KR20230113279A - 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 투과율을 일정 이상으로 높게 하여 위상 시프트 효과를 높일 수 있음과 함께, 위상 시프트막의 막 두께를 일정 이하로 억제할 수 있고, 광학적인 성능이 양호한 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있는 마스크 블랭크를 제공한다. 투광성 기판 상에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며, 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판 측으로부터, 제1 층, 제2 층 및 제3 층이 이 순으로 적층된 구조를 포함하고, 제1 층 및 제3 층은, 하프늄과 산소를 함유하고, 제2 층은, 규소와 산소를 함유하고, 제1 층, 제2 층 및 제3 층의 두께를 각각 D1, D2 및 D3이라 했을 때, (식 1-A) 내지 (식 1-D)의 관계를 모두 충족시키거나, 또는 (식 2-A) 내지 (식 2-D)의 관계를 모두 충족시킨다.
Description
본 발명은 위상 시프트 마스크용의 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 사용하여 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 또한, 이 미세 패턴의 형성에는 통상 몇 매나 되는 전사용 마스크가 사용된다. 반도체 디바이스의 패턴을 미세화하는 데 있어서는, 전사용 마스크에 형성되는 마스크 패턴의 미세화에 더하여, 포토리소그래피에서 사용되는 노광 광원의 파장의 단파장화가 필요하게 된다.
이러한 포토마스크로서, 특허문헌 1에는, 레이저 광을 투과 가능한 투광성 기판(1)과, 투광성 기판(1)의 표면에 적층되어 레이저 광에 대하여 고반사율을 갖는 금속막(17)과, 이 금속막(17) 상에 각각 굴절률이 상이한 제1 및 제2 유전체 부재(2, 3)를 교대로 적층하여 형성되는 유전체 다층 박막(4)과, 이 유전체 다층 박막(4) 및 금속막(17)을 관통하여 형성되어 소정의 패턴으로 배치된 복수의 개구(18)를 구비하는 유전체 마스크가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 자외광에 대하여 투명한 유리 기판(3)의 자외광 입사 측과는 반대 측의 면 상에, 광로 길이가 사용 자외광의 1/4 파장의 막 두께를 갖는 제1 유전체층(1)과, 제1 유전체층 상에 동일하게 광로 길이가 1/4 파장이며 또한 제1 유전체층의 굴절률보다 작은 제2 유전체층(2)을 겹쳐 이루어지는 2층막의 조합을 반복하여 성막한 유전체 다층막의 최상층에 상기 유리 기판의 굴절률보다 큰 굴절률을 가짐과 함께 그 광로 길이가 사용 자외선의 1/4 파장이 되는 제3 유전체층(1')을 갖고, 최상층에 금속막(4)을 갖는 구조로 한 엑시머 레이저 가공용 마스크가 개시되어 있다.
이들 특허문헌 1, 2에 있어서는, 반도체 장치를 제조할 때의 노광 광원에 KrF 엑시머 레이저(파장 248nm)가 주로 적용되고 있다. 그러나, 근년, 반도체 장치를 제조할 때의 노광 광원에 ArF 엑시머 레이저(파장 193nm)가 적용되는 경우가 증가하고 있다.
전사용 마스크의 일종으로, 하프톤형 위상 시프트 마스크가 있다. 하프톤형 위상 시프트 마스크의 마스크 블랭크로서, 투광성 기판 상에 규소 및 질소를 함유하는 재료로 구성되는 위상 시프트막, 크롬계 재료로 구성되는 차광막, 무기계 재료로 구성되는 에칭 마스크막(하드 마스크막)이 적층된 구조를 갖는 마스크 블랭크가 이전부터 알려져 있다. 이 마스크 블랭크를 사용하여 하프톤형 위상 시프트 마스크를 제조하는 경우, 우선, 마스크 블랭크의 표면에 형성한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 불소계 가스에 의한 건식 에칭으로 에칭 마스크막을 패터닝하고, 다음으로 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.
근년에 있어서의, 패턴의 미세화, 복잡화에 수반하여, 보다 고해상의 패턴 전사를 가능하게 하기 위해, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 투과율을 보다 높게 한(예를 들어, 35％ 이상) 위상 시프트막이 요구되고 있다. 이 노광광에 대한 투과율을 높임으로써, 위상 시프트 효과를 높일 수 있다. 그리고, 패턴의 미세화 등에 수반하여, 패턴 도괴의 억제 등의 관점에서, 위상 시프트막의 막 두께를 일정 이하(예를 들어, 60nm 이하)로 억제하는 것도 요구되고 있다.
본 발명은 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 투과율을 일정 이상(예를 들어, 35％ 이상)으로 높게 하여 위상 시프트 효과를 높일 수 있음과 함께, 위상 시프트막의 막 두께를 일정 이하(예를 들어, 60nm 이하)로 억제할 수 있고, 광학적인 성능이 양호한 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있는 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있고, 또한 본 발명은 ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 투과율을 일정 이상으로 높게 하여 위상 시프트 효과를 높일 수 있음과 함께, 위상 시프트막의 막 두께를 일정 이하로 억제할 수 있고, 광학적인 성능이 양호한 위상 시프트 마스크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 그리고, 본 발명은 이러한 위상 시프트 마스크를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하는 수단으로서, 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
투광성 기판 상에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판 측으로부터, 제1 층, 제2 층 및 제3 층이 이 순으로 적층된 구조를 포함하고,
상기 제1 층 및 상기 제3 층은, 하프늄과 산소를 함유하고,
상기 제2 층은, 규소와 산소를 함유하고,
상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층의 두께를 각각 D1, D2 및 D3이라 했을 때, (식 1-A) 내지 (식 1-D)의 관계를 모두 충족시키거나, 또는 (식 2-A) 내지 (식 2-D)의 관계를 모두 충족시키는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(식 1-A) D1≥4.88×10-4×D2 4-2.91×10-2×D2 3+0.647×D2 2-6.51×D2+26.8
(식 1-B) D1≤-4.80×10-4×D2 4+2.86×10-2×D2 3-0.630×D2 2+5.97×D2-10.0
(식 1-C) D3≥4.41×10-4×D2 4-2.66×10-2×D2 3+0.598×D2 2-6.13×D2+59.3
(식 1-D) D3≤-4.72×10-4×D2 4+2.81×10-2×D2 3-0.625×D2 2+5.97×D2+23.0
(식 2-A) D1≥5.14×10-4×D2 4-2.96×10-2×D2 3+0.634×D2 2-6.17×D2+57.8
(식 2-B) D1≤-4.23×10-4×D2 4+2.57×10-2×D2 3-0.580×D2 2+5.71×D2+25.8
(식 2-C) D3≥5.76×10-4×D2 4-3.23×10-2×D2 3+0.673×D2 2-6.33×D2+23.7
(식 2-D) D3≤-4.76×10-4×D2 4+2.74×10-2×D2 3-0.579×D2 2+5.13×D2-6.29
(구성 2)
상기 제2 층의 두께 D2는, 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 하프늄과 산소의 합계 함유량은 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 제2 층에 있어서의 규소와 산소의 합계 함유량은, 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 산소의 함유량은, 50원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 굴절률 n은, 2.5 이상 3.1 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 제2 층에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 굴절률 n은, 1.5 이상 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 소쇠 계수 k는, 0.05 이상 0.4 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 9)
상기 제2 층에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 소쇠 계수 k는, 0.05 미만인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 8 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 10)
상기 제3 층의 두께는, 5nm 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 11)
상기 제3 층 상에, 제4 층을 더 구비하고, 상기 제4 층에 있어서의 규소와 산소의 합계 함유량은, 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 12)
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 35％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능과, 상기 위상 시프트막을 투과한 상기 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 상기 노광광과의 사이에서 150도 이상 210도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 11 중 어느 것에 기재된 마스크 블랭크.
(구성 13)
투광성 기판 상에 전사 패턴이 형성된 위상 시프트막을 구비하는 위상 시프트 마스크이며,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판 측으로부터, 제1 층, 제2 층 및 제3 층이 이 순으로 적층된 구조를 포함하고,
상기 제1 층 및 상기 제3 층은, 하프늄과 산소를 함유하고,
상기 제2 층은, 규소와 산소를 함유하고,
상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층의 두께를 각각 D1, D2 및 D3이라 했을 때, (식 1-A) 내지 (식 1-D)의 관계를 모두 충족시키거나, 또는 (식 2-A) 내지 (식 2-D)의 관계를 모두 충족시키는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
(식 1-A) D1≥4.88×10-4×D2 4-2.91×10-2×D2 3+0.647×D2 2-6.51×D2+26.8
(식 1-B) D1≤-4.80×10-4×D2 4+2.86×10-2×D2 3-0.630×D2 2+5.97×D2-10.0
(식 1-C) D3≥4.41×10-4×D2 4-2.66×10-2×D2 3+0.598×D2 2-6.13×D2+59.3
(식 1-D) D3≤-4.72×10-4×D2 4+2.81×10-2×D2 3-0.625×D2 2+5.97×D2+23.0
(식 2-A) D1≥5.14×10-4×D2 4-2.96×10-2×D2 3+0.634×D2 2-6.17×D2+57.8
(식 2-B) D1≤-4.23×10-4×D2 4+2.57×10-2×D2 3-0.580×D2 2+5.71×D2+25.8
(식 2-C) D3≥5.76×10-4×D2 4-3.23×10-2×D2 3+0.673×D2 2-6.33×D2+23.7
(식 2-D) D3≤-4.76×10-4×D2 4+2.74×10-2×D2 3-0.579×D2 2+5.13×D2-6.29
(구성 14)
상기 제2 층의 두께 D2는, 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 구성 13 기재의 위상 시프트 마스크.
