KR20120022847A - 마스크 블랭크 및 전사용 마스크 - Google Patents

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Abstract

반도체 디자인 룰에 있어서의 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 나아가 실용성이 있는 마스크 블랭크 및 전사용 마스크를 제공한다. ArF 노광광이 적용되는 전사용 마스크를 제작하기 위해서 이용되는 마스크 블랭크이며, 투광성 기판(1) 상에 형성되는 차광층(11) 및 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 이루어지는 차광막(10)과, 상기 차광막(10)의 상방에 형성되는 보조 차광막(20)을 구비하고, 상기 차광막(10)은, 막 두께가 40nm 이하이면서 광학 농도가 2.0 이상 2.7 이하이며, 상기 차광막(10)과 보조 차광막(20)의 적층 구조에 있어서의 광학 농도가 2.8 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

마스크 블랭크 및 전사용 마스크{MASK BLANK AND TRANSFER MASK}
본 발명은, 반도체 디바이스 등의 제조에서 사용되는 마스크 블랭크, 및 전사용 마스크 등에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 미세화는, 성능, 기능의 향상(고속 동작이나 저소비전력화 등)이나 저 비용화를 가져오는 이점이 있어, 미세화가 점점 더 가속되고 있다. 이 미세화를 지지하고 있는 것이 리소그래피 기술이며, 전사용 마스크는, 노광 장치, 레지스트 재료와 함께 핵심 기술이 되어 있다.
최근, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 45nm~32nm 세대의 개발이 진행되고 있다. 이것은 ArF 엑시머 레이저 노광광(이하, ArF 노광광)의 파장 193nm의 1/4~1/6에 상당한다. 특히, hp 45nm 이후의 세대에서는 종래의 위상 시프트법, 사입사 조명법이나 동공 필터법 등의 초해상 기술(Resolution Enhancement Technology:RET)과 광 근접 효과 보정(Optical Proximity Correction:OPC) 기술의 적용만으로는 불충분하게 되어, 초 고NA 기술(액침 리소그래피)이 필요하게 되었다.
그런데, 반도체 제조에 필요한 회로 패턴은, 복수의 포토마스크(레티클) 패턴에 의해 반도체 웨이퍼에 순차적으로 노광된다. 예를 들면, 소정의 레티클이 세팅된 축소 투영 노광 장치(노광 장치)는, 웨이퍼 상의 피투영 영역을 차례차례 어긋나게 하면서 반복 패턴을 투영 노광하거나(스텝?앤드?리피트 방식), 또는, 레티클과 웨이퍼를 투영 광학계에 대해 동기 주사하여, 반복 패턴을 투영 노광하는(스텝?앤드?스캔 방식) 것이 주류를 이루고 있다. 이것들에 의해, 반도체 웨이퍼 내에 소정 개수분의 집적 회로 칩 영역을 형성한다.
포토마스크(레티클)는, 전사 패턴을 형성한 영역과 그 외주의 영역을 갖는다. 상기 외주 영역, 즉 포토마스크(레티클)에서의 4개의 변을 따른 둘레 영역은, 포토마스크(레티클) 상의 전사 패턴을 웨이퍼 상의 피투영 영역을 차례차례 어긋나게 하면서 순차적으로 노광할 때, 집적 회로 칩의 형성 수를 늘릴 목적으로, 서로의 외주 영역이 겹치도록 하여 노광, 전사된다. 통상적으로, 노광 장치의 마스크 스테이지에는, 외주 영역에 대한 노광광의 조사를 차광하기 위한 차폐판이 설치되어 있다. 그러나, 차폐판에 의한 노광광의 차폐로는, 위치 정밀도의 한계나 광의 회절 현상의 문제가 있어, 외주 영역으로 노광광이 누설되는(이 광을 누설 광이라고 함) 것을 피할 수 없다. 상기 외주 영역으로의 누설 광이 포토마스크를 투과해버리면, 웨이퍼 상의 레지스트를 감광시켜버릴 우려가 있다. 이러한 중복 노광에 의한 웨이퍼 상의 레지스트 감광을 방지할 목적으로, 포토마스크의 외주 영역에는 차광대(차광체의 띠, 차광체 링)를 마스크 가공에 의해 제작한다. 또한, 상기 외주 영역의 차광대를 형성하는 영역에서, 중복 노광에 의한 웨이퍼 상의 레지스트 감광을 억제하기 위해서는, 통상적으로 OD값(광학 농도)이 3 이상이면 바람직한 것으로 되어 있으며, 적어도 2.8 정도는 필요한 것으로 되어 있다.
바이너리 마스크의 경우, 차광막은, 차광막의 차광성이 높기 때문에, 전사 패턴 영역에 차광막 패턴을 형성함과 동시에, 전사 패턴 영역의 외주 영역에 차광대를 형성하는 역할도 갖는다.
차광막을 박막화하면 OD값(광학 농도)이 감소한다. 크롬계의 차광막에서는, 일반적으로 필요한 OD=3을 달성하기 위해 60nm 정도의 총 막 두께가 최저한으로 필요하기 때문에, 대폭적인 박막화가 어렵다(예를 들면, 특허 문헌 1의 [0005]란 참조).
또한, 예를 들면, MoSi계 재료의 적층 구조로 이루어지는 차광막, 예를 들면 기판측에서부터 MoSiN 주차광층/MoSiON 반사 방지층의 적층 구조로 이루어지는 차광막 등을 구비하는 이른바 바이너리형 포토마스크의 경우에도, 필요한 OD=2.8을 달성하기 위해 통상 60nm 정도의 총 막 두께가 최저한으로 필요하기 때문에, 대폭적인 박막화가 어렵다(특허 문헌 2).
한편, 미세하면서도 고밀도의 전사 패턴을 1매의 전사용 마스크로 제작하는 것에도 한계가 생기기 시작하고 있다. 상기 리소그래피 기술의 문제의 해결 수단의 하나로서, 더블 패터닝/더블 노광 기술이 개발되어 왔다. 더블 패턴/더블 노광 기술은 모두 1개의 미세?고밀도의 전사 패턴을 2개의 비교적 성긴 패턴(제1 패턴, 제2 패턴)이 되도록 분할하고, 그 2개의 패턴에 대해 각각 전사용 마스크를 제작한 후, 상기 2매 세트인 전사용 마스크로, 웨이퍼 상의 레지스트에 미세하면서도 고밀도의 전사 패턴을 전사하는 리소그래피 기술이다.
특허 문헌 1 : 일본 공개 특허 특개2007-241136호 공보 특허 문헌 2 : 일본 공개 특허 특개2006-78825호 공보
그런데, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대인 바이너리 마스크에서는, ArF 노광광의 파장 193nm보다 전사용 마스크상의 전사 패턴의 선폭이 작고, 또한 이에 대응하기 위한 초해상 기술을 채용한 것에 의해, 전사 패턴 영역(메인 패턴 영역)의 차광막 패턴의 막 두께가 두꺼우면, 전자계(EMF:ElectroMagnetics Field) 효과에 기인하는 바이어스가 커진다는 문제가 발생되고 있다. 전자계(EMF) 효과에 의한 바이어스는, 웨이퍼 상의 레지스트에 대한 전사 패턴 선폭의 CD 정밀도에 큰 영향을 준다. 이 때문에, 전자계 효과의 시뮬레이션을 행하여, EMF 바이어스에 의한 영향을 억제하기 위한 전사용 마스크에 제작하는 전사 패턴의 보정을 행할 필요가 있다. 이 전사 패턴의 보정 계산은, EMF 바이어스가 클수록 복잡해진다. 또한, 보정 후의 전사 패턴도 EMF 바이어스가 클수록 복잡해져서, 전사 마스크 제작에 큰 부하가 걸린다. EMF에 기인하는 바이어스가 커짐으로써 위와 같은 새로운 과제가 발생하였다.
한편, 더블 패터닝/더블 노광 기술을 이용함으로써, 1매의 전사용 마스크로 형성되는 전사 패턴의 선폭은 비교적 넓어지기 때문에, 상기 전자계 효과에 기인하는 문제가 생기기 어려워진다. 그러나, 특히 더블 노광 기술의 경우에는, 웨이퍼 상의 동일한 레지스트에 2매의 전사용 마스크로 2회 노광한다. 종래의 축소 투영 노광 장치에서의 1매의 전사용 마스크를 이용한 웨이퍼 상의 레지스트에 대한 노광(이것을 싱글 노광이라 함)에 있어서, 전사 패턴의 외주 영역에 대한 누설 광에 기인하는 웨이퍼 상의 중복 노광 부분에서는, 최대 4회분 노광된다. 따라서, 차광대를 통과하는 약간의 광량의 노광광이 4회 노광되어도 웨이퍼 상의 레지스트가 감광하지 않을 만큼의 광학 농도를 차광대에서 확보할 수 있으면 충분했다. 이에 반해, 더블 노광 기술을 이용했을 경우, 2매의 전사용 마스크로 2회 노광하기 때문에, 웨이퍼 상의 중복 노광 부분에서는, 최대 8회 노광되게 된다. 이 때문에, 더블 노광 기술에 이용하는 전사용 마스크는, 차광대를 투과하는 노광광이 8회 노광되어도 웨이퍼 상의 레지스트가 감광하지 않을 만큼의 광학 농도가 확보되어 있는 차광대를 구비할 필요가 있다. 그리고, 차광대에 필요한 광학 농도는, 적어도 3.1은 필요하다고 생각된다.
광학 농도 3.1 이상을 확보하기 위해서는, 차광막의 막 두께를 종래보다 두껍게 할 필요가 있다. 더블 노광 기술에서는, 종래에는 곤란했던 전사 패턴의 선폭을 실현하는 기술이기 때문에, 2개의 비교적 성긴 전사 패턴으로 분할해도, 그 전사 패턴 선폭에 그다지 여유가 있는 것은 아니다. 종래보다 차광막의 막 두께가 두꺼워지면, 전자계 효과의 영향을 경시할 수 없다. 가령 종래와 동일한 정도의 막 두께로 더블 노광 기술에 이용하는 차광대로서 필요한 광학 농도를 확보할 수 있다고 해도, 앞으로 전사 패턴의 미세화?고밀도화는 계속 진행될 것으로 예상되기 때문에, 2개로 분할한 전사 패턴 선폭에서도, 현재의 싱글 노광용의 전사용 마스크에서 문제로 되고 있는 전자계 효과의 영향과 동일한 과제가 발생할 것이 쉽게 예상된다.
바이너리 마스크의 마스크 설계에 있어서의 광학 시뮬레이션은, 설계된 전사 패턴이 피전사체(웨이퍼 상의 레지스트 등)에 설계대로 노광 전사되기 때문에, 추가 배치해야 할 OPC나 SRAF 등의 보정 패턴의 형상이나 패턴 선폭의 보정량(바이어스량) 등을 산출하는 것을 큰 목적으로 하고 있다. 이 마스크 설계의 광학 시뮬레이션에 TMA(Thin Mask Analysis)가 있다. TMA는, 전사용 마스크의 차광막이, 막 두께가 제로이고 소정의 광학 농도를 갖고 있다는 이상적인 막으로서 보정 패턴의 형상이나 패턴 선폭의 보정량을 산출하는 것이다. 이상적인 막에서 행하는 간이한 시뮬레이션이기 때문에, 시뮬레이션의 계산 부하가 작다는 큰 이점이 있다. 그러나, EMF 효과에 대해서는 고려되지 않은 시뮬레이션이기 때문에, EMF 효과의 영향이 커지는 최근의 미세 패턴에서는, TMA의 시뮬레이션 결과만으로는 불충분했다.
본 발명자들은, 상기 전자계(EMF) 효과의 과제에 관하여 연구 개발을 행하였다.
우선, EMF 효과의 영향이 작은 차광막이면, TMA의 시뮬레이션을 이용하기 쉬워져, EMF 바이어스의 보정 계산의 부하를 작게 할 수 있는 것에 착안하였다. 또한, EMF 효과의 영향이 작은 차광막에 대해 연구한 결과, 바이너리 마스크에 있어서의 차광막의 막 두께가 40nm 이하이면, EMF 바이어스 저감에 현저한 개선 효과가 인정됨을 시뮬레이션으로 파악하였다. 즉, 차광막의 막 두께가 40nm 이하이면, EMF 바이어스의 영향을 보정하기 위한 전사 패턴의 보정 계산 부하가 작아지고, 전사 마스크 제작의 부하도 작아진다. 또한, 차광막의 막 두께가 35nm 이하이면, EMF 바이어스를 대폭 저감할 수 있는 것도 시뮬레이션에 의해 판명되었다. 그러나, 동일한 막 두께로 비교해서 광학 농도가 높은 재료라고 생각되는 금속 실리사이드계(MoSi계, WSi 등) 재료를 선택해도, 광학 농도가 2.8이면서 막 두께가 40nm 이하인 조건을 충족시키는 것은 용이하지 않음을 알았다. 또한, 금속 실리사이드계 재료를 비롯한 광학 농도가 높은 재료는, 노광광에 대한 반사율이 높다. 차광막은, 전사용 마스크 제작 후에, 전사 패턴으로서 차광막이 노출하는 표면의 노광광에 대한 반사율이 소정값 이하(예를 들면, 40% 이하)의 저반사가 되도록 할 필요가 있다. 박막화를 실현하기 위해서는, 차광막은 차광층과 표면 반사 방지층의 적어도 2층 구조로 할 필요가 있다. 표면 반사 방지층은, 표면 반사를 저감시키기 위해 어느 정도의 투과율을 확보할 필요가 있기 때문에, 광학 농도의 면에서는 그다지 기여하지 못한다.
본 발명자들은, 종래 바이너리 전사용 마스크의 차광막에 필요한 광학 농도 2.8 이상이면서, 노광광에 대한 바람직한 표면 반사율인 30% 이하이고, 또한 막 두께가 40nm 이하인 차광막의 실현 가능성에 대해, 실험과 시뮬레이션 등으로 검증을 행하였다. 그 결과, 기존의 막 재료로는 모든 조건을 충족시키는 것이 어려운 것으로 판명되었다. 그러나, 차광막의 광학 농도의 하한값을 종래보다 낮추는(예를 들면, 2.0 이상) 것이 가능하다면, 노광광에 대한 바람직한 표면 반사율인 30% 이하이면서, 나아가 막 두께가 40nm 이하인 차광막이 실현 가능함을 알았다. 단, 바이너리 전사용 마스크의 차광막의 광학 농도를 낮춘 경우, 상기 전사용 마스크를 이용해서 피전사체(웨이퍼 상의 레지스트 등)에 노광 전사를 행했을 때, 피전사체 상에서 종래에 비해 손색없는 충분한 콘트라스트를 얻는 것이 가능한지에 대한 검증이 지금까지 이루어진 바 없었다. 이는, 종래의 바이너리 전사용 마스크에서는, OD를 낮추지 않으면 안될 만큼 막 두께가 얇은 차광막의 필요성이 거의 없었던 점, 마스크 제작 프로세스를 고려하면, 전사 패턴을 형성하는 차광막을 차광대의 형성에도 그대로 이용하는 것이 가장 간단했던 점 등에 기인하는 것으로 생각된다. 본 발명자들은, 이 점에 대해서도 실험과 시뮬레이션을 행하여, 종래보다 광학 농도의 하한값을 낮추어도 손색없는 콘트라스트를 얻을 수 있음을 밝혀냈다.
본 발명은, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제로 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 나아가 실용성이 있는 마스크 블랭크 및 전사용 마스크의 제공을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해, 전사 패턴 영역의 전사 패턴을 형성하기 위한 차광막과, 전사 패턴 영역의 외주 영역에 차광대(차광 링)를 형성하는 보조를 위한 보조 차광막(보조 차광막은 전사 패턴 영역에는 형성되지 않음) 박막을 구비하는 구성으로 하고, 전사 패턴 영역의 전사 패턴을 형성하기 위한 차광막은, 상기 과제를 충분히 개선하여 요구 수준을 충족시킬 수 있는 막 두께와 전사에 필요한 광학 농도를 함께 갖는 박막으로 형성함으로써, 상기 과제를 충분히 개선하여 요구 수준을 달성(실현)할 수 있음을 발견하였다.
또한, 상기 외에도, 전사 패턴 영역의 외주 영역에 있어서 보조 차광막은, 차광막과의 적층으로 충분한 광학 농도(예를 들면 2.8 이상, 바람직하게는 3.0 이상)를 갖는 차광대(차광 링)를 형성할 수 있어 실용성을 확보할 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은, 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
ArF 노광광이 적용되는 전사용 마스크를 제작하기 위해 이용되는 마스크 블랭크이며, 투광성 기판 상에 형성되는 차광층 및 표면 반사 방지층의 적층 구조로 이루어지는 차광막과, 상기 차광막의 상방에 형성되는 보조 차광막을 구비하고, 상기 차광막은, 막 두께가 40nm 이하이면서 노광광에 대한 광학 농도가 2.0 이상, 2.7 이하이며, 상기 차광층은, 막 두께가 15nm 이상 35nm 이하이며, 상기 차광막과 보조 차광막의 적층 구조에 있어서의 노광광에 대한 광학 농도가 2.8 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 표면 반사 방지층은, 막 두께가 5nm 이상 20nm 이하이면서 노광광에 대한 표면 반사율이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 차광막과 보조 차광막의 적층 구조에 있어서의 노광광에 대한 광학 농도가 3.1 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 차광층은, 천이 금속 실리사이드를 90% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 차광층 중의 천이 금속 실리사이드는, 몰리브덴 실리사이드이며, 몰리브덴의 함유량이 9원자% 이상, 40원자% 이하인 것을 특징으로 하는 구성 4에 기재된 마스크 블랭크.
(구성6)
상기 표면 반사 방지층은, 천이 금속 실리사이드를 주성분으로 하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 보조 차광막은, 상기 차광막을 에칭할 때에 이용되는 에칭 가스에 대해 내성을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 보조 차광막은, 크롬에, 질소, 산소 중 적어도 어느 하나의 성분을 포함하고, 막 중의 크롬의 함유량이 50원자% 이하이며, 또한, 막 두께가 20nm 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 9)
구성 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크를 이용해서 제작되는 전사용 마스크.
본 발명에 따르면, 전사용 마스크를 제작할 때에 ArF 노광광을 적용하는 리소그래피이며, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에 있어서 현저해지고 있는 전자계(EMF) 효과에 기인한 다양한 과제를 해결하기 위해 박막화가 필요한 차광막을, 피전사체(웨이퍼 상의 레지스트 등)에 전사 패턴을 형성하기 위해 필요한 최저한의 광학 농도를 확보하도록 하고, 중복 노광에 의한 누설 광의 영향을 저감하기 위해 필요한 차광대를, 차광막과 보조 차광막의 적층 구조에 의해 필요한 광학 농도를 확보할 수 있도록 함으로써, 전자계(EMF) 효과에 기인한 다양한 과제의 해결과, 중복 노광에 의한 누설 광에 기인한 과제의 해결의 양립을 도모할 수 있는 마스크 블랭크 및 전사용 마스크를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 마스크 블랭크의 제1 실시 형태를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 마스크 블랭크의 제2 실시 형태를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 마스크 블랭크의 제3 실시 형태를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 마스크 블랭크의 제4 실시 형태를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 마스크 블랭크의 제5 실시 형태를 도시하는 모식적 단면도이다.
