KR20230128018A - 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
극단 자외 영역의 파장의 광을 광원으로 한 패터닝 전사용의 반사형 포토마스크의 사영 효과를 억제 또는 경감시킬 수 있고, 노광 시의 열 내성을 충분히 갖는 반사형 포토마스크 블랭크를 제공한다. 기판(1)과, 기판(1) 상에 형성된 다층막을 포함하는 반사층(2)과, 반사층(2) 상에 형성된 흡수층(4)을 갖는 구성으로 했다. 그리고, 흡수층(4)에, 인듐(In)과 질소(N)를 합계로 50원자％ 이상 함유시켰다. 또한, 흡수층(4)에 있어서의 인듐(In)에 대한 질소(N)의 원자수비(N/In)를 0.5 이상 1.5 이하로 했다. 또한, 흡수층(4)의 층 두께를 17㎚ 이상 45㎚ 이하로 했다.
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 의존하여, 파장이 짧을수록 최소 해상 치수를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 노광 광원은, 종래의 파장 193㎚의 ArF 엑시머 레이저광으로부터, 파장 13.5㎚의 EUV(Extreme Ultra Violet: 극단 자외선) 영역의 광으로 치환되게 되었다.
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 다층 반사막을 포함하는 반사층을 형성하고, 그 위에 탄탈(Ta)을 주성분으로 하는 광흡수층을 형성하고, 이 광흡수층에 마스크 패턴을 형성함으로써 얻어지는 EUV 포토마스크가 개시되어 있다.
또한, EUV 리소그래피는, 상기와 같이, 광의 투과를 이용하는 굴절 광학계를 사용할 수 없는 점에서, 노광기의 광학계 부재도 렌즈가 아니라, 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 포토마스크의 수직 방향으로부터 6도 기울여 입사하고, 마이너스 6도의 각도에서 반사되는 반사광을 반도체 기판으로 유도하는 방법이 채용되어 있다.
이와 같이, EUV 리소그래피에서는 미러를 통해 광축을 경사지게 하는 점에서, EUV 마스크에 입사하는 EUV광이 EUV 마스크의 마스크 패턴(패턴화된 흡수층)의 그림자를 만드는, 소위 「사영 효과」가 발생할 가능성이 있다.
현재의 EUV 마스크 블랭크에서는, 광흡수층으로서 층 두께 60 내지 90㎚의 탄탈(Ta)을 주성분으로 한 막이 사용되고 있다. 이 마스크 블랭크를 사용하여 제작한 EUV 마스크에서 패턴 전사의 노광을 행한 경우, EUV광의 입사 방향과 마스크 패턴의 방향의 관계에 따라서는, 마스크 패턴의 그림자가 되는 에지 부분에서, 콘트라스트의 저하를 야기할 가능성이 있다. 이에 수반하여, 반도체 기판 상의 전사 패턴의 라인 에지 러프니스의 증가나, 선폭을 목표로 하는 치수로 형성할 수 없는 등의 문제가 발생하여, 전사 성능이 악화되는 경우가 있다.
그래서, 광흡수층을 탄탈(Ta)로부터 EUV광에 대한 흡수성(소쇠 계수)이 높은 재료로의 변경이 검토되고 있다. 그러나, 반사형 마스크 블랭크의 광흡수층에 사용되는 재료에 따라서는, EUV 노광 시의 열에 견딜 수 없어, 형성된 전사 패턴(마스크 패턴)을 안정적으로 유지할 수 없게 되어, 결과적으로 전사성이 악화될 가능성이 있다.
본 발명은, 극단 자외 영역의 파장의 광을 광원으로 한 패터닝 전사용의 반사형 포토마스크의 사영 효과를 억제 또는 경감시킬 수 있고, 노광 시의 열 내성을 충분히 갖는 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크는, 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용의 반사형 포토마스크를 제작하기 위한 반사형 포토마스크 블랭크이며, 기판과, 기판 상에 형성된 다층막을 포함하는 반사층과, 반사층 상에 형성된 흡수층을 갖고, 흡수층은, 인듐(In)과 질소(N)를 합계로 50원자％ 이상 함유하고, 흡수층에 있어서의 인듐(In)에 대한 질소(N)의 원자수비(N/In)는 0.5 이상 1.5 이하이고, 흡수층의 층 두께는 17㎚ 이상 45㎚ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 흡수층은, 탄탈(Ta), 백금(Pt), 텔루륨(Te), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 규소(Si), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 붕소(B), 불소(F), 산소(O), 탄소(C) 및 수소(H)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 함유해도 된다.
