KR20230071140A - 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
웨이퍼 상으로 전사되는 패턴의 치수 정밀도나 형상 정밀도를 향상시키고, 또한 장기간 사용 가능한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를 제공한다. 본 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(10)는, 기판(1)과, 반사층(2)과, 흡수층(4)을 이 순으로 구비하고, 흡수층(4)은 제1 재료 군의 재료와, 제2 재료 군의 재료를 포함하는 층이고, 제1 재료 군의 재료 함유량은, 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 감소하고, 제2 재료 군의 재료의 함유량은, 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 증가한다. 제1 재료 군은 Te, Co, Ni, Pt, Ag, Sn, In, Cu, Zn 및 Bi, 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물이고, 제2 재료 군은 Ta, Cr, Al, Si, Ru, Mo, Zr, Ti, Zn, In, V, Hf 및 Nb, 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물이다.
Description
본 발명은, 자외 영역의 광을 광원으로 한 리소그래피에서 사용하는 반사형 포토마스크 및 이것을 제작하기 위하여 사용하는 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 의존하고, 파장이 짧을수록 최소 해상 치수를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 노광 광원은, 종래의 파장 193nm의 ArF 엑시머 레이저 광으로부터, 파장 13.5nm의 EUV(Extreme Ultra Violet: 극단 자외선) 영역의 광으로 치환되어 오고 있다.
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 다층막을 포함하는 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, 상기한 바와 같이 광의 투과를 이용하는 굴절 광학계를 사용할 수 없는 점에서, 노광기의 광학계 부재도 렌즈가 아닌, 반사형(미러)이 된다. 이 때문에, 반사형 포토마스크(EUV 마스크)에 대한 입사광과 반사광을 동축 상으로 설계할 수 없는 문제가 있고, 통상 EUV 리소그래피에서는, 광축을 EUV 마스크의 수직 방향으로부터 6도 기울여서 입사하고, 마이너스 6도의 각도에서 반사하는 반사광을 반도체 기판에 유도하는 방법이 채용되어 있다.
이와 같이, EUV 리소그래피에서는 미러를 통해 광축을 경사지게 하는 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 90nm의 탄탈(Ta)을 주성분으로 한 막이 사용되고 있다. 이 마스크 블랭크를 사용하여 제작한 EUV 마스크에서 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 따라, 반도체 기판 상의 전사 패턴의 라인 에지 러프니스 증가나, 선폭을 목표한 치수로 형성할 수 없는 등의 문제가 발생하여, 전사 성능이 악화되는 경우가 있다.
그래서, 흡수층을 형성하는 재료를 탄탈(Ta)로부터 EUV 광에 대한 흡수성(소쇠 계수)이 높은 재료로 변경한 반사형 마스크 블랭크나, 탄탈(Ta)에 EUV 광에 대한 흡수성이 높은 재료를 첨가한 반사형 마스크 블랭크가 검토되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 2에서는, 흡수층을, Ta를 주성분으로 하여 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 마스크 블랭크가 기재되어 있다.
또한, 흡수층을 패터닝 처리한 후의 단면 측벽 각도는 수직에 가까운 직사각형 형상이 바람직하고, 단차 형상이나 테이퍼 형상으로 된 경우에는, 노광광의 의도하지 않는 감쇠 증폭이나 패턴 단부의 반사광 강도의 변화가 전사 성능을 악화시킬 우려가 있다.
또한, 미러는 EUV 발생의 부생성물(예를 들어 Sn)이나 탄소 등에 의해 오염되는 것이 알려져 있다. 오염 물질이 미러에 축적됨으로써, 표면의 반사율이 감소하고, 리소그래피 장치의 스루풋을 저하시키게 된다. 이 문제에 대하여 특허문헌 3에서는, 장치 내에 수소 라디칼을 생성시킴으로써, 오염 물질과 수소 라디칼을 반응시켜서, 미러로부터 이 오염 물질을 제거하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 2에 기재된 반사형 마스크 블랭크에서는, 흡수층이 수소 라디칼에 대한 내성(수소 라디칼 내성)을 갖는 것에 대해서는 검토되어 있지 않다. 그 때문에, EUV 노광 장치에 대한 도입에 의해 흡수 막 패턴을 안정적으로 유지할 수 없고, 결과로서 전사성이 악화될 가능성이 있다.
본 발명은, 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 섀도잉(사영 효과)을 저감함과 함께 마스크 패턴의 직사각형성을 향상함으로써, 웨이퍼상에 전사되는 패턴의 치수 정밀도나 형상 정밀도를 향상시키고, 또한 수소 라디칼 내성을 부여함으로써, 장기간 포토마스크를 사용할 수 있는 반사형 포토마스크 블랭크 및 그 반사형 포토마스크 블랭크를 사용하여 제작된 반사형 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크는, 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용의 반사형 포토마스크를 제작하기 위한 반사형 포토마스크 블랭크이며, 기판과, 상기 기판 상에 형성되어서 입사한 광을 반사하는 반사부와, 상기 반사부 상에 형성되어서 입사한 광을 흡수하는 저반사부를 구비하고, 상기 저반사부는, 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료와, 상기 제1 재료 군과는 다른 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를 포함하는 층이며, 상기 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료의 함유량은, 상기 기판측으로부터 상기 저반사부의 최표면측을 향하여 감소하고, 상기 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료의 함유량은, 상기 기판측으로부터 상기 저반사부의 최표면측을 향하여 증가하고, 상기 제1 재료 군은, 텔루륨(Te), 코발트(Co), 니켈(Ni), 백금(Pt), 은(Ag), 주석(Sn), 인듐(In), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 비스무트(Bi), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물이고, 상기 제2 재료 군은, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 규소(Si), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 인듐(In), 바나듐(V), 하프늄(Hf) 및 니오븀(Nb), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크는, 상기 저반사부가 복수층으로 분할된 경우에도, 상기 저반사부 전체의 합계 막 두께가 적어도 33nm 이상이고, 또한 상기 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 상기 저반사부 전체로 합계해서 20원자％ 이상을 포함하는 구조체여도 된다.
