KR20220157442A - 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 극단 자외 영역의 파장의 광을 광원으로 한 패터닝 전사용 반사형 포토마스크의 사영 효과를 억제 또는 경감하고, 또한 수소 라디칼에 대한 내성을 갖는 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크(10)는, 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용 반사형 포토마스크를 제작하기 위한 반사형 포토마스크 블랭크이며, 기판(1)과, 기판(1) 상에 형성된 다층막을 포함하는 반사층(2)과, 반사층(2) 상에 형성된 흡수층(4)을 갖고, 흡수층(4)은, 인듐(In)과 산소(O)를 합계 50원자% 이상 함유하는 재료로 형성되며, 흡수층(4)에 있어서의, 인듐(In)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/In)는 1.5를 초과하고, 흡수층(4)의 막 두께는 17㎚ 이상 45㎚ 이하의 범위 내이다.
Description
본 발명은 자외 영역의 광을 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. 이 때문에, 노광 광원은, 종래의 파장 193㎚의 ArF 엑시머 레이저 광으로부터, 파장 13.5㎚의 EUV(Extreme Ultra Violet: 극단 자외선) 영역의 광으로 치환되어 왔다.
EUV 영역의 광은, 대부분의 물질에서 높은 비율로 흡수되기 때문에, EUV 노광용의 포토마스크(EUV 마스크)로서는, 반사형의 포토마스크가 사용된다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에는, 유리 기판 상에 몰리브덴(Mo)층 및 실리콘(Si)층을 교호로 적층한 다층막으로 이루어지는 반사층을 형성하고, 그 위에 탄탈(Ta)을 주성분으로 하는 광 흡수층을 형성하고, 이 광 흡수층에 패턴을 형성함으로써 얻어진 EUV 포토마스크가 개시되어 있다.
또한, EUV 리소그래피는, 상기와 같이, 광의 투과를 이용하는 굴절 광학계를 사용할 수 없는 점에서, 노광기의 광학계 부재도 렌즈가 아니고, 반사형(미러)이 된다. 이 때문에, 반사형 포토마스크(EUV 마스크)로의 입사광과 반사광을 동축 상에 설계할 수 없는 문제가 있어, 통상 EUV 리소그래피에서는, 광축을 EUV 마스크의 수직 방향으로부터 6도 기울여서 입사하고, 마이너스 6도의 각도로 반사되는 반사광을 반도체 기판으로 유도하는 방법이 채용되고 있다.
이와 같이, EUV 리소그래피에서는 미러를 통해 광축을 경사시키는 점에서, EUV 마스크에 입사하는 EUV 광이 EUV 마스크의 마스크 패턴(패턴화된 광 흡수층)의 그림자를 만드는, 소위 「사영 효과」라고 불리는 문제가 발생하는 경우가 있다.
현재의 EUV 마스크 블랭크에서는, 광 흡수층으로서 막 두께 60 내지 90㎚의 탄탈(Ta)을 주성분으로 한 막이 사용되고 있다. 이 마스크 블랭크를 사용해서 제작한 EUV 마스크로 패턴 전사의 노광을 행한 경우, EUV 광의 입사 방향과 마스크 패턴의 방향의 관계에 따라서는, 마스크 패턴의 그림자가 되는 에지 부분에서, 콘트라스트의 저하를 야기할 우려가 있다. 이에 수반하여, 반도체 기판 상의 전사 패턴의 라인 에지 러프니스의 증가나, 선 폭을 목표로 한 치수로 형성할 수 없는 등의 문제가 발생하여, 전사 성능이 악화되는 경우가 있다.
그래서, 광 흡수층을 탄탈(Ta)로부터 EUV 광에 대한 흡수성(소쇠 계수)이 높은 재료로의 변경이나, 탄탈(Ta)에 EUV 광에 대한 흡수성이 높은 재료를 첨가한 반사형 포토마스크 블랭크가 검토되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 2에서는, 광 흡수층을, Ta를 주성분으로 해서 50원자%(at%) 이상 포함하고, 또한 Te, Sb, Pt, I, Bi, Ir, Os, W, Re, Sn, In, Po, Fe, Au, Hg, Ga 및 Al에서 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 재료로 구성한 반사형 포토마스크 블랭크가 기재되어 있다.
