KR20210013358A - 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

위상 시프트막을 형성하는 재료에 규소계 재료를 적용한 경우에도, 그 위상 시프트막의 면 내 및 막 두께 방향에 있어서의 조성 및 광학 특성의 균일성이 높고, 복수의 기판 간에서의 위상 시프트막의 조성 및 광학 특성의 균일성도 높고, 또한 저결함인 마스크 블랭크를 제공한다. 투광성 기판 위에, ArF 노광광을 소정의 투과율로 투과하고, 또한 투과하는 ArF 노광광에 대하여 소정량의 위상 시프트를 발생시키는 기능을 갖는 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크이며, 상기 위상 시프트막은, 저투과층 및 고투과층이 적층된 구조를 포함하고, 상기 저투과층 및 상기 고투과층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료 또는 그 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되고, 상기 저투과층은, 상기 고투과층에 비하여 질소 함유량이 상대적으로 적은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크이다.

Description

마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법{MASK BLANK, PHASE-SHIFT MASK, AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 마스크 블랭크, 그 마스크 블랭크를 사용하여 제조된 위상 시프트 마스크 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 이용하여 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 또한, 이 미세 패턴의 형성에는 통상적으로 여러 장의 전사용 마스크라 불리고 있는 기판이 사용된다. 반도체 디바이스의 패턴을 미세화하는 데 있어서는, 전사용 마스크에 형성되는 마스크 패턴의 미세화 외에, 포토리소그래피에서 사용되는 노광 광원의 파장의 단파장화가 필요해진다. 반도체 장치 제조 시의 노광 광원으로서는, 최근에는 KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚)로부터, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)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. 하프톤형 위상 시프트 마스크의 위상 시프트막에는, 몰리브덴 실리사이드(MoSi)계의 재료가 널리 사용된다. 그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, MoSi계 막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 내성(소위 ArF 내광성)이 낮다는 사실이 최근 판명되었다. 특허문헌 1에서는, 패턴이 형성된 후의 MoSi계 막에 대하여, 플라즈마 처리, UV 조사 처리, 또는 가열 처리를 행하고, MoSi계 막의 패턴 표면에 부동태막을 형성함으로써, ArF 내광성을 높이고 있다.
특허문헌 2에는, 투명 기판 위에, 전이 금속과 규소와 산소 및 질소를 함유하는 재료로 이루어지는 전이 금속 규소계 재료막을 갖는 포토마스크 블랭크가 개시되어 있다. 이 특허문헌 2에 있어서도, 패턴이 형성된 전이 금속 규소계 재료막에 대하여 ArF 엑시머 레이저의 노광광(ArF 노광광)을 장시간 조사하면, 패턴의 선 폭이 변화해버리는 현상이 발생하는 것을 기술적 과제로 하고 있다. 한편, 특허문헌 3에서는, SiNx를 포함하는 위상 시프트막을 구비하는 위상 시프트 마스크가 개시되어 있다.
일본 특허공개 제2010-217514호 공보 일본 특허공개 제2012-58593호 공보 일본 특허공개 평8-220731호 공보
특허문헌 1에 있어서의 MoSi계 막으로 형성된 패턴의 표면에 부동태막을 형성하는 ArF 내광성을 향상시키는 방법은, MoSi계 막의 내부 구조까지는 변화되지 않는다. 즉, MoSi계 막의 내부에 대해서는, ArF 내광성이 종래와 동등하다고 할 수 있다. 이로 인해, MoSi계 막의 패턴 상면의 표층뿐만 아니라 측벽의 표층에도 부동태막을 형성할 필요가 있다. 특허문헌 1에서는, MoSi계 막에 패턴을 형성한 후에, 플라즈마 처리, UV 조사 처리, 또는 가열 처리를 행함으로써 부동태막을 형성하고 있다. 그러나, MoSi계 막에 형성되는 패턴은, 면 내에서의 조밀차가 커서, 인접하는 패턴끼리의 측벽 간에 있어서의 거리도 크게 상이한 경우가 많다. 이로 인해, 모든 패턴의 측벽에서 동일한 두께의 부동태막을 형성하는 것은 용이하지 않다는 문제가 있었다.
특허문헌 2에 있어서의 전이 금속 규소계 재료막은, 막 내의 산소 함유량을 3원자% 이상으로 하고, 규소의 함유량 및 전이 금속의 함유량에 대하여 소정의 관계식을 만족하는 범위 내로 하고, 또한 이 전이 금속 규소계 재료막의 표층에 표면 산화층을 형성한 구성으로 함으로써, ArF 내광성을 향상시킬 수 있는 것으로 되어 있다. 종래의 전이 금속 규소계 재료막보다도 ArF 내광성이 향상되는 것을 기대할 수 있다. ArF 엑시머 레이저의 조사에 수반되는 전이 금속 규소계 재료막으로 이루어지는 패턴에 있어서의 선 폭의 변화(굵어짐)는, 막 내의 전이 금속이 ArF 엑시머 레이저의 조사에 의한 광 여기로 불안정화되는 것이 원인이라는 가설이 유력하다. 이로 인해, 특허문헌 2의 전이 금속 규소계 재료막이더라도, 전이 금속을 함유하고 있는 이상, ArF 내광성의 문제를 충분히 해결하는 것은 어렵다는 문제가 있었다.
또한, 이 특허문헌 2에 있어서의 전이 금속 규소계 재료막은, 산소를 함유시키는 것이 필수로 되어 있다. 막 내에 산소를 함유시키는 데 수반되는 ArF 노광광에 대한 투과율의 상승 정도는, 질소에 비해 대폭 크다. 이로 인해, 산소를 함유하지 않은 전이 금속 규소계 재료막(예를 들어, MoSiN 등)에 비하여, 막의 두께가 두꺼워지는 것을 피할 수 없다는 문제도 있다.
한편, 특허문헌 3에 기재되어 있는 전이 금속을 함유하지 않은 SiNx를 포함하는 막이지만, 이 SiNx막에 패턴을 형성한 것에 대하여 ArF 엑시머 레이저를 장시간 조사해 본 바, 패턴의 폭 변화(굵어짐)는 전이 금속 규소계 재료막에 비하여 매우 적어, ArF 내광성이 높은 막이라는 사실을 본 발명자의 검증에 의해 확인할 수 있었다. 그러나, 이 SiNx막을 ArF 노광광에 적합한 하프톤형 위상 시프트막에 적용하는 것은 용이하지 않다.
하프톤형 위상 시프트막(이하, 단순히 「위상 시프트막」이라 함)은, ArF 노광광을 소정의 투과율로 투과하고, 또한 위상 시프트막을 투과하는 ArF 노광광에 대하여, 그 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 광과의 사이에서 소정의 위상차를 발생시키는 기능을 가질 필요가 있다. 위상 시프트막을 단층으로 형성하는 경우, ArF 노광광에 대한 굴절률 n이 어느 정도 크고, 또한 소쇠 계수 k가 어느 정도 작은 재료를 사용할 필요가 있다. 규소는, ArF 노광광에 대한 소쇠 계수 k는 어느 정도 크지만, 굴절률 n은 대폭 작은 경향을 갖는 재료이다. 전이 금속은, ArF 노광광에 대한 소쇠 계수 k, 굴절률 n 모두 큰 경향을 갖는 재료이다. 또한, 막 재료 중에 산소를 함유시킨 경우, ArF 노광광에 대한 소쇠 계수 k는 크게 저하되고, 굴절률 n도 저하되는 경향을 나타낸다. 막 재료 중에 질소를 함유시킨 경우, ArF 노광광에 대한 소쇠 계수 k는 저하되지만, 굴절률 n은 상승하는 경향을 나타낸다.
이상과 같은 각 원소의 광학 특성이기 때문에, 위상 시프트막을 종래의 전이 금속 규소계 재료로 형성하는 경우, 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 모두 큰 재료인 전이 금속을 함유하기 때문에, 산소를 어느 정도 함유시키는 것, 또는 질소의 함유량을 어느 정도 적게 하는 것을 행하여도, 소정의 투과율 및 위상차를 확보할 수 있다. 이에 비해, 위상 시프트막을, 전이 금속을 함유하지 않은 규소계 재료로 형성하는 경우, 규소는 굴절률 n이 대폭 작은 재료이기 때문에, 굴절률을 상승시키는 원소인 질소를 종래의 전이 금속 규소계 재료보다도 많이 함유시키지 않으면 안 된다. 또한, 질소를 많이 함유시키는 것은 위상 시프트막의 투과율이 상승하는 방향으로 되기 때문에 위상 시프트막 내의 산소의 함유량은 최대한 적게 할 필요가 있다. 이와 같이, SiNx와 같은 전이 금속을 함유하지 않은 규소계 재료로 단층 구조의 위상 시프트막을 형성하려고 하면 종래보다도 제약이 많아진다.
일반적으로, 위상 시프트막에 한하지 않고, 마스크 블랭크의 패턴 형성용 박막은 스퍼터링법을 이용하여 형성한다. 투광성 기판 위에 박막을 스퍼터링법에 의해 형성하는 경우, 비교적 안정적으로 성막할 수 있는 조건을 선정하는 것이 통상적으로 행해지고 있다. 예를 들어, SiNx막을 스퍼터링법에 의해 성막하는 경우, 성막실 내에 Si 타깃을 배치하고, Ar 등의 희가스와 질소의 혼합 가스를 끊임없이 순환시키면서, 플라즈마화한 희가스가 Si 타깃에 충돌함으로써 튀어나온 Si 입자가 도중 질소를 도입하여 투광성 기판에 퇴적하는 프로세스에 의해 행해진다(이러한 스퍼터링을 일반적으로 「반응성 스퍼터링」이라 함). SiNx막의 질소 함유량은, 주로 혼합 가스 중의 질소의 혼합 비율을 증감시킴으로써 조절되고, 이에 의해, 다양한 질소 함유량의 SiNx막을 투광성 기판 위에 성막하는 것이 가능하게 되어 있다.
그러나, 혼합 가스 중의 질소의 혼합 비율에 의해, 안정된 성막이 가능한 경우와 안정된 성막이 곤란해지는 경우가 있다. 예를 들어, SiNx막을 반응성 스퍼터링으로 성막하는 경우, 화학양론적으로 안정된 Si3N4 또는 그에 가까운 질소 함유량의 막이 형성되는 혼합 가스 중의 질소 가스 혼합 비율인 경우(이러한 성막 조건의 영역을, 「포이즌 모드」 혹은 「반응 모드」라 함; 도 4 참조), 비교적 안정적으로 성막할 수 있다. 또한, 질소 함유량이 적은 막이 형성되는 혼합 가스 중의 질소 가스 혼합 비율의 경우(이러한 성막 조건의 영역을, 「메탈 모드」라 함; 도 4 참조)도, 비교적 안정적으로 성막할 수 있다. 한편, 이 포이즌 모드와 메탈 모드의 사이에 있는 혼합 가스 중의 질소 가스 혼합 비율인 경우(이러한 성막 조건의 영역을 「천이 모드」라 함; 도 4 참조), 성막이 불안정해지기 쉽고, SiNx막의 면 내 및 막 두께 방향에서의 조성 및 광학 특성의 균일성이 낮거나, 형성된 막의 결함이 다발하거나 한다. 또한, 복수의 투광성 기판에 대하여 SiNx막을 각각 성막한 경우에 있어서의 기판 간에서의 SiNx막의 조성 및 광학 특성의 균일성이 낮아지는 경향도 있다. ArF 노광광이 적용되는 위상 시프트막을 SiNx의 단층 구조로 형성하는 경우, 성막이 불안정해지기 쉬운 천이 모드의 영역에서의 반응성 스퍼터링으로 성막하지 않으면 안 되는 경우가 많아, 문제로 되었다.
따라서, 본 발명은 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 투광성 기판 위에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크에 있어서, 위상 시프트막을 형성하는 재료에 ArF 내광성이 저하되는 요인으로 되는 전이 금속을 함유하지 않은 규소계 재료를 적용한 경우에도, 그 위상 시프트막의 면 내 및 막 두께 방향에 있어서의 조성 및 광학 특성의 균일성이 높고, 복수의 기판 간에 있어서의 위상 시프트막의 조성 및 광학 특성의 균일성도 높으며, 또한 저결함인 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 본 발명은 이 마스크 블랭크를 사용하여 제조되는 위상 시프트 마스크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 본 발명은 이와 같은 마스크 블랭크 및 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기한 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
본 발명의 구성 1은, 투광성 기판 위에, ArF 노광광을 소정의 투과율로 투과하고, 또한 투과하는 ArF 노광광에 대하여 소정량의 위상 시프트를 발생시키는 기능을 갖는 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막은, 저투과층 및 고투과층이 적층된 구조를 포함하고,
상기 저투과층 및 상기 고투과층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료 또는 그 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되고,
상기 저투과층은, 상기 고투과층에 비하여 질소 함유량이 상대적으로 적은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 2는, 다음과 같다. 즉, 상기 저투과층 및 상기 고투과층은, 동일한 구성 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 3은, 다음과 같다. 즉, 상기 위상 시프트막은, 1층의 상기 저투과층과 1층의 상기 고투과층으로 이루어지는 1조의 적층 구조를 2조 이상 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 4는, 다음과 같다. 즉, 상기 저투과층 및 상기 고투과층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 5는, 다음과 같다. 즉, 상기 저투과층은, ArF 노광광에 대한 굴절률 n이 2.5 미만이며, 또한 소쇠 계수 k가 1.0 이상인 재료로 형성되고,
상기 고투과층은, ArF 노광광에 대한 굴절률 n이 2.5 이상이며, 소쇠 계수 k가 1.0 미만인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 6은, 다음과 같다. 즉, 상기 저투과층 및 상기 고투과층은, 어느 층에 있어서도 1층의 두께가 20㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 7은, 다음과 같다. 즉, 상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료 또는 그 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성된 최상층을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 8은, 다음과 같다. 즉, 상기 최상층은, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 구성 7에 기재된 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 9는, 구성 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막에 전사 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크이다.
본 발명의 구성 10은, 투광성 기판 위에, ArF 노광광을 소정의 투과율로 투과하고, 또한 투과하는 ArF 노광광에 대하여 소정량의 위상 시프트를 발생시키는 기능을 갖는 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크의 제조 방법으로서,
상기 위상 시프트막은, 저투과층 및 고투과층이 적층된 구조를 포함하고,
규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 투광성 기판 위에 상기 저투과층을 형성하는 저투과층 형성 공정과,
규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스로서, 상기 저투과층 형성 공정일 때보다도 질소계 가스의 혼합 비율이 높은 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 투광성 기판 위에 상기 고투과층을 형성하는 고투과층 형성 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크의 제조 방법이다.
본 발명의 구성 11은, 다음과 같다. 즉, 상기 저투과층 형성 공정에서 사용되는 스퍼터링 가스는, 성막이 불안정해지는 경향을 갖는 천이 모드로 되는 질소계 가스의 혼합 비율 범위보다도 적은 질소계 가스의 혼합 비율이 선정되고,
상기 고투과층 형성 공정에서 사용되는 스퍼터링 가스는, 상기 천이 모드로 되는 질소계 가스의 혼합 비율 범위보다도 많은 질소계 가스의 혼합 비율이 선정되는
것을 특징으로 하는 구성 10에 기재된 마스크 블랭크 제조 방법이다.
본 발명의 구성 12는, 다음과 같다. 즉, 상기 저투과층 형성 공정은, 규소 타깃을 사용하고, 질소 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해 상기 저투과층을 형성하는 것이며, 상기 고투과층 형성 공정은, 규소 타깃을 사용하고, 질소 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해 상기 고투과층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 구성 10 또는 11에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법이다.
본 발명의 구성 13은, 다음과 같다. 즉, 상기 저투과층은, ArF 노광광에 대한 굴절률 n이 2.5 미만이며, 또한 소쇠 계수 k가 1.0 이상인 재료로 형성되고,
상기 고투과층은, ArF 노광광에 대한 굴절률 n이 2.5 이상이며, 소쇠 계수 k가 1.0 미만인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 10 내지 12 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법이다.
본 발명의 구성 14는, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 스퍼터링에 의해, 상기 위상 시프트막의 상기 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에 최상층을 형성하는 최상층 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 10 내지 13 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법이다.
본 발명의 구성 15는, 규소 타깃을 사용하고, 질소 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 위상 시프트막의 상기 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에 최상층을 형성하고, 상기 최상층의 적어도 표층을 산화시키는 처리를 행하는 최상층 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 12에 기재된 마스크 블랭크 제조 방법이다.
본 발명의 구성 16은, 구성 10 내지 15 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법에 의해 제조된 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법이다.
본 발명의 마스크 블랭크는, 투광성 기판 위에, ArF 노광광을 소정의 투과율로 투과하고, 또한 투과하는 ArF 노광광에 대하여 소정량의 위상 시프트를 발생시키는 기능을 갖는 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크로서, 위상 시프트막은, 저투과층 및 고투과층이 적층된 구조를 포함하고, 저투과층 및 고투과층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료 또는 그 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되고, 저투과층은, 상기 고투과층에 비하여 질소 함유량이 상대적으로 적은 것을 특징으로 하고 있다. 이와 같은 구조의 마스크 블랭크로 함으로써, 질소 함유량이 적은 재료로 이루어지는 저투과층을, 반응성 스퍼터링에 의해, 스퍼터링 가스에 질소 가스의 혼합 비율이 적은 혼합 가스를 사용하고, 안정된 성막이 가능한 성막 조건에서 성막하고, 질소 함유량이 많은 재료로 이루어지는 고투과층을, 반응성 스퍼터링에 의해, 스퍼터링 가스에 질소 가스의 혼합 비율이 많은 혼합 가스를 사용하고, 안정된 성막이 가능한 성막 조건에서 성막하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 위상 시프트막의 면 내 및 막 두께 방향에 있어서의 조성 및 광학 특성의 균일성을 높게 할 수 있고, 복수의 기판 간에 있어서의 위상 시프트막의 조성 및 광학 특성의 균일성도 높게 할 수 있으며, 나아가 저결함의 마스크 블랭크를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 마스크 블랭크 제조 방법은, 투광성 기판 위에, ArF 노광광을 소정의 투과율로 투과하고, 또한 투과하는 ArF 노광광에 대하여 소정량의 위상 시프트를 발생시키는 기능을 갖는 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크의 제조 방법으로서, 위상 시프트막은, 저투과층 및 고투과층이 적층된 구조를 포함하고, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 투광성 기판 위에 저투과층을 형성하는 저투과층 형성 공정과, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스로서, 저투과층 형성 공정일 때보다도 질소계 가스의 혼합 비율이 높은 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 투광성 기판 위에 고투과층을 형성하는 고투과층 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 마스크 블랭크의 제조 방법으로 함으로써, 질소 함유량이 적은 재료로 이루어지는 저투과층을, 반응성 스퍼터링에 의해, 스퍼터링 가스에 질소계 가스의 혼합 비율이 적은 혼합 가스를 사용하고, 안정된 성막이 가능한 성막 조건에서 성막하고, 질소 함유량이 많은 재료로 이루어지는 고투과층을, 반응성 스퍼터링으로, 스퍼터링 가스에 질소계 가스의 혼합 비율이 많은 혼합 가스를 사용하고, 안정된 성막이 가능한 성막 조건에서 성막하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 위상 시프트막의 면 내 및 막 두께 방향에 있어서의 조성 및 광학 특성의 균일성을 높게 할 수 있고, 복수의 기판 간에 있어서의 위상 시프트막의 조성 및 광학 특성의 균일성도 높게 할 수 있으며, 나아가 저결함의 마스크 블랭크를 제조할 수 있다.
도 1은, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3은, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서의 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 4는, 반응성 스퍼터링으로 박막을 형성하는 경우에 있어서의 성막 모드를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는, 제2 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 제2 실시 형태에 있어서의 제조 방법에 사용되는 RF 스퍼터링 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 7은, 제3 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은, 제3 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 제조 방법에 사용되는 성막 장치의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 9는, 제3 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 제조 방법에 사용되는 성막 장치에 있어서, 기판과, 스퍼터링 타깃의 위치 관계를 나타내는 모식도이다.
도 10은, 제3 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 구성을 나타내는 단면도이다.
<제1 실시 형태>
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 설명한다.
본 발명자들은, 규소 및 질소를 함유하고, 또한 전이 금속을 함유하지 않은 규소계 재료막으로 위상 시프트막을 형성하는 경우에 있어서, 막의 두께 방향에 있어서의 조성 및 광학 특성의 균일성이 높고, 또한 저결함인 막을 실현하는 수단에 대하여, 예의 연구를 행하였다. 현상의 성막 기술에 있어서, 규소 및 질소를 함유하고, 또한 전이 금속을 함유하지 않은 규소계 재료막을 조성 및 광학 특성의 균일성이 높은 상태가 되도록 기판 위에 형성하기 위해서는, 반응성 스퍼터링에 의한 성막 기술을 적용할 필요가 있다. 그러나, 일반적으로, 반응성 스퍼터링에 의한 박막의 성막에서는, 성막실 내에 있어서의 반응성 가스의 혼합 비율에 의해, 박막의 성막 레이트 및 전압이 변동하는 현상이 적지 않게 발생한다.
도 4는, 반응성 스퍼터링에 의해 박막을 성막하는 경우에 있어서, 성막실 내에 있어서의 희가스와 반응성 가스를 포함하는 혼합 가스 중의 반응성 가스의 혼합 비율(또는, 혼합 가스 중의 반응성 가스의 유량비)을 변화시켰을 때 발생하는 성막 속도의 변화에 대하여, 일반적인 경향을 모식적으로 그래프에 의해 나타낸 것이다. 도 4에서는, 혼합 가스 중의 반응성 가스의 혼합 비율을 서서히 증가시킨 경우(증가 모드)에 있어서의 성막 속도의 변화 곡선 I와, 혼합 가스 중의 반응성 가스의 혼합 비율을 서서히 감소시킨 경우(감소 모드)에 있어서의 성막 속도의 변화 곡선 D가 나타나 있다. 일반적으로, 혼합 가스 중의 반응성 가스의 혼합 비율이 낮은 영역(도 4 중의 메탈 모드 M의 영역)과, 혼합 가스 중의 반응성 가스의 혼합 비율이 높은 영역(도 4 중의 반응 모드 R의 영역)에서는, 증가 모드 및 감소 모드 모두 혼합 가스 중의 반응성 가스 혼합 비율의 변화에 수반되는 성막 속도의 변동폭은 작다. 또한, 동일한 혼합 가스 중의 반응성 가스의 혼합 비율에 있어서의 증가 모드와 감소 모드의 사이에 있어서의 성막 속도의 차도 작다. 이로 인해, 메탈 모드 M의 영역과 반응 모드 R의 영역에서는, 박막을 안정적으로 성막할 수 있다. 즉, 메탈 모드 M의 영역 및 반응 모드 R의 영역은, 조성 및 광학 특성의 균일성이 높고, 또한 저결함의 박막을 형성하는 것이 가능한 영역이라 할 수 있다.
한편, 도 4에 있어서의 메탈 모드 M의 영역과 반응 모드 R의 영역의 사이에 끼워진 천이 모드 T의 영역에서는, 증가 모드 및 감소 모드 모두 혼합 가스 중의 반응성 가스 혼합 비율의 변화에 수반되는 성막 속도의 변동폭은 크다. 또한, 동일한 혼합 가스 중의 반응성 가스의 혼합 비율에 있어서의 증가 모드와 감소 모드 사이에서의 성막 속도의 차도 크다. 천이 모드 T의 영역에서는, 성막실 내에 있어서의 혼합 가스 중의 반응성 가스 혼합 비율의 미소한 변화에 따른 성막 속도의 변동이 크고, 그 혼합 비율의 미소한 변화에 따라 증가 모드로부터 감소 모드로의 시프트에 의한 성막 속도의 변동도 발생한다. 이로 인해, 성막 속도가 불안정한 상태 중에서 박막이 형성되게 된다. 성막 속도의 변동은 박막에 함유되는 반응성 가스의 성분량에 영향을 미친다. 즉, 천이 모드 T의 영역은, 조성 및 광학 특성의 균일성이 높고, 또한 저결함의 박막을 형성하는 것이 어려운 영역이라 할 수 있다.
전이 금속을 함유하지 않은 규소계 재료막으로 이루어지는 단층 구조의 위상 시프트막을 반응성 스퍼터링으로 형성하는 경우, 구해지는 광학 특성의 제약으로부터 천이 모드 T의 영역에서 성막할 필요성이 높다. 동일한 혼합 가스 중의 반응성 가스의 혼합 비율에 있어서의 천이 모드 T에서의 증가 모드와 감소 모드 사이에서의 성막 속도의 차가 작은 반응성 가스의 조합을 모색하는 방법도 있다. 그러나, 가령 그와 같은 반응성 가스의 조합을 찾아내었다고 해도, 천이 모드 T 내에 있어서의 혼합 가스 중의 반응성 가스 혼합 비율의 변화에 수반되는 성막 속도의 변동폭이 크다는 문제는 해결되지 않는다.
규소 및 질소를 함유하고, 또한 전이 금속을 함유하지 않은 규소계 재료막을 메탈 모드의 영역에 의한 반응성 스퍼터링으로 형성하는 경우, 위상 시프트막으로서 구해지는 위상차를 얻기 위한 막 두께를 확보하고자 하면, 이 형성된 막 재료의 소쇠 계수 k가 높기 때문에, 구해지는 ArF 노광광에 대한 투과율보다도 낮아져버린다. 이와 같은 막은, 위상 시프트 효과가 발생하기 어려워, 위상 시프트막에는 적합하지 않다. 한편, 규소 및 질소를 함유하고, 또한 전이 금속을 함유하지 않은 규소계 재료막을 반응 모드의 영역에 의한 반응성 스퍼터링으로 형성하는 경우, 위상 시프트막으로서 구해지는 위상차를 얻기 위한 막 두께를 확보하고자 하면, 이 형성된 막 재료의 소쇠 계수 k가 낮기 때문에, 구해지는 ArF 노광광에 대한 투과율보다도 높아져버린다. 이와 같은 막은, 위상 시프트 효과는 얻어지지만, 위상 시프트 효과가 발생하는 영역 이외의 패턴 부분으로부터의 투과광에 의해 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막이 감광해버릴 우려가 있어, 이것도 위상 시프트막에는 적합하지 않다.
