KR102234352B1 - 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 투광성 기판(10) 상에, 당해 투광성 기판측으로부터 순서대로 위상 시프트막(11), 차광막(13) 및 하드 마스크막(15)을 적층한 구조를 갖는 마스크 블랭크로서, 상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되고, 상기 하드 마스크막은 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되며, 상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 형성되고, 하층(13a), 중간층(13b) 및 상층(13c)의 3층을 적층한 구조를 가지며, 상기 상층은 크롬의 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 많고, 상기 중간층은 크롬의 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 적으며, 또한 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소를 함유하고 있다.

Description

마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법{MASK BLANK, PHASE-SHIFT-MASK PRODUCTION METHOD, PHASE SHIFT MASK, AND SEMICONDUCTOR-DEVICE PRODUCTION METHOD}
본 발명은, 하프톤형의 위상 시프트 마스크용 마스크 블랭크, 이 마스크 블랭크를 이용한 위상 시프트 마스크 및 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 나아가서는 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
하프톤형의 위상 시프트 마스크의 마스크 블랭크로서, 기판측으로부터 금속 실리사이드계 재료의 반투광성 위상 시프트막, 크롬계 화합물로 이루어지는 크롬막(차광막), 무기계 재료로 이루어지는 에칭 마스크용 막(하드 마스크막)을 적층한 구성을 갖는 것이 있다. 이러한 마스크 블랭크를 이용하여 위상 시프트 마스크를 제작하는 경우, 우선, 마스크 블랭크의 표면에 형성한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 에칭 마스크용 막을 패터닝하고, 다음으로 에칭 마스크용 막을 마스크로 하여 염소와 산소의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭으로 차광막을 패터닝하며, 또한 차광막의 패턴을 마스크로 하여 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 위상 시프트막을 패터닝한다(국제공개 제2004/090635호 공보(특허문헌 1) 참조).
한편, 크롬계 화합물로 이루어지는 차광막의 광학 특성을 유지하면서, 에칭 레이트를 높이는 것을 목적으로 하여, 크롬계 재료에 주석을 함유시켜 차광막으로 하는 구성이 제안되어 있다. 이 경우, 차광막에 있어서의 상층은 주석을 함유하지 않는, 또는 주석의 함유비가 낮은 층으로 하고, 하층은 높은 주석 함유비의 층으로 하면, 상층(표면측)의 에칭 속도에 대해서 하층(기판측)의 에칭 속도만을 향상시킬 수 있어, 오버 에칭 시간을 짧게 설정하는 것이 가능해진다. 한편, 기판측의 주석 함유비를 낮게 설계한 경우에는, 드라이 에칭 시의 크롬의 모니터링에 의한 종단 검출을 보다 용이하게 할 수 있다고 하고 있다(일본국 특개 2013-238776호 공보(특허문헌 2) 참조).
국제공개 제2004/090635호 공보 일본국 특개 2013-238776호 공보
특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같은 마스크 블랭크에 있어서, 크롬계 화합물로 이루어지는 차광막은, 하프톤막을 투과한 노광광을 소정의 광량(光量)에까지 저하시키는 차광 성능을 구비하는 것이 요구된다. 이 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제작할 때, 차광막에 차광대를 포함하는 패턴이 형성된다. 그리고, 위상 시프트막과 차광막의 적층 구조로 소정의 광학 농도를 만족시키는 것이 요구된다. 동시에, 이 차광막에는, 위상 시프트막을 불소계 가스의 드라이 에칭에 의해 패터닝하여 위상 시프트 패턴을 형성할 때에 에칭 마스크로서 기능하는 것이 요구된다. 위상 시프트 마스크의 완성 단계에서는, 차광막에는 차광 패턴 등의 비교적 성긴 패턴이 형성되는 것이 일반적이다. 그러나, 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제작하는 도상(途上)에 있어서, 차광막은, 위상 시프트막에 미세한 전사 패턴인 위상 시프트 패턴을 형성할 때에 에칭 마스크로서 기능할 필요가 있다. 이 때문에, 차광막에 있어서도 미세 패턴을 높은 치수 정밀도로 형성할 수 있는 것이 요망된다.
크롬계 화합물로 이루어지는 차광막에 대해서, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭으로 미세 패턴을 높은 치수 정밀도로 형성할 수 있도록 하려면, 차광막에 미세 패턴의 형성을 끝마칠 때까지 필요로 하는 에칭 타임을 짧게 할 필요가 있다. 차광막의 두께를 얇게 함으로써 에칭 타임을 단축할 수 있다. 그러나, 상기와 같이, 차광막은 노광광에 대한 소정의 광학 농도를 확보하지 않으면 안 되어, 차광막의 두께를 얇게 하는 데에는 한계가 있다. 이 때문에, 차광막의 에칭 레이트를 빠르게 하는 것이 요구된다.
차광막 중의 크롬 함유량이 적어질수록, 또 산소 함유량이 많아질수록 에칭 레이트는 빨라지는 경향이 있다. 그러나, 차광막 중의 크롬 함유량이 적어짐에 따라 차광막을 구성하는 재료의 소쇠 계수(k)가 작아진다. 즉, 차광막의 광학 농도가 작아진다. 차광막에 있어서의 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트와 노광광에 대한 광학 농도와의 사이에는 트레이드오프의 관계가 있다.
한편, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 에칭 가스에 이용하는 드라이 에칭은, 이방성 에칭의 경향이 작고, 등방성 에칭의 경향이 크다. 이 때문에, 크롬계 화합물로 이루어지는 차광막을 패터닝하는 드라이 에칭 시, 차광막의 표면측으로부터 위상 시프트막측을 향하여 진행되는 에칭뿐만 아니라, 차광막의 측벽방향으로 진행되는 에칭, 이른바 사이드 에칭이 생기기 쉽다. 이 사이드 에칭은, 에칭 레이트가 빠른 재료일수록 진행되기 쉽다. 차광막을 에칭 레이트가 상대적으로 빠른 재료(예를 들면, 크롬 함유량이 적은 재료)로 형성한 경우, 에칭 측벽이 에칭 가스에 의해 침식되어 차광막 패턴의 단면(斷面)이 패인 형상이 되기 쉽다. 에칭 레이트가 상대적으로 빠른 재료로 차광막을 형성한 경우, 예를 들면 패턴 치수가 50nm 이하인 서브레졸루션 보조구조체(Sub-Resolution Assist Feature:SRAF)를 드라이 에칭으로 형성하면, 차광막 패턴과 하지막(下地膜)(위상 시프트막)과의 접촉 면적이 좁아져, 패턴이 무너져 버리는 일이 있다.
다른 한편, 차광막을 크롬 함유량이 많은 재료로 형성한 경우, 에칭 레이트가 느리기 때문에, 미세 패턴을 면내에서 고정밀도로 형성하는 것이 곤란해진다. 따라서, 이 경우에 있어서도, 차광막 패턴을 마스크로 한 에칭에 있어서 하층의 위상 시프트막을 높은 형상 정밀도로 패터닝하는 것이 곤란하다.
그래서 본 발명은, 형상 정밀도가 양호하게 패턴의 무너짐 없이 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막을 패터닝하는 것이 가능한 하프톤형의 위상 시프트 마스크용 마스크 블랭크를 제공하는 것, 및 이 마스크 블랭크를 이용함으로써 정밀도 양호하게 위상 시프트 패턴을 형성하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 제공하는 것, 나아가서는 이에 의해 얻어진 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술(上述)의 과제를 해결하는 수단으로서 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
투광성 기판 상에, 당해 투광성 기판측으로부터 순서대로 위상 시프트막, 차광막 및 하드 마스크막을 적층한 구조를 갖는 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되고,
상기 하드 마스크막은 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되며,
상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 형성되고, 하층, 중간층 및 상층의 3층을 적층한 구조를 가지며,
상기 상층은 크롬의 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 많고,
상기 중간층은 크롬의 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 적으며, 또한 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 중간층은, 상기 금속 원소의 합계 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 많은 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 상층 및 상기 하층은, 모두 상기 금속 원소를 함유하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
투광성 기판 상에, 당해 투광성 기판측으로부터 순서대로 위상 시프트막, 차광막 및 하드 마스크막을 적층한 구조를 갖는 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되고,
상기 하드 마스크막은 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되며,
상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 형성되고, 하층 및 상층의 적층 구조를 가지며,
상기 상층은 크롬의 함유량이 상기 하층보다도 많고,
상기 하층은 상기 위상 시프트막측으로부터 상기 상층측에 걸쳐 크롬의 함유량이 적어지도록 조성 경사져 있고, 또한 상기 상층측에 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 하층의 상층측은, 상기 금속 원소의 합계 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 많은 것을 특징으로 하는 구성 4에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 하층의 위상 시프트막측 및 상기 상층은, 모두 상기 금속 원소를 함유하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 구성 4 또는 5에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 하드 마스크막은, 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 위상 시프트막은, 규소와 질소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 9)
상기 차광막은, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 패터닝이 가능한 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 8 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 10)
상기 하드 마스크막 및 위상 시프트막은, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 패터닝이 가능한 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 11)
구성 1 내지 10 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크를 이용하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서,
상기 하드 마스크막 상에 형성된 위상 시프트 패턴을 갖는 레지스트막을 마스크로 하고, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, 상기 하드 마스크막에 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정과,
상기 위상 시프트 패턴이 형성된 하드 마스크막을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, 상기 차광막에 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정과,
상기 위상 시프트 패턴이 형성된 차광막을 마스크로 하고, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, 상기 위상 시프트막에 위상 시프트 패턴을 형성하며, 또한 상기 하드 마스크막을 제거하는 공정과,
상기 하드 마스크막을 제거한 후, 상기 차광막 상에 형성된 차광 패턴을 갖는 레지스트막을 마스크로 하고, 염소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, 상기 차광막에 차광 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
(구성 12)
투광성 기판 상에, 당해 투광성 기판측으로부터 순서대로 위상 시프트 패턴이 형성된 위상 시프트막, 및 차광 패턴이 형성된 차광막을 적층한 구조를 갖는 위상 시프트 마스크로서,
상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되며,
상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 형성되고, 하층, 중간층 및 상층의 3층을 적층한 구조를 가지며,
상기 상층은 크롬의 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 많고,
상기 중간층은 크롬의 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 적으며, 또한 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
(구성 13)
상기 중간층은, 상기 금속 원소의 합계 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 많은 것을 특징으로 하는 구성 12에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 14)
상기 상층 및 상기 하층은, 모두 상기 금속 원소를 함유하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 구성 12 또는 13에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 15)
투광성 기판 상에, 당해 투광성 기판측으로부터 순서대로 위상 시프트 패턴이 형성된 위상 시프트막, 및 차광 패턴이 형성된 차광막을 적층한 구조를 갖는 위상 시프트 마스크로서,
상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되며,
상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 형성되고, 하층 및 상층의 적층 구조를 가지며,
상기 상층은 크롬의 함유량이 상기 하층보다도 많고,
상기 하층은 상기 위상 시프트막측으로부터 상기 상층측에 걸쳐 크롬의 함유량이 적어지도록 조성 경사져 있으며, 또한 상기 상층측에 인듐, 주석, 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
(구성 16)
상기 하층의 상층측은, 상기 금속 원소의 합계 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 많은 것을 특징으로 하는 구성 15에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 17)
상기 하층의 위상 시프트막측 및 상기 상층은, 모두 상기 금속 원소를 함유하고 있지 않은 것을 특징으로 하는 구성 15 또는 16에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 18)
상기 위상 시프트막은, 규소와 질소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 12 내지 17 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 19)
상기 차광막은, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 패터닝이 가능한 것을 특징으로 하는 구성 12 내지 18 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 20)
상기 위상 시프트막은, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 패터닝이 가능한 것을 특징으로 하는 구성 12 내지 19 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 21)
구성 11에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 이용하여, 리소그래피법에 의해 상기 위상 시프트 마스크의 전사 패턴을 기판 상의 레지스트막에 대하여 패턴 전사하는 노광 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
(구성 22)
구성 12 내지 20 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크를 이용하여, 리소그래피법에 의해 상기 위상 시프트 마스크의 전사 패턴을 기판 상의 레지스트막에 대하여 패턴 전사하는 노광 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
이상의 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 위상 시프트막 상에 크롬을 함유하는 재료로 형성된 차광막을 갖는 구성에 있어서, 이 차광막을 패터닝하여 이루어지는 차광막 패턴의 평면시(平面視) 형상 및 광학 특성을 양호하게 유지하면서도, 패턴 무너짐을 방지하는 것이 가능한 마스크 블랭크를 얻을 수 있다. 또 이에 따라, 이 마스크 블랭크를 이용하여 패턴 정밀도가 양호한 위상 시프트 마스크를 제작하는 것이 가능하고, 또한 이 위상 시프트 마스크를 이용한 반도체 디바이스의 제조에 있어서 정밀도 양호하게 패턴 형성을 실시하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태의 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 나타내는 일 제조공정도이다.
