TW202121048A - 反射型光罩基底及反射型光罩 - Google Patents
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Abstract
一種反射型光罩基底，於基板上依序具有：反射EUV光之反射層、保護反射層之保護層及吸收EUV光之吸收層；其特徵在於：吸收層在波長13.53nm下之反射率為2.5~10%，並且吸收層之膜厚d滿足下式所示關係：
在此，整數i為0或1，dMAX
如下：
Description
本發明涉及一種利用相移效果之反射型光罩及可製得該反射型光罩的反射型光罩基底。
近年來，隨著構成半導體裝置之積體電路的微細化，而檢討以極紫外光(Etreme Ultra Violet：以下稱為「EUV」)微影術作為用以替代使用可見光或紫外光(波長365~193nm)之習知曝光技術的曝光方法。
在EUV微影術中，係使用波長比ArF準分子雷射光更短的EUV光作為用於曝光之光源。另，EUV光係指軟X射線區域或真空紫外線區域之波長之光，具體而言為波長0.2~100nm左右之光。用於EUV微影術之EUV光，係使用例如波長λ為13.5nm左右的EUV光。
EUV光對大多物質而言容易被吸收，因而無法使用習知曝光技術中所採用的折射光學系統。因此，在EUV微影術中係使用反射型光罩或反射鏡等反射光學系統。在EUV微影術中，反射型光罩可作為轉印用光罩使用。
反射型光罩係於基板上形成有反射EUV光之反射層，並於該反射層上以圖案狀形成有吸收EUV光之吸收層。反射型光罩係將於基板上自基板側起依序積層反射層及吸收層而構成之反射型光罩基底作為原板使用，並去除部分吸收層而形成為預定圖案來製得。
入射至反射型光罩的EUV光會在吸收層被吸收，在反射層被反射。被反射之EUV光藉由光學系統而在曝光材料(塗佈有抗蝕劑之晶圓)表面成像。藉此，吸收層之開口部會被轉印至曝光材料之表面。在EUV微影術中，EUV光通常會自傾斜約6°之方向入射至反射型光罩，並同樣地往斜向反射。
習知係使用TaN或專利文獻1中所示TaBN等作為吸收層之材料。該等材料通常係以在EUV光下之反射率2%以下、膜厚60nm以上之條件來使用。於光學上相當於二元光罩(binary mask)之條件，作為相移光罩的效果很小。
藉由調節吸收層之透射率，可獲得利用相移效果之反射型光罩。吸收層會些許透光，並且吸收層之反射光與在開口部被反射之光具有相位差。藉由使用利用了所述相移效果之反射型光罩，晶圓上之光學影像的對比會提升，而增加曝光裕度。
就利用相移效果之反射型光罩一例來說，在專利文獻2中係使用TaNb作為吸收層之材料。在專利文獻2中，係以吸收層之反射率的最佳值作為其與開口部之反射率的相對值並設為4~15%。該值近似以往ArF相移光罩之透射率的最佳值。開口部之反射率通常為65%左右，因此吸收層之反射率的最佳值以絕對值計為2.5~10%。
在專利文獻2中，係將利用相移之反射型光罩的相位差的最佳值定為175~185度。該範圍包含以往ArF相移光罩之相位差最佳值的180度。
在ArF相移光罩的情況下，則忽略掉吸收層膜厚的薄膜近似成立，因此相位差之最佳值會成為180度。但，在EUV微影術中使用之反射型光罩的情況下，吸收層之膜厚會變成與圖案尺寸相同程度，故無法使用薄膜近似。圖3(a)係顯示使用相移效果之反射型光罩之反射光強度分布一例之圖，圖3(b)係顯示該反射型光罩之反射光相位分布一例之圖。圖3(a)、(b)之橫軸表示在令寬度64nm之圖案的中心位置為0nm時，在該圖案寬度方向上的位置。如圖3(a)所示，反射光強度在圖案中心成為極大，並往圖案寬度方向上的端部(圖案邊緣)連續變低。如圖3(b)所示，反射光之相位在圖案中心成為極小，且反射光之相位往圖案邊緣連續變化。受該影響，有效相位差會產生偏移。因此，在反射型光罩的情況下，吸收層之相位差的最佳值並非180度。
另一方面，曝光時之光學影像強度高時，曝光時間會變短而有利於產量，故為適宜。所以，曝光時之峰值光強度宜高。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利第4163038號說明書
專利文獻2：日本專利第5266988號說明書
發明欲解決之課題
本發明目的在於提供相移效果大且曝光時之峰值光強度高的EUV微影術用反射型光罩、及可製得該反射型光罩的EUV微影術用反射型光罩基底。
用以解決課題之手段
