KR20210054599A - 마스크 블랭크, 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 및 그것을 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법 - Google Patents

마스크 블랭크, 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 및 그것을 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제조하기 위하여 사용되는 마스크 블랭크로서, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막을 갖고, 상기 광 반투과막은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내이며, 또한, 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크를 제공함으로써, 상기 과제를 해결한다.

Description

마스크 블랭크, 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 및 그것을 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법{MASK BLANK, MASK BLANK WITH NEGATIVE RESIST FILM, PHASE SHIFT MASK, AND METHOD FOR PRODUCING PATTERNED BODY USING SAME}
본 발명은 반도체 소자 등의 제조에 사용되는 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 및 그것을 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 파장 193nm의 ArF 엑시머 레이저 노광광을 사용한 고NA 노광 장치를 사용하여 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 경우에, 포토리소그래피에 있어서, 전사 특성을 우수한 것으로 하고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성, 및 세정 내성을 높게 할 수 있는 마스크 블랭크, 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 및 그것을 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법에 관한 것이다.
포토리소그래피에 사용되는 위상 시프트 마스크에 있어서의 해상도 향상책으로서는, 광을 투과시키는 부분과 광을 반투과시키는 부분으로 구성된 하프톤형 위상 시프트 마스크가 알려져 있다. 그리고, 이러한 하프톤형 위상 시프트 마스크의 대표예로서, 광 반투과막에 MoSi막이 사용된 광 투과율 6％의 하프톤형 위상 시프트 마스크가 알려져 있다.
그리고, 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서는, 웨이퍼에 형성하는 배선의 피치가 미세하게 되면, 광을 반투과시키는 부분을 구성하는 광 반투과막으로서는, 배선을 웨이퍼에 전사할 때의 특성으로서, EMF 바이어스 및 OPC 바이어스가 보다 적고, 노광량 여유도 및 포커스 여유도(EL-DOF)가 보다 큰 특성을 가질 것이 요구되고 있다.
또한, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 경우, 위상 효과에 의한 패턴 경계 부분의 광 간섭에 의해, 간섭한 부분에서 광 강도는 제로가 되어, 전사상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있는데, 15％ 이상의 높은 광 투과율의 경우, 이 위상 효과가 보다 현저해져서, 전사상의 콘트라스트를 보다 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.
그리고, 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서는, 광 반투과막의 광 투과율을 원하는 범위로 하기 위해서, 광 반투과막에 금속을 함유시킴으로써, 그 광 투과율의 조정이 행하여지고 있다(특허문헌 1, 2, 3, 및 4).
그러나, 금속을 함유하는 광 반투과막으로 구성되는 종래의 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서는, 광 반투과막이 금속을 함유하는 것을 원인으로 하여, ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성, 및 세정 내성에 문제가 발생하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 광 반투과막에 함유되는 금속으로서는, 특허문헌 1 및 2의 실시예에도 기재되어 있는 바와 같이, Mo가 사용되는 경우가 많다. 그리고, Mo가 사용되는 경우에는, Mo에의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 장시간 조사의 결과로서, 습도 분위기에 의해, 수분이 발생하고, MoSi막이 발생된 수분에 의해 산화되어, 규소(Si)의 산화막이 성장함으로써, 패턴 치수가 변화되는 현상이 발생하는 레이저 조사 내성의 문제가 알려져 있다. 또한, 이 경우에는, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서, 이러한 현상이 마찬가지로 발생하는 세정 내성의 문제도 알려져 있다.
한편, 이러한 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성 및 세정 내성의 문제를 피하기 위해서, 금속을 함유하지 않는 광 반투과막으로부터 하프톤형 위상 시프트 마스크를 구성하고자 하는 경우에는, 광 반투과막이 형성된 부분의 광 투과율이 너무 커져버리게 된다(특허문헌 5 및 6).
이 결과, 예를 들어, 특허문헌 5에 있어서는, 금속을 함유하지 않는 위상 조정막(광 반투과막)만으로는, 광 투과율이 너무 크기 때문에, 금속을 함유하지 않는 위상 조정막(광 반투과막)과, 그와는 다른 금속을 함유하는 광 투과율 조정막을 적층함으로써, 하프톤형 위상 시프트 마스크를 구성할 필요가 있다.
또한, 반도체 소자의 제조에 사용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 사용하여, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 경우, 노광 시의 포커스 여유도를 확대시키기 위해서, 실제로 해상되는 그러한 미세 패턴에 대응하는 부분인 메인 패턴과 함께, 실제로는 웨이퍼 상에 해상되지 않는 보조 패턴을, 그 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막에 의해 형성하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에 의하면, 보조 패턴에 의한 회절광의 보조에 의해, 메인 패턴 부분의 노광 여유도를 향상시킬 수 있으므로, 디포커스 시의 패턴 치수(CD)의 변동을 경감할 수 있다.
그리고, 반도체 소자의 제조에 사용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스의 첨단 기술에 있어서, 상술한 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 경우에는, 상술한 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서, 상술한 메인 패턴의 폭 또는 깊이가, 특히 100nm 내지 300nm가 되는 광 반투과막 패턴의 형성이 요구되고 있다. 또한, 이 경우에는, 상술한 보조 패턴의 폭 또는 깊이는, 클수록, 디포커스 시의 패턴 치수(CD)의 변동을 보다 크게 경감할 수 있기는 하지만, 너무 크면 웨이퍼 상에 원하지 않는 패턴이 해상되어버린다. 이로 인해, 예를 들어, 상술한 메인 패턴의 폭 또는 깊이가, 상술한 바와 같이, 100nm 내지 300nm가 되는 경우에 있어서는, 상술한 보조 패턴의 폭 또는 깊이를, 60nm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 포지티브 톤 현상(Positive tone development)에 의해, 반도체 소자의 제조에 사용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스에 있어서, 웨이퍼 레지스트 상에 콘택트홀, 스페이스 등의 개구 패턴을 형성하는 경우에는, 상술한 메인 패턴 및 보조 패턴을, 그 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막의 일부를 제거한 오목형 패턴으로 하여 형성한다. 이에 비해, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 반도체 소자의 제조에 사용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스에 있어서, 웨이퍼 레지스트 상에 콘택트홀, 스페이스 등의 개구 패턴을 형성하는 경우에는, 상술한 메인 패턴 및 보조 패턴을, 그 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴으로서 형성할 필요가 있다. 이로 인해, 상술한 보조 패턴은, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴이 된다.
그리고, 첨단 반도체 소자의 제조에 사용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 사용에 있어서, 세정에 의한 이물의 제거는 매우 중요한 과제로 되어 있다. 특히, 그 기술이 사용되는 영역에서는, 이물의 물리 제거 방법으로서, 상술한 하프톤형 위상 시프트 마스크의 세정 시에 세정 약액에 초음파를 인가하여, 기포의 파쇄에 의한 충격을 사용하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 강한 제거력을 얻기 위해서, 초음파의 출력을 높임으로써 상술한 바와 같은 광 반투과막으로 구성되는 미세한 볼록형 패턴에 대하여 손상을 끼치게 되는 것이 문제로 되어 있다. 상술한 볼록형 패턴의 손상은, 주로 초음파에 의해 발생한 기포가 파쇄될 때의 충격에 의해, 상술한 볼록형 패턴에 무너뜨리는 힘이 걸림으로써 발생된다고 추측되고 있다. 이로 인해, 광 반투과막의 막 두께가 두꺼우면, 상술한 볼록형 패턴의 표면적이 커져서, 세정액 내에 동일 밀도로 기포가 발생한 경우, 상술한 볼록형 패턴에 있어서의 기포가 발생하는 영역이 넓어진다. 이에 의해, 상술한 볼록형 패턴의 손상이 보다 커져서, 상술한 볼록형 패턴이 결락된다는 문제가 있다. 또한, 광 반투과막의 막 두께가 두꺼울 경우, 상술한 볼록형 패턴이 보다 높은 위치에서 발생한 기포에 의한 충격도 받는다. 이에 의해, 충격의 모멘트가 보다 커지므로, 상술한 볼록형 패턴의 손상이 커져서, 상술한 볼록형 패턴이 결락된다는 문제가 있다. 이로 인해, 초음파 세정에 의한 상술한 볼록형 패턴에 대한 손상 억제에는, 광 반투과막의 막 두께의 저감이 매우 유효한 수단이라고 생각된다.
또한, 마스크 패턴에 대한 광 근접 효과 보정(OPC 처리)의 계산을 행하는 방법으로서는, 주로 근사 계산이 사용되고 있지만, 더 높은 정밀도가 필요한 경우에, 일부, 엄밀해 계산을 행하는 FDTD법(Finite-difference time-domain method법)이 사용되고 있다. 엄밀해 계산을 행하는 FDTD법은, 맥스웰의 방정식을 직접, 공간·시간 영역에서의 차분 방정식으로 전개하여 차차 계산을 함으로써, 전기장·자장을 결정하는 방법으로서, 광 반투과막 패턴의 막 두께를 고려하여 계산을 행하는 방법이다. 엄밀해 계산을 행하는 FDTD법은, 공간 영역을 유한한 요소로 구획하여 각 격자점 상에서의 계산을 실시하기 때문에, 계산 시간이 계산을 실시하는 영역에 의존하므로, 마스크의 전체를 대상으로 한 계산에 사용한다면, 계산 시간이 방대해진다. 이 때문에, 마스크의 전체를 대상으로 한 계산에는, 엄밀해 계산을 행하는 FDTD법이 아니고, 근사 계산이 사용되고 있다.
한편, 근사 계산은, 엄밀해 계산을 행하는 FDTD법과 비교하여, 광 반투과막 패턴의 막 두께를 고려하는 일이 없는 간략화된 방법이며, 엄밀한 계산을 행하는 것은 아니다. 이 때문에, 웨이퍼 상에 미세한 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 위상 시프트 마스크의 광 근접 효과 보정(OPC 처리)의 계산을 근사 계산으로 행하는 경우에는, FDTD법으로 엄밀해 계산을 행하는 경우와는 달리, 광 반투과막 패턴의 막 두께를 원인으로 하는 차폐 효과의 영향을 산입할 수 없다. 그리고, 종래에 있어서, 광 반투과막 패턴의 막 두께는 두꺼웠기 때문에, 광 반투과막 패턴의 막 두께를 원인으로 하는 차폐 효과의 영향은 크게 되어 있었다. 이 결과, 종래에 있어서, 웨이퍼 상에 미세한 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 위상 시프트 마스크의 광 근접 효과 보정(OPC 처리)의 계산을 근사 계산으로 행하는 경우에는, 광 반투과막 패턴의 막 두께를 원인으로 하는 차폐 효과의 영향이 크기 때문에, 엄밀해 계산의 결과와, 근사 계산의 결과에 차가 발생하고 있었다. 이에 의해, 근사해 계산을 사용하여 광 근접 효과 보정(OPC 처리)을 실시한 패턴에 의해, 웨이퍼 상에 제작한 미세한 패턴이, 설계 의도에 반하여 접촉되거나, 분리되거나 하는 결과를 초래한다는 문제가 발생할 가능성이 있었다.
이러한 점을 감안하여, 웨이퍼 상에 미세한 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막 패턴을 설계할 때에, 광 근접 효과 보정(OPC 처리)의 계산을 근사 계산으로 행하는 경우에는, 웨이퍼 상의 미세한 패턴이, 설계 의도에 반하여 접촉되거나, 분리되거나 하는 결과를 초래하게 되지 않도록, 광 반투과막 패턴의 설계에, 더 강한 제한을 둘 필요가 있었다. 이로 인해, 광 반투과막 패턴의 설계의 자유도는 낮았다.
일본 특허 공개 제2003-322948호 공보 일본 특허 공개 제2009-217282호 공보 일본 특허 공개 제2005-284213호 공보 일본 특허 공개 제2010-9038호 공보 일본 특허 공개 제2002-351049호 공보 일본 특허 공개 제2008-310091호 공보
본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 포토리소그래피에 있어서, 전사 특성을 우수한 것으로 하고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성, 및 세정 내성을 높게 하는 것, 및 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막 패턴의 초음파 세정에 의한 패턴 결락을 피하는 것, 및 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막 패턴의 설계의 자유도를 높게 하는 것을 주 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 있어서는, ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제조하기 위하여 사용되는 마스크 블랭크로서, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막을 갖고, 상기 광 반투과막은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내이며, 또한, 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 마스크 블랭크로부터 형성된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 패턴의 경계에 있어서, 위상 효과에 의한 광의 간섭에 의해 광 강도를 제로로 해서, 전사상의 콘트라스트를 향상시켜서, 패턴 형성체를 제조하는 경우, 상기 광 반투과막이 높은 광 투과율을 가짐으로써, 그 위상 효과를 보다 현저하게 할 수 있다. 또한, 상기 광 반투과막은, 금속을 함유하지 않기 때문에, ArF 엑시머 레이저 노광광이 장시간 조사되어도, 규소(Si)의 산화막이 성장하는 일은 없어, 패턴 치수(Critical Dimension)가 변화되는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서도, 패턴 치수가 변화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 포토리소그래피에 있어서, 전사 특성을 우수한 것으로 하고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성, 및 세정 내성을 높게 할 수 있다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 광 반투과막은, 상기 투명 기판 상에 직접 형성되는 것이 바람직하다. 에칭 배리어층을 상기 투명 기판 및 상기 광 반투과막의 사이에 갖지 않는 것에 의해, 에칭 프로세스를 복수회 행할 필요가 없어지기 때문에, 에칭 프로세스가 복잡해지지 않고, 에칭 배리어층의 에칭이 곤란하기 때문에, 상기 광 반투과막이나 상기 투명 기판의 형상이 나빠지거나, 상기 광 반투과막의 형상 균일성이 나빠지거나 하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 광 반투과막 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막과 합하여 원하는 광학 농도(OD값)가 되도록 조정한, 차광막을 더 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 차광막을 더 가짐으로써, 큰 면적을 갖는 광 반투과막 패턴이 있는 경우에는, 그러한 패턴을 투과하는 노광광에 의해, 전사상이 불선명해지는 문제를 피하는 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 차광막은, 상기 광 반투과막 상에 형성되고, 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능 및 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 광 흡수층을 포함하는 단층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 보다 적은 공정으로, 필요한 기능을 구비한 마스크를 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 차광막은, 상기 광 반투과막 상에 형성되고, 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능 및 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 광 흡수층과, 상기 광 흡수층 상에 형성되고, 상기 광 흡수층에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 하드 마스크층을 포함하는 2층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 하드 마스크층을 에칭하여 형성한 패턴을, 상기 광 흡수층을 에칭할 때의 레지스트 패턴 대신에 사용할 수 있기 때문이다. 이 결과, 상기 차광막이 미세한 패턴을 형성하기 쉬워지기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 차광막은, 상기 광 반투과막 상에 형성되고, 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 에칭 배리어층과, 상기 에칭 배리어층 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 광 흡수층과, 상기 광 흡수층 상에 형성되고, 상기 광 흡수층에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 하드 마스크층을 포함하는 3층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 하드 마스크층을 에칭하여 형성한 패턴을, 상기 광 흡수층을 에칭할 때의 레지스트 패턴 대신에 사용할 수 있기 때문이다. 이 결과, 상기 차광막이 미세한 패턴을 형성하기 쉬워지기 때문이다. 그리고, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 층의 재료의 선택폭이 넓어지고, 상기 차광막의 막 두께를 보다 얇게 할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 광 흡수층 및 상기 에칭 배리어층을 서로 다른 반응성 에칭 가스로 각각 에칭할 수 있으므로, 상기 에칭 배리어층을, 상기 광 흡수층을 에칭할 때에 상기 광 반투과막에 대미지가 주어지는 것을 적절하게 방지하는 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 것으로 할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 광 흡수층이, 규소(Si) 단체로 구성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 하드 마스크층을 에칭할 때에 상기 광 흡수층에 대미지가 주어지는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 차광막은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막과 합하여 3.0 이상이 되도록 조정한 것이면 바람직하다. 이에 의해, 노광 시에 원하는 부분에 대하여 필요한 차광성을 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 마스크 블랭크와, 상기 마스크 블랭크 상에 형성된 네거티브형 레지스트막을 갖는 것을 특징으로 하는 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크를 제공한다.
