KR20210102199A - 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크, 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크, 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20210102199A
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Abstract

본 발명은 패턴을 피전사체에 정확하게 전사하는 것이 가능한 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크, 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.
반사형 마스크 블랭크(100)는, 기판(10)과, 기판(10)에 형성된 EUV 광을 반사하는 다층 반사막(12)과, 다층 반사막(12)의 위에 형성된 적층막(16)을 포함한다. 적층막(16)은, 제 1 층(18)과, 제 1 층(18)의 위에 형성된 제 2 층(20)을 포함하고, EUV 광에 대한 절대 반사율이 2.5％ 이하이다. 제 1 층(18)은, EUV 광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막을 포함한다. 또는, 적층막(16)은, 제 1 층(18)과, 제 1 층(18)의 위에 형성된 제 2 층(20)을 포함하고, EUV 광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막이다. 제 1 층(18)은, EUV 광에 대한 절대 반사율이 2.5％ 이하인 흡수층을 포함한다.

Description

반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크, 및 반도체 장치의 제조 방법
본 발명은, 반도체 장치의 제조 등에 사용되는 노광용 마스크를 제조하기 위한 원판인 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크, 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 제조에 있어서의 노광 장치의 광원의 종류는, 파장 436nm의 g선, 동(同) 365nm의 i선, 동 248nm의 KrF 레이저, 동 193nm의 ArF 레이저로, 파장을 서서히 짧게 하면서 진화해 오고 있고, 보다 미세한 패턴 전사를 실현하기 위해, 파장이 13.5nm 근방인 극단 자외선(EUV: Extreme Ultra Violet)을 이용한 EUV 리소그래피가 개발되어 있다. EUV 리소그래피에서는, EUV 광에 대해 투명한 재료가 적은 점에서, 반사형의 마스크가 이용된다. 이 반사형 마스크에서는, 저열팽창 기판 상에 노광광을 반사하는 다층 반사막이 형성되고, 당해 다층 반사막을 보호하기 위한 보호막의 위에, 원하는 전사용 패턴이 형성된 마스크 구조를 기본 구조로 하고 있다. 또, 전사용 패턴의 구성으로부터, 대표적인 것으로서, EUV 광을 충분히 흡수하는 비교적 두꺼운 흡수체 패턴으로 이루어지는 바이너리형 반사 마스크와, EUV 광을 광 흡수에 의해 감광시키고, 또한 다층 반사막으로부터의 반사광에 대해 거의 위상이 반전(약 180°의 위상 반전)된 반사광을 발생시키는 비교적 얇은 흡수체 패턴(위상 시프트 패턴)으로 이루어지는 위상 시프트형 반사 마스크(하프톤 위상 시프트형 반사 마스크)가 있다. 이 위상 시프트형 반사 마스크는, 투과형 광 위상 시프트 마스크와 마찬가지로, 위상 시프트 효과에 의해 높은 전사 광학상(像) 콘트라스트가 얻어지므로 해상도 향상 효과가 있다. 또, 위상 시프트형 반사 마스크의 흡수체 패턴(위상 시프트 패턴)의 막 두께가 얇은 점에서, 정밀도 좋고 미세한 위상 시프트 패턴을 형성할 수 있다.
일본국 특개2010-080659호 공보 일본국 특개2004-207593호 공보
일반적으로, 위상 시프트막(위상 시프트 패턴)의 상대 반사율은, 예를 들면 3％∼40％이면 해상도 향상의 효과가 얻어진다. 여기에서, 「상대 반사율」이란, 위상 시프트 패턴이 없는 부분에서의 다층 반사막(보호막 부착의 다층 반사막을 포함한다)으로부터 반사되는 EUV 광의 반사율을 100％로 했을 때의, 위상 시프트 패턴으로부터 반사되는 EUV 광의 반사율이다.
또, 일반적으로, 위상 시프트막의 노광에 주는 효과는, 고반사율을 갖는 것일수록 현저해진다. 위상 시프트막의 노광에 주는 효과가 커지면, 패턴 전사상의 콘트라스트가 높아지기 때문에, 해상도가 향상되고, 반도체 장치를 제조할 때의 스루풋이 향상된다.
그러나, 위상 시프트막의 반사율이 높아지면, 위상 시프트막으로부터의 반사광의 광량이 커지기 때문에, 패턴 전사 시에 본래이면 감광되어서는 안되는 영역의 레지스트막이 감광되어 버린다. 이 경우에, 원하는 패턴을 피전사체에 정확하게 전사하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
또, 반도체 장치를 제조할 때에는, 레지스트막이 형성된 1장의 피전사체(실리콘 웨이퍼 등)에 대해, 동일한 포토마스크를 이용하고, 위치를 어긋나게 하면서, 복수회 노광을 행한다. 그러나, 위상 시프트막의 반사율이 높아지면, 위상 시프트막으로부터의 반사광의 광량이 커지기 때문에, 1회의 노광에 의해, 패턴을 전사해야 하는 영역뿐만 아니라, 그 영역에 인접하는 다른 영역의 레지스트막이 감광되어 버린다. 이 경우, 인접하는 2개의 영역의 경계부 부근의 레지스트막은 복수회 노광되어 버리게 되기 때문에, 그 경계부 부근의 레지스트막이 감광되어 버려, 원하는 패턴을 피전사체에 정확하게 전사하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기의 문제를 감안하여, 패턴을 피전사체에 정확하게 전사하는 것이 가능한 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크, 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
기판과, 상기 기판 상에 형성된 EUV 광을 반사하는 다층 반사막과, 상기 다층 반사막의 위에 형성된 적층막을 포함하는 반사형 마스크 블랭크로서,
상기 적층막은, 제 1 층과, 해당 제 1 층의 위에 형성된 제 2 층을 포함하고, 상기 EUV 광에 대한 절대 반사율이 2.5％ 이하이며,
상기 제 1 층은, 상기 EUV 광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막을 포함하는, 반사형 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 제 2 층은, 광학 간섭을 이용하여 상기 적층막의 절대 반사율을 2.5％ 이하로 저감시키는 간섭층으로 이루어지는, 구성 1에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 간섭층의 막 두께가 1nm 이상 20nm 이하이고, 굴절률(n)이 0.85 이상 0.96 이하인, 구성 2에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 간섭층은, 루테늄(Ru)을 포함하는 재료로 이루어지는, 구성 2 또는 구성 3에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 제 2 층은, 흡광 효과를 이용하여 상기 적층막의 절대 반사율을 2.5％ 이하로 저감시키는 흡수층으로 이루어지는, 구성 1에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 흡수층의 막 두께가 5nm 이상 70nm 이하이고, 소쇠 계수(k)가 0.02 이상인, 구성 5에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 7)
상기 흡수층은, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 및 니켈(Ni)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료로 이루어지는, 구성 5 또는 구성 6에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 8)
상기 제 1 층의 상기 EUV 광에 대한 상대 반사율이 3％ 이상 40％ 이하이고, 위상차가 160∼200°인, 구성 1 내지 구성 7 중 어느 것에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 9)
상기 제 1 층은, 막 두께가 5nm 이상 70nm 이하이고, 굴절률(n)이 0.85 이상 0.96 이하인, 구성 1 내지 구성 8 중 어느 것에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 10)
상기 제 1 층은, 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 루테늄(Ru), 및 크롬(Cr)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료로 이루어지는, 구성 1 내지 구성 9 중 어느 것에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 11)
기판과, 상기 기판 상에 형성된 EUV 광을 반사하는 다층 반사막과, 상기 다층 반사막의 위에 형성된 적층막을 포함하는 반사형 마스크 블랭크로서,
상기 적층막은, 제 1 층과, 해당 제 1 층의 위에 형성된 제 2 층을 포함하고, 상기 EUV 광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막이며,
상기 제 1 층은, 상기 EUV 광에 대한 절대 반사율이 2.5％ 이하인 흡수층을 포함하는, 반사형 마스크 블랭크.
(구성 12)
상기 제 2 층은, 광학 간섭을 이용하여 상기 적층막에 의해 반사되는 EUV 광의 위상을 시프트시키는 간섭층으로 이루어지는, 구성 11에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 13)
상기 제 2 층의 막 두께가 1nm 이상 20nm 이하이고, 굴절률(n)이 0.85 이상 0.96 이하인, 구성 11 또는 구성 12에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 14)
상기 제 2 층은, 루테늄(Ru)을 포함하는 재료로 이루어지는, 구성 11 내지 구성 13 중 어느 것에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 15)
상기 제 1 층의 막 두께가 5nm 이상 70nm 이하이고, 소쇠 계수(k)가 0.02 이상인, 구성 11 내지 구성 14 중 어느 것에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 16)
상기 제 1 층은, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 및 니켈(Ni)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료로 이루어지는, 구성 11 내지 구성 15 중 어느 것에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 17)
상기 적층막의 상기 EUV 광에 대한 상대 반사율이 3％ 이상 40％ 이하이고, 위상차가 160∼200°인, 구성 11 내지 구성 16 중 어느 것에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 18)
상기 다층 반사막과 상기 제 1 층의 사이에 보호막을 추가로 갖고,
상기 보호막은, 루테늄(Ru)을 포함하는 재료, 규소(Si) 및 산소(O)를 포함하는 재료, 이트륨(Y)과 산소(O)를 포함하는 재료, 및 크롬(Cr)을 포함하는 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료를 포함하는, 구성 1 내지 구성 17 중의 어느 것에 기재한 반사형 마스크 블랭크.
(구성 19)
구성 1 내지 구성 18 중 어느 것에 기재한 반사형 마스크 블랭크에 있어서의 상기 적층막이 패터닝된 적층막 패턴을 갖는, 반사형 마스크.
(구성 20)
구성 19에 기재한 반사형 마스크를 사용하고, 반도체 기판 상에 전사 패턴을 형성하는 공정을 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 패턴을 피전사체에 정확하게 전사하는 것이 가능한 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크, 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 반사형 마스크 블랭크의 주요부의 단면 모식도이다.
도 2는 적층막의 양태가 (1)인 경우에 있어서의, 반사형 마스크의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 3은 적층막의 양태가 (2)인 경우에 있어서의, 반사형 마스크의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 4는 패턴 전사 장치를 나타내고 있다.
도 5는 반사형 마스크의 평면도 및 부분 확대도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 실시형태는, 본 발명의 범위를 조금도 제한하는 것은 아니다.