本發明人為達成上述目的而反覆致力研究後，針對EUV微影術用反射型光罩發現相移效果大且曝光時之峰值光強度高的吸收層之膜厚條件。
於圖4(a)顯示：將TaNb(折射率n=0.945，吸收係數k=0.0236)之單層膜作為吸收層，在波長13.53nm、投影光學系統之開口數NA為0.33且σ值為0.5之曝光條件下使晶圓上之22nm孔圖案曝光時，透過模擬求算NILS(Normalized Image Log Slope，正規化影像對數斜率)之吸收層膜厚相依性的結果。NILS係對應晶圓上之光學影像的對比。在圖4(a)中，吸收層膜厚為72nm時NILS達到最大，此時相移效果亦達到最大。
於圖4(b)顯示在與上述相同條件下，透過模擬求算相位差之吸收層膜厚相依性的結果。在圖4(b)中，在膜厚72nm時，相位差約210度。此乃如前述，因反射光之相位往圖案邊緣連續變化的影響，使得相位差之最佳值自180度偏移所致。由在膜厚72nm時NILS達到最大這點來看，吾人認為有效相位差接近180度。
於圖4(c)顯示在與上述相同條件下，透過模擬求算吸收層之反射率的膜厚相依性的結果。在膜厚72nm時反射率成為極大。相移效果達到最大之條件係有效相位差約180度且同時反射率成為極大之情形。所以，NILS之最大值與反射率之極大值會一致。
如由圖4(a)~(c)所見，NILS、相位差、反射率會隨吸收層之膜厚增加而振動。此種現象產生之原因，如圖5所示，是因為從反射層20反射之反射光100與在吸收層40表面之反射光200之間產生干涉。吸收層之膜厚一增加，便會交替產生干涉相長位置與相消位置。反射率之極大值相當於干涉相長位置、即反射光100與反射光200之相位一致的情況。
反射光100與反射光200之相位一致的條件係如以下方式求算。首先，當只考慮在吸收層40中之光程長度差時，反射光100與反射光200之相位一致的條件係令吸收層40之膜厚為d並以下述(1)式表示。
[數學式1]
上述(1)式中，N為整數，λ為波長，n為吸收層40之折射率，θ為入射角。在EUV微影術用反射型光罩的情況下，波長λ為13.53nm，入射角θ為6°。
接著，針對反射光100與反射光200來考慮在各反射面的相位偏移。反射光100在反射層20內部產生了反射。此時的相位偏移以數值計算得為-0.64弧度。另一方面，反射光200會在吸收層40表面產生反射，因此相位偏移為tan-1(-k/(1-n))。在此，n為吸收層40在波長13.53nm下之折射率，k為吸收層40在相同波長下之吸收係數。所以反射光100與反射光200之相位一致的條件係在考慮在反射面之相位偏移後，由下述(2)式得出。
[數學式2]
上述(2)式為反射光100與反射光200之相位一致的條件、亦即反射率具有極大值的條件。NILS要達到最大值，還更需要有效相位差為約180度。而此時，吸收層40之相位差如圖4(b)所示約210度。令吸收層40之膜厚為d時，光在吸收層40往復之情形與在真空中之光程長度差為2(1-n)d。此時的相位差會相當於210度，乃2(1-n)d=210/360・λ之情形。自此，NILS達到最大值的吸收層之膜厚dMAX
大致成為下述(3)式。
[數學式3]
最後，將(2)式與(3)式組合，並考慮ncos6°≒1，便可得(4)式。
[數學式4]
在此，INT(x)係一回傳已捨去小數部分之整數值的函數。(4)式係為了使相移效果變最大而吸收層之膜厚必須滿足的條件。
截至目前，僅考慮了藉由相移效果使NILS最大化。然而在曝光時必須考慮的另一個重要性質，還有光學影像的強度。光學影像的強度愈高，就能在愈短曝光時間完成，而提升產量。在本說明書中係使用曝光時之峰值光強度作為曝光時光學影像的強度指標。於圖7(a)顯示透過模擬求算NILS之膜厚相依性的結果，於圖7(b)顯示透過模擬求算峰值光強度之膜厚相依性的結果，並於圖7(c)顯示透過模擬求算相位差之膜厚相依性的結果。在圖7(a)、(b)、(c)中，係將橫軸設為吸收層之膜厚與上述求得之NILS達到最大值的吸收層之膜厚dMAX
之差。曝光條件與圖4之情形相同。吸收層之膜厚dMAX
由(4)式得為72.3nm。
如由圖7(b)可知，膜厚愈薄，曝光時之峰值光強度便愈大。另一方面，NILS在吸收層之膜厚為dMAX
時達到最大，且於dMAX
-6nm亦具有峰值。在膜厚dMAX
-6nm時之光強度比在膜厚dMAX
時之光強度高6%。若考慮到NILS與光強度的平衡，吸收層之膜厚的最佳值便為dMAX
或dMAX
-6nm中任一者。
