KR20220002621A - 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크 - Google Patents
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Abstract
사영 효과의 억제와 마스크의 수명 향상을 양립시킬 수 있도록 한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를 제공한다. 반사형 포토마스크 블랭크(10)는, 기판(1)과, 기판(1) 상에 마련되어 입사한 광을 반사하는 반사부(7)와, 반사부(7) 상에 마련되어 입사한 광을 흡수하는 저반사부(8)를 구비한다. 저반사부(8)는 적어도 2층 이상의 적층 구조이다. 저반사부(8)의 최표층(5)은 EUV(Extreme UltraViolet: 파장 13.5㎚) 광에 대해 굴절률 n이 0.90 이상, 소쇠 계수 k가 0.02 이하이다.
Description
본 발명은, 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 반도체 디바이스의 미세화에 수반하여, 포토리소그래피 기술의 미세화에 대한 요구가 높아지고 있다. 포토리소그래피에 있어서는, 전사 패턴의 최소 해상 치수는, 노광 광원의 파장에 크게 의존하여, 파장이 짧을수록 최소 해상 치수를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 종래의 파장 193㎚의 ArF 엑시머 레이저광을 사용한 노광 광원으로부터, 파장 13.5㎚의 EUV(Extreme UltraViolet) 광을 사용한 노광 광원으로 치환되고 있다.
EUV 광은 파장이 짧으므로, 대부분의 물질이 높은 광 흡수성을 갖는다. 이 때문에, EUV용 포토마스크는, 종래의 투과형 포토마스크와 달리, 반사형 포토마스크이다(예를 들어, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2). 특허 문헌 1에는, EUV 리소그래피에 사용되는 반사형 노광 마스크에 있어서, 하지 기판 상에 2종류 이상의 재료층을 주기적으로 적층시킨 다층막을 형성하고, 다층막 상에 질화를 포함하는 금속막을 포함하는 마스크 패턴, 또는 질화 금속막과 금속막의 적층 구조를 포함하는 마스크 패턴을 형성하는 것이 개시되어 있다. 특허 문헌 2에는, 다층 반사막 상에 흡수체막이 마련된 반사형 마스크가 개시되어 있다. 흡수체막은, 위상 제어막과, 고굴절률 재료층과 저굴절률 재료층을 교호로 적층한 적층막으로 구성되어 있다.
EUV 리소그래피는, 상기한 바와 같이 광의 투과를 이용하는 굴절 광학계가 사용할 수 없다는 점에서, EUV 노광 장치의 광학계 부재는 렌즈가 아니고, 미러가 된다. 통상 EUV 리소그래피에서는 광축을 EUV 포토마스크의 수직 방향으로부터 6도 기울여서 EUV 광을 입사하고, 마이너스 6도의 각도로 반사되는 반사광을 반도체 기판 상의 레지스트막에 조사하는 방법이 채용되고 있다. 이와 같이, EUV 리소그래피에서는, 입사광의 광축을 EUV 포토마스크의 수직 방향에 대해 경사지게 한다는 점에서, EUV 포토마스크에 흡수층 패턴의 그늘이 생겨 버려, 흡수층 패턴의 레지스트막에 대한 전사 성능이 악화된다고 하는 문제가 생겨 버린다. 이 그늘에 의한 전사 성능의 악화는, 사영 효과라고 불린다.
특허 문헌 2에서는, 위상 제어막 및 저굴절률 재료층으로서, EUV 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.03 이상인 막을 사용함으로써, 종래보다도 흡수체막의 두께를 얇게 하는(60㎚ 이하로 하는) 것이 가능해지고, 사영 효과를 억제할 수 있음이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 3에서는, Ta를 주성분으로 하는 흡수막, 혹은 위상 시프트막에 대해 EUV 광에 대한 흡수성(소쇠 계수)이 높은 화합물 재료를 채용함으로써, 막 두께를 얇게 하여, 사영 효과를 저감하는 방법이 개시되어 있다.
포토마스크는, 정기 메인터넌스로서, 산성 또는 알칼리성의 세정액으로 세정된다. 또한, EUV 노광 장치에서는, 콘타미네이션에 의한 챔버 내의 오염을 방지하기 위해, 반사형 포토마스크는 수소 라디칼 환경 하에 노출되어 클리닝된다. 반사형 포토마스크에 있어서, 산성 또는 알칼리성의 세정액을 사용한 세정이나, 수소 라디칼을 사용한 클리닝이 반복하여 행해지면, 흡수막을 포함하는 패턴이 에칭되어 막 감소의 가능성이 있다.
반사형 포토마스크에 있어서, 흡수막을 포함하는 패턴의 두께를 얇게 하는 것은 사영 효과의 억제에 유효하다. 그러나, 패턴의 두께가 얇아질수록, 막 감소의 마진은 작아진다. 본 발명자는, 반사형 포토마스크에 있어서, 사영 효과의 억제를 목적으로 패턴의 두께를 얇게 하면, 패턴의 막 감소의 마진이 작아져, 수소 라디칼을 사용한 클리닝 등이 원인으로 마스크의 수명이 짧아질 가능성이 있다는 과제를 알아내었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 사영 효과의 억제와 마스크의 수명 향상을 양립시킬 수 있도록 한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크는, 기판과, 상기 기판 상에 마련되어 입사한 광을 반사하는 반사부와, 상기 반사부 상에 마련되어 입사한 광을 흡수하는 저반사부를 구비하고, 상기 저반사부는 적어도 2층 이상의 적층 구조이며, 상기 저반사부의 최표층은 EUV(Extreme UltraViolet: 파장 13.5㎚) 광에 대해 굴절률 n이 0.90 이상, 소쇠 계수 k가 0.02 이하이다.