또한, 미러는, EUV 발생의 부생성물(예를 들어 Sn)이나 탄소 등에 의해 오염되는 것이 알려져 있다. 오염 물질이 미러에 축적됨으로써, 미러 표면의 반사율이 감소하여, 리소그래피 장치의 스루풋을 저하시키게 된다. 이 문제에 대하여, 특허문헌 3에서는, 장치 내에 수소 라디칼을 생성함으로써, 수소 라디칼과 오염 물질을 반응시켜서, 미러로부터 이 오염 물질을 제거하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 2에 기재된 반사형 포토마스크 블랭크에서는, 광 흡수층이 수소 라디칼에 대한 내성(수소 라디칼 내성)을 갖는 것에 대해서는 검토되어 있지 않다. 그 때문에, EUV 노광 장치에의 도입에 의해 광 흡수층에 형성된 전사 패턴(마스크 패턴)을 안정적으로 유지할 수 없어, 결과로서 전사성이 악화될 가능성이 있다.
그래서, 본 발명은, 극단 자외 영역의 파장의 광을 광원으로 한 패터닝 전사용 반사형 포토마스크의 사영 효과를 억제 또는 경감하고, 또한 수소 라디칼에 대한 내성을 갖는 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크는, 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용 반사형 포토마스크를 제작하기 위한 반사형 포토마스크 블랭크이며, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 다층막을 포함하는 반사층과, 상기 반사층 상에 형성된 흡수층을 갖고, 상기 흡수층은, 인듐(In)과 산소(O)를 합계 50원자% 이상 함유하는 재료로 형성되고, 상기 흡수층에 있어서의, 인듐(In)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/In)는 1.5를 초과하고, 상기 흡수층의 막 두께는, 17㎚ 이상 45㎚ 이하의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 반사형 포토마스크는, 기판과, 상기 기판에 형성된 다층막을 포함하는 반사층과, 상기 반사층 상에 형성되고, 인듐(In)과 산소(O)를 합계 50원자% 이상 보유하고, 또한 인듐(In)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/In)가 1.5를 초과하는 재료를 함유하고, 패턴이 형성되어 있는 흡수 패턴층을 갖고, 상기 흡수 패턴층의 막 두께는, 17㎚ 이상 45㎚ 이하의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 극단 자외 영역의 파장의 광을 광원으로 한 패터닝에 있어서 반도체 기판에 대한 전사 성능이 향상되고, 또한 수소 라디칼 환경 하에서도 사용 가능한 반사형 포토마스크를 기대할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 양태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크이면, 극단 자외 영역의 파장의 광을 광원으로 한 패터닝 전사용 반사형 포토마스크의 사영 효과를 억제 또는 경감하고, 또한 수소 라디칼에 대한 내성을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 EUV 광의 파장에 있어서의 각 금속 재료의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 설계 패턴의 형상을 도시하는 개략 평면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 관한 반사형 포토마스크의 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 EUV 광의 파장에 있어서의 각 금속 재료의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 설계 패턴의 형상을 도시하는 개략 평면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 관한 반사형 포토마스크의 반사율을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이하에 기재하는 실시 형태에 한정되지 않는다. 이하에 기재하는 실시 형태에서는, 본 발명을 실시하기 위해서 기술적으로 바람직한 한정이 이루어져 있지만, 이 한정은 본 발명의 필수 요건은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크(10)의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(20)의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 여기서, 도 2에 도시한 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(20)는, 도 1에 도시한 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크(10)의 흡수층(4)을 패터닝해서 형성한 것이다.
(전체 구조)
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 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 흡수층(4)을 구비하고 있다.
(기판)
본 발명의 실시 형태에 따른 기판(1)에는, 예를 들어 평탄한 Si 기판이나 합성 석영 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판(1)에는, 티타늄을 첨가한 저열팽창 유리를 사용할 수 있지만, 열팽창률이 작은 재료이면, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
(반사층)
본 발명의 실시 형태에 따른 반사층(2)은, 노광광인 EUV 광(극단 자외광)을 반사하는 것이면 되고, EUV 광에 대한 굴절률이 크게 다른 재료의 조합에 의한 다층 반사막이어도 된다. 다층 반사막을 포함하는 반사층(2)은, 예를 들어 Mo(몰리브덴)과 Si(실리콘), 또는 Mo(몰리브덴)과 Be(베릴륨)이라고 하는 조합의 층을 40주기 정도 반복해서 적층함으로써 형성한 것이어도 된다.
