KR20240033148A - 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크 - Google Patents
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Abstract
기판 상에, EUV광을 반사하는 반사층과, 반사층을 보호하는 보호층과, EUV광을 흡수하는 흡수층을 이 순으로 갖는 반사형 마스크 블랭크이며, 흡수층의 파장 13.53nm에 있어서의 반사율이 2.5 내지 10％이고, 흡수층의 막 두께 d는 식 (A)라고 하는 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. 여기서, 정수 i는 0 또는 1이고, dMAX는 식(B)이다.
상기 식 중, 흡수층의 굴절률을 n, 흡수 계수를 k라 하자. INT(x)는 소수부를 잘라버린 정수값을 반환하는 함수이다.
상기 식 중, 흡수층의 굴절률을 n, 흡수 계수를 k라 하자. INT(x)는 소수부를 잘라버린 정수값을 반환하는 함수이다.
Description
본 발명은, 위상 시프트 효과를 이용한 반사형 마스크 및 해당 반사형 마스크가 얻어지는 반사형 마스크 블랭크에 관한 것이다.
근년, 반도체 디바이스를 구성하는 집적 회로의 미세화에 수반하여, 가시광이나 자외광(파장 365 내지 193nm)을 사용한 종래의 노광 기술을 대신하는 노광 방법으로서, 극단 자외광(Etreme Ultra Violet: 이하, 「EUV」라고 칭함) 리소그래피가 검토되고 있다.
EUV 리소그래피에서는, 노광에 사용하는 광원으로서, ArF 엑시머 레이저 광보다도 단파장의 EUV광이 사용된다. 또한, EUV광이란, 연X선 영역 또는 진공 자외선 영역의 파장 광을 말하고, 구체적으로는, 파장이 0.2 내지 100nm 정도의 광이다. EUV 리소그래피에 사용되는 EUV광으로서는, 예를 들어 파장 λ가 13.5nm 정도의 EUV광이 사용된다.
EUV광은, 많은 물질에 대하여 흡수되기 쉽기 때문에, 종래의 노광 기술에서 사용되고 있었던 굴절 광학계를 사용할 수 없다. 그 때문에, EUV 리소그래피에서는, 반사형 마스크나 미러 등의 반사 광학계가 사용된다. EUV 리소그래피에 있어서는, 반사형 마스크가 전사용 마스크로서 사용할 수 있다.
반사형 마스크는, 기판 상에 EUV광을 반사하는 반사층이 형성되고, 해당 반사층 상에 EUV광을 흡수하는 흡수층이 패턴상으로 형성되어 있다. 반사형 마스크는, 기판 상에 반사층 및 흡수층을 기판측으로부터 이 순으로 적층하여 구성된 반사형 마스크 블랭크를 원판으로 하여 사용하고, 흡수층의 일부를 제거하여 소정의 패턴으로 형성함으로써 얻어진다.
반사형 마스크에 입사한 EUV광은, 흡수층에서 흡수되고, 반사층에서 반사된다. 반사된 EUV광은, 광학계에 의해 노광 재료(레지스트를 도포한 웨이퍼)의 표면에 결상된다. 이에 의해, 흡수층의 개구부가 노광 재료의 표면에 전사된다. EUV 리소그래피에 있어서는, EUV광은, 통상 약 6° 경사진 방향으로 반사형 마스크에 입사하고, 마찬가지로 비스듬히 반사된다.
종래, 흡수층의 재료로서는, TaN이나 특허문헌 1에 나타내는 TaBN 등이 사용되고 있다. 이들 재료는, 통상 EUV광에서의 반사율 2％ 이하, 막 두께 60nm 이상의 조건에서 사용되고 있다. 광학적으로는 바이너리 마스크의 조건에 상당하고, 위상 시프트 마스크로서의 효과는 작다.
흡수층의 투과율을 조절함으로써, 위상 시프트 효과를 이용한 반사형 마스크를 얻을 수 있다. 흡수층은 광을 조금 투과시킴과 함께, 흡수층의 반사광은, 개구부에서 반사되는 광과 위상차를 갖는다. 이러한 위상 시프트 효과를 이용한 반사형 마스크를 사용함으로써, 웨이퍼 상의 광학 상의 콘트라스트가 향상되고, 노광 마진이 증가한다.
위상 시프트 효과를 이용한 반사형 마스크의 일례로서, 특허문헌 2에서는 흡수층의 재료로서 TaNb를 사용하고 있다. 특허문헌 2에서는, 흡수층의 반사율의 최적값을, 개구부의 반사율과의 상대값으로서 4 내지 15％로 하고 있다. 이 값은 종래의 ArF 위상 시프트 마스크의 투과율 최적값과 가깝다. 개구부의 반사율은 통상 65％ 정도이므로, 흡수층의 반사율의 최적값은, 절댓값으로 2.5 내지 10％가 된다.
특허문헌 2에서는, 위상 시프트를 이용한 반사형 마스크의 위상차 최적값을 175 내지 185도로 하고 있다. 이 범위는 종래의 ArF 위상 시프트 마스크의 위상차의 최적값인 180도를 포함하고 있다.
ArF 위상 시프트 마스크의 경우에는, 흡수층의 막 두께를 무시한 박막 근사가 성립되므로, 위상차의 최적값이 180도가 된다. 그러나, EUV 리소그래피에서 사용되는 반사형 마스크의 경우, 흡수층의 막 두께가 패턴 사이즈와 동일 정도로 되기 때문에 박막 근사를 사용할 수 없다. 도 3의 (a)는, 위상 시프트 효과를 이용한 반사형 마스크에 있어서의 반사광 강도 분포의 일례를 도시한 도면이고, 도 3의 (b)는 당해 반사형 마스크에 있어서의 반사광 위상 분포의 일례를 도시한 도면이다. 도 3의 (a), (b)의 횡축은, 폭 64nm의 패턴의 중심 위치를 0nm라 한 경우의 해당 패턴의 폭 방향에 있어서의 위치를 나타내고 있다. 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 반사광 강도는 패턴이 중심에서 극대가 되고, 패턴의 폭 방향에 있어서의 단부(패턴 에지)를 향하여 연속적으로 낮아진다. 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이 반사광의 위상은, 패턴이 중심에서 극소가 되고, 패턴 에지를 향하여, 반사광의 위상이 연속적으로 변화한다. 이 영향에 의해 실효적인 위상차가 어긋나 버린다. 그 때문에, 반사형 마스크의 경우, 흡수층의 위상차의 최적값은 180도와 다르다.
한편, 노광 시의 광학 상(像) 강도가 높은 것이, 노광 시간이 짧아지고, 스루풋에 유리해지기 때문에 바람직하다. 그 때문에, 노광 시의 피크광 강도는 높은 것이 바람직하다.
