KR102002441B1 - 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크 및 그 제조 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

EUV 리소그래피의 쉐도잉 효과를 저감하여, 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능한 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크를 제공한다. 이것에 의해 안정되고 높은 전사 정밀도로 반도체 장치를 제조한다. 기판 위에, 다층 반사막 및 EUV광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막을 이 순서로 갖는 반사형 마스크 블랭크로서, 상기 위상 시프트막은, 단층막 또는 2층 이상의 다층막으로 이루어지고, 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti)을 함유하는 재료를 포함하는 반사형 마스크 블랭크로 한다.

Description

반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크 및 그 제조 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법
본 발명은, 반도체 장치의 제조 등에 사용되는 노광용 마스크를 제조하기 위한 원판인 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크 및 그 제조 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 제조에 있어서의 노광 장치의 광원의 종류는, 파장 436㎚의 g선, 파장 365㎚의 i선, 파장 248㎚의 KrF 레이저, 파장 193㎚의 ArF 레이저와, 파장을 서서히 짧게 하면서 진화되어 오고 있으며, 보다 미세한 패턴 전사를 실현하기 위해서, 파장이 13.5㎚ 근방의 극단 자외선(EUV: Extreme Ultra Violet)을 사용한 EUV 리소그래피가 개발되어 있다. EUV 리소그래피에서는, EUV광에 대해서 투명한 재료가 적은 점에서, 반사형의 마스크가 사용된다. 이 반사형 마스크에서는, 저열팽창 기판 위에 노광광을 반사하는 다층 반사막이 형성되고, 당해 다층 반사막을 보호하기 위한 보호막의 위에, 원하는 전사용 패턴이 형성된 마스크 구조를 기본 구조로 하고 있다. 또한, 전사용 패턴의 구성으로, 대표적인 것으로서, EUV광을 충분히 흡수하는 비교적 두꺼운 흡수체 패턴으로 이루어지는 바이너리형 반사 마스크와, EUV광을 광 흡수에 의해 감광시키고, 또한 다층 반사막으로부터의 반사광에 대해서 거의 위상이 반전(약 180°의 위상 반전)된 반사광을 발생시키는 비교적 얇은 흡수체 패턴으로 이루어지는 위상 시프트형 반사 마스크(하프톤 위상 시프트형 반사 마스크)가 있다. 이 위상 시프트형 반사 마스크(하프톤 위상 시프트형 반사 마스크)는, 투과형 광 위상 시프트 마스크와 마찬가지로, 위상 시프트 효과에 의해 높은 전사 광학 상 콘트라스트가 얻어지므로 해상도 향상 효과가 있다. 또한, 위상 시프트형 반사 마스크의 흡수체 패턴(위상 시프트 패턴)의 막 두께가 얇기 때문에, 고정밀도이고 미세한 위상 시프트 패턴을 형성할 수 있다.
EUV 리소그래피에서는, 광투과율의 관계로부터 다수의 반사경으로 이루어지는 투영 광학계가 사용되고 있다. 그리고, 반사형 마스크에 대해서 EUV광을 경사입사시켜, 이들 복수의 반사경이 투영광(노광광)을 차단하지 않도록 하고 있다. 입사 각도는, 현재, 반사 마스크 기판 수직면에 대해서 6°로 하는 것이 주류이다. 투영 광학계의 개구수(NA)의 향상과 함께 8° 정도보다 경사 입사로 되는 각도로 하는 방향으로 검토가 진행되고 있다.
EUV 리소그래피에서는, 노광광이 경사 입사되기 때문에, 쉐도잉 효과라 불리는 고유의 문제가 있다. 쉐도잉 효과란, 입체 구조를 갖는 흡수체 패턴에 노광광이 경사 입사됨으로써 그림자가 생기고, 전사 형성되는 패턴의 치수나 위치가 바뀌는 현상을 의미한다. 흡수체 패턴의 입체 구조가 벽으로 되어 응달측에 그림자가 생기고, 전사 형성되는 패턴의 치수나 위치가 바뀐다. 예를 들어, 배치되는 흡수체 패턴의 방향이 경사 입사 광의 방향과 평행이 되는 경우와 수직이 되는 경우에, 양자의 전사 패턴의 치수와 위치에 차가 발생하여, 전사 정밀도를 저하시킨다.
이와 같은 EUV 리소그래피용 반사형 마스크 및 이것을 제작하기 위한 마스크 블랭크에 관련된 기술이 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 쉐도잉 효과에 대해서도 개시되어 있다. 종래, EUV 리소그래피용 반사형 마스크로서 위상 시프트형 반사 마스크를 사용함으로써 바이너리형 반사 마스크의 경우보다도 위상 시프트 패턴의 막 두께를 비교적 얇게 하여, 쉐도잉 효과에 의한 전사 정밀도의 저하의 억제를 도모하고 있다.
일본 특허공개 제2010-080659호 공보 일본 특허공개 제2004-207593호 공보 일본 특허공개 제2004-39884호 공보
패턴을 미세하게 할수록, 및 패턴 치수나 패턴 위치의 정밀도를 높일수록 반도체 장치의 전기 특성 성능이 올라가고, 또한 집적도 향상이나 칩 사이즈를 저감시킬 수 있다. 그 때문에, EUV 리소그래피에는 종래보다도 한층 높은 고정밀도 미세 치수 패턴 전사 성능이 요구되고 있다. 현재는, hp16㎚(half pitch 16㎚) 세대 대응의 초미세 고정밀도 패턴 형성이 요구되고 있다. 이와 같은 요구에 대해서, 쉐도잉 효과를 작게 하기 위해서, 한층 더한 박막화가 요구되고 있다. 특히, EUV 노광의 경우에 있어서, 흡수체막(위상 시프트막)의 막 두께를 60㎚ 미만, 바람직하게는 50㎚ 이하로 하는 것이 요구되고 있다.
특허문헌 1 내지 3에 개시되어 있는 바와 같이, 종래부터 반사형 마스크 블랭크의 흡수체막(위상 시프트막)을 형성하는 재료로서 Ta가 사용되어 왔다. 그러나, EUV광(예를 들어, 파장 13.5㎚)에 있어서의 Ta의 굴절률 n이 약 0.943이며, 그 위상 시프트 효과를 이용해도, Ta만으로 형성되는 흡수체막(위상 시프트막)의 박막화는 60㎚가 한계이다. 보다 박막화를 행하기 위해서는, 예를 들어 굴절률 n이 작은(위상 시프트 효과가 큰) 금속 재료를 사용할 수 있다. 파장 13.5㎚에 있어서의 굴절률 n이 작은 금속 재료로서는, 특허문헌 1의, 예를 들어 도 5에도 기재되어 있는 바와 같이, Mo(n=0.921) 및 Ru(n=0.888)가 있다. 그러나, Mo는 매우 산화되기 쉬워 세정 내성이 염려되고, Ru는 에칭 레이트가 낮아, 가공이나 수정이 곤란하다.
본 발명은, 상기한 점을 감안하여, 반사형 마스크의 쉐도잉 효과를 보다 저감시킴과 함께, 미세하고 고정밀도의 위상 시프트 패턴을 형성할 수 있는 반사형 마스크 블랭크 및 이것에 의해 제작되는 반사형 마스크의 제공, 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
기판 위에, 다층 반사막 및 EUV광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막을 이 순서로 갖는 반사형 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막은, 단층막 또는 2층 이상의 다층막으로 이루어지고, 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti)을 함유하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
(구성 2)
상기 위상 시프트막은, 기판측으로부터 하층막과 상층막이 순서대로 적층된 구조를 갖고,
상기 하층막은, 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 함유하는 재료를 포함하며,
상기 상층막은, 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 산소(O)를 함유하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(구성 3)
상기 위상 시프트막은, 기판측으로부터 하층막과 상층막이 순서대로 적층된 구조를 갖고,
상기 하층막은, 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 함유하는 재료를 포함하며,
상기 상층막의 EUV광에 있어서의 굴절률은, 상기 하층막의 EUV광에 있어서의 굴절률보다도 크고, 1보다도 작은 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(구성 4)
상기 상층막은, 규소 화합물을 함유하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 3에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(구성 5)
상기 다층 반사막과 위상 시프트막의 사이에 보호막을 더 갖고,
상기 보호막은, 루테늄(Ru)을 함유하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(구성 6)
상기 기판의 다층 반사막이 설치된 면에 대해서 반대측의 면에 도전막을 더 갖고,
상기 도전막은, 적어도 파장 532㎚의 광에 있어서의 투과율이 20％ 이상인 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크.
(구성 7)
구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크에 있어서의 상기 위상 시프트막이 패터닝된 위상 시프트 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
(구성 8)
구성 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 반사형 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막 위에 레지스트 패턴을 형성하고,
상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 실질적으로 산소를 함유하지 않은 염소계 가스를 함유하는 건식 에칭 가스에 의해 상기 위상 시프트막을 건식 에칭으로 패터닝하여 위상 시프트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크의 제조 방법.
(구성 9)
EUV광을 발하는 노광 광원을 갖는 노광 장치에, 구성 7에 기재된 반사형 마스크를 세트하고, 피전사 기판 위에 형성되어 있는 레지스트막에 전사 패턴을 전사하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
본 발명의 반사형 마스크 블랭크(이것에 의해 제작되는 반사형 마스크)에 의하면, 위상 시프트막의 막 두께를 얇게 할 수 있어, 쉐도잉 효과를 저감시킬 수 있으며, 더욱 미세하고 고정밀도의 위상 시프트 패턴을, 측벽 거칠기가 적은 안정된 단면 형상으로 형성할 수 있다. 따라서, 이 구조의 반사형 마스크 블랭크를 사용하여 제조된 반사형 마스크는, 마스크 위에 형성되는 위상 시프트 패턴 자체를 미세하고 고정밀도로 형성할 수 있음과 함께, 쉐도잉에 의한 전사 시의 정밀도 저하를 방지할 수 있다. 또한, 이 반사형 마스크를 사용하여 EUV 리소그래피를 행함으로써, 미세하고 고정밀도의 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명에 따른 반사형 마스크 블랭크의 개략 구성을 설명하기 위한 주요부 단면 모식도이다.
