KR101810805B1

KR101810805B1 - 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법

Info

Publication number: KR101810805B1
Application number: KR1020167016865A
Authority: KR
Inventors: 히로아끼 시시도; 오사무 노자와; 다께노리 가지와라
Original assignee: 호야 가부시키가이샤
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2017-12-19
Anticipated expiration: 2035-10-07
Also published as: TW201624104A; TWI648592B; KR20170089836A; TW201719270A; TWI584056B; KR20160094999A; US10551734B2; US20190064651A1; US10146123B2; KR102261621B1; JP2016164683A; WO2016103843A1; JP6599281B2; JP5940755B1; JPWO2016103843A1; US20170285458A1

Abstract

ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 투과율이나 위상 시프트양의 변화가 억제된 위상 시프트막이며, 또한 EB 결함 수정을 행했을 때 투광성 기판과의 경계를 검출하기 위한 에칭 종점의 검출이 용이한 위상 시프트막을 구비하는 마스크 블랭크를 제공한다.
위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 2% 이상 10% 미만의 투과율로 투과시키는 기능과, 위상 시프트막을 투과한 상기 노광광에 대하여 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리 공기 중을 통과한 상기 노광광 사이에서 150도 이상 190도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖고, 위상 시프트막은 하층과 상층이 적층된 구조를 포함하고, 하층은 금속 및 규소를 함유하고, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되고, 상층은 금속, 규소, 질소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되고, 하층의 두께는 상층보다 얇고, 상층의 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 금속의 함유량의 비율은, 하층보다 작다.

Description

마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법{MASK BLANK, PHASE-SHIFT MASK, METHOD FOR MANUFACTURING PHASE-SHIFT MASK AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 마스크 블랭크, 그 마스크 블랭크를 사용한 제조된 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 위상 시프트 마스크를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 사용해서 미세 패턴의 형성이 행해지고 있다. 또한, 이 미세 패턴의 형성에는 통상 수매나 되는 전사용 마스크라고 불리는 기판이 사용된다. 반도체 디바이스의 패턴을 미세화함에 있어서는, 전사용 마스크에 형성되는 마스크 패턴의 미세화에 더하여, 포토리소그래피에서 사용되는 노광 광원의 파장 단파장화가 필요해진다. 반도체 장치 제조 시의 노광 광원으로서는, 최근에는 KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚)로부터, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)로 단파장화가 진행되고 있다.

전사용 마스크의 종류로서는, 종래의 투광성 기판 위에 크롬계 재료를 포함하는 차광 패턴을 구비한 바이너리 마스크 외에, 하프톤형 위상 시프트 마스크가 알려져 있다. 하프톤형 위상 시프트 마스크의 위상 시프트막에는, 몰리브덴실리사이드(MoSi)계의 재료가 널리 사용된다. 그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있듯이 MoSi계 막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광에 대한 내성(소위 ArF 내광성)이 낮다고 하는 것이 최근 판명되었다. 특허문헌 1에서는, 패턴이 형성된 후의 MoSi계 막에 대해, 플라즈마 처리, UV 조사 처리 또는 가열 처리를 행하여, MoSi계 막의 패턴 표면에 부동태막을 형성함으로써, ArF 내광성을 높이고 있다.

특허문헌 2에는, 차광막의 흑색 결함 부분에 대하여 이불화크세논(XeF₂) 가스를 공급하면서, 그 부분에 전자선을 조사함으로써 흑색 결함부를 에칭해서 제거하는 결함 수정 기술(이하, 이러한 전자선 등의 하전 입자를 조사해서 행하는 결함 수정을 간단히 EB 결함 수정이라고 함)이 개시되어 있다. 이 EB 결함 수정은, 당초, EUV 리소그래피용 반사형 마스크의 흡수체막에 있어서의 흑색 결함 수정에 사용되었지만, 최근에는 MoSi 하프톤 마스크의 흑색 결함 수정에 있어서도 사용되고 있다.

일본특허공개 제2010-217514호 공보 일본특허공표 제2004-537758호 공보

ArF 엑시머 레이저 광(파장 193㎚)을 노광광에 적용한 포토리소그래피에서 사용되는 하프톤형 위상 시프트 마스크에 있어서, 하프톤 위상 시프트막(이하, 간단히 「위상 시프트막」이라고 함)은, ArF 노광광을 소정의 투과율로 투과하는 기능과, 또한 위상 시프트막을 투과하는 ArF 노광광에 대해, 그 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 광과의 사이에서 소정의 위상차(위상 시프트양)를 발생시키는 기능을 동시에 구비할 필요가 있다. 이전부터, ArF 노광광에 대한 투과율이 10%보다 낮은 특성을 갖는 위상 시프트막이 널리 사용되어 왔다. 또한, 위상 시프트 효과를 크게 하기 위해서, 위상 시프트막이 갖는 위상 시프트양에 대해서는 180도 전후로 하는 것이 일반적이다. 단층 구조(표층의 산화를 피할 수 없는 영역을 포함하고 있는 단층 구조. 이하, 특히 표층의 산화 영역에 대해서 언급하고 있는 경우를 제외하고, 단층 구조는, 표층에 산화 영역을 포함하고 있는 것으로 함)의 위상 시프트막이며, 상기와 같은 ArF 노광광에 대한 투과율과 위상 시프트양의 조건을 동시에 만족하면서, 보다 얇은 두께로 형성하는 것이 가능한 재료는, 비교적 한정되어 있다. 몰리브덴실리사이드질화물(MoSiN)을 포함하는 재료는, 이러한 조건을 만족하는 것이며, 지금까지 널리 사용되어 왔다.

이러한 위상 시프트막을 구비하는 마스크 블랭크를 사용해서 위상 시프트 마스크를 제작하는 경우, 그 마스크 제작의 프로세스에 있어서, 위상 시프트막의 표면이 에칭 가스나 세정액에 노출되는 것은 피하기 어렵다. 마스크 블랭크를 제조하는 단계에서 위상 시프트막의 표층에 미리 부동태막으로서 산화층을 형성한 경우에도, 에칭 가스나 세정액에 의해 위상 시프트막 내의 몰리브덴이 용출하는 것이나 위상 시프트막의 내부를 향해서 산화가 더 진행되는 것을 완전히 방지하는 것은 곤란하다. 또한, 완성 후의 위상 시프트 마스크는, 노광 장치에 세트되어 계속 사용되지만, 정기적인 마스크 세정이 필요해진다. 이 마스크 세정에 의해, 위상 시프트막 내의 몰리브덴이 용출하는 것이나 위상 시프트막의 내부를 향해서 산화가 더 진행되는 것을 완전히 방지하는 것은 곤란하다.

위상 시프트막에 있어서, 막 내의 몰리브덴이 용출하는 것이나 위상 시프트막의 내부를 향해서 산화가 더 진행되는 경우가 발생하면, 위상 시프트막의 투과율 및 위상 시프트양이 모두 변화된다. 위상 시프트막은, 이들의 변화량이 작은 쪽이 바람직하다. 투광성 기판 위에 위상 시프트막을 형성하는 단계에서, 위상 시프트막의 전체에 걸쳐서 어느 정도의 산소를 미리 함유시켜 두면, 그 후의 위상 시프트막의 투과율 및 위상 시프트양의 변화를 억제하기 쉽다. 또한, 위상 시프트막을 형성하는 단계에서, 위상 시프트막의 몰리브덴 함유량을 적게 함으로써(예를 들어, 몰리브덴과 규소의 합계 함유량[원자%]에 대한 몰리브덴의 함유량[원자%]의 비율이 7% 이하), 그 후의 위상 시프트막의 투과율 및 위상 시프트양의 변화를 억제하기 쉬워진다.

그러나, 미리 산소를 함유시킨 몰리브덴실리사이드계 재료의 위상 시프트막, 즉 MoSiON을 포함하는 단층 구조의 위상 시프트막을 구비하는 마스크 블랭크의 경우, 이하의 문제가 있는 것이 명확해졌다. 마스크 블랭크로부터 위상 시프트 마스크를 제작했을 때의 마스크 검사에 의해 위상 시프트막에 흑색 결함이 발견된 경우, EB 결함 수정을 사용해서 수정하는 것이 늘어나고 있다. MoSiON을 포함하는 단층 구조의 위상 시프트막의 흑색 결함에 대해, EB 결함 수정에 의해 수정을 행하는 경우, 위상 시프트막과 투광성 기판의 경계를 검출하기 위한 에칭 종점의 검출이, MoSiN을 포함하는 단층 구조의 위상 시프트막에 비교해서 어려워진다는 것이 새롭게 판명되었다. 한편, 위상 시프트막의 몰리브덴의 함유량이 적어지면, 위상 시프트막의 흑색 결함에 대하여 상기 EB 결함 수정을 행할 때의 에칭레이트가 저하된다고 하는 문제도 있다. 이들 문제는, Mo 이외의 금속 원소를 사용한 금속 실리사이드산질화물에 있어서도 마찬가지로 발생한다고 생각된다.

따라서, 본 발명은 종래의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 투광성 기판 위에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크에 있어서, 마스크 제작 프로세스 시 및 마스크 세정 시 등에 있어서의 금속 원소의 용출 및 표층의 산화의 가일층의 진행에 의해 발생하는 노광광에 대한 투과율이나 위상 시프트양의 변화를 저감하면서, EB 결함 수정 시에 있어서의 위상 시프트막과 투광성 기판의 경계를 검출하기 위한 에칭 종점의 검출이 비교적 용이한 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 이 마스크 블랭크를 사용해서 제조되는 위상 시프트 마스크를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 이러한 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 그리고, 본 발명은 이러한 위상 시프트 마스크를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.

