KR20230073186A - 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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KR20230073186A
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Abstract

본 발명은, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 전사용 패턴을 갖는 반사형 마스크를 제조하기 위한 반사형 마스크 블랭크를 제공한다.
기판 상에, 다층 반사막 및 흡수체막을 이 순서로 갖는 반사형 마스크 블랭크로서, 굴절률이 0.95이고, 또한 소쇠 계수가 0.03인 막의 평가 함수의 값을 1로서 규격화했을 때에, 상기 흡수체막은, 상기 흡수체막의 규격화한 상기 평가 함수의 값이 1.015 이상이 되는 것과 같은 굴절률 및 소쇠 계수를 갖는 재료를 포함하며, 상기 평가 함수는, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)와, 소정의 레지스트의 감광을 위한 광강도의 역치와의 곱인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크이다.

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 그 반사형 마스크를 이용한 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 진화하고 있다. 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 대하여 투명한 재료가 적은 점에서, 반사형의 마스크가 이용된다. 반사형 마스크는, 저열팽창 기판 상에 노광광을 반사하기 위한 다층 반사막을 갖는다. 반사형 마스크는, 당해 다층 반사막을 보호하기 위한 보호막 위에, 원하는 전사용 패턴이 형성된 마스크 구조를 기본 구조로 하고 있다. 또, 전사용 패턴의 구성으로부터, 대표적인 반사형 마스크로서, 바이너리형 반사 마스크와, 위상 시프트형 반사 마스크(하프톤 위상 시프트형 반사 마스크)가 있다. 바이너리형 반사 마스크의 전사용 패턴은, EUV 광을 충분히 흡수하는 비교적 두꺼운 흡수체 패턴으로 이루어진다. 위상 시프트형 반사 마스크의 전사용 패턴은, EUV 광을 광 흡수에 의해 감광(減光)시키고, 또한 다층 반사막으로부터의 반사광에 대하여 거의 위상이 반전(약 180°의 위상 반전)된 반사광을 발생시키는 비교적 얇은 흡수체 패턴으로 이루어진다. 위상 시프트형 반사 마스크(하프톤 위상 시프트형 반사 마스크)는, 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.
EUV 리소그래피에서는, 광 투과율의 관계로부터 다수의 반사경으로 이루어지는 투영 광학계가 이용되고 있다. 반사형 마스크에 대하여 EUV 광을 비스듬하게 입사시킴으로써, 이들 복수의 반사경이 투영광(노광광)을 차단하지 않도록 하고 있다. 입사 각도는, 현재, 반사 마스크 기판 수직면에 대해 6°로 하는 것이 주류이다. 투영 광학계의 개구수(NA)의 향상과 함께 8°정도의 보다 경사입사(斜入射)가 되는 각도로 하는 방향으로 검토가 진행되고 있다.
EUV 리소그래피에서는, 노광광이 비스듬하게 입사되기 때문에, 섀도잉 효과라고 불리는 고유의 문제가 있다. 섀도잉 효과란, 입체 구조를 갖는 흡수체 패턴에 노광광이 비스듬하게 입사됨으로써 그림자가 생겨, 전사 형성되는 패턴의 치수나 위치가 바뀌는 현상을 말한다. 흡수체 패턴의 입체 구조가 벽이 되어 응달측에 그림자가 생겨, 전사 형성되는 패턴의 치수 및/또는 위치가 바뀐다. 예를 들면, 배치되는 흡수체 패턴의 방향이 경사입사광의 방향과 평행이 되는 경우와 수직이 되는 경우에서, 양자의 전사 패턴의 치수와 위치에 차이가 발생해, 전사 정밀도를 저하시킨다.
이와 같은 EUV 리소그래피용의 반사형 마스크 및 이것을 제작하기 위한 마스크 블랭크에 관련된 기술이 특허문헌 1 및 2에 개시되어 있다. 또, 특허문헌 1에는, 섀도잉 효과가 작고, 또한 위상 시프트 노광이 가능하며, 충분한 차광 프레임 성능을 갖는 반사형 마스크를 제공하는 것이 기재되어 있다. 종래, EUV 리소그래피용의 반사형 마스크로서 위상 시프트형 반사 마스크를 이용함으로써, 바이너리형 반사 마스크의 경우보다도 위상 시프트 패턴의 막 두께를 비교적 얇게 하여, 섀도잉 효과에 의한 전사 정밀도의 저하의 억제를 도모하고 있다.
특허문헌 3에는, EUV 리소그래피용의 마스크가 기재되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 3에 기재된 마스크는, 기판과, 해당 기판에 도포되는 다층 코팅과, 해당 다층 코팅에 도포되고 흡수체 재료를 갖는 마스크 구조를 구비한다. 특허문헌 3에는, 해당 마스크 구조는, 100nm 미만의 최대 두께를 갖는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 4에는, 극자외선(EUV) 마스크 블랭크를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 4에 기재된 방법은, 기판을 설치하는 것과, 상기 기판 상에 복수의 반사층의 적층체를 형성하는 것과, 상기 복수의 반사층의 적층체 상에 캡핑층을 형성하는 것과, 상기 캡핑층 상에 흡수층을 형성하는 것을 포함하는 것이 기재되어 있다. 또, 특허문헌 4에는, 상기 흡수층이, 적어도 2개의 상이한 흡수 재료의 합금을 포함하는 것이 기재되어 있다.
일본국 특개2009-212220호 공보 일본국 특개2004-39884호 공보 일본국 특표2013-532381호 공보 일본국 특표2019-527382호 공보
EUV 리소그래피에서는, 반사형 마스크에 형성된 전사용 패턴을 이용하여, 피전사 기판(반도체 기판) 상에 형성되어 있는 레지스트층에, 레지스트 전사 패턴을 전사한다. 레지스트 전사 패턴을 이용하여 반도체 장치에 소정의 미세 회로를 형성한다.
반도체 장치의 전기적 특성 성능을 높이고, 집적도를 향상하며, 및 칩 사이즈를 저감하기 위해, 전사 패턴을 보다 미세하게 하는 것, 즉, 전사 패턴의 치수를 보다 작게 하는 것, 및 전사 패턴의 위치 정밀도를 높이는 것이 요구되고 있다. 그 때문에, EUV 리소그래피에는, 종래보다도 한 단계 높은 고정밀도의 미세 치수의 전사 패턴을 전사하기 위한 전사 성능이 요구되고 있다. 현재는, hp 16nm(half pitch 16nm) 세대 대응의 초미세 고정밀도의 전사 패턴 형성이 요구되고 있다. 이와 같은 요구에 대해, 반사형 마스크에 형성된 전사용 패턴도, 한층 더의 미세화가 요구되고 있다. 또, EUV 노광 시의 섀도잉 효과를 줄이기 위해, 반사형 마스크의 전사용 패턴을 구성하는 박막에는, 한층 더의 박막화가 요구되고 있다. 구체적으로는, 반사형 마스크의 흡수체막(위상 시프트막)의 막 두께를 50nm 이하로 하는 것이 요구되고 있다.
또한, 상기의 전사 패턴의 미세화와 함께, 전사 패턴의 패턴 형상도 다양화되고 있다. 그 때문에, 반사형 마스크에는, 다양화된 패턴 형상에 대응 가능한 전사용 패턴을 형성하기 위한 흡수체막이 요구되고 있다.
또, 반도체 장치를 저비용으로 제조하기 위해서는, EUV 리소그래피의 EUV 노광을, 높은 스루풋으로 행할 수 있는 것이 요구되고 있다.
특허문헌 1 및 2에 개시되어 있는 바와 같이, 종래부터 반사형 마스크 블랭크의 흡수체막(위상 시프트막)을 형성하는 재료로서 Ta가 이용되어 왔다. 그러나, EUV 광(예를 들면, 파장 13.5nm)에서의 Ta의 굴절률(n)이 약 0.943이기 때문에, 그 위상 시프트 효과를 이용해도, Ta만으로 형성되는 흡수체막(위상 시프트막)의 박막화는 60nm가 한계이다. 보다 박막화를 행하기 위해서는, 예를 들면, 바이너리형 반사형 마스크 블랭크의 흡수체막으로는, 소쇠(消衰) 계수(k)가 높은(흡수 효과가 높은) 금속 재료를 이용할 수 있다. 예를 들면, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에는, 파장 13.5nm에서의 소쇠 계수(k)가 큰 금속 재료로서, 백금(Pt) 및 이리듐(Ir)이 기재되어 있다.
그러나, 흡수체막의 소쇠 계수(k)가 높은 것만으로는, 반사형 마스크의 흡수체막의 박막화의 요구는 만족시킬 수 있어도, 피전사 기판 상에 형성되는 전사 패턴의 패턴 형상의 다양화에 대응하는 것은 곤란한 것을 알았다. 또한, EUV 노광을 높은 스루풋으로 행한다는 요구를 만족시키는 것은 곤란했다.
상기의 점을 감안하여, 본 발명은, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 전사용 패턴을 갖는 반사형 마스크를 제조하기 위한 반사형 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 전사용 패턴을 갖는 반사형 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 피전사 기판 상에, 다양화된 미세한 패턴 형상을, 높은 스루풋으로 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시형태는 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
본 실시형태의 구성 1은, 기판 상에, 다층 반사막 및 흡수체막을 이 순서로 갖는 반사형 마스크 블랭크로서,
파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 굴절률이 0.95이고, 또한 소쇠 계수가 0.03인 막의 평가 함수의 값을 1로서 규격화했을 때에, 상기 흡수체막은, 상기 흡수체막의 규격화한 상기 평가 함수의 값이 1.015 이상이 되는 것과 같은 굴절률 및 소쇠 계수를 갖는 재료를 포함하며,
상기 평가 함수는, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)와, 소정의 레지스트의 감광을 위한 광강도의 역치와의 곱인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 2)
본 실시형태의 구성 2는, 상기 반사형 마스크 블랭크가, LOGIC hp 16nm 세대 이후의 라인 앤드 스페이스를 포함하는 전사용 패턴을 갖는 반사형 마스크를 제작하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 구성 1의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 3)
본 실시형태의 구성 3은, 상기 흡수체막의 상기 재료의 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 굴절률은 0.86∼0.95의 범위이고, 상기 흡수체막의 상기 재료의 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 소쇠 계수는 0.015∼0.065의 범위인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 4)
본 실시형태의 구성 4는, 상기 흡수체막의 상기 재료는, 이리듐(Ir) 및 루테늄(Ru)으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 것의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 5)
본 실시형태의 구성 5는, 상기 흡수체막의 상기 재료는, 이리듐(Ir)과, 붕소(B), 규소(Si), 루테늄(Ru), 탄탈(Ta) 및 산소(O)로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 것의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 6)
본 실시형태의 구성 6은, 상기 흡수체막의 상기 재료는, 백금(Pt)을 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 것의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 7)
본 실시형태의 구성 7은, 상기 흡수체막의 상기 재료는, 금(Au)을 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 것의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 8)
본 실시형태의 구성 8은, 상기 다층 반사막과 상기 흡수체막의 사이에, 보호막을 갖고,
상기 보호막은, 루테늄(Ru) 또는 규소(Si)를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 7 중 어느 것의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 9)
본 발명의 구성 9는, 구성 1 내지 8 중 어느 것의 반사형 마스크 블랭크의 상기 흡수체막이 패터닝된 흡수체 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크이다.
(구성 10)
본 발명의 구성 10은, EUV 광을 발하는 노광 광원을 갖는 노광 장치에, 구성 9에 기재된 반사형 마스크를 세트하고, 피전사 기판 상에 형성되어 있는 레지스트층에 전사 패턴을 전사하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 전사용 패턴을 갖는 반사형 마스크를 제조하기 위한 반사형 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또, 본 발명의 실시형태에 의하면, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 전사용 패턴을 갖는 반사형 마스크를 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 실시형태에 의하면, 피전사 기판 상에, 다양화된 미세한 패턴 형상을, 높은 스루풋으로 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 반사형 마스크 블랭크의 개략 구성을 설명하기 위한 주요부 단면 모식도이다.
도 2a에서 2d는, 반사형 마스크 블랭크로부터 반사형 마스크를 제작하는 공정을 주요부 단면 모식도로 나타낸 공정도이다.
도 3은, 실시예 1-1의 시뮬레이션에 의해 얻어진 규격화 평가 함수의 값을 나타내는 도면으로서, 반사형 마스크가, hp 16nm의 수직 L/S(라인 앤드 스페이스) 패턴을 갖고, 보호막(Cap 막)으로서 RuNb 막을 이용한 경우의, 흡수체막의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)에 대한 규격화 평가 함수의 값의 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는, 실시예 1-2의 시뮬레이션에 의해 얻어진 규격화 평가 함수의 값을 나타내는 도면으로서, 반사형 마스크가, hp 16nm의 수직 L/S 패턴을 갖고, 보호막으로서 RuRh 막을 이용한 경우의, 흡수체막의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)에 대한 규격화 평가 함수의 값의 분포를 나타내는 도면이다.