도 2는, 반사형 마스크 블랭크로부터 반사형 마스크를 제작하는 공정을 주요부 단면 모식도로 나타낸 공정도이다.
도 3은, 위상 시프트막의 두께와 파장 13.5㎚의 광에 대한 상대 반사율 및 위상차의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명에 따른 반사형 마스크 블랭크의 개략 구성을 설명하기 위한 주요부 단면 모식도이다.
도 5는, 실시예 1의 쉐도잉 효과를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 마스크를 상면에서 본 마스크 패턴 레이아웃도(평면도), (b)는 전사된 레지스트 패턴을 상면에서 본 레지스트 패턴 평면도이다.
도 6은, Pt막으로 이루어지는 이면 도전막의 각 막 두께의 투과율 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시예 5의 위상 시프트막의 두께와 파장 13.5㎚의 광에 대한 상대 반사율 및 위상차의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는, 본 발명을 구체화할 때의 일 형태로서, 본 발명을 그 범위 내로 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면 중, 동일하거나 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 간략화 내지 생략하는 경우가 있다.
<반사형 마스크 블랭크의 구성 및 그 제조 방법>
도 1은, 본 발명에 따른 반사형 마스크 블랭크의 구성을 설명하기 위한 주요부 단면 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반사형 마스크 블랭크(100)는, 마스크 블랭크용 기판(1)(단순히, 「기판(1)」이라고도 함)과, 제1 주면(표면)측에 형성된 노광광인 EUV광을 반사하는 다층 반사막(2)과, 당해 다층 반사막(2)을 보호하기 위해 설치되고, 후술하는 위상 시프트막(4)을 패터닝할 때 사용하는 에천트나, 세정액에 대해서 내성을 갖는 재료로 형성되는 보호막(3)과, EUV광을 흡수하는 위상 시프트막(4)을 갖고, 이들이 이 순서로 적층되는 것이다. 또한, 기판(1)의 제2 주면(이면)측에는, 정전 척용의 이면 도전막(5)이 형성된다.
본 명세서에 있어서, 「마스크 블랭크용 기판(1)의 주 표면의 위에, 다층 반사막(2)을 갖는다」란, 다층 반사막(2)이, 마스크 블랭크용 기판(1)의 표면에 접하여 배치되는 것을 의미하는 경우 외에, 마스크 블랭크용 기판(1)과, 다층 반사막(2)의 사이에 다른 막을 갖는 것을 의미하는 경우도 포함한다. 다른 막에 대해서도 마찬가지이다. 예를 들어 「막 A 위에 막 B를 갖는다」란, 막 A와 막 B가 직접, 접하도록 배치되어 있는 것을 의미하는 것 외에, 막 A와 막 B의 사이에 다른 막을 갖는 경우도 포함한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 예를 들어 「막 A가 막 B의 표면에 접하여 배치된다」란, 막 A와 막 B의 사이에 다른 막을 개재하지 않고, 막 A와 막 B가 직접 접하도록 배치되어 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 위상 시프트막이, 「탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti)을 함유하는 재료를 포함한다」란, 위상 시프트막이, 적어도, 실질적으로 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti)을 함유하는 재료로 구성되어 있는 것을 의미한다. 또한, 위상 시프트막이, 「탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti)을 함유하는 재료를 포함한다」란, 위상 시프트막이, 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti)을 함유하는 재료만을 포함하는 것을 의미하는 경우가 있다. 또한, 어떠한 경우에도, 불가피하게 혼입되는 불순물이, 위상 시프트막에 함유되는 것을 포함한다.
이하, 각 층마다 설명을 한다.
<<기판>>
기판(1)은, EUV광에 의한 노광 시의 열에 의한 위상 시프트 패턴의 변형을 방지하기 위해서, 0±5ppb/℃의 범위 내의 저열 팽창 계수를 갖는 것이 바람직하게 사용된다. 이 범위의 저열 팽창 계수를 갖는 소재로서는, 예를 들어 SiO2-TiO2계 유리, 다성분계 유리 세라믹스 등을 사용할 수 있다.
기판(1)의 전사 패턴(후술하는 위상 시프트막이 이것을 구성함)이 형성되는 측의 제1 주면은, 적어도 패턴 전사 정밀도, 위치 정밀도를 얻는 관점에서 고평탄도가 되도록 표면 가공되어 있다. EUV 노광의 경우, 기판(1)의 전사 패턴이 형성되는 측의 주 표면의 132㎜×132㎜의 영역에 있어서, 평탄도가 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.03㎛ 이하이다. 또한, 흡수체막이 형성되는 측과 반대측의 제2 주면은, 노광 장치에 세트할 때 정전 척되는 면으로서, 132㎜×132㎜의 영역에 있어서, 평탄도가 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.03㎛ 이하이다. 또한, 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서의 제2 주면측의 평탄도는, 142㎜×142㎜의 영역에 있어서, 평탄도가 1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.3㎛ 이하이다.
또한, 기판(1)의 표면 평활도의 높이도 매우 중요한 항목이다. 전사용 위상 시프트 패턴이 형성되는 기판(1)의 제1 주면의 표면 거칠기는, 제곱 평균 평방근 거칠기(RMS)로 0.1㎚ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 표면 평활도는, 원자간력 현미경으로 측정할 수 있다.
또한, 기판(1)은, 그 위에 형성되는 막(다층 반사막(2) 등)의 막 응력에 의한 변형을 방지하기 위해서, 높은 강성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 특히, 65GPa 이상의 높은 영률을 갖고 있는 것이 바람직하다.
<<다층 반사막>>
다층 반사막(2)은, 반사형 마스크에 있어서, EUV광을 반사하는 기능을 부여하는 것이며, 굴절률이 서로 다른 원소를 주성분으로 하는 각 층이 주기적으로 적층된 다층막의 구성으로 되어 있다.
일반적으로는, 고굴절률 재료인 경원소 또는 그 화합물의 박막(고굴절률층)과, 저굴절률 재료인 중원소 또는 그 화합물의 박막(저굴절률층)이 교대로 40 내지 60주기 정도 적층된 다층막이, 다층 반사막(2)으로서 사용된다. 다층막은, 기판(1)측으로부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층한 고굴절률층/저굴절률층의 적층 구조를 1주기로 하여 복수 주기 적층해도 되고, 기판(1)측으로부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 적층한 저굴절률층/고굴절률층의 적층 구조를 1주기로 하여 복수 주기 적층해도 된다. 또한, 다층 반사막(2)의 최표면 층, 즉 다층 반사막(2)의 기판(1)과 반대측의 표면층은, 고굴절률층으로 하는 것이 바람직하다. 상술한 다층막에 있어서, 기판(1)으로부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층한 고굴절률층/저굴절률층의 적층 구조를 1주기로 하여 복수 주기 적층하는 경우에는 최상층이 저굴절률층으로 된다. 이 경우, 저굴절률층이 다층 반사막(2)의 최표면을 구성하면 용이하게 산화되어버려 반사형 마스크의 반사율이 감소한다. 그 때문에, 최상층의 저굴절률층 위에 고굴절률층을 더욱 형성하여 다층 반사막(2)으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상술한 다층막에 있어서, 기판(1)측으로부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 적층한 저굴절률층/고굴절률층의 적층 구조를 1주기로 하여 복수 주기 적층하는 경우에는, 최상층이 고굴절률층으로 되므로, 그대로여도 된다.
본 실시 형태에 있어서, 고굴절률층으로서는, 규소(Si)를 함유하는 층이 채용된다. Si를 함유하는 재료로서는, Si 단체 외에, Si에, 붕소(B), 탄소(C), 질소(N), 및 산소(O)를 함유하는 Si 화합물이어도 된다. Si를 함유하는 층을 고굴절률층으로서 사용함으로써, EUV광의 반사율이 우수한 EUV 리소그래피용 반사형 마스크가 얻어진다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 기판(1)으로서는 유리 기판이 바람직하게 사용된다. Si는 유리 기판과의 밀착성에 있어서도 우수하다. 또한, 저굴절률층으로서는, 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 및 백금(Pt)으로부터 선택되는 금속 단체, 또는 이들의 합금이 사용된다. 예를 들어 파장 13㎚ 내지 14㎚의 EUV광에 대한 다층 반사막(2)으로서는, 바람직하게는 Mo막과 Si막을 교대로 40 내지 60주기 정도 적층한 Mo/Si 주기 적층막이 사용된다. 또한, 다층 반사막(2)의 최상층인 고굴절률층을 규소(Si)로 형성하고, 당해 최상층(Si)과 Ru계 보호막(3)의 사이에, 규소와 산소를 함유하는 규소 산화물층을 형성하도록 해도 된다. 이에 의해, 마스크 세정 내성을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 다층 반사막(2)의 단독으로의 반사율은 통상 65％ 이상이며, 상한은 통상 73％이다. 또한, 다층 반사막(2)의 각 구성층의 두께, 주기는, 노광 파장에 의해 적절히 선택하면 되며, 브래그 반사의 법칙을 충족하도록 선택된다. 다층 반사막(2)에 있어서 고굴절률층 및 저굴절률층은 각각 복수 존재하지만, 고굴절률층끼리, 그리고 저굴절률층끼리의 두께가 동일하지 않아도 된다. 또한, 다층 반사막(2)의 최표면의 Si층의 막 두께는, 반사율을 저하시키지 않는 범위에서 조정할 수 있다. 최표면의 Si(고굴절률층)의 막 두께는, 3㎚ 내지 10㎚로 할 수 있다.
