KR20240008896A - 반사형 포토마스크 및 반사형 포토마스크의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시는, 사영 효과를 저감 가능한 반사형 포토마스크 및 반사형 포토마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 개시의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크(100)는 기판(11)과, 기판(11) 상에 형성된 다층막 구조를 갖는 EUV 광을 반사하는 반사층(12)과, 반사층(12) 상에 형성되고, 반사층(12)을 보호하는 보호층(13)과, 보호층(13) 상에 형성되고, 패턴이 형성되어 있는 EUV 광을 흡수하는 흡수 패턴층(14a)을 구비하고, 흡수 패턴층(14a)은 EUV 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.041보다 큰 재료로 구성되고, 흡수 패턴층(14a)의 측벽과 기판(11)이 이루는 측벽 각의 크기 θ가 90° 미만인 것을 특징으로 한다.
Description
본 개시는, 반사형 포토마스크 및 반사형 포토마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 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. 이에 따라, 선단의 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서의 노광 광원은, 종래의 파장 193nm의 ArF 엑시머 레이저광에서, 파장 13.5nm의 EUV(Extreme Ultraviolet)로 대체되어 오고 있다.
대부분의 물질이 EUV에 대하여 높은 광흡수성을 가지기 때문에, 종래의 광의 투과를 이용하는 굴절 광학계를 사용할 수 없으므로, 노광기의 광학계 부재는 렌즈가 아니고, 미러가 된다. 포토마스크도 종래의 투과형으로부터 반사형의 EUV 포토마스크가 된다. EUV 포토마스크로의 입사광과 반사광을 동축 상으로 설계할 수 없기 때문에, 통상 EUV 리소그래피에서는 광축을 EUV 포토마스크의 수직 방향으로부터 6° 기울여서 EUV 광을 입사하고, 마이너스 6°의 각도로 반사하는 반사광을 반도체 기판에 조사하는 방법이 채용되고 있다. 그러나, 광축을 경사지게 하므로, EUV 포토마스크에 입사하는 EUV 광이 EUV 포토마스크의 패턴(흡수층 패턴)의 그림자를 만들어, 전사 성능이 악화되는, 이른바 사영 효과(섀도윙 효과)라 불리는 문제가 발생한다. 따라서, 섀도윙 효과를 저감시키고, 전사 성능을 향상시키는 것이 과제가 되고 있다.
이 과제에 대하여 흡수층에 소쇠 계수 k가 높은 재료를 사용하여 EUV 반사율을 억제함으로써, 종래보다도 막 두께가 얇은 흡수층 패턴의 형성이 가능하게 되어, 사영 효과를 저감시키는 반사형 포토마스크가 제안되어 있다 [예를 들어, 특허문헌 1을 참조].
그러나, 특허문헌 1에서는, 재료의 광학 상수와 막 두께에 따른 성능 향상에만 주목하고 있어, 패턴 형상이 전사성에 끼치는 영향을 고려하고 있지 않다.
본 개시는, 사영 효과를 저감 가능한 반사형 포토마스크 및 반사형 포토마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 개시의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크는, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 다층막 구조를 갖는 EUV 광을 반사하는 반사층과, 상기 반사층 상에 형성되고, 해당 반사층을 보호하는 보호층과, 상기 보호층 상에 형성되고, 패턴이 형성되어 있는 EUV 광을 흡수하는 흡수 패턴층을 구비하고, 상기 흡수 패턴층은, EUV 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.041보다 큰 재료로 구성되고, 상기 흡수 패턴층의 측벽과 상기 기판이 이루는 측벽 각의 크기 θ가 90° 미만인 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크라면, 사영 효과의 저감이 가능하게 된다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 일 구성예를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 EUV 광의 파장에 있어서의 각 금속의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 일 구성예를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 설계 패턴을 나타내는 개략 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 NILS를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 실시 형태의 변형예에 관한 반사형 포토마스크의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 EUV 광의 파장에 있어서의 각 금속의 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 일 구성예를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 제조 공정을 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 설계 패턴을 나타내는 개략 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크의 NILS를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 실시 형태의 변형예에 관한 반사형 포토마스크의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크의 반사율을 나타내는 그래프이다.
본 개시의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
여기서, 도면에 나타내는 구성은 모식적인 것이며, 두께와 평면 치수의 관계, 각 층의 두께 비율 등은 현실과 다르다. 또한, 이하에 나타내는 실시 형태는, 본 개시의 기술적 사상을 구체화하기 위한 구성을 예시하는 것으로서, 본 개시의 기술적 사상은, 구성 부품의 재질, 형상, 구조 등이 하기에 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 기술적 사상은, 특허 청구 범위에 기재된 청구항이 규정하는 기술적 범위 내에 있어서, 다양한 변경을 가할 수 있다.
(반사형 포토마스크의 구성)
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(100)의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(100)는 기판(11)과, 기판(11) 상에 형성된 반사층(12)과, 반사층(12) 상에 형성된 보호층(13)과, 보호층(13) 상에 형성된 흡수 패턴층(14a)을 구비하고 있다. 이하, 각 층에 대하여 상세하게 설명한다.
