KR20230142728A - 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
검사광에 대한 미소 패턴의 콘트라스트가 높고, EUV 노광에 있어서의 사영 효과를 최소한으로 억제할 수 있는 반사형 포토마스크 및 반사형 포토마스크 블랭크를 제공한다. 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크(100)는, 기판(11)과, 반사부(17)와, 저반사부(18)를 구비하고, 저반사부(18)는, 흡수층(14)과 최표층(15)을 구비하는 적어도 2층 이상의 적층 구조체이며, 흡수층(14)의 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k는 k>0.041이며, 흡수층(14)의 막 두께를 da, 최표층(15)의 막 두께를 dc로 했을 때, 저반사부(18)의 막 두께는 0.5×da+dc≤21.5㎚를 충족하는 막 두께, 혹은 0.5×da+dc≥27.5㎚를 충족하는 막 두께이다.
Description
본 개시는, 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여 포토리소그래피 기술의 미세화에 대한 요구가 높아지고 있다. 포토리소그래피에 있어서의 전사 패턴의 최소 현상 치수는, 노광 광원의 파장에 크게 의존하고, 파장이 짧을수록 최소 해상 치수를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 첨단의 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서의 노광 광원은, 종래의 파장 193㎚의 ArF 엑시머 레이저광 대신에 파장 13.5㎚의 EUV(Extreme Ultraviolet)가 도입되어 있다.
대부분의 물질이 EUV에 대하여 높은 광흡수성을 갖기 때문에, 종래의 광 투과를 이용하는 굴절 광학계를 사용할 수 없다는 점에서, 노광기의 광학계 부재는 렌즈가 아니라, 미러가 된다. 포토마스크도 종래의 투과형으로부터 반사형의 EUV 포토마스크가 된다. EUV 포토마스크에 대한 입사광과 반사광이 동축상으로 설계될 수 없다는 점에서, 통상 EUV 리소그래피에서는 광축을 EUV 포토마스크의 수직 방향으로부터 6도 기울여 EUV광을 입사하고, 마이너스 6도의 각도로 반사하는 반사광을 반도체 기판에 조사하는 방법이 채용되어 있다. 그러나, 광축을 경사시킨다는 점에서, EUV 포토마스크에 입사하는 EUV광이 EUV 포토마스크의 패턴(흡수층 패턴)의 그림자를 만듦으로써 전사 성능이 악화되는, 사영 효과(쉐도잉 효과)라고 불리는 문제가 발생한다. 따라서, 쉐도잉 효과를 저감하여 전사 성능을 향상시키는 것이 과제로 되어 있다.
이 과제에 대하여 흡수층에 소쇠 계수 k가 높은 재료를 사용하여 EUV 반사율을 억제함으로써, 종래보다도 막 두께가 얇은 흡수층 패턴의 형성이 가능해지고, 사영 효과를 저감하는 반사형 포토마스크가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
근년, 마스크 패턴의 미세화에 수반하여, 지금까지 문제가 되지 않던 미소한 패턴 치수 오차나 위치의 오차 등이, 전사 후에 결함으로 되어 수율의 저하를 야기하고 있다. 이 때문에, 보다 정밀도가 높은 검사가 필요해지고 있다. 첨단 마스크의 검사에서는 일반적으로 파장 250 내지 270㎚의 광원이 사용되어 왔지만, 보다 높은 해상성이 요구되고 있기 때문에, 파장 190 내지 200㎚의 광원의 적용이 검토되고 있다. 또한, 흡수층 패턴과 반사층의 콘트라스트가 높은 쪽이, 일반적으로 미소 결함의 검출에 유리하다. 이에 의해, 파장 190 내지 200㎚에 대하여 높은 콘트라스트를 갖는 포토마스크가 요구되고 있다. 또한, 반사층과 흡수층 사이에, Ru의 보호층이 형성되어 있는 경우, 보호층으로부터의 DUV(Deep Ultraviolet) 반사율이 보호층이 없는 경우보다 낮기 때문에, 콘트라스트의 저하를 야기한다는 문제가 있다. 따라서, 흡수막 및 흡수막을 포함하는 다층막의 개선에 의해, 콘트라스트를 향상시켜 검사성을 개선하는 것이 과제로 되어 있다.
이 과제에 대하여 특허문헌 2에서는, Ta 혹은 Cr을 주재료로 하는 흡수층 위에 검사광 콘트라스트의 향상을 위하여 질소 및 산소의 함유량을 조절한 Si와 전이 금속의 혼합막을 형성함으로써, EUV 콘트라스트와 파장 200㎚ 이하의 검사광의 콘트라스트의 양쪽을 향상시키는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 문헌 2의 방법에서는, 흡수층 위에 DUV광에 대한 저반사부를 형성하는 방법이 기술되어 있지만, 저반사부를 형성함으로써, 흡수체층과 저반사부의 합계 막 두께가 두꺼워짐으로써, 사영 효과가 증대되는 것에 대해서는 전혀 언급이 없어, 전사성이 높은 EUV 포토마스크인지 명확하게 되어 있지 않다. 또한, 문헌 2의 방법에서는, 콘트라스트의 정의가 패턴이 없는 솔리드부의 흡수층과 반사층의 비교에 그치고 있기 때문에, 실제로 미소 패턴을 명료하게 판별할 수 있는 구조인지 명확하게 되어 있지 않다.