규소 및 질소를 함유하고, 또한 전이 금속을 함유하지 않은 규소계 재료막으로 ArF 노광광에 적합한 위상 시프트막을 실현하는 데 있어서 발생하는 많은 기술적 과제를 해결하는 수단을 예의 연구한 결과, 메탈 모드의 영역에 의한 반응성 스퍼터링으로 형성하는 규소계 재료막인 저투과층과, 반응 모드의 영역에 의한 반응성 스퍼터링으로 형성하는 규소계 재료막인 고투과층을 적층한 구조의 위상 시프트막으로 함으로써, 상기한 기술적 과제를 해결할 수 있다는 결론에 이르렀다.
즉, 본 발명은 투광성 기판 위에, ArF 노광광을 소정의 투과율로 투과하고, 또한 투과하는 ArF 노광광에 대하여 소정량의 위상 시프트를 발생시키는 기능을 갖는 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크이다. 본 발명의 마스크 블랭크는, 다음의 특징을 포함한다. 즉, 상기 위상 시프트막이, 저투과층 및 고투과층이 적층된 구조를 포함한다. 또한, 상기 저투과층 및 상기 고투과층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료, 또는 그 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성된다. 또한, 상기 저투과층은, 상기 고투과층에 비하여 질소 함유량이 상대적으로 적다.
또한, 본 발명은 투광성 기판 위에, ArF 노광광을 소정의 투과율로 투과하고, 또한 투과하는 ArF 노광광에 대하여 소정량의 위상 시프트를 발생시키는 기능을 갖는 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크의 제조 방법이다. 상기 위상 시프트막은, 저투과층 및 고투과층이 적층된 구조를 포함한다. 본 발명 마스크 블랭크의 제조 방법은, 저투과층 형성 공정 및 고투과층 형성 공정을 포함한다. 저투과층 형성 공정에서는, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 투광성 기판 위에 상기 저투과층을 형성한다. 고투과층 형성 공정에서는, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스이며, 상기 저투과층 형성 공정일 때보다도 질소계 가스의 혼합 비율이 높은 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 투광성 기판 위에 상기 고투과층을 형성한다.
또한, 이 마스크 블랭크의 제조 방법에 있어서, 저투과층 형성 공정에서 사용되는 스퍼터링 가스는, 성막이 불안정해지는 경향을 갖는 천이 모드로 되는 질소계 가스의 혼합 비율 범위보다도 적은 질소계 가스의 혼합 비율이 선정되는 것이 바람직하다. 또한, 이 마스크 블랭크의 제조 방법에 있어서, 고투과층 형성 공정에서 사용되는 스퍼터링 가스는, 천이 모드가 되는 질소 가스의 혼합 비율 범위보다도 많은 질소 가스의 혼합 비율이 선정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 마스크 블랭크 및 마스크 블랭크의 제조 방법은, 위상 시프트막을 단층 구조가 아니라, 저투과층 및 고투과층의 적층 구조로 하고 있다. 이와 같은 적층 구조로 함으로써, 저투과층은, 질소 함유량이 적은 막이 형성되는 경향이 있는 메탈 모드의 영역에 의한 반응성 스퍼터링으로 성막하고, 고투과층은, 질소 함유량이 많은 막이 형성되는 경향이 있는 반응 모드의 영역에 의한 반응성 스퍼터링으로 성막할 수 있다. 이에 의해, 저투과층 및 고투과층 모두, 성막 시의 성막 레이트 및 전압의 변동이 작은 성막 조건에 의한 반응성 스퍼터링으로 성막하는 것이 가능하게 되어, 그 결과, 조성 및 광학 특성의 균일성이 높고, 또한 저결함의 위상 시프트막을 형성할 수 있다.
저투과층 및 고투과층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료, 또는 그 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성된다. 저투과층 및 고투과층에는, ArF 노광광에 대한 내광성이 저하되는 요인으로 될 수 있는 전이 금속은 함유되지 않는다. 또한, 저투과층 및 고투과층에는, 전이 금속을 제외한 금속 원소를 함유시키지 않는 것이 바람직하다. 전이 금속을 제외한 금속 원소에 대해서도, ArF 노광광에 대한 내광성이 저하되는 요인으로 될 수 있을 가능성은 부정할 수 없기 때문이다. 저투과층 및 고투과층은, 규소 외에, 어떠한 반금속 원소를 함유하여도 된다. 이 반금속 원소 중에서도, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키는 것이 바람직하다. 이들 원소가 스퍼터링 타깃에 첨가됨으로써, 스퍼터링 타깃의 도전성을 높이는 것을 기대할 수 있기 때문이다.
저투과층 및 고투과층은, 질소 외에, 어떠한 비금속 원소를 함유하여도 된다. 이 비금속 원소 중에서도, 탄소, 불소 및 수소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키는 것이 바람직하다. 저투과층 중 및 고투과층 중의 산소의 함유량은, 10원자% 이하인 것이 바람직하고, 5원자% 이하인 것이 보다 바람직하며, 적극적으로 산소를 함유시키는 것을 하지 않는(RBS, XPS 등의 조성 분석의 결과가 검출 하한값 이하) 것이 더 바람직하다. 규소계 재료막에 산소를 함유시키면, 소쇠 계수 k가 크게 저하되는 경향이 있어, 위상 시프트막 전체의 두께가 두꺼워져버린다. 투광성 기판은 합성 석영 유리 등의 SiO2를 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있는 것이 일반적이다. 저투과층 및 고투과층 중 어느 하나가 투광성 기판의 표면에 접해 형성되는 경우, 규소계 재료막이 산소를 포함하면, 산소를 포함하는 규소계 재료막의 조성과 유리의 조성의 차가 작아진다. 그로 인해, 위상 시프트막에 패턴을 형성할 때 행해지는 드라이 에칭에 있어서, 규소계 재료막과 투광성 기판의 사이에서 에칭 선택성이 얻어지기 어려워진다는 문제가 발생하는 경우가 있다.
규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃에 있어서, 반금속 원소로서, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키면 바람직하다. 이들 반금속 원소는, 타깃의 도전성을 높이는 것을 기대할 수 있기 때문이다. 특히 DC 스퍼터링법으로 저투과층 및 고투과층을 형성하는 경우에는, 타깃에 이들 반금속 원소를 함유시켜서, 타깃의 도전성을 높이는 것이 바람직하다.
저투과층 및 고투과층은, 희가스를 함유하여도 된다. 희가스는, 반응성 스퍼터링으로 박막을 성막할 때 성막실 내에 존재함으로써 성막 속도를 크게 하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 이 희가스가 플라즈마화하고, 타깃에 충돌함으로써 타깃으로부터 타깃 구성 원소가 튀어나온다. 튀어나온 타깃 구성 원소는, 도중에 반응성 가스를 도입하면서, 투광성 기판 위에 적층되어 박막이 형성된다. 이 타깃 구성 원소가 타깃으로부터 튀어나오고, 투광성 기판에 부착될 때까지의 사이에 성막실 내의 희가스가 약간 도입된다. 이 반응성 스퍼터링으로 필요해지는 희가스로서 바람직한 것으로서는, 아르곤, 크립톤 및 크세논을 들 수 있다. 또한, 박막의 응력을 완화하기 위해서, 원자량이 작은 헬륨 또는 네온을 박막에 적극적으로 도입시킬 수 있다.
위상 시프트막의 저투과층을 형성하는 저투과층 형성 공정 및 고투과층을 형성하는 고투과층 형성 공정에서는, 스퍼터링 가스에 질소계 가스를 함유시키고 있다. 이 질소계 가스는, 질소를 함유하는 가스이면 어떠한 가스도 적용 가능하다. 상기한 바와 같이, 저투과층 중 및 고투과층 중의 산소 함유량을 낮게 억제하는 것이 바람직하기 때문에, 산소를 함유하지 않은 질소계 가스를 적용하는 것이 바람직하며, 질소 가스(N2 가스)를 적용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명은 투광성 기판 위에, ArF 노광광을 소정의 투과율로 투과하고, 또한 투과하는 ArF 노광광에 대하여 소정량의 위상 시프트를 발생시키는 기능을 갖는 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크의 제조 방법이다. 상기 위상 시프트막은, 저투과층 및 고투과층이 적층된 구조를 포함한다. 본 발명의 마스크 블랭크의 제조 방법은, 저투과층 형성 공정 및 고투과층 형성 공정을 포함한다. 저투과층 형성 공정은, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 투광성 기판 위에 상기 저투과층을 형성하는 것을 포함한다. 고투과층 형성 공정은, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스이며, 상기 저투과층 형성 공정일 때보다도 질소계 가스의 혼합 비율이 높은 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 투광성 기판 위에 상기 고투과층을 형성하는 것을 포함한다.
위상 시프트막에 있어서의 저투과층 및 고투과층은, 다른 막을 통하지 않고, 직접 서로 접하여 적층되는 구조인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 마스크 블랭크는, 저투과층 및 고투과층의 어느 쪽에도 금속 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 막이 접하지 않는 막 구조인 것이 바람직하다. 규소를 함유하는 막에 금속 원소를 함유하는 막이 접한 상태에서 가열 처리 또는 ArF 노광광의 조사가 행해지면, 금속 원소가 규소를 함유하는 막 중에 확산되기 쉬운 경향이 있기 때문이다.
저투과층 및 고투과층은, 동일한 구성 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 저투과층 및 고투과층 중 어느 하나가 서로 다른 구성 원소를 포함하고 있으며, 이들이 접해서 적층되어 있는 상태에서 가열 처리 또는 ArF 노광광의 조사가 행해진 경우, 그 서로 다른 구성 원소가, 그 구성 원소를 포함하지 않는 측의 층으로 이동하여 확산할 우려가 있다. 그리고, 저투과층 및 고투과층의 광학 특성이, 성막 당초부터 크게 바뀌어버릴 우려가 있다. 또한, 특히 그 서로 다른 구성 원소가 반금속 원소인 경우, 저투과층 및 고투과층을 서로 다른 타깃을 사용하여 성막하지 않으면 안 되게 된다.
본 발명의 마스크 블랭크에 있어서, 투광성 기판의 재료로서는, 합성 석영 유리 외, 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리 및 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등) 등을 들 수 있다. 합성 석영 유리는, ArF 엑시머 레이저광(파장 193㎚)에 대한 투과율이 높고, 마스크 블랭크의 투광성 기판을 형성하는 재료로서 특히 바람직하다.
위상 시프트막에 있어서의 저투과층 및 고투과층의 투광성 기판측으로부터의 적층순은, 어떠한 순서이어도 된다. 투광성 기판에 접하여, 저투과층, 고투과층의 순서대로 적층한 위상 시프트막의 구조의 경우, 저투과층은 질소 함유량이 적은 규소 함유막이기 때문에, 저투과층과, SiO2를 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있는 투광성 기판과의 사이에서 에칭 선택성이 보다 얻어지기 쉽다는 효과가 있다. 또한, 드라이 에칭에 의해 규소계 함유막에 패턴을 형성할 때, 드라이 에칭에서 사용하는 에칭 가스는 불소계 가스가 일반적이지만, 질소 함유량이 적은 규소계 함유막에 대해서는, 에칭 가스로서 염소계 가스도 적용할 수 있다. 저투과층의 드라이 에칭에 염소계 가스를 사용함으로써 저투과층과, 투광성 기판 사이의 에칭 선택성을 대폭 높일 수 있다.
한편, 투광성 기판에 접하여, 고투과층, 저투과층의 순서대로 적층한 위상 시프트막의 구조의 경우, 고투과층은 질소 함유량이 많은 규소 함유막이다. 그로 인해, SiO2를 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있는 투광성 기판에 접해서 고투과층이 형성되는 경우, 투광성 기판의 표면과 고투과층의 사이에서 높은 밀착성이 얻어지기 쉽다는 효과가 있다.
위상 시프트막에 있어서의 저투과층 및 고투과층은, 다른 막을 통하지 않고, 직접, 서로 접하여 적층되는 구조인 것이 바람직하다. 상기한 이유로부터, 규소 함유막은, 금속 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 막과 접한 상태로 하지 않는 것이 바람직하기 때문이다.
위상 시프트막은, 1층의 저투과층과 1층의 고투과층으로 이루어지는 1조의 적층 구조를 2조 이상 갖는 것이 바람직하다. 또한, 저투과층 및 고투과층의 어느것에서도, 1층의 두께가 20㎚ 이하인 것이 바람직하다. 저투과층 및 고투과층은, 구해지는 광학 특성이 크게 상이하기 때문에, 양자의 막 내의 질소 함유량의 차가 크다. 이로 인해, 저투과층과 고투과층의 사이에서, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에서의 에칭 레이트 차가 크게 되어 있다. 위상 시프트막이, 1층의 저투과층과 1층의 고투과층으로 이루어지는 2층 구조로 한 경우, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 의해 패턴을 형성할 때, 에칭 후에 있어서의 위상 시프트막의 패턴 단면에서 단차가 발생하기 쉬워진다. 위상 시프트막을, 1층의 저투과층과 1층의 고투과층으로 이루어지는 1조의 적층 구조를 2조 이상 갖는 구조로 함으로써, 저투과층 및 고투과층의 각 층(1층)의 두께가 상기한 2층 구조(1조의 적층 구조)의 경우에 비하여 얇아진다. 그로 인해, 에칭 후에 있어서의 위상 시프트막의 패턴 단면에서 발생하는 단차를 작게 할 수 있다. 또한, 저투과층 및 고투과층에 있어서의 각 층(1층)의 두께를 20㎚ 이하로 제한함으로써, 에칭 후에 있어서의 위상 시프트막의 패턴 단면에서 발생하는 단차를 보다 억제할 수 있다.
최근 들어, 마스크 블랭크의 박막(위상 시프트막)에 드라이 에칭에 의해 전사 패턴을 형성하여 전사용 마스크(위상 시프트 마스크)를 제작할 때 발생한 흑색 결함 부분의 수정을, 전자선 조사를 사용한 결함 수정(EB 결함 수정)에 의해 행하는 경우가 많아지게 되었다. 이 EB 결함 수정은, XeF2 등의 비여기 상태의 물질을 가스화하여 흑색 결함 부분에 공급하면서, 흑색 결함 부분에 전자선을 조사함으로써, 흑색 결함 부분의 박막을 휘발성의 불화물로 변화시켜 제거하는 기술이다. 종래, 이 EB 결함 수정에서 사용되는 XeF2 등의 불소계 가스는, 비여기 상태에서 공급되기 때문에, 전자선이 조사되지 않은 부분의 박막은 영향을 받기 어렵다고 생각되고 있었다. 그러나, 이 마스크 블랭크의 박막이 규소계 화합물로 형성되어 있고, 규소계 화합물중의 산소 또는 질소의 함유량이 적은 경우, 그 박막은, XeF2 등의 비여기 상태의 불소계 가스에 의해 에칭되어버리는 것이 판명되었다.
본 발명에 있어서의 위상 시프트막의 저투과층은, 질소 함유량이 적고, 산소를 적극적으로 함유시키지 않는 규소계 재료막이다. 그로 인해, 이 저투과층은, EB 결함 수정 시의 XeF2 등의 비여기 상태의 불소계 가스에 의해 에칭되기 쉬운 경향이 있다. 저투과층의 에칭을 피하기 위해서, 저투과층은, XeF2 등의 비여기 상태의 불소계 가스가 접촉하기 어려운 상태로 두는 것이 요망된다. 한편, 고투과층은, 질소 함유량이 많은 규소계 재료막이기 때문에, XeF2 등의 비여기 상태의 불소계 가스에 의한 영향은 받기 어려운 경향이 있다. 상기와 같이, 위상 시프트막을, 저투과층 및 고투과층의 적층 구조의 조합을 2조 이상 갖는 구조로 함으로써, 저투과층은, 2개의 고투과층의 사이에 끼워지는 구조이거나, 투광성 기판과 고투과층과의 사이에 끼워지는 상태로 놓이도록 할 수 있다. 이에 의해, XeF2 등의 비여기 상태의 불소계 가스는, 초기에 있어서는 저투과층의 측벽에 접촉하여 저투과층을 에칭할 가능성은 있지만, 그 후에는 저투과층에 접촉하기 어려운 상태가 된다(저투과층의 측벽의 표면이 고투과층의 측벽의 표면보다도 뒤얽힌 상태가 되기 때문에, 가스가 인입되기 어려워짐). 따라서, 이와 같은 적층 구조로 함으로써, 저투과층이 XeF2 등의 비여기 상태의 불소계 가스에 의해 에칭되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 저투과층 및 고투과층에 있어서의 각 층의 두께를 20㎚ 이하로 제한함으로써, 저투과층이 XeF2 등의 비여기 상태의 불소계 가스에 의해 에칭되는 것을 보다 억제할 수 있다. 또한, 저투과층의 두께는, 고투과층의 두께보다도 얇게 하는 것이 바람직하다.
저투과층 및 고투과층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 이 마스크 블랭크의 제조 방법에 있어서, 저투과층 형성 공정에서는, 규소 타깃을 사용하고, 질소 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해 저투과층을 형성하는 것인 것이 바람직하다. 또한, 고투과층 형성 공정에서는, 규소 타깃을 사용하고, 질소 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해 고투과층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 저투과층 및 고투과층에 전이 금속을 함유시키는 것은, ArF 노광광에 대한 내광성이 저하되는 요인으로 될 수 있다. 저투과층 및 고투과층에 전이 금속 이외의 금속 또는 규소 이외의 반금속 원소를 함유시킨 경우에는, 함유시킨 금속 또는 반금속 원소가 저투과층과 고투과층의 사이에서 이동하는 것에 수반하여, 저투과층 및 고투과층의 광학 특성이 변화할 가능성이 있다. 또한, 저투과층 및 고투과층에 비금속 원소를 함유시키고, 또한 저투과층 및 고투과층에 산소를 함유시킴으로써, ArF 노광광에 대한 투과율이 크게 저하되어버린다. 이것을 고려하면, 저투과층 및 고투과층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성하는 것이 보다 바람직하게 된다. 희가스는, 박막에 대하여 RBS 및 XPS와 같은 조성 분석을 행하여도, 검출하는 것이 곤란한 원소이다. 이로 인해, 상기한 규소 및 질소를 포함하는 재료에는, 희가스를 더 함유하는 재료도 포함하고 있다고 간주할 수 있다.
저투과층은, ArF 노광광에 대한 굴절률 n이 2.5 미만(바람직하게는 2.4 이하, 보다 바람직하게는 2.2 이하, 더 바람직하게는 2.0 이하)이며, 또한 소쇠 계수 k가 1.0 이상(바람직하게는 1.1 이상, 보다 바람직하게는 1.4 이상, 더 바람직하게는 1.6 이상)인 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 고투과층은, ArF 노광광에 대한 굴절률 n이 2.5 이상(바람직하게는 2.6 이상)이며, 소쇠 계수 k가 1.0 미만(바람직하게는 0.9 이하, 보다 바람직하게는 0.7 이하, 더 바람직하게는 0.4 이하)인 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 2층 이상의 적층 구조로 위상 시프트막을 구성한 경우에는, 저투과층 및 고투과층의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는, 각각 상기의 범위인 것이 필요하다. 그 결과, 2층 이상의 적층 구조로 구성한 위상 시프트막은, 위상 시프트막으로서 요구되는 특성, 즉 ArF 노광광에 대한 소정의 위상차 및 소정의 투과율이라는 특성을 만족할 수 있다.
박막의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는, 그 박막의 조성만으로 결정되는 것은 아니다. 그 박막의 막 밀도 및 결정 상태 등도, 굴절률 n 및 소쇠 계수 k에 대하여 영향을 미치는 요소이다. 이로 인해, 반응성 스퍼터링으로 박막을 성막할 때의 제반 조건을 조정하여, 그 박막이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 되도록 성막한다. 저투과층 및 고투과층을, 상기의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k의 범위로 하기 위해서, 반응성 스퍼터링으로 성막할 때 희가스와 반응성 가스의 혼합 가스의 비율을 조정할 수 있지만, 그것만으로 한정되지 않는다. 굴절률 n 및 소쇠 계수 k에 영향을 미치는 성막 조건은, 반응성 스퍼터링으로 성막할 때에 있어서의 성막실 내의 압력, 타깃에 인가하는 전력, 및 타깃과 투광성 기판 사이의 거리 등의 위치 관계 등 여러 방면에 걸친다. 또한, 이들 성막 조건은 개개의 성막 장치에 따라서 최적화가 필요한 것이며, 형성되는 박막이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 되도록 적절히 조정되는 것이다.
위상 시프트막은, 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료, 또는 그 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성된 최상층을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 이 마스크 블랭크의 제조 방법에서는, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 스퍼터링에 의해, 위상 시프트막의 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에 최상층을 형성하는 최상층 형성 공정을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이 마스크 블랭크의 제조 방법에서는, 규소 타깃을 사용하고, 질소 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 위상 시프트막의 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에 최상층을 형성하고, 상기 최상층의 적어도 표층을 산화시키는 처리를 행하는 최상층 형성 공정을 갖는 것이 보다 바람직하다.
산소를 적극적으로 함유시키지 않고, 또한 질소를 함유시킨 규소계 재료막은, ArF 노광광에 대한 내광성은 높지만, 산소를 적극적으로 함유시킨 규소계 재료막에 비하여 내약성이 낮은 경향이 있다. 또한, 위상 시프트막의 투광성 기판측과는 반대측의 최상층으로서, 산소를 적극적으로 함유시키지 않고, 또한 질소를 함유시킨 고투과층 또는 저투과층을 배치한 구성으로 한 마스크 블랭크의 경우, 그 마스크 블랭크로부터 제작한 위상 시프트 마스크에 대하여 마스크 세정을 행하는 것 및 대기중에서의 보관을 행함으로써, 위상 시프트막의 표층이 산화해 가는 경우가 있어, 그 산화를 회피하는 것은 어렵다. 위상 시프트막의 표층이 산화함으로써, 위상 시프트막의 광학 특성은, 박막의 성막 시의 광학 특성으로부터 크게 바뀌어버린다. 특히, 위상 시프트막의 최상층으로서 저투과층을 형성한 구성의 경우에는, 저투과층이 산화하는 것에 의한 투과율의 상승 폭은 크게 되어버린다. 위상 시프트막이, 저투과층 및 고투과층의 적층 구조의 위에, 또한, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료 또는 그 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성된 최상층을 형성한 구조이면, 저투과층 및 고투과층의 표면 산화를 억제할 수 있다.
규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료 또는 그 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성된 최상층은, 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성일 수 있으며, 또는 층의 두께 방향에서 조성 경사진 구성(최상층이 투광성 기판으로부터 멀어져 감에 따라서 층 중의 산소 함유량이 증가해 가는 조성 경사를 갖는 구성)일 수 있다. 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성의 최상층에 적합한 재료로서는, SiO2 및 SiON을 들 수 있다. 층의 두께 방향에서 조성 경사진 구성의 최상층으로서는, 투광성 기판측이 SiN이며, 투광성 기판으로부터 멀어져 감에 따라서 산소 함유량이 증가하고, 표층이 SiO2 또는 SiON인 구성인 것이 바람직하다.
최상층의 형성에는, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 질소 가스와 산소 가스와 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해 형성하는 최상층 형성 공정을 적용할 수 있다. 이 최상층 형성 공정은, 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성의 최상층 및 조성 경사진 구성의 최상층의 어느쪽의 최상층의 형성에도 적용할 수 있다. 또한, 최상층의 형성에는, 이산화규소(SiO2) 타깃 또는 이산화규소(SiO2)에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 스퍼터링에 의해 형성하는 최상층 형성 공정을 적용할 수 있다. 이 최상층 형성 공정도, 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성의 최상층 및 조성 경사진 구성의 최상층의, 어떠한 구성의 최상층의 형성에도 적용할 수 있다.
최상층의 형성에는, 규소 타깃 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃을 사용하고, 질소 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해 형성되고, 또한 이 최상층의 적어도 표층을 산화시키는 처리가 행해지는 최상층 형성 공정을 적용할 수 있다. 이 최상층 형성 공정은, 기본적으로, 층의 두께 방향에서 조성 경사진 최상층의 형성에 적용할 수 있다. 이 경우에 있어서의 최상층의 표층을 산화시키는 처리로서는, 대기중 등의 산소를 함유하는 기체 중에 있어서의 가열 처리, 오존 또는 산소 플라즈마를 최상층에 접촉시키는 처리 등을 들 수 있다.
위상 시프트막에 있어서의 저투과층, 고투과층 및 최상층은, 스퍼터링에 의해 형성되지만, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 및 이온빔 스퍼터링 등의 어떠한 스퍼터링도 적용 가능하다. 도전성이 낮은 타깃(규소 타깃, 반금속 원소를 함유하지 않은 또는 함유량이 적은 규소 화합물 타깃 등)을 사용하는 경우에 있어서는, RF 스퍼터링 또는 이온빔 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하다. 성막 레이트를 고려하면, 도전성이 낮은 타깃을 사용하는 경우에 있어서는, RF 스퍼터링을 적용하는 것이 보다 바람직하다.
