KR20210065049A - 마스크 블랭크, 전사용 마스크, 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

마스크 블랭크, 전사용 마스크, 및 반도체 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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KR20210065049A
KR20210065049A KR1020200157674A KR20200157674A KR20210065049A KR 20210065049 A KR20210065049 A KR 20210065049A KR 1020200157674 A KR1020200157674 A KR 1020200157674A KR 20200157674 A KR20200157674 A KR 20200157674A KR 20210065049 A KR20210065049 A KR 20210065049A
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마사히로 하시모또
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호야 가부시키가이샤
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Abstract

패턴 형성용 박막 전체에서의 습식 에칭에의 에칭 레이트를 향상시키고, 박막에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높일 수 있는 마스크 블랭크를 제공한다. 이 마스크 블랭크는, 기판 위에, 패턴 형성용 박막을 구비한다. 상기 박막은 크롬을 함유하는 재료로 이루어진다. 또한, 상기 박막은, 기판측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역을 포함한다. 여기서, 상부 영역의 결정 사이즈는, 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 크다.

Description

마스크 블랭크, 전사용 마스크, 및 반도체 디바이스의 제조 방법{MASK BLANK, TRANSFER MASK, AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 반도체 디바이스의 제조 등에 사용하는 전사용 마스크, 해당 전사용 마스크의 제작에 사용하는 마스크 블랭크, 및 전사용 마스크를 사용하는 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 이용하여 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 이 미세 패턴의 형성에는 통상, 포토마스크(전사용 마스크)라고 불리고 있는 기판이 사용된다. 이 포토마스크는, 일반적으로 투광성의 유리 기판 위에 금속 박막 등을 포함하는 차광성의 미세 패턴을 마련한 것이다. 이 포토마스크의 제조에 있어서도 포토리소그래피법이 이용되고 있다.
포토리소그래피법에 의한 포토마스크의 제조에는, 유리 기판 등의 투광성 기판(이하, '기판'이라 약칭하는 경우가 있음) 위에 차광막을 갖는 마스크 블랭크가 사용된다. 이 마스크 블랭크를 사용한 포토마스크의 제조에 있어서는, 마스크 블랭크 위에 형성된 레지스트막에 대하여, 원하는 패턴 묘화를 실시하는 묘화 공정과, 묘화 후, 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 현상 공정과, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막을 에칭하는 에칭 공정과, 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거하는 공정이 행해진다. 상기 에칭 공정에서는, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 예를 들어 습식 에칭에 의해, 레지스트 패턴이 형성되어 있지 않은 차광막이 노출된 부위를 용해하고, 이에 의해 원하는 마스크 패턴을 투광성 기판 위에 형성한다. 이렇게 하여, 포토마스크가 완성된다.
특허문헌 1에는, 습식 에칭에 적합한 마스크 블랭크로서, 크롬계 재료의 차광막을 구비하는 마스크 블랭크가 개시되어 있다. 그 차광막은, 예를 들어 기판측으로부터, 제1 차광막(CrN)/제2 차광막(CrC)/반사 방지막(CrON)의 적층 구조인 것이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 동일하게 습식 에칭에 적합한 마스크 블랭크로서, 크롬계 재료의 적층 구조의 차광막을 구비하는 포토마스크 기판이 개시되어 있다. 그 차광막은, 예를 들어 기판측으로부터, 제1층(크롬막)/제2층(산화크롬, 질화크롬 혼합 조성막)의 적층 구조나, 제1층(산화크롬, 질화크롬 혼합 조성막)/제2층(크롬막)/제3층(산화크롬, 질화크롬 혼합 조성막)의 적층 구조인 것이 개시되어 있다.
일본 특허 제3276954호 공보 일본 특허 공고 소61-46821호 공보
질산 제2 세륨 암모늄을 주성분으로 하는 에칭액을 사용한 습식 에칭(이하, 단순히 '습식 에칭'이라고 함)으로 크롬계 재료의 박막을 패터닝하는 경우, 산화크롬막은, 크롬 금속막보다도 에칭 레이트가 느려지는 경향이 있다.
기판 위에 패턴 형성용 박막으로서 크롬 금속막을 스퍼터링법으로 형성하여 마스크 블랭크를 제조한 경우, 그 후의 제조 프로세스의 과정에서, 그 박막은 기판측과는 반대측의 표면으로부터 산화가 진행되어가는 것을 피할 수 없다.
예를 들어, 기판 위에 박막을 형성한 후, 결함 제거 등을 목적으로 하는 물 세정을 행하는 것이 일반적이며, 이때 박막의 표면으로부터 산소가 들어간다(박막의 상부 영역의 산화가 진행된다). 이 마스크 블랭크를 사용하여 전사용 마스크를 제조하는 경우, 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하는 습식 에칭으로 박막을 패터닝한다. 그 레지스트막을 박막의 위에 형성하는 공정에서는, 박막의 표면에 레지스트액을 도포한 후, 마스크 블랭크의 전체에 대하여 베이크 처리를 행함으로써, 그 도포된 레지스트를 경화시키는 일이 행해진다. 이 베이크 처리 시에, 박막의 표면으로부터 산소가 들어간다(박막의 상부 영역의 산화가 더 진행된다).
일반적으로, 마스크 블랭크의 패턴 형성용 박막은, 노광광(이 마스크 블랭크로 제조되는 전사용 마스크가, 노광 장치에 세트되었을 때 조사되는 노광광)에 대한 표면 반사율이 낮을 것이 요구된다. 박막의 표층(상부 영역)에 질소를 함유시킴으로써, 노광광에 대한 표면 반사율을 어느 정도 저하시키는 것은 가능하지만, 그 표면 반사율로는 불충분한 경우가 많다. 박막의 상부 영역에 산소를 함유시키면 노광광에 대한 표면 반사율을 대폭으로 저하시킬 수 있다. 그러나, 표면 반사율을 충분히 내리는 효과를 얻기 위해서는, 박막의 상부 영역에 산소를 비교적 많이 함유시킬 필요가 있다. 이와 같은 박막의 상부 영역은 산소를 비교적 많이 함유함으로써, 구조가 아몰퍼스화하여 치밀한 구조로 되고, 습식 에칭에 대한 에칭 레이트가 느려지기 때문에, 박막에 패턴을 형성할 때 문제로 되었다.
한편, 패턴 형성용 박막의 기판측의 영역(하부 영역)은, 습식 에칭에 대한 에칭 레이트가, 그 박막의 내부 영역(중부 영역)의 에칭 레이트보다도 빠를 것이 요망된다. 일반적으로, 습식 에칭은 등방성 에칭의 경향이 강하다. 그래서, 박막의 기판측과는 반대측의 표면으로부터 기판측의 표면까지 습식 에칭을 행한 경우, 박막 패턴의 측벽이 테이퍼형(박막 패턴의 선 폭이 기판측을 향함에 따라서 넓어지는 형상)으로 되기 쉽다. 이 때문에, 일반적으로, 기판의 표면이 노출될 때까지 박막에 대한 습식 에칭이 진행된 후에도, 박막의 주로 하부 영역에 대하여 측벽 방향의 에칭을 진행시키기 위한 에칭(소위 오버 에칭)이 계속해서 행해진다. 그러나, 등방성 습식 에칭에서는 언더컷이 커지게 될뿐으로, 박막 패턴의 측벽의 수직성을 높게 할 수는 없다. 그 때문에, 박막의 하부 영역의 에칭 레이트를 향상시키는 것이 요망되고 있었다. 여기서, 박막 패턴의 측벽의 수직성을 높게 한다고 함은, 박막 패턴의 단면 형상을 막면에 대하여 수직으로 근접시켜 양호하게 마무리하는 것을 의미한다.
본 발명은, 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 패턴 형성용 박막 전체에서의 습식 에칭에 대한 에칭 레이트를 향상시키고, 나아가, 박막에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있는 마스크 블랭크를 제공하는 것이다.
본 발명은 또한, 박막 패턴의 측벽 수직성을 높인 전사용 마스크를 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명은 나아가, 이 전사용 마스크를 사용하는 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것도 목적으로 한다.
전술한 바와 같이, 종래에는 습식 에칭 처리에 의해 형성되는 박막 패턴의 단면 형상을 양호하게 마무리하는 것이 곤란하다는 문제를 감안하여, 본 발명자는 예의 연구한 결과, 예를 들어 패턴 형성용 박막의 기판측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역에서, 패턴 형성용 박막을 구성하는 크롬계 재료의 결정 사이즈를 조절함으로써, 패턴 형성용 박막 전체에서의 습식 에칭에 대한 에칭 레이트를 향상시키고, 나아가, 박막에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있다는 사실을 알게 되었다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
기판 위에, 패턴 형성용 박막을 구비하는 마스크 블랭크로서, 상기 박막은, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지고, 상기 박막은, 기판측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역을 포함하며, 상기 상부 영역의 결정 사이즈는, 상기 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 큰 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크이다.
(구성 2)
상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 결정 구조인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크이다.
(구성 3)
전자 회절법을 이용하여 취득되는 상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역의 각각의 결정면 간격은, 모두 0.2㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크이다.
(구성 4)
상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 기둥형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크이다.
(구성 5)
상기 박막의 상부 영역을 제외한 영역은, 기판측으로부터 하부 영역 및 중부 영역의 2개의 영역을 포함하고, 상기 박막의 결정 사이즈는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 커지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크이다.
(구성 6)
상기 박막은, 두께 방향에서 상기 크롬의 함유량이 변화되는 조성 경사막인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크이다.
