KR20200017399A - 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

마스크 블랭크(100)는 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트막(2)과 차광막(3)이 이 순서로 적층된 구조를 구비한다. 위상 시프트막과 차광막의 적층 구조에서의 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 광학 농도는 3.5 이상이고, 차광막은 투광성 기판측으로부터 하층(31) 및 상층(32)이 적층된 구조를 구비한다. 하층은 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되고, 상층은 금속 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성된다. 상층의 노광광에 대한 소쇠 계수 kU는 하층의 노광광에 대한 소쇠 계수 kL보다도 크다.

Description

마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법
본 발명은 위상 시프트 마스크용의 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 이 위상 시프트 마스크를 이용하는 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 디바이스의 제조 공정에서는 포토리소그래피법을 이용하여 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 이 미세 패턴의 형성에는 통상적으로 몇 장의 전사용 마스크라고 불리는 기판이 사용된다. 이 전사용 마스크는 일반적으로 투광성의 유리 기판 위에 금속 박막 등으로 형성되는 미세 패턴을 형성한 것이다. 이 전사용 마스크의 제조에서도 포토리소그래피법이 이용되고 있다.
전사용 마스크의 종류로서는, 종래의 투광성 기판 위에 크롬계 재료로 형성되는 차광막 패턴을 구비한 바이너리 마스크 외에, 하프톤형 위상 시프트 마스크가 알려져 있다. 이 하프톤형 위상 시프트 마스크는 투광성 기판 위에 위상 시프트막의 패턴을 구비한 것이다. 이 위상 시프트막은 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도로 광을 투과시키고, 또한 그 위상 시프트막을 투과한 광에 동일 거리만큼 공기 중을 통과한 광에 대하여 소정의 위상차를 생기게 하는 기능을 가지고 있으며, 이로 인해 이른바 위상 시프트 효과를 생기게 하고 있다.
특허 문헌 1에 개시된 바와 같이, 노광 장치를 이용하여 전사용 마스크의 패턴을 1장의 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막에 노광 전사를 행할 경우, 그 전사용 마스크의 패턴을 그 레지스트막의 상이한 위치에 반복 노광 전사를 행하는 것이 일반적이다. 또한, 그 레지스트막으로의 반복 노광 전사는 간격을 두지 않고 행해진다. 노광 장치에는 전사용 마스크의 전사 패턴이 형성되어 있는 영역(전사 영역) 에만 노광광이 조사되도록 조리개(aperture)가 형성되어 있다. 그러나, 조리개에 의해 노광광을 피복(차폐)하는 정밀도에는 한계가 있고, 전사용 마스크의 전사 영역보다도 외측으로 노광광이 새어버리는 것은 피하기 어렵다. 따라서, 전사용 마스크에서의 전사 패턴이 형성되는 영역의 외주 영역은 노광 장치를 이용하여 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막에 노광 전사하였을 때에, 상기 외주 영역을 투과한 노광광에 의한 영향을 레지스트막이 받지 않도록, 소정값 이상의 광학 농도(OD:Optical Dimension)를 확보하는 것이 요구되고 있다. 통상적으로 전사용 마스크의 외주 영역에서는, OD가 3 이상(투과율 약 0.1% 이하)이면 바람직하다고 여겨지고 있고, 적어도 2.8 정도(투과율 약 0.16%)는 필요하다고 여겨지고 있다.
그러나, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 위상 시프트막은 노광광을 소정의 투과율로 투과시키는 기능을 가지고 있고, 이 위상 시프트막만으로는 전사용 마스크의 외주 영역에서 요구되고 있는 광학 농도를 확보하는 것이 곤란하다. 따라서, 특허 문헌 1에 개시된 바와 같이, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 경우, 외주 영역의 광 반투광층 위에 차광층(차광띠)을 적층함으로써, 광 반투과층과 차광층의 적층 구조로 상기의 소정값 이상의 광학 농도를 확보하는 것이 행해지고 있다.
한편, 특허 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 블랭크로서 투광성 기판 위에 금속 실리사이드계 재료로 형성되는 하프톤 위상 시프트막, 크롬계 재료로 형성되는 차광막, 무기계 재료로 형성되는 에칭 마스크막이 적층된 구조를 갖는 마스크 블랭크가 이전부터 알려져 있다. 이 마스크 블랭크를 이용하여 위상 시프트 마스크를 제조하는 경우, 우선 마스크 블랭크의 표면에 형성한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 에칭 마스크막을 패터닝한다. 다음으로, 에칭 마스크막 패턴을 마스크로 하여 염소와 산소의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭으로 차광막을 패터닝하고, 추가로 차광막 패턴을 마스크로 하여 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 위상 시프트막을 패터닝한다.
일본 공개특허공보 평7-128840호 국제공개공보 제2004/090635호
근래, ArF 엑시머 레이저(파장 193nm)를 노광광으로 하는 노광 기술에서는 전사 패턴의 미세화가 진행되어 노광광의 파장보다도 작은 패턴 선폭에 대응하는 것이 요구되고 있다. NA(Numerical Aperture)=1 이상의 초고 NA 기술(액침 노광 등)에 더하여, 노광 장치의 조명을 마스크 위의 모든 패턴에 대하여 최적화하는 광원과 마스크의 최적화 기술인 SMO(Source Mask Optimization)가 적용되기 시작하고 있다. 이 SMO가 적용된 노광 장치의 조명계는 복잡화되고 있고, 노광 장치에 위상 시프트 마스크를 세팅하여 노광광이 조사되었을 때, 그 노광광이 위상 시프트 마스크의 차광막(차광띠)에 대하여 여러 방향으로부터 입사하는 것과 같은 상태가 되는 경우가 있다.
종래의 차광막은, 위상 시프트막을 소정의 투과율로 투과한 노광광이 그 차광막의 위상 시프트막 측의 표면으로부터 입사하여 위상 시프트막과는 반대측의 표면으로부터 출사하는 것을 전제로 하여 차광 성능(광학 농도)이 정해지고 있다. 그러나 상기의 복잡화된 조명계의 노광광이 위상 시프트 마스크에 대히여 조사된 경우, 위상 시프트막을 통과하여 차광막의 위상 시프트막 측의 표면으로부터 입사한 노광광이 차광띠의 패턴측 벽으로부터 출사되어 버리는 것이 종래보다도 발생하기 쉬워지고 있는 것으로 판명되었다. 이와 같은 패턴측 벽으로부터 출사되어 버린 노광광(누광)은 충분히 광량이 감쇠되지 않기 때문에, 반도체 웨이퍼 위 등에 형성된 레지스트막을 약간이지만 감광시켜 버린다. 레지스트막의 전사 패턴이 배치되는 영역이 조금이라도 감광되어 버리면, 그 영역에 노광된 전사 패턴을 현상하여 형성된 레지스트 패턴의 CD(Critical Dimension)가 크게 저하된다.
도 3은 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막에 대하여 위상 시프트 마스크의 전사 패턴을 4회 반복 전사한 경우의 설명도이다. 상 I1은 위상 시프트 마스크의 전사 패턴을 1회 노광 전사하였을 때에 전사된 상이고, 상 I2, I3, I4도 마찬가지이다. 상 p1a∼p1e는 동일한 노광 전사로 전사된 패턴이고, 상 p2a∼p2e, 상 p3a∼p3e, 상 p4a∼p4e도 마찬가지이다. 상 S1, S2, S3, S4는 위상 시프트 마스크의 차광띠 패턴이 전사된 상이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 노광 장치에 의한 위상 시프트 마스크의 전사 패턴의 레지스트막으로의 반복 노광 전사는 간격을 두지 않고 행해진다. 따라서, 인접하는 전사상의 차광띠 패턴은 중복하여 전사되어 있다. 도 3 중의 S12, S13, S24, S34는 2개의 차광띠의 전사상이 중첩되어 전사된 영역이고, S1234는 4개의 차광띠의 전사상이 중첩되어 전사된 영역이다.
근래에는 반도체 디바이스의 미세화가 현저한 것도 있어서, 도 3의 상 p1a∼p1d와 같이, 위상 시프트막의 전사 패턴을 차광띠(상 S1)의 근방까지 배치하는 것이 증가하고 있다. 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막에 반복 전사하는 복수의 전사 패턴의 배치는, 인접하는 차광띠 패턴이 중복하는 위치 관계가 된다. 이 차광띠 패턴이 중복하여 노광 전사된 영역은, 반도체 웨이퍼에 각 칩이 형성된 후에 분리할 때의 절취 영역대로서 이용된다.
이와 같은 경우, 차광띠로부터 발생하는 노광광의 누광에 의해 차광띠의 근방에 배치된 미세 패턴이, 레지스트막에 노광 전사되고 현상 처리 등을 행하여 레지스트 패턴이 형성되었을 때에, CD 정밀도가 저하되는 현상이 발생하기 쉬워지고 있어 문제가 되었다. 특히, 차광띠 패턴의 노광 전사를 4회 받는 레지스트막의 영역 S1234의 근방에 배치되어 있는 미세 패턴(도 3 중에서 일점 쇄선의 원으로 둘러싸인 패턴 p1d, p2c, p3b, p4a)은 누광의 적산 조사량이 많아지기 쉬워서 특히 문제가 되었다.
이들 문제를 해결하는 방법으로는, 단순히 차광막의 막 두께를 두껍게 하여 차광띠의 광학 농도(OD)를 올리는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 차광막의 막 두께를 두껍게 하면, 차광막에 전사 패턴을 형성하기 위한 에칭을 행할 때의 마스크가 되는 레지스트 패턴(레지스트 막)의 막 두께를 두껍게 할 필요가 생긴다. 종래 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우가 많고, 차광막은 이 위상 시프트막과의 사이에서 높은 에칭 선택성을 갖는 크롬을 함유하는 재료(크롬계 재료)로 형성되는 경우가 많다. 크롬계 재료로 형성되는 차광막은 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭으로 패터닝하지만, 레지스트막은 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 내성이 낮다. 따라서, 차광막의 막 두께를 두껍게 하면 레지스트막의 막 두께도 큰 폭으로 두껍게 할 필요가 생기지만, 이와 같은 레지스트막에 미세 패턴을 형성하면 레지스트 패턴의 무너짐이나 결락의 문제가 생기기 쉬워진다.
한편, 특허 문헌 2에 개시된 바와 같이, 크롬계 재료로 형성되는 차광막 위에 규소를 함유하는 재료로 형성되는 하드 마스크막을 형성함으로써, 레지스트막의 막 두께를 얇게 하는 것은 가능하다. 그러나 크롬계 재료의 차광막은, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭으로 패터닝할 때, 패턴측 벽 방향으로의 에칭이 진행하기 쉬운 경향이 있다. 따라서, 미세 패턴을 갖는 하드 마스크막을 마스크로 하는 드라이 에칭을 차광막에 대하여 행한 경우, 그 차광막의 막 두께가 두꺼우면 사이드 에칭량이 커지기 쉽고, 차광막에 형성된 미세 패턴의 CD 정밀도가 저하되기 쉽다. 차광막의 미세 패턴의 CD 정밀도의 저하는, 이 차광막의 미세 패턴을 마스크로 하는 드라이 에칭으로 위상 시프트막에 형성되는 미세 패턴의 CD 정밀도의 저하로 이어져 문제가 된다. 또한, 패터닝 후의 차광막에 대하여 세정 공정이 행해지지만, 차광막의 막 두께가 두꺼우면 이 세정 시에 차광막의 패턴에 무너짐이 발생하기 쉽다는 문제도 있다.