위상 시프트막에 있어서의 저투과층 및 고투과층을 스퍼터링으로 각각 형성하는 공정에 있어서는, 저투과층 및 고투과층을 동일한 성막실에서 형성하는 경우와, 서로 다른 성막실에서 형성하는 경우의 어느 것이나 적용할 수 있다. 또한, 저투과층 및 고투과층을 동일한 성막실에서 형성하는 경우에는, 저투과층 및 고투과층을 동일한 타깃으로 형성하는 경우와, 서로 다른 타깃으로 형성하는 경우가 있지만, 이들 중 어느 것이나 적용할 수 있다. 또한, 저투과층 및 고투과층을 서로 다른 성막실에서 형성하는 경우에 있어서는, 각 성막실끼리를 예를 들어 별도의 진공실을 통해 연결하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 대기중의 투광성 기판을 진공실 내에 도입할 때 경유시키는 로드 로크실을, 진공실에 연결하는 것이 바람직하다. 또한, 로드 로크실, 진공실 및 각 성막실의 사이에 투광성 기판을 반송하기 위한 반송 장치(로봇 핸드)를 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 마스크 블랭크에 있어서의 위상 시프트막은, 위상 시프트 효과를 유효하게 기능시키기 위해서는, ArF 노광광에 대한 투과율이 1% 이상인 것이 바람직하고, 2% 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막의, ArF 노광광에 대한 투과율은, 30% 이하가 되도록 조정되어 있는 것이 바람직하고, 20% 이하인 것이 보다 바람직하며, 18% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 위상 시프트막에 있어서, 투과하는 ArF 노광광에 대하여 이 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 광과의 사이에서 발생하는 위상차가, 170 내지 190°의 범위가 되도록 조정되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 마스크 블랭크에 있어서, 위상 시프트막 위에 차광막을 적층하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 전사용 마스크에서는, 전사 패턴이 형성되는 영역(전사 패턴 형성 영역)의 외주 영역은, 소정값 이상의 광학 농도(OD)를 확보하는 것이 요구되고 있다. 이것은, 노광 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때, 외주 영역을 투과한 노광광에 의한 영향을 레지스트막이 받지 않도록 하기 위해서이다. 이 점에 대해서는, 위상 시프트 마스크의 경우도 동일하다. 통상, 위상 시프트 마스크를 포함하는 전사용 마스크의 외주 영역에서는, OD가 3.0 이상 있는 것이 바람직하다고 되어 있으며, 적어도 2.8 이상의 OD는 필요하다고 되어 있다. 상기한 바와 같이, 위상 시프트막은 소정의 투과율로 노광광을 투과하는 기능을 갖고 있으며, 위상 시프트막만으로는 소정값의 광학 농도를 확보하는 것은 곤란하다. 이로 인해, 마스크 블랭크를 제조하는 단계에서 위상 시프트막의 위에 부족한 광학 농도를 확보하기 위해서 차광막을 적층해 두는 것이 요망된다. 이와 같은 마스크 블랭크의 구성으로 함으로써, 위상 시프트막을 제조하는 도중에, 위상 시프트 효과를 사용하는 영역(기본적으로 전사 패턴 형성 영역)의 차광막을 제거하면, 외주 영역에 소정값의 광학 농도가 확보된 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다.
차광막은, 단층 구조 및 2층 이상의 적층 구조 중 어느 것이나 적용 가능하다. 또한, 단층 구조의 차광막 및 2층 이상의 적층 구조의 차광막의 각 층은, 막 또는 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성이어도 되며, 층의 두께 방향에서 조성 경사진 구성이어도 된다.
차광막과 위상 시프트막의 사이에 다른 막을 통하지 않는 경우에 있어서는, 차광막은, 위상 시프트막에 패턴을 형성할 때 사용되는 에칭 가스에 대하여 충분한 에칭 선택성을 갖는 재료를 적용할 필요가 있다. 이 경우, 차광막은, 크롬을 함유하는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이 차광막을 형성하는 크롬을 함유하는 재료로서는, 크롬 금속의 외에, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 일반적으로, 크롬계 재료는, 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스로 에칭되지만, 크롬 금속은 이 에칭 가스에 대한 에칭 레이트가 그다지 높지 않다. 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스의 에칭 가스에 대한 에칭 레이트를 높이는 점을 고려하면, 차광막을 형성하는 재료로서는, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 차광막을 형성하는 크롬을 함유하는 재료에, 몰리브덴, 인듐 및 주석 중 1 이상의 원소를 함유시켜도 된다. 몰리브덴, 인듐 및 주석 중 1 이상의 원소를 함유시킴으로써, 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스에 대한 에칭 레이트를 보다 높게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 마스크 블랭크에 있어서, 차광막과 위상 시프트막의 사이에 다른 막을 개재하는 구성으로 하는 경우에 있어서는, 상기한 크롬을 함유하는 재료로 그 별도의 막(에칭 스토퍼 겸 에칭 마스크막)을 형성하고, 규소를 함유하는 재료로 차광막을 형성하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 크롬을 함유하는 재료는, 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스에 의해 에칭되지만, 유기계 재료로 형성되는 레지스트막은, 이 혼합 가스로 에칭되기 쉽다. 규소를 함유하는 재료는, 일반적으로 불소계 가스 또는 염소계 가스로 에칭된다. 이들 에칭 가스는 기본적으로 산소를 함유하지 않기 때문에, 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스에 의해 에칭하는 경우보다도, 유기계 재료로 형성되는 레지스트막의 막 감소량을 저감할 수 있다. 이로 인해, 레지스트막의 막 두께를 저감할 수 있다.
차광막을 형성하는 규소를 함유하는 재료에는, 전이 금속을 함유시켜도 되고, 전이 금속 이외의 금속 원소를 함유시켜도 된다. 이것은, 이 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제작한 경우, 차광막으로 형성되는 패턴은, 기본적으로 외주 영역의 차광띠 패턴이므로, 전사 패턴 형성 영역에 비하여 ArF 노광광이 조사되는 적산량이 적은 것, 및 이 차광막이 미세 패턴으로 남아 있는 것은 드물기 때문에, ArF 내광성이 낮아도 실질적인 문제는 발생하기 어렵기 때문이다. 또한, 차광막에 전이 금속을 함유시킨 경우에는, 전이 금속을 함유시키지 않는 경우에 비하여, 차광막의 차광 성능이 크게 향상하고, 차광막의 두께를 얇게 하는 것이 가능하게 되기 때문이다. 차광막에 함유시키는 전이 금속으로서는, 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 니켈(Ni), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 니오븀(Nb) 및 팔라듐(Pd) 등 중 어느 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다.
차광막은, 하프늄(Hf) 및 지르코늄(Zr)으로부터 선택되는 1 이상의 원소와 탄탈륨(Ta)을 함유하고, 또한 그 표층을 제외하고 산소를 함유하지 않은 재료로 형성하여도 된다. 이 경우의 차광막은, 염소계 가스를 함유하고, 또한 산소 가스를 함유하지 않은 에칭 가스에 의해 드라이 에칭되는 것이 가능하며, 또한 불소계 가스를 함유하는 에칭 가스에서의 드라이 에칭에 대하여, 위상 시프트막을 형성하는 재료와의 사이에서 에칭 선택성을 갖는다.
이상의 에칭 특성을 고려하면, 탄탈륨-하프늄 합금, 탄탈륨-지르코늄 합금, 탄탈륨-하프늄-지르코늄 합금, 또는 이들의 합금에 대하여 산소 이외의 원소를 함유시킨 화합물에 의해 차광막을 형성하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우의 차광막에 함유시키는 산소 이외의 원소로서는, 질소(N), 탄소(C), 수소(H) 및 붕소(B) 등의 원소가 예시된다. 또한, 이 경우의 차광막 재료에는, 헬륨(He), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 불활성 가스가 포함되어 있어도 된다. 또한, 이 경우의 차광막 재료는, 염소계 가스를 함유하고, 또한 산소 가스를 함유하지 않은 에칭 가스로의 드라이 에칭이 가능한 재료이며, 이 에칭 가스는, 위상 시프트막을 에칭하기 어렵다.
상기한 위상 시프트막에 적층하여 차광막을 구비하는 마스크 블랭크에 있어서, 차광막을 에칭할 때 사용되는 에칭 가스에 대하여 에칭 선택성을 갖는 재료로 형성된 에칭 마스크막을, 차광막의 위에 더 적층시킨 구성으로 하는 것이 보다 바람직하다. 차광막은, 소정의 광학 농도를 확보하는 기능이 필수적이기 때문에, 그 두께를 저감하기 위해서는 한계가 있다. 에칭 마스크막은, 그 바로 아래의 차광막에 패턴을 형성하는 드라이 에칭이 끝날 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능하는 것이 가능할 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하며, 기본적으로 광학의 제한을 받지 않는다. 이로 인해, 에칭 마스크막의 두께는 차광막의 두께에 비하여 대폭 얇게 할 수 있다. 그리고, 유기계 재료의 레지스트막은, 이 에칭 마스크막에 패턴을 형성하는 드라이 에칭이 끝날 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능할 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하므로, 종래보다도 대폭 레지스트막의 두께를 얇게 할 수 있다.
이 에칭 마스크막은, 차광막이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에는, 상기한 규소를 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우의 에칭 마스크막은, 유기계 재료의 레지스트막과의 밀착성이 낮은 경향이 있기 때문에, 에칭 마스크막의 표면을 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리를 실시하고, 표면의 밀착성을 향상시키는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우의 에칭 마스크막은, SiO2, SiN, SiON 등으로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 차광막이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에서의 에칭 마스크막의 재료로서, 상기 외에, 탄탈륨을 함유하는 재료도 적용 가능하다. 이 경우에 있어서의 탄탈륨을 함유하는 재료로서는, 탄탈륨 금속 외에, 탄탈륨에 질소, 산소, 붕소 및 탄소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다. 그 재료로서, 예를 들어, Ta, TaN, TaON, TaBN, TaBON, TaCN, TaCON, TaBCN 및 TaBOCN 등을 들 수 있다. 한편, 차광막이 규소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에는, 이 에칭 마스크막은, 상기한 크롬을 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 마스크 블랭크에 있어서, 투광성 기판과 위상 시프트막의 사이에, 투광성 기판 및 위상 시프트막 모두 에칭 선택성을 갖는 재료(상기의 크롬을 함유하는 재료, 예를 들어 Cr, CrN, CrC, CrO, CrON 및 CrC 등)로 이루어지는 에칭 스토퍼막을 형성하여도 된다.
본 발명의 마스크 블랭크에 있어서, 상기 에칭 마스크막의 표면에 접하여, 유기계 재료의 레지스트막이 100㎚ 이하의 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. DRAM hp32nm 세대에 대응하는 미세 패턴의 경우, 에칭 마스크막에 형성해야 할 전사 패턴(위상 시프트 패턴)에, 선 폭이 40㎚의 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)가 설치되는 경우가 있다. 그러나, 이 경우에도, 레지스트 패턴의 단면 애스펙트비가 1:2.5로 낮게 할 수 있으므로, 레지스트막의 현상 시, 또는 린스 시 등에 레지스트 패턴이 도괴 또는 탈리되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 레지스트막은, 막 두께가 80㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기한 마스크 블랭크의 위상 시프트막에 전사 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 상기한 제조 방법으로 제조된 마스크 블랭크의 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 위상 시프트막을 구성하는 재료 자체가 ArF 노광광에 대한 내광성이 높은 재료이기 때문에, 위상 시프트막에 패턴을 형성한 후에 ArF 내광성을 향상시키기 위한 처리를 행하는 것을 생략할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태인 마스크 블랭크(100)의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 마스크 블랭크(100)는, 투광성 기판(1) 위에 저투과층(21), 고투과층(22) 및 최상층(23)이 이 순서로 적층된 위상 시프트막(2)과, 차광막(3)과, 에칭 마스크막(4)이 적층된 구성으로 되어 있다. 한편, 도 2는, 본 발명의 다른 실시 형태인 마스크 블랭크(101)의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 마스크 블랭크(101)는, 투광성 기판(1) 위에 고투과층(22), 저투과층(21), 고투과층(22), 저투과층(21) 및 최상층(23)이 이 순서로 적층된 위상 시프트막(2)과, 차광막(3)과, 에칭 마스크막(4)이 적층된 구성으로 되어 있다. 마스크 블랭크(100 및 101)의 각 구성의 상세에 대해서는, 상기한 바와 같다. 이하, 도 3에 도시한 제조 공정에 따라서, 본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법 일례를 설명한다. 또한, 이 예에서는, 차광막에는 크롬을 함유하는 재료를 적용하고, 에칭 마스크막에는 규소를 함유하는 재료를 적용하고 있다.
우선, 마스크 블랭크(100)에 있어서의 에칭 마스크막(4)에 접하여, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성하였다. 이어서, 레지스트막에 대하여 위상 시프트막에 형성해야 할 전사 패턴(위상 시프트 패턴)인 제1 패턴을 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하고, 위상 시프트 패턴을 갖는 제1 레지스트 패턴(5a)을 형성하였다(도 3의 (a) 참조). 계속해서, 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 사용한 드라이 에칭을 행하고, 에칭 마스크막(4)에 제1 패턴을 형성(에칭 마스크 패턴(4a))하였다(도 3의 (b) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(5a)을 제거하고 나서, 에칭 마스크 패턴(4a)을 마스크로 하여, 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스를 사용한 드라이 에칭을 행하고, 차광막(3)에 제1 패턴을 형성(차광막 패턴(3a))한다(도 3의 (c) 참조). 계속해서, 차광 패턴(3a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 사용한 드라이 에칭을 행하고, 위상 시프트막(2)에 제1 패턴을 형성(위상 시프트 패턴(2a))하고, 또한 동시에 에칭 마스크 패턴(4a)도 제거하였다(도 3의 (d) 참조).
다음으로, 마스크 블랭크(100) 위에 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성하였다. 이어서, 레지스트막에 대하여 차광막에 형성해야 할 패턴(차광 패턴)인 제2 패턴을 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하고, 차광 패턴을 갖는 제2 레지스트 패턴(6b)을 형성하였다. 계속해서, 제2 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하여, 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스를 사용한 드라이 에칭을 행하고, 차광막(3)에 제2 패턴을 형성(차광 패턴(3b))하였다(도 3의 (e) 참조). 또한, 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐서, 위상 시프트 마스크(200)를 얻었다(도 3의 (f) 참조).
상기한 드라이 에칭에서 사용되는 염소계 가스로서는, Cl이 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 염소계 가스로서, Cl2, SiCl2, CHCl3, CH2Cl2, CCl4 및 BCl3 등을 들 수 있다. 또한, 상기의 드라이 에칭에서 사용되는 불소계 가스로서는, F가 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 불소계 가스로서, CHF3, CF4, C2F6, C4F8 및 SF6 등을 들 수 있다. 특히, C를 포함하지 않는 불소계 가스는, 유리 기판에 대한 에칭 레이트가 비교적 낮기 때문에, 유리 기판에의 대미지를 보다 작게 할 수 있다.
본 발명의 위상 시프트 마스크는, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 적산 조사된 후의 것이어도, 위상 시프트 패턴의 CD 변화(굵어짐)를 작은 범위로 억제할 수 있다. 이로 인해, ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하는 노광 장치의 마스크 스테이지에, 이 적산 조사 후의 위상 시프트 마스크를 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 위상 시프트 패턴을 노광 전사하여도, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족하는 정밀도로 패턴을 전사할 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 디바이스의 제조 방법은, 상기한 위상 시프트 마스크 또는 상기한 마스크 블랭크를 사용하여 제조된 위상 시프트 마스크를 사용하고, 반도체 기판 위의 레지스트막에 패턴을 노광 전사하는 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명의 위상 시프트 마스크 및 마스크 블랭크는, 상기한 바와 같은 효과를 갖기 때문에, ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하는 노광 장치의 마스크 스테이지에, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 적산 조사된 후의 본 발명의 위상 시프트 마스크를 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 위상 시프트 패턴을 노광 전사하여도, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족하는 정밀도로 패턴을 전사할 수 있다. 이로 인해, 이 레지스트막의 패턴을 마스크로 하여, 하층 막을 드라이 에칭하여 회로 패턴을 형성한 경우, 정밀도 부족에 기인하는 배선 단락 및 단선이 없는 고정밀도의 회로 패턴을 형성할 수 있다.
<제2 실시 형태>
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
상기한 바와 같이, 반응성 스퍼터링에 의해 박막을 형성하는 경우, 반응성 가스의 유량에 따라서 2개의 안정된 스퍼터링 모드가 나타난다. 이 2가지 모드는, 타깃 표면이 타깃재의 상태에서 스퍼터되는 메탈 모드와, 타깃 표면이 반응성 가스와 반응한 상태에서 스퍼터되는 포이즌 모드이다. 포이즌 모드는, 메탈 모드와 비교하여 타깃에 인가되는 캐소드 인가 전압이 높고, 성막 속도도 늦다. 이로 인해, 스퍼터링 가스 중의 반응성 가스 유량을 증감시키면, 어떤 유량을 경계로 캐소드 인가 전압과 성막 속도가 급격하게 변화하고, 메탈 모드와 포이즌 모드의 사이에 불안정한 천이가 일어난다. 또한, 천이가 일어나는 반응성 가스의 유량값은, 유량의 증가 시(도 4의 I)와 감소 시(도 4의 D)에서 상이하고, 반응성 가스 농도와 성막 속도의 관계를 그래프화하면 히스테리시스(유량의 증가 시와 감소 시에서 곡선이 일치하지 않는 현상)가 발생한다(도 4). 히스테리시스의 범위에 상당하는 반응성 가스 유량으로 성막하면, 타깃에 인가되는 전압 및 성막 속도가 불안정해져서, 물성이 안정된 막이 형성되지 않는다.
특허문헌 3과 같이, 규소를 타깃재로 한 규소 타깃을 사용하고, 반응성 스퍼터링으로 규소 화합물의 막을 기판 위에 성막하는 경우, 메탈 모드일 때는 막 내의 조성에 포함되는 규소의 비율이 높은 막이 성막되고, 포이즌 모드일 때는 화학양론에 가까운 규소 화합물의 막이 성막된다. 예를 들어, ArF 엑시머 레이저(파장 λ=193㎚)용의 하프톤형 위상 시프트 마스크의 위상 시프트막의 형성에 있어서, 마스크 블랭크용 기판 위에 규소 질화물을 성막시키는 경우, 반응성 가스의 질소 가스 유량이 낮은 메탈 모드에서 성막하면, 소쇠 계수(k)가 큰 막이 형성된다. 이로 인해, 메탈 모드에서 성막된 위상 시프트막은, 투과율이 너무 낮아져버려 위상차에 기인하는 간섭 효과 등이 실질적으로 얻어지지 않는다.
한편으로, 반응성 가스의 질소 가스 유량이 높은 포이즌 모드에서 성막하면, 기판 위에는 소쇠 계수(k)가 낮은 막이 형성된다. 이로 인해, 포이즌 모드에서 성막된 위상 시프트막은, 투과율이 너무 높아져 버려서, 필요한 차광성이 얻어지지 않는다. 위상 시프트 마스크의 기능을 얻기 위해서는, 위상 시프트막은, 포이즌 모드에서 성막되는 막과 메탈 모드에서 성막되는 막의 중간의 소쇠 계수(k)인 것이 요구된다. 그러나, 그 중간의 소쇠 계수(k)의 막을 얻기 위해서는 불안정한 천이상태의 가스 유량으로 성막해야 한다는 문제를 갖고 있다.
이 제2 실시 형태에서는, 상기의 문제 및 그 문제와 관련하여 발생하는 후술하는 문제를 해결할 수 있는 마스크 블랭크의 제조 방법 등을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 이 제2 실시 형태에서는, 특히, 투광성 기판 위에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크에 있어서, 위상 시프트막으로서 전이 금속을 함유하지 않은 규소계 재료를 적용한 경우라도, 그 위상 시프트막의 면 내 및 막 두께 방향에 있어서의 조성 및 광학 특성의 균일성이 높고, 복수의 기판 간에 있어서의 위상 시프트막의 조성 및 광학 특성의 균일성도 높고, 또한 저결함인 마스크 블랭크를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 이 제조 방법에 의해 얻어진 마스크 블랭크를 사용하여 제조되는 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기한 문제(과제)를 달성하기 위해서, 이 제2 실시 형태의 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1A)
진공 용기 내에 불활성 가스 및 반응성 가스를 도입하고, 스퍼터링법으로 투광성 기판 위에 적층 구조의 위상 시프트막을 형성하는 공정을 갖는 마스크 블랭크의 제조 방법으로서,
상기 위상 시프트막을 형성하는 공정은,
진공 용기 내에는 적어도 규소를 포함하는 타깃을 2 이상 배치하고,
상기 타깃 중 하나를 메탈 모드에서 스퍼터링하여 저투과층을 형성하는 공정과, 상기 타깃의 다른 하나를 포이즌 모드에서 스퍼터링하여 고투과층을 형성하는 공정을 갖고, 이들의 공정에 의해 저투과층 및 고투과층을 순서 부동으로 적층한 적층 구조의 위상 시프트막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 2A)
상기 반응성 가스는, 저투과층 형성 시에 도입하는 반응성 가스와, 고투과층 형성 시에 도입하는 반응성 가스가, 동일종의 가스인 것을 특징으로 하는 구성 1A에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 3A)
상기 타깃의 재료는, 규소인 것을 특징으로 하는 구성 1A 또는 2A에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 4A)
상기 반응성 가스는, 질소 가스인 것을 특징으로 하는 구성 1A 내지 3A 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 5A)
상기 저투과층은, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 굴절률 n이 2.4 미만이며, 또한 소쇠 계수 k가 1.0 이상의 층에 형성하고,
상기 고투과층은, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 굴절률 n이 2.4 이상이며, 또한 소쇠 계수 k가 1.0 미만인 층에 형성하는 것을 특징으로 하는 구성 1A 내지 4A 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 6A)
상기 저투과층 및 고투과층을 순서 부동으로 적층한 적층 구조는, 상기 저투과층과 상기 고투과층을 교대로 3층 이상 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 구성 1A 내지 5A 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 7A)
본 발명의 마스크 블랭크 제조 방법은, 상기 저투과층 및 고투과층을 순서 부동으로 적층한 적층 구조의 위상 시프트막의 표면에 산화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 구성 1A 내지 6A 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 8A)
구성 1A 내지 7A 중 어느 하나의 마스크 블랭크의 제조 방법으로 제조된 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
상기 제2 실시 형태의 각 구성에 따른 마스크 블랭크의 제조 방법에 의하면, 위상 시프트막의 면 내 및 막 두께 방향에 있어서의 조성 및 광학 특성의 균일성을 높게 할 수 있고, 복수의 기판 간에 있어서의 위상 시프트막의 조성 및 광학 특성의 균일성도 높게 할 수 있으며, 나아가 저결함의 마스크 블랭크를 제조할 수 있다. 또한 상기 제2 실시 형태의 각 구성에 있어서의 마스크 블랭크의 제조 방법에 의해 제조된 마스크 블랭크를 사용하여 위상 시프트 마스크를 제조함으로써, 전사성이 우수한 위상 시프트 마스크를 얻을 수 있다.
상기 제2 실시 형태의 각 구성에 있어서 「타깃 재료」는 규소를 포함하고 있으면 되며, 다른 성분의 유무에 한정되지 않는다. 하프톤형 위상 시프트 마스크의 위상 시프트막의 성막에 사용되는 타깃 재료로 규소를 포함하는 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 위상 시프트막에 사용되는 타깃으로서는, 예를 들어 규소 타깃, 및 규소를 포함하는 혼합 타깃을 들 수 있다. 여기에서 말하는 「규소를 포함하는 혼합 타깃」으로서는, 규소와 전이 금속(예를 들어, 규소 및 몰리브덴)을 포함하는 혼합 타깃을 들 수 있다. 규소와 전이 금속을 포함하는 혼합 타깃에 있어서의 전이 금속으로서는, 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐, 티타늄, 하프늄, 니켈, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 팔라듐, 루테늄, 로듐 및 크롬 등을 들 수 있다. 제2 실시 형태에 바람직하게 적용되는 재료의 타깃은, 규소 타깃 또는 규소를 포함하는 혼합 타깃이며, 보다 바람직하게 적용되는 타깃 재료는, 규소이다.
또한, 이 제2 실시 형태에 있어서, 타깃 재료의 「규소」란, 실질적으로 규소로 구성되는 것이다. 표면이 자연 산화된 규소 타깃, 타깃을 제조할 때 혼입된 불순물 원소를 포함하는 규소 타깃, 및 안정화 및 스퍼터링 효율의 향상을 목적으로 첨가된 원소 등의 성분을 포함하는 규소 타깃은, 여기에서 말하는 「규소」를 재료로 하는 타깃의 개념에 포함되는 것이다. 또한, 스퍼터링 효율의 향상을 목적으로 하여 첨가되는 원소로서, 예를 들어 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨을 들 수 있다. 이들의 원소가 첨가된 규소 타깃은, 스퍼터링 중의 타깃 표면의 도전성이 높게 유지되므로, DC 스퍼터링법으로 성막하는 경우에 바람직하게 사용된다.
상기 제2 실시 형태의 각 구성에 있어서, 「2개의 타깃」은, 모두 규소를 함유하고 있으면 되며, 규소의 함유량 및 규소 이외의 함유물 등의 다른 요소가 상이한 것이어도 된다. 예를 들어, 금속과 규소의 혼합 타깃은 메탈 모드에서 사용하는 타깃으로 하고, 규소 타깃은 포이즌 모드에서 사용하는 타깃으로서, 챔버 내에 배치하는 형식이어도 된다. 또한, 2개의 타깃 중 어느 것에 대해서도 규소 타깃을 사용하는 경우에, 포이즌 모드에서 사용하는 규소 타깃에만 도전성을 부여하는 물질이 첨가된 것을 사용하여도 된다.
이들 타깃 재료를 스퍼터링하여 형성되는 막에 있어서, 메탈 모드에서 성막된 막 및 포이즌 모드에서 성막된 막의 소쇠 계수 및 굴절률과 같은 광학 특성은, 서로 상이하다. 예를 들어, 동일 재료로 이루어지는 타깃을 복수 준비하고, 포이즌 모드용 타깃과 메탈 모드용 타깃으로 구분하여 사용하고, 각각의 모드에서 성막한 막을 순서 부동으로 적층함으로써, 원하는 광학 특성을 갖는 적층 구조의 박막을 성막할 수 있다.
상기 제2 실시 형태의 각 구성에 있어서, 「반응성 가스」는, 타깃 재료와 반응하고, 반응 생성물을 포함하는 막을 성막하는 반응성 스퍼터링에 일반적으로 사용되는 반응성 가스이면 되며, 특정한 가스종으로 한정되지 않는다. 반응성 가스의 구체적인 예로서, 질소, 산소, 질소산화물, 메탄, 및 이산화탄소 등을 들 수 있다.
