퍼막으로서 충분히 기능하는 것이 판명되었다. 또, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 투과율에 대해서는, Al2O3만으로 이루어지는 에칭 스토퍼막에 비하면 투과율이 현격히 높아, 실용에 견디는 것이 판명되었다. 또한, 세정액(암모니아 과수, TMAH 등)에 대한 내성도, Al2O3만으로 이루어지는 에칭 스토퍼막에 비해 현격히 높아, 실용상 문제 없는 것이 판명되었다. 또, EB 결함 수정에서 행하여지는 이불화 크세논(XeF2) 가스를 공급하면서, 그 부분에 전자선을 조사하는 처리를 Al2O3과 SiO2를 혼합시킨 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막에 대하여 행한바, SiO2만으로 이루어지는 재료를 이용한 경우에 비해 충분히 내성이 높은 것도 판명되었다. 이것은, 종래의 굴입 레벤손형 위상 시프트 마스크에서는 곤란했던 굴입부에 대하여 EB 결함 수정이 행하여질 수 있는 가능성이 있는 것을 의미한다.
이상의 예의 검토의 결과, Al2O3으로 이루어지는 에칭 스토퍼막이 갖고 있는 기술적 과제를 해결하려면, 에칭 스토퍼막을 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 형성할 필요가 있다는 결론에 이르렀다. 즉, 본 발명의 마스크 블랭크는, 투광성 기판의 주표면 상에 위상 시프트막과 차광막을 구비한 위상 시프트 마스크용 마스크 블랭크로서, 위상 시프트막은, 규소 및 산소를 함유하고, 투광성 기판과 위상 시프트막 사이에 에칭 스토퍼막을 갖고, 그 에칭 스토퍼막은, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 것을 특징으로 하고 있다. 다음으로, 본 발명의 각 실시 형태에 대해서 설명한다.
<제 1 실시 형태>
[마스크 블랭크와 그 제조]
이하, 각 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명을 행한다. 또한, 각 실시 형태에 대해서 마찬가지의 구성요소에 대해서 동일한 부호를 사용하여 설명을 간략화 또는 생략하는 경우가 있다.
본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 마스크 블랭크는, 레벤손형 위상 시프트 마스크를 제조하기 위해 사용되는 마스크 블랭크이다. 레벤손형 위상 시프트 마스크는, 노광광을 흡수하는 차광 패턴을 사이에 끼우는 2개의 투광부를 각각 투과하는 2개의 노광광 사이에서 소정의 위상차(일반적으로 180도 정도의 위상차)가 발생하는 구조를 구비한다. 그와 같은 구조를 구비함으로써, 2개의 투광부를 투과하는 2개의 노광광 사이에서 발생하는 간섭에 의해 회절광이 상쇄되어, 패턴의 해상도가 큰 폭으로 높아진다(이것을 위상 시프트 효과라고 부름). 또, 레벤손형 위상 시프트 마스크의 경우, 차광 패턴으로부터 노광광이 투과하지 않는 편이 2개의 투광부간에서의 위상 시프트 효과가 높아지기 때문에, 바이너리 마스크의 경우와 마찬가지로, 차광 패턴을 높은 차광 성능을 갖는 차광막으로 형성하는 것이 일반적이다.
도 1에, 이 제 1 실시 형태의 마스크 블랭크의 구성을 나타낸다. 이 제 1 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(101)는, 투광성 기판(1)의 주표면 상에, 에칭 스토퍼막(2), 위상 시프트막(3) 및 차광막(5)을 구비하고 있다.
투광성 기판(1)은, 노광광에 대하여 높은 투과율을 갖고, 충분한 강성을 갖는 것이면, 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서는, 합성 석영 유리 기판, 그 외 각종 유리 기판(예를 들면, 소다 라임 유리, 알루미노 실리케이트 유리 등)을 이용할 수 있다. 이들 기판 중에서도 특히 합성 석영 유리 기판은, ArF 엑시머 레이저광(파장 193nm) 또는 그것보다도 단파장의 영역에서 투과율이 높으므로, 고정세(高精細)의 전사 패턴 형성에 이용되는 본 발명의 마스크 블랭크의 기판으로서 적합하다. 단, 이들 유리 기판은, 모두 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대하여 에칭되기 쉬운 재료이다. 이 때문에, 투광성 기판(1) 상에 에칭 스토퍼막(2)을 설치하는 의의는 크다.
에칭 스토퍼막(2)은, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 형성된다. 이 에칭 스토퍼막(2)은, 위상 시프트 마스크(201)가 완성된 단계에 있어서, 전사 패턴 형성 영역의 전면(全面)에서 제거되지 않고 남겨지는 것이다(도 2 참조). 즉, 위상 시프트 패턴(3c)이 없는 영역인 투광부에도 에칭 스토퍼막(2)이 잔존한 형태를 취한다. 이 때문에, 에칭 스토퍼막(2)은, 투광성 기판(1)과의 사이에 다른 막을 개재하지 않고, 투광성 기판(1)에 접하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.
에칭 스토퍼막(2)은, 노광광에 대한 투과율이 높을수록 바람직하지만, 에칭 스토퍼막(2)은, 투광성 기판(1)과의 사이에서 불소계 가스에 대한 충분한 에칭 선택성도 동시에 요구되기 때문에, 노광광에 대한 투과율을 투광성 기판(1)과 같은 투과율로 하는 것은 어렵다. 즉, 노광광에 대한 투광성 기판(1)(합성 석영 유리)의 투과율을 100％로 했을 때의 에칭 스토퍼막(2)의 투과율은, 100％ 미만이 된다. 노광광에 대한 투광성 기판(1)의 투과율을 100％로 했을 때의 에칭 스토퍼막(2)의 투과율은, 95％ 이상인 것이 바람직하고, 96％ 이상이면 보다 바람직하고, 97％ 이상이면 더욱 바람직하다.
에칭 스토퍼막(2)은, 산소 함유량이 60 원자％ 이상인 것이 바람직하다. 노광광에 대한 투과율을 상기의 수치 이상으로 하려면, 에칭 스토퍼막(2) 중에 산소를 많이 함유시키는 것이 요구되기 때문이다. 또, 산소와 미결합의 규소보다도 산소와 결합한 상태의 규소 쪽이, 약액 세정(특히, 암모니아 과수나 TMAH 등의 알칼리 세정)에 대한 내성이 높아지는 경향이 있으므로, 에칭 스토퍼막(2) 중에 존재하는 모든 규소 중의 산소와 결합 상태로 되어 있는 것의 비율을 높게 하는 것이 바람직하다. 한편, 에칭 스토퍼막(2)은, 산소 함유량이 66 원자％ 이하인 것이 바람직하다.
에칭 스토퍼막(2)은, 규소(Si) 및 알루미늄(Al)의 합계 함유량[원자％]에 대한 규소(Si)의 함유량[원자％]의 비율(이하, 「Si/[Si+Al] 비율」이라고 함)이 4/5 이하인 것이 바람직하다. 에칭 스토퍼막(2)의 Si/[Si+Al] 비율을 4/5 이하로 함으로써, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 에칭 스토퍼막(2)의 에칭 레이트를 투광성 기판(1)의 에칭 레이트의 1/3 이하로 할 수 있다. 즉, 투광성 기판(1)과 에칭 스토퍼막(2)과의 사이에서 3배 이상의 에칭 선택비를 얻을 수 있다. 또, 에칭 스토퍼막(2)에 있어서의 Si/[Si+Al] 비율은 3/4 이하이면 보다 바람직하고, 2/3 이하이면 더욱 바람직하다. Si/[Si+Al] 비율이 2/3 이하인 경우, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 에칭 스토퍼막(2)의 에칭 레이트를 투광성 기판(1)의 에칭 레이트의 1/5 이하로 할 수 있다. 즉, 투광성 기판(1)과 에칭 스토퍼막(2) 사이에서 5배 이상의 에칭 선택비를 얻을 수 있다.
에칭 스토퍼막(2)은, 규소(Si) 및 알루미늄(Al)의 Si/[Si+Al] 비율이 1/5 이상인 것이 바람직하다. 에칭 스토퍼막(2)의 Si/[Si+Al] 비율을 1/5 이상으로 함으로써, 노광광에 대한 투광성 기판(1)(합성 석영 유리)의 투과율을 100％로 했을 때의 에칭 스토퍼막(2)의 투과율을 95％ 이상으로 할 수 있다. 또, 동시에, 약액 세정에 대한 내성도 높게 할 수 있다. 또, 에칭 스토퍼막(2)에 있어서의 Si/[Si+Al] 비율은 1/3 이상이면 보다 바람직하다. Si/[Si+Al] 비율이 1/3 이상인 경우, 노광광에 대한 투광성 기판(합성 석영 유리)(1)의 투과율을 100％로 했을 때의 에칭 스토퍼막(2)의 투과율을 97％ 이상으로 할 수 있다.
에칭 스토퍼막(2)은, 알루미늄 이외의 금속의 함유량을 2 원자％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1 원자％ 이하로 하면 보다 바람직하고, X선 광전자 분광법에 의한 조성 분석을 행했을 때에 검출 하한치 이하이면 더욱 바람직하다. 에칭 스토퍼막(2)이 알루미늄 이외의 금속을 함유하고 있으면, 노광광에 대한 투과율이 저하하는 요인이 되기 때문이다. 또, 에칭 스토퍼막(2)은, 규소, 알루미늄 및 산소 이외의 원소의 합계 함유량이 5 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 3 원자％ 이하이면 보다 바람직하다.
에칭 스토퍼막(2)은, 규소, 알루미늄 및 산소로 이루어지는 재료로 형성하면 좋다. 규소, 알루미늄 및 산소로 이루어지는 재료란, 이들 구성 원소 외에, 스퍼터법으로 성막할 때, 에칭 스토퍼막(2)에 함유되는 것이 불가피한 원소(헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 희가스, 수소(H), 탄소(C) 등)만을 함유하는 재료를 말한다. 에칭 스토퍼막(2) 중에 규소나 알루미늄과 결합하는 다른 원소의 존재를 극소로 함으로써, 에칭 스토퍼막(2) 중에 있어서의 규소 및 산소의 결합과 알루미늄 및 산소의 결합의 비율을 큰 폭으로 높일 수 있다. 이 때문에, 에칭 스토퍼막(2)에 함유되는 것이 불가피한 상기 원소(희가스, 수소, 탄소 등)에 있어서도 합계 함유량은 3 원자％ 이하가 바람직하다. 이에 따라, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 내성을 보다 높게 하고, 약액 세정에 대한 내성을 보다 높이며, 노광광에 대한 투과율을 보다 높일 수 있다. 에칭 스토퍼막(2)은, 아몰퍼스 구조로 하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 에칭 스토퍼막(2)은, 규소 및 산소의 결합과 알루미늄 및 산소의 결합을 포함하는 상태의 아몰퍼스 구조인 것이 바람직하다. 이것에 따라, 에칭 스토퍼막(2)의 표면 거칠기를 양호한 것으로 할 수 있으면서, 노광광에 대한 투과율을 높일 수 있다.
에칭 스토퍼막(2)은, 두께가 3nm 이상인 것이 바람직하다. 에칭 스토퍼막(2)을 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 형성함으로써, 불소계 가스에 대한 에칭 레이트가 큰 폭으로 작아져도, 전혀 에칭되지 않는 것은 아니다. 또, 에칭 스토퍼막(2)을 약액 세정한 경우에 있어서도, 전혀 막 감소하지 않는다는 것은 아니다. 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제조하기까지 행하여지는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 의한 영향, 약액 세정에 의한 영향을 고려하면, 에칭 스토퍼막(2)의 두께는 3nm 이상인 것이 요망된다. 에칭 스토퍼막(2)의 두께는 4nm 이상이면 바람직하고, 5nm 이상이면 보다 바람직하다.
에칭 스토퍼막(2)은, 노광광에 대한 투과율이 높은 재료를 적용하고는 있지만, 두께가 두꺼워짐에 따라 투과율은 저하한다. 또, 에칭 스토퍼막(2)은, 투광성 기판(1)을 형성하는 재료보다도 굴절률이 높고, 에칭 스토퍼막(2)의 두께가 두꺼워질수록, 위상 시프트막(3)에 실제로 형성하는 마스크 패턴(마스크 패턴 바이어스 보정이나 OPC(Optical Proximity Correction)나 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature) 등을 부여한 패턴)을 설계할 때에 주는 영향이 커진다. 이러한 점을 고려하면, 에칭 스토퍼막(2)은, 20nm 이하인 것이 요망되고, 15nm 이하이면 바람직하고, 10nm 이하이면 보다 바람직하다.
에칭 스토퍼막(2)은, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 굴절률(n)(이하, 단순히 굴절률(n)이라고 함)이 1.73 이하이면 바람직하고, 1.72 이하이면 보다 바람직하다. 위상 시프트막(3)에 실제로 형성하는 마스크 패턴을 설계할 때에 주는 영향을 작게 하기 위함이다. 에칭 스토퍼막(2)은, 알루미늄을 함유하는 재료로 형성되기 때문에, 투광성 기판(1)과 같은 굴절률(n)로 할 수 없다. 에칭 스토퍼막(2)은, 굴절률(n)이 1.57 이상으로 형성된다. 한편, 에칭 스토퍼막(2)은, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 소쇠 계수(k)(이하, 단순히 소쇠 계수(k)라고 함)가 0.04 이하이면 바람직하다. 에칭 스토퍼막(2)의 노광광에 대한 투과율을 높게 하기 위함이다. 에칭 스토퍼막(2)은, 소쇠 계수(k)가 0.000 이상의 재료로 형성된다.
에칭 스토퍼막(2)은, 두께 방향에서 조성의 균일성이 높은(즉, 두께 방향에 있어서의 각 구성 원소의 함유량의 차가 5 원자％ 이내의 변동폭에 들어가 있는) 것이 바람직하다. 한편, 에칭 스토퍼막(2)을, 두께 방향에서 조성 경사진 막 구조로 해도 된다. 이 경우, 에칭 스토퍼막(2)의 투광성 기판(1)측의 Si/[Si+Al] 비율을 위상 시프트막(3)측의 Si/[Si+Al] 비율보다도 높아지는 바와 같은 조성 경사로 하는 것이 바람직하다. 에칭 스토퍼막(2)은, 위상 시프트막(3)측이 불소계 가스에 의한 드라이 에칭의 내성이 높고, 또한 약액 내성이 높은 것이 우선적으로 요망되는 반면, 투광성 기판(1)측의 쪽은, 노광광에 대한 투과율이 높은 것이 바람직하기 때문이다.
투광성 기판(1)과 에칭 스토퍼막(2) 사이에 다른 막을 개재시켜도 된다. 이 경우, 다른 막은, 에칭 스토퍼막(2)보다도 노광광에 대한 투과율이 높고, 굴절률(n)이 작은 재료를 적용하는 것이 요구된다. 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크가 제조되었을 때, 그 위상 시프트 마스크에 있어서의 위상 시프트막(3)의 패턴이 없는 영역의 투광부에는, 이 외의 막과 에칭 스토퍼막(2)과의 적층 구조가 존재하게 된다. 투광부는 노광광에 대한 높은 투과율이 요구되며, 이 적층 구조 전체에서의 노광광에 대한 투과율을 높게 할 필요가 있기 때문이다. 다른 막의 재료는, 예를 들면, 규소와 산소로 이루어지는 재료, 또는 이들에 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 티탄(Ti), 바나듐(V) 및 붕소(B)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다. 상기의 다른 막을, 규소와 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료이며, 에칭 스토퍼막(2)보다도 Si/[Si+Al] 비율이 높은 재료로 형성해도 된다. 이 경우에 있어서도, 다른 막 쪽이 노광광에 대한 투과율이 높아지며, 굴절률(n)은 작아진다(투광성 기판(1)의 재료에 보다 가까워짐).
위상 시프트막(3)은, 규소와 산소를 함유하는 노광광에 대하여 투명한 재료로 이루어지고, 소정의 위상차를 갖는 것이다. 구체적으로는, 차광막(5)으로 형성된 패턴(차광부)에 끼워진 차광막(5)이 존재하지 않는 2개의 투광부 중 한쪽의 투광부만 위상 시프트막(3)을 패터닝하고, 위상 시프트막(3)이 존재하고 있는 투광부와 존재하고 있지 않은 투광부를 형성하고, 위상 시프트막(3)이 존재하고 있지 않은 투광부를 투과한 노광광(ArF 엑시머 레이저 노광광)에 대하여, 위상 시프트막(3)이 존재하고 있는 투광부를 투과한 노광광의 위상이 실질적으로 반전된 관계(소정의 위상차)가 되도록 한다. 이렇게 함으로써, 회절 현상에 의해 서로 상대의 영역으로 돌아 들어온 광이 서로 상쇄되도록 하고, 경계부에 있어서의 광 강도를 거의 제로로 하여, 경계부의 콘트라스트, 즉 해상도를 향상시키는 것이다. 레벤손형 위상 시프트 마스크의 경우에는, 이 경계부에 차광부가 존재하지만, 그 차광부의 양측으로부터 투과해오는 광끼리의 간섭에 의해 보다 콘트라스트가 높은 광학상(像)을 얻을 수 있다.