다층 반사막(2)의 형성 방법은 당해 기술 분야에 있어서 공지된 바이다. 예를 들어 이온빔 스퍼터링법에 의해, 다층 반사막(2)의 각 층을 성막함으로써 형성할 수 있다. 상술한 Mo/Si 주기 다층막의 경우, 예를 들어 이온빔 스퍼터링법에 의해, 우선 Si 타깃을 사용하여 두께 4㎚ 정도의 Si막을 기판(1) 위에 성막하고, 그 후 Mo 타깃을 사용하여 두께 3㎚ 정도의 Mo막을 성막하고, 이것을 1주기로 하여, 40 내지 60주기 적층하여, 다층 반사막(2)을 형성한다(최표면의 층은 Si층으로 함). 또한, 다층 반사막(2)의 성막 시에, 이온원으로부터 크립톤(Kr) 이온 입자를 공급하여, 이온빔 스퍼터링을 행함으로써 다층 반사막(2)을 형성하는 것이 바람직하다.
<<보호막>>
보호막(3)은, 후술하는 반사형 마스크의 제조 공정에 있어서의 건식 에칭 및 세정으로부터 다층 반사막(2)을 보호하기 위해서, 다층 반사막(2)의 위에 형성된다. 또한, 전자선(EB)을 사용한 위상 시프트 패턴의 흑색 결함 수정 시의 다층 반사막(2)의 보호도 겸비한다. 여기서, 도 1에서는 보호막(3)이 1층인 경우를 나타내고 있지만, 3층 이상의 적층 구조로 할 수도 있다. 예를 들어, 최하층과 최상층을, 상기 Ru를 함유하는 물질을 포함하는 층으로 하고, 최하층과 최상층의 사이에, Ru 이외의 금속, 혹은 합금을 개재시킨 보호막(3)으로 하여도 무방하다. 예를 들어, 보호막(3)은, 루테늄을 주성분으로서 함유하는 재료에 의해 구성될 수 있다. 즉, 보호막(3)의 재료는, Ru 금속 단체여도 되고, Ru에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 붕소(B), 란탄(La), 코발트(Co), 및 레늄(Re) 등으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 함유한 Ru 합금이어도 되며, 질소를 함유하고 있어도 무방하다. 이와 같은 보호막(3)은, 특히, 위상 시프트막(4)을 TaTi 합금계 재료로 하고, Cl계 가스의 건식 에칭으로 당해 위상 시프트막(4)을 패터닝하는 경우에 유효하다.
이 Ru 합금의 Ru 함유 비율은 50원자％ 이상 100원자％ 미만, 바람직하게는 80원자％ 이상 100원자％ 미만, 더욱 바람직하게는 95원자％ 이상 100원자％ 미만이다. 특히, Ru 합금의 Ru 함유 비율이 95원자％ 이상 100원자％ 미만인 경우에는, 보호막(3)에 대한 다층 반사막 구성 원소(규소)의 확산을 억제하면서, EUV광의 반사율을 충분히 확보하면서, 마스크 세정 내성, 위상 시프트막을 에칭 가공했을 때의 에칭 스토퍼 기능, 및 다층 반사막 경시 변화 방지의 보호막 기능을 겸비하는 것이 가능해진다.
EUV 리소그래피에서는, 노광광에 대해서 투명한 물질이 적으므로, 마스크 패턴면에 대한 이물 부착을 방지하는 EUV 펠리클이 기술적으로 간단하지는 않다. 이러한 점에서, 펠리클을 사용하지 않는 펠리클레스 운용이 주류로 되어 있다. 또한, EUV 리소그래피에서는, EUV 노광에 의해 마스크에 카본막이 퇴적하거나, 산화막이 성장한다고 하는 노광 콘타미네이션이 일어난다. 그 때문에, EUV 반사형 마스크를 반도체 장치의 제조에 사용하고 있는 단계에서, 자주 세정을 행하여 마스크상의 이물이나 콘타미네이션을 제거할 필요가 있다. 이 때문에, EUV 반사형 마스크에서는, 광 리소그래피용 투과형 마스크에 비해서 월등한 차이가 나는 마스크 세정 내성이 요구되고 있다. Ti를 함유한 Ru계 보호막을 사용하면, 황산, 황산과수(SPM), 암모니아, 암모니아과수(APM), OH 라디칼 세정수 혹은 농도가 10ppm 이하인 오존수 등의 세정액에 대한 세정 내성이 특히 높아, 마스크 세정 내성의 요구를 충족시키는 것이 가능해진다.
이와 같은, Ru 또는 그의 합금 등에 의해 구성되는 보호막(3)의 두께는, 그 보호막으로서의 기능을 행하는 것이 가능한 한 특별히 제한되지 않는다. EUV광의 반사율의 관점에서, 보호막(3)의 두께는, 바람직하게는 1.0㎚ 내지 8.0㎚, 보다 바람직하게는, 1.5㎚ 내지 6.0㎚이다.
보호막(3)의 형성 방법으로서는, 공지된 막 형성 방법과 마찬가지의 것을 특별히 제한 없이 채용할 수 있다. 구체예로서는, 스퍼터링법 및 이온빔 스퍼터링법을 들 수 있다.
<<위상 시프트막>>
보호막(3)의 위에, EUV광의 위상을 시프트하는 위상 시프트막(4)이 형성된다. 위상 시프트막(4)이 형성되어 있는 부분에서는, EUV광을 흡수하여 감광하면서 패턴 전사에 악영향이 없는 레벨로 일부의 광을 반사시켜서, 보호막(3)을 통해 다층 반사막(2)으로부터 반사해 오는 필드부로부터의 반사광과 원하는 위상차를 형성하는 것이다. 위상 시프트막(4)은, 위상 시프트막(4)으로부터의 반사광과, 다층 반사막(2)으로부터의 반사광과의 위상차가 160°내지 200°로 되도록 형성된다. 180°근방의 반전된 위상차의 광끼리가 패턴 에지부에서 서로 간섭함으로써, 투영 광학 상의 상 콘트라스트가 향상된다. 그 상 콘트라스트의 향상에 수반되어 해상도가 올라가서, 노광량 여유도, 초점 여유도 등의 노광에 관한 각종 여유도가 넓어진다. 패턴이나 노광 조건에 따라 다르지만, 일반적으로는, 이 위상 시프트 효과를 얻기 위한 위상 시프트막(4)의 반사율의 목표는, 절대 반사율로 1％ 이상, 다층 반사막(보호막 부착)에 대한 반사비(상대 반사율)로 2％ 이상이다. 충분한 위상 시프트 효과를 얻기 위해서는, 위상 시프트막(4)의 반사율은, 절대 반사율로 2.5％ 이상이 바람직하다.
위상 시프트막(4)의 재료로서는, 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti)을 함유하는 TaTi계 재료가 바람직하다. TaTi계 재료는, TaTi 합금, 및 해당 TaTi 합금에 산소, 질소, 탄소 및 붕소 중 적어도 하나를 함유한 TaTi 화합물을 들 수 있다. TaTi 화합물로서는, 예를 들어 TaTiN, TaTiO, TaTiON, TaTiCON, TaTiB, TaTiBN, TaTiBO, TaTiBON, 및 TaTiBCON 등을 적용할 수 있다.
Ta는, 황산이나 황산과수(SPM) 등의 세정에 대한 내성이 높아서, 불소계 가스 및 염소계 가스로 용이하게 건식 에칭할 수 있는 양호한 가공 특성을 갖고 있기 때문에, 위상 시프트막(4)의 재료로서 우수하다. Ta의 굴절률(n)은 0.943이며, 소쇠 계수(k)는 0.041이다. 그 때문에, 박막으로 충분한 위상 시프트 효과를 얻기 위해서는, Ta와 조합하는 재료는, Ta보다도 소쇠 계수(k)가 작은 재료 또는 굴절률(n)이 작은 재료일 필요가 있다. Ti는 Ta에 비하여 소쇠 계수가 작기 때문에, 위상 시프트 효과를 얻은 다음에 충분한 반사율을 얻을 수 있다. 또한, TiN은 굴절률(n)이 0.932이고, 소쇠 계수(k)가 0.020이며, Ta에 비하여 굴절률 및 소쇠 계수가 작기 때문에, Ta와 TiN을 조합한 박막에 의해, 원하는 위상차 및 반사율을 얻을 수 있다.
예를 들어, TaTiN막의 13.5㎚에 있어서의 굴절률 n은 약 0.937, 소쇠 계수 k는 약 0.030이다. 위상 시프트막(4)은, 반사율 및 위상차가 원하는 값으로 되는 막 두께를 설정할 수 있으며, 막 두께를 60㎚ 미만, 바람직하게는 50㎚ 이하로 할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 위상 시프트막(4)을 TaTiN막으로 형성한 경우, 막 두께가 46.7㎚이고, 다층 반사막(보호막 부착)에 대한 상대 반사율이 5.4％, 위상차가 약 169°로 되며, 막 두께가 51.9㎚이고, 다층 반사막(보호막 부착)에 대한 상대 반사율이 6.6％, 위상차가 약 180°로 된다. 또한, 상대 반사율이란, EUV광이 다층 반사막(보호막 부착)에 직접 입사하여 반사한 경우의 절대 반사율을 기준으로 했을 때의 위상 시프트막의 EUV광에 대한 반사율을 의미한다.
또한, TaTi계 재료는, 실질적으로 산소를 함유하지 않은 염소(Cl)계 가스로 건식 에칭하는 것이 가능한 재료이다. 상술한 바와 같이, 위상 시프트 효과가 얻어지는 재료로서 예를 들어 Ru를 들 수 있다. Ru는 에칭 레이트가 낮아, 가공이나 수정이 곤란하기 때문에, TaRu 합금을 함유하는 재료로 위상 시프트막을 형성한 경우, 가공성에 문제가 발생하는 경우가 있다.
TaTi계 재료의 Ta와 Ti의 비율은, 4:1 내지 1:4가 바람직하다. 또한, 질소를 함유하는 경우에는, Ta와 TiN의 비율은 4:1 내지 1:9가 바람직하다.
이와 같은 TaTi계 재료를 포함하는 위상 시프트막(4)은, DC 스퍼터링법 및 RF 스퍼터링법 등의 마그네트론 스퍼터링법과 같은 공지의 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 타깃은, TaTi 합금 타깃을 사용해도 되고, Ta 타깃과 Ti 타깃을 사용한 코스퍼터링으로 할 수도 있다.