본 발명은 위상 시프트 효과가 크고, 또한 노광 시의 피크광 강도가 높은 EUV 리소그래피용 반사형 마스크 및 해당 반사형 마스크가 얻어지는 EUV 리소그래피용 반사형 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 상기 목적을 달성하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, EUV 리소그래피용 반사형 마스크에 있어서, 위상 시프트 효과가 크고, 또한 노광 시의 피크광 강도가 높은 흡수층의 막 두께의 조건을 알아냈다.
도 4의 (a)에 흡수층을 TaNb(굴절률 n=0.945, 흡수 계수 k=0.0236)의 단층막으로 하여, 파장 13.53nm, 투영 광학계의 개구수 NA가 0.33, σ값이 0.5의 노광 조건에서 웨이퍼 상의 22nm의 홀 패턴을 노광한 경우의 NILS(Normalized Image Log Slope, 규격화 이미지 로그 슬로프)의 흡수층 막 두께 의존성을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타낸다. NILS는 웨이퍼 상의 광학 상의 콘트라스트에 대응하고 있다. 도 4의 (a)에서는, 흡수층 막 두께가 72nm일 때에 NILS가 최대가 되고, 이때 위상 시프트 효과도 최대가 된다.
도 4의 (b)에는, 상기와 동일 조건에서, 위상차의 흡수층 막 두께 의존성을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타낸다. 도 4의 (b)에서는, 막 두께 72nm일 때에 위상차는 약 210도가 되고 있다. 이것은, 전술한 바와 같이, 패턴 에지를 향하여, 반사광의 위상이 연속적으로 변화하는 영향으로, 위상차의 최적값이 180도로부터 어긋나 있는 것이 원인이다. 막 두께 72nm로 NILS가 최대로 되어 있는 점에서, 실효적인 위상차는 180도에 가깝다고 생각된다.
도 4의 (c)에는, 상기와 동일 조건에서, 흡수층의 반사율의 막 두께 의존성을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타낸다. 막 두께 72nm일 때에 반사율은 극대가 되어 있다. 위상 시프트 효과가 최대가 되는 조건은, 실효적인 위상차가 약 180도이고, 동시에 반사율이 극대가 되는 경우이다. 이 때문에, NILS의 최댓값과 반사율의 극댓값은 일치한다.
도 4의 (a) 내지 (c)에 보이는 바와 같이, NILS, 위상차, 반사율은 흡수층의 막 두께 증가와 함께 진동하고 있다. 이러한 현상이 발생하는 원인은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 반사층(20)으로부터의 반사광(100)과, 흡수층(40) 표면에서의 반사광(200) 사이에 간섭이 발생하기 때문이다. 흡수층의 막 두께가 증가하면, 간섭이 서로 강화되는 위치와 서로 약화되는 위치가 교호로 발생한다. 반사율의 극댓값은 간섭이 서로 강화되는 위치, 즉 반사광(100)과 반사광(200)의 위상이 정렬되는 경우에 상당한다.
반사광(100)과 반사광(200)의 위상이 정렬되는 조건은 이하와 같이 구해진다. 최초에, 흡수층(40) 중에서의 광로 길이 차만을 생각하면, 반사광(100)과 반사광(200)의 위상이 정렬되는 조건은, 흡수층(40)의 막 두께를 d라 하면, 하기 (1) 식으로 표시된다.
상기 (1) 식 중, N은 정수, λ는 파장, n은 흡수층(40)의 굴절률, θ는 입사각이다. EUV 리소그래피용 반사형 마스크의 경우, 파장 λ는 13.53nm, 입사각 θ는 6°이다.
이어서, 반사광(100)과 반사광(200)에 대해서, 각각의 반사면에서의 위상의 어긋남을 생각한다. 반사광(100)은 반사층(20) 내부에서 반사가 발생한다. 이때의 위상 어긋남은, 수치 계산에 의하면 -0.64 라디안이 된다. 한편, 반사광(200)은 흡수층(40) 표면에서 반사가 발생하기 때문에, 위상의 어긋남은 tan-1(-k/(1-n))이 된다. 여기에서 n은 파장 13.53nm에 있어서의 흡수층(40)의 굴절률, k는 흡수층(40)의 동 파장에 있어서의 흡수 계수이다. 반사광(100)과 반사광(200)의 위상이 정렬되는 조건은, 반사면에서의 위상의 어긋남을 고려하여 하기 (2) 식으로 부여된다.
상기 (2) 식이 반사광(100)과 반사광(200)의 위상이 정렬되는 조건, 즉 반사율이 극댓값을 갖는 조건이다. NILS가 최댓값이 되기 위해서는, 또한 실효적인 위상차가 약 180도가 될 필요가 있다. 이때, 흡수층(40)의 위상차는, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이 약 210도가 된다. 흡수층(40)의 막 두께를 d라 하면, 흡수층(40)을 광이 왕복하는 경우의 진공 중과의 광로 길이 차는, 2(1-n)d가 된다. 이때의 위상차가 210도에 상당하는 것은, 2(1-n)d=210/360·λ의 경우이다. 여기에서, NILS가 최댓값이 되는 흡수층의 막 두께 dMAX는, 대략 하기 (3) 식이 된다.
최종적으로, (2) 식과 (3) 식을 조합하여, ncos6°≒1인 것을 고려하면, (4) 식이 얻어진다.
여기서 INT(x)는 소수부를 잘라버린 정수값을 반환하는 함수이다. (4) 식이 위상 시프트 효과를 최대로 하기 위해서, 흡수층의 막 두께가 만족시켜야 할 조건이다.
여기까지, 위상 시프트 효과에 의한 NILS의 최대화만을 고려해 왔다. 노광 시에 고려해야 할 또 하나의 중요한 성질로서, 광학 상의 강도가 있다. 광학 상의 강도가 높을수록 노광 시간은 짧아도 되고, 스루풋이 향상된다. 본 명세서에서는, 노광 시의 광학 상의 강도의 지표로서, 노광 시의 피크광 강도를 사용한다. 도 7의 (a)에 NILS의 막 두께 의존성을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내고, 도 7의 (b)에 피크광 강도의 막 두께 의존성을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내고, 도 7의 (c)에 위상차의 막 두께 의존성을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타낸다. 도 7의 (a), (b), (c)에서는, 횡축을 흡수층의 막 두께와, 상기에서 구해지는 NILS가 최댓값이 되는 흡수층의 막 두께 dMAX의 차로 하고 있다. 노광 조건은 도 4의 경우와 동일하다. 흡수층의 막 두께 dMAX는 (4) 식에 의해 72.3nm가 된다.
도 7의 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 노광 시의 피크광 강도는 막 두께가 얇을수록 커진다. 한편, NILS는, 흡수층의 막 두께가 dMAX일 때 최대가 되고, dMAX-6nm에도 피크를 갖고 있다. 막 두께 dMAX-6nm에서의 광 강도는, 막 두께 dMAX에서의 광 강도보다 6％ 높다. NILS와 광 강도의 밸런스를 고려하면, 흡수층의 막 두께의 최적값은 dMAX 혹은 dMAX-6nm의 어느 쪽인가가 된다.