위상 시프트막(3)은, 노광광을 95％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능(투과율)과, 위상 시프트막을 투과한 상기 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 같은 거리만큼 공기 중을 통과한 상기 노광광과의 사이에서 150도 이상 200도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또, 이 위상 시프트막(3)의 위상차는, 150도 이상 180도 이하이면 보다 바람직하다. 위상 시프트막(3)의 노광광 투과율은, 노광 효율 향상의 관점에서, 96％ 이상이면 보다 바람직하고, 97％ 이상이면 더욱 바람직하다.
최근, 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하여, 전사 대상물(반도체 웨이퍼 상의 레지스트막 등)에 노광 전사할 때, 위상 시프트 패턴의 패턴 선폭(특히 라인·앤드·스페이스 패턴의 패턴 피치)에 따른 노광 전사의 베스트 포커스의 차가 큰 것이 문제가 되고 있다. 위상 시프트 패턴의 패턴 선폭에 따른 베스트 포커스의 변동폭을 작게 하려면, 위상 시프트막(3)에 있어서의 소정의 위상차를 170도 이하로 하면 된다.
위상 시프트막(3)의 두께는 180nm 이하인 것이 바람직하고, 177nm 이하이면 보다 바람직하고, 175nm 이하이면 보다 바람직하다. 한편, 위상 시프트막(3)의 두께는 143nm 이상인 것이 바람직하고, 153nm 이상이면 보다 바람직하다.
위상 시프트막(3)에 있어서, 상기 광학 특성과 막의 두께에 따른 제(諸)조건을 만족하기 위해, 위상 시프트막의 노광광(ArF 엑시머 레이저광)에 대한 굴절률(n)은, 1.52 이상이면 바람직하고, 1.54 이상이면 보다 바람직하다. 또, 위상 시프트막(3)의 굴절률(n)은, 1.68 이하이면 바람직하고, 1.63 이하이면 보다 바람직하다. 위상 시프트막(3)의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 소쇠 계수(k)는, 0.02 이하가 바람직하고, 0에 가까운 것이 보다 바람직하다.
또한, 위상 시프트막(3)을 포함하는 박막의 굴절률(n)과 소쇠 계수(k)는, 그 박막의 조성만으로 정해지는 것은 아니다. 그 박막의 막 밀도나 결정 상태 등도 굴절률(n)이나 소쇠 계수(k)를 좌우하는 요소이다. 이 때문에, 반응성 스퍼터링으로 박막을 성막할 때의 제조건을 조정하여, 그 박막이 소정의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 되도록 성막한다. 위상 시프트막(3)을 반응성 스퍼터링으로 성막하는 경우, 상기의 굴절률(n)과 소쇠 계수(k)의 범위로 하려면, 희가스와 반응성 가스(산소 가스)의 혼합 가스의 비율을 조정하는 것이 유효하지만, 그것에만 한정되는 것은 아니다. 반응성 스퍼터링으로 성막할 때에 있어서의 성막실 내의 압력, 스퍼터 타겟에 인가하는 전력, 타겟과 투광성 기판(1)과의 사이의 거리 등의 위치 관계 등 다양하다. 또, 이들 성막 조건은 성막 장치에 고유의 것이며, 형성되는 위상 시프트막(3)이 소정의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 되도록 적절히 조정되는 것이다.
종래의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 경우, 투광성 기판을 소정의 깊이까지 굴입하여 굴입부를 형성하고, 그 굴입부의 깊이에 따라 비굴입부와 굴입부를 투과하는 각 노광광 사이의 위상차(위상 시프트량)를 조절한다. 그 투광성 기판이 합성 석영으로 형성되어 있고, ArF 엑시머 레이저를 노광광에 적용하여, 그 위상차를 예를 들면 180도로 하는 경우, 필요한 굴입부의 깊이는 173nm 정도가 된다. 최근의 바이너리 마스크의 차광막이나 하프톤형 위상 시프트 마스크의 하프톤 위상 시프트막의 두께는, 100nm 미만인 것이 많다. 이들 박막에 드라이 에칭으로 패턴을 형성하는 경우에 비해, 투광성 기판에 드라이 에칭으로 굴입부를 형성하는 경우 쪽이, 에칭하는 깊이가 큰 폭으로 깊다.
드라이 에칭으로 형성하는 굴입부의 깊이가 깊을수록, 각 굴입부 간의 선폭이나 형상의 상위 등에 의해 발생하는 각 굴입부를 형성할 때의 드라이 에칭에 있어서의 에칭 레이트 차가 커지기 쉬운 경향이 있다. 전사용 마스크에 있어서의 전사 패턴의 미세화는 현저하여, 굴입부의 선폭도 매우 가늘게 되어 가고 있다. 굴입부의 선폭이 가늘어질수록 에칭 가스가 굴입부에 비집고 들어가기 어려워지기 때문에, 면 내에서의 각 굴입부 간에서의 에칭 레이트 차는 보다 커지기 쉽다.
종래 행하여지고 있는 투광성 기판에 굴입부를 형성하는 드라이 에칭에서는, 투광성 기판 상에 설치된 위상 시프트막을 에칭으로 패터닝하는 경우와 달리, 에칭 종점을 검출하는 방법이 없다. 일반적인 굴입 레벤손형의 위상 시프트 마스크에 있어서의 굴입부의 형성은, 기판의 표면으로부터 굴입하는 드라이 에칭의 에칭 시간으로 조정하고 있다. 이 때문에, 면 내에서 각 굴입부 간에서의 에칭 레이트 차가 크면, 완성되는 위상 시프트 마스크에 있어서의 각 굴입부의 굴입깊이의 차가 커져, 면 내에서 위상 시프트 효과에 차가 발생할 우려가 있다는 문제가 있었다.
한편, 굴입부의 패턴의 측벽의 수직성을 보다 높이는 것을 목적으로, 투광성 기판에 굴입부를 형성하는 드라이 에칭 시에 가하는 바이어스 전압을 종래보다도 높게 하는(이하, 「고(高)바이어스 에칭」이라고 함) 것이 행하여지고 있다. 그러나, 이 고바이어스 에칭을 행함으로써, 굴입부의 측벽 근방의 저면이 국소적으로 에칭으로 더욱 굴입되는 현상, 이른바 마이크로 트렌치가 발생하는 것이 문제가 되고 있다. 이 마이크로 트렌치의 발생은, 투광성 기판에 바이어스 전압을 가함으로써 발생하는 차지 업(charge up)에 의해, 이온화한 에칭 가스가 투광성 기판보다도 저항치가 낮은 굴입부 근방의 차광막의 패턴 측벽측에 끌어들여지는 것에 기인하고 있다고 생각되고 있다.
한편, 투광성 기판(1)에 굴입부를 형성하는 것이 아니라, 투광성 기판(1) 상에 Al2O3으로 형성된 에칭 스토퍼막과 투과율이 높은 재료로 형성된 위상 시프트막(3)을 이 순서로 적층하고, 위상 시프트막(3)을 드라이 에칭하여 굴입부를 대신하는 위상 시프트 패턴을 형성하는 경우를 생각한다. 즉, 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3c)(도 2 참조)을 형성하고, 그 위상 시프트 패턴(3c)의 측벽과 에칭 스토퍼막의 저면으로 이루어지는 구조체가 굴입부와 마찬가지의 광학적 기능을 갖는다. 이 경우에, 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3c)을 형성하는 드라이 에칭을 행할 때에 면 내의 에칭 레이트 차가 크면, 드라이 에칭의 진행이 면 내의 어떤 개소에서 먼저 위상 시프트막(3)의 하단까지 도달하는 경우가 발생한다. 그러나, 그대로 면 내의 다른 모든 개소에서 위상 시프트막(3)의 하단에 도달할 때까지 드라이 에칭을 계속한 경우, 먼저 위상 시프트막(3)이 모두 제거된 영역에서 에칭 스토퍼막이 에칭 가스에 노출되어도 에칭되는 양은 미소하여, 투광성 기판(1)은 드라이 에칭되는 경우는 없다. 이 때문에, 최종적으로 완성된 위상 시프트 패턴(3c)과 에칭 스토퍼막으로 이루어지는 구조체는, 그 높이 방향(두께 방향)의 균일성이 높다. 이 때문에, 완성되는 위상 시프트 마스크는 면 내에서의 위상 시프트 효과의 차를 작게 할 수 있다.
또, 에칭 스토퍼막이 설치되어 있음으로써, 고바이어스 에칭에서 발생하기 쉬운 마이크로 트렌치도 억제할 수 있다. 그러나, 그 후에 약액 세정을 행하지 않으면 안 되며, 약액 세정에 대한 내성이 낮은 에칭 스토퍼막이 용해해 버려, 위상 시프트 패턴이 탈락한다는 문제가 있다.
이 에칭 스토퍼막의 세정액 내성의 문제를 해결하기 위해, 제 1 실시 형태의 에칭 스토퍼막(2)은, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 하고 있다. 이와 같이 함으로써, 위상 시프트막(3)에 대하여 오버 에칭을 행해도, 에칭 스토퍼막(2)이 소실하는 바와 같은 일은 없으며, 고바이어스 에칭에서 발생하기 쉬운 마이크로 트렌치도 억제할 수 있고, 또한 그 후 행하여지는 약액 세정에 대한 내성도 충분히 높아, 위상 시프트 패턴이 탈락하는 현상도 억제된다.
위상 시프트막(3)은, 단층으로 구성해도 되고, 또 복수층의 적층으로 구성해도 되지만, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어진다. 규소에 산소를 함유시킴으로써, 노광광에 대하여 높은 투명도를 확보할 수 있으며, 위상 시프트막으로서 바람직한 광학 특성을 얻을 수 있다.
위상 시프트막(3)은, 상술과 같이 규소가 산소를 함유하는 재료로 이루어지지만, 노광광에 대한 투과율이나 내광성을 높이고, 또, 드라이 에칭에 의한 가공성을 높이기 위해서는, 규소와 산소 이외의 원소의 함유량을 5 원자％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 3 원자％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 규소와 산소로 이루어지는 재료, 예를 들면 SiO2가 바람직하다. 위상 시프트막(3)을 스퍼터법으로 성막하는 경우는, 이 막에 버퍼 가스로서 이용된 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 희가스나, 진공 중에 존재하는 수소(H), 탄소(C) 등이 불가피적으로 함유되지만, 그 경우에도, 성막 조건을 최적화하는 것이나, 성막 후에 어닐링을 행함으로써, 위상 시프트막(3)에 포함되는 규소와 산소 이외의 이들 원소의 합계 함유량을 5 원자％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 3 원자％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
산화 규소계 재료의 위상 시프트막(3)은, 스퍼터링에 의해 형성되지만, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 및 이온 빔 스퍼터링 등의 어느 스퍼터링도 적용 가능하다. 전도성이 낮은 타겟(규소 타겟, SiO2 타겟 등)을 이용하는 경우에 있어서는, RF 스퍼터링이나 이온 빔 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하지만, 성막 레이트를 고려하면, RF 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하다.
EB 결함 수정의 에칭 종점 검출은, 흑결함에 대하여 전자선을 조사했을 때에, 조사를 받은 부분으로부터 방출되는 오제 전자, 2차 전자, 특성 X선, 후방 산란 전자 중 적어도 어느 하나를 검출함으로써 행하여지고 있다. 예를 들면, 전자선의 조사를 받은 부분으로부터 방출되는 오제 전자를 검출하는 경우에는, 오제 전자 분광법(AES)에 의해, 주로 재료 조성의 변화를 보고 있다. 또한, 2차 전자를 검출하는 경우에는, SEM상으로부터 주로 표면 형상의 변화를 보고 있다. 또한, 특성 X선을 검출하는 경우에는, 에너지 분산형 X선 분광법(EDX)이나 파장 분산 X선 분광법(WDX)에 의해, 주로 재료 조성의 변화를 보고 있다. 후방 산란 전자를 검출하는 경우에는, 전자선 후방 산란 회절법(EBSD)에 의해, 주로 재료의 조성이나 결정 상태의 변화를 보고 있다.
유리 재료로 이루어지는 투광성 기판(1)의 주표면에 접하여 규소와 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 위상 시프트막(3)이 설치된 구성의 마스크 블랭크에서는, 투광성 기판(1)의 주 구성 원소가 규소와 산소인 점에서, 투광성 기판(1)과 위상 시프트막(3)의 차는, 기본적으로, 규소와 산소의 약간의 구성 비율의 차와 분자 결합 상태의 차에 불과하다. 이 때문에, EB 결함 수정의 에칭 종점의 검출이 곤란한 조합이었다. 이에 대하여, 에칭 스토퍼막(2)의 표면에 접하여 위상 시프트막(3)이 설치된 구성의 경우, 위상 시프트막(3)이 규소와 산소가 대부분의 성분인 것에 대하여, 에칭 스토퍼막(2)에는 규소와 산소 외에 알루미늄이 포함되어 있다. 이 때문에, EB 결함 수정의 에칭 종점 검출에서는, 알루미늄의 검출을 기준으로 하면 되고, 종점 검출이 비교적 용이해진다.
차광막(5)은, 단층 구조 및 2층 이상의 적층 구조 중 어느 것도 적용 가능하다. 또, 단층 구조의 차광막 및 2층 이상의 적층 구조의 차광막의 각 층은, 막 또는 층의 두께 방향에서 거의 같은 조성인 구성이어도 되며, 층의 두께 방향에서 조성 경사진 구성이어도 된다.
도 1에 기재된 마스크 블랭크(101)는, 위상 시프트막(3)의 위에, 다른 막을 개재하지 않고 차광막(5)을 적층한 구성으로 되어 있다. 이 구성의 경우의 차광막(5)에서는, 위상 시프트막(3)에 패턴을 형성할 때에 이용되는 에칭 가스에 대하여 충분한 에칭 선택성을 갖는 재료를 적용할 필요가 있다.
이 조건을 만족하는 재료로서, 본 실시 형태 1에서는, 크롬을 함유하는 재료를 차광막(5)으로 하고 있다. 차광막(5)을 형성하는 크롬을 함유하는 재료로는, 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(5)을 형성하는 재료로는, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 1개 이상의 원소를 함유하는 재료가 바람직하다. 또, 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.
크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막(5)은, 스퍼터링에 의해 형성되지만, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 및 이온 빔 스퍼터링 등의 어느 스퍼터링도 적용 가능하다. 이 중에서, 성막 레이트를 고려하면, RF 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하다.
차광막(5)은, 노광광을 높은 차광률로 차광하는 기능이 요구된다. 위상 시프트 패턴(3c)의 스페이스부(종래의 굴입 레벤손형 위상 시프트 마스크의 굴입부에 상당)를 투과하는 노광광과 상부에 차광 패턴(5a)(도 2 참조)이 없는 패턴부(종래의 굴입 레벤손형 위상 시프트 마스크의 투광부에 상당)를 투과하는 노광광과의 사이에서 발생하는 위상 시프트 효과를 높이려면, 차광 패턴(5a)으로부터 노광광이 투과하지 않는 것이 바람직하기 때문이다. 이러한 점에서, 바이너리 마스크와 마찬가지로, 차광막(5)은, 2.0보다도 큰 광학 농도(OD)를 확보하는 것이 요구되며, 2.8 이상의 OD가 있으면 바람직하고, 3.0 이상의 OD가 있으면 보다 바람직하다. 여기에서, 도 2에 나타내어져 있는 바와 같이, 차광대 형성 영역(901)이란, 노광 전사의 대상이 되는 패턴(회로 패턴)이 형성되어 있는 패턴 형성 영역(900)의 외측에 형성된 차광 영역이며, 웨이퍼에의 노광 전사 시에 인접 노광에 의한 악영향(노광광을 덮어 씀)을 방지하는 목적으로 형성된다.
본 실시 형태 1에서는, 차광막(5) 상에 하드 마스크막(6)을 적층할 수 있다(도 3 참조). 하드 마스크막(6)은, 차광막(5)을 에칭할 때에 이용되는 에칭 가스에 대하여 에칭 선택성을 갖는 재료로 형성되어 있다. 이에 의해, 이하에 서술하는 바와 같이, 레지스트막을 차광막(5)의 마스크로서 직접 이용하는 경우보다도 레지스트막의 두께를 큰 폭으로 얇게 할 수 있다.
