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KR20220103924A - 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크, 그리고 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크, 그리고 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20220103924A
KR20220103924A KR1020227013578A KR20227013578A KR20220103924A KR 20220103924 A KR20220103924 A KR 20220103924A KR 1020227013578 A KR1020227013578 A KR 1020227013578A KR 20227013578 A KR20227013578 A KR 20227013578A KR 20220103924 A KR20220103924 A KR 20220103924A
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KR
South Korea
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film
phase shift
reflective mask
layer
light
Prior art date
Application number
KR1020227013578A
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English (en)
Inventor
요헤이 이케베
오사무 노자와
Original Assignee
호야 가부시키가이샤
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Publication date
Application filed by 호야 가부시키가이샤 filed Critical 호야 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 위상 시프트막의 막 두께가 변화된 경우라도, 위상 시프트막의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 작은 위상 시프트막을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 제공한다.
기판의 주표면 상에, 다층 반사막 및 위상 시프트막을 이 순서로 구비하는 반사형 마스크 블랭크로서, 상기 위상 시프트막은, 하층과, 최상층을 포함하고, 상기 하층은, 상기 최상층과 상기 다층 반사막과의 사이에 위치하며, 상기 하층은, 루테늄 및 크롬의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료, 또는 루테늄, 크롬 및 질소의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료로 형성되고, 상기 최상층은, 루테늄, 크롬 및 산소의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크이다.

Description

반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크, 그리고 반도체 장치의 제조 방법
본 발명은, 반도체 장치의 제조 등에 사용되는 노광용 마스크를 제조하기 위한 원판인 반사형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크, 그리고 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 제조에 있어서의 노광 장치는, 광원의 파장을 서서히 짧게 하면서 진화해 오고 있다. 보다 미세한 패턴 전사를 실현하기 위해, 파장이 13.5nm 근방인 극단 자외선(EUV: Extreme Ultra Violet. 이하, EUV 광이라고 하는 경우가 있다.)을 이용한 EUV 리소그래피가 개발되어 있다. EUV 리소그래피에서는, EUV 광에 대하여 투명한 재료가 적은 점에서, 반사형의 마스크가 이용된다. 대표적인 반사형의 마스크로서, 바이너리형의 반사형 마스크 및 위상 시프트형의 반사형 마스크(하프톤 위상 시프트형의 반사형 마스크)가 있다. 바이너리형의 반사형 마스크는, EUV 광을 충분히 흡수하는 비교적 두꺼운 흡수체 패턴을 갖는다. 위상 시프트형의 반사형 마스크는, EUV 광을 광 흡수에 의해 감광(減光)시키고, 또한 다층 반사막으로부터의 반사광에 대하여 거의 위상이 반전(약 180도의 위상 반전)된 반사광을 발생시키는 비교적 얇은 흡수체 패턴(위상 시프트 패턴)을 갖는다. 위상 시프트형의 반사형 마스크는, 위상 시프트 효과에 의해 높은 전사 광학상 콘트라스트가 얻어지기 때문에 해상도를 보다 향상시킬 수 있다. 또, 위상 시프트형의 반사형 마스크의 흡수체 패턴(위상 시프트 패턴)의 막 두께가 얇은 점에서, 정밀도 좋고 미세한 위상 시프트 패턴을 형성할 수 있다.
이와 같은 EUV 리소그래피용의 반사형 마스크 및 이것을 제작하기 위한 마스크 블랭크에 관련된 기술이 특허문헌 1 및 2에 기재되어 있다.
특허문헌 1에는, 노광광에 대하여 고반사 영역이 되는 다층 반사막과, 상기 노광광을 흡수하는 동시에, 상기 노광광에 대하여 저반사 영역이 되는 흡수체 패턴을 구비하는 반사형 노광용 마스크가 기재되어 있다. 또, 특허문헌 1에는, 상기 다층 반사막으로부터의 상기 노광광의 반사광과, 상기 흡수체 패턴으로부터의 상기 노광광의 반사광과의 위상차가 180도±10도 이내가 되는 것이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 흡수체 패턴으로서, Ru를 주성분으로 하는 Ru 막으로 구성된 단층 구조의 흡수체 패턴, 또는, Ru 막과, 이 Ru 막보다도 얇고, Cr을 주성분으로 하는 Cr 막과의 적층막으로 구성된 다층 구조의 흡수체 패턴을 이용하는 것이 기재되어 있다. 또, Ru를 주성분으로 하는 Ru 막의 재료로서, 예를 들면, CrRu 합금 및 CrRuN 합금을 이용하는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 기판과, 상기 기판 상에 형성된 고반사부와, 상기 고반사부 상에 형성되며, 패터닝된 저반사부를 구비하는 하프톤형 EUV 마스크가 기재되어 있다. 또, 특허문헌 2에는, 저반사부가, Ta(탄탈)를 갖는 제 1 층 및 Ru(루테늄)를 갖는 제 2 층이 적층된 구조인 것이 기재되어 있다.
일본국 특개2011-29334호 공보 일본국 특허 제5282507호 공보
패턴을 미세하게 할수록, 및 패턴 치수나 패턴 위치의 정밀도를 높일수록 반도체 장치의 전기적 특성 및 성능이 올라가고, 또, 집적도 향상 및 칩 사이즈를 저감할 수 있다. 그 때문에, EUV 리소그래피에는 종래보다도 한 단계 높은 고정밀도이고 또한 미세한 치수의 패턴 전사 성능이 요구되고 있다. 현재는, hp 16nm(half pitch 16nm) 세대 대응의 초미세하고 또한 고정밀도의 패턴 형성이 요구되고 있다. 이와 같은 요구에 대해, EUV 광을 노광광으로서 이용하고, 또한 위상 시프트 효과를 이용하는 반사형 위상 시프트 마스크가 요구되고 있다.
EUV 리소그래피에서는, 광투과율의 관계에서 다수의 반사경으로 이루어지는 투영 광학계가 이용되고 있다. 그리고, 반사형 마스크에 대하여 EUV 광을 비스듬하게 입사시켜, 이들 복수의 반사경이 투영광(노광광)을 차단하지 않도록 하고 있다. 입사 각도는, 현재, 반사형 마스크의 기판 수직면에 대하여 6도로 하는 것이 주류이다.
EUV 리소그래피에서는, 노광광이 비스듬하게 입사되기 때문에, 섀도잉 효과라고 불리는 고유의 문제가 있다. 섀도잉 효과란, 입체 구조를 갖는 흡수체 패턴에 노광광이 비스듬하게 입사됨으로써 그림자가 생겨, 전사 형성되는 패턴의 치수나 위치가 바뀌는 현상을 말한다. 흡수체 패턴의 입체 구조가 벽이 되어 응달측에 그림자가 생겨, 전사 형성되는 패턴의 치수나 위치가 바뀐다. 예를 들면, 배치되는 흡수체 패턴의 방향이 사입사광(斜入射光)의 방향과 평행이 되는 경우와 수직이 되는 경우에서, 양자의 전사 패턴의 치수와 위치에 차이가 발생해, 전사 정밀도를 저하시킨다.
EUV 광을 노광광으로서 이용하는 반사형 위상 시프트 마스크는, 노광광의 파장이 짧은 것에 기인하여, 위상 시프트막의 막 두께 변동에 대한 위상차 및 반사율의 변동이 크다는 문제가 있다. 예를 들면, 위상 시프트막을 단층 구조로 한 반사형 마스크 블랭크의 경우, 그 마스크 블랭크의 위상 시프트막을 패터닝하여 반사형 위상 시프트 마스크를 제조하는 과정에서, 위상 시프트막의 표층의 산화가 진행되는 경우가 있다. 위상 시프트막의 표층의 산화에 의해, 광학 특성의 변화 및/또는 막 두께의 감소라는 현상이 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 위상 시프트막에 발생하는 현상이 약간이어도, 위상 시프트막의 위상차 및/또는 반사율이 변화하는 경우가 있다.
반사형 위상 시프트 마스크에서는, 초미세하고 또한 고정밀도의 패턴 형성에 대한 요구로 인해, 상기의 섀도잉 효과를 작게 하는 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 반사형 위상 시프트 마스크에서는, 더욱 흡수체막(위상 시프트막)의 막 두께를 얇게 하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 위상 시프트막은, 노광광에 대하여 소정의 위상차를 발생시키는 기능에 더하여, 노광광을 소정의 반사율로 반사시키는 기능도 겸비할 필요가 있다. 이 때문에, 위상 시프트막을 단층 구조로 형성하는 경우, 막의 두께를 얇게 하는 것에는 한계가 있다. 위상 시프트막을 다층 구조로 하고, 각 층의 설계를 최적화하여 간섭 효과를 이용함으로써, 소정의 위상차 및 소정의 반사율의 위상 시프트막을 보다 얇은 두께로 형성하는 것은 가능하다. 그러나, 다층 구조의 위상 시프트막의 경우, 특히 위상 시프트막의 최상층의 두께 및/또는 광학 특성이 변화하기 쉽다. 다층 구조의 위상 시프트막에서는, 보다 강한 간섭 효과를 이용하고 있다. 그 때문에, 다층 구조의 위상 시프트막에서는, 최상층의 막 두께(즉, 최상층을 포함하는 위상 시프트막의 막 두께) 및/또는 광학 특성의 변화에 의해, 위상차 및/또는 반사율이 변화하기 쉽다는 것이 문제가 되고 있다.
한편, 반사형 마스크 블랭크의 위상 시프트막을 패터닝하여 반사형 마스크를 제조하는 경우, 패턴이 형성된 위상 시프트막에 대하여, 설계한 패턴이 정밀도 좋게 형성되어 있는 것을 확인하기 위해, 일반적으로, 마스크 검사 장치를 이용한 마스크 검사가 행하여진다. 많은 마스크 검사 장치에서는, 검사광으로서 파장 193nm 등의 DUV 광(원자외선광, Deep Ultraviolet 광)이 이용되고 있다.
DUV 광을 검사광으로서 이용한 마스크 검사 장치에 의해, 패턴이 형성된 위상 시프트막을 검사했을 때에, 고정밀도의 검사가 곤란한 경우가 있다. 이 이유로서 다음의 것이 생각된다. 즉, 위상 시프트막이 제거되어 다층 반사막이 노출된 부분은 DUV 광에 대한 반사율이 높다. 패턴을 고정밀도로 검사하려면, 위상 시프트막이 남겨진 위상 시프트 패턴 부분의 DUV 광에 대한 반사율이 충분히 낮은 것이 요구된다. 그러나, 특히 다층 구조의 위상 시프트막에서는, EUV 광에 대한 강한 간섭 효과를 갖고 있을 뿐만 아니라, DUV 광에 대한 간섭 효과가 강하게 기능해 버리는 경우가 있다. 이와 같은 위상 시프트막에서는, DUV 광을 이용한 마스크 검사에서 고정밀도의 검사가 곤란하여 문제가 되고 있다.
