JP7459399B1 - 反射型マスクブランク、反射型マスク及びその製造方法、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の構成1は、多層反射膜、吸収体膜及びエッチングマスク膜をこの順に備えた反射型マスクブランクであって、
前記吸収体膜が、バッファ層と、該バッファ層に対してエッチング耐性を有する吸収層とを含み、
前記エッチングマスク膜が、前記吸収層に対してエッチング耐性を有するとともに、元素Xと酸素(O)とを含有し、
ここで、前記エッチングマスク膜において酸素(O)の含有量(原子%)を元素X及び酸素(O)の合計含有量(原子%)で除した酸素濃度比率を定義した場合に、前記エッチングマスク膜の前記吸収層側における酸素濃度比率が、前記エッチングマスク膜の膜厚中心における酸素濃度比率よりも高く、
前記元素Xが、タンタル(Ta)及びケイ素(Si)から選択される少なくとも一種を含む、反射型マスクブランクである。
本発明の構成2は、前記エッチングマスク膜の前記吸収層とは反対の表面側における酸素濃度比率が、前記エッチングマスク膜の膜厚中心における酸素濃度比率よりも高い、構成1の反射型マスクブランクである。
本発明の構成3は、前記エッチングマスク膜の膜厚が6nm~30nmである、構成1又は2の反射型マスクブランクである。
本発明の構成4は、前記バッファ層の膜厚に対する前記エッチングマスク膜の膜厚の比が0.1~15である、構成1~3の何れかの反射型マスクブランクである。
本発明の構成5は、第1の前記エッチングマスク膜の上に第2のエッチングマスク膜を備え、前記第2のエッチングマスク膜がクロム(Cr)を含有する、構成1~4の何れかの反射型マスクブランクである。
本発明の構成6は、前記バッファ層が、タンタル(Ta)及びケイ素(Si)から選択される少なくとも一種を含む、構成1~5の何れかの反射型マスクブランクである。
本発明の構成7は、前記吸収層が、クロム(Cr)及びルテニウム(Ru)から選択される少なくとも一種を含む、構成1~6の何れかの反射型マスクブランクである。
本発明の構成8は、前記多層反射膜と前記吸収体膜との間に保護膜を備える、構成1~7の何れかの反射型マスクブランクである。
本発明の構成9は、構成1~8の何れかの反射型マスクブランクにおける前記吸収体膜がパターニングされた吸収体パターンを有する反射型マスクである。
本発明の構成10は、構成1~8の何れかの反射型マスクブランクから反射型マスクを製造する方法であって、前記エッチングマスク膜をドライエッチングしてエッチングマスク膜パターンを形成する工程と、前記エッチングマスク膜パターンをマスクにして前記吸収体膜をパターニングする工程とを含む、反射型マスクの製造方法である。
本発明の構成11は、構成9に記載の反射型マスクを露光装置にセットし、被転写基板上に形成されているレジスト膜に転写パターンを転写する工程を有する、半導体装置の製造方法である。
図1は、本発明の一実施形態による反射型マスクブランク100の構成を説明するための断面模式図である。同図に示されるように、反射型マスクブランク100は、基板1と、第1主面(表面)側に形成され、露光光であるEUV光を反射する多層反射膜2と、該多層反射膜2を保護するために設けられる保護膜3と、EUV光を吸収する吸収体膜4と、エッチングマスク膜6とを有し、これらがこの順で積層される。本実施形態の反射型マスクブランク100では、吸収体膜4が、バッファ層42と、バッファ層42の上に設けられた吸収層44とを有する。また、基板1の第2主面(裏面)側には、静電チャック用の裏面導電膜5が形成される。
基板1は、EUV光による露光時の熱による転写パターン(後述の吸収体パターン)の歪みを防止するため、0±5ppb/℃の範囲内の低熱膨張係数を有するものが好ましく用いられる。この範囲の低熱膨張係数を有する素材としては、例えば、SiO2-TiO2系ガラス、多成分系ガラスセラミックス等を用いることができる。
