KR20190117755A - 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
위상차 및 반사율의 막 두께 의존성이 작은 위상 시프트막을 갖는 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제공한다. 상기 위상 시프트막 표면의 반사율이 3％ 초과 20％ 이하이고, 소정의 170도 내지 190도의 위상차를 갖도록, 상기 위상 시프트막은, 2종 이상의 금속을 갖는 합금을 포함하는 재료로 구성되어 이루어지며, k>α*n+β의 굴절률 n, 소쇠 계수 k를 충족하는 금속 원소군을 군 A, k<α*n+β의 굴절률 n, 소쇠 계수 k를 충족하는 금속 원소군을 군 B라 하고, 상기 합금은, 상기 군 A와 상기 군 B로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택하고, 상기 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 상기 위상차의 변화량이 ±2도의 범위이며, 또한 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되도록, 조성비가 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크(단, α: 비례 상수, β: 상수로 함).
Description
본 발명은, 반도체 장치의 제조 등에 사용되는 노광용 마스크를 제조하기 위한 원판인 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크, 및 상기 반사형 마스크를 사용하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에 있어서의 노광 장치의 광원 종류는, 파장 436㎚의 g선, 파장 365㎚의 i선, 파장 248㎚의 KrF 레이저, 및 파장 193㎚의 ArF 레이저와, 파장을 서서히 짧게 하면서 진화되고 있다. 보다 미세한 패턴 전사를 실현하기 위해서, 광원의 파장으로서 13.5㎚ 근방의 극단 자외선(EUV: Extreme Ultra Violet)을 사용한 EUV 리소그래피가 제안되어 있다. EUV 리소그래피에서는, EUV광에 대한 재료 간의 흡수율의 차가 작은 점 등에서, 반사형의 마스크가 사용된다. 반사형 마스크로서는, 예를 들어 기판 위에 노광광을 반사하는 다층 반사막이 형성되고, 당해 다층 반사막을 보호하기 위한 보호막 위에 노광광을 흡수하는 위상 시프트막이 패턴 형상으로 형성된 구성이 제안되어 있다. 노광기(패턴 전사 장치)에 탑재된 반사형 마스크에 입사한 광은, 위상 시프트막 패턴이 있는 부분에서는 흡수되고, 위상 시프트막 패턴이 없는 부분에서는 다층 반사막에 의해 반사된다. 이 결과, 마스크 패턴에 대응하는 광상이 반사 광학계를 통해 반도체 기판 위에 전사된다. 위상 시프트막 패턴에 입사하는 노광광의 일부가, 다층 반사막에 의해 반사되는 광과 약 180도의 위상차를 갖고 반사(위상 시프트)된다. 이 결과, 콘트라스트(해상도)를 얻을 수 있다.
이와 같은 EUV 리소그래피용 반사형 마스크 및 이것을 제작하기 위한 마스크 블랭크에 관련된 기술이 특허문헌 1 내지 3 등에 의해 개시되어 있다.
특허문헌 1에는, 하프톤 마스크의 원리를 EUV 노광에 적용하여 전사 해상성을 향상시키기 위해서, 단층막으로 이루어지는 하프톤막(위상 시프트막)의 재료를, 굴절률 및 소쇠 계수를 좌표축으로 하는 평면 좌표로 나타낸 도 2에 있어서, 사각 프레임으로 둘러싸는 영역으로부터 선택하는 것이 기재되어 있다. 구체적인 단층막의 재료로서는, TaMo(조성비 1:1)가 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 하프톤형 EUV 마스크에 있어서, 반사율의 선택성의 자유도 및 세정 내성의 높이를 갖고, 사영 효과(쉐도잉 효과)를 저감시키기 위해서, 하프톤막의 재료를 Ta와 Ru의 화합물로 하고, 그 조성 범위를 규정하는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 3에는, 하프톤형 EUV 마스크에 있어서, 반사율의 선택성의 자유도 및 세정 내성의 높이를 갖고, 에칭 가공 정밀도를 높게 하기 위해서, 하프톤막의 재료를 Ta와 Nb를 갖고, Ta:Nb의 조성비가 대략 4:1 내지 대략 1:2인 조성 범위로 하는 것이 기재되어 있다.
여기서, 쉐도잉 효과란, 다음과 같은 현상이다. 예를 들어, 반사형 마스크를 사용하는 노광 장치에 있어서, 입사광과 반사광의 광축이 겹치지 않도록, 광을 마스크에 대해서 수직 방향으로부터 조금 기울여 입사시키고 있다. 마스크의 위상 시프트막 패턴에 두께가 있으면, 광의 입사 방향의 경사에 기인하여 위상 시프트막 패턴의 두께에 기초하는 그림자가 생긴다. 이 그림자의 양만큼 전사 패턴의 치수가 변화되어버리는 것을 쉐도잉 효과라고 한다.
반사형 마스크의 위상 시프트막은, 위상 시프트 효과에 의한 해상성 향상을 위하여, 위상 시프트막 패턴에서의 반사율이 3％ 내지 20％로 되도록 설계된다. 여기서, 위상 시프트막 패턴에서의 반사율이란, 위상 시프트막 패턴이 없는 부분에서의 다층 반사막(보호막 부착 다층 반사막을 포함함)으로부터 반사되는 EUV광을 반사율 100％로 했을 때의, 위상 시프트막 패턴으로부터 반사되는 EUV광의 반사율이다.
또한, 위상 시프트막 패턴에 입사하는 노광광의 일부 다층 반사막에 의해 반사되는 EUV광과, 위상 시프트막 패턴이 없는 부분에서의 다층 반사막에 의해 반사되는 EUV광의 위상차가, 약 180도이도록 설계된다.
한편, 반사형 마스크에 있어서의 위상 시프트 효과를 최대한으로 발휘하고, 또한 반사형 마스크를 사용해서 전사되는 전사 패턴의 패턴 에러를 방지하기 위해서, 여러 장의 반사형 마스크 블랭크 간에 있어서의 위상 시프트막의 위상차 변동을, 소정의 위상차(예를 들어 180도)에 대해서 소정의 위상차 변동(예를 들어 ±2도)의 범위에 들어가는 것이 요구되고 있다. 또한, 위상차 변동과 동시에, 위상 시프트막의 소정의 반사율(예를 들어 6％)에 대해서 소정의 반사율 변동(예를 들어, ±0.2％)의 범위에 들어가는 것이 요구되고 있다.
그러나, 여러 장의 반사형 마스크 블랭크를 제조할 때의 위상 시프트막의 막 두께 변동은 피할 수 없다. 그 때문에, 소정의 위상차(예를 들어 180도)에 대해서 원하는 위상차 특성(예를 들어 위상차 변동이 ±2도의 범위)을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 안정적으로 제조하는 것은 어렵다. 또한, 위상차 특성과 동시에, 소정의 반사율(예를 들어 6％)에 대해서 원하는 반사율 특성(예를 들어 반사율 변동이 ±0.2％의 범위)을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 얻는 것은 더욱 곤란하다.
그래서, 본 발명은, 여러 장의 반사형 마스크 블랭크를 연속해서 제조할 때, 위상 시프트막의 막 두께가 설계값에 대해서 다소 변동하였다고 해도, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 갖는 반사형 마스크를 안정적으로 제조할 수 있는 반사형 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 여러 장의 반사형 마스크 블랭크를 연속해서 제조할 때, 위상 시프트막의 막 두께가 설계값에 대해서 다소 변동(예를 들어 설계 막 두께에 대해서 ±0.5％의 범위의 변동)하였다고 해도, 원하는 위상차 특성(예를 들어 여러 장의 반사형 마스크 블랭크에 있어서의 위상차 변동이 180도±2도의 범위) 및 원하는 반사율 특성(예를 들어 여러 장의 반사형 마스크 블랭크에 있어서의 반사율 변동이 6％±0.2％의 범위)이 되기 위한 최적 조건을 찾아내었다. 또한, 본 발명자들은, 최적 조건으로서, 반사형 마스크 블랭크를 구성하는 위상 시프트막의 굴절률과 소쇠 계수가 스폿적으로 존재한다는 사실을 알아내어, 본 발명에 이르렀다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 하기의 구성을 갖는다. 본 발명은, 하기의 구성 1 내지 10의 반사형 마스크 블랭크, 하기의 구성 11의 반사형 마스크 및 하기의 구성 12의 반도체 장치의 제조 방법이다.