또한, 반사층과 흡수층 사이에 캐핑층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크는, 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용의 반사형 포토마스크이며, 기판과, 기판 상에 형성된 다층막을 포함하는 반사층과, 반사층 상에 형성된 흡수 패턴층을 갖고, 흡수 패턴층은, 인듐(In)과 질소(N)를 합계로 50원자％ 이상 함유하고, 흡수 패턴층에 있어서의 인듐(In)에 대한 질소(N)의 원자수비(N/In)는 0.5 이상 1.5 이하이고, 흡수 패턴층의 층 두께는 17㎚ 이상 45㎚ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 흡수 패턴층은, 탄탈(Ta), 백금(Pt), 텔루륨(Te), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 규소(Si), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 붕소(B), 불소(F), 산소(O), 탄소(C) 및 수소(H)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 함유해도 된다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 극단 자외 영역의 파장의 광을 광원으로 한 패터닝에 있어서 반도체 기판에 대한 전사 성능이 향상되고, 또한 노광 시의 열 내성을 갖는 반사형 포토마스크를 기대할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크라면, 극단 자외 영역의 파장의 광을 광원으로 한 패터닝 전사용의 반사형 포토마스크의 사영 효과를 억제 또는 경감시키고, 또한 EUV광 조사에도 충분히 내성을 갖는다.
도 1은 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 EUV광의 파장에 있어서의 각종 원소의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예에 관한 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 흡수층의 마스크 패턴의 형상을 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 EUV광의 파장에 있어서의 각종 원소의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예에 관한 반사형 포토마스크 블랭크의 구조를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 흡수층의 마스크 패턴의 형상을 나타내는 개략 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이하에 기재하는 실시 형태에 한정되지 않는다. 이하에 기재하는 실시 형태에서는, 본 발명을 실시하기 위해 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 나타내는 개략 단면도이다. 또한, 도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크(20)의 구조를 나타내는 개략 단면도이다. 여기서, 도 2에 나타내는 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크(20)는, 도 1에 나타내는 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(10)의 흡수층(4)을 패터닝하여 형성한 것이다.
(전체 구조)
도 1에 나타낸 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.
(기판)
본 발명의 실시 형태에 관한 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 재료라면, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.
(반사층)
본 발명의 실시 형태에 관한 반사층(2)은, 노광광인 EUV광(극단 자외광)을 반사하는 것이면 되고, EUV광에 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) 등의 조합의 층을 40주기 정도 반복해서 적층함으로써 형성한 것이어도 된다.
(캐핑층)
본 발명의 실시 형태에 관한 캐핑층(3)은, 흡수층(4)에 전사 패턴(마스크 패턴)을 형성할 때 행해지는 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재질로 형성되어 있고, 흡수층(4)을 에칭할 때, 반사층(2)에 대한 대미지를 방지하는 에칭 스토퍼로서 기능하는 것이다. 캐핑층(3)은, 예를 들어 Ru(루테늄)으로 형성되어 있다. 여기서, 반사층(2)의 재질이나 에칭 조건에 따라, 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 때 정전 척의 원리를 이용하여 고정하기 위한 막이다.
(흡수층)
도 2에 나타낸 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, EUV광은 비스듬히 입사하여, 반사층(2)에서 반사되지만, 흡수 패턴층(41)이 광로의 방해가 되는 사영 효과에 의해, 웨이퍼(반도체 기판) 상으로의 전사 성능이 악화되는 경우가 있다. 이 전사 성능의 악화는, EUV광을 흡수하는 흡수층(4)의 두께를 얇게 함으로써 저감된다. 흡수층(4)의 두께를 얇게 하기 위해서는, 종래의 재료보다 EUV광에 대한 흡수성이 높은 재료, 즉 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k가 높은 재료를 적용하는 것이 바람직하다.