본 발명에 따르면, 더 짧은 시간에 후술하는 네거티브형 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크로서, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막 패턴, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막 패턴을 갖고, 상기 광 반투과막 패턴은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내이며, 또한, 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크를 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 위상 시프트 마스크를 사용하여, 패턴의 경계에 있어서, 위상 효과에 의한 광의 간섭에 의해 광 강도를 제로로 해서, 전사상의 콘트라스트를 향상시켜서, 패턴 형성체를 제조하는 경우, 상기 광 반투과막 패턴이 높은 광 투과율을 가짐으로써, 그 위상 효과를 보다 현저하게 할 수 있다. 또한, 상기 광 반투과막 패턴은, 금속을 함유하지 않기 때문에, ArF 엑시머 레이저 노광광이 장시간 조사되어도, 규소(Si)의 산화막이 성장하는 일은 없어, 패턴 치수가 변화되는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서도, 패턴 치수가 변화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 포토리소그래피에 있어서, 전사 특성을 우수한 것으로 하고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성, 및 세정 내성을 높게 할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 광 반투과막 패턴은, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 볼록형 패턴을 갖는 경우에, 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 결락되는 패턴 결락을 회피할 수 있다는 효과를 현저하게 발휘하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 광 반투과막 패턴은, 웨이퍼에 해상되는 메인 패턴 및 상기 메인 패턴의 해상을 보조하는 웨이퍼에 해상되지 않는 보조 패턴을 갖고, 상기 보조 패턴은, 상기 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 볼록형 패턴인 경우에, 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 결락되는 패턴 결락을 회피할 수 있다는 효과를 현저하게 발휘하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 광 반투과막 패턴은, 상기 투명 기판 상에 직접 형성된 것이 바람직하다. 에칭 배리어층을 상기 투명 기판 및 상기 광 반투과막의 사이에 갖지 않음으로써, 에칭 프로세스를 복수회 행할 필요가 없게 되기 때문에, 에칭 프로세스가 복잡해지지 않고, 에칭 배리어층의 에칭이 곤란하기 때문에, 상기 광 반투과막이나 상기 투명 기판의 형상이 나빠지거나, 상기 광 반투과막의 형상 균일성이 나빠지거나 하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 위상 시프트 마스크는, 네거티브형 위상 시프트 마스크인 것이 바람직하다. 상기 광 반투과막은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내로서, 종래보다도 높은 것이다. 이로 인해, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 있어서는, 콘택트홀과 같은 미세한 패턴에 대응하는 부분의 차광부의 에지에 있어서의 위상 효과가 보다 커진다. 이에 의해, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 콘택트홀과 같은 미세한 패턴을 종래보다도 용이하게 웨이퍼에 전사할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 광 반투과막 패턴 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막 패턴과 합하여 원하는 광학 농도(OD값)가 되도록 조정한 차광막 패턴을 더 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 차광막 패턴을 더 가짐으로써, 큰 면적을 갖는 광 반투과막 패턴이 있는 경우에는, 그러한 패턴을 투과하는 노광광에 의해, 전사상이 불선명해지는 문제를 피하는 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 차광막 패턴은, 상기 광 반투과막 패턴 상에 형성되고, 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능 및 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 광 흡수층 패턴을 포함하는 단층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상술한 2층 구조를 갖는 차광막에 있어서, 상기 하드 마스크층을 에칭하여 형성한 패턴을, 상기 광 흡수층을 에칭할 때의 레지스트 패턴 대신 사용함으로써, 상기 차광막 패턴을 형성할 수 있기 때문이다. 이 결과, 상기 차광막 패턴의 미세한 패턴을 형성하기 쉬워지기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 차광막 패턴은, 상기 광 반투과막 패턴 상에 형성되고, 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 에칭 배리어층 패턴과, 상기 에칭 배리어층 패턴 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 광 흡수층 패턴을 포함하는 2층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상술한 3층 구조를 갖는 차광막에 있어서, 상기 하드 마스크층을 에칭하여 형성한 패턴을, 상기 광 흡수층을 에칭할 때의 레지스트 패턴 대신에 사용할 수 있기 때문이다. 이 결과, 상기 차광막이 미세한 패턴을 형성하기 쉬워지기 때문이다. 그리고, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 층의 재료의 선택폭이 넓어지고, 상기 차광막 패턴의 막 두께를 보다 얇게 할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 광 흡수층 및 상기 에칭 배리어층을 서로 다른 반응성 에칭 가스로 각각 에칭할 수 있으므로, 상기 에칭 배리어층을, 상기 광 흡수층을 에칭할 때에 상기 광 반투과막에 대미지가 주어지는 것을 적절하게 방지하는 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 것으로 할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 광 흡수층 패턴이, 규소(Si) 단체로 구성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 하드 마스크층을 에칭할 때에 상기 광 흡수층에 대미지가 주어지는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 발명에 있어서는, 상기 차광막 패턴은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막 패턴과 합하여 3.0 이상이 되도록 조정한 것인 것이 바람직하다. 이에 의해, 노광 시에 원하는 부분에 필요한 차광성을 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 마스크 블랭크로부터 형성된 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법으로서, 상기 위상 시프트 마스크를 사용하여, 네거티브 톤 현상에 의해 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 상기 광 반투과막은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내로서, 종래보다도 높은 것이다. 이로 인해, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 있어서는, 콘택트홀과 같은 미세한 패턴에 대응하는 부분의 차광부의 에지에 있어서의 위상 효과가 보다 커진다. 이에 의해, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 콘택트홀과 같은 미세한 패턴을 종래보다도 용이하게 웨이퍼에 전사할 수 있기 때문이다.
본 발명에 있어서는, 포토리소그래피에 있어서, 전사 특성을 우수한 것으로 하고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성, 및 세정 내성을 높게 하는 것, 및 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막 패턴의 초음파 세정에 의한 패턴 결락을 피하는 것, 및 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막 패턴의 설계의 자유도를 높게 할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 마스크 블랭크의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 위상차가 180°인 역위상을 얻기 위하여 필요한 광 반투과막의 막 두께(nm)를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 3은 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 위상차가 180°인 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께로 한 광 반투과막의 광 투과율(％)을 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 4는 기지의 재료의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값을 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 마스크 블랭크의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 마스크 블랭크의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 마스크 블랭크의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 마스크 블랭크의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 10은 본 발명의 위상 시프트 마스크의 일례를 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은 도 10의 A-A 단면도이다.
도 12는 본 발명의 위상 시프트 마스크의 다른 예를 도시하는 개략 평면도이다.
도 13은 도 12의 A-A 단면도이다.
도 14는 본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법의 일례를 도시하는 개략 공정도이다.
도 15는 광 투과율에 대응하는 OPC 바이어스값의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 16은 시뮬레이터에 의해 취득한 웨이퍼 상의 노광광 강도 분포의 XY 화상 및 노광광의 강도를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 17a는 실시예 1 및 비교예 1의 위상 시프트 마스크에 있어서의 HOLE pitch 180nm의 패턴 전사 시의 포커스 여유도 및 노광 여유도의 관계를, 시뮬레이션의 결과로 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 17b는 실시예 1 및 비교예 1의 위상 시프트 마스크에 있어서의 HOLE pitch 240nm의 패턴 전사 시의 포커스 여유도 및 노광 여유도의 관계를, 시뮬레이션의 결과로 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 17c는 실시예 1 및 비교예 1의 위상 시프트 마스크에 있어서의 HOLE pitch 300nm의 패턴 전사 시의 포커스 여유도 및 노광 여유도의 관계를, 시뮬레이션의 결과로 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 18은 광 반투과막의 광 투과율이 38％인 위상 시프트 마스크 및 광 반투과막의 광 투과율이 6％인 위상 시프트 마스크를 상정하여 계산한, 웨이퍼 전사 공간 광학상의 콘트라스트를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 19는 광 반투과막의 광 투과율이 38％인 위상 시프트 마스크 및 광 반투과막의 광 투과율이 6％인 위상 시프트 마스크를 상정하여 계산한 위상 시프트 마스크의 OPC 바이어스를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 마스크 블랭크, 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 및 그것을 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
A. 마스크 블랭크
본 발명의 마스크 블랭크는, ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제조하기 위하여 사용되는 마스크 블랭크로서, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, Si(규소) 및 N(질소)만을 포함하는 광 반투과막, 또는 Si(규소), N(질소), 및 O(산소)만을 포함하는 광 반투과막을 갖고, 상기 광 반투과막은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내이며, 또한, 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1은, 본 발명의 마스크 블랭크의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 도 1에 도시되는 마스크 블랭크(100)는 ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제조하기 위하여 사용되는 마스크 블랭크가다. 도 1에 도시되는 마스크 블랭크(100)는 투명 기판(101)과, 상기 투명 기판(101) 상에 형성되고, Si 및 N만, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 단층 구조의 광 반투과막(102)을 갖는다. 상기 광 반투과막(102)은 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내이다. 또한, 상기 광 반투과막(102)은 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내이다.
본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 광 반투과막이, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율로서, 15％ 내지 38％의 범위 내의 높은 광 투과율을 갖는다. 이로 인해, 본 발명의 마스크 블랭크로부터 형성된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 패턴의 경계에 있어서, 위상 효과에 의한 광의 간섭에 의해 광 강도를 제로로 해서, 전사상의 콘트라스트를 향상시켜서, 패턴 형성체를 제조하는 경우에 있어서, 패턴 형성체를 제조하는 경우, 상기 광 반투과막이 높은 광 투과율을 가짐으로써, 그 위상 효과를 보다 현저하게 할 수 있다. 또한, 상기 광 반투과막은, 금속을 함유하지 않기 때문에, ArF 엑시머 레이저 노광광이 장시간 조사되어도, 규소(Si)의 산화막이 성장하는 일은 없어, 패턴 치수가 변화되는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서도, 패턴 치수가 변화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 포토리소그래피에 있어서, 전사 특성을 우수한 것으로 하고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성, 및 세정 내성을 높게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 광 반투과막의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막의 막 두께보다도 얇다. 이로 인해, 본 발명의 마스크 블랭크로부터 제조되는 하프톤형 위상 시프트 마스크는, 예를 들어, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴 높이가, 종래의 하프톤형 위상 시프트 마스크와 비교하여 낮아진다. 이에 의해, 본 발명의 마스크 블랭크로부터 제조되는 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서, 예를 들어, 이러한 볼록형 패턴이 초음파를 사용하여 세정되는 때에 기포의 파쇄에 의해 충격을 받는 면적은 작아지고, 또한, 예를 들어, 이러한 볼록형 패턴이 기포의 파쇄에 의해 충격을 받는 위치는 낮아진다. 이 결과, 예를 들어, 이러한 볼록형 패턴이, 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 결락되는 패턴 결락을 회피할 수 있다.
여기서, 초음파 세정에 의해 발생하는 패턴 결락이란, 초음파에 의해 발생한 기포가 파쇄될 때의 충격에 의해 발생하는 무너뜨리는 힘에 의해, 볼록형 패턴이 도괴 또는 소실되는 것을 의미한다.
또한, 본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 광 반투과막의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막의 막 두께보다도 얇다. 이로 인해, 본 발명의 마스크 블랭크로부터 제조되는 위상 시프트 마스크를, 웨이퍼 상에 미세한 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 위상 시프트 마스크로서 사용하는 경우에 있어서, 위상 시프트 마스크의 광 근접 효과 보정(OPC 처리)의 계산을 근사 계산으로 행하는 경우에는, 광 반투과막 패턴의 막 두께를 원인으로 하는 차폐 효과의 영향에 의해, 설계 시에 데이터에 부여하는 보정의 오차의 양이 종래와 같이 커지는 것을 회피할 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼 상의 미세한 패턴이, 설계 의도에 반하여 접촉되거나, 분리되거나 하는 결과를 초래한다는 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이러한 점을 감안하여, 본 발명의 마스크 블랭크로부터 제조되는 위상 시프트 마스크를 웨이퍼 상에 미세한 패턴을 형성하기 위하여 사용하는 경우에 있어서, 광 반투과막 패턴을 설계할 때에는, 광 근접 효과 보정(OPC 처리)의 계산을 근사 계산으로 행했다고 해도, 웨이퍼 상의 미세한 패턴이, 설계 의도에 반하여 접촉되거나, 분리되거나 하는 결과를 초래하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 광 근접 효과 보정(OPC 처리)의 계산을 근사 계산으로 행했다고 해도, 광 반투과막 패턴의 설계에, 더 강한 제한을 둘 필요성을 낮게 할 수 있다. 이로 인해, 광 반투과막 패턴의 설계의 자유도를 높게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 광 반투과막의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막의 막 두께보다도 얇기 때문에, 본 발명의 마스크 블랭크에 있어서는, 종래의 마스크 블랭크보다도, 에칭에 의해 광 반투과막 패턴을 형성하는 것이 용이해진다. 그리고, 에칭에 요하는 시간을 짧게 해도 되기 때문에, 후술하는 바와 같이, 투명 기판에 대미지가 주어지는 것을 방지하는 에칭 배리어층을, 투명 기판 및 광 반투과막의 사이에 갖지 않았다고 해도, 에칭에 의해 광 반투과막 패턴을 형성할 때에, 투명 기판에 대미지가 주어지는 것을 충분히 회피할 수 있다.
이하, 본 발명의 마스크 블랭크에 대해서, 마스크 블랭크의 부재와, 마스크 블랭크의 구성으로 나누어서 설명한다.
1. 마스크 블랭크의 부재
먼저, 본 발명의 마스크 블랭크의 부재에 대하여 설명한다. 본 발명의 마스크 블랭크는, 투명 기판과 광 반투과막을 적어도 갖는다.
(1) 광 반투과막
본 발명에 있어서의 광 반투과막은, 후술하는 투명 기판 상에 형성되고, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막이다. 그리고, 상기 광 반투과막은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내의 것이다. 또한, 상기 광 반투과막은, 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내의 것이다.
a. 광 투과율 및 막 두께
상기 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율은, 종래의 광 반투과막보다도 높은 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율로서, 15％ 내지 38％의 범위 내를 선택한 것이다. 또한, 상기 광 반투과막의 막 두께는, 종래의 광 반투과막의 막 두께보다도 얇고, 또한 실용에 견딜 수 있는 광 반투과막의 막 두께로서, 57nm 내지 67nm의 범위 내의 막 두께를 선택한 것이다.
상기 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율에 대해서, 상기 범위 내의 광 투과율을 선택한 것은, 이하의 이유 때문이다. 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스의 첨단 기술에 있어서, 상기 광 투과율이 상기 범위에 미치지 못하면, 원하는 위상 시프트 효과를 얻지 못하게 되기 때문이다. 구체적으로는, 역위상의 광 투과율이 부족함에 의해, 원하는 차광성을 얻을 수 없게 되기 때문이다. 또한, 상기 광 투과율이 상기 범위를 초과하면, 광 반투과막의 차광성이 필요 이상으로 낮아지기 때문이다. 구체적으로는, 역위상의 광 투과율이 높아지는 것에 의해, 패턴의 형성을 원하지 않는 부분에서도, 투과광에 의해, 패턴이 형성되어버리기 때문이다. 즉, 상기 범위 내의 광 투과율을 선택하지 않으면, 이와 같이, 원하는 패턴의 전사 특성에 문제가 발생하기 때문이다.
또한, 상기 광 반투과막은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 그 중에서도, 상기 광 투과율이, 18％ 내지 38％의 범위 내인 것이 바람직하고, 특히, 20％ 내지 38％의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 범위에 미치지 못하면, 원하는 위상 시프트 효과가 현저하게는 얻어지지 않게 되기 때문이며, 상기 범위를 초과하면, 광 반투과막의 차광성이 필요 이상으로 낮아져서, 원하는 패턴의 전사 특성에 문제가 발생하기 때문이다.
또한, 상기 범위 내의 막 두께를 선택한 것은, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴 높이가 상기 범위를 초과하면, 상기 마스크 블랭크로부터 제조되는 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서, 이러한 볼록형 패턴이 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 이러한 볼록형 패턴이 결락되는 패턴 결락이 발생하기 때문이다. 또한, 상기 광 반투과막의 막 두께가 상기 범위를 초과하면, 종래와 마찬가지로, 에칭에 의해 광 반투과막 패턴을 형성하기가 곤란하게 되기 때문이다. 그리고, 에칭에 요하는 시간이 짧아지지 않기 때문에, 에칭 배리어층을, 투명 기판 및 광 반투과막의 사이에 갖지 않으면, 에칭에 의해 광 반투과막 패턴을 형성할 때에 투명 기판에 대미지가 주어지기 때문이다. 또한, 상기 범위에 미치지 못하면, 소쇠 계수(k)가 상기 범위 내인 광 반투과막에 있어서, 후술하는 역위상을 얻는 것이 곤란해지기 때문이다.