(구성 1)
기판 위에 형성된 다층 반사막과, 상기 다층 반사막 위에 형성된 위상 시프트막을 구비하는 반사형 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막 형성 전의 상기 다층 반사막으로부터의 반사광에 대한 상기 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 3％ 초과 20％ 미만이며, 170도 내지 190도의 위상차를 갖도록, 상기 위상 시프트막은, 2종 이상의 금속을 갖는 합금을 포함하는 재료로 구성되어 이루어지며,
EUV광의 파장에 있어서의 굴절률을 n, 소쇠 계수를 k라 했을 때,
하기 식 (1)의 굴절률 n, 소쇠 계수 k를 충족하는 금속 원소군을 군 A, 하기 식 (2)의 굴절률 n, 소쇠 계수 k를 충족하는 금속 원소군을 군 B라 하고,
상기 합금은, 상기 군 A와 상기 군 B로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택하고, 상기 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 상기 위상차의 변화량이 ±2도의 범위이며, 또한 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되도록, 조성비가 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
(단, α: 비례 상수, β: 상수로 함)
본 발명의 구성 1에 의하면, 여러 장의 반사형 마스크 블랭크를 연속해서 제조할 때, 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 다소 변동하였다고 해도, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 안정적으로 제조할 수 있는 반사형 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
(구성 2)
본 발명의 구성 2는, 상기 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 5％ 초과 10％ 이하이고,
상기 식 (1) 및 식 (2)에 있어서의 α는 -0.303이며, β는 0.309인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 반사형 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 2에 의하면, 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 5％ 초과 10％ 이하인 반사형 마스크 블랭크를 여러 장 연속해서 제조할 때, 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 다소 변동하였다고 해도, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 안정적으로 제조할 수 있는 반사형 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
(구성 3)
본 발명의 구성 3은, 상기 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 3％ 초과 5％ 이하이고,
상기 식 (1) 및 식 (2)에 있어서의 α는 -0.331이며, β는 0.339인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 반사형 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 3에 의하면, 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 3％ 초과 5％ 이하인 반사형 마스크 블랭크를 여러 장 연속해서 제조할 때, 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 다소 변동하였다고 해도, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 안정적으로 제조할 수 있는 반사형 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
(구성 4)
본 발명의 구성 4는, 상기 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 10％ 초과 20％ 이하이고,
상기 식 (1) 및 식 (2)에 있어서의 α는 -0.192이며, β는 0.194인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 반사형 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 4에 의하면, 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 10％ 초과 20％ 이하인 반사형 마스크 블랭크를 여러 장 연속해서 제조할 때, 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 다소 변동하였다고 해도, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 안정적으로 제조할 수 있는 반사형 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
(구성 5)
기판 위에 형성된 다층 반사막과, 상기 다층 반사막 위에 형성된 위상 시프트막을 구비하는 반사형 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막 형성 전의 상기 다층 반사막으로부터의 반사광에 대한 상기 위상 시프트막 표면의 EUV광의 반사율 R0이 4％, 6％ 또는 12％이며, 위상차 θ0이 180도가 되도록, 상기 위상 시프트막은, 2종 이상의 금속을 갖는 합금을 포함하는 재료로 구성되어 이루어지고,
상기 합금은, 상기 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 위상차 θ의 허용 범위가 θ0-5도≤θ≤θ0+5도이며, 또한 반사율 R의 허용 범위가 0.9R0≤R≤1.1R0이 되도록, EUV광의 파장에 있어서의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k를 갖고, 조성비가 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 5에 의하면, 여러 장의 반사형 마스크 블랭크를 연속해서 제조할 때, 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 다소 변동하였다고 해도, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 안정적으로 제조할 수 있는 반사형 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
(구성 6)
본 발명의 구성 6은, 상기 합금은, 0.877 내지 0.881의 범위에 포함되는 굴절률, 및 0.046 내지 0.052의 범위에 포함되는 소쇠 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 구성 5에 기재된 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 7)
본 발명의 구성 7은, 상기 합금은, 0.901 내지 0.907의 범위에 포함되는 굴절률, 및 0.035 내지 0.041의 범위에 포함되는 소쇠 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 구성 5에 기재된 반사형 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 6 또는 7의 반사형 마스크 블랭크는, 굴절률 및 소쇠 계수를 소정의 범위에 포함되는 구성으로 함으로써, 막 두께를 바꾸는 것만으로 복수의 반사율에 대응 가능한 반사율의 자유도가 높은 위상 시프트막을 용이하게 얻을 수 있다.
(구성 8)
본 발명의 구성 8은, 상기 합금은, 3개 이상의 금속 원소가 함유된 다원계 합금인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 8의 반사형 마스크 블랭크는, 위상 시프트막을, 3개 이상의 금속 원소가 함유된 다원계 합금으로 함으로써, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성이 되기 위한 최적의 굴절률과 소쇠 계수를 구비한 위상 시프트막을 용이하게 얻을 수 있다.
(구성 9)
본 발명의 구성 9는, 상기 위상 시프트막의 막 두께는, 25㎚ 이상 70㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 9의 반사형 마스크 블랭크는, 위상 시프트막의 막 두께가, 25㎚ 이상 70㎚ 이하임으로써, 사영 효과(쉐도잉 효과)를 저감시킬 수 있다.
(구성 10)
본 발명의 구성 10은, 상기 다층 반사막의 상기 위상 시프트막측의 최상층은, 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크이다.
본 발명의 구성 10의 반사형 마스크 블랭크는, 다층 반사막의 상기 위상 시프트막측의 최상층은 보호막을 구비함으로써, 반사형 마스크 블랭크를 사용해서 반사형 마스크를 제조할 때의 다층 반사막 표면에 대한 대미지를 억제할 수 있다. 따라서, 반사형 마스크의 EUV광에 대한 반사 특성이 양호해진다.
(구성 11)
본 발명의 구성 11은, 구성 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크에 있어서의 상기 위상 시프트막이 패터닝된 위상 시프트막 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크이다.
본 발명의 구성 11의 반사형 마스크는, 상술한 반사형 마스크 블랭크를 사용해서 제조되므로, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 갖는 위상 시프트막 패턴을 갖는 반사형 마스크를 얻을 수 있다.
(구성 12)
구성 11에 기재된 반사형 마스크를 사용해서 반도체 기판 위에 패턴을 형성하는 패턴 형성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
본 발명의 구성 12의 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 구비한 위상 시프트막 패턴을 갖는 반사형 마스크를 사용할 수 있으므로, 미세하고도 정밀도가 높은 전사 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있다.
본 발명에 의해, 여러 장의 반사형 마스크 블랭크를 연속해서 제조할 때, 위상 시프트막의 막 두께가 설계값에 대해서 다소 변동하였다고 해도, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 안정적으로 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 반사형 마스크 블랭크를 사용함으로써, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 갖는 위상 시프트막 패턴을 갖는 반사형 마스크를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 반도체 장치 제조 방법에 의해, 원하는 위상차 특성 및 원하는 반사율 특성을 구비한 위상 시프트막 패턴을 갖는 반사형 마스크를 사용할 수 있으므로, 미세하고도 정밀도가 높은 전사 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태의 EUV 리소그래피용 반사형 마스크 블랭크의 개략 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의, 금속 재료의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의, 금속 재료의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의 반사율이 6％인 경우의 소정의 위상차 특성 및 반사율 특성을 충족하는 합금의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의 반사율이 4％인 경우의 소정의 위상차 특성 및 반사율 특성을 충족하는 합금의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의 반사율이 20％인 경우의 소정의 위상차 특성 및 반사율 특성을 충족하는 합금의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의 반사율이 4％, 6％ 및 12％인 경우의 소정의 위상차 특성 및 반사율 특성을 충족하는 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 범위를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 제3 실시 형태를 설명하기 위한, 도 7의 중첩 부분을 충족하는 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 범위를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의, 금속 재료의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의, 금속 재료의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의 반사율이 6％인 경우의 소정의 위상차 특성 및 반사율 특성을 충족하는 합금의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의 반사율이 4％인 경우의 소정의 위상차 특성 및 반사율 특성을 충족하는 합금의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의 반사율이 20％인 경우의 소정의 위상차 특성 및 반사율 특성을 충족하는 합금의 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태를 설명하기 위한, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의 반사율이 4％, 6％ 및 12％인 경우의 소정의 위상차 특성 및 반사율 특성을 충족하는 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 범위를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 본 발명의 제3 실시 형태를 설명하기 위한, 도 7의 중첩 부분을 충족하는 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 범위를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는, 본 발명을 구체화할 때의 형태로서, 본 발명을 그 범위 내로 한정하는 것은 아니다.
[제1 실시 형태]
도 1에, 본 발명의 제1 실시 형태인 반사형 마스크 블랭크(10)의 단면 모식도를 나타낸다. 본 실시 형태의 반사형 마스크 블랭크(10)는, 기판(12)의 위에 다층 반사막(13)과, EUV광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막(15)이 이 순서로 형성되어 있다. 또한, 후술하는 본 발명의 제2 및 제3 실시 형태에 있어서도, 도 1에 도시한 구성의 EUV 리소그래피용 반사형 마스크 블랭크(10)를 사용할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 형태의 반사형 마스크 블랭크(10)의 위상 시프트막(15)은, 위상 시프트막(15)의 표면 EUV광(파장: 13.5㎚)에 대한 반사율은 3％ 초과 20％ 미만이며, 다층 반사막(13)으로부터의 반사광에 대해서, 170도 내지 190도의 위상차를 갖도록, 2종 이상의 금속을 갖는 합금을 포함하는 재료로 구성되어 있다.
그리고, 위상 시프트막(15)을 구성하는 합금은, 소정의 막 두께 변동에 대한 위상차 및 반사율의 변화량이 소정의 범위가 되도록 선택된다. 즉, 우선 EUV광의 파장(파장: 13.5㎚)에 있어서의 굴절률을 n, 소쇠 계수를 k라 했을 때, 하기 식 (1)의 굴절률 n, 소쇠 계수 k를 충족하는 금속 원소군을 군 A, 하기 식 (2)의 굴절률 n, 소쇠 계수 k를 충족하는 금속 원소군을 군 B라 하고, 합금은, 군 A와 군 B로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택한다. 군 A의 금속 원소와, 군 B의 금속 원소의 조성비는, 위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 위상차 변화량이 ±2도의 범위이며, 또한 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되도록 조정된다. 또한, 위상차의 변화량이 ±2도의 범위란, 목적의 위상차를 θ0로 했을 때 위상차 θ가 θ0-2도≤θ≤θ0+2도의 범위로 나타내어지는 것을 의미한다. 또한, 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위란, 목적의 반사율을 R0으로 했을 때 반사율 R이 R0-0.2％≤R≤R0+0.2％의 범위로 나타내어지는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서에 있어서,「*」는 승산의 기호이다.
(단, α: 비례 상수, β: 상수로 함)
도 2는, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의, 금속 재료의 굴절률 n과, 소쇠 계수 k의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 위상 시프트막(15)을 구성하는 합금의 조성비는, 다음과 같이 하여 조정되어 있다. 우선, 위상 시프트막(15) 표면의 EUV광에 대한 반사율에 따라서, α, β가 적절히 설정된다. 상기 식 (1), 및 식 (2)의 관계식을 충족하는 금속 원소군인 군 A 및 군 B로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택한다. 위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 상기 위상차의 변화량이 ±2도의 범위 및 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되도록, 금속 원소의 조성비가 조정되어 있다.