도 3b는 본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 나타내는 일 제조공정도이다.
도 3c는 본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 나타내는 일 제조공정도이다.
도 3d는 본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 나타내는 일 제조공정도이다.
도 4a는 본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 나타내는 일 제조공정도이다.
도 4b는 본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 나타내는 일 제조공정도이다.
도 4c는 본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 나타내는 일 제조공정도이다.
도 5는 실시예 1에서 형성된 패턴을 나타내는 단면도이다.
도 6은 실시예 2에서 형성된 패턴을 나타내는 단면도이다.
도 7은 비교예에서 형성된 패턴을 나타내는 단면도이다.
지금까지도, 위상 시프트막에 형성하는 전사 패턴(위상 시프트 패턴)의 미세화에 수반하여, 레지스트막의 박막화가 요구되어 왔다. 그러나, 마스크 블랭크는, 위상 시프트막 위에 차광막이 적층되어 있는 것이 일반적이고, 위상 시프트 패턴이 형성된 레지스트막은 차광막 위에 적층된다. 이 때문에, 우선, 위상 시프트 패턴이 형성된 레지스트막을 마스크로 하는 드라이 에칭에서 차광막을 드라이 에칭에 의해 패터닝할 필요가 있다. 크롬계 재료로 차광막을 형성하는 경우, 드라이 에칭에는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스(산소 함유 염소계 가스)가 이용된다. 그러나, 유기계 재료로 이루어지는 레지스트막은, 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭에 대한 내성이 낮기 때문에, 레지스트막의 두께를 두껍게 할 필요가 있다. 두꺼운 레지스트막에 대해서 폭이 작은 미세 패턴을 형성하려고 하면, 형성되는 레지스트 패턴의 폭에 대한 높이의 비가 너무 높아져, 레지스트 패턴의 도괴(倒壞) 등이 발생한다는 문제가 생긴다. 또, 차광막에 대한 드라이 에칭 시, 레지스트 패턴은, 패턴의 위쪽에서부터 에칭되어 감퇴해 가는데, 위쪽에서부터의 에칭의 감막량(減膜量)만큼 크지는 않지만, 패턴의 측벽방향도 에칭(사이드 에칭)되어 감퇴한다. 레지스트막에 형성하는 패턴의 선폭은, 미리 사이드 에칭에 의한 감퇴를 예상하여 형성할 필요가 있다.
이들 문제를 해결하기 위해, 근년, 크롬계 재료의 차광막 위에, 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭에 대해서 크롬계 재료와의 사이에서 충분한 에칭 선택성을 갖는 재료로 이루어지는 하드 마스크막을 설치한 마스크 블랭크가 이용되기 시작하고 있다. 이 마스크 블랭크에서는, 위상 시프트 패턴을 갖는 레지스트막(레지스트 패턴)을 마스크로 하는 드라이 에칭에 의해 하드 마스크막에 위상 시프트 패턴을 형성한다. 그리고, 이 위상 시프트 패턴을 갖는 하드 마스크막을 마스크로 하고, 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭을 차광막에 대해서 실시하여, 차광막에 위상 시프트 패턴을 형성한다. 이 하드 마스크막은, 불소계 가스의 드라이 에칭으로 패터닝 가능한 재료로 형성되는 것이 일반적이다. 불소계 가스의 드라이 에칭은, 이온 주체의 에칭이기 때문에 이방성 에칭의 경향이 크다. 위상 시프트 패턴이 형성된 하드 마스크막에 있어서의 패턴 측벽의 사이드 에칭량은 작다.
크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막은, 에칭 레이트가 빠른 재료로 형성하는 것이 이전부터 요구되고 있다. 그러나, 에칭 레이트가 빠른 크롬계 재료로 이루어지는 차광막은 사이드 에칭이 진행되기 쉬운 경향을 갖는다. 위상 시프트막에 위상 시프트 패턴을 형성할 때에 실시되는 드라이 에칭은, 일반적으로 불소계 가스가 이용된다. 이 때문에, 위상 시프트막에 대한 드라이 에칭에 있어서, 사이드 에칭량이 작은 하드 마스크막의 패턴을 마스크로서 이용할 수는 없고, 사이드 에칭량이 큰 차광막의 패턴을 마스크로서 이용하지 않으면 안 된다. 또, 에칭 레이트가 빠른 크롬계 재료는, 통상 크롬 함유량이 적기 때문에 소쇠 계수(k)가 작은 경향이 있다. 이 에칭 레이트가 빠른 크롬계 재료로 소정의 광학 농도를 갖는 차광막을 형성하려고 하면 두께를 두껍게 하지 않으면 안 되게 된다.
차광막을, 에칭 레이트가 느린 재료인 크롬 함유량이 많은 재료로 형성한 경우, 차광막의 두께를 얇게 할 수 있다. 그러나, 차광막에 드라이 에칭으로 패턴을 형성했을 때에, 완성되는 패턴의 면내에 있어서의 CD 균일성이 저하하는 것은 피하기 어렵다. 일반적으로, 박막에 대해서 드라이 에칭을 실시하여 패턴을 형성하는 경우, 이방성의 경향이 큰 드라이 에칭이어도, 박막을 제거하는 에칭이 하단까지 도달하는 것이 평면시 영역 내에서 동시에 되는 것은 아니다. 박막을 에칭으로 제거하는 평면시 영역 내에서의 중앙측은 에칭의 진행이 상대적으로 빠르고, 측벽측은 에칭의 진행이 상대적으로 느려지는 경향이 있다. 이 때문에, 박막을 패터닝할 때의 드라이 에칭에서는, 박막을 제거하는 평면시 영역 내에서의 중앙측이 박막의 하단면에 도달한 단계에서 에칭을 멈추지 않고, 박막의 측벽측의 에칭을 진행시키는, 즉, 패턴 측벽을 세우는 에칭(오버 에칭)을 실시하는 것이 통상이다.
크롬계 재료를 이용한 차광막에 대해서는, 복수층의 적층 구조로 했을 때의 바람직한 각 층의 구체적인 구성이, 지금까지도 많이 제안되어 있다. 그러나, 투광성 기판 상에, 불소계 가스로 에칭 가능한 재료로 이루어지는 위상 시프트막, 크롬계 재료로 이루어지는 차광막, 및 불소계 가스로 에칭 가능한 재료로 이루어지는 하드 마스크막이, 이 순서대로 적층된 마스크 블랭크에 있어서, 차광막의 바람직한 구성에 대한 충분한 검토는 아직도 되어 있지 않다. 본 발명자는, 이러한 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 바람직한 구성에 대해 예의 연구를 실시했다. 그 결과, 하드 마스크막으로부터 가장 가까운 위치에 있는 차광막의 상층은, 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 차광막 중에서 가장 느린 재료를 선정하는 것이 바람직하다는 결론에 이르렀다. 또, 차광층의 상층 이외의 층은, 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 빠른 재료를 선정하는 것이 바람직하다는 결론에 이르렀다.
위상 시프트 패턴을 구비하는 하드 마스크막을 마스크로 하여 차광막을 산소 함유 염소계 가스로 드라이 에칭하면, 차광막의 하드 마스크막측부터 에칭되어 가서 위상 시프트 패턴이 형성되어 간다. 하드 마스크막에 가장 가까운 차광막의 상층을 사이드 에칭이 작은 재료(＝에칭 레이트가 느린 재료)로 형성하면, 하드 마스크막에 형성되어 있는 위상 시프트 패턴과의 차이를 작게 할 수 있다. 상층을 사이드 에칭이 큰 재료(＝에칭 레이트가 빠른 재료)를 선정한 경우, 드라이 에칭으로 상층을 패터닝한 단계에서는 사이드 에칭량은 작게 할 수 있을지도 모르지만, 계속해서 차광막의 상층 이외의 층을 에칭하고 있을 때에, 상층의 패턴 측벽의 사이드 에칭의 진행이 커져 버리기 때문에 바람직하지 않다.
한편, 차광막의 상층 이외의 층을 산소 함유 염소계 가스에 대한 에칭 레이트가 빠른 재료로 형성함으로써, 차광막의 상층 이외의 층을 패터닝하는 데에 필요로 하는 에칭 타임을 단축할 수 있고, 차광막의 측벽을 세우기 위한 오버 에칭에 필요로 하는 시간도 단축할 수 있다. 이에 따라, 차광막을 상층 이외의 층을 드라이 에칭하고 있을 때에 있어서의 차광막의 상층의 사이드 에칭을 저감할 수 있다.
차광막을 이러한 구성으로 한 경우, 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭에 의해 형성되는 차광막의 패턴 측벽은, 상층측의 사이드 에칭이 작은 데에 대해, 상층 이외의 층의 사이드 에칭이 진행되어 있는 단면 형상이 되기 쉽다. 그러나, 위상 시프트막 상에 설치되는 차광막의 경우, 이러한 수직성이 높지 않은 단면 형상이어도, 위상 시프트막에 위상 시프트 패턴을 형성하기 위한 불소계 가스에 의한 드라이 에칭 시, 마스크로서 충분히 기능한다.
위상 시프트 패턴을 구비하는 차광막을 마스크로 한 위상 시프트막의 드라이 에칭에서는, 위상 시프트막에 접하고 있는 차광막의 하면 근방의 패턴 측벽면을 따라 위상 시프트막의 에칭이 꼭 진행되어 간다고는 할 수 없다. 위상 시프트막의 드라이 에칭은, 이방성 에칭의 경향이 높은 에칭 가스인 불소계 가스가 적용된다. 또한, 이 불소계 가스에 의한 위상 시프트막의 드라이 에칭에서는, 투광성 기판의 뒤측에 바이어스 전압을 걸어 불소계 가스의 플라스마를 적극적으로 끌어들이는 것이 통상 실시된다. 이 때문에, 에칭 가스에 의한 에칭의 수직성이 더욱 높아져 있다. 위상 시프트막의 드라이 에칭에서는, 차광막의 패턴 측벽의 가장 돌출된 부분(차광막의 에칭 시에 사이드 에칭이 가장 작았던 부분, 즉, 이 경우는 차광막의 상층)이 에칭 가스의 위상 시프트막에의 접촉을 저지하게 된다. 또한 차광막이 없는 공간을 통과한 에칭 가스는, 바이어스 전압에 의해 끌어들여지고 있기 때문에, 차광막의 사이드 에칭이 진행되고 있는 하면 근방의 측벽측의 방향으로는 거의 퍼지지 않고 위상 시프트막에 접촉하여, 위상 시프트막을 에칭해 간다.
이상과 같이, 차광막의 상층을 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 느린 재료(크롬 함유량이 많은 재료)를 적용하고, 차광막의 상층 이외의 층을 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 빠른 재료(크롬 함유량이 적은 재료)를 적용함으로써, 비교적 얇은 두께로 차광막으로서 요구되는 차광 성능을 만족시키는 것이 가능했다. 또 동시에, 하드 마스크막에 설치된 위상 시프트 패턴을, 위상 시프트막에 보다 작은 차이로 전사하는 기능을 갖게하는 것이 가능했다.
그러나, 패턴 치수가 50nm 이하인 SRAF 패턴이 포함되어 있는 위상 시프트 패턴을 구비하는 하드 마스크막을 마스크로 하고, 상기의 적층 구조를 갖는 크롬계 재료의 차광막을 산소 함유 염소계 가스에 의해 드라이 에칭했을 때, 차광막에 형성된 위상 시프트 패턴의 일부가 패턴 무너짐을 일으키는 경우가 있는 것이 판명되었다.
상기와 같은 상층 이외의 층을 크롬 함유량이 적은 재료를 적용한 차광막에 대하여 드라이 에칭으로 패턴을 형성한 경우, 차광막 패턴의 양측의 측벽이 상층측으로부터 위상 시프트막측을 향하여 내측으로 패어져 가는 단면 형상이 되기 쉽다. 즉, 차광막 패턴의 하면과 위상 시프트막의 표면과의 사이에서의 접촉 면적이 작아지기 쉽다. 이 현상은, 패턴의 선폭이 가늘어지는 SRAF 패턴에서 특히 현저해진다. 그러나, 패턴 단면의 패임을 억제하기 위해, 차광막의 상층 이외의 층의 전체에 있어서의 크롬 함유량을 많게 하면, 차광막 전체의 에칭 레이트가 저하하고, 면내에서의 CD 균일성의 저하가 발생한다.