도 5는, 실시예 1-1의 시뮬레이션에 의해 얻어진 규격화 평가 함수의 값을 나타내는 도면으로서, 반사형 마스크가, hp 16nm의 수평 L/S 패턴을 갖고, 보호막으로서 RuNb 막을 이용한 경우의, 흡수체막의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)에 대한 규격화 평가 함수의 값의 분포를 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시예 1-2의 시뮬레이션에 의해 얻어진 규격화 평가 함수의 값을 나타내는 도면으로서, 반사형 마스크가, hp 16nm의 수평 L/S 패턴을 갖고, 보호막으로서 RuRh 막을 이용한 경우의, 흡수체막의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)에 대한 규격화 평가 함수의 값의 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시예 1-1의 시뮬레이션에 의해 얻어진 규격화 평가 함수의 값을 나타내는 도면으로서, 반사형 마스크가, 직경 24nm의 컨택트 홀의 패턴을 갖고, 보호막으로서 RuNb 막을 이용한 경우의, 흡수체막의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)에 대한 규격화 평가 함수의 값의 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은, 도 3 및 도 4에 나타내는 수직 L/S 패턴의 규격화 평가 함수의 값의 분포를 조합한 도면으로서, 도 3 및 도 4에 나타내는 규격화 평가 함수의 값이 양쪽 모두 1.015 이상인 경우(백색)와, 그 이외의 경우(흑색)로 이치화(二値化)한 분포를 나타내는 도면이다.
도 9는, 도 5 및 도 6에 나타내는 수평 L/S 패턴의 규격화 평가 함수의 값의 분포를 조합한 도면으로서, 도 5 및 도 6에 나타내는 규격화 평가 함수의 값이 양쪽 모두 1.015 이상인 경우(백색)와, 그 이외의 경우(흑색)로 이치화한 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은, 도 7에 나타내는 컨택트 홀의 패턴의 규격화 평가 함수의 값의 분포를, 평가 함수의 값이 1.015 이상인 경우(백색)와, 1.015 미만인 경우(흑색)로 이치화한 분포를 나타내는 도면이다.
도 11은, 도 8∼10에 나타내는 이치화한 규격화 평가 함수의 값의 분포를 조합한 도면으로서, 도 8∼10에 나타내는 규격화 평가 함수의 값이 모두 1.015 이상인 경우(백색)와, 그 이외의 경우(흑색)의 분포를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 실시형태는, 본 발명을 구체화할 때의 일 형태로서, 본 발명을 그 범위 내로 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면 중, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 간략화 내지 생략하는 경우가 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 기판(1) 위에, 다층 반사막(2) 및 흡수체막(4)을 이 순서로 갖는 반사형 마스크 블랭크(100)이다. 또, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 다층 반사막(2)과 흡수체막(4)의 사이에, 보호막(3)을 가질 수 있다.
도 2d에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 반사형 마스크(200)에서는, 기판(1) 상에, 다층 반사막(2) 및 흡수체막 패턴(4a)을 이 순서로 갖는다. 또, 본 실시형태의 반사형 마스크(200)는, 다층 반사막(2)과 흡수체막 패턴(4a)의 사이, 및 다층 반사막(2)의 표면에, 보호막(3)을 가질 수 있다.
본 명세서에 있어서, 「LOGIC hp 16nm 세대 이후의 L/S(라인 앤드 스페이스) 패턴」이란, 하프 피치(hp)가 hp 16nm 이하인 L/S(라인 앤드 스페이스) 패턴인 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 「정규화 화상 대수 기울기(NILS, Normalized Image Log Slope)」란, 하기의 식 1로 표시되는 것을 말한다. 또한, 식 1 중, W(단위: nm)는, 패턴 사이즈를 나타내고, I는 광강도를 나타낸다. 「I＝Ithreshold」는, 미분이, 패턴 사이즈 W의 패턴의 에지에 상당하는 장소(즉, 광강도가 후술하는 역치(threshold)인 장소)에서의 소정의 미분치인 것을 나타낸다. 또한, 본 명세서에서는, 정규화 화상 대수 기울기를, 단지 「NILS」라고 하는 경우가 있다.
(식 1)
Figure pct00001
정규화 화상 대수 기울기(NILS)는, 가로축을 위치, 세로축을 노광광의 광강도의 대수(對數)로 했을 때의 기울기의 크기를 나타낸다. 즉, NILS가 높을수록, 콘트라스트도 높아진다. EUV 리소그래피에서는, 피전사 기판 상의 레지스트층에 소정의 전사 패턴을 전사한다. 레지스트층의 레지스트는, 노광광의 도스량(광강도에 시간을 곱한 것)에 따라 감광한다. 그 때문에, 노광 후의 레지스트를 현상하면, 콘트라스트(NILS)가 높을수록, 전사 패턴의 패턴 에지 부분의 형상의 기울기는 커진다. 패턴 에지 부분의 형상의 기울기가 큰(급준) 경우에는, 노광광의 도스량에 대한 패턴 에지의 위치의 의존이 작아진다. 그 때문에, 도스량에 변동이 있었던 경우라도, 전사 패턴의 형상의 변화가 작아진다. 이상의 점으로부터, 미세하고 높은 정밀도의 전사 패턴을 얻기 위해, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)가 높은 것이 바람직하다. 또, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)가 높을수록, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하다고 할 수 있다.
정규화 화상 대수 기울기(NILS)는, 반사형 마스크(200)의 흡수체 패턴(4a)의 재료 및 형상에 따라 다르다. 노광 공정에 있어서, 반사형 마스크(200)에 있어서 노광광이 반사되어 피전사 기판 상에 투영되는 반사 노광광의 광강도 및 그 분포는, 반사형 마스크(200)의 흡수체 패턴(4a)의 재료 및 형상에 영향을 받기 때문이다. 보다 구체적으로는, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)는, 흡수체 패턴(4a)의 재료의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k), 흡수체 패턴(4a)의 막 두께 등에 의존한다. 따라서, 소정의 재료의 흡수체 패턴(4a)을 갖는 반사형 마스크(200)는, 소정의 정규화 화상 대수 기울기(NILS)를 갖는다고 할 수 있다. 또, 반사형 마스크(200) 중에서, 흡수체 패턴(4a)의 재료 및 막 두께가, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)에 대해 영향을 주기 때문에, 흡수체막(4)의 재료 및 막 두께에 따라, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)를 관념할 수 있다. 또, 막 두께를 최적화한 경우, 흡수체막(4)의 재료에 따라, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)를 관념할 수 있다. 그 때문에, 본 명세서에서는, 소정의 반사형 마스크(200)를 이용하는 노광 공정에서의 정규화 화상 대수 기울기(NILS)를, (소정의 재료의 흡수체 패턴(4a)을 갖는) 반사형 마스크(200)의 정규화 화상 대수 기울기(NILS), 또는 (소정의 재료의 흡수체막(4)을 갖는) 반사형 마스크 블랭크(100)의 정규화 화상 대수 기울기(NILS)라고 하는 경우가 있다.
본 명세서에 있어서, 「역치」란, 소정의 half pitch(본 명세서에서는, 단지 「hp」로 기재하는 경우가 있다.)의 라인 앤드 스페이스 패턴(본 명세서에서는, 단지 「L/S」로 기재하는 경우가 있다.)의 레지스트 전사 패턴을 형성하기 위한 EUV 노광 시에, 소정의 hp에서 레지스트가 감광하기 위한 광강도를 말한다. 예를 들면, 세로축을 광강도, 가로축을 L/S의 hp를 나타내는 형상의 그래프(에어리얼 이미지)에 있어서, 「역치」란, 소정의 hp에서 레지스트가 감광하는 광강도를 말한다. 구체적으로는, 예를 들면 레지스트로서 네가티브형 감광성 재료를 이용하는 경우, 소정의 광강도로 노광한 후에 현상을 했을 때에, 역치는, 네가티브형 감광성 재료가 완전히 불용(不溶)이 되는 광강도를 의미한다. 역치가 높을수록, EUV 노광 시의 노광광의 도스량이 적어도 되기 때문에, EUV 노광 공정의 스루풋이 높아진다. 따라서, EUV 노광 공정의 스루풋을 높게 하기 위해서는, 역치는, 높은 것이 바람직하다.
역치는, 피전사 기판 상의 레지스트층의 감광성 및 전사 패턴의 형상(구체적으로는, L/S의 half pitch(hp))에 따라 다르다. 노광 공정에 있어서, 피전사 기판 상에 전사되는 전사 패턴(레지스트 전사 패턴)의 형상은, 반사형 마스크(200)에 있어서 노광광이 반사되어 피전사 기판 상에 투영되는 반사 노광광의 광강도 및 그 분포에 의존한다. 그리고, 반사 노광광의 광강도 및 그 분포는, 반사형 마스크(200)의 흡수체 패턴(4a)의 재료 및 형상에 영향을 받는다. 보다 구체적으로는, 역치는, 흡수체 패턴(4a)의 재료의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k), 흡수체 패턴(4a)의 막 두께, 및 L/S의 hp 등의 흡수체 패턴(4a)의 형상 등에 따라 다르게 된다. 따라서, 반사형 마스크(200)는, 소정의 역치를 갖는다고 할 수 있다. 또, 동일한 L/S의 hp의 경우에는, 반사형 마스크(200) 중에서, 흡수체 패턴(4a)의 재료 및 막 두께가, 역치에 대해 영향을 주게 되기 때문에, 흡수체막(4)의 재료 및 막 두께에 따라 역치를 관념할 수 있다. 또, 막 두께를 최적화한 경우, 흡수체막(4)의 재료에 따라 역치를 관념할 수 있다. 그 때문에, 본 명세서에서는, 소정의 반사형 마스크(200)를 이용하는 노광 공정에서의 역치를, (소정의 재료의 흡수체 패턴(4a)을 갖는) 반사형 마스크(200)의 역치, 또는 (소정의 재료의 흡수체막(4)을 갖는) 반사형 마스크 블랭크(100)의 역치라고 하는 경우가 있다.
본 명세서에 있어서, 「평가 함수」란, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)와, 소정의 레지스트의 감광을 위한 광강도의 역치와의 곱이다. 소정의 재료의 흡수체 패턴(4a)을 갖는 반사형 마스크(200)의 평가 함수의 값이 클수록, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴(레지스트 전사 패턴)을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있다고 할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 「규격화 평가 함수」란, 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 굴절률(n)이 0.95이고, 또한 소쇠 계수(k)가 0.03인 막(본 명세서에서는, 「기준막」이라고 한다.)의 패턴(기준막 패턴)을 흡수체 패턴(4a)으로서 이용한 반사형 마스크(200)의 평가 함수의 값을 1로 하여, 비교 대상 막의 평가 함수의 값을 규격화한, 평가 함수의 값의 비율을 의미한다.
현재, 반사형 마스크(200)의 흡수체막(4)으로서, Ta를 포함하는 막, 예를 들면 TaBN 막 및 TaN 막 등이 많이 이용되고 있다. TaBN 막 및 TaN 막의 굴절률(n)은 0.95 정도이고, 소쇠 계수(k)는 0.03 정도이다. 그 때문에, 규격화 평가 함수의 값을 산출할 때의 기준막으로서, 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 굴절률(n)이 0.95이고, 또한 소쇠 계수(k)가 0.03인 막을 선택하는 것으로 했다. 규격화 평가 함수의 값은, 이 기준막의 패턴(기준막 패턴)을 갖는 반사형 마스크(200)의 평가 함수의 값에 대한, 비교 대상이 되는 흡수체 패턴(4a)을 갖는 반사형 마스크(200)의 평가 함수의 값의 비이다. 또한, 상술한 바와 같이, 본래, 평가 함수의 값은, 소정의 반사형 마스크(200)를 이용하여, 피전사 기판 상의 레지스트층에 전사 패턴을 전사할 때에, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)와 광강도의 역치와의 곱으로서 얻어지는 값이다. 한편, 전사 패턴이 동일한 패턴 형상인 경우(즉, 반사형 마스크(200)의 전사 패턴이 동일한 패턴 형상인 경우)에는, 정규화 화상 대수 기울기(NILS) 및 역치는, 반사형 마스크(200)의 전사 패턴을 구성하는 흡수체막(4)의 재료의 역치로서 관념할 수 있다. 따라서, 평가 함수의 값도, 흡수체막(4)의 재료에 대해 관념할 수 있게 된다. 그 때문에, 본 명세서에서는, 소정의 흡수체막(4)의 평가 함수(또는 규격화 평가 함수)의 값, 또는 기준막의 평가 함수의 값과 같이 기재하는 경우가 있다. 마찬가지로, (소정의 재료의 흡수체 패턴(4a)을 갖는) 반사형 마스크(200)의 평가 함수(또는 규격화 평가 함수)의 값, 또는 (소정의 재료의 흡수체막(4)을 갖는) 반사형 마스크 블랭크(100)의 평가 함수(또는 규격화 평가 함수)의 값이라고 하는 경우가 있다.