多層反射膜2は、屈折率の異なる元素を主成分とする複数の層が周期的に積層された多層構成を有している。一般的に、多層反射膜2は、高屈折率材料である軽元素又はその化合物の薄膜(高屈折率層)と、低屈折率材料である重元素又はその化合物の薄膜(低屈折率層)とが交互に40~60周期程度積層された多層膜からなる。多層反射膜2を形成するために、基板1側から高屈折率層と低屈折率層をこの順に複数周期積層してもよい。この場合、一つの(高屈折率層/低屈折率層)の積層構造が1周期となる。
反射型マスクブランク100は、多層反射膜2と吸収体膜4との間に、保護膜3を有することが好ましい。多層反射膜2上に保護膜3が形成されていることにより、反射型マスクブランク100を用いて反射型マスク200(EUVマスク)を製造する際の多層反射膜2表面へのダメージを抑制することができるので、EUV光に対する反射率特性が良好となる。
上述した多層反射膜2又は保護膜3の上には、EUV光を吸収又は消衰させるための吸収体膜4が形成される。例えばバイナリ型反射マスクを作製するための反射型マスクブランク100では、微細で高精度な吸収体パターン(転写パターン)を得るために吸収体膜4の膜厚は可能な限り薄いほうが好ましい。そのため、吸収体膜4の材料は、EUV光の吸収率が高い(反射率が小さい)ものが好ましい。また、位相シフト型反射マスクを作製するための反射型マスクブランク100においても、吸収体膜4は、比較的薄い吸収体パターンでEUV反射光の位相を反転させるため、吸収率が高い材料で形成されることが好ましい。
吸収層44の材料は、例えばクロム(Cr)及び/又はルテニウム(Ru)を含有することが好ましい。Cr又はRuを含有する薄膜が、Ruを主成分として含む保護膜3の表面に接して配置される場合、吸収層44と保護膜3のエッチング選択比が高くないという問題が生じる。そのため、本実施形態による反射型マスクブランク100では、吸収層44と保護膜3との間に、タンタル(Ta)及びケイ素(Si)から選択される少なくとも1種を含む材料からなるバッファ層42が配置されている。
また、タンタル(Ta)を含むバッファ層42の材料として、さらにパラジウム(Pd)、銀(Ag)、白金(Pt)、金(Au)、イリジウム(Ir)、タングステン(W)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、スズ(Sn)、バナジウム(V)、ニッケル(Ni)、ハフニウム(Hf)、鉄(Fe)、銅(Cu)、テルル(Te)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ゲルマニウム(Ge)、アルミニウム(Al)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)及びケイ素(Si)から選ばれる少なくとも1つの金属、2以上の金属を含んでもよい。
また、吸収層44の材料は、ルテニウム(Ru)と、タンタル(Ta)又は白金(Pt)を含むRuTa系化合物又はRuPt系化合物であってもよい。RuTa系化合物又はRuPt系化合物に、更に窒素(N)、酸素(O)及びホウ素(B)から選択される少なくとも一つの元素を含んでもよい。RuTa系化合物としては、例えば、RuTaN、RuTaON、RuTaO、RuTaB、RuTaBN、RuTaBO及びRuTaBNOなどが挙げられる。RuPt系化合物としては、例えば、RuPtN、RuPtON、RuPtO、RuPtB、RuPtBN、RuPtBO及びRuPtBNOなどが挙げられる。RuTa系化合物のRu含有量は、30原子%以上100原子%未満であることが好ましく、40原子%以上100原子%未満であることがより好ましい。RuPt系化合物のRu含有量は、30原子%以上100原子%未満であることが好ましく、40原子%以上100原子%未満であることがより好ましい。