본 발명의 일 형태에 관한 반사형 포토마스크는, 기판과, 상기 기판 상에 마련되어 입사한 광을 반사하는 반사부와, 상기 반사부 상에 마련되어 입사한 광을 흡수하는 저반사부를 구비하고, 상기 저반사부는 적어도 2층 이상의 적층 구조이며, 상기 저반사부의 최표층은 EUV(Extreme UltraViolet: 파장 13.5㎚) 광에 대해 굴절률 n이 0.90 이상, 소쇠 계수 k가 0.02 이하이다.
본 발명에 의하면, 사영 효과의 억제와 마스크의 수명 향상을 양립시킬 수 있도록 한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크의 구성예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크의 구성예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 금속 재료의 EUV 광(파장 13.5㎚)에 대한 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크(200)의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크(200)의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크(200)의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크(200)의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크의 저반사부 패턴(18a)을 도시하는 평면도이다.
도 10은 수소 라디칼 내성을 평가하기 위한 장치의 구성예를 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크의 구성예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 금속 재료의 EUV 광(파장 13.5㎚)에 대한 광학 상수를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크(200)의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크(200)의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크(200)의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크(200)의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크의 저반사부 패턴(18a)을 도시하는 평면도이다.
도 10은 수소 라디칼 내성을 평가하기 위한 장치의 구성예를 도시하는 모식도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크에 대해 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(10)의 구성예를 도시하는 개략 단면도이다. 도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크(20)의 구성예를 도시하는 개략 단면도이다. 도 2에 도시하는 반사형 포토마스크(20)는, 도 1에 도시하는 반사형 포토마스크 블랭크(10)의 저반사부(8)를 패터닝하여 형성되는 것이다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 반사형 포토마스크 블랭크(10) 및 반사형 포토마스크(20)는, 기판(1) 상에 마련된 다층 반사막(2)과, 다층 반사막(2) 상에 마련된 캐피층(3)을 구비한다. 다층 반사막(2) 및 캐피층(3)에 의해, 반사부(7)가 구성되어 있다. 또한, 반사형 포토마스크 블랭크(10) 및 반사형 포토마스크(20)는, 반사부(7) 상에 마련된 저반사부(8)를 구비한다. 저반사부(8)는 적어도 2층 이상의 적층 구조를 갖는다. 적층 구조는, 흡수층(4)과, 흡수층(4) 상에 마련된 최표층(5)을 갖는다. 최표층(5)은 파장 13.5㎚의 EUV에 대해 굴절률 n이 0.90 이상, 소쇠 계수 k가 0.02 이하이다.
(기판의 구성예)
기판(1)에는, 평탄한 Si 기판이나 합성 석영 기판 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판(1)에는, 티타늄을 첨가한 저열 팽창 유리를 사용할 수 있다. 기판(1)은, 열 팽창률이 작은 재료로 구성되어 있으면 되고, 이들에 한정되는 것은 아니다.
(반사부의 구성예)
다층 반사막(2)은, 노광광인 EUV 광(극단 자외광)을 반사함으로써, EUV 광에 대한 굴절률이 크게 다른 재료의 조합으로 구성되어 있다. 예를 들어, 다층 반사막(2)으로서는, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si), 또는 몰리브덴(Mo)과 베릴륨(Be)과 같은 조합의 층이 40 주기 정도 반복 적층되어 구성되어 있다.
캐피층(3)은, 저반사부(8)를 에칭하여 저반사부 패턴(8a)을 형성할 때, 다층 반사막(2)에 대한 손상을 방지하는 에칭 스토퍼로서 기능한다. 캐피층(3)은, 흡수층(4)의 에칭 조건에 대해 내성을 갖는 재질로 구성되어 있다. 또한, 반사형 포토마스크 블랭크(10) 및 반사형 포토마스크(20)에 있어서, 캐피층(3)은 없어도 된다. 다층 반사막(2)의 재질이나 흡수층(4)의 에칭 조건에 의해, 다층 반사막(2)에 손상이 생기지 않거나, 또는 손상이 생겼다고 해도 그 영향이 작은 경우는, 캐피층(3)은 없어도 된다.
또한, 도시하지 않았지만, 반사형 포토마스크 블랭크(10) 및 반사형 포토마스크(20)는, 기판(1)의 이면측에 이면 도전막을 구비해도 된다. 기판(1)의 이면측과는, 기판(1)에 있어서 다층 반사막(2)이 형성되는 면의 반대측의 면(이하, 이면)이다. 이면 도전막은, 정전 척의 원리를 이용하여 반사형 포토마스크(20)를 EUV 노광 장치에 고정하기 위한 막이다.
(저반사부의 구성예)
반사형 포토마스크 블랭크(10)에 있어서, 흡수층(4)과 최표층(5)을 갖는 저반사부(8)는, 패턴을 형성하기 위한 가공이 가능하게 되어 있다. 예를 들어, 흡수층(4)은, 산화주석(SnO) 또는 산화인듐(InO)으로 구성되어 있다. 산화주석과 산화인듐은, 염소계 가스에 건식 에칭 가공이 가능하다. 또한, 최표층(5)은, 산화규소(SiO)로 구성되어 있다. 산화규소는 불소계 가스로 건식 에칭이 가능하다. 산화규소는 염소계의 가스에는 에칭되기 어려우므로, 흡수층(4)을 산화주석 또는 산화인듐으로 하고, 최표층(5)을 산화규소로 하였을 때, 최표층(5)은 흡수층(4)에 대한 에칭 마스크로서 작용한다.