(기판)
본 발명의 실시 형태에 따른 기판(11)에는, 예를 들어 평탄한 Si 기판이나 합성 석영 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판(11)에는, 티타늄을 첨가한 저열팽창 유리를 사용할 수 있지만, 열팽창률이 작은 재료라면, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
또한, 후술하는 도 6에 나타내는 바와 같이, 기판(11)의 반사층(12)을 형성하고 있지 않은 면에 이면 도전막(15)을 형성할 수 있다. 이면 도전막(15)은 반사형 포토마스크(100)를 노광기에 설치할 때에 정전 척의 원리를 이용하여 고정하기 위한 막이다.
(반사층)
본 발명의 실시 형태에 따른 반사층(12)은 노광광인 EUV 광(극단 자외광)을 반사하는 것이면 되고, EUV 광에 대한 굴절률이 크게 다른 재료의 조합에 의한 다층 반사막(즉, 다층막 구조를 갖는 EUV 광 반사막)이어도 된다. 다층 반사막을 포함하는 반사층(12)은, 예를 들어, Mo(몰리브덴)과 Si(실리콘), 또는 Mo(몰리브덴)과 Be(베릴륨)의 조합의 층을 40주기 정도 반복하여 적층함으로써 형성된 것이어도 된다.
(보호층)
본 발명의 실시 형태에 따른 보호층(13)은 흡수 패턴층(14a)을 에칭에 의해 형성할 때, 반사층(12)의 손상을 방지하는 에칭 스토퍼로서 기능하는 층이다. 또한, 반사층(12)의 재질이나 에칭 조건에 의해, 보호층(13)은 없어도 상관없다. 보호층(13)은 후술하는 도 4에 도시된 흡수층(14)의 패턴 형성 시에 행해지는 드라이 에칭에 대하여 내성을 갖는 재질로 형성되어 있다.
(흡수층 및 흡수 패턴층)
도 4에 나타내는 바와 같이, 흡수층(14)은 보호층(13) 상에 형성되는 층이고, 반사형 포토마스크(100)에 있어서 노광광인 EUV 광을 흡수하는 층이다. 또한, 흡수층(14)은 전사하기 위한 미세 패턴인 흡수 패턴층(전사 패턴)(14a)을 형성하는 층이다. 즉, 반사형 포토마스크 블랭크(200)의 흡수층(14)의 일부를 제거함으로써, 즉 흡수층(14)을 패터닝함으로써, 도 1에 도시하는 반사형 포토마스크(100)의 흡수 패턴(흡수 패턴층(14a))이 형성된다.
EUV 리소그래피에 있어서, EUV 광은 비스듬히 입사하고, 반사층(12)에서 반사되지만, 흡수 패턴층(14a)이 광로의 방해가 되는 사영 효과에 의해, 웨이퍼(반도체 기판) 상으로의 전사 성능이 악화될 수 있다.
이 전사 성능의 악화는, EUV 광을 흡수하는 흡수 패턴층(14a)의 두께를 얇게 함으로써 저감될 수 있는 것으로 알려져 있지만, 흡수 패턴층(14a)의 측벽 각의 크기를 작게 함으로써 더욱 저감된다.
이하, 흡수 패턴층(14a)의 두께를 얇게 하기 위한 재료에 대하여 설명한다.
흡수 패턴층(14a)의 두께를 얇게 하기 위해서는, 종래의 재료보다 EUV 광에 대한 흡수성이 높은 재료, 즉 파장 13.5nm에 대한 소쇠 계수 k가 높은 재료를 적용하는 것이 바람직하다.
종래의 흡수 패턴층(14a)의 주재료인 탄탈(Ta)의 소쇠 계수 k는 0.041이다. 흡수 패턴층(14a)의 주재료가, 탄탈(Ta)보다 큰 소쇠 계수 k를 갖는 화합물 재료라면, 종래에 비해 흡수 패턴층(14a)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하여, 사영 효과를 저감할 수 있다.
도 2는, 각 금속 재료의 EUV 광의 파장 13.5nm에 대한 광학 상수를 나타내는 그래프이다. 도 2의 그래프의 횡축은 굴절률 n을 나타내고, 종축은 소쇠 계수 k를 나타내고 있다. 도 2에서, 본 실시 형태에 따른 「제1 재료군의 재료」는, 각각 종래 사용되어 온 재료인 탄탈(Ta)보다 소쇠 계수 k가 크기 때문에, 제1 재료군을 사용함으로써 사영 효과를 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 제1 재료군은, 주석(Sn), 인듐(In), 텔루륨(Te), 및 코발트(Co) 그리고 그들의 산화물, 질화물 및 산질화물이다.
여기서, 반사층(12)과 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))에 있어서의 광강도의 콘트라스트를 나타내는 지표인 광학 농도(OD: Optical Density) 값에 대하여 설명한다. 반사층(12)으로부터의 반사광의 강도를 Rm이라고 하고, 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))으로부터의 반사광의 강도를 Ra라 했을 때, OD 값은, 이하의 식 (1)으로 규정된다.