本実施形態の反射型マスクブランク100においては、吸収体膜4をパターニングするためのマスク(「ハードマスク」ともいう)となるエッチングマスク膜6が形成される。エッチングマスク膜6は、上述の吸収層44の上面に接して配置され、その吸収層44に対しエッチング耐性を有するエッチングマスク膜61を有している。また、反射型マスクブランク100は、吸収層44に接して配置されるエッチングマスク膜61を第1のエッチングマスク膜とし、更に、その第1のエッチングマスク膜61に対してエッチング耐性を有する第2のエッチングマスク膜62を有するものでもよい。
ここで、上記の定義式(1)において、変数Xは、エッチングマスク膜61を構成する金属元素の合計含有量(原子%)、変数Oは酸素の含有量(原子%)を示す。
膜厚中心x3でのO/(X+O)比率 < 界面x1でのO/(X+O)比率;
膜厚中心x3でのO/(X+O)比率 < 界面(表面)x2でのO/(X+O)比率;
であることが好ましい。
また、第1のエッチングマスク膜61と吸収層44の選択比を高くするために、界面(表面)x2でのO/(X+O)比率 ≦ 界面x1でのO/(X+O)比率とすることができる。また、第1のエッチングマスク膜61の太りに起因するCD変化を抑制するために、界面x1でのO/(X+O)比率 < 界面(表面)x2でのO/(X+O)比率とすることができる。
以下とすることができる。
率)に対する、吸収層44との界面位置x1における酸素濃度比率(O/(X+O)比率)の差は
、5%以上であり、10%以上とすることができる。また、上記(O/(X+O)比率)の差は
、85%以下であり、75%以下とすることができる。
は、1%以上であり、5%以上とすることができる。また、上記(O/(X+O)比率)は、8
5%以下であり、75%以下とすることができる。
率)に対する、第1のエッチングマスク膜61と第2のエッチングマスク膜62との界面位置x2又は第1のエッチングマスク膜61の表面位置x2における酸素濃度比率(O/(X+O)
比率)の差は、1%以上であり、5%以上とすることができる。また、上記(O/(X+O)比
率)の差は、80%以下であり、70%以下とすることができる。
エッチング過程でのCD変化を抑制しながらも、静電破壊に起因する致命欠陥の発生を防止することができる。また、エッチングマスク膜61の酸素濃度比率を規定したことにより、バッファ層42のパターンエッチングの進行に合わせてエッチングマスク膜61のエッチング速度を調整することができ、それにより、バッファ層42のドライエッチング過程における保護膜3又は吸収層44へのダメージを抑制することができる。
法(XPS)によっても評価することが可能である。また、これらの分析結果と透過型電子顕微鏡(TEM)を組み合わせることによって評価することも可能である。また、これらで測定されたデータを公知の近似関数を用いてフィッティング処理をすることで、上記の各層間の界面位置x1、x2及びエッチングマスク膜61の中心位置x3などを判定することができる。
なお、本明細書においては、エッチングマスク膜61の酸素濃度比率(O/(X+O)比率)
の大小関係に関しては、EDXによる数値を記載しており、各膜を構成する元素の含有量に関しては、XPSによる数値を記載している。
合計含有量とは、エッチングマスク膜61が例えばTaBOの場合にはTa含有量であり、エッチングマスク膜61が例えばSiOの場合にはSi含有量であり、エッチングマスク膜61が例えばTaSiOの場合にはTaSi含有量である。
子%)が最大値となる位置に設定することができる。
分した値がゼロとなる、下記の二次導関数方程式(2)の解として求めることができる。
本実施形態の反射型マスクブランク100は、エッチングマスク膜6の上にレジスト膜11を有することができる。すなわち、本実施形態の反射型マスクブランク100には、レジスト膜11を有する形態も含まれる。本実施形態の反射型マスクブランク100では、適切な材料及び/又は適切な膜厚の吸収体膜4(バッファ層42及び吸収層44)及びエッチングガスを選択することにより、レジスト膜11の薄膜化も可能である。