또한, 상기 범위 내의 막 두께를 선택함으로써, 이하의 효과도 얻을 수 있다. Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막, 및 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막은, 기존의 일반적인 포토마스크를 수정하기 위하여 사용되는 Ga 이온 등을 사용한 집속 이온빔(FIB)을 조사하여 에칭 제거하는 방법이나, 전자선 빔(EB)을 조사하여 에칭 제거하는 방법으로, 불필요한 잉여 부분인 잔사 결함부를 수정하는 것이 곤란한 막이다. 그러나, 본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 광 반투과막의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막의 막 두께보다도 얇다. 이로 인해, 상기 광 반투과막은, Si 및 N만, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 것임에도 불구하고, 종래의 동일 재료를 포함하는 광 반투과막과 비교하여, 상기 잔사 결함부를 수정하는 것을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 상기 광 반투과막의 막 두께가 얇은 것에 의해, 에칭 제거 시에 발생하는 사이드 에칭이 억제되기 때문에, 수정 위치 정밀도가 향상되어, 상기 광 반투과막의 단면 형상이 보다 좋아진다. 이로 인해, 수정된 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 전사 특성이 양호해진다. 또한, 본 발명의 마스크 블랭크로부터 제조되는 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막 패턴에 있어서, 종래보다도 폭이 좁은 스페이스부 또는 홀부가 형성되는 영역에 불필요한 잉여 부분인 잔사 결함부가 형성된 경우에도, 종래의 동일 재료를 포함하는 광 반투과막 패턴에 있어서 동일한 잔사 결함부가 형성된 경우와 비교하여, 그러한 좁은 스페이스부 또는 홀부에 있어서의 잔사 결함부를 수정하는 것을 용이하게 행할 수 있다. 구체적으로는, 미세한 바늘로 이물을 긁는 방법과 같은 메카니컬한 방법으로 수정을 행할 때에, 미세한 바늘 등이 패턴 사이에 들어가기 쉬우므로, 그러한 좁은 스페이스부 또는 홀부에 있어서의 잔사 결함부를 수정하는 것을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 상기 광 반투과막의 막 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 57nm 내지 64nm의 범위 내인 것이 바람직하고, 특히, 57nm 내지 62nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 광 반투과막의 막 두께가 보다 얇은 쪽이, 상술한 바와 같은 볼록형 패턴이 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 상술한 바와 같은 볼록형 패턴이 결락되는 패턴 결락이 발생하는 것을 현저하게 억제할 수 있기 때문이거나, 또는 상기 광 반투과막의 가공이나 광 반투과막 패턴의 수정을 하기 쉽기 때문이다.
b. 소쇠 계수 및 굴절률 및 재료
상기 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수 및 굴절률의 범위는, 역위상을 얻기 위하여 필요한 상기 광 반투과막의 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내가 되고, 또한 상기 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내가 되는 범위로서, 계산에 의해 구해진 것이다. 또한, 상기 광 반투과막은, 금속을 함유하지 않는 새로운 광 반투과막으로서, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막을 선택한 것이다. 그리고, 상기 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수 및 굴절률의 범위는, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막이 취할 수 있는 범위로서 구해진 것이다.
이하, 상기 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수 및 굴절률의 범위 및 상기 광 반투과막의 재료가, 어떻게 구해지고, 선택되었는지에 대해서, 설명한다.
먼저, 프레넬의 공식(Fresnel's formula)을 사용하여, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 역위상을 얻기 위하여 필요한 광 반투과막의 막 두께를 계산하였다. 여기서, 본 발명에 있어서, 「역위상」이란, 투명 기판과 상기 투명 기판 상에 형성된 광 반투과막 패턴을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서, 상기 투명 기판만을 통과하는 파장이 193nm인 ArF 엑시머 레이저 노광광과, 상기 투명 기판 및 상기 광 반투과막 패턴을 통과하는 그 레이저 노광광과의 위상차가, 160° 내지 200°의 범위 내가 되는 것을 의미한다.
도 2는, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 위상차가 180°인 역위상을 얻기 위하여 필요한 광 반투과막의 막 두께(nm)를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 예를 들어, 위상차가 180°인 역위상을 얻기 위하여 필요한 광 반투과막의 막 두께는, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 도 2에 도시되는 바와 같이 된다. 또한, 위상차가 180° 이외인 역위상을 얻기 위하여 필요한 광 반투과막의 막 두께도, 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 구해진다.
이어서, 소쇠 계수(k)로부터, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께로 한 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율을 계산하였다. 도 3은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 위상차가 180°인 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께로 한 광 반투과막의 광 투과율(％)을 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 예를 들어, 위상차가 180°인 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께로 한 광 반투과막의 광 투과율은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 도 3에 도시되는 바와 같이 된다. 또한, 위상차가 180° 이외인 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께로 한 광 반투과막의 광 투과율도, 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 구해진다.
이어서, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값에 대하여 역위상을 얻기 위하여 필요한 광 반투과막의 막 두께, 및 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께로 한 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율을 계산한 결과로부터, 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내가 되고, 또한 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께로 한 경우의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내가 되는 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 범위를 구하였다.
이 결과, 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내가 되고, 또한 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께로 한 경우의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내가 되는 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 범위로 하고, 소쇠 계수(k)가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, 또한 굴절률(n)이 2.3 내지 2.9의 범위 내인 범위가 구해졌다.
이어서, 기지의 재료 중에서, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.9의 범위 내인 재료이며, 금속을 함유하지 않는 재료의 탐색 및 선택을 행하였다.
도 4는, 기지의 재료의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값을 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 이 그래프에 도시된 기지의 재료의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값은, 비특허문헌(굴절률 일람표-박막 측정을 위한 굴절률값 일람표. [online]. [Retrieved on 2014-07-03]. Retrieved from the internet: <URL: http://www.filmetricsinc.jp/refractive-index-database>) 및 특허문헌(일본 특허 공개 제2007-17998)에 기재되어 있는 것이다. 표 1에, 도 4에 도시한 그래프에 나타낸 기지의 재료의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값, 및 그 기지의 재료에 있어서의 Si(규소), N(질소), 및 O(산소)의 조성비(at％)를 나타낸다.
[표 1-1]
Figure pat00001
[표 1-2]
Figure pat00002
도 4 및 표 1에 나타낸 바와 같이, 광 반투과막에 사용할 수 있는 기지의 재료로서, Si3N4가 알려지고, Si3N4의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값은, 각각, 2.70 및 0.20이다. 그리고, Si3N4는, 소쇠 계수(k)가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, 또한 굴절률(n)이 2.3 내지 2.9의 범위 내인 재료이며, 금속을 함유하지 않는 재료이다.
또한, 도 4 및 표 1에 도시된 바와 같이, Si, O, 또는 N을 함유하는 기지의 재료로서, Si(규소), SiO2, SiO, SiO계 재료 A, SiON계 재료 A, SiON계 재료 B, 및 SiON계 재료 C가 알려져 있다. 또한, 이들 재료의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값, 및 이들 재료에 있어서의 Si, N, 및 O의 조성비(at％)는 도 4 및 표 1에 나타내는 바와 같다.
또한, 상기 Si3N4 등과 같은 Si 및 N만을 함유하는 재료, 또는 상기 SiON계 재료 A, 상기 SiON계 재료 B, 및 상기 SiON계 재료 C 등과 같은 Si, N, 및 O만을 함유하는 재료에 있어서, Si의 조성비, N의 조성비, 또는 O의 조성비가 변화되면, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값이 변화된다. 이에 의해, 그들 재료에 있어서, Si의 조성비, N의 조성비, 또는 O의 조성비가 변화됨으로써, 그들의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 값이 어떻게 변화되는 경향이 있는지를 알 수 있다.
이러한 점에서, Si 및 N만을 함유하는 재료, 또는 Si, N, 및 O만을 함유하는 재료에 있어서, Si의 조성비, N의 조성비, 또는 O의 조성비를 변경함으로써, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k)의 값 및 굴절률(n)의 값을, 소쇠 계수(k)가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, 또한 굴절률(n)이 2.3 내지 2.7의 범위 내인 범위 내에 있어서, 변경할 수 있다.
이러한 점을 감안하여, 상기 광 반투과막의 재료로서, 기지의 재료 중에서 Si 및 N만을 함유하는 재료, 및 Si, N, 및 O만을 함유하는 재료가 선택되었다. 이에 의해, 상기 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수(k) 및 굴절률(n)의 범위는, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막이 취할 수 있는 범위로서 구해지고, 소쇠 계수(k)가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, 또한 굴절률(n)이 2.3 내지 2.7의 범위 내인 범위가 되었다.
c. 광 반투과막
상기 광 반투과막은 단층 구조여도 되고, 복수층 구조여도 되지만, 단층 구조인 것이 바람직하다. 본 발명의 작용 효과를 용이하게 얻을 수 있기 때문이다. 구체적으로는, 보다 간단한 구조에 의해, 상술한 바와 같이, 전사 특성을 우수한 것으로 하고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성, 및 세정 내성을 높게 할 수 있기 때문이다. 또한, 보다 간단한 구조에 의해, 패턴 결락을 회피할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 광 반투과막의 가공이 보다 간이해지기 때문이다.
상기 Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막이란, Si 및 N 이외의 원소를 실질적으로 함유하지 않는 것이지만, 상기 광 반투과막의 기능 및 특성에 영향을 주지 않는 불순물이라면 함유하고 있어도 된다. 여기서, 상기 광 반투과막의 기능 및 특성은, 상기 광 반투과막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수 및 굴절률을 포함하는 것이다. 상기 광 반투과막의 기능 및 특성에 영향을 주지 않는 불순물로서는, 탄소, 산소, 붕소, 헬륨, 수소, 아르곤, 크세논 등을 들 수 있다. 그리고, 상기 광 반투과막의 기능 및 특성에 영향을 주지 않는 불순물의 비율은, 5％ 이하인 것이 바람직하고, 그 중에서도, 2％ 이하인 것이 바람직하고, 특히, 1％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막이란, Si, N, 및 O 이외의 원소를 실질적으로 함유하지 않는 것이지만, 상기 광 반투과막의 기능 및 특성에 영향을 주지 않는 불순물이라면 함유하고 있어도 된다. 여기서, 상기 광 반투과막의 기능 및 특성은, 상기 Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막의 기능 및 특성과 동일한 것이다. 상기 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막에 있어서의 상기 광 반투과막의 기능 및 특성에 영향을 주지 않는 불순물의 종류 및 비율은, 상기 Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막에 있어서의 것과 동일하다.
상기 광 반투과막은, 상기 Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막에 있어서 상기 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내에서 있는 것(고굴절률 SiN계 막), 또는 상기 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막에 있어서 상기 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내에서 있는 것(고굴절률 SiON계 막)이다. 고굴절률 SiN계 막 및 고굴절률 SiON계 막은, 예를 들어, Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막에 있어서 상기 굴절률이 2.3 미만인 것(저굴절률 SiON계 막)과 비교하여, 굴절률이 높다. 이에 의해, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서 180°의 위상차를 얻기 위한 상기 광 반투과막의 막 두께를 얇게 할 수 있다.
이하에, 고굴절률 SiN계 막 및 고굴절률 SiON계 막이 저굴절률 SiON계 막과 비교하여 바람직한 이유를, 더욱 상세하게 설명한다. 표 2에, 고굴절률 SiN계 막, 고굴절률 SiON계 막, 저굴절률 SiON계 막, 및 종래의 MoSiON을 포함하는 광 반투과막(MoSiON계 막)의 특성을 나타낸다.
[표 2]
Figure pat00003
표 2에 나타낸 바와 같이, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막은, 저굴절률 SiON계 막과 비교하여, 미세 패턴 결락 내성이 양호하다. 이것은, 저굴절률 SiON계 막은, 굴절률이 낮기 때문에, 180°의 위상차를 얻기 위한 막 두께가 두꺼워지는 것에 비해서, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막은, 굴절률이 높아질 수 있기 때문에, 180°의 위상차를 얻기 위한 막 두께를 얇게 할 수 있기 때문이다. 또한, MoSiON계 막은, 저굴절률 SiON계 막보다도, 180°의 위상차를 얻기 위한 막 두께가 두꺼워지기 때문에, 미세 패턴 결락 내성이 나쁘다.
이하에, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막의 미세 패턴 결락 내성이 양호한 것에 의해 얻어지는 작용 효과에 대해서 더 설명한다. 일반적으로, 상기 마스크 블랭크로부터 얻어지는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스에 있어서 해상력을 향상시키기 위해서는, 광 반투과막의 광 투과율을 높게 할 필요가 있다. 그리고, 광 반투과막의 광 투과율을 높게 하기 위해서는, 광 반투과막의 소쇠 계수를 작게 하는 수단이 취해진다. 그러나, 소쇠 계수를 작게 함으로써, 굴절률이 낮아지기 때문에, 광 반투과막의 막 두께는 증대하게 된다.
그리고, 광 반투과막의 막 두께가 증대되면, 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막 패턴을 미세화했을 때에, 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서, 키가 커진 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴을 세정액 내에서 강한 초음파를 사용하여 세정해야 하므로, 광 반투과막 패턴의 패턴 결락 등의 문제가 발생하게 된다. 그 중에서도, 웨이퍼에 있어서 10nm 노드의 패턴을 형성하는 한계 레벨의 고해상을 목표로 하는 경우에, 상기 패턴 결락 등의 문제가 현저해진다. 특히, 후술하는 「D. 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법」의 항목에 기재된 바와 같이, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 상기 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스에 있어서는, 상기 위상 시프트 마스크에 있어서, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴에 대응하는 실제로 해상되는 부분인 메인 패턴과 함께, 메인 패턴의 근접에 배치되는 실제로는 해상되지 않는 보조 패턴을, 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴으로서 형성할 필요가 있다. 그리고, 보조 패턴은, 후술하는 「D. 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법」의 항목에 기재된 바와 같이, 웨이퍼 프로세스의 첨단 기술에 있어서, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴이 된다. 예를 들어, 이 보조 패턴과 같은, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴에 있어서, 상기 패턴 결락 등의 문제는 특히 현저해진다.
즉, 상기 웨이퍼 프로세스에 있어서 해상력을 향상시키기 위해서는, 광 반투과막의 고투과율화가 필요하지만, 광 반투과막의 고투과율화에 수반하여, 광 반투과막의 막 두께는 증대하므로, 광 반투과막의 고투과율화와, 광 반투과막 패턴이 미세화한 위상 시프트 마스크에 있어서 상기 패턴 결락 등의 문제가 발생하는 것을 피하기 위하여 필요한 광 반투과막의 박막화와는 상반하게 된다.
이에 비해, 상술한 바와 같이, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막은, 굴절률이 높아질 수 있으므로, 저굴절률 SiON계 막보다도 막 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 미세 패턴 결락 내성이 양호하다. 또한, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막은, Si의 조성비, N의 조성비, 또는 O의 조성비를 조정함으로써, 저굴절률 SiON계 막과 마찬가지로 고투과율화를 실현한다.
이로 인해, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막은, 미세 패턴 결락 내성이 양호하기 때문에, 저굴절률 SiON계 막보다도 바람직하게, 상기 패턴 결락 등의 문제를 회피할 수 있다. 그 중에서도, 웨이퍼에 있어서 10nm 노드의 패턴을 형성하는 한계 레벨의 고해상을 목표로 하는 경우에, 저굴절률 SiON계 막보다도 바람직하게, 상기 패턴 결락 등의 문제를 회피할 수 있다. 이에 의해, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막은, 저굴절률 SiON계 막에서는 상기 패턴 결락 등의 문제가 발생하여 불가능하게 되는 상기 한계 레벨의 고해상을 실현할 수 있다.
특히, 보조 패턴이, 웨이퍼 프로세스의 첨단 기술에 있어서, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴이 되는 경우에, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막은, 미세 패턴 결락 내성이 양호하기 때문에, 저굴절률 SiON계 막보다도 바람직하게, 이러한 보조 패턴의 미세 패턴에 있어서, 상기 패턴 결락 등의 문제를 회피할 수 있다. 이에 의해, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막은, 저굴절률 SiON계 막에서는 상기 패턴 결락 등의 문제가 발생하여 불가능하게 되는 고해상을 실현할 수 있다.
따라서, 고굴절률 SiN계 막 및 고굴절률 SiON계 막은, 저굴절률 SiON계 막보다도, 광 반투과막의 고투과율화 및 박막화를 바람직하게 양립시킬 수 있어, 미세 패턴 결락 내성이 양호해지기 때문에, 본 발명에 있어서의 광 반투과막 중에서 가장 높은 해상력을 실현할 수 있다.
또한, 표 2에 도시된 바와 같이, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막은, 저굴절률 SiON계 막과 비교하여, 마스크 블랭크의 외관 품질도 양호하다. 이것은, 고굴절률 SiN계 막 또는 고굴절률 SiON계 막은, 저굴절률 SiON계 막과 비교하여 산소(O)가 많이는 포함되어 있지 않아, 성막 시의 외관 품질의 안정성이 높은 데 비해, 저굴절률 SiON계 막은, 산소(O)가 많이 포함되어 있기 때문에, 성막 시에 이물이 발생하기 쉬워, 외관 품질의 안정성이 낮기 때문이다. 또한, MoSiON계 막은, 조성에 산소를 포함하고 있기는 하지만, 각종 제조 조건에 개선을 거듭한 결과, 마스크 블랭크의 외관 품질은 양호하다.
