KR102260188B1 - 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 마스크 블랭크가, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 반투명층과, 상기 반투명층 상에 형성된 중간층과, 상기 중간층 상에 형성된 차광층을 갖고, 상기 차광층이, 전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성되어 있고, 상기 차광층의 막 두께가 40nm 이하이고, 상기 반투명층, 상기 중간층, 상기 차광층의 3종의 층을 적층한 적층체의 상기 노광광에 대한 광학 농도가 차광 영역으로서 기능하는 값 이상임으로써, 차광 패턴막의 두께를 얇게 해도 높은 차광성을 갖고, EMF 바이어스의 값을 작게 할 수 있고, 패턴 가공성, 내광성, 내약품성이 우수하고, 웨이퍼 상에서의 하프 피치 40nm 이후의 리소그래피 기술에 적합한 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제작하기 위해 사용되는 마스크 블랭크를 제공한다.

Description

마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법 {MASK BLANK, PHASE SHIFT MASK, AND PHASE-SHIFT MASK MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 반도체 소자의 제조에 사용되는 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히 고 NA 노광 장치를 사용하여, 마스크 패턴을 웨이퍼 상에 전사할 때, 웨이퍼 상의 패턴의 하프 피치가 40nm 이후인 리소그래피 기술에 사용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화ㆍ미세화는, 디자인 룰 45nm 노드로부터 32nm 노드로 진전되고, 또한 22nm 노드 이하의 반도체 소자의 개발이 진행되고 있다. 이들 반도체 소자의 고집적화ㆍ미세화를 실현하기 위해, 현재, 노광 파장 193nm의 ArF 엑시머 레이저를 사용한 광학식 투영 노광 장치에 의해, 포토마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 패턴 전사하는 포토리소그래피 기술이 행해지고 있다. 포토리소그래피 기술에 있어서는, 노광 장치에서의 고해상 기술로서, 투영 렌즈의 개구수(NA)를 크게 한 고 NA 노광 기술, 투영 렌즈와 노광 대상의 사이에 고굴절률 매체를 개재시켜 노광을 행하는 액침 노광 기술, 변형 조명 탑재 노광 기술 등의 개발, 실용화가 급속히 진행되고 있다.
따라서 해상도를 높이기 위해, 초해상 기술(RET 기술: Resolution Enhancement Technique)이 최근 제안되고 있다. 이러한 초해상 기술로서, 노광 광학계의 특성에 따라 마스크 패턴에 보조 패턴이나 바이어스(마스크 선 폭 등의 보정량)를 제공하여 마스크 패턴을 최적화하는 방법, 혹은 변형 조명법(사입사 조명법이라고도 칭함)이라고 불리는 방법 등이 있다. 변형 조명법에는, 통상, 퓨필 필터를 사용한 윤대 조명, 이중극(다이폴: Dipole이라고도 칭함)의 퓨필 필터를 사용한 이중극 조명, 및 사중극(쿼드라폴: C-quad라고도 칭함)의 퓨필 필터를 사용한 사중극 조명 등이 사용되고 있다.
한편, 포토리소그래피 기술에 사용되는 포토마스크(레티클이라고도 칭함)에서의 해상도 향상책으로서는, 투명 기판 상에 크롬 등으로 차광막을 형성하고, 광을 투과시키는 부분과 차광하는 부분으로 패턴을 구성한 종래의 바이너리형 포토마스크(이후, 바이너리 마스크라고도 함)의 미세화, 고정밀도화와 함께, 광의 간섭을 이용한 위상 시프트 효과에 의해 해상도 향상을 도모하는 레벤슨형 위상 시프트 마스크, 광을 투과시키는 부분과 반투과시키는 부분으로 구성된 하프톤형 위상 시프트 마스크, 크롬 등의 차광층을 형성하지 않는 크롬리스형 위상 시프트 마스크 등의 위상 시프트 마스크의 개발, 실용화가 진행되고 있다.
상기 하프톤형 위상 시프트 마스크는, 통상의 구성으로서, 투명 기판 상에 반투명막을 포함하는 마스크 패턴(이후, 반투명 패턴막이라고도 함)을 갖는 것이며, 이 반투명 패턴막을 투과하는 노광광과 투명 기판을 투과하는 노광광의 위상이 반전되도록 설계되어 있다.
이러한 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서는, 반투명 패턴막이 설치된 부분(이후, 마스크 패턴부라고도 함)과 투명 기판이 노출되는 부분의 경계부에서 위상 반전에 의한 광 강도 저하가 발생하여, 광 강도 분포의 기슭의 퍼짐을 억제할 수 있다. 반투명 패턴막의 재료로는, 주로 몰리브덴실리사이드(MoSi)의 화합물, 예를 들어 산화질화몰리브덴실리사이드(MoSiON) 등이 널리 사용되고 있다.
여기서, 반투명 패턴막의 투과율은, 종래, 6％ 정도로 설계되었지만, 마스크 패턴부의 면적이 큰 지점에서는, 이 반투명 패턴막을 투과하는 노광광에 따라, 전사상이 불선명해진다고 하는 문제가 있다.
따라서, 반투명 패턴막 상에 차광부(이후, 차광 패턴막이라고도 함)를 설치하여, 불필요한 노광광을 확실하게 차광하는 구성이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이러한 구성의 하프톤형 위상 시프트 마스크는, 트라이톤 마스크라고 칭해진다.
여기서, 미소한 도트 패턴이나 홀 패턴의 형성용에 적합하게 사용되는 반투명 패턴막의 투과율이 높은 트라이톤 마스크의 경우, 반투명 패턴막 상의 차광 패턴막에는, 보다 높은 차광성이 필요하게 되므로, 차광 패턴막을 두껍게 할 필요가 있었다.
그러나, 차광 패턴막을 두껍게 하면, 차광 패턴막을 가공하기 위한 레지스트 패턴도 두껍게 할 필요가 있어, 미세 패턴의 가공이 어려워진다. 또한, 마스크를 가공하는 과정에 있어서, 차광 패턴막과 반투명 패턴막의 높이가 높아져, 세정 시에서의 패턴 도괴도 일어나기 쉬워진다고 하는 문제가 있다.
또한, 웨이퍼 상의 패턴의 하프 피치(hp) 40nm 이후에 사용되는 바이너리 마스크에 있어서는, 리소그래피에 사용하는 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장 193nm보다 포토마스크 상의 마스크 패턴의 선 폭 쪽이 작아져, 미세 패턴을 형성하기 위해 사입사 조명법이나 퓨필 필터 등을 사용한 초해상 기술을 채용해 옴으로써, 마스크 패턴 영역의 차광 패턴막의 막 두께가 두꺼우면, 전자계(EMF: Electro Magnetics Field) 효과에 기인하는 마스크 패턴 선 폭의 보정량인 바이어스(EMF 바이어스라고 함)의 값이 커진다고 하는 문제가 발생하였다.
그리고, 이러한 문제는, 상기와 같은 차광 패턴막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크(트라이톤 마스크)에 있어서도 발생하는 것이다.
따라서, 차광 패턴막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크(트라이톤 마스크)에 있어서도 상기 전자계(EMF) 효과에 기인하는 과제에 대하여, 마스크 재료에서부터의 재검토가 행해지고 있으며, 최근, 크롬계 이외의 차광 패턴막의 재료로서, 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 재료를 사용한 트라이톤 마스크가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 평8-292550호 공보 일본 특허 공개 제2007-241137호 공보
그러나, 상기와 같은 박막화의 요구에 따라 조성을 조정한 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 재료를 포함하는 차광 패턴막은, 마스크 세정에서의 내약품성이나, ArF 엑시머 레이저 노광에서의 내광성이 충분하지 않아, 상기 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 재료를 차광 패턴막에 사용한 트라이톤 마스크로는, 광학 농도 등의 품질을 안정되게 유지할 수 없다고 하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점에 비추어 이루어진 것이며, 차광 패턴막을 얇게 하고, 또한 충분한 차광 성능을 유지함으로써, 레지스트 박막화를 가능하게 하고, 세정 내성을 향상시키고, 높은 투과율의 반투명 패턴막을 사용한 경우에도, 미세한 패턴의 제작을 가능하게 하고, 또한 EMF 바이어스의 값을 작게 할 수 있고, 패턴 가공성, 내광성, 내약품성이 우수한, 웨이퍼 상에서의 하프 피치 40nm 이후의 리소그래피 기술에 적합한 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제작하기 위해 사용되는 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 청구항 1의 발명에 관한 마스크 블랭크는, ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제작하기 위해 사용되는 마스크 블랭크이며, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, 상기 노광광의 위상 및 투과율을 제어하는 반투명층과, 상기 반투명층 상에 형성된 중간층과, 상기 중간층 상에 형성된 차광층을 갖고, 상기 차광층이, 전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성되어 있고, 상기 차광층의 막 두께가 40nm 이하이고, 상기 반투명층, 상기 중간층, 상기 차광층의 3종의 층을 적층한 적층체의 상기 노광광에 대한 광학 농도가 차광 영역으로서 기능하는 값 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 2의 발명에 관한 마스크 블랭크는, 청구항 1에 기재된 마스크 블랭크에 있어서, 상기 반투명층, 상기 중간층, 상기 차광층의 3종의 층을 적층한 적층체는, 상기 노광광에 대한 광학 농도가 2.8 이상으로 되도록 조정한 것임을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 3의 발명에 관한 마스크 블랭크는, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 마스크 블랭크에 있어서, 상기 반투명층의 상기 노광광에 대한 투과율 T와 상기 차광층의 막 두께 d의 관계가, T=6％에 있어서 23nm≤d≤27nm의 범위이고, T=20％에 있어서 31nm≤d≤35nm의 범위이고, T=30％에 있어서 33nm≤d≤37nm의 범위인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 4의 발명에 관한 마스크 블랭크는, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크에 있어서, 상기 차광층은, 굴절률 n이 1.0 이하이고, 또한 소쇠 계수 k가 2.0 이상인 단일 금속 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 5의 발명에 관한 마스크 블랭크는, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크에 있어서, 상기 단일 금속 재료가 실리콘인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 6의 발명에 관한 마스크 블랭크는, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크에 있어서, 상기 반투명층이 SixO1 -x-yNy(x 및 y는 0<x<1, 0<y<1 및 0<x+y≤1을 만족함)를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 7의 발명에 관한 마스크 블랭크는, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크에 있어서, 상기 중간층이, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 8의 발명에 관한 마스크 블랭크는, 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크에 있어서, 상기 중간층이 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성되고, 또한 상기 중간층의 막 두께가 2nm 내지 5nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 9의 발명에 관한 마스크 블랭크는, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크에 있어서, 상기 차광층 상에, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재료로 구성되는 하드 마스크층을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 10의 발명에 관한 위상 시프트 마스크는, ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크이며, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, 상기 노광광의 위상 및 투과율을 제어하는 반투명 패턴막과, 상기 반투명 패턴막 상에 형성된 중간 패턴막과, 상기 중간 패턴막 상에 형성된 차광 패턴막을 갖고, 상기 차광 패턴막이, 전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성되어 있고, 상기 차광 패턴막의 막 두께가 40nm 이하이고, 상기 반투명 패턴막, 상기 중간 패턴막, 상기 차광 패턴막의 3종의 막을 적층한 적층체의 상기 노광광에 대한 광학 농도가 차광 영역으로서 기능하는 값 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 11의 발명에 관한 위상 시프트 마스크는, 청구항 10에 기재된 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 반투명 패턴막, 상기 중간 패턴막, 상기 차광 패턴막의 3종의 막을 적층한 적층체는, 상기 노광광에 대한 광학 농도가 2.8 이상으로 되도록 조정한 것임을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 12의 발명에 관한 위상 시프트 마스크는, 청구항 10 또는 청구항 11에 기재된 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 반투명 패턴막의 상기 노광광에 대한 투과율 T와 