상술한 점으로부터, 본 명세서에서는, 기준막의 패턴(기준막 패턴)을 흡수체 패턴(4a)으로서 이용한 반사형 마스크(200)의 평가 함수를, 단지, 기준막의 평가 함수라고 하는 경우가 있다.
소정의 재료의 흡수체 패턴(4a)을 갖는 반사형 마스크(200)의 규격화 평가 함수의 값이 클수록, 기준막의 흡수체 패턴(4a)을 갖는 반사형 마스크(200)와 비교하여, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 보다 높은 스루풋으로 행할 수 있다고 할 수 있다.
본 발명자들은, 정규화 화상 대수 기울기(NILS), 역치 및 막 두께의 관계에 주목하고, 패턴 형상의 다양화에 대응 가능한 흡수체막(4)의 최적인 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)를 찾아내어, 본 발명에 이르렀다. 구체적으로는, 상술의 규격화 평가 함수의 값이 소정의 범위가 되는 것과 같은 흡수체막(4)을 선택하기 위해, 소정의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)를 갖는 재료를 이용하여 흡수체막(4)을 형성함으로써, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 전사 패턴을 갖는 반사형 마스크(200)를 제조할 수 있는 것을 찾아내어, 본 발명에 이르렀다.
다음으로, 본 발명의 반사형 마스크 블랭크(100)에 대해서 설명한다.
본 실시형태는, 기판(1) 상에, 다층 반사막(2) 및 흡수체막(4)을 이 순서로 갖는 반사형 마스크 블랭크(100)이다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 흡수체막(4)은, 흡수체막(4)의 규격화한 평가 함수(규격화 평가 함수)의 값이 1.015 이상이 되는 것과 같은 굴절률 및 소쇠 계수를 갖는 재료를 포함한다. 또한, 「흡수체막(4)의 규격화 평가 함수」란, 그 흡수체막(4)을 이용하여 반사형 마스크 블랭크(100)를 제조하고, 더 나아가 반사형 마스크(200)를 제조했을 때의, 그 반사형 마스크(200)의 노광 공정에 있어서의 규격화 평가 함수를 의미한다. 규격화의 기준이 되는 반사형 마스크(200)와, 규격화의 대상이 되는 반사형 마스크(200)가 같은 조건에서 노광 공정에 이용되는 경우, 양자의 상위(相違)가 흡수체막(4)(재료 및 막 두께)만인 경우에는, 「흡수체막(4)의 규격화 평가 함수」라는 표현을 했다고 해도 오해를 일으키지 않고, 흡수체막(4)을 특정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 평가 함수는, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)와, 소정의 레지스트의 감광을 위한 광강도의 역치와의 곱이다. 또, 규격화 평가 함수의 값은, 기준막의 평가 함수의 값으로 규격화한 평가 함수의 값이다. 또한, 규격화 평가 함수의 값의 상한은, 전사 패턴의 미세화의 요구에 따라 결정할 수 있다. 현실적인 흡수체막(4)의 재료의 선택을 가능하게 하기 위해, 규격화 평가 함수의 값의 상한은, 2.0 이하인 것이 바람직하고, 1.7 이하인 것이 보다 바람직하다.
규격화 평가 함수의 값은, 전사용 패턴이, 수직 L/S(라인 앤드 스페이스) 패턴, 수평 L/S 패턴 및 컨택트 홀 패턴의 어느 경우에도 1.015 이상인 것이 바람직하다. 그 경우에는, 현재의 주류인 Ta계 흡수체막(4)을 이용한 경우보다도 노광 성능이 웃돈다고 생각된다.
또한, 수직 L/S 패턴이란, 반사형 마스크(200)에 대한 입사광 및 반사광을 포함하는 평면의 법선이, L/S 패턴의 라인의 방향과 수직이 되도록, 반사형 마스크(200)에 입사광이 입사하는 L/S 패턴을 의미한다. 수평 L/S 패턴이란, 반사형 마스크(200)에 대한 입사광 및 반사광을 포함하는 평면의 법선이, L/S 패턴의 라인의 방향과 평행이 되도록, 반사형 마스크(200)에 입사광이 입사하는 L/S 패턴을 의미한다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, LOGIC hp 16nm의 라인 앤드 스페이스를 포함하는 전사 패턴을 갖는 반사형 마스크(200)를 제작하기 위해, 바람직하게 이용된다. 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 이용한다면, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 전사 패턴을 갖는 반사형 마스크(200)를 제조할 수 있기 때문이다.
다음으로, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 구성하는 막에 대해서, 구체적으로 설명한다.
＜반사형 마스크 블랭크(100)의 구성 및 그 제조 방법＞
도 1은, 본 발명의 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 구성을 설명하기 위한 주요부 단면 모식도이다. 동 도면에 나타나는 바와 같이, 반사형 마스크 블랭크(100)는, 기판(1)과, 제 1 주면(主面)(표면)측에 형성된 노광광인 EUV 광을 반사하는 다층 반사막(2)과, 당해 다층 반사막(2)을 보호하기 위해 설치되는 보호막(3)과, EUV 광을 흡수하는 흡수체막(4)을 갖고, 이들이 이 순서로 적층된다. 또, 기판(1)의 제 2 주면(이면)측에는, 정전 척용의 이면 도전막(5)이 형성된다.
또, 상기 반사형 마스크 블랭크(100)는, 이면 도전막(5)이 형성되어 있지 않은 구성을 포함한다. 또한, 상기 반사형 마스크 블랭크(100)는, 에칭 마스크막 위에 레지스트막(11)을 형성한 레지스트막 부착 마스크 블랭크의 구성을 포함한다.
본 명세서에 있어서, 예를 들면, 「기판(1) 위에 형성된 다층 반사막(2)」이라는 기재는, 다층 반사막(2)이, 기판(1)의 표면에 접하여 배치되는 것을 의미하는 경우 외에, 기판(1)과, 다층 반사막(2)과의 사이에 다른 막을 갖는 것을 의미하는 경우도 포함한다. 다른 막에 대해서도 마찬가지이다. 또, 본 명세서에 있어서, 예를 들면 「막 A가 막 B 위에 접하여 배치된다」란, 막 A와 막 B의 사이에 다른 막을 개재하지 않고, 막 A와 막 B가 직접 접하도록 배치되어 있는 것을 의미한다.
이하, 반사형 마스크 블랭크(100)의 각 구성에 대해서 구체적으로 설명을 한다.
＜＜기판(1)＞＞
기판(1)은, EUV 광에 의한 노광 시의 열에 의한 흡수체 패턴(4a)의 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 세라믹스 등을 이용할 수 있다.
기판(1)의 전사 패턴(후술의 흡수체막(4)을 패터닝한 것이 이것을 구성한다)이 형성되는 측의 제 1 주면은, 적어도 패턴 전사 정밀도, 위치 정밀도를 얻는 관점에서 고평탄도가 되도록 표면 가공되어 있다. EUV 노광의 경우, 기판(1)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, 흡수체막(4)이 형성되는 측과 반대측의 제 2 주면은, 노광 장치에 세트할 때에 정전 척되는 면으로서, 142mm×142mm의 영역에 있어서, 평탄도가 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.03㎛ 이하이다.
또, 기판(1)의 표면 평활도의 높이도 극히 중요한 항목이다. 전사용 패턴(흡수체 패턴(4a))이 형성되는 기판(1)의 제 1 주면의 표면 거칠기는, 제곱 평균 평방근 거칠기(RMS)로 0.1nm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 표면 평활도는, 원자간력 현미경으로 측정할 수 있다.
또한, 기판(1)은, 그 위에 형성되는 막(다층 반사막(2) 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(2)＞＞
다층 반사막(2)은, 반사형 마스크(200)에 있어서, EUV 광을 반사하는 기능을 부여하는 것이며, 굴절률이 다른 원소를 주성분으로 하는 각 층이 주기적으로 적층된 다층막의 구성으로 되어 있다.
일반적으로는, 고굴절률 재료인 경원소(輕元素) 또는 그 화합물의 박막(고굴절률층)과, 저굴절률 재료인 중원소(重元素) 또는 그 화합물의 박막(저굴절률층)이 교대로 40에서 60 주기 정도 적층된 다층막이, 다층 반사막(2)으로서 이용된다. 다층막은, 기판(1)측으로부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층한 고굴절률층/저굴절률층의 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층해도 된다. 또, 다층막은, 기판(1)측으로부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 적층한 저굴절률층/고굴절률층의 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층해도 된다. 또한, 다층 반사막(2)의 최표면의 층, 즉 다층 반사막(2)의 기판(1)과 반대측의 표면층은, 고굴절률층으로 하는 것이 바람직하다. 상술의 다층막에 있어서, 기판(1)측으로부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층한 고굴절률층/저굴절률층의 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층하는 경우는 최상층이 저굴절률층이 된다. 이 경우, 저굴절률층이 다층 반사막(2)의 최표면을 구성하면 용이하게 산화되어 버려 반사형 마스크(200)의 반사율이 감소한다. 그 때문에, 최상층의 저굴절률층 상에 고굴절률층을 추가로 형성하여 다층 반사막(2)으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상술의 다층막에 있어서, 기판(1)측으로부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 적층한 저굴절률층/고굴절률층의 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층하는 경우는, 최상층이 고굴절률층이 되므로, 그대로여도 된다.
본 실시형태에 있어서, 고굴절률층으로는, 규소(Si)를 포함하는 층이 채용된다. Si를 포함하는 재료로는, Si 단체(單體) 외에, Si에, 붕소(B), 탄소(C), 질소(N) 및 산소(O)를 포함하는 Si 화합물이어도 된다. Si를 포함하는 층을 고굴절률층으로서 사용함으로써, EUV 광의 반사율이 뛰어난 EUV 리소그래피용의 반사형 마스크(200)가 얻어진다. 또, 본 실시형태에 있어서 기판(1)으로는 유리 기판이 바람직하게 이용된다. Si는 유리 기판과의 밀착성에 있어서도 뛰어나다. 또, 저굴절률층으로는, 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 백금(Pt)으로부터 선택되는 금속 단체, 또는 이들의 합금이 이용된다. 예를 들면 파장 13nm에서 14nm의 EUV 광에 대한 다층 반사막(2)으로는, 바람직하게는 Mo 막과 Si 막을 교대로 40에서 60 주기 정도 적층한 Mo/Si 주기 적층막이 이용된다. 또한, 다층 반사막(2)의 최상층인 고굴절률층을 규소(Si)로 형성하고, 당해 최상층(Si)과 Ru계 보호막(3)의 사이에, 규소와 산소를 포함하는 규소 산화물층을 형성하도록 해도 된다. 이것에 의해, 마스크 세정 내성을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 다층 반사막(2)의 단독에서의 반사율은 통상 65％ 이상이며, 상한은 통상 73％이다. 또한, 다층 반사막(2)의 각 구성층의 막 두께 및 주기는, 노광 파장에 따라 적절히 선택하면 되고, 브래그 반사의 법칙을 만족하도록 선택된다. 다층 반사막(2)에 있어서 고굴절률층 및 저굴절률층은 각각 복수 존재한다. 고굴절률층끼리, 그리고 저굴절률층끼리의 막 두께가 동일하지 않아도 된다. 또, 다층 반사막(2)의 최표면의 Si 층의 막 두께는, 반사율을 저하시키지 않는 범위에서 조정할 수 있다. 최표면의 Si(고굴절률층)의 막 두께는, 3nm에서 10nm로 할 수 있다.