(구성 7)
상기 박막은, 노광광에 대하여 3 이상의 광학 농도를 갖는 차광막인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크이다.
(구성 8)
기판 위에, 전사 패턴을 갖는 박막을 구비하는 전사용 마스크로서, 상기 박막은, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지고, 상기 박막은, 기판측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역을 포함하며, 상기 상부 영역의 결정 사이즈는, 상기 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 큰 것을 특징으로 하는 전사용 마스크이다.
(구성 9)
상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 결정 구조인 것을 특징으로 하는 구성 8에 기재된 전사용 마스크이다.
(구성 10)
전자 회절법을 이용하여 취득되는 상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역의 각각의 결정면 간격은, 모두 0.2㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 8 또는 9에 기재된 전사용 마스크이다.
(구성 11)
상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 기둥형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 구성 8 내지 10 중 어느 것에 기재된 전사용 마스크이다.
(구성 12)
상기 박막의 상부 영역을 제외한 영역은, 기판측으로부터 하부 영역 및 중부 영역의 2개의 영역을 포함하고, 상기 박막의 결정 사이즈는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 커지는 것을 특징으로 하는 구성 8 내지 11 중 어느 것에 기재된 전사용 마스크이다.
(구성 13)
상기 박막은, 두께 방향에서 상기 크롬의 함유량이 변화되는 조성 경사막인 것을 특징으로 하는 구성 8 내지 12 중 어느 것에 기재된 전사용 마스크이다.
(구성 14)
상기 박막은, 노광광에 대하여 3 이상의 광학 농도를 갖는 차광막인 것을 특징으로 하는 구성 8 내지 13 중 어느 것에 기재된 전사용 마스크이다.
(구성 15)
구성 8 내지 14 중 어느 것에 기재된 전사용 마스크를 사용하고, 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법이다.
본 발명에 의하면, 패턴 형성용 박막 전체에서의 습식 에칭에 대한 에칭 레이트를 향상시키고, 나아가, 박막에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있는 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 박막 패턴의 측벽의 수직성을 높인 전사용 마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 전사용 마스크를 사용하여, 양호한 전사 패턴을 형성할 수 있는 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 마스크 블랭크의 일 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 전사용 마스크의 일 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 상부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예 1의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 중부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예 1의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 하부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예 1의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 단면 TEM상을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예 2의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 상부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예 2의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 중부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예 2의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 하부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예 2의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 단면 TEM상을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시예 3의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 상부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시예 3의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 중부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예 3의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 하부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시예 3의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 단면 TEM상을 나타낸다.
도 16은 비교예의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 상부 영역의 전자선 회절상을 나타내는 도면이다.
도 17은 비교예의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 중부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 18은 비교예의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 하부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
도 19는 비교예의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 단면 TEM상을 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.
[마스크 블랭크]
처음에, 본 발명의 마스크 블랭크에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 마스크 블랭크 일 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시한 마스크 블랭크(10)는, 기판(1) 위에 패턴 형성용 박막(2)을 구비하는 형태의 마스크 블랭크이다.
본 실시 형태의 마스크 블랭크(10)에서는, 상기 박막(2)은 크롬을 함유하는 재료로 이루어진다. 또한, 상기 박막(2)은, 기판(1)측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역의 2개의 영역을 포함하고, 상부 영역의 결정 사이즈는, 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 큰 것을 특징으로 하고 있다.
여기서, 상기 기판(1)으로서는, 투광성 기판이 적합하다. 이 투광성 기판으로서는, 일반적으로 유리 기판을 들 수 있다. 유리 기판은, 평탄도 및 평활도가 우수하기 때문에, 전사용 마스크를 사용하여 피전사 기판 위에의 패턴 전사를 행하는 경우, 전사 패턴의 변형 등이 발생하지 않고 고정밀도의 패턴 전사를 행할 수 있다. 투광성 기판으로서는, 합성 석영 유리 외에, 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등) 등의 유리 재료로 형성할 수 있다. 이들 중에서도, 합성 석영 유리는, 예를 들어 노광광인 ArF 엑시머 레이저광(파장 193㎚)에의 투과율이 높고, 마스크 블랭크(10)의 기판(1)을 형성하는 재료로서 특히 바람직하다.
상기 패턴 형성용 박막(2)은, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지고, 예를 들어 차광막이다. 구체적인 상기 박막(2)의 재료로서는, 크롬 단체, 또는 크롬에 산소, 질소, 탄소 등의 원소를 포함하는 크롬 화합물 재료를 들 수 있다. 박막(2)을 구성하는 재료에는, 규소 등과 같은 습식 에칭 레이트가 크게 저하되는 원소는 함유하지 않는 것이 바람직하다. 박막(2)을 구성하는 재료는, 크롬과 비금속 원소의 합계 함유량이 95원자％ 이상인 것이 바람직하고, 98원자％ 이상인 것이 보다 바람직하며, 99원자％ 이상이면 더욱 바람직하다. 또한, 박막(2)을 구성하는 재료는, 크롬, 산소, 질소 및 탄소의 합계 함유량이 95원자％ 이상인 것이 바람직하고, 98원자％ 이상인 것이 보다 바람직하며, 99원자％ 이상이면 더욱 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 박막(2)의 두께는, 특별히 제약되지 않지만, 80㎚ 내지 150㎚의 범위인 것이 적합하다.
상기한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 상기 박막(2)은, 기판(1)측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역의 2개의 영역을 포함한다.
마스크 블랭크(10)에 있어서의 패턴 형성용 박막(2)은, 노광광(이 마스크 블랭크(10)로 제조되는 전사용 마스크가, 노광 장치에 세트되었을 때 조사되는 노광광)에의 표면 반사율이 낮을 것이 요구된다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 상기 상부 영역에 반사 방지 기능을 갖게 하는 것이 바람직하다. 상기 박막(2)의 상부 영역에 예를 들어 질소를 함유시킴으로써, 노광광에의 표면 반사율을 어느 정도 저하시키는 것이 가능하다. 또한, 상기 박막(2)의 상부 영역에 산소를 함유시키면, 노광광에의 표면 반사율을 대폭으로 저하시키는 것이 가능하다. 따라서, 상기 박막(2)의 상부 영역은, 예를 들어 CrO, CrON, CrOC, CrOCN 등의 재료가 바람직하게 사용된다. 이 경우, 산소나 질소의 함유량은, 노광광에의 상기 박막(2)의 표면 반사율을 고려하여, 적절히 조절할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 상기 박막(2)의 상부 영역의 두께는, 특별히 제약되지 않지만, 10㎚ 내지 50㎚의 범위인 것이 적합하다.
또한, 상기 박막(2)의 상부 영역을 제외한 영역은, 이 박막(2)의 전체에서의 노광광에의 차광 성능을 높인다는 관점에서, 박막(2)의 상부 영역보다도 산소의 함유량이 적은 것이 바람직하고, 산소를 실질적으로 함유하지 않으면 더욱 바람직하다. 또한, 박막(2)의 상부 영역을 제외한 영역에서의 크롬의 함유량은, 박막(2)의 상부 영역의 크롬 함유량보다도 많은 것이 바람직하다. 박막(2)의 상부 영역을 제외한 영역은, 예를 들어 Cr, CrN, CrC, CrCN 등의 재료가 바람직하게 사용된다.
본 실시 형태의 마스크 블랭크(10)에서는, 상기 박막(2)의 상부 영역의 결정 사이즈는, 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 큰 것을 특징으로 하고 있다.
크롬계 재료의 박막(2)을 습식 에칭으로 패터닝하는 경우, 결정 사이즈가 큰 쪽이, 박막 내에 습식 에칭액이 보다 침투하기 쉬워, 습식 에칭 레이트가 향상된다. 박막(2)의 상부 영역은, 산화되기 쉽고, 또한 표면 반사 방지 기능을 갖게 하기 위해서 산소를 함유시킬 필요가 있다. 크롬에 산소를 함유시키면 습식 에칭 레이트가 저하되는 것이 알려져 있다. 본 발명에서는, 이 상부 영역의 결정 사이즈를, 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 크게 함으로써, 상부 영역의 습식 에칭 레이트를 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 박막(2) 내의 상부 영역의 결정 사이즈를, 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 크게 함으로써, 패턴 형성용 박막(2) 내의 영역의 습식 에칭에의 에칭 레이트는, 상부 영역을 제외한 영역보다도, 상부 영역의 쪽을 빠르게 할 수 있다. 습식 에칭에 의해 형성되는 박막 패턴의 단면 형상은, 막면에 대하여 가능한 한 수직이 되는 형상인 것이 바람직하지만, 상기 구성으로 함으로써, 박막(2) 전체에서의 에칭 레이트가 향상됨과 함께, 박막(2)에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 상기 박막(2)의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 결정 구조인 것이 바람직하다. 상기 박막(2)의 각 영역을, 크롬 금속 혹은 크롬 화합물의 다양한 결정이 혼재하는 다결정 구조로 함으로써, 결정 사이즈가 과대해지기 어려워진다. 또한, 이 박막(2)에 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 라인 에지 러프니스를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 전자 회절법을 이용하여 취득되는 상기 박막(2)의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역의 각각의 결정면 간격은, 모두 0.2㎚ 이상인 것이 바람직하다. 결정면 간격이 작으면, 보다 밀한 결정 구조로 되지만, 습식 에칭 레이트가 과도하게 저하되어버려, 박막(2) 전체에서의 에칭 레이트를 향상시키는 것이 어려워진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기 박막(2)의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 기둥형 구조를 갖는 것이 바람직하다. 상기 박막(2)의 각 영역은 기둥형 구조인 쪽이, 박막(2) 내에 습식 에칭액이 보다 침투하기 쉬워져서, 습식 에칭 레이트가 보다 향상된다.