상기 차광 패턴막의 막 두께 d의 관계가, T=6％에 있어서 23nm≤d≤27nm의 범위이고, T=20％에 있어서 31nm≤d≤35nm의 범위이고, T=30％에 있어서 33nm≤d≤37nm의 범위인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 13의 발명에 관한 위상 시프트 마스크는, 청구항 10 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 차광 패턴막은, 굴절률 n이 1.0 이하이고, 또한 소쇠 계수 k가 2.0 이상인 단일 금속 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 14의 발명에 관한 위상 시프트 마스크는, 청구항 10 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 단일 금속 재료가 실리콘인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 15의 발명에 관한 위상 시프트 마스크는, 청구항 10 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 반투명 패턴막이 SixO1 -x- yNy(x 및 y는 0<x<1, 0<y<1 및 0<x+y≤1을 만족함)를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 16의 발명에 관한 위상 시프트 마스크는, 청구항 10 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 중간 패턴막이, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 17의 발명에 관한 위상 시프트 마스크는, 청구항 10 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 중간 패턴막이 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성되고, 또한 상기 중간 패턴막의 막 두께가 2nm 내지 5nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 18의 발명에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, 상기 노광광의 위상 및 투과율을 제어하는 반투명층과, 상기 반투명층 상에 형성된 중간층과, 상기 중간층 상에 형성된 차광층을 갖고, 상기 차광층이, 전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성되어 있는 마스크 블랭크의 상기 차광층 상에 하드 마스크층을 형성한, 하드 마스크층을 갖는 마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 하드 마스크층 상에, 제1 레지스트 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제1 레지스트 패턴막으로부터 노출되는 상기 하드 마스크층을 에칭하여, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막으로부터 노출되는 상기 차광층을, 상기 중간층을 에칭 정지층으로 사용하여 에칭하여, 제1 형태의 차광 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제1 레지스트 패턴막을 제거하는 공정과, 상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막의 원하는 영역, 및 상기 제1 형태의 차광 패턴막으로부터 노출되는 상기 중간층의 원하는 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제2 레지스트 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막, 및 상기 제2 레지스트 패턴막과 상기 제1 형태의 차광 패턴막으로부터 노출되는 상기 중간층을 에칭하여, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막, 및 제1 형태의 중간 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제2 레지스트 패턴막을 제거하는 공정과, 상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 차광 패턴막과, 상기 제1 형태의 중간 패턴막으로부터 노출되는 상기 반투명층을 에칭하여, 제2 형태의 차광 패턴막, 및 반투명 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막, 및 상기 제2 형태의 차광 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 중간 패턴막을 에칭하여, 상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막을 제거하면서, 제2 형태의 중간 패턴막을 형성하는 공정을 순서대로 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 청구항 19의 발명에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, 상기 노광광의 위상 및 투과율을 제어하는 반투명층과, 상기 반투명층 상에 형성된 중간층과, 상기 중간층 상에 형성된 차광층을 갖고, 상기 차광층이, 전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성되어 있는 마스크 블랭크의 상기 차광층 상에 하드 마스크층을 형성한, 하드 마스크층을 갖는 마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 하드 마스크층 상에, 제1 레지스트 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제1 레지스트 패턴막으로부터 노출되는 상기 하드 마스크층을 에칭하여, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막으로부터 노출되는 상기 차광층을, 상기 중간층을 에칭 정지층으로 사용하여 에칭하여, 제1 형태의 차광 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제1 형태의 차광 패턴막으로부터 노출되는 상기 중간층을 에칭하여, 제1 형태의 중간 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제1 레지스트 패턴막을 제거하는 공정과, 상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막의 원하는 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제2 레지스트 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막을 에칭하여, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제2 레지스트 패턴막을 제거하는 공정과, 상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 차광 패턴막, 및 상기 제1 형태의 중간 패턴막으로부터 노출되는 상기 반투명층을 에칭하여, 제2 형태의 차광 패턴막, 및 반투명 패턴막을 형성하는 공정과, 상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막, 및 상기 제2 형태의 차광 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 중간 패턴막을 에칭하여, 상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막을 제거하면서, 제2 형태의 중간 패턴막을 형성하는 공정을 순서대로 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 박막화해도 노광광에 대하여 높은 차광성을 갖는 차광 패턴막을 구비하고, EMF 바이어스의 값을 작게 할 수 있고, 패턴 가공성이 좋고, 내약품성, 내광성이 우수하고, 웨이퍼 상의 하프 피치 40nm 이후의 리소그래피 기술에 적합한 하프톤형 위상 시프트 마스크를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 마스크 블랭크의 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크의 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 방법의 일례를 도시하는 개략 공정도이다.
도 4는 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 방법의 다른 예를 도시하는 개략 공정도이다.
도 5는 본 발명에 관한 마스크 블랭크의 반투명층의 투과율과 차광층의 막 두께의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 있어서 마스크의 전사 특성 평가에 사용한 사중극(C-quad)의 퓨필 필터의 평면 모식도이다.
도 7은 각 마스크 구성에서의 EMF 바이어스의 값을 나타내는 도면이다.
도 8은 EMF 바이어스를 설명하기 위한 바이너리 마스크의 단면 모식도이다.
이하, 도면에 기초하여, 본 발명에 관한 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
<마스크 블랭크>
우선, 본 발명에 관한 마스크 블랭크에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 발명에 관한 마스크 블랭크의 예를 도시하는 개략 단면도이다. 여기서, 도 1의 (b)에 도시하는 형태의 마스크 블랭크(20)는, 도 1의 (a)에 도시하는 형태의 마스크 블랭크(10)의 차광층(14) 상에 하드 마스크층(21)을 갖는 것이다.
도 1의 (a)에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 마스크 블랭크(10)는, 투명 기판(11)과, 그 위에 형성된 반투명층(12)과, 반투명층(12) 상에 형성된 중간층(13)과, 중간층(13) 상에 형성된 차광층(14)을 갖고 있다.
그리고, 차광층(14)은, 전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성되어 있고, 차광층(14)의 막 두께는 40nm 이하이고, 반투명층(12), 중간층(13), 차광층(14)의 3종의 층을 적층한 적층체의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광학 농도는 차광 영역으로서 기능하는 값 이상, 특히 바람직하게는 2.8 이상이다. 이하, 본 실시 형태의 마스크 블랭크(10)를 구성하는 투명 기판(11), 반투명층(12), 중간층(13) 및 차광층(14) 등에 대하여, 각각 설명한다.
(1) 투명 기판
본 실시 형태에 있어서, 투명 기판(11)으로서는, 노광광을 고투과율로 투과하는 광학 연마된 합성 석영 유리, 형석, 불화칼슘 등을 사용할 수 있지만, 통상, 다용되고 있고 품질이 안정되며, 단파장의 노광광의 투과율이 높은 합성 석영 유리가 보다 바람직하다.
(2) 반투명층
본 실시 형태에 있어서, 반투명층(12)은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 위상 및 투과율을 제어하는 하프톤층으로서 작용하는 것이며, 그 재료로서는, 특별히 한정되지 않고, 종래의 하프톤형 위상 시프트 마스크에 사용되어 온 것을 사용할 수 있다.
예를 들어, 반투명층(12)으로서, 질화규소(SiN)계 재료인 SixO1 -x- yNy(x 및 y는 0<x<1, 0<y<1 및 0<x+y≤1을 만족함)를 포함하는 막, 또는 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 재료인 몰리브덴실리사이드 산화막(MoSiO), 몰리브덴실리사이드 질화막(MoSiN), 몰리브덴실리사이드 산화질화막(MoSiON) 등을 사용할 수 있다.
또한, 이들 중에서도, 상기 질화규소(SiN)계 재료인 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막이 바람직하다. 상기 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 재료인 막을 포함하는 종래의 하프톤형 위상 시프트 마스크에 사용되어 온 것과 비교하여, 반투명층(12)을, ArF 엑시머 레이저 노광광의 투과율로서, 보다 높은 투과율을 갖고, 또한 보다 얇은 것으로 할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 특히 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에서의 소쇠 계수 k가 0.2 내지 0.45의 범위 내이고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에서의 굴절률 n이 2.3 내지 2.7의 범위 내이고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에서의 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내인 것이 바람직하다. 특히, 반투명층(12)을, 보다 높은 투과율을 갖고, 또한 보다 얇은 것으로 할 수 있기 때문이다.
이에 의해, 본 발명에 관한 마스크 블랭크로 형성된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 패턴의 경계에 있어서, 위상 효과에 의한 광의 간섭에 의해 광 강도를 제로로 하여, 전사상의 콘트라스트를 향상시켜, 패턴 형성체를 제조하는 경우, 반투명층(12)이 보다 높은 광투과율을 가짐으로써, 그 위상 효과를 보다 현저하게 할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막은, 금속을 함유하지 않기 때문에, ArF 엑시머 레이저 노광광이 장시간 조사되어도, 규소(Si)의 산화막이 성장하는 일은 없고, 패턴 치수(Critical Dimension)가 변화하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 마찬가지로, 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서도, 패턴 치수가 변화하는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 따라서, 포토리소그래피에 있어서, 전사 특성을 우수한 것으로 하고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성, 및 세정 내성을 높일필요로 하는 때문이다.