상술한 문제의 해결을 위하여 본 발명은, 투광성 기판 위에 규소를 함유하는 재료로 형성된 위상 시프트막과 크롬을 함유하는 재료로 형성된 층을 포함하는 차광막이 이 순서로 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크에 관하여, 그 마스크 블랭크로부터 제조된 위상 시프트 마스크를, SMO가 적용되는 것과 같은 복잡한 조명계의 노광 장치에 세팅하여 피전사 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 위에 형성된 레지스트막에 대하여 노광 전사를 행한 경우에도, 현상 처리 후의 그 레지스트막에 형성되는 미세 패턴이 높은 CD 정밀도가 되는 것과 같은, 종래보다도 높은 광학 농도를 위상 시프트막과 차광 막의 적층 구조에서 갖는 마스크 블랭크를 제공하는 것을 제1의 목적으로 하고 있다.
이에 더하여 본 발명은, 드라이 에칭에 의해 차광막에 형성되는 미세 패턴의 CD 정밀도가 높고, 차광막 패턴의 무너짐의 발생도 억제된 마스크 블랭크를 제공하는 것을 제2의 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명은 이 마스크 블랭크를 이용하여 제조되는 위상 시프트 마스크에 관하여, 그 위상 시프트 마스크를 복잡한 조명계의 노광 장치에 세팅하여 레지스트막에 대하여 노광 전사를 행한 경우에도, 현상 처리 후의 그 레지스트막에 형성되는 미세 패턴이 높은 CD 정밀도가 되는 것과 같은, 종래보다도 높은 광학 농도의 차광띠를 형성할 수 있고, 또한 위상 시프트막에 우수한 정밀도로 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능한 위상 시프트 마스크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 나아가, 그 위상 시프트 마스크를 이용하는 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하는 수단으로서 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
투광성 기판 위에 위상 시프트막과 차광막이 이 순서로 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막과 상기 차광막의 적층 구조에서의 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 광학 농도는 3.5 이상이고,
상기 차광막은 상기 투광성 기판측으로부터 하층 및 상층이 적층된 구조를 구비하며,
상기 하층은 크롬을 함유하고, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되고,
상기 상층은 금속 및 규소를 함유하고, 금속 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되고,
상기 상층의 상기 노광광에 대한 소쇠 계수 kU는 상기 하층의 상기 노광광에 대한 소쇠 계수 kL보다도 큰 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 위상 시프트막은 상기 노광광에 대한 투과율이 1% 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 하층의 소쇠 계수 kL은 2.0 이하이고, 상기 상층의 소쇠 계수 kU는 2.0보다도 큰 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 상층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nU는 상기 하층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nL보다도 작고, 상기 상층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nU를 상기 하층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nL로 나눈 비율 nU/nL가 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중의 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 하층의 굴절률 nL은 2.0 이하이고, 상기 상층의 굴절률 nU는 2.0보다도 작은 것을 특징으로 하는 구성 4에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 하층은 크롬, 산소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중의 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 상층은 탄탈륨 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중의 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중의 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 9)
투광성 기판 위에 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막과 차광띠 패턴을 갖는 차광막이 이 순서로 적층된 구조를 구비하는 위상 시프트 마스크로서,
상기 위상 시프트막과 상기 차광막의 적층 구조에서의 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 광학 농도는 3.5 이상이고,
상기 차광막은 상기 투광성 기판측으로부터 하층 및 상층이 적층된 구조를 구비하며,
상기 하층은 크롬을 함유하고, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되고,
상기 상층은 금속 및 규소를 함유하고, 금속 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되고,
상기 상층의 상기 노광광에 대한 소쇠 계수 kU는 상기 하층의 상기 노광광에 대한 소쇠 계수 kL보다도 큰 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
(구성 10)
상기 위상 시프트막은 상기 노광광에 대한 투과율이 1% 이상인 것을 특징으로 하는 구성 9에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 11)
상기 하층의 소쇠 계수 kL은 2.0 이하이고, 상기 상층의 소쇠 계수 kU는 2.0보다도 큰 것을 특징으로 하는 구성 9 또는 10에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 12)
상기 상층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nU는 상기 하층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nL보다도 작고, 상기 상층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nU를 상기 하층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nL로 나눈 비율 nU/nL가 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 구성 9 내지 11 중의 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 13)
상기 하층의 굴절률 nL은 2.0 이하이고, 상기 상층의 굴절률 nU는 2.0보다도 작은 것을 특징으로 하는 구성 12에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 14)
상기 하층은 크롬, 산소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 구성 9 내지 13 중의 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 15)
상기 상층은 탄탈륨 및 규소 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 구성 9 내지 14 중의 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 16)
상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 구성 9 내지 15 중의 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 17)
구성 9 내지 16 중의 어느 하나에 기재된 위상 시프트 마스크를 이용하여 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
본 발명의 마스크 블랭크는, 위상 시프트막과 차광막의 적층 구조에서의 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 광학 농도가 3.5 이상이라는 SMO에 적합한 높은 광학 농도를 갖기 때문에, 이 마스크 블랭크를 이용하여 제조된 위상 시프트 마스크를 SMO가 적용되는 것과 같은 복잡한 조명계의 노광 장치에 세팅하여 피전사 대상물의 레지스트막에 대하여 노광 전사를 행한 경우에도, 현상 처리 후의 레지스트막에 형성되는 미세 패턴의 CD 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 마스크 블랭크는, 차광막에 대하여 드라이 에칭으로 미세 패턴을 형성하였을 때, 그 형성된 미세 패턴의 CD 정밀도가 높고, 형성된 차광막의 미세 패턴이 세정 등에 의해 무너지는 것을 충분히 억제할 수 있다.
본 발명의 위상 시프트 마스크는, 본 발명의 마스크 블랭크를 이용하여 제조 된 것이다. 따라서 이 위상 시프트 마스크는 SMO가 적용되는 것과 같은 복잡한 조명계의 노광 장치에 세팅하여 피전사 대상물의 레지스트막에 대하여 노광 전사를 행한 경우에 있어서도, 현상 처리 후의 레지스트막에 형성되는 미세 패턴의 CD 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크는 본 발명의 마스크 블랭크를 이용하여 위상 시프트 마스크를 제조하기 때문에, 위상 시프트막에 우수한 정밀도로 미세 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크를 이용한 반도체 디바이스의 제조 방법은, 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막에 양호한 CD 정밀도로 미세 패턴을 전사하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 단면 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 개략도이다.
도 3은 위상 시프트 마스크의 전사 패턴을 레지스트막에 대하여 반복 노광 전사할 때의 각 전사 패턴의 배치를 나타내는 개략도이다.
우선, 본 발명이 완성에 이른 경위에 대하여 설명한다. 본 발명자는 SMO가 적용되는 것과 같은 복잡한 조명계의 노광 장치에 위상 시프트 마스크를 세팅하여, 피전사 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 위에 형성된 레지스트막에 대하여 노광 전사를 행한 경우에도, 현상 처리 후의 그 레지스트막에 형성되는 미세 패턴이 높은 CD 정밀도가 되기 위하여 필요한 위상 시프트막과 차광막의 적층 구조에서의 광학 농도에 대하여 연구를 행하였다. 그 결과, 위상 시프트막과 차광막의 적층 구조에서의 ArF 엑시머 레이저의 노광광(이하, ArF 노광광이라 함)에 대한 광학 농도(이하, 간단히 광학 농도라 함)가 3.5 이상은 필요하다는 것을 알아내었다.
다음으로, 위상 시프트막의 ArF 노광광에 대한 투과율을 널리 이용되고 있는 투과율인 6%(광학 농도로 약 1.2)로 가정하여 추가적인 연구를 행하였다. 이 경우, 차광막의 ArF 노광광에 대한 광학 농도는 2.3 이상일 필요가 있다. 광학 농도가 2.3 이상인 차광막을 크롬계 재료로 형성하는 것을 시도하였다. 차광막의 막 두께를 두껍게 함으로써 광학 농도를 2.3 이상으로 하였더니, 레지스트 패턴의 두께를 큰 폭으로 두껍게 할 필요가 생긴 것에 의해 드라이 에칭으로 차광막에 미세 패턴을 형성하는 것이 곤란하였다. 또한, 이 차광막 위에 규소계 재료의 하드 마스크막을 형성하고, 미세 패턴이 형성된 하드 마스크막을 마스크로 하는 드라이 에칭으로 차광막에 미세 패턴을 형성하는 것을 시도하였다. 그러나, 차광막에 미세 패턴을 형성할 때에 생기는 사이드 에칭량이 크고, 차광막에 형성된 미세 패턴의 CD 정밀도가 낮아지는 것이 판명되었다. 나아가, 이 차광막에 미세 패턴이 형성된 후에 세정을 행하였더니, 차광막의 패턴이 이탈하는 현상이 발생하여 이 방법으로도 차광막에 미세 패턴을 높은 정밀도로 형성하는 것은 곤란하였다.
크롬계 재료의 박막은 크롬 함유량이 많아질수록 단위 막 두께 당의 광학 농도가 높아지는 경향이 있다. 그리하여, 광학 농도가 2.3 이상이 되는 것과 같은 크롬 함유량이 대폭으로 많은 재료로 차광막을 형성하고, 그 차광막 위에 규소계 재료의 하드 마스크막을 적층하여 차광막에 미세 패턴을 형성하는 것이 가능한지 확인하였다. 그러나, 이 차광막은 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 매우 느리고, 차광막에 형성된 패턴의 면 내에서의 CD 균일성이 낮은 결과가 되었다. 이들 연구 결과, 크롬계 재료만으로는 광학 농도가 2.3 이상의 차광막을 형성하는 것은 실용적으로 곤란하다는 것이 판명되었다.
그리하여, 차광막을 크롬계 재료의 하층과 금속 실리사이드계 재료의 상층의 적층 구조로 하는 것을 시도하였다. 차광막의 위상 시프트막 측에 배치되는 하층을 크롬계 재료로 형성함으로써, 위상 시프트막에 미세 패턴을 형성할 때에 행해지는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 대하여 높은 에칭 내성을 갖고, 하드 마스크로서의 기능을 갖게 할 수 있다. 또한, 차광막을 제거할 때에 행해지는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭에 대하여 위상 시프트막은 높은 에칭 내성을 갖기 때문에, 차광막을 제거할 때의 위상 시프트막에 미치는 영향을 작게 할 수 있다. 한편, 차광막의 상층을 금속 실리사이드계 재료로 형성함으로써, 차광막의 하층에 미세 패턴을 형성할 때에 행해지는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭에 대하여 높은 에칭 내성을 갖고, 하드 마스크로서의 기능을 갖게 할 수 있다. 또한 위상 시프트막에 미세 패턴을 형성할 때에 행해지는 불소계 가스에 의한 드라이 에칭 시에 차광막의 상층을 동시에 제거할 수 있다.