그래서, 본 발명은, 다층 구조의 위상 시프트막을 갖는 반사형 마스크 블랭크에 있어서, 위상 시프트막의 막 두께가 변화된 경우라도, 위상 시프트막의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 작은 위상 시프트막을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, DUV 광을 이용한 마스크 검사에서 고정밀도의 검사를 행하는 것이 가능한 위상 시프트막을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 상기 반사형 마스크 블랭크를 이용하여 제조되는 반사형 마스크의 제공, 그리고 그 반사형 마스크를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
본 발명의 구성 1은, 기판의 주표면 상에, 다층 반사막 및 위상 시프트막을 이 순서로 구비하는 반사형 마스크 블랭크로서,
상기 위상 시프트막은, 하층과, 최상층을 포함하고, 상기 하층은, 상기 최상층과 상기 다층 반사막과의 사이에 위치하며,
상기 하층은, 루테늄 및 크롬의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료, 또는 루테늄, 크롬 및 질소의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료로 형성되고,
상기 최상층은, 루테늄, 크롬 및 산소의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 2)
본 발명의 구성 2는, 상기 최상층 중의 함유량이 가장 많은 원소는, 산소인 것을 특징으로 하는 구성 1의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 3)
본 발명의 구성 3은, 상기 하층 중의 함유량이 가장 많은 원소는, 루테늄인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 4)
본 발명의 구성 4는, 상기 최상층에서의 크롬의 함유량(원자％)을 루테늄 및 크롬의 합계 함유량(원자％)으로 나눈 비율은, 상기 하층에서의 크롬의 함유량(원자％)을 루테늄 및 크롬의 합계 함유량(원자％)으로 나눈 비율보다도 큰 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 것의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 5)
본 발명의 구성 5는, 파장 13.5nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 파장 13.5nm의 광에 대한 상기 하층의 굴절률 n보다도 큰 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 4 중 어느 것의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 6)
본 발명의 구성 6은, 파장 13.5nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 0.94 이하인 것을 특징으로 하는 구성 5의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 7)
본 발명의 구성 7은, 파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 파장 193nm의 광에 대한 상기 하층의 굴절률 n보다도 큰 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 6 중 어느 것의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 8)
본 발명의 구성 8은, 파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 5.0 이하인 것을 특징으로 하는 구성 7의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 9)
본 발명의 구성 9는, 파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 소쇠(消衰) 계수 k는, 3.2 이하인 것을 특징으로 하는 구성 7 또는 8의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 10)
본 발명의 구성 10은, 상기 다층 반사막과 위상 시프트막의 사이에 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 9 중 어느 것의 반사형 마스크 블랭크이다.
(구성 11)
본 발명의 구성 11은, 기판의 주표면 상에, 다층 반사막 및 전사 패턴이 형성된 위상 시프트막을 이 순서로 구비하는 반사형 마스크로서,
상기 위상 시프트막은, 하층과 최상층을 포함하고, 상기 하층은, 상기 최상층과 상기 다층 반사막과의 사이에 위치하며,
상기 하층은, 루테늄 및 크롬의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료, 또는 루테늄, 크롬 및 질소의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료로 형성되고,
상기 최상층은, 루테늄, 크롬 및 산소의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크이다.
(구성 12)
본 발명의 구성 12는, 상기 최상층 중의 함유량이 가장 많은 원소는, 산소인 것을 특징으로 하는 구성 11의 반사형 마스크이다.
(구성 13)
본 발명의 구성 13은, 상기 하층 중의 함유량이 가장 많은 원소는, 루테늄인 것을 특징으로 하는 구성 11 또는 12의 반사형 마스크이다.
(구성 14)
본 발명의 구성 14는, 상기 최상층에서의 크롬의 함유량(원자％)을 루테늄 및 크롬의 합계 함유량(원자％)으로 나눈 비율은, 상기 하층에서의 크롬의 함유량(원자％)을 루테늄 및 크롬의 합계 함유량(원자％)으로 나눈 비율보다도 큰 것을 특징으로 하는 구성 11 내지 13 중 어느 것의 반사형 마스크이다.
(구성 15)
본 발명의 구성 15는, 파장 13.5nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 파장 13.5nm의 광에 대한 상기 하층의 굴절률 n보다도 큰 것을 특징으로 하는 구성 11 내지 14 중 어느 것의 반사형 마스크이다.
(구성 16)
본 발명의 구성 16은, 파장 13.5nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 0.94 이하인 것을 특징으로 하는 구성 15의 반사형 마스크이다.
(구성 17)
본 발명의 구성 17은, 파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 파장 193nm의 광에 대한 상기 하층의 굴절률 n보다도 큰 것을 특징으로 하는 구성 11 내지 16 중 어느 것의 반사형 마스크이다.
(구성 18)
본 발명의 구성 18은, 파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 5.0 이하인 것을 특징으로 하는 구성 17의 반사형 마스크이다.
(구성 19)
본 발명의 구성 19는, 파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 소쇠 계수 k는, 3.2 이하인 것을 특징으로 하는 구성 17 또는 18의 반사형 마스크이다.
(구성 20)
본 발명의 구성 20은, 상기 다층 반사막과 위상 시프트막의 사이에 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 구성 11 내지 19 중 어느 것의 반사형 마스크이다.
(구성 21)
본 발명의 구성 21은, 구성 11 내지 20 중 어느 것의 반사형 마스크를 이용하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법이다.
본 발명에 의하면, 다층 구조의 위상 시프트막을 갖는 반사형 마스크 블랭크에 있어서, 위상 시프트막의 막 두께가 변화된 경우라도, 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 위상 시프트막의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 작은 위상 시프트막을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, DUV 광을 이용한 마스크 검사에서 고정밀도의 검사를 행하는 것이 가능한 위상 시프트막을 갖는 반사형 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 반사형 마스크 블랭크를 이용하여 제조되는 반사형 마스크의 제공, 그리고 그 반사형 마스크를 이용하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태의 반사형 마스크 블랭크의 개략 구성의 일례를 설명하기 위한 주요부 단면 모식도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태의 반사형 마스크 블랭크의 개략 구성의 다른 일례를 설명하기 위한 주요부 단면 모식도이다.
도 3a에서 도 3f는, 반사형 마스크 블랭크로부터 반사형 마스크를 제작하는 공정을 주요부 단면 모식도로 나타낸 공정도이다.
도 4는, 실시예 1 및 비교예 2에 대응하는 재료를 이용한 위상 시프트막의 막 두께와, 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 상대 반사율 및 위상차와의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 실시형태는, 본 발명을 구체화할 때의 한 형태로서, 본 발명을 그 범위 내로 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면 중, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙여 그 설명을 간략화 내지 생략하는 경우가 있다.
＜반사형 마스크 블랭크(100)의 구성 및 그 제조 방법＞
도 1은, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 구성을 설명하기 위한 주요부 단면 모식도이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 반사형 마스크 블랭크(100)는, 마스크 블랭크용 기판(1)(단지, 「기판(1)」이라고도 한다.)과, 다층 반사막(2)과, 보호막(3)과, 위상 시프트막(4)을 갖고, 이들이 이 순서로 적층된 구조를 갖는다. 다층 반사막(2)은, 제 1 주면(主面)(표측(表側) 표면)측에 형성되며, 노광광인 EUV 광을 높은 반사율로 반사한다. 보호막(3)은, 다층 반사막(2)을 보호하기 위해 설치되며, 후술하는 위상 시프트막(4)을 패터닝할 때에 사용하는 에천트 및 세정액에 대하여 내성을 갖는 재료로 형성된다. 위상 시프트막(4)은, EUV 광을 흡수한다. 또, 기판(1)의 제 2 주면(이측(裏側) 표면)측에는, 정전 척용의 도전막(5)이 형성된다.
도 2는, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 다른 구성을 설명하기 위한 주요부 단면 모식도이다. 도 2에 나타나는 반사형 마스크 블랭크(100)는, 도 1의 경우와 마찬가지로, 기판(1)과, 다층 반사막(2)과, 보호막(3)과, 위상 시프트막(4)과, 도전막(5)을 갖고, 추가로, 에칭 마스크막(6)을 갖는다.
본 명세서에 있어서, 「마스크 블랭크용 기판(1)의 주표면 위에, 다층 반사막(2)을 갖는다」란 다층 반사막(2)이, 마스크 블랭크용 기판(1)의 표면에 접하여 배치되는 것을 의미하는 경우 외, 마스크 블랭크용 기판(1)과, 다층 반사막(2)과의 사이에 다른 막을 갖는 것을 의미하는 경우도 포함한다. 다른 막에 대해서도 마찬가지이다. 예를 들면 「막 A 위에 막 B를 갖는다」란, 막 A와 막 B가 직접 접하도록 배치되어 있는 것을 의미하는 것 외, 막 A와 막 B의 사이에 다른 막을 갖는 경우도 포함한다. 또, 본 명세서에 있어서, 예를 들면 「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, 소정의 막(또는 층)이, 예를 들면, 「루테늄 및 크롬을 포함하는 재료로 이루어지는 막(또는 층)」이란, 소정의 막(또는 층)이, 적어도, 실질적으로, 루테늄 및 크롬을 포함하는 재료로 구성된 막(또는 층)인 것을 의미한다. 한편, 소정의 막(또는 층)이, 「루테늄 및 크롬으로 이루어지는 막(또는 층)」이란, 소정의 막(또는 층)이, 루테늄 및 크롬만으로 이루어지는 것을 의미하는 경우가 있다. 또, 어느 경우도, 불가피적으로 혼입되는 불순물이, 소정의 막(또는 층)에 포함되는 것을 포함한다.
본 실시형태는, 기판(1)의 주표면 상에, 다층 반사막(2) 및 위상 시프트막(4)을 이 순서로 구비하는 반사형 마스크 블랭크(100)이다. 본 실시형태의 위상 시프트막(4)은, 하층(41)과, 최상층(42)을 포함한다. 하층(41)은, 최상층(42)과 다층 반사막(2)과의 사이에 위치한다. 이하, 본 실시형태를, 각 층마다 설명한다.
＜＜기판(1)＞＞
기판(1)은, EUV 광에 의한 노광 시의 열에 의한 위상 시프트 패턴(4a)의 왜곡을 방지하기 위해, 0±5ppb/℃의 범위 내의 저열팽창 계수를 갖는 것이 바람직하게 이용된다. 이 범위의 저열팽창 계수를 갖는 소재로는, 예를 들면, SiO2-TiO2계 유리, 다성분계 유리 세라믹스 등을 이용할 수 있다.
기판(1)의 전사 패턴(후술의 위상 시프트 패턴(4a)이 이것에 대응한다.)이 형성되는 측의 제 1 주면은, 적어도 패턴 전사 정밀도, 위치 정밀도를 얻는 관점에서 고평탄도가 되도록 표면 가공되어 있다. EUV 노광의 경우, 기판(1)의 전사 패턴이 형성되는 측의 주표면(제 1 주면)의 132mm×132mm의 영역에 있어서, 평탄도가 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.03㎛ 이하이다. 또, 전사 패턴이 형성되는 측과 반대측의 제 2 주면은, 노광 장치에 세트할 때에 정전 척되는 면으로서, 132mm×132mm의 영역에 있어서, 평탄도가 0.1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.03㎛ 이하이다. 또한, 반사형 마스크 블랭크(100)에서의 제 2 주면측의 평탄도는, 142mm×142mm의 영역에 있어서, 평탄도가 1㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5㎛ 이하, 특히 바람직하게는 0.3㎛ 이하이다.
또, 기판(1)의 표면 평활도의 높음도 극히 중요한 항목이다. 전사용 위상 시프트 패턴(4a)이 형성되는 기판(1)의 제 1 주면의 표면 거칠기는, 제곱 평균 평방근 거칠기(RMS)로 0.1nm 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 억제하기 위해, 높은 강성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 특히, 기판(1)은, 65GPa 이상의 높은 영률을 갖고 있는 것이 바람직하다.
＜＜다층 반사막(2)＞＞
다층 반사막(2)은, 반사형 마스크(200)에 있어서, EUV 광을 반사하는 기능을 부여하는 것이며, 굴절률이 다른 원소를 주성분으로 하는 각 층이 주기적으로 적층된 다층막이다.
일반적으로는, 고굴절률 재료인 경원소(輕元素) 또는 그 화합물의 박막(고굴절률층)과, 저굴절률 재료인 중원소(重元素) 또는 그 화합물의 박막(저굴절률층)이 교대로 40에서 60 주기 정도 적층된 다층막이, 다층 반사막(2)으로서 이용된다. 다층막은, 기판(1)측으로부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층한 고굴절률층/저굴절률층의 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층해도 된다. 또, 다층막은, 기판(1)측으로부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 적층한 저굴절률층/고굴절률층의 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층해도 된다. 또한, 다층 반사막(2)의 최(最)표면의 층, 즉 다층 반사막(2)의 기판(1)과 반대측의 표면층은, 고굴절률층으로 하는 것이 바람직하다. 상술의 다층막에 있어서, 기판(1)측으로부터 고굴절률층과 저굴절률층을 이 순서로 적층한 고굴절률층/저굴절률층의 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층하는 경우는, 최상층이 저굴절률층이 된다. 이 경우, 저굴절률층이 다층 반사막(2)의 최표면을 구성하면 용이하게 산화되어 버려, 반사형 마스크(200)의 반사율이 감소한다. 그 때문에, 최상층의 저굴절률층 상에, 고굴절률층을 추가로 형성하여 다층 반사막(2)으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 상술의 다층막에 있어서, 기판(1)측으로부터 저굴절률층과 고굴절률층을 이 순서로 적층한 저굴절률층/고굴절률층의 적층 구조를 1 주기로 하여 복수 주기 적층하는 경우는, 최상층이 고굴절률층이 되므로, 그대로여도 된다.
