KR20200018476A - 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
제1 양태의 반사형 포토마스크 블랭크(10)는, 기판(1)과, 기판(1) 상에 형성된 반사층(2)과, 반사층(2) 상에 형성된 광 흡수층(4)을 갖는다. 광 흡수층(4)은, 주석(Sn)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/Sn)가 1.50 초과 2.0 이하이고, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하인 산화주석막을 포함한다. 이에 의해, 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용 반사형 포토마스크의 사영 효과가 억제 또는 경감되고, 반도체 기판에 대한 전사 성능이 향상됨과 함께, 광 흡수층의 세정 내성이 향상된다.
Description
본 발명은 극단 자외선을 광원으로 한 리소그래피에서 사용하는 반사형 포토마스크 및 이것을 제작하기 위한 반사형 포토마스크 블랭크에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 포토리소그래피 기술의 미세화에 대한 요구가 높아지고 있다. 포토리소그래피에 있어서의 전사 패턴의 최소 해상 치수는, 노광 광원의 파장에 크게 의존하며, 파장이 짧을수록 최소 해상 치수를 작게 할 수 있다. 따라서, 전사 패턴의 가일층의 미세화를 실현하기 위해, 노광 광원은, 종래의 ArF 엑시머 레이저(파장 193nm)로부터, 파장 13.5nm의 EUV(Extreme Ultra Violet: 극단 자외선)로 치환되어가고 있다.
EUV는, 대부분의 물질에 보다 높은 비율로 흡수된다. 그 때문에, EUV 리소그래피에서는, 광의 투과를 이용하는 굴절 광학계를 사용할 수 없고, 투과형 포토마스크도 사용할 수 없다. 따라서, EUV 노광용 포토마스크(EUV 마스크)로서는, 반사형 포토마스크가 사용된다.
특허문헌 1에는, 유리 기판 상에 몰리브덴(Mo)층 및 실리콘(Si)층을 교대로 적층한 다층막을 포함하는 광 반사층을 형성하고, 그 위에 탄탈룸(Ta)을 주성분으로 하는 광 흡수층을 형성하고, 이 광 흡수층에 패턴을 형성함으로써 얻어진 EUV 포토마스크가 개시되어 있다.
또한, 노광기의 광학계를 구성하는 부품으로서도, 렌즈나 투과형 빔 스플리터는 사용할 수 없고, 미러 등의 반사형 부품을 사용하게 된다. 따라서, EUV 마스크에의 입사광과 EUV 마스크로부터의 반사광을 동축 상으로 하는 설계가 불가능하다. 그 때문에, 통상 EUV 리소그래피에서는, EUV 마스크면에 수직인 방향에 대하여 광축을 6도 기울여 EUV를 입사하고, 입사광과는 반대측으로 6도 기울어진 광축의 반사광을 반도체 기판으로 향하게 하고 있다.
이와 같이, EUV 리소그래피에서는, 광축을 경사시킨다는 점에서, EUV 마스크에의 입사광이, EUV 마스크의 마스크 패턴(패턴화된 광 흡수층)의 그림자를 발생시킨다. 이 그림자의 발생에 수반하여 생기는 문제가 사영 효과라고 불리고 있다. 이 사영 효과는, 광축을 경사시키는 EUV 리소그래피의 원리적 과제이다.
현재의 EUV 마스크 블랭크에서는, 광 흡수층으로서 막 두께 60 내지 90nm의 탄탈룸(Ta)을 주성분으로 한 막이 사용되고 있다. 이 마스크 블랭크를 사용하여 제작한 EUV 마스크로 패턴 전사의 노광을 행한 경우, 입사 방향과 마스크 패턴의 방향의 관계에 따라서는, 마스크 패턴의 그림자로 되는 에지 부분에서, 콘트라스트의 저하를 야기할 우려가 있다. 이에 수반하여, 반도체 기판 상의 전사 패턴의 라인 에지 러프니스의 증가나, 선폭을 목적의 치수로 형성할 수 없는 등의 문제가 생겨, 전사 성능이 악화될 가능성이 있다.
또한, EUV 마스크 블랭크 및 EUV 마스크에는, 금후의 양산화에 맞게, 광 흡수층의 세정 내성을 향상시킬 것도 요구되고 있다.
본 발명의 과제는, 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용 반사형 포토마스크의 사영 효과를 억제 또는 경감하여, 반도체 기판에 대한 전사 성능을 향상시킴과 함께, 광 흡수층의 세정 내성을 향상시키는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 양태는, 극단 자외 영역의 파장의 광을 광원으로 한 패턴 전사용의 반사형 포토마스크를 제작하기 위한 반사형 포토마스크 블랭크이며, 기판과, 기판 상에 형성된 반사층과, 반사층 상에 형성된 광 흡수층을 갖는다. 광 흡수층은, 주석(Sn)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/Sn)가 1.50 초과 2.0 이하이고, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하인 산화주석막을 포함한다.
