KR102254035B1 - 마스크 블랭크, 전사용 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

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

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Abstract

본 발명은, 차광막 패턴(2a)이 높은 ArF 내광성을 갖고, 또한 파장이 800㎚ 이상 900㎚ 이하인 장파장 광을 이용하여 마크 검출을 행할 때의 검출 감도가 부족하다는 과제를 해결한 마스크 블랭크(100)를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 구비한 마스크 블랭크이며, 차광막은, 규소와 질소를 함유하는 재료로 형성된 단층막이고, ArF 엑시머 레이저의 노광 광에 대한 광학 농도가 2.5 이상, 표면 반사율이 40% 이하, 이면 반사율이 40% 이하이고, 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하, 소쇠 계수가 0.04 이상이고, 두께가 60㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크이다.

Description

마스크 블랭크, 전사용 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법
본 발명은, 마스크 블랭크, 그 마스크 블랭크를 사용하여 제조된 전사용 마스크에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 상기 전사용 마스크를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 이용하여 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 반도체 디바이스의 패턴을 미세화하는 데 있어서는, 전사용 마스크에 형성되는 마스크 패턴의 미세화에 추가하여, 포토리소그래피에서 사용되는 노광 광원의 파장의 단파장화가 필요해진다. 근년, 반도체 장치를 제조할 때의 노광 광원에 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)가 적용되는 경우가 증가해 왔다.
전사용 마스크의 일종으로서 바이너리 마스크가 있다. 바이너리 마스크는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 투광성 기판 상에, 노광 광을 차광하는 차광막 패턴이 형성된 전사용 마스크이며, 그 차광막으로서는 크롬(Cr) 또는 몰리브덴실리사이드(MoSi)계의 재료가 널리 사용되어 왔다.
차광막이 크롬계 재료를 포함하는 경우, 그 막을 건식 에칭할 때 사용되는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스는 라디칼성이 높으므로 충분한 이방성으로 차광막을 건식 에칭하는 것이 어려워, 미세한 차광막 패턴을 충분한 정밀도로 형성하는 것이 곤란하게 되어 왔다.
차광막 재료로서 몰리브덴실리사이드(MoSi)계의 재료를 사용한 경우에는 상기 건식 에칭의 문제가 적어, 미세한 차광막 패턴을 고정밀도로 형성하기 쉽다는 특징이 있다. 한편, MoSi계 막은, ArF 엑시머 레이저의 노광 광(ArF 노광 광)에 대한 내성(소위 ArF 내광성)이 낮다는 것이 근년 판명되어 있다.
일본 특허 공개 제2007-33470호 공보
규소와 질소를 함유하는 재료를 위상 시프트막에 사용한 경우, 높은 ArF 내광성을 갖는 것이 확인되어 있다. 이 점에서, 바이너리 마스크의 차광막으로서 규소와 질소를 함유하는 재료의 박막(SiNx막)을 적용함으로써 높은 ArF 내광성이 얻어질 가능성을 알아내어, 연구를 행하였다. 그러나 차광막을 단층 구조의 SiNx막으로 형성하는 경우, 이하의 문제가 있음을 알 수 있었다.
일반적으로 바이너리 마스크에 있어서, 전사 패턴이 형성된 차광막에는, 노광 장치로부터 조사되는 ArF 엑시머 레이저의 노광 광(이하, ArF 노광 광이라 함)에 대하여 소정 이상의 광학 농도(예를 들어 2.5 이상)를 가질 것이 요구되고 있다. 또한 차광막에는, 투광성 기판에 접하는 측의 표면에 입사되는 ArF 노광 광에 대하여 소정 이하의 반사율(이면 반사율. 예를 들어 40% 이하)일 것이 요구되며, 동시에 투광성 기판측과는 반대측의 표면에 입사되는 ArF 노광 광에 대하여 소정 이하의 반사율(표면 반사율. 예를 들어 40% 이하)일 것이 요구되고 있다. 차광막에 요구되는 광학 농도의 관점에서는, SiNx막에 함유시키는 질소는 적을수록 바람직하다. 그러나 차광막에 요구되는 표면 반사율과 이면 반사율의 관점에서는, SiNx막에는 질소를 어느 정도 함유시킬 필요가 있다.
노광 장치에 따라서는, 파장이 800㎚ 이상 900㎚ 이하인 장파장 광을 이용하여 얼라인먼트 마크 검출을 행하고 나서 노광에 따른 동작을 행하는 경우가 있다. 여기서, 이 장파장 광을 장파장 검출 광 LW라 칭하기로 한다. 차광막이 단층 구조의 SiNx막으로 이루어지는 바이너리 마스크를, 장파장 검출 광 LW를 이용하는 노광 장치에 세트하여 노광을 행하고자 하면, 얼라인먼트 마크 검출의 검출 감도가 부족하여 노광 동작에 들어가지 못한다는 문제가 종종 발생하였다.
차광막을 구성하는 SiNx막의 질소 함유량을 대폭 적게 하면 장파장 광의 투과율을 저하시킬 수 있어, 얼라인먼트 마크의 검출 감도 부족의 문제는 해소된다. 그러나 그와 같은 차광막은, ArF 노광 광에 대한 표면 반사율 및 이면 반사율이 모두 높아지기 때문에 바이너리 마스크로서의 전사 성능이 크게 저하된다는 문제가 새로이 생겨 버린다.
본 발명은, 차광막에 요구되는 ArF 노광 광에 대한 각종 광학 특성을 만족시키면서도, 파장이 800㎚ 이상 900㎚ 이하인 장파장 광을 이용하여 마크 검출을 행할 때의 감도가 부족하다는 과제를 해결한, 단층 구조의 SiNx막으로 이루어지는 차광막을 갖는 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한 본 발명은, 이 마스크 블랭크를 사용하여 제조되는 전사용 마스크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한 본 발명은, 이 전사용 마스크를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
투광성 기판 상에 차광막을 구비한 마스크 블랭크이며,
상기 차광막은, 규소와 질소를 함유하는 재료로 형성된 단층막이고,
상기 차광막은, ArF 엑시머 레이저의 노광 광에 대한 광학 농도가 2.5 이상이고,
상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 표면 반사율이 40% 이하이고,
상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 이면 반사율이 40% 이하이고,
상기 차광막은, 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하이고,
상기 차광막은, 900㎚의 파장의 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.04 이상이고,
상기 차광막은, 두께가 60㎚ 이하인
것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 차광막은, 규소 및 질소를 포함하는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소와 규소와 질소를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 차광막은, 그 표층에, 투광성 기판측과는 반대측의 표면을 향하여 산소 함유량이 증가해 가는 조성 경사부를 갖고, 상기 표층 이외의 차광막은, 규소 및 질소를 포함하는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소와 규소와 질소를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 차광막 상에, 크롬을 함유하는 재료를 포함하는 하드 마스크막을 구비하는 것을 특징으로 하는, 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5)
투광성 기판 상에, 전사 패턴을 갖는 차광막을 구비한 전사용 마스크이며,
상기 차광막은, 규소와 질소를 함유하는 재료로 형성된 단층막이고,
상기 차광막은, ArF 엑시머 레이저의 노광 광에 대한 광학 농도가 2.5 이상이고,
상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 표면 반사율이 40% 이하이고,
상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 이면 반사율이 40% 이하이고,
상기 차광막은, 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하이고,
상기 차광막은, 900㎚의 파장의 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.04 이상이고,
상기 차광막은, 두께가 60㎚ 이하인
것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
(구성 6)
상기 차광막은, 규소 및 질소를 포함하는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소와 규소와 질소를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 구성 5에 기재된 전사용 마스크.