위상 시프트막(4)은 단층의 막이어도 되고, 2층 이상의 복수의 막으로 이루어지는 다층막이어도 된다. 단층막의 경우에는, 마스크 블랭크 제조 시의 공정수를 삭감할 수 있어 생산 효율이 오른다고 하는 특징이 있다. 또한, 위상 시프트막이 예를 들어 TaTiN막 등의 산소를 실질적으로 함유하지 않은 단층막의 경우, 성막 후의 위상 시프트막이 대기 중에 노출됨으로써 표층에 자연 산화막이 형성된다. 이 경우에는, 후술하는 2층 구조로 이루어지는 위상 시프트막의 에칭과 마찬가지로, 불소계 가스로 자연 산화막을 제거하고, 그 후, 염소계 가스로 에칭을 행하는 것이 바람직하다.
위상 시프트막(4)이 다층막의 경우에는, 제1 재료층과 제2 재료층을 교대로 3층 이상 적층한 적층 구조로 할 수 있다. 제1 재료층은, Ta 및 TaB로부터 선택되고, 제2 재료층은, TiN, TiO, TiON 및 TiCON으로부터 선택할 수 있다. 제1 재료층 및 제2 재료층의 막 두께를 조정함으로써, 막 두께 변동에 대한 위상차 및 반사율의 안정성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 위상 시프트막(4)의 최상층을 제1 재료층으로 함으로써, 세정 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
위상 시프트막(4)이 다층막인 경우에는, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 기판측으로부터 하층막(41)과 상층막(42)으로 이루어지는 2층 구조로 할 수 있다. 하층막(41)은, EUV광의 소쇠 계수가 크고, 에칭 가공성이 높은 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 함유하는 재료층으로 한다. 상층막(42)은, 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 산소(O)를 함유하는 재료층으로 한다. 상층막(42)은, 예를 들어 DUV광을 사용한 마스크 패턴 검사 시의 반사 방지막이 되도록, 그 광학 상수와 막 두께를 적당히 설정한다. 이것에 의해, DUV광을 사용한 마스크 패턴 검사 시의 검사 감도가 향상된다. 또한, 상층막(42)은, 하층막(41)이 TaTiN막 등의 산소를 실질적으로 함유하지 않는 경우에, 산화 방지막으로서도 기능한다.
또한, EUV광은 파장이 짧기 때문에, 위상차 및 반사율의 막 두께 의존성이 큰 경향이 있다. 따라서, 위상 시프트막(4)의 막 두께 변동에 대한 위상차 및 반사율의 안정성이 요구된다. 그러나, 도 3에 도시한 바와 같이, 위상 시프트막(4)의 막 두께에 대해서, 위상차 및 반사율은 각각 진동 구조를 나타내고 있다. 위상차 및 반사율의 진동 구조가 상이하기 때문에, 위상차 및 반사율을 동시에 안정시키는 막 두께로 하는 것은 곤란하다.
그래서, 위상 시프트막(4)의 막 두께가 설계값에 대해서 다소 변동(예를 들어 설계 막 두께에 대해서 ±0.5％의 범위)된 경우에도, 위상차에 대해서는, 예를 들어 면간의 위상차 변동이 180도±2도의 범위, 반사율에 대해서는, 예를 들어 면간의 반사율 변동이 6％±0.2％의 범위인 것이 요망된다.
상층막(42)의 최표면으로부터의 EUV광의 반사광을 억제함으로써, 진동 구조를 완만하게 하여 막 두께 변동에 대해서 안정된 위상차 및 반사율을 얻는 것이 가능해진다. 이와 같은 상층막(42)의 재료로서는, 하층막(41)의 EUV광에 있어서의 굴절률보다도 크고, 외계의 굴절률(n=1)보다도 작은 굴절률을 갖는 재료가 바람직하다. 또한, 상층막의 막 두께는, 파장의 1/4 주기 정도인 것이 바람직하다. 하층막(41)이 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti)을 함유하는 재료를 포함하는 경우, 상층막(42)의 재료로서는, 규소 화합물이 바람직하다. 규소 화합물로서는, Si와 N, O, C, H로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있으며, 바람직하게는 SiO2, SiON 및 Si3N4를 들 수 있다. 하층막(41)이 TaTiN막인 경우, 예를 들어 상층막(42)은 SiO2막으로 할 수 있다.
이와 같이, 위상 시프트막(4)을 다층막으로 함으로써, 각 층에 다양한 기능을 부가시키는 것이 가능해진다.
상기 2층 구조의 위상 시프트막(4)인 경우, 상층막(42)의 에칭 가스는, CF4, CHF3, C2F6, C3F6, C4F6, C4F8, CH2F2, CH3F, C3F8, SF6, F2 등의 불소계의 가스, 및 불소계 가스와 O2를 소정의 비율로 함유하는 혼합 가스 등으로부터 선택한 것을 사용할 수 있다. 또한, 하층막(41)의 에칭 가스는, Cl2, SiCl4, 및 CHCl3 등의 염소계의 가스, 염소계 가스와 O2를 소정의 비율로 함유하는 혼합 가스, 염소계 가스와 He를 소정의 비율로 함유하는 혼합 가스, 염소계 가스와 Ar을 소정의 비율로 함유하는 혼합 가스로부터 선택한 것을 사용할 수 있다. 여기서, 에칭의 최종 단계에서 에칭 가스에 산소가 함유되어 있으면, Ru계 보호막(3)에 표면 거칠기가 발생한다. 이 때문에, Ru계 보호막(3)이 에칭에 노출되는 오버 에칭 단계에서는, 산소가 함유되지 않은 에칭 가스를 사용하는 것이 바람직하다.
위상 시프트막(4) 위에는 에칭 마스크막을 형성해도 된다. 에칭 마스크막 의 재료로서는, 에칭 마스크막에 대한 위상 시프트막(4)의 에칭 선택비가 높은 재료를 사용한다. 여기서, 「A에 대한 B의 에칭 선택비」란, 에칭을 행하고 싶지 않은 층(마스크로 되는 층)인 A와 에칭을 행하고 싶은 층인 B의 에칭 레이트의 비를 말한다. 구체적으로는 「A에 대한 B의 에칭 선택비=B의 에칭 속도/A의 에칭 속도」의 식에 의해 특정된다. 또한, 「선택비가 높다」란, 비교 대상에 대해서, 상기 정의의 선택비의 값이 큰 것을 말한다. 에칭 마스크막에 대한 위상 시프트막(4)의 에칭 선택비는 1.5 이상이 바람직하고, 3 이상이 더욱 바람직하다.
에칭 마스크막에 대한 위상 시프트막(4)의 에칭 선택비가 높은 재료로서는, 위상 시프트막(4)(또는 상층막(42))을 불소계 가스로 에칭하는 경우에는, 크롬이나 크롬 화합물의 재료를 사용할 수 있다. 크롬 화합물로서는, Cr과 N, O, C, H로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다. 또한, 위상 시프트막(4)(또는 상층막(42))을, 실질적으로 산소를 함유하지 않은 염소계 가스로 에칭할 경우에는, 규소나 규소 화합물의 재료를 사용할 수 있다. 규소 화합물로서는, Si와 N, O, C 및 H로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 함유하는 재료, 및 규소 또는 규소 화합물에 금속을 함유하는 금속 규소(금속 실리사이드) 또는 금속 규소 화합물(금속 실리사이드 화합물) 등의 재료를 들 수 있다. 금속 규소 화합물로서는, 금속 및 Si와, N, O, C 및 H로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 함유하는 재료를 들 수 있다.
에칭 마스크막의 막 두께는, 전사 패턴을 고정밀도로 위상 시프트막(4)에 형성하는 에칭 마스크로서의 기능을 얻는 관점에서, 3㎚ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 에칭 마스크막의 막 두께는, 레지스트막의 막 두께를 얇게 하는 관점에서, 15㎚ 이하인 것이 바람직하다.
<<이면 도전막>>
기판(1)의 제2 주면(이면)측(다층 반사막(2) 형성면의 반대측)에는, 일반적으로, 정전 척용의 이면 도전막(5)이 형성된다. 정전 척용의 이면 도전막(5)에 요구되는 전기적 특성(시트 저항)은 통상 100Ω/□(Ω/Square) 이하이다. 이면 도전막(5)의 형성 방법은, 예를 들어 마그네트론 스퍼터링법이나 이온빔 스퍼터링법에 의해, 크롬, 탄탈륨 등의 금속이나 합금의 타깃을 사용하여 형성할 수 있다.
이면 도전막(5)의 크롬(Cr)을 함유하는 재료는, Cr에 붕소, 질소, 산소 및 탄소로부터 선택한 적어도 하나를 함유한 Cr 화합물인 것이 바람직하다. Cr 화합물로서는, 예를 들어 CrN, CrON, CrCN, CrCON, CrBN, CrBON, CrBCN 및 CrBOCN 등을 들 수 있다.
이면 도전막(5)의 탄탈륨(Ta)을 함유하는 재료로서는, Ta(탄탈륨), Ta를 함유하는 합금, 또는 이들 중 어느 것에 붕소, 질소, 산소 및 탄소의 적어도 하나를 함유한 Ta 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. Ta 화합물로서는, 예를 들어 TaB, TaN, TaO, TaON, TaCON, TaBN, TaBO, TaBON, TaBCON, TaHf, TaHfO, TaHfN, TaHfON, TaHfCON, TaSi, TaSiO, TaSiN, TaSiON, 및 TaSiCON 등을 들 수 있다.
탄탈륨(Ta) 또는 크롬(Cr)을 함유하는 재료로서는, 그 표층에 존재하는 질소(N)가 적은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 탄탈륨(Ta) 또는 크롬(Cr)을 함유하는 재료의 이면 도전막(5)의 표층의 질소의 함유량은, 5원자％ 미만인 것이 바람직하고, 실질적으로 표층에 질소를 함유하지 않는 것이 보다 바람직하다. 탄탈륨(Ta) 또는 크롬(Cr)을 함유하는 재료의 이면 도전막(5)에 있어서, 표층의 질소 함유량이 적은 쪽이, 내마모성이 높아지기 때문이다.