본 발명의 제2 양태는, 기판과, 기판 상에 형성된 반사층과, 반사층 상에 형성되고, 주석(Sn)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/Sn)가 1.50 초과 2.0 이하이고, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하인 산화주석막을 포함하며, 패턴이 형성되어 있는 광흡수 패턴층을 갖는 반사형 포토마스크이다.
본 발명에 따르면, 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용 반사형 포토마스크의 사영 효과가 억제 또는 경감되고, 반도체 기판에 대한 전사 성능이 향상됨과 함께, 광 흡수층의 세정 내성의 향상을 기대할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태의 반사형 포토마스크 블랭크를 도시하는 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태의 반사형 포토마스크를 도시하는 단면도이다.
도 3은, EUV의 파장에 있어서의 각 금속 재료의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 산화주석막에 포함되는 주석에 대한 산소의 비(O/Sn)와 융점의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 계산 결과 얻어진, 광 흡수층의 막 두께와 EUV 반사율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 계산 결과 얻어진, 광 흡수층의 막 두께와 OD값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 계산 결과 얻어진, 광 흡수층의 막 두께와 포토마스크로 전사된 패턴의 HV 바이어스값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 얻어진, OD값이 1.0, 2.0인 경우의 HV 바이어스값의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 계산 결과 얻어진, 광 흡수층의 막 두께와 포토마스크로 전사된 패턴의 NILS(X 방향 및 Y 방향에서의 각 값)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 계산 결과 얻어진, 광 흡수층의 막 두께와 포토마스크로 전사된 패턴의 NILS(X 방향과 Y 방향의 평균값)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 실시예의 반사형 포토마스크 블랭크를 도시하는 단면도이다.
도 12는, 실시예의 반사형 포토마스크 블랭크를 사용한 반사형 포토마스크의 제작 방법의 일 공정을 설명하는 단면도이다.
도 13은, 실시예의 반사형 포토마스크 블랭크를 사용한 반사형 포토마스크의 제작 방법에 대하여, 도 12의 다음 공정을 설명하는 단면도이다.
도 14는, 실시예에서 얻어진 반사형 포토마스크를 도시하는 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태의 반사형 포토마스크를 도시하는 단면도이다.
도 3은, EUV의 파장에 있어서의 각 금속 재료의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 산화주석막에 포함되는 주석에 대한 산소의 비(O/Sn)와 융점의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 계산 결과 얻어진, 광 흡수층의 막 두께와 EUV 반사율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 계산 결과 얻어진, 광 흡수층의 막 두께와 OD값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 계산 결과 얻어진, 광 흡수층의 막 두께와 포토마스크로 전사된 패턴의 HV 바이어스값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 얻어진, OD값이 1.0, 2.0인 경우의 HV 바이어스값의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 계산 결과 얻어진, 광 흡수층의 막 두께와 포토마스크로 전사된 패턴의 NILS(X 방향 및 Y 방향에서의 각 값)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 광 흡수층이 산화주석(SnOx)막 및 탄탈룸(Ta)막인 경우에 계산 결과 얻어진, 광 흡수층의 막 두께와 포토마스크로 전사된 패턴의 NILS(X 방향과 Y 방향의 평균값)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 실시예의 반사형 포토마스크 블랭크를 도시하는 단면도이다.
도 12는, 실시예의 반사형 포토마스크 블랭크를 사용한 반사형 포토마스크의 제작 방법의 일 공정을 설명하는 단면도이다.
도 13은, 실시예의 반사형 포토마스크 블랭크를 사용한 반사형 포토마스크의 제작 방법에 대하여, 도 12의 다음 공정을 설명하는 단면도이다.
도 14는, 실시예에서 얻어진 반사형 포토마스크를 도시하는 단면도이다.