차광막(5)은, 상기와 같이, 소정의 광학 농도를 확보하여 충분한 차광 기능을 가질 필요가 있기 때문에, 그 두께의 저감에는 한계가 있다. 한편, 하드 마스크막(6)은, 그 직하의 차광막(5)에 패턴을 형성하는 드라이 에칭이 끝나기까지의 사이에, 에칭 마스크로서 기능할 수 있을 만큼의 막두께가 있으면 충분하며, 기본적으로 광학면에서의 제한을 받지 않는다. 이 때문에, 하드 마스크막(6)의 두께는, 차광막(5)의 두께에 비해 큰 폭으로 얇게 할 수 있다. 그리고, 유기계 재료의 레지스트막은, 이 하드 마스크막(6)에 패턴을 형성하는 드라이 에칭이 끝날 때까지의 사이에, 에칭 마스크로서 기능할 만큼의 막두께가 있으면 충분하므로, 레지스트막을 차광막(5)의 마스크로서 직접 이용하는 경우보다도 레지스트막의 막두께를 큰 폭으로 얇게 할 수 있다. 이렇게 레지스트막을 박막화할 수 있기 때문에, 레지스트 해상도를 향상할 수 있는 동시에, 형성되는 패턴의 도괴를 방지할 수 있다.
이와 같이, 차광막(5) 상에 적층한 하드 마스크막(6)을 상술의 재료로 형성하는 것이 바람직하지만, 본 발명은, 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 마스크 블랭크(101)에 있어서, 하드 마스크막(6)을 형성하지 않고, 차광막(5) 상에 레지스트 패턴을 직접 형성하고, 그 레지스트 패턴을 마스크로 하여 차광막(5)의 에칭을 직접 행하도록 해도 된다.
이 하드 마스크막(6)은, 차광막(5)이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우는, 규소(Si)를 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 여기에서, 이 경우의 하드 마스크막(6)은, 유기계 재료의 레지스트막과의 밀착성이 낮은 경향이 있기 때문에, 하드 마스크막(6)의 표면을 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리를 실시하여, 표면의 밀착성을 향상시키는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우의 하드 마스크막(6)은, SiO2, SiN, SiON 등으로 형성되면 보다 바람직하다.
또, 차광막(5)이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에 있어서의 하드 마스크막(6)의 재료로서, 탄탈(Ta)을 함유하는 재료도 적용 가능하다. 이 경우에 있어서 탄탈을 함유하는 재료로는, 탄탈 금속 외에, 탄탈에 질소, 산소, 붕소 및 탄소로부터 선택되는 1개 이상의 원소를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다. 예를 들면, Ta, TaN, TaO, TaON, TaBN, TaBO, TaBON, TaCN, TaCO, TaCON, TaBCN, TaBOCN등을 들 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서 하드 마스크막(6)은, 규소를 포함하지 않도록 하여 형성하는 것이 바람직하다. 규소의 허용 함유량은, 5 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 3 원자％ 이하이면 보다 바람직하고, 실질적으로 함유하고 있지 않으면 더욱 바람직하다.
마스크 블랭크(101)에 있어서, 하드 마스크막(6)의 표면에 접하여, 유기계 재료의 레지스트막이 100nm 이하의 막두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. DRAM hp32nm 세대에 대응하는 미세 패턴의 경우, 하드 마스크막(6)에 형성해야 할 전사용 패턴(위상 시프트 패턴)에, 선폭이 40nm의 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)가 설치되는 경우가 있다. 이러한 경우에도, 레지스트 패턴의 단면 애스펙트비는 1:2.5로 낮아지므로, 레지스트막의 현상 시, 린스 시 등에 레지스트 패턴이 도괴하는 것이나 이탈하는 것이 억제된다. 또한, 레지스트막의 막두께는, 80nm 이하이면, 레지스트 패턴의 도괴나 이탈이 더욱 억제되기 때문에, 보다 바람직하다.
에칭 스토퍼막(2), 위상 시프트막(3), 차광막(5), 하드 마스크막(6)은, 스퍼터링에 의해 형성되지만, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 및 이온 빔 스퍼터링 등 중 어느 스퍼터링도 적용 가능하다. 전도성이 낮은 타겟을 이용하는 경우에 있어서는, RF 스퍼터링이나 이온 빔 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하지만, 성막 레이트를 고려하면, RF 스퍼터링을 적용하면 보다 바람직하다.
에칭 스토퍼막(2)의 성막 방법에 관해서는, 성막실 내에 규소 및 산소의 혼합 타겟과 알루미늄 및 산소의 혼합 타겟의 2개의 타겟을 배치하여, 투광성 기판(1) 상에 에칭 스토퍼막(2)을 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 그 성막실 내의 기판 스테이지에 투광성 기판(1)을 배치하고, 아르곤 가스 등의 희가스 분위기하(또는, 산소 가스 또는 산소를 함유하는 가스와의 혼합 가스 분위기)에서, 2개의 타겟의 각각에 소정의 전압을 인가한다(이 경우, RF 전원이 바람직함). 이에 따라, 플라스마화한 희가스 입자가 2개의 타겟에 충돌하여 각각 스퍼터 현상이 일어나, 투광성 기판(1)의 표면에 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 에칭 스토퍼막(2)이 형성된다. 또한, 이 경우의 2개의 타겟에 SiO2 타겟과 Al2O3 타겟을 적용하면 보다 바람직하다.
이 외에, 규소, 알루미늄 및 산소의 혼합 타겟(바람직하게는, SiO2와 Al2O3의 혼합 타겟, 이하 마찬가지임)만으로 에칭 스토퍼막(2)을 형성해도 되고, 규소, 알루미늄 및 산소의 혼합 타겟과 규소 타겟, 또는 알루미늄 및 산소의 혼합 타겟과 알루미늄 타겟의 2개의 타겟을 동시 방전시켜, 에칭 스토퍼막(2)을 형성해도 된다.
이상과 같이, 이 실시 형태 1의 마스크 블랭크(101)는, 투광성 기판(1)과 위상 시프트막(3) 사이에, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 에칭 스토퍼막(2)을 구비하고 있다. 그리고, 이 에칭 스토퍼막(2)은, 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴을 형성할 때에 행하여지는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 내성이 투광성 기판(1)에 비해 높고, 약액 세정에 대한 내성도 높으며, 노광광에 대한 투과율도 높다는 3개의 특성을 동시에 만족한다. 이에 의해, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3c)을 형성할 때에 에칭 스토퍼막(2)이 에칭되는 것을 큰 폭으로 억제할 수 있다. 그리고, 그 형성된 위상 시프트 패턴(3c)과 에칭 스토퍼막(2)의 저면으로 이루어지는 각 구조체는, 면 내의 높이 방향(두께 방향)의 균일성이 큰 폭으로 높아진다. 이 때문에, 최종적으로 완성되는 위상 시프트 마스크(201)는, 면 내에서의 위상 시프트 효과의 균일성이 높다. 또, 위상 시프트 마스크의 제조 도중에 발견된 위상 시프트 패턴의 결함을 EB 결함 수정으로 수정할 때에, 에칭 종점을 검출하기 쉽기 때문에, 정밀도 좋게 결함을 수정할 수 있다.
[위상 시프트 마스크와 그 제조]
이 제 1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(201)(도 2 참조)에서는, 마스크 블랭크(101)의 에칭 스토퍼막(2)은 투광성 기판(1)의 주표면 상의 전면에서 남겨져, 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3c)이 형성되고, 차광막(5)에 차광 패턴(5a)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 마스크 블랭크(101)에 하드 마스크막(6)이 설치되어 있는 구성의 경우, 이 위상 시프트 마스크(201)의 제작 도중에 하드 마스크막(6)은 제거된다(도 3 참조).
즉, 이 제 1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(201)는, 투광성 기판(1)상에, 에칭 스토퍼막(2), 위상 시프트 패턴(3c) 및 차광 패턴(5a)이 이 순서로 적층된 구조를 구비하고, 위상 시프트 패턴(3c)은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고, 에칭 스토퍼막(2)은, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 제 1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(201)의 제조 방법은, 상기 마스크 블랭크(101)를 사용하는 것이며, 염소계 가스를 사용하는 드라이 에칭에 의해 차광막(5)에 차광대를 포함하는 차광 패턴(5a)을 형성하는 공정과, 차광 패턴(5a)을 갖는 차광막(5)과 레지스트 패턴(8b)을 갖는 레지스트막을 마스크로 하여, 불소계 가스를 사용하는 드라이 에칭에 의해 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3c)을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다(도 3 참조).
이하, 주요부 단면 구조도인 도 3에 나타내는 제조 공정에 따라, 이 제 1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(201)의 제조 방법을 설명한다. 또한, 여기에서는, 차광막(5)의 위에 하드 마스크막(6)이 적층된 마스크 블랭크(101)를 이용하여 위상 시프트 마스크(201)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 또, 실시 형태 1에서는, 차광막(5)에 크롬을 함유하는 재료를 적용하고, 하드 마스크막(6)에는 규소를 함유하는 재료를 적용하고 있는 경우에 대해서 설명한다.
우선, 마스크 블랭크(101)에 있어서의 하드 마스크막(6)에 접하여, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 다음으로, 레지스트막에 대하여, 차광막(5)에 형성해야 하는 차광 패턴을 전자선으로 묘화하고, 추가로 현상 처리 등의 소정의 처리를 행함으로써 제 1 레지스트 패턴(7a)을 형성한다(도 3(a) 참조). 계속해서, 제 1 레지스트 패턴(7a)을 마스크로 하고, CF4 등의 불소계 가스를 사용한 제 1 드라이 에칭을 행하여, 하드 마스크막(6)에 제 1 하드 마스크 패턴(6a)을 형성한다(도 3(b) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(7a)을 제거하고 나서, 하드 마스크 패턴(6a)을 마스크로 하여, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 제 2 드라이 에칭을 행하여, 차광막(5)에 제 1 차광 패턴(5a)을 형성한다(도 3(c) 참조). 이 제 2 드라이 에칭에 의해, 하드 마스크 패턴(6a)은, 막두께가 이 드라이 에칭 전의 막두께보다도 얇아진다.
계속해서, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성하고, 그 후, 레지스트막에 대하여 전자선으로 묘화하고, 추가로 현상 처리 등의 소정의 처리를 행함으로써 제 2 레지스트 패턴(8b)을 형성한다(도 3(d) 참조).
그 후, CF4 등의 불소계 가스를 사용한 제 3 드라이 에칭을 행하여, 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3c)을 형성한다(도 3(e) 참조). 이 위상 시프트막(3)에 대한 제 3 드라이 에칭에서는, 제 2 레지스트 패턴(8b)과 차광 패턴(5a)이 에칭 마스크용 패턴이 되지만, 위상 시프트 패턴(3c)의 에지부의 위치를 결정하는 것은 차광 패턴(5a)의 에지부이므로, 제 2 레지스트 패턴(8b)의 묘화 전사 위치 정밀도(얼라이먼트 정밀도)는, 비교적 느슨한 것으로 할 수 있다. 또한, 이 제 3 드라이 에칭에 의해, 하드 마스크 패턴(6a)은, 제 2 레지스트 패턴(8b)을 마스크로 하여 드라이 에칭된 하드 마스크 패턴(6d)이 된다.
이 위상 시프트막(3)의 불소계 가스에 의한 제 3 드라이 에칭 시, 위상 시프트 패턴(3c)의 패턴 측벽의 수직성을 높이기 위해, 또 위상 시프트 패턴(3c)의 면 내의 CD(Critical Dimension) 균일성을 높이기 위해 추가의 에칭(오버 에칭)을 행한다. 그 오버 에칭 후에 있어서도, 에칭 스토퍼막(2)의 표면은 미소하게 에칭되는 정도이며, 위상 시프트 패턴(3c)의 개구부의 표면(701)에 있어서 투광성 기판(1)의 표면은 노출되지 않는다.
그 후, 제 2 레지스트 패턴(8b)을 애싱이나 박리액 등을 이용하여 제거하고(도 3(f) 참조), 이어서, 차광 패턴(5a)의 위에 남아 있는 하드 마스크 패턴(6d)을 제거한다(도 3(g) 참조). 하드 마스크 패턴(6d)의 제거는, 불소계 가스의 드라이 에칭으로 행할 수 있다. 또한, 하드 마스크 패턴(6d)을 제거하지 않고 남긴 채로도 노광 전사에 영향이 적기 때문에, 하드 마스크 패턴(6d)을 남겨 두는 것도 가능하기는 하지만, 마스크 패턴 결함 검사 시에 유사 결함의 발생원이 될 수 있는 점에서, 제거해두는 것이 바람직하다.
그 후, 세정 공정을 행하여, 필요에 따라서 마스크 결함 검사를 행한다. 추가로, 결함 검사의 결과에 따라서는 필요에 따라서 결함 수정을 행하여, 위상 시프트 마스크(201)가 제조된다. 여기에서의 세정 공정에서는 암모니아 과수를 이용했지만, 에칭 스토퍼막(2)의 표면은 거의 용해되어 있지 않고, 위상 시프트 패턴(3c)의 개구부(그 표면(701))에 있어서 투광성 기판(1)의 표면은 노출되지 않았다.
또한, 차광막(5)의 드라이 에칭에서 사용되는 염소계 가스로는, 염소(Cl)가 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, Cl2, SiCl2, CHCl3, CH2Cl2, BCl3 등을 들 수 있다. 또, 마스크 블랭크(101)는, 투광성 기판(1) 상에 에칭 스토퍼막(2)을 구비하고 있기 때문에, 하드 마스크막(6) 및 위상 시프트막(3)의 드라이 에칭에서 사용되는 불소계 가스는, 불소(F)가 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, CHF3, CF4, C2F6, C4F8, SF6 등을 들 수 있다.
이 실시 형태 1의 위상 시프트 마스크(201)는, 상기 마스크 블랭크(101)를 이용하여 제작된 것이다. 이 때문에, 이 실시 형태 1의 위상 시프트 마스크(201)는, 위상 시프트 패턴(3c)의 측벽의 수직성이 높고, 위상 시프트 패턴(3c)의 면 내의 CD 균일성도 높다. 위상 시프트 패턴(3c)과 에칭 스토퍼막(2)의 저면으로 이루어지는 각 구조체는, 면 내의 높이 방향(두께 방향)의 균일성도 큰 폭으로 높다. 이 때문에, 이 위상 시프트 마스크(201)는, 면 내에서의 위상 시프트 효과의 균일성이 높다. 또, 위상 시프트 마스크(201)의 제조 도중에 있어서, 위상 시프트 패턴(3c)에 결함이 발견되어, 그 결함에 대하여 EB 결함 수정으로 수정할 때, 에칭 스토퍼 기능이 높은 것과, 에칭 종점을 검출하기 쉽기 때문에, 정밀도 좋게 결함을 수정할 수 있다.
[반도체 디바이스의 제조]
실시 형태 1의 반도체 디바이스의 제조 방법은, 실시 형태 1의 위상 시프트 마스크(201) 또는 실시 형태 1의 마스크 블랭크(101)를 이용하여 제조된 위상 시프트 마스크(201)를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사용 패턴을 노광 전사하는 것을 특징으로 하고 있다. 실시 형태 1의 위상 시프트 마스크(201)는, 위상 시프트 패턴(3c)의 측벽의 수직성이 높고, 위상 시프트 패턴(3c)의 면 내의 CD 균일성도 높으며, 면 내에서의 위상 시프트 효과의 균일성도 높다. 이 때문에, 실시 형태 1의 위상 시프트 마스크(201)를 이용하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사하면, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족하는 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다.
또, 그 제조 도중에 위상 시프트 패턴(3c)에 존재하고 있던 결함을 EB 결함 수정으로 수정한 위상 시프트 마스크를 이용하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우에 있어서도, 정밀도 좋게 결함이 수정되어 있고, 그 위상 시프트 마스크의 결함이 존재하고 있던 위상 시프트 패턴(3c)의 부분에 대응하는 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 전사 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 피가공막을 드라이 에칭하고 회로 패턴을 형성한 경우, 정밀도 부족이나 전사 불량에 기인하는 배선 단락이나 단선이 없는 고정밀도이고 수율이 높은 회로 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 여기까지는 제 1 실시 형태의 마스크 블랭크를 레벤손형의 위상 시프트 마스크를 제조하기 위해 적용하는 태양에 대해서 설명해왔다. 그러나, 이 제 1 실시 형태의 마스크 블랭크는, CPL(Chromeless Phase Lithography) 마스크를 제조하는 용도에도 마찬가지로 적용할 수 있다. CPL 마스크는, 전사 패턴 형성 영역 내는, 대(大)패턴의 영역을 제외하고, 기본적으로 차광막은 설치되지 않으며, 투광성 기판의 굴입부와 비굴입부에 의해 전사 패턴을 구성하는 타입의 위상 시프트 마스크이다. 일반적으로, CPL 마스크는, 비굴입부와 굴입부의 반복 패턴이 투광성 기판에 형성되어 있다. 또, 비굴입부를 투과하는 노광광과 굴입부를 투과하는 노광광과의 사이에서 간섭 효과(위상 시프트 효과)가 발생하도록 굴입부의 깊이가 조정되어 있다.