도 3은, 각 금속 재료의 EUV광의 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. 그것보다 큰 소쇠 계수 k를 갖는 화합물 재료라면, 종래에 비해 흡수층(4)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다. 소쇠 계수 k가 0.06 이상이면, 흡수층(4)의 두께를 충분히 얇게 하는 것이 가능하여, 사영 효과를 저감시킬 수 있다.
상기와 같은 광학 상수(nk값)를 충족시키는 재료로서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, 은(Ag), 백금(Pt), 인듐(In), 코발트(Co), 주석(Sn), 니켈(Ni), 텔루륨(Te)이 있다. 그러나, 이들 금속 재료는, 원소의 할로겐화물의 휘발성이 낮아 건식 에칭성이 나쁘다는 문제를 갖고 있다. 이 때문에, 이들 금속 재료로 형성된 흡수층을 구비하는 반사형 포토마스크 블랭크를 제작했다고 해도, 이 흡수층에 흡수층 패턴을 패터닝할 수 없고, 그 결과, 이 반사형 포토마스크 블랭크를 반사형 포토마스크로 가공할 수 없다는 문제가 발생한다. 혹은, 이들 금속 재료의 융점이 낮기 때문에 반사형 포토마스크 제작 시나 EUV 노광 시의 열에 견딜 수 없어, 실용성이 부족한 반사형 포토마스크가 되어 버린다는 문제가 발생한다.
상술한 결점을 회피하기 위해, 본 발명의 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크의 흡수층은, 인듐의 질화물인 InN을 갖고 있다. In 단체에서는, 융점이 157℃ 부근이고, 반사형 포토마스크 제작 시나 EUV 노광 시의 열의 온도보다도 낮아, 열적 안정성에 문제가 있다. 한편, 산화물 InO막의 융점은, 800℃ 이상에서 충분히 높지만, 질화물로 함으로써 1100℃ 이상으로 할 수 있다. 이에 의해, InN막은, 반사형 포토마스크 제작 시나 EUV 노광 시의 열에 충분한 내성을 갖는다.
또한, InN막은, 화학적으로 안정되어 있는 한편, 염소계 가스를 사용한 건식 에칭이 가능하기 때문에, 반사형 포토마스크 블랭크를 반사형 포토마스크로 가공할 수 있다. 이것은, In과 염소(Cl)의 화합물인 InCl3의 휘발성이, 도 3에 나타내는 In 이외의 고흡수 재료와 비교하여 높기 때문이다.
흡수층(4)을 형성하기 위한 인듐(In) 및 질소(N)를 포함하는 재료는, 인듐(In)에 대한 질소(N)의 원자수비(N/In)가 0.5 이상 1.5 이하인 것이 바람직하다. 흡수층(4)을 구성하는 재료 중의 인듐(In)과 질소(N)의 원자수비가 0.5 이상인 것으로, 충분한 내열성을 부여할 수 있다.
또한, 인듐(In)에 대한 질소(N)의 원자수비가 1.5를 초과한 막은 성막할 수 없는 것을 확인할 수 있었으므로, 이것을 상한으로 했다. 또한, 원자수비(N/In)는, 1.0일 때 화학량론적으로 안정되기 때문에, 0.7 이상 1.2 이하의 범위 내가 보다 바람직하고, 0.8 이상 1.0 이하의 범위 내가 더욱 바람직하다.
또한, 흡수층(4)을 구성하는 재료는, 인듐(In) 및 질소(N)를 합계로 50원자％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 이것은, 흡수층(4)에 인듐(In)과 질소(N) 이외의 성분이 포함되어 있으면, EUV광 흡수성과 열 내성이 모두 저하될 가능성이 있기는 하지만, 인듐(In)과 질소(N) 이외의 성분이 50원자％ 미만이면, EUV광 흡수성과 열 내성의 저하는 매우 약간이고, EUV 마스크의 흡수층(4)으로서의 성능의 저하는 거의 없기 때문이다.