본 개시는, 검사광에 대한 미소 패턴의 콘트라스트가 높고, EUV 노광에 있어서의 사영 효과를 최소한으로 억제할 수 있는 반사형 포토마스크 및 반사형 포토마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 개시의 일 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크는, 기판과, 상기 기판 위에 형성되어 입사한 광을 반사하는 반사부와, 상기 반사부 위에 형성되어 입사한 광을 흡수하는 저반사부를 구비하고, 상기 저반사부는, 흡수층과 최표층을 구비하는 적어도 2층 이상의 적층 구조체이며, 상기 흡수층의 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k는 k>0.041이며, 상기 흡수층의 막 두께를 da, 상기 최표층의 막 두께를 dc로 했을 때, 상기 저반사부의 막 두께는 0.5×da+dc≤21.5㎚를 충족하는 막 두께, 혹은 0.5×da+dc≥27.5㎚를 충족하는 막 두께인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 개시의 일 형태에 따른 반사형 포토마스크는, 기판과, 상기 기판 위에 형성되어 입사한 광을 반사하는 반사부와, 상기 반사부 위에 형성되어 입사한 광을 흡수하는 저반사부를 구비하고, 상기 저반사부는, 흡수층과 최표층을 구비하는 적어도 2층 이상의 적층 구조체이며, 상기 흡수층의 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k는 k>0.041이며, 상기 흡수층의 막 두께를 da, 상기 최표층의 막 두께를 dc로 했을 때, 상기 저반사부의 막 두께는 0.5×da+dc≤21.5㎚를 충족하는 막 두께, 혹은 0.5×da+dc≥27.5㎚를 충족하는 막 두께인 것을 특징으로 한다.
상기 흡수층의 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k는 k>0.041이며, 상기 흡수층의 굴절률 n은 n≤0.98이면 바람직하다.
상기 저반사부의 흡수층의 적어도 1층에 제1 재료군으로부터 1종 이상을 합계하여 50원자％ 이상을 포함하고, 상기 제1 재료군은 텔루륨(Te), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 비스무트(Bi)와 그의 산화물, 질화물, 산질화물이면 바람직하다.
상기 저반사부의 흡수층은, 주석(Sn), 인듐(In)과, 그의 산화물, 질화물, 산질화물로부터 1종 이상을 합계하여 50원자％ 이상 포함하고, 상기 저반사부의 최표층은, 제2 재료군으로부터 1종 이상을 합계하여 50원자％ 이상을 포함하고, 상기 제2 재료군은 규소(Si), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), Cr(크롬), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru)과 그의 산화물, 질화물, 산질화물의 1종 이상을 합계하여 50원자％ 이상 포함하고 있으면 바람직하다.
상기 저반사부는, 복수층으로 분할된 경우라도, 합계 막 두께가 17㎚ 이상, 45㎚ 이하이고, 또한 OD값(Optica Density: 광학 농도)이 1.0 이상이 되는, 제1 재료군으로부터 선택한 재료와 그 밖의 혼합물의 혼합 비율이 결정된 혼합 재료로 이루어지는 박막이면 바람직하다.
본 개시의 일 형태에 따른 반사형 포토마스크 및 그것을 제작하기 위한 반사형 포토마스크 블랭크이면, 검사광에 대한 미소 패턴의 콘트라스트가 높고, EUV 노광에 있어서의 사영 효과를 최소한으로 억제할 수 있는, 결함 보증이 유리하며 또한 전사성이 좋은 반사형 포토마스크 및 반사형 포토마스크 블랭크를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크의 일 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 일 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 EUV광의 파장에 있어서의 각 금속의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 설계 패턴을 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 일 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 EUV광의 파장에 있어서의 각 금속의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 포토마스크의 설계 패턴을 나타내는 개략 평면도이다.
본 개시의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
여기서, 도면에 도시한 구성은 모식적인 것이며, 두께와 평면 치수의 관계, 각 층의 두께의 비율 등은 현실의 것과는 다르다. 또한, 이하에 기재하는 실시 형태는, 본 개시의 기술적 사상을 구체화하기 위한 구성을 예시하는 것으로서, 본 개시의 기술적 사상은, 구성 부품의 재질, 형상, 구조 등이 하기의 것으로 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 기술적 사상은, 청구범위에 기재된 청구항이 규정하는 기술적 범위 내에 있어서, 다양한 변경을 가할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크(100)를 나타내는 개략 단면도이다. 또한, 도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(200)를 나타내는 개략 단면도이다. 또한, 도 2에 도시한 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(200)는, 도 1에 도시한 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 저반사부(18)를 패터닝하여 형성된다.
(반사형 포토마스크 블랭크의 구성)
본 개시의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크의 기본 구성에 대하여, 도 1을 사용하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 개시의 일 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크(100)는, 기판(11)과, 기판(11) 위에 형성된 반사부(17)와, 반사부(17) 위에 형성된 저반사부(18)를 구비하고 있다. 또한, 반사형 포토마스크 블랭크(100)는, 반사부(17)에 있어서 다층 반사막(12)과, 캐핑층(13)을 구비하고 있고, 저반사부(18)에 있어서 흡수층(14)과, 최표층(15)을 구비하고 있다. 즉, 반사형 포토마스크(200)는, 기판(11)의 한쪽 면측에, 다층 반사막(12), 캐핑층(13), 흡수층(14) 및 최표층(15)이 이 순서로 적층되어 있다. 이하, 각 층에 대하여 상세히 설명한다.