이면 도전막(5)은, 탄탈륨 및 붕소를 함유하는 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 이면 도전막(5)이, 탄탈륨 및 붕소를 함유하는 재료를 포함함으로써, 내마모성 및 약액 내성을 갖는 이면 도전막(5)을 얻을 수 있다. 이면 도전막(5)이, 탄탈륨(Ta) 및 붕소(B)를 함유하는 경우, B 함유량은 5 내지 30원자％인 것이 바람직하다. 이면 도전막(5)의 성막에 사용하는 스퍼터링 타깃 중의 Ta 및 B의 비율(Ta:B)은 95:5 내지 70:30인 것이 바람직하다.
이면 도전막(5)의 두께는, 정전 척용으로서의 기능을 만족하는 한 특별히 한정되지 않지만, 통상 10㎚ 내지 200㎚이다. 또한, 이 이면 도전막(5)은 마스크 블랭크(100)의 제2 주면측의 응력 조정도 겸비하고 있으며, 제1 주면측에 형성된 각종 막으로부터의 응력과 균형을 취하여, 평탄한 반사형 마스크 블랭크가 얻어지도록 조정되어 있다.
또한, 근년, 일본 특허 제5883249호에 기재되어 있는 바와 같이, 반사형 마스크 등의 전사용 마스크의 위치 정렬 등의 오차를 보정하기 위해서, 전사용 마스크의 기판에 대해서 펨토초 레이저 펄스를 국소적으로 조사함으로써, 기판 표면 또는 기판 내부를 개질시켜, 전사용 마스크의 오차를 보정하는 기술이 있다. 상기 펄스를 발생시키는 레이저 빔으로서는, 예를 들어 사파이어 레이저(파장 800㎚) 또는 Nd-YAG 레이저(532㎚) 등이 있다.
상기 기술을 반사형 마스크(200)에 적용할 때에는, 기판(1)의 제2 주면(이면)측으로부터 레이저 빔을 조사하는 것이 생각된다. 그러나, 상술한 탄탈륨(Ta) 또는 크롬(Cr)을 함유하는 재료를 포함하는 이면 도전막(5)의 경우, 레이저 빔을 투과하기 어렵다는 문제가 발생한다. 이 문제를 해소하기 위해서, 이면 도전막(5)은, 적어도 파장 532㎚의 광에 있어서의 투과율이 20％ 이상인 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같은 투과율이 높은 이면 도전막(투명 도전막)(5)의 재료로서는, 주석 도프 산화인듐(ITO), 불소 도프 산화주석(FTO), 알루미늄 도프 산화아연(AZO) 또는 안티몬 도프 산화주석(ATO)을 사용하는 것이 바람직하다. 투명 도전막의 막 두께를 50㎚ 이상으로 함으로써, 정전 척용의 이면 도전막(5)에 요구되는 전기적 특성(시트 저항)을 100Ω/□ 이하로 할 수 있다. 예를 들어, 막 두께 100㎚의 ITO막은, 532㎚의 파장에 대한 투과율은 약 79.1％이며, 시트 저항은 50Ω/□이다.
또한, 투과율이 높은 이면 도전막(투명 도전막)(5)의 재료로서는, 백금(Pt), 금(Au), 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)의 금속 단체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 원하는 투과율 및 전기적 특성을 충족시키는 범위 내에서, 해당 금속에 붕소, 질소, 산소 및 탄소의 적어도 하나를 함유한 금속 화합물을 사용할 수 있다. 이들의 금속막은, 상기 ITO 등과 비교해서 전기 전도율이 높기 때문에 박막화가 가능해진다. 금속막의 막 두께는, 투과율의 관점에서는 50㎚ 이하가 바람직하고, 20㎚ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 막 두께가 너무 얇으면 시트 저항이 급격하게 증가하는 경향이 있는 점, 및 성막 시의 안정성의 관점에서, 금속막의 막 두께는 2㎚ 이상이 바람직하다. 예를 들어, 막 두께 10.1㎚의 Pt막은, 532㎚의 파장에 대한 투과율은 20.3％이며, 시트 저항은 25.3Ω/□이다.
또한, 이면 도전막(5)은, 단층막 또는 2층 이상의 적층 구조로 해도 된다. 정전 척을 행할 때의 기계적 내구성을 향상시키거나, 세정 내성을 향상시키기 위해서는, 최상층을 CrO, TaO 또는 SiO2로 하는 것이 바람직하다. 또한, 최상층을, 상기 금속막의 산화막, 즉 PtO, AuO, AlO 또는 CuO로 해도 된다. 최상층의 두께는, 1㎚ 이상인 것이 바람직하고, 5㎚ 이상, 나아가 10㎚ 이상이면 보다 바람직하다. 이면 도전막을 투명 도전막으로 하는 경우에는, 투과율이 20％ 이상을 충족하는 재료 및 막 두께로 한다.
또한, 이면 도전막(5)의 기판측에, 중간층을 형성해도 된다. 중간층은, 기판(1)과 이면 도전막(5)의 밀착성을 향상시키거나, 기판(1)으로부터의 이면 도전막(5)에 대한 수소의 침입을 억제하기도 하는 기능을 갖게 할 수 있다. 또한, 중간층은, 노광원으로서 EUV광을 사용한 경우의 아웃오브밴드 광이라 불리는 진공 자외광 및 자외광(파장: 130 내지 400㎚)이 기판(1)을 투과해서 이면 도전막(5)에 의해 반사되는 것을 억제하는 기능을 갖게 할 수 있다. 중간층의 재료로서는, 예를 들어 Si, SiO2, SiON, SiCO, SiCON, SiBO, SiBON, Cr, CrN, CrON, CrC, CrCN, CrCO, CrCON, Mo, MoSi, MoSiN, MoSiO, MoSiCO, MoSiON, MoSiCON, TaO 및 TaON 등을 들 수 있다. 중간층의 두께는, 1㎚ 이상인 것이 바람직하고, 5㎚ 이상, 또한 10㎚ 이상이면 보다 바람직하다. 이면 도전막을 투명 도전막으로 하는 경우에는, 중간층과 투명 도전막을 적층한 것의 투과율이 20％ 이상을 충족하는 재료 및 막 두께로 한다.
상술한 바와 같이, 이면 도전막(5)에는, 전기적 특성(시트 저항) 및 이면으로부터 레이저 빔을 조사할 경우에는 투과율을 원하는 값으로 하는 것이 요구되지지만, 이들 요구를 충족시키기 위해 이면 도전막(5)의 막 두께를 얇게 하면, 다른 문제가 발생하는 경우가 있다. 통상, 다층 반사막(2)은 높은 압축 응력을 갖고 있기 때문에, 기판(1)의 제1 주면측이 볼록 형상으로 되고, 제2 주면(이면)측이 오목 형상으로 된다. 한편, 다층 반사막(2)의 어닐(가열 처리) 및 이면 도전막(5)의 성막에 의해 응력 조정이 이루어지고, 전체적으로 평탄 또는 제2 주면측이 약간 오목 형상의 반사형 마스크 블랭크가 얻어지도록 조정되어 있다. 그러나, 이면 도전막(5)의 막 두께가 얇으면 이 밸런스가 무너져서, 제2 주면(이면)측의 오목 형상이 너무 커져버린다. 이 경우, 정전 척을 행했을 때, 기판 주연부(특히 코너부)에 스크래치가 발생하여, 막 박리나 파티클 발생의 문제가 발생하는 경우가 있다.
이 문제를 해결하기 위해서는, 이면 도전막(5)이 형성된 도전막 부착 기판의 제2 주면(이면)측을 볼록 형상으로 하는 것이 바람직하다. 도전막 부착 기판의 제2 주면(이면)측을 볼록 형상으로 하는 제1 방법으로서는, 이면 도전막(5)을 성막하기 전의 기판(1)의 제2 주면측의 형상을 볼록 형상으로 하면 된다. 미리 기판(1)의 제2 주면을 볼록 형상으로 함으로써, 막 두께가 10㎚ 정도의 Pt막 등으로 이루어지는 막 응력이 작은 이면 도전막(5)을 성막하고, 높은 압축 응력을 갖는 다층 반사막(2)을 성막하여도, 제2 주면측의 형상을 볼록 형상으로 할 수 있다.
또한, 도전막 부착 기판의 제2 주면(이면)측을 볼록 형상으로 하는 제2 방법으로서는, 다층 반사막(2) 성막 후에 150℃ 내지 300℃에서 어닐(가열 처리)하는 방법을 들 수 있다. 특히 210℃ 이상의 고온에서 어닐하는 것이 바람직하다. 다층 반사막(2)은 어닐함으로써, 다층 반사막의 막 응력을 작게 할 수 있지만, 어닐 온도와 다층 반사막의 반사율은 트레이드오프의 관계에 있다. 다층 반사막(2)의 성막 시에, 이온원으로부터 아르곤(Ar) 이온 입자를 공급하는 종래의 Ar 스퍼터링의 경우에는, 고온에서 어닐하면 원하는 반사율이 얻어지지 않는다. 한편, 이온원으로부터 크립톤(Kr) 이온 입자를 공급하는 Kr 스퍼터링을 행함으로써, 다층 반사막(2)의 어닐 내성을 향상시키는 것이 가능하게 되어, 고온에서 어닐하여도 높은 반사율을 유지할 수 있다. 따라서, Kr 스퍼터링으로 다층 반사막(2)을 성막 후에 150℃ 내지 300℃에서 어닐함으로써, 다층 반사막(2)의 막 응력을 작게 할 수 있다. 이 경우, 막 두께가 10㎚ 정도의 Pt막 등으로 이루어지는 막 응력이 작은 이면 도전막(5)을 성막하여도, 제2 주면측의 형상을 볼록 형상으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1 방법과 제2 방법을 조합하여도 된다. 또한, 이면 도전막을 ITO막 등의 투명 도전막으로 하는 경우에는, 막 두께를 두껍게 하는 것이 가능하다. 그 때문에, 전기적 특성을 충족시키는 범위에서 후막화함으로써, 도전막 부착 기판의 제2 주면(이면)측을 볼록 형상으로 할 수 있다.