다층 반사막(2)의 형성 방법은 당해 기술 분야에 있어서 공지이다. 예를 들면 이온 빔 스퍼터링법에 의해, 다층 반사막(2)의 각 층을 성막함으로써 형성할 수 있다. 상술한 Mo/Si 주기 다층막의 경우, 예를 들면 이온 빔 스퍼터링법에 의해, 우선 Si 타겟을 이용하여 두께 4nm 정도의 Si 막을 기판(1) 상에 성막한다. 그 후 Mo 타겟을 이용하여 두께 3nm 정도의 Mo 막을 성막한다. 이 Si 막 및 Mo 막을 1 주기로 하여, 40에서 60 주기 적층해, 다층 반사막(2)을 형성한다(최표면의 층은 Si 층으로 한다). 또, 다층 반사막(2)의 성막 시에, 이온원(源)으로부터 크립톤(Kr) 이온 입자를 공급하여, 이온 빔 스퍼터링을 행함으로써 다층 반사막(2)을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 다층 반사막(2)은, 적층 주기수의 증가에 의한 반사율의 향상 및 공정수가 증가하는 것에 의한 스루풋의 저하 등의 점에서, 40 주기 정도인 것이 바람직하다. 단, 다층 반사막(2)의 적층 주기수는, 40 주기로 한정하는 것은 아니며, 예를 들면 60 주기여도 된다. 60 주기로 한 경우, 40 주기보다도 공정수는 늘어나지만, EUV 광에 대한 반사율을 높일 수 있다.
＜＜보호막(3)＞＞
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 다층 반사막(2)과 흡수체막(4)의 사이에, 보호막(3)을 갖는 것이 바람직하다. 다층 반사막(2) 위에 보호막(3)이 형성되어 있음으로써, 반사형 마스크 블랭크(100)를 이용하여 반사형 마스크(200)(EUV 마스크)를 제조할 때의 다층 반사막(2) 표면에의 대미지를 억제할 수 있다. 그 때문에, 보호막(3)을 형성함으로써, EUV 광에 대한 반사율 특성이 양호해진다.
보호막(3)은, 후술하는 반사형 마스크(200)의 제조 공정에 있어서의 드라이 에칭 및 세정으로부터 다층 반사막(2)을 보호하기 위해, 다층 반사막(2) 위에 형성된다. 또, 전자선(EB)을 이용한 흡수체 패턴(4a)의 흑결함 수정 시의 다층 반사막(2)의 보호도 겸비한다. 보호막(3)은, 에천트 및 세정액 등에 대하여 내성을 갖는 재료로 형성된다. 여기에서, 도 1에서는 보호막(3)이 1층인 경우를 나타내고 있지만, 3층 이상의 적층 구조로 할 수도 있다. 예를 들면, 최하층과 최상층을, 상기 Ru를 함유하는 물질로 이루어지는 층으로 하고, 최하층과 최상층의 사이에, Ru 이외의 금속, 또는 합금을 개재시킨 보호막(3)으로 해도 상관없다. 예를 들면, 보호막(3)은, 루테늄을 주성분으로서 포함하는 재료에 의해 구성될 수도 있다. 즉, 보호막(3)의 재료는, Ru 금속 단체여도 되고, Ru에 티탄(Ti), 니오브(Nb), Rh(로듐), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 붕소(B), 란탄(La), 코발트(Co) 및 레늄(Re) 등으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 함유한 Ru 합금이어도 되며, 질소를 포함하고 있어도 상관없다. 이와 같은 보호막(3)은, 특히, 흡수체막(4)을, 염소계 가스(Cl계 가스)의 드라이 에칭으로 패터닝하는 경우에 유효하다. 보호막(3)은, 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 있어서의 보호막(3)에 대한 흡수체막(4)의 에칭 선택비(흡수체막(4)의 에칭 속도/보호막(3)의 에칭 속도)가 1.5 이상, 바람직하게는 3 이상이 되는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
보호막(3)의 재료가 Ru 합금인 경우, Ru 합금의 Ru 함유량은 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 함유량이 95 원자％ 이상 100 원자％ 미만인 경우에는, 보호막(3)으로의 다층 반사막(2) 구성 원소(규소)의 확산을 억제하면서, EUV 광의 반사율을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 이 보호막(3)의 경우에는, 마스크 세정 내성, 흡수체막(4)(구체적으로는, 버퍼층(42))을 에칭 가공했을 때의 에칭 스토퍼 기능, 및 다층 반사막(2)의 경시(經時) 변화 방지의 보호막(3) 기능을 겸비하는 것이 가능해진다.
보호막(3)의 재료는, 규소(Si)를 포함하는 재료여도 된다. 규소(Si)를 포함하는 재료는, 예를 들면, 규소(Si), 산화 규소(SiO, SiO2 및 Si3O2 등의 SixOy(x 및 y는 1 이상의 정수)), 질화 규소(SiN 및 Si3N4 등의 SixNy(x 및 y는 1 이상의 정수)), 및 산화 질화 규소(SiON 등의 SixOyNz(x, y 및 z는 1 이상의 정수))로부터 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함한다. 이와 같은 보호막(3)은, 특히, 흡수체막(4)을, 산소 가스를 포함하는 염소계 가스(Cl계 가스)의 드라이 에칭으로 패터닝하는 경우에 유효하다. 보호막(3)은, 산소 가스를 포함하는 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에서의 보호막(3)에 대한 흡수체막(4)의 에칭 선택비(흡수체막(4)의 에칭 속도/보호막(3)의 에칭 속도)가 1.5 이상, 바람직하게는 3 이상이 되는 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에서는, 보호막(3)이, 루테늄(Ru) 또는 규소(Si)를 포함하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 보호막(3)이, 루테늄(Ru)을 포함하는 재료(예를 들면 Ru 단체, Ru 합금)에 의해 형성됨으로써, 다층 반사막(2) 표면에의 대미지를 효과적으로 억제할 수 있다. 또, 보호막(3)이 규소(Si)를 포함하는 재료에 의해 형성됨으로써, 흡수체막(4)의 재료 선택의 자유도를 크게 할 수 있다.
EUV 리소그래피에서는, 노광광에 대하여 투명한 물질이 적기 때문에, 마스크 패턴면에의 이물 부착을 방지하는 EUV 펠리클이 기술적으로 간단하지는 않다. 이 점에서, 펠리클을 이용하지 않는 펠리클레스 운용이 주류로 되어 있다. 또, EUV 리소그래피에서는, EUV 노광에 의해 마스크에 카본막이 퇴적하거나, 산화막이 성장하거나 하는 노광 컨테미네이션이 일어난다. 그 때문에, EUV 반사형 마스크(200)를 반도체 장치의 제조에 사용하고 있는 단계에서, 자주 세정을 행하여 마스크 상의 이물이나 컨테미네이션을 제거할 필요가 있다. 이 때문에, EUV 반사형 마스크(200)에서는, 광 리소그래피용의 투과형 마스크에 비해 현격한 차이의 마스크 세정 내성이 요구되고 있다. Ti를 함유한 Ru계 보호막(3)을 이용하면, 황산, 황산과수(SPM), 암모니아, 암모니아과수(APM), OH 라디칼 세정수, 또는 농도가 10ppm 이하인 오존수 등의 세정액에 대한 세정 내성이 특히 높고, 마스크 세정 내성의 요구를 만족시키는 것이 가능해진다.
이와 같은 루테늄(Ru) 또는 그 합금, 또는 규소(Si) 등에 의해 구성되는 보호막(3)의 막 두께는, 그 보호막(3)으로서의 기능을 다할 수 있는 한 특별히 제한되지 않는다. EUV 광의 반사율의 관점에서, 보호막(3)의 막 두께는, 바람직하게는 1.0nm에서 8.0nm, 보다 바람직하게는 1.5nm에서 6.0nm이다.
보호막(3)의 형성 방법으로는, 공지의 막 형성 방법과 마찬가지의 것을 특별히 제한 없이 채용할 수 있다. 구체예로는, 스퍼터링법 및 이온 빔 스퍼터링법을 들 수 있다.
＜＜흡수체막(4)＞＞
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 기판(1) 상에, 다층 반사막(2) 및 흡수체막(4)을 이 순서로 갖는다. 보다 구체적으로는, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에서는, 다층 반사막(2) 또는 보호막(3) 위에, EUV 광을 흡수하는 흡수체막(4)이 형성된다. 흡수체막(4)은, EUV 광을 흡수하는 기능을 갖는다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 흡수체막(4)은, 굴절률이 0.95이고, 또한 소쇠 계수가 0.03인 막의 평가 함수의 값을 1로서 규격화했을 때에, 흡수체막(4)의 규격화한 평가 함수(규격화 평가 함수)의 값이 1.015 이상, 바람직하게는 1.03 이상, 보다 바람직하게는 1.05 이상이 되는 것과 같은 굴절률 및 소쇠 계수를 갖는 소정의 재료를 포함한다. 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 흡수체막(4)은, 소정의 평가 함수의 값을 갖는 소정의 재료만으로 이루어질 수 있다. 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 흡수체막(4)이 소정의 재료를 포함함으로써, 종래의 TaBN 막 및 TaN 막 등을 재료로 하는 흡수체막(4)과 비교하여, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 전사 패턴을 갖는 반사형 마스크(200)를 제조하기 위한 반사형 마스크 블랭크(100)를 얻을 수 있다고 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 평가 함수는, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)와, 소정의 레지스트의 감광을 위한 광강도의 역치와의 곱이다. 또한, 규격화 평가 함수의 값의 상한은, 전사 패턴의 미세화의 요구에 따라 결정할 수 있다. 현실적인 흡수체막(4)의 재료의 선택을 가능하게 하기 위해, 규격화 평가 함수의 값의 상한은, 2.0 이하인 것이 바람직하고, 1.7 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에서는, 흡수체막(4)의 재료의 굴절률이 0.86∼0.95의 범위이고, 흡수체막(4)의 재료의 소쇠 계수는 0.015∼0.065의 범위인 것이 바람직하다. 흡수체막(4)의 재료의 굴절률 및 소쇠 계수가 소정의 범위인 것에 의해, 흡수체막(4)의 규격화한 평가 함수의 값이 1.015 이상이 되는 것과 같은 굴절률 및 소쇠 계수를 갖는 재료를 비교적 용이하게 얻을 수 있다.
규격화 평가 함수의 값이 1.015 이상인 영역에 속하는 단체의 재료로서, Ag, Co, Pt, Au, Fe, Pd, Ir, W, Cr, Rh 및 Ru 등을 들 수 있다. 또, 규격화 평가 함수의 값이 1.015 이상이 되도록, Ag, Co, Pt, Au, Fe, Pd, Ir, W, Cr, Rh 및 Ru로부터 선택되는 1 이상을 포함하는 합금, Ag, Co, Pt, Au, Fe, Pd, Ir, W, Cr, Rh 또는 Ru의 단체, 또는 상기 합금과, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 및 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 따라서, 이들 재료를 이용하여 흡수체막(4)을 형성한다면, 종래의 TaBN 막 및 TaN 막 등을 재료로 하는 흡수체막(4)과 비교하여, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 전사 패턴을 갖는 반사형 마스크(200)를 제조하기 위한 반사형 마스크 블랭크(100)를 얻을 수 있다고 할 수 있다.
규격화 평가 함수의 값이 1.015 이상인 구체적인 재료로는, Ir, Pt 및 IrTa 합금(예를 들면, 원자비 Ir:Ta＝4:1)을 들 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 흡수체막(4)의 재료는, 이리듐(Ir) 및 루테늄(Ru)으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
이리듐(Ir)의 굴절률은 0.905이며, 소쇠 계수는 0.044이다. 또, 루테늄(Ru)의 굴절률은 0.886이며, 소쇠 계수는 0.017이다. 그 때문에, 흡수체막(4)의 재료가 이리듐(Ir) 및 루테늄(Ru)으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함함으로써, 흡수체막(4)의 규격화한 평가 함수의 값이 1.015 이상이 되는 것과 같은 굴절률 및 소쇠 계수를 갖는 재료를 비교적 용이하게 얻을 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 흡수체막(4)의 재료는, 이리듐(Ir)과, 붕소(B), 규소(Si), 루테늄(Ru), 탄탈(Ta) 및 산소(O)로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. Ir 단체를 재료로 하는 흡수체막(4)의 경우에는, 표면 거칠기가 거칠고, 에칭이 비교적 용이하지 않다는 문제가 있다. 또, Ir 박막은, 성막 조건에 따라, 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 변화한다는 문제도 있다. 그 때문에, 상술의 원소를 포함하는 Ir 합금 또는 Ir 화합물을 흡수체막(4)의 재료로서 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 흡수체막(4)의 재료는, 백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함하는 것이 바람직하다.
백금(Pt)의 굴절률은 0.891이며, 소쇠 계수는 0.060이다. 또, 금(Au)의 굴절률은 0.899이며, 소쇠 계수는 0.052이다. 그 때문에, 흡수체막(4)의 재료가 백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함함으로써, 흡수체막(4)의 규격화한 평가 함수의 값이 1.015 이상이 되는 것과 같은 굴절률 및 소쇠 계수를 갖는 재료를 비교적 용이하게 얻을 수 있다. 또, 백금(Pt) 또는 금(Au)은 안정한 금속이며, 성막 후에 굴절률 및 소쇠 계수가 변화하기 어렵기 때문에, 흡수체막(4)의 재료가 백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함하는 것이 바람직하다.