차광막의 하층은 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 크게 저하되는 것과 같은 원소(규소 등)를 함유하는 것은 바람직하지 않다. 이 점을 고려하여 차광막의 하층은 크롬을 함유하고, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성하는 것으로 하였다. 상술한 사정으로부터 차광막의 하층을 형성하는 크롬계 재료 중의 크롬 함유량을 많게 하는 것은 어렵고, 하층의 ArF 노광광에 대한 소쇠 계수 kL(이하, 간단히 소쇠 계수 kL이라 함)을 높이는 것에는 한계가 있다. 상술한 사정에 대하여 크롬계 재료의 박막의 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트를 높이기 위해서는 산소를 많이 함유시키는 것이 효과적이지만, 산소는 박막의 소쇠 계수 k를 크게 저하시키는 요인이 된다.
종래, 차광막의 상층은 반사 방지 기능을 갖게 하는 것을 고려하여 하층보다도 소쇠 계수 k가 작은 재료를 이용하는 경우가 많다. 그러나 근래의 노광 장치의 성능 향상에 의해 전사 패턴 영역의 외측의 영역(차광띠가 형성되는 영역을 포함하는 영역)에서의 표면 반사율의 제약이 완화되고 있다. 그리하여 차광막의 상층의 소쇠 계수 kU를 하층의 소쇠 계수 kL보다도 크게 하는 것과 같은 구성으로 하기로 하였다.
차광막의 상층은, 크롬계 재료의 하층을 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭으로 패터닝할 때에 하드 마스크로서 기능하는 것이 요구된다. 종래의 규소계 재료의 하드 마스크막은 크롬계 재료의 박막에 대한 에칭 선택성을 높이는 것이 중시되었던 것도 있어서, 산소나 질소를 비교적 많이 함유시킨 규소 재료가 이용되고 있다.
본 발명에서는, 금속 실리사이드계 재료의 상층에 대하여 산소 및 질소의 함유량을 종래보다도 적게 하고, 크롬계 재료의 하층과의 사이에서의 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭에 대한 에칭 선택성을 검증하였다. 그 결과, 산소 및 질소를 실질적으로 함유하지 않는 금속 실리사이드계 재료의 상층(단, 대기 중에 접하는 표면은 산화가 진행되고 있다.)이어도 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭으로 크롬계 재료의 하층을 패터닝할 때에 상층이 하드 마스크로서 충분히 기능한다는 것을 알았다. 상층을 적층하는 것에 의한 차광막의 전체 막 두께의 증가를 억제하려면, 상층의 소쇠 계수 kU를 충분히 높일 필요가 있다. 이들 연구로부터 차광막의 상층은 금속 및 규소를 함유하고, 금속 및 규소의 합계 함유량이 80 원자%인 재료로 형성하는 것으로 하였다.
이상의 면밀한 연구의 결과, 본 발명의 마스크 블랭크를 완성시키기에 이르렀다. 구체적으로는, 투광성 기판 위에 위상 시프트막과 차광막이 이 순서로 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크로서, 위상 시프트막과 차광막의 적층 구조에서의 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 광학 농도는 3.5 이상이고, 차광막은 투광성 기판측으로부터 하층 및 상층이 적층된 구조를 구비하며, 하층은 크롬을 함유하고, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되고, 상층은 금속 및 규소를 함유하고, 금속 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되며, 상층의 노광광에 대한 소쇠 계수 kU는 하층의 노광광에 대한 소쇠 계수 kL보다도 큰 것을 특징으로 한다.
이하, 도면에 근거하여 상술한 본 발명의 상세한 구성을 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 행한다.
<마스크 블랭크>
도 1은 마스크 블랭크의 실시 형태의 개략 구성을 나타낸다. 도 1에 나타내는 마스크 블랭크(100)는 투광성 기판(1)에서의 한쪽의 주표면 위에 위상 시프트막(2), 차광막(3)의 하층(31) 및 차광막(3)의 상층(32)이 이 순서로 적층된 구성이다. 마스크 블랭크(100)는 상층(32) 위에 필요에 따라 레지스트막을 적층시킨 구성이어도 된다. 또한 상기의 이유에서, 마스크 블랭크(100)는 위상 시프트막(2)과 차광막(3)과의 적층 구조로 ArF 노광광에 대한 광학 농도가 3.5 이상인 것이 적어도 요구된다. 마스크 블랭크(100)는 위상 시프트막(2)과 차광막(3)과의 적층 구조로 ArF 노광광에 대한 광학 농도가 3.8 이상이면 보다 바람직하고, 4.0 이상이면 더욱 바람직하다. 이하에 마스크 블랭크(100)의 주요 구성부의 상세를 설명한다.
[투광성 기판]
투광성 기판(1)은 리소그래피에서의 노광 공정에서 이용되는 노광광에 대하여 투과성이 양호한 재료로 형성된다. 이와 같은 재료로는 합성 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다라임 유리, 저열 팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등), 기타 각종의 유리 기판을 이용할 수 있다. 특히, 합성 석영 유리를 이용한 기판은 ArF 노광광에 대한 투명성이 높으므로, 마스크 블랭크(100)의 투광성 기판(1)으로서 바람직하게 이용할 수 있다.
또한, 여기서 말하는 리소그래피에서의 노광 공정이란, 이 마스크 블랭크(100)를 이용하여 제작된 위상 시프트 마스크를 이용하여 행해지는 리소그래피에서의 노광 공정이고, 이하에서 노광광이란, 이 노광 공정에서 이용되는 ArF 엑시머 레이저(파장:193nm)인 것으로 한다.
[위상 시프트막]
위상 시프트막(2)은 ArF 노광광을 실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도로 투과시킴과 함께, 그 투과한 ArF 노광광에 대하여 공기 중을 위상 시프트막(2)의 두께와 동일 거리로 통과한 노광광과의 사이에서 소정의 위상차를 생기게 하는 기능을 갖는다. 구체적으로는, 이 위상 시프트막(2)을 패터닝함으로써 위상 시프트막(2)이 남는 부분과 남지 않는 부분을 형성하고, 위상 시프트막(2)이 없는 부분을 투과한 노광광에 대하여, 위상 시프트막(2)을 투과한 광(실질적으로 노광에 기여하지 않는 강도의 광)의 위상이 실질적으로 반전한 관계가 되도록 한다. 이와 같이 함으로써, 회절 현상에 의해 서로 상대의 영역으로 돌아서 들어간 광이 서로 제거되도록 하고, 위상 시프트막(2)의 패턴 경계부에서의 광 강도를 거의 제로로 하여, 패턴 경계부의 콘트라스트 즉 해상도를 향상시키는 효과, 이른바 위상 시프트 효과가 얻어진다.
위상 시프트막(2)은 ArF 노광광에 대한 투과율이 1% 이상이면 바람직하고, 2% 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(2)은 ArF 노광광에 대한 투과율이 35% 이하이면 바람직하고, 30% 이하이면 보다 바람직하다. 위상 시프트막(2)은 상기의 위상차가 150도 이상인 것이 바람직하고, 160도 이상이면 보다 바람직하다. 또한 위상 시프트막(2)은 상기의 위상차가 200도 이하인 것이 바람직하고, 190도 이하이면 보다 바람직하다.
이와 같은 위상 시프트막(2)은 여기에서는 규소(Si)를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것으로 한다. 또한 위상 시프트막(2)은 규소 외에, 질소(N)를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 위상 시프트막(2)은 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 패터닝이 가능하고, 후술하는 차광막(3)을 구성하는 Cr계 재료의 하층(31)에 대하여 충분한 에칭 선택성을 갖는다.
위상 시프트막(2)은 규소 및 질소로 형성되는 재료, 또는 규소 및 질소로 형성되는 재료에 반금속 원소와 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 위상 시프트막(2)은 규소 및 질소에 더하여 어느 반금속 원소를 함유하여도 된다. 이 반금속 원소 중에서도 붕소(B), 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb)과 텔루륨(Te)으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키면 스퍼터링 타겟으로서 이용하는 규소의 도전성을 높이는 것을 기대할 수 있기 때문에 바람직하다. 위상 시프트막(2)은 규소 및 질소에 더하여 어느 비금속 원소를 함유하여도 된다. 여기서, 본 발명에서의 비금속 원소는 협의의 비금속 원소(질소(N), 탄소(C), 산소(O), 인(P), 유황(S), 셀레늄(Se)), 할로겐 및 귀가스를 포함하는 것을 말한다. 이 비금속 원소 중에서도, 탄소, 불소(F) 및 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키면 바람직하다.
위상 시프트막(2)은 귀가스(희가스라고도 함. 이하, 본 명세서에서 동일함)를 함유하여도 된다. 귀가스는 반응성 스퍼터링으로 위상 시프트막(2)을 성막할 때에 성막실 내에 존재함으로써, 성막 속도를 크게 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 이 귀가스가 플라즈마화되고, 타겟에 충돌함으로써 타겟으로부터 타겟 구성 원소가 튀어나와 투광성 기판(1)에 도달하는 도중에, 반응성 가스를 포함하면서 투광성 기판(1)에 부착함으로써 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트막(2)이 형성된다. 이 타겟 구성 원소가 타겟으로부터 튀어나와 투광성 기판(1)에 부착할 때까지의 사이에 성막실 내의 귀가스가 조금 포함된다. 이 반응성 스퍼터링에서 필요로 하는 귀가스로서 바람직한 것으로는, 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe)을 들 수 있다. 또한, 위상 시프트막(2)의 응력을 완화하기 위해서, 원자량이 작은 헬륨(He), 네온(Ne)을 위상 시프트막에 적극적으로 포함시킬 수 있다.
위상 시프트막(2)은 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의하여 패터닝이 가능하다면, 추가로 금속 원소를 함유하여도 된다. 함유하는 금속 원소로는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 주석(Sn), 알루미늄(Al)이 예시된다.
위상 시프트막(2)은 두께가 90nm 이하인 것이 바람직하다. 위상 시프트막(2)의 두께가 90nm보다도 두꺼우면 불소계 가스에 의한 드라이 에칭으로 패터닝하는데 소요되는 시간이 길어진다. 위상 시프트막(2)은 두께가 80nm 이하이면 보다 바람직하다. 한편, 위상 시프트막(2)은 두께가 40nm 이상인 것이 바람직하다. 위상 시프트막(2)의 두께가 40nm 미만이면, 위상 시프트막으로서 요구되는 소정의 투과율과 위상차가 얻어지지 않을 우려가 있다.
[차광막]
차광막(3)은 위상 시프트막(2)측으로부터 하층(31)과 상층(32)이 이 순서로 적층된 구성을 구비한다. 하층(31)은 크롬을 함유하고, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성된다. 하층(31)은 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 95 원자% 이상인 재료로 형성되는 것이 바람직하고, 98 원자% 이상인 재료로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 이는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트를 빠르게 하기 위해서는 상기 이외의 원소(특히 규소)의 함유량을 적게 하는 것이 바람직하기 때문이다.