OD 값은 큰 쪽이 콘트라스트가 좋고, 높은 전사성이 얻어진다. 반사형 포토마스크(100)에 있어서 패턴 전사에는 OD 값이 1 이상, 보다 바람직하게는 OD>1이 필요하지만, 탄탈(Ta)을 주재료로 포함하는 종래 막보다 높은 전사 성능을 얻기 위해, OD 값은 1.5 이상이면 더욱 바람직하다. 여기서, 상기 「주재료」란, 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a)) 전체의 원자수에 대하여 50at％ 이상 포함하고 있는 재료(성분)를 말한다.
흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))의 막 두께는, 50nm 이하인 것이 바람직하다. 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))의 막 두께가 50nm 이하일 경우, 종래의 Ta계 흡수 막과 비교하여 충분히 사영 효과를 저감하고, 전사 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, OD>1을 얻기 위해서, 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))의 막 두께는, 17nm 이상인 것이 바람직하다.
제1 재료군을 구성하는 재료라면, 종래 재료의 탄탈(Ta)보다도 EUV 광에 대한 소쇠 계수 k가 높아, 흡수층(14)에 적용할 수 있다. 제1 재료군을 구성하는 재료를 흡수층(14)에 적용함으로써, 흡수층(14)을 박막화할 수 있어, 사영 효과를 저감하여, 전사성의 향상을 기대할 수 있다. 탄탈(Ta)을 주재료로 포함하는 종래 막보다 사영 효과를 저감하기 위해서는, 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))은 제1 재료군에서 선택되는 1종 이상의 원소 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물을 합계하여 50원자％ 이상 포함하는 것이 바람직하다.
제1 재료군을 구성하는 주석(Sn), 인듐(In), 텔루륨(Te) 및 코발트(Co) 중 적어도 1종을 포함한 재료라면, 부식성 가스인 불소계 가스 또는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭 가공이 가능하다. 제1 재료군 중에서도, 주석(Sn)의 산화물 혹은 인듐(In)의 산화물, 주석(Sn)의 질화물 혹은 인듐(In)의 질화물, 주석(Sn)의 산질화물 혹은 인듐(In)의 산질화물은 융점이 높아, 바람직하다. 이들 재료 중에서도 주석(Sn)의 산화물이 취급의 용이성 때문에 가장 바람직하다.
또한, 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))이 적어도 1층 이상으로 구성되어 있는 경우에는, 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a)) 중 적어도 1층에, 상술한 제1 재료군에서 선택되는 1종 이상의 원소 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물을 합계하여 50원자％ 이상 포함하고 있으면 된다.
흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))이 2층 이상으로 구성되어 있는 경우에는, 어느 층에서도, 상술한 제1 재료군에서 선택되는 1종 이상의 원소 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물을 합계하여 50원자％ 이상 포함해도 되고, 예를 들어, 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))의 최하층(보호층(13)에 가장 가까운 층)에, 상술한 제1 재료군에서 선택되는 1종 이상의 원소 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물을 합계하여 50원자％ 이상 포함해도 된다.
또한, 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))이 3층으로 구성되어 있는 경우에는, 흡수층(14)(흡수 패턴층(14a))의 최하층에, 상술한 제1 재료군에서 선택되는 1종 이상의 원소 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물을 합계하여 50원자％ 이상 포함하고 있고, 그 최하층으로부터 최상층(보호층(13)에서 가장 먼 층)을 향하여 단계적으로 제1 재료군에서 선택되는 1종 이상의 원소 등의 함유량을 적게 해도 된다.
(측벽 각)
이하, 흡수 패턴층(14a)의 측벽 각에 대하여 설명한다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(100)의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 보다 상세하게는, 도 3의 (a)은 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(100)의 전체 구조를 도시하는 개략 단면도이며, 도 3의 (b)는 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(100)의 구조의 일부분을 확대하여 도시하는 개략 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 흡수 패턴층(14a)의 측벽과 보호층(13)이 이루는 측벽 각도의 크기 θ(이하, 단순히 측벽 각 θ라 칭함)를 90°보다 작게 함으로써, 사영 효과를 저감할 수 있다.
이하, 측벽 각 θ의 정의에 대하여 설명한다. 도 3의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 흡수 패턴층(14a)의 막 두께를 h라 한 경우에, 단면도에 있어서 측벽의 높이 h/3 부분의 점과, 측벽의 높이 2h/3 부분의 점을 연결하는 직선을 가상적으로 긋는다. 이 직선(가상 직선 L1)과, 기판과 평행한 직선(가상 직선 L2)이 이루는 각이 측벽 각 θ이다.
상기 규정에 의해, 예를 들어, 흡수 패턴층(14a)의 하부나 상부가 라운딩되어 있어, 흡수 패턴층(14a)의 측벽이 동일 평면 상에 없을 경우에도, 측벽 각 θ를 정의할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 대향하는 흡수 패턴층(14a)의 측벽에 있어서의 측벽 각 θ은 서로 동일한 각도여도 된다.