또한, 표 2에 도시된 바와 같이, 고굴절률 SiN계 막, 고굴절률 SiON계 막, 및 저굴절률 SiON계 막은, 모두, 전이 금속을 포함하고 있지 않으므로, MoSiON계 막과 비교하여, 내약품성이 높기 때문에 세정 내성이 양호하고, 또한 노광광의 조사에 의한 변질이 일어나기 어렵기 때문에 노광광 조사 내성이 양호하다. 한편, MoSiON계 막은, 전이 금속을 포함하고 있으므로, 다수회의 세정으로, 치수, 위상차, 투과율 등이 변동하기 때문에, 세정 내성이 나쁘고, 또한 노광광의 조사에 의해, 전이 금속이 치환되고, 산화가 진행하고, 치수 변동 등이 발생해버리기 때문에, 노광광 조사 내성이 나쁘다.
또한, 상기 Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막에 있어서의 Si의 조성비 및 N의 조성비, 및 상기 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막에 있어서의 Si의 조성비, O의 조성비, 및 N의 조성비의 조정은, 후술하는 바와 같이, 스퍼터링법 등의 종래 공지된 성막 방법에 의해, 상기 광 반투과막을 성막하는 경우에 있어서, 사용하는 장치, 사용하는 재료, 또는 성막 조건 등을 적절히 선택함으로써 행할 수 있다. 예를 들어, 평행 평판형 DC 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용하여, 상기 투명 기판 상에 상기 광 반투과막을 스퍼터링에 의해 성막하는 경우에는, 타깃, 타깃과 상기 투명 기판과의 거리(TS 거리), 가스 유량비, 가스압, 투입 전력(파워), 기판 회전수 등의 스퍼터 프로세스 조건, 또는 Ar, N2, 또는 O2 등의 스퍼터 가스를 적절히 선택함으로써 행할 수 있다.
또한, 상기 광 반투과막은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 그 중에서도, 상기 소쇠 계수가, 0.2 내지 0.4의 범위 내인 것이 바람직하고, 특히, 0.2 내지 0.35의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 범위에 미치지 못하면, 상기 광 반투과막에 있어서, 상기 광 투과율이 높아지고, 상기 소쇠 계수 및 상기 굴절률이 작아지기 때문에, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서 소정의 위상차를 얻기 위하여 필요한 막 두께가 두꺼워져버리기 때문이며, 상기 범위를 초과하면, 상기 광 반투과막에 있어서, 상기 광 투과율이 낮아져, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 원하는 위상 시프트 효과를 얻지 못하게 되기 때문이다.
또한, 상기 소쇠 계수의 값의 조정은, 상기 Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막에 있어서의 Si의 조성비 및 N의 조성비, 또는 상기 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막에 있어서의 Si의 조성비, O의 조성비, 및 N의 조성비를 조정함으로써 행할 수 있다.
또한, 상기 광 반투과막의 상기 소쇠 계수는 J A 울람사 제조의 엘립소미터 VUV-VASE로 측정하여, 산출할 수 있다.
또한, 상기 광 반투과막은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 그 중에서도, 상기 굴절률이, 2.5 내지 2.7의 범위 내인 것이 바람직하고, 특히, 2.6 내지 2.7의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 범위에 미치지 못하면, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서 180°의 위상차를 얻기 위한 상기 광 반투과막의 막 두께가 두꺼워져버리기 때문이다.
또한, 상기 굴절률의 값의 조정은, 상기 Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막에 있어서의 Si의 조성비 및 N의 조성비, 또는 상기 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막에 있어서의 Si의 조성비, O의 조성비, 및 N의 조성비를 조정함으로써 행할 수 있다.
또한, 상기 광 반투과막의 상기 굴절률은 J A 울람사 제조의 엘립소미터 VUV-VASE로 측정하여, 산출할 수 있다. 또한, 상기 굴절률의 측정은, 분광 광도계로 측정한 반사율 곡선으로부터 시뮬레이션을 사용하여 산출하는 방법으로 행할 수 있다.
또한, 상기 광 반투과막은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 그 중에서도, 상기 광 투과율이, 18％ 내지 38％의 범위 내인 것이 바람직하고, 특히, 20％ 내지 38％의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 범위에 미치지 못하면, 원하는 위상 시프트 효과를 얻지 못하게 되기 때문이며, 상기 범위를 초과하면, 광 반투과막의 차광성이 필요 이상으로 낮아져서, 원하는 패턴의 전사 특성에 문제가 발생하기 때문이다.
또한, 상기 광 투과율의 값의 조정은, 상기 Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막에 있어서의 Si의 조성비 및 N의 조성비, 또는 상기 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막에 있어서의 Si의 조성비, O의 조성비, 및 N의 조성비를 조정함으로써 행할 수 있다.
상기 광 반투과막의 상기 광 투과율, 및 상기 투명 기판만을 통과하는 파장이 193nm인 ArF 엑시머 레이저 노광광과, 상기 투명 기판 및 광 반투과막을 통과하는 그 레이저 노광광과의 위상차 등은, 위상 시프트량 측정기(레이저텍사 제조, MPM193) 등을 사용함으로써 측정할 수 있다.
또한, 상기 광 반투과막의 막 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 57nm 내지 64nm의 범위 내인 것이 바람직하고, 특히, 57nm 내지 62nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 광 반투과막의 막 두께가 보다 얇은 쪽이, 상술한 바와 같은 볼록형 패턴이 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 상술한 바와 같은 볼록형 패턴이 결락되는 패턴 결락이 발생하는 것을 현저하게 억제할 수 있기 때문이거나, 또는 상기 광 반투과막의 가공이나 광 반투과막 패턴의 수정을 하기 쉽기 때문이다.
또한, 상기 광 반투과막의 막 두께는 J A 울람사 제조의 엘립소미터 VUV-VASE로 측정하여, 산출할 수 있다.
또한, 상기 광 반투과막은, 상기 투명 기판만을 통과하는 파장이 193nm인 ArF 엑시머 레이저 노광광과, 상기 투명 기판 및 광 반투과막을 통과하는 그 레이저 노광광과의 위상차가, 160° 내지 200°의 범위 내가 되는 것에 의해, 역위상을 얻을 수 있는 것이다. 상기 광 반투과막은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 170° 내지 190°의 범위 내인 것이 바람직하고, 그 중에서도, 177°인 것이 바람직하다. 본 발명의 마스크 블랭크로부터 광 반투과막을 에칭함으로써 위상 시프트 마스크를 형성할 때에, 광 반투과막이 에칭되는 부분에 있어서, 투명 기판이 에칭되어서 파임부가 형성되었다고 해도, 위상 시프트 마스크에 있어서, 파임부가 형성된 투과 영역을 통과하는 파장이 193nm인 ArF 엑시머 레이저 노광광과, 광 반투과막이 남아있는 반투과 영역을 통과하는 그 레이저와의 위상차를 180°로 할 수 있기 때문이다. 이에 의해, 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제작할 수 있기 때문이다.
(2) 투명 기판
본 발명에 있어서의 투명 기판으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 노광광을 고투과율로 투과시키는 광학 연마된 합성 석영 유리, 형석, 불화칼슘 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 통상, 다용되고 있고 품질이 안정되고, 단파장의 노광광의 투과율이 높은 합성 석영 유리가 바람직하다.
(3) 차광막
본 발명의 마스크 블랭크로서는, 상기 반투과막 및 투명 기판을 갖는 것이라면, 특별히 막 구성, 재질, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값) 등, 한정되는 것은 아니지만, 상기 광 반투과막 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막과 합하여 원하는 광학 농도(OD값)가 되도록 조정한 차광막을 더 갖는 것이 바람직하다.
도 5는, 본 발명의 마스크 블랭크의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다. 도 5에 도시되는 마스크 블랭크(100)는 투명 기판(101)과, 투명 기판(101) 상에 형성되고, Si 및 N만, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 단층 구조의 광 반투과막(102)과, 광 반투과막(102) 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 광 반투과막(102)과 합하여 3.0 이상이 되는, 단층 구조의 차광막(103)을 갖는다. 그리고, 차광막(103)이 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능 및 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능의 모든 기능을 갖고 있다.
마스크 블랭크로부터 제조되는 위상 시프트 마스크에 있어서는, 큰 면적을 갖는 광 반투과막 패턴이 있는 경우에는, 그러한 패턴을 투과하는 노광광에 의해, 전사상이 불선명해지는 문제가 발생하는 경우가 있다. 그리고, 위상 시프트 마스크에 있어서는, 큰 면적을 갖는 광 반투과막 패턴 상에 차광막 패턴을 형성함으로써, 그러한 패턴을 투과하는 불필요한 노광광을 차광함으로써, 이러한 문제를 해소하도록 하고 있다. 그리고, 본 발명의 마스크 블랭크, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막의 광 투과율이 15％ 내지 38％이며, 일반적인 광 투과율인 6％보다도 특히 큰 경우에는, 상술한 바와 같은 문제가 보다 현저하게 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 상기 차광부를 더 가짐으로써, 이러한 문제를 피하는 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있다.
상기 차광막으로서는, 상기 광 반투과막 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막과 합하여 원하는 광학 농도(OD값)가 되도록 조정한 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 차광막으로서는, 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사할 때에 위상 시프트 마스크와 렌즈 간에서의 다중 반사를 방지하는 반사 방지 기능, 및 상기 차광막을 에칭할 때에 상기 광 반투과막에 대미지가 주어지는 것을 적절하게 방지하는 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 묘화 시에 전자선에 의해 대전되는 것을 방지하는 도전 기능을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 마스크 블랭크에 있어서는, 도 5에 도시되는 마스크 블랭크(100)와 같이, 상기 차광막은, 상기 광 반투과막 상에 형성되고, 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능 및 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 광 흡수층을 포함하는 단층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 더 적은 공정으로, 필요한 기능을 구비한 마스크를 얻을 수 있기 때문이다.
도 5에 도시되는 마스크 블랭크(100)와 같이, 상기 차광막이 상기 단층 구조를 갖는 경우에는, 상기 차광막의 재료는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, Cr, Ta, W, Mo 등을 들 수 있다. 그 중에서도, Cr 등이 바람직하다. 상기 차광막을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스의 종류가, 상기 광 반투과막을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스와 상이한 것이 되기 때문에, 상기 차광막이 상술한 에칭 배리어 기능을 갖는 것을 기대할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 차광막이 상기 단층 구조를 갖는 경우에는, 상기 차광막의 두께는, 그 재료의 종류에 따라 상이한 것이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 30nm 내지 80nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 차광막의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)를 상기 광 반투과막과 합하여 3.0 이상으로 하기 쉽고, 또한 상기 차광막을 에칭하기 쉬운 막 두께이기 때문이다.
또한, 상기 차광막의 상기 광 반투과막과 합한 광학 농도(OD값)는 오츠카 덴시사 제조의 MCPD3000, 상기 차광막의 반사율은 오츠카 덴시사 제조의 MCPD7000으로 측정하여, 산출할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 마스크 블랭크의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다. 도 6에 도시하는 마스크 블랭크(100)는 차광막(103)이 광 반투과막(102) 상에 형성된 광 흡수층(103a)과, 광 흡수층(103a) 상에 형성된 하드 마스크층(103b)을 포함하는 2층 구조를 갖는다. 그리고, 광 흡수층(103a)이 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능 및 광 반투과막(102)에 대한 에칭 배리어 기능의 양쪽 기능을 갖고 있다. 또한, 하드 마스크층(103b)이 광 흡수층(103a)에 대한 에칭 배리어 기능을 갖고 있다.
본 발명의 마스크 블랭크에 있어서는, 도 6에 도시하는 마스크 블랭크(100)와 같이, 상기 차광막이 상기 광 반투과막 상에 형성되고, 상술한 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능 및 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 광 흡수층과, 상기 광 흡수층 상에 형성되고, 상술한 광 흡수층에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 하드 마스크층을 포함하는 2층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 하드 마스크층을 에칭하여 형성한 패턴을, 상기 광 흡수층을 에칭할 때의 레지스트 패턴 대신에 사용할 수 있기 때문에, 레지스트 막 두께를 얇게 할 수 있다. 이에 의해, 상기 차광막이 미세한 패턴을 형성하기 쉬워지기 때문이다.
보다 구체적으로는, 도 5에 도시되는 마스크 블랭크(100)와 같이, 상기 차광막이 단층 구조를 갖는 경우에는, 단층 구조의 차광막은 두껍기 때문에, 두꺼운 레지스트 패턴으로 차광막을 에칭하여, 차광막 패턴을 형성하게 된다. 이로 인해, 레지스트 패턴의 애스펙트비의 관계로부터, 차광막의 미세한 패턴을 형성하는 것은 곤란하다. 한편, 상기 차광막이 도 6에 도시된 바와 같은 2층 구조를 갖는 경우에는, 상기 하드 마스크층은 상기 단층 구조의 차광막보다도 얇기 때문에, 상기 단층 구조의 차광막의 에칭에 사용한 것보다도 얇은 레지스트 패턴으로, 상기 하드 마스크층을 에칭하여, 하드 마스크층 패턴을 형성할 수 있다. 그리고, 그 패턴을, 상기 광 흡수층을 에칭할 때의 레지스트 패턴 대신에 사용할 수 있기 때문에, 레지스트 막 두께를 얇게 할 수 있다. 이에 의해, 상기 단층 구조의 차광막보다도, 상기 차광막의 미세한 패턴을 형성하기 쉬워지기 때문이다.
상기 차광막이 상기 2층 구조를 갖는 경우에는, 상기 하드 마스크층은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상술한 도전 기능을 갖고 있어도 된다. 또한, 상기 차광막이 상기 2층 구조를 갖는 경우에는, 상기 하드 마스크층의 재료는, 상술한 광 흡수층에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, Si, SiN, SiON, SiO2, MoSi, Cr, CrO, CrON 등을 들 수 있다. 그 중에서도, Si, SiN, SiON, SiO2, MoSi 등이 바람직하다. 상기 광 흡수층의 재료에 Cr을 포함하는 재료를 사용한 경우, 상기 광 흡수층을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스의 종류가, 상기 하드 마스크층을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스와 상이한 것이 되기 때문에, 상기 하드 마스크층을 에칭할 때에 상기 광 흡수층에 대미지가 주어지는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 차광막이 상기 2층 구조를 갖는 경우에는, 상기 광 흡수층의 재료는, 상술한 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능 및 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, Cr, Si, SiO, SiON, MoSi 등을 들 수 있다. 그 중에서도, Cr이 바람직하다. 상기 광 흡수층을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스의 종류가, 상기 하드 마스크층을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스와 상이한 것이 되기 때문에, 상기 하드 마스크층을 에칭할 때에 상기 광 흡수층에 대미지가 주어지는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 또한, Cr은 소쇠 계수가 높으므로, 더 얇은 막 두께의 상기 차광막에 의해, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)를 상기 광 반투과막과 합하여 3.0 이상으로 할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 차광막이 상기 2층 구조를 갖는 경우에는, 상기 하드 마스크층의 두께는, 그 재료의 종류에 따라 상이한 것이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 4nm 내지 15nm의 범위 내, 그 중에서도 4nm 내지 10nm의 범위 내, 특히 4nm 내지 7nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 막 두께가 얇은 편이 고정밀도로 가공할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 차광막이 상기 2층 구조를 갖는 경우에는, 상기 광 흡수층의 두께는, 그 재료의 종류에 따라 상이한 것이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 30nm 내지 80nm의 범위 내, 그 중에서도 30nm 내지 70nm의 범위 내, 특히 30nm 내지 60nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 막 두께가 얇은 쪽이 가공이나 불량 패턴의 수정을 하기 쉽기 때문이다.
도 7은, 본 발명의 마스크 블랭크의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다. 도 7에 도시하는 마스크 블랭크(100)는 차광막(103)이 광 반투과막(102) 상에 형성된 에칭 배리어층(103c)과, 에칭 배리어층(103c) 상에 형성된 광 흡수층(103a)과, 광 흡수층(103a) 상에 형성된 하드 마스크층(103b)을 포함하는 3층 구조를 갖는다. 그리고, 에칭 배리어층(103c)이 광 반투과막(102)에 대한 에칭 배리어 기능을 갖고, 광 흡수층(103a)이 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖고, 하드 마스크층(103b)이 광 흡수층(103a)에 대한 에칭 배리어 기능을 갖고 있다.