본 발명자는, 이러한 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 바람직한 구성에 대해, 더욱 예의 연구를 실시했다. 그 결과, 차광막을 상층, 중간층, 하층의 3층 구조로 하고, 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭에 대한 각 층의 에칭 레이트가, 상층이 가장 느리고, 중간층이 가장 빠르며, 하층이 상층보다 빠르지만 중간층보다 느리다는 특성을 갖는 것이 바람직하다는 결론에 이르렀다. 그리고, 이러한 특성을 갖는 차광막에 대해, 더욱더 검토를 실시한 결과, 본 발명의 마스크 블랭크를 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명의 마스크 블랭크는, 크롬을 함유하는 재료로 형성된 차광막을, 하층, 중간층, 상층의 3층 구조로 하여, 상층에 있어서의 크롬의 함유량을 차광막 중에서 가장 많게 하고, 중간층에 있어서의 크롬의 함유량을 차광막 중에서 가장 작게 하여 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소(이하, 이들 금속 원소를 「인듐 등 금속 원소」라고 한다.)를 함유시킨 구성을 갖는다.
이와 같이, 차광막에 있어서의 상층의 크롬 함유량을 가장 많게 함으로써, 상층의 사이드 에칭량을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 차광막의 상층에 형성되는 위상 시프트 패턴과 하드 마스크막에 형성되어 있는 위상 시프트 패턴과의 패턴 형상의 차이를 작게 할 수 있다. 또 차광막에 있어서의 중간층의 크롬 함유량을 가장 작게 하고, 여기에 인듐 등 금속 원소를 첨가함으로써, 중간층의 광학 농도(소쇠 계수(k))의 저하를 억제하면서 에칭 레이트를 높이는 것이 가능하다. 그리고, 차광막에 있어서의 하층의 크롬 함유량을 중간층보다도 많게 함으로써, 차광막 패턴 하부의 사이드 에칭을 저감하여 패턴의 무너짐을 방지하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 또 하나의 마스크 블랭크는, 크롬을 함유하는 재료로 형성된 차광막을, 하층 및 상층의 2층 구조로 하여, 상층에 있어서의 크롬의 함유량을 하층보다도 많게 하고, 하층에 있어서의 크롬의 함유량을 위상 시프트막측으로부터 상층측에 걸쳐 적어지도록 조성 경사지게 하며, 또한 하층에 있어서의 상층측에 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소(인듐 등 금속 원소)를 함유시킨 구성을 갖는다.
이러한 구성이어도, 상층의 사이드 에칭량을 작게 할 수 있다. 그리고, 차광막에 있어서의 하층의 크롬 함유량을, 위상 시프트막측으로부터 상층측에 걸쳐 적어지도록 조성 경사지게 함으로써, 차광막 패턴 하부의 사이드 에칭을 저감하여 패턴의 무너짐을 방지하는 것이 가능하다. 또 차광막의 하층에 있어서의 상층측에, 인듐 등 금속 원소를 첨가함으로써, 차광막의 막두께 방향의 중간 부분(하층의 상층측)에 있어서 광학 농도(소쇠 계수(k))의 저하를 억제하면서 에칭 레이트를 높이는 것이 가능하다.
이하, 도면에 의거하여, 상술한 본 발명의 상세한 구성을 설명한다. 또, 각 도면에 있어서 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙여 설명을 실시한다.
≪제 1 실시형태의 마스크 블랭크≫
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태의 마스크 블랭크(1)의 요부(要部) 단면도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 마스크 블랭크(1)는, 투광성 기판(10)에 있어서의 한쪽측의 주표면(S) 상에, 이 투광성 기판(10)측으로부터 순서대로, 위상 시프트막(11), 차광막(13) 및 하드 마스크막(15)을 적층한 구조이다. 이 중, 차광막(13)은, 위상 시프트막(11)측으로부터 순서대로, 하층(13a), 중간층(13b) 및 상층(13c)의 3층을 적층한 구조를 갖고 있다. 또, 마스크 블랭크(1)는, 하드 마스크막(15) 상에, 필요에 따라서 레지스트막(17)을 적층시킨 구성이어도 된다. 이하, 마스크 블랭크(1)의 주요 구성부의 상세를 설명한다.
＜투광성 기판(10)＞
투광성 기판(10)은, 리소그래피에 있어서의 노광 공정에서 이용되는 노광광에 대하여 투과성이 양호한 재료로 이루어진다. 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저광(파장: 약 193nm)을 이용하는 경우이면, 이것에 대하여 투과성을 갖는 재료로 구성되면 된다. 이러한 재료로는, 합성 석영 유리가 이용되지만, 그 밖에도, 알루미노실리케이트 유리, 소다 라임 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등), 그 외 각종의 유리 기판을 이용할 수 있다. 특히, 석영 기판은, ArF 엑시머 레이저광, 또는 그것보다도 단파장인 영역에서 투명성이 높기 때문에, 본 발명의 마스크 블랭크에 특히 적합하게 이용할 수 있다.
또, 여기에서 말하는 리소그래피에 있어서의 노광 공정이란, 이 마스크 블랭크(1)를 이용하여 제작된 위상 시프트 마스크를 이용한 리소그래피에 있어서의 노광 공정이며, 이하에 있어서 노광광이란 이 노광 공정에서 이용되는 노광광인 것으로 한다. 이 노광광으로는, ArF 엑시머 레이저광(파장: 193nm), KrF 엑시머 레이저광(파장: 248nm), i선광(파장: 365nm) 중 어느 것이라도 적용 가능하지만, 노광 공정에 있어서의 위상 시프트 패턴의 미세화의 관점에서는, ArF 엑시머 레이저광을 노광광에 적용하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 이하에 있어서는 ArF 엑시머 레이저광을 노광광에 적용한 경우에 대한 실시형태를 설명한다.
＜위상 시프트막(11)＞
위상 시프트막(11)은, 노광 전사 공정에서 이용되는 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖고, 또한 위상 시프트막을 투과한 노광광과, 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 대기 중을 투과한 노광광이, 소정의 위상차가 되는 광학 특성을 갖는 막이다.
이러한 위상 시프트막(11)은, 여기에서는 규소(Si)를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것으로 한다. 또 위상 시프트막(11)은, 규소 외에, 질소(N)를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 위상 시프트막(11)은, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 패터닝이 가능하고, 이하에 설명하는 크롬(Cr)을 함유하는 재료로 형성된 차광막(13)에 대해서, 충분한 에칭 선택성을 가진 패터닝이 가능하다.
또 위상 시프트막(11)은, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 패터닝이 가능하면, 추가로 반금속 원소, 비금속 원소, 금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하고 있어도 된다.
이 중, 반금속 원소는, 규소에 더하여, 어느 반금속 원소여도 된다. 비금속 원소는, 질소에 더하여, 어느 비금속 원소여도 되며, 예를 들면 산소(O), 탄소(C), 불소(F) 및 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키면 바람직하다. 금속 원소는, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오브(Nb), 바나듐(V), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 주석(Sn), 붕소(B), 게르마늄(Ge)이 예시된다.
이러한 위상 시프트막(11)은, 예를 들면 MoSiN으로 구성되어, 노광광(예를 들면 ArF 엑시머 레이저광)에 대한 소정의 위상차(예를 들면, 150[deg]∼180[deg])와 소정의 투과율(예를 들면, 1％∼30％)을 만족시키도록, 위상 시프트막(11)의 굴절률(n), 소쇠 계수(k) 및 막두께가 각각 선정되고, 그 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 되도록 막재료의 조성이나 막의 성막 조건이 조정되어 있다.
＜차광막(13)＞
차광막(13)은, 노광 전사 공정에서 이용되는 노광광에 대하여 소정값 이상의 광학 농도(OD)를 갖고, 노광장치를 이용하여 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에, 당해 노광광의 누광(Leak Light)에 의한 영향을 레지스트막이 받지 않게 차광하기 위한 막이다. 또 차광막(13)은, 위상 시프트막(11)에 위상 시프트 패턴을 형성할 때에 이용되는 에칭 가스(불소계 가스)에 대하여 충분한 에칭 선택성을 갖는 재료를 적용할 필요가 있다. 또, 차광막(13)의 광학 농도(OD)는, 위상 시프트막(11)과 차광막(13)을 합친 광학 농도(OD)가 소정값 이상이면 되고, 예를 들면 광학 농도(OD)가 3.0 이상인 것이 바람직하고, 적어도 2.8 이상인 것으로 한다.
이러한 차광막(13)은, 여기에서는 크롬(Cr)을 함유하는 재료로 형성되어 있고, 크롬(Cr)의 함유량이 다른 하층(13a), 중간층(13b) 및 상층(13c)의 3층을 적층한 구조를 갖고 있다. 즉, 차광막(13) 중에 있어서의 크롬(Cr)의 함유량은, 크롬의 함유량이 많은 쪽부터 순서대로 상층(13c), 하층(13a), 중간층(13b)으로 되어 있다. 이 차광막(13)을 형성하는 크롬을 함유하는 재료로는, 크롬 금속 외, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소, 수소 및 불소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다.
또한 이 차광막(13)에는, 광학 농도(OD)를 유지하면서도, 막 전체의 에칭 레이트의 저하를 억제하는 것을 목적으로 하여, 인듐(In), 주석(Sn) 및 몰리브덴(Mo)으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소(인듐 등 금속 원소)를 함유하고 있는 것으로 한다. 이 인듐 등 금속 원소는, 주로 중간층(13b)에 함유되어 있다. 또, 이 차광막(13)은, 규소(Si)의 함유량을 10원자％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 5 원자％ 이하로 하면 보다 바람직하며, 규소(Si)를 함유하지 않는 것이 특히 바람직하다. 차광막(13) 중의 규소의 함유량이 많아지면 산소 함유 염소계 가스를 이용한 에칭 레이트가 크게 저하하기 때문이다.
이러한 차광막(13)은, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 패터닝이 가능하다. 또, 이 차광막(13)은 규소(Si)를 함유하는 재료로 형성된 위상 시프트막(11)과의 사이에서 충분한 에칭 선택성을 갖고 있어, 위상 시프트막(11)에 거의 데미지를 주지 않고 차광막(13)을 에칭 제거하는 것이 가능하다. 이 차광막(13)은, 이하에 설명하는 규소(Si)를 함유하는 재료로 형성된 하드 마스크막(15)에 대하여 충분한 에칭 선택성을 갖고 있어, 이 하드 마스크막(15)을 마스크로 한 차광막(13)의 패터닝이 가능하다.
이상을 고려하면, 차광막(13)을 구성하는 하층(13a), 중간층(13b) 및 상층(13c)은, 각각 다음과 같은 구성이 된다.
하층(13a)은, 가장 위상 시프트막(11)측에 설치된 층이다. 이러한 하층(13a)은 크롬의 함유량이 중간층(13b)보다도 많다. 이에 따라, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 차광막(13)을 패턴 에칭하여 차광막 패턴을 형성할 때에, 차광막(13)에 있어서의 하층(13a)의 에칭 레이트를 중간층(13b)의 에칭 레이트보다도 작게 할 수 있다. 이 결과, 차광막(13)에 대하여 등방성 에칭의 경향이 큰 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭을 실시한 경우라도, 차광막(13)에 있어서의 하층(13a)의 사이드 에칭을 저감할 수 있어, 차광막(13)의 패턴 도괴를 억제하는 것이 가능해진다.
하층(13a)에 있어서의 크롬의 함유량은 35원자％ 이상인 것이 요구되며, 40원자％ 이상이면 바람직하고, 45원자％ 이상이면 보다 바람직하다. 또, 하층(13a)에 있어서의 크롬의 함유량은 55원자％ 이하인 것이 요구되며, 50원자％ 이하이면 바람직하다.
또 하층(13a)에는, 크롬을 함유하는 재료 외, 인듐 등 금속 원소를 함유하고 있어도 되지만, 함유하고 있는 경우에는 중간층(13b)보다도 적은 양인 것으로 하고, 함유하고 있지 않아도 된다. 하층(13a)에 인듐 등 금속 원소를 함유시키지 않음(컨태미네이션 등에 의한 혼입은 허용되는 정도의 함유량이며, 예를 들면, 하층(13a) 중의 인듐 등 금속 원소의 함유량이 1원자％ 이하의 범위에서 허용된다.)으로써, 하층(13a)을 조성 제어 양호하게 형성할 수 있다.
하층(13a)의 두께는 20nm 이하인 것이 요구되며, 18nm 이하이면 바람직하고, 15nm 이하이면 보다 바람직하다. 하층(13a)의 두께가 너무 두꺼우면, 차광막(13)의 전체에서의 산소 함유 염소계 가스에 대한 에칭 레이트가 저하해 버리기 때문이다. 하층(13a)의 두께는 3nm 이상인 것이 요구되며, 5nm 이상이면 바람직하고, 7nm 이상이면 보다 바람직하다. 하층(13a)의 두께가 너무 얇으면, 면내에서의 하층(13a)에 있어서의 패턴 측벽의 사이드 에칭량의 차이를 작게 하는 것이 어려워져, 차광막(13)의 패턴 도괴를 억제하는 효과를 얻기 어렵게 되기 때문이다.