(구성 1)

투광성 기판 위에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며,

상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 2% 이상 10% 미만의 투과율로 투과시키는 기능과, 상기 위상 시프트막을 투과한 상기 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 상기 노광광 사이에서 150도 이상 190도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖고,

상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판측으로부터 하층과 상층이 적층된 구조를 포함하고,

상기 하층은, 금속 및 규소를 함유하고, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되고,

상기 상층은, 금속, 규소, 질소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되고,

상기 하층의 두께는, 상기 상층의 두께보다 얇고,

상기 상층에 있어서의 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 금속의 함유량의 비율은, 상기 하층에 있어서의 상기 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 상기 금속의 함유량의 비율보다 작은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.

(구성 2)

상기 상층은, 상기 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 상기 금속의 함유량의 비율이 7% 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크.

(구성 3)

상기 하층은, 상기 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 상기 금속의 함유량의 비율이 8% 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크.

(구성 4)

상기 하층은, 상기 투광성 기판의 표면에 접해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.

(구성 5)

상기 하층은, 금속 및 규소를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.

(구성 6)

상기 위상 시프트막은, 두께가 90㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.

(구성 7)

상기 하층은, 두께가 2㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.

(구성 8)

상기 상층은, 표층에 그 표층을 제외한 부분의 상층보다 산소 함유량이 많은 층을 갖는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.

(구성 9)

상기 위상 시프트막 위에 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크.

(구성 10)

구성 9에 기재된 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막에 전사 패턴이 형성되고, 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.

(구성 11)

구성 9에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 위상 시프트 마스크의 제조 방법이며,

건식 에칭에 의해 상기 차광막에 전사 패턴을 형성하는 공정과,

상기 전사 패턴을 갖는 차광막을 마스크로 하는 건식 에칭에 의해 상기 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하는 공정과,

차광대 패턴을 포함하는 패턴을 갖는 레지스트막을 마스크로 하는 건식 에칭에 의해 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 패턴을 형성하는 공정

을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.

(구성 12)

구성 10에 기재된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.

(구성 13)

구성 11에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.

본 발명의 마스크 블랭크는, 투광성 기판 위에 금속 및 규소를 함유하는 재료를 포함하는 위상 시프트막을 구비한 구성을 가지면서도, 위상 시프트막으로부터의 금속 원소의 용출 및 표층의 산화의 가일층의 진행에 의해 발생하는 노광광에 대한 투과율이나 위상 시프트양의 변화를 저감할 수 있다. 그에 더하여, 이 위상 시프트막은, EB 결함 수정을 행했을 때 위상 시프트막과 투광성 기판의 경계를 검출하기 위한 에칭 종점의 검출을 용이하게 할 수 있어, 결함 수정이 불충분한 상태로 되는 것이나, 투광성 기판을 의도치 않게 파들어가 버리는 것을 회피할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 마스크 블랭크의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 도시하는 단면 모식도이다.

이하, 본 발명의 각 실시 형태에 대해서 설명한다.

본 발명자들은, MoSiON으로 대표되는 금속 실리사이드산 질화물을 포함하는 단층 구조의 위상 시프트막의 구성을 베이스로 해서, 소정의 위상차(150도 이상 190도 이하)를 확보하면서 투과율을 2% 이상 10% 미만으로 하는 것이 가능한 위상 시프트막이며, 또한 EB 결함 수정으로 수정을 행했을 때 위상 시프트막과 투광성 기판의 경계를 검출하기 위한 에칭 종점의 검출이 용이한 위상 시프트막에 대해서, 예의 연구를 행하였다.

EB 결함 수정에서는, 흑색 결함에 대하여 전자선을 조사했을 때에, 조사를 받은 부분으로부터 방출되는 오제 전자, 2차 전자, 특성 X선, 후방 산란 전자 중 적어도 어느 1개를 검출하고, 그 변화를 봄으로써 에칭 종점을 검출하고 있다. 예를 들어, 전자선의 조사를 받은 부분으로부터 방출되는 오제 전자를 검출하는 경우에는, 오제 전자 분광법(AES)에 의해, 주로 재료 조성의 변화를 보고 있다. 또한, 2차 전자를 검출하는 경우에는, SEM상으로부터 주로 표면 형상의 변화를 보고 있다. 또한, 특성 X선을 검출하는 경우에는, 에너지 분산형 X선 분광법(EDX)이나 파장 분산 X선 분광법(WDX)에 의해, 주로 재료 조성의 변화를 보고 있다. 후방 산란 전자를 검출하는 경우에는, 전자선 후방 산란 회절법(EBSD)에 의해, 주로 재료의 조성이나 결정 상태의 변화를 보고 있다.

일반적으로, 위상 시프트막을 금속 실리사이드의 화합물로 형성하는 경우, 위상 시프트막에 요구되는 광학 특성의 제약이 있기 때문에, 그 재료에 있어서의 금속의 함유량[원자%]을 금속과 규소의 합계 함유량[원자%]으로 나눈 비율[%](이하, 이 비율을 「M/[M+Si] 비율」이라고 함)이 적어도 20% 이하일 필요가 있다. 즉, 이전부터 위상 시프트막 내의 금속의 함유량은 많지 않았다.

종래의 MoSiN으로 대표되는 금속 실리사이드질화물을 포함하는 단층 구조의 위상 시프트막의 경우, 금속의 함유량은 비교적 적지만(M/[M+Si] 비율이 20% 이하), EB 결함 수정에 있어서 상기 어느 에칭 종점 검출 방법을 사용하더라도, 에칭 종점을 검출할 수는 있었다. 그러나, 상기한 바와 같이, 이러한 재료를 포함하는 위상 시프트막은, 마스크 제작 프로세스 시 및 마스크 세정 시 등에 있어서의 금속 원소의 용출 및 표층의 산화의 가일층의 진행에 의해 발생하는 투과율이나 위상 시프트양의 변화가 비교적 크다는 문제를 안고 있다.

한편, 금속 실리사이드산 질화물을 포함하는 단층 구조의 위상 시프트막의 경우, 투광성 기판을 구성하는 주요 원소인 규소와 산소의 양쪽을 포함하기 때문에, EB 결함 수정에 있어서 상기 어느 에칭 종점 검출 방법을 사용하더라도, 에칭 종점의 검출이 어렵다고 하는 문제를 안고 있다. 또한, 에칭 선택성을 확보하는 것이 어려워진다고 하는 문제가 있다. 금속 원소의 용출에 수반하는 위상 시프트막의 투과율 및 위상 시프트양의 변화를 억제하기 위해서, 금속 원소의 함유량을 적게 한 구성(예를 들어, M/[M+Si] 비율이 7% 이하)의 경우, 에칭 종점의 검출 및 에칭 선택성의 확보가 특히 어려워진다.

본 발명자들은, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 금속 실리사이드계 재료(산소 비함유 금속 실리사이드계 재료)를 포함하는 층과 금속 실리사이드산 질화물을 포함하는 층을 적층한 구조의 위상 시프트막으로 함으로써, 각 재료의 층의 각각이 갖는 장점을 살리면서, 단점을 해소할 수 있지 않을까 생각하였다. 먼저, 산소 비함유 금속 실리사이드계 재료를 포함하는 층을 하층으로 해서 투광성 기판측에 배치하고, 이 하층 위에 금속 실리사이드산 질화물을 포함하는 층을 상층으로 해서 적층한 구조의 위상 시프트막으로 하기로 하였다. 이에 의해, EB 결함 수정 시에 위상 시프트막과 투광성 기판 사이에 있어서의 에칭 종점 검출을 용이하게 할 수 있게 되었다.

이어서, 위상 시프트막에 있어서의 금속 실리사이드산 질화물을 포함하는 상층의 M/[M+Si] 비율을 산소 비함유 금속 실리사이드계 재료를 포함하는 하층의 M/[M+Si] 비율보다 작게 하도록 하였다. 또한, 위상 시프트막에 있어서의 산소 비함유 금속 실리사이드계 재료를 포함하는 하층의 두께를 금속 실리사이드산 질화물을 포함하는 상층의 두께보다 얇게 하도록 하였다. 에칭 가스나 세정액에 노출되기 쉬운 상층의 M/[M+Si] 비율을 하층의 M/[M+Si] 비율보다 작게 하고, 또한 내성이 비교적 높은 상층의 두께를 하층의 두께보다 두껍게 함으로써, 종래보다 금속 원소의 용출에 수반하는 위상 시프트막의 투과율 및 위상 시프트양의 변화를 작게 할 수 있게 되었다.

한편, 위상 시프트막의 하층 및 상층에 있어서, 각 층의 재료 중에 주 구성 원소(하층은, 금속, 규소 및 질소이며, 상층은, 금속, 규소, 질소 및 산소) 이외의 원소를 함유시킨 경우에도, 위상 시프트막에 있어서의 주 구성 원소 이외의 원소의 합계 함유량이 10원자% 이하의 범위이면, 위상 시프트막의 광학적인 여러 특성이나 EB 결함 수정에 관련된 여러 특성에 대한 영향은 작아서, 허용할 수 있는 범위인 것도 알 수 있었다. 이상과 같은 위상 시프트막의 구성으로 함으로써, 상기 기술적 과제를 해결할 수 있다는 결론에 이르렀다.