상기 박막(2)의 각 영역의 결정 사이즈는, 박막(2)을 예를 들어 스퍼터링 성막법으로 형성하는 경우에는, 챔버 내에 도입되는 스퍼터 가스의 가스압이나, 챔버 내의 온도, 성막 레이트, 타깃에 인가하는 전압, 전류값 등의 컨트롤에 의해 조절하는 것이 가능하다.
상기 박막(2)의 형성 방법은, 특별히 제약할 필요는 없지만, 그 중에서도 스퍼터링 성막법을 바람직하게 들 수 있다. 스퍼터링 성막법에 의하면, 면 내에서의 분포가 균일하며 막 두께가 일정한 막을 형성할 수 있다. 상기 기판(1) 위에 스퍼터링 성막법에 의해 상기 박막(2)을 성막하는 경우, 스퍼터 타깃으로서 크롬(Cr) 타깃을 사용하고, 챔버 내에 도입되는 스퍼터 가스는, 아르곤 가스나 헬륨 가스 등의 불활성 가스에 산소, 질소 혹은 이산화탄소, 일산화질소 등의 가스를 혼합한 것을 사용한다. 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 산소 가스 혹은 이산화탄소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 사용하면, 크롬에 산소를 포함하는 박막을 형성할 수 있고, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 질소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 사용하면, 크롬에 질소를 포함하는 박막을 형성할 수 있다. 또한, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 일산화질소 가스를 혼합한 스퍼터 가스를 사용하면, 크롬에 질소와 산소를 포함하는 박막을 형성할 수 있다. 또한, 아르곤 가스 등의 불활성 가스에 메탄가스를 혼합한 스퍼터 가스를 사용하면, 크롬에 탄소를 포함하는 박막을 형성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기 박막(2)은, 두께 방향에서 크롬의 함유량이 변화되는 조성 경사막인 것이 바람직하다. 이에 의해, 습식 에칭으로 박막(2)에 패턴을 형성했을 때, 패턴의 측벽 형상에 단차가 발생하기 어렵다. 이와 같은 박막(2)을 조성 경사막으로 하기 위해서는, 예를 들어 전술한 스퍼터링 성막 시의 스퍼터 가스의 종류(조성)를 성막 중에 적절히 전환하는 방법이 적합하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상기 박막(2)은, 예를 들어 노광광에 대하여 3 이상의 광학 농도를 갖는 상술한 크롬계 재료로 이루어지는 차광막이라고 할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 마스크 블랭크로 제조되는 전사용 마스크에 대하여 조사되는 노광광은, 예를 들어 g선(파장 약 436㎚)을 포함하는 광, i선(파장 약 365㎚)을 포함하는 광, KrF 엑시머 레이저광(파장 약 248㎚), ArF 엑시머 레이저광(파장 약 193㎚)을 들 수 있다.
한편, 본 실시 형태의 박막(2)은, 기판(1) 위에 광 반투과막과 차광막이 이 순서로 적층된 구조의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막으로서 사용할 수 있다. 이 경우, 광 반투과막과 차광막의 적층 구조로, 상기 노광광에의 광학 농도가 3 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서의 광 반투과막은, 노광광을 소정의 투과율(예를 들어, 1％ 이상 30％ 이하의 투과율)로 투과하는 기능과, 그 막을 투과하는 노광광에 대하여, 그 막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 투과한 노광광과의 사이에서 소정의 위상차(예를 들어, 150도 이상 210도 이하의 위상차)를 발생시키는 기능을 갖는 위상 시프트막인 것이 바람직하다.
다음으로, 다른 실시 형태에 대하여 설명한다.
이 밖의 실시 형태는, 전술한 실시 형태에 있어서의 상기 박막(2)의 상부 영역을 제외한 영역이, 또한 기판(1)측으로부터 하부 영역 및 중부 영역의 2개의 영역을 포함하는 양태이다. 즉, 이 밖의 실시 형태에서는, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 상기 박막(2)은, 기판(1)측으로부터 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역의 3개의 영역을 포함한다. 이 경우, 상기 박막(2)의 결정 사이즈는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 커져 가는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 크롬계 재료의 박막(2)을 습식 에칭으로 패터닝하는 경우, 결정 사이즈가 큰 쪽이, 박막 내에 습식 에칭액이 보다 침투하기 쉬워, 습식 에칭 레이트가 향상된다. 박막(2)의 상부 영역은, 산화되기 쉽고, 또한 표면 반사 방지 기능을 갖게 하기 위해서 산소를 함유시킬 필요가 있다. 크롬에 산소를 함유시키면 습식 에칭 레이트가 저하되는 것이 알려져 있다. 다른 실시 형태에서는, 이 상부 영역의 결정 사이즈를, 박막(2) 전체 중에서 가장 크게 함으로써, 상부 영역의 습식 에칭 레이트를 향상시킬 수 있다. 또한, 종래, 습식 에칭의 경우, 박막(2)에 형성되는 패턴의 측벽 형상의 수직성이 낮은 경향이 있기 때문에, 박막(2)의 기판(1)측의 영역(상기 하부 영역)의 습식 에칭 레이트를 향상시키는 것이 요망된다. 다른 실시 형태에서는, 박막(2)의 하부 영역의 결정 사이즈를 박막(2)의 상부 영역과 하부 영역을 제외한 내부(상기 중부 영역)의 결정 사이즈보다도 크게 함으로써, 하부 영역의 습식 에칭 레이트를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 박막(2)의 결정 사이즈는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 크게 함으로써, 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있다.
이상과 같이, 다른 실시 형태의 마스크 블랭크의 구성으로 함으로써, 패턴 형성용 박막(2) 내의 각 영역의 습식 에칭에의 에칭 레이트는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 빠르게 할 수 있다. 이에 의해, 마스크 블랭크(10)의 박막(2) 전체에서의 에칭 레이트가 향상됨과 함께, 박막(2)에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있다.
상기 박막(2)의 상부 영역은, 전술한 실시 형태의 경우와 마찬가지의 크롬계 재료가 사용된다.
상기 박막(2)의 중부 영역은, 이 박막(2)의 전체에서의 노광광에의 차광 성능을 높인다는 관점에서, 박막(2)의 상부 영역 및 하부 영역보다도 산소의 함유량이 적은 것이 바람직하고, 산소를 실질적으로 함유하지 않으면 더욱 바람직하다. 또한, 박막(2)의 중부 영역에서의 크롬의 함유량은, 박막(2)의 상부 영역 및 하부 영역의 크롬 함유량보다도 많은 것이 바람직하다. 박막(2)의 중부 영역은, 예를 들어 Cr, CrN, CrC, CrCN 등의 재료가 바람직하게 사용된다.
상기 박막(2)의 하부 영역은, 박막(2)의 전체에서의 노광광에의 차광 성능을 높인다는 관점에서, 박막(2)의 상부 영역보다도 산소의 함유량이 적은 것이 바람직하다. 또한, 박막(2)의 하부 영역은, 박막(2)의 이면측(기판과 접하고 있는 면측)의 반사율을 저감시킨다는 관점에서, 박막(2)의 상부 영역 및 중부 영역보다도 질소의 함유량이 많은 것이 바람직하다. 박막(2)의 하부 영역에는, 예를 들어 CrN, CrCN, CrON 등의 재료가 바람직하게 사용된다.
이 밖의 실시 형태에서는, 상기 박막(2)의 상부 영역의 두께는, 특별히 제약되지 않지만, 10㎚ 내지 50㎚의 범위인 것이 적합하다.
상기 박막(2)의 중부 영역의 두께는, 특별히 제약되지 않지만, 박막(2)의 전체에서의 노광광에의 차광 성능을 높인다는 관점에서는, 25㎚ 내지 70㎚의 범위인 것이 적합하다.
상기 박막(2)의 하부 영역의 두께는, 특별히 제약되지 않지만, 박막(2)의 이면측의 반사율을 저감시킨다는 관점에서는, 5㎚ 내지 30㎚의 범위인 것이 적합하다.
다른 실시 형태에 대해서도, 전술한 실시 형태의 경우와 마찬가지의 이유에 의해, 상기 박막(2)의 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역은, 모두 결정 구조인 것이 바람직하다.
다른 실시 형태에 대해서도, 전술한 실시 형태의 경우와 마찬가지의 이유에 의해, 전자 회절법을 이용하여 취득되는 상기 박막(2)의 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역의 각각의 결정면 간격은, 모두 0.2㎚ 이상인 것이 바람직하다.
다른 실시 형태에 대해서도, 전술한 실시 형태의 경우와 마찬가지의 이유에 의해, 상기 박막(2)의 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역은, 모두 기둥형 구조를 갖는 것이 바람직하다.
다른 실시 형태에 대해서도, 전술한 실시 형태의 경우와 마찬가지의 이유에 의해, 상기 박막(2)은, 두께 방향에서 상기 크롬의 함유량이 변화되는 조성 경사막인 것이 바람직하다.
다른 실시 형태에 대해서도, 상기 박막(2)은, 예를 들어 노광광에 대하여 3 이상의 광학 농도를 갖는 크롬계 재료로 이루어지는 차광막으로 할 수 있다. 이 밖의 실시 형태의 마스크 블랭크에 따른 기타 사항에 대해서는, 전술한 실시 형태의 마스크 블랭크의 경우와 마찬가지이다.