또한, 본 발명의 일 양태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크는, 상기 저반사부가 복수층으로 분할된 경우에도, 상기 저반사부 전체의 합계 막 두께가 적어도 26nm 이상이고, 또한 상기 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 상기 저반사부 전체로 합계해서 55원자％ 이상을 포함하는 구조체여도 된다.
또한, 본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크는, 상기 저반사부가 복수층으로 분할된 경우에도, 상기 저반사부 전체의 합계 막 두께가 적어도 17nm 이상이고, 또한 상기 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 상기 저반사부 전체로 합계해서 95원자％ 이상을 포함하는 구조체여도 된다.
또한, 본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크는, 상기 저반사부의 최표면층이, 상기 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 합계해서 80원자％ 이상을 포함하는 구조체여도 된다.
또한, 본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크는, 상기 저반사부의 두께 치수를 100％로 했을 때의, 상기 저반사부의 표면으로부터 50％ 이내의 깊이의 영역을 상기 저반사부의 최표면층으로 한 경우에, 상기 저반사부의 최표면층이, 상기 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 합계해서 80원자％ 이상을 포함하는 구조체여도 된다.
또한, 본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크는, 상기 저반사부의 최표면층이, 0.5nm 이상 30nm 이하의 막 두께를 갖고 있어도 된다.
또한, 본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크는, 기판과, 상기 기판 상에 형성되어서 입사한 광을 반사하는 반사부와, 상기 반사부 상에 형성되어서 입사한 광을 흡수하는 저반사부를 구비하고, 상기 저반사부는, 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료와, 상기 제1 재료 군과는 다른 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를 포함하는 층이고, 상기 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료의 함유량은, 상기 기판측으로부터 상기 저반사부의 최표면측을 향하여 감소하고, 상기 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료의 함유량은, 상기 기판측으로부터 상기 저반사부의 최표면측을 향하여 증가하고, 상기 제1 재료 군은, 텔루륨(Te), 코발트(Co), 니켈(Ni), 백금(Pt), 은(Ag), 주석(Sn), 인듐(In), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 비스무트(Bi), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물이고, 상기 제2 재료 군은, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 규소(Si), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 인듐(In), 바나듐(V), 하프늄(Hf) 및 니오븀(Nb), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, EUV 광에 대하여 높은 흡수성을 갖는 화합물 재료의 함유량을 기판측으로부터 최표면측을 향하여 감소시키고, 또한 수소 라디칼 내성이 높은 화합물 재료의 함유량을 기판측으로부터 최표면측을 향하여 증가시킨 저반사부를 형성함으로써, 섀도잉이 저감됨과 함께 마스크 패턴의 직사각형성이 향상되기 때문에, 웨이퍼 상으로 전사되는 패턴의 치수 정밀도나 형상 정밀도가 향상되고, 또한 수소 라디칼 내성이 부여되기 때문에, 장기간 포토마스크를 사용하는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은, EUV 광의 파장에 있어서의 각 금속 재료의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 그리고 반사형 포토마스크에 구비되는 흡수층(저반사부)에 있어서의 제1 재료 군의 함유량(농도) 분포 및 제2 재료 군의 함유량(농도) 분포의 예를 나타내는 개념도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 그리고 반사형 포토마스크에 구비되는 흡수층에 있어서의 제1 재료 군의 함유량 분포 및 제2 재료 군의 함유량 분포의 예를 나타내는 개념도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 그리고 반사형 포토마스크에 구비되는 흡수층에 있어서의 제1 재료 군의 함유량 분포 및 제2 재료 군의 함유량 분포의 예를 나타내는 개념도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 그리고 반사형 포토마스크에 구비되는 흡수층에 있어서의 제1 재료 군의 함유량 분포 및 제2 재료 군의 함유량 분포의 예를 나타내는 개념도이다.
도 8은, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 설계 패턴을 나타내는 개략 평면도이다.
도 14는, 본 발명의 비교예에 관한 기존의 반사형 포토마스크 블랭크이며, 2층 구조의 흡수층을 갖는 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 비교예에 관한 기존의 반사형 포토마스크이며, 2층 구조의 흡수층을 갖는 반사형 포토마스크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은, EUV 광의 파장에 있어서의 각 금속 재료의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 그리고 반사형 포토마스크에 구비되는 흡수층(저반사부)에 있어서의 제1 재료 군의 함유량(농도) 분포 및 제2 재료 군의 함유량(농도) 분포의 예를 나타내는 개념도이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 그리고 반사형 포토마스크에 구비되는 흡수층에 있어서의 제1 재료 군의 함유량 분포 및 제2 재료 군의 함유량 분포의 예를 나타내는 개념도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 그리고 반사형 포토마스크에 구비되는 흡수층에 있어서의 제1 재료 군의 함유량 분포 및 제2 재료 군의 함유량 분포의 예를 나타내는 개념도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 그리고 반사형 포토마스크에 구비되는 흡수층에 있어서의 제1 재료 군의 함유량 분포 및 제2 재료 군의 함유량 분포의 예를 나타내는 개념도이다.
도 8은, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 13은, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 설계 패턴을 나타내는 개략 평면도이다.
도 14는, 본 발명의 비교예에 관한 기존의 반사형 포토마스크 블랭크이며, 2층 구조의 흡수층을 갖는 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 15는, 본 발명의 비교예에 관한 기존의 반사형 포토마스크이며, 2층 구조의 흡수층을 갖는 반사형 포토마스크의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이하에 기재하는 실시 형태에 한정되지 않는다. 이하에 기재하는 실시 형태에서는, 본 발명을 실시하기 위하여 기술적으로 바람직한 한정이 이루어져 있지만, 이 한정은 본 발명의 필수 요건은 아니다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(10)의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 또한, 도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크(20)의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 여기서, 도 2에 도시하는 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크(20)는, 도 1에 도시하는 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(10)의 흡수층(4)을 패터닝하여 형성한 것이다.
(전체 구성)
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 관한 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. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(10)는, 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용의 반사형 포토마스크를 제작하기 위한 반사형 포토마스크 블랭크이며, 기판(1)과, 기판(1) 상에 형성되어서 입사한 광을 반사하는 반사부로서 기능하는 반사층(2) 및 캐핑층(3)과, 반사부 상에 형성되어서 입사한 광을 흡수하는 저반사부로서 기능하는 흡수층(4)을 구비하고 있다. 이하, 상술한 각 층의 구성 등에 대하여 설명한다.
