KR20160054455A - 마스크 블랭크, 전사용 마스크 및 전사용 마스크의 제조 방법 - Google Patents

마스크 블랭크, 전사용 마스크 및 전사용 마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

차광막을 제거하는 드라이 에칭으로 생기는 광반투과막에 대한 데미지를 억제한 마스크 블랭크를 제공한다. 투광성 기판(1)의 주표면 위에 광반투과막(2)과 차광막(4)이 적층한 구조를 가지는 마스크 블랭크(100)로서, 광반투과막(2)은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료로 형성되고, 차광막(4)은 하층(41)과 상층(42)의 적층 구조를 포함하며, 하층(41)은 탄탈을 함유하고, 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되며 상층(42)은 하프늄 및 지르코늄으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈을 함유하고, 상층(42)의 표층을 제외한 부분은 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되고, 광반투과막(2)과 하층(41) 사이에 염소계 가스를 함유하고, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해서 하층(41)과의 사이에 에칭 선택성을 가지는 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막(3)이 마련되어 있다.

Description

마스크 블랭크, 전사용 마스크 및 전사용 마스크의 제조 방법{MASK BLANK, TRANSFER MASK AND METHOD FOR PRODUCING TRANSFER MASK}
본 발명은 마스크 블랭크, 전사용(轉寫用) 마스크 및 전사용 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 디바이스의 제조 공정에서는 포토리소그래피법을 이용해 미세 패턴의 형성을 실시하고 있다. 이 미세 패턴의 형성에는 통상 여러 매의 전사용 마스크로 불리고 있는 기판이 사용된다. 이 전사용 마스크는 일반적으로 투광성인 유리 기판 위에 금속 박막 등으로 이루어지는 미세 패턴을 마련한 것이다. 이 전사용 마스크의 제조에서도 포토리소그래피법이 이용되고 있다.
반도체 디바이스의 패턴을 미세화함에 있어서는 전사용 마스크에 형성되는 마스크 패턴의 미세화에 더하여 포토리소그래피에서 사용되는 노광 광원의 파장의 단파장화가 필요하다. 반도체 장치 제조시에 이용되는 노광 광원은 최근에는 KrF 엑시머 레이저(파장 248nm)로부터 ArF 엑시머 레이저(파장 193nm)로 단파장화가 진행되고 있다.
전사용 마스크의 종류로서는 종래의 투광성 기판 위에 크롬계 재료로 이루어지는 차광막 패턴을 구비한 바이너리 마스크 외에, 하프톤형 위상 시프트 마스크가 알려져 있다. 이 하프톤형 위상 시프트 마스크는 투광성 기판 위에 광반투과막 패턴을 구비한 것이다. 이 광반투과막(하프톤형 위상 시프트막)은 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도로 광을 투과시키고, 또한 그 광반투과막을 투과한 광에 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 광에 대해서 소정의 위상차를 일으키는 기능을 가지고 있고, 이것에 의해 이른바 위상 시프트 효과를 일으키고 있다.
일반적으로 전사용 마스크에서의 전사 패턴이 형성되는 영역의 외주 영역은 노광 장치를 이용해 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에, 외주 영역을 투과한 노광 광에 의한 영향을 레지스트막이 받지 않도록 소정값 이상의 광학 농도(OD)를 확보하는 것이 요구되고 있다. 통상 전사용 마스크의 외주 영역에서는 OD가 3 이상이면 바람직하다고 여겨지고 있고, 적어도 2.8 정도는 필요하게 되고 있다. 그러나, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 광반투과막은 노광 광을 소정의 투과율로 투과시키는 기능을 가지고 있고, 이 광반투과막만으로는 전사용 마스크의 외주 영역에 요구되고 있는 광학 농도를 확보하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 특허문헌 1에 개시되어 있는 위상 시프트 마스크 블랭크와 같이, 노광 광에 대해서 소정의 위상 시프트량 및 투과율을 가지는 반투명막 위에 차광막(차광성막)을 적층하고, 반투명막과 차광막의 적층 구조로 소정의 광학 농도를 확보하는 것이 행해지고 있다.
한편, 특허문헌 2에 개시되어 있는 포토마스크 블랭크도 존재한다. 이 포토마스크 블랭크의 반투명 적층막은, 그 막 중을 투과하는 노광 광의 위상이 공기 중을 동일한 거리만 통과한 노광 광의 위상보다도 진행되는 특성을 가지는 위상 진행막과 반대로 그 막 중을 투과하는 노광 광의 위상이 지연 특성을 가지는 위상 지연막이 적층된 것이다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 반투명 적층막을 투과하는 노광 광은 공기 중을 동일한 거리만 통과한 노광 광과의 사이에 위상차가 생기지 않도록 할 수 있다. 이와 같은 특성을 가지는 반투명 적층막도 단독으로는 전사용 마스크의 외주 영역에 요구되고 있는 광학 농도를 확보하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 특허문헌 2에 개시되어 있는 포토마스크 블랭크에서도 반투명 적층막 위에 차광막을 적층하고, 반투명 적층막과 차광막의 적층 구조로 소정의 광학 농도를 확보하도록 하고 있다.
일본 특개 2007-033469호 공보 일본 특개 2006-215297호 공보
특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시되어 있는, 노광 광을 소정의 투과율로 투과시키는 박막(광반투과막)에서 전사 패턴을 형성하는 타입의 전사용 마스크는 광반투과막 위에 차광막을 적층한 마스크 블랭크를 이용해 제작된다. 이 마스크 블랭크로부터 제작되는 전사용 마스크에서는 기판 위의 전사 패턴이 형성되는 영역에는 차광 패치 등을 형성할 필요가 있는 특정 영역을 제외하고는 광반투과막의 패턴만이 존재한다. 한편, 소정의 광학 농도가 필요한 외주 영역(블라인드 영역)에는 광반투과막과 차광막을 적층한 상태의 층(차광대(遮光帶))이 존재한다. 이와 같은 구성의 전사용 마스크를 제작할 필요가 있기 때문에, 광반투과막과 차광막을 이들 막 사이에 다른 막을 개재하지 않고 적층하는 구조의 경우에는 광반투과막과 차광막은 서로 에칭 특성이 상이한 재료로 형성할 필요가 있다.
상기와 같은 마스크 블랭크로부터 전사용 마스크를 제작하는 순서로서는 이하와 같다. 최초로 차광막 위에 광반투과막에 형성해야 할 패턴을 가지는 제1 레지스트 패턴을 마련한다. 다음에, 제1 레지스트 패턴을 마스크로 하고, 차광막을 에칭해 패턴을 형성한다. 다음에, 제1 레지스트 패턴을 제거한다. 다음에, 차광막의 패턴을 마스크로 하고, 광반투과막을 에칭해 광반투과막 패턴을 형성한다. 다음에, 차광막 위에 차광막에 형성해야 할 패턴을 가지는 제2 레지스트 패턴을 마련한다. 다음에, 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하고, 차광막을 에칭해 차광막 패턴(차광대)을 형성한다. 마지막에 제2 레지스트 패턴을 제거하고, 소정의 세정 공정을 거쳐 전사용 마스크가 완성된다.
광반투과막에 형성해야 할 패턴은 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막에 노광 전사하는 것이기 때문에, 매우 미세한 패턴이다. 그러나, 마스크 블랭크에서의 광반투과막 위에는 차광막이 적층되어 있기 때문에, 차광막에 일단 광반투과막에 형성해야 할 패턴을 형성해야 한다. 상기와 같이, 광반투과막에 대해서는 노광 광을 소정의 투과율로 투과시키는 것 이외의 기능을 겸비하게 하는 경우가 많다. 그리고, 이와 같은 특성을 광반투과막에 갖게 하기 위해서 규소를 함유하는 재료나, 규소와 천이 금속을 함유하는 재료를 적용하는 경우가 많다. 이들 재료로 이루어지는 광반투과막에 미세 패턴을 형성하는 경우, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭으로 패터닝하는 것이 바람직하다.
불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭으로 광반투과막을 패터닝하는 것을 전제로 하여 상기의 전사용 마스크의 제작 프로세스를 실현하려면, 차광막은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 대해서 내성을 가지는 재료일 필요가 있다. 게다가 불소계 가스 이외의 에칭 가스로 광반투과막에 형성해야 할 미세 패턴을 차광막에 형성할 수 있는 것도 필요하다. 또, 상기와 같이 광반투과막 패턴이 형성된 영역은 차광 패치 등을 형성할 필요가 있는 특정 영역을 제외하고, 그 바로 위의 차광막은 모두 제거된다. 이 때문에, 차광막을 제거할 때의 드라이 에칭에서 이용되는 에칭 가스에 대해서, 광반투과막이 충분한 에칭 선택성을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 이들 조건을 동시에 만족하는 차광막의 재료로서는 크롬을 함유하는 재료를 들 수 있고, 이전부터 이용되어 오고 있다. 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 차광막에 미세 패턴을 형성하기 위해서 이용되는 에칭 가스는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스이다.
그러나, 일반적으로 사용되는 유기계 재료로 형성되는 레지스트막은 산소 가스의 플라즈마에 대한 내성이 다른 가스의 플라즈마에 대한 내성에 비해 큰 폭으로 낮다. 이 때문에, 크롬계 재료의 차광막을 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스로 드라이 에칭한 경우, 레지스트막의 소비량(에칭 중에 생기는 레지스트막의 감막량(減膜量))이 많아진다. 드라이 에칭에 의해서 차광막에 미세 패턴을 높은 정밀도로 형성하려면, 차광막의 패터닝 완료시에 소정 이상의 두께로 레지스트막이 잔존해 있을 필요가 있다. 그러나, 최초로 패턴을 형성하는 레지스트막의 막 두께를 두껍게 하면, 레지스트 패턴의 단면 어스펙트비(패턴 선폭에 대한 막 두께의 비율)가 너무 커지기 때문에, 레지스트 패턴이 도괴(倒壞)하는 현상이 발생하기 쉬워진다.
크롬계 재료 이외의 재료에서도 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 대해서 내성을 가지는 재료는 존재한다. 예를 들면, 탄탈-하프늄 합금, 탄탈-지르코늄 합금, 탄탈-하프늄-지르코늄 합금 등(이하, 이들을 탄탈-하프늄 합금 등으로 함)의 재료로 형성된 박막은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 대해서 내성을 가져 산소를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 패터닝이 가능하다. 광반투과막을 형성하는 규소를 함유하는 재료나, 규소와 천이 금속을 함유하는 재료는 산소를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대해서 비교적 내성이 있다. 그러나, 탄탈-하프늄 합금이나 탄탈-지르코늄 합금 등의 재료는 산화하기 쉽고, 산화가 진행되어 버리면 산소를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭의 에칭 레이트가 크게 저하된다고 하는 문제가 있다.
광반투과막 위에 다른 막을 개재하지 않고 탄탈-하프늄 합금 등의 재료로 차광막을 적층한 마스크 블랭크로 한 경우, 광반투과막에 형성해야 할 패턴을 차광막에 형성하는 단계에서는 차광막의 산화가 비교적 진행되지 않기 때문에, 산소를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 충분히 패터닝 가능하다. 그러나, 광반투과막 패턴 위의 차광막을 제거하는 단계가 되면, 차광막의 산화가 진행되어 있어 차광막의 산소를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 크게 저하되어 있다. 이와 같이 산화가 진행된 탄탈-하프늄 합금 등의 재료의 차광막을 제거하려면, 통상보다도 높은 바이어스가 걸린 염소계 가스에 의한 드라이 에칭을 실시하는 것이 유효하다. 그러나, 이 높은 바이어스의 드라이 에칭은 물리적인 작용이 큰 드라이 에칭이기 때문에, 차광막이 제거되었을 때에 노출하는 광반투과막 패턴의 표층에 데미지를 부여할 우려가 있다는 문제가 있다. 광반투과막이 노광 광을 소정의 투과율로 투과시키는 기능뿐만 아니라, 그 광반투과막을 투과한 노광 광에 대해서 그 광반투과막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 노광 광과의 사이에 소정의 위상차를 일으키는 기능도 겸비한 위상 시프트막인 경우, 표층이 데미지를 받는 것에 의한 영향은 특히 크다.