상기 제2 실시 형태의 각 구성에 있어서, 「불활성 가스」로서 사용 가능한 가스는, 헬륨, 아르곤, 크립톤 및 크세논 등의 희가스류를 들 수 있다. 이 불활성 가스가 플라즈마화하고, 타깃에 충돌함으로써 타깃으로부터 구성 원소가 튀어나와 반응성 가스와 반응한다. 투광성 기판 위에는, 반응성 가스와 타깃의 구성 원소와의 반응 생성물이 박막으로서 성막된다.
상기 제2 실시 형태의 각 구성에 있어서, 「투광성 기판」이란, 합성 석영 유리 외에, 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등) 등을 들 수 있다. 합성 석영 유리는, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)에 대한 투과율이 높아, 마스크 블랭크의 투광성 기판을 형성하는 재료로서 특히 바람직하다.
상기 제2 실시 형태의 각 구성에 있어서, 「스퍼터링」 방법에는, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 중 어떠한 방법도 적용 가능하다. 도전성이 낮은 규소 타깃 또는 규소를 포함하는 혼합 타깃을 사용하는 경우에는, RF 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하다. 성막 레이트를 고려한 경우에도, RF 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하다.
상기 제2 실시 형태의 각 구성에 있어서의 위상 시프트막의 저투과층 및 고투과층의 투광성 기판측으로부터의 적층순은, 투광성 기판과 그것에 접촉하는 층과의 상관 특성으로부터, 보다 바람직한 층을 투광성 기판측의 층으로서 형성하면 되며, 어느 층이 먼저 형성되어도 된다. 예를 들어, 고투과층보다도 저투과층 쪽이 기판과의 에칭 선택성이 얻어질 때에는, 저투과층을 기판과 접하는 층으로서 선택하면 된다. 또한, 저투과층보다도 고투과층 쪽이 기판과의 밀착성이 우수한 경우에는, 고투과층을 기판과 접하는 층으로서 선택할 수도 있다.
상기 제2 실시 형태의 각 구성은, 적어도 규소를 포함하고 있는 타깃을 2 이상 배열하고, 메탈 모드에서 성막하는 것과 포이즌 모드에서 성막하는 것으로 타깃을 구분지어 사용하고 있는 것이 특징의 하나이다. 따라서, 저투과층 및 고투과층의 어느 층을 성막할 때에 있어서도, 한쪽의 타깃으로부터만 스퍼터시키도록 한다. 한쪽의 타깃에 전압을 인가하고 있을 때는, 다른 쪽의 타깃에는 전압을 인가하지 않는다.
메탈 모드에서의 성막과 포이즌 모드에서의 성막을 동일한 타깃으로 사용하는 경우에는, 타깃 표면의 물성(모드)을 바꾸기 전에 타깃의 컨디셔닝을 정밀하게 행할 필요가 있다. 그러나, 타깃의 컨디셔닝은, 진공 용기 내에 이물이 발생하는 요인으로 되는 작업이다. 이물은, 막 결함의 원인 중 하나이다. 이들 이물의 구체예는, 모드가 변할 때 타깃 표면 위에 석출하는 이물 및 컨디셔닝 시에 사용하는 셔터 등의 기계적 동작에 의해 발생하는 이물이다. 이들 이물을 고려하면, 저결함의 마스크 블랭크를 제조하기 위해서, 타깃의 컨디셔닝을 행하는 횟수는, 가능한 한 적은 것이 바람직하다.
상기 제2 실시 형태의 각 구성에 의하면, 메탈 모드에서 성막하는 타깃과 포이즌 모드에서 성막하는 타깃을 구분지어 사용하고 있으므로, 타깃의 모드 변경에 수반되는 빈번한 컨디셔닝을 요하지 않는다. 제2 실시 형태에 의하면, 위상 시프트막 형성 시에 전술한 예와 같은 이물의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 이물에 의한 결함수가 적은, 저결함의 마스크 블랭크를 제조할 수 있다.
또한, 상기 제2 실시 형태의 각 구성에 있어서의 제조 방법은, 저투과층을 메탈 모드에서 성막하고 있는 것, 및 고투과층을 포이즌 모드에서 성막하고 있는 것을 특징의 하나로 하고 있다. 타깃이 포이즌 모드일 때 및 메탈 모드일 때는, 모두 반응성 스퍼터링을 안정적으로 행할 수 있으므로, 위상 시프트막의 면 내 및 막 두께 방향에 있어서의 조성 및 광학 특성의 균일성을 높게 할 수 있고, 복수의 기판 간에 있어서의 위상 시프트막의 조성 및 광학 특성의 균일성도 높게 할 수 있다. 또한, 포이즌 모드에서 성막되는 층과 메탈 모드에서 성막되는 층을 조합하는 것 및 각각의 층의 두께를 조정함으로써, 위상 시프트막의 광학 설계 자유도가 넓어진다는 효과도 갖고 있다.
상기 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 제조 방법에 있어서, 상기 반응성 가스는, 저투과층 형성 시에 도입하는 반응성 가스와, 고투과층 형성 시에 도입하는 반응성 가스가 동일종의 가스인 것이 바람직하다. 즉, 상기 반응성 가스는, 저투과층을 형성할 때와, 고투과층을 형성할 때에 동일 종류의 가스인 것이 바람직하다.
반응성 가스의 종류가 포이즌 모드에서 성막하는 경우와, 메탈 모드에서 성막하는 경우에서 동일하면, 포이즌 모드에서 얻어지는 고투과층의 구성 원소와, 메탈 모드에서 얻어지는 저투과층의 구성 원소가 동일해진다. 따라서, 고투과층과 저투과층의 계면에 발생하는 교환 반응 등의 부반응이 복잡화하지 않는다. 이로 인해, 적층 구조의 막이어도, 막의 종합적인 조성이 균일하게 유지되어, 위상 시프트 기능의 예측할 수 없는 변화가 발생하기 어려워진다. 또한, 본 구성에 있어서, 메탈 모드에서 저투과층을 형성할 때 도입하는 반응성 가스와, 포이즌 모드에서 고투과층을 형성할 때 도입하는 반응성 가스가 동일 종류의 가스이면 되며, 도입하는 반응성 가스의 유량 및 분압, 및 진공 용기 내의 압력이 동일하지 않아도 된다.
상기 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 제조 방법에 있어서, 상기 타깃의 재료는, 규소라는 구성인 것이 바람직하다. 즉, 상기 타깃은 규소 타깃인 것이 바람직하다. 본 구성에 의하면, 얻어진 적층 구조의 위상 시프트막은, 규소와 반응성 가스와의 반응 생성물로 구성되고, 전이 금속 등을 포함하지 않는다. 이와 같은 구성으로 성막된 위상 시프트막으로부터 얻어지는 위상 시프트부는, 단파장의 노광광, 구체적으로는, 파장 193㎚의 ArF 엑시머 레이저의 노광광을 장시간 조사하여도, 패턴 치수의 변화가 발생하기 어렵다.
상기 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 제조 방법에 있어서, 상기 반응성 가스는 질소 가스인 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 「질소 가스」란, 실질적으로 질화물인 층을 반응성 스퍼터링에 의해 형성할 수 있는 가스를 의미한다. 구체적으로는, 반응성 가스에 포함되는 질소(N2)가 90체적% 이상, 바람직하게는 99체적% 이상인 가스가, 여기에서 말하는 「질소 가스」이다.
ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대하여 광 반투과성을 갖는 위상 시프트막을 형성하는 경우, 산화물, 질화물 및 산질화물 등이 선택된다. 규소계의 위상 시프트막의 경우도 산화물, 질화물 및 산질화물 등이 선택되지만, 산화물 또는 산질화물을 선택하면 굴절률(n)이 낮아지는 경향이 있다. 이로 인해, 규소계의 위상 시프트막의 조성에 산소가 포함되는 경우에는, 위상 시프트막을 두껍게 형성할 필요가 발생한다. 또한, 합성 석영 유리를 포함하는 투광성 기판 위에, 산소가 포함되는 규소계 위상 시프트막을 성막한 경우, 마스크 패턴을 형성할 때 행해지는 드라이 에칭에 있어서, 규소계 위상 시프트막과 기판의 사이에서 에칭 선택성이 얻어지기 어려워진다는 문제도 있다. 본 구성에 의하면, 광학 특성이 우수하고, 또한 석영 유리를 포함하는 투광성 기판과의 에칭 선택성에도 우수한 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크를 제조할 수 있다.
상기 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 제조 방법에 있어서, 상기 저투과층은, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 굴절률(n)이 2.4 미만이며, 또한 소쇠 계수(k)가 1.0 이상의 층에 성막하고, 고투과층은 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 굴절률(n)이 2.4 이상이며, 또한 소쇠 계수(k)가 1.0 미만인 층에 형성(성막)하는 것이 바람직하다. 저투과층 및 고투과층의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 상기 범위로 조정된 층을 적층함으로써, 원하는 광학 특성을 갖는 위상 시프트막을 성막할 수 있다.
저투과층의 바람직한 굴절률(n)은 2.3 이하, 보다 바람직하게는 2.2 이하, 더 바람직하게는 2.0 이하이다. 저투과층의 바람직한 소쇠 계수(k)는 1.1 이상, 보다 바람직하게는 1.4 이상, 더 바람직하게는 1.6 이상이다. 또한, 고투과층의 바람직한 굴절률(n)은 2.5 이상이다. 고투과층의 바람직한 소쇠 계수(k)는 0.9 이하, 보다 바람직하게는 0.7 이하, 더 바람직하게는 0.4 이하이다. 또한, 박막의 굴절률(n)과 소쇠 계수(k)는, 그 박막의 조성만으로 결정되는 것이 아니라, 그 박막의 막 밀도 및 결정 상태에 따라 변동한다. 이로 인해, 반응성 스퍼터링으로 박막을 성막할 때의 제반 조건을 조정하여, 그 박막이 원하는 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 되도록 성막하는 것이 바람직하다.
상기 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 제조 방법에 있어서, 상기 저투과층 및 고투과층을 순서 부동으로 적층한 적층 구조는, 상기 저투과층과 상기 고투과층을 교대로 3층 이상 적층한 구조인 것이 바람직하다. 저투과층 및 고투과층은, 각각의 층을 구성하는 원소가 동일하여도, 그 조성비가 상이하다. 동일한 원소로 구성된 막이더라도 조성비가 상이하면, 드라이 에칭 시의 에칭 레이트가 상이하다. 예를 들어, 불소계 가스 등에 의한 드라이 에칭으로 마스크 패턴을 형성하는 경우, 에칭 레이트가 상이한 층이 적층되어 있으면 패턴의 벽면에 단차가 발생한다. 이 현상을 억제하기 위해서는, 적층하는 층의 층 두께를 얇게 하는 것이 유효하다. 본 구성에 의하면, 위상 시프트막을 구성하는 층의 막 두께를 얇게(예를 들어 20㎚ 이하로) 할 수 있으므로, 각각의 층의 에칭 레이트의 상이에 의한 전술한 단차를 작게 할 수 있다.
상기 제2 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 제조 방법에서는, 상기 저투과층 및 상기 고투과층을 순서 부동으로 적층한 적층 구조의 위상 시프트막의 표면에 산화층을 형성하는 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 「산화층을 형성한다」라 함은, 예를 들어 스퍼터링으로 저투과층 및 고투과층을 순서 부동으로 적층한 적층 구조의 위상 시프트막을 성막한 후에, 산화 처리를 행해서 산화층을 형성하는 구성 및 저투과층 및 고투과층을 순서 부동으로 적층한 적층 구조의 위상 시프트막의 표면에, 예를 들어 규소 산화물의 박막을 별도 형성하는 구성을 의미한다. 표면에 산화 처리를 행하는 방법의 예로서는, 대기중 또는 산소 분위기 중에서 가열하는 방법, 및 오존 또는 산소 플라즈마를 표면에 접촉시키는 방법 등을 들 수 있다. 상기 적층 구조의 위상 시프트막의 표면에 별도 산화층을 형성하는 방법으로서는, 이산화규소를 타깃으로 사용한 스퍼터링 성막 등을 들 수 있다.
표면이 산화되지 않은 박막이 노출된 기판은, 세정을 행하는 것 및 대기중에서의 보관을 행함으로써, 표층이 산화되기 쉽다. 위상 시프트막의 경우, 박막의 성막 시의 광학 특성이 표면의 산화로 크게 바뀌어버리는 경우도 있다. 특히, 위상 시프트막의 최상층에 저투과층을 형성한 구성의 경우에는, 저투과층이 산화하는 것에 의한 투과율의 상승 폭이 커지는 것이 생각된다. 위상 시프트막을, 저투과층과 고투과층의 적층 구조(순서 부동)의 위(표면)에, 위상 시프트막의 광학 특성에 영향을 미치지 않는 산화물층을 형성함으로써, 저투과층 및 고투과층의 표면 산화를 억제할 수 있다.
이하, 상기 제2 실시 형태에 따른 실시예에 기재하는 마스크 블랭크의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 있어서, 바람직한 형태를 열기한다.
(형태 1)
마스크 블랭크는, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대하여 소정량의 위상 시프트를 발생시키는 기능을 갖는 위상 시프트막이 구비된 것이다. 또한, 투광성 기판은, 합성 석영 유리 기판이다.
(형태 2)
위상 시프트막의 투광성 기판에 접하는 층은, 메탈 모드에서 스퍼터링된 질화규소층(저투과층)이다. 합성 석영 유리 기판은, 질화규소층과 동일한 에칭 가스로 드라이 에칭되지만, 메탈 모드에서 성막된 질소 함유량이 적은 질화규소층은, 합성 석영 유리와 에칭 특성이 상이하기 때문에, 에칭 선택성이 우수하다.
(형태 3)
위상 시프트막의 투광성 기판에 접하는 층은, 포이즌 모드에서 스퍼터링된 질화규소를 포함하는 고투과층이다. 합성 석영 유리 기판 위에 반응성 스퍼터링으로 질화막 또는 산화막을 형성하는 경우, 질화도 또는 산화도가 높은 막은, 밀착 성이 우수하다는 특징을 갖고 있다. 질화도가 높은 포이즌 모드에서 성막된 질화규소층(고투과층)을 기판에 접하는 층으로 함으로써, 위상 시프트막과 투광성 기판의 밀착성이 향상된다.
(형태 4)
저투과층 및 고투과층은, 각각의 타깃에서 질화도가 상이한 질화규소막을 형성한다. 질화규소층(고투과층)의 질화도는, 질화규소층(저투과층)의 질화도보다도 상대적으로 크다. 질화규소층(고투과층)의 질화도는, 질소의 함유량이 50at%보다 크며 나머지가 규소인 경우가 포함된다. 질화규소층(저투과층)의 질화도는, 질소의 함유량이 50at%보다 작고, 나머지가 규소인 경우가 포함된다.
(형태 5)
위상 시프트막을 형성할 때 사용하는 스퍼터링 장치는, RF 스퍼터링 장치이다. DC 스퍼터링으로는, 타깃의 종류에도 따르지만, 반응성 스퍼터링을 포이즌 모드에서 행하면, 타깃 표면부의 도전성이 나빠지고, 전압이 인가되기 어려워진다. 이로 인해, 방전이 불안정해져서, 고투과층이 안정적으로 형성되지 않는 경우가 있다. 또한, 이온빔 스퍼터링은, 성막 레이트가 늦다는 문제를 갖고 있다. RF 스퍼터링에 의하면, 포이즌 모드에서 성막하는 경우에 타깃 표면의 도전성의 저하가 심각한 규소 타깃의 경우이더라도, 비교적 빠른 성막 레이트로 안정적으로 성막할 수 있다.
(형태 6)
메탈 모드 및 포이즌 모드에서 성막할 때의 스퍼터링 가스의 조건은, 사용한 낱장식 RF 스퍼터링 장치에 의해, 스퍼터링 가스에 있어서의 불활성 가스 및 반응성 가스의 유량비와, 성막 속도의 관계를 사전에 검증하고, 양 모드의 영역에서 안정적으로 성막할 수 있는 유량비 등의 성막 조건을 선정하고 있다.
(형태 7)
위상 시프트 마스크 블랭크의 위상 시프트막이, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 투과율이 1% 이상 30% 이하의 범위가 되도록 조정되어 있다. 또한, 위상 시프트막에 있어서, 투과하는 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대하여 이 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 광과의 사이에서 발생하는 위상차가, 170 내지 190°의 범위가 되도록 조정되어 있다. 위상 시프트막의 투과율 및 위상차가 상기 범위가 되도록 조정된 마스크 블랭크를 제조함으로써, 전사 정밀도가 우수한 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다.
(형태 8)
위상 시프트막은, 저투과층과 고투과층의 적층 구조를 2조 이상 갖고 있다. 그리고, 각각의 층의 두께가 30㎚ 이하이다. 저투과층 및 고투과층은, 상기한 바와 같이, 층을 구성하는 원소의 조성비가 상이하고, 드라이 에칭에서의 에칭 레이트 차가 크게 되어 있다. 이로 인해, 불소계 가스 등으로 등방성 드라이 에칭을 행하여 마스크 패턴을 형성하면, 패턴 측벽에 단차가 형성된다. 저투과층 및 고투과층의 각 층의 두께를 30㎚ 이하, 바람직하게는 20㎚ 이하로 제한함으로써, 에칭 후에 있어서의 위상 시프트막의 패턴 측벽에서 발생하는 단차를 보다 억제할 수 있다.
(형태 9)
마스크 블랭크의 제조에 있어서, 위상 시프트막 위에 차광막을 형성하고 있다. 전사용 마스크에서는, 전사 패턴이 형성되는 영역(전사 패턴 형성 영역)의 외주 영역은, 소정값 이상의 광학 농도(OD)를 확보하는 것이 요구되고 있다. 이것은, 노광 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때 외주 영역을 투과한 노광광에 의한 영향을 레지스트막이 받지 않도록 하기 위해서이다. 이 점에 대해서는, 위상 시프트 마스크의 경우도 동일하다. 통상적으로 위상 시프트 마스크를 포함하는 전사용 마스크의 외주 영역에서는, OD가 3.0 이상인 것이 바람직한 것으로 되어 있으며, 적어도 OD가 2.8 이상인 것이 필요한 것으로 되어 있다. 상기한 바와 같이, 위상 시프트막은 소정의 투과율로 노광광을 투과하는 기능을 갖고 있으며, 위상 시프트막만으로는 소정값의 광학 농도를 확보하는 것은 곤란하다. 이로 인해, 마스크 블랭크를 제조하는 단계에서 위상 시프트막의 위에, 부족한 광학 농도를 확보하기 위해서, 차광막을 적층해 두는 것이 요망된다. 이와 같은 마스크 블랭크의 구성으로 함으로써, 위상 시프트막을 제조하는 도중에, 위상 시프트 효과를 사용하는 영역(기본적으로 전사 패턴 형성 영역)의 차광막을 제거하면, 외주 영역에 소정값의 광학 농도가 확보된 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다. 또한, 차광막은, 단층 구조 및 2층 이상의 적층 구조 중 어느 것이나 적용 가능하다.
(형태 10)
차광막에는, 위상 시프트막에 패턴을 형성할 때 사용되는 에칭 가스에 대하여 선택성을 갖는 크롬을 함유하는 재료로 형성하고 있다. 이 차광막을 형성하는 크롬을 함유하는 재료로서는, 금속 크롬 외에, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 일반적으로, 크롬계 재료는, 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스로 에칭되지만, 금속 크롬은이 에칭 가스에 대한 에칭 레이트가 그다지 높지 않다. 염소계 가스와 산소 가스와의 혼합 가스의 에칭 가스에 대한 에칭 레이트를 높이는 점을 고려하면, 차광막을 형성하는 재료로서는, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료가 바람직하다. 또한, 차광막을 형성하는 크롬을 함유하는 재료에 주석, 인듐 및 몰리브덴으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시켜도 된다.
(형태 11)
마스크 블랭크의 제조에 있어서, 차광막 위에 에칭 마스크를 형성하고 있다. 여기에서 말하는 「에칭 마스크」란, 차광막을 에칭할 때 사용되는 에칭 가스에 대하여 에칭 선택성을 갖는 재료로 형성된 박막이다. 차광막은, 소정의 광학 농도를 확보하는 기능이 필수적이기 때문에, 그 두께를 저감하는 것에는 한계가 있다. 에칭 마스크막은, 그 바로 아래의 차광막에 패턴을 형성하는 드라이 에칭이 끝날 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능하는 것이 가능할 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하며, 기본적으로 광학 특성의 제한을 받지 않는다. 이로 인해, 에칭 마스크막의 두께는 차광막의 두께에 비하여 대폭 얇게 할 수 있다. 그리고, 후술하는 유기계 재료의 레지스트막은, 이 에칭 마스크막에 패턴을 형성하는 드라이 에칭이 끝날 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능할 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하므로, 종래보다도 대폭 두께를 얇게 할 수 있다.
차광막이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에 있어서의 에칭 마스크막의 재료로서는, 규소계 재료를 들 수 있다. 규소계 재료에 대한 설명은 후술한다. 또한, 차광막이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에는, 탄탈륨을 함유하는 재료도 적용 가능하다. 이 경우에 있어서의 탄탈륨을 함유하는 재료로서는, 금속 탄탈륨 외에, 탄탈륨에 질소, 산소, 붕소, 규소, 및 탄소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다. 예를 들어, Ta, TaN, TaON, TaBN, TaBON, TaCN, TaCON, TaBCN, TaBOCN, TaSi, TaSiN 및 TaSiON 등을 들 수 있다. 또한, 에칭 마스크막은, 차광막이 규소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에는, 크롬을 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 차광막에 관한 그 밖의 사항(위상 시프트막과의 적층 구조에 관한 사항 등을 포함함)에 대해서는, 상기 제1 실시 형태에 따른 차광막과 마찬가지이다.
(형태 12)
에칭 마스크막에 관한 그 밖의 사항에 대해서는, 상기 제1 실시 형태에 따른 에칭 마스크막과 마찬가지이다.
(형태 13)
상기 에칭 마스크의 표면에 유기계 재료의 레지스트막을 형성하고 있다. 레지스트막에 관한 그 밖의 사항에 대해서는, 상기 제1 실시 형태에 따른 레지스트막과 마찬가지이다.
<제3 실시 형태>
이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다.
일반적인 마스크 블랭크의 제조에 있어서는, 낱장식 스퍼터링 장치에 의해 투광성 기판의 주 표면에 위상 시프트막과 같은 박막을 성막하고 있다. 특히, 투광성 기판 위에 위상 시프트막을 갖는 마스크 블랭크 및 위상 시프트 마스크에 있어서는, 위상 시프트막의 투과율 및 위상 시프트량이 투광성 기판면 내에서 균일성을 유지하고 있는 것이 중요하다. 이로 인해, 일본 특허공개 제2002-90978호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 투광성 기판의 주 표면 위로의 위상 시프트막의 성막에 있어서는, 회전시킨 투광성 기판의 주 표면에 대하여 스퍼터링 타깃의 스퍼터면을 경사시켜서 대향 배치한 경사 입사 회전 스퍼터링법을 적용한 성막이 행해지고 있다.
그런데, 전술한 마스크 블랭크의 제조 시에는, 투광성 기판의 주 표면에 미소한 흠집(결함 부분)이 있어도, 이 결함 부분의 위치가 전사 패턴의 형성에 큰 장해가 되지 않으면, 이 투광성 기판을 사용 가능하다고 판단하여, 박막을 성막하여 마스크 블랭크를 제작하는 경우가 있다. 이것은, 그 투광성 기판에 있어서의 결함 부분의 평면 좌표와 결함 종류(볼록 결함 또는 오목 결함)에 관한 정보를, 대응하는 마스크 블랭크에 첨부하여 넘겨주면, 박막에 전사 패턴을 형성할 때, 그 결함 부분이 노광 전사에 영향이 없는 위치로 조정될 수 있기 때문이다.
그러나, 전술한 경사 입사 회전 스퍼터링법을 적용한 위상 시프트막의 성막에 있어서는, 투광성 기판의 주 표면에 미소한 오목 결함부가 존재하면, 이 오목 결함부에 성막되는 위상 시프트막에는, 부분적으로 주위보다도 밀도가 낮은 저밀도 영역이 형성되는 것을 알 수 있었다. 이것은, 경사 입사 회전 스퍼터링법에 의한 성막에 있어서는, 스퍼터링 타깃으로부터 비산한 스퍼터 입자가, 투광성 기판의 주 표면에 대하여 수직 방향으로부터 경사진 방향으로부터 침입하는 것, 오목 결함부의 단면의 형상이 라운딩되어 있는 경우가 많은 것 등으로부터, 투광성 기판에 도달하는 입자의 침입 각도 및 속도로 편차가 발생하기 때문이라고 추측된다.
그리고 이와 같은 저밀도 영역은, 주위의 영역보다도 투과율이 높고 광학 특성이 상이한 영역으로 된다. 이와 같은 투광성 기판에 오목 결함부가 존재하는 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제조하는 경우, 전술한 위상차를 이용할 일이 없는 대면적의 위상 시프트막으로 오목 결함부를 덮음으로써, 오목 결함부가 미세 패턴의 노광 전사에 영향을 미치지 않는 패턴 설계로 할 수 있을 것으로, 일견 생각된다. 그러나, 오목 결함부에 있어서의 투과율을 주위의 전사 패턴이 존재하는 부분에 있어서의 투과율과 동일 정도로 낮게 하는 것이 곤란한 점에서, 완성된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 전사 대상물(반도체 기판 위의 레지스트막 등)에 대하여 패턴의 노광 전사를 행한 경우, 그 오목 결함부 위의 위상 시프트막의 투과율이 높은 것에 기인하여 그 부분이 전사 대상물에 노광되어버리는 전사 불량이 발생하는 경우가 있어, 문제로 되었다.