도 2에는, 위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때, 위상 시프트막(15)의 위상차 변화량이 ±2도의 범위 및 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되는 복수의 합금 재료(합금 A, 합금 B, 합금 C, 합금 D, 및 합금 E)의 굴절률과 소쇠 계수를 플롯하고 있다. 하기의 식 (3)은, 이들 복수의 합금 재료(합금 A, 합금 B, 합금 C, 합금 D, 및 합금 E)를 통과하는 근사 직선이다.
도 2에 있어서, 식 (1)(k>α*n+β)를 충족하는 군 A에 속하는 금속 원소로서는, Pd, Ag, Pt, Au, Ir, W, Cr, Co, Mn, Sn, Ta, V, Ni, Hf, Fe, Cu, Te, Zn, Mg, Ge, 및 Al을 들 수 있다. 식 (2)(k<α*n+β)를 충족하는 군 B에 속하는 금속 원소로서는, Rh, Ru, Mo, Nb, Ti, Zr, Y, 및 Si를 들 수 있다.
그리고, 예를 들어 2원계 합금의 경우, 합금 A는, 군 A에 속하는 Pd를 선택하고, 군 B에 속하는 Mo를 선택함으로써, PdMo 합금(2원계 합금)으로 할 수 있다. 이 PdMo 합금은, 굴절률 nA 및 소쇠 계수 kA를 충족하는 합금 A의 조성비를 갖고 있다.
위상 시프트막(15)을 복수의 금속 원소가 함유되는 다원계 합금을 포함하는 재료로 하는 경우에는, 군 A로부터 복수 원소를 선택하고, 군 B로부터 복수 원소를 선택하고, 이들 선택된 원소를 포함하는 합금의 조성비를 조정함으로써, 굴절률 nA 및 소쇠 계수 kA를 충족하는 합금 A, 굴절률 nB 및 소쇠 계수 kB를 충족하는 합금 B, 굴절률 nC 및 소쇠 계수 kC를 충족하는 합금 C, 또는 굴절률 nD 및 소쇠 계수 kD를 충족하는 합금 D로 할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 위상 시프트막(15)의 재료로서 사용할 수 있는 다원계 합금으로서, 3원계 합금을 포함하는 재료의 경우를 나타낸다. 위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때, 위상 시프트막(15)의 위상차 변화량이 ±2도의 범위 및 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되는 3원계 합금으로서, 예를 들어 군 A에 속하는 Pd와 Ta를 선택하고, 군 B에 속하는 Mo를 선택함으로써, TaPdMo 합금(3원계 합금)으로 할 수 있다. TaPdMo 합금은, 그 조성비를 조정함으로써, 상기 합금 A, 합금 B, 합금 C, 또는 합금 D로 할 수 있다.
<반사형 마스크 블랭크(10)의 구성 및 그 제조 방법>
도 1에, 본 발명의 제1 실시 형태 EUV 리소그래피용 반사형 마스크 블랭크(10)의 구성을 설명하기 위한 단면 모식도를 나타낸다. 도 1을 이용하여 본 발명의 반사형 마스크 블랭크(10)에 대하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 반사형 마스크 블랭크(10)는, 이면 도전막(11)을 갖는 기판(12)과, 다층 반사막(13)과, 보호막(14)과, 위상 시프트막(15)을 구비하고 있다. 기판(12)은, 기판(12)의 이면측의 주표면 위에 형성된 정전 척용의 이면 도전막(11)을 갖는다. 다층 반사막(13)은, 기판(12)의 주표면(이면 도전막(11)이 형성된 측과는 반대측의 주표면) 위에 형성되고, 노광광인 EUV광을 반사한다. 이 다층 반사막(13)의 최상층에는, 보호막(14)이 형성된다. 보호막(14)은, 다층 반사막(13)을 보호하기 위해서, 루테늄(Ru)을 주성분으로 한 재료로 형성된다. 위상 시프트막(15)은, 보호막(14) 위에 형성된다. 위상 시프트막(15)은, EUV광을 흡수함과 함께 일부의 EUV광을 반사하고, 그 위상을 시프트시킨다.
본 명세서에 있어서, 예를 들어 「기판(12)의 주표면 위에 형성된 다층 반사막(13)」이라는 기재는, 다층 반사막(13)이, 기판(12)의 표면에 접해서 배치되는 것을 의미하는 경우 외에, 기판(12)과, 다층 반사막(13)의 사이에 다른 막을 갖는 것을 의미하는 경우도 포함한다. 다른 막에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 본 명세서에 있어서, 예를 들어 「막 A가 막 B 위에 접해서 배치된다」라 함은, 막 A와 막 B의 사이에 다른 막을 통하지 않고, 막 A와 막 B가 직접 접하도록 배치되어 있는 것을 의미한다.
이하, 기판(12) 및 각 층의 구성을 설명한다.
EUV광에 의한 노광 시의 열에 의한 흡수체막 패턴의 변형을 방지하기 위해서, 기판(12)으로서는, 0±5ppb/℃의 범위 내의 저열 팽창 계수를 갖는 것이 바람직하게 사용된다. 이 범위의 저열 팽창 계수를 갖는 소재로서는, 예를 들어 SiO2-TiO2계 유리, 또는 다성분계 유리 세라믹스 등을 사용할 수 있다.
기판(12)의 양쪽 주표면 중, 반사형 마스크의 전사 패턴으로 되는 위상 시프트막(15)이 형성되는 측의 주표면은, 적어도 패턴 전사 정밀도, 위치 정밀도를 얻는 관점에서 고평탄도가 되도록 표면 가공되어 있다. EUV 노광의 경우, 기판(12)의 전사 패턴이 형성되는 측의 주표면의 132㎜×132㎜의 영역에 있어서, 평탄도가 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.03㎛ 이하이다. 또한, 기판(12)의 양쪽 주표면 중, 위상 시프트막(15)이 형성되는 측과 반대측의 주표면은, 노광 장치에 세트할 때 정전 척되기 위한 이면 도전막(11)이 형성되는 표면이다. 이면 도전막(11)이 형성되는 표면의 평탄도는, 142㎜×142㎜의 영역에 있어서, 1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.3㎛ 이하이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 평탄도는, TIR(Total Indicated Reading)로 나타내어지는 표면의 휨(변형량)을 표시하는 값이다. 이 값은, 기판(12)의 표면을 기준으로 하여 최소 제곱법으로 정해지는 평면을 초평면으로 하고, 이 초평면보다 위에 있는 기판(12)의 표면의 가장 높은 위치와, 초평면보다 아래에 있는 기판(12)의 표면의 가장 낮은 위치의 고저차의 절댓값이다.
또한, EUV 노광의 경우, 기판(12)으로서 요구되는 표면 평활도로서는, 기판(12)의, 전사 패턴으로 되는 위상 시프트막(15)이 형성되는 측의 주표면 표면 조도가, 제곱 평균 평방근 거칠기(RMS)로 0.1㎚ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 표면 평활도는, 원자간력 현미경(AFM)으로 측정할 수 있다.
또한, 기판(12)은, 그 위에 형성되는 막(다층 반사막(13) 등)의 막 응력에 의한 변형을 방지하기 위해서, 높은 강성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 특히, 기판(12)은, 65GPa 이상의 높은 영률을 갖고 있는 것이 바람직하다.
다층 반사막(13)은, EUV 리소그래피용 반사형 마스크에 있어서, EUV광을 반사하는 기능을 갖는다. 다층 반사막(13)은, 굴절률이 상이한 원소가 주기적으로 적층된 다층막이다.
일반적으로는, 고굴절률 재료인 경원소 또는 그 화합물의 박막(고굴절률층)과, 저굴절률 재료인 중원소 또는 그 화합물의 박막(저굴절률층)이 교대로 40 내지 60주기 정도 적층된 다층막이, 다층 반사막(13)으로서 사용된다. 다층막은, 기판(12)측으로부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층한 고굴절률층/저굴절률층의 적층 구조를 1주기로 하여 복수 주기 적층한 구조를 가질 수 있다. 또한, 다층막은, 기판(12)측으로부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 적층한 저굴절률층/고굴절률층의 적층 구조를 1주기로 하여 복수 주기 적층한 구조를 가질 수 있다. 또한, 다층 반사막(13)의 최표면의 층, 즉 다층 반사막(13)의 기판(12)과 반대측의 표면층은, 고굴절률층으로 하는 것이 바람직하다. 상술한 다층막에 있어서, 기판(12)으로부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층한 고굴절률층/저굴절률층의 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층하는 경우에는 최상층이 저굴절률층으로 된다. 그 때문에, 최상층의 저굴절률층 위에 추가로 고굴절률층을 형성하여 다층 반사막(13)으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 반사형 마스크 블랭크(10)에 있어서, 고굴절률층으로서는, Si를 포함하는 층을 채용할 수 있다. Si를 포함하는 재료로서는, Si 단체 외에, Si에, B, C, N, 및/또는 O를 포함하는 Si 화합물이어도 된다. Si를 포함하는 층을 고굴절률층으로서 사용함으로써, EUV광의 반사율이 우수한 EUV 리소그래피용 반사형 마스크가 얻어진다. 또한, 본 발명의 반사형 마스크 블랭크(10)에 있어서, 기판(12)으로서는 유리 기판이 바람직하게 사용된다. Si는 유리 기판과의 밀착성에 있어서도 우수하다. 또한, 저굴절률층으로서는, Mo, Ru, Rh 및 Pt로부터 선택되는 금속 단체, 및 이들 합금이 사용된다. 예를 들어 파장 13 내지 14㎚의 EUV광에 대한 다층 반사막(13)으로서는, 바람직하게는 Mo막과 Si막을 교대로 예를 들어 40 내지 60주기 정도 적층한 Mo/Si 주기 적층막이 사용된다. 또한, 다층 반사막(13)의 최상층인 고굴절률층을 규소(Si)로 형성하고, 당해 최상층(Si)과 보호막(14)의 사이에, 규소와 산소를 포함하는 규소 산화물층을 형성하도록 해도 된다. 이에 의해, 마스크 세정 내성(위상 시프트막 패턴의 막 박리 내성)을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 다층 반사막(13)의 단독으로의 반사율은, 예를 들어 65％ 이상이며, 상한은 통상 73％인 것이 바람직하다. 또한, 다층 반사막(13)의 각 구성층의 막 두께 및 주기의 수는, 노광 파장에 의한 브래그의 법칙을 충족하도록, 적절히 선택된다. 다층 반사막(13)에 있어서 고굴절률층 및 저굴절률층은 각각 복수 존재한다. 모든 고굴절률층은 동일한 막 두께가 아니어도 된다. 또한, 모든 저굴절률층은 동일한 막 두께가 아니어도 된다. 또한, 다층 반사막(13)의 최표면 Si층의 막 두께는, 반사율을 저하시키지 않는 범위에서 조정할 수 있다. 최표면의 Si(고굴절률층)의 막 두께는, 예를 들어 3 내지 10㎚로 할 수 있다.