본 실시형태에 있어서, 고굴절률층으로는, 규소(Si)를 포함하는 층이 채용된다. Si를 포함하는 재료로는, Si 단체(單體) 외에, Si에, 붕소(B), 탄소(C), 질소(N) 및 산소(O)를 포함하는 Si 화합물을 이용할 수 있다. Si를 포함하는 층을 고굴절률층으로서 사용함으로써, EUV 광의 반사율이 뛰어난 EUV 리소그래피용 반사형 마스크(200)가 얻어진다. 또, 본 실시형태에 있어서 기판(1)으로는 유리 기판이 바람직하게 이용된다. Si는 유리 기판과의 밀착성에 있어서도 뛰어나다. 또, 저굴절률층으로는, 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 백금(Pt)으로부터 선택되는 금속 단체, 또는 이들의 합금이 이용된다. 예를 들면 파장 13nm에서 14nm의 EUV 광에 대한 다층 반사막(2)으로는, 바람직하게는 Mo 막과 Si 막을 교대로 40에서 60 주기 정도 적층한 Mo/Si 주기 적층막이 이용된다. 또한, 다층 반사막(2)의 최상층인 고굴절률층을 규소(Si)로 형성해도 된다.
다층 반사막(2)의 단독에서의 반사율은, 통상 65％ 이상이며, 상한은 통상 73％이다. 또한, 다층 반사막(2)의 각 구성층의 막 두께 및 주기는, 노광 파장에 따라 적절히 선택하면 되고, 브래그 반사의 법칙을 만족하도록 선택된다. 다층 반사막(2)에 있어서 고굴절률층 및 저굴절률층은 각각 복수 존재하지만, 고굴절률층끼리, 그리고 저굴절률층끼리의 막 두께가 동일하지 않아도 된다. 또, 다층 반사막(2)의 최표면의 Si 층의 막 두께는, 반사율을 저하시키지 않는 범위에서 조정할 수 있다. 최표면의 Si 층(고굴절률층)의 막 두께는, 3nm에서 10nm의 범위로 할 수 있다.
다층 반사막(2)의 형성 방법은 당해 기술 분야에 있어서 공지이다. 예를 들면 이온 빔 스퍼터링법에 의해, 다층 반사막(2)의 각 층을 성막함으로써 형성할 수 있다. 상술한 Mo/Si 주기 다층막의 경우, 예를 들면 이온 빔 스퍼터링법에 의해, 우선 Si 타겟을 이용하여 두께 4nm 정도의 Si 막을 기판(1) 상에 성막한다. 그 후 Mo 타겟을 이용하여 두께 3nm 정도의 Mo 막을 성막한다. 이 Si 막/Mo 막을 1 주기로 하여, 40에서 60 주기 적층해, 다층 반사막(2)을 형성한다(최표면의 층은 Si 층으로 한다). 또한, 예를 들면, 다층 반사막(2)을 60 주기로 한 경우, 40 주기보다 공정수는 늘어나지만, EUV 광에 대한 반사율을 높일 수 있다. 또, 다층 반사막(2)의 성막 시에, 이온원(源)으로부터 크립톤(Kr) 이온 입자를 공급하여, 이온 빔 스퍼터링을 행함으로써 다층 반사막(2)을 형성하는 것이 바람직하다.
＜＜보호막(3)＞＞
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 다층 반사막(2)과 위상 시프트막(4)의 사이에 보호막(3)을 구비하는 것이 바람직하다.
후술하는 반사형 마스크(200)의 제조 공정에서의 드라이 에칭 및 세정으로부터 다층 반사막(2)을 보호하기 위해, 다층 반사막(2) 위에, 또는 다층 반사막(2)의 표면에 접하여 보호막(3)을 형성할 수 있다. 또, 보호막(3)은, 전자선(EB)을 이용한 위상 시프트 패턴(4a)의 흑결함을 수정할 때에 다층 반사막(2)을 보호하는 역할도 겸비한다. 여기에서, 도 1 및 도 2에서는 보호막(3)이 1층인 경우를 나타내고 있지만, 보호막(3)을 3층 이상의 적층 구조로 할 수도 있다. 보호막(3)은, 위상 시프트막(4)을 패터닝할 때에 사용하는 에천트 및 세정액에 대하여 내성을 갖는 재료로 형성된다. 다층 반사막(2) 위에 보호막(3)이 형성되어 있음으로써, 다층 반사막(2) 및 보호막(3)을 갖는 기판(1)을 이용하여 반사형 마스크(200)(EUV 마스크)를 제조할 때의, 다층 반사막(2)의 표면에의 대미지를 억제할 수 있다. 그 때문에, 다층 반사막(2)의 EUV 광에 대한 반사율 특성이 양호해진다.
이하에서는, 보호막(3)이, 1층인 경우를 예로 설명한다. 또한, 보호막(3)을 복수층 포함하는 경우에는, 위상 시프트막(4)과의 관계에 있어서, 보호막(3)의 최상층(위상 시프트막(4)에 접하는 층)의 재료의 성질이 중요해진다. 또, 본 실시형태에서는, 위상 시프트막(4)이 복수층을 포함하기 때문에, 보호막(3)(의 최상층)과의 관계에 있어서, 위상 시프트막(4)의 최하층(보호막(3)에 접하는 층, 예를 들면 위상 시프트막(4)이 2층으로 이루어지는 경우에는 하층(41))의 재료의 성질이 중요해진다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에서는, 보호막(3)의 재료로서, 보호막(3) 위에 형성되는 위상 시프트막(4)을 패터닝하기 위한 드라이 에칭에 이용되는 에칭 가스에 대하여, 내성이 있는 재료를 선택할 수 있다.
보호막(3)의 표면에 접하는 위상 시프트막(4)의 층이, 예를 들면 본 실시형태의 하층(41)과 같이, 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)을 포함하는 재료(소정의 RuCr계 재료)로 이루어지는 박막인 경우에는, 보호막(3)의 재료로서, 규소(Si), 규소(Si) 및 산소(O)를 포함하는 재료, 규소(Si) 및 질소(N)를 포함하는 재료, 규소(Si), 산소(O) 및 질소(N)를 포함하는 재료 등의 규소계 재료, 그리고 크롬(Cr), 또는 크롬(Cr)과, 산소(O), 질소(N) 및 탄소(C) 중 적어도 1 이상의 원소를 포함하는 크롬계 재료로부터 선택한 재료를 사용할 수 있다.
본 실시형태와 같이, 보호막(3)의 표면에 접하는 위상 시프트막(4)의 층이, 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)을 포함하는 재료(소정의 RuCr계 재료)로 이루어지는 박막인 경우에는, 위상 시프트막(4)을 패터닝할 때의 드라이 에칭 가스로서, 산소를 포함하는 염소계 가스를 사용할 수 있다. 그 경우, 보호막(3)의 재료로서, 규소(Si), 규소(Si) 및 산소(O)를 포함하는 재료, 또는 규소(Si) 및 질소(N)를 포함하는 재료 등의 규소계 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
이들 규소계 재료는, 이들 드라이 에칭 가스에 대하여 내성을 갖고, 산소의 함유량이 많을수록, 내성은 크다. 그 때문에, 보호막(3)의 재료는, 산화 규소(SiOx, 1≤x≤2)인 것이 보다 바람직하고, x가 큰 쪽이 더욱 바람직하며, SiO2인 것이 특히 바람직하다. 또한, 위상 시프트막(4)이 소정의 RuCr계 재료 이외의 박막의 층을 포함하는 경우로서, 보호막(3)의 표면에 접하는 위상 시프트막(4)의 층이, 소정의 RuCr계 재료 이외의 박막의 층인 경우에는, 그 재료의 에칭 특성에 따라서, 보호막(3)의 재료를 선택할 수 있다.
EUV 리소그래피에서는, 노광광에 대하여 투명한 물질이 적기 때문에, 마스크 패턴면에의 이물 부착을 방지하는 EUV 펠리클이 기술적으로 간단하지는 않다. 이 점에서, 펠리클을 이용하지 않는 펠리클레스 운용이 주류로 되어 있다. 또, EUV 리소그래피에서는, EUV 노광에 의해 마스크에 카본막이 퇴적하거나, 산화막이 성장한다는 노광 컨테미네이션이 발생한다. 그 때문에, EUV 노광용의 반사형 마스크(200)를 반도체 장치의 제조에 사용하고 있는 단계에서, 자주 세정을 행하여 마스크 상의 이물 및 컨테미네이션을 제거할 필요가 있다. 이 때문에, EUV 노광용의 반사형 마스크(200)에서는, 광 리소그래피용의 투과형 마스크에 비해 현격한 차이의 마스크 세정 내성이 요구되고 있다. 반사형 마스크(200)가 보호막(3)을 가짐으로써, 세정액에 대한 세정 내성을 높일 수 있다.
보호막(3)의 막 두께는, 다층 반사막(2)을 보호한다는 기능을 다할 수 있는 한 특별히 제한되지 않는다. EUV 광의 반사율의 관점에서, 보호막(3)의 막 두께는, 바람직하게는 1.0nm 이상 8.0nm 이하, 보다 바람직하게는 1.5nm 이상 6.0nm 이하이다.
보호막(3)의 형성 방법으로는, 공지의 막 형성 방법과 마찬가지의 것을 특별히 제한 없이 채용할 수 있다. 구체예로는, 스퍼터링법 및 이온 빔 스퍼터링법을 들 수 있다.
＜＜위상 시프트막(4)＞＞
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에서는, 다층 반사막(2) 위, 또는 다층 반사막(2) 위에 형성된 보호막(3) 위에, EUV 광의 위상을 시프트하는 위상 시프트막(4)이 형성된다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)은, 하층(41)과, 최상층(42)을 포함한다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)가, 소정의 하층(41) 및 소정의 최상층(42)을 포함함으로써, 다층 구조의 위상 시프트막(4)의 최상층(42)의 막 두께가 변화된 경우라도, 위상 시프트막(4)의 위상차 및/또는 반사율의 변화를 줄일 수 있다. 또, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)은, DUV 광을 이용한 마스크 검사에서 고정밀도의 검사를 행하는 것이 가능하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))이 형성되어 있는 부분에서는, EUV 광을 흡수하여 감광하면서 패턴 전사에 악영향이 없는 레벨로 일부의 광을 반사시킨다. 한편, 개구부(위상 시프트막(4)이 없는 부분)에서는, EUV 광이, 다층 반사막(2)으로부터(보호막(3)이 있는 경우에는, 보호막(3)을 개재하여 다층 반사막(2)으로부터) 반사한다. 위상 시프트막(4)이 형성되어 있는 부분으로부터의 반사광은, 개구부에서의 반사광과 원하는 위상차를 형성한다. 위상 시프트막(4)은, 위상 시프트막(4)으로부터의 반사광과, 다층 반사막(2)으로부터의 반사광과의 위상차가, 130도에서 230도가 되도록 형성된다. 180도 근방의 반전된 위상차의 광끼리가 패턴 에지부에서 서로 간섭함으로써, 투영 광학상(像)의 상 콘트라스트가 향상된다. 그 상 콘트라스트의 향상에 수반하여 해상도가 올라가, 노광량 여유도(裕度) 및 초점 여유도 등의 노광에 관한 각종 여유도가 확대된다.
