KR102522452B1 - 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조방법 및 반도체 디바이스의 제조방법 - Google Patents

마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조방법 및 반도체 디바이스의 제조방법 Download PDF

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Abstract

규소를 함유하는 재료로 광 반투과막을 형성하고, 크롬을 함유하는 재료로 차광막을 형성한 구조로 한 경우에 있어서도, 광 반투과막에 미세한 전사 패턴을 고정밀도로 형성하는 것이 가능한 마스크 블랭크를 제공한다. 투광성 기판(1) 상에, 광 반투과막(2), 에칭 마스크막(3) 및 차광막(4)이 이 순서대로 적층된 구조를 가지는 마스크 블랭크(100)로서, 광 반투과막(2)은 규소를 함유하는 재료로 이루어지고, 에칭 마스크막(3)은 크롬을 함유하는 재료로 이루어지며, 차광막(4)은 크롬 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 마스크막(3)의 에칭 레이트에 대한 차광막(4)의 에칭 레이트의 비율이 3 이상 12 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조방법 및 반도체 디바이스의 제조방법
본 발명은 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조방법 및 반도체 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스의 제조공정에서는 포트리소그래피법을 이용하여 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 이 미세 패턴의 형성에는 통상 여러 매의 전사용 마스크라고 불리고 있는 기판이 사용된다. 이 전사용 마스크는 일반적으로 투광성의 유리 기판 상에, 금속 박막 등으로 이루어지는 미세 패턴을 마련한 것이다. 이 전사용 마스크의 제조에 있어서도 포트리소그래피법이 이용되고 있다.
반도체 디바이스의 패턴을 미세화하는 데 있어서는, 전사용 마스크에 형성되는 마스크 패턴의 미세화에 더하여, 포트리소그래피에서 사용되는 노광 광원의 파장의 단파장화가 필요하게 된다. 반도체 장치 제조시에 이용되는 노광 광원은, 근래에는 KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚)로부터, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)로 단파장화가 진행되고 있다.
전사용 마스크의 종류로서는, 종래의 투광성 기판 상에 크롬계 재료로 이루어지는 차광막 패턴을 구비한 바이너리 마스크 외에, 하프톤(half tone)형 위상 시프트 마스크가 알려져 있다. 이 하프톤형 위상 시프트 마스크는 투광성 기판 상에 광 반투과막 패턴을 구비한 것이다. 이 광 반투과막(하프톤형 위상 시프트막)은 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도로 광을 투과시키고, 또한 그 광 반투과막을 투과한 광에, 같은 거리만큼 공기 중을 통과한 광에 대해서 소정의 위상차를 발생시키는 기능을 가지고 있고, 이것에 의해, 이른바 위상 시프트 효과를 발생시키고 있다.
일반적으로, 전사용 마스크에 있어서의 전사 패턴이 형성되는 영역의 외주 영역은, 노광 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에, 외주 영역을 투과한 노광광에 의한 영향을 레지스트막이 받지 않도록, 소정치 이상의 광학 농도(OD)를 확보하는 것이 요구되고 있다. 통상, 전사용 마스크의 외주 영역에서는, OD가 3 이상이면 바람직하다고 여겨지고 있고, 적어도 2.8 정도는 필요하다고 여겨지고 있다. 그러나, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 광 반투과막은 노광광을 소정의 투과율로 투과시키는 기능을 가지고 있어, 이 광 반투과막만으로는 전사용 마스크의 외주 영역에 요구되고 있는 광학 농도를 확보하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 특허문헌 1에 개시되어 있는 위상 시프트 마스크 블랭크와 같이, 노광광에 대해서 소정의 위상 시프트량 및 투과율을 가지는 반투명막 상에 차광막(차광성막)을 적층하여, 반투명막과 차광막의 적층 구조로 소정의 광학 농도를 확보하는 것이 행해지고 있다.
한편, 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같은, 위상 시프트막 상에 마련되는 차광막을 천이금속과 규소를 함유하는 재료로 형성한 위상 시프트 마스크 블랭크도 존재한다. 이 위상 시프트 마스크 블랭크는, 종래와 마찬가지로, 위상 시프트막을 형성하는 재료에도 천이금속과 규소를 함유하는 재료가 적용되고 있다. 이 때문에, 위상 시프트막과 차광막의 사이에서, 드라이 에칭에 대한 에칭 선택성을 확보하는 것이 어렵다. 특허문헌 2의 위상 시프트 마스크 블랭크에서는 위상 시프트막과 차광막의 사이에 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막을 마련하고 있다. 또한, 차광막 상에 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 에칭 마스크막이 더 마련되어 있다.
일본국 특개 2007-033469호 공보 일본국 특개 2007-241065호 공보 일본국 특개 2007-241136호 공보
하프톤형 위상 시프트 마스크와 같은, 노광광을 소정의 투과율로 투과하는 특성을 가지는 광 반투과막(위상 시프트막)으로 전사 패턴이 형성된 전사용 마스크의 경우, 전사 패턴이 형성되는 영역 외측의 외주 영역(블라인드 에어리어)에, 차광대(遮光帶)를 형성할 필요가 있다. 이 때문에, 하프톤형 위상 시프트 마스크(이하, 간단히 위상 시프트 마스크라고 한다.)를 제조하기 위한 마스크 블랭크는, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 투광성 기판 상에 광 반투과막과 차광막이 적층된 구성으로 하는 것이 일반적이다. 그러나, 이와 같은 마스크 블랭크로부터 전사용 마스크를 제조하는 경우, 위상 시프트막에 형성해야 할 전사 패턴을 가지는 레지스트 패턴을 마스크로 한 드라이 에칭을 광 반투과막에 대해서 직접 행할 수 없다.
위상 시프트 마스크에서는, 위상 시프트막에는 미세한 패턴이 마련되고, 차광막에는 광 반투과막과의 적층 구조로 소정의 광학 농도를 만족하는 차광대 등을 형성하기 위한 차광 패턴이 마련되어 있는 것이 일반적이다. 즉, 위상 시프트 마스크에서는 위상 시프트막과 차광막에는 다른 패턴이 형성된다. 이 때문에, 위상 시프트막 상에 직접적으로 접해서 차광막이 마련된 적층 구조의 마스크 블랭크에서는, 위상 시프트막과 차광막은 서로 에칭 특성이 다른 재료가 이용되고 있다. 위상 시프트막은 단지 소정의 투과율로 투과시키는 기능만이 아니라, 그 위상 시프트막을 투과하는 광의 위상을 제어하는 기능도 겸비하는 것이 필요한 경우가 많다. 규소를 함유하는 재료는, 이와 같은 위상 시프트막에 요구되는 광학 특성을 얻기 쉽기 때문에, 위상 시프트막의 재료에 이용되는 일이 많다.
규소를 함유하는 재료로 이루어지는 박막은, 불소계 가스를 이용하는 드라이 에칭으로 패터닝 되는 것이 일반적이다. 불소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 대해서 에칭 내성을 가지는 재료로서, 크롬을 함유하는 재료가 있다. 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 박막은, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스(이하, 산소 함유 염소계 가스라고 한다.)를 이용하는 드라이 에칭으로 패터닝이 가능하다. 규소를 함유하는 재료로 이루어지는 박막은, 산소 함유 염소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 대해서 에칭 내성이 있다. 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 박막과 규소를 함유하는 재료로 이루어지는 박막은, 서로 충분한 에칭 선택성이 얻어지는 조합이다.
이와 같은 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제조하는 경우, 위상 시프트막에 형성해야 할 전사 패턴을 가지는 레지스트 패턴을 마스크로 한 드라이 에칭을 차광막에 대해서 행하여, 위상 시프트막에 형성해야 할 전사 패턴을 먼저 차광막에 형성한다. 그리고, 이 전사 패턴이 형성된 차광막을 마스크로 한 드라이 에칭을 광 반투과막에 대해서 행함으로써, 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성한다. 그렇지만, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막에 대해서 행해지는 산소 함유 염소계 가스를 이용하는 드라이 에칭은, 에칭 가스에 라디칼(radical) 주체의 산소 가스의 플라스마를 포함하고 있는 등의 이유로부터 등방성 에칭의 경향을 가지고 있어, 에칭의 이방성을 높이는 것이 어렵다.
일반적으로 사용되는 유기계 재료로 형성되는 레지스트막은, 산소 가스의 플라스마에 대한 내성이, 다른 가스의 플라스마에 대한 내성에 비해 큰폭으로 낮다. 이 때문에, 크롬계 재료의 차광막을 산소 함유 염소계 가스로 드라이 에칭했을 경우, 레지스트막의 소비량(에칭 중에 발생하는 레지스트막의 감막량(減膜量))이 많게 된다. 드라이 에칭에 의해서 차광막에 미세 패턴을 높은 정밀도로 형성하려면, 차광막의 패터닝 완료시에, 소정 이상의 두께로 레지스트막이 잔존하고 있을 필요가 있다. 그러나, 최초로 패턴을 형성하는 레지스트막의 막 두께를 두껍게 하면, 레지스트 패턴의 단면 애스펙트비(패턴 선폭에 대한 막 두께의 비율)가 너무 크게 되기 때문에, 레지스트 패턴이 도괴(倒壞)하는 현상이 발생하기 쉬워진다. 차광막의 두께를 큰 폭으로 얇게 하는 것에 의해서 이들 문제를 해결하는 것은 가능하기는 하다. 그러나, 차광막은 노광광에 대한 소정의 광학 농도를 구비하는 것이 필요하기 때문에, 차광막의 두께를 에칭에 관한 문제를 해결 가능한 두께로 하는 것은 곤란하다.
이상과 같이, 산소 함유 염소계 가스를 이용하는 드라이 에칭에 의해서, 광 반투과막에 형성해야 할 미세한 전사 패턴을 차광막에 형성할 때에, 패턴 형상의 정밀도가 높고, 면내 CD 균일성을 높게 하는 것은 어렵다. 광 반투과막에 전사 패턴을 형성할 때에 행해지는 드라이 에칭은, 높은 이방성 에칭의 경향을 가지는 불소계 가스를 이용하는 드라이 에칭이 적용된다. 그러나, 그 드라이 에칭시, 미세한 전사 패턴을 고정밀도로 형성하는 것이 어려운 차광막을 에칭 마스크에 이용할 필요가 있기 때문에, 광 반투과막에 미세한 전사 패턴을 형성하는 것이 어렵다. 이 때문에, 광 반투과막과 유기계 재료의 레지스트막의 사이에 차광막을 구비하는 마스크 블랭크에 있어서, 광 반투과막에 형성해야 할 미세한 전사 패턴을 구비하는 레지스트막을 출발점으로 하여, 최종적으로 광 반투과막에 그 전사 패턴을 고정밀도로 형성하는 것의 실현이 지금까지 요구되고 있었다.
특허문헌 2에 개시되어 있는 마스크 블랭크는, 상술한 마스크 블랭크가 지니는 과제를 해결하는 수단으로서 생각해 낸 것이다. 이 마스크 블랭크는 소정 이상의 두께가 필요한 차광막에 불소계 가스에 의한 드라이 에칭이 가능한 천이금속 실리사이드계 재료를 적용하여, 차광막에 미세 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있도록 하고 있다. 또한, 이 차광막은 위상 시프트막과의 사이에서 에칭 선택성이 없기 때문에, 위상 시프트막과 차광막의 사이에 크롬계 재료의 에칭 스토퍼막을 마련하고 있다. 에칭 스토퍼막은 광학 농도의 제약은 기본적으로 없다. 에칭 스토퍼막은 위상 시프트막에 미세한 전사 패턴을 형성할 때에 행해지는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서, 에칭 마스크로서 기능할 수 있는 두께가 있으면 되고, 종래의 크롬계 재료의 차광막에 비해 대폭적인 박막화를 도모할 수 있다. 이 때문에, 에칭 스토퍼막은 이방성의 높은 에칭이 어려운 크롬계 재료로 형성되어 있지만, 미세 패턴을 높은 정밀도로 형성하는 것이 가능하게 되어 있다.