흡수체막(4)은, 다층 반사막(2) 또는 보호막(3)의 표면에 접하여 배치되는 버퍼층, 및 버퍼층의 표면에 형성되는 흡수층의 2층으로 이루어질 수 있다. 이 경우에는, 상술의 흡수체막(4)의 재료는, 흡수층의 재료로서 이용할 수 있다. 버퍼층은, 흡수층(흡수체막(4))의 재료와, 다층 반사막(2) 또는 보호막(3)의 재료와의 에칭 선택비가 높지 않은 경우에 배치할 수 있다. 버퍼층을 배치함으로써, 흡수체 패턴(4a)의 형성이 용이해지므로, 흡수체 패턴(4a)의 박막화가 가능해진다. 또, 상술의 흡수체막(4)의 재료는, 버퍼층의 재료로서 이용할 수 있다. 이때, 버퍼층의 재료는, 흡수체층의 재료에 대한 에칭 선택비가 1.5 이상이 되는 재료로 하는 것이 바람직하다. 버퍼층으로서, 상술의 흡수체막(4)의 재료를 이용함으로써, 본 발명의효과를 저감하는 일 없이, 흡수층 및 보호막(3)의 재료의 선택의 폭을 넓히는 것이 가능해진다. 예를 들면, 버퍼층의 재료로서, 크롬(Cr)과, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 및 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 해도 된다.
또, 본 발명의효과를 저감하지 않는 범위에서, 버퍼층의 재료로서, 상술의 흡수체막(4)의 재료 이외의 재료를 이용할 수 있다. 예를 들면, 버퍼층의 재료로서, 탄탈(Ta) 또는 규소(Si)와, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 및 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료로 해도 된다. 이와 같은 경우에는, 버퍼층의 막 두께는, 흡수체막 전체(흡수층 및 버퍼층)의 막 두께에 대해, 1/3 이하가 되는 것이 바람직하다. 버퍼층의 막 두께는, 20nm 이하가 바람직하고, 15nm 이하가 보다 바람직하며, 10nm 이하가 더욱 바람직하다. 또, 버퍼층의 막 두께는, 2nm 이상이 바람직하다.
EUV 광의 흡수를 목적으로 한 흡수체막(4)의 경우, 흡수체막(4)에 대한 EUV 광의 반사율이 2％ 이하, 바람직하게는 1％ 이하가 되도록, 막 두께가 설정된다. 또, 섀도잉 효과를 억제하기 위해, 흡수체막(4)의 막 두께는, 60nm 미만, 바람직하게는 50nm 이하로 하는 것이 요구된다.
또, 흡수체막(4)(흡수체막(4)이 버퍼층 및 흡수층의 2층으로 이루어지는 경우에는 흡수층)의 표면에는, 산화층을 형성해도 된다. 흡수체막(4)(흡수층)의 표면에 산화층을 형성함으로써, 얻어지는 반사형 마스크(200)의 흡수체 패턴(4a)의 세정 내성을 향상시킬 수 있다. 산화층의 두께는, 1.0nm 이상이 바람직하고, 1.5nm 이상이 보다 바람직하다. 또, 산화층의 두께는, 5nm 이하가 바람직하고, 3nm 이하가 보다 바람직하다. 산화층의 두께가 1.0nm 미만인 경우에는 너무 얇아서 효과를 기대할 수 없다. 산화층의 두께가 5nm를 넘으면 마스크 검사광에 대한 표면 반사율에 주는 영향이 커져서, 소정의 표면 반사율을 얻기 위한 제어가 어려워진다.
산화층의 형성 방법은, 흡수체막(4)(흡수층)이 성막된 후의 마스크 블랭크에 대해, 온수 처리, 오존수 처리, 산소를 함유하는 기체 중에서의 가열 처리, 산소를 함유하는 기체 중에서의 자외선 조사 처리 및 O2 플라스마 처리 등을 행하는 것 등을 들 수 있다. 또, 흡수체막(4)(흡수층)을 성막 후에 흡수체막(4)(흡수층)의 표면이 대기에 노출되는 경우, 표층에 자연 산화에 의한 산화층이 형성되는 경우가 있다. 특히, 경우에 따라서는, 막 두께가 1∼2nm인 산화층이 형성된다.
＜＜에칭 마스크막＞＞
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 에칭 마스크막을 포함할 수 있다. 에칭 마스크막의 막 두께는 0.5nm 이상 14nm 이하이다.
적절한 에칭 마스크막을 가짐으로써, 반사형 마스크(200)의 섀도잉 효과를 보다 저감하는 동시에, 미세하고 고정밀도의 흡수체 패턴(4a)을 형성할 수 있는 반사형 마스크 블랭크(100)를 얻을 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 에칭 마스크막은, 흡수체막(4) 위에 형성된다. 에칭 마스크막의 재료로는, 에칭 마스크막에 대한 흡수체막(4)의 에칭 선택비가 높은 재료를 이용한다. 여기에서, 「A에 대한 B의 에칭 선택비」란, 에칭을 행하고 싶지 않은 층(마스크가 되는 층)인 A와 에칭을 행하고 싶은 층인 B와의 에칭 레이트의 비를 말한다. 구체적으로는 「A에 대한 B의 에칭 선택비＝B의 에칭 속도/A의 에칭 속도」의 식에 의해 특정된다. 또, 「선택비가 높다」란, 비교 대상에 대해, 상기 정의의 선택비의 값이 큰 것을 말한다. 에칭 마스크막에 대한 흡수층(44)의 에칭 선택비는, 1.5 이상이 바람직하고, 3 이상이 더욱 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 에칭 마스크막의 재료가, 탄탈(Ta)과, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 및 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료인 것이 바람직하다. 또, 에칭 마스크막의 재료는, 탄탈(Ta)과, 산소(O), 질소(N), 붕소(B) 및 수소(H)로부터 선택되는 1 이상의 원소를 함유하는 재료인 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태의 에칭 마스크막의 재료는, 규소를 함유하는 재료를 이용할 수 있다. 규소를 함유하는 재료는, 규소, 규소 화합물, 규소 및 금속을 포함하는 금속 규소, 또는 규소 화합물 및 금속을 포함하는 금속 규소 화합물의 재료이며, 규소 화합물의 재료가, 규소와, 산소(O), 질소(N), 탄소(C) 및 수소(H)로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 재료인 것이 바람직하다. 또, 에칭 마스크막의 재료 중 규소 화합물의 재료가, 규소와, 산소(O) 및 질소(N)로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 재료인 것이 보다 바람직하다.
규소를 포함하는 재료로서, 구체적으로는, SiO, SiN, SiON, SiC, SiCO, SiCN, SiCON, MoSi, MoSiO, MoSiN 및 MoSiON 등을 들 수 있다. 규소를 포함하는 재료로서, SiO, SiN 또는 SiON을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 재료는, 본 발명의효과가 얻어지는 범위에서, 규소 이외의 반(半)금속 또는 금속을 함유할 수 있다. 또, 금속 규소 화합물로는, 몰리브덴 실리사이드를 이용할 수 있다.
규소를 함유하는 재료로 이루어지는 에칭 마스크막은, 불소계 가스에 의해 에칭할 수 있다.
에칭 마스크막의 막 두께는, 전사 패턴을 정밀도 좋게 흡수체막(4)에 형성하는 에칭 마스크로서의 기능을 얻는 관점에서, 0.5nm 이상이며, 1nm 이상인 것이 바람직하고, 2nm 이상인 것이 보다 바람직하며, 3nm 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 레지스트막(11)의 막 두께를 얇게 하는 관점에서, 에칭 마스크막의 막 두께는, 14nm 이하이며, 12nm 이하인 것이 바람직하고, 10nm 이하가 보다 바람직하다.
흡수체막(4)이 버퍼층 및 흡수층의 2층으로 이루어지는 경우에는, 에칭 마스크막과 버퍼층은, 동일한 재료로 해도 된다. 또, 에칭 마스크막과 버퍼층은, 동일한 금속을 포함하는 조성비가 다른 재료로 해도 된다. 에칭 마스크막 및 버퍼층이 탄탈을 포함하는 경우, 에칭 마스크막의 탄탈 함유량이 버퍼층의 탄탈 함유량보다 많고, 또한 에칭 마스크막의 막 두께를 버퍼층의 막 두께보다도 두껍게 해도 된다. 에칭 마스크막 및 버퍼층이 수소를 포함하는 경우, 에칭 마스크막의 수소 함유량이 버퍼층의 수소 함유량보다도 많아도 된다.
＜＜레지스트막(11)＞＞
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 에칭 마스크막 위에 레지스트막(11)을 가질 수 있다. 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에는, 레지스트막(11)을 갖는 형태도 포함된다. 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에서는, 적절한 재료 및/또는 적절한 막 두께의 흡수체막(4) 및 에칭 가스를 선택함으로써, 레지스트막(11)의 박막화도 가능하다.
레지스트막(11)의 재료로는, 예를 들면 화학 증폭형 레지스트(CAR: chemically-amplified resist)를 이용할 수 있다. 레지스트막(11)을 패터닝하고, 흡수체막(4)(버퍼층(42) 및 흡수층(44))을 에칭함으로써, 소정의 전사 패턴을 갖는 반사형 마스크(200)를 제조할 수 있다.
＜＜이면 도전막(5)＞＞
기판(1)의 제 2 주면(이면)측(다층 반사막(2) 형성면의 반대측)에는, 일반적으로, 정전 척용의 이면 도전막(5)이 형성된다. 정전 척용의 이면 도전막(5)에 요구되는 전기적 특성(시트 저항)은 통상 100Ω/□(Ω/Square) 이하이다. 이면 도전막(5)의 형성 방법은, 예를 들면 마그네트론 스퍼터링법이나 이온 빔 스퍼터링법에 의해, 크롬, 또는 탄탈 등의 금속, 그리고 그들의 합금의 타겟을 사용하여 형성할 수 있다.
이면 도전막(5)의 크롬(Cr)을 포함하는 재료는, Cr에 붕소, 질소, 산소 및 탄소로부터 선택한 적어도 하나를 함유한 Cr 화합물인 것이 바람직하다. Cr 화합물로는, 예를 들면, CrN, CrON, CrCN, CrCON, CrBN, CrBON, CrBCN 및 CrBOCN 등을 들 수 있다.
이면 도전막(5)의 탄탈(Ta)을 포함하는 재료로는, Ta(탄탈), Ta를 함유하는 합금, 또는 이들 중 어느 것에 붕소, 질소, 산소 및 탄소 중 적어도 하나를 함유한 Ta 화합물을 이용하는 것이 바람직하다. Ta 화합물로는, 예를 들면, TaB, TaN, TaO, TaON, TaCON, TaBN, TaBO, TaBON, TaBCON, TaHf, TaHfO, TaHfN, TaHfON, TaHfCON, TaSi, TaSiO, TaSiN, TaSiON 및 TaSiCON 등을 들 수 있다.
탄탈(Ta) 또는 크롬(Cr)을 포함하는 재료로는, 그 표층에 존재하는 질소(N)가 적은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 탄탈(Ta) 또는 크롬(Cr)을 포함하는 재료의 이면 도전막(5)의 표층의 질소의 함유량은, 5 원자％ 미만인 것이 바람직하고, 실질적으로 표층에 질소를 함유하지 않는 것이 보다 바람직하다. 탄탈(Ta) 또는 크롬(Cr)을 포함하는 재료의 이면 도전막(5)에 있어서, 표층의 질소의 함유량이 적은 쪽이, 내마모성이 높아지기 때문이다.
이면 도전막(5)은, 탄탈 및 붕소를 포함하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이면 도전막(5)이, 탄탈 및 붕소를 포함하는 재료로 이루어짐으로써, 내마모성 및 약액 내성을 갖는 도전막(23)을 얻을 수 있다. 이면 도전막(5)이, 탄탈(Ta) 및 붕소(B)를 포함하는 경우, B 함유량은 5∼30 원자％인 것이 바람직하다. 이면 도전막(5)의 성막에 이용하는 스퍼터링 타겟 중의 Ta 및 B의 비율(Ta:B)은 95:5∼70:30인 것이 바람직하다.