(기판)
본 발명의 실시 형태에 관한 기판(1)에는, 평탄한 Si 기판이나 합성 석영 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판(1)에는, 티타늄을 첨가한 저열팽창 유리를 사용할 수 있지만, 열팽창률이 작은 재료라면, 본 실시 형태는 이들에 한정되는 것은 아니다.
(반사층)
본 발명의 실시 형태에 관한 반사층(2)은, 반사부의 일부를 구성하는 층이다. 본 발명의 실시 형태에 관한 반사층(2)은, 노광광인 EUV 광(극단 자외광)을 반사하는 것이고, 예를 들어 EUV 광에 대한 굴절률이 크게 다른 재료의 조합에 의한 다층 반사막으로 구성되어 있다. 다층 반사막으로서는, 예를 들어 Mo(몰리브덴)과 Si(실리콘), 또는 Mo(몰리브덴)과 Be(베릴륨)와 같은 조합의 층을 40주기 정도 반복하여 적층함으로써 형성한 것을 들 수 있다.
(캐핑층)
본 발명의 실시 형태에 관한 캐핑층(3)은, 반사부의 일부를 구성하는 층이다. 본 발명의 실시 형태에 관한 캐핑층(3)은, 흡수층(4)에 전사 패턴을 형성할 때에 행해지는 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재질로 형성되어, 흡수층(4)을 에칭할 때에 반사층(2)에 대한 대미지를 방지하는 에칭 스토퍼로서 기능하는 것이다. 캐핑층(3)은, 예를 들어 Ru(루테늄)로 형성되어 있다. 여기서, 반사층(2)의 재질이나 에칭 조건에 의해, 캐핑층(3)은 없어도 상관없다.
또한, 도시하지 않지만, 기판(1) 상의 반사층(2)을 형성하고 있지 않은 면에 이면 도전막을 형성할 수 있다. 이면 도전막은, 반사형 포토마스크(20)를 노광기에 설치할 때에 정전 척의 원리를 이용하여 고정하기 위한 막이다.
(흡수층)
반사형 포토마스크 블랭크(10)의 흡수층(4)은, 그 일부를 제거함으로써 반사형 포토마스크(20)의 흡수 패턴층(41)(도 2를 참조)이 되는 층이다. EUV 리소그래피에 있어서, EUV 광은 반사형 포토마스크(20)의 기판 수평면에 대하여 비스듬히 입사하고, 반사층(2)에서 반사되지만, 흡수 패턴층(41)이 광로의 방해가 되는 사영 효과 때문에, 웨이퍼 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 13.5nm에 대한 소쇠 계수 k가 높은 재료를 적용함으로써 가능하다.
도 3은, 각 금속 재료의 EUV 광의 파장 13.5nm에 대한 광학 계수를 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. 그것보다 큰 소쇠 계수 k를 갖는 화합물 재료이면, 흡수층(4)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다. 소쇠 계수 k가 0.06 이상이면, 흡수층(4)의 두께를 충분히 얇게 하는 것이 가능하기 때문에, 사영 효과를 충분히 저감할 수 있다.
상기와 같은 광학 상수(nk값)의 조합을 충족하는 재료로서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 은(Ag), 백금(Pt), 인듐(In), 코발트(Co), 주석(Sn), 니켈(Ni), 텔루륨(Te)이 있다.
이하, 흡수층(4)에 첨가 가능한 재료(원소)에 대하여 상세하게 설명한다.
흡수층(4)은, 후술하는 제1 재료 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료와, 후술하는 제1 재료 군과는 다른 제2 재료 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를 포함하는 층이다.
흡수층(4)에 있어서, 제1 재료 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료의 함유량은, 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 감소하고, 제2 재료 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료의 함유량은, 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 증가하고 있다.
여기서, 상술한 제1 재료 군은, 텔루륨(Te), 코발트(Co), 니켈(Ni), 백금(Pt), 은(Ag), 주석(Sn), 인듐(In), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 비스무트(Bi), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물이다. 또한, 상술한 제2 재료 군은, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 규소(Si), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 인듐(In), 바나듐(V), 하프늄(Hf) 및 니오븀(Nb), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물이다.
흡수층(4)은, 복수층으로 분할된 경우에도, 흡수층(4) 전체의 합계 막 두께가 적어도 33nm 이상이고, 또한 제1 재료 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 흡수층(4) 전체로 합계해서 20원자％ 이상을 포함하는 구조체인 것이 바람직하다.
또한, 흡수층(4)은, 복수층으로 분할된 경우에도, 흡수층(4) 전체의 합계 막 두께가 적어도 26nm 이상이고, 또한 제1 재료 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 흡수층(4) 전체로 합계해서 55원자％ 이상을 포함하는 구조체인 것이 보다 바람직하다.
또한, 흡수층(4)은, 복수층으로 분할된 경우에도, 흡수층(4) 전체의 합계 막 두께가 적어도 17nm 이상이고, 또한 제1 재료 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 흡수층(4) 전체로 합계해서 95원자％ 이상을 포함하는 구조체인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 흡수층(4)의 최표면층은, 제2 재료 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 합계해서 80원자％ 이상을 포함하는 구조체인 것이 바람직하다.
또한, 흡수층(4)의 두께 치수를 100％로 했을 때의, 흡수층(4)의 표면으로부터 50％이내의 깊이의 영역을 「흡수층(4)의 최표면층」이라고 정의한 경우에, 흡수층(4)의 최표면층은, 제2 재료 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 합계해서 80원자％ 이상을 포함하는 구조체인 것이 바람직하다.
또한, 흡수층(4)의 최표면층은, 0.5nm 이상 30nm 이하의 막 두께를 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 흡수층(4)의 최표면층의 막 두께에 대해서는 0.5nm가 성막 한계이고, 0.5nm 미만의 성막은 극히 곤란하다. 또한, 흡수층(4)의 최표면층의 막 두께가 30nm를 초과하면, 섀도잉의 영향이 현저해지는 경향이 있다.