흡수 패턴층(14a)이 2층 이상의 구조인 경우, 적어도 1층의 측벽 각 θ가 90°보다 작으면 된다.
또한, 흡수 패턴층(14a)은, 예를 들어, 모든 층의 측벽 각 θ가 동일한 각도여도 되고, 측벽 각 θ가 90°보다 작은 층 위에 측벽 각 θ가 90°인 층(상층막)이 있는 구조여도 된다. 이 경우, 측벽 각 θ의 조정에 의한 사영 효과 저감의 효과를 저해하지 않도록, 상층막이, EUV 광에 대하여 투명성이 낮은 막일 경우에는, 그 막 두께는 20nm 이하인 것이 바람직하고, 10nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 단, 상층막의 투명성이 높은 경우에는 꼭 그렇지만은 않다.
여기서, 도 8에 나타내는 바와 같이, EUV 광의 입사면에 평행한 x방향과, 직교하는 y방향을 규정한다.
사영 효과에 의해 영향을 받는 것은, y방향이며, 전사 패턴의 에지부에 있어서의 콘트라스트의 저하나 y방향의 선폭의 감소가 발생한다. 측벽 각 θ를 작게 함으로써, 사영 효과는 저감된다.
측벽 각 θ<90°이면, 반사광의 에너지 잠상의 좌우 대칭성이 향상되기 때문에, 에너지 잠상의 변형에 기인하는 치수의 변화가 경감된다. 따라서, 도 8에 나타내는 x방향과 y방향의 치수의 차이인 H-V 바이어스 값이 작아진다.
본 실시 형태에 있어서의, 막 두께 h, 측벽 각 θ, 및 후술하는 측벽 부분의 선폭에는 구조적으로 제한이 있다. 이하, 이 점에 대하여 설명한다.
도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 흡수 패턴층(14a)의 막 두께가 h(nm)일 때, 흡수 패턴층(14a)에 있어서 측벽의 테이퍼 각(측벽 각 θ)을 형성하고 있는 부분(측벽 부분)의 선폭 a(nm)는,
로 표현되어, 흡수 패턴층(14a)의 막 두께 h와 측벽 각 θ로 나타낼 수 있다.
도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 흡수 패턴층(14a)의 하부의 선폭 w(nm)는, 구조상, 측벽 부분의 선폭 a의 2배보다도 크므로,
라는 부등식이 성립한다.
여기서, 「흡수 패턴층(14a)의 하부의 선폭 w」란, 흡수 패턴층(14a)에 있어서의 보호층(13)과 접하는 부분의 폭(선폭)을 의미한다.
상기 식 (3)에 상기 식 (2)을 대입함으로써,
가 도출된다.
이와 같이 하여, 흡수 패턴층(14a)의 측벽 각 θ의 하한은, 식 (4)에 의해 규정된다.
여기서, 도 8에 나타내는 x방향은, 사영 효과의 영향은 거의 받지 않지만, 측벽 각 θ를 작게 하면, 순테이퍼 형상의 부위는 흡수부의 두께가 작아져(즉, 측벽 부분의 선폭 a에 있어서의 흡수 패턴층(14a)의 두께가 얇아져), 반사형 포토마스크(100) 전체의 콘트라스트가 저하된다.
도 9는 NILS 그래프이다. NILS(규격화 공간 상(像) 대수 경사)는
로 구해지고, 반사형 포토마스크(100)의 해상성의 지표가 된다. 여기에서 「w」는 선폭(즉, 흡수 패턴층(14a)에 있어서의 보호층(13)과 접하는 부분의 폭)을 나타내고, 「I」는 에너지 잠상의 강도를 나타낸다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 막 두께가 40nm이며, 또한 산화주석(SnO)으로 형성된 흡수 패턴층(14a)의 측벽 각 θ가 90°일 경우의 NILS의 값은 1.76이다. 이에 비하여, 측벽 각 θ가 65°일 경우의 NILS의 값은 1.46으로, 측벽 각 θ가 90°인 경우에 비해 그 값은 약 2할 저감되었다.
또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 흡수 패턴층(14a)의 막 두께가 33nm인 경우도, 측벽 각 θ를 65°로 설정한 경우의 NILS의 값은, 측벽 각 θ를 90°로 설정한 경우의 NILS의 값에 비해 약 2할 저감되었다.
또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 흡수 패턴층(14a)의 막 두께가 26nm인 경우도, 측벽 각 θ를 65°로 설정한 경우의 NILS의 값은, 측벽 각 θ를 90°로 설정한 경우의 NILS의 값에 비해 약 2할 저감되었다.
이러한 점에서, 충분한 콘트라스트를 유지하기 위해서, 측벽 각 θ가 65° 이상인 것이 바람직하다.
이상으로부터, 본 실시 형태에 있어서 측벽 각 θ은 65° 이상 90° 미만이 바람직하지만, 사영 효과를 저감하면서, 충분한 콘트라스트를 얻기 위해서는, 측벽 각 θ은 80° 이상 90° 미만의 범위 내가 보다 바람직하고, 82° 이상 88° 이하의 범위 내가 더욱 바람직하다.