패턴이나 노광 조건에도 따르지만, 위상 시프트 효과를 얻기 위해, 위상 시프트 패턴(4a)의 EUV 광에 대한 상대 반사율은, 2％∼40％인 것이 바람직하고, 6∼35％인 것이 보다 바람직하며, 15％∼35％인 것이 더욱 바람직하고, 15％∼25％인 것이 특히 바람직하다. 여기에서, 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))의 상대 반사율이란, 위상 시프트 패턴(4a)이 없는 부분에서의 다층 반사막(2)(보호막(3) 부착의 다층 반사막(2)을 포함한다)으로부터 반사되는 EUV 광을 반사율 100％로 했을 때의, 위상 시프트 패턴(4a)으로부터 반사되는 EUV 광의 반사율이다. 또한, 본 명세서에서는, 상대 반사율을, 단지 「반사율」이라고 하는 경우가 있다.
패턴이나 노광 조건에도 따르지만, 위상 시프트 효과를 얻기 위해, 위상 시프트막(4)(또는 위상 시프트 패턴(4a))의 EUV 광에 대한 절대 반사율은, 4％∼27％인 것이 바람직하고, 10％∼17％인 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태의 위상 시프트막(4)은, 하층(41)과, 최상층(42)을 포함한다. 최상층(42)은, 위상 시프트막(4) 중에서, 다층 반사막(2)과는 반대측의 최표면에 위치하는 층이다. 하층(41)은, 위상 시프트막(4) 중에서, 최상층(42)과 다층 반사막(2) 사이의 임의의 장소에 위치하는 층이다. 성막 공정을 간략화할 수 있는 점에서, 위상 시프트막(4)은, 하층(41) 및 최상층(42)의 2층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)은, 하층(41)을 포함한다. 하층(41)은, 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)의 합계 함유량이 90 원자％ 이상, 바람직하게는 95 원자％ 이상, 더욱 바람직하게는 98 원자％ 이상인 재료로 형성된다. 또는, 하층(41)은, 루테늄(Ru), 크롬(Cr) 및 질소(N)의 합계 함유량이 90 원자％ 이상, 바람직하게는 95 원자％ 이상, 더욱 바람직하게는 98 원자％ 이상인 재료로 형성된다. 본 명세서에서는, 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)을 포함하는 하층(41)의 재료를, RuCr계 재료라고 하는 경우가 있다. 또, 본 명세서에서는, 루테늄(Ru), 크롬(Cr) 및 질소(N)를 포함하는 하층(41)의 재료를, RuCrN계 재료라고 하는 경우가 있다. 또한, 후술하는 최상층(42)의 재료도 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)을 포함하므로, 본 실시형태의 하층(41) 및 최상층(42)의 재료를 총칭하여, RuCr계 재료라고 하는 경우가 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)의 하층(41)으로서, 소정의 재료를 이용함으로써, 상대 반사율이 소정의 범위인 위상 시프트 패턴(4a)을 얻을 수 있다. 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)의 하층(41)의 재료로서, 소정의 재료를 이용함으로써, 위상 시프트막(4)의 EUV 광에 대한 절대 반사율을 소정의 범위로 할 수 있다. 또, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)은, 소정의 위상차(개구부의 다층 반사막(2)(보호막(3) 부착의 다층 반사막(2)을 포함한다)으로부터의 반사광과 위상 시프트 패턴(4a)으로부터의 반사광과의 위상차)를 얻기 위한 막 두께를 얇게 할 수 있다. 그 때문에, 반사형 마스크(200)에 있어서, 위상 시프트 패턴(4a)에 의해 발생하는 섀도잉 효과를 보다 저감할 수 있다. 또, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)로부터 제조된 반사형 마스크(200)를 이용함으로써, 반도체 장치 제조 시의 스루풋을 향상할 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)에 있어서, 하층(41) 중의 함유량이 가장 많은 원소는, 루테늄(Ru)인 것이 바람직하다.
Ru의 EUV 광에 대한 굴절률 n은, n＝0.886(소쇠 계수 k＝0.017)이며, 고반사율의 위상 시프트막(4)의 재료로서 바람직하다. 따라서, 위상 시프트막(4)의 하층(41) 중의 함유량이 가장 많은 원소가, Ru인 것에 의해, EUV 광에 대한 고반사율의 위상 시프트막(4)을 얻을 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)의 하층(41)의 결정 구조는, 아몰퍼스인 것이 바람직하다. 또한, 하층(41)의 재료가, 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)에 더하여 질소(N)가 포함됨으로써, 결정 구조를 아몰퍼스로 할 수 있다. 또한, 최상층(42)에 대해서도 마찬가지로, 결정 구조는 아몰퍼스인 것이 바람직하다.
Ru계 화합물은, 결정화한 구조로 되기 쉽고, 또 가공 특성도 나쁘다. 즉, 결정화한 금속의 결정 입자는, 위상 시프트 패턴(4a)을 형성할 때에 측벽 러프니스가 커지기 쉽다. 그 때문에, 소정의 위상 시프트 패턴(4a)을 형성할 때에 악영향을 미치는 경우가 있다. 한편, 위상 시프트막(4)의 결정 구조가 아몰퍼스인 경우에는, 위상 시프트 패턴(4a)을 형성할 때의 악영향을 저감할 수 있다. Ru에 Cr을 첨가함으로써, 위상 시프트막(4)의 결정 구조를 아몰퍼스화하는 동시에, 에칭 속도를 빠르게 하거나, 패턴 형상을 양호하게 하거나, 가공 특성을 향상시킬 수 있다. 또, 루테늄 및 크롬에 더하여, 추가로 질소가 포함됨으로써, 결정 구조를 보다 아몰퍼스로 할 수 있다.
Ru에 Cr을 첨가한 2원계의 재료(RuCr계 재료)는, 종래 재료인 RuTa와 비교하여, 가공 특성이 뛰어나다. Ta는 산화되면 염소계 가스 및 산소 가스로 에칭이 곤란하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)의 하층(41)의 루테늄(Ru)의 함유량은, 46 원자％ 이상 94 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 50 원자％ 이상 90 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, 하층(41)의 크롬(Cr)의 함유량은, 4 원자％ 이상 48 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 6 원자％ 이상 40 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또, 하층(41)이 질소(N)를 포함하는 경우, N의 함유량은, 2 원자％ 이상 30 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 4 원자％ 이상 20 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)이 상기의 조성 범위인 것에 의해, 소정의 반사율 및 위상차를 갖는 위상 시프트막(4)의 하층(41)을 얻을 수 있다. 또, 질소가 상기의 조성 범위인 것에 의해, 하층(41)의 결정 구조를 아몰퍼스화하는 것을 확실히 할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태의 위상 시프트막(4)의 하층(41)의 재료에 포함되는 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)에 대해서, Ru와, Cr과의 배합 비율에 대해서 설명한다.
RuCr계 재료의 상대 반사율 및 절대 반사율은, Ru의 함유량이 많을수록 높아진다. 또, 위상 시프트막(4)의 반사광은, 위상 시프트막(4)(최상층(42))의 표면으로부터의 반사광과, 최상층(42)과 하층(41)과의 계면으로부터의 반사광과, 위상 시프트막(4)(하층(41))과, 보호막(3) 또는 다층 반사막(2)과의 계면으로부터의 반사광과의 중첩의 광이 된다. 그 때문에, 위상 시프트막(4)의 반사광의 강도는, 위상 시프트막(4)의 막 두께에 의존한 주기 구조를 갖는다. 그 결과, 도 4에 일례를 나타내는 바와 같이, 위상 시프트막(4)의 반사율 및 위상차도, 막 두께에 의존한 주기 구조를 나타내게 된다. 도 4에는, 실시예 1에 대응하는 위상 시프트막(4)에 있어서, 하층(41)의 막 두께를 변화시킴으로써, 위상 시프트막(4)의 막 두께를 변화시킨 경우의 위상 시프트막(4)의 막 두께와, EUV 광의 상대 반사율 및 위상차와의 관계를 나타내고 있다. 이 주기 구조에는, 위상 시프트막(4)의 재료의 굴절률 n 및 소쇠 계수 k가 영향을 준다. 한편, 위상 시프트 패턴(4a)으로부터의 반사광은, 개구부로부터의 반사광에 대해 소정의 위상차를 가질 필요가 있다. 이상을 종합적으로 고려하여, 위상 시프트막(4)의 상대 반사율, 소정의 RuCr계 재료의 조성 및 막 두께의 관계를 검토함으로써, 소정의 RuCr계 재료의 조성 및 막 두께에 대해서, 위상 시프트막(4)의 상대 반사율에 따라 바람직한 범위를 나타낼 수 있다.
위상 시프트막(4)의 하층(41)의 재료(소정의 RuCr계 재료)는, 굴절률 및 소쇠 계수에 크게 영향을 주지 않는 범위에서, 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)(및 질소(N)) 이외의 원소를 포함할 수 있다. 하층(41)의 재료는, 예를 들면, Ru 및 Cr(및 N) 이외에, 산소(O), 탄소(C) 또는 붕소(B) 등의 원소를 포함할 수 있다. 산소(O), 탄소(C) 및 붕소(B) 등에 대해서는, 하층(41)의 안정화 등을 위해, 굴절률 n 및 소쇠 계수 k에 크게 영향을 주지 않는 범위에서, 하층(41)의 재료에 첨가할 수 있다. 위상 시프트막(4)의 하층(41)의 재료가, Ru 및 Cr(및 N)과, 그 이외의 원소를 포함하는 경우에 있어서, 상기 그 이외의 원소의 함유량은, 10 원자％ 이하가 바람직하고, 5 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)은, 최상층(42)을 포함한다. 최상층(42)은, 루테늄(Ru), 크롬(Cr) 및 산소(O)의 합계 함유량이 90 원자％ 이상, 바람직하게는 95 원자％ 이상, 더욱 바람직하게는 98 원자％ 이상인 재료로 형성된다. 루테늄(Ru), 크롬(Cr) 및 산소(O)를 포함하는 최상층(42)의 재료를, RuCrO계 재료라고 하는 경우가 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)의 최상층(42)의 재료에 대해서 더 설명한다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)에 있어서, 최상층(42) 중의 함유량이 가장 많은 원소가 산소(O)인 것이 바람직하다.
위상 시프트막(4)의 최상층(42)은, 반사형 마스크(200)의 최표층이 되므로, 대기에 접촉하게 된다. 반사형 마스크(200)의 위상 시프트막(4)의 최상층(42) 중의 함유량이 가장 많은 원소가 산소(O)인 것에 의해, 최표층의 산화에 의한 광학 특성의 변화를 억제할 수 있다. 그 때문에, 반사형 마스크(200)의 위상 시프트막(4)의 위상차 및 반사율의 경시(經時) 변화를 억제할 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)의 최표층의 루테늄(Ru)의 함유량은, 2 원자％ 이상 48 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 4 원자％ 이상 46 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, 최표층의 크롬(Cr)의 함유량은, 2 원자％ 이상 48 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 4 원자％ 이상 46 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또, 최표층의 산소(O)의 함유량은, 40 원자％ 이상 75 원자％ 이하인 것이 바람직하고, 45 원자％ 이상 70 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다. Ru, Cr 및 O가 상기의 조성 범위인 것에 의해, EUV 광(예를 들면 파장 13.5nm의 EUV 광) 및 DUV 광(예를 들면 파장 193nm의 DUV 광)의 양쪽에 대해, 반사 방지막으로서의 기능을 가질 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 최상층(42)에서의 크롬(Cr)의 함유량(원자％)을 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)의 합계 함유량(원자％)으로 나눈 비율(이하, Cr/[Ru＋Cr] 비율이라고 한다.)은, 하층(41)에서의 크롬(Cr)의 함유량(원자％)을 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)의 합계 함유량(원자％)으로 나눈 비율보다도 큰 것이 바람직하다. 최상층(42)의 Cr/[Ru＋Cr] 비율은, 0.40 이상인 것이 바람직하고, 0.42 이상이면 보다 바람직하다. 또, 최상층(42)의 Cr/[Ru＋Cr] 비율은, 0.9 이하인 것이 바람직하고, 0.8 이하이면 보다 바람직하다. 한편, 하층(41)의 Cr/[Ru＋Cr] 비율은, 0.05 이상인 것이 바람직하고, 0.1이면 보다 바람직하다. 또, 하층(41)의 Cr/[Ru＋Cr] 비율은, 0.49 이하인 것이 바람직하고, 0.48 이하이면 보다 바람직하다.