(구성 15)
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 하프늄과 산소의 합계 함유량은 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 13 또는 14에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 16)
상기 제2 층에 있어서의 규소와 산소의 합계 함유량은, 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 13 내지 15 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 17)
상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 산소의 함유량은, 50원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 13 내지 16 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 18)
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 굴절률 n은, 2.5 이상 3.1 이하인 것을 특징으로 하는 구성 13 내지 17 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 19)
상기 제2 층에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 굴절률 n은, 1.5 이상 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 구성 13 내지 18 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 20)
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 소쇠 계수 k는, 0.05 이상 0.4 이하인 것을 특징으로 하는 구성 13 내지 19 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 21)
상기 제2 층에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 소쇠 계수 k는, 0.05 미만인 것을 특징으로 하는 구성 13 내지 20 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 22)
상기 제3 층의 두께는, 5nm 이상인 것을 특징으로 하는 구성 13 내지 21 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 23)
상기 제3 층 상에, 제4 층을 더 구비하고, 상기 제4 층에 있어서의 규소와 산소의 합계 함유량은, 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 13 내지 22 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 24)
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 35％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능과, 상기 위상 시프트막을 투과한 상기 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 상기 노광광과의 사이에서 150도 이상 210도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 13 내지 23 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 25)
상기 위상 시프트막 상에, 차광 패턴이 형성된 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 13 내지 24 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크.
(구성 26)
구성 13 내지 25 중 어느 것에 기재된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
이상의 구성을 갖는 본 발명의 마스크 블랭크는, 투광성 기판 상에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며, 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판 측으로부터, 제1 층, 제2 층 및 제3 층이 이 순으로 적층된 구조를 포함하고, 제1 층 및 제3 층은, 하프늄과 산소를 함유하고, 제2 층은, 규소와 산소를 함유하고, 제1 층, 제2 층 및 제3 층의 두께를 각각 D1, D2 및 D3이라 했을 때, 상술한 (식 1-A) 내지 (식 1-D)의 관계를 모두 충족시키거나, 또는 (식 2-A) 내지 (식 2-D)의 관계를 모두 충족시키는 것을 특징으로 한다. 이 때문에, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 투과율을 일정 이상으로 높게 하여 위상 시프트 효과를 높일 수 있음과 함께, 위상 시프트막의 막 두께를 일정 이하로 억제할 수 있고, 광학적인 성능이 양호한 위상 시프트 마스크를 제조할 수 있다. 또한, 이 위상 시프트 마스크를 사용한 반도체 디바이스의 제조에 있어서, 반도체 디바이스 상의 레지스트막 등에 정밀도 양호하게 패턴을 전사하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 제1 실시 형태의 마스크 블랭크의 단면 개략도이다.
도 2는 제2 실시 형태의 마스크 블랭크의 단면 개략도이다.
도 3은 제1 및 제2 실시 형태의 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 개략도이다.
도 4는 시뮬레이션 결과로부터 도출된, 원하는 투과율, 위상차, 위상 시프트막의 막 두께를 충족시키는, 제1 층의 두께와 제2 층의 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 시뮬레이션 결과로부터 도출된, 원하는 투과율, 위상차, 위상 시프트막의 막 두께를 충족시키는, 제2 층의 두께와 제3 층의 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 제2 실시 형태의 마스크 블랭크의 단면 개략도이다.
도 3은 제1 및 제2 실시 형태의 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 나타내는 단면 개략도이다.
도 4는 시뮬레이션 결과로부터 도출된, 원하는 투과율, 위상차, 위상 시프트막의 막 두께를 충족시키는, 제1 층의 두께와 제2 층의 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 시뮬레이션 결과로부터 도출된, 원하는 투과율, 위상차, 위상 시프트막의 막 두께를 충족시키는, 제2 층의 두께와 제3 층의 두께의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 각 실시 형태에 대하여 설명한다. 본원 발명자 등은, 위상 시프트막에 있어서, ArF 엑시머 레이저의 노광광(이하, 단순히 노광광이라고 하는 경우도 있음)에 대한 투과율을 일정 이상(예를 들어, 35％ 이상)으로 높게 하여 위상 시프트 효과를 높일 수 있음과 함께, 위상 시프트막의 막 두께를 일정 이하(예를 들어, 60nm 이하)로 억제할 수 있고, 광학적인 성능이 양호해지는 구성에 대하여, 예의 연구를 행하였다.
위상 시프트막은, 노광광을 소정의 투과율로 투과시키는 기능과, 그 위상 시프트막 내를 투과하는 노광광에 대하여 그 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과하는 노광광과의 사이에서 소정의 위상차를 발생시키는 기능을 겸비할 필요가 있다. 위상 시프트막의 막 두께를 일정 이하로 억제하려고 하면, 원하는 위상차를 확보하는 것이 곤란해진다. 단층 구조나 2층 구조의 위상 시프트막은 설계 자유도가 낮고, 원하는 위상차를 확보하면서, 투과율을 일정 이상(예를 들어, 35％ 이상)으로 높게 하여, 위상 시프트막의 막 두께를 일정 이하(예를 들어, 60nm 이하)로 억제하는 것은 용이하지 않았다.
그래서, 본원 발명자는, 위상 시프트막을 3층 구조로 하는 것을 검토하였다. 게다가, 위상 시프트막에 대하여, 투광성 기판 측으로부터, 제1 층, 제2 층 및 제3 층이라 했을 때, 제1 층 및 제3 층은 하프늄과 산소를 함유하고, 제2 층은 규소와 산소를 함유하는 구성으로 함으로써, 원하는 위상차의 확보 및 막 두께를 억제할 수 있다는 것을 알아냈다. 하프늄과 산소를 함유하는 박막은, 노광광에 대한 굴절률 n이 대폭으로 크지만 소쇠 계수 k가 비교적 작은 광학 특성을 갖는다. 또한, 규소와 산소를 함유하는 박막은, 노광광에 대한 굴절률 n은 비교적 작지만 소쇠 계수 k가 대폭으로 작은 광학 특성을 갖는다. 이들 박막을 조합한 다층 구조로 함으로써, 원하는 투과율, 위상차 및 막 두께를 자유자재로 설정할 수 있다고 당초 생각하고 있었다. 그러나, 이 조건만으로는, 위상 시프트막 전체의 막 두께가 동등해도, 원하는 위상차가 얻어지도록 조정하면, 일정 이상의 원하는 투과율이 얻어지지 않게 되는 경우가 있음이 판명되었다.
본 발명자는 더 검토를 행한 바, 일정 이상의 원하는 투과율을 얻기 위해서는, 상술한 3층 구조의 각 층의 두께가 중요하다는 것을 알아냈다. 그래서, 위상 시프트막의 3층 구조에서의 노광광에 대한 투과율이 35％ 이상이고, 막 두께가 60nm 이하이고, 위상차가 대략 180°인 것을 충족시키기 위한, 제1 층, 제2 층, 제3 층의 두께에 대하여 광학 시뮬레이션을 행하였다. 구체적으로는, 위상 시프트막의 막 두께를 60nm 이하의 소정 범위 내, 위상차를 대략 180°의 소정 범위 내로 한 후에, 제2 층의 두께를 고정하고, 제1 층 및 제3 층의 두께를 바꾸어 가며, 위상 시프트막의 투과율을 산출하였다. 그리고, 제2 층의 두께를 소정 범위에서 순차 변경하고, 상술한 처리를 순차 행하였다.
이들 광학 시뮬레이션에 의해, 원하는 투과율(이 시뮬레이션에서는 35％ 이상으로 하였다)이 얻어진 위상 시프트막에 대하여, 제1 층, 제2 층, 제3 층의 관계를 정리한 바, 제1 층이 제3 층보다 두꺼운 경우와, 제1 층이 제3 층보다 얇은 경우에, 각각 일정 관계가 얻어졌다. 도 4 및 도 5에는, 시뮬레이션 결과로부터 도출된, 원하는 투과율, 위상차, 위상 시프트막의 막 두께를 충족시키는, 제1 층의 두께와 제2 층의 두께의 관계, 및 제2 층의 두께와 제3 층의 두께의 관계가 나타내어져 있다.
도 4 및 도 5에 있어서, 제1 층 및 제2 층의 두께가 곡선 1-A와 곡선 1-B로 규정되는 영역(즉, 도 4에 있어서의 곡선 1-A와 곡선 1-B 사이에 끼인 범위 I-A)에 있고, 또한 제2 층 및 제3 층의 두께가 곡선 1-C와 곡선 1-D로 규정되는 영역(즉, 도 5에 있어서의 곡선 2-A와 곡선 2-B 사이에 끼인 범위 I-B)에 있을 때, 원하는 투과율, 위상차, 위상 시프트막의 막 두께 조건을 모두 충족시키는 것을 알 수 있었다. 이때, 도 4 및 도 5로부터 파악되는 바와 같이, 제1 층은 제3 층보다 얇다.