基板1の第2主面(裏面)側(多層反射膜2形成面の反対側)には、一般的に、静電チャック用の裏面導電膜5が形成される。静電チャック用の裏面導電膜5に求められる電気的特性(シート抵抗)は通常100Ω/□(Ω/Square)以下である。裏面導電膜5の形成方法は、例えばマグネトロンスパッタリング法やイオンビームスパッタリング法により、クロム(Cr)、タンタル(Ta)等の金属や合金のターゲットを使用して形成することができる。
本実施形態の反射型マスクブランク100を使用して、反射型マスク200を製造する方法の概要を以下説明する。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、EUV光を発する露光光源を有する露光装置に、本実施形態の反射型マスク200をセットし、被転写基板上に形成されているレジスト膜に転写パターンを転写する工程を有する。
実施例1の反射型マスクブランク100は、図1に示すように、裏面導電膜5と、基板1と、多層反射膜2と、保護膜3と、吸収体膜4と、エッチングマスク膜6とを有する。吸収体膜4はバッファ層42及び吸収層44からなる。
ー分散型X線分析法(EDX)により測定し、上述したフィッティングを行うことにより求めた。
SiO2-TiO2系ガラス基板1の第2主面(裏面)に、CrN膜からなる裏面導電膜5をマグネトロンスパッタリング(反応性スパッタリング)法により下記の条件にて形成した。裏面導電膜5は、Crターゲットを用いて、アルゴン(Ar)ガスと窒素(N2)ガスの混合ガス雰囲気で、20nmの膜厚となるように成膜した。
具体的には、まず、DCマグネトロンスパッタリング法により、TaBN膜からなるバッファ層42を形成した。TaBN膜は、TaB混合焼結ターゲットを用いて、ArガスとN2ガスの混合ガス雰囲気にて反応性スパッタリングで、表1に示すように、10nmの膜厚で成膜した。TaBN膜の元素比率は、Taが88原子%、Bが5原子%、Nが7原子%であった。
次に、DCマグネトロンスパッタリング法により、吸収層44の上に、TaBO膜からなる第1のエッチングマスク膜61を形成した。TaBO膜は、TaB混合焼結ターゲットを用いて、ArガスとO2ガスの混合ガス雰囲気にて反応性スパッタリングで、表1に示すように、16nmの膜厚で成膜した。このとき、混合ガス雰囲気におけるO2ガスの供給量を変えることによって、表2に示す膜厚方向に酸素濃度比率が異なる組成傾斜膜が得られた。
反射型マスクブランク100の第2のエッチングマスク膜62の上に、レジスト膜11を50nmの厚さで形成した(図4A)。レジスト膜11の形成には、化学増幅型レジスト(CAR)を用いた。このレジスト膜11に所望のパターンを描画(露光)し、更に現像、リンスすることによって所定のレジストパターン11aを形成した(図4B)。次に、レジストパターン11aをマスクにして、CrOCN膜(第2のエッチングマスク膜62)をCl2ガスとO2ガスの混合ガスを用いて行うことで、マスクパターン62aを形成した(図4C)。次に、レジストパターン11aを酸素アッシングで剥離後に、マスクパターン62aをマスクにして、TaBO膜(第1のエッチングマスク膜61)のドライエッチングを、CF4ガスとHeガスの混合ガスを用いて行うことで、マスクパターン61aを形成した(図4D)。マスクパターン61aをマスクにして、CrN膜(吸収層44)のドライエッチングを、Cl2ガスとO2ガスの混合ガスを用いて行うことで、吸収層パターン44aを形成した(図4E)。このとき、CrOCN膜も同時に剥離した。
実施例2では、第1のエッチングマスク膜61を除き、実施例1と同様の構造と方法で、反射型マスクブランク100、反射型マスク200を製造し、また、実施例1と同様の方法で半導体デバイスを製造した。
実施例3では、第1のエッチングマスク膜61を除き、実施例1と同様の構造と方法で、反射型マスクブランク100、反射型マスク200を製造し、また、実施例1と同様の方法で半導体デバイスを製造した。
比較例1では、第1のエッチングマスク膜61を除き、実施例1と同様の構造と方法で、反射型マスクブランク100、反射型マスク200を製造し、また、実施例1と同様の方法で半導体デバイスを製造した。