(기판)
기판(11)은, 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 기재가 되는 층이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 기판(11)에는, 평탄한 Si 기판이나 합성 석영 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판(11)에는, 티타늄을 첨가한 저열팽창 유리를 사용할 수 있지만, 열팽창률이 작은 재료이면, 본 발명에서는 이들로 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 기판(11)의 다층 반사막(12)을 형성하지 않은 면에 이면 도전막(16)을 형성할 수 있다. 이면 도전막(16)은, 반사형 포토마스크 블랭크(100)를 노광기에 설치할 때에 정전 척의 원리를 이용하여 고정시키기 위한 막이다.
(반사부)
반사부(17)는, 기판(11) 위에 형성되고, 반사형 포토마스크 블랭크(100)에 입사한 광을 반사하기 위해서 마련되어 있다. 반사부(17)는, 다층 반사막(12)과, 캐핑층(13)을 구비하고 있다.
(다층 반사막)
다층 반사막(12)은, 기판(11) 위에 형성되는 층이며, 반사형 포토마스크 블랭크(100)에 있어서 노광광인 EUV광(극단 자외광)을 반사하기 위해서 마련된 층이다.
다층 반사막(12)은, EUV광에 대한 굴절률이 크게 다른 재료의 조합에 의한 복수의 반사막으로 구성되어 있다. 예를 들어, 다층 반사막(12)은, Mo(몰리브덴)과 Si(실리콘) 또는 Mo(몰리브덴)과 Be(베릴륨) 등과 같은 조합의 층을 40주기 정도 반복해서 적층함으로써 형성할 수 있다.
(캐핑층)
캐핑층(13)은, 다층 반사막(12) 위에 형성되는 층이며, 흡수층 패턴을 에칭할 때에 다층 반사막(12)에 대한 대미지를 방지하는 에칭 스토퍼로서 기능하는 층이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 캐핑층(13)은, 흡수층(14)의 패턴 형성 시에 행해지는 건식 에칭에 대하여 내성을 갖는 재질로 형성되어 있다. 예를 들어, 캐핑층(13)은 일반적으로 루테늄(Ru)이 적용된다. 또한, 다층 반사막(12)의 재질이나 에칭 조건에 의해, 캐핑층(13)은 없어도 상관없다.
(저반사부)
저반사부(18)는, 반사부(17) 위에 형성되고, 반사형 포토마스크 블랭크(100)에 있어서 노광광인 EUV광을 흡수하기 위해서 마련된 층이다. 저반사부(18)는, 흡수층(14)과, 최표층(15)을 구비하고 있다. 또한, 저반사부(18)는 적어도 2층 이상으로 구성되어 있으며, 그 중 1층을 흡수층(14)으로 하고, 흡수층(14) 위에 최표층(15)을 구비하고 있다.
(흡수층)
흡수층(14)은, 캐핑층(13) 위에 형성되는 층이며, 적어도 1층 이상으로 구성되는 층이다. 또한, 흡수층(14)은, 전사하기 위한 미세 패턴인 흡수층 패턴(전사 패턴)을 형성하는 층이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 반사형 포토마스크 블랭크의 흡수층(14)의 일부를 제거함으로써, 즉 흡수층(14)을 패터닝함으로써, 반사형 포토마스크(200)의 흡수 패턴(흡수층 패턴)이 형성된다. EUV 리소그래피에 있어서, EUV광은 비스듬히 입사하고, 반사부(17)에서 반사되지만, 저반사부 패턴(18a)이 광로의 방해가 되는 사영 효과에 의해, 웨이퍼(반도체 기판) 위로의 전사 성능이 악화되는 경우가 있다. 이 전사 성능의 악화는, EUV광을 흡수하는 저반사부(18)의 두께를 얇게 함으로써 저감된다.
저반사부(18)의 두께를 얇게 하기 위해서는, 종래의 재료보다 EUV광에 대한 흡수성이 높은 재료, 즉 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k가 높은 재료를 저반사부(18)에 적용하는 것이 바람직하다.
종래의 흡수층(14)의 주재료인 탄탈(Ta)의 소쇠 계수 k는 0.041이다. 흡수층(14)의 주재료가, 탄탈(Ta)보다 큰 소쇠 계수 k를 갖는 화합물 재료이면, 종래에 비하여 흡수층(14)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하며, 사영 효과를 저감시킬 수 있다.
도 3은, 종래 재료인 탄탈(Ta)과 제1 재료군의 광학 상수를 나타내는 그래프이다. 또한, 제1 재료군은 텔루륨(Te), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 비스무트(Bi)와 그의 산화물, 질화물, 산질화물을 포함하고 있다. 도 3의 그래프의 횡축은 굴절률 n을 나타내고, 종축은 소쇠 계수 k를 나타내고 있다. 도 3으로부터, 제1 재료군의 재료는 각각 종래 재료보다 소쇠 계수 k가 크기 때문에, 제1 재료군을 사용함으로써 사영 효과를 저감시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한, 제1 재료군은, 13.5㎚의 파장에 대한 굴절률 n이 n≤0.98로 되어 있다. 즉, 제1 재료군의 굴절률 n≤0.98을 사용함으로써 위상 시프트 효과의 향상을 기대할 수 있다.