인듐(In)과 질소(N) 이외의 재료로서, 예를 들어 Ta, Pt, Te, Zr, Hf, Ti, W, Si, Cr, Ga, Mo, Sn, Pd, Ni, B, F, O, C나 H가 혼합되어 있어도 된다. 즉, 흡수층(4)은, 인듐(In)과 질소(N) 이외에, Ta, Pt, Te, Zr, Hf, Ti, W, Si, Cr, Ga, Mo, Sn, Pd, Ni, B, F, O, C 및 H로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 함유하고 있어도 된다.
예를 들어, 흡수층(4)에 Ta, Pt, Te, Sn, Pd, Ni을 혼합함으로써, EUV광에 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 Ga이나 Hf, Zr, Mo, Cr, F을 혼합한 경우, 막질을 보다 아몰퍼스로 하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 건식 에칭 후의 흡수층 패턴(마스크 패턴)의 조도나 면내 치수 균일성, 혹은 전사상의 면내 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 흡수층(4)에 Ti, W, Si를 혼합한 경우, 세정에 대한 내성을 높이는 것이 가능해진다.
또한, 흡수층(4) 및 흡수 패턴층(41)에 있어서의, Ta, Pt, Te, Zr, Hf, Ti, W, Si, Cr, Ga, Mo, Sn, Pd, Ni, B, F, O, C 및 H로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 원소 함유량은, 흡수층(4)을 구성하는 합계 원자수, 혹은 흡수 패턴층(41)을 구성하는 합계 원자수에 대하여, 5원자％ 이상 35원자％ 이하의 범위 내가 보다 바람직하고, 10원자％ 이상 30원자％ 이하의 범위 내가 더욱 바람직하다.
또한, 도 1 및 도 2에는 단층의 흡수층(4)을 나타냈지만, 본 발명의 실시 형태에 관한 흡수층(4)은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태에 관한 흡수층(4)은, 예를 들어 1층 이상의 흡수층, 즉 복층의 흡수층이어도 된다.
종래의 EUV 반사형 포토마스크의 흡수층(4)에는, 상술한 바와 같이 Ta을 주성분으로 하는 화합물 재료가 적용되어 왔다. 이 경우, 흡수층(4)과 반사층(2)의 광 강도의 콘트라스트를 나타내는 지표인 광학 농도 OD(식 1)에서 1 이상을 얻기 위해서는, 흡수층(4)의 막 두께는 40㎚ 이상 필요하고, OD에서 2 이상을 얻기 위해서는, 흡수층(4)의 막 두께는 70㎚ 이상 필요했다. Ta의 소쇠 계수 k는 0.041이지만, 소쇠 계수 k가 0.06 이상인 인듐(In)과 질소(N)를 포함하는 화합물 재료를 흡수층(4)에 적용함으로써, 베일의 법칙으로부터, 적어도 OD가 1 이상이라면 흡수층(4)의 막 두께를 17㎚까지 박막화하는 것이 가능하고, OD가 2 이상이라면 흡수층(4)의 막 두께를 45㎚ 이하로 하는 것이 가능하다. 단, 흡수층(4)의 막 두께가 45㎚를 초과하면, 종래의 Ta을 주성분으로 한 화합물 재료로 형성된 막 두께 60㎚의 흡수층(4)과 사영 효과가 동일 정도로 되어 버린다.
그 때문에, 본 발명의 실시 형태에 관한 흡수층(4)의 막 두께는, 17㎚ 이상 45㎚ 이하인 것이 바람직하다. 즉, 흡수층(4)의 막 두께가 17㎚ 이상 45㎚ 이하의 범위 내이면, Ta을 주성분으로 한 화합물 재료로 형성된 종래의 흡수층(4)에 비해, 사영 효과를 충분히 저감시킬 수 있어, 전사 성능이 향상된다. 또한, 광학 농도(OD: Optical Density)값은, 흡수층(4)과 반사층(2)의 콘트라스트이고, 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 대하여 설명한다.
[실시예 1]
먼저, 반사형 포토마스크 블랭크(10)의 제작 방법에 대하여, 도 4를 사용하여 설명한다.