하층(31)은 상기의 합계 함유량의 범위를 만족한다면, 상기 구성 원소 이외의 금속 원소, 반금속 원소 및 비금속 원소를 함유하여도 된다. 이 경우의 금속 원소로는 몰리브덴, 인듐, 주석 등을 들 수 있다. 이 경우의 반금속 원소로는 붕소, 게르마늄 등을 들 수 있다. 이 경우의 비금속 원소로는 협의의 비금속 원소(인, 황, 셀레늄), 할로겐(불소, 염소 등), 귀가스(헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 등)를 들 수 있다. 특히, 귀가스는 하층(31)을 스퍼터링법으로 성막할 때에 막 중에 약간 포함되는 원소이고, 층 중에 적극적으로 함유시키면 유익한 경우가 있는 원소이기도 하다. 다만, 규소에 대해서는 하층(31) 중의 함유량은 3 원자% 이하인 것이 요구되고, 1 원자% 이하인 것이 바람직하며, 검출 한계값 이하인 것이 보다 바람직하다.
하층(31)은 크롬을 함유하고, 크롬, 산소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 하층(31)은 크롬, 산소 및 탄소의 합계 함유량이 95 원자% 이상인 재료로 형성되는 것이 바람직하고, 98 원자% 이상인 재료로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 하층(31) 중의 질소 함유량이 많아짐에 따라, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 빨라지지만 사이드 에칭량도 커지게 된다. 하층(31)에 산소를 함유시키는 경우보다도 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 빨라지지 않는 것을 고려하면, 하층(31) 중의 질소 함유량은 적게 하는 것이 바람직하다고 할 수 있다. 하층(31)은 질소의 함유량이 10 원자% 미만인 것이 바람직하고, 5 원자% 이하이면 보다 바람직하며, 2 원자% 이하이면 더욱 바람직하다. 하층(31)은 크롬, 산소 및 탄소로 실질적으로 구성되고, 질소를 실질적으로 포함하지 않는 태양이 포함된다.
하층(31)은 크롬 함유량이 50 원자% 이상인 것이 바람직하다. 차광막(3)은 상층(32)에 광학 농도가 높은 재료를 선정하는데, 하층(31)에서도 어느 정도의 광학 농도를 확보하는 것이 바람직하기 때문이다. 또한 하층(31)을 드라이 에칭으로 패터닝할 때에 생기는 사이드 에칭을 억제하기 위해서이다. 한편, 하층(31)은 크롬 함유량이 80 원자% 이하인 것이 바람직하고, 75 원자% 이하이면 더욱 바람직하다. 이는 차광막(3)을 드라이 에칭으로 패터닝할 때에 충분한 에칭 레이트를 확보하기 위해서이다.
하층(31)은 산소의 함유량이 10 원자% 이상인 것이 바람직하고, 15 원자% 이상이면 보다 바람직하다. 이는 차광막(3)을 드라이 에칭으로 패터닝할 때에 충분한 에칭 레이트를 확보하기 위해서이다. 한편, 하층(31)은 산소의 함유량이 50 원자% 이하인 것이 바람직하고, 40 원자% 이하이면 보다 바람직하며, 35 원자% 이하이면 더욱 바람직하다. 상기와 마찬가지로 하층(31)에서도 어느 정도의 광학 농도를 확보하는 것이 바람직하기 때문이다. 또한, 하층(31)을 드라이 에칭으로 패터닝할 때에 생기는 사이드 에칭을 억제하기 위해서이다.
하층(31)은 탄소의 함유량이 10 원자% 이상인 것이 바람직하다. 이는 하층(31)을 드라이 에칭으로 패터닝할 때에 생기는 사이드 에칭을 억제하기 위해서이다. 한편, 하층(31)은 탄소의 함유량이 30 원자% 이하인 것이 바람직하고, 25 원자% 이하이면 보다 바람직하며, 20 원자% 이하이면 더욱 바람직하다. 이는 차광막(3)을 드라이 에칭으로 패터닝할 때에 충분한 에칭 레이트를 확보하기 위해서이다. 하층(31)은 그 하층(31)을 구성하는 각 원소의 함유량의 막 두께 방향에서의 차이가 모두 10% 미만인 것이 바람직하다. 이는 하층(31)을 드라이 에칭으로 패터닝할 때의 막 두께 방향의 에칭 레이트의 편차를 작게 하기 위해서이다.
하층(31)은 두께가 15nm보다도 큰 것이 바람직하고, 18nm 이상이면 보다 바람직하며, 20nm 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 하층(31)은 두께가 60nm 이하이면 바람직하고, 50nm 이하이면 보다 바람직하며, 45nm 이하이면 더욱 바람직하다. 차광막(3)은 상층(32)에 광학 농도가 높은 재료를 선정하지만, 차광막(3)의 전체에서 요구되는 광학 농도에 대한 상층(32)의 기여도를 높이는 것에도 한계가 있다. 따라서, 하층(31)에서도 어느 정도의 광학 농도를 확보할 필요가 있다. 또한, 하층(31)은 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트를 빠르게 할 필요가 있기 때문에, 차광 성능을 높이는 데에는 한계가 있다. 따라서, 하층(31)은 소정의 두께 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 하층(31)의 두께를 지나치게 두껍게 하면, 사이드 에칭의 발생을 억제하는 것이 어려워진다. 하층(31)의 두께의 범위는 이들 제약을 고려한 것이다.
상층(32)은 금속 및 규소를 함유하고, 금속 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성된다. 상층(32)은 금속 및 규소의 합계 함유량이 85 원자% 이상인 재료로 형성되는 것이 바람직하고, 90 원자% 이상인 재료로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 상층(32)을 구성하는 원소 중에서 금속과 규소는 ArF 노광광에 대한 상층(32)의 차광 성능을 높이는 원소이다. 또한 상술한 바와 같이, 상층(32)의 금속과 규소의 합계 함유량을 크게 하여도 하층(31)에 미세 패턴을 형성할 때에 행해지는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭에 대하여 높은 내성을 갖고, 하드 마스크로서 기능할 수 있음이 판명되었다. 한편, 상층(32)의 위상 시프트막(2)과는 반대 측의 표면은 대기 중에 닿는 면이기 때문에 그 표면을 포함하는 표층은 산화가 진행되기 쉽다. 따라서, 상층(32)의 전체를 금속과 규소만으로 형성하는 것은 곤란하다. 또 한편, 상층(32)은 하층(31)보다도 높은 차광 성능을 갖도록 하는 것이 요망된다. 이들을 고려하면 상층(32)은 층 전체 평균에서의 금속 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되는 것이 요구되고, 85 원자% 이상이면 바람직하고, 90 원자% 이상이면 보다 바람직하다.
상층(32)에 함유되는 금속 원소는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 인듐(In), 주석(Sn), 알루미늄(Al)으로부터 1 이상의 금속 원소를 선택하는 것이 바람직하다. 상층(32)에 함유되는 금속 원소는 탄탈륨이면 보다 바람직하다. 탄탈륨은 원자량이 크고 차광 성능이 높으며, 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제조하는 도중에 행해지는 세정 공정에서 이용되는 세정액이나, 위상 시프트 마스크에 대하여 행해지는 세정에 이용되는 세정액에 대한 내성이 높은 원소이다. 상층(32)은 탄탈륨 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되는 것이 바람직하고, 85 원자% 이상이면 보다 바람직하며, 90 원자% 이상이면 더욱 바람직하다.
상층(32)은 상기의 합계 함유량의 범위를 만족한다면 상기 구성 원소 이외의 반금속 원소 및 비금속 원소를 함유하여도 된다. 이 경우의 반금속 원소로는 붕소, 게르마늄 등을 들 수 있다. 이 경우의 비금속 원소로는 협의의 비금속 원소(산소, 질소, 탄소, 인, 황, 셀레늄), 할로겐(불소, 염소 등), 귀가스(헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 등)를 들 수 있다. 특히, 귀가스는 상층(32)을 스퍼터링법으로 성막할 때에 막 중에 약간 포함되는 원소이고, 층 중에 적극적으로 함유시키면 유익한 경우가 있는 원소이기도 하다.
상층(32)은 금속의 함유량[원자%]을 금속과 규소의 합계 함유량[원자%]으로 나눈 비율(즉, 상층(32)에서의 금속과 규소의 합계 함유량[M+Si][원자%]을 100으로 하였을 때의 금속의 함유량 M[원자%]의 비율을 [%]로 나타낸 것. 이하, M/[M+Si] 비율이라 함)이 5% 이상인 것이 바람직하고, 10% 이상인 것이 보다 바람직하며, 15% 이상이면 더욱 바람직하다. 또한, 상층(32)은 M/[M+Si] 비율이 60% 이하인 것이 바람직하고, 55% 이하이면 보다 바람직하며, 50% 이하이면 더욱 바람직하다. 금속 실리사이드계 재료의 박막은 금속과 규소의 함유 비율이 화학양론적으로 안정된 비율에 가까워질수록 차광 성능(광학 농도)이 커지는 경향을 갖는 경우가 많다. 금속 실리사이드계 재료의 박막의 경우, 금속:규소가 1:2인 경우에 화학양론적으로 안정된 비율인 경우가 많고, 상기의 상층(32)의 M/[M+Si] 비율은 그 경향을 고려한 것이다.
상층(32)은 두께가 5nm 이상인 것이 바람직하고, 7nm 이상이면 보다 바람직하며, 10nm 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 상층(32)은 두께가 40nm 이하이면 바람직하고, 35nm 이하이면 보다 바람직하며, 30nm 이하이면 더욱 바람직하다. 차광막(3)의 전체에서 요구되는 광학 농도에 대한 상층(32)의 기여도는 하층(31)의 기여도보다도 높을 필요가 있다. 또한, 상층(32)의 단위 막 두께 당의 광학 농도를 높이는 데에는 한계가 있다. 한편, 상층(32)은 미세 패턴이 형성된 레지스트막을 마스크로 하는 드라이 에칭으로 미세 패턴을 형성하는 것이 가능할 필요가 있으므로 상층(32)의 두께를 두껍게 하는 데에는 한계가 있다. 상층(32)의 두께의 범위는 이들 제약을 고려한 것이다. 또한, 상층(32)의 두께는 하층(31)의 두께보다도 얇은 것이 바람직하다.
상층(32)은 미세 패턴이 형성된 레지스트막을 마스크로 하는 드라이 에칭으로 미세 패턴을 형성하는데, 이 상층(32)의 표면은 유기계 재료의 레지스트막과의 사이에서 밀착성이 낮은 경향이 있다. 따라서, 상층(32)의 표면에 HMDS (Hexamethyldisilazane) 처리를 실시하고, 표면의 밀착성을 향상시키는 것이 바람직하다.
상술의 이유에서, 차광막(3)의 상층(32)의 소쇠 계수 kU는 하층(31)의 소쇠 계수 kL보다도 큰 것이 요구된다. 하층(31)의 소쇠 계수 kL은 2.00 이하인 것이 바람직하고, 1.95 이하이면 보다 바람직하며, 1.90 이하이면 더욱 바람직하다. 또한 하층(31)의 소쇠 계수 kL은 1.20 이상인 것이 바람직하고, 1.25 이상이면 보다 바람직하며, 1.30 이상이면 더욱 바람직하다. 이에 대하여, 상층(32)의 소쇠 계수 kU는 2.00보다도 큰 것이 바람직하고, 2.10 이상이면 보다 바람직하며, 2.20 이상이면 더욱 바람직하다. 또한, 상층(32)의 소쇠 계수 kU는 3.20 이하인 것이 바람직하고, 3.10 이하이면 보다 바람직하며, 3.00 이하이면 더욱 바람직하다.