이와 같은 문제를 해결하는 수단으로서 광반투과막과 차광막 사이에 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막을 마련하는 것이 생각된다. 이와 같은 에칭 스토퍼막을 마련한 경우, 탄탈-하프늄 합금 등의 재료로 이루어지는 차광막에 광반투과막에 형성해야 할 패턴을 형성한 후, 차광막을 마스크로 하여 에칭 스토퍼막에 광반투과막에 형성해야 할 패턴을 형성하는 드라이 에칭의 프로세스가 들어간다. 이 에칭 스토퍼막에 대한 드라이 에칭에서 이용되는 에칭 가스는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스가 이용된다. 이 드라이 에칭시, 차광막의 표면이 산소 가스의 플라즈마에 노출된다. 이 때문에, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막이 마련되지 않은 구성의 경우보다도, 차광막을 형성하는 탄탈-하프늄 합금 등의 재료의 산화가 진행되는 것을 피할 수 없다.
상기와 같이 산화가 큰 폭으로 진행된 탄탈-하프늄 합금 등의 재료의 차광막을 제거하는 경우에서의 드라이 에칭은 보다 고(高)바이어스의 조건으로 실시할 필요가 있다. 그러나, 이 단계에서 광반투과막에 패턴이 형성되어 있는 경우, 투광부인 투광성 기판의 표면이 노출하고 있는 부분이 고바이어스의 에칭에 노출되기 때문에, 기판의 표면이 에칭될 우려가 있다.
한편, 광반투과막과 차광막 사이에 마련되는 에칭 스토퍼막에 적용 가능한 재료로서 규소와 산소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 이 에칭 스토퍼막의 경우, 전사용 마스크가 완성되는 단계에서 차광막이 제거되어 있는 영역의 에칭 스토퍼막은 제거되지 않고 남겨진다. 이 에칭 스토퍼막의 경우에서도, 산화가 큰 폭으로 진행된 탄탈-하프늄 합금 등의 재료의 차광막을 제거하는 고바이어스의 드라이 에칭을 실시할 때, 에칭 스토퍼막이 에칭될 우려가 있다. 이 경우의 에칭 스토퍼막은 광반투과막과의 적층 구조로 광반투과막 패턴으로서 기능하는 것이기 때문에, 에칭 스토퍼막이 에칭되어 버리면, 광반투과막과 에칭 스토퍼막의 적층 구조의 패턴으로부터 원하는 광학 특성이 얻어지지 않게 되어 버릴 우려가 있다.
그래서, 본 발명은 종래의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는 광반투과막 위에 차광막이 적층된 마스크 블랭크에 있어서, 광반투과막에 미세 패턴을 높은 정밀도로 형성할 수 있고, 또한 광반투과막의 패턴 위의 차광막을 제거하는 드라이 에칭에 의해서 생기는 광반투과막이나 투광성 기판의 표면에 대한 데미지를 억제하는 것이 가능한 마스크 블랭크를 제공하는 것이다. 또, 이 마스크 블랭크를 이용해 제조되는 전사용 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 본 발명을 완성시킨 것이다. 즉, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
투광성 기판의 주표면(主表面) 위에 광반투과막과 차광막을 적층한 구조를 가지는 마스크 블랭크로서, 상기 광반투과막은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료로 형성되고, 상기 차광막은 하층과 상층의 적층 구조를 적어도 포함하며, 상기 하층은 탄탈을 함유하고 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되며, 상기 상층은 하프늄 및 지르코늄으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈을 함유하고, 또한 그 표층을 제외하고 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되며, 상기 광반투과막과 상기 하층 사이에 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해서, 상기 하층과의 사이에 에칭 선택성을 가지는 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 상층은 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료이며, 또한 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해서 상기 광반투과막과의 사이에 에칭 선택성을 가지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 하층은 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능하고, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 하층은 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1내지 3 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 상층은 그 표층을 제외하고 비금속 원소를 함유하지 않는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 광반투과막은 규소와 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 차광막은 상기 상층의 표층에 접해 최상층을 구비하고, 상기 최상층은 탄탈을 함유하며, 하프늄, 지르코늄을 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 최상층은 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 7 기재의 마스크 블랭크.
(구성 9)
상기 차광막의 표면에 접하여 유기계 재료로 이루어지는 레지스트막이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 10)
상기 하층의 두께는 상기 상층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 11)
상기 에칭 스토퍼막은 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 12)
상기 에칭 스토퍼막은 산소의 함유량이 20원자% 이하인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 11 기재의 마스크 블랭크.
(구성 13)
상기 에칭 스토퍼막은 크롬의 함유량이 55원자% 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 11 또는 12에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 14)
상기 에칭 스토퍼막은 두께가 3nm 이하 10nm 이하인 것을 특징으로 하는 구성 11 내지 13 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 15)
상기 광반투과막, 상기 에칭 스토퍼막 및 상기 차광막의 적층 구조에서의 노광 광에 대한 광학 농도가 2.8 이상인 것을 특징으로 하는 구성 11 내지 14 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 16)
상기 에칭 스토퍼막은 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 17)
구성 1 내지 15 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 상기 광반투과막에 광반투과 패턴이 형성되고, 상기 에칭 스토퍼막 및 상기 차광막에 차광대 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
(구성 18)
구성 16 기재의 마스크 블랭크의 상기 광반투과막 및 상기 에칭 스토퍼막에 광반투과 패턴이 형성되고, 상기 차광막에 차광대 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
(구성 19)
구성 11 내지 15 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크를 이용하는 전사용 마스크의 제조 방법으로서,
상기 차광막 위에 형성된 전사 패턴을 가지는 제1 레지스트막을 마스크로 하고 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 차광막에 광반투과 패턴을 형성하는 공정과,
상기 광반투과 패턴을 가지는 상기 제1 레지스트막 또는 상기 차광막을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 에칭 스토퍼막에 상기 광반투과 패턴을 형성하는 공정과,
상기 광반투과 패턴을 가지는 상기 차광막 또는 상기 에칭 스토퍼막을 마스크로 하고, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 광반투과막에 상기 광반투과 패턴을 형성하는 공정과,
상기 차광막 위에 형성된 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트막을 마스크로 하고 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 차광막에 차광대 패턴을 형성하는 공정과,
상기 차광막 위에 형성된 차광대 패턴을 가지는 상기 제2 레지스트막 또는 상기 차광막을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 에칭 토퍼막에 차광대 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법.
(구성 20)
구성 16 기재의 마스크 블랭크를 이용하는 전사용 마스크의 제조 방법으로서,
상기 차광막 위에 형성된 전사 패턴을 가지는 제1 레지스트막을 마스크로 하고 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 차광막에 광반투과 패턴을 형성하는 공정과,
상기 광반투과 패턴을 가지는 상기 제1 레지스트막 또는 상기 차광막을 마스크로 하고, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 에칭 스토퍼막과 상기 광반투과막에 상기 광반투과 패턴을 형성하는 공정과,
상기 차광막 위에 형성된 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트막을 마스크로 하고 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 차광막에 차광대 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법.
(구성 21)
상기 차광막의 적어도 상층에 상기 차광대 패턴을 형성할 때에 실시되는 드라이 에칭은 상기 차광막에 상기 광반투과 패턴을 형성할 때에 실시되는 드라이 에칭보다도 고바이어스 상태에서 실시되는 것을 특징으로 하는 구성 19 또는 20에 기재된 전사용 마스크의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 광반투과막, 에칭 스토퍼막 및 차광막의 적층 구조의 마스크 블랭크에 있어서, 차광막이, 탄탈을 함유하고 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성된 하층과, 하프늄 및 지르코늄으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈을 함유하고, 또한 그 표층을 제외하고 산소를 함유하지 않는 재료로 형성된 상층의 적층 구조를 적어도 포함하는 구성으로 함으로써, 에칭 스토퍼막 위의 차광막을 드라이 에칭으로 제거할 경우에 에칭 스토퍼막이 소실될 우려가 없고 광반투과막의 표층이 데미지를 받는 것도 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 마스크 블랭크의 층 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 에칭 스토퍼막 중의 크롬 함유량 및 산소 함유량과 염소계 가스에 대한 에칭 레이트의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 제1 실시형태를 상술한다.
본 발명의 제1 실시형태는 투광성 기판의 주표면 위에 광반투과막과 차광막을 적층한 구조를 가지는 마스크 블랭크이며, 구체적으로는 상기 구성 1에 있는 바와 같이, 광반투과막은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료로 형성되고, 차광막은 하층과 상층의 적층 구조를 적어도 포함하며, 하층은 탄탈을 함유하고, 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되고, 상층은 하프늄 및 지르코늄으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈을 함유하며, 그 표층을 제외하고 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되며, 광반투과막과 하층 사이에 염소계 가스를 함유하고, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해서, 상기 하층과의 사이에 에칭 선택성을 가지는 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 바와 같이, 광반투과막 위에 다른 막을 개재하지 않고 탄탈-하프늄 합금 등의 재료로 형성되는 차광막을 마련한 적층 구조를 가지는 마스크 블랭크에서는 재료의 산화가 진행된 상태의 차광막에 대해서 패터닝을 실시하는 경우, 산소 가스를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 고바이어스에서의 드라이 에칭을 이용할 필요가 있다. 그러나, 이 고바이어스에서의 드라이 에칭을 실시하면, 광반투과막의 표층을 에칭해 버릴 우려가 있다.
광반투과막과 차광막 사이에 산소 가스를 함유하지 않는 염소계 가스에 대해서 에칭 내성을 가지는 에칭 스토퍼막을 마련함으로써 해결을 도모하는 것이 생각된다. 그러나, 차광막의 두께 방향의 전체에 대한 드라이 에칭을 고바이어스의 드라이 에칭으로 실시하는 경우, 면 내에서의 패턴의 조밀(粗密) 차이에 의해서, 먼저 차광막이 모두 에칭되고 에칭 스토퍼막이 노출하는 영역이 생기는 것은 피하기 어렵다. 그리고, 먼저 에칭 스토퍼막이 노출한 영역은 다른 차광막이 잔존하고 있는 영역의 에칭이 종료할 때까지, 고바이어스의 드라이 에칭에 노출되게 된다. 이것에 의해, 국소적으로 에칭 스토퍼막이 소실해 버릴 우려가 있다.
본 발명의 제1 실시형태에서는 차광막을 상층과 하층의 적층 구조를 적어도 포함하는 구성으로 하고, 각각 상이한 재료로 형성하고 있다. 상층은 하프늄 및 지르코늄으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈을 함유하고, 그 상층의 표층을 제외한 부분은 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성하고 있다. 이와 같은 재료로 이루어지는 상층은 불소계 가스로의 드라이 에칭에 대해서 높은 내성을 가지고, 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 의해서 패터닝된다. 그러나, 이 상층은 산화가 진행되면, 산소 가스를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 패터닝이 어려워지기 때문에, 고바이어스에서 드라이 에칭할 필요가 있다.