또한, 도 4 및 도 5에 있어서, 제1 층 및 제2 층의 두께가 곡선 2-A와 곡선 2-B로 규정되는 영역(즉, 도 4에 있어서의 곡선 2-A와 곡선 2-B 사이에 끼인 범위 II-A)에 있고, 또한 제2 층 및 제3 층의 두께가 곡선 2-C와 곡선 2-D로 규정되는 영역(즉, 도 5에 있어서의 곡선 2-C와 곡선 2-D 사이에 끼인 범위 II-B)에 있을 때, 원하는 투과율, 위상차, 위상 시프트막의 막 두께 조건을 모두 충족시키는 것을 밝혀냈다. 이때, 도 4 및 도 5로부터 파악되는 바와 같이, 제1 층은 제3 층보다 두껍다.
본 발명은 이러한 예의 검토의 결과, 이루어진 것이다.
이하, 도면에 기초하여, 상술한 본 발명의 상세한 구성을 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 행한다.
<제1 실시 형태>
도 1에, 제1 실시 형태의 마스크 블랭크의 개략 구성을 나타낸다. 도 1에 나타내는 마스크 블랭크(100)는 투광성 기판(1)에 있어서의 한쪽의 주표면 상에 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 이 순으로 적층된 구성이다. 마스크 블랭크(100)는 필요에 따라 하드 마스크막(4)을 마련하지 않은 구성이어도 된다. 또한, 마스크 블랭크(100)는 하드 마스크막(4) 상에 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 재료로 구성되어 있다. 이러한 재료로서는, 합성 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2 유리 등), 그 외 각종 유리 기판을 사용할 수 있다. 특히, 합성 석영 유리를 사용한 기판은, ArF 엑시머 레이저 광(파장: 약 193nm)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 공정이며, 노광광이란, 특별히 언급이 없는 한, ArF 엑시머 레이저 광(파장: 193nm)을 가리키는 것으로 한다.
투광성 기판(1)을 형성하는 재료의 노광광에 있어서의 굴절률은, 1.5 이상 1.6 이하인 것이 바람직하고, 1.52 이상 1.59 이하이면 보다 바람직하고, 1.54 이상 1.58 이하이면 더욱 바람직하다.
[위상 시프트막]
위상 시프트막(2)은 노광광을 35％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능을 갖고 있는 것이 바람직하고, 37％ 이상이면 보다 바람직하다. 위상 시프트막(2)의 내부를 투과한 노광광과 공기 중을 투과한 노광광 사이에서 충분한 위상 시프트 효과를 발생시키기 위해서이다. 또한, 위상 시프트막(2)의 노광광에 대한 투과율은, 60％ 이하이면 바람직하고, 50％ 이하이면 보다 바람직하다. 위상 시프트막(2)의 막 두께를, 광학적인 성능을 확보할 수 있는 적정한 범위로 억제하기 위해서이다.
위상 시프트막(2)은 적절한 위상 시프트 효과를 얻기 위해, 이 위상 시프트막(2)을 투과한 노광광에 대하여, 이 위상 시프트막(2)의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광과의 사이에서 150도 이상 210도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖도록 조정되어 있는 것이 바람직하다. 위상 시프트막(2)에 있어서의 상기 위상차는, 155도 이상인 것이 보다 바람직하고, 160도 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 위상 시프트막(2)에 있어서의 위상차는, 195도 이하인 것이 보다 바람직하고, 190도 이하이면 더욱 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서의 위상 시프트막(2)은 투광성 기판(1) 측으로부터, 제1 층(21), 제2 층(22), 제3 층(23)이 적층된 구조를 갖는다.
본 실시 형태에 있어서의 위상 시프트막(2)은 제1 층(21), 제2 층(22) 및 제3 층(23)의 두께를 각각 D1, D2 및 D3이라 했을 때, (식 1-A) 내지 (식 1-D)의 관계를 모두 충족시키거나, 또는 (식 2-A) 내지 (식 2-D)의 관계를 모두 충족시키는 것이다.
(식 1-A) D1≥4.88×10-4×D2 4-2.91×10-2×D2 3+0.647×D2 2-6.51×D2+26.8
(식 1-B) D1≤-4.80×10-4×D2 4+2.86×10-2×D2 3-0.630×D2 2+5.97×D2-10.0
(식 1-C) D3≥4.41×10-4×D2 4-2.66×10-2×D2 3+0.598×D2 2-6.13×D2+59.3
(식 1-D) D3≤-4.72×10-4×D2 4+2.81×10-2×D2 3-0.625×D2 2+5.97×D2+23.0
(식 2-A) D1≥5.14×10-4×D2 4-2.96×10-2×D2 3+0.634×D2 2-6.17×D2+57.8
(식 2-B) D1≤-4.23×10-4×D2 4+2.57×10-2×D2 3-0.580×D2 2+5.71×D2+25.8
(식 2-C) D3≥5.76×10-4×D2 4-3.23×10-2×D2 3+0.673×D2 2-6.33×D2+23.7
(식 2-D) D3≤-4.76×10-4×D2 4+2.74×10-2×D2 3-0.579×D2 2+5.13×D2-6.29
상술한 (식 1-A) 내지 (식 1-D), (식 2-A) 내지 (식 2-D)에 있어서, 각각의 등호의 식이, 도 4, 도 5에 나타낸 곡선 1-A 내지 1-D, 곡선 2-A 내지 2-D에 대응한다. 즉, 상술한 (식 1-A) 내지 (식 1-D)를 충족시킬 때, 제1 층(21) 내지 제3 층(23)의 두께 D1 내지 D3은 도 4, 도 5에 나타낸 범위 I-A, I-B 내가 된다. 그리고, 상술한 (식 2-A) 내지 (식 2-D)를 충족시킬 때, 제1 층(21) 내지 제3 층(23)의 두께 D1 내지 D3은 도 4, 도 5에 나타낸 범위 II-A, II-B 내가 된다.
위상 시프트막(2)의 막 두께는, 광학적인 성능을 확보하기 위해, 65nm 이하이면 바람직하고, 60nm 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(2)의 막 두께는, 원하는 위상차를 발생시키는 기능을 확보하기 위해, 45nm 이상인 것이 바람직하고, 50nm 이상이면 보다 바람직하다.
제1 층(21) 및 제3 층(23)은 하프늄과 산소를 함유하는 것이 바람직하고, 하프늄과 산소로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 여기서, 하프늄 및 산소로 이루어진다는 것은, 이들 구성 원소 외에, 스퍼터법으로 성막할 때, 제1 층(21) 및 제3 층(23)에 함유되는 것이 불가피한 원소(헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 귀가스, 수소(H), 탄소(C) 등)만을 함유하는 재료를 말한다(후술하는 제2 층(22)이나 제4 층(24)에 있어서의, 규소와 산소로 이루어진다는 기재에 대해서도 마찬가지임). 제1 층(21) 및 제3 층(23) 중에 하프늄과 결합하는 다른 원소의 존재를 극소로 함으로써, 제1 층(21) 및 제3 층(23) 중에 있어서의 하프늄 및 산소의 결합의 비율을 대폭으로 높일 수 있다.
이 때문에, 제1 층(21) 및 제3 층(23) 각각에 있어서의 하프늄과 산소의 합계 함유량은 90원자％ 이상인 것이 바람직하고, 95원자％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 98원자％ 이상인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 제1 층(21) 및 제3 층(23) 각각에 있어서의 산소의 함유량은, 50원자％ 이상인 것이 바람직하고, 55원자％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 60원자％ 이상인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 제1 층(21) 및 제3 층(23)에 함유되는 것이 불가피한 상기 원소(귀가스, 수소, 탄소 등)에 있어서도 합계 함유량은 3원자％ 이하가 바람직하다.
제1 층(21) 및 제3 층(23)은 노광광에 대한 굴절률 n이 3.1 이하이면 바람직하고, 3.0 이하이면 보다 바람직하다. 제1 층(21) 및 제3 층(23)은 굴절률 n이 2.5 이상이면 바람직하고, 2.6 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 제1 층(21) 및 제3 층(23)은 노광광에 대한 소쇠 계수 k가 0.4 이하이면 바람직하다. 위상 시프트막(2)의 노광광에 대한 투과율을 높게 하기 위해서이다. 제1 층(21) 및 제3 층(23)은 소쇠 계수 k가 0.05 이상이면 바람직하고, 0.1 이상이면 보다 바람직하고, 0.2 이상이면 더욱 바람직하다.
제1 층(21)의 두께 D1은, 상술한 (식 1-A), (식 1-B)를 충족시키는 경우, 1nm 이상인 것이 바람직하고, 2nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 10nm 이하인 것이 바람직하고, 9nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 제1 층(21)의 두께 D1은, 상술한 (식 2-A), (식 2-B)를 충족시키는 경우, 33nm 이상인 것이 바람직하고, 34nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 46nm 이하인 것이 바람직하고, 45nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
제3 층(23)의 두께 D3은, 상술한 (식 1-C), (식 1-D)를 충족시키는 경우, 34nm 이상인 것이 바람직하고, 35nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 44nm 이하인 것이 바람직하고, 43nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
제3 층(23)의 두께 D3은, 상술한 (식 2-C), (식 2-D)를 충족시키는 경우, 1nm 이상인 것이 바람직하고, 2nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 10nm 이하인 것이 바람직하고, 9nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 위상 시프트막, 제3 층(23)의 두께 D3은, 상술한 (식 2-C), (식 2-D)를 충족시키는 경우, 내약성, 내세정성의 관점에서, 5nm 이상인 것이 바람직하고, 6nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 10nm 이하인 것이 바람직하고, 9nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 하프늄과 산소를 함유하는 제3 층(23)의 두께 D3이 5nm 미만인 경우, 규소와 산소를 함유하는 제2 층과의 계면에서 발생하는 상호 확산이 제3 층(23)의 전체에 파급되기 쉬워진다. 하프늄, 규소 및 산소를 함유하는 박막은, 내약성, 내세정성이 낮다. 전체가 상호 확산된 제3 층(23)은 내약성, 내세정성이 저하된다. 제3 층(23)의 두께가 5nm 이상이면, 제3 층(23)의 전체가 상호 확산되는 것을 억제할 수 있어, 제3 층(23)의 내약성, 내세정성의 저하를 억제할 수 있다.
