KR101707591B1 - 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 검사 시의 콘트라스트를 향상시키고, 마스크 사용 시의 노광광에 대한 콘트라스트를 향상시켜, 고해상도의 미세 패턴을 형성할 수 있는 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제공한다. 기판(1)과, 그 기판 상에 순차적으로 형성된, 노광광을 반사하는 다층 반사막(2)과, 다층 반사막(2) 상의 루테늄(Ru) 또는 그 화합물을 주성분으로 하는 보호막(6)과, 노광광을 흡수하는 흡수체막(4)을 갖는 반사형 마스크 블랭크(10)로서, 흡수체막(4)은, 최상층(4b)과 하층(4a)으로 이루어지는 적층 구조로 되어 있고, 최상층(4b)은, Si, Cr 중 적어도 1 이상의 원소의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 탄화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있다. 반사형 마스크(20)는, 이 반사형 마스크 블랭크의 흡수체막에 전사 패턴을 형성하여 얻어진다.

Description

반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크의 제조 방법{REFLECTIVE MASK BLANK AND REFLECTIVE MASK MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 반도체 장치 제조 등에 사용되는 노광용 반사형 마스크, 및 그것을 제조하기 위한 원판인 반사형 마스크 블랭크에 관한 것이다.
최근, 반도체 산업에서, 반도체 디바이스의 고집적화에 수반하여, 포토리소그래피법의 전사 한계를 상회하는 미세 패턴이 필요로 되고 있다. 이 때문에, 보다 파장이 짧은 극단 자외(Extreme Ultra Violet : 이하, EUV라고 호칭함)광을 이용한 노광 기술인 EUV 리소그래피가 유망시되고 있다. 또한, 여기서, EUV광은, 연X선 영역 또는 진공 자외선 영역의 파장대의 광을 가리키고, 구체적으로는 파장이 0.2∼100㎚ 정도의 광이다. 이 EUV 리소그래피에서 이용되는 마스크로서는, 예를 들면 하기 특허 문헌 1에 기재된 노광용 반사형 마스크가 제안되어 있다.
이와 같은 반사형 마스크는, 기판 상에 노광광을 반사하는 다층 반사막이 형성되고, 그 다층 반사막 상에 버퍼막, 또한 그 위에 노광광을 흡수하는 흡수체막이 패턴 형상으로 형성된 것이다. 버퍼막은, 흡수체막의 패턴 형성 공정 및 수정 공정에서의 다층 반사막의 보호를 목적으로 하여 다층 반사막과 흡수체막과의 사이에 형성되어 있다. 노광기(패턴 전사 장치)에 탑재된 반사형 마스크에 입사한 광은, 흡수체막이 있는 부분에서는 흡수되고, 흡수체막이 없는 부분에서는 다층 반사막에 의해 반사된 광상이 반사 광학계를 통하여 반도체 기판 상에 전사된다.
이와 같은 반사형 마스크(光像)는, 예를 들면 이하의 프로세스에 의해 제조된다.
(1) 기판 상에, 순차적으로, 다층 반사막, 버퍼막, 및 흡수체막을 성막한 반사형 마스크 블랭크의 상면에 소정의 레지스트 패턴을 형성하고, 그 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해 흡수체막에 소정의 패턴을 형성한다.
(2) 여기서, 검사광을 이용하여, 흡수체막에 패턴이 설계대로 형성되어 있는지의 여부의 검사를 행한다. 이때, 흡수체막에서 반사되는 검사광과, 흡수체막이 제거되어 노출된 버퍼막에서 반사되는 검사광을 검출하고, 그 콘트라스트를 관찰함으로써 검사를 행한다.
(3) 검사의 결과, 흡수체막의 패턴에 백결함이나 흑결함이 있는 것이 판명된 경우에는, 백결함에 대해서는 FIB 어시스트 디포지션법 등에 의해 핀홀 등의 수복을 행하고, 흑결함 부분에 대해서는 FIB 조사 등에 의한 불필요 부분의 제거에 의해 수정을 행한다.
(4) 다음으로, 상기 패턴이 형성된 흡수체막을 에칭 마스크로 하여, 드라이 에칭에 의해 버퍼막을 흡수체막 패턴에 따라서 제거하고, 버퍼막에 패턴을 전사한다.
(5) 마지막으로, 검사광을 이용하여, 형성된 패턴의 최종 확인 검사를 행한다. 이때, 흡수체막에서 반사되는 검사광과, 흡수체막 및 버퍼막이 제거되어 노출된 다층 반사막에서 반사되는 검사광을 검출하고, 그 콘트라스트를 관찰함으로써 검사를 행한다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평8-213303호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 제3806702호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 제2004-207593호 공보
전술한 바와 같이, 흡수체막에 소정의 패턴을 형성한 후에 패턴 검사를 행하는 경우에는, 흡수체막에서 반사되는 검사광과, 흡수체막이 제거되어 노출된 버퍼막에서 반사되는 검사광과의 콘트라스트를 관찰함으로써 검사를 행하고, 버퍼막에 흡수체막 패턴을 전사한 후에 최종 확인 검사를 행하는 경우에는, 흡수체막에서 반사되는 검사광과, 흡수체막 및 버퍼막이 제거되어 노출된 다층 반사막에서 반사되는 검사광과의 콘트라스트를 관찰함으로써 검사를 행하기 때문에, 흡수체막과 버퍼막 혹은 다층 반사막과의 사이에서 충분한 콘트라스트가 얻어지지 않으면 정확한 패턴 검사를 행할 수 없다. 따라서, 특허 문헌 2에는, 흡수체층을, EUV광 등의 노광광의 흡수체층을 하층으로 하고, 검사광에 대한 저반사층을 상층으로 하는 적층 구조로 함으로써, 콘트라스트를 향상시켜 정확한 패턴 검사를 행할 수 있는 반사형 마스크 블랭크가 기재되어 있다.
다층 반사막은, 굴절률이 상이한 원소가 주기적으로 적층된 다층막이며, 일반적으로는, 중원소 또는 그 화합물의 박막과, 경원소 또는 그 화합물의 박막이 교대로 40∼60 주기 정도 적층된 다층막이 이용된다. 예를 들면, 파장 13∼14㎚의 EUV광에 대한 다층 반사막으로서는, Mo막과 Si막을 교대로 40 주기 정도 적층한 Mo/Si 주기 적층막이 바람직하게 이용된다. 반사율을 높이기 위해서는, 굴절률이 큰 Mo막을 최상층으로 하는 것이 바람직하지만, Mo는 대기에 접촉하면 산화되기 쉽고, 반대로 반사율이 저하하게 된다. 이 Mo막의 산화 방지를 위해서, 그리고, 반사형 마스크 블랭크로부터 반사형 마스크를 제조할 때의 약품 등에 의한 세정으로부터 보호하기 위해서, 최표층을 Si막으로 하고, 막 두께도 하층의 Si막보다도 두껍게 형성하여, 보호막으로서 기능시키고 있었다. 즉, 검사광에 대한 콘트라스트는, 실질적으로는, 흡수체막과, 보호막과, 버퍼막(버퍼막을 형성하는 경우)과의 사이에서 확보할 수 있도록 조정하고 있었다고 말할 수 있다. 그러나, 다층 반사막 상에 보호막으로서 Si막을 두껍게 형성하면, EUV광의 반사율이 저하하게 된다고 하는 문제가 있었다. 이것을 해결하기 위해서, 최근에는, 다층 반사막의 최표층을 동일한 재료의 하층과 대략 동일한 두께의 Si막으로 하고, 그 상면에 Ru를 주성분으로 하는 재료의 보호막을 형성한 구성이 사용되기 시작하고 있다. 이 경우, 검사광에 대한 콘트라스트는, Ru를 주성분으로 하는 보호막에서 생각해야만 한다.