실시예 1에서는, 먼저, 도 4에 나타낸 바와 같이, 저열팽창 특성을 갖는 합성 석영의 기판(11)을 준비했다. 계속해서, 준비한 기판(11) 상에, 실리콘(Si)과 몰리브덴(Mo)을 한 쌍으로 하는 적층막이 40매 적층되어 형성된 반사층(12)을 성막했다. 또한, 반사층(12)의 층 두께는 280㎚로 했다. 계속해서, 형성한 반사층(12) 상에, 중간막으로서, 캐핑층(13)을 성막했다. 캐핑층(13)의 재료로서는, 루테늄(Ru)을 채용했다. 또한, 캐핑층(13)의 층 두께는 3.5㎚로 했다.
계속해서, 캐핑층(13) 상에, 인듐(In)과 질소(N)를 합계로 100원자％ 포함하는 흡수층(14)을 성막했다. 여기서, XPS(X선 광전자 분광법)로 측정한 결과, 흡수층(14)의 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)은 1.0(=1:1)이었다. 또한, XRD(X선 회절 장치)로 측정한 결과, 흡수층(14)의 결정성은, 약간 결정성이 보이지만, 아몰퍼스였다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께는 33㎚로 했다. 계속해서, 기판(11)의 반사층(12)이 형성되어 있는 면과 반대측의 면에, 질화크롬(CrN)으로 이면 도전막(15)을 성막했다. 이면 도전막(15)의 층 두께는 100㎚로 했다.
이상의 수순으로, 실시예 1의 반사형 포토마스크 블랭크(100)를 제작했다.
또한, 기판(11) 상으로의 각 막(반사층(12), 캐핑층(13), 흡수층(14))의 성막(각 층의 형성)은, 다원 스퍼터링 장치를 사용하여 행하였다. 각 막의 층 두께는, 스퍼터링 시간으로 제어했다. 흡수층(14)은, 반응성 스퍼터링법에 의해, 스퍼터링 중에 챔버에 도입하는 산소의 양을 제어함으로써, N/In비가 1.0이 되도록 성막했다.
이어서, 반사형 포토마스크(200)의 제작 방법에 대하여, 도 5 내지 도 8을 사용하여 설명한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 먼저, 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 흡수층(14) 상에, 포지티브형 화학 증폭형 레지스트(SEBP9012: 신에쓰 가가쿠사제)를 스핀 코트로 도포했다. 포지티브형 화학 증폭형 레지스트의 층 두께는 120㎚로 했다. 계속해서, 도포한 포지티브형 화학 증폭형 레지스트를, 110℃에서 10분 베이크하여, 레지스트막(16)을 형성했다. 계속해서, 레지스트막(16)에, 전자선 묘화기(JBX3030: 니혼 덴시사제)를 사용하여, 소정의 패턴을 묘화했다. 계속해서, 110℃, 10분의 프리베이크 처리를 행한 후, 스프레이 현상기(SFG3000: 시그마 메르테크사제)를 사용하여 현상 처리를 행하였다. 이에 의해, 도 6에 나타낸 바와 같이 레지스트 패턴(16a)을 형성했다.
계속해서, 레지스트 패턴(16a)을 에칭 마스크로 하여, 염소계 가스를 주체로 한 건식 에칭에 의해, 흡수층(14)에 마스크 패턴의 패터닝을 행하였다. 이에 의해, 도 7에 나타낸 바와 같이, 흡수층(14)에 흡수 패턴(흡수 패턴층)(141)을 형성했다. 계속해서, 레지스트 패턴(16a)을 박리하여, 도 8에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
본 실시예에 있어서, 흡수층(14)에 형성한 흡수 패턴층(141)은, 전사 평가용의 반사형 포토마스크(200) 상에서, 선폭 64㎚LS(라인 앤 스페이스) 패턴, AFM을 사용한 흡수층의 막 두께 측정용의 선폭 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, 선폭 64㎚LS 패턴을, 도 9에 나타낸 바와 같이, x방향과 y방향으로 각각 설계했다.
또한, 흡수층(14)의 층 두께는, 투과 전자 현미경에 의해 측정했다. 또한, 이하의 실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 7에 있어서도 마찬가지로 측정했다.