이하, 흡수층(4)에 있어서의 제1 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(농도) 및 제2 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(농도)의 각 분포에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에서는, 제1 재료 군에 포함되는 재료의 함유량은, 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여, 직선적(선형), 곡선적(예를 들어 S자 커브) 또는 지수 함수적으로 감소하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제2 재료 군에 포함되는 재료의 함유량은, 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여, 직선적(선형), 곡선적(예를 들어 S자 커브), 또는 지수 함수적으로 증가하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 제1 재료 군 및 제2 재료 군의 적어도 한쪽은, 기판(1)측 및 흡수층(4)의 최표면(4a)측의 적어도 한쪽의 영역에 있어서 조성이 균일한 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 「기판(1)측의 영역」이란, 흡수층(4) 전체에 있어서의 하층 10％의 영역을 의미하고, 「최표면(4a)측의 영역」이란, 흡수층(4) 전체에 있어서의 상층 10％의 영역을 의미한다.
또한, 제1 재료 군의 함유량(농도)과, 제2 재료 군의 함유량(농도)이 동일해지는 점(개소)은, 흡수층(4)을 두께 방향으로 2등분한 경우에, 기판(1)측에 위치하고 있어도 되고, 흡수층(4)의 최표면(4a)측에 위치하고 있어도 된다.
또한, 기판(1)측의 영역(흡수층(4) 전체에 있어서의 하층 10％의 영역)은, 제1 재료 군에 포함되는 재료만으로 구성되어 있지 않아도 되고, 최표면(4a)측의 영역(흡수층(4) 전체에 있어서의 상층 10％의 영역)은, 제2 재료 군에 포함되는 재료만으로 구성되어 있지 않아도 된다. 즉, 기판(1)측의 영역에는, 제2 재료 군에 포함되는 재료가 포함되어 있어도 되고, 최표면(4a)측의 영역에는, 제1 재료 군에 포함되는 재료가 포함되어 있어도 된다.
이하, 흡수층(4)에 있어서의 제1 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(농도) 및 제2 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(농도)의 각 분포에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
도 4 내지 도 7은, 제1 재료 군에 포함되는 재료의 함유량 분포(농도 분포) 및 제2 재료 군에 포함되는 재료의 함유량 분포(농도 분포)를 나타낸 개념도이다. 도 4 내지 도 7의 각 도면에 있어서의 종축은, 흡수층(4) 전체에 있어서의 제1 재료 군 및 제2 재료 군의 각 함유량(％)을 각각 나타내고, 횡축은, 흡수층(4) 전체의 깊이 방향을 각각 나타내고 있다.
도 4는, 제1 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(실선)이 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 직선적(선형)으로 감소하고, 또한 제2 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(파선)이, 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 직선적(선형)으로 증가하는 형태를 나타내고 있다.
도 5는, 제1 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(실선)이, 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 직선적(선형)으로 감소하고, 또한 제2 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(파선)이 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 직선적(선형)으로 증가하는 형태이며, 제1 재료 군의 함유량(농도)과 제2 재료 군의 함유량(농도)이 동일해지는 점(개소)이 흡수층(4)을 두께 방향으로 이등분한 경우에, 기판(1)측에 위치하고 있고, 또한, 기판(1)측의 영역에는 제2 재료 군에 포함되는 재료가 포함되어 있고, 최표면(4a)측의 영역에는 제1 재료 군에 포함되는 재료가 포함되어 있는 형태를 나타내고 있다.
도 6은, 제1 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(실선)이 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 지수 함수적으로 감소하고, 또한 제2 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(파선)이 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 지수 함수적으로 증가하는 형태이며, 기판(1)측의 영역 및 최표면(4a)측의 영역은, 각각 조성이 균일하게 되어 있고, 또한, 제1 재료 군의 함유량(농도)과 제2 재료 군의 함유량(농도)이 동일해지는 점(개소)이 흡수층(4)을 두께 방향으로 2등분한 경우에, 최표면(4a)측에 위치하고 있는 형태를 나타내고 있다.
도 7은, 제1 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(실선)이, 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 곡선적으로(역 S자 커브를 그리도록) 감소하고, 또한 제2 재료 군에 포함되는 재료의 함유량(파선)이 기판(1)측으로부터 흡수층(4)의 최표면(4a)측을 향하여 곡선적으로(S자 커브를 그리도록) 증가하는 형태이며, 기판(1)측의 영역 및 최표면(4a)측의 영역은, 각각 조성이 균일해지고 있는 형태를 나타내고 있다.
상기 형태이면, EUV 광에 대하여 높은 흡수성을 갖는 화합물 재료(제1 재료 군에 포함되는 재료)의 함유량이 기판(1)측으로부터 최표면(4a)측을 향하여 감소하고, 또한 수소 라디칼 내성이 높은 화합물 재료(제2 재료 군에 포함되는 재료)의 함유량이 기판(1)측으로부터 최표면(4a)측을 향하여 증가하고 있는 흡수층(4)을 구비하고 있기 때문에, 섀도잉이 저감됨과 함께 마스크 패턴의 직사각형성이 향상되기 때문에, 웨이퍼 상으로 전사되는 패턴의 치수 정밀도나 형상 정밀도가 향상되고, 또한 수소 라디칼 내성이 부여되기 때문에, 장기간 사용 가능한 포토마스크를 제작할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 제1 재료 군 및 제2 재료 군의 각 함유량의 분포는, 상술한 분포에 한정되는 것은 아니고, 각각을 조합한 분포여도 된다.
일반적으로, 반사형 포토마스크 블랭크는, 패터닝을 위한 가공이 가능일 필요가 있다. 상기 재료 중, 산화주석은, 염소계 가스에 건식 에칭 가공이 가능함이 알려져 있다. 따라서, 흡수층(4)은, 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함하는 재료를 포함하고 있으면 보다 바람직하다.
또한, 반사형 포토마스크는, 수소 라디칼 환경 하에 노출되기 때문에, 흡수층(4)이 수소 라디칼 내성이 높은 흡수 재료(제2 재료 군)를 포함하고 있지 않으면, 반사형 포토마스크는 장기의 사용에 견딜 수 없다. 또한, 본 실시 형태에서는, 마이크로파 플라스마를 사용하여, 전력 1kW이고 수소 압력이 0.36밀리바(mbar) 이하인 수소 라디칼 환경 하에서, 막 감소 속도 0.1nm/s 이하의 재료를, 수소 라디칼 내성이 높은 재료라 한다.