이면 도전막(5)의 막 두께는, 정전 척용으로서의 기능을 만족시키는 한 특별히 한정되지 않는다. 이면 도전막(5)의 막 두께는, 통상 10nm에서 200nm이다. 또, 이 이면 도전막(5)은 마스크 블랭크(100)의 제 2 주면측의 응력 조정도 겸비하고 있다. 즉, 이면 도전막(5)은, 제 1 주면측에 형성된 각종 막으로부터의 응력과 밸런스를 잡아, 평탄한 반사형 마스크 블랭크(100)가 얻어지도록 조정되어 있다.
＜반사형 마스크(200) 및 그 제조 방법＞
본 실시형태는, 상술의 반사형 마스크 블랭크(100)의 흡수체막(4)이 패터닝된 흡수체 패턴(4a)을 갖는 반사형 마스크(200)이다. 본 실시형태의 반사형 마스크(200)를 이용함으로써, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성할 수 있고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있다.
반사형 마스크(200)의 흡수체 패턴(4a)이 EUV 광을 흡수하고, 흡수체 패턴(4a)의 개구부에서 EUV 광을 반사할 수 있다. 그 때문에, 소정의 광학계를 이용하여 EUV 광을 반사형 마스크(200)에 조사함으로써, 소정의 미세한 전사 패턴을 피전사물에 대하여 전사할 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 반사형 마스크(200)를 제조한다. 여기에서는 개요 설명만을 행하고, 후에 실시예에서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
반사형 마스크 블랭크(100)를 준비한다. 반사형 마스크 블랭크(100)의 제 1 주면의 흡수체막(4) 위에, 레지스트막(11)을 형성한다(반사형 마스크 블랭크(100)로서 레지스트막(11)을 구비하고 있는 경우는 불요). 이 레지스트막(11)에 원하는 패턴을 묘화(노광)하고, 추가로 현상, 린스함으로써 소정의 레지스트 패턴(11a)을 형성한다.
반사형 마스크 블랭크(100)의 경우는, 이 레지스트 패턴(11a)을 마스크로 하여 흡수체막(4)을 에칭함으로써, 흡수체 패턴(4a)이 형성된다. 레지스트 패턴(11a)을 산소 애싱 또는 열 황산 등의 웨트 처리로 박리한다. 마지막으로, 산성이나 알칼리성의 수용액을 이용한 웨트 세정을 행한다.
이상의 공정에 의해, 본 실시형태의 반사형 마스크(200)를 얻을 수 있다.
＜반도체 장치의 제조 방법＞
본 실시형태의 반도체 장치의 제조 방법은, EUV 광을 발하는 노광 광원을 갖는 노광 장치에, 본 실시형태의 반사형 마스크(200)를 세트하고, 피전사 기판 상에 형성되어 있는 레지스트층에 전사 패턴을 전사하는 공정을 갖는다. 본 실시형태의 반도체 장치의 제조 방법에 의해, 피전사 기판 상에, 다양화된 미세한 패턴 형상을 높은 스루풋으로 형성할 수 있다.
본 실시형태의 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 본 실시형태의 반사형 마스크(200)를 이용함으로써, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 또, 본 실시형태의 반사형 마스크(200)를 이용함으로써, EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크(200)를 사용하여 EUV 노광을 행함으로써, 높은 치수 정밀도로 원하는 패턴을, 높은 스루풋으로 반도체 기판 상에 형성할 수 있다. 이 리소그래피 공정에 더하여, 피가공막의 에칭, 절연막 및 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 그리고 어닐 등 여러 가지 공정을 거침으로써, 원하는 전자 회로가 형성된 반도체 장치를 제조할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, EUV 노광 장치는, EUV 광을 발생시키는 레이저 플라스마 광원, 조명 광학계, 마스크 스테이지계, 축소 투영 광학계, 웨이퍼 스테이지계 및 진공 설비 등으로 구성된다. 광원에는 데브리 트랩(debris trap) 기능과 노광광 이외의 장파장의 광을 커트하는 커트 필터 및 진공 차동(差動) 배기용의 설비 등이 구비되어 있다. 조명 광학계와 축소 투영 광학계는 반사형 미러로 구성된다. EUV 노광용 반사형 마스크(200)는, 그 제 2 주면에 형성된 도전막에 의해 정전 흡착되어 마스크 스테이지에 재치된다.
EUV 광원의 광은, 조명 광학계를 통해 반사형 마스크(200)의 수직면에 대해 6°에서 8°기울인 각도로 반사형 마스크(200)에 조사된다. 이 입사광에 대한 반사형 마스크(200)로부터의 반사광은, 입사와는 역방향으로 또한 입사 각도와 동일한 각도로 반사(정반사)하고, 통상 1/4의 축소비를 갖는 반사형 투영 광학계로 유도되어, 웨이퍼 스테이지 상에 재치된 웨이퍼(반도체 기판) 상의 레지스트층으로의 노광이 행하여진다. 이 동안, 적어도 EUV 광이 통과하는 장소는 진공 배기된다. 또, 이 노광에 있어서는, 마스크 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 축소 투영 광학계의 축소비에 따른 속도로 동기시켜 스캔하고, 슬릿을 통해 노광을 행하는 스캔 노광이 주류로 되어 있다. 그리고, 레지스트층의 노광 완료 레지스트를 현상함으로써, 반도체 기판 상에 레지스트 전사 패턴을 형성할 수 있다. 그리고, 이 레지스트 전사 패턴을 마스크로서 사용하여 에칭 등을 실시함으로써, 예를 들면 반도체 기판 상에 소정의 배선 패턴을 형성할 수 있다. 이와 같은 노광 공정이나 피가공막 가공 공정, 절연막이나 도전막의 형성 공정, 도펀트 도입 공정, 또는 어닐 공정 등 그 외의 필요한 공정을 거침으로써, 반도체 장치가 제조된다.
실시예
이하, 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 실시예에 있어서 마찬가지의 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하고, 설명을 간략화 또는 생략한다.
[실시예 1]
실시예 1로서, 본 실시형태의 효과를, 이하에 나타내는 시뮬레이션에 의해 확인했다. 또한, 하기에 나타내는 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)는, 파장 13.5nm의 광에 대한 값이다. 다른 실시예에 대해서도 마찬가지이다.
실시예 1의 시뮬레이션에서는, 도 2d에 나타내는 반사형 마스크(200)의 구조를 이용했다. 즉, 반사형 마스크(200)는, 기판(1)의 한쪽의 주표면에, 다층 반사막(2)과, 보호막(3)과, 흡수체 패턴(4a)을 이 순서로 갖는 구조로 했다. 반사형 마스크(200)는, 기판(1)의 다른쪽의 주표면에, 이면 도전막(5)을 갖는다. 단, 실시예 1의 시뮬레이션에서는, 노광광은 다층 반사막(2)에서 반사되기 때문에, 이면 도전막(5)의 유무는 시뮬레이션의 결과에 영향을 주지 않는다.
실시예 1의 시뮬레이션에서는, 제 1 주면 및 제 2 주면(이면)의 양 주표면이 연마된 6025 사이즈(약 152mm×152mm×6.35mm)의 저열팽창 유리 기판인 SiO2-TiO2계 유리 기판을 기판(1)으로 했다. 기판(1)의 2개의 주표면은, 평탄하고 평활한 주표면이 되도록, 조(粗)연마 가공 공정, 정밀 연마 가공 공정, 국소 가공 공정 및 터치 연마 가공 공정으로 이루어지는 연마를 행한 것과 동등한 주표면인 것으로 가정했다.
이면 도전막(5)은, CrN 막으로 이루어지는 막 두께 20nm의 박막으로 했다. 구체적으로는, 기판(1)의 제 2 주면(이면)에, CrN 막으로 이루어지는 이면 도전막(5)을 마그네트론 스퍼터링(반응성 스퍼터링)법에 의해 하기의 조건으로 형성한 것과 동등한 박막이라고 가정했다.
이면 도전막(5)의 형성 조건: Cr 타겟, Ar과 N2의 혼합 가스 분위기(Ar: 90％, N: 10％), 막 두께 20nm.
다층 반사막(2)은, 파장 13.5nm의 EUV 광에 적합한 다층 반사막(2)으로 하기 위해, Mo와 Si로 이루어지는 주기 다층 반사막(2)으로 했다. 구체적으로는, 이면 도전막(5)이 형성된 측과 반대측의 기판(1)의 주표면(제 1 주면) 상에, Mo 타겟과 Si 타겟을 사용하고, Ar 가스 분위기 중에서 이온 빔 스퍼터링법에 의해 기판(1) 상에 Mo 층 및 Si 층을 교대로 적층하여 형성한 다층 반사막(2)과 동등한 다층막이라고 가정했다. 이 다층막은, 우선, Si 막을 4.2nm의 막 두께로 성막하고, 계속해서, Mo 막을 2.8nm의 막 두께로 성막한 것으로 했다. 이것을 1 주기로 하여, 마찬가지로 해서 40 주기 적층하고, 마지막으로 Si 막을 4.0nm의 막 두께로 성막함으로써 형성한 다층 반사막(2)을, 실시예 1의 다층 반사막(2)이라고 가정했다.
보호막(3)은, 다음의 2종류의 박막이라고 하여, 시뮬레이션을 행하였다.
실시예 1-1: RuNb 막(n＝0.9016, k＝0.0131, 막 두께 3.5nm)
실시예 1-2: RuRh 막(n＝0.8898, k＝0.0155, 막 두께 3.5nm)
흡수체 패턴(4a)이, 이하에 나타내는 3종류의 패턴을 갖는 경우에 대해서, 시뮬레이션을 행하였다.
(1) 수직 L/S 패턴(Vertical L/S, hp＝16nm),
(2) 수평 L/S 패턴(Horizontal L/S, hp＝16nm),
(3) 컨택트 홀 패턴(Contact Hole, 지름 24nm)
노광 공정에 있어서, EUV 광원의 광은, 조명 광학계를 통해 반사형 마스크(200) 수직면에 대해 6°에서 8°기울인 각도로 반사형 마스크(200)에 조사된다. 이 입사광에 대한 반사형 마스크(200)로부터의 반사광은, 입사와는 역방향으로 또한 입사 각도와 동일한 각도로 반사(정반사)한다. 그 때문에, 동일한 L/S 패턴이어도, 입사광 및 반사광을 포함하는 평면에 대한 L/S 패턴의 방향이 다르면, 피전사 기판에 전사되는 전사 패턴도 다르게 된다. 반사형 마스크(200)에 대한 입사광 및 반사광을 포함하는 평면의 법선이, L/S 패턴의 라인의 방향과 수직인 경우가 수직 L/S 패턴이며, 평행한 경우가 수평 L/S 패턴이다.
컨택트 홀 패턴은 원형이다. 그 때문에, 반사형 마스크(200)의 흡수체 패턴(4a)이 컨택트 홀 패턴인 경우에는, 피전사 기판에 전사되는 전사 패턴은, 입사광의 방향에 의존하지 않는다.
또한, 흡수체 패턴(4a)의 막 두께는, 상기의 3종류의 패턴의 각각에 대해서, 가장 높은 평가 함수의 값이 되도록, 최적화한 막 두께로 했다.
실시예 1-1 및 실시예 1-2의 반사형 마스크(200)의 평가 함수의 값을 규격화하기 위한 반사형 마스크(200)로서, 흡수체막(4)이 TaBN 막 및 TaN 막과 광학적으로 동등한 박막의 반사형 마스크(200)를 이용했다. 즉, 규격화를 위한 반사형 마스크(200)의 흡수체막(4)이란, 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 굴절률이 0.95이고, 또한 소쇠 계수가 0.03인 막이다. 규격화를 위한 반사형 마스크(200)의 평가 함수의 값을 1로 하여, 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 반사형 마스크(200)의 평가 함수의 값을 규격화했다. 실시예 1-1 및 실시예 1-2 이외의 실시예에 대해서도 마찬가지이다.
(실시예 1-1)
도 3에, 실시예 1-1의 반사형 마스크(200)(보호막(3)이 RuNb 막)에 대해서,흡수체 패턴(4a)이 hp 16nm의 수직 L/S(라인 앤드 스페이스) 패턴인 경우의 시뮬레이션에 의해 얻어진 규격화 평가 함수의 값을 나타낸다. 도 3은, 실시예 1-1의 반사형 마스크(200)에 있어서, 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 다른 흡수체 패턴(4a)에 대해, 소정의 입사광을 조사시킨 경우의 규격화 평가 함수의 값의 분포를 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 시뮬레이션에서는, 도 3에 나타내는 범위의 다수의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)의 조합의 흡수체막(4)을 가정하여, 다수의 시뮬레이션을 행하였다. 도 3에는, 규격화 평가 함수의 값을 그레이 스케일로 나타내고 있다.