위상 시프트막(2)은 투과하는 노광광에 대하여 소정의 투과율로 투과하는 기능과 소정의 위상차를 생기게 하는 기능을 겸비할 필요가 있다. 위상 시프트막(2)에는 이들 기능을 보다 얇은 막 두께로 실현하는 것이 요구되므로, 위상 시프트막(2)은 굴절률 n이 큰 재료로 형성되는 경우가 많다. 한편, 차광막(3)의 하층(31)은 상기의 사정에서 크롬 함유량이 비교적 많고, 재료 중에 함유함으로써 그 재료의 굴절률 n이 커지는 경향을 갖는 원소인 질소의 함유량이 적다. 따라서 하층(31)은 위상 시프트막(2)보다도 굴절률 n이 작아진다. 또 한편, 차광막(3)의 상층(32)은 상기한 바와 같이, 차광 성능을 대폭으로 높이는 것이 요구되므로 질소의 함유량은 하층(31)보다도 적은 것이 요망된다. 이들 사정에서, 마스크 블랭크(100)는 위상 시프트막(2), 하층(31), 상층(32)의 순으로 굴절률 n이 작아지는 적층 구조를 갖는다.
일반적으로 굴절률 n이 큰 막과 굴절률 n이 작은 막이 적층된 구조체에 있어서, 굴절률 n이 큰 막의 내부를 통과하는 광이 굴절률 n이 큰 막과 굴절률이 작은 막의 계면에 그 계면에 대하여 수직인 방향으로부터 소정의 입사각으로 입사하였을 때, 그 광은 입사각보다도 큰 출사각으로 계면으로부터 굴절률 n이 작은 막으로 침입한다. 또한, 굴절률 n이 큰 막과 굴절률 n이 작은 막과의 사이에서의 굴절률의 차이가 클수록 입사각과 출사각과의 차는 확대된다. 따라서 위상 시프트막(2)의 계면에 대하여 수직인 방향으로부터 소정의 각도로 경사지게 진행하는 노광광은 위상 시프트막(2)으로부터 차광막(3)의 하층(31)으로 침입할 때에 계면에 대하여 수직인 방향으로부터의 경사 각도가 확대되게 된다. 나아가, 그 하층(31)에 침입한 노광광은 상층(32)에 침입할 때에 계면에 대하여 수직인 방향으로부터의 경사 각도가 보다 확대되게 된다.
이와 같은 차광막(3)에 차광띠를 형성한 경우, SMO에 의해 조사 각도가 복잡화된 노광광이 하층(31)에서 상층(32)으로 진행하였을 때에 그 계면에 대하여 수직인 방향으로부터의 경사 각도가 확대됨으로써, 차광띠가 형성된 상층(32)의 측벽으로부터 광량이 충분히 감쇠되지 않은 채 누광으로서 출사하는 현상이 발생하기 쉬워진다. 이 현상에 기인하는 누광을 저감하기 위해서는 상층(32)의 굴절률 nU가 하층(31)의 굴절률 nL보다도 작고(즉, 상층(32)의 굴절률 nU를 하층(31)의 굴절률 nL로 나눈 비율 nU/nL가 1.0 미만), 상층(32)의 굴절률 nU를 하층(31)의 굴절률 nL로 나눈 비율 nU/nL이 0.8 이상이 되도록 하면 된다. 또한, 상층(32)의 굴절률 nU를 하층(31)의 굴절률 nL로 나눈 비율 nU/nL이 0.85 이상이면 보다 바람직하고, 0.9 이상이면 더욱 바람직하다.
상술한 이유에서, 하층(31)의 굴절률 nL은 2.00 이하인 것이 바람직하고, 1.98 이하이면 보다 바람직하며, 1.95 이하이면 더욱 바람직하다. 또한 하층(31)의 굴절률 nL은 1.45 이상인 것이 바람직하고, 1.50 이상이면 보다 바람직하며, 1.55 이상이면 더욱 바람직하다. 이에 대하여 상층(32)의 굴절률 nU는 2.00보다 작은 것이 바람직하고, 1.95 이하이면 보다 바람직하며, 1.90 이하이면 더욱 바람직하다. 또한, 상층(32)의 굴절률 nU는 1.30 이상인 것이 바람직하고, 1.35 이상이면 보다 바람직하며, 1.40 이상이면 더욱 바람직하다.
리소그래피에서의 노광 공정에 있어서, ArF 노광광의 반사에 의한 노광 전사의 문제를 방지하기 위하여, 위상 시프트 마스크의 양측 주표면에서의 노광광의 표면 반사율이 지나치게 높지 않은 것이 요망된다. 특히, 노광 장치의 축소 광학계로부터의 노광광의 반사광이 닿는 차광막에서의 표면측(투광성 기판에서 가장 먼 쪽의 표면)의 반사율은 예컨대 60% 이하(바람직하게는 55% 이하)인 것이 요망된다. 이는 차광막의 표면과 축소 광학계의 렌즈 사이에서의 다중 반사로 생기는 미광(迷光)을 억제하기 위해서이다.
차광막(3)은 하층(31)과 상층(32)의 적층 구조에서의 두께가 80nm 이하인 것이 바람직하고, 75nm 이하이면 보다 바람직하며, 70nm 이하이면 더욱 바람직하다. 또한, 차광막(3)은 하층(31)과 상층(32)의 적층 구조에서의 두께가 30nm 이상인 것이 바람직하고, 35nm 이상이면 보다 바람직하며, 40nm 이상이면 더욱 바람직하다. 차광막(3)의 전체 막 두께가 지나치게 두꺼우면, 차광막(3)에 미세 패턴을 높은 정밀도로 형성하는 것이 어려워진다. 또 한편, 차광막(3)의 전체 막 두께가 지나치게 얇으면, 차광막(3)이 요구되는 광학 농도를 만족하는 것이 어려워진다.
위상 시프트막(2), 차광막(3)의 하층(31) 및 상층(32)은 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 스퍼터링으로는 직류(DC) 전원을 이용한 것이어도, 고주파(RF) 전원을 이용한 것이어도 되고, 또한 마그네트론 스퍼터링 방식이어도, 컨벤셔널 방식 이어도 된다. DC 스퍼터링 쪽이 기구가 단순하다는 점에서 바람직하다. 또한, 마그네트론을 이용한 쪽이 성막 레이트가 빨라져서 생산성이 향상되는 점에서 바람직하다. 또한, 성막 장치는 인라인식이어도 매엽식이어도 상관없다.
[레지스트막]
마스크 블랭크(100)에 있어서, 차광막(3)의 상층(32)의 표면에 접하여 유기계 재료의 레지스트막이 100nm 이하인 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상층(32)의 표면에 대하여 HMDS 처리를 실시하고 나서, 레지스트막을 도포 형성하는 것이 바람직하다. 상층(32)은 불소 가스에 의한 드라이 에칭으로 미세 패턴을 패터닝하는 것이 가능한 재료로 형성되어 있다. 그 상층(32)은 하층(31)에 미세 패턴을 패터닝할 때에 행해지는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭 시에 하드 마스크로서 기능하기 때문에, 레지스트막은 100nm 이하이어도 차광막(3)에 미세 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 레지스트막은 막 두께가 80nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 레지스트막은 전자선 묘화 노광용의 레지스트인 것이 바람직하고, 나아가 그 레지스트가 화학 증폭형이면 보다 바람직하다.
이상과 같은 마스크 블랭크(100)는 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조에서의 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 광학 농도가 3.5 이상이라는 SMO에 적합한 높은 광학 농도를 가진다. 따라서, 마스크 블랭크(100)로부터 제조된 위상 시프트 마스크를 SMO가 적용되는 것과 같은 복잡한 조명계의 노광 장치에 세팅하여 피전사 대상물인 레지스트막에 대하여 노광 전사를 행한 경우에도, 현상 처리 후의 레지스트막에 형성되는 미세 패턴의 CD 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 마스크 블랭크(100)는 차광막(3)에 대하여 드라이 에칭으로 미세 패턴을 형성하였을 때, 그 형성된 미세 패턴의 CD 정밀도가 높고, 형성된 차광막(3)의 미세 패턴이 세정 등에 의하여 무너지는 것을 충분히 억제할 수 있다.
<마스크 블랭크의 제조 방법>
이상의 구성의 마스크 블랭크(100)는 다음과 같은 순서로 제조한다. 먼저, 투광성 기판(1)을 준비한다. 이 투광성 기판(1)은 단면 및 주표면이 소정의 표면 거칠기(예컨대, 한 변이 1㎛의 사각형의 내측 영역 내에서 제곱 평균 제곱근 거칠기 Rq가 0.2nm 이하)로 연마되고, 그 후 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이다.
다음으로, 이 투광성 기판(1) 위에 스퍼터링법에 의해 위상 시프트막(2)을 성막한다. 위상 시프트막(2)을 성막한 후에는, 후처리로서 소정의 가열 온도로 어닐링 처리를 행한다. 다음으로, 위상 시프트막(2) 위에 스퍼터링법에 의해 상기의 차광막(3)의 하층(31)을 성막한다. 그리고 하층(31) 위에 스퍼터링법에 의하여 상기의 상층(32)을 성막한다. 스퍼터링법에 의한 각층의 성막에 있어서는 각 층을 구성하는 재료를 소정의 조성비로 함유하는 스퍼터링 타겟 및 스퍼터링 가스를 이용하고, 나아가 필요에 따라 상술한 귀가스와 반응성 가스와의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로서 이용한 성막을 행한다. 그 후, 이 마스크 블랭크(100)가 레지스트막을 갖는 것인 경우에는 필요에 따라서 상층(32)의 표면에 대하여 HMDS 처리를 실시한다. 그리고 HMDS 처리가 실시된 상층(32)의 표면 위에 스핀 코트법과 같은 도포법에 의해 레지스트막을 형성하고, 마스크 블랭크(100)를 완성시킨다.
<위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크>
다음으로, 도 1에 나타내는 구성의 마스크 블랭크(100)를 이용한 하프톤형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 도 2의 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 개략도를 참조하면서 설명한다.
먼저, 마스크 블랭크(100)에서의 차광막(3)의 상층(32)의 표면에 대하여 HMDS 처리를 실시한다. 다음으로, 그 HMDS 처리 후의 상층(32) 위에 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 다음으로, 그 레지스트막에 대하여 위상 시프트막(2)에 형성해야 할 제1 패턴(위상 시프트 패턴, 전사 패턴)을 전자선으로 노광 묘화한다. 그 후, 레지스트막에 대하여 PEB(노광 후 베이크) 처리, 현상 처리, 포스트 베이크 처리 등의 소정의 처리를 행하여 레지스트막에 제1 패턴(위상 시프트 패턴)(레지스트 패턴(4a))을 형성한다(도 2(a) 참조). 또한 이 노광 묘화된 제1 패턴은 SMO를 적용하여 최적화된 패턴이다.