도 6은, 몰리브덴 실리사이드 금속으로 이루어지는 박막에 있어서의 몰리브덴 함유량과 단위막 두께당 광학 농도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은, 에칭 마스크막 성막에 있어서의 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 실시예 (4-1)에 관한 차광막 및 표면 반사 방지층의 각막 두께에 있어서의 광학 농도와 표면 반사율을 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 실시예 (4-1)에 관한 차광막의 광학 농도와 콘트라스트의 관계를 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는, 본 발명의 실시예 (4-1)에 관한 차광막의 각 막 두께에 있어서의 EMF 바이어스를 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은, 본 발명의 실시예 (4-2)에 관한 차광막 및 표면 반사 방지층의 각 막 두께에 있어서의 광학 농도와 표면 반사율을 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 17은, 본 발명의 실시예 (4-2)에 관한 차광막의 광학 농도와 콘트라스트의 관계를 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 18은, 본 발명의 실시예 (4-2)에 관한 차광막의 각 막 두께에 있어서의 EMF 바이어스를 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 19는, 본 발명의 실시예 (4-3)에 관한 차광막 및 표면 반사 방지층의 각 막 두께에 있어서의 광학 농도와 표면 반사율을 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 20은, 본 발명의 실시예 (4-3)에 관한 차광막의 광학 농도와 콘트라스트의 관계를 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 21은, 본 발명의 실시예 (4-3)에 관한 차광막의 각 막 두께에 있어서의 EMF 바이어스를 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 22는, 본 발명의 실시예 (6-1)에 관한 차광막 및 표면 반사 방지층의 각 막 두께에 있어서의 광학 농도와 표면 반사율을 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 23은, 본 발명의 실시예 (6-1)에 관한 차광막의 각 막 두께에 있어서의 EMF 바이어스를 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 24는, 본 발명의 실시예 (6-2)에 관한 차광막 및 표면 반사 방지층의 각 막 두께에 있어서의 광학 농도와 표면 반사율을 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 25는, 본 발명의 실시예 (6-2)에 관한 차광막의 광학 농도와 콘트라스트의 관계를 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
도 26은, 본 발명의 실시예 (6-2)에 관한 차광막의 각 막 두께에 있어서의 EMF 바이어스를 광학 시뮬레이션으로 산출한 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 마스크 블랭크는, ArF 노광광이 적용되는 전사용 마스크를 제작하기 위해 이용되는 마스크 블랭크이며, 투광성 기판 상에 형성되는 차광층 및 표면 반사 방지층의 적층 구조로 이루어지는 차광막과, 차광막의 상방에 형성되는 보조 차광막을 구비하고, 차광막은, 막 두께가 40nm 이하이면서 또한 노광광에 대한 광학 농도가 2.0 이상 2.7 이하이며, 차광층은, 막 두께가 15nm 이상 35nm 이하이며, 차광막과 보조 차광막의 적층 구조에 있어서의 노광광에 대한 광학 농도가 2.8 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 마스크 블랭크에서는, 표면 반사 방지층은, 막 두께가 5nm 이상 20nm 이하이면서 또한 노광광에 대한 표면 반사율이 30% 이하인 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 함으로써, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제로 되는 전자계 효과(EMF)의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 중복 노광에 있어서의 누설 광의 과제에 대해서도 충분한 효과를 갖는 마스크 블랭크 및 전사용 마스크를 제공할 수 있다.
본 발명의 마스크 블랭크는, 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(1) 상에, 차광층(11) 및 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조의 차광막(10)과, 차광막(10)의 상방에 형성되는 보조 차광막(20)과, 레지스트막(100)을 구비한다.
본 발명에 있어서, 차광막(10)은 ArF 노광광이 적용되는 리소그래피로서, DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제로 되는 전자계(EMF) 효과의 과제를 개선하여 요구 수준을 만족시킬 수 있는 막 두께 및 광학 농도를 함께 갖는 막이다. 이때, 막 두께를 얇게 하는 것에 의한 전자계(EMF) 효과의 과제 개선에 대한 기여와, 광학 농도를 낮게 하는 것에 의해 전사에 미치는 영향을 감안하여, 차광막(10)의 막 두께 및 광학 농도를 결정하는 것이 중요하다.
막 두께를 얇게 하는 것에 의한 전자계(EMF) 효과의 과제 개선에 대한 기여와 전사 패턴 영역에 필요한 광학 농도를 부여하는 것을 감안하면, 차광막(10)의 막 두께의 상한은 40nm 이하인 것이 바람직하다.
막 두께를 얇게 하는 것에 의한 전자계(EMF) 효과의 과제 개선에 대한 기여를 감안하면, 차광막(10)의 막 두께는 35nm 이하가 바람직하고, 30nm 이하가 더욱 바람직하다.
광학 농도를 낮게 하는 것에 의해 전사에 미치는 영향을 감안하면, 차광막(10)의 광학 농도의 하한은 2.0 이상이 바람직하고, 2.3(투과율 0.05%) 이상이 바람직하다.
또한, 차광막(10)의 광학 농도는, 막 두께가 증가하면 증가하는 관계에 있기(광학 농도는 막 두께와 거의 비례 관계에 있음)때문에, 차광막(10)의 광학 농도는 그 막 두께와 무관하게 독립적으로 설정할 수 없다. 즉, 막 두께를 얇게 하는 요구와 광학 농도를 높게 하는 요구는 상반된다. 차광막(10)의 광학 농도는, 막 두께가 동일하면 높은 쪽이 바람직하지만, 막 두께를 얇게 하는 것에 의한 전자계(EMF) 효과의 과제 개선에 대한 기여를 우선시하면서 광학 농도를 억제하는 관점에서는, 차광막(10)의 광학 농도는 2.7 이하가 바람직하고, 2.5 이하가 더욱 바람직하며, 2.3 이하가 더욱 바람직하다.
차광막(10) 전체에서의 광학 농도는 거의 차광층(11)이 기여한다. 표면 반사 방지층(12)은, 노광 장치의 축소 광학계의 렌즈에서 반사되는 일부의 노광광을 차광막(10)으로 더 반사시키는 것을 억제하기 위해 설치하고 있는 것으로서, 노광광이 어느 정도 투과하도록 조정되어 있다. 이로 인해, 차광막(10)의 표면에서의 전반사를 억제하고, 간섭 효과를 이용하는 등에 의해 노광광을 감쇠시킬 수 있게 되어 있다. 표면 반사 방지층(12)은, 이 소정의 투과율이 얻어지도록 설계되어 있기 때문에, 차광막(10) 전체에 대한 광학 농도의 기여도는 작다. 이상의 점에서, 차광막(10)의 광학 농도의 조정은 기본적으로 차광층(11)에서 행한다. 즉, 차광층(11)에서 광학 농도 2.0 이상을 확보할 수 있으면 바람직하다.
차광막(10)의 ArF 노광광에 대한 표면 반사율로는, 40% 이하를 확보할 필요성이 높으며, 30% 이하이면 바람직하고, 25% 이하이면 더욱 바람직하고, 차광막(10) 전체의 막 두께가 허용 범위 내이면 20% 이하를 확보할 수 있으면 가장 바람직하다.
또한, 표면 반사율을 소정값(30%) 이하로 억제하기 위해서는, 표면 반사 방지층(12)의 막 두께는 5nm 이상으로 할 필요성이 높고, 표면 반사율을 25% 이하로 억제하기 위해서는 5nm 보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 보다 저반사율(20% 이하)로 하기 위해서는, 막 두께를 7nm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 나아가, 생산 안정성의 관점과, 전사용 마스크를 제작한 후의 마스크 세정의 반복에 의한 표면 반사 방지층(12)의 막 감소를 고려하면, 표면 반사 방지층(12)의 막 두께는 10nm 이상이면 바람직하다. 또한, 표면 반사 방지층(12)은, 층의 두께가 20nm 이하인 것이 바람직하고, 17nm 이하이면 더 바람직하다. 차광막(10) 전체의 박막화를 고려하면 15nm 이하가 가장 바람직하다.
본 발명에 있어서, 보조 차광막(20)은, 차광막(10)과의 적층 구조에서 적어도 광학 농도가 2.8 이상인 차광성을 확보할 필요가 있다. 예를 들면, 차광막(10)이 광학 농도 2.0인 경우, 보조 차광막(20)은 광학 농도가 0.8 이상일 필요가 있다. 차광대에 있어서, 차광막(10)의 광학 농도와 합쳐서 광학 농도가 2.8 이상인 차광성을 확보하기 위함이다.
도 1은, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 마스크 블랭크의 일례를 도시한다. 제1 실시 형태는, 도 1에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(1) 상에 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 이루어지는 차광막(10)과, 차광막(10) 상에 형성된 보조 차광막(20)과, 레지스트막(100)을 갖는다.
도 2는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 마스크 블랭크의 일례를 도시한다. 제2 실시 형태는, 도 2에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(1) 상에, 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 이루어지는 차광막(10)과, 차광막(10) 상에 형성된 보조 차광막(20)과, 보조 차광막(20) 상에 형성된 에칭 마스크막(하드 마스크라고도 칭함, 이하 동일)(30)과, 에칭 마스크막(30) 상에 형성된 밀착성 향상층(60)과, 레지스트막(100)을 갖는다.
도 3은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 마스크 블랭크의 일례를 도시한다.
제3 실시 형태는, 도 3에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(1) 상에, 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 이루어지는 차광막(10)과, 차광막(10) 상에 형성된 보조 차광막(20)과, 보조 차광막(20) 상에 형성된 에칭 마스크막(30)과, 그 위에 형성된 제2 에칭 마스크막(40)과, 레지스트막(100)을 갖는다.
도 4는, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 마스크 블랭크의 일례를 도시한다.
제4 실시 형태는, 도 4에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(1) 상에, 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 이루어지는 차광막(10)과, 차광막(10) 상에 형성된 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과, 그 위에 형성된 보조 차광층(22)의 적층 구조로 이루어지는 보조 차광막(20)과, 보조 차광막(20) 상에 형성된 밀착성 향상층(60)과, 레지스트막(100)을 갖는다.
도 5는, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 마스크 블랭크의 일례를 도시한다.
제5 실시 형태는, 도 5에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(1) 상에, 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 이루어지는 차광막(10)과, 차광막(10) 상에 형성된 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과, 그 위에 형성된 보조 차광층(22)의 적층 구조로 이루어지는 보조 차광막(20)과, 보조 차광막(20) 상에 형성된 에칭 마스크막(70)과, 레지스트막(100)을 갖는다.
본 발명에서, 상기 차광막과 보조 차광막의 적층 층 구조에 있어서의 노광광에 대한 광학 농도는 3.1 이상인 것이 바람직하다.
상기 제1~제5 실시 형태는, 싱글 노광, 더블 패터닝, 더블 노광에 이용되는 바이너리 마스크 블랭크 및 전사 마스크에 적용할 수 있다.
싱글 노광(Single Exposure)이나 더블 패터닝에 이용되는 전사 마스크의 경우, 차광막과 보조 차광막으로 제작되는 차광대에 있어서의 광학 농도는 2.8 이상(투과율로 0.16% 이하)인 것이 바람직하고, 나아가 3.0 이상(투과율로 0.1% 이하)이면 더욱 바람직하다. 예를 들면, 차광막(10)의 광학 농도가 2.0인 경우, 보조 차광막(20)은 광학 농도가 0.8 이상인 것이 바람직하고, 또한 1.0 이상인 것이 더욱 바람직하다.
이에 반해, 더블 노광(Double Exposure)에 이용되는 전사 마스크의 경우, 차광대에 있어서의 광학 농도는 3.1 이상(투과율로 0.08% 이하)인 것이 바람직하다. 예를 들면, 차광막(10)의 광학 농도가 2.0인 경우, 보조 차광막(20)의 광학 농도는 1.1 이상인 것이 바람직하다. 또한, 차광대에 요구되는 광학 농도를 보다 확실한 3.3 이상(투과율로 0.05% 이하)으로 하는 경우에는, 보조 차광막(20)의 광학 농도를 1.3 이상으로 하면 좋다. 또한, 차광대에 요구되는 광학 농도를 3.5 이상(투과율로 0.03% 이하)으로 하는 경우에는, 보조 차광막(20)의 광학 농도를 1.5 이상으로 하면 좋다.
본 발명에서는, 차광막(10)과 보조 차광막(20)은, 별도의 막으로 구성하고 있기 때문에, 더블 노광(Double Exposure) 등, 차광대를 형성해야 할 영역에 높은 광학 농도가 필요해진 경우에도, 차광막 패턴(따라서 EMF 특성)에 영향을 미치는 일 없이 용이하게 대응할 수 있다.
또한, 더블 패터닝이란, 웨이퍼에 대한 레지스트 도포, 노광, 현상, 레지스트 박리의 일련의 공정을 2회 행하여 패터닝을 행하는 방법을 말한다. 즉, 웨이퍼 상의 레지스트에 대해서는, 종래의 싱글 노광과 동일하게 1회의 전사 패턴의 노광이 행해지는 것이며, 누설 광에 의한 중복 노광 부분에서는 최대 4회분의 노광이 된다.
본 발명에서, 차광층(11)은, 차광성이 매우 높은 재료가 바람직하므로, 크롬에 비해 차광성이 높은 재료로 구성하는 것이 바람직하다.
차광층(11)은, 크롬계에 비해 광학 농도가 높은 천이 금속 실리사이드계, Ta계 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료에 대해 광학 농도를 더욱 높이기 위해 개발된 재료를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 천이 금속은, 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 팔라듐(Pb), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 플래티넘(Pt) 중 어느 하나 또는 합금으로 이루어진다.
차광층(11)은, 차광성을 극한까지 높인 재료(고 MoSi계)가 바람직하다. 차광층(11)은, Ta계 재료(TaN, TaB, TaBN 등)를 이용할 수도 있다.
본 발명에서, 차광층(11)으로는, 천이 금속, 천이 금속의 실리사이드, 이들에 질소, 산소, 탄소, 수소, 불활성 가스(헬륨, 아르곤, 크세논 등) 등을 포함하는 화합물 등으로 구성할 수 있는데, 이 경우, 막 두께가 40nm 이하이면서 또한 표면 반사 방지층(12)과의 조합으로 광학 농도가 2.0 이상의 조건을 충족시키는 막인 것이 필요하다.
본 발명에서, 상기 차광층은, 천이 금속 실리사이드를 90% 이상 함유하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
표면 반사 방지층(12)을 포함하는 차광막(10) 전체에서의 막 두께가 40nm 이하여도 광학 농도 2.0 이상이라는 높은 차광성을 얻기 위함이다. 또한, 이 차광성을 확보하기 위해서, 차광층(11) 중에는, 천이 금속 실리사이드 이외의 물질(탄소, 수소, 산소, 질소, 불활성 가스(헬륨, 아르곤, 크세논 등) 등)의 합계량은 10% 미만으로 할 필요가 있다. 10% 미만이면, 차광 성능의 저하에는 거의 영향을 주지 않기 때문이다.
차광층(11)은, 예를 들어, MoSi계 재료를 차광층(11)으로서 이용하는 경우에는, 막 두께 34~30nm이고 광학 농도 2.3~2.0, TaN계 재료를 차광층(11)으로서 이용하는 경우에는, 막 두께 34~30nm이고 광학 농도 2.3~2.0으로 할 수 있다. 또한, MoSi계 재료를 이용한 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조에서 막 두께가 40nm 이하인 차광막의 경우, 차광층(11)의 막 두께가 15nm 이상이고 광학 농도 2.0 이상으로 하는 것이 가능하다. Ta계 재료를 이용한 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조에서 막 두께가 40nm 이하인 차광막의 경우, 차광층(11)의 막 두께가 21nm 이상이고 광학 농도 2.0 이상으로 하는 것이 가능하다.
현시점에서(현재 개발되어 있는 가장 차광성이 높은 재료를 이용한 경우), 예를 들어, 광학 농도를 낮게 함으로써 전사에 미치는 영향에 관해 허용할 수 있는 광학 농도를 2.0으로 하면, 막 두께를 얇게 하는 것에 의한 전자계(EMF) 효과의 과제 개선에 대한 기여를 최대로 할 수 있는 차광막(10)의 막 두께는 30nm이다.
본 발명의 마스크 블랭크에서는, 상기 표면 반사 방지층은, 천이 금속 실리사이드를 주성분으로 하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
표면 반사 방지층(12)은, 차광층(11)과의 적층 구조에서 소정값 이상의 표면반사율이 얻어지는 것이라면, 기본적으로 어떤 재료라도 적용 가능하지만, 차광층(11)과 동일한 타겟으로 성막할 수 있는 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 차광층(11)에 천이 금속 실리사이드계 재료를 적용한 경우에는, 표면 반사 방지층(12)에는, 천이 금속 실리사이드(MSi)를 주성분으로 하는 재료(MSiO, MSiN, MSiON, MSiOC, MSiCN, MSiOCN 등)가 바람직하다. 또한, 차광층(11)에 Ta계 재료를 적용한 경우에는, 표면 반사 방지층(12)에는 Ta를 주성분으로 하는 재료(TaO, TaON, TaBO, TaBON 등)가 바람직하다.
본 발명에서, 상기 차광막(10) 또는 차광층(11)은, 천이 금속(M), 규소(Si) 외에도 탄소(C), 수소(H) 중 적어도 하나를 포함하는 재료를 함유하는 것이 바람직하다.
천이 금속(M), 규소(Si) 외에도 탄소(C), 수소(H) 중 적어도 하나를 포함하는 차광막(10)은, 스퍼터 성막시에 막 중에 산화하기 어려운 상태로 되어 있는, 규소 탄화물(Si-C 결합), 천이 금속 탄화물(M-C 결합, 예를 들어 Mo-C 결합), 수소화 규소(Si-H 결합)가 형성됨으로써, 내광성 등이 우수하다. 또한, 화학 결합 상태로서, M(천이 금속)-Si 결합, Si-Si 결합, M-M 결합, M-C 결합, Si-C 결합, Si-H 결합을 포함하고 있다.
본 발명에서, 상기 차광막(10) 또는 상기 차광층(11)으로서, 천이 금속(M), 규소(Si) 외에도 탄소(C), 수소(H) 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어지는 막을 이용함으로써, 하기 (1)~(3)의 작용 효과가 얻어진다.
(1) ArF 엑시머 레이저를 총 조사량 30kJ/cm2가 되도록 연속 조사한 경우(즉, 종전의 마스크의 반복 사용 기간을 초과해서 누적적으로 조사된 경우)에도, 이에 기인해서 생기는 차광막 패턴의 선폭의 두께(CD 변화량)는 10nm 이하, 바람직하게는 5nm 이하로 억제하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 내광성을 향상시켜 전사용 마스크 수명을 현저하게 개선할 수 있다.
(2) C 및/또는 H(규소 탄화물, 천이 금속 탄화물, 수소화 규소)의 존재에 의해 에칭 레이트는 빨라지기 때문에, 레지스트막이 두껍게 되지 않으며, 해상성과 패턴 정밀도가 악화되지 않는다. 또한, 에칭 시간을 단축할 수 있으므로, 차광막 상에 에칭 마스크막을 갖는 구성의 경우, 에칭 마스크막의 데미지를 적게 할 수 있어 고정밀의 패터닝이 가능해진다.
(3) ArF 엑시머 레이저광의 누적적인 조사에 의해 생기는 천이 금속(예를 들어 Mo)의 석출을 저감할 수 있으므로, 천이 금속(예를 들어 Mo)의 석출에 의한 유리 기판과 막 상에 대한 퇴적물을 적게 할 수 있다. 이 때문에, 상기 퇴적물에 의한 결함을 억제할 수 있다.
본 발명에서는, 탄소를 포함하는 타겟 또는 탄소를 포함하는 분위기 가스를 이용해서 스퍼터링 성막함으로써, 천이 금속, 규소, 탄소를 포함하고, 규소 탄화물 및/또는 천이 금속 탄화물을 가지고 이루어지는 박막을 형성할 수 있다.
여기서 탄화 수소 가스는, 예를 들면, 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10) 등이다.
탄화 수소 가스를 이용함으로써, 막 중에 탄소와 수소(규소 탄화물, 천이 금속 탄화물, 수소화 규소)를 도입할 수 있다.
탄소를 포함하는 타겟을 이용함으로써, 막 중에 탄소(규소 탄화물, 천이 금속 탄화물)을 도입할 수 있다. 이 경우, MoSiC 타겟을 이용하는 양태 외에, Mo 타겟 및 Si 타겟 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 C를 포함하는 타겟을 이용하는 양태나, MoSi 타겟 및 C 타겟을 이용하는 양태가 포함된다.
본 발명에서는, 수소를 포함하는 분위기 가스를 이용해서 스퍼터링 성막함으로써, 천이 금속, 규소, 수소를 포함하고, 수소화 규소를 가지고 이루어지는 박막을 형성할 수 있다.
이 방법에서는, 막 중에 수소(수소화 규소)만을 도입할 수 있다.
이 방법에서는, MoSi 타겟을 이용하는 양태 외에, Mo 타겟 및 Si 타겟을 이용하는 양태가 포함된다. 또한, 이 방법에서 막 중에 탄소(규소 탄화물, 천이 금속 탄화물)를 더 포함시키는 경우에는, MoSiC 타겟을 이용하는 양태 외에, Mo 타겟 및 Si 타겟 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 C를 포함하는 타겟을 이용하는 양태와, MoSi 타겟 및 C 타겟을 이용하는 양태가 포함된다.
본 발명에서 상기 박막은, 상기 스퍼터링 성막시의 상기 분위기 가스의 압력 및/또는 전력을 조정해서 형성되는 것이 바람직하다.
분위기 가스의 압력이 낮으면(이 경우 성막 속도가 느림), 탄화물 등(규소 탄화물과 천이 금속 탄화물)이 형성되기 쉽다고 생각된다. 또한, 전력(파워)을 낮추면 탄화물 등(규소 탄화물과 천이 금속 탄화물)이 형성되기 쉽다고 생각된다.