한편, 상층의 저반사층으로서는, 예를 들면 Ta와 B와 O를 함유하는 재료가 사용된다. 전술한 패턴 검사에 사용하는 검사광으로서, 종래는 통상적으로, 파장 257㎚ 정도의 광이 사용되고 있고, 상기 Ta와 B와 O를 함유하는 재료의 경우, 막 두께를 최적화함으로써, 파장 257㎚ 정도의 검사광에 대한 반사율이 최소로 되도록 조정하는 것이 가능하다. 최근의 패턴의 보다 한층 더한 미세화에 수반하여, 패턴 검사에 사용하는 검사광은, 종래보다도 단파장의 것, 예를 들면 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)나 F2 엑시머 레이저(파장 157㎚)를 사용할 필요성이 생기고 있다. 그런데, 상기 Ta와 B와 O를 함유하는 재료의 경우, 막 두께를 조정해도, 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대해서는 반사율을 최소로 하는 것이 어렵기 때문에, 반사율이 높아지는 경향이 있다. 보호막의 재료에 Si를 이용하는 경우에서는, 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 반사율이 매우 높기 때문에, 흡수체막의 반사율이 조금 높아도 콘트라스트의 확보는 어느 정도 가능하다. 그러나, 보호막의 재료에 Ru를 주성분으로 하는 재료를 이용하는 경우에서는, 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 반사율이 Si의 경우만큼 높지 않기 때문에, 흡수체막의 반사율이 조금 높으면, 콘트라스트의 확보가 곤란하다고 하는 문제가 있다.
또한, 반사형 마스크를 이용하여, 미세 패턴을 높은 정밀도로 반도체 기판 등에의 패턴 전사를 행하기 위해서는, EUV광 등의 노광광에 대한 마스크 콘트라스트를 향상시키는 것이 중요하다.
또한, 특허 문헌 3에 기재된 바와 같이, EUV 리소그래피의 경우에도, ArF 노광광 등을 이용하는 광 투과형 리소그래피와 마찬가지로, 광의 회절의 문제가 생기기 때문에, 위상 시프트 효과의 이용이 시도되고 있다. 즉, 이 반사형 마스크에서는, 흡수체막은, EUV 노광광이 그 표면으로부터 내부에 입사하고, 다층 반사막에서 반사되어, 다시 표면으로부터 나가는 반사광을 그 광 강도를 소정 비율까지 저하시키는 투과율 조정 작용과, 흡수체막이 노출된 부분에서 EUV 노광광이 다층 반사막에서 직접 반사된 반사광과의 사이에서, 위상 시프트 효과가 생기는 만큼의 위상차를 부여하는 위상 조정 작용을 갖고 있다. 그러나, 보호층에 Ru를 주성분으로 하는 재료를 이용하는 경우, 드라이 에칭에 의해 전사 패턴이 형성되는 흡수체막에 동일한 Ru계의 재료를 이용할 수 없다고 하는 문제가 있다.
또한, 일반적으로 반사형 마스크 블랭크에서는, 노광광을 흡수하는 기능을 갖는 흡수체막의 막 두께가 두껍고, 이 흡수체막을 에칭에 의해 패턴을 형성할 때에 필요한 레지스트막의 막 두께도 두꺼워지게 된다. 마스크에 요구되는 패턴의 선폭이 가늘어지면, 종래와 같은 두꺼운 레지스트(통상 500㎚ 내지 800㎚ 정도)에 가는 선폭의 패턴을 형성하면, 첫째로 어스펙트비가 커져 레지스트 패턴 쓰러짐이 생길 우려가 있고, 둘째로 레지스트의 수직 방향의 형상 정밀도를 취하기 어려워, 흡수체 패턴의 형상 정밀도가 악화되고, 셋째로 에칭 가스가 레지스트 패턴의 가는 통로에 공급되기 어렵고, 또한, 에칭에 의해 발생한 가스도 체류하기 쉽기 때문에, 선폭이 좁은 부분에서 에칭의 반응이 진행되기 어려워지고, 그 때문에, 선폭이 넓은 부분과 선폭이 좁은 부분에서의 에칭 속도에 차가 생기게 되어, 마스크 면내에서 균일한 에칭을 행할 수 없게 되기 때문에, 종래의 두꺼운 레지스트를 사용하면, 예를 들면, 해상도 50㎚ 이하라고 하는 바와 같은 선폭이 가는 미세 패턴의 형성이 곤란하다.
따라서 본 발명의 목적은, 첫째로, 보호막에 Ru를 주성분으로 하는 재료를 이용한 경우에도, 패턴 검사에 이용하는 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 검사 시의 콘트라스트를 향상시킨 반사형 마스크 블랭크 및 그것을 이용하여 제조되는 반사형 마스크를 제공하는 것이다. 둘째로, 마스크 사용 시의 노광광에 대한 콘트라스트를 향상시킨 반사형 마스크 블랭크 및 그것을 이용하여 제조되는 반사형 마스크를 제공하는 것이다. 셋째로, 보호막에 Ru를 주성분으로 하는 재료를 이용한 경우에도, 위상 시프트 효과를 이용한 반사형 마스크 블랭크 및 그것을 이용하여 제조되는 반사형 마스크를 제공하는 것이다. 넷째로, 고해상도의 미세 패턴을 형성할 수 있는 반사형 마스크 블랭크 및 그것을 이용하여 제조되는 반사형 마스크를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
기판과, 그 기판 상에 형성된 노광광을 반사하는 다층 반사막과, 그 다층 반사막 상에 형성된 노광광을 흡수하는 흡수체막을 갖는 반사형 마스크 블랭크로서, 상기 흡수체막은, 최상층과, 그 이외의 하층으로 이루어지는 적층 구조로 되어 있고, 상기 최상층은, 규소(Si) 및 크롬(Cr) 중 적어도 1 이상의 원소의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되고, 상기 다층 반사막과 상기 흡수체막과의 사이에, 루테늄(Ru) 또는 그 화합물을 주성분으로 하는 보호막을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
구성 1에 따르면, 상기 흡수체막의 최상층이, 규소(Si) 및 크롬(Cr) 중 적어도 1 이상의 원소의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있음으로써, 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 반사율을 최소로 저감할 수 있어, 그 검사광에 대한 반사율이 그다지 높지 않은 루테늄(Ru) 또는 그 화합물을 주성분으로 하는 재료를 보호막에 이용해도, 패턴 검사 시의 콘트라스트를 향상시킨 반사형 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또한, 상기 흡수체막의 최상층이, 규소(Si) 및 크롬(Cr) 중 적어도 1 이상의 원소의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있음으로써, 최상층에서의 마스크 사용 시의 노광광 투과율을 높임과 함께, 노광광에 대한 마스크 콘트라스트를 향상시킨 반사형 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
EUV 노광광의 흡수율이 높은 탄탈계 재료는, 투과율의 조정 폭이 비교적 좁은 것에 비해, 이 구성 1에서는, 상기 흡수체막의 최상층이, 규소(Si) 및 크롬(Cr) 중 적어도 1 이상의 원소의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있음으로써, 흡수체막 전체에서의 EUV 노광광에 대한 투과율의 조정이 보다 용이해져, 위상차의 조정도 쉬워진다.