또한, 반투명층(12)이 보다 높은 광투과율을 갖는 경우에는, 반투명층(12), 중간층(13), 차광층(14)의 3종의 층을 적층한 적층체의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광학 농도를 차광 영역으로서 기능하는 값 이상, 특히 바람직하게는 2.8 이상으로 하기 위해 필요로 하는 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께는 두꺼워진다. 따라서, 이 경우에는, 후술하는 바와 같이, 중간층(13)이 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성되고, 또한 차광층(14)이 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 경우에 있어서, 중간층(13)을 얇게 함으로써, 상기 적층체의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광학 농도를 차광 영역으로서 기능하는 값 이상, 특히 바람직하게는 2.8 이상으로 하기 위해 필요로 하는 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께를 얇게 할 수 있는 효과는, 중간층(13) 및 차광층(14) 전체의 원래의 막 두께가 두꺼워지기 때문에, 현저해진다. 이에 의해, 위상 시프트 마스크의 EMF 바이어스의 값이 커져 버리는 것을 피할 수 있는 효과는, 현저해진다. 그리고, 그 중에서도, 후술하는 바와 같이, 중간층(13)의 막 두께를 5nm 이하까지 얇게 하는 경우에는, 이들 효과는 한층 더 현저해진다. 이로 인해, 상술한 것 중에서도, 상기 질화규소(SiN)계 재료인 SixO1-x-yNy를 포함하는 막이 바람직하다.
따라서, 반투명층(12)으로서, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막을 사용하는 경우에 있어서, 중간층(13)이 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성되고, 또한 차광층(14)이 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 경우에는, 반투명층(12)을 보다 얇은 것으로 할 수 있고, 또한 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께를 현저하게 얇게 할 수 있다. 이에 의해, 반투명층(12)으로 형성되는 후술하는 반투명 패턴막(32)에 있어서 패턴 도괴 등의 결함이 발생하는 것을 억제하거나, 또는 반투명층(12)의 가공이나 후술하는 반투명 패턴막(32)의 수정하기 쉽게 하는 동시에, 위상 시프트 마스크의 EMF 바이어스의 값이 커져 버리는 것을 현저하게 피할 수 있다. 또한, 중간층(13)의 막 두께를 5nm 이하까지 얇게 하는 경우에는, 이 효과는 한층 더 현저해진다.
또한, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 질소(N)의 조성비 y가 0.4 내지 0.6의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 범위에 미달되면, 상술한 원하는 투과율의 범위에 미치지 않기 때문이며, 상기 범위를 초과하면, 상술한 원하는 투과율의 범위를 초과하기 때문이다.
그리고, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 규소(Si)의 조성비 x 및 질소(N)의 조성비 y가, 0.95≤x+y≤1을 만족하는 것이 바람직하며, 그 중에서도 x+y=1을 실질적으로 만족하는 것이 바람직하다. 상기 SixO1-x-yNy를 포함하는 막에 있어서, 산소(O)가 많으면, 소쇠 계수 k가 낮아지기 때문에, 투과율이 높아지는 결과, 굴절률 n이 낮아진다. 이에 의해, 180°의 위상차를 얻기 위한 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막의 막 두께가 두꺼워지기 때문이다. 여기서, 규소(Si)의 조성비 x 및 질소(N)의 조성비 y가 x+y=1을 실질적으로 만족한다는 것은, 실질적으로 산소(O)를 함유하지 않음을 의미한다. 규소(Si)의 조성비 x 및 질소(N)의 조성비 y가 x+y=1을 실질적으로 만족하는 x+y의 범위로서는, 0.97 내지 1.00의 범위 내, 그 중에서도 0.98 내지 1.00의 범위 내가 바람직하다.
또한, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 규소(Si)의 조성비 x 및 질소(N)의 조성비 y가 x=y를 실질적으로 만족하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 규소(Si)와 질소(N)의 치밀한 막이 얻어지고, 내세정성, ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성 등, 각 내성의 향상을 기대할 수 있기 때문이다. 여기서, 규소(Si)의 조성비 x 및 질소(N)의 조성비 y가 x=y를 실질적으로 만족한다는 것은, x와 y의 비가, x:y=0.4:0.6 내지 0.6:0.4의 범위 내임을 의미한다.
반투명층(12)이, 예를 들어 상기 질화규소(SiN)계 재료로 구성되는 경우에는, 불소계 가스, 예를 들어 CF4, CHF3, C2F6이나, 이들의 혼합 가스, 혹은 이들 가스에 산소 등의 희석 가스를 혼합한 가스를 에칭 가스로서 사용함으로써 건식 에칭을 행하여, 패턴 형성할 수 있다.
또한, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막을 형성하는 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막을, 스퍼터링 타겟에는 규소(Si)를 포함하는 타깃을 사용하고, 스퍼터링 가스를 적절히 선택함으로써, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막을 구성하는 SixO1 -x- yNy(x 및 y는 0<x<1, 0<y<1 및 0<x+y≤1을 만족함)의 조성비가 원하는 비율로 되는 성막 조건에서 스퍼터링에 의해 성막하는 방법을 들 수 있다.
또한, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막의 막 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 57nm 내지 67nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 57nm 내지 67nm의 범위 내의 막 두께라면, 반투명층(12)의 막 두께가, 종래의 반투명층의 막 두께보다 얇아지기 때문에, 에칭에 의해 반투명 패턴막을 형성하는 것이 용이해지기 때문이다. 그리고, 에칭에 요하는 시간이 짧아도 되므로, 후술하는 바와 같이, 투명 기판(11)에 손상이 주어지는 것을 방지하는 에칭 배리어층을, 투명 기판(11) 및 반투명층(12)의 사이에 갖지 않았다고 해도, 에칭에 의해 반투명 패턴막을 형성할 때, 투명 기판(11)에 손상이 가해지는 것을 충분히 피할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막의 막 두께는, 그 중에서도 57nm 내지 64nm의 범위 내인 것이 바람직하고, 특히 57nm 내지 62nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막의 막 두께가 보다 얇은 쪽이, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막으로 형성되는 후술하는 반투명 패턴막에 있어서 패턴 도괴 등의 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있기 때문이며, 또는 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막의 가공이나 반투명 패턴막의 수정을 하기 쉽기 때문이다.
또한, 상기 SixO1 -x- yNy를 포함하는 막의 막 두께는 J.A.울람사제 엘립소미터 VUV-VASE로 측정하여 산출할 수 있다.
한편, 후술하는 바와 같이, 차광층(14)이 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 경우에 있어서, 반투명층(12)으로서, 상술한 것 중에서의 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 재료인 막을 사용한 경우에는, 상기 질화규소(SiN)계 재료인 SixO1 -x-yNy를 포함하는 막을 사용한 경우와 비교하여, 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 재료로 구성되는 반투명층(12)으로부터 실리콘(Si)으로 구성되는 차광층(14)으로는 몰리브덴(Mo)이 확산되기 쉽다. 이로 인해, 후술하는 바와 같이, 중간층(13)이, 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 차광층(14)과 반투명층(12)의 사이에서 각 층을 구성하는 재료가 서로 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층으로서 특히 적합하게 작용한다고 하는 이점이 있다.
또한, 반투명층(12)이, 몰리브덴실리사이드계 재료로 구성되는 경우에는, 불소계 가스, 예를 들어 CF4, CHF3, C2F6이나, 이들의 혼합 가스, 혹은 이들 가스에 산소를 혼합한 가스를 에칭 가스로서 사용함으로써 건식 에칭을 행하여, 패턴 형성할 수 있다.
또한, 반투명층(12)이 몰리브덴실리사이드 산화막(MoSiO)인 경우, 반투명층(12)의 형성 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 몰리브덴과 실리콘의 혼합 타깃(Mo:Si=1:2mol％)을 사용하여, 아르곤과 산소의 혼합 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
여기서, 종래의 하프톤형 위상 시프트 마스크에 사용되어 온 반투명층은, 상기 노광광에 대한 투과율이, 주로, 6％ 정도로 되도록 설계되고 있었다.
한편, 본 발명의 마스크 블랭크는, 위상 시프트 마스크로 가공되었을 때에는 반투명 패턴막 상에 차광 패턴막을 갖는 형태(트라이톤 마스크)로 되기 때문에, 본 실시 형태의 반투명층(12)은, 보다 높은 투과율(예를 들어 30％ 정도)을 갖도록 설계할 수도 있다. 그리고, 반투명층(12)이 높은 투과율을 갖는 경우에는, 위상 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
(3) 중간층
본 실시 형태에 있어서, 중간층(13)은, 차광층(14)을 에칭 가공할 때의 에칭 정지층, 및 반투명층(12)을 에칭 가공할 때의 에칭 마스크로서 작용하는 것이다. 또한, 중간층(13)은, 차광층(14)으로부터 반투명층(12)으로 차광층(14)을 구성하는 재료가 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층으로서 작용하는 것이다.
상기한 바와 같이, 반투명층(12)에는, 질화규소(SiN)계 화합물 또는 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 이 질화규소(SiN)계 화합물 또는 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 화합물은, 주로, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭으로 가공된다는 점에서, 중간층(13)은, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
이 중간층(13)을 구성하는 재료의 구체예로서는, Cr, CrO, CrN, CrNO 등의 크롬계 재료나, Ta, TaO, TaN, TaNO 등의 탄탈륨계 재료를 들 수 있다.
이들 중간층(13)을 구성하는 재료로서는, 그 중에서도 Cr, CrO, CrN, CrNO 등의 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료가 바람직하다. 후술하는 바와 같이, 차광층(14)이 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 경우에 있어서, 차광층(14)과 반투명층(12)의 사이에서 각 층을 구성하는 재료가 서로 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층으로서 적합하게 작용할 수 있기 때문이다. 특히, 반투명층(12)이 몰리브덴실리사이드 화합물(MoSi)로 구성되고, 차광층(14)이 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 경우에 있어서, 반투명층(12)으로부터 차광층(14)으로 몰리브덴(Mo)이 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층으로서 적합하게 작용할 수 있기 때문이다. 이에 의해, 중간층(13)이, 차광층(14)과 반투명층(12)의 사이에서 각 층을 구성하는 재료가 서로 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층으로서 특히 적합하게 작용할 수 있기 때문이다.
또한, 이들 크롬계 재료 중에서도 CrN, CrON 및 CrO가 바람직하다. CrN, CrON 및 CrO로 구성되는 막인 경우에는, 질소 가스, 산소 가스 또는 이들의 혼합 가스의 분위기에서, 반응성 스퍼터링법에 의해 형성하기 때문에, 아르곤 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링법에 의해 형성되는 크롬막(Cr)과 비교하여, 성막 중의 안정성이 높고, 패턴 가공성이 양호하기 때문이다. 또한, CrN, CrON 및 CrO 중에서도, 특히 CrN이 바람직하다. 산소(O)를 포함하지 않는 재료이기 때문에, CrN막의 막 두께는, CrON 및 CrO로 구성되는 막의 막 두께보다 얇아지기 때문이다. 이에 의해, 중간층(13)의 막 두께를 얇게 하여, 반투명층(12), 중간층(13), 차광층(14)의 3종의 층을 적층한 적층체의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광학 농도를 차광 영역으로서 기능하는 값 이상, 특히 바람직하게는 2.8 이상으로 하기 위해 필요로 하는 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께를 얇게 할 수 있기 때문이다.