즉, 본 발명은 투광성 기판 위에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며, 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 2% 이상 10% 미만의 투과율로 투과시키는 기능과, 위상 시프트막을 투과한 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광 사이에서 150도 이상 190도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖고, 위상 시프트막은, 투광성 기판측으로부터 하층과 상층이 적층된 구조를 포함하고, 하층은, 금속 및 규소를 함유하고, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되고, 상층은, 금속, 규소, 질소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되고, 하층의 두께는, 상기 상층의 두께보다 얇고, 상층에 있어서의 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 금속의 함유량의 비율은, 하층에 있어서의 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 금속의 함유량의 비율보다 작은 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크이다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 마스크 블랭크(100)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시하는 본 발명의 마스크 블랭크(100)는, 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 이 순서대로 적층된 구조를 갖는다.

위상 시프트막(2)에는, ArF 엑시머 레이저와 같은 파장이 200㎚ 이하인 노광광(이하, ArF 노광광이라고 함)에 대한 투과율이 2% 이상 10% 미만일 것이 요구된다. 위상 시프트막(2)의 내부를 투과한 노광광과 공기 중을 투과한 노광광 사이에서 충분한 위상 시프트 효과를 발생시키기 위해서는, 노광광에 대한 투과율이 적어도 2%는 필요하다. 위상 시프트막(2)의 노광광에 대한 투과율은, 3% 이상이면 바람직하고, 4% 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 위상 시프트막(2)의 노광광에 대한 투과율이 높아질수록, 마스크 패턴 설계 시에 행해지는 광학 시뮬레이션에 있어서의 전자계 효과에 기인하는 바이어스(EMF 바이어스)의 계산 부하가 커지는 경향이 있다. 이 점을 고려하면, 위상 시프트막(2)의 노광광에 대한 투과율은 10% 미만이면 바람직하고, 9% 이하이면 보다 바람직하고, 8% 이하이면 더욱 바람직하다.

위상 시프트막(2)은, 적절한 위상 시프트 효과를 얻기 위해서, 투과하는 ArF 노광광에 대해, 이 위상 시프트막(2)의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 광 사이에서 발생하는 위상차가 150도 이상 190도 이하의 범위가 되도록 조정되어 있는 것이 요구된다. 위상 시프트막(2)에 있어서의 상기 위상차의 하한값은, 160도 이상인 것이 바람직하고, 170도 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 위상 시프트막(2)에 있어서의 상기 위상차의 상한값은, 180도 이하인 것이 바람직하고, 179도 이하이면 보다 바람직하다. 위상 시프트막(2)에 패턴을 형성할 때의 건식 에칭 시에, 투광성 기판(1)이 미소하게 에칭되는 것에 의한 위상차의 증가의 영향을 작게 하기 위함이다. 또한, 최근의 노광 장치에 의한 위상 시프트 마스크에의 ArF 노광광의 조사 방식이, 위상 시프트막(2)의 막면의 수직 방향에 대하여 소정 각도로 경사진 방향으로부터 ArF 노광광을 입사시키는 것이 늘어나고 있기 때문이기도 하다.

위상 시프트막(2)은, 투광성 기판(1)측으로부터, 하층(21)과 상층(22)이 적층된 구조를 갖는다. 위상 시프트막(2)의 하층(21)은, 금속 및 규소를 함유하고, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성된다. 상기한 바와 같이, 하층(21)은, EB 결함 수정 시에 위상 시프트막(2)과 투광성 기판(1) 사이에 있어서의 에칭 종점 검출을 용이하게 하기 위해서 설치된 것이며, 위상 시프트막(2)의 전체에서의 두께를 얇게 하는 것에도 기여하는 층이다. 이로 인해, 하층(21)은, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료인 것이 필요해진다. 여기서, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료란, 재료 중의 산소 함유량이 적어도 5원자% 이하인 재료이다. 하층(21)의 형성하는 재료의 산소 함유량은, 3원자% 이하이면 바람직하고, X선 광전자 분광법 등에 의한 조성 분석을 행하였을 때 검출 하한값 이하이면 보다 바람직하다. 하층(21)은, 금속 및 규소를 포함하는 재료 또는 금속, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것이 보다 바람직하고, 금속 및 규소를 포함하는 재료로 형성되어 있으면 보다 바람직하다.

하층(21)을 형성하는 재료 중에 함유시키는 금속 원소로서는, 전이 금속 원소인 것이 바람직하다. 이 경우의 전이 금속 원소로서는, 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 니켈(Ni), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 아연(Zn), 니오븀(Nb) 및 팔라듐(Pd) 중 어느 1개 이상의 금속 원소를 들 수 있다. 또한, 하층(21)을 형성하는 재료 중에 함유시키는 전이 금속 원소 이외의 금속 원소로서는, 알루미늄(Al), 인듐(In), 주석(Sn) 및 갈륨(Ga) 등을 들 수 있다. 하층(21)을 형성하는 재료에는, 상기 원소에 더하여, 탄소(C), 수소(H), 붕소(B), 게르마늄(Ge) 및 안티몬(Sb) 등의 원소가 포함되어도 된다. 또한, 하층(21)을 형성하는 재료에는, 헬륨(He), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe) 등의 불활성 가스가 포함되어도 된다.

하층(21)이 금속, 규소 및 질소를 포함하는 재료로 형성되어 있는 경우에 있어서의 질소 함유량은, 20원자% 이하이면 바람직하고, 19원자% 이하이면 보다 바람직하고, 15원자% 이하이면 더욱 바람직하다. 한편, 이 경우에 있어서의 하층(21)을 형성하는 재료의 질소 함유량은, 5원자% 이상이면 바람직하고, 10원자% 이상이면보다 바람직하다.

위상 시프트막(2)의 상층(22)은, 금속, 규소, 질소 및 산소를 함유하는 재료로 형성된다. 상기한 바와 같이, 위상 시프트막(2)의 투과율 및 위상 시프트양의 변동을 작게 하기 위해서는, 상층(22)의 형성 시에 산소를 함유시킬 필요가 있다. 이들의 점을 고려하면, 상층(22)의 형성하는 재료의 산소 함유량은, 5원자%보다 많은 것이 바람직하고, 10원자% 이상이면 보다 바람직하고, 12원자% 이상이면 더욱 바람직하다. 산소는, 재료 중의 함유량이 많아짐에 따라서, 그 재료의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k를 모두 저하시키는 경향을 갖는다. 이로 인해, 상층(22) 중의 산소 함유량이 많아짐에 따라서, 위상 시프트막(2)의 전체에 있어서의 ArF 노광광에 대한 소정의 투과율과 위상차를 확보하기 위해서 필요해지는 위상 시프트막(2)의 전체에서의 두께가 두꺼워져 간다. 이들의 점을 고려하면, 상층(22)을 형성하는 재료의 산소 함유량은, 30원자% 이하이면 바람직하고, 25원자% 이하이면 보다 바람직하고, 20원자% 이하이면 더욱 바람직하다.

질소는, 재료 중의 함유량이 많아짐에 따라서, 그 재료의 굴절률 n이 상대적으로 올라가는 경향을 갖고, 소쇠 계수 k가 상대적으로 내려가는 경향을 갖는다. 상층(22)을 형성하는 재료의 질소 함유량은, 20원자% 이상이면 바람직하고, 25원자% 이상이면 보다 바람직하고, 30원자% 이상이면 더욱 바람직하다. 한편, 상층(22)의 형성하는 재료의 질소 함유량은, 50원자% 이하이면 바람직하고, 45원자% 이하이면 보다 바람직하고, 40원자% 이하이면 더욱 바람직하다.

상층(22)에 있어서의 질소 및 산소의 합계 함유량은, 하층(21)에 있어서의 질소 및 산소의 합계 함유량보다 클 것이 요구된다. 상층(22)에 있어서의 질소 및 산소의 합계 함유량으로부터 하층(21)에 있어서의 질소 및 산소의 합계 함유량을 뺀 차가 적어도 10원자% 이상인 것이 바람직하고, 15원자% 이상이면 보다 바람직하고, 20원자% 이상이면 더욱 바람직하다. 또한, 상층(22)에 있어서의 질소 및 산소의 합계 함유량으로부터 하층(21)에 있어서의 질소 및 산소의 합계 함유량을 뺀 차가 적어도 60원자% 이하인 것이 바람직하고, 55원자% 이하이면 보다 바람직하고, 50원자% 이하이면 더욱 바람직하다.

하층(21)은, 투광성 기판(1)의 표면에 접해서 형성되어 있는 것이 바람직하다. EB 결함 수정 시에 있어서, 투광성 기판(1)과 하층(21) 사이에 EB 결함 수정을 하기 어려운 재료의 막(예를 들어, 크롬계 재료의 막)이 없는 쪽이 바람직하기 때문이다. 또한, 위상 시프트막(2)에 하층(21)을 구비하고 있기 때문에, 유리 재료의 투광성 기판(1)과 하층(21)이 접해 있더라도, EB 결함 수정 시에 위상 시프트막(2)과 투광성 기판(1) 사이에 있어서의 에칭 종점 검출이 비교적 용이하기 때문이다.

상층(22)에 있어서의 M/[M+Si] 비율은, 하층(21)에 있어서의 M/[M+Si] 비율보다 작을 것이 요구된다. 상층(22)은, 투과율 및 위상 시프트양의 변동을 억제할 필요가 있으며, M/[M+Si] 비율은 작을 것이 요구되는 데 반해, 하층(21)은, EB 결함 수정 시에 있어서의 에칭 종점 검출을 용이하게 하는 기능을 가질 필요가 있으며, M/[M+Si] 비율은 클 것이 요구되기 때문이다. 하층(21)에 있어서의 M/[M+Si] 비율로부터 상층(22)에 있어서의 M/[M+Si] 비율을 뺀 차가 적어도 2% 이상인 것이 바람직하고, 5% 이상이면 보다 바람직하다.