제2 층(22)은 규소와 산소를 함유하는 것이 바람직하고, 규소와 산소로 이루어져 구성되는 것이 보다 바람직하다. 제2 층(22) 중에 규소와 결합하는 다른 원소의 존재를 극소로 함으로써, 제2 층(22) 중에 있어서의 규소 및 산소의 결합의 비율을 대폭으로 높일 수 있다.
이 때문에, 제2 층(22)에 있어서의 규소와 산소의 합계 함유량은 90원자％ 이상인 것이 바람직하고, 95원자％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 98원자％ 이상인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 제2 층(22)에 있어서의 산소의 함유량은, 50원자％ 이상인 것이 바람직하고, 55원자％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 60원자％ 이상인 것이 한층 더 바람직하다. 또한, 제2 층(22)에 함유되는 것이 불가피한 상기 원소(귀가스, 수소, 탄소 등)에 있어서도 합계 함유량은 3원자％ 이하가 바람직하다.
제2 층(22)은 노광광에 대한 굴절률 n이 2.0 이하이면 바람직하고, 1.8 이하이면 보다 바람직하다. 제2 층(22)은 굴절률 n이 1.5 이상이면 바람직하고, 1.52 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 제2 층(22)은 노광광에 대한 소쇠 계수 k가 제1 층(21) 및 제3 층(23)보다 작은 것이 요구되고, 0.05 미만이면 바람직하고, 0.02 이하이면 보다 바람직하다. 위상 시프트막(2)의 노광광에 대한 투과율을 높게 하기 위해서이다.
제2 층(22)의 두께 D2는, 상술한 (식 1-A) 내지 (식 1-D)를 충족시키는 경우, 또는 상술한 (식 2-A) 내지 (식 2-D)를 충족시키는 경우, 5nm 이상인 것이 바람직하고, 7nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 위상 시프트막(2)의 막 두께를 억제하기 위해, 20nm 이하인 것이 바람직하고, 18nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
위상 시프트막(2)은 제1 층(21)의 두께 쪽이 제3 층(23)의 두께보다 두꺼운 구성인 것이 보다 바람직하다. 위상 시프트막(2)에 대한 패터닝 시, 형성되는 패턴 측벽의 수직성을 높이기 위하는 등의 이유에서, 위상 시프트막(2)에 대한 에칭이 투광성 기판(1)의 표면까지 도달한 후에도 건식 에칭을 계속하는 것, 소위 오버 에칭이 행해진다. 오버 에칭에서는, 위상 시프트막(2)에 형성되어 있는 패턴 측벽의 투광성 기판(1) 측을 주로 에칭하는 것이 행해진다. 제2 층(22)은 규소와 산소를 함유하고 있고, 제1 층(21)에 비하여 건식 에칭에 대한 에칭 레이트는 느리다. 제1 층(21)의 두께가 두꺼운 경우, 위상 시프트막(2)의 패턴 측벽의 투광성 기판(1) 측은 제1 층(22)의 비율이 상대적으로 높아진다. 그 경우, 오버 에칭에서 위상 시프트막(2)의 패턴 측벽의 수직성을 제어하기 쉬워진다.
위상 시프트막(2)을 포함하는 박막의 굴절률 n과 소쇠 계수 k는, 그 박막의 조성만으로 결정되는 것은 아니다. 그 박막의 막 밀도나 결정 상태 등도 굴절률 n이나 소쇠 계수 k를 좌우하는 요소이다. 이 때문에, 반응성 스퍼터링으로 박막을 성막할 때의 여러 조건을 조정하여, 그 박막이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 되도록 성막한다. 위상 시프트막(2)을 상기의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 범위로 하기 위해서는, 반응성 스퍼터링으로 성막할 때 귀가스와 반응성 가스(산소 가스, 질소 가스 등)의 혼합 가스의 비율을 조정하는 것에만 한정되지 않는다. 반응성 스퍼터링으로 성막할 때에 있어서의 성막실 내의 압력, 스퍼터링 타깃에 인가하는 전력, 타깃과 투광성 기판(1) 사이의 거리 등의 위치 관계 등 다양하다. 이들 성막 조건은 성막 장치에 고유한 것이며, 형성되는 박막이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 되도록 적절히 조정되는 것이다.
[차광막]
마스크 블랭크(100)는 위상 시프트막(2) 상에 차광막(3)을 구비한다. 일반적으로, 위상 시프트 마스크에서는, 전사 패턴이 형성되는 영역(전사 패턴 형성 영역)의 외주 영역은, 노광 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때 외주 영역을 투과한 노광광에 의한 영향을 레지스트막이 받지 않도록, 소정값 이상의 광학 농도(OD)를 확보하는 것이 요구되고 있다. 위상 시프트 마스크의 외주 영역은, OD가 2.8 이상이면 바람직하고, 3.0 이상이면 보다 바람직하다. 상술한 바와 같이, 위상 시프트막(2)은 소정의 투과율로 노광광을 투과하는 기능을 갖고 있어, 위상 시프트막(2)만으로는 소정값의 광학 농도를 확보하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 마스크 블랭크(100)를 제조하는 단계에서 위상 시프트막(2) 상에, 부족한 광학 농도를 확보하기 위해 차광막(3)을 적층해 두는 것이 필요하게 된다. 이러한 마스크 블랭크(100)의 구성으로 함으로써, 위상 시프트 마스크(200)(도 2 참조)를 제조하는 도상에서, 위상 시프트 효과를 사용하는 영역(기본적으로 전사 패턴 형성 영역)의 차광막(3)을 제거하면, 외주 영역에 소정값의 광학 농도가 확보된 위상 시프트 마스크(200)를 제조할 수 있다.
차광막(3)은 단층 구조 및 2층 이상의 적층 구조 모두 적용 가능하다. 또한, 단층 구조의 차광막(3) 및 2층 이상의 적층 구조의 차광막(3)의 각 층은, 막 또는 층의 두께 방향으로 거의 동일한 조성인 구성이어도 되고, 층의 두께 방향으로 조성 경사진 구성이어도 된다.
도 1에 기재된 형태에 있어서의 마스크 블랭크(100)는 위상 시프트막(2) 상에, 기타의 막을 개재시키지 않고 차광막(3)을 적층한 구성으로 하고 있다. 이 구성의 경우 차광막(3)은 위상 시프트막(2)에 패턴을 형성할 때 사용되는 에칭 가스에 대하여 충분한 에칭 선택성을 갖는 재료를 적용할 필요가 있다. 이 경우의 차광막(3)은 크롬을 함유하는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 차광막(3)을 형성하는 크롬을 함유하는 재료로서는, 크롬 금속 외에, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소에서 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다.
일반적으로, 크롬계 재료는, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스로 에칭되지만, 크롬 금속은 이 에칭 가스에 대한 에칭 레이트가 그다지 높지 않다. 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스의 에칭 가스에 대한 에칭 레이트를 높이는 점을 고려하면, 차광막(3)을 형성하는 재료로서는, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소에서 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료가 바람직하다. 또한, 차광막(3)을 형성하는 크롬을 함유하는 재료에 몰리브덴, 인듐 및 주석 중 1 이상의 원소를 함유시켜도 된다. 몰리브덴, 인듐 및 주석 중 1 이상의 원소를 함유시킴으로써, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 대한 에칭 레이트를 보다 빠르게 할 수 있다.
또한, 차광막(3) 상에 후술하는 하드 마스크막(4)을 크롬을 함유하는 재료로 형성하는 것이면, 규소를 함유하는 재료로 차광막(3)을 형성해도 된다. 특히, 전이 금속과 규소를 함유하는 재료는 차광 성능이 높고, 차광막(3)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다. 차광막(3)에 함유시키는 전이 금속으로서는, 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 아연(Zn), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd) 등의 어느 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다. 차광막(3)에 함유시키는 전이 금속 원소 이외의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 인듐(In), 주석(Sn) 및 갈륨(Ga) 등을 들 수 있다.
한편, 차광막(3)은 위상 시프트막(2) 측으로부터, 크롬을 함유하는 층과 전이 금속과 규소를 함유하는 층을 이 순으로 적층한 구조를 구비해도 된다. 이 경우에 있어서의 크롬을 함유하는 층 및 전이 금속과 규소를 함유하는 층의 재료의 구체적인 사항에 대해서는, 상기의 차광막(3)의 경우와 마찬가지이다.