중간층(13b)은, 크롬(Cr)의 함유량이 차광막(13) 중에서 가장 적고, 또한 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소(인듐 등 금속 원소)를 함유하고 있는 층이다. 이러한 중간층(13b)은, 주로 크롬(Cr)의 함유량을 억제하여 인듐 등 금속 원소를 첨가한 구성임으로써, 광학 농도(OD)의 저하를 억제하면서 에칭 레이트를 빠르게 하기 위한 층이 된다. 이러한 중간층(13b)에 있어서의 인듐 등 금속 원소의 함유량은, 차광막(13)의 전체적인 광학 농도(OD)를 고려하여 설정되지만, 차광막(13) 전체에 인듐 등 금속 원소가 함유되어 있는 경우이면, 하층(13a) 및 상층(13c)보다도 큰 함유량인 것으로 한다.
중간층(13b)에 있어서의 크롬과 인듐 등 금속 원소의 합계 함유량(Cr＋M)[원자％]에 대한 인듐 등 금속 원소의 합계 함유량 M[원자％]의 비율 M/(M＋Cr)[％]은 5％ 이상인 것이 요구되며, 7％ 이상이면 바람직하고, 10％ 이상이면 보다 바람직하다. 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트의 향상을 얻을 수 있기 때문이다. 한편, 중간층(13b)에 있어서의 M/(M＋Cr)[％]은 50％ 이하인 것이 요구되며, 30％ 이하이면 바람직하고, 20％ 이하이면 보다 바람직하다. 인듐 등 금속 원소(M)는, 크롬에 비해 약액 세정이나 온수 세정에 대한 내성이 낮기 때문이다.
중간층(13b)에 있어서의 크롬의 함유량은 25원자％ 이상인 것이 요구되며, 30원자％ 이상이면 바람직하고, 35원자％ 이상이면 보다 바람직하다. 또, 중간층(13b)에 있어서의 크롬의 함유량은 50원자％ 이하인 것이 요구되며, 45원자％ 이하이면 바람직하고, 40％ 이하이면 보다 바람직하다.
중간층(13b)의 두께는 35nm 이하인 것이 요구되며, 30nm 이하이면 바람직하고, 25nm 이하이면 보다 바람직하다. 중간층(13b)의 두께는 10nm 이상인 것이 요구되며, 15nm 이상이면 바람직하고, 20nm 이상이면 보다 바람직하다.
상층(13c)은 차광막(13)의 최상층을 구성하는 층이며, 주로 하층의 위상 시프트막(11)을 패턴 에칭할 때의 에칭 형상을 결정짓는 층으로서 이용된다. 이러한 상층(13c)은, 크롬의 함유량이 차광막(13) 중에서 가장 많고, 크롬의 농도가 60원자％ 이상인 것이 요구되며, 65원자％ 이상이면 바람직하고, 70원자％ 이상이면 보다 바람직하다. 또, 상층(13c)의 크롬의 함유량은 90원자％ 이하인 것이 바람직하고, 80원자％ 이하이면 보다 바람직하다. 상층(13c)의 크롬 함유량이 너무 많으면, 산소 함유 염소계 가스에 대한 에칭 레이트가 크게 저하하고, 에칭 마스크가 되는 위상 시프트 패턴을 갖는 하드 마스크막(15)에의 부하가 증대하기 때문이다.
이와 같이, 차광막(13)에 있어서의 상층(13c)의 크롬 함유량을 가장 많게 함으로써, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 차광막(13)을 패턴 에칭하여 차광막 패턴을 형성할 때에, 차광막(13)에 있어서의 상층(13c)의 에칭 레이트를 차광막(13) 중에서 가장 작게 억제할 수 있다. 이 결과, 차광막(13)을 패턴 에칭하여 차광막 패턴을 형성할 때에, 에칭 가스에 산소 가스가 이용됨으로써 등방성 에칭이 진행되는 경우라도, 차광막(13)에 있어서의 상층(13c)의 등방성 에칭을 가장 작게 억제할 수 있어, 차광막 패턴의 평면시 형상을 양호하게 유지하는 것이 가능하다.
또한, 상층(13c)에는, 크롬을 함유하는 재료 외, 인듐 등 금속 원소를 함유하고 있어도 되지만, 함유하고 있는 경우에는 중간층(13b)보다도 적은 양인 것으로 하고, 함유하고 있지 않아도 된다. 상층(13c)에 인듐 등 금속 원소를 함유시키지 않음(컨태미네이션 등에 의한 혼입은 허용되는 정도의 함유량이며, 예를 들면, 상층(13c) 중의 인듐 등 금속 원소의 함유량이 1원자％ 이하의 범위에서 허용된다.)으로써, 상층(13c)을 조성 제어 양호하게 형성할 수 있다.
또 이러한 상층(13c)은, 그 막두께가 3nm 이상인 것이 요구되며, 5nm 이상이면 바람직하다. 또, 상층(13c)은 8nm 이하인 것이 요구되며, 5nm 이상이면 바람직하다. 이에 따라, 이 상층(13c)을 갖는 차광막 패턴을 마스크로 한 위상 시프트막(11)의 패턴 에칭에 있어서, 상층(13c)의 패턴 형상을 위상 시프트막(11)에 고정밀도로 전사할 수 있다.
＜하드 마스크막(15)＞
하드 마스크막(15)은, 차광막(13)을 에칭할 때에 이용되는 에칭 가스에 대하여 에칭 내성을 갖는 재료로 형성된 막이다. 이 하드 마스크막(15)은, 차광막(13)에 패턴을 형성하기 위한 드라이 에칭이 끝날 때까지의 동안에, 에칭 마스크로서 기능하는 것이 가능한 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하고, 기본적으로 광학 특성의 제한을 받지 않는다. 이 때문에, 하드 마스크막(15)의 두께는 차광막(13)의 두께에 비해 큰 폭으로 얇게 할 수 있다.
하드 마스크막(15)의 두께는 15nm 이하인 것이 요구되며, 10nm 이하이면 바람직하고, 8nm 이하이면 보다 바람직하다. 하드 마스크막(15)의 두께가 너무 두꺼우면, 하드 마스크막(15)에 위상 시프트 패턴을 형성하는 드라이 에칭에 있어서 마스크가 되는 레지스트막의 두께가 필요하게 되어 버리기 때문이다. 하드 마스크막(15)의 두께는 3nm 이상인 것이 요구되며, 5nm 이상이면 바람직하다. 하드 마스크막(15)의 두께가 너무 얇으면, 에칭 조건(고(高)바이어스의 에칭 등)에 따라서는, 차광막(13)에 위상 시프트 패턴을 형성하는 드라이 에칭이 끝나기 전에, 하드 마스크막(15)의 패턴이 소실할 우려가 있기 때문이다.
그리고, 이 하드 마스크막(15)에 패턴을 형성하는 드라이 에칭에 있어서 에칭 마스크로서 이용하는 유기계 재료의 레지스트막(17)은, 하드 마스크막(15)의 드라이 에칭이 끝날 때까지의 동안에, 에칭 마스크로서 기능할 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하다. 이 때문에, 하드 마스크막(15)을 설치하지 않은 종래의 구성보다도, 하드 마스크막(15)을 설치함으로써 큰 폭으로 레지스트막(17)의 두께를 얇게 할 수 있다.
이러한 하드 마스크막(15)은, 규소(Si)를 함유하는 재료나 탄탈(Ta)을 함유하는 재료를 이용할 수 있다. 하드 마스크막(15)에 적합한 규소(Si)를 함유하는 재료로는, 규소(Si)에, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 및 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 또, 이 외의 하드 마스크막(15)에 적합한 규소(Si)를 함유하는 재료로는, 규소(Si) 및 전이금속에, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 및 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 또, 이 전이금속으로는, 예를 들면, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 탄탈(Ta), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오브(Nb), 바나듐(V), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 주석(Sn)을 들 수 있다.
한편, 하드 마스크막(15)에 적합한 탄탈(Ta)을 함유하는 재료로는, 탄탈(Ta)에, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 및 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 이들 중에서도, 탄탈(Ta)에 산소(O)를 함유하는 재료가 특히 바람직하다. 이러한 재료의 구체예로는, 산화 탄탈(TaO), 산화 질화 탄탈(TaON), 붕화 산화 탄탈(TaBO), 붕화 산화 질화 탄탈(TaBON) 등을 들 수 있다.
또, 하드 마스크막(15)은, 규소(Si) 외에, 산소(O)를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 하드 마스크막(15)은, 크롬(Cr)을 함유하는 재료로 형성된 차광막(13)과의 사이에서 충분한 에칭 선택성을 갖고 있어, 차광막(13)에 거의 데미지를 주지 않고 하드 마스크막(15)을 에칭 제거하는 것이 가능하다.
이러한 하드 마스크막(15)을 구성하는 재료의 구체예로는, 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiN), 산화 질화 실리콘(SiON) 등을 들 수 있다. 하드 마스크막(15)은, 유기계 재료의 레지스트막과의 밀착성이 낮은 경향이 있기 때문에, 하드 마스크막(15)의 표면을 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리를 실시하여, 표면의 밀착성을 향상시키는 것이 바람직하다.
＜레지스트막(17)＞
본 발명의 마스크 블랭크(1)에 있어서, 하드 마스크막(15)의 표면에 접하여, 유기계 재료의 레지스트막(17)이 100nm 이하의 막두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. DRAM hp32nm 세대에 대응하는 미세 패턴의 경우, 하드 마스크막(15)에 형성해야 할 위상 시프트 패턴에, 선폭이 40nm인 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)가 설치되는 경우가 있다. 그러나, 이 경우에서도 전술한 바와 같이 하드 마스크막(15)을 설치함으로써 레지스트막(17)의 막두께를 억제할 수 있고, 이에 따라 이 레지스트막(17)으로 구성된 레지스트 패턴의 단면 애스펙트비를 1:2.5로 낮게 할 수 있다. 따라서, 레지스트막(17)의 현상 시, 린스 시 등에 레지스트 패턴이 도괴나 이탈하는 것을 억제할 수 있다. 또한 레지스트막(17)은, 막두께가 80nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
＜마스크 블랭크(1)의 제조 순서＞
이상과 같은 구성의 마스크 블랭크(1)는, 다음과 같은 순서로 제조한다. 우선, 투광성 기판(10)을 준비한다. 이 투광성 기판(10)은, 단면(端面) 및 주표면(S)이 소정의 표면 거칠기로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이다.
다음으로, 이 투광성 기판(10) 상에, 스퍼터법에 의해 위상 시프트막(11)을 성막한다. 위상 시프트막(11)을 성막한 후에는, 후처리로서 소정의 가열 온도에서의 어닐처리를 실시한다. 그 후, 위상 시프트막(11) 상에, 스퍼터법에 의해 차광막(13)의 하층(13a), 중간층(13b), 상층(13c)을 이 순서대로 성막하고, 이어서 스퍼터법에 의해 하드 마스크막(15)을 성막한다. 스퍼터법에 의한 각 층의 성막에 있어서는, 각 층을 구성하는 재료를 소정의 조성비로 함유하는 스퍼터링 타겟 및 스퍼터 가스를 이용하고, 추가로 필요에 따라서 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 등의 불활성 가스를 스퍼터 가스로서 이용한 성막을 실시한다.
그 후, 이 마스크 블랭크(1)가 레지스트막(17)을 갖는 것인 경우에는, 하드 마스크막(15)의 표면에 대하여 HMDS 처리를 실시한다. 이어서, 하드 마스크막(15)에 있어서 HMDS 처리된 표면 상에, 스핀 코팅법과 같은 도포법에 의해 레지스트막(17)을 성막하여, 마스크 블랭크(1)를 완성시킨다.
≪제 2 실시형태의 마스크 블랭크≫
도 2는, 본 발명의 제 2 실시형태의 마스크 블랭크(2)의 요부 단면도이다. 이 도면에 나타내는 마스크 블랭크(2)가, 제 1 실시형태의 마스크 블랭크와 다른 것은, 차광막(13')의 구성에 있고, 다른 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다. 이 때문에, 여기에서는 차광막(13')의 구성만을 설명하고, 중복하는 설명은 생략한다.
＜차광막(13')＞
제 2 실시형태의 마스크 블랭크(2)에 있어서의 차광막(13')이, 제 1 실시형태의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막과 다른 것은, 제 1 실시형태의 차광막이 3층 구조인 데에 반하여, 제 2 실시형태의 차광막(13')이 하층(13a')과 상층(13c)의 2층 구조인 것에 있고, 광학 농도(OD) 및 다른 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이다. 이러한 2층의 적층 구조를 갖는 차광막(13')은, 제 1 실시형태의 차광막과 마찬가지로, 크롬(Cr)을 함유하는 재료로 형성되고, 추가로 인듐(In), 주석(Sn) 및 몰리브덴(Mo)으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소(인듐 등 금속 원소)를 함유하고 있다.