[실시예 2]
실시예 2에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 1.0이 되고, 인듐(In)과 질소(N)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 70원자％, 나머지 30원자％가 Ga이 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 33㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 실시예 2의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[실시예 3]
실시예 3에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 1.0이 되고, 인듐(In)과 질소(N)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 70원자％, 나머지 30원자％가 Ta이 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 33㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 실시예 3의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[실시예 4]
실시예 4에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 0.5가 되고, 인듐(In)과 질소(N)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 100원자％가 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 33㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 실시예 4의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[실시예 5]
실시예 5에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 1.5가 되고, 인듐(In)과 질소(N)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 100원자％가 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 33㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 실시예 5의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[비교예 1]
비교예 1에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 0이 되고, 인듐(In)의 함유량이 흡수층(14) 전체의 100원자％가 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 33㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 비교예 1의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[비교예 2]
비교예 2에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 1.0이 되고, 인듐(In)과 질소(N)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 100원자％가 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 50㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 비교예 2의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[비교예 3]
비교예 3에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 1.0이 되고, 인듐(In)과 질소(N)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 30원자％, 나머지 70원자％가 Te이 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 26㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 비교예 3의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[비교예 4]
비교예 4에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 1.0이 되고, 인듐(In)과 질소(N)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 45원자％, 나머지 55원자％가 Te이 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 26㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 비교예 4의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[비교예 5]
비교예 4에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 0.4가 되고, 인듐(In)과 질소(N)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 100원자％가 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 33㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 비교예 5의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[비교예 6]
비교예 6에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 1.0이 되고, 인듐(In)과 질소(N)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 100원자％가 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 15㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 비교예 6의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[비교예 7]
비교예 7에서는, 흡수층(14)으로서, 인듐(In)과 질소(N)의 원자수 비율(N/In)이 1.0이 되고, 인듐(In)과 질소(N)의 합계 함유량이 흡수층(14) 전체의 100원자％가 되는 층을 성막했다. 또한, 흡수층(14)의 층 두께를 47㎚로 했다. 그 이외는, 실시예 1과 마찬가지로, 비교예 7의 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작했다.
[기존]
상술한 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 7과는 별도로, 종래의 탄탈(Ta)계 흡수층을 갖는 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크(이하 「기존 Ta계 마스크」라고도 칭함)도 제작했다. 반사형 포토마스크 블랭크는, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 7과 마찬가지로, 저열팽창 특성을 갖는 합성 석영의 기판 상에, 몰리브덴(Mo)층과 실리콘(Si)층이 반복해서 적층되어 이루어지는 반사층(반복 횟수 40)과, 층 두께 3.5㎚의 루테늄(Ru)을 포함하는 캐핑층(13)과, 흡수층(14)을 갖는다. 단, 흡수층(14)은, 층 두께 58㎚의 TaN 상에 층 두께 2㎚의 TaO을 성막한 것으로 했다. 또한, 반사형 포토마스크(기존 Ta계 마스크)는, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 7과 마찬가지로, 이 반사형 포토마스크의 흡수층(14)에 마스크 패턴을 패터닝을 행한 것으로 했다.
이하, 본 실시예에서 평가한 평가 항목에 대하여 설명한다.
(웨이퍼 노광 평가)
EUV 노광 장치(NXE3300B: ASML사제)를 사용하여, EUV 포지티브형 화학 증폭형 레지스트를 도포한 반도체 기판 상에, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 7의 반사형 포토마스크(200)의 마스크 패턴을 전사 노광했다. 노광량은, 도 9에 나타낸 x방향 LS 패턴이 설계한 바와 같이 전사되도록 조절했다. 그리고, 전자선 치수 측정기에 의해 전사된 레지스트 패턴의 관찰 및 선폭 측정을 실시하여, 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 7에서의 반사형 포토마스크(200)에서, HV 바이어스값이 어떻게 변화되는지를, 시뮬레이션에 의해 비교했다.
HV 바이어스값은, 마스크 패턴의 방향에 의존한 전사 패턴의 선폭차, 즉, 수평(Horizontal: H) 방향의 선폭과 수직(Vertical: V) 방향의 선폭의 차이다. H방향의 선폭은, 입사광과 반사광이 이루는 면(이하, 「입사면」이라고 칭하는 경우가 있음)에 직교하는 선상 패턴의 선폭을 나타내고, V방향의 선폭은, 입사면에 평행한 선상 패턴의 선폭을 나타내고 있다. 즉, H방향의 선폭은, 입사면에 평행한 방향의 길이이고, V방향의 선폭은, 입사면에 직교하는 방향의 길이이다.