또한, 특허문헌 2의 마스크 블랭크는 차광막 상에 크롬계 재료의 에칭 마스크막을 마련하고 있다. 불소계 가스에 의한 드라이 에칭이 가능한 차광막이어도 두께가 있기 때문에, 차광막의 에칭시에 유기계 재료의 레지스트막 측벽의 감퇴량은 많게 된다. 불소계 가스의 드라이 에칭에 대해서 높은 에칭 내성을 가지는 크롬계 재료의 에칭 마스크막을 에칭 마스크로 하면, 에칭 마스크막의 패턴 측벽의 감퇴량을 작게 할 수 있어, 보다 고정밀도로 미세 패턴을 차광막에 형성할 수 있게 된다.
그러나, 특허문헌 2의 마스크 블랭크는, 투광성 기판 상에, 천이금속 실리사이드계 재료의 위상 시프트막, 크롬계 재료의 에칭 스토퍼막, 천이금속 실리사이드계 재료의 차광막, 크롬계 재료의 에칭 마스크막이 적층된 복잡한 구조를 가진다. 특허문헌 2의 마스크 블랭크를 이용하여 위상 시프트 마스크를 제조하는 경우, 이 마스크 블랭크가 에칭 특성이 다른 막을 번갈아 적층한 복잡한 구조를 가지고 있기 때문에, 그 제조 프로세스가 복잡하다고 하는 문제가 있다. 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성할 때까지의 프로세스만으로도, 위상 시프트막에 형성해야 할 전사 패턴을 구비하는 레지스트막을 마스크로 하는 드라이 에칭으로 에칭 마스크막을 패터닝하고, 그 전사 패턴을 구비하는 에칭 마스크막을 마스크로 하는 드라이 에칭으로 차광막을 패터닝하며, 그 전사 패턴을 구비하는 차광막을 마스크로 하는 드라이 에칭으로 에칭 스토퍼막을 패터닝하고, 그 전사 패턴을 구비하는 에칭 스토퍼막을 마스크로 하는 드라이 에칭으로 위상 시프트막을 패터닝한다고 하는 단계를 밟지 않으면 안 된다.
한편, 특허문헌 3에 개시되어 있는 마스크 블랭크는, 크롬리스 위상 시프트 마스크(CPL: Chromeless Phase Lithography)를 제조하기 위한 것이다. 이 마스크 블랭크에 있어서도, 투광성 기판 상에, 크롬계 재료의 에칭 스토퍼막, 천이금속 실리사이드계 재료의 차광막, 크롬계 재료의 에칭 마스크막이 적층된 복잡한 구조를 가진다. 이 때문에, 이 마스크 블랭크를 이용하여 크롬리스 위상 시프트 마스크를 제조하는 경우에 있어서도, 프로세스가 복잡하다고 하는 문제가 있다.
그래서, 본 발명은 종래의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 규소를 함유하는 재료로 이루어지는 광 반투과막 상에 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막을 구비하는 마스크 블랭크에 있어서, 광 반투과막에 미세한 패턴을 고정밀도로 형성하는 것이 가능한 마스크 블랭크를 제공하는 것이다. 또한, 투광성 기판 상에 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막을 구비하는 마스크 블랭크에 있어서, 투광성 기판에 미세한 굴입 패턴을 고정밀도로 형성하는 것이 가능한 마스크 블랭크를 제공하는 것이다. 또한, 이들 마스크 블랭크를 이용하여 제조되는 전사용 마스크 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 게다가, 이들 전사용 마스크를 이용하여 제조되는 반도체 디바이스의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 열심히 연구한 결과, 본 발명을 완성시킨 것이다. 즉, 상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 이하의 구성을 가진다.
(구성 1)
투광성 기판 상에, 광 반투과막, 에칭 마스크막 및 차광막이 이 순서대로 적층된 구조를 가지는 마스크 블랭크로서,
상기 광 반투과막은 규소를 함유하는 재료로 이루어지고,
상기 에칭 마스크막은 크롬을 함유하는 재료로 이루어지며,
상기 차광막은 크롬 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고,
산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 상기 에칭 마스크막의 에칭 레이트에 대한 상기 차광막의 에칭 레이트의 비율이 3 이상 12 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 에칭 마스크막은 크롬을 함유하고, 추가로 탄소 및 규소로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 에칭 마스크막은 산소 및 질소의 합계 함유량이 5원자% 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 차광막은 산소의 함유량이 10원자% 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 차광막은 규소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 광 반투과막은 규소 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7)
투광성 기판 상에, 에칭 마스크막 및 차광막이 이 순서대로 적층된 구조를 가지는 마스크 블랭크로서,
상기 에칭 마스크막은 크롬을 함유하는 재료로 이루어지고,
상기 차광막은 크롬 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지며,
산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 상기 에칭 마스크막의 에칭 레이트에 대한 상기 차광막의 에칭 레이트의 비율이 3 이상 12 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 에칭 마스크막은 크롬을 함유하고, 추가로 탄소 및 규소로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 7에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 9)
상기 에칭 마스크막은 산소 및 질소의 합계 함유량이 5원자% 이하인 것을 특징으로 하는 구성 7 또는 8에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 10)
상기 차광막은 산소의 함유량이 10원자% 이상인 것을 특징으로 하는 구성 7 내지 9 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 11)
상기 차광막은 규소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 7 내지 10 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 12)
구성 1 내지 6 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크의 상기 광 반투과막에 전사 패턴을 포함하는 제1 패턴이 형성되고, 상기 에칭 마스크막 및 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 제2 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
(구성 13)
구성 7 내지 11 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크의 상기 투광성 기판에 굴입 패턴으로 이루어지는 전사 패턴을 포함하는 제3 패턴이 형성되고, 상기 에칭 마스크막 및 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
(구성 14)
구성 1 내지 6 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크를 이용하는 전사용 마스크의 제조방법으로서,
상기 전사용 마스크는 상기 광 반투과막에 전사 패턴을 포함하는 제1 패턴을 가지고, 상기 에칭 마스크막 및 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 제2 패턴을 가지는 것이며,
상기 차광막 상에 형성된 상기 제2 패턴을 가지는 제1 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 차광막에 상기 제2 패턴을 형성하는 공정과,
상기 에칭 마스크막 상 및 상기 차광막 상에 형성된 상기 제1 패턴을 가지는 제2 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 에칭 마스크막에 상기 제1 패턴을 형성하는 공정과,
상기 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 광 반투과막에 상기 제1 패턴을 형성하는 공정과,
상기 차광막 상에 형성된 상기 제2 패턴을 가지는 제3 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 에칭 마스크막에 상기 제2 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조방법.
(구성 15)
구성 7 내지 11 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크를 이용하는 전사용 마스크의 제조방법으로서,
상기 전사용 마스크는 상기 투광성 기판에 굴입 패턴으로 이루어지는 전사 패턴을 포함하는 제3 패턴을 가지고, 상기 에칭 마스크막 및 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴을 가지는 것이며,
상기 차광막 상에 형성된 상기 제4 패턴을 가지는 제4 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 차광막에 상기 제4 패턴을 형성하는 공정과,
상기 에칭 마스크막 상 및 상기 차광막 상에 형성된 상기 제3 패턴을 가지는 제5 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 에칭 마스크막에 상기 제3 패턴을 형성하는 공정과,
상기 제3 패턴을 가지는 에칭 마스크막을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 투광성 기판의 표면으로부터 파 들어가 상기 제3 패턴을 형성하는 공정과,
상기 차광막 상에 형성된 상기 제4 패턴을 가지는 제6 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 에칭 마스크막에 상기 제4 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조방법.
(구성 16)
구성 12 또는 13에 기재된 전사용 마스크를 이용하여, 리소그래피법에 따라 상기 전사용 마스크의 전사 패턴을 반도체 기판 상에 패턴 전사하는 노광 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조방법.
(구성 17)
구성 14 또는 15에 기재된 전사용 마스크의 제조방법에 따라 제조된 전사용 마스크를 이용하여, 리소그래피법에 따라 상기 전사용 마스크의 전사 패턴을 반도체 기판 상에 패턴 전사하는 노광 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조방법.
본 발명에 의하면, 투광성 기판 상에, 광 반투과막, 에칭 마스크막 및 차광막이 이 순서대로 적층된 구조를 가지는 마스크 블랭크로서, 규소를 함유하는 재료로 광 반투과막을 형성하고, 크롬을 함유하는 재료로 차광막을 형성한 경우여도, 광 반투과막에 미세한 전사 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 마스크 블랭크를 이용함으로써, 광 반투과막의 패턴이 고정밀도로 형성된 전사용 마스크를 제조할 수 있다. 또한, 이 전사용 마스크를 이용함으로써, 미세한 패턴을 가지는 반도체 디바이스를 고정밀도로 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 투광성 기판 상에, 에칭 마스크막 및 차광막이 이 순서대로 적층된 구조를 가지는 마스크 블랭크로서, 크롬을 함유하는 재료로 차광막을 형성한 경우여도, 투광성 기판에 미세한 굴입 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 마스크 블랭크를 이용함으로써, 투광성 기판에 굴입 패턴이 고정밀도로 형성된 전사용 마스크를 제조할 수 있다. 또한, 이 전사용 마스크를 이용함으로써, 미세한 패턴을 가지는 반도체 디바이스를 고정밀도로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전사용 마스크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전사용 마스크의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전사용 마스크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전사용 마스크의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 제1 실시 형태를 상술한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 본 발명의 마스크 블랭크(100)는, 투광성 기판(1) 상에, 광 반투과막(2), 에칭 마스크막(3), 차광막(4)이 순서대로 적층된 구조를 구비한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전사용 마스크(위상 시프트 마스크)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2에 나타내는 본 발명의 전사용 마스크(200)는 전사 패턴(8)을 포함하는 제1 패턴이 형성된 광 반투과막(광 반투과 패턴)(2a)과, 차광대 패턴을 포함하는 제2 패턴이 형성된 에칭 마스크막(에칭 마스크 패턴)(3b)과, 제2 패턴이 형성된 차광막(차광 패턴)(4b)이 순서대로 적층된 구조이다. 전사용 마스크(200)는 광 반투과 패턴(2a), 에칭 마스크 패턴(3b), 차광 패턴(4b)이 적층된 구조와 투광성 기판(1)에 의해 구성되어 있다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 마스크 블랭크는, 광 반투과막(2)이 규소를 함유하는 재료로 이루어지고, 에칭 마스크막(3)이 크롬을 함유하는 재료로 이루어지며, 차광막(4)이 크롬 및 산소를 함유하는 재료로 이루어진다. 특히, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 마스크막의 에칭 레이트에 대한 차광막의 에칭 레이트의 비율이 3 이상 12 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.
규소를 함유하는 재료로 이루어지는 광 반투과막(2)은, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 패터닝할 필요가 있다. 이 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서 규소를 함유하는 재료에 대해서 충분한 에칭 선택성이 얻어지는 재료는 한정되어 있고, 크롬을 함유하는 재료는 이 점에서 뛰어나다. 종래는, 에칭 마스크막(3)에 이 크롬을 함유하는 재료를 이용하고, 차광막(4)에 천이금속 실리사이드계 재료를 이용해 왔다. 그러나, 이와 같은 구성은 전술한 문제를 가지고 있다.