또한, 검사광에 대한 미소 패턴의 콘트라스트는, 반사층(반사부)의 반사율 및 저반사부의 반사율을 사용하여 산출된다. 구체적으로는, 반사층의 반사율을 Rm, 저반사부의 반사율을 Ra로 했을 때, 콘트라스트는, 하기의 식 (1)에 따라서 산출된다.
(Rm-Ra)/(Rm+Ra)×100 …식 (1)
또한, 광 검사에 있어서의 광원은 파장 190 내지 270㎚ 정도이다. 광원이 파장 190 내지 270㎚ 정도인 경우, 보다 높은 해상성을 얻을 수 있다.
미소 패턴의 반사율 분포의 경우, Rm>Ra로는 한정되지 않고, Rm<Ra의 반전 패턴이 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 콘트라스트는 마이너스로 큰 쪽이 상(像)은 선명해진다. 따라서 식 (1)에서 패턴을 판별할 수 있는 콘트라스트의 범위는 -0.1보다 작고, 0.1보다 큰 경우이다.
또한, 콘트라스트는 검사 대상의 패턴 치수나 포토마스크의 구조에 의존한다. 100㎚ 이하의 미소 패턴을 검사하는 경우, 저반사부(18)의 막 두께는 흡수층의 막 두께 da(㎚)와 최표층의 막 두께 dc(㎚)의 관계에 있어서, 0.5×da+dc≤21.5(㎚)를 충족하는 것, 혹은 0.5×da+dc≥27.5(㎚)를 충족하는 것이 바람직하다. 저반사부(18)의 막 두께가 0.5×da+dc≤21.5(㎚)를 충족하는 경우, 저반사부(18)는 박막이므로, 위상 시프트의 효과에 의해 콘트라스트는 증대한다. 저반사부(18)의 막 두께가 0.5×da+dc≥27.5(㎚)를 충족하는 경우, 비교적 큰 치수에서는 플러스로 커서 충분한 콘트라스트가 얻어지고, 미소 패턴에서는 반전하여 마이너스로 큰 콘트라스트가 얻어진다.
또한, 반사부(17)와 저반사부(18)의 광 강도의 콘트라스트를 나타내는 지표인 광학 농도(OD: Optical Density)값은, 하기의 식 (2)로 규정된다.
OD=-log(Ra/Rm) …식 (2)
종래의 EUV 반사형 마스크의 흡수층에는, 상술한 바와 같이 탄탈(Ta)을 주성분으로 하는 화합물 재료가 적용되어 왔다. 흡수층의 주성분이 탄탈(Ta)인 경우, EUV광에 대한 광학 농도 OD값이 1 이상이 되기 위해서는, 막 두께는 40㎚ 이상 필요하였다. 또한, OD값이 2 이상이 되기 위해서는, 막 두께는 70㎚ 이상 필요하였다.
본 실시 형태에 있어서, 저반사부(18)의 막 두께는 흡수층이 복수층으로 분할된 경우라도, 저반사부(18)의 합계 막 두께는 17㎚ 이상 45㎚ 이하의 범위 내인 것이 바람직하다. 흡수층(14)의 막 두께가 상기 범위 내임으로써, 검사에 있어서 필요한 콘트라스트를 충분히 얻을 수 있다.
OD값은 큰 쪽이 콘트라스트는 양호하며, 높은 전사성이 얻어진다. 패턴 전사에는 OD값이 1보다 클 필요가 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 상기 종래와의 비교에 의해, OD값은 1.5 이상이면 더욱 바람직하다.
제1 재료군은, 종래 재료의 탄탈(Ta)보다도 EUV광에 대한 소쇠 계수 k가 높고, 저반사부(18)의 흡수층(14)에 적용할 수 있다. 제1 재료군을 흡수층(14)에 적용함으로써, 저반사부(18)를 박막화할 수 있어, 사영 효과를 저감하고, 전사성의 향상을 기대할 수 있다. 종래막보다 사영 효과를 저감시키기 위해서는, 흡수층(14)에 있어서 제1 재료군이 적어도 50원자％ 이상 함유하는 재료인 것이 바람직하다.
흡수층(14)이 불소계 가스 또는 염소계 가스로 에칭 가능한 재료이면, 종래의 제조 공정으로부터 큰 변경이 없으며, 미세한 패턴을 형성할 수 있다. 주석(Sn), 인듐(In)은 염소계 가스로 에칭할 수 있다. 또한, 주석의 산화물, 산질화물 및 인듐의 산화물, 질화물, 산질화물은 융점이 높고, 열에 대하여 높은 내성을 갖기 때문에, EUV광의 흡수에 의해 고온화하는 환경하에서도 적합하게 적용할 수 있다. 화학적인 안정성 때문에, 주석에 대한 산소의 원자수 비율은 1.5 이상, 산소와 인듐의 원자수 비율은 1.0 이상, 질소와 인듐의 원자수 비율은 0.5 이상이 바람직하다.
흡수층(14)의 화합물 재료는, 제1 재료군 외에, 아몰퍼스성, 세정 내성, 믹싱 방지, 위상 시프트 등의 목적으로 다른 재료를 혼합하여도 된다.
(최표층)
최표층(15)의 재료에는, 불소계 가스 또는 염소계 가스로 에칭 가능한 제2 재료군으로부터 적어도 1종 이상 선택할 수 있다. 제2 재료군은 규소(Si), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo)과 그의 산화물, 질화물, 산질화물을 포함한다. 에칭 속도를 저하시키지 않기 위해서, 최표층(15)은, 제2 재료군의 재료를 적어도 50％ 이상 함유하는 재료인 것이 바람직하다.
