KR20220157368A - 마스크 블랭크 및 전사용 마스크의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
패턴 해상성, CD 면내 균일성 및 CD 리니어리티를 높게 하면서, 하드 마스크막 전체에서의 에칭 레이트의 저하를 억제할 수 있는, 마스크 블랭크를 제공한다. 투광성 기판 위에, 패턴 형성용의 박막과 하드 마스크막이 이 순으로 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크이며, 상기 박막은, 크롬을 함유하는 재료로 형성되고, 상기 하드 마스크막은, 하층과 상층의 적층 구조를 포함하고, 상기 하층은, 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성되고, 상기 상층은, 탄탈과 산소를 함유하고, 상기 산소의 함유량이 30원자％ 이상인 재료로 형성되고, 상기 하드 마스크막의 전체의 두께에 대한 상기 상층의 두께의 비율은 0.7 이하인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 마스크 블랭크, 이 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
하프톤형의 위상 시프트 마스크의 마스크 블랭크로서, 투광성 기판 위에 금속 실리사이드계 재료를 포함하는 하프톤 위상 시프트막, 크롬계 재료를 포함하는 차광막, 무기계 재료를 포함하는 에칭 마스크막(하드 마스크막)이 적층된 구조를 갖는 마스크 블랭크가 이전부터 알려져 있다. 이 마스크 블랭크를 사용하여 위상 시프트 마스크를 제조하는 경우, 우선, 마스크 블랭크의 표면에 형성한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 불소계 가스에 의한 건식 에칭으로 에칭 마스크막을 패터닝하고, 이어서 에칭 마스크막을 마스크로 하여 염소와 산소의 혼합 가스에 의한 건식 에칭으로 차광막을 패터닝하고, 또한 차광막의 패턴을 마스크로 하여 불소계 가스에 의한 건식 에칭으로 위상 시프트막을 패터닝한다.
예를 들어, 특허문헌 1에는 규소를 함유하는 무기막을 하드 마스크로 하는 것이나, 규소를 포함하는 무기막 위에 레지스트막을 도포 형성한 경우에, 레지스트의 밀착성이 나빠, 레지스트 패턴을 현상했을 때 박리가 발생하는 문제가 있는 것이 기재되어 있다. 또한, 그 레지스트막의 밀착성을 향상시키기 위해, 규소를 포함하는 무기막의 표면에 대하여, 헥사메틸디실라잔 등을 사용한 실릴화 처리를 행할 필요가 있는 것이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 크롬계 차광막 위에, 에칭 마스크막(하드 마스크막)과 도전성 마스크막이 이 순으로 적층된 구조를 구비한 마스크 블랭크가 개시되어 있다. 에칭 마스크막과 도전성 마스크막의 2개의 막이 차광막에 대하여 하드 마스크로서 기능하고 있다. 에칭 마스크막의 재료로서 SiON이 예시되어 있고, 도전성 마스크막의 재료로서 TaN이 예시되어 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 크롬계 차광막 위에, 하드 마스크막이 적층된 구조를 구비한 마스크 블랭크가 개시되어 있다. 하드 마스크막은, 탄탈과 산소를 함유하는 재료로 형성되고, 그 산소 함유량은 50원자％이다.
반도체 디바이스의 가일층의 미세화에 수반하여, 전사용 마스크의 패턴 CD 정밀도(CD: Critical Dimension)의 가일층의 향상이 요구되고 있다. 종래의 Si계 재료의 하드 마스크막의 표면을 실릴화 처리한 후에 레지스트막을 도포 형성한 마스크 블랭크를 사용하여, 그 레지스트막에 미세 패턴을 노광 묘화 및 현상 처리를 행한 경우, 완성된 레지스트 패턴의 패턴의 해상성, CD 면내 균일성(CDU: CD Uniformity), CD 리니어리티(CDL: CD Linearity)가 불충분하다는 문제가 있었다.
탄탈계 재료의 하드 마스크막을 사용한 경우, 실릴화 처리를 행하지 않아도 레지스트막과의 밀착성이 충분히 높은 것이 판명되었다. 또한, 그 도포 형성한 레지스트막에 대하여, 미세 패턴을 노광 묘화 및 현상 처리를 행하여, 레지스트 패턴을 형성한 경우, 그 레지스트 패턴의 해상성, CD 면내 균일성, CD 리니어리티가, Si계 재료의 하드 마스크막에 비해 높아지는 것이 판명되었다.
탄탈계 재료의 박막은, 산화가 진행되기 쉬운 것이 알려져 있다. 또한, 하드 마스크막은, 그 기능을 발휘하기 위해, 차광막에 사용되는 경우보다도 막 두께가 얇다. 탄탈계 재료로 하드 마스크막을 형성한 경우, 박막 전체로의 산화가 진행되기 쉽다. 박막의 성막 후에 있어서의 조성의 안정성을 고려하면, 하드 마스크막은, 산소를 일정량 이상(30원자％ 이상)으로 함유시키는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
일반적으로, 규소계 재료의 박막 및 탄탈계 재료의 박막은, 모두 불소계 가스를 사용한 건식 에칭으로 패터닝된다. 그러나, 탄탈계 재료의 박막은, 규소계 재료의 박막에 비해 에칭 레이트가 느리다는 문제가 있다. 하드 마스크막을 마련하는 목적은 레지스트막의 막 두께를 얇게 하는 데 있기 때문에, 탄탈계 재료로 하드 마스크막을 형성하는 경우에는 에칭 레이트의 느림이 특히 문제가 된다. 즉, 탄탈계 재료로 하드 마스크막을 형성한 경우, 이 하드 마스크막에 건식 에칭으로 패턴을 형성하기 위해서는, 규소계 재료로 하드 마스크막을 형성한 경우에 비해 레지스트막을 두껍게 할 필요가 발생한다는 문제가 있었다. 또한, 레지스트막을 두껍게 한 경우, 레지스트 패턴의 해상성, CD 면내 균일성, CD 리니어리티가 모두 저하되기 때문에, 규소계 재료로 형성된 하드 마스크막에 대한 우위성이 상실된다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상술한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 본 발명의 목적은, 패턴 해상성, CD 면내 균일성 및 CD 리니어리티를 높게 하면서, 하드 마스크막 전체에서의 에칭 레이트의 저하를 억제할 수 있는, 마스크 블랭크를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은, 이 마스크 블랭크를 사용함으로써, 패턴 형성용의 박막에 고정밀도로 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능한 전사용 마스크의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하는 수단으로서, 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
투광성 기판 위에, 패턴 형성용의 박막과 하드 마스크막이 이 순으로 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크이며,
상기 박막은, 크롬을 함유하는 재료로 형성되고,
상기 하드 마스크막은, 하층과 상층의 적층 구조를 포함하고,
상기 하층은, 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성되고,
상기 상층은, 탄탈과 산소를 함유하고, 상기 산소의 함유량이 30원자％ 이상인 재료로 형성되고,
상기 하드 마스크막의 전체의 두께에 대한 상기 상층의 두께의 비율은 0.7 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 상층의 두께는 1㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 하드 마스크막의 두께는 4㎚ 이상 14㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 상층은 붕소를 함유하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3의 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 하층은, 규소 및 산소의 합계 함유량이 96원자％ 이상인 재료, 또는 규소, 질소 및 산소의 합계 함유량이 96원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4의 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 상층은, 탄탈 및 산소의 합계 함유량이 90원자％ 이상인 재료, 또는 탄탈, 산소 및 붕소의 합계 함유량이 90원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5의 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 박막은 차광막인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6의 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 투광성 기판과, 상기 차광막 사이에 규소를 함유하는 재료를 포함하는 위상 시프트막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7의 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 9)
구성 1 내지 7의 어느 것에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조 방법이며,
상기 마스크 블랭크의 하드 마스크막 위에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 하드 마스크막을 불소계 가스로 건식 에칭하여, 하드 마스크 패턴을 형성하는 공정과,
상기 하드 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 패턴 형성용의 박막을 염소와 산소의 혼합 가스로 건식 에칭하여, 박막 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법.