도 1은, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 주요부의 단면 모식도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 반사형 마스크 블랭크(100)는, 기판(10)과, 기판(10)의 위에 형성된 다층 반사막(12)과, 다층 반사막(12)의 위에 형성된 보호막(14)과, 보호막(14)의 위에 형성된 적층막(16)을 포함한다. 적층막(16)은, 보호막(14)의 위에 접하도록 형성된 제 1 층(18)과, 제 1 층(18)의 위에 형성된 제 2 층(20)을 포함한다. 한편, 기판(10)의 이면(다층 반사막(12)이 형성된 측과 반대측의 면)에는, 정전 척용의 이면 도전막(22)이 형성되어 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 기판이나 막의 「위에」란, 그 기판이나 막의 상면에 접촉하는 경우뿐만 아니라, 그 기판이나 막의 상면에 접촉하지 않는 경우도 포함한다. 즉, 기판이나 막의 「위에」란, 그 기판이나 막의 위쪽에 새로운 막이 형성되는 경우나, 그 기판이나 막과의 사이에 다른 막이 개재되어 있는 경우 등을 포함한다. 또, 「위에」란, 반드시 연직 방향에 있어서의 상측을 의미하는 것은 아니다. 「위에」란, 기판이나 막 등의 상대적인 위치 관계를 나타내고 있는 것에 지나지 않는다.
＜기판＞
기판(10)은, EUV 광에 의한 노광 시의 열에 의한 전사 패턴의 왜곡을 방지하기 위해, 0±5ppb/℃의 범위 내의 저열팽창 계수를 갖는 것이 바람직하게 이용된다. 이 범위의 저열팽창 계수를 갖는 소재로는, 예를 들면, SiO2-TiO2계 유리, 다성분계 유리 세라믹 등을 이용할 수 있다.
기판(10)의 전사 패턴(후술의 위상 시프트 패턴, 흡수층 패턴 및/또는 적층막 패턴)이 형성되는 측의 주표면은, 평탄도를 높이기 위해 가공되는 것이 바람직하다. 기판(10)의 주표면의 평탄도를 높임으로써, 패턴의 위치 정밀도나 전사 정밀도를 높일 수 있다. 예를 들면, EUV 노광의 경우, 기판(10)의 전사 패턴이 형성되는 측의 주표면의 132mm×132mm의 영역에 있어서, 평탄도가 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.03㎛ 이하이다. 또, 전사 패턴이 형성되는 측과 반대측의 주표면(이면)은, 노광 장치에 정전 척에 의해 고정되는 면으로서, 그 142mm×142mm의 영역에 있어서, 평탄도가 0.1㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.05㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.03㎛ 이하이다. 또한, 본 명세서에 있어서 평탄도는, TIR(Total Indicated Reading)로 나타내어지는 표면의 휨(변형량)을 나타내는 값으로, 기판 표면을 기준으로 하여 최소 제곱법으로 정해지는 평면을 초평면(焦平面)으로 하고, 이 초평면보다 위에 있는 기판 표면의 가장 높은 위치와, 초평면보다 아래에 있는 기판 표면의 가장 낮은 위치의 고저차의 절대치이다.
EUV 노광의 경우, 기판(10)의 전사 패턴이 형성되는 측의 주표면의 표면 거칠기는, 제곱 평균 평방근 거칠기(Rq)로 0.1nm 이하인 것이 바람직하다. 또한 표면 거칠기는, 원자간력 현미경으로 측정할 수 있다.
기판(10)은, 그 위에 형성되는 막(다층 반사막(12) 등)의 막 응력에 의한 변형을 방지하기 위해, 높은 강성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 특히, 65GPa 이상의 높은 영률을 갖고 있는 것이 바람직하다.
＜다층 반사막＞
다층 반사막(12)은, 굴절률이 다른 원소를 주성분으로 하는 복수의 층이 주기적으로 적층된 구성을 갖고 있다. 일반적으로, 다층 반사막(12)은, 고굴절률 재료인 경(輕)원소 또는 그 화합물의 박막(고굴절률층)과, 저굴절률 재료인 중(重)원소 또는 그 화합물의 박막(저굴절률층)이 교대로 40∼60 주기 정도 적층된 다층막으로 이루어진다.
다층 반사막(12)을 형성하기 위해, 기판(10)측부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 복수 주기 적층해도 된다. 이 경우, 하나의 (고굴절률층/저굴절률층)의 적층 구조가, 1 주기가 된다.
다층 반사막(12)을 형성하기 위해, 기판(10)측부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 복수 주기 적층해도 된다. 이 경우, 하나의 (저굴절률층/고굴절률층)의 적층 구조가, 1 주기가 된다.
또한, 다층 반사막(12)의 최상층, 즉 다층 반사막(12)의 기판(10)과 반대측의 표면층은, 고굴절률층인 것이 바람직하다. 기판(10)측부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층하는 경우는, 최상층이 저굴절률층이 된다. 그러나, 저굴절률층이 다층 반사막(12)의 표면인 경우, 저굴절률층이 용이하게 산화됨으로써 다층 반사막의 표면의 반사율이 감소되어 버리므로, 그 저굴절률층의 위에 고굴절률층을 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 기판(10)측부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 적층하는 경우는, 최상층이 고굴절률층이 된다. 그 경우는, 최상층의 고굴절률층이, 다층 반사막(12)의 표면이 된다.
본 실시형태에 있어서, 고굴절률층은, Si를 포함하는 층이어도 된다. 고굴절률층은, Si 단체(單體)를 포함해도 되고, Si 화합물을 포함해도 된다. Si 화합물은, Si와, B, C, N, 및 O로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함해도 된다. Si를 포함하는 층을 고굴절률층으로서 사용함으로써, EUV 광의 반사율이 뛰어난 다층 반사막이 얻어진다.
본 실시형태에 있어서, 저굴절률층은, Mo, Ru, Rh, 및 Pt로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 층, 또는, Mo, Ru, Rh, 및 Pt로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 합금을 포함하는 층이어도 된다.
예를 들면, 파장 13∼14nm의 EUV 광을 위한 다층 반사막(12)으로는, 바람직하게는, Mo 막과 Si 막을 교대로 40∼60 주기 정도 적층한 Mo/Si 다층막을 이용할 수 있다. 그 밖에, EUV 광의 영역에서 사용되는 다층 반사막으로서, 예를 들면, 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 등을 이용할 수 있다. 노광 파장을 고려하여, 다층 반사막의 재료를 선택할 수 있다.
이와 같은 다층 반사막(12)의 단독에서의 반사율은, 예를 들면 65％ 이상이다. 다층 반사막(12)의 반사율의 상한은, 예를 들면 73％이다. 또한, 다층 반사막(12)에 포함되는 층의 두께 및 주기는, 브래그의 법칙을 만족시키도록 선택할 수 있다.
다층 반사막(12)은, 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다. 다층 반사막(12)은, 예를 들면, 이온 빔 스퍼터법에 의해 형성할 수 있다.
예를 들면, 다층 반사막(12)이 Mo/Si 다층막인 경우, 이온 빔 스퍼터법에 의해, Mo 타겟을 이용하여, 두께 3nm 정도의 Mo 막을 기판(10)의 위에 형성한다. 다음으로, Si 타겟을 이용하여, 두께 4nm 정도의 Si 막을 형성한다. 이와 같은 조작을 반복함으로써, Mo/Si 막이 40∼60 주기 적층된 다층 반사막(12)을 형성할 수 있다. 이때, 다층 반사막(12)의 기판(10)과 반대측의 표면층은, Si를 포함하는 층(Si 막)이다. 1 주기의 Mo/Si 막의 두께는 7nm가 된다.
＜보호막＞
후술하는 반사형 마스크(200)의 제조 공정에 있어서의 드라이 에칭 및 세정으로부터 다층 반사막(12)을 보호하기 위해, 다층 반사막(12)의 위에, 또는 다층 반사막(12)의 표면에 접하도록 보호막(14)을 형성할 수 있다. 또, 보호막(14)은, 전자선(EB)을 이용한 전사 패턴의 흑결함 수정 시에, 다층 반사막(12)을 보호하는 기능도 갖고 있다. 여기에서, 도 1에서는, 보호막(14)이 1층인 경우를 나타내고 있지만, 보호막(14)이 2층 이상인 적층 구조를 가져도 된다. 보호막(14)은, 제 1 층(18)을 패터닝할 때에 사용하는 에천트나 세정액에 대해 내성을 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 다층 반사막(12)의 위에 보호막(14)이 형성됨으로써, 반사형 마스크(200)를 제조할 때의 다층 반사막(12)의 표면에의 대미지를 억제할 수 있다. 그 결과, 다층 반사막(12)의 EUV 광에 대한 반사율 특성이 양호해진다. 이와 같은 효과를 얻기 위해, 보호막(14)의 두께는, 1nm 이상 20nm 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에서는, 보호막(14)의 재료로서, 보호막(14)의 위에 형성되는 제 1 층(18)을 패터닝하기 위한 드라이 에칭에 이용되는 에칭 가스에 대해, 내성이 있는 재료를 사용할 수 있다. 제 1 층(18)이 복수의 층으로 형성되는 경우에는, 제 1 층(18)에 접하는 보호막(14)(보호막(14)을 복수층 포함하는 경우에는, 보호막(14)의 최상층)의 재료로서, 제 1 층(18)을 형성하는 층 중, 제 1 층(18)의 최하층(보호막(14)에 접하는 층)을 패터닝하기 위한 드라이 에칭에 이용되는 에칭 가스에 대해, 내성이 있는 재료를 사용할 수 있다. 보호막(14)의 재료는, 보호막(14)에 대한 제 1 층(18)의 최하층의 에칭 선택비(제 1 층(18)의 최하층의 에칭 속도/보호막(14)의 에칭 속도)가 1.5 이상, 바람직하게는 3 이상이 되는 재료인 것이 바람직하다.
예를 들면, 제 1 층(18)의 최하층이, 루테늄(Ru)과, 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 코발트(Co) 중 적어도 1 이상의 원소를 포함하는 금속을 포함하는 재료(소정의 Ru계 재료)나, 루테늄(Ru)과, 바나듐(V), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 레늄(Re) 중 적어도 1 이상의 원소를 포함하는 금속을 포함하는 재료(소정의 Ru계 재료)로 이루어지는 박막인 경우에는, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스, 또는 산소 가스를 이용한 드라이 에칭 가스에 의해, 제 1 층(18)의 최하층을 에칭할 수 있다. 이 에칭 가스에 대해, 내성을 갖는 보호막(14)의 재료로서, 규소(Si), 규소(Si) 및 산소(O)를 포함하는 재료, 또는 규소(Si) 및 질소(N)를 포함하는 재료 등의 규소계 재료를 선택할 수 있다. 따라서, 보호막(14)의 표면에 접하는 제 1 층(18)의 최하층이, 소정의 Ru계 재료로 이루어지는 박막인 경우에는, 보호막(14)은, 상기 규소계 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 규소계 재료는, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스, 또는 산소 가스를 이용한 드라이 에칭 가스에 대해 내성을 가지며, 산소의 함유량이 많을수록, 내성은 크다. 그 때문에, 보호막(14)의 재료는, 산화 규소(SiOx, 1≤x≤2)인 것이 보다 바람직하고, x가 큰 쪽이 더욱 바람직하며, SiO2인 것이 특히 바람직하다.
