KR102341792B1 - 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화 규소 재료로 이루어지는 단층의 위상 시프트막에서는 실현이 곤란한 20％ 이상의 투과율을 갖는 위상 시프트막을, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조에 의해 실현하고, 그와 같은 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크를 제공한다. 투광성 기판 상에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크로서, 위상 시프트막은 ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고, 위상 시프트막은 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 가지며, 저투과층은 질화 규소계 재료로 형성되고, 고투과층은 산화 규소계 재료로 형성되며, 최상(最上)에 설치되어 있는 고투과층의 두께는 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두껍고, 저투과층의 두께는 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두껍다.
Description
본 발명은, 마스크 블랭크, 그 마스크 블랭크를 이용하여 제조된 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법, 그리고, 상기의 위상 시프트 마스크를 이용한 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 이용하여 미세 패턴이 형성된다. 미세 패턴을 형성할 때, 전사용 마스크가 이용된다. 근래, 반도체 장치의 미세화의 요구에 수반하여, 전사용 마스크의 하나로서 하프톤형 위상 시프트 마스크가 이용되고 있다. 또, 반도체 장치의 미세화에 있어서, 포토리소그래피에서 사용되는 노광 광원의 파장의 단(短)파장화가 필요로 되고 있고, 노광 광원에 ArF 엑시머 레이저가 적용되는 경우가 늘어가고 있다.
하프톤형 위상 시프트 마스크에는, 몰리브덴 실리사이드(MoSi)계 재료로 이루어지는 위상 시프트막이 널리 이용된다. 그러나, 몰리브덴 실리사이드계 재료로 이루어지는 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광(파장 193nm)에 대한 내성(이른바 ArF 내광성)이 낮다는 것이 판명되어 있다.
또, 근래, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 콘트라스트를 높이기 위해, 위상 시프트막의 투과율을 높이는 것이 검토되고 있다. 특허문헌 1에는, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 내성이 높고, 또한, 투과율이 높은 위상 시프트막으로서, 질화 규소 재료(즉, 규소 및 질소로 이루어지는 재료)로 이루어지는 단층의 위상 시프트막 또는 산화 질화 규소 재료(즉, 규소, 질소 및 산소로 이루어지는 재료)로 이루어지는 단층의 위상 시프트막이 개시되어 있다.
한편, 특허문헌 2에는, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소층과 산화 규소층으로 이루어지는 2층 구조의 위상 시프트막을 구비하는 하프톤형 위상 시프트 마스크가 개시되어 있다. 또, 특허문헌 3에는, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소층과 산화 규소층으로 이루어지는 1세트(組)의 적층 구조를 복수 세트 갖는 다층 구조의 위상 시프트막을 구비하는 하프톤형 위상 시프트 마스크가 개시되어 있다.
특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 질화 규소 재료로 이루어지는 단층의 위상 시프트막의 경우, ArF 엑시머 레이저의 노광광(이하, ArF 노광광이라고 한다.)에 대한 투과율은 18％ 정도까지밖에 올릴 수 없다. 질화 규소에 산소를 도입하면, 투과율을 높일 수 있다. 그러나, 산화 질화 규소 재료로 이루어지는 단층의 위상 시프트막을 이용하면, 드라이 에칭에 의한 위상 시프트막의 패터닝 시에, 산화 규소를 주성분으로 하는 재료로 형성된 투광성 기판과의 에칭 선택성이 작아진다는 문제가 있다. 또, EB 결함 수정 시, 투광성 기판과의 수정 레이트비가 작아진다는 문제도 있다. 또한, EB 결함 수정은, XeF2 등의 비여기(非勵起) 상태의 불소계 가스를 박막 패턴의 흑(黑)결함 부분에 공급하면서, 그 흑결함 부분에 전자선을 조사함으로써, 그 흑결함 부분을 휘발성의 불화물로 변화시켜 제거하는 기술이다.
산화 질화 규소 재료로 이루어지는 단층의 위상 시프트막을 이용하는 경우의 문제점은, 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같은, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소층(저투과층)과 산화 규소층(고투과층)으로 이루어지는 2층 구조의 위상 시프트막으로 함으로써 해소할 수 있다. 이와 같은 2층 구조에 의해 위상 시프트막을 구성하는 경우, 질화 규소층 및 산화 규소층의 각각의 굴절률(n) 및 소쇠(消衰) 계수(k)에 의거하여 질화 규소층 및 산화 규소층의 각각의 두께를 최적화함으로써, ArF 노광광에 대하여, 소정의 위상차를 확보하면서, 질화 규소 재료로 이루어지는 단층의 위상 시프트막에서는 실현이 곤란한 20％ 이상의 투과율을 실현할 수 있다. 그러나, 질화 규소층과 산화 규소층의 2층 구조에 의해 위상 시프트막을 구성하는 경우, 질화 규소층 및 산화 규소층의 각각의 두께가 두껍기 때문에(특히, 산화 규소층의 두께가 두껍기 때문에), 드라이 에칭에 의한 위상 시프트막의 패터닝 시에, 패턴 측벽의 단차가 커지기 쉽다는 문제가 있다.
상기의 2층 구조의 위상 시프트막을 이용하는 경우의 문제점은, 특허문헌 3에 개시되어 있는 바와 같은, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소층(저투과층)과 산화 규소층(고투과층)으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 복수 세트 갖는 다층 구조의 위상 시프트막으로 함으로써 해소할 수 있다. 이 특허문헌 3의 위상 시프트막에서는, 질화 규소층의 두께가 복수 세트의 각각에서 동일하고, 또, 산화 규소층의 두께가 복수 세트의 각각에서 동일하다. 그러나, 이 특허문헌 3에서 개시되어 있는 위상 시프트막의 구체적인 구성은, 파장 157nm의 F2 엑시머 레이저를 노광 광원으로서 이용하는 경우에 알맞은 것이고, ArF 엑시머 레이저를 노광 광원으로서 이용하는 위상 시프트막에는 알맞지 않은 구성이다.
본 발명자들은, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소계 재료로 이루어지는 저투과층과 산화 규소계 재료로 이루어지는 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 복수 세트 갖는 다층 구조의 위상 시프트막이고, 또한 ArF 엑시머 레이저를 노광 광원으로 하는 경우에 적합한 위상 시프트막의 구성에 대해 검토했다. 먼저, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소계 재료로 이루어지는 저투과층과 산화 규소계 재료로 이루어지는 고투과층으로 이루어지는 2층 구조를 갖고, ArF 엑시머 레이저를 노광 광원으로서 이용하는 위상 시프트막에 대해, 시뮬레이션에 의해, 저투과층 및 고투과층의 각각의 최적 두께를 구했다. 시뮬레이션은, 위상 시프트막의 ArF 노광광에 대한 위상차가 177±0.5도의 범위에 들어가고, 위상 시프트막의 ArF 노광광에 대한 투과율이 30±2％의 범위에 들어가도록 행하였다(이하, 단지 투과율이라고 표기되어 있는 경우, ArF 노광광에 대한 투과율인 것을 말하고, 단지 위상차라고 표기되어 있는 경우, ArF 노광광에 대한 위상차를 말한다.). 또, 시뮬레이션은, ArF 노광광의 파장에 대한 저투과층의 굴절률(n)이 2.58, 소쇠 계수(k)가 0.36이고, ArF 노광광의 파장에 대한 고투과층의 굴절률(n)이 1.59, 소쇠 계수(k)가 0.00인 조건에서 행하였다(이하, 단지 굴절률(n)이라고 표기되어 있는 경우, ArF 노광광에 대한 굴절률(n)인 것을 말하고, 단지 소쇠 계수(k)라고 표기되어 있는 경우, ArF 노광광에 대한 소쇠 계수(k)인 것을 말한다.).
다음으로, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 갖는 4층 구조의 위상 시프트막을 형성했다. 이 4층 구조의 위상 시프트막에서는, 저투과층의 두께가 각 세트에서 동일하고, 또, 고투과층의 두께가 각 세트에서 동일하다. 각 세트에 배치된 저투과층의 합계 두께가, 상기의 시뮬레이션에서 구해진 저투과층의 두께와 동등하고, 또, 각 세트에 배치된 고투과층의 합계 두께가, 상기의 시뮬레이션에서 구해진 고투과층의 두께와 동등하다. 즉, 상기의 시뮬레이션에서 구해진 저투과층의 두께가 각 세트에 균등하게 배분되고, 또, 상기의 시뮬레이션에서 구해진 고투과층의 두께가 각 세트에 균등하게 배분되어 있다. 또, 각 세트에 배치된 저투과층의 굴절률(n)은 2.58, 소쇠 계수(k)는 0.36이며, 각 세트에 배치된 고투과층의 굴절률(n)은 1.59, 소쇠 계수(k)는 0.00이었다. 이와 같은 고투과층의 두께가 각 세트에 균등하게 배분되어 있는 4층 구조의 위상 시프트막의 광학 특성을 측정한바, 위상 시프트막의 투과율이, 시뮬레이션 조건인 30±2％의 범위로부터 크게 저하한다는 문제가 발생하는 것이 판명되었다. 또, 위상 시프트막의 위상차가, 시뮬레이션 조건인 177±0.5도의 범위 밖이 된다는 문제가 발생하는 것이 판명되었다.
이 때문에, 본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 질화 규소 재료로 이루어지는 단층의 위상 시프트막에서는 실현이 곤란한 20％ 이상의 투과율을 갖는 위상 시프트막을, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조에 의해 실현하고, 그와 같은 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 이 마스크 블랭크를 이용하여 제조되는 위상 시프트 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 이와 같은 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 덧붙여, 본 발명은, 이와 같은 위상 시프트 마스크를 이용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
투광성 기판 상에, 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며,
상기 저투과층은, 규소 및 질소를 함유하고, 질소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있으며,
상기 고투과층은, 규소 및 산소를 함유하고, 산소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있으며,
최상(最上)에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두껍고,
상기 저투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2)
투광성 기판 상에, 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며,
상기 저투과층은, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있으며,
상기 저투과층은, 상기 고투과층보다도 질소의 함유량이 많고,
상기 고투과층은, 상기 저투과층보다도 산소의 함유량이 많으며,
최상에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두껍고,
상기 저투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료, 또는 반(半)금속 원소 및 비(非)금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재한 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재한 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 저투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 이상이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.2 이상이며,
상기 고투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 미만이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재한 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 저투과층의 두께는, 30nm 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재한 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 위상 시프트막 상에, 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재한 마스크 블랭크.
(구성 8)
투광성 기판 상에, 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막을 구비한 위상 시프트 마스크로서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며,
상기 저투과층은, 규소 및 질소를 함유하고, 질소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있으며,
상기 고투과층은, 규소 및 산소를 함유하고, 산소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있으며,
최상에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두껍고,
상기 저투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
(구성 9)
투광성 기판 상에, 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막을 구비한 위상 시프트 마스크로서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며,
상기 저투과층은, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있으며,
상기 저투과층은, 상기 고투과층보다도 질소의 함유량이 많고,
상기 고투과층은, 상기 저투과층보다도 산소의 함유량이 많으며,
최상에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두껍고,
상기 저투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
(구성 10)
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 8 또는 9에 기재한 위상 시프트 마스크.