그래서, 에칭 마스크막(3)과 차광막(4)을 모두 크롬을 함유하는 재료를 이용한 구성이라고 해도, 광 반투과막(2)에 미세한 전사 패턴을 높은 정밀도로 형성하는 것이 가능한 구성에 대해서, 열심히 연구를 행했다. 크롬을 함유하는 재료로 차광막(4)을 형성하는 경우, 광학 농도의 제약이 있기 때문에 소정 이하의 두께로 하는 것은 곤란하다. 이 점을 고려하면, 마스크 블랭크로부터 전사용 마스크를 제조하는 프로세스에 있어서, 광 반투과막(2)에 형성해야 할 전사 패턴을 포함하는 패턴(제1 패턴)을 가지는 레지스트막을 마스크로 한 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭을 차광막(4)에 대해서 행하는 공정을 피한다고 하는 생각에 이르렀다. 또한, 마스크 블랭크로부터 전사용 마스크를 제조하는 프로세스에 있어서, 전사용 마스크의 완성시에 차광막(4)이 구비하는 차광대 패턴을 포함하는 패턴(제2 패턴)을 차광막(4)에 형성하는 공정을 먼저 행하는 것을 생각했다. 그와 같이 함으로써, 전사 패턴 형성 영역에 에칭 마스크막(3)의 표면이 노출되어, 광 반투과막(2)에 형성해야 할 전사 패턴을 포함하는 패턴(제1 패턴)을 가지는 레지스트막을 마스크로 한 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(3)에 직접 행할 수 있게 된다.
한편, 제2 패턴을 차광막(4)에 형성할 때의 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서, 차광막(4)과 에칭 마스크막(3) 사이의 에칭 선택비는, 종래의 천이금속 실리사이드계 재료의 차광막과 크롬계 재료의 에칭 마스크막 사이의 에칭 선택비(드라이 에칭에 의한 차광막의 패터닝 전후에 있어서의 에칭 마스크막의 감막량이 1㎚ 이하로 되도록 하는 에칭 선택비)보다 작아도 되는 것을 알았다. 차광막(4)에 제2 패턴을 형성하는 드라이 에칭이 종료한 단계에서, 에칭 마스크막(3)이 2㎚ 이상의 두께로 잔존하고 있으면, 제1 패턴을 가지는 레지스트막을 마스크로 한 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 에칭 마스크막(3)에 제1 패턴을 정밀도 좋게 형성할 수 있는 것도 알았다.
다른 한편, 차광막(4)에 제2 패턴을 형성하는 드라이 에칭 전후에 있어서의 에칭 마스크막의 감막량이 너무 크면(5㎚ 이상), 에칭 마스크막(3)에 제1 패턴을 정밀도 좋게 형성하는 것이 어렵게 되는 것도 판명했다. 마스크 블랭크의 제조시에 상기한 감막량을 고려한 두께로 에칭 마스크막을 형성하면 되는 것처럼 얼핏 생각된다. 그러나, 일반적으로 드라이 에칭으로 박막에 패턴을 형성하는 경우, 레지스트막 등으로 마스크 되어 있지 않고 표면이 노출되어 있는 영역의 박막이 동시에 전면 제거될 일은 없다. 패턴의 조밀(粗密)차, 에칭 가스의 분포 등의 조건의 상위로부터 면내에서의 에칭 레이트에 차이가 발생하는 것은 피하기 어렵다. 최초로 박막의 하단까지 에칭이 도달한 영역과 최후로 박막의 하단까지 에칭이 도달한 영역 사이의 시간차가 발생하는 것은 피하기 어렵고, 에칭으로 제거하는 영역이 크면 그 시간차는 크게 되는 경향이 있다.
최초로, 차광막(4)의 하단까지 에칭이 도달한 영역은, 그 후, 제거해야 할 영역 전부에 있어서 차광막(4)의 하단까지 에칭이 도달할 때까지, 에칭 마스크막(3)의 표면이 에칭 가스에 계속 노출되게 된다. 다른 한편, 최후로 차광막(4)의 하단까지 에칭이 도달한 영역은, 에칭 마스크막(3)의 표면은 에칭 가스에 거의 노출되지 않게 된다. 에칭 마스크막(3)이 에칭 가스에 노출되는 시간과 그 에칭 마스크막(3)의 감막량은 일정한 상관이 있다. 즉, 차광막(4)에 제2 패턴을 형성하는 드라이 에칭 전후에 있어서의 에칭 마스크막(3)의 감막량이 5㎚인 경우, 단순 계산으로 에칭 마스크막(3)의 면내에서의 막 두께 분포에 5㎚의 차이가 발생한다고 하는 것이 된다. 광 반투과막(2)에 형성해야 할 전사 패턴을 포함하는 패턴(제1 패턴)을 에칭 마스크막(3)에 형성할 때의 드라이 에칭시에, 에칭 마스크막(3)의 막 두께 분포의 차가 크면, 에칭 마스크막(3)에 형성되는 제1 패턴의 정밀도가 크게 악화되게 된다.
이상의 기술적 과제를 고려한 결과, 차광막(4)에 제2 패턴을 형성하는 드라이 에칭 전후에 있어서의 에칭 마스크막(3)의 감막량이 5㎚미만이 되도록, 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서의 차광막(4)의 에칭 레이트와 에칭 마스크막(3)의 에칭 레이트의 비율로 할 필요가 있다고 하는 결론에 이르렀다. 구체적으로는, 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 마스크막(3)의 에칭 레이트(RE)에 대한 차광막(4)의 에칭 레이트(RA)의 비율(이하, RA/RE 비율이라고 한다)을 3 이상으로 할 필요가 있다. RA/RE 비율은 3.2 이상이면 바람직하고, 3.5 이상이면 보다 바람직하다.
한편, 후술하는 바와 같이, 크롬계 재료에 규소를 함유시키는 것에 의한 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 레이트의 저하폭은 크다. 에칭 마스크막(3)의 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트를 저하시키면, 차광막(4)에 제2 패턴을 형성하는 드라이 에칭 전후에 있어서의 에칭 마스크막(3)의 감막량은 작게 된다. 그러나, 에칭 마스크막(3)에는, 광 반투과막(2)에 형성해야 할 전사 패턴을 포함하는 패턴(제1 패턴)을 가지는 레지스트막을 마스크로 하는 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 의해서, 고정밀도로 패턴이 형성될 필요가 있다. 에칭 마스크막(3)의 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트가 느려지는 것에 따라, 제1 패턴을 가지는 레지스트막의 두께를 두껍게 하지 않으면 안 되게 된다. 이 제1 패턴을 가지는 레지스트막의 두께가 100㎚ 이상으로 되어 버린다면, 에칭 마스크막(3)을 마련하는 기술적인 의의는 저하한다(레지스트막은, 에칭 마스크막(3)의 패터닝 완료 후에 있어서, 20㎚ 이상의 두께로 잔존하고 있는 것이 요구된다.).
이상으로부터, 에칭 마스크막(3)에 제1 패턴을 형성하는 드라이 에칭에서 이용하는 레지스트막의 두께가 100㎚미만이어도, 에칭 마스크막(3)에 제1 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있도록 한 RA/RE 비율로 할 필요가 있다고 하는 결론에 이르렀다. 구체적으로는, RA/RE 비율을 12 이하로 할 필요가 있다. RA/RE 비율은 10 이하이면 바람직하고, 8 이하이면 보다 바람직하다.
상기한 RA/RE 비율의 범위로 하는 것에는, 차광막(4)의 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 레이트가 느리면 실현하는 것이 어렵게 된다. 이 때문에, 차광막(4)은 크롬과 산소를 적어도 함유하는 재료로 형성할 필요가 있다. 또한, 차광막(4)은 RA/RE 비율을 높이기 위해서, 산소의 함유량을 10원자% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 15원자% 이상으로 하면 보다 바람직하며, 20원자% 이상으로 하면 보다 더 바람직하다.
다른 한편, 크롬과 산소를 함유하는 재료는, 산소 함유량이 많아지는 것에 따라, 노광광에 대한 단위 막 두께당 광학 농도가 저하하는 경향이 있다. 차광막(4)은 소정의 광학 농도를 확보할 필요가 있기 때문에, 차광막(4) 중의 산소 함유량을 많게 하는 것에 따라 차광막(4)을 두껍게 해나갈 필요가 있다. 차광막(4)이 두껍게 되면, 차광막(4)에 제2 패턴을 형성하는 드라이 에칭시에 이용하는 제2 패턴을 가지는 레지스트막의 두께도 두껍게 할 필요가 생겨 버린다. 이러한 것으로부터, 차광막(4)의 산소 함유량은 40원자% 이하인 것이 바람직하고, 35원자% 이하이면 보다 바람직하며, 30원자% 이하이면 보다 더 바람직하다.
후술하는 바와 같이, 크롬계 재료에 규소를 함유시키는 것에 의한 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 레이트의 저하폭은 크다. 이 때문에, 차광막(4)을 형성하는 재료에는 규소를 실질적으로 함유시키지 않는 것이 바람직하다. 여기서, 규소를 실질적으로 함유시키지 않는다는 것은, 차광막(4) 중의 규소의 함유량이 1원자% 미만인 것을 말한다. 차광막(4) 중의 규소의 함유량은, 검출 하한치 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 차광막(4)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 Si2p의 내로 스펙트럼(narrow spectrum)의 최대 피크가 검출 하한치 이하인 것이, 보다 더 바람직하다.
차광막(4)은 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 레이트가 크게 변화하지 않는 한, 상술한 것 이외의 원소(수소, 붕소, 인듐, 주석 등)를 포함해도 된다. 또한, 차광막(4)에는, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 등의 희가스 원소를 함유하고 있어도 된다. 차광막(4)은 산소의 함유량이 10원자% 이상이면, 탄소를 함유해도 된다. 탄소를 함유하는 것에 의한 차광막(4)의 에칭 레이트의 저하폭은 규소만큼 현저하지 않기 때문이다. 차광막(4)에 적용하는 데 바람직한 재료로서는, 예를 들면, CrON, CrOC, CrOCN을 들 수 있다.
차광막(4)의 막 두께가 두껍게 되면, 차광막(4)에 제2 패턴을 형성하는 드라이 에칭시에 이용하는 제2 패턴(차광 패턴)을 가지는 레지스트막의 두께도 두껍게 할 필요가 생긴다. 이 때문에, 차광막(4)은 두께가 70㎚ 이하인 것이 바람직하고, 60㎚ 이하이면 보다 바람직하고, 50㎚ 이하이면 보다 바람직하다. 다른 한편, 차광막(4)은 소정의 광학 농도를 가지는 것이 요구되는 막이다. 차광막(4)의 막 두께를 얇게 하려고 하면, 재료의 광학 농도를 저하시키는 요인이 되는 산소나 질소의 함유량을 줄일 필요가 생긴다. 차광막(4)의 산소나 질소의 함유량을 줄이면, 차광막(4)의 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트가 저하한다. 이 때문에, 차광막(4)은 두께가 20㎚ 이상인 것이 바람직하고, 25㎚ 이상이면 보다 바람직하며, 30㎚ 이상이면 보다 바람직하다.
한편, 에칭 마스크막(3)은 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트를 상승시키는 요인이 되는 원소인 산소나 질소를 함유시키지 않고 Cr금속만으로 형성한 경우여도, RA/RE 비율을 3 이상으로 하는 것은 어렵다. 크롬계 재료에 규소를 함유시킴으로써 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트를 크게 저하시킬 수 있다. 또한, 규소를 함유시키는 것만큼 현저하지는 않지만, 크롬계 재료에 탄소를 함유시킴으로써, 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트는 저하시킬 수 있다. 이러한 것으로부터, 에칭 마스크막(3)은 크롬을 함유하고, 추가로 탄소 및 규소로부터 선택되는 적어도 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 대로, 에칭 마스크막(3)에 규소를 함유시킴으로써 발생하는, 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트의 저하 정도는 크다. 또한, 에칭 마스크막의 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트가 느려지는 것에 따라, 제1 패턴(광 반투과 패턴)을 가지는 레지스트막을 두껍게 할 필요가 생긴다. 이 점을 고려하면, 에칭 마스크막(3)에 함유시키는 규소의 함유량은, 적어도 10원자% 이하로 할 필요가 있고, 8원자% 이하이면 바람직하며, 6원자% 이하이면 보다 바람직하다. 또한, RA/RE 비율이 3 이상인 것을 확보하기 위해서는, 에칭 마스크막(3)에 규소를 1원자% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 마스크막(3)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 Si2p의 내로 스펙트럼이 98eV 이상 101eV 이하의 범위의 결합 에너지에서 최대 피크를 가지는 것이 바람직하다.