CPL 마스크에서는, 비굴입부를 투과한 노광광이 그 비굴입부의 양측을 사이에 끼우는 2개의 굴입부로부터 투과한 각 노광광의 회절광에 간섭되어, 그 영역의 노광광의 광량은 거의 제로가 되고, 이 영역이 CPL 마스크를 투과한 광학상의 암부(暗部) 영역이 된다. 제 1 실시 형태의 마스크 블랭크는, 이 CPL 마스크의 굴입부를, 위상 시프트막(3)의 패턴과 에칭 스토퍼막(2)에 의한 구조체로 대신할 수 있기 때문에, CPL 마스크를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 이 제 1 실시 형태의 마스크 블랭크를 CPL 마스크의 제조에 적용한 경우의 효과에 대해서는, 상기의 레벤손형 위상 시프트 마스크에 적용한 경우와 마찬가지이다.
<제 2 실시 형태>
[마스크 블랭크와 그 제조]
본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크는, 차광막과 하드 마스크막의 재료를 실시 형태 1에서 사용한 것으로부터 변경한 위상 시프트 마스크용 마스크 블랭크이다. 제 2 실시 형태의 마스크 블랭크에 있어서는, 차광막(5)을 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유한 막으로 하고, 하드 마스크막(6)은 크롬을 함유한 막으로 하고 있다. 그 외의 제 2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 구성에 대해서는, 제 1 실시 형태의 마스크 블랭크와 마찬가지이다. 이 제 2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크는, 제 1 실시 형태의 마스크 블랭크의 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또, 이 제 2 실시 형태의 마스크 블랭크는, 마찬가지로 CPL 마스크의 제조에도 적용할 수 있다.
차광막(5)에는, 차광성, 가공성, 막의 평활성, 양산성 및 저결함성이 요구된다.
이와 같은 특성을 갖는 재료로는, 규소를 함유하는 재료나, 천이 금속 및 규소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 천이 금속 및 규소를 함유하는 재료는, 천이 금속을 함유하지 않는 규소를 함유하는 재료에 비해 차광 성능이 높아, 차광막(5)의 두께를 얇게 하는 것이 가능해진다. 차광막(5)에 함유시키는 천이 금속으로는, 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 니켈(Ni), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 니오브(Nb), 팔라듐(Pd) 등의 어느 1개 이상의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다. 또, 규소를 함유하는 재료로 차광막(5)을 형성하는 경우, 천이 금속 이외의 금속(주석(Sn), 인듐(In), 갈륨(Ga) 등)을 함유시켜도 된다.
차광막(5)은, 규소와 질소로 이루어지는 재료, 또는 규소와 질소로 이루어지는 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성할 수 있다. 이 경우의 차광막(5)에는, 어느 반금속 원소를 함유해도 된다. 이 반금속 원소 중에서도, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키면, 차광막(5)을 스퍼터링 법으로 성막할 때에 타겟으로서 이용하는 규소의 전도성을 높이는 것을 기대할 수 있기 때문에, 바람직하다.
차광막(5)은, 하층과 상층을 포함하는 적층 구조인 경우, 하층을 규소로 이루어지는 재료 또는 규소에 탄소, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성하고, 상층을 규소와 질소로 이루어지는 재료 또는 규소와 질소로 이루어지는 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성할 수 있다.
차광막(5)은, 탄탈을 함유하는 재료로 형성해도 된다. 이 경우에, 차광막(5)의 규소의 함유량은, 5 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 3 원자％ 이하이면 보다 바람직하고, 실질적으로 함유하지 않으면 더욱 바람직하다. 이들 탄탈을 함유하는 재료는, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 전사 패턴을 패터닝 가능한 재료이다. 이 경우에 있어서 탄탈을 함유하는 재료로는, 탄탈 금속 외에, 탄탈에 질소, 산소, 붕소 및 탄소로부터 선택되는 1개 이상의 원소를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다. 예를 들면, Ta, TaN, TaO, TaON, TaBN, TaBO, TaBON, TaCN, TaCO, TaCON, TaBCN, TaBOCN 등을 들 수 있다.
차광막(5)을 형성하는 재료에는, 광학 농도가 크게 저하하지 않는 범위이면, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B), 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시켜도 된다. 특히 질소를 함유시킨 탄탈 질화막(TaN 막)은, 차광막의 평활성이 향상하여, 차광 패턴의 러프니스가 개선되는 경향이 있다. 또, Ta 금속은 대기 중에서 산화하기 쉽기 때문에, 마스크 패턴 제작 후에 Ta 금속 단체로 이루어지는 패턴 측벽이 노출되면, 시간과 함께 선폭이 변화한다는 문제가 있다. Ta 금속에 질소를 더하면 산화하기 어려워지므로, 차광막(5)에 탄탈(Ta)를 이용하는 경우는, 질소를 함유시키는 것이 바람직하다. 또, 탄탈 질화막의 평활성을 더욱 향상시키기 위해, 탄탈 질화막에 붕소, 탄소 등을 더해도 된다. 이들 원소는 Ta 금속이 갖는 차광 성능 또는 에칭 성능을 저하시키기 때문에, 첨가량은 20 원자％ 이하가 바람직하다. 구체적으로는 붕소, 탄소를 첨가하면 차광 성능이 저하한다. 탄소를 첨가하면, 에칭 속도가 저하한다.
차광막(5)은, 단층 구조 및 2층 이상의 적층 구조 중 어느 쪽도 적용 가능하다. 차광막(5)의 투광성 기판(1)과는 반대측의 표면에 있어서의 노광광에 대한 반사율을 저감시키기 위해, 그 투광성 기판(1)과는 반대측의 표층(하층과 상층의 2층 구조의 경우에는 상층)에 산소나 질소를 많이 함유시켜도 된다.
하드 마스크막(6)은, 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있다. 또, 하드 마스크막(6)은, 크롬 외에, 질소, 산소, 탄소, 수소 및 붕소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시킨 재료로 형성하면 보다 바람직하다. 하드 마스크막(6)은, 이들 크롬을 함유하는 재료에, 인듐(In), 주석(Sn) 및 몰리브덴(Mo)으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소(이하, 이들 금속 원소를 「인듐 등 금속 원소」라고 함)를 함유시킨 재료로 형성해도 된다.
[위상 시프트 마스크와 그 제조]
이 제 2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크는, 차광막(5)을 형성하는 재료가 바뀐 것 이외는, 제 1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크와 마찬가지이며, 이에 따라 얻어지는 효과도 마찬가지이다.
이 제 2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법이, 제 1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법과 상위하는 점은, 차광막(5)을 형성하는 재료가 바뀐 것과, 하드 마스크막(6)을 형성하는 재료가 바뀜으로써 변경할 필요성이 발생한 프로세스뿐이다. 구체적으로는, 하드 마스크막(6)에 제 1 하드 마스크 패턴(6a)을 형성하기 위해 행하여지는 제 1 드라이 에칭은, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한다. 차광막(5)에 차광 패턴(5a)을 형성하기 위해 행하여지는 제 2 드라이 에칭은, 불소계 가스를 이용한다.
이 제 2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법에서는, 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3c)을 형성할 때의 불소계 가스에 의한 제 3 드라이 에칭 시, 하드 마스크 패턴(6a)의 패턴 형상은, 기본적으로 변하지 않는다. 이 제 2 실시 형태에 있어서의 하드 마스크막(6)은, 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있으며, 불소계 가스에 대하여 높은 에칭 내성을 갖기 때문이다. 그리고, 이 하드 마스크 패턴(6a)은, 이 제 3 드라이 에칭 시, 차광 패턴(5a)이 불소계 가스로 에칭되지 않도록 보호하는 역할을 담당한다.
[반도체 디바이스의 제조]
실시 형태 2의 반도체 디바이스의 제조 방법은, 실시 형태 2의 위상 시프트 마스크를 이용하는 것 이외에는, 실시 형태 1의 반도체 디바이스의 제조 방법과 마찬가지이다. 또, 실시 형태 2의 위상 시프트 마스크를 이용함으로써 얻어지는 효과에 대해서도, 실시 형태 1의 반도체 디바이스의 제조 방법과 마찬가지이다.
<제 3 실시 형태>
[마스크 블랭크와 그 제조]
본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(103)(도 4 참조)는, 실시 형태 1에서 설명한 마스크 블랭크 구조의 위상 시프트막(3)을, 적층형의 위상 시프트막(4)으로 한 것이다. 즉, 이 적층형의 위상 시프트막(4)은, 규소와 산소를 함유하는 재료(SiO계 재료)로 이루어지는 하층(31)과 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료(SiAlO계 재료)로 이루어지는 에칭 스토퍼 기능을 갖는 상층(32)으로 구성된다. 위상 시프트막(4)은, 하층(31)과 상층(32)을 합하여 소정의 위상차를 얻는 것이다(도 4 참조). 실시 형태 3에 있어서의 투광성 기판(1), 에칭 스토퍼막(2), 차광막(5) 및 하드 마스크막(6)은 실시 형태 1과 같은 것이며, 재료도 제법도 같다. 하층(31)도 실시 형태 1에 있어서의 위상 시프트막(3)과 같은 재료로, 같은 제법에 따르는 것이다.
실시 형태 3에 있어서의 하층(31)은, 하층(31)과 상층(32)의 적층 구조의 위상 시프트막(4)의 전체에 의해 노광광에 대하여 소정의 위상차를 부여하도록 할 필요가 있기 때문에, 실시 형태 1에 있어서의 위상 시프트막(3)과는, 막두께가 다르다. 상세하게 서술하면, 이 위상 시프트막(4)은, 이 위상 시프트막(4)을 투과한 노광광에 대하여, 이 위상 시프트막(4)의 두께와 같은 거리만큼 공기 중을 투과한 노광광과의 사이에서, 150도 이상 200도 이하(바람직하게는 150도 이상 180도 이하)의 위상차를 발생하게 하는 기능을 갖고, 노광광에 대한 투과율은 적어도 95％ 이상으로 한다. 위상 시프트막(4)의 투과율은, 96％ 이상이면 보다 바람직하고, 97％ 이상이면 더욱 바람직하다. 여기에서, SiAlO계 재료로 이루어지는 상층(32)의 막두께는 3nm 이상, 바람직하게는 4nm 이상, 보다 바람직하게는 5nm 이상이고, 20nm 이하, 바람직하게는 15nm 이하, 보다 바람직하게는 10nm 이하이다. 한편, SiO계 재료로 이루어지는 하층(31)의 막두께는, 120nm 이상, 바람직하게는 130nm 이상, 보다 바람직하게는 140nm 이상이고, 170nm 이하, 바람직하게는 160nm 이하, 보다 바람직하게는 150nm 이하이다. 이하, 실시 형태 1과 상위하는 점을 중심으로, 실시 형태 3에 대해서 서술한다.
상층(32)은, 구성 원소에 대해서는, 에칭 스토퍼막(2)과 마찬가지이다. 상층(32)과 에칭 스토퍼막(2)을 같은 구성 원소 및 조성으로 할 수 있고, 또, 다른 구성 원소 및 조성으로 할 수 있다. 상층(32)은, 상술한 위상 시프트 기능과 함께, 하드 마스크 패턴(6d)을 제거할 때에 위상 시프트 패턴의 표면이 에칭되지 않도록 하는 에칭 스토퍼 기능을 겸비한다. 즉, 하드 마스크 패턴을 제거할 때의 에칭에 의해, 노출된 상층 패턴(32c)의 표면(700)이 에칭되어, 위상 시프트 패턴의 막두께가 소정의 값으로부터 어긋나거나, 그 표면이 거칠어지거나 하는 것을 방지하기 위한 것이다(도 6 참조). 막두께가 소정의 값으로부터 어긋나면, 위상 시프트 패턴의 노광광에 대한 위상차가 소정의 값으로부터 어긋날 우려가 있고, 표면이 거칠어지면 노광광의 투과율이 떨어질 가능성이 있다.
[위상 시프트 마스크와 그 제조]
이 제 3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(203)(도 5 참조)에서는, 실시 형태 1의 특징에 더하여, 위상 시프트 패턴(4c)이, 하층 패턴(31c)과 상층 패턴(32c)과의 적층 패턴으로 되어 있고, 그 적층 구조에 의해 노광광에 대하여 소정의 위상차를 부여하는 위상 시프트 패턴으로 되어 있는 것이 제 1 특징이다. 그리고, 에칭 스토퍼 기능을 갖는 상층 패턴(32c) 상에 차광 패턴(5a)이 형성되어 있는 것이 제 2 특징이다.
즉, 이 제 3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(203)는, 투광성 기판(1) 상에, 에칭 스토퍼막(2), 위상 시프트 패턴(4c) 및 차광 패턴(5a)이 이 순서로 적층된 구조를 구비하고, 위상 시프트 패턴(4c)은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 하층 패턴(31c)과, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 상층 패턴(32c)이 이 순서로 적층된 구조를 구비하고, 에칭 스토퍼막(2)은, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 제 3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 상기 마스크 블랭크(103)를 사용하는 것이며, 이하, 도 6에 나타내는 제조 공정에 따라, 이 제 3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(203)의 제조 방법을 설명한다. 여기에서는, 차광막(5)에 크롬을 함유하는 재료를 적용하고, 하드 마스크막(6)에는 규소를 함유하는 재료를 적용하고 있는 경우에 대해서 설명한다.
우선, 제 1 레지스트 패턴(7a)을 형성하고(도 6(a) 참조), 계속해서, 레지스트 패턴(7a)을 마스크로 하고, CF4 등의 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 하드 마스크막(6)에 하드 마스크 패턴(6a)을 형성한다(도 6(b) 참조). 다음으로, 레지스트 패턴(7a)을 제거하고 나서, 하드 마스크 패턴(6a)을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용한 드라이 에칭을 행하여, 차광막(5)에 제 1 차광 패턴(5a)을 형성한다(도 6(c) 참조).
계속해서, 위상 시프트 패턴(4c)을 형성하기 위한 제 2 레지스트 패턴(8b)을 형성한다(도 6(d) 참조). 그 후, 염화 붕소(BCl3)와 염소(Cl2)의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 상층(32)에 상층 패턴(32c)을 형성(도 6(e) 참조)하고, 계속해서 CF4 등의 불소계 가스를 사용한 드라이 에칭을 행하여 하층(31)에 하층 패턴(31c)을 형성한다(도 6(f) 참조). 이와 같이 하여, 하층 패턴(31c)과 상층 패턴(32c)으로 이루어지는 위상 시프트 패턴(4c)을 형성한다.
그 후, 제 2 레지스트 패턴(8b)을 애싱이나 박리액 등을 이용하여 제거하고(도 6(g) 참조), 추가로, 잔존하는 하드 마스크 패턴(6d)을 CF4 등의 불소계 가스를 사용한 드라이 에칭으로 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐, 위상 시프트 마스크(203)를 얻는다(도 6(h) 참조). 이때, 상층 패턴(32c)의 표면(700)이 노출되는 부분에 있어서도, 그것을 구성하는 재료가 에칭 스토퍼 기능을 갖는 SiAlO계 재료이기 때문에, 그 표면(700)은 거의 에칭되지 않고, 위상 시프트 패턴(4c)은, 노광광에 대한 소정의 위상차가 확보된 것이 된다. 여기에서의 세정 공정에 있어서는, 암모니아 과수를 이용했지만, 에칭 스토퍼막(2)의 표면은 거의 용해되고 있지 않아, 위상 시프트 패턴(4c)의 투광부에 있어서 투광성 기판(1)의 표면은 노출되지 않는다. 또, 상층 패턴(32c)이 노출되는 표면(700)도 거의 용해되지 않아, 원하는 형상과 막두께를 유지하고 있다. 또한, 상기 드라이 에칭에서 사용되고 있는 염소계 가스 및 불소계 가스는, 실시 형태 1에서 사용되고 있는 것과 마찬가지이다.
실시 형태 3의 위상 시프트 마스크(203)는, 하층 패턴(31c)이 주체를 차지하는 위상 시프트 패턴(4c)의 측벽의 수직성이 높고, 면 내의 CD 균일성도 높고, 면 내에서의 위상 시프트 효과의 균일성도 높다. 이 때문에, 실시 형태 3의 위상 시프트 마스크(203)를 이용하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사하면, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족하는 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 이 제 3 실시 형태의 마스크 블랭크는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로 CPL 마스크의 제조에도 적용할 수 있다.
<제 4 실시 형태>
[마스크 블랭크와 그 제조]
본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 마스크 블랭크는, 실시 형태 3에서 설명한 마스크 블랭크 구조에 있어서, 차광막(5)과 하드 마스크막(6)을 실시 형태 2에서 설명한 차광막(5)과 하드 마스크막(6)의 재료로 변경한 것이다. 즉 실시 형태 4에서는, 차광막(5)을 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유한 막으로 하고, 하드 마스크막(6)은 크롬을 함유한 막으로 했다. 그 외에 관해서는 실시 형태 3의 마스크 블랭크와 마찬가지이다. 이 제 4 실시 형태에 따른 마스크 블랭크는, 제 3 실시 형태의 마스크 블랭크의 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또, 이와 같은 구성으로 함으로써, 상층(32)이, 차광막(5)을 에칭할 때의 에칭 스토퍼가 된다. 이 때문에, 불소계 가스를 사용한 드라이 에칭에 의해 형성되는 차광 패턴(5a)의 형상과 면 내 CD 균일성이 향상하는 동시에, 위상 제어성이 높은 위상 시프트 패턴(4c)을 얻는 것이 가능해진다.