본 발명은, 이와 같이 탄화물 등(규소 탄화물과 천이 금속 탄화물)이 형성되어 상술한 본 발명의 작용 효과를 얻을 수 있도록, 상기 스퍼터링 성막시의 상기 분위기 가스의 압력 및/또는 전력을 조정한다.
또한, 본 발명은, 스퍼터 성막시에 막 중에 안정적인 Si-C 결합 및/또는 안정적인 천이 금속 M-C 결합이 형성되어 상술한 본 발명의 작용 효과를 얻을 수 있도록, 상기 스퍼터링 성막시의 상기 분위기 가스의 압력 및/또는 전력을 조정한다.
이에 반해, 분위기 가스의 압력이 높으면(이 경우 성막 속도가 빠름), 탄화물 등(규소 탄화물과 천이 금속 탄화물)이 형성되기 어렵다고 생각된다. 또한, 전력(파워)을 낮추면 탄화물 등(규소 탄화물과 천이 금속 탄화물)이 형성되기 어렵다고 생각된다.
또한, 차광층(11) 중의 탄소의 함유량은, 1원자%보다 많고 10원자% 미만이 바람직하다. 차광층(11)의 탄소의 함유량이 1원자% 이하인 경우에는, 규소 탄화물 및/또는 천이 금속 탄화물이 형성되기 어렵고, 탄소의 함유량이 10원자% 이상인 경우에는 차광층의 박막화가 어려워진다.
수소의 함유량은, 1원자%보다 많고 10원자% 미만이 바람직하다. 차광층의 수소의 함유량이 1원자% 이하인 경우에는 수소화 규소가 형성되기 어렵고, 수소의 함유량이 10원자% 이상인 경우에는 성막이 어려워진다.
본 발명에서, 상기 차광층(11) 중의 천이 금속 실리사이드는 몰리브덴 실리사이드이며, 몰리브덴의 함유량이 9원자% 이상 40원자% 이하인 것이 바람직하다.
크롬계에 비해 광학 농도가 높은 MoSi계 재료를 이용하는 것이 바람직하기 때문이다.
본 발명자는, 몰리브덴의 함유량이 9원자% 이상 40원자% 이하인 몰리브덴 실리사이드를 포함하는 차광층(11)이, 도 6에 도시하는 바와 같이, 단위 막 두께당 광학 농도가 크고, ArF 엑시머 레이저 노광광에 있어서의 차광성이 상대적으로 큰 차광층(11)이 얻어지며 차광막(10)의 전체 막 두께가 40nm 이하(표면 반사 방지층(12)의 막 두께가 5nm 이상인 경우, 차광층(11)의 막 두께는 35nm 이하)라는 종래보다 현저히 얇은 층의 두께로도 소정의 차광성(광학 농도 2.0 이상)이 얻어지는 것을 발견하였다.
몰리브덴 실리사이드를 포함하는 차광층(11) 중의 몰리브덴의 함유량이 9원자% 이상이면, ΔOD=0.075nm-1@193.4nm 이상으로 할 수 있다. 몰리브덴의 함유량이 15원자% 이상이면, ΔOD=0.08nm-1@193.4nm 이상으로 할 수 있으므로 보다 바람직하다. 몰리브덴의 함유량이 20원자% 이상이면, ΔOD=0.082nm-1@193.4nm 이상으로 할 수 있으므로 더욱 바람직하다.
몰리브덴 실리사이드를 포함하는 차광층(11) 중의 몰리브덴의 함유량은, 15원자% 이상 40원자% 이하가 바람직하고, 19원자% 이상 40원자% 이하가 더욱 바람직하다.
몰리브덴 실리사이드는, 몰리브덴의 함유량이 높으면 내약성이나 내세정성(특히, 알칼리 세정과 온수 세정)이 저하된다는 문제가 있다. 전사용 마스크로서 사용할 때의 필요 최저한의 내약성, 내세정성을 확보할 수 있는 몰리브덴의 함유량인 40원자% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 도 6에서도 명백한 바와 같이 몰리브덴 실리사이드의 차광 성능은, 몰리브덴 함유량을 늘려 가면 소정값에서 한계점이 된다. 몰리브덴의 함유량은, 몰리브덴 실리사이드의 화학 양론적으로 안정된 비율에 어느 정도의 폭을 부여한 정도인 40원자%까지가 상한으로서 바람직하고, 그 이상의 비율로 몰리브덴을 함유시키면 내약성과 내세정성이 저하된다.
또한, 차광층(11)의 Mo 함유량이 9원자% 이상 40원자% 이하의 범위이면, 이 범위 외의 조성에 대해 상대적으로 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 있어서의 에칭 속도가 크기 때문에 바람직하다.
또한, 몰리브덴 실리사이드를 포함하는 차광층은, 상기의 특성, 작용 효과를 손상시키지 않는 범위(10% 미만)에서, 다른 원소(탄소, 산소, 질소, 불활성 가스(헬륨, 수소, 아르곤, 크세논 등) 등)를 포함해도 좋다.
본 발명에서, 몰리브덴 실리사이드로 이루어지는 차광층(11)은, 층의 두께의 하한측이 24nm 이상인 것이 바람직하고, 27nm 이상이면 보다 바람직하며, 층의 두께의 상한측이 40nm 미만인 것이 바람직하고, 35nm 미만이면 보다 바람직하다. 또한, 몰리브덴 실리사이드로 이루어지는 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조에서 광학 농도 2.0 이상을 확보하는 구성의 경우에서는, 차광층(11)의 층의 두께의 하한은 15nm로 하는 것이 가능하다.
본 발명에서, MoSi계 차광층(11)은, 스퍼터실 내의 가스 압, 가열 처리에 의해 인장 응력과 압축 응력을 자유롭게 제어 가능하다. 예를 들면, MoSi계 차광층(11)의 막 응력을 인장 응력이 되도록 제어함으로써, 표면 반사 방지층(12)(예를 들면 MoSiON)의 압축 응력과 조화를 이룰 수 있다. 즉, 차광막(10)을 구성하는 각 층의 응력을 상쇄할 수 있어, 차광막(10)의 막 응력을 최대한 저감할 수 있다(실질적으로 제로로 할 수 있다).
본 발명에서, 산소, 질소 중 적어도 하나를 포함하는 몰리브덴 실리사이드 화합물로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)은, MoSiON, MoSiO, MoSiN, MoSiOC, MoSiOCN 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 내약품성, 내열성의 관점에서는 MoSiO, MoSiON이 바람직하고, 블랭크 결함 품질의 관점에서는 MoSiON이 바람직하다. 또한, Mo를 많게 하면 내세정성, 특히 알칼리(암모니아수 등)나 온수에 대한 내성이 작아진다. 이러한 관점에서는, 표면 반사 방지층(12) 중의 Mo의 함유량을 최대한 줄이는 것이 바람직하다.
또한, 응력 제어를 목적으로 하여 고온에서 가열 처리(어닐링)할 때, Mo의 함유량이 많으면 막의 표면이 희뿌옇게 되는(백탁되는) 현상이 생기는 것을 알았다. 이것은, MoO가 표면에 석출되기 때문이라고 생각된다. 이러한 현상을 피하는 관점에서, 표면 반사 방지층(12) 중의 Mo의 함유량은 10at% 미만인 것이 바람직하다. 그러나, Mo 함유량이 지나치게 적은 경우, DC 스퍼터링 시의 이상 방전이 현저해져서 결함 발생 빈도가 높아진다. 따라서, Mo는 정상적으로 스퍼터할 수 있는 범위로 함유하고 있는 것이 바람직하다. 다른 성막 기술에 의해서는 Mo를 함유하지 않고 성막 가능한 경우가 있다.
본 발명에서, 상기 차광막(10)은, Ta계 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
차광막(10)의 전체 막 두께가 전자계(EMF) 효과의 영향이 작아지는 막 두께인 40nm 이하이면서 또한 광학 농도 2.0 이상을 확보하기 위해서는, 크롬계에 비해 광학 농도가 높은, Ta계 재료를 이용하는 것이 바람직하기 때문이다.
Ta계의 차광막(10)은, 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)을 탄탈 또는 그 화합물의 적층 구조로 할 수 있다. 탄탈 화합물로는, 탄탈의 질화물, 산화물, 붕화물, 탄화물 등을 들 수 있다.
본 발명에서는, 차광막(10)은 2층으로 구성되어, 탄탈의 질화물로 이루어지는 차광층(11)과, 차광층(11) 상에 접해서 형성되고, 탄탈의 산화물로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)으로 이루어지는 양태가 포함된다.
차광층(11)의 탄탈을 질화시킴으로써, 전사 마스크 제작 후의 차광막(10)의 전사 패턴 측벽의 산화 방지를 도모할 수 있다. 반면, 높은 차광 성능을 확보하기 위해서는, 가능한 한 질소의 함유량을 낮게 할 것이 요구된다. 이러한 점들을 고려하면, 차광층 중의 질소 함유량은 1원자% 이상 20원자% 이하가 바람직하고, 5원자% 이상 10원자% 이하이면 더욱 바람직하다.
산소를 50원자% 이상 함유하는 탄탈의 산화물로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)은, 반사 방지 효과가 우수하므로 바람직하다.
상기한 바와 같은 구성에 의해, 차광막(10)의 표면측의 반사 방지가 도모된다. 이와 같이, 이면 반사 방지층을 생략한 구조에 의해 더욱 박막화를 도모하는 것은 전자계(EMF) 효과의 과제 개선에 유효하다.
본 발명에서는, 차광막(10)이 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조이며, 총 막 두께가 40nm 이하이고, ArF 노광광에 대한 광학 농도가 적어도 2.0 이상이면서 또한 표면 반사율이 소정값(예를 들면 30% 이하)인 것이 바람직하다.
이러한 차광막(10)을 설계하는 경우, 광학 농도에 대한 기여를 차광층(11)에 거의 의존하는 막 구성으로 하는 경우가 많은데, 표면 반사 방지층(12)도 광학 농도에 대해 다소 기여하도록 하는 막 구성도 가능하다. 이 경우, 광학 농도에 대한 기여를 차광층(11)에 거의 의존하는 종래의 막구성의 경우란, 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12)의 굴절률(n), 감쇠 계수(k)의 적정 범위가 변하는 것이다. 또한, 이하의 굴절률(n), 감쇠 계수(k)는, ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 수치이며, 이하에서도 마찬가지이다.
표면 반사 방지층(12)도 광학 농도에 대해 다소 기여하도록 하는 막 구성으로 하는 경우에는, 차광층(11)의 감쇠 계수(k)를 약간 낮게 하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 차광층(11)의 감쇠 계수(k)는 1.8 이상이면 좋고, 바람직하게는 1.9 이상, 보다 바람직하게는 2.0 이상이다. 차광층(11)의 감쇠 계수(k)는 2.4 이하이면 좋고, 바람직하게는 2.3 이하, 보다 바람직하게는 2.2 이하이다.
한편, 이 경우에서의 차광층(11)의 굴절률(n)은 낮게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 차광층(11)의 굴절률(n)은 1.5 이상이면 좋고, 바람직하게는 1.6 이상, 보다 바람직하게는 1.7 이상이다. 또한, 차광층(11)의 감쇠 계수(k)는 2.4 이하이면 좋고, 바람직하게는 2.0 이하, 보다 바람직하게는 1.8 이하다.
표면 반사 방지층(12)도 광학 농도에 대해 다소 기여하도록 하는 막 구성으로 하는 경우에는, 표면 반사 방지층(12)의 감쇠 계수(k)는 약간 높아진다. 예를 들면, 표면 반사 방지층(12)의 감쇠 계수(k)는 0.7 이상이면 좋고, 바람직하게는 0.8 이상, 보다 바람직하게는 0.9 이상이다. 표면 반사 방지층(12)의 감쇠 계수(k)는 1.5 이하이면 좋고, 바람직하게는 1.4 이하, 보다 바람직하게는 1.3 이하이다.
한편, 이 경우에서의 표면 반사 방지층(12)의 굴절률(n)은, 저반사로 하기 위해서는 통상보다 약간 낮게 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 표면 반사 방지층(12)의 굴절률(n)은 1.7 이상이면 좋고, 바람직하게는 1.8 이상, 보다 바람직하게는 1.9 이상이다. 표면 반사 방지층(12)의 굴절률(n)은 2.4 이하이면 좋고, 바람직하게는 2.2 이하, 보다 바람직하게는 2.0 이하이다.
본 발명에서, 상기 보조 차광막은, 상기 차광막을 에칭할 때에 이용되는 에칭 가스에 대해 내성을 갖는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기의 도 1~도 3의 제1~3 실시 형태와 같이, 차광막(10)과 접하여 보조 차광막(20)이 형성되는 양태에 있어서, 차광막(10)만으로 전사 패턴이 형성되고, 전사 패턴 영역의 외주에 차광대가 형성된 전사용 마스크를 제작 가능하게 하기 위함이다. 또한, 보조 차광막(20)을 에칭 마스크로 하여 차광막(10)을 에칭 가능하게 하기 위함이기도 하다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상기 보조 차광막(20)은, 크롬, 질화 크롬, 산화 크롬, 질화 산화 크롬, 산화 탄화 질화 크롬 중 어느 하나를 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
차광막(10)에 적용 가능한 재료(금속 실리사이드계, Ta계)는, 불소계 가스로 드라이 에칭 가능한 재료가 대부분이다. 때문에, 보조 차광막(20)에는 불소계 가스에 대해 내성을 갖는 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 크롬계의 재료는, 불소계 가스에 대한 내성이 높고, 기본적으로 염소와 산소의 혼합 가스로 드라이 에칭 가능한 재료이기 때문에, 보조 차광막(20)의 상층(예를 들면 레지스트막(100) 등)에 형성된 전사 패턴을 보조 차광막(20)에 전사하는 드라이 에칭을 행할 때, 하층의 차광막(10)을 에칭 스토퍼로서 기능시킬 수 있다. 이로 인해, 보조 차광막(20)을 에칭 마스크로 해서, 하층의 차광막(10)을 드라이 에칭하여 전사 패턴을 전사할 수 있어, 차광막(10)에 높은 정밀도로 전사 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명에서, 보조 차광막(20)으로는, 예를 들면, 크롬 단체, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 수소로 이루어지는 원소를 적어도 1종을 포함하는 것(Cr을 포함하는 재료) 등의 재료를 이용할 수 있다. 상기 보조 차광막(20)의 막 구조로는, 상기 막 재료로 이루어지는 단층, 복수층 구조로 할 수 있다. 복수층 구조에서는, 서로 다른 조성으로 단계적으로 형성한 복수층 구조나, 연속적으로 조성이 변화한 막 구조로 할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상기 보조 차광막은, 크롬에, 질소, 산소 중 적어도 어느 하나의 성분을 포함하고, 막 중의 크롬의 함유량이 50원자% 이하이면서 또한 막 두께가 20nm 이상인 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 도 1~도 3의 제1~3 실시 형태에 있어서, 예를 들어, 차광막이 MoSi계 재료로 이루어지는 경우에는, 크롬에, 질소, 산소 중 적어도 어느 하나의 성분을 포함하고, 막 중의 크롬의 함유량이 50원자% 이하, 바람직하게는 45원자% 이하로 함으로써, 보조 차광막(20)의 에칭 레이트를 높여서 레지스트 막 두께의 저감을 도모할 수 있고, 또한, 막 두께를 20nm 이상으로 함으로써 보조 차광막(20)으로서 필요한 광학 농도 0.8 이상을 확보할 수 있다.
본 발명에서, 크롬계 재료로 이루어지는 상기 보조 차광막(20)의 막 두께는, 20nm~40nm인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 보조 차광막 상에, 보조 차광막을 에칭할 때에 이용되는 에칭 가스에 대해 내성을 갖는 에칭 마스크막을 구비하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 도 2 및 도 3의 제2 및 제3 실시 형태에서, 보조 차광막(20)이 상기의 크롬계 재료로 형성되어 있는 경우에는, 에칭 마스크막(30)으로서는, 염소와 산소의 혼합 가스에서의 드라이 에칭에 대한 내성을 갖는 재료를 선정하면 바람직하다. 예를 들면, 규소의 산화물, 질화물, 또는 산질화물, 혹은 이들 재료에 천이 금속을 저비율(8% 이하)로 함유시킨 재료가 적용 가능하다. 천이 금속으로는, 차광층(11)에 적용되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 도 2에 도시하는 제2 실시 형태와 같이, 레지스트막(100)과 에칭 마스크막(30)의 밀착성을 향상시키는 밀착성 향상층(60)을 형성해도 좋다. 밀착성 향상층(60)으로는, 예를 들어, 에칭 마스크막(30)의 표면에 HMDS(헥사 메틸 디실라잔)층을 증발 비산 처리에 의해 형성하는 구성을 우선 들 수 있다. 또한, 기타로서, 레지스트막(100)에 레지스트 패턴을 형성할 때 사용하는 현상액에 대해서는 용해하지 않고, 레지스트 패턴을 마스크로 에칭 마스크막(30)을 드라이 에칭할 때에는 함께 에칭되고, 또한 레지스트 패턴을 제거할 때의 제거 처리시(용제 제거, 산소 플라즈마 애싱 등)에는 함께 제거되는 특성을 갖는 수지층을 형성하는 구성도 들 수 있다.
또한, 도 3에 도시하는 제3 실시 형태와 같이, 에칭 마스크막(30)(도 2의 에칭 마스크막(30)에 상당) 상에 제2 에칭 마스크막(40)을 형성하는 구성으로 해도 좋다. 제2 에칭 마스크막(40)에는, 에칭 마스크막(30)이 상기의 규소계 재료나 천이 금속계 재료로 형성되어 있는 경우에는, 상기한 크롬계 재료가 바람직하다.
본 발명에서, 상기 보조 차광막은, 보조 차광층과, 상기 차광막 및 보조 차광층의 사이에 설치되고, 상기 보조 차광층을 에칭할 때에 이용되는 에칭 가스, 및 상기 차광막을 에칭할 때에 이용되는 에칭 가스 모두에 대해 내성을 갖는 에칭 스토퍼 겸 마스크층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 양태에 있어서, 상기 에칭 스토퍼 겸 마스크층은, 크롬에, 질소, 산소 중 적어도 어느 하나의 성분을 포함하고, 막 중의 크롬의 함유량이 50원자% 이하이면서 또한 막 두께가 5nm 이상 20nm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 양태에 있어서, 상기 보조 차광층은, 천이 금속 실리사이드를 주성분으로 하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 도 4의 제4 실시 형태와 같이, 보조 차광막(20)의 차광막(10)측에 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)을 설치함으로써, 차광막(10)을 에칭해서 전사 패턴을 형성할 때의 에칭 마스크를 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)으로 할 수 있기 때문에, 광학 농도의 제약이 있는 보조 차광막(20)을 에칭 마스크로서 이용하는 경우에 비해, 에칭 마스크를 박막화할 수 있으므로, 차광막(10)에 의해 높은 정밀도로 전사 패턴을 형성할 수 있다.
보조 차광층(22)에, 차광막(10)을 에칭할 때의 에칭 가스로 에칭되는 재료를 선정할 수 있다. 보조 차광층(22)에 차광막(10)에 적용한 것과 동일한 재료를 적용할 수 있다.
본 발명에서, 보조 차광층(22)으로는, 금속을 포함하는 금속막을 이용할 수 있다.
금속을 포함하는 금속막으로는, 탄탈, 몰리브덴, 티탄, 하프늄, 텅스텐, 이들 원소를 포함하는 합금, 또는 상기 원소나 상기 합금을 포함하는 재료(예를 들면, 상기 원소나 상기 합금을 포함하는 재료에 더해서 산소, 질소, 규소, 탄소 중 적어도 하나를 포함하는 막)로 이루어지는 막을 들 수 있고, 서로 다른 조성으로 단계적으로 형성한 복수층 구조나, 연속적으로 조성이 변화한 복수층 구조로 할 수 있다.
본 발명에서, 보조 차광층(22)으로는, 상기 천이 금속의 실리사이드, 이들에 질소, 산소, 탄소, 수소, 불활성 가스(헬륨, 아르곤, 크세논 등) 등을 포함하는 화합물 등으로 구성할 수도 있다.
본 발명에서, 금속막으로는, 알루미늄, 티탄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 란탄, 탄탈, 텅스텐, 실리콘, 하프늄에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 재료로 이루어지는 막, 혹은 이들의 질화물, 산화물, 산질화물, 탄화물 등 를 들 수 있다.
상기 보조 차광층(22)은, MoSi계 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
예를 들면, 차광막(10)을 MoSi계 재료로 구성하는 경우에는, 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)은 크롬계 재료로 구성하고, 보조 차광층(22)은 MoSi계 재료로 구성하는 것이 바람직하기 때문이다. 또한, MoSi계 재료는 차광성이 높은 막을 선택할 수 있으므로, 보조 차광층(22)을 보다 박막화할 수 있다.