이 중 하층(13a')은, 위상 시프트막(11)측으로부터 상층(13c)측에 걸쳐, 크롬(Cr)의 함유량이 적어지도록 조성 경사져 있다.
하층(13a') 내에 있어서 그 위상 시프트막(11)측 영역의 크롬(Cr)의 함유량은, 하층(13a') 내에 있어서 가장 많다. 이에 따라, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 차광막(13')을 패턴 에칭하여 차광막 패턴을 형성할 때에, 하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측 영역의 에칭 레이트를 그 이외의 영역(상층(13c)측 영역)의 하층(13a')의 에칭 레이트보다도 작게 할 수 있다. 이 결과, 차광막(13')에 대하여 등방성 에칭의 경향이 큰 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭을 실시한 경우라도, 차광막(13')에 있어서의 하층(13a')의 위상 시프트막(11)측 영역의 사이드 에칭을 저감할 수 있어, 차광막(13')의 패턴 도괴를 억제하는 것이 가능해진다.
하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측 영역의 크롬의 함유량은 35원자％ 이상인 것이 요구되며, 40원자％ 이상이면 바람직하고, 45원자％ 이상이면 보다 바람직하다. 또, 하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측 영역의 크롬의 함유량은 55원자％ 이하인 것이 요구되며, 50원자％ 이하이면 바람직하다.
또 하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측 영역에는, 인듐 등 금속 원소를 함유하고 있어도 되지만, 함유하고 있는 경우에는 하층(13a')에 있어서의 상층(13c)측 영역보다도 적은 양인 것으로 하고, 함유하고 있지 않아도 된다(여기에서 말하는 함유하지 않음이란, 컨태미네이션 등에 의한 혼입은 허용되는 정도의 함유량이며, 예를 들면, 하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측 영역의 인듐 등 금속 원소의 함유량이 1원자％ 이하의 범위에서 허용되는 것을 말한다.).
하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측 영역의 두께는 20nm 이하인 것이 요구되며, 18nm 이하이면 바람직하고, 15nm 이하이면 보다 바람직하다. 하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측 영역의 두께가 너무 두꺼우면, 차광막(13')의 전체에서의 산소 함유 염소계 가스에 대한 에칭 레이트가 저하해 버리기 때문이다. 하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측 영역의 두께는 3nm 이상인 것이 요구되며, 5nm 이상이면 바람직하고, 7nm 이상이면 보다 바람직하다. 하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측 영역의 두께가 너무 얇으면, 면내에서의 하층(13a')의 위상 시프트막(11)측 영역에 있어서의 패턴 측벽의 사이드 에칭량의 차이를 작게 하는 것이 어려워져, 차광막(13')의 패턴 도괴를 억제하는 효과를 얻기 어려워지게 되기 때문이다.
하층(13a')에 있어서의 상층(13c)측 영역은, 크롬(Cr)의 함유량이 차광막(13') 내에 있어서 가장 적고, 또한 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소(인듐 등 금속 원소)를 함유하고 있다. 이에 따라, 차광막(13') 전체의 광학 농도(OD)의 저하를 억제하면서 에칭 레이트를 빠르게 할 수 있다. 이 상층(13c)측 영역에 있어서의 인듐 등 금속 원소의 함유량은, 차광막(13')의 전체적인 광학 농도(OD)를 고려하여 설정되지만, 차광막(13') 전체에 인듐 등 금속 원소가 함유되어 있는 경우이면, 가장 큰 함유량인 것으로 한다.
하층(13a')의 상층(13c)측 영역에 있어서의 크롬과 인듐 등 금속 원소의 합계 함유량(Cr＋M)[원자％]에 대한 인듐 등 금속 원소의 합계 함유량(M)[원자％]의 비율 M/(M＋Cr)[％]은 5％ 이상인 것이 요구되며, 7％ 이상이면 바람직하고, 10％ 이상이면 보다 바람직하다. 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트의 향상을 얻을 수 있기 때문이다. 한편, 하층(13a')의 상층(13c)측 영역에 있어서의 M/(M＋Cr)[％]은 50％ 이하인 것이 요구되며, 30％ 이하이면 바람직하고, 20％ 이하이면 보다 바람직하다. 인듐 등 금속 원소(M)는, 크롬에 비해, 약액 세정이나 온수 세정에 대한 내성이 낮기 때문이다.
하층(13a')의 상층(13c)측 영역에 있어서의 크롬의 함유량은 25원자％ 이상인 것이 요구되며, 30원자％ 이상이면 바람직하고, 35원자％ 이상이면 보다 바람직하다. 또, 하층(13a')의 상층(13c)측 영역에 있어서의 크롬의 함유량은 50원자％ 이하인 것이 요구되며, 45원자％ 이하이면 바람직하고, 40％ 이하이면 보다 바람직하다.
하층(13a')의 상층(13c)측 영역의 두께는 35nm 이하인 것이 요구되며, 30nm 이하이면 바람직하고, 25nm 이하이면 보다 바람직하다. 하층(13a')의 상층(13c)측 영역의 두께는 10nm 이상인 것이 요구되며, 15nm 이상이면 바람직하고, 20nm 이상이면 보다 바람직하다.
상층(13c)은, 제 1 실시형태와 마찬가지의 구성이며, 크롬의 함유량이, 차광막(13')중에서 가장 많다. 이러한 상층(13c)을 설치함으로써, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 차광막(13')을 패턴 에칭하여 차광막 패턴을 형성할 때에, 에칭 가스에 산소 가스가 이용됨으로써 등방성 에칭이 진행되는 경우라도, 차광막(13')에 있어서의 상층(13c)의 등방성 에칭을 가장 작게 억제할 수 있어, 이 상층(13c)에 의해 차광막 패턴의 평면시 형상을 양호하게 유지하는 것이 가능하다.
또한, 상층(13c)에는, 크롬을 함유하는 재료 외, 인듐 등 금속 원소를 함유하고 있어도 되지만, 함유하고 있는 경우에는 중간층(13b)보다도 적은 양이며, 함유하고 있지 않아도 되는 것은 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
＜마스크 블랭크(2)의 제조 순서＞
이상과 같은 구성의 마스크 블랭크(2)의 제조 순서는, 위상 시프트막(11)의 어닐처리까지는 제 1 실시형태와 마찬가지이다. 다음으로, 위상 시프트막(11) 상에, 스퍼터법에 의해 하층(13a')을 성막한다. 이때, 하층(13a')의 위상 시프트막(11)측 영역의 인듐 등 금속 원소의 함유량이, 상층(13c)측 영역의 인듐 등 금속 원소의 함유량보다도 많아지는 조성 경사막이 되도록 성막 장치를 제어한다. 구체적으로는, 우선, 크롬 타겟과 인듐 등 금속 원소를 함유하는 타겟(인듐 등 금속 원소만의 타겟 또는 크롬과 인듐 등 금속 원소 양쪽 모두의 원소로 이루어지는 타겟)의 2개의 타겟이 배치된 스퍼터실 내의 회전 테이블에, 위상 시프트막(11)이 성막된 투광성 기판(10)을 설치한다. 그리고, 스퍼터실 내에, 성막 가스를 도입하고, 또한 2개의 타겟 양쪽 모두에 전압을 인가하여, 위상 시프트막(11) 상에 하층(13a')의 위상 시프트막(11)측 영역을 스퍼터 성막한다.
또, 이 스퍼터 성막에서는, 하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측 영역의 성막 시작부터, 하층(13a')에 있어서의 상층(13c)측 영역의 표면의 성막이 끝날 때까지의 동안에, 인듐 등 금속 원소를 함유하는 타겟의 인가 전압을 서서히 올려 간다. 이에 따라, 하층(13a')은, 위상 시프트막(11)측으로부터 상층(13c)측을 향하여, 인듐 등 금속 원소의 함유량이 증가해 가는 조성 경사막으로 할 수 있다. 또, 이 하층(13a')의 스퍼터 성막 시, 이 스퍼터 성막의 도상에서, 성막 가스의 희가스와 반응성 가스의 유량을 바꾸는 등의 조정을 실시해도 된다. 하층(13a')의 성막 후, 상층(13c)과 하드 마스크막(15)을 각각 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지의 순서로 성막한다. 또, 이 마스크 블랭크(2)가 레지스트막(17)을 갖는 것인 경우에는, 제 1 실시형태의 경우와 마찬가지의 순서로 도포 형성한다. 이상의 순서에 따라 마스크 블랭크(2)를 제조한다.
≪위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크≫
본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 도 1을 이용하여 설명한 제 1 실시형태의 마스크 블랭크를 이용한 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 또는 도 2를 이용하여 설명한 제 2 실시형태의 마스크 블랭크를 이용한 위상 시프트 마스크의 제조 방법이다.
이하에, 도 3a∼도 3d 및 도 4a∼도 4c에 의거하여, 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명한다. 또, 도 3a∼도 3d 및 도 4a∼도 4c에 있어서는, 도 1을 이용하여 설명한 제 1 실시형태의 마스크 블랭크를 도시하지만, 이들 도 3a∼도 3d 및 도 4a∼도 4c를 이용하여 설명하는 제조 방법은, 도 2를 이용하여 설명한 제 2 실시형태의 마스크 블랭크를 이용한 경우에도 마찬가지로 적용된다.
우선, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 마스크 블랭크(1)에 있어서의 레지스트막(17)에 대하여, 위상 시프트막(11)에 형성해야 할 위상 시프트 패턴과 얼라이먼트 마크 패턴을 노광 묘화한다. 이 노광 묘화에는, 전자선이 이용되는 경우가 많다. 이때, 투광성 기판(10)에 있어서의 중앙 부분을 위상 시프트 패턴 형성 영역(10a)으로 하고, 여기에 위상 시프트 패턴에 대응하는 패턴을 노광 묘화한다. 또, 위상 시프트 패턴 형성 영역(10a)의 외주 영역(10b)에는, 위상 시프트 패턴을 형성하지 않고 얼라이먼트 마크 등의 패턴을 노광 묘화한다. 그 후, 레지스트막(17)에 대하여 PEB 처리, 현상 처리, 포스트 베이크(Post Bake) 처리 등의 소정의 처리를 실시하여, 위상 시프트 패턴 및 얼라이먼트 마크 패턴을 갖는 제 1 레지스트 패턴(17a)을 형성한다.
이어서 도 3b에 나타내는 바와 같이, 제 1 레지스트 패턴(17a)을 마스크로 하고, 불소계 가스를 이용한 하드 마스크막(15)의 드라이 에칭을 실시하여, 하드 마스크막(15)에 하드 마스크 패턴(15a)을 형성한다. 그런 후, 제 1 레지스트 패턴(17a)을 제거한다. 또, 여기에서, 레지스트 패턴(17a)을 제거하지 않고 잔존시킨 채로, 차광막(13)의 드라이 에칭을 실시해도 된다. 이 경우에서도, 차광막(13)의 드라이 에칭의 도상에서 레지스트 패턴(17a)은 소실한다.
다음으로 도 3c에 나타내는 바와 같이, 하드 마스크 패턴(15a)을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스(산소 함유 염소계 가스)를 이용한 차광막(13)의 드라이 에칭을 실시하여, 크롬과 함께 인듐 등 금속 원소를 함유하는 차광막(13)을 패터닝한다. 이에 따라, 차광막 패턴(13aa)을 형성한다.
그 후, 도 3d에 나타내는 바와 같이, 차광막 패턴(13aa)을 마스크로 하고, 불소계 가스를 이용한 위상 시프트막(11)의 드라이 에칭을 실시하여, 규소를 함유하는 재료로 형성된 위상 시프트막(11)을 패터닝한다. 이에 따라, 투광성 기판(10)에 있어서의 위상 시프트 패턴 형성 영역(10a)에, 위상 시프트막(11)을 패터닝하여 이루어지는 위상 시프트 패턴(20a)을 형성한다. 또, 투광성 기판(10)에 있어서의 외주 영역(10b)에, 차광막(13)과 위상 시프트막(11)을 관통하는 구멍 형상의 얼라이먼트 마크 패턴(20b)을 형성한다. 또한, 이러한 규소를 함유하는 재료로 형성된 위상 시프트막(11)의 드라이 에칭에 있어서는, 규소를 함유하는 재료로 형성된 하드 마스크 패턴(15a)도 동시에 제거된다.
다음으로, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 투광성 기판(10)에 있어서의 외주 영역(10b)을 덮는 형상으로, 제 2 레지스트 패턴(31)을 형성한다. 이때, 우선 투광성 기판(10) 상에, 레지스트막을 스핀 도포법에 따라 형성한다. 다음으로, 투광성 기판(10)에 있어서의 외주 영역(10b)을 덮는 형상으로 레지스트막이 남겨지도록, 당해 레지스트막에 대하여 노광을 실시하고, 그 후 레지스트막에 대하여 현상 처리 등의 소정의 처리를 실시한다. 이에 따라, 투광성 기판(10)에 있어서의 외주 영역(10b)을 덮는 형상으로, 제 2 레지스트 패턴(31)을 형성한다.