(구성 2)
상기 흡수체막의 하층은, 크롬(Cr)의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 탄화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
구성 2에 따르면, 또한 흡수체막의 하층도 탄탈계 재료에 비해 EUV 노광광의 흡수율이 낮은 크롬계 재료(크롬(Cr)의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 탄화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료)를 이용하기 때문에, 흡수체막 전체에서의 EUV 노광광에 대한 투과율의 조정이 더욱 용이해져, 위상차의 조정도 쉬워진다.
또한, 흡수체막의 하층을 형성하는 크롬계 재료는, 염소와 산소의 혼합 가스의 에칭 가스에 의해 드라이 에칭되지만, 보호막을 형성하는 루테늄계 재료(루테늄(Ru) 또는 그 화합물을 주성분으로 하는 재료)는, 이 에칭 가스에 대하여 높은 내성을 갖고 있어, 보호막에 에칭 스토퍼로서의 역할도 갖게 할 수 있다.
(구성 3)
상기 흡수체막의 최상층은, 규소(Si)의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 탄화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되고, 상기 보호막과 상기 흡수체막과의 사이에 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 버퍼막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
이 구성 3에 따르면, 실리콘계 재료(규소(Si)의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 탄화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료)로 형성된 최상층은, 염소와 산소의 혼합 가스의 드라이 에칭에 대하여 높은 내성을 갖기 때문에, 이 에칭 가스로 드라이 에칭하는 크롬계 재료(크롬을 주성분으로 하는 재료)로 버퍼막을 형성할 수 있다.
(구성 4)
상기 흡수체막의 하층은, 탄탈(Ta)을 주성분으로서 함유하는 탄탈계 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 3에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
이 구성 4에 따르면, 흡수체막의 최상층에 불소계 가스로 드라이 에칭되는 실리콘계 재료를 적용하고, 흡수체막의 하층에 염소 가스로 드라이 에칭되는 탄탈계 재료를 적용한 것에 의해, 최상층을 에칭 마스크로서 기능시킬 수 있다. 이에 의해, 고해상도의 미세 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 보호막을 형성하는 루테늄계 재료는, 염소계 가스에 대하여 높은 내성을 갖고 있어, 보호막에 에칭 스토퍼로서의 역할도 갖게 할 수 있다.
(구성 5)
상기 흡수체막의 최상층은, 패턴 검사에 이용하는 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 반사율이 최소로 되도록 막 두께가 최적화되어 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
구성 5에 따르면, 흡수체막의 최상층에 이용되는 실리콘계 재료나 크롬계 재료는, 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 반사율을 최소로 할 수 있기 때문에, 패턴 검사 시의 콘트라스트를 향상시켜 정확한 패턴 검사를 행할 수 있다.
(구성 6)
상기 보호막은, 루테늄(Ru)과 니오븀(Nb)을 함유하는 루테늄 화합물을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
구성 6에 따르면, 이 반사형 마스크 블랭크로부터 반사형 마스크를 제작하였을 때에, 보호막이 노출됨으로써, 이 보호막의 표층에 니오븀 산화층이 형성되고, 이에 의해, 마스크 세정 시에서의 내약성이 향상된다. 특히, 오존수 세정에 대한 내성이 매우 높아, 노광광 반사율의 저하를 방지할 수 있다. 특히, 보호층의 상면에 접하여 크롬을 주성분으로 하는 버퍼막이 형성되는 구성의 경우에서는, 버퍼막의 드라이 에칭 시의 염소와 산소와의 혼합 가스에 대하여 높은 내성을 갖는다.
(구성 7)
구성 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 반사형 마스크 블랭크의 상기 흡수체막에, 피전사체에 대한 전사 패턴으로 되는 흡수체막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크의 제조 방법.
상기 구성 1 내지 6의 반사형 마스크 블랭크를 이용하여 반사형 마스크를 제조함으로써, 패턴 검사에 이용하는 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 검사 시의 콘트라스트를 향상시키고, 또한 마스크 사용 시의 노광광에 대한 콘트라스트를 향상시키고, 또한 위상 시프트 효과를 갖는 반사형 마스크가 얻어진다.
본 발명에 따르면, 보호막에 Ru를 주성분으로 하는 재료를 이용한 경우에도, 패턴 검사에 이용하는 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 검사 시의 콘트라스트를 향상시킨 반사형 마스크 블랭크 및 그것을 이용하여 제조되는 반사형 마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크 사용 시의 노광광에 대한 콘트라스트를 향상시킨 반사형 마스크 블랭크 및 그것을 이용하여 제조되는 반사형 마스크를 제공할 수 있다. 보호막에 Ru를 주성분으로 하는 재료를 이용한 경우에도, 위상 시프트 효과를 이용한 반사형 마스크 블랭크 및 그것을 이용하여 제조되는 반사형 마스크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 고해상도의 미세 패턴을 형성할 수 있는 반사형 마스크 블랭크 및 그것을 이용하여 제조되는 반사형 마스크를 제공할 수 있다.
도 1은 반사형 마스크 블랭크의 일 실시 형태의 구성 및 이 마스크 블랭크를 이용하여 반사형 마스크를 제조하는 공정을 도시하는 단면도.
도 2는 반사형 마스크를 탑재한 패턴 전사 장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
이하, 본 발명을 실시 형태에 의해 상세하게 설명한다.
본 발명의 반사형 마스크 블랭크는, 기판과, 그 기판 상에 형성된 노광광을 반사하는 다층 반사막과, 그 다층 반사막 상에 형성된 노광광을 흡수하는 흡수체막을 갖는 반사형 마스크 블랭크로서, 상기 흡수체막은, 최상층과, 그 이외의 하층으로 이루어지는 적층 구조로 되어 있고, 상기 최상층은, 규소(Si), 크롬(Cr) 중 적어도 1 이상의 원소의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되고, 상기 다층 반사막과 상기 흡수체막과의 사이에, 루테늄(Ru) 또는 그 화합물을 주성분으로 하는 보호막을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같은 반사형 마스크 블랭크에 의하면, 이하의 효과를 갖는 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크가 얻어진다.
(1) 패턴 검사에 이용하는 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 반사율을 최소로 저감할 수 있어, 그 검사광에 대한 반사율이 그다지 높지 않은 루테늄(Ru) 또는 그 화합물을 주성분으로 하는 재료를 보호막에 이용해도, 흡수체막과 다층 반사막(보호막)과의 사이에서, 검사광에 대한 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있기 때문에, 패턴 검사에 파장 200㎚ 이하의 단파장광을 사용하였을 때의 콘트라스트를 향상시켜, 미세 패턴이 형성된 마스크의 정확한 패턴 검사를 행할 수 있다. 또한, 패턴 검사 시에서의 검사광에 대한 콘트라스트는, 콘트라스트(=반사율비)=흡수체막으로부터의 검사광 반사율 : 보호막(혹은 버퍼막)을 갖는 다층 반사막으로부터의 검사광 반사율=1 : (보호막(혹은 버퍼막)을 갖는 다층 반사막으로부터의 검사광 반사율/흡수체막으로부터의 검사광 반사율)로 정의되는 값을 의미하는 것으로 한다.
(2) 최상층에서의 마스크 사용 시의 노광광 투과율을 높임과 함께, 노광광인 예를 들면 EUV광에 대한 마스크 콘트라스트를 향상시킬 수 있어, 미세 패턴을 높은 정밀도로 패턴 전사를 행할 수 있다.
또한, 마스크 콘트라스트는, 예를 들면 EUV광을 노광광으로 하는 반사형 마스크의 콘트라스트, 즉, 콘트라스트=반사율비=1 : (보호막을 갖는 다층 반사막으로부터의 반사율/흡수체막으로부터의 반사율)로 정의되는 값을 의미하는 것으로 한다.