이 실시 형태 4의 차광막(5)은 위상 시프트막(4)의 상층(32)에 접하여 설치된다. 차광막(5)을 EB 결함 수정으로 결함 수정할 때의 에칭 종점 검출을 고려하면, 규소를 함유하는 재료로 차광막(5)을 형성하는 경우, 그 차광막(5)에는 알루미늄을 함유시키지 않는 것이 바람직하다.
[위상 시프트 마스크와 그 제조]
이 제 4 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크는, 차광막(5)을 형성하는 재료를 제 2 실시 형태에 따른 차광막의 재료로 바꾼 것 이외에는, 제 3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크와 마찬가지이며, 이에 따라 얻어지는 효과도 마찬가지이다. 이 제 4 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 상기의 마스크 블랭크를 이용하는 것이며, 제 3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법과의 상위는, 차광막(5)을 형성하는 재료가 바뀐 것과, 하드 마스크막(6)을 형성하는 재료가 바뀜으로써 변경이 발생한 프로세스뿐이다. 그 변경되는 프로세스도 제 2 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법의 대응하는 프로세스와 마찬가지로 한다.
이 제 4 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법에서는, 상층(32)에 상층 패턴(32c)을 형성할 때의 드라이 에칭 시 및 하층(31)에 하층 패턴(31c)을 형성할 때의 드라이 에칭 시에 있어서, 하드 마스크 패턴(6a)의 패턴 형상은, 기본적으로 변하지 않는다. 이 제 4 실시 형태에 있어서의 하드 마스크막(6)은, 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있으며, 이들 에칭 가스에 대하여 높은 에칭 내성을 갖기 때문이다. 그리고, 이 하드 마스크 패턴(6a)은, 이 하층(31)의 드라이 에칭 시, 차광 패턴(5a)이 불소계 가스로 에칭되지 않도록 보호하는 역할을 담당한다.
여기에서, 불소 가스를 이용한 드라이 에칭으로 차광 패턴(5a)을 형성할 때, 상층 패턴(32c)의 표면(700)이 노출되는 부분에 있어서도 그 표면은 거의 에칭되지 않는다. 그 때문에, 하층 패턴(31c)과 상층 패턴(32c)으로 이루어지는 위상 시프트 패턴(4c)은, 노광광에 대한 소정의 위상차가 확보된 것이 된다. 이 실시 형태 4의 위상 시프트 마스크(203)는, 하층 패턴(31c)이 주체를 차지하는 위상 시프트 패턴(4c)의 측벽의 수직성이 높고, 면 내의 CD 균일성도 높고, 면 내에서의 위상 시프트 효과의 균일성도 높다. 이 때문에, 실시 형태 4의 위상 시프트 마스크(203)를 이용하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사하면, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족하는 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 이 제 4 실시 형태의 마스크 블랭크는, 제 1 실시 형태의 경우와 마찬가지로 CPL 마스크의 제조에도 적용할 수 있다.
<제 5 실시 형태>
[마스크 블랭크와 그 제조]
본 발명의 제 5 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(106)(도 7 참조)는, 실시 형태 2에서 설명한 마스크 블랭크 구조에 있어서, 위상 시프트막(3)과 차광막(5) 사이에 하드 마스크막(9)을 설치한 것이다. 하드 마스크막(9)은, 하드 마스크막(6)과 마찬가지로 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있다. 하드 마스크막(9)에 따른 그 외의 사항에 대해서는, 하드 마스크막(6)의 경우와 마찬가지이다. 이 제 5 실시 형태에 따른 마스크 블랭크는, 특히 CPL 마스크를 제조하는 용도로 적합하다.
[위상 시프트 마스크와 그 제조]
이 제 5 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(206)(도 8 참조)는, CPL 마스크이며, 마스크 블랭크(106)의 에칭 스토퍼막(2)은 투광성 기판(1)의 주표면 상의 전면(全面)에서 남겨져, 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3e)이 형성되고, 하드 마스크막(9)에 하드 마스크 패턴(9f)이 형성되고, 차광막(5)에 차광 패턴(5f)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이 위상 시프트 마스크(206)의 제작 도중에, 하드 마스크막(6)은 제거된다(도 9 참조).
즉, 이 제 5 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(206)는, 투광성 기판(1) 상에, 에칭 스토퍼막(2), 위상 시프트 패턴(3e), 하드 마스크 패턴(9f) 및 차광 패턴(5f)이 이 순서로 적층된 구조를 구비하고, 위상 시프트 패턴(3e)은 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고, 하드 마스크 패턴(9f)은 크롬을 함유하는 재료로 이루어지고, 차광막(5)은 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지고, 에칭 스토퍼막(2)은, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 제 5 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(206)의 제조 방법은, 상기의 마스크 블랭크(106)를 이용하는 것이며, 염소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해 하드 마스크막(6)에 차광 패턴을 형성하는 공정과, 차광 패턴을 갖는 하드 마스크막(하드 마스크 패턴)(6f)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해, 차광막(5)에 차광 패턴(5f)을 형성하는 공정과, 염소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해 하드 마스크막(9)에 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정과, 위상 시프트 패턴을 갖는 하드 마스크막(하드 마스크 패턴)(9e)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3e)을 형성하는 공정과, 차광 패턴(5f)을 마스크로 하여, 염소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해 하드 마스크막(9e)에 하드 마스크 패턴(9f)을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다(도 9 참조).
이하, 주요부 단면 구조도인 도 9에 나타내는 제조 공정에 따라, 이 제 5 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(206)의 제조 방법을 설명한다. 또한, 여기에서는, 차광막(5)에 규소를 함유하는 재료를 적용하고 있는 경우에 대해서 설명한다.
우선, 마스크 블랭크(106)에 있어서의 하드 마스크막(6)에 접하여, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 다음으로, 레지스트막에 대하여, 차광막(5)에 형성해야 하는 차광 패턴을 전자선으로 묘화하고, 추가로 현상 처리 등의 소정의 처리를 행함으로써 레지스트 패턴(17f)을 형성한다(도 9(a) 참조). 계속해서, 레지스트 패턴(17f)을 마스크로 하여, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 하드 마스크막(6)에 하드 마스크 패턴(6f)을 형성한다(도 9(b) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(17f)을 제거하고 나서, 하드 마스크 패턴(6f)을 마스크로 하고, CF4 등의 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 차광막(5)에 차광 패턴(5f)을 형성한다(도 9(c) 참조).
계속해서, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성하고, 그 후, 레지스트막에 대하여, 위상 시프트막(3)에 형성해야 하는 위상 시프트 패턴을 전자선으로 묘화하고, 추가로 현상 처리 등의 소정의 처리를 행함으로써 레지스트 패턴(18e)을 형성한다(도 9(d) 참조).
그 후, 레지스트 패턴(18e)을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 하드 마스크막(9)에 하드 마스크 패턴(9e)을 형성한다(도 9(e) 참조). 다음으로, 레지스트 패턴(18e)을 제거하고 나서, CF4 등의 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3e)을 형성한다(도 9(f) 참조).
계속해서, 차광 패턴(5f)을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 하드 마스크 패턴(9f)을 형성한다. 이때, 하드 마스크 패턴(6f)은 동시에 제거된다.
그 후, 세정 공정을 행하고, 필요에 따라서 마스크 결함 검사를 행한다. 또한, 결함 검사의 결과에 따라서는 필요에 따라서 결함 수정을 행하여, 위상 시프트 마스크(206)가 제조된다. 여기에서의 세정 공정에서는 암모니아 과수를 이용했지만, 에칭 스토퍼막(2)의 표면은 거의 용해되고 있지 않아, 위상 시프트 패턴(3e)의 개구부에 있어서 투광성 기판(1)의 표면은 노출되지 않았다. 또한, 상기의 프로세스의 드라이 에칭에서 이용되는 염소계 가스, 불소계 가스에 대해서는, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지이다.
이 실시 형태 5의 위상 시프트 마스크(CPL 마스크)(206)는, 상기의 마스크 블랭크(106)를 이용하여 제작된 것이다. 이 때문에, 이 실시 형태 5의 위상 시프트 마스크(206)는, 위상 시프트 패턴(3e)의 측벽의 수직성이 높고, 위상 시프트 패턴(3e)의 면 내의 CD 균일성도 높다. 위상 시프트 패턴(3e)과 에칭 스토퍼막(2)의 저면으로 이루어지는 각 구조체는, 면 내의 높이 방향(두께 방향)의 균일성도 큰 폭으로 높다. 이 때문에, 이 위상 시프트 마스크(206)는, 면 내에서의 위상 시프트 효과의 균일성이 높다. 또, 위상 시프트 마스크(206)의 제조 도중에 있어서, 위상 시프트 패턴(3e)에 결함이 발견되어, 그 결함에 대하여 EB 결함 수정으로 수정할 때, 에칭 스토퍼 기능이 높은 것과, 에칭 종점을 검출하기 쉽기 때문에, 정밀도 좋게 결함을 수정할 수 있다.
[반도체 디바이스의 제조]
실시 형태 5의 반도체 디바이스의 제조 방법은, 실시 형태 5의 위상 시프트 마스크(206) 또는 실시 형태 5의 마스크 블랭크(106)를 이용하여 제조된 위상 시프트 마스크(206)를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사용 패턴을 노광 전사하는 것을 특징으로 하고 있다. 실시 형태 5의 위상 시프트 마스크(206)는, 위상 시프트 패턴(3e)의 측벽의 수직성이 높고, 위상 시프트 패턴(3e)의 면 내의 CD 균일성도 높고, 면 내에서 위상 시프트 효과의 균일성도 높다. 이 때문에, 실시 형태 5의 위상 시프트 마스크(206)를 이용하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사하면, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족하는 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다.
또, 그 제조 도중에 위상 시프트 패턴(3e)에 존재하고 있던 결함을 EB 결함 수정으로 수정한 위상 시프트 마스크를 이용하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우에 있어서도, 정밀도 좋게 결함이 수정되어 있어, 그 위상 시프트 마스크의 결함이 존재하고 있던 위상 시프트 패턴(3e)의 부분에 대응하는 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 전사 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하고, 피가공막을 드라이 에칭하여 회로 패턴을 형성한 경우, 정밀도 부족이나 전사 불량에 기인하는 배선 단락이나 단선이 없는 고정밀도이고 수율이 높은 회로 패턴을 형성할 수 있다.
<다른 실시 형태>
[마스크 블랭크와 그 제조]
이 다른 실시 형태에 따른 마스크 블랭크는, 굴입 레벤손형 위상 시프트 마스크를 제조하는 용도에 적합한 것이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 이 마스크 블랭크(105)는, 투광성 기판(1) 상에 에칭 스토퍼막(2) 및 차광막(5)이 순차 적층된 구성을 구비한다. 또, 필요에 따라서 차광막(5) 상에 하드 마스크막(6)(도 12 참조)이 형성된다. 투광성 기판(1) 및 에칭 스토퍼막(2)의 각각의 상세에 대해서는, 제 1 실시 형태의 경우와 마찬가지이다. 차광막(5)과 하드 마스크막(6)에 관해서는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막(5)과, 규소를 함유하는 재료 또는 탄탈을 함유하는 재료로 이루어지는 하드 마스크막(6)의 조합이 적용 가능하다. 또, 차광막(5)과 하드 마스크막(6)에 관해서는, 제 2 실시 형태와 마찬가지로, 규소를 함유하는 재료, 천이 금속 및 규소를 함유하는 재료 및 탄탈을 함유하는 재료 중 어느 것으로 이루어지는 차광막(5)과, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 하드 마스크막(6)의 조합도 적용 가능하다. 차광막(5) 및 하드 마스크막(6)의 각각의 상세에 대해서는, 제 1 실시 형태 및 제 2 실시 형태의 경우와 마찬가지이다.
이 마스크 블랭크(105)는, 투광성 기판(1)과 차광막(5) 사이에 에칭 스토퍼막(2)이 설치되어 있다. 이 때문에, 차광막(5)이 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 패터닝되는 재료(규소를 함유하는 재료, 천이 금속 및 규소를 함유하는 재료 및 탄탈을 함유하는 재료 중 어느 것)의 경우, 차광 패턴(5a)의 측벽의 수직성을 높일 수 있어, 차광 패턴(5a)의 측벽 근방의 투광성 기판(1)에 마이크로 트렌치가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 하드 마스크막(6)을 제거하는 경우에 있어서도, 투광성 기판(1)의 표면이 거칠어지는 것을 억제할 수 있다. 표면이 거칠어지면 노광광의 투과율이 떨어진다.
[위상 시프트 마스크와 그 제조]
이 다른 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(205)(도 11 참조)는, 마스크 블랭크(105)의 차광막(5)에 차광 패턴(5a)을 형성하고, 차광막(5)의 패턴이 제거되어 있는 투광성 기판(1)의 패턴 형성 영역(900)에, 표면으로부터 소정의 깊이로 굴입되어 있는 굴입부와 굴입되어 있지 않은 투광부를 각각 설치하고, 에칭 스토퍼막(2)에 굴입부 상의 영역만 제거된 패턴인 에칭 스토퍼 패턴(2c)을 형성한 구성을 갖는다. 이 위상 시프트 마스크(205)는, 굴입부를 투과한 노광광과 투광부를 투과한 노광광과의 사이에서 소정의 위상차가 발생하도록, 투광성 기판(1)의 굴입의 깊이와 에칭 스토퍼막(2)의 광학 특성 및 막두께가 조정된다. 또한, 마스크 블랭크(105)에 하드 마스크막(6)이 설치되어 있는 구성의 경우, 이 위상 시프트 마스크(205)의 제작 도중에 하드 마스크막(6)은 제거된다(도 12 참조).
이하, 주요부 단면 구조도인 도 12에 나타내는 제조 공정에 따라, 이 다른 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(205)의 제조 방법을 설명한다. 또한, 여기에서는, 차광막(5)의 위에 하드 마스크막(6)이 적층된 마스크 블랭크(105)를 이용하여 위상 시프트 마스크(205)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 또, 여기에서는, 차광막(5)에 천이 금속과 규소를 함유하는 재료를 적용하고, 하드 마스크막(6)에는 크롬을 함유하는 재료를 적용하고 있는 경우에 대해서 설명한다. 또한, 에칭 가스 등의 상세에 대해서는, 제 1 실시 형태의 경우와 마찬가지이다.
우선, 마스크 블랭크(101)에 있어서의 하드 마스크막(6)에 접하여, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 다음으로, 레지스트막에 대하여, 차광막(5)에 형성해야 하는 차광 패턴을 전자선으로 묘화하고, 추가로 현상 처리 등의 소정의 처리를 행함으로써 제 1 레지스트 패턴(7a)을 형성한다(도 12(a) 참조). 계속해서, 제 1 레지스트 패턴(7a)을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 제 1 드라이 에칭을 행하여, 하드 마스크막(6)에 제 1 하드 마스크 패턴(6a)을 형성한다(도 12(b) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(7a)을 제거하고 나서, 하드 마스크 패턴(6a)을 마스크로 하고, 불소계 가스를 사용한 제 2 드라이 에칭을 행하여, 차광막(5)에 제 1 차광 패턴(5a)을 형성한다(도 12(c) 참조). 이 제 2 드라이 에칭에 의해, 하드 마스크 패턴(6a)은, 막두께가 이 드라이 에칭 전의 막두께보다도 얇아진다.
이 차광막(5)의 불소계 가스에 의한 드라이 에칭 시, 차광 패턴(5a)의 패턴 측벽의 수직성을 높이기 위해, 또 차광 패턴(5a)의 면 내의 CD(Critical Dimension) 균일성을 높이기 위해 추가의 에칭(오버 에칭)을 행한다. 그 오버 에칭 후에 있어서도, 에칭 스토퍼막(2)의 표면은 미소하게 에칭되는 정도이며, 차광 패턴(5a)의 투광부의 표면(700)에 있어서 투광성 기판(1)의 표면은 노출되지 않는다.
계속해서, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성하고, 그 후, 레지스트막에 대하여 전자선으로 묘화하고, 추가로 현상 처리 등의 소정의 처리를 행함으로써 제 2 레지스트 패턴(8b)을 형성한다(도 12(d) 참조).
계속해서, 에칭 스토퍼 패턴(2c) 및 굴입부(702)를 형성하기 위한 제 2 레지스트 패턴(8b)을 형성한다(도 12(d) 참조). 그 후, 염화 붕소(BCl3)와 염소(Cl2)의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 에칭 스토퍼막(2)에 에칭 스토퍼 패턴(2c)을 형성(도 12(e) 참조)한다. 계속해서 CF4 등의 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 투광성 기판(1)을 표면으로부터 소정의 깊이까지 굴입하여, 굴입부(702)를 형성한다(도 12(f) 참조).