또, 보호막(14)의 표면에 접하는 제 1 층(18)의 최하층이, 탄탈(Ta)을 포함하는 재료로 이루어지는 박막인 경우에는, 산소 가스를 포함하지 않는 할로겐계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, 제 1 층(18)의 최하층을 에칭할 수 있다. 이 에칭 가스에 대해 내성을 갖는 보호막(14)의 재료로서, 루테늄(Ru)을 주성분으로서 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
또, 보호막(14)의 표면에 접하는 제 1 층(18)의 최하층이, 크롬(Cr)을 포함하는 재료로 이루어지는 박막인 경우에는, 산소 가스를 포함하지 않는 염소계 가스, 또는 산소 가스와 염소계 가스의 혼합 가스의 드라이 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, 제 1 층(18)의 최하층을 에칭할 수 있다. 이 에칭 가스에 대해 내성을 갖는 보호막(14)의 재료로서, 루테늄(Ru)을 주성분으로서 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
제 1 층(18)의 최하층이, 탄탈(Ta) 또는 크롬(Cr)을 포함하는 재료의 경우에 이용할 수 있는 보호막(14)의 재료는, 상술한 바와 같이, 루테늄을 주성분으로서 포함하는 재료이다. 루테늄을 주성분으로서 포함하는 재료의 예로서, 구체적으로는, Ru 금속 단체, Ru에 티탄(Ti), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 붕소(B), 란탄(La), 코발트(Co), 및 레늄(Re)으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 함유하는 Ru 합금, Ru 금속, 및 Ru 합금에 질소를 포함하는 재료를 들 수 있다.
또, 제 1 층(18)의 최하층이, 탄탈(Ta) 또는 크롬(Cr)을 포함하는 재료로 형성되는 경우, 보호막(14)의 최하층과 최상층은, 상기의 루테늄을 주성분으로서 포함하는 재료로 형성할 수 있다. 최하층과 최상층의 사이의 층은, Ru 이외의 금속 또는 그것을 포함하는 합금으로 형성할 수 있다.
Ru 합금의 Ru 함유 비율은, 50 원자％ 이상 100 원자％ 미만, 바람직하게는 80 원자％ 이상 100 원자％ 미만, 더욱 바람직하게는 95 원자％ 이상 100 원자％ 미만이다. 특히, Ru 합금의 Ru 함유 비율이 95 원자％ 이상 100 원자％ 미만인 경우는, 다층 반사막(12)을 구성하는 원소(규소)의, 보호막(14)에의 확산을 억제할 수 있다. 또, EUV 광의 반사율을 충분히 확보하면서, 마스크의 세정 내성을 향상시킬 수 있다. 또한, 보호막(14)은, 제 1 층(18)을 에칭 가공할 때에, 에칭 스토퍼로서 기능한다. 또, 보호막(14)은, 다층 반사막(12)의 경시(經時) 변화를 방지할 수 있다.
보호막(14)의 재료로서, Ru를 포함하는 화합물, 예를 들면, RuNb, RuN, 및 RuTi로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 재료를 이용할 수 있다. 또, 보호막(14)의 재료로서, Y와 O를 포함하는 화합물, 예를 들면, Y2O3를 포함하는 재료를 이용할 수 있다. 또, 보호막(14)의 재료로서, Cr을 포함하는 화합물, 예를 들면, CrN을 포함하는 재료를 이용할 수 있다.
보호막(14)의 두께는, 보호막(14)이 다층 반사막(12)을 보호하는 기능을 다할 수 있는 한, 특별히 제한되지 않는다. EUV 광의 반사율의 관점에서, 보호막(14)의 두께는, 바람직하게는, 1.0nm∼8.0nm, 보다 바람직하게는, 1.5nm∼6.0nm이다.
보호막(14)의 형성 방법으로는, 공지의 방법을 이용할 수 있다. 보호막(14)의 형성 방법의 예로서, 스퍼터링법 및 이온 빔 스퍼터링법을 들 수 있다.
반사형 마스크 블랭크(100)는, 또한, 기판(10)의 다층 반사막(12)이 형성되어 있는 측과는 반대측의 주표면 상에, 이면 도전막(22)을 갖고 있다. 이면 도전막(22)은, 정전 척에 의해 반사형 마스크 블랭크(100)를 흡착할 때에 사용된다.
반사형 마스크 블랭크(100)는, 기판(10)과 다층 반사막(12)의 사이에 형성된 하지막(下地膜)을 구비해도 된다. 하지막은, 예를 들면, 기판(10)의 표면의 평활 성 향상의 목적으로 형성된다. 하지막은, 예를 들면, 결함 저감, 다층 반사막의 반사율 향상, 다층 반사막의 응력 보정 등의 목적으로 형성된다.
＜적층막＞
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 다층 반사막(12)(또는 보호막(14) 부착의 다층 반사막(12))의 위에 형성된 적층막(16)을 갖고 있다. 적층막(16)은, 보호막(14)에 접하도록 형성된 제 1 층(18)과, 제 1 층(18)의 위에 형성된 제 2 층(20)을 포함하는 적층 구조로 이루어진다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 적층막(16)의 양태는, 이하의 2가지가 있다.
(1) 제 1 층(18) 및 제 2 층(20)을 합친 적층막(16)의 EUV 광에 대한 절대 반사율이 2.5％ 이하(바이너리형)이고, 또한, 제 1 층(18)(하층)이 위상 시프트막으로서 기능(위상 시프트형)한다.
(2) 제 1 층(18) 및 제 2 층(20)을 합친 적층막(16)이 위상 시프트막으로서 기능(위상 시프트형)하고, 또한, 제 1 층(18)(하층)의 EUV 광에 대한 절대 반사율이 2.5％ 이하(바이너리형)이다.
[표 1]
Figure pct00001
[적층막의 양태가 상기 (1)인 경우]
우선, 적층막(16)의 양태가 상기 (1)인 경우에 대하여 설명한다.
상기 (1)의 경우에는, 제 1 층(18) 및 제 2 층(20)으로 이루어지는 적층막(16)은, EUV 광에 대한 반사율(절대 반사율)이 2.5％ 이하이고, 바람직하게는 2％ 이하이다. 여기에서 말하는 「절대 반사율」이란, 적층막(16)으로부터 반사되는 EUV 광의 반사율(입사광 강도와 반사광 강도의 비)을 말한다.
상기 (1)의 경우, 제 1 층(18)(하층)은, EUV 광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막으로 이루어진다. 제 1 층(18)의 EUV 광에 대한 반사율(상대 반사율)은, 3％ 이상 40％ 이하(절대 반사율: 2％∼27％)인 것이 바람직하다. 여기에서, 「상대 반사율」이란, 위상 시프트 패턴(위상 시프트막)이 없는 부분에서의 다층 반사막(12)(보호막(14) 부착의 다층 반사막(12)을 포함한다)으로부터 반사되는 EUV 광의 반사율을 100％로 했을 때의, 위상 시프트 패턴(위상 시프트막)으로부터 반사되는 EUV 광의 반사율이다.
제 1 층(18)으로부터 반사된 EUV 광은, 제 1 층(18)이 에칭 등에 의해 제거됨으로써 노출된 다층 반사막(12)(보호막(14) 부착의 다층 반사막(12)을 포함한다)으로부터 반사되는 EUV 광에 대해, 160∼200°의 위상차를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 층(18)은, EUV 광에 대해 160∼200°의 위상차를 발생시키는 위상 시프트막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
충분한 위상 시프트 효과를 얻기 위해, 제 1 층(18)은, 막 두께가 5nm 이상 70nm 이하인 것이 바람직하고, 10nm 이상 50nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, 제 1 층(18)은, 굴절률(n)이 0.85 이상 0.96 이하인 것이 바람직하고, 0.88 이상 0.96 이하인 것이 보다 바람직하다.
제 1 층(18)은, 예를 들면, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 및 티탄(Ti)으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료로 이루어진다.
탄탈(Ta)을 포함하는 재료의 예로서, 탄탈(Ta)에, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 및 수소(H)로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 이들 중에서도, 탄탈(Ta)에, 질소(N)를 함유하는 재료가 바람직하다. 이와 같은 재료의 구체예로는, 질화 탄탈(TaN), 산화 질화 탄탈(TaON), 붕화 질화 탄탈(TaBN), 및 붕화 산화 질화 탄탈(TaBON) 등을 들 수 있다.
제 1 층(18)이 Ta 및 N을 포함하는 경우, Ta 및 N의 조성 범위(원자비율)는, 3:1∼20:1이 바람직하고, 4:1∼12:1이 보다 바람직하다.
크롬(Cr)을 포함하는 재료의 예로서, 크롬(Cr)에, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 및 수소(H)로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 이들 중에서도, 크롬(Cr)에, 질소(N) 및/또는 탄소(C)를 함유하는 재료가 바람직하다. 이와 같은 재료의 구체예로는, 질화 크롬(CrN), 산화 질화 크롬(CrON), 탄화 크롬(CrC), 산화 탄화 크롬(CrOC), 탄화 질화 크롬(CrCN), 및 산화 탄화 질화 크롬(CrOCN) 등을 들 수 있다.
제 1 층(18)이 Cr 및 N을 포함하는 경우, Cr 및 N의 조성 범위(원자비율)는, 30:1∼3:2가 바람직하고, 20:1∼2:1이 보다 바람직하다. 제 1 층(18)이 Cr 및 C를 포함하는 경우, Cr 및 C의 조성 범위(원자비율)는, 5:2∼20:1이 바람직하고, 3:1∼12:1이 보다 바람직하다.
루테늄(Ru)을 포함하는 재료의 예로서, 루테늄(Ru) 단체, 질화 루테늄(RuN), 루테늄(Ru)과, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 코발트(Co), 바나듐(V), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 및 레늄(Re)으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다.
Ru의 굴절률(n)은, n＝0.886(소쇠 계수(k)＝0.017)이고, 고반사율의 위상 시프트막의 재료로서 바람직하다. 그러나, RuO 등의 Ru계 화합물은, 결정화한 구조가 되기 쉽고, 또 가공 특성도 나쁘다. 즉, 결정화한 금속의 결정 입자는, 위상 시프트 패턴을 형성할 때에 측벽 러프니스가 커지기 쉽다. 그 때문에, 소정의 위상 시프트 패턴을 형성할 때에 악영향을 미치는 경우가 있다. 한편, 위상 시프트막의 재료인 금속이 아몰퍼스인 경우에는, 위상 시프트 패턴을 형성할 때의 악영향을 저감할 수 있다. Ru에 소정의 원소(X)를 첨가함으로써, 위상 시프트막의 재료인 금속을 아몰퍼스화하는 동시에, 가공 특성을 향상시킬 수 있다. 소정의 원소(X)로서, Cr, Ni, Co, V, Nb, Mo, W 및 Re 중 적어도 1종의 원소를 선택할 수 있다.
또한, Ni의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)는, n＝0.948 및 k＝0.073이다. 또, Co는, n＝0.933 및 k＝0.066이고, Cr은, n＝0.932 및 k＝0.039이다. 또, V의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)는, n＝0.944 및 k＝0.025, Nb의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)는, n＝0.933 및 k＝0.005, Mo의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)는, n＝0.923 및 k＝0.007, W의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)는, n＝0.933 및 k＝0.033, Re의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)는, n＝0.914 및 k＝0.04이다. Ru에 소정의 원소(X)를 첨가한 2원계의 재료(RuCr, RuNi 및 RuCo)는, RuTa보다도 위상 시프트막의 박막화가 가능하다. 또, Ni 및 Co의 쪽이, Cr보다도 소쇠 계수(k)가 크기 때문에, 원소(X)로서 Ni 및/또는 Co를 선택한 쪽이, Cr을 선택하는 것보다도 위상 시프트막의 박막화가 가능하다.
Ru에 소정의 원소(X)를 첨가한 2원계의 재료(RuCr, RuNi 및 RuCo)는, RuTa에 비해, 가공 특성이 좋다. Ta는 산화되면 염소계 가스 및 산소 가스로 에칭이 곤란하다. 특히, RuCr은, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스로 용이하게 에칭하는 것이 가능하기 때문에, 가공 특성이 뛰어나다.
Ru에 소정의 원소(X)를 첨가한 2원계의 재료(RuCr, RuNi 및 RuCo)는, 아몰퍼스 구조이고, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스에 의해, 용이하게 에칭을 하는 것이 가능하다. 또, 이들 재료는, 산소 가스에 의한 에칭이 가능하다. 3원계의 재료(RuCrNi, RuCrCo 및 RuNiCo) 및 4원계의 재료(RuCrNiCo)에 대해서도 마찬가지라고 생각된다.
또, 상기의 2원계의 재료 외, Ru에 V, Nb, Mo, W 또는 Re를 첨가한 2원계의 재료(RuV, RuNb, RuMo, RuW 및 RuRe)는, RuTa에 비해 가공성이 좋다. RuCr과 마찬가지로, RuW 및 RuMo는, 특히 가공 특성이 뛰어나다.
또, Ru에 소정의 원소(X)를 첨가한 2원계의 재료(RuV, RuNb, RuMo, RuW 및 RuRe)는, 아몰퍼스 구조이고, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스에 의해, 용이하게 에칭을 하는 것이 가능하다. 또, 이들 재료는, 산소 가스에 의한 에칭이 가능하다. 3원계의 재료 및 4원계의 재료에 대해서도 마찬가지라고 생각된다.
티탄(Ti)을 포함하는 재료의 예로서, 탄탈(Ta) 및 티탄(Ti)을 포함하는 TaTi계 재료를 들 수 있다. TaTi계 재료의 예로서, TaTi 합금, 그리고, TaTi 합금에 산소, 질소, 탄소 및 붕소 중 적어도 하나를 함유한 TaTi 화합물을 들 수 있다. TaTi 화합물의 예로서, TaTiN, TaTiO, TaTiON, TaTiCON, TaTiB, TaTiBN, TaTiBO, TaTiBON, 및 TaTiBCON을 들 수 있다.
제 1 층(18)의 위에 형성된 제 2 층(20)(상층)은, 광학 간섭을 이용하여 적층막(16)의 반사율(절대 반사율)을 2.5％ 이하로 저감시키는 간섭층으로 이루어진다. 또는, 제 2 층(20)(상층)은, 흡광 효과를 이용하여 적층막(16)의 반사율(절대 반사율)을 2.5％ 이하로 저감시키는 흡수층으로 이루어진다.
여기에서 말하는 「간섭층」은, 반사 방지층이라고도 불리는 것이며, 광학 간섭을 이용하여 적층막(16)의 절대 반사율을 저감시키는 층이다. 제 2 층(20)(간섭층)이 1층인 경우, 제 2 층(20)의 표면에서 반사한 광과, 적층막(16), 보호막(14), 제 1 층(18), 및 제 2 층(20) 각각의 계면으로부터 반사한 광과의 광학 간섭에 의한 상쇄 효과를 이용하여, 적층막(16)의 절대 반사율을 2.5％ 이하로 저감시킬 수 있다. 제 2 층(20)(간섭층)이 복수층으로 구성되는 경우, 추가로 각 층의 계면으로부터의 반사광의 광학 간섭에 의한 상쇄 효과도 포함하여, 적층막(16)의 절대 반사율을 2.5％ 이하로 저감시킬 수 있다. 또한, 광학 간섭을 이용한 반사율 저감의 원리는 공지이며, 예를 들면, 일본국 특개2002-280291호 공보에 개시되어 있다.
제 2 층(20)이 간섭층으로 이루어지는 경우, 제 2 층(20)(간섭층)의 막 두께는, 1nm 이상 20nm 이하인 것이 바람직하고, 3nm 이상 12nm 이하가 보다 바람직하다. 제 2 층(20)(간섭층)의 굴절률(n)은, 0.85 이상 0.96 이하인 것이 바람직하고, 0.88 이상 0.96 이하인 것이 보다 바람직하다.
제 2 층(20)이 간섭층으로 이루어지는 경우, 제 2 층(20)은, 예를 들면, Ru를 포함하는 재료로 이루어진다. Ru를 포함하는 재료의 예는, 상술한 제 1 층(18)에 이용되는 Ru를 포함하는 재료의 예와 마찬가지이다.
제 2 층(20)이 흡수층으로 이루어지는 경우, 제 2 층(20)(흡수층)의 막 두께는, 5nm 이상 70nm 이하인 것이 바람직하고, 8nm 이상 55nm 이하가 보다 바람직하다. 제 2 층(20)(흡수층)의 소쇠 계수(k)는, 0.02 이상인 것이 바람직하고, 0.03 이상이 보다 바람직하다. 또한, 제 2 층(20)(흡수층)의 소쇠 계수(k)는, 0.1 이하인 것이 바람직하다.
제 2 층(20)이 흡수층으로 이루어지는 경우, 제 2 층(20)은, 예를 들면, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 및 니켈(Ni)로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료로 이루어진다. 이 경우의 탄탈(Ta)을 포함하는 재료의 예는, 상술한 제 1 층(18)에 이용되는 탄탈(Ta)을 포함하는 재료의 예와 마찬가지이지만, 산소를 포함하지 않는 쪽이 소쇠 계수를 크게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 크롬(Cr)을 포함하는 재료의 예는, 상술한 제 1 층(18)에 이용되는 크롬(Cr)을 포함하는 재료의 예와 마찬가지이지만, 산소를 포함하지 않는 쪽이 소쇠 계수를 크게 할 수 있기 때문에 바람직하다.
제 2 층(20)이 흡수층으로 이루어지는 경우, 제 2 층(20)의 재료로서, 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 적어도 1 이상의 원소에, 텅스텐(W), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 이트륨(Y), 인(P) 및 주석(Sn) 중 적어도 1 이상의 원소(X)를 첨가한 Co-X 합금, Ni-X 합금, CoNi-X 합금을 이용할 수 있다. 첨가 원소(X)로는, 텅스텐(W), 탄탈(Ta) 및/또는 주석(Sn)을 포함하는 것이 바람직하고, 탄탈(Ta)을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 제 2 층(20)의 재료가, 적절한 첨가 원소(X)를 포함함으로써, 제 2 층(20)을, 높은 소쇠 계수(흡수 계수)로 유지하면서, 적절한 에칭 속도로 제어할 수 있다.
제 2 층(20)의 재료로서, 구체적으로는, Co 단체, Ni 단체, CoTa3, CoTa, Co3Ta, NiTa3, NiTa 또는 NiTa3를 바람직하게 이용할 수 있다.
제 2 층(20)의 재료는, 코발트(Co) 및 니켈(Ni)의 농도의 합계가, 10 원자％ 이상인 것이 바람직하고, 20 원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 코발트(Co) 및 니켈(Ni)의 농도의 합계가, 90 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 85 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
제 2 층(20)의 재료가 코발트(Co)를 포함하는 경우, 코발트(Co)의 농도는, 10 원자％ 이상인 것이 바람직하고, 20 원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 코발트(Co)의 농도가, 90 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 85 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
제 2 층(20)의 재료가 니켈(Ni)을 포함하는 경우, 니켈(Ni)의 농도는, 10 원자％ 이상인 것이 바람직하고, 20 원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 니켈(Ni)의 농도가, 90 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 85 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
첨가 원소(X)가 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 또는 주석(Sn)인 경우, 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 또는 주석(Sn)의 농도는, 10 원자％ 이상인 것이 바람직하고, 15 원자％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 또는 주석(Sn)의 농도가, 90 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 80 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
Co-X 합금의 첨가 원소(X)가 Ta인 경우에는, Co와 Ta의 조성비(Co:Ta)는, 9:1∼1:9가 바람직하고, 4:1∼1:4가 보다 바람직하다. Co와 Ta의 조성비가 3:1, 1:1 및 1:3으로 했을 때의 각 시료에 대해 X선 회절 장치(XRD)에 의한 분석 및 단면 TEM 관찰을 행한 바, 모든 시료에 있어서, Co 및 Ta 유래의 피크가 브로드로 변화하고, 아몰퍼스 구조로 되어 있었다.
또, Ni-X 합금의 첨가 원소(X)가 Ta인 경우에는, Ni와 Ta의 조성비(Ni:Ta)는, 9:1∼1:9가 바람직하고, 4:1∼1:4가 보다 바람직하다. Ni와 Ta의 조성비가 3:1, 1:1 및 1:3으로 했을 때의 각 시료에 대해 X선 회절 장치(XRD)에 의한 분석 및 단면 TEM 관찰을 행한 바, 모든 시료에 있어서, Ni 및 Ta 유래의 피크가 브로드로 변화하고, 아몰퍼스 구조로 되어 있었다.
또, CoNi-X 합금의 첨가 원소(X)가 Ta인 경우에는, CoNi와 Ta의 조성비(CoNi:Ta)는, 9:1∼1:9가 바람직하고, 4:1∼1:4가 보다 바람직하다.
또, Co-X 합금, Ni-X 합금 또는 CoNi-X 합금은, 상기 첨가 원소(X) 외에, 굴절률 및 소쇠 계수에 크게 영향을 주지 않는 범위에서, 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 및/또는 붕소(B) 등의 다른 원소를 포함해도 된다.
[적층막의 양태가 상기 (2)인 경우]
다음으로, 적층막(16)의 양태가 상기 (2)인 경우에 대하여 설명한다.
상기 (2)의 경우에는, 제 1 층(18) 및 제 2 층(20)을 합친 적층막(16)은, 위상 시프트막으로서 기능한다.
제 1 층(18) 및 제 2 층(20)을 합친 적층막(16)의 EUV 광에 대한 반사율(상대 반사율)은, 3％ 이상 40％ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서, 「상대 반사율」이란, 적층막(16)이 없는 부분에서의 다층 반사막(12)(보호막(14) 부착의 다층 반사막(12)을 포함한다)으로부터 반사되는 EUV 광의 반사율을 100％로 했을 때의, 적층막(16)으로부터 반사되는 EUV 광의 반사율이다.
적층막(16)으로부터 반사된 EUV 광은, 적층막(16)이 에칭 등에 의해 제거됨으로써 노출된 다층 반사막(12)(보호막(14) 부착의 다층 반사막(12)을 포함한다)으로부터 반사되는 EUV 광에 대해, 160∼200°의 위상차를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 적층막(16)은, EUV 광에 대해 160∼200°의 위상차를 발생시키는 위상 시프트막으로 이루어지는 것이 바람직하다.
제 2 층(20)(상층)은, 광학 간섭을 이용하여 적층막(16)에 의해 반사되는 EUV 광의 위상을 시프트시키는 간섭층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기에서 말하는 「간섭층」은, 상술의 반사 방지층과는 반대로, 광학 간섭을 이용하여, 적층막(16)의 반사율을 높이는 층이다. 제 2 층(20)(간섭층)이 1층인 경우, 제 2 층(20)의 표면에서 반사한 광과, 적층막(16), 보호막(14), 제 1 층(18), 및 제 2 층(20) 각각의 계면으로부터 반사한 광과의 광학 간섭에 의한 보강 효과를 이용하여, 적층막(16)의 상대 반사율을 3％ 이상 40％ 이하로 높일 수 있다. 제 2 층(20)(간섭층)이 복수층으로 구성되는 경우, 추가로 각 층의 계면으로부터의 반사광의 광학 간섭에 의한 보강 효과도 포함하여, 적층막(16)의 상대 반사율을 3％ 이상 40％ 이하로 높일 수 있다.
충분한 위상 시프트 효과를 얻기 위해, 제 2 층(20)은, 막 두께가 1nm 이상 20nm 이하인 것이 바람직하고, 3nm 이상 12nm 이하가 보다 바람직하다. 또, 제 2 층(20)은, 굴절률(n)이 0.85 이상 0.96 이하인 것이 바람직하고, 0.88 이상 0.96 이하인 것이 보다 바람직하다.
제 2 층(20)이 간섭층으로 이루어지는 경우, 제 2 층(20)은, 예를 들면, Ru를 포함하는 재료로 이루어진다. Ru를 포함하는 재료의 예는, 상술한 (1)의 경우에 있어서의, 제 1 층(18)에 이용되는 Ru를 포함하는 재료의 예와 마찬가지이다.
적층막(16)의 양태가 상기 (2)인 경우에는, 제 1 층(18)(하층)은, EUV 광에 대한 절대 반사율이 2.5％ 이하(바이너리형)인 흡수층으로 이루어진다. 흡수층의 절대 반사율은 2％ 이하가 보다 바람직하다. 여기에서 말하는 「절대 반사율」이란, 제 1 층(18)으로부터 반사되는 EUV 광의 반사율(입사광 강도와 반사광 강도의 비)을 말한다.
제 1 층(18)은, 예를 들면, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 및 니켈(Ni)로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료로 이루어진다. 이 경우의 탄탈(Ta)을 포함하는 재료의 예는, 상술한 (1)의 경우에 있어서의, 제 1 층(18)에 이용되는 탄탈(Ta)을 포함하는 재료의 예와 마찬가지이다. 크롬(Cr)을 포함하는 재료의 예는, 상술한 (1)의 경우에 있어서의, 제 1 층(18)에 이용되는 크롬(Cr)을 포함하는 재료의 예와 마찬가지이다. 코발트(Co)를 포함하는 재료의 예는, 상술한 (1)의 경우에 있어서의, 제 1 층(18)에 이용되는 코발트(Co)를 포함하는 재료의 예와 마찬가지이다. 니켈(Ni)을 포함하는 재료의 예는, 상술한 (1)의 경우에 있어서의, 제 1 층(18)에 이용되는 니켈(Ni)을 포함하는 재료의 예와 마찬가지이다.
또한, 상기의 설명에 있어서, 상대 반사율과 절대 반사율은 환산하는 것이 가능하다. 예를 들면, 다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)의 절대 반사율이 68％인 경우에는, 이하의 식에 의해, 상대 반사율과 절대 반사율을 환산할 수 있다.
상대 반사율(％)＝절대 반사율(％)×(100/68)
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 적층막(16)의 위에, 레지스트막(24)이 형성되어도 된다. 도 1에는 이 양태가 나타내어져 있다. 레지스트막(24)에 전자선 묘화 장치에 의해 패턴을 묘화 및 노광한 후, 현상 공정을 거침으로써, 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 적층막(16)에 드라이 에칭을 행함으로써, 적층막(16)에 패턴(적층막 패턴)을 형성할 수 있다.
＜반사형 마스크 및 그 제조 방법＞
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 본 실시형태의 반사형 마스크를 제조할 수 있다. 이하, 반사형 마스크의 제조 방법의 예에 대하여 설명한다.
반사형 마스크의 제조 방법에 대해서도, 적층막(16)의 양태가 상기 (1), (2)인 경우를 나누어 설명한다.
[적층막의 양태가 상기 (1)인 경우]
적층막(16)의 양태가 상기 (1)인 경우, 제 1 층(18)(하층)은, EUV 광의 위상을 160∼200° 시프트시키는 위상 시프트막으로 이루어진다. 제 2 층(20)(상층)은, 광학 간섭을 이용하여 적층막(16)의 반사율(절대 반사율)을 2.5％ 이하로 저감시키는 간섭층으로 이루어진다. 또는, 제 2 층(20)(상층)은, 흡광 효과를 이용하여 적층막(16)의 반사율(절대 반사율)을 2.5％ 이하로 저감시키는 흡수층으로 이루어진다. 이하에서는, 제 2 층(20)이 흡수층으로 이루어지는 경우에 대하여 설명한다.
도 2는, 반사형 마스크(200)의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 우선, 기판(10)과, 기판(10)의 위에 형성된 다층 반사막(12)과, 다층 반사막(12)의 위에 형성된 보호막(14)과, 보호막(14)의 위에 형성된 적층막(16)(제 1 층(18) 및 제 2 층(20))을 갖는 반사형 마스크 블랭크(100)를 준비한다(도 2(a)). 다음으로, 적층막(16)의 위에, 제 1 레지스트막(24)을 형성한다(도 2(b)). 제 1 레지스트막(24)에, 전자선 묘화 장치에 의해 패턴을 묘화하고, 추가로 현상·린스 공정을 거침으로써, 제 1 레지스트 패턴(24a)을 형성한다(도 2(c)).
제 1 레지스트 패턴(24a)을 마스크로 하여, 제 2 층(20)(상층)을 드라이 에칭한다. 이것에 의해, 제 2 층(20)의 제 1 레지스트 패턴(24a)에 의해 피복되어 있지 않은 부분이 에칭되어, 흡수층 패턴(30)이 형성된다(도 2(d)).
또한, 제 2 층(20)을 드라이 에칭하기 위한 에칭 가스로는, 제 1 층(18)과의 사이에서 에칭 선택성이 있는 에칭 가스를 이용하면 된다. 에칭 가스는, 제 2 층(20)의 재료에 따라, 불소계 가스 및/또는 염소계 가스를 이용할 수 있다. 불소계 가스로는, CF4, CHF3, C2F6, C3F6, C4F6, C4F8, CH2F2, CH3F, C3F8, SF6, 및 F2 등을 이용할 수 있다. 염소계 가스로는, Cl2, SiCl4, CHCl3, CCl4, 및 BCl3 등을 이용할 수 있다. 또, 불소계 가스 및/또는 염소계 가스와, O2를 소정의 비율로 포함하는 혼합 가스를 이용할 수 있다. 이들 에칭 가스는, 필요에 따라, 추가로 He 및/또는 Ar 등의 불활성 가스를 포함할 수 있다.
흡수층 패턴(30)이 형성된 후, 레지스트 박리액에 의해 제 1 레지스트 패턴(24a)을 제거한다. 제 1 레지스트 패턴(24a)을 제거한 후, 흡수층 패턴(30) 및 제 1 층(18)의 위에, 제 2 레지스트막(26)을 형성한다(도 2(e)). 제 2 레지스트막(26)에, 전자선 묘화 장치에 의해 패턴을 묘화하고, 추가로 현상·린스 공정을 거침으로써, 제 2 레지스트 패턴(26a)을 형성한다(도 2(f)).
제 2 레지스트 패턴(26a)을 마스크로 하여, 제 1 층(18)(하층)을 드라이 에칭한다. 이것에 의해, 제 1 층(18)의, 제 2 레지스트 패턴(26a)에 의해 피복되어 있지 않은 부분이 에칭되어, 위상 시프트 패턴(32)이 형성된다(도 2(g)).
또한, 제 1 층(18)을 드라이 에칭하기 위한 에칭 가스로는, 보호막(14)과의 사이에서 에칭 선택성이 있는 에칭 가스를 이용하면 된다. 에칭 가스는, 제 1 층(18)의 재료에 따라, 불소계 가스 및/또는 염소계 가스를 이용할 수 있다. 불소계 가스로는, CF4, CHF3, C2F6, C3F6, C4F6, C4F8, CH2F2, CH3F, C3F8, SF6, 및 F2 등을 이용할 수 있다. 염소계 가스로는, Cl2, SiCl4, CHCl3, CCl4, 및 BCl3 등을 이용할 수 있다. 또, 불소계 가스 및/또는 염소계 가스와, O2를 소정의 비율로 포함하는 혼합 가스를 이용할 수 있다. 이들 에칭 가스는, 필요에 따라, 추가로, He 및/또는 Ar 등의 불활성 가스를 포함할 수 있다.
위상 시프트 패턴(32)이 형성된 후, 레지스트 박리액에 의해 제 2 레지스트 패턴(26a)을 제거한다. 제 2 레지스트 패턴(26a)을 제거한 후, 산성이나 알칼리성의 수용액을 이용한 웨트 세정 공정을 거침으로써, 본 실시형태의 반사형 마스크(200)가 얻어진다(도 2(h)).
이렇게 하여 얻어진 반사형 마스크(200)는, 기판(10)측부터 차례로, 다층 반사막(12), 보호막(14), 위상 시프트 패턴(32), 및 흡수층 패턴(30)이 적층된 구성을 갖고 있다.
다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)이 노출되어 있는 영역(34)은, EUV 광을 반사하는 기능을 갖고 있다. 다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)이 위상 시프트 패턴(32)만에 의해 덮여 있는 영역(36)은, 위상 시프트형의 영역이며, 패턴 전사상의 콘트라스트를 높일 수 있다. 다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)이 위상 시프트 패턴(32) 및 흡수층 패턴(30)에 의해 덮여 있는 영역(38)은, 바이너리형의 영역이며, 위상 시프트 패턴(32)으로부터의 반사광(누설광)에 의해, 피전사체에 형성된 레지스트막이 감광되는 것을 방지하는 기능을 갖고 있다.
또한, 반사형 마스크(200)의 제조 방법은 이것으로 한정되지 않고, 먼저 다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)이 노출되어 있는 영역(34)을 형성한 후, 다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)이 위상 시프트 패턴(32)만에 의해 덮여 있는 영역(36)을 형성해도 된다.
[적층막의 양태가 상기 (2)인 경우]
적층막(16)의 양태가 상기 (2)인 경우, 제 1 층(18) 및 제 2 층(20)을 합친 적층막(16)은, 위상 시프트막으로서 기능한다. 제 2 층(20)(상층)은, 광학 간섭을 이용하여 적층막(16)에 의해 반사되는 EUV 광의 위상을 160∼200° 시프트시키는 간섭층으로 이루어진다. 제 1 층(18)(하층)은, EUV 광에 대한 절대 반사율이 2.5％ 이하(바이너리형)인 흡수층으로 이루어진다.
도 3은, 반사형 마스크(200)의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 우선, 기판(10)과, 기판(10)의 위에 형성된 다층 반사막(12)과, 다층 반사막(12)의 위에 형성된 보호막(14)과, 보호막(14)의 위에 형성된 적층막(16)(제 1 층(18) 및 제 2 층(20))을 갖는 반사형 마스크 블랭크(100)를 준비한다(도 3(a)). 다음으로, 적층막(16)의 위에, 제 1 레지스트막(24)을 형성한다(도 3(b)). 제 1 레지스트막(24)에, 전자선 묘화 장치에 의해 패턴을 묘화하고, 추가로 현상·린스 공정을 거침으로써, 제 1 레지스트 패턴(24a)을 형성한다(도 3(c)).
제 1 레지스트 패턴(24a)을 마스크로 하여, 적층막(16)(제 1 층(18) 및 제 2 층(20))을 드라이 에칭한다. 제 1 층(18)과 제 2 층(20)은, 서로의 사이에서 에칭 선택성을 갖는 에칭 가스를 이용하여 2단계의 에칭을 행한다. 이것에 의해, 적층막(16)의 제 1 레지스트 패턴(24a)에 의해 피복되어 있지 않은 부분이 에칭되어, 적층막 패턴(40)(위상 시프트 패턴)이 형성된다(도 3(d)).
제 1 층(18) 및 제 2 층(20)의 에칭 가스는, 제 1 층(18) 및 제 2 층(20)의 재료에 따라, 불소계 가스 및/또는 염소계 가스를 이용할 수 있다. 불소계 가스로는, CF4, CHF3, C2F6, C3F6, C4F6, C4F8, CH2F2, CH3F, C3F8, SF6, 및 F2 등을 이용할 수 있다. 염소계 가스로는, Cl2, SiCl4, CHCl3, CCl4, 및 BCl3 등을 이용할 수 있다. 또, 불소계 가스 및/또는 염소계 가스와, O2를 소정의 비율로 포함하는 혼합 가스를 이용할 수 있다. 이들 에칭 가스는, 필요에 따라, 추가로, He 및/또는 Ar 등의 불활성 가스를 포함할 수 있다.
또한, 제 1 층(18)을 드라이 에칭하기 위한 에칭 가스로는, 보호막(14)과의 사이에서 에칭 선택성이 있는 에칭 가스를 이용하면 된다.
적층막 패턴(40)이 형성된 후, 레지스트 박리액에 의해 제 1 레지스트 패턴(24a)을 제거한다. 제 1 레지스트 패턴(24a)을 제거한 후, 적층막 패턴(40)의 위에, 제 2 레지스트막(26)을 형성한다(도 3(e)). 제 2 레지스트막(26)에, 전자선 묘화 장치에 의해 패턴을 묘화하고, 추가로 현상·린스 공정을 거침으로써, 제 2 레지스트 패턴(26a)을 형성한다(도 3(f)).
제 2 레지스트 패턴(26a)을 마스크로 하여, 제 2 층(20)(상층)을 드라이 에칭한다. 이것에 의해, 제 2 층(20)의, 제 2 레지스트 패턴(26a)에 의해 피복되어 있지 않은 부분이 에칭되어, 제 2 층(20)의 아래에 있던 제 1 층(18)이 노출된다. 이 노출된 제 1 층(18)에 의해, 흡수층 패턴(42)이 형성된다(도 3(g)).
또한, 제 2 층(20)을 드라이 에칭하기 위한 에칭 가스로는, 제 1 층(18)과의 사이에서 에칭 선택성이 있는 에칭 가스를 이용하면 된다.
흡수층 패턴(42)이 형성된 후, 레지스트 박리액에 의해 제 2 레지스트 패턴(26a)을 제거한다. 제 2 레지스트 패턴(26a)을 제거한 후, 산성이나 알칼리성의 수용액을 이용한 웨트 세정 공정을 거침으로써, 본 실시형태의 반사형 마스크(200)가 얻어진다(도 3(h)).
이렇게 하여 얻어진 반사형 마스크(200)는, 기판(10)의 위에, 다층 반사막(12), 보호막(14), 및 적층막 패턴(40)이 적층된 구성을 갖고 있다.
다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)이 노출되어 있는 영역(44)은, EUV 광을 반사하는 기능을 갖고 있다. 다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)이 적층막 패턴(40)(제 1 층(18) 및 제 2 층(20))에 의해 덮여 있는 영역(46)은, 위상 시프트형의 영역이며, 패턴 전사상의 콘트라스트를 높일 수 있다. 다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)이 흡수층 패턴(42)(제 1 층(18))만에 의해 덮여 있는 영역(48)은, 바이너리형의 영역이며, 적층막 패턴(40)(위상 시프트막)으로부터의 반사광(누설광)에 의해, 피전사체에 형성된 레지스트막이 감광되는 것을 방지하는 기능을 갖고 있다.
또한, 반사형 마스크(200)의 제조 방법은 이것으로 한정되지 않고, 먼저 다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)이 흡수층 패턴(42)만에 의해 덮여 있는 영역(48)을 형성한 후, 다층 반사막(12)(보호막(14)을 포함한다)이 노출되어 있는 영역(44)을 형성해도 된다.
＜반도체 장치의 제조 방법＞
본 실시형태의 반사형 마스크(200)를 사용한 리소그래피에 의해, 반도체 기판 상에 전사 패턴을 형성할 수 있다. 이 전사 패턴은, 반사형 마스크(200)의 패턴이 전사된 형상을 갖고 있다. 반도체 기판 상에 반사형 마스크(200)에 의해 전사 패턴을 형성함으로써, 반도체 장치를 제조할 수 있다.
도 4를 이용하여, 레지스트 부착 반도체 기판(56)에 EUV 광에 의해 패턴을 전사하는 방법에 대하여 설명한다.
도 4는, 패턴 전사 장치(50)를 나타내고 있다. 패턴 전사 장치(50)는, 레이저 플라스마 X선원(52), 반사형 마스크(200), 및 축소 광학계(54) 등을 구비하고 있다. 축소 광학계(54)로는, X선 반사 미러가 이용되고 있다.
반사형 마스크(200)에서 반사된 패턴은, 축소 광학계(54)에 의해, 통상 1/4 정도로 축소된다. 예를 들면, 노광 파장으로서 13∼14nm의 파장대를 사용하고, 광로가 진공 중이 되도록 미리 설정한다. 이와 같은 조건으로, 레이저 플라스마 X선원(52)에서 발생한 EUV 광을, 반사형 마스크(200)에 입사시킨다. 반사형 마스크(200)에 의해 반사된 광을, 축소 광학계(54)를 개재하여, 레지스트 부착 반도체 기판(56) 상에 전사한다.
반사형 마스크(200)에 의해 반사된 광은, 축소 광학계(54)에 입사한다. 축소 광학계(54)에 입사한 광은, 레지스트 부착 반도체 기판(56) 상의 레지스트층에 전사 패턴을 형성한다. 노광된 레지스트층을 현상함으로써, 레지스트 부착 반도체 기판(56) 상에 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 레지스트 패턴을 마스크로 하여 반도체 기판(56)을 에칭함으로써, 반도체 기판 상에 예를 들면 소정의 배선 패턴을 형성할 수 있다. 이와 같은 공정 및 그 외의 필요한 공정을 거침으로써, 반도체 장치가 제조된다.
실시예
이하, 본 발명의 더욱 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
SiO2-TiO2계의 유리 기판(6 평방(角) 인치, 두께가 6.35mm)을 준비했다. 이 유리 기판의 단면을 모따기 가공, 및 연삭 가공하고, 추가로 산화세륨 지립(砥粒)을 포함하는 연마액으로 조(粗)연마 처리했다. 이들 처리를 끝낸 유리 기판을 양면 연마 장치의 캐리어에 세트하고, 연마액으로 콜로이달 실리카 지립을 포함하는 알칼리 수용액을 이용하여, 소정의 연마 조건으로 정밀 연마를 행하였다. 정밀 연마 종료 후, 유리 기판에 대해 세정 처리를 행하였다. 얻어진 유리 기판의 주표면의 표면 거칠기는, 제곱 평균 평방근 거칠기(Rq)로, 0.10nm 이하였다. 얻어진 유리 기판의 주표면의 평탄도는, 측정 영역 132mm×132mm에 있어서, 30nm 이하였다.
상기의 유리 기판의 이면에, 이하의 조건에서, CrN으로 이루어지는 이면 도전막을 마그네트론 스퍼터링법에 의해 형성했다.
(조건): Cr 타겟, Ar+N2 가스 분위기(Ar:N2＝90％:10％), 막 조성(Cr: 90 원자％, N: 10 원자％), 막 두께 20nm
유리 기판의 이면 도전막이 형성된 측과 반대측의 주표면 상에, Mo 막/Si 막을 주기적으로 적층함으로써 다층 반사막을 형성했다.
구체적으로는, Mo 타겟과 Si 타겟을 사용하고, 이온 빔 스퍼터링(Ar을 사용)에 의해, 기판 상에, Mo 막 및 Si 막을 교대로 적층했다. Mo 막의 두께는, 2.8nm이다. Si 막의 두께는, 4.2nm이다. 1 주기의 Mo/Si 막의 두께는, 7.0nm이다. 이와 같은 Mo/Si 막을, 40 주기 적층하고, 마지막으로 Si 막을 4.0nm의 막 두께로 성막하여, 다층 반사막을 형성했다.
다층 반사막의 위에, Ru 화합물을 포함하는 보호막을 형성했다. 구체적으로는, RuNb 타겟(Ru: 80 원자％, Nb: 20 원자％)을 사용하고, Ar 가스 분위기에서, DC 마그네트론 스퍼터링에 의해, 다층 반사막의 위에, RuNb막으로 이루어지는 보호막을 형성했다. 보호막의 두께는, 3.5nm였다.
다음으로, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, 보호막의 위에, TaTiN 막으로 이루어지는 제 1 층을 형성했다. TaTiN 막은, TaTi 타겟을 이용하고, Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링으로, 57.3nm의 막 두께로 성막했다. TaTiN 막의 함유 비율은, Ta:Ti:N＝1:1:1이었다.
제 1 층(TaTiN 막)의 파장 13.5nm에 있어서의 굴절률(n), 소쇠 계수(굴절률 허부(虛部)(k)는, 각각 이하였다.
TaTiN: n＝0.937, k＝0.030
제 1 층(TaTiN 막)의 상대 반사율은 9.1％(절대 반사율: 6.2％)이고, 위상차는 178°였다.
제 1 층의 위에, Ru를 포함하는 재료에 의해, 제 2 층(간섭층)을 형성했다. 구체적으로는, Ru 타겟을 사용하고, Ar 가스 분위기에서, DC 마그네트론 스퍼터링으로 4.5nm의 막 두께가 되도록 성막했다.
제 1 층 및 제 2 층을 합친 적층막의 절대 반사율은 1.7％(상대 반사율: 2.5％)이고, 위상차는 215°였다.
이상에 의해, 기판의 위에, 보호막, 다층 반사막, 및 적층막(제 1 층 및 제 2 층)이 적층된 반사형 마스크 블랭크가 얻어진다. 이 실시예 1의 반사형 마스크 블랭크는, 적층막의 양태가 상기 (1)이고, 또한, 제 2 층이 간섭층인 반사형 마스크 블랭크이다.
실시예 1의 반사형 마스크 블랭크에 있어서, 도 2에 나타내는 방법으로 후술의 반사형 마스크를 제작했다. 그때, Ru막으로 이루어지는 제 2 층(상층)은, Cl2 가스 및 O2 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 에칭을 행하였다. TaTiN 막으로 이루어지는 제 1 층(하층)은, Cl2 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 에칭을 행하였다.
[실시예 2]
실시예 2는, 보호막이 SiO2막이고, 제 1 층(하층)이 RuCr 막이며, 제 2 층(상층)이 TaBN 막인 적층막을 형성한 실시예이다. 그 외에는, 실시예 1과 마찬가지이다.
즉, 실시예 2에서는, 상기 실시예 1과 마찬가지로, SiO2-TiO2계 유리 기판의 이면에, CrN으로 이루어지는 이면 도전막을 형성하고, 반대측의 기판의 주표면 상에, 다층 반사막을 형성했다.
다음으로, Ar 가스 분위기 중에서, SiO2 타겟을 사용한 RF 스퍼터링법에 의해, 다층 반사막의 표면에, SiO2 막으로 이루어지는 보호막을 2.5nm의 막 두께로 성막했다.
다음으로, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, 보호막의 위에, RuCr 막으로 이루어지는 제 1 층(하층)을 형성했다. RuCr 막은, RuCr 타겟을 이용하여, Ar 가스 분위기에서, 32.6nm의 막 두께가 되도록 성막했다. RuCr 막의 함유 비율(원자비)은, Ru:Cr＝90:10이었다.
상기와 같이 형성한 제 1 층(RuCr 막)의 파장 13.5nm에 있어서의 굴절률(n), 소쇠 계수(굴절률 허부)(k)는, 각각 이하와 같았다.
RuCr 막: n＝0.890, k＝0.019
상기와 같이 형성한 제 1 층(RuCr 막)의 파장 13.5nm에 있어서의 상대 반사율은 19.8％(절대 반사율: 13.4％)이고, 위상차는 179°였다.
다음으로, 제 1 층의 위에, TaBN 막으로 이루어지는 제 2 층(상층)을 형성했다. TaBN 막은, TaB 혼합 소결 타겟(Ta:B＝80:20, 원자비)을 이용하여, Ar 가스 및 N2 가스의 혼합 가스 분위기 중에서, 반응성 스퍼터링에 의해, 30.5nm의 막 두께가 되도록 성막했다. TaBN 막의 조성(원자비)은, Ta:B:N＝75:12:13이었다.
상기와 같이 형성한 제 2 층(TaBN 막)의 파장 13.5nm에 있어서의 굴절률(n), 소쇠 계수(굴절률 허부)(k)는, 각각 이하와 같았다.
TaBN 막: n＝0.951, k＝ 0.033
제 1 층 및 제 2 층을 합친 적층막의 절대 반사율은 1.6％(상대 반사율: 2.4％)이며, 위상차는 257°였다.
이상에 의해, 기판의 위에, 보호막, 다층 반사막, 및 적층막(제 1 층 및 제 2 층)이 적층된 반사형 마스크 블랭크가 얻어졌다. 이 실시예 2의 반사형 마스크 블랭크는, 적층막의 양태가 상기 (1)이고, 또한, 제 2 층이 흡수층인 반사형 마스크 블랭크이다.
실시예 2의 반사형 마스크 블랭크에 있어서, 도 2에 나타내는 방법으로 후술의 반사형 마스크를 제작했다. 그때, TaBN 막으로 이루어지는 제 2 층(상층)은, Cl2 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 에칭을 행하였다. RuCr 막으로 이루어지는 제 1 층(하층)은, Cl2 가스 및 O2 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 에칭을 행하였다.
[실시예 3]
실시예 3은, 제 1 층(하층)이 TaBN 막이고, 제 2 층(상층)이 Ru 막인 적층막을 형성한 실시예이다. 그것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지이다.
즉, 실시예 3에서는, 상기 실시예 1과 마찬가지로, SiO2-TiO2계 유리 기판의 이면에, CrN으로 이루어지는 이면 도전막을 형성하고, 반대측의 기판의 주표면 상에, 다층 반사막을 형성하고, 다층 반사막의 위에, Ru 화합물을 포함하는 보호막을 형성했다.
다음으로, 보호막의 위에, TaBN 막으로 이루어지는 제 1 층(하층)을 형성했다. TaBN 막은, TaB 혼합 소결 타겟(Ta:B＝80:20, 원자비)을 이용하여, Ar 가스 및 N2 가스의 혼합 가스 분위기 중에서, 반응성 스퍼터링에 의해, 54.0nm의 막 두께가 되도록 성막했다. TaBN 막의 조성(원자비)은, Ta:B:N＝75:12:13이었다.
상기와 같이 형성한 제 1 층(TaBN 막)의 파장 13.5nm에 있어서의 굴절률(n), 소쇠 계수(굴절률 허부)(k)는, 각각 이하와 같았다.
TaBN 막: n＝0.951, k＝0.033
상기와 같이 형성한 제 1 층(TaBN 막)의 절대 반사율은 2.3％(상대 반사율 3.4％)이고, 위상차는 143°였다.
다음으로, 제 1 층의 위에, Ru를 포함하는 재료에 의해, 제 2 층(간섭층)을 형성했다. 구체적으로는, Ru 타겟을 사용하고, Ar 가스 분위기에서, DC 마그네트론 스퍼터링으로 4.5nm의 막 두께가 되도록 성막했다.
제 1 층 및 제 2 층을 합친 적층막(위상 시프트막)의 상대 반사율은 8.4％(절대 반사율 5.7％)이고, 위상차는 183°였다.
이상에 의해, 기판의 위에, 보호막, 다층 반사막, 및 적층막(제 1 층 및 제 2 층)이 적층된 반사형 마스크 블랭크가 얻어졌다. 이 실시예 3의 반사형 마스크 블랭크는, 적층막의 양태가 상기 (2)인 반사형 마스크 블랭크이다.
실시예 3의 반사형 마스크 블랭크에 있어서, 도 3에 나타내는 방법으로 후술의 반사형 마스크를 제작했다. 그때, Ru 막으로 이루어지는 제 2 층(상층)은, Cl2 가스 및 O2 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 에칭을 행하였다. TaBN 막으로 이루어지는 제 1 층(하층)은, Cl2 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 에칭을 행하였다.
[실시예 4]
실시예 4는, 제 1 층(하층)이 CoTa 막이고, 제 2 층(상층)이 Ru 막인 적층막을 형성한 실시예이다. 그것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지이다.
즉, 실시예 4에서는, 상기 실시예 1과 마찬가지로, SiO2-TiO2계 유리 기판의 이면에, CrN으로 이루어지는 이면 도전막을 형성하고, 반대측의 기판의 주표면 상에, 다층 반사막을 형성하고, 다층 반사막의 위에, Ru 화합물을 포함하는 보호막을 형성했다.
다음으로, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, 보호막의 위에, CoTa 막으로 이루어지는 제 1 층을 형성했다. CoTa 막은, CoTa 타겟을 이용하고, Ar 가스 분위기에서, 54.0nm의 막 두께로 성막했다. CoTa 막의 함유 비율은, Co:Ta＝50:50이었다.
상기와 같이 형성한 제 1 층(CoTa 막)의 파장 13.5nm에 있어서의 굴절률(n), 소쇠 계수(굴절률 허부)(k)는, 각각 이하였다.
CoTa: n＝0.950, k＝0.047
상기와 같이 형성한 제 1 층(CoTa 막)의 절대 반사율은 0.8％(상대 반사율 1.2％)이고, 위상차는 124°였다.
다음으로, 제 1 층의 위에, Ru를 포함하는 재료에 의해, 제 2 층(간섭층)을 형성했다. 구체적으로는, Ru 타겟을 사용하고, Ar 가스 분위기에서, DC 마그네트론 스퍼터링으로 4.5nm의 막 두께가 되도록 성막했다.
제 1 층 및 제 2 층을 합친 적층막(위상 시프트막)의 상대 반사율은 4.4％(절대 반사율 3.0％)이고, 위상차는 178°였다.
이상에 의해, 기판의 위에, 보호막, 다층 반사막, 및 적층막(제 1 층 및 제 2 층)이 적층된 반사형 마스크 블랭크가 얻어졌다. 이 실시예 4의 반사형 마스크 블랭크는, 적층막의 양태가 상기 (2)인 반사형 마스크 블랭크이다.
실시예 4의 반사형 마스크 블랭크에 있어서, 도 3에 나타내는 방법으로 후술의 반사형 마스크를 제작했다. 그때, Ru 막으로 이루어지는 제 2 층(상층)은, Cl2 가스 및 O2 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 에칭을 행하였다. CoTa 막으로 이루어지는 제 1 층(하층)은, Cl2 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 에칭을 행하였다.
[참고예]
참고예로서, Ru 막으로 이루어지는 제 2 층(상층)을 형성하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로, 반사형 마스크 블랭크를 제조했다.
[반사형 마스크 블랭크의 평가]
실시예 1∼4, 및 참고예의 반사형 마스크 블랭크를 사용하여, 도 5에 나타내는 반사형 마스크를 제조했다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 반사형 마스크(200)는, 복수의 컨택트 홀(206)이 밀집하여 형성된 영역인 패턴 영역(202)과, 그 패턴 영역(202)의 주변의 영역인 비패턴 영역(204)을 갖는다. 비패턴 영역(204)은, 절대 반사율 2.5％ 이하의 바이너리형의 막에 의해 피복되어 있다.
즉, 실시예 1 및 실시예 2의 반사형 마스크 블랭크를 이용한 경우, 비패턴 영역(204)은, 제 1 층 및 제 2 층(바이너리형)에 의해 피복되어 있다. 실시예 3 및 실시예 4의 반사형 마스크 블랭크를 이용한 경우, 비패턴 영역(204)은, 제 1 층(바이너리형)에 의해 피복되어 있다.
한편, 참고예의 반사형 마스크 블랭크에 있어서, 제 1 층(하층)은 위상 시프트막이며, 바이너리형으로서 기능하지 않는다. 그 때문에, 참고예의 반사형 마스크 블랭크를 이용한 경우, 비패턴 영역(204)은, 바이너리형의 막에 의해 피복되지 않는다.
도 5의 우측의 확대도에 나타내는 바와 같이, 패턴 영역(202)에는, 복수의 컨택트 홀(206)이 소정의 간격으로 형성되어 있다. 각각의 컨택트 홀(206)의 주위에는, 위상 시프트 영역(208)이 소정의 폭으로 형성되어 있다. 위상 시프트 영역(208)의 더욱 외측에는, 바이너리 영역(210)이 형성되어 있다.
컨택트 홀(206)에 있어서는, 제 1 층 및 제 2 층이 에칭에 의해 제거되어 있어, 다층 반사막(보호막을 포함한다)이 노출되어 있다. 컨택트 홀(206)의 주위에 있는 위상 시프트 영역(208)은, 위상 시프트막에 의해 피복되어 있다. 위상 시프트 영역(208)의 주위에 있는 바이너리 영역(210)은, 바이너리형의 막에 의해 피복되어 있다.
즉, 실시예 1 및 실시예 2의 반사형 마스크 블랭크를 이용한 경우, 위상 시프트 영역(208)은, 제 1 층(위상 시프트막)에 의해 피복되어 있다. 실시예 3 및 실시예 4의 반사형 마스크 블랭크를 이용한 경우, 위상 시프트 영역(208)은, 제 1 층 및 제 2 층(위상 시프트막)에 의해 피복되어 있다. 참고예의 반사형 마스크 블랭크를 이용한 경우, 위상 시프트 영역(208)은, 제 1 층(위상 시프트막)에 의해 피복되어 있다.
또, 실시예 1 및 실시예 2의 반사형 마스크 블랭크를 이용한 경우, 바이너리 영역(210)은, 제 1 층 및 제 2 층(바이너리형)에 의해 피복되어 있다. 실시예 3 및 실시예 4의 반사형 마스크 블랭크를 이용한 경우, 바이너리 영역(210)은, 제 1 층(바이너리형)에 의해 피복되어 있다.
한편, 참고예의 반사형 마스크 블랭크에 있어서, 제 1 층(하층)은 위상 시프트막이며, 바이너리형으로서 기능하지 않는다. 그 때문에, 참고예의 반사형 마스크 블랭크를 이용한 경우, 바이너리 영역(210)을 형성할 수 없다.
상기와 같이 제조된 반사형 마스크를 이용하여, 반도체 기판 상의 레지스트막에 패턴을 전사했다. 그 후, 노광된 레지스트막을 현상함으로써, 레지스트 패턴을 형성했다. 레지스트 패턴을 마스크로 하여 반도체 기판을 에칭함으로써, 반도체 기판 상에 복수의 컨택트 홀로 이루어지는 패턴을 형성했다.
실시예 1∼실시예 4의 반사형 마스크 블랭크로부터 제조된 반사형 마스크를 사용하여 노광을 행한 경우에는, 반도체 기판 상에, 복수의 컨택트 홀로 이루어지는 패턴을 정확하게 전사할 수 있었다.
또, 레지스트막이 형성된 1장의 반도체 기판에 대해, 동일한 반사형 마스크를 이용하여, 위치를 어긋나게 하면서, 복수회 노광을 행하였다. 이 경우라도, 반도체 기판 상의, 패턴을 전사해야 하는 영역에 인접하는 영역에 반사광이 누설되는 것을 방지할 수 있었다. 또, 인접하는 2개의 영역의 경계부 부근의 레지스트막이, 복수회의 노광에 의해 감광되어 버리는 것을 방지할 수 있었다.
한편, 참고예의 반사형 마스크 블랭크로부터 제조된 반사형 마스크를 사용하여 노광을 행한 경우에는, 반도체 기판 상에, 복수의 컨택트 홀로 이루어지는 패턴을 정확하게 전사할 수 없었다. 이것은, 위상 시프트 패턴으로부터의 반사광에 의해, 본래라면 감광되어서는 안되는 영역의 레지스트막이 감광되어 버려, 반도체 기판 상의 레지스트막에 패턴을 정확하게 전사할 수 없었던 것이 원인이라고 추찰된다.
참고예의 반사형 마스크 블랭크로부터 제조된 반사형 마스크에 있어서, 비패턴 영역(204)은, 바이너리형의 막에 의해 피복되어 있지 않다. 그 때문에, 1장의 반도체 기판에 대해 위치를 어긋나게 하면서 복수회 노광을 행한 경우에는, 반도체 기판 상의, 패턴을 전사해야 하는 영역에 인접하는 영역에 반사광이 누설되어 버려, 패턴을 정확하게 전사할 수 없었다. 또, 인접하는 2개의 영역의 경계부 부근의 레지스트막이, 복수회의 노광에 의해 감광되어 버리는 것을 방지할 수 없었다.
10: 기판 12: 다층 반사막
14: 보호막 16: 적층막
18: 제 1 층 20: 제 2 층
22: 이면 도전막 30: 흡수층 패턴
32: 위상 시프트 패턴 40: 적층막 패턴
42: 흡수층 패턴 100: 반사형 마스크 블랭크
200: 반사형 마스크

Claims (20)

  1. 기판과, 상기 기판 상에 형성된 EUV 광을 반사하는 다층 반사막과, 상기 다층 반사막의 위에 형성된 적층막을 포함하는 반사형 마스크 블랭크로서,
    상기 적층막은, 제 1 층과, 상기 제 1 층의 위에 형성된 제 2 층을 포함하고, 상기 EUV 광에 대한 절대 반사율이 2.5％ 이하이며,
    상기 제 1 층은, 상기 EUV 광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막을 포함하는, 반사형 마스크 블랭크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층은, 광학 간섭을 이용하여 상기 적층막의 절대 반사율을 2.5％ 이하로 저감시키는 간섭층으로 이루어지는, 반사형 마스크 블랭크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 간섭층의 막 두께가 1nm 이상 20nm 이하이고, 굴절률(n)이 0.85 이상 0.96 이하인, 반사형 마스크 블랭크.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 간섭층은, 루테늄(Ru)을 포함하는 재료로 이루어지는, 반사형 마스크 블랭크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 층은, 흡광 효과를 이용하여 상기 적층막의 반사율(절대 반사율)을 2.5％ 이하로 저감시키는 흡수층으로 이루어지는, 반사형 마스크 블랭크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 흡수층의 막 두께가 5nm 이상 70nm 이하이고, 소쇠 계수(k)가 0.02 이상인, 반사형 마스크 블랭크.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 흡수층은, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 및 니켈(Ni)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료로 이루어지는, 반사형 마스크 블랭크.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 층의 상기 EUV 광에 대한 상대 반사율이 3％ 이상 40％ 이하이고, 위상차가 160∼200°인, 반사형 마스크 블랭크.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 층은, 막 두께가 5nm 이상 70nm 이하이고, 굴절률(n)이 0.85 이상 0.96 이하인, 반사형 마스크 블랭크.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 층은, 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 루테늄(Ru), 및 크롬(Cr)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료로 이루어지는, 반사형 마스크 블랭크.
  11. 기판과, 상기 기판 상에 형성된 EUV 광을 반사하는 다층 반사막과, 상기 다층 반사막의 위에 형성된 적층막을 포함하는 반사형 마스크 블랭크로서,
    상기 적층막은, 제 1 층과, 상기 제 1 층의 위에 형성된 제 2 층을 포함하고, 상기 EUV 광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막이며,
    상기 제 1 층은, 상기 EUV 광에 대한 절대 반사율이 2.5％ 이하인 흡수층을 포함하는, 반사형 마스크 블랭크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 층은, 광학 간섭을 이용하여 상기 적층막에 의해 반사되는 EUV 광의 위상을 시프트시키는 간섭층으로 이루어지는, 반사형 마스크 블랭크.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 층의 막 두께가 1nm 이상 20nm 이하이고, 굴절률(n)이 0.85 이상 0.96 이하인, 반사형 마스크 블랭크.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 층은, 루테늄(Ru)을 포함하는 재료로 이루어지는, 반사형 마스크 블랭크.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 층의 막 두께가 5nm 이상 70nm 이하이고, 소쇠 계수(k)가 0.02 이상인, 반사형 마스크 블랭크.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 층은, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 코발트(Co), 및 니켈(Ni)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료로 이루어지는, 반사형 마스크 블랭크.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층막의 상기 EUV 광에 대한 상대 반사율이 3％ 이상 40％ 이하이고, 위상차가 160∼200°인, 반사형 마스크 블랭크.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 반사막과 상기 제 1 층의 사이에 보호막을 추가로 갖고,
    상기 보호막은, 루테늄(Ru)을 포함하는 재료, 규소(Si) 및 산소(O)를 포함하는 재료, 이트륨(Y)과 산소(O)를 포함하는 재료, 및 크롬(Cr)을 포함하는 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 재료를 포함하는, 반사형 마스크 블랭크.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재한 반사형 마스크 블랭크에 있어서의 상기 적층막이 패터닝된 적층막 패턴을 갖는, 반사형 마스크.
  20. 제 19 항에 기재한 반사형 마스크를 사용하고, 반도체 기판 상에 전사 패턴을 형성하는 공정을 갖는, 반도체 장치의 제조 방법.
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