그 후, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 제 2 레지스트 패턴(31)을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 차광막(13)의 드라이 에칭을 실시하여, 외주 영역(10b)을 덮는 띠 형상으로 차광막(13)을 패터닝하여 이루어지는 차광 패턴(20c)을 형성한다.
이어서, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 제 2 레지스트 패턴(31)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 실시한다. 이상에 의해, 위상 시프트 마스크(3)를 얻을 수 있다.
또한, 이상의 제조 공정 중의 드라이 에칭에서 사용되는 염소계 가스로는, Cl이 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 염소계 가스로서 Cl2, SiCl2, CHCl3, CH2Cl2, CCl4, BCl3 등을 들 수 있다. 또, 이상의 제조 공정 중의 드라이 에칭에서 사용되는 불소계 가스로는, F가 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 불소계 가스로서 CHF3, CF4, C2F6, C4F8, SF6 등을 들 수 있다. 특히, C를 포함하지 않는 불소계 가스는, 유리 기판에 대한 에칭 레이트가 비교적 낮기 때문에 유리 기판에의 데미지를 보다 작게 할 수 있다.
이와 같이 하여 얻어진 위상 시프트 마스크(3)는, 도 1을 이용하여 설명한 제 1 실시형태의 마스크 블랭크(1)를 이용한 경우이면, 투광성 기판(10) 상에, 투광성 기판(10)측으로부터 순서대로 위상 시프트 패턴(20a)이 형성된 위상 시프트막(11), 및 차광 패턴(20c)이 형성된 차광막(13)을 적층한 구조를 갖는 것이 된다. 위상 시프트막(11)과 차광막(13)의 적층부에는, 이들을 관통하는 구멍 형상의 얼라이먼트 마크 패턴(20b)을 갖는다.
이 중 위상 시프트 패턴(20a)은, 투광성 기판(10)에 있어서의 중앙 부분에 설정된 위상 시프트 패턴 형성 영역(10a)에 설치되어 있다. 또, 차광 패턴(20c)은, 위상 시프트 패턴 형성 영역(10a)을 둘러싸는 외주 영역(10b)에 있어서, 위상 시프트 패턴 형성 영역(10a)을 둘러싸는 띠형상으로 형성되어 있다. 그리고 얼라이먼트 마크 패턴(20b)은 외주 영역(10b)에 설치되어 있다.
또한, 도 2를 이용하여 설명한 제 2 실시형태의 마스크 블랭크(2)를 이용한 경우이면, 도 4C에 나타난 차광막(13)을, 도 2를 이용하여 설명한 차광막(13')으로 치환한 구성의 위상 시프트 마스크가 된다.
이상 설명한 위상 시프트 마스크의 제조 방법에서는, 제 1 실시형태의 마스크 블랭크(1)를 이용하여 위상 시프트 마스크를 제조하고 있다. 이 때문에, 도 3c를 이용하여 설명한 차광막(13)의 드라이 에칭 공정에서는, 에칭 가스에 등방성 에칭의 경향이 강한 산소 함유 염소계 가스가 이용됨으로써 사이드 에칭이 진행된다. 그러나, 차광막(13)에 있어서의 상층(13c)은, 차광막(13) 중에서 크롬 농도가 가장 높기 때문에, 사이드 에칭의 진행을 가장 작게 억제할 수 있어 상층의 하드 마스크 패턴(15a)의 패턴 형상과의 괴리가 작아, 이 상층(13c)에 의해 차광막 패턴(13aa)의 평면시 형상을 양호하게 유지하는 것이 가능하다.
그리고, 중간층(13b)은, 크롬(Cr)의 함유량이 차광막(13) 내에서 가장 적기 때문에 사이드 에칭이 진행되기 쉽기는 하지만, 에칭 레이트를 빠르게 할 수 있어 차광막(13) 전체로서의 에칭 시간을 단축할 수 있다. 게다가, 인듐 등 금속 원소를 함유하고 있기 때문에 차광막(13) 전체의 광학 농도(OD)가 유지된다.
또, 하층(13a)은, 중간층(13b)보다도 크롬(Cr)의 함유량이 많기 때문에, 중간층(13b)보다도 에칭 레이트가 작아, 사이드 에칭을 작게 억제할 수 있다. 그 결과로서, 차광막(13)의 최하층의 사이드 에칭을 저감하여 차광막 패턴(13aa)의 패턴 무너짐을 억제하는 것이 가능해진다.
또, 이상과 같이 하여 패터닝된 차광막 패턴(13aa)을 마스크로 한 위상 시프트막(11)의 에칭에 있어서는, 평면 형상이 양호하게 형성된 차광막(13)의 상층(13c)이 마스크가 되어, 하드 마스크 패턴(15a)의 패턴 형상과의 괴리가 작아 위상 시프트막(11)을 패터닝하는 것이 가능하게 된다.
또, 제 2 실시형태의 마스크 블랭크(2)를 이용한 위상 시프트 마스크의 제조에 있어서도, 마찬가지로, 도 3c를 이용하여 설명한 드라이 에칭 공정을 차광막(13')에 적용한 경우에, 에칭 가스에 등방성 에칭의 경향이 강한 산소 함유 염소계 가스가 이용됨으로써 사이드 에칭이 진행된다. 그러나, 차광막(13')에 있어서의 상층(13c)은, 차광막(13) 중에서 크롬 농도가 가장 높기 때문에, 사이드 에칭의 진행을 가장 작게 억제할 수 있어 상층의 하드 마스크 패턴(15a)의 패턴 형상과의 괴리가 작아, 이 상층(13c)에 의해 차광막 패턴(13aa')의 평면시 형상을 양호하게 유지하는 것이 가능하다.
그리고, 하층(13a')의 상층(13c)측 영역은, 크롬(Cr)의 함유량이 차광막(13')내에서 가장 적기 때문에 사이드 에칭이 진행되기 쉽기는 하지만, 에칭 레이트를 빠르게 할 수 있어 차광막(13') 전체로서의 에칭 시간을 단축할 수 있다. 게다가, 인듐 등 금속 원소를 함유하고 있기 때문에 차광막(13') 전체의 광학 농도(OD)가 유지된다.
또, 하층(13a')의 위상 시프트막(11)측 영역은, 그 상층(13c)측 영역보다도 크롬(Cr)의 함유량이 많기 때문에 에칭 레이트가 작아, 사이드 에칭을 작게 억제할 수 있다. 그 결과로서, 차광막(13')의 최하층의 사이드 에칭을 저감하여 차광막 패턴(13aa')의 패턴 무너짐을 억제하는 것이 가능해진다.
또, 이상과 같이 하여 패터닝된 차광막 패턴(13aa')을 마스크로 한 위상 시프트막(11)의 에칭에 있어서는, 평면시 형상이 양호하게 형성된 차광막(13')의 상층(13c)이 마스크가 되어, 하드 마스크 패턴(15a)의 패턴 형상과의 괴리가 작아 위상 시프트막(11)을 패터닝하는 것이 가능하게 된다.
≪반도체 디바이스의 제조 방법≫
본 발명의 반도체 디바이스의 제조 방법은, 앞서 설명한 위상 시프트 마스크 또는 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 이용하여, 기판 상의 레지스트막에 대하여 위상 시프트 마스크의 전사 패턴(위상 시프트 패턴)을 노광 전사하는 것을 특징으로 하고 있다. 이러한 반도체 디바이스의 제조 방법은 다음과 같이 실시한다.
우선, 반도체 디바이스를 형성하는 기판을 준비한다. 이 기판은, 예를 들면 반도체 기판이어도 되고, 반도체 박막을 갖는 기판이어도 되며, 추가로 이들의 상부에 미세 가공막이 성막된 것이어도 된다. 준비한 기판 상에 레지스트막을 성막하고, 이 레지스트막에 대하여, 본 발명의 위상 시프트 마스크를 이용한 패턴 노광을 실시하여, 위상 시프트 마스크에 형성된 전사 패턴을 레지스트막에 노광 전사한다. 이때, 노광광으로는, 전사 패턴을 구성하는 위상 시프트막에 대응하는 노광광을 이용하는 것으로 하고, 예를 들면 여기에서는 ArF 엑시머 레이저광을 이용한다.
이상의 후에, 전사 패턴이 노광 전사된 레지스트막을 현상 처리하여 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 기판의 표층에 대하여 에칭 가공을 실시하거나 불순물을 도입하는 처리를 실시한다. 처리가 종료된 후에는, 레지스트 패턴을 제거한다.
이상과 같은 처리를, 전사용 마스크를 교환하면서 기판 상에 있어서 반복 실시하고, 추가로 필요한 가공 처리를 실시함으로써, 반도체 디바이스를 완성시킨다.
이상과 같은 반도체 디바이스의 제조에 있어서는, 본 발명의 위상 시프트 마스크 또는 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 패턴의 형상 정밀도가 양호한 위상 시프트 마스크를 이용함으로써, 기판 상에 초기의 설계 사양을 충분히 만족시키는 정밀도의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이 때문에, 이 레지스트막의 패턴을 마스크로 하고, 하층막을 드라이 에칭하여 회로 패턴을 형성한 경우, 정밀도 부족에 기인하는 배선 단락(短絡)이나 단선(斷線)이 없는 고정밀도의 회로 패턴을 형성할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해, 본 발명의 실시형태를 더욱 구체적으로 설명한다.
≪실시예 1≫
[마스크 블랭크의 제조]
도 1을 이용하여 설명한 제 1 실시형태의 마스크 블랭크(1)를 이하와 같이 제조했다. 우선, 주표면의 치수가 약 152mm×약 152mm이고, 두께가 약 6.25mm인 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(10)을 준비했다. 이 투광성 기판(10)은, 단면(端面) 및 주표면(S)이 소정의 표면 거칠기로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이다.
다음으로, 하기 표 1에 나타내는 각 조건으로, 투광성 기판(10) 상에, 위상 시프트막(11), 차광막(13)의 하층(13a), 차광막(13)의 중간층(13b), 차광막(13)의 상층(13c), 하드 마스크막(15)의 순서로 성막했다. 스퍼터 성막에는, DC 스퍼터링 방식의 매엽식 성막장치를 이용했다.
[표 1]
Figure 112017122406759-pat00001
다만, 위상 시프트막(11)을 스퍼터 성막한 후에는, 성막 후의 후처리로서 450℃에서 30분간의 어닐처리를 실시했다. 어닐처리 후의 위상 시프트막(11)에 대해, 위상 시프트량 측정장치로 ArF 엑시머 레이저광의 파장(약 193nm)에 대한 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 5.88％, 위상차가 177.9도였다.
또, 위상 시프트막(11) 상에, 하층(13a), 중간층(13b) 및 상층(13c)을 이 순서대로 스퍼터 성막한 후, 이들 층으로 이루어지는 차광막(13)과 위상 시프트막(11)과의 적층 구조에 대해, ArF 엑시머 레이저광의 파장(약 193nm)에 대한 광학 농도(OD)를 측정한바, 광학 농도(OD)는 3.0 이상이었다.
또, 노광장치의 위치 결정에 이용되는 파장 880nm의 광에 대한 투광성 기판(10)에서부터 차광막(13)까지의 광투과율을 측정한바, 광투과율은 50％ 이하였다.
이상의 스퍼터 성막 후, 하드 마스크막(15)의 표면에 HMDS 처리를 실시했다. 계속해서 스핀 도포법에 의해, 하드 마스크막(15)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트(후지필름 일렉트로닉스 머티리얼즈사 제조 PRL009)로 이루어지는 레지스트막(17)을 막두께 100nm로 형성했다. 이상의 순서에 따라, 투광성 기판(10) 상에, 위상 시프트막(11), 3층 구조의 차광막(13), 하드 마스크막(15) 및 레지스트막(17)을 이 순서대로 적층한 구조를 구비한 마스크 블랭크(1)를 제조했다.
[패턴 형성]
제작한 마스크 블랭크(1)를 이용하여, 이하의 순서로 위상 시프트 마스크(3)를 제작했다. 우선, 도 3a를 참조하여, 레지스트막(17)에 대하여, 위상 시프트막에 형성해야 할 위상 시프트 패턴과 얼라이먼트 마크 패턴을 포함하는 제 1 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 실시하여, 제 1 레지스트 패턴(17a)을 형성했다. 제 1 레지스트 패턴(17a)은, SRAF 패턴의 패턴 치수에 대응하는 40nm 폭의 라인 앤드 스페이스의 위상 시프트 패턴의 형성을 목적으로 했다.