이 제3 실시 형태에서는, 투광성 기판이 미소한 오목 결함부를 갖는 경우이더라도, 주위보다도 투과율이 높은 백색 결함을 갖지 않고, 이에 의해 전사 불량의 발생을 저감하는 것이 가능한 마스크 블랭크 및 위상 시프트 마스크를 제공하는 것, 나아가서는 이 마스크 블랭크의 제조 방법, 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 및 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
전술한 과제를 해결하는 수단으로서, 이 제3 실시 형태에서는, 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1B)
투광성 기판의 주 표면 위에 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크로서,
상기 투광성 기판은, 상기 위상 시프트막이 형성되어 있는 측의 주 표면에 오목 결함부를 갖고,
상기 위상 시프트막은, 투광성 기판측으로부터, 고투과층과 이보다도 광투과율이 낮은 저투과층을 이 순서로 적층한 구조를 포함하고,
상기 오목 결함부 위에 형성된 부분의 상기 고투과층의 내부 영역이 저밀도 영역을 갖고,
상기 저밀도 영역에서의 밀도가, 상기 오목 결함부가 없는 주 표면 위에 형성된 부분의 상기 고투과층의 내부 영역에서의 밀도보다도 상대적으로 낮은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2B)
상기 고투과층 및 저투과층은, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성되고, 상기 고투과층은, 상기 저투과층에 비하여 질소 함유량이 상대적으로 많은 것을 특징으로 하는 구성 1B에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3B)
상기 고투과층 및 저투과층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료, 또는 상기 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1B 또는 2B에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4B)
상기 고투과층 및 저투과층은, 동일한 구성 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1B 내지 3B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5B)
상기 위상 시프트막은, 상기 고투과층과 저투과층의 적층 구조의 조합을 2조 이상 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1B 내지 4B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6B)
상기 고투과층 및 저투과층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 구성 1B 내지 5B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7B)
상기 고투과층은, 상기 저투과층보다도 막 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하는 구성 1B 내지 6B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8B)
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성된 최상층을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1B 내지 7B에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 9B)
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에, 규소 및 산소를 포함하는 재료, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료, 또는 이들의 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료 중 어느 하나로 형성된 최상층을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1B 내지 8B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 10B)
상기 위상 시프트막에 대하여 5분 이상의 온수 세정을 행한 후에 있어서도, 상기 오목 결함부 위에 형성된 상기 위상 시프트막이 잔존하고 있는 것을 특징으로 하는 구성 8B 또는 9B에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 11B)
구성 1B 내지 10B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막에 전사 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
(구성 12B)
투광성 기판의 주 표면 위에 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크의 제조 방법으로서,
상기 투광성 기판을 주 표면의 중심을 통과하는 회전축에서 회전시키는 것과, 스퍼터링 타깃의 스퍼터면을, 상기 투광성 기판의 오목 결함부를 갖는 주 표면에 대향시켜서 비스듬히 배치하는 것을 포함하는 스퍼터링법에 의해, 상기 투광성 기판의 오목 결함부를 갖는 주 표면 위에 상기 위상 시프트막을 성막하는 공정을 구비하고,
상기 위상 시프트막을 성막하는 공정은, 상기 투광성 기판에 있어서의 오목 결함부를 갖는 주 표면 위에 고투과층을 형성하는 고투과층 형성 공정과, 상기 고투과층보다도 광투과율이 낮은 저투과층을 상기 고투과층 위에 형성하는 저투과층 형성 공정을 포함하고,
상기 고투과층 형성 공정에서 형성된 상기 고투과층은, 상기 오목 결함부 위에 형성된 부분의 상기 고투과층의 내부 영역이 저밀도 영역을 갖고, 상기 저밀도 영역에서의 밀도가, 상기 오목 결함부가 없는 주 표면 위에 형성된 부분의 상기 고투과층의 내부 영역에서의 밀도보다도 상대적으로 낮은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 13B)
상기 고투과층 형성 공정은, 규소를 함유하는 재료로 이루어지는 상기 스퍼터링 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 고투과층을 형성하는 것이며,
상기 저투과층 형성 공정은, 규소를 함유하는 재료로 이루어지는 상기 스퍼터링 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하고, 상기 고투과층 형성 공정일 때보다도 질소계 가스의 혼합 비율이 낮은 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 저투과층을 형성하는 것임을 특징으로 하는 구성 12B에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 14B)
상기 고투과층 형성 공정은, 규소 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 상기 스퍼터링 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 고투과층을 형성하는 것이며,
상기 저투과층 형성 공정은, 규소 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 상기 스퍼터링 타깃을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하고 상기 고투과층 형성 공정일 때보다도 질소계 가스의 혼합 비율이 낮은 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 저투과층을 형성하는 것인 것을 특징으로 하는 구성 12B 또는 13B에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 15B)
상기 고투과층 형성 공정은, 규소를 포함하는 상기 스퍼터링 타깃을 사용하고, 질소 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 고투과층을 형성하는 것이며,
상기 저투과층 형성 공정은, 규소를 포함하는 상기 스퍼터링 타깃을 사용하고, 질소 가스 및 희가스를 포함하며 상기 고투과층 형성 공정일 때보다도 질소계 가스의 혼합 비율이 낮은 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해, 상기 저투과층을 형성하는 것인 것을 특징으로 하는 구성 12B 내지 14B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 16B)
상기 고투과층 형성 공정은, 포이즌 모드에서의 반응성 스퍼터링에 의해 상기 고투과층을 형성하는 것이며,
상기 저투과층 형성 공정은, 메탈 모드에서의 반응성 스퍼터링에 의해 상기 저투과층을 형성하는 것인 것을 특징으로 하는 구성 12B 내지 15B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 17B)
상기 위상 시프트막의 상기 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 이루어지는 최상층을 형성하는 최상층 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 12B 내지 16B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 18B)
상기 위상 시프트막의 상기 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에, 규소 및 산소를 포함하는 재료, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료, 또는 이들의 재료에 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료 중 어느 하나로 형성된 최상층을 형성하는 최상층 형성 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 12B 내지 17B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법.
(구성 19B)
구성 12B 내지 18B 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크의 제조 방법에 의해 제조된 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
(구성 20B)
구성 11B에 기재된 위상 시프트 마스크를 사용하고, 기판 위의 레지스트막에 대하여 상기 위상 시프트 마스크의 상기 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
(구성 21B)
구성 19B에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 사용하고, 기판 위의 레지스트막에 대하여 상기 위상 시프트 마스크의 상기 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
상기 제3 실시 형태의 각 구성에 의하면, 투광성 기판측에 형성한 고투과층에 오목 결함부 위의 저밀도 영역이 형성되는 구성으로 함으로써, 위상 시프트막의 투과율을 주로 하여 저밀도 영역을 포함하지 않는 저투과층에 의해 제어할 수 있다. 이로 인해, 오목 결함부를 갖는 투광성 기판 위에 있어서의 위상 시프트막의 투과율의 면내 균일성의 향상을 도모하는 것이 가능해지고, 이에 의해 마스크 블랭크 및 위상 시프트 마스크에 대한 백색 결함의 형성이 억제되어, 위상 시프트 마스크를 사용한 전사 불량의 발생을 방지할 수 있다.
마스크 블랭크의 제조에 있어서는, 투광성 기판의 주 표면에 박막을 성막하는 데 있어서, 회전시킨 투광성 기판의 주 표면에 대하여 스퍼터링 타깃의 스퍼터면을 경사시켜서 대향 배치한 경사 입사 회전 스퍼터링법을 적용한 성막이 행해지고 있다.
그런데, 이와 같은 경사 입사 회전 스퍼터링법을 적용하여, MoSi계 재료로 대표되는 전이 금속 실리사이드계 재료의 박막을 성막하여 얻어진 마스크 블랭크에 있어서는, 이 마스크 블랭크를 사용하여 전사용 마스크를 제작하는 프로세스에 있어서, 박막의 주 표면에 미소한 사이즈(100㎚ 전후)의 핀 홀 결함이 발생하는 경우가 있는 것이 판명되었다. 또한, 전사용 마스크를 제작한 직후의 마스크 결함 검사에서는 결함은 검출되지 않았음에도 불구하고, 전사용 마스크를 노광 장치에 세트하여 소정 횟수 사용한 후에 행해지는 마스크 세정의 후에 마스크 결함 검사를 행하면, 마찬가지로 박막의 주 표면에 미소한 사이즈의 핀 홀 결함이 발생하는 경우가 있다는 사실도 판명되었다. 어떠한 경우에 있어서도, 박막을 성막하여 완성된 마스크 블랭크에 대하여 결함 검사를 행했을 때에는, 그와 같은 핀 홀 결함은 검출되지 않았다.
발명자들은, 이 핀 홀 결함이 발생하는 원인에 대하여, 예의 연구를 행하였다. 그 결과, 상기와 같은 핀 홀 결함이 발생한 마스크 블랭크는, 모두, 그 핀 홀 결함 부분의 바로 아래의 투광성 기판의 주 표면에, 미소한 깊이(40㎚ 이하)의 흠집(오목 결함)이 존재하고 있다는 사실을 알게 되었다. 이어서, 미소한 오목 결함이 존재하는 투광성 기판에서 제조한 마스크 블랭크에 대하여, 오목 결함부의 단면 TEM 상(像)을 관찰하였다. 그 결과, 오목 결함부 위의 박막에 성막 얼룩이 발생하고 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
이 성막 얼룩 부분을 거듭 연구한 결과, 이 성막 얼룩의 부분은, 다른 박막의 부분에 비하여 밀도가 낮다는 사실이 판명되었다. 또한, 그 성막 얼룩이 발생하고 있는 밀도가 낮은 영역(저밀도 영역)은 단면에서 보아 투광성 기판측으로부터 박막의 표면측을 향해 연신한 형상을 하고 있으며, 또한 평면에서 볼 때는 오목 결함부의 외주 근방으로부터 중심측으로 연신하고 있다는 사실도 확인할 수 있었다.
이상과 같은 저밀도 영역이 형성되는 원인은, 경사 입사 회전 스퍼터링법에 의한 박막의 성막에서는, 스퍼터링 타깃으로부터 비산한 스퍼터 입자가 투광성 기판의 주 표면에 대하여 수직 방향으로부터 경사진 방향으로 침입하는 것, 오목 결함부의 단면의 형상이 라운딩되어 있는 경우가 많은 것 등으로부터, 투광성 기판에 도달하는 입자의 침입 각도 또는 속도에 편차가 발생하기 때문이라고 추측된다.
여기서 문제가 되는 것은, 이상과 같은 박막에 있어서의 저밀도 영역은, 주위의 박막 부분과 비교하여 투과율이 높은 영역이 되는 것이다. 이로 인해, 투광성 기판 위의 박막이, 가령 핀 홀 결함을 발생할 우려가 없는 재료로 구성되어 있었다고 해도, 이 박막이 위상 시프트막이면, 소정의 위상 시프트량을 유지하면서, 오목 결함부에 있어서의 투과율을 그 주위의 투과율과 동일 정도로 낮게 억제하는 것이 곤란하다. 따라서, 투광성 기판에 오목 결함부가 존재하는 위상 시프트 마스크는, 가령 위상차를 이용할 일이 없는 대면적의 위상 시프트막으로 오목 결함부를 덮은 패턴 설계이더라도, 오목 결함부에 있어서의 투과율을 주위의 전사 패턴이 존재하는 부분에 있어서의 투과율과 동일 정도로 낮게 억제하는 것이 곤란하며, 백색 결함이 발생할 위험성이 있는 것으로 되었다.
따라서, 제3 실시 형태에 따른 각 마스크 블랭크에 있어서는, 투광성 기판에 있어서의 주 표면 위의 위상 시프트막을, 투광성 기판측으로부터 고투과층, 저투과층의 순서대로 적층한 구성을 갖는다. 고투과층은, 원래 투과율이 높은 층이기 때문에, 이 고투과층에 부분적인 저밀도 영역이 형성되어도, 거기에 기인하는 위상 시프트막의 막 두께 방향의 전체에서의 투과율의 상승 정도는 낮아, 이러한 위상 시프트막을 갖는 마스크 블랭크를 사용하여 위상 시프트 마스크를 제작하여도, 저밀도 영역에 의한 패턴의 노광 전사에의 영향을 작게 억제할 수 있다.
또한 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제작할 때에는, 투광성 기판의 오목 결함부 위의 위상 시프트막이, 미세한 전사 패턴을 형성하는 영역이 되지 않도록 패턴 배치하는 것이 일반적이다. 이로 인해, 오목 결함부 위의 위상 시프트막의 위상 시프트량에 대해서는 원하는 범위가 아니어도 실질적인 문제는 없다. 따라서, 주로 위상 시프트막의 위상 시프트량의 조정에 사용되는 고투과층에 부분적인 저밀도 영역이 형성되어도, 위상 시프트 마스크를 제작할 때의 장해로는 되기 어렵다.
이하, 도면에 기초하여, 전술한 본 발명의 상세한 구성을 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 설명을 행한다.
≪마스크 블랭크≫
도 7은, 제3 실시 형태의 일 구성예를 나타내는 마스크 블랭크(300)의 주요부 단면도이다. 상기 도면에 도시한 바와 같이, 마스크 블랭크(300)는, 투광성 기판(301)에 있어서의 한쪽 측의 주 표면 S 위에 하프톤형 위상 시프트막(이하, 위상 시프트막)(320)을 형성한 구성이다. 위상 시프트막(320)은, 투광성 기판(301) 측으로부터 고투과층(322), 고투과층(322)보다도 광투과율이 낮은 저투과층(321)의 순서대로 적층한 적층 구조(324)를 갖는다. 또한 위상 시프트막(320)은, 투광성 기판(301)으로부터 가장 떨어진 위치에, 최상층(323)을 구비하고 있어도 된다. 이러한 위상 시프트막(320)은, 이후에 상세히 설명하는 경사 입사 회전 스퍼터링법에 의해 각 층이 성막된 것이다. 또한, 마스크 블랭크(300)는, 위상 시프트막(320)의 상부에 차광막(303), 에칭 마스크막(304), 및 레지스트막(305)을, 필요에 따라서 이 순서대로 적층시킨 구성이어도 된다. 이하, 마스크 블랭크(300)의 주요 구성부의 상세를 설명한다.
<투광성 기판(301)>
투광성 기판(301)은, 위상 시프트막(320)이 형성되는 측의 주 표면 S에, 미소한 깊이의 흠집을 오목 결함부 F로서 갖는다. 오목 결함부 F의 깊이는 예를 들어 40㎚ 이하이다.
이와 같은 투광성 기판(301)은, 리소그래피에 있어서의 노광 공정에서 사용되는 노광광에 대하여 투과성이 양호한 재료로 이루어진다. 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저광(파장: 약 193㎚)을 사용하는 경우이면, 이에 대하여 투과성을 갖는 재료로 구성되면 된다. 이와 같은 재료로서는, 합성 석영 유리가 사용되지만, 이 밖에도, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등) 또는 그 밖의 각종 유리 기판을 사용할 수 있다. 특히, 석영 기판은, ArF 엑시머 레이저광, 또는 그보다도 단파장의 영역에서 투명성이 높으므로, 상기 제3 실시 형태의 마스크 블랭크에 특히 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 여기에서 말하는 리소그래피에 있어서의 노광 공정이란, 이 마스크 블랭크(1)를 사용하여 제작된 위상 시프트 마스크를 사용한 리소그래피에 있어서의 노광 공정이며, 이하에 있어서 노광광이란 이 노광 공정에서 사용되는 노광광인 것으로 한다. 이 노광광으로서는, ArF 엑시머 레이저광(파장: 193㎚), KrF 엑시머 레이저광(파장: 248㎚), i선 광(파장: 365㎚) 중 어느 것이나 적용 가능하지만, 노광 공정에서의 전사 패턴의 미세화의 관점에서는, ArF 엑시머 레이저광을 노광광에 적용하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 이하에 있어서는 ArF 엑시머 레이저광을 노광광에 적용한 경우에 대한 실시 형태를 설명한다.
<고투과층(322), 저투과층(321)>
위상 시프트막(320)을 구성하는 고투과층(322) 및 저투과층(321) 중, 투광성 기판(301)측에 형성된 고투과층(322)은, 주로 위상 시프트막(320)에 있어서의 위상 시프트량의 조정에 사용되는 층이다. 이 고투과층(322)은, 투광성 기판(301)의 오목 결함부 F 위에 형성된 부분의 내부 영역이 저밀도 영역 D를 갖고 있다. 고투과층(322)에 있어서의 저밀도 영역 D는, 투광성 기판(301)에 있어서 오목 결함부 F가 없는 주 표면 S 위에 형성된 부분의 고투과층(322)의 내부 영역에서의 밀도보다도 상대적으로 낮다.
또한 저투과층(321)은, 고투과층(322)을 통해 투광성 기판(301)의 주 표면 S측에 형성된 층이며, 고투과층(322)보다도 투과율이 낮다. 이러한 저투과층(321)은, 주로 위상 시프트막(320)에 있어서의 투과율의 조정에 사용되는 층이다. 또한 이 저투과층(321)에는, 오목 결함부 F 위에 형성된 저밀도 영역 D가 달하지 않도록 하는 것이다.
이상과 같은 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성되고, 고투과층(322)은, 저투과층(321)에 비하여 질소 함유량이 상대적으로 많다. 이러한 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 규소 및 질소를 포함하는 재료 (1)로 형성되거나, 또는 이 재료 (1)에 대하여 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료 (2)로 형성되어 있어도 된다.
고투과층(322) 및 저투과층(321)에 함유되는 반금속 원소는, 규소 외에, 어떠한 반금속 원소이어도 되지만, 그 중에서도, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨으로부터 선택되는 1 이상의 원소이다. 이들 원소는, 이후에 설명하는 스퍼터링법에 의한 위상 시프트막(320)의 성막 프로세스에 기인하여 고투과층(322) 및 저투과층(321)에 함유되는 원소이며, 규소를 사용한 스퍼터링 타깃의 도전성을 높이기 위해 도입되는 원소이다.
고투과층(322) 및 저투과층(321)에 함유되는 비금속 원소는, 질소 외에, 어느 비금속 원소이어도 된다. 그 중에서도 고투과층(322) 및 저투과층(321)에는, 탄소, 불소 및 수소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 산소의 함유량을 10원자% 이하로 억제하는 것이 바람직하고, 산소의 함유량이 5원자% 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 적극적으로 산소를 함유시키지 않고, 예를 들어 RBS, XPS 등에 의한 조성 분석의 결과가 검출 하한값 이하인 것이 더 바람직하다. 이와 같이, 규소계 재료막인 고투과층(322) 및 저투과층(321)에 대한 산소의 함유량을 낮게 억제함으로써, 소쇠 계수 k의 값을 어느 정도로 유지할 수 있고, 위상 시프트막(320) 전체의 두께를 얇게 억제할 수 있다.
또한, 투광성 기판(301)이 합성 석영 유리 등의 SiO2를 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있는 경우, 투광성 기판(301)에 접해 형성되는 고투과층(322)에 있어서의 산소의 함유량을 낮게 억제함으로써, 투광성 기판(301)과 고투과층(322)의 조성 차를 확보할 수 있다. 이에 의해, 위상 시프트막(320)을 패터닝해서 위상 시프트 마스크를 형성할 때의 에칭에 있어서, 위상 시프트막(320)과 투광성 기판(301) 사이에서의 에칭 선택성을 크게 하는 것이 가능하다.
고투과층(322) 및 저투과층(321)에 함유되는 희가스는, 이후에 설명하는 스퍼터링법에 의한 위상 시프트막(320)의 성막 프로세스에 기인하여 고투과층(322) 및 저투과층(321)에 함유되는 원소이다. 희가스는, 반응성 스퍼터링에 의해 위상 시프트막(320)을 성막할 때 성막실 내에 존재함으로써, 성막 속도를 크게 하여, 생산성을 향상시킬 수 있는 원소이다. 반응성 스퍼터링에 의한 성막에 있어서는, 이 희가스가 플라즈마화하고, 타깃에 충돌함으로써 타깃으로부터 타깃 구성 원소가 튀어나오고, 도중에 반응성 가스를 도입하면서, 투광성 기판 위에 적층되어 박막이 형성된다. 이 타깃 구성 원소가 타깃으로부터 튀어나오고, 투광성 기판에 부착될 때까지의 동안에 성막실 내의 희가스가 조금 도입된다. 이 반응성 스퍼터링에서 필요로 되는 희가스로서 바람직한 것으로서는, 아르곤, 크립톤 및 크세논을 들 수 있다. 또한, 성막되는 고투과층(322) 및 저투과층(321)을 포함하는 위상 시프트막(320)의 응력을 완화하기 위해서, 원자량이 작은 헬륨 및/또는 네온을 박막에 적극적으로 도입시킬 수 있다.
이상과 같은 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 다른 막을 통하지 않고, 직접 서로 접해서 적층하는 구조인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 마스크 블랭크(300)는, 고투과층(322) 및 저투과층(321)의 어느 쪽에도 금속 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 막이 접하지 않는 막 구조인 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 규소를 함유하는 막에 금속 원소를 함유하는 막이 접한 상태에서 가열 처리 또는 ArF 노광광의 조사가 행해진 경우에, 금속 원소가 규소를 함유하는 막 중에 확산되는 경우가 없어, 고투과층(322) 및 저투과층(321)의 조성 경시 변화를 작게 억제할 수 있다.
또한, 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 동일한 구성 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 고투과층(322) 및 저투과층(321) 중 어느 하나가 상이한 구성 원소를 포함하고 있고, 이들이 접해서 적층하고 있는 상태에서 가열 처리 또는 ArF 노광광의 조사가 행해진 경우, 그 상이한 구성 원소가, 그 구성 원소를 포함하지 않는 측의 층으로 이동하여 확산될 우려가 있다. 그리고, 고투과층(322) 및 저투과층(321)의 광학 특성이, 성막 당초부터 크게 바뀌어버릴 우려가 있다. 그러나, 고투과층(322) 및 저투과층(321)을 동일한 구성 원소로 구성함으로써, 이러한 변화를 작게 억제할 수 있다. 또한, 특히 그 상이한 구성 원소가 반금속 원소인 경우, 상이한 타깃을 사용하여 고투과층(322) 및 저투과층(321)을 성막해야만 하지만, 그러할 필요도 없다.
또한 고투과층(322) 및 저투과층(321) 중, 저투과층(321)에는, 위상 시프트막(320)의 투과율을 조정하는 것을 목적으로 하여 전이 금속이 함유되고 있어도 된다. 단, 전이 금속은, ArF 노광광에 대한 내광성이 저하되는 요인으로 될 수 있기 때문에, 이러한 내광성의 저하를 문제로 하지 않는 경우라면, 저투과층(321)에 대하여 전이 금속을 함유시킬 수 있다. 저투과층(321)은, 전이 금속을 함유하고, 또한 규소를 함유하지 않은 재료로 구성되어 있어도 된다. 저투과층(321)에 함유되는 전이 금속으로서는, 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 및 크롬(Cr)으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 이러한 전이 금속을 함유하는 저투과층(321)은, 특히, 질화티타늄(TiN), 질화탄탈륨(TaN), 질화알루미늄(AlN), 질화지르코늄(ZrN) 및 질화크롬(CrN) 중 어느 하나인 것이 보다 바람직하다.
또한 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 고투과층(322) 및 저투과층(321)에, 전이 금속을 함유시킨 것에 의한 내광성의 저하를 방지할 수 있고, 또한 고투과층(322) 및 저투과층(321)에 전이 금속 이외의 금속 및 규소 이외의 반금속 원소를 함유시킨 것이면, 고투과층(322)과 저투과층(321) 사이에서의 금속 또는 반금속 원소의 이동에 수반되는 광학 특성의 변화를 방지할 수 있다. 또한, 비금속 원소라면, 예를 들어 고투과층(322) 및 저투과층(321)에 산소를 함유시키면, ArF 노광광에 대한 투과율이 크게 상승해버린다. 이것을 고려하면, 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성하는 것이 보다 바람직하게 된다. 희가스는, 고투과층(322) 및 저투과층(321)과 같은 박막에 대하여 RBS 및 XPS와 같은 조성 분석을 행하여도 검출하는 것이 곤란한 원소이다. 이로 인해, 상기한 규소 및 질소를 포함하는 재료에는, 희가스를 함유하는 재료도 포함하고 있다고 간주할 수 있다.
또한 상기와 같은 각 재료의 고투과층(322) 및 저투과층(321)을 갖는 위상 시프트막(320)에 있어서, 1층의 고투과층(322)과 1층의 저투과층(321)으로 이루어지는 1조의 적층 구조(324)가, 고투과층(322)과 저투과층(321)의 적층순을 유지하여 2조 이상 적층되어 있어도 된다. 이 경우, 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 어느 것의 1층의 두께도 20㎚ 이하인 것이 바람직하다. 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 구해지는 광학 특성이 크게 상이하기 때문에, 양자 간에 있어서의 막 내의 질소 함유량의 차가 크다. 이로 인해, 고투과층(322) 및 저투과층(321)의 사이에서는, 이들을 패터닝할 때의 불소계 가스에 의한 드라이 에칭을 행하는 경우의 에칭 레이트의 차가 커지고 있다. 위상 시프트막(320)이, 적층 구조(324)를 1조만 갖는 경우, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 의해 위상 시프트막(320)에 전사 패턴을 형성할 때, 에칭 후에 있어서의 위상 시프트막(320)의 패턴 단면에서 단차가 발생하기 쉬워진다. 위상 시프트막(320)이, 2조 이상의 적층 구조(324)를 갖는 구조로 함으로써, 고투과층(322) 및 저투과층(321)의 각 층(1층)의 두께가, 1조의 적층 구조(324)만을 갖는 경우에 비해 얇아지기 때문에, 에칭 후에 있어서의 위상 시프트막(320)의 패턴 단면에서 발생하는 단차를 작게 할 수 있다. 또한, 고투과층(322) 및 저투과층(321)에 있어서의 각 층(1층)의 두께를 20㎚ 이하로 제한함으로써, 에칭 후에 있어서의 위상 시프트막(320)의 패턴 단면에서 발생하는 단차를 보다 작게 억제할 수 있다.
단, 투광성 기판(301)에 가장 가깝게 배치된 고투과층(322)은, 투광성 기판(301)의 오목 결함부 F를 매립함과 함께, 이 오목 결함부 F 위에 형성되는 저밀도 영역 D를 덮는 막 두께인 것이 바람직하다.