한편, 하층은 탄탈을 함유하고, 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성하고 있다. 이와 같은 재료로 이루어지는 하층은 불소계 가스로의 드라이 에칭에 대해서 에칭되어 버리지만, 상층을 형성하는 재료에 비해 산화하기 어렵고 고바이어스 상태가 아닌 염소계 가스에 의한 드라이 에칭으로도 패터닝할 수 있다. 차광막을 이와 같은 하층과 상층의 적층 구조로 함으로써, 상층의 산화가 진행되고 있는 경우여도, 산소 가스를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 고바이어스의 드라이 에칭으로 상층을 패터닝하여, 산소 가스를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 고바이어스가 아닌 드라이 에칭으로 하층을 패터닝하는 프로세스를 실시할 수 있다. 하층에 대한 드라이 에칭은 고바이어스는 아니기 때문에, 에칭 스토퍼막이 에칭되는 현상을 저감할 수 있다.
또, 차광막의 상층과 하층 모두를 염소계 가스에 의한 고바이어스의 드라이 에칭으로 패터닝하는 경우에서도, 본 발명의 차광막의 구성은 유효하게 기능한다. 일반적으로 박막에 대해서 드라이 에칭으로 패터닝을 실시하는 경우, 면 내의 패턴의 조밀 차이가 있는 것에 기인하여 패터닝이 종료하는 시기가 면 내의 영역에 따라 상이하다. 차광막에서의 조기에 패터닝이 종료하고, 에칭 스토퍼막의 표면이 노출한 영역은 차광막의 전체에서 패터닝이 종료할 때까지, 그 에칭 스토퍼막의 표면이 고바이어스의 드라이 에칭에 노출되게 된다. 본 발명에서의 차광막의 하층은 염소계 가스에 의한 고바이어스의 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 차광막의 상층에 비해 큰 폭으로 빠르다.
상층의 재료로 차광막의 전체를 형성한 경우보다도, 본 발명의 상층과 하층의 적층 구조의 차광막이 염소계 가스에 의한 고바이어스의 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 빨라진다. 즉, 본 발명의 차광막의 경우, 그 차광막의 패터닝이 조기에 종료하고, 에칭 스토퍼막의 표면이 노출한 영역은 차광막의 전체에서 패터닝이 완료할 때까지, 그 에칭 스토퍼막의 표면이 고바이어스의 드라이 에칭에 노출되는 시간이 짧아진다. 이 때문에, 본 발명에서의 차광막의 상층과 하층 모두에 대해서 염소계 가스에 의한 고바이어스의 드라이 에칭으로 패터닝하는 경우에서도, 에칭 스토퍼막이 그 염소계 가스에 의한 고바이어스의 드라이 에칭으로 에칭되는 현상을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 마스크 블랭크의 층 구성을 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 본 발명의 마스크 블랭크(100)는 투광성 기판(1) 위에 광반투과막(2), 에칭 스토퍼막(3) 및 차광막(4)이 순서로 적층된 구조이다. 또, 차광막(4)은 하층(41)과 상층(42)이 적층된 구조를 구비한다.
상기 투광성 기판(1)으로서는 사용하는 노광 파장에 대해서 투명성을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에서는 합성 석영 유리 기판, 그 외 각종 유리 기판(예를 들면, 소다라임글라스, 알루미노실리케이트글라스 등)을 이용할 수 있다. 반도체 장치의 패턴을 미세화함에 있어서는 광반투과막에 형성되는 마스크 패턴의 미세화에 더하여 반도체 장치 제조시의 포토리소그래피에서 사용되는 노광 광원 파장의 단파장화가 필요하다. 반도체 장치 제조시의 노광 광원으로는 최근에는 KrF 엑시머 레이저(파장 248nm)로부터 ArF 엑시머 레이저(파장 193nm)로 단파장화가 진행되고 있다. 각종 유리 기판 중에서도 특히 합성 석영 유리 기판은 ArF 엑시머 레이저 또는 그것보다도 단파장의 영역에서 투명성이 높기 때문에, 고정밀의 전사 패턴 형성에 이용되는 본 발명의 마스크 블랭크의 기판으로서 적합하다.
상기 광반투과막(2)은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭이 가능한 재료로 형성된다. 광반투과막(2)은 노광 광을 소정의 투과율로 투과시키는 기능을 가지는 막이다. 광반투과막(2)은 노광 광에 대한 투과율이 1% 이상인 것이 바람직하다. 광반투과막(2)은 하프톤형 위상 시프트 마스크에 이용되는 위상 시프트막이나 인핸서형 위상 시프트 마스크에 이용되는 광반투과막인 것이 바람직하다.
하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 광반투과막(위상 시프트막)(2)은 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 광(예를 들면, 노광 파장에 대해서 1%~30%)을 투과시킴으로써, 소정의 위상차(예를 들면 180도)를 가지는 것이다. 이 광반투과막(2)을 패터닝한 광반투과부와, 광반투과막(2)이 형성되어 있지 않은 실질적으로 노광에 기여하는 강도의 광을 투과시키는 광투과부에 의해, 광반투과부를 투과해 광의 위상이 광투과부를 투과한 광의 위상에 대해서 실질적으로 반전한 관계가 되도록 함으로써, 광반투과부와 광투과부의 경계부 근방을 통과해 회절 현상에 의해서 서로 상대의 영역으로 돌아 들어간 광을 서로 완전히 지우도록 하여 경계부에서의 광 강도를 거의 제로로 해 경계부의 콘트라스트 즉 해상도를 향상시키는 것이다.
한편, 인핸서형 위상 시프트 마스크용인 마스크 블랭크의 광반투과막(2)은 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 광(예를 들면, 노광 파장에 대해서 1%~30%)을 투과시키는 것이지만, 투과하는 노광 광에 일으키는 위상차가 작은 막(예를 들면, 위상차가 30도 이하. 바람직하게는 0도)으로, 이 점이 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크의 광반투과막과는 상이하다.
광반투과막(2)은 규소와 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 광반투과막(2)은 규소, 천이 금속 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우의 천이 금속으로는 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 니켈(Ni), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 니오븀(Nb) 및 팔라듐(Pd) 등 중 어느 하나 이상의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다. 광반투과막(2)의 재료에는 상기의 원소에 더하여 질소(N), 산소(O), 탄소(C), 수소(H) 및 붕소(B) 등의 원소가 포함되어도 된다. 또, 광반투과막(2)의 재료에는 헬륨(He), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 불활성 가스가 포함되어도 된다.
이들 재료는 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 빠르고, 광반투과막(2)에 요구되는 여러 특성을 얻기 쉽다. 특히, 이들 재료는 광반투과막(2)을 투과하는 노광 광의 위상을 정확하게 제어할 필요가 있는 위상 시프트막이나, 위상 지연막과 위상 진행막이 적층한 구조를 가지는 인핸서형 위상 시프트 마스크용의 광반투과막(2)을 형성하는 재료로서 바람직하다. 광반투과막(2)이 하프톤형 위상 시프트막이나 반투명 적층막인 경우, 막 중의 천이 금속(M)의 함유량[at%(원자%)]을 천이 금속(M)과 규소(Si)의 합계 함유량[at%]로 나누어 산출한 백분율[%](이하, M/M＋Si 비율로 함)이 35% 이하인 것이 바람직하고, 25% 이하이면 보다 바람직하며, 20% 이하이면 더욱 바람직하다. 천이 금속은 규소에 비해 소쇠(消衰) 계수는 높지만, 굴절률도 높은 원소이다. 제1 막을 형성하는 재료의 굴절률이 너무 높으면, 막 두께 변동에 의한 위상의 변화량이 커져, 위상과 투과율 모두를 제어하는 것이 어려워진다.
차광막(4)의 하층(41)은 탄탈을 함유하고, 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성된다. 또, 하층(41)은 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료일 뿐만 아니라, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭도 가능한 재료인 것이 바람직하다. 이와 같은 특성을 만족하는 재료로서는 탄탈 금속으로 이루어지는 재료, 탄탈과 붕소로 이루어지는 재료, 탄탈과 탄소로 이루어지는 재료, 탄탈과 붕소와 탄소로 이루어지는 재료, 및 이들 재료에 산소 이외의 비금속 원소를 함유한 재료 등을 들 수 있다. 하층(41)의 재료에는 헬륨(He), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 불활성 가스가 포함되어도 된다.
하층(41)의 재료에는 질소를 함유시키는 것이 바람직하다. 탄탈에 질소를 함유시킴으로써, 질소를 함유하고 있지 않은 탄탈의 경우에 비해 산화를 억제할 수 있다. 한편, 하층(41)의 재료 중에서의 질소의 함유량이 많아짐에 따라, 재료의 광학 농도가 저하되는 것을 피할 수 없다. 이들 점을 고려하면, 하층(41)의 재료 중에서의 질소의 함유량은 30at% 이하인 것이 바람직하고, 20at% 이하이면 보다 바람직하며, 10at% 이하이면 더욱 바람직하다.
하층(41)은 상층(42)과는 상이한 드라이 에칭 특성을 갖게 할 필요가 있는 점에서, 하프늄 및 지르코늄을 실질적으로 함유하지 않는 재료인 것이 요구된다. 이 하프늄 및 지르코늄을 실질적으로 함유하지 않는 재료는 재료 중의 하프늄 및 지르코늄의 합계 함유량이 적어도 5at% 이하인 것이 필요하게 되고, 3at% 이하이면 바람직하고, 조성 분석에서의 검출 하한값 이하이면 보다 바람직하다. 또, 하층(41)은 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료인 것이 요구된다. 이 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료는 재료 중의 산소의 함유량이 적어도 5at% 이하인 것이 필요하게 되고, 3at% 이하이면 바람직하며, 조성 분석에서의 검출 하한값 이하이면 보다 바람직하다.
차광막(4)의 상층(42)은 하프늄(Hf) 및 지르코늄(Zr)으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈(Ta)을 함유하고, 또한 그 표층을 제외하고 실질적으로 산소를 함유하지 않는 재료로 형성된다. 또, 상층(42)은 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료이며, 또한 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해서 상기 광반투과막(2)과의 사이에 에칭 선택성을 가지는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 특성을 만족하는 재료로서는 탄탈-하프늄 합금, 탄탈-지르코늄 합금, 탄탈-하프늄-지르코늄 합금, 또는 이들 합금의 산소 이외의 원소를 함유하는 화합물을 들 수 있다. 상층(42)의 재료에는 탄소(C) 및 붕소(B) 외에, 산소 이외의 비금속 원소가 포함되어도 된다. 또, 상층(42)의 재료에는 헬륨(He), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 불활성 가스가 포함되어도 된다.
탄탈-하프늄 합금 등의 재료로 이루어지는 상층(42)은 산소를 함유하고 있지 않은 경우, 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능해질 만한 에칭 레이트를 얻을 수 있다. 탄탈-하프늄 합금 등의 재료는 재료 중의 산소 함유량이 많아짐에 따라, 염소계 가스를 함유하며 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스에 대한 에칭 레이트가 큰 폭으로 저하되어 가는 특성을 갖는다. 상층(42)의 표층(막의 표면으로부터 5nm 이하 정도의 깊이까지의 범위)에서 산화가 진행되고 있었다고 해도, 표층에 대해서는 물리적인 에칭 작용을 이용함으로써 상층(42)에 미세 패턴을 형성하는 것은 가능하다. 그러나, 상층(42)의 전체에서 산화가 진행되어 버리고 있으면, 미세 패턴을 형성하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 상층(42)은 산화하는 것을 피하기 어려운 표층을 제외하고 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료란, 산소를 전혀 함유하지 않는 재료만으로 한정하지 않고, 상층(42)의 스퍼터 성막시에 오염의 영향 등으로 혼입해 버리는 정도의 산소가 함유된 재료(산소 함유량이 5at% 이하인 재료)까지는 포함되는 것으로 한다.