(열 내성)
EUV 노광 장치(NXE3300B: ASML사제)를 사용한 노광 전후에, 반사형 포토마스크(200)의 흡수 패턴층(141)의 층 두께와 반사율 Ra를 측정하여, EUV 노광 전후에, 흡수 패턴층(141)의 막 감소와 반사율 Ra의 변화가 없는지를 확인했다. 흡수 패턴층(141)의 막 감소와 반사율 Ra의 변화가 확인되지 않은 경우에, 「열 내성」의 란에 「○」를 기재하고, 막 감소와 반사율 Ra의 변화가 확인된 경우에, 장기적인 사용이 곤란하기 때문에 「열 내성」의 란에 「×」를 기재했다.
표 1은, 실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 7 및 기존 Ta계 마스크의 HV 바이어스 및 열 내성을 나타내는 표이다.
표 1에 있어서, 각 실시예 및 각 비교예의 HV 바이어스의 비교를 나타낸다. 표 1에 의하면, 기존 Ta계 마스크를 사용한 EUV광에 의한 반도체 기판으로의 전사 노광의 결과, y방향의 패턴 치수는 20㎚이고 HV 바이어스값은 8.65㎚였다. 이에 비해, 실시예 1의 반사형 포토마스크(200)의 HV 바이어스는 5.13㎚가 되고, 실시예 2의 반사형 포토마스크(200)의 HV 바이어스는 4.17㎚가 되고, 실시예 3의 반사형 포토마스크(200)의 HV 바이어스는 4.61㎚가 되고, 실시예 4의 반사형 포토마스크(200)의 HV 바이어스는 5.13㎚가 되고, 실시예 5의 반사형 포토마스크(200)의 HV 바이어스는 5.13㎚가 되었다. 또한, 비교예 3의 반사형 포토마스크(200)의 HV 바이어스는 5.01㎚가 되고, 비교예 4의 반사형 포토마스크(200)의 HV 바이어스는 5.25㎚가 되고, 비교예 5의 반사형 포토마스크(200)의 HV 바이어스는 5.13㎚가 되었다. 그러므로, 기존 Ta계 마스크와 비교하여, 사영 효과를 억제 또는 경감시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 6의 반사형 포토마스크(200)의 전사 패턴은 콘트라스트 부족에 의해 조도가 커지고, 비교예 1 및 비교예 2 및 비교예 7의 반사형 포토마스크(200)의 전사 패턴은 해상되지 않았기 때문에, HV 바이어스의 평가를 실시할 수 없었다.
표 1에 있어서, 각 실시예 및 각 비교예의 열 내성의 비교를 나타낸다. 표 1에서는, 기존 Ta계 마스크를 사용한 경우에는, 막 감소와 반사율 Ra의 변화는 거의 확인되지 않았다. 마찬가지로, 실시예 1 내지 5 및 비교예 2 및 비교예 6 및 비교예 7의 반사형 포토마스크(200)를 사용한 경우에도, 막 감소와 반사율 Ra의 변화는 거의 확인되지 않았다. 그 때문에, 표 1에서는, 「기존」 「실시예 1」 「실시예 2」 「실시예 3」 「실시예 4」 「실시예 5」 「비교예 2」 「비교예 6」 「비교예 7」의 「열 내성」의 란에는 「○」 「◎」를 기재했다. 그러므로, 기존 Ta계 마스크 이상의 열 내성을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 5의 반사형 포토마스크(200)는, 막 감소와 반사율 Ra의 변화를 확인할 수 없기 때문에, 「◎」가 되었다. 이에 비해, 비교예 1 및 비교예 3 내지 5의 반사형 포토마스크(200)를 사용한 경우에는, 막 감소와 반사율 Ra의 변화가 확인되었다. 그 때문에, 「비교예 1」 「비교예 3」 「비교예 4」 「비교예 5」의 「열 내성」의 란에는 「×」를 기재했다.