또한, 중간층(13)은 동일 재료로 구성되는 단층 구조여도 되고, 상이한 재료로 구성되는 복층 구조여도 된다.
중간층(13)의 막 두께는, 차광층(14)을 에칭 가공할 때의 에칭 정지층, 및 반투명층(12)을 에칭 가공할 때의 에칭 마스크로서 작용하기에 충분한 두께를 갖고, 또한 차광층(14)으로부터 반투명층(12)으로 차광층(14)을 구성하는 재료가 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층으로서 작용하기에 충분한 두께를 갖고 있으면 되지만, 과도하게 두꺼운 경우에는, 위상 시프트 마스크의 EMF 바이어스의 값이 커져 버린다고 하는 우려가 있다. 그로 인해, 중간층(13)의 막 두께는 2nm 내지 5nm의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 그 중에서도, 중간층(13)이 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성되는 경우에는, 중간층(13)의 막 두께가 2nm 내지 5nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 범위에 미달되면, 막 두께가 지나치게 얇기 때문에, 중간층(13)을 치밀한 막으로 할 수 없고, 중간층(13)에는 구멍이 형성되기 때문에, 반투명층(12)과 차광층(14)의 사이에서 서로의 층을 구성하는 재료가 확산되는 것을 방지하는 것이 곤란해지기 때문이다. 특히, 반투명층(12)이 몰리브덴실리사이드 화합물(MoSi)로 구성되고, 차광층(14)이 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 경우에 있어서, 중간층(13)이, 반투명층(12)으로부터 차광층(14)으로 몰리브덴(Mo)이 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층으로서 적합하게 작용하는 것이 곤란해지기 때문이다. 이에 의해, 중간층(13)이, 차광층(14)과 반투명층(12)의 사이에서 각 층을 구성하는 재료가 서로 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층으로서 특히 적합하게 작용하는 것이 곤란해지기 때문이다. 상기 범위를 초과하면, 차광층(14)이 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 경우에 있어서, 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께가 지나치게 두꺼워지기 때문에, 위상 시프트 마스크의 EMF 바이어스의 값이 커져 버린다고 하는 우려가 있기 때문이다.
이하, 구체적으로, 중간층(13)이 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성되고, 또한 차광층(14)이 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 경우에 있어서, 중간층(13)의 막 두께를 얇게 함으로써 얻어지는 효과를 설명한다.
상술한 바와 같이, 반투명층(12), 중간층(13), 차광층(14)의 3종의 층을 적층한 적층체의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광학 농도는, 2.8 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 층 쪽이, 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성되는 층보다 소쇠 계수 k가 크다. 이로 인해, 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성되는 중간층(13)의 막 두께를 얇게 하여, 중간층(13)에서 얻어지는 광학 농도의 비율을 작게 하는 한편, 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되는 차광층(14)을 두껍게 하여, 차광층(14)에서 얻어지는 광학 농도의 비율을 크게 함으로써, 상기 적층체의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광학 농도를 2.8 이상으로 하기 위해 필요로 하는 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께를 얇게 할 수 있는 효과가 얻어진다. 이에 의해, 위상 시프트 마스크의 EMF 바이어스의 값이 커져 버리는 것을 피할 수 있는 효과가 얻어진다. 그리고, 그 중에서도, 중간층(13)의 막 두께가, 상기 범위를 초과하지 않고, 5nm 이하인 경우에는, 이들 효과는 현저해진다.
중간층(13)의 형성은, 종래 공지된 진공 성막의 방법을 적용할 수 있으며, 예를 들어 중간층(13)이 크롬막(Cr)인 경우에는, 크롬의 타깃을 사용하여, 아르곤 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
(4) 차광층
본 실시 형태에 있어서, 차광층(14)은, 전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성되어 있다. 차광층(14)을 구성하는 단일 금속 재료의 막은, 스퍼터링법 등의 통상의 성막 방법으로 형성할 수 있다. 단일 금속 재료의 막은, 예를 들어 스퍼터링 시에 해당 단일 금속 재료의 타깃을 사용하여 성막할 수 있고, 실질적으로 다른 원소를 포함하지 않는 단일 금속 재료의 막으로 구성된다.
본 발명에 있어서는, 단일 금속 재료의 막 형성 이외에, 다른 금속의 혼입, 혹은 산화물이나 질화물 등의 형성은 의도하고 있지 않으며, 성막 시에 산소나 질소 가스의 도입은 행하지 않는다. 그러나, 성막된 막의 표면 등에 장치 내에 잔존하고 있던 미량의 산소 등이 의도하지 않게 도입된 경우에는, 실질적으로 본 발명의 단일 금속 재료를 포함하는 차광층으로서 포함되는 것이다.
즉, 본 발명에 있어서, 「차광층이, 전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성되어 있다」란, 차광층이 실질적으로 단일 금속 재료로 구성되어 있음을 의미한다. 이로 인해, 본 발명에서의 「전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성되어 있는 차광층」은, 차광층의 기능 및 특성에 영향을 주지 않는 불순물이라면 함유되어 있어도 된다. 이러한 불순물로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 탄소, 산소, 질소, 붕소, 헬륨, 수소, 아르곤, 크세논 등을 들 수 있다. 그리고, 이러한 불순물의 차광층에서의 비율로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0％ 이상 5％ 이하인 것이 바람직하며, 그 중에서도 0％ 이상 2％ 이하인 것이 바람직하고, 특히 0％ 이상 1％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 차광층(14)의 막 두께는 40nm 이하이며, 반투명층(12), 중간층(13), 차광층(14)의 3종의 층을 적층한 적층체의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광학 농도는, 차광 영역으로서 기능하는 값 이상, 특히 바람직하게는 2.8 이상이다. 여기서, 「차광 영역」이란, 본 발명에 관한 마스크 블랭크로 형성되는 후술하는 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크(하프톤형 위상 시프트 마스크)에 있어서, 반투명 패턴막을 투과하는 노광광 중, 마스크 패턴을 피전사체에 전사하는 데 불필요한 노광광이, 중간 패턴막 및 차광 패턴막에 의해 차광되는 영역을 의미한다. 또한, 「차광 영역으로서 기능한다」란, 본 발명에 관한 마스크 블랭크로 형성되는 후술하는 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크(하프톤형 위상 시프트 마스크)에 있어서, 반투명 패턴막을 투과하는 노광광 중, 마스크 패턴을 피전사체에 전사하는 데 불필요한 노광광을 차광함을 의미한다.
여기서, 차광층(14)의 막 두께는, 상기 광학 농도를 만족하는 범위에서 변화시킬 수 있다. 즉, 반투명층(12)의 투과율이 작은 경우에는, 그에 따라 차광층(14)의 막 두께를 얇게 할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 반투명층(12)의 투과율 T와 차광층(14)의 막 두께 d의 관계는, T=6％에 있어서 23nm≤d≤27nm의 범위이고, T=20％에 있어서 31nm≤d≤35nm의 범위이고, T=30％에 있어서 33nm≤d≤37nm의 범위인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 차광층(14)은, 굴절률 n이 1.0 이하이고, 또한 소쇠 계수 k가 2.0 이상인 단일 금속 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하며, 이 단일 금속 재료는 실리콘(Si)인 것이 보다 바람직하다. 소쇠 계수 k가 높을수록, 상기 적층체의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광학 농도를 차광 영역으로서 기능하는 값 이상, 특히 바람직하게는 2.8 이상으로 하기 위해 필요로 하는 차광층(14)의 막 두께를 얇게 할 수 있기 때문이다. 이에 의해, 위상 시프트 마스크의 EMF 바이어스의 값이 커져 버리는 것을 피할 수 있기 때문이다. 또한, 실리콘(Si)은, 이러한 단일 금속 재료 중에서도 소쇠 계수 k가 높기 때문이다.
상기와 같은 차광층(14)의 형성은, 예를 들어 불순물 이온을 포함하지 않는 실리콘 결정을 타깃으로 하고, 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 차광층 중에 포함되지 않는 전이 금속으로서는, 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 등을 들 수 있지만, 특히 몰리브덴(Mo)이 차광층 중에 포함하지 않는 전이 금속으로서 예시된다.
상기한 바와 같이, 몰리브덴은 실리콘과 몰리브덴실리사이드 화합물(MoSi)을 형성하며, 예를 들어 바이너리형 포토마스크의 차광 패턴막으로서 사용되고 있다. 그러나, 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 재료를 사용한 차광 패턴막은, 내약품성이나 내광성이 충분하지 않고, 차광 패턴막에 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 재료를 사용한 바이너리형 포토마스크는, 마스크 세정이나 ArF 엑시머 레이저 노광에 있어서, 마스크 패턴의 치수(CD 치수) 변화가 발생하거나 한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 차광층을 몰리브덴 등의 전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성한다. 그리고, 보다 바람직한 형태가, 차광층이 실리콘으로 구성되는 것이다.
또한, 실리콘으로 구성되는 차광층은, 불소계 가스를 사용한 에칭에 있어서, 종래의 몰리브덴실리사이드계 차광층보다 빠른 에칭 속도를 나타내고, 패턴 가공이 용이하고, 레지스트의 박막화도 가능하므로, 해상력의 향상이 가능하다.
또한, 본 발명에 관한 마스크 블랭크는, 도 1의 (b)에 도시하는 형태의 마스크 블랭크(20)와 같이, 차광층(14) 상에 하드 마스크층(21)을 갖는 것이어도 된다. 이러한 형태라면, 하드 마스크층(21)을 에칭 마스크로서 사용하여 차광층(14)을 가공할 수 있기 때문에, 레지스트를 보다 박막화할 수 있다.
상기한 바와 같이, 차광층(14)에는 실리콘을 사용하는 것이 바람직하며, 이 실리콘은, 주로, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭으로 가공된다는 점에서, 하드 마스크층(21)은, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 하드 마스크층(21)을 구성하는 재료의 구체예로서는, Cr, CrO, CrN, CrNO 등의 크롬계 재료나, Ta, TaO, TaN, TaNO 등의 탄탈륨계 재료를 들 수 있다. 하드 마스크층(21)의 막 두께는, 예를 들어 2nm 내지 5nm의 범위이다.
또한, 하드 마스크층(21)은 동일 재료로 구성되는 단층 구조여도 되고, 상이한 재료로 구성되는 복층 구조여도 된다.