(구성 11)
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 8 또는 9에 기재한 위상 시프트 마스크.
(구성 12)
상기 저투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 이상이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.2 이상이며,
상기 고투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 미만이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 구성 8 내지 11 중 어느 하나에 기재한 위상 시프트 마스크.
(구성 13)
상기 저투과층의 두께는, 30nm 이하인 것을 특징으로 하는 구성 8 내지 12 중 어느 하나에 기재한 위상 시프트 마스크.
(구성 14)
상기 위상 시프트막 상에, 차광대(遮光帶)를 포함하는 패턴을 갖는 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 8 내지 13 중 어느 하나에 기재한 위상 시프트 마스크.
(구성 15)
구성 7에 기재한 마스크 블랭크를 이용한 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서,
드라이 에칭에 의해 상기 차광막에 전사 패턴을 형성하는 공정과,
상기 전사 패턴을 갖는 차광막을 마스크로 하는 드라이 에칭에 의해 상기 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하는 공정과,
차광대를 포함하는 패턴을 갖는 레지스트막을 마스크로 하는 드라이 에칭에 의해 상기 차광막에 차광대를 포함하는 패턴을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
(구성 16)
구성 14에 기재한 위상 시프트 마스크를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
(구성 17)
구성 15에 기재한 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
본 발명의 마스크 블랭크는, 위상 시프트막이 ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고, 위상 시프트막이 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며, 저투과층이 규소 및 질소를 함유하고 질소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있으며, 고투과층이 규소 및 산소를 함유하고 산소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있으며, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께가 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두껍고, 저투과층의 두께가 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 한다. 이와 같은 마스크 블랭크로 함으로써, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 위상 시프트막의 투과율을, 질화 규소 재료로 이루어지는 단층의 위상 시프트막에서는 실현이 곤란한 20％ 이상으로 할 수 있다. 위상 시프트막의 투과율을 20％ 이상으로 함으로써, 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하고, 그 전사 패턴을 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사할 때에, 전사 패턴의 경계에서의 위상 시프트 효과가 현저해져, 전사상(轉寫像)의 콘트라스트를 높일 수 있다.
또, 본 발명의 마스크 블랭크는, 위상 시프트막이 ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고, 위상 시프트막이 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며, 저투과층이 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성되어 있고, 고투과층이 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있으며, 저투과층이 고투과층보다도 질소의 함유량이 많고, 고투과층이 저투과층보다도 산소의 함유량이 많으며, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께가 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두껍고, 저투과층의 두께가 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 한다. 이와 같은 마스크 블랭크로 함으로써, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 위상 시프트막의 투과율을, 질화 규소 재료로 이루어지는 단층의 위상 시프트막에서는 실현이 곤란한 20％ 이상으로 할 수 있다. 위상 시프트막의 투과율을 20％ 이상으로 함으로써, 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하고, 그 전사 패턴을 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사할 때에, 전사 패턴의 경계에서의 위상 시프트 효과가 현저해져, 전사상의 콘트라스트를 높일 수 있다.
또, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막이 상기의 본 발명의 각 마스크 블랭크의 위상 시프트막과 마찬가지의 구성으로 하고 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같은 위상 시프트 마스크로 함으로써, 전사 패턴을 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사할 때에, 전사 패턴의 경계에서의 위상 시프트 효과가 현저해져, 전사상의 콘트라스트를 높일 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 각 위상 시프트 마스크는 전사 정밀도가 높은 위상 시프트 마스크가 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
우선, 본 발명의 완성에 이른 경위를 서술한다.
본 발명자들은, 질화 규소 재료로 이루어지는 단층의 위상 시프트막에서는 실현이 곤란한 20％ 이상의 투과율을 실현하기 위해, 질화 규소계 재료로 이루어지는 저투과층을, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대하여 투과율이 높은 산화 규소계 재료로 이루어지는 고투과층과 조합하여 위상 시프트막을 구성하는 것을 시도했다.
그래서, 먼저, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소계 재료로 이루어지는 저투과층과 산화 규소계 재료로 이루어지는 고투과층으로 이루어지는 2층 구조의 위상 시프트막에 대해, 시뮬레이션에 의해, 저투과층 및 고투과층의 각각의 최적 두께를 구했다. 시뮬레이션에 있어서, 목표로 하는 위상차(이하, 목표 위상차라고 한다.)를 177±0.5도의 범위로 하고, 목표로 하는 투과율(이하, 목표 투과율이라고 한다.)을 30±2％의 범위로 했다. 또, 시뮬레이션은, 저투과층의 굴절률(n)이 2.58, 소쇠 계수(k)가 0.36이고, 고투과층의 굴절률(n)이 1.59, 소쇠 계수(k)가 0.00인 조건에서 행하였다.
이와 같은 2층 구조의 위상 시프트막에서는, 드라이 에칭에 의한 위상 시프트막의 패터닝 시에, 패턴 측벽의 단차가 커지기 쉽다는 문제를 피할 수 없다. 이 때문에, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소계 재료로 이루어지는 저투과층과 산화 규소계 재료로 이루어지는 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 복수 갖는 다층 구조의 위상 시프트막에 대해 검토했다. 또한, 저투과층과 고투과층을 반대로 배치할 경우, 위상 시프트막에 패턴을 형성할 때에 행해지는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서, 투광성 기판에 접하는 고투과층과 투광성 기판과의 사이에서 에칭 선택성이 얻어지기 어려워진다는 문제가 발생하는 경우가 있다.
다음으로, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소계 재료로 이루어지는 저투과층과 산화 규소계 재료로 이루어지는 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 갖는 4층 구조의 위상 시프트막을 형성했다. 이 4층 구조의 위상 시프트막에서는, 저투과층의 두께가 각 세트에서 동일하고, 또, 고투과층의 두께가 각 세트에서 동일했다. 각 세트에 배치된 저투과층의 합계 두께가, 상기의 시뮬레이션에서 구해진 저투과층의 두께와 동등하고, 또, 각 세트에 배치된 고투과층의 합계 두께가, 상기의 시뮬레이션에서 구해진 고투과층의 두께와 동등했다. 즉, 상기의 시뮬레이션에서 구해진 저투과층의 두께가 각 세트에 균등하게 배분되고, 또, 상기의 시뮬레이션에서 구해진 고투과층의 두께가 각 세트에 균등하게 배분되어 있었다. 또, 각 세트에 배치된 저투과층의 굴절률(n)은 2.58, 소쇠 계수(k)는 0.36이고, 각 세트에 배치된 고투과층의 굴절률(n)은 1.59이며, 소쇠 계수(k)는 0.00이었다. 또한, 여기에서 「동등」이란, 차이가 제조상의 오차 범위 내인 경우를 의미한다.
이와 같은 고투과층의 두께가 각 세트에 균등하게 배분되어 있는 위상 시프트막(이하, 균등 배분형의 위상 시프트막이라고 한다.)의 광학 특성을 측정한바, 위상 시프트막의 투과율이, 시뮬레이션 시의 목표 투과율인 30±2％의 범위로부터 크게 저하하는 것이 판명되었다. 또, 위상 시프트막의 위상차가, 시뮬레이션 시의 목표 굴절률인 177±0.5도의 범위 밖이 되는 것이 판명되었다.
본 발명자는, 이 문제점을 해소하기 위해, 각 세트에 배치된 고투과층의 합계 두께가, 상기의 시뮬레이션에서 구해진 고투과층의 두께와 동등하다는 조건하에서, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(즉, 저투과층에 끼어 있는 고투과층)의 두께와 다른 4층 구조의 위상 시프트막을 형성했다. 단, 각 세트에 배치된 저투과층의 두께는, 균등 배분형의 위상 시프트막과 동등했다. 또한, 여기에서 「동등」이란, 차이가 제조상의 오차 범위 내인 경우를 의미한다.
그 결과, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두껍고, 저투과층의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두꺼운 위상 시프트막(이하, 최상층 후막(厚膜)형의 위상 시프트막이라고 한다.)의 경우, 위상 시프트막의 투과율을 시뮬레이션 시의 목표 투과율인 30±2％의 범위로 하고, 위상 시프트막의 위상차를 시뮬레이션 시의 목표 위상차인 177±0.5도의 범위로 할 수 있는 것이 판명되었다.
다음으로, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소계 재료로 이루어지는 저투과층과 산화 규소계 재료로 이루어지는 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 4세트 갖는 8층 구조의 위상 시프트막을, 고투과층의 두께가 각 세트에 균등하게 배분되어 있는 경우(균등 배분형)와, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께가 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두꺼운 경우(최상층 후막형)에 대해 형성했다.
그 결과, 4층 구조의 위상 시프트막의 경우와 마찬가지로, 균등 배분형의 위상 시프트막의 투과율이, 시뮬레이션 시의 목표 투과율인 30±2％의 범위로부터 크게 저하하여, 균등 배분형의 위상 시프트막의 위상차가, 시뮬레이션 시의 목표 위상차인 177±0.5도의 범위 밖이 되는 것이 판명되었다. 또, 4층 구조의 위상 시프트막의 경우와 마찬가지로, 최상층 후막형의 위상 시프트막의 투과율을 시뮬레이션 시의 목표 투과율인 30±2％의 범위로 하고, 최상층 후막형의 위상 시프트막의 위상차를 시뮬레이션 시의 목표 위상차인 177±0.5도의 범위로 할 수 있는 것이 판명이 되었다.
이 결과를 더욱 검토하기 위해, 목표 투과율이 30±2％의 범위인 경우와 마찬가지로, 목표 투과율이 22±2％의 범위, 33±2％의 범위 및 36±2％의 범위인 각각의 경우에 대해, 시뮬레이션을 행한 후, 4층 구조의 균등 배분형의 위상 시프트막, 4층 구조의 최상층 후막형의 위상 시프트막, 8층 구조의 균등 배분형의 위상 시프트막 및 8층 구조의 최상층 후막형의 위상 시프트막을 형성했다.
그 결과, 어느 목표 투과율의 경우에서도, 4층 구조 및 8층 구조의 각각의 경우에 대해, 균등 배분형의 위상 시프트막의 투과율이, 시뮬레이션 시의 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하하는 것이 판명되었다. 또, 균등 배분형의 위상 시프트막의 위상차에 대해서는, 대부분의 목표 투과율의 경우에 있어서, 4층 구조 및 8층 구조의 각각의 경우에 대해, 목표 위상차인 177±0.5도의 범위 밖이 되는 것이 판명되었다. 또, 최상층 후막형의 위상 시프트막의 투과율을 시뮬레이션 시의 목표 투과율의 범위로 하고, 최상층 후막형의 위상 시프트막의 위상차를 시뮬레이션 시의 목표 위상차인 177±0.5도의 범위로 할 수 있는 것이 판명되었다.
이상의 결과에 입각하여, 본 발명자들은, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조의 위상 시프트막에 있어서, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께를, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두껍게 하고, 저투과층의 두께를, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께보다도 두껍게 함으로써, 투과율을 20％ 이상으로 할 수 있는 경우가 있다는 결론에 이르렀다.