한편, 하층(21)에 있어서의 M/[M+Si] 비율로부터 상층(22)에 있어서의 M/[M+Si] 비율을 뺀 차가 적어도 15% 이하인 것이 바람직하다. 하층(21)과 상층(22) 사이에 있어서, M/[M+Si] 비율의 차가 15%보다 크면, 하층(21)과 상층(22) 사이에 있어서의 EB 결함 수정에 있어서의 에칭레이트의 차가 커져 버려서, EB 결함 수정을 행한 부분의 위상 시프트막(2)의 패턴 측벽 형상에 단차가 발생하기 쉬워진다. 하층(21)에 있어서의 M/[M+Si] 비율로부터 상층(22)에 있어서의 M/[M+Si] 비율을 뺀 차는, 10% 이하이면 보다 바람직하고, 8% 이하이면 더욱 바람직하다.

하층(21)에 EB 결함 수정 시에 있어서의 에칭 종점 검출을 용이하게 하는 기능을 충분히 발휘시키기 위해서는, 하층(21)을 형성하는 재료에 있어서의 M/[M+Si] 비율은, 적어도 8% 이상일 것이 요구되며, 9% 이상이면 바람직하고, 10% 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 하층(21)을 형성하는 재료에 있어서의 M/[M+Si] 비율은, 적어도 20% 이하일 것이 요구된다. 하층(21)의 M/[M+Si] 비율을 20%보다 크게 하면, 하층(21)의 소쇠 계수 k가 높아지기 때문에, 위상 시프트막(2)의 전체에 있어서의 ArF 노광광에 대한 투과율을 소정 범위로 조정하기 위해서 하층(21)의 두께를 대폭으로 얇게 할 필요가 생긴다. 하층(21)의 두께가 너무 얇으면, EB 결함 수정 시에 있어서의 에칭 종점 검출을 용이하게 하는 기능을 하층(21)에 발휘시키는 것이 어려워진다. 또한, 하층(21)에 있어서의 ArF 노광광의 적산 조사에 대한 내성도 저하된다. 하층(21)을 형성하는 재료에 있어서의 M/[M+Si] 비율은, 15% 이하인 것이 바람직하고, 12% 이하이면 보다 바람직하다.

위상 시프트막(2)의 투과율 및 위상 시프트양의 변동을 작게 한다는 관점에서 보면, 상층(22) 중에 미리 산소를 함유시킬 것뿐만 아니라, 상층(22) 중의 금속 함유량을 적게 하는 것이 요망된다. 그러나, 위상 시프트막(2)의 상층(22)을 형성하는 재료에 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 양쪽을 높이는 것에 기여하는 금속 원소를 함유시키지 않으면, 위상 시프트막(2)의 전체의 두께가 두꺼워진다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 상층(22)을 DC 스퍼터링법으로 성막하는 경우, 금속 실리사이드 타깃의 도전성이 낮은 것에 기인하는 결함이 증가한다고 하는 문제도 있다. 이들의 점을 고려하면, 상층(22)에 있어서의 M/[M+Si] 비율은 2% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 3% 이상으로 하면 보다 바람직하다. 한편, 위상 시프트막(2)(상층(22))의 투과율 및 위상 시프트양의 변동을 작게 한다고 하는 관점에서 보면, 상층(22)에 있어서의 M/[M+Si] 비율은 7% 이하로 하는 것이 바람직하고, 6% 이하로 하면 보다 바람직하고, 5% 이하로 하면 더욱 바람직하다.

상층(22)을 형성하는 재료 중에 함유시키는 금속 원소에 관한 사항, 상층(22)을 형성하는 재료 중에 함유시키는 전이 금속 원소 이외의 금속에 관한 사항, 및 상층(22)을 형성하는 재료에 함유시키는 그 밖의 원소에 관한 사항에 대해서는, 하층(21)의 경우와 마찬가지이다. 하층(21)을 형성하는 재료와 상층(22)을 형성하는 재료는, 모두 동일한 금속 원소를 함유시키는 것이 바람직하다. 상층(22)과 하층(21)은, 동일한 에칭 가스를 사용한 건식 에칭에 의해 패터닝된다. 이로 인해, 상층(22)과 하층(21)은, 동일한 에칭 챔버 내에서 에칭하는 것이 바람직하다. 상층(22)과 하층(21)을 형성하는 각 재료에 함유하고 있는 금속 원소가 동일하면, 상층(22)으로부터 하층(21)으로 건식 에칭하는 대상이 바뀌어 갈 때의 에칭 챔버 내의 환경 변화를 작게 할 수 있다.

위상 시프트막(2)은, 두께가 적어도 90㎚ 이하일 것이 요구된다. 전자계 효과에 관한 바이어스(EMF 바이어스)를 작게 하기 위함이다. 위상 시프트막(2)의 두께는, 85㎚ 이하인 것이 바람직하고, 80㎚ 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(2)의 두께는, 50㎚ 이상일 것이 요구되고, 55㎚ 이상이면 바람직하고, 60㎚ 이상이면 보다 바람직하다.

위상 시프트막(2)에 있어서의 하층(21)의 두께는, 상층(22)의 두께보다 얇을 것이 요구된다. 하층(21)의 두께를 위상 시프트막(2)의 전체의 두께 1/2보다 크게 하면, 위상 시프트막(2)의 전체에서의 ArF 노광광에 대한 투과율을 소정 범위로 하고, 또한 소정의 위상 시프트양으로 하는 것을 만족하는 것이 어려워진다. 하층(21)의 두께는, 위상 시프트막(2)의 전체의 두께 1/3 이하이면 바람직하고, 1/5 이하이면 보다 바람직하다. 또한, 하층(21)의 두께는, 위상 시프트막(2)의 전체 두께 1/30 이상이면 바람직하고, 1/20 이상이면 보다 바람직하고, 1/15 이상이면 더욱 바람직하다.

하층(21)은, EB 결함 수정 시에 위상 시프트막(2)과 투광성 기판(1) 사이에 있어서의 에칭 종점 검출을 용이하게 하는 기능 등을 발휘시키기 위해서, 두께가 2㎚ 이상일 것이 요구된다. 하층(21)은, 3㎚ 이상이면 바람직하고, 5㎚ 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 하층(21)은, 너무 두꺼우면, 위상 시프트막(2)의 전체에 있어서의 ArF 노광광에 대한 투과율을 10% 이하로 하는 것이 어려워진다. 이 점을 고려하면, 하층(21)은, 두께가 30㎚ 이하일 것이 요구되고, 25㎚ 이하이면 바람직하고, 20㎚ 이하이면 보다 바람직하다.

위상 시프트막(2)의 전체에 있어서, 상기 광학 특성과 막의 두께에 관한 여러 조건을 만족시키기 위해서는, 하층(21)과 상층(22)의 광학 특성을 소정 범위 내로 할 것이 요구된다. 하층(21)의 굴절률 n은, 1.00 이상이면 바람직하고, 1.10 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 하층(21)의 굴절률 n은, 1.90 이하이면 바람직하고, 1.70 이하이면 보다 바람직하다. 하층(21)의 소쇠 계수 k는, 2.40 이상이면 바람직하고, 2.60 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 하층(21)의 소쇠 계수 k는, 3.30 이하이면 바람직하고, 3.00 이하이면 보다 바람직하다.

한편, 상층(22)의 굴절률 n은, 2.00 이상이면 바람직하고, 2.10 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 상층(22)의 굴절률 n은, 2.65 이하이면 바람직하고, 2.55 이하이면 보다 바람직하다. 상층(22)의 소쇠 계수 k는, 0.20 이상이면 바람직하고, 0.30 이상이면 보다 바람직하다. 한편, 상층(22)의 소쇠 계수 k는, 0.60 이하이면 바람직하고, 0.50 이하이면 보다 바람직하다.

위상 시프트막(2)을 포함하는 박막의 굴절률 n과 소쇠 계수 k는, 그 박막의 조성만으로 정해지는 것은 아니다. 그 박막의 막 밀도나 결정 상태 등도 굴절률 n이나 소쇠 계수 k를 좌우하는 요소이다. 이로 인해, 반응성 스퍼터링으로 박막을 성막할 때의 여러 조건을 조정하여, 그 박막이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 되도록 성막한다. 하층(21)과 상층(22)을, 상기 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 범위로 하기 위해서는, 반응성 스퍼터링으로 성막할 때, 희가스와 반응성 가스(산소 가스, 질소 가스 등)의 혼합 가스의 비율을 조정하는 것만으로 한정되지 않는다. 반응성 스퍼터링으로 성막할 때에 있어서의 성막실 내의 압력, 스퍼터링 타깃에 인가하는 전력, 타깃과 투광성 기판(1) 사이의 거리 등의 위치 관계 등 다방면에 걸친다. 또한, 이들의 성막 조건은 성막 장치에 고유한 것이며, 형성되는 하층(21) 및 상층(22)이 원하는 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 되도록 적절히 조정되는 것이다.

위상 시프트막(2)에 있어서의 하층(21) 및 상층(22)은, 스퍼터링에 의해 형성되지만, DC 스퍼터링, RF 스퍼터링 및 이온빔 스퍼터링 등의 어느 쪽의 스퍼터링도 적용 가능하다. 도전성이 낮은 타깃을 사용하는 경우에 있어서는, RF 스퍼터링이나 이온빔 스퍼터링을 적용하는 것이 바람직하지만, 성막 레이트를 고려하면, RF 스퍼터링을 적용하면 보다 바람직하다.