상층(42)을 형성하는 재료는 상기의 에칭 특성을 가질 필요가 있다. 탄탈-하프늄 합금 등의 재료가 이와 같은 에칭 특성을 가지도록 하려면, 재료 중의 하프늄 및 지르코늄의 합계 함유량[원자%]을 탄탈, 하프늄 및 지르코늄의 합계 함유량[원자%]으로 나눈 비율의 백분율(이하, [Hf＋Zr]/[Ta＋Hf＋Zr] 비율로 함)이 10% 이상인 재료로 하는 것이 바람직하다. 탄탈은 산소를 함유하지 않는 염소계 가스에 대해서 드라이 에칭 가능할 뿐만 아니라, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 대해서도 드라이 에칭 가능하고, 탄탈만으로는 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 대한 에칭 내성을 확보할 수 없다. [Hf＋Zr]/[Ta＋Hf＋Zr] 비율이 10% 미만이면, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 대한 내성이 저하되고, 광반투과막(2)에 전사 패턴을 형성할 때의 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭시에 에칭 마스크로서 기능하는 것이 곤란해진다. 한편, 전사용 마스크를 세정할 때의 세정액에 대한 내성의 점을 고려하면, 탄탈의 함유 비율을 높이는 것이 좋고, 상층(42)의 [Hf＋Zr]/[Ta＋Hf＋Zr] 비율은 50% 이하인 것이 바람직하다.
차광막(4)은 상층(42)만이 광반투과막(2)에 미세한 전사 패턴을 형성하는 드라이 에칭시에 에칭 마스크로서 기능한다. 상층(42)을 형성하는 재료는 탄탈-하프늄 합금 등의 산화가 진행되면, 고바이어스의 드라이 에칭으로 패터닝할 필요가 있다. 고바이어스에서의 드라이 에칭시에는 면 내의 패턴의 조밀 차이 등의 요인에 의한 에칭 레이트 차이가 커지는 경향이 있다. 이 때문에, 차광막(4)의 전체를 에칭하는데 필요로 하는 시간에 대한, 고바이어스에서 드라이 에칭을 실시하는 시간의 비율은 작은 것이 바람직하다.
또, 상기와 같이 차광막(4)의 상층(42)과 하층(41) 모두를 염소계 가스에 의한 고바이어스의 드라이 에칭으로 패터닝하는 경우에서도, 차광막(4)의 전체에서의 에칭 레이트가 빨라질수록 에칭 스토퍼막(3)이 그 염소계 가스에 의한 고바이어스의 드라이 에칭으로 에칭되는 현상을 저감할 수 있다. 이들 점을 고려하면, 차광막(4)의 하층(41)의 두께는 상층(42)의 두께보다도 두꺼운 것이 바람직하다.
상층(42)의 두께는 광반투과막에 미세한 전사 패턴을 형성하는 드라이 에칭시에 에칭 마스크로서 기능시키기 위해서는 3nm 이상인 것이 바람직하고, 5nm 이상이면 보다 바람직하며, 7nm 이상이면 더욱 바람직하다. 또, 상층(42)의 두께는 고바이어스에서의 드라이 에칭의 시간을 짧게 하기 위해서는 20nm 이하인 것이 바람직하고, 15nm 이하이면 보다 바람직하며, 10nm 이하이면 더욱 바람직하다.
차광막(4)의 전체 두께에 대한 상층(42)의 비율은 1/10 이상인 것이 바람직하고, 1/5 이상이면 보다 바람직하며, 1/4 이상이면 더욱 바람직하다. 차광막(4)의 전체 두께에 대한 상층(42)의 비율은 2/3 이하인 것이 바람직하고, 1/2 이하이면 보다 바람직하며, 1/3 이하이면 더욱 바람직하다.
본 발명의 마스크 블랭크는 광반투과막(2), 에칭 스토퍼막(3) 및 차광막(4)의 적층 구조에서의 노광 광에 대한 광학 농도(OD)가 2.8 이상인 것이 필요하며, 3.0 이상이면 바람직하다. 또, 이 노광 광에는 ArF 엑시머 레이저(파장: 193nm)가 적용되는 것이 바람직하다. 상기의 적층 구조(적층막)에서의 각 막에 요구되는 기능을 고려하면, 차광막(4)이 보다 높은 광학 농도를 가지는 것이 바람직하다. 차광막(4)에 높은 광학 농도를 갖게 하는 가장 단순한 방법은 막 두께를 두껍게 하는 것이다.
차광막(4)은 상층(42)만이 광반투과막(2)에 미세한 전사 패턴을 형성하는 드라이 에칭시에 에칭 마스크로서 기능한다. 그러나, 차광막(4)은 하층(41)과 상층(42)의 적층 구조를 가지고 있기 때문에, 차광막(4)의 전체에서 형성되는 패턴을 에칭 마스크로 하여 광반투과막(2)을 드라이 에칭하게 된다. 미세한 전사 패턴을 광반투과막(2)에 정밀하게 형성하기 위해서, 차광막(4)의 전체에서의 두께는 최대한 얇은 것이 요망된다. 상기와 같이, 하층(41)에는 재료의 산화를 억제하기 위해서 질소를 함유시키는 것이 바람직하다고 여겨지고 있고, 하층(41)의 재료 자체의 광학 농도를 높이는 것에는 한계가 있다.
한편, 상층(42)은 산소를 실질적으로 함유하지 않는 것이 바람직하고, 재료 자체의 광학 농도를 낮추는 방향으로 기능하는 비금속 원소를 함유시킬 필요성은 특별히 없다. 이 때문에, 상층(42)은 광학 농도를 저하시키는 비금속 원소를 함유하지 않는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이 관점에서는 상층(42)을 형성하는 재료로서 탄탈-하프늄 합금, 탄탈-지르코늄 합금, 탄탈-하프늄-지르코늄 합금으로부터 선택되는 재료를 적용하는 것이 바람직하다. 차광막(4)은 전체 두께가 40nm 이하인 것이 바람직하고, 35nm 이하이면 보다 바람직하다.
에칭 스토퍼막(3)은 전사용 마스크의 제조 공정(상세하게는 다음에 설명함)에서, 광반투과막(2)에 광반투과 패턴이 형성된 후, 광반투과 패턴 위에 남는 차광막을 제거하고, 또한 차광 패턴(차광대 등의 패턴)을 형성하기 위해서 실시되는 산소를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭시에, 광반투과막(2)이 에칭되어 버리는 것을 방지하는 기능을 가질 필요가 있다. 이 제1 실시형태에서의 에칭 스토퍼막(3)은 전사용 마스크를 완성했을 때에, 광반투과 패턴이 형성된 광반투과막(2) 위에서 에칭 스토퍼막(3)이 제거되는 것이다. 이 때문에, 에칭 스토퍼막(3)에 대해서 실시되는 드라이 에칭에 이용되는 에칭 가스는 광반투과막(2)이 에칭 내성을 가지는 것일 필요가 있다. 이 때문에, 에칭 스토퍼막(3)에는 크롬을 주성분으로 하는 재료가 적용된다.
전사용 마스크의 제조 공정에서, 차광막(4)은 드라이 에칭으로 2회 패터닝된다. 1회째의 드라이 에칭은 광반투과막(2)에 형성해야 할 전사 패턴(광반투과 패턴)을 차광막(4)에 형성할 때에 실시된다. 2회째의 드라이 에칭은 차광막(4)에 형성해야 할 패턴(차광대 등의 패턴)을 차광막(4)에 형성할 때에 실시된다. 차광막(4)의 상층(42) 및 하층(41)의 임의의 드라이 에칭도 염소계 가스를 함유하고 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스가 이용된다. 1회째의 드라이 에칭의 단계에서는 상층(42)은 표층 이외에서는 산화가 거의 진행되어 있지 않고, 물리적인 작용이 별로 강하지 않은 경향인 통상의 에칭 바이어스에서 상층(42)에 패턴을 형성하는 것이 충분히 가능하다. 그러나, 2회째의 드라이 에칭의 단계에서는 그 전 단계의 프로세스에서 실시되는 세정 등의 각 처리에 의해서, 상층(42)의 산화가 진행되어 버리고 있어 물리적인 작용이 강한 경향인 높은 에칭 바이어스(고바이어스 상태)에서 드라이 에칭을 실시하지 않으면, 상층(42)에 패턴을 형성하는 것이 어렵다.
2회째의 드라이 에칭의 단계에서는 상층(42)에 대해서는 고바이어스에서의 드라이 에칭으로 패터닝을 실시할 필요가 있지만, 하층(41)에 대해서는 통상의 바이어스에서의 드라이 에칭으로도 패터닝은 가능하다. 그러나, 차광막(4)에 대한 염소계 가스를 함유하고 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭에서, 고바이어스 상태에서 하여 상층(42)을 패터닝하고, 도중에 통상의 바이어스 상태로 변경해 하층(41)을 패터닝하는 것은 가능하기는 하지만, 패턴의 조밀 차이가 큰 경우 등 제어가 용이하지 않은 경우가 있다.
크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막(3)인 경우, 염소계 가스를 함유하고, 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스에 의한 고바이어스 상태에서의 드라이 에칭에 대한 내성을 고려하는 것이 바람직하다. 그래서, 표 1에 나타내는 크롬계 재료의 샘플 막 7 종류에 대해서, 염소계 가스(Cl2)를 에칭 가스에 이용한 고바이어스 상태에서의 드라이 에칭을 실시해 각 샘플 막의 에칭 레이트를 확인하는 실험을 실시했다. 각 샘플 막의 염소계 가스(Cl2)에 대한 에칭 레이트를 도 2에 나타낸다. 또한, 이 실험에서의 에칭 바이어스는 50W로 했다.
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또, 도 2의 결과에서는 크롬계 재료막 중의 산소 함유량이 20%보다도 커지면, 고바이어스 상태에서의 염소계 가스에 대한 에칭 레이트의 상승 정도가 높아지고, 또 에칭 레이트 자체도 6.0nm/분 이상으로 높아지는 것을 알 수 있다. 산화가 진행되어 버린 탄탈-하프늄 합금 등의 재료로 이루어지는 차광막(4)에 대해서 드라이 에칭을 실시할 때, 면 내에서 조기에 차광막(4)이 제거되어 에칭 스토퍼막(3)이 노출한 영역은 차광막(4)의 패터닝이 완료할 때까지 고바이어스 상태의 산소를 함유하지 않는 염소계 가스에 계속 노출된다. 산소를 함유하지 않는 염소계 가스를 이용한 고바이어스 상태에서의 드라이 에칭에 대한 내성이 낮으면 그 영역의 에칭 스토퍼막(3)이 소실해 버린다. 그 결과, 그 바로 아래의 광반투과막(2)의 표층이 고바이어스 상태의 산소를 함유하지 않는 염소계 가스에 노출되고 손상을 받게 된다. 도 2의 실험 결과 등을 검토한 결과, 에칭 스토퍼막(3)을 형성하는 크롬계 재료막 중의 산소 함유량은 20원자% 이하인 것이 바람직하다는 결론에 이르렀다.
또, 크롬계 재료막 중의 산소 함유량만큼 현저하지 않지만, 고바이어스 상태의 드라이 에칭은 물리적인 작용의 경향이 강하기 때문에, 크롬계 재료막 중의 금속 성분인 크롬 함유량에 의해서, 산소를 함유하지 않는 염소계 가스를 이용한 고바이어스 상태에서의 드라이 에칭에 대한 내성이 변한다. 도 2의 결과 등을 고려하면, 에칭 스토퍼막(3)을 형성하는 크롬계 재료막 중의 크롬 함유량은 55원자% 이상인 것이 바람직하다.