하층(41)과 비교하여, 최상층(42)에서의 크롬(Cr)의 함유량(원자％)이 비교적 많음으로써, 최상층(42)의 결정성을 보다 미결정으로 할 수 있고, 에칭 마스크막(6)을 제거할 때의 드라이 에칭 등의 처리에 대한 내성도 높일 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 13.5nm의 광에 대한 최상층(42)의 굴절률 n은, 파장 13.5nm의 광에 대한 하층(41)의 굴절률 n보다도 큰 것이 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 13.5nm의 광에 대한 최상층(42)의 굴절률 n이, 파장 13.5nm의 광에 대한 하층(41)의 굴절률 n보다도 큰 것에 의해, 최상층(42)이, 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 반사 방지막으로서의 기능을 가질 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 13.5nm의 광에 대한 최상층(42)의 굴절률 n은, 0.94 이하인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 13.5nm의 광에 대한 최상층(42)의 굴절률 n이 소정의 범위인 것에 의해, 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 반사 방지막으로서, 보다 적절한 기능을 가질 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 193nm의 광에 대한 최상층(42)의 굴절률 n은, 파장 193nm의 광에 대한 하층(41)의 굴절률 n보다도 큰 것이 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 193nm의 광에 대한 최상층(42)의 굴절률 n이, 파장 193nm의 광에 대한 하층(41)의 굴절률 n보다도 큰 것에 의해, 최상층(42)이, 파장 193nm의 DUV 광에 대한 반사 방지막으로서의 기능을 가질 수 있다. 이 결과, 위상 시프트막(4)의 DUV 광에 대한 반사율이 충분히 낮아지므로, DUV 광을 이용하여 위상 시프트 패턴(4a)을 고정밀도로 검사할 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 193nm의 광에 대한 최상층(42)의 굴절률 n은, 5.0 이하인 것이 바람직하다. 또, 파장 193nm의 광에 대한 최상층(42)의 굴절률 n은, 1.7 이상인 것이 바람직하고, 1.9 이상이면 보다 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 193nm의 광에 대한 최상층(42)의 굴절률 n이 소정의 범위인 것에 의해, 최상층(42)이, 파장 193nm의 DUV 광에 대한 반사 방지막으로서, 보다 적절한 기능을 가질 수 있다. 이 결과, 위상 시프트막(4)의 DUV 광에 대한 반사율이 충분히 낮아지므로, DUV 광을 이용하여 위상 시프트 패턴(4a)을 고정밀도로 검사할 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 193nm의 광에 대한 최상층(42)의 소쇠 계수 k는, 3.2 이하인 것이 바람직하다. 한편, 파장 193nm의 광에 대한 최상층(42)의 소쇠 계수 k는, 0.3 이상인 것이 바람직하고, 0.5 이상이면 보다 바람직하다.
한편, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 193nm의 광에 대한 하층(41)의 굴절률 n은, 2.5 이하인 것이 바람직하고, 1.9 미만인 것이 보다 바람직하다. 한편, 파장 193nm의 광에 대한 하층(41)의 소쇠 계수 k는, 3.5 이하인 것이 바람직하다. 또, 파장 193nm의 광에 대한 하층(41)의 소쇠 계수 k는, 0.5보다도 큰 것이 바람직하고, 1.0 이상인 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에 있어서, 파장 193nm의 광에 대한 최상층(42)의 소쇠 계수 k가 소정의 값 이하인 것에 의해, DUV 광을 이용한 마스크 검사에서 고정밀도의 검사를 행할 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 소정의 하층(41) 및 최상층(42)을 포함하는 위상 시프트막(4)을 가짐으로써, 다층 구조의 위상 시프트막(4)의 막 두께가 변화된 경우라도, 노광광(파장 13.5nm의 EUV 광)에 대한 위상 시프트막(4)의 위상차 및/또는 반사율의 변화를 줄일 수 있다. 또, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)는, 최상층(42)이 DUV 광에 대한 반사 방지막으로서도 기능하기 때문에, DUV 광을 이용한 마스크 검사에서 고정밀도의 검사를 행하는 것이 가능하다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에서는, 이하에 설명하는 바와 같이, 반사형 마스크(200)의 제조 시에, 위상 시프트막(4)을 드라이 에칭으로 패터닝할 때에, 패턴 측벽 형상의 수직성을 높일 수 있다.
RuCr계 재료의 위상 시프트막(4)은, 염소계 가스와 산소 가스의 혼합 가스(산소 함유 염소계 가스)를 에칭 가스로서 이용함으로써, 드라이 에칭으로 패터닝할 수 있다. 본 실시형태에 있어서 최상층(42)에 이용하는 RuCrO계 재료는, RuCr 금속 재료 및 RuCrN계 재료와 비교하여, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 느리다. 일반적으로, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭의 경우, 불소계 가스에 의한 드라이 에칭에 비하면, 에칭이 등방성인 경향이 강하다. 이 때문에, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에서는, 위상 시프트막(4)의 패턴의 수직성을 높이기 위해, 오버 에칭을 길게 행할 필요가 생긴다. 만약, 위상 시프트막(4)의 최상층(42)의 산소 함유 염소계 가스의 드라이 에칭의 에칭 레이트가 빠르면, 위상 시프트막(4)의 표면과 측벽면 사이의 능선부(에지)가 에칭되어 버려, 패턴 에지가 둥글게 되어 버린다. 패턴 에지가 둥글게 되어 버리면, 위상 시프트 패턴(4a)의 라인 에지 러프니스(LER)의 저하 및/또는 CD 면내 균일성의 저하가 발생하기 쉬워진다.
본 실시형태와 같이, 위상 시프트막(4)의 최상층(42)을 RuCrO계 재료로 형성함으로써, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 대한 최상층(42)의 에칭 레이트를 느리게 할 수 있다. 그 때문에, RuCrO계 재료의 최상층(42)보다도 다층 반사막(2)측의 층(예를 들면 하층(41))에 대해 오버 에칭을 행한 경우라도, 최상층(42)의 에지가 둥글게 되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 오버 에칭을 신속하게 행하기 위해, 위상 시프트막(4)의 하층(41)은, 산소 함유 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 대한 에칭 레이트가 빠른 것이 바람직하다. 이 때문에, 하층(41)의 산소 함유량은, 10 원자％ 미만인 것이 바람직하고, 5 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하며, 조성 분석(예를 들면, X선 광 분광분석, 러더퍼드 후방 산란 분석 등)에 의한 산소 함유량의 분석 결과가 검출 하한치 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 크롬을 함유하는 재료로 이루어지는 박막에 대해, 산소 함유 염소계 가스에 의한 드라이 에칭을 행하는 경우, 박막의 산소 함유량이 많아질수록 에칭 레이트가 빨라지는 것이 알려져 있다. 상술한 바와 같이, RuCr계 재료의 박막의 경우는, 이와는 반대의 경향을 갖는다. RuCr계 재료의 박막의 이와 같은 에칭 특성은, 본 발명자의 예의 연구의 결과, 새로운 지견으로서 얻어진 것이다.
한편, 위상 시프트막(4)의 하층(41)을, 질소를 함유하는 RuCrN계 재료로 형성함으로써, 하층(41)의 결정성을 저감시킬(보다 미결정화 또는 아몰퍼스화시킬) 수 있다. 하층(41)을 미결정화 또는 아몰퍼스화시킴으로써, 드라이 에칭으로 패턴을 형성했을 때의 측벽의 라인 에지 러프니스를 저감할 수 있다. 또, 하층(41)의 결정성이 높아지면, 하층(41)의 표면 거칠기가 커진다. 하층(41)의 표면 거칠기는 최표층에 반영되어 버리기 때문에, 하층(41)의 표면 거칠기가 커지면, 위상 시프트막(4)의 표면 거칠기가 커진다. 위상 시프트막(4)의 표면 거칠기가 크면, 마스크 블랭크의 결함 검사 장치로 결함 검사를 행하였을 때에, 소위 의사(疑似) 결함이 증가되어 버린다. 의사 결함이란, 결함이 존재하지 않는 부분이 결함으로서 잘못 검출되는 것을 의미한다. 위상 시프트막(4)의 하층(41)에 질소를 함유시킴으로써, 이 의사 결함의 발생을 억제할 수 있다.
위상 시프트막(4)의 위상차 및 반사율은, 굴절률 n, 소쇠 계수 k 및 막 두께를 바꿈으로써 조정하는 것이 가능하다. 위상 시프트막(4)의 막 두께는, 60nm 이하가 바람직하고, 50nm 이하가 보다 바람직하며, 45nm 이하가 더욱 바람직하다. 위상 시프트막(4)의 막 두께는, 25nm 이상이 바람직하다. 또한, 보호막(3)을 갖는 경우에는, 위상 시프트막(4)의 위상차 및 반사율은, 보호막(3)의 굴절률 n, 소쇠 계수 k 및 막 두께를 고려하여 조정할 수도 있다.
위상 시프트막(4)의 최상층(42)의 재료(소정의 RuCrO계 재료)는, 굴절률 및 소쇠 계수에 크게 영향을 주지 않는 범위에서, 루테늄(Ru), 크롬(Cr) 및 산소(O) 이외의 원소를 포함할 수 있다. 최상층(42)의 재료는, 예를 들면, Ru 및 Cr 이외에, 질소(N), 탄소(C) 또는 붕소(B) 등의 원소를 포함할 수 있다. 위상 시프트막(4)의 최상층(42)의 재료가, Ru, Cr 및 O와, 그 이외의 원소를 포함하는 경우에 있어서, 상기 그 이외의 원소의 함유량은, 10 원자％ 이하가 바람직하고, 5 원자％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
상술의 소정의 재료의 위상 시프트막(4)을 구성하는 박막(예를 들면, 하층(41) 및 최상층(42))은, DC 스퍼터링법 및 RF 스퍼터링법 등의 마그네트론 스퍼터링법, 그리고 산소 가스 등을 이용한 반응성 스퍼터링법과 같은 공지의 방법으로 형성할 수 있다. 또, 타겟은, Ru와, Cr과의 합금 타겟을 이용할 수 있다.
또, 타겟으로서, Ru 타겟과, Cr 타겟을 이용함으로써, 코스퍼터링(co-sputtering)으로서 성막할 수 있다. 코스퍼터링은, 금속 원소의 조성비를 조정하기 쉬운 이점이 있다. 단, 코스퍼터링은, 합금 타겟을 이용한 경우와 비교하여, 박막의 결정 상태가 기둥상 구조가 되기 쉬운 경우가 있다. 스퍼터링 시에, 막 중에 질소(N)를 포함하도록 성막함으로써, 박막의 결정 상태를 아몰퍼스로 할 수 있다.
위상 시프트막(4)은, 하층(41) 및 최상층(42) 이외의 층을 추가로 포함하는 다층막일 수 있다. 예를 들면, 위상 시프트막(4)은, 하층(41)과 보호막(3)의 사이에, 보호막(3)과의 에칭 선택성을 높이기 위한 층을 추가로 포함할 수 있다. 또, 위상 시프트막(4)은, 최상층(42)과 하층(41)의 사이에, 광학 특성을 높이기 위한 층을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 생산성의 점에서, 위상 시프트막(4)의 층의 수는 그다지 많지 않은 것이 바람직하다. 그 때문에, 본 실시형태의 위상 시프트막(4)은, 하층(41) 및 최상층(42)의 2층으로 이루어지는 것이 바람직하다.