如圖7(c)所示，在膜厚dMAX
時之相位差為210度，在膜厚dMAX
-6nm時之相位差為203度，都遠遠偏離180度。若考慮膜厚參差+-1nm，則相位差之最佳值為190~220度。在相位差為180度之膜厚時的NILS皆偏離峰值，可知相位差180度並非吸收層之膜厚的最佳值。
實際在形成吸收層時，膜厚會產生+-1nm左右的參差。如從圖7(a)~(c)可知，即便產生這種程度的參差，NILS僅有些微降低，在可容許範圍內。此時，反射光光譜之峰波長的參差成為+-0.1nm左右。因此，只要吸收層之膜厚d(nm)有滿足dMAX
-1nm≦d≦dMAX
+1nm、或(dMAX
-6nm)-1nm≦d≦(dMAX
-6nm)+1nm，相移效果便大，且曝光時之峰值光強度會變高。統整該等式，可得下述(5)式。
[數學式5]
在此，整數i為0或1。
圖2所示反射型光罩基底係吸收層40由下部吸收層41與上部吸收層42之二層所構成。此時，如圖6所示，從反射層20反射之反射光100與在上部吸收層42表面之反射光202之間會產生干涉。反射光202會在上部吸收層42表面產生反射，因此相位偏移為tan-1
(-k2
/(1-n2
))。在此，k2
為上部吸收層42在波長13.53nm下之吸收係數，n2
為上部吸收層在相同波長下之折射率。
反射光100與反射光200之相位一致的條件係令由二層構成之吸收層40之膜厚為dbi
並考慮到在反射面之相位偏移後，由下述(6)式得出，而NILS達到最大值之膜厚dbi MAX
則大致為下述(7)式。
[數學式6]
[數學式7]
此時亦同樣地，只要由二層構成之吸收層40之膜厚dbi
(nm)有滿足dbi MAX
-1nm≦dbi
≦dbi MAX
+1nm、或(dbi MAX
-6nm)-1nm≦dbi
≦(dbi MAX
-6nm)+1nm，相移效果便大，且曝光時之峰值光強度會變高。
統整該等式，可得下述式。
[數學式8]
在此，整數i為0或1。
如由(4)式可知，dMAX
大為依存吸收層之折射率n。如由(7)式可知，dbi MAX
大為依存下部吸收層之折射率n1
及上部吸收層之折射率n2
。但，就光罩基底製造時的管理而言，很難頻繁測定n、n1
、n2
。
吾人考慮使用反射光之光譜的方法來作為吸收層之膜厚更實際的管理方法。反射光之光譜可使用市售裝置來測定。於圖8顯示吸收層之膜厚為dMAX
及dMAX
-6nm時的反射光光譜。峰波長λMAX
分別為13.53nm、13.63nm。吸收層之膜厚管理基準可使用反射光之峰波長λMAX
。
此時，只要峰波長λMAX
滿足(13.53-0.1)nm≦λMAX
≦(13.53+0.1)nm、或(13.63-0.1)nm≦λMAX
≦(13.63+0.1)nm，相移效果便大，且曝光時之峰值光強度會變高。
發明效果
藉由使用本發明反射型光罩可提升相移效果。又，藉由使用本發明反射型光罩，曝光時之峰值光強度會變高，可確保產量，並且晶圓上之光學影像之對比提升，曝光欲度增加。
以下詳細說明本發明實施形態。
＜反射型光罩基底＞
說明本發明實施形態之反射型光罩基底。圖1係本發明實施形態之反射型光罩基底一構成例的概略截面圖。如圖1所示，反射型光罩基底係於基板10上依序積層反射層20、保護層30及吸收層40而構成。
圖2係本發明實施形態之反射型光罩基底另一構成例的概略截面圖。如圖2所示，反射型光罩基底係於基板10上依序積層反射層20、保護層30、下部吸收層41及上部吸收層42而構成。圖2所示反射型光罩基底係吸收層40由下部吸收層41與上部吸收層42之二層所構成。
(基板)
基板10之熱膨脹係數宜小。基板10之熱膨脹係數小，較可抑制形成於吸收層40之圖案因利用EUV光進行曝光時之熱而產生應變。基板10之熱膨脹係數具體上在20℃下宜為0±1.0×10-7
/℃，0±0.3×10-7
/℃較佳。
熱膨脹係數小的材料可使用例如SiO2
-TiO2
系玻璃等。SiO2
-TiO2
系玻璃宜使用含90~95質量%SiO2
及5~10質量%TiO2
之石英玻璃。TiO2
之含量若為5~10質量%，在室溫附近之線膨脹係數大約為零，在室溫附近幾乎不會產生尺寸變化。另，SiO2
-TiO2
系玻璃亦可包含有SiO2
及TiO2
以外之微量成分。
基板10之積層反射層20側之面(以下稱為「主面」)宜具有高平滑性。主面之平滑性可以原子力顯微鏡測定，並以表面粗度來評估。主面之表面粗度以均方根粗度Rq計，宜為0.15nm以下。