도 8은, 본 발명의 마스크 블랭크의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다. 도 8에 도시하는 마스크 블랭크(100)는 차광막(103)이 광 반투과막(102) 상에 형성된 에칭 배리어층(103c)과, 에칭 배리어층(103c) 상에 형성된 광 흡수층(103a)과, 광 흡수층(103a) 상에 형성된 하드 마스크층(103b)을 포함하는 3층 구조를 갖는다. 그리고, 에칭 배리어층(103c)이 광 반투과막(102)에 대한 에칭 배리어 기능을 갖고, 광 흡수층(103a)이 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖고, 하드 마스크층(103b)이 광 흡수층(103a)에 대한 에칭 배리어 기능을 갖고 있다.
본 발명의 마스크 블랭크에 있어서는, 도 7 및 도 8에 도시하는 마스크 블랭크(100)와 같이, 상기 차광막이 상기 광 반투과막 상에 형성되고, 상술한 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 에칭 배리어층과, 상기 에칭 배리어층 상에 형성되고, 상술한 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 광 흡수층과, 상기 광 흡수층 상에 형성되고, 상술한 광 흡수층에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 하드 마스크층을 포함하는 3층 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 하드 마스크층을 에칭하여 형성한 패턴을, 상기 차광막이 상기 2층 구조를 갖는 경우와 마찬가지로, 상기 광 흡수층을 에칭할 때의 레지스트 패턴 대신에 사용할 수 있기 때문이다. 이 결과, 상기 차광막이 미세한 패턴을 형성하기 쉬워지기 때문이다.
본 발명의 마스크 블랭크에 있어서는, 상기 차광막이, 상기 단층 구조 또는 상기 2층 구조를 갖기보다도, 상기 3층 구조를 갖는 것이 바람직하다. ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 층으로서, Si 및 N만, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막과 반응성이 높은 에칭 가스로 에칭 가능한 재료를 포함하는 광 흡수층을 사용할 수 있기 때문이다. 이에 의해, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 층의 재료의 선택폭이 넓어져서, 상기 차광막의 막 두께를 보다 얇게 할 수 있기 때문이다. 또한, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 층 및 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 층을, 각각이 서로 다른 재료를 포함하는 상기 광 흡수층 및 상기 에칭 배리어층으로 각각 할 수 있기 때문이다. 이에 의해, 상기 광 흡수층 및 상기 에칭 배리어층을 서로 다른 에칭 가스로 각각 에칭할 수 있으므로, 상기 에칭 배리어층을, 상기 광 흡수층을 에칭할 때에 상기 광 반투과막에 대미지가 주어지는 것을 적절하게 방지하는 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 것으로 할 수 있기 때문이다.
예를 들어, 도 7에 도시하는 마스크 블랭크(100)에 있어서는, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 층으로서, Si 및 N만, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막과 반응성이 높은 에칭 가스로 에칭 가능한 재료인 MoSi를 포함하는 광 흡수층(103a)을 사용할 수 있다. 또한, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 층 및 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 층을, MoSi를 포함하는 광 흡수층(103a) 및 Cr을 포함하는 에칭 배리어층(103c)으로 각각 할 수 있다. 이에 의해, 광 흡수층(103a) 및 에칭 배리어층(103c)을 서로 다른 불소계 가스 및 염소계 가스로 각각 에칭할 수 있다. 이로 인해, 에칭 배리어층(103c)을 광 흡수층(103a)을 에칭할 때에 광 반투과막(102)에 대미지가 주어지는 것을 적절하게 방지하는 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 것으로서 사용할 수 있다.
또한, 도 8에 도시하는 마스크 블랭크(100)에 있어서는, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 층으로서, Si 및 N만, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막과 반응성이 높은 에칭 가스로 에칭 가능한 재료인 Si를 포함하는 광 흡수층(103a)을 사용할 수 있다. 또한, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 층 및 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 층을, Si를 포함하는 광 흡수층(103a) 및 Cr을 포함하는 에칭 배리어층(103c)으로 각각 할 수 있다. 이에 의해, 광 흡수층(103a) 및 에칭 배리어층(103c)을 서로 다른 불소계 가스 및 염소계 가스로 각각 에칭할 수 있다. 이로 인해, 에칭 배리어층(103c)을 광 흡수층(103a)을 에칭할 때에 광 반투과막(102)에 대미지가 주어지는 것을 적절하게 방지하는 상기 광 반투과막에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 것으로서 사용할 수 있다.
상기 차광막이 상기 3층 구조를 갖는 경우에는, 상기 하드 마스크층은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상술한 도전 기능을 갖고 있어도 된다. 또한, 상기 차광막이 상기 3층 구조를 갖는 경우에는, 상기 하드 마스크층의 재료는, 상술한 광 흡수층에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, Cr, CrO, CrON, SiN, SiON, SiO2 등을 들 수 있다. 그 중에서도, Cr이 바람직하다.
또한, 상기 차광막이 상기 3층 구조를 갖는 경우에는, 상기 광 흡수층의 재료는, 상술한 광 흡수 기능을 갖는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, MoSi 등의 금속 및 규소(Si)를 포함하는 재료, 또는 W, Ta 등의 금속 또는 규소(Si)의 단체를 들 수 있다. 그 중에서도, 규소(Si)가 특히 바람직하다. 상기 광 흡수층을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스의 종류가, 상기 하드 마스크층을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스와 상이한 것이 되기 때문에, 상기 하드 마스크층을 에칭할 때에 상기 광 흡수층에 대미지가 주어지는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 또한, 규소(Si) 단체는 소쇠 계수가 높으므로, 상기 광 흡수층이 규소(Si) 단체로 구성됨으로써, 상기 차광막의 막 두께를 보다 얇게 할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 차광막이 상기 3층 구조를 갖는 경우에는, 상기 에칭 배리어층의 재료는, 상술한 에칭 배리어 기능을 갖는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니지만, Cr, CrON 등을 들 수 있다. 상기 에칭 배리어층을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스의 종류가, 상기 광 흡수층을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스와 상이한 것이 되기 때문에, 상기 광 흡수층을 에칭할 때에 상기 에칭 배리어층에 대미지가 주어지는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 불소계 가스에 의해 상기 광 흡수층을 에칭할 때에, 상기 에칭 배리어층에 대미지가 주어지는 것을 방지할 수 있고, 염소계 가스에 의해 상기 에칭 배리어층을 에칭할 수 있다. 또한, 상기 에칭 배리어층을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스의 종류가, 상기 광 반투과막을 에칭할 때에 사용하는 반응성 에칭 가스와 상이한 것이 되기 때문에, 상기 에칭 배리어층을 에칭할 때에 상기 광 반투과막층에 대미지가 주어지는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 차광막이 상기 3층 구조를 갖는 경우에는, 상기 하드 마스크층의 두께는, 그 재료의 종류에 따라 상이한 것이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 4nm 내지 10nm의 범위 내, 그 중에서도 4nm 내지 7nm의 범위 내, 특히 4nm 내지 6nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 상술한 에칭 배리어 기능이 충분히 기능하고, 또한 상기 하드 마스크층을 에칭할 때에 상기 광 흡수층에 대미지가 주어지는 것을 충분히 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 차광막이 상기 3층 구조를 갖는 경우에는, 상기 광 흡수층의 두께는, 그 재료의 종류에 따라 상이한 것이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 20nm 내지 70nm의 범위 내, 그 중에서도 20nm 내지 60nm의 범위 내, 특히 30nm 내지 50nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 상술한 광 흡수 기능이 충분히 기능하고, 또한 상기 광 흡수층을 에칭할 때에 상기 에칭 배리어층에 대미지가 주어지는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 광 흡수층이 Si 단체로 구성되는 경우, MoSi로 구성되는 경우와 비교하여, Si는 소쇠 계수가 높으므로, 상기 차광막의 막 두께를 보다 얇게 할 수 있다.
또한, 상기 차광막이 상기 3층 구조를 갖는 경우에는, 상기 에칭 배리어층의 두께는, 그 재료의 종류에 따라 상이한 것이며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 2nm 내지 6nm의 범위 내, 특히 2nm 내지 4nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 상술한 에칭 배리어 기능이 충분히 기능하기 때문이다.
또한, 상기 차광막으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막과 합하여 3.0 이상이 되도록 조정한 것이 바람직하다. 이에 의해, 노광 시에 원하는 부분에 대하여 필요한 차광성을 얻을 수 있기 때문이다.
(4) 기타 부재
본 발명의 마스크 블랭크로서는, 상기 반투과막 및 투명 기판을 갖는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니며, 그 밖에도 필요한 부재를 적절히 첨가할 수 있다.
본 발명의 마스크 블랭크로서는, 상기 반투과막, 또는 상기 차광막 상에 레지스트막을 갖는 것이 바람직하다. 레지스트막을 새롭게 형성하지 않고, 레지스트막을 노광한 후, 현상하여, 소정의 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 보다 간단하게 형성할 수 있다.
2. 마스크 블랭크의 구성
이어서, 본 발명의 마스크 블랭크 구성에 대하여 설명한다. 본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 광 반투과막이, 상기 투명 기판 상에 형성되어 있는 것이다. 이하, 본 발명의 마스크 블랭크 구성 및 제조 방법에 대하여 설명한다.
(1) 마스크 블랭크의 구성
상기 마스크 블랭크는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 광 반투과막이, 상기 투명 기판 상에 직접 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 광 반투과막과 같이, 광 투과율이 큰 광 반투과막에 있어서는, 그 굴절률이 작아지는 경향이 있다. 이로 인해, 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서, 적절한 위상 시프트를 실현하기 위해서, 이러한 광 반투과막이 형성된 부분과 노광광이 투과하는 부분 간에 180°의 위상차를 형성하려면, 그 광 반투과막의 막 두께를 두껍게 할 필요가 있었다(특허문헌 1 및 2). 그리고, 광 반투과막의 막 두께를 두껍게 하는 경우에 있어서는, 광 반투과막을 에칭할 때에, 투명 기판에 대미지를 주지 않도록, 투명 기판 상에 에칭 배리어층을 형성하는 경우가 있다(특허문헌 1 및 2). 에칭 배리어층으로서는, 광 반투과막과의 에칭 선택성을 높이기 위해서, 광 반투과막의 에칭종(예를 들어, CF4, SF6 가스 등)으로는 에칭되지 않는 층을 형성한다. 그러나, 이러한 에칭 배리어층을 형성하는 경우에 있어서, 예를 들어, 특허문헌 1에 있어서는, 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, Ta-Hf막을 형성하고, Cl계의 가스로 에칭하기 때문에, 에칭 프로세스가 복수회가 되어 복잡해지는데다가, Cl계의 가스로 에칭하기 어려워, 형상 및 유니포머티가 나빠진다고 하는 문제가 있었다. 또한, 특허문헌 2에 있어서는, 에칭 배리어층을, Zr, Hf로 하는 구조도 기재되어 있지만, 마찬가지로, 에칭 프로세스가 복수회 필요해지고, 에칭하기 어려운 것에 의한 마찬가지의 문제가 있었다.
그러나, 본 발명에 따르면, 상기 광 반투과막이, 종래의 광 반투과막의 막 두께보다도 얇기 때문에, 에칭에 의해 반투과막 패턴을 형성하는 것이 용이해진다. 이에 의해, 에칭에 요하는 시간이 짧아지기 때문에, 상기 에칭 배리어층을 상기 투명 기판 및 상기 광 반투과막의 사이에 갖지 않았다고 해도, 에칭에 의해 반투과막 패턴을 형성할 때에, 상기 투명 기판에 대미지가 주어지는 것을 충분히 회피할 수 있다. 이로 인해, 상기 마스크 블랭크는, 상기 광 반투과막이, 상기 투명 기판 상에 직접 형성되게 된다. 이에 의해, 상술한 바와 같이, 상기 에칭 배리어층을 형성할 필요는 없기 때문에, 에칭 프로세스를 복수회 행할 필요가 없게 되기 때문에, 에칭 프로세스가 복잡해지지 않고, 상기 에칭 배리어층의 에칭이 곤란하기 때문에, 상기 광 반투과막이나 상기 투명 기판의 형상이 나빠지거나, 상기 광 반투과막의 형상 균일성이 나빠지거나 하는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
(2) 마스크 블랭크의 제조 방법
본 발명의 마스크 블랭크 제조 방법은, 원하는 마스크 블랭크를 얻을 수 있는 방법이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 마스크 블랭크 제조 방법 일례에 있어서는, 먼저, 상기 투명 기판을 준비한다. 이어서, 상기 투명 기판 상에, 스퍼터링법 등의 종래 공지된 성막 방법에 의해, 상기 광 반투과막을 형성한다. 이어서, 상기 광 반투과막 상에 스퍼터링법 등의 종래 공지된 성막 방법에 의해, 상기 차광막을 형성한다. 상기 차광막이 상기 2층 구조를 갖는 경우에는, 상기 광 반투과막 상에 스퍼터링법 등의 종래 공지된 성막 방법에 의해 상기 광 흡수층을 형성한 후에, 상기 광 흡수층 상에 스퍼터링법 등의 종래 공지된 성막 방법에 의해 상기 하드 마스크층을 형성한다. 상기 차광막이 상기 3층 구조를 갖는 경우에는, 상기 광 반투과막 상에 스퍼터링법 등의 종래 공지된 성막 방법에 의해 상기 에칭 배리어층을 형성하고, 상기 에칭 배리어층 상에 스퍼터링법 등의 종래 공지된 성막 방법에 의해 상기 광 흡수층을 형성한 후에, 상기 광 흡수층 상에 스퍼터링법 등의 종래 공지된 성막 방법에 의해 상기 하드 마스크층을 형성한다. 이에 의해, 본 발명의 마스크 블랭크가 얻어진다.
또한, 상기 마스크 블랭크의 제조 방법에 있어서, 상기 광 반투과막을 형성하는 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 상기 광 반투과막을, 스퍼터링 타겟에는 규소(Si)를 포함하는 타깃을 사용하여, 스퍼터링 가스를 적절히 선택함으로써, 상기 광 반투과막을 구성하는 Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막의 조성비가 원하는 비율이 되는 성막 조건에서 스퍼터링에 의해 성막하는 방법을 들 수 있다. 그리고, 이러한 방법으로서는, 그 중에서도, 스퍼터링 타겟에는 규소(Si)를 포함하는 타깃을 사용하고, 질소를 포함하지만, 산소를 많이 포함하지 않거나, 포함하지 않는 스퍼터링 가스를 사용하여, 고굴절률 SiN계 막, 또는 고굴절률 SiON계 막을 성막하는 방법이 바람직하다. 상기 광 반투과막 중에서도 우수한 특성을 갖는 그 광 반투과막을 성막할 수 있기 때문이다. 또한, 고굴절률 SiN계 막, 즉 Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막이란, 스퍼터링 타겟에는 규소(Si)를 포함하는 타깃을 사용하고, 질소를 포함하지만, 산소를 포함하지 않는 스퍼터링 가스를 사용하여, 산소를 포함하지 않는 분위기에서 성막되는 광 반투과막을 의미한다.
B. 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크
이어서, 본 발명의 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크에 대하여 설명한다. 본 발명의 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크는, 상기 마스크 블랭크와, 상기 마스크 블랭크 상에 형성된 네거티브형 레지스트막을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 9는, 본 발명의 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 도 9에 도시하는 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크(110)는 ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제조하기 위하여 사용되는 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크이다. 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크(110)는 투명 기판(101)과, 투명 기판(101) 상에 형성되고, Si 및 N만, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 단층 구조의 광 반투과막(102)과, 광 반투과막(102) 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 광 반투과막(102)과 합하여 3.0 이상이 되는, 단층 구조의 차광막(103)을 갖는 마스크 블랭크(100)를 갖는다. 또한, 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크(110)는 마스크 블랭크(100) 상에 형성된 네거티브형 레지스트막(111)을 갖는다.
후술하는 「D. 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법」의 항목에 기재된 바와 같이, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 사용하여, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 경우에는, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 사이드 로브 현상을 간단하게 회피하여, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사할 수 있다.
그리고, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 경우에는, 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴에 대응하는 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 미세 패턴을 형성할 필요가 있다.
본 발명에 따르면, 상기 네거티브형 레지스트막의 패턴을 사용하여 광 반투과막을 에칭함으로써, 상기 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 미세 패턴을 형성함으로써, 후술하는 네거티브형 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다. 이로 인해, 후술하는 네거티브형 위상 시프트 마스크를 제조하는 경우에, 상기 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크에 있어서의 네거티브형 레지스트막에 있어서 노광하는 범위는, 상기 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 미세 패턴에 대응하는 매우 좁은 범위가 된다. 따라서, 더 짧은 시간에 후술하는 네거티브형 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다.