위상 시프트막(2)에 있어서의 하층(21)과 상층(22)을 스퍼터링으로 각각 형성하는 공정에 있어서는, 하층(21)과 상층(22)을 동일한 1개의 타깃에 의해 형성할 수는 없다. 하층(21)과 상층(22)의 M/[M+Si] 비율이 다르기 때문이다. 하층(21)과 상층(22)을 M/[M+Si] 비율이 다른 2개의 타깃으로 각각 형성하는 경우, 동일한 성막실에서 각각 형성해도 되고, 다른 성막실에서 각각 형성해도 된다. 또한, 하층(21)과 상층(22)을 규소 타깃과 금속 실리사이드 타깃을 사용하여, 각 타깃에 인가하는 전압을 바꾸는 스퍼터링에 의해, M/[M+Si] 비율이 다른 하층(21)과 상층(22)을 형성해도 된다. 또한, 하층(21)과 상층(22)을 규소 타깃과 금속 실리사이드 타깃을 사용하여, 각 타깃에 인가하는 전압을 바꾸는 스퍼터링에 의해, M/[M+Si] 비율이 다른 하층(21)과 상층(22)을 형성해도 된다. 또한, 하층(21)과 상층(22)을 다른 성막실에서 형성하는 경우에 있어서는, 각 성막실끼리를 예를 들어 별도의 진공실을 통해서 연결하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 대기 중의 투광성 기판(1)을 진공실 내에 도입할 때에 경유시키는 로드 로크실을 진공실에 연결하는 것이 바람직하다. 또한, 로드 로크실, 진공실 및 각 성막실 사이에서 투광성 기판(1)을 반송하기 위한 반송 장치(로봇 핸드)를 설치하는 것이 바람직하다.

상층(22)은, 표층에 그 표층을 제외한 부분의 상층(22)보다 산소 함유량이 많은 층(이하, 간단히 표면 산화층이라고 함)을 갖는 것이 바람직하다. 상층(22)의 표면 산화층을 형성하는 방법으로서는, 여러가지 산화 처리가 적용 가능하다. 이 산화 처리로서는, 예를 들어 대기 중 등의 산소를 함유하는 기체 중에 있어서의 가열 처리, 산소를 함유하는 기체 중에 있어서의 플래시 램프 등에 의한 광 조사 처리, 오존이나 산소 플라즈마를 최상층에 접촉시키는 처리 등을 들 수 있다. 특히, 위상 시프트막(2)의 막 응력을 저감하는 작용도 동시에 얻어지는 가열 처리나 플래시 램프 등에 의한 광 조사 처리를 사용하여, 상층(22)에 표면 산화층을 형성하는 것이 바람직하다. 상층(22)의 표면 산화층은, 두께가 1㎚ 이상인 것이 바람직하고, 1.5㎚ 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 상층(22)의 표면 산화층은, 두께가 5㎚ 이하인 것이 바람직하고, 3㎚ 이하이면 보다 바람직하다.

투광성 기판(1)은, 합성 석영 유리 외에, 석영 유리, 알루미노실리케이트 유리, 소다석회 유리, 저열 팽창 유리(SiO₂-TiO₂ 유리 등) 등으로 형성할 수 있다. 이들 중에서도, 합성 석영 유리는, ArF 엑시머 레이저 광에 대한 투과율이 높아, 마스크 블랭크(100)의 투광성 기판(1)을 형성하는 재료로서 특히 바람직하다.

마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(2) 위에 차광막(3)을 구비한다. 일반적으로, 바이너리형 전사용 마스크에서는, 전사 패턴이 형성되는 영역(전사 패턴 형성 영역)의 외주 영역은, 노광 장치를 사용해서 반도체 웨이퍼 상의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 외주 영역을 투과한 노광광에 의한 영향을 레지스트막이 받지 않도록, 소정 값 이상의 광학 농도(OD)를 확보하는 것이 요구되고 있다. 이 점에 대해서는, 위상 시프트 마스크의 경우도 동일하다. 통상, 위상 시프트 마스크를 포함하는 전사용 마스크의 외주 영역에서는, OD가 3.0 이상이면 바람직하다고 되어 있고, 적어도 2.8 이상은 필요하게 되어 있다. 위상 시프트막(2)은 소정의 투과율로 노광광을 투과하는 기능을 갖고 있고, 위상 시프트막(2)만으로는 소정 값의 광학 농도를 확보하는 것은 곤란하다. 이로 인해, 마스크 블랭크(100)를 제조하는 단계에서 위상 시프트막(2) 위에, 부족한 광학 농도를 확보하기 위해서 차광막(3)을 적층해 두는 것이 필요해진다. 이러한 마스크 블랭크(100)의 구성으로 함으로써, 위상 시프트 마스크(200)(도 2 참조)를 제조하는 도중에, 위상 시프트 효과를 사용하는 영역(기본적으로 전사 패턴 형성 영역)의 차광막(3)을 제거하면, 외주 영역에 소정 값의 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 및 2층 이상의 적층 구조의 차광막의 각 층은, 막 또는 층의 두께 방향으로 거의 동일한 조성의 구성이어도 되고, 층의 두께 방향으로 조성 경사진 구성이어도 된다.

도 1에 기재된 형태에 있어서의 마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(2) 위에 다른 막을 통하지 않고 차광막(3)을 적층한 구성으로 하고 있다. 이 구성의 경우 차광막(3)은, 위상 시프트막(2)에 패턴을 형성할 때에 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 외, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 일반적으로, 크롬계 재료는, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스로 에칭되지만, 크롬 금속은 이 에칭 가스에 대한 에칭레이트가 그다지 높지 않다. 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스의 에칭 가스에 대한 에칭레이트를 높이는 점을 고려하면, 차광막(3)을 형성하는 재료로서는, 크롬에 산소, 질소, 탄소, 붕소 및 불소로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 함유하는 재료가 바람직하다. 또한, 차광막(3)을 형성하는 크롬을 함유하는 재료에 인듐, 몰리브덴 및 주석 중 하나 이상의 원소를 함유시켜도 된다. 인듐, 몰리브덴 및 주석 중 하나 이상의 원소를 함유시킴으로써, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스에 대한 에칭레이트를 보다 빠르게 할 수 있다.

한편, 본 발명에서는, 별도의 실시 형태의 마스크 블랭크(100)로서, 위상 시프트막(2)과 차광막(3) 사이에 별도의 막(에칭 스토퍼막)을 개재시키는 구성도 포함된다. 이 경우에 있어서는, 상기 크롬을 함유하는 재료로 에칭 스토퍼막을 형성하고, 규소를 함유하는 재료 또는 탄탈륨을 함유하는 재료로 차광막(3)을 형성하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

차광막(3)을 형성하는 규소를 함유하는 재료에는, 전이 금속을 함유시켜도 되고, 전이 금속 이외의 금속 원소를 함유시켜도 된다. 이것은, 이 마스크 블랭크(100)로부터 위상 시프트 마스크(200)를 제작한 경우, 차광막(3)으로 형성되는 패턴은, 기본적으로 외주 영역의 차광대 패턴이고, 전사 패턴 영역에 비해 ArF 노광광이 조사되는 적산량이 적은 것이나, 이 차광막(3)이 미세 패턴으로 남아있는 것은 드물어서, ArF 내광성이 낮더라도 실질적인 문제는 발생하기 어렵기 때문이다. 또한, 차광막(3)에 전이 금속을 함유시키면, 함유시키지 않은 경우에 비해 차광 성능이 크게 향상되어, 차광막(3)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하게 되기 때문이다. 차광막(3)에 함유시키는 전이 금속으로서는, 전이 금속으로서는, 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 하프늄(Hf), 니켈(Ni), 바나듐(V), 지르코늄(Zr), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd) 등 중 어느 하나의 금속 또는 이들 금속의 합금을 들 수 있다.

마스크 블랭크(100)에 있어서, 차광막(3) 위에 차광막(3)을 에칭할 때에 사용되는 에칭 가스에 대하여 에칭 선택성을 갖는 재료로 형성된 하드 마스크막(4)을 더욱 적층시킨 구성으로 하면 바람직하다. 차광막(3)은, 소정의 광학 농도를 확보하는 기능이 필수이기 때문에, 그 두께를 저감하기 위해서는 한계가 있다. 하드 마스크막(4)은, 그 바로 아래의 차광막(3)에 패턴을 형성하는 건식 에칭이 끝날 때까지의 동안에, 에칭 마스크로서 기능할 수 있을 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하며, 기본적으로 광학 농도의 제한을 받지 않는다. 이로 인해, 하드 마스크막(4)의 두께는 차광막(3)의 두께에 비해 대폭으로 얇게 할 수 있다. 그리고, 유기계 재료의 레지스트막은, 이 하드 마스크막(4)에 패턴을 형성하는 건식 에칭이 끝날 때까지의 동안에, 에칭마스크로서 기능하는 만큼의 막의 두께가 있으면 충분하므로, 종래보다 대폭으로 두께를 얇게 할 수 있다. 레지스트막의 박막화는, 레지스트 해상도의 향상과 패턴 쓰러짐 방지에 효과가 있어, 미세화 요구에 대응하는 데에 있어서 매우 중요하다.