본 발명에서, MoSi계 재료로 이루어지는 상기 보조 차광층(22)의 막 두께는, 보조 차광층(22) 중의 몰리브덴의 함유량이 20원자%인 경우, 10nm~30nm인 것이 바람직하다.
또한, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 레지스트막(100)과 보조 차광층(22)의 밀착성을 향상시키는, 상기 HMDS층이나 수지층 등으로 이루어지는 밀착성 향상층(60)을 형성한다.
본 발명에서, 상기 제2 에칭 마스크막(40), 에칭 마스크막(70), 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21) 등의 에칭 마스크막은, 크롬계 재료로 구성할 수 있다.
이와 같은 에칭 마스크막을 크롬계 재료로 구성함으로써 박막화할 수 있다. 또한, 가공 정밀도가 우수하다. 또한, 에칭 마스크막의 상하로 접하여 형성되는 층에 대한 에칭 선택성이 높아, 불필요해진 에칭 마스크막을 다른 층에 데미지를 주지 않으면서 제거할 수 있다.
본 발명에서, 상기 에칭 마스크막은, 예를 들면, 크롬 단체, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 수소로 이루어지는 원소를 적어도 1종을 포함하는 것(Cr을 포함하는 재료) 등의 재료를 이용할 수 있다. 에칭 마스크막의 막 구조로는, 상기 막 재료로 이루어지는 단층으로 하는 경우가 많지만, 복수층 구조로 할 수도 있다. 또한, 복수층 구조에서는, 서로 다른 조성으로 단계적으로 형성한 복수층 구조나, 연속적으로 조성이 변화한 막 구조로 할 수 있다.
본 발명에서, 상기 에칭 마스크막은, 막 두께가 5nm~20nm인 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면, 에칭 마스크막의 CD(Critical Dimension)에 대한 피에칭 막의 CD의 시프트량(에칭 마스크층의 패턴 치수에 대한 피에칭 막의 패턴 치수의 치수 변화량)이 5nm 미만인 전사용 마스크를 얻는 것이 가능해진다.
본 발명에서, 상기 에칭 마스크막은, 크롬에, 질소, 산소 중 적어도 어느 하나의 성분을 포함하고, 막 중의 크롬의 함유량이 50원자% 이하이면서 또한 막 두께가 5nm 이상 20nm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명자는, 투광성 기판 상에, MoSi계 차광막, Cr계 에칭 마스크막, 레지스트막(막 두께 100nm 이하)을 이 순서대로 (서로 접해서) 구비하는 마스크 블랭크를 이용하여 가공을 행할 때에, (1) 에칭 마스크막의 막 두께를 단순히 얇게 하는(예를 들면 20nm 이하로 함) 것만으로는 레지스트막의 막 두께를 저감할 수 없는 경우가 있다는 것, (2) 레지스트막의 막 두께를 저감하는 관점에서는, Cr계 에칭 마스크막은, Cr 성분이 풍부한 재료에서는 염소계(Cl2+O2) 드라이 에칭의 에칭 레이트가 느리기 때문에 바람직하지 못하고, 따라서 이 관점에서는 Cr계 에칭 마스크막은, Cr 성분이 적고, 고질화, 고산화된 Cr계 재료가 바람직하다는 것, (3) 차광막 패턴의 LER(Line Edge Roughness)을 저감하는 관점에서는, Cr계 에칭 마스크막은, Cr 성분이 풍부한 재료가 불소계 드라이 에칭에 대한 내성이 높기 때문에 바람직하고, 따라서 이 관점에서는 Cr계 에칭 마스크막은, Cr 성분이 많은 Cr계 재료가 바람직하다는 것, (4) 상기 (2)와 (3)은 트레이드 오프의 관계에 있어, 이를 고려하면, Cr계 에칭 마스크막은, 막 중의 크롬의 함유량이 50원자% 이하이고, 나아가 45원자% 이하인 것이 바람직하다는 것, Cr계 에칭 마스크막 중의 크롬의 함유량이 35원자% 이하인 것이 더욱 바람직하다는 것, 또한, Cr계 에칭 마스크막 중의 크롬의 함유량의 하한은 20원자% 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30원자% 이상이 바람직하다는 것, 특히, 에칭 마스크막이 산화 크롬막인 경우에는 33원자% 이상이 바람직하다는 것, (5) 상기 (2) 및 (4)와 관련하여(즉, Cr계 에칭 마스크막의 에칭 시간의 단축과 관련하여), 레지스트막의 막 두께를 저감하는 관점에서는, Cr계 에칭 마스크막의 막 두께는 20nm 이하인 것이 바람직하다는 것, (6) 상기 (3) 및 (4)와 관련하여(즉, Cr계 에칭 마스크막의 에칭 내성과 관련하여), 하층의 차광막에 마스크 패턴을 전사하는 에칭 프로세스가 완료할 때까지, 에칭 마스크가 마스크 패턴을 유지할 수 있어야 하기 때문에, Cr계 에칭 마스크막의 막 두께는 5nm 이상인 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.
본 발명에서는, 상기 에칭 마스크막은, 산화 탄화 질화 크롬(CrOCN), 산화 탄화 크롬(CrOC), 산화 질화 크롬(CrON), 질화 크롬(CrN) 중 어느 하나를 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
Cr계 재료는, 산화를 진행시킬수록 염소계 가스에 대한 에칭 레이트가 향상된다. 또한, 산화시켰을 때만큼은 아니지만, 질화를 진행시켜도 염소계 가스에 대한 에칭 레이트가 향상된다. 따라서, 단지 에칭 마스크막의 크롬 함유량을 35원자% 이하로 하는 것 뿐만 아니라, 고산화, 고질화시키는 것이 바람직하다.
또한, 막의 결함 품질이 우수한 관점에서는, 산화 탄화 질화 크롬, 산화 탄화 크롬이 바람직하다. 또한, 응력의 제어성(저응력막 형성 가능)의 관점에서는, 산화 탄화 질화 크롬(CrOCN)이 바람직하다.
에칭 마스크막의 막 구조로는, 상기 막 재료로 이루어지는 단층으로 하는 경우가 많지만, 복수층 구조로 할 수도 있다. 또한, 복수층 구조에서는, 서로 다른 조성으로 단계적으로 형성한 복수층 구조나, 연속적으로 조성이 변화한 막 구조로 할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 에칭 마스크막은, 산화 탄화 질화 크롬 혹은 산화 탄화 크롬이며, 크롬 타겟을 이용하여 적어도 "CO2 가스, N2 가스 및 희가스", 혹은, "CO2 가스 및 희가스"를 포함하는 혼합 기체를 이용하고(히스테리시스가 작은 가스계를 선택하고), 또한, 메탈 모드에서 반응 모드로의 이행이 시작되는 부근의 조건, 또는 반응 모드에 가까운 조건에서 성막되는 것이 바람직하다.
DC 스퍼터에 있어서 안정적으로 에칭 레이트가 빠른 막을 제조하는 것이 가능해지기 때문이다.
상세하게는, 도 7에 도시한 바와 같이 DC 스퍼터에 있어서, 플라즈마가 형성된 상태에서, 종축의 전압[V](성막 레이트에 대응)과 횡축에 나타내는 각 가스의 유량과의 관계를 조사한다.
횡축에 나타내는 각 가스의 유량을 0에서 50sccm까지 증가시킨 경우(진행 경로)와, 50에서 0sccm까지 감소시킨 경우(복귀 경로)는 일치하지 않고, 이른바 히스테리시스를 나타낸다.
메탈 모드는 고전압(예를 들면 330~350V)을 유지하고 있는 영역(Ar으로 Cr이 이온 스퍼터되는 영역), 천이 영역은 전압이 급강하하는 영역, 반응 모드는 급강하한 전압의 급강하 후의 영역(급강하한 전압 290~310V를 유지하고 있는 영역)(가스가 활성화하여 반응성을 나타내는 영역)을 각각 가리킨다.
메탈 모드는, 도 7(1)에서는 0~30sccm의 영역, 도 7(2)에서는 0~25sccm의 영역, 도 7(3)에서는 0~32sccm의 영역이다.
천이 영역은, 도 7(1)에서는 증가 모드에서 35~50sccm의 영역, 도 7(2)에서는 증가 모드에서 35~50sccm의 영역, 도 7(3)에서는 증가 모드에서 43~50sccm의 영역이다.
반응 영역은, 도 7(1)에서는 감소 모드에서 50~35sccm의 영역, 도 7(2)에서는 감소 모드에서 50~35sccm의 영역, 도 7(3)에서는 감소 모드에서 48~32sccm의 영역이다.
메탈 모드에서는 산화도, 질화도가 현저히 낮은 크롬이 성막되고, 반응 모드에서는 산화, 질화도가 높은 크롬이 성막되고, 메탈 모드와 반응 모드의 중간 모드(메탈 모드와 반응 모드의 천이 영역)에서는 조건이 안정적이지 않으므로 통상 사용하지 않는다.
크롬을 산화, 질화시키는 가스계는 다양한데, 도 7(3)에 도시한 바와 같이, 히스테리시스가 큰 가스계(NO 가스+희가스)를 이용한 경우, DC 스퍼터로 산화, 질화된 크롬을 반응 모드에서 안정적으로 저결함으로 성막하는 것은 어렵다. O2 가스+희가스를 이용한 경우도 마찬가지이다.
이에 반해, 도 7(1)이나 도 7(2)에 도시한 바와 같이, 히스테리시스가 작은 가스계를 이용한 경우(도 7(1)에서는 "CO2 가스+희가스"를 이용하고, 도 7(2)에서는 "CO2 가스+N2 가스+희가스"를 이용함), DC 스퍼터로 산화, 질화된 크롬을 반응 모드(도 7(1)에서는 40~30sccm의 감소 모드의 영역, 도 7(2)에서는 35~25sccm의 감소 모드의 영역)에서 안정적으로 저결함으로 성막할 수가 있고, 나아가 얻어진 산화, 질화된 크롬은 에칭 레이트가 빠른 막을 제조할 수 있다. 특히, 도 7(1)이나 도 7(2)에서의 유량 35sccm 부근의 증가 모드와 감소 모드가 약간 어긋난 부분(조건), 즉 메탈 모드에서 반응 모드로 가기 시작할 즈음의 조건(메탈 모드에서 반응 모드로의 이행이 시작되는 부근(바로 직전)의 조건)에서 성막을 행함으로써, 다른 조건에 비해 상대적으로 에칭 레이트가 빠른 산화, 질화된 크롬 막을 DC 스퍼터로 안정적이면서 저결함으로 제조할 수 있다.
본 발명의 전사용 마스크는, 상기에 기재된 마스크 블랭크를 이용해서 제작된다.
즉, 본 발명의 전사용 마스크는, ArF 노광광이 적용되는 전사용 마스크이며, 투광성 기판 상에 형성되는 차광층 및 표면 반사 방지층의 적층 구조로 이루어지고, 전사 패턴 영역에 전사 패턴을 갖는 차광막 패턴과, 전사 패턴 영역의 외주 영역에 있어서의 차광막 패턴의 상방에 형성되고, 차광대의 패턴을 갖는 보조 차광막 패턴을 구비하고, 차광막 패턴은, 막 두께가 40nm 이하이면서 노광광에 대한 광학 농도가 2.0 이상 2.7 이하이며, 상기 차광막 패턴과 보조 차광막 패턴의 적층 구조로 노광광에 대한 광학 농도가 2.8 이상인 차광대가 형성되어 있는 구성인 것이 바람직하다.
또한, 차광막 패턴 중의 차광층은, 막 두께가 15nm 이상 35nm 이하이면 더욱 바람직하다.
여기서, 전사 패턴 영역이란, 차광막에 전사 패턴이 배치되는(에칭으로 형성되는) 주표면 상의 영역을 말한다. 반도체 디바이스에 관한 전사 패턴(마스크 패턴)은, 132mm×104mm의 영역 내에 배치되는 것이 통상적이며, 마스크 블랭크 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 묘화할 때에는, 차광막이나 투광성 기판의 결함 위치에 따라 배치를 90도 회전시키는 경우가 있다. 이 때문에, 전사 패턴 영역은, 기판의 중심을 기준으로 한 132mm각 내의 영역으로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 차광대는, 그 전사 패턴 영역에 조사되는 노광광의 누설 광을 차광하기 위한 것이므로, 전사 패턴 영역의 외주의 영역에 형성되는 것이 바람직하다.
이로 인해, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지면서, 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 전사용 마스크는, 싱글 노광, 더블 패터닝, 더블 노광에 이용되는 전사 마스크에 적용할 수 있다.
본 발명에서, 크롬계 박막의 드라이 에칭에는, 염소계 가스와 산소 가스를 포함하는 혼합 가스로 이루어지는 드라이 에칭 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 크롬과 산소, 질소 등의 원소를 포함하는 재료로 이루어지는 크롬계 박막에 대해서는, 상기의 드라이 에칭 가스를 이용해서 드라이 에칭을 행함으로써, 드라이 에칭 속도를 높일 수 있어 드라이 에칭 시간의 단축화를 도모할 수 있고, 단면 형상이 양호한 박막 패턴을 형성할 수 있기 때문이다. 드라이 에칭 가스에 이용하는 염소계 가스로는, 예를 들면, Cl2, SiCl4, HCl, CCl4, CHCl3 등을 들 수 있다.
본 발명에서, 금속 실리사이드계 박막의 드라이 에칭에는, 예를 들면, SF6, CF4, C2F6, CHF3 등의 불소계 가스, 이들과 He, H2, N2, Ar, C2H4, O2 등의 혼합 가스, 혹은 Cl2, CH2Cl2 등의 염소계 가스, 또는 이들과 He, H2, N2, Ar, C2H4 등의 혼합 가스를 이용할 수 있다.
본 발명에서, 레지스트막(100)을 형성하는 레지스트는 화학 증폭형 레지스트인 것이 바람직하다. 고정밀도의 가공에 적합하기 때문이다.
본 발명은, 레지스트 막 두께 100nm 이하, 레지스트 막 두께 75nm 이하, 나아가 레지스트 막 두께 50nm를 목표로 한 세대의 마스크 블랭크에 적용한다.
본 발명에서, 레지스트는 전자선 묘화용의 레지스트인 것이 바람직하다. 고정밀도의 가공에 적합하기 때문이다.
본 발명은, 전자선 묘화에 의해 레지스트 패턴을 형성하는 전자선 묘화용의 마스크 블랭크에 적용한다.
본 발명에서, 투광성 기판(1)으로는, 합성 석영 기판, CaF2 기판, 소다 라임 유리 기판, 무알칼리 유리 기판, 저열팽창 유리 기판, 알루미노 실리케이트 유리 기판 등을 들 수 있다.
본 발명에서, 마스크 블랭크에는, 마스크 블랭크와 레지스트막 포함 마스크 블랭크가 포함된다.
본 발명에서, 전사 마스크에는, 위상 시프트 효과를 사용하지 않는 바이너리형 마스크, 레티클이 포함된다.
<실시예>
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
실시예 (1-1)
(마스크 블랭크의 제작)
도 1은, 본 실시예 (1-1)의 바이너리 마스크 블랭크의 단면도다.
투광성 기판(1)으로서 사이즈 6인치 각, 두께 0.25인치의 합성 석영 유리 기판을 이용하여, 투광성 기판(1) 상에 차광막(10)으로서, MoSiCH막(차광층(11)), MoSiON막(표면 반사 방지층(12))을 각각 형성했다.
구체적으로는, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하고, Mo:Si=21원자%:79원자%의 타겟을 사용하여, Ar과 CH4와 He의 혼합 가스 분위기(가스 유량비 Ar:CH4:He=10:1:50), 가스 압:0.3Pa, DC 전원의 전력:2.0kW의 조건에서, 몰리브덴, 실리콘, 탄소 및 수소로 이루어지는 막(Mo:19.8원자%, Si:76.7원자%, C:2.0원자%, H:1.5원자%)을 15nm의 막 두께로 형성하고, MoSiCH막(차광층(11))을 형성했다.
다음으로, Mo:Si=4원자%:96원자%의 타겟을 이용하여, Ar과 O2와 N2와 He(가스 유량비 Ar:O2:N2:He=6:5:11:16), 가스 압:0.1Pa, DC 전원의 전력:3.0kW의 조건에서, 몰리브덴, 실리콘, 산소, 질소로 이루어지는 막(Mo:2.6원자%, Si:57.1원자%, O:15.9원자%, N:24.4원자%)을 15nm의 막 두께로 형성하고, MoSiON막(표면 반사 방지층(12))을 형성했다.
차광막(10)의 총 막 두께는 30nm로 했다. 차광막(10)의 광학 농도(OD)는 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장 193nm에서 2.0이었다.
다음으로, 상기 기판을 450℃에서 30분간 가열 처리(어닐링 처리)했다.
다음으로, 차광막(10) 상에 보조 차광막(20)을 형성했다(도 8(1)).
구체적으로는, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하여, 크롬 타겟을 사용하고, Ar과 CO2와 N2와 He의 혼합 가스 분위기(가스 유량비 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31), 가스 압:0.2Pa, DC 전원의 전력:1.8kW, 전압:334V에서, 메탈 모드에서 반응 모드로의 이행이 시작되는 부근(바로 직전)의 조건(CO2 유량 37sccm 부근)에서 성막을 행하여(도 7(2) 참조), CrOCN막(막 중의 Cr 함유량:33원자%)을 30nm의 막 두께로 형성했다. 이때, CrOCN막을 상기 차광막(10)의 어닐링 처리 온도보다 낮은 온도에서 어닐링함으로써, 차광막(10)의 막 응력에 영향을 주지 않고 CrOCN막의 응력이 최대한 낮아지도록(바람직하게는 막 응력이 실질적으로 제로) 조정했다.
상기에 의해, ArF 엑시머 레이저 노광용이면서 또한 싱글 노광용의 보조 차광막(20) 및 차광막(10)을 형성한 마스크 블랭크를 얻었다.
또한, 박막의 원소 분석은, 러더퍼드 후방 산란 분석법을 이용하였으며, 이하의 실시예, 비교예에서도 마찬가지이다.
도 1에 도시하는 본 실시예 (1-1)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 하였다. 차광막(10)의 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 2.0이다.
보조 차광막(20)은, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지며, 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 0.8이다.
(전사용 마스크의 제작)
마스크 블랭크의 보조 차광막(20) 상에, 전자선 묘화(노광)용 화학 증폭형 포지티브 레지스트(100)(PRL009:후지 필름 일렉트로닉스 머테리얼사 제품)를 스핀 코트법에 의해 막 두께가 100nm가 되도록 도포했다(도 1, 도 8(1)).
다음으로, 레지스트막(100)에 대해, 전자선 묘화 장치를 이용해서 원하는 패턴의 묘화를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴(100a)을 형성했다(도 8(2)).
다음으로, 레지스트 패턴(100a)을 마스크로 해서 보조 차광막(20)의 드라이 에칭을 행하여 보조 차광막 패턴(20a)을 형성했다(도 8(3)). 드라이 에칭 가스로서, Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다.
이어서, 잔류하는 레지스트 패턴(100a)을 약액에 의해 박리 제거했다.
다음으로, 보조 차광막 패턴(20a)을 마스크로 해서, 차광막(10)을 SF6과 He의 혼합 가스를 이용하여 드라이 에칭을 행하고 차광막 패턴(10a)을 형성했다(도 8(4)).
다음으로, 레지스트 패턴(100a)을 박리하고, 그 기판 상에, 전자선 묘화(노광)용 포지티브 레지스트(FEP171:후지 필름 일렉트로닉스 머테리얼사 제품)의 레지스트막(110)을 스핀 코트법에 의해 막 두께가 200[nm]가 되도록 도포했다(도 8(5)).
다음으로, 레지스트막(110)에 대해 전자선 묘화 장치를 이용해서 차광부(차광대)의 패턴을 묘화 노광하고, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴(110b)을 형성하고(도 8(6)), 상기 레지스트 패턴(110b)을 마스크로 해서, 보조 차광막 패턴(20a)을 Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)로 드라이 에칭에 의해 에칭하여, 보조 차광막 패턴(20b)을 형성했다(도 8(7)).
다음으로, 레지스트 패턴(110b)을 박리하고, 소정의 세정을 실시하여, 보조 차광막 패턴(20b)과 그 하부에 있는 차광막 패턴(10a)의 부분으로 구성되는 차광부(차광대)(80)를 갖는 바이너리 전사용 마스크를 얻었다(도 8(8)).