흡수층(14)이 염소 가스로 에칭 가능한 주석 혹은 인듐을 포함하는 경우, 최표층(15)에 있어서도, 마찬가지로 염소계 가스로 에칭 가능한 질화탄탈이나 몰리브덴을 적합하게 선택할 수 있다. 이 경우, 1회의 프로세스로 저반사부를 에칭 가공할 수 있기 때문에, 프로세스의 간략화나 오염의 저감을 기대할 수 있다.
또한, 최표층(15)에 불소계 가스로 에칭 가공이 가능한 산화탄탈이나, 규소의 산화물, 질화물, 산질화물을 적합하게 선택할 수 있다. 이 경우, 최표층(15)이 에칭 마스크로서도 활용 가능하기 때문에, 패턴의 직사각형성의 향상이나 로딩 효과에 의한 치수 변동의 저감을 기대할 수 있다.
또한, 최표층(15)과 흡수층(14)의 경계는 반드시 명확할 필요는 없으며, 조성비가 연속적으로 변화하는 1층이어도 상관없다.
최표층(15)의 혼합 재료는, 제2 재료군 외에, 아몰퍼스성, 세정 내성, 믹싱 방지, 위상 시프트 등의 목적으로 다른 재료를 혼합하여도 된다.
(반사형 포토마스크의 제조 방법)
다음으로, 반사형 포토마스크의 제조 방법에 대하여 도 4 내지 도 8을 이용하여 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 반사형 포토마스크 블랭크(100)에 구비된 저반사부(18)의 위에, 포지티브형 화학 증폭형 레지스트(SEBP9012: 신에츠 가가쿠 고교(주) 제조)를 120㎚의 막 두께로 스핀 코트로 성막하였다. 그 후, 110℃에서 10분간 베이크하고, 도 5에 도시한 바와 같이, 레지스트막(19)을 형성하였다.
계속해서, 전자선 묘화기(JBX3030: 니혼덴시(주) 제조)에 의해 포지티브형 화학 증폭형 레지스트로 형성된 레지스트막(19)에 소정의 패턴을 묘화하였다. 그 후, 110℃, 10분간 베이크 처리를 실시하고, 이어서 스프레이 현상(SFG3000: 시그마 메르테크(주) 제조)하였다. 이에 의해, 도 6에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(19a)을 형성하였다.
다음으로, 도 7에 도시한 바와 같이 레지스트 패턴(19a)을 에칭 마스크로 하여, 불소계 가스를 주체로 한 건식 에칭에 의해 최표층(15)의 패터닝을 행하여, 최표층 패턴을 형성하였다.
다음으로, 도 8에 도시한 바와 같이 레지스트 패턴(19a)을 에칭 마스크로 하여, 염소계 가스를 주체로 한 건식 에칭에 의해 흡수층(14)의 패터닝을 행하여, 흡수층 패턴을 형성하였다. 이에 의해, 최표층 패턴 및 흡수층 패턴을 구비하는 저반사부 패턴(18a)이 형성되었다.
다음으로, 잔존한 레지스트 패턴(19a)의 박리를 행하고, 저반사부 패턴(18a)을 노출시켰다. 이상에 의해 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(200)를 제조한다. 또한, 저반사부(18)에 있어서 형성된 저반사부 패턴(18a)은, 전사 평가용의 반사형 포토마스크(200) 위에서, 선 폭 100㎚ LS(라인 앤드 스페이스) 패턴, AFM을 사용한 흡수층의 막 두께 측정용의 선 폭 200㎚ LS 패턴, EUV 반사율 측정용의 한 변이 4㎜인 정사각형의 저반사부 제거부를 포함하고 있다. 선 폭 100㎚ LS 패턴은, EUV의 경사 조사에 의한 사영 효과의 영향이 잘 보이도록, 도 9에 도시한 바와 같이 x 방향과 y 방향 각각에 설계되어 있다.
<본 실시 형태의 효과>
본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)는, 이하의 효과를 갖는다.
(1) 본 실시 형태의 반사형 포토마스크 블랭크(100)에 있어서, 흡수층(14)의 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k는 k>0.041이다.
이 구성에 의하면, 종래의 재료보다 EUV광에 대한 흡수성이 높은 재료를 사용함으로써, 저반사부(18)를 박막화할 수 있어 사영 효과를 저감시킬 수 있다.
(2) 본 실시 형태의 반사형 포토마스크 블랭크(100)에 있어서, 흡수층의 막 두께를 da, 최표층의 막 두께를 dc로 했을 때에, 저반사부의 막 두께는 0.5×da+dc≤21.5㎚를 충족하는 막 두께, 혹은 0.5×da+dc≥27.5㎚를 충족하는 막 두께이다.
이 구성에 의하면, 충분한 콘트라스트를 얻을 수 있어, 전사성이 높아진다.
(3) 본 실시 형태의 반사형 포토마스크 블랭크(100)에 있어서, 흡수층(14)은 제1 재료군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계하여 50원자％ 이상 포함한다. 또한, 제1 재료군은 텔루륨(Te), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 비스무트(Bi), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물을 포함한다.
이 구성에 의하면, 저반사부(18)를 박막화할 수 있어 사영 효과를 저감시킬 수 있다.