主面宜進行表面加工以成為預定的平坦度。此乃為了使反射型光罩獲得高度圖案轉印精度及位置精度。基板10在主面的預定區域(例如132mm×132mm之區域)中，平坦度宜為100nm以下，較宜為50nm以下，更宜為30nm以下。
又，基板10宜對反射型光罩基底、圖案形成後之反射型光罩基底或反射型光罩之洗淨等所用洗淨液具有耐性。
並且，為了防止基板10因形成於基板10上之膜(反射層20等)之膜應力而變形，宜具有高剛性。例如，基板10宜具有65GPa以上之高楊氏模數。
(反射層)
反射層20對EUV光具有高反射率。具體上，EUV光以入射角6°入射至反射層表面時，波長13.5nm附近之EUV光的反射率最大值宜為60%以上，65%以上較佳。又，於反射層上積層有保護層時亦同前述，波長13.5nm附近之EUV光的反射率最大值宜為60%以上，65%以上較佳。
反射層20宜為多層反射膜，該多層反射膜係以對EUV光具有不同折射率的元素為主成分之各層周期性地積層有複數層而成。以下記述反射層為多層反射膜之情形。
上述多層反射膜可以自基板10側依序積層有高折射率層與低折射率層之積層結構為1循環並積層複數循環，亦可以依序積層有低折射率層與高折射率層之積層結構為1循環並積層複數循環。
高折射率層可使用含Si之層。藉由使用含Si之高折射率層，可製得EUV光之反射率優異的反射型光罩。低折射率層可使用選自於由Mo、Ru、Rh及Pt所構成群組中之金屬或該等之合金。在本實施形態中，以低折射率層為含Mo之層且高折射率層為含Si之層為佳。
多層反射膜分別具備有複數層高折射率層及低折射率層，而高折射率層彼此之膜厚或低折射率層彼此之膜厚亦可不必相同。
構成多層反射膜之各層的膜厚及循環可依照所用膜材料、反射層所要求之EUV光之反射率或EUV光之波長(曝光波長)等來適當選擇。例如，當反射層在波長13.5nm附近之EUV光的反射率最大值設為60%以上時，宜使用交替積層有30循環~60循環之低折射率層(含Mo之層)與高折射率層(含Si之層)的Mo/Si多層反射膜。
另，構成多層反射膜之各層可使用磁控濺鍍法、離子束濺鍍法等公知成膜方法，以形成所期望之厚度的方式進行成膜。例如，使用離子束濺鍍法製作多層反射膜時，係自離子源對高折射率材料之靶材及低折射率材料之靶材供給離子粒子來進行。
(保護層)
在製造圖9所示反射型光罩時，保護層30係在對吸收層40(下部吸收層41、上部吸收層42)進行蝕刻(通常為乾式蝕刻)而於吸收層40形成吸收體圖案60時，保護反射層20之表面免受蝕刻所造成之損害。並且在使用洗淨液剝離蝕刻後殘留在反射型光罩基底上之抗蝕層來洗淨反射型光罩基底時，保護反射層20免受洗淨液影響。所以，所得反射型光罩對EUV光之反射率會變佳。
在圖1、2中顯示保護層30為1層之情形，惟保護層30亦可為複數層。
形成保護層30之材料係選擇在蝕刻吸收層40時不易因蝕刻而受損的物質。滿足該條件之物質可舉例如：Ru金屬單體、於Ru含有選自於由B、Si、Ti、Nb、Mo、Zr、Y、La、Co及Re所構成群組中之1種以上金屬的Ru合金、於上述Ru合金中含氮之氮化物等Ru系材料；Cr、Al、Ta及於該等中含氮之氮化物；SiO2
、Si3
N4
、Al2
O3
或該等之混合物等。該等中，又以Ru金屬單體及Ru合金、CrN及SiO2
為佳。Ru金屬單體及Ru合金不易被不含氧之氣體蝕刻，可在反射型光罩之加工時作為蝕刻擋材(etching stopper)發揮功能，由此點來看尤為適宜。
保護層30之膜厚只要可發揮作為保護層30的功能，便無特別限制。由維持在反射層20被反射之EUV光的反射率的觀點來看，保護層30之膜厚宜為1~8nm，1.5~6nm較佳，2~5nm更佳。
保護層30之形成方法可使用濺鍍法、離子束濺鍍法等公知的膜形成方法。
(吸收層)
為了用於EUV微影術之反射型光罩，吸收層40宜具有EUV光之吸收係數高、可容易蝕刻及對洗淨液之洗淨耐性高等特性。
吸收層40會吸收EUV光，而EUV光之反射率極低。但，EUV光之反射率若太低，相移效果便會降低，因此EUV光照射至吸收層40之表面時，波長13.53nm附近之EUV光的反射率為2.5~10%。反射率之測定可使用光罩基底用EUV反射率計(AIXUV公司製，MBR)來進行。
並且，吸收層40可藉由使用Cl系氣體或CF系氣體之乾式蝕刻等進行蝕刻來加工。所以，吸收層40宜可容易蝕刻。