또한, 산성 또는 알칼리성의 세정액에 대해 높은 내성을 갖는 저반사부(8)가 아니면, 포토마스크는 장기의 사용에 견딜 수 없다. 통상, 단체 금속보다도 산화물, 질화물 혹은 산질화물의 쪽이, 포토마스크를 세정하는 산 또는 알칼리의 세정액에 대한 내성(이하, 세정 내성)이 높다. 또한, 산소 비율이 많은 쪽이, 세정 내성이 높다. 이 때문에, 흡수층(4)은, 주석(Sn)과 산소(O)의 원자수비가 1:1 내지 1:2인 비율의 범위 내이며, 또한, 주석 및 산소의 합계 함유량이 전체의 75원자% 이상인 화합물 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 혹은, 흡수층(4)은, 인듐(In)과 산소(O)의 원자수비가 1:1 내지 1:1.5인 비율의 범위 내이고, 또한 인듐 및 산소의 합계 함유량이 전체의 80원자% 이상인 화합물 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 최표층(5)은, 충분한 세정 내성을 구비하기 때문에, 규소(Si)와 산소(O)의 원자수비가 1:1.5 내지 1:2인 비율의 범위 내이며, 또한 규소 및 산소의 합계 함유량이 전체의 50원자% 이상인 화합물 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시 형태에서는, 80℃의 황산에 10분간 침지하였을 때의 막 감소량이 1㎚ 이하이며, 또한, 암모니아와 과산화수소와 물을 질량비로 1:1:20의 비율로 혼합한 세정액의 조에 500W의 메가소닉을 사용하여 10분간 침지하였을 때의 막 감소량이 1㎚ 이하인 경우를, 세정 내성이 높다고 한다. 흡수층(4) 및 최표층(5)을 구성하는 각 화합물 재료가 이 조건을 각각 충족함으로써, 세정 내성이 높은 저반사부 패턴(8a)을 실현할 수 있다.
흡수층(4)은 캐피층(3) 상에 스퍼터로 형성되지만, 흡수층 패턴의 조도나 면 내 치수의 균일성, 전사상(像)의 면내 균일성을 양호한 것으로 하기 위해, 흡수층(4)의 막질은 충분히 아몰퍼스인 것이 바람직하다. 흡수층(4)의 막질을 아몰퍼스로 하기 위해, 흡수층(4)을 구성하는 화합물 재료는, 붕소(B), 질소(N), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf)으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 것이 바람직하고, 이들 1종 이상의 원소를 원자 조성비 10% 미만으로 함유하는 것이 더 바람직하다.
최표층(5)은 흡수층(4) 상에 스퍼터로 형성되지만, 최표층 패턴의 조도나 면 내 치수의 균일성, 전사 상의 면내 균일성을 양호한 것으로 하기 위해, 최표층(5)의 막질은 충분히 아몰퍼스인 것이 바람직하다. 최표층(5)의 막질을 아몰퍼스로 하기 위해, 최표층(5)을 구성하는 화합물 재료는, 붕소(B), 질소(N), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf)으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는 것이 바람직하고, 이들 1종 이상의 원소를 원자 조성비 10% 미만으로 함유하는 것이 더 바람직하다.
EUV 노광 장치에서는, 반사형 포토마스크(20)는 수소 라디칼 환경 하에 노출된다. 이 때문에, 최표층(5)은, 수소 라디칼 내성이 높은 화합물 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 최표층(5)은, 상기 산화규소 등, 규소를 주재료로 하는 화합물 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 혹은, 최표층(5)은, 전이 금속, 비스무트, 규소 중 적어도 하나를 주재료로 하는 화합물 재료로 구성되어 있어도 된다. 전이 금속, 비스무트, 규소는, 다른 금속 재료에 비하여 수소에 대해 반응성이 작고, 또한 휘발성이 작다. 이에 의해, 저반사부(8)의 수소 라디칼 내성을 높일 수 있어, 반사형 포토마스크(20)를 장기간의 사용에 견딜 수 있는 마스크로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에서는, 챔버 내에 배치된 1쌍의 전극의 전극간 거리가 18㎜이며, 챔버 내에 도입되는 수소 H2의 유량이 1019at/(㎠s)이며, 40㎒의 CCP(Capacitively Coupled Plasma: 용량 결합 플라스마)를 사용하여 전극간에서 수소가 여기된 수소 라디칼 환경 하에서의 막 감소 속도가 0.1㎚/s 이하인 경우를, 수소 라디칼 내성이 높다고 한다. 최표층(5)을 구성하는 화합물 재료가 이 조건을 충족시킴으로써, 수소 라디칼 내성이 높은 저반사부 패턴(8a)을 실현할 수 있다.
EUV 리소그래피에 있어서, EUV 광은, 반사형 포토마스크(20)의 저반사부 패턴(8a)의 측으로부터 비스듬하게 입사하고, 반사부(7)에서 반사되어 웨이퍼 상의 레지스트막에 입사한다. 여기서, 반사형 포토마스크(20)에 입사하는 EUV 광이 저반사부 패턴(8a)의 그늘을 반사부(7)에 만들면, 레지스트막에 대한 전사 성능이 악화된다(사영 효과).