실시예
이하, 본 개시를 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 개시는 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
기판으로서 저열팽창성을 갖는 합성 석영 기판을 사용하였다. 기판 위에, 다층 반사막으로서 실리콘(Si)과 몰리브덴(Mo)을 한 쌍으로 하는 적층막을 40매 적층하여 형성하였다. 다층 반사막의 막 두께는 280㎚로 하였다.
다음으로, 다층 반사막 위에, 루테늄(Ru)을 사용하여 막 두께가 3.5㎚가 되도록 캐핑층을 성막하였다. 이에 의해, 기판 위에는 다층 반사막 및 캐핑층을 갖는 반사부가 형성되었다.
캐핑층의 위에, 산화주석을 사용하여 막 두께가 25㎚가 되도록 흡수층을 성막하였다. 주석과 산소의 원자수 비율은, EDX(에너지 분산형 X선 분석)로 측정한바 1:2.5였다. 또한, XRD(X선 회절 장치)로 측정한바, 근소하게 결정성이 보이지만, 아몰퍼스임을 알 수 있었다.
다음으로, 흡수층 위에 질화규소를 사용하여 막 두께가 2㎚가 되도록 최표층을 성막하였다. 이에 의해, 반사층(반사부) 위에는 흡수층 및 최표층을 갖는 막 두께가 27㎚의 저반사부가 형성되었다. 흡수층의 막 두께를 da, 최표층의 막 두께를 dc로 한 경우에, 0.5×da+dc=14.5가 된다는 것을 알 수 있었다.
다음으로, 기판의 다층 반사막이 형성되지 않은 측에, 질화크롬(CrN)을 사용하여 100㎚의 두께가 되도록 이면 도전막을 성막하였다.
기판 위에의 각각의 막의 성막은, 다원 스퍼터링 장치를 사용하였다. 각각의 막의 막 두께는 스퍼터링 시간으로 제어하였다.
다음으로, 저반사부 위에 포지티브형 화학 증폭형 레지스트(SEBP9012: 신에츠 가가쿠 고교(주) 제조)를 120㎚의 막 두께로 스핀 코트로 성막하고, 110℃에서 10분간 베이크하고, 레지스트막을 형성하였다.
다음으로, 전자선 묘화기(JBX3030: 니혼덴시(주) 제조)에 의해 포지티브형 화학 증폭형 레지스트에 소정의 패턴을 묘화하였다.
그 후, 110℃에서 10분간 베이크 처리를 실시하고, 다음으로 스프레이 현상(SFG3000: 시그마 메르테크(주) 제조) 하였다. 이에 의해 레지스트 패턴을 형성하였다.
다음으로, 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여, 불소계 가스를 주체로 한 건식 에칭에 의해 최표층의 패터닝을 행하여, 최표층에 최표층 패턴을 형성하였다.
다음으로, 염소계 가스를 주체로 한 건식 에칭에 의해 흡수층의 패터닝을 행하여, 흡수층 패턴을 형성하였다. 이에 의해, 저반사부에 있어서 최표층 패턴 및 흡수층 패턴을 갖는 저반사부 패턴이 형성되었다.
다음으로, 남은 레지스트 패턴의 박리를 행하였다. 이상에 의해, 실시예 1의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
또한, 제작한 반사형 포토마스크를 80℃의 황산에 10분간 침지하고, 그 후 암모니아와 과산화수소수와 물을 1:1:20의 비율로 혼합한 세정액에, 500W의 메가소닉을 사용하여 10분간 침지하고, 10분간 유수하는, 세정을 행하였다. 그 후 AFM으로 막 두께를 측정하고, 성막 시의 막 두께와 비교하였지만, 변화는 보이지 않았다.
또한, 실시예 1의 저반사부 패턴은, 전사 평가용의 반사형 포토마스크 위에서, 선 폭 100㎚ LS(라인 앤드 스페이스) 패턴, AFM을 사용한 흡수층의 막 두께 측정용의 선 폭 200㎚ LS 패턴, EUV 반사율 측정용의 한 변이 4㎜인 정사각형의 저반사부 제거부를 포함하고 있다. 이 선 폭 100㎚ LS 패턴은, EUV의 경사 조사에 의한 사영 효과의 영향이 잘 보이도록, x 방향과 y 방향으로 각각 설계하였다.
<실시예 2>
흡수층의 막 두께를 21㎚로 변경하였다. 또한, 최표층의 막 두께를 4㎚로 변경하였다. 이때, 흡수층의 막 두께를 da, 최표층의 막 두께를 dc로 한 경우에, 0.5×da+dc=14.5가 되었다. 저반사부의 막 두께는 합계로 25㎚가 되었다. 그 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 2의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 3>
흡수층의 막 두께를 39㎚로 변경하였다. 또한, 최표층의 막 두께를 10㎚로 변경하였다. 이때, 흡수층의 막 두께를 da, 최표층의 막 두께를 dc로 한 경우에, 0.5×da+dc=29.5가 되었다. 저반사부의 막 두께는 합계로 49㎚가 되었다. 그 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 3의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 4>
최표층의 재료를 질화탄탈로 변경하였다. 또한, 최표층의 패터닝에 있어서, 염소계 가스를 주체로 한 건식 에칭에 의해 최표층 패턴을 형성하였다. 그 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 4의 반사형 포토마스크를 제작하였다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 세정을 행한 후, AFM으로 막 두께를 측정하고, 성막 시의 막 두께와 비교하였지만, 변화는 보이지 않았다.