(반사형 포토마스크의 제조 방법)
이어서, 반사형 포토마스크의 제조 방법에 대하여 도 4 내지 도 8을 사용하여 설명한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(100)를 제작하기 위하여 사용하는, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크 블랭크(200)는 도 4에 나타내는 바와 같이, 기판(11)과, 기판(11) 상에 형성된 반사층(12)과, 반사층(12) 위에 형성된 보호층(13)과, 보호층(13) 위에 형성된 흡수층(14)을 구비하고 있다.
먼저, 반사형 포토마스크 블랭크(200)에 구비된 흡수층(14) 위에 포지티브형 화학 증폭형 레지스트(SEBP9012: 신에쯔 가가꾸 고교 가부시키가이샤 제조)를 120nm의 막 두께로 스핀 코트로 성막한다. 그 후, 110℃에서 10분간 베이크하여, 레지스트막(16)을 형성한다.
이어서, 전자선 묘화기(JBX3030: 니혼덴시 가부시키가이샤 제조)에 의해 포지티브형 화학 증폭형 레지스트로 형성된 레지스트막(16)에 소정의 패턴을 묘화한다. 그 후, 110℃, 10분간 베이크 처리를 실시하고, 이어서 스프레이 현상(SFG3000: 시그마멜텍 가부시키가이샤 제조)한다. 이에 의해, 도 5에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(16a)을 형성한다.
이어서, 도 6에 나타내는 바와 같이 레지스트 패턴(16a)을 에칭 마스크로 하여, 염소계 가스를 주체로 한 드라이 에칭에 의해 흡수층(14)의 패터닝을 행하여, 흡수 패턴층(14a)을 형성한다. 이때, 등방성 에칭이 행해지도록, 압력이나 바이어스(인가 전압)의 조정을 행하여, 흡수 패턴층(14a)의 측벽 각 θ를 제어한다. 또한, 흡수 패턴층(14a)의 측벽 각 θ의 제어는, 드라이 에칭 조건에서 조정하는 것 외에, 예를 들어, 흡수층(14) 위에 하드마스크를 형성하거나, 레지스트종이나 막 두께를 변화시키거나 하여 측벽 각 θ를 조정해도 무방하다.
이어서, 도 7에 나타내는 바와 같이 잔존한 레지스트 패턴(16a)의 박리를 행하여, 흡수 패턴층(14a)을 노출시킨다.
이상에 의해, 본 실시 형태에 따른 반사형 포토마스크(100)를 제조한다. 흡수층(14)에 형성된 흡수 패턴층(14a)은 선폭 64nmLS(라인 앤 스페이스) 패턴으로 하였다. 이 선폭 64nm LS 패턴은, EUV 조사에 의한 사영 효과의 영향이 잘 보이도록, 도 8에 나타내는 바와 같이 x방향과 y방향의 각각으로 설계되어 있다.
(반사형 포토마스크의 변형예)
본 실시 형태에서는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 대향하는 흡수 패턴층(14a)의 측벽에 있어서의 측벽 각 θ를 서로 동일한 각도로 설정한 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 대향하는 흡수 패턴층(14a)의 측벽 중, 한쪽 측벽의 측벽 각 θ1을 다른 쪽 측벽의 측벽 각 θ2 보다도 크게 해도 된다. 즉, 대향하는 흡수 패턴층(14a)의 측벽에 있어서의 측벽 각 θ를 서로 다른 각도로 설정해도 된다. 이 경우, 반사광측의 흡수 패턴층(14a)의 측벽에 있어서의 측벽 각 θ를, 입사광측의 흡수 패턴층(14a)의 측벽에 있어서의 측벽 각 θ보다도 작게 한 쪽이 사영 효과를 보다 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 흡수 패턴층(14a)의 측벽이 동일 평면에 의해 구성되어 있는, 즉, 흡수 패턴층(14a)의 측벽에 있어서의 측벽 각 θ가 항상 일정하게 되어 있는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 흡수 패턴층(14a)의 측벽은, 보호층(13) 측으로부터 흡수 패턴층(14a)의 최표면측을 향해 측벽 각 θ가 단계적으로 작아지도록 형성되어 있어도 된다. 즉, 흡수 패턴층(14a)의 측벽에 있어서의 측벽 각 θ가, 도 10의 (b)에 나타내는 바와 같이, 1θ>2θ>3θ로 되어 있어도 된다.
또한, 도 10의 (c)에 나타내는 바와 같이, 흡수 패턴층(14a)의 측벽은, 보호층(13) 측으로부터 흡수 패턴층(14a)의 최표면측을 향하여 측벽 각 θ가 단계적으로 커지도록 형성되어 있어도 된다. 즉, 흡수 패턴층(14a)의 측벽에 있어서의 측벽 각 θ가, 도 10의 (c)에 나타내는 바와 같이, 1θ<2θ<3θ로 되어 있어도 된다.
[실시예]
이하, 본 개시를 실시예에 의해 더욱 상세하게 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 40장 적층하여 형성하였다. 다층 반사막의 막 두께는 280nm로 하였다.
