JP2007005523A - 反射型フォトマスクブランク、反射型フォトマスク、ならびにこれを用いたパターン転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板１と基板１上に設けられた多層反射膜２と、多層反射膜２上に設けられた光吸収層４、５を具備し、光吸収層４、５がタンタルを含有する複数の層からなり、多層反射膜２に近いほうの層に含まれるタンタルの含有率が、その後に積層して形成した層のタンタル含有率よりも高い反射型フォトマスクブランク１０において、ＥＵＶ光による露光時およびＤＵＶ光による検査時において反射領域に対して良好なコントラストが得られ、電子線でのパターン露光によるチャージアップのない反射型フォトマスクブランクおよびそれを用いた反射型フォトマスク並びにそれを用いたパターン転写方法を提供する。
【解決手段】タンタルを含有する複数の層４、５の上に、タンタル以外の金属を主成分として含有する層６をさらに積層してなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は極端紫外光すなわちＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光の波長を有する光によるフォトリソグラフィー法を用いた半導体装置に利用される反射型フォトマスおよびこれに用いられる反射型フォトマスクブランクならびにこれを用いたパターン転写方法に関する。

近年の半導体素子における高集積化に伴い、フォトリソグラフィー法により転写されるパターンの微細化が加速している。パターンの解像限界は露光波長に対して比例関係にあることから、これまでに水銀ランプ（波長３６５ｎｍ）、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ）といった短波長光源を使用した露光装置が開発されてきた。

しかしながら、このような波長よりも小さい１００ｎｍ以下のパターンを形成するためには位相シフト法や近接効果補正等の技術を駆使する必要があり、このためにパターンデータ量が膨大となりパターンの集積度以上に増加してきている。

より短波長のエキシマレーザであるＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）を用いるリソグラフィ技術の開発も進められているが、７０ｎｍ程度の解像が限界である。また、このような波長よりも小さいパターンの解像のために、より強い超解像技術の適用が必要となる。

そこで、近年Ｆ₂レーザよりも１桁以上短い１０ないし１５ｎｍの波長を有するＥＵＶ光を光源とするリソグラフィ技術が開発されており、反射多層膜の特性から１３．５ｎｍ近傍の波長が最も有力な候補となっている。

ＥＵＶの波長領域において、ほとんどの物質の屈折率は１よりもわずかに小さい値（０．９〜１．０１）であり、また光吸収性が非常に高い。このため、ＥＵＶリソグラフィにおいては従来から用いられてきた屈折光学系を使用することができず、反射光学系となる。フォトマスクも同様に従来の透過型のマスクは使用できないため、反射型のマスクとする必要がある。このように、ＥＵＶリソグラフィ法では露光に使用する光学系やマスクなどが従来の露光技術とは顕著に異なる。

このＥＵＶリソグラフィ用の反射型フォトマスクは、熱膨張率が非常に小さい物質からなる平坦な基板の上に、ＥＵＶ波長における反射率が大きいミラー（反射鏡）を設け、さらにその上にＥＵＶ光に対して吸収性の高い物質からなる光吸収層を所望の露光パターンに応じてパターン加工して形成したものである。

ＥＵＶ光に対するミラー（反射鏡）は屈折率差が大きい材料を組合せた多層反射膜から構成される。反射型フォトマスクでは多層反射膜表面が光吸収層パターンにより覆われた吸収領域と、光吸収層がなく多層反射膜表面が露出した反射領域とのＥＵＶ光反射率のコントラストにより露光パターンの転写をおこなう。なお、パターン欠陥修正あるいはその他の工程において多層反射膜に損傷が生じて反射率が低下するのを防止するために、前記多層反射膜と光吸収層の間にバッファー層と呼ばれる層を設ける場合が多い。

通常、光吸収層に形成されたパターンの検査は、波長１９０−２６０ｎｍ程度のＤＵＶ（遠紫外）光をマスク表面に入射させ、その反射光を検出して、反射率のコントラストに
よりパターン形状を調べることによっておこなわれる。