본 실시예 (1-1)의 바이너리 전사용 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
또한, 상기 전사용 마스크의 제작 예에서는, 보조 차광막 패턴(20a)을 형성한 후에 레지스트 패턴(100a)을 박리 제거했지만, 레지스트 패턴(100a)을 차광막 패턴(10a)이 형성된 후에 박리 제거할 수도 있다.
실시예 (1-2)
(마스크 블랭크의 제작)
실시예 (1-2)는, 실시예 (1-1)에 있어서, 차광층(11)을 이하의 조건에서 작성하고, MoSiCH 막 중의 Mo 함유량을 32.3원자%로 한 것을 제외하고는 실시예 (1-1)과 마찬가지이다.
실시예 (1-2)에서는, Mo:Si=1:2의 타겟을 이용하여, Ar과 CH4와 He의 혼합 가스 분위기(가스 유량비 Ar:CH4:He=10:1:50)에서, 가스 압 0.1Pa, DC 전원의 전력이 2.0kW인 조건에서, 몰리브덴, 실리콘, 탄소 및 수소로 이루어지는 막(Mo:32.3원자%, Si:64.6원자%, C:1.8원자%, H:1.3원자%)을 15nm의 막 두께로 형성하여 MoSiCH막(차광층(11))을 형성했다.
도 1에 도시하는 본 실시예 (1-2)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 Mo 함유량이 32.3원자%인 MoSiCH로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 2.0이다.
보조 차광막(20)은, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지며, 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 0.8이다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (1-2)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용해서, 상기 실시예 (1-1)과 마찬가지로 하여 본 실시예 (1-2)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
본 실시예 (1-2)의 바이너리 전사용 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
실시예 (1-3)
(마스크 블랭크의 제작)
도 1은, 본 실시예 (1-3)의 바이너리 마스크 블랭크의 단면도이다.
투광성 기판(1)으로서 사이즈 6인치 각, 두께 0.25인치의 합성 석영 유리 기판을 이용하고, 투광성 기판(1) 상에, 차광막(10)으로서 질화 탄탈(TaN)막(차광층(11)), 산화 탄탈(TaO)막(표면 반사 방지층(12))을 각각 형성했다.
구체적으로는, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하고, Ta 타겟을 사용하여 도입 가스 및 그 유량:Ar=39.5sccm, N2=3sccm, DC 전원의 전력:1.5kW의 조건에서, 막 두께 26nm의 질화 탄탈(TaN)으로 이루어지는 막(Ta:93원자%, N:7원자%)을 형성했다. 다음으로, 동일한 Ta 타겟을 사용하여, 도입 가스 및 그 유량:Ar=58sccm, O2=32.5sccm, DC 전원의 전력:0.7kW의 조건에서, 막 두께 10nm의 산화 탄탈(TaO)로 이루어지는 막(Ta:42원자%, O:58원자%)을 형성했다.
차광막(10)의 총 막 두께는 36nm로 했다. 차광막(10)의 광학 농도(OD)는 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장 193nm에서 2.0이었다.
다음으로, 차광막(10) 상에 보조 차광막(20)을 형성했다(도 1).
구체적으로는, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하고, 크롬 타겟을 사용하여, Ar과 CO2와 N2와 He의 혼합 가스 분위기(가스 유량비 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31), 가스 압:0.2Pa, DC 전원의 전력:1.8kW, 전압:334V에서, 메탈 모드에서 반응 모드로의 이행이 시작되는 부근(바로 직전)의 조건(CO2 유량 37sccm 부근)에서 성막을 행하고(도 7(2)참조), CrOCN막(막 중의 Cr 함유량:33원자%)을 30nm의 막 두께로 형성하여 보조 차광막(20)을 형성했다.
상기에 의해, ArF 엑시머 레이저 노광용이면서 또한 싱글 노광용의 보조 차광막(20) 및 차광막(10)을 형성한 마스크 블랭크를 얻었다.
또한, 박막의 원소 분석은, 러더퍼드 후방 산란 분석법을 이용했다.
도 1에 도시하는 본 실시예 (1-3)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 N 함유량이 7원자%인 TaN으로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 O가 58원자%인 TaO로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 36nm이고 광학 농도는 2.0이다.
보조 차광막(20)은, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지며, 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 0.8이다.
(전사용 마스크의 제작)
마스크 블랭크의 보조 차광막(20) 상에, 전자선 묘화(노광)용 화학 증폭형 포지티브 레지스트(100)(PRL009:후지 필름 일렉트로닉스 머테리얼사 제품)를 스핀 코트법에 의해 막 두께가 100nm가 되도록 도포하였다(도 1, 도 8(1)).
다음으로, 레지스트막(100)에 대해 전자선 묘화 장치를 이용해서 원하는 패턴의 묘화를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상해서 레지스트 패턴(100a)을 형성했다(도 8(2)).
다음으로, 레지스트 패턴(100a)을 마스크로 해서, 보조 차광막(20)의 드라이 에칭을 행하여 보조 차광막 패턴(20a)을 형성했다(도 8(3)). 드라이 에칭 가스로서 Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다.
이어서, 잔류하는 레지스트 패턴(100a)을 약액에 의해 박리 제거했다.
다음으로, 보조 차광막 패턴(20a)을 마스크로 해서, 차광막(10)의 드라이 에칭을 행하여 차광막 패턴(10a)을 형성했다(도 8(4)). 이때, 산화 탄탈(TaO)층(12)의 드라이 에칭 가스로서 CHF3과 He의 혼합 가스를 이용했다. 질화 탄탈(TaN)층(11)의 드라이 에칭 가스로서 Cl2 가스를 이용했다.
다음으로, 레지스트 패턴(100a)을 박리하고, 그 기판 상에, 전자선 묘화(노광)용 포지티브 레지스트(FEP171:후지 필름 일렉트로닉스 머테리얼사 제품)의 레지스트막(110)을 스핀 코트법에 의해 막 두께가 200[nm]가 되도록 도포했다(도 8(5)).
다음으로, 레지스트막(110)에 대해 전자선 묘화 장치를 이용해서 차광부(차광대)의 패턴을 묘화 노광하고, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴(110b)을 형성하고(도 8(6)), 상기 레지스트 패턴(110b)을 마스크로 해서, 보조 차광막 패턴(20a)을 Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)로 드라이 에칭에 의해 에칭하여 보조 차광막 패턴(20b)을 형성했다(도 8(7)).
다음으로, 레지스트 패턴(110b)을 박리하고, 소정의 세정을 실시하여, 보조 차광막 패턴(20b)과 그 하부에 있는 차광막 패턴(10a)의 부분으로 구성되는 차광부(차광대)(80)를 갖는 바이너리 전사용 마스크를 얻었다(도 8(8)).
본 실시예 (1-3)의 바이너리 전사용 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
상기 전사용 마스크의 제작 예에서는, 보조 차광막 패턴(20a)을 형성한 후에 레지스트 패턴(100a)을 박리 제거했지만, 레지스트 패턴(100a)을 차광막 패턴(10a)이 형성된 후에 박리 제거할 수도 있다. 또한, 차광막(10)의 드라이 에칭에 있어서, 표면 반사 방지층(12)의 산화 탄탈과 차광층(11)의 질화 탄탈을 상기의 불소계 가스를 이용해서 2층을 한번에 에칭할 수도 있다.
실시예 (1-4)~(1-6)
실시예 (1-4)~(1-6)은, 실시예 (1-1)~(1-3)에 있어서, 보조 차광막(20) 상에 에칭 마스크(하드 마스크)막(30)을 형성한 것을 제외하고, 실시예 (1-1)~(1-3)과 마찬가지이다.
실시예 (1-4)~(1-6)에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 실시예 (1-1)~(1-3)에서의 각 보조 차광막(20) 상에 에칭 마스크막(30)으로서 MoSiON막을 각각 형성했다.
구체적으로는, 표면 반사 방지층(12)에 이용하고 있는 것과 동일한 MoSiON막을 10nm의 막 두께로 형성하여 에칭 마스크막(30)을 형성했다.
다음으로, 에칭 마스크막(30)의 표면에, 질소 가스를 이용해서 증발 비산시킨 HMDS(헥사 메틸 디실라잔)를 접촉시켜, HMDS층으로 이루어지는 극히 얇은 층인 밀착성 향상층(60)을 형성했다. HMDS층은 소수성 표면층으로, 레지스트의 밀착성이 향상된다.
도 2에 도시하는 본 실시예 (1-4)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 2.0이다.
보조 차광막(20)은, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지며, 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 마스크막(30)과, HMDS층으로 이루어지는 극히 얇은 층인 밀착성 향상층(60)을 갖는다.
도 2에 도시하는 본 실시예 (1-5)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 Mo 함유량이 32.3원자%인 MoSiCH로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 2.0이다.
보조 차광막(20)은, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지며, 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 마스크막(30)과, HMDS층으로 이루어지는 극히 얇은 층인 밀착성 향상층(60)을 갖는다.
도 2에 도시하는 본 실시예 (1-6)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 N 함유량이 7원자%인 TaN으로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 O가 58원자%인 TaO로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 36nm이고 광학 농도는 2.0이다.
보조 차광막(20)은, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지며, 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 마스크막(30)과, HMDS층으로 이루어지는 극히 얇은 층인 밀착성 향상층(60)을 갖는다.
상기 실시예 (1-4)~(1-6)의 양태에서는, 전사 콘트라스트의 한계까지 차광막(10)을 박막화하고 있다. 차광대에 필요한 광학 농도는 차광막(10)과 보조 차광막(20)의 적층으로 얻는다.
상기 실시예 (1-4)~(1-6)의 양태에서는, 상기 실시예 (1-1)~(1-3)의 Cr계 보조 차광막(20)(에칭 마스크를 겸함)에 비해, 보조 차광막과 에칭 마스크막을 각각 전용의 막으로서 나누고 있기 때문에, 에칭 마스크막(30)을 박막화할 수 있고, 이로 인해 레지스트의 박막화가 가능해진다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (1-4)~(1-6)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 본 실시예 (1-4)~(1-6)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
구체적으로는, 마스크 블랭크의 밀착성 향상층(60) 상에, 전자선 묘화(노광)용 화학 증폭형 포지티브 레지스트(100)(PRL009:후지 필름 일렉트로닉스 머테리얼사 제품)를 스핀 코트법에 의해 막 두께가 75nm가 되도록 도포했다(도 2, 도 9(1)).
다음으로, 레지스트막(100)에 대해 전자선 묘화 장치를 이용해서 원하는 패턴의 묘화를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상해서 레지스트 패턴(100a)을 형성했다(도 9(2)).
다음으로, 레지스트 패턴(100a)을 마스크로 해서, 밀착성 향상층(60) 및 에칭 마스크막(30)의 드라이 에칭을 행하여 에칭 마스크막 패턴(30a)을 형성했다(도 9(3)). 드라이 에칭 가스로서 SF6과 He의 혼합 가스를 이용했다.
이어서, 잔류하는 레지스트 패턴(100a) 및 밀착성 향상층(60)의 패턴을 약액에 의해 박리 제거했다.
다음으로, 에칭 마스크막 패턴(30a)을 마스크로 해서, 보조 차광막(20)의 드라이 에칭을 행하여 보조 차광막 패턴(20a)을 형성했다(도 9(4)). 드라이 에칭 가스로서 Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다.
다음으로, 에칭 마스크막 패턴(30a) 및 보조 차광막 패턴(20a)을 마스크로 해서, 차광막(10)을, SF6과 He의 혼합 가스를 이용하여 드라이 에칭을 행하고 차광막 패턴(10a)을 형성했다(도 9(5)). 이때, 에칭 마스크막 패턴(30a)도 동시에 에칭되어 제거되었다.
이후의 공정은, 상기 실시예 (1-1)~(1-3)에서의 도 8(5)~(8)의 공정과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
본 실시예 (1-4)~(1-6)의 바이너리 전사용 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
실시예 (1-7)~(1-9)
실시예 (1-7)~(1-9)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 실시예 (1-1)~(1-3)에 있어서, 보조 차광막(20) 상에 에칭 마스크(하드 마스크)막(30)을 형성하고, 에칭 마스크막(30) 상에 제2 에칭 마스크(하드 마스크)막(40)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (1-4)~(1-6)과 마찬가지이다.
실시예 (1-7)~(1-9)에서는, 실시예 (1-1)~(1-3)에서의 각 보조 차광막(20) 상에 에칭 마스크막(30)으로서 MoSiON막을 각각 형성하고, 그 위에 제2 에칭 마스크막(40)으로서 CrOCN막을 각각 형성했다.
구체적으로는, 표면 반사 방지층(12)에 이용하고 있는 것과 동일한 MoSiON막을 10nm의 막 두께로 형성하여 에칭 마스크막(30)을 형성했다.
다음으로, 보조 차광막(20)에 이용하고 있는 것과 동일한 CrOCN막을 10nm의 막 두께로 형성하여 제2 에칭 마스크막(40)을 형성했다.
도 3에 도시하는 본 실시예 (1-7)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 2.0이다.
보조 차광막(20)은, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지며, 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 마스크막(30)을 갖는다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 제2 에칭 마스크막(40)을 갖는다.
도 3에 도시하는 본 실시예 (1-8)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 Mo 함유량이 32.3원자%인 MoSiCH로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 2.0이다.
보조 차광막(20)은, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지며, 막 두께 30nm이고 광학 농도 0.8이다.
그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 마스크막(30)을 갖는다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 제2 에칭 마스크막(40)을 갖는다.
도 3에 도시하는 본 실시예 (1-9)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 N 함유량이 7원자%인 TaN으로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 O가 58원자%인 TaO로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 36nm이고 광학 농도는 2.0이다.
보조 차광막(20)은, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지며, 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 마스크막(30)을 갖는다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 제2 에칭 마스크막(40)을 갖는다.
상기 실시예 (1-7)~(1-9)의 양태에서는, 전사 콘트라스트의 한계까지 차광막(10)을 박막화하고 있다. 차광대에 필요한 광학 농도는 차광막(10)과 보조 차광막(20)의 적층으로 얻는다.
상기 실시예 (1-7)~(1-9)의 양태에서는, 상기 실시예(1-1)~(1-3)의 Cr계 보조 차광막(20)(에칭 마스크를 겸함)에 비해, 보조 차광막과 에칭 마스크막을 각각 전용의 막으로서 나누고 있기 때문에, 에칭 마스크막(30)의 박막화가 가능해지고, 이로 인해 레지스트의 박막화가 가능해진다.
또한, 상기 실시예 (1-7)~(1-9)의 양태에서는, 크롬계의 제2 에칭 마스크막(40)의 채용에 의해, 상기 실시예(1-4)~(1-6)의 양태에 비해 레지스트의 박막화가 가능해지는 동시에 레지스트의 밀착성도 향상된다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (1-7)~(1-9)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 본 실시예 (1-7)~(1-9)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
구체적으로는, 마스크 블랭크의 제2 에칭 마스크막(40) 상에, 전자선 묘화(노광)용 화학 증폭형 포지티브 레지스트(100)(PRL009:후지 필름 일렉트로닉스 머테리얼사 제품)를 스핀 코트법에 의해 막 두께가 50nm가 되도록 도포했다(도 3, 도 10(1)).
다음으로, 레지스트막(100)에 대해 전자선 묘화 장치를 이용해서 원하는 패턴의 묘화를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상해서 레지스트 패턴(100a)을 형성했다(도 10(2)).
다음으로, 레지스트 패턴(100a)을 마스크로 해서, 제2 에칭 마스크막(40)의 드라이 에칭을 행하여 제2 에칭 마스크막 패턴(40a)을 형성했다(도 10(3)). 드라이 에칭 가스로서 Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다.
이어서, 잔류하는 레지스트 패턴(100a)을 약액에 의해 박리 제거했다.
다음으로, 제2 에칭 마스크막 패턴(40a)을 마스크로 해서, 에칭 마스크막(30)의 드라이 에칭을 행하여 에칭 마스크막 패턴(30a)을 형성했다(도 10(4)). 드라이 에칭 가스로서 SF6과 He의 혼합 가스를 이용했다.
다음으로, 제2 에칭 마스크막 패턴(40a) 및 에칭 마스크막 패턴(30a)을 마스크로 해서, 보조 차광막(20)의 드라이 에칭을 행하여 보조 차광막 패턴(20a)을 형성했다(도 10(5)). 드라이 에칭 가스로서 Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다. 이때, 제2 에칭 마스크막 패턴(40a)도 동시에 에칭되어 제거되었다.
다음으로, 에칭 마스크막 패턴(30a) 및 보조 차광막 패턴(20a)을 마스크로 해서, 차광막(10)을, SF6과 He의 혼합 가스를 이용하여 드라이 에칭을 행하고, 차광막 패턴(10a)을 형성했다(도 10(6)). 이때, 에칭 마스크막 패턴(30a)도 동시에 에칭되어 제거되었다.
이후의 공정은, 상기 실시예 (1-1)~(1-3)에서의 도 8(5)~(8)의 공정과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
본 실시예 (1-7)~(1-9)의 바이너리 전사용 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
실시예 (1-10)~(1-12)
실시예 (1-10)~(1-12)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 실시예 (1-1)~(1-3)에 있어서, 차광막(10) 상에 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과 보조 차광층(22)의 적층 구조의 보조 차광막(20)을 형성하고(보조 차광막(20)의 구조, 각 층의 형성 위치, 재료, 막 두께를 변경하여), 그 위에 밀착성 향상층(60)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (1-1)~(1-3)과 마찬가지이다.
실시예 (1-10)~(1-12)에서는, 실시예 (1-1)~(1-3)에서의 각 차광막(10) 상에 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)으로서 CrOCN막을 각각 형성하고, 그 위에 보조 차광층(22)으로서 MoSiCH막을 각각 형성하고, 그 위에 밀착성 향상층(60)으로서 HMDS층을 각각 형성했다.
구체적으로는, 실시예 (1-1)의 보조 차광막(20)에 이용하고 있는 것과 동일한 CrOCN막을 10nm의 막 두께로 형성하여 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)을 형성했다.
다음으로, 실시예 (1-1)의 차광층(11)에 이용하고 있는 것과 동일한 MoSiCH막을 15nm의 막 두께로 형성하여 보조 차광층(22)을 형성했다.
다음으로, 보조 차광층(22)의 표면에, 질소 가스를 이용해서 증발 비산시킨 HMDS(헥사 메틸 디실라잔)를 접촉시켜, HMDS층으로 이루어지는 극히 얇은 층인 밀착성 향상층(60)을 형성했다. HMDS층은 소수성 표면층으로, 레지스트의 밀착성이 향상된다.
도 4에 도시하는 본 실시예 (1-10)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 2.0이다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)을 갖는다. 그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지고, 막 두께 15nm인 보조 차광층(22)을 갖는다. 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과 보조 차광층(22)의 적층 구조로 막 두께 25nm인 보조 차광막(20)을 형성하고, 적층 구조에서의 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 밀착성 향상층(60)으로서 극히 얇은 두께의 HMDS층을 갖는다.
도 4에 도시하는 본 실시예 (1-11)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 Mo 함유량이 32.3원자%인 MoSiCH로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 2.0이다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)을 갖는다. 그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지고, 막 두께 15nm인 보조 차광층(22)을 갖는다. 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과 보조 차광층(22)의 적층 구조로 막 두께 25nm인 보조 차광막(20)을 형성하고, 적층 구조에서의 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 밀착성 향상층(60)으로서 극히 얇은 두께의 HMDS층을 갖는다.
도 4에 도시하는 본 실시예 (1-12)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 N함유량이 7원자%인 TaN으로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 O가 58원자%인 TaO로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 36nm이고 광학 농도는 2.0이다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)을 갖는다. 그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지고, 막 두께 15nm인 보조 차광층(22)을 갖는다. 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과 보조 차광층(22)의 적층 구조로 막 두께 25nm인 보조 차광막(20)을 형성하고, 적층 구조에서의 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 밀착성 향상층(60)으로서 극히 얇은 두께의 HMDS층을 갖는다.
상기 실시예 (1-10)~(1-12)의 양태에서는, 전사 콘트라스트의 한계까지 차광막(10)을 박막화하고 있다. 차광대에 필요한 광학 농도는 차광막(10)과 보조 차광막(20)의 적층으로 얻는다.
상기 실시예 (1-10)~(1-12)의 양태에서는, 상기 실시예 (1-1)~(1-3)의 Cr계 보조 차광막(20)(에칭 마스크를 겸함)에 비해, 차광막(10)에 대한 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)의 박막화가 가능해진다. 이로 인해, 차광막(10)의 보다 높은 에칭 정밀도를 얻는다.