도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이, 막 두께 dMAX에서의 위상차는 210도, 막 두께 dMAX-6nm에서의 위상차는 203도가 되고, 어느 쪽도 180도로부터는 크게 벗어나 있다. 막 두께의 변동+-1nm를 고려하면, 위상차의 최적값은 190 내지 220도가 된다. 위상차가 180도가 되는 막 두께에서의 NILS는 모두 피크를 벗어나 있고, 위상차 180도가 흡수층의 막 두께의 최적값이 아닌 것을 알 수 있다.
실제로 흡수층을 성막할 때에는, 막 두께에 +-1nm 정도의 변동이 발생한다. 도 7의 (a) 내지 (c)로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 정도의 변동이 발생해도, NILS의 저하는 근소하여 허용할 수 있다. 이때, 반사광 스펙트럼의 피크 파장의 변동은 +-0.1nm 정도가 된다. 따라서, 흡수층의 막 두께 d(nm)가 dMAX-1nm≤d≤dMAX+1nm, 혹은 (dMAX-6nm)-1nm≤d≤(dMAX-6nm)+1nm을 만족시키고 있으면, 위상 시프트 효과가 크고, 또한 노광 시의 피크광 강도가 높아진다. 이들의 식을 통합하면 하기 (5) 식이 된다.
여기서 정수 i는 0 또는 1이다.
도 2에 도시하는 반사형 마스크 블랭크는, 흡수층(40)이 하부 흡수층(41)과 상부 흡수층(42)의 2층을 포함한다. 이 경우, 도 6에 도시하는 바와 같이, 반사층(20)으로부터의 반사광(100)과, 상부 흡수층(42) 표면에서의 반사광(202) 사이에 간섭이 발생한다. 반사광(202)은 상부 흡수층(42) 표면에서 반사가 발생하기 때문에, 위상의 어긋남은 tan-1(-k2/(1-n2))가 된다. 여기서, k2는 파장 13.53nm에 있어서의 상부 흡수층(42)의 흡수 계수, n2는 동 파장에 있어서의 상부 흡수층의 굴절률이다.
반사광(100)과 반사광(200)의 위상이 정렬되는 조건은, 2층을 포함하는 흡수층(40)의 막 두께를 dbi라 하면, 반사면에서의 위상의 어긋남을 고려하여 하기 (6) 식으로 부여되고, NILS가 최댓값이 되는 막 두께 dbi MAX는, 대략 하기 (7) 식이 된다.
이 경우도, 2층을 포함하는 흡수층(40)의 막 두께 dbi(nm)가 dbi MAX-1nm≤dbi≤dbi MAX+1nm, 혹은 (dbi MAX-6nm)-1nm≤dbi≤(dbi MAX-6nm)+1nm를 만족시키고 있으면, 위상 시프트 효과가 크고, 또한 노광 시의 피크광 강도가 높아진다.
이들의 식을 통합하면 하기 식이 된다.
여기서 정수 i는 0 또는 1이다.
(4) 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, dMAX는 흡수층의 굴절률 n에 크게 의존한다. (7) 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, dbi MAX는 하부 흡수층의 굴절률 n1 및 상부 흡수층의 굴절률 n2에 크게 의존한다. 그러나, 마스크 블랭크 제조 시의 관리로서, n, n1, n2를 빈번히 측정하는 것은 곤란하다.
흡수층의 막 두께의 보다 현실적인 관리 방법으로서, 반사광의 스펙트럼을 사용하는 방법이 생각된다. 반사광의 스펙트럼은 시판하고 있는 장치를 사용하여 측정 가능하다. 도 8에 흡수층의 막 두께가 dMAX 및 dMAX-6nm 시의 반사광 스펙트럼을 나타낸다. 피크 파장 λMAX는, 각각 13.53nm, 13.63nm가 되고 있다. 흡수층의 막 두께 관리의 기준으로서, 반사광의 피크 파장 λMAX를 사용할 수 있다.
이 경우, 피크 파장 λMAX가 (13.53-0.1)nm≤λMAX≤(13.53+0.1)nm, 혹은 (13.63-0.1)nm≤λMAX≤(13.63+0.1)nm를 만족시키고 있으면, 위상 시프트 효과가 크고, 또한 노광 시의 피크광 강도가 높아진다.
본 발명의 반사형 마스크를 사용함으로써 위상 시프트 효과가 향상된다. 또한, 본 발명의 반사형 마스크를 사용함으로써, 노광 시의 피크광 강도가 높아지고, 스루풋을 확보하면서, 웨이퍼 상의 광학 상의 콘트라스트가 향상되고, 노광 마진이 증가한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 마스크 블랭크의 일 구성예의 개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 마스크 블랭크의 다른 일 구성예의 개략 단면도이다.
도 3의 (a)는, 위상 시프트 효과를 이용한 반사형 마스크에 있어서의 반사광의 강도 분포의 일례를 도시한 도면이고, (b)는 해당 반사형 마스크에 있어서의 반사광의 위상 분포의 일례를 도시한 도면이다.
도 4의 (a)는, NILS의 흡수층 막 두께 의존성을 시뮬레이션한 도면이고, (b)는 위상차의 흡수층 막 두께 의존성을 시뮬레이션한 도면이고, (c)는 반사율의 흡수층 막 두께 의존성을 시뮬레이션한 도면이다.
도 5는, 반사층으로부터의 반사광과, 흡수층 표면으로부터의 반사광의 간섭을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 반사층으로부터의 반사광과, 상부 흡수층 표면으로부터의 반사광의 간섭을 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a)는, 흡수층 막 두께-dMAX와 NILS의 관계를 도시한 도면이고, (b)는 흡수층 막 두께-dMAX와 피크광 강도의 관계를 도시한 도면이고, (c)는 흡수층 막 두께-dMAX와 위상차의 관계를 도시한 도면이다.
도 8은, 흡수층 막 두께가 dMAX 및 dMAX-6nm 시의 반사광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 9는, 반사형 마스크의 일 구성예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 10의 (a)는, 흡수층 막 두께와, 반사율의 관계를 도시한 도면이고, (b)는 흡수층의 막 두께가 dMAX에서의 반사광 스펙트럼을 도시한 도면이고, (c)는 흡수층의 막 두께가 dMAX-6nm에서의 반사광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 11의 (a)는, 예 1, 예 2에 대해서, 흡수층 막 두께-dMAX와 NILS의 관계를 도시한 도면이고, (b)는 예 1, 예 2에 대해서, 흡수층 막 두께-dMAX와 피크광 강도의 관계를 도시한 도면이다.
도 12의 (a)는, 예 1, 예 3, 예 4에 대해서, 흡수층 막 두께-dMAX와 NILS의 관계를 도시한 도면이고, (b)는 예 1, 예 3, 예 4에 대해서, 흡수층 막 두께-dMAX와 피크광 강도의 관계를 도시한 도면이다.