위상 시프트막(4)의 막 두께가 설계치에 대해 다소 변동(예를 들면 설계 막 두께에 대해 ±0.5％의 범위)된 경우라도, 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 위상차에 대해서는, 면 간의 위상차 불균일이 소정의 위상차 ±2도의 범위(예를 들면 위상차가 180도인 경우에는, 180도±2도의 범위), 반사율에 대해서는, 면 간의 반사율 불균일이 소정의 반사율 ±0.2％의 범위(예를 들면 상대 반사율이 6％인 경우에는, 6％±0.2％의 범위)인 것이 바람직하다. 위상 시프트막(4)을 다층막으로 한 경우에는, 면 간의 위상차 불균일 및 반사율 불균일을 소정의 범위로 하기 위한 제어가 용이해진다. 이와 같이, 위상 시프트막(4)을 다층막으로 함으로써, 각 층에 다양한 기능을 부가시키는 것이 가능해진다.
＜＜에칭 마스크막(6)＞＞
위상 시프트막(4) 위에, 또는 위상 시프트막(4)의 표면에 접하여, 에칭 마스크막(6)을 형성할 수 있다. 에칭 마스크막(6)의 재료로는, 에칭 마스크막(6)에 대한 위상 시프트막(4)의 에칭 선택비가 높아지는 것과 같은 재료를 이용한다. 여기에서, 「A에 대한 B의 에칭 선택비」란, 에칭을 행하고 싶지 않은 층(마스크가 되는 층)인 A와 에칭을 행하고 싶은 층인 B와의 에칭 레이트의 비를 말한다. 구체적으로는 「A에 대한 B의 에칭 선택비＝B의 에칭 속도/A의 에칭 속도」의 식에 의해 특정된다. 또, 「선택비가 높다」란, 비교 대상에 대해, 상기 정의의 선택비의 값이 큰 것을 말한다. 에칭 마스크막(6)에 대한 위상 시프트막(4)의 에칭 선택비는, 1.5 이상이 바람직하고, 3 이상이 더욱 바람직하다.
Ru 및 Cr을 포함하는 재료(RuCr계 재료)로 형성된 위상 시프트막(4)은, 산소를 포함하는 염소계 가스, 또는 산소 가스에 의한 드라이 에칭에 의해 에칭이 가능하다. 에칭 마스크막(6)에 대한 소정의 RuCr계 재료의 위상 시프트막(4)의 에칭 선택비가 높은 재료로는, 규소(Si) 또는 규소 화합물의 재료를 이용할 수 있다.
에칭 마스크막(6)에 이용할 수 있는 규소 화합물로는, 규소(Si)와 질소(N), 산소(O), 탄소(C) 및 수소(H)로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 재료, 그리고 규소 또는 규소 화합물에 금속을 포함하는 금속 규소(금속 실리사이드) 또는 금속 규소 화합물(금속 실리사이드 화합물) 등의 재료를 들 수 있다. 금속 규소 화합물로는, 금속 및 Si와, N, O, C 및 H로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 재료를 들 수 있다.
에칭 마스크막(6)의 막 두께는, 전사 패턴을 정밀도 좋게 위상 시프트막(4)에 형성하는 에칭 마스크로서의 기능을 얻는 관점에서, 2nm 이상인 것이 바람직하다. 또, 에칭 마스크막(6)의 막 두께는, 레지스트막(8)의 막 두께를 얇게 하는 관점에서, 15nm 이하인 것이 바람직하다.
＜＜도전막(5)＞＞
기판(1)의 제 2 주면(이측 표면)측(다층 반사막(2) 형성면의 반대측)에는, 일반적으로, 정전 척용의 도전막(5)이 형성된다. 정전 척용의 도전막(5)에 요구되는 전기적 특성(시트 저항)은 통상 100Ω/□(Ω/Square) 이하이다. 도전막(5)의 형성 방법은, 예를 들면 마그네트론 스퍼터링법 또는 이온 빔 스퍼터링법에 의해, 크롬(Cr) 및 탄탈(Ta) 등의 금속 및 합금의 타겟을 사용하여 형성할 수 있다.
도전막(5)의 크롬(Cr)을 포함하는 재료는, Cr을 함유하고, 추가로 붕소(B), 질소(N), 산소(O) 및 탄소(C)로부터 선택한 적어도 하나를 함유한 Cr 화합물인 것이 바람직하다.
도전막(5)의 탄탈(Ta)을 포함하는 재료로는, Ta(탄탈), Ta를 함유하는 합금, 또는 이들 중 어느 것에 붕소, 질소, 산소 및 탄소 중 적어도 하나를 함유한 Ta 화합물을 이용하는 것이 바람직하다.
도전막(5)의 두께는, 정전 척용으로서의 기능을 만족하는 한 특별히 한정되지 않는다. 도전막(5)의 두께는, 통상 10nm에서 200nm이다. 또, 이 도전막(5)은 마스크 블랭크(100)의 제 2 주면측의 응력 조정도 겸비하고 있다. 즉, 도전막(5)은, 제 1 주면측에 형성된 각종 막으로부터의 응력과 밸런스를 잡아, 평탄한 반사형 마스크 블랭크(100)가 얻어지도록 조정되어 있다.
＜반사형 마스크(200) 및 그 제조 방법＞
본 실시형태는, 기판(1)의 주표면 상에, 다층 반사막(2) 및 전사 패턴이 형성된 위상 시프트막(4)을 이 순서로 구비하는 반사형 마스크(200)이다. 전사 패턴이 형성된 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))은, 상술의 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)과 마찬가지의 위상 시프트막(4)이다. 상술의 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)을 패터닝함으로써, 위상 시프트 패턴(4a)(전사 패턴)을 형성할 수 있다. 위상 시프트막(4)의 패터닝은, 소정의 드라이 에칭 가스에 의해 행할 수 있다. 반사형 마스크(200)의 위상 시프트 패턴(4a)은, EUV 광을 흡수하고, 또 일부의 EUV 광을 개구부(위상 시프트 패턴(4a)이 형성되어 있지 않은 부분)와는 소정의 위상차로 반사할 수 있다. 상기 소정의 드라이 에칭 가스는, 염소계 가스 및 산소 가스의 혼합 가스, 및 산소 가스 등을 사용할 수 있다. 위상 시프트막(4)을 패터닝하기 위해, 필요에 따라서 위상 시프트막(4) 위에 에칭 마스크막(6)을 설치할 수 있다. 그 경우, 에칭 마스크 패턴(6a)을 마스크로 하여, 위상 시프트막(4)을 드라이 에칭해 위상 시프트 패턴(4a)을 형성할 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여, 반사형 마스크(200)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 여기에서는 개요 설명만을 행하고, 후에 실시예에 있어서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또, 도 2에 나타내는 바와 같은, 에칭 마스크막(6)을 갖는 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하는 예에 대해서 설명한다.
반사형 마스크 블랭크(100)를 준비하여, 그 제 1 주면의 에칭 마스크막(6) 위에, 레지스트막(8)을 형성한다(반사형 마스크 블랭크(100)로서 레지스트막(8)을 구비하고 있는 경우는 불요). 이 레지스트막(8)에 원하는 패턴을 묘화(노광)하고, 추가로 현상, 린스함으로써 소정의 레지스트 패턴(8a)을 형성한다.
다음으로, 이 레지스트 패턴(8a)을 마스크로 하여 에칭 마스크막(6)을 에칭해, 에칭 마스크 패턴(6a)을 형성한다. 다음으로, 레지스트 패턴(8a)을 애싱이나 레지스트 박리액 등으로 제거한다. 이 에칭 마스크 패턴(6a)을 마스크로 하여, 위상 시프트막(4)을 에칭해 위상 시프트 패턴(4a)을 형성한다. 다음으로, 에칭 마스크 패턴(6a)을 제거함으로써, 위상 시프트 패턴(4a)이 형성된다. 마지막으로, 산성이나 알칼리성의 수용액을 이용한 웨트 세정을 행한다.
위상 시프트막(4)의 재료가, 루테늄(Ru) 및 크롬(Cr)을 포함하는 재료이므로, 위상 시프트막(4)의 에칭 가스로는, 산소를 포함하는 염소계 가스 또는 산소 가스가 이용된다. 이 에칭 가스를 이용하는 경우, 보호막(3)이 규소(Si), 또는 규소(Si) 및 산소(O)를 포함하는 재료로 이루어짐으로써, 위상 시프트막(4)의 에칭 시에, 보호막(3)의 표면에 거칠어짐이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상의 공정에 의해, 섀도잉 효과가 적고, 또한 측벽 러프니스가 적은 고정밀도이고 미세한 위상 시프트 패턴(4a)을 갖는 반사형 마스크(200)를 얻을 수 있다.
＜반도체 장치의 제조 방법＞
본 실시형태는, 상술의 반사형 마스크(200)를 이용하는 것을 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법이다. 본 실시형태의 반사형 마스크(200)를, EUV 광의 노광 광원을 갖는 노광 장치에 세트하고, 피전사 기판 상에 형성되어 있는 레지스트막에 전사 패턴을 전사함으로써, 반도체 장치를 제조할 수 있다.
구체적으로는, 상기 본 실시형태의 반사형 마스크(200)를 사용하여 EUV 노광을 행함으로써, 반도체 기판(1) 상에 반사형 마스크(200)의 위상 시프트 패턴(4a)에 의거한 원하는 전사 패턴을 형성할 수 있다. 또, 반사형 마스크(200)가, 위상 시프트막의 막 두께가 변화된 경우라도, 노광광(파장 13.5nm의 EUV 광)에 대한 위상 시프트막의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 작은 위상 시프트막을 갖는 반사형 마스크(200)이므로, 높은 치수 정밀도로 원하는 패턴을 반도체 기판(1) 상에 형성할 수 있다. 또, 위상 시프트 패턴(4a)이, 측벽 러프니스가 적은 미세하고 고정밀의 패턴인 것도, 높은 치수 정밀도로 원하는 패턴을 반도체 기판(1) 상에 형성하기 위해 유리하다. 이 리소그래피 공정에 더하여, 피가공막의 에칭, 절연막 및 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 그리고 어닐 등 여러 가지 공정을 거침으로써, 원하는 전자 회로가 형성된 반도체 장치를 제조할 수 있다.
본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)이 소정의 하층(41) 및 최상층(42)의 2층인 것에 의해, 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막의 막 두께가 변화된 경우라도, 노광광에 대한 위상 시프트막의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 작다. 또, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)에서는, 위상 시프트 패턴(4a)을 형성할 때의, 최상층(42)의 에칭 속도가, 하층(41)의 에칭 속도보다 느리다. 그 결과, 본 실시형태의 반사형 마스크(200)는, 위상 시프트 패턴(4a)의 측벽 러프니스가 적고, 단면 형상이 안정되어 있다. 그 때문에, 본 실시형태의 반사형 마스크 블랭크(100)를 이용함으로써, 미세하고 또한 고정밀도의 전사 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태는 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예에 있어서 마찬가지의 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하고, 설명을 간략화 또는 생략한다.
표 1에, 실시예 및 비교예의 에칭 마스크막(6), 위상 시프트막(4)의 최상층(42) 및 하층(41), 그리고 보호막(3)의 재료 및 막 두께를 나타낸다.
[실시예 1]
실시예 1로서, 도 2에 나타내는 구조의 반사형 마스크 블랭크(100)를 제조했다. 반사형 마스크 블랭크(100)는, 도전막(5)과, 기판(1)과, 다층 반사막(2)과, 보호막(3)과, 위상 시프트막(4)과, 에칭 마스크막(6)을 갖는다. 실시예 1의 위상 시프트막(4)은, 최상층(42) 및 하층(41)을 갖는다. 표 1에, 실시예 1의 최상층(42) 및 하층(41)의 재료 및 막 두께를 나타낸다.
우선, 실시예 1의 반사형 마스크 블랭크(100)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
제 1 주면 및 제 2 주면의 양 주표면이 연마된 6025 사이즈(약 152mm×152mm×6.35mm)의 저열팽창 유리 기판인 SiO2-TiO2계 유리 기판을 준비해 기판(1)으로 했다. 평탄하고 평활한 주표면이 되도록, 조(粗)연마 가공 공정, 정밀 연마 가공 공정, 국소 가공 공정, 및 터치 연마 가공 공정으로 이루어지는 연마를 행하였다.