이상의 각 실시 형태에 의해 설명한 바와 같이, 본 발명의 마스크 블랭크에 의하면, 패턴 형성용 박막 전체에서의 습식 에칭에의 에칭 레이트를 향상시키고, 또한, 박막에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있다.
이상의 각 실시 형태에서는, 기판(1) 위에 패턴 형성용 박막(2)을 구비하는 형태의 마스크 블랭크에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이와 같은 실시 형태에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 투광성 기판(1)과 패턴 형성용 박막(차광막)(2)의 사이에 노광광을 소정의 투과율(예를 들어, 1％ 이상 40％ 이하의 투과율)로 투과하는 기능을 갖는 광 반투과막을 더 구비하는 양태의 것도 본 발명의 마스크 블랭크에 포함된다. 이 광 반투과막은, 그 광 반투과막의 내부를 투과한 노광광에 대하여, 그 광 반투과막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광의 사이에서 소정의 위상차(예를 들어, 150도 이상 210도 이하의 위상차)를 발생시키는 기능을 더 가지는 위상 시프트막이어도 된다. 이들 구성의 경우, 광 반투과막(혹은 위상 시프트막)과 차광막의 적층 구조로, 상기 노광광에의 광학 농도가 3 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 마스크 블랭크는, 반도체 디바이스를 제조할 때 사용되는 전사용 마스크를 제조하는 용도로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 본 발명의 마스크 블랭크는, LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등을 대표로 하는 FPD(Flat Panel Display) 등의 표시 장치를 제조할 때 사용되는 전사용 마스크를 제조하는 용도에도 적용할 수 있다.
[전사용 마스크]
다음으로, 본 발명의 전사용 마스크에 대하여 설명한다.
도 2는, 본 발명의 전사용 마스크의 일 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시된 본 발명의 일 실시 형태의 전사용 마스크(20)는, 기판(1) 위에 전사 패턴(박막 패턴, 이하에서는 '패턴'이라고 약칭하는 경우가 있음)(2a)을 갖는 박막(2)을 구비하고 있다. 이 전사용 마스크(20)에서는, 상기 박막(2)은, 크롬을 함유하는 재료로 이루어진다. 또한, 이 박막(2)은, 기판(1)측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역을 포함하고, 상부 영역의 결정 사이즈는, 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 큰 것을 특징으로 하고 있다. 이 경우의 기판(1) 및 박막(2)의 구성은, 상술한 마스크 블랭크(10)의 경우와 마찬가지이다.
이와 같은 본 발명의 전사용 마스크(20)는, 예를 들어 상술한 본 발명의 마스크 블랭크(10)를 사용하여 제조할 수 있다. 전사용 마스크의 제조 방법에 관한 상세는 후술한다.
상술한 바와 같이, 도 1에 도시한 바와 같은 본 발명의 일 실시 형태의 마스크 블랭크(10)는, 기판(1) 위에 패턴 형성용 박막(2)을 구비한다. 이 박막(2)은 크롬을 함유하는 재료로 이루어진다. 또한, 이 박막(2)은, 기판(1)측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역을 포함하고, 상부 영역의 결정 사이즈는, 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 큰 구성으로 하고 있다. 마스크 블랭크(10)를 이와 같은 구성으로 함으로써, 패턴 형성용 박막(2) 전체에서의 습식 에칭에의 에칭 레이트를 향상시키고, 또한, 박막(2)에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높일 수 있다. 그 결과, 이 마스크 블랭크(10)로 제작된 전사용 마스크(20)는, 패턴 측벽의 수직성을 높인 단면 형상의 양호한 전사 패턴이 고정밀도로 형성된 전사용 마스크로 되어 있다. 또한, 이 전사용 마스크(20)에 있어서도, 전사 패턴(2a)을 갖는 박막(2)은 크롬을 함유하는 재료로 이루어진다. 또한, 이 박막(2)은, 기판(1)측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역을 포함하고, 상부 영역의 결정 사이즈는, 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 큰 구성으로 되어 있다.
전술한 바와 같이, 마스크 블랭크(10)에 있어서는, 상기 박막(2)의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 결정 구조인 것이 바람직하다. 또한, 이 마스크 블랭크(10)로 제작되는 전사용 마스크(20)에 있어서도, 상기 박막(2)의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 결정 구조인 것이 바람직하다. 이에 의해, 형성된 전사 패턴 측벽의 라인 에지 러프니스가 저감된 것으로 되어 있다.
또한, 전술한 마스크 블랭크(10)의 경우와 마찬가지로, 전사용 마스크(20)에 있어서도, 전자 회절법을 이용하여 취득되는 상기 박막(2)의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역의 각각의 결정면 간격은, 모두 0.2㎚ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 전술한 마스크 블랭크(10)의 경우와 마찬가지로, 전사용 마스크(20)에 있어서도, 상기 박막(2)의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 기둥형 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 마스크 블랭크(10)에서의 박막(2)의 습식 에칭에의 에칭 레이트가 향상되고, 전사용 마스크(20)에서는 형성된 전사 패턴 측벽의 수직성을 높인 것으로 되어 있다.
또한, 전술한 마스크 블랭크(10)의 경우와 마찬가지로, 전사용 마스크(20)에 있어서도, 상기 박막(2)은, 두께 방향에서 크롬의 함유량이 변화되는 조성 경사막인 것이 바람직하다. 이에 의해, 형성된 전사 패턴의 측벽 형상은 단차가 발생하지 않는 것으로 되어 있다.
또한, 전술한 마스크 블랭크(10)의 경우와 마찬가지로, 전사용 마스크(20)에 있어서도, 상기 박막(2)은, 예를 들어 노광광에 대하여 3 이상의 광학 농도를 갖는 크롬계 재료로 이루어지는 차광막으로 할 수 있다. 이 경우의 차광막은, 상술한 마스크 블랭크(10)의 경우와 마찬가지이다.
다음으로, 상기 전사용 마스크(20)의 다른 실시 형태에 대하여 설명한다.
이 밖의 실시 형태는, 상술한 상기 박막(2)의 상부 영역을 제외한 영역이, 또한 기판측으로부터 하부 영역 및 중부 영역의 2개의 영역을 포함하는 양태이다. 즉, 다른 실시 형태의 전사용 마스크(20)에서는, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 상기 박막(2)은, 기판(1)측으로부터 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역의 3개의 영역을 포함한다. 이 경우, 상기 박막(2)의 결정 사이즈는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 커지는 구성으로 하고 있다.
이와 같은 다른 실시 형태의 전사용 마스크(20)는, 예를 들어 상술한 다른 실시 형태의 마스크 블랭크(10)를 사용하여 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 다른 실시 형태의 마스크 블랭크에서는, 박막(2)의 결정 사이즈를, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 크게 함으로써, 박막(2) 내의 각 영역의 습식 에칭에의 에칭 레이트는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 빠르게 할 수 있다. 이에 의해, 마스크 블랭크(10)의 박막(2) 전체에서의 에칭 레이트가 향상됨과 함께, 박막(2)에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있다. 그 결과, 다른 실시 형태의 마스크 블랭크(10)로 제조된 전사용 마스크(20)는, 패턴 측벽의 수직성을 높인 단면 형상의 양호한 전사 패턴이 고정밀도로 형성된 전사용 마스크로 되어 있다.
본 발명의 전사용 마스크는, 상술한 본 발명의 마스크 블랭크를 사용하여 제조하는 것이 적합하다.
다음으로, 도 1에 도시한 본 발명의 마스크 블랭크(10)를 사용한 전사용 마스크(20)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
이 마스크 블랭크(10)를 사용한 전사용 마스크(20)의 제조 방법은, 예를 들어 마스크 블랭크(10) 위에 형성된 레지스트막에 대하여, 원하는 패턴 묘화를 실시하는 공정과, 패턴 묘화 후에 상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 마스크 블랭크(10)의 패턴 형성용 박막(2)을, 습식 에칭을 사용하여 패터닝하는 공정과, 잔존한 레지스트 패턴을 박리 제거하는 공정을 갖는다.
도 3은, 본 발명의 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
도 3의 (a)는, 도 1의 마스크 블랭크(10)의 패턴 형성용 박막(2) 위에 레지스트막(3)을 형성한 상태를 나타내고 있다. 또한, 레지스트 재료로서는, 포지티브형 레지스트 재료로도, 네가티브형 레지스트 재료로도 사용할 수 있지만, 반도체 디바이스 제조에 사용하는 전사용 마스크의 제작에는 통상, 포지티브형 레지스트 재료가 적합하다.
다음으로, 도 3의 (b)는, 마스크 블랭크(10) 위에 형성된 레지스트막(3)에 대하여, 원하는 패턴 묘화를 실시하는 공정을 나타낸다. 패턴 묘화는, 레이저 묘화 장치, 전자선 묘화 장치 등을 사용하여 행해진다.
다음으로, 도 3의 (c)는, 원하는 패턴 묘화 후, 상기 레지스트막(3)을 현상하여 레지스트 패턴(3a)을 형성하는 공정을 나타낸다.
다음으로, 도 3의 (d)는, 상기 레지스트 패턴(3a)을 마스크로 하여, 마스크 블랭크(10)의 패턴 형성용 박막(2)을, 습식 에칭을 사용하여 패터닝하는 에칭 공정을 나타낸다. 이 에칭 공정에 의해, 박막(2)에는 원하는 전사 패턴(박막 패턴)(2a)이 형성된다.
습식 에칭 시에 사용하는 에칭액으로서는, 일반적으로 질산 제2 세륨 암모늄에 과염소산을 첨가한 수용액이 사용된다. 에칭액의 농도나 온도, 처리 시간 등의 습식 에칭의 조건은, 박막(2)의 에칭 특성 등으로부터 적절히 설정된다.
