KR20220065763A - 다층 반사막 부착 기판, 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

다층 반사막 부착 기판, 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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마사노리 나까가와
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호야 가부시키가이샤
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Abstract

노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막을 갖는 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제조하기 위해서 사용되는 다층 반사막 부착 기판을 제공한다. 다층 반사막 부착 기판(110)은, 기판(1)과, 다층 반사막(5)을 구비한다. 다층 반사막(5)은, 기판(1) 위에 저굴절률층과 고굴절률층을 교대로 적층시킨 다층막으로 이루어진다. 다층 반사막(5)은, 수소(H), 중수소(D) 및 헬륨(He)으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가 원소를 포함한다. 첨가 원소의 다층 반사막(5)에 있어서의 원자수 밀도는, 0.006atom/㎚3 이상 0.50atom/㎚3 이하이다.

Description

다층 반사막 부착 기판, 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크 및 반도체 장치의 제조 방법
본 발명은, 반도체 장치의 제조 등에 사용되는 반사형 마스크, 그리고 반사형 마스크를 제조하기 위해서 사용되는 다층 반사막 부착 기판 및 반사형 마스크 블랭크에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상기 반사형 마스크를 사용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 반도체 산업에 있어서, 반도체 장치의 고집적화에 수반하여, 종래의 자외광을 사용한 포토리소그래피법의 전사 한계를 상회하는 미세 패턴이 필요해지고 있다. 이와 같은 미세 패턴 형성을 가능하게 하기 위해서, 극자외(Extreme Ultra Violet: 이하, 「EUV」라고 칭함)광을 사용한 노광 기술인 EUV 리소그래피가 유망시되고 있다. 여기서, EUV광이란, 연(軟)X선 영역 또는 진공 자외선 영역의 파장대의 광을 가리키고, 구체적으로는 파장이 0.2 내지 100㎚ 정도의 광을 의미한다. 이 EUV 리소그래피에 있어서 사용되는 전사용 마스크로서 반사형 마스크가 제안되어 있다. 이와 같은 반사형 마스크는, 기판 위에 노광광을 반사하는 다층 반사막이 형성되고, 해당 다층 반사막 위에 노광광을 흡수하는 흡수체막이 패턴 형상으로 형성된 것이다.
노광 장치에 세트된 반사형 마스크에 입사한 광은, 흡수체막이 있는 부분에서는 흡수되고, 흡수체막이 없는 부분에서는 다층 반사막에 의해 반사된다. 반사된 상(像)은 반사 광학계를 통해 반도체 기판 위에 전사됨으로써 마스크 패턴을 형성한다. 상기 다층 반사막으로서는, 예를 들어 13 내지 14㎚의 파장을 갖는 EUV광을 반사하는 것으로서, 수 ㎚ 두께의 Mo와 Si를 교대로 적층시킨 것 등이 알려져 있다.
이와 같은 다층 반사막을 갖는 다층 반사막 부착 기판을 제조하는 기술로서, 특허문헌 1에는, 진공 중에 기판을 배치하기 위한 진공 챔버와, 진공으로부터 기판을 제거하지 않고, 다층 스택을 퇴적시키기 위한 퇴적 시스템과, 아몰퍼스 금속층으로서 퇴적되는 다층 스택의 위에서 층을 처리하기 위한 처리 시스템을 포함하는 통합화 극단 자외선 블랭크 생산 시스템이 기재되어 있다. 아몰퍼스 금속층으로서는, 아몰퍼스 몰리브덴, 또한, 붕소, 질소, 또는 탄소와 합금화하는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 연X선·진공 자외선의 고흡수층과 저흡수층의 교대층으로 이루어지는 다층 박막 구조를 갖는 연X선·진공 자외선용 다층막 반사경에 있어서, 해당 고흡수층은 전이 금속의 붕화물, 탄화물, 규화물, 질화물 또는 산화물 중 한종 이상을 주성분으로서 갖고 이루어지며, 해당 저흡수층은 탄소, 규소, 붕소 혹은 베릴륨의 단체 또는 그것들의 각각의 화합물 중 한종 이상을 주성분으로서 갖고 이루어지는 것을 특징으로 하는 연X선·진공 자외선용 다층막 반사경이 기재되어 있다.
특허문헌 3에는, 다층 반사막의 각층의 계면을 수소화하여 층간 확산을 방지함과 함께 완만한 계면을 형성함으로써, 다층 반사막의 계면 및 표면을 평활화하는 기술이 기재되어 있다.
특허문헌 4에는, 기판 위에 EUV광을 반사하는 반사층을 형성하는 EUV 리소그래피(EUVL)용 반사층 부착 기판의 제조 방법이며, 상기 반사층이, Mo/Si 다층 반사막이며, 상기 Mo/Si 다층 반사막이, 헬륨(He), 아르곤(Ar), 네온(Ne), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 중 적어도 하나를 포함하는 불활성 가스와, 수소(H2)를 포함하는 분위기 중에서, 스퍼터링법에 의해 형성되고, 형성 후의 상기 Mo/Si 다층 반사막을 120 내지 160℃의 온도에서 가열 처리하는 공정을 포함하는 EUVL용 반사층 부착 기판의 제조 방법이 기재되어 있다.
일본 특허 공표 제2016-519329호 공보 일본 특허 공고 평7-97159호 일본 특허 공개 평5-297194호 일본 특허 공개 제2013-122952호
근년의 패턴 미세화에 수반하는 결함 품질의 향상이나, 반사형 마스크에 요구되는 광학 특성(다층 반사막의 표면 반사율 등)의 관점에서, 다층 반사막의 각층의 계면 및/또는 다층 반사막의 표면은 보다 높은 평활성을 갖는 것이 요구되고 있다. 결함 검사의 대상인 다층 반사막 부착 기판의 표면, 즉 다층 반사막의 각층의 계면 및/또는 다층 반사막의 표면을 평활화하고, 다층 반사막의 각층의 계면의 조도 및/또는 다층 반사막의 표면의 조도에 기인하는 노이즈(백그라운드 노이즈)를 저감시킴으로써, 다층 반사막 부착 기판에 존재하는 미소 결함(결함 시그널)을 보다 확실하게 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 반사형 마스크를 사용한 노광 시에는, 패턴 형상으로 형성된 흡수체막에 의해 노광광이 흡수되고, 다층 반사막이 노출된 부분에서 노광광이 다층 반사막에 의해 반사된다. 노광 시에 높은 콘트라스트를 얻기 위해서, 다층 반사막의 노광광에 대한 반사율은, 높은 것이 바람직하다.
다층 반사막의 노광광에 대한 반사율을 높게 하기 위해서, 다층 반사막을 구성하는 각층의 결정성을 향상시키는 것(결정립 사이즈를 크게 하는 것)이 생각된다. 그러나, 결정립 사이즈를 크게 하면, 결함 검사 시의 노이즈(백그라운드 레벨: BGL)가 높아져버려, 결함 검사에 필요한 시간이 증가한다는 문제가 발생한다. 이것은, 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 크게 높아진 경우에는, 노이즈가 결함으로서 검출되어버려, 전사에 기여하는 실제 결함과 전사에 기여하지 않는 의사 결함의 판정에 장시간을 요하는 것에 기인한다. 또한, 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 높아짐으로써, 전사에 기여하는 실제 결함이 노이즈로 오판정되어 검출되지 않는다는 문제도 발생한다. 백그라운드 레벨이 높아진다는 문제가 발생하는 이유로서, 결정 입자가 조대화되버려, 다층 반사막의 각층의 계면 및/또는 다층 반사막의 표면의 평활성이 악화되어버리는 경우가 생각된다. 다층 반사막의 각층의 계면 및/또는 다층 반사막 표면의 평활성의 악화에 의해, 결함 검사 중에 조사한 검사광의 산란이 증가하고, 이것이 결함 검사 시의 백그라운드 레벨의 증가의 원인이 되는 경우가 생각된다.