이와 같이 도전막 부착 기판의 제2 주면(이면)측을 볼록 형상으로 함으로써, 정전 척을 행했을 때, 기판 주연부(특히 코너부)에 스크래치가 발생하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
<반사형 마스크 및 그 제조 방법>
본 실시 형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 반사형 마스크를 제조한다. 여기에서는 개요의 설명만을 행하고, 후에 실시예에 있어서 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
반사형 마스크 블랭크(100)를 준비하여, 그 제1 주면의 위상 시프트막(4)에, 레지스트막을 형성하고(반사형 마스크 블랭크(100)로서 레지스트막을 구비하고 있는 경우에는 불필요), 이 레지스트막에 원하는 패턴을 묘화(노광)하고, 추가로 현상, 린스함으로써 소정의 레지스트 패턴을 형성한다.
반사형 마스크 블랭크(100)의 경우에는, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 위상 시프트막(4)을 에칭하여 위상 시프트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 애싱이나 레지스트 박리액 등으로 제거함으로써, 위상 시프트 패턴이 형성된다. 마지막으로, 산성이나 알칼리성의 수용액을 사용한 웨트 세정을 행한다.
여기서, 위상 시프트막(4)의 에칭 가스로서는, Cl2, SiCl4, CHCl3, 및 CCl4 등의 염소계의 가스, 염소계 가스 및 He를 소정의 비율로 함유하는 혼합 가스, 염소계 가스 및 Ar을 소정의 비율로 함유하는 혼합 가스 등이 사용된다. 위상 시프트막(4)의 에칭에 있어서, 에칭 가스에 실질적으로 산소가 함유되어 있지 않으므로, Ru계 보호막에 표면 거칠기가 발생하는 일이 없다. 이 산소를 실질적으로 함유하지 않은 가스로서는, 가스 중의 산소의 함유량이 5원자％ 이하인 것이 해당된다.
이상의 공정에 의해, 쉐도잉 효과가 적으면서, 측벽 거칠기가 적은 고정밀도 미세 패턴을 갖는 반사형 마스크가 얻어진다.
<반도체 장치의 제조 방법>
상기 본 실시 형태의 반사형 마스크(200)를 사용하여 EUV 노광을 행함으로써, 반도체 기판 위에 반사형 마스크(200) 위의 위상 시프트 패턴에 기초하는 원하는 전사 패턴을, 쉐도잉 효과에 의한 전사 치수 정밀도의 저하를 억제하여 형성할 수 있다. 또한, 위상 시프트 패턴이, 측벽 거칠기가 적은 미세하고 고정밀도의 패턴이기 때문에, 높은 치수 정밀도로 원하는 패턴을 반도체 기판 위에 형성할 수 있다. 이 리소그래피 공정 외에도, 피가공막의 에칭, 절연막 및 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 및 어닐 등 다양한 공정을 거침으로써, 원하는 전자 회로가 형성된 반도체 장치를 제조할 수 있다.
더욱 상세히 설명하면, EUV 노광 장치는, EUV광을 발생하는 레이저 플라스마 광원, 조명 광학계, 마스크 스테이지계, 축소 투영 광학계, 웨이퍼 스테이지계, 및 진공 설비 등으로 구성된다. 광원에는 파편 트랩 기능과 노광광 이외의 장파장의 광을 커트하는 커트 필터 및 진공 차동 배기용 설비 등이 구비되어 있다. 조명 광학계와 축소 투영 광학계는 반사형 미러로 구성된다. EUV 노광용 반사형 마스크(200)는, 그 제2 주면에 형성된 이면 도전막(5)에 의해 정전 흡착되어 마스크 스테이지에 적재된다.
EUV 광원의 광은, 조명 광학계를 통해 반사형 마스크 수직면에 대해서 6°내지 8° 기울인 각도로 반사형 마스크(200)에 조사된다. 이 입사광에 대한 반사형 마스크(200)로부터의 반사광은, 입사와는 역방향이며 입사 각도와 같은 각도로 반사(정반사)하고, 통상 1/4의 축소비를 갖는 반사형 투영 광학계에 유도되고, 웨이퍼 스테이지 위에 적재된 웨이퍼(반도체 기판) 위의 레지스트에 대한 노광이 행해진다. 이 동안, 적어도 EUV광이 통과하는 장소는 진공 배기된다. 또한, 이 노광에 있어서는, 마스크 스테이지와 웨이퍼 스테이지를 축소 투영 광학계의 축소비에 따른 속도로 동기시켜 스캔하고, 슬릿을 통해 노광을 행하는 스캔 노광이 주류로 되어 있다. 그리고, 이 노광 완료 레지스트막을 현상함으로써, 반도체 기판 위에 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 본 발명에서는, 쉐도잉 효과가 작은 박막이며, 게다가 측벽 거칠기가 적은 고정밀도의 위상 시프트 패턴을 갖는 마스크가 사용되고 있다. 이 때문에, 반도체 기판 위에 형성된 레지스트 패턴은 높은 치수 정밀도를 갖는 원하는 것으로 된다. 그리고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 사용하여 에칭 등을 실시함으로써, 예를 들어 반도체 기판 위에 소정의 배선 패턴을 형성할 수 있다. 이와 같은 노광 공정이나 피가공막 가공 공정, 절연막이나 도전막의 형성 공정, 도펀트 도입 공정, 혹은 어닐 공정 등 그 밖의 필요한 공정을 거침으로써, 반도체 장치가 제조된다.
실시예
이하, 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 실시예에 있어서 마찬가지의 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하고, 설명을 간략화 혹은 생략한다.
[실시예 1]
도 2는, 반사형 마스크 블랭크(100)로부터 반사형 마스크(200)를 제작하는 공정을 나타내는 주요부 단면 모식도이다.
반사형 마스크 블랭크(100)는, 이면 도전막(5)과, 기판(1)과, 다층 반사막(2)과, 보호막(3)과, 위상 시프트막(4)을 갖는다. 위상 시프트막(4)은 TaTi 합금을 함유하는 재료를 포함한다. 그리고, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 위상 시프트막(4) 위에 레지스트막(11)을 형성한다.
우선, 반사형 마스크 블랭크(100)에 대하여 설명한다.
제1 주면 및 제 2 주면의 양쪽 주표면이 연마된 6025사이즈(약 152㎜×152㎜×6.35㎜)의 저열 팽창 유리 기판인 SiO2-TiO2계 유리 기판을 준비하여 기판(1)으로 하였다. 평탄하고 평활한 주표면이 되도록, 초벌 연마 가공 공정, 정밀 연마 가공 공정, 국소 가공 공정, 및 터치 연마 가공 공정으로 이루어지는 연마를 행하였다.
SiO2-TiO2계 유리 기판(1)의 제2 주면(이면)에, CrN막으로 이루어지는 이면 도전막(5)을 마그네트론 스퍼터링(반응성 스퍼터링)법에 의해 하기의 조건에서 형성하였다.
이면 도전막 형성 조건: Cr 타깃, Ar과 N2의 혼합 가스 분위기(Ar: 90％, N: 10％), 막 두께 20㎚
다음으로, 이면 도전막(5)이 형성된 측과 반대측의 기판(1)의 주 표면(제1 주면) 위에 다층 반사막(2)을 형성하였다. 기판(1) 위에 형성되는 다층 반사막(2)은, 파장 13.5㎚의 EUV광에 적합한 다층 반사막으로 하기 위해서, Mo와 Si로 이루어지는 주기 다층 반사막으로 하였다. 다층 반사막(2)은, Mo 타깃과 Si 타깃을 사용하고, Ar 가스 분위기 중에서 이온빔 스퍼터링법에 의해 기판(1) 위에 Mo층 및 Si층을 교대로 적층하여 형성하였다. 우선, Si막을 4.2㎚의 두께로 성막하고, 계속해서, Mo막을 2.8㎚의 두께로 성막하였다. 이것을 1주기로 하고, 마찬가지로 하여 40주기 적층하고, 마지막으로 Si막을 4.0㎚의 두께로 성막하고, 다층 반사막(2)을 형성하였다. 여기에서는 40주기로 하였지만, 이것으로 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 60주기이어도 된다. 60주기로 한 경우, 40주기보다도 공정수는 증가하지만, EUV광에 대한 반사율을 높일 수 있다.
계속해서, Ar 가스 분위기 중에서, Ru 타깃을 사용한 이온빔 스퍼터링법에 의해 Ru막으로 이루어지는 보호막(3)을 2.5㎚의 두께로 성막하였다.
다음으로, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, TaTiN막으로 이루어지는 위상 시프트막(4)을 형성하였다. TaTiN막은, TaTi 타깃을 사용하여, Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링으로, 51.9㎚의 막 두께로 성막하였다. TaTiN막의 함유 비율은 Ta:Ti:N=1:1:1이었다.
상기 형성한 TaTiN막의 파장 13.5㎚에 있어서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같다.
TaTiN: n=0.937, k=0.030
또한, 위상 시프트막의 표층에는, 위상 시프트 효과에 영향이 없는 범위의 극박의 자연 산화막(TaTiON막)이 형성되어 있었다.
상기 TaTiN막으로 이루어지는 위상 시프트막(4)의 파장 13.5㎚에 있어서의 절대 반사율은, 4.3％(보호막 부착 다층 반사막면에 대한 반사율은 6.6％에 상당)였다. 또한, 위상 시프트막(4)의 막 두께는 51.9㎚이며, 위상 시프트막을 패터닝했을 때의 위상차가 180°에 상당하는 막 두께이다. 후술하는 비교예에 있어서의 TaN막의 위상 시프트막의 막 두께 65㎚보다도 약 20％ 얇게 할 수 있어, 쉐도잉 효과를 저감시킬 수 있었다. 이 쉐도잉 효과의 저감에 관해서는, 「반도체 장치의 제조」의 항목에서 상세를 설명한다.