(구성 10)
구성 8에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조 방법이며,
상기 마스크 블랭크의 하드 마스크막 위에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 하드 마스크막을 불소계 가스로 건식 에칭하여, 하드 마스크 패턴을 형성하는 공정과,
상기 하드 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막을 염소와 산소의 혼합 가스로 건식 에칭하여, 차광막 패턴을 형성하는 공정과,
상기 차광막 패턴을 마스크로 하여 상기 위상 시프트막을 불소계 가스로 건식 에칭하여, 위상 시프트막 패턴을 형성하면서, 상기 하드 마스크 패턴을 제거하는 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법.
이상의 구성을 갖는 본 발명의 마스크 블랭크에 의하면, 하드 마스크막의 상층을 탄탈과 산소를 함유하는 재료로 형성한 것에 의해, 하드 마스크막 위에 레지스트막을 도포 형성하고, 미세 패턴의 노광 묘화 및 현상 처리를 행하여 레지스트 패턴을 형성한 때에, 그 레지스트 패턴의 패턴의 해상성, CD 면내 균일성 및 CD 리니어리티를 높게 할 수 있다. 또한, 하드 마스크막의 전체의 두께에 대한 상층의 두께의 비율을 0.7 이하로 하면서, 하드 마스크막의 하층을 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성한 것에 의해, 하드 마스크막의 전체에서의 불소계 가스에 대한 에칭 레이트의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 마스크 블랭크의 실시 형태의 단면 개략도이다.
도 2는 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 개략도이다.
도 3은 하드 마스크막 전체의 두께에 대한 상층의 두께의 비율과, SiON 단층막의 에칭 레이트에 대한 하드 마스크막 전체의 에칭 레이트의 비율의 관계를 나타낸 도면이다.
도 2는 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 개략도이다.
도 3은 하드 마스크막 전체의 두께에 대한 상층의 두께의 비율과, SiON 단층막의 에칭 레이트에 대한 하드 마스크막 전체의 에칭 레이트의 비율의 관계를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 각 실시 형태에 대하여, 도면에 기초하여, 상세한 구성을 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 설명을 행한다.
<마스크 블랭크>
도 1에, 마스크 블랭크의 실시 형태의 개략 구성을 나타낸다. 도 1에 나타내는 마스크 블랭크(100)는, 투광성 기판(1)에 있어서의 한쪽의 주표면 위에, 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 이 순으로 적층된 구성이다. 또한, 마스크 블랭크(100)는, 하드 마스크막(4) 위에, 필요에 따라 레지스트막을 적층시킨 구성이어도 된다. 이하, 마스크 블랭크(100)의 주요 구성부의 상세를 설명한다.
[투광성 기판]
투광성 기판(1)은, 리소그래피에 있어서의 노광 공정에서 사용되는 노광광에 대하여 투과성이 양호한 재료를 포함한다. 이러한 재료로서는, 합성 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등), 그 밖의 각종 유리 기판을 사용할 수 있다. 특히, 합성 석영 유리를 사용한 기판은, ArF 엑시머 레이저광(파장: 약 193㎚)에 대한 투과성이 높으므로, 마스크 블랭크(100)의 투광성 기판(1)으로서 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 여기서 말하는 리소그래피에 있어서의 노광 공정이란, 이 마스크 블랭크(100)를 사용하여 제작된 위상 시프트 마스크를 사용한 리소그래피에 있어서의 노광 공정이고, 이하에 있어서 노광광이란 이 노광 공정에서 사용되는 노광광인 것으로 한다. 이 노광광으로서는, ArF 엑시머 레이저광(파장: 193㎚), KrF 엑시머 레이저광(파장: 248㎚), i선광(파장: 365㎚) 모두 적용 가능하지만, 노광 공정에 있어서의 위상 시프트막 패턴의 미세화의 관점에서는, ArF 엑시머 레이저광을 노광광에 적용하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 이하에 있어서는 ArF 엑시머 레이저광을 노광광에 적용한 경우에 대한 실시 형태를 설명한다.
[위상 시프트막]
위상 시프트막(2)은, 노광 전사 공정에서 사용되는 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖고, 또한 위상 시프트막(2)을 투과한 노광광과, 위상 시프트막(2)의 두께와 동일한 거리만큼 대기 중을 투과한 노광광이, 소정의 위상차가 되는 광학 특성을 갖는다.
이러한 위상 시프트막(2)은, 규소(Si)를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한 위상 시프트막(2)은, 규소 외에, 질소(N)를 함유하는 재료로 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다. 이러한 위상 시프트막(2)은, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해 패터닝이 가능하고, 후술하는 크롬을 함유하는 차광막(3)에 대하여, 충분한 에칭 선택성을 갖는 재료를 사용한다.
또한 위상 시프트막(2)은, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해 패터닝이 가능하다면, 반금속 원소, 비금속 원소, 금속 원소에서 선택되는 1 이상의 원소를 더 함유하고 있어도 된다.
이 중, 반금속 원소는, 규소에 더하여, 어느 반금속 원소여도 된다. 비금속 원소는, 질소에 더하여, 어느 비금속 원소여도 되고, 예를 들어 산소(O), 탄소(C), 불소(F) 및 수소(H)에서 선택되는 1 이상의 원소를 함유시키면 바람직하다. 금속 원소는, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 주석(Sn), 붕소(B), 게르마늄(Ge)이 예시된다.