다음으로, 레지스트 패턴(4a)을 마스크로 하고, 불소계 가스를 이용하여 차광막(3)의 상층(32)의 드라이 에칭을 행하여 상층(32)에 제1 패턴(상층 패턴(32a))을 형성한다(도 2(b) 참조). 그 후, 레지스트 패턴(4a)을 제거한다(도 2(c) 참조). 또한 여기서 레지스트 패턴(4a)을 제거하지 않고 잔존시킨 채, 차광막(3)의 하층(31)의 드라이 에칭을 행하여도 된다. 이 경우에는 하층(31)의 드라이 에칭 시에 레지스트 패턴(4a)이 소실된다.
다음으로, 상층 패턴(32a)을 마스크로 하고 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 고바이어스(high bias) 에칭을 행하여 하층(31)에 제1 패턴(하층 패턴(31a))을 형성한다(도 2(d) 참조). 하층(31)에 대한 드라이 에칭은 종래보다도 염소계 가스의 혼합 비율이 높은 에칭 가스를 이용한다. 하층(31)의 드라이 에칭에서의 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스의 혼합 비율은 에칭 장치 내에서의 가스 유량비로 염소계 가스:산소 가스=10 이상:1인것이 바람직하고, 15 이상:1이면 보다 바람직하며, 20 이상:1인 것이 보다 바람직하다. 염소계 가스의 혼합 비율이 높은 에칭 가스를 이용함으로써, 드라이 에칭의 이방성을 높일 수 있다. 또한, 하층(31)의 드라이 에칭에 있어서 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스의 혼합 비율은 에칭 챔버 내에서의 가스 유량비로 염소계 가스:산소 가스=40 이하:1인 것이 바람직하다.
또한, 이 하층(31)에 대한 드라이 에칭에서는 투광성 기판(1)의 이면측에서 거는 바이어스 전압도 종래보다 높게 한다. 에칭 장치에 의해 바이어스 전압을 높이는 효과에 차이가 있지만, 예컨대, 이 바이어스 전압을 인가할 때의 전력은 15[W] 이상이면 바람직하고, 20[W] 이상이면 보다 바람직하며, 30[W] 이상이면 보다 바람직하다. 바이어스 전압을 높임으로써, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭의 이방성을 높일 수 있다.
다음으로, 상층 패턴(32a) 및 위상 시프트막(2) 위에 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 그 레지스트막에 대하여, 차광막(3)에 형성해야 할 제2 패턴(차광띠 패턴을 포함하는 패턴)을 전자선으로 노광 묘화한다. 그 후, 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여 제2 패턴(차광 패턴)(레지스트 패턴(5b))을 갖는 레지스트막을 형성한다(도 2(e) 참조).
이어서, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하고, 하층 패턴(31a)을 마스크로 하여 위상 시프트막(2)에 제1 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 형성함과 함께 레지스트 패턴(5b)을 마스크로 하여 상층 패턴(32a)에 제2 패턴(상층 패턴(32b))을 형성한다(도 2(f) 참조). 이 후, 레지스트 패턴(5b)을 제거한다. 또한 여기에서 레지스트 패턴(5b)을 제거하지 않고 잔존시킨 채로, 후술하는 차광막(3)의 하층 패턴(31a)의 드라이 에칭을 행하여도 된다. 이 경우에는 하층 패턴(31a)의 드라이 에칭 시에 레지스트 패턴(5b)이 소실된다.
다음으로, 상층 패턴(32b)을 마스크로 하고 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭을 행하여 하층 패턴(31a)에 제2 패턴(하층 패턴(31b))을 형성한다(도 2(g), (h) 참조). 또한,이 때의 하층 패턴(31a)의 드라이 에칭은 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 비율 및 바이어스 전압은 종래의 조건으로 행하여도 된다. 마지막으로, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐 위상 시프트 마스크(200)를 얻는다(도 2(h) 참조).
또한, 상기의 제조 공정 중의 드라이 에칭에서 사용되는 염소계 가스로서는 Cl이 포함되어 있으면 특별한 제한은 없다. 예컨대, 염소계 가스로서 Cl2, SiH2Cl2, CHCl3, CH2Cl2, CCl4, BCl3 등을 들 수 있다. 또한, 상기의 제조 공정 중의 드라이 에칭에서 사용되는 불소계 가스로서는 F가 포함되어 있으면 특별한 제한은 없다. 예컨대, 불소계 가스로서 CHF3, CF4, C2F6, C4F8, SF6 등을 들 수 있다. 특히, C를 포함하지 않는 불소계 가스는 유리 기판에 대한 에칭 레이트가 비교적 낮기 때문에 유리 기판으로의 손상을 보다 작게 할 수 있다.
이상의 공정에 의해 제조된 위상 시프트 마스크(200)는 투광성 기판(1) 위에 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막(위상 시프트 패턴(2a)) 및 차광 패턴을 갖는 차광막(차광 패턴(3b))이 이 순서로 적층된 구성을 갖는다(도 2(h) 참조). 이 위상 시프트 마스크는 마스크 블랭크(100)로부터 제조되었기 때문에, 마스크 블랭크(100)와 동일한 특징을 갖는다. 즉, 이 위상 시프트 마스크(200)는 투광성 기판(1) 위에 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막(2)과 차광띠 패턴을 갖는 차광막(3)이 이 순서로 적층된 구조를 구비하는 위상 시프트 마스크로서, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조에서의 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 광학 농도는 3.5 이상이고, 차광막(3)은 상기 투광성 기판(1)측으로부터 하층(31) 및 상층(32)이 적층된 구조를 구비하며, 하층(31)은 크롬을 함유하고, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되고, 상층(32)은 금속 및 규소를 함유하고, 금속 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되며, 상층(32)의 노광광에 대한 소쇠 계수 kU는 하층(31)의 노광광에 대한 소쇠 계수 kL보다도 큰 것을 특징으로 하고 있다.
이 위상 시프트 마스크(200)는 마스크 블랭크(100)를 이용하여 제조된 것이다. 따라서 이 위상 시프트 마스크(200)는 SMO가 적용되는 것과 같은 복잡한 조명계의 노광 장치에 세팅하여 피전사 대상물의 레지스트막에 대하여 노광 전사를 행한 경우에도 현상 처리 후의 레지스트막에 형성되는 미세 패턴의 CD 정밀도를 높일 수 있다.
<반도체 디바이스의 제조 방법>
다음으로, 상술한 위상 시프트 마스크(200)를 이용하는 반도체 디바이스의 제조 방법에 대하여 설명한다. 반도체 디바이스의 제조 방법은 상술한 위상 시프트 마스크(200)를 이용하여 반도체 기판 위의 레지스트막에 대하여 위상 시프트 마스크(200)의 전사 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 노광 전사하는 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같은 반도체 디바이스의 제조 방법은 다음과 같이 행한다.
먼저, 반도체 디바이스를 형성하는 기판을 준비한다. 이 기판은 예컨대 반도체 기판이어도 되고, 반도체 박막을 갖는 기판이어도 되며, 나아가 이들 상부에 미세 가공막이 성막되어 있어도 된다. 그리고 준비한 기판 위에 레지스트막을 성막하고, 이 레지스트막에 대하여 상술한 위상 시프트 마스크(200)를 이용하여 반복 축소 전사 노광을 행한다. 이로 인해, 위상 시프트 마스크(200)에 형성된 전사 패턴을 레지스트막에 대하여 극간(隙間)없이 배치한다. 또한, 이때 이용되는 노광 장치는 SMO가 적용되어 위상 시프트 패턴(2a)이 최적화된 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 최적의 조명계에서 ArF 노광광을 조사하는 것이 가능하다.
나아가 전사 패턴이 노광 전사된 레지스트막을 현상 처리하여 레지스트 패턴을 형성하거나, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 기판의 표층에 대하여 에칭 가공을 실시하거나, 불순물을 도입하는 처리 등을 행한다. 처리가 종료된 후에는 레지스트 패턴을 제거한다. 이상과 같은 처리를 전사용 마스크를 교환하면서 기판 위에서 반복하여 행하고, 추가로 필요한 가공 처리를 행함으로써 반도체 디바이스를 완성시킨다.
이상과 같은 반도체 디바이스의 제조는 SMO가 적용되어 위상 시프트 패턴(2a)이 최적화된 위상 시프트 마스크(200)에 대하여, 복잡하지만 최적의 조명계에서 ArF 노광광을 조사할 수 있는 노광 장치를 이용하여 반도체 기판 위의 레지스트막에 반복 노광 전사하므로, 미세한 패턴을 레지스트막에 높은 정밀도로 노광 전사할 수 있다. 나아가, 위상 시프트 마스크(200)는 차광띠를 구성하는 위상 시프트 패턴(2a)과 차광 패턴(3b)의 적층 구조에서의 ArF 노광광에 대한 광학 농도가 3.5 이상으로 종래보다도 큰 폭으로 높은 것에 더하여 차광 패턴(3b)의 상층 패턴(32b)의 소쇠 계수 kU가 하층 패턴(31b)의 소쇠 계수 kL보다도 커져 있어, 차광띠로부터의 누광을 충분히 억제하는 것과 같은 구성으로 되어있다. 이로 인해, 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 복잡한 조명계에서 ArF 노광광이 조사되더라도 누광에 의해 반도체 기판 위의 레지스트막에 노광 전사된 미세 패턴의 CD 정밀도가 저하되는 것을 충분히 억제할 수 있다. 따라서, 이 레지스트막의 패턴을 마스크로 하고 하층막을 드라이 에칭하여 회로 패턴을 형성한 경우, 정밀도 부족에 기인하는 배선 단락이나 단선이 없는 높은 정밀도의 회로 패턴을 형성할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명의 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
[마스크 블랭크의 제조]
도 1을 참조하여 주표면의 치수가 약 152mm×약 152mm로, 두께가 약 6.35mm의 합성 석영 유리로 형성되는 투광성 기판(1)을 준비하였다. 이 투광성 기판(1)은 단면 및 주표면이 소정의 표면 거칠기(제곱 평균 제곱근 거칠기 Rq로 0.2nm 이하)로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시되었다.
다음으로, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)와의 혼합 소결 타겟(Mo:Si=11 원자%:89 원자%)을 이용하고, 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해 투광성 기판(1) 위에 몰리브덴, 규소 및 질소로 형성되는 위상 시프트막(2)을 69nm의 두께로 형성하였다.
다음으로, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 위상 시프트막(2)의 막 응력을 저감하기 위해서, 그리고 표층에 산화층을 형성하기 위해서 가열 처리를 행하였다. 구체적으로는 가열로(전기로)를 이용하여 대기 중에서 가열 온도를 450℃, 가열 시간을 1시간으로 하여 가열 처리를 행하였다. 위상 시프트양 측정 장치(레이저테크사 제조 MPM193)를 이용하여 가열 처리 후의 위상 시프트막(2)의 파장 193nm의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정하였더니, 투과율이 6.0%, 위상차가 177.0도(deg)이었다.
다음으로, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하여 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스 분위기에서의 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행하였다. 이로 인해 위상 시프트막(2)에 접하여 크롬, 산소 및 탄소로 형성되는 차광막(CrOC막)(3)의 하층(31)을 43nm의 막 두께로 형성하였다.
다음으로, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 위상 시프트막(2) 및 하층(31)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 탄탈륨실리사이드(TaSi2) 타겟을 이용하고 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 하여 DC 스퍼터링에 의해 차광막(3)의 하층(31) 위에 탄탈륨 및 규소로 형성되는 차광막(3)의 상층(32)을 8nm의 두께로 형성하였다.