具体的には、多層反射膜の保護層として光吸収層直下に設けられるバッファー層が表面に露出した部分が反射領域となり、パターン加工された光吸収層表面からなる吸収領域との反射コントラストにより、光吸収層が設計通りにパターン加工されているかどうかの第１段階目の検査がまずおこなわれる。そこでは本来エッチングされるべき光吸収層がエッチングされずにバッファー層上に残っている箇所（黒欠陥）や、本来エッチングされずにバッファー層上に残るべき光吸収層の一部がエッチング除去された箇所（白欠陥）の検出をおこなう。バッファー層の材料としては、光吸収層のドライエッチングに対して耐性が高いこと、修正工程において耐性が高いこと、ならびに、不要なバッファー層を検査修正後に除去する際に、光吸収層の損傷が少ないことが要求される（例えば、特許文献１参照）。

この第１段階目の検査において検出された欠陥を修正した後、さらにバッファー層の除去をおこない、バッファー層直下の多層膜表面を露出させた後、光吸収層に形成されたパターンに対する第２段階目の最終検査がおこなわれるが、この検査は光吸収層表面からなる吸収領域と、多層反射膜表面からなる反射領域との反射コントラストによりパターン形状を調べることによっておこなわれる。

なお、バッファー層が露光波長において十分に透明である場合にはバッファー層を除去しなくてもよい。また、バッファー層を完全に除去するのではなく、一部分を除去し、多層膜の反射率を大きく損なわない程度の膜厚の分だけを残してもよい。このような層は、この後の様々な工程において多層膜の表面を保護する、いわゆるキャッピング層として機能する。また、バッファー層と反射多層膜の間にキャッピング層を別途設けることもできる。

以下の説明において、反射多層膜表面という場合、残留したバッファー層表面もしくはキャッピング層表面と適宜読みかえることができる。

先に述べた第１段階目、および第２段階目のＤＵＶ検査光による光吸収層のパターンの検査においては、それぞれ光吸収層が除去されたバッファー層表面と光吸収層が除去されずに残った光吸収層およびバッファー層が除去された多層反射膜表面と光吸収層表面とのＤＵＶ光反射コントラストを利用しておこなわれる。したがって、高い検査精度を得るためには、第１段階目の検査においてはバッファー層表面と光吸収層表面、第２段階目の検査においては多層反射膜表面と光吸収層表面において、それぞれＤＵＶ検査波長における反射率の差が大きいことが望まれる。

このような要求に対して、従来から用いられている透過型の低反射クロムマスクブランクと同様に、光吸収層の上にクロムやタンタルの酸化物や窒化物などを設けた多層吸収層とすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

多層膜を用いて反射率を低くするためには膜の上面と下面での多重反射の干渉効果を用いる。検査光の波長において透明性が高いほどこの効果は大きくなり、適切な膜厚とすることで反射率のより低い膜とすることができる。

クロムやタンタル等の金属の場合、検査で使用されるような紫外領域において透明性は低く、酸化や窒化がより進行するにしたがって透明性が向上する傾向がある。したがって、酸化や窒化のより進行した膜の方が反射率を低減することができ、吸収層の除去された高反射領域とのコントラストを大きくすることができる。

しかしながら、クロムやタンタルにおいて窒化や酸化がより進むにしたがって、ＥＵＶ光に対する吸収は小さくなる傾向がある。このため、ＥＵＶ光に対して反射コントラストを十分大きい値とするために、吸収層の膜厚を大きくする必要がある。ＥＵＶリソグラフィにおける露光光学系は既に述べたようにすべて反射光学系で構成されている。このため、マスクに対して光は垂直ではなく５ないし６度の入射角で入射する。例えばマスク基板面内で入射面と平行な方向をＸ軸、マスク基板面内でＸ軸と直角方向にＹ軸をとると、Ｙ軸方向の中心線に対して対称なパターンの空間像が非対称になったり、Ｘ−Ｙ方向で寸法差を生じたりすることが指摘されている。このような現象は吸収パターンの厚さ、すなわち吸収層の膜厚が大きいほど顕著である。このため光吸収層の膜厚はできる限り薄いことが望まれている。