하드 마스크층(21)의 형성은, 종래 공지된 진공 성막의 방법을 적용할 수 있으며, 예를 들어 하드 마스크층(21)이 크롬막(Cr)인 경우에는, 크롬의 타깃을 사용하여, 아르곤 가스 분위기에서, 반응성 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
(5) 기타
또한, 중간층(13) 및 차광층(14)의 조합으로서는, 그 중에서도, 상기 크롬계 재료로 구성되는 중간층(13) 및 상기 단일 금속 재료인 실리콘(Si)으로 구성되어 있는 차광층(14)의 조합이 바람직하다. 상기 단일 금속 재료인 실리콘(Si)은, 상기 크롬계 재료와 비교하여, 소쇠 계수 k가 크고, 양자의 소쇠 계수 k의 차가 크기 때문이다. 이에 의해, 상술한 바와 같이, 중간층(13)을 얇게 함으로써, 상기 적층체의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광학 농도를 차광 영역으로서 기능하는 값 이상, 특히 바람직하게는 2.8 이상으로 하기 위해 필요로 하는 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께를 얇게 할 수 있는 효과가 얻어지기 때문이다. 그리고, 중간층(13)의 막 두께가 5nm 이하인 경우에는, 이 효과가 현저해지기 때문이다.
<위상 시프트 마스크>
이어서, 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크에 대하여 설명한다.
도 2는, 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크의 예를 도시하는 개략 단면도이다.
예를 들어, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 위상 시프트 마스크(30)는, 투명 기판(11)과, 그 위에 형성된 반투명 패턴막(32)과, 반투명 패턴막(32) 상에 형성된 중간 패턴막(33)과, 중간 패턴막(33) 상에 형성된 차광 패턴막(34)을 갖고 있다. 그리고, 차광 패턴막(34)은, 전이 금속을 포함하지 않는 단일 금속 재료로 구성되어 있고, 차광 패턴막(34)의 막 두께는 40nm 이하이고, 반투명 패턴막(32), 중간 패턴막(33), 차광 패턴막(34)의 3종의 층을 적층한 적층체의 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광학 농도는 차광 영역으로서 기능하는 값 이상, 특히 바람직하게는 2.8 이상이다.
본 실시 형태에 관한 위상 시프트 마스크(30)는, 상술한 마스크 블랭크(10) 또는 마스크 블랭크(20)로 제조할 수 있다. 즉, 위상 시프트 마스크(30)의 반투명 패턴막(32)은, 마스크 블랭크(10)의 반투명층(12)을 패턴형으로 가공하여 얻을 수 있고, 마찬가지로, 중간 패턴막(33)은, 중간층(13)을 패턴형으로 가공하여 얻을 수 있고, 차광 패턴막(34)은, 차광층(14)을 패턴형으로 가공하여 얻을 수 있다.
도 2의 (a)에 도시하는 개략 단면도에 있어서, 위상 시프트 마스크(30)의 좌측 단부에서는, 반투명 패턴막(32a) 상에 중간 패턴막(33a) 및 차광 패턴막(34a)이 형성되어 있고, 마찬가지로, 위상 시프트 마스크(30)의 우측 단부에서는, 반투명 패턴막(32d) 상에 중간 패턴막(33c) 및 차광 패턴막(34c)이 형성되어 있다.
이 차광 패턴막(34a) 및 차광 패턴막(34c)이 형성되어 있는 영역은, 마스크 패턴이 형성된 영역(유효 영역)의 외주부이며, 종래의 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서 차광대가 설치되어 있던 영역에 상당한다.
종래의 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서는, 차광대에 형성한 패턴에 의한 광의 간섭을 이용하여, 외주부로부터 투과하는 불필요한 노광광을 차광하고 있었지만, 본 실시 형태의 위상 시프트 마스크(30)에 있어서는, 차광 패턴막(34a) 및 차광 패턴막(34c)에 의해 확실하게 불필요한 노광광을 차광할 수 있다.
또한, 위상 시프트 마스크(30)는, 유효 영역에서의 마스크 패턴으로서, 반투명 패턴막(32b)만으로 구성되는 부분(단층 구성부)과, 반투명 패턴막(32c), 중간 패턴막(33b), 차광 패턴막(34b)의 3종의 막으로 구성되는 부분(적층 구성부)을 갖고 있다.
적층 구성부의 반투명 패턴막(32c)의 면적은, 통상, 단층 구성부의 반투명 패턴막(32c)의 면적보다 크며, 그로 인해, 적층 구성부에는 차광 패턴막(34b)을 설치하여, 반투명 패턴막을 투과하는 불필요한 노광광을 확실하게 차광하고 있다. 위상 시프트 마스크(30)에 있어서는, 적층 구성부의 반투명 패턴막(32c)에 의한 위상 효과를 없애 버리지 않도록, 반투명 패턴막(32c)의 에지 부분이 차광 패턴막(34b)으로부터 노출되도록 설계되어 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 반투명 패턴막의 에지 부분이, 차광 패턴막으로부터 노출되지 않는 형태의 적층 구성부를 가져도 된다.
예를 들어, 도 2의 (b)에 도시하는 형태의 위상 시프트 마스크(40)는, 위상 시프트 마스크(30)와 마찬가지로, 투명 기판(11)과, 그 위에 형성된 반투명 패턴막(42)과, 반투명 패턴막(42) 상에 형성된 중간 패턴막(43)과, 중간 패턴막(43) 상에 형성된 차광 패턴막(44)을 갖고 있지만, 그 유효 영역에는, 반투명 패턴막(42c)의 에지 부분이, 차광 패턴막(44b)으로부터 노출되지 않는 형태의 적층 구성부를 갖고 있다. 이러한 적층 구성부는, 예를 들어 얼라인먼트 마크로서 이용할 수 있다.
<위상 시프트 마스크의 제조 방법>
이어서, 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 3은, 도 2의 (a)에 도시하는 형태의 위상 시프트 마스크(30)의 제조 방법의 예를 도시하는 개략 공정도이다.
본 실시 형태에 관한 제조 방법에 의해, 위상 시프트 마스크(30)를 얻기 위해서는, 예를 들어 우선, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 투명 기판(11)과, 투명 기판(11) 상에 형성된 반투명층(12)과, 상기 반투명층 상에 형성된 중간층(13)과, 중간층(13) 상에 형성된 차광층(14)을 갖는 마스크 블랭크(10)의 차광층(14) 상에 하드 마스크층(21)을 형성한, 하드 마스크층을 갖는 마스크 블랭크(20)를 준비한다.
이어서, 전자선 묘화 등을 사용한 레지스트 제판에 의해, 하드 마스크층(21) 상에, 제1 레지스트 패턴막(51)을 형성한다(도 3의 (b)).
다음으로, 예를 들어 염소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제1 레지스트 패턴막(51)으로부터 노출되는 하드 마스크층(21)을 에칭하여, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(22)을 형성하고, 또한 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(22)으로부터 노출되는 차광층(14)을, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 중간층(13)을 에칭 정지층으로 사용하여 에칭하여, 제1 형태의 차광 패턴막(64)을 형성하고(도 3의 (c)), 그 후, 제1 레지스트 패턴막(51)을 제거한다(도 3의 (d)).
이어서, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(22) 상, 및 제1 형태의 차광 패턴막(64)으로부터 노출되는 중간층(13) 상에, 제2 레지스트층(52)을 형성하고(도 3의 (e)), 계속해서, 전자선 묘화 등을 사용한 레지스트 제판에 의해, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(22)의 원하는 영역, 및 제1 형태의 차광 패턴막(64)으로부터 노출되는 중간층(13)의 원하는 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴막(53)을 형성한다(도 3의 (f)).
다음으로, 예를 들어 염소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제2 레지스트 패턴막(53)으로부터 노출되는 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(22), 및 제2 레지스트 패턴막(53)과 제1 형태의 차광 패턴막(64)으로부터 노출되는 중간층(13)을 에칭하여, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(23) 및 제1 형태의 중간 패턴막(63)을 형성하고(도 3의 (g)), 그 후, 제2 레지스트 패턴막(53)을 제거한다(도 3의 (h)).
이어서, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(23)으로부터 노출되는 제1 형태의 차광 패턴막(64)과, 제1 형태의 중간 패턴막(63)으로부터 노출되는 반투명층(12)을 에칭하여, 제2 형태의 차광 패턴막(34) 및 반투명 패턴막(32)을 형성한다(도 3의 (i)).
다음으로, 예를 들어 염소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(23), 및 제2 형태의 차광 패턴막(34)으로부터 노출되는 제1 형태의 중간 패턴막(63)을 에칭하여, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(23)을 제거하면서, 제2 형태의 중간 패턴막(33)을 형성하여, 위상 시프트 마스크(30)를 얻는다(도 3의 (j)).
(제2 실시 형태)
도 4는, 도 2의 (b)에 도시하는 형태의 위상 시프트 마스크(40)의 제조 방법의 예를 도시하는 개략 공정도이다.
본 실시 형태에 관한 제조 방법에 의해, 위상 시프트 마스크(40)를 얻기 위해서는, 예를 들어 우선, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 투명 기판(11)과, 투명 기판(11) 상에 형성된 반투명층(12)과, 상기 반투명층 상에 형성된 중간층(13)과, 중간층(13) 상에 형성된 차광층(14)을 갖는 마스크 블랭크(10)의 차광층(14) 상에 하드 마스크층(21)을 형성한, 하드 마스크층을 갖는 마스크 블랭크(20)를 준비한다.
이어서, 전자선 묘화 등을 사용한 레지스트 제판에 의해, 하드 마스크층(21) 상에, 제1 레지스트 패턴막(54)을 형성한다(도 4의 (b)).
다음으로, 예를 들어 염소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제1 레지스트 패턴막(54)으로부터 노출되는 하드 마스크층(21)을 에칭하여, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(24)을 형성하고, 계속해서, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(24)으로부터 노출되는 차광층(14)을, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 중간층(13)을 에칭 정지층으로 사용하여 에칭하여, 제1 형태의 차광 패턴막(74)을 형성하고, 또한 제1 형태의 차광 패턴막(74)으로부터 노출되는 중간층(13)을 에칭하여, 제1 형태의 중간 패턴막(73)을 형성하고(도 4의 (c)), 그 후, 제1 레지스트 패턴막(54)을 제거한다(도 4의 (d)).
이어서, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(24) 상, 및 제1 형태의 중간 패턴막(73)으로부터 노출되는 반투명층(12) 상에, 제2 레지스트층(55)을 형성하고(도 4의 (e)), 계속해서, 전자선 묘화 등을 사용한 레지스트 제판에 의해, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(24)의 원하는 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴막(56)을 형성한다(도 4의 (f)).
다음으로, 예를 들어 염소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제2 레지스트 패턴막(56)으로부터 노출되는 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(24)을 에칭하여, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(25)을 형성하고(도 4의 (g)), 그 후, 제2 레지스트 패턴막(56)을 제거한다(도 4의 (h)).
이어서, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(25)으로부터 노출되는 제1 형태의 차광 패턴막(74)과, 제1 형태의 중간 패턴막(73)으로부터 노출되는 반투명층(12)을 에칭하여, 제2 형태의 차광 패턴막(44) 및 반투명 패턴막(42)을 형성한다(도 4의 (i)).