상기 네거티브형 레지스트막을 형성하는 데 사용하는 네거티브형 레지스트 조성물로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 스미토모 가가쿠 가부시끼가이샤 제조의 NEB-22A, 및 신에츠 가가쿠 고교 제조의 SEBN-1637, SEBN-1702, 및 SEBN-2014 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 신에츠 가가쿠 고교 제조의 SEBN-2014 등이 바람직하다. 보다 미세한 패턴을 형성하는 데 적합하기 때문이다.
또한, 상기 네거티브형 레지스트막의 막 두께는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 50nm 내지 150nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 80nm 내지 100nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 마스크 상에 패턴을 형성할 때, 충분한 에칭 배리어 기능을 가지면서, 미세한 패턴을 형성할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 네거티브형 레지스트막을 형성하는 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 스핀 코팅에 의한 도포 등을 들 수 있다.
C. 위상 시프트 마스크
이어서, 본 발명의 위상 시프트 마스크에 대하여 설명한다. 본 발명의 위상 시프트 마스크는, ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크로서, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, Si(규소) 및 N(질소)만을 포함하는 광 반투과막 패턴, 또는 Si(규소), N(질소), 및 O(산소)만을 포함하는 광 반투과막 패턴을 갖고, 상기 광 반투과막 패턴은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내이며, 또한, 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 것이다.
도 10은, 본 발명의 위상 시프트 마스크의 일례를 도시하는 개략 평면도이다. 도 11은, 도 10의 A-A 단면도이다. 도 10에 도시되는 위상 시프트 마스크(200)는 ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크이다. 도 10에 도시되는 위상 시프트 마스크(200)는 투명 기판(201)과, 상기 투명 기판(201) 상에 형성되고, Si 및 N만, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 단층 구조의 광 반투과막 패턴(202)을 갖는다. 상기 광 반투과막 패턴(202)은 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내이다. 또한, 광 반투과막 패턴(202)은 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내이다. 또한, 광 반투과막 패턴(202)은 웨이퍼에 해상되는 폭 또는 깊이가 100nm 내지 300nm인 메인 패턴(202a) 및 메인 패턴(202a)의 해상을 보조하는 웨이퍼에 해상되지 않는 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 보조 패턴(202b)을 갖는다. 메인 패턴(202a) 및 보조 패턴(202b)은 볼록형 패턴이다.
도 12는, 본 발명의 위상 시프트 마스크의 다른 예를 도시하는 개략 평면도이다. 도 13은, 도 12의 A-A 단면도이다. 이하, 도 12에 도시하는 위상 시프트 마스크(200)에 대해서, 도 10에 도시되는 위상 시프트 마스크(200)와는 상이한 점을 설명한다. 광 반투과막 패턴(202)에는, 웨이퍼에 해상되는 폭 또는 깊이가 100nm 내지 300nm인 메인 패턴(202a)으로서, 투명 기판(201)을 노출하는 광 반투과막의 일부를 제거한 오목형 패턴이 형성되어 있다. 또한, 광 반투과막 패턴(202)에는, 메인 패턴(202a)의 해상을 보조하는 웨이퍼에 해상되지 않는 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 보조 패턴(202b)으로서, 투명 기판(201)을 노출되는 광 반투과막의 일부를 제거한 오목형 패턴이 형성되어 있다.
본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴이, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율로서, 15％ 내지 38％의 범위 내의 높은 광 투과율을 갖는다. 이로 인해, 본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용하여, 패턴의 경계에 있어서, 위상 효과에 의한 광의 간섭에 의해 광 강도를 제로로 해서, 전사상의 콘트라스트를 향상시켜서, 패턴 형성체를 제조하는 경우, 상기 광 반투과막 패턴이 높은 광 투과율을 가짐으로써, 그 위상 효과를 보다 현저하게 할 수 있다. 또한, 상기 광 반투과막 패턴은, 금속을 함유하지 않기 때문에, ArF 엑시머 레이저 노광광이 장시간 조사되어도, 규소(Si)의 산화막이 성장하는 일은 없어, 패턴 치수가 변화되는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서도, 패턴 치수가 변화되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 포토리소그래피에 있어서, 전사 특성을 우수한 것으로 하고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성, 및 세정 내성을 높게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막 패턴의 막 두께보다도 얇다. 이로 인해, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 본 발명의 마스크 블랭크에서 설명한 것과 마찬가지의 이유에 의해, 예를 들어, 상술한 바와 같은 볼록형 패턴이, 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 결락되는 패턴 결락을 회피할 수 있다.
또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막 패턴의 막 두께보다도 얇다. 이로 인해, 본 발명의 마스크 블랭크에서 설명한 것과 마찬가지의 이유에 의해, 광 반투과막 패턴의 설계의 자유도를 높게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이, 15％ 내지 38％의 범위 내로서, 종래보다도 높다. 이로 인해, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 특히, 웨이퍼 프로세스로 네거티브형 레지스트 프로세스 또는 네거티브 톤 현상 프로세스를 사용하는 경우에 있어서, 종래보다도 OPC 바이어스값 자체를 작게 할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 미세한 패턴을 형성하기 때문에, 네거티브형 레지스트 프로세스 또는 네거티브 톤 현상(Negative tone development) 프로세스를 사용하는 경우에 있어서, 상술한 효과가 현저하게 얻어진다. 즉, 상술한 바와 같이, 광 반투과막 패턴을 설계할 때에, 광 근접 효과 보정(OPC 처리)의 계산을 근사 계산으로 행하는 경우에, 웨이퍼 상의 미세한 패턴이, 설계 의도에 반하여 접촉되거나, 분리되거나 하는 결과를 초래하는 것을 억제할 수 있다는 효과는, OPC 바이어스값 자체가 작아지는 것에 의해 현저하게 얻어진다. 이에 의해, 광 반투과막 패턴의 설계의 자유도를 높게 할 수 있는 상술한 효과는, 현저하게 얻어진다.
또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막 패턴의 막 두께보다도 얇기 때문에, 본 발명의 마스크 블랭크에서 설명한 것과 마찬가지의 이유에 의해, 투명 기판에 대미지가 주어지는 것을 충분히 회피할 수 있다.
이하, 본 발명의 위상 시프트 마스크에 대해서, 위상 시프트 마스크의 부재와, 위상 시프트 마스크의 구성으로 나누어서 설명한다.
1. 위상 시프트 마스크의 부재
먼저, 본 발명의 위상 시프트 마스크의 부재에 대하여 설명한다. 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 투명 기판과 광 반투과막 패턴을 적어도 갖는다.
(1) 광 반투과막 패턴
본 발명에 있어서의 광 반투과막 패턴은, 후술하는 투명 기판 상에 형성되고, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막 패턴, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막 패턴이다. 그리고, 상기 광 반투과막 패턴은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내의 것이다. 또한, 상기 광 반투과막 패턴은, 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내이다.
첨단 ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서는, 위상 시프트 마스크의 내부 있어서의 위치 정밀도가 매우 중요하다. 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막 패턴의 막 두께보다도 얇기 때문에, 본 발명의 위상 시프트 마스크에 광 반투과막 패턴으로부터 걸리는 응력을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 위상 시프트 마스크가 변형되는 것을 억제하여, 위상 시프트 마스크의 내부 있어서의 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스의 첨단 기술에 있어서, 종래보다도 미세한 패턴을 웨이퍼에 전사하는 경우에는, 웨이퍼 레지스트의 형상 변동을 억제하여, 레지스트 치수 변동을 저감하기 위해서, 저감도의 웨이퍼 레지스트를 사용하여, ArF 엑시머 레이저 노광광의 조사 시간을 종래보다도 길게 하는 등의 대책을 행할 필요가 있다. 한편, 웨이퍼에 전사되는 종래보다도 미세한 패턴에 대응하는 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막으로 구성되는 미세 패턴은, 종래보다도 미세하게 되기 때문에, 그 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성을 종래보다도 높게 할 필요가 있다.
이에 비해, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막 패턴의 막 두께보다도 얇다. 이로 인해, 본 발명의 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막으로 구성되는 미세 패턴의 표면적은 작아진다. 이 결과, 이러한 미세 패턴에의 세정액의 잔류 이온, 주변 환경으로부터의 이온, 및 유기물의 흡착이 적어진다. 이에 의해, 이 흡착한 이물에 ArF 엑시머 레이저 노광광이 조사됨으로써 헤이즈(HAZE)라 불리는 성장성 이물이 발생할 위험성이 적어진다.
따라서, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 종래의 위상 시프트 마스크와 비교하여, 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막으로 구성되는 미세 패턴을 헤이즈가 발생할 위험성이 적은 것으로 할 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막으로 구성되는 미세 패턴을, 종래보다도 미세하게 되었다고 해도, 종래보다도 긴 ArF 엑시머 레이저 노광광의 조사 시간에 견딜 수 있는 ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성을 갖는 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막 패턴의 막 두께보다도 얇다. 이로 인해, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 광 반투과막 패턴의 표면적, 특히 측벽의 면적이 작아지기 때문에, ArF 엑시머 레이저 노광광 조사 내성 및 세정 내성(세정 약액에 의한 변질 내성)을 향상시킬 수 있다.
또한, 종래, 웨이퍼에 있어서 10nm 노드의 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서는, 예를 들어, 상술한 보조 패턴과 같은, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴의 패턴 결락이 발생하는 것을 피하기 위하여 물리적 제거력이 높은 세정 조건을 선택할 수 없었다. 이로 인해, 좁은 스페이스부에 포획된 이물이나 라인 앤 스페이스 패턴을 덮는 큰 이물을 제거하는 것이 곤란해진다는 문제가 발생하였다. 그러나, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막 패턴의 막 두께보다도 얇다. 이로 인해, 라인 앤 스페이스 패턴의 요철 단차는 낮아져, 좁은 스페이스부에 포획된 이물을 제거하는 것을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 라인 앤 스페이스 패턴을 덮는 큰 이물의 설치 면적이 작아지므로, 라인 앤 스페이스 패턴을 덮는 큰 이물을 제거하는 것을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막 패턴의 막 두께보다도 얇기 때문에, 본 발명의 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막 패턴의 표면적이 작아진다. 이로 인해, 위상 시프트 마스크의 세정 및 건조에 걸리는 시간을 짧게 할 수 있다. 또한, 상기 광 반투과막 패턴의 막 두께가 종래의 광 반투과막 패턴의 막 두께보다도 얇기 때문에, 위상 시프트 마스크의 제조에 걸리는 재료비를 낮게 억제할 수 있다.
a. 볼록형 패턴
상기 광 반투과막 패턴은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 볼록형 패턴을 갖는 것이 바람직하다. 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 볼록형 패턴 높이는, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 하프톤형 위상 시프트 마스크와 비교하여 낮아진다. 이에 의해, 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서, 이러한 패턴이 초음파를 사용하여 세정되는 때에 기포의 파쇄에 의해 충격을 받는 면적은 작아지고, 이러한 패턴이 기포의 파쇄에 의해 충격을 받는 위치는 낮아진다. 이 결과, 이러한 패턴이 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 이러한 패턴이 결락되는 패턴 결락을 회피할 수 있기 때문이다.
b. 메인 패턴 및 보조 패턴
(a) 네거티브 톤 현상에 의해 웨이퍼에 전사하는 패턴
상기 광 반투과막 패턴은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 10에 도시되는 예와 같이, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 광 반투과막 패턴이어도 된다. 이러한 광 반투과막 패턴은, 도 10에 도시된 바와 같이, 웨이퍼에 해상되는 메인 패턴 및 상기 메인 패턴의 해상을 보조하는 웨이퍼에 해상되지 않는 보조 패턴을 갖고, 상기 보조 패턴이, 상기 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 볼록형 패턴인 것이다. 상기 메인 패턴은, 웨이퍼에 전사되는 상기 미세 패턴에 대응하는 것이다. 상기 광 반투과막 패턴이, 이러한 광 반투과막 패턴인 경우에는, 상기 보조 패턴이, 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 결락되는 패턴 결락을 회피할 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이 포지티브 톤 현상(Positive tone development)에 의해 웨이퍼에 전사하는 패턴에 있어서도 초음파를 사용한 세정에 의한 패턴 결락이 발생하는 경우가 있지만, 일반적으로, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해 웨이퍼에 전사하는 패턴과 포지티브 톤 현상(Positive tone development)에 의해 웨이퍼에 전사하는 패턴을 비교한 경우, 폭이 100nm 이하인 볼록형 패턴의 깊이는, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해 웨이퍼에 전사하는 패턴쪽이 짧으므로, 상기 초음파를 사용하여 세정함으로써 발생하는 패턴 결락을 회피할 수 있다는 효과를 현저하게 발휘하는 것이 가능하게 된다.
상기 메인 패턴은, 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴이며, 실제로 웨이퍼에 해상되는 패턴이다.
상기 보조 패턴은, 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴이며, 실제로는 웨이퍼에 해상되지 않는 패턴이다. 상기 보조 패턴은, 상기 메인 패턴이 형성하는 회절광을 보조하는 위치에 배치함으로써, 노광 여유도를 향상시킬 수 있기 때문에, 디포커스 시의 패턴 치수(CD)의 변동을 경감할 수 있으므로, 상기 메인 패턴의 웨이퍼에의 해상을 보조할 수 있는 것이다. 상기 보조 패턴의 폭 또는 깊이는, 10nm 내지 60nm의 범위 내이다. 상기 보조 패턴은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 폭 또는 깊이가, 20nm 내지 60nm의 범위 내, 특히, 30nm 내지 60nm의 범위 내인 것이 바람직하다. 보조 패턴으로서 기능하면서, 양호한 수율로 제조가 가능한 범위이기 때문이다. 단, 보조 패턴의 적절한 사이즈는, 노광 시의 조명 조건 및 메인 패턴의 사이즈 등에 따라 복합적으로 결정되는 것이다.
(b) 포지티브 톤 현상에 의해 웨이퍼에 전사하는 패턴
상기 광 반투과막 패턴은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도 12에 도시하는 예와 같이, 포지티브 톤 현상(Positive tone development)에 의해, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 광 반투과막 패턴이어도 된다. 이러한 광 반투과막 패턴은, 도 12에 도시하는 예와 같이, 웨이퍼에 해상되는 메인 패턴 및 상기 메인 패턴의 해상을 보조하는 웨이퍼에 해상되지 않는 보조 패턴이 형성되고, 상기 메인 패턴 및 상기 보조 패턴으로서, 광 반투과막의 일부를 제거한 오목형 패턴이 형성된 것이다. 상기 메인 패턴은, 웨이퍼에 전사되는 상기 미세 패턴에 대응하는 것이다.
상기 메인 패턴은, 광 반투과막의 일부를 제거한 오목형 패턴이며, 실제로 웨이퍼에 해상되는 패턴이다.
상기 보조 패턴은, 광 반투과막의 일부를 제거한 오목형 패턴이며, 실제로는 웨이퍼에 해상되지 않는 패턴이다. 상기 보조 패턴은, 상기 보조 패턴의 형성하는 회절광에 의해, 상기 메인 패턴이 웨이퍼에 해상되는 것을 보조하여, 노광 여유도를 향상시킬 수 있기 때문에, 디포커스 시의 패턴 치수(CD)의 변동을 경감할 수 있으므로, 상기 메인 패턴의 웨이퍼에의 해상을 보조할 수 있는 것이다. 또한, 포지티브 톤 현상(Positive tone development)의 경우에도, 상기 오목형 패턴 간의 간격이, 10nm 내지 100nm의 범위 내, 그 중에서도 10nm 내지 60nm의 범위 내인 경우에 있어서는, 초음파 세정에 의한 패턴 결락이 발생하는 경우가 있다.
c. 다른 구성
본 발명에 있어서의 광 반투과막 패턴의 구성은, 이상에서 든 점을 제외하고, 상기 「A. 마스크 블랭크 1. 마스크 블랭크의 부재 (1) 광 반투과막」의 항목에 기재된 본 발명에 있어서의 광 반투과막의 구성과 동일하다. 이 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
(2) 투명 기판
본 발명에 있어서의 투명 기판의 구성은, 상기 「A. 마스크 블랭크 1. 마스크 블랭크의 부재 (2) 투명 기판」의 항목에 기재된 본 발명에 있어서의 투명 기판의 구성과 동일하다. 이 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
(3) 차광막 패턴
본 발명의 위상 시프트 마스크로서는, 상기 투명 기판과 광 반투과막 패턴을 갖는 것이라면, 특히 막 구성, 재질, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값) 등, 한정되는 것은 아니지만, 상기 광 반투과막 패턴 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막 패턴과 합하여 원하는 광학 농도(OD값)가 되도록 조정한 차광막 패턴을 더 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 차광막 패턴의 구성은, 패턴형으로 형성되어 있는 점을 제외하고, 상기 「A. 마스크 블랭크 1. 마스크 블랭크의 부재 (3) 차광막」의 항목에 기재된 본 발명에 있어서의 차광막의 구성과 동일하다. 이 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
(4) 기타 부재
본 발명의 위상 시프트 마스크로서는, 상기 반투과막 및 투명 기판을 갖는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니라, 그 밖에도 필요한 부재를 적절히 첨가할 수 있다.