(구성 7)
상기 차광막은, 그 표층에, 투광성 기판측과는 반대측의 표면을 향하여 산소 함유량이 증가해 가는 조성 경사부를 갖고, 상기 표층 이외의 차광막은, 규소 및 질소를 포함하는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소와 규소와 질소를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 구성 5 또는 6에 기재된 전사용 마스크.
(구성 8)
구성 5 내지 7중 어느 하나에 기재된 전사용 마스크를 사용하여 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
본 발명의 마스크 블랭크의 차광막은, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성되며, 또한 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하이고 소쇠 계수 k가 0.04 이상이다. 규소 및 질소를 함유하는 재료는, ArF 내광성이 높은 것에 추가하여, 파장 800㎚ 이상 900㎚ 이하인 광에 대하여 파장이 길어질수록 투과율이 높아지고 소쇠 계수 k는 작아지는 특성을 갖는다. 이 광학적 특성에 의하여, 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하, 소쇠 계수가 0.04 이상이면 장파장 검출 광 LW를 충분히 감광할 수 있다. 이 때문에, 장파장 검출 광 LW를 이용하여, 이 마스크 블랭크를 사용하여 제조된 전사용 마스크에 형성된 얼라인먼트 마크를 충분한 콘트라스트로 검출하는 것이 가능해져, 얼라인먼트 마크 검출 감도 부족으로 인하여 노광을 행하지 못한다는 문제를 해결할 수 있다.
또한 본 발명의 마스크 블랭크 차광막은, ArF 엑시머 레이저의 노광 광에 대한 광학 농도가 2.5 이상, 표면 반사율이 40% 이하, 이면 반사율이 40% 이하이므로, 패턴 노광 광에 대하여 광학적으로 충분한 노광 전사 특성을 갖는다.
또한 차광막의 막 두께가 60㎚ 이하이기 때문에, 마스크 패턴의 전자계 효과에 따른 바이어스(EMF 바이어스) 및 마스크 패턴 입체 구조에 기인한 섀도잉 효과를 허용 범위에 들게 하는 것이 가능해진다. 또한 박막이므로, 미세한 차광막 패턴을 형성하기 쉽다.
게다가 차광막이 단층이기 때문에, 차광막을 제조할 때의 공정 수가 적어, 결함을 포함하는 제조 품질 관리가 용이해진다.
또한 본 발명의 전사용 마스크는, 전사 패턴을 갖는 차광막이 본 발명의 상기 마스크 블랭크의 차광막과 동일한 특성을 갖는다. 이와 같은 전사용 마스크로 함으로써, 전사 패턴을 갖는 차광막의 ArF 내광성이 높은 것에 추가하여, 얼라인먼트 마크 검출 감도 부족으로 인하여 노광을 행하지 못한다는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 차광막의 투과율의 파장 의존성을 나타내는 특성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 차광막의 광학 계수의 파장 의존성을 나타내는 특성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 전사용 마스크의 제조 공정을 도시하는 단면도이다.
먼저, 본 발명의 완성에 이른 경위를 설명한다. 본 발명자들은, 장파장 검출 광 LW를 이용한 얼라인먼트 마크의 검출 감도 부족의 원인을 예의 연구하였다. 그 결과, 얼라인먼트 마크 검출 감도 부족은 광학 콘트라스트 부족에 의한 것이며, 이는, 차광막이 장파장 검출 광 LW를 충분히 감광하지 못하는 것에 기인하고 있음을 규명하였다.
그래서, 장파장 검출 광 LW를 충분히 감광할 수 있는 차광막의 연구를 행하였다. 여기서, 장파장 검출 광 LW의 파장이 노광 장치에 따라 상이하더라도 적용할 수 있을 것을 염두에 두고 연구를 행하였다.
높은 ArF 내광성을 갖는 규소와 질소를 함유하는 재료는, 800㎚ 이상 900㎚ 이하의 파장 광에 대하여 파장이 길수록 투과율이 높아진다. 달리 말하면, 파장이 길수록 소쇠 계수 k가 작아지는 분광 특성을 갖는다. 그래서, 파장 900㎚에 있어서의 차광막의 투과율을 규정함으로써, 차광막이 장파장 검출 광 LW에 대한 충분한 감광성을 얻도록 한다. 이상의 관점을 감안하여, 차광막을 규소와 질소를 함유하는 재료로 형성하고, 또한 차광막의 투과율을 파장 900㎚로 규정함으로써, 높은 ArF 내광성을 확보하면서 얼라인먼트 마크 검출 불량의 문제를 해결할 수 있을 것으로 생각하였다.
또한 미세한 패턴의 전사가 가능하도록, 차광막의 ArF 노광 광에 대한 광학 농도, 노광 광에 대한 표면과 이면의 각 반사율, 및 막 두께를 규정하였다.
차광막에 대하여 더 검토를 행한 결과, 공정 수가 적어 결함 품질 관리나 제조 공정 관리가 용이해지는 단층막으로 상기 규정을 만족시키는 막이 완성되는 것을 알아내어, 본 발명에 이르렀다.
[마스크 블랭크]
다음으로, 본 발명의 각 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(100)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시하는 마스크 블랭크(100)는, 투광성 기판(1) 상에 차광막(2) 및 하드 마스크막(3)이 이러한 순으로 적층된 구조를 갖는다.
[투광성 기판]
투광성 기판(1)은 합성 석영 유리 외에, 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다 석회 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등) 등으로 형성할 수 있다. 이들 중에서도 합성 석영 유리는, ArF 노광 광(파장 193㎚)에 대한 투과율이 높아, 마스크 블랭크의 투광성 기판을 형성하는 재료로서 특히 바람직하다.
[차광막]
차광막(2)은, 규소와 질소를 함유하는 재료로 형성되는 단층막이며, 바람직하게는 규소 및 질소를 포함하는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소와 규소와 질소를 포함하는 재료로 형성되는 단층막이다.
차광막(2)에는, ArF 노광 광에 대한 내광성이 저하되는 요인으로 될 수 있는 전이 금속은 함유하지 않는다. 또한 차광막(2)에는, 전이 금속을 제외한 금속 원소에 대해서도, ArF 노광 광에 대한 내광성이 저하되는 요인으로 될 수 있을 가능성을 부정하지 못하기 때문에 함유시키지 않는 것이 바람직하다.
차광막(2)은, 규소에 추가하여 어느 반금속 원소를 함유해도 된다. 이 반금속 원소 중에서도, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유시키면, 스퍼터링 타깃으로서 사용하는 규소의 도전성을 높일 것을 기대할 수 있기 때문에 바람직하다.
차광막(2)은, 질소에 추가하여 어느 비금속 원소를 함유해도 된다. 여기서, 본 발명에 있어서의 비금속 원소는, 협의의 비금속 원소(질소, 탄소, 산소, 인, 황, 셀레늄), 할로겐 및 귀 가스를 포함하는 것을 말한다. 이 비금속 원소 중에서도, 탄소, 불소 및 수소로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유시키면 바람직하다. 차광막(2)은, 후술하는 표층의 영역을 제외하면, 산소의 함유량을 5원자% 이하로 억제하는 것이 바람직하고, 3원자% 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 적극적으로 산소를 함유시키는 것을 하지 않는 (XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 등에 의한 조성 분석을 하였을 때 검출 하한값 이하) 것이 더욱 바람직하다. 질화규소계 재료막에 산소를 함유시키면 소쇠 계수 k의 값이 작아져, 충분한 차광성이 얻어지기 어려워지기 때문이다.