(3) 탄탈계 재료에 비해, EUV 노광광의 흡수율이 낮은, 규소(Si) 및 크롬(Cr) 중 적어도 1 이상의 원소의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료를 흡수체막의 최상층에 적용함으로써, 흡수체막 전체에서의 EUV 노광광에 대한 투과율의 조정이 보다 용이해져, EUV 노광광에 대한 위상차의 조정이 쉬워진다.
본 발명에서의 상기 흡수체막의 최상층은, 규소(Si) 및 크롬(Cr) 중 적어도 1 이상의 원소의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되지만, 규소(Si)의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물의 대표적인 화합물 예로서는, 예를 들면, Si3N4, SiO2, SiON, SiC 등을 들 수 있다. 또한, 이들 규소의 화합물은, Mo 등의 비교적 원자량이 작은 천이 금속을 더 함유하고 있어도 된다. 이들 재료를 흡수체막의 최상층에 이용하는 경우에서 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 반사율을 최소로 저감하기 위해서는, 재료 중의 N 함유량은 15∼60at％의 범위, O 함유량은 15∼60at％의 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 크롬(Cr)의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물의 대표적인 화합물 예로서는, 예를 들면, CrN, CrNO, CrOCN 등을 들 수 있다. 이들 재료를 흡수체막의 최상층에 이용하는 경우에서 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 반사율을 최소로 저감하기 위해서는, 재료 중의 N 함유량은 15∼60at％의 범위, O 함유량은 15∼60at％의 범위로 하는 것이 바람직하다.
상기 흡수체막의 최상층을 형성하는 재료는, 붕소(B)를 더 함유하고 있어도 된다. B를 함유함으로써, 막의 아몰퍼스성, 표면 평활성을 보다 향상시킬 수 있다.
상기 흡수체막의 최상층의 막 두께는, 대략 5∼30㎚ 정도로 할 수 있지만, 본 발명에서의 최상층을 형성하는 재료는, 패턴 검사에 이용하는 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 반사율을 최소로 저감할 수 있기 때문에, 반사율이 최소로 되도록 막 두께를 최적화하는 것이 바람직하다.
상기 흡수체막의 하층은, 크롬(Cr)의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 탄화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 흡수체막의 하층도 탄탈계 재료에 비해 EUV 노광광의 흡수율이 낮은 크롬계 재료(크롬(Cr)의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 탄화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료)를 이용하기 때문에, 흡수체막 전체에서의 EUV 노광광에 대한 투과율의 조정이 더욱 용이해져, 위상차의 조정도 쉬워진다.
또한, 흡수체막의 하층을 형성하는 크롬계 재료는, 염소와 산소의 혼합 가스의 에칭 가스에 의해 드라이 에칭되지만, 보호막을 형성하는 루테늄계 재료(루테늄(Ru) 또는 그 화합물을 주성분으로 하는 재료)는, 이 에칭 가스에 대하여 높은 내성을 갖고 있어, 보호막에 에칭 스토퍼로서의 역할도 갖게 할 수 있다. 크롬계 재료의 구체예로서는, 상기 최상층에 이용하는 크롬계 재료의 구체예와 마찬가지의 것을 들 수 있다.
또한, 상기 흡수체막의 하층은, 본 발명에서는, 탄탈(Ta)을 주성분으로서 함유하는 탄탈계 재료로 형성되어 있어도 된다. 특히, 흡수체막의 최상층이, 규소(Si)의 질화물, 산화물, 산화 질화물, 탄화물, 질화 탄화물, 또는 산화 질화 탄화물을 주성분으로 하는 재료로 형성되는 경우, 흡수체막의 하층은, 탄탈(Ta)을 주성분으로서 함유하는 탄탈계 재료로 형성되는 것도 바람직하다. 흡수체막의 최상층에 불소계 가스로 드라이 에칭되는 실리콘계 재료를 적용하고, 흡수체막의 하층에 염소 가스로 드라이 에칭되는 탄탈계 재료를 적용한 것에 의해, 최상층을 에칭 마스크로서 기능시킬 수 있다. 이에 의해, 고해상도의 미세 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 보호막을 형성하는 루테늄계 재료는, 염소계 가스에 대하여 높은 내성을 갖고 있어, 보호막에 에칭 스토퍼로서의 역할도 갖게 할 수 있다.
본 발명에서는, 흡수체막의 하층은, 탄탈(Ta)과 붕소(B)와 질소(N)를 함유하는 탄탈계 재료로 형성되어 있는 것이 특히 바람직하다. B를 함유함으로써, 흡수체막의 아몰퍼스성, 표면 평활성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, N을 함유함으로써, 흡수체막의 막 응력을 저감하고, 또한 하층의 버퍼막 혹은 다층 반사막과의 밀착성이 양호해진다.
또한, 상기 흡수체막의 최상층, 하층은 모두, 반드시 전체가 균일한 조성은 아니어도 되고, 예를 들면 막 두께 방향에서 조성이 상이하도록 조성 경사시켜도 된다. 조성 경사시키는 경우, 함유하는 원소의 조성이 연속적으로 상이하도록 해도 되고, 혹은 조성이 단계적으로 상이하도록 해도 된다.
또한, 상기 다층 반사막과 흡수체막과의 사이에, 그 흡수체막과 에칭 특성이 상이한 버퍼막을 형성해도 된다. 이러한 버퍼막을 형성함으로써, 흡수체막의 패턴 형성 시, 및 패턴 수정 시의 에칭에 의한 다층 반사막의 데미지가 방지된다. 특히, 크롬을 함유하는 크롬계 재료로 이루어지는 버퍼막은 높은 평활성이 얻어지기 때문에, 그 위에 형성되는 흡수체막 표면도 높은 평활성이 얻어져, 패턴 불선명을 감소할 수 있다. 크롬계 버퍼막의 재료로서는, 크롬(Cr) 단체나, 크롬(Cr)과 질소(N), 산소(O), 탄소(C), 불소(F)로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 함유하는 재료로 할 수 있다. 예를 들면, 질소를 함유함으로써 평활성이 우수하고, 탄소를 함유함으로써 흡수체막의 드라이 에칭 조건에서의 에칭 내성이 향상되고, 산소를 함유함으로써 막 응력을 저감할 수 있다. 구체적으로는, CrN, CrO, CrC, CrF, CrON, CrCO, CrCON 등의 재료를 바람직하게 들 수 있다.
또한, 상기 반사형 마스크 블랭크는, 흡수체막의 최상층에 소정의 전사 패턴을 형성하기 위한 레지스트막이 형성된 상태이어도 무방하다.
상기 반사형 마스크 블랭크를 사용하여 얻어지는 반사형 마스크로서는, 이하와 같은 양태를 들 수 있다.
(1) 기판 상에 형성된 다층 반사막의 상면에 보호막이 형성되고, 그 위에, 소정의 전사 패턴을 갖는 버퍼막과 흡수체막의 패턴이 형성된 반사형 마스크.
(2) 기판 상에 형성된 다층 반사막의 상면에 보호막이 형성되고, 그 위에, 소정의 전사 패턴을 갖는 흡수체막 패턴이 형성된 반사형 마스크.
도 1은 본 발명의 반사형 마스크 블랭크의 일 실시 형태 및 이 마스크 블랭크를 이용하여 반사형 마스크를 제조하는 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
본 발명의 반사형 마스크 블랭크의 일 실시 형태로서는, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(1) 상에 다층 반사막(2)이 형성되고, 그 위에 보호막(6)을 형성하고, 또한 그 위에, 버퍼막(3) 및, 하층(4a)과 최상층(4b)의 적층 구조로 이루어지는 흡수체막(4)의 각 층이 형성된 구조를 하고 있다. 또한, 흡수체막(4)의 상면에 레지스트막(5)을 갖고 있다.