다음으로, 예를 들어 염소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(25), 및 제2 형태의 차광 패턴막(44)으로부터 노출되는 제1 형태의 중간 패턴막(73)을 에칭하여, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(25)을 제거하면서, 제2 형태의 중간 패턴막(43)을 형성하여, 위상 시프트 마스크(40)를 얻는다(도 4의 (j)).
<실시예>
이하, 실시예를 사용하여, 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1-1)
투명 기판(11)으로서 광학 연마한 한 변이 6인치인 정사각형, 0.25인치 두께의 합성 석영 기판을 사용하고, 반투명층(12)으로서 몰리브덴실리사이드 산화막(MoSiO)을 사용하고, 중간층(13)으로서 막 두께 3nm의 크롬막(Cr)을 사용하고, 차광층(14)으로서 실리콘막(Si)을 사용하고, 하드 마스크층(21)으로서 막 두께 3nm의 크롬막(Cr)을 사용하여, 하드 마스크층을 갖는 마스크 블랭크(20)를 준비한다.
여기서, 반투명층(12)의 막 두께는, 노광광에 대한 투과율이 6％로 되도록 조정하고, 차광층(14)의 막 두께는, 반투명층(12), 중간층(13), 차광층(14)의 3종의 층을 적층한 적층체의 노광광에 대한 광학 농도가 3.0으로 되도록 조정한다.
상기 광학 농도는 오츠카 덴시사제 MCPD3000으로 측정하고, 광학 상수는 엘립소미터(J.A.울람사제)의 측정으로부터 얻을 수 있다. 또한, 막 두께는 AFM 장치(SII 나노테크놀로지사제)를 사용한 단차 계측에 의해 얻을 수 있다.
이어서, 상기 하드 마스크층(21) 상에 전자선 레지스트를 도포하고, 전자선 묘화 장치에서 패턴 묘화 및 현상을 행하여, 제1 레지스트 패턴막(51)을 형성한다.
이어서, 상기 제1 레지스트 패턴막(51)을 에칭 마스크로 사용하여, 우선, 염소와 산소의 혼합 가스로 하드 마스크층(21)을 건식 에칭하여, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(22)을 형성하고, 또한 CF4 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(22)으로부터 노출되는 차광층(14)을 에칭하여, 제1 형태의 차광 패턴막(64)을 형성하고, 그 후, 제1 레지스트 패턴막(51)을 산소 플라즈마로 애싱 제거한다.
이어서, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(22) 상, 및 제1 형태의 차광 패턴막(64)으로부터 노출되는 중간층(13) 상에, 제2 레지스트층(52)으로서의 전자선 레지스트를 도포하고, 계속해서, 전자선 묘화 장치에서 패턴 묘화 및 현상을 행하여, 제2 레지스트 패턴막(53)을 형성한다.
이어서, 염소와 산소의 혼합 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제2 레지스트 패턴막(53)으로부터 노출되는 제1 형태의 하드 마스크 패턴막(22), 및 제2 레지스트 패턴막(53)과 제1 형태의 차광 패턴막(64)으로부터 노출되는 중간층(13)을 에칭하여, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(23) 및 제1 형태의 중간 패턴막(63)을 형성하고, 그 후, 제2 레지스트 패턴막(53)을 산소 플라즈마로 애싱 제거한다.
이어서, SF6 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(23)으로부터 노출되는 제1 형태의 차광 패턴막(64)과, 제1 형태의 중간 패턴막(63)으로부터 노출되는 반투명층(12)을 에칭하여, 제2 형태의 차광 패턴막(34) 및 반투명 패턴막(32)을 형성한다.
이어서, 염소와 산소의 혼합 가스를 사용한 건식 에칭에 의해, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(23), 및 제2 형태의 차광 패턴막(34)으로부터 노출되는 제1 형태의 중간 패턴막(63)을 에칭하여, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막(23)을 제거하면서, 제2 형태의 중간 패턴막(33)을 형성하여, 실시예 1-1의 위상 시프트 마스크(30)를 얻는다.
이 위상 시프트 마스크(30)의 제조에 있어서는, 차광층이 실리콘막이기 때문에, 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 막보다 불소계 가스에 의한 에칭 속도가 빠르고, 패턴 가공성이 양호해진다. 또한, 이 위상 시프트 마스크(30)의 차광층은 실리콘막이기 때문에, 몰리브덴실리사이드(MoSi)계 막보다 높은 내약품성, 내광성을 나타낸다.
(실시예 1-2)
노광광에 대한 투과율이 20％로 되도록, 반투명층(12)의 막 두께를 조정하고, 반투명층(12), 중간층(13), 차광층(14)의 3종의 층을 적층한 적층체의 노광광에 대한 광학 농도가 3.0으로 되도록, 차광층(14)의 막 두께를 조정하는 것 이외에는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여, 실시예 1-2의 위상 시프트 마스크(30)를 얻는다.
(실시예 1-3)
노광광에 대한 투과율이 30％로 되도록, 반투명층(12)의 막 두께를 조정하고, 반투명층(12), 중간층(13), 차광층(14)의 3종의 층을 적층한 적층체의 노광광에 대한 광학 농도가 3.0으로 되도록, 차광층(14)의 막 두께를 조정하는 것 이외에는, 실시예 1-1과 마찬가지로 하여, 실시예 1-3의 위상 시프트 마스크(30)를 얻는다.
(비교예 1-1)
광학 연마한 한 변이 6인치인 정사각형, 0.25인치 두께의 투명한 합성 석영 기판 상에, 몰리브덴실리사이드 질화막(MoSiN)을 막 두께 50nm 성막하여 차광층으로 하고, 그 위에, 크롬막(Cr)을 막 두께 3nm 성막하여 하드 마스크층으로 하는 구성의 바이너리형 포토마스크 블랭크를 준비한다.
이어서, 상기 블랭크의 하드 마스크층 상에 전자선 레지스트를 도포하고, 전자선 묘화 장치에서 패턴 묘화, 현상을 행하여, 원하는 형상의 레지스트 패턴막을 형성한다.
이어서, 상기 레지스트 패턴막을 에칭 마스크로 사용하여, 염소와 산소의 혼합 가스로 하드 마스크층의 크롬막을 에칭하고, 또한 SF6 가스를 사용하여 차광층의 몰리브덴실리사이드 질화막을 건식 에칭하여 원하는 마스크 패턴을 형성하고, 그 후, 레지스트 패턴막을 산소 플라즈마로 애싱 제거한다.
이어서, 염소와 산소의 혼합 가스로 하드 마스크층의 크롬막 패턴을 에칭하여 제거하고, 비교예 1-1의 바이너리형 포토마스크를 얻는다.
<반투명층의 투과율과 차광층의 막 두께의 관계>
우선, 상기 실시예 1-1 내지 1-3에서의 반투명층(12)의 각 투과율과, 차광층(14)의 막 두께의 관계에 대하여 설명한다.
본 발명에 있어서 차광층(14)의 막 두께는, 상기 광학 농도를 만족하는 범위에서 변화시킬 수 있다. 즉, 반투명층(12)의 투과율이 작은 경우에는, 그에 따라 차광층(14)의 막 두께를 얇게 할 수 있다. 여기서, 중간층(13)의 막 두께는 3nm로 극히 얇고, 재료도 크롬계라는 점에서, 그 차광성은 무시할 수 있다.
따라서, 차광층(14)에 실리콘막을 사용하는 경우, 반투명층(12)과 차광층(14)의 2층으로 광학 농도가 3.0으로 되는 것을 만족하는 반투명층(12)의 투과율과 차광층(14)의 막 두께의 관계는, 도 5와 같이 된다.
예를 들어, 반투명층(12)의 투과율이 6％인 경우, 상기 조건을 만족하는 차광층(14)의 막 두께는 25nm이고, 마찬가지로, 반투명층(12)의 투과율이 20％인 경우에는, 차광층(14)의 막 두께는 33nm이고, 반투명층(12)의 투과율이 30％인 경우에는, 차광층(14)의 막 두께는 35nm이다.
여기서, 본 발명에 있어서는, 반투명층(12), 중간층(13), 차광층(14)의 3종의 층을 적층한 적층체의 노광광에 대한 광학 농도는 2.8 이상인 것이 바람직하다. 한편, EMF 바이어스를 작게 하기 위해서는, 차광층(14)의 막 두께는 얇을수록 바람직하며, 예를 들어 상기 광학 농도가 3.2 정도이기만 하면 충분하다.
그로 인해, 본 실시 형태에 있어서는, 반투명층(12)의 투과율 T와 차광층(14)의 막 두께 d의 관계가, T=6％에 있어서 23nm≤d≤27nm의 범위이고, T=20％에 있어서 31nm≤d≤35nm의 범위이고, T=30％에 있어서 33nm≤d≤37nm의 범위인 것이 바람직하다.
<EMF 바이어스 및 노광 여유도의 평가>
이어서, 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크와 종래의 바이너리형 포토마스크에 대하여, EMF 바이어스 및 노광 여유도(EL: Exposure Latitude)를 시뮬레이션에 의해 평가한 결과에 대하여 설명한다.
(시뮬레이션 조건)
시뮬레이션은, 하기 조건에 의해 행하였다. 시뮬레이션 소프트웨어로서, EM-Suite Version v6.00(상품명: Panoramic Technology사제)을 사용하고, 3차원(3D라고도 기재함) 시뮬레이션 조건으로서는, 시뮬레이션 모드로는 3차원 전자계 시뮬레이션의 TEMPEST(EM-Suite 옵션)에 의한 FDTD법(시간 영역 차분법, 유한 차분 시간 영역법이라고도 함)을 사용하고, 그리드 사이즈는 1nm(4배 마스크에 있어서)로 하였다. 2차원(2D라고도 기재함) 시뮬레이션 조건으로서는, 시뮬레이션 모드로 키르히호프(Kirchhoff)법을 사용하였다.
(리소그래피 조건)
2차원 및 3차원 시뮬레이션에서의 리소그래피 조건으로서, 노광 광원은 ArF 엑시머 레이저이며 노광 파장은 193nm, 투영 렌즈의 개구수(NA)는 1.35로 하였다. 조명계는 퓨필 필터를 사용한 사입사광에 의한 노광으로 하고, 도 6에 도시하는 사중극(C-quad)의 퓨필 필터를 사용한 사중극 조명을 설정하였다. C-quad의 4개의 광투과부(91)는, XY축 상에 퓨필 중심으로부터의 개구각이 20도인 부채형을 이루고, 세로ㆍ가로의 마스크 패턴을 고해상으로 전사할 수 있도록, 마스크 패턴에 대하여 광투과부(91)가 0도, 90도의 배치(XY 폴라리제이션)를 취하고, 퓨필 필터의 반경을 1이라고 하였을 때, 퓨필 중심으로부터의 거리의 외경(외경 σ)을 0.98, 내경(내경 σ)을 0.8로 하였다. 4개의 광투과부(91) 이외의 지점은 차광부(92)(사선 부분)로 하고 있다.