또한, 상기의 균등 배분형의 위상 시프트막의 투과율이 시뮬레이션 시의 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하하고, 위상차가 시뮬레이션 시의 목표 위상차인 177±0.5도의 범위 밖이 되는 이유는, 위상 시프트막을 구성하는 저투과층과 고투과층을 각 세트에 균등하게 배분함에 따른 다중 반사의 영향에 의한 것으로 추찰된다. 즉, 균등 배분형의 위상 시프트막쪽이 최상층 후막형의 위상 시프트막보다도 2개의 저투과층에 끼인 고투과층의 두께가 두꺼워지는데, 이것에 기인하여 고투과층 내를 다중 반사하는 일부의 노광광과, 고투과층 내를 다중 반사하지 않고 통과하는 노광광과의 사이의 위상차가 커져, 간섭 효과에 의해 위상 시프트막을 투과하는 노광광의 감쇠가 커지는 것에 기인하는 것으로 추찰된다. 단, 이 추찰은, 출원 시점에 있어서의 본 발명자들의 추측에 의거하는 것이며, 본 발명의 범위를 조금도 제한하는 것은 아니다.
다음으로, 본 발명의 각 실시의 형태에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 마스크 블랭크(100)의 구성을 나타내는 단면도이다.
본 발명의 마스크 블랭크(100)는, 투광성 기판(1) 상에, 위상 시프트막(2)을 구비한 마스크 블랭크로서, 위상 시프트막(2)은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고, 위상 시프트막(2)은, 투광성 기판(1)측부터 차례로 배치된 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며, 저투과층(21)은, 규소 및 질소를 함유하고, 질소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되며, 고투과층(22)은, 규소 및 산소를 함유하고, 산소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되며, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두껍고, 저투과층(21)의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 마스크 블랭크(100)는, 투광성 기판(1) 상에, 위상 시프트막(2)을 구비한 마스크 블랭크로서, 위상 시프트막(2)은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고, 위상 시프트막(2)은, 투광성 기판(1)측부터 차례로 배치된 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며, 저투과층(21)은, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성되고, 고투과층(22)은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되며, 저투과층(21)은, 고투과층(22)보다도 질소의 함유량이 많고, 고투과층(22)은, 저투과층(21)보다도 산소의 함유량이 많으며, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두껍고, 저투과층(21)의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 한다.
저투과층(21)의 두께는, 각 세트에서 동일해도 달라도 된다. 또, 저투과층(21)의 조성도, 각 세트에서 동일해도 달라도 된다. 또, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께는, 각 세트에서 동일해도 달라도 된다. 또, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 조성은, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 조성과 동일해도 달라도 된다. 또, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 조성은, 각 세트에서 동일해도 달라도 된다.
도 1에 나타내는 마스크 블랭크(100)는, 투광성 기판(1) 상에, 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 이 순서로 적층된 구조를 갖는다.
투광성 기판(1)은, 합성 석영 유리, 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다라임 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등) 등으로 형성할 수 있다. 이들 중에서도, 합성 석영 유리는, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 투과율이 높아, 마스크 블랭크의 투광성 기판을 형성하는 재료로서 특히 바람직하다.
위상 시프트막(2)은, ArF 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖는다. 반도체 기판(웨이퍼) 상의 레지스트막에 대한 노광·현상(現像) 프로세스에 NTD(Negative Tone Development)에 이용되는 브라이트 필드 마스크(패턴 개구율이 높은 전사용 마스크)가 이용된다. 브라이트 필드의 위상 시프트 마스크에서는, 위상 시프트막의 투과율이 종래(6％ 정도)보다도 높은 쪽이 투광부를 투과한 광의 0차 광과 1차 광의 밸런스가 좋아져, 레지스트막 상에서의 패턴 해상성이 향상한다. 위상 시프트막을 투과한 노광광이 0차 광에 간섭하여 광 강도를 감쇠시키는 효과가 보다 커지기 때문이다. 또, 위상 시프트막(2)은, ArF 노광광에 대한 투과율이 36％ 이하인 것이 바람직하다. 투과율이 36％를 넘으면, 위상 시프트막의 전체의 두께가 두꺼워져 버린다.
위상 시프트막(2)은, 적절한 위상 시프트 효과를 얻기 위해, 투과한 ArF 노광광에 대하여, 이 위상 시프트막(2)의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 ArF 노광광과의 사이에서 소정의 위상차를 발생시키는 기능을 갖는다. 그 위상차는, 150도 이상 200도 이하의 범위인 것이 바람직하다. 위상 시프트막(2)에 있어서의 위상차의 하한치는, 160도 이상이면 보다 바람직하고, 170도 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 위상 시프트막(2)에 있어서의 위상차의 상한치는, 190도 이하이면 보다 바람직하고, 180도 이하이면 더욱 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트막(2)은, 투광성 기판(1)측부터 차례로 배치된 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함한다. 도 1의 위상 시프트막(2)은, 투광성 기판(1)측부터 저투과층(21)과 고투과층(22)이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 2세트 구비하는 것이다.
규소계 막은 ArF 노광광에 대한 굴절률(n)이 매우 작고, ArF 노광광에 대한 소쇠 계수(k)가 크다. 규소계 막 중의 질소 함유량이 많아짐에 따라, 굴절률(n)이 커져 가고, 소쇠 계수(k)가 작아져 가는 경향이 있다. 이 때문에, 위상 시프트막(2)에 요구되는 투과율을 확보하면서, 보다 얇은 두께에서 요구되는 위상차를 확보하기 위해, 저투과층(21)은, 규소 및 질소를 함유하고, 후술의 고투과층(22)보다도 질소 함유량이 많은 재료, 또는 질소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료(이하, 이들의 재료를 총칭하여 질화 규소계 재료라고 한다.)로 형성된다. 저투과층(21)의 질소 함유량은, 52 원자％ 이상이면 바람직하다. 또, 저투과층(21)의 질소 함유량은, 57 원자％ 이하이면 바람직하고, 55 원자％ 이하이면 보다 바람직하다.
예를 들면, 저투과층(21)은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료, 또는 규소 및 질소로 이루어지는 재료에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료(즉, 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 질소로 이루어지는 재료)로 형성된다.
저투과층(21)은, ArF 노광광에 대한 내광성이 저하하는 요인이 될 수 있는 전이 금속을 함유하지 않는다. 또, 저투과층(21)은, 전이 금속을 제외한 금속 원소도, ArF 노광광에 대한 내광성이 저하하는 요인이 될 수 있는 가능성을 부정할 수 없기 때문에, 함유하지 않는 것이 바람직하다.
저투과층(21)은, 규소에 더하여, 어느 반금속 원소를 함유해도 된다. 이 반금속 원소 중에서도, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 저투과층(21)에 함유시키는 경우, 스퍼터링 타겟으로서 이용하는 규소의 도전성을 높이는 것을 기대할 수 있기 때문에 바람직하다.
저투과층(21)은, 질소에 더하여, 어느 비금속 원소를 함유해도 된다. 여기에서, 비금속 원소란, 협의의 비금속 원소(탄소, 산소, 인, 유황, 셀렌, 수소), 할로겐(불소, 염소, 브롬, 요오드 등) 및 귀(貴)가스를 포함하는 것을 말한다. 이 비금속 원소 중에서도, 탄소, 불소 및 수소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 것이 바람직하다. 저투과층(21)은, 산소의 함유량을 10 원자％ 이하로 억제하는 것이 바람직하고, 5 원자％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 적극적으로 산소를 함유하지 않는(XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 등에 의한 조성 분석을 행하였을 때에 검출 하한치 이하.) 것이 더욱 바람직하다. 질화 규소계 재료막에 산소를 함유시키면, 소쇠 계수(k)가 크게 저하하는 경향이 있어, 위상 시프트막(2)의 전체의 두께가 두꺼워져 버린다. 또, 투광성 기판(1)은, 합성 석영 유리 등의 산화 규소를 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있는 것이 일반적이다. 저투과층(21)이 투광성 기판(1)의 표면에 접하여 배치되는 경우, 그 층이 산소를 함유하면, 산소를 포함하는 질화 규소계 재료막의 조성과 투광성 기판의 조성의 차가 작아져, 위상 시프트막(2)에 패턴을 형성할 때에 행해지는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서, 투광성 기판(1)에 접하는 저투과층(21)과 투광성 기판(1)과의 사이에서 에칭 선택성이 얻어지기 어려워진다는 문제가 발생하는 일이 있다.
저투과층(21)은, 귀가스를 함유해도 된다. 귀가스는, 반응성 스퍼터링으로 박막을 성막할 때에 성막실 내에 존재함으로써 성막 속도를 크게 하여, 생산성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 이 귀가스가 플라스마화하여, 타겟에 충돌함으로써 타겟으로부터 타겟 구성 원소가 튀어나오고, 도중, 반응성 가스를 도입하면서, 투광성 기판(1) 상에 적층되어 박막이 형성된다. 이 타겟 구성 원소가 타겟으로부터 튀어나와, 투광성 기판에 부착하기까지의 동안에 성막실 중의 귀가스가 조금 도입된다. 이 반응성 스퍼터링에서 필요로 되는 귀가스로서 바람직한 것으로는, 아르곤, 크립톤, 크세논을 들 수 있다. 또, 박막의 응력을 완화하기 위해, 원자량이 작은 헬륨, 네온을 박막에 적극적으로 도입되게 할 수 있다.
저투과층(21)은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 귀가스는, 박막에 대하여 RBS(Rutherford Back-Scattering Spectrometry)나 XPS와 같은 조성 분석을 행하여도 검출하는 것이 곤란한 원소이다. 이 때문에, 상기의 규소 및 질소로 이루어지는 재료에는, 귀가스를 함유하는 재료도 포함되어 있다고 간주할 수 있다.
규소계 막은 ArF 노광광에 대한 굴절률(n)이 매우 작고, ArF 노광광에 대한 소쇠 계수(k)가 크다. 규소계 막 중의 산소 함유량이 많아짐에 따라, 질소를 함유하는 경우만큼 현저하지 않지만, 굴절률(n)이 커져 가는 경향이 있다. 또, 규소계 막 중의 산소 함유량이 많아짐에 따라, 질소를 함유하는 경우보다도 현저하게 소쇠 계수(k)가 작아져 가는 경향이 있다. 이 때문에, 위상 시프트막(2)에 요구되는 투과율을 확보하면서, 보다 얇은 두께에서 요구되는 위상차를 확보하기 위해, 고투과층(22)은, 규소 및 산소를 함유하고, 저투과층(21)보다도 산소 함유량이 많은 재료, 또는 산소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료(이하, 이들의 재료를 총칭하여 산화 규소계 재료라고 한다.)로 형성된다. 고투과층(22)의 산소 함유량은, 52 원자％ 이상이면 바람직하다. 또, 고투과층(22)의 산소 함유량은, 67 원자％ 이하이면 바람직하고, 65 원자％ 이하이면 보다 바람직하다.
예를 들면, 고투과층(22)은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료, 또는 규소 및 산소로 이루어지는 재료에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료(즉, 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 산소로 이루어지는 재료)로 형성된다.
고투과층(22)은, ArF 노광광에 대한 투과율이 저하하는 요인이 되고, 또한 ArF 노광광에 대한 내광성이 저하하는 요인이 될 수 있는 전이 금속을 함유하지 않는다. 또, 고투과층(22)은, 전이 금속을 제외한 금속 원소도 ArF 노광광에 대한 투과율이 저하하는 요인이 되고, 또한 ArF 노광광에 대한 내광성이 저하하는 요인이 될 수 있는 가능성을 부정할 수 없기 때문에, 함유하지 않는 것이 바람직하다.
고투과층(22)은, 규소에 더하여, 어느 반금속 원소를 함유해도 된다. 이 반금속 원소 중에서도, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 고투과층(22)에 함유시키는 경우, 스퍼터링 타겟으로서 이용하는 규소의 도전성을 높이는 것을 기대할 수 있기 때문에 바람직하다.
고투과층(22)은, 산소에 더하여, 어느 비금속 원소를 함유해도 된다. 여기에서, 비금속 원소란, 협의의 비금속 원소(질소, 탄소, 인, 유황, 셀렌, 수소), 할로겐(불소, 염소, 브롬, 요오드 등) 및 귀가스를 포함하는 것을 말한다. 이 비금속 원소 중에서도, 탄소, 불소 및 수소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 것이 바람직하다.
고투과층(22)은, 귀가스를 함유해도 된다. 귀가스는, 스퍼터링으로 박막을 성막할 때에 성막실 내에 존재함으로써 성막 속도를 크게 하여, 생산성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 이 스퍼터링에서 필요로 되는 귀가스로서 바람직한 것으로는, 아르곤, 크립톤, 크세논을 들 수 있다. 또, 박막의 응력을 완화하기 위해, 원자량이 작은 헬륨, 네온을 박막에 적극적으로 도입되게 할 수 있다.
고투과층(22)은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 귀가스는, 박막에 대하여 RBS나 XPS와 같은 조성 분석을 행하여도 검출하는 것이 곤란한 원소이다. 이 때문에, 상기의 규소 및 산소로 이루어지는 재료에는, 귀가스를 함유하는 재료도 포함하고 있다고 간주할 수 있다.
위상 시프트막(2)에 있어서의 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 적층 구조의 세트 수는, 2세트(합계 4층) 이상이다. 그 적층 구조의 세트 수는, 10세트(합계 20층) 이하이면 바람직하고, 9세트(합계 18층) 이하이면 보다 바람직하며, 8세트(합계 16층) 이하이면 더욱 바람직하다. 10세트를 넘는 적층 구조로, 소정의 투과율과 위상차의 위상 시프트막(2)을 설계하면, 저투과층(21)의 두께가 얇아져, 안정하게 성막하는 것이 곤란해진다.
최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)(즉, 저투과층(21)에 끼어 있는 고투과층(22))의 두께보다도 두껍다. 또, 저투과층(21)의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두껍다. 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께 이하이거나, 저투과층(21)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께 이하이거나 하는 경우, 그와 같은 위상 시프트막(2)은 요구되는 투과율과 위상차가 얻어지지 않게 된다. 최상의 고투과층(22)의 두께는, 5nm 이상이면 바람직하고, 7nm 이상이면 보다 바람직하다. 또, 최상의 고투과층(22)의 두께는, 60nm 이하이면 바람직하다.
저투과층(21)의 두께는, 30nm 이하이면 바람직하고, 25nm 이하이면 보다 바람직하다. 저투과층(21)의 두께가 30nm를 넘으면, 드라이 에칭에 의한 위상 시프트막의 패터닝 시에, 패턴 측벽에 단차가 생기기 쉬워진다. 또, 저투과층(21)의 두께는, 5nm 이상이면 바람직하고, 6nm 이상이면 보다 바람직하다. 저투과층(21)의 두께가 5nm 미만이면, 저투과층(21)이 10층 이하인 점에서 저투과층(21)의 합계 막 두께가 얇아진다. 이 경우, 저투과층(21)에서 확보되는 위상차가 작아지기 때문에, 최상의 고투과층(22)의 막 두께를 대폭으로 두껍게 하지 않으면 소정의 위상차를 확보할 수 없게 될 우려가 있다.
최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께는, 4nm 이하이면 바람직하고, 3nm 이하이면 보다 바람직하다. 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께가 4nm를 넘으면, 드라이 에칭에 의한 위상 시프트막의 패터닝 시에, 패턴 측벽에 단차가 생기기 쉬워진다. 또, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께는, 1nm 이상이면 바람직하고, 1.5nm 이상이면 보다 바람직하다. 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께가 1nm 미만이면, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)을 안정하게 성막하는 것이 곤란해진다.
각 저투과층(21)의 두께는 동일하지 않아도 되지만, 각 저투과층(21) 간의 두께의 차는 작은 것이 바람직하다. 각 저투과층(21) 간에 있어서의 두께의 차는 20％의 범위 내인 것이 바람직하고, 10％의 범위 내이면 보다 바람직하며, 5％의 범위 내이면 더욱 바람직하다. 한편, 최상 이외에 설치되어 있는 각 고투과층(22)의 두께는, 최상의 고투과층(22)의 두께보다 얇다는 조건을 만족시키면, 동일하지 않아도 되지만, 최상 이외에 설치되어 있는 각 고투과층(22) 간에 있어서의 두께의 차는 작은 것이 바람직하다. 각 고투과층(22) 간에 있어서의 두께의 차는 40％의 범위 내인 것이 바람직하고, 30％의 범위 내이면 보다 바람직하며, 20％의 범위 내이면 더욱 바람직하다. 또한, 이 경우, 최상 이외에 설치되어 있는 각 고투과층(22) 중, 가장 두꺼운 고투과층(22)보다도, 최상에 설치된 고투과층의 두께가 두꺼운 것이 요구된다.
저투과층(21)은, ArF 노광광에 대한 굴절률(n)이 2.0 이상이면 바람직하고, 2.2 이상이면 보다 바람직하며, 2.4 이상이면 더욱 바람직하다. 저투과층(21)은, ArF 노광광에 대한 굴절률(n)이 2.7 이하이면 바람직하고, 2.6 이하이면 보다 바람직하다. 또, 저투과층(21)은, ArF 노광광에 대한 소쇠 계수(k)가 0.2 이상이면 바람직하다. 고투과층(22)은, ArF 노광광에 대한 굴절률(n)이 2.0 미만이면 바람직하고, 1.9 이하이면 보다 바람직하며, 1.8 이하이면 더욱 바람직하다. 고투과층(22)은, ArF 노광광에 대한 굴절률(n)이 1.4 이상이면 바람직하고, 1.5 이상이면 보다 바람직하다. 또, 고투과층(22)은, ArF 노광광에 대한 소쇠 계수(k)가 0.1 이하이면 바람직하다. 고투과층(22)은, ArF 노광광에 대한 소쇠 계수(k)가 0 이상이면 바람직하다. 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조로 위상 시프트막(2)을 구성한 경우에, 저투과층(21) 및 고투과층(22)이 각각 상기의 굴절률(n)과 소쇠 계수(k)의 범위에 있으면, 위상 시프트막(2)으로서 요구되는 광학 특성인 ArF 노광광에 대한 소정의 위상차와 소정의 투과율을 만족시키기 쉽다.
박막의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)는, 그 박막의 조성만으로 정해지는 것은 아니다. 그 박막의 막 밀도 및 결정 상태 등도, 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)를 좌우하는 요소이다. 이 때문에, 스퍼터링으로 박막을 성막할 때의 여러 조건을 조정하여, 그 박막이 소정의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 되도록 성막한다. 저투과층(21)을, 상기의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)의 범위로 하려면, 반응성 스퍼터링으로 성막할 때, 귀가스와 반응성 가스의 혼합 가스의 비율을 조정하는 것만으로 한정되지 않는다. 반응성 스퍼터링으로 성막할 때에 있어서의 성막실 내의 압력, 타겟에 인가하는 전력, 타겟과 투광성 기판과의 사이의 거리 등의 위치 관계 등 다방면에 걸친다. 또, 이들의 성막 조건은 성막 장치에 고유한 것이며, 형성되는 박막이 소정의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 되도록 적절히 조정되는 것이다.
투광성 기판(1)은, 합성 석영 유리 등의 산화 규소를 주성분으로 하는 재료로 형성되는 것이 일반적이다. 또, 질화 규소계 재료로 이루어지는 저투과층(21)을 포함하는 위상 시프트막(2)에 드라이 에칭으로 패턴을 형성할 때, 산화 규소를 주성분으로 하는 재료에 대하여 드라이 에칭의 에칭 레이트가 비교적 작은 SF6와 같은 불소계 가스가 이용되는 것이 일반적이다. 본 발명의 위상 시프트막(2)에서는, 투광성 기판(1)측부터 저투과층(21)과 고투과층(22)을 이 순서로 배치하고 있기 때문에, 위상 시프트막에 패턴을 형성할 때에 행해지는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서, 투광성 기판(1)에 접하는 저투과층(21)과 투광성 기판(1)과의 사이에서 에칭 선택성이 얻어진다.
EB 결함 수정에서는, 흑결함 부분에 대하여 전자선을 조사했을 때에, 조사를 받은 부분으로부터 방출되는 오제 전자, 2차 전자, 특성 X선, 후방 산란 전자 중 적어도 어느 하나를 검출하고, 그 변화를 관찰함으로써 수정의 종점(終点)을 검출하고 있다. 예를 들면, 전자선의 조사를 받은 부분으로부터 방출되는 오제 전자를 검출하는 경우에는, 오제 전자 분광법(AES)에 의해, 주로 재료 조성의 변화를 관찰하고 있다. 또, 2차 전자를 검출하는 경우에는, SEM 상으로부터 주로 표면 형상의 변화를 관찰하고 있다. 또한, 특성 X선을 검출하는 경우에는, 에너지 분산형 X선 분광법(EDX)이나 파장 분산 X선 분광법(WDX)에 의해, 주로 재료 조성의 변화를 관찰하고 있다. 후방 산란 전자를 검출하는 경우에는, 전자선 후방 산란 회절법(EBSD)에 의해, 주로 재료의 조성이나 결정 상태의 변화를 관찰하고 있다.
투광성 기판(1)은, 합성 석영 유리 등의 산화 규소를 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있는 것이 일반적이다. 본 발명의 위상 시프트막(2)에서는, 투광성 기판측부터 저투과층(21)과 고투과층(22)을 이 순서로 배치하고 있기 때문에, 위상 시프트막(2)과 투광성 기판(1)과의 사이에서의 종점 검출에서는, 수정의 진행에 수반하는 질소의 검출 강도의 저하로부터 산소의 검출 강도의 상승으로의 변화를 관찰하고 판정할 수 있다.
저투과층(21) 및 고투과층(22)은 스퍼터링에 의해 형성된다. DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 및 이온 빔 스퍼터링 등 중 어느 스퍼터링도 적용 가능하다. 도전성이 낮은 타겟(규소 타겟, 반금속 원소를 함유하지 않는 또는 함유량이 적은 규소 화합물 타겟 등)을 이용하는 경우에 있어서는, RF 스퍼터링이나 이온 빔 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하다. 성막 레이트를 고려하면, RF 스퍼터링을 적용하는 것이 보다 바람직하다.
마스크 블랭크(100)를 제조하는 방법은, 규소 타겟 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타겟을 이용하여, 질소계 가스와 귀가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 저투과층(21)을 형성하는 저투과층 형성 공정과, 이산화규소(SiO2) 타겟 또는 이산화규소(SiO2)에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타겟을 이용하여, 귀가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 스퍼터링에 의해, 고투과층(22)을 형성하는 고투과층 형성 공정을 갖는 것이 바람직하다. 고투과층(22)은, 규소 타겟 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타겟을 이용하여, 산소 가스와 귀가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해서도 형성할 수 있다.
저투과층(21)은, 질소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되는 경우, 저투과층 형성 공정에서 사용되는 스퍼터링 가스는, 성막이 불안정해지는 경향을 갖는 전이 모드가 되는 질소 가스의 혼합 비율의 범위보다도 많은 질소 가스의 혼합 비율, 소위 포이즌 모드(반응 모드)로 선정될 수 있다.
저투과층 형성 공정에서 이용되는 질소계 가스는, 질소를 함유하는 가스이면 어느 가스도 적용 가능하다. 상기와 같이, 저투과층(21)은, 산소 함유량을 낮게 억제하는 것이 바람직하기 때문에, 산소를 함유하지 않는 질소계 가스를 적용하는 것이 바람직하고, 질소 가스(N2 가스)를 적용하는 것이 보다 바람직하다.
저투과층 형성 공정 및 고투과층 형성 공정에서 이용되는 귀가스는, 어느 귀가스도 적용 가능하다. 이 귀가스로서 바람직한 것으로는, 아르곤, 크립톤, 크세논을 들 수 있다. 또, 박막의 응력을 완화하기 위해, 원자량이 작은 헬륨, 네온을 박막에 적극적으로 도입되게 할 수 있다.
마스크 블랭크(100)에 있어서, 위상 시프트막(2) 상에 차광막(3)을 구비하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 위상 시프트 마스크(200)(도 2 참조)에서는, 전사 패턴이 형성되는 영역(전사 패턴 형성 영역)의 외주 영역은, 소정치 이상의 광학 농도(OD)를 확보하는 것이 요구되고 있다. 노광 장치를 이용하여 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 외주 영역을 투과한 노광광에 의한 영향을 레지스트막이 받지 않도록 하기 위함이다. 위상 시프트 마스크(200)의 외주 영역에서는, 광학 농도가 2.0보다도 큰 것이 적어도 요구되고 있다. 상기와 같이, 위상 시프트막(2)은 소정의 투과율로 노광광을 투과하는 기능을 갖고 있고, 위상 시프트막(2)만으로는 상기의 광학 농도를 확보하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 마스크 블랭크(100)를 제조하는 단계에서 위상 시프트막(2)의 위에, 부족한 광학 농도를 확보하기 위해 차광막(3)을 적층해 두는 것이 요망된다. 이와 같은 마스크 블랭크(100)의 구성으로 함으로써, 위상 시프트막(2)을 제조하는 도중에, 위상 시프트 효과를 사용하는 영역(기본적으로 전사 패턴 형성 영역)의 차광막(3)을 제거하면, 외주 영역에 상기의 광학 농도가 확보된 위상 시프트 마스크(200)를 제조할 수 있다. 또한, 마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조에 있어서의 광학 농도가 2.5 이상이면 바람직하고, 2.8 이상이면 보다 바람직하다. 또, 차광막(3)의 박막화를 위해, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조에 있어서의 광학 농도는 4.0 이하인 것이 바람직하다.
차광막(3)은, 단층 구조 및 2층 이상의 적층 구조 중 어느 쪽도 적용 가능하다. 또, 단층 구조의 차광막(3) 및 2층 이상의 적층 구조의 차광막(3)의 각 층은, 막 또는 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성이어도 되고, 층의 두께 방향에서 조성 경사진 구성이어도 된다.
차광막(3)은, 위상 시프트막(2)과의 사이에 다른 막을 개재하지 않는 경우에 있어서는, 위상 시프트막(2)에 패턴을 형성할 때에 이용되는 에칭 가스에 대하여 충분한 에칭 선택성을 갖는 재료를 적용할 필요가 있다. 이 경우에, 차광막(3)은, 크롬을 함유하는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이 차광막(3)을 형성하는 크롬을 함유하는 재료로는, 크롬 금속 외, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다.
일반적으로, 크롬계 재료는, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스로 에칭되지만, 크롬 금속은 이 에칭 가스에 대한 에칭 레이트가 그다지 높지 않다. 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스의 에칭 가스에 대한 에칭 레이트를 높이는 점을 고려하면, 차광막(3)을 형성하는 재료로는, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 또, 차광막(3)을 형성하는 크롬을 함유하는 재료에, 인듐, 몰리브덴 및 주석 중 1 이상의 원소를 함유시켜도 된다. 인듐, 몰리브덴 및 주석 중 1 이상의 원소를 함유시킴으로써, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 대한 에칭 레이트를 보다 높일 수 있다.
한편, 마스크 블랭크(100)에 있어서, 차광막(3)과 위상 시프트막(2)과의 사이에 다른 막을 개재하는 구성으로 하는 경우에 있어서는, 상기의 크롬을 함유하는 재료로 그 다른 막(에칭 스토퍼 겸 에칭 마스크막)을 형성하고, 규소를 함유하는 재료로 차광막(3)을 형성하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 크롬을 함유하는 재료는, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의해 에칭되지만, 유기계 재료로 형성되는 레지스트막은, 이 혼합 가스로 에칭되기 쉽다. 규소를 함유하는 재료는, 일반적으로 불소계 가스나 염소계 가스로 에칭된다. 이들의 에칭 가스는 기본적으로 산소를 함유하지 않기 때문에, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의해 에칭하는 경우보다도, 유기계 재료로 형성되는 레지스트막의 감막량(減膜量)이 저감될 수 있다. 이 때문에, 레지스트막의 막 두께를 저감할 수 있다.
차광막(3)을 형성하는 규소를 함유하는 재료에는, 전이 금속을 함유시켜도 되고, 전이 금속 이외의 금속 원소를 함유시켜도 된다. 이것은, 이 마스크 블랭크(100)로부터 위상 시프트 마스크(200)를 제작한 경우, 차광막(3)으로 형성되는 패턴은, 기본적으로 외주 영역의 차광대를 포함하는 패턴이며, 전사 패턴 형성 영역에 비해 ArF 노광광이 조사되는 적산량이 적은 경우나, 이 차광막(3)이 미세 패턴으로 남아 있는 경우는 드물어, ArF 내광성이 낮아도 실질적인 문제는 생기기 어렵기 때문이다. 또, 차광막(3)에 전이 금속을 함유시키면, 함유시키지 않는 경우에 비해 차광 성능이 크게 향상하여, 차광막의 두께를 얇게 하는 것이 가능해지기 때문이다. 차광막(3)에 함유시키는 전이 금속으로는, 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 니켈(Ni), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 니오브(Nb), 팔라듐(Pd) 등 중 어느 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다.
한편, 차광막(3)을 형성하는 규소를 함유하는 재료로서, 규소 및 질소로 이루어지는 재료, 또는 규소 및 질소로 이루어지는 재료에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 적용해도 된다.
상기의 위상 시프트막(2)에 적층하여 차광막(3)을 구비하는 마스크 블랭크(100)에 있어서, 차광막(3)의 위에 차광막(3)을 에칭할 때에 이용되는 에칭 가스에 대하여 에칭 선택성을 갖는 재료로 형성된 하드 마스크막(4)을 추가로 적층시킨 구성으로 하면 보다 바람직하다. 차광막(3)은, 소정의 광학 농도를 확보하는 기능이 필수이기 때문에, 그 두께를 저감하는 데는 한계가 있다. 하드 마스크막(4)은, 그 바로 아래의 차광막(3)에 패턴을 형성하는 드라이 에칭이 끝날 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능할 수 있을 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하며, 기본적으로 광학적인 제한을 받지 않는다. 이 때문에, 하드 마스크막(4)의 두께는 차광막(3)의 두께에 비해 대폭으로 얇게 할 수 있다. 그리고, 유기계 재료의 레지스트막은, 이 하드 마스크막(4)에 패턴을 형성하는 드라이 에칭이 끝날 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능할 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하므로, 종래보다도 대폭으로 레지스트막의 두께를 얇게 할 수 있다.
이 하드 마스크막(4)은, 차광막(3)이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우는, 상기의 규소를 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우의 하드 마스크막(4)은, 유기계 재료의 레지스트막과의 밀착성이 낮은 경향이 있기 때문에, 하드 마스크막(4)의 표면에 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리를 실시하여, 표면의 밀착성을 향상시키는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우의 하드 마스크막(4)은, SiO2, SiN, SiON 등으로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 또, 차광막(3)이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에 있어서의 하드 마스크막(4)의 재료로서, 상기 외, 탄탈을 함유하는 재료도 적용 가능하다. 이 경우에 있어서의 탄탈을 함유하는 재료로는, 탄탈 금속 외, 탄탈에 질소, 산소, 붕소 및 탄소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다. 그 재료로서, 예를 들면, Ta, TaN, TaON, TaBN, TaBON, TaCN, TaCON, TaBCN, TaBOCN 등을 들 수 있다. 한편, 이 하드 마스크막(4)은, 차광막(3)이 규소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우는, 상기의 크롬을 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
마스크 블랭크(100)에 있어서, 투광성 기판(1)과 위상 시프트막(2)과의 사이에, 투광성 기판(1) 및 위상 시프트막(2) 모두 에칭 선택성을 갖는 재료(상기의 크롬을 함유하는 재료, 예를 들면, Cr, CrN, CrC, CrO, CrON, CrC 등)로 이루어지는 에칭 스토퍼막을 형성해도 된다. 또한, 이 에칭 스토퍼막은 알루미늄을 함유하는 재료로 형성해도 된다.
마스크 블랭크(100)에 있어서, 상기 하드 마스크막(4)의 표면에 접하여, 유기계 재료의 레지스트막이 100nm 이하의 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. DRAM hp32nm 세대에 대응하는 미세 패턴의 경우, 하드 마스크막(4)에 형성해야 하는 전사 패턴(위상 시프트 패턴)에, 선폭이 40nm의 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)가 설치되는 경우가 있다. 그러나, 이 경우라도, 레지스트 패턴의 단면 애스팩트비를 1:2.5로 낮출 수 있으므로, 레지스트막의 현상 시, 린스 시 등에 레지스트 패턴이 도괴(倒壞)나 이탈하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 레지스트막은, 막 두께가 80nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
도 2에, 본 발명의 실시형태인 마스크 블랭크(100)로부터 위상 시프트 마스크(200)를 제조하는 공정의 단면 모식도를 나타낸다.
본 발명의 위상 시프트 마스크(200)는, 투광성 기판(1) 상에, 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막(2)(위상 시프트 패턴(2a))을 구비한 위상 시프트 마스크로서, 위상 시프트막(2)은, ArF 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고, 위상 시프트막(2)은, 투광성 기판(1)측부터 차례로 배치된 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며, 저투과층(21)은, 규소 및 질소를 함유하고, 질소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되며, 고투과층(22)은, 규소 및 산소를 함유하고, 산소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되며, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두껍고, 저투과층(21)의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 위상 시프트 마스크(200)는, 투광성 기판(1) 상에, 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막(2)(위상 시프트 패턴(2a))을 구비한 위상 시프트 마스크로서, 위상 시프트막(2)은, ArF 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고, 위상 시프트막(2)은, 투광성 기판(1)측부터 차례로 배치된 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며, 저투과층(21)은, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성되고, 고투과층(22)은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되며, 저투과층(21)은, 고투과층(22)보다도 질소의 함유량이 많고, 고투과층(22)은, 저투과층(21)보다도 산소의 함유량이 많으며, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두껍고, 저투과층(21)의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 한다.
이 위상 시프트 마스크(200)는, 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 기술적 특징을 갖고 있다. 위상 시프트 마스크(200)에 있어서의 투광성 기판(1), 위상 시프트막(2)의 저투과층(21) 및 고투과층(22), 그리고 차광막(3)에 관한 사항에 대해서는 마스크 블랭크(100)와 마찬가지이다.
또, 본 발명의 위상 시프트 마스크(200)의 제조 방법은, 상기의 마스크 블랭크(100)를 이용하는 것으로서, 드라이 에칭에 의해 차광막(3)에 전사 패턴을 형성하는 공정과, 전사 패턴을 갖는 차광막(3)(차광 패턴(3a))을 마스크로 하는 드라이 에칭에 의해 위상 시프트막(2)에 전사 패턴을 형성하는 공정과, 차광대를 포함하는 패턴을 갖는 레지스트막(레지스트 패턴(6b))을 마스크로 하는 드라이 에칭에 의해 차광막(3)(차광 패턴(3a))에 차광대를 포함하는 패턴(차광 패턴(3b))을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 위상 시프트 마스크(200)는, 전사 패턴을 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사할 때에, 전사 패턴의 경계에서의 위상 시프트 효과가 현저해져, 전사상의 콘트라스트를 높일 수 있다.
이 때문에, ArF 엑시머 레이저를 노광 광원으로서 이용하는 노광 장치의 마스크 스테이지에, 위상 시프트 마스크(200)를 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 위상 시프트 패턴(2a)을 노광 전사할 때도, 반도체 기판 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족시키는 정밀도로 패턴을 전사할 수 있다. 예를 들면, NTD(Negative Tone Development)에 의해, 컨택트 홀과 같은 미세한 패턴도, 반도체 기판 상의 레지스트막에 용이하게 전사할 수 있다.
이하, 도 2에 나타내는 제조 공정에 따라, 위상 시프트 마스크(200)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 또한, 이 예에서는, 차광막(3)에는 크롬을 함유하는 재료를 적용하고, 하드 마스크막(4)에는 규소를 함유하는 재료를 적용하고 있다.
우선, 마스크 블랭크(100)에 있어서의 하드 마스크막(4)에 접하여, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 다음으로, 레지스트막에 대하여, 위상 시프트막(2)에 형성해야 하는 전사 패턴(위상 시프트 패턴)인 제 1 패턴을 노광 묘화하고, 추가로 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 위상 시프트 패턴을 갖는 제 1 레지스트 패턴(5a)을 형성한다(도 2(a) 참조). 이어서, 제 1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하고, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 하드 마스크막(4)에 제 1 패턴(하드 마스크 패턴(4a))을 형성한다(도 2(b) 참조).
다음으로, 제 1 레지스트 패턴(5a)을 제거하고 나서, 하드 마스크 패턴(4a)을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제 1 패턴(차광 패턴(3a))을 형성한다(도 2(c) 참조). 이어서, 차광 패턴(3a)을 마스크로 하고, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 위상 시프트막(2)에 제 1 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 형성하고, 또한 동시에 하드 마스크 패턴(4a)도 제거한다(도 2(d) 참조).
다음으로, 마스크 블랭크(100) 상에 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 다음으로, 레지스트막에 대하여, 차광막(3)에 형성해야 하는 차광대를 포함하는 패턴(차광 패턴)인 제 2 패턴을 노광 묘화하고, 추가로 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 차광 패턴을 갖는 제 2 레지스트 패턴(6b)을 형성한다. 이어서, 제 2 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제 2 패턴(차광 패턴(3b))을 형성한다(도 2(e) 참조). 또한, 제 2 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐, 위상 시프트 마스크(200)를 얻는다(도 2(f) 참조). 얻어진 위상 시프트 마스크(200)는, 위상 시프트 패턴(2a)의 패턴 측벽에 단차가 적은 양호한 것이다.
상기의 드라이 에칭에서 사용되는 염소계 가스로는, Cl가 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 염소계 가스로서, Cl2, SiCl2, CHCl3, CH2Cl2, CCl4, BCl3 등을 들 수 있다. 또, 상기의 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 재료의 투광성 기판(1)에 대한 에칭 레이트가 비교적 낮기 때문에, 투광성 기판(1)에의 데미지를 보다 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 디바이스의 제조 방법은, 상기의 위상 시프트 마스크(200) 또는 상기의 마스크 블랭크(100)를 이용해 제조된 위상 시프트 마스크(200)를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 패턴을 노광 전사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 위상 시프트 마스크(200)나 마스크 블랭크(100)는, 상기와 같은 효과를 갖기 때문에, ArF 엑시머 레이저를 노광 광원으로서 이용하는 노광 장치의 마스크 스테이지에, 위상 시프트 마스크(200)를 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 위상 시프트 패턴(2a)을 노광 전사할 때도, 반도체 기판 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족시키는 정밀도로 패턴을 전사할 수 있다. 예를 들면, NTD에 의해, 컨택트 홀과 같은 미세한 패턴도, 반도체 기판 상의 레지스트막에 용이하게 전사할 수 있다. 이 때문에, 이 레지스트막의 패턴을 마스크로 하여, 하층 막을 드라이 에칭해 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 실시의 형태를 더욱 구체적으로 설명한다.
(시뮬레이션)
우선, 투광성 기판측부터 차례로 배치된 질화 규소계 재료로 이루어지는 저투과층과 산화 규소계 재료로 이루어지는 고투과층으로 이루어지는 2층 구조의 위상 시프트막에 대해, 시뮬레이션에 의해, 저투과층 및 고투과층의 각각의 최적 두께를 구했다. 시뮬레이션에 있어서, 목표 위상차를 177±0.5도의 범위로 했다. 또, 시뮬레이션에 있어서, 목표 투과율을 22±2％, 30±2％ 및 36±2％의 각각의 범위로 했다. 또, 시뮬레이션은, 저투과층의 굴절률(n)이 2.58, 소쇠 계수(k)가 0.36이며, 고투과층의 굴절률(n)이 1.59, 소쇠 계수(k)가 0.00인 조건에서 행하였다. 또, 시뮬레이션은, ArF 노광광이 위상 시프트막에 수직 입사하는 조건에서 행하였다.
목표 투과율을 22±2％의 범위로 하여 시뮬레이션을 행하였을 때, 실제의 시뮬레이션에서의 투과율은 21.8％이고, 위상차는 177.0도였다. 시뮬레이션에서 구해진 저투과층의 두께는 58.5nm이고, 고투과층의 두께는 11.0nm였다.
목표 투과율을 30±2％의 범위로 하여 시뮬레이션을 행하였을 때, 실제의 시뮬레이션에서의 투과율은 29.1％이고, 위상차는 177.1도였다. 시뮬레이션에서 구해진 저투과층의 두께는 52.0nm이고, 고투과층의 두께는 25.5nm였다.
목표 투과율을 36±2％의 범위로 하여 시뮬레이션을 행하였을 때, 실제의 시뮬레이션에서의 투과율은 36.0％이고, 위상차는 176.9도였다. 시뮬레이션에서 구해진 저투과층의 두께는 38.0nm이고, 고투과층의 두께는 61.0nm였다.
(실시예 1)
실시예 1은, 위상 시프트막(2)이 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 적층 구조를 2세트 갖는 구조이며, 목표 투과율이 22±2％인 경우에 대해 설명한다.
[마스크 블랭크의 제조]
주표면의 치수가 약 152mm×약 152mm이고, 두께가 약 6.25mm의 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(1)을 준비했다. 이 투광성 기판(1)은, 단면(端面) 및 주표면이 소정의 표면 거칠기로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리를 실시한 것이었다.
다음으로, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 규소(Si) 타겟을 이용하고, 크립톤(Kr), 헬륨(He) 및 질소(N2)의 혼합 가스(유량비 Kr:He:N2＝1:10:3, 압력＝0.09Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 2.8kW로 하고, 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 상에, 규소 및 질소로 이루어지는 저투과층(21)(Si:N＝44 원자％:56 원자％)을 29.3nm의 두께로 형성했다. 다른 투광성 기판의 주표면에 대해, 동(同) 조건으로 저투과층(21)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 이용하여 이 저투과층(21)의 광학 특성을 측정한바, 파장 193nm에 있어서의 굴절률(n)이 2.58, 소쇠 계수(k)가 0.36이었다. 성막 후의 저투과층(21)의 두께는, 예를 들면, X선 반사율법(XRR)을 이용한 측정 장치(예를 들면, GXR-300 리가쿠사 제조)로 확인할 수 있다. 그 외의 막 두께도 마찬가지로 확인할 수 있다.
또한, 이 저투과층(21)을 성막할 때에 이용한 조건은, 그 사용한 매엽식 RF 스퍼터 장치로 사전에, 스퍼터링 가스에 있어서의 Kr 가스, He 가스 및 N2 가스의 혼합 가스 중의 N2 가스의 유량비와 성막 속도와의 관계를 검증하고, 포이즌 모드(반응 모드)의 영역에서 안정적으로 성막할 수 있는 유량비 등의 성막 조건을 선정하고 있다. 또, 저투과층(21)의 조성은, X선 광전자 분광법(XPS)에 의한 측정에 의해 얻어진 결과이다. 이하, 다른 막에 관해서도 마찬가지이다.
다음으로, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에, 저투과층(21)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화규소(SiO2) 타겟을 이용하고, 아르곤(Ar) 가스(압력＝0.03Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 1.5kW로 하고, RF 스퍼터링에 의해 저투과층(21) 상에, 규소 및 산소로 이루어지는 고투과층(22)(Si:O＝34 원자％:66 원자％)을 1.5nm의 두께로 형성했다. 다른 투광성 기판의 주표면에 대해, 동 조건으로 고투과층(22)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 이용하여 이 고투과층(22)의 광학 특성을 측정한바, 파장 193nm에 있어서의 굴절률(n)이 1.59, 소쇠 계수(k)가 0.00이었다.
다음으로, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에, 저투과층(21)과 고투과층(22)이 이 순서로 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 상기 저투과층(21)의 성막과 동 조건으로, 고투과층(22) 상에 저투과층(21)을 29.3nm의 두께로 형성했다. 성막한 저투과층(21)의 조성과 광학 특성은, 상기의 저투과층(21)과 마찬가지이다.
다음으로, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에, 저투과층(21)과 고투과층(22)과 저투과층(21)이 이 순서로 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 상기 고투과층(22)의 성막과 동 조건으로, 저투과층(21) 상에 고투과층(22)을 9.5nm의 두께로 형성했다. 성막한 고투과층(22)의 조성과 광학 특성은, 상기의 고투과층(22)과 마찬가지이다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판(1) 상에, 저투과층(21)과 고투과층(22)이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 2세트 구비하고, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두껍고, 저투과층(21)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두꺼운 위상 시프트막(2)을, 합계 막 두께 69.6nm로 형성했다.
다음으로, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 대기 중에 있어서 가열 온도 500℃, 처리 시간 1시간의 조건으로 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 위상 시프트막(2)에 대하여, 위상 시프트량 측정 장치(레이저 테크사 제조 MPM-193)로 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 21.0％, 위상차는 176.8도였다.
다음으로, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 가열 처리 후의 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하고, 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하고, DC 전원의 전력을 1.8kW로 하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 위상 시프트막(2)의 표면에 접하며, CrOC로 이루어지는 차광막(3)(Cr: 71 원자％, O: 15 원자％, C: 14 원자％)을 56nm의 두께로 형성했다.
이 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)에 대하여, 분광 광도계(애질런트 테크놀로지사 제조 Cary4000)를 이용해, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 광학 농도를 측정한바, 3.0 이상인 것을 확인할 수 있었다.
또한, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에, 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화규소(SiO2) 타겟을 이용하고, 아르곤(Ar) 가스(압력＝0.03Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 1.5kW로 하고, RF 스퍼터링에 의해 차광막(3) 상에, 규소 및 산소로 이루어지는 하드 마스크막(4)을 5nm의 두께로 형성했다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판(1) 상에, 4층 구조의 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 이하의 순서로 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 제작했다.
먼저, 하드 마스크막(4)의 표면에 HMDS 처리를 실시했다. 이어서, 스핀 도포법에 의해, 하드 마스크막(4)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 레지스트막을 막 두께 80nm로 형성했다. 다음으로, 이 레지스트막에 대하여, 위상 시프트막(2)에 형성해야 하는 위상 시프트 패턴인 제 1 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여, 제 1 패턴을 갖는 제 1 레지스트 패턴(5a)을 형성했다(도 2(a) 참조).
다음으로, 제 1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하고, CF4 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 하드 마스크막(4)에 제 1 패턴(하드 마스크 패턴(4a))을 형성했다(도 2(b) 참조).
다음으로, 제 1 레지스트 패턴(5a)을 제거했다. 이어서, 하드 마스크 패턴(4a)을 마스크로 하고, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2＝13:1)를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제 1 패턴(차광 패턴(3a))을 형성했다(도 2(c) 참조).
다음으로, 차광 패턴(3a)을 마스크로 하고, 불소계 가스(SF6와 He의 혼합 가스)를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 위상 시프트막(2)에 제 1 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 형성하고, 또한 동시에 하드 마스크 패턴(4a)을 제거했다(도 2(d) 참조).
다음으로, 차광 패턴(3a) 상에, 스핀 도포법에 의해, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 레지스트막을 막 두께 150nm로 형성했다. 다음으로, 레지스트막에 대하여, 차광막(3)에 형성해야 하는 차광대를 포함하는 패턴(차광 패턴)인 제 2 패턴을 노광 묘화하고, 추가로 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 차광 패턴을 갖는 제 2 레지스트 패턴(6b)을 형성했다. 이어서, 제 2 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하고, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2＝4:1)를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제 2 패턴(차광 패턴(3b))을 형성했다(도 2(e) 참조). 추가로, 제 2 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐, 위상 시프트 마스크(200)를 얻었다(도 2(f) 참조). 얻어진 위상 시프트 마스크(200)는, 위상 시프트 패턴(2a)의 패턴 측벽에 단차가 적은 양호한 것이었다.
실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 이용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다.
이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 만족시키고 있었다. 이 결과로부터, 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우라도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(비교예 1)
비교예 1은, 위상 시프트막이 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 적층 구조를 2세트 갖는 구조이며, 목표 투과율이 22±2％인 경우에 대해 설명한다.
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 1의 마스크 블랭크는, 위상 시프트막을 변경한 것 이외에는, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 순서로 제조되었다. 구체적으로는, 비교예 1의 위상 시프트막에서는, 저투과층의 두께를 29.3nm로, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께와 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께를 모두 5.5nm로 했다. 즉, 투광성 기판 상에, 저투과층과 고투과층이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 2세트 구비하고, 저투과층의 두께가 각 세트에서 동일하며, 고투과층의 두께도 각 세트에서 동일한 위상 시프트막을, 합계 막 두께 69.6nm로 형성했다.
이 비교예 1의 경우에 있어서도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 위상 시프트막이 형성된 투광성 기판에 대하여 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 위상 시프트막에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 19.0％, 위상차는 176.5도였다. 비교예 1의 위상 시프트막의 투과율은 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하했다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판 상에, 4층 구조의 위상 시프트막, 차광막 및 하드 마스크막이 적층된 구조를 구비하는 비교예 1의 마스크 블랭크를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 비교예 1의 마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로, 비교예 1의 위상 시프트 마스크를 제조했다.
비교예 1의 위상 시프트 마스크에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다.
이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 비교예 1의 위상 시프트막의 투과율은 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하했기 때문에, 미세한 패턴의 개소(個所)에 대해, 실시예 1과 비교하여 전사상의 콘트라스트가 불충분한 경우가 관찰되었다. 이 결과로부터, 비교예 1의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴에는, 회로 패턴의 단선이나 단락이 발생할 우려가 있는 것이 예상된다.
(실시예 2)
실시예 2는, 위상 시프트막(2)이 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 적층 구조를 2세트 갖는 구조이며, 목표 투과율이 30±2％인 경우에 대해 설명한다.
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 2의 마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)을 변경한 것 이외에는, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 순서로 제조되었다. 구체적으로는, 실시예 2의 위상 시프트막(2)에서는, 저투과층(21)의 두께를 26.0nm로, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께를 24.0nm로, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께를 1.5nm로 했다. 즉, 투광성 기판(1) 상에, 저투과층(21)과 고투과층(22)이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 2세트 구비하며, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두껍고, 저투과층(21)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두꺼운 위상 시프트막(2)을, 합계 막 두께 77.5nm로 형성했다.
이 실시예 2의 경우에 있어서도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 위상 시프트막(2)에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 28.1％, 위상차는 176.5도였다.
또, 이 실시예 2에서는, 차광막(3)의 두께를 58nm로 변경했다. 이 실시예 2의 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)에 대하여, 분광 광도계(애질런트 테크놀로지사 제조 Cary4000)를 이용해, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 광학 농도를 측정한바, 3.0 이상인 것을 확인할 수 있었다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판(1) 상에, 4층 구조의 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 실시예 2의 마스크 블랭크(100)를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 2의 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로, 실시예 2의 위상 시프트 마스크(200)를 제조했다.
실시예 2의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다.
이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 만족시키고 있었다. 이 결과로부터, 실시예 2의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우라도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(비교예 2)
비교예 2는, 위상 시프트막이 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 적층 구조를 2세트 갖는 구조이며, 목표 투과율이 30±2％인 경우에 대해 설명한다.
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 2의 마스크 블랭크는, 위상 시프트막을 변경한 것 이외에는, 실시예 2의 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 순서로 제조되었다. 구체적으로는, 비교예 2의 위상 시프트막에서는, 저투과층의 두께를 26.0nm로, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께와 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께를 모두 12.8nm로 했다. 즉, 투광성 기판 상에, 저투과층과 고투과층이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 2세트 구비하고, 저투과층의 두께가 각 세트에서 동일하며, 고투과층의 두께도 각 세트에서 동일한 위상 시프트막을, 합계 막 두께 77.6nm로 형성했다.
이 비교예 2의 경우에 있어서도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 위상 시프트막이 형성된 투광성 기판에 대하여 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 위상 시프트막에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 20.7％, 위상차는 169.7도였다. 비교예 2의 위상 시프트막의 투과율은 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하하고, 위상차도 목표 위상차의 범위로부터 크게 벗어났다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판 상에, 4층 구조의 위상 시프트막, 차광막 및 하드 마스크막이 적층된 구조를 구비하는 비교예 2의 마스크 블랭크를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 비교예 2의 마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로, 비교예 2의 위상 시프트 마스크를 제조했다.
비교예 2의 위상 시프트 마스크에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다.
이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 비교예 2의 위상 시프트막의 투과율은 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하하고, 위상차도 목표 위상차의 범위로부터 크게 벗어났기 때문에, 미세한 패턴의 개소에 대해, 실시예 2와 비교하여 전사상의 콘트라스트가 불충분한 경우가 관찰되었다. 이 결과로부터, 비교예 2의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴에는, 회로 패턴의 단선이나 단락이 발생할 우려가 있는 것이 예상된다.
(실시예 3)
실시예 3은, 위상 시프트막(2)이 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 적층 구조를 4세트 갖는 구조이며, 목표 투과율이 30±2％인 경우에 대해 설명한다.
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 3의 마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(2)을 변경한 것 이외에는, 실시예 2의 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 순서로 제조되었다. 구체적으로는, 실시예 3의 위상 시프트막(2)에서는, 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 적층 구조를 4세트로 하고, 저투과층(21)의 두께를 13.0nm로, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께를 22.5nm로, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께를 1.0nm로 했다. 즉, 투광성 기판(1) 상에, 저투과층(21)과 고투과층(22)이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 4세트 구비하며, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두껍고, 저투과층(21)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두꺼운 위상 시프트막(2)을, 합계 막 두께 77.5nm로 형성했다.
이 실시예 3의 경우에 있어서도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 위상 시프트막(2)에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 28.0％, 위상차는 177.0도였다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판(1) 상에, 8층 구조의 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 실시예 3의 마스크 블랭크(100)를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 3의 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로, 실시예 3의 위상 시프트 마스크(200)를 제조했다.
실시예 3의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다.
이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 만족시키고 있었다. 이 결과로부터, 실시예 3의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우라도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(비교예 3)
비교예 3은, 위상 시프트막이 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 적층 구조를 4세트 갖는 구조이며, 목표 투과율이 30±2％인 경우에 대해 설명한다.
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 3의 마스크 블랭크는, 위상 시프트막을 변경한 것 이외에는, 실시예 2의 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 순서로 제조되었다. 구체적으로는, 비교예 3의 위상 시프트막에서는, 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 적층 구조를 4세트로 하며, 저투과층의 두께를 13.0nm로, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께와 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께를 모두 6.4nm로 했다. 즉, 투광성 기판 상에, 저투과층과 고투과층이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 4세트 구비하며, 저투과층의 두께가 각 세트에서 동일하고, 고투과층의 두께도 각 세트에서 동일한 위상 시프트막을, 합계 막 두께 77.6nm로 형성했다.
이 비교예 3의 경우에 있어서도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 위상 시프트막이 형성된 투광성 기판에 대하여 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 위상 시프트막에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 22.0％, 위상차는 183.6도였다. 비교예 3의 위상 시프트막의 투과율은 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하하고, 위상차도 목표 위상차의 범위로부터 크게 벗어났다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판 상에, 8층 구조의 위상 시프트막, 차광막 및 하드 마스크막이 적층된 구조를 구비하는 비교예 3의 마스크 블랭크를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 비교예 3의 마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로, 비교예 3의 위상 시프트 마스크를 제조했다.
비교예 3의 위상 시프트 마스크에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다.
이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 비교예 3의 위상 시프트막의 투과율은 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하하고, 위상차도 목표 위상차의 범위로부터 크게 벗어났기 때문에, 미세한 패턴의 개소에 대해, 실시예 3과 비교하여 전사상의 콘트라스트가 불충분한 경우가 관찰되었다. 이 결과로부터, 비교예 3의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴에는, 회로 패턴의 단선이나 단락이 발생할 우려가 있는 것이 예상된다.
(실시예 4)
실시예 4는, 위상 시프트막(2)이 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 적층 구조를 2세트 갖는 구조이며, 목표 투과율이 36±2％인 경우에 대해 설명한다.
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 4의 마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)을 변경한 것 이외에는, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 순서로 제조되었다. 구체적으로는, 실시예 4의 위상 시프트막(2)에서는, 저투과층(21)의 두께를 19.0nm로, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께를 59.0nm로, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께를 1.0nm로 했다. 즉, 투광성 기판(1) 상에, 저투과층(21)과 고투과층(22)이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 2세트 구비하며, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두껍고, 저투과층(21)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두꺼운 위상 시프트막(2)을, 합계 막 두께 98.0nm로 형성했다.
이 실시예 4의 경우에 있어서도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 위상 시프트막(2)에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 35.0％, 위상차가 177.4도였다.
또, 이 실시예 4에서는, 차광막(3)의 두께를 60nm로 변경했다. 이 실시예 4의 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)에 대하여, 분광 광도계(애질런트 테크놀로지사 제조 Cary4000)를 이용해, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 광학 농도를 측정한바, 3.0 이상인 것을 확인할 수 있었다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판(1) 상에, 4층 구조의 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 실시예 4의 마스크 블랭크(100)를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 4의 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로, 실시예 4의 위상 시프트 마스크(200)를 제조했다.
실시예 4의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다.
이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 만족시키고 있었다. 이 결과로부터, 실시예 4의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우라도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(비교예 4)
비교예 4는, 위상 시프트막이 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 적층 구조를 2세트 갖는 구조이며, 목표 투과율이 36±2％인 경우에 대해 설명한다.
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 4의 마스크 블랭크는, 위상 시프트막을 변경한 것 이외에는, 실시예 4의 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 순서로 제조되었다. 구체적으로는, 비교예 4의 위상 시프트막에서는, 저투과층의 두께를 19.0nm로, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께와 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께를 모두 30.5nm로 했다. 즉, 투광성 기판 상에, 저투과층과 고투과층이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 2세트 구비하고, 저투과층의 두께가 각 세트에서 동일하며, 고투과층의 두께도 각 세트에서 동일한 위상 시프트막을, 합계 막 두께 99.0nm로 형성했다.
이 비교예 4의 경우에 있어서도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 위상 시프트막이 형성된 투광성 기판에 대하여 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 위상 시프트막에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 28.9％, 위상차가 170.0도였다. 비교예 4의 위상 시프트막의 투과율은 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하하고, 위상차도 목표 위상차의 범위로부터 크게 벗어났다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판 상에, 4층 구조의 위상 시프트막, 차광막 및 하드 마스크막이 적층된 구조를 구비하는 비교예 4의 마스크 블랭크를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 비교예 4의 마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로, 비교예 4의 위상 시프트 마스크를 제조했다.
비교예 4의 위상 시프트 마스크에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다.
이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 비교예 4의 위상 시프트막의 투과율은 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하하고, 위상차도 목표 위상차의 범위로부터 크게 벗어났기 때문에, 미세한 패턴의 개소에 대해, 실시예 4와 비교하여 전사상의 콘트라스트가 불충분한 경우가 관찰되었다. 이 결과로부터, 비교예 4의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴에는, 회로 패턴의 단선이나 단락이 발생할 우려가 있는 것이 예상된다.
(실시예 5)
실시예 5는, 위상 시프트막(2)이 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 적층 구조를 4세트 갖는 구조이며, 목표 투과율이 36±2％인 경우에 대해 설명한다.
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 5의 마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(2)을 변경한 것 이외에는, 실시예 4의 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 순서로 제조되었다. 구체적으로는, 실시예 5의 위상 시프트막(2)에서는, 저투과층(21)과 고투과층(22)으로 이루어지는 적층 구조를 4세트로 하고, 저투과층(21)의 두께를 9.4nm로, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께를 57.0nm로, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께를 1.0nm로 했다. 즉, 투광성 기판(1) 상에, 저투과층(21)과 고투과층(22)이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 4세트 구비하며, 최상에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두껍고, 저투과층(21)의 두께가, 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층(22)의 두께보다도 두꺼운 위상 시프트막(2)을, 합계 막 두께 97.6nm로 형성했다.
이 실시예 4의 경우에 있어서도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 위상 시프트막(2)에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 35.2％, 위상차는 177.3도였다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판(1) 상에, 8층 구조의 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 실시예 5의 마스크 블랭크(100)를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 5의 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로, 실시예 5의 위상 시프트 마스크(200)를 제조했다.
실시예 5의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다.
이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 만족시키고 있었다. 이 결과로부터, 실시예 5의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우라도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(비교예 5)
비교예 5는, 위상 시프트막이 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 적층 구조를 4세트 갖는 구조이며, 목표 투과율이 36±2％인 경우에 대해 설명한다.
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 5의 마스크 블랭크는, 위상 시프트막을 변경한 것 이외에는, 실시예 4의 마스크 블랭크(100)와 마찬가지의 순서로 제조되었다. 구체적으로는, 비교예 5의 위상 시프트막에서는, 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 적층 구조를 4세트로 하고, 저투과층의 두께를 9.5nm로, 최상에 설치되어 있는 고투과층의 두께와 최상 이외에 설치되어 있는 고투과층의 두께를 모두 15.2nm로 했다. 즉, 투광성 기판 상에, 저투과층과 고투과층이 이 순서로 적층된 1세트의 적층 구조를 4세트 구비하며, 저투과층의 두께가 각 세트에서 동일하고, 고투과층의 두께도 각 세트에서 동일한 위상 시프트막을, 합계 막 두께 98.8nm로 형성했다.
이 비교예 5의 경우에 있어서도, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 위상 시프트막이 형성된 투광성 기판에 대하여 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후의 위상 시프트막에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한바, 투과율은 27.1％, 위상차는 188.2도였다. 비교예 5의 위상 시프트막의 투과율은 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하하고, 위상차도 목표 위상차의 범위로부터 크게 벗어났다.
이상의 순서에 의해, 투광성 기판 상에, 8층 구조의 위상 시프트막, 차광막 및 하드 마스크막이 적층된 구조를 구비하는 비교예 5의 마스크 블랭크를 제조했다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 비교예 5의 마스크 블랭크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 순서로, 비교예 5의 위상 시프트 마스크를 제조했다.
비교예 5의 위상 시프트 마스크에 대하여, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다.
이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 비교예 5의 위상 시프트막의 투과율은 목표 투과율의 범위로부터 크게 저하하고, 위상차도 목표 위상차의 범위로부터 크게 벗어났기 때문에, 미세한 패턴의 개소에 대해, 실시예 5와 비교하여 전사상의 콘트라스트가 불충분한 경우가 관찰되었다. 이 결과로부터, 비교예 5의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴에는, 회로 패턴의 단선이나 단락이 발생할 우려가 있는 것이 예상된다.
1: 투광성 기판 2: 위상 시프트막
2a: 위상 시프트 패턴 21: 저투과층
22: 고투과층 3: 차광막
3a, 3b: 차광 패턴 4: 하드 마스크막
4a: 하드 마스크 패턴 5a: 제 1 레지스트 패턴
6b: 제 2 레지스트 패턴 100: 마스크 블랭크
200: 위상 시프트 마스크
2a: 위상 시프트 패턴 21: 저투과층
22: 고투과층 3: 차광막
3a, 3b: 차광 패턴 4: 하드 마스크막
4a: 하드 마스크 패턴 5a: 제 1 레지스트 패턴
6b: 제 2 레지스트 패턴 100: 마스크 블랭크
200: 위상 시프트 마스크
Claims (26)
- 투광성 기판 상에, 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며,
상기 저투과층은, 규소 및 질소를 함유하고, 질소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있으며,
상기 고투과층은, 규소 및 산소를 함유하고, 산소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있으며,
최상(最上)에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두껍고,
상기 저투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제 1 항에 있어서,
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료, 또는 반(半)금속 원소 및 비(非)금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제 1 항에 있어서,
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제 1 항에 있어서,
상기 저투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 이상이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.2 이상이며,
상기 고투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 미만이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제 1 항에 있어서,
상기 저투과층의 두께는, 30nm 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제 1 항에 있어서,
상기 위상 시프트막 상에, 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 투광성 기판 상에, 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며,
상기 저투과층은, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있으며,
상기 저투과층은, 상기 고투과층보다도 질소의 함유량이 많고,
상기 고투과층은, 상기 저투과층보다도 산소의 함유량이 많으며,
최상에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두껍고,
상기 저투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제 7 항에 있어서,
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제 7 항에 있어서,
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제 7 항에 있어서,
상기 저투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 이상이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.2 이상이며,
상기 고투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 미만이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제 7 항에 있어서,
상기 저투과층의 두께는, 30nm 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제 7 항에 있어서,
상기 위상 시프트막 상에, 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 투광성 기판 상에, 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막을 구비한 위상 시프트 마스크로서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며,
상기 저투과층은, 규소 및 질소를 함유하고, 질소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있으며,
상기 고투과층은, 규소 및 산소를 함유하고, 산소의 함유량이 50 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있으며,
최상에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두껍고,
상기 저투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제 13 항에 있어서,
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제 13 항에 있어서,
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제 13 항에 있어서,
상기 저투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 이상이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.2 이상이며,
상기 고투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 미만이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제 13 항에 있어서,
상기 저투과층의 두께는, 30nm 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제 13 항에 있어서,
상기 위상 시프트막 상에, 차광대(遮光帶)를 포함하는 패턴을 갖는 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 투광성 기판 상에, 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막을 구비한 위상 시프트 마스크로서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 20％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판측부터 차례로 배치된 저투과층과 고투과층으로 이루어지는 1세트의 적층 구조를 2세트 이상 갖는 구조를 포함하며,
상기 저투과층은, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있으며,
상기 저투과층은, 상기 고투과층보다도 질소의 함유량이 많고,
상기 고투과층은, 상기 저투과층보다도 산소의 함유량이 많으며,
최상에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두껍고,
상기 저투과층의 두께는, 최상 이외에 설치되어 있는 상기 고투과층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제 19 항에 있어서,
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료, 또는 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제 19 항에 있어서,
상기 저투과층은, 규소 및 질소로 이루어지는 재료로 형성되어 있고,
상기 고투과층은, 규소 및 산소로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제 19 항에 있어서,
상기 저투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 이상이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.2 이상이며,
상기 고투과층은, 상기 노광광의 파장에 있어서의 굴절률(n)이 2.0 미만이고, 또한 상기 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제 19 항에 있어서,
상기 저투과층의 두께는, 30nm 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제 19 항에 있어서,
상기 위상 시프트막 상에, 차광대를 포함하는 패턴을 갖는 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 반도체 디바이스의 제조 방법으로서, 제 18 항에 기재한 위상 시프트 마스크를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
- 반도체 디바이스의 제조 방법으로서, 제 24 항에 기재한 위상 시프트 마스크를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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