다층 반사막(13)의 형성 방법은 당해 기술 분야에 있어서 공지이다. 예를 들어 이온빔 스퍼터링법에 의해, 다층 반사막(13)의 각 층을 성막함으로써 형성할 수 있다. 상술한 Mo/Si 주기 다층막의 경우, 예를 들어 이온빔 스퍼터링법에 의해, 먼저 Si 타깃을 사용해서 막 두께 4㎚ 정도의 Si막을 기판(12) 위에 성막하고, 그 후 Mo 타깃을 사용해서 막 두께 3㎚ 정도의 Mo막을 성막한다. Si막 및 Mo막의 성막을 1 주기로 하여, 전체로 40 내지 60주기 적층하고, 다층 반사막(13)을 형성한다(최상층은 Si층으로 함).
본 발명의 반사형 마스크 블랭크(10)는, 위상 시프트막(15)측의 다층 반사막(13)의 최상층에는 보호막(14)을 갖는 것이 바람직하다.
도 1에 도시한 바와 같이, 보호막(14)은, 후술하는 반사형 마스크의 제조 공정에 있어서의 드라이 에칭 또는 세정액으로부터 다층 반사막(13)을 보호하기 위해서, 다층 반사막(13)의 위에 형성된다. 보호막(14)은, 예를 들어 Ru(루테늄)를 주성분으로 하여 포함하는 재료(주성분: 50 원자％ 이상)에 의해 구성된다. Ru를 주성분으로 하여 포함하는 재료는, Ru 금속 단체, Ru에 Nb, Zr, Y, B, Ti, La, Mo, Co, 및/또는 Re 등의 금속을 함유한 Ru 합금, 또는 그들 재료에 N(질소)이 포함되는 재료일 수 있다. 또한, 보호막(14)을 3층 이상의 적층 구조로 할 수 있다. 이 경우, 보호막(14)의 최하층과 최상층을, 상기 Ru를 함유하는 물질로 이루어지는 층으로 하고, 최하층과 최상층의 사이에, Ru 이외의 금속, 또는 합금을 개재시킨 것일 수 있다.
보호막(14)의 막 두께는, 보호막(14)으로서의 기능을 충족시킬 수 있는 한 특별히 제한되지 않는다. EUV광의 반사율의 관점에서, 보호막(14)의 막 두께는, 바람직하게는 1.5 내지 8.0㎚, 보다 바람직하게는, 1.8 내지 6.0㎚이다.
보호막(14)의 형성 방법으로서는, 공지된 성막 방법을 특별히 제한없이 채용할 수 있다. 보호막(14)의 형성 방법의 구체예로서는, 스퍼터링법 및 이온빔 스퍼터링법을 들 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태의 반사형 마스크 블랭크(10)는, 다층 반사막(13) 위에 위상 시프트막(15)을 포함한다. 위상 시프트막(15)은, 다층 반사막(13) 위에 접해서 형성할 수 있다. 또한, 다층 반사막(13)의 최상층에 보호막(14)이 형성되어 있는 경우에는, 보호막(14) 위에 접해서 형성할 수 있다.
본 발명의 위상 시프트막(15)을 구성하는 합금은, 위상 시프트막(15) 표면의 EUV광에 대한 반사율에 따라서,α, β가 적절히 설정된다. 상기 식 (1)(k>α*n+β, α: 비례 상수, β: 상수), 및 식 (2)(k<α*n+β, α: 비례 상수, β: 상수)의 관계식을 충족하는 금속 원소군인 군 A, 및 군 B로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택한다. 위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 상기 위상차의 변화량이 ±2도의 범위이며, 또한 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되도록, 금속 원소의 조성비가 조정된다.
이하, 위상 시프트막(15)의 EUV광에 대한 반사율이 (ⅰ) 5％ 초과 10％ 이하, (ⅱ) 3％ 초과 5％ 이하, 및 (ⅲ) 10％ 초과 20％ 이하인 3개의 경우로 나누어 설명한다.
(ⅰ) 위상 시프트막(15)의 EUV광에 대한 반사율이 5％ 초과 10％ 이하인 경우
위상 시프트막(15) 표면의 EUV광에 대한 반사율이 5％ 초과 10％ 이하인 경우, 식 (1), 식 (2)는,
로 된다. 식 (1)(k>-0.303*n+0.309)을 충족하는 군 A에 속하는 금속 원소로서는, Pd, Ag, Pt, Au, Ir, W, Cr, Co, Mn, Sn, Ta, V, Ni, Fe, Hf, Cu, Te, Zn, Mg, Ge, 및 Al을 들 수 있다. 식 (2)(k<-0.303*n+0.309)을 충족하는 군 B에 속하는 금속 원소로서는, Rh, Ru, Mo, Nb, Ti, Zr, Y, 및 Si를 들 수 있다. 군 A 및 군 B로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택한다. 상기 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 상기 위상차의 변화량이 ±2도의 범위 및 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되도록, 금속 원소의 조성비가 조정된다.
도 4는, 위상 시프트막(15) 표면의 EUV광에 대한 반사율이 6％인 경우의 식 (1) 및 식 (2)의 관계식을 충족하는 금속 원소군인 군 A 및 군 B를 설명하기 위한 도면이다.
위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때, 위상 시프트막(15)의 위상차 변화량이 ±2도의 범위, 및 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되는 2원계 합금으로서는, 다음의 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.883, 소쇠 계수가 0.042인 합금 A6％로서는, PdMo 합금, PdNb 합금, PdZr 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.905, 소쇠 계수가 0.035인 합금 B6％로서는, RhTa 합금, RuNi 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.921, 소쇠 계수가 0.031인 합금 C6％로서는, TaRu 합금, CrRu 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.932, 소쇠 계수가 0.027의 합금 D6％로서는, MoTa 합금, WNb 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.940, 소쇠 계수가 0.024인 합금 E6％로서는, TaNb 합금, NiNb 합금을 들 수 있다.
3원계 합금으로서는, TaPdMo 합금, 또는 NiPdMo 합금으로 함으로써, 합금 A6％, 합금 B6％, 합금 C6％, 또는 합금 D6％로 할 수 있다.
또한, 상기 합금 A6％, 합금 B6％, 합금 C6％, 합금 D6％ 및 합금 E6％의 막 두께를, 각각 28.2㎚, 35.0㎚, 41.5㎚, 48.2㎚ 및 55.1㎚로 함으로써, 위상 시프트막(15)의 위상차를 약 180도, 반사율을 약 6％로 할 수 있다.
(ⅱ) 위상 시프트막(15)의 EUV광에 대한 반사율이 3％ 초과 5％ 이하인 경우
위상 시프트막(15) 표면의 EUV광에 대한 반사율이 3％ 초과 5％ 이하인 경우, 식 (1), 식 (2)는,
로 된다. 식 (1)(k>-0.331*n+0.339)를 충족하는 군 A에 속하는 금속 원소로서는, Ag, Pt, Au, Ir, W, Cr, Co, Mn, Sn, Ta, Ni, Hf, Cu, Te, Zn, Mg, Ge, 및 Al을 들 수 있다. 식 (2)(k<-0.331*n+0.339)를 충족하는 군 B에 속하는 금속 원소로서는, Pd, Rh, Ru, Mo, Nb, V, Ti, Zr, Y, 및 Si를 들 수 있다. 군 A 및 군 B로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택하고, 상기 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 상기 위상차의 변화량이 ±2도의 범위 및 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되도록, 금속 원소의 조성비가 조정된다.
도 5는, 위상 시프트막(15) 표면의 EUV광에 대한 반사율이 4％인 경우의 식 (1), 식 (2)의 관계식을 충족하는 금속 원소군인 군 A 및 군 B를 설명하기 위한 도면이다.
위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때, 위상 시프트막(15)의 위상차 변화량이 ±2도의 범위, 및 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되는 2원계 합금으로서는, 다음의 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.881, 소쇠 계수가 0.047인 합금 A4%로서는, RhAg 합금, PdFe 합금, PdZn 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.905, 소쇠 계수가 0.040인 합금 B4％로서는, RhFe 합금, RhZn 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.921, 소쇠 계수가 0.035인 합금 C4％로서는, CrRu 합금, RhHf 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.932, 소쇠 계수가 0.031인 합금 D4％로서는, NbW 합금, ZrPt 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.940, 소쇠 계수가 0.028인 합금 E4％로서는, CrZr 합금, WZr 합금, TaNb 합금을 들 수 있다.
또한, 상기 합금 A4％, 합금 B4％, 합금 C4％, 합금 D4％, 및 합금 E4％의 막 두께를, 각각, 28.4㎚, 34.9㎚, 41.4㎚, 48.1㎚, 및 55.0㎚로 함으로써, 위상 시프트막(15)의 위상차를 약 180도, 반사율을 약 4％로 할 수 있다.