기판(1)으로서는, 노광 시의 열에 의한 패턴의 왜곡을 방지하기 위해서, 0±1.0×10-7/℃의 범위 내, 보다 바람직하게는 0±0.3×10-7/℃의 범위 내의 저열팽창 계수를 갖는 것이 바람직하다. 이 범위의 저열팽창 계수를 갖는 소재로서는, 아몰퍼스 글래스, 세라믹, 금속 중 어느 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들면 아몰퍼스 글래스이면, SiO2-TiO2계 글래스, 석영 글래스, 결정화 글래스이면, β석영 고용체를 석출한 결정화 글래스 등을 이용할 수 있다. 금속 기판의 예로서는, 인바 합금(Fe-Ni계 합금) 등을 들 수 있다. 또한, 단결정 실리콘 기판을 사용할 수도 있다.
또한, 기판(1)은, 고반사율 및 높은 전사 정밀도를 얻기 위해서, 높은 평활성과 평탄도를 구비한 기판이 바람직하다. 특히, 0.2㎚Rms 이하의 평활한 표면(10㎛×10㎛ 에리어에서의 평활성)과, 50m 이하의 평탄도(기판 주표면의 142㎜×142㎜ 에리어에서의 평탄도)를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 기판(1)은, 그 위에 형성되는 막의 막 응력에 의한 변형을 방지하기 위해서, 높은 강성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 특히, 65㎬ 이상의 높은 영률을 갖고 있는 것이 바람직하다.
또한, 평활성을 나타내는 단위 Rms는, 제곱 평균 평방근 거칠기이며, 원자간력 현미경으로 측정할 수 있다. 또한 평탄도는, TIR(Total Indicated Reading)로 나타내어지는 표면의 휘어짐(변형량)을 나타내는 값으로, 기판 표면을 기준으로 하여 최소 제곱법에 의해 정해지는 평면을 초평면으로 하고, 이 초평면보다 위에 있는 기판 표면의 가장 높은 위치와, 초평면보다 아래에 있는 기판 표면의 가장 낮은 위치와의 고저차의 절대값이다.
다층 반사막(2)은, 전술한 바와 같이, 굴절률이 상이한 원소가 주기적으로 적층된 다층막이며, 일반적으로는, 중원소 또는 그 화합물의 박막과, 경원소 또는 그 화합물의 박막이 교대로 40∼60 주기 정도 적층된 다층막이 이용된다.
예를 들면, 파장 13∼14㎚의 EUV광에 대한 다층 반사막으로서는, 전술한 Mo막과 Si막을 교대로 40 주기 정도 적층한 Mo/Si 주기 적층막이 바람직하게 이용된다. 그 외에, EUV광의 영역에서 사용되는 다층 반사막으로서, Ru/Si 주기 다층막, Mo/Be 주기 다층막, Mo 화합물/Si 화합물 주기 다층막, Si/Nb 주기 다층막, Si/Mo/Ru 주기 다층막, Si/Mo/Ru/Mo 주기 다층막, Si/Ru/Mo/Ru 주기 다층막 등이 있다. 노광 파장에 의해, 재질을 적절히 선택하면 된다.
다층 반사막(2)은, DC 마그네트론 스퍼터법이나, 이온 빔 스퍼터법 등에 의해, 각 층을 성막함으로써 형성할 수 있다. 전술한 Mo/Si 주기 다층막의 경우, 예를 들면 이온 빔 스퍼터법에 의해, 우선 Si 타겟을 이용하여 두께 수㎚ 정도의 Si막을 성막하고, 그 후 Mo 타겟을 이용하여 두께 수㎚ 정도의 Mo막을 성막하고, 이것을 1 주기로 하여, 40∼60 주기 적층한 후, 마지막으로 Si막을 성막한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 다층 반사막(2)과 버퍼막(3)과의 사이에, 루테늄(Ru) 또는 그 화합물로 이루어지는 보호막(6)을 갖는다. 이 보호막(6)을 가짐으로써, 버퍼막의 패턴 형성 시의 에칭에 의한 다층 반사막의 데미지가 방지되어, 노광광 반사율의 저하를 방지할 수 있다. 본 발명에서의 상기 보호막의 대표적인 루테늄 화합물로서는, 예를 들면, RuNb, RuZr 등을 들 수 있다.
버퍼막(3)으로서는, 예를 들면 전술한 크롬계 버퍼막을 바람직하게 이용할 수 있다. 이 버퍼막(3)은, DC 스퍼터, RF 스퍼터법 이외에, 이온 빔 스퍼터 등의 스퍼터법에 의해 상기 보호막 상에 형성할 수 있다.
또한, 버퍼막(3)의 막 두께는, 예를 들면 집속 이온 빔(FIB)을 이용한 흡수체막 패턴의 수정을 행하는 경우에는, 20∼60㎚ 정도로 하는 것이 바람직하지만, 전자선 등으로 수정하는 경우에는, 5∼15㎚ 정도로 할 수 있다.
다음으로, 흡수체막(4)은, 노광광인 예를 들면 EUV광을 흡수하는 기능을 갖는 것이며, 본 발명에서는, 하층(4a)과 최상층(4b)의 적층 구조로 이루어진다. 최상층(4b)에 대해서는 전술한 대로이다. 또한, 하층(4a)은 전술한 바와 같이 본 발명에서는 예를 들면 탄탈(Ta)을 주성분으로 하는 재료를 바람직하게 이용할 수 있다. Ta를 주성분으로 하는 재료는, 통상적으로, Ta의 합금이다. 이와 같은 흡수체막의 결정 상태는, 평활성, 평탄성의 점에서, 아몰퍼스 형상 또는 미결정의 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다.
Ta를 주성분으로 하는 재료로서는, Ta와 B를 함유하는 재료, Ta와 N을 함유하는 재료, Ta와 B를 함유하고, O와 N 중 적어도 어느 하나를 더 함유하는 재료, Ta와 Si를 함유하는 재료, Ta와 Si와 N을 함유하는 재료, Ta와 Ge를 함유하는 재료, Ta와 Ge와 N을 함유하는 재료 등을 이용할 수 있다. Ta에 B나 Si, Ge 등을 가함으로써, 아몰퍼스 형상의 재료가 용이하게 얻어져, 평활성을 향상시킬 수 있다. 또한, Ta에 N이나 O를 가하면, 산화에 대한 내성이 향상되기 때문에, 경시적인 안정성을 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 얻어진다.
이 중에서도 특히 바람직한 재료로서, 예를 들면, Ta와 B를 함유하는 재료(조성비 Ta/B가 8.5/1.5∼7.5/2.5의 범위임), Ta와 B와 N을 함유하는 재료(N이 5∼30원자％이고, 남은 성분을 100으로 하였을 때, B가 10∼30원자％)를 들 수 있다. 이들 재료의 경우, 용이하게 미결정 혹은 아몰퍼스 구조를 얻을 수 있어, 양호한 평활성과 평탄성이 얻어진다.
전술한 흡수체막의 최상층, 전술한 Ta를 주성분으로 하는 흡수체막의 하층은, 마그네트론 스퍼터링 등의 스퍼터법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, TaBN막의 경우, 탄탈과 붕소를 함유하는 타겟을 이용하여, 질소를 첨가한 아르곤 가스를 이용한 스퍼터링법에 의해 성막할 수 있다. 스퍼터법에 의해 형성한 경우에는, 스퍼터 타겟에 투입하는 파워나 투입 가스 압력을 변화시킴으로써 내부 응력을 제어할 수 있다. 또한, 실온 정도의 저온에서의 형성이 가능하므로, 다층 반사막 등에의 열의 영향을 적게 할 수 있다.