[실시 형태]
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이하에 나타내는 실시 형태에 한정되지 않는다. 이하에 기재하는 실시 형태에서는, 본 발명을 실시하기 위해 기술적으로 바람직한 한정이 되어 있지만, 이 한정은 본 발명의 필수 요건은 아니다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 실시 형태의 반사형 포토마스크 블랭크(10)는, 기판(1)과, 기판(1) 상에 형성된 반사층(2)과, 반사층(2) 상에 형성된 캐핑층(3)과, 캐핑층(3) 상에 형성된 광 흡수층(4)을 갖는다. 광 흡수층(4)은, 주석(Sn)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/Sn)가 1.50 초과 2.0 이하이고, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하인 산화주석막을 포함한다. 기판(1)으로서는, 저팽창성 합성 석영 등을 포함하는 기판이 사용된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 이 실시 형태의 반사형 포토마스크(20)는, 기판(1)과, 기판(1) 상에 형성된 반사층(2)과, 반사층(2) 상에 형성된 캐핑층(3)과, 캐핑층(3) 상에 형성된 광흡수 패턴층(41)을 갖는다. 광흡수 패턴층(41)은, 주석(Sn)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/Sn)가 1.50 초과 2.0 이하이고, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하인 산화주석막을 포함한다. 광흡수 패턴층(41)은 반사형 포토마스크 블랭크(10)의 광 흡수층(4)이 패터닝된 것이다.
[본 발명에 이르기까지의 고찰]
(흡수막의 광흡수성에 대하여)
반사형 포토마스크 블랭크의 광 흡수층(이하, 간단히 「흡수층」이라고도 칭함)은, 건식 에칭되어 소정의 노광 전사 패턴으로 형성되었을 때, 조사된 EUV를 흡수하는 것이다. 과제로 되어 있는 사영 효과를 저감하기 위해서는, 흡수층을 얇게 할 필요가 있지만, 현재 일반적으로 사용되고 있는 재료인 Ta(탄탈룸)를 단순히 얇게 한 경우, EUV의 흡수성이 충분하지 않아, 흡수층 영역에 있어서의 반사율이 높아져 버린다. 이 때문에, 흡수층의 박막화와 EUV의 광흡수성을 동시에 달성하기 위해서는, 기존의 흡수층 재료보다도 EUV에 대하여 높은 광흡수성을 갖는 재료가 필요하다.
(고흡수 재료의 결점에 대하여)
도 3은, 각 금속 재료의 EUV 영역의 파장에 있어서의 광학 상수를 나타내는 것이며, 횡축에 굴절률 n, 종축에 소쇠 계수 k를 나타내고 있다. 소쇠 계수 k가 높은 재료로서는, Ag, Ni, Sn, Te 등이 있다. 이들 재료의 소쇠 계수는 0.07 내지 0.08의 범위에 있으며, 종래의 흡수층 재료인 Ta의 소쇠 계수 0.041의 약 2배이다. 즉, 이들 재료는 높은 광흡수성을 갖는다. 그러나, 이들 고흡수 재료는, 건식 에칭성이 나쁘기(이들 원소의 할로겐화물의 휘발성이 낮기) 때문에 패터닝이 불가능하거나, 혹은 융점이 낮기 때문에 포토마스크 제작 시나 EUV 노광 시의 열에 견딜 수 없기 때문에, 포토마스크의 광 흡수층 재료로서 실용성이 떨어지는 것이 대부분이다.
(산화주석막의 O/Sn비와 융점 및 약액 내성의 관계에 대하여)
그러한 결점을 회피하기 위해, 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크의 광 흡수층을, 산화주석막으로 하는 것을 생각하였다. Sn 단체에서는, 융점이 230℃ 부근으로 낮아, 열적 안정성과 세정 내성에 문제가 있지만, 산화주석막으로 함으로써, 융점을 대폭 높일 수 있다. 또한, 실제로, 반응성 스퍼터링에 의해 O/Sn비가 다른 산화주석막을 복수 제작하고, 열분석 장치에 의해 그 융점을 측정한바, 도 4에 도시하는 바와 같이, O/Sn비가 클수록 융점이 높음을 알 수 있었다.
이어서, 마찬가지로 제작한 복수의 샘플에 대하여, 세정에 의한 광 흡수층의 막 감소의 유무를 확인하였다.
세정은, SPM(sulfuric-acid and hydrogen-peroxide mixture) 세정, APM(ammonium hydrogen-peroxide mixture) 세정, 강세정의 3종류의 방법으로 행하였다.
SPM 세정의 조건은, 황산:과산화수소수=4:1(체적비), 온도 100℃, 침지 시간 90분으로 하였다.
APM 세정의 조건은, 암모니아:과산화수소수:물=1:1:5(체적비), 온도 90℃, 침지 시간 90분으로 하였다.
강세정은, 메가소닉 대역에서의 초음파(1MHz, 4W)를 부여한 상태에서, 상기 조건에서의 SPM 세정과 상기 조건에서의 APM 세정을 이 순으로 계속해서 행하였다.