투광성 기판(1)은, 합성 석영 유리 등의 SiO2를 주성분으로 하는 재료가 즐겨 사용된다. 차광막(2)이 산소를 함유하면, 차광막(2)의 조성과 투광성 기판(1)의 조성의 차가 작아져, 차광막(2)에 패턴을 형성할 때 행해지는 불소계 가스에 의한 건식 에칭에 있어서, 투광성 기판(1)과의 에칭 선택성이 얻어지기 어려워진다는 문제도 생긴다.
차광막(2)은 귀 가스를 함유해도 된다. 귀 가스는, 반응성 스퍼터링으로 박막을 성막할 때, 성막실 내에 존재함으로써 성막 속도를 크게 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 이 귀 가스가 플라스마화되어 타깃에 충돌함으로써 타깃으로부터 타깃 구성 입자가 튀어나와, 도중에 반응성 가스를 도입하면서 투광성 기판(1) 상에 적층되어 박막이 형성된다. 이 타깃 구성 입자가 타깃으로부터 튀어나와 투광성 기판(1)에 부착될 때까지의 사이에 성막실 중의 귀 가스가 약간 도입된다. 이 반응성 스퍼터링에서 필요로 하는 귀 가스로서 바람직한 것으로서는 아르곤, 크립톤, 크세논을 들 수 있다. 또한 박막의 응력을 완화하기 위하여 원자량이 작은 헬륨, 네온을 박막에 적극적으로 도입시킬 수 있다.
차광막(2)의 질소 함유량은 50원자% 이하인 것이 바람직하고, 45원자% 이하인 것이 보다 바람직하다. 이는, 질소의 함유량이 50원자%를 초과하면 ArF 노광 광 및 장파장 검출 광 LW에 대한 소쇠 계수가 작아져, 충분한 차광이나 감광을 행하는 것이 곤란해지기 때문이다. 또한 차광막(2)의 질소 함유량은 25원자% 이상인 것이 바람직하고, 30원자% 이상인 것이 보다 바람직하다. 이는, 질소의 함유량이 25원자% 미만이면, 세정 내성이 부족하기 쉽고 또한 산화가 일어나기 쉬워 막의 경시 안정성이 손상되기 쉽기 때문이다.
또한 차광막(2)의 규소 함유량은 50원자% 이상인 것이 바람직하고, 바람직하게는 55원자% 이상인 것이 보다 바람직하다. 이는, 규소의 함유량이 50원자% 미만이면 ArF 노광 광 및 장파장 검출 광 LW에 대한 소쇠 계수가 작아져, 충분한 차광이나 감광을 행하는 것이 곤란해지기 때문이다. 또한 차광막(2)의 규소 함유량은 75원자% 이하인 것이 바람직하고, 65원자% 이하인 것이 보다 바람직하다. 이는, 질소의 함유량이 75원자%를 초과하면, 세정 내성이 부족하기 쉽고 또한 산화가 일어나기 쉬워 막의 경시 안정성이 손상되기 쉽기 때문이다.
차광막(2)은, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 귀 가스는, 박막에 대하여 RBS(Rutherford Back-Scattering Spectrometry)나 XPS와 같은 조성 분석을 하더라도 검출하는 것이 곤란한 원소이다. 그러나 상술한 바와 같이, 반응성 스퍼터링으로 차광막(2)을 형성할 때 귀 가스가 약간 도입된다. 이 때문에, 상기 규소 및 질소를 포함하는 재료에는, 귀 가스를 함유하는 재료도 포함하고 있는 것으로 간주할 수 있다.
차광막(2)은, 두께가 60㎚ 이하일 것이 요구된다. 차광막(2)의 두께를 60㎚ 이하로 함으로써, 마스크 패턴의 전자계 효과에 따른 바이어스(EMF 바이어스) 및 마스크 패턴 입체 구조에 기인한 섀도잉 효과를 허용 범위에 들게 하는 것이 가능해진다. 또한 비교적 박막이므로, 미세한 차광막 패턴을 형성하기 쉬워진다. 차광막(2)의 두께는 58㎚ 이하이면 보다 바람직하다.
한편, 차광막(2)은, 두께가 40㎚ 이상인 것이 바람직하고, 45㎚ 이상인 것이 보다 바람직하다. 차광막(2)의 두께가 40㎚ 미만이면 ArF 노광 광에 대하여 하기 광학 농도를 확보하는 것이 곤란해지고, 또한 장파장 검출 광 LW에 대해서도 충분한 감광성을 얻는 것이 곤란해진다.
차광막(2)은, ArF 노광 광에 대한 광학 농도(OD값)가 2.5 이상일 것이 요구되며, 2.8 이상인 것이 바람직하다. 광학 농도가 2.5 미만이면 ArF 노광 광에 대한 차광성이 부족하여, 이 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크를 사용하여 노광을 행하였을 때, 그 투영 광학 상(전사 상)의 콘트라스트가 부족하기 쉽다는 문제가 생긴다. 한편, 차광막(2)의 박막화를 위하여, 차광막(2)의 광학 농도는 4.0 이하이면 바람직하다.
차광막(2)은, ArF 노광 광에 대한 표면 반사율(투광성 기판(1)측과는 반대측의 표면의 반사율)이 40% 이하일 것이 요구되며, 38% 이하인 것이 바람직하다. ArF 노광 광에 대한 표면 반사율이 40%를 초과하면 노광 광의 반사가 지나치게 커져, 전사 노광 시의 투영 광학 상이 열화된다는 문제가 생긴다.
또한 차광막(2)은, ArF 노광 광에 대한 표면 반사율이 20% 이상인 것이 바람직하다. ArF 노광 광에 대한 표면 반사율이 20% 미만이면, 파장 193㎚ 또는 그 근방의 파장 광을 이용하여 마스크 패턴 검사를 행할 때의 패턴 검사 감도가 저하되기 때문이다.
차광막(2)은, ArF 노광 광에 대한 이면 반사율(투광성 기판(1)측의 면의 반사율)이 40% 이하일 것이 요구되며, 35% 이하인 것이 바람직하다. ArF 노광 광에 대한 이면 반사율이 40%를 초과하면 노광 광의 반사가 지나치게 커져, 전사 노광 시의 투영 광학 상이 열화된다는 문제가 생긴다.
차광막(2)의 ArF 노광 광에 대한 광학 농도, 표면 반사율 및 이면 반사율을 상기 값의 범위로 하기 위하여, 차광막(2)은, ArF 노광 광에 대한 굴절률 n이 1.6 이상이고 2.1 이하인 것이 바람직하고, 1.7 이상이고 2.0 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한 ArF 노광 광에 대한 소쇠 계수 k가 1.6 이상이고 2.1 이하인 것이 바람직하고, 1.7 이상이고 2.0 이하인 것이 보다 바람직하다.