상기 재료 중, 주석(Sn) 단체에서는 수소 라디칼에 대한 내성이 낮다는 것이 알려져 있지만, 산소(O)를 추가함으로써 수소 라디칼 내성이 높아진다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비가 1:2를 초과한 재료에서, 수소 라디칼 내성이 확인되었다. 이것은, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비가 1:2 이하이면 주석(Sn)의 결합이 모두 산화주석(SnO2)이 되지 않고, 막 전체를 산화주석(SnO2)으로 하기 위해서는 1:2를 초과한 원자수 비가 필요하다고 생각되기 때문이다.
표 1에는, 본 발명의 실시 형태에 관한 Sn과 O의 원소수 비에 수반하는 수소 라디칼 내성을 나타낸다. 또한, 표 1에 나타낸 원자수 비는, 막 두께 1㎛로 성막된 재료를 EDX(에너지 분산형 X선 분석)로 측정한 결과이다. 여기서, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비가 1:2인 경우에는, 반복 평가에 있어서 변동이 확인되었기 때문에, 표 1에서는 「△」라고 표기하고 있다. 본 실시 형태에서는, 「△」 및 「○」라면 사용함에 있어서 문제가 없기 때문에, 합격으로 하였다.
흡수층(4)을 형성하기 위하여 사용 가능한 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함하는 재료는, 화학 양론적 조성의 산화주석보다도 산소를 많이 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 흡수층(4)의 재료 중의 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비는 1:2를 초과하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비가 1:3.5를 초과하면, EUV 광에 대한 흡수성의 저하가 진행되기 때문에, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비는 1:3.5 이하인 것이 바람직하고, 1:3 이하인 것이 보다 바람직하다. 즉, 흡수층(4)을 주석(Sn) 및 산소(O)를 포함하는 재료로 형성하는 경우에는, 산소(O)의 함유량은, 주석(Sn)의 함유량에 대하여 원자수 비로 2배 이상 3.5배 이하의 범위 내라면 바람직하다.
또한, 흡수층(4)은, 흡수층(4) 전체에 대하여, 주석(Sn) 및 산소(O)를 합계로 50원자％ 이상 함유하는 것이 바람직하다.
이것은, 흡수층(4)에 주석(Sn)과 산소(O) 이외의 성분이 포함되어 있으면 EUV 광 흡수성과 수소 라디칼 내성의 양쪽이 저하될 가능성이 있기는 하지만, 그 성분이 50원자％ 미만이면 EUV 광 흡수성과 수소 라디칼 내성의 양쪽의 저하는 극히 근소하고, EUV 마스크(반사형 포토마스크)의 흡수층(4)으로서의 성능의 저하는 거의 없기 때문이다.
또한, 본 실시 형태에서는, 흡수층(4)은, 흡수층(4) 전체에 대하여, 제1 재료 군에 포함되는 재료 및 제2 재료 군에 포함되는 재료를 합계로 50원자％ 이상 함유하고 있어도 된다.
주석(Sn)과 산소(O) 이외의 재료로서, 예를 들어 Ta, Pt, Te, Zr, Hf, Ti, W, Si, Cr, In, Pd, Ni, Al, Ni, F, N, C나 H가 흡수층(4)에 혼합되어 있어도 된다.
예를 들어, In을, 예를 들어 10원자％ 이상 50원자％ 미만의 범위 내에서 혼합함으로써, EUV 광에 대한 고흡수성을 확보하면서, 막(흡수층(4))에 도전성을 부여하는 것이 가능하게 되기 때문에, 파장 190nm 내지 260nm의 EUV 광을 사용한 마스크 패턴 검사에 있어서, 검사성을 높게 하는 것이 가능하게 된다. 혹은, N이나 Hf를, 예를 들어 10원자％ 이상 50원자％ 미만의 범위 내에서 혼합한 경우에는, 흡수층(4)의 막질을 보다 아몰퍼스로 하는 것이 가능하게 되기 때문에, 건식 에칭 후의 흡수 패턴층(41)의 조도나 면 내 치수 균일성이나 전사 상의 면 내 균일성이 향상된다.
종래의 EUV 반사형 포토마스크의 흡수층에는, 상술한 바와 같이 Ta를 주성분으로 하는 화합물 재료가 적용되어 왔다. 이 경우, 흡수층과 반사층의 광 강도의 콘트라스트를 나타내는 지표인 광학 농도 OD(식 1)에서 1 이상을 얻기 위해서는, 막 두께를 40nm 이상으로 할 필요가 있고, OD에서 2 이상을 얻기 위해서는, 막 두께를 70nm 이상으로 할 필요가 있었다. Ta의 소쇠 계수 k는, 0.041이지만, 소쇠 계수 k가 0.06 이상인, 주석(Sn)과 산소(O)를 포함하는 화합물 재료를 흡수층에 적용함으로써, 베일의 법칙으로부터, OD에서 1 이상을 얻는 경우라도 그의 막 두께를 17nm 이하로 하는 것이 가능하고, OD에서 2 이상을 얻는 경우라도 그의 막 두께를 45nm 이하로 하는 것이 가능하다. 단, 막 두께가 45nm 이상이면 종래의 Ta를 주성분으로 한 막 두께 60nm의 화합물 재료와 사영 효과가 동일 정도로 되어 버린다.
OD=-log(Ra/Rm) ···(식 1)
따라서, 흡수층(4)의 막 두께는, 17nm 이상 45nm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 종래의 EUV 반사형 포토마스크의 흡수층에는, 최표면인 상층에 Ta를 주성분으로 하는 산화막, 하층에 Ta를 주성분으로 하는 질화막을 각각 사용한 것이 많고, 흡수층은, 상층과 하층의 경계(계면)을 갖는 것이 많다. 그 때문에, 종래의 EUV 반사형 포토마스크의 흡수층을 건식 에칭에 의해 패터닝한 후에, 그 단면 형상을 관찰하면, 상층과 하층의 경계(계면)에 단차가 발생하는 경우가 있다. 이러한 흡수층의 단차는, 웨이퍼 상으로 전사되는 패턴의 치수 정밀도나 형상 정밀도의 저하를 초래하기 때문에, 패터닝한 후의 흡수층에는 단차는 없는 것이 바람직하다.