에칭 스토퍼막(3)을 형성하는 크롬을 함유하는 재료는 차광막(4)의 상층(42)을 형성하는 탄탈-하프늄 합금 등의 재료나 하층(41)을 형성하는 탄탈을 함유하고, 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료에 비해, 노광 광에 대한 광학 농도가 낮은 경향이 있다. 이 제1 실시형태에서의 마스크 블랭크로부터 제작되는 전사용 마스크는 에칭 스토퍼막(3)과 차광막(4)의 적층 구조로 차광대를 형성한다. 이 때문에, 에칭 스토퍼막(3)과 차광막(4)의 적층 구조로 소정의 광학 농도를 확보할 필요가 있다. 에칭 스토퍼막(3)과 차광막(4)의 적층 구조로 소정의 광학 농도가 보다 얇은 합계 막 두께로 실현되려면, 에칭 스토퍼막(3)의 두께는 최대한 얇게 하는 것이 바람직하다. 다른 한편으로, 산소를 함유하지 않는 염소계 가스를 이용한 고바이어스 상태에서의 드라이 에칭에 대해서 광반투과막(2)을 보호하는 관점을 고려하면, 에칭 스토퍼막(3)의 막 두께는 두꺼울수록 바람직하다고 말할 수 있다. 이들 점을 종합적으로 고려하면, 에칭 스토퍼막(3)의 두께는 8nm 이하인 것이 바람직하다. 또, 에칭 스토퍼막(3)의 두께는 3nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 에칭 스토퍼막(3)의 두께는 5nm 이상 7nm 이하이면 더욱 바람직하다.
차광막(4)은 하층(41)과 상층(42)의 적층 구조에 더하여 상층(42)의 표층에 접해 최상층을 마련한 구성으로 해도 된다. 이 최상층은 탄탈을 함유하고, 하프늄 및 지르코늄을 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 최상층을 마련함으로써, 상층(42)의 표층의 산화를 억제할 수 있다. 최상층의 두께는 상층(42)의 표층의 산화를 억제하기 위해서는 적어도 3nm 이상인 것이 요구되고, 4nm 이상이면 바람직하다. 또, 최상층의 두께는 10nm 이하인 것이 바람직하고, 8nm 이하이면 보다 바람직하다.
최상층은 차광막(4)의 최표면측의 층이 되기 때문에, 최상층을 스퍼터 성막법 등으로 형성하는 단계에서는 산소를 함유시키지 않는 것이 바람직하다. 최상층은 그 형성시에 산소를 함유시키지 않는 방법으로 형성해도, 대기 중에 꺼내면 그 표층측으로부터 산화가 진행되어 간다. 이 때문에, 최상층을 포함하는 차광막(4)에 미세한 전사 패턴을 형성하는 드라이 에칭에 산소 가스를 함유하지 않는 염소계 가스를 적용하는 경우, 적어도 최상층에 대해서는 고바이어스의 조건으로 실시할 필요가 있다. 따라서, 최상층을 마련한 경우여도, 상층(42)의 표층이 산화하고 있는 경우와 동일한 에칭 스토퍼막(3) 등의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
차광막(4)에 최상층이 마련되는 경우, 상층(42)의 표층은 산화되어 있지 않은 것이 바람직하다. 예를 들면, 하층(41), 상층(42), 최상층의 순서대로 스퍼터 성막하고, 그 사이 투광성 기판(1)을 한번도 대기 중에 꺼내지 않게 함으로써 상층(42)의 표층의 산화를 억제할 수 있다.
투광성 기판(1) 위에 광반투과막(2), 에칭 스토퍼막(3), 및 차광막(4)을 성막하는 방법으로는, 예를 들면 스퍼터 성막법을 바람직하게 들 수 있지만, 본 발명에서는 스퍼터 성막법으로 한정할 필요는 없다.
본 발명의 제1 실시형태는 상기의 제1 실시형태에 관한 마스크 블랭크의 광반투과막에 광반투과 패턴이 형성되고, 에칭 마스크막과 차광막에 차광대 패턴이 형성된 전사용 마스크나 그 전사용 마스크의 제조 방법에 대해서도 제공하는 것이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다. 도 3에 나타내는 제조 공정에 따라 제1 실시형태에 관한 전사용 마스크의 제조 방법을 설명한다. 여기서 사용하는 마스크 블랭크(100)(도 3(a) 참조)의 구성의 상세한 것은 상술한 바와 동일하다.
우선, 상기 마스크 블랭크(100)의 상층(42)의 표면에 접하여 유기계 재료로 이루어지는 제1 레지스트막(5)을 형성한다(도 3(a) 참조). 다음에, 이 마스크 블랭크(100) 위에 형성한 제1 레지스트막(5)에 대해서, 광반투과막(2)에 형성해야 할, 원하는 광반투과 패턴(전사 패턴)의 패턴 묘화를 실시하고, 묘화 후, 현상 처리를 실시함으로써 원하는 광반투과 패턴을 가지는 제1 레지스트 패턴(5a)을 형성한다(도 3(b) 참조). 그 다음에, 이 광반투과 패턴을 가지는 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해서, 광반투과 패턴을 가지는 상층(42a)과 하층(41a)의 적층 구조로 이루어지는 차광막(4a)을 형성한다(도 3(c) 참조).
본 발명의 탄탈-하프늄 합금 등의 재료로 이루어지는 상층(42) 및 하층(41)에 대해서는 염소계 가스를 함유하고, 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스를 이용해 물리적인 작용이 별로 강하지 않은 경향인 통상의 에칭 바이어스에서의 드라이 에칭을 실시하는 것이 적합하다. 상층(42) 및 하층(41)의 드라이 에칭에 이용하는 염소계 가스로서는, 예를 들면 Cl2, SiCl4, CHCl3, CH2Cl2, CCl4 및 BCl3 등을 들 수 있다. 차광막(4)에 광반투과 패턴을 형성한 후, 잔존하는 제1 레지스트 패턴(5a)은 제거된다. 이 제1 레지스트 패턴(5a)의 제거는 산소 플라즈마에 의한 애싱 처리로 실시되는 경우가 많다. 또, 애싱 처리 후, 세정 처리를 실시한다. 이들 처리에 의해서, 상층(42a)의 산화가 진행되는 것은 피할 수 없다.
다음에, 광반투과 패턴이 형성된 차광막(4a)을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해서, 광반투과 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막(3a)을 형성한다(도 3(d) 참조). 이 드라이 에칭에서는 에칭 가스로서 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한다. 염소계 가스에 대해서는 상기의 상층(42) 등에서 이용한 것이 적용 가능하다. 이 에칭 스토퍼막(3)에 대한 드라이 에칭시에 상층(42a)에 대해서도 산소 플라즈마가 닿기 때문에, 이 처리에 의해서 상층(42a)의 산화가 추가로 진행되어 버린다.
그 다음에, 광반투과 패턴이 형성된 차광막(4a)(상층(42a))을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해서, 광반투과 패턴을 가지는 광반투과막(광반투과 패턴)(2a)을 형성한다(도 3(e) 참조). 이 드라이 에칭에서는 에칭 가스로서, 예를 들면 SF6, CHF3, CF4, C2F6, C4F8 등의 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스를 이용한다. 불소계 가스 중에서도, SF6은 투광성 기판(1)과의 에칭 선택성이 비교적 높아 바람직하다.
다음에, 차광막(4a) 위에 제2 레지스트막(6)을 형성하고, 이 제2 레지스트막(6)에 대해서, 차광막(4)에 형성해야 할, 원하는 차광대 패턴(전사 패턴)의 패턴 묘화를 실시하고, 묘화 후, 현상 처리를 실시함으로써 원하는 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트 패턴(6b)을 형성한다(도 3(f) 참조). 그 다음에, 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트 패턴을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해서, 차광대 패턴을 가지는 차광막(4b)을 형성한다(도 3(g) 참조).
이 드라이 에칭에서는 사용되는 에칭 가스 자체는 상층(42)과 하층(41)에 광반투과 패턴을 형성할 때에 이용한 것과 동일한 염소계 가스이다. 그러나, 이 단계에서의 상층(42a)은 재료의 산화가 상당히 진행되고 있고, 상층(42)에 광반투과 패턴을 형성할 때의 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스에서는 에칭 레이트가 큰 폭으로 느리고, 차광대 패턴을 정밀하게 형성하는 것은 어렵다. 이 때문에, 이 상층(42a)에 차광대 패턴을 형성할 때의 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스는 상층(42)에 광반투과 패턴을 형성할 때의 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스보다도 큰 폭으로 높은 상태로 실시된다.
또한, 하층(41a)에 대해서는 재료의 산화가 전혀 진행되지 않은 것은 아니지만, 에칭 레이트의 저하 정도는 상층(42a)의 경우보다도 작다. 이 때문에, 하층(41a)에 차광대 패턴을 형성할 때의 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스는 하층(41)에 광반투과 패턴을 형성할 때의 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스와 동일한 정도여도 된다. 이 상층(42a) 및 하층(41a)에 대한 드라이 에칭시, 광반투과 패턴을 가지는 광반투과막(2a)의 표면은 에칭 스토퍼막(3a)에 의해서 보호된다. 또한, 차광막(4a)에 차광대 패턴이 형성된 후, 잔존하는 제2 레지스트 패턴(6b)은 제거된다.
다음에, 차광대 패턴이 형성된 차광막(4b)을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해서, 차광대 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막(3b)을 형성한다. 이 제1 실시형태의 전사용 마스크에서는 에칭 스토퍼막(3b)과 차광막(4b)의 적층 구조로 차광대가 형성된다. 그 후, 소정의 세정을 실시함으로써, 전사용 마스크(200)가 얻어진다(도 3(h) 참조).
이상 설명한 것처럼, 본 발명의 제1 실시형태에서의 전사용 마스크는 본 발명의 제1 실시형태에서의 마스크 블랭크의 광반투과막에 광반투과 패턴이 형성되고, 에칭 스토퍼막 및 차광막에 차광대 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
즉, 제1 실시형태에서의 전사용 마스크는 투광성 기판의 주표면 위에 광반투과 패턴과 차광대 패턴을 적층한 구조를 가지는 전사용 마스크이다. 광반투과 패턴은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭 가능한 재료로 형성되어 있다. 차광대 패턴은 차광대의 패턴을 가지는 차광막 패턴과, 광반투과 패턴과 차광막 패턴 사이에 마련되어 차광대의 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막 패턴의 적층 구조로 이루어진다. 차광막 패턴은 하층과 상층의 적층 구조로 이루어진다. 하층은 탄탈을 함유하고, 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 이루어진다. 상층은 하프늄 및 지르코늄으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈을 함유하고, 또한 그 표층을 제외하고 산소를 함유하지 않는 재료로 이루어진다. 그리고, 에칭 스토퍼막 패턴은 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있다.
다음에, 본 발명의 제2 실시형태를 상술한다.
본 발명의 제2 실시형태는 투광성 기판(1)의 주표면 위에 광반투과막(2)과 차광막(4)을 적층한 구조를 가지는 마스크 블랭크이며, 에칭 스토퍼막(3)을 제외하고, 제1 실시형태의 마스크 블랭크와 동일한 구성을 갖는다. 이 제2 실시형태의 마스크 블랭크는 에칭 스토퍼막(3)이 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 점이 제1 실시형태의 마스크 블랭크와는 상이하다. 이 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되는 에칭 스토퍼막(3)은 하층(41)을 패터닝할 때에 실시되는 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해, 하층(41)과의 사이에 에칭 선택성을 갖는다.
이 제2 실시형태의 마스크 블랭크에서의 에칭 스토퍼막(3)은 이 마스크 블랭크로부터 전사용 마스크를 제작했을 때에, 광반투과 패턴이 형성된 광반투과막(2) 위에 에칭 스토퍼막(3)이 남겨진다. 이 때문에, 제1 실시형태의 에칭 스토퍼막(3)과 같이, 에칭 스토퍼막(3)과 광반투과막(2) 사이에서의 에칭 선택성을 확보할 필요가 없다. 이 제2 실시형태의 에칭 스토퍼막(3)은 전사용 마스크의 완성시에 광반투과막(2)과의 적층 구조로 광반투과 패턴을 구성한다. 이들 점에서, 에칭 스토퍼막(3)을 형성하는 재료는 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해, 하층(41)과의 사이에 에칭 선택성을 가지는 점, 광반투과 패턴을 구성하는 1층으로서 기능하는 점의 2개의 조건을 동시에 만족하는 것을 선정할 필요가 있다.