도 3의 (e)는, 잔존한 레지스트 패턴(3a)을 박리 제거함으로써 얻어진 전사용 마스크(20)를 나타낸다.
이와 같이 하여, 기판(1) 위에 전사 패턴(2a)을 갖는 박막(2)을 구비하는 전사용 마스크(20)가 완성된다. 본 발명에 의해, 패턴 측벽의 수직성을 높인 단면 형상의 양호한 전사 패턴이 고정밀도로 형성된 전사용 마스크(20)가 완성된다.
이상의 각 실시 형태에서는, 기판(1) 위에 전사 패턴(박막 패턴)(2a)을 갖는 박막(2)을 구비하는 형태의 전사용 마스크 및 그 제조 방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이와 같은 실시 형태에 한정되지는 않는다. 상술한 마스크 블랭크의 경우와 마찬가지로, 예를 들어, 투광성 기판(1)과 박막 패턴(차광 패턴)(2a)의 사이에 노광광을 소정의 투과율(예를 들어, 1％ 이상 40％ 이하의 투과율)로 투과하는 기능을 갖는 광 반투과 패턴(광 반투과막의 패턴)을 더 구비하는 양태의 것도 본 발명의 전사용 마스크에 포함된다. 이 광 반투과 패턴은, 그 패턴의 내부를 투과한 노광광에 대하여, 그 패턴(광 반투과막)의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광의 사이에서 소정의 위상차(예를 들어, 150도 이상 210도 이하의 위상차)를 발생시키는 기능을 더 갖는 위상 시프트 패턴(위상 시프트막의 패턴)이어도 된다. 이들 구성의 경우, 광 반투과 패턴(혹은 위상 시프트 패턴)과 차광 패턴의 적층 구조이며, 상기 노광광에의 광학 농도가 3 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 전사용 마스크는, 반도체 디바이스를 제조할 때 사용되는 전사용 마스크의 용도로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 본 발명의 전사용 마스크는, LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등을 대표로 하는 FPD(Flat Panel Display) 등의 표시 장치를 제조할 때 사용되는 전사용 마스크에도 적용할 수 있다.
[반도체 디바이스의 제조 방법]
또한, 본 발명은, 반도체 디바이스의 제조 방법도 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 디바이스의 제조 방법은, 상기 전사용 마스크(20)를 사용하고, 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의한 상기 전사용 마스크(20)는, 패턴 측벽의 수직성을 높인 전사 패턴이 형성되어 있다. 그 결과, 예를 들어 i선의 광을 노광광으로 하는 노광 장치의 마스크 스테이지에, 상기 전사용 마스크(20)를 세트하고, 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사할 때도, 반도체 기판 위의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 충족하는 정밀도로 패턴을 전사할 수 있다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 전사용 마스크를 사용하여, 고정밀의 전사 패턴을 형성한 반도체 디바이스를 제조할 수 있다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 패턴 형성용 박막 전체에서의 습식 에칭에의 에칭 레이트를 향상시키고, 나아가, 박막에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높일 수 있는 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 박막 패턴 측벽의 수직성을 높인 전사용 마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 본 발명의 전사용 마스크를 사용하여, 양호한 전사 패턴을 형성할 수 있는 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해, 본 발명의 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
실시예 1의 마스크 블랭크(10)는, 투광성 기판(1) 위에 패턴 형성용 박막(차광막)(2)을 구비하는 구조의 것이다. 이 마스크 블랭크(10)는, 이하와 같이 하여 제작하였다.
합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(1)(크기 약 152㎜×152㎜×두께 약 6.35㎜)을 3매 준비하였다. 이 투광성 기판(1)은, 주표면 및 단면이 소정의 표면 조도(예를 들어 주표면은, 제곱 평균 평방근 조도 Rq로 0.2㎚ 이하)로 연마되어 있다.
다음으로, 상기 3매의 투광성 기판(1) 위에 하부 영역, 중부 영역 및 상부 영역의 3개의 영역을 포함하는 차광막(2)을 이하의 수순으로 각각 형성하였다.
우선, 스퍼터실에, 투광성 기판(1)의 반송 방향으로 복수의 크롬(Cr) 타깃을 설치한 인라인 스퍼터 장치를 준비하였다. 그 스퍼터실 내에서 투광성 기판(1)을 반송하면서, 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2=22:4, 압력=3.0×10-4Pa)의 분위기에서, 전류값 0.8A의 정전류 제어로 Cr 타깃에 전압을 인가하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 상기 투광성 기판(1) 위에 차광막(2)의 하부 영역을 형성하였다.
계속해서, 그 스퍼터실 내에서, 하부 영역까지 성막된 투광성 기판(1)을 반송하면서, 아르곤(Ar), 메탄(CH4), 및 헬륨(He)의 혼합 가스(유량비 Ar:CH4:He=10:1:20, 압력=3.0×10-4Pa)의 분위기에서, 전류값 3.6A의 정전류 제어로 Cr 타깃에 전압을 인가하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 차광막(2)의 하부 영역에 접하여 중부 영역을 형성하였다.
계속해서, 그 스퍼터실 내에서, 중부 영역까지 형성된 투광성 기판(1)을 반송하면서, 아르곤(Ar) 및 일산화질소(NO)의 혼합 가스(유량비 Ar:NO=100:7, 압력=3.0×10-4Pa)의 분위기에서, 전류값 0A의 정전류 제어로 Cr 타깃에 전압을 인가하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 차광막(2)의 중부 영역에 접하여 상부 영역을 형성하였다. 이상의 수순으로, 상기 투광성 기판(1) 위에 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역의 3개의 영역을 포함하는 차광막(2)을 구비한 실시예 1의 마스크 블랭크(10)를 제작하였다.
또한, 이 실시예 1의 차광막(2)의 광학 농도는, 예를 들어 i선의 파장(365㎚)의 광에 있어서 3.0 이상이었다.
다음으로, 1매째의 실시예 1의 마스크 블랭크(10)의 차광막에 대하여 X선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy: XPS)에 의한 분석을 행하였다. 그 결과, 차광막(2)의 막 두께는 100㎚이며, 각 영역의 막 두께와 조성은, 하부 영역(막 두께 약 9㎚, 조성 Cr:C:O:N=76원자％:2원자％:2원자％:20원자％), 중부 영역(막 두께 약 54㎚, 조성 Cr:C:O:N=85원자％:4원자％:1원자％:10원자％), 상부 영역(막 두께 약 37㎚, 조성 Cr:O:N=55원자％:28원자％:17원자％)이었다.
계속해서, 2매째의 실시예 1의 마스크 블랭크(10)의 차광막(2)에 대하여, 단면 TEM(Transmission Electron Microscope: 투과형 전자 현미경)상의 관찰과, 전자 회절법에 의한 결정성의 관찰을 행하였다. 도 4는, 실시예 1의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 상부 영역의 전자선 회절상이다. 도 5는, 실시예 1의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 중부 영역의 전자선 회절상이다. 또한, 도 6은, 실시예 1의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 하부 영역의 전자선 회절상이다.
또한, 도 7은, 실시예 1의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 단면 TEM상이다.
도 4에 도시한 차광막(2)의 상부 영역의 전자선 회절상에서는, 결정성이 좋고, 회절상이 명료하다. 상부 영역은, 결정립이 큼으로써, 회절 패턴이 명료하게 나타나 있다. 상부 영역은, 3개의 영역 중에서는 가장 결정립이 크다.
도 5에 도시한 차광막(2)의 중부 영역의 전자선 회절상에서는, 결정성이 작고, 회절상이 그다지 명료하지 않다. 중부 영역은, 3개의 영역 중에서는 가장 결정립이 작다.
도 6에 도시한 차광막(2)의 하부 영역의 전자선 회절상에서는, 도 5의 중부 영역에 비하여 격자점이 보이고, 중부 영역에 비하여 결정립이 약간 크다는 사실을 알 수 있다.
이상으로부터, 본 실시예 1의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막의 결정 사이즈는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 커져 간다는 사실을 확인할 수 있었다. 이것에 의해, 차광막(2) 내의 각 영역의 습식 에칭에의 에칭 레이트는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 빠르게 할 수 있다. 이에 의해, 본 실시예 1의 마스크 블랭크(10)의 차광막(2) 전체에서의 에칭 레이트가 향상됨과 함께, 차광막(2)에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있다.
또한, 상술한 전자선 회절상의 결과로부터, 본 실시예 1의 상기 차광막(2)의 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역은, 모두 결정 구조임을 확인할 수 있었다. 또한, 상술한 전자선 회절상과 단면 TEM상의 각 결과로부터, 본 실시예 1의 상기 차광막(2)의 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역은, 모두 기둥형 구조를 갖는다는 사실을 확인할 수 있었다.
전자 회절법을 이용하여 취득되는 본 실시예 1의 상기 차광막(2)의 하부 영역의 결정면 간격 d=0.220㎚, 중부 영역의 결정면 간격 d=0.219㎚, 상부 영역의 결정면 간격 d=0.216㎚이며, 모두 0.2㎚ 이상이었다.
다음으로, 남은 3매째의 실시예 1의 마스크 블랭크(10)를 사용하여, 전술한 도 3에 도시된 제조 공정에 따라서, 전사용 마스크(20)를 제조하였다.
우선, 상기 마스크 블랭크(10)의 상면에, 스핀 도포법에 의해, 레이저 묘화용 포지티브형 레지스트(도쿄 오카 고교제 TMHR-iP3500)를 도포하고, 소정의 베이크 처리를 행하여, 막 두께 300㎚의 레지스트막(3)을 형성하였다(도 3의 (a) 참조).