[하드 마스크막]
하드 마스크막(4)은 차광막(3)의 표면에 접하여 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 끝날 때까지의 동안, 에칭 마스크로서 기능할 수 있을 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하며, 기본적으로 광학 특성의 제한을 받지 않는다. 이 때문에, 하드 마스크막(4)의 두께는 차광막(3)의 두께에 비하여 대폭으로 얇게 할 수 있다.
이 하드 마스크막(4)은 차광막(3)이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에는, 규소를 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우의 하드 마스크막(4)은 유기계 재료의 레지스트막과의 밀착성이 낮은 경향이 있기 때문에, 하드 마스크막(4)의 표면을 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리를 실시하여, 표면의 밀착성을 향상시키는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우의 하드 마스크막(4)은 SiO2, SiN, SiON 등으로 형성되면 보다 바람직하다.
또한, 차광막(3)이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에 있어서의 하드 마스크막(4)의 재료로서, 상기의 것 외에, 탄탈을 함유하는 재료도 적용 가능하다. 이 경우에 있어서의 탄탈을 함유하는 재료로서는, 탄탈 금속 외에, 탄탈에 질소, 산소, 붕소 및 탄소에서 선택되는 1 이상의 원소를 함유시킨 재료 등을 들 수 있다. 예를 들어, Ta, TaN, TaO, TaON, TaBN, TaBO, TaBON, TaCN, TaCO, TaCON, TaBCN, TaBOCN, 등을 들 수 있다. 또한, 하드 마스크막(4)은 차광막(3)이 규소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우, 상기한 크롬을 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
마스크 블랭크(100)에 있어서, 하드 마스크막(4)의 표면에 접하여, 유기계 재료의 레지스트막이 100nm 이하의 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. DRAM hp32nm 세대에 대응하는 미세 패턴의 경우, 하드 마스크막(4)에 형성해야 할 전사 패턴(위상 시프트 패턴)에, 선폭이 40nm인 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)가 마련되는 경우가 있다. 그러나, 이 경우에도, 레지스트 패턴의 단면 애스펙트비가 1:2.5로 낮게 할 수 있으므로, 레지스트막의 현상 시, 린스 시 등에 레지스트 패턴이 도괴나 탈리하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 레지스트막은, 막 두께가 80nm 이하이면 보다 바람직하다.
[레지스트막]
마스크 블랭크(100)에 있어서, 하드 마스크막(4)의 표면에 접하여, 유기계 재료의 레지스트막이 100nm 이하의 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. DRAM hp32nm 세대에 대응하는 미세 패턴의 경우, 차광막(3)에 형성해야 할 차광 패턴에, 선폭이 40nm인 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)가 마련되는 경우가 있다. 그러나, 이 경우에도 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 탈리하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 레지스트막은, 막 두께가 80nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 레지스트막은, 전자선 묘화 노광용의 레지스트이면 바람직하고, 또한 그 레지스트가 화학 증폭형이면 보다 바람직하다.
<제2 실시 형태>
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 마스크 블랭크(110)의 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2에 나타내는 마스크 블랭크(110)는 위상 시프트막(2)을 제1 층(21), 제2 층(22), 제3 층(23)에 더하여, 제4 층(24)을 적층한 4층 구조로 구성하고, 제4 층(24) 상에 차광막(3)을 구비하고 있는 점이, 도 1에 나타내는 마스크 블랭크(100)와 다르다. 이하, 제1 실시 형태의 마스크 블랭크(100)와 공통되는 점에 대해서는, 적절히 그 설명을 생략한다. 또한, 도 1, 도 2에 나타내는 위상 시프트막(2)의 각 층의 두께는, 상술한 설명으로부터 파악되는 바와 같이 예시적인 것이며, 도시된 것으로 한정되는 것은 아니다.
제4 층(24)은 규소와 산소를 함유하는 것이 바람직하고, 규소와 산소로 이루어지는 것이 보다 바람직하다. 제4 층(24)은 캡층으로서의 기능을 발휘하기 위해, 규소와 산소의 합계 함유량은, 90원자％ 이상인 것이 바람직하고, 95원자％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 98원자％ 이상인 것이 한층 더 바람직하다.
제4 층(24)의 두께는, 캡층으로서의 기능을 발휘하기 위해, 1nm보다 큰 것이 바람직하고, 2nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제4 층(24)의 두께는, 위상 시프트막(2)의 막 두께 억제를 위해, 10nm 이하인 것이 바람직하고, 8nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크(110)는 상술한 바와 같이 제4 층(24)을 마련한 4층 구조로 하고 있다. 제4 층(24)은 내약성이나 내세정성이 우수한 특성을 갖는다. 이 때문에, 제3 층(23)의 두께는, 위상 시프트막(2)에 대하여 높은 내약성이나 내세정성이 요구되는 경우에 있어서도, 예를 들어 4nm 이하로 할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 있어서 3층 구조의 위상 시프트막(2)에 대하여 설명하고, 제2 실시 형태에 있어서 4층 구조의 위상 시프트막(2)에 대하여 설명했지만, 본 발명의 내용은 이들에 한정되는 것은 아니다. 원하는 투과율, 위상차, 막 두께를 충족시키는 것이면, 5층 이상이어도 된다.
제1 및 제2 실시 형태의 마스크 블랭크(100, 110)에 있어서의 위상 시프트막(2)은 염소계 가스 및 불소계 가스를 사용한 3단계, 혹은 4단계의 건식 에칭 처리에 의해 패터닝이 가능하다. 제1 층(21) 및 제3 층(23)에 대해서는 염소계 가스, 제2 층(22) 및 제4 층에 대해서는 불소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해 패터닝을 행하는 것이 바람직하다. 제1 층(21)과 제2 층(22) 사이, 제2 층(22)과 제3 층(23) 사이, 제3 층(23)과 제4 층(24) 사이에서, 에칭 선택성이 매우 높다. 특별히 한정하는 것은 아니지만, 이상의 특성을 갖는 위상 시프트막(2)에 대하여 다단계로 분할하여 에칭 처리를 행함으로써, 사이드 에칭의 영향을 억제하여, 양호한 패턴 단면 형상을 얻을 수 있다.
일반적으로, 건식 에칭으로 박막에 패턴을 형성할 때, 그 박막에 형성되는 패턴의 측벽의 수직성을 높이기 위한 추가 에칭(소위 오버 에칭)이 행해진다. 또한, 오버 에칭은, 박막의 하면까지 에칭이 도달한 시간, 소위 저스트 에칭 타임을 기준으로 설정하는 경우가 많다. 상기한 바와 같이 위상 시프트막(2)의 패터닝에 다단계로 분할한 에칭 처리를 적용함으로써, 오버 에칭 타임의 기준으로 하는 시간을, 위상 시프트막(2)의 제1 층(21)의 저스트 에칭 타임으로 할 수 있다. 이에 의해, 오버 에칭 타임을 짧게 할 수 있어, 양호한 에칭 깊이 균일성을 얻을 수 있다. 여기서, 염소계 가스로서는, 붕소를 함유하는 염소계 가스이면 바람직하고, BCl3 가스이면 보다 바람직하고, BCl3 가스와 Cl2 가스의 혼합 가스이면 더욱 바람직하다.
[마스크 블랭크의 제조 수순]
이상의 구성 마스크 블랭크(100, 110)는 다음과 같은 수순으로 제조한다. 우선, 투광성 기판(1)을 준비한다. 이 투광성 기판(1)은 단부면 및 주표면이 소정의 표면 조도(예를 들어, 1변이 1㎛인 사각형의 내측 영역 내에 있어서 제곱 평균 평방근 조도 Rq가 0.2nm 이하)로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시된 것이다.
다음으로, 이 투광성 기판(1) 상에, 스퍼터링법에 의해 위상 시프트막(2)을 제1 층(21)으로부터 차례로, 제2 층(22), 제3 층(23), (및 제4 층(24))을 성막한다. 위상 시프트막(2)에 있어서의 제1 층(21), 제2 층(22), 제3 층(23), (및 제4 층(24))은 스퍼터링에 의해 형성되지만, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 및 이온빔 스퍼터링 등의 어느 스퍼터링도 적용 가능하다. 성막 레이트를 고려하면, DC 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하다. 도전성이 낮은 타깃을 사용하는 경우에 있어서는, RF 스퍼터링이나 이온빔 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하지만, 성막 레이트를 고려하면, RF 스퍼터링을 적용하면 보다 바람직하다.
위상 시프트막(2)의 제1 층(21) 및 제3 층(23)에 대해서는, 하프늄을 함유하는 스퍼터링 타깃, 하프늄 및 산소를 함유하는 스퍼터링 타깃 모두 적용할 수 있다.
또한, 위상 시프트막(2)의 제2 층(22)(및 제4 층(24))에 대해서는, 규소를 함유하는 스퍼터링 타깃, 규소 및 산소를 함유하는 스퍼터링 타깃 모두 적용할 수 있다.
위상 시프트막(2)을 성막한 후에는, 소정의 가열 온도에서의 어닐 처리를 적절히 행한다. 다음으로, 위상 시프트막(2) 상에, 스퍼터링법에 의해 상기의 차광막(3)을 성막한다. 그리고, 차광막(3) 상에 스퍼터링법에 의해, 상기의 하드 마스크막(4)을 성막한다. 스퍼터링법에 의한 성막에 있어서는, 상기의 각 막을 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. 이후, 이 마스크 블랭크(100, 110)가 레지스트막을 갖는 것인 경우에는, 필요에 따라 하드 마스크막(4)의 표면에 대하여 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리를 실시한다. 그리고, HMDS 처리가 이루어진 하드 마스크막(4)의 표면 상에, 스핀 코트법 등의 도포법에 의해 레지스트막을 형성하여, 마스크 블랭크(100, 110)를 완성시킨다.