또한, 상기 투영 렌즈의 개구수(NA) 1.35는, 미세한 반도체 디바이스용 마스크 패턴 전사에 사용되고 있음으로써, 일례로서 사용한 것이며, 원래부터 본 발명은 그것에 한정되지 않고, 다른 개구수의 렌즈를 사용하는 것이 가능하다.
또한, 상기 조명계로서 사중극 조명을 사용한 것은, 사중극 조명은 종횡의 패턴을 동시에 해상할 수 있고, 보편성이 높아 일반적인 마스크 패턴 전사에 적용할 수 있기 때문이다. 단, 사중극 조명은 바람직한 일례로서 사용한 것이며, 본 발명에 있어서는, 사중극 조명 이외의 다른 변형 조명계, 예를 들어 윤대 조명, 이중극 조명 등에 있어서도 마찬가지로 노광 여유도의 개선 효과가 얻어지는 것이다.
(EMF 바이어스의 평가)
실시예 1-1 내지 1-3의 위상 시프트 마스크, 및 비교예 1-1의 종래의 바이너리형 포토마스크를 사용하여, 직경 40nm의 고립 홀 패턴을 웨이퍼 상의 레지스트에 형성할 때의 EMF 바이어스의 평가 결과에 대하여, 도 7을 사용하여 설명한다.
도 7에 있어서는, 투과율 0％의 점이 비교예 1-1의 EMF 바이어스의 값을 나타내고, 투과율 6％의 점이 실시예 1-1의 EMF 바이어스의 값을 나타내고, 투과율 20％의 점이 실시예 1-2의 EMF 바이어스의 값을 나타내고, 투과율 30％의 점이 실시예 1-3의 EMF 바이어스의 값을 나타내고 있다. 또한, 도 7에서의 EMF 바이어스의 값은, 웨이퍼 상에서의 크기를 나타내고 있다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 직경 40nm의 고립 홀 패턴을 웨이퍼 상의 레지스트에 형성하는 경우, 비교예 1-1의 종래의 바이너리형 포토마스크에 있어서는, 웨이퍼 상에서의 크기로 10nm인 EMF 바이어스를 필요로 하지만, 실시예 1-1 내지 1-3의 위상 시프트 마스크에 있어서는, 모두 EMF 바이어스의 값을 작게 할 수 있고, 특히 실시예 1-3의 위상 시프트 마스크에 있어서는, -0.6nm로까지 EMF 바이어스의 값을 작게 할 수 있다.
여기서, 본 발명에서 사용하고 있는 EMF 바이어스에 대하여, 도 8에 도시하는 바이너리형 포토마스크의 단면 모식도를 예로 들어 설명한다. 도 8에서는, 투명 기판(101) 상에 차광 패턴막(102)을 포함하는 마스크 패턴을 갖는 바이너리 마스크(100)가 도시되어 있다. 여기서, 통상, 포토마스크에는 4배체의 레티클이 사용되므로, 마스크 패턴의 라인부의 치수(라인 CD(Critical Dimension)라고 칭함)는, 목표로 하는 웨이퍼 상의 선 폭 치수(타깃 CD라고 칭함)의 4배의 수치 x(nm)에, 보정값인 바이어스 d(nm)를 더한 값으로서 나타난다(x=타깃 CD×4).
도 8에 있어서, 바이어스 d는,
바이어스(d)=2×a
로 표시된다.
상기에 있어서, 바이어스 d의 값이 +인 경우에는 라인 CD가 넓어지는 방향이고, d의 값이 -인 경우에는 라인 CD가 좁아지는 방향을 의미한다. 단, 본 발명에서는, +인 경우에는 특별히 +의 표시는 하지 않았다.
전자계(EMF) 효과에 관한 EMF 바이어스는, 웨이퍼 상의 레지스트로의 전사 패턴 선 폭의 중요한 치수(CD) 정밀도에 큰 영향을 준다. 이로 인해, 포토마스크의 제작 시에, 전자계 효과의 시뮬레이션을 행하고, 전자계(EMF) 효과에 의한 영향을 억제하기 위해, 포토마스크 패턴의 보정을 행할 필요가 있다. 이 마스크 패턴의 보정 계산은, EMF 바이어스가 클수록 복잡화된다. 또한, 보정 후의 마스크 패턴도 EMF 바이어스가 클수록 복잡화되어, 포토마스크 제작에 큰 부하가 걸린다. 예를 들어, 바이어스값이 커져, 인접하는 패턴과의 관계에서 패턴 보정이 불가능하게 된다고 하는 문제도 발생하였다. EMF 바이어스의 값은, 0에 가까운 값일수록 보정이 작아 포토마스크 제조가 용이해지고, 마스크 제조 수율이 향상되게 된다.
(노광 여유도의 평가)
이어서, 노광 여유도의 평가 결과에 대하여, 표 1을 사용하여 설명한다.
여기서, 노광 여유도(EL: ％)는, 웨이퍼 상의 레지스트 패턴막의 치수가, 허용되는 한계 내에 수용되는 노광 에너지의 범위이며, 포토리소그래피에서의 노광량(도우즈량)의 변동에 대한 여유도를 나타내는 값이다. 즉, 레지스트 패턴의 선 폭 치수의 변동량이 소정의 허용 범위 내에 들어가는 노광 에너지의 범위이다. 노광 여유도가 크면, 반도체 소자 제조의 포토리소그래피 공정에서의 수율이 향상되게 된다.
표 1에 있어서는, 웨이퍼 상의 각 패턴 피치(nm)에서의 타깃 CD가 ±10％ 내에 들어가는 노광 여유도(EL)를, 실시예 1-1 내지 1-3의 위상 시프트 마스크, 및 비교예 1-1의 종래의 바이너리형 포토마스크에 대하여 비교 평가하였다.
평가한 마스크 패턴은, 라인 앤드 스페이스 패턴이며, 웨이퍼 상에 전사하였을 때의 스루 피치(풀 피치)가 80nm 내지 300nm의 범위이고, 타깃으로 하는 라인 CD는 웨이퍼 상에서 10nm로 하였다.
Figure 112016093595507-pct00001
표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1-1 내지 1-3의 본 발명에 관한 위상 시프트 마스크는, 패턴 피치 80nm 내지 300nm의 어느 범위에 있어서든, 비교예 1-1의 종래의 바이너리형 포토마스크에 비하여, 노광 여유도를 크게 할 수 있고, 특히 실시예 1-3의 위상 시프트 마스크에 있어서는, 패턴 피치 80nm에 있어서 노광 여유도 1.8％, 패턴 피치 160nm에 있어서 노광 여유도 1.2％, 패턴 피치 300nm에 있어서 노광 여유도 0.8％라고 하는 큰 값이 얻어졌다.
(실시예 2-1)
투명 기판(11)으로서 광학 연마한 한 변이 6인치인 정사각형, 0.25인치 두께의 합성 석영 기판을 사용하고, 반투명층(12)으로서 몰리브덴실리사이드 산화막(MoSiO)을 사용하고, 중간층(13)으로서 막 두께 2nm의 CrN막을 사용하고, 차광층(14)으로서 실리콘막(Si)을 사용하여, 마스크 블랭크(20)를 제작한다.
여기서, 반투명층(12)의 막 두께는, 노광광에 대한 투과율이 6％로 되도록 조정하고, 차광층(14)의 막 두께는, 반투명층(12), 중간층(13), 차광층(14)의 3종의 층을 적층한 적층체의 노광광에 대한 광학 농도가 3.0으로 되도록 조정한다.
상기 광학 농도는 오츠카 덴시사제 MCPD3000으로 측정하고, 광학 상수는 엘립소미터(J.A.울람사제)의 측정으로부터 얻는다. 또한, 막 두께는 AFM 장치(SII 나노테크놀로지사제)를 사용하는 단차 계측에 의해 얻는다.
(실시예 2-2)
중간층(13)으로서 막 두께 4nm의 CrN막을 사용하는 것 이외에는, 실시예 2-1과 마찬가지로 하여, 마스크 블랭크(20)를 제작하고, 반투명층(12)의 막 두께 및 차광층(14)의 막 두께를 조정한다.
(비교예 2-1)
중간층(13)으로서 막 두께 6nm의 CrN막을 사용하는 것 이외에는, 실시예 2-1과 마찬가지로 하여, 마스크 블랭크(20)를 제작하고, 반투명층(12)의 막 두께 및 차광층(14)의 막 두께를 조정한다.
(비교예 2-2)
중간층(13)으로서 막 두께 8nm의 CrN막을 사용하는 것 이외에는, 실시예 2-1과 마찬가지로 하여, 마스크 블랭크(20)를 제작하고, 반투명층(12)의 막 두께 및 차광층(14)의 막 두께를 조정한다.
(비교예 2-3)
중간층(13)으로서 막 두께 10nm의 CrN막을 사용하는 것 이외에는, 실시예 2-1과 마찬가지로 하여, 마스크 블랭크(20)를 제작하고, 반투명층(12)의 막 두께 및 차광층(14)의 막 두께를 조정한다.
<중간층의 막 두께와 중간층 및 차광층의 전체의 막 두께의 관계>
상기 실시예 2-1 내지 2-2 및 상기 비교예 2-1 내지 2-3에서의 중간층(13)의 막 두께와 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께의 관계에 대하여 설명한다. 표 2에, 상기 실시예 2-1 내지 2-2 및 상기 비교예 2-1 내지 2-3에서의 중간층(13)(CrN막)의 막 두께, 차광층(14)(실리콘막(Si))의 막 두께, 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께, 및 상기 적층체의 노광광에 대한 광학 농도(OD값)를 나타내었다. 또한, 중간층(13)에 사용되는 CrN막의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는, 각각 1.5 및 1.8이며, 차광층(14)에 사용되는 실리콘막(Si)의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는, 각각 0.9 및 2.7이다.
Figure 112016093595507-pct00002
표 2에 나타난 바와 같이, 중간층(13)의 막 두께가 5nm 이상으로 되면, 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께가, 중간층(13)의 막 두께가 5nm 이하인 경우보다 두꺼워짐을 알 수 있었다. 이로 인해, 중간층(13)의 막 두께가 5nm 이하로 되면, 위상 시프트 마스크의 EMF 바이어스의 값이 커져 버리는 것을 피할 수 있음이 시사되어 있다.
(실시예 3-1)
중간층(13)으로서 막 두께 2nm의 CrON막을 사용하는 것 이외에는, 실시예 2-1과 마찬가지로 하여, 마스크 블랭크(20)를 제작하고, 반투명층(12)의 막 두께 및 차광층(14)의 막 두께를 조정한다.