또한, 마스크 블랭크(300)의 변형예로서, 1층의 고투과층(322)과 1층의 저투과층(321)을 포함하는 적층 구조(324)에 있어서의 저투과층(321)측에 적층시키고, 또한 1층의 고투과층(322)을 형성한 위상 시프트막을 투광성 기판(301) 위에 구비하는 마스크 블랭크가 구성으로 하여도 된다. 앞에서 설명한 것과 마찬가지로, 적층 구조(324)는 2조 이상 적층되어 있어도 되고, 이 경우, 투광성 기판(301)으로부터 가장 떨어진 위치에 형성된 저투과층(321)에 적층시켜서 1층의 고투과층(322)이 형성된 구성으로 된다. 이에 의해, 마스크 블랭크는, 적층 구조(324)와 이후에 설명하는 최상층(323)의 사이에, 1층의 고투과층(322)을 끼움 지지시킨 구성의 위상 시프트막을 갖는 것이 된다.
이상과 같은 고투과층(322) 및 저투과층(321)에서는, 이들에 의해 구성되는 위상 시프트막(320)이, 노광광(예를 들어 ArF 엑시머 레이저광)에 대한 소정의 위상차 및 소정의 투과율을 만족하도록, 각각 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 소정의 범위로 설정되어 있다.
고투과층(322)은, 주로 위상 시프트막(320)에 있어서의 위상 시프트량의 조정에 사용되는 층이다. 이러한 고투과층(322)은, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저광에 대한 굴절률 n이 2.5 이상(바람직하게는 2.6 이상)이며, 소쇠 계수 k가 1.0 미만(바람직하게 0.9 이하는, 보다 바람직하게 0.7 이하는, 더 바람직하게는 0.4 이하)인 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 저투과층(321)은, 주로 위상 시프트막(320)에 있어서의 투과율의 조정에 사용되는 층이다. 이러한 저투과층(321)은, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저광에 대한 굴절률 n이 2.5 미만(바람직하게는 2.4 이하, 보다 바람직하게는 2.2 이하, 더 바람직하게는 2.0 이하)이며, 또한 소쇠 계수 k가 1.0 이상(바람직하게는 1.1 이상, 보다 바람직하게는 1.4 이상, 더 바람직하게는 1.6 이상)인 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 박막의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는, 그 박막의 조성만으로 정해지는 것은 아니다. 그 박막의 막 밀도 및 결정 상태 등도, 굴절률 n 및 소쇠 계수 k에 대하여 영향을 미치는 요소이다. 이로 인해, 위상 시프트막(320)을 구성하는 고투과층(322) 및 저투과층(321)을 성막할 때의 제반 조건을 조정한 성막에 의해, 이 들 각 층이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k로 되어 있는 것으로 한다.
또한, 이상과 같이 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 설정된 고투과층(322) 및 저투과층(321)에서는, 고투과층(322)의 막 두께가 저투과층(321)의 막 두께보다도 커진다. 또한, 1층의 고투과층(322)과 1층의 저투과층(321)을 포함하는 적층 구조(324)가 복수 조 적층되어 있는 구성이면, 복수의 고투과층(322)의 막 두께의 합계가, 복수의 저투과층(321)의 막 두께의 합계보다도 커진다. 또한, 단수 또는 복수의 적층 구조(324)에 대하여 1층의 고투과층(322)이 적층된 구성이어도, 복수의 고투과층(322)의 막 두께의 합계가, 복수의 저투과층(321)의 막 두께의 합계보다도 커진다.
<최상층(323)>
위상 시프트막(320)은, 투광성 기판(301)으로부터 가장 떨어진 위치에, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성된 최상층(323)을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 최상층(323)은, 규소 및 산소를 포함하는 재료 (3)으로 형성되거나 또는 규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료 (4)로 형성되거나 또는 이들 재료 (3) 또는 재료 (4)에 대하여 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료 (5) 중 어느 하나로 형성되어 있는 것으로 한다.
최상층(323)에 함유되는 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스는, 고투과층(322) 및 저투과층(321)에 함유되는 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스와 마찬가지이다.
이와 같은 재료로 구성된 최상층(323)은, 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성 외에, 층의 두께 방향에서 조성 경사진 구성도 포함된다. 최상층(323)에 있어서의 조성 경사는, 투광성 기판(301)으로부터 멀어져 감에 따라서, 층 중의 산소 함유량이 증가해 가는 조성의 변화이다. 이와 같은 구성의 최상층(323) 중, 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성에 적합한 재료로서는, SiO2 및 SiON을 들 수 있다. 또한, 층의 두께 방향에서 조성 경사진 구성에 적합한 예로서는, 투광성 기판(301)측이 SiN이며, 투광성 기판(301)으로부터 멀어져 감에 따라서 산소 함유량이 증가하여, 표층이 SiO2 또는 SiON인 구성인 것이 바람직하다. 또한, 이 구성의 경우, 고투과층(322) 또는 저투과층(321)의 표층을 산화시켜서 조성 경사시킨 층을 최상층(323)으로 하여도 된다.
위상 시프트막(320)이, 이러한 최상층(323)을 가짐으로써, 위상 시프트막(320)의 내약성을 확보할 수 있다. 즉, 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 규소 및 질소를 함유하는 재료로 형성된 것으로, 산소의 함유량을 낮게 억제한 것으로 하였다. 이와 같이, 산소를 적극적으로 함유시키지 않고, 또한 질소를 함유시킨 규소계 재료막은, ArF 엑시머 레이저광에 대한 내광성은 높지만, 산소를 적극적으로 함유시킨 규소계 재료막에 비하여 내약성이 낮은 경향이 있다. 따라서, 위상 시프트막(320)이, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성된 최상층(323)을 가짐으로써, 위상 시프트막(320)의 내약성의 향상이 도모되는 것이다.
이와 같은 최상층(323)을 형성함으로써, 이 마스크 블랭크(300)는, 위상 시프트막(320)에 대하여 5분 이상의 온수 세정을 행한 후에 있어서도, 오목 결함부 F 위의 위상 시프트막(320)에 핀 홀 결함이 형성되지 않고, 오목 결함부 F 위에 위상 시프트막(320)이 남겨지게 된다.
이상과 같은 각 층으로 구성된 위상 시프트막(320)(변형예의 위상 시프트막을 포함함; 이후 마찬가지)은, 위상 시프트 효과를 유효하게 기능시키기 위해서, ArF 엑시머 레이저광에 대한 투과율이 1% 이상인 것이 바람직하고, 2% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(320)은, ArF 엑시머 레이저광에 대한 투과율이 30% 이하가 되도록 조정되어 있는 것이 바람직하고, 20% 이하인 것이 보다 바람직하며, 10% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(320)에 있어서, 투과하는 ArF 엑시머 레이저광에 대하여 이 위상 시프트막(320)의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 광 사이에서 발생하는 위상차가 170 내지 190°의 범위가 되도록 조정되어 있는 것이 바람직하다.
<차광막(303)>
상기 제3 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(300)(변형예의 마스크 블랭크를 포함함; 이후 마찬가지)는, 위상 시프트막(320) 위에 차광막(303)을 적층하는 것이 바람직하다. 차광막(303)에 관한 그 밖의 사항(위상 시프트막(320)과의 적층 구조에 관한 사항 등을 포함함)에 대해서는, 상기 제1 실시 형태에 따른 차광막(3)과 마찬가지이다.
<에칭 마스크막(304)>
위상 시프트막(320)에 적층하여 차광막(303)을 구비하는 마스크 블랭크(300)에 있어서, 차광막(303)의 위에 차광막(303)을 에칭할 때 사용되는 에칭 가스에 대하여 에칭 선택성을 갖는 재료로 형성된 에칭 마스크막(304)을 더 적층시킨 구성으로 하는 것이 보다 바람직하다. 에칭 마스크막(304)에 관한 그 밖의 사항에 대해서는, 상기 제1 실시 형태에 따른 에칭 마스크막(4)과 마찬가지이다.
<레지스트막(305)>
상기 제3 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(300)에 있어서, 에칭 마스크막(304)의 표면에 접하여, 유기계 재료의 레지스트막(305)이 100㎚ 이하인 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 레지스트막(305)에 관한 그 밖의 사항에 대해서는, 상기 제1 실시 형태에 따른 레지스트막과 마찬가지이다.
≪마스크 블랭크의 제조 방법≫
다음으로, 상기 제3 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 제조 방법을 설명한다.
<성막 장치(500)>
도 8에, 제3 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(300)의 제조 방법에 사용되는 성막 장치(500)의 일례의 모식도를 나타낸다. 이 도면에 도시한 성막 장치(500)는, 경사 입사 회전 스퍼터링법에 의한 성막이 행해지는 스퍼터링 성막 장치이다. 이 성막 장치(500)는, 투광성 기판(301)이 적재되는 회전 스테이지(531)와, 이 회전 스테이지(531)에 대하여 소정 상태에서 배치된 스퍼터링 타깃(533)을 구비하고, 투광성 기판(301)의 주 표면 S에 스퍼터링법에 의해 박막을 형성할 수 있는 성막 장치이다. 본 발명의 제조 방법에 사용할 수 있는 성막 장치(500)에서는, 회전 스테이지(531)에 적재된 투광성 기판(301)과, 스퍼터링 타깃(533)이 소정의 위치 관계에 있다.
즉, 성막 장치(500)에 있어서는, 스퍼터링 타깃(533)의 스퍼터면(533s)이, 회전 스테이지(531) 위의 투광성 기판(301)의 주 표면 S에 대향하고, 또한 비스듬히 상방으로 되는 위치에 배치되는 부분이 특징적이다. 이 성막 장치(500)는, 이 회전 스테이지(531) 및 스퍼터링 타깃(533)이 수납되는 성막실(535)을 구비하고, 이 성막실(535) 내에서 투광성 기판(301) 위로의 박막의 스퍼터링 성막이 행해지는 구성이다. 성막실(535)은, 가스 도입구(537)와 배기구(539)를 갖고, 성막을 행하는 진공 조로서의 기능을 갖는다.
도 9는, 본 발명의 제조 방법에 사용할 수 있는 성막 장치(500)의, 투광성 기판(301)과, 스퍼터링 타깃(533)의 위치 관계를 나타내는 모식도이다. 성막 중, 투광성 기판(301)은 회전 스테이지(531)에 적재된다. 회전 스테이지(531)의 회전에 의해, 투광성 기판(301)은, 주 표면 S의 중심을 통과함과 함께 주 표면 S에 수직인 회전축 φ를 중심으로 회전한다.
스퍼터링 타깃(533)은, 투광성 기판(301)의 주 표면 S에 대하여 소정의 경사각 θ(타깃 경사각 θ)를 갖게 배치된다. 즉, 스퍼터링 타깃(533)의 중심 O를 통과하고, 스퍼터면(533s)에 수직한 스퍼터링 타깃(533)의 스퍼터면(533s)에 대하여 수직한 중심축 φ1은, 투광성 기판(301)의 회전축 φ에 대하여 비스듬하다.
또한 스퍼터링 타깃(533)은, 투광성 기판(301)의 회전축 φ와, 스퍼터면(533s)의 중심 O를 통과하고 투광성 기판(301)의 회전축 φ에 대하여 평행한 직선 φ2가, 소정의 오프셋 거리 Doff만큼 어긋난 위치에 있도록 배치된다.
여기서, 투광성 기판(301)의 주 표면 S 위에 성막하는 박막의 막 두께 면내 균일성 향상을 위해서는, 투광성 기판(301)과 스퍼터링 타깃(533)의 위치 관계를 적절한 것으로 할 필요가 있다. 이에 대하여 본 발명의 성막 장치(500)에 있어서의, 투광성 기판(301)과, 스퍼터링 타깃(533)의 위치 관계에 대하여, 더 설명하면, 다음과 같다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명에 사용하는 성막 장치(500)에서는, 스퍼터링 타깃(533)의 스퍼터면(533s)의, 투광성 기판(301)의 주 표면 S에 대한 타깃 경사각 θ는, 투광성 기판(301)의 주 표면 S에 성막하는 박막에 있어서의 막 두께의 면내 균일성뿐만 아니라 성막 속도에 영향을 미친다. 구체적으로는, 양호한 박막의 막 두께 면내 균일성을 얻기 위해서, 또한 큰 성막 속도를 얻기 위해서, 타깃 경사각 θ는, 0°내지 45°가 적당하다. 또한, 바람직한 타깃 경사각 θ는 10°내지 30°이며, 이에 의해 투광성 기판(301)의 주 표면 S에 성막하는 박막의 막 두께 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
성막 장치(500)에 있어서의 오프셋 거리 Doff는, 투광성 기판(301)의 주 표면 S에 성막되는 박막에 있어서의 막 두께의 면내 균일성을 확보해야 할 면적에 의해 조정할 수 있다. 일반적으로는, 양호한 면내 균일성을 확보해야 할 면적이 큰 경우에, 필요한 오프셋 거리 Doff는 커진다. 예를 들어, 한변이 152㎜인 투광성 기판(301)인 경우, 박막에 전사 패턴이 형성되는 영역은, 통상적으로 투광성 기판(301)의 중심을 기준으로 하는 한변이 132㎜인 내측 영역이다. 그 한변이 132㎜ 인 내측 영역에서, 박막의 막 두께 분포가 ±1㎚ 이내인 정밀도를 실현하기 위해서는, 오프셋 거리 Doff는 240㎜ 내지 400㎜ 정도가 필요하며, 바람직한 오프셋 거리 Doff는 300㎜ 내지 380㎜이다.
또한 이와 같이 오프셋 거리 Doff를 설정함으로써, 스퍼터링 성막 시에, 스퍼터링 타깃(533)의 스퍼터면(533s)으로부터 투광성 기판(301)의 주 표면 S에의 파티클의 낙하를 방지할 수 있다. 이에 의해, 투광성 기판(301)의 주 표면 S에 성막되는 박막에 파티클이 혼입되어 결함이 되는 것을 방지할 수 있어, 성막에 있어서의 결함 발생률을 낮게 억제하는 것이 가능하다.
성막 장치(500)에 있어서의 스퍼터링 타깃(533)-투광성 기판(301) 사이의 수직 거리 H의 최적 범위는, 오프셋 거리 Doff에 의해 변화한다. 이 수직 거리 H는, 투광성 기판(301)의 높이 위치로부터, 스퍼터링 타깃(533)의 중심 O의 높이 위치까지의 거리인 것으로 한다. 예를 들어, 한변이 152㎜인 투광성 기판(301) 내에서 양호한 면내 균일성을 확보하기 위해서는, 이 수직 거리 H는, 200㎜ 내지 380㎜ 정도가 필요하며, 바람직한 수직 거리 H는 210㎜ 내지 300㎜이다.
또한 일례로서, 이 성막 장치(500)가 마그네트론 스퍼터링 장치인 경우, 스퍼터링 타깃(533)은, 마그네트론 전극(541)에 대하여 백킹 플레이트(543)를 개재해서 장착된 상태로 되어 있다. 또한, 상기 제3 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 제조 방법에는, 경사 입사 회전 스퍼터링법에 의한 위상 시프트막의 성막이 행해지지만, 경사 입사 회전 스퍼터링법이 적용되는 스퍼터링법이면, 마그네트론 스퍼터링 장치로 한정되지 않고, 이온빔스퍼터링 장치이어도 된다. 또한, 마그네트론 스퍼터링의 경우, 마그네트론 전원은 스퍼터링 타깃(533)의 재료에 의해 직류(DC) 전원 또는 고주파(RF) 전원을 적절하게 사용하면 된다. 예를 들어, 도전성이 낮은 타깃(533)(규소 타깃 및 반금속 원소를 함유하지 않거나 또는 함유량이 적은 규소 화합물 타깃 등)을 사용하는 경우에 있어서는, RF 스퍼터링 또는 이온빔 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하다. 도전성이 낮은 타깃(533)을 사용하는 경우, 성막 레이트를 고려하면, RF 스퍼터링을 적용하는 것이 보다 바람직하다.
<마스크 블랭크의 제조 수순>
상기 제3 실시 형태에 따른 마스크 블랭크의 제조 방법은, 이상과 같은 구성의 성막 장치(500)를 사용하여, 앞에서 도 7 내지 도 9를 이용하여 설명한 본 발명의 마스크 블랭크(300)(변형예의 마스크 블랭크를 포함함; 이후 마찬가지)를 제조하는 방법이다.
즉, 본 발명의 마스크 블랭크 제조 방법은, 투광성 기판(301)의 오목 결함부 F를 갖는 주 표면 S 위에 위상 시프트막(320)이 형성된 마스크 블랭크(300)의 제조 방법이다. 위상 시프트막(320)을 성막하는 공정에 있어서는, 투광성 기판(301)을 주 표면 S의 중심을 통과하는 회전축에서 회전시키는 것과, 스퍼터링 타깃(533)의 스퍼터면을 투광성 기판(301)의 오목 결함부 F를 갖는 주 표면 S에 대향시켜서 비스듬히 배치하는 것을 포함하는, 소위 경사 입사 회전 스퍼터링법에 의한 성막이 행해진다.
이 위상 시프트막(320)을 성막하는 공정에 있어서는, 경사 입사 회전 스퍼터링법에 의해, 투광성 기판(301)의 오목 결함부 F를 갖는 주 표면 S 위에 고투과층(322)을 성막하는 고투과층 형성 공정과, 고투과층(322)보다도 광투과율이 낮은 저투과층(321)을 고투과층(322) 위에 형성하는 저투과층 형성 공정이 행해진다. 고투과층 형성 공정에서 형성된 고투과층(322)은, 오목 결함부 F 위에 형성된 부분의 고투과층(322)의 내부 영역이 저밀도 영역 D를 갖고, 저밀도 영역 D에 있어서의 밀도가, 오목 결함부 F가 없는 주 표면 S 위에 형성된 부분의 고투과층(322)의 내부 영역에서의 밀도보다도 상대적으로 낮다.
<고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정>
고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정에서는, 규소를 함유하는 재료로 이루어지는 스퍼터링 타깃(533)을 사용하고, 질소계 가스 및 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링을 행한다. 여기에서는 특히, 저투과층 형성 공정에서의 스퍼터링 가스 중에 있어서의 질소계 가스의 혼합비가, 고투과층 형성 공정보다도 낮은 것이 특징적이다. 이에 의해, 저투과층 형성 공정에 있어서는, 고투과층 형성 공정에서 성막한 고투과층(322)보다도 질소 함유량이 상대적으로 적고, 이에 의해 고투과층(322)보다도 광투과율이 낮은 저투과층(321)을 성막한다.
이상의 고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정에 있어서 스퍼터링 가스로서 사용되는 질소계 가스는, 질소를 함유하는 가스라면 어떠한 가스도 적용 가능하다. 마스크 블랭크(300)의 구성에 있어서 설명한 바와 같이, 고투과층(322) 및 저투과층(321)은, 산소 함유량을 낮게 억제하는 것이 바람직하다. 그로 인해, 고투과층(322) 및 저투과층(321)의 성막을 위해서, 산소를 함유하지 않은 질소계 가스를 적용하는 것이 바람직하고, 질소 가스(N2 가스)를 적용하는 것이 보다 바람직하다.
또한 고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정에서 사용되는, 규소를 함유하는 스퍼터링 타깃(533)으로서는, 규소를 포함하는 규소 타깃을 사용하여도 된다. 또 다른 예로서, 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시킨 것을 사용하여도 된다. 이에 의해, 규소 및 질소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 고투과층(322) 및 저투과층(321)이 성막된다. 이 경우, 반금속 원소로서, 붕소, 게르마늄, 안티몬 및 텔루륨으로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키면 바람직하다. 이들 반금속 원소는, 타깃(533)의 도전성을 높이는 것을 기대할 수 있다. 이로 인해, 특히 DC 스퍼터링법에 의해 고투과층(322) 및 저투과층(321)을 형성하는 경우에는, 타깃(533)에 이 반금속 원소를 함유시키는 것이 바람직하다. 비금속 원소로서는, 탄소, 불소 및 수소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유시켜도 된다.
이상의 고투과층 형성 공정과 저투과층 형성 공정에 있어서는, 동일한 스퍼터링 타깃(533)을 사용하여도 되고, 서로 다른 조성의 스퍼터링 타깃(533)을 사용하여도 된다. 그러나, 고투과층 형성 공정과 저투과층 형성 공정에 있어서는, 저투과층(321)의 형성 및 고투과층(322)의 형성에, 서로 다른 스퍼터링 타깃(533)을 사용한 쪽이 바람직하다. 저투과층(321)과 고투과층(322)에서는 질소 함유량이 크게 상이하고, 스퍼터링 성막 시에 있어서의 스퍼터링 가스의 질소계 가스의 혼합비도 크게 상이하다. 이로 인해, 저투과층(321)을 스퍼터링 성막했을 때의 스퍼터링 타깃(533)의 표면 상태와, 고투과층(322)을 스퍼터링 성막했을 때의 스퍼터링 타깃(533)의 표면 상태는 크게 상이하다. 고투과층(322)을 형성한 후, 그대로의 표면 상태의 스퍼터링 타깃(533)을 사용하고, 스퍼터링 가스의 질소계 가스의 혼합비를 바꾸고, 저투과층(321)을 성막하고자 하면, 스퍼터링 타깃(533) 등으로부터의 이물의 발생이 다발하여, 형성된 저투과층(321)에 결함이 다발해버릴 우려가 있다. 저투과층(321)의 형성 및 고투과층(322)의 형성에 다른 타깃(533)을 사용하면, 이 우려는 일어나지 않아, 형성되는 막의 결함 품질을 높일 수 있다.
저투과층(321)의 형성과 고투과층(322)의 형성에 서로 다른 2개의 스퍼터링 타깃(533)을 사용하는 경우, 1개의 성막실 내에 2개의 스퍼터링 타깃(533)을 배치하는 성막 장치의 구성과, 2개의 성막실을 준비하고, 각 성막실에 각각 1개씩 스퍼터링 타깃(533)을 배치하는 성막 장치의 구성이 적용 가능하다. 고투과층 형성 공정과 저투과층 형성 공정을, 서로 다른 성막실에서 행하는 경우에 있어서는, 각 성막실끼리를 예를 들어 성막 장치의 반송실을 통해 연결시킨 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 투광성 기판을 대기 방출시키지 않고, 고투과층 형성 공정과 저투과층 형성 공정을 서로 다른 성막실에서 행하는 것이 가능하다.
한편, 1개의 성막실 내에 1개의 스퍼터링 타깃(533)을 배치한 성막 장치를 사용하고, 고투과층(322) 및 저투과층(321)의 양쪽을 형성하는 경우에 있어서는, 첫 번째 층을 형성한 후에, 두 번째 층을 형성하기 위한 스퍼터링 가스의 조정을 행한 후에는 더미 기판에 성막을 행하고, 스퍼터링 타깃(533)의 표면 상태를 최적의 상태로 한 후에, 첫 번째 층 위에 두 번째 층을 형성하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 프로세스로 행하면, 두 번째 층의 결함 품질을 높일 수 있다.
또한, 고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정 중, 특히 저투과층 형성 공정에서 사용되는 규소를 함유하는 스퍼터링 타깃(533)으로서는, 규소에 전이 원소를 함유시킨 것을 사용하여도 된다. 이에 의해, 규소 및 질소에 전이 금속을 함유하는 저투과층(321)이 성막된다.
또한 고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정에서 사용되는, 규소를 함유하는 스퍼터링 타깃(533)으로서는, 어느 쪽의 공정에 있어서도 규소 타깃을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 내광성이 양호하며 또한 광학 특성의 경시적인 열화가 방지되는 규소 및 질소를 포함하는 고투과층(322) 및 저투과층(321)이 성막된다.
또한 특히, 고투과층 형성 공정에 있어서는, 저투과층(321)보다도 질소 함유량이 많은 고투과층(322)을 성막하는 데 있어서, 포이즌 모드에서의 반응성 스퍼터링법에 의한 성막을 행하는 것이 바람직하다. 포이즌 모드에 의한 성막에 있어서는, 성막이 불안정해지는 경향을 갖는 천이 모드가 되는 질소계 가스의 혼합 비율 범위보다도, 질소계 가스의 혼합 비율이 많이 설정된 반응성 스퍼터링법에 의한 성막이 행해진다. 한편, 저투과층 형성 공정에 있어서는, 고투과층(322)보다도 질소 함유량이 적은 저투과층(321)을 성막하는 데 있어서, 메탈 모드에서의 반응성 스퍼터링법에 의한 성막을 행하는 것이 바람직하다. 메탈 모드에 의한 성막에 있어서는, 성막이 불안정해지는 경향을 갖는 천이 모드가 되는 질소계 가스의 혼합 비율 범위보다도, 질소계 가스의 혼합 비율이 적게 설정된 반응성 스퍼터링법에 의한 성막이 행해진다.
이에 의해, 고투과층(322) 및 저투과층(321) 모두, 성막 시의 성막 레이트 및 전압의 변동이 작은 성막 조건에 의한 반응성 스퍼터링으로 성막하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 조성 및 광학 특성의 균일성이 높고, 또한 저결함의 위상 시프트막(320)을 형성할 수 있다.
또한, 투광성 기판(301) 위에 1층의 고투과층(322)과, 1층의 저투과층(321)을 포함하는 적층 구조(324)를 복수 조 적층하는 경우, 이상과 같은 고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정을, 이 순서대로 반복하여 행하면 된다. 또한, 상기의 변형예의 마스크 블랭크(300)를 제작하는 경우이면, 투광성 기판(301)에 있어서의 주 표면 S 위에 대하여 고투과층 형성 공정에 의한 고투과층(322)의 형성 및 저투과층 형성 공정에 의한 저투과층(321)의 형성을 이 순서로 필요 횟수 반복하여 행한 후, 고투과층 형성 공정에 의한 고투과층(322)의 형성을 행한다.
또한 이상과 같은 고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정에서는, 이들 공정에 의해 얻어지는 위상 시프트막(320)이, 노광광(예를 들어 ArF 엑시머 레이저광)에 대한 소정의 위상차 및 소정의 투과율을 만족하도록, 각각 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 소정의 범위로 설정된 고투과층(322) 및 저투과층(321)을 형성할 필요가 있다. 이로 인해, 고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정에서는, 질소계 가스 및 희가스의 혼합 가스의 비율을 조정한다. 또한 이 밖에도, 성막 분위기의 압력, 스퍼터링 타깃(533)에 인가하는 전력, 스퍼터링 타깃(533)과 투광성 기판(301) 사이의 거리 등의 위치 관계 등도 조정되지만, 이 성막 조건은 성막 장치(500)에 고유한 것이며, 형성되는 고투과층(322) 및 저투과층(321)이, 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 되도록 적절히 조정되는 것이다.