상기 사영 효과를 억제하기 위해, 최표층(5)의 주재료는, 광로의 방해가 되지 않도록, EUV 광에 대한 소쇠 계수 k가 작은 화합물 재료인 것이 바람직하다. 예를 들어, 사영 효과에 의한 해상성의 악화를 10% 이내로 수용하기 위해, 최표층(5)의 소쇠 계수 k는 0.02 이하이고, 막 두께는 20㎚ 이내인 것이 바람직하다.
상기 사영 효과를 억제하기 위해, 흡수층(4)은, EUV 광에 대해 굴절률 n이 0.95 이하, 소쇠 계수 k가 0.06 이상인 화합물 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
도 3은, 금속 재료의 EUV 광(파장 13.5㎚)에 대한 광학 상수를 나타내는 그래프이다. 도 3의 횡축은 굴절률 n을 나타내고, 종축은 소쇠 계수 k를 나타내고 있다. 상기 특허 문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, 종래부터 탄탈(Ta)을 주성분으로 하는 흡수막이 사용되고 있지만, Ta의 EUV 광에 대한 소쇠 계수 k는, 0.041이다. Ta보다 큰 소쇠 계수의 화합물 재료라면, 흡수층(4)의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다. 소쇠 계수 k가 0.06 이상이면, 흡수층(4)의 두께를 충분히 얇게 하는 것이 가능하여, 사영 효과를 더 저감할 수 있다.
상기와 같은 광학 상수(nk값)의 조합을 충족하는 화합물 재료로서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 은(Ag), 백금(Pt), 인듐(In), 코발트(Co), 주석(Sn), 니켈(Ni), 텔루륨(Te)이 있다.
최표층(5)의 주재료는, 진공의 1에 가까운 굴절률의 화합물 재료인 것이 바람직하다. 이에 의해, 최표층(5)의 표면 반사에 의한 해상성의 악화를 억제할 수 있다.
저반사부(8)는, 반사부(7)에 대해 광학 농도(OD값)이 1.5 이상인 것이 바람직하다. 즉, 저반사부(8)는, 반사부(7)에 대해 OD값이 1.5 이상으로 되는 화합물 재료와 막 두께의 조합을 갖는 것이 바람직하다. OD값은, 반사부(7)와 저반사부(8)의 광 강도의 콘트라스트를 나타내는 지표이다. OD값이 큰 쪽이 콘트라스트는 좋고, 높은 전사 성능이 얻어진다. OD값은, 식 (1)로 나타낸다.
식 (1)에 있어서, Ra는 저반사부(8)의 반사율이며, Rm은 반사부(7)의 반사율 Rm이다.
상기한 바와 같이 사영 효과를 억제하기 위해서는, 흡수층(4)의 막 두께를 얇게 하는 것이 효과적이다. 종래의 흡수막에는 Ta를 주성분으로 하는 화합물 재료가 적용되어 왔지만, OD값에서 1 이상을 얻기 위해서는 40㎚ 이상의 막 두께가 필요하고, OD값에서 2 이상을 얻기 위해서는 70㎚ 이상의 막 두께가 필요하였다. Ta의 소쇠 계수는 0.041이지만, 소쇠 계수 0.06 이상의 화합물 재료를 흡수층(4)에 적용하면, 동일한 OD값이더라도 흡수층(4)의 막 두께를 얇게 할 수 있다. 예를 들어, 소쇠 계수 0.06 이상의 화합물 재료를 흡수층(4)에 적용하면, 베일의 법칙으로부터, OD값에서 1 이상을 얻기 위해서는 27㎚ 이상의 막 두께가 필요해지고, OD값에서 2 이상을 얻기 위해서는 48㎚ 이상의 막 두께가 필요하게 된다.
흡수층(4) 및 최표층(5)의 막 두께에 대해, 일례를 나타낸다. 흡수층(4)의 막 두께는, 예를 들어 18㎚ 이상 48㎚ 이하이다. 최표층(5)의 막 두께는, 예를 들어 1㎚ 이상 20㎚ 이하이다. 흡수층(4)과 최표층(5)을 갖는 저반사부(8) 및 저반사부 패턴(8a)의 막 두께는, 예를 들어 19㎚ 이상 68㎚ 이하이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(10) 및 반사형 포토마스크(20)는, 기판(1)과, 기판(1) 상에 마련되어 입사한 광을 반사하는 반사부(7)와, 반사부 상에 마련되어 입사한 광을 흡수하는 저반사부(8)를 구비한다. 저반사부(8)는 적어도 2층 이상의 적층 구조이다. 저반사부(8)의 최표층(5)은 EUV 광에 대해 굴절률 n이 0.90 이상, 소쇠 계수 k가 0.02 이하이다. 예를 들어, 최표층(5)은, 규소(Si)와 산소(O)를 원자수비가 1:1.5 내지 1:2인 비율의 범위 내에서, 규소 및 산소의 합계 함유량이 전체의 50% 원자 이상인 화합물 재료로 구성되어 있다. 규소(Si)는, 소쇠 계수 k가 0.0018이며, 굴절률 n이 0.999으로, 상기 광학 조건에 적합하다.