이러한 위상 시프트막(2)은, 예를 들어 MoSiN으로 구성되어, 노광광(예를 들어, ArF 엑시머 레이저광)에 대한 소정의 위상차(예를 들어, 150[deg] 내지 210[deg])와 소정의 투과율(예를 들어, 1％ 내지 30％)을 충족시키도록, 위상 시프트막(2)의 굴절률 n, 소쇠 계수 k 및 막 두께가 각각 선정되어, 그 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 되도록 막 재료의 조성이나 막의 성막 조건이 조정되어 있다.
[차광막]
본 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크(100)는, 전사 패턴 형성용의 박막으로서 차광막(3)을 구비하고 있다. 차광막(3)은, 이 마스크 블랭크(100)에 형성되는 차광대 패턴을 포함하는 차광막 패턴을 구성하는 막이고, 리소그래피에 있어서의 노광 공정에서 사용되는 노광광에 대하여 차광성을 갖는 막이다. 차광막(3)은, 위상 시프트막(2)과의 적층 구조이고, 예를 들어 파장 193㎚의 ArF 엑시머 레이저광에 대한 광학 농도(OD)가 2.0보다 큰 것이 요구되고, 2.8 이상인 것이 바람직하고, 3.0 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 리소그래피에 있어서의 노광 공정에 있어서, 노광광의 반사에 의한 노광 전사의 문제를 방지하기 위해, 양측 주표면에 있어서의 노광광의 표면 반사율이 낮게 억제되어 있다. 특히, 노광 장치의 축소 광학계로부터의 노광광의 반사광이 닿는, 차광막(3)에 있어서의 표면측(투광성 기판(1)으로부터 가장 먼 측의 표면)의 반사율은, 예를 들어 40％ 이하(바람직하게는 30％ 이하)인 것이 요망된다. 이것은, 차광막(3)의 표면과 축소 광학계의 렌즈 사이에서의 다중 반사에서 발생하는 미광을 억제하기 위해서이다.
또한, 차광막(3)은, 위상 시프트막(2)에 전사 패턴(위상 시프트막 패턴)을 형성하기 위한 불소계 가스에 의한 건식 에칭 시에 에칭 마스크로서 기능할 필요가 있다. 이 때문에, 차광막(3)은, 불소계 가스에 의한 건식 에칭에 있어서, 위상 시프트막(2)에 대하여 충분한 에칭 선택성을 갖는 재료를 적용할 필요가 있다. 차광막(3)에는, 위상 시프트막(2)에 형성해야 할 미세 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있는 것이 요구된다. 차광막(3)의 막 두께는 70㎚ 이하인 것이 바람직하고, 65㎚ 이하이면 보다 바람직하고, 60㎚ 이하이면 특히 바람직하다. 차광막(3)의 막 두께가 너무 두꺼우면, 형성해야 할 미세 패턴을 고정밀도로 형성할 수 없다. 한편, 차광막(3)은, 상기한 바와 같이 요구되는 광학 농도를 충족시키는 것이 요구된다. 이 때문에, 차광막(3)의 막 두께는 15㎚보다 큰 것이 요구되고, 20㎚ 이상인 것이 바람직하고, 25㎚ 이상이면 보다 바람직하다.
차광막(3)은, 크롬을 함유하는 재료로 형성된다. 크롬을 함유하는 재료로서는, 크롬 단체여도 되고, 크롬과 첨가 원소를 포함하는 것이어도 된다. 이러한 첨가 원소로서는, 산소 및/또는 질소가, 건식 에칭 속도를 빠르게 할 수 있는 점에서 바람직하다. 또한, 차광막(3)은, 그 밖에 탄소, 수소, 붕소, 인듐, 주석, 몰리브덴 등의 원소를 포함해도 된다.
차광막(3)은, 크롬을 함유하는 타깃을 사용한 반응성 스퍼터링법에 의해, 위상 시프트막(2) 위에 성막함으로써 형성할 수 있다. 스퍼터링법으로서는, 직류(DC) 전원을 사용한 것(DC 스퍼터링)이어도 되고, 고주파(RF) 전원을 사용한 것(RF 스퍼터링)이어도 된다. 또한 마그네트론 스퍼터링 방식이어도 되고, 컨벤셔널 방식이어도 된다. DC 스퍼터링의 쪽이, 기구가 단순한 점에서 바람직하다. 또한, 마그네트론 스퍼터링 방식을 사용한 쪽이, 성막 레이트가 빨라져, 생산성이 향상되는 점에서 바람직하다. 또한, 성막 장치는 인라인형이어도 되고 매엽형이어도 상관없다.
타깃의 재료는, 크롬 단체뿐만 아니라 크롬이 주성분이면 되고, 산소, 탄소의 어느 것을 포함하는 크롬, 또는 산소, 탄소를 조합한 것을 크롬에 첨가한 타깃을 사용해도 된다.
[하드 마스크막]
하드 마스크막(4)은, 차광막(3) 위에 마련되어 있다. 하드 마스크막(4)은, 차광막(3)을 에칭할 때 사용되는 에칭 가스에 대하여 에칭 내성을 갖는 재료로 형성된 막이다. 이 하드 마스크막(4)은, 차광막(3)에 패턴을 형성하기 위한 건식 에칭이 종료될 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능할 수 있는 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하고, 기본적으로 광학 특성의 제한을 받지 않는다. 이 때문에, 하드 마스크막(4)의 두께는 차광막(3)의 두께에 비해 대폭으로 얇게 할 수 있다.
하드 마스크막(4)의 두께는, 14㎚ 이하이면 바람직하고, 10㎚ 이하이면 보다 바람직하다. 하드 마스크막(4)의 두께가 너무 두꺼우면, 하드 마스크막(4)에 차광막 패턴을 형성하는 건식 에칭에 있어서 에칭 마스크가 되는 레지스트막의 두께가 필요하게 되어 버리기 때문이다. 하드 마스크막(4)의 두께는, 4㎚ 이상이면 바람직하고, 5㎚ 이상이면 보다 바람직하다. 하드 마스크막(4)의 두께가 너무 얇으면, 산소 함유 염소계 가스에 의한 건식 에칭의 조건에 따라서는, 차광막(3)에 차광막 패턴을 형성하는 건식 에칭이 종료되기 전에, 하드 마스크막(4)의 패턴이 소실될 우려가 있기 때문이다.
그리고, 이 하드 마스크막(4)에 패턴을 형성하는 불소계 가스에 의한 건식 에칭에 있어서 에칭 마스크로서 사용하는 유기계 재료의 레지스트막은, 하드 마스크막(4)의 건식 에칭이 종료될 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능할 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하다. 이 때문에, 하드 마스크막(4)을 마련하고 있지 않은 종래의 구성보다도, 하드 마스크막(4)을 마련함으로써 대폭으로 레지스트막의 두께를 얇게 할 수 있다.