다음으로, 레이저 묘화기를 사용하여, 상기 레지스트막(3)에 대하여 소정의 디바이스 패턴(차광막(2)에 형성해야 할 전사 패턴에 대응하는 패턴)을 묘화한 후, 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴(3a)을 형성하였다(도 3의 (b), (c) 참조).
다음으로, 상기 레지스트 패턴(3a)을 마스크로 하여, 차광막(2)의 습식 에칭을 행하고, 차광막(2)에 차광막 패턴(전사 패턴)(2a)을 형성하였다(도 3의 (d) 참조). 습식 에칭의 에칭액으로서, 질산 제2 세륨 암모늄에 과염소산을 첨가한 수용액을 사용하였다. 또한, 이 차광막(2)에의 습식 에칭 시에, 차광막(2)의 각 영역의 에칭 레이트를 측정하였다. 그 결과, 하부 영역이 1.7㎚/sec, 중부 영역이 1.5㎚/sec, 상부 영역이 2.3㎚/sec이었다. 즉, 이 실시예 1의 차광막(2)의 습식 에칭 레이트는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 빨라지는 구성으로 되어 있다는 사실을 알게 되었다.
마지막으로, 잔존하는 레지스트 패턴(3a)을 제거함으로써, 투광성 기판(1) 위에 전사 패턴으로 되는 차광막 패턴(2a)을 구비한 실시예 1의 전사용 마스크(20)를 제작하였다(도 3의 (e) 참조).
상술한 바와 같이, 본 실시예 1의 마스크 블랭크에서는, 차광막(2)의 결정 사이즈를, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 크게 함으로써, 차광막(2) 내의 각 영역의 습식 에칭에의 에칭 레이트는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 빠르게 할 수 있다. 이에 의해, 차광막(2)에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있다. 그 결과, 본 실시예 1의 마스크 블랭크로 제조된 상기 전사용 마스크(20)에서는, 패턴 측벽의 수직성을 높인 단면 형상의 양호한 전사 패턴이 형성되어 있었다.
또한, 이 실시예 1의 전사용 마스크(20)를 i선의 광을 노광광으로 하는 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 전사용 마스크(20)의 투광성 기판(1)측으로부터 노광광을 조사하고, 반도체 디바이스의 레지스트막에 패턴을 노광 전사하였다. 그리고, 노광 전사 후의 레지스트막에 대하여 소정의 처리를 실시하여 레지스트 패턴을 형성하고, 그 레지스트 패턴을 CD-SEM(Critical Dimension Scanning Electron Microscope)으로 관찰하였다. 그 결과, 높은 CD(Critical Dimension) 정밀도로 레지스트 패턴이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. 이상으로부터, 본 실시예 1의 마스크 블랭크(10)로 제조된 상기 전사용 마스크(20)는, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 대하여 고정밀도로 노광 전사를 행할 수 있다고 할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 2의 마스크 블랭크(10)는, 이하와 같이 하여 제작하였다.
실시예 1과 마찬가지로, 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(1)(크기 약 152㎜×152㎜×두께 약 6.35㎜)을 3매 준비하였다. 이 투광성 기판은, 주표면 및 단면이 소정의 표면 조도(예를 들어 주표면은 제곱 평균 평방근 조도 Rq로 0.2㎚ 이하)로 연마되어 있다.
다음으로, 상기 3매의 투광성 기판(1) 위에 하부 영역, 중부 영역 및 상부 영역의 3개의 영역을 포함하는 차광막(2)을 이하의 수순으로 각각 형성하였다.
우선, 스퍼터실에, 투광성 기판(1)의 반송 방향으로 복수의 크롬(Cr) 타깃을 설치한 인라인 스퍼터 장치를 준비하였다. 그 스퍼터실 내에서 투광성 기판(1)을 반송하면서, 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2=9:4, 압력=3.0×10-4Pa)의 분위기에서, 전류값 1.6A의 정전류 제어로 Cr 타깃에 전압을 인가하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 투광성 기판(1) 위에 차광막(2)의 하부 영역을 형성하였다.
계속해서, 그 스퍼터실 내에서, 하부 영역까지 성막된 투광성 기판(1)을 반송하면서, 아르곤(Ar) 및 메탄(CH4)의 혼합 가스(유량비 Ar:CH4=30:1, 압력=3.0×10-4Pa)의 분위기에서, 전류값 2.5A의 정전류 제어로 Cr 타깃에 전압을 인가하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 차광막(2)의 하부 영역에 접하여 중부 영역을 형성하였다.
계속해서, 그 스퍼터실 내에서, 중부 영역까지 형성된 투광성 기판(1)을 반송하면서, 아르곤(Ar) 및 일산화질소(NO)의 혼합 가스(유량비 Ar:NO=100:4, 압력=3.0×10-4Pa)의 분위기에서, 전류값 0A의 정전류 제어로 Cr 타깃에 전압을 인가하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 차광막(2)의 중부 영역에 접하여 상부 영역을 형성하였다. 이상의 수순으로, 상기 투광성 기판(1) 위에 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역의 3개의 영역을 포함하는 차광막(2)을 구비한 실시예 2의 마스크 블랭크(10)를 제작하였다.
또한, 이 실시예 2의 차광막(2)의 광학 농도는, 예를 들어 i선의 파장(365㎚)의 광에 있어서 3.0 이상이었다.
다음으로, 1매째의 실시예 2의 마스크 블랭크(10)의 차광막(2)에 대하여 X선 광전자 분광법(XPS)에 의한 분석을 하였다. 그 결과, 차광막(2)의 막 두께는 71㎚이며, 각 영역의 막 두께와 조성은, 하부 영역(막 두께 약 21㎚, 조성 Cr:C:N=72원자％:2원자％:26원자％), 중부 영역(막 두께 약 32㎚, 조성 Cr:C:O:N=82원자％:6원자％:1원자％:11원자％), 상부 영역(막 두께 약 18㎚, 조성 Cr:O:N=55원자％:25원자％:20원자％)이었다.
계속해서, 2매째의 실시예 2의 마스크 블랭크(10)의 차광막(2)에 대하여, 단면 TEM상의 관찰과, 전자 회절법에 의한 결정성의 관찰을 행하였다. 도 8은, 실시예 2의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 상부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다. 도 9는, 실시예 2의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 중부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다. 또한, 도 10은, 실시예 2의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 하부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
또한, 도 11은, 실시예 2의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 단면 TEM상을 나타낸다.
도 8에 도시한 차광막(2)의 상부 영역의 전자선 회절상에서는, 결정성이 좋고, 회절상이 명료하다. 결정립이 큼으로써, 회절 패턴이 명료하게 나타나 있다. 상부 영역은, 3개의 영역 중에서는 가장 결정립이 크다.
도 9에 도시한 차광막(2)의 중부 영역의 전자선 회절상에서는, 결정성이 작고, 회절상이 그다지 명료하지 않다. 중부 영역은, 3개의 영역 중에서는 가장 결정립이 작다.
도 10에 도시한 차광막(2)의 하부 영역의 전자선 회절상에서는, 도 9의 중부 영역에 비하여 격자점이 명료하게 보이고, 중부 영역에 비하여 결정립이 크다는 사실을 알 수 있다.
이상으로부터, 본 실시예 2의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 결정 사이즈는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 커져 간다는 사실을 확인할 수 있었다. 이것에 의해, 차광막(2) 내의 각 영역의 습식 에칭에의 에칭 레이트는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 빠르게 할 수 있다. 이에 의해, 본 실시예 2의 마스크 블랭크 차광막(2) 전체에서의 에칭 레이트가 향상됨과 함께, 차광막(2)에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있다.
또한, 상술한 전자선 회절상의 결과로부터, 본 실시예 2의 상기 차광막(2)의 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역은, 모두 결정 구조임을 확인할 수 있었다. 또한, 상술한 전자선 회절상과 단면 TEM상의 각 결과로부터, 본 실시예 2의 상기 차광막(2)의 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역은, 모두 기둥형 구조를 갖는다는 사실을 확인할 수 있었다.
또한, 전자 회절법을 이용하여 취득되는 본 실시예 2의 상기 차광막(2)의 하부 영역의 결정면 간격 d=0.212㎚, 중부 영역의 결정면 간격 d=0.220㎚, 상부 영역의 결정면 간격 d=0.248㎚이며, 모두 0.2㎚ 이상이었다.
다음으로, 3매째의 본 실시예 2의 마스크 블랭크(10)를 사용하여, 전술한 실시예 1과 마찬가지로 도 3에 도시된 제조 공정에 따라서, 투광성 기판(1) 위에 전사 패턴으로 되는 차광막 패턴(2a)을 구비한 전사용 마스크(20)를 제조하였다. 또한, 차광막(2)에의 습식 에칭 시에, 차광막(2)의 각 영역의 에칭 레이트를 측정하였다. 그 결과, 하부 영역이 1.3㎚/sec, 중부 영역이 1.2㎚/sec, 상부 영역이 1.8㎚/sec이었다. 즉, 이 실시예 2의 차광막 습식 에칭 레이트는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 빨라지는 구성으로 되어 있다는 사실을 알게 되었다.
본 실시예 2의 마스크 블랭크(10)는, 차광막(2)의 결정 사이즈를, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 크게 함으로써, 차광막(2) 내의 각 영역의 습식 에칭에의 에칭 레이트는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 빠르게 할 수 있다. 그 때문에, 본 실시예 2의 마스크 블랭크(10)로 제조된 상기 전사용 마스크(20)에서는, 패턴 측벽의 수직성을 높인 단면 형상의 양호한 전사 패턴이 형성되어 있었다.