<실시예 5>
흡수층의 막 두께를 21㎚로 변경하고, 최표층의 막 두께를 4㎚로 변경하였다. 이때, 흡수층의 막 두께를 da, 최표층의 막 두께를 dc로 한 경우에, 0.5×da+dc=14.5가 되었다. 저반사부의 막 두께는 합계로 25㎚가 되었다. 그 이외에는 실시예 4와 마찬가지의 방법으로, 실시예 5의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 6>
흡수층의 막 두께를 39㎚로 변경하고, 최표층의 막 두께를 10㎚로 변경하였다. 이때, 흡수층의 막 두께를 da, 최표층의 막 두께를 dc로 한 경우에, 0.5×da+dc=29.5가 되었다. 저반사부의 막 두께는 합계로 49㎚가 되었다. 그 이외에는 실시예 4와 마찬가지의 방법으로, 실시예 6의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 7>
흡수층의 재료를 산화주석과 탄탈(Ta)이 50:50의 원자수 비율로 균질해지는 혼합 재료(SnTaO)로 변경하였다. 그 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 7의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 8>
흡수층의 막 두께를 21㎚로 변경하고, 최표층의 막 두께를 4㎚로 변경하였다. 이때, 흡수층의 막 두께를 da, 최표층의 막 두께를 dc로 한 경우에, 0.5×da+dc=14.5가 되었다. 저반사부의 막 두께는 합계로 25㎚가 되었다. 그 이외에는 실시예 7과 마찬가지의 방법으로, 실시예 8의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 9>
흡수층의 막 두께를 39㎚로 변경하고, 최표층의 막 두께를 10㎚로 변경하였다. 이때, 흡수층의 막 두께를 da, 최표층의 막 두께를 dc로 한 경우에, 0.5×da+dc=29.5가 되었다. 저반사부의 막 두께는 합계로 49㎚가 되었다. 그 이외에는 실시예 7과 마찬가지의 방법으로, 실시예 9의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<비교예 1>
흡수층의 막 두께를 40㎚로 변경하였다. 이에 의해 저반사부의 막 두께는 42㎚가 되었다. 이때, 흡수층의 막 두께를 da, 최표층의 막 두께를 dc로 한 경우에, 0.5×da+dc=22가 되었다. 그 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 비교예 1의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<비교예 2>
최표층의 막 두께를 10㎚로 변경하였다. 이에 의해 저반사부의 막 두께는 35㎚가 되었다. 이때, 흡수층의 막 두께를 da, 최표층의 막 두께를 dc로 한 경우에, 0.5×da+dc=22.5가 되었다. 그 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 비교예 1의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<비교예 3>
최표층의 재료를 질화탄탈로 변경하였다. 그 이외에는 비교예 1과 마찬가지의 방법으로, 비교예 3의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<비교예 4>
최표층의 재료를 질화탄탈로 변경하였다. 그 이외에는 비교예 2와 마찬가지의 방법으로, 비교예 4의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<비교예 5>
최표층의 재료를 산화주석과 탄탈(Ta)이 50:50의 원자수 비율로 균질해지는 혼합 재료(SnTaO)로 변경하였다. 그 이외에는 비교예 1과 마찬가지의 방법으로, 비교예 5의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<비교예 6>
최표층의 재료를 산화주석과 탄탈(Ta)이 50:50의 원자수 비율로 균질해지는 혼합 재료(SnTaO)로 변경하였다. 그 이외에는 비교예 2와 마찬가지의 방법으로, 비교예 6의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<참고예>
참고예로서, 종래의 탄탈을 주성분으로 한 기존 막의 포토마스크를 상정하였다. 질화탄탈(TaN)을 사용하여 막 두께 58㎚가 되도록 흡수층을 형성하고, 산화탄탈(TaO)을 사용하여 막 두께 2㎚가 되도록 최표층을 형성하여 반사형 포토마스크를 제작하였다. 그 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 참고예의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<평가>
상술한 실시예 1 내지 9, 비교예 1 내지 6, 참고예에서 얻어진 반사형 포토마스크에 대하여, 이하의 방법으로 검사성 및 전사 성능의 평가를 행하였다. 또한, 검사성은 검사광에 대한 콘트라스트의 측정값으로부터 평가하였다. 또한, 전사 성능은 웨이퍼 노광 평가에 의해 확인하였다.
〔검사성〕
실시예 1 내지 9, 비교예 1 내지 6, 참고예에 있어서, 파장 199㎚의 검사 장치를 사용하여, 반사율 분포로부터 콘트라스트를 산출하였다. 검사 장치의 NA는 0.85였다. 반사율의 측정에는, x 방향의 LS 패턴을 사용하였다. LS 패턴의 반사부에서의 반사율을 Rm, 저반사부에서의 반사율을 Ra로 하여, 상술한 식 (1)을 이용하여 콘트라스트를 산출하였다. 또한, 산출한 콘트라스트의 값으로부터, 검사성에 대하여 이하의 ○, ×의 2단계로 평가하였다.
<평가 기준>
○: 콘트라스트 값이 -0.1보다 작거나, 혹은 0.1보다 큰 경우
×: 콘트라스트 값이 -0.1 이상 0.1 이하인 경우
〔웨이퍼 노광 평가〕
EUV 노광 장치(NXE3300B: ASML사 제조)를 사용하여, EUV 포지티브형 화학 증폭형 레지스트를 도포한 반도체 웨이퍼 위에 각 실시예, 비교예 및 참고예에서 제작한 반사형 포토마스크의 흡수층 패턴을 전사 노광하였다. 이때, 노광량은, x 방향의 LS 패턴이 설계대로 전사되도록 조절하였다. 그 후, 전자선 치수 측정기에 의해 전사된 레지스트 패턴의 관찰 및 선 폭 측정을 실시하고, 해상성과 H-V 바이어스를 확인하고, 이하의 ○, △, ×의 3단계로 평가하였다.