하드 마스크막(4)은, 하층(41)과 상층(42)의 적층 구조를 포함한다.
하층(41)은, 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 규소와 산소를 함유하는 재료로서는, SiO2, SiON 등을 적용하는 것이 바람직하다. 하층(41)은, 규소 및 산소의 합계 함유량이 96원자％ 이상인 재료, 또는 규소, 질소 및 산소의 합계 함유량이 96원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 다른 원소의 함유량을 4원자％ 미만으로 억제할 수 있어, 양호한 에칭 레이트를 확보할 수 있다.
또한, 상층(42)은, 탄탈과 산소를 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서의 탄탈과 산소를 함유하는 재료로서는, 탄탈과 산소 외에, 질소, 붕소 및 탄소에서 선택되는 1 이상의 원소를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다. 예를 들어, TaO, TaON, TaBO, TaBON, TaCO, TaCON, TaBOCN 등을 들 수 있다. 또한, 상층(42)은, 이들 재료 중, 붕소를 함유하는 것인 것이 바람직하다. 또한, 상층(42)은, 상층(42)을 형성 후에 발생하는 산화도의 경시 변화를 억제하는 관점 등으로부터, 산소의 함유량이 30원자％ 이상인 재료인 것이 바람직하고, 40원자％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 50원자％ 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 상층(42)은, 산소의 함유량이 71.4％ 이하인 것이 바람직하다. 상층(42)의 산소를 화학양론적으로 안정된 Ta2O5보다도 많이 함유시키면, 막의 표면 거칠기가 거칠어질 우려가 있다.
또한, 상층(42)은, 탄탈 및 산소의 합계 함유량이 90원자％ 이상인 재료, 또는 탄탈, 산소 및 붕소의 합계 함유량이 90원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 다른 원소의 함유량을 10원자％ 미만으로 억제할 수 있어, 레지스트막과의 양호한 밀착성, 양호한 CD 면내 균일성 및 CD 리니어리티를 확보할 수 있다.
하드 마스크막(4)의 상층(42)의 두께는, 상층(42)의 두께의 면내 분포의 균일성을 확보하기 위해, 1㎚ 이상인 것이 바람직하고, 2㎚ 이상인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 하드 마스크막(4) 전체의 두께(Dt)에 대한 상층(42)의 두께(Du)의 비율(이하, 이것을 Du/Dt 비율이라고 하는 경우가 있다.)은, 0.7 이하인 것이 바람직하고, 0.5 이하이면 보다 바람직하고, 0.3 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 구성의 하드 마스크막(4)으로 함으로써, 하드 마스크막(4) 전체에서의 불소계 가스에 대한 에칭 레이트의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 하드 마스크막(4)은, 상층(42)과 하층(41) 사이에, 불소계 가스에 의한 건식 에칭으로 패터닝 가능한 재료를 포함하는 중간층을 구비하고 있어도 된다. 또한, 하드 마스크막(4)은, 하층(41)과 차광막(3) 사이에, 불소계 가스에 의한 건식 에칭으로 패터닝 가능한 재료를 포함하는 최하층을 구비하고 있어도 된다. 또한, 상층(42) 또는 하층(41) 중 적어도 어느 한쪽이, 두께 방향으로 조성 경사진 구조를 갖고 있어도 된다.
실제로, 하드 마스크막(4)의 하층(41)에 SiON막(Si:O:N=34원자％:60원자％:6원자％)을 적용하고, 상층(42)에 TaBO막(Ta:B:O=36원자％:8원자％:56원자％)을 적용한 경우에 대하여, 검토를 행하였다. 이 SiON막과 TaBO막의 불소계 가스에 의한 건식 에칭의 각 에칭 레이트를 측정했다. 그 결과, 상층(42)이 TaBO막인 에칭 레이트는, 하층(41)이 SiON막인 에칭 레이트의 2.48배 느린 것을 알 수 있었다. 도 3은, 이 하드 마스크막(4) 전체의 두께를 소정의 두께로 고정한 경우에 있어서, 하드 마스크막(4) 전체의 두께(Dto)에 대한 상층(42)의 두께(Dup)의 비율(Dup/Dto 비율)과, SiON막의 단층막의 에칭 레이트(Esi)에 대한 하드 마스크막(4) 전체의 에칭 레이트(Eto)의 비율(이하, Eto/Esi 비율이라고 하는 경우가 있다.)의 관계를 나타낸 것이다. 이 결과로부터, Dup/Dto 비율을 0.7 이하로 함으로써, Eto/Esi 비율을 0.5배 이상으로 할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, Dup/Dto 비율을 0.5 이하로 함으로써, Eto/Esi 비율을 0.57배 이상으로 할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, Dup/Dto 비율을 0.3 이하로 함으로써, Eto/Esi 비율을 0.7배 이상으로 할 수 있는 것을 알 수 있다.
상기한 경향은, 하층(41)에 다른 탄탈과 산소를 함유하는 재료를 적용하고, 상층(42)에 다른 규소와 산소를 함유하는 재료를 적용한 경우라도, 마찬가지의 경향을 갖는다. 또한, 하드 마스크막(4)은, Eto/Esi 비율을 Re, Dup/Dto 비율을 Rd로 했을 때, 0.07≤Rd≤0.92의 범위에서, 이하의 식 (1)의 관계를 충족시키도록 하는 것이 바람직하다.
[레지스트막]
마스크 블랭크(100)에 있어서, 하드 마스크막(4)의 표면에 접하고, 유기계 재료의 레지스트막이 100㎚ 이하의 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. DRAM hp32nm 세대에 대응하는 미세 패턴의 경우, 차광막(3)에 형성해야 할 차광막 패턴에, 선 폭이 40㎚인 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)가 마련되는 경우가 있다. 그러나, 이 경우라도 상술한 바와 같이 하드 마스크막(4)을 마련함으로써 레지스트막의 막 두께를 억제할 수 있고, 이에 의해 이 레지스트막으로 구성된 레지스트 패턴의 단면 애스펙트비를 1:2.5로 낮게 할 수 있다. 따라서, 레지스트막의 현상 시, 린스 시 등에 레지스트 패턴이 도괴나 탈리되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 레지스트막은, 막 두께가 80㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 레지스트막은, 전자선 묘화 노광용의 레지스트이면 바람직하고, 또한 그 레지스트가 화학 증폭형이면 보다 바람직하다.
[마스크 블랭크의 제조 수순]
이상의 구성의 마스크 블랭크(100)는, 다음과 같은 수순으로 제조한다. 우선, 투광성 기판(1)을 준비한다. 이 투광성 기판(1)은, 단부면 및 주표면이 소정의 표면 거칠기(예를 들어, 한 변이 1㎛인 사각형의 내측 영역 내에 있어서 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq가 0.2㎚ 이하)로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이다.