이어서, 다층 반사막 상에, 루테늄(Ru)을 사용하여 막 두께가 3.5nm가 되도록 캐핑층(보호층)을 성막하였다. 이에 의해, 기판 상에는 다층 반사막 및 캐핑층을 갖는 반사부가 형성되었다.
캐핑층 위에, 은(Ag)과 실리콘(Si)을 포함하는 흡수층을 막 두께가 52nm가 되도록 성막하였다. 흡수층에 있어서의 은(Ag)과 실리콘(Si)의 원자수 비율을 XPS(X선 광전자 분광법)로 측정한바, 35: 65였다. 또한, 흡수층의 결정성을 XRD(X선 회절 장치)로 측정한바, 약간의 결정성이 보이기는 하지만, 비정질인 것을 알 수 있었다.
이어서, 기판의 다층 반사막이 형성되어 있지 않은 측에, 질화크롬(CrN)을 사용해서 100nm의 두께가 되도록 이면 도전막을 성막하였다.
기판 상으로의 각각의 막의 성막은, 다원 스퍼터링 장치를 사용하였다. 각각의 막의 막 두께는, 스퍼터링 시간으로 제어하였다.
이어서, 흡수층 상에 포지티브형 화학 증폭형 레지스트(SEBP9012: 신에쯔 가가꾸 고교 가부시키가이샤 제조)를 120nm의 막 두께로 스핀 코트로 성막하고, 110℃에서 10분간 베이크하여, 레지스트막을 형성하였다.
이어서, 전자선 묘화기(JBX3030: 니혼덴시 가부시키가이샤 제조)에 의해 포지티브형 화학 증폭형 레지스트에 소정의 패턴을 묘화하였다.
그 후, 110℃에서 10분간 베이크 처리를 실시하고, 이어서 스프레이 현상기 (SFG3000: 시그마멜텍 가부시키가이샤 제조)를 사용하여 현상 처리하였다. 이에 의해 레지스트 패턴을 형성하였다.
이어서, 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여 염소계 가스를 주체로 한 드라이 에칭에 의해 흡수층의 패터닝을 행하여, 흡수 패턴층을 형성하였다. 그 때, 측벽 각이 80°이 되도록, 가스의 압력이나 바이어스(인가 전압)의 조정을 행하였다.
이어서, 남은 레지스트 패턴의 박리를 행하였다.
이상에 의해, 실시예 1의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 2>
흡수층의 재료를 산화주석(SnO)과 실리콘(Si)이 50:50의 원자수 비율로 균질이 되는 혼합 재료(SnSiO)로 변경하였다. 그 외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 2의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 3>
흡수층의 막 두께를 41nm로 변경하였다. 그 외에는 실시예 2와 마찬가지의 방법으로, 실시예 3의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 4>
흡수층의 재료를 산화주석(SnO)만으로 변경하였다. 또한, 흡수층의 막 두께를 33nm로 변경하였다. 그 외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 4의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 5>
흡수 패턴층의 측벽 각을 70°로 변경하였다. 그 외에는 실시예 4와 마찬가지의 방법으로, 실시예 5의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 6>
흡수 패턴층의 측벽 각을 60°로 변경하였다. 그 외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 실시예 6의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<실시예 7>
흡수층의 막 두께를 46nm로 변경하였다. 그 외에는 실시예 6과 마찬가지의 방법으로, 실시예 7의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<비교예 1>
비교예 1에서는, 종래의 탄탈(Ta)을 주재료로 한 기존 막을 구비한 포토마스크를 사용하였다. 비교예 1에서는, 질화탄탈(TaN)을 사용하여 막 두께 58nm가 되도록 흡수층을 형성하고, 산화탄탈(TaO)을 사용하여 막 두께 2nm가 되도록 최표층을 형성하여 반사형 포토마스크를 제작하였다. 흡수 패턴층의 측벽 각은 90°이다. 그 외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 비교예 1의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
<비교예 2>
흡수층의 재료를 산화주석(SnO)만으로 변경하였다. 또한, 흡수층의 막 두께를 33nm로 변경하였다. 흡수 패턴층의 측벽 각은 90°이다. 그 외에는, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 비교예 2의 반사형 포토마스크를 제작하였다.
도 11에서는, 각 실시예 및 각 비교예의 반사형 포토마스크의 EUV 광 반사율을 나타내고 있다. 종래의 막 두께 60nm의 탄탈(Ta)계 흡수층을 구비한 비교예 1의 반사형 포토마스크의 반사율은, 0.013(OD=1.68)인데 비해, 막 두께가 52nm이고, 은(Ag)을 35％ 함유한 재료로 형성된 흡수층, 즉 실시예 1의 반사형 포토마스크의 반사율은 0.012(OD=1.74)이고, 막 두께가 41nm이며, 산화주석(SnO)을 50％ 함유한 재료로 형성된 흡수층, 즉 실시예 3의 반사형 포토마스크의 반사율은 0.013(OD=1.68)이고, 막 두께가 52nm이며, 은(Ag)을 35％ 함유한 재료로 형성된 흡수층, 즉 실시예 6의 반사형 포토마스크의 반사율은 0.012(OD=1.74)이고, 막 두께가 46nm이며, 은(Ag)을 35％ 함유한 재료로 형성된 흡수층, 즉 실시예 7의 반사형 포토마스크의 반사율은 0.009(OD=1.86)로, 동등하게 양호하였다.