도 13의 (a)는, 예 1, 예 3, 예 4에 대해서, 흡수층의 막 두께가 dMAX에서의 반사광 스펙트럼을 도시한 도면이고, (b)는 예 1, 예 3, 예 4에 대해서, 흡수층의 막 두께가 dMAX-6nm에서의 반사광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 마스크 블랭크의 다른 일 구성예의 개략 단면도이다.
도 3의 (a)는, 위상 시프트 효과를 이용한 반사형 마스크에 있어서의 반사광의 강도 분포의 일례를 도시한 도면이고, (b)는 해당 반사형 마스크에 있어서의 반사광의 위상 분포의 일례를 도시한 도면이다.
도 4의 (a)는, NILS의 흡수층 막 두께 의존성을 시뮬레이션한 도면이고, (b)는 위상차의 흡수층 막 두께 의존성을 시뮬레이션한 도면이고, (c)는 반사율의 흡수층 막 두께 의존성을 시뮬레이션한 도면이다.
도 5는, 반사층으로부터의 반사광과, 흡수층 표면으로부터의 반사광의 간섭을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 반사층으로부터의 반사광과, 상부 흡수층 표면으로부터의 반사광의 간섭을 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a)는, 흡수층 막 두께-dMAX와 NILS의 관계를 도시한 도면이고, (b)는 흡수층 막 두께-dMAX와 피크광 강도의 관계를 도시한 도면이고, (c)는 흡수층 막 두께-dMAX와 위상차의 관계를 도시한 도면이다.
도 8은, 흡수층 막 두께가 dMAX 및 dMAX-6nm 시의 반사광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 9는, 반사형 마스크의 일 구성예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 10의 (a)는, 흡수층 막 두께와, 반사율의 관계를 도시한 도면이고, (b)는 흡수층의 막 두께가 dMAX에서의 반사광 스펙트럼을 도시한 도면이고, (c)는 흡수층의 막 두께가 dMAX-6nm에서의 반사광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 11의 (a)는, 예 1, 예 2에 대해서, 흡수층 막 두께-dMAX와 NILS의 관계를 도시한 도면이고, (b)는 예 1, 예 2에 대해서, 흡수층 막 두께-dMAX와 피크광 강도의 관계를 도시한 도면이다.
도 12의 (a)는, 예 1, 예 3, 예 4에 대해서, 흡수층 막 두께-dMAX와 NILS의 관계를 도시한 도면이고, (b)는 예 1, 예 3, 예 4에 대해서, 흡수층 막 두께-dMAX와 피크광 강도의 관계를 도시한 도면이다.
도 13의 (a)는, 예 1, 예 3, 예 4에 대해서, 흡수층의 막 두께가 dMAX에서의 반사광 스펙트럼을 도시한 도면이고, (b)는 예 1, 예 3, 예 4에 대해서, 흡수층의 막 두께가 dMAX-6nm에서의 반사광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
<반사형 마스크 블랭크>
본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 마스크 블랭크에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 마스크 블랭크의 일 구성예의 개략 단면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 반사형 마스크 블랭크는, 기판(10) 상에, 반사층(20), 보호층(30) 및 흡수층(40)을 이 순으로 적층하여 구성하고 있다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 반사형 마스크 블랭크의 다른 일 구성예의 개략 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 반사형 마스크 블랭크는, 기판(10) 상에, 반사층(20), 보호층(30), 하부 흡수층(41) 및 상부 흡수층(42)을 이 순으로 적층하여 구성하고 있다. 도 2에 도시하는 반사형 마스크 블랭크는, 흡수층(40)이 하부 흡수층(41)과 상부 흡수층(42)의 2층을 포함한다.
(기판)
기판(10)은, 열팽창 계수가 작은 것이 바람직하다. 기판(10)의 열팽창 계수가 작은 쪽이, EUV광에 의한 노광 시의 열에 의해 흡수층(40)에 형성되는 패턴에 변형이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 기판(10)의 열팽창 계수는, 구체적으로는, 20℃에서, 0±1.0×10-7/℃가 바람직하고, 0±0.3×10-7/℃가 보다 바람직하다.
열팽창 계수가 작은 재료로서는, 예를 들어 SiO2-TiO2계 유리 등을 사용할 수 있다. SiO2-TiO2계 유리로서는, SiO2를 90 내지 95질량％, TiO2를 5 내지 10질량％ 포함하는 석영 유리를 사용하는 것이 바람직하다. TiO2의 함유량이 5 내지 10질량％이면, 실온 부근에서의 선팽창 계수가 대략 제로이고, 실온 부근에서의 치수 변화가 거의 발생하지 않다. 또한, SiO2-TiO2계 유리는, SiO2 및 TiO2 이외의 미량 성분을 포함해도 된다.
기판(10)의 반사층(20)이 적층되는 측의 면(이하, 「주면」이라고 함)은, 높은 평활성을 갖는 것이 바람직하다. 주면의 평활성은, 원자간력 현미경으로 측정할 수 있고, 표면 조도로 평가할 수 있다. 주면의 표면 조도는, 제곱 평균 평방근 조도 Rq로, 0.15nm 이하가 바람직하다.
주면은, 소정의 평탄도가 되도록 표면 가공되는 것이 바람직하다. 이것은, 반사형 마스크가 높은 패턴 전사 정밀도 및 위치 정밀도를 얻기 위해서이다. 기판(10)은, 주면의 소정의 영역(예를 들어, 132mm×132mm의 영역)에 있어서, 평탄도가 100nm 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50nm 이하이고, 더욱 바람직하게는 30nm 이하이다.
또한, 기판(10)은, 반사형 마스크 블랭크, 패턴 형성 후의 반사형 마스크 블랭크, 또는 반사형 마스크의 세정 등에 사용하는 세정액에 대하여 내성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 기판(10)은, 기판(10) 상에 형성되는 막(반사층(20) 등)의 막 응력에 의한 변형을 방지하기 위해서, 높은 강성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 기판(10)은, 65GPa 이상이 높은 영률을 갖고 있는 것이 바람직하다.
(반사층)
반사층(20)은, EUV광에 대하여 높은 반사율을 갖는다. 구체적으로는, EUV광이 입사각 6°로 반사층의 표면에 입사했을 때, 파장 13.5nm 부근의 EUV광의 반사율의 최댓값은, 60％ 이상이 바람직하고, 65％ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 반사층 상에 보호층이 적층되어 있는 경우에도, 마찬가지로, 파장 13.5nm 부근의 EUV광의 반사율의 최댓값은, 60％ 이상이 바람직하고, 65％ 이상이 보다 바람직하다.
반사층(20)은, EUV광에 대하여 굴절률이 다른 원소를 주성분으로 하는 각 층이 주기적으로 복수 적층된 다층 반사막인 것이 바람직하다. 이하, 반사층이 다층 반사막인 경우에 대하여 기재한다.
상기 다층 반사막은, 고굴절률층과 저굴절률층을 기판(10)측으로부터 이 순으로 적층한 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층해도 되고, 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순으로 적층한 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층해도 된다.