흡수체막(4)의 최상층(4b)의 막 두께에 대해서는 전술한 대로이지만, 하층(4a)의 막 두께에 대해서는, 노광광인 예를 들면 EUV광을 충분히 흡수할 수 있는 두께이면 되지만, 통상 50∼100㎚ 정도이다. 또한, 이 흡수체막(4)에서 EUV 노광광에 대하여 위상 시프트 효과를 발생시키는 경우에서는, 막 두께를 25∼50㎚ 정도로 얇게 하면 된다.
도 1에 도시한 실시 형태에서는, 반사형 마스크 블랭크(10)는 이상과 같이 구성되어, 버퍼막을 갖고 있지만, 흡수체막(4)에의 패턴 형성의 방법이나 형성한 패턴의 수정 방법에 따라서는, 이 버퍼막을 형성하지 않는 구성으로 해도 된다.
다음으로, 이 반사형 마스크 블랭크(10)를 이용한 반사형 마스크의 제조 공정을 설명한다.
반사형 마스크 블랭크(10)(도 1의 (a) 참조)의 각 층의 재료 및 형성 방법에 대해서는 전술한 대로이다.
그리고, 이 반사형 마스크 블랭크(10)의 흡수체막(4)의 최상층(4b)에 소정의 전사 패턴을 형성한다. 우선, 흡수체막(4) 상의 레지스트막(5)에 대하여, 전자선 묘화기를 이용하여 소정의 패턴 묘화를 행하고, 이것을 현상하여, 소정의 레지스트 패턴(51)을 형성한다(도 1의 (b) 참조).
형성된 레지스트 패턴(51)을 마스크로 하여, 흡수체막(4)의 최상층(4b)을 드라이 에칭하여, 소정의 전사 패턴을 갖는 최상층 패턴(41b)을 형성한다(도 1의 (c) 참조). 최상층(4b)이 예를 들면 Si의 질화부를 함유하는 재료로 이루어지는 경우, SF6, CHF3 등의 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭을 이용할 수 있다.
최상층 패턴(41b) 상에 남은 레지스트 패턴(51)을 제거한 후, 형성된 최상층 패턴(41b)을 마스크로 하여, 흡수체막(4)의 하층(4a)을 드라이 에칭하여, 소정의 전사 패턴을 갖는 하층 패턴(41a)을 형성한다(도 1의 (d) 참조). 하층(4a)이 Ta를 주성분으로 하는 재료로 이루어지는 경우, 염소 가스를 이용한 드라이 에칭을 이용할 수 있다.
통상은 여기서, 흡수체막 패턴(하층 패턴(41a)과 최상층 패턴(41b)의 적층 패턴)이 설계대로 형성되어 있는지의 여부의 검사를 행한다. 패턴 검사에 이용하는 검사광이 흡수체막 패턴이 형성된 마스크 상에 입사되어, 최상층 패턴(41b) 상에서 반사되는 검사광과, 흡수체막(4)이 제거되어 노출된 버퍼막(3)에서 반사되는 검사광을 검출하고, 그 콘트라스트를 관찰함으로써, 검사를 행한다. 본 발명에서는, 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 최상층 패턴(41b)에서의 반사율을 최소로 저감할 수 있어, 흡수체막(4)과 버퍼막(3)과의 사이에서, 검사광에 대한 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있기 때문에, 정확한 패턴 검사를 행할 수 있다.
이와 같이 하여, 예를 들면, 제거되어서는 안되는 흡수체막(4)이 제거된 핀홀 결함(백결함)이나, 에칭 부족에 의해 일부가 제거되지 않고 남아 있는 에칭 부족 결함(흑결함)을 검출한다. 이와 같은 핀홀 결함이나, 에칭 부족에 의한 결함이 검출된 경우에는, 이것을 수정한다.
핀홀 결함의 수정에는, 예를 들면, FIB 어시스트 디포지션법에 의해 탄소막 등을 핀홀에 퇴적시키는 등의 방법이 있다. 또한, 에칭 부족에 의한 결함의 수정에는, FIB 조사에 의한 불필요 부분의 제거를 행하는 등의 방법이 있다. 이때, 버퍼막(3)은, FIB 조사에 대하여, 다층 반사막(2)을 보호하는 보호막으로 된다.
이렇게 하여, 패턴 검사 및 수정이 종료된 후, 노출된 버퍼막(3)을 흡수체막 패턴에 따라서 제거하고, 버퍼막에 패턴(31)을 형성하여, 반사형 마스크(20)를 제작한다(도 1의 (e) 참조). 여기서, 예를 들면 Cr계 재료로 이루어지는 버퍼막의 경우에는, 염소와 산소를 함유하는 혼합 가스에 의한 드라이 에칭을 이용할 수 있다. 버퍼막을 제거한 부분에서는, 노광광의 반사 영역인 다층 반사막(2)이 노출된다. 노출된 다층 반사막 상에는 보호막(6)이 형성되어 있다. 이때, 보호막(6)은, 버퍼막(3)의 드라이 에칭에 대하여 다층 반사막(2)을 보호한다.
마지막으로, 사양대로의 치수 정밀도로 흡수체막 패턴이 형성되어 있는지의 여부의 최종적인 확인의 검사를 행한다. 이 최종 확인 검사의 경우도, 전술한 검사광이 이용된다. 본 발명에서는, 흡수체막(4)과 표면에 보호막(6)을 갖는 다층 반사막(2)과의 사이에서, 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있기 때문에, 정확한 패턴 검사를 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 반사형 마스크 블랭크를 이용하여 제조되는 반사형 마스크는, EUV광(파장 0.2∼100㎚ 정도)을 노광광으로서 이용한 경우에 특히 바람직하지만, 다른 파장의 광에 대해서도 적절히 이용할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해, 본 발명의 실시 형태를 더욱 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
사용하는 기판은, SiO2-TiO2계의 글래스 기판(152.4㎜×152.4㎜, 두께가 6.35㎜)이다. 이 기판의 열팽창 계수는 0.2×10-7/℃, 영률은 67㎬이다. 그리고, 이 글래스 기판은 기계 연마에 의해, 0.2㎚Rms 이하의 평활한 표면과, 50㎚ 이하의 평탄도로 형성하였다.
기판 상에 형성되는 다층 반사막은, 13∼14㎚의 노광광 파장 대역에 적합한 다층 반사막으로 하기 위해서, Mo막/Si막 주기 다층 반사막을 채용하였다. 즉, 다층 반사막은, Mo 타겟과 Si 타겟을 사용하여, 이온 빔 스퍼터링에 의해 기판 상에 교대로 적층하여 형성하였다. Si막을 4.2㎚, Mo막을 2.8㎚, 이것을 1 주기로 하여, 40 주기 적층한 후, Si막을 4.2㎚ 성막하고, 마지막으로 보호막으로서 RuNb 타겟(at％비 Ru : Nb=20 : 80)을 이용하여 RuNb막을 2.5㎚로 성막하였다.
이와 같이 하여 다층 반사막을 가진 기판을 얻었다. 이 다층 반사막에 대하여, 13.5㎚의 EUV광을 입사각 6.0도에서 반사율을 측정한 바, 반사율은 66.1％이었다.