도 5에, 실시예 1-1의 반사형 마스크(200)(보호막(3)이 RuNb 막)에 대해서, 흡수체 패턴(4a)이 hp 16nm의 수평 L/S(라인 앤드 스페이스) 패턴인 경우의 시뮬레이션에 의해 얻어진 규격화 평가 함수의 값을 나타낸다. 도 5는, 실시예 1-1의 반사형 마스크(200)에 있어서, 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 다른 흡수체 패턴(4a)에 대해, 소정의 입사광을 조사시킨 경우의 규격화 평가 함수의 값의 분포를 나타내는 도면이다. 도 5에 나타내는 시뮬레이션에서는, 도 5에 나타내는 범위의 다수의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)의 조합의 흡수체막(4)을 가정하여, 다수의 시뮬레이션을 행하였다. 도 5에는, 규격화 평가 함수의 값을 그레이 스케일로 나타내고 있다.
도 7에, 실시예 1-1의 반사형 마스크(200)(보호막(3)이 RuNb 막)에 대해서, 흡수체 패턴(4a)이 컨택트 홀 패턴(지름 24nm)인 경우의 시뮬레이션에 의해 얻어진 규격화 평가 함수의 값을 나타낸다. 도 7은, 실시예 1-1의 반사형 마스크(200)에 있어서, 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 다른 흡수체 패턴(4a)에 대해, 소정의 입사광을 조사시킨 경우의 규격화 평가 함수의 값의 분포를 나타내는 도면이다. 도 7에 나타내는 시뮬레이션에서는, 도 7에 나타내는 범위의 다수의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)의 조합의 흡수체막(4)을 가정하여, 다수의 시뮬레이션을 행하였다. 도 7에는, 규격화 평가 함수의 값을 그레이 스케일로 나타내고 있다.
(실시예 1-2)
도 4에, 실시예 1-2의 반사형 마스크(200)(보호막(3)이 RuRh 막)에 대해서, 흡수체 패턴(4a)이 hp 16nm의 수직 L/S(라인 앤드 스페이스) 패턴인 경우의 시뮬레이션에 의해 얻어진 규격화 평가 함수의 값을 나타낸다. 도 3에 나타내는 실시예 1-1의 경우와 마찬가지로, 도 4는, 실시예 1-2의 반사형 마스크(200)에 있어서, 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 다른 흡수체 패턴(4a)에 대해, 소정의 입사광을 조사시킨 경우의 규격화 평가 함수의 값의 분포를 나타내는 도면이다.
도 6에, 실시예 1-2의 반사형 마스크(200)(보호막(3)이 RuRh 막)에 대해서, 흡수체 패턴(4a)이 hp 16nm의 수평 L/S(라인 앤드 스페이스) 패턴인 경우의 시뮬레이션에 의해 얻어진 규격화 평가 함수의 값을 나타낸다. 도 5에 나타내는 실시예 1-1의 경우와 마찬가지로, 도 6은, 실시예 1-2의 반사형 마스크(200)에 있어서, 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)가 다른 흡수체 패턴(4a)에 대해, 소정의 입사광을 조사시킨 경우의 규격화 평가 함수의 값의 분포를 나타내는 도면이다.
(실시예 1-1 및 실시예 1-2의 조합)
상술한 바와 같이 하여 얻어진 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 규격화 평가 함수의 값의 분포를 조합한 도면을, 도 8 및 도 9에 나타낸다. 즉, 도 8은, 도 3(실시예 1-1) 및 도 4(실시예 1-2)에 나타내는 수직 L/S 패턴의 규격화 평가 함수의 값의 분포를 조합한 도면으로서, 도 3 및 도 4에 나타내는 규격화 평가 함수의 값이 양쪽 모두 1.015 이상인 경우(백색)와, 그 이외의 경우(흑색)로 이치화한 분포를 나타내는 도면이다. 도 9는, 도 5(실시예 1-1) 및 도 6(실시예 1-2)에 나타내는 수평 L/S 패턴의 규격화 평가 함수의 값의 분포를 조합한 도면으로서, 도 5 및 도 6에 나타내는 규격화 평가 함수의 값이 양쪽 모두 1.015 이상인 경우(백색)와, 그 이외의 경우(흑색)로 이치화한 분포를 나타내는 도면이다. 또, 도 10은, 도 7(실시예 1-1)에 나타내는 컨택트 홀 패턴의 규격화 평가 함수의 값의 분포로서, 실시예 1-1의 컨택트 홀 패턴의 규격화 평가 함수의 값이 1.015 이상인 경우(백색)와, 그 이외의 경우(흑색)로 이치화한 분포를 나타내는 도면이다.
도 11은, 도 8∼10에 나타내는 이치화한 규격화 평가 함수의 값의 분포를 조합한 도면이다. 도 11에서는, 도 8∼10에 나타내는 규격화 평가 함수의 값이 모두 1.015 이상인 경우(백색)와, 그 이외의 경우(흑색)의 분포를 나타낸다.
상기의 실시예 1-1 및 실시예 1-2의 시뮬레이션의 결과로부터, 흡수체 패턴(4a)(흡수체막(4))의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)의 분포에 있어서, 규격화 평가 함수의 값이 모두 1.015 이상인 영역은, 도 11에 백색으로 나타내어진 영역인 것을 이해할 수 있다. 규격화 평가 함수의 값이 모두 1.015 이상인 영역에 속하는 단체의 재료는, Ag, Co, Pt, Au, Fe, Pd, Ir, W, Cr, Rh 및 Ru 등이다. 따라서, 이들 재료를 이용하여 흡수체막(4)을 형성한다면, 종래의 TaBN 막 및 TaN 막 등을 재료로 하는 흡수체막(4)과 비교하여, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 전사 패턴을 갖는 반사형 마스크(200)를 제조하기 위한 반사형 마스크 블랭크(100)를 얻을 수 있다고 할 수 있다.
또, 상기의 단체의 재료 이외라도, 합금 재료 또는 화합물 재료이면, 조성을 적절히 조정함으로써, 도 11에 백색으로 나타내어진 영역(규격화 평가 함수의 값이 모두 1.015 이상인 영역)의 굴절률(n) 및 소쇠 계수(k)를 갖는 흡수체 패턴(4a)(흡수체막(4))을 형성할 수 있다고 할 수 있다. 또한, 이와 같은 합금 재료 또는 화합물 재료로서, 이리듐(Ir)과, 붕소(B), 규소(Si), 루테늄(Ru), 탄탈(Ta) 및 산소(O)와의 합금 재료 또는 화합물 재료를 들 수 있다.
또한, 규격화 평가 함수의 값이 높을수록, 종래의 TaBN 막 및 TaN 막 등을 재료로 하는 흡수체막(4)과 비교하여, 뛰어난 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있다고 할 수 있다. 그 때문에, 규격화 평가 함수의 값은, 1.015 이상이 바람직하고, 1.03 이상이 보다 바람직하며, 1.05 이상이 더욱 바람직하다.
[실시예 2]
실시예 2로서, 규격화 평가 함수의 값은, 1.015 이상이 되는 흡수체막(4)의 재료를 선택하여, 반사형 마스크 블랭크(100) 및 반사형 마스크(200)를 제조했다.
실시예 2의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 이면 도전막(5)과, 기판(1)과, 다층 반사막(2)과, 보호막(3)과, 흡수체막(4)을 갖는다. 흡수체막(4) 그리고, 도 2a에 나타나는 바와 같이, 흡수체막(4) 상에 레지스트막(11)을 형성한다. 도 2a에서 도 2d는, 반사형 마스크 블랭크(100)로부터 반사형 마스크(200)를 제작하는 공정을 나타내는 주요부 단면 모식도이다.
하기의 설명에 있어서, 성막한 박막의 원소 조성은, 러더퍼드 후방 산란 분석법에 의해 측정했다.
우선, 실시예 2의 반사형 마스크 블랭크(100)에 대해서 설명한다.
제 1 주면 및 제 2 주면의 양 주표면이 연마된 6025 사이즈(약 152mm×152mm×6.35mm)의 저열팽창 유리 기판인 SiO2-TiO2계 유리 기판을 준비하여 기판(1)으로 했다. 평탄하고 평활한 주표면이 되도록, 조연마 가공 공정, 정밀 연마 가공 공정, 국소 가공 공정 및 터치 연마 가공 공정으로 이루어지는 연마를 행하였다.
SiO2-TiO2계 유리 기판(1)의 제 2 주면(이면)에, CrN 막으로 이루어지는 이면 도전막(5)을 마그네트론 스퍼터링(반응성 스퍼터링)법에 의해 하기의 조건으로 형성했다.
이면 도전막(5)의 형성 조건: Cr 타겟, Ar과 N2의 혼합 가스 분위기(Ar: 90％, N: 10％), 막 두께 20nm.
다음으로, 이면 도전막(5)이 형성된 측과 반대측의 기판(1)의 주표면(제 1 주면) 상에, 다층 반사막(2)을 형성했다. 기판(1) 상에 형성되는 다층 반사막(2)은, 파장 13.5nm의 EUV 광에 적합한 다층 반사막(2)으로 하기 위해, Mo와 Si로 이루어지는 주기 다층 반사막(2)으로 했다. 다층 반사막(2)은, Mo 타겟과 Si 타겟을 사용하고, Ar 가스 분위기 중에서 이온 빔 스퍼터링법에 의해 기판(1) 상에 Mo 층 및 Si 층을 교대로 적층하여 형성했다. 우선, Si 막을 4.2nm의 막 두께로 성막하고, 계속해서, Mo 막을 2.8nm의 막 두께로 성막했다. 이것을 1 주기로 하여, 마찬가지로 해서 40 주기 적층하고, 마지막으로 Si 막을 4.0nm의 막 두께로 성막하여, 다층 반사막(2)을 형성했다.
계속해서, Ar 가스 분위기 중에서, RuNb 타겟을 사용한 이온 빔 스퍼터링법에 의해 RuNb 막으로 이루어지는 보호막(3)을 3.5nm의 막 두께로 성막했다.
다음으로, 보호막(3) 위에 CrON을 재료로 하는 버퍼층과, IrTaO를 재료로 하는 흡수층으로 이루어지는 흡수체막(4)을 형성했다.
구체적으로는, 우선, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, CrON 막으로 이루어지는 버퍼층을 형성했다. CrON 막은, Cr 타겟을 이용하여, Ar 가스, O2 가스 및 N2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링으로, 6nm의 막 두께로 성막했다. CrON 막(버퍼층)의 파장 13.5nm에서의 굴절률(n)은 0.930, 소쇠 계수(k)는 0.039였다.
다음으로, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, IrTaO 막으로 이루어지는 흡수층을 형성했다. IrTaO 막은, IrTa 합금 타겟을 이용하여, Xe 가스와 O2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링으로, 40nm의 막 두께로 성막했다.
IrTaO 막의 원소 비율은, Ir이 49.5 원자％, Ta가 3.4 원자％, O가 47.1 원자％였다. 또, IrTaO 막의 파장 13.5nm에서의 굴절률(n)은 0.927, 소쇠 계수(k)는 0.033이었다.
이상과 같이 하여, 실시예 2의 반사형 마스크 블랭크(100)를 제조했다.
다음으로, 상기 실시예 2의 반사형 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 실시예 2의 반사형 마스크(200)를 제조했다.
반사형 마스크 블랭크(100)의 흡수체막(4)(흡수층) 위에, 레지스트막(11)을 80nm의 두께로 형성했다(도 2a). 레지스트막(11)의 형성에는, 화학 증폭형 레지스트(CAR)를 이용했다. 이 레지스트막(11)에 원하는 패턴을 묘화(노광)하고, 추가로 현상, 린스함으로써 소정의 레지스트 패턴(11a)을 형성했다(도 2b)). 다음으로, 레지스트 패턴(11a)을 마스크로 하여, IrTaO 막(흡수층)의 드라이 에칭을, CF4 가스와 O2 가스의 혼합 가스(CF4＋O2 가스)를 이용하여 행하고, 계속해서 CrON 막(버퍼층)의 드라이 에칭을 Cl2 가스와 O2 가스의 혼합 가스(Cl2＋O2 가스)를 이용하여 행함으로써, 흡수체 패턴(4a)을 형성했다(도 2c).
그 후, 레지스트 패턴(11a)을 산소 애싱으로 박리했다(도 2d). 마지막으로 순수(純水)(DIW)를 이용한 웨트 세정을 행하여, 실시예 2의 반사형 마스크(200)를 제조했다.
또한, 필요에 따라서 웨트 세정 후 마스크 결함 검사를 행하여, 마스크 결함 수정을 적절히 행할 수 있다.