[실시예 1]
이하, 본 발명에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크의 실시예에 대하여 설명한다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 저열팽창 특성을 갖는 합성 석영의 기판(11) 상에, 실리콘(Si)과 몰리브덴(Mo)을 한 쌍으로 하는 적층막이 40매 적층되어서 형성된 반사층(12)을 형성한다. 반사층(12)의 막 두께는 280nm였다.
이어서, 반사층(12) 상에, 중간막으로서 루테늄(Ru)으로 형성된 캐핑층(13)을, 막 두께가 3.5nm가 되도록 성막하였다.
이어서, 캐핑층(13) 상에, 주석(Sn)과 산소(O)를 포함하는 영역(층) 및 탄탈(Ta)과 산소(O)를 포함하는 영역(층)을 갖는 흡수층(14)을 막 두께가 각각 26nm, 7nm가 되도록 성막하였다. 여기서, 흡수층(14)의 SnO, TaO 성막 시는 경계(계면)가 발생하지 않도록, 연속적으로 스퍼터링을 행하였다. 이하, 이 점에 대하여 상세하게 설명한다.
본 실시예에서는, 캐핑층(13) 상에, 흡수층(14)으로서, 먼저, 주석(Sn)과 산소(O)를 포함하는 막(층)을 그의 막 두께가 26nm가 되도록 성막하였다. 그리고, 주석(Sn)과 산소(O)를 포함하는 막(층)의 막 두께가 26nm에 달했을 즈음에, 주석(Sn)과 산소(O)를 포함하는 막(층)의 성막과, 탄탈(Ta)과 산소(O)를 포함하는 막(층)의 성막을 동시에 행하였다. 이렇게 해서, SnO 및 TaO를 포함한 막(층)을 그의 막 두께가 0.5nm 정도가 되도록 성막하였다. 그 후, 주석(Sn)과 산소(O)를 포함하는 막(층)의 성막을 종료하고, 탄탈(Ta)과 산소(O)를 포함하는 막(층)을 그의 막 두께가 7nm가 되도록 성막하였다. 이렇게 해서, 주석(Sn)과 산소(O)를 포함하는 영역과, 탄탈(Ta)과 산소(O)를 포함하는 영역에 경계(계면)가 발생하지 않도록 흡수층(14)을 성막하였다.
이렇게 하여 성막한 흡수층(14)에 있어서의, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비율은, EDX(에너지 분산형 X선 분석)로 측정한바 1:2.5이고, 탄탈(Ta)과 산소(O)의 원자수 비율은, EDX(에너지 분산형 X선 분석)로 측정한바 1:1.9였다.
또한, XRD(X선 회절 장치)로 측정한바, 흡수층(14)의 막질은, 근소하게 결정성이 보이기는 하지만, 아몰퍼스였다.
이어서, 기판(11)의 반사층(12)이 형성되어 있지 않은 측에 질화크롬(CrN)으로 형성된 이면 도전막(15)을 100nm의 두께로 성막하고, 실시예 1의 반사형 포토마스크 블랭크(100)를 제작하였다.
실시예 1에서는, 기판(11) 상으로의 각각의 막의 성막은, 다원 스퍼터링 장치를 사용하였다. 각각의 막의 막 두께는, 스퍼터링 시간으로 제어하였다. 흡수층(14)은, 반응성 스퍼터링법에 의해, 스퍼터링 중에 챔버에 도입하는 산소의 양을 제어함으로써, O/Sn비가 2.5, O/Ta비가 1.9가 되도록 성막하였다.
이어서, 실시예 1의 반사형 포토마스크(200)의 제작 방법에 대해서, 도 9 내지 도 12를 사용하여 설명한다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 흡수층(14) 상에, 포지티브형 화학 증폭형 레지스트(SEBP9012: 신에쓰 가가꾸사제)를 120nm의 막 두께로 스핀 코팅으로 도포하고, 110℃에서 10분간 베이크하고, 레지스트막(16)을 형성하였다.
이어서, 전자선 묘화기(JBX3030: 니혼 덴시사제)에 의해 레지스트막(16)에 소정의 패턴을 묘화하였다.
그 후, 110℃, 10분간의 프리베이크 처리를 행하고, 이어서 스프레이 현상기(SFG3000: 시그마 메르텍크사제)를 사용하여 현상 처리를 하였다.
이렇게 해서, 도 10에 도시하는 바와 같이, 레지스트 패턴(16a)을 형성하였다.
이어서, 레지스트 패턴(16a)을 에칭 마스크로 하여, 염소계 가스를 주체로 한 건식 에칭에 의해, 흡수층(14)의 패터닝을 행하였다.
이렇게 해서, 도 11에 도시하는 바와 같이, 캐핑층(13) 상에 흡수 패턴층(141)을 형성하였다.
이어서, 레지스트 패턴(16a)의 박리를 행하고, 도 12에 도시하는, 본 실시예의 반사형 포토마스크(200)를 제작하였다.
본 실시예에 있어서, 흡수층(14)에 형성한 전사 패턴(흡수 패턴층(141)의 형상)은, 전사 평가용의 반사형 포토마스크(200) 상에서, 선폭 64nm의 LS(라인 앤 스페이스) 패턴, AFM을 사용한 흡수층의 막 두께 측정용의 선폭 200nm의 LS 패턴 및 EUV 반사율 측정용의 한 변이 4mm인 정사각형의 흡수층 제거부를 포함한 패턴으로 하였다. 선폭 64nm의 LS 패턴은, EUV 조사에 의한 사영 효과의 영향이 보이기 쉬워지도록, 도 13에 도시하는 바와 같이 x 방향과 y 방향 각각으로 설계하였다.
[비교예 1]
비교예 1로서, 종래의 EUV 반사형 포토마스크 블랭크를 이하와 같이 제작하였다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 흡수층을 구성하는 하층(5)을, 탄탈(Ta)과 질소(N)의 원자수 비율이 1:0.25이고, 또한 그의 막 두께가 58nm가 되도록 성막하여 형성한 후, 흡수층을 구성하는 상층(6)을, 탄탈(Ta)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:1.9이고, 또한 그의 막 두께가 2nm가 되도록 성막하여 형성하였다. 이렇게 해서, 비교예 1의 반사형 포토마스크 블랭크(30)를 제작하였다. 이렇게 하여 성막한 하층(5)과 상층(6) 사이에는 경계(계면)이 형성되어 있었다.