이에 의하면, 최표층(5)은, EUV 광에 대한 소쇠 계수 k가 0.02 이하이기 때문에, EUV 광의 흡수를 억제할 수 있다. 최표층(5)으로부터 형성되는 최표층 패턴은, 입사광에 의한 그늘의 형성이 억제되기 때문에, 사영 효과를 억제할 수 있다.
또한, 최표층(5)을 구성하는 재료로서, 세정 내성이 높으면서 수소 라디칼 내성이 높은 재료를 사용할 수 있다. 이에 의해, 산성 또는 알칼리성의 세정액을 사용하는 세정 공정이나, 수소 라디칼을 사용하는 클리닝 공정에서, 저반사부 패턴(8a)의 막 감소를 억제할 수 있다.
또한, 최표층 패턴은, 입사광에 의한 그늘의 형성을 억제할 수 있으므로, 후막에 형성할 수 있다. 최표층 패턴을 후막에 형성함으로써, 상기 세정 공정이나 클리닝 공정에서, 막 감소의 마진을 크게 할 수 있다. 최표층 패턴의 막 감소를 억제함과 함께, 막 감소의 마진을 크게 할 수 있으므로, 마스크의 수명 향상이 가능하다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를, 도면과 표를 사용하여 설명한다.
(실시예 1)
도 4는, 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크 블랭크(100)의 구조를 도시하는 개략 단면도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 저열 팽창 특성을 갖는 합성 석영의 기판(11) 상에 다층 반사막(12)을 형성하였다. 다층 반사막(12)은 규소(Si)와 몰리브덴(Mo)을 1쌍으로 하는 적층막을 40매 적층함으로써 형성하였다. 다층 반사막(12)의 막 두께는 280㎚였다. 도 4에서는, 간편을 위해, 다층 반사막(12)은, 수 쌍의 적층막으로 도시되고 있다.
다음에, 다층 반사막(12) 상에 중간막으로서 루테늄(Ru)으로 형성된 캐피층(13)을, 막 두께가 2.5㎚가 되도록 성막하였다. 이에 의해, 기판(11) 상에는 다층 반사막(12) 및 캐피층(13)을 갖는 반사부(17)가 형성되었다. 캐피층(13) 상에 산화주석으로 형성된 흡수층(14)을 막 두께가 26㎚가 되도록 성막하였다. 흡수층(14)에 있어서의 주석과 산소의 원자수비는, XPS(X선 광전자 분광법)로 측정한 바 1:1.6이었다. 또한, 흡수층(14)을 XRD(X선 회절 장치)로 측정한 바, 미세하게 결정성이 보이기는 하지만, 아몰퍼스인 것을 알았다.
다음에, 흡수층(14) 상에 산화규소로 형성되는 최표층(15)을 막 두께가 4㎚ 내지 20㎚의 범위 내가 되도록 성막하였다. 최표층(15)에 있어서의 규소와 산소의 원자수비는, XPS(X선 광전자 분광법)로 측정한 바 1:1.9였다. 이에 의해, 반사부(17) 상에 흡수층(14) 및 최표층(15)을 갖는 저반사부(18)가 형성되었다. 다음에, 기판(11)에 있어서 다층 반사막(12)가 형성되지 않은 측(즉, 이면측)에 이면 도전막(16)을 100㎚의 두께로 성막하였다. 이면 도전막(16)은, 질화크롬(CrN)으로 형성하였다.
기판(11) 상에 대한 각각의 막의 성막은, 다원 스퍼터링 장치를 사용하였다. 각각의 막의 막 두께는, 스퍼터링 시간으로 제어하였다. 이상의 공정을 거쳐, 반사형 포토마스크 블랭크(100)를 제작하였다.
다음에, 반사형 포토마스크 블랭크(100)를 사용하여, 반사형 포토마스크(200)를 제작한다. 도 5 내지 도 8은, 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크(200)의 제조 방법을 공정순으로 도시하는 개략 단면도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 반사형 포토마스크 블랭크(100)에 구비된 저반사부(18) 상에 포지티브형 화학 증폭형 레지스트(SEBP9012: 신에쓰 가가쿠 고교사제)를 120㎚의 막 두께로 스핀 코팅으로 성막하고, 110℃에서 10분 베이크하여, 레지스트막(19)를 형성하였다. 다음에, 전자선 묘화기(JBX3030: 니혼 덴시사제)에 의해 레지스트막(19)에 소정의 패턴을 묘화하였다. 그 후, 110℃, 10분 베이크 처리를 실시하고, 이어서 스프레이 현상(SFG3000: 시그마 메르텍크사제) 하였다. 이에 의해, 도 6에 도시하는 바와 같이, 레지스트 패턴(19a)을 형성하였다.
다음에, 레지스트 패턴(19a)을 에칭 마스크로 하여, 불소계 가스를 주체로 한 건식 에칭에 의해, 최표층(15)의 패터닝을 행하였다. 이에 의해, 도 7에 도시하는 바와 같이 최표층(15)에 최표층 패턴을 형성하였다. 다음에, 염소계 가스를 주체로 한 건식 에칭에 의해 흡수층(14)의 패터닝을 행하여, 흡수층 패턴을 형성하였다. 이에 의해, 도 8에 도시하는 바와 같이 저반사부 패턴(18a)을 형성하였다. 다음에, 나머지 레지스트 패턴(19a)(도 7 참조)의 박리를 행하여, 본 실시예 1에 따른 반사형 포토마스크(200)를 제작하였다.