다음으로, 전술한 바와 같이 얻어진 다층 반사막을 가진 기판의 보호막 상에, 버퍼막을 형성하였다. 버퍼막은, 질화 크롬막을 10㎚의 두께로 형성하였다. Cr 타겟을 이용하여, 스퍼터 가스로서 아르곤(Ar)과 질소(N2)의 혼합 가스를 이용하여 DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 성막하였다. 성막된 CrNx막에서, 질소(N)는 10at％(x=0.1)로 하였다.
다음으로, 이 버퍼막 상에, 흡수체막의 하층으로서, Ta와 B와 N을 함유하는 재료를 80㎚의 두께로 형성하였다. 즉, Ta 및 B를 함유하는 타겟을 이용하여, 아르곤(Ar)에 질소(N2)를 10％ 첨가하여, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 성막하였다. 또한, 성막한 TaBN막의 조성비는, Ta가 80at％, B가 10at％, N이 10at％이었다.
계속해서, 흡수체막의 최상층으로서, SiON을 함유하는 재료를 20㎚의 두께로 형성하였다. 즉, Si 타겟을 이용하여, 아르곤(Ar)에 질소(N2)와 산소(O2)를 첨가한 혼합 가스 하에서, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 성막하였다. 또한, 상기 최상층은, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 패턴의 검사광으로서 이용한 경우, 반사율이 최소로 되도록 막 두께를 설정하였다. SiON막의 조성비는, Si가 36at％, O가 45at％, N이 19at％이었다.
이상과 같이 하여 본 실시예의 반사형 마스크 블랭크를 제작하였다.
다음으로, 이 반사형 마스크 블랭크를 이용하여, 디자인 룰이 DRAM hp32㎚ 세대의 패턴을 갖는 EUV 노광용 반사형 마스크를 이하와 같이 제작하였다.
우선, 상기 반사형 마스크 블랭크 상에 전자선 묘화용 레지스트막을 형성하고, 전자선 묘화기를 사용하여 소정의 패턴 묘화를 행하고, 묘화 후, 현상에 의해 레지스트 패턴을 형성하였다. 또한, 상기 레지스트막의 막 두께는 종래보다도 얇은 100㎚로 하였다.
다음으로, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 불소계(SF6) 가스를 이용하여 흡수체막의 최상층을 드라이 에칭하여, 최상층에 전사 패턴을 형성하였다. 잔존하는 레지스트 패턴을 제거한 후, 이 전사 패턴이 형성된 최상층을 마스크로 하여, 염소 가스를 이용하여 흡수체막의 하층을 드라이 에칭하여, 흡수체막에 하층과 최상층의 적층으로 이루어지는 전사 패턴을 형성하였다.
이 단계에서, 검사광으로서 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 사용하여 흡수체막의 패턴 검사를 행하였다. ArF 엑시머 레이저의 검사광에 대한 콘트라스트는, 흡수체막으로부터의 반사율 : 버퍼막으로부터의 반사율=9.5％ : 53.1％=1 : 5.59로, 흡수체막의 패턴 검사에는 충분한 콘트라스트가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 염소와 산소의 혼합 가스를 이용하여, 반사 영역 상(흡수체막의 패턴이 없는 부분)에 잔존하고 있는 버퍼막을 흡수체막의 패턴에 따라서 드라이 에칭하여 제거하여, 표면에 보호막을 구비한 다층 반사막을 노출시켜, 반사형 마스크를 얻었다.
마지막으로 검사광으로서 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 사용하여, 얻어진 반사형 마스크의 최종 확인 검사를 행하였다. ArF 엑시머 레이저의 검사광에 대한 콘트라스트는, 흡수체막으로부터의 반사율 : 보호막을 갖는 다층 반사막으로부터의 반사율=9.5％ : 58.2％=1 : 6.13으로, 흡수체막의 패턴 검사에는 충분한 콘트라스트가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 반사형 마스크의 패턴 검사의 결과, 디자인 룰이 DRAM hp32㎚ 세대의 패턴을 설계대로 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 반사 영역에서의 EUV 노광광의 반사율은, 다층 반사막을 가진 기판에서 측정한 반사율로부터 거의 변하지 않고, 66.0％이었다.
다음으로, 얻어진 본 실시예의 반사형 마스크를 이용하여, 도 2에 도시한 패턴 전사 장치에 의한 반도체 기판 상에의 EUV광에 의한 노광 전사를 행하였다.
반사형 마스크를 탑재한 패턴 전사 장치(50)는, 레이저 플라즈마 X선원(31), 축소 광학계(32) 등으로 개략 구성된다. 축소 광학계(32)는, X선 반사 미러를 이용하고 있다. 축소 광학계(32)에 의해, 반사형 마스크(20)에서 반사된 패턴은 통상 1/4 정도로 축소된다. 또한, 노광 파장으로서 13∼14㎚의 파장대를 사용하므로, 광로가 진공 중으로 되도록 미리 설정하였다.
이와 같은 상태에서, 레이저 플라즈마 X선원(31)으로부터 얻어진 EUV광을 반사형 마스크(20)에 입사하고, 여기서 반사된 광을 축소 광학계(32)를 통하여 실리콘 웨이퍼(레지스트층을 가진 반도체 기판)(33) 상에 전사하였다.
반사형 마스크(20)에 입사한 광은, 흡수체막 패턴이 있는 부분에서는, 흡수체막에 흡수되어 반사되지 않고, 한편, 흡수체막 패턴이 없는 부분에 입사한 광은 다층 반사막에 의해 반사된다. 이와 같이 하여, 반사형 마스크(20)로부터 반사되는 광에 의해 형성되는 상이 축소 광학계(32)에 입사한다. 축소 광학계(32)를 경유한 노광광은, 실리콘 웨이퍼(33) 상의 레지스트층에 전사 패턴을 노광한다. 그리고, 이 노광 완료된 레지스트층을 현상함으로써 실리콘 웨이퍼(33) 상에 레지스트 패턴을 형성하였다.
이상과 같이 하여 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 행한 바, 본 실시예의 반사형 마스크의 마스크 콘트라스트는, 피크 파장에서 1 : 1000, EUV광의 파장대 전역에서도 1 : 250으로 높고, 마스크 정밀도는 DRAM hp32㎚ 디자인 룰의 요구 정밀도인 4.8㎚ 이하인 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 2)
실시예 1의 반사형 마스크 블랭크와는, 보호막의 상면에 버퍼막을 형성하지 않고, 흡수체막을 적층한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 반사형 마스크 블랭크를 제작하였다.
또한, 제작한 반사형 마스크 블랭크를 이용하여, 버퍼막에 대한 드라이 에칭을 행하는 프로세스 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 프로세스에 의해 반사형 마스크를 제작하였다.
제작한 반사형 마스크에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 이용하여 최종 확인 검사를 행하였다. 즉, 검사광으로서 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 사용하여, 얻어진 반사형 마스크의 최종 확인 검사를 행하였다. ArF 엑시머 레이저의 검사광에 대한 콘트라스트는, 흡수체막으로부터의 반사율 : 보호막을 갖는 다층 반사막으로부터의 반사율=9.5％ : 58.1％=1 : 6.12로, 흡수체막의 패턴 검사에는 충분한 콘트라스트가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 반사형 마스크의 패턴 검사의 결과, 디자인 룰이 DRAM hp32㎚ 세대의 패턴을 설계대로 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 반사 영역에서의 EUV 노광광의 반사율은, 다층 반사막을 갖는 기판에서 측정한 반사율로부터 거의 변하지 않고, 65.8％이었다.