다음으로, 상기 하층(CrOC막)(31) 및 상층(TaSi막)(32)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 가열 처리를 실시하였다. 구체적으로는, 핫 플레이트를 이용하여 대기 중에서 가열 온도를 280℃, 가열 시간을 5분으로 하고 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후, 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층한 투광성 기판(1)에 대하여 분광 광도계(애질런트테크놀로지사 제조 Cary 4000)를 이용하여 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에서의 광학 농도를 측정하였더니, 4.12이었다. 또한, 차광막(3)의 위상 시프트막(2)과는 반대측의 표면 반사율을 측정하였더니 51%이었다. 마지막으로, 소정의 세정 처리를 실시하고 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
다른 투광성 기판(1)의 주표면 위에 동일한 조건으로 위상 시프트막(2), 차광막(3)이 적층된 마스크 블랭크를 제조하였다. 이 마스크 블랭크의 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)에 대하여 X선 광전자 분광법(XPS)(RBS 보정 있음)으로 분석을 행하였다. 그 결과, 위상 시프트막(2)의 산화가 진행되고 있는 표층(투광성 기판(1)과는 반대측의 표면으로부터 3nm의 깊이까지의 영역)을 제외한 내부 영역의 조성은 Mo: 6 원자%, Si: 45 원자%, N: 49 원자%이었다. 또한 차광막(3)의 하층(31)의 조성은 Cr: 71 원자%, O: 15 원자%, C: 14 원자%이고, 상층(32)의 산화가 진행되고 있는 표층(투광성 기판(1)과는 반대측의 표면으로부터 3nm의 깊이까지의 영역)을 제외한 내부 영역의 조성은 Ta: 32 원자%, Si: 68 원자%이었다. 이 하층(31)은 두께 방향에서의 각 구성 원소의 차이는 모두 3 원자% 이하이고, 두께 방향의 조성 경사는 실질적으로 없는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상층(32)의 내부 영역에서의 두께 방향의 각 구성 원소의 차이는 모두 3 원자% 이하이고, 내부 영역에서의 두께 방향의 조성 경사는 실질적으로 없는 것을 확인할 수 있었다. 나아가, 상층(32)의 층 전체에서의 탄탈륨 (Ta)과 규소(Si)의 합계 함유량은 80 원자% 이상인 것도 확인할 수 있었다.
차광막(3)의 하층(31)과 상층(32)에서의 파장 193nm의 광에 대한 굴절률 n과 소쇠 계수 k를 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 이용하여 측정하였다. 그 결과, 하층(31)의 파장 193nm에서의 굴절률 nL은 1.82, 소쇠 계수 kL은 1.83이고 상층(32)의 파장 193nm에서의 굴절률 nU은 1.78, 소쇠 계수 kU는 2.84이었다. 또한, 상층(32)의 파장 193nm에서의 굴절률 nU을 하층(31)의 파장 193nm에서의 굴절률 nL로 나눈 비율 nU/nL은 0.978이었다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 이용하여 이하의 순서로 실시예 1의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)를 제조하였다. 먼저, 차광막(3)의 상층(32)의 표면에 HMDS 처리를 실시하였다. 이어서, 스핀 도포법에 의해 상층(32)의 표면에 접하여 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 형성되는 레지스트막을 막 두께 100nm로 형성하였다. 다음으로, 이 레지스트막에 대하여 위상 시프트막(2)에 형성해야 할 위상 시프트 패턴인 제1 패턴을 전자선 묘화하고 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여 제1 패턴을 갖는 레지스트 패턴(4a)을 형성하였다(도 2(a) 참조). 이 노광 묘화된 제1 패턴은 SMO를 적용하여 최적화된 패턴이었다. 또한, 제1 패턴은 도 3의 p1a∼p1d에 나타내는 바와 같이, 차광띠의 근방에 미세 패턴을 갖고 있다.
다음으로, 레지스트 패턴(4a)을 마스크로 하고 불소계 가스(SF6+He)를 이용한 드라이 에칭을 상층(32)에 대하여 행하여 상층(32)에 제1 패턴(상층 패턴(32a))을 형성하였다(도 2(b) 참조). 다음으로, 레지스트 패턴(4a)을 제거하였다(도 2(c) 참조). 이어서, 상층 패턴(32a)을 마스크로 하고, 염소 가스(Cl2)와 산소 가스(O2)의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=13:1)를 이용한 드라이 에칭(바이어스 전압을 인가하였을 때의 전력이 50[W]인 고바이어스 에칭)을 하층(31)에 대하여 행하여 하층(31)에 제1 패턴(하층 패턴(31a))을 형성하였다(도 2(d) 참조).
다음으로, 상층 패턴(32a) 및 위상 시프트막(2) 위에 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성하였다. 그 레지스트막에 대하여 차광막(3)에 형성해야 할 제2 패턴(차광띠 패턴을 포함하는 패턴)을 전자선으로 노광 묘화하였다. 그 후, 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여 제2 패턴(차광 패턴)을 갖는 레지스트막(레지스트 패턴(5b))을 형성하였다(도 2(e) 참조).
다음으로, 불소계 가스(SF6+He)를 이용한 드라이 에칭을 행하고 하층 패턴(31a)을 마스크로 하여 위상 시프트막(2)에 제1 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 형성함과 함께, 레지스트 패턴(5b)을 마스크로 하여 상층 패턴(32a)에 제2 패턴(상층 패턴(32b))을 형성하였다(도 2(f) 참조). 그 후, 레지스트 패턴(5b)을 제거하였다(도 2(g) 참조). 다음으로, 상층 패턴(32b)을 마스크로 하여 염소 가스(Cl2)와 산소 가스 (O2)의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 이용한 드라이 에칭을 행하여 하층 패턴(31a)에 제2 패턴(하층 패턴(31b))을 형성하였다(도 2(g), (h) 참조). 마지막으로, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 얻었다(도 2(h) 참조).
이 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치(KLA-Tencor사 제조의 Teron 600 Series)로 마스크 검사를 행하였더니, 위상 시프트 패턴(2a)에 결함은 발견되지 않았다. 이 점으로부터, 종래보다도 차광 성능이 높은 차광막(3)이어도 레지스트 패턴(4a)의 미세 패턴을 위상 시프트막(2)에 형성하는 하드 마스크로서 충분히 기능하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상층(32)의 금속과 규소의 합계 함유량을 크게 하더라도 하층(31)에 미세 패턴을 형성할 때에 행해지는 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 의한 드라이 에칭에 대하여 높은 내성을 갖고, 하드 마스크로서 기능하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 종래보다도 차광 성능이 높은 차광막(3)으로 함으로써, 우려되었던 차광막(3)에 형성되는 미세 패턴의 CD 정밀도의 저하, 나아가서는 위상 시프트막(2)에 형성되는 미세 패턴의 CD 정밀도 저하의 문제, 및 차광막(3)의 패턴 무너짐 발생의 문제가 전혀 문제되지 않고, 이들 미세 패턴의 CD 정밀도가 높고, 차광막(3)의 패턴 무너짐의 발생도 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다.
[패턴 전사 성능의 평가]
SMO에 의해 최적화된 조명계에서 ArF 노광광을 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 조사하는 것이 가능한 노광 장치의 마스크 스테이지에 이 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 세팅하고 반도체 기판 위의 레지스트막에 대하여 도 3에 나타내는 바와 같은 배치에서의 반복 노광 전사를 행하였다. 노광 전사 후의 반도체 기판 위의 레지스트막에 대하여 현상 처리 등을 행하여 레지스트 패턴을 형성하였다. 그 레지스트 패턴을 SEM으로 관찰한 결과, 높은 CD 정밀도로 레지스트 패턴이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. CD 정밀도의 저하가 우려되었던, 도 3에 나타내는 차광띠가 4회 노광 전사된 영역의 상 S1234의 근방의 미세 패턴 p1d, p2c, p3b, p4a에 대해서도 높은 CD 정밀도로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과로부터, 이 레지스트 패턴을 마스크로 한 드라이 에칭으로 회로 패턴을 높은 정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(실시예 2)
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 2의 마스크 블랭크(100)는 차광막(3)의 하층(31)의 두께를 18nm로 형성하고, 상층(32)의 두께를 24nm로 형성한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 순서로 제조하였다. 이 실시예 2의 마스크 블랭크(100)에 대하여 분광 광도계(애질런트 테크놀로지사 제조의 Cary4000)를 이용하여 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저 광의 파장(약 193nm)에서의 광학 농도를 측정하였더니 4.12이었다. 또한 차광막(3)의 위상 시프트막(2)과는 반대측의 표면 반사율을 측정하였더니 55%이었다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 2의 마스크 블랭크(100)를 이용하여 실시예 1과 동일한 순서로 실시예 2의 위상 시프트 마스크(200)를 제조하였다. 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 이 실시예 2의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치(KLA-Tencor사 제조의 Teron 600 Series)로 마스크 검사를 행하였더니, 위상 시프트 패턴(2a)에 결함은 발견되지 않았다. 이 점으로부터, 실시예 1과 동일한 결과를 확인할 수 있었다.
[패턴 전사 성능의 평가]
실시예 1의 경우와 마찬가지로 SMO에 의하여 최적화된 조명계에서 ArF 노광광을 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 조사하는 것이 가능한 노광 장치의 마스크 스테이지에 이 실시예 2의 위상 시프트 마스크(200)를 세팅하고, 반도체 기판 위의 레지스트막에 대하여 도 3에 나타내는 바와 같은 배치에서의 반복 노광 전사를 행하였다. 노광 전사 후의 반도체 기판 위의 레지스트막에 대하여 현상 처리 등을 행하여 레지스트 패턴을 형성하였다. 그 레지스트 패턴을 SEM으로 관찰하였더니, 높은 CD 정밀도로 레지스트 패턴이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. CD 정밀도의 저하가 우려되었던, 도 3에 나타내는 차광띠가 4회 노광 전사된 영역의 상 S1234의 근방의 미세 패턴 p1d, p2c, p3b, p4a에 대해서도 높은 CD 정밀도로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과로부터, 이 레지스트 패턴을 마스크로 한 드라이 에칭으로 회로 패턴을 높은 정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(실시예 3)
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 3의 마스크 블랭크(100)는 차광막(3) 이외에는 실시예 1과 동일한 순서로 제조하였다. 이 실시예 3의 차광막(3)은 하층(32)을 CrOCN막으로 형성하고, 상층(31)을 실시예 1과 동일한 조성으로 막 두께를 변경하였다. 구체적으로는 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하여 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스 분위기에서의 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행하였다. 이로 인해, 위상 시프트막(2)에 접하고 크롬, 산소, 탄소 및 질소로 형성되는 차광막(CrOCN막)(3)의 하층(31)을 43nm의 막 두께로 형성하였다. 다음으로, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 위상 시프트막(2) 및 하층(31)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 탄탈륨 실리사이드(TaSi2) 타겟을 이용하여 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 하여 DC 스퍼터링에 의해 차광막(3)의 하층(31) 위에 탄탈륨 및 규소로 형성되는 차광막(3)의 상층(32)을 12nm의 두께로 형성하였다.