이어서, 이 투광성 기판(1) 위에, 스퍼터링법에 의해 위상 시프트막(2)을 성막한다. 위상 시프트막(2)을 성막한 후에는, 소정의 가열 온도에서의 어닐 처리를 행한다. 이어서, 위상 시프트막(2) 위에, 스퍼터링법에 의해 상기한 차광막(3)을 성막한다. 그리고, 차광막(3) 위에 스퍼터링법에 의해, 상기한 상층(42)과 하층(41)을 갖는 하드 마스크막(4)을 성막한다. 스퍼터링법에 의한 각 층의 성막에 있어서는, 각 층을 구성하는 재료를 소정의 조성비로 함유하는 스퍼터링 타깃 및 스퍼터링 가스를 사용하고, 또한 필요에 따라 상술한 귀가스와 반응성 가스의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로서 사용한 성막을 행한다. 그리고, 하드 마스크막(4)의 표면 위에, 스핀 코트법 등의 도포법에 의해 레지스트막을 형성하여, 마스크 블랭크(100)를 완성시킨다.
<위상 시프트 마스크의 제조 방법>
이어서, 본 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 제조 방법을, 도 1에 나타내는 구성의 마스크 블랭크(100)를 사용한, 하프톤형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 예로 들어 설명한다.
우선, 마스크 블랭크(100)의 하드 마스크막(4) 위에 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 이어서, 그 레지스트막에 대하여, 위상 시프트막(2)에 형성해야 할 제1 패턴(위상 시프트막 패턴)을 전자선으로 노광 묘화한다. 그 후, 레지스트막에 대하여 PEB 처리, 현상 처리, 포스트베이크 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 마스크 블랭크(100)의 하드 마스크막(4) 위에 레지스트 패턴(5a)을 형성한다(도 2의 (a) 참조).
이어서, 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하여, 하드 마스크막(4)을 불소계 가스로 건식 에칭하여, 상층 패턴(42a) 및 하층 패턴(41a)을 포함하는 하드 마스크 패턴(4a)을 형성한다(도 2의 (b) 참조). 이 후, 레지스트 패턴(5a)을 제거한다. 또한, 레지스트 패턴(5a)을 제거하지 않고 잔존시킨 채, 차광막(3)의 건식 에칭을 행해도 된다. 이 경우에는, 차광막(3)의 건식 에칭 시에 레지스트 패턴(5a)이 소실된다.
이어서, 하드 마스크 패턴(4a)을 마스크로 하여, 염소와 산소의 혼합 가스로 건식 에칭하여, 패턴 형성용의 박막인 차광막(3)에, 박막 패턴인 차광막 패턴(3a)을 형성한다(도 2의 (c) 참조).
계속해서, 차광막 패턴(3a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 위상 시프트막(2)에 위상 시프트막 패턴(2a)을 형성하면서, 하드 마스크 패턴(4a)을 제거한다(도 2의 (d) 참조). 이어서, 차광막 패턴(3a) 위에 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 그 레지스트막에 대하여, 차광막(3)에 형성해야 할 차광막 패턴을 전자선으로 노광 묘화한다. 그 후, 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 레지스트 패턴(6b)을 갖는 레지스트막을 형성한다(도 2의 (e) 참조).
이어서, 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하여, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 차광막 패턴(3b)을 형성한다(도 2의 (f) 참조). 또한, 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐서, 위상 시프트 마스크(200)를 얻는다(도 2의 (g) 참조).
또한, 상기한 제조 공정 중의 건식 에칭에서 사용되는 염소계 가스로서는, Cl이 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 염소계 가스로서, Cl2, SiCl2, CHCl3, CH2Cl2, CCl4, BCl3 등을 들 수 있다. 또한, 상기한 제조 공정 중의 건식 에칭에서 사용되는 불소계 가스로서는, F가 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, 불소계 가스로서, CHF3, CF4, C2F6, C4F8, SF6 등을 들 수 있다. 특히, C를 포함하지 않는 불소계 가스는, 유리 기판에 대한 에칭 레이트가 비교적 낮기 때문에, 유리 기판에 대한 대미지를 더 작게 할 수 있다.
이상의 공정에 의해 제조된 위상 시프트 마스크(200)는, 투광성 기판(1) 위에, 투광성 기판(1)측으로부터 순서대로 위상 시프트막 패턴(2a) 및 차광막 패턴(3b)이 적층된 구성을 갖는다.
이상, 설명한 위상 시프트 마스크의 제조 방법에서는, 도 1을 사용하여 설명한 마스크 블랭크(100)를 사용하여 위상 시프트 마스크(200)를 제조하고 있다. 이러한 위상 시프트 마스크의 제조에 있어서 사용되는 마스크 블랭크(100)에 있어서, 하드 마스크막(4)은, 하층(41)과 상층(42)의 적층 구조를 포함하고, 하층(41)은, 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성되고, 상층(42)은, 탄탈과 산소를 함유하고, 산소의 함유량이 30원자％ 이상인 재료로 형성되고, 하드 마스크막(4) 전체의 두께에 대한 상층(42)의 두께의 비율은 0.7 이하라는 특징적인 구성을 갖고 있다. 이에 의해, 패턴 해상성, CD 면내 균일성 및 CD 리니어리티를 높게 하면서, 하드 마스크막(4) 전체에서의 에칭 레이트의 저하를 억제하여, 위상 시프트 마스크(200)를 제조할 수 있다. 이상의 작용에 의해, 패턴 정밀도가 양호한 위상 시프트 마스크(200)를 제작할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 전사용 마스크로서 위상 시프트 마스크(200)를 제작하기 위한 마스크 블랭크에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 바이너리 마스크나 디깅 레벤슨형의 위상 시프트 마스크를 제작하기 위한 마스크 블랭크에도 적용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해, 본 발명의 실시 형태를 더 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
[마스크 블랭크의 제조]
도 1을 참조하여, 주표면의 치수가 약 152㎜×약 152㎜이고, 두께가 약 6.35㎜인 합성 석영 유리를 포함하는 투광성 기판(1)을 준비했다. 이 투광성 기판(1)은, 단부면 및 주표면이 소정의 표면 거칠기(Rq로 0.2㎚ 이하)로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시되어 있다.
이어서, 투광성 기판(1) 위에, 위상 시프트막(2)의 고투과층(Si:N=44원자％:56원자％)을 8.0㎚의 두께로 형성했다. 구체적으로는, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 규소(Si) 타깃을 사용하여, 크립톤(Kr), 헬륨(He) 및 질소(N2)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 한 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 고투과층을 형성했다. 또한, 고투과층의 조성은, X선 광전자 분광법(XPS)에 의한 측정에 의해 얻어진 결과이다. 이하, 다른 막에 관해서도 마찬가지이다.