고굴절률층으로서는, Si를 포함하는 층을 사용할 수 있다. Si를 포함하는 고굴절률층을 사용함으로써, EUV광의 반사율이 우수한 반사형 마스크가 얻어진다. 저굴절률층으로서는, Mo, Ru, Rh 및 Pt로 이루어지는 군에서 선택되는 금속 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 저굴절률층이 Mo를 포함하는 층이고, 고굴절률층이 Si를 포함하는 층인 것이 바람직하다.
다층 반사막은, 고굴절률층 및 저굴절률층을 각각 복수 구비하고 있지만, 고굴절률층끼리의 막 두께 또는 저굴절률층끼리의 막 두께는, 반드시 동일하지 않아도 된다.
다층 반사막을 구성하는 각 층의 막 두께 및 주기는, 사용하는 막 재료, 반사층에 요구되는 EUV광의 반사율 또는 EUV광의 파장(노광 파장) 등에 의해 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 반사층이 파장 13.5nm 부근의 EUV광의 반사율의 최댓값을 60％ 이상으로 하는 경우, 저굴절률층(Mo를 포함하는 층)과 고굴절률층(Si를 포함하는 층)을 교호로 30 주기 내지 60 주기 적층한 Mo/Si 다층 반사막이 바람직하게 사용된다.
또한, 다층 반사막을 구성하는 각 층은, 마그네트론 스퍼터링법, 이온빔 스퍼터링법 등의 공지된 성막 방법을 사용하여 원하는 두께가 되도록 성막할 수 있다. 예를 들어, 이온빔 스퍼터링법을 사용하여 다층 반사막을 제작하는 경우, 고굴절률 재료의 타깃 및 저굴절률 재료의 타깃에 대하여 이온원으로부터 이온 입자를 공급함으로써 행한다.
(보호층)
보호층(30)은, 도 9에 도시하는 반사형 마스크의 제조 시에 있어서, 흡수층(40)(하부 흡수층(41), 상부 흡수층(42))을 에칭(통상, 건식 에칭)하여 흡수층(40)에 흡수체 패턴(60)을 형성할 때, 반사층(20)의 표면을 에칭에 의한 대미지로부터 보호한다. 또한, 에칭 후의 반사형 마스크 블랭크에 남아 있는 레지스트를 세정액을 사용하여 박리하고, 반사형 마스크 블랭크를 세정할 때에 반사층(20)을 세정액으로부터 보호한다. 그 때문에, 얻어지는 반사형 마스크의 EUV광에 대한 반사율은 양호해진다.
도 1, 2에서는, 보호층(30)이 1층인 경우를 나타내고 있지만, 보호층(30)은 복수층이어도 된다.
보호층(30)을 형성하는 재료로서는, 흡수층(40)의 에칭 시에, 에칭에 의한 손상을 받기 어려운 물질이 선택된다. 이 조건을 만족시키는 물질로서는, 예를 들어 Ru 금속 단체, Ru에, B, Si, Ti, Nb, Mo, Zr, Y, La, Co 및 Re로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 함유한 Ru 합금, 상기 Ru 합금에 질소를 포함하는 질화물 등의 Ru계 재료; Cr, Al, Ta 및 이들에 질소를 포함하는 질화물; SiO2, Si3N4, Al2O3 또는 이들의 혼합물; 등이 예시된다. 이들 중에서도, Ru 금속 단체 및 Ru 합금, CrN 및 SiO2가 바람직하다. Ru 금속 단체 및 Ru 합금은, 산소를 포함하지 않는 가스에 대하여 에칭되기 어려워, 반사형 마스크의 가공 시의 에칭 스토퍼로서 기능하는 점에서, 특히 바람직하다.
보호층(30)의 막 두께는, 보호층(30)으로서의 기능을 행하는 것이 가능한 한 특별히 제한되지 않는다. 반사층(20)에서 반사된 EUV광의 반사율을 유지하는 점에서, 보호층(30)의 막 두께는, 1 내지 8nm가 바람직하고, 1.5 내지 6nm가 보다 바람직하고, 2 내지 5nm가 더욱 바람직하다.
보호층(30)의 형성 방법으로서는, 스퍼터링법, 이온빔 스퍼터링법 등의 공지된 막 형성 방법을 사용할 수 있다.
(흡수층)
흡수층(40)은, EUV 리소그래피의 반사형 마스크에 사용하기 위해서는, EUV광의 흡수 계수가 높은 것, 용이하게 에칭할 수 있는 것 및 세정액에 대한 세정 내성이 높은 것 등의 특성을 갖는 것이 바람직하다.
흡수층(40)은, EUV광을 흡수하여, EUV광의 반사율이 매우 낮다. 단, EUV광의 반사율이 너무 낮으면, 위상 시프트 효과가 저하되기 때문에, EUV광이 흡수층(40)의 표면에 조사되었을 때의, 파장 13.53nm 부근의 EUV광의 반사율은, 2.5 내지 10％이다. 반사율의 측정은, 마스크 블랭크용 EUV 반사율계(AIXUV사제, MBR)를 사용하여 행할 수 있다.
또한, 흡수층(40)은, Cl계 가스나 CF계 가스를 사용한 건식 에칭 등에 의해에칭하여 가공된다. 그 때문에, 흡수층(40)은, 용이하게 에칭할 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 흡수층(40)은, 후술하는 반사형 마스크의 제조 시에 있어서, 에칭 후의 반사형 마스크 블랭크에 남아 있는 레지스트 패턴을 세정액으로 제거할 때에 세정액에 노출된다. 그 때, 세정액으로서는, 황산과수(SPM), 황산, 암모니아, 암모니아과수(APM), OH 라디칼 세정수 및 오존수 등이 사용된다.
흡수층(40)의 재료에는 Ta계 재료가 바람직하게 사용된다. Ta에 N이나 O나 B를 첨가하면, 산화에 대한 내성이 향상되고, 경시적인 안정성을 향상시킬 수 있다. 마스크 가공 후의 패턴 결함 검사를 용이하게 하기 위해서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 흡수층(40)을, 2층 구조, 예를 들어 하부 흡수층(41)으로서의 TaN막 상에 상부 흡수층(42)으로서의 TaON막을 적층시킨 구조로 하는 것도 바람직하다.
본 발명에 있어서의 흡수층(40)은, Ta, Nb, Mo, Ti, Zr, Re, Ru, Au, Pt, Pd, Rh, B, N 및 O로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 것이 바람직하다.
Ta를 흡수층으로서 사용해도, 위상 시프트 효과는 발생하지만, 반사율은 2％ 이하로 되기 때문에, 그의 효과는 작다. Nb, Mo, Ti, Zr 등의 흡수 계수가 작은 재료를 사용하면, 반사율을 높여서 위상 시프트 효과를 크게 할 수 있다. 또한, 이들 재료에 Ta, N, O, B를 첨가하면 세정 내성이나 경시적인 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, Re, Ru, Au, Pt, Pd, Rh 등의 굴절률이 작은 재료를 사용하면, 위상 시프트 마스크로서 사용한 경우에, 박막화가 가능해진다. 또한, 이들 재료에 Ta, N, O, B를 첨가하면 세정 내성이나 경시적인 안정성을 향상시킬 수 있다.