이 하드 마스크막(4)은, 차광막(3)이 크롬을 함유하는 재료로 형성되어 있는 경우에는, 상기 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, 상기 외에, 탄탈륨을 함유하는 재료도 적용 가능하다. 이 경우에 있어서의 탄탈륨을 함유하는 재료로서는, 탄탈륨 금속 외에, 탄탈륨에 질소, 산소, 붕소 및 탄소로부터 선택되는 하나 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, 상기 크롬을 함유하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

마스크 블랭크(100)에 있어서, 하드 마스크막(4)의 표면에 접하여, 유기계 재료의 레지스트막이 100㎚ 이하의 막 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다. DRAM hp 32㎚ 세대에 대응하는 미세 패턴의 경우, 하드 마스크막(4)에 형성해야 할 전사 패턴(위상 시프트 패턴)에, 선 폭이 40㎚인 SRAF(Sub-Resolution Assist Feature)가 설치되는 경우가 있다. 그러나, 이 경우에도, 레지스트 패턴의 단면 애스펙트비가 1:2.5 이하로 낮게 할 수 있으므로, 레지스트막의 현상 시, 린스 시 등에 레지스트 패턴이 도괴나 탈리하는 것이 억제된다. 또한, 레지스트막은, 막 두께가 80㎚ 이하이면 보다 바람직하다.

이 실시 형태의 위상 시프트 마스크(200)는, 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(2)에 전사 패턴(위상 시프트 패턴(2a))이 형성되고, 차광막(3)에 차광대 패턴을 포함하는 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 마스크 블랭크(100)에 하드 마스크막(4)이 설치되어 있는 구성의 경우, 이 위상 시프트 마스크(200)의 제작 도중에 하드 마스크막(4)은 제거된다.

본 발명에 따른 위상 시프트 마스크(200)의 제조 방법은, 상기 마스크 블랭크(100)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, 차광대 패턴을 포함하는 패턴을 갖는 레지스트막(제2 레지스트 패턴)(6b)를 마스크로 하는 건식 에칭에 의해 차광막(3)에 차광대 패턴을 포함하는 패턴을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다. 이하, 도 2에 도시하는 제조 공정에 따라서, 본 발명의 위상 시프트 마스크(200)의 제조 방법을 설명한다. 또한, 여기에서는, 차광막(3) 위에 하드 마스크막(4)이 적층한 마스크 블랭크(100)를 사용한 위상 시프트 마스크(200)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 또한, 차광막(3)에는 크롬을 함유하는 재료를 적용하고, 하드 마스크막(4)에는 규소를 함유하는 재료를 적용하고 있다.

먼저, 마스크 블랭크(100)에 있어서의 하드 마스크막(4)에 접하여, 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성한다. 이어서, 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 레지스트막(제1 레지스트 패턴)(5a)을 형성하였다(도 2의 (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 형성하였다(도 2의 (b) 참조).

이어서, 제1 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 2의 (c) 참조). 계속해서, 차광 패턴(3a)을 마스크로 하여, 불소계 가스를 사용한 건식 에칭을 행하여, 위상 시프트막(2)에 제1 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 형성하고, 또한 동시에 하드 마스크 패턴(4a)도 제거하였다(도 2의 (d) 참조).

이어서, 마스크 블랭크(100) 위에 레지스트막을 스핀 도포법에 의해 형성하였다. 이어서, 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 형성하였다(도 2의 (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 형성하였다(도 2의 (f) 참조). 또한, 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거하여, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐서, 위상 시프트 마스크(200)를 얻었다(도 2의 (g) 참조).

상기 건식 에칭에서 사용되는 염소계 가스로서는, Cl이 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, Cl₂, SiCl₂, CHCl₃, CH₂Cl₂, CCl₄, BCl₃ 등을 들 수 있다. 또한, 상기 건식 에칭에서 사용되는 불소계 가스로서는, F가 포함되어 있으면 특별히 제한은 없다. 예를 들어, CHF₃, CF₄, C₂F₆, C₄F₈, SF₆ 등을 들 수 있다. 특히, C를 포함하지 않는 불소계 가스는, 유리 기판에 대한 에칭레이트가 비교적 낮기 때문에, 유리 기판에의 대미지를 보다 작게 할 수 있다.

본 발명의 위상 시프트 마스크(200)는, 상기 마스크 블랭크(100)를 사용해서 제작된 것이다. 이로 인해, 전사 패턴이 형성된 위상 시프트막(2)(위상 시프트 패턴(2a))은 ArF 노광광에 대한 투과율이 2% 이상 10% 미만이고, 또한 위상 시프트 패턴(2a)을 투과한 노광광과 위상 시프트 패턴(2a)의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광과의 사이에 있어서의 위상차가 150도 이상 190도의 범위 내로 되어 있다.

즉, 본 발명의 위상 시프트 마스크(200)는, 투광성 기판(1) 위에 위상 시프트 패턴(2a)을 적어도 구비하고 있다. 그 위상 시프트 패턴(2a)은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 2% 이상 10% 미만의 투과율로 투과시키는 기능과, 위상 시프트 패턴(2a)을 투과한 노광광에 대하여 위상 시프트 패턴(2a)의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 노광광 사이에서 150도 이상 190도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖고 있다. 그 위상 시프트 패턴(2a)은, 투광성 기판(1)측으로부터 하층(21)과 상층(22)이 적층된 구조를 포함하고 있다. 그 하층(21)은, 금속 및 규소를 함유하고, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 재료로 형성되고, 상층(22)은, 금속, 규소, 질소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되어 있다. 그 하층(21)의 두께는, 상층(22)의 두께보다 얇고, 상층(22)에 있어서의 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 금속의 함유량의 비율은, 하층(21)에 있어서의 상기 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 상기 금속의 함유량의 비율보다 작다. 또한, 본 발명의 위상 시프트 마스크(200)는, 위상 시프트 패턴(2a) 위에 차광대 패턴을 포함하는 차광 패턴(3b)을 구비해도 된다.

본 발명의 위상 시프트 마스크(200)는, 위상 시프트 패턴(2a)이 금속 및 규소를 함유하는 재료로 형성되어 있음에도 불구하고, 위상 시프트 패턴(2a)으로부터의 금속 원소의 용출 및 표층의 산화의 가일층의 진행에 의해 발생하는 노광광에 대한 투과율이나 위상 시프트양의 변화를 저감할 수 있다. 그에 더하여, 위상 시프트 마스크(200)의 제조 공정 도중에 행해지는 마스크 검사에서 발견된 위상 시프트 패턴(2a)의 흑색 결함에 대한 EB 결함 수정 시에 있어서, 에칭 종점을 비교적 용이하게 검출할 수 있다.

본 발명의 반도체 디바이스의 제조 방법은, 상기 위상 시프트 마스크(200) 또는 상기 마스크 블랭크(100)를 사용해서 제조된 위상 시프트 마스크(200)를 사용해서, 반도체 기판 위의 레지스트막에 패턴을 노광 전사하는 것을 특징으로 하고 있다. 이로 인해, 마스크 세정의 전후에서의 위상 시프트 마스크(200)의 광학 특성의 변화가 작아, 마스크 세정 후의 위상 시프트 마스크(200)를 사용해서 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사를 행하더라도, 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 설계 사양을 충분히 만족시키는 정밀도로 패턴을 전사할 수 있다. 또한, 그 제작 도중에 흑색 결함 부분을 EB 결함 수정에 의해 수정한 위상 시프트 마스크(200)를 사용해서 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 노광 전사한 경우에 있어서도, 그 위상 시프트 마스크(200)의 흑색 결함이 존재하고 있던 위상 시프트 패턴 부분에 대응하는 반도체 디바이스 상의 레지스트막에 전사 불량이 발생하는 일이 없다. 이로 인해, 이 레지스트막의 패턴을 마스크로 해서, 하층막을 건식 에칭해서 회로 패턴을 형성한 경우, 정밀도 부족이나 전사 불량에 기인하는 배선 단락이나 단선이 없는 고정밀도의 회로 패턴을 형성할 수 있다.

[실시예]

이하, 실시예에 의해, 본 발명의 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

[마스크 블랭크의 제조]

주표면의 치수가 약 152㎜×약 152㎜이고, 두께가 약 6.35㎜인 합성 석영 유리를 포함하는 투광성 기판(1)을 준비하였다. 이 투광성 기판(1)은, 단부면 및 주표면을 소정의 표면 조도로 연마하고, 그 후, 소정의 세정 처리 및 건조 처리를 실시한 것이었다.

이어서, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하여, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=11원자%:89원자%)을 사용하여, 아르곤(Ar) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 위에 몰리브덴 및 규소를 포함하는 위상 시프트막(2)의 하층(21)(MoSi막)을 7㎚의 두께로 형성하였다.

이어서, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 하층(21)이 성막된 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=4원자%:96원자%)을 사용하여, 아르곤(Ar), 질소(N₂), 산소(O₂) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 하층(21) 위에 몰리브덴, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 위상 시프트막(2)의 상층(22)(MoSiON막)을 72㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1)의 표면에 접해서 하층(21)과 상층(22)이 적층한 위상 시프트막(2)을 79㎚의 두께로 형성하였다.

이어서, 이 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)에 대하여 위상 시프트막(2)의 막응력을 저감하기 위해, 및 표층에 산화층을 형성하기 위한 가열 처리를 행하였다. 구체적으로는, 가열로(전기로)를 사용하여, 대기 중에서 가열 온도를 450℃, 가열 시간을 1시간으로 해서, 가열 처리를 행하였다. 별도의 투광성 기판(1)의 주표면에 대하여 동일한 조건으로 하층(21)과 상층(22)이 적층된 위상 시프트막(2)을 성막하여, 가열 처리를 행한 것을 준비하였다. 위상 시프트양 측정 장치(레이저텍사 제조 MPM193)를 사용하여, 그 위상 시프트막(2)의 파장 193㎚의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한 바, 투과율이 6.1%, 위상차가 171.1도(deg)였다. 또한, 이 위상 시프트막(2)에 대하여 STEM과 EDX로 분석한 바, 위상 시프트막(2)의 상층(22)의 표면으로부터 약 1.5㎚ 정도의 두께로 산화층이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 하층(21) 및 상층(22)의 각 광학 특성을 측정한 바, 하층(21)은 굴절률 n이 1.16, 소쇠 계수 k가 2.91이며, 상층(22)은, 굴절률 n이 2.38, 소쇠 계수 k가 0.32였다. 또한, 위상 시프트막(2)의 표면 반사율(위상 시프트막(2)의 표면측의 반사율)은 20.6%, 이면 반사율(투광성 기판(1)측의 반사율)은 36.2%였다.