차광막(2)은, 파장 900㎚의 광에 대한 투과율이 50% 이하일 것이 요구되며, 48% 이하인 것이 바람직하다. 차광막(2)은, 파장 900㎚의 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.04 이상일 것이 요구되며, 0.045 이상인 것이 바람직하다. 또한 차광막(2)의 파장 900㎚의 광에 대한 소쇠 계수 k는 0.1 이하인 것이 바람직하다. 차광막(2)은, 파장 900㎚의 광에 대한 굴절률 n이 2.5 이상인 것이 바람직하고, 2.7 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한 차광막(2)의 파장 900㎚의 광에 대한 굴절률 n은 3.5 이하인 것이 바람직하다.
규소와 질소를 함유하는 재료를 포함하는 차광막(2)은, 전술한 바와 같이, 파장 800㎚ 이상 900㎚ 이하의 광에 대하여 파장이 길어질수록 투과율이 높아지고 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는 모두 작아지는 특성을 갖는다. 이 분광 특성에 의하여, 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하이고, 소쇠 계수 k가 0.04 이상이면, 차광막(2)에 의하여, 파장이 800㎚ 이상 900㎚ 이하의 범위에 있는 장파장 검출 광 LW를 충분히 감광할 수 있으므로, 장파장 검출 광 LW를 이용하여, 이 마스크 블랭크를 사용하여 제조된 전사용 마스크에 형성된 얼라인먼트 마크를 충분한 콘트라스트로 검출하는 것이 가능해진다. 이 점에 의하여, 얼라인먼트 마크 검출 감도 부족에 의하여 노광을 행하지 못한다는 문제를 해결할 수 있다.
한편, 차광막(2)은, 파장 700㎚의 광에 대한 투과율이 45% 이하인 것이 바람직하고, 40% 이하인 것이 보다 바람직하다. 차광막(2)은, 파장 700㎚의 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.10 이상인 것이 바람직하고, 0.15 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한 차광막(2)의 파장 900㎚의 광에 대한 소쇠 계수 k는 0.5 이하인 것이 바람직하다. 또한 차광막(2)은, 파장 700㎚의 광에 대한 굴절률 n이 2.8 이상인 것이 바람직하고, 3.0 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한 차광막(2)의 파장 700㎚의 광에 대한 굴절률 n은 3.8 이하인 것이 바람직하다.
노광 장치에 따라서는, 전사용 마스크에 형성된 바코드 등의 식별 마크를, 800㎚보다도 짧은 파장(예를 들어 600㎚ 내지 700㎚의 범위의 파장)의 검출 광을 이용하여 판독하는 것이 행해진다. 상기와 같은 파장 700㎚의 광에 대한 광학 특성을 갖는 차광막(2)을 갖는 마스크 블랭크를 사용하여 제조된 전사용 마스크는, 상기 800㎚보다도 짧은 파장의 검출 광으로 식별 코드를 확실히 판독할 수 있다.
박막의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는, 그 박막의 조성만으로 정해지는 것은 아니다. 그 박막의 막 밀도 및 결정 상태 등도 굴절률 n 및 소쇠 계수 k를 좌우하는 요소이다. 이 때문에, 반응성 스퍼터링으로 차광막(2)을 성막할 때의 여러 조건을 조정하여, 차광막(2)이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k로 되고, ArF 노광 광에 대한 광학 농도(OD값), 이면 반사율, 표면 반사율, 및 파장 900㎚의 광에 대한 소쇠 계수 k가 규정된 값에 들도록 성막한다. 차광막(2)을 상기 굴절률 n 및 소쇠 계수 k의 범위로 하기 위해서는, 반응성 스퍼터링으로 성막할 때, 귀 가스와 반응성 가스의 혼합 가스의 비율을 조정하는 것만에 한하지 않는다. 반응성 스퍼터링으로 성막할 때에 있어서의 성막실 내의 압력, 타깃에 인가하는 전력, 타깃과 투광성 기판 사이의 거리 등의 위치 관계 등 다방면에 걸친다. 또한 이들 성막 조건은 성막 장치 고유의 것이며, 형성되는 차광막(2)이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k로 되도록 적절히 조정되는 것이다.
차광막(2)은, 자연 산화가 일어나는 표층을 제외하고, 층의 두께 방향으로 그 조성이 균일한 막, 또는 막 조성이 경사진 막으로 이루어지는 단층막으로 한다. 단층막으로 함으로써 제조 공정 수가 적어져 생산 효율이 높아짐과 함께, 결함을 포함하는 제조 품질 관리가 용이해진다.
산소를 적극적으로 함유시키지 않고 또한 규소와 질소를 함유하는 막은 ArF 노광 광에 대한 내광성은 높지만, 산소를 적극적으로 함유시킨 규소와 질소를 함유하는 막에 비하여 내약성이 낮은 경향이 있다. 또한 차광막(2)의 투광성 기판(1)측과는 반대측의 표층으로서, 산소를 적극적으로 함유시키지 않는 차광막(2)을 사용한 마스크 블랭크(100)의 경우, 그 마스크 블랭크(100)로부터 제작한 전사용 마스크(200)에 대하여 마스크 세정이나 대기 중에서의 보관을 행함으로써, 차광막(2)의 표층이 산화되어 가는 것을 회피하는 것은 어렵다. 차광막(2)의 표층이 산화되면 차광막(2)의 ArF 노광 광에 대한 표면 반사율이 변화되어, 전사용 마스크(200)의 노광 전사 특성이 변화된다는 문제가 생긴다.
이들 관점에서, 차광막(2)의 투광성 기판(1)측과는 반대측의 표층은 적극적으로 산소를 함유시키는 것이 바람직하지만, 한편으로 차광막(2)의 전체에 산소가 포함되어 있으면, 전술한 바와 같이, ArF 노광 광의 차광성이나 장파장 검출 광 LW에 대한 감광성이 저하된다는 문제가 생긴다.
이 때문에, 차광막(2)은 그 표층에, 투광성 기판(1)측과는 반대측의 표면을 향하여 산소 함유량이 증가해 가는 조성 경사부를 갖고, 차광막(2)에 있어서의 표층 이외의 부분(차광막(2)의 벌크부)은, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 차광막(2)의 벌크부를 구성하는 규소 및 질소를 포함하는 재료란, 규소 및 질소를 포함하는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소와 규소와 질소를 포함하는 재료를 말한다. 또한 이 경우의 차광막(2)의 ArF 노광 광에 대한 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는 모두, 표층을 포함하는 차광막(2)의 전체에서의 값이며, 그 파장 900㎚의 광에 대한 소쇠 계수 k도, 표층을 포함하는 차광막(2)의 전체에서의 값이다.
차광막(2)은 스퍼터링에 의하여 형성되지만, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 및 이온빔 스퍼터링 등의 어느 스퍼터링도 적용 가능하다. 도전성이 낮은 타깃(규소 타깃, 반금속 원소를 함유하지 않거나 또는 함유량이 적은 규소 화합물 타깃 등)을 사용하는 경우에 있어서는, RF 스퍼터링이나 이온빔 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하지만, 성막 레이트를 고려하면 RF 스퍼터링을 적용하는 것이 보다 바람직하다.
마스크 블랭크(100)를 제조하는 방법으로서는, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유하는 재료를 포함하는 타깃을 사용하여, 질소계 가스와 귀 가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의하여 투광성 기판(1) 상에 차광막(2)을 형성하는 방법이 바람직하다.