又，吸收層40在後述製造反射型光罩時，以洗淨液去除蝕刻後殘留在反射型光罩基底上之抗蝕圖案時，會暴露在洗淨液中。屆時，洗淨液可使用硫酸過氧化氫水(SPM)、硫酸、氨、氨過氧化氫水(APM)、OH自由基洗淨水及臭氧水等。
吸收層40之材料宜使用Ta系材料。只要於Ta添加N、O或B，對氧化之耐性便會提升，而可提升歷時穩定性。為了使光罩加工後之圖案缺陷檢查容易進行，如圖2所示，亦宜將吸收層40做成2層結構、例如於作為下部吸收層41之TaN膜上積層有作為上部吸收層42之TaON膜的結構。
本發明中之吸收層40宜含有選自於由Ta、Nb、Mo、Ti、Zr、Re、Ru、Au、Pt、Pd、Rh、B、N及O所構成群組中之1種以上元素。
使用Ta作為吸收層仍會產生相移效果，但反射率會變成在2%以下，故其效果小。只要使用Nb、Mo、Ti、Zr等吸收係數小的材料，便可提高反射率而增大相移效果。並且，若於該等材料中添加Ta、N、O、B，則可提升洗淨耐性或歷時穩定性。
又，只要使用Re、Ru、Au、Pt、Pd、Rh等折射率小的材料，在作為相移光罩使用時，便可予以薄膜化。並且，若於該等材料中添加Ta、N、O、B，則可提升洗淨耐性或歷時穩定性。
吸收層40的結晶狀態宜為非晶質。藉此，吸收層40可具有優異的平滑性及平坦度。並且，藉由提升吸收層40之平滑性及平坦度，在製造如圖9所示之反射型光罩時，吸收體圖案60之邊緣粗糙度會變小，而可提高吸收體圖案60之尺寸精度。
如圖1所示之反射型光罩基底，吸收層40為單層時，可縮減製造光罩基底時的步驟數，而可提升生產效率。
如圖2所示之反射型光罩基底，吸收層40為以下部吸收層41及上部吸收層42之二層所構成時，藉由適當設定上部吸收層42之光學常數或膜厚，可在製造如圖9所示之反射型光罩時，作為使用檢查光檢查吸收體圖案60時的抗反射膜使用。藉此，可提升檢查吸收體圖案時之檢查敏感度。又，若於上部吸收層42使用含氧之材料，則洗淨耐性或穩定性會提升。
(其他層)
本發明反射型光罩基底亦可於吸收層40上具備硬遮罩層。本發明中之硬遮罩層宜包含Cr及Si中之至少一種元素。硬遮罩層可使用含Cr之Cr系膜或含Si之Si系膜等對蝕刻耐性高的材料，具體上可使用對採用Cl系氣體或CF系氣體之乾式蝕刻耐性高的材料。Cr系膜可舉例如Cr及於Cr添加有O或N之材料等。具體而言，可舉CrO、CrN、CrON。Si系膜可舉Si、以及於Si添加有選自於由O、N、C及H所構成群組中之一種以上的材料等。具體上可舉SiO2
、SiON、SiN、SiO、Si、SiC、SiCO、SiCN、SiCON。其中，又以Si系膜在對吸收層40進行乾式蝕刻時不易產生側壁後退，故為適宜。藉由於吸收層40上形成硬遮罩層，在製造圖9所示之反射型光罩時，即使吸收體圖案60之最小線寬變小，仍可實施乾式蝕刻。因此，對吸收體圖案60之微細化係有效的。
本發明反射型光罩基底可於基板10之與積層反射層20側為相反側之主面(以下稱背面)具備靜電吸盤用背面導電層。以特性而言，係要求背面導電層的片電阻值低。背面導電層的片電阻值例如為250Ω/□以下，宜為200Ω/□以下。
背面導電層之材料可使用例如Cr或Ta等金屬、或該等之合金。含Cr之合金可使用於Cr含有選自於由B、N、O及C所構成群組中之1種以上的Cr化合物。含Ta之合金可使用於Ta含有選自於由B、N、O及C所構成群組中之1種以上的Ta化合物。
背面導電層之膜厚只要滿足作為靜電吸盤用之功能，便無特別限定，例如可設為10~400nm。又，該背面導電層亦可具備調整反射型光罩基底之背面側的應力。即，背面導電層可與來自形成於主面側之各種層的應力取得平衡，將反射型光罩基底調整成平坦。
背面導電層之形成方法可使用磁控濺鍍法、離子束濺鍍法等公知的成膜方法。
背面導電層例如可在形成反射層之前形成於基板背面。
＜反射型光罩＞
接下來，說明使用圖2所示之反射型光罩基底而製得的反射型光罩。圖9係顯示反射型光罩構成之一例的概略截面圖。圖9所示之反射型光罩係於圖2所示之反射型光罩基底之吸收層40(下部吸收層41、上部吸收層42)形成有期望之吸收體圖案60者。吸收體圖案可藉由一般的加工方法、即於反射型光罩基底上進行抗蝕劑塗佈、曝光、顯影、蝕刻來形成。另，為使用圖1所示之反射型光罩基底而得之反射型光罩時，則可於單層之吸收層形成吸收體圖案。
實施例
例1、例3、例4為實施例，例2為比較例。
[例1]
成膜用基板係使用SiO2
-TiO2
系玻璃基板(外形約152mm見方，厚度約6.3mm)。另，玻璃基板之熱膨脹係數為0.02×10-7