흡수층(40)은, 결정 상태가 아몰퍼스인 것이 바람직하다. 이에 의해, 흡수층(40)은, 우수한 평활성 및 평탄도를 가질 수 있다. 또한, 흡수층(40)의 평활성 및 평탄도가 향상됨으로써, 도 9에 도시하는 반사형 마스크의 제조 시에 있어서, 흡수체 패턴(60)의 에지 러프니스가 작아져, 흡수체 패턴(60)의 치수 정밀도를 높게 할 수 있다.
도 1에 도시하는 반사형 마스크 블랭크와 같이, 흡수층(40)이 단층인 경우에는, 마스크 블랭크 제조 시의 공정수를 삭감할 수 있어서 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2에 도시하는 반사형 마스크 블랭크와 같이, 흡수층(40)이 하부 흡수층(41) 및 상부 흡수층(42)의 2층으로 구성되어 있는 경우, 상부 흡수층(42)의 광학 상수나 막 두께를 적절하게 설정함으로써, 도 9에 도시하는 반사형 마스크의 제조 시에 있어서, 검사광을 사용하여 흡수체 패턴(60)을 검사할 때의 반사 방지막으로서 사용할 수 있다. 이에 의해, 흡수체 패턴의 검사 시에 있어서의 검사 감도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상부 흡수층(42)에 산소를 포함하는 재료를 사용하면, 세정 내성이나 안정성이 향상된다.
(그 밖의 층)
본 발명의 반사형 마스크 블랭크는, 흡수층(40) 상에 하드 마스크층을 구비하고 있어도 된다. 본 발명에 있어서의 하드 마스크층은, Cr 및 Si의 적어도 한쪽의 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 하드 마스크층으로서는, Cr을 포함하는 Cr계 막 또는 Si를 포함하는 Si계 막 등, 에칭에 대하여 내성이 높은 재료, 구체적으로는, Cl계 가스나 CF계 가스를 사용한 건식 에칭에 대하여 내성이 높은 재료가 사용된다. Cr계 막으로서는, 예를 들어 Cr 및 Cr에 O 또는 N을 첨가한 재료 등을 들 수 있다. 구체적으로는, CrO, CrN, CrON을 들 수 있다. Si계 막으로서는, Si, 그리고 Si가 O, N, C 및 H로 이루어지는 군에서 선택되는 일종 이상을 첨가한 재료 등을 들 수 있다. 구체적으로는, SiO2, SiON, SiN, SiO, Si, SiC, SiCO, SiCN, SiCON을 들 수 있다. 그 중에서도, Si계 막은, 흡수층(40)을 건식 에칭할 때에 측벽의 후퇴가 발생하기 어렵기 때문에 바람직하다. 흡수층(40) 상에 하드 마스크층을 형성함으로써, 도 9에 도시하는 반사형 마스크의 제조 시에 있어서, 흡수체 패턴(60)의 최소 선폭이 작아져도, 건식 에칭을 실시할 수 있다. 그 때문에, 흡수체 패턴(60)의 미세화에 대하여 유효하다.
본 발명의 반사형 마스크 블랭크는, 기판(10)의 반사층(20)이 적층되는 측과는 반대측의 주면(이하, 이면이라고 함)에, 정전 척용의 이면 도전층을 구비할 수 있다. 이면 도전층에는, 특성으로서, 시트 저항값이 낮을 것이 요구된다. 이면 도전층의 시트 저항값은, 예를 들어 250Ω/□ 이하이고, 200Ω/□ 이하가 바람직하다.
이면 도전층의 재료는, 예를 들어 Cr 혹은 Ta 등의 금속, 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. Cr을 포함하는 합금으로서는, Cr에, B, N, O 및 C로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유한 Cr 화합물을 사용할 수 있다. Ta를 포함하는 합금으로서는, Ta에, B, N, O 및 C로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유한 Ta 화합물을 사용할 수 있다.
이면 도전층의 막 두께는, 정전 척용으로서의 기능을 만족시키는 한 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 10 내지 400nm로 한다. 또한, 이 이면 도전층은, 반사형 마스크 블랭크의 이면측의 응력 조정도 구비할 수 있다. 즉, 이면 도전층은, 주면측에 형성된 각종 층으로부터의 응력과 밸런스를 취하여, 반사형 마스크 블랭크를 평탄하게 하도록 조정할 수 있다.
이면 도전층의 형성 방법은, 마그네트론 스퍼터링법, 이온빔 스퍼터링법 등의 공지된 성막 방법을 사용할 수 있다.
이면 도전층은, 예를 들어 반사층을 형성하기 전에, 기판의 이면에 형성할 수 있다.
<반사형 마스크>
이어서, 도 2에 도시하는 반사형 마스크 블랭크를 사용하여 얻어지는 반사형 마스크에 대하여 설명한다. 도 9는, 반사형 마스크의 구성의 일례를 도시하는 개략 단면도이다. 도 9에 도시하는 반사형 마스크는, 도 2에 도시하는 반사형 마스크 블랭크의 흡수층(40)(하부 흡수층(41), 상부 흡수층(42))에, 원하는 흡수체 패턴(60)을 형성한 것이다. 흡수체 패턴은 통상의 가공 방법, 즉 반사형 마스크 블랭크 상으로의 레지스트 도포, 노광, 현상, 에칭에 의해 형성된다. 또한, 도 1에 도시하는 반사형 마스크 블랭크를 사용하여 얻어지는 반사형 마스크의 경우, 단층의 흡수층에 흡수체 패턴이 형성된다.
실시예
예 1, 예 3, 예 4는 실시예, 예 2는 비교예이다.
[예 1]
성막용의 기판으로서, SiO2-TiO2계의 유리 기판(외형이 한 변이 약 152mm인 정사각형, 두께가 약 6.3mm)을 사용하였다. 또한, 유리 기판의 열팽창 계수는 0.02×10-7/℃ 이하이다. 유리 기판을 연마하여, 표면 조도를 제곱 평균 평방근 조도 Rq로 0.15nm 이하, 평탄도를 100nm 이하의 평활한 표면으로 가공하였다. 유리 기판의 이면 상에는, 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여, 두께가 약 100nm의 Cr층을 성막하고, 정전 척용의 이면 도전층을 형성하였다. Cr층의 시트 저항값은 100Ω/□ 정도였다.
기판의 이면에 도전층을 성막한 후, 기판의 표면에 이온빔 스퍼터링법을 사용하여, Si막 및 Mo막을 교호로 성막하는 것을 40 주기 반복한다. Si막의 막 두께는, 약 4.0nm로 하고, Mo막의 막 두께는, 약 3.0nm로 한다. 이에 의해, 합계의 막 두께가 약 280nm((Si막: 4.0nm+Mo막: 3.0nm)×40)의 반사층(다층 반사막)을 형성하였다. 그 후, 반사층 상에, 이온빔 스퍼터링법을 사용하여 Ru층(막 두께가 약 2.5nm)을 성막하여, 보호층을 형성하였다. 이때, 파장 13.53nm에 있어서의 반사율은 64％가 되었다.