2. 위상 시프트 마스크의 구성
이어서, 본 발명의 위상 시프트 마스크의 구성에 대하여 설명한다. 본 발명의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴이, 상기 투명 기판 상에 형성되어 있는 것이다. 이하, 본 발명의 위상 시프트 마스크의 구성 및 제조 방법에 대하여 설명한다.
위상 시프트 마스크의 구성
상기 위상 시프트 마스크는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 위상 시프트 마스크가, 네거티브형 위상 시프트 마스크인 것이 바람직하다.
여기서, 「네거티브형 위상 시프트 마스크」란, 웨이퍼 프로세스에 있어서의 네거티브형 레지스트 프로세스 또는 네거티브 톤 현상 프로세스에 사용되는 위상 시프트 마스크이며, 포지티브형 레지스트를 사용하는 웨이퍼 프로세스에 사용되는 위상 시프트 마스크와 비교하여, 흑백을 반전한 패턴 데이터를 사용하여 광 반투과막 패턴이 형성된 위상 시프트 마스크를 가리킨다.
후술하는 「D. 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법」의 항목에 기재된 바와 같이, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 사용하여, 예를 들어, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 경우에는, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 사이드 로브 현상을 간단하게 피하여, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 광 반투과막 패턴은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내로서, 종래보다도 높은 것이다. 이로 인해, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 있어서는, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴에 대응하는 부분의 차광부의 에지에 있어서의 위상 효과가 보다 커진다. 이에 의해, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 종래보다도 용이하게 웨이퍼에 전사할 수 있다.
또한, 후술하는 「D. 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법」의 항목에 기재된 바와 같이, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 사용하여, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 경우, 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서, 그러한 미세 패턴에 대응하는 실제로 해상되는 부분인 메인 패턴과 함께, 메인 패턴의 근접에 배치되는 실제로는 해상되지 않는 보조 패턴을, 광 반투과막에 의해 형성함으로써, 디포커스 시의 패턴 치수(CD)의 변동을 경감하는 방법이 알려져 있다.
그리고, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스의 첨단 기술에 있어서는, 상술한 메인 패턴의 폭 또는 깊이가 100nm 내지 300nm가 되는 광 반투과막 패턴의 형성이 요구되고 있다. 또한, 이 경우에는, 상술한 보조 패턴의 폭 또는 깊이는, 너무 크면 해상되어버리므로, 60nm 이하로 할 필요가 있다.
또한, 본 발명과 같이, 상기 위상 시프트 마스크가, 네거티브형 위상 시프트 마스크일 경우에는, 상술한 메인 패턴 및 보조 패턴을, 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴으로서 형성할 필요가 있다. 이로 인해, 상술한 보조 패턴은, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴이 된다. 그리고, 종래, 광 반투과막의 막 두께는 두꺼운 것이었기 때문에, 예를 들어, 이 보조 패턴과 같은, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴을 형성한 경우에는, 상기 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서, 이러한 볼록형 패턴이 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 이러한 볼록형 패턴이 결락되는 패턴 결락이 발생하였다. 그러나, 본 발명에 따르면, 상기 광 반투과막의 막 두께를, 종래의 광 반투과막의 막 두께보다도 얇은 57nm 내지 67nm의 범위 내로 할 수 있다. 이로 인해, 상기 위상 시프트 마스크는, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴 높이가, 종래의 하프톤형 위상 시프트 마스크와 비교하여 낮아진다. 이에 의해, 상기 위상 시프트 마스크의 세정 공정에 있어서는, 이러한 볼록형 패턴이 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 이러한 볼록형 패턴이 결락되는 패턴 결락을 회피할 수 있다.
본 발명의 위상 시프트 마스크의 구성은, 특별히 기재한 점을 제외하고, 상기 「A. 마스크 블랭크 2. 마스크 블랭크의 구성 (1) 마스크 블랭크의 구성」의 항목에 기재된 본 발명의 마스크 블랭크의 구성과 동일하다. 이 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
(2) 위상 시프트 마스크의 제조 방법
본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 원하는 위상 시프트 마스크를 얻을 수 있는 방법이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 위상 시프트 마스크의 제조 방법 일례에 있어서는, 먼저, 본 발명의 마스크 블랭크로서, 상기 차광막을 갖는 마스크 블랭크를 준비한다. 이어서, 상기 차광막 상에 전자선 레지스터를 도포하고, 전자선 묘화 장치에 의해 패턴 노광하고, 레지스트 전용 현상액에 의해 현상하여, 원하는 형상의 레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 그 원하는 형상의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 건식 에칭 장치에 의해, 원하는 가스를 사용하여, 상기 차광막을 건식 에칭하여, 상기 차광막을 후술하는 광 반투과막 패턴의 형상으로 가공한다. 이어서, 후술하는 광 반투과막 패턴의 형상으로 가공된 차광막을 마스크로 하여, 상기 광 반투과막을 건식 에칭하여, 광 반투과막 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 광 반투과막 패턴의 형상으로 가공된 차광막 상에 전자선 레지스터를 도포하고, 전자선 묘화 장치에 의해, 패턴 노광하고, 레지스트 전용 현상액에 의해 현상하여, 원하는 형상의 레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 그 원하는 형상의 레지스트 패턴을 마스크로 하여 건식 에칭 장치에 의해, 원하는 가스를 사용하여, 상기 광 반투과막 패턴의 형상으로 가공된 차광막을 건식 에칭하여, 차광막 패턴을 형성한다. 이에 의해, 본 발명의 위상 시프트 마스크가 얻어진다.
D. 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법
이어서, 본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법은, 상기 마스크 블랭크로부터 형성된 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법으로서, 상기 위상 시프트 마스크를 사용하여, 네거티브 톤 현상에 의해 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 14는, 본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법의 일례를 도시하는 개략 공정도이다. 본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용하는 패턴 형성체의 제조 방법은, 먼저, 피가공 기판(301)에 직접 또는 중간 개재층(302)을 개재하여 포지티브형 레지스트 조성물을 기판 상에 도포하여 레지스트막(303)을 형성한다(도 14의 (a)). 이어서, 본 발명의 마스크 블랭크로부터 형성된 위상 시프트 마스크(200)를 사용하여, 레지스트막(303)을 노광한다(도 14의 (b)).
도 14의 (b)에 도시하는 위상 시프트 마스크(200)는 ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크이다. 도 14의 (b)에 도시하는 위상 시프트 마스크(200)는 투명 기판(201)과, 투명 기판(201) 상에 형성되고, Si 및 N만, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 단층 구조의 광 반투과막 패턴(202)을 갖는다. 광 반투과막 패턴(202)은 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내이다. 또한, 광 반투과막 패턴(202)은 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내이다. 또한, 광 반투과막 패턴(202)은 웨이퍼에 해상되는 폭 또는 깊이가 100nm 내지 300nm인 메인 패턴(202a) 및 메인 패턴(202a)의 웨이퍼에의 해상을 보조하는 웨이퍼에 해상되지 않는 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 보조 패턴(202b)을 갖는다.
이어서, 유기 용제에 의해, 노광된 레지스트막(303)을 현상함으로써, 레지스트막(303)의 미노광 부분(303a)을 용해하여 제거한 레지스트 패턴(403)을 형성한다(도 14의 (c)). 이에 의해, 위상 시프트 마스크(200)를 사용하여, 네거티브 톤 현상에 의해, 레지스트 패턴(403)을 형성한다.
포지티브 톤 현상(Positive tone development)에 의해, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 사용하여, 예를 들어, 콘택트홀을 웨이퍼에 전사하는 경우, 콘택트홀의 에지는, 위상 효과에 의해 샤프하게 형성할 수 있다. 그러나, 콘택트홀의 에지로부터 거리가 이격됨에 따라서, 위상 효과가 작아진다. 이로 인해, 광 반투과막에 있어서 노광광이 차광되어야 할 부분에서도 노광광이 투과함으로써, 콘택트홀이 형성되는 부분 이외의 레지스트막이 감광되어버리는 사이드 로브 현상이 발생하는 경우가 있다. 그리고, 이러한 사이드 로브 현상을 방지하는 방법으로서는, 광 반투과막 상에 있어서, 노광광이 차광되어야 할 부분에서는 노광광이 투과하는 일이 없도록 차광막을 설치하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에 있어서는, 콘택트홀의 에지에 있어서의 위상 효과를 유지하면서 사이드 로브 현상을 방지하기 위해서는, 콘택트홀의 에지로부터 소정의 거리의 위치에 차광막을 배치할 필요가 있다. 구체적으로는, 광 근접 효과 보정(OPC 처리)을 행한 뒤에 일정한 룰에 기초하여 차광막을 정확한 위치에 배치할 필요가 있다. 이로 인해, 복잡한 데이터 처리를 행할 필요가 있어, 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제조하는 것이 용이하지 않았다.
한편, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 사용하여, 예를 들어, 콘택트홀을 웨이퍼에 전사하는 경우, 노광광이 조사되는 부분의 레지스트 조성물이 용해되기 어려워진다. 이로 인해, 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서, 콘택트홀에 대응하는 부분은, 광 반투과막으로 구성되는 노광광을 차광하는 차광부가 된다. 그리고, 그 차광부의 사이즈는, 웨이퍼 상의 사이즈로, 수 10nm밖에 없다. 따라서, 콘택트홀에 대응하는 부분의 차광부에 있어서는, 노광광이 투과해도, 에지에 있어서의 위상 효과에 의해 노광광이 간섭하여 서로 상쇄되는 결과, 노광광의 강도가 제로가 된다. 따라서, 그 차광부에 의해 노광광이 차광되어야 할 부분의 레지스트 조성물이, 노광되는 일은 없다. 이로 인해, 상술한 바와 같은 사이드 로브 현상을 간단히 회피하여, 콘택트홀을 웨이퍼에 전사할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 광 반투과막은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내로서, 종래보다도 높은 것이다. 이로 인해, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 있어서는, 콘택트홀과 같은 미세한 패턴에 대응하는 부분의 차광부의 에지에 있어서의 위상 효과가 보다 커진다. 이에 의해, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 콘택트홀과 같은 미세한 패턴을 종래보다도 용이하게 웨이퍼에 전사할 수 있다.
또한, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크를 사용하여, 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 경우, 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서, 그러한 미세 패턴에 대응하는 실제로 해상되는 부분인 메인 패턴과 함께, 메인 패턴의 근접에 배치되는 실제로는 해상되지 않는 보조 패턴을, 광 반투과막에 의해 형성하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에 의하면, 보조 패턴이 형성하는 회절광에 의해, 메인 패턴의 패턴 해상을 보조하고, 노광 여유도를 향상시킬 수 있으므로, 디포커스 시의 패턴 치수(CD)의 변동을 경감할 수 있다.
그리고, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스의 첨단 기술에 있어서, 상술한 콘택트홀이나 라인 등의 미세 패턴을 웨이퍼에 전사하는 경우에는, 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서, 상술한 메인 패턴의 폭 또는 깊이가 100nm 내지 300nm가 되는 광 반투과막 패턴의 형성이 요구되고 있다. 또한, 이 경우에는, 상술한 보조 패턴의 폭 또는 깊이는, 클수록, 디포커스 시의 패턴 치수(CD)의 변동을 보다 크게 경감할 수 있기는 하지만, 너무 크면 해상되어 버리므로, 60nm 이하로 할 필요가 있다.
또한, 포지티브 톤 현상(Positive tone development)에 의해, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스에 있어서는, 상술한 메인 패턴 및 보조 패턴을, 광 반투과막의 일부를 제거한 오목형 패턴으로서 형성한다. 이에 비해, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해, 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 웨이퍼 프로세스에 있어서는, 상술한 메인 패턴 및 보조 패턴을, 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴으로서 형성할 필요가 있다. 이로 인해, 상술한 보조 패턴은, 폭 또는 깊이가 60nm 이하인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴이 된다.
그리고, 종래의 광 반투과막의 막 두께는 두꺼운 것이었기 때문에, 이러한 볼록형 패턴이 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 이러한 볼록형 패턴이 결락되는 패턴 결락이 발생하였다.
이에 비해, 본 발명의 마스크 블랭크는, 상기 광 반투과막의 막 두께가, 57nm 내지 67nm의 범위 내로서, 종래의 광 반투과막의 막 두께보다도 얇다. 이로 인해, 본 발명의 패턴 형성체의 제조 방법이 사용하는 위상 시프트 마스크는, 상술한 바와 같은 볼록형 패턴이 되는 보조 패턴의 높이가, 종래의 하프톤형 위상 시프트 마스크와 비교하여 낮아진다. 이로 인해, 본 발명의 패턴 형성체의 제조 방법은, 본 발명의 마스크 블랭크에서 설명한 것과 마찬가지의 이유에 의해, 상술한 바와 같은 볼록형 패턴이 되는 보조 패턴이 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 상술한 바와 같은 볼록형 패턴이 되는 보조 패턴이 결락되는 패턴 결락을 회피할 수 있다.
본 발명에 있어서, 레지스트 패턴을 형성하는 데 사용하는 레지스트 조성물은, 네거티브 톤 현상(Negative tone development)에 의해 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 레지스트 패턴을 형성하는 데 사용하는 레지스트 조성물로서는, 포지티브형 레지스트 조성물 및 네거티브형 레지스트 조성물 중의 어느 것이어도 되지만, 포지티브형 레지스트 조성물이 바람직하다. 포지티브형 레지스트 조성물쪽이, 네거티브형 레지스트 조성물보다도, 해상성이 높기 때문이다.
또한, 포지티브형 레지스트 조성물로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 도쿄 오까 고교(주) 제조의 TOK 6063 등을 들 수 있다.
또한, 포지티브형 레지스트 조성물을 사용하는 경우에는, 포지티브형 레지스트 조성물을 유기 용제 현상함으로써, 노광 부분을 유기 용제와 반응시켜서 그 용해 속도를 저하시키고, 미노광 부분을 용해하여 제거함으로써, 레지스트 패턴을 형성한다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는, 예시이며, 본 발명의 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용 효과를 발휘하는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 사용하여, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
실시예 1은, ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크로서, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 광 반투과막 패턴을 갖는 것이다. 또한, 실시예 1의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막 패턴과 합하여 3이 되도록 조정한 차광막 패턴을 더 갖는 것이다.
실시예 1에 있어서, 상기 광 반투과막 패턴은, Si3N4만으로 이루어지는 것이며, 후술하는 표 3에 나타낸 바와 같이, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.20이 되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.70이 되는 것이다. 이에 의해, 상기 광 반투과막 패턴은, 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께가 57nm가 되고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 38％가 되는 것이다.
또한, Si3N4의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.20이 되고, Si3N4의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.70이 되는 것은, 비특허문헌(굴절률 일람표-박막 측정을 위한 굴절률값 일람표. [online]. [Retrieved on 2014-07-03]. Retrieved from the internet: <URL: http://www.filmetricsinc.jp/refractive-index-database>)에 기재되어 있는 것으로부터, 상기 광 반투과막 패턴은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.20이 되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.70이 되는 것이 됨은 명확하다.
[실시예 2]
실시예 2는, ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크로서, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 광 반투과막 패턴을 갖는 것이다. 또한, 실시예 2의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막 패턴과 합하여 3이 되도록 조정한 차광막 패턴을 더 갖는 것이다.
실시예 2에 있어서, 상기 광 반투과막 패턴의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수 및 굴절률의 값은, 역위상을 얻기 위하여 필요한 상기 광 반투과막 패턴의 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내가 되고, 또한 상기 광 반투과막 패턴의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내가 되는 값으로서, 계산에 의해 구해진 것이다. 또한, 실시예 2에 있어서, 상기 광 반투과막 패턴은, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막 패턴(SiN계 막 패턴), 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막 패턴(SiON계 막 패턴)을 선택한 것이다. 또한, 실시예 2에 있어서, 상기 광 반투과막 패턴의 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수 및 굴절률의 값은, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막 패턴(SiN계 막 패턴), 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막 패턴(SiON계 막 패턴)이 취할 수 있는 값으로서 구해진 것이다.