/℃以下。對玻璃基板進行研磨，加工成使表面粗度以均方根粗度Rq計為0.15nm以下且平坦度為100nm以下之平滑表面。使用磁控濺鍍法於玻璃基板之背面上形成厚度約100nm之Cr層，而形成靜電吸盤用背面導電層。Cr層之片電阻值為100Ω/□左右。
在基板背面形成導電層後，使用離子束濺鍍法於基板表面交替形成Si膜及Mo膜並反覆40循環。Si膜之膜厚設為約4.0nm，Mo膜之膜厚設為約3.0nm。藉此形成合計膜厚約280nm((Si膜：4.0nm+Mo膜：3.0nm)×40)之反射層(多層反射膜)。然後，使用離子束濺鍍法於反射層上形成Ru層(膜厚約2.5nm)而形成保護層。此時，在波長13.53nm下之反射率為64%。
於保護層上形成TaNb膜作為吸收層。濺鍍靶材係使用TaNb(Ta：Nb=60：40)，濺鍍氣體使用Ar。藉由在濺鍍吸收層時停止載台之旋轉，而獲得了在面內具有膜厚分布的吸收層。藉此製作出圖1所示之反射型光罩基底。吸收層之膜厚係使用X射線繞射裝置(Rigaku Corporation製，SmartLab HTP)，利用X射線反射率法(XRR)來測定。
並測定反射型光罩基底之吸收層之厚度與反射率的關係。反射率之測定係使用光罩基底用EUV反射率計(AIXUV公司製，MBR)來進行。EUV光之波長設為13.53nm。於圖10(a)顯示吸收層之厚度與反射率的關係。吸收層在膜厚72nm附近具有反射率3.2%的峰值。該反射率滿足作為相移光罩之條件即2.5%以上且10%以下。
於圖10(a)顯示實測值及模擬結果。在模擬中，係將波長13.53nm下之折射率n設為0.945，並將相同波長下之吸收係數k設為0.0236。可知實測值與模擬結果相當一致。
在上述條件下，由(4)式得dMAX
為72.3nm。於圖10(b)顯示膜厚為dMAX
時之反射光光譜，於圖10(c)顯示膜厚為dMAX
-6nm時之反射光光譜。可知實測值與模擬結果相當一致。所以可使用反射光光譜來管理相移光罩之膜厚。
[例2]
吸收層係使用TaN膜取代TaNb膜。將波長13.53nm下之折射率n設為0.947且相同波長下之吸收係數k設為0.031時，dMAX
由(4)式得為72.0nm。此時的反射率由模擬得為1.2%，不滿足作為相移光罩之條件即2.5%以上且10%以下。
針對例1、2，於圖11(a)、(b)顯示在投影光學系統之開口數NA為0.33且σ值為0.5之曝光條件下使晶圓上22nm之孤立孔圖案曝光時的模擬結果。於圖11(a)顯示藉由模擬求算NILS之膜厚相依性的結果，於圖11(b)顯示藉由模擬求算光學影像之峰值光強度之膜厚相依性的結果。在圖11(a)、(b)中，係將橫軸設為吸收層之膜厚與藉由(4)式求得之dMAX
之差。如圖11(a)所示，可知相較於吸收層為TaNb膜之例1，吸收層為TaN膜之例2其NILS要來得小，而相移效果小。如圖11(b)所示，可知相較於吸收層為TaNb膜之例1，吸收層為TaN膜之例2在曝光時的峰值光強度低。
[例3]
吸收層係使用Re膜取代TaNb膜。將波長13.53nm下之折射率n設為0.933且相同波長下之吸收係數k設為0.0405時，dMAX
由(4)式得為44.8nm，比使用TaNb膜之例1要來得薄。此乃因n值小之故。此時的反射率藉由模擬得為3.7%，滿足作為相移光罩之條件即2.5%以上且10%以下。於圖12(a)、(b)顯示在投影光學系統之開口數NA為0.33且σ值為0.5之曝光條件下使晶圓上22nm之孤立孔圖案曝光時的模擬結果。於圖12(a)顯示藉由模擬求算NILS之膜厚相依性的結果，於圖12(b)顯示藉由模擬求算光學影像之峰值光強度之膜厚相依性的結果。在圖12(a)、(b)中，係將橫軸設為吸收層之膜厚與藉由(4)式求得之dMAX
之差。如圖12(a)所示，使用Re膜作為吸收層之例3的NILS係與使用TaNb膜作為吸收層之例1相同，在吸收層膜厚為dMAX
、dMAX
-6nm附近具有峰值。
如由圖12(b)可知，膜厚愈薄，光學影像之光強度就愈大。另一方面，NILS在吸收層之膜厚為dMAX
時達到最大，且於dMAX
-6nm亦具有峰值。在膜厚dMAX
-6nm時之光強度，比在膜厚dMAX
時之光強度高6%。若考慮到NILS與光強度的平衡，吸收層之膜厚的最佳值便為dMAX
或dMAX
-6nm中任一者。
[例4]
吸收層係使用下部吸收層之TaNb膜與上部吸收層之TaNO膜(膜厚4nm)的二層膜(TaNO(4nm)/TaNb膜)取代TaNb膜。令作為下部吸收層之TaNb在波長13.53nm下之折射率n1