실시예 2의 반사형 마스크(200)를 EUV 스캐너에 세트하고, 반도체 기판 상에 피가공막 및 레지스트층이 형성된 웨이퍼에 대하여 EUV 노광을 행하였다. 그리고, 레지스트층의 노광 완료 레지스트를 현상함으로써, 피가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트 전사 패턴을 형성했다.
또한, 별도, 소정의 화학 증폭형 레지스트(CAR)에 대하여 소정의 노광광을 노광할 때에, 실시예 2의 반사형 마스크(200)를 이용한 경우의, 정규화 화상 대수 기울기(NILS) 및 소정의 레지스트의 감광을 위한 광강도의 역치를 측정하고, 그들의 곱으로서 평가 함수의 값을 얻었다. 이 평가 함수의 값을, 후술하는 참고예 1의 반사형 마스크(200)를 이용한 경우의 평가 함수의 값으로 규격화한바, 실시예 2의 규격화 평가 함수의 값은 1.03이었다.
실시예 2의 반사형 마스크(200)를 이용하여 피전사 기판(1) 상에 레지스트 전사 패턴을 형성함으로써, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이 레지스트 전사 패턴을 에칭에 의해 피가공막에 전사하고, 또, 절연막 및 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 그리고 어닐 등 여러 가지 공정을 거침으로써, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있었다.
[실시예 3]
실시예 3은, 보호막(3)으로서 막 두께 3.5nm의 RuRh 막을 이용하고, 흡수체막(4)에 있어서의 흡수층으로서 Pt 막을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로, 반사형 마스크 블랭크(100) 및 반사형 마스크(200)를 제조했다. 따라서, 실시예 3의 흡수체막(4)은, CrON을 재료로 하는 버퍼층(막 두께 6nm)과, Pt막의 흡수층(막 두께 40nm)으로 이루어진다.
또한, Pt 막의 파장 13.5nm에서의 굴절률(n)은 0.889, 소쇠 계수(k)는 0.059였다.
실시예 3의 반사형 마스크(200)를 EUV 스캐너에 세트하고, 반도체 기판 상에 피가공막과 레지스트층이 형성된 웨이퍼에 대하여 EUV 노광을 행하였다. 그리고, 레지스트층의 노광 완료 레지스트를 현상함으로써, 피가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트 전사 패턴을 형성했다.
또한, 별도, 소정의 화학 증폭형 레지스트(CAR)에 대하여 소정의 노광광을 노광할 때에, 실시예 3의 반사형 마스크(200)를 이용한 경우의, 정규화 화상 대수 기울기(NILS) 및 소정의 레지스트의 감광을 위한 광강도의 역치를 측정하고, 그들의 곱으로서 평가 함수의 값을 얻었다. 이 평가 함수의 값을, 후술하는 참고예 1의 반사형 마스크(200)를 이용한 경우의 평가 함수의 값으로 규격화한바, 실시예 3의 규격화 평가 함수의 값은 1.02였다.
실시예 3의 반사형 마스크(200)를 이용하여 피전사 기판 상에 레지스트 전사 패턴을 형성함으로써, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 4]
실시예 4로서, TaBO를 재료로 하는 버퍼층과, RuCrN을 재료로 하는 흡수층으로 이루어지는 흡수체막(4)으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로, 반사형 마스크 블랭크(100)를 제조했다.
실시예 4의 반사형 마스크 블랭크(100)의 제조에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 기판(1)의 제 2 주면(이면)에 CrN 막으로 이루어지는 이면 도전막(5)을 형성하고, 기판(1)의 주표면(제 1 주면) 상에, Mo와 Si로 이루어지는 다층 반사막(2)과, RuNb 막으로 이루어지는 보호막(3)을 형성했다.
다음으로, 보호막(3) 위에, TaBO를 재료로 하는 버퍼층과, RuCrN을 재료로 하는 흡수층으로 이루어지는 흡수체막(4)을 형성했다.
구체적으로는, 우선, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, TaBO 막으로 이루어지는 버퍼층을 형성했다. TaBO 막은, TaB 타겟을 이용하여, Ar 가스 및 O2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링으로, 6nm의 막 두께로 성막했다. TaBO 막의 원소 비율은, Ta가 39 원자％, B가 5 원자％, O가 56 원자％였다. TaBO 막(버퍼층)의 파장 13.5nm에서의 굴절률(n)은 0.955, 소쇠 계수(k)는 0.022였다.
다음으로, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, RuCrN 막으로 이루어지는 흡수층을 형성했다. RuCrN 막은, RuCr 합금 타겟을 이용하여, Kr 가스와 N2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링으로, 42nm의 막 두께로 성막했다. RuCrN 막의 원소 비율은, Ru가 83 원자％, Cr이 10 원자％, O가 7 원자％였다. 또, RuCrN 막의 파장 13.5nm에서의 굴절률(n)은 0.900, 소쇠 계수(k)는 0.021이었다.
이상과 같이 하여, 실시예 4의 반사형 마스크 블랭크(100)를 제조했다.
다음으로, 상기 실시예 4의 반사형 마스크 블랭크(100)를 이용하여, RuCrN 막의 에칭 가스를 Cl2 가스와 O2 가스의 혼합 가스, TaBO 막의 에칭 가스를 CF4 가스와 He 가스의 혼합 가스로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로, 실시예 4의 반사형 마스크(200)를 제조했다.
실시예 4의 반사형 마스크(200)를 EUV 스캐너에 세트하고, 반도체 기판 상에 피가공막과 레지스트층이 형성된 웨이퍼에 대하여 EUV 노광을 행하였다. 그리고, 레지스트층의 노광 완료 레지스트를 현상함으로써, 피가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트 전사 패턴을 형성했다.
또한, 별도, 소정의 화학 증폭형 레지스트(CAR)에 대하여 소정의 노광광을 노광할 때에, 실시예 4의 반사형 마스크(200)를 이용한 경우의, 정규화 화상 대수 기울기(NILS) 및 소정의 레지스트의 감광을 위한 광강도의 역치를 측정하고, 그들의 곱으로서 평가 함수의 값을 얻었다. 이 평가 함수의 값을, 후술하는 참고예 1의 반사형 마스크(200)를 이용한 경우의 평가 함수의 값으로 규격화한바, 실시예 4의 규격화 평가 함수의 값은 1.02였다.
실시예 4의 반사형 마스크(200)를 이용하여 피전사 기판 상에 레지스트 전사 패턴을 형성함으로써, 피전사 기판 상에 형성되는 다양화된 미세한 패턴 형상의 전사 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 또한 EUV 노광을 높은 스루풋으로 행할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
[참고예 1]
참고예 1은, 보호막(3)으로서 막 두께 3.5nm의 Ru 막을 이용하고, 흡수체막(4)으로서 단층의 TaBN 막을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로, 반사형 마스크 블랭크(100) 및 반사형 마스크(200)를 제조했다. 참고예 1의 반사형 마스크(200)는, 평가 함수의 값을 규격화하기 위한 기준이 되는 반사형 마스크(200)이다.
참고예 1의 반사형 마스크 블랭크(100)의 제조에서는, 실시예 1과 마찬가지로, 기판(1)의 제 2 주면(이면)에 CrN 막으로 이루어지는 이면 도전막(5)을 형성하고, 기판(1)의 주표면(제 1 주면) 상에, Mo와 Si로 이루어지는 다층 반사막(2)을 형성했다.
계속해서, Ar 가스 분위기 중에서, Ru 타겟을 사용한 이온 빔 스퍼터링법에 의해 Ru 막으로 이루어지는 보호막(3)을 3.5nm의 막 두께로 성막했다.
다음으로, 보호막(3) 위에 흡수체막(4)을 형성했다. 구체적으로는, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, TaBN 막으로 이루어지는 흡수체막(4)을 형성했다. TaBN 막은, TaB 혼합 소결 타겟을 이용하여, Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링으로, 55nm의 막 두께로 성막했다.
참고예 1의 흡수체막(4)(TaBN 막)의 원소 비율은, Ta가 75 원자％, B가 12 원자％, N이 13 원자％였다. 또, 흡수체막(4)(TaBN 막)의 파장 13.5nm에서의 굴절률(n)은 0.95이고, 또한 소쇠 계수는 0.030이었다. 따라서, 참고예 1의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 평가 함수의 값을 규격화하기 위한 기준이 되는 반사형 마스크(200)를 제조하기 위해 적합한 흡수체막(4)을 갖는다고 할 수 있다.
이상과 같이 하여, 참고예 1의 반사형 마스크 블랭크(100)를 제조했다.
다음으로, 실시예 2와 마찬가지로, 참고예 1의 반사형 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 참고예 1의 반사형 마스크(200)를 제조했다. 단, 흡수체막(4)(TaBN 막)의 드라이 에칭 시에는, CF4 가스와 He 가스의 혼합 가스(CF4＋He 가스)를 이용하여 TaBN 막의 드라이 에칭을 행함으로써, 흡수체 패턴(4a)을 형성했다(도 2c).
참고예 1의 반사형 마스크(200)를 EUV 스캐너에 세트하고, 반도체 기판 상에 피가공막과 레지스트층이 형성된 웨이퍼에 대하여 EUV 노광을 행하였다. 그리고, 레지스트층의 노광 완료 레지스트를 현상함으로써, 피가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트 전사 패턴을 형성했다.
또한, 별도, 소정의 화학 증폭형 레지스트(CAR)에 대하여 소정의 노광광을 노광할 때에, 참고예 1의 반사형 마스크(200)를 이용한 경우의, 정규화 화상 대수 기울기(NILS) 및 소정의 레지스트의 감광을 위한 광강도의 역치를 측정하고, 그들의 곱으로서 평가 함수의 값을 얻었다. 이 평가 함수의 값을 기준으로 하여, 상기의 실시예 2 및 3의 반사형 마스크(200)를 이용한 경우의 평가 함수의 값을 규격화했다. 즉, 참고예 1의 규격화 평가 함수의 값은 1이다.
참고예 1은 기준이 되는 평가 함수의 값을 갖는 반사형 마스크(200)이므로, 규격화 평가 함수의 값은 1이다. 그 때문에, 참고예 1의 반사형 마스크(200)를 이용하여 피전사 기판 상에 레지스트 전사 패턴을 형성하는 경우에는, 실시예 2 및 3의 반사형 마스크(200)와 비교하여, 피전사 기판 상에 형성되는 전사 패턴의 패턴 형상의 다양성 및 미세성이 낮고, EUV 노광의 스루풋이 상대적으로 낮은 것이 분명하다.
1: 기판 2: 다층 반사막
3: 보호막 4: 흡수체막
4a: 흡수체 패턴 5: 이면 도전막
11: 레지스트막 11a: 레지스트 패턴
100: 반사형 마스크 블랭크 200: 반사형 마스크

Claims (10)

  1. 기판 상에, 다층 반사막 및 흡수체막을 이 순서로 갖는 반사형 마스크 블랭크로서,
    파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 굴절률이 0.95이고, 또한 소쇠(消衰) 계수가 0.03인 막의 평가 함수의 값을 1로서 규격화했을 때에, 상기 흡수체막은, 상기 흡수체막의 규격화한 상기 평가 함수의 값이 1.015 이상이 되는 것과 같은 굴절률 및 소쇠 계수를 갖는 재료를 포함하며,
    상기 평가 함수는, 정규화 화상 대수 기울기(NILS)와, 소정의 레지스트의 감광을 위한 광강도의 역치와의 곱인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사형 마스크 블랭크는, LOGIC hp 16nm 세대 이후의 라인 앤드 스페이스를 포함하는 전사용 패턴을 갖는 반사형 마스크를 제작하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수체막의 상기 재료의 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 굴절률은 0.86∼0.95의 범위이고, 상기 흡수체막의 상기 재료의 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 소쇠 계수는 0.015∼0.065의 범위인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡수체막의 상기 재료는, 이리듐(Ir) 및 루테늄(Ru)으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡수체막의 상기 재료는, 이리듐(Ir)과, 붕소(B), 규소(Si), 루테늄(Ru), 탄탈(Ta) 및 산소(O)로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡수체막의 상기 재료는, 백금(Pt)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡수체막의 상기 재료는, 금(Au)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 반사막과 상기 흡수체막의 사이에, 보호막을 갖고,
    상기 보호막은, 루테늄(Ru) 또는 규소(Si)를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재한 반사형 마스크 블랭크의 상기 흡수체막이 패터닝된 흡수체 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  10. EUV 광을 발하는 노광 광원을 갖는 노광 장치에, 제 9 항에 기재한 반사형 마스크를 세트하고, 피전사 기판 상에 형성되어 있는 레지스트층에 전사 패턴을 전사하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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