다음으로, 상기 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 반사형 마스크(200)를 제조하였다.
전술한 바와 같이, 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)의 위에, 레지스트막(11)을 100㎚의 두께로 형성하였다(도 2의 (a)). 그리고, 이 레지스트막(11)에 원하는 패턴을 묘화(노광)하고, 추가로 현상, 린스함으로써 소정의 레지스트 패턴(11a)을 형성하였다(도 2의 (b)). 다음으로, 레지스트 패턴(11a)을 마스크로 하여, 위상 시프트막(4)의 표층(자연 산화막)을, CF4 가스를 사용하여 건식 에칭 제거하고, 계속해서 TaTiN막(위상 시프트막(4))의 건식 에칭을, Cl2 가스를 사용하여 행함으로써, 위상 시프트 패턴(4a)을 형성하였다(도 2의 (c)).
그 후, 레지스트 패턴(11a)을 애싱이나 레지스트 박리액 등으로 제거하였다. 마지막으로 순수(DIW)를 사용한 웨트 세정을 행하여, 반사형 마스크(200)를 제조하였다(도 2의 (d)). 또한, 필요에 따라 웨트 세정 후 마스크 결함 검사를 행하고, 마스크 결함 수정을 적절히 행할 수 있다.
실시예 1의 반사형 마스크(200)에서는, 위상 시프트막(4)이 TaTi 합금계 재료이기 때문에, 염소계 가스에서의 가공성이 좋아, 높은 정밀도로 위상 시프트 패턴(4a)을 형성할 수 있었다. 또한, 위상 시프트 패턴(4a)의 막 두께는 51.9㎚이며, 종래의 Ta계 재료로 형성된 흡수체막보다도 얇게 할 수 있어, 후술하는 바와 같이, 쉐도잉 효과를 저감시킬 수 있었다.
실시예 1에서 제작한 반사형 마스크(200)를 EUV 스캐너에 세트하고, 반도체 기판 위에 피가공막과 레지스트막이 형성된 웨이퍼에 대해서 EUV 노광을 행하였다. 그리고, 이 노광 완료 레지스트막을 현상함으로써, 피가공막이 형성된 반도체 기판 위에 레지스트 패턴을 형성하였다. 이 노광에 있어서의 쉐도잉 효과를 평가하기 위해서, 마스크에 입사해 오는 노광광에 대해서 평행하게 배치된 패턴과 수직으로 배치된 패턴을 사용하여, 그 전사 치수의 차를 측정하였다. 도 5의 (a)는 마스크 위에 배치된 위상 시프트 패턴의 평면도이며, 입사 노광광(50)에 대해서 평행 방향으로 배치된 위상 시프트 패턴(4b)과 수직 방향으로 배치된 위상 시프트 패턴(4c)이 도시되어 있다. 위상 시프트 패턴(4b와 4c)은, 배치 방향 이외에는 동일 형상의 패턴이며, 따라서 위상 시프트 패턴(4b)의 선 폭 LMP와 위상 시프트 패턴(4c)의 선 폭 LMN은 동일한 선 폭이다. 노광광(50)은 마스크 표면의 법선 방향에 대해서 6° 기운 각도로 마스크에 입사한다. 도 5의 (b)는, 노광, 현상에 의해 웨이퍼 위에 형성된 레지스트 패턴의 평면도를 나타낸다. 레지스트 패턴(24b 및 24c)은, 각각, 위상 시프트 패턴(4b 및 4c)에 의해 전사 형성된 것이다. 전사 형성된 레지스트 패턴의 선 폭 LPP와 LPN의 차 ΔL(=LPN-LPP)이 쉐도잉 효과를 나타내는 지표로 된다. 일반적으로, 이 차라 함은, 쉐도잉 효과에 의한 치수 XY차라 불리고, 위상 시프트 패턴이 벽이 되어 발생한 노광광의 그림자에 의해, 포지티브형 레지스트를 사용한 경우, 선 폭 LPN의 쪽이 선 폭 LPP에 비해서 굵어진다.
실시예 1에서 작성한 반사형 위상 시프트 마스크의 경우, 이 치수 XY차 ΔL은 2.0㎚였다. 비교예의 항목에서 다시 설명하지만, 막 두께 65㎚의 TaN의 단층막 위상 시프트막을 사용한 경우에는, 이 치수 XY차 ΔL은 2.6㎚이며, 실시예 1에서 작성한 반사형 위상 시프트 마스크를 사용함으로써, 쉐도잉 효과 기인의 전사 정밀도 저하를 20％ 이상 개선할 수 있었다. 또한, 실시예 1에서 작성한 반사형 위상 시프트 마스크는, 위상 시프트 패턴의 측벽 거칠기가 적어, 단면 형상도 안정되어 있는 점에서, 전사 형성된 레지스트 패턴의 LER이나 치수 면내 변동이 적은, 높은 전사 정밀도를 갖는 것이었다. 또한, 전술한 바와 같이, 위상 시프트면의 절대 반사율은 4.3％(보호막 부착 다층 반사막면에 대해서 6.6％의 반사율)이기 때문에, 충분한 위상 시프트 효과가 얻어져서, 노광 여유도나 초점 여유도가 높은 EUV 노광을 행할 수 있었다.
이 레지스트 패턴을 에칭에 의해 피가공막에 전사하고, 또한 절연막 및 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 및 어닐 등 다양한 공정을 거침으로써, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있었다.
[실시예 2]
실시예 2는, 이면 도전막(5)을 CrN막으로부터 Pt막으로 한 경우의 실시예이며, 그 이외는 실시예 1과 동일하다.
즉, SiO2-TiO2계 유리 기판(1)의 제2 주면(이면)에, Ar 가스 분위기 중에서 Pt 타깃을 사용한 DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해 Pt막으로 이루어지는 이면 도전막(5)을 5.2㎚, 10.1㎚, 15.2㎚, 및 20.0㎚의 막 두께로 각각 성막하고, 4장의 도전막 부착 기판을 제작하였다.
제작된 4장의 도전막 부착 기판의 제2 주면(이면)으로부터 파장 532㎚의 광을 조사하여 투과율을 측정한바, 도 6에 도시한 바와 같이, 투과율은 각각 39.8％, 20.3％, 10.9％, 6.5％이며, 막 두께가 5.2㎚ 및 10.1㎚의 도전막 부착 기판이 투과율 20％ 이상을 충족시키는 것이었다. 또한, 시트 저항은, 4단자 측정법에 의해 측정한바, 각각 57.8Ω/□, 25.3Ω/□, 15.5Ω/□, 및 11.2Ω/□이며, 모두 100Ω/□ 이하를 충족하는 것이었다.
막 두께가 10.1㎚인 도전막 부착 기판에 대하여, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반사형 마스크 블랭크(100)를 제작하고, 그 후 반사형 마스크(200)를 제작하였다. 제작된 반사형 마스크(200)의 기판(1)의 제2 주면(이면)측으로부터 파장 532㎚의 Nd- YAG 레이저의 레이저 빔을 조사한바, 이면 도전막(5)이 투과율이 높은 Pt막으로 형성되어 있기 때문에, 반사형 마스크(200)의 위치 정렬 오차를 수정할 수 있었다.
[실시예 3]
실시예 3은, 위상 시프트막(4)을 TiN막과 Ta막의 다층막으로 형성한 경우의 실시예로서, 그 이외는 실시예 1과 동일하다.
DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, TiN막을 보호막(3) 위에 형성하였다. TiN막은, Ti 타깃을 사용하여, Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링으로, 0.7㎚의 막 두께로 성막하였다. 다음으로, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, Ta막을 TiN막 위에 형성하였다. Ta막은, Ta 타깃을 사용하여, Ar 가스 분위기에 의한 스퍼터링으로, 1.6㎚의 막 두께로 성막하였다. TiN막과 Ta막을 교대로 25주기 성막하고, 최상층에 Ta막을 2.4㎚의 막 두께로 형성하여, 다층막의 막 두께를 58.3㎚로 하였다. 다층막에 있어서의 각 원소의 함유 비율은, Ta:Ti:N=7:3:6이었다.
상기 형성한 Ta/TiN 다층막의 파장 13.5㎚에 있어서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같다.
Ta/TiN 다층막: n=0.943, k=0.028
상기 다층막으로 이루어지는 위상 시프트막(4)의 파장 13.5㎚에 있어서의 상대 반사율은 6.3％이며, 위상차는 180도였다.
실시예 1과 마찬가지로 하여, 상기 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 반사형 마스크(200)를 제조하였다. 단, 실시예 3에 있어서의 위상 시프트막(4)의 최상층은 Ta막이기 때문에, CF4 가스를 사용한 자연 산화막의 제거 공정은 행하지 않았다.
실시예 3의 반사형 마스크(200)에서는, 위상 시프트막(4)이 Ta/TiN 다층막이기 때문에, 염소계 가스에서의 가공성이 좋아, 높은 정밀도로 위상 시프트 패턴(4a)을 형성할 수 있었다. 또한, 위상 시프트 패턴(4a)의 막 두께는 58.3㎚이며, 후술하는 비교예에 있어서의 TaN막의 위상 시프트막의 막 두께 65㎚보다도 약10％ 얇게 할 수 있어, 쉐도잉 효과를 저감시킬 수 있었다.
실시예 3에서 제작한 반사형 마스크(200)를 EUV 노광 장치에 세트하고, 반도체 기판 위에 피가공막과 레지스트막이 형성된 웨이퍼에 대해서 EUV 노광을 행하였다. 그리고, 이 노광 완료 레지스트막을 현상함으로써, 피가공막이 형성된 반도체 기판 위에 레지스트 패턴을 형성하였다.