이와 같이, 제1 및 제2 실시 형태의 마스크 블랭크(100, 110)에 의하면, 노광광에 대한 투과율을 일정 이상(예를 들어 35％ 이상)으로 높게 하여 위상 시프트 효과를 높일 수 있음과 함께, 위상 시프트막의 막 두께를 일정 이하(예를 들어 60nm 이하)로 억제할 수 있고, 광학적인 성능이 양호한 위상 시프트 마스크(200, 210)를 제조할 수 있다.
<위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법>
도 3에, 상기 실시 형태의 마스크 블랭크(100, 110)로부터 제조되는 본 발명의 실시 형태에 관한 위상 시프트 마스크(200, 210)와 그 제조 공정을 나타낸다. 도 3의 (g)에 도시되어 있는 바와 같이, 위상 시프트 마스크(200, 210)는 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(2)에 전사 패턴인 위상 시프트 패턴(2a)이 형성되고, 차광막(3)에 차광대를 포함하는 패턴을 갖는 차광 패턴(3b)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 이 위상 시프트 마스크(200, 210)는 마스크 블랭크(100, 110)와 마찬가지의 기술적 특징을 갖고 있다. 위상 시프트 마스크(200, 210)에 있어서의 투광성 기판(1), 위상 시프트막(2)의 제1 층(21), 제2 층(22), 제3 층(23)(및 제4 층(24)), 차광막(3)에 관한 사항에 대해서는, 마스크 블랭크(100, 110)와 마찬가지이다. 이 위상 시프트 마스크(200, 210)의 제작 도상에서 하드 마스크막(4)은 제거된다.
본 발명의 실시 형태에 관한 위상 시프트 마스크(200, 210)의 제조 방법은, 상기한 마스크 블랭크(100, 110)를 사용하는 것이며, 건식 에칭에 의해 차광막(3)에 전사 패턴을 형성하는 공정과, 전사 패턴을 갖는 차광막(3)을 마스크로 하는 건식 에칭에 의해 위상 시프트막(2)에 전사 패턴을 형성하는 공정과, 차광 패턴을 갖는 레지스트막(레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하는 건식 에칭에 의해 차광막(3)에 차광 패턴(3b)을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다. 이하, 도 3에 나타내는 제조 공정에 따라, 본 발명의 위상 시프트 마스크(200, 210)의 제조 방법을 설명한다. 또한, 여기서는, 차광막(3) 상에 하드 마스크막(4)이 적층된 마스크 블랭크(100, 110)를 사용한 위상 시프트 마스크(200, 210)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 차광막(3)에는 크롬을 함유하는 재료를 적용하고, 하드 마스크막(4)에는 규소를 함유하는 재료를 적용한 경우에 대하여 설명한다.
먼저, 마스크 블랭크(100, 110)에 있어서의 하드 마스크막(4)에 접하여, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 다음으로, 레지스트막에 대하여, 위상 시프트막(2)에 형성해야 할 전사 패턴(위상 시프트 패턴)인 제1 패턴을 전자선으로 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 위상 시프트 패턴을 갖는 제1 레지스트 패턴(5a)을 형성한다(도 3의 (a) 참조). 계속해서, 제1 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 하드 마스크막(4)에 제1 패턴(하드 마스크 패턴(4a)을 형성한다(도 3의 (b) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(5a)을 제거하고 나서, 하드 마스크 패턴(4a)을 마스크로 하여, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제1 패턴(차광 패턴(3a)을 형성한다(도 3의 (c) 참조). 계속해서, 차광 패턴(3a)을 마스크로 하여, 염소계 가스를 사용한 건식 에칭 및 불소계 가스를 사용한 건식 에칭을 교대로 4회(3층의 경우에는 3회) 행하여, 위상 시프트막(2)에 제1 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 형성하고, 또한 하드 마스크 패턴(4a)을 제거한다(도 3의 (d) 참조). 보다 구체적으로는, 제1 층(21) 및 제3 층(23)에 대해서는 염소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하고, 제2 층(22)(및 제4 층(24))에 대해서는 불소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행한다.
다음으로, 마스크 블랭크(100, 110) 상에 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성하였다. 다음으로, 레지스트막에 대하여, 차광막(3)에 형성해야 할 패턴(차광 패턴)인 제2 패턴을 전자선으로 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 차광 패턴을 갖는 제2 레지스트 패턴(6b)을 형성한다(도 3의 (e) 참조). 계속해서, 제2 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하여, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제2 패턴(차광 패턴(3b))을 형성한다(도 3의 (f) 참조). 또한, 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐, 위상 시프트 마스크(200, 210)가 얻어진다(도 3의 (g) 참조).
상기한 건식 에칭으로 사용되는 염소계 가스로서는, Cl이 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, Cl2, SiCl2, CHCl3, CH2Cl2, CCl4, BCl3 등을 들 수 있다. 또한, 상기의 제1 층(21) 및 제3 층(23)에 대한 건식 에칭으로 사용되는 염소계 가스로서는, 붕소를 함유하는 것이면 바람직하고, BCl3을 함유하고 있으면 보다 바람직하다. 특히, BCl3 가스와 Cl2 가스의 혼합 가스는, 하프늄에 대한 에칭 레이트가 비교적 높기 때문에, 바람직하다.
도 3에 나타내는 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크(200, 210)는 투광성 기판(1) 상에, 전사 패턴을 갖는 위상 시프트막(2)(위상 시프트 패턴(2a))을 구비한 위상 시프트 마스크이다.
이와 같이 위상 시프트 마스크(200, 210)를 제조함으로써, 노광광에 대한 투과율을 일정 이상(예를 들어 35％ 이상)으로 높게 하여 위상 시프트 효과를 높일 수 있음과 함께, 위상 시프트막의 막 두께를 일정 이하(예를 들어 60nm 이하)로 억제할 수 있고, 광학적인 성능이 양호한 위상 시프트 마스크(200, 210)를 얻을 수 있다.
그리고, 이 위상 시프트막을 구비하는 위상 시프트 마스크(200, 210)를 노광 장치에 세트하여 전사 대상물(반도체 기판 상의 레지스트막 등)에 대하여 노광 전사할 때, 노광 마진을 확보할 수 있다.
한편, 상술한 위상 시프트 마스크의 제조 방법에서 사용되고 있는 에칭 프로세스는, 본 발명의 마스크 블랭크에 대해서만 적용 가능한 것은 아니며, 보다 광범위한 용도로 사용할 수 있다. 적어도, 기판 상에, 하프늄 및 산소를 함유하는 층과, 산소 및 규소를 함유하는 층과, 하프늄 및 산소를 함유하는 층이, 이 순으로 적층된 구조를 포함하는 패턴 형성용 박막을 구비한 마스크 블랭크에 있어서, 패턴 형성용 박막에 전사 패턴을 형성할 때에도 적용하는 것이 가능하다. 상술한 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 응용한 형태인 전사용 마스크의 제조 방법은, 이하의 구성을 구비하는 것이 바람직하다.
즉, 기판 상에 패턴 형성용 박막을 구비하는 마스크 블랭크를 사용한 전사용 마스크의 제조 방법이며,
상기 패턴 형성용 박막은, 상기 기판 측으로부터 하프늄 및 산소를 함유하는 제1A 층과, 규소 및 산소를 함유하는 제2A 층과, 하프늄 및 산소를 함유하는 제3A 층이 이 순으로 적층된 구조를 포함하고,
붕소 함유 염소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 상기 제3A 층에 전사 패턴을 형성하는 공정과,
상기 전사 패턴이 형성된 상기 제3A 층을 마스크로 하여, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 상기 제2A 층에 전사 패턴을 형성하는 공정과,
상기 전사 패턴이 형성된 상기 제2A 층을 마스크로 하여, 붕소 함유 염소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 상기 제1A 층에 전사 패턴을 형성하는 공정을
갖는 것을 특징으로 하는 전사용 마스크의 제조 방법이다.
또한, 본 발명의 반도체 디바이스의 제조 방법은, 상기한 위상 시프트 마스크(200, 210)를 사용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 위상 시프트 마스크(200, 210)나 마스크 블랭크(100, 110)는 상기한 바와 같은 효과를 갖기 때문에, ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하는 노광 장치의 마스크 스테이지에 위상 시프트 마스크(200, 210)를 세트하고, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사할 때, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에, 높은 CD 면내 균일성(CD Uniformity)으로 전사 패턴을 전사할 수 있다. 이 때문에, 이 레지스트막의 패턴을 마스크로 하여, 그 하층막을 건식 에칭하여 회로 패턴을 형성한 경우, CD 면내 균일성의 저하에 기인하는 배선 단락이나 단선이 없는 고정밀도의 회로 패턴을 형성할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명하기 위한, 실시예 1, 2 및 비교예 1에 대하여 설명한다.