그래서 본 발명은, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막을 갖는 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막을 갖는 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제조하기 위해서 사용되는 다층 반사막 부착 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은, 상기 반사형 마스크를 사용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 전사에 기여하는 실제 결함을 보다 확실하게 검출할 수 있는 다층 반사막 부착 기판, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
기판과, 해당 기판 위에 저굴절률층과 고굴절률층을 교대로 적층시킨 다층막으로 이루어지고, 노광광을 반사하기 위한 다층 반사막을 구비하는 다층 반사막 부착 기판이며,
상기 다층 반사막은, 수소(H), 중수소(D) 및 헬륨(He)으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가 원소를 포함하고,
상기 첨가 원소의 상기 다층 반사막에 있어서의 원자수 밀도는, 0.006atom/㎚3 이상 0.50atom/㎚3 이하인 것을 특징으로 하는 다층 반사막 부착 기판.
(구성 2)
상기 첨가 원소의 상기 다층 반사막에 있어서의 원자수 밀도는, 0.10atom/㎚3 이하인 것을 특징으로 하는, 구성 1에 기재된 다층 반사막 부착 기판.
(구성 3)
상기 첨가 원소는, 중수소(D)인 것을 특징으로 하는, 구성 1 또는 2에 기재된 다층 반사막 부착 기판.
(구성 4)
상기 다층 반사막의 위에 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 것에 기재된 다층 반사막 부착 기판.
(구성 5)
구성 1 내지 3 중 어느 것에 기재된 다층 반사막 부착 기판의 상기 다층 반사막의 위, 또는 구성 4에 기재된 다층 반사막 부착 기판의 상기 보호막의 위에, 흡수체막을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
(구성 6)
구성 5에 기재된 반사형 마스크 블랭크의 상기 흡수체막을 패터닝한 흡수체 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
(구성 7)
구성 6에 기재된 반사형 마스크를 사용하여, 노광 장치를 사용한 리소그래피 프로세스를 행하고, 피전사체에 전사 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
본 발명에 의해, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막을 갖는 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막을 갖는 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제조하기 위해서 사용되는 다층 반사막 부착 기판을 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 의해, 상기 반사형 마스크를 사용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해, 전사에 기여하는 실제 결함을 보다 확실하게 검출할 수 있는 다층 반사막 부착 기판, 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제공할 수 있다.
도 1은 다층 반사막 부착 기판의 일례의 단면 모식도이다.
도 2는 다층 반사막 부착 기판의 다른 일례의 단면 모식도이다.
도 3은 반사형 마스크 블랭크의 일례의 단면 모식도이다.
도 4는 반사형 마스크의 제조 방법을 단면 모식도로 나타낸 공정도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 형태이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1에, 본 발명의 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)의 일례의 단면 모식도를 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 기판(1)의 위에 다층 반사막(5)을 구비한 것이다. 다층 반사막(5)은, 노광광을 반사하기 위한 막이며, 저굴절률층과 고굴절률층을 교대로 적층시킨 다층막으로 이루어진다. 본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 기판(1)의 이면(다층 반사막(5)이 형성된 주표면과는 반대측의 주표면)에, 이면 도전막(2)을 포함할 수 있다.
도 2에, 본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)의 다른 일례의 단면 모식도를 나타낸다. 도 2에 도시한 예에서는, 다층 반사막 부착 기판(110)이 보호막(6)을 포함한다.
본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)을 사용하여, 반사형 마스크 블랭크(100)를 제조할 수 있다. 도 3에, 반사형 마스크 블랭크(100)의 일례의 단면 모식도를 나타낸다. 반사형 마스크 블랭크(100)는, 흡수체막(7)을 더 포함한다.
구체적으로는, 본 실시 형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 다층 반사막 부착 기판(110)의 최표면(예를 들어, 다층 반사막(5) 또는 보호막(6)의 표면)의 위에 흡수체막(7)을 갖는다. 본 실시 형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용함으로써, EUV광에 대한 반사율이 높은 다층 반사막(5)을 갖는 반사형 마스크(200)를 얻을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 「다층 반사막 부착 기판(110)」이란, 소정의 기판(1)의 위에 다층 반사막(5)이 형성된 것을 말한다. 도 1 및 도 2에, 다층 반사막 부착 기판(110)의 단면 모식도의 일례를 나타낸다. 또한, 「다층 반사막 부착 기판(110)」은, 다층 반사막(5) 이외의 박막, 예를 들어 보호막(6) 및/또는 이면 도전막(2)이 형성된 것을 포함한다. 본 명세서에 있어서, 「반사형 마스크 블랭크(100)」란, 다층 반사막 부착 기판(110) 위에 흡수체막(7)이 형성된 것을 말한다. 또한, 「반사형 마스크 블랭크(100)」는, 흡수체막(7) 이외의 박막(예를 들어, 에칭 마스크막 및 레지스트막(8) 등)이 더 형성된 것을 포함한다.
본 명세서에 있어서, 「다층 반사막(5)의 위에 흡수체막(7)을 배치(형성)한다」라 함은, 흡수체막(7)이, 다층 반사막(5)의 표면에 접해서 배치(형성)되는 경우뿐만 아니라, 다층 반사막(5)과, 흡수체막(7)의 사이에, 다른 막이 존재하는 경우도 포함한다. 그 밖의 막에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 본 명세서에 있어서, 예를 들어 「막 A가 막 B의 표면에 접해서 배치된다」라 함은, 막 A와 막 B의 사이에 다른 막을 통하지 않고, 막 A와 막 B가 직접, 접하도록 배치되어 있는 것을 의미한다.
<다층 반사막 부착 기판(110)>
이하, 본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)을 구성하는 기판(1) 및 각 박막에 대하여 설명을 한다.
<<기판(1)>>
본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)에 있어서의 기판(1)은, EUV 노광 시의 열에 의한 흡수체 패턴의 변형이 작은 것이면 바람직하다. 그 때문에, 기판(1)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, 다성분계 유리 세라믹스 등을 사용할 수 있다.
기판(1)의 전사 패턴(후술하는 흡수체막(7)이 이것을 구성함)이 형성되는 측의 제1 주표면은, 적어도 패턴 전사 정밀도, 위치 정밀도를 얻는다는 관점에서, 소정의 평탄도가 되도록 표면 가공된다. EUV 노광의 경우, 기판(1)의 전사 패턴이 형성되는 측의 주표면의 132㎜×132㎜의 영역에 있어서, 평탄도가 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.03㎛ 이하이다. 또한, 흡수체막(7)이 형성되는 측과 반대측의 제2 주표면(이면)은, 노광 장치에 세트할 때에 정전 척되는 표면이다. 제2 주표면은, 142㎜×142㎜의 영역에 있어서, 평탄도가 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.03㎛ 이하이다.
또한, 기판(1)의 표면 평활성의 높이도 중요하다. 흡수체 패턴(7a)이 형성되는 제1 주표면의 표면 조도는, 제곱 평균 평방근 조도(Rms)로 0.15㎚ 이하, 보다 바람직하게는 Rms로 0.10㎚ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 표면 평활성은, 원자간력 현미경으로 측정할 수 있다.
또한, 기판(1)은, 기판(1)의 위에 형성되는 막(다층 반사막(5) 등)의 막응력에 의한 변형을 방지하기 위해서, 높은 강성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 특히, 기판(1)은, 65GPa 이상의 높은 영률을 갖고 있는 것이 바람직하다.
<<하지막>>
본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 기판(1)의 표면에 접하는 하지막(3)을 가져도 된다. 하지막(3)은, 기판(1)과 다층 반사막(5)의 사이에 형성되는 박막이다. 하지막(3)은, 목적에 따른 기능을 갖는 막이어도 된다. 예를 들어, 하지막(3)은, 전자선에 의한 마스크 패턴 결함 검사 시의 차지 업을 방지하는 도전성층이어도 된다. 하지막(3)은, 기판(1)의 표면의 평탄성을 개선하는 평탄화층이어도 된다. 하지막(3)은, 기판(1)의 표면의 평활성을 개선하는 평활화층이어도 된다.
상기 도전성의 기능을 갖는 하지막의 재료로서, 루테늄 또는 탄탈을 주성분으로서 포함하는 재료가 바람직하게 사용된다. 예를 들어, Ru 금속 단체, Ta 금속 단체여도 되고, Ru 또는 Ta에, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 붕소(B), 란탄(La), 코발트(Co) 및 레늄(Re)으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 함유한 Ru 합금 또는 Ta 합금이어도 된다. 하지막의 막 두께는, 예를 들어 1㎚ 내지 10㎚의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 평탄성의 개선이나 평활성을 개선하는 하지막의 재료로서, 규소 또는 규소를 주성분으로서 포함하는 재료가 바람직하게 사용된다. 하지막의 재료는, 예를 들어 규소(Si) 단체여도 되고, Si에 산소(O), 질소(N)를 함유한 SiO2, SiOx(x<2), SiON, Si3N4, SixNy(x: 3, y: 4 이외의 자연수)의 규소 화합물이어도 된다. 상술과 마찬가지로, 하지막의 막 두께는, 예를 들어 1㎚ 내지 10㎚의 범위인 것이 바람직하다.
<<다층 반사막(5)>>
다층 반사막(5)은, 반사형 마스크(200)에 있어서, EUV광을 반사하는 기능을 부여하는 것이다. 다층 반사막(5)은, 굴절률이 다른 원소를 주성분으로 하는 각층이 주기적으로 적층된 다층막이다.
일반적으로는, 다층 반사막(5)으로서, 고굴절률 재료인 경원소 또는 그 화합물의 박막(고굴절률층)과, 저굴절률 재료인 중원소 또는 그 화합물의 박막(저굴절률층)이 교대로 40 내지 60주기(페어) 정도 적층된 다층막이 사용된다.
다층 반사막(5)으로서 사용되는 다층막은, 기판(1)측으로부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층한 「고굴절률층/저굴절률층」의 적층 구조를 포함한다. 하나의 「고굴절률층/저굴절률층」을 1주기로 하여, 이 적층 구조를 복수 주기 적층해도 된다. 또는, 다층 반사막(5)으로서 사용되는 다층막은, 기판(1)측으로부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 적층한 「저굴절률층/고굴절률층」의 적층 구조를 포함한다. 하나의 「저굴절률층/고굴절률층」을 1주기로 하여, 이 적층 구조를 복수 주기 적층해도 된다. 또한, 다층 반사막(5)의 최표면 층, 즉, 기판(1)측과 반대측의 다층 반사막(5)의 표면층은, 고굴절률층인 것이 바람직하다. 상술한 다층막에 있어서, 기판(1)측으로부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층한 경우에는, 최상층이 저굴절률층이 된다. 이 경우, 저굴절률층이 다층 반사막(5)의 최표면이 되기 때문에, 다층 반사막(5)의 최표면이 용이하게 산화되어버려, 반사형 마스크(200)의 반사율이 감소한다. 그 때문에, 최상층의 저굴절률층의 위에 고굴절률층을 더 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 상술한 다층막에 있어서, 기판(1)측으로부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 적층한 경우에는, 최상층이 고굴절률층으로 된다. 따라서, 이 경우에는, 추가로 고굴절률층을 형성할 필요는 없다.
고굴절률층으로서는, 예를 들어 규소(Si)를 포함하는 재료를 사용할 수 있다. Si를 포함하는 재료로서는, Si 단체 외에, Si에, 붕소(B), 탄소(C), 지르코늄(Zr), 질소(N) 및 산소(O)로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 Si 화합물을 사용할 수 있다. Si를 포함하는 고굴절률층을 사용함으로써, EUV광의 반사율이 우수한 반사형 마스크(200)가 얻어진다.
저굴절률층으로서는, 예를 들어 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 백금(Pt)으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 단체, 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다.
본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)에 있어서는, 저굴절률층이 몰리브덴(Mo)을 포함하는 층이며, 고굴절률층이 규소(Si)를 포함하는 층인 것이 바람직하다. 예를 들어 파장 13㎚ 내지 14㎚의 EUV광을 반사하기 위한 다층 반사막(5)으로서는, Mo를 포함하는 층과 Si를 포함하는 층을 교대로 40 내지 60주기 정도 적층한 Mo/Si 주기 적층막이 바람직하게 사용된다.
또한, 다층 반사막(5)의 최상층인 고굴절률층이 규소(Si)를 포함하는 층인 경우, 최상층(Si를 포함하는 층)과 보호막(6)의 사이에, 규소와 산소를 포함하는 규소 산화물층을 형성할 수 있다. 이 경우, 마스크 세정 내성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 다층 반사막(5)은, 수소(H), 중수소(D) 및 헬륨(He)으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가 원소를 포함한다. 다층 반사막(5)이, 수소(H), 중수소(D) 및 헬륨(He)으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가 원소를 포함함으로써, 다층 반사막(5)에 포함되는 각층의 계면의 조도 및/또는 다층 반사막(5)의 표면의 조도를 저감해서 평활성을 향상시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막(5)을 얻을 수 있다. 그 결과, 다층 반사막 부착 기판(110)에 존재하는 미소 결함(결함 시그널)을 보다 고 정밀도로 검출하는 것이 가능해진다.
상술한 바와 같이, 다층 반사막(5)은, 저굴절률층 및 고굴절률층이 적층된 다층막을 포함한다. 수소(H), 중수소(D) 및 헬륨(He)으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가 원소는, 저굴절률층에만 포함되어도 되고, 고굴절률층에만 포함되어도 되며, 이들의 양쪽에 포함되어도 된다. 단, 수소(H), 중수소(D) 및 헬륨(He)으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가 원소는, 저굴절률층보다도 고굴절률층에 상대적으로 많이 포함되어 있는 쪽이, 결함 검사 시의 백그라운드 레벨을 저감시키는 효과가 보다 높아진다.
본 발명자는, 다층 반사막(5)에 포함되는 상기 첨가 원소의 원자수 밀도(atom/㎚3)와 결함 검사 시의 백그라운드 레벨에 상관 관계가 있음을 알아내어, 본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)의 다층 반사막(5)에 포함되는 첨가 원소의 원자수 밀도를 소정의 범위로 하고 있다. 본 실시 형태의 다층 반사막(5)에 포함되는 상기 첨가 원소의 원자수 밀도는, 0.006atom/㎚3 이상 0.50atom/㎚3 이하이다. 첨가 원소의 원자수 밀도는, 예를 들어 다이내믹 SIMS(2차 이온 질량 분석법)에 의해 측정할 수 있다.
다층 반사막(5)에 포함되는 첨가 원소의 원자수 밀도가 0.006atom/㎚3 미만인 경우, 다층 반사막(5)에 포함되는 첨가 원소의 밀도가 너무 작기 때문에, 다층 반사막(5)에 포함되는 각층의 계면 조도 및/또는 다층 반사막(5)의 표면 조도를 저감해서 평활성을 향상시키는 효과를 충분히 얻지 못한다. 그 때문에, 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 충분히 낮은 다층 반사막(5)을 얻지 못하게 된다. 한편, 첨가 원소의 원자수 밀도가 0.50atom/㎚3보다도 큰 경우, 다층 반사막(5)에 포함되는 첨가 원소의 밀도가 너무 크기 때문에, 다층 반사막(5)의 EUV광에 대한 반사율이 저하된다. 그 결과, 노광 시에, 반사형 마스크에 의해 형성되는 전사 패턴의 상의 콘트라스트를 허용할 수 없을 정도로 저하될 우려가 있다. 다층 반사막(5)에 포함되는 상기 첨가 원소의 원자수 밀도는, 바람직하게는 0.007atom/㎚3 이상이며, 보다 바람직하게는 0.008atom/㎚3 이상이다. 또한, 상기 첨가 원소의 원자수 밀도는, 바람직하게는 0.10atom/㎚3 이하이고, 보다 바람직하게는 0.07atom/㎚3 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.04atom/㎚3 이하이다.
본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)을 사용함으로써, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막(5)을 갖는 반사형 마스크 블랭크(100) 및 반사형 마스크(200)를 제조할 수 있다. 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮음으로써, 결함 검사를 비교적 단시간에 행할 수 있고, 또한 전사에 기여하는 실제 결함을 보다 확실하게 검출할 수 있다.
또한, 일반적으로, 어떤 원소의 원자 비율(at％)의 정보만으로부터, 그 원소의 원자수 밀도(atom/㎚3)를 산출하는 것은 곤란하며, 다층 반사막(5)에 포함되는 상기 첨가 원소의 원자수 밀도(atom/㎚3)와, 다층 반사막(5)에 포함되는 상기 첨가 원소의 원자 비율(at％)은, 직접적으로 관련지어지지 않는다. 따라서, 가령, 어떤 공지 문헌에 상기 첨가 원소의 원자 비율(at％)이 기재되어 있다고 해도, 그 기재가 상기 첨가 원소의 원자수 밀도를 소정의 범위로 조정하기 위한 동기 부여가 되는 일은 없다.
본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 결함 검사 장치에 의해 다층 반사막(5) 표면의 결함 검사를 했을 때의 백그라운드 레벨(BGL)이, 400 미만인 것이 바람직하다. 결함 검사를 했을 때의 백그라운드 레벨(BGL)이란, 예를 들어 검사광으로서 EUV광을 사용한 블랭크 결함 검사 장치(ABI: Actinic Blank Inspection)에 의해 다층 반사막(5)의 표면 결함 검사를 하는 경우, 신호의 노이즈로서 관측되는 백그라운드의 값을 의미한다. EUV광을 사용한 블랭크 결함 검사 장치의 경우에는, 백그라운드 레벨(BGL)은, 측정 신호에 기초하여 자동적으로 산출된다.
본 실시 형태의 다층 반사막(5)의 단독에 의한 EUV광에 대한 반사율은, 통상 67％ 이상인 것이 바람직하다. 다층 반사막(5)의 반사율이 67％ 이상임으로써, 반도체 장치의 제조를 위한 반사형 마스크(200)로서 바람직하게 사용할 수 있다. 반사율의 상한은 통상 73％인 것이 바람직하다. 또한, 다층 반사막(5)을 구성하는 저굴절률층 및 고굴절률층의 막 두께 및 주기수(페어수)는, 노광 파장에 의해 적절히 선택할 수 있다. 구체적으로는, 다층 반사막(5)을 구성하는 저굴절률층 및 고굴절률층의 막 두께 및 주기수(페어수)는, 브래그 반사의 법칙을 충족하도록 선택할 수 있다. 다층 반사막(5)에 있어서, 고굴절률층 및 저굴절률층은 각각 복수 존재하지만, 고굴절률층끼리의 막 두께, 또는 저굴절률층끼리의 막 두께는, 반드시 동일하지 않아도 된다. 또한, 다층 반사막(5)의 최표면(예를 들어, Si층)의 막 두께는, 반사율을 저하시키지 않는 범위에서 조정할 수 있다. 최표면의 고굴절률층(예를 들어 Si층)의 막 두께는, 예를 들어 3㎚ 내지 10㎚이다.
본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)에서는, 다층 반사막(5)이, 한 쌍의 저굴절률층 및 고굴절률층을 1주기(페어)로 하여, 30 내지 60주기(페어) 구비하고 있는 것이 바람직하고, 35 내지 55주기(페어) 구비하고 있는 것이 보다 바람직하며, 35 내지 45주기(페어) 구비하고 있는 것이 더욱 바람직하다. 주기수(페어수)가 많을수록, 높은 반사율을 얻을 수 있지만, 다층 반사막(5)의 형성 시간이 장시간이 된다. 다층 반사막(5)의 주기를 적절한 범위로 함으로써, 비교적 짧은 시간에, 비교적 높은 반사율의 다층 반사막(5)을 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 다층 반사막(5)은, 이온빔 스퍼터링법, 또는 DC 스퍼터링법 및 RF 스퍼터링법 등의 마그네트론 스퍼터링법에 의해 성막할 수 있다. 다층 반사막(5) 중에 불순물이 혼합되기 어려운 점이나, 이온원이 독립되어 있어, 조건 설정이 비교적 용이 등의 관점에서, 이온빔 스퍼터링법에 의해 다층 반사막(5)을 성막하는 것이 바람직하다. 희가스(Ar 가스, Kr 가스, Xe 가스 등)와, 첨가 원소를 함유하는 가스(H2 가스, D2 가스, He 가스 등)를 프로세스 가스로서 사용한 이온빔 스퍼터링에 의해 다층 반사막(5)을 성막하면, 상기 첨가 원소를 함유하는 다층 반사막(5)을 얻을 수 있다. 또한, 첨가 원소를 함유하는 가스는, 고굴절률층의 성막일 때에만 도입하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 저굴절률층보다도 고굴절률층에 상기 첨가 원소를 많이 포함하는 다층 반사막(5)을 성막할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 다층 반사막(5)은, 프로세스 가스로서 희가스와, 상기 첨가 원소를 포함하는 타깃을 사용하여 성막할 수도 있다. 타깃에 포함되는 첨가 원소의 비율을 바꿈으로써, 다층 반사막(5)에 포함되는 첨가 원소의 원자수 밀도를 용이하게 조정할 수 있다.
본 실시 형태의 다층 반사막(5)은, 저굴절률층이 몰리브덴(Mo)을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, Mo를 포함하는 저굴절률층의 In-plane 측정법에 의한 X선 회절에 있어서의 피크 강도는, 이하의 식 (1)을 충족하는 것이 바람직하다.
Figure pct00001
(식 (1)에 있어서, I(110)은, Mo의 (110)면의 피크 강도를 나타낸다. I(200)은, Mo의 (200)면의 피크 강도를 나타냄)
Mo를 포함하는 저굴절률층의 X선 회절에 있어서의 피크 강도는, 예를 들어 X선 회절 장치 SmartLab(리가쿠사 제조)을 사용하여 측정할 수 있다. 측정 조건은, 예를 들어 후술하는 실시예에 기재된 조건으로 할 수 있다.
다층 반사막(5)에 포함되는 저굴절률층의 X선 회절에 있어서의 피크 강도가 상기 식 (1)을 충족함으로써, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막(5)을 구비한 다층 반사막 부착 기판(110)을 보다 확실하게 제조할 수 있다.
<<보호막(6)>>
본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110)에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 다층 반사막(5) 위에 보호막(6)을 형성하는 것이 바람직하다. 다층 반사막(5)위에 보호막(6)이 형성되어 있음으로써, 다층 반사막 부착 기판(110)을 사용하여 반사형 마스크(200)를 제조할 때의 다층 반사막(5) 표면에 대한 대미지를 억제할 수 있다. 그 결과, 얻어지는 반사형 마스크(200)의 EUV광에 대한 반사율 특성이 양호해진다.
보호막(6)은, 후술하는 반사형 마스크(200)의 제조 공정에 있어서, 건식 에칭 및 세정에 의한 대미지로부터, 다층 반사막(5)을 보호할 수 있다. 또한, 보호막(6)은, 전자선(EB)을 사용한 마스크 패턴의 흑색 결함 수정 시에, 다층 반사막(5)을 보호할 수도 있다.
도 2에서는, 보호막(6)이 1층인 경우를 나타내고 있다. 보호막(6)은, 2층의 적층 구조여도 된다. 또는, 보호막(6)은, 3층 이상의 적층 구조여도 된다. 보호막(6)이 3층 이상인 경우, 최하층 및 최상층은, 예를 들어 Ru를 함유하는 물질로 이루어지는 층이어도 된다. 최하층과 최상층 사이의 층은, Ru 이외의 금속 혹은 그 합금을 포함하는 층이어도 된다.
보호막(6)은, 예를 들어 루테늄을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 형성된다. 루테늄을 주성분으로서 포함하는 재료로서는, Ru 금속 단체, Ru에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 붕소(B), 란탄(La), 코발트(Co) 및 레늄(Re)으로 선택되는 적어도 하나의 금속을 함유한 Ru 합금, 및 그것들에 질소를 포함하는 재료를 들 수 있다.
보호막(6)은, Ti를 함유한 Ru계 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 다층 반사막(5)에 규소가 포함되는 경우에는, Ti를 함유한 Ru계 재료로 이루어지는 보호막(6)을 사용함으로써, 다층 반사막(5)의 표면으로부터 보호막(6)에 규소가 확산하는 현상을 억제할 수 있다. 이 결과, 마스크 세정 시의 표면 거칠함이 적어져서, 막 박리도 일어나기 어려워진다. 표면 거칠함을 저감시킴으로써, EUV 노광광에 대한 다층 반사막(5)의 반사율 저하를 방지할 수 있다. 따라서, 표면 거칠함의 저감은, EUV 노광의 효율 개선 및 스루풋의 향상을 위해 중요하다.