그 후, 제 2 레지스트 패턴(8b)을 애싱이나 박리액 등을 이용하여 제거하고(도 12(g) 참조), 이어서 차광 패턴(5a)의 위에 남아 있는 하드 마스크 패턴(6a)을 제거한다(도 12(h) 참조). 하드 마스크 패턴(6a)의 제거는, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스의 드라이 에칭으로 행할 수 있다.
그 후, 세정 공정을 행하여, 필요에 따라서 마스크 결함 검사를 행한다. 또한, 결함 검사의 결과에 따라서는 필요에 따라서 결함 수정을 행하여, 위상 시프트 마스크(205)가 제조된다. 여기에서의 세정 공정에서는 암모니아 과수를 이용했지만, 에칭 스토퍼막(2)의 표면은 거의 용해되고 있지 않아, 에칭 스토퍼 패턴(2c)의 투광부(그 표면(700))에 있어서 투광성 기판(1)의 표면은 노출되지 않았다.
이 다른 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(205)는, 상기의 마스크 블랭크(105)를 이용하여 제작된 것이다. 이 때문에, 이 다른 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크(205)는, 차광 패턴(5a)의 측벽의 수직성이 높고, 차광 패턴(5a)의 면 내의 CD 균일성도 높다. 또, 위상 시프트 마스크(205)의 제조 도중에 있어서, 차광 패턴(5a)에 흑결함이 발견되어, 그 흑결함에 대하여 EB 결함 수정으로 수정할 때, 에칭 스토퍼 기능이 높은 것과, 에칭 종점을 검출하기 쉽기 때문에, 정밀도 좋게 흑결함을 수정할 수 있다.
[반도체 디바이스의 제조]
이 다른 실시 형태에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법은, 다른 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(205) 또는 다른 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(105)를 이용하여 제조된 위상 시프트 마스크(205)를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사용 패턴을 노광 전사하는 것을 특징으로 하고 있다. 다른 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(205)는, 차광 패턴(5a)의 측벽의 수직성이 높고, 차광 패턴(5a)의 면 내의 CD 균일성도 높다. 이 때문에, 다른 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(205)를 이용하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사하면, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족하는 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다.
또, 그 제조 도중에 차광 패턴(5a)에 존재하고 있던 흑결함을 EB 결함 수정으로 수정한 위상 시프트 마스크를 이용하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우에 있어서도, 정밀도 좋게 흑결함이 수정되어 있어, 그 위상 시프트 마스크의 결함이 존재하고 있던 차광 패턴(5a)의 부분에 대응하는 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 전사 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 피가공막을 드라이 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 152mm×약 152mm이고, 두께가 약 6.35mm의 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(1)을 준비했다. 이 투광성 기판(1)은, 단면(端面) 및 주표면을 소정의 표면 거칠기 이하(제곱 평균 평방근 거칠기(Rq)로 0.2nm 이하)로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리를 실시한 것이다.
다음으로, 투광성 기판(1)의 표면에 접하여, 알루미늄, 규소 및 산소로 이루어지는 에칭 스토퍼막(2)(AlSiO막)을 10nm의 두께로 형성했다. 구체적으로는, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, Al2O3 타겟과 SiO2 타겟을 동시 방전시켜, 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 하는 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 에칭 스토퍼막(2)을 형성했다. 다른 투광성 기판 상에 같은 조건으로 형성한 에칭 스토퍼막에 대하여 X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행한 결과, Al:Si:O=21:19:60(원자％비)였다. 즉, 이 에칭 스토퍼막(2)의 Si/[Si+Al]는, 0.475이다. 또한, X선 광전자 분광 분석법에 의한 분석에서는, RBS 분석(러더퍼드 후방 산란법에 의한 분석)의 결과를 근거로 수치 보정을 행하고 있다(이하의 분석에 있어서도 마찬가지임).
또, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 이용하여 에칭 스토퍼막(2)의 각 광학 특성을 측정한바, 파장 193nm의 광에 있어서의 굴절률(n)은 1.625, 소쇠 계수(k)는 0.0000(측정 하한)이었다.
다음으로, 에칭 스토퍼막(2)의 표면에 접하여, 규소와 산소를 함유한 SiO2로 이루어지는 위상 시프트막(3)을 173nm의 두께로 형성했다. 구체적으로는, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에 에칭 스토퍼막(2)이 형성된 후의 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화 규소(SiO2) 타겟을 이용하여, 아르곤(Ar) 가스(압력=0.03Pa)를 스퍼터링 가스, RF 전원의 전력을 1.5kW로 하여, RF 스퍼터링에 의해 에칭 스토퍼막(2)의 위에, SiO2로 이루어지는 위상 시프트막(3)을 173nm의 두께로 형성했다. 또한, 다른 투광성 기판의 주표면에 대하여, 같은 조건으로 SiO2로 이루어지는 위상 시프트막(3)만을 형성하고, 상기의 분광 엘립소미터를 이용하여 이 최상층의 광학 특성을 측정한바, 파장 193nm에 있어서의 굴절률(n)은 1.563, 소쇠 계수(k)는 0.0000(측정 하한)이었다.
그 후, 위상 시프트막(3)의 표면에 접하여, 크롬을 함유하는 차광막(5)을 59nm의 두께로 형성했다. 이 차광막(5)은, 크롬 외에 산소와 탄소를 함유하는 CrOC 막이다. 구체적으로는, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 위상 시프트막(3)이 형성된 후의 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하여, 이산화탄소(CO2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스 분위기에서의 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 차광막(5)을 형성했다.
다음으로, 상기 차광막(5)(CrOC 막)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 가열 처리를 실시했다. 구체적으로는, 핫 플레이트를 이용하여, 대기 중에서 가열 온도를 280도, 가열 시간을 5분으로 하여, 가열 처리를 행했다.
가열 처리 후의 차광막(5)에 대하여, X선 광전자 분광 분석법(ESCA, RBS 보정 있음)으로 분석을 행했다. 그 결과, 차광막(5)의 투광성 기판(1)측과는 반대측의 표면 근방의 영역(표면으로부터 2nm 정도의 깊이까지의 영역)은, 그 이외의 영역보다도 산소 함유량이 많은 조성 경사부(산소 함유량 40 원자％ 이상)를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 또, 차광막(5)의 조성 경사부를 제외한 영역에 있어서의 각 구성 원소의 함유량은, 평균치로 Cr: 71 원자％, O: 15 원자％, C: 14 원자％인 것을 알 수 있었다. 또한, 차광막(5)의 조성 경사부를 제외한 영역의 두께 방향에 있어서의 각 구성 원소의 차는, 모두 3 원자％ 이하이며, 두께 방향의 조성 경사는 실질적으로 없는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 이하에 나타내는 다른 막의 조성에 대해서도, 상기 차광막(5)과 마찬가지로, X선 광전자 분광 분석법(ESCA, RBS 보정 있음)에 의해 얻어진 것이다.
또, 가열 처리 후의 차광막(5)에 대하여, 분광 광도계(애질런트 테크놀로지사 제조 Cary4000)를 이용하여 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 광학 농도(OD)를 측정한바, 3.0 이상인 것을 확인할 수 있었다.
다음으로, 차광막(5)의 표면에 접하여, 규소와 산소를 함유한 SiO2로 이루어지는 하드 마스크막(6)을 12nm의 두께로 형성했다. 구체적으로는, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에 차광막(5)이 형성된 후의 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화 규소(SiO2) 타겟을 이용하여, 아르곤(Ar) 가스(압력=0.03Pa)를 스퍼터링 가스, RF 전원의 전력을 1.5kW로 하여, RF 스퍼터링에 의해, 차광막(5)의 위에, SiO2로 이루어지는 하드 마스크막(6)을 12nm의 두께로 형성했다. 이상의 순서로, 실시예 1의 마스크 블랭크를 제조했다.
또한, 다른 투광성 기판에 형성된 에칭 스토퍼막(2)의 ArF 엑시머 레이저의 파장(193nm)에 있어서의 투과율을 상기의 위상 시프트량 측정 장치로 측정한바, 투광성 기판(1)의 투과율을 100％로 했을 때의 투과율이 98.3％이며, 이 실시예 1의 에칭 스토퍼막(2)을 설치함으로써 발생하는 투과율의 저하의 영향은 작은 것을 알 수 있었다. 또, 그 에칭 스토퍼막(2)이 형성된 투광성 기판(1)을, 농도 0.5％의 암모니아수에 침지시켜 에칭 레이트를 측정한바, 0.1nm/min였다. 이 결과로부터, 이 실시예 1의 에칭 스토퍼막(2)은, 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제조하는 과정에서 행하여지는 약액 세정에 대하여 충분한 내성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
투광성 기판(1), 다른 투광성 기판(1)에 형성된 에칭 스토퍼막(2) 및 또 다른 투광성 기판(1)에 형성된 위상 시프트막(3)의 각각에 대하여, CF4 에칭 가스로 이용한 드라이 에칭을 같은 조건으로 행했다. 그리고, 각각의 에칭 레이트를 산출하여, 에칭 선택비의 비교를 행했다. 위상 시프트막(3)의 에칭 레이트에 대한 실시예 1의 에칭 스토퍼막(2)의 에칭 선택비는 0.11이었다. 한편, 위상 시프트막(3)의 에칭 레이트에 대한 실시예 1에서 이용한 투광성 기판(1)의 에칭 선택비는 거의 1이며, 실시예 1의 에칭 스토퍼막(2)은 충분히 높은 에칭 스토퍼 기능을 갖는 것을 알 수 있었다.
[위상 시프트 마스크의 제조와 평가]
다음으로, 이 실시예 1의 마스크 블랭크(101)를 이용하여, 이하의 순서로 실시예 1의 위상 시프트 마스크(201)를 제작했다. 먼저, 하드 마스크막(6)의 표면에 HMDS 처리를 실시했다. 계속해서, 스핀 도포법에 의해, 하드 마스크막(6)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 레지스트막을 막두께 80nm로 형성했다. 다음으로, 이 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리를 행하여, 제 1 레지스트 패턴(7a)을 형성했다(도 3(a) 참조).
다음으로, 제 1 레지스트 패턴(7a)을 마스크로 하고, CF4 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 하드 마스크막(6)에 제 1 하드 마스크 패턴(6a)을 형성했다(도 3(b) 참조).
다음으로, 제 1 레지스트 패턴(7a)을 TMAH에 의해 제거했다. 계속해서, 하드 마스크 패턴(6a)을 마스크로 하고, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 차광막(5)에 제 1 차광 패턴(5a)을 형성했다(도 3(c) 참조).
다음으로, 박막의 하드 마스크 패턴(6a)을 갖는 마스크 블랭크에 HMDS 처리를 행하여, 하드 마스크 패턴(6a)의 표면의 소수성화를 통하여 레지스트와의 밀착성이 향상하는 처리를 행했다. 계속해서, 스핀 도포법에 의해, 하드 마스크 패턴(6a)이나 표면이 노출된 위상 시프트막(3)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 레지스트막을 막두께 300nm로 형성했다. 다음으로, 이 레지스트막에 대하여, 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리를 행하여, 제 2 레지스트 패턴(8b)을 형성했다(도 3(d) 참조). 여기에서, 제 2 레지스트 패턴(8b)에는, 위상 시프트막에 결함이 형성되도록, 본래 형성되어야 하는 위상 시프트 패턴 외에 프로그램 결함을 더해 두었다.
다음으로, 제 2 레지스트 패턴(8b)과 차광 패턴(5a)을 마스크로 하고, CF4 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 위상 시프트막(3)에 위상 시프트 패턴(3c)을 형성했다(도 3(e) 참조). 이 에칭의 초기 단계에서는, 차광 패턴(5a)의 위에 형성되어 있는 하드 마스크 패턴(6a)도 에칭 마스크가 되지만, 이 하드 마스크의 재료와 위상 시프트막(3)의 재료가 같은 SiO2인 점에서, 하드 마스크 패턴(6a)은, 이른 단계에서 패턴의 일부가 에칭 소실된 하드 마스크 패턴(6d)이 된다.
이 불소계 가스(CF4 가스)에 의한 위상 시프트막(3)의 드라이 에칭에서는, 위상 시프트막(3)의 에칭의 개시로부터 에칭이 위상 시프트막(3)의 두께 방향으로 진행하여 에칭 스토퍼막(2)의 표면이 노출되기 시작하기까지의 에칭 시간(저스트 에칭 타임)에 더하여, 그 저스트 에칭 타임의 20％의 시간(오버 에칭 타임)만큼 추가의 에칭(오버 에칭)을 행했다. 또한, 이 불소계 가스에 의한 드라이 에칭은 25W의 전력으로 바이어스를 가하고 있으며, 소위 고바이어스 에칭의 조건에서 행하여졌다.
다음으로, 제 2 레지스트 패턴(8b)을 애싱에 의해 제거했다. 단, 애싱 제거를 대신하여 TMAH로 제거하는 것도 가능하다. 계속해서, 불소계 가스(CF4 가스)에 의한 드라이 에칭에 의해, 하드 마스크 패턴(6d)을 제거했다.
제작한 실시예 1의 레벤손형의 위상 시프트 마스크(201)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한바, 프로그램 결함을 배치하고 있던 개소의 위상 시프트 패턴(3c)에 결함이 확인되었다. 그 결함 부분에 대하여, 전자선과 XeF2 가스를 이용하는 EB 결함 수정을 행한바, 에칭 종점을 용이하게 검출할 수 있어, 에칭 스토퍼막(2)의 표면에의 에칭을 최소한에 그치게 할 수 있었다.
실시예 1의 방법으로 제작한 다른 마스크 블랭크를 이용하여, 마찬가지의 순서로 레벤손형의 위상 시프트 마스크를 제조하고, 위상 시프트 패턴의 면 내의 CD 균일성을 검사한바, 양호한 결과였다. 또, 위상 시프트 패턴의 단면을 STEM으로 관찰한바, 위상 시프트 패턴의 측벽의 수직성은 높고, 에칭 스토퍼막의 굴입은 1nm 미만으로 미소하여, 마이크로 트렌치도 발생하고 있지 않았다. 따라서, 실시예 1의 레벤손형 위상 시프트 마스크는, 위상 시프트 효과의 면 내 균일성이 높다고 할 수 있다. 또, 실시예 1의 마스크 블랭크로부터, 위상 시프트 효과의 면 내 균일성이 높은 레벤손형 위상 시프트 마스크를 제조 가능한 것도 알 수 있었다.
EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 1의 레벤손형 위상 시프트 마스크(201)에 대하여, AIMS193(Carl Zeiss사 제조)를 이용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 에칭 스토퍼막(2)을 설치한 것에 의한 투광부의 투과율의 저하가 노광 전사에 주는 영향은 미소했다. 또, EB 결함 수정을 행한 부분의 전사상은, 그 이외의 영역의 전사상에 비해 손색이 없는 것이었다. 이 결과로부터, EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 1의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하여, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(실시예 2)
[마스크 블랭크의 제조]
이 실시예 2의 마스크 블랭크는, 에칭 스토퍼막(2)의 재료 조성을 제외하고, 실시예 1의 마스크 블랭크와 마찬가지로 하여 제조되는 것이다. 따라서, 투광성 기판(1) 상에 에칭 스토퍼막(2), 위상 시프트막(3) 및 차광막(5)이 이 순서로 적층된 마스크 블랭크의 구조와, 투광성 기판(1), 위상 시프트막(3), 차광막(5)의 재료나 제법은 실시예 1과 동일한 것이다. 이하, 실시예 1의 마스크 블랭크와 상위하는 개소에 대해서 설명한다.
이 실시예 2의 에칭 스토퍼막(2)은, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, Al2O3 타겟과 SiO2 타겟을 동시 방전시켜, 아르곤 가스를 스퍼터링 가스로 하는 RF 스퍼터링으로 성막되는 AlSiO 막으로서, 그 원소 비율을 Al:Si:O=13:26:61(원자％비)로 한 것이다. 따라서, 이 에칭 스토퍼막(2)의 Si/[Si+Al]는 0.67이다. 이 에칭 스토퍼막(2)을 투광성 기판(1)의 표면에 접하여 10nm의 두께로 형성했다. 이 에칭 스토퍼막(2)의 광학 정수를 분광 엘립소미터로 측정한바, 파장 193nm의 광에 있어서의 굴절률(n)은 1.600, 소쇠 계수(k)는 0.0000(측정 하한)이었다.