為0.945、作為上部吸收層之TaON在波長13.53nm下之折射率n2
為0.968且相同波長下之吸收係數k2
為0.0512時，dbi MAX
由(6)式得為71.6nm。此時的反射率由模擬得為3.5%，可期待有足以作為相移光罩的效果。TaNO膜位在最表面，因此比TaNb單膜更耐洗淨，歷時穩定性更佳。於圖12(a)、(b)顯示在投影光學系統之開口數NA為0.33且σ值為0.5之曝光條件下使晶圓上22nm之孤立孔圖案曝光時的模擬結果。如圖12(a)所示，使用下部吸收層之TaNb膜與上部吸收層之TaNO膜(膜厚4nm)之二層膜的例4之NILS，係與使用TaNb膜作為吸收層的例1相同，在吸收層膜厚為dbi MAX
、dbi MAX
-6nm附近具有峰值。
如由圖12(b)可知，膜厚愈薄，光學影像之光強度就愈大。另一方面，NILS在吸收層之膜厚為dbi MAX
時達到最大，且於dbi MAX
-6nm亦具有峰值。在膜厚dbi MAX
-6nm時之光強度比在膜厚dbi MAX
時之光強度高6%。若考慮到NILS與光強度的平衡，吸收層之膜厚的最佳值便為dbi MAX
或dbi MAX
-6nm中任一者。
於圖13(a)、(b)顯示例1、3、4中所述TaNb膜、Re膜、TaON膜(4nm)/TaNb膜之反射光光譜。圖13(a)係在膜厚為dMAX
或dbi MAX
之情況下，反射率之峰波長在13.53nm附近。圖13(b)係在膜厚為dMAX
-6nm或dbi MAX
-6nm之情況下情形，反射率之峰波長在13.63nm附近。如由圖13(a)、(b)可知，以吸收層之膜厚管理基準而言，可不拘膜種類而使用反射光之峰波長。
如以上所述，本發明提供以下反射型光罩基底及反射型光罩。
(1)一種反射型光罩基底，於基板上依序具有：反射EUV光之反射層、保護前述反射層之保護層及吸收EUV光之吸收層；其特徵在於：
前述吸收層在波長13.53nm下之反射率為2.5~10%，並且
前述吸收層之膜厚d滿足下式所示關係：
[數學式9]
在此，整數i為0或1，dMAX
如下：
[數學式10]
上式中，令吸收層之折射率為n、吸收層之吸收係數為k；INT(x)係一回傳已捨去小數部分之整數值的函數。
(2)一種反射型光罩基底，於基板上依序具有：反射EUV光之反射層、保護前述反射層之保護層及吸收EUV光之吸收層；其特徵在於：
前述吸收層在波長13.53nm下之反射率為2.5~10%，並且
前述吸收層係由下部吸收層及上部吸收層之二層所構成，
前述由二層構成之吸收層之膜厚dbi
滿足下式所示關係：
[數學式11]
在此，整數i為0或1，dbi MAX
如下：
[數學式12]
上式中，令下部吸收層之折射率為n1
、上部吸收層之折射率為n2
、上部吸收層之吸收係數為k2
，INT(x)係一回傳已捨去小數部分之整數值的函數。
(3)如上述(1)或(2)中記載之反射型光罩基底，其中相對於前述反射層在波長13.53nm下之反射光，前述吸收層在波長13.53nm下之反射光的相位差為190~220度。
(4)如上述(1)~(3)中任一項記載之反射型光罩基底，其中前述吸收層含有選自於由Ta、Nb、Mo、Ti、Zr、Re、Ru、Au、Pt、Pd、Rh、B、N及O所構成群組中之一種以上元素。
(5)上述(1)~(4)中任一項記載之反射型光罩基底，其於令前述吸收層之反射光光譜之峰波長為λMAX
時，會因應前述整數i而滿足下式：
[數學式13]
(6)如上述(1)~(5)中任一項記載之反射型光罩基底，其於前述吸收層上具有硬遮罩層。
(7)如上述(6)中記載之反射型光罩基底，其中前述硬遮罩層包含Cr及Si中之至少一種元素。
(8)如上述(1)~(7)中任一項記載之反射型光罩基底，其於前述基板背面具有背面導電層。
(9)如上述(8)中記載之反射型光罩基底，其中前述背面導電層之材料為Cr或Ta、或該等之合金。
(10)一種反射型光罩，係於如上述(1)~(9)中任一項記載之反射型光罩基底之前述吸收層上形成有圖案者。
誠如以上說明了實施形態，惟上述實施形態為舉例所提出，本發明並不受上述實施形態所限定。上述實施形態可以其他各種形態實施，可在不脫離發明主旨之範圍內進行各種組合、省略、置換、變更等。發明範圍及主旨中包含該等實施形態及其變形，並且專利申請範圍中記載之發明及其均等範圍內亦包含該等實施形態及其變形。