차광막 형성 공정에서 사용되는 질소계 가스는, 질소를 함유하는 가스이면 어느 가스도 적용 가능하다. 상기와 같이 차광막(2)은, 그 표층을 제외하고 산소 함유량을 낮게 억제하는 것이 바람직하기 때문에, 산소를 함유하지 않는 질소계 가스를 적용하는 것이 바람직하고, 질소 가스(N2 가스)를 적용하는 것이 보다 바람직하다. 또한 차광막(2)의 형성 공정에서 사용되는 귀 가스는, 어느 귀 가스도 적용 가능하다. 이 귀 가스로서 바람직한 것으로서는 아르곤, 크립톤, 크세논을 들 수 있다. 또한 박막의 응력을 완화하기 위하여 원자량이 작은 헬륨, 네온을 박막에 적극적으로 도입시킬 수 있다.
투광성 기판(1)측과는 반대측의 표면을 향하여 산소 함유량이 증가해 가는 조성 경사부를 갖는 차광막(2)의 형성 방법으로서는, 차광막(2)을 스퍼터링으로 성막하고 있는 최종 단계에서 서서히 분위기 가스로서 산소 가스를 첨가하는 방법 외에, 차광막(2)을 스퍼터링에 의하여 성막한 후에, 대기 중 등의 산소를 함유하는 기체 중에 있어서의 가열 처리, 대기 중 등의 산소를 함유하는 기체 중에서의 플래시 램프 등의 광 조사 처리, 오존이나 산소 플라스마를 차광막의 표면에 접촉시키는 처리 등의 후처리를 추가하는 방법을 들 수 있다.
한편, 차광막의 ArF 노광 광에 대한 표면 반사율을 보다 낮게 하는(예를 들어 30% 이하) 것이 바람직한 경우, 상기 단층 구조의 차광막에서 그것을 실현하고자 하면, 질소를 보다 많이 함유시킬 것이 필요해진다. 이 경우, 차광막의 단위 막 두께당 광학 농도가 저하되어, 소정의 차광 성능을 확보하기 위해서는 차광막의 막 두께를 두껍게 할 필요가 생긴다. 이와 같은 낮은 표면 반사율이 요구되는 경우에는 차광막을 투광성 기판측으로부터 하층과 상층의 적층 구조로 하여, 하층을, 상기 실시 형태의 단층 구조의 차광막의 재료를 적용하고, 상층을 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 이러한 다른 형태의 마스크 블랭크는, 투광성 기판 상에 차광막을 구비하고, 차광막이 투광성 기판측으로부터 하층과 상층이 순서대로 적층된 구조를 갖고, 하층이 규소와 질소를 함유하는 재료로 형성되고, 상층이 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성되고, 차광막의 ArF 노광 광에 대한 광학 농도가 2.5 이상이고, 차광막의 ArF 노광 광에 대한 표면 반사율이 30% 이하이고, 차광막의 ArF 노광 광에 대한 이면 반사율이 40% 이하이고, 차광막의 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하이고, 차광막의 하층에 있어서의 900㎚의 파장의 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.04 이상이고, 차광막의 두께가 60㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한 이러한 다른 형태의 마스크 블랭크에 있어서, 차광막의 하층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소와 규소와 질소를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한 이러한 다른 형태의 마스크 블랭크에 있어서, 차광막의 상층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소와 규소와 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 차광막의 하층의 구체적인 구성에 대해서는, 상기 실시 형태의 단층 구조의 차광막 경우와 마찬가지이다.
이 상층은, 파장이 800㎚ 이상 900㎚ 이하인 광에 대한 소쇠 계수 k가 거의 0이어서, 상층은 이들 파장의 광을 차광하는 것에 대하여 거의 기여하지 못한다. 이 때문에, 차광막의 하층만으로 파장이 800㎚ 이상 900㎚ 이하인 광에 대한 차광 성능을 확보하는 것이 바람직하다. 또한 이 상층은, 표면 반사율을 저감시키는 기능을 가질 필요가 있는 점에서 ArF 노광 광에 대한 차광 성능이 낮다. 이 때문에, 차광막의 하층만으로 ArF 노광 광에 대한 소정의 광학 농도를 확보하는 것이 바람직하다.
이러한 다른 형태의 전사용 마스크는, 투광성 기판 상에 전사 패턴을 갖는 차광막을 구비하고, 차광막이 투광성 기판측으로부터 하층과 상층이 순서대로 적층된 구조를 갖고, 하층이 규소와 질소를 함유하는 재료로 형성되고, 상층이 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성되고, 차광막의 ArF 노광 광에 대한 광학 농도가 2.5 이상이고, 차광막의 ArF 노광 광에 대한 표면 반사율이 30% 이하이고, 차광막의 ArF 노광 광에 대한 이면 반사율이 40% 이하이고, 차광막의 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하이고, 차광막의 하층에 있어서의 900㎚의 파장의 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.04 이상이고, 차광막의 두께가 60㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 것이다. 또한 이러한 다른 형태의 마스크 블랭크 및 전사용 마스크에 따른 그 외의 사항(투광성 기판, 하드 마스크막에 관한 사항 등)에 대해서는, 상기 실시 형태의 마스크 블랭크 및 전사용 마스크와 마찬가지이다.
[하드 마스크막]
상기 차광막(2)을 구비하는 마스크 블랭크(100)에 있어서, 차광막(2)을 에칭할 때 사용되는 에칭 가스에 대하여 에칭 선택성을 갖는 재료로 형성된 하드 마스크막(3)을 차광막(2) 상에 더 적층시킨 구성으로 하면 보다 바람직하다. 차광막(2)은 소정의 광학 농도를 확보할 필요가 있기 때문에, 그 두께를 저감시키는 데는 한계가 있다. 하드 마스크막(3)은, 그 바로 아래의 차광막(2)에 패턴을 형성하는 건식 에칭이 종료될 때까지의 사이, 에칭 마스크로서 기능할 수 있을 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하며, 기본적으로 광학 특성의 제한을 받지 않는다. 이 때문에, 하드 마스크막(3)의 두께는 차광막(2)의 두께에 비하여 대폭 얇게 할 수 있다. 그리고 유기계 재료의 레지스트막은, 이 하드 마스크막(3)에 패턴을 형성하는 건식 에칭이 종료될 때까지의 사이, 에칭 마스크로서 기능할 만큼 막의 두께가 있으면 충분하므로 종래보다도 대폭 레지스트막의 두께를 얇게 할 수 있어, 레지스트 패턴 도괴 등의 문제를 억제할 수 있다.
하드 마스크막(3)은, 크롬(Cr)을 함유하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 크롬을 함유하는 재료는, SF6 등의 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 대하여 특히 높은 건식 에칭 내성을 갖고 있다.
크롬을 함유하는 재료를 차광막(2)에 사용한 경우에는, 차광막(2)의 막 두께가 상대적으로 두꺼우므로 차광막(2)의 건식 에칭 시에 사이드 에칭의 문제가 생기지만, 하드 마스크막(3)으로서 크롬을 함유하는 재료를 사용한 경우에는, 하드 마스크막(3)의 막 두께가 상대적으로 얇으므로 사이드 에칭에 기인하는 문제는 생기기 어렵다.
크롬을 함유하는 재료로서는 크롬 금속 외에, 크롬에, 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유하는 재료, 예를 들어 CrN, CrC, CrON, CrCO, CrCON 등을 들 수 있다. 크롬 금속에 이들 원소가 첨가되면 그 막은 아몰퍼스 구조의 막으로 되기 쉬워, 그 막의 표면 러프니스 및 차광막(2)을 건식 에칭하였을 때의 라인 에지 러프니스가 억제되므로 바람직하다.