이들 조건을 동시에 만족하는 재료로서는 규소와 산소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 규소와 산소를 함유하는 재료는 노광 광에 대한 투과율이 비교적 높고, 위상 시프트량도 비교적 작으며, 광반투과막(2)과의 적층 구조로 이루어지는 광반투과 패턴의 광학 특성에 부여하는 영향이 비교적 작다. 에칭 스토퍼막(3)을 형성하는 재료는 금속을 함유하고 있지 않은 것이 바람직하다. 금속을 함유하는 재료로 에칭 스토퍼막(3)을 형성하면, 광반투과 패턴의 광학 특성에 부여하는 영향이 커지기 때문이다. 이 실시형태 2에서의 에칭 스토퍼막(3)에 바람직한 재료로서는 규소와 산소, 질소, 탄소, 수소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 1 이상의 원소로 이루어지는 재료를 들 수 있다. 이들 재료 중에서도, 규소와 산소로 이루어지는 재료나, 규소와 산소와 질소로 이루어지는 재료가 특히 바람직하다.
본 발명의 제2 실시형태의 마스크 블랭크에서도, 차광막(4)은 하층(41)과 상층(42)의 적층 구조에 더하여 상층(42)의 표층에 접해 최상층을 마련한 구성으로 해도 된다. 최상층에 관한 그 밖의 사항에 대해서는 제1 실시형태의 경우와 동일하다.
본 발명의 제2 실시형태는 상기 제2 실시형태에 관한 마스크 블랭크의 광반투과막 및 에칭 스토퍼막에 광반투과 패턴이 형성되고, 차광막에 차광대 패턴이 형성된 전사용 마스크나 그 전사용 마스크의 제조 방법에 대해서도 제공하는 것이다. 도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다. 도 4에 나타내는 제조 공정에 따라 제2 실시형태에 관한 전사용 마스크의 제조 방법을 설명한다. 여기서 사용하는 마스크 블랭크(100)(도 4(a) 참조)의 구성의 상세한 것은 상술한 바와 동일하다.
우선, 상기 마스크 블랭크(100)의 상층(42)의 표면에 접하여 유기계 재료로 이루어지는 제1 레지스트막(5)을 형성한다(도 4(a) 참조). 다음에, 이 마스크 블랭크(100) 위에 형성한 제1 레지스트막(5)에 대해서, 광반투과막(2)에 형성해야 할, 원하는 광반투과 패턴(전사 패턴)의 패턴 묘화를 실시하고, 묘화 후, 현상 처리를 실시함으로써 원하는 광반투과 패턴을 가지는 제1 레지스트 패턴(5a)을 형성한다(도 4(b) 참조). 그 다음에, 이 광반투과 패턴을 가지는 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해서, 광반투과 패턴을 가지는 상층(42a)와 하층(41a)의 적층 구조로 이루어지는 차광막(4a)을 형성한다(도 4(c) 참조). 이 드라이 에칭에서의 에칭 가스 등의 에칭 조건에 대해서는 제1 실시형태의 전사용 마스크의 제조 방법과 동일하다.
다음에, 광반투과 패턴이 형성된 차광막(4a)(상층(42a))을 마스크로 한 드라이 에칭을 에칭 스토퍼막(3)과 광반투과막(2)에 대해서 실시한다. 이것에 의해, 광반투과 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막(3a)과 광반투과막(2a)이 형성된다(도 4(d) 참조). 이 드라이 에칭에서는 제1 실시형태의 전사용 마스크의 제조 방법에서 광반투과막(2)의 드라이 에칭에서 사용한 에칭 가스가 이용된다.
다음에, 차광막(4a) 위에 제2 레지스트막(6)을 형성하고, 이 제2 레지스트막(6)에 대해서, 차광막(4)에 형성해야 할, 원하는 차광대 패턴(전사 패턴)의 패턴 묘화를 실시하고, 묘화 후, 현상 처리를 실시함으로써 원하는 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트 패턴(6b)을 형성한다(도 4(e) 참조). 그 다음에, 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트 패턴을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해서, 차광대 패턴을 가지는 차광막(4b)을 형성한다(도 4(f) 참조). 이 드라이 에칭은 제1 실시형태의 전사용 마스크의 제조 방법으로, 차광대 패턴을 생성했을 때의 경우와 동일하다.
다음에, 잔존하는 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거한다. 이 제2 실시형태의 전사용 마스크에서는 차광막(4b)만으로 차광대가 형성된다. 그 후, 소정의 세정을 실시함으로써, 전사용 마스크(200)가 얻어진다(도 4(f) 참조).
이상 설명한 것처럼, 본 발명의 제2 실시형태에서의 전사용 마스크는 본 발명의 제2 실시형태에서의 마스크 블랭크의 광반투과막 및 에칭 스토퍼막에 광반투과 패턴이 형성되고, 차광막에 차광대 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
즉, 제2 실시형태에서의 전사용 마스크는 투광성 기판의 주표면 위에 광반투과 패턴과 차광대 패턴을 적층한 구조를 가지는 전사용 마스크이다. 광반투과 패턴은 광반투과막 패턴과 에칭 스토퍼막 패턴의 적층 구조로 이루어진다. 광반투과막은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭 가능한 재료로 형성되어 있다. 에칭 스토퍼막 패턴은 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있다. 차광대 패턴은 차광대의 패턴을 가지는 차광막 패턴으로 이루어진다. 차광막 패턴은 하층과 상층의 적층 구조로 이루어진다. 하층은 탄탈을 함유하고, 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 이루어진다. 상층은 하프늄 및 지르코늄으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈을 함유하고, 또한 그 표층을 제외하고 산소를 함유하지 않는 재료로 이루어진다.
다음에, 본 발명의 제3 실시형태를 상술한다.
본 발명의 제3 실시형태는 제1 실시형태 또는 제2 실시형태의 마스크 블랭크에서의 차광막(4)의 상층(42) 위(최상층을 가지는 구성인 경우에는 최상층 위)에 하드 마스크막(7)을 구비한 구성으로 한 점이 제1 실시형태 및 제2 실시형태의 마스크 블랭크와는 상이하다(도 5(a) 참조).
즉, 본 발명의 제3 실시형태는 투광성 기판(1)의 주표면 위에 광반투과막(2), 차광막(4) 및 하드 마스크막(7)을 적층한 구조를 가지는 마스크 블랭크(101)이며, 구체적으로는 광반투과막(2)은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료로 형성되어 있다. 또, 차광막(4)은 하층(41)과 상층(42)의 적층 구조를 적어도 포함하며, 하층(41)은 탄탈을 함유하고 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되며, 상층(42)은 하프늄 및 지르코늄으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈을 함유하고, 그 표층을 제외하고 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되어 있다. 그리고, 광반투과막(2)과 하층(41) 사이에 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해서, 상기 하층(41)과의 사이에 에칭 선택성을 가지는 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막(3)이 마련되어 있다.
이 하드 마스크막(7)은 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 의해서 패터닝이 가능한 재료이지만, 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대해서는 높은 내성을 갖는다. 즉, 하드 마스크막(7)은 차광막(4)에 패턴을 형성할 경우에 에칭 마스크로서 기능한다. 하드 마스크막(7)은 차광막(4)을 패터닝할 때에 실시되는 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해, 차광막(4)과의 사이에 에칭 선택성을 가지는 재료로 형성되어 있다. 하드 마스크막(7)은 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
레지스트막(5)은 산소를 함유하지 않는 염소계 가스나 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 의해서도 감막한다. 또, 그 감막은 레지스트 패턴의 상면으로부터 뿐만 아니라 패턴 측벽으로부터도 진행한다(이것을 사이드 에칭으로 함). 레지스트막(5)에 형성하는 패턴의 폭은 이 사이드 에칭에 의한 선폭의 감소량을 미리 예상하여 넓게 형성된다. 이 실제로 차광막(4)이나 하드 마스크막(7)에 형성해야 할 패턴의 선폭과 레지스트막에 형성하는 패턴의 선폭의 차이를 에칭 바이어스라고 한다. 차광막(4)보다 하드 마스크막(7)의 쪽이 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 미세한 전사 패턴을 형성하기 위한 드라이 에칭의 시간을 짧게 할 수 있다. 즉, 규소와 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 하드 마스크막(7)을 차광막(4) 위에 마련함으로써 레지스트막에 형성하는 패턴의 에칭 바이어스를 작게 할 수 있다.
하드 마스크막(7)을 마련함으로써 차광막(4)의 표층의 산화를 억제할 수 있다. 하드 마스크막(7)의 두께는 적어도 3nm 이상인 것이 요구되고, 4nm 이상이면 바람직하다. 하드 마스크막(7)의 두께는 15nm 이하인 것이 요구되고, 10nm 이하이면 바람직하며, 8nm 이하이면 보다 바람직하다. 하드 마스크막(7)은 규소와 산소를 함유하면서, 질소, 탄소, 수소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 하드 마스크막(7)은 규소와 산소로 이루어지는 재료나, 규소와 산소와 질소로 이루어지는 재료로 형성되면 특히 바람직하다.
하드 마스크막(7)은 광반투과막(2)에 미세한 패턴을 형성할 경우에 실시되는 불소계 가스를 이용하는 드라이 에칭시에 소실한다. 이 때문에, 광반투과막(2)을 패터닝한 후의 세정 처리 등에 의해서 차광막(4)은 그 표층측으로부터 산화가 진행되어 간다. 이 때문에, 차광막(4)에 차광대의 패턴을 형성할 때에 실시하는 산소 가스를 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭은 고바이어스의 조건에서 실시할 필요가 있다. 따라서, 하드 마스크막(7)을 마련한 경우여도, 차광막(4)의 상층(42)이 산화하고 있는 경우와 동일한 에칭 스토퍼막(3) 등의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
차광막(4) 위에 하드 마스크막(7)이 마련되는 경우, 상층(42)의 표층은 산화되어 있지 않은 것이 바람직하다. 예를 들면, 하층(41), 상층(42), 하드 마스크막(7)의 순서대로 스퍼터 성막하고, 그 사이 투광성 기판(1)을 한번도 대기 중에 꺼내지 않게 함으로써 상층(42)의 표층의 산화를 억제할 수 있다.
본 발명의 제3 실시형태는 전사용 마스크나 그 전사용 마스크의 제조 방법에 대해서도 제공하는 것이다. 도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 관한 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다. 도 5에 나타내는 제조 공정에 따라 제3 실시형태에 관한 전사용 마스크의 제조 방법을 설명한다. 또한, 여기서 사용하는 마스크 블랭크(101)(도 5(a) 참조)는 제2 실시형태의 마스크 블랭크(에칭 스토퍼막(3)이 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 마스크 블랭크)에서의 차광막(4) 위에 하드 마스크막(7)이 마련된 구성을 갖는다.
우선, 상기 마스크 블랭크(101)의 하드 마스크막(7)의 표면에 접하여 유기계 재료로 이루어지는 제1 레지스트막(5)을 형성한다(도 5(a) 참조). 다음에, 이 마스크 블랭크(101) 위에 형성한 제1 레지스트막(5)에 대해서, 광반투과막(2)에 형성해야 할, 원하는 광반투과 패턴(전사 패턴)의 패턴 묘화를 실시하고, 묘화 후, 현상 처리를 실시함으로써 원하는 광반투과 패턴을 가지는 제1 레지스트 패턴(5a)을 형성한다(도 5(b) 참조). 그 다음에, 이 광반투과 패턴을 가지는 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해서, 광반투과 패턴을 가지는 하드 마스크막(7a)을 형성한다(도 5(b) 참조). 이 드라이 에칭에서의 에칭 가스에는 상기의 불소계 가스가 이용된다.