이어서, 고투과층 위에, 위상 시프트막(2)의 저투과층(Si:N=62원자％:38원자％)을 3.5㎚의 두께로 형성했다. 구체적으로는, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에, 고투과층이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 규소(Si) 타깃을 사용하여, 크립톤(Kr), 헬륨(He) 및 질소(N2)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 한 반응성 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 저투과층을 형성했다.
이어서, 고투과층과 저투과층이 이 순으로 적층된 1조의 적층 구조가 형성된 투광성 기판(1)의 저투과층(21)의 표면에 접하고, 마찬가지의 수순으로 고투과층과 저투과층의 적층 구조를 4조 더 형성했다. 또한, 고투과층을 형성할 때와 동일한 성막 조건에서, 투광성 기판(1)측으로부터 가장 먼 저투과층의 표면에 접하여 최상층을 8.0㎚의 두께로 형성했다. 이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에, 고투과층과 저투과층의 적층 구조를 5조 갖고, 그 위에 최상층을 갖는, 합계 11층 구조의 위상 시프트막(2)을 합계 막 두께 65.5㎚로 형성했다.
이어서, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 위상 시프트막(2)의 막 응력을 저감하기 위해, 및 표층에 산화층을 형성하기 위한 가열 처리를 행하였다. 구체적으로는, 가열로(전기로)를 사용하여, 대기 중에서 가열 온도를 500℃, 가열 시간을 1시간으로 하여, 가열 처리를 행하였다. 위상 시프트량 측정 장치(레이저텍사제 MPM193)를 사용하여, 가열 처리 후의 위상 시프트막(2)의 파장 193㎚의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한바, 투과율이 5.9％, 위상차가 175.9도(deg)였다.
이어서, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 및 헬륨(He)의 혼합 가스 분위기에서의 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)을 행하였다. 이에 의해, 위상 시프트막(2)에 접하고, 크롬, 산소 및 탄소를 포함하는 차광막(CrOC막 Cr:O:C=55원자％:30원자％:15원자％)(3)을 43㎚의 막 두께로 형성했다.
이어서, 상기 차광막(CrOC막)(3)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 가열 처리를 실시했다. 구체적으로는, 핫 플레이트를 사용하여, 대기 중에서 가열 온도를 280℃, 가열 시간을 5분으로 하여, 가열 처리를 행하였다. 가열 처리 후, 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)에 대하여, 분광 광도계(아질렌트 테크놀로지사제 Cary4000)를 사용하여, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193㎚)에 있어서의 광학 농도를 측정한바, 3.0 이상인 것을 확인할 수 있었다.
이어서, 차광막(3) 위에 하드 마스크막(4)의 하층(SiON막 Si:O:N=34원자％:60원자％:6원자％)(41)을 5.5㎚의 두께로 형성했다. 구체적으로는, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에, 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 규소(Si) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar) 가스, 산소(O2) 가스 및 질소(N2) 가스를 스퍼터링 가스로 하여, DC 스퍼터링에 의해 하층(41)을 형성했다.
이어서, 하층(41) 위에, 상층(TaBO막 Ta:B:O=36원자％:8원자％:56원자％)(42)을, 2㎚의 두께로 형성했다. 구체적으로는, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에, 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하층(41)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 탄탈(Ta) 및 붕소(B)의 혼합 타깃(Ta:B=4:1 원자비)을 사용하여, 아르곤(Ar) 가스 및 산소(O) 가스를 스퍼터링 가스로 하여, DC 스퍼터링에 의해 상층(42)을 형성했다. 하드 마스크막(4) 전체의 두께에 대한 상층(42)의 두께의 비율은 0.27이고, 0.7 이하의 조건을 충족시키고 있다. 또한 소정의 세정 처리를 실시하여, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 제조했다.
다른 복수의 투광성 기판(1) 위에 실시예 1과 동일한 성막 조건에서 하층(41) 및 상층(42)을 포함하는 하드 마스크막(4)을 각각 성막하여, 복수의 하드 마스크막을 갖는 기판을 제조했다. 그리고, 각 하드 마스크막을 갖는 기판의 하드 마스크막(4) 위에 레지스트막을 80㎚의 두께로 형성했다. 이어서, 3장의 하드 마스크막을 갖는 기판 위의 레지스트막에, 묘화 밀도를 바꾸어 테스트 패턴(설계선 폭 200㎚)을 노광 묘화했다. 묘화 밀도는 10％, 50％, 90％로 했다. 3장의 하드 마스크막을 갖는 기판 위의 레지스트막에 대하여 현상 처리를 행하여, 하드 마스크막(4) 위에 레지스트 패턴을 형성했다. 각 하드 마스크막을 갖는 기판 위의 레지스트 패턴에 대하여, CD-SEM(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope)을 사용하여 모든 테스트 패턴의 CD값을 측정했다. 측정한 CD값을 기초로, 각 하드 마스크막을 갖는 기판 위의 레지스트 패턴의 CD 면내 균일성을 3σ(표준 편차 σ의 3배값)로 산출했다. 또한, 3장의 투광성 기판(1) 위의 레지스트 패턴의 각 3σ의 평균값을 산출했다. 그 CD 면내 균일성의 3σ의 평균값은 1.42㎚이고, 양호한 값이었다.
한편, 나머지의 하드 마스크막을 갖는 기판 위의 레지스트막에 대하여, 다른 설계선 폭의 테스트 패턴을 노광 묘화했다. 그 후, 레지스트막에 대하여 현상 처리를 행하여, 하드 마스크막(4) 위에 레지스트 패턴을 형성했다. 그 하드 마스크막을 갖는 기판 위에 형성된 레지스트 패턴에 대하여, CD-SEM을 사용하여 모든 테스트 패턴의 CD값을 측정했다. 측정한 CD값을 기초로, 설계선 폭과 CD값의 상관인 CD 리니어리티의 경향을 조사했다. 그 결과, 설계선 폭의 감소에 수반하여 변화되는 CD값의 증가 폭이 작아, 양호한 경향으로 되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 미소한 선 폭(선 폭 40㎚)의 테스트 패턴을 고정밀도로 해상할 수 있는 것도 알 수 있었다. 이것들의 결과로부터, 이 실시예 1의 하드 마스크막(4)의 구성을 적용함으로써, 그 위에 레지스트 패턴을 형성했을 때의 패턴 해상성, CD 면내 균일성 및 CD 리니어리티가 모두 양호한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
이어서, 상기한 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 이하의 수순으로 실시예 1의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)를 제조했다. 최초에, 스핀 도포법에 의해, 하드 마스크막(4)의 표면에 접하고, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트를 포함하는 레지스트막을 막 두께 80㎚로 형성했다. 이어서, 이 레지스트막에 대하여, 위상 시프트막(2)에 형성해야 할 위상 시프트막 패턴인 제1 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여, 제1 패턴을 갖는 레지스트 패턴(5a)을 형성했다(도 2의 (a) 참조). 이 제1 패턴은, 선 폭 200㎚의 라인·앤드·스페이스 패턴과 미소 사이즈(선 폭 30㎚)의 패턴을 포함하는 것으로 했다.