다른 한편, 규소를 함유시키는 것만큼 현저하지는 않지만, 크롬계 재료에 탄소를 함유시킴으로써, 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트는 저하한다. 에칭 마스크막(3)에 함유시키는 탄소의 함유량은, 적어도 10원자% 이하로 할 필요가 있고, 9원자% 이하이면 바람직하고, 8원자% 이하이면 보다 바람직하다. 또한, RA/RE 비율이 3 이상인 것을 확보하기 위해서는, 에칭 마스크막(3)에 탄소를 1원자% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 에칭 마스크막(3)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 C1s의 내로 스펙트럼이 282eV 이상 284eV 이하의 범위의 결합 에너지에서 최대 피크를 가지는 것이 바람직하다.
에칭 마스크막(3)은 차광막(4)과의 사이의 RA/RE 비를 높이는 관점에서, 그것을 형성하는 재료 중에 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트가 빠르게 되는 원소(산소, 질소 등)를 최대한 함유시키지 않는 것이 좋다. 에칭 마스크막(3)은 산소 및 질소의 합계 함유량이 5원자% 이하로 하는 것이 바람직하고, 3원자% 이하이면 보다 바람직하고, 1원자% 이하이면 보다 더 바람직하다. 또한, 에칭 마스크막(3)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 O1s의 내로 스펙트럼의 최대 피크가 검출 하한치 이하인 것이 바람직하다. 또한, 에칭 마스크막(3)은, X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 N1s의 내로 스펙트럼의 최대 피크가 검출 하한치 이하인 것이 바람직하다.
에칭 마스크막(3) 중의 산소 함유량을 적게 하는 것을 고려하면, 에칭 마스크막(3)을 스퍼터링법으로 성막할 때, 성막 가스 중의 반응성 가스에는 산소를 함유하지 않는 탄소 함유 가스(탄화수소계 가스, 예를 들면 CH4, C2H6, C2H4 등)를 첨가함으로써 에칭 마스크막(3) 중에 탄소를 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 크롬과 탄소를 함유하는 타겟을 이용하는 스퍼터링법으로 에칭 마스크막(3)을 성막 해도 된다.
에칭 마스크막(3)은 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 레이트가 크게 변화하지 않는 한, 상술한 것 이외의 원소(수소, 붕소 등)를 포함해도 된다. 또한, 에칭 마스크막(3)에는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 등의 희가스 원소를 함유하고 있어도 된다. 에칭 마스크막(3)에 적용하는데 바람직한 재료로서는, 예를 들면, CrSi, CrC를 들 수 있다.
상술한 대로, 에칭 마스크막(3)은 차광막(4)에 제2 패턴을 형성하는 드라이 에칭 전후에 있어서의 감막량은 5㎚미만인 것이 요구된다. 또한, 그 차광막(4)의 드라이 에칭으로 감막한 후의 에칭 마스크막(3)에는, 뒤에 상술하는 드라이 에칭으로 제1 패턴(광 반투과 패턴)이 형성된다. 그리고, 그 제1 패턴이 형성된 에칭 마스크막(3)은 광 반투과막(2)에 제1 패턴을 형성하는 드라이 에칭을 행할 때 에칭 마스크로서 기능할 필요가 있다. 광 반투과막(2)에 제1 패턴을 형성하는 드라이 에칭시에 마스크가 되는 막인 에칭 마스크막(3)에 형성되는 제1 패턴의 측벽 형상의 정밀도나 CD 정밀도에 대한 요구 레벨도 높다. 에칭 마스크막(3)이 에칭 마스크로서 충분히 기능하려면, 2㎚ 이상의 두께가 남아 있을 필요가 있다.
다른 한편, 제1 패턴을 레지스트막에 형성할 때에 행해지는 전자선 묘화시에는, 그 직하의 막인 에칭 마스크막(3)에 충분한 도전성이 있으면 바람직하다. 에칭 마스크막(3)에 도전성을 확보시키려면, 2㎚ 이상의 두께가 남아 있을 필요가 있다. 에칭 마스크막(3)을 형성하는 재료에도 의존하지만, 에칭 마스크막(3)의 두께는 14㎚ 이하인 것이 바람직하고, 12㎚ 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 에칭 마스크막(3)의 두께는 3㎚ 이상인 것이 바람직하고, 4㎚ 이상이면 보다 바람직하다.
투광성 기판(1)은 사용하는 노광 파장에 대해서 투광성을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서는 합성 석영 유리 기판, 그 외 각종 유리 기판(예를 들면, 소다 석회 유리, 규산 알루미늄 유리 등), 플루오린화칼슘 기판을 이용할 수 있다. 반도체 장치의 패턴을 미세화하는 데에 있어서는, 광 반투과막(2)에 형성되는 마스크 패턴의 미세화에 더하여, 반도체 장치 제조시의 포트리소그래피에서 사용되는 노광 광원 파장의 단파장화가 필요하게 된다. 반도체 장치 제조시의 노광 광원으로서는, 근년에는 KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚)로부터, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)로 단파장화가 진행되고 있다. 각종 유리 기판 중에서도 특히 합성 석영 유리 기판은, ArF 엑시머 레이저 또는 그것보다도 단파장의 영역에서 투광성이 높기 때문에, 고정밀의 전사 패턴 형성에 이용되는 본 발명의 마스크 블랭크의 기판으로서 적합하다.
광 반투과막(2)은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭이 가능한 재료로 형성된다. 광 반투과막(2)은 노광광을 소정의 투과율로 투과시키는 기능을 가지는 막이다. 광 반투과막(2)은 노광광에 대한 투과율이 1% 이상인 것이 바람직하다. 광 반투과막(2)은 하프톤형 위상 시프트 마스크에 이용되는 위상 시프트막이나 인핸서(enhancer)형 위상 시프트 마스크에 이용되는 광 반투과막인 것이 바람직하다.
하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 광 반투과막(위상 시프트막)(2)은, 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 광(예를 들면, 노광 파장에 대해서 1%~30%)을 투과시키는 것이며, 소정의 위상차(예를 들면 150도~180도)를 가지는 것이다. 이 광 반투과막(2)을 패터닝한 광 반투과부를 투과하는 광의 위상이, 광 반투과부가 형성되어 있지 않은 실질적으로 노광에 기여하는 강도의 광을 투과시키는 광 투과부를 투과하는 광의 위상에 대해서 실질적으로 반전한 관계가 된다. 이것에 의해, 광 반투과부와 광 투과부의 경계부 근방을 통과해 회절 현상에 의해서 서로 상대 영역에 돌아 들어간 2개의 광이 서로 상쇄되어, 경계부에 있어서의 광 강도가 거의 제로로 됨으로써 경계부의 콘트라스트 즉 해상도가 향상된다.
한편, 인핸서형 위상 시프트 마스크용 마스크 블랭크의 광 반투과막(2)은, 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 광(예를 들면, 노광 파장에 대해서 1%~30%)을 투과시키는 것이지만, 투과하는 노광광에 발생시키는 위상차가 작고(예를 들면, 위상차가 30도 이하. 바람직하게는 0도.), 이 점이, 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 광 반투과막(2)과는 다르다.
광 반투과막(2)은 규소를 함유하는 재료이면 되지만, 규소와 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 광 반투과막(2)은 규소, 천이금속 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 이 경우의 천이금속으로서는, 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 니켈(Ni), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 니오브(Nb) 및 팔라듐(Pd) 등 중 어느 하나 이상의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다. 광 반투과막(2)의 재료에는, 상기한 원소에 더하여, 산소(O), 탄소(C), 수소(H) 및 붕소(B) 등의 원소가 포함되어도 된다. 또한, 광 반투과막(2)의 재료에는, 헬륨(He), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 희가스 원소가 포함되어도 된다.
이들 재료는 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 빠르고, 광 반투과막(2)에 요구되는 제(諸)특성을 얻기 쉽다. 특히, 이들 재료는 광 반투과막을 투과하는 노광광의 위상을 엄밀하게 제어할 필요가 있는 위상 시프트막이나, 위상 지연막과 위상 진행막이 적층된 구조를 가지는 인핸서형 위상 시프트 마스크용 광 반투과막을 형성하는 재료로서 바람직하다. 광 반투과막(2)이 하프톤형 위상 시프트막이나 반투명 적층막인 경우, 막 중의 천이금속(M)의 함유량[원자%]을, 천이금속(M)과 규소(Si)의 합계 함유량[원자%]으로 나누어 산출한 백분율[%](M/(M+Si) 비율)이, 35% 이하인 것이 바람직하고, 25% 이하이면 보다 바람직하며, 20% 이하이면 보다 더 바람직하다. 천이금속은 규소에 비해 소쇠(消衰) 계수는 높지만, 굴절률도 높은 원소이다. 광 반투과막(2)을 형성하는 재료의 굴절률이 너무 높으면, 막 두께 변동에 의한 위상의 변화량이 크게 되어, 위상과 투과율 양방을 제어하는 것이 어렵게 된다.
광 반투과막(2)은 규소와 질소 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료(이하, 이들 재료를 총칭하여 「규소계 재료」라고 한다.)로 형성할 수 있다. 이 규소계 재료의 광 반투과막(2)은 ArF 노광광에 대한 내광성이 저하하는 요인이 될 수 있는 천이금속은 함유하지 않는다. 또한, 천이금속을 제외한 금속 원소에 대해서도, ArF 노광광에 대한 내광성이 저하하는 요인이 될 수 있는 가능성은 부정할 수 없기 때문에, 함유시키지 않는다. 규소계 재료의 광 반투과막(2)에는 어느 반금속 원소를 함유해도 된다. 이 반금속 원소 중에서도, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루르로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키면, 광 반투과막(2)을 스퍼터링법으로 성막할 때에 타겟으로서 이용하는 규소의 도전성을 높이는 것을 기대할 수 있기 때문에 바람직하다.
규소계 재료의 광 반투과막(2)에는, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 희가스 원소를 함유시켜도 된다. 규소계 재료의 광 반투과막(2)은 산소의 함유량을 10원자% 이하로 억제하는 것이 바람직하고, 5원자% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 적극적으로 산소를 함유시키지 않는(X선 광전자 분광법의 조성 분석의 결과가 검출 하한치 이하) 것이 보다 더 바람직하다. 규소계 재료에 산소를 함유시키면, 소쇠 계수(k)가 크게 저하하는 경향이 있어, 광 반투과막(2) 전체의 두께가 두껍게 되기 때문이다. 규소계 재료의 광 반투과막(2)은 산화를 피할 수 없는 표층(산화층)을 제외하고, 단층으로 구성해도 되고, 또한 복수층의 적층으로 구성해도 된다.
차광막(4)은 단층 구조, 2층 이상의 적층 구조 중 어느 형태를 취할 수도 있다. 본 발명의 마스크 블랭크로부터 제조되는 전사용 마스크는, 광 반투과막(2), 에칭 마스크막(3) 및 차광막(4)의 적층 구조로 차광대를 형성한다. 본 발명의 마스크 블랭크는 광 반투과막(2), 에칭 마스크막(3) 및 차광막(4)의 적층 구조에 있어서의 노광광에 대한 광학 농도(OD)가 적어도 2.0 보다 큰 것이 요구되고, 2.8 이상인 것이 좋고, 3.0 이상이면 바람직하다. 또한, 광 반투과막(2)은 용도에 따라 노광광에 대한 투과율이 미리 정해져 있기 때문에, 에칭 마스크막(3)과 차광막(4)의 광학 농도를 조정하게 된다.