상기 실시예 (1-10)~(1-12)의 양태에서는, 상기 실시예 (1-1)~(1-3)의 Cr계 보조 차광막(20)에 비해, 동일한 광학 농도로 비교하여 보조 차광막(20)의 박막화가 가능해진다. 이 막 두께가 얇은 보조 차광막(20)에 의해, 상기 실시예 (1-1)~(1-3)의 양태에 비해 레지스트의 박막화가 가능해진다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (1-10)~(1-12)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 본 실시예 (1-10)~(1-12)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
구체적으로는, 마스크 블랭크의 밀착성 향상층(60) 상에, 전자선 묘화(노광)용 화학 증폭형 포지티브 레지스트(100)(PRL009:후지 필름 일렉트로닉스 머테리얼사 제품)를 스핀 코트법에 의해 막 두께가 75nm가 되도록 도포했다(도 4, 도 11(1)).
다음으로, 레지스트막(100)에 대해 전자선 묘화 장치를 이용해서 원하는 패턴의 묘화를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상해서 레지스트 패턴(100a)을 형성했다(도 11(2)).
다음으로, 레지스트 패턴(100a)을 마스크로 해서, 보조 차광층(22)의 드라이 에칭을 행하여 보조 차광층 패턴(22a)을 형성했다(도 11(3)). 드라이 에칭 가스로서 SF6과 He의 혼합 가스를 이용했다. 또한, 밀착성 향상층(60)도 동시에 드라이 에칭으로 패터닝된다.
이어서, 잔류하는 레지스트 패턴(100a)을 약액에 의해 박리 제거했다. 이때, 밀착성 향상층(60)도 동시에 박리 제거된다.
다음으로, 보조 차광층 패턴(22a)을 마스크로 해서, 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)의 드라이 에칭을 행하여 에칭 스토퍼 겸 마스크층의 패턴(21a)을 형성했다(도 11(4)). 드라이 에칭 가스로서 Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다.
다음으로, 상기 기판 상에, 전자선 묘화(노광)용 포지티브 레지스트(FEP171:후지 필름 일렉트로닉스 머테리얼사 제품)의 레지스트막(110)을 스핀 코트법에 의해 막 두께가 200[nm]가 되도록 도포했다(도 11(5)).
다음으로, 레지스트막(110)에 대해 전자선 묘화 장치를 이용해서 차광부(차광대)의 패턴을 묘화 노광하고, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴(110b)을 형성했다(도 11(6)).
다음으로, 에칭 스토퍼 겸 마스크층의 패턴(21a)을 마스크로 해서, 차광막(10)을, SF6과 He의 혼합 가스를 이용하여 드라이 에칭을 행하고, 차광막 패턴(10a)을 형성했다(도 11(7)). 이와 동시에, 레지스트 패턴(110b)을 마스크로 해서, 보조 차광층 패턴(22a)을 드라이 에칭에 의해 에칭하여 보조 차광층 패턴(22b)을 형성했다(도 11(7)).
다음으로, 레지스트 패턴(110b) 및 보조 차광층 패턴(22b)을 마스크로 해서, 에칭 스토퍼 겸 마스크층의 패턴(21a)을 Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)로 드라이 에칭에 의해 에칭하여 에칭 스토퍼 겸 마스크층의 패턴(21b)을 형성했다(도 11(8)).
다음으로, 레지스트 패턴(110b)을 박리하고, 소정의 세정을 실시하여, 보조 차광막 패턴(20b)과 그 하부에 있는 차광막 패턴(10a)의 부분으로 구성되는 차광부(차광대)(80)를 갖는 전사용 마스크를 얻었다(도 11(9)).
이상과 같이 해서, 본 실시예 (1-10), (1-11)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
실시예 (1-12)는, 상기 실시예 (1-10)의 도 11(7)에서, 에칭 스토퍼 겸 마스크층의 패턴(21a)을 마스크로 해서, 차광막(10)의 드라이 에칭을 행하여 차광막 패턴(10a)을 형성했다. 이때, 산화 탄탈(TaO)층(12) 및 질화 탄탈(TaN)층(11)의 드라이 에칭 가스로서 CHF3과 He의 혼합 가스를 이용하여 동시에 2층 연속해서 에칭을 행하였다. 이와 동시에, 레지스트 패턴(110b)을 마스크로 해서, 보조 차광층 패턴(22a)을 드라이 에칭에 의해 에칭하여 보조 차광층 패턴(22b)을 형성했다(도 11(7)).
상기 공정 이외에는, 상기 실시예 (1-10)과 마찬가지로 하여 본 실시예 (1-12)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
본 실시예 (1-10)~(1-12)의 바이너리 전사용 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
실시예 (1-13)~(1-15)
실시예 (1-13)~(1-15)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 실시예 (1-1)~(1-3)에 있어서, 차광막(10) 상에 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)을 형성하고, 그 위에 보조 차광층(22)을 형성하고(보조 차광막(20)의 구조, 각 층의 형성 위치, 재료, 막 두께를 변경하여), 그 위에 에칭 마스크막(70)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (1-4)~(1-6)과 마찬가지이다.
실시예 (1-13)~(1-15)에서는, 실시예 (1-1)~(1-3)에서의 각 차광막(10) 상에 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)으로서 CrOCN막을 각각 형성하고, 그 위에 보조 차광층(22)으로서 MoSiCH막을 각각 형성하고, 그 위에 에칭 마스크막(70)으로서 CrOCN막을 각각 형성했다.
구체적으로는, 실시예 (1-1)의 보조 차광막(20)에 이용하고 있는 것과 동일한 CrOCN막을 10nm의 막 두께로 형성하여 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)을 형성했다.
다음으로, 실시예 (1-1)의 차광층(11)에 이용하고 있는 것과 동일한 MoSiCH막을 15nm의 막 두께로 형성하여 보조 차광층(22)을 형성했다.
다음으로, 실시예 (1-1)의 보조 차광막(20)에 이용하고 있는 것과 동일한 CrOCN막을 10nm의 막 두께로 형성하여 에칭 마스크막(70)을 형성했다.
도 5에 도시하는 본 실시예 (1-13)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 2.0이다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)을 갖는다. 그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지고, 막 두께 15nm인 보조 차광층(22)을 갖는다. 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과 보조 차광층(22)의 적층 구조로 막 두께 25nm인 보조 차광막(20)을 형성하고, 적층 구조에서의 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 마스크막(70)을 갖는다.
도 5에 도시하는 본 실시예 (1-14)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 Mo 함유량이 33원자%인 MoSiCH로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 Mo 함유량이 2.6원자%인 MoSiON으로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 30nm이고 광학 농도는 2.0이다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)을 갖는다. 그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지고, 막 두께 15nm인 보조 차광층(22)을 갖는다. 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과 보조 차광층(22)의 적층 구조로 막 두께 25nm인 보조 차광막(20)을 형성하고, 적층 구조에서의 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 마스크막(70)을 갖는다.
도 5에 도시하는 본 실시예 (1-15)의 바이너리 마스크 블랭크에 있어서, 차광막(10)은, 막 중의 N 함유량이 7원자%인 TaN으로 이루어지는 차광층(11)과, 막 중의 O가 58원자%인 TaO로 이루어지는 표면 반사 방지층(12)의 적층 구조로 했다. 차광막(10)의 막 두께는 36nm이고 광학 농도는 2.0이다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)을 갖는다. 그 위에, 막 중의 Mo 함유량이 19.8원자%인 MoSiCH로 이루어지고, 막 두께 15nm인 보조 차광층(22)을 갖는다. 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과 보조 차광층(22)의 적층 구조로 막 두께 25nm인 보조 차광막(20)을 형성하고, 적층 구조에서의 광학 농도는 0.8이다.
그 위에, 막 중의 Cr 함유량이 33원자%인 CrOCN으로 이루어지고, 막 두께 10nm인 에칭 마스크막(70)을 갖는다.
상기 실시예 (1-13)~(1-15)의 양태에서는, 전사 콘트라스트의 한계까지 차광막(10)을 박막화하고 있다. 차광대에 필요한 광학 농도는 차광막(10)과 보조 차광막(20)의 적층 구조로 얻는다.
상기 실시예 (1-13)~(1-15)의 양태에서는, 상기 실시예 (1-1)~(1-3)의 Cr계 보조 차광막(20)(에칭 마스크를 겸함)에 비해, 차광막(10)에 대한 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)의 박막화가 가능해진다. 이로 인해, 차광막(10)의 보다 높은 에칭 정밀도를 얻는다.
상기 실시예 (1-13)~(1-15)의 양태에서는, 상기 실시예 (1-1)~(1-3)의 Cr계 보조 차광막(20)에 비해, 동일한 광학 농도로 비교하여 보조 차광막(20)의 박막화가 가능해진다. 이 막 두께가 얇은 보조 차광막(20)에 의해, 상기 실시예 (1-1)~(1-3)의 양태에 비해 레지스트의 박막화가 가능해진다.
또한, 크롬계의 에칭 마스크막(70)의 채용에 의해, 상기 실시예 (1-10)~(1-12)의 양태에 비해 레지스트의 박막화가 가능해지는 동시에 레지스트의 밀착성도 향상된다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (1-13)~(1-15)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여 본 실시예 (1-13)~(1-15)의 바이너리 마스크를 제작했다.
구체적으로는, 마스크 블랭크의 에칭 마스크막(70) 상에, 전자선 묘화(노광)용 화학 증폭형 포지티브 레지스트(100)(PRL009:후지 필름 일렉트로닉스 머테리얼사 제품)를 스핀 코트법에 의해 막 두께가 50nm가 되도록 도포했다(도 5, 도 12(1)).
다음으로, 레지스트막(100)에 대해 전자선 묘화 장치를 이용해서 원하는 패턴의 묘화를 행한 후, 소정의 현상액으로 현상해서 레지스트 패턴(100a)을 형성했다(도 12(2)).
다음으로, 레지스트 패턴(100a)을 마스크로 해서, 에칭 마스크막(70)의 드라이 에칭을 행하여 에칭 마스크막 패턴(70a)을 형성했다(도 12(3)). 드라이 에칭 가스로서 Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다.
이어서, 잔류하는 레지스트 패턴(100a)을 약액에 의해 박리 제거했다.
다음으로, 에칭 마스크막 패턴(70a)을 마스크로 해서, 보조 차광층(22)의 드라이 에칭을 행하여 보조 차광층 패턴(22a)을 형성했다(도 12(4)). 드라이 에칭 가스로서 SF6과 He의 혼합 가스를 이용했다.
다음으로, 보조 차광층 패턴(22a)을 마스크로 해서, 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)의 드라이 에칭을 행하여 에칭 스토퍼 겸 마스크층의 패턴(21a)을 형성했다(도 12(5)). 드라이 에칭 가스로서 Cl2와 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)를 이용했다. 이때, 에칭 마스크막(70)은 에칭에 의해 동시에 박리 제거되었다.
다음으로, 상기 기판 상에, 전자선 묘화(노광)용 포지티브 레지스트(FEP171:후지 필름 일렉트로닉스 머테리얼사 제품)의 레지스트막(110)을 스핀 코트법에 의해 막 두께가 200[nm]가 되도록 도포했다(도 12(6)).
다음으로, 레지스트막(110)에 대해 전자선 묘화 장치를 이용해서 차광부(차광대)의 패턴을 묘화 노광하고, 소정의 현상액으로 현상하여 레지스트 패턴(110b)을 형성했다(도 12(7)).
다음으로, 에칭 스토퍼 겸 마스크층의 패턴(21a)을 마스크로 해서, 차광막(10)을, SF6과 He의 혼합 가스를 이용하여 드라이 에칭을 행하고, 차광막 패턴(10a)을 형성했다(도 12(8)). 이와 동시에, 레지스트 패턴(110b)을 마스크로 해서, 보조 차광층 패턴(22a)을 드라이 에칭에 의해 에칭하여 보조 차광층 패턴(22b)을 형성했다(도 12(8)).
다음으로, 레지스트 패턴(110b) 및 보조 차광층 패턴(22b)을 마스크로 해서, 에칭 스토퍼 겸 마스크층의 패턴(21a)을 Cl2과 O2의 혼합 가스(Cl2:O2=4:1)로 드라이 에칭에 의해 에칭하여 에칭 스토퍼 겸 마스크층의 패턴(21b)을 형성했다(도 12(9)).
다음으로, 레지스트 패턴(110b)을 박리하고, 소정의 세정을 실시하여, 보조 차광막 패턴(20b)과 그 하부에 있는 차광막 패턴(10a)의 부분으로 구성되는 차광부(차광대)(80)를 갖는 전사용 마스크를 얻었다(도 12(10)).
이상과 같이 해서, 본 실시예 (1-13), (1-14)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
실시예 (1-15)는, 상기 실시예 (1-13)의 도 12(8)에서, 에칭 스토퍼 겸 마스크층의 패턴(21a)을 마스크로 해서, 차광막(10)의 드라이 에칭을 행하여 차광막 패턴(10a)을 형성했다. 이때, 산화 탄탈(TaO)층(12) 및 질화 탄탈(TaN)층(11)의 드라이 에칭 가스로서 CHF3과 He의 혼합 가스를 이용하여 동시에 2층 연속으로 에칭을 행하였다. 이와 동시에, 레지스트 패턴(110b)을 마스크로 해서, 보조 차광층 패턴(22a)을 드라이 에칭에 의해 에칭하여 보조 차광층 패턴(22b)을 형성했다(도 12(8)).
상기 공정 이외에는, 상기 실시예 (1-13)과 마찬가지로 하여 본 실시예 (1-15)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
본 실시예 (1-13)~(1-15)의 바이너리 전사용 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
실시예 (2-1)~(2-9)
(마스크 블랭크의 제작)
실시예 (2-1)~(2-9)는, 실시예 (1-1)~(1-9)에 있어서, 보조 차광막(20)의 두께를 35nm로 하고, 보조 차광막(20)의 광학 농도를 1.1로 하고, 더블 노광에 이용되는 바이너리 마스크 블랭크로 한 것을 제외하고 실시예 (1-1)~(1-9)와 마찬가지이다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (2-1)~(2-9)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 상기 실시예 (1-1)~(1-9)와 마찬가지로 해서 본 실시예 (2-1)~(2-9)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
본 실시예 (2-1)~(2-9)의 바이너리 전사용 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
실시예 (2-10)~(2-15)
(마스크 블랭크의 제작)
실시예 (2-10)~(2-15)는, 실시예 (1-10)~(1-15)에 있어서, 보조 차광층(22)을 막 중의 Mo 함유량이 32.3원자%인 MoSiCH막을 이용하여 두께를 20nm로 함으로써 보조 차광막(20)의 광학 농도를 1.1로 하고, 더블 노광에 이용되는 바이너리 마스크 블랭크로 한 것을 제외하고 실시예 (1-10)~(1-15)와 마찬가지이다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (2-10)~(2-15)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 상기 실시예 (1-10)~(1-15)와 마찬가지로 해서 본 실시예 (2-10)~(2-15)의 바이너리 마스크를 제작했다.
본 실시예 (2-10)~(2-15)의 바이너리 전사용 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
실시예 (3-1), (3-2), (3-4), (3-5), (3-7), (3-8), (3-10), (3-11), (3-13), (3-14)
(마스크 블랭크의 제작)
실시예 (3-1), (3-2), (3-4), (3-5), (3-7), (3-8), (3-10), (3-11), (3-13), (3-14)는, 실시예 (1-1), (1-2), (1-4), (1-5), (1-7), (1-8), (1-10), (1-11), (1-13), (1-14)에 있어서, 차광막(10)의 두께를 35nm(차광층(11)의 두께를 20nm)로 함으로써 차광막(10)의 광학 농도를 2.3으로 하고, 더블 노광에 이용되는 바이너리 마스크 블랭크로 한 것을 제외하고 실시예(1-1), (1-2), (1-4), (1-5), (1-7), (1-8), (1-10), (1-11), (1-13), (1-14)와 마찬가지이다.
(전사용 마스크의 제작)
상기 본 실시예 (3-1)~(3-14)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 상기 실시예 (1-1)~(1-14)와 마찬가지로 해서 본 실시예(3-1)~(3-14)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
본 실시예 (3-1)~(3-14)의 바이너리 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
실시예 (3-3), (3-6), (3-9), (3-12), (3-15)
(마스크 블랭크의 제작)
실시예 (3-3), (3-6), (3-9), (3-12), (3-15)는, 실시예 (1-3), (1-6), (1-9), (1-12), (1-15)에 있어서, 차광막(10)의 두께를 40nm(차광층(11)의 두께를 30nm)로 함으로써 차광막(10)의 광학 농도를 2.3으로 하고, 더블 노광에 이용되는 바이너리 마스크 블랭크로 한 것을 제외하고 실시예 (1-3), (1-6), (1-9), (1-12), (1-15)와 마찬가지이다.
(전사용 마스크의 제작)
상기 본 실시예 (3-3)~(3-15)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 상기 실시예 (1-1)~(1-15)와 마찬가지로 해서 본 실시예 (3-3)~(3-15)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
본 실시예 (3-3)~(3-15)의 바이너리 전사 마스크에 대해, ArF 노광광으로, 반도체 디바이스의 설계 사양에서 말하는 DRAM 하프 피치(hp) 32nm 이후의 세대에서 문제가 되는 전자계(EMF) 효과의 과제에 대해 충분한 개선 효과를 가지며, 또한 실용성이 있는 전사용 마스크를 제공할 수 있음을 확인했다.
실시예 (4-1)
(차광막의 막 설계)
사전에 굴절률(n) 및 감쇠 계수(k)를 측정해 둔 다양한 MoSi계 막 재료 중에서, 차광막(10)의 막 재료로서, 차광층(11)에 MoSi막(n=2.4, k=2.9), 표면 반사 방지층(12)에 MoSiON막(n=2.1, k=0.3)을 선정하여, 이하의 광학 시뮬레이션을 행하였다.
상기 광학 시뮬레이션에서는, 선정한 재료에 대해, 차광층(11)의 막 두께 조건을 10nm~40nm의 범위에서, 표면 반사 방지층(12)의 막 두께 조건을 4nm~20nm의 범위에서 각각 변동시켜, 막 두께 조건마다 차광막(10)의 전체의 광학 농도(OD)와 표면 반사율(R%)을 산출했다. 산출한 결과를 플롯한 그래프를 도 13에 나타낸다.
도 13에서는, 그래프의 횡축이 차광층(11)의 막 두께, 종축이 표면 반사 방지층(12)의 막 두께로 되어 있다. 광학 농도에 관해서는, 2.0, 2.8, 3.0의 각 경계선으로 각각 영역이 나누어져 있고, 표면 반사율에 관해서는, 30%, 25%, 20%의 각 경계선으로 각각 영역이 나누어져 있다. 또한, 차광층(11)의 막 두께가 36nm이고 표면 반사 방지층(12)의 막 두께가 4nm인 점에서부터, 차광층(11)의 막 두께가 20nm이고 표면 반사 방지층(12)의 막 두께가 20nm인 점에 걸쳐, 차광막(10)의 총 막 두께가 40nm가 되는 경계선이 그어져 있다.
차광막(10)의 광학 농도에 관해서는, 그래프의 좌측에서 우측으로 향함에 따라, 즉 차광층(11)의 막 두께가 두꺼워짐에 따라 높아지는 경향이 있다고 할 수 있다. 차광막(10)의 표면 반사율에 대해서는, 대략 그래프의 하측에서 상측을 향함에 따라, 즉 표면 반사 방지층(12)의 막 두께가 두꺼워짐에 따라 낮아지는 경향이 있다고 할 수 있다. 단, 광학 농도, 표면 반사율 모두 차광층(11)과 표면 반사 방지층(12) 사이에서의 다중 반사 등에 기인하는 광의 간섭의 영향이 있기 때문에, 단순한 직선적인 관계가 아니라, 광학 시뮬레이션 등으로 엄밀히 검토할 필요가 있다고 할 수 있다. 또한, 그래프에 있어서의 차광막(10)의 총 막 두께가 40nm 이하가 되는 영역은, 상기 경계선보다 좌측의 영역이 된다.
또한, 이 실시예 (4-1)에서는, 차광막(10)의 선정 조건의 하나인 표면 반사율의 임계값을 30% 이하로 한다. 표면 반사율이 30%보다 크고 40% 이하이어도, 정상적으로 노광 전사할 수 있는 경우가 있다. 그러나, 노광 장치의 사양이나, 피전사물의 웨이퍼 상의 레지스트의 특성 등에 따라서, 표면 반사율이 30%보다 크면 노광 전사의 정밀도가 저하하는 경우가 있다. 이 점을 고려하여, 표면 반사율의 임계값을 30% 이하로 한다. 이하, 다른 실시예에서도 마찬가지로 한다.