이어서, 도 15에 도시하는 바와 같이, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 비교예 1의 반사형 포토마스크(300)를 제작하였다. 도 15에 도시하는 바와 같이, 비교예 1의 반사형 포토마스크(300)는, 흡수 패턴층(142)으로서, 흡수 패턴층(하층)(51)과, 흡수 패턴층(상층)(61)을 구비하고 있다. 단, 흡수 패턴층(142)에 대해서, TaN과 TaO는 상층 하층으로 나뉘어 있고, 연속적으로 조성이 변화되는 막은 아니다.
[실시예 2]
흡수층(14)을, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2.5가 되도록 형성하였다. 또한, 주석(Sn)과 산소(O)의 합계 함유량을 흡수층(14) 전체의 55원자％로 하고, 나머지 45원자％를 Ta로 한 상태에서, 흡수층(14)의 막 두께가 26nm가 되도록 성막하였다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 2의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작하였다.
[실시예 3]
흡수층(14)을, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2.5가 되도록 형성하였다. 또한, 주석(Sn)과 산소(O)의 합계 함유량을 흡수층(14) 전체의 95원자％로 하고, 나머지 5원자％를 Ta로 한 상태에서, 흡수층(14)의 막 두께가 26nm가 되도록 성막하였다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 3의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작하였다.
[실시예 4]
흡수층(14)을, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2.5가 되도록 형성하였다. 또한, 주석(Sn)과 산소(O)의 합계 함유량을 흡수층(14) 전체의 95원자％로 하고, 나머지 5원자％를 Ta로 한 상태에서, 흡수층(14)의 막 두께가 17nm가 되도록 성막하였다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 4의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작하였다.
[실시예 5]
흡수층(14)을, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2.5가 되도록 형성하였다. 또한, 주석(Sn)과 산소(O)의 합계 함유량을 흡수층(14) 전체의 60원자％로 하고, 나머지 40원자％를 Si로 한 상태에서, 흡수층(14)의 막 두께가 33nm가 되도록 성막하였다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 5의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작하였다.
[실시예 6]
흡수층(14)을, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2.5가 되도록 형성하였다. 또한, 주석(Sn)과 산소(O)의 합계 함유량을 흡수층(14) 전체의 78원자％로 하고, 나머지 22원자％를 Si로 한 상태에서, 흡수층(14)의 막 두께가 26nm가 되도록 성막하였다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 6의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작하였다.
[실시예 7]
흡수층(14)을, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수 비율이 1:2.5가 되도록 형성하였다. 또한, 주석(Sn)과 산소(O)의 합계 함유량을 흡수층(14) 전체의 95원자％로 하고, 나머지 5원자％를 Si로 한 상태에서, 흡수층(14)의 막 두께를 17nm가 되도록 성막하였다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 7의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작하였다.
(막 두께 측정)
전술한 각 실시예 및 비교예에 있어서, 흡수층(14)의 막 두께는 투과 전자 현미경에 의해 측정하였다.
(반사율 측정)
전술한 각 실시예 및 비교예에 있어서, 제작한 반사형 포토마스크의 흡수 패턴층(141) 영역의 반사율 Ra를 EUV 광에 의한 반사율 측정 장치로 측정하였다.
또한, 상술한 각 실시예 및 비교예에 있어서, 제작한 반사형 포토마스크의 흡수 패턴층(141) 영역 이외의 영역의 반사율 Rm을 EUV 광에 의한 반사율 측정 장치로 측정하였다.
(수소 라디칼 내성 측정)
마이크로파 플라스마를 사용하여, 전력 1kW이고 수소 압력이 0.36밀리바(mbar) 이하인 수소 라디칼 환경 하에, 각 실시예 및 비교예에서 제작한 반사형 포토마스크를 설치하였다. 수소 라디칼 처리 후에서의 흡수층(14)의 막 두께 변화를, 원자간력 현미경(AFM)을 사용하여 확인하였다. 측정은 선폭 200nm의 LS 패턴을 사용하여 행하였다.
(웨이퍼 노광 평가)
EUV 노광 장치(NXE3300B: ASML사제)를 사용하여, EUV 포지티브형 화학 증폭형 레지스트를 도포한 반도체 웨이퍼 상에, 각 실시예 및 비교예에서 제작한 반사형 포토마스크의 전사 패턴을 전사 노광하였다. 이때, 노광량은 도 13의 x 방향의 LS 패턴이 설계한 바와 같이 전사하도록 조절하였다. 전자선 치수 측정기에 의해 전사된 레지스트 패턴의 관찰 및 선폭 측정을 실시하고, 해상성의 확인을 행하였다.
이들의 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
종래의 막 두께가 60nm인 탄탈(Ta)계 흡수층의 반사율은, 0.019(OD=1.54)인 것에 비해, SnO의 혼합 비율이 95％로 높은 실시예 3에 있어서는, 그 반사율이 0.007(OD=1.97)로 양호하였다. 이에 비해, SnO의 혼합 비율이 95％로 높지만, 흡수층(14)의 막 두께를 17nm로 매우 얇게 한 경우인 실시예 4에 있어서는 그의 반사율은 0.059(OD=1.05), 실시예 7에 있어서는, 그의 반사율은 0.061(OD=1.03)로 저하되었다.
또한, OD가 1.5 이상인 것을 「◎」, 1.0 이상 1.5 미만인 것을 「○」로서 나타내고 있다. OD가 「◎」 및 「○」이면, 사용함에 있어서 문제가 없기 때문에, 본 실시예에서 합격으로 하였다.
계속해서, 각 실시예 및 비교예의 수소 라디칼 내성을 나타낸다. 여기에서는, 막 감소 속도가 0.1nm/s 이하인 재료를 「◎」, 0.1nm/s를 초과하는 것을 「×」로서 나타내고 있다. 기존의 EUV 반사형 포토마스크인 비교예 1 및 실시예 1 내지 7의 모두에 있어서, 막 감소 속도가 0.1nm/s 이하로 되고, 충분한 내성을 갖고 있는 것을 알 수 있었다.