(실시예 3-2)
중간층(13)으로서 막 두께 4nm의 CrON막을 사용하는 것 이외에는, 실시예 2-1과 마찬가지로 하여, 마스크 블랭크(20)를 제작하고, 반투명층(12)의 막 두께 및 차광층(14)의 막 두께를 조정한다.
(비교예 3-1)
중간층(13)으로서 막 두께 6nm의 CrON막을 사용하는 것 이외에는, 실시예 2-1과 마찬가지로 하여, 마스크 블랭크(20)를 제작하고, 반투명층(12)의 막 두께 및 차광층(14)의 막 두께를 조정한다.
(비교예 3-2)
중간층(13)으로서 막 두께 8nm의 CrON막을 사용하는 것 이외에는, 실시예 2-1과 마찬가지로 하여, 마스크 블랭크(20)를 제작하고, 반투명층(12)의 막 두께 및 차광층(14)의 막 두께를 조정한다.
(비교예 3-3)
중간층(13)으로서 막 두께 10nm의 CrON막을 사용하는 것 이외에는, 실시예 2-1과 마찬가지로 하여, 마스크 블랭크(20)를 제작하고, 반투명층(12)의 막 두께 및 차광층(14)의 막 두께를 조정한다.
<중간층의 막 두께와 중간층 및 차광층의 전체의 막 두께의 관계>
상기 실시예 3-1 내지 3-2 및 상기 비교예 3-1 내지 3-3에서의 중간층(13)의 막 두께와 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께의 관계에 대하여 설명한다. 표 3에, 상기 실시예 3-1 내지 3-2 및 상기 비교예 3-1 내지 3-3에서의 중간층(13)(CrON막)의 막 두께, 차광층(실리콘막(Si))(14)의 막 두께, 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께, 및 상기 적층체의 노광광에 대한 광학 농도(OD값)를 나타내었다. 또한, 중간층(13)에 사용되는 CrON막의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는, 각각 2.4 및 1.4이며, 차광층(14)에 사용되는 실리콘막(Si)의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는, 각각 0.9 및 2.7이다.
Figure 112016093595507-pct00003
표 3에 나타난 바와 같이, 중간층(13)의 막 두께가 5nm 이상으로 되면, 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께가, 중간층(13)의 막 두께가 5nm 이하인 경우보다 두꺼워짐을 알 수 있었다. 이로 인해, 중간층(13)의 막 두께가 5nm 이하로 되면, 위상 시프트 마스크의 EMF 바이어스의 값이 커져 버리는 것을 피할 수 있음이 시사되어 있다.
또한, 표 2 및 표 3을 비교하면, 중간층(13)의 막 두께가 4nm 이상으로 되면, 중간층(13)으로서 CrN막을 사용한 경우 쪽이, 차광층(14)의 막 두께와, 중간층(13) 및 차광층(14)의 전체의 막 두께가, 중간층(13)으로서 CrON막을 사용한 경우보다 얇아졌다. 이것은 CrN막 쪽이 CrON막보다 소쇠 계수 k가 높고, 투과율이 낮기 때문이라고 생각된다. 또한, 이것은 CrON막이 산소(O)를 포함하고 있는 것에 반해, CrN막이 산소(O)를 포함하고 있지 않기 때문이라고 생각된다.
이상, 본 발명에 관한 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법에 대하여 각각 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 마찬가지의 작용 효과를 발휘하는 것은, 어떠한 경우든 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
10, 20: 마스크 블랭크
11: 투명 기판
12: 반투명층
13: 중간층
14: 차광층
21: 하드 마스크층
22, 23, 24, 25: 하드 마스크 패턴막
30, 40: 위상 시프트 마스크
32, 32a, 32b, 32c, 32d: 반투명 패턴막
33, 33a, 33b, 33c: 중간 패턴막
34, 34a, 34b, 34c: 차광 패턴막
42, 42a, 42b, 42c, 42d: 반투명 패턴막
43, 43a, 43b, 43c: 중간 패턴막
44, 44a, 44b, 44c: 차광 패턴막
51, 53, 54, 56: 레지스트 패턴막
52, 55: 레지스트층
63, 73: 중간 패턴막
64, 74: 차광 패턴막
91: 광투과부
92: 차광부
100: 바이너리 마스크
101: 투명 기판
102: 차광 패턴막

Claims (19)

  1. ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제작하기 위해 사용되는 마스크 블랭크이며,
    투명 기판과,
    상기 투명 기판 상에 형성되고, 상기 노광광의 위상 및 투과율을 제어하는 반투명층과,
    상기 반투명층 상에 형성된 중간층과,
    상기 중간층 상에 형성된 차광층을 갖고,
    상기 차광층이, 전이 금속을 포함하지 않는 실리콘으로 구성되어 있고,
    상기 차광층의 막 두께가 40nm 이하이고,
    상기 반투명층, 상기 중간층, 상기 차광층의 3종의 층을 적층한 적층체는, 상기 노광광에 대한 광학 농도가 2.8 이상으로 되도록 조정한 것임을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반투명층의 상기 노광광에 대한 투과율 T와 상기 차광층의 막 두께 d의 관계가,
    T=6％에 있어서 23nm≤d≤27nm의 범위이고,
    T=20％에 있어서 31nm≤d≤35nm의 범위이고,
    T=30％에 있어서 33nm≤d≤37nm의 범위인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차광층은, 굴절률 n이 1.0 이하이고, 또한 소쇠 계수 k가 2.0 이상인 실리콘으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반투명층이 SixO1-x-yNy(x 및 y는 0<x<1, 0<y<1 및 0<x+y≤1을 만족함)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간층이, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간층이 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성되고, 또한 상기 중간층의 막 두께가 2nm 내지 5nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차광층 상에, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재료로 구성되는 하드 마스크층을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  8. ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크이며,
    투명 기판과,
    상기 투명 기판 상에 형성되고, 상기 노광광의 위상 및 투과율을 제어하는 반투명 패턴막과,
    상기 반투명 패턴막 상에 형성된 중간 패턴막과,
    상기 중간 패턴막 상에 형성된 차광 패턴막을 갖고,
    상기 차광 패턴막이, 전이 금속을 포함하지 않는 실리콘으로 구성되어 있고,
    상기 차광 패턴막의 막 두께가 40nm 이하이고,
    상기 반투명 패턴막, 상기 중간 패턴막, 상기 차광 패턴막의 3종의 막을 적층한 적층체는, 상기 노광광에 대한 광학 농도가 2.8 이상으로 되도록 조정한 것임을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반투명 패턴막의 상기 노광광에 대한 투과율 T와 상기 차광 패턴막의 막 두께 d의 관계가,
    T=6％에 있어서 23nm≤d≤27nm의 범위이고,
    T=20％에 있어서 31nm≤d≤35nm의 범위이고,
    T=30％에 있어서 33nm≤d≤37nm의 범위인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크.
  10. 제8항에 있어서, 상기 차광 패턴막은, 굴절률 n이 1.0 이하이고, 또한 소쇠 계수 k가 2.0 이상인 실리콘으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크.
  11. 제8항에 있어서, 상기 반투명 패턴막이 SixO1-x-yNy(x 및 y는 0<x<1, 0<y<1 및 0<x+y≤1을 만족함)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크.
  12. 제8항에 있어서, 상기 중간 패턴막이, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크.
  13. 제8항에 있어서, 상기 중간 패턴막이 크롬(Cr)을 함유하는 크롬계 재료로 구성되고, 또한 상기 중간 패턴막의 막 두께가 2nm 내지 5nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 하프톤형 위상 시프트 마스크.
  14. 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 위상 및 투과율을 제어하는 반투명층과, 상기 반투명층 상에 형성된 중간층과, 상기 중간층 상에 형성된 차광층을 갖고, 상기 차광층이, 전이 금속을 포함하지 않는 실리콘으로 구성되어 있는 마스크 블랭크의 상기 차광층 상에 하드 마스크층을 형성한, 하드 마스크층을 갖는 마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
    상기 하드 마스크층 상에, 제1 레지스트 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴막으로부터 노출되는 상기 하드 마스크층을 에칭하여, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막으로부터 노출되는 상기 차광층을, 상기 중간층을 에칭 정지층으로 사용하여 에칭하여, 제1 형태의 차광 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴막을 제거하는 공정과,
    상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막의 원하는 영역, 및 상기 제1 형태의 차광 패턴막으로부터 노출되는 상기 중간층의 원하는 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제2 레지스트 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막, 및 상기 제2 레지스트 패턴막과 상기 제1 형태의 차광 패턴막으로부터 노출되는 상기 중간층을 에칭하여, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막, 및 제1 형태의 중간 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제2 레지스트 패턴막을 제거하는 공정과,
    상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 차광 패턴막과, 상기 제1 형태의 중간 패턴막으로부터 노출되는 상기 반투명층을 에칭하여, 제2 형태의 차광 패턴막 및 반투명 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막, 및 상기 제2 형태의 차광 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 중간 패턴막을 에칭하여, 상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막을 제거하면서, 제2 형태의 중간 패턴막을 형성하는 공정을 순서대로 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
  15. 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 위상 및 투과율을 제어하는 반투명층과, 상기 반투명층 상에 형성된 중간층과, 상기 중간층 상에 형성된 차광층을 갖고, 상기 차광층이, 전이 금속을 포함하지 않는 실리콘으로 구성되어 있는 마스크 블랭크의 상기 차광층 상에 하드 마스크층을 형성한, 하드 마스크층을 갖는 마스크 블랭크를 준비하는 공정과,
    상기 하드 마스크층 상에, 제1 레지스트 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴막으로부터 노출되는 상기 하드 마스크층을 에칭하여, 제1 형태의 하드 마스크 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막으로부터 노출되는 상기 차광층을, 상기 중간층을 에칭 정지층으로 사용하여 에칭하여, 제1 형태의 차광 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 형태의 차광 패턴막으로부터 노출되는 상기 중간층을 에칭하여, 제1 형태의 중간 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제1 레지스트 패턴막을 제거하는 공정과,
    상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막의 원하는 영역을 덮는 제2 레지스트 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제2 레지스트 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 하드 마스크 패턴막을 에칭하여, 제2 형태의 하드 마스크 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제2 레지스트 패턴막을 제거하는 공정과,
    상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 차광 패턴막, 및 상기 제1 형태의 중간 패턴막으로부터 노출되는 상기 반투명층을 에칭하여, 제2 형태의 차광 패턴막 및 반투명 패턴막을 형성하는 공정과,
    상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막, 및 상기 제2 형태의 차광 패턴막으로부터 노출되는 상기 제1 형태의 중간 패턴막을 에칭하여, 상기 제2 형태의 하드 마스크 패턴막을 제거하면서, 제2 형태의 중간 패턴막을 형성하는 공정을 순서대로 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
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