그리고, 막 감소의 유무에 대해서는, 분석용 전자 천칭에 의한 계측으로 세정 전후의 샘플의 중량 변화를 조사하여, 막 두께 5nm에 상당하는 중량의 변화가 있는 경우에, 막 감소가 「유」라고 판단하였다.
표 1에 나타내는 바와 같이, O/Sn비가 1.50 미만인 산화주석막에서는 SPM 세정에서 막 감소가 보였다. 또한, O/Sn비가 1.50 이하인 산화주석막에서는 강세정에서 막 감소가 보였다.
이들 결과로부터 이하의 사실을 알 수 있다. 주석에 대한 산소의 원자수비(O/Sn)가 1.50 초과 2.0 이하인 산화주석막이라면, 포토마스크 제작 시나 EUV 노광 시의 열에 충분한 내성과, 포토마스크 제작 시의 세정액(산이나 알칼리) 및 메가소닉 대역에서의 초음파 세정에 대한 충분한 내성을 가질 수 있다.
또한, 산화주석막은, 화학적으로 안정되어 있는 한편, 염소계 가스를 사용한 건식 에칭이 가능하기 때문에, 패터닝이 가능하다. 그 이유는, Sn과 Cl의 화합물인 SnCl4의 휘발성이, Sn 이외의 고흡수 재료와 Cl의 화합물보다 높기 때문이다.
(산화주석막의 O/Sn비와 광흡수성의 관계에 대하여)
EUV에 대한 광학 상수(소쇠 계수, 굴절률)는, O/Sn비가 1.5 내지 2.0인 산화주석과 주석 단체간에 거의 변화하지 않는다. 그 때문에, 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크의 광 흡수층을 O/Sn비가 1.5 내지 2.0인 산화주석막으로 함으로써, 광 흡수층이 Sn 단체인 경우와 마찬가지의 광흡수성을 유지할 수 있다.
실제로, 산소의 함유량을, O/Sn비가 1.5 이상 2.0 이하인 범위에서 변화시킨 산화주석막 샘플을 복수 제작하고, 파장 13.5nm(EUV 영역)에 있어서의 광학 상수를 측정하면, 모두 굴절률 n=0.930 내지 0.935, 소쇠 계수 k=0.0714 내지 0.0721이라는 값이 얻어졌다. 이것은, 도 3에 도시하는 Sn 단체의 값에 가까운 값이다. 즉, O/Sn비가 1.5 이상 2.0 이하인 산화주석과 Sn 단체는, 광학 상수가 거의 동일하다.
(Ta막과 산화주석막에 있어서의 반사율, OD 및 막 두께의 비교)
실제로 측정한 산화막(O/Sn비가 1.5 이상 2.0 이하인 테스트 샘플)의 광학 상수의 평균값(굴절률 n=0.933, 소쇠 계수 k=0.0718)을 기초로, 산화주석을 포함하는 광 흡수층을 사용한 경우의 EUV 반사율을 산출하였다. 또한, 마스크의 기본 성능을 나타내는 OD값(Optical Density: 흡수층부와 반사층부의 콘트라스트)을, 하기 식 (1)을 사용하여 계산하였다.
OD=-log(Ra/Rm) … (1)
식 (1)에 있어서, Rm은 반사층 영역으로부터의 반사광 강도이고, Ra는 광 흡수층 영역으로부터의 반사광 강도다.
당연히, EUV 리소그래피에 있어서 OD값은 높을수록 좋다. 또한, 이 계산은, 마스크 블랭크의 구성을, 흡수층 밑에 두께 2.5nm의 Ru에 의한 캐핑층(보호층)이 존재하고, 또한 그 밑에 Si와 Mo에 의한 반사층이 40페어 존재하고, 그 밑에 평탄한 합성 석영제 기판이 존재하고, 기판의 이면에 CrN을 포함하는 도전층이 존재하는 구성으로 하여, 이들 각 층의 광학 상수(굴절률, 소쇠 계수)를 사용하여, 광 흡수층의 막 두께를 변화시켜 행하였다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, Ta막에 비하여 산화주석(SnOx)막에서는, 예를 들어 동일한 막 두께의 경우에는 반사율을 절반 이하로 낮게 할 수 있고, 동일한 반사율의 경우에는 막 두께를 절반 이하로 저감할 수 있다. 이와 같이 산화주석막은 광흡수막으로서 유효하다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어 OD≥1.0을 얻기 위해서는, Ta막에서는 적어도 40nm 이상의 두께가 필요한 데 비해, 산화주석(SnOx)막에서는 약 17nm의 두께여도 된다. 따라서, OD라고 하는 관점에서도, 산화주석막은, 막 두께를 저감할 수 있는 광흡수막으로서 유효함을 알 수 있다.