계속해서, 흡수층의 패터닝 후에 있어서의 단면 형상의 판정 결과를 나타낸다. 여기에서는, SEM으로 패터닝된 흡수층의 단면을 눈으로 보아 관찰하고, 그 단면에 단차가 있는 경우를 「×」로 하고, 단차가 없는 경우를 「◎」로 하였다.
이상과 같이, 각 실시예의 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크이면, 충분한 OD값을 구비함과 함께, 충분한 수소 라디칼 내성을 구비하고, 또한 패터닝된 흡수층의 단면 형상에는 단차가 형성되어 있지 않다. 그 때문에, 각 실시예의 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크라면, 웨이퍼 상에 전사되는 패턴의 치수 정밀도나 형상 정밀도가 향상되고, 또한 수소 라디칼 내성이 부여되기 때문에, 장기간 포토마스크를 사용하는 것이 가능하게 되었다.
본 발명에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크는, 반도체 집적 회로 등의 제조 공정에 있어서, EUV 노광에 의해 미세한 패턴을 형성하기 위하여 적합하게 사용할 수 있다.
1: 기판
2: 반사층
3: 캐핑층
4: 흡수층
4a: 최표면
5: 흡수층(하층)
6: 흡수층(상층)
41: 흡수 패턴층
51: 흡수 패턴층(하층)
61: 흡수 패턴층(상층)
10: 반사형 포토마스크 블랭크
20: 반사형 포토마스크
30: 반사형 포토마스크 블랭크
11: 기판
12: 반사층
13: 캐핑층
14: 흡수층
141: 흡수 패턴층
142: 흡수 패턴층(2층 막)
15: 이면 도전막
16: 레지스트막
16a: 레지스트 패턴
17: 반사부
18: 저반사부
100: 반사형 포토마스크 블랭크
200: 반사형 포토마스크
300: 반사형 포토마스크
2: 반사층
3: 캐핑층
4: 흡수층
4a: 최표면
5: 흡수층(하층)
6: 흡수층(상층)
41: 흡수 패턴층
51: 흡수 패턴층(하층)
61: 흡수 패턴층(상층)
10: 반사형 포토마스크 블랭크
20: 반사형 포토마스크
30: 반사형 포토마스크 블랭크
11: 기판
12: 반사층
13: 캐핑층
14: 흡수층
141: 흡수 패턴층
142: 흡수 패턴층(2층 막)
15: 이면 도전막
16: 레지스트막
16a: 레지스트 패턴
17: 반사부
18: 저반사부
100: 반사형 포토마스크 블랭크
200: 반사형 포토마스크
300: 반사형 포토마스크
Claims (8)
- 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용의 반사형 포토마스크를 제작하기 위한 반사형 포토마스크 블랭크이며,
기판과,
상기 기판 상에 형성되어서 입사한 광을 반사하는 반사부와,
상기 반사부 상에 형성되어서 입사한 광을 흡수하는 저반사부를 구비하고,
상기 저반사부는, 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료와, 상기 제1 재료 군과는 다른 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를 포함하는 층이고,
상기 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료의 함유량은, 상기 기판측으로부터 상기 저반사부의 최표면측을 향하여 감소하고,
상기 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료의 함유량은, 상기 기판측으로부터 상기 저반사부의 최표면측을 향하여 증가하고,
상기 제1 재료 군은, 텔루륨(Te), 코발트(Co), 니켈(Ni), 백금(Pt), 은(Ag), 주석(Sn), 인듐(In), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 비스무트(Bi), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물이고,
상기 제2 재료 군은, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 규소(Si), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 인듐(In), 바나듐(V), 하프늄(Hf) 및 니오븀(Nb), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항에 있어서,
상기 저반사부는, 복수층으로 분할된 경우에도, 상기 저반사부 전체의 합계 막 두께가 적어도 33nm 이상이고, 또한 상기 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 상기 저반사부 전체로 합계해서 20원자％ 이상을 포함하는 구조체인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항에 있어서,
상기 저반사부는, 복수층으로 분할된 경우에도, 상기 저반사부 전체의 합계 막 두께가 적어도 26nm 이상이고, 또한 상기 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 상기 저반사부 전체로 합계해서 55원자％ 이상을 포함하는 구조체인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항에 있어서,
상기 저반사부는, 복수층으로 분할된 경우에도, 상기 저반사부 전체의 합계 막 두께가 적어도 17nm 이상이고, 또한 상기 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 상기 저반사부 전체로 합계해서 95원자％ 이상을 포함하는 구조체인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저반사부의 최표면층은, 상기 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 합계해서 80원자％ 이상을 포함하는 구조체인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저반사부의 두께 치수를 100％로 했을 때의, 상기 저반사부의 표면으로부터 50％ 이내의 깊이의 영역을 상기 저반사부의 최표면층으로 한 경우에,
상기 저반사부의 최표면층은, 상기 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를, 합계해서 80원자％ 이상을 포함하는 구조체인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저반사부의 최표면층은, 0.5nm 이상 30nm 이하의 막 두께를 갖는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 기판과,
상기 기판 상에 형성되어서 입사한 광을 반사하는 반사부와,
상기 반사부 상에 형성되어서 입사한 광을 흡수하는 저반사부를 구비하고,
상기 저반사부는, 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료와, 상기 제1 재료 군과는 다른 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료를 포함하는 층이고,
상기 제1 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료의 함유량은, 상기 기판측으로부터 상기 저반사부의 최표면측을 향하여 감소하고,
상기 제2 재료 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 재료의 함유량은, 상기 기판측으로부터 상기 저반사부의 최표면측을 향하여 증가하고,
상기 제1 재료 군은, 텔루륨(Te), 코발트(Co), 니켈(Ni), 백금(Pt), 은(Ag), 주석(Sn), 인듐(In), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 비스무트(Bi), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물이고,
상기 제2 재료 군은, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 규소(Si), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 아연(Zn), 인듐(In), 바나듐(V), 하프늄(Hf) 및 니오븀(Nb), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물인, 반사형 포토마스크.
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