本申請案係立基於2019年10月29日提申之日本專利申請案2019-195856，並在此將其內容納入作參考。
10:基板
20:反射層
30:保護層
40:吸收層
41:下部吸收層
42:上部吸收層
60:吸收體圖案
100:從反射層反射之反射光
200:在吸收層表面之反射光
202:在上部吸收層表面之反射光
θ:入射角
圖1係本發明實施形態之反射型光罩基底一構成例的概略截面圖。
圖2係本發明實施形態之反射型光罩基底另一構成例的概略截面圖。
圖3中，(a)係顯示利用相移效果之反射型光罩之反射光之強度分布一例之圖，(b)係顯示該反射型光罩之反射光之相位分布一例之圖。
圖4中，(a)係模擬NILS之吸收層膜厚相依性之圖，(b)係模擬相位差之吸收層膜厚相依性之圖，(c)係模擬反射率之吸收層膜厚相依性之圖。
圖5係用以說明從反射層反射之反射光與從吸收層表面反射之反射光之干涉之圖。
圖6係用以說明從反射層反射之反射光與從上部吸收層表面反射之反射光之干涉之圖。
圖7中，(a)係顯示吸收層膜厚-dMAX
與NILS之關係之圖，(b)係顯示吸收層膜厚-dMAX
與峰值光強度之關係之圖，(c)係顯示吸收層膜厚-dMAX
與相位差之關係之圖。
圖8係顯示吸收層膜厚為dMAX
及dMAX
-6nm時之反射光光譜之圖。
圖9係顯示反射型光罩一構成例的概略截面圖。
圖10中，(a)係顯示吸收層膜厚與反射率之關係之圖，(b)係顯示吸收層之膜厚為dMAX
時之反射光光譜之圖，(c)係顯示吸收層之膜厚為dMAX
-6nm時之反射光光譜之圖。
圖11中，(a)係顯示關於例1、例2，吸收層膜厚-dMAX
與NILS之關係之圖；(b)係顯示關於例1、例2，吸收層膜厚-dMAX
與峰值光強度之關係之圖。
圖12中，(a)係顯示關於例1、例3、例4，吸收層膜厚-dMAX
與NILS之關係之圖；(b)係顯示關於例1、例3、例4，吸收層膜厚-dMAX
與峰值光強度之關係之圖。
圖13中，(a)係顯示關於例1、例3、例4，吸收層之膜厚為dMAX
時之反射光光譜之圖；(b)係顯示關於例1、例3、例4，吸收層之膜厚為dMAX
-6nm時之反射光光譜之圖。
10:基板
20:反射層
30:保護層
40:吸收層
Claims (10)
- 一種反射型光罩基底，於基板上依序具有：反射EUV光之反射層、保護前述反射層之保護層及吸收EUV光之吸收層；其特徵在於： 前述吸收層在波長13.53nm下之反射率為2.5~10%，並且 前述吸收層之膜厚d滿足下式所示關係： [數學式1]在此，整數i為0或1，dMAX 如下： [數學式2]
上式中，令吸收層之折射率為n、吸收層之吸收係數為k；INT(x)係一回傳已捨去小數部分之整數值的函數。
- 一種反射型光罩基底，於基板上依序具有：反射EUV光之反射層、保護前述反射層之保護層及吸收EUV光之吸收層；其特徵在於： 前述吸收層在波長13.53nm下之反射率為2.5~10%，並且 前述吸收層係由下部吸收層及上部吸收層之二層所構成， 前述由二層構成之吸收層之膜厚dbi 滿足下式所示關係： [數學式3]在此，整數i為0或1，dbi MAX 如下： [數學式4]
上式中，令下部吸收層之折射率為n1 、上部吸收層之折射率為n2 、上部吸收層之吸收係數為k2 ，INT(x)係一回傳已捨去小數部分之整數值的函數。
- 如請求項1或2之反射型光罩基底，其中相對於前述反射層在波長13.53nm下之反射光，前述吸收層在波長13.53nm下之反射光的相位差為190~220度。
- 如請求項1至3中任一項之反射型光罩基底，其中前述吸收層含有選自於由Ta、Nb、Mo、Ti、Zr、Re、Ru、Au、Pt、Pd、Rh、B、N及O所構成群組中之一種以上元素。
- 如請求項1至4中任一項之反射型光罩基底，其於令前述吸收層之反射光光譜之峰波長為λMAX 時，會因應前述整數i而滿足下式： [數學式5]。
- 如請求項1至5中任一項之反射型光罩基底，其於前述吸收層上具有硬遮罩層。
- 如請求項6之反射型光罩基底，其中前述硬遮罩層包含Cr及Si中之至少一種元素。
- 如請求項1至7中任一項之反射型光罩基底，其於前述基板背面具有背面導電層。
- 如請求項8之反射型光罩基底，其中前述背面導電層之材料為Cr或Ta、或該等之合金。
- 一種反射型光罩，係於如請求項1至9中任一項之反射型光罩基底之前述吸收層上形成有圖案者。
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