また、金属の酸化や窒化が進行するにしたがって導電性は低下し絶縁体となる。一般にマスクのパターンは電子線リソグラフィ技術により形成される。電子線露光工程においてレジストの下に厚い絶縁層が存在するとチャージアップによりパターンの位置精度が低下したり、パターン形状に歪を生じる。このような問題を回避するために、有機導電性膜をレジスト上にさらに形成してからパターン描画をおこなう必要があった。

近年、高解像度が要求される工程のレジストとしては、化学増幅型レジストが広く用いられており、フォトマスク製造のための電子線露光用レジストでも化学増幅系のものが用いられる。一般に、化学増幅型レジストは露光領域中にある光酸発生剤から生じた酸が触媒となって、脱保護反応や架橋反応によって現像液に対する溶解性を大きく変化させることができるものである。レジストが塗布される基材が窒素を含む材料である場合には、レジスト中の露光領域に発生した酸が失活してしまう問題が指摘されている。この現象により、ポジ型レジストの場合は基材との界面近傍でパターンが裾を引く形状となり、ネガ型レジストの場合は逆に、基材との界面近傍でアンダーカットの入った形状となってしまう。したがって、反射率等の特性を改善する目的で窒素を含有させると、レジストパターン形成において解像性能が低下してしまうという問題があった。

以下に公知の文献を記す。
特開平７−３３３８２９号公報 特開２００４−３９８８４号公報

このような問題に対し、光吸収層をタンタルの濃度を変えた多層構造とすることで、解決する方法があった。すなわち、基板と該基板上に設けられた多層反射膜と、該多層反射膜上に設けられた光吸収層を具備する反射型フォトマスクブランクにおいて、光吸収層がタンタルを含有する複数の層からなり、多層反射膜に近いほうの層に含まれるタンタルの含有率が、その後に積層して形成した層のタンタル含有率よりも高くした反射型フォトマスクブランクとするものである。そのタンタルを含有する層が、タンタルの他にケイ素を含有してもよい。多層反射膜と、前記タンタルを含有する層の間に、タンタル以外の金属を主成分として含有する層を設けてもよい。またタンタル以外の金属としてジルコニウムを利用できる。あるいは、タンタル以外の金属を主成分として含有する層が、ケイ素を含有しているものでもよい。このような反射型フォトマスクブランクを用いて作成した反射型フォトマクスを利用する。

このように、反射型フォトマスクブランクおよび反射型フォトマスクに使用される光吸収層が、タンタルを含有する複数の層からなり、多層反射膜に近い層のタンタル含有率が、その上に形成された層よりも高いことにより、ＥＵＶ光による露光時のみならずＤＵＶ光による検査時においても、反射領域に対して良好なコントラストが得られ、反射型フォ
トマスクの検査精度およびそのパターン転写精度が良好となる。また、光吸収層と多層反射膜の間にタンタル以外の金属を主成分として含有する層を設けることにより光吸収層のパターン加工時に多層反射膜が損傷するのを防止するとともに、反射領域の表面酸化による反射コントラストの変動を抑制することができる。

しかし、光吸収層の表層近くのタンタル含有率の低い光吸収膜はタンタル含有率の高い膜と比較して、導電性が低い。このため、透明性を大きくした膜をパターン加工するために電子線にてパターン露光する際にチャージアップによりパターンの位置や形状に歪みを生じることがある。このような問題点は、解決されていない。

本発明は、以上の問題点を解決するものであり、ＥＵＶ光による露光時およびＤＵＶ光による検査時において反射領域に対して良好なコントラストが得られ、電子線でのパターン露光によるチャージアップのない反射型フォトマスクブランクおよびそれを用いた反射型フォトマスク並びにそれを用いたパターン転写方法を提供することを課題とする。

本発明は係る課題に鑑みなされたもので、請求項１の発明は、基板と基板上に設けられた多層反射膜と、多層反射膜上に設けられた光吸収層を具備し、光吸収層がタンタルを含有する複数の層からなり、多層反射膜に近いほうの層に含まれるタンタルの含有率が、その後に積層して形成した層のタンタル含有率よりも高い反射型フォトマスクブランクにおいて、タンタルを含有する複数の層の上に、タンタル以外の金属を主成分として含有する層をさらに積層してなることを特徴とする反射型フォトマスクブランクとしたものである。

本発明の請求項２の発明は、タンタル以外の金属がニオブ、チタン、アルミニウム、クロムの中から選択される１つ以上の金属であることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランクとしたものである。

本発明の請求項３の発明は、タンタル以外の金属を主成分として含有する層が、ニオブ、チタン、アルミニウム、クロムの中から選択される一つ以上の物質とケイ素を主成分として含有することを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランクとしたものである。

本発明の請求項４の発明は、請求項１ないし３いずれか１項に記載の反射型フォトマスクブランクの、タンタル以外の金属を主成分として含有する層を除去し、タンタルを含有する層の一部を除去してパターンを形成したことを特徴とする反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項５の発明は、請求項４に記載の反射型フォトマスクを露光装置に設置し、前記マスクを用いたリソグラフィ法による露光転写を行ない、パターン形成を行なうことを特徴とするパターン転写方法としたものである。

本発明によれば、反射型フォトマスクブランクおよび反射型フォトマスクに使用される光吸収層が、タンタルを含有する複数の層からなり、多層反射膜に近い層のタンタル含有率が、その上に形成された層よりも高いことにより、ＥＵＶ光による露光時のみならずＤＵＶ光による検査時においても、反射領域に対して良好なコントラストが得られ、反射型フォトマスクの検査精度およびそのパターン転写精度が良好となり、タンタルを含有する
複数の層の上に、タンタル以外の金属を主成分として含有する層をさらに積層することで、電子線でのパターン露光によるチャージアップのない反射型フォトマスクブランクおよびそれを用いた反射型フォトマスクとすることが出来る。
。

また、本発明のパターン転写方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し、精度良いパターン露光が長期間可能となり、その結果、電子デバイス等のパターンの製造を、高い歩留まりで行なうことが出来る。

本発明の反射型フォトマスクブランクは、基板と基板上に設けられた多層反射膜と、多層反射膜上に設けられた光吸収層を具備し、光吸収層がタンタルを含有する複数の層からなり、多層反射膜に近いほうの層に含まれるタンタルの含有率が、その後に積層して形成した層のタンタル含有率よりも高い反射型フォトマスクブランクを前提とする。そして上記のタンタルを含有する複数の層の上に、タンタル以外の金属を主成分として含有する層をさらに積層してなる反射型フォトマスクブランクである。

反射型フォトマスクブランクは、反射型フォトマスクに加工する前の製品であって、光吸収層は転写される露光パターンに応じたパターン加工がなされていない。

図１は本発明にかかる反射型フォトマスクブランクの一例の構成を断面で示す説明図、および図２は本発明にかかる反射型フォトマスクの一例の構成を断面で表す説明図である。

図１に示すように、本例の反射型フォトマスクブランク１０は基板１上に多層反射膜２、キャッピング層３、２層光吸収膜４、５、およびタンタル以外の金属を含む層であるエッチングマスク層６を順次積層した構造を有する。多層反射膜２は多層積層されているけれども簡略して単層で示している。

本発明の反射型フォトマスクは、上記反射型フォトマスクブランクの光吸収膜４、５がパターン加工され、エッチングマスク層６が除去された構成である。

図２に示すように、本発明の反射型フォトマスク２０は光吸収膜４、５の代わりにパターン加工された光吸収層４ａ、５ａが設けられており、このパターン加工により光吸収膜４、５が部分的に除去されてキャッピング層の一部が露出された部分が反射領域Ｂ、除去されずに残った光吸収層４ａ、５ａの表面が吸収領域Ａを構成している。

また、本発明の反射型フォトマスクブランクの製造方法は上記反射型フォトマスクブランクを用いて上記反射型フォトマスクを得るための方法の一例であって、上記反射型フォトマスクブランクのエッチングマスク層の上にレジスト層を形成し、露光、現像することにより所定のパターンに応じて該レジスト層を部分的に除去し、エッチングマスク層の表面を露出させる工程、およびエッチングマスク層を介して光吸収層をパターン加工する工程を具備する。

図３ないし図４に本発明の反射型フォトマスクブランク及び反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明するための図を断面で示す。

基板としては、熱膨張係数の小さい材料で平坦度がよく、表面粗さが小さい材料が好ましく、例えば図３（ａ）に示すようにＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂ガラスを平坦に研磨して表面を清浄にしたガラス基板１を用意する。

次に、基板１の上にＤＣマグネトロンスパッタによりモリブデン２．８ｎｍとケイ素４．２ｎｍを交互に約４０周期積層して、図３（ｂ）に示すように、波長１３〜１４ｎｍのＥＵＶ光に対して反射率が最大となるような多層反射膜２を作成することができる。なお、この多層反射膜２は多層膜であるけれども、図中では単層で示している。

その後、図３（ｃ）に示すように、例えばジルコニウムシリサイド等のキャッピング層３をＤＣマグネトロンスパッタにより、例えば５ないし１０ｎｍの厚さに成膜することができる。

さらに図３（ｄ）に示すように、キャッピング層３上にタンタルとケイ素からなる第１の光吸収膜４とタンタルケイ素、酸素、窒素からなる第２の光吸収膜５をそれぞれ５０ないし１００ｎｍ、２０ないし６０ｎｍの厚さにＤＣマグネトロンスパッタにより成膜することができる。

光吸収膜５上には、図３（ｅ）に示すように、例えばニオブシリサイドからなるエッチングマスク層６を形成することができる。このようにして本例の反射型フォトマスクブランクを作成できる。

その後、エッチングマスク層６を例えば電子線リソグラフィ技術によりパターン加工することができる。

まずエッチングマスク層６上に、図３（ｆ）に示すように、電子線露光用レジスト塗布液を塗布し、ベーキングをおこなうことにより電子線露光用レジスト層７を形成する。

次に、レジスト層７に電子線描画装置により所望のパターンを描画し、例えば２．３８ｗｔ％水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液により現像処理をおこない、図３（ｇ）に示すようにエッチングマスク層６をエッチングするためのレジストパターン７ａを形成することができる。

次に塩素を含む雰囲気下でドライエッチングをおこなうことにより、図３（ｈ）に示すようにエッチングマスク層６のパターン６ａを形成することができる。

次にフッ素を含む雰囲気下、たとえばＣ₂Ｆ₆ガスを含むガスを用いてドライエッチングをおこなうことによりレジストパターン７ａおよびエッチングマスクパターン６ａに対応した光吸収膜パターン５ａを図４（ｉ）に示すように形成することができる。図４（ｉ）ではレジストパターン７ａが示されているが、吸収膜パターン５ａを形成するエッチングの途中で消失してもよく、エッチングマスクパターン６ａが十分に残存していればよい。

次にレジストパターン７ａを例えば酸素ガスを用いたプラズマアッシングにより除去し、エッチングマスクパターン６ａを例えば塩素ガスを含む雰囲気でエッチング除去することにより、図４（ｊ）に示すように、吸収膜パターン５ａと光吸収層４の一部が表面に露出した状態となる。

この状態で吸収膜パターンが正常に形成されているかどうかを遠紫外光により検査することができ、必要に応じて欠陥を修正することができる。また、検査や修正の前後に適宜洗浄工程を設けてもよい。

さらに、吸収膜パターン５ａをエッチングマスクとして塩素を含む雰囲気中でドライエッチングをおこなうことにより図４（ｋ）に示したような２層吸収パターン４ａ、５ａを
備えた反射型マスクが得られる。キャッピング層３は吸収膜パターン４ａを形成するときのエッチング停止層として機能する。

本発明に用いられる多層反射膜としては、ＥＵＶ領域の波長で高い反射率を得るために屈折率の異なる材料を多層に積層した膜を用いることができる。高い反射率を得るためには、各層間の界面で急峻に屈折率が変化することが望まれる。１３．５ｎｍ付近の波長のＥＵＶ光を使用する場合、モリブデンとケイ素を交互に積層した多層膜を用いることができる。多層膜の最上層は真空との屈折率差の大きいモリブデンの方が反射率を高くできるが、モリブデン表面に生成する酸化膜が不安定であることから、最上層はケイ素とすることが多い。最上層は多層膜を保護する観点からキャッピング層と呼ばれる。キャッピング層は表面酸化に対して安定なケイ素以外の材料を最上層としてもよく、多層膜の反射を損なわないように消衰係数が小さく、また、前記理由により屈折率が１からなるべく離れていることが好ましい。

本発明に係る光吸収層は、少なくとも２層の光吸収膜を有する。

ここで使用される光吸収膜はマスク上にパターン加工され、露光プロセスにおいて転写されるパターンの光強度の小さい領域を形成するものをいう。光吸収膜としてはＥＵＶ波長の光を吸収する能力の高い材料が使用され得る。吸収能力は露光に用いられる光の波長における消衰係数で定まる。

本発明では、使用される光吸収膜がタンタルを含む複数の層からなり、多層反射膜に近い層のタンタル含有率が、その上に形成される吸収層のタンタル含有率よりも高い。

タンタル単体をスパッタリングにより成膜すると、結晶粒子が成長しやすく、応力の経時変化が大きくなるために、低い応力の膜とすることが困難となる傾向がある。また、粒子が粗いとパターン端部の粗さ（Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）が大きくなり、転写性能を劣化させる原因となる。

たとえば、タンタルとケイ素をターゲットとしてスパッタリングすると、ケイ素の含有量を５％以上とすると、タンタルの結晶構造は見られなくなり、アモルファスとなる。この条件で、スパッタリングの電流値やガスの流量を適宜選択することによって、低応力の膜が得られる。ケイ素の量が過剰であると、膜の密度が低下し、タンタルによる高い吸収効果が損なわれる。したがって、タンタルを主成分とする光吸収膜のタンタル含有率は比較的高いことが好ましい。

光吸収膜の一部をエッチング除去した後にパターンが正常に形成されたかどうかを検査するために、遠紫外光による欠陥検査装置を用いようとした場合に、前記のタンタル含有率の高い膜の反射率は概ね４０ないし６０％の範囲にある。一方、光吸収膜の一部を除去して多層反射膜の表面が露出した部分の反射率もまた、４０ないし６０％の範囲にある。したがって、タンタル含有率の高い光吸収膜のパターン欠陥検査を遠紫外光でおこなうことが困難になってしまう。

このような問題を解決する方法として、膜の材料に窒素や酸素を含有したものを用いる方法や、光吸収膜上に反射防止層を設ける方法がある。反射防止層は層の上面と下面の反射の干渉効果を利用するものであり、用いる光の波長において比較的透明性の高い材料であることが要求される。

タンタル含有率の高い材料をパターン加工する場合、塩素を含むガスを用いたドライエッチングを用いることができる。タンタルの含有率が９０％以上であるような材料をＩＣ
Ｐ（誘導結合プラズマ）方式のドライエッチング装置を使用し、ポリヒドロキシスチレン系のベースポリマーを使用した典型的な電子線露光用レジストをエッチングマスクとしてパターンを形成する際に、レジストに対するエッチングの選択比は０．５ないし０．７程度であり、必ずしも良好とはいえないが、素子寸法のエッチングバイアスを適正に設定することにより、要求されるパターンを形成することが可能である。

しかしながら、前記の検査光のコントラストを向上させる目的で酸化度を高くした膜を塩素ガスを用いてエッチングした場合、エッチング速度が大幅に低下し、レジストとの選択比も０．１未満となってしまう。このため、タンタルを主成分とする光吸収膜でＤＵＶ検査光に対する反射率が低くなるように設定した膜を塩素系のプラズマのみでエッチング加工することはきわめて困難である。

このような酸化の進行したタンタルを主成分とする材料はフッ素系のガスを用いてエッチング加工することができる。例えばエッチングガスとしてＣ₂Ｆ₆を用いて酸素含有率が４０−６０％であるような膜をエッチングすると、レジストとの選択比は０．７程度の値が得られる。

これまでに提案された単層の光吸収層を具備した反射型フォトマスクブランクは、光吸収層と多層反射膜の間に修正用のバッファー層を設けるのが典型的である。光吸収層とバッファー層はドライエッチングに対して互いに選択比の高くなる組み合わせが好適に用いられる。

例えば、一方を塩素系のエッチングガスに対してエッチング速度が大きく、フッ素系のエッチングガスに対してエッチング速度が小さい材料、他方を塩素系のエッチングガスに対してエッチング速度が小さく、フッ素系のエッチングガスに対してエッチング速度が大きい材料を選択するのが典型的である。

ここでいう塩素系のエッチングガスとは、例えば塩素（Ｃｌ₂）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ₃）、塩化水素（ＨＣｌ）等を指し、フッ素系エッチングガスとは、例えばパーフルオロエタン（Ｃ₂Ｆ₆）、六フッ化硫黄（ＳＦ₆）、三フッ化窒素（ＮＦ₃）等のガスのことをいう。

前記２層吸収膜に対して、さらに修正用のバッファー層を設けることもできるが、上記吸収膜をエッチング加工した段階でエッチングマスクを剥離して検査、修正し、上層吸収膜のパターンをエッチングマスクとしてパターン加工することができれば、２層吸収膜の他に修正用のバッファー層を設ける必要はない。

遠紫外光を用いた欠陥検査装置を使用してパターン検査をおこなう場合の反射コントラストに注目すると、既に説明したように、タンタルを９０％以上含有した層の遠紫外領域の反射率は、吸収膜をエッチングして多層反射膜あるいはキャッピング層表面の反射率との差が小さい。いいかえれば、酸素含有率を高くしてタンタル含有率を低くした第２の吸収層の成膜条件を適宜選択して、前記第１の吸収層に対して反射コントラストを大きくなるようにすれば、第１の吸収層をエッチング除去して多層膜表面あるいはキャッピング層の表面が露出した部分との反射コントラストも大きくなり好都合である。

本発明のフォトマスクブランクは前記の複数の吸収膜の上にさらにタンタル以外の金属を主成分とする層をさらに設けることができる。この層は吸収膜の一部をエッチングにより除去する際にレジストとともにエッチングマスクとなる。以後、この層をエッチングマスク層と呼ぶ。タンタル含有率が低い前記の光吸収膜はフッ素系のガスで好適にエッチングされ得る。したがって、エッチングマスク層は塩素系のエッチングガスで容易にエッチ
ングすることが可能で、フッ素系のエッチングガスに対して耐性が大きいことが望ましい。

また、タンタル含有率の低い前記の光吸収膜はタンタル含有率の高い膜と比較して、導電性が低い。このため、透明性を大きくした膜をパターン加工するために電子線にてパターン露光する際にチャージアップによりパターンの位置や形状に歪みを生じることがある。したがって、エッチングマスク層の材料としては、金属含有率が高く、導電性が高い材料を好適に用いることができる。

さらに、前記エッチングマスク層としては、窒素を含有しない材料を好適に用いることができる。また、これにより、前記タンタルの含有率の低い光吸収層に窒素を含有させることにより膜の特性をさらに改善することも可能となる。

前記の要件を満たすエッチングマスク層の材料として、具体的にはニオブ、チタン、アルミニウム、クロムから選択される一つ以上の金属を含む材料をあげることができる。金属単体でスパッタリングをおこなうと、結晶粒子が成長しやすいことから、上記金属を組合せたり、ケイ素をさらに含有する膜を好適に用いることができる。

チタンやアルミニウム等の軽元素を主成分とすれば、電子線描画時の電子の後方散乱によるパターン寸法変動に対する影響を低減することもできる。

また、本発明の反射型フォトマスクブランクは、多層反射膜と光吸収膜の間にタンタル以外の金属を主成分として含有する膜をさらに設けることができる。この層は多層反射膜のすぐ上にあって、多層反射膜の損傷による反射率の変動を防止することからキャッピング層と呼ばれる。本発明においてキャッピング層のすぐ上にあるタンタル含有率の高い光吸収層は、塩素系のエッチングガスを使用してエッチング加工される。したがって、本発明におけるキャッピング層は塩素系ガスを使用したドライエッチングに対して高い耐性を有する材料から選択された材料を好適に用いることができる。

また、図２から明らかなように、キャッピング層は最終的に反射型フォトマスクを形成した際に、反射領域の最上層となる。このことから、キャッピング層の材料はＥＵＶの露光波長において消衰係数が小さく、また、屈折率が真空の屈折率すなわち１との差が大きいものを好適に用いることができる。

具体的にはルテニウム、ジルコニウム、イットリウムから選択される一つ以上の金属を含有する材料を好適に用いることができる。特にジルコニウムとケイ素を含有する材料を用いることにより、洗浄液等の化学物質に対して安定な膜とすることができる。

本発明によるフォトマスクを用いたパターン転写方法は、例えば、先ず被加工層を表面に形成した基板上にフォトレジスト層を設けたのち、本発明によるフォトマスクを介して反射した極端紫外線を選択的に照射する。

次いで、現像工程において不必要な部分のフォトレジスト層を除去し、基板上にレジスト層のパターンを形成させたのち、このレジスト層のパターンをマスクとして被加工層を処理し、次いで、レジスト層のパターンを除去することにより、フォトマスクパターンに忠実なパターンを基板上に転写する方法である。

以下に実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。

図３ないし図４を用いて、実施例１の反射型フォトマスクの製造工程について説明する。

基板１として、図３（ａ）に示すように６インチ×６インチ×０．２５インチの大きさの合成石英ガラス基板を用意した。

図３（ｂ）に示すように、基板１上にＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いてモリブデンとケイ素のターゲットを交互に使用し、アルゴン雰囲気で２．８ｎｍの膜厚を有するＭｏ層、および４．２ｎｍの膜厚を有するＳｉ層を１周期として４０周期積層し、２８０ｎｍの厚さを有する多層反射膜２を形成した。多層反射膜２の最上層はケイ素とした。この多層反射膜２の波長２５７ｎｍにおける反射率は６３％であった。

次に、図３（ｃ）に示すように、多層反射膜２の上にジルコニウムとケイ素の原子数比が１：２のスパッタリングターゲットを使用して、ジルコニウムシリサイドからなるキャッピング層３を７ｎｍの厚さで成膜した。

次に図３（ｄ）に示すように、アルゴンガス雰囲気下でタンタルとケイ素のスパッタリングターゲットを使用し、パワー比６：１でＤＣマグネトロンスパッタリングにより８０ｎｍの厚さにタンタルとケイ素からなる第１の光吸収膜４を成膜し、引き続き、タンタルとケイ素のスパッタリングターゲットを使用し、パワー比を１：３として、アルゴンと酸素の流量比を７：１とした反応性ＤＣスパッタリングにより第２の吸収膜５を２８ｎｍの厚さに成膜した。それぞれの吸収膜をＸ線光電子分光法により分析して膜の組成を調べたところ、第１