이어서, 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하여, CF4 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 상층(42) 및 하층(41)을 포함하는 하드 마스크막(4)에 상층 패턴(42a) 및 하층 패턴(41a)을 포함하는 하드 마스크 패턴(4a)을 형성했다(도 2의 (b) 참조). 하드 마스크 패턴(4a)을 형성한 후의 레지스트 패턴(5a)은, 충분한 막 두께로 잔존하고 있었다. 하드 마스크 패턴(4a)에 대하여 CD-SEM을 사용하여 CD 면내 균일성과 CD 리니어리티를 조사한바, 양호한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 레지스트 패턴(5a)이 갖고 있던 상기 미소 사이즈의 패턴을 포함하는 모든 패턴이, 하드 마스크막(4)에 고정밀도로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이때의 하드 마스크막(4) 전체의 에칭 레이트(Eto)는, 동일한 두께의 단층 구조의 SiON막의 에칭 레이트(Esi)에 비해 0.76배의 저하로 억제되어 있었다.
이어서, 레지스트 패턴(5a)을 제거했다. 계속해서, 하드 마스크 패턴(4a)을 마스크로 하여, 염소 가스(Cl2)와 산소 가스(O2)의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=13:1)를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 차광막 패턴(3a)을 형성했다(도 2의 (c) 참조).
이어서, 차광막 패턴(3a)을 마스크로 하여, 불소계 가스(SF6+He)를 사용한 건식 에칭을 행하여, 위상 시프트막(2)에 제1 패턴인 위상 시프트막 패턴(2a)을 형성하고, 또한 동시에 하드 마스크 패턴(4a)을 제거했다(도 2의 (d) 참조).
이어서, 차광막 패턴(3a) 위에, 스핀 도포법에 의해, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트를 포함하는 레지스트막을 막 두께 150㎚로 형성했다. 이어서, 레지스트막에 대하여, 차광막에 형성해야 할 패턴(차광대 패턴을 포함하는 패턴)인 제2 패턴을 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 차광막 패턴을 갖는 레지스트 패턴(6b)을 형성했다(도 2의 (e) 참조). 계속해서, 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하여, 염소 가스(Cl2)와 산소 가스(O2)의 혼합 가스(가스 유량비 Cl2:O2=4:1)를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 차광막 패턴(3b)을 형성했다(도 2의 (f) 참조). 또한, 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐서, 위상 시프트 마스크(200)를 얻었다(도 2의 (g) 참조).
이상의 수순을 얻어 제작된 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)의 위상 시프트막 패턴(2a)에 대하여, CD-SEM을 사용하여 CD 면내 균일성과 CD 리니어리티를 조사한바, 양호한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 레지스트 패턴(5a)이 갖고 있던 상기 미소 사이즈의 패턴을 포함하는 모든 패턴이, 위상 시프트막(2)에 고정밀도로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)에 대하여, AIMS193(CarlZeiss사제)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 설계 사양을 충분히 충족시키고 있었다.
<비교예 1>
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 1의 마스크 블랭크는, 하드 마스크막(4) 이외에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 제조했다. 이 비교예 1의 하드 마스크막(4)은, 규소 및 산소를 포함하는 단층 구조이고, 그 두께는 15㎚이다. 구체적으로는, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고, 규소(Si) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar) 가스, 산소(O2) 가스 및 질소(N2) 가스를 스퍼터링 가스로 하여, DC 스퍼터링에 의해 차광막(3) 위에, 단층 구조의 하드 마스크막(4)(SiON막 Si:O:N=34원자％:60원자％:6원자％)을 형성했다.
다른 복수의 투광성 기판(1) 위에, 비교예 1과 동일한 성막 조건에서 단층의 하드 마스크막을 각각 성막하여, 복수의 하드 마스크막을 갖는 기판을 제조했다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 3장의 하드 마스크막을 갖는 기판 위의 레지스트 패턴의 각 3σ의 평균값을 산출했다. 그 CD 면내 균일성의 3σ의 평균값은 1.78㎚이고, 비교적 큰 값이었다(즉, CD의 면내에서의 변동이 비교적 크다.). 또한, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 하드 마스크막을 갖는 기판 위에 형성된 레지스트 패턴의 설계선 폭과 CD값의 상관인 CD 리니어리티의 경향을 조사했다. 그 결과, 설계선 폭의 감소에 수반하여 변화되는 CD값의 증가 폭이 비교적 큰 경향으로 되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 상기한 미소한 선 폭의 테스트 패턴의 해상성이 낮은 것을 알 수 있었다. 이것들의 결과로부터, 이 비교예 1의 하드 마스크막(4)의 구성을 적용하면, 그 위에 레지스트 패턴을 형성했을 때의 패턴 해상성, CD 면내 균일성, CD 리니어리티 모두 낮아지는 것을 알 수 있었다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
이어서, 이 비교예 1의 마스크 블랭크를 사용하여, 하드 마스크막(4)의 표면에 대하여 헥사메틸디실라잔에 의한 실릴화 처리를 행한 후에 레지스트막을 도포 형성한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 비교예 1의 위상 시프트 마스크를 제조했다. 하드 마스크 패턴(4a)을 형성한 후의 레지스트 패턴(5a)은, 충분한 막 두께로 잔존하고 있었다. 한편, 하드 마스크 패턴(4a)에 대하여 CD-SEM을 사용하여 CD 면내 균일성과 CD 리니어리티를 조사한바, 모두 실시예 1의 경우에 비해 낮은 것을 알 수 있었다. 특히, 상기한 미소 사이즈의 패턴은, 하드 마스크 패턴(4a) 내에 형성할 수 없었다.
제작된 비교예 1의 위상 시프트 마스크(200)의 위상 시프트막 패턴(2a)에 대하여, CD-SEM(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope)을 사용하여 CD 면내 균일성과 CD 리니어리티를 조사한바, 모두 실시예 1의 경우에 비해 낮은 것을 알 수 있었다. 또한, 상기한 미소 사이즈의 패턴은, 위상 시프트막 패턴(2a) 내에 형성할 수 없었다. 또한, 이 비교예 1의 위상 시프트 마스크에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 AIMS193(Carl Zeiss사제)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 전사 불량이 확인되었다. 이것은, 위상 시프트막 패턴의 CD 리니어리티 및 CD 균일성이 낮은 것과, 상기한 미소 사이즈의 패턴을 형성할 수 없던 것이, 전사 불량의 발생 요인이라고 추정된다.