실시예 1과 마찬가지로, 다른 투광성 기판(1)의 주표면 위에 동일한 조건으로 위상 시프트막(2), 차광막(3)이 적층된 마스크 블랭크를 제조하였다. 이 실시예 3의 마스크 블랭크의 하층(31) 및 상층(32)에 대하여 X선 광전자 분광법(XPS, RBS 보정 있음)으로 분석을 행하였다. 그 결과, 하층(31)의 조성은 Cr: 55 원자%, O: 22 원자%, C: 12 원자%, N: 11 원자%이었다. 또한, 하층(31)의 내부 영역에서의 두께 방향에서의 각 구성 원소의 차이는 모두 3 원자% 이하이고, 내부 영역에서의 두께 방향의 조성 경사는 실질적으로 없다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상층(32)은 실시예 1의 상층(32)과 대체로 동일한 결과이었다.
이 실시예 3의 마스크 블랭크의 하층(31)에서의 파장 193nm의 광에 대한 굴절률 n과 소쇠 계수 k를 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조의 M-2000D)를 이용하여 측정하였다. 그 결과, 하층(31)의 파장 193nm에서의 굴절률 nL은 1.93, 소쇠 계수 kL은 1.50이었다. 또한, 상층(32)은 실시예 1의 상층과 대체로 동일한 결과이었다. 또한, 상층(32)의 파장 193nm에서의 굴절률 nU를 하층(31)의 파장 193nm에서의 굴절률 nL로 나눈 비율 nU/nL은 0.922이었다. 이 실시예 3의 마스크 블랭크에 대하여 분광 광도계(애질런트 테크놀로지사 제조의 Cary4000)를 이용하여 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에서의 광학 농도를 측정하였더니 4.06이었다. 또한, 차광막(3)의 위상 시프트막(2)과는 반대측의 표면 반사율을 측정하였더니 52%이었다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 3의 마스크 블랭크(100)를 이용하여 실시예 1과 동일한 순서로 실시예 3의 위상 시프트 마스크(200)를 제조하였다. 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 이 실시예 3의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치(KLA-Tencor사 제조의 Teron 600 Series)로 마스크 검사를 행하였더니, 위상 시프트 패턴(2a)에 결함은 발견되지 않았다. 이 점으로부터, 실시예 1과 동일한 결과를 확인할 수 있었다.
[패턴 전사 성능의 평가]
실시예 1의 경우와 마찬가지로, SMO에 의해 최적화된 조명계에서 ArF 노광광을 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 조사하는 것이 가능한 노광 장치의 마스크 스테이지에 이 실시예 3의 위상 시프트 마스크(200)를 세팅하고, 반도체 기판 위의 레지스트막에 대하여 도 3에 나타낸 바와 같은 배치에서의 반복 노광 전사를 행하였다. 노광 전사 후의 반도체 기판 위의 레지스트막에 대하여, 현상 처리 등을 행하여 레지스트 패턴을 형성하였다. 그 레지스트 패턴을 SEM으로 관찰하였더니, 높은 CD 정밀도로 레지스트 패턴이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. CD 정밀도의 저하가 우려되었던, 도 3에 나타내는 차광띠가 4회 노광 전사된 영역의 상 S1234 근방의 미세 패턴 p1d, p2c, p3b, p4a에 대해서도 높은 CD 정밀도로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이 결과로부터, 이 레지스트막을 마스크로 한 드라이 에칭으로 회로 패턴을 높은 정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(비교예 1)
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 1의 마스크 블랭크는 차광막(3) 이외에는 실시예 1과 동일한 순서로 제조하였다. 이 비교예 1의 차광막은 하층을 CrOCN막으로 형성하고, 상층을 SiO2막으로 형성하고 있다. 구체적으로는 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 위상 시프트막이 형성된 투광성 기판을 설치하고, 크롬(Cr) 타겟을 이용하여 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스 분위기에서의 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행하였다. 이로 인해, 위상 시프트막에 접하고 크롬, 산소 및 탄소로 형성되는 차광막(CrOCN막)의 하층을 43nm의 막 두께로 형성하였다. 다음으로, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에 위상 시프트막 및 차광막의 하층이 적층된 투광성 기판을 설치하고, 이산화규소(SiO2) 타겟을 이용하여 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 하고, RF 스퍼터링에 의해 차광막의 하층 위에 규소 및 산소로 형성되는 차광막의 상층을 12nm의 두께로 형성하였다.
실시예 1과 마찬가지로, 다른 투광성 기판의 주표면 위에 동일한 조건으로 위상 시프트막, 차광막이 적층된 마스크 블랭크를 제조하였다. 이 비교예 1에서의 마스크 블랭크의 차광막의 하층 및 상층에 대하여 X선 광전자 분광법(XPS, RBS 보정 있음)으로 분석을 행하였다. 그 결과, 하층의 조성은 Cr: 55 원자%, O: 22 원자%, C: 12 원자%, N: 11 원자%이고, 상층의 조성은 Si: 35 원자%, O: 65 원자%이었다. 또한, 하층 및 상층의 내부 영역에서의 두께 방향의 각 구성 원소의 차이는 모두 3 원자% 이하이고, 내부 영역에서의 두께 방향의 조성 경사는 실질적으로 없는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1과 마찬가지로, 이 비교예 1의 마스크 블랭크의 하층에서의 파장 193nm의 광에 대한 굴절률 n과 소쇠 계수 k를 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조의 M-2000D)를 이용하여 측정하였다. 그 결과, 하층의 파장 193nm에서의 굴절률 nL은 1.93, 소쇠 계수 kL은 1.50이었다. 또한, 상층의 파장 193nm에서의 굴절률 nU는 1.59, 소쇠 계수 kU는 0.00이었다. 또한, 상층(32)의 파장 193nm에서의 굴절률 nU를 하층(31)의 파장 193nm에서의 굴절률 nL로 나눈 비율 nU/nL은 0.824이었다. 이 비교예 1의 마스크 블랭크에 대하여 분광 광도계(애질런트 테크놀로지사 제조의 Cary 4000)를 이용하여 위상 시프트막과 차광막의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에서의 광학 농도를 측정하였더니 3.01이었다. 또한 차광막의 위상 시프트막과는 반대측의 표면 반사율을 측정하였더니 11%이었다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 비교예 1의 마스크 블랭크를 이용하여 실시예 1과 동일한 순서로 비교예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 제조하였다. 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 이 비교예 1의 위상 시프트 마스크에 대하여 마스크 검사 장치(KLA-Tencor사 제조의 Teron 600 Series)로 마스크 검사를 행하였더니, 위상 시프트 패턴(2a)에 결함은 발견되지 않았다. 이 점으로부터, 종래와 동등한 차광 성능(두께도 종래와 동등)의 차광막(3)(조성에 의해 차광 성능을 높이지 않고, 또한 두께를 두껍게 하여 광학 농도를 확보하지도 않음)은 레지스트 패턴(4a)의 미세 패턴을 위상 시프트막에 형성하는 하드 마스크로서 충분히 기능하는 것을 확인할 수 있었다.
[패턴 전사 성능의 평가]
실시예 1의 경우와 마찬가지로, SMO에 의해 최적화된 조명계에서 ArF 노광광을 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 조사하는 것이 가능한 노광 장치의 마스크 스테이지에 이 비교예 1의 위상 시프트 마스크를 세팅하고, 반도체 기판 위의 레지스트막 대하여 도 3에 나타내는 바와 같은 배치에서의 반복 노광 전사를 행하였다. 노광 전사 후의 반도체 기판 위의 레지스트막에 대하여 현상 처리 등을 행하여 레지스트 패턴을 형성하였다. 그 레지스트 패턴을 SEM으로 관찰하였더니, CD 정밀도의 저하가 우려되었던, 도 3에 나타내는 차광띠가 4회 노광 전사된 영역의 상 S1234 근방의 미세 패턴 p1d, p2c, p3b, p4a에서 특별히 CD 정밀도가 낮다는 것이 판명되었다. 이 결과로부터, 이 레지스트막을 마스크로 한 드라이 에칭으로 회로 패턴을 형성한 경우, 회로 불량 등이 발생할 우려가 있다고 할 수 있다.
1 : 투광성 기판
2 : 위상 시프트막
2a : 위상 시프트 패턴
3 : 차광막
31 : 하층
32 : 상층
3b : 차광 패턴
31a, 31b : 하층 패턴
32a, 32b : 상층 패턴
4a, 5b : 레지스트 패턴
100 : 마스크 블랭크
200 : 위상 시프트 마스크

Claims (17)

  1. 투광성 기판 위에 위상 시프트막과 차광막이 이 순서로 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크로서,
    상기 위상 시프트막과 상기 차광막의 적층 구조에서의 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 광학 농도는 3.5 이상이고,
    상기 차광막은 상기 투광성 기판측으로부터 하층 및 상층이 적층된 구조를 구비하며,
    상기 하층은 크롬을 함유하고, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되고,
    상기 상층은 금속 및 규소를 함유하고, 금속 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되며,
    상기 상층의 상기 노광광에 대한 소쇠 계수 kU는 상기 하층의 상기 노광광에 대한 소쇠 계수 kL보다도 큰 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은 상기 노광광에 대한 투과율이 1% 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하층의 소쇠 계수 kL은 2.0 이하이고, 상기 상층의 소쇠 계수 kU는 2.0보다도 큰 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 상층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nU는 상기 하층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nL보다도 작고, 상기 상층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nU를 상기 하층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nL로 나눈 비율 nU/nL가 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하층의 굴절률 nL은 2.0 이하이고, 상기 상층의 굴절률 nU는 2.0보다도 작은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 하층은 크롬, 산소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 상층은 탄탈륨 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  9. 투광성 기판 위에 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막과 차광띠 패턴을 갖는 차광막이 이 순서로 적층된 구조를 구비하는 위상 시프트 마스크로서,
    상기 위상 시프트막과 상기 차광막의 적층 구조에서의 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 광학 농도는 3.5 이상이고,
    상기 차광막은 상기 투광성 기판측으로부터 하층 및 상층이 적층된 구조를 구비하며,
    상기 하층은 크롬을 함유하고, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되고,
    상기 상층은 금속과 규소를 함유하고, 금속 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되며,
    상기 상층의 상기 노광광에 대한 소쇠 계수 kU는 상기 하층의 상기 노광광에 대한 소쇠 계수 kL보다도 큰 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은 상기 노광광에 대한 투과율이 1% 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 하층의 소쇠 계수 kL은 2.0 이하이고, 상기 상층의 소쇠 계수 kU는 2.0보다도 큰 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  12. 제9항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 상층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nU는 상기 하층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nL보다도 작고, 상기 상층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nU를 상기 하층의 상기 노광광에 대한 굴절률 nL로 나눈 비율 nU/nL가 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하층의 굴절률 nL은 2.0 이하이고, 상기 상층의 굴절률 nU는 2.0보다도 작은 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  14. 제9항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 하층은 크롬, 산소 및 탄소의 합계 함유량이 90 원자% 이상인 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  15. 제9항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 상층은 탄탈륨 및 규소의 합계 함유량이 80 원자% 이상인 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  16. 제9항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은 규소를 함유하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  17. 제9항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 마스크를 이용하여 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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