또한, 이 반사형 마스크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로, 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 행한 바, 본 실시예의 반사형 마스크의 마스크 콘트라스트는, 피크 파장에서 1 : 1000, EUV광의 파장대 전역에서도 1 : 250으로 높고, 마스크 정밀도는 DRAM hp32㎚ 디자인 룰의 요구 정밀도인 4.8㎚ 이하인 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 3)
실시예 2의 반사형 마스크 블랭크와는, 흡수체막의 최상층에 CrOCN을 적용한 것 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 하여 반사형 마스크 블랭크를 제작하였다. CrOCN막의 조성비는, Cr이 33at％, O가 39at％, C가 11at％, N이 17at％이었다.
또한, 제작한 반사형 마스크 블랭크를 이용하여, 흡수체막의 최상층을 염소와 산소의 혼합 가스로 드라이 에칭을 행하는 프로세스 이외는, 실시예 2와 마찬가지의 프로세스에 의해 반사형 마스크를 제작하였다.
제작한 반사형 마스크에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 이용하여 최종 확인 검사를 행하였다. 즉, 검사광으로서 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 사용하여, 얻어진 반사형 마스크의 최종 확인 검사를 행하였다. ArF 엑시머 레이저의 검사광에 대한 콘트라스트는, 흡수체막으로부터의 반사율 : 보호막을 갖는 다층 반사막으로부터의 반사율=9.4％ : 58.1％=1 : 6.18로, 흡수체막의 패턴 검사에는 충분한 콘트라스트가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 반사형 마스크의 패턴 검사의 결과, 디자인 룰이 DRAM hp32㎚ 세대의 패턴을 설계대로 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 반사 영역에서의 EUV 노광광의 반사율은, 다층 반사막을 갖는 기판에서 측정한 반사율로부터 거의 변하지 않고, 65.8％이었다.
또한, 이 반사형 마스크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로, 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 행한 바, 본 실시예의 반사형 마스크의 마스크 콘트라스트는, 피크 파장에서 1 : 1000, EUV광의 파장대 전역에서도 1 : 250으로 높고, 마스크 정밀도는 DRAM hp32㎚ 디자인 룰의 요구 정밀도인 4.8㎚ 이하인 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 4)
실시예 3의 반사형 마스크 블랭크와는, 흡수체막의 하층에 CrN을 적용한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 반사형 마스크 블랭크를 제작하였다.
또한, 제작한 반사형 마스크 블랭크를 이용하여, 레지스트막의 막 두께를 150㎚로 한 것, 흡수체막의 최상층 및 하층을 염소와 산소의 혼합 가스로 드라이 에칭을 행한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 프로세스에 의해 반사형 마스크를 제작하였다.
제작한 반사형 마스크에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 이용하여 최종 확인 검사를 행하였다. 즉, 검사광으로서 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 사용하여, 얻어진 반사형 마스크의 최종 확인 검사를 행하였다. ArF 엑시머 레이저의 검사광에 대한 콘트라스트는, 흡수체막으로부터의 반사율 : 보호막을 갖는 다층 반사막으로부터의 반사율=9.8％ : 58.2％=1 : 5.94로, 흡수체막의 패턴 검사에는 충분한 콘트라스트가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 반사형 마스크의 패턴 검사의 결과, 디자인 룰이 DRAM hp45㎚ 세대의 패턴을 설계대로 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 반사 영역에서의 EUV 노광광의 반사율은, 다층 반사막을 가진 기판에서 측정한 반사율로부터 거의 변하지 않고, 66.0％이었다.
또한, 이 반사형 마스크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로, 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 행한 바, 본 실시예의 반사형 마스크의 마스크 콘트라스트는, 피크 파장에서 1 : 1000, EUV광의 파장대 전역에서도 1 : 250으로 높고, 마스크 정밀도는 DRAM hp45㎚ 디자인 룰의 요구 정밀도인 6.8㎚ 이하인 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 5)
실시예 2의 반사형 마스크 블랭크와는, 흡수체막의 하층에 CrN을 적용한 것 이외(즉, 흡수체막의 최상층은, SiON으로 형성)는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 반사형 마스크 블랭크를 제작하였다.
또한, 제작한 반사형 마스크 블랭크를 이용하여, 흡수체막의 하층을 염소와 산소의 혼합 가스로 드라이 에칭을 행한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 프로세스에 의해 반사형 마스크를 제작하였다.
제작한 반사형 마스크에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 이용하여 최종 확인 검사를 행하였다. 즉, 검사광으로서 ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 사용하여, 얻어진 반사형 마스크의 최종 확인 검사를 행하였다. ArF 엑시머 레이저의 검사광에 대한 콘트라스트는, 흡수체막으로부터의 반사율 : 보호막을 갖는 다층 반사막으로부터의 반사율=9.2％ : 58.0％=1 : 6.30으로, 흡수체막의 패턴 검사에는 충분한 콘트라스트가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 반사형 마스크의 패턴 검사의 결과, 디자인 룰이 DRAM hp32㎚ 세대의 패턴을 설계대로 형성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 반사 영역에서의 EUV 노광광의 반사율은, 다층 반사막을 가진 기판에서 측정한 반사율로부터 거의 변하지 않고, 66.0％이었다.
또한, 이 반사형 마스크를 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로, 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 행한 바, 본 실시예의 반사형 마스크의 마스크 콘트라스트는, 피크 파장에서 1 : 1000, EUV광의 파장대 전역에서도 1 : 250으로 높고, 마스크 정밀도는 DRAM hp32㎚ 디자인 룰의 요구 정밀도인 4.8㎚ 이하인 것을 확인할 수 있었다.
1 : 기판
2 : 다층 반사막
3 : 버퍼막
4 : 흡수체막
4a : 하층
4b : 최상층
5 : 레지스트막
6 : 보호막
10 : 반사형 마스크 블랭크
20 : 반사형 마스크
50 : 패턴 전사 장치

Claims (10)

  1. 기판과, 상기 기판 상에 형성된 노광광을 반사하는 다층 반사막과, 상기 다층 반사막 상에 형성된 노광광을 흡수하는 흡수체막을 갖는 반사형 마스크 블랭크로서,
    상기 흡수체막은, 최상층과, 그 이외의 하층을 포함하는 적층 구조로 되어 있고, EUV 노광광에 대하여 위상 시프트 효과를 가지며,
    상기 흡수체막의 최상층은, 탄탈계 재료에 비해 EUV 노광광의 흡수율이 낮은 CrOCN의 화합물을 포함하는 재료로 형성되고, 상기 재료 중의 질소 또는 산소의 함유량이 15∼60at％의 범위이며,
    상기 흡수체막의 하층은, 탄탈(Ta)을 포함하는 재료로 형성되고,
    상기 다층 반사막과 상기 흡수체막과의 사이에, 루테늄(Ru) 또는 그 화합물을 포함하는 보호막을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡수체막의 최상층의 막 두께는, 5∼20㎚인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡수체막의 하층의 막 두께는, 25∼50㎚인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 흡수체막의 최상층은, 패턴 검사에 이용하는 파장 200㎚ 이하의 검사광에 대한 반사율이 최소로 되도록 막 두께가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보호막은, 루테늄(Ru)과 니오븀(Nb)을 함유하는 루테늄 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  8. 삭제
  9. 반사형 마스크의 제조 방법으로서,
    제1항, 제2항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 반사형 마스크 블랭크의 상기 흡수체막에, 피전사체에 대한 전사 패턴으로 되는 흡수체막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크의 제조 방법.
  10. 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    제9항에 기재된 반사형 마스크의 제조 방법에 의해 제조된 반사형 마스크를 이용하여 반도체 기판 상에 패턴 전사를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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