또한 하드 마스크막(3)의 건식 에칭의 관점에서도, 하드 마스크막(3)을 형성하는 재료로서는, 크롬에, 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
크롬계 재료는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스로 에칭되지만, 크롬 금속은 이 에칭 가스에 대한 에칭 레이트가 그다지 높지 않다. 크롬에, 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유시킴으로써, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스의 에칭 가스에 대한 에칭 레이트를 높이는 것이 가능해진다. 또한 하드 마스크막(3)을 형성하는 크롬을 함유하는 재료에, 인듐, 몰리브덴 및 주석 중 하나 이상의 원소를 함유시켜도 된다. 인듐, 몰리브덴 및 주석 중 하나 이상의 원소를 함유시킴으로써 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 대한 에칭 레이트를 보다 높게 할 수 있다.
크롬을 함유하는 재료 이외에 하드 마스크막(3)을 형성하는 재료로서는, 탄탈륨(Ta)이나 텅스텐(W) 등의 금속 외에, 탄탈륨 등의 금속을 함유하는 재료도 적용 가능하다. 예를 들어 이 경우에 있어서의 탄탈륨을 함유하는 재료로서는 탄탈륨 금속 외에, 탄탈륨에, 질소, 붕소 및 탄소로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다. 그 구체예로서는 Ta, TaN, TaO, TaON, TaBN, TaBO, TaBON, TaCN, TaCO, TaCON, TaBCN, TaBOCN 등을 들 수 있다.
마스크 블랭크(100)에 있어서, 하드 마스크막(3)의 표면에 근접하여 유기계 재료의 레지스트막이 100㎚ 이하의 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. DRAM hp 32㎚ 세대에 대응하는 미세 패턴의 경우, 하드 마스크막(3)에 형성해야 하는 전사 패턴에, 선 폭이 40㎚인 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)가 마련되는 경우가 있다. 그러나 이 경우에도 레지스트 패턴의 단면 애스펙트비를 1:2.5로 낮게 할 수 있으므로, 레지스트막의 현상 시, 린스 시 등에 레지스트 패턴이 도괴되는 것이나 탈리하는 것을 억제할 수 있다. 또한 레지스트막은, 막 두께가 80㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다.
마스크 블랭크(100)에 있어서 하드 마스크막(3)을 마련하지 않고 차광막(2)에 근접하여 레지스트막을 직접 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 구조가 간단하고, 전사용 마스크를 제조할 때도 하드 마스크막(3)의 건식 에칭이 불필요해지기 때문에 제조 공정 수를 삭감하는 것이 가능해진다. 또한 이 경우, 차광막(2)에 대하여 HMDS(hexamethyldisilazane) 등의 표면 처리를 행하고 나서 레지스트막을 형성하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 마스크 블랭크는, 하기에 기재하는 바와 같이 바이너리 마스크 용도에 적합한 마스크 블랭크이지만 바이너리 마스크용에 한정되는 것은 아니며, 레벤슨형 위상 시프트 마스크용의 마스크 블랭크, 또는 CPL(Chromeless Phase Lithography) 마스크용의 마스크 블랭크로서도 사용할 수 있다.
[전사용 마스크]
도 4에, 본 발명의 실시 형태인 마스크 블랭크(100)로부터 전사용 마스크(바이너리 마스크)(200)를 제조하는 공정의 단면 모식도를 도시한다.
본 발명의 실시 형태 전사용 마스크(200)는, 투광성 기판(1) 상에, 전사 패턴을 갖는 차광막(2)(차광막 패턴(2a))을 구비한 바이너리 마스크이고, 차광막은, 규소와 질소를 함유하는 재료로 형성된 단층막이고, ArF 엑시머 레이저의 노광 광에 대한 광학 농도가 2.5 이상, 표면 반사율이 40% 이하, 이면 반사율이 40% 이하이고, 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하, 소쇠 계수가 0.04 이상이고, 두께가 60㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.
전사용 마스크(200)에 있어서의 투광성 기판(1), 차광막(2)에 관한 사항에 대해서는 마스크 블랭크(100)와 마찬가지이며, 전사용 마스크(200)는 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 기술적 특징을 갖고 있다.
또한 본 발명의 전사용 마스크(200)의 제조 방법은 상기 마스크 블랭크(100)를 사용하는 것이며, 건식 에칭에 의하여 하드 마스크막(3)에 전사 패턴 및 얼라인먼트 마크 등을 포함하는 패턴을 형성하는 공정과, 이들 패턴을 갖는 하드 마스크막(3)(하드 마스크 패턴(3a))을 마스크로 하는 건식 에칭에 의하여 차광막(2)에 전사 패턴 및 얼라인먼트 마크 등을 포함하는 패턴을 형성하는 공정과, 하드 마스크 패턴(3a)을 제거하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같은 전사용 마스크(200)는, 장파장 검출 광 LW를 이용하여 얼라인먼트를 행하는 노광 장치를 사용하는 경우에 있어서도 충분한 콘트라스트로 얼라인먼트 마크의 검출을 행할 수 있으므로, 마스크 얼라인먼트 동작을, 에러를 일으키는 일 없이 실행할 수 있다.
그런 후에 전사용 마스크(200)는, ArF 내광성이 높고, ArF 엑시머 레이저의 노광 광이 적산 조사된 후의 것이더라도, 차광막 패턴(2a)의 CD(Critical Dimension) 변화(후육화)를 작은 범위로 억제할 수 있다.
이들 관점에서, 장파장 검출 광 LW를 이용하여 얼라인먼트를 행하는 ArF 엑시머 레이저를 노광 광으로 하는 노광 장치의 마스크 스테이지에 전사용 마스크(200)를 세트하고 레지스트막에 차광막 패턴(2a)를 노광 전사할 때도, 마스크 얼라인먼트 동작을 수반하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족시키는 정밀도로 패턴을 전사할 수 있다.
이하, 도 4에 도시하는 제조 공정에 따라, 전사용 마스크(200)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 또한 이 예에서는, 차광막(2)에는 규소와 질소를 함유하는 재료를 적용하고, 하드 마스크막(3)에는 크롬을 함유하는 재료를 적용하고 있다.
먼저, 마스크 블랭크(100)(도 4의 (a) 참조)를 준비하고, 하드 마스크막(3)에 근접하여 레지스트막을 스핀 도포법에 의하여 형성한다. 다음으로, 차광막(2)에 대하여 형성해야 할 패턴을 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여 레지스트 패턴(4a)을 형성한다(도 4의 (b) 참조). 또한 전자선 묘화한 패턴에는 전사 패턴 외에 얼라인먼트 마크 등이 포함되어 있다.
계속해서, 레지스트 패턴(4a)을 마스크로 하여, 염소와 산소의 혼합 가스 등의 염소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여 하드 마스크막(3)에 패턴(하드 마스크 패턴(3a))을 형성한다(도 4의 (c) 참조). 염소계 가스로서는 Cl이 포함되어 있으면 특별히 제한은 없으며, 예를 들어 Cl2, SiCl2, CHCl3, CH2Cl2, BCl3 등을 들 수 있다. 염소와 산소의 혼합 가스를 사용하는 경우에는, 예를 들어 그 가스 유량비를 Cl2:O2=4:1로 하면 된다.
다음으로, 애싱이나 레지스트 박리액을 사용하여 레지스트 패턴(4a)을 제거한다(도 4의 (d) 참조).