(캐핑층)
본 발명의 실시 형태에 따른 캐핑층(3)은, 흡수층(4)에 전사 패턴(마스크 패턴)을 형성할 때에 행해지는 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재질로 형성되어 있고, 흡수층(4)을 에칭할 때에 반사층(2)에의 대미지를 방지하는 에칭 스토퍼로서 기능하는 것이다. 캐핑층(3)은, 예를 들어 Ru(루테늄)으로 형성되어 있다. 여기서, 반사층(2)의 재질이나 에칭 조건에 의해, 캐핑층(3)은 형성되어 있지 않아도 상관없다. 또한, 도시하지 않지만, 기판(1)의 반사층(2)을 형성하고 있지 않은 면에 이면 도전막을 형성할 수 있다. 이면 도전막은, 반사형 포토마스크(20)를 노광기에 설치할 때에 정전 척의 원리를 이용해서 고정하기 위한 막이다.
(흡수층)
도 2에 도시한 바와 같이, 반사형 포토마스크 블랭크(10)의 흡수층(4)의 일부를 제거함으로써, 즉 흡수층(4)을 패터닝함으로써, 반사형 포토마스크(20)의 흡수 패턴(흡수 패턴층)(41)이 형성된다. EUV 리소그래피에 있어서, EUV 광은 비스듬히 입사하고, 반사층(2)에서 반사되지만, 흡수 패턴(41)이 광로의 방해가 되는 사영 효과에 의해, 웨이퍼(반도체 기판) 상으로의 전사 성능이 악화되는 경우가 있다. 이 전사 성능의 악화는, EUV 광을 흡수하는 흡수층(4)의 두께를 얇게 함으로써 저감된다. 흡수층(4)의 두께를 얇게 하기 위해서는, 종래의 재료보다 EUV 광에 대한 흡수성이 높은 재료, 즉 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k가 높은 재료를 적용하는 것이 바람직하다.
도 3은 각 금속 재료의 EUV 광의 파장 13.5㎚에 대한 광학 상수를 나타내는 그래프이다. 도 3의 횡축은 굴절률 n을 나타내고, 종축은 소쇠 계수 k를 나타내고 있다. 종래의 흡수층(4)의 주재료인 탄탈(Ta)의 소쇠 계수 k는 0.041이다. 그보다 큰 소쇠 계수 k를 갖는 화합물 재료이면, 종래에 비하여 흡수층(4)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다. 소쇠 계수 k가 0.06 이상이면, 흡수층(4)의 두께를 충분히 얇게 하는 것이 가능하고, 사영 효과를 저감할 수 있다.
상기와 같은 광학 상수(nk값)의 조합을 충족하는 재료로서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 예를 들어, 은(Ag), 백금(Pt), 인듐(In), 코발트(Co), 주석(Sn), 니켈(Ni), 텔루륨(Te)이 있다.
또한, 반사형 포토마스크(20)는, 수소 라디칼 환경 하에 노출되기 때문에, 수소 라디칼 내성이 높은 광 흡수 재료가 아니면, 반사형 포토마스크(20)는 장기간의 사용에 견딜 수 없다. 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 마이크로파 플라스마를 사용하여, 전력 1kW에서 수소 압력이 0.36밀리바(mbar) 이하인 수소 라디칼 환경 하에서, 막 감소 속도가 0.1㎚/s 이하인 재료를, 수소 라디칼 내성이 높은 재료로 한다.
상기 재료 중, 인듐(In) 단체에서는 수소 라디칼에 대한 내성이 낮은 것이 알려져 있지만, 산소를 추가함으로써 수소 라디칼 내성이 높아진다. 구체적으로는, 표 1에 나타내는 바와 같이, 인듐(In)과 산소(O)의 원자수비가 1:1.5를 초과한 재료에서, 수소 라디칼 내성이 확인되었다. 이것은 인듐(In)과 산소(O)의 원자수비가 1:1.5 이하에서는 인듐(In)의 결합이 모두 산화인듐(In2O3)으로 되지 않고, 막 전체(흡수층(4) 전체)를 산화인듐(In2O3)으로 하기 위해서는 1:1.5를 초과한 원자수비가 필요하다고 생각된다. 또한, 표 1에 나타내는 막 감소 속도의 평가 시험에서는, 막 감소 속도의 측정을 복수회 반복하고, 그 모두에 있어서 막 감소 속도가 0.1㎚/s 이하였던 경우를 「○」로 평가하고, 수소 라디칼 처리 개시 직후에서 수㎚의 막 감소가 있긴 했지만, 그 후 막 감소 속도가 0.1㎚/s 이하였던 경우를 「△」로 평가하고, 그 모두에 있어서 막 감소 속도가 0.1㎚/s 초과였던 경우를 「×」로 평가했다. 본 발명의 실시 형태에 있어서, 「△」의 평가이면, 사용상, 전혀 문제는 없지만, 「○」의 평가이면, 보다 바람직하다.