그 다음에, 이 광반투과 패턴을 가지는 하드 마스크막(7a)을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해서, 광반투과 패턴을 가지는 상층(42a)와 하층(41a)의 적층 구조로 이루어지는 차광막(4a)을 형성한다. 이 드라이 에칭에서의 에칭 가스 등의 에칭 조건에 대해서는 제1 실시형태의 전사용 마스크의 제조 방법과 동일하다. 그 다음에, 하드 마스크막(7a) 위에 잔존하는 레지스트막(5a)을 박리한다(도 5(c) 참조).
다음에, 광반투과 패턴이 형성된 차광막(4a)(상층(42a))을 마스크로 한 드라이 에칭을 에칭 스토퍼막(3)과 광반투과막(2)에 대해서 실시한다. 이것에 의해, 광반투과 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막(3a)과 광반투과막(2a)이 형성된다(도 5(d) 참조). 이 드라이 에칭에서는 제2 실시형태의 전사용 마스크의 제조 방법과 동일하다. 또한, 이 드라이 에칭에 의해서 하드 마스크막(7a)은 에칭되어 소실한다.
다음에, 차광막(4a) 위에 제2 레지스트막(6)을 형성하고, 이 제2 레지스트막(6)에 대해서, 차광막(4)에 형성해야 할, 원하는 차광대 패턴(전사 패턴)의 패턴 묘화를 실시하고, 묘화 후, 현상 처리를 실시함으로써 원하는 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트 패턴(6b)을 형성한다(도 5(e) 참조). 그 다음에, 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 한 드라이 에칭에 의해서, 차광대 패턴을 가지는 차광막(4b)을 형성한다(도 5(f) 참조). 이 드라이 에칭은 제1 실시형태의 전사용 마스크의 제조 방법으로 차광대 패턴을 생성했을 때의 경우와 동일하다.
다음에, 잔존하는 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거한다. 이 제2 실시형태의 전사용 마스크에서는 차광막(4b)만으로 차광대가 형성된다. 그 후, 소정의 세정을 실시함으로써 전사용 마스크(200)가 얻어진다(도 5(f) 참조).
또한, 제1 실시형태의 마스크 블랭크에서의 차광막(4) 위에 하드 마스크막(7)이 마련된 구성의 마스크 블랭크(101)를 이용하는 전사용 마스크나 그 전사용 마스크의 제조 방법에 대해서는 에칭 마스크막(3)에 대한 패터닝에 관한 사항(제1 실시형태의 전사용 마스크의 제조 방법을 참조) 이외에는 상기의 경우와 동일하다.
이상 설명한 것처럼, 본 발명의 제3 실시형태에서의 전사용 마스크는 본 발명의 제3 실시형태에서의 마스크 블랭크의 광반투과막 및 에칭 스토퍼막에 광반투과 패턴이 형성되고, 차광막에 차광대 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명의 실시형태를 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
주표면의 치수가 약 152mm×약 152mm이고, 두께가 약 6.35mm인 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(1)을 준비했다. 이 투광성 기판(1)은 단면 및 주표면을 소정의 표면 조도(粗度)로 연마되고, 그 후 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이었다.
다음에, 매엽식(枚葉式) DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타겟(Mo:Si = 12at%:88at%)을 이용해 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 기판(1) 위에 몰리브덴, 규소 및 질소로 이루어지는 광반투과막(2)(MoSiN막 Mo: 12at%, Si: 39at%, N: 49at%)을 69nm의 막 두께로 형성했다. 또한, MoSiN막의 조성은 오제이 전자 분광 분석(AES)에 의해서 얻어진 결과이다. 이하, 다른 막에 관해서도 동일하다.
그 다음에, 상기 MoSiN막(광반투과막(2))이 형성된 투광성 기판(1)에 대해서, 광반투과막(2)의 표층에 산화층을 형성하는 처리를 실시했다. 구체적으로는 가열로(전기로)를 이용하고 대기 중에서 가열 온도를 450℃, 가열 시간을 1시간으로 하여 가열 처리를 실시했다. 가열 처리 후의 광반투과막(2)을 오제이 전자 분광 분석(AES)으로 분석한 결과, 광반투과막(2)의 표면으로부터 약 1.5nm 정도의 두께로 산화층이 형성되어 있는 것이 확인되며, 그 산화층의 산소 함유량은 42at%였다. 가열 처리 후의 MoSiN막(광반투과막(2))에 대해, 위상 시프트량 측정 장치로 ArF 엑시머 레이저의 광 파장(약 193nm)에서의 투과율 및 위상차를 측정한 결과, 투과율은 6.07%, 위상차가 177.3도였다.
다음에, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용해 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 광반투과막(2)의 표면에 접하고, 크롬 및 질소로 이루어지는 에칭 스토퍼막(3)(CrN막 Cr: 81at%, N: 19at%)를 5nm의 막 두께로 형성했다.
다음에, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 탄탈(Ta) 타겟을 이용해 질소(N2) 및 크세논(Xe) 가스 분위기에서의 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 에칭 스토퍼막(3)의 표면에 접하고, 탄탈 및 질소로 이루어지는 차광막(4)의 하층(41)(TaN막 Ta: 88.7at%, N: 11.3at%)을 20nm의 막 두께로 형성했다.
다음에, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 탄탈(Ta)과 하프늄(Hf)의 혼합 타겟(Ta:Hf = 80at%:20at%)을 이용해 크세논(Xe) 가스 분위기에서의 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 하층(41)의 표면에 접하고, 탄탈 및 하프늄으로 이루어지는 차광막(4)의 상층(42)(TaHf막 Ta: 86.4at%, Hf: 13.5at%)을 10nm의 막 두께로 형성했다. 추가로 소정의 세정 처리를 실시하여 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 얻었다.
[전사용 마스크의 제조]
다음에, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 이용해 이하의 순서로 실시예 1의 전사용 마스크(200)를 제작했다. 최초로, 스핀 도포법에 따라 차광막(4)(상층(42))의 표면에 접하고, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제1 레지스트막(5)을 막 두께 80nm로 형성했다(도 3(a) 참조). 다음에, 제1 레지스트막(5)에 대해서, 광반투과막(2)에 형성해야 할 광반투과 패턴인 DRAM hp 32nm 세대의 전사 패턴(선 폭 40nm의 SRAF를 포함하는 미세 패턴)을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 제1 레지스트막(5)(제1 레지스트 패턴(5a))을 형성했다(도 3(b) 참조). 다음에, 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하고, 염소 가스(Cl2)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 차광막(4a)(하층(41a), 상층(42a))을 형성했다. 이 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스는 15W이며, 통상의 드라이 에칭에서 실시되는 범위의 드라이 에칭 조건이었다. 계속해서 제1 레지스트 패턴(5a)을 제거했다(도 3(c) 참조).
다음에, 광반투과 패턴이 형성된 차광막(4a)(상층(42a))을 마스크로 하고, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2 = 4:1)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막(3a)을 형성했다(도 3(d) 참조). 그 다음에, 광반투과 패턴이 형성된 차광막(4a)(상층(42a))을 마스크로 하고, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스(SF6＋He)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 광반투과막(2a)을 형성했다(도 3(e) 참조).
다음에, 차광막(4a)에 접하여 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제2 레지스트막(6)을 막 두께 80nm로 형성했다. 계속해서, 레지스트막(6)에 대해서, 차광막(4)에 형성해야 할 차광대 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 실시하여 차광대 패턴을 가지는 레지스트막(6b)(제2 레지스트 패턴(6b))을 형성했다(도 3(f) 참조). 다음에, 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하고, 염소 가스(Cl2)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 차광대 패턴을 가지는 차광막(4b)(하층(41b), 상층(42b)을 형성했다(도 3(g) 참조). 이 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스는 50W이며, 통상의 드라이 에칭에서 실시되는 범위의 드라이 에칭보다도 에칭 바이어스가 큰 폭으로 큰 조건이라고 할 수 있다. 계속해서 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거했다.
다음에, 차광대 패턴이 형성된 차광막(4b)을 마스크로 하고, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2 = 4:1)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 차광대 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막(3b)을 형성했다. 그 후, 소정의 세정을 실시하여 전사용 마스크(200)가 얻어졌다(도 3(h) 참조).
[패턴 전사 성능의 평가]
제작한 실시예 1의 전사용 마스크(200)에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사 제)을 이용하여 파장 193nm의 노광 광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에서의 전사상(轉寫像) 시뮬레이션을 실시했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 결과, 패턴의 단락이나 단선은 없고 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 1의 전사용 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하여 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 말할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일한 순서로 투광성 기판(1) 위에 광반투과막(2)을 형성했다. 다만, 이 실시예 2에서는 광반투과막(2)의 막 두께를 67nm로 했다. 다음에, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에 광반투과막(2)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화규소(SiO2) 타겟을 이용해 아르곤(Ar) 및 산소(O2)의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 광반투과막(2)의 표면에 접하고, 규소 및 산소로 이루어지는 SiO2막(에칭 스토퍼막(3))을 3nm의 막 두께로 형성했다. MoSiN막(광반투과막(2))과 SiO2막(에칭 스토퍼막(3))의 적층막에 대해, 위상 시프트량 측정 장치로 ArF 엑시머 레이저의 광 파장(약 193nm)에서의 투과율 및 위상차를 측정한 결과, 투과율은 5.98%, 위상차가 179.2도였다.
다음에, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 탄탈(Ta) 타겟을 이용해 질소(N2) 및 크세논(Xe) 가스 분위기에서의 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 에칭 스토퍼막(3)의 표면에 접하고, 탄탈 및 질소로 이루어지는 차광막(4)의 하층(41)(TaN막 Ta: 88.7at%, N: 11.3at%)을 20nm의 막 두께로 형성했다.
다음에, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 탄탈(Ta)과 하프늄(Hf)의 혼합 타겟(Ta:Hf = 80at%:20at%)을 이용해 크세논(Xe) 가스 분위기에서의 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 하층(41)의 표면에 접하여 탄탈 및 하프늄으로 이루어지는 차광막(4)의 상층(42)(TaHf막 Ta:86.4at%, Hf:13.5at%)을 10nm의 막 두께로 형성했다. 추가로 소정의 세정 처리를 실시하여 실시예 2의 마스크 블랭크(100)를 얻었다.
[전사용 마스크의 제조]
다음에, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 이용해 이하의 순서로 실시예 2의 전사용 마스크(200)를 제작했다. 최초로, 스핀 도포법에 따라 차광막(4)(상층(42))의 표면에 접하고, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제1 레지스트막(5)을 막 두께 80nm로 형성했다(도 4(a) 참조). 다음에, 제1 레지스트막(5)에 대해서, 광반투과막(2)에 형성해야 할 광반투과 패턴인 DRAM hp 32nm 세대의 전사 패턴(선 폭 40nm의 SRAF를 포함하는 미세 패턴)을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 제1 레지스트막(5)(제1 레지스트 패턴(5a))을 형성했다(도 4(b) 참조). 다음에, 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하고, 염소 가스(Cl2)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 차광막(4a)(하층(41a), 상층(42a))을 형성했다. 이 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스는 15W이며, 통상의 드라이 에칭에서 실시되는 범위의 드라이 에칭 조건이었다. 계속해서 제1 레지스트 패턴(5a)을 제거했다(도 4(c) 참조).
다음에, 광반투과 패턴이 형성된 차광막(4a)(상층(42a))을 마스크로 하고, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스(SF6＋He)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막(3a) 및 광반투과막(2a)을 형성했다(도 4(d) 참조).