투광성 기판(1) 상에, 광 반투과막(2), 에칭 마스크막(3) 및 차광막(4)을 성막하는 방법으로서는, 예를 들면 스패터 성막법을 바람직하게 들 수 있지만, 본 발명에서는 스패터 성막법으로 한정할 필요는 없다.
본 발명의 마스크 블랭크 및 전사용 마스크는, 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저, i선 광 등 모두 적용 가능하지만, 특히 ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하는 포트리소그래피에 적용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 실시 형태는 상기한 제1 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 광 반투과막(2)에 광 반투과 패턴이 형성되고, 에칭 마스크막(3)과 차광막(4)에 차광 패턴이 형성된 전사용 마스크나 그 전사용 마스크의 제조방법에 대해서도 제공하는 것이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 전사용 마스크의 제조공정을 나타내는 단면도이다. 도 3에 나타내는 제조공정에 따라서, 이 제1 실시 형태에 따른 전사용 마스크의 제조방법을 설명한다. 여기서 사용하는 마스크 블랭크(100)의 구성의 자세한 것은 상술했던 대로이다.
우선, 마스크 블랭크(100)의 차광막(4)의 표면에 접하여, 유기계 재료로 이루어지는 제1 레지스트막을 형성한다. 이 레지스트막에 대해서, 차광막(4)에 형성해야 할 원하는 차광대 패턴을 포함하는 제2 패턴을 패턴 묘화하고, 현상 처리를 행함으로써, 원하는 차광대 패턴을 포함하는 제2 패턴을 가지는 제1 레지스트막(레지스트 패턴)(5b)을 형성한다(도 3(A) 참조).
이 레지스트 패턴(5b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 차광막(4)에 대해서 행하여, 제2 패턴을 가지는 차광막(차광 패턴)(4b)을 형성한다(도 3(B) 참조). 이 차광막(4)에 대한 드라이 에칭에서는, 차광막(4)의 제거해야 할 영역 전체에 있어서, 차광막(4)의 하단까지 에칭이 도달할 필요가 있다. 이 때문에, 드라이 에칭에 의해서 최초로 차광막(4)의 어느 영역이 하단까지 도달한 단계에서는 드라이 에칭을 종료시키지 않고, 차광막(4)의 제거해야 할 영역 전체가 제거되도록 추가의 에칭(오버 에칭)을 행한다.
이때, 에칭 마스크막(3)도 표면으로부터 어느 정도 에칭되지만, 차광막(4)의 에칭 후의 에칭 마스크막(3)은 2㎚ 이상의 두께로 잔존한다. 그 후, 잔존하는 레지스트 패턴(5b)을 제거한다. 차광막(4)의 드라이 에칭에 이용하는 산소 함유 염소계 가스 중의 염소계 가스로서는, 예를 들면, Cl2, SiCl4, CHCl3, CH2Cl2, CCl4 및 BCl3 등을 들 수 있다. 또한, 후술하는 에칭 마스크막(3)의 드라이 에칭에 이용되는 산소 함유 염소계 가스에 관해서도 마찬가지이다.
다음으로, 에칭 마스크막(3) 및 차광 패턴(4b)의 표면에 접하여, 유기계 재료로 이루어지는 제2 레지스트막을 형성한다. 이 제2 레지스트막에 대해서, 광 반투과막(2)에 형성해야 할 원하는 광 반투과 패턴(전사 패턴)을 포함하는 제1 패턴을 패턴 묘화하고, 현상 처리를 행함으로써, 원하는 광 반투과 패턴을 포함하는 제1 패턴을 가지는 제2 레지스트막(레지스트 패턴)(6a)을 형성한다(도 3(C) 참조).
이 레지스트 패턴(6a)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(3)에 대해서 행하여, 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막(3a)을 형성한다(도 3(D) 참조). 그 후, 잔존하는 레지스트 패턴(6a)을 제거한다.
제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막(3a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 광 반투과막(2)에 대해서 행하여, 제1 패턴을 가지는 광 반투과막(광 반투과 패턴)(2a)을 형성한다(도 3(E) 참조). 이 드라이 에칭에서 이용되는 불소계 가스로서, 예를 들면, SF6, CHF3, CF4, C2F6, C4F8 등의 에칭 가스를 이용한다. 또한, 본 발명에 있어서의 불소계 가스는, 상기에 열거되어 있는 불소를 함유하는 가스와 헬륨이나 산소 등의 가스의 혼합 가스도 포함된다. 또한, 탄소를 함유하지 않는 불소계 가스(SF6)는, 규소를 함유하는 재료로 이루어지는 광 반투과막(2)과 투광성 기판(1)의 사이에서 에칭 선택성을 비교적 얻기 쉽기 때문에, 광 반투과막(2)을 에칭할 때의 에칭 가스로서 적합하다.
다음으로, 제1 레지스트막의 경우와 같은 절차에 따라, 차광 패턴(4b)에 접하여, 유기계 재료로 이루어지며, 제2 패턴을 가지는 제3 레지스트막(레지스트 패턴)(7b)을 형성한다(도 3(F) 참조).
이 레지스트 패턴(7b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막(3a)에 대해서 행하여, 제2 패턴을 가지는 에칭 마스크막(3b)을 형성한다(도 3(G) 참조). 그 후, 잔존하는 레지스트 패턴(7b)을 제거하고, 소정의 세정을 실시함으로써, 전사용 마스크(200)가 얻어진다(도 3(H) 참조).
이 전사용 마스크(200)는 광 반투과막(2)에 형성해야 할 전사 패턴을 포함하는 패턴을 가지는 제2 레지스트막(6a)을 마스크로 하는 드라이 에칭을 에칭 마스크막(3)에 대해서 직접 행하기 때문에, 에칭 마스크막(3a)에서 나타나는 전사 패턴을 포함하는 제1 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 고정밀도로 형성된 전사 패턴을 포함하는 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막(3a)을 마스크로 하여, 광 반투과막(2)에 대해서 드라이 에칭을 행하기 때문에, 광 반투과막(2)에 광 반투과 패턴(2a)을 높은 정밀도로 형성할 수 있다.
본 발명은 상기한 제1 실시 형태에 따른 전사용 마스크(200)를 이용하는 반도체 디바이스의 제조방법에 대해서도 제공하는 것이기도 하다. 본 발명의 전사용 마스크(200)는 미세한 전사 패턴이 고정밀도로 형성되어 있기 때문에, 이 전사용 마스크(200)를 이용하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족하는 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태를 상술한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 4에 나타내는 본 발명의 마스크 블랭크(110)는, 투광성 기판(1) 상에, 에칭 마스크막(13), 차광막(14)이 순서대로 적층된 구조를 구비한다. 도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전사용 마스크(크롬리스 위상 시프트 마스크)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 5에 나타내는 본 발명의 전사용 마스크(210)는, 투광성 기판(1)에 그 표면으로부터 소정의 깊이로 파 들어간 굴입 패턴(전사 패턴(18))을 포함하는 제3 패턴을 가지고, 또한 그 투광성 기판(1) 상에, 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴이 형성된 에칭 마스크막(에칭 마스크 패턴)(13b)과, 제4 패턴이 형성된 차광막(차광 패턴)(14b)이 순서대로 적층된 구조를 가지고 있다.
전사용 마스크(210)는 투광성 기판(1)에 마련된 굴입 패턴의 파 들어가 있는 부분인 굴입부(1a)를 투과하는 노광광과, 파 들어가지 않은 부분인 비굴입부를 투과하는 노광광의 사이에서, 소정의 위상차(150도~190도)를 가지게 되어 있다. 또한, 굴입부(1a)에 있어서의 소정의 굴입 깊이는, 상기 소정의 위상차가 얻어지도록 설정된다. 예를 들어, 노광광에 ArF 엑시머 레이저가 적용되는 전사용 마스크의 경우, 소정의 굴입 깊이가 144㎚~183㎚인 것이 바람직하다.
이 제2 실시 형태에 있어서의 에칭 마스크막(13)은, 두께에 관한 사항 이외에 대해서는, 제1 실시 형태에 있어서의 에칭 마스크막(3)의 경우와 마찬가지이다. 또한, 이 제2 실시 형태에 있어서의 차광막(14)은, 에칭 마스크막(13)과의 적층 구조에서 요구되는 노광광에 대한 광학 농도(OD)에 관한 사항과 차광막(14)의 두께에 관한 사항 이외에 대해서는, 제1 실시 형태에 있어서의 차광막(4)의 경우와 마찬가지이다. 제2 실시 형태에 있어서의 투광성 기판(1)은, 제1 실시 형태에 있어서의 투광성 기판(1)의 경우와 마찬가지이다.
에칭 마스크막(13)은 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 투광성 기판(1)에 상기 소정의 굴입 깊이의 굴입부(1a)가 형성될 때까지 동안, 에칭 마스크로서 기능할 필요가 있다. 이 때문에, 차광막(14)에 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴이 형성된 후이며, 굴입부(1a)를 형성하는 드라이 에칭을 행하기 전의 단계에서, 에칭 마스크막(13)은 적어도 4㎚ 이상의 두께로 남아 있을 필요가 있다. 이러한 것을 고려하면, 에칭 마스크막(13)을 형성하는 재료에도 의존하지만, 에칭 마스크막(13)의 두께는 15㎚ 이하인 것이 바람직하고, 13㎚ 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 에칭 마스크막(13)의 두께는 5㎚ 이상인 것이 바람직하고, 6㎚ 이상이면 보다 바람직하다.
이 제2 실시 형태의 차광막(14)은 전사용 마스크(210)를 제조했을 때, 에칭 마스크막(13)과의 적층 구조만으로 차광대를 형성한다. 이 때문에, 차광막(14)은 에칭 마스크막(13)과의 적층 구조에서의 노광광에 대한 광학 농도(OD)가 2.0 보다 큰 것이 적어도 요구되며, 2.8 이상인 것이 좋고, 3.0 이상이면 바람직하다. 차광막(14)은 제1 실시 형태의 차광막(4)보다도 요구되는 광학 농도가 높다. 이 때문에, 차광막(14)은 두께 80㎚ 이하인 것이 바람직하고, 75㎚ 이하이면 보다 바람직하다. 다른 한편, 차광막(14)은 두께가 40㎚ 이상인 것이 바람직하고, 45㎚ 이상이면 보다 바람직하다.
본 발명의 제2 실시 형태는, 상기한 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 투광성 기판(1)에 굴입 패턴으로 이루어지는 전사 패턴을 포함하는 제3 패턴이 형성되고, 에칭 마스크막(13)과 차광막(14)에 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴이 형성된 전사용 마스크나 그 전사용 마스크의 제조방법에 대해서도 제공하는 것이다. 도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전사용 마스크의 제조공정을 나타내는 단면도이다. 도 6에 나타내는 제조공정에 따라서, 이 제2 실시 형태에 따른 전사용 마스크의 제조방법을 설명한다. 여기서 사용하는 마스크 블랭크(110)의 구성의 자세한 것은 상술했던 대로이다.
우선, 마스크 블랭크(110)의 차광막(14)의 표면에 접하여, 유기계 재료로 이루어지는 제4 레지스트막을 형성한다. 이 제4 레지스트막에 대해서, 차광막(14)에 형성해야 할 원하는 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴을 패턴 묘화하고, 현상 처리를 행함으로써, 원하는 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴을 가지는 제4 레지스트막(레지스트 패턴)(15b)을 형성한다(도 6(A) 참조).