이어서, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 위상 시프트막(2)이 형성된 투광성 기판(1)을 설치하고, 크롬(Cr) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO₂), 질소(N₂) 및 헬륨(He)의 혼합 가스(유량비 Ar:CO₂:N₂:He=22:39:6:33, 압력=0.2㎩)를 스퍼터링 가스로 하고, DC 전원의 전력을 1.9㎾로 하여, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 위상 시프트막(2) 위에 CrOCN을 포함하는 차광막(3)의 최하층을 30㎚의 두께로 형성하였다.

이어서, 동일한 크롬(Cr) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar) 및 질소(N₂)의 혼합 가스(유량비 Ar:N₂=83:17, 압력=0.1㎩)를 스퍼터링 가스로 하고, DC 전원의 전력을 1.4㎾로 하여, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 차광막(3)의 최하층 위에 CrN을 포함하는 차광막(3)의 하층을 4㎚의 두께로 형성하였다.

이어서, 동일한 크롬(Cr) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO₂), 질소(N₂) 및 헬륨(He)의 혼합 가스(유량비 Ar:CO₂:N₂:He=21:37:11:31, 압력=0.2㎩)를 스퍼터링 가스로 하고, DC 전원의 전력을 1.9㎾로 하여, 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 차광막(3)의 하층 위에 CrOCN을 포함하는 차광막(3)의 상층을 14㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 위상 시프트막(2)측으로부터 CrOCN을 포함하는 최하층, CrN을 포함하는 하층, CrOCN을 포함하는 상층의 3층 구조를 포함하는 크롬계 재료의 차광막(3)을 합계 막 두께 48㎚로 형성하였다. 또한, 이 위상 시프트막(2)과 차광막(3)의 적층 구조에 있어서의 파장 193㎚의 광학 농도(OD)를 측정한 바, 3.0 이상이었다.

또한, 매엽식 RF 스퍼터 장치 내에, 위상 시프트막(2) 및 차광막(3)이 적층된 투광성 기판(1)을 설치하고, 이산화규소(SiO₂) 타깃을 사용하여, 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 하고, RF 스퍼터링에 의해 차광막(3) 위에 규소 및 산소를 포함하는 하드 마스크막(4)을 5㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에, 2층 구조의 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.

[위상 시프트 마스크의 제조]

이어서, 이 실시예 1의 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 이하의 수순으로 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다. 처음에, 하드 마스크막(4)의 표면에 HMDS 처리를 실시하였다. 계속해서, 스핀 도포법에 의해, 하드 마스크막(4)의 표면에 접하여, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트를 포함하는 레지스트막을 막 두께 80㎚로 형성하였다. 이어서, 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 제1 레지스트 패턴(5a)을 형성하였다(도 2의 (a) 참조). 또한, 이때 전자선 묘화한 제1 패턴에는, 위상 시프트막(2)에 흑색 결함이 형성되도록, 원래 형성되어야 할 위상 시프트 패턴 외에 프로그램 결함을 부가해 두었다.

이어서, 제1 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 2의 (b) 참조).

이어서, 제1 레지스트 패턴(5a)을 제거하였다. 계속해서, 하드 마스크 패턴(4a)을 마스크로 하여, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl₂:O₂=4:1)를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제1 패턴(차광 패턴(3a))을 형성하였다(도 2의 (c) 참조). 이어서, 차광 패턴(3a)을 마스크로 하여, 불소계 가스(SF₆+He)를 사용한 건식 에칭을 행하여, 위상 시프트막(2)에 제1 패턴(위상 시프트 패턴(2a))을 형성하고, 또한 동시에 하드 마스크 패턴(4a)을 제거했다(도 2의 (d) 참조).

이어서, 차광 패턴(3a) 위에 스핀 도포법에 의해, 전자선 묘화용 화학 증폭형 레지스트를 포함하는 레지스트막을 막 두께 150㎚로 형성하였다. 이어서, 레지스트막에 대하여 차광막(3)에 형성해야 할 패턴(차광 패턴)인 제2 패턴을 노광 묘화하고, 또한 현상 처리 등의 소정의 처리를 행하여, 차광 패턴을 갖는 제2 레지스트 패턴(6b)을 형성하였다(도 2의 (e) 참조). 계속해서, 제2 레지스트 패턴(6b)을 마스크로 하여, 염소와 산소의 혼합 가스(가스 유량비 Cl₂:O₂=4:1)를 사용한 건식 에칭을 행하여, 차광막(3)에 제2 패턴(차광 패턴(3b))을 형성하였다(도 2의 (f) 참조). 또한, 제2 레지스트 패턴(6b)을 제거하고, 세정 등의 소정의 처리를 거쳐서, 위상 시프트 마스크(200)를 얻었다(도 2의 (g) 참조).

제작한 실시예 1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한 바, 프로그램 결함을 배치하였던 개소의 위상 시프트 패턴(2a)에 흑색 결함의 존재가 확인되었다. 그 흑색 결함 부분에 대하여 EB 결함 수정을 행한 바, 에칭 종점을 용이하게 검출할 수 있어, 투광성 기판(1)의 표면에의 에칭을 최소한으로 그치게 할 수 있었다.

EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 바, 설계 사양을 충분히 만족시켰다. 또한, EB 결함 수정을 행한 부분의 전사상은, 그 이외의 영역의 전사상에 비해 손색이 없는 것이었다. 이 결과로부터, EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 1의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지를 세트하여, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했다 하더라도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.

(실시예 2)

[마스크 블랭크의 제조]

실시예 2의 마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(2) 이외에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지 수순으로 제조하였다. 이 실시예 2의 위상 시프트막(2)은, 하층(21)을 형성하는 재료를 변경하고, 하층(21)과 상층(22)의 각 막 두께를 변경하고 있다. 구체적으로는, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=13원자%:87원자%)을 사용하여, 아르곤(Ar), 질소(N₂) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 위에 몰리브덴, 규소 및 질소를 포함하는 위상 시프트막(2)의 하층(21)(MoSiN막)을 7.7㎚의 두께로 형성하였다.

이어서, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 하층(21)이 성막된 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=4원자%:96원자%)을 사용하여, 아르곤(Ar), 질소(N₂), 산소(O₂) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 하층(21) 위에 몰리브덴, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 위상 시프트막(2)의 상층(22)(MoSiON막)을 71.0㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1)의 표면에 접해서 하층(21)과 상층(22)이 적층한 위상 시프트막(2)을 78.7㎚의 두께로 형성하였다.

또한, 실시예 1과 마찬가지의 처리 조건으로, 이 실시예 2의 위상 시프트막(2)에 대해서도 가열 처리를 행하였다. 별도의 투광성 기판(1)의 주표면에 대하여 동일한 조건으로 이 실시예 2의 위상 시프트막(2)을 성막하여, 가열 처리를 행한 것을 준비하였다. 위상 시프트양 측정 장치(레이저텍사 제조 MPM193)를 사용하여, 그 위상 시프트막(2)의 파장 193㎚의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한 바, 투과율이 6.13%, 위상차가 170.5도(deg)였다. 또한, 이 위상 시프트막(2)에 대하여 STEM과 EDX로 분석한 바, 위상 시프트막(2)의 상층(22)의 표면으로부터 약 1.5㎚ 정도의 두께로 산화층이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 하층(21) 및 상층(22)의 각 광학 특성을 측정한 바, 하층(21)은 굴절률 n이 1.20, 소쇠 계수 k가 2.78이며, 상층(22)은, 굴절률 n이 2.38, 소쇠 계수 k가 0.32였다.

이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 MoSiN의 하층(21)과 MoSiON의 상층(22)을 포함하는 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 실시예 2의 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.

[위상 시프트 마스크의 제조]

이어서, 이 실시예 2의 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지 수순으로, 실시예 2의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다.

제작한 실시예 2의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한 바, 프로그램 결함을 배치하였던 개소의 위상 시프트 패턴(2a)에 흑색 결함의 존재가 확인되었다. 그 흑색 결함 부분에 대하여 EB 결함 수정을 행한 바, 에칭 종점을 용이하게 검출할 수 있어, 투광성 기판(1)의 표면에의 에칭을 최소한으로 그치게 할 수 있었다.

EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 2의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 바, 설계 사양을 충분히 만족시켰다. 또한, EB 결함 수정을 행한 부분의 전사상은, 그 이외의 영역의 전사상에 비해 손색이 없는 것이었다. 이 결과로부터, EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 2의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지를 세트하여, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했다 하더라도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.

(실시예 3)

[마스크 블랭크의 제조]

실시예 3의 마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(2) 이외에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지 수순으로 제조하였다. 이 실시예 3의 위상 시프트막(2)은, 하층(21)을 형성하는 재료를 변경하고, 하층(21)과 상층(22)의 각 막 두께를 변경하고 있다. 구체적으로는, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=13원자%:87원자%)을 사용하여, 아르곤(Ar), 질소(N₂) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 투광성 기판(1) 위에 몰리브덴, 규소 및 질소를 포함하는 위상 시프트막(2)의 하층(21)(MoSiN막)을 4.5㎚의 두께로 형성하였다.