(ⅲ) 위상 시프트막(15)의 EUV광에 대한 반사율이 10％ 초과 20％ 이하인 경우
위상 시프트막(15) 표면의 EUV광에 대한 반사율이 10％ 초과 20％ 이하인 경우, 식 (1), 식 (2)는,
로 된다. 식 (1)(k>-0.192*n+0.194)를 충족하는 군 A에 속하는 금속 원소로서는, Rh, Pd, Ag, Pt, Au, Ir, W, Cr, Co, Mn, Sn, Ta, V, Ni, Ti, Hf, Cu, Te, Zn, Mg, Ge, 및 Al을 들 수 있다. 식 (2)(k<-0.192*n+0.194)를 충족하는 군 B에 속하는 금속 원소로서는, Ru, Mo, Nb, Zr, Y, 및 Si를 들 수 있다. 군 A 및 군 B로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택하고, 상기 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 상기 위상차의 변화량이 ±2도인 범위, 및 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되도록, 금속 원소의 조성비가 조정된다.
위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때, 위상 시프트막(15)의 위상차 변화량이 ±2도의 범위, 및 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되는 2원계 합금으로서는, 다음의 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.885, 소쇠 계수가 0.025인 합금 A20％로서는, PdRu 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.907, 소쇠 계수가 0.021인 합금 B20％로서는, PdMo 합금, RuGe 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.922, 소쇠 계수가 0.018인 합금 C20％로서는, MoCo 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.932, 소쇠 계수가 0.016인 합금 D20％로서는, WNb 합금, MoHf 합금을 들 수 있다. 굴절률이 0.940, 소쇠 계수가 0.014인 합금 E20％로서는, HfNb 합금, ZnNb 합금을 들 수 있다.
또한, 상기 합금 A20％, 합금 B20％, 합금 C20％, 합금 D20％,및 합금 E20％의 막 두께를, 각각, 28.2㎚, 35.0㎚, 41.7㎚, 48.6㎚, 및 55.4㎚로 함으로써, 위상 시프트막(15)의 위상차를 약 180도, 반사율을 약 20％로 할 수 있다.
본 발명의 위상 시프트막(15)은, 발명의 효과를 일탈하지 않는 범위에서, 산소, 질소, 탄소, 및 붕소로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 함유시킬 수 있다.
또한, 위상 시프트막(15)의 막 두께는, EUV광에 대한 위상차가 170도 내지 190도, 반사율이 3％ 초과 20％ 이하로 되도록, 적절히 설정된다. 사영 효과(쉐도잉 효과) 저감의 관점에서, 위상 시프트막(15)의 막 두께는, 25㎚ 이상 70㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다. 위상 시프트막(15)의 막 두께는, 더욱 바람직하게는, 25㎚ 이상 50㎚ 이하, 더욱 바람직하게는, 25㎚ 이상 40㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다.
위상 시프트막(15)의 표면 등이 평활하지 않으면, 위상 시프트막 패턴의 에지 러프니스가 커지게 되어, 패턴의 치수 정밀도가 나빠지는 경우가 있다. 이 때문에, 성막 후의 위상 시프트막(15)의 표면 조도는, 제곱 평균 평방근 거칠기(RMS)로, 0.5㎚ 이하인 것이 바람직하고, 0.4㎚ 이하인 것이 보다 바람직하며, 0.3㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 반사형 마스크 블랭크에서는, 위상 시프트막(15) 위에, 에칭 마스크막(도시생략)을 추가로 형성할 수 있다. 에칭 마스크막은, 다층 반사막(13)의 최상층에 대해서 에칭 선택성을 가지며, 또한, 위상 시프트막(15)에 대한 에칭 가스로 에칭 가능한(에칭 선택성이 없는) 재료로 형성된다. 에칭 마스크막의 형성은, DC 스퍼터링법 및 RF 스퍼터링법 등의 공지된 방법에 의해 행할 수 있다.
에칭 마스크막의 막 두께는, 하드마스크로서의 기능 확보라는 관점에서 5㎚ 이상인 것이 바람직하다. 위상 시프트막(15)의 막 두께를 고려하면, 에칭 마스크막의 막 두께는 5㎚ 이상 20㎚ 이하, 바람직하게는 5㎚ 이상 15㎚ 이하가 바람직하다.
기판(12)의 이면측(다층 반사막(13)의 형성면 반대측)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 정전 척용의 이면 도전막(11)이 형성된다. 정전 척용의 이면 도전막(11)에 요구되는 전기적 특성은, 통상 100Ω/sq 이하의 시트 저항이다. 이면 도전막(11)의 형성은, 예를 들어 크롬 혹은 탄탈륨 등의 금속, 또는 그들 합금의 타깃을 사용하여, 마그네트론 스퍼터링법 또는 이온빔 스퍼터링법에 의해 행할 수 있다. 이면 도전막(11)을, 예를 들어 CrN으로 형성하는 경우에는, Cr 타깃을 사용하고, 질소 가스 등의 N을 포함하는 가스 분위기에서, 상술한 스퍼터링법에 의해 성막할 수 있다. 이면 도전막(11)의 막 두께는, 정전 척용으로서의 기능을 충족하는 한 특별히 한정되지 않지만, 통상 10 내지 200㎚이다.
또한, 본 발명의 반사형 마스크 블랭크(10)는, 상술한 바와 같은 실시 형태로 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 본 발명의 반사형 마스크 블랭크(10)는, 위상 시프트막(15) 위에 에칭 마스크로서의 기능을 갖는 레지스트막을 구비할 수 있다. 또한, 본 발명의 반사형 마스크 블랭크(10)는, 다층 반사막(13) 위에 보호막(14)을 구비하지 않고, 다층 반사막(13) 위에 접해서 위상 시프트막(15)을 구비할 수 있다.
<반사형 마스크 및 그 제조 방법>
본 발명은, 상술한 본 발명의 반사형 마스크 블랭크(10)에 있어서의 위상 시프트막(15)이 패터닝된 위상 시프트막 패턴을 갖는 반사형 마스크이다. 상술한 본 발명의 반사형 마스크 블랭크(10)를 사용하여, 본 발명의 반사형 마스크를 제작할 수 있다. EUV 리소그래피용 반사형 마스크의 제조에는, 정밀도가 높은 패터닝을 행할 수 있는 전자선 리소그래피법이 가장 적합하다.
본 실시 형태에서는, 포토리소그래피법을 이용한 반사형 마스크의 제조 방법에 대하여, 도 1에 도시한 반사형 마스크 블랭크(10)를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다.
우선, 도 1에 도시한 반사형 마스크 블랭크(10)의 최표면(위상 시프트막(15))의 위에 레지스트막(도시생략)을 형성한다. 레지스트막의 막 두께는, 예를 들어 100㎚로 할 수 있다. 이어서, 이 레지스트막에 원하는 패턴을 묘화(노광)하고, 나아가 현상·린스함으로써 소정의 레지스트 패턴(도시생략)을 형성한다.
다음으로, 위상 시프트막(15)에 대해서, 레지스트 패턴(도시생략)을 마스크로 하여, 위상 시프트막(15)의 재료에 따라서, SF6 등의 불소계 가스, 또는 Cl2 등의 염소계 가스를 포함하는 에칭 가스에 의한 드라이 에칭을 실시함으로써, 위상 시프트막 패턴(도시생략)을 형성한다. 이 공정에 있어서, 레지스트 패턴(도시생략)이 제거된다.
여기서, 위상 시프트막(15)의 에칭 레이트는, 위상 시프트막(15)을 형성하는 재료 및 에칭 가스 등의 조건에 의존한다.
상기 공정에 의해, 위상 시프트막 패턴이 형성된다. 이어서, 산성 또는 알칼리성의 수용액을 사용한 웨트 세정을 행하고, 높은 반사율을 달성한 EUV 리소그래피용의 반사형 마스크가 얻어진다.
또한, 에칭 가스는, 불소계 가스로서, SF6 외에, CHF3, CF4, C2F6, C3F6, C4F6, C4F8, CH2F2, CH3F, C3F8, 및 F 등의 불소계 가스, 및 이들 불소 가스 및 O2를 소정의 비율로 포함하는 혼합 가스를 사용할 수 있다. 또한, 다른 에칭 가스로서는, 예를 들어 Cl2, SiCl4, CHCl3, CCl4, 및 BCl3 등의 염소계의 가스 및 이들 혼합 가스, 염소계 가스 및 He를 소정의 비율로 포함하는 혼합 가스, 염소계 가스 및 Ar을 소정의 비율로 포함하는 혼합 가스, 불소 가스, 염소 가스, 브롬 가스 및 요오드 가스로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 할로겐 가스, 및 할로겐화 수소 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종류 또는 그 이상을 들 수 있다. 또한, 에칭 가스로서는, 이들 가스와, 산소 가스를 포함하는 혼합 가스 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 반사형 마스크의 제조를 위해서는, 상술한 반사형 마스크 블랭크(10)를 사용하므로, 원하는 위상차 특성 및 반사율 특성을 갖는 위상 시프트막 패턴을 갖는 반사형 마스크를 얻을 수 있다.
<반도체 장치의 제조>
본 발명은, 상술한 본 발명의 반사형 마스크를 사용해서 반도체 기판 위에 패턴을 형성하는 패턴 형성 공정을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법이다.
상술한 본 발명의 반사형 마스크를 사용하여, EUV 리소그래피용에 의해 반도체 기판 위에 반사형 마스크의 위상 시프트막 패턴에 기초하는 전사 패턴을 형성할 수 있다. 그 후, 그 밖의 다양한 공정을 거침으로써, 반도체 기판 위에 다양한 패턴 등이 형성된 반도체 장치를 제조할 수 있다. 전사 패턴의 형성에는, 공지된 패턴 전사 장치를 사용할 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 위상차 및 반사율의 막 두께 의존성이 작은 위상 시프트막 패턴을 갖는 반사형 마스크를 사용할 수 있으므로, 미세하고도 정밀도가 높은 전사 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있다.
[제2 실시 형태]
본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 반사형 마스크 블랭크(10)의 위상 시프트막(15)은, 제1 실시 형태보다도 위상차 변동 및 반사율 변동의 허용 범위를 확장시킨 것이다.