실시예 1에 있어서, 저반사부(18)에 형성한 저반사부 패턴(18a)은, 선폭 64㎚LS(라인 앤 스페이스) 패턴, 원자간력 현미경(AFM)을 사용한 흡수층(4)의 막 두께 측정용 선폭 200㎚LS 패턴, EUV 반사율 측정용의 한 변이 4㎜인 정사각형의 저반사부 제거부를 포함하고 있다.
도 9는, 본 발명의 실시예 1에 관한 반사형 포토마스크의 저반사부 패턴(18a)을 도시하는 평면도이다. 도 9에 있어서, 부호 「WL」은 LS 패턴의 라인 폭을 나타내고, 부호 「WS」는 LS 패턴의 스페이스 폭을 나타내고, 부호 「WP」는 LS 패턴의 배치 피치를 나타낸다. WP=WL+WS의 관계에 있다. 또한, 부호 「18a-x」는, 저반사부 패턴(18a) 중, x 방향으로 연장 마련된 LS 패턴을 나타낸다. 부호 「18a-y」는, 저반사부 패턴(18a) 중, y 방향으로 연장 마련된 LS 패턴을 나타낸다. 실시예 1에서는, WL=64㎚, WS=64㎚인 LS 패턴(18a-x, 18a-y)을 형성하였다.
(실시예 2)
흡수층(14)을 산화인듐으로 형성하고, 막 두께 26㎚가 되도록 성막하였다. 다음에, 흡수층(14) 상에 산화규소로 형성되는 최표층(15)을 막 두께가 4㎚ 내지 20㎚의 범위 내가 되도록 성막하였다. 인듐과 산소의 원자수비는, XPS(X선 광전자 분광법)로 측정한 바 1:1.3이었다. 이것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 반사형 포토마스크 블랭크(100) 및 반사형 포토마스크(200)를 제작하였다.
(비교예 1)
흡수층을 산화주석으로 형성하고, 막 두께 26㎚가 되도록 성막하였다. 다음에, 흡수층 상에 탄탈(Ta)로 형성되는 최표층을 막 두께가 4㎚ 내지 20㎚의 범위 내가 되도록 성막하였다. 이것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를 제작하였다.
(비교예 2)
흡수층을 탄탈(Ta)로 형성하고, 막 두께 40㎚가 되도록 성막하였다. 최표층은 형성하지 않았다. 이것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를 제작하였다.
(비교예 3)
흡수층을 산화주석으로 형성하고, 막 두께 26㎚가 되도록 성막하였다. 최표층은 형성하지 않았다. 이것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크를 제작하였다.
(평가 방법)
상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에 있어서, 막 두께는 투과 전자 현미경에 의해 측정하였다. 상기 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에 있어서, 제작한 반사형 포토마스크의 반사부의 영역의 반사율 Rm과 저반사부의 영역의 반사율 Ra를 EUV 광에 의한 반사율 측정 장치로 측정하였다. 반사율 Rm의 측정은 한 변이 4㎜인 정사각형의 흡수층 제거부에서 행하였다. 그 측정 결과로부터, 상기 식 (1)을 사용하여 OD값을 산출하였다.
도 10에 도시하는 평가 장치를 사용하여, 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제작한 반사형 포토마스크의 수소 라디칼 내성을 평가하였다.
도 10은, 수소 라디칼 내성을 평가하기 위한 장치의 구성예를 도시하는 모식도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 평가 장치는, 챔버(300)와, 챔버(300)에 수소 플라스마(305)를 발생시키는 플라스마 발생 장치(310)를 구비한다. 챔버(300) 내에는, 하부 전극(301)과, 하부 전극(301)과 대향하는 상부 전극(302)이 마련되어 있다. 하부 전극(301)에 있어서, 상부 전극(302)과 대향하는 면 상에 피평가물(303)이 배치된다. 하부 전극(301)과 상부 전극(302)의 사이(이하, 전극간)의 거리는 18㎜이다.
하부 전극(301) 상에 피평가물(303)로서, 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제작한 반사형 포토마스크를 배치하였다. 이 상태에서, 챔버(300) 내에 수소 H2를 유량 1019at/(㎠s)로 도입하고, 도입한 수소 H2를 40㎒의 CCP를 사용하여 여기하고, 수소 라디칼을 발생시켰다. 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제작한 반사형 포토마스크를 수소 라디칼에 노출하여, 수소 라디칼 처리를 행하였다. 저반사부에 대해, 수소 라디칼 처리 전후로의 막 두께의 변화를, 원자간력 현미경(AFM)을 사용하여 확인하였다. 막 두께의 변화의 측정은, 선폭 200㎚의 LS 패턴으로 행하였다.
EUV 노광 장치(NXE3300B: ASML사제)를 사용하여, EUV 포지티브형 화학 증폭형 레지스트를 도포한 반도체 웨이퍼 상에 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 3에서 제작한 반사형 포토마스크의 저반사부 패턴을 전사 노광하였다. 노광량은, 도 9에 도시한 x 방향의 LS 패턴(18a-x)이, 설계한 바와 같은 선폭 16.0㎚로 레지스트막에 전사되도록 조절하였다. 전자선 치수 측정기에 의해 전사된 레지스트 패턴의 관찰, 및 선폭 측정을 실시하여, 해상성의 확인을 행하였다.