다음으로, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 제 1 레지스트 패턴(17a)을 마스크로 하고, 불소계 가스(CF4)를 이용한 하드 마스크막(15)의 드라이 에칭을 실시하여 하드 마스크막(15)에 하드 마스크 패턴(15a)을 형성했다. 그런 후, 제 1 레지스트 패턴(17a)을 제거했다. 다음으로 도 3c에 나타내는 바와 같이, 하드 마스크 패턴(15a)을 마스크로 하고, 염소 가스(Cl2)와 산소 가스(O)의 혼합 가스를 이용한 차광막(13)의 드라이 에칭을 실시하여 차광막 패턴(13aa)을 형성했다. 또한 이때의 차광막(13)의 각 층에 있어서의 염소 가스(Cl2)와 산소 가스(O)의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트는, 상층(13c)의 에칭 레이트를 1로 했을 때의 중간층(13b)의 에칭 레이트의 비율로서 1.8이었다. 또, 상층(13c)의 에칭 레이트를 1로 했을 때의 하층(13a)의 에칭 레이트의 비율로서 3.2였다.
그 후, 도 3d에 나타내는 바와 같이, 차광막 패턴(13aa)을 마스크로 하고, 불소계 가스(SF6)를 이용한 위상 시프트막(11)의 드라이 에칭을 실시했다. 이에 따라, 투광성 기판(10)에 있어서의 위상 시프트 패턴 형성 영역(10a)에 위상 시프트 패턴(20a)을 형성했다. 또, 투광성 기판(10)에 있어서의 외주 영역(10b)에, 차광막(13)과 위상 시프트막(11)을 관통하는 구멍 형상의 얼라이먼트 마크 패턴(20b)을 형성한다. 또한 이때, 하드 마스크 패턴(15a)도 동시에 제거되었다.
다음으로, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 투광성 기판(10)에 있어서의 외주 영역(10b)을 덮는 형상으로, 제 2 레지스트 패턴(31)을 형성했다. 그 후, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 제 2 레지스트 패턴(31)을 마스크로 하고, 염소(Cl2) 가스와 산소 가스(O2)의 혼합 가스를 이용한 차광막(13)의 드라이 에칭을 실시하여, 외주 영역(10b)을 덮는 띠형상으로 차광막(13)을 패터닝하여 이루어지는 차광 패턴(20c)을 형성했다. 이어서, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 제 2 레지스트 패턴(31)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 실시하여 위상 시프트 마스크(3)를 얻었다.
[차광막 패턴(13aa)의 평가(위상 시프트막 에칭 전)]
이상과 같은 패턴 형성에 있어서, 차광막 패턴(13aa)을 형성하고, 위상 시프트막(11)을 에칭하기 전의 단계(도 3c 참조)에 있어서, 차광막 패턴(13aa)의 단면 형상을 확인했다. 이 결과, 도 5에 나타내는 바와 같이, 차광막 패턴(13aa)의 단면 형상은, 차광막 패턴(13aa)의 중간층(13b)에서는 패턴의 벽면에 사이드 에칭에 의한 패임이 보이기는 하지만, 하층(13a)에서는 사이드 에칭이 억제되어 있어, 패턴 폭이 회복하는 형상이 되어 있었다. 또, 하드 마스크 패턴(15a)의 치수에 대해서, 상층(13c)의 치수의 후퇴는 작았다.
또, 이 단계에서, 차광막 패턴(13aa)을 세정하고, 그 후, 차광막 패턴(13aa)의 상태를 확인한바, 차광막 패턴에 무너짐은 발생하고 있지 않았다. 이는, 차광막(13)의 하층(13a)에 있어서 패턴 폭을 확보할 수 있음으로써, 위상 시프트막(11)과의 계면에서의 밀착성이 확보된 것에 의한 것이라고 생각할 수 있다.
[위상 시프트 패턴(20a)의 평가]
차광막 패턴(13aa)을 마스크로 한 위상 시프트막(11)의 에칭에 의해 형성한 위상 시프트 패턴(20a)에 대해, 그 형상을 평가한바, 제 1 레지스트 패턴(17a)의 평면 형상에 대해서 괴리가 적은 패턴 형상이 얻어지고 있는 것이 확인되었다.
또, 이 실시예 1의 위상 시프트 마스크(3)에 대하여, AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 이용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때의 전사상(轉寫像)의 시뮬레이션을 실시했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 만족시키고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 1의 위상 시프트 마스크(3)를 노광장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 하더라도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
≪실시예 2≫
[마스크 블랭크의 제조]
도 2를 이용하여 설명한 제 2 실시형태의 마스크 블랭크(2)를, 실시예 1의 제작 순서와 마찬가지로 하여 제작했다. 다만, 차광막(13')의 스퍼터 성막에 관해서는, 성막실 내에 크롬(Cr) 타겟과 인듐(In) 타겟의 2개의 타겟이 설치되고, 또한 그 2개의 타겟에 동시에 전압을 인가하는 것이 가능한 DC 스퍼터링 방식의 매엽식 성막장치를 이용했다. 차광막(13')의 하층(13a')은, 크롬 타겟에만 전압을 인가한 상태로 하층(13a')의 스퍼터 성막을 개시하고, 서서히 인듐 타겟에 인가하는 전압을 올려 가는 방법으로 실시되었다. 또 이때의 스퍼터 가스에는, 아르곤, 헬륨, 질소 및 이산화탄소의 혼합 가스가 이용되었다. 이에 따라, 하층(13a')은, 위상 시프트막(11)측(조성 Cr:O:C:N＝57:19:11:13 원자％비)으로부터 상층(13c)측(조성 Cr:In:O:C:N＝45:5:30:9:11 원자％비)에 걸쳐 조성 경사지는 층 구조로 성막되었다.
또, 차광막(13')의 상층(13c)(CrN막 조성 Cr:N＝73:27 원자％비)은, 크롬 타겟만 전압을 인가하고, 스퍼터 가스에 아르곤 및 질소의 혼합 가스를 이용한 스퍼터 성막에 의해 실시되었다.
또, 위상 시프트막(11) 상에, 하층(13a'), 상층(13c)을 이 순서대로 스퍼터 성막한 후, 이들 층으로 이루어지는 차광막(13')과 위상 시프트막(11)과의 적층 구조에 대해, ArF 엑시머 레이저광의 파장(약 193nm)에 대한 광학 농도(OD)를 측정한바, 광학 농도(OD)는 3.0 이상이었다.
또, 파장 880nm의 광에 대한 투광성 기판(10)에서부터 차광막(13')까지의 광투과율은 50％ 이하였다.
[패턴의 형성]
제작한 마스크 블랭크(2)를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로 위상 시프트 마스크(3)를 제작했다.
[차광막 패턴(13aa')의 평가(위상 시프트막 에칭 전)]
실시예 1과 마찬가지로 차광막 패턴의 단면 형상을 확인했다. 이 결과, 도 6에 나타내는 바와 같이, 차광막 패턴(13aa')의 단면 형상은, 하층(13a')에 있어서의 상층(13c)측에서는, 패턴의 벽면에 사이드 에칭에 의한 패임이 보이기는 하지만, 하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측에서는 사이드 에칭이 억제되어 있어, 패턴 폭이 회복하는 형상이 되어 있었다. 또, 하드 마스크 패턴(15a)의 치수에 대해서, 상층(13c)의 치수의 후퇴는 작았다.
또, 세정 후에 있어서의 차광막 패턴(13aa')의 상태를 확인한바, 차광막 패턴(13aa')에 무너짐은 발생하고 있지 않았다. 이는, 하층(13a')의 위상 시프트막(11) 측에 있어서 패턴 폭을 확보할 수 있음으로써, 위상 시프트막(11)과의 계면에서의 밀착성이 확보된 것에 의한 것이라고 생각할 수 있다.
[위상 시프트 패턴(20a)의 평가]
차광막 패턴(13aa')을 마스크로 한 위상 시프트막(11)의 에칭에 의해 형성한 위상 시프트 패턴(20a)에 대해, 그 형상을 평가한바, 제 1 레지스트 패턴(17a)의 평면 형상에 대해서 괴리가 적은 패턴 형상이 얻어지고 있는 것이 확인되었다.
또, 이 실시예 2의 위상 시프트 마스크에 대하여, AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 이용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 실시했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 만족시키고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 2의 위상 시프트 마스크(3)를 노광장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 하더라도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
≪실시예 3≫
[마스크 블랭크의 제조]
도 1을 이용하여 설명한 제 1 실시형태의 마스크 블랭크(1)에 관한 다른 실시예로서, 실시예 3의 마스크 블랭크를 실시예 1의 제작 순서와 마찬가지로 하여 제작했다. 다만, 차광막(13)의 중간층(13b)에 관해서는, 성막실 내에 크롬(Cr)과 주석(Sn)의 혼합 타겟(Cr:Sn＝90:10 원자％비)을 설치하고, 아르곤, 헬륨, 질소 및 이산화탄소의 혼합 가스를 스퍼터 가스에 이용한 DC 스퍼터링법에 따라 성막했다. 이 중간층(13b)의 조성은, Cr:Sn:O:C:N＝47:6:27:7:13(원자％비)으로 되어 있었다.
또, 위상 시프트막(11) 상에, 하층(13a), 중간층(13b), 상층(13c)을 이 순서대로 스퍼터 성막한 후, 이들 층으로 이루어지는 차광막(13)과 위상 시프트막(11)의 적층 구조에 대해, ArF 엑시머 레이저광의 파장(약 193nm)에 대한 광학 농도(OD)를 측정한바, 광학 농도(OD)는 3.0 이상이었다.
또, 파장 880nm의 광에 대한 투광성 기판(10)에서부터 차광막(13)까지의 광투과율은 50％ 이하였다.
[패턴의 형성]
제작한 실시예 3의 마스크 블랭크(1)를 이용하여 실시예 1과 마찬가지의 순서로 실시예 3의 위상 시프트 마스크(3)를 제작했다.
[차광막 패턴(13aa)의 평가(위상 시프트막 에칭 전)]
실시예 1과 마찬가지로 차광막 패턴의 단면 형상을 확인했다. 이 결과, 도 5에 나타내는 바와 같이, 차광막 패턴(13aa)의 단면 형상은, 차광막 패턴(13aa)의 중간층(13b)에서는 패턴의 벽면에 사이드 에칭에 의한 패임이 보이기는 하지만, 하층(13a)에서는 사이드 에칭이 억제되어 있어, 패턴 폭이 회복하는 형상이 되어 있었다. 또, 하드 마스크 패턴(15a)의 치수에 대해서, 상층(13c)의 치수의 후퇴는 작았다.
또, 이 단계에서, 차광막 패턴(13aa)을 세정하고, 그 후, 차광막 패턴(13aa)의 상태를 확인한바, 차광막 패턴에 무너짐은 발생하고 있지 않았다. 이는, 차광막(13)의 하층(13a)에 있어서 패턴 폭을 확보할 수 있음으로써, 위상 시프트막(11)과의 계면에서의 밀착성이 확보된 것에 의한 것이라고 생각할 수 있다.
[위상 시프트 패턴(20a)의 평가]
차광막 패턴(13aa)을 마스크로 한 위상 시프트막(11)의 에칭에 의해 형성한 위상 시프트 패턴(20a)에 대해, 그 형상을 평가한바, 제 1 레지스트 패턴(17a)의 평면 형상에 대해서 괴리가 적은 패턴 형상이 얻어지고 있는 것이 확인되었다.
또, 이 실시예 3의 위상 시프트 마스크에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 이용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 실시했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 만족시키고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 3의 위상 시프트 마스크(3)를 노광장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 하더라도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
≪실시예 4≫
[마스크 블랭크의 제조]
도 2를 이용하여 설명한 제 2 실시형태의 마스크 블랭크(2)에 관한 다른 실시예로서, 실시예 4의 마스크 블랭크를 실시예 2의 제작 순서와 마찬가지로 하여 제작했다. 다만, 차광막(13')의 스퍼터 성막에 관해서는, 성막실 내에 크롬(Cr) 타겟과 주석(Sn) 타겟의 2개의 타겟이 설치되고, 또한 그 2개의 타겟에 동시에 전압을 인가하는 것이 가능한 DC 스퍼터링 방식의 매엽식 성막장치를 이용했다. 차광막(13')의 하층(13a')은, 크롬 타겟에만 전압을 인가한 상태로 하층(13a')의 스퍼터 성막을 개시하고, 서서히 주석 타겟에 인가하는 전압을 올려 가는 방법으로 실시되었다. 또 이때의 스퍼터 가스에는, 아르곤, 헬륨, 질소 및 이산화탄소의 혼합 가스가 이용되었다. 이에 따라, 하층(13a')은, 위상 시프트막(11)측(조성 Cr:O:C:N＝58:18:10:14 원자％비)으로부터 상층(13c)측(조성 Cr:Sn:O:C:N＝44:7:28:9:12 원자％비)에 걸쳐 조성 경사지는 층 구조로 성막되었다.