<평가 기준>
○: H-V 바이어스가 2.2㎚(참고예의 H-V 바이어스의 값)보다 작은 경우
△: H-V 바이어스가 2.2㎚ 이상이며, 3㎚ 이하인 경우
×: H-V 바이어스가 3㎚를 초과하는 경우
이상의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1 내에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 9, 비교예 1 내지 6의 평가 결과로부터, 실시예 1 내지 9와 같이 저반사부의 막 두께가 0.5×da+dc≤21.5㎚를 충족하는 막 두께, 혹은 0.5×da+dc≥27.5㎚를 충족하는 막 두께인 경우에는, 비교예 1 내지 6과 같이 저반사부의 막 두께가 21.5㎚<0.5×da+dc<27.5인 경우에 비하여, 전사성이 우수하고, 또한 검사광의 콘트라스트가 높다는 것을 알 수 있었다. 실시예 3과 실시예 6에 관해서는, 사영 효과의 영향에 의해 전사성의 개선이 보이지 않았다. 그러나, 실시예 9에서는 전사성의 개선이 보였다. 이에 의해, 흡수층 및 최표층의 막 두께의 합계가 49㎚ 이하이면 사영 효과가 저감되고, 45㎚ 이하이면 보다 확실하게 사영 효과를 저감시켜, 전사성이 개선된다는 것을 알 수 있었다.
또한, 본 개시의 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크는, 상기 실시 형태 및 실시예로 한정되는 것이 아니라, 발명의 특징을 손상시키지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
11: 기판
12: 다층 반사막
13: 캐핑층
14: 흡수층
15: 최표층
16: 이면 도전막
17: 반사부
18: 저반사부
18a: 저반사부 패턴
19: 레지스트막
19a: 레지스트 패턴
100: 반사형 포토마스크 블랭크
200: 반사형 포토마스크
12: 다층 반사막
13: 캐핑층
14: 흡수층
15: 최표층
16: 이면 도전막
17: 반사부
18: 저반사부
18a: 저반사부 패턴
19: 레지스트막
19a: 레지스트 패턴
100: 반사형 포토마스크 블랭크
200: 반사형 포토마스크
Claims (6)
- 기판과,
상기 기판 위에 형성되어 입사한 광을 반사하는 반사부와,
상기 반사부 위에 형성되어 입사한 광을 흡수하는 저반사부
를 구비하고,
상기 저반사부는, 흡수층과 최표층을 구비하는 적어도 2층 이상의 적층 구조체이며,
상기 흡수층의 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k는 k>0.041이며,
상기 흡수층의 막 두께를 da, 상기 최표층의 막 두께를 dc로 했을 때, 상기 저반사부의 막 두께는,
0.5×da+dc≤21.5㎚를 충족하는 막 두께, 혹은
0.5×da+dc≥27.5㎚를 충족하는 막 두께인 것을 특징으로 하는 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항에 있어서,
상기 흡수층의 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k는 k>0.041이며,
상기 흡수층의 굴절률 n은 n≤0.98인 것을 특징으로 하는 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 흡수층은 적어도 1층 이상으로 구성되고,
상기 흡수층의 적어도 1층은, 제1 재료군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계하여 50원자％ 이상 포함하고,
상기 제1 재료군은 텔루륨(Te), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 비스무트(Bi), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물인 것을 특징으로 하는 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡수층은, 주석(Sn) 및 인듐(In), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계하여 50원자％ 이상 포함하고,
상기 최표층은, 제2 재료군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계하여 50원자％ 이상을 포함하고,
상기 제2 재료군은, 규소(Si), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), Cr(크롬), 몰리브덴(Mo) 및 루테늄(Ru), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물인 것을 특징으로 하는 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저반사부는, 복수층으로 분할된 경우라도, 상기 저반사부의 합계 막 두께가 17㎚ 이상 45㎚ 이하의 범위 내이며, 또한 OD값(Optical Density: 광학 농도)이 1.0 이상이 되는 박막이며, 또한 제1 재료군으로부터 선택되는 재료를 포함하고,
상기 제1 재료군은 텔루륨(Te), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 비스무트(Bi), 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물인 것을 특징으로 하는 반사형 포토마스크 블랭크. - 기판과,
상기 기판 위에 형성되어 입사한 광을 반사하는 반사부와,
상기 반사부 위에 형성되어 입사한 광을 흡수하는 저반사부
를 구비하고,
상기 저반사부는, 흡수층과 최표층을 구비하는 적어도 2층 이상의 적층 구조체이며,
상기 흡수층의 파장 13.5㎚에 대한 소쇠 계수 k는 k>0.041이며,
상기 흡수층의 막 두께를 da, 상기 최표층의 막 두께를 dc로 했을 때, 상기 저반사부의 막 두께는,
0.5×da+dc≤21.5㎚를 충족하는 막 두께, 혹은
0.5×da+dc≥27.5㎚를 충족하는 막 두께인 것을 특징으로 하는 반사형 포토마스크.
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