실시예 2에 있어서, 상기 광 반투과막 패턴은, Si 및 N만, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 것(SiN계 막 패턴 또는 SiON계 막 패턴)이며, 후술하는 표 3에 나타낸 바와 같이, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.45가 되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.70이 되는 것이다. 이에 의해, 상기 광 반투과막 패턴은, 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께가 58nm가 되고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％가 되는 것이다.
[실시예 3]
실시예 3은, 후술하는 표 3에 나타낸 바와 같이, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.35가 되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.60이 되는 것인 점이 실시예 2와 상이하다. 그리고, 이에 의해, 실시예 3은, 상기 광 반투과막 패턴이, 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께가 60nm가 되고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 20％가 되는 것인 점이 실시예 2와 상이하다. 실시예 3은, 이들 점을 제외하고, 실시예 2와 동일한 위상 시프트 마스크이다.
[실시예 4]
실시예 4는, 후술하는 표 3에 나타낸 바와 같이, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.30이 되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.50이 되는 것인 점이 실시예 2와 상이하다. 그리고, 이에 의해, 실시예 4는, 상기 광 반투과막 패턴이, 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께가 63nm가 되고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 25％가 되는 것인 점이 실시예 2와 상이하다. 실시예 4는, 이들 점을 제외하고, 실시예 2와 동일한 위상 시프트 마스크이다.
[실시예 5]
실시예 5는, 후술하는 표 3에 나타낸 바와 같이, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.25가 되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.40이 되는 것인 점이 실시예 2와 상이하다. 그리고, 이에 의해, 실시예 5는, 상기 광 반투과막 패턴이, 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께가 67nm가 되고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 30％가 되는 것인 점이 실시예 2와 상이하다. 실시예 5는, 이들 점을 제외하고, 실시예 2와 동일한 위상 시프트 마스크이다.
[비교예 1]
비교예 1은, ArF 엑시머 레이저 노광광이 적용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크로서, 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 광 반투과막 패턴을 갖는 것이다. 또한, 비교예 1의 위상 시프트 마스크는, 상기 광 반투과막 패턴 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막 패턴과 합하여 3이 되도록 조정한 차광막 패턴을 더 갖는 것이다.
비교예 1에 있어서, 상기 광 반투과막 패턴은, MoSiON계를 포함하는 것이며, 후술하는 표 3에 나타낸 바와 같이, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.59가 되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.34가 되는 것이다. 이에 의해, 상기 광 반투과막 패턴은, 역위상을 얻기 위하여 필요한 막 두께가 68nm가 되고, 또한 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 6％가 되는 것이다.
또한, 상기 실시예 1 내지 5에 있어서는, 차광막이 Cr계 단체의 막인 것을 전제로 했지만, 도 6 및 도 7과 같이, 차광막이 2층 또는 3층과 같은 복수의 막인 경우에는, 각각의 막을 에칭하도록 적절히 에칭 가스, 에칭 조건 등을 선택함으로써 상기와 동일한 위상차 시프트 마스크를 제작할 수 있다.
[평가 1]
실시예 1 내지 5 및 비교예 1의 위상 시프트 마스크에 대해서, 노광 여유도의 최댓값(max EL) 및 포커스 여유도의 최댓값(max DoF)을 시뮬레이션에 의해 평가하였다. 구체적으로는, 다음의 시뮬레이션 평가 조건에 의해, 전사 특성을 구하는 알고리즘으로서 Kirchhoff법을 사용하여, 시뮬레이션 소프트웨어로서 Panoramic Technology사 제조의 EM-Suite를 사용하여 계산함으로써 평가하였다.
<시뮬레이션 평가 조건>
·NA: 1.35
·sigma: c-quad 0.95/0.80-30deg
·polarization: X/Y
·Target: 60nm HOLE (NTD)
·Pitch: 180, 240, 300nm
이 NA, sigma, 및 polarization은, 이 Target(60nm HOLE (NTD)) 및 Pitch(180, 240, 300nm)의 형상을 전사하는 데 있어서, 현실적으로 사용할 수 있는 유효한 조명 조건으로서 채용된 것이다. 그 평가 결과를 다음의 표 3에 나타냈다. 또한, 다음의 표 3에는, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1의 위상 시프트 마스크에 대해서, 광 반투과막 패턴의 재질, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막 패턴의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k), 역위상을 얻기 위하여 필요한 광 반투과막 패턴의 막 두께 (d), 및 ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 반투과막 패턴의 광 투과율(trans)을 나타냈다.
[표 3]
Figure pat00004
[평가 2]
도 15는, 광 투과율에 대응하는 OPC 바이어스값의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다.
도 15로부터, 1x node에 적당한 조명계에 있어서, 광 반투과막의 광 투과율이 15％ 이상인 위상 시프트 마스크의 OPC 바이어스값이, 비교예 1의 광 반투과막의 광 투과율이 6％인 위상 시프트 마스크보다도 작은 것을 알 수 있다.
[평가 3]
도 16은, 시뮬레이터에 의해 취득한 웨이퍼 상의 노광광 강도 분포의 XY 화상 및 노광광의 강도를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 도 16에 있어서는, 하단에, 다른 피치의 위상 시프트 마스크마다 계산한 웨이퍼 상의 노광광 강도 분포의 XY 화상을 나타내고, 상단에, 광 반투과막을 통과하지 않은 노광광의 강도를 1.0으로 하여, 하단에 도시된 노광광 강도 분포의 XY 화상의 횡축 방향의 각 위치에 있어서 위상 시프트 마스크를 통과한 노광광의 강도를 나타낸 그래프를 나타냈다.
도 16으로부터, 각각의 피치에 있어서, 광 반투과막의 광 투과율이 38％인 위상 시프트 마스크를 상정하여 계산한 화상의 콘트라스트가, 광 반투과막의 광 투과율이 6％인 위상 시프트 마스크를 상정하여 계산한 화상의 콘트라스트보다도 높게 되어 있음을 알 수 있다.
[평가 4]
도 17a 내지 도 17c는, 실시예 1 및 비교예 1의 위상 시프트 마스크에 있어서의 패턴 전사 시의 포커스 여유도 및 노광 여유도의 관계를, 시뮬레이션의 결과로 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 도 17a 내지 도 17c에 있어서는, HOLE pitch가 180nm, 240nm, 및 300nm인 위상 시프트 마스크에 대해서, 각각, 횡축을 포커스 여유도(DOF: Depth of Focus), 종축을 노광 여유도(EL: Exposure Latitude)로 하는 그래프를 나타냈다. 또한, DOF가 0nm인 경우에 있어서의 EL(％)을 표 4에, EL이 10％인 경우에 있어서의 DOF(nm)를 표 5에 나타냈다.
[표 4]
Figure pat00005
[표 5]
Figure pat00006
도 17a, 표 4, 및 표 5로부터, 피치가 180nm인 경우에는, DOF가 0nm인 경우에 있어서의 EL은, 광 투과율 38％의 계산 결과쪽이, 광 투과율 6％의 계산 결과보다도 56％ 정도 크고, EL이 10％인 경우에 있어서의 DOF는, 광 투과율 38％의 계산 결과쪽이, 광 투과율 6％의 계산 결과보다도 58％ 정도 큰 것을 알 수 있다. 또한, 도 17b, 표 4, 및 표 5로부터, 피치가 240nm인 경우에 있어서도, DOF가 0nm인 경우에 있어서의 EL은, 광 투과율 38％의 계산 결과쪽이, 광 투과율 6％의 계산 결과보다도 65％ 크고, EL이 10％인 경우에 있어서의 DOF는, 광 투과율 38％의 계산 결과쪽이, 광 투과율 6％의 계산 결과보다도 71％ 큰 것을 알 수 있다. 또한, 도 17c, 표 4, 및 표 5로부터, 피치가 300nm인 경우에 있어서도, DOF가 0nm인 경우에 있어서의 EL은, 광 투과율 38％의 계산 결과쪽이, 광 투과율 6％의 계산 결과보다도 66％ 크고, EL이 10％인 경우에 있어서의 DOF는, 광 투과율 38％의 계산 결과쪽이, 광 투과율 6％의 계산 결과보다도 85％ 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 광 투과율 38％의 계산 결과쪽이, 광 투과율 6％의 계산 결과보다도 DOF 및 EL의 양쪽이 높은 것을 알 수 있다.
[평가 5]
도 18은, 광 반투과막의 광 투과율이 38％인 위상 시프트 마스크 및 광 반투과막의 광 투과율이 6％인 위상 시프트 마스크를 상정하여 계산한, 웨이퍼 전사 공간 광학상의 콘트라스트를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 도 18에 있어서는, 횡축을 웨이퍼에 형성되는 패턴의 피치, 종축을 화상 콘트라스트로 하는 그래프를 나타냈다.
도 18로부터, 웨이퍼에 형성되는 패턴의 피치 각각에 있어서, 광 반투과막의 광 투과율이 38％인 위상 시프트 마스크쪽이, 광 반투과막의 광 투과율이 6％인 위상 시프트 마스크보다도 화상 콘트라스트가 큰 것을 알 수 있다. 즉, 화상 콘트라스트가 크므로, 노광량이 변화(공간상으로 슬라이스 레벨이 변화)해도, 웨이퍼에 형성되는 패턴 치수의 변화량이 적어도 충분하다는 것(EL이 큰 것)이 나타나 있다.
[평가 6]
도 19는, 광 반투과막의 광 투과율이 38％인 위상 시프트 마스크 및 광 반투과막의 광 투과율이 6％인 위상 시프트 마스크를 상정하여 계산한, OPC 바이어스를 나타낸 그래프를 도시한 도면이다. 도 19에 있어서는, 횡축을 웨이퍼에 형성되는 패턴의 피치, 종축을 OPC 바이어스를 수반하는 위상 시프트 마스크의 패턴 치수(CD)로 하는 그래프를 나타냈다.
도 19로부터, 웨이퍼에 형성되는 패턴의 피치 각각에 있어서, 광 반투과막의 광 투과율이 38％인 위상 시프트 마스크쪽이, 광 반투과막의 광 투과율이 6％인 위상 시프트 마스크보다도 OPC 바이어스를 수반하는 마스크의 패턴 치수가 작은 것을 알 수 있다. 즉, OPC 바이어스가 작기 때문에, 보다 미세한 패턴을 웨이퍼에 형성할 수 있게 되므로, 웨이퍼에 형성하는 패턴의 설계에 있어서의 자유도가 높아진다는 것이 나타나 있다.
[평가 7]
본 발명의 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막 패턴의 결함 내성의 평가를 행하였다. 구체적으로는, 볼록형 패턴을 약 10억개 갖는 광 반투과막 패턴을 갖는 위상 시프트 마스크를 세정액 내에서 초음파를 사용하여 세정하는 세정 처리 전후에 있어서, 마스크 검사 장치에 의해 비교 검사를 실시하였다. 이에 의해, 세정 처리 전후에 있어서, 볼록형 패턴 결락의 유무를 검사하고, 볼록형 패턴 결락을 계수하고, 볼록형 패턴 결락의 사이즈를 확인하였다.
결함 내성의 평가는, 2종류의 막 두께 60nm 및 75nm의 광 반투과막 패턴에 대하여 행하였다. 또한, 각각의 막 두께의 광 반투과막 패턴의 결함 내성의 평가는, 6종류의 사이즈(폭×깊이=60nm×150nm, 60nm×300nm, 60nm×600nm, 85nm×150nm, 85nm×300nm, 및 85nm×600nm)의 볼록형 패턴에 대하여 행하였다. 그리고, 결함 내성의 평가는, 이하에 나타내는 세정 조건에서 행하였다. 또한, 초음파 조건의 2 수준에 있어서의 고레벨은, 저레벨과 비교하여, 물리적 제거력이 2배인 것이다.
(세정 조건)
·세정 조건: 초음파 세정
·초음파 조건: 2 수준(저레벨 및 고레벨)
·세정 횟수: 5회씩 적산
표 6에, 막 두께가 60nm의 광 반투과막 패턴에 대해서, 세정 처리 후의 볼록형 패턴 결락의 유무를 검사한 결과를 나타낸다. 표 6에는, 볼록형 패턴 사이즈마다, 각각의 초음파 조건에 의해 볼록형 패턴 결락이 발생했는지 여부가 나타나 있다. 표 6에 있어서는, 볼록형 패턴 결락이 발생한 경우를 ×, 볼록형 패턴 결락이 발생하지 않은 경우를 ○으로 나타낸다.
[표 6]
Figure pat00007
마찬가지로, 표 7에, 막 두께가 75nm의 광 반투과막 패턴에 대해서, 세정 처리 후의 볼록형 패턴 결락의 유무를 검사한 결과를 나타낸다. 표 7에는, 볼록형 패턴 사이즈마다, 각각의 초음파 조건에 의해 볼록형 패턴 결락이 발생했는지 여부가 나타나 있다. 표 7에 있어서는, 볼록형 패턴 결락이 발생한 경우를 ×, 볼록형 패턴 결락이 발생하지 않은 경우를 ○으로 나타낸다.
[표 7]
Figure pat00008
표 6으로부터, 막 두께가 60nm의 광 반투과막 패턴에 대해서는, 모든 사이즈의 볼록형 패턴에 있어서, 양쪽의 초음파 조건에서 볼록형 패턴 결락이 발생하지 않았음을 알 수 있다. 한편, 표 7로부터, 막 두께가 75nm의 광 반투과막 패턴에 대해서는, 폭이 60nm인 사이즈의 볼록형 패턴에 있어서, 고레벨의 초음파 조건에서 볼록형 패턴 결락이 발생하였음을 알 수 있다. 그리고, 이 볼록형 패턴의 결락의 발생률은, 수ppb 내지 수십ppb였다.
이러한 결과로부터, 실시예 3의 위상 시프트 마스크에 있어서의 광 반투과막 패턴과 같이, 광 반투과막 패턴의 막 두께가 60nm(57nm 내지 67nm의 범위 내)인 경우에는, 폭 또는 깊이가 60nm(60nm 이하)인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴이, 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 이러한 볼록형 패턴이 결락되는 패턴 결락을 회피할 수 있음을 알았다. 한편, 광 반투과막 패턴의 막 두께가 75nm(57nm 내지 67nm의 범위 외)인 경우에는, 폭 또는 깊이가 60nm(60nm 이하)인 광 반투과막으로 구성되는 볼록형 패턴이, 세정액 내에서 강한 제거력을 갖는 초음파를 사용하여 세정됨으로써, 이러한 볼록형 패턴이 결락되는 패턴 결락을 회피할 수 없음을 알았다.
100: 마스크 블랭크
101: 투명 기판
102: 광 반투과막
103: 차광막
110: 네거티브형 레지스트막 부착 마스크 블랭크
200: 위상 시프트 마스크
201: 투명 기판
202: 광 반투과막 패턴

Claims (7)

  1. 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성되고, Si 및 N만을 포함하는 광 반투과막 패턴, 또는 Si, N, 및 O만을 포함하는 광 반투과막 패턴을 갖고,
    상기 광 반투과막 패턴은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 소쇠 계수가 0.2 내지 0.45의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 굴절률이 2.3 내지 2.7의 범위 내이며, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광 투과율이 15％ 내지 38％의 범위 내이며, 또한, 막 두께가 57nm 내지 67nm의 범위 내인 마스크 블랭크로부터 형성된 위상 시프트 마스크를 사용하여,
    ArF 엑시머 레이저 노광광으로, 포지티브형 레지스트 조성물로 형성된 레지스트막을 노광하여, 네거티브 톤 현상에 의해, 미노광 부분을 용해제거함으로써, 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 갖는 패턴 형성체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 반투과막 패턴은, 상기 투명 기판 상에 직접 형성된 것을 특징으로 하는 패턴 형성체의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 반투과막 패턴 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막 패턴과 합하여 원하는 광학 농도(OD값)가 되도록 조정한 차광막 패턴을 더 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형성체의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 차광막 패턴은, 상기 광 반투과막 패턴 상에 형성되고, 상기 광 반투과막 패턴에 대한 에칭 배리어 기능 및 ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 광 흡수층 패턴을 포함하는 단층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형성체의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 차광막 패턴은, 상기 광 반투과막 패턴 상에 형성되고, 상기 광 반투과막 패턴에 대한 에칭 배리어 기능을 갖는 에칭 배리어층 패턴과, 상기 에칭 배리어층 패턴 상에 형성되고, ArF 엑시머 레이저 노광광에 대한 광 흡수 기능을 갖는 광 흡수층 패턴을 포함하는 2층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형성체의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광 흡수층 패턴이, 규소(Si) 단체로 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 형성체의 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 차광막 패턴은, ArF 엑시머 레이저 노광광의 파장에 있어서의 광학 농도(OD값)가 상기 광 반투과막 패턴과 합하여 3.0 이상이 되도록 조정한 것임을 특징으로 하는 패턴 형성체의 제조 방법.
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