위상 시프트막(15)은, 위상 시프트막(15) 형성 전의 상기 다층 반사막으로부터의 반사광에 대한 위상 시프트막 표면의 EUV광의 반사율 R0이 4％, 6％ 또는 12％이며, 위상차 θ0이 180도가 되도록, 2종 이상의 금속을 갖는 합금을 포함하는 재료로 구성된다. 이 합금의 조성비를 조절함으로써, 위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 위상차 θ의 허용 범위가 ±5도(θ0-5도≤θ≤θ0+5도)이며, 또한 반사율 R의 허용 범위가 0.9R0≤R≤1.1R0으로 된다. 이러한 합금의 EUV광의 파장에 있어서의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는, 소정의 범위가 된다.
도 7은, EUV광(파장 13.5㎚)에 있어서의 반사율이 4％, 6％ 및 12％인 경우의 소정의 위상차 특성 및 반사율 특성을 충족하는 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 범위를 나타내는 그래프이다.
도 7의 나선 H6％는, EUV광에 대한 위상차 θ0을 180도로 하고, 반사율 R0을 6％로 한 경우의, 위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 위상차 θ의 허용 범위가 ±5도(θ0-5도≤θ≤θ0+5도)이며, 또한 반사율 R의 허용 범위가 0.9R0≤R≤1.1R0으로 되는 굴절률과 소쇠 계수를 플롯했을 때의 집합이다. 여기서, 위상차 θ의 허용 범위는 175도 내지 185도로 되고, 반사율 R의 허용 범위는 5.4％ 내지 6.6％로 된다.
마찬가지로, 도 7의 나선 H4％는, EUV광에 대한 위상차 θ0을 180도로 하고, 반사율 R0을 4％로 한 경우로서, 위상차 θ의 허용 범위는 175도 내지 185도로 되고, 반사율 R의 허용 범위는 3.6％ 내지 4.4％로 된다. 또한, 도 7의 나선 H12％는, EUV광에 대한 위상차 θ0을 180도로 하고, 반사율 R0을 12％로 한 경우로서, 위상차 θ의 허용 범위는 175도 내지 185도로 되고, 반사율 R의 허용 범위는 10.8 내지 13.2％로 된다.
제1 실시 형태와 마찬가지로, 나선 H4％, 나선 H6％ 또는 나선 H12％를 사이에 두고 군 A'의 금속과 군 B'의 금속으로 나눌 수 있다. 상기 합금은, 군 A'의 금속과 군 B'의 금속으로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택함으로써 얻을 수 있다. 나선 H6％ 내에 포함되는 원소를 군 A'로 한 경우에는, 예를 들어 군 A'에 속하는 금속 원소로서는, Ag, Pt, Ir, W, Cr, Co, Mn, Sn, Ta, V, Ni, Hf, Fe, Cu, Te, Zn, Mg, Ge, 및 Al을 들 수 있다. 이 경우, 군 B'에 속하는 금속 원소로서는, Au, Pd, Rh, Ru, Mo, Nb, Ti, Zr, 및 Y를 들 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에서는, 위상 시프트막(15)의 재료를 상술한 바와 같이 구성하는 이외에는 본 발명의 제1 실시 형태와 마찬가지로, 반사형 마스크 블랭크(10) 및 반사형 마스크를 제조할 수 있다.
[제3 실시 형태]
본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 반사형 마스크 블랭크(10)의 위상 시프트막(15)에 대하여 설명한다. 복수의 반사형 마스크 블랭크를 제조할 때, 각각 서로 다른 반사율을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 제조하는 경우가 있다. 그 경우, 원하는 위상차 특성 및 반사율 특성을 가지면서, 재료(나아가서는 그 조성비)를 바꾸지 않고 복수의 반사율에 대응 가능한 위상 시프트막을 얻는 것은 곤란하다. 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 위상 시프트막(15)은, 설정 막 두께를 바꾸는 것만으로 복수의 반사율에 대응 가능한 합금을 포함하는 재료로 구성된다.
위상 시프트막(15)은, 위상 시프트막(15) 형성 전의 상기 다층 반사막으로부터의 반사광에 대한 위상 시프트막 표면의 EUV광의 반사율 R0이 4％, 6％ 또는 12％로서, 위상차 θ0이 180도가 되도록, 2종 이상의 금속을 갖는 합금을 포함하는 재료로 구성된다. 이 합금의 조성비를 조절함으로써, 위상 시프트막(15)의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 위상차 θ의 허용 범위가 ±5도(θ0-5도≤θ≤θ0+5도)이며, 또한 반사율 R의 허용 범위가 0.9R0≤R≤1.1R0으로 된다. 이러한 합금의 EUV광의 파장에 있어서의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k는, 소정의 범위가 된다. 이러한 합금에서는, 설정 막 두께를 바꾸는 것만으로 복수의 반사율에 대응하는 것이 가능하다.
(ⅰ) 반사율 R0이 4％, 6％ 및 12％인 3개의 반사율에 대응 가능하게 하는 경우
도 8은, 도 7의 중첩 부분을 충족하는 굴절률 n과 소쇠 계수 k의 범위를 나타내는 그래프이다. 도 8의 스폿 S3A 및 스폿 S3B는, 반사율 R0이 4％, 6％ 및 12％인 3개의 반사율에 대응할 수 있는 굴절률과 소쇠 계수를 플롯했을 때의 집합이다. 즉, 스폿 S3A 및 스폿 S3B는, 도 7의 나선 H4％, 나선 H6％ 및 나선 H12％의 중첩 부분이다.
스폿 S3A는, 굴절률이 0.877 내지 0.881, 소쇠 계수가 0.046 내지 0.052의 범위에 포함된다. 또한, 스폿 S3B는, 굴절률이 0.901 내지 0.904, 소쇠 계수가 0.039 내지 0.041의 범위에 포함된다.
상기 합금은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 스폿 S3A 및 스폿 S3B를 연결하는 근사 직선을 사이에 두고 군 A'와 군 B'로 나누고, 군 A'와 군 B'로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택함으로써 얻을 수 있다. 예를 들어 군 A'에 속하는 금속 원소로서는, Ag, Pt, Au, Ir, W, Cr, Co, Mn, Sn, Ta, V, Ti, Ni, Hf, Fe, Cu, Te, Zn, Mg, Ge, Al, 및 Si를 들 수 있다. 군 B'에 속하는 금속 원소로서는, Pd, Rh, Ru, Mo, Nb, Zr, 및 Y를 들 수 있다.
상기 합금의 2원계 합금으로서는, AgPd 합금, PtPd 합금, AuPd 합금, IrPd 합금, CoPd 합금, SnPd 합금, NiPd 합금, TePd 합금, CuPd 합금, FePd 합금, WPd 합금, CrPd 합금, TaPd 합금, ZnPd 합금, HfPd 합금, GePd 합금, AlPd 합금, MgPd 합금, AgRh 합금, CuRh 합금, FeRh 합금, 및 IrRu 합금을 들 수 있다. 예를 들어, PtPd 합금은, 조성비가 0.10:0.90 내지 0.25:0.75인 것이 바람직하다.
(ⅱ) 반사율 R0이 6％ 및 12％인 2개의 반사율에 대응 가능하게 하는 경우
도 8의 스폿 S2A, 스폿 S2B, 스폿 S2C, 스폿 S2D 및 스폿 S2E는, 반사율 R0이 6％ 및 12％인 2개의 반사율을 충족하는 것이 가능한 굴절률과 소쇠 계수를 플롯했을 때의 집합이다. 즉, 스폿 S2A, 스폿 S2B, 스폿 S2C, 스폿 S2D 및 스폿 S2E는, 도 7의 나선 H6％와 나선 H12％의 중첩 부분이다.
스폿 S2A는, 상기 스폿 S3A의 굴절률 및 소쇠 계수의 범위 외에, 굴절률이 0.880 내지 0.888, 소쇠 계수가 0.041 내지 0.046의 범위에 포함된다. 스폿 S2B는, 상기 스폿 S3B의 굴절률 및 소쇠 계수의 범위 외에, 굴절률이 0.901 내지 0.907, 소쇠 계수가 0.035 내지 0.041의 범위에 포함된다. 스폿 S2C는, 굴절률이 0.917 내지 0.921, 소쇠 계수가 0.030 내지 0.034의 범위에 포함된다. 스폿 S2D는, 굴절률이 0.929 내지 0.931, 소쇠 계수가 0.027 내지 0.028의 범위에 포함된다. 스폿 S2E는, 굴절률이 0.938 내지 0.939, 소쇠 계수가 0.024의 범위에 포함된다.
상기 합금은, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 스폿 S2A(스폿 S3A를 포함함), 스폿 S2B(스폿 S3B 포함함), 스폿 S2C, 스폿 S2D 및 스폿 S2E를 연결하는 근사 직선을 사이에 두고 군 A'와 군 B'로 나누고, 군 A'와 군 B'로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택함으로써 얻을 수 있다. 예를 들어 군 A'에 속하는 금속 원소로서는, Ag, Pt, Au, Ir, W, Cr, Co, Mn, Sn, Ta, V, Ni, Hf, Fe, Cu, Te, Zn, Mg, Ge, Al, 및 Si를 들 수 있다. 군 B'에 속하는 금속 원소로서는, Pd, Rh, Ru, Mo, Nb, Ti, Zr, 및 Y를 들 수 있다.
상기 합금의 2원계 합금으로서는, 상기 (ⅰ)에 기재된 합금 외에, PtMo 합금, AuMo 합금, NiMo 합금, FeMo 합금, ZnMo 합금, MnMo 합금, AgNb 합금, NiNb 합금, WNb 합금, TaNb 합금, MnPd 합금, VPd 합금, TiPd 합금, PtRh 합금, AuRh 합금, WRh 합금, CrRh 합금, TaRh 합금, ZnRh 합금, MnRh 합금, HfRh 합금, GeRh 합금, AlRh 합금, MgRh 합금, CoRu 합금, SnRu 합금, NiRu 합금, WRu 합금, CrRu 합금, TaRu 합금, ZnRu 합금, HfRu 합금, GeRu 합금, VRu 합금, IrY 합금, PtZr 합금, 상기 합금 AuZr 합금을 들 수 있다. 예를 들어, PtMo 합금은, 조성비가 0.60:0.40 내지 0.55:0.45인 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 실시 형태에서는, 위상 시프트막(15)의 재료를 상술한 바와 같이 구성하는 이외에는 본 발명의 제1 실시 형태와 마찬가지로, 반사형 마스크 블랭크(10) 및 반사형 마스크를 제조할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을, 각 실시예에 기초하여 설명한다.