표 1에 있어서, HV 바이어스와 열 내성의 종합적 평가를 나타낸다. 표 1에서는, HV 바이어스값이 기존 Ta계 마스크의 HV 바이어스값(8.65)보다도 낮고, 또한 열 내성의 란이 「○」 또는 「◎」인 경우에, 「판정」의 란에 「○」를 기재했다. 또한, HV 바이어스값이 기존 마스크의 HV 바이어스값(8.65)보다도 큰 경우, 또는 열 내성의 란이 「×」인 경우에, 「판정」의 란에 「×」를 기재했다. 그 때문에, 표 1에서는, 「실시예 1」 「실시예 2」 「실시예 3」 「실시예 4」 「실시예 5」의 「판정」의 란에는, 「○」를 기재했다. 이에 비해, 「비교예 1」 「비교예 2」 「비교예 3」 「비교예 4」 「비교예 5」 「비교예 6」 「비교예 7」의 「판정」의 란에는, 「×」를 기재했다. 또한, 「기존」은 HV 바이어스값이 8.65이기 때문에, 「판정」의 란에 「△」를 기재했다.
이에 의해, 흡수 패턴층(141)이 인듐(In)과 질소(N)를 합계로 50원자％ 이상 함유하고, 흡수 패턴층(141)에 있어서의 인듐(In)에 대한 질소(N)의 원자수비(N/In)가 0.5 이상 1.5 이하이고, 흡수 패턴층(141)의 층 두께가 17㎚ 이상 45㎚ 이하인 반사형 포토마스크(200)라면, 광학 농도 OD값, 열 내성이 모두 양호하여, 사영 효과를 저감시킬 수 있고, 장수명이면서 전사 성능이 높아진다는 결과가 되었다. 즉, 보다 전사 성능이 우수한 반사형 포토마스크(200)를 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 환언하면, 상기 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(100)를 사용함으로써, 극단 자외 영역의 파장의 광을 광원으로 한 패터닝 전사용의 반사형 포토마스크의 사영 효과를 억제 또는 경감시킬 수 있고, 노광 시의 열 내성을 충분히 갖는 반사형 포토마스크(200)를 제작할 수 있는 것을 확인하였다고 할 수 있다.
본 발명에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크는, 반도체 집적 회로 등의 제조 공정에 있어서, EUV 노광에 의해 미세한 패턴을 형성하기 위해 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
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
100: 반사형 포토마스크 블랭크
200: 반사형 포토마스크
Claims (5)
- 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 질소(N)를 합계로 50원자％ 이상 함유하고,
상기 흡수층에 있어서의 인듐(In)에 대한 질소(N)의 원자수비(N/In)는 0.5 이상 1.5 이하이고,
상기 흡수층의 층 두께는 17㎚ 이상 45㎚ 이하인,
반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항에 있어서, 상기 흡수층은, 탄탈(Ta), 백금(Pt), 텔루륨(Te), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 규소(Si), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 붕소(B), 불소(F), 산소(O), 탄소(C) 및 수소(H)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 함유하는,
반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반사층과 상기 흡수층 사이에 캐핑층을 포함하는,
반사형 포토마스크 블랭크. - 극단 자외선을 광원으로 한 패턴 전사용의 반사형 포토마스크이며,
기판과,
상기 기판 상에 형성된 다층막을 포함하는 반사층과,
상기 반사층 상에 형성된 흡수 패턴층을 갖고,
상기 흡수 패턴층은, 인듐(In)과 질소(N)를 합계로 50원자％ 이상 함유하고,
상기 흡수 패턴층에 있어서의 인듐(In)에 대한 질소(N)의 원자수비(N/In)는 0.5 이상 1.5 이하이고,
상기 흡수 패턴층의 층 두께는 17㎚ 이상 45㎚ 이하인,
반사형 포토마스크. - 제4항에 있어서, 상기 흡수 패턴층은, 탄탈(Ta), 백금(Pt), 텔루륨(Te), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 규소(Si), 크롬(Cr), 갈륨(Ga), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 붕소(B), 불소(F), 산소(O), 탄소(C) 및 수소(H)로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 함유하는,
반사형 포토마스크.
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| JP2021003105A JP2022108203A (ja) | 2021-01-12 | 2021-01-12 | 反射型フォトマスクブランク及び反射型フォトマスク |
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|---|---|---|---|---|
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