또한, 막 두께가 52nm이며, 산화주석(SnO)을 50％ 함유한 재료로 형성된 흡수층, 즉 실시예 2의 반사형 포토마스크의 반사율은 0.005(OD=2.11)이고, 막 두께가 33nm이며, 산화주석(SnO)을 100％ 함유한 재료로 형성된 흡수층, 즉 실시예 4 및 실시예 5 및 비교예 2의 반사형 포토마스크의 반사율은 각각 0.001(OD=2.67)로, 더욱 양호하였다.
또한, OD 값에 대해서는, 2.0 이상이면 「◎」로 하고, 1.5 이상이면 「○」로 하고, 1.0 이상이면 「△」로 하고, 1.0 미만이라면 「×」로 평가하였다.
또한, OD 값에 대해서는, 「△」 이상의 평가라면, 사용상 아무런 문제가 없기 때문에, 합격으로 하였다.
<평가>
상술한 실시예 1 내지 7, 비교예 1 내지 2에서 얻어진 반사형 포토마스크에 대해서, 이하의 방법으로 전사 성능의 평가를 행하였다. 전사 성능은 웨이퍼 노광 평가에 의해 확인하였다. 또한, 해상성은, NILS(Normalized Image Log-Slope: 규격화 공간상 대수 경사) 값에 의해 평가하였다.
〔웨이퍼 노광 평가〕
EUV 노광 장치(NXE3300B: ASML사제)를 사용하여, EUV 포지티브형 화학 증폭형 레지스트를 도포한 반도체 웨이퍼 상에, 각 실시예, 비교예 2 및 참고예(비교예 1)에서 제작한 반사형 포토마스크의 흡수층 패턴을 전사 노광하였다. 이때, 노광량은, x방향의 LS 패턴이 설계한 바와 같이 전사되도록 조절하였다. 그 후, 전자선 치수 측정기에 의해 전사된 레지스트 패턴의 관찰 및 선폭 측정을 실시하고, 해상성과 H-V 바이어스 값을 확인하여, 이하의 「◎」, 「○」, 「△」, 「×」 4단계로 평가하였다.
<평가 기준>
◎: H-V 바이어스 값이 3.2nm보다 작은 경우
○: H-V 바이어스 값이 3.2nm 이상이고, 3.7nm보다 작은 경우
△: H-V 바이어스 값이 3.7nm 이상이고, 5.0nm 이하인 경우
×: H-V 바이어스 값이 5.0nm를 초과하는 경우
이상의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, HV-바이어스 값에 대해서는, 「○」 이상의 평가라면, 사용상 아무런 문제가 없기 때문에, 합격으로 하였다.
〔해상성 평가〕
각 실시예, 비교예 2 및 참고예(비교예 1)에서 제작한 반사형 포토마스크의 흡수층 패턴의 해상성을, NILS 값을 사용하여 평가하였다. 해상성은, 이하의 「○」, 「△」, 「×」 3단계로 평가하였다.
<평가 기준>
○: 1.4 이상인 경우
△: 1.0 이상 1.4 미만인 경우
×: 1.0 미만인 경우
이상의 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, NILS 값에 대해서는, 「△」 이상의 평가라면, 사용상 아무런 문제가 없기 때문에, 합격으로 하였다.
표 1에서 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 7, 비교예 1 내지 2의 평가 결과로부터, 실시예 1 내지 7과 같이 흡수 패턴층의 측벽 각이 θ<90°인 경우에는, 비교예 1 내지 2와 같이 흡수 패턴층의 측벽 각이 θ=90°인 경우와 비교하여 H-V 바이어스 값이 작아, 사영 효과를 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
이하, 각 실시예 및 각 비교예의 각 H-V 바이어스 값을 비교한 결과에 대해서, 구체적으로 설명한다.
종래의 막 두께 60nm의 탄탈(Ta)계 흡수층을 구비한 비교예 1의 H-V 바이어스 값은 5.2nm이고, 막 두께 33nm의 산화주석(SnO)으로 형성되고, 측벽 각이 90°인 비교예 2의 H-V 바이어스 값은 3.7nm였다.