이 레지스트 패턴을 에칭에 의해 피가공막에 전사하고, 또한, 절연막 및 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 및 어닐 등 다양한 공정을 거침으로써, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있었다.
[실시예 4]
실시예 4는, 위상 시프트막(4)을 하층막(41)과 상층막(42)의 2층 구조로 한 경우의 실시예이며, 그 이외는 실시예 1과 동일하다.
DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, TaTiN막으로 이루어지는 하층막(41)을 보호막(3) 위에 형성하였다. TaTiN막은, TaTi 타깃을 사용하여, Ar 가스와 N2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링으로, 45.1㎚의 막 두께로 성막하였다. TaTiN막의 함유 비율은, Ta:Ti:N=6:5:8이었다.
상기 형성한 TaTiN막의 파장 13.5㎚에 있어서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같다.
TaTiN: n=0.943, k=0.026
다음으로, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, TaTiON막으로 이루어지는 상층막(42)을 하층막(41) 위에 형성하였다. TaTiON막은, TaTi 타깃을 사용하여, Ar 가스와 N2 가스 및 O2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링으로, 14.0㎚의 막 두께로 성막하였다. TaTiON막의 함유 비율은, Ta:Ti:O:N=8:6:1:20이었다.
상기 형성한 TaTiON막의 파장 13.5㎚에 있어서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같다.
TaTiON: n=0.955, k=0.022
상기 2층막으로 이루어지는 위상 시프트막(4)의 파장 13.5㎚에 있어서의 상대 반사율은 7.2％이며, 위상차는 180도였다. 또한, DUV광에 대한 반사율은, 190 내지 300㎚에 있어서 24.1％ 이하였다.
다음으로, 상기 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 반사형 마스크(200)를 제조하였다.
전술한 바와 같이, 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)의 위에, 레지스트막(11)을 100㎚의 두께로 형성하였다(도 2의 (a)). 그리고, 이 레지스트막(11)에 원하는 패턴을 묘화(노광)하고, 추가로 현상, 린스함으로써 소정의 레지스트 패턴(11a)을 형성하였다(도 2의 (b)). 다음으로, 레지스트 패턴(11a)을 마스크로 하여, 위상 시프트막(4)의 상층막(42)의 건식 에칭을, CF4 가스를 사용하여 행하고, 계속해서 하층막(41)의 건식 에칭을, Cl2 가스를 사용하여 행함으로써, 위상 시프트 패턴(4a)을 형성하였다(도 2의 (c)).
그 후, 레지스트 패턴(11a)을 애싱이나 레지스트 박리액 등으로 제거하였다. 마지막으로 순수(DIW)를 사용한 웨트 세정을 행하여, 반사형 마스크(200)를 제조하였다(도 2의 (d)).
실시예 4의 반사형 마스크(200)에서는, 상층막(42)인 TaTiON막이 하층막(41)의 에칭 마스크로 되기 때문에, 높은 정밀도로 위상 시프트 패턴(4a)을 형성할 수 있었다. 또한, 위상 시프트 패턴(4a)의 막 두께는 59.1㎚이며, 후술하는 비교예에 있어서의 TaN막의 위상 시프트막의 막 두께 65㎚보다도 약 9％ 얇게 할 수 있어, 쉐도잉 효과를 저감시킬 수 있었다.
실시예 3과 마찬가지로 하여, 본 실시예에서 제작한 반사형 마스크(200)를 사용함으로써, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있었다.
[실시예 5]
실시예 5는, 실시예 4의 하층막(41)의 막 두께를 바꾸고, 상층막(42)을 SiO 2막으로 바꾼 경우의 실시예로서, 그 이외는 실시예 4와 동일하다.
DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, TaTiN막으로 이루어지는 하층막(41)을 보호막(3) 위에 50.6㎚의 막 두께로 성막하였다. TaTiN막의 함유 비율은, Ta:Ti:N=4:6:6이었다. 상기 형성한 TaTiN막의 파장 13.5㎚에 있어서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같다.
TaTiN: n=0.936, k=0.028
다음으로, RF 마그네트론 스퍼터링법에 의해, SiO2막으로 이루어지는 상층막(42)을 하층막(41) 위에 형성하였다. SiO2막은, SiO2 타깃을 사용하여, Ar 가스 분위기에 의한 스퍼터링으로, 3.5㎚의 막 두께로 성막하였다. 따라서, 위상 시프트막(4)(상층막(42) 및 하층막(41))의 막 두께는, 54.1㎚이다.
상기 형성한 SiO2막의 파장 13.5㎚에 있어서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같다.
SiO2: n=0.974, k=0.013
도 7에 도시한 바와 같이, 상기의 2층막으로 이루어지는 위상 시프트막(4)의 파장 13.5㎚에 있어서의 상대 반사율은, ±0.5％의 막 두께 변동에 대해서 6.0％±0.03％였다. 또한, 위상차는, ±0.5％의 막 두께 변동에 대해서 179.4도±1.1도였다. 이에 의해, 고안정의 위상 시프트막(4)이 얻어졌다.
실시예 4와 마찬가지로 하여, 상기 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 반사형 마스크(200)를 제조하였다.
본 실시예의 반사형 마스크(200)에서는, 상층막(42)인 SiO2막이 하층막(41)의 에칭 마스크로 되기 때문에, 높은 정밀도로 위상 시프트 패턴(4a)을 형성할 수 있었다. 또한, 위상 시프트 패턴(4a)의 막 두께는 54.1㎚이며, 후술하는 비교예에 있어서의 TaN막의 위상 시프트막의 막 두께 65㎚보다도 약 17％ 얇게 할 수 있어, 쉐도잉 효과를 저감시킬 수 있었다.
실시예 3과 마찬가지로 하여, 본 실시예에서 제작한 반사형 마스크(200)를 사용함으로써, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있었다.
[비교예 1]
비교예에서는, 위상 시프트막(4)으로서 단층의 TaN막을 사용한 이외, 실시예 1과 마찬가지의 구조와 방법으로, 반사형 마스크 블랭크, 반사형 마스크를 제조하고, 또한 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반도체 장치를 제조하였다.
단층의 TaN막은, 실시예 1의 마스크 블랭크 구조의 보호막(3)의 위에, TaTiN막 대신에 형성하였다. 이 TaN막의 형성 방법은, Ta를 타깃에 사용하고, Xe 가스와 N2 가스의 혼합 가스 분위기에서 반응성 스퍼터링을 행하여 TaN막을 성막하였다. TaN막의 막 두께는 65㎚이며, 이 막의 원소 비율은, Ta가 88원자％, N이 12원자％이다.
상기와 같이 형성한 TaN막의 파장 13.5㎚에 있어서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같다.
TaN: n=0.949, k=0.032
상기 단층의 TaN막으로 이루어지는 위상 시프트막의 파장 13.5㎚에 있어서의 위상차는 180°이다. 반사율은 다층 반사막면에 대해서 1.7％였다. 비교예에서는 위상 시프트 효과가 적어, 투영 광학 상의 콘트라스트를 충분히 개선할 수는 없었다.
그 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법에 의해, 레지스트막을 단층의 TaN막으로 이루어지는 위상 시프트막 위에 형성하고, 원하는 패턴 묘화(노광) 및 현상, 린스를 행하여 레지스트 패턴을 형성하였다. 그리고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, TaN 단층막으로 이루어지는 위상 시프트막을, 염소 가스를 사용한 건식 에칭하여, 위상 시프트 패턴을 형성하였다. 레지스트 패턴 제거나 마스크 세정 등도 실시예 1과 동일한 방법으로 행하고, 반사형 마스크를 제조하였다.
실시예 1의 반도체 장치의 제조 방법의 항목에서 설명한 바와 같이, 이 반사형 위상 시프트 마스크를 사용하여 쉐도잉 효과를 조사한바, 치수 XY차 ΔL은 2.6㎚였다.
1: 기판
2: 다층 반사막
3: 보호막
4: 위상 시프트막
41: 하층막
42: 상층막
4a: 위상 시프트 패턴
5: 이면 도전막
11: 레지스트막
11a: 레지스트 패턴
100: 반사형 마스크 블랭크
200: 반사형 마스크

Claims (9)

  1. 기판 위에, 다층 반사막 및 EUV광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막을 이 순서로 갖는 반사형 마스크 블랭크로서,
    상기 위상 시프트막은, 단층막 또는 2층 이상의 다층막으로 이루어지고, 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti)을 함유하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 기판측으로부터 하층막과 상층막이 순서대로 적층된 구조를 갖고,
    상기 하층막은, 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 함유하는 재료를 포함하며,
    상기 상층막은, 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 산소(O)를 함유하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 기판측으로부터 하층막과 상층막이 순서대로 적층된 구조를 갖고,
    상기 하층막은, 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti) 및 질소(N)를 함유하는 재료를 포함하며,
    상기 상층막의 EUV광에 있어서의 굴절률은, 상기 하층막의 EUV광에 있어서의 굴절률보다도 크고, 1보다도 작은 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상층막은, 규소 화합물을 함유하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 반사막과 상기 위상 시프트막의 사이에 보호막을 더 갖고,
    상기 보호막은, 루테늄(Ru)을 함유하는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 다층 반사막이 설치된 면에 대해서 반대측의 면에 도전막을 더 갖고,
    상기 도전막은, 적어도 파장 532㎚의 광에 있어서의 투과율이 20％ 이상인 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 반사형 마스크 블랭크에 있어서의 상기 위상 시프트막이 패터닝된 위상 시프트 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 반사형 마스크 블랭크의 상기 위상 시프트막 위에 레지스트 패턴을 형성하고,
    상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 실질적으로 산소를 함유하지 않은 염소계 가스를 함유하는 건식 에칭 가스에 의해 상기 위상 시프트막을 건식 에칭으로 패터닝하여 위상 시프트 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크의 제조 방법.
  9. EUV광을 발하는 노광 광원을 갖는 노광 장치에, 제7항에 기재된 반사형 마스크를 세트하고, 피전사 기판 위에 형성되어 있는 레지스트막에 전사 패턴을 전사하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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