보호막(6)에 사용하는 Ru 합금의 Ru 함유 비율은, 50원자％ 이상 100원자％ 미만, 바람직하게는 80원자％ 이상 100원자％ 미만, 보다 바람직하게는 95원자％ 이상 100원자％ 미만이다. 특히, Ru 합금의 Ru 함유 비율이 95원자％ 이상 100원자％ 미만인 경우에는, 보호막(6)에 대한 다층 반사막(5)의 구성 원소(예를 들어, 규소)의 확산을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 이 경우, 보호막(6)은, EUV광의 반사율을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 이 경우, 보호막(6)은, 마스크 세정 내성을 향상시킬 수 있다. 또한, 보호막(6)은, 흡수체막(7)을 에칭 가공할 때의 에칭 스토퍼로서 기능할 수 있다. 또한, 보호막(6)은, 다층 반사막(5)의 경시적 변화를 방지할 수 있다.
EUV 리소그래피에서는, 노광광에 대하여 투명한 물질이 적으므로, 마스크 패턴면에 대한 이물의 부착을 방지하는 펠리클을 제조하는 것이 기술적으로 간단하지는 않다. 이러한 점에서, 펠리클을 사용하지 않는 펠리클리스 운용이 주류로 되어 있다. 또한, EUV 리소그래피에서는, EUV 노광에 의해 반사형 마스크(200)에 카본 막이 퇴적되거나, 산화막이 성장된다고 하는 노광 콘타미네이션이 일어난다. 이 때문에, 반사형 마스크(200)를 반도체 장치의 제조에 사용하고 있는 단계에서, 자주 세정을 행하여 반사형 마스크(200) 위의 이물이나 콘타미네이션을 제거할 필요가 있다. 이러한 점에서, EUV 반사형 마스크(200)에서는, 광 리소그래피용 투과형 마스크에 비해서 현격히 차이가 나는 마스크 세정 내성이 요구되고 있다. Ti를 함유한 Ru계 재료로 이루어지는 보호막(6)을 사용하면, 황산, 황산과수(SPM), 암모니아, 암모니아과수(APM), OH 라디칼 세정수 및 농도가 10ppm 이하인 오존수 등의 세정액에 대한 세정 내성이 특히 높아져서, 마스크 세정 내성의 요구를 충족시키는 것이 가능해진다.
보호막(6)의 막 두께는, 보호막(6)으로서의 기능을 발휘하는 것이 가능한 한 특별히 제한되지는 않는다. EUV광의 반사율의 관점에서, 보호막(6)의 막 두께는, 바람직하게는 1.0㎚ 내지 8.0㎚, 보다 바람직하게는, 1.5㎚ 내지 6.0㎚이다.
보호막(6)의 형성 방법으로서는, 공지된 막 형성 방법을 특별히 제한없이 채용할 수 있다. 구체예로서는, 보호막(6)의 형성 방법으로서, 스퍼터링법 및 이온빔 스퍼터링법을 들 수 있다.
<반사형 마스크 블랭크(100)>
본 실시 형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용함으로써, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막(5)을 갖는 반사형 마스크(200)를 제조할 수 있다.
<<흡수체막(7)>>
반사형 마스크 블랭크(100)는, 상술한 다층 반사막 부착 기판(110)의 위에 흡수체막(7)을 갖는다. 즉, 흡수체막(7)은, 다층 반사막(5)의 위(보호막(6)이 형성되어 있는 경우에는, 보호막(6)의 위)에 형성된다. 흡수체막(7)의 기본적인 기능은, EUV광을 흡수하는 것이다. 흡수체막(7)은, EUV광의 흡수를 목적으로 한 흡수체막(7)이어도 되고, EUV광의 위상차도 고려한 위상 시프트 기능을 갖는 흡수체막(7)이어도 된다. 위상 시프트 기능을 갖는 흡수체막(7)은, EUV광을 흡수함과 함께 일부를 반사시켜 위상을 시프트시키는 것이다. 즉, 위상 시프트 기능을 갖는 흡수체막(7)이 패터닝된 반사형 마스크(200)에 있어서, 흡수체막(7)이 형성되어 있는 부분에서는, EUV광을 흡수하여 감광하면서 패턴 전사에 악영향이 없는 레벨로 일부의 광을 반사시킨다. 또한, 흡수체막(7)이 형성되어 있지 않은 영역(필드부)에서는, EUV광은, 보호막(6)을 통해 다층 반사막(5)으로부터 반사한다. 그 때문에, 위상 시프트 기능을 갖는 흡수체막(7)으로부터의 반사광과, 필드부로부터의 반사광의 사이에 원하는 위상차를 갖게 된다. 위상 시프트 기능을 갖는 흡수체막(7)은, 흡수체막(7)으로부터의 반사광과, 다층 반사막(5)으로부터의 반사광의 위상차가 170도 내지 190도가 되도록 형성된다. 180도 근방의 반전된 위상차의 광끼리가 패턴 에지부에서 서로 간섭함으로써, 투영 광학 상의 상 콘트라스트가 향상된다. 그 상 콘트라스트의 향상에 따라 해상도가 높아져서, 노광량 여유도, 초점 여유도 등의 노광에 관한 각종 여유도를 크게 할 수 있다.
흡수체막(7)은 단층의 막이어도 되고, 복수의 막으로 이루어지는 다층막이어도 된다. 단층막의 경우에는, 마스크 블랭크 제조 시의 공정수를 삭감할 수 있기 때문에, 생산 효율이 향상된다. 다층막의 경우에는, 상층의 흡수체막을, 광을 사용한 마스크 패턴 검사 시의 반사 방지막으로서 기능시킬 수 있다. 이 경우, 상층의 흡수체막의 광학 상수와 막 두께를 적당히 설정할 필요가 있다. 이에 의해, 광을 사용한 마스크 패턴 검사 시의 검사 감도가 향상된다. 또한, 상층의 흡수체막으로서, 산화 내성을 향상시킬 수 있는 산소(O) 및 질소(N) 등이 첨가된 막을 사용할 수 있다. 이에 의해, 흡수체막의 경시적 안정성이 향상된다. 이와 같이, 다층막으로 이루어지는 흡수체막(7)을 사용함으로써, 흡수체막(7)에 다양한 기능을 부가하는 것이 가능해진다. 흡수체막(7)이 위상 시프트 기능을 갖는 경우에는, 다층막으로 이루어지는 흡수체막(7)을 사용함으로써, 광학면에서의 조정의 범위를 크게 할 수 있다. 이에 의해, 원하는 반사율을 얻는 것이 용이해진다.
흡수체막(7)의 재료로서는, EUV광을 흡수하는 기능을 갖고, 에칭 등에 의해 가공이 가능(바람직하게는 염소(Cl)나 불소(F)계 가스의 건식 에칭으로 에칭 가능)한 한, 특별히 한정되지는 않는다. 그와 같은 기능을 갖는 것으로서, 탄탈(Ta) 단체 또는 Ta를 주성분으로서 포함하는 탄탈 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다.
상술한 탄탈 및 탄탈 화합물 등의 흡수체막(7)은, DC 스퍼터링법 및 RF 스퍼터링법 등의 마그네트론 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 탄탈 및 붕소를 포함하는 타깃을 사용하고, 산소 또는 질소를 첨가한 아르곤 가스를 사용한 반응성 스퍼터링법에 의해, 흡수체막(7)을 성막할 수 있다.
흡수체막(7)을 형성하기 위한 탄탈 화합물은, Ta의 합금을 포함한다. 흡수체막(7)이 Ta의 합금인 경우, 평활성 및 평탄성의 점에서, 흡수체막(7)의 결정 상태는, 아몰퍼스 또는 미결정의 구조인 것이 바람직하다. 흡수체막(7)의 표면이 평활·평탄하지 않으면, 흡수체 패턴(7a)의 에지 러프니스가 커져서, 패턴의 치수 정밀도가 나빠지는 경우가 있다. 흡수체막(7)의 바람직한 표면 조도는, 제곱 평균 평방근 조도(Rms)로, 0.5㎚ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.4㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 0.3㎚ 이하이다.
흡수체막(7)을 형성하기 위한 탄탈 화합물로서는, Ta와 B를 포함하는 화합물, Ta와 N을 포함하는 화합물, Ta와 O와 N을 포함하는 화합물, Ta와 B를 포함하고, 또한 O와 N 중 적어도 어느 것을 포함하는 화합물, Ta와 Si를 포함하는 화합물, Ta와 Si와 N을 포함하는 화합물, Ta와 Ge를 포함하는 화합물 및 Ta와 Ge와 N을 포함하는 화합물 등을 사용할 수 있다.
Ta는, EUV광의 흡수 계수가 크다. 또한, Ta는, 염소계 가스나 불소계 가스로 용이하게 건식 에칭하는 것이 가능한 재료이다. 그 때문에, Ta는, 가공성이 우수한 흡수체막(7)의 재료라고 할 수 있다. 또한 Ta에 B, Si 및/또는 Ge 등을 첨가함으로써, 아몰퍼스형의 재료를 용이하게 얻을 수 있다. 이 결과, 흡수체막(7)의 평활성을 향상시킬 수 있다. 또한, Ta에 N 및/또는 O를 첨가하면, 흡수체막(7)의 산화에 대한 내성이 향상되기 때문에, 흡수체막(7)의 경시적 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 흡수체막(7)의 재료로서는, 탄탈 또는 탄탈 화합물 이외에, 팔라듐(Pd), 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au), 이리듐(Ir), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 코발트(Co), 망간(Mn), 주석(Sn), 바나듐(V), 니켈(Ni), 하프늄(Hf), 철(Fe), 구리(Cu), 텔루륨(Te), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y) 및 규소(Si)로부터 선택되는 적어도 하나의 금속, 또는 이들 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다.
<<이면 도전막(2)>>
기판(1)의 제2 주표면(이면)의 위(다층 반사막(5)의 반대측 면의 위. 기판(1)에 수소 침입 억제막 등의 중간층이 형성되어 있는 경우에는 중간층의 위)에는, 정전 척용의 이면 도전막(2)이 형성된다. 이면 도전막(2)의 시트 저항은, 통상 100Ω/□ 이하이다. 이면 도전막(2)은, 예를 들어 크롬 또는 탄탈 등의 금속, 또는 그것들의 합금의 타깃을 사용한 마그네트론 스퍼터링법 또는 이온빔 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 이면 도전막(2)을 형성하기 위한 크롬(Cr)을 포함하는 재료는, Cr에, 붕소, 질소, 산소 및 탄소로부터 선택되는 적어도 하나를 함유한 Cr 화합물인 것이 바람직하다. Cr 화합물로서는, 예를 들어 CrN, CrON, CrCN, CrCON, CrBN, CrBON, CrBCN 및 CrBOCN 등을 들 수 있다. 이면 도전막(2)을 형성하기 위한 탄탈(Ta)을 포함하는 재료는, Ta(탄탈), Ta를 함유하는 합금, 또는 이들 중 어느 것에 붕소, 질소, 산소 및 탄소로부터 선택되는 적어도 하나를 함유한 Ta 화합물인 것이 바람직하다. Ta 화합물로서는, 예를 들어 TaB, TaN, TaO, TaON, TaCON, TaBN, TaBO, TaBON, TaBCON, TaHf, TaHfO, TaHfN, TaHfON, TaHfCON, TaSi, TaSiO, TaSiN, TaSiON 및 TaSiCON 등을 들 수 있다.
이면 도전막(2)의 막 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 통상 10㎚ 내지 200㎚이다. 이면 도전막(2)은, 마스크 블랭크(100)의 제2 주표면측의 응력을 조정할 수 있다. 즉, 이면 도전막(2)은, 제1 주표면측에 형성된 각종 막에 의해 발생하는 응력과, 제2 주표면측의 응력의 균형을 취할 수 있다. 제1 주표면측과 제2 주표면측의 응력의 밸런스를 취함으로써, 반사형 마스크 블랭크(100)가 평탄해지도록 조정할 수 있다.
또한, 상술한 흡수체막(7)을 형성하기 전에, 다층 반사막 부착 기판(110)에 이면 도전막(2)을 형성할 수 있다. 그 경우에는, 도 2에 도시한 바와 같은 이면 도전막(2)을 구비한 다층 반사막 부착 기판(110)을 얻을 수 있다.
<그 밖의 박막>
본 실시 형태의 제조 방법으로 제조되는 다층 반사막 부착 기판(110) 및 반사형 마스크 블랭크(100)는, 흡수체막(7) 위에 에칭용 하드마스크막(「에칭 마스크막」이라고도 함) 및/또는 레지스트막(8)을 구비할 수 있다. 에칭용 하드마스크막 의 대표적인 재료로서는, 규소(Si), 그리고 규소에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 및 수소(H)로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 첨가한 재료, 또는 크롬(Cr), 그리고 크롬에 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 및 수소(H)로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 첨가한 재료 등을 들 수 있다. 구체적으로는, SiO2, SiON, SiN, SiO, Si, SiC, SiCO, SiCN, SiCON, Cr, CrN, CrO, CrON, CrC, CrCO, CrCN 및 CrOCN 등을 들 수 있다. 단, 흡수체막(7)이 산소를 포함하는 화합물의 경우, 에칭용 하드마스크막으로서 산소를 포함하는 재료(예를 들어 SiO2)는 에칭 내성의 관점에서 벗어난 편이 좋다. 에칭용 하드마스크막을 형성한 경우에는, 레지스트막(8)의 막 두께를 얇게 하는 것이 가능하게 되어, 패턴의 미세화에 대하여 유리하다.
본 실시 형태의 다층 반사막 부착 기판(110) 및 반사형 마스크 블랭크(100)는, 그것들의 기판(1)인 유리 기판과, 탄탈 또는 크롬을 함유하는 이면 도전막(2)의 사이에, 기판(1)으로부터 이면 도전막(2)에 수소가 침입되는 것을 억제하는 수소 침입 억제막을 구비하는 것이 바람직하다. 수소 침입 억제막의 존재에 의해, 이면 도전막(2) 중에 수소가 도입되는 것을 억제할 수 있어, 이면 도전막(2)의 압축 응력의 증대를 억제할 수 있다.
수소 침입 억제막의 재료는, 수소가 투과하기 어렵고, 기판(1)으로부터 이면 도전막(2)으로의 수소의 침입을 억제할 수 있는 재료이면 어떤 종류여도 된다. 수소 침입 억제막의 재료로서는, 구체적으로는, 예를 들어 Si, SiO2, SiON, SiCO, SiCON, SiBO, SiBON, Cr, CrN, CrON, CrC, CrCN, CrCO, CrCON, Mo, MoSi, MoSiN, MoSiO, MoSiCO, MoSiON, MoSiCON, TaO 및 TaON 등을 들 수 있다. 수소 침입 억제막은, 이들 재료의 단층이어도 된다. 또는, 수소 침입 억제막은, 이들 재료의 복수층이어도 되고, 조성 경사막이어도 된다.
<반사형 마스크(200)>
상술한 반사형 마스크 블랭크(100)의 흡수체막(7)을 패터닝함으로써, 다층 반사막(5) 위에 흡수체 패턴(7a)을 갖는 반사형 마스크(200)를 얻을 수 있다. 본 실시 형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용함으로써, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막(5)을 갖는 반사형 마스크(200)를 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 반사형 마스크(200)를 제조한다. 여기에서는 개요 설명만을 행하고, 후에 실시예에 있어서 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
반사형 마스크 블랭크(100)를 준비하여, 그 제1 주표면의 최표면(이하의 실시예에서 설명한 바와 같이, 흡수체막(7)의 위)에, 레지스트막(8)을 형성한다(반사형 마스크 블랭크(100)가 레지스트막(8)을 구비하고 있는 경우에는 불필요). 이 레지스트막(8)에 회로 패턴 등의 원하는 패턴을 묘화(노광)하고, 추가로 현상, 린스함으로써 소정의 레지스트 패턴(8a)을 형성한다.
이 레지스트 패턴(8a)을 마스크로 하여 사용하고, 흡수체막(7)을 건식 에칭함으로써, 흡수체 패턴(7a)을 형성한다. 또한, 에칭 가스로서는, Cl2, SiCl4 및CHCl3 등의 염소계의 가스, 염소계 가스와 O2를 소정의 비율로 포함하는 혼합 가스, 염소계 가스와 He를 소정의 비율로 포함하는 혼합 가스, 염소계 가스와 Ar을 소정의 비율로 포함하는 혼합 가스, CF4, CHF3, C2F6, C3F6, C4F6, C4F8, CH2F2, CH3F, C3F8, SF6, F2 등의 불소계의 가스, 그리고 불소계 가스와 O2를 소정의 비율로 포함하는 혼합 가스 등으로부터 선택한 것을 사용할 수 있다. 여기서, 에칭의 최종 단계에서 에칭 가스에 산소가 포함되어 있으면, Ru계 보호막(6)에 표면 거칠함이 발생한다. 이 때문에, Ru계 보호막(6)이 에칭에 노출되는 오버 에칭 단계에서는, 산소가 포함되어 있지 않은 에칭 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
그 후, 애싱이나 레지스트 박리액에 의해 레지스트 패턴(8a)을 제거하고, 원하는 회로 패턴이 형성된 흡수체 패턴(7a)을 제작한다.
이상의 공정에 의해, 본 실시 형태의 반사형 마스크(200)를 얻을 수 있다.
<반도체 장치의 제조 방법>
본 실시 형태의 반도체 장치의 제조 방법은, 상술한 반사형 마스크(200)를 사용하여, 노광 장치를 사용한 리소그래피 프로세스를 행하고, 피전사체에 전사 패턴을 형성하는 공정을 갖는다.
본 실시 형태에서는, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 다층 반사막(5)을 갖는 반사형 마스크(200)를, 반도체 장치의 제조를 위해서 사용할 수 있다. 그 결과, 반도체 장치의 제조 시의 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 다층 반사막(5) 위에 전사에 기여하는 실제 결함이 없는 반사형 마스크(200)를 사용하여 반도체 장치를 제조하므로, 다층 반사막(5)의 결함에 기인하는 반도체 장치의 수율 저하를 억제할 수 있다.
구체적으로는, 본 실시 형태의 반사형 마스크(200)를 사용하여 EUV 노광을 행함으로써, 반도체 기판 위에 원하는 전사 패턴을 형성할 수 있다. 이 리소그래피 공정에 더하여, 피가공막의 에칭이나 절연막, 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 혹은 어닐 등 다양한 공정을 거침으로써, 원하는 전자 회로가 형성된 반도체 장치를 높은 수율로 제조할 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 실시예에 있어서 마찬가지의 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하고, 설명을 간략화 혹은 생략한다.
실시예의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(1)과, 다층 반사막(5)을 갖는다.
우선, 제1 주표면 및 제2 주표면이 연마된 6025사이즈(약 152㎜×152㎜×6.35㎜)의 기판(1)을 준비하였다. 이 기판(1)은, 저열팽창 유리(SiO2-TiO2계 유리)로 이루어지는 기판이다. 기판(1)의 주표면은, 개략 연마 가공 공정, 정밀 연마 가공 공정, 국소 가공 공정, 및 터치 연마 가공 공정에 의해 연마하였다.
다음으로, 기판(1)의 주표면(제1 주면) 위에 다층 반사막(5)을 형성하였다. 기판(1) 위에 형성되는 다층 반사막(5)은, 파장 13.5㎚의 EUV광에 적합한 다층 반사막(5)으로 하기 위해서, Mo와 Si로 이루어지는 주기 다층 반사막(5)으로 하였다. 다층 반사막(5)은, Mo 타깃과 Si 타깃을 사용하고, 소정의 프로세스 가스 및 소정의 타깃에 의한 이온빔 스퍼터링법에 의해 기판(1) 위에 Mo막 및 Si막을 교대로 적층하여 형성하였다. 우선, Si막을 4.2㎚의 두께로 성막하고, 계속해서, Mo막을 2.8㎚의 두께로 성막하였다. 이것을 1주기로 하고, 마찬가지로 하여 40주기 적층하고, 마지막으로 Si막을 4.0㎚의 두께로 성막하고, 다층 반사막(5)을 형성하였다.
본 실시예의 다층 반사막(5)은, H, D 또는 He가 소정의 원자수 밀도가 되도록 프로세스 가스의 가스 유량 및/또는 가스압을 조정하여 성막하였다. 표 1, 표 2 및 표 3에, 실시예 및 비교예의 다층 반사막(5)을 성막할 때에 사용한 프로세스 가스를 나타낸다. 실시예 1 내지 6, 9 내지 11, 및 비교예 2에서는, 다층 반사막(5)의 성막 시에, Kr 가스에 첨가하여, H2 가스를 사용함으로써, 다층 반사막(5)에 수소(H2)를 도입하였다. 실시예 7에서는, 다층 반사막(5)의 성막 시에, Kr 가스에 첨가하여, D2 가스를 사용함으로써, 다층 반사막(5)으로 중수소(D2)를 도입하였다. 실시예 8에서는, 다층 반사막(5)의 성막 시에, Kr 가스에 첨가하여, He 가스를 사용함으로써, 다층 반사막(5)에 헬륨(He)을 도입하였다. 비교예 1에서는, 다층 반사막(5)의 성막 시에, Kr 가스만을 사용하였다.
<<원자수 밀도>>
실시예 1 내지 11, 및 비교예 1, 2에서 얻어진 다층 반사막 부착 기판(110)의 다층 반사막(5)에 포함되는 첨가 원소(H, D 또는 He)의 원자수 밀도(atom/㎚3)를, 다이내믹 SIMS(사중극형 2차 이온 질량 분석 장치: PHI ADEPT-1010TM, 알박-파이사 제조)에 의해 측정하였다. 측정 조건은, 1차 이온종을 Cs+, 1차 가속 전압을 1.0㎸, 1차 이온 조사 영역을 한 변이 90㎛인 정사각형, 2차 이온 극성을 정, 검출 2차 이온종을 [Cs-H]+, [Cs-D]+, 또는 [Cs-He]+로 하였다. 또한, 표준 시료는 Si로 하였다. 측정 결과를 표 1, 표 2 및 표 3에 나타내었다.
<<백그라운드 레벨(BGL)>>
실시예 1 내지 11, 및 비교예 1, 2에서 얻어진 다층 반사막 부착 기판(110)에 대하여 결함 검사를 행하고, 다층 반사막(5)의 백그라운드 레벨(BGL)을 측정하였다. 백그라운드 레벨(BGL)은, 다층 반사막(5)의 결함을 검사하기 위한 결함 검사 장치에 의해 자동적으로 측정할 수 있다. 결함 검사 장치로서는, 검사광으로서 EUV광을 사용한 블랭크 결함 검사 장치(Actinic Blank Inspection)를 사용하였다. 표 1, 표 2 및 표 3에, BGL의 측정 결과를 나타내었다.
<<반사율>>
실시예 1 내지 11, 및 비교예 1, 2의 다층 반사막 부착 기판(110)의 다층 반사막(5)의, 파장 13.5㎚의 EUV광에 대한 반사율을 측정하였다. 표 1, 표 2 및 표 3에 반사율의 측정 결과를 나타내었다.
표 1, 표 2 및 표 3에 나타낸 바와 같이, 다층 반사막(5)에 수소(H), 중수소(D) 및 헬륨(He)으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가 원소를 포함하는 실시예 1 내지 11의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 반사율이 67％ 이상으로 높으며, 또한, 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 400 미만이고, 백그라운드 레벨이 충분히 낮았다.
한편, 다층 반사막(5)에 첨가 원소를 포함하지 않는 비교예 1의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 반사율은 67％ 이상으로 높지만, 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 400을 초과하고 있었다. 또한, 첨가 원소를 많이 포함하는 비교예 2의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 결함 검사 시의 백그라운드 레벨은 400 미만이었지만, 반사율이 67％ 미만으로 낮았다.