다음에, 차광막(4a)에 접하고, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제2 레지스트막(6)을 막 두께 80nm로 형성했다. 계속해서, 레지스트막(6)에 대해서, 차광막(4)에 형성해야 할 차광대 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 실시하여 차광대 패턴을 가지는 레지스트막(6b)(제2 레지스트 패턴(6b))을 형성했다(도 4(e) 참조). 다음에, 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트 패턴을 마스크로 하고, 염소 가스(Cl2)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 차광대 패턴을 가지는 차광막(4b)(하층(41b), 상층(42b)을 형성했다(도 4(f) 참조). 이 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스는 상층(42)의 패터닝시에는 50W로 하고, 하층(41)의 패터닝시에는 15W로 했다. 계속해서 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거했다. 그 후, 소정의 세정을 실시하여 전사용 마스크(200)가 얻어진다(도 4(f) 참조).
[패턴 전사 성능의 평가]
제작한 실시예 2의 전사용 마스크(200)에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사 제)를 이용하여 파장 193nm의 노광 광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에서의 전사상 시뮬레이션을 실시했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 결과, 패턴의 단락이나 단선은 없고 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 2의 전사용 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하여 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 말할 수 있다.
(실시예 3)
실시예 2와 동일한 순서로 투광성 기판(1) 위에 광반투과막(2), 에칭 스토퍼막(3) 및 차광막(4)의 하층(41)과 상층(42)을 각각 형성했다. 다음에, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에 광반투과막(2), 차광막(4)이 적층한 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화규소(SiO2) 타겟을 이용해 아르곤(Ar) 및 산소(O2)의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 차광막(4)의 상층(42)의 표면에 접하고, 규소 및 산소로 이루어지는 SiO2막(하드 마스크막(7))을 5nm의 막 두께로 형성했다. 추가로 소정의 세정 처리를 실시하여 실시예 3의 마스크 블랭크(101)를 얻었다.
[전사용 마스크의 제조]
다음에, 실시예 3의 마스크 블랭크(101)를 이용해 이하의 순서로 실시예 3의 전사용 마스크(201)를 제작했다. 최초로, 스핀 도포법에 따라 하드 마스크막(7)의 표면에 접하고, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제1 레지스트막(5)을 막 두께 80nm로 형성했다(도 5(a) 참조). 다음에, 제1 레지스트막(5)에 대해서, 광반투과막(2)에 형성해야 할 광반투과 패턴인 DRAM hp 32nm 세대의 전사 패턴(선 폭 40nm의 SRAF를 포함하는 미세 패턴)을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 제1 레지스트막(5)(제1 레지스트 패턴(5a))를 형성했다(도 5(b) 참조). 다음에, 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하고, 불소계 가스(CHF3)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 하드 마스크막(7a)을 형성했다(도 5(b) 참조).
다음에, 제1 레지스트 패턴(5a) 및 하드 마스크막(7a)을 마스크로 하고, 염소 가스(Cl2)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 차광막(4a)(하층(41a), 상층(42a))을 형성했다. 이 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스는 15W이며, 통상의 드라이 에칭에서 실시되는 범위의 드라이 에칭 조건이었다. 계속해서 제1 레지스트 패턴(5a)을 제거했다(도 5(c) 참조).
다음에, 광반투과 패턴이 형성된 차광막(4a)(상층(42a))을 마스크로 하고, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스(SF6＋He)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 광반투과 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막(3a) 및 광반투과막(2a)을 형성했다(도 5(d) 참조).
다음에, 차광막(4a)에 접하고, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 제2 레지스트막(6)을 막 두께 80nm로 형성했다. 계속해서, 레지스트막(6)에 대해서, 차광막(4)에 형성해야 할 차광대 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 실시하여 차광대 패턴을 가지는 레지스트막(6b)(제2 레지스트 패턴(6b))을 형성했다(도 5(e) 참조). 다음에, 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하고, 염소 가스(Cl2)를 이용한 드라이 에칭을 실시하여 차광대 패턴을 가지는 차광막(4b)(하층(41b), 상층(42b)을 형성했다(도 5(f) 참조). 이 드라이 에칭에서의 에칭 바이어스는 상층(42) 및 하층(41)의 패터닝 모두 50W로 했다. 계속해서 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거했다. 그 후, 소정의 세정을 실시하여 전사용 마스크(201)가 얻어진다(도 5(f) 참조).
[패턴 전사 성능의 평가]
제작한 실시예 3의 전사용 마스크(201)에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사 제)를 이용하여 파장 193nm의 노광 광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에서의 전사상 시뮬레이션을 실시했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 결과, 패턴의 단락이나 단선은 없고 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 3의 전사용 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하여 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 말할 수 있다.
(비교예 1)
[마스크 블랭크의 제조]
차광막(4)과 에칭 스토퍼막(3)을 제외하고, 실시예 1의 경우와 동일한 순서로 마스크 블랭크를 제조했다. 이 비교예 1의 마스크 블랭크는 실시예 1의 마스크 블랭크(100)와는, 차광막(4)으로서 탄탈 및 하프늄으로 이루어지는 TaHf막(TaHf막 Ta: 86.4at%, Hf: 13.5at%)만을 33nm의 막 두께로 형성한 점과, 에칭 스토퍼막(3)으로서 크롬, 산소, 탄소 및 질소로 이루어지는 CrOCN막(Cr: 37at%, O: 38at%, C: 16at%, N: 9at%)을 10nm의 막 두께로 형성한 점이 상이하다.
[전사용 마스크의 제조]
다음에, 실시예 1의 전사용 마스크의 제조의 순서와 동일한 순서로 비교예 1의 마스크 블랭크를 이용해 비교예 1의 전사용 마스크를 제조했다.
[패턴 전사 성능의 평가]
제작한 비교예 1의 전사용 마스크에 대해, AIMS193(Carl Zeiss사 제)를 이용하여 파장 193nm의 노광 광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에서의 전사상 시뮬레이션을 실시했다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 결과, 패턴이 단락되어 있는 개소나 단선되어 있는 개소가 많이 발생하고 있어 설계 사양을 만족하지 않았다. 이 결과로부터, 이 비교예 1의 전사용 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세팅하여 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 없다고 말할 수 있다. 또, 이 비교예 1의 전사용 마스크는 패턴의 단락 개소나 단선 개소가 다수 있어 마스크 결함 수정 장치로의 결함 수정은 실무상 곤란했다.
1 투광성 기판
2 광반투과막
2a 광반투과 패턴을 가지는 광반투과막
3 에칭 스토퍼막
3a 광반투과 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막
3b 차광대 패턴을 가지는 에칭 스토퍼막
4 차광막
41 하층
42 상층
4a 광반투과 패턴을 가지는 차광막
4b 차광대 패턴을 가지는 차광막
5, 6 레지스트막
5a 제1 레지스트 패턴(광반투과 패턴을 가지는 레지스트막)
6b 제2 레지스트 패턴(차광대 패턴을 가지는 레지스트막)
7 하드 마스크막
7a 광반투과 패턴을 가지는 하드 마스크막
100, 101 마스크 블랭크
200, 201 전사용 마스크

Claims (21)

  1. 투광성 기판의 주표면 위에 광반투과막과 차광막을 적층한 구조를 가지는 마스크 블랭크로서,
    상기 광반투과막은 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료로 형성되고,
    상기 차광막은 하층과 상층의 적층 구조를 적어도 포함하며,
    상기 하층은 탄탈을 함유하고, 하프늄, 지르코늄 및 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되며,
    상기 상층은 하프늄 및 지르코늄으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈을 함유하고, 또한 그 표층을 제외하고 산소를 함유하지 않는 재료로 형성되며,
    상기 광반투과막과 상기 하층 사이에 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해서, 상기 하층과의 사이에 에칭 선택성을 가지는 재료로 이루어지는 에칭 스토퍼막이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  2. 청구항 1에서,
    상기 상층은 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료이며, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 대해서 상기 광반투과막과의 사이에 에칭 선택성을 가지는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에서,
    상기 하층은 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능하고, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에서,
    상기 하층은 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에서,
    상기 상층은 그 표층을 제외하고 비금속 원소를 함유하지 않는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에서,
    상기 광반투과막은 규소와 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에서,
    상기 차광막은 상기 상층의 표층에 접해 최상층을 구비하고 상기 최상층은 탄탈을 함유하며, 하프늄, 지르코늄을 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  8. 청구항 7에서,
    상기 최상층은 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에서,
    상기 차광막의 표면에 접하여 유기계 재료로 이루어지는 레지스트막이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에서,
    상기 하층의 두께는 상기 상층의 두께보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에서,
    상기 에칭 스토퍼막은 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  12. 청구항 11에서,
    상기 에칭 스토퍼막은 산소의 함유량이 20원자% 이하인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  13. 청구항 11 또는 청구항 12에서,
    상기 에칭 스토퍼막은 크롬의 함유량이 55원자% 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에서,
    상기 에칭 스토퍼막은 두께가 3nm 이하 10nm 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  15. 청구항 11 내지 청구항 14 중 어느 한 항에서,
    상기 광반투과막, 상기 에칭 스토퍼막 및 상기 차광막의 적층 구조에서의 노광 광에 대한 광학 농도가 2.8 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  16. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에서,
    상기 에칭 스토퍼막은 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  17. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항의 마스크 블랭크의 상기 광반투과막에 광반투과 패턴이 형성되고, 상기 에칭 스토퍼막 및 상기 차광막에 차광대(遮光帶) 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  18. 청구항 16의 마스크 블랭크의 상기 광반투과막 및 상기 에칭 스토퍼막에 광반투과 패턴이 형성되고, 상기 차광막에 차광대 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크.
  19. 청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항의 마스크 블랭크를 이용하는 전사용 마스크의 제조 방법으로서,
    상기 차광막 위에 형성된 전사 패턴을 가지는 제1 레지스트막을 마스크로 하고 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 차광막에 광반투과 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 광반투과 패턴을 가지는 상기 제1 레지스트막 또는 상기 차광막을 마스크로 하고,
    염소계 가스와 산소 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 에칭 스토퍼막에 상기 광반투과 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 광반투과 패턴을 가지는 상기 차광막 또는 상기 에칭 스토퍼막을 마스크로 하고, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 광반투과막에 상기 광반투과 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 차광막 위에 형성된 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트막을 마스크로 하고 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 차광막에 차광대 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 차광막 위에 형성된 차광대 패턴을 가지는 상기 제2 레지스트막 또는 상기 차광막을 마스크로 하고, 염소계 가스와 산소 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 에칭 스토퍼막에 차광대 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법.
  20. 청구항 16의 마스크 블랭크를 이용하는 전사용 마스크의 제조 방법으로서,
    상기 차광막 위에 형성된 전사 패턴을 가지는 제1 레지스트막을 마스크로 하고 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 차광막에 광반투과 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 광반투과 패턴을 가지는 상기 제1 레지스트막 또는 상기 차광막을 마스크로 하고, 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 에칭 스토퍼막과 상기 광반투과막에 상기 광반투과 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 차광막 위에 형성된 차광대 패턴을 가지는 제2 레지스트막을 마스크로 하고 염소계 가스를 함유하며, 또한 산소 가스를 함유하지 않는 에칭 가스로의 드라이 에칭에 의해서 상기 차광막에 차광대 패턴을 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법.
  21. 청구항 19 또는 청구항 20에서,
    상기 차광막의 적어도 상층에 상기 차광대 패턴을 형성할 때에 실시되는 드라이 에칭은 상기 차광막에 상기 광반투과 패턴을 형성할 때에 실시되는 드라이 에칭보다도 고(高)바이어스 상태로 실시되는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법.
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