또한, 예를 들어 OD=2.0을 얻기 위해서는, Ta막에서는 적어도 70nm 이상의 두께가 필요한 데 비해, 산화주석막에서는 26nm의 두께여도 되고, OD=2에 있어서도, 산화주석막은, 막 두께를 저감할 수 있는 광 흡수층으로서 유효함을 알 수 있다.
이와 같이, 산화주석막을 사용함으로써, 마스크의 기본 성능을 나타내는 OD값을 유지한 채, 광 흡수층을 얇게 하는 것이 가능하게 된다.
(Ta막과 산화주석막간의, HV 바이어스의 비교)
이어서, 사영 효과의 영향을 평가하기 위해, Ta막과 산화주석막의 각각에서, 막 두께를 할당하였을 때 HV 바이어스값이 어떻게 변화하는지를, FDTD(시간 영역 차분)법에 의한 시뮬레이터를 사용한 시뮬레이션에 의해 비교하였다. 또한, 시뮬레이션 조건은, 광원의 파장은 13.5nm(EUV 파장), NA는 0.33, 입사각은 6도로 하고, 조명은 퀘이사를 사용하였다.
HV 바이어스값이란, 마스크 패턴의 방향에 의존한 전사 패턴의 선폭차, 즉 H(Horizontal) 방향의 선폭과 V(Vertical) 방향의 선폭의 차를 말한다. H 방향의 선폭이란, 입사광과 반사광이 만드는 면과 평행인 방향의 선폭을, V 방향의 선폭이란, 입사광과 반사광이 만드는 면에 대하여 수직인 방향의 선폭을 나타내고 있다.
사영 효과에 의해 영향을 받는 것은 Horizontal의 패턴 사이즈이며, 그 전사 패턴의 에지부의 콘트라스트 저하나 선폭(Y 방향)의 감소가 발생한다. 사영 효과의 영향을 받은 패턴은, 전사 후의 선폭이 작아지기 때문에, Vertical의 전사 패턴 사이즈와 Horizontal의 전사 패턴 사이즈간에, 선폭차(소위 HV 바이어스)가 발생한다.
본 시뮬레이션에 사용한 패턴은, 반도체 기판 상에서 16nm의 LS(Line과 Space가 1:1)가 되는 사이즈로, 마스크 패턴을 설계한 것이다. 따라서, EUV 리소그래피에서는, 통상 4분의 1의 축소 투영 노광이기 때문에, EUV 마스크 상의 패턴 사이즈는 64nm의 LS 패턴으로 된다. 이 전사 패턴의 HV 바이어스값은, 도 7에 도시하는 바와 같이, Ta막, 산화주석막 공히 흡수층의 막 두께가 두꺼울수록 커짐을 알 수 있다.
여기서, OD=2 정도가 되는 Ta막(막 두께 70nm)과 산화주석막(막 두께 26nm)의 각각의 HV 바이어스값을 비교한바, Ta막에서는 10.5nm로 매우 크지만, 산화주석막에서는 3.3nm로 대폭 저감할 수 있어, 개선되었다(도 8). 또한 OD=1로 되는 Ta막(40nm)과 산화주석막(17nm)에서도, HV 바이어스는 Ta막에서 3.2nm, 산화주석막에서 2.1nm로 된다.
이와 같이, 반사형 포토마스크 블랭크 및 포토마스크의 광 흡수층 재료에 산화주석을 사용함으로써, 사영 효과의 영향(HV 바이어스)을 대폭 저감할 수 있음을 알 수 있다.
(Ta막과 산화주석막간의, NILS의 비교)
사영 효과의 영향은, NILS(Normalized Image Log Slope)라고 불리는 패턴 콘트라스트로도 나타난다. NILS는 전사 패턴의 광 강도 분포로부터 명부와 암부의 쏠림을 나타내는 특성값이며, 값이 큰 쪽이, 패턴 전사성(해상성, 라인 에지 러프니스 등)이 좋다. 광 흡수층을 이루는 Ta와 산화주석의 광학 상수를 사용하여, 계산(상기와 동일한 시뮬레이션)에 의해 NILS를 평가하였다. 그 결과를 도 9에 도시한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, Ta막의 경우, OD가 2 부근으로 되는 막 두께 70nm에서, X(Vertical의 선폭 방향의 NILS)가 1.5, Y(Horizontal의 선폭 방향의 NILS)가 0.2로 되어 있다. 즉, 사영 효과의 영향을 받는 Horizontal의 선폭 방향(Y 방향)의 NILS가 대폭 악화된다.