(실시예 1)
<반사형 마스크 블랭크(10)의 제작>
다음에 설명하는 방법으로, 위상 시프트막(15)의 반사율이 6％인 특성을 갖는 실시예 1의 반사형 마스크 블랭크(10)를 제작하였다. 실시예 1의 반사형 마스크 블랭크(10)는, 기판(12) 위에 Mo/Si 다층 반사막(13)과, Ru 보호막(14)과, 위상 시프트막(15)이 적층되어 있으며, 기판(12)의 이면에는, CrN 도전막이 형성된 구조를 갖는다.
우선, SiO2-TiO2계 유리 기판(12)을 준비하였다.
이 기판(12)의 이면에 CrN으로 이루어지는 이면 도전막(11)을 마그네트론 스퍼터링법에 의해 다음의 조건에서 형성하였다. 즉, Cr 타깃을 사용하고, Ar+N2 가스 분위기(Ar:N2=90％:N:10％) 중에서, 막 두께 20㎚가 되도록, 이면 도전막(11)을 형성하였다.
다음으로, 이면 도전막(11)을 형성한 측과 반대측의 기판(12)의 주표면 위에 다층 반사막(13)을 형성하였다. 기판(12) 위에 형성되는 다층 반사막(13)으로서, 13.5㎚의 EUV광에 적합한, Mo/Si 주기 다층 반사막(13)을 채용하였다. 다층 반사막(13)은, Mo 타깃과 Si 타깃을 사용하고, 이온빔 스퍼터링(Ar 가스 분위기)에 의해, 기판(12) 위에 Mo층 및 Si층을 교대로 적층하여 형성하였다. 우선, Si막을 막 두께 4.2㎚로 성막하고, 계속해서 Mo막을 막 두께 2.8㎚로 성막하였다. 이것을 1주기로 하여, 마찬가지로 하여 40주기 적층하고, 마지막으로 Si막을 막 두께 4.0㎚로 성막하고, 다층 반사막(13)을 형성하였다(합계 막 두께: 284㎚).
계속해서, Ru 타깃을 사용한 이온빔 스퍼터링(Ar 가스 분위기)에 의해, 다층 반사막(13)의 최상층의 Si막 위에, Ru를 포함하는 보호막(14)을 막 두께 2.5㎚로 성막하였다.
다음으로, 보호막(14) 위에, 이하의 방법으로 위상 시프트막(15)을 형성하였다. 즉, Ar 가스 분위기 중에서 PdMo 타깃(Pd:Mo=0.86:0.14)을 사용한 스퍼터링을 행하여, 설정 막 두께가 28.2㎚인 PdMo 합금을 포함하는 위상 시프트막(15)을 형성하였다. 이와 같이 하여, 반사형 마스크 블랭크(10)를 얻었다. 또한, 이 위상 시프트막(15)의 PdMo 합금의 조성비는, 타깃 조성비와 마찬가지의 조성비를 갖고 있다.
상술한 방법으로 10장의 반사형 마스크 블랭크(10)를 제작하고, 각각의 반사형 마스크 블랭크(10)에 대하여, EUV광(파장 13.5㎚)을 사용하여, 위상 시프트막(15)의 굴절률, 소쇠 계수를 측정하였다. 그 결과, 반사형 마스크 블랭크(10)에 형성된 위상 시프트막(15)은, 굴절률이 0.883, 소쇠 계수가 0.042였다.
따라서, 이 얻어진 반사형 마스크 블랭크(10)의 위상 시프트막(15)은, 시뮬레이션에 의해, 위상차 변동은 180도±1.3도이며, 반사율 변동은 6％±0.1％였다.
<반사형 마스크의 제작>
다음으로, 상술한 실시예 1의 반사형 마스크 블랭크(10)를 10장 제작하였다. 제작된 10장의 각 반사형 마스크 블랭크의 위상 시프트막(15) 위에 레지스트막을 막 두께 100㎚로 형성하고, 묘화·현상에 의해 레지스트 패턴을 형성하였다. 그 후, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 불소계의 SF6 가스를 사용하여, 위상 시프트막(15)을 드라이 에칭하고, 위상 시프트막 패턴을 형성하였다. 그 후, 레지스트 패턴을 제거하여, 10장의 반사형 마스크를 제작하였다.
얻어진 10장의 반사형 마스크에 대하여, EUV광을 사용해서 위상 시프트막 패턴 표면의 반사광과, 다층 반사막 표면의 반사광에 의한 위상차 및 반사율을 측정한바, 위상차 변동은 180도±1.8도이고, 반사율 변동은 6％±0.1％이며, 작은 값이었다.
<반도체 장치의 제조>
실시예 1에 의해 얻어진 반사형 마스크를 EUV 스캐너에 세트하고, 반도체 기판(12) 위에 피가공막과 레지스트막이 형성된 웨이퍼에 대해서 EUV 노광을 행하고, 이 노광 완료 레지스트막을 현상함으로써, 피가공막이 반도체 기판(12) 위에 레지스트 패턴을 형성하였다.
실시예 1의 반사형 마스크는, 원하는 위상차 특성(위상차 변동이 180도±1.3도) 및 반사율 특성(반사율 변동이 6％±0.1％)을 갖는 위상 시프트막 패턴이 형성된 반사형 마스크이다. 그 때문에, 이 반사형 마스크를 사용함으로써, 미세하고도 정밀도가 높은 전사 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있었다.
또한 이 레지스트 패턴을 에칭에 의해 피가공막에 전사하고, 또한, 절연막, 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 혹은 어닐 등 다양한 공정을 거침으로써, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 높은 수율로 제조할 수 있었다.
(실시예 2)
상술한 실시예 1에 있어서, 위상 시프트막(15)을 TaPdMo 합금(Ta:Pd:Mo=0.015:0.869:0.116, 설정 막 두께=28.2㎚)으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제작하였다.
그 결과, 반사형 마스크 블랭크(10)에 형성된 위상 시프트막(15)의 굴절률은 0.883이며, 소쇠 계수는 0.042였다. 또한, 위상 시프트막(15)에 있어서, 시뮬레이션에 의해 얻어진 위상차 변동은 180도±1.3도이며, 반사율 변동은 6％±0.1％였다. 또한, 반사형 마스크의 위상차 변동도 180도±1.3도이며, 반사율 변동도 6％±0.1％이며 작은 값이었다.
(실시예 3 내지 8)
상술한 실시예 1에 있어서, 위상 시프트막(15)을 이하의 표 1의 재료(합금, 조성비), 설정 막 두께로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제작하였다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정하여 얻어진, 위상 시프트막(15)의 굴절률, 소쇠 계수, 위상차 변동, 및 반사율 변동은, 표 2의 결과로 되었다.
또한, 상술한 실시예 3 내지 실시예 8에 있어서, 보호막(14)의 재료는, 위상 시프트막(15)을 패터닝할 때 사용하는 드라이 에칭 가스에 대해서, 에칭 내성을 갖는 재료를 적절히 선정하였다.
상술한 결과가 나타내는 바와 같이, 실시예 3 내지 8에 있어서도, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크의 위상차 변동, 및 반사율 변동은 작은 값이었다.
(실시예 9 내지 10)
실시예 9로서, 위상 시프트막(15)의 반사율이 4％인 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크(10)를, 실시예 10으로서, 위상 시프트막(15)의 반사율이 20％인 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크(10)를 각각 제작하였다. 이면 도전막(11), 다층 반사막(13), 및 보호막(14)은 실시예 1과 마찬가지이다.
상술한 실시예 1에 있어서, 위상 시프트막(15)을 이하의 표 3의 재료(합금, 조성비), 및 설정 막 두께로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 반사형 마스크 블랭크, 및 반사형 마스크를 제작하였다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정하여 얻어진 위상 시프트막(15)의 굴절률, 소쇠 계수, 위상차 변동 및 반사율 변동은, 표 4의 결과로 되었다.
상술한 결과가 나타내는 바와 같이, 실시예 9 내지 10에 있어서, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크의 위상차 변동 및 반사율 변동은 작은 값이었다.
실시예 3 내지 실시예 10의 반사형 마스크는, 원하는 위상차 특성(위상차 변동이 180도±2도) 및 원하는 반사율 특성(반사율 변동이 6％±0.1％, 4％±0.1％, 20％±0.1％)을 갖는 위상 시프트막 패턴이 형성된 반사형 마스크이다. 그 때문에, 이들 반사형 마스크를 사용함으로써, 미세하고도 정밀도가 높은 전사 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있었다.
또한 이 레지스트 패턴을 에칭에 의해 피가공막에 전사하고, 또한, 절연막, 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 및/또는 어닐 등 다양한 공정을 거침으로써, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 높은 수율로 제조할 수 있었다.
(실시예 11 내지 15)
상술한 실시예 1에 있어서, 위상 시프트막(15)을 이하의 표 5의 재료(합금, 조성비), 및 설정 막 두께로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제작하였다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정해서 얻어진, 위상 시프트막(15)의 굴절률, 소쇠 계수, 위상차 변동, 및 반사율 변동은, 표 6-1 및 표 6-2의 결과로 되었다.
[표 6-1]
[표 6-2]
또한, 상술한 실시예 11 내지 실시예 15에 있어서, 보호막(14)의 재료는, 위상 시프트막(15)을 패터닝할 때 사용하는 드라이 에칭 가스에 대해서, 에칭 내성을 갖는 재료를 적절히 선정하였다.