보호층 상에, 흡수층으로서 TaNb막을 성막하였다. 스퍼터 타깃에는 TaNb(Ta:Nb=60:40)를 사용하고, 스퍼터 가스에는 Ar을 사용하였다. 흡수층의 스퍼터 시에 스테이지의 회전을 멈춤으로써, 면 내에서 막 두께 분포를 갖는 흡수층을 얻었다. 이에 의해, 도 1에 도시하는 반사형 마스크 블랭크를 제작하였다. 흡수층의 막 두께는, X선 회절 장치(가부시키가이샤 리가쿠사제, SmartLab HTP)를 사용하여 X선 반사율법(XRR)으로 측정하였다.
반사형 마스크 블랭크의 흡수층의 두께와 반사율의 관계를 측정하였다. 반사율의 측정에는, 마스크 블랭크용 EUV 반사율계(AIXUV사제, MBR)를 사용하여 행하였다. EUV광의 파장은 13.53nm로 하였다. 흡수층의 두께와 반사율의 관계를 도 10의 (a)에 나타내었다. 흡수층의 막 두께 72nm 부근에서 반사율 3.2％의 피크를 갖고 있다. 이 반사율은 위상 시프트 마스크로서의 조건인 2.5％ 이상, 10％ 이하를 만족시키고 있다.
도 10의 (a)에는, 실측값과 함께 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 시뮬레이션에서는, 파장 13.53nm에 있어서의 굴절률 n을 0.945로 하고, 동 파장에 있어서의 흡수 계수 k를 0.0236으로 하였다. 실측값과 시뮬레이션 결과는 잘 일치하고 있는 것을 알 수 있다.
상기의 조건에서는, (4) 식으로부터 dMAX는 72.3nm가 된다. 도 10의 (b)에는 막 두께가 dMAX에서의 반사광 스펙트럼, 도 10의 (c)에는 막 두께가 dMAX-6nm에서의 반사광 스펙트럼을 나타낸다. 실측값과 시뮬레이션 결과는 잘 일치하고 있는 것을 알 수 있다. 위상 시프트 마스크의 막 두께 관리에 반사광 스펙트럼을 사용할 수 있다.
[예 2]
흡수층으로서, TaNb막 대신에 TaN막을 사용하였다. 파장 13.53nm에 있어서의 굴절률 n을 0.947, 동 파장에 있어서의 흡수 계수 k를 0.031로 하면, dMAX는 (4) 식으로부터 72.0nm가 되었다. 이때의 반사율은 시뮬레이션에 의해 1.2％가 되어, 위상 시프트 마스크로서의 조건인 2.5％ 이상, 10％ 이하를 만족시키고 있지 않다.
예 1, 2에 대해서, 투영 광학계의 개구수 NA가 0.33, σ값이 0.5의 노광 조건에서 웨이퍼 상 22nm의 고립 홀 패턴을 노광한 경우의 시뮬레이션 결과를 도 11의 (a), (b)에 나타내었다. 도 11의 (a)에 NILS의 막 두께 의존성을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내고, 도 11의 (b)에 광학 상의 피크광 강도의 막 두께 의존성을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타낸다. 도 11의 (a), (b)에서는, 횡축을 흡수층의 막 두께와, (4) 식으로부터 구해지는 dMAX의 차로 하고 있다. 도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 흡수층이 TaNb막인 예 1에 비해, 흡수층이 TaN막인 예 2는, NILS는 훨씬 작아져, 위상 시프트 효과는 작은 것을 알 수 있다. 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 흡수층이 TaNb막인 예 1에 비해, 흡수층이 TaN막인 예 2는, 노광 시의 피크광 강도가 낮은 것을 알 수 있다.
[예 3]
흡수층으로서, TaNb막 대신에 Re막을 사용하였다. 파장 13.53nm에 있어서의 굴절률 n을 0.933, 동 파장에 있어서의 흡수 계수 k를 0.0405로 하면, dMAX는 (4) 식으로부터 44.8nm가 되어, TaNb막을 사용한 예 1보다 훨씬 얇아진다. 이것은 n값이 작기 때문이다. 이때의 반사율은 시뮬레이션에 의해 3.7％가 되어, 위상 시프트 마스크로서의 조건인 2.5％ 이상, 10％ 이하를 만족시키고 있다. 투영 광학계의 개구수 NA가 0.33, σ값이 0.5인 노광 조건에서 웨이퍼 상에 22nm의 고립 홀 패턴을 노광한 경우의 시뮬레이션 결과를 도 12의 (a), (b)에 나타내었다. 도 12의 (a)에 NILS의 막 두께 의존성을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타내고, 도 12의 (b)에 광학 상의 피크광 강도의 막 두께 의존성을 시뮬레이션에 의해 구한 결과를 나타낸다. 도 12의 (a), (b)에서는, 횡축을 흡수층의 막 두께와, (4) 식으로부터 구해지는 dMAX의 차로 하고 있다. 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 흡수층으로서 Re막을 사용한 예 3의 NILS는, 흡수층으로서 TaNb막을 사용한 예 1과 동일하게, 흡수층 막 두께가 dMAX, dMAX-6nm 부근에서 피크를 갖고 있다.
도 12의 (b)로부터 알 수 있는 것처럼, 광학 상의 광 강도는 막 두께가 얇을수록 커진다. 한편, NILS는, 흡수층의 막 두께가 dMAX일 때 최대가 되고, dMAX-6nm에도 피크를 갖고 있다. 막 두께 dMAX-6nm에서의 광 강도는, 막 두께 dMAX에서의 광 강도보다 6％ 높다. NILS와 광 강도의 밸런스를 고려하면, 흡수층의 막 두께의 최적값은 dMAX 또는 dMAX-6nm의 어느 쪽인가가 된다.
[예 4]
흡수층으로서, TaNb막 대신에 하부 흡수층의 TaNb막, 상부 흡수층의 TaNO막(막 두께 4nm)의 2층 막(TaNO(4nm)/TaNb막)을 사용하였다. 하부 흡수층으로서의 TaNb의 파장 13.53nm에 있어서의 굴절률 n1은 0.945, 상부 흡수층으로서의 TaON의 파장 13.53nm에 있어서의 굴절률 n2는 0.968, 동 파장에 있어서의 흡수 계수 k2는 0.0512로 하면, dbi MAX는 (6) 식으로부터 71.6nm가 된다. 이때의 반사율은 시뮬레이션에 의해 3.5％가 되어, 위상 시프트 마스크로서 충분한 효과를 기대할 수 있다. TaNO막이 최표면에 있기 때문에, TaNb 단막에 비해 세정에 강하고, 경시 안정성 양호하게 된다. 투영 광학계의 개구수 NA가 0.33, σ값이 0.5인 노광 조건에서 웨이퍼 상에 22nm의 고립 홀 패턴을 노광한 경우의 시뮬레이션 결과를 도 12의 (a), (b)에 나타내었다. 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 하부 흡수층의 TaNb막, 상부 흡수층의 TaNO막(막 두께 4nm)의 2층 막을 사용한 예 4의 NILS는, 흡수층으로서 TaNb막을 사용한 예 1과 동일하게, 흡수층 막 두께가 dbi MAX, dbi MAX-6nm 부근에서 피크를 갖고 있다.