또, 위상 시프트막(11) 상에, 하층(13a'), 상층(13c)을 이 순서대로 스퍼터 성막한 후, 이들 층으로 이루어지는 차광막(13')과 위상 시프트막(11)과의 적층 구조에 대해, ArF 엑시머 레이저광의 파장(약 193nm)에 대한 광학 농도(OD)를 측정한바, 광학 농도(OD)는 3.0 이상이었다.
또, 파장 880nm의 광에 대한 투광성 기판(10)에서부터 차광막(13')까지의 광투과율은 50％ 이하였다.
[패턴의 형성]
제작한 실시예 4의 마스크 블랭크(2)를 이용하여 실시예 1과 마찬가지의 순서로 위상 시프트 마스크(3)를 제작했다.
[차광막 패턴(13aa')의 평가(위상 시프트막 에칭 전)]
실시예 2와 마찬가지로 차광막 패턴의 단면 형상을 확인했다. 이 결과, 도 6에 나타내는 바와 같이, 차광막 패턴(13aa')의 단면 형상은, 하층(13a')에 있어서의 상층(13c)측에서는 패턴의 벽면에 사이드 에칭에 의한 패임이 보이기는 하지만, 하층(13a')에 있어서의 위상 시프트막(11)측에서는 사이드 에칭이 억제되어 있어, 패턴 폭이 회복하는 형상이 되어 있었다. 또, 하드 마스크 패턴(15a)의 치수에 대해서, 상층(13c)의 치수의 후퇴는 작았다.
또, 세정 후에 있어서의 차광막 패턴(13aa')의 상태를 확인한바, 차광막 패턴(13aa')에 무너짐은 발생하고 있지 않았다. 이는, 하층(13a')의 위상 시프트막(11) 측에 있어서 패턴 폭을 확보할 수 있음으로써, 위상 시프트막(11)과의 계면에서의 밀착성이 확보된 것에 의한 것이라고 생각할 수 있다.
[위상 시프트 패턴(20a)의 평가]
차광막 패턴(13aa')을 마스크로 한 위상 시프트막(11)의 에칭에 의해 형성한 위상 시프트 패턴(20a)에 대해, 그 형상을 평가한바, 제 1 레지스트 패턴(17a)의 평면 형상에 대해서 괴리가 적은 패턴 형상이 얻어지고 있는 것이 확인되었다.
또, 이 실시예 4의 위상 시프트 마스크에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 이용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때의 전사상의 시뮬레이션을 실시했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 만족시키고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 4의 위상 시프트 마스크(3)를 노광장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 하더라도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
≪비교예≫
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 1의 제작 순서에 있어서, 차광막의 성막 조건만을 변경하여 마스크 블랭크를 제작했다. 차광막은, (CrOCN막 조성 Cr:O:C:N＝55:22:12:11 원자％비), 막두께 46nm의 단층 구조로서 형성했다.
또한, 위상 시프트막 상에 차광막을 스퍼터 성막한 후, 차광막과 위상 시프트막과의 적층 구조에 대해, ArF 엑시머 레이저광의 파장(약 193nm)에 대한 광학 농도(OD)를 측정한바, 광학 농도(OD)는 3.0 이상이었다.
또 파장 880nm의 광에 대한 투광성 기판에서부터 하드 마스크막까지의 광투과율은, 광투과율은 50％ 이하였다.
[패턴의 형성]
제작한 마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로 위상 시프트 마스크를 제작했다.
[차광막 패턴의 평가(위상 시프트막 에칭 전)]
실시예 1과 마찬가지로 차광막 패턴의 단면 형상을 확인했다. 이 결과, 도 7에 나타내는 바와 같이, 차광막 패턴(50aa)의 단면 형상은, 위상 시프트막(11)측을 향하여 패턴의 벽면의 패임이 깊은 형상이 되어 있었다. 또, 하드 마스크 패턴(15a)의 치수에 대해서, 차광막 패턴(50aa)에 있어서의 상층 부분의 후퇴량(d)이 크고, 하드 마스크 패턴(15a)의 패턴보다도 라인이 가늘어져 있었다.
또, 세정 후에 있어서의 차광막 패턴(50aa) 상태를 확인한바, 차광막 패턴(50aa)에 무너짐이 발생하고 있었다. 그래서, 면내의 여러 가지 패턴 선폭의 차광막 패턴(50aa)의 상태를 확인한바, 패턴 무너짐이 발생하지 않게 된 것은 패턴 폭 80nm 이상이었다. 이는, 차광막 패턴(50aa)의 단면 형상이, 위상 시프트막(11)측을 향하여 패턴의 벽면의 패임이 깊은 형상이 되어 있고, 위상 시프트막과의 접촉 면적이 좁음으로써, 차광막 패턴(50aa)과 위상 시프트막과의 계면에서 세정에 견디는 밀착 상태를 확보할 수 없었기 때문이라고 생각할 수 있다.
또, 이 비교예의 위상 시프트 마스크에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 이용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때의 전사상의 시뮬레이션을 실시했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 위상 시프트 패턴 내의 SRAF 패턴의 탈락에 기인한 것으로 생각되는 전사 불량을 확인할 수 있었다. 이 결과로부터, 이 비교예의 위상 시프트 마스크를 노광장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴에 불량 개소가 발생해 버린다고 할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은, 상기의 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하며, 그들도 본 발명의 범위 내에 포함되는 것은 물론이다.
본 출원은, 2014년 3월 28일에 출원된, 일본특허출원 제2014-69811호로부터의 우선권을 기초로 하여 그 이익을 주장하는 것이며, 그 개시는 여기에 전체적으로 참고 문헌으로서 넣는다.
1, 2: 마스크 블랭크 3: 위상 시프트 마스크
10: 투광성 기판 11: 위상 시프트막
13, 13': 차광막 13a, 13a': 하층
13b: 중간층 13c: 상층
15: 하드 마스크막 17: 레지스트막
20a: 위상 시프트 패턴 20c: 차광 패턴

Claims (24)

  1. 투광성 기판 상에, 상기 투광성 기판측으로부터 순서대로 위상 시프트막, 차광막 및 하드 마스크막을 적층한 구조를 갖는 마스크 블랭크로서,
    상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되고,
    상기 하드 마스크막은 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되며,
    상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 형성되고, 하층, 중간층 및 상층의 3층을 적층한 구조를 가지며,
    상기 상층은 크롬의 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 많고, 그 크롬의 함유량이 60원자％ 이상이며,
    상기 중간층은 크롬의 함유량이 50원자％ 이하이고, 또한 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소를 함유하고 있으며,
    상기 하층은 크롬의 함유량이 55원자％ 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간층은, 크롬과 상기 금속 원소의 합계 함유량[원자％]에 대한 상기 금속 원소의 합계 함유량[원자％]의 비율이 5％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하층은, 상기 중간층보다도 상기 금속 원소의 합계 함유량이 적은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상층은, 상기 중간층보다도 상기 금속 원소의 합계 함유량이 적은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상층은, 막두께가 3nm 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  6. 투광성 기판 상에, 상기 투광성 기판측으로부터 순서대로 위상 시프트막, 차광막 및 하드 마스크막을 적층한 구조를 갖는 마스크 블랭크로서,
    상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되고,
    상기 하드 마스크막은 규소 및 탄탈로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되며,
    상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 형성되고, 하층 및 상층의 적층 구조를 가지며,
    상기 상층은 크롬의 함유량이 상기 하층보다도 많고, 그 크롬의 함유량이 60원자％ 이상이며,
    상기 하층은, 상기 위상 시프트막측으로부터 상기 상층측에 걸쳐 크롬의 함유량이 적어지도록 조성 경사져 있고, 또한 상기 상층측에 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소를 함유하고 있으며,
    상기 하층에 있어서의 상기 위상 시프트막측의 영역의 크롬의 함유량이 55원자％ 이하이고,
    상기 하층에 있어서의 상기 상층측의 영역의 크롬의 함유량이 50원자％ 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하층에 있어서의 상기 상층측의 영역은, 크롬과 상기 금속 원소의 합계 함유량[원자％]에 대한 상기 금속 원소의 합계 함유량[원자％]의 비율이 5％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 하층에 있어서의 상기 위상 시프트막측의 영역은, 상기 하층에 있어서의 상기 상층측의 영역보다도 상기 금속 원소의 합계 함유량이 적은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 상층은, 상기 하층에 있어서의 상기 상층측의 영역보다도 상기 금속 원소의 합계 함유량이 적은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 상층은, 막두께가 3nm 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  11. 제 1, 2, 6, 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하드 마스크막은, 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  12. 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서,
    제 1, 2, 6, 7 항 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크를 이용하고,
    상기 하드 마스크막 상에 형성된 위상 시프트 패턴을 갖는 레지스트막을 마스크로 하고, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, 상기 하드 마스크막에 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 위상 시프트 패턴이 형성된 하드 마스크막을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, 상기 차광막에 위상 시프트 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 위상 시프트 패턴이 형성된 차광막을 마스크로 하고, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, 상기 위상 시프트막에 위상 시프트 패턴을 형성하며, 또한 상기 하드 마스크막을 제거하는 공정과,
    상기 하드 마스크막을 제거한 후, 상기 차광막 상에 형성된 차광 패턴을 갖는 레지스트막을 마스크로 하고, 염소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, 상기 차광막에 차광 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  13. 투광성 기판 상에, 상기 투광성 기판측으로부터 순서대로 위상 시프트 패턴이 형성된 위상 시프트막, 및 차광 패턴이 형성된 차광막을 적층한 구조를 갖는 위상 시프트 마스크로서,
    상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되며,
    상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 형성되고, 하층, 중간층 및 상층의 3층을 적층한 구조를 가지며,
    상기 상층은 크롬의 함유량이 상기 차광막 중에서 가장 많고, 그 크롬의 함유량이 60원자％ 이상이며,
    상기 중간층은 크롬의 함유량이 50원자％ 이하이고, 또한 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소를 함유하고 있으며,
    상기 하층은 크롬의 함유량이 55원자％ 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 중간층은, 크롬과 상기 금속 원소의 합계 함유량[원자％]에 대한 상기 금속 원소의 합계 함유량[원자％]의 비율이 5％ 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 하층은, 상기 중간층보다도 상기 금속 원소의 합계 함유량이 적은 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  16. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 상층은, 상기 중간층보다도 상기 금속 원소의 합계 함유량이 적은 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  17. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 상층은, 막두께가 3nm 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  18. 투광성 기판 상에, 상기 투광성 기판측으로부터 순서대로 위상 시프트 패턴이 형성된 위상 시프트막, 및 차광 패턴이 형성된 차광막을 적층한 구조를 갖는 위상 시프트 마스크로서,
    상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되며,
    상기 차광막은 크롬을 함유하는 재료로 형성되고, 하층 및 상층의 적층 구조를 가지며,
    상기 상층은 크롬의 함유량이 상기 하층보다도 많고, 그 크롬의 함유량이 60원자％ 이상이며,
    상기 하층은 상기 위상 시프트막측부터 상기 상층측에 걸쳐 크롬의 함유량이 적어지도록 조성 경사져 있으며, 또한 상기 상층측에 인듐, 주석 및 몰리브덴으로부터 선택되는 적어도 1 이상의 금속 원소를 함유하고 있고,
    상기 하층에 있어서의 상기 위상 시프트막측의 영역의 크롬의 함유량이 55원자％ 이하이고,
    상기 하층에 있어서의 상기 상층측의 영역의 크롬의 함유량이 50원자％ 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 하층에 있어서의 상기 상층측의 영역은, 크롬과 상기 금속 원소의 합계 함유량[원자％]에 대한 상기 금속 원소의 합계 함유량[원자％]의 비율이 5％ 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 하층에 있어서의 상기 위상 시프트막측의 영역은, 상기 하층에 있어서의 상기 상층측의 영역보다도 상기 금속 원소의 합계 함유량이 적은 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  21. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 상층은, 상기 하층에 있어서의 상기 상층측의 영역보다도 상기 금속 원소의 합계 함유량이 적은 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  22. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 상층은, 막두께가 3nm 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  23. 반도체 디바이스의 제조 방법으로서, 제 12 항에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 이용하고, 리소그래피법에 의해 상기 위상 시프트 마스크의 전사 패턴을 기판 상의 레지스트막에 대하여 패턴 전사하는 노광 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
  24. 반도체 디바이스의 제조 방법으로서, 제 13, 14, 18, 19 항 중 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 마스크를 이용하고, 리소그래피법에 의해 상기 위상 시프트 마스크의 전사 패턴을 기판 상의 레지스트막에 대하여 패턴 전사하는 노광 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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