계속해서, 하드 마스크 패턴(3a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여 차광막(2)에 패턴(차광막 패턴(2a))을 형성한다(도 4의 (e) 참조). 불소계 가스로서는 F를 포함하는 것이면 사용할 수 있지만, SF6이 적합하다. SF6 외로서는, 예를 들어 CHF3, CF4, C2F6, C4F8 등을 들 수 있지만, C를 포함하는 불소계 가스는, 유리 재료의 투광성 기판(1)에 대한 에칭 레이트가 비교적 높다. SF6은 투광성 기판(1)에 대한 대미지가 작으므로 바람직하다. 또한 SF6에 He 등을 첨가하면 더 좋다.
그 후, 크롬 에칭액을 사용하여 하드 마스크 패턴(3a)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐 전사용 마스크(200)를 얻는다(도 4의 (f) 참조). 또한 이하드 마스크 패턴(3a)의 제거 공정은, 염소와 산소의 혼합 가스를 사용한 건식 에칭으로 행해도 된다. 여기서, 크롬 에칭액으로서는 질산제이세륨암모늄과 과염소산을 포함하는 혼합물을 들 수 있다.
또한 여기서는 전사용 마스크(200)가 바이너리 마스크인 경우를 설명하였지만, 본 발명의 전사용 마스크는 바이너리 마스크에 한하지 않고 레벤슨형 위상 시프트 마스크 및 CPL 마스크에 대해서도 적용할 수 있다. 즉, 레벤슨형 위상 시프트 마스크의 경우에는, 그 차광막에 본 발명의 차광막을 사용할 수 있다. 또한 CPL 마스크의 경우에는, 주로 외주의 차광대를 포함하는 영역에 본 발명의 차광막을 사용할 수 있다. 그리고 바이너리 마스크의 경우와 마찬가지로 레벤슨형 위상 시프트 마스크 및 CPL 마스크의 경우에 있어서도, 장파장 검출 광 LW에 의하여 충분한 콘트라스트로 얼라인먼트 마크 검출을 행할 수 있다.
또한 본 발명의 반도체 디바이스의 제조 방법은, 상기 전사용 마스크(200), 또는 상기 마스크 블랭크(100)를 사용하여 제조된 전사용 마스크(200)를 사용하여 반도체 기판 상의 레지스트막에 패턴을 노광 전사하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 전사용 마스크(200)나 마스크 블랭크(100)는 상기와 같은 효과를 갖기 때문에, 본 발명의 전사용 마스크를 사용하여, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 레지스트막에 대하여 노광을 행할 때, 충분한 감도로 얼라인먼트 마크 검출을 행할 수 있다. 이 때문에, 얼라인먼트 마크 검출 감도 부족에 수반하는 노광 동작 정지를 일으키는 일 없이, 또한 높은 ArF 내광성을 갖고 반도체 디바이스를 제조할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의하여 본 발명의 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
[마스크 블랭크의 제조]
주 표면의 치수가 약 152㎜×약 152㎜이고, 두께가 약 6.25㎜인 합성 석영 유리를 포함하는 투광성 기판(1)을 준비하였다. 이 투광성 기판(1)은, 단부면 및 주 표면이 소정의 표면 조도로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이었다.
다음으로, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 규소(Si) 타깃을 사용하여, 크립톤(Kr), 헬륨(He) 및 질소(N2)의 혼합 가스(유량비 Kr:He:N2=10:100:1, 압력=0.1㎩)를 스퍼터링 가스로 하고 RF 전원의 전력을 1.5㎾로 하고 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의하여 투광성 기판(1) 상에, 규소 및 질소를 포함하는 차광막(2)(Si:N=50원자%:50원자%)을 57㎚의 두께로 형성하였다. 여기서, 차광막(2)의 조성은 X선 광전자 분광법(XPS)에 의한 측정에 의하여 얻어진 결과이다. 이하, 다른 막에 대해서도 막 조성의 측정 방법은 마찬가지이다.
다음으로, 막의 응력 조정을 목적으로, 이 차광막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 대기 중에 있어서 가열 온도 500℃, 처리 시간 1시간의 조건에서 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 차광막(2)의 분광 투과율을, 분광 광도계(Agilent Technologies사 제조, Cary4000)를 사용하여 측정한 결과를 도 2에 나타낸다. 파장 800㎚ 이상 900㎚ 이하의 장파장 광에 대한 투과율은 파장이 길어짐과 함께 단조 증가하여, 파장 800㎚, 파장 850㎚, 890㎚ 및 900㎚의 투과율은 각각 42.8%, 44.9%, 46.7% 및 47.0%였다. 또한 ArF 엑시머 레이저 광(파장 193㎚)에 대한 광학 농도(OD값)는 2.96이었다.
또한 분광 엘립소미터(J. A. Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 차광막(2)의 굴절률 n과 소쇠 계수 k를 측정하였다. 그 분광 특성, 즉, 각 파장에 대한 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 측정 결과를 도 3에 나타낸다. 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n은 1.830, 소쇠 계수 k는 1.785, 파장 800㎚에 있어서의 굴절률 n은 3.172, 소쇠 계수 k는 0.093, 파장 850㎚에 있어서의 굴절률 n은 3.137, 소쇠 계수 k는 0.066, 파장 890㎚에 있어서의 굴절률 n은 3.112, 소쇠 계수 k는 0.050, 파장 900㎚에 있어서의 굴절률 n은 3.106, 소쇠 계수 k는 0.047이었다.
파장 193㎚에 있어서의 차광막(2)의 표면 반사율 및 이면 반사율을 분광 광도계(히타치 하이테크놀러지즈사 제조, U-4100)를 사용하여 측정한 바, 그 값은 각각 37.1%, 30.0%였다.
다음으로, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 가열 처리 후의 차광막(2)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고 크롬(Cr) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행하여 막 두께 5㎚의 CrN 막으로 이루어지는 하드 마스크막(3)을 성막하였다. XPS로 측정한 이 막의 막 조성비는, Cr이 75원자%, N이 25원자%였다. 그리고 차광막(2)에서 행한 가열 처리보다 낮은 온도(280℃)에서 열처리를 행하여 하드 마스크막(3)의 응력 조정을 행하였다.
이상의 수순에 의하여, 투광성 기판(1) 상에 차광막(2) 및 하드 마스크막(3)이 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
[전사용 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 사용하여 이하의 수순으로 실시예 1의 전사용 마스크(바이너리 마스크)(200)를 제작하였다.
먼저, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)(도 4의 (a) 참조)를 준비하고, 하드 마스크막(3)의 표면에 근접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트를 포함하는 레지스트막을 막 두께 80㎚로 형성하였다. 다음으로, 이 레지스트막에 대하여 차광막(2)에 형성해야 할 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여 레지스트 패턴(4a)을 형성하였다(도 4의 (b) 참조). 또한 전자선 묘화한 패턴에는 전사 패턴 외에 얼라인먼트 마크 등이 포함되어 있다.
다음으로, 레지스트 패턴(4a)을 마스크로 하여, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 사용한 건식 에칭을 행하여 하드 마스크막(3)에 패턴(하드 마스크 패턴(3a))을 형성하였다(도 4의 (c) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(4a)을 제거하였다(도 4의 (d) 참조). 계속해서, 하드 마스크 패턴(3a)을 마스크로 하여, 불소계 가스(SF6과 He의 혼합 가스)를 사용한 건식 에칭을 행하여 차광막(2)에 패턴(차광막 패턴(2a))을 형성하였다(도 4의 (e) 참조).