도 12의 (b)로부터 알 수 있는 것처럼, 광학 상의 광 강도는 막 두께가 얇을수록 커진다. 한편, NILS는, 흡수층의 막 두께가 dbi MAX일 때 최대가 되고, dbi MAX-6nm에도 피크를 갖고 있다. 막 두께 dbi MAX-6nm에서의 광 강도는, 막 두께 dbi MAX에서의 광 강도보다 6％ 높다. NILS와 광 강도의 밸런스를 고려하면, 흡수층의 막 두께의 최적값은 dbi MAX 혹은 dbi MAX-6nm의 어느 쪽인가가 된다.
도 13의 (a), (b)에는 예 1, 3, 4에서 설명한 TaNb막, Re막, TaON막(4nm)/TaNb막의 반사광 스펙트럼을 도시한다. 도 13의 (a)는 막 두께가 dMAX 또는 dbi MAX의 경우에서, 반사율의 피크 파장은 13.53nm 부근으로 되어 있다. 도 13의 (b)는 막 두께가 dMAX-6nm 또는 dbi MAX-6nm의 경우에서, 반사율의 피크 파장은 13.63nm 부근으로 되어 있다. 도 13의 (a), (b)로부터 알 수 있는 것처럼, 흡수층의 막 두께 관리의 기준으로서, 막종에 구애되지 않고, 반사광의 피크 파장을 사용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은, 이하의 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제공한다.
(1) 기판 상에, EUV광을 반사하는 반사층과, 상기 반사층을 보호하는 보호층과, EUV광을 흡수하는 흡수층을 이 순으로 갖는 반사형 마스크 블랭크이며,
상기 흡수층의 파장 13.53nm에 있어서의 반사율이 2.5 내지 10％이고,
상기 흡수층의 막 두께 d는
이라고 하는 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
여기서, 정수 i는 0 또는 1이고, dMAX는
이다. 상기 식 중, 흡수층의 굴절률을 n, 흡수층의 흡수 계수를 k라 하자. INT(x)는 소수부를 잘라버린 정수값을 반환하는 함수이다.
(2) 기판 상에, EUV광을 반사하는 반사층과, 상기 반사층을 보호하는 보호층과, EUV광을 흡수하는 흡수층을 이 순으로 갖는 반사형 마스크 블랭크이며,
상기 흡수층의 파장 13.53nm에 있어서의 반사율이 2.5 내지 10％이고,
상기 흡수층이, 하부 흡수층 및 상부 흡수층의 2층을 포함하고,
상기 2층을 포함하는 흡수층의 막 두께 dbi는
이라고 하는 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
여기서, 정수 i는 0 또는 1이고, dbi MAX는
이다. 상기 식 중, 하부 흡수층의 굴절률을 n1, 상부 흡수층의 굴절률을 n2, 상부 흡수층의 흡수 계수를 k2라 하자. INT(x)는 소수부를 잘라버린 정수값을 반환하는 함수이다.
(3) 상기 반사층의 파장 13.53nm에 있어서의 반사광에 대한 상기 흡수층의 파장 13.53nm에 있어서의 반사광의 위상차는 190 내지 220도인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(4) 상기 흡수층은 Ta, Nb, Mo, Ti, Zr, Re, Ru, Au, Pt, Pd, Rh, B, N 및 O로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(5) 상기 흡수층의 반사광 스펙트럼의 피크 파장을 λMAX라 했을 때, 상기 정수 i에 대응하여
을 만족시키는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(6) 상기 흡수층 상에 하드 마스크층을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(7) 상기 하드 마스크층은, Cr 및 Si의 적어도 한쪽의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (6)에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(8) 상기 기판의 이면에 이면 도전층을 갖는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(9) 상기 이면 도전층의 재료는, Cr 혹은 Ta, 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 상기 (8)에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(10) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크의 상기 흡수층에, 패턴이 형성되어 있는 반사형 마스크.
이상과 같이, 실시 형태를 설명했지만, 상기 실시 형태는, 예로서 제시한 것이고, 상기 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지 조합, 생략, 치환, 변경 등을 행하는 것이 가능하다. 이들 실시 형태나 그의 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그의 균등의 범위에 포함된다.
본 출원은, 2019년 10월 29일 출원의 일본 특허 출원2019-195856에 기초하는 것이고, 그의 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
10: 기판
20: 반사층
30: 보호층
40: 흡수층
41: 하부 흡수층
42: 상부 흡수층
60: 흡수체 패턴
20: 반사층
30: 보호층
40: 흡수층
41: 하부 흡수층
42: 상부 흡수층
60: 흡수체 패턴
Claims (9)
- 기판 상에, EUV광을 반사하는 반사층과, 상기 반사층을 보호하는 보호층과, EUV광을 흡수하는 흡수층을 이 순으로 갖는 반사형 마스크 블랭크이며,
상기 흡수층의 파장 13.53nm에 있어서의 반사율이 2.5 내지 10％이고,
상기 흡수층이 하부 흡수층 및 상부 흡수층의 2층을 포함하고,
상기 2층을 포함하는 흡수층의 막 두께 dbi는
이라고 하는 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
여기서, 정수 i는 0 또는 1이고, dbi MAX는
이다. 상기 식 중, 하부 흡수층의 굴절률을 n1, 상부 흡수층의 굴절률을 n2, 상부 흡수층의 흡수 계수를 k2라 한다. INT(x)는 소수부를 잘라버린 정수값을 반환하는 함수이다. - 제1항에 있어서, 상기 반사층의 파장 13.53nm에 있어서의 반사광에 대한 상기 흡수층의 파장 13.53nm에 있어서의 반사광의 위상차는 190 내지 220도인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 흡수층은 Ta, Nb, Mo, Ti, Zr, Re, Ru, Au, Pt, Pd, Rh, B, N 및 O로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡수층의 반사광 스펙트럼의 피크 파장을 λMAX라 했을 때, 상기 정수 i에 대응하여
을 만족시키는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡수층 상에 하드 마스크층을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
- 제5항에 있어서, 상기 하드 마스크층은, Cr 및 Si 중 적어도 한쪽의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판의 이면에 이면 도전층을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
- 제7항에 있어서, 상기 이면 도전층의 재료는, Cr 혹은 Ta, 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 반사형 마스크 블랭크의 상기 흡수층에, 패턴이 형성되어 있는 반사형 마스크.
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