또한, 상기 원자수비(O/In비)는 막 두께 1㎛로 성막된 재료를 EDX(에너지 분산형 X선 분석)로 측정한 결과이다.
흡수층(4)을 형성하기 위한 인듐(In) 및 산소(O)를 포함하는 재료는, 화학양론적 조성의 산화인듐(In2O3)보다 산소(O)를 많이 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 흡수층(4)을 구성하는 재료 중의 인듐(In)과 산소(O)의 원자수비는 1:1.5를 초과하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 흡수층(4)에 있어서의, 인듐(In)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/In)는 1.5를 초과하는 것이 바람직하다. 흡수층(4)을 구성하는 재료 중의 인듐(In)과 산소(O)의 원자수비가 1:1.5를 초과함으로써, 흡수층(4)에 충분한 수소 라디칼 내성을 부여할 수 있다.
또한, 인듐(In)과 산소(O)의 원자수비가 1:2.5를 초과하면 EUV 광 흡수성의 저하가 진행되기 때문에, 원자수비는 1:3 이하인 것이 바람직하고, 1:2.5 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 흡수층(4)을 구성하는 재료는, 인듐(In) 및 산소(O)를 합계 50원자% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 이것은, 흡수층(4)에 인듐(In)과 산소(O) 이외의 성분이 포함되어 있으면, EUV 광 흡수성과 수소 라디칼 내성이 모두 저하될 가능성이 있기는 하지만, 인듐(In)과 산소(O) 이외의 성분이 50원자% 미만이면, EUV 광 흡수성과 수소 라디칼 내성의 저하는 극히 근소하여, EUV 마스크의 흡수층(4)으로서의 성능의 저하는 거의 없기 때문이다.
인듐(In)과 산소(O) 이외의 재료로서, 예를 들어 Ta, Pt, Te, Zr, Hf, Ti, W, Si, Cr, Mo, Sn, Pd, Ni, F, N, C나 H가 혼합되어 있어도 된다. 즉, 흡수층(4)은, 인듐(In)과 산소(O) 이외에, Ta, Pt, Te, Zr, Hf, Ti, W, Si, Cr, Mo, Sn, Pd, Ni, F, N, C 및 H로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 함유하고 있어도 된다.
예를 들어, 흡수층(4)에 Ta, Pt, Te, Sn, Pd, Ni를 혼합함으로써, EUV 광에 대한 고흡수성을 확보하면서, 막(흡수층(4))에 도전성을 부여하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 파장 190 내지 260㎚의 DUV(Deep Ultra Violet)광을 사용한 마스크 패턴 검사에 있어서, 검사성을 높게 하는 것이 가능해진다. 혹은, 흡수층(4)에 N이나 Hf, 혹은 Zr, Mo, Cr, F를 혼합한 경우, 막질을 보다 아몰퍼스로 하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 건식 에칭 후의 흡수층 패턴(마스크 패턴)의 조도나 면 내 치수 균일성, 혹은 전사 상의 면내 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 흡수층(4)에 Ti, W, Si를 혼합한 경우, 세정에 대한 내성을 높이는 것이 가능해진다. 여기서, 상기 「아몰퍼스」란, 흡수층(4) 전체가 비정질(아몰퍼스)로 되어 있는 상태나, 흡수층(4) 전체가 미결정 부분(결정질)을 포함한 비정질(아몰퍼스)로 되어 있는 상태를 의미한다. 또한, 상기 「아몰퍼스」에는, 일반적으로 「quasi-amorphous」라고 불리는 형태도 포함된다.
또한, 도 1 및 도 2에는 단층의 흡수층(4)을 나타냈지만, 본 발명의 실시 형태에 따른 흡수층(4)은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태에 따른 흡수층(4)은, 예를 들어 1층 이상의 흡수층, 즉 복층의 흡수층이어도 된다.