그 후, 질산제이세륨암모늄과 과염소산을 포함하는 크롬 에칭액을 사용하여 하드 마스크 패턴(3a)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐 전사용 마스크(200)를 얻었다(도 4의 (f) 참조).
제조한 실시예 1의 전사용 마스크(200)를, 장파장 검출 광 LW를 이용하는 노광 장치에 세트하고 얼라인먼트 마크의 검출을 행한 바, 충분한 콘트라스트로 마크 검출을 행할 수 있었다. 그리고 마스크 얼라인먼트 동작을 1회도 에러를 일으키는 일 없이 실행할 수 있었다.
다음으로, 이 전사용 마스크(200)에 대하여 ArF 엑시머 레이저 광을 적산 조사량 40kJ/㎠로 간헐 조사하는 처리를 행하였다. 이 조사 처리 전후에 있어서의 차광막 패턴(2a)의 CD 변화량은 1.2㎚ 이하여서, 차광막 패턴(2a)으로서 사용 가능한 범위의 CD 변화량이었다. 이 점에서, 차광막 패턴(2a)은 실용상 충분한 ArF 내성을 갖고 있음을 알 수 있었다.
실시예 1의 전사용 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사를 행한 결과, 마스크 얼라인먼트 불량을 일으키는 일 없이 회로 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있었다.
(비교예 1)
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 1의 마스크 블랭크는, 차광막을 하기와 같이 한 것 이외에는, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 수순으로 제조되었다.
비교예 1의 차광막 형성 방법은 이하와 같다.
매엽식 RF 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고 규소(Si) 타깃을 사용하여, 크립톤(Kr), 헬륨(He) 및 질소(N2)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하고, 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의하여 투광성 기판(1) 상에, 규소 및 질소를 포함하는 차광막(Si:N=48원자%:52원자%)을 100㎚의 두께로 형성하였다.
다음으로, 막의 응력 조정을 목적으로, 이 차광막이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 대기 중에 있어서 가열 온도 500℃, 처리 시간 1시간의 조건에서 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 차광막 분광 투과율을, 분광 광도계(Agilent Technologies사 제조, Cary4000)를 사용하여 측정한 결과, 파장 800㎚, 파장 850㎚, 890㎚ 및 900㎚의 투과율은 각각 74.2%, 74.2%, 73.9% 및 73.9%였다. 또한 ArF 엑시머 레이저 광(파장 193㎚)에 대한 광학 농도(OD값)는 2.9였다.
또한 분광 엘립소미터(J. A. Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 차광막의 굴절률 n과 소쇠 계수 k를 측정하였다. 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n은 2.4, 소쇠 계수 k는 1.0, 파장 800㎚에 있어서의 굴절률 n은 2.3, 소쇠 계수 k는 0, 파장 850㎚에 있어서의 굴절률 n은 2.3, 소쇠 계수 k는 0, 파장 890㎚에 있어서의 굴절률 n은 2.3, 소쇠 계수 k는 0, 파장 900㎚에 있어서의 굴절률 n은 2.3, 소쇠 계수 k는 0이었다.
파장 193㎚에 있어서의 차광막의 표면 반사율 및 이면 반사율을, 분광 광도계(히타치 하이테크놀러지즈사 제조, U-4100)를 사용하여 측정한 바, 그 값은 각각 21%, 15%였다.
[전사용 마스크의 제조]
다음으로, 이 비교예 1의 마스크 블랭크를 사용하여 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 비교예 1의 전사용 마스크(바이너리 마스크)를 제조하였다.
제조한 비교예 1의 전사용 마스크를 장파장 검출 광 LW를 이용하는 노광 장치에 세트하고 얼라인먼트 마크의 검출을 행한 바, 충분한 콘트라스트로 마크 검출을 행하지는 못하였다. 그리고 마스크 얼라인먼트 에러를 종종 일으켰다.
다음으로, 이 비교예 1의 전사용 마스크에 대하여 ArF 엑시머 레이저 광을 적산 조사량 40kJ/㎠로 간헐 조사하는 처리를 행하였다. 이 조사 처리 전후에 있어서의 차광막 패턴의 CD 변화량은 1.2㎚ 이하여서 차광막 패턴으로서 사용 가능한 범위의 CD 변화량이므로, 차광막 패턴은 실용상 충분한 ArF 내성을 갖고 있었다.
비교예 1의 전사용 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사를 행한 바, 마스크 얼라인먼트 불량을 종종 일으켜 안정적으로 반도체 디바이스 제조용의 노광을 행하지는 못하였다.
1: 투광성 기판
2: 차광막
2a: 차광막 패턴
3: 하드 마스크막
3a: 하드 마스크 패턴
4a: 레지스트 패턴
100: 마스크 블랭크
200: 전사용 마스크(바이너리 마스크)

Claims (12)

  1. 투광성 기판 상에 차광막을 구비한 마스크 블랭크이며,
    상기 차광막은, 규소 및 질소만으로 이루어진 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소와 규소와 질소만으로 이루어진 재료로 형성된 단층막이고,
    상기 차광막은, ArF 엑시머 레이저의 노광 광에 대한 광학 농도가 2.5 이상이고,
    상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 표면 반사율이 40% 이하이고,
    상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 이면 반사율이 40% 이하이고,
    상기 차광막은, 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하이고,
    상기 차광막은, 900㎚의 파장의 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.04 이상이고,
    상기 차광막은, 두께가 60㎚ 이하인
    것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차광막은, 투광성 기판측과는 반대측의 표면을 향하여 산소 함유량이 증가해 가는 조성 경사부를 상기 차광막의 상기 반대측에 갖는 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 소쇠 계수 k가 1.6 이상 2.1 이하인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 굴절률 n이 1.6 이상 2.1 이하인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 차광막은, 900nm의 파장의 광에 대한 굴절률 n이 3.5 이하인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 차광막 상에, 크롬을 함유하는 재료를 포함하는 하드 마스크막을 구비하는 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  7. 투광성 기판 상에, 전사 패턴을 갖는 차광막을 구비한 전사용 마스크이며,
    상기 차광막은, 규소 및 질소만으로 이루어진 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 하나 이상의 원소와 규소와 질소만으로 이루어진 재료로 형성된 단층막이고,
    상기 차광막은, ArF 엑시머 레이저의 노광 광에 대한 광학 농도가 2.5 이상이고,
    상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 표면 반사율이 40% 이하이고,
    상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 이면 반사율이 40% 이하이고,
    상기 차광막은, 900㎚의 파장의 광에 대한 투과율이 50% 이하이고,
    상기 차광막은, 900㎚의 파장의 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.04 이상이고,
    상기 차광막은, 두께가 60㎚ 이하인
    것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차광막은, 투광성 기판측과는 반대측의 표면을 향하여 산소 함유량이 증가해 가는 조성 경사부를 상기 차광막의 상기 반대측에 갖는 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 소쇠 계수 k가 1.6 이상 2.1 이하인 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 차광막은, 상기 노광 광에 대한 굴절률 n이 1.6 이상 2.1 이하인 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 차광막은, 900nm의 파장의 광에 대한 굴절률 n이 3.5 이하인 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  12. 제7항 또는 제8항에 기재된 전사용 마스크를 사용하여 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
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