또한, 이 실시예 2의 전사용 마스크(20)를 i선의 광을 노광광으로 하는 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 전사용 마스크(20)의 투광성 기판(1)측으로부터 노광광을 조사하고, 반도체 디바이스의 레지스트막에 패턴을 노광 전사하였다. 그리고, 노광 전사 후의 레지스트막에 대하여 소정의 처리를 실시하여 레지스트 패턴을 형성하고, 그 레지스트 패턴을 CD-SEM으로 관찰하였다. 그 결과, 높은 CD 정밀도로 레지스트 패턴이 형성되어 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 이상으로부터, 본 실시예 2의 마스크 블랭크(10)로 제조된 상기 전사용 마스크(20)는, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 대하여 고정밀도로 노광 전사를 행할 수 있다고 할 수 있다.
(실시예 3)
실시예의 마스크 블랭크는, 이하와 같이 하여 제작하였다.
실시예 1과 마찬가지로, 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(1)(크기 약 152㎜×152㎜×두께 약 6.35㎜)을 3매 준비하였다. 이 투광성 기판(1)은, 주표면 및 단면이 소정의 표면 조도(예를 들어 주표면은 Rq로 0.2㎚ 이하)로 연마되어 있다.
다음으로, 상기 3매의 투광성 기판(1) 위에, 하부 영역, 중부 영역 및 상부 영역의 3개의 영역을 포함하는 차광막(2)을 이하의 수순으로 각각 형성하였다.
우선, 스퍼터실에, 투광성 기판(1)의 반송 방향으로 복수의 크롬(Cr) 타깃을 설치한 인라인 스퍼터 장치를 준비하였다. 그 스퍼터실 내에서 투광성 기판(1)을 반송하면서, 아르곤(Ar) 및 질소(N2)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2=4:1, 압력=4.0×10-4Pa)의 분위기에서, 전력값 0.5W의 정전압 제어로 Cr 타깃에 전압을 인가하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 상기 투광성 기판(1) 위에 차광막(2)의 하부 영역을 형성하였다.
계속해서, 그 스퍼터실 내에서, 하부 영역까지 성막된 투광성 기판(1)을 반송하면서, 아르곤(Ar) 및 메탄(CH4)의 혼합 가스(유량비 Ar:CH4=17:1, 압력=4.0×10-4Pa)의 분위기에서, 전류값(5A)의 정전류 제어로 Cr 타깃에 전압을 인가하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 차광막(2)의 하부 영역에 접하여 중부 영역을 형성하였다.
계속해서, 그 스퍼터실 내에서, 중부 영역까지 형성된 투광성 기판(1)을 반송하면서, 아르곤(Ar) 및 일산화질소(NO)의 혼합 가스(유량비 Ar:NO=11:2, 압력=4.0×10-4Pa)의 분위기에서, 정전류 제어로 Cr 타깃에 전압을 인가하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 차광막(2)의 중부 영역에 접하여 상부 영역을 형성하였다. 이상의 수순으로, 상기 투광성 기판 위에, 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역의 3개의 영역을 포함하는 차광막(2)을 구비한 실시예 3의 마스크 블랭크(10)를 제작하였다.
또한, 이 실시예 3의 차광막(2)의 광학 농도는, 예를 들어 i선의 파장(365㎚)의 광에 있어서 3.0 이상이었다.
다음으로, 1매째의 실시예 3의 마스크 블랭크(10)의 차광막에 대하여 X선 광전자 분광법(XPS)에 의한 분석을 하였다. 그 결과, 차광막(2)의 막 두께는 100㎚이며, 각 영역의 막 두께와 조성은, 하부 영역(막 두께 약 12㎚, 조성 Cr:C:N=78원자％:10원자％:12원자％), 중부 영역(막 두께 약 58㎚, 조성 Cr:C:O:N=65원자％:10원자％:5원자％:20원자％), 상부 영역(막 두께 약 30㎚, 조성 Cr:C:O:N=50원자％:5원자％:20원자％:25원자％)이었다.
계속해서, 2매째의 본 실시예 3의 마스크 블랭크(10)의 차광막에 대하여, 단면 TEM상의 관찰과, 전자 회절법에 의한 결정성의 관찰을 행하였다. 도 12는, 실시예 3의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 상부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다. 도 13은, 실시예 3의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 중부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다. 또한, 도 14은, 실시예 3의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 하부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
또한, 도 15는, 실시예 3의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 단면 TEM(투과형 전자 현미경)상을 나타낸다.
도 12에 도시한 차광막(2)의 상부 영역의 전자선 회절상에서는, 결정성이 좋고, 회절상이 명료하다. 결정립이 큼으로써, 회절 패턴이 명료하게 나타나 있다. 상부 영역은, 3개의 영역 중에서는 가장 결정립이 크다.
도 13에 도시한 차광막(2)의 중부 영역의 전자선 회절상에서는, 도 14의 하부 영역에 비하여 격자점이 약간 명료하게 보이고, 하부 영역에 비하여 결정립이 약간 크다는 사실을 알 수 있다.
도 14에 도시한 차광막(2)의 하부 영역의 전자선 회절상에서는, 결정성이 작고, 회절상이 그다지 명료하지 않다. 하부 영역은, 3개의 영역 중에서는 가장 결정립이 작을 가능성도 있지만, 도 13의 중부 영역과의 차이는 작다고 생각된다.
이상으로부터, 본 실시예 3의 마스크 블랭크(10)에 있어서의 차광막(2)의 결정 사이즈는, 상부 영역의 결정 사이즈가, 그 이외의 중부 영역 및 하부 영역의 결정 사이즈보다도 크다는 사실을 확인할 수 있었다. 이것에 의해, 차광막(2) 내의 각 영역의 습식 에칭에의 에칭 레이트는, 중부 영역 및 하부 영역보다도, 상부 영역의 쪽을 빠르게 할 수 있다. 이에 의해, 본 실시예 3의 마스크 블랭크의 차광막(2) 전체에서의 에칭 레이트가 향상됨과 함께, 차광막(2)에 대하여 습식 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 패턴 측벽의 수직성을 높게 할 수 있다.
또한, 상술한 전자선 회절상의 결과로부터, 본 실시예 3의 상기 차광막(2)의 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역은, 모두 결정 구조임을 확인할 수 있었다. 또한, 상술한 전자선 회절상과 단면 TEM상의 각 결과로부터, 본 실시예 3의 상기 차광막(2)의 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역은, 모두 기둥형 구조를 갖는다는 사실을 확인할 수 있었다.
또한, 전자 회절법을 이용하여 취득되는 본 실시예 3의 상기 차광막(2)의 하부 영역의 결정면 간격 d=0.233㎚, 중부 영역의 결정면 간격 d=0.223㎚, 상부 영역의 결정면 간격 d=0.208㎚이며, 모두 0.2㎚ 이상이었다.
다음으로, 3매째의 본 실시예 3의 마스크 블랭크(10)를 사용하여, 전술한 실시예 1과 마찬가지로 도 3에 도시된 제조 공정에 따라서, 투광성 기판(1) 위에 전사 패턴으로 되는 차광막 패턴(2a)을 구비한 전사용 마스크(20)를 제조하였다. 또한, 차광막(2)에의 습식 에칭 시에, 차광막(2)의 각 영역의 에칭 레이트를 측정하였다. 그 결과, 하부 영역이 1.4㎚/sec, 중부 영역이 1.7㎚/sec, 상부 영역이 2.3㎚/sec이었다. 즉, 이 실시예 3의 차광막 습식 에칭 레이트는, 하부 영역, 중부 영역, 상부 영역의 순으로 빨라지는 구성으로 되어 있다는 사실을 알게 되었다.
본 실시예 3의 마스크 블랭크(10)는, 차광막(2)의 결정 사이즈를, 상부 영역의 결정 사이즈가, 그 이외의 중부 영역 및 하부 영역의 결정 사이즈보다도 크게 함으로써, 차광막 내의 각 영역의 습식 에칭에의 에칭 레이트는, 중부 영역 및 하부 영역보다도, 상부 영역의 쪽이 빨라지게 할 수 있다. 그 때문에, 본 실시예 3의 마스크 블랭크(10)로 제조된 상기 전사용 마스크(20)에서는, 패턴 측벽의 수직성을 높인 단면 형상의 양호한 전사 패턴이 형성되어 있었다.
또한, 이 실시예 3의 전사용 마스크(20)를 i선의 광을 노광광으로 하는 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 전사용 마스크(20)의 투광성 기판(1)측으로부터 노광광을 조사하고, 반도체 디바이스의 레지스트막에 패턴을 노광 전사하였다. 그리고, 노광 전사후의 레지스트막에 대하여 소정의 처리를 실시하여 레지스트 패턴을 형성하고, 그 레지스트 패턴을 CD-SEM으로 관찰하였다. 그 결과, 높은 CD 정밀도로 레지스트 패턴이 형성되어 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 이상으로부터, 본 실시예 3의 마스크 블랭크(10)로 제조된 상기 전사용 마스크(20)는, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 대하여 고정밀도로 노광 전사를 행할 수 있다고 할 수 있다.
(비교예 1)
비교예 1의 마스크 블랭크는, 이하와 같이 해서 제작하였다.