<<X선 회절 피크 강도 측정>>
실시예 1 내지 8 및 비교예 1에서 얻어진 다층 반사막 부착 기판(110)의 다층 반사막(5)에 대하여 In-plane 측정법에 의한 X선 회절 측정을 행하였다. 구체적으로는, X선 회절 장치 SmartLab(리가쿠사 제조)을 사용하여, 전압 45㎸, 전류 200㎃에 의해 발생한 CuKα의 특성 X선을 시료에 조사하고, 회절 X선의 강도 및 회절 각도(2θ)를 측정함으로써, 저굴절률층에 포함되는 Mo의 (110)면 및 (200)면에 대응하는 회절 X선의 회절 피크를 얻었다. 피크의 면적을 측정함으로써, Mo의 (110)면의 피크 강도 I(110) 및 (200)면의 피크 강도 I(200)을 측정하였다. 그 때에, 측정 장치 부속의 소프트웨어를 사용하여, 소정의 백그라운드를 차감하는 등의 처리를 행하였다. 표 1 및 표 2에, 피크 강도의 측정 결과를 나타내었다.
표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 8의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 피크 강도 I(110), I(200)이, I(110)/(I(110)+I(200))≤0.88을 충족하고 있었다. 한편, 비교예 1의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 피크 강도 I(110), I(200)이, I(110)/(I(110)+I(200))=0.891이며, 상술한 (1) 식을 충족하지 못했다.
또한, 상술한 실시예 1 내지 8에서는, 다층 반사막(5)이 Mo와 Si를 주기적으로 적층한 다층막으로 이루어지는 예를 나타내었지만, 다층 반사막(5)이 Mo와 Si 이외를 포함하는 다층막으로 이루어지는 경우라도, 상술한 작용 효과를 얻을 수 있다. 즉, 다층 반사막(5)이 Mo와 Si 이외의 다른 원소를 포함하는 다층막으로 이루어지는 경우라도, 다층 반사막(5)이 수소(H), 중수소(D) 및 헬륨(He)으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가 원소를 포함함으로써, 노광광에 대한 반사율이 높으며, 또한, 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 400 미만인 다층 반사막 부착 기판(110)을 얻을 수 있다. 또한, 다층 반사막(5)이 Mo와 Si 이외의 다른 원소를 포함하는 다층막으로 이루어지는 경우라도, 저굴절률층에 포함되는 Mo의 X선 회절에 있어서의 피크 강도비가, I(110)/(I(110)+I(200))≤0.88을 충족하는 다층 반사막 부착 기판(110)을 얻을 수 있다.
<반사형 마스크 블랭크(100)>
상기의 실시예 1 내지 8 및 비교예 1의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 노광광인 파장 13.5㎚의 EUV광에 대한 반사율이 67％ 이상이며, 반사율이 높은 다층 반사막(5)을 갖는다. 단, 상기 비교예 1의 다층 반사막 부착 기판(110)은, 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 400 이상으로 높기 때문에, 결함 검사에 필요한 시간이 길었다. 또한, 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 400 이상으로 높기 때문에, 전사에 기여하는 실제 결함이 포함되지 않는다고 판정한 다층 반사막 부착 기판(110)에, 실제 결함이 포함되어 있는 리스크가 있다.
그래서, 반사율이 높고(67％ 이상), 백그라운드 레벨이 낮은(400 미만) 실시예 1 내지 8의 다층 반사막 부착 기판(110)을 사용하여, 반사형 마스크 블랭크(100)를 제조할 수 있다. 이하, 실시예 1 내지 8의 다층 반사막 부착 기판(110)을 사용한 반사형 마스크 블랭크(100)의 제조 방법에 대하여, 설명한다.
실시예 1 내지 8의 다층 반사막 부착 기판(110)의 표면에, 보호막(6)을 형성하였다. Ar 가스 분위기 중에서, Ru 타깃을 사용한 DC 스퍼터링법이 의해 Ru로 이루어지는 보호막(6)을 2.5㎚의 막 두께로 성막하였다.
다음으로, DC 스퍼터링법에 의해, 흡수체막(7)으로서 막 두께 62㎚의 TaBN막을 형성하였다. TaBN막은, TaB 혼합 소결 타깃을 사용하여, Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링법으로 형성하였다.
TaBN막의 원소 비율은, Ta가 75원자％, B가 12 원자％, N이 13원자％였다. TaBN막의 파장 13.5㎚에 있어서의 굴절률 n은 약 0.949, 소쇠 계수 k는 약 0.030이었다.
다음으로, 기판(1)의 제2 주표면(이면)에 CrN으로 이루어지는 이면 도전막(2)을 마그네트론 스퍼터링(반응성 스퍼터링)법에 의해 하기의 조건에서 형성하였다.
이면 도전막(2)의 형성 조건: Cr 타깃, Ar과 N2의 혼합 가스 분위기(Ar: 90원자％, N: 10원자％), 막 두께 20㎚.
이상과 같이 하여, 다층 반사막(5)의 반사율이 높으며, 또한, 다층 반사막(5)의 결함 검사 시의 백그라운드 레벨이 낮은 반사형 마스크 블랭크(100)를 제조하였다.
<반사형 마스크(200)>
다음으로, 상술한 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 반사형 마스크(200)를 제조하였다. 도 4를 참조하여 반사형 마스크(200)의 제조 방법을 설명한다.
우선, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 반사형 마스크 블랭크(100)의 흡수체막(7)의 위에 레지스트막(8)을 형성하였다. 그리고, 이 레지스트막(8)에 회로 패턴 등의 원하는 패턴을 묘화(노광)하고, 추가로 현상, 린스함으로써 소정의 레지스트 패턴(8a)을 형성하였다(도 4의 (c)). 다음으로, 레지스트 패턴(8a)을 마스크로 하여 흡수체막(7)(TaBN막)을, Cl2 가스를 사용하여 건식 에칭함으로써, 흡수체 패턴(7a)을 형성하였다(도 4의 (d)). Ru로 이루어지는 보호막(6)은 Cl2 가스에 대한 건식 에칭 내성이 매우 높아, 충분한 에칭 스토퍼로 된다. 그 후, 레지스트 패턴(8a)을 애싱이나 레지스트 박리액 등으로 제거하였다(도 4의 (e)).
<반도체 장치의 제조>
상기와 같이 제조한 반사형 마스크(200)를 EUV 스캐너에 세트하고, 반도체 기판 위에 피가공막과 레지스트막이 형성된 웨이퍼에 대하여 EUV 노광을 행하였다. 그리고, 이 노광 완료 레지스트막을 현상함으로써, 피가공막이 형성된 반도체 기판 위에 레지스트 패턴을 형성하였다.
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.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
1: 기판
2: 이면 도전막
5: 다층 반사막
6: 보호막
7: 흡수체막
7a: 흡수체 패턴
8: 레지스트막
8a: 레지스트 패턴
100: 반사형 마스크 블랭크
110: 다층 반사막 부착 기판
200: 반사형 마스크

Claims (7)

  1. 기판과, 해당 기판 위에 저굴절률층과 고굴절률층을 교대로 적층시킨 다층막으로 이루어지고, 노광광을 반사하기 위한 다층 반사막을 구비하는 다층 반사막 부착 기판이며,
    상기 다층 반사막은, 수소(H), 중수소(D) 및 헬륨(He)으로부터 선택되는 적어도 하나의 첨가 원소를 포함하고,
    상기 첨가 원소의 상기 다층 반사막에 있어서의 원자수 밀도는, 0.006atom/㎚3 이상 0.50atom/㎚3 이하인 것을 특징으로 하는 다층 반사막 부착 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 첨가 원소의 상기 다층 반사막에 있어서의 원자수 밀도는, 0.10atom/㎚3 이하인 것을 특징으로 하는, 다층 반사막 부착 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 첨가 원소는, 중수소(D)인 것을 특징으로 하는, 다층 반사막 부착 기판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 반사막 위에 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 다층 반사막 부착 기판.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 다층 반사막 부착 기판의 상기 다층 반사막 위, 또는 제4항에 기재된 다층 반사막 부착 기판의 상기 보호막의 위에 흡수체막을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  6. 제5항에 기재된 반사형 마스크 블랭크의 상기 흡수체막을 패터닝한 흡수체 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  7. 제6항에 기재된 반사형 마스크를 사용하여, 노광 장치를 사용한 리소그래피 프로세스를 행하고, 피전사체에 전사 패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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