<실시예 1>
[마스크 블랭크의 제조]
도 1을 참조하여, 주표면의 치수가 약 152mm×약 152mm이고, 두께가 약 6.35mm인 합성 석영 유리로 구성되는 투광성 기판(1)을 준비하였다. 이 투광성 기판(1)은 단부면 및 주표면이 소정의 표면 조도(Rq로 0.2nm 이하)로 연마되고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리가 실시되어 있다. 분광 엘립소미터(J. A. Woollam사제 M-2000D)를 사용하여 투광성 기판(1)의 각 광학 특성을 측정한 바, 파장 193nm의 광에 있어서의 굴절률은 1.556, 소쇠 계수는 0.000이었다.
다음으로, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, HfO2 타깃과 SiO2 타깃을 교대로 사용하여, 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 하는 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 상에, 하프늄 및 산소로 구성되는 제1 층(21), 규소 및 산소로 구성되는 제2 층(22), 하프늄 및 산소로 구성되는 제3 층(23)으로 이루어지는 위상 시프트막(2)을 형성하였다. 제1 층(21)의 두께 D1은 36.5nm, 제2 층(22)의 두께 D2는 15.5nm, 제3 층(23)의 두께 D3은 6.1nm이고, 위상 시프트막(2)의 두께는 58.1nm였다. 이들 제1 층(21) 내지 제3 층(23)의 두께 D1 내지 D3은, (식 2-A) 내지 (식 2-D)의 어느 식도 충족시키는 것이다(제1 층(21) 내지 제3 층(23)의 두께 D1 내지 D3은, 범위 I-A, 범위 I-B 내로 되어 있음).
다음으로, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 위상 시프트막(2)의 막 응력을 저감시키기 위한 가열 처리를 행하였다. 위상 시프트양 측정 장치(레이저텍사제 MPM193)를 사용하여, 가열 처리 후의 위상 시프트막(2)의 파장 193nm의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한 바, 투과율이 44.8％, 위상차가 176.8도(deg)였다. 또한, 분광 엘립소미터(J. A. Woollam사제 M-2000D)를 사용하여 위상 시프트막(2)의 각 광학 특성을 측정한 바, 파장 193nm의 광에 있어서의 제1 층(21) 및 제3 층(23)의 굴절률 n은 2.93, 소쇠 계수 k는 0.24이며, 제2 층(22)의 굴절률 n은 1.56, 소쇠 계수 k는 0.00이었다.
다음으로, 매엽식 RF 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(RF 스퍼터링)을 행하였다. 이에 의해, 위상 시프트막(2)에 접하여, 크롬, 산소 및 탄소로 구성되는 차광막(CrOC막)(3)을 49nm의 막 두께로 형성하였다.
다음으로, 상기 차광막(CrOC막)(3)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 가열 처리를 실시하였다. 가열 처리 후, 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)에 대하여, 분광 광도계(애질런트 테크놀로지사제 Cary4000)를 사용하여, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 광학 농도를 측정한 바, 3.0 이상인 것이 확인되었다.
다음으로, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에, 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화규소(SiO2) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 하여, RF 스퍼터링에 의해 차광막(3) 상에 규소 및 산소로 구성되는 하드 마스크막(4)을 12nm의 두께로 형성하였다. 또한 소정의 세정 처리를 실시하여, 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
[위상 시프트 마스크의 제조]
다음으로, 이 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 이하의 수순으로 실시예 1의 하프톤형의 위상 시프트 마스크(200)를 제조하였다. 처음에, 하드 마스크막(4)의 표면에 HMDS 처리를 실시하였다. 계속해서, 스핀 도포법에 의해, 하드 마스크막(4)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 구성되는 레지스트막을 막 두께 80nm로 형성하였다. 다음으로, 이 레지스트막에 대하여, 위상 시프트막(2)에 형성해야 할 위상 시프트 패턴인 제1 패턴을 전자선 묘화하고, 소정의 현상 처리 및 세정 처리를 행하여, 제1 패턴을 갖는 레지스트 패턴(5a)을 형성하였다(도 3의 (a) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(5a)을 마스크로 하여, CF4 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 하드 마스크막(4)에 제1 패턴(하드 마스크 패턴(4a)을 형성하였다(도 3의 (b) 참조).
다음으로, 레지스트 패턴(5a)을 제거하였다. 계속해서, 하드 마스크 패턴(4a)을 마스크로 하여, 염소 가스(Cl2)와 산소 가스(O2)의 혼합 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제1 패턴(차광 패턴(3a)을 형성하였다(도 3의 (c) 참조).
다음으로, 차광 패턴(3a)을 마스크로 하여, 건식 에칭을 행하여, 위상 시프트막(2)에 제1 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 형성하고, 또한 동시에 하드 마스크 패턴(4a)을 제거하였다(도 3의 (d) 참조). 이때, 제1 층(21) 및 제3 층(23)에 대해서는, BCl3 가스와 Cl2 가스의 혼합 가스로 건식 에칭을 행하고, 제2 층(22)에 대해서는, 불소계 가스(SF6과 He의 혼합 가스)를 사용한 건식 에칭을 사용하여 건식 에칭을 행하였다.
다음으로, 차광 패턴(3a) 상에, 스핀 도포법에 의해, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트로 구성되는 레지스트막을 막 두께 150nm로 형성하였다. 다음으로, 레지스트막에 대하여, 차광막에 형성해야 할 패턴(차광대 패턴을 포함하는 패턴)인 제2 패턴을 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 차광 패턴을 갖는 레지스트 패턴(6b)을 형성하였다(도 3의 (e) 참조). 계속해서, 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하여, 염소 가스(Cl2)와 산소 가스(O2)의 혼합 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제2 패턴(차광 패턴(3b))을 형성하였다(도 3의 (f) 참조). 또한, 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐, 위상 시프트 마스크(200)를 얻었다(도 3의 (g) 참조).
[패턴 전사 성능의 평가]
이상의 수순을 얻어 제작된 위상 시프트 마스크(200)에 대하여, AIMS193(Carl Zeiss사제)을 사용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 바, CD 면내 균일성이 높고, 설계 사양을 충분히 충족시키고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성될 수 있다고 할 수 있다.
<실시예 2>
[마스크 블랭크의 제조]
실시예 2의 마스크 블랭크(110)는 위상 시프트막(2) 이외에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 제조하였다. 이 실시예 2의 위상 시프트막(2)은 실시예 1의 위상 시프트막(2)과는 성막 조건을 변경하고 있다. 구체적으로는, 위상 시프트막(2)을 제1 층(21), 제2 층(22), 제3 층(23)에 더하여, 제4 층(24)을 적층한 4층 구조로 구성하고, 각각의 두께를 변경하고 있다. 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, HfO2 타깃과 SiO2 타깃을 교대로 사용하여, 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 하는 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 상에, 하프늄 및 산소로 구성되는 제1 층(21), 규소 및 산소로 구성되는 제2 층(22), 하프늄 및 산소로 구성되는 제3 층(23), 규소 및 산소로 구성되는 제4 층(24)으로 이루어지는 위상 시프트막(2)을 형성하였다. 제1 층(21)의 두께 D1은 39.2nm, 제2 층(22)의 두께 D2는 12.3nm, 제3 층(23)의 두께 D3은 4.4nm이고, 제4 층(24)의 두께는 4.1nm이고, 위상 시프트막(2)의 두께는 60.0nm였다. 이들 제1 층(21) 내지 제3 층(23)의 두께 D1 내지 D3은, (식 1-A) 내지 (식 1-D)의 어느 식도 충족시키는 것이다(제1 층(21) 내지 제3 층(23)의 두께 D1 내지 D3은, 범위 I-A, 범위 I-B 내로 되어 있음).
다음으로, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여, 위상 시프트막(2)의 막 응력을 저감시키기 위한 가열 처리를 행하였다. 위상 시프트양 측정 장치(레이저텍사제 MPM193)를 사용하여, 가열 처리 후의 위상 시프트막(2)의 파장 193nm의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한 바, 투과율이 42.9％, 위상차가 177.4도(deg)였다. 또한, 분광 엘립소미터(J. A. Woollam사제 M-2000D)를 사용하여 위상 시프트막(2)의 각 광학 특성을 측정한 바, 파장 193nm의 광에 있어서의 제1 층(21) 및 제3 층(23)의 굴절률 n은 2.93, 소쇠 계수 k는 0.24이며, 제2 층(22) 및 제4 층(24)의 굴절률 n은 1.56, 소쇠 계수 k는 0.00이었다.
다음으로, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막(2)에 접하여, 크롬, 산소 및 탄소로 구성되는 차광막(CrOC막)(3)을 51nm의 막 두께로 형성하였다. 실시예 2의 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)에 대하여, 분광 광도계(애질런트 테크놀로지사제 Cary4000)를 사용하여, 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 광학 농도를 측정한 바, 3.0 이상인 것이 확인되었다.
[위상 시프트 마스크의 제조와 평가]
다음으로, 이 실시예 2의 마스크 블랭크(110)를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 실시예 2의 위상 시프트 마스크(210)를 제조하였다. 실시예 2의 위상 시프트 마스크(210)에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 AIMS193(Carl Zeiss사제)을 사용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 바, CD 면내 균일성이 높고, 설계 사양을 충분히 충족시키고 있었다. 이 결과로부터, 이 실시예 2의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했다고 해도, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성될 수 있다고 할 수 있다.