이 레지스트 패턴(15b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 차광막(14)에 대해서 행하여, 제4 패턴을 가지는 차광막(차광 패턴)(14b)을 형성한다(도 6(B) 참조). 이 차광막(14)에 대한 드라이 에칭에서는, 차광막(4)의 제거해야 할 영역 전체에 있어서, 차광막(14)의 하단까지 에칭이 도달할 필요가 있다. 이 때문에, 드라이 에칭에 의해서 최초로 차광막(14)의 어느 영역이 하단까지 도달한 단계에서는 드라이 에칭을 종료시키지 않고, 차광막(14)의 제거해야 할 영역 전체에서 제거되도록 추가의 에칭(오버 에칭)을 행한다.
이때, 에칭 마스크막(13)도 표면으로부터 어느 정도 에칭되지만, 차광막(14)의 에칭 후의 에칭 마스크막(13)은 4㎚ 이상의 두께로 잔존한다. 그 후, 잔존하는 레지스트 패턴(15b)을 제거한다.
다음으로, 투광성 기판(1), 에칭 마스크막(13) 및 제4 패턴을 가지는 차광막(차광 패턴)(14b)의 표면에 접하여, 유기계 재료로 이루어지는 제5 레지스트막을 형성한다. 이 제5 레지스트막에 대해서, 투광성 기판(1)에 형성해야 할 원하는 굴입 패턴(전사 패턴)을 포함하는 제3 패턴을 패턴 묘화하고, 현상 처리를 행함으로써, 원하는 전사 패턴을 포함하는 제3 패턴을 가지는 제5 레지스트막(레지스트 패턴)(16a)을 형성한다(도 6(C) 참조).
이 레지스트 패턴(16a)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(13)에 대해서 행하여, 제3 패턴을 가지는 에칭 마스크막(13a)을 형성한다(도 6(D) 참조). 그 후, 잔존하는 레지스트 패턴(16a)을 제거한다.
제3 패턴을 가지는 에칭 마스크막(13a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 투광성 기판(1)에 대해서 행하여, 그 표면으로부터 소정의 깊이로 파 들어간 굴입 패턴(전사 패턴(18))을 포함하는 제3 패턴을 투광성 기판(1)에 형성한다(도 6(E) 참조).
다음으로, 제4 레지스트막의 경우와 같은 절차에 따라, 차광막(14b)에 접하여, 유기계 재료로 이루어지며, 제4 패턴을 가지는 제6 레지스트막(레지스트 패턴)(17b)을 형성한다(도 6(F) 참조).
이 레지스트 패턴(17b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(13a)에 대해서 행하여, 제4 패턴을 가지는 에칭 마스크막(13b)을 형성한다(도 6(G) 참조). 그 후, 잔존하는 레지스트 패턴(17b)을 제거하고, 소정의 세정을 실시함으로써, 전사용 마스크(210)가 얻어진다(도 6(H) 참조).
차광막(14) 및 에칭 마스크막(13)의 드라이 에칭에 이용하는 산소 함유 염소계 가스에 관해서는, 제1 실시 형태의 전사용 마스크의 제조방법의 경우와 마찬가지이다. 또한, 이 제2 실시 형태의 전사용 마스크의 제조방법의 드라이 에칭에서 이용되는 불소계 가스에는, 탄소를 함유하는 불소계 가스(CF4, CHF3, C2F6, C4F8 등)가 적용된다. 또한, 이 불소계 가스에 헬륨이나 산소 등의 가스를 혼합시킨 가스 등도 적용 가능하다.
이 전사용 마스크(210)는 투광성 기판(1)에 형성해야 할 원하는 굴입 패턴(전사 패턴(18))을 포함하는 제3 패턴을 가지는 제5 레지스트막을 마스크로 하는 드라이 에칭을 에칭 마스크막(13)에 대해서 직접 행하기 때문에, 에칭 마스크막(13)에 전사 패턴을 포함하는 제3 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 고정밀도로 형성된 전사 패턴을 포함하는 제3 패턴을 가지는 에칭 마스크막(13a)을 마스크로 하여, 투광성 기판(1)에 대해서 드라이 에칭을 행하기 때문에, 투광성 기판(1)에 굴입 패턴(전사 패턴(18))을 높은 정밀도로 형성할 수 있다.
본 발명은 상기한 제2 실시 형태에 따른 전사용 마스크(210)를 이용하는 반도체 디바이스의 제조방법에 대해서도 제공하는 것이기도 하다. 본 발명의 전사용 마스크(210)는 미세한 전사 패턴이 고정밀도로 형성되어 있기 때문에, 이 전사용 마스크(210)를 이용하여 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족하는 정밀도로 패턴을 형성할 수 있다.
한편, 상기 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(110)의 다른 실시 형태로서, 투광성 기판(1)과 에칭 마스크막(13)의 사이에, 에칭 스토퍼막 및 위상 시프트막을 마련한 구성의 마스크 블랭크를 들 수 있다. 이 다른 실시 형태의 마스크 블랭크의 위상 시프트막은, 규소 및 산소를 함유하고, 노광광에 대해서 투명한 재료로 형성된다. 또한, 이 위상 시프트막은 노광광에 대한 투과율이 95% 이상(바람직하게는 96% 이상, 보다 바람직하게는 97% 이상.)으로 투과시키는 기능과, 이 위상 시프트막을 투과한 노광광에 대해서 위상 시프트막의 두께와 같은 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광과의 사이에서 150도 이상 190도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 구비한다.
이 다른 실시 형태의 에칭 스토퍼막은, 상기한 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성할 때에 행해지는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대해서 위상 시프트막과의 사이에서 충분한 에칭 선택성을 가지는 재료로 형성된다. 이 에칭 스토퍼막은 노광광의 투과율이 높고, 위상 시프트막과의 사이에서 높은 에칭 선택성을 가지는 것이 바람직하다. 에칭 스토퍼막을 형성하는 재료로서는, 알루미늄과 산소를 함유하는 재료, 알루미늄과 규소와 산소를 함유하는 재료, 하프늄과 산소를 함유하는 재료 등을 들 수 있다. 그 외, 투광성 기판, 에칭 마스크막, 차광막에 관한 사항에 대해서는, 상기한 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 경우와 마찬가지이다.
이 다른 실시 형태의 마스크 블랭크는, 투광성 기판 상에, 에칭 스토퍼막, 위상 시프트막, 에칭 마스크막 및 차광막이 이 순서대로 적층된 구조를 가지는 것으로서, 위상 시프트막은 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고, 에칭 스토퍼막은 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭으로 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성할 때에, 위상 시프트막과의 사이에서 에칭 선택성을 가지는 재료로 이루어지고, 에칭 마스크막은 크롬을 함유하는 재료로 이루어지며, 차광막은 크롬 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 마스크막의 에칭 레이트에 대한 차광막의 에칭 레이트의 비율이 3 이상 12 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.
이 다른 실시 형태의 마스크 블랭크로부터 전사용 마스크를 제조하는 경우, 위상 시프트막에 미세한 전사 패턴이 형성된다. 위상 시프트막과 투광성 기판의 사이에 에칭 스토퍼막이 마련되어 있기 때문에, 제2 실시 형태의 전사용 마스크(210)에 있어서 투광성 기판(1)을 에칭으로 파 들어가 전사 패턴(18)을 형성하는 경우에 비해, 위상성 제어성이 뛰어나다.
또한, 이 다른 실시 형태의 전사용 마스크는, 상기한 다른 실시 형태의 마스크 블랭크의 위상 시프트막에 전사 패턴을 포함하는 제5 패턴이 형성되고, 에칭 마스크막 및 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 제6 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 이 다른 실시 형태의 전사용 마스크의 제조방법은, 상기한 다른 실시 형태의 마스크 블랭크를 이용하는 것으로서, 전사용 마스크는 위상 시프트막에 전사 패턴을 포함하는 제5 패턴을 가지고, 에칭 마스크막 및 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 제6 패턴을 가지는 것이며, 차광막 상에 형성된 제6 패턴을 가지는 제7 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 차광막에 제6 패턴을 형성하는 공정과, 에칭 마스크막 상 및 차광막 상에 형성된 제5 패턴을 가지는 제8 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 에칭 마스크막에 제5 패턴을 형성하는 공정과, 제5 패턴을 가지는 에칭 마스크막을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 위상 시프트막에 제5 패턴을 형성하는 공정과, 차광막 상에 형성된 제6 패턴을 가지는 제9 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 에칭 마스크막에 제6 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.
실시예
이하, 실시예에 의해, 본 발명의 실시 형태를 더 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
주표면의 치수가 약 152㎜×약 152㎜이고, 두께가 약 6.35㎜의 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(1)을 준비했다. 이 투광성 기판(1)은 단면 및 주표면을 소정의 표면 거칠기(자승 평균 평방근 거칠기(Rq)로 0.2㎚ 이하)로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이었다.
다음으로, 매엽식 DC 스패터장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타겟(Mo:Si=12원자%:88원자%)을 이용하여, 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 상에, 몰리브덴, 규소 및 질소로 이루어지는 광 반투과막(2)(MoSiN막 Mo:12원자%, Si:39원자%, N:49원자%)을 69㎚의 막 두께로 형성했다. 또한, MoSiN막의 조성은, 오제 전자분광분석(AES)에 의해 얻어진 결과이다.
다음으로, 상기 MoSiN막(광 반투과막(2))이 형성된 투광성 기판(1)에 대해서, 광 반투과막(2)의 표층에 산화층을 형성하는 처리를 실시했다. 구체적으로는, 가열로(전기로)를 이용하여, 대기 중에서 가열 온도를 450℃, 가열 시간을 1시간으로 하여, 가열 처리를 행했다. 가열 처리 후의 광 반투과막(2)을 오제 전자분광분석(AES)으로 분석한 바, 광 반투과막(2)의 표면으로부터 약 1.5㎚정도의 두께로 산화층이 형성되어 있는 것이 확인되고, 그 산화층의 산소 함유량은 42원자%였다. 가열 처리 후의 MoSiN막(광 반투과막(2))에 대해, 위상 시프트량 측정장치로 ArF 엑시머 레이저 광의 파장(약 193㎚)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한 바, 투과율은 6.07%, 위상차가 177.3도였다.
다음으로, 매엽식 DC 스패터장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하여, 아르곤(Ar) 및 메탄(CH4)의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 광 반투과막(2)의 표면에 접하여, 크롬 및 탄소로 이루어지는 에칭 마스크막(3)(CrC막 Cr:95원자%, C:5원자%)을 6㎚의 막 두께로 형성했다. 또한, 이 에칭 마스크막(3)과 후술하는 차광막(4)의 각 막 조성은, X선 광전자 분광분석법(ESCA, RBS 보정 있음)에 따라 취득된 것이다.
이 에칭 마스크막(3)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 C1s의 내로 스펙트럼이 282eV 이상 284eV 이하의 범위의 결합 에너지에서 최대 피크를 가지고 있었다. 또한, 이 에칭 마스크막(3)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 O1s 및 N1s의 내로 스펙트럼의 최대 피크가 모두 검출 하한치 이하였다.
다음으로, 매엽식 DC 스패터장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하여, 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 에칭 마스크막(3)의 표면에 접하여, 크롬, 산소 및 탄소로 이루어지는 차광막(4)(CrOC막 Cr:56원자%, O:29원자%, C:15원자%)을 43㎚의 막 두께로 형성했다. 또한 소정의 세정 처리를 실시하여, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 얻었다.
[전사용 마스크의 제조]
다음으로, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 이하의 절차로 실시예 1의 전사용 마스크(200)를 제작했다. 최초로, 스핀 도포법에 따라 차광막(4)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제1 레지스트막을 막 두께 100㎚로 형성했다. 다음으로, 제1 레지스트막에 대해서, 차광대 패턴을 포함하는 제2 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여, 제2 패턴을 가지는 제1 레지스트막(레지스트 패턴)(5b)을 형성했다(도 3(A) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(5b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 차광막(4)에 대해서 행하여, 제2 패턴을 가지는 차광막(차광 패턴)(4b)을 형성했다(도 3(B) 참조). 이 차광막(4)에 대한 드라이 에칭은 드라이 에칭의 개시부터 최초로 차광막(4)의 어느 영역이 하단까지 도달한 단계까지의 시간(저스트 에칭 타임(just etching time))에, 그 저스트 에칭 타임의 30%의 시간을 더한 시간만큼 행했다. 그 후, 레지스트 패턴(5b)을 제거했다. 이때, 차광막(4)이 제거되는 영역의 에칭 마스크막(3)도 표면으로부터 에칭되고 있었다.
차광막(4)의 에칭 후에 있어서의 에칭 마스크막(3)은, 면내에서의 가장 얇게 되어 있는 영역(최고 에칭된 영역)에서 2.6㎚의 두께로 잔존시킬 수 있었다. 또한, 이 에칭 마스크막(3)의 면내에 있어서의 막 두께 분포의 차는, 최대 3.4㎚이며, 5㎚미만의 범위에 들어가 있었다. 또한, 이 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 마스크막(3)의 에칭 레이트에 대한 차광막(4)의 에칭 레이트의 비율은 3.6으로서, 3 이상 12 이하의 범위 내에 있었다.
다음으로, 스핀 도포법에 따라 에칭 마스크막(3)과 차광막(4b)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제2 레지스트막을 막 두께 80㎚로 형성했다. 다음으로, 제2 레지스트막에 대해서, 광 반투과막(2)에 형성해야 할 광 반투과 패턴(전사 패턴)을 포함하는 제1 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여, 제1 패턴을 가지는 제2 레지스트막(레지스트 패턴)(6a)을 형성했다(도 3(C) 참조). 이 제1 패턴은 전사 패턴 형성 영역(132㎜×104㎜의 내측 영역)에 광 반투과막(2)에 형성해야 할 DRAM hp32㎚ 세대의 전사 패턴(선폭 40㎚의 SRAF를 포함한 미세 패턴)이 배치된 것이었다.
다음으로, 레지스트 패턴(6a)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(3)에 대해서 행하여, 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막(3a)을 형성했다(도 3(D) 참조). 에칭 마스크막(3a)을 형성 후에 잔존하고 있는 레지스트 패턴(6a)의 두께를 측정한 바, 31㎚로서, 20㎚ 이상의 두께로 잔존시킬 수 있었다. 그 후, 레지스트 패턴(6a)을 제거했다.
다음으로, 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막(3a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스(SF6+He)를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 제1 패턴을 가지는 광 반투과막(광 반투과 패턴)(2a)을 형성했다. (도 3(E) 참조).
다음으로, 스핀 도포법에 따라 투광성 기판(1), 광 반투과막(2a), 에칭 마스크막(3a) 및 차광막(4b)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제3 레지스트막을 막 두께 80㎚로 형성했다. 다음으로, 제3 레지스트막에 대해서, 차광대 패턴을 포함하는 제2 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여, 제2 패턴을 가지는 제3 레지스트막(레지스트 패턴)(7b)을 형성했다(도 3(F) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(7b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(3a)에 대해서 행하여, 제2 패턴을 가지는 에칭 마스크막(3b)을 형성했다(도 3(G) 참조). 그 후, 잔존하는 레지스트 패턴(7b)을 제거하여, 소정의 세정을 실시함으로써, 전사용 마스크(200)가 얻어졌다(도 3(H) 참조).
[패턴 전사 성능의 평가]
제작한 실시예 1의 전사용 마스크(200)에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사제)을 이용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사 이미지의 시뮬레이션을 행했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 이미지를 검증한 바, 패턴의 단락이나 단선은 없고, 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 1의 전사용 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하여, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성 가능하다고 할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 2의 마스크 블랭크(100)는 에칭 마스크막(3)을 CrSi로 형성한 것 이외는, 실시예 1과 같은 절차로 제조했다. 구체적으로는, 에칭 마스크막(3)은 매엽식 DC 스패터장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr)과 규소(Si)의 혼합 타겟(Cr:Si=97원자%:3원자%)을 이용하여, 아르곤(Ar) 가스 분위기에서의 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 광 반투과막(2)의 표면에 접하여, 크롬 및 규소로 이루어지는 에칭 마스크막(3)(CrSi막)을 4㎚의 막 두께로 형성했다.
이 에칭 마스크막(3)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 Si2p의 내로 스펙트럼이 98eV 이상 101eV 이하의 범위의 결합 에너지에서 최대 피크를 가지고 있었다. 또한, 이 에칭 마스크막(3)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 O1s 및 N1s의 내로 스펙트럼의 최대 피크가 모두 검출 하한치 이하였다.
[전사용 마스크의 제조]
다음으로, 실시예 2의 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 실시예 1의 경우와 같은 절차로 실시예 2의 전사용 마스크(200)를 제작했다. 이 실시예 2에 있어서의 전사용 마스크(200)의 제작에 있어서도, 레지스트 패턴(5b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 차광막(4)에 대해서 행하여, 제2 패턴을 가지는 차광막(차광 패턴)(4b)을 형성하고 있다.
이 공정에 의해서, 차광막(4)이 제거되는 영역의 에칭 마스크막(3)이 표면으로부터 에칭되어 있었다. 차광막(4)의 에칭 후에 있어서의 실시예 2의 에칭 마스크막(3)은, 면내에서의 가장 얇게 되어 있는 영역(최고 에칭된 영역)에서 2.0㎚의 두께로 잔존시킬 수 있었다. 또한, 이 에칭 마스크막(3)의 면내에 있어서의 막 두께 분포의 차는, 최대 2.0㎚로서, 5㎚미만의 범위에 들어가 있었다. 또한, 이 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 마스크막(3)의 에칭 레이트에 대한 차광막(4)의 에칭 레이트의 비율은 6.5로서, 3 이상 12 이하의 범위내에 있었다.
또한, 이 실시예 2에 있어서의 전사용 마스크(200)의 제작에 있어서도, 레지스트 패턴(6a)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(3)에 대해서 행하여, 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막(3a)을 형성하는 공정을 행하고 있다. 이때, 에칭 마스크막(3a)을 형성 후에 잔존하고 있는 레지스트 패턴(6a)의 두께를 측정한 바, 24㎚로서, 20㎚ 이상의 두께로 잔존시킬 수 있었다.
[패턴 전사 성능의 평가]
제작한 실시예 2의 전사용 마스크(200)에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사제)을 이용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사 이미지의 시뮬레이션을 행했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 이미지를 검증한 바, 패턴의 단락이나 단선은 없고, 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 2의 전사용 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하여, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성 가능하다고 할 수 있다.
(실시예 3)
실시예 1의 경우와 마찬가지로 투광성 기판(1)을 준비했다. 다음으로, 매엽식 DC 스패터장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하여, 아르곤(Ar) 및 메탄(CH4)의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1)의 표면에 접하여, 크롬 및 탄소로 이루어지는 에칭 마스크막(13)(CrC막 Cr:95원자%, C:5원자%)을 8㎚의 막 두께로 형성했다. 또한, 이 에칭 마스크막(13)과 후술하는 차광막(14)의 각 막 조성은, X선 광전자 분광분석법(ESCA, RBS 보정 있음)에 따라 취득된 것이다.
이 에칭 마스크막(13)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 C1s의 내로 스펙트럼이 282eV 이상 284eV 이하의 범위의 결합 에너지에서 최대 피크를 가지고 있었다. 또한, 이 에칭 마스크막(13)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 O1s 및 N1s의 내로 스펙트럼의 최대 피크가 모두 검출 하한치 이하였다.
다음으로, 매엽식 DC 스패터장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하여, 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 에칭 마스크막(13)의 표면에 접하여, 크롬, 산소 및 탄소로 이루어지는 차광막(14)(CrOC막 Cr:56원자%, O:29원자%, C:15원자%)을 71㎚의 막 두께로 형성했다. 또한 소정의 세정 처리를 실시하여, 실시예 3의 마스크 블랭크(110)를 얻었다.
[전사용 마스크의 제조]
다음으로, 실시예 3의 마스크 블랭크(110)를 이용하여, 이하의 절차로 실시예 3의 전사용 마스크(210)를 제작했다. 최초로, 스핀 도포법에 따라 차광막(14)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제4 레지스트막을 막 두께 100㎚로 형성했다. 다음으로, 제4 레지스트막에 대해서, 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여, 제4 패턴을 가지는 제4 레지스트막(레지스트 패턴)(15b)을 형성했다(도 6(A) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(15b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 차광막(14)에 대해서 행하여, 제4 패턴을 가지는 차광막(차광 패턴)(14b)을 형성했다(도 6(B) 참조). 이 차광막(14)에 대한 드라이 에칭은 드라이 에칭의 개시부터 최초로 차광막(14)의 어느 영역이 하단까지 도달한 단계까지의 시간(저스트 에칭 타임)에, 그 저스트 에칭 타임의 20%의 시간을 더한 시간만큼 행했다. 그 후, 레지스트 패턴(15b)을 제거했다. 이때, 차광막(14)이 제거되는 영역의 에칭 마스크막(13)도 표면으로부터 에칭되고 있었다.
차광막(14)의 에칭 후에 있어서의 에칭 마스크막(13)은, 면내에서의 가장 얇게 되어 있는 영역(최고 에칭된 영역)에서 4.0㎚의 두께로 잔존시킬 수 있었다. 또한, 이 에칭 마스크막(13)의 면내에 있어서의 막 두께 분포의 차는, 최대 4.0㎚로서, 5㎚미만의 범위에 들어가 있었다. 또한, 이 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 마스크막(13)의 에칭 레이트에 대한 차광막(14)의 에칭 레이트의 비율은 3.6으로, 3 이상 12 이하의 범위 내에 있었다.
다음으로, 스핀 도포법에 따라 에칭 마스크막(13)과 차광막(14b)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제5 레지스트막을 막 두께 80㎚로 형성했다. 다음으로, 제5 레지스트막에 대해서, 투광성 기판(1)에 형성해야 할 굴입 패턴(전사 패턴)을 포함하는 제3 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여, 제3 패턴을 가지는 제5 레지스트막(레지스트 패턴)(16a)을 형성했다(도 6(C) 참조). 이 제3 패턴은 전사 패턴 형성 영역(132㎜×104㎜의 내측 영역)에 투광성 기판에 형성해야 할 DRAM hp22㎚ 세대의 전사 패턴이 배치된 것이었다.
다음으로, 레지스트 패턴(16a)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(13)에 대해서 행하여, 제3 패턴을 가지는 에칭 마스크막(13a)을 형성했다(도 6(D) 참조). 에칭 마스크막(13a)을 형성 후에 잔존하고 있는 레지스트 패턴(16a)의 두께를 측정한 바, 27㎚로서, 20㎚ 이상의 두께로 잔존시킬 수 있었다. 그 후, 레지스트 패턴(16a)을 제거했다.
다음으로, 제3 패턴을 가지는 에칭 마스크막(13a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스(CF4+He)를 이용한 드라이 에칭을 행하여, 투광성 기판(1)의 표면으로부터 173㎚의 깊이로 파 들어간 굴입 패턴(전사 패턴(18))을 포함하는 제3 패턴을 투광성 기판(1)에 형성했다(도 6(E) 참조).
다음으로, 스핀 도포법에 따라 투광성 기판(1), 에칭 마스크막(13a) 및 차광막(14b)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제6 레지스트막을 막 두께 80㎚로 형성했다. 다음으로, 제6 레지스트막에 대해서, 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여, 제4 패턴을 가지는 제6 레지스트막(레지스트 패턴)(17b)을 형성했다(도 6(F) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(17b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(13a)에 대해서 행하여, 제4 패턴을 가지는 에칭 마스크막(13b)을 형성했다(도 6(G) 참조). 그 후, 잔존하는 레지스트 패턴(17b)을 제거하여, 소정의 세정을 실시함으로써, 전사용 마스크(210)가 얻어졌다(도 6(H) 참조).
[패턴 전사 성능의 평가]
제작한 실시예 3의 전사용 마스크(210)에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사제)을 이용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사 이미지의 시뮬레이션을 행했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 이미지를 검증한 바, 패턴의 단락이나 단선은 없고, 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 3의 전사용 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하여, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성 가능하다고 할 수 있다.
(실시예 4)
실시예 4의 마스크 블랭크(110)는 에칭 마스크막(13)을 CrSi로 형성한 것 이외는, 실시예 3과 같은 절차로 제조했다. 구체적으로는, 에칭 마스크막(13)은 매엽식 DC 스패터장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr)과 규소(Si)의 혼합 타겟(Cr:Si=97원자%:3원자%)을 이용하여, 아르곤(Ar) 가스 분위기에서의 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1)의 표면에 접하여, 크롬 및 규소로 이루어지는 에칭 마스크막(13)(CrSi막)을 7㎚의 막 두께로 형성했다.
이 에칭 마스크막(13)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 Si2p의 내로 스펙트럼이 98eV 이상 101eV 이하의 범위의 결합 에너지에서 최대 피크를 가지고 있었다. 또한, 이 에칭 마스크막(13)은 X선 광전자 분광법으로 분석하여 얻어지는 O1s 및 N1s의 내로 스펙트럼의 최대 피크가 모두 검출 하한치 이하였다.
[전사용 마스크의 제조]
다음으로, 실시예 4의 마스크 블랭크(110)를 이용하여, 실시예 3의 경우와 같은 절차로 실시예 4의 전사용 마스크(210)를 제작했다. 이 실시예 4에 있어서의 전사용 마스크(210)의 제작에 있어서도, 레지스트 패턴(15b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 차광막(14)에 대해서 행하여, 제4 패턴을 가지는 차광막(차광 패턴)(14b)을 형성하고 있다.
이 공정에 의해서, 차광막(14)이 제거되는 영역의 에칭 마스크막(13)이 표면으로부터 에칭되어 있었다. 차광막(14)의 에칭 후에 있어서의 실시예 4의 에칭 마스크막(13)은 면내에서의 가장 얇게 되어 있는 영역(최고 에칭된 영역)에서 4.8㎚의 두께로 잔존시킬 수 있었다. 또한, 이 에칭 마스크막(13)의 면내에 있어서의 막 두께 분포의 차는, 최대 2.2㎚로서, 5㎚ 미만의 범위에 들어가 있었다. 또한, 이 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 마스크막(13)의 에칭 레이트에 대한 차광막(14)의 에칭 레이트의 비율은 6.5로서, 3 이상 12 이하의 범위 내에 있었다.
또한, 이 실시예 4에 있어서의 전사용 마스크(210)의 제작에 있어서도, 레지스트 패턴(16a)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(13)에 대해서 행하여, 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막(13a)을 형성하는 공정을 행하고 있다. 이때, 에칭 마스크막(13a)을 형성 후에 잔존하고 있는 레지스트 패턴(16a)의 두께를 측정한 바, 23㎚로서, 20㎚ 이상의 두께로 잔존시킬 수 있었다.
[패턴 전사 성능의 평가]
제작한 실시예 4의 전사용 마스크(210)에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사제)을 이용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사 이미지의 시뮬레이션을 행했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 이미지를 검증한 바, 패턴의 단락이나 단선은 없고, 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 4의 전사용 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하여, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성 가능하다고 할 수 있다.
(비교예 1)
비교예 1의 마스크 블랭크(100)는 에칭 마스크막(3)을 Cr금속으로 형성한 것 이외는, 실시예 1과 같은 절차로 제조했다. 구체적으로는, 에칭 마스크막(3)은 매엽식 DC 스패터장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하여, 아르곤(Ar) 가스 분위기에서의 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 광 반투과막(2)의 표면에 접하여, 크롬으로 이루어지는 에칭 마스크막(3)(Cr막)을 8㎚의 막 두께로 형성했다.
[전사용 마스크의 제조]
다음으로, 비교예 1의 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 실시예 1의 경우와 같은 절차로 비교예 1의 전사용 마스크(200)를 제작했다. 이 비교예 1에 있어서의 전사용 마스크(200)의 제작에 있어서도, 레지스트 패턴(5b)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 차광막(4)에 대해서 행하여, 제2 패턴을 가지는 차광막(차광 패턴)(4b)을 형성하고 있다. 이 공정에 의해서, 차광막(4)이 제거되는 영역의 에칭 마스크막(3)이 표면으로부터 에칭되어 있었다. 차광막(4)의 에칭 후에 있어서의 비교예 1의 에칭 마스크막(3)은, 면내에서의 가장 얇게 되어 있는 영역(최고 에칭된 영역)에서. 2.8㎚의 두께로 잔존시킬 수 있었다. 그러나, 이 에칭 마스크막(3)의 면내에 있어서의 막 두께 분포의 차는, 최대 5.2㎚로서, 5㎚ 이상으로 되어 버렸었다.
이 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 마스크막(3)의 에칭 레이트에 대한 차광막(4)의 에칭 레이트의 비율은 2.5로서, 3 이상 12 이하의 범위 내를 만족하고 있지 않았다.
또한, 이 비교예 1에 있어서의 전사용 마스크(200)의 제작에 있어서도, 레지스트 패턴(6a)을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 에칭 마스크막(3)에 대해서 행하여, 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막(3a)을 형성하는 공정을 행하고 있다. 이때, 에칭 마스크막(3a)을 형성 후에 잔존하고 있는 레지스트 패턴(6a)의 두께를 측정한 바, 40㎚로서, 20㎚ 이상의 두께로 잔존시킬 수 있었다.
[패턴 전사 성능의 평가]
제작한 비교예 1의 전사용 마스크(200)에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사제)을 이용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사 이미지의 시뮬레이션을 행했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 이미지를 검증한 바, 전사 불량이 확인되었다. 이것은, 전사용 마스크(200)를 제작할 때, 차광막(4)에 제2 패턴을 형성할 때의 드라이 에칭으로 에칭 마스크막(3)의 면내의 막 두께 분포가 5㎚ 이상으로 확대되어 버려, 에칭 마스크막(3)에 제1 패턴을 고정밀도로 형성할 수 없어, 최종적으로 광 반투과막(2)에 제1 패턴을 고정밀도로 형성할 수 없었던 것이 원인이라고 추측된다. 이 결과로부터, 이 비교예 1의 전사용 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하여, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴에 불량 지점이 발생해 버린다고 할 수 있다.
1 투광성 기판
1a 굴입부
2 광 반투과막(위상 시프트막)
2a 광 반투과 패턴(제1 패턴을 가지는 광 반투과막)
3, 13 에칭 마스크막
3a 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막
3b 에칭 마스크 패턴(제2 패턴을 가지는 에칭 마스크막)
4, 14 차광막
4b 차광 패턴(제2 패턴을 가지는 차광막)
5b 레지스트 패턴(제2 패턴을 가지는 제1 레지스트막)
6a 레지스트 패턴(제1 패턴을 가지는 제2 레지스트막)
7b 레지스트 패턴(제2 패턴을 가지는 제3 레지스트막)
8, 18 전사 패턴
13a 제3 패턴을 가지는 에칭 마스크막
13b 제4 패턴을 가지는 에칭 마스크막
14b 제4 패턴을 가지는 차광막
15b 레지스트 패턴(제4 패턴을 가지는 제4 레지스트막)
16a 레지스트 패턴(제3 패턴을 가지는 제5 레지스트막)
17b 레지스트 패턴(제4 패턴을 가지는 제6 레지스트막)
100, 110 마스크 블랭크
200, 210 전사용 마스크

Claims (17)

  1. 투광성 기판 상에, 광 반투과막, 에칭 마스크막 및 차광막이 이 순서대로 적층된 구조를 가지는 마스크 블랭크로서,
    상기 광 반투과막은 규소를 함유하는 재료로 이루어지고,
    상기 에칭 마스크막은 크롬 및 규소를 함유하는 재료로 이루어지며,
    상기 차광막은 크롬 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지고,
    상기 에칭 마스크막은 규소의 함유량이 10원자% 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 에칭 마스크막은 산소 및 질소의 합계 함유량이 5원자% 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광막은 산소의 함유량이 10원자% 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광막은 규소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 반투과막은 규소 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  6. 투광성 기판 상에, 에칭 마스크막 및 차광막이 이 순서대로 적층된 구조를 가지는 마스크 블랭크로서,
    상기 에칭 마스크막은 크롬 및 규소를 함유하는 재료로 이루어지고,
    상기 차광막은 크롬 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지며,
    상기 에칭 마스크막은 규소의 함유량이 10원자% 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 에칭 마스크막은 산소 및 질소의 합계 함유량이 5원자% 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 차광막은 산소의 함유량이 10원자% 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 차광막은 규소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  10. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크의 상기 광 반투과막에 전사 패턴을 포함하는 제1 패턴이 형성되고, 상기 에칭 마스크막 및 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 제2 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  11. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크의 상기 투광성 기판에 굴입 패턴으로 이루어지는 전사 패턴을 포함하는 제3 패턴이 형성되고, 상기 에칭 마스크막 및 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  12. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크를 이용하는 전사용 마스크의 제조방법으로서,
    상기 전사용 마스크는 상기 광 반투과막에 전사 패턴을 포함하는 제1 패턴을 가지고, 상기 에칭 마스크막 및 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 제2 패턴을 가지는 것이며,
    상기 차광막 상에 형성된 상기 제2 패턴을 가지는 제1 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 차광막에 상기 제2 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 에칭 마스크막 상 및 상기 차광막 상에 형성된 상기 제1 패턴을 가지는 제2 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 에칭 마스크막에 상기 제1 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제1 패턴을 가지는 에칭 마스크막을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 광 반투과막에 상기 제1 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 차광막 상에 형성된 상기 제2 패턴을 가지는 제3 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 에칭 마스크막에 상기 제2 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조방법.
  13. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크를 이용하는 전사용 마스크의 제조방법으로서,
    상기 전사용 마스크는 상기 투광성 기판에 굴입 패턴으로 이루어지는 전사 패턴을 포함하는 제3 패턴을 가지고, 상기 에칭 마스크막 및 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 제4 패턴을 가지는 것이며,
    상기 차광막 상에 형성된 상기 제4 패턴을 가지는 제4 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 차광막에 상기 제4 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 에칭 마스크막 상 및 상기 차광막 상에 형성된 상기 제3 패턴을 가지는 제5 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 에칭 마스크막에 상기 제3 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 제3 패턴을 가지는 에칭 마스크막을 마스크로 하여, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 투광성 기판의 표면으로부터 파 들어가 상기 제3 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 차광막 상에 형성된 상기 제4 패턴을 가지는 제6 레지스트막을 마스크로 하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해서, 상기 에칭 마스크막에 상기 제4 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조방법.
  14. 청구항 10에 기재된 전사용 마스크를 이용하여, 리소그래피법에 따라 상기 전사용 마스크의 전사 패턴을 반도체 기판 상에 패턴 전사하는 노광 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조방법.
  15. 청구항 11에 기재된 전사용 마스크를 이용하여, 리소그래피법에 따라 상기 전사용 마스크의 전사 패턴을 반도체 기판 상에 패턴 전사하는 노광 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
KR1020177020972A 2015-03-19 2015-12-24 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 전사용 마스크의 제조방법 및 반도체 디바이스의 제조방법 KR102522452B1 (ko)

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