<최상층 형성 공정>
위상 시프트막(320)이, 투광성 기판(301)으로부터 가장 떨어진 위치에, 규소 및 산소를 함유하는 재료로 형성된 최상층(323)을 구비하고 있는 경우, 고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정이 종료한 후에, 최상층 형성 공정을 행한다. 이 최상층 형성 공정에서는, 고투과층 형성 공정 및 저투과층 형성 공정에 연속하고, 경사 입사 회전 스퍼터링법에 의한 최상층(323)의 성막을 행한다.
최상층 형성 공정에서는, 규소 타깃(533) 또는 규소에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 스퍼터링 타깃(533)을 사용하고, 질소 가스와 산소 가스와 희가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해 최상층(323)을 형성한다. 이 최상층 형성 공정은, 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성, 및 조성 경사진 구성 중 어느 것의 최상층(323)의 형성에도 적용할 수 있다. 또한, 최상층 형성 공정에서는, 이산화규소(SiO2) 타깃(533) 또는 이산화규소(SiO2)에 반금속 원소 및 비금속 원소로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 이루어지는 타깃(533)을 사용하고, 희가스 및 필요에 따라 질소계 가스를 포함하는 스퍼터링 가스 중에서의 반응성 스퍼터링에 의해 최상층(323)을 형성하여도 된다. 이 최상층 형성 공정도, 층의 두께 방향에서 거의 동일한 조성인 구성과, 조성 경사진 구성 중 어느 것의 최상층(323)의 형성에도 적용할 수 있다.
조성 경사진 최상층(323)을 형성하는 경우, 전술한 반응성 스퍼터링에 의해 규소 및 질소를 함유하는 재료층을 형성한 후, 이 재료층의 적어도 표층을 산화시키는 처리를 추가로 행한다. 이에 의해, 층의 두께 방향에서 조성 경사진 최상층(323)을 형성한다. 이 경우에 있어서의 재료층의 표층을 산화시키는 처리로서는, 대기중 등의 산소를 함유하는 기체 중에서의 가열 처리 및 오존 또는 산소 플라즈마를 최상층에 접촉시키는 처리 등을 들 수 있다. 이것에 의해서도, 투광성 기판(301)으로부터 멀어져 감에 따라서, 층 중의 산소 함유량이 증가해 가도록 조성 경사진 최상층(323)이 얻어진다. 또한, 상기한 규소 및 질소를 함유하는 재료층은, 고투과층(322) 또는 저투과층(321)과 동일한 성막 조건에 의한 반응성 스퍼터링으로 형성하여도 된다.
또한 조성 경사진 구성의 최상층(323)을 형성하는 최상층 형성 공정의 다른 예로서, 전술한 최상층 형성 공정에 있어서, 스퍼터링 가스에 포함되는 각 가스 성분의 혼합비를 변화시킨 반응성 스퍼터링을 적용하여도 된다. 이에 의해, 층의 두께 방향에서 조성 경사진 최상층(323)을 형성할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 성막의 진행에 따라서, 스퍼터링 가스 중에 있어서의 산소의 혼합비를 증대시킨다. 이에 의해, 투광성 기판(301)으로부터 멀어져 감에 따라서, 층 중의 산소 함유량이 증가해 가도록 조성 경사진 최상층(323)이 얻어진다.
본 발명의 제3 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(300)가, 위상 시프트막(320) 위에 차광막(303)을 적층한 구성인 경우, 위상 시프트막(320)을 형성한 후에 차광막 형성 공정을 행한다. 또한, 마스크 블랭크(300)가 차광막(303) 위에 에칭 마스크막(304)을 적층한 구성인 경우, 차광막 형성 공정 후에 에칭 마스크막 형성 공정을 행한다. 이 차광막 형성 공정 및 에칭 마스크막 형성 공정은, 각각의 성막 방법이 한정되지 않고, 예를 들어 스퍼터링법이 적용된다. 또한, 마스크 블랭크(300)가 에칭 마스크막(304) 위에 레지스트막(305)을 적층한 구성인 경우, 에칭 마스크막 형성 공정 후에 레지스트막 형성 공정을 행한다. 레지스트막 형성 공정은, 예를 들어 스핀 도포법이 적용된다.
≪위상 시프트 마스크≫
도 10은, 제3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 구성을 나타내는 단면도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 위상 시프트 마스크(600)는, 전술한 제3 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(300)에 있어서의 위상 시프트막(320)에 전사 패턴(350)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 여기에서는, 도 7을 이용하여 설명한 마스크 블랭크(300)의 위상 시프트막(320)에 전사 패턴(350)을 형성한 구성을, 도 10에 예시하여 설명을 행하지만, 상기 변형예의 마스크 블랭크도, 마찬가지로 위상 시프트막에 전사 패턴이 형성된다.
즉, 위상 시프트 마스크(600)는, 투광성 기판(301)에 있어서의 중앙 부분의 전사 패턴 형성 영역(303a)에, 위상 시프트막(320)을 패터닝하여 이루어지는 전사 패턴(350)을 갖는다. 또한, 전사 패턴 형성 영역(303a)의 외주 영역(303b)은, 위상 시프트막(320)의 상부에 남겨진 차광막(303)으로 덮여 있다. 그리고 특히, 투광성 기판(301)에 있어서의 오목 결함부 F가, 전사 패턴(350) 중, 위상 시프트를 이용하는 미세한 전사 패턴이 형성되는 영역에는 배치되지 않도록 한 구성이다. 즉 오목 결함부 F는, 대면적의 위상 시프트막을 포함하는 전사 패턴(320a)에 의해 덮인 구성이다.
여기서, 이 오목 결함부 F의 상부의 위상 시프트막(320)에 있어서의 가장 투광성 기판(301)측의 고투과층(322)에는, 전술한 바와 같이 주위보다도 밀도가 낮은 저밀도 영역(도시생략)이 존재한다. 그러나, 고투과층(322)은 원래 투과율이 높은 층이기 때문에, 이 고투과층(322)이 저밀도로 형성되어도, 그에 기인하는 위상 시프트막의 막 두께 방향의 전체에서의 투과율의 상승 정도는 낮다. 그로 인해, 이러한 위상 시프트막(320)을 갖는 위상 시프트 마스크(600)에 있어서는, 저밀도 영역에 의한 패턴의 노광 전사에의 영향을 작게 억제할 수 있다. 또한, 이 오목 결함부 F 위의 전사 패턴(320a)이, 이 저밀도 영역의 존재에 의해 설정을 벗어난 위상 시프트량이 되어 있었다고 해도, 이 위상 시프트 마스크(600)를 사용한 패턴 노광에 의한 미세한 노광 패턴의 형성에 영향을 미치는 일은 없다.
≪위상 시프트 마스크의 제조 방법≫
제3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(600)의 제조 방법은, 상기한 제조 방법으로 제조된 마스크 블랭크(300)의 위상 시프트막(320)에 전사 패턴(350)을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 이 제3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크(600)의 제조 방법은, 상기 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법과는, 위상 시프트막(320)에 형성할 전사 패턴(위상 시프트 패턴)인 제1 패턴을 레지스트막에 대하여 노광 묘화할 때, 투광성 기판(301)의 오목 결함부 F가, 위상 시프트를 이용하지 않는 제1 레지스트 패턴으로 덮이는 패턴 설계로 하는 점이 상이하다. 그 이외에 관해서는, 상기 제1 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크의 제조 방법과 마찬가지이다.
≪반도체 디바이스의 제조 방법≫
제3 실시 형태에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법은, 상기한 제3 실시 형태에 따른 위상 시프트 마스크 또는 상기한 제3 실시 형태에 따른 마스크 블랭크를 사용하여 제조된 위상 시프트 마스크를 사용하고, 기판 위의 레지스트막에 대하여 위상 시프트 마스크의 전사 패턴을 노광 전사하는 것을 특징으로 하고 있다. 그 이외에 관해서는, 상기 제1 실시 형태에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법과 마찬가지이다.
<실시예>
이하, 실시예 1-1 내지 1-2 및 비교예 1-1에 의해, 본 발명의 제1 실시 형태를 더 구체적으로 설명한다.
(실시예 1-1)
≪마스크 블랭크의 제조≫
주 표면의 치수가 약 152㎜×약 152㎜이고, 두께가 약 6.25㎜의 합성 석영 유리를 포함하는 투광성 기판(1)이 준비되었다. 이 투광성 기판(1)은, 단부면 및 주 표면이 소정의 표면 조도로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이었다.
다음으로, 낱장식 RF 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 규소(Si) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2=2:3, 압력=0.035Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 2.8㎾로 하고, 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 위에 규소 및 질소를 포함하는 저투과층(21)(Si:N=59at%:41at%)을 12㎚의 두께로 형성하였다. 별도의 투광성 기판의 주 표면에 대하여, 동일한 조건에서 저투과층(21)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 저투과층(21)의 광학 특성을 측정한 바, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 1.85, 소쇠 계수 k가 1.70이었다. 또한, 이 저투과층(21)을 성막할 때 사용한 조건은, 그 사용한 낱장식 RF 스퍼터링 장치에 의해 사전에, 스퍼터링 가스에 있어서의 Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 중 N2 가스의 유량비와, 성막 속도와의 관계를 검증하고, 메탈 모드의 영역에서 안정적으로 성막할 수 있는 유량비 등의 성막 조건을 선정하고 있다. 또한, 저투과층(21)의 조성은, X선 광전자 분광법(XPS)에 의한 측정에 의해 얻어진 결과이다. 이하, 다른 막에 대해서도 마찬가지이다.
다음으로, 낱장식 RF 스퍼터링 장치 내에, 저투과층(21)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 규소(Si) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2=1:3, 압력=0.09Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 2.8㎾로 하고, 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 저투과층(21) 위에 규소 및 질소로 되는 고투과층(22)(Si:N=46at%:54at%)을 55㎚의 두께로 형성하였다. 별도의 투광성 기판의 주 표면에 대하여 동일한 조건에서 고투과층(22)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 고투과층(22)의 광학 특성을 측정한 바, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 2.52, 소쇠 계수 k가 0.39이었다. 또한, 이 고투과층(22)을 성막할 때 사용한 조건은, 그 사용한 낱장식 RF 스퍼터링 장치에 의해 사전에, 스퍼터링 가스에 있어서의 Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 중 N2 가스의 유량비와, 성막 속도와의 관계를 검증하고, 반응 모드(포이즌 모드)의 영역에서 안정적으로 성막할 수 있는 유량비 등의 성막 조건을 선정하고 있다.
다음으로, 낱장식 RF 스퍼터링 장치 내에, 저투과층(21) 및 고투과층(22)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화규소(SiO2) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar) 가스(압력=0.03Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 1.5㎾로 하고, RF 스퍼터링에 의해, 고투과층(22) 위에 규소 및 산소를 포함하는 최상층(23)을 4㎚의 두께로 형성하였다. 또한, 별도의 투광성 기판의 주 표면에 대하여, 동일한 조건에서 최상층(23)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 최상층(23)의 광학 특성을 측정한 바, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 1.56, 소쇠 계수 k가 0.00이었다.
이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 저투과층(21), 고투과층(22) 및 최상층(23)을 포함하는 위상 시프트막(2)을 형성하였다. 이 위상 시프트막(2)에 대하여 위상 시프트량 측정 장치에 의해 ArF 엑시머 레이저의 광 파장(약 193㎚)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한 바, 투과율은 5.97%, 위상차가 177.7°이었다.
다음으로, 낱장식 DC 스퍼터링 장치 내에 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스(유량비 Ar:CO2:N2:He=22:39:6:33, 압력=0.2Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, DC 전원의 전력을 1.9㎾로 하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 위상 시프트막(2) 위에 CrOCN을 포함하는 차광막(3)의 최하층을 30㎚의 두께로 형성하였다.
다음으로, 동일한 크롬(Cr) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2=83:17, 압력=0.1Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, DC 전원의 전력을 1.4㎾로 하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 위상 시프트막(2) 위에 CrN을 포함하는 차광막(3)의 하층을 4㎚의 두께로 형성하였다.
다음으로, 동일한 크롬(Cr) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스(유량비 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31, 압력=0.2Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, DC 전원의 전력을 1.9㎾로 하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 위상 시프트막(2) 위에 CrOCN을 포함하는 차광막(3)의 상층을 14㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 위상 시프트막(2)측으로부터 CrOCN을 포함하는 최하층, CrN을 포함하는 하층, 및 CrOCN을 포함하는 상층의 3층 구조로 이루어지는 크롬계 재료의 차광막(3)을 합계 막 두께 48㎚로 형성하였다.
또한, 낱장식 RF 스퍼터링 장치 내에, 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화규소(SiO2) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar) 가스(압력=0.03Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 1.5㎾로 하고, RF 스퍼터링에 의해 차광막(3) 위에 규소 및 산소를 포함하는 에칭 마스크막(4)을 5㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 3층 구조의 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 에칭 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
≪위상 시프트 마스크의 제조≫
다음으로, 이 실시예 1-1의 마스크 블랭크(100)를 사용하고, 이하의 수순으로 실시예 1-1의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다. 처음에, 에칭 마스크막(4)의 표면에 HMDS 처리를 실시하였다. 계속해서, 스핀 도포법에 의해, 에칭 마스크막(4)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 레지스트막을 막 두께 80㎚로 형성하였다. 이어서, 이 레지스트막에 대하여 위상 시프트막에 형성해야 할 위상 시프트 패턴인 제1 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여, 제1 패턴을 갖는 제1 레지스트 패턴(5a)을 형성하였다(도 3의 (a) 참조).
다음으로, 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하고, CF4 가스를 사용한 드라이 에칭을 행하여, 에칭 마스크막(4)에 제1 패턴(에칭 마스크 패턴(4a))을 형성하였다(도 3의 (b) 참조).
다음으로, 제1 레지스트 패턴(5a)을 제거하였다. 계속해서, 에칭 마스크 패턴(4a)을 마스크로 하고, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 사용한 드라이 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제1 패턴을 형성(차광 패턴(3a))하였다(도 3의 (c) 참조).
다음으로, 차광 패턴(3a)을 마스크로 하고, 불소계 가스(SF6+He)를 사용한 드라이 에칭을 행하여, 위상 시프트막(2)에 제1 패턴을 형성(위상 시프트 패턴(2a))하고, 또한 동시에 에칭 마스크 패턴(4a)을 제거하였다(도 3의 (d) 참조).
다음으로, 차광막 패턴(3a) 위에 스핀 도포법에 의해, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 레지스트막을 막 두께 150㎚로 형성하였다. 이어서, 레지스트막에 대하여 차광막에 형성해야 할 패턴(차광 패턴)인 제2 패턴을 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 차광 패턴을 갖는 제2 레지스트 패턴(6b)을 형성하였다. 계속해서, 제2 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하고, 염소와 산소와의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 사용한 드라이 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제2 패턴을 형성(차광 패턴(3b))하였다(도 3의 (e) 참조). 또한, 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐서, 위상 시프트 마스크(200)를 얻었다(도 3의 (f) 참조).
제작한 실시예 1-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한 바, 설계값으로부터 허용 범위 내에서 미세 패턴이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 이어서, 이 실시예 1-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)의 위상 시프트 패턴에 대하여 ArF 엑시머 레이저광을 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사하는 처리를 행하였다. 이 조사 처리 전후에 있어서의 위상 시프트 패턴의 CD 변화량은, 2㎚ 정도이고, 위상 시프트 마스크로서 사용 가능한 범위의 CD 변화량이었다.
ArF 엑시머 레이저광의 조사 처리를 행한 후의 실시예 1-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에서의 전사 상(像)의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한 바, 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, ArF 엑시머 레이저가 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사된 후의 실시예 1-1의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했다고 하여도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(실시예 1-2)
≪마스크 블랭크의 제조≫
실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로 투광성 기판(1)을 준비하였다. 이어서, 낱장식 RF 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 실시예 1-1의 고투과층(22)과 마찬가지의 성막 조건이지만, 두께는 18㎚로 바꾸어 고투과층(22)을 형성하였다. 이 고투과층(22)의 광학 특성은, 실시예 1-1의 고투과층(22)과 동일하게, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 2.52, 소쇠 계수 k가 0.39이었다.
다음으로, 낱장식 RF 스퍼터링 장치 내에, 고투과층(22)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 실시예 1-1의 저투과층(21)과 마찬가지의 성막 조건이지만, 두께는 7㎚로 바꾸어 저투과층(21)을 형성하였다. 이 저투과층(21)의 광학 특성은, 실시예 1-1의 저투과층(21)과 동일하게, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 1.85, 소쇠 계수 k가 1.70이었다.
다음으로, 낱장식 RF 스퍼터링 장치 내에, 고투과층(22) 및 저투과층(21)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 실시예 1-1의 고투과층(22)과 마찬가지의 성막 조건이지만, 두께는 18㎚로 바꾸어 고투과층(22)을 형성하였다. 이 고투과층(22)의 광학 특성은, 1층째의 고투과층(22)과 마찬가지이다.
다음으로, 낱장식 RF 스퍼터링 장치 내에, 고투과층(22), 저투과층(21) 및 고투과층(22)이 순서대로 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 실시예 1-1의 저투과층(21)과 마찬가지의 성막 조건이지만, 두께는 7㎚로 바꾸어 저투과층(21)을 형성하였다. 이 저투과층(21)의 광학 특성은, 2층째의 저투과층(21)과 마찬가지이다.
다음으로, 낱장식 RF 스퍼터링 장치 내에, 고투과층(22), 저투과층(21), 고투과층(22) 및 저투과층(21)이 순서대로 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 실시예 1-1의 고투과층(22)과 마찬가지의 성막 조건이지만, 두께는 18㎚로 바꾸어 최상층(23)을 형성하였다. 이 시점에서는 최상층(23)의 광학 특성은, 1층째의 고투과층(22)과 마찬가지이다. 이어서, 투광성 기판 위의 최상층(23)에 대하여 오존을 사용한 산화 처리를 행하고, 최상층(23)의 표층에 산화층을 형성하였다. 이에 의해, 최상층은, 투광성 기판측으로부터 멀어짐에 따라서 산소 함유량이 증가하는 경향을 갖는 조성 경사막으로 되었다.
이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 고투과층(22), 저투과층(21), 고투과층(22), 저투과층(21) 및 최상층(23)을 포함하는 5층 구조의 위상 시프트막(2)을 형성하였다. 이 위상 시프트막(2)에 대하여 위상 시프트량 측정 장치에 의해 ArF 엑시머 레이저의 광 파장(약 193㎚)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한 바, 투과율은 5.91%, 위상차가 181.2°이었다.
다음으로, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막(2) 위에 3층 구조로 이루어지는 크롬계 재료의 차광막(3)을 48㎚의 합계 막 두께로 형성하였다. 계속해서, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 차광막(3) 위에 규소 및 산소를 포함하는 에칭 마스크막(4)을 5㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 5층 구조의 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 에칭 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 실시예 1-2의 마스크 블랭크(101)를 제조하였다.
≪위상 시프트 마스크의 제조≫
다음으로, 이 실시예 1-2의 마스크 블랭크(101)를 사용하고, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 실시예 1-2의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다. 제작한 실시예 1-2의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한 바, 설계값으로부터 허용 범위 내에서 미세 패턴이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 이어서, 이 실시예 1-2의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)의 위상 시프트 패턴에 대하여 ArF 엑시머 레이저광을 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사하는 처리를 행하였다. 이 조사 처리 전후에 있어서의 위상 시프트 패턴의 CD 변화량은, 2㎚ 정도이고, 위상 시프트 마스크로서 사용 가능한 범위의 CD 변화량이었다.
ArF 엑시머 레이저광의 조사 처리를 행한 후의 실시예 1-2의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에서의 전사 상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한 바, 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, ArF 엑시머 레이저가 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사된 후의 실시예 1-2의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했다고 하여도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(비교예 1-1)
≪마스크 블랭크의 제조≫
실시예 1-1의 경우와 마찬가지의 수순으로, 주 표면의 치수가 약 152㎜×약 152㎜이고, 두께가 약 6.25㎜의 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판을 준비하였다. 이어서, 낱장식 DC 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 소결 타깃(Mo:Si=12at%:88at%)을 사용하고, 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2:He=8:72:100, 압력=0.2Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 위에 몰리브덴, 규소 및 질소를 포함하는 위상 시프트막을 69㎚의 두께로 형성하였다.
다음으로, 투광성 기판 위의 위상 시프트막에 대하여, 대기중에서의 가열 처리를 행하였다. 이 가열 처리는, 450℃에서 1시간 행해졌다. 이 가열 처리가 행해진 후의 비교예 1-1의 위상 시프트막에 대하여 위상 시프트량 측정 장치로 ArF 엑시머 레이저의 광 파장(약 193㎚)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한 바, 투과율은 6.02%, 위상차가 177.9°이었다.
다음으로, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막 위에 3층 구조로 이루어지는 크롬계 재료의 차광막을 48㎚의 합계 막 두께로 형성하였다. 계속해서, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 차광막 위에 규소 및 산소를 포함하는 에칭 마스크막을 5㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 투광성 기판 위에, MoSiN을 포함하는 위상 시프트막, 차광막 및 에칭 마스크막이 적층된 구조를 구비하는 비교예 1-1의 마스크 블랭크를 제조하였다.
≪위상 시프트 마스크의 제조≫
다음으로, 이 비교예 1-1의 마스크 블랭크를 사용하여, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 비교예 1-1의 위상 시프트 마스크를 제작하였다. 제작한 비교예 1-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한 바, 설계값으로부터 허용 범위 내에서 미세 패턴이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 이어서, 이 비교예 1-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크의 위상 시프트 패턴에 대하여 ArF 엑시머 레이저광을 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사하는 처리를 행하였다. 이 조사 처리 전후에 있어서의 위상 시프트 패턴의 CD 변화량은 20㎚ 이상이며, 위상 시프트 마스크로서 사용 가능한 범위를 크게 초과하는 CD 변화량이었다.
ArF 엑시머 레이저광의 조사 처리를 행한 후의 비교예 1-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에서의 전사 상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한 바, 위상 시프트 패턴의 CD 변화에 따른 영향으로 설계 사양을 만족할 수는 없었다. 이 결과로부터, ArF 엑시머 레이저가 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사된 후의 비교예 1-1의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴에는, 회로 패턴의 단선 및 단락이 발생하는 것이 예상된다.
이하, 실시예 2-1 내지 2-2 및 비교예 2-1 내지 2-2에 의해, 본 발명의 제2 실시 형태를 더 구체적으로 설명한다.
(실시예 2-1)
≪마스크 블랭크의 제조≫
본 실시예에 대하여, 도 1, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 실시예의 마스크 블랭크를 나타내는 단면도이다. 도 5는, 본 실시예의 포토마스크 블랭크의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 6은, 위상 시프트막의 성막에 사용한 RF 스퍼터링 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5의 흐름도로 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 마스크 블랭크(100)의 제조 방법은, 투광성 기판의 준비(S1), 위상 시프트막의 형성(S2), 차광막의 형성(S3) 및, 에칭 마스크의 형성(S4)을 주된 수순으로 하고 있다. 위상 시프트막의 형성(S2)의 스텝은, 저투과층의 형성(S21), 고투과층의 형성(S22) 및 산화층의 형성(S23)의 스텝이 포함되어 있다. 각 스텝에 대하여 이하에 상세히 설명한다.
(투광성 기판(1)의 준비: 스텝 S1)
우선, 마스크 블랭크에 사용하는 투광성 기판(1)의 준비를 행하였다. 투광성 기판(1)으로서는, 표면의 치수가 약 152㎜×약 152㎜이고, 두께가 약 6.35㎜의 합성 석영 유리 기판을 준비하였다. 이 투광성 기판(1)은, 단부면 및 주 표면이 소정의 표면 조도로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이다.
(위상 시프트막의 성막: 스텝 S2)
계속해서 위상 시프트막(2)의 성막을 행하였다(S2). 위상 시프트막(2)은, 도 6의 개략도로 나타내는 낱장식 RF 스퍼터링 장치(30)를 사용하여 성막하였다. 우선, 낱장식 RF 스퍼터링 장치(30)에 대하여, 도 6을 참조하여 설명한다.
낱장식 RF 스퍼터링 장치(30)는, 스퍼터링을 행하는 진공 용기(32)를 구비하고 있다. 진공 용기(32)는, 메인 밸브(34)를 통해 진공 용기(32) 내를 배기하는 진공 펌프(36)에 접속되어 있다.
스퍼터링 장치(30)는, 진공 용기(32)에 불활성 가스를 도입할 수 있는 불활성 가스 도입관(42)과, 반응성 가스를 도입할 수 있는 반응성 가스 도입관(46)을 구비하고 있다. 불활성 가스 도입관(42)은 불활성 가스 공급원(40)에 연통하고 있으며, 반응성 가스 도입관(46)은 반응성 가스 공급원(44)에 연통하고 있다. 이들 도입관(42, 46)은, 가스 공급원(40, 44)과의 사이에 도시하지 않은 매스 플로우 컨트롤러 및 각종 밸브 등이 구비되어 있다. 또한, 실시예에 있어서, 불활성 가스는 아르곤이며, 반응성 가스는 질소이다. 또한, 진공 용기(32) 내의 압력은, 압력계(48)에 의해 측정된다.
진공 용기(32)의 내부에는, 타깃재의 표면이 노출되어 있는 2개의 타깃(55, 65)이 백킹 플레이트(53, 63)를 통해 타깃 홀더(52, 62)에 유지되어 있다. 또한, 타깃(55, 65)으로부터 방출된 스퍼터링 입자가 도달하는 소정의 위치에, 투광성 기판(1)의 피성막면을 위로 향해 유지하기 위한 기판 홀더(35)가 설치되어 있다. 기판 홀더(35)는 도시하지 않은 회전 기구와 접속하고 있으며, 스퍼터링 중에 투광성 기판(1)의 피성막면이 수평면에서 회전할 수 있도록 구성되어 있다.