(평가 결과)
평가 결과를 표 1 내지 5에 나타낸다. 표 1은, 실시예 1에 관한 3개의 반사형 포토마스크(200)의 평가 결과를 나타내고 있다. 평가 항목은, 마스크 특성과, 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 전사된 레지스트 패턴의 선폭이다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에 관한 3개의 반사형 포토마스크(200)는, 흡수층(14)이 산화주석(굴절률 n이 0.94, 소쇠 계수 k가 0.07)으로 구성되고, 최표층(15)이 산화규소(굴절률 n이 0.98, 소쇠 계수 k가 0.01)로 구성된 반사형 포토마스크이다. 흡수층(14)의 막 두께는 26㎚이며, 최표층(15)의 막 두께는 4㎚, 10㎚, 20㎚이다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에 관한 3개의 반사형 포토마스크(200)의 수소 라디칼 내성은, 각각 0.07㎚/s였다. 실시예 1에 있어서, 측정된 수소 라디칼 내성의 값은, 판정의 기준값인 0.1㎚ 이하이며, 양호한 결과였다. 또한, 최표층(15)의 막 두께가 4㎚일 때, OD값은 1.81로 높은 값이었다. y 방향의 LS 패턴(18a-y)(도 9 참조)이 레지스트막에 전사되어 형성된 레지스트 패턴의, y 방향의 선폭은 12.2㎚이었다. 최표층(15)의 막 두께를 20㎚까지 두껍게 한 바, OD값은 향상되었지만, 막 두께가 두꺼워진 것에 따른 사영 효과가 보이고, y 방향의 선폭은 11.4㎚로 악화되었다.
표 2는, 실시예 2에 관한 3개의 반사형 포토마스크(200)의 평가 결과를 나타내고 있다. 평가 항목은, 마스크 특성과, 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 전사된 레지스트 패턴의 선폭이다.
표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에 관한 3개의 반사형 포토마스크(200)는, 흡수층(14)이 산화인듐(굴절률 n이 0.92, 소쇠 계수 k가 0.067)으로 구성되고, 최표층(15)이 산화규소(굴절률 n이 0.98, 소쇠 계수 k가 0.01)로 구성되어 있다. 흡수층(14)의 막 두께는 26㎚이며, 또한, 최표층(15)의 막 두께는 4㎚, 10㎚, 20㎚이다.
표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에 관한 반사형 포토마스크(200)의 수소 라디칼 내성은, 각각 0.07㎚/s였다. 실시예 2에 있어서, 측정된 수소 라디칼 내성의 값은, 판정의 기준값인 0.1㎚ 이하이며, 양호한 결과였다. 또한, 최표층(15)의 막 두께가 4㎚일 때, OD값은 1.68이고, 실시예 1의 산화주석에는 미치지 못하는 결과가 되었다. 최표층(15)의 막 두께를 20㎚까지 두껍게 한 바, OD값은 향상하였지만, 막 두께가 두꺼워진 것에 의한 사영 효과가 보이고, y 방향의 선폭은 11.2㎚로 악화되었다.
표 3은, 비교예 1에 관한 3개의 반사형 포토마스크의 평가 결과를 나타내고 있다. 평가 항목은, 마스크 특성과, 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 전사된 레지스트 패턴의 선폭이다.
표 3에 나타내는 바와 같이, 비교예 1에 관한 3개의 반사형 포토마스크는, 흡수층이 산화주석(굴절률 n이 0.94, 소쇠 계수 k가 0.07)으로 구성되고, 최표층이 탄탈(굴절률 n이 0.94, 소쇠 계수 k가 0.04)로 구성되어 있다. 흡수층의 막 두께는 26㎚이며, 최표층의 막 두께는 4㎚, 10㎚, 20㎚이다.
표 3에 나타내는 바와 같이, 비교예 1에 관한 반사형 포토마스크의 수소 라디칼 내성은 0.0㎚로 양호하였다. 그러나, 최표층의 막 두께가 4㎚로 박막에서도, 사영 효과가 나타나고, y 방향의 선폭은 11.7㎚가 되어, 실시예 1, 2보다도 악화된 결과가 되었다. 또한 OD값도 1.56으로 콘트라스트의 저하가 보이고, 실시예 1, 2보다도 표면 반사가 강하고 전사 성능이 악화된 결과가 되었다. 최표층의 막 두께를 두껍게 하면 OD값은 향상되지만, 사영 효과가 강하게 나타나고, y 방향의 선폭은 더욱 악화되었다.
표 4는, 비교예 2에 관한 하나의 반사형 포토마스크의 평가 결과를 나타내고 있다. 평가 항목은, 마스크 특성과, 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 전사된 레지스트 패턴의 선폭이다.
표 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 2에 관한 반사형 포토마스크는, 흡수층이 탄탈(굴절률 n이 0.94, 소쇠 계수 k가 0.04)로 구성되어 있다. 흡수층의 막 두께는, 40㎚이다. 흡수층이 최표층을 겸하고 있고, 흡수층과는 다른 최표층은 없다. 표 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 2에 관한 반사형 포토마스크의 수소 라디칼 내성은 0.0㎚/s로 양호하고, OD값도 1.9로 양호한 값이었지만, 막 두께에 의한 사영 효과가 크고, y 방향의 패턴은 해상되지 않았다.
표 5는, 비교예 3에 관한 하나의 반사형 포토마스크의 평가 결과를 나타내고 있다. 평가 항목은, 마스크 특성과, 마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 전사된 레지스트 패턴의 선폭이다.