종래의 EUV 반사형 포토마스크의 흡수층(4)에는, 상술한 바와 같이 Ta를 주성분으로 하는 화합물 재료가 적용되어 왔다. 이 경우, 흡수층(4)과 반사층(2)의 광 강도의 콘트라스트를 나타내는 지표인 광학 농도 OD(식 1)로 1 이상을 얻기 위해서는, 흡수층(4)의 막 두께는 40㎚ 이상 필요하고, OD로 2 이상을 얻기 위해서는, 흡수층(4)의 막 두께는 70㎚ 이상 필요하였다. Ta의 소쇠 계수 k는 0.041이지만, 소쇠 계수 k가 0.06 이상인 인듐(In)과 산소(O)를 포함하는 화합물 재료를 흡수층(4)에 적용함으로써, 베일의 법칙으로부터, 적어도 OD가 1 이상이면 흡수층(4)의 막 두께를 17㎚까지 박막화하는 것이 가능하고, OD가 2 이상이면 흡수층(4)의 막 두께를 45㎚ 이하로 하는 것이 가능하다. 단, 흡수층(4)의 막 두께가 45㎚를 초과하면, 종래의 Ta를 주성분으로 한 화합물 재료로 형성된 막 두께 60㎚의 흡수층(4)과 사영 효과가 동일 정도로 되어 버린다.
OD=-log(Ra/Rm)
… (식 1)
또한, 상기 「Ra」는 흡수층(4)에 있어서의 반사율을 의미하고, 상기 「Rm」은 반사층(2) 또는 반사층(2)과 캐핑층(3)에 있어서의 반사율을 의미한다.
그 때문에, 본 발명의 실시 형태에 따른 흡수층(4)의 막 두께는, 17㎚ 이상 45㎚ 이하인 것이 바람직하다. 즉, 흡수층(4)의 막 두께가 17㎚ 이상 45㎚ 이하의 범위 내이면, Ta를 주성분으로 한 화합물 재료로 형성된 종래의 흡수층(4)에 비하여, 사영 효과를 충분히 저감할 수 있어, 전사 성능이 향상된다. 또한, 광학 농도(OD: Optical Density)값은, 흡수층(4)과 반사층(2)의 콘트라스트이며, OD값이 1 미만인 경우에는, 충분한 콘트라스트를 얻을 수 없어, 전사 성능이 저하되는 경향이 있다.
또한, 상술한 「주성분」이란, 흡수층 전체의 원자수에 대하여 50원자% 이상 포함하고 있는 성분을 말한다.
이하, 본 발명에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크의 실시예에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
처음에, 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 제작 방법에 대해서 도 4를 사용해서 설명한다.
먼저, 도 4에 도시한 바와 같이, 저열팽창 특성을 갖는 합성 석영의 기판(11) 상에, 실리콘(Si)과 몰리브덴(Mo)을 한 쌍으로 하는 적층막이 40매 적층되어 형성된 반사층(12)을 형성한다. 반사층(12)의 막 두께는 280㎚로 하였다.
이어서, 반사층(12) 상에, 중간막으로서 루테늄(Ru)으로 형성된 캐핑층(13)을, 막 두께가 3.5㎚가 되도록 성막했다.
이어서, 캐핑층(13) 상에 인듐(In)과 산소(O)를 포함하는 흡수층(14)을 막 두께가 26㎚가 되도록 성막했다. 인듐(In)과 산소(O)의 원자수 비율은, EDX(에너지 분산형 X선 분석)로 측정한바, 1:2였다. 또한, 흡수층(14)의 결정성을 XRD(X선 회절 장치)로 측정한바, 약간 결정성이 보이기는 하지만, 아몰퍼스였다.
이어서, 기판(11)의 반사층(12)이 형성되어 있지 않은 측의 면에 질화크롬(CrN)으로 형성된 이면 도전막(15)을 100㎚의 두께로 성막하여, 반사형 포토마스크 블랭크(100)를 제작했다.
기판(11) 상으로의 각각의 막의 성막(층의 형성)은, 다원 스퍼터링 장치를 사용했다. 각각의 막의 막 두께는, 스퍼터링 시간으로 제어했다. 흡수층(14)은, 반응성 스퍼터링법에 의해, 스퍼터링 중에 챔버에 도입하는 산소의 양을 제어함으로써, O/In비가 2가 되도록 성막했다.
이어서, 반사형 포토마스크(200)의 제작 방법에 대해서 도 5 내지 도 8을 사용해서 설명한다.
먼저, 도 5에 도시한 바와 같이, 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 흡수층(14) 상에, 포지티브형 화학 증폭형 레지스트(SEBP9012: 신에쓰 가가꾸사제)를 120㎚의 막 두께로 스핀 코트로 도포하고, 110℃에서 10분 베이크하여, 레지스트막(16)을 형성했다.