5%で均一であった。そのため、第1のエッチングマスク膜61に対して、その静電破壊電圧を超える過度な帯電が生じ、反射型マスクを不良とする致命欠陥が生じてしまった。また、第1のエッチングマスク膜61のCD変化を抑制することができず、吸収体パターン4aは、設計値±6nmを超えるCDとなった。
2 多層反射膜
3 保護膜
4 吸収体膜
4a 吸収体パターン
5 裏面導電膜
6 エッチングマスク膜
11 レジスト膜
42 バッファ層
44 吸収層
61 第1のエッチングマスク膜
62 第2のエッチングマスク膜
100 反射型マスクブランク
200 反射型マスク
Claims (10)
- 多層反射膜、吸収体膜及びエッチングマスク膜をこの順に備えた反射型マスクブランクであって、
前記吸収体膜が、バッファ層と、該バッファ層に対してエッチング耐性を有する吸収層とを含み、
前記エッチングマスク膜が、前記吸収層に対してエッチング耐性を有するとともに、元素Xと酸素(O)とを含有し、
ここで、前記エッチングマスク膜において酸素(O)の含有量(原子%)を元素X及び酸素(O)の合計含有量(原子%)で除した酸素濃度比率を定義した場合に、前記エッチングマスク膜の前記吸収層側における酸素濃度比率が、前記エッチングマスク膜の膜厚中心における酸素濃度比率よりも高く、
前記エッチングマスク膜の前記吸収層とは反対の表面側における酸素濃度比率が、前記エッチングマスク膜の膜厚中心における酸素濃度比率よりも高く、
前記元素Xが、タンタル(Ta)及びケイ素(Si)から選択される少なくとも一種を含む、反射型マスクブランク。 - 多層反射膜、吸収体膜及びエッチングマスク膜をこの順に備えた反射型マスクブランクであって、
前記吸収体膜が、バッファ層と、該バッファ層に対してエッチング耐性を有する吸収層とを含み、
前記エッチングマスク膜が、前記吸収層に対してエッチング耐性を有するとともに、元素Xと酸素(O)とを含有し、
ここで、前記エッチングマスク膜において酸素(O)の含有量(原子%)を元素X及び酸素(O)の合計含有量(原子%)で除した酸素濃度比率を定義した場合に、前記エッチングマスク膜の前記吸収層側における酸素濃度比率が、前記エッチングマスク膜の膜厚中心における酸素濃度比率よりも高く、
前記元素Xが、タンタル(Ta)及びケイ素(Si)から選択される少なくとも一種を含み、
第1の前記エッチングマスク膜の上に第2のエッチングマスク膜を備え、前記第2のエッチングマスク膜がクロム(Cr)を含有する、反射型マスクブランク。 - 前記エッチングマスク膜の膜厚が6nm~30nmである、請求項1又は2に記載の反射型マスクブランク。
- 前記バッファ層の膜厚に対する前記エッチングマスク膜の膜厚の比が0.1~15である、請求項1又は2に記載の反射型マスクブランク。
- 前記バッファ層が、タンタル(Ta)及びケイ素(Si)から選択される少なくとも一種を含む、請求項1又は2に記載の反射型マスクブランク。
- 前記吸収層が、クロム(Cr)及びルテニウム(Ru)から選択される少なくとも一種を含む、請求項1又は2に記載の反射型マスクブランク。
- 前記多層反射膜と前記吸収体膜との間に保護膜を備える、請求項1又は2に記載の反射型マスクブランク。
- 請求項1又は2に記載の反射型マスクブランクにおける前記吸収体膜がパターニングされた吸収体パターンを有する反射型マスク。
- 請求項1又は2に記載の反射型マスクブランクから反射型マスクを製造する方法であって、前記エッチングマスク膜をドライエッチングしてエッチングマスク膜パターンを形成する工程と、前記エッチングマスク膜パターンをマスクにして前記吸収体膜をパターニングする工程とを含む、反射型マスクの製造方法。
- 請求項8に記載の反射型マスクを露光装置にセットし、被転写基板上に形成されているレジスト膜に転写パターンを転写する工程を有する、半導体装置の製造方法。
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