여기서, 광학 농도가 2.0 이상이면서 총 막 두께 40nm 이하이고, 또한 표면 반사율이 30% 이하인 차광막(10)을 작성 가능한 조건은, 도 13 중의 P203, P301, P302의 3개의 정점을 갖는 영역의 내측이 된다. 또한, 광학 농도가 2.0 이상이면서 총 막 두께 40nm 이하이고, 또한 표면 반사율이 25% 이하인 차광막(10)을 작성 가능한 조건은, 도 13 중의 P203, P251, P252의 3개의 정점을 갖는 영역의 내측이 된다. 또한, 광학 농도가 2.0 이상이면서 총 막 두께 40nm 이하이고, 또한 표면 반사율이 20% 이하인 차광막(10)을 작성 가능한 조건은, 도 13 중의 P203, P201, P202의 3개의 정점을 갖는 영역의 내측이 된다. 이 실시예 (4-1)에서는, 도 13의 광학 시뮬레이션의 결과로부터, 차광층(11)의 막 두께로서 24nm, 표면 반사 방지층으로서 막 두께 10nm를 각각 선정하여, 광학 농도 2.0 이상이면서 표면 반사율이 20% 이하인 차광막(10)을 설계했다.
다음으로, 상기 선정된 차광막(10)을 이용한 마스크 블랭크로 전사용 마스크를 제작하여, 웨이퍼 상의 레지스트에 노광 전사했을 때, 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있는지 여부를 광학 시뮬레이션으로 확인했다. 그 결과를 도 14에 도시한다. 도 14의 광학 시뮬레이션에서는, 이 실시예 (4-1)에서 이용하고 있는 차광층(11) 및 표면 반사 방지층(12)의 재료로 다양한 광학 농도의 차광막(10)(표면 반사 방지층(12)의 막 두께는 10nm로 고정)을 형성한 경우에서의 콘트라스트를 산출하고 있다. 차광막에 형성되는 전사 패턴은, DRAM hp 32nm 세대로서 더블 패터닝이 적용되는 것을 가정하고, 라인:스페이스=3:1=384nm:128nm의 라인&스페이스 패턴을 적용하여 시뮬레이션을 행하였다. 그 결과, 광학 농도 2.8인 경우만큼 높지는 않지만, 광학 농도 2.0이어도 콘트라스트가 0.8 이상으로 양호해지는 것을 알았다. 즉, 앞서 설계한 광학 농도 2.0의 차광막(10)에서도 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있다.
또한, 콘트라스트란, 전사용 마스크의 투광부를 투과한 노광광이 웨이퍼 상의 레지스트에서 결상했을 때의 광 강도 분포의 최대값(Imax)과 최소값(Imin)에 있어서의 관계이며, 콘트라스트=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)로 나타내어지는 것이다. 이하, 다른 실시예에서도 마찬가지로 한다.
다음으로, 상기 선정한 차광막(10)을 이용한 마스크 블랭크에 있어서, EMF 바이어스를 충분히 저감할 수 있는지를 광학 시뮬레이션으로 확인했다. 그 결과를 도 15에 도시한다. 도 15의 광학 시뮬레이션에서는, 이 실시예 (4-1)에서 이용하고 있는 차광층(11) 및 표면 반사 방지층(12)의 재료로 다양한 총 막 두께의 차광막(10)을 형성한 경우에서의 EMF 바이어스를 산출하고 있다. 도 15의 종축에서의 EMF 바이어스는, TMA에 의한 광학 시뮬레이션으로 산출된 바이어스에서 EMF 시뮬레이션으로 산출된 바이어스를 뺀 것으로 하고 있다. 즉, EMF 효과를 고려하지 않은 시뮬레이션 결과에서 EMF 효과를 고려한 시뮬레이션 결과를 뺌으로써, EMF 효과에 관한 바이어스량을 산출하고 있다. 도 15의 횡축은, 차광막(10)의 전체 막 두께이다. 표면 반사 방지층(12)을 앞서 설계한 막 두께인 10nm로 고정하고, 차광층(11)의 막 두께를 변화시킴으로써, 차광막(10)의 전체 막 두께를 바꾸고 있다. 또한, 광학 시뮬레이션에 적용하는 설계 패턴은, 콘트라스트의 시뮬레이션에서 이용한 것과 동일한 라인&스페이스 패턴을 적용하여 각각 바이어스를 산출하고 있다.
그 결과, 차광막(10)의 총 막 두께가 40nm 이하에서는, 종래의 총 막 두께 60nm 정도인 차광막에 비해 EMF 효과의 영향을 크게 저감할 수 있음을 알았다.
(마스크 블랭크의 제작)
이 실시예 (4-1)에서는, 차광막(10)을 도 13의 광학 시뮬레이션의 결과로부터 설계한 차광막(10)으로 바꾼 것을 제외하고, 실시예 (1-1)과 마찬가지의 마스크 블랭크를 제작했다.
실시예 (4-1)에서는, 투광성 기판(1) 상에, 차광막(10)으로서 MoSi막(차광층(11)), MoSiON막(표면 반사 방지층(12))을 각각 형성했다.
구체적으로는, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하여, Mo:Si=21원자%:79원자%의 타겟을 사용하고, Ar 가스 분위기에서, 몰리브덴, 실리콘으로 이루어지는 막(Mo:21원자%, Si:79원자%)을 24nm의 막 두께로 형성하여 MoSi막(차광층(11))을 형성했다.
다음으로, Mo:Si=4원자%:96원자%의 타겟을 이용하고, Ar과 O2와 N2와 He의 혼합 가스 분위기에서, 몰리브덴, 실리콘, 산소, 질소로 이루어지는 막(Mo:2원자%, Si:37원자%, O:23원자%, N:38원자%)을 10nm의 막 두께로 형성하여 MoSiON막(표면 반사 방지층(12))을 형성했다.
다음으로, 상기 기판을 450℃에서 30분간 가열 처리(어닐링 처리)했다.
상기 투광성 기판(1) 상에 형성된 차광막(10)에 대해, 광학식 박막 특성 측정 장치 n&k 1280(n&k 테크놀로지사 제품)으로 굴절률(n) 및 감쇠 계수(k)를 측정했다. 그 결과, 상기 차광막(10)은, 차광층(11)이 n=2.4, k=2.9이며, 표면 반사 방지층(12)이 n=2.1, k=0.3인 것이 확인되었다. 또한, 차광막(10)에 대해, 분광 광도계 U-4100(히타치 하이테크놀로지즈사 제품)으로 광학 농도(OD) 및 표면 반사율을 측정했다. 그 결과, 상기 차광막(10)은, ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 광학 농도가 2.0이며, 표면 반사율이 19.8%인 것이 확인되었다. 또한, 보조 차광막(20)의 형성 후에 광학 농도를 측정하였더니 차광막(10)과 보조 차광막(20)의 적층 구조에서, ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 광학 농도가 2.8인 것이 확인되었다.
상기에 의해, ArF 엑시머 레이저 노광용이면서 싱글 노광용의 보조 차광막(20) 및 차광막(10)을 형성한 바이너리 마스크 블랭크를 얻었다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (4-1)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 상기 실시예 (1-1)과 마찬가지로 해서 본 실시예 (4-1)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
여기서는, 마스크 설계 패턴에 대해, 종래대로 EMF 시뮬레이션에서 엄밀한 보정 계산으로 생성한 전사 패턴과, TMA 시뮬레이션 등을 이용하여 계산 부하를 가볍게 해서 보정 계산으로 생성한 전사 패턴을 준비하고, 앞서 제작한 2매의 바이너리 마스크 블랭크의 레지스트막(100)에 각 전사 패턴을 묘화하여 2매의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
2매의 바이너리 전사용 마스크에 대해 각각 노광 장치로 웨이퍼 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사한 결과, 모두 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있었다. 이 실시예 (4-1)의 마스크 블랭크는, TMA 시뮬레이션을 이용해서 계산 부하를 가볍게 한 보정 계산으로 생성한 전사 패턴에서도 충분한 전사 성능을 갖는 전사용 마스크를 제작할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 외주 영역에 대한 누설 광에 의한 최대 4회의 중복 노광에 대해서도, 보조 차광막 패턴(20b)과 차광막 패턴(10a)으로 구성되는 차광부(차광대)(80)에 의해, 웨이퍼 상의 레지스트막에 대한 감광을 억제할 수 있음도 확인할 수 있었다.
실시예 (4-2)
(차광막의 막 설계)
실시예 (4-1)과 마찬가지로, 사전에 굴절률(n) 및 감쇠 계수(k)를 측정해 둔 다양한 MoSi계 막 재료 중에서, 차광막(10)의 막 재료로서, 차광층(11)에 MoSi막(n=2.4, k=1.9), 표면 반사 방지층(12)에 MoSiON막(n=2.3, k=1.0)을 선정하여, 차광막(10)의 전체의 광학 농도(OD)와 표면 반사율(R%)에 관한 광학 시뮬레이션을 행하였다. 산출한 결과를 플롯한 그래프를 도 16에 도시한다.
이 실시예 (4-2)에서는, 도 16의 광학 시뮬레이션의 결과로부터, 차광층(11)의 막 두께로서 33nm, 표면 반사 방지층으로서 막 두께 6nm를 각각 선정하여, 광학 농도 2.0 이상이면서 표면 반사율이 30% 이하인 차광막(10)을 설계했다.
다음으로, 상기 선정한 차광막(10)을 이용한 마스크 블랭크로 전사용 마스크를 제작하여 웨이퍼 상의 레지스트에 노광 전사했을 때, 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있는지의 여부를, 실시예 (4-1)과 마찬가지로 광학 시뮬레이션으로 확인했다. 그 결과를 도 17에 도시한다. 도 17의 결과로부터, 광학 농도 2.0이어도 콘트라스트가 0.8 이상으로 양호한 것을 알았다.
다음으로, 상기 선정한 차광막(10)을 이용한 마스크 블랭크에 있어서, EMF 바이어스를 충분히 저감할 수 있는지를, 실시예 (4-1)과 마찬가지로 광학 시뮬레이션으로 확인했다. 단, 표면 반사 방지층의 막 두께는 6nm로 고정하여 광학 시뮬레이션을 행하였다. 그 결과를 도 18에 도시한다. 도 18의 결과로부터, 차광막(10)의 총 막 두께가 40nm 이하에서는, 종래의 총 막 두께 60nm 정도인 차광막에 비해 EMF 효과의 영향을 크게 저감할 수 있음을 알았다.
(마스크 블랭크의 제작)
이 실시예 (4-2)에서는, 차광막(10)을 도 16의 광학 시뮬레이션의 결과로부터 설계한 차광막(10)으로 대신한 것을 제외하고, 실시예 (4-1)과 마찬가지의 마스크 블랭크를 제작했다.
실시예 (4-2)에서는, 투광성 기판(1) 상에, 차광막(10)으로서 MoSiN막(차광층(11)), MoSiON막(표면 반사 방지층(12))을 각각 형성했다.
구체적으로는, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하여, Mo:Si=21원자%:79원자%의 타겟을 사용하고, Ar과 N2의 혼합 가스 분위기에서, 몰리브덴, 실리콘, 질소로 이루어지는 막(Mo:15원자%, Si:56원자%, N:29원자%)을 33nm의 막 두께로 형성하여 MoSiN막(차광층(11))을 형성했다.
다음으로, Mo:Si=4원자%:96원자%의 타겟을 이용하고, Ar과 O2와 N2와 He의 혼합 가스 분위기에서, 몰리브덴, 실리콘, 산소, 질소로 이루어지는 막(Mo:3원자%, Si:56원자%, O:16원자%, N:25원자%)을 6nm의 막 두께로 형성하여 MoSiON막(표면 반사 방지층(12))을 형성했다.
다음으로, 상기 기판을 450℃에서 30분간 가열 처리(어닐링 처리)했다.
상기 투광성 기판(1) 상에 형성된 차광막(10)에 대해, 광학식 박막 특성 측정 장치 n&k 1280(n&k 테크놀로지사 제품)으로 굴절률(n) 및 감쇠 계수(k)를 측정했다. 그 결과, 상기 차광막(10)은, 차광층(11)이 n=2.4, k=1.9이며, 표면 반사 방지층(12)이 n=2.3, k=1.0인 것이 확인되었다. 또한, 차광막(10)에 대해, 분광 광도계 U-4100(히타치 하이테크놀로지즈사 제품)으로 광학 농도(OD) 및 표면 반사율을 측정했다. 그 결과, 상기 차광막(10)은, ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 광학 농도가 2.0이며, 표면 반사율이 26.7%인 것이 확인되었다. 또한, 보조 차광막(20)의 형성 후에 광학 농도를 측정하였더니, 차광막(10)과 보조 차광막(20)의 적층 구조에서 ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 광학 농도가 2.8인 것이 확인되었다.
상기에 의해, ArF 엑시머 레이저 노광용이면서 싱글 노광용의 보조 차광막(20) 및 차광막(10)을 형성한 바이너리 마스크 블랭크를 얻었다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (4-2)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 상기 실시예 (4-1)과 마찬가지로 해서 본 실시예 (4-2)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
여기서도, 마스크 설계 패턴에 대해, 종래대로 EMF 시뮬레이션에서 엄밀한 보정 계산으로 생성한 전사 패턴과, TMA 시뮬레이션 등을 이용하여 계산 부하를 가볍게 해서 보정 계산으로 생성한 전사 패턴을 준비하고, 앞서 제작한 2매의 바이너리 마스크 블랭크의 레지스트막(100)에 각 전사 패턴을 묘화하여 2매의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
2매의 바이너리 전사용 마스크에 대해 각각 노광 장치로 웨이퍼 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사한 결과, 모두 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있었다. 이 실시예 (4-2)의 마스크 블랭크는, TMA 시뮬레이션을 이용해서 계산 부하를 가볍게 한 보정 계산으로 생성한 전사 패턴에서도 충분한 전사 성능을 갖는 전사용 마스크를 제작할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 외주 영역에 대한 누설 광에 의한 최대 4회의 중복 노광에 대하여도, 보조 차광막 패턴(20b)과 차광막 패턴(10a)으로 구성되는 차광부(차광대)(80)에 의해, 웨이퍼 상의 레지스트막에 대한 감광을 억제할 수 있음도 확인할 수 있었다.
실시예 (4-3)
(차광막의 막 설계)
실시예 (4-1)과 마찬가지로, 사전에 굴절률(n) 및 감쇠 계수(k)를 측정해 둔 다양한 MoSi계 막 재료 중에서, 차광막(10)의 막 재료로서, 차광층(11)에 MoSiN막(n=1.8, k=2.1), 표면 반사 방지층(12)에 MoSiN막(n=2.0, k=0.9)을 선정하여, 차광막(10)의 전체의 광학 농도(OD)와 표면 반사율(R%)에 관한 광학 시뮬레이션을 행하였다. 산출한 결과를 플롯한 그래프를 도 19에 도시한다.
이 실시예 (4-3)에서는, 도 19의 광학 시뮬레이션의 결과로부터, 차광층(11)의 막 두께로서 30nm, 표면 반사 방지층으로서 막 두께 10nm를 각각 선정하여, 광학 농도 2.0 이상이면서 표면 반사율이 20% 이하인 차광막(10)을 설계했다.
다음으로, 상기 선정한 차광막(10)을 이용한 마스크 블랭크로 전사용 마스크를 제작하여 웨이퍼 상의 레지스트에 노광 전사했을 때, 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있는지의 여부를, 실시예 (4-1)과 마찬가지로 광학 시뮬레이션으로 확인했다. 그 결과를 도 20에 도시한다. 도 20의 결과로부터, 광학 농도 2.0이어도 콘트라스트가 0.8 이상으로 양호한 것을 알았다.
다음으로, 상기 선정한 차광막(10)을 이용한 마스크 블랭크에 있어서, EMF 바이어스를 충분히 저감할 수 있는지를, 실시예 (4-1)과 마찬가지로 광학 시뮬레이션으로 확인했다. 단, 표면 반사 방지층의 막 두께는 10nm로 고정하여 광학 시뮬레이션을 행하였다. 그 결과를 도 21에 도시한다. 도 21의 결과로부터, 차광막(10)의 총 막 두께가 40nm 이하에서는, 종래의 총 막 두께 60nm 정도인 차광막 에 비해 EMF 효과의 영향을 크게 저감할 수 있음을 알았다.
(마스크 블랭크의 제작)
이 실시예 (4-3)에서는, 차광막(10)을 도 19의 광학 시뮬레이션의 결과로부터 설계한 차광막(10)으로 대신한 것을 제외하고, 실시예 (4-1)과 마찬가지의 마스크 블랭크를 제작했다.
실시예 (4-3)에서는, 투광성 기판(1) 상에, 차광막(10)로서 MoSiN막(차광층(11)), MoSiN막(표면 반사 방지층(12))을 각각 형성했다.
구체적으로는, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하여, 몰리브덴, 실리콘, 질소로 이루어지는 막(Mo:9원자%, Si:64원자%, N:27원자%)을 30nm의 막 두께로 형성하여 MoSiN막(차광층(11))을 형성했다.
다음으로, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하여, 몰리브덴, 실리콘, 질소로 이루어지는 막(Mo:8원자%, Si:48원자%, N:44원자%)을 10nm의 막 두께로 형성하여 MoSiN막(표면 반사 방지층(12))을 형성했다.
상기 투광성 기판(1) 상에 형성된 차광막(10)에 대해, 광학식 박막 특성 측정 장치 n&k 1280(n&k 테크놀로지사 제품)으로 굴절률(n) 및 감쇠 계수(k)를 측정했다. 그 결과, 상기 차광막(10)은, 차광층(11)이 n=1.8, k=2.1이며, 표면 반사 방지층(12)이 n=2.0, k=0.9인 것이 확인되었다. 또한, 차광막(10)에 대해, 분광 광도계 U-4100(히타치 하이테크놀로지즈사 제품)으로 광학 농도(OD) 및 표면 반사율을 측정했다. 그 결과, 상기 차광막(10)은, ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 광학 농도가 2.0이며, 표면 반사율이 17.9%인 것이 확인되었다. 또한, 보조 차광막(20)의 형성 후에 광학 농도를 측정하였더니, 차광막(10)과 보조 차광막(20)의 적층 구조에서, ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 광학 농도가 2.8인 것이 확인되었다.
상기에 의해, ArF 엑시머 레이저 노광용이면서 싱글 노광용의 보조 차광막(20) 및 차광막(10)을 형성한 바이너리 마스크 블랭크를 얻었다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (4-3)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 상기 실시예 (4-1)과 마찬가지로 해서 본 실시예 (4-3)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
여기서도, 마스크 설계 패턴에 대해, 종래대로 EMF 시뮬레이션에서 엄밀한 보정 계산으로 생성한 전사 패턴과, TMA 시뮬레이션 등을 이용하여 계산 부하를 가볍게 해서 보정 계산으로 생성한 전사 패턴을 준비하고, 앞서 제작한 2매의 바이너리 마스크 블랭크의 레지스트막(100)에 각 전사 패턴을 묘화하여 2매의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
2매의 바이너리 전사용 마스크에 대해, 각각 노광 장치로 웨이퍼 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사한 결과, 모두 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있었다. 이 실시예 (4-3)의 마스크 블랭크는, TMA 시뮬레이션을 이용해서 계산 부하를 가볍게 한 보정 계산으로 생성한 전사 패턴에서도 충분한 전사 성능을 갖는 전사용 마스크를 제작할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 외주 영역에 대한 누설 광에 의한 최대 4회의 중복 노광에 대해서도, 보조 차광막 패턴(20b)과 차광막 패턴(10a)으로 구성되는 차광부(차광대)(80)에 의해, 웨이퍼 상의 레지스트막에 대한 감광을 억제할 수 있음도 확인할 수 있었다.
실시예 (4-4)~(4-6)
실시예 (4-4)~(4-6)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 보조 차광막(20) 상에, 실시예 (1-4)~실시예 (1-6)에서 나타낸 에칭 마스크(하드 마스크)막(30) 및 밀착성 향상층(60)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (4-1)~(4-3)과 마찬가지이다.
이 실시예 (4-4)~(4-6)의 양태에서는, 실시예 (4-1)~(4-3)의 Cr계 보조 차광막(20)(에칭 마스크를 겸함)에 비해, 보조 차광막과 에칭 마스크막을 각각 전용의 막으로서 나누고 있기 때문에, 에칭 마스크막(30)을 박막화할 수 있고, 이로 인해 레지스트의 박막화가 가능해진다.
실시예 (4-7)~(4-9)
실시예 (4-7)~(4-9)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 보조 차광막(20) 상에, 실시예 (1-7)~실시예 (1-9)에서 나타낸 에칭 마스크(하드 마스크)막(30) 및 제2 에칭 마스크막(40)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (4-1)~(4-3)과 마찬가지이다.