이어서, 전자선 묘화기(JBX3030: 니혼덴시사제)에 의해 레지스트막(16)에 소정의 패턴을 묘화했다. 그 후, 110℃, 10분의 프리베이크 처리를 행하고, 이어서 스프레이 현상기(SFG3000: 시그마멜텍사제)를 사용해서 현상 처리를 했다. 이에 의해, 도 6에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(16a)을 형성했다.
이어서, 레지스트 패턴(16a)을 에칭 마스크로 하여, 염소계 가스를 주체로 한 건식 에칭에 의해, 흡수층(14)의 패터닝을 행하였다. 이에 의해, 도 7에 도시한 바와 같이, 흡수층(14)에 흡수 패턴(흡수 패턴층)(141)을 형성했다.
이어서, 레지스트 패턴(16a)의 박리를 행하여, 도 8에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 반사형 포토마스크(200)를 제작했다. 본 실시예에 있어서, 흡수층(14)에 형성한 흡수 패턴(141)은, 전사 평가용 반사형 포토마스크(200) 상에서, 선 폭 64㎚ LS(라인 앤 스페이스) 패턴, AFM을 사용한 흡수층의 막 두께 측정용 선 폭 200㎚ LS 패턴, EUV 반사율 측정용의 한 변이 4㎜인 정사각형의 흡수층 제거부를 포함하고 있다. 본 실시예에서는, EUV 조사에 의한 사영 효과의 영향이 보이기 쉬워지도록, 선 폭 64㎚ LS 패턴을, 도 9에 도시한 바와 같이, x 방향과 y 방향 각각에 설계했다.
[실시예 2]
흡수층(14)의 인듐(In)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2가 되도록, 또한 인듐(In)과 산소(O)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 70원자%가 되도록, 또한 나머지 30원자%가 Ta가 되도록, 흡수층(14)을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 막 두께가 26㎚가 되도록 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 성막 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 2의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[실시예 3]
흡수층(14)의 인듐(In)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2가 되도록, 또한 인듐(In)과 산소(O)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 70원자%가 되도록, 또한 나머지 30원자%가 Sn이 되도록, 흡수층(14)을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 막 두께가 26㎚가 되도록 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 성막 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 3의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[비교예 1]
흡수층(14)의 인듐(In)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:1이 되도록, 또한 흡수층(14)의 막 두께가 26㎚가 되도록, 흡수층(14)을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 성막 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 비교예 1의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[비교예 2]
흡수층(14)의 인듐(In)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2가 되도록, 또한 흡수층(14)의 막 두께가 15㎚가 되도록, 흡수층(14)을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 성막 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 비교예 2의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[비교예 3]
흡수층(14)의 인듐(In)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2가 되도록, 또한 인듐(In)과 산소(O)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 30원자%가 되도록, 또한 나머지 70원자%가 SiO가 되도록, 흡수층(14)을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 막 두께가 26㎚가 되도록 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 성막 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 비교예 3의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
전술한 실시예 및 비교예와는 별도로, 종래의 탄탈(Ta)계 흡수층을 갖는 반사형 포토마스크도 참고예로서 비교했다. 반사형 포토마스크 블랭크는, 전술한 실시예 및 비교예와 마찬가지로, 저열팽창 특성을 갖는 합성 석영의 기판 상에, 실리콘(Si)과 몰리브덴(Mo)을 한 쌍으로 하는 적층막이 40매 적층되어 형성된 반사층과, 막 두께 3.5㎚의 루테늄(Ru) 캐핑층(3)을 갖고, 캐핑층(3) 상에 형성된 흡수층(14)은, 막 두께 58㎚의 TaN 상에 막 두께 2㎚의 TaO를 성막한 것이다. 또한, 전술한 실시예 및 비교예와 마찬가지로, 흡수층(14)이 패터닝된 것을 평가에 사용했다.
전술한 실시예 및 비교예에 있어서, 흡수층(14)의 막 두께는, 투과 전자 현미경에 의해 측정했다.
이하, 본 실시예에서 평가한 평가 항목에 대해서 설명한다.
(반사율)
전술한 실시예 및 비교예에 있어서, 제작한 반사형 포토마스크(200)의 흡수 패턴층(141) 영역의 반사율 Ra를 EUV 광에 의한 반사율 측정 장치로 측정했다. 이와 같이 해서, 실시예 및 비교예에 관한 반사형 포토마스크(200)의 OD값을 얻었다.