실시예 1과 같은 방법으로, 에칭 스토퍼막(2)의 ArF 엑시머 레이저의 파장(193nm)에 있어서의 투과율을 측정한바, 투광성 기판(1)의 투과율을 100％로 했을 때의 투과율은 99.4％이며, 이 실시예 2의 에칭 스토퍼막(2)을 설치하는 것에 의한 투과율의 저하는 작았다. 또, 에칭 스토퍼막(2)이 형성된 투광성 기판을 농도 0.5％의 암모니아수에 침지시켜 에칭 레이트를 측정한바, 에칭 레이트는 0.1nm/min였다. 이 결과로부터, 이 실시예 2의 에칭 스토퍼막(2)은, 위상 시프트 마스크를 제조하는 과정에서 행하여지는 약액 세정에 대하여 충분한 내성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
또, 실시예 1과 같은 방법으로, CF4 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의, 위상 시프트막(3)의 에칭 레이트에 대한 실시예 2의 에칭 스토퍼막(2)의 에칭 선택비를 조사한바 0.24로, 실시예 2의 에칭 스토퍼막(2)은 실용상 충분히 높은 에칭 스토퍼 기능을 갖는 것이었다.
[위상 시프트 마스크의 제조와 평가]
다음으로, 이 실시예 2의 마스크 블랭크(101)를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로 실시예 2의 위상 시프트 마스크(201)를 제작했다. 위상 시프트 패턴(3c)에 배치한 프로그램 결함 부분에 대하여, 전자선과 XeF2 가스를 이용하는 EB 결함 수정을 행한바, 에칭 종점을 용이하게 검출할 수 있어, 에칭 스토퍼막(2)의 표면에의 에칭을 최소한에 그치게 할 수 있었다.
제조된 위상 시프트 마스크(201)는, 위상 시프트 패턴(3c)의 면 내의 CD 균일성 및 측벽 단면의 수직성이 높으며, 에칭 스토퍼막(2)에의 굴입은 1nm 미만으로 미소하여, 마이크로 트렌치도 발생하고 있지 않았다. AIMS193을 이용하여 이 위상 시프트 마스크를 이용했을 때의 노광 전사상의 시뮬레이션을 행한바, EB 결함 수정을 행한 것을 포함하여 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다.
(실시예 3)
이 실시예 3의 마스크 블랭크는, 에칭 스토퍼막(2)의 재료 조성을 제외하고, 실시예 1의 마스크 블랭크와 마찬가지로 하여 제조되는 것이다. 따라서, 투광성 기판(1) 상에 에칭 스토퍼막(2), 위상 시프트막(3) 및 차광막(5)이 이 순서로 적층된 마스크 블랭크의 구조와, 투광성 기판(1), 위상 시프트막(3), 차광막(5)의 재료나 제법은 실시예 1과 동일한 것이다. 이하, 실시예 1의 마스크 블랭크와 상위하는 개소에 대해서 설명한다.
이 실시예 3의 에칭 스토퍼막(2)은, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, Al2O3 타겟과 SiO2 타겟을 동시 방전시켜, 아르곤 가스를 스퍼터링 가스로 하는 RF 스퍼터링으로 성막되는 AlSiO 막으로서, 그 원소 비율을 Al:Si:O=7:28:65(원자％비)로 한 것이다. 따라서, 이 에칭 스토퍼막(2)의 Si/[Si+Al]는 0.8이다. 이 에칭 스토퍼막(2)을 투광성 기판(1)의 표면에 접하여 10nm의 두께로 형성했다. 이 에칭 스토퍼막(2)의 광학 정수를 분광 엘립소미터로 측정한바, 파장 193nm의 광에 있어서의 굴절률(n)은 1.589, 소쇠 계수(k)는 0.0000(측정 하한)이었다.
실시예 1과 같은 방법으로, 에칭 스토퍼막(2)의 ArF 엑시머 레이저의 파장(193nm)에 있어서의 투과율을 측정한바, 투광성 기판(1)의 투과율을 100％로 했을 때의 투과율은 99.8％이며, 이 실시예 3의 에칭 스토퍼막(2)을 설치하는 것에 의한 투과율의 저하는 작았다. 또, 에칭 스토퍼막(2)이 형성된 투광성 기판을 농도 0.5％의 암모니아수에 침지시켜 에칭 레이트를 측정한바, 에칭 레이트는 0.1nm/min였다. 이 결과로부터, 이 실시예 3의 에칭 스토퍼막(2)은, 위상 시프트 마스크를 제조하는 과정에서 행하여지는 약액 세정에 대하여 충분한 내성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
또, 실시예 1과 같은 방법으로, CF4 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의, 위상 시프트막(3)의 에칭 레이트에 대한 실시예 3의 에칭 스토퍼막(2)의 에칭 선택비를 조사한바 0.42로, 실시예 3의 에칭 스토퍼막(2)은 실용에 견디는 높은 에칭 스토퍼 기능을 갖는 것이었다.
[위상 시프트 마스크의 제조와 평가]
다음으로, 이 실시예 3의 마스크 블랭크(101)를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로 실시예 3의 위상 시프트 마스크(201)를 제작했다. 위상 시프트 패턴(3c)에 배치한 프로그램 결함 부분에 대하여, 전자선과 XeF2 가스를 이용하는 EB 결함 수정을 행한바, 에칭 종점을 용이하게 검출할 수 있어, 에칭 스토퍼막(2)의 표면에의 에칭을 최소한에 그치게 할 수 있었다.
제조된 위상 시프트 마스크(201)는, 위상 시프트 패턴(3c)의 면 내의 CD 균일성 및 측벽 단면의 수직성이 높으며, 에칭 스토퍼막(2)에의 굴입은 1nm 미만으로 미소하여, 마이크로 트렌치도 발생하고 있지 않았다. AIMS193을 이용하여 이 위상 시프트 마스크를 이용했을 때의 노광 전사상의 시뮬레이션을 행한바, EB 결함 수정을 행한 것을 포함하여 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다.
(실시예 4)
[마스크 블랭크의 제조]
이 실시예 4의 마스크 블랭크는, 에칭 스토퍼막(2)의 재료 조성을 제외하고, 실시예 1의 마스크 블랭크와 마찬가지로 하여 제조되는 것이다. 따라서, 투광성 기판(1) 상에 에칭 스토퍼막(2), 위상 시프트막(3) 및 차광막(5)이 이 순서로 적층된 마스크 블랭크의 구조와, 투광성 기판(1), 위상 시프트막(3), 차광막(5)의 재료나 제법은 실시예 1과 동일한 것이다. 이하, 실시예 1의 마스크 블랭크와 상위하는 개소에 대해서 설명한다.
이 실시예 4의 에칭 스토퍼막(2)은, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, Al2O3 타겟과 SiO2 타겟을 동시 방전시켜, 아르곤 가스를 스퍼터링 가스로 하는 RF 스퍼터링으로 성막되는 AlSiO 막으로서, 그 원소 비율을 Al:Si:O=31:8:61(원자％비)로 한 것이다. 따라서, 이 에칭 스토퍼막(2)의 Si/[Si+Al]는 0.20이다. 이 에칭 스토퍼막(2)을 투광성 기판(1)의 표면에 접하여 10nm의 두께로 형성했다. 이 에칭 스토퍼막(2)의 광학 정수를 분광 엘립소미터로 측정한바, 파장 193nm의 광에 있어서의 굴절률(n)은 1.720, 소쇠 계수(k)는 0.0328이었다.
실시예 1과 같은 방법으로, 에칭 스토퍼막(2)의 ArF 엑시머 레이저의 파장(193nm)에 있어서의 투과율을 측정한바, 투광성 기판(1)의 투과율을 100％로 했을 때의 투과율은 95.2％이며, 이 실시예 4의 에칭 스토퍼막(2)을 설치하는 것에 의한 투과율의 저하는, 실용에 견디는 범위의 것인 것을 알 수 있었다. 또, 에칭 스토퍼막(2)이 형성된 투광성 기판을 농도 0.5％의 암모니아수에 침지시켜 에칭 레이트를 측정한바, 에칭 레이트는 0.2nm/min였다. 이 결과로부터, 이 실시예 4의 에칭 스토퍼막(2)은, 위상 시프트 마스크를 제조하는 과정에서 행하여지는 약액 세정에 대하여 충분한 내성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
또, 실시예 1과 같은 방법으로, CF4 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의, 위상 시프트막(3)의 에칭 레이트에 대한 실시예 4의 에칭 스토퍼막(2)의 에칭 선택비를 조사한바 0.035이며, 실시예 4의 에칭 스토퍼막(2)은 충분히 높은 에칭 스토퍼 기능을 갖는 것이었다.
[위상 시프트 마스크의 제조와 평가]
다음으로, 이 실시예 4의 마스크 블랭크(101)를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로 실시예 4의 위상 시프트 마스크(201)를 제작했다. 위상 시프트 패턴(3c)에 배치한 프로그램 결함 부분에 대하여, 전자선과 XeF2 가스를 이용하는 EB 결함 수정을 행한바, 에칭 종점을 용이하게 검출할 수 있어, 에칭 스토퍼막(2)의 표면에의 에칭을 최소한에 그치게 할 수 있었다.
제조된 위상 시프트 마스크(201)는, 위상 시프트 패턴(3c)의 면 내의 CD 균일성 및 측벽 단면의 수직성이 높으며, 에칭 스토퍼막(2)에의 굴입은 1nm 미만으로 미소하고, 마이크로 트렌치도 발생하지 않았다. AIMS193을 이용하여 이 위상 시프트 마스크를 이용했을 때의 노광 전사상의 시뮬레이션을 행한바, EB 결함 수정을 행한 것을 포함하여 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다.
(실시예 5)
[마스크 블랭크의 제조]
이 실시예 5의 마스크 블랭크(101)는, 실시 형태 2에 대응한 실시예이며, 투광성 기판(1) 상에 에칭 스토퍼막(2), 위상 시프트막(3) 및 차광막(5)이 이 순서로 적층된 마스크 블랭크의 구조를 갖는다. 또한, 차광막(5)의 위에는 CrN로 이루어지는 하드 마스크막(6)이 형성되어 있다. 이 중에서, 투광성 기판(1), 에칭 스토퍼막(2) 및 위상 시프트막(3)의 재료나 제법은 실시예 1과 동일한 것이며, 실시예 1과 다른 것은 차광막(5) 및 하드 마스크막(6)이다. 실시예 5의 차광막(5)은, 하층의 MoSiN과 상층의 MoSiN으로 이루어지는 적층 구조의 Si 함유 재료로 이루어진다. 이하, 실시예 5의 마스크 블랭크에 대해서, 실시예 1의 마스크 블랭크와 상위하는 개소에 대해서 설명한다.
이 실시예 5의 차광막(5)은, 상술한 바와 같이 하층의 MoSiN층과 상층의 MoSiN층으로 이루어지는 적층 구조막이지만, 그 적층막은 하기와 같이 하여 제작했다. 여기에서, 하층의 MoSiN층은 주로 노광광의 흡수 기능(차광 기능)을 갖고, 상층의 MoSiN층은 노광광 및 마스크 패턴 결함 검사광에 대한 표면 반사 방지 기능을 갖는다.
위상 시프트막(3) 상에 MoSiN층(하층(차광층))을 막두께 47nm로 성막하고, 계속하여, MoSiN층(상층(표면 반사 방지층))을 막두께 4nm로 성막함으로써, ArF 엑시머 레이저(파장 193nm)용 차광막(5)(총 막두께 51nm)을 형성했다. 구체적으로는, 위상 시프트막(3)이 형성된 투광성 기판(1)을 매엽식 스퍼터링 장치 내에 설치 후, 스퍼터 타겟에 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)과의 혼합 타겟(원자％비 Mo:Si=13:87)을 이용하여, 아르곤과 질소와의 혼합 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, MoSiN 막(하층(차광층))을 막두께 47nm로 성막하고, 계속하여, Mo/Si 타겟(원자％비 Mo:Si=13:87)을 이용하여, 아르곤과 질소와의 혼합 가스 분위기에서, MoSiN 막(상층(표면 반사 방지층))을 막두께 4nm로 성막했다.
다음으로, 차광막(5)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 450℃에서 30분간 가열 처리(어닐 처리)를 행하여, 차광막(5)의 막 응력을 저감시키는 처리를 행했다. 또한, 같은 순서로 어닐 처리까지 행한 차광막(5)을 구비한 기판을 제조하여, X선 광전자 분광 분석(ESCA)으로 분석(단, 분석치에 RBS 보정을 행하고 있음)한바, 하층(Mo: 9.2 원자％, Si: 68.3 원자％, N: 22.5 원자％), 하층측 근방의 상층(Mo: 5.8 원자％, Si: 64.4 원자％, N: 27.7 원자％, O: 2.1 원자％)의 막 조성인 것이 확인되었다. 또한, 상층의 표층에 대한 X선 광전자 분광 분석(ESCA)의 결과는, 질소가 14.4 원자％, 산소가 38.3 원자％였다. 또, 이 차광막(5)의 하층의 193nm의 광에 대한 굴절률(n)은 1.88이고, 소쇠 계수(k)는 2.20이었다. 상층의 굴절률(n)은 2.07이고, 소쇠 계수(k)는 1.14였다. 차광막(5)의 광학 농도(OD)는 3.0이며, ArF 엑시머 레이저광을 충분히 차광하는 기능이 차광막(5)에 구비되어 있었다.
차광막(5)을 제작 후, 차광막(5)의 상층의 표면에 접하여, 크롬 및 질소로 이루어지는 하드 마스크막(6)(CrN 막)을 5nm의 두께로 형성했다. 구체적으로는, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 가열 처리 후의 차광막(5)까지 구비한 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하여, 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 하드 마스크막(6)을 형성했다. 다른 투광성 기판 상에 같은 조건으로 형성한 하드 마스크막에 대하여 X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행한 결과, Cr:N=72:28(원자％비)였다. 이상의 순서로, 실시예 5의 마스크 블랭크를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조와 평가]
다음으로, 이 실시예 5의 마스크 블랭크(101)를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로 실시예 5의 위상 시프트 마스크(201)를 제작했다. 제조 공정적으로 실시예 1과 다른 점은, 차광막(5)과 하드 마스크막(6)에 관련된 공정뿐이므로, 여기에서는 그 점에 초점을 두고 설명한다.
실시예 5에서는, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭에 의해, 하드 마스크막(6)에 차광 패턴(5a)용 하드 마스크 패턴(6a)을 형성했다(도 3(b) 참조).
또, 불소계 가스(SF6과 He의 혼합 가스)를 이용한 드라이 에칭에 의해, 하드 마스크 패턴(6a)을 에칭 마스크로 하여, 차광막(5)에 차광 패턴(5a)을 형성했다(도 3(c) 참조). 또한, 이 불소계 가스에 의한 드라이 에칭은 10W의 전력으로 바이어스를 가하고 있으며, 소위 고바이어스 에칭의 조건에서 행하여졌다.
하드 마스크 패턴(6d)의 제거 공정(도 3(g) 참조)에서는, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭으로 하드 마스크 패턴(6d)을 제거했다. 이 이외의 공정은 실시예 1의 프로세스에 준했다.
실시예 5에 의해 제작된 위상 시프트 마스크(201)는, 투광성 기판(1) 상에 AlSiO 막으로 이루어지는 에칭 스토퍼막(2)이 형성되어 있기 때문에, 실시예 1의 위상 시프트 마스크(201)와 마찬가지의 효과가 있었다. 즉, 위상 시프트 패턴(3c)의 면 내의 CD 균일성 및 측벽 단면의 수직성이 높으며, 에칭 스토퍼막(2)에의 굴입은 1nm 미만으로 미소하고, 마이크로 트렌치도 발생하고 있지 않았다. 또, 위상 시프트 패턴(3c)의 결함도 EB 결함 수정으로 고정밀도로 수정할 수 있었다. 약액 세정 내성도 실시예 1과 마찬가지의 내성이 있어, 약액 세정에 따르는 패턴 벗겨짐 등의 이상은 관찰되지 않았다. AIMS193을 이용하여 이 위상 시프트 마스크를 이용했을 때의 노광 전사상의 시뮬레이션을 행한바, EB 결함 수정을 행한 것을 포함하여 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다.
(실시예 6)
[마스크 블랭크의 제조]
이 실시예 6의 마스크 블랭크(103)는, 실시 형태 3에 대응한 실시예이며, 투광성 기판(1) 상에 에칭 스토퍼막(2), 하층(31), 에칭 스토퍼 기능을 갖는 상층(32), 및 차광막(5)이 이 순서로 적층된 마스크 블랭크의 구조를 갖는다(도 4 참조). 또한, 차광막(5)의 위에는 하드 마스크막(6)이 형성되어 있다. 이 중에서, 투광성 기판(1), 에칭 스토퍼막(2), 하층(31), 차광막(5) 및 하드 마스크막(6)의 재료나 제법은 실시예 1과 같은 것이다. 실시예 1과 다른 것은, 하층(31)의 막두께와, AlSiO로 이루어지는 에칭 스토퍼 기능을 갖는 상층(32)의 도입이다. 이하, 실시예 6의 마스크 블랭크에 대해서, 실시예 1의 마스크 블랭크와 상위하는 개소에 대해서 설명한다.