이어서, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 하층(21)이 성막된 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 타깃(Mo:Si=4원자%:96원자%)을 사용하여, 아르곤(Ar), 질소(N₂), 산소(O₂) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 하층(21) 위에 몰리브덴, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 위상 시프트막(2)의 상층(22)(MoSiON막)을 72.1㎚의 두께로 형성하였다. 이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1)의 표면에 접해서 하층(21)과 상층(22)이 적층한 위상 시프트막(2)을 76.6㎚의 두께로 형성하였다.

또한, 실시예 1과 마찬가지의 처리 조건에서, 이 실시예 3의 위상 시프트막(2)에 대해서도 가열 처리를 행하였다. 별도의 투광성 기판(1)의 주표면에 대하여 동일한 조건으로 이 실시예 3의 위상 시프트막(2)을 성막하고, 가열 처리를 행한 것을 준비하였다. 위상 시프트양 측정 장치(레이저텍사 제조 MPM193)를 사용하여, 그 위상 시프트막(2)의 파장 193㎚의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한 바, 투과율이 6.08%, 위상차가 170.2도(deg)였다. 또한, 이 위상 시프트막(2)에 대하여 STEM과 EDX로 분석한 바, 위상 시프트막(2)의 상층(22)의 표면으로부터 약 1.5㎚ 정도의 두께로 산화층이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 하층(21) 및 상층(22)의 각 광학 특성을 측정한 바, 하층(21)은 굴절률 n이 1.52, 소쇠 계수 k가 2.73이며, 상층(22)은, 굴절률 n이 2.38, 소쇠 계수 k가 0.32였다.

이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 MoSiN의 하층(21)과 MoSiON의 상층(22)을 포함하는 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 실시예 3의 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.

[위상 시프트 마스크의 제조]

이어서, 이 실시예 3의 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지 수순으로, 실시예 3의 위상 시프트 마스크(200)를 제작하였다.

제작한 실시예 3의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한 바, 프로그램 결함을 배치하였던 개소의 위상 시프트 패턴(2a)에 흑색 결함의 존재가 확인되었다. 그 흑색 결함 부분에 대하여 EB 결함 수정을 행한 바, 에칭 종점을 용이하게 검출할 수 있어, 투광성 기판(1)의 표면에의 에칭을 최소한으로 그치게 할 수 있었다.

EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 2의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 바, 설계 사양을 충분히 만족시켰다. 또한, EB 결함 수정을 행한 부분의 전사상은, 그 이외의 영역의 전사상에 비해 손색이 없는 것이었다. 이 결과로부터, EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 3의 위상 시프트 마스크(200)를 노광 장치의 마스크 스테이지를 세트하여, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했다 하더라도, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴은 고정밀도로 형성할 수 있다고 할 수 있다.

(비교예 1)

[마스크 블랭크의 제조]

이 비교예 1의 마스크 블랭크는, 위상 시프트막(2) 이외에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 제조하였다. 이 비교예 1의 위상 시프트막(2)은, 몰리브덴, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 단층 구조의 막을 적용하였다. 구체적으로는, 매엽식 DC 스퍼터 장치 내에 투광성 기판(1)을 설치하고, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)의 혼합 소결 타깃(Mo:Si=4원자%:96원자%)을 사용하여, 아르곤(Ar), 질소(N₂), 산소(O₂) 및 헬륨(He)의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 하는 반응성 스퍼터링(DC 스퍼터링)에 의해, 몰리브덴, 규소, 질소 및 산소를 포함하는 위상 시프트막(2)을 66㎚의 두께로 형성하였다.

또한, 실시예 1과 마찬가지 처리 조건에서, 이 위상 시프트막(2)에 대해서도 가열 처리를 행하였다. 별도의 투광성 기판(1)의 주표면에 대하여 동일한 조건으로 이 비교예 1의 위상 시프트막(2)을 성막하고, 가열 처리를 행한 것을 준비하였다. 위상 시프트양 측정 장치(레이저텍사 제조 MPM193)를 사용하여, 그 위상 시프트막(2)의 파장 193㎚의 광에 대한 투과율과 위상차를 측정한 바, 투과율이 12.1%, 위상차가 177.1도(deg)였다. 또한, 위상 시프트막(2)에 대하여 STEM과 EDX로 분석한 바, 위상 시프트막(2)의 표면으로부터 약 1.7㎚ 정도의 두께로 산화층이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 이 위상 시프트막(2)의 각 광학 특성을 측정한 바, 굴절률 n이 2.48, 소쇠 계수 k가 0.45였다.

이상의 수순에 의해, 투광성 기판(1) 위에 MoSiON을 포함하는 위상 시프트막(2), 차광막(3) 및 하드 마스크막(4)이 적층된 구조를 구비하는 비교예 1의 마스크 블랭크를 제조하였다.

[위상 시프트 마스크의 제조]

이어서, 이 비교예 1의 마스크 블랭크를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 비교예 1의 위상 시프트 마스크를 제작하였다.

제작한 비교예 1의 하프톤형의 위상 시프트 마스크에 대하여 마스크 검사 장치에 의해 마스크 패턴의 검사를 행한 바, 프로그램 결함을 배치하였던 개소의 위상 시프트 패턴(2a)에 흑색 결함의 존재가 확인되었다. 그 흑색 결함 부분에 대하여 EB 결함 수정을 행한 바, 에칭 종점을 검출하는 것이 어려워, 투광성 기판(1)의 표면부터 에칭이 진행되어 버렸다.

EB 결함 수정을 행한 후의 실시예 1의 하프톤형 위상 시프트 마스크(200)에 대하여 AIMS193(Carl Zeiss사 제조)을 사용하여, 파장 193㎚의 노광광으로 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사했을 때에 있어서의 전사상의 시뮬레이션을 행하였다. 이 시뮬레이션의 노광 전사상을 검증한 바, EB 결함 수정을 행한 부분이외에서는, 대략 설계 사양을 충분히 만족시켰다. 그러나, EB 결함 수정을 행한 부분의 전사상은, 투광성 기판(1)에의 에칭의 영향 등에 기인해서 전사 불량이 발생하는 수준의 것이었다. 이 결과로부터, EB 결함 수정을 행한 후의 비교예 1의 위상 시프트 마스크를 노광 장치의 마스크 스테이지를 세트하여, 반도체 디바이스 위의 레지스트막에 노광 전사한 경우, 최종적으로 반도체 디바이스 위에 형성되는 회로 패턴에는, 회로 패턴의 단선이나 단락이 발생하는 것이 예상된다.

1 : 투광성 기판
2 : 위상 시프트막
21 : 하층
22 : 상층
2a : 위상 시프트 패턴
3 : 차광막
3a, 3b : 차광 패턴
4 : 하드 마스크막
4a : 하드 마스크 패턴
5a : 제1 레지스트 패턴
6b : 제2 레지스트 패턴
100 : 마스크 블랭크
200 : 위상 시프트 마스크

Claims

투광성 기판 위에 위상 시프트막을 구비한 마스크 블랭크이며,
상기 위상 시프트막은, ArF 엑시머 레이저의 노광광을 2% 이상 10% 미만의 투과율로 투과시키는 기능과, 상기 위상 시프트막을 투과한 상기 노광광에 대하여 상기 위상 시프트막의 두께와 동일한 거리만큼 공기 중을 통과한 상기 노광광 사이에서 150도 이상 190도 이하의 위상차를 발생시키는 기능을 갖고,
상기 위상 시프트막은, 상기 투광성 기판측으로부터 하층과 상층이 적층된 구조를 포함하고,
상기 하층은, 금속 및 규소를 함유하고, 산소의 함유량이 5원자% 이하인 재료로 형성되고,
상기 상층은, 금속, 규소, 질소 및 산소를 함유하는 재료로 형성되고, 상기 상층을 형성하는 재료의 산소 함유량은 5원자% 이상 30원자% 이하이고,
상기 하층의 두께는, 상기 상층의 두께보다 얇고,
상기 상층은, 상기 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 상기 금속의 함유량의 비율이 2% 이상 7% 이하이며,
상기 하층은, 상기 금속 및 규소의 합계 함유량에 대한 상기 금속의 함유량의 비율이 8% 이상 20% 이하이고,
상기 하층을 형성하는 재료와 상기 상층을 형성하는 재료는 동일한 금속을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제1항에 있어서,
상기 하층은, 상기 투광성 기판의 표면에 접해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제1항에 있어서,
상기 하층은, 금속 및 규소를 포함하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제1항에 있어서,
상기 위상 시프트막은, 두께가 90㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제1항에 있어서,
상기 하층은, 두께가 2㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제1항에 있어서,
상기 상층은, 표층에 그 표층을 제외한 부분의 상층보다 산소 함유량이 많은 층을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상 시프트막 위에 차광막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
제7항에 기재된 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막에 전사 패턴이 형성되고, 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
제7항에 기재된 마스크 블랭크를 사용한 위상 시프트 마스크의 제조 방법이며,
건식 에칭에 의해 상기 차광막에 전사 패턴을 형성하는 공정과,
상기 전사 패턴을 갖는 차광막을 마스크로 하는 건식 에칭에 의해 상기 위상 시프트막에 전사 패턴을 형성하는 공정과,
차광대 패턴을 포함하는 패턴을 갖는 레지스트막을 마스크로 하는 건식 에칭에 의해 상기 차광막에 차광대 패턴을 포함하는 패턴을 형성하는 공정
을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
제8항에 기재된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
제9항에 기재된 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크를 사용하여, 반도체 기판 위의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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