(수소 라디칼 내성)
마이크로파 플라스마를 사용하여, 전력 1kW에서 수소 압력이 0.36밀리바 (mbar) 이하인 수소 라디칼 환경 하에, 실시예 및 비교예에서 제작한 반사형 포토마스크(200)를 설치했다. 수소 라디칼 처리 후에서의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))의 막 두께 변화를, 원자간력 현미경(AFM)을 사용해서 확인했다. 측정은 선 폭 200㎚ LS 패턴으로 행하였다.
(웨이퍼 노광 평가)
EUV 노광 장치(NXE3300B: ASML사제)를 사용하여, EUV 포지티브형 화학 증폭형 레지스트를 도포한 반도체 웨이퍼 상에, 실시예 및 비교예에서 제작한 반사형 포토마스크(200)의 흡수 패턴(141)을 전사 노광했다. 이때, 노광량은, 도 9에 도시한 x 방향의 LS 패턴이 설계대로 전사되도록 조절했다. 구체적으로는, 본 노광 시험에서는, 도 9에 도시한 x 방향의 LS 패턴(선 폭 64㎚)이, 반도체 웨이퍼 상에서 16㎚의 선 폭이 되도록 노광했다. 전자선 치수 측정기에 의해 전사된 레지스트 패턴의 관찰 및 선 폭 측정을 실시하고, 해상성의 확인을 행하였다.
이들 평가 결과를, 도 10, 표 2 및 표 3에 나타냈다.
도 10에서는, 각 실시예 및 각 비교예의 EUV 광 반사율을 나타내고 있다. 도 10에서는, 인듐(In)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:1과 1:2인 흡수층(14), 즉 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200)는 반사율에 변화가 없었기 때문에, 통합되어 있다.
도 10 및 표 2에 나타내는 바와 같이, 종래의 막 두께 60㎚의 탄탈(Ta)계 흡수층을 구비한 반사형 포토마스크(200)의 반사율은, 0.019(OD=1.54)인 데 반해, 막 두께가 26㎚이고, In과 O를 함유한 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 실시예 1 및 비교예 1의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200)의 반사율은, 0.011(OD=1.77)이고, Ta를 30원자% 함유한 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 실시예 2의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200)의 반사율은, 0.018(OD=1.55)이고, Sn을 30원자% 함유한 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 실시예 3의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200)의 반사율은, 0.011(OD=1.76)로 양호했다.
이에 비해, In과 O를 함유한 재료로 형성되고, 막 두께를 15㎚로 한 흡수층(14), 즉 비교예 2의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200)의 경우, 반사율이 0.116(OD=0.74)이 되어, 전사 성능이 악화되었다. 또한, In과 O의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 30원자%이고, 나머지 70원자%가 SiO인 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 비교예 3의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200)는 반사율이 0.139(OD=0.66)가 되어, 전사 성능이 악화되는 결과가 되었다.
또한, 본 평가에서는, OD값이 1 이상이면 전사 성능에 문제는 없다고 해서, 「합격」으로 하였다.
표 2에, 각 실시예 및 비교예에 관한 반사형 포토마스크(200)의 수소 라디칼 내성의 결과를 나타낸다. 표 2에서는, 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))의 막 감소 속도가 0.1㎚/s 이하인 재료를 「○」, 0.1㎚/s를 초과하는 것을 「×」로 나타내고 있다. 인듐(In)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2인 재료를 70원자% 이상 포함하는 흡수층(14), 즉 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 2의 흡수층(14)에서는 양호한 수소 라디칼 내성이 확인되었다. 그러나, In과 O의 원자수 비율이 1:1인 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 비교예 1의 흡수층(14)의 경우와, In과 O의 원자수 비율이 1:2여도, In과 O의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체에 대하여 30원자%인 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 비교예 3의 흡수층(14)의 경우에는, 충분한 수소 라디칼 내성을 얻을 수 없었다.
표 3에서는, 각 실시예 및 비교예에 관한 반사형 포토마스크(200)의 마스크 특성과, 웨이퍼 상의 레지스트 패턴 치수를 나타내고 있다.
막 두께가 26㎚이며, In과 O를 포함한 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 실시예 1 및 비교예 1의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200), Ta를 30원자% 포함한 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 실시예 2의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200), Sn을 30원자% 포함한 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 실시예 3의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200)에서는, y 방향의 패턴 치수가, 종래의 Ta계 흡수층을 사용한 y 방향의 패턴 치수 8.7㎚보다 양호하며, 각각 11.8㎚, 12.4㎚, 11.8㎚였다.