표 5에 나타내는 바와 같이, 비교예 3에 관한 반사형 포토마스크는, 흡수층이 산화주석(굴절률 n이 0.94, 소쇠 계수 k가 0.07)으로 구성되어 있다. 흡수층의 막 두께는, 26㎚이다. 흡수층이 최표층을 겸하고 있고, 흡수층과는 다른 최표층은 없다. 표 5에 나타내는 바와 같이, 비교예 3에 관한 반사형 포토마스크의 OD값은 2.01, y 방향의 선폭은 13.0㎚로 가장 좋은 값이 되었지만, 수소 라디칼 내성이 0.14㎚/s로 가장 나쁜 결과가 되었다.
이상의 평가 결과로부터, 흡수층(14)이 산화주석으로 구성되고, 최표층(15)이 산화규소로 구성된 반사형 포토마스크(200)는, OD값, 수소 라디칼 내성이 모두 양호하고, 사영 효과를 저감할 수 있어, 긴 수명으로 전사 성능이 높다는 것을 알았다.
본 발명에 관한 반사형 포토마스크 블랭크 및 반사형 포토마스크는, 예를 들어 반도체 집적 회로 등의 제조 공정에 적용할 수 있다. EUV 노광에 의해 미세한 패턴을 형성하는 공정에 적합하게 사용할 수 있다.
1, 11: 기판
2, 12: 다층 반사막
3, 13: 캐피층
4, 14: 흡수층
5, 15: 최표층
7, 17: 반사부
8, 18: 저반사부
8a, 18a: 저반사부 패턴
10, 100: 반사형 포토마스크 블랭크
16: 이면 도전막
18a-x: LS 패턴
18a-y: LS 패턴
19: 레지스트막
19a: 레지스트 패턴
20, 200: 반사형 포토마스크
300: 챔버
301: 하부 전극
302: 상부 전극
303: 피평가물
305: 수소 플라스마
310: 플라스마 발생 장치
2, 12: 다층 반사막
3, 13: 캐피층
4, 14: 흡수층
5, 15: 최표층
7, 17: 반사부
8, 18: 저반사부
8a, 18a: 저반사부 패턴
10, 100: 반사형 포토마스크 블랭크
16: 이면 도전막
18a-x: LS 패턴
18a-y: LS 패턴
19: 레지스트막
19a: 레지스트 패턴
20, 200: 반사형 포토마스크
300: 챔버
301: 하부 전극
302: 상부 전극
303: 피평가물
305: 수소 플라스마
310: 플라스마 발생 장치
Claims (11)
- 기판과,
상기 기판 상에 마련되어 입사한 광을 반사하는 반사부와,
상기 반사부 상에 마련되어 입사한 광을 흡수하는 저반사부를 구비하고,
상기 저반사부는 적어도 2층 이상의 적층 구조이며,
상기 저반사부의 최표층은 EUV(Extreme UltraViolet: 파장 13.5㎚) 광에 대해 굴절률 n이 0.90 이상, 소쇠 계수 k가 0.02 이하인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항에 있어서,
상기 최표층은,
규소(Si)와 산소(O)의 원자수비가 1:1.5 내지 1:2인 비율의 범위 내이며, 또한, 상기 규소 및 상기 산소의 합계 함유량이 전체의 50원자% 이상인 화합물 재료로 구성되어 있는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 최표층을 구성하는 화합물 재료는, 추가로 붕소(B), 질소(N), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf)으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최표층의 막 두께가 1㎚ 이상 20㎚ 이하인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저반사부는,
상기 최표층과 상기 반사부 사이에 마련되어 입사한 광을 흡수하는 흡수층을 갖고,
상기 흡수층은,
상기 EUV 광에 대해 굴절률 n이 0.95 이하, 소쇠 계수 k가 0.06 이상인 화합물 재료로 구성되어 있는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저반사부는,
상기 최표층과 상기 반사부 사이에 마련되어 입사한 광을 흡수하는 흡수층을 갖고,
상기 흡수층은,
주석(Sn)과 산소(O)의 원자수비가 1:1 내지 1:2인 비율의 범위 내이며, 또한, 주석 및 산소의 합계 함유량이 전체의 75원자% 이상인 화합물 재료로 구성되어 있는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저반사부는,
상기 최표층과 상기 반사부 사이에 마련되어 입사한 광을 흡수하는 흡수층을 갖고,
상기 흡수층은,
인듐(In)과 산소(O)의 원자수비가 1:1 내지 1:1.5인 비율의 범위 내이며, 또한, 인듐 및 산소의 합계 함유량이 전체의 80원자% 이상인 화합물 재료로 구성되어 있는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡수층을 구성하는 화합물 재료는, 추가로 붕소(B), 질소(N), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf)으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 함유하는, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡수층의 막 두께는, 18㎚ 이상 48㎚ 이하인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저반사부는, 상기 반사부에 대해 광학 농도(OD값)가 1.5 이상인, 반사형 포토마스크 블랭크. - 기판과,
상기 기판 상에 마련되어 입사한 광을 반사하는 반사부와,
상기 반사부 상에 마련되어 입사한 광을 흡수하는 저반사부를 구비하고,
상기 저반사부는 적어도 2층 이상의 적층 구조이며,
상기 저반사부의 최표층은 EUV(Extreme UltraViolet: 파장 13.5㎚) 광에 대해 굴절률 n이 0.90 이상, 소쇠 계수 k가 0.02 이하인, 반사형 포토마스크.
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Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal |