JP2004246366A - フォトマスク・ブランク、フォトマスク、フォトマスク・ブランクを製造するための方法と装置 - Google Patents

フォトマスク・ブランク、フォトマスク、フォトマスク・ブランクを製造するための方法と装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明はフォトマスク・ブランク、フォトマスク、概してフォトマスク・ブランクの作製、および特に粒子ビーム・スパッタリングによるフォトマスク・ブランクの作製のための方法と装置に関する。
微小構造を有するフォトマスクの作製に適した高品質と高安定性のフォトマスク・ブランクを作製する方法を提供することが本発明の目的である。
【解決手段】 真空チャンバ内に基板とターゲットが供給され、第1の粒子もしくはイオンのビームで照射することによって前記ターゲットがスパッタされ、前記ターゲットの前記スパッタリングによって前記基板上に第1の材料の少なくとも第1の層が蒸着される、フォトマスク・ブランクの製造方法を提案する。
【選択図】図1

Description

本発明は、概してフォトマスク・ブランク、フォトマスク、フォトマスク・ブランクを製造するための、特に粒子ビーム・スパッタリング法によるフォトマスク・ブランクの方法と装置に関する。
集積回路の製造のために、通常、構造は電子ビームまたはフォトマスクをその集積回路の構造用のオーバーレイとして使用するフォトリソグラフィによって作製される。
さらに、フォトマスク自体もまた、リソグラフィ工程によって非構造化フォトマスク・ブランクから作製される。
フォトマスク・ブランクは、通常、1層または複数層の遮光性、光吸収性または反射性の膜の層構造が上に蒸着される透明基板を含む。
半導体製造の中で増大し続ける小型構造および高構造密度の要求に起因して、ウェハ上で許容可能な欠陥密度と欠陥サイズは小さくなる。したがって、フォトマスクとその結果としてフォトマスク・ブランク、特に欠陥の数とサイズに関する品質要求もまた高まっている。
フォトマスク類およびそれぞれのフォトマスク・ブランク類は3つのグループ、すなわちバイナリ、位相シフトおよび極紫外(EUV)フォトマスクまたはフォトマスク・ブランクにそれぞれ細分されることが可能である。
最も単純なタイプのフォトマスクは範例として以下で検討されるバイナリ・フォトマスクである。
バイナリ・フォトマスクは透過性の投影モードで使用されるように構成される。通常、バイナリ・フォトマスクとそれぞれのフォトマスク・ブランクは不透明または非透過性の材料、たとえば透明基板上に設けられたクロムもしくはクロム化合物の第1の層もしくは膜を有する。バイナリ・フォトマスク・ブランクはさらに不透明層の上に抗反射性材料、たとえば酸化クロムの第2または最上の層もしくは膜を有する。
さらに洗練されたタイプのフォトマスクは位相シフト・フォトマスクと呼ばれるものである。位相シフト・フォトマスクでもって、集積回路の構造密度の増大を可能にするさらに高い解像度を達成するために、構造の縁端部で相殺的干渉が使用される。位相シフト・フォトマスクでもって、投影波長以下の構造ですら達成されることが可能である。
位相シフト・フォトマスクもやはり空間周波数変調型位相シフト・マスクと埋め込み型ハーフトーン位相シフト・マスクに細分されることが可能である。空間周波数変調型位相シフト・マスクは、通常、線と間隔のような規則的な構造のために使用され、埋め込み型ハーフトーン位相シフト・マスクは、通常、ウェハ上に単一の孔または点またはその他の単一構造を作製するために使用される。
埋め込み型ハーフトーン位相シフト・マスクは透明基板と透明基板の上で構造化された位相シフト層を含む。構造化された位相シフト層は透明および半透明の部分を有する。光はウェハ上の光感受性レジストを露光するのに充分な強度で透明部分を通過することが可能である。半透明部分の透過率は通常、これらの部分を通過する光が光感受性レジストを露光することができないように5%と20%の間である。しかしながら、半透明部分を通過する光の位相は透明部分を通過する光に関して約180°シフトされる。構造のエッジで相殺的干渉が作り出される。したがって、ウェハ上で画像のコントラストが促進される。位相シフト層は単層もしくは多層構造のいずれかとしてモデル化される。単層構造は通常クロム化合物層または金属ケイ化物層を有する。多層構造は通常光透過性と光吸収性の材料の交互の層を有する。
それら位相シフト層を製造するために、反応性スパッタリングが知られている方法である。反応性スパッタリングに関すると、ターゲットがスパッタリングされ、反応性ガスの存在下で真空チャンバ内の透明基板上にターゲット材料が蒸着される。
反応性スパッタリングは層の高い蒸着速度に起因して高い生産性を提供する。高蒸着速度の不都合は不純物、たとえば粒子、液体または気体の封入の高い発生度であって、不都合なことに収率を低下させる。他方で、蒸着速度を下げることはフォトマスク・ブランクおよびフォトマスクを曲げる大きな膜応力につながる大きな結晶粒塊の発生に結びつく可能性がある。構造の位置決め精度が害されるので膜応力は不都合であり、それは特に集積回路の配線設計のような厳密な構造で、そのようなフォトマスク・ブランクによって作製されたフォトマスクの完全な無駄に結びつく可能性すらある。
欧州特許出願EP−A−1022614号から、ヘリウムを含むスパッタ・ガスを供給することによってCrC膜の結晶粒塊のサイズが3nmと7nmの間に下げられることが可能であることは知られている。
しかしながら、反応性スパッタリングはそれでもまだ欠陥のあるフォトマスク・ブランクの比較的高い収率を与え、それゆえに、特に高精度要求性については不都合である。
欧州特許出願EP−A−1022614号
その結果、微小の構造を有するフォトマスクの製造に適した高い品質と高い安定性のフォトマスク・ブランクを製造する方法を提供することが本発明の目的である。
本発明のさらなる目的は、高い再現性を備え、かつ高い収率を備えたフォトマスク・ブランクを製造する方法を提供することである。
本発明のまたさらなる目的は、フォトマスク・ブランクを製造する変更可能な方法を提供することである。
本発明のまたさらなる目的は、低欠陥密度および/または基板または互い同士で高い接着性を備えた膜を有する高精度のフォトマスク・ブランクを製造する方法を提供することである。
本発明のまたさらなる目的は、特に、反射率、光学密度、不透明層に関するエッチング時間、層の厚さの均一性に関して高品質であり、低い膜応力を有するフォトマスク・ブランクとフォトマスクを提供することである。
本発明のまたさらなる目的は、バイナリ、位相シフトおよびEUVのフォトマスク・ブランクの製造に適した高品質のフォトマスク・ブランクを提供することである。
本発明のまたさらなる目的は、本発明の方法を実行するための装置を提供することである。
本発明の目的は特許請求項の主題事項によって、驚くほど単純な方式で達成される。
特に絶えず増大し続ける品質および精度の要求性に関して、反応性スパッタリングに対する強力な代替法は第1の粒子ビームを備えたスパッタリングである。前記第1の粒子ビーム・スパッタリングは第1のイオンビームであるかまたはそれを含むことが好ましい。この好ましいケースでは、前記第1の膜はイオンビーム・スパッタリング(IBS)によって蒸着される。イオンビーム・スパッタリングまたはイオンビーム蒸着(IBD)はすべてのタイプの高品質フォトマスク・ブランクを達成することを可能にする。
本発明によると、フォトマスク・ブランク、特にバイナリ・フォトマスク・ブランク、位相シフト・フォトマスク・ブランクまたは極紫外フォトマスク・ブランクは真空チャンバ内に基板とターゲットを供給する工程、真空チャンバ内で第1の粒子源もしくは蒸着源から発射される第1の粒子ビームを供給する工程、前記第1の粒子ビームを伴なう照射によって前記ターゲットをスパッタリングする工程、および前記ターゲットの前記スパッタリングによって前記基板上に第1の材料の少なくとも第1の層を蒸着する工程によって製造される。
イオンビーム・スパッタリングで、第1のイオンビームはターゲット上に向けられる。それによって材料もしくは粒子、たとえばターゲットからスパッタリングされた原子または分子は基板上または既に基板上に存在する別の層もしくは膜の上で成長している。
イオンビーム・スパッタリングもしくはイオンビーム蒸着(IBD)によって作製された膜は、スパッタリング工程内の運動量移動によって生じる高い蒸着エネルギーのせいで高度に安定している。蒸着エネルギーは>1eV、>10eV、>100eVもしくは>500eVであることが好ましい。さらに、イオンビーム蒸着は高い再現性を提供する。
しかしながら、フォトマスク上にさらに一層小さい構造を供給する絶え間なく増大する要求性に従って、微細リソグラフィに使用される照射波長はさらに短いUVレーザ波長になる傾向があり、それと共にフォトマスク・ブランクに必要となる品質はなおさらに大幅に高まる。
この観点で、低い欠陥密度はフォトマスク・ブランクの重要なパラメータである。欠陥はフォトマスク・ブランクの製造工程によって、特に粒子、液体または気体によって引き起こされる可能性がある。そのような欠陥は不都合なことに、フォトマスク・ブランクの局所もしくは全体のいずれかにわたって層の接着性の損失を引き起こす可能性がある。フォトマスク・ブランクは露光され、現像され、エッチングされ、レジスト除去され、複数の洗浄工程を受けるであろうから、低い接着性を伴なった配置はフォトマスクの欠陥を引き起こす可能性がある。
しかしながら、フォトマスク・ブランクにとって特に光学的品質に関してさらに重要な複数のパラメータが存在する。それらは、たとえば反射率、光学密度、不透明層に関するエッチング時間、層の厚さの均一性および低い膜応力である。
フォトマスク・ブランクは、蒸着源とは異なる第2の粒子源もしくは補助供給源によって発射される第2の粒子ビームによって直接的に照射されることが好ましい。特に、第2の粒子ビームは前記フォトマスク・ブランク上、すなわち基板上に直接的に、もしくは基板に蒸着された前記膜のうちの1つの上に直接的に向けられる。第2の粒子ビームもまたイオンビームであることが好ましい。しかしながら、いくつかの用途については、それは電子ビームであることもやはり可能である。
前記フォトマスク・ブランクを照射する工程は前記基板および/または前記第1の膜および/または前記膜もしくは複数膜を蒸着する工程の前および/または後にさらに蒸着される膜を照射する工程を含むことが好ましい。都合のよいことに、前記第2の粒子ビームによって前記フォトマスク・ブランクを照射する工程はフォトマスク・ブランクの品質と性能を向上させるための処理の可能性の大幅な多様性を提供する。本発明は特に粒子不純物混入の少ないフォトマスク・ブランクを提供し、それはすべての種類のフォトマスク・ブランクにとって好都合である。
本発明は特にバイナリ・フォトマスク・ブランク、位相シフト・フォトマスク・ブランクおよびEUVフォトマスク・ブランクの製造によく適している。
第2、第3およびさらなる層もしくは膜さえも前記フォトマスク・ブランク上に、特に互いに次々と蒸着されることが好ましい。バイナリ・フォトマスクについては、第1および第2の膜はクロム化合物を含むかまたはそれで構成されることが好ましく、特に第1の膜はCrNを含み、第2の膜はCrCを含む。さらに、第3または最後の膜は抗反射膜、たとえばCrONを含む膜であることが好ましい。
都合のよいことに、本発明は、比較的薄い膜で高い光学密度を供給する高密度の1層または複数層の、特に異なった層もしくは膜を提供する。これはフォトマスク・ブランクによって作製されるフォトマスクの限界寸法(CD)値を向上させる。
ターゲットおよび/または基板は回転可能もしくはピボット旋回可能に装着されることが好ましい。これによって、ターゲットの法線に関して>0°、特に>10°の角度で第1の粒子ビームによってターゲットを叩くようにシステムが調節可能となる。さらに、基板が基板の法線を規定し、スパッタ・ターゲットからスパッタされた粒子および/または前記第2の粒子ビームが前記フォトマスク・ブランク、すなわち基板、あるいはさらなる膜に基板の法線に関して>0°、特に>10°の角度で当たることが好ましい。
都合のよいことに、本発明は約0.2MPaまたはそれ未満ですらある膜応力の極めて低い値を備えたフォトマスク・ブランクを提供する。
本発明のさらなる利点は、フォトマスク・ブランクが基板上の第1の膜、および/または膜同士の優れた接着性を与えられることである。
さらに、都合のよいことに発明した方法は高度に再現性があり、それにより、プレート間とプレート内の両方で光学的仕様の高い安定性が達成される。
本発明は、蒸着処理に含まれる好ましくはすべてのパラメータの別個の制御を可能にする。第1のイオンビームのイオンを発生させるためにガスが使用されることが好ましい。第1のイオンビームのイオンは希ガス、たとえばアルゴンまたはキセノンのイオンであるかまたはそれを含むことが好ましく、その理由はそれらの異なる運動量移動関数である。
光学特性、特に特定のEUV光学特性が、スパッタリングガスとしてキセノンを用いることによって改善されるので、第一のイオンビームはキセノンイオンビームであると都合がよい。
本発明の好ましい実施形態によると、制御可能な無線周波数電力のプラズマ加熱と共に3つの格子状イオン抽出格子が、構造限界内で抽出イオンのエネルギーと電流の別個の調節を提供する。抽出光学系は第1の粒子もしくはイオンビームの、前記ターゲットに向かうその経路上での加速、指向および/または焦点集束を提供する。
スパッタされたターゲット原子の分布は、第1の粒子ビームのパラメータ類、たとえば粒子もしくはイオンの入射角度、エネルギー、電流および/または質量を調節することによって調整可能であることが好ましい。第1の粒子ビームの前記パラメータ類を調節もしくは制御することによって、ターゲット材料の純度、化学組成、表面状態および/または微小粒塊サイズが調整可能もしくは制御可能となる。
さらに、ターゲットに関する基板の幾何学的配向、特にスパッタされたターゲット原子の入射角度が調整可能である。これらのパラメータ類を調整することで、基本的膜成長は応力、均一性および光学パラメータを最適化するように操作されることが可能となる。
補助供給源と蒸着源は異なる供給源であるが同等にかつ/または独立して調整可能であることが好ましい。これによって、第1と第2の粒子ビームは別個に制御可能となり、かつ/または異なる粒子を含み、かつ/または異なる粒子エネルギーを有する。
>0.01nm/secもしくは>0.05nm/secでかつ/または<5nm/sec、<2nm/sec、<0.5nm/secまたは<0.3nm/sec、最も好ましくは約0.1nm±50%の範囲の蒸着速度が与えられることが好ましい。一見したところ、これは非経済的に思われる可能性があるが、他方で、低い蒸着速度は時間とその場の制御の両方による膜厚の極めて正確な制御を可能にする。特に位相シフトおよびEUVのフォトマスク・ブランクについてこれは好都合であり、なぜならば必要な位相角度と高い反射率が達成されるように膜の、もしくは周期的な厚さの極めて正確な制御が供給されるからである。さらに、フォトマスク・ブランクの全面積にわたって±1%よりも小さい最大反射の均一性、および±0.1nmよりも小さい中心波長の均一性が達成される。
本発明の好ましい実施形態によると、第1の膜が蒸着される前に基板は第2の粒子ビームの照射によって状態調整される。このケースでは低エネルギーのイオンビーム、たとえば<100eVもしくは<30eVが第2の粒子ビームとして利用される。第2のイオンビームのエネルギーは、スパッタリングによって基板表面が損傷を受けることはないが、表面に存在する有機の不純物が壊される値に調整される。特定すると、第2の粒子ビームのイオンのエネルギーは不純物の化学結合エネルギーよりも高い。この物理的洗浄効果は、処理の間の少なくともある程度の時間について真空チャンバ内に1種類または複数種類の反応性ガス、たとえば酸素を供給することによって化学的に増強されることが好ましい。都合のよいことに、基板上の第1の膜および/または膜同士の接着性、および欠陥密度が改善される。
場合によって、あるいは表面の前記状態調整に加えて、1層または複数層の膜が第2の粒子ビームでドープされる。気体の形で利用可能なドープ材料が使用されることが好ましい。必要条件に従って、そのガスはその本来の状態で使用され、供給源の内部でプラズマによってイオン化され、あるいはフォトマスク・ブランクに向けて加速されることすらある。特にこのケースでは、第2の粒子ビームの幾何学形状および/または入射角度は調整可能かつ/または制御可能である。
1層または複数層の膜が独立してドープされることが好ましく、それはたとえそれらが同じターゲットからスパッタされるときですら本発明によって可能である。したがって、たとえば同じターゲット材料の2層の膜が蒸着され、一方の膜だけがドープされるか、または両方の膜が独立して、たとえば異なるドーピング材料もしくはドーピング・パラメータでドープされる。
好ましい実施形態では、クロムのバイナリ・マスクの最後もしくは最上の層はドーピングによって反射のために最適化され、その間に1層または複数層の他の膜が、たとえば光学密度、エッチング時間、接着性、反射率および/または他の特性を調整および最適化するために異なってドープされる。たとえば、抗反射コーティングの反射が下げられることも可能である。
他方で、第2の粒子ビームを伴なう処理によってEUVフォトマスク・ブランクの1層または複数層の反射層の反射率が上げられ、かつ/または均質化されることも可能である。
さらなる好ましい実施形態では、基板および/または膜のうちの1層、数層または全層が前記第2の粒子ビームの照射によって平坦化もしくは平滑化される。前記第2の粒子ビームによってフォトマスク・ブランクを照射する工程は、1層または複数層の膜が蒸着され、その後に実行されることが好ましい。1層または複数層の膜を平坦化もしくは平滑化する工程は、本発明によって特に低減される多層積層の界面粗さにEUV反射率が大きく依存するので、EUVフォトマスク・ブランクにとって特に好都合である。
本発明は、これ以降でさらに詳細に、かつ好ましい実施形態の観点で説明される。添付の図面類が参照され、そこでは同じおよび類似した要素は同じ参照記号で示される。
図1は本発明によるイオンビーム・スパッタリング(IBS)もしくはイオンビーム蒸着(IBD)によってフォトマスク・ブランクを作製するための蒸着装置10の構成を図式的に示している。装置10はポンプ・システム14によって排気される真空チャンバ12を含む。
蒸着粒子源またはさらに特定するとイオン蒸着源20は第1の粒子もしくはイオンビーム22を生じさせる。蒸着イオン源20は高周波(HF)イオン源であるが、しかしながら他のタイプのイオン源を使用することもやはり可能である。スパッタ・ガス24は入り口26で蒸着イオン源20内に導入され、誘導結合型の電磁場によって加速される電子と原子の衝突によって蒸着イオン源20の内部でイオン化される。一次イオンを加速するために、第1のイオンビーム22内に含まれてそれらをターゲット40に向けて焦点集束させる曲率を有した3つの格子状イオン抽出アセンブリ28が使用される。
一次イオンは蒸着イオン源20から抽出され、ターゲットもしくはスパッタ・ターゲット40を叩き、それにより原子衝突のカスケードを引き起こし、ターゲット原子が砕け散る。このスパッタリングの処理もしくはターゲットの蒸発はスパッタ処理と呼ばれる。スパッタ・ターゲット40はたとえばモリブデン、シリコンまたはクロムのターゲットであり、蒸着される層によって決まる。スパッタ処理および層の蒸着は適切な真空中で生じ、かつ反応性ガスによって支えられるものではないことが好ましい。
レーザ品質を最適化するように一次イオンとターゲット原子の間の運動量移動関数を左右するためにいくつかのパラメータが調整されることが可能である。これらのパラメータは、
−一次イオンの質量、
−秒当たりの一次イオンの数(すなわちイオン電流)、
−加速電圧によって規定される一次イオンビーム22のエネルギー、
−ターゲットの法線44に関する一次イオンビームの入射角度、
−ターゲットの密度と純度である。
ターゲット原子への運動量移動は、一次イオンの質量がターゲット原子の質量と同等であるときに最大となる。希ガスは扱い易いので、スパッタ・ガス24としてアルゴンまたはキセノンが使用されることが好ましい。
スパッタリング処理の運動量移動の結果としてターゲットから離れるスパッタされたイオン42の幾何学的状態およびエネルギーの統計学的分布は、上述の方法パラメータのうちの少なくとも1つによって調整もしくは制御される。
特に、スパッタされた原子、このケースではクロム原子の平均エネルギーは第1のイオンビーム22のエネルギーおよび/または入射角度によって調整もしくは制御される。ターゲットの法線44に関する第1のイオンビーム22の入射角度はターゲット40をピボット旋回させることによって調整される。
スパッタされたイオン42のうちの少なくとも一部はターゲット40から基板50の方向に現れる。スパッタされたイオン42は、従来の気相蒸着法の場合よりもはるかに高いエネルギーで基板50を叩き、基板50上に高度に安定した高密度の層もしくは膜を蒸着もしくは成長させる。
基板50は三次元回転装置に回転可能に装着される。基板50の法線54に関するスパッタされたイオンの平均入射角度αは基板50を第1の軸の回りでピボット旋回させることによって調整される。入射角度αを一様に調整することによって、内部膜構造と機械的パラメータ、特に膜応力が制御され、したがって改善されることが可能となる。
さらに、蒸着の均質性を向上させるために、法線54に対して直角に基板50を回転させることが可能であり、回転の第2の軸を表わす。
基板は、追加的に、第3の軸の回りで回転可能またはピボット旋回可能であり、たとえば蒸着の直前の基板50の洗浄を可能にするために基板をビームの外に移動させることが可能になる。
さらに、装置10は補助の粒子源もしくは補助のイオン源60を含む。その動作原理は蒸着源20と同じである。第2の粒子もしくはイオンビーム62は、たとえば基板50および/または基板50上に蒸着された膜の平坦化、状態調整、ドーピングおよび/またはさらなる処理のために基板50に向けて方向付けされる。
第2のイオンビーム62は直立した3つの格子状抽出システム68によって加速される。
基板面積の全体にわたって均一なイオン分布と処理を得るために、第2のイオンビーム62は基板全体を実質的に網羅する。第2のイオンビーム62は特に、
−酸素、窒素、炭素および/またはその他のイオンで膜をドープすること、
−蒸着の前にたとえば酸素プラズマで基板を洗浄すること、
−膜を平坦化することによって膜の界面の品質を向上させることに使用される。
特定の処理に応じて、基板50および/または基板50上に蒸着された膜を第2のイオンビーム62で照射する工程は基板50上の膜の蒸着の前、同時および/または後であることが可能である。図1に見られるように、基板50は第2のイオンビーム62の軸64に関して角度βで傾けられる。
EUVフォトマスク・ブランク
図2はEUVフォトマスク・ブランク70の範例となる層もしくは膜の系の概略図を示している。
基板50上で、高反射性多層積層71は40層のモリブデン72とシリコン73の二重層または交互の膜を含む。明確化するために、基板50に直接接触する第1の二重層だけを図中に参照記号72と73で示す。各々の層の対もしくは膜の対は6.8nmの厚さを有し、モリブデンの区分は40%であり、その結果、272nmの合計厚さのMo/Si多層積層71に結びつく。多層積層71はEUVのミラーを代表し、多層積層71の最上層に蒸着される11nmのシリコンのキャップ層もしくは膜74によって保護される。
シリコンのキャップ層74の上に、60nmの厚さを備えたSiOのバッファ層75が蒸着される。さらにバッファ層75の上に、70nmの厚さを備えた抗反射クロム二重層系を含む吸収層の積層76が設けられる。吸収層の積層76は2層のクロム層77と78で構成される。
EUVフォトマスク・ブランク70から構造化されたフォトマスクを作製するために、吸収層の積層76が構造化され、フォトリソグラフィによって部分的に除去される。バッファ層75は下にある多層積層のミラー71を損傷させることなく構造化バッファ層を修復することを可能にする。
実施例1に関する蒸着パラメータ
本発明による方法の極めて低い蒸着速度は層の厚さの極めて正確な制御を可能にする。特に多層積層ミラー71の層72、73は数nmの厚さしかないので、これは極めて好都合である。層72、73は、極めて制御されて再現性があり、したがって等しい厚さの各二重層で蒸着されることが可能である。発明人らは、以下に述べるような低下させた蒸着パラメータでもって精度がさらに上げられることを見出した。
スパッタ・ガスとしてアルゴンが10sccmで使用され、第1のイオンビーム22内の一次アルゴン・イオンのエネルギーは600eVである。第1のイオンビーム22の電流は約150mAに設定される。純粋な第1のイオンビームを得るために、蒸着源の中で背圧は2e−8Torrであり、アルゴンの分圧は1e−4Torrに設定される。
モリブデン、シリコンおよびクロムのターゲット40はモリブデン膜72、シリコンとSiO膜73、74、75、およびクロム膜77、78をそれぞれ蒸着するために使用される。
SiOバッファ層75は酸素イオンを含む第2のイオンビームによってドープされ、補助のイオン源60はバッファ層75の蒸着の間および/または後に15sccmの酸素流を使用する。
吸収層の対77、78の上の層78は8sccmの酸素流を使用して第2のイオンビームによってドープされ、それによって上部クロム層78の反射率が下がる。
実施例1の測定結果
均一性
図3aから3cはドイツのベルリンにあるPhysikalisch Technische Bundesanstalt(PTB)でシンクロトロン放射を使用して行った直角入射反射の測定結果を示している。2通りの走査が行われた。1つはフォトマスク・ブランク70のx軸に沿って、1つはy軸に沿って行われ、6インチ平方のプレートであった。各走査は10箇所の測定点から構成される。
図3bは測定した反射率のプロットで反射の均一性を6インチのプレートのx軸およびy軸に沿った位置の関数として示している。
図3cは測定した中心波長のプロットでピーク反射の均一性を6インチのプレートのx軸88およびy軸84に沿った位置の関数として示している。
図3bと3cそれぞれから理解できるように、フォトマスク・ブランク70の全面積にわたってピーク反射の均一性は±0.2%よりも優れており、中心波長の均一性は±0.02nmよりも優れている。
図3aはx軸およびy軸に沿った2通りの走査の全20測定点の反射測定の結果を1つのプロットに一緒にして示している。反射率は波長nmの関数として示されており、均一性が優れていて20の曲線がプロット内で殆ど区別できないことが見てとれる。
図4はフォトマスク・ブランク70の一部の断面の透過型電子顕微鏡画像を示している。基板50と多層積層71が示されている。全層が極めて平滑な表面を有し、偏りは識別不可能である。これは本発明の方法によって蒸着および処理された層もしくは膜の優れた均一性と再現性を示している。
界面粗さ
図5はラスタ原子間力顕微鏡によって2層のMo/Si多層積層70、70’について為された表面測定を示している。左の縦列は10層の二重層のMo/Si多層積層70’に関する結果を示し、それに対して右の縦列は図2と4に示したような40層の二重層のMo/Si多層積層70に関する結果を示している。
上側の横列は10μm×10μmの面積を表わす低倍率の結果を示し、それに対して下側の横列は1μm×1μmの面積を表わす高倍率の結果を示している。
2つのラスタ規模から、二重層の数を増加させることに関して表面粗さが上昇することはないことが見てとれる。したがって、本発明の方法で蒸着する間に表面粗さが上昇することはない。実際では、本発明によるイオンビーム蒸着は、少なくとも5層、10層もしくは40層でさえ、複数の層にわたって基板の粗さを再現する。少なくとも1層、最も好ましくは全層が<5nm rms、好ましくは<2nm rmsの表面粗さを有する。
図6は、蒸着処理の間に補助供給源60の第2のイオンビーム62によってフォトマスク・ブランクを処理すると表面の品質がさらに改善されることが可能であることを示している。実線の曲線は界面の処理もしくは設計を施していない50層の二重層の積層の反射率曲線である。破線は層界面の平坦化の形で界面の処理もしくは設計をして蒸着された30層の二重層しか有していない。表面品質の改善は、少ない数の層で同じ反射値、すなわち30層のみの二重層を使用して60%を超える反射率を達成することを可能にする。処理されたフォトマスク・ブランク70は同じ数の層を備えた未処理のフォトマスク・ブランクの反射率よりも少なくとも2%、5%、10%、20%高いピーク反射率を有することが好ましい。
バイナリ・フォトマスク・ブランク
図7はバイナリ・フォトマスク・ブランク80の概略の断面を示している。バイナリ・フォトマスク・ブランク80は基板50上に蒸着された少なくとも2層87、88の吸収層の積層86を含む。
第1の層87はたとえばクロム層であって必要な光学密度を達成し、それに対して第2の層88はたとえば酸化クロム層であって抗反射コーティングを提供する。この実施例では第1の層は48nmの厚さを有し、第2の層は22nmの厚さを有する。
実施例2の蒸着パラメータ
バイナリ・フォトマスク・ブランク80は上述のEUVフォトマスク・ブランク70の二重層72、73ほど薄い層を含まない。したがって、以下のような比較的高い蒸着パラメータが使用されることが可能である。
一次原子:アルゴン10sccm
一次エネルギー:1300eV
一次電流:350mA
背圧:2e−8Torr
蒸着圧:1e−4Torr
両方の層に関するスパッタ・ターゲット40はクロム・ターゲットである。吸収層積層86の第2もしくは上の層88は、反射率を下げるために8sccmの酸素ガス流66を使用して酸素イオンを含む第2のイオンビーム62によってドープされる。
実施例2の測定結果
図8はバイナリ・フォトマスク・ブランク80に関して測定した光学密度を波長の関数として示している。層の積層もしくは系86は、この実施例では365nmである設計波長の領域で少なくとも光学密度3を達成するように設計される。
図9は測定した反射率曲線を波長の関数として示している。層の積層もしくは系86は、365nmの設計波長で1/4波長条件を満たすように設計される。抗反射層88の厚さおよび酸素含有量は設計波長で≦12%の最小反射率を達成するように調整される。
図10は6インチのフォトマスク・ブランク80の表面にわたって365nmで二次元で測定した反射率の輪郭プロットを示している。都合のよいことに、フォトマスク・ブランク80にわたって±0.2%よりも優れた反射率の均一性が達成される。
[実施例3、4、5]
位相シフト・フォトマスク・ブランク
図11aから11cは3つのタイプの位相シフト・フォトマスク・ブランク90、100、110の断面を示している。フォトマスク・ブランク90、100、110はそれぞれ180°の位相シフトを引き起こしてかつ約6%の透過率を有する位相シフト層構造91、101、111を含む。位相シフト層構造は一様もしくは複合の材料で作製された単層91、あるいは二重層101または多層111のいずれかである。後者の1つは増えた自由パラメータ数が理由となって改善された制御を可能にする。
図11aは、透明基板50の表面の上に直接蒸着された複合の位相シフト構造91を備えた位相シフト・フォトマスク・ブランク90を示している。
図11bは、基板50の表面の上に接触して蒸着された二重層の位相シフト構造101を備えた位相シフト・フォトマスク・ブランク100を示している。二重層構造101は第1と第2の層102、103を含む。
図11cは、基板50の上に成長した多層の位相シフト構造111を備えた位相シフト・フォトマスク・ブランク110を示している。多層構造111は10層の二重層102、103で構成される。
位相シフト・フォトマスク・ブランク90、100、110の各々の位相シフト構造91、101、111は140nmの厚さを有する。さらに、70nmの厚さを備えた抗反射クロム層の対96と97、106と107、116と117がそれぞれの位相シフト層構造91、101、111の上に成長させられている。
図12は図11aに示した実施例による単層の位相シフトの計算を示している。図12から、180°の望ましい位相シフトが膜厚、それと同時に透過率を規定することが見てとれる。透過率は材料の光学定数を変えることによってのみ左右されることが可能である。したがって、構造設計に関してさらなる自由度は存在しない。
図12では、異なる光学定数を備えた2つの材料に関する2つのプロット121と122が実線と破線によってそれぞれ示されている。それらのプロットから引き出すことができるように、それらの実施例に関して結果的に得られる膜厚は約80nmと約100nmであり、結果的に得られる透過率はそれぞれ約0.275と約0.1である。
図13は図11bに示した実施例による二重層の位相シフトの計算を示している。ここでは、第2の層103の膜厚は第1の層102の厚さに対する追加的な自由パラメータである。
図13の左のプロットから、高い吸収性の層である第1の層102の厚さは所望の透過率に調整されることが可能であり、この実施例では約70nmの厚さで0.1が達成されることが見てとれる。
その後、180°の位相シフトを達成するために、低吸収性材料の成長層である第2の層103の厚さが調整される。図13の右のプロットから見てとれるように、第2の層の厚さは約30nmに選択される。
2つの材料、すなわち第1の層102に関する目標透過率を調整するための高い吸収係数を備えた材料、および位相シフトを180°に調整するための第2の層103に関する低い吸収係数を備えた材料が使用される。この実施例では、吸収性の第1の層102についてはSiN、位相シフト用の第2の層103についてはSiOが選択される。
実施例3に関する蒸着パラメータ
層が比較的厚いので、以下のように高い蒸着パラメータが選択される。
一次原子:アルゴン10sccm
一次エネルギー:1300eV
一次電流:350mA
背圧:2e−8Torr
蒸着圧:1e−4Torr
スパッタ・ターゲット40としてシリコンおよびクロムのターゲットが使用される。
SiN層102は22sccmの流量を使用して窒素でドープされ、SiO層103は15sccmの流量を使用して酸素でドープされる。窒素は補助の供給源60内でイオン化され、100Vの加速電圧を使用して基板50に向けて加速される。クロム層は図7に示したバイナリの実施例と同じである。
実施例3の測定結果
図14aと14bはSiNおよびSiOの層102、103の光学定数の測定した分散を示している。測定のためにN&K分光光度計が使用された。
図14aはSiO層103の屈折率131と減衰率132のプロットを示し、図14bはSiN層102の屈折率133と減衰率134のプロットを示し、各々が光の波長の関数である。
193nmに関する光学定数は次のように認められる。
Figure 2004246366
これらの分散データを使用して、以下のパラメータで範例となる二重層の位相シフト・フォトマスク・ブランク100が設計される。
SiNの厚さ:27nm
SiOの厚さ:92nm
相対透過率:6.2%
位相シフト:180°
さらに、以下のパラメータで多層の位相シフト・フォトマスク・ブランク110が設計された。
各SiN層の厚さ:1.6nm
各SiO層の厚さ:12.7nm
二重層の数:10
相対透過率:6.1%
位相シフト:180°
両方の位相シフト・フォトマスク・ブランク100、110で、位相シフトは直接測定されなかったが、測定した分散データと測定した膜厚を使用して算出された。高精度で膜厚を判定するためにグレージング入射のX線反射計が使用された。
[実施例6,7]
この実施例のバックグラウンドは、EUVフォトマスク・ブランク又はフォトマスクのEUV光学特性に対する、アルゴンとキセノンのそれぞれのスパッタリングガスの違いを示すことに有る。
キセノンとアルゴンの異なる原子量に関連して、両実施例において、およそ等しい被覆条件となる安定なプロセスパラメータを見つけることが必要である。
それゆえ、実施例6において、キセノンは4,5sccmのスパッタガスとして用いられ、イオンビーム中の一次キセノンイオンのエネルギーはおよそ900eVであり、イオンビーム電流は約200mAに設定された。純粋なイオンビームを得るために堆積源における、背圧は2e−8Torrとされ、キセノンの分圧は1e−4Torrに設定された。実施例6において被覆されたプローブは51のモリブデンとシリコンの二重層あるいは交互膜を含む。各層のペアが6.99nmの厚さを有する。この積層はEUVミラーに相当し、1つのシリコンの11nmキャップ層によって被覆された。
実施例7において、アルゴンが10sccmのスパッタガスとして用いられ、イオンビーム中の一次アルゴンイオンのエネルギーはおよそ900eVであり、イオンビーム電流は約200mAに設定された。純粋なイオンビームを得るために堆積源における、背圧は2e−8Torrとされ、アルゴンの分圧は1e−4Torrに設定された。実施例7におけるプローブは、EUVミラーに相当する、48のモリブデンとシリコンの二重層あるいは交互膜を含む。各層のペアが6.92nmの厚さを有する。この層のペアは、1つのシリコンの11nmキャップ層によって被覆された。
図15はスパッタリングプロセス時にキセノンとアルゴンを用いた場合の反射率における違いを示した図である。実線は実施例7(アルゴンスパッタ)の反射率曲線を示し、破線は実施例6(キセノンスパッタ)の反射率曲線を示す。キセノンを用いた実施例6のプローブは、アルゴンを用いた実施例7のプローブの反射レートよりも高い反射レートを持っている。
発明者は、スパッタプロセス中にスパッタガスとしてキセノンを用いることによって、光学的、好ましくはフォトマスク・ブランクあるいはフォトマスクの光学的EUV特性を改善することを見出した。
本発明、好ましい実施形態および特許請求項に引用された事項のすべての特徴が互いに組み合わされることが可能であり、説明した実施例の多くの詳細が本発明の範囲から逸脱することなく変更され得ることは当業者にとって明らかである。
本発明による装置の概略の構成を示す図である。 EUVフォトマスク・ブランク(実施例1)の概略の断面を示す図である。 実施例1によるフォトマスク・ブランクの反射率測定の結果を示す図である。 実施例1によるフォトマスク・ブランクの反射率測定の結果を示す図である。 実施例1によるフォトマスク・ブランクの反射率測定の結果を示す図である。 実施例1によるフォトマスク・ブランクの断面の透過型電子顕微鏡画像を示す図である。 10層の二重層(左側縦列)と40層の二重層(右側縦列)の積層の表面画像を示す図である。 30層および50層の二重層をそれぞれ備えた2つのEUVフォトマスク・ブランクの反射率測定の結果を示す図である。 バイナリ・フォトマスク・ブランク(実施例2)の概略の断面を示す図である。 実施例2によるバイナリ・フォトマスク・ブランクの光学密度の測定の結果を波長の関数として示す図である。 実施例2によるバイナリ・フォトマスク・ブランクの反射率測定の結果を波長の関数として示す図である。 実施例2によるバイナリ・フォトマスク・ブランクの反射率測定の結果を二次元輪郭プロットで示す図である。 複合型位相シフト・フォトマスク・ブランク(実施例3)の概略の断面を示す図である。 二重層型位相シフト・フォトマスク・ブランク(実施例4)の概略の断面を示す図である。 多層型位相シフト・フォトマスク・ブランク(実施例5)の概略の断面を示す図である。 単層の位相シフト・フォトマスク・ブランクの位相と透過率の算出結果を膜厚の関数として示す図である。 二重層の位相シフト・フォトマスク・ブランクの位相と透過率の算出結果を膜厚の関数として示す図である。 SiOの波長分散の測定結果を示す図である。 SiNの波長分散の測定結果を示す図である。 スパッタガスとしてそれぞれ、アルゴンまたはキセノンを伴う、2つのEUVフォトマスク・ブランクの反射率測定の結果を示す図である。

Claims (41)

  1. フォトマスク・ブランク、特にバイナリ・フォトマスク・ブランク、位相シフト・フォトマスク・ブランクまたは極紫外フォトマスク・ブランクを製造するための方法であって、
    真空チャンバ内に基板とターゲットを供給する工程、
    第1の粒子ビームを供給する工程、
    前記第1の粒子ビームで照射することによって前記ターゲットをスパッタリングする工程、
    前記ターゲットの前記スパッタリングによって前記基板上に第1の材料の少なくとも第1の層を蒸着する工程を含む方法。
  2. 前記第1の粒子ビームが前記ターゲット上に向けられ、スパッタされた粒子が前記ターゲットから前記基板への方向に現れる、請求項1に記載の方法。
  3. 第2の材料の少なくとも第2の層が前記ターゲットのスパッタリングによって前記フォトマスク・ブランク上に蒸着される、請求項1に記載の方法。
  4. 前記ターゲットがターゲットの法線を規定し、前記第1の粒子ビームが前記ターゲットの法線に対して或る角度で前記ターゲットを叩く、請求項1に記載の方法。
  5. 前記基板が基板の法線を規定し、前記ターゲットからスパッタされた粒子が前記基板の法線に対して或る角度で前記フォトマスク・ブランクを叩く、請求項1に記載の方法。
  6. 前記第1の層の蒸着の速度が0.01と5nm/secの間にある、請求項1に記載の方法。
  7. 前記フォトマスク・ブランクが第2の粒子ビームによって照射される、請求項1に記載の方法。
  8. 前記基板が基板の法線を規定し、前記第2の粒子ビームが前記基板の法線に対して或る角度で前記フォトマスク・ブランクを叩く、請求項7に記載の方法。
  9. 前記第1と第2の粒子ビームのうちの少なくとも一方がイオンビームを含む、請求項7に記載の方法。
  10. 前記第1と第2の粒子ビームのうちの少なくとも一方がイオンビームを含み、それが電磁場によって加速および焦点集束される、請求項7に記載の方法。
  11. 前記第1と第2の粒子ビームが、前記第1の粒子ビームによって独立して層を蒸着し、かつ前記第2の粒子ビームによって前記基板と前記層のうちの少なくとも一方を処理するために別個に制御される、請求項7に記載の方法。
  12. 前記第1と第2の粒子ビームが異なる粒子を有する、請求項7に記載の方法。
  13. 前記第1と第2の粒子ビームが異なる粒子エネルギーを有する請求項7に記載の方法。
  14. 前記基板の表面が、前記第2の粒子ビームで照射することによって状態調整される、請求項7に記載の方法。
  15. 前記基板の表面が、前記第1の層の前記蒸着の前に前記第2の粒子ビームで照射することによって不純物から清浄化される、請求項7に記載の方法。
  16. 少なくとも1種類の反応性ガスが所定の圧力で前記真空チャンバ内に供給され、前記少なくとも1種類の反応性ガスによって前記清浄化が促進される、請求項15に記載の方法。
  17. 前記少なくとも1種類の反応性ガスが酸素を含む、請求項16に記載の方法。
  18. 複数層のうちの少なくとも1層が、前記第2の粒子ビームで照射することによってドープされる、請求項7に記載の方法。
  19. 複数の層が前記フォトマスク・ブランクの上に蒸着され、異なる層が異なるドープをされる、請求項18に記載の方法。
  20. 複数層のうちの少なくとも1層の以下のパラメータ、すなわち
    −光学密度、
    −エッチング時間、
    −接着性および
    −反射率
    のうちの少なくとも1つが前記ドーピングによって制御される、請求項18に記載の方法。
  21. 複数層のうちの少なくとも1層の表面が、前記少なくとも1層の蒸着の後に前記第2の粒子ビームで照射することによって平坦化される、請求項7に記載の方法。
  22. 前記フォトマスク・ブランクの上にさらなる複数層が蒸着され、前記複数層間の界面粗さが、前記第2の粒子ビームで照射することによって小さくされる、請求項7に記載の方法。
  23. 反射層の表面の反射率が、前記第2の粒子ビームで照射することによって上げられる、請求項7に記載の方法。
  24. 前記第1の粒子ビームがイオンビームからなる、請求項1に記載の方法。
  25. 前記イオンビームがキセノンイオンビームである、請求項24に記載の方法。
  26. 反射層の表面の反射率は、前記キセノンイオンビームを伴う照射によってターゲットをスパッタリングすることによって増加する、請求項25に記載の方法。
  27. フォトマスク・ブランク、特にバイナリ・フォトマスク・ブランク、位相シフト・フォトマスク・ブランクまたは極紫外フォトマスク・ブランクを製造するための方法であって、
    真空チャンバ内に基板とスパッタ・ターゲットを供給する工程、
    蒸着粒子源および補助の粒子源を供給する工程、
    前記蒸着および補助の粒子源によって第1および第2の粒子ビームをそれぞれ供給する工程、
    前記第1の粒子ビームで照射することによって前記ターゲットをスパッタリングし、そこでは前記第1の粒子ビームが前記蒸着粒子源から前記ターゲット上へと向けられ、スパッタされた粒子が前記ターゲットから前記基板に対する方向へ現れる工程、
    前記ターゲットの前記スパッタリングによって前記基板上に第1の材料の少なくとも第1の層を蒸着する(成長させる)工程、
    前記ターゲットのスパッタリングによって前記第1の層の上に第2の材料の少なくとも第2の層を蒸着する(成長させる)工程、
    前記基板または前記層のうちの少なくとも1層を処理するために前記第2の粒子ビームで前記フォトマスク・ブランクを照射する工程を含む方法。
  28. フォトマスク・ブランク、特にバイナリ・フォトマスク・ブランク、位相シフト・フォトマスク・ブランクまたは極紫外フォトマスク・ブランクを製造するための方法であって、
    真空チャンバ内に基板を供給する工程、
    前記基板上に第1の材料の層を成長させる工程を含み、
    前記層を成長させる前記工程がイオンビーム蒸着(IBD)によって実行される方法。
  29. 請求項1、27または28のいずれか1項に記載の方法によって得ることが可能なフォトマスク・ブランクであって、特にバイナリ・フォトマスク・ブランク、極紫外フォトマスク・ブランクまたは位相シフト・フォトマスク・ブランク。
  30. マスク・ブランク、特にバイナリ・フォトマスク・ブランク、位相シフト・フォトマスク・ブランクまたは極紫外フォトマスク・ブランクであって、
    基板および
    イオンビーム蒸着によって前記基板の上に蒸着された1層または複数層を含むマスク・ブランク。
  31. 前記マスク・ブランクが第2の粒子ビームで照射することによって処理されることを特徴とする、請求項30に記載のマスク・ブランク。
  32. 前記複数層のうちの少なくとも1層が0nmから10nmの粒塊サイズを有する請求項30に記載のマスク・ブランク。
  33. 前記複数層のうちの少なくとも1層が5nm rmsよりも低い表面粗さを有する請求項30に記載のマスク・ブランク。
  34. 光減衰(もしくは吸収)層をさらに含む、請求項30に記載のマスク・ブランク。
  35. 抗反射層をさらに含む、請求項30に記載のマスク・ブランク。
  36. 請求項30に記載のマスク・ブランクの(リソグラフィ法によって)作製されるフォトマスク。
  37. フォトマスク・ブランク、特にバイナリ・フォトマスク・ブランク、位相シフト・フォトマスク・ブランクまたは極紫外フォトマスク・ブランクを製造するための装置であって、
    基板とターゲットが処理可能で排気に適した真空チャンバ、
    前記ターゲットをスパッタリングし、前記基板上に少なくとも第1の層を蒸着するために前記ターゲットに向けられることが可能な第1の粒子ビームを供給するための蒸着粒子源、および
    前記基板を処理するために前記基板に向けられることが可能な第2の粒子ビームを供給するための補助の粒子源を含む装置。
  38. 前記蒸着粒子源と前記補助の粒子源のうちの少なくとも一方がイオンビームを供給する、請求項34に記載の装置。
  39. 前記蒸着粒子源が第1のイオンビームを供給し、前記装置が、前記第1のイオンビームを前記ターゲットに向かうその経路上で加速および焦点集束させるために電磁場を供給するための手段を含む、請求項37に記載の装置。
  40. 前記蒸着および補助の粒子源が別個に制御可能である、請求項37に記載の装置。
  41. 前記蒸着粒子源と前記補助の粒子源が、
    −異なる方向性、
    −異なる粒子、および
    −異なる粒子エネルギー
    のうちの少なくとも1つのビームを供給するのに適している、請求項37に記載の装置。
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