이러한, X 방향과 Y 방향의 패턴 콘트라스트(NILS)의 큰 차가, 상술한 바와 같이, Ta막의 큰 HV 바이어스값을 야기하고 있다.
한편, 산화주석막의 경우에는, OD가 2 부근으로 되는 막 두께 26nm에서, X=1.4, Y=0.9로 되며, Y 방향의 NILS가 대폭 개선되기 때문에, HV 바이어스값도 작아진다.
원래부터, Y 방향의 NILS(패턴 콘트라스트)의 저하는, HV 바이어스에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 전사 패턴의 라인 에지 러프니스의 증대로 이어져, 최악의 경우, 해상하지 못하게 되는 것도 큰 문제이다.
도 10의 그래프는, 산화주석막과 Ta막에 대하여, 계산(상기와 동일한 시뮬레이션)에 의해 산출한 NILS(X 방향과 Y 방향의 평균값)의 막 두께 의존성을 나타내고 있다. 이 도면으로부터, 산화주석막과 Ta막의 어느 경우에도, 막 두께가 얇으면 NILS가 작아짐을 알 수 있다. 이와 같이 되는 이유는, 흡수막이 얇으면, 흡수막 영역에서 반사율이 높아짐으로써 마스크의 OD가 작아져, NILS가 저하되기 때문이라고 추측할 수 있다. 따라서, 패턴의 전사에 필요한 NILS의 값을 얻기 위해서는, 어느 정도의 막 두께가 필요하다.
또한, 도 10으로부터, 막 두께가 지나치게 두꺼우면 NILS의 값이 저하되는 것도 알 수 있다. 흡수막이 두꺼운 경우, 흡수막 영역의 반사율이 낮아져, 마스크의 OD가 커지지만, OD가 2 이상(즉, 흡수막 영역에서의 반사율이, 반사층 영역의 반사율의 1％ 이하)이면, 애당초 흡수막 영역의 반사율이 작기 때문에, 그 이상 막 두께를 두껍게 해도, NILS를 크게 하는 효과는 없다고 생각된다. 그보다도, 흡수막이 지나치게 두꺼우면, 마스크 패턴의 에지 부분에, 비스듬히 입사하는 EUV가 패턴의 그림자로 되는 영향이 강하게 나타나기 때문에, NILS가 저하된다고 생각된다.
이와 같이, 패턴 콘트라스트를 나타내는 NILS를 크게 하기 위해서는, 최적의 막 두께 범위가 있음을 알 수 있다.
도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크의 광 흡수층으로서 막 두께가 45nm 이하인 산화주석막을 사용함으로써, Ta막을 사용한 경우보다, NILS(X 방향과 Y 방향의 평균값)를 높일 수 있다. Ta막의 경우, 최적의 막 두께는 대략 45nm 이상이지만, 45nm 이상의 대부분의 막 두께에서 NILS는 1을 초과하지 않았다.
[본 발명의 제1 양태 및 제2 양태에 대하여]
본 발명의 제1 양태의 반사형 포토마스크 블랭크 및 제2 양태의 반사형 포토마스크는, 주석(Sn)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/Sn)가 1.50 초과 2.0 이하이고, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하인 산화주석막을 포함하는 광 흡수층을 갖는다. 원자수비(O/Sn)의 범위 「1.50 초과 2.0 이하」의 예로서는, 「1.51 이상 2.0 이하」를 들 수 있다.
본 발명의 제1 양태의 반사형 포토마스크 블랭크 및 제2 양태의 반사형 포토마스크가 갖는 광 흡수층은, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하인 산화주석막을 포함하기 때문에, Ta막을 포함하는 광 흡수층을 갖는 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크와 비교하여, 사영 효과의 영향을 작게 할 수 있다. 그 결과, 높은 NILS(패턴 콘트라스트)가 얻어져, 전사 패턴의 해상성의 향상이나 라인 에지 러프니스의 저감을 기대할 수 있다.
또한, 산화주석막의 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하임으로써, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하를 만족하지 않는 산화주석막을 포함하는 광 흡수층을 갖는 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크와 비교하여, 사영 효과의 영향을 작게 할 수 있다. 또한, 광 흡수층에 포함되는 산화주석막의 원자수비(O/Sn)가 1.50 이하인 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크와 비교하여, 높은 세정 내성을 갖게 된다.
본 발명의 제1 양태의 반사형 포토마스크 블랭크 및 제2 양태의 반사형 포토마스크에 있어서, 광 흡수층에 포함되는 산화주석막을 형성하는 재료는, 주석(Sn)과 산소(O)를 합계 80원자％ 이상 함유하는 것이 바람직하다.