에칭 스토퍼막(2)의 표면에 접하여, 규소와 산소를 함유한 SiO2로 이루어지는 하층(31)을 166nm의 두께로 형성했다. 성막 조건은 실시예 1과 같으며, 성막 시간을 제어하여 이 막두께를 얻었다. 실시예 1과 같은 조건으로 성막했기 때문에, 실시예 1과 마찬가지로, 하층(31)의 파장 193nm에 있어서의 굴절률(n)은 1.563, 소쇠 계수(k)는 0.0000(측정 하한)이었다.
계속해서, 하층(31)의 표면에 접하여, 알루미늄, 규소 및 산소로 이루어지는 에칭 스토퍼 기능을 갖는 상층(32)(AlSiO 막)을 5nm의 두께로 형성했다. 성막 조건은 에칭 스토퍼막(2)과 같으며, 따라서 구성 원소의 조성도 에칭 스토퍼막(2)과 같아, Al:Si:O=21:19:60(원자％비)이며, Si/[Si+Al]는 0.475이다. 위상 시프트 기능의 일부를 겸비하는 상층(32)은, 하층(31)과 합쳐서, 노광광의 위상을 반전시키는 적층 구조의 위상 시프트막(4)을 형성한다.
　상층(32)은, 에칭 스토퍼막(2)과 동일한 조성의 막이므로, 실시예 1의 결과로부터, 이 실시예 6의 상층(32)은, 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제조하는 과정에서 행하여지는 약액 세정에 대하여 충분한 내성을 갖는다. 상층(32)은 위상 시프트 기능을 담당하므로, 약액 세정에 대하여 충분한 내성을 갖는 것은 위상 제어성을 높이는 관점에서 큰 의미를 갖는다.
[위상 시프트 마스크의 제조와 평가]
다음으로, 이 실시예 6의 마스크 블랭크(103)를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로 실시예 6의 위상 시프트 마스크(203)를 제작했다. 제조 공정적으로 실시예 1과 다른 점은, 상층(32)과 하드 마스크막(6)에 관련된 공정뿐이므로, 여기에서는 그 점에 초점을 맞추어 설명한다.
실시예 6에서는, 상층 패턴(32c)의 형성은, 제 2 레지스트 패턴(8b)과 하드 마스크 패턴(6a)을 마스크로 하여, 염화 붕소(BCl3)와 염소(Cl2)의 혼합 가스를 사용한 드라이 에칭에 의해 행했다(도 6(e) 참조).
하드 마스크 패턴(6d)의 제거는, 불소계 가스(CF4 가스)에 의한 드라이 에칭에 의해 행했다(도 6(h) 참조). 이 이외의 공정은 실시예 1의 프로세스에 준했다.
실시예 6에 의해 제작된 위상 시프트 마스크(203)는, 투광성 기판(1) 상에 AlSiO 막으로 이루어지는 에칭 스토퍼막(2)이 형성되어 있기 때문에, 실시예 1의 위상 시프트 마스크(201)에서 나타난 것과 마찬가지의 효과가 있다. 또, 상층(32)도 불소계 가스의 에칭에 대하여 충분한 에칭 스토퍼 기능이 있기 때문에, 하드 마스크 패턴(6d) 제거의 드라이 에칭 시에 있어서, 대부분 에칭되지 않고 표면 거칠어짐도 일으키지 않았다. 이 때문에, 하층 패턴(31c)과 상층 패턴(32c)으로 이루어지는 위상 시프트 패턴(4c)은, 노광광(ArF 엑시머 레이저광)에 대하여 소정의 위상차를 부여하는 지극히 정밀도가 높은 위상 시프트 패턴이 되었다.
이 실시예 6의 위상 시프트 마스크(203)는, 세정용 약액에 충분한 내성이 있는 재료로 구성되어 있으므로, 충분한 약액 세정 내성이 있어, 약액 세정에 따르는 패턴 벗겨짐 등의 이상은 관찰되지 않는다. 확인을 위해, AIMS193을 이용하여 이 위상 시프트 마스크를 이용했을 때의 노광 전사상의 시뮬레이션을 행한바, EB 결함 수정을 행한 것을 포함하여 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다.
(실시예 7)
[마스크 블랭크의 제조]
이 실시예 7의 마스크 블랭크(103)는, 실시 형태 4에 대응한 실시예이며, 투광성 기판(1), 에칭 스토퍼막(2), 하층(31), 상층(32) 및 차광막(5)이 이 순서로 적층된 마스크 블랭크의 구조를 갖는다. 또한, 차광막(5)의 위에는 실시예 5와 마찬가지로 CrN로 이루어지는 하드 마스크막(6)이 형성되어 있다. 이 중에서, 구성 부재인 투광성 기판(1), 하층(31), 상층(32) 및 차광막(5)의 재료나 제법은 실시예 5와 같은 것이다. 상층(32)은, Al:Si:O=21:19:60(원자％비)의 조성비를 갖는 AlSiO로 이루어지는 불소계 가스에 대하여 에칭 스토퍼 기능을 갖는 막이다. 상층(32)은, 하층(31)에 합쳐서, 노광광의 위상을 반전시키는 적층 구조의 위상 시프트막(4)을 형성한다.
[위상 시프트 마스크의 제조와 평가]
다음으로, 이 실시예 7의 마스크 블랭크(103)를 이용하여, 실시예 5와 마찬가지의 순서로 실시예 7의 위상 시프트 마스크(203)를 제작했다. 제조 공정적으로 실시예 5와 다른 점은, 상층(32)에 관련된 공정뿐이므로, 여기에서는 그 점에 초점을 맞추어 설명한다.
실시예 7에서는, 하드 마스크 패턴(6a)을 마스크로 하여 불소계 가스(SF6과 He의 혼합 가스)를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 차광막(5)에 차광 패턴(5a)을 형성하고 있다(도 6(c) 참조). 또한, 이 불소계 가스에 의한 드라이 에칭은 10W의 전력으로 바이어스를 가하고 있으며, 소위 고바이어스 에칭의 조건으로 행하여진다. 상층(32)의 위에 형성되는 차광 패턴(5a)은, 상층(32)이 충분한 에칭 스토퍼로서 기능하기 때문에, 차광 패턴(5a)의 형성에 있어서 필요로 하기에 충분한 오버 에칭을 행할 수 있어, 수직인 단면 형상이고, 면 내 CD가 높은 것이 되었다. 또, 이 에칭 시에, 상층(32)이 노출되어 있는 표면(700)은 대부분 에칭되지 않고, 위상 시프트막으로서 위상 제어성을 높게 유지할 수 있었다.
상층 패턴(32c)의 형성에 관해서는, 실시예 6과 마찬가지로, 제 2 레지스트 패턴(8b)과 하드 마스크 패턴(6a)을 마스크로 하여, 염화 붕소(BCl3)와 염소(Cl2)의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 행했다(도 6(e) 참조).
실시예 7에 의해 제작된 위상 시프트 마스크(203)는, 투광성 기판(1) 상에 AlSiO 막으로 이루어지는 에칭 스토퍼막(2)이 형성되어 있기 때문에, 실시예 1의 위상 시프트 마스크(201)로 나타난 것과 마찬가지의 효과가 있다. 또, 상층(32)도 불소계 가스의 에칭에 대하여 충분한 에칭 스토퍼 기능이 있기 때문에, 차광 패턴(5a)을 형성할 때의 드라이 에칭 시에 있어서, 거의 에칭되지 않고 표면 거칠어짐도 일으키지 않았다. 이 때문에, 하층 패턴(31c)과 상층 패턴(32c)은, 노광광(ArF 엑시머 레이저광)에 대하여 소정의 위상차를 부여하는 지극히 정밀도가 높은 위상 시프트 패턴이 되었다. 또, 차광 패턴(5a)은, 면 내 CD 균일성이 높아, 단면 측벽 형상이 수직에 가까운 소망하는 것이 되었다.
또, 이 실시예 7의 위상 시프트 마스크(203)는, 세정용 약액에 충분한 내성이 있는 재료로 구성되어 있으므로, 충분한 약액 세정 내성이 있어, 약액 세정에 따른 패턴 벗겨짐 등의 이상은 관찰되지 않는다. 확인을 위해, AIMS193을 이용하여 이 위상 시프트 마스크를 이용했을 때의 노광 전사상의 시뮬레이션을 행한바, EB 결함 수정을 행한 것을 포함하여 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다.
(비교예 1)
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 1의 마스크 블랭크는, 에칭 스토퍼막을 알루미늄과 산소로 이루어지는 재료로 형성한 것을 제외하고, 실시예 1의 마스크 블랭크와 마찬가지의 구성을 구비한다. 이 비교예 1의 에칭 스토퍼막은, 투광성 기판(1)의 표면에 접하여, 10nm의 두께로 형성한 알루미늄 및 산소로 이루어지는 AlO 막이다. 구체적으로는, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, Al2O3 타겟을 이용하여, 아르곤 가스를 스퍼터링 가스로 하는 RF 스퍼터링에 의해, 에칭 스토퍼막을 형성했다. 다른 투광성 기판 상에 같은 조건으로 형성한 에칭 스토퍼막에 대하여 X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행한 결과, Al:O=42:58(원자％비)였다. 따라서, 이 에칭 스토퍼막의 Si/[Si+Al]는 0이다. 이 에칭 스토퍼막의 광학 정수를 분광 엘립소미터를 이용하여 측정한바, 파장 193nm의 광에 있어서의 굴절률(n)은 1.864, 소쇠 계수(k)는 0.0689였다.
실시예 1과 같은 방법으로, 이 에칭 스토퍼막의 ArF 엑시머 레이저의 파장(193nm)에 있어서의 투과율을 측정한바, 투광성 기판(1)의 투과율을 100％로 했을 때의 투과율은 91.7％이며, 이 비교예 1의 에칭 스토퍼막을 설치하는 것에 의해 발생하는 투과율의 저하의 영향은 비교적 큰 것을 알 수 있었다. 그 에칭 스토퍼막이 형성된 투광성 기판을, 농도 0.5％의 암모니아수에 침지시켜 에칭 레이트를 측정한바, 에칭 레이트는 4.0nm/min였다. 이 결과로부터, 이 비교예 1의 에칭 스토퍼막은, 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제조하는 과정에서 행하여지는 약액 세정에 대하여 충분한 내성을 갖고 있지 않은 것을 알 수 있었다.
또, 실시예 1과 같은 방법으로, CF4 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의, 위상 시프트막의 에칭 레이트에 대한 비교예 1의 에칭 스토퍼막의 에칭 선택비를 조사한바 0.015로, 비교예 1의 에칭 스토퍼막은 충분한 에칭 스토퍼 기능을 갖고 있었다.
[위상 시프트 마스크의 제조와 평가]
다음으로, 이 비교예 1의 마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로 비교예 1의 위상 시프트 마스크를 제작했다. 제작한 비교예 1의 레벤손형의 위상 시프트 마스크에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한바, 프로그램 결함 이외의 결함이 다수 검출되었다. 각 결함 개소를 조사한바, 위상 시프트 패턴이 탈락하고 있는 것에 기인하는 결함이 대부분이었다. 또한, 프로그램 결함을 배치하고 있던 개소의 결함 부분에 대하여, 전자선과 XeF2 가스를 이용하는 EB 결함 수정을 행한바, 에칭 종점을 용이하게 검출할 수 있어, 에칭 스토퍼막의 표면에의 에칭을 최소한에 그치게 할 수 있었다.
다른 마스크 블랭크를 이용하여, 마찬가지의 순서로 위상 시프트 마스크를 제조하고, 위상 시프트 패턴이 탈락하고 있지 않은 개소에 대해서, 위상 시프트 패턴의 단면을 STEM으로 관찰한바, 투광부의 에칭 스토퍼막이 소실(약액 세정에 의한 용해)되어 있고, 위상 시프트 패턴이 존재하고 있는 영역의 직하의 에칭 스토퍼막도, 위상 시프트 패턴의 측벽측으로부터 내측을 향해 용해가 진행되고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과로부터, 에칭 스토퍼막이 약액 세정에 의해 용해된 것이, 위상 시프트 패턴의 탈락이 다발한 요인이라고 추측할 수 있었다.
EB 결함 수정을 행한 후의 비교예 1의 레벤손형 위상 시프트 마스크에 대하여, AIMS193(Carl Zeiss사 제조)를 이용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 만족할 수 없었다. 위상 시프트 패턴의 탈락에 의해 정상적인 노광 전사가 되어 있지 않은 개소가 다수 발견되었다. 또, 위상 시프트 패턴 자체는 정밀도 좋게 형성되어 있는 개소에서 있어서도, 에칭 스토퍼막의 ArF 엑시머 레이저광에 대한 투과율이 낮은 것에 기인하는 것으로 생각되는 전사상의 정밀도 저하가 확인되었다. 이 결과로부터, EB 결함 수정의 유무에 관계없이, 비교예 1의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하여, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴에는, 회로 패턴의 단선이나 단락이 다발하는 것이 예상된다.
1 : 투광성 기판
2 : 에칭 스토퍼막
3 : 위상 시프트막
3c, 3e : 위상 시프트 패턴
4 : 위상 시프트막
4c : 위상 시프트 패턴
5 : 차광막
5a, 5f : 차광 패턴
6, 9 : 하드 마스크막
6a, 6d, 6f, 9e, 9f : 하드 마스크 패턴
7a : 레지스트 패턴
8b : 레지스트 패턴
31 : 하층
31c : 하층 패턴
32 : 상층(에칭 스토퍼막)
32c : 상층 패턴(에칭 스토퍼 패턴)
101, 103, 105 : 마스크 블랭크
201, 203, 205 : 위상 시프트 마스크
700 : 위상 시프트막의 표면
701 : 위상 시프트 패턴의 개구부의 표면
702 : 굴입부
900 : 패턴 형성 영역
901 : 차광대 형성 영역

Claims (20)

  1. 투광성 기판의 주표면 상에 차광막을 구비한 마스크 블랭크로서,
    상기 투광성 기판 상에, 에칭 스토퍼막, 위상 시프트막 및 상기 차광막이 이 순서로 적층된 구조를 구비하고,
    상기 위상 시프트막은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고,
    상기 에칭 스토퍼막은, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지며,
    상기 에칭 스토퍼막은, 상기 규소 및 산소의 결합과, 알루미늄 및 산소의 결합을 포함하는 아몰퍼스 구조인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭 스토퍼막은, 산소 함유량이 60 원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭 스토퍼막은, 상기 규소 및 상기 알루미늄의 합계 함유량에 대한 상기 규소의 함유량의 원자％에 의한 비율이, 4/5 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭 스토퍼막은, 규소, 알루미늄 및 산소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭 스토퍼막은, 상기 투광성 기판의 주표면에 접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭 스토퍼막은, 두께가 3nm 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 하층과, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 상층이 이 순서로 적층된 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 상기 위상 시프트막을 투과한 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 같은 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광과의 사이에서 150도 이상 200도 이하의 위상차를 발생하게 하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 노광광을 95％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광막은, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광막은, 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 차광막 상에, 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 하드 마스크막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 차광막 상에, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 하드 마스크막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막과 상기 차광막의 사이에, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 중간 하드 마스크막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  15. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막에 위상 시프트 패턴을 갖고, 상기 차광막에 차광 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  16. 투광성 기판 상에, 에칭 스토퍼막, 위상 시프트막 및 차광막이 이 순서로 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크의 제조 방법으로서,
    성막실 내에, 규소를 함유하는 타겟과 알루미늄을 함유하는 타겟을 배치하고, 기판 스테이지에 상기 투광성 기판을 배치하고, 상기 규소를 함유하는 타겟과 상기 알루미늄을 함유하는 타겟의 각각에 대하여 전압을 인가하는 스퍼터링을 실시함으로써, 규소, 알루미늄 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고, 상기 규소 및 산소의 결합과, 알루미늄 및 산소의 결합을 포함하는 아몰퍼스 구조를 갖는 상기 에칭 스토퍼막을 형성하는 공정과,
    상기 에칭 스토퍼막의 위에, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 상기 위상 시프트막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크의 제조 방법.
  17. 제 1 항에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서,
    드라이 에칭에 의해 상기 차광막에 차광대를 포함하는 차광 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 차광 패턴을 갖는 차광막과 레지스트 패턴을 갖는 레지스트막을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해 상기 위상 시프트막에 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  18. 제 14 항에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서,
    염소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해 상기 하드 마스크막에 차광막에 형성해야 하는 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 차광막에 형성해야 하는 패턴을 갖는 하드 마스크막을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해 상기 차광막에 차광 패턴을 형성하는 공정과,
    염소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해 상기 중간 하드 마스크막에 상기 위상 시프트막에 형성해야 하는 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 위상 시프트막에 형성해야 하는 패턴을 갖는 중간 하드 마스크막을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해 위상 시프트막에 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 차광 패턴을 갖는 차광막을 마스크로 하여, 염소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해 중간 하드 마스크막에 하드 마스크 패턴을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  19. 제 15 항에 기재된 위상 시프트 마스크를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 위상 시프트 마스크 상의 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  20. 제 17 항 또는 제 18 항에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 위상 시프트 마스크 상의 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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