이 실시예 (4-7)~(4-9)의 양태에서는, 크롬계의 제2 에칭 마스크막(40)의 채용에 의해, 상기 실시예 (4-4)~(4-6)의 양태에 비해 레지스트의 박막화가 가능해지는 동시에 레지스트의 밀착성도 향상된다.
실시예 (4-10)~(4-12)
실시예 (4-10)~(4-12)는, 도 4와 실시예 (1-10)~실시예 (1-12)에서 나타낸 바와 같이, 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과 보조 차광층(22)의 적층 구조로 보조 차광막(20)을 형성하고, 그 위에 밀착성 향상층(60)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (4-1)~(4-3)과 마찬가지이다.
상기 실시예 (4-10)~(4-12)의 양태에서는, 상기 실시예 (4-1)~(4-3)의 Cr계 보조 차광막(20)(에칭 마스크를 겸함)에 비해, 차광막(10)에 대한 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)의 박막화가 가능해진다. 이로 인해, 차광막(10)의 보다 높은 에칭 정밀도를 얻는다.
이 실시예 (4-10)~(4-12)의 양태에서는, 상기 실시예 (4-1)~(4-3)의 Cr계 보조 차광막(20)에 비해, 동일한 광학 농도로 비교하여 보조 차광막(20)의 박막화가 가능해진다. 이 막 두께가 얇은 보조 차광막(20)에 의해, 상기 실시예 (4-1)~(4-3)의 양태에 비해 레지스트의 박막화가 가능해진다.
실시예 (4-13)~(4-15)
실시예 (4-13)~(4-15)는, 도 5와 실시예 (1-13)~(1-15)에 나타낸 바와 같이, 밀착성 향상층(60) 대신에 에칭 마스크막(70)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (4-10)~(4-12)와 마찬가지이다.
이 실시예 (4-13)~(4-15)의 양태에서는, 크롬계의 에칭 마스크막(70)의 채용에 의해, 상기 실시예 (4-10)~(4-12)의 양태에 비해 레지스트의 박막화가 가능해지는 동시에 레지스트의 밀착성도 향상된다.
실시예 (5-1)~(5-15)
실시예 (5-1)~(5-15)는, 실시예 (2-1)~(2-15)에 나타낸 바와 같이 보조 차광막(20)의 광학 농도를 1.1로 하고, 더블 노광에 이용되는 바이너리 마스크 블랭크로 한 것을 제외하고 실시예 (4-1)~(4-15)와 마찬가지이다.
이 실시예 (5-1)~(5-15)의 양태에서는, 2매의 바이너리 마스크 블랭크로부터 더블 노광 대응의 바이너리 전사 마스크 세트를 제작한 경우에, 외주 영역에 대한 누설 광에 의한 최대 8회의 중복 노광에 대해, 보조 차광막 패턴(20b)과 차광막 패턴(10a)으로 구성되는 차광부(차광대)(80)에 의해 웨이퍼 상의 레지스트막에 대한 감광을 억제하는 것이 가능해진다.
실시예 (6-1)
(차광막의 막 설계)
실시예 (4-1)과 마찬가지로, 사전에 굴절률(n) 및 감쇠 계수(k)를 측정해 둔 다양한 MoSi계 막 재료 중에서, 차광막(10)의 막 재료로서, 차광층(11)에 MoSi막(n=2.4, k=2.9), 표면 반사 방지층(12)에 MoSiON막(n=2.1, k=0.6)을 선정하여, 차광막(10)의 전체의 광학 농도(OD)와 표면 반사율(R%)에 관한 광학 시뮬레이션을 행하였다. 산출한 결과를 플롯한 그래프를 도 22에 도시한다.
이 실시예 (6-1)에서는, 도 22의 광학 시뮬레이션의 결과로부터, 차광층(11)의 막 두께로서 26nm, 표면 반사 방지층으로서 막 두께 14nm를 각각 선정하여, 광학 농도 2.3 이상이면서 표면 반사율이 20% 이하인 차광막(10)을 설계했다.
다음으로, 상기 선정한 차광막(10)을 이용한 마스크 블랭크로 전사용 마스크를 제작하여 웨이퍼 상의 레지스트에 노광 전사했을 때에, 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있는지의 여부를, 실시예 (4-1)과 마찬가지로 광학 시뮬레이션으로 확인했다. 그 결과, 광학 농도 2.3이어도 콘트라스트가 0.8 이상으로 양호한 것을 알았다.
다음으로, 상기 선정한 차광막(10)을 이용한 마스크 블랭크에 있어서, EMF 바이어스를 충분히 저감할 수 있는지를, 실시예 (4-1)과 마찬가지로 광학 시뮬레이션으로 확인했다. 단, 표면 반사 방지층의 막 두께는 14nm로 고정해서 광학 시뮬레이션을 행하였다. 그 결과를 도 23에 도시한다. 도 23의 결과로부터, 차광막(10)의 총 막 두께가 40nm 이하에서는, 종래의 총 막 두께 60nm 정도인 차광막 에 비해 EMF 효과의 영향을 크게 저감할 수 있음을 알았다.
(마스크 블랭크의 제작)
이 실시예 (6-1)에서는, 차광막(10)을 도 22의 광학 시뮬레이션의 결과로부터 설계한 차광막(10)으로 대신한 것을 제외하고, 실시예 (3-1)과 마찬가지의 더블 노광에 이용되는 마스크 블랭크를 제작했다.
실시예 (6-1)에서는, 투광성 기판(1) 상에, 차광막(10)으로서 MoSi막(차광층(11)), MoSiON막(표면 반사 방지층(12))을 각각 형성했다.
구체적으로는, 실시예 (4-1)과 동일한 성막 조건으로 막 두께26nm의 MoSi막(차광층(11))을 형성했다.
다음으로, Mo:Si=4원자%:96원자%의 타겟을 이용하여, Ar과 O2와 N2와 He의 혼합 가스 분위기에서, 몰리브덴, 실리콘, 산소, 질소로 이루어지는 막(Mo:2원자%, Si:39원자%, O:18원자%, N:41원자%)을 14nm의 막 두께로 형성하여 MoSiON막(표면 반사 방지층(12))을 형성했다.
다음으로, 상기 기판을 450℃에서 30분간 가열 처리(어닐링 처리)했다.
상기 투광성 기판(1) 상에 형성된 차광막(10)에 대해, 광학식 박막 특성 측정 장치 n&k 1280(n&k 테크놀로지사 제품)으로 굴절률(n) 및 감쇠 계수(k)를 측정했다. 그 결과, 상기 차광막(10)은, 차광층(11)이 n=2.4, k=2.9이며, 표면 반사 방지층(12)이 n=2.1, k=0.6인 것이 확인되었다. 또한, 차광막(10)에 대해, 분광 광도계 U-4100(히타치 하이테크놀로지즈사 제품)으로 광학 농도(OD) 및 표면 반사율을 측정했다. 그 결과, 상기 차광막(10)은, ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 광학 농도가 2.3이며, 표면 반사율이 9.4%인 것이 확인되었다. 또한, 보조 차광막(20)의 형성 후에 광학 농도를 측정하였더니, 차광막(10)과 보조 차광막(20)의 적층 구조에서, ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 광학 농도가 3.1인 것이 확인되었다.
상기에 의해, ArF 엑시머 레이저 노광용이면서 더블 노광용의 보조 차광막(20) 및 차광막(10)을 형성한 바이너리 마스크 블랭크를 얻었다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예 (6-1)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 상기 실시예 (3-1)과 마찬가지로 해서 본 실시예 (6-1)의 더블 노광용의 바이너리 전사용 마스크의 세트를 제작했다.
여기서는, DRAM hp 32nm 세대의 설계 패턴에 더블 패터닝 기술을 적용해서 2개로 분할 생성한 마스크 설계 패턴의 세트에 대해, 종래대로 EMF 시뮬레이션에서 엄밀한 보정 계산으로 생성한 전사 패턴의 세트와, TMA 시뮬레이션 등을 이용하여 계산 부하를 가볍게 해서 보정 계산으로 생성한 전사 패턴의 세트를 각각 준비하고, 앞서 제작한 4매의 바이너리 마스크의 레지스트막(100)에 각 전사 패턴의 세트를 각각 묘화하여 바이너리 전사용 마스크의 세트를 각각 제작했다.
제작한 바이너리 전사용 마스크의 세트에 대해, 각각 노광 장치로 웨이퍼 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사한 결과, 모두 DRAM hp 32nm 세대의 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있었다. 이 실시예 (6-1)의 마스크 블랭크는, TMA 시뮬레이션을 이용해서 계산 부하를 가볍게 한 보정 계산으로 생성한 전사 패턴에서도 충분한 전사 성능을 갖는 전사용 마스크를 제작할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 외주 영역에 대한 누설 광에 의한 최대 8회의 중복 노광에 대해서도, 보조 차광막 패턴(20b)과 차광막 패턴(10a)으로 구성되는 차광부(차광대)(80)에 의해, 웨이퍼 상의 레지스트막에 대한 감광을 억제할 수 있음도 확인할 수 있었다.
실시예 (6-2)
(차광막의 막 설계)
실시예 (4-1)과 마찬가지로, 사전에 굴절률(n) 및 감쇠 계수(k)를 측정해 둔 다양한 Ta계 막 재료 중에서, 차광막(10)의 막 재료로서, 차광층(11)에 TaN막(n=1.8, k=2.4), 표면 반사 방지층(12)에 TaO막(n=2.2, k=1.1)을 선정하여, 차광막(10)의 전체의 광학 농도(OD)와 표면 반사율(R%)에 관한 광학 시뮬레이션을 행하였다. 산출한 결과를 플롯한 그래프를 도 24에 도시한다.
이 실시예 (6-2)에서는, 도 24의 광학 시뮬레이션의 결과로부터, 차광층(11)의 막 두께로서 33nm, 표면 반사 방지층으로서 막 두께 6nm를 각각 선정하여, 광학 농도 2.3 이상이면서 표면 반사율이 30% 이하인 차광막(10)을 설계했다.
다음으로, 상기 선정한 차광막(10)을 이용한 마스크 블랭크로 전사용 마스크를 제작하여 웨이퍼 상의 레지스트에 노광 전사했을 때에, 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있는지를, 실시예 (4-1)과 마찬가지로 광학 시뮬레이션으로 확인했다. 그 결과를 도 25에 도시한다. 도 25의 결과로부터, 광학 농도 2.3이어도 콘트라스트가 0.8 이상으로 양호한 것을 알았다.
다음으로, 상기 선정한 차광막(10)을 이용한 마스크 블랭크에 있어서, EMF 바이어스를 충분히 저감할 수 있는지를, 실시예 (4-1)과 마찬가지로 광학 시뮬레이션으로 확인했다. 단, 표면 반사 방지층의 막 두께는 6nm로 고정하여 광학 시뮬레이션을 행하였다. 그 결과를 도 26에 도시한다. 도 26의 결과로부터, 차광막(10)의 총 막 두께가 40nm 이하에서는, 종래의 총 막 두께 60nm 정도의 차광막에 비해 EMF 효과의 영향을 크게 저감할 수 있음을 알았다.
(마스크 블랭크의 제작)
이 실시예 (6-2)에서는, 차광막(10)을 도 24의 광학 시뮬레이션의 결과로부터 설계한 차광막(10)으로 대신한 것을 제외하고, 실시예 (6-1)과 마찬가지의 마스크 블랭크를 제작했다.
실시예 (6-2)에서는, 투광성 기판(1) 상에, 차광막(10)으로서 TaN막(차광층(11)), TaO막(표면 반사 방지층(12))을 각각 형성했다.
구체적으로는, DC 마그네트론 스퍼터 장치를 이용하여, Ta 타겟을 사용하고, Ar과 N2의 혼합 가스 분위기에서, 질화 탄탈(TaN)로 이루어지는 막(Ta:93원자%, N:7원자%)을 33nm의 막 두께로 형성하여 차광층(11)을 형성했다.
다음으로, Ta 타겟을 이용하여, Ar과 O2의 혼합 가스 분위기에서, 산화 탄탈(TaO)로 이루어지는 막(Ta:42원자%, O:58원자%)을 6nm의 막 두께로 형성하여 표면 반사 방지층(12)을 형성했다.
상기 투광성 기판(1) 상에 형성된 차광막(10)에 대해, 광학식 박막 특성 측정 장치 n&k 1280(n&k 테크놀로지사 제품)으로 굴절률(n) 및 감쇠 계수(k)를 측정했다. 그 결과, 상기 차광막(10)은, 차광층(11)이 n=1.8, k=2.4이며, 표면 반사 방지층(12)이 n=2.2, k=1.1인 것이 확인되었다. 또한, 차광막(10)에 대해, 분광 광도계 U-4100(히타치 하이테크놀로지즈사 제품)으로 광학 농도(OD) 및 표면 반사율을 측정했다. 그 결과, 상기 차광막(10)은, ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 광학 농도가 2.3이며, 표면 반사율이 27.9%인 것이 확인되었다. 또한, 보조 차광막(20)의 형성 후에 광학 농도를 측정한 결과, 차광막(10)과 보조 차광막(20)의 적층 구조에서, ArF 노광광(파장 193nm)에 대한 광학 농도가 3.1인 것이 확인되었다.
상기에 의해, ArF 엑시머 레이저 노광용이면서 더블 노광용의 보조 차광막(20) 및 차광막(10)을 형성한 바이너리 마스크 블랭크를 얻었다.
(전사용 마스크의 제작)
본 실시예(6-2)의 바이너리 마스크 블랭크를 이용하여, 상기 실시예 (1-3)과 마찬가지로 해서 본 실시예 (6-2)의 바이너리 전사용 마스크를 제작했다.
여기서는, DRAM hp 32nm 세대의 설계 패턴에 더블 패터닝 기술을 적용해서 2개로 분할 생성한 마스크 설계 패턴의 세트에 대해, 종래대로 EMF 시뮬레이션에서 엄밀한 보정 계산으로 생성한 전사 패턴의 세트와, TMA 시뮬레이션 등을 이용하여 계산 부하를 가볍게 해서 보정 계산으로 생성한 전사 패턴의 세트를 각각 준비하고, 앞서 제작한 4매의 바이너리 마스크의 레지스트막(100)에 각 전사 패턴의 세트를 각각 묘화하여 바이너리 전사용 마스크의 세트를 각각 제작했다.
제작한 바이너리 전사용 마스크의 세트에 대해, 각각 노광 장치로 웨이퍼 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사한 결과, 모두 DRAM hp 32nm 세대의 패턴을 고정밀도로 전사할 수 있었다. 이 실시예 (6-2)의 마스크 블랭크는, TMA 시뮬레이션을 이용해서 계산 부하를 가볍게 한 보정 계산으로 생성한 전사 패턴에서도 충분한 전사 성능을 갖는 전사용 마스크를 제작할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 외주 영역에 대한 누설 광에 의한 최대 8회의 중복 노광에 대해서도, 보조 차광막 패턴(20b)과 차광막 패턴(10a)으로 구성되는 차광부(차광대)(80)에 의해, 웨이퍼 상의 레지스트막에 대한 감광을 억제할 수 있음도 확인할 수 있었다.
실시예 (6-3), (6-4)
실시예 (6-3), (6-4)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 보조 차광막(20) 상에, 실시예 (1-4), 실시예 (1-6)에서 나타낸 에칭 마스크(하드 마스크)막(30) 및 밀착성 향상층(60)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (6-1), (6-2)와 마찬가지이다.
이 실시예 (6-3), (6-4)의 양태에서는, 실시예 (6-1), (6-2)의 Cr계 보조 차광막(20)(에칭 마스크를 겸함)에 비해, 보조 차광막과 에칭 마스크막을 각각 전용의 막으로서 나누고 있기 때문에, 에칭 마스크막(30)을 박막화할 수 있고, 이로 인해 레지스트의 박막화가 가능해진다.
실시예 (6-5), (6-6)
실시예 (6-5), (6-6)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 보조 차광막(20) 상에, 실시예 (1-7), 실시예 (1-9)에서 나타낸 에칭 마스크(하드 마스크)막(30) 및 제2 에칭 마스크막(40)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (6-1), (6-2)와 마찬가지이다.
이 실시예 (6-5), (6-6)의 양태에서는, 크롬계의 제2 에칭 마스크막(40)의 채용에 의해, 상기 실시예(6-3), (6-4)의 양태에 비해 레지스트의 박막화가 가능해지는 동시에 레지스트의 밀착성도 향상된다.
실시예 (6-7), (6-8)
실시예 (6-7), (6-8)은, 도 4와 실시예 (1-10), 실시예 (1-12)에서 나타낸 바와 같이, 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)과 보조 차광층(22)의 적층 구조로 보조 차광막(20)을 형성하고, 그 위에 밀착성 향상층(60)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (6-1), (6-2)와 마찬가지이다.
상기 실시예 (6-7), (6-8)의 양태에서는, 상기 실시예 (6-1), (6-2)의 Cr계 보조 차광막(20)(에칭 마스크를 겸함)에 비해, 차광막(10)에 대한 에칭 스토퍼 겸 마스크층(21)의 박막화가 가능해진다. 이로 인해, 차광막(10)의 보다 높은 에칭 정밀도를 얻는다.
이 실시예 (6-7), (6-8)의 양태에서는, 상기 실시예 (6-1), (6-2)의 Cr계 보조 차광막(20)에 비해, 동일한 광학 농도로 비교하여 보조 차광막(20)의 박막화가 가능해진다. 이 막 두께가 얇은 보조 차광막(20)에 의해, 상기 실시예 (6-1), (6-2)의 양태에 비해 레지스트의 박막화가 가능해진다.
실시예 (6-9), (6-10)
실시예 (6-9), (6-10)은, 도 5나 실시예 (1-13), (1-15)에 나타낸 바와 같이, 밀착성 향상층(60) 대신에 에칭 마스크막(70)을 형성한 것을 제외하고 실시예 (6-7), (6-8)과 마찬가지이다.
이 실시예 (6-9), (6-10)의 양태에서는, 크롬계의 에칭 마스크막(70)의 채용에 의해, 상기 실시예 (6-7), (6-8)의 양태에 비해 레지스트의 박막화가 가능해지는 동시에 레지스트의 밀착성도 향상된다.
이상, 본 발명을 실시 형태와 실시예를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태와 실시예에 기재된 범위에 한정되지 않는다. 상기 실시 형태와 실시예에 다양한 변경 또는 개량을 더할 수 있음은 당업자에게 있어서 분명하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 더한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있음은, 특허청구범위의 기재로부터 분명하다.
1 : 투광성 기판 10 : 차광막
11 : 차광층 12 : 표면 반사 방지층
20 : 보조 차광막 30 : 에칭 마스크막
40 : 제2 에칭 마스크막 50 : 에칭 스토퍼 겸 마스크층
60 ; 밀착성 향상층 70 : 에칭 마스크막
100 : 레지스트막

Claims (9)

  1. ArF 노광광이 적용되는 전사용 마스크를 제작하기 위해 이용되는 마스크 블랭크이며,
    투광성 기판 상에 형성되는 차광층 및 표면 반사 방지층의 적층 구조로 이루어지는 차광막과, 상기 차광막의 상방에 형성되는 보조 차광막을 구비하고,
    상기 차광막은, 막 두께가 40nm 이하이면서 노광광에 대한 광학 농도가 2.0 이상, 2.7 이하이며,
    상기 차광층은, 막 두께가 15nm 이상 35nm 이하이며,
    상기 차광막과 보조 차광막의 적층 구조에 있어서의 노광광에 대한 광학 농도가 2.8 이상인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 표면 반사 방지층은, 막 두께가 5nm 이상 20nm 이하이면서 노광광에 대한 표면 반사율이 30% 이하인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차광막과 보조 차광막의 적층 구조에 있어서의 노광광에 대한 광학 농도가 3.1 이상인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차광층은, 천이 금속 실리사이드를 90% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  5. 제4항에 있어서, 상기 차광층 중의 천이 금속 실리사이드는, 몰리브덴 실리사이드이며, 몰리브덴의 함유량이 9원자% 이상, 40원자% 이하인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면 반사 방지층은, 천이 금속 실리사이드를 주성분으로 하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 차광막은, 상기 차광막을 에칭할 때에 이용되는 에칭 가스에 대해 내성을 갖는 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 차광막은, 크롬에, 질소, 산소 중 적어도 어느 하나의 성분을 포함하고, 막 중의 크롬의 함유량이 50원자% 이하이며, 또한, 막 두께가 20nm 이상인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크를 이용해서 제작되는, 전사용 마스크.
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