이것은, 산화주석막에 주석(Sn)과 산소(O) 이외의 성분이 포함되어 있으면, 산화주석막에 의한 EUV 흡수성이 저하되지만, 그 성분이 20원자％ 미만이면, EUV 흡수성의 저하는 극히 적고, EUV 마스크의 광 흡수층으로서의 성능의 저하는 거의 없기 때문이다.
주석과 산소 이외의 재료로서, Si, In, Te, Ta, Pt, Cr, Ru 등의 금속이나, 질소나 탄소 등의 경원소를, 그 목적에 따라 혼합하는 경우가 있다.
예를 들어, In을 산화주석막에 넣음으로써, 투명성을 확보하면서, 막에 도전성을 부여하는 것이 가능하게 되므로, 파장 190 내지 260nm의 DUV광을 사용한 마스크 패턴 검사에 있어서, 검사성을 높이는 것이 가능하게 된다. 혹은, 질소나 탄소를 산화주석막에 혼합한 경우, 산화주석막의 건식 에칭 시의 에칭 스피드를 높이는 것이 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 발명의 제1 양태의 반사형 포토마스크 블랭크 및 제2 양태의 반사형 포토마스크에 따르면, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하인 산화주석막을 포함하는 광 흡수층을 가짐으로써, 사영 효과의 영향을 저감할 수 있고, Ta막을 포함하는 광 흡수층을 갖는 종래품과 비교하여, 높은 NILS가 얻어진다. 그 때문에, 전사 패턴의 해상성 향상이나 라인 에지 러프니스의 저감을 실현할 수 있다. 또한, X 방향과 Y 방향의 NILS가 근접하기 때문에, HV 바이어스값도 저감할 수 있어, 마스크 패턴에 충실한 전사 패턴이 얻어진다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.
(반사형 포토마스크 블랭크의 제작)
도 11에 도시하는 층 구조의 반사형 포토마스크 블랭크(100)로서, 복수의 샘플을 이하의 수순으로 제작하였다.
우선, 합성 석영제의 기판(11) 상에, Si와 Mo의 40페어(합계 막 두께 280nm)를 포함하는 다층 구조의 반사층(12)을 형성하고, 반사층(12) 상에 Ru막을 포함하는 캐핑층(13)을 2.5nm의 막 두께로 형성하였다. 이어서, 캐핑층(13) 상에 광 흡수층(14)을 형성하였다. 이어서, 기판(11)의 이면에, CrN을 포함하는 도전층(15)을 100nm의 막 두께로 형성하였다.
광 흡수층(14)은, 각 샘플에서, 표 2에 나타내는 바와 같이 재료(Ta 또는 산화주석) 및 막 두께를 바꾸어 형성하였다. 산화주석막은, O/Sn비가 2.00 또는 1.51이 되도록 성막하였다.
각 층의 성막은 스퍼터링 장치를 사용하여 행하였다. 산화주석막은, 반응성 스퍼터링법에 의해, 스퍼터링 중에 챔버에 도입하는 산소의 양을 제어함으로써, O/Sn비가 2.00 또는 1.51이 되도록 성막하였다. 각 층의 막 두께는 투과 전자 현미경에 의해 측정하고, 산화주석막의 O/Sn비는 XPS(X선 광전자 분광 측정법)로 측정하였다.
(반사형 포토마스크의 제작)
얻어진 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 각 샘플을 사용하여, 이하의 수순으로 반사형 포토마스크를 제작하였다.
우선, 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 광 흡수층(14) 상에, 포지티브형 화학 증폭 레지스트(SEBP9012: 신에쓰 가가쿠사제)를 170nm의 막 두께로 도포하였다. 이어서, 이 레지스트막에, 전자선 묘화기(JBX3030: 니혼 덴시사제)로 소정의 패턴을 묘화하였다. 이어서, 110℃, 10분의 프리베이크 처리를 행한 후, 스프레이 현상기(SFG3000: 시그마 멜테크사제)를 사용하여 현상 처리를 행하였다. 이에 의해, 도 12에 도시하는 바와 같이, 광 흡수층(14) 상에 레지스트 패턴(16)이 형성되었다.
이어서, 레지스트 패턴(16)을 에칭 마스크로 한 건식 에칭에 의해, 광 흡수층(14)의 패터닝을 행하였다. 광 흡수층(14)이 Ta막인 샘플에서는, 불소계 가스를 주체로 한 에칭 가스를 사용하고, 광 흡수층(14)이 산화주석막인 샘플에서는, 염소계 가스를 주체로 한 에칭 가스를 사용하였다. 이에 의해, 도 13에 도시하는 바와 같이, 광 흡수층(14)이 광흡수 패턴층(141)으로 되었다.