<비교예 1>
[마스크 블랭크의 제조]
비교예 1의 마스크 블랭크는, 위상 시프트막의 막 두께 이외에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 제조하였다. 이 비교예 1의 위상 시프트막은, 실시예 1의 위상 시프트막(2)과는 성막 조건을 변경하고 있다. 구체적으로는, 매엽식 RF 스퍼터링 장치 내에 투광성 기판을 설치하고, HfO2 타깃과 SiO2 타깃을 교대로 사용하여, 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 하는 스퍼터링(RF 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판 상에, 하프늄 및 산소로 구성되는 제1 층, 규소 및 산소로 구성되는 제2 층, 하프늄 및 산소로 구성되는 제3 층으로 이루어지는 위상 시프트막을 형성하였다. 제1 층의 두께 D1은 27.0nm, 제2 층(22)의 두께 D2는 14.0nm, 제3 층(23)의 두께 D3은 19.7nm이고, 위상 시프트막(2)의 두께는 60.7nm였다. 이들 제1 층 내지 제3 층의 두께 D1 내지 D3은, (식 1-A) 내지 (식 1-D), 및 (식 2-A) 내지 (식 2-D)의 어느 식도 충족시키는 것은 아니었다(제1 층 내지 제3 층의 두께 D1 내지 D3은, 범위 I-A, 범위 I-B의 밖, 그리고, 범위 II-A, 범위 II-B 밖으로 되어 있음).
위상 시프트양 측정 장치(레이저텍사제 MPM193)를 사용하여, 위상 시프트막의 파장 193nm의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한 바, 투과율이 20.21％, 위상차가 177.07도(deg)였다. 또한, 분광 엘립소미터(J. A. Woollam사제 M-2000D)를 사용하여 위상 시프트막의 각 광학 특성을 측정한 바, 파장 193nm의 광에 있어서의 제1 층 및 제3 층의 굴절률 n은 2.93, 소쇠 계수 k는 0.24이며, 제2 층의 굴절률 n은 1.56, 소쇠 계수 k는 0.00이었다.
다음으로, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 위상 시프트막에 접하여, 크롬, 산소 및 탄소로 구성되는 차광막(CrOC막)을 45nm의 막 두께로 형성하였다. 비교예 1의 위상 시프트막 및 차광막이 적층된 투광성 기판에 대하여, 분광 광도계(애질런트 테크놀로지사제 Cary4000)를 사용하여, 위상 시프트막과 차광막의 적층 구조의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장(약 193nm)에 있어서의 광학 농도를 측정한 바, 3.0 이상인 것이 확인되었다.
[위상 시프트 마스크의 제조와 평가]
다음으로, 이 비교예 1의 마스크 블랭크를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 비교예 1의 위상 시프트 마스크를 제조하였다. 비교예 1의 위상 시프트 마스크에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 AIMS193(Carl Zeiss사제)을 사용하여, 파장 193nm의 노광광으로 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 바, 설계 사양을 충족시키는 것은 아니었다. 이 원인은, 위상 시프트막의 투과율을 충분히 높게 할 수 없어, 패턴을 선명하게 전사할 수 없었던 점에 있다고 추정된다. 이 결과로부터, 이 비교예 1의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지에 세트하고, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 상에 형성되는 회로 패턴을 고정밀도로 형성하는 것은 곤란하다고 할 수 있다.
1: 투광성 기판
2: 위상 시프트막
21: 제1 층
22: 제2 층
23: 제3 층
24: 제4 층
2a: 위상 시프트 패턴
3: 차광막
3a, 3b: 차광 패턴
4: 하드 마스크막
4a: 하드 마스크 패턴
5a: 레지스트 패턴
6b: 레지스트 패턴
100, 110: 마스크 블랭크
200, 210: 위상 시프트 마스크
2: 위상 시프트막
21: 제1 층
22: 제2 층
23: 제3 층
24: 제4 층
2a: 위상 시프트 패턴
3: 차광막
3a, 3b: 차광 패턴
4: 하드 마스크막
4a: 하드 마스크 패턴
5a: 레지스트 패턴
6b: 레지스트 패턴
100, 110: 마스크 블랭크
200, 210: 위상 시프트 마스크
Claims (26)
- 투광성 기판 상에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판 측으로부터, 제1 층, 제2 층 및 제3 층이 이 순으로 적층된 구조를 포함하고,
상기 제1 층 및 상기 제3 층은, 하프늄과 산소를 함유하고,
상기 제2 층은, 규소와 산소를 함유하고,
상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층의 두께를 각각 D1, D2 및 D3이라 했을 때, (식 1-A) 내지 (식 1-D)의 관계를 모두 충족시키거나, 또는 (식 2-A) 내지 (식 2-D)의 관계를 모두 충족시키는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
(식 1-A) D1≥4.88×10-4×D2 4-2.91×10-2×D2 3+0.647×D2 2-6.51×D2+26.8
(식 1-B) D1≤-4.80×10-4×D2 4+2.86×10-2×D2 3-0.630×D2 2+5.97×D2-10.0
(식 1-C) D3≥4.41×10-4×D2 4-2.66×10-2×D2 3+0.598×D2 2-6.13×D2+59.3
(식 1-D) D3≤-4.72×10-4×D2 4+2.81×10-2×D2 3-0.625×D2 2+5.97×D2+23.0
(식 2-A) D1≥5.14×10-4×D2 4-2.96×10-2×D2 3+0.634×D2 2-6.17×D2+57.8
(식 2-B) D1≤-4.23×10-4×D2 4+2.57×10-2×D2 3-0.580×D2 2+5.71×D2+25.8
(식 2-C) D3≥5.76×10-4×D2 4-3.23×10-2×D2 3+0.673×D2 2-6.33×D2+23.7
(식 2-D) D3≤-4.76×10-4×D2 4+2.74×10-2×D2 3-0.579×D2 2+5.13×D2-6.29 - 제1항에 있어서,
상기 제2 층의 두께 D2는, 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 하프늄과 산소의 합계 함유량은 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층에 있어서의 규소와 산소의 합계 함유량은, 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 산소의 함유량은, 50원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 굴절률 n은, 2.5 이상 3.1 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 굴절률 n은, 1.5 이상 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 소쇠 계수 k는, 0.05 이상 0.4 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 소쇠 계수 k는, 0.05 미만인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 층의 두께는, 5nm 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 층 상에, 제4 층을 더 구비하고, 상기 제4 층에 있어서의 규소와 산소의 합계 함유량은, 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 35％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능과, 상기 위상 시프트막을 투과한 상기 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 상기 노광광과의 사이에서 150도 이상 210도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크. - 투광성 기판 상에 전사 패턴이 형성된 위상 시프트막을 구비하는 위상 시프트 마스크이며,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판 측으로부터, 제1 층, 제2 층 및 제3 층이 이 순으로 적층된 구조를 포함하고,
상기 제1 층 및 상기 제3 층은, 하프늄과 산소를 함유하고,
상기 제2 층은, 규소와 산소를 함유하고,
상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층의 두께를 각각 D1, D2 및 D3이라 했을 때, (식 1-A) 내지 (식 1-D)의 관계를 모두 충족시키거나, 또는 (식 2-A) 내지 (식 2-D)의 관계를 모두 충족시키는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
(식 1-A) D1≥4.88×10-4×D2 4-2.91×10-2×D2 3+0.647×D2 2-6.51×D2+26.8
(식 1-B) D1≤-4.80×10-4×D2 4+2.86×10-2×D2 3-0.630×D2 2+5.97×D2-10.0
(식 1-C) D3≥4.41×10-4×D2 4-2.66×10-2×D2 3+0.598×D2 2-6.13×D2+59.3
(식 1-D) D3≤-4.72×10-4×D2 4+2.81×10-2×D2 3-0.625×D2 2+5.97×D2+23.0
(식 2-A) D1≥5.14×10-4×D2 4-2.96×10-2×D2 3+0.634×D2 2-6.17×D2+57.8
(식 2-B) D1≤-4.23×10-4×D2 4+2.57×10-2×D2 3-0.580×D2 2+5.71×D2+25.8
(식 2-C) D3≥5.76×10-4×D2 4-3.23×10-2×D2 3+0.673×D2 2-6.33×D2+23.7
(식 2-D) D3≤-4.76×10-4×D2 4+2.74×10-2×D2 3-0.579×D2 2+5.13×D2-6.29 - 제13항에 있어서,
상기 제2 층의 두께 D2는, 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 하프늄과 산소의 합계 함유량은 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층에 있어서의 규소와 산소의 합계 함유량은, 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 산소의 함유량은, 50원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 굴절률 n은, 2.5 이상 3.1 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 굴절률 n은, 1.5 이상 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 층 및 상기 제3 층의 각각에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 소쇠 계수 k는, 0.05 이상 0.4 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 층에 있어서의 ArF 엑시머 레이저의 광의 파장에 대한 소쇠 계수 k는, 0.05 미만인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 층의 두께는, 5nm 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 층 상에, 제4 층을 더 구비하고, 상기 제4 층에 있어서의 규소와 산소의 합계 함유량은, 90원자％ 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 35％ 이상의 투과율로 투과시키는 기능과, 상기 위상 시프트막을 투과한 상기 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 상기 노광광과의 사이에서 150도 이상 210도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상 시프트막 상에, 차광 패턴이 형성된 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크. - 제13항 내지 제25항 중 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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Citations (2)
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH08171197A (ja) | 1994-12-19 | 1996-07-02 | Hitachi Ltd | エキシマレーザー加工用マスクとその製造方法 |
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