상술한 결과가 나타내는 바와 같이, 실시예 11 내지 15에 있어서, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크의 위상차 변동 및 반사율 변동은, 반사율이 4％, 6％ 및 12％ 중 어느 것에 있어서도 실시예 1 내지 10보다는 크지만, 허용 범위 내였다. 또한, 위상 시프트막의 재료 및 조성비를 바꾸지 않고, 막 두께를 변경하는 것만으로, 반사율이 4％, 6％ 및 12％인 경우의 모두 원하는 위상차 특성(위상차 변동이 180도±5도) 및 원하는 반사율 특성(0.9R0≤R≤1.1R0)을 충족하는 위상 시프트막을 얻을 수 있었다.
실시예 11 내지 15의 반사형 마스크는, 원하는 위상차 특성(위상차 변동이 180도±5도) 및 원하는 반사율 특성(0.9R0≤R≤1.1R0)을 갖는 위상 시프트막 패턴이 형성된 반사형 마스크이다. 그 때문에, 이들 반사형 마스크를 사용함으로써, 미세하고도 정밀도가 높은 전사 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있었다.
(실시예 16 내지 22)
상술한 실시예 1에 있어서, 위상 시프트막(15)을 이하의 표 7의 재료(합금, 조성비), 및 설정 막 두께로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제작하였다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정하여 얻어진, 위상 시프트막(15)의 굴절률, 소쇠 계수, 위상차 변동, 및 반사율 변동은, 표 8-1 및 표 8-2의 결과로 되었다.
[표 8-1]
[표 8-2]
또한, 상술한 실시예 16 내지 실시예 22에 있어서, 보호막(14)의 재료는, 위상 시프트막(15)을 패터닝할 때 사용하는 드라이 에칭 가스에 대해서, 에칭 내성을 갖는 재료를 적절히 선정하였다.
상술한 결과가 나타내는 바와 같이, 실시예 16 내지 22에 있어서, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크의 위상차 변동 및 반사율 변동은, 반사율이 6％ 및 12％ 중 어느 것에 있어서도 실시예 1 내지 10보다는 크지만, 허용 범위 내였다. 또한, 위상 시프트막의 재료 및 조성비를 바꾸지 않고, 막 두께를 변경하는것만으로, 반사율이 6％ 및 12％인 경우의 모두 원하는 위상차 특성(위상차 변동이 180도±5도) 및 원하는 반사율 특성(0.9R0≤R≤1.1R0)을 충족하는 위상 시프트막을 얻을 수 있었다.
실시예 16 내지 22의 반사형 마스크는, 원하는 위상차 특성(위상차 변동이 180도±5도) 및 원하는 반사율 특성(0.9R0≤R≤1.1R0)을 갖는 위상 시프트막 패턴이 형성된 반사형 마스크이다. 그 때문에, 이들 반사형 마스크를 사용함으로써, 미세하고도 정밀도가 높은 전사 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있었다.
(비교예 1 내지 3)
비교예 1로서, 위상 시프트막의 반사율이 6％인 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크를, 비교예 2로서, 위상 시프트막의 반사율이 4％인 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크를, 비교예 3으로서, 위상 시프트막의 반사율이 12％인 특성을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 각각 제작하였다.
상기 실시예 1에 있어서, 위상 시프트막을 이하의 표 9의 재료(합금, 조성비), 설정 막 두께로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제작하였다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정하여 얻어진, 위상 시프트막의 굴절률, 소쇠 계수, 위상차 변동, 및 반사율 변동은, 표 10의 결과로 되었다.
상술한 결과가 나타내는 바와 같이, 비교예 1 내지 3에 있어서는, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크의 반사율 변동은 0.9R0≤R≤1.1R0의 범위 내이었지만, 위상차 변동은 ±5도의 범위를 초과하는 값이 되었다.
비교예 1 내지 3의 반사형 마스크는, 원하는 위상차 특성(위상차 변동이 180도±5도의 범위) 및 원하는 반사율 특성(반사율 변동이 0.9R0≤R≤1.1R0)을 충족하지 않는 위상 시프트막 패턴이 형성된 반사형 마스크이다. 그 때문에, 이들 반사형 마스크를 사용함으로써, 미세하고도 정밀도가 높은 전사 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 없었다.
또한 이 레지스트 패턴을 에칭에 의해 피가공막에 전사하고, 또한, 절연막, 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 혹은 어닐 등 다양한 공정을 거침으로써 반도체 장치를 제조하였지만, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 높은 수율로 제조할 수 없었다.
(참고예 1 및 2)
상술한 실시예 1에 있어서, 위상 시프트막(15)을 이하의 표 11의 재료(합금, 조성비), 설정 막 두께로 바꾼 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 참고예 1 및 2의 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제작하였다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 하여 측정하여 얻어진, 위상 시프트막(15)의 굴절률, 소쇠 계수, 위상차 변동, 및 반사율 변동은, 표 12-1 및 표 12-2의 결과로 되었다.
[표 12-1]
[표 12-2]
상술한 결과가 나타내는 바와 같이, 참고예 1에 있어서는, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크의 반사율 변동은 0.9R0≤R≤1.1R0의 범위 내이며, 위상차 변동은 반사율이 6％인 경우에는 ±5도의 범위 내였다. 그러나, 참고예 1에 있어서는, 반사율이 4％ 및 12％인 경우에는 위상차 변동이 ±5도의 범위를 초과하는 값으로 되었다. 또한, 참고예 2에 있어서는, 반사율 변동은 0.9R0≤R≤1.1R0의 범위 내이며, 위상차 변동은 반사율이 4％인 경우에는 ±5도의 범위 내였다. 그러나, 참고예 1에 있어서는, 반사율이 6％ 및 12％인 경우에는 위상차 변동이 ±5도의 범위를 초과하는 값으로 되었다. 따라서, 위상 시프트막의 재료 및 조성비를 바꾸지 않고, 막 두께를 변경하는 것만으로, 반사율이 4％, 6％ 및 12％인 경우의 모두 원하는 위상차 특성(위상차 변동이 180도±5도) 및 원하는 반사율 특성(0.9R0≤R≤1.1R0)을 충족하는 위상 시프트막을 얻을 수는 없었다.
10: 반사형 마스크 블랭크
11: 이면 도전막
12: 기판
13: 다층 반사막
14: 보호막
15: 위상 시프트막
11: 이면 도전막
12: 기판
13: 다층 반사막
14: 보호막
15: 위상 시프트막
Claims (12)
- 기판 위에 형성된 다층 반사막과, 상기 다층 반사막 위에 형성된 위상 시프트막을 구비하는 반사형 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막 형성 전의 상기 다층 반사막으로부터의 반사광에 대한 상기 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 3％ 초과 20％ 이하이며, 170도 내지 190도의 위상차를 갖도록, 상기 위상 시프트막은, 2종 이상의 금속을 갖는 합금을 포함하는 재료로 구성되어 이루어지고,
EUV광의 파장에 있어서의 굴절률을 n, 소쇠 계수를 k라 했을 때,
하기 식 (1)의 굴절률 n, 소쇠 계수 k를 충족하는 금속 원소군을 군 A, 하기식 (2)의 굴절률 n, 소쇠 계수 k를 충족하는 금속 원소군을 군 B라 하고,
상기 합금은, 상기 군 A와 상기 군 B로부터 각각 1종 이상의 금속 원소를 선택하고, 상기 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 상기 위상차의 변화량이 ±2도의 범위이며, 또한 반사율의 변화량이 ±0.2％의 범위가 되도록, 조성비가 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
(단, α: 비례 상수, β: 상수로 함) - 제1항에 있어서,
상기 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 5％ 초과 10％ 이하이고,
상기 식 (1) 및 식 (2)에 있어서의 α는 -0.303이며, β는 0.309인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. - 제1항에 있어서,
상기 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 3％ 초과 5％ 이하이고,
상기 식 (1) 및 식 (2)에 있어서의 α는 -0.331이며, β는 0.339인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. - 제1항에 있어서,
상기 위상 시프트막 표면의 EUV광에 대한 반사율이 10％ 초과 20％ 이하이고,
상기 식 (1) 및 식 (2)에 있어서의 α는 -0.192이며, β는 0.194인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. - 기판 위에 형성된 다층 반사막과, 상기 다층 반사막 위에 형성된 위상 시프트막을 구비하는 반사형 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막 형성 전의 상기 다층 반사막으로부터의 반사광에 대한 상기 위상 시프트막 표면의 EUV광의 반사율 R0이 4％, 6％ 또는 12％이며, 위상차 θ0이 180도가 되도록, 상기 위상 시프트막은, 2종 이상의 금속을 갖는 합금을 포함하는 재료로 구성되어 이루어지고,
상기 합금은, 상기 위상 시프트막의 막 두께가 설정 막 두께에 대해서 ±0.5％ 변동했을 때의 위상차 θ의 허용 범위가 θ0-5도≤θ≤θ0+5도이며, 또한 반사율 R의 허용 범위가 0.9R0≤R≤1.1R0이 되도록, EUV광의 파장에 있어서의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k를 갖고, 조성비가 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. - 제5항에 있어서,
상기 합금은, 0.877 내지 0.881의 범위에 포함되는 굴절률 및 0.046 내지 0.052의 범위에 포함되는 소쇠 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. - 제5항에 있어서,
상기 합금은, 0.901 내지 0.907의 범위에 포함되는 굴절률 및 0.035 내지 0.041의 범위에 포함되는 소쇠 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 합금은, 3개 이상의 금속 원소가 함유된 다원계 합금인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상 시프트막의 막 두께는, 25㎚ 이상 70㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 반사막의 상기 위상 시프트막측의 최상층은, 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 반사형 마스크 블랭크에 있어서의 상기 위상 시프트막이 패터닝된 위상 시프트막 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
- 제11항에 기재된 반사형 마스크를 사용해서 반도체 기판 위에 패턴을 형성하는 패턴 형성 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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