이어서, 레지스트 패턴(16)을 박리하였다. 이에 의해, 도 14에 도시하는 바와 같이, 합성 석영제의 기판(11)의 표면에, Si와 Mo의 40페어(합계 막 두께 280nm)를 포함하는 다층 구조의 반사층(12), 2.5nm의 Ru막을 포함하는 캐핑층(13), 및 광흡수 패턴층(141)을 이 순으로 갖고, 합성 석영제의 기판(11)의 이면에 도전층(15)이 형성된, 반사형 포토마스크(200)의 각 샘플을 얻었다.
(웨이퍼 노광)
얻어진 반사형 포토마스크(200)의 각 샘플을 사용하여, 웨이퍼 상에 형성된 EUV용 포지티브형 화학 증폭 레지스트막에, EUV 노광 장치(ASML사제의 NXE3300B)를 사용한 노광으로, 광흡수 패턴층(141)의 패턴을 전사하였다.
(전사 패턴의 해상성과 라인 에지 러프니스)
이와 같이 하여 형성된 웨이퍼 상의 레지스트 패턴을, 전자선 치수 측정기에 의해 관찰하여, 라인 에지 러프니스의 측정을 실시하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
표 2에 나타내는 바와 같이, 광 흡수층으로서, O/Sn비가 2.00 또는 1.51이고, 막 두께 25nm 이상 45nm 이하의 SnO막을 갖는 반사형 포토마스크를 사용한 경우, 해상성에 문제가 없고, 라인 에지 러프니스는 3.6nm 이하였다. 이 값은, 광 흡수층으로서 Ta막을 갖는 반사형 포토마스크를 사용한 경우보다 낮았다.
즉, 광 흡수층으로서, O/Sn비가 2.00 또는 1.51이고, 막 두께 25nm 이상 45nm 이하의 SnO막을 갖는 반사형 포토마스크를 사용함으로써, 양호한 결과가 얻어짐을 알 수 있었다. 또한, 광 흡수층으로서, O/Sn비가 2.00 또는 1.51이고, 막 두께 32nm 이상 45nm 이하의 SnO막을 갖는 반사형 포토마스크를 사용한 경우, 라인 에지 러프니스가 3.4nm 이하여서, 더 양호한 결과가 얻어짐을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 제1 양태의 반사형 포토마스크 블랭크 및 제2 양태의 반사형 포토마스크를 사용함으로써, 전사 패턴의 리소그래피 특성(해상성, 라인 에지 러프니스)이 종래보다 향상됨이 확인되었다.
1: 기판
2: 반사층
3: 캐핑층
4: 광 흡수층
41: 광흡수 패턴층
11: 기판
12: 반사층
13: 캐핑층
14: 광 흡수층
141: 광흡수 패턴층
15: 도전층
16: 레지스트 패턴
10: 반사형 포토마스크 블랭크
20: 반사형 포토마스크
100: 반사형 포토마스크 블랭크
200: 반사형 포토마스크
2: 반사층
3: 캐핑층
4: 광 흡수층
41: 광흡수 패턴층
11: 기판
12: 반사층
13: 캐핑층
14: 광 흡수층
141: 광흡수 패턴층
15: 도전층
16: 레지스트 패턴
10: 반사형 포토마스크 블랭크
20: 반사형 포토마스크
100: 반사형 포토마스크 블랭크
200: 반사형 포토마스크
Claims (5)
- 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용의 반사형 포토마스크를 제작하기 위한 반사형 포토마스크 블랭크이며,
기판과,
상기 기판 상에 형성된 다층막을 포함하는 반사층과,
상기 반사층 상에 형성된 광 흡수층을 갖고,
상기 광 흡수층은, 주석(Sn)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/Sn)가 1.50 초과 2.0 이하이고, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하인 산화주석막을 포함하는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항에 있어서,
상기 산화주석막의 막 두께는 32nm 이상 45nm 이하인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 산화주석막을 형성하는 재료는, 주석(Sn)과 산소(O)를 합계 80원자％ 이상 함유하는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 흡수층과 상기 반사층의 사이에 형성된 캐핑층을 갖는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 기판과,
상기 기판 상에 형성된 반사층과,
상기 반사층 상에 형성되고, 주석(Sn)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/Sn)가 1.50 초과 2.0 이하이고, 막 두께가 25nm 이상 45nm 이하인 산화주석막을 포함하며, 패턴이 형성되어 있는 광흡수 패턴층을 갖는, 반사형 포토마스크.
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| JP2017132026 | 2017-07-05 | ||
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