타깃(55) 및 타깃(65)은, 투광성 기판(1)의 성막면에 대하여 비스듬히 상방에 구비되어 있다. 타깃 홀더(52, 62)에는, 도시하지 않은 정합기를 통해 스퍼터 방전용 전력을 인가하는 RF 전원(50, 60)이 접속되어 있다. 전원(50, 60)에 의해, 타깃(55, 65)에 전력이 인가되고, 플라즈마가 형성됨으로써 스퍼터링이 행해진다. 타깃 홀더(52, 62)는, 절연체에 의해 진공 용기(32)로부터 절연되어 있다. 타깃 홀더(52, 62)는 금속제이며, 전력이 인가된 경우에는 전극으로 된다.
타깃(55, 65)은, 기판에 형성하는 박막의 원료로 구성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 타깃(55, 65)은 모두 규소 타깃이다. 타깃 홀더(52, 62)는, 진공 용기(32) 내의 원통형의 실(室)(56, 66)에 넣어져 있다. 이 원통형의 실(56, 66)에 타깃 홀더(52, 62)이 수납되어 있음으로써, 한쪽의 타깃(55, 65)을 사용하여 스퍼터링을 행하고 있을 때에 다른 쪽의 타깃(65, 55)에 스퍼터링 입자가 부착되는 것이 방지되어 있다.
다음으로, 위상 시프트막(2)의 구체적인 성막 방법을 설명한다.
(저투과층(21)의 형성: 스텝 S21)
우선, 낱장식 RF 스퍼터링 장치(30) 내의 기판 홀더(35) 위에 형성면을 위로 하여 투광성 기판(1)을 설치하고, 저투과층(21)을 형성하였다(스텝 S21). 저투과층(21)은, 규소(Si) 타깃(55)을 사용한 RF 스퍼터링법으로 형성하였다. 스퍼터링 가스는, 불활성 가스인 아르곤(Ar) 가스와 반응성 가스인 질소(N2) 가스의 혼합 가스를 사용하였다. 이 조건은, RF 스퍼터링 장치(30)에 의해 사전에, 스퍼터링 가스에 있어서의 Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 중의 N2 가스의 유량비와, 성막 속도와의 관계를 검증하고, 메탈 모드의 영역에서 안정적으로 성막할 수 있는 유량비 등의 성막 조건을 선정하였다. 본 실시예에서는, 혼합 가스의 유량비를 Ar:N2=2:3, 진공 용기(32) 내의 압력을 0.035Pa로서 성막을 행하였다. 혼합 가스의 유량은, 불활성 가스 도입관(42)에 구비된 매스 플로우 컨트롤러 및 반응성 가스 도입관(46)에 구비된 매스 플로우 컨트롤러에 의해 제어하였다. 이 상태에서, RF 전원(50)으로부터 2.8㎾의 전력을 타깃(55)에 인가하여 방전을 개시하고, 투광성 기판(1) 위에 규소 및 질소를 포함하는 저투과층(21)(Si:N=59at%:41at%)을 12㎚의 두께로 형성하였다.
별도의 투광성 기판의 주 표면에 대하여, 동일한 조건에서 저투과층(21)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 저투과층(21)의 광학 특성을 측정한 바, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 1.85, 소쇠 계수 k가 1.70이었다.
(고투과층(22)의 형성: 스텝 S22)
다음으로, 진공 용기(32) 내의 스퍼터링 가스 조건을 포이즌 모드로 변경하고, 저투과층(21)의 표면에 고투과층(22)을 형성하였다(스텝 S22). 고투과층(22)의 형성은, 저투과층(21)을 형성한 후에 연속해서 행하였다. 고투과층(22)은, 규소(Si) 타깃(65)을 사용한 RF 스퍼터링법으로 형성하였다.
스퍼터링 가스는, 불활성 가스인 아르곤(Ar) 가스와 반응성 가스인 질소(N2) 가스의 혼합 가스를 사용하였다. 이 조건은, RF 스퍼터링 장치(30)에 의해 사전에 스퍼터링 가스에 있어서의 Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 중의 N2 가스의 유량비와, 성막 속도의 관계를 검증하고, 포이즌 모드의 영역에서 안정적으로 성막할 수 있는 유량비 등의 성막 조건을 선정하였다. 본 실시예에서는, 혼합 가스의 유량비를 Ar:N2=1:3, 진공 용기(32) 내의 압력을 0.090Pa로 하여 성막을 행하였다. 혼합 가스의 유량은, 불활성 가스 도입관(42)에 구비된 매스 플로우 컨트롤러 및 반응성 가스 도입관(46)에 구비된 매스 플로우 컨트롤러에 의해 제어하였다. 이 상태에서, RF 전원(60)으로부터 2.8㎾의 전력을 타깃(65)에 인가하여 방전을 개시하고, 투광성 기판(1) 위의 규소 및 질소를 포함하는 고투과층(22)(Si:N=46at%:54at%)을 55㎚의 두께로 형성하였다.
별도의 투광성 기판의 주 표면에 대하여 동일한 조건에서 고투과층(22)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 고투과층(22)의 광학 특성을 측정한 바, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 2.52, 소쇠 계수 k가 0.39이었다.
(산화층(23)의 형성: 스텝 S23)
다음으로, 낱장식 RF 스퍼터링 장치(30)과는 다른 RF 스퍼터링 장치의 진공 용기 내에, 저투과층(21) 및 고투과층(22)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화규소(SiO2) 타깃을 사용하고, 아르곤(Ar) 가스(압력=0.03Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 1.5㎾로 하고, RF 스퍼터링에 의해, 고투과층(22) 위에 규소 및 산소를 포함하는 산화층(최상층)(23)을 4㎚의 두께로 형성하였다. 또한, 별도의 투광성 기판의 주 표면에 대하여 동일한 조건에서 산화층(23)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 산화층(23)의 광학 특성을 측정한 바, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n은 1.56, 소쇠 계수 k는 0.00이었다.
이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 저투과층(21), 고투과층(22) 및 산화층(23)을 포함하는 위상 시프트막(2)을 형성하였다. 이 위상 시프트막(2)에 대하여 위상 시프트량 측정 장치(투과율도 측정할 수 있음)에 의해 ArF 엑시머 레이저의 광 파장(약 193㎚)에 있어서의 투과율과 위상차를 측정한 바, 투과율은 5.97%, 위상차가 177.7°이었다.
(차광막의 형성: 스텝 S3)
다음으로, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막(2)의 표면에 최하층, 하층 및 상층으로 이루어지는 3층 구조의 차광막(3)을 형성하였다.
(에칭 마스크막의 형성: 스텝 S4)
다음으로, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 차광막(3)의 표면에 에칭 마스크막(4)을 형성하였다.
이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 저투과층(21), 고투과층(22) 및 산화층(23)을 포함하는 3층 구조의 위상 시프트막(2), 차광막(3), 에칭 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 실시예 2-1의 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
≪위상 시프트 마스크의 제조≫
이 실시예 2-1의 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로 위상 시프트 마스크(200)를 작성하였다.
제작한 실시예 2-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한 바, 설계값으로부터 허용 범위 내에서 DRAM hp32㎚ 세대에 대응하는 미세 패턴이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 이어서, 이 실시예 2-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)의 위상 시프트 패턴(2a)에 대하여 ArF 엑시머 레이저를 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사하는 처리를 행하였다. 이 조사 처리 전후에 있어서의 위상 시프트 패턴(2a)의 CD 변화량은, 2㎚ 정도이고, 위상 시프트 마스크로서 사용 가능한 범위의 CD 변화량이었다.
ArF 엑시머 레이저의 조사 처리를 행한 후의 실시예 2-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에서의 전사 상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한 바, 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, ArF 엑시머 레이저가 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사된 후의 실시예 2-1의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지를 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했다고 하여도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(실시예 2-2)
실시예 2-2의 마스크 블랭크(101)에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는, 본 실시예의 마스크 블랭크(101)의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다. 또한, 위상 시프트막(2)의 구성을 제외하면 실시예 2-1과 마찬가지이므로 중복되는 설명은 생략한다.
≪마스크 블랭크의 제조≫
실시예 2-1과 마찬가지의 수순으로 마찬가지의 투광성 기판(1)을 준비하였다. 이어서, 위상 시프트막(2)을, 낱장식 RF 스퍼터링 장치(30)를 사용하여 형성하였다. 낱장식 RF 스퍼터링 장치(30)는, 실시예 2-1과 동일한 장치이다(도 6 참조).
우선, 투광성 기판(1)을 RF 스퍼터링 장치(30) 내의 기판 홀더(35)에 형성면을 위로 하여 설치하였다. 계속해서, 실시예 2-1의 고투과층(22)과 마찬가지의 포이즌 모드의 성막 조건에서 막 두께 18㎚의 고투과층(22)을 형성하였다. 이 고투과층(22)의 광학 특성은, 실시예 2-1의 고투과층(22)과 동일하게, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 2.52, 소쇠 계수 k가 0.39이었다.
다음으로, 실시예 2-1의 저투과층(21)과 마찬가지의 메탈 모드의 성막 조건에서, 두께 7㎚의 저투과층(21)을 형성하였다. 저투과층(21)의 광학 특성은, 실시예 2-1의 저투과층(21)과 동일하게, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 1.85, 소쇠 계수 k가 1.70이었다.
다음으로, 실시예 2-1의 고투과층(22)과 마찬가지의 포이즌 모드의 성막 조건에서, 두께 18㎚의 고투과층(22)을 형성하였다. 이 고투과층(22)의 광학 특성은, 1층째의 고투과층(22)과 마찬가지이다.
다음으로, 실시예 2-1의 저투과층(21)과 마찬가지의 메탈 모드의 성막 조건에서, 두께 7㎚의 저투과층(21)을 형성하였다. 이 저투과층(21)의 광학 특성은, 2층째의 저투과층(21)과 마찬가지이다.
다음으로, 실시예 2-1의 고투과층(22)과 마찬가지의 포이즌 모드의 조건에서, 두께 18㎚의 규소 질화물층을 형성하였다. 계속해서, 최표면에 있는 규소 질화물층에 대하여 오존을 사용한 산화 처리를 행하고, 표층에 산화층(최상층)(23)을 형성하였다.
이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 고투과층(22), 저투과층(21), 고투과층(22), 저투과층(21) 및 산화층(23)으로 이루어지는 5층 구조의 위상 시프트막(2)을 형성하였다. 이 위상 시프트막(2)에 대하여 위상 시프트량 측정 장치(투과율도 측정할 수 있음)에 의해 ArF 엑시머 레이저의 광 파장(약 193㎚)에 있어서의 투과율과 위상차를 측정한 바, 투과율은 5.91%, 위상차가 181.2°이었다.
다음으로, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막(2) 위에 3층 구조로 이루어지는 크롬계 재료의 차광막(3)을 48㎚의 합계 막 두께로 형성하였다. 계속해서, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 차광막(3) 위에 규소 및 산소를 포함하는 에칭 마스크막(4)을 5㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 5층 구조의 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 에칭 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 실시예 2-2의 마스크 블랭크(101)를 제조하였다.
≪위상 시프트 마스크의 제조≫
다음으로, 이 실시예 2-2의 마스크 블랭크(101)를 사용하고, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 실시예 2-2의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다. 제작한 실시예 2-2의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한 바, 설계값으로부터 허용 범위 내에서 미세 패턴이 형성되어 있다는 사실이 확인되었다. 이어서, 이 실시예 2-2의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)의 위상 시프트 패턴(2a)에 대하여 ArF 엑시머 레이저를 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사하는 처리를 행하였다. 이 조사 처리 전후에 있어서의 위상 시프트 패턴(2a)의 CD 변화량은, 2㎚ 정도이고, 위상 시프트 마스크로서 사용 가능한 범위의 CD 변화량이었다.
ArF 엑시머 레이저의 조사 처리를 행한 후의 실시예 2-2의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에서의 전사 상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한 바, 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, ArF 엑시머 레이저가 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사된 후의 실시예 2-2의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지를 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했다고 하여도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
(비교예 2-1)
다음으로, 비교예 2-1로서, 투광성 기판 위에, 단층의 질화규소막을 포함하는 하프톤형 위상 시프트막을 성막하는 경우에 대하여 검토하였다. 투광성 기판(1), 낱장식 RF 스퍼터링 장치(30)에 대해서는 실시예 2-1과 마찬가지로 하였다. 단층의 질화규소막은, 규소(Si) 타깃(55)을 사용한 RF 스퍼터링법으로 형성하였다. 스퍼터링 가스는, 불활성 가스인 아르곤(Ar) 가스와 반응성 가스인 질소(N2) 가스의 혼합 가스를 사용하였다. 이 조건은, RF 스퍼터링 장치(30)에 의해 사전에, 스퍼터링 가스에 있어서의 Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 중 N2 가스의 유량비와, 성막 속도의 관계를 검증하였다. 그 결과, 단층의 하프톤형 위상 시프트막으로서 바람직한 소쇠 계수를 갖는 단층의 질화규소막을 성막하기 위해서는, 스퍼터링 타깃이 불안정한 「천이 모드」에서 성막할 필요가 있어, 안정적으로 성막할 수 없다는 사실을 알게 되었다.
(비교예 2-2)
다음으로, 비교예 2-2로서, 1개의 타깃을 사용해서 메탈 모드와 포이즌 모드의 막을 교대로 성막하는 경우에 대하여 검토하였다. 그 결과, 타깃의 모드가 전환할 때에 발생하는 파티클의 영향에 의해, 막의 결함이 증가한다는 사실을 알 수 있었다. 상세하게는, 동일한 타깃을 사용하여, 포이즌 모드 성막(타깃 표면이 반응성 가스와 결합하고 있는 상태)과, 메탈 모드 성막(타깃 표면이 반응성 가스와 미결합)을 반복하면, 타깃의 모드 전환 시에 파티클이 발생한다. 구체예로서, 포이즌 모드 시에 반응성 가스와 결합한 타깃재가 메탈 모드로 이행할 때 박리하여, 그것이 파티클의 요인이 되는 경우가 있다. 또한, 동일한 타깃을 사용하면, 반응성 가스를 변화시켰을 때 재차 타깃의 컨디셔닝을 행할 필요가 있다는 점에서, 컨디셔닝 시에 사용하는 차폐판 등의 기계적 동작에 수반하여, 파티클이 발생하는 경우가 있다.
이하, 실시예 3-1에 의해, 본 발명의 제3 실시 형태를 더 구체적으로 설명한다.
(실시예 3-1)
≪마스크 블랭크의 제조≫
주 표면의 치수가 약 152㎜×약 152㎜이고, 두께가 약 6.35㎜의 합성 석영 유리를 포함하는 투광성 기판(301)을 준비하였다. 이 투광성 기판(301)은, 단부면 및 주 표면 S가 소정의 표면 조도로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이며, 복수 개소에 깊이 40㎚ 이하의 오목 결함부 F를 갖는 것이다.
다음으로, 도 8 내지 도 9를 이용하여 설명한 경사 입사 회전 스퍼터링법에 의한 성막을 행하는 성막 장치(500)에 있어서의 성막실(535) 내의 회전 스테이지(531) 위에 투광성 기판(301)을 적재하였다. 백킹 플레이트(543)에는, 스퍼터링 타깃(533)으로서 규소(Si) 타깃을 장착하였다. 또한, 이 성막 장치(500)로서는, 스퍼터링 타깃(33)의 스퍼터면(533s)과 투광성 기판(301)의 주 표면 S의 타깃 경사각 θ가 15°, 스퍼터링 타깃(533)과 투광성 기판(301)의 오프셋 거리 Doff가 340㎜, 스퍼터링 타깃(533)-투광성 기판(301)과의 사이의 수직 거리(H)가 280㎜로 설정된 것을 사용하였다.
계속해서, 성막실(535) 내는 배기구(539)를 통해 진공 펌프에 의해 배기하고, 성막실(535) 내의 분위기가 형성하는 박막의 특성에 영향을 미치지 않을 진공도까지 달한 후, 가스 도입구(537)로부터 질소를 포함하는 혼합 가스를 도입하고, RF 전원(도시생략)을 사용하여 마그네트론 전극(541)에 RF 전력을 인가하고, 스퍼터링에 의한 성막을 행하였다. RF 전원은 아크 검출 기능을 갖고, 스퍼터링 중의 방전 상태를 감시할 수 있다. 성막실(535) 내부의 압력은 압력계(도시생략)에 의해 측정하였다.
그리고, 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2=1:3, 압력=0.09Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 2.8㎾로 하고, 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(301)의 주 표면 S 위에 규소 및 질소를 포함하는 고투과층(322)(Si:N=46at%:54at%)을 55㎚의 두께로 형성하였다. 별도의 투광성 기판의 주 표면에 대하여 동일한 조건에서 고투과층(322)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 고투과층(322)의 광학 특성을 측정한 바, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 2.52, 소쇠 계수 k가 0.39이었다. 또한, 이 고투과층(322)을 성막할 때 사용한 조건은, 그 사용한 RF 스퍼터링 장치에 의해 사전에, 스퍼터링 가스에 있어서의 Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 중 N2 가스의 유량비와, 성막 속도의 관계를 검증하고, 반응 모드(포이즌 모드)의 영역에서 안정적으로 성막할 수 있는 유량비 등의 성막 조건을 선정하고 있다. 또한, 고투과층(322)의 조성은, X선 광전자 분광법(XPS)에 의한 측정에 의해 얻어진 결과다. 이하, 다른 막에 대해서도 마찬가지이다.
다음으로, 고투과층(322)의 성막에 연속하고, 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2=2:3, 압력=0.035Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 2.8㎾로 하고, 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 규소 및 질소를 포함하는 저투과층(321)(Si:N=59at%:41at%)을 12㎚의 두께로 형성하였다. 별도의 투광성 기판의 주 표면에 대하여 동일한 조건에서 저투과층(321)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 저투과층(321)의 광학 특성을 측정한 바, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 1.85, 소쇠 계수 k가 1.70이었다. 또한, 이 저투과층(321)을 성막할 때 사용한 조건은, 그 사용한 RF 스퍼터링 장치에 의해 사전에, 스퍼터링 가스에 있어서의 Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 중의 N2 가스의 유량비와, 성막 속도의 관계를 검증하고, 메탈 모드의 영역에서 안정적으로 성막할 수 있는 유량비 등의 성막 조건을 선정하고 있다.
다음으로, 동일한 성막 장치(500)에 있어서의 성막실(535) 내의 회전 스테이지(531) 위에 고투과층(322) 및 저투과층(321)이 적층된 투광성 기판(301)을 적재하였다. 백킹 플레이트(543)에는, 스퍼터링 타깃(533)으로서 이산화규소(SiO2) 타깃을 장착하였다. 그리고, 아르곤(Ar) 가스(압력=0.03Pa)를 스퍼터링 가스로 하고, RF 전원의 전력을 1.5㎾로 하고, RF 스퍼터링에 의해, 저투과층(321) 위에 규소 및 산소를 포함하는 최상층(323)을 4㎚의 두께로 형성하였다. 또한, 별도의 투광성 기판의 주 표면에 대하여 동일한 조건에서 최상층(323)만을 형성하고, 분광 엘립소미터(J.A.Woollam사 제조 M-2000D)를 사용하여 이 최상층(323)의 광학 특성을 측정한 바, 파장 193㎚에 있어서의 굴절률 n이 1.56, 소쇠 계수 k가 0.00이었다.
이상의 수순에 의해, 투광성 기판(301) 위에 고투과층(322), 저투과층(321) 및 최상층(323)을 포함하는 위상 시프트막(320)을 형성하였다. 이 위상 시프트막(320)에 대하여 위상 시프트량 측정 장치로 ArF 엑시머 레이저의 광 파장(약 193㎚)에 있어서의 투과율 및 위상차를 측정한 바, 투과율은 5.97%, 위상차가 177.7°이었다.
다음으로, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막(320) 위에 3층 구조를 포함하는 크롬계 재료의 차광막(303)을 48㎚의 합계 막 두께로 형성하였다. 계속해서, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로, 차광막(303) 위에 규소 및 산소를 포함하는 에칭 마스크막(304)을 5㎚의 두께로 형성하였다. 이어서, 에칭 마스크막(304)의 표면에 HMDS 처리를 실시하였다. 계속해서, 스핀 도포법에 의해, 에칭 마스크막(304)의 표면에 접하고, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 레지스트막(305)을 막 두께 80㎚로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 투광성 기판(301) 위에 3층 구조의 위상 시프트막(320), 차광막(303), 에칭 마스크막(304), 및 레지스트막(305)을 이 순서로 적층한 구조를 구비한 실시예 3-1의 마스크 블랭크(300)를 제조하였다.
≪위상 시프트 마스크의 제조≫
이 실시예 3-1에서 제작한 마스크 블랭크(300)를 사용하여, 실시예 1-1과 마찬가지의 수순으로 실시예 3-1의 위상 시프트 마스크(600)를 제작하였다. 단, 실시예 1-1의 경우와는 달리, 위상 시프트막(320)에 형성해야 할 위상 시프트 패턴인 제1 패턴을 레지스트막(305)에 대하여 노광 묘화할 때, 투광성 기판(301)의 오목 결함부 F가, 위상 시프트를 이용하지 않는 제1 레지스트 패턴으로 덮이는 패턴 설계로 하였다.
제작한 실시예 3-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(600)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한 바, 설계값으로부터 허용 범위 내에서 미세 패턴이 형성되어 있다는 사실이 확인되었다. 이어서, 이 실시예 3-1의 위상 시프트 마스크(600)의 위상 시프트 패턴에 대하여 ArF 엑시머 레이저광을 적산 조사량 20kJ/㎠로 조사하는 처리를 행하였다. 이 조사 처리 전후에 있어서의 위상 시프트 패턴의 CD 변화량은, 2㎚ 정도이고, 위상 시프트 마스크로서 사용 가능한 범위의 CD 변화량이었다.
ArF 엑시머 레이저광의 조사 처리를 행한 후의 실시예 3-1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(600)에 대하여 AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에서의 전사 상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사 상을 검증한 바, 설계 사양을 충분히 만족하고 있었다. 이 결과로부터, 투광성 기판(301)의 주 표면 S에 오목 결함부 F가 존재하고 있었다고 해도, 위상 시프트를 이용하지 않는 대면적의 위상 시프트막(320)을 포함하는 전사 패턴(320a)으로 이것을 덮은 구성으로 함으로써, 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서 기판 위의 레지스트막에 노광 전사했다고 하여도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세히 설명하였지만, 이들은 예시에 지나지 않으며, 청구범위를 한정하는 것이 아니다. 청구범위에 기재된 기술에는, 이상으로 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 이러한 예의 하나로서, 투광성 기판 및 위상 시프트막의 사이에 형성하는 에칭 스토퍼막을 들 수 있다. 에칭 스토퍼막은, 투광성 기판 및 위상 시프트막의 양쪽에 에칭 선택성을 갖는 재료로 이루어지는 막이다. 상기 실시예의 구성에서 말하자면, 크롬을 함유하는 재료, 예를 들어 Cr, CrN, CrC, CrO, CrON 및 CrC 등이 에칭 마스크막에 적합하다.
본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원 시의 청구항에 기재된 조합으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로서 기술적 유용성을 갖는 것이다.
1, 301: 투광성 기판
2, 320: 위상 시프트막
2a: 위상 시프트 패턴
3, 303: 차광막
3a, 3b: 차광 패턴
4, 304: 에칭 마스크막
4a: 에칭 마스크 패턴
5a: 제1 레지스트 패턴
6b: 제2 레지스트 패턴
21, 321: 저투과층
22, 322: 고투과층
23, 323: 최상층(산화층)
30: 낱장식 RF 스퍼터링 장치
32: 진공 용기
34: 메인 밸브
35: 기판 홀더
36: 진공 펌프
40: 불활성 가스 공급원
44: 반응성 가스 공급원
48: 압력계
50, 60: RF 전원
52, 62: 타깃 홀더
53, 63: 백킹 플레이트
55, 65: 타깃
56, 66: 원통형의 실(室)
100, 101, 300: 마스크 블랭크
200: 전사용 마스크
303a: 패턴 형성 영역
303b: 외주 영역
320a: 대면적의 위상 시프트막을 포함하는 전사 패턴
350: 전사 패턴
500: 성막 장치
531: 회전 스테이지
533: 스퍼터링 타깃
533s: 스퍼터면
535: 성막실
537: 가스 도입구
539: 배기구
541: 마그네트론 전극
543: 백킹 플레이트
600: 위상 시프트 마스크
D: 저밀도 영역
F: 오목 결함부
S: 주 표면

Claims (10)

  1. 투광성 기판 위에 위상 시프트막이 형성된 마스크 블랭크로서,
    상기 위상 시프트막은, ArF 노광광을 1％ 이상 30％ 이하의 투과율로 투과하고, 또한 상기 위상 시프트막을 투과하는 ArF 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 ArF 노광광 사이에서 170도 이상 190도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖고,
    상기 위상 시프트막은, 규소와 질소를 포함하는 재료 또는 반금속 원소, 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소와 규소와 질소를 포함하는 재료로 형성된 질소 함유층을 구비하고,
    상기 질소 함유층은, 산소의 함유량이 X선 광전자 분광법에 의한 조성 분석에서 검출 하한값 이하이고,
    상기 질소 함유층은, ArF 노광광에 대한 굴절률 n이 2.5 이상이며, 소쇠 계수 k가 0.39 이상 1.0 미만인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질소 함유층은, 질소의 함유량이 41원자％보다도 많고 54원자％ 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 질소 함유층은, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판으로부터 가장 떨어진 위치에, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료 또는 비금속 원소 및 희가스로부터 선택되는 1 이상의 원소, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료로 형성된 최상층을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최상층은, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 최상층은, 상기 투광성 기판측으로부터 멀어짐에 따라서 산소 함유량이 증가해 가는 조성 경사를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 최상층은, 규소 및 산소를 포함하는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 질소 함유층은, 상기 투광성 기판의 표면에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  9. 위상 시프트 마스크로서, 제1항 또는 제2항에 기재된 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막에 전사 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
  10. 반도체 디바이스의 제조 방법으로서, 제9항에 기재된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 상기 전사 패턴을 반도체 기판 위의 레지스트막에 노광 전사하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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