막 두께가 15㎚이며, In과 O를 포함한 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 비교예 2의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200), In과 O의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 30원자%인 재료로 형성된 흡수층(14), 즉 비교예 3의 흡수층(14)(흡수 패턴층(141))을 구비한 반사형 포토마스크(200)에서는, y 방향의 패턴 치수가, 14.0㎚, 14.7㎚로 더욱 양호하기는 하지만, 전술한 바와 같이 반사율 및 수소 라디칼 내성 중 적어도 한쪽이 충분하지 않았다.
또한, 표 3에서는, 사영 효과를 억제 또는 경감할 수 있었던 반사형 포토마스크(200)에 대해서는, 「판정」의 란에 「○」로 기재하고, 사영 효과를 충분히 억제 또는 경감할 수 없었던 반사형 포토마스크(200)에 대해서는, 「판정」의 란에 「×」로 기재했다.
이에 의해, 흡수층(14)에, 화학양론적 조성의 산화인듐보다 산소를 많이 포함하는 인듐(In)과 산소(O)의 재료를 사용한 포토마스크이면, 광학 농도, 수소 라디칼 내성이 모두 양호하며, 사영 효과를 저감할 수 있고, 장수명이며, 또한 전사 성능이 높아진다고 하는 결과가 되었다.
본 발명에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크는, 반도체 집적 회로 등의 제조 공정에 있어서, EUV 노광에 의해 미세한 패턴을 형성하기 위해서 적합하게 사용할 수 있다.
1: 기판
2: 반사층
3: 캐핑층
4: 흡수층
41: 흡수 패턴(흡수 패턴층)
10: 반사형 포토마스크 블랭크
20: 반사형 포토마스크
11: 기판
12: 반사층
13: 캐핑층
14: 흡수층
141: 흡수 패턴(흡수 패턴층)
15: 이면 도전막
16: 레지스트막
16a: 레지스트 패턴
17: 반사부
100: 반사형 포토마스크 블랭크
200: 반사형 포토마스크
2: 반사층
3: 캐핑층
4: 흡수층
41: 흡수 패턴(흡수 패턴층)
10: 반사형 포토마스크 블랭크
20: 반사형 포토마스크
11: 기판
12: 반사층
13: 캐핑층
14: 흡수층
141: 흡수 패턴(흡수 패턴층)
15: 이면 도전막
16: 레지스트막
16a: 레지스트 패턴
17: 반사부
100: 반사형 포토마스크 블랭크
200: 반사형 포토마스크
Claims (4)
- 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 흡수층을 갖고,
상기 흡수층은, 인듐(In)과 산소(O)를 합계 50원자% 이상 함유하는 재료로 형성되고,
상기 흡수층에 있어서의, 인듐(In)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/In)는 1.5를 초과하고,
상기 흡수층의 막 두께는, 17㎚ 이상 45㎚ 이하의 범위 내인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항에 있어서,
상기 흡수층은, Ta, Pt, Te, Zr, Hf, Ti, W, Si, Cr, Mo, Sn, Pd, Ni, F, N, C 및 H로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 함유하는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 기판과,
상기 기판에 형성된 다층막을 포함하는 반사층과,
상기 반사층 상에 형성되고, 인듐(In)과 산소(O)를 합계 50원자% 이상 보유하고, 또한 인듐(In)에 대한 산소(O)의 원자수비(O/In)가 1.5를 초과하는 재료를 함유하고, 패턴이 형성되어 있는 흡수 패턴층을 갖고,
상기 흡수 패턴층의 막 두께는, 17㎚ 이상 45㎚ 이하의 범위 내인, 반사형 포토마스크. - 제3항에 있어서,
상기 흡수 패턴층은, Ta, Pt, Te, Zr, Hf, Ti, W, Si, Cr, Mo, Sn, Pd, Ni, F, N, C 및 H로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 함유하는, 반사형 포토마스크.
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| KR1020227036333A KR20220157442A (ko) | 2020-04-30 | 2021-04-28 | 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크 |
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| JP2011530823A (ja) | 2008-08-14 | 2011-12-22 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 放射源、リソグラフィ装置、およびデバイス製造方法 |
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| JP7421411B2 (ja) | 2024-01-24 |
| WO2021221124A1 (ja) | 2021-11-04 |
| US20230147988A1 (en) | 2023-05-11 |
| JP2021173973A (ja) | 2021-11-01 |
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