실시예 1과 마찬가지로, 합성 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(크기 약 152㎜×152㎜×두께 약6.35㎜)을 3매 준비하였다. 이 투광성 기판은, 주표면 및 단면이 소정의 표면 조도(예를 들어 주표면은 Rq로 0.2㎚ 이하)로 연마되어 있다.
다음으로, 상기 3매의 투광성 기판 위에, 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역의 3개의 영역을 포함하는 차광막을 이하의 수순에서 각각 형성하였다.
우선, 스퍼터실에 투광성 기판(1)을 두는 회전 스테이지와 크롬(Cr) 타깃을 구비하는 매엽식 스퍼터 장치를 준비하였다. 그 스퍼터실 내의 회전 스테이지에 상기 투광성 기판을 설치하고, 아르곤(Ar), 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2:CO2:He=4:3:6:8, 압력=1.0×10-4Pa)의 분위기에서, Cr 타깃에 인가하는 DC 전력을 2.0㎾(정전류 제어)로 하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 상기 투광성 기판 위에 차광막의 하부 영역을 형성하였다.
다음으로, Cr 타깃에의 DC 전력 인가를 정지하고, 스퍼터실 내를 아르곤(Ar), 일산화질소(NO) 및 헬륨(He)의 혼합 가스(유량비 Ar:NO:He=1:1:2, 압력=1.0×10-4Pa)를 스퍼터링 가스의 분위기로 바꾼 후, Cr 타깃에의 DC 전력 인가(전력: 2.0㎾, 정전류 제어)를 개시하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 상기 하부 영역에 접하여 중부 영역을 형성하였다.
계속해서, Cr 타깃에의 DC 전력 인가를 정지하고, 스퍼터실 내를 아르곤(Ar), 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스(유량비 Ar:N2:CO2:He=4:3:8:8, 압력=1.0×10-4Pa)의 분위기로 바꾼 후, Cr 타깃에의 DC 전력 인가(전력: 2.0㎾, 정전류 제어)를 개시하고, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행함으로써, 상기 중부 영역에 접하여, 상부 영역을 형성하였다. 이상의 수순으로, 상기 투광성 기판 위에, 하부 영역, 중부 영역, 및 상부 영역의 3개의 영역을 포함하는 차광막을 구비한 비교예 1의 마스크 블랭크를 제작하였다.
또한, 이 비교예 1의 차광막 광학 농도는, 예를 들어 i선의 파장(365㎚)에 있어서 3.0 이상이었다.
다음으로, 1매째의 비교예 1의 마스크 블랭크 차광막에 대하여 X선 광전자 분광법(XPS)에 의한 분석을 하였다. 그 결과, 차광막의 막 두께는 86㎚이며, 각 영역의 막 두께와 조성은, 하부 영역(막 두께 약 41㎚, 조성 Cr:C:O:N=56원자％:11원자％:22원자％:11원자％), 중부 영역(막 두께 약 31㎚, 조성 Cr:O:N=85원자％:7 원자％:8원자％), 상부 영역(막 두께 약 14㎚, 조성 Cr:C:O:N=47 원자％:9원자％:34 원자％:10원자％)이었다.
계속해서, 2매째의 본 비교예 1의 마스크 블랭크 차광막에 대하여, 단면 TEM상의 관찰과, 전자 회절법에 의한 결정성의 관찰을 행하였다. 도 16은, 비교예 1의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 상부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다. 도 17은, 비교예 1의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 중부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다. 또한, 도 18은, 비교예 1의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 하부 영역의 전자선 회절상을 나타낸다.
또한, 도 19는, 비교예 1의 마스크 블랭크에 있어서의 차광막의 단면 TEM상을 나타낸다.
도 16에 도시한 차광막의 상부 영역의 전자선 회절상에서는, 결정 구조 유래의 회절상은 보이지 않고, 상부 영역은 아몰퍼스 구조임을 알 수 있다.
도 17에 도시한 차광막의 중부 영역의 전자선 회절상에서는, 결정성이 작고, 회절상이 그다지 명료하지 않다.
도 18에 도시한 차광막의 하부 영역의 전자선 회절상에서는, 도 17의 중부 영역에 비하여 격자점이 약간 명료에 보이고, 중부 영역에 비하여 결정립이 약간 크다는 사실을 알 수 있다.
또한, 상술한 전자선 회절상의 결과로부터, 본 비교예 1의 상기 차광막의 상부 영역은 아몰퍼스 구조이지만, 하부 영역 및 중부 영역은 모두 결정 구조임을 확인할 수 있었다. 또한, 상술한 전자선 회절상과 단면 TEM상의 각 결과로부터, 비교예 1의 상기 차광막은, 그 어느 영역도 기둥형 구조를 갖고 있지 않은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 전자 회절법을 이용하여 취득되는 본 비교예 1의 상기 차광막의 하부 영역의 결정면 간격 d=0.217㎚, 중부 영역의 결정면 간격 d=0.218㎚였다.
다음으로, 3매째의 본 비교예 1의 마스크 블랭크를 사용하여, 전술한 실시예 1과 마찬가지로 도 3에 도시된 제조 공정에 따라서, 투광성 기판 위에 전사 패턴으로 되는 차광막 패턴을 구비한 전사용 마스크를 제조하였다. 또한, 차광막에의 습식 에칭 시에, 차광막의 각 영역의 에칭 레이트를 측정하였다. 그 결과, 하부 영역이 1.0㎚/sec, 중부 영역이 0.6㎚/sec, 상부 영역이 0.9㎚/sec이었다. 즉, 이 비교예 1의 차광막의 습식 에칭 레이트는, 중부 영역, 상부 영역, 하부 영역의 순으로 빨라지는 구성으로 되어 있다는 사실을 알게 되었다. 그러나, 상술한 실시예 1 내지 3의 차광막(2)에 비하여, 모든 영역에서 습식 에칭 레이트가 대폭으로 느리다는 사실을 알게 되었다.
본 비교예 1의 마스크 블랭크는, 특히 차광막의 상부 영역은 아몰퍼스 구조이기 때문에, 습식 에칭에의 에칭 레이트가, 실시예 1 내지 3의 차광막(2)의 상부 영역에 비하여 대폭으로 늦다. 그 때문에, 본 비교예 1의 마스크 블랭크로 제조된 상기 전사용 마스크에서는, 패턴 측벽의 수직성을 높일 수 없어, 단면 형상의 양호한 전사 패턴을 형성하는 것은 곤란하였다.
또한, 이 비교예 1의 전사용 마스크를, i선의 광을 노광광으로 하는 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 전사용 마스크의 투광성 기판측으로부터 노광광을 조사하고, 반도체 디바이스의 레지스트막에 패턴을 노광 전사하였다. 그리고, 노광 전사 후의 레지스트막에 대하여 소정의 처리를 실시하여 레지스트 패턴을 형성하고, 그 레지스트 패턴을 CD-SEM으로 관찰하였다. 그 결과, 레지스트 패턴의 CD 정밀도는 낮다는 사실이 확인되었다. 이 결과로부터, 본 비교예 1의 마스크 블랭크로 제조된 상기 전사용 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 회로 패턴을 고정밀도로 형성하는 것은 곤란하다고 할 수 있다.
1: 기판
2: 패턴 형성용 박막
3: 레지스트막
2a: 박막 패턴(전사 패턴, 차광막 패턴)
3a: 레지스트 패턴
10: 마스크 블랭크
20: 전사용 마스크

Claims (15)

  1. 기판 위에, 패턴 형성용 박막을 구비하는 마스크 블랭크로서,
    상기 박막은, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지고,
    상기 박막은, 기판측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역을 포함하며,
    상기 상부 영역의 결정 사이즈는, 상기 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 큰 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 결정 구조인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  3. 제1항에 있어서,
    전자 회절법을 이용하여 취득되는 상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역의 각각의 결정면 간격은, 모두 0.2㎚ 이상인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 기둥형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 박막의 상부 영역을 제외한 영역은, 기판측으로부터 하부 영역 및 중부 영역의 2개의 영역을 포함하고,
    상기 박막의 결정 사이즈는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 커져 가는 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 박막은, 두께 방향에서 상기 크롬의 함유량이 변화되는 조성 경사막인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 박막은, 노광광에 대하여 3 이상의 광학 농도를 갖는 차광막인 것을 특징으로 하는, 마스크 블랭크.
  8. 기판 위에, 전사 패턴을 갖는 박막을 구비하는 전사용 마스크로서,
    상기 박막은, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지고,
    상기 박막은, 기판측과는 반대측의 상부 영역과, 해당 상부 영역을 제외한 영역을 포함하며,
    상기 상부 영역의 결정 사이즈는, 상기 상부 영역을 제외한 영역의 결정 사이즈보다도 큰 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 결정 구조인 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  10. 제8항에 있어서,
    전자 회절법을 이용하여 취득되는 상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역의 각각의 결정면 간격은, 모두 0.2㎚ 이상인 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 박막의 상부 영역과 상부 영역을 제외한 영역은, 모두 기둥형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 박막의 상부 영역을 제외한 영역은, 기판측으로부터 하부 영역 및 중부 영역의 2개의 영역을 포함하고,
    상기 박막의 결정 사이즈는, 중부 영역, 하부 영역, 상부 영역의 순으로 커져 가는 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 박막은, 두께 방향에서 상기 크롬의 함유량이 변화되는 조성 경사막인 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 박막은, 노광광에 대하여 3 이상의 광학 농도를 갖는 차광막인 것을 특징으로 하는, 전사용 마스크.
  15. 반도체 디바이스의 제조 방법으로서,
    제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 전사용 마스크를 사용하고, 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 반도체 디바이스의 제조 방법.
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