<비교예 2>
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 2의 마스크 블랭크는, 하드 마스크막(4) 이외에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 제조했다. 이 비교예 2의 하드 마스크막(4)은, 탄탈, 붕소 및 산소를 포함하는 단층 구조이고, 9.5㎚의 두께로 형성했다. 구체적으로는, 매엽식 DC 스퍼터링 장치 내에 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고, 탄탈(Ta) 및 붕소(B)의 혼합 타깃(Ta:B=4:1 원자비)을 사용하여, 아르곤(Ar) 가스 및 산소(O) 가스를 스퍼터링 가스로 하여, DC 스퍼터링에 의해 하드 마스크막(4)을 형성했다.
다른 복수의 투광성 기판(1) 위에, 비교예 2와 동일한 성막 조건에서 단층의 하드 마스크막을 각각 성막하여, 복수의 하드 마스크막을 갖는 기판을 제조했다. 그리고, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 3장의 하드 마스크막을 갖는 기판 위의 레지스트 패턴의 각 3σ의 평균값을 산출했다. 그 CD 면내 균일성의 3σ의 평균값은 1.43㎚이고, 양호한 값이었다. 또한, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 하드 마스크막을 갖는 기판 위에 형성된 레지스트 패턴의 설계선 폭과 CD값의 상관인 CD 리니어리티의 경향을 조사했다. 그 결과, 설계선 폭의 감소에 수반하여 변화되는 CD값의 증가 폭이 작아, 양호한 경향으로 되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 상기한 미소한 선 폭의 테스트 패턴을 고정밀도로 해상할 수 있는 것도 알 수 있었다. 이것들의 결과로부터, 이 비교예 2의 하드 마스크막(4)의 구성을 적용함으로써, 그 위에 레지스트 패턴을 형성했을 때의 패턴 해상성, CD 면내 균일성 및 CD 리니어리티가 모두 양호한 특성이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
이어서, 이 비교예 2의 마스크 블랭크를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 비교예 2의 위상 시프트 마스크를 제조했다. 하드 마스크 패턴(4a)을 형성한 후의 레지스트 패턴(5a)은, 일부의 영역(상기한 미소 사이즈의 패턴을 포함한다.)에서 소실되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 하드 마스크 패턴(4a)에 대하여 CD-SEM을 사용하여 CD 면내 균일성과 CD 리니어리티를 조사한바, 모두 실시예 1의 경우에 비해 낮은 것을 알 수 있었다. 또한, 이때의 하드 마스크막(4) 전체의 에칭 레이트(Eto)는, 동일한 두께의 단층 구조의 SiON막의 에칭 레이트(Esi)에 비해 2.48배이고, 대폭으로 낮았다.
[패턴 전사 성능의 평가]
제작된 비교예 2의 위상 시프트 마스크(200)의 위상 시프트막 패턴(2a)에 대하여, CD-SEM(Critical Dimension-Scanning Electron Microscope)을 사용하여 CD 면내 균일성과 CD 리니어리티를 조사한바, 모두 실시예 1의 경우에 비해 낮은 것을 알 수 있었다. 또한, 이 비교예 2의 위상 시프트 마스크에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 AIMS193(Carl Zeiss사제)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한바, 전사 불량이 확인되었다. 이것은, 위상 시프트막 패턴(2a)의 CD 면내 균일성이나 CD 리니어리티의 저하와, 상기한 미소 사이즈의 패턴이 형성되어 있지 않았던 것이, 전사 불량의 발생 요인이라고 추정된다.
1: 투광성 기판
2: 위상 시프트막
2a: 위상 시프트막 패턴
3: 차광막
3a, 3b: 차광막 패턴
4: 하드 마스크막
41: 하층
42: 상층
4a: 하드 마스크 패턴
41a: 하층 패턴
42a: 상층 패턴
5a: 레지스트 패턴
6b: 레지스트 패턴
100: 마스크 블랭크
200: 위상 시프트 마스크
2: 위상 시프트막
2a: 위상 시프트막 패턴
3: 차광막
3a, 3b: 차광막 패턴
4: 하드 마스크막
41: 하층
42: 상층
4a: 하드 마스크 패턴
41a: 하층 패턴
42a: 상층 패턴
5a: 레지스트 패턴
6b: 레지스트 패턴
100: 마스크 블랭크
200: 위상 시프트 마스크
Claims (10)
- 투광성 기판 위에, 패턴 형성용의 박막과 하드 마스크막이 이 순으로 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크이며,
상기 박막은, 크롬을 함유하는 재료로 형성되고,
상기 하드 마스크막은, 하층과 상층의 적층 구조를 포함하고,
상기 하층은, 규소와 산소를 함유하는 재료로 형성되고,
상기 상층은, 탄탈과 산소를 함유하고, 상기 산소의 함유량이 30원자％ 이상인 재료로 형성되고,
상기 하드 마스크막의 전체의 두께에 대한 상기 상층의 두께의 비율은 0.7 이하인, 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항에 있어서, 상기 상층의 두께는 1㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하드 마스크막의 두께는 4㎚ 이상 14㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상층은 붕소를 함유하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하층은, 규소 및 산소의 합계 함유량이 96원자％ 이상인 재료, 또는 규소, 질소 및 산소의 합계 함유량이 96원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상층은, 탄탈 및 산소의 합계 함유량이 90원자％ 이상인 재료, 또는 탄탈, 산소 및 붕소의 합계 함유량이 90원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막은 차광막인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
- 제7항에 있어서, 상기 투광성 기판과, 상기 차광막 사이에 규소를 함유하는 재료를 포함하는 위상 시프트막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조 방법이며,
상기 마스크 블랭크의 하드 마스크막 위에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 하드 마스크막을 불소계 가스로 건식 에칭하여, 하드 마스크 패턴을 형성하는 공정과,
상기 하드 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 패턴 형성용의 박막을 염소와 산소의 혼합 가스로 건식 에칭하여, 박막 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법. - 제8항에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조 방법이며,
상기 마스크 블랭크의 하드 마스크막 위에 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,
상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 하드 마스크막을 불소계 가스로 건식 에칭하여, 하드 마스크 패턴을 형성하는 공정과,
상기 하드 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 차광막을 염소와 산소의 혼합 가스로 건식 에칭하여, 차광막 패턴을 형성하는 공정과,
상기 차광막 패턴을 마스크로 하여 상기 위상 시프트막을 불소계 가스로 건식 에칭하여, 위상 시프트막 패턴을 형성하면서, 상기 하드 마스크 패턴을 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법.
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