다음으로, SiO2-TiO2계 유리 기판(1)의 제 2 주면(이측 표면)에, CrN 막으로 이루어지는 도전막(5)을 마그네트론 스퍼터링(반응성 스퍼터링)법에 의해 하기의 조건으로 형성했다.
도전막(5)의 형성 조건: Cr 타겟, 아르곤(Ar) 가스와 질소(N2) 가스의 혼합 가스 분위기, 막 두께 20nm.
다음으로, 도전막(5)이 형성된 측과 반대측의 기판(1)의 주표면(제 1 주면) 상에, 다층 반사막(2)을 형성했다. 기판(1) 상에 형성되는 다층 반사막(2)은, 파장 13.5nm의 EUV 광에 적합한 다층 반사막(2)으로 하기 위해, 몰리브덴(Mo)과 규소(Si)로 이루어지는 주기 다층 반사막으로 했다. 다층 반사막(2)은, Mo 타겟과 Si 타겟을 사용하고, 크립톤(Kr) 가스 분위기 중에서 이온 빔 스퍼터링법에 의해 기판(1) 상에 Mo 층 및 Si 층을 교대로 적층하여 형성했다. 먼저, Si 막을 4.2nm의 막 두께로 성막하고, 계속해서, Mo 막을 2.8nm의 막 두께로 성막했다. 이것을 1 주기로 하여, 마찬가지로 해서 40 주기 적층하고, 마지막으로 Si 막을 4.0nm의 막 두께로 성막하여, 다층 반사막(2)을 형성했다.
계속해서, Ar 가스 분위기 중에서, SiO2 타겟을 사용한 RF 스퍼터링법에 의해, 다층 반사막(2)의 표면에 SiO2 막으로 이루어지는 보호막(3)을, 2.6nm의 막 두께가 되도록 성막했다.
다음으로, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의해, 위상 시프트막(4)의 하층(41)으로서, 루테늄(Ru), 크롬(Cr) 및 질소(N)로 이루어지는 박막(RuCrN 막)을 형성했다. 표 1에, 실시예 1의 하층(41)의 조성 및 막 두께를 나타낸다. 하층(41)은, Ru 타겟과 Cr 타겟을 이용하여, 크립톤(Kr) 가스와 질소(N2) 가스의 혼합 가스 분위기에서, 26.5nm의 막 두께가 되도록 성막했다. 다른 기판 상에 마찬가지의 순서로 형성한 RuCrN 막에 대해, X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행한바, RuCrN 막의 조성(원자비)은, Ru:Cr:N＝79.4:13.6:7.0이었다. RuCrN 막의 Cr/[Ru＋Cr] 비율은, 0.146이었다. 또한, RuCrN 막의 결정 구조를 X선 회절 장치(XRD)에 의해 측정한바, RuCrN 막은 아몰퍼스 구조였다.
상기와 같이 형성한 실시예 1의 하층(41)(RuCrN 막)의 파장 13.5nm에서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부(虛部)) k는, 각각 이하와 같았다.
RuCrN 막: n＝0.900, k＝0.023
또, 이 실시예 1의 하층(41)(RuCrN 막)의 파장 193nm에서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같았다.
RuCrN 막: n＝1.71, k＝2.35
다음으로, DC 마그네트론 스퍼터링법(반응성 스퍼터링법)에 의해, 위상 시프트막(4)의 최상층(42)으로서 루테늄(Ru), 크롬(Cr) 및 산소(O)로 이루어지는 박막(RuCrO 막)을 형성했다. 표 1에, 실시예 1의 최상층(42)의 조성 및 막 두께를 나타낸다. 최상층(42)은, Ru 타겟과 Cr 타겟을 이용하여, 크립톤(Kr) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합 가스 분위기에서, 8.5nm의 막 두께가 되도록, 반응성 스퍼터링에 의해 성막했다. 다른 기판 상에 마찬가지의 순서로 형성한 RuCrO 막에 대해, X선 광전자 분광법에 의한 분석을 행한바, RuCrO 막의 조성(원자비)은, Ru:Cr:O＝18.1:29.5:52.4였다. RuCrO 막의 Cr/[Ru＋Cr] 비율은 0.619였다. 또한, RuCrO 막의 결정 구조를 X선 회절 장치(XRD)에 의해 측정한바, RuCrO 막은 아몰퍼스 구조였다.
상기와 같이 형성한 실시예 1의 최상층(42)(RuCrO 막)의 파장 13.5nm에서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같았다.
RuCrO 막: n＝0.931, k＝0.027
또, 이 실시예 1의 최상층(42)(RuCrO 막)의 파장 193nm에서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같았다.
RuCrO 막: n＝1.97, k＝1.39
다음으로, 위상 시프트막(4) 위에, Si 3 N4 막으로 이루어지는 에칭 마스크막(6)을 형성했다. Si3N4 막은, Si 타겟을 이용하여, 질소 가스 분위기 중에서, 반응성 스퍼터링법에 의해, 20nm의 막 두께가 되도록 성막했다.
다음으로, 상기 반사형 마스크 블랭크(100)를 이용하여, 실시예 1의 반사형 마스크(200)를 제조했다.
도 3a에서 도 3f는, 반사형 마스크 블랭크(100)로부터 반사형 마스크(200)를 제작하는 공정을 나타내는 주요부 단면 모식도이다. 먼저, 상술의 실시예 1의 반사형 마스크 블랭크(100)를 준비했다(도 3a).
다음으로, 반사형 마스크 블랭크(100)의 에칭 마스크막(6) 위에, 레지스트막(8)을 100nm의 두께로 형성했다(도 3b). 그리고, 이 레지스트막(8)에 원하는 패턴을 묘화(노광)하고, 추가로 현상, 린스함으로써 소정의 레지스트 패턴(8a)을 형성했다(도 3c). 다음으로, 레지스트 패턴(8a)을 마스크로 하여, 에칭 마스크막(6)(Si3N4 막)의 드라이 에칭을, CF4 가스를 이용하여 행함으로써, 에칭 마스크 패턴(6a)을 형성했다(도 3d). 그 후, 레지스트 패턴(8a)을 산소 애싱으로 박리했다. 다음으로, 에칭 마스크 패턴(6a)을 마스크로 하여, 위상 시프트막(4)의 RuCrO 막(최상층(42))을, Cl2 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 이용하여 드라이 에칭하고, 계속해서, RuCrN 막(하층(41))을, 동일한 Cl2 가스와 O2 가스의 혼합 가스를 이용하여 드라이 에칭함으로써, 위상 시프트 패턴(4a)(하층 패턴(41a) 및 최상층 패턴(42a))을 형성했다(도 3e).
그 후, 에칭 마스크 패턴(6a)을 제거했다. 마지막으로 순수(純水)(DIW)를 이용한 웨트 세정을 행하여, 실시예 1의 반사형 마스크(200)를 제조했다(도 3f). 또한, 필요에 따라서 웨트 세정 후에 마스크 결함 검사를 행하여, 마스크 결함 수정을 적절히 행할 수 있다.
상기의 최상층(42) 및 하층(41)을 갖는 실시예 1의 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))의 파장 13.5nm에서의 상대 반사율은 17.6％(절대 반사율은 11.6％)였다. 또, 위상 시프트막(4)의 막 두께는 35.0nm이다. 이 막 두께는, 위상 시프트막(4)을 패터닝했을 때의 위상차가 약 180도에 상당하는 막 두께이다.
상기의 최상층(42) 및 하층(41)을 갖는 실시예 1의 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))의, DUV 광(파장 193nm)에서의 반사율(％)(절대 반사율)을 측정했다. 실시예 1의 위상 시프트막(4)의 DUV 광(파장 193nm)에서의 절대 반사율(％)은 31.3％였다. 이 절대 반사율(％)은, 후술하는 비교예와 비교하여 낮다. 또, 이 실시예 1의 반사형 마스크(200)의 보호막(3)이 노출된 영역(위상 시프트 패턴(4a)이 없는 영역)에서의 DUV 광(파장 193nm)에서의 절대 반사율(％)은 57.3％이다. 이 실시예 1의 반사형 마스크(200)는, 위상 시프트 패턴(4a)이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역 사이에서의 DUV 광에 대한 절대 반사율의 차는 충분히 확보되어 있어, 파장 193nm의 DUV 광을 검사광에 이용한 마스크 검사에서 고정밀도의 검사를 행하는 것이 가능하다고 할 수 있다.
실시예 1의 반사형 마스크(200)에서는, 위상 시프트막(4)이 소정의 하층(41) 및 최상층(42)의 2층이기 때문에, 위상 시프트막(4)의 막 두께가 변화된 경우라도, 위상 시프트막(4)의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 작았다. 즉, 도 4에, 실시예 1에 대응하는 위상 시프트막(4)의 막 두께와 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 상대 반사율 및 위상차와의 관계를 나타낸다. 실시예 1의 위상 시프트막(4)의 막 두께는 35nm이므로, 도 4에 나타내는 바와 같이, 가령, 실시예 1의 위상 시프트막(4)의 막 두께가 다소 변화된 경우라도, 위상 시프트막(4)의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 작은 것은 명백하다. 또한, 후술하는 비교예 2(RuCr 막 단층의 위상 시프트막(4))의 경우에는, 막 두께가 변화했을 때에, 위상 시프트막(4)의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 비교적 크다. 이 점은, 도 4에 나타내는 비교예 2에 대응하는 RuCr 막 단층의 위상 시프트막(4)의 막 두께와 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 상대 반사율 및 위상차와의 관계와의 비교로부터 명백하다.
또, 실시예 1의 위상 시프트 패턴(4a)의 막 두께는 35nm로, 종래의 Ta계 재료로 형성된 흡수체막보다도 얇게 할 수 있었다.
또, 실시예 1의 반사형 마스크(200)의 제조에 이용한 반사형 마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(4)이 소정의 하층(41) 및 최상층(42)의 2층이다. 그 때문에, 위상 시프트 패턴(4a)을 형성할 때의 최상층(42)의 에칭 속도가, 하층(41)의 에칭 속도보다 느리다. 그 때문에, 위상 시프트 패턴(4a)의 측벽 러프니스가 적고, 단면 형상도 안정되어 있었다. 그 때문에, 이 위상 시프트 패턴(4a)을 갖는 반사형 마스크(200)를 이용하여 전사 형성한 레지스트 패턴(8a)은, LER 및 치수의 면내 불균일이 적은, 높은 전사 정밀도를 갖는 것이었다. 게다가, 위상 시프트면의 상대 반사율(보호막(3) 부착 다층 반사막(2)의 표면의 반사율에 대한 반사율)은 17.6％(절대 반사율은 11.6％)이기 때문에, 충분한 위상 시프트 효과가 얻어져, 노광 여유도나 초점 여유도가 높은 EUV 노광을 행할 수 있었다.
실시예 1에서 제작한 반사형 마스크(200)를 EUV 스캐너에 세트하고, 반도체 기판 상에 피가공막과 레지스트막이 형성된 웨이퍼에 대하여 EUV 노광을 행하였다. 그리고, 이 노광 완료 레지스트막을 현상함으로써, 피가공막이 형성된 반도체 기판 상에 레지스트 패턴을 형성했다. 이 레지스트 패턴을 에칭에 의해 피가공막에 전사하고, 또, 절연막 및 도전막의 형성, 도펀트의 도입, 그리고 어닐 등 여러 가지 공정을 거침으로써, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있었다.
[비교예 1]
비교예 1에서는, 위상 시프트막(4)의 최상층(42)으로서 SiO2 막을 이용한 것 이외에, 실시예 1과 마찬가지의 구조와 방법으로, 반사형 마스크 블랭크(100), 반사형 마스크(200)를 제조하고, 또, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반도체 장치를 제조했다. 표 1에, 비교예 1의 에칭 마스크막(6), 위상 시프트막(4)의 최상층(42) 및 하층(41), 그리고 보호막(3)의 재료 및 막 두께를 나타낸다.
비교예 1의 하층(41)의 RuCrN 막은, 실시예 1과 동일한 성막 조건으로, 33nm의 막 두께가 되도록 성막했다.