이에 비하여, 막 두께가 52nm인 은(Ag)과 실리콘(Si)을 원자수 비율이 35:65가 되도록 함유한 재료로 형성되고, 측벽 각이 80°인 실시예 1의 H-V 바이어스 값은 3.6nm이며, 막 두께가 52nm인 산화주석(SnO)과 실리콘(Si)을 원자수 비율이 50:50이 되도록 함유한 재료로 형성되고, 측벽 각이 80°인 실시예 2의 H-V 바이어스 값은 3.6nm이며, 막 두께가 41nm인 산화주석(SnO)과 실리콘(Si)을 원자수 비율이 50:50이 되도록 함유한 재료로 형성되고, 측벽 각이 80°인 실시예 3의 H-V 바이어스 값은 3.1nm이며, 막 두께가 33nm인 산화주석(SnO)만으로 형성되고, 측벽 각이 80°인 실시예 4의 H-V 바이어스 값은 3.0nm이며, 막 두께가 33nm인 산화주석(SnO)만으로 형성되고, 측벽 각이 70°인 실시예 5의 H-V 바이어스 값은 2.6nm이며, 막 두께가 52nm인 은(Ag)과 실리콘(Si)을 원자수 비율이 35:65가 되도록 함유한 재료로 형성되고, 측벽 각이 60°인 실시예 6의 H-V 바이어스 값은 2.3nm이며, 막 두께가 46nm인 은(Ag)과 실리콘(Si)을 원자수 비율이 35:65가 되도록 함유한 재료로 형성되고, 측벽 각이 60°인 실시예 7의 H-V 바이어스 값은 2.2nm이며, 측벽 각이 θ=90°인 경우와 비교하여 H-V 바이어스 값이 작아, 사영 효과를 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 본 개시의 반사형 포토마스크 및 반사형 포토마스크의 제조 방법은, 상기의 실시 형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니고, 발명의 특징을 손상시키지 않는 범위에 있어서 다양한 변경이 가능하다.
본 발명에 따른 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크는, 반도체 집적 회로 등의 제조 공정에 있어서, EUV 노광에 의해 미세한 패턴을 형성하기 위하여 적합하게 사용할 수 있다.
11: 기판
12: 반사층
13: 보호층
14: 흡수층
14a: 흡수 패턴(흡수 패턴층)
15: 이면 도전막
16: 레지스트막
16a: 레지스트 패턴
100: 반사형 포토마스크
200: 반사형 포토마스크 블랭
12: 반사층
13: 보호층
14: 흡수층
14a: 흡수 패턴(흡수 패턴층)
15: 이면 도전막
16: 레지스트막
16a: 레지스트 패턴
100: 반사형 포토마스크
200: 반사형 포토마스크 블랭
Claims (7)
- 기판과,
상기 기판 상에 형성된 다층막 구조를 갖는 EUV 광을 반사하는 반사층과,
상기 반사층 상에 형성되고, 해당 반사층을 보호하는 보호층과,
상기 보호층 상에 형성되고, 패턴이 형성되어 있는 EUV 광을 흡수하는 흡수 패턴층을 구비하고,
상기 흡수 패턴층은, EUV 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.041보다 큰 재료로 구성되고,
상기 흡수 패턴층의 측벽과 상기 기판이 이루는 측벽 각의 크기 θ가 90° 미만인 것을 특징으로 하는, 반사형 포토마스크. - 제1항에 있어서,
상기 흡수 패턴층은, 적어도 1층 이상으로 구성되고,
상기 흡수 패턴층의 적어도 1층은, 제1 재료군에서 선택되는 1종류 이상의 원소 그리고 그의 산화물, 질화물 및 산질화물을 합계하여 50원자％ 이상 포함하고,
상기 제1 재료군은, Sn, In, Te 및 Co인 것을 특징으로 하는, 반사형 포토마스크. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 흡수 패턴층의 막 두께는, 50nm 이하이며,
OD 값(Optical Density: 광학 농도)은 1.0 이상인 것을 특징으로 하는, 반사형 포토마스크. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡수 패턴층의 하부의 선폭을 w(nm), 상기 흡수 패턴층의 막 두께를 h(nm)라 한 경우,
상기 측벽 각의 크기 θ는
로 나타내는 관계를 충족하는 것을 특징으로 하는, 반사형 포토마스크. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 측벽 각의 크기 θ는
를 충족하는 것을 특징으로 하는, 반사형 포토마스크. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡수 패턴층은, 불소계 가스 또는 염소계 가스를 사용한 드라이 에칭에 의해 형성 가능한 것을 특징으로 하는, 반사형 포토마스크. - 기판과,
상기 기판 상에 형성된 다층막 구조를 갖는 EUV 광을 반사하는 반사층과,
상기 반사층 상에 형성되고, 해당 반사층을 보호하는 보호층과,
상기 보호층 상에 형성되고, 패턴이 형성되어 있는 EUV 광을 흡수하는 흡수 패턴층을 형성하는 공정을 구비하고,
상기 흡수 패턴층은, EUV 광의 소쇠 계수 k가 0.041보다 큰 재료로 형성하고,
상기 흡수 패턴층의 측벽과 상기 기판이 이루는 측벽 각의 크기 θ가 90° 미만인 것을 특징으로 하는, 반사형 포토마스크의 제조 방법.
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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| JP2009147200A (ja) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Toppan Printing Co Ltd | 反射型フォトマスク、反射型フォトマスク製造方法 |
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| WO2018159785A1 (ja) | 2017-03-02 | 2018-09-07 | Hoya株式会社 | 反射型マスクブランク、反射型マスク及びその製造方法、並びに半導体装置の製造方法 |
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