또, 비교예 1의 최상층(42)의 SiO2 막은, Ar 가스 분위기 중에서, SiO2 타겟을 사용한 RF 스퍼터링법에 의해, 하층(41)의 표면에, 3.0nm의 막 두께가 되도록 성막했다.
이 비교예 1의 최상층(42)(SiO2 막)의 파장 13.5nm에서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같았다.
SiO2 막: n＝0.974, k＝0.012
또, 이 비교예 1의 최상층(42)(SiO2 막)의 파장 193nm에서의 굴절률 n, 소쇠 계수(굴절률 허부) k는, 각각 이하와 같았다.
SiO2 막: n＝1.56, k＝0.00
또, 비교예 1의 반사형 마스크(200)를 제조할 때에, CHF3＋He 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해, SiO2 막의 최상층 패턴(42a)을 형성했다.
상기의 최상층(42) 및 하층(41)을 갖는 비교예 1의 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))의 파장 13.5nm에서의 상대 반사율은 16.8％(절대 반사율은 11.1％)였다. 또, 위상 시프트막(4)의 막 두께는 36nm이다. 이 막 두께는, 위상 시프트막(4)을 패터닝했을 때의 위상차가 약 180도에 상당하는 막 두께이다.
상기의 최상층(42) 및 하층(41)을 갖는 비교예 1의 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))의, DUV 광(파장 193nm)에서의 반사율(％)(절대 반사율)을 측정했다. 비교예 1의 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))의 DUV 광(파장 193nm)에서의 절대 반사율(％)은 44.4％였다. 이 비교예 1의 위상 시프트막(4)의 DUV 광에 대한 절대 반사율은 매우 높다. 또, 이 비교예 1의 반사형 마스크(200)의 보호막(3)이 노출된 영역(위상 시프트 패턴(4a)이 없는 영역)에서의 DUV 광(파장 193nm)에서의 절대 반사율(％)은 57.3％이다. 이 비교예 1의 반사형 마스크(200)는, 위상 시프트 패턴(4a)이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역 사이에서의 DUV 광에 대한 절대 반사율의 차는 작아, 파장 193nm의 DUV 광을 검사광에 이용한 마스크 검사 장치로 마스크 검사를 행한 경우, 고정밀도의 검사를 행하는 것은 곤란하다.
비교예 1의 반사형 마스크(200)에서는, 위상 시프트막(4)의 최상층(42)이 SiO2 막이기 때문에, 실시예 1과 비교하여, 위상 시프트막(4)의 막 두께가 변화된 경우의, 위상 시프트막(4)의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 컸다.
또, 비교예 1의 반사형 마스크(200)의 제조에 이용한 반사형 마스크 블랭크(100)는, 위상 시프트막(4)의 최상층(42)이 SiO2 막이다. 그 때문에, 실시예 1과 비교하여, 비교예 1에서는, 제조하여 얻어진 반사형 마스크(200)의 위상 시프트 패턴(4a)의 측벽에 최상층(42)과 하층(41) 사이에서 단차가 발생하고 있었다. 그 때문에, 이 위상 시프트 패턴(4a)을 갖는 반사형 마스크(200)를 이용하여 전사 형성한 레지스트 패턴(8a)은, LER 및 치수의 면내 불균일이 커서, 전사 정밀도는 그다지 높지 않았다.
실시예 1의 경우와 달리, 비교예 1에서 제작한 반사형 마스크(200)를 이용한 경우에는, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 없었다.
[비교예 2]
비교예 2에서는, 위상 시프트막(4)으로서 단층의 RuCrN 막을 이용한 것 이외에, 실시예 1과 마찬가지의 구조와 방법으로, 반사형 마스크 블랭크(100), 반사형 마스크(200)를 제조하고, 또, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 반도체 장치를 제조했다. 표 1에, 비교예 2의 에칭 마스크막(6), 위상 시프트막(4), 그리고 보호막(3)의 재료 및 막 두께를 나타낸다.
비교예 2의 위상 시프트막(4)의 RuCrN 막은, 실시예 1의 RuCrN 막과 동일한 성막 조건으로, 31.5nm의 막 두께가 되도록 성막했다.
상기의 단층의 위상 시프트막(4)을 갖는 비교예 2의 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))의 파장 13.5nm에서의 상대 반사율은 30.5％(절대 반사율은 20.1％)였다. 또, 위상 시프트막(4)의 막 두께는 31.5nm이다. 이 막 두께는, 위상 시프트막(4)을 패터닝했을 때의 위상차가 약 180도에 상당하는 막 두께이다.
상기의 단층의 위상 시프트막(4)을 갖는 비교예 2의 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))의, DUV 광(파장 193nm)에서의 절대 반사율(％)을 측정했다. 비교예 2의 위상 시프트막(4)(위상 시프트 패턴(4a))의 DUV 광(파장 193nm)에서의 절대 반사율(％)은 47.6％였다. 이 비교예 2의 위상 시프트막(4)의 DUV 광에 대한 절대 반사율은 매우 높다. 또, 이 비교예 2의 반사형 마스크(200)의 보호막(3)이 노출된 영역(위상 시프트 패턴(4a)이 없는 영역)에 있어서의 DUV 광(파장 193nm)에서의 절대 반사율(％)은 57.3％이다. 이 비교예 2의 반사형 마스크(200)는, 위상 시프트 패턴(4a)이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역 사이에서의 DUV 광에 대한 절대 반사율의 차는 작아서, 파장 193nm의 DUV 광을 검사광에 이용한 마스크 검사 장치로 마스크 검사를 행한 경우, 고정밀도의 검사를 행하는 것은 곤란하다.
비교예 2의 반사형 마스크(200)에서는, 위상 시프트막(4)이 단층이기 때문에, 실시예 1과 비교하여, 위상 시프트막(4)의 막 두께가 변화된 경우의, 위상 시프트막(4)의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 컸다. 즉, 도 4에, 비교예 2에 대응하는 위상 시프트막(4)의 막 두께와 파장 13.5nm의 EUV 광에 대한 상대 반사율 및 위상차와의 관계를 나타낸다. 비교예 2의 위상 시프트막(4)의 막 두께는 31.5nm이므로, 도 4에 나타내는 바와 같이, 가령, 비교예 2의 위상 시프트막(4)의 막 두께가 다소 변화된 경우에는, 실시예 1에 대응하는 위상 시프트막(4)과 비교하여, 위상 시프트막(4)의 위상차 및/또는 반사율의 변화가 큰 것은 명백하다.
또, 비교예 2의 반사형 마스크(200)의 제조에 이용한 반사형 마스크 블랭크(100)에서는, 위상 시프트막(4)이 단층이다. 그 때문에, 실시예 1과 비교하여, 비교예 2에서는, 제조하여 얻어진 반사형 마스크(200)의 위상 시프트 패턴(4a)의 측벽 러프니스가 크고, 단면 형상도 불안정했다. 그 때문에, 이 위상 시프트 패턴(4a)을 갖는 반사형 마스크(200)를 이용하여 전사 형성한 레지스트 패턴(8a)은, LER 및 치수의 면내 불균일이 커서, 전사 정밀도는 그다지 높지 않았다. 또, 이 비교예 2의 위상 시프트막(4)은, 막 두께의 변화에 대한 반사율의 변화량이 큰 점에서, 반사형 마스크(200)로 가공하는 도중에서의 위상 시프트막(4)의 막 두께의 미소한 변화에 대해서도 반사율이 변화하기 쉽다. 이 때문에, 완성된 반사형 마스크(200)의 위상 시프트 패턴(4a)의 EUV 광에 대한 반사율의 면내 분포는 균일성이 낮다. 이 때문에, 이 비교예 2의 반사형 마스크(200)로 노광 전사했을 때의 전사상의 면내 균일성도 높이는 것은 곤란하다고 할 수 있다.
한편, 비교예 2의 반사형 마스크 블랭크(100)의 위상 시프트막(4)은 단층이기 때문에, 반사형 마스크 블랭크(100)로부터 반사형 마스크(200)를 제조하는 도중에 위상 시프트막(4)의 표층이 산화하기 쉽다. 단층의 위상 시프트막(4)의 경우, 표층이 산화함으로써 발생하는 위상 시프트막(4)의 전체에서의 광학 특성의 변화는 비교적 크다. 이 때문에, 이 비교예 2의 반사형 마스크(200)로 노광 전사했을 때의 전사상의 안정성도 낮아진다.
이러한 점에서, 실시예 1의 경우와 달리, 비교예 2에서 제작한 반사형 마스크(200)를 이용한 경우에는, 원하는 특성을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 없었다.
Figure pct00001
1: 기판 2: 다층 반사막
3: 보호막 4: 위상 시프트막
4a: 위상 시프트 패턴 5: 도전막
6: 에칭 마스크막 6a: 에칭 마스크 패턴
8: 레지스트막 8a: 레지스트 패턴
41: 하층 41a: 하층 패턴
42: 최상층 42a: 최상층 패턴
100: 반사형 마스크 블랭크 200: 반사형 마스크

Claims (21)

  1. 기판의 주표면 상에, 다층 반사막 및 위상 시프트막을 이 순서로 구비하는 반사형 마스크 블랭크로서,
    상기 위상 시프트막은, 하층과, 최상층을 포함하고, 상기 하층은, 상기 최상층과 상기 다층 반사막과의 사이에 위치하며,
    상기 하층은, 루테늄 및 크롬의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료, 또는 루테늄, 크롬 및 질소의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료로 형성되고,
    상기 최상층은, 루테늄, 크롬 및 산소의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 최상층 중의 함유량이 가장 많은 원소는, 산소인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하층 중의 함유량이 가장 많은 원소는, 루테늄인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최상층에서의 크롬의 함유량(원자％)을 루테늄 및 크롬의 합계 함유량(원자％)으로 나눈 비율은, 상기 하층에서의 크롬의 함유량(원자％)을 루테늄 및 크롬의 합계 함유량(원자％)으로 나눈 비율보다도 큰 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    파장 13.5nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 파장 13.5nm의 광에 대한 상기 하층의 굴절률 n보다도 큰 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    파장 13.5nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 0.94 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 파장 193nm의 광에 대한 상기 하층의 굴절률 n보다도 큰 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  8. 제 7 항에 있어서,
    파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 5.0 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 소쇠 계수 k는, 3.2 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 반사막과 위상 시프트막의 사이에 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크 블랭크.
  11. 기판의 주표면 상에, 다층 반사막 및 전사 패턴이 형성된 위상 시프트막을 이 순서로 구비하는 반사형 마스크로서,
    상기 위상 시프트막은, 하층과 최상층을 포함하고, 상기 하층은, 상기 최상층과 상기 다층 반사막과의 사이에 위치하며,
    상기 하층은, 루테늄 및 크롬의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료, 또는 루테늄, 크롬 및 질소의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료로 형성되고,
    상기 최상층은, 루테늄, 크롬 및 산소의 합계 함유량이 90 원자％ 이상인 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 최상층 중의 함유량이 가장 많은 원소는, 산소인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 하층 중의 함유량이 가장 많은 원소는, 루테늄인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 최상층에서의 크롬의 함유량(원자％)을 루테늄 및 크롬의 합계 함유량(원자％)으로 나눈 비율은, 상기 하층에서의 크롬의 함유량(원자％)을 루테늄 및 크롬의 합계 함유량(원자％)으로 나눈 비율보다도 큰 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    파장 13.5nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 파장 13.5nm의 광에 대한 상기 하층의 굴절률 n보다도 큰 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  16. 제 15 항에 있어서,
    파장 13.5nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 0.94 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 파장 193nm의 광에 대한 상기 하층의 굴절률 n보다도 큰 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  18. 제 17 항에 있어서,
    파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 굴절률 n은, 5.0 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    파장 193nm의 광에 대한 상기 최상층의 소쇠 계수 k는, 3.2 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  20. 제 11 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 반사막과 위상 시프트막의 사이에 보호막을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 마스크.
  21. 제 11 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재한 반사형 마스크를 이용하고, 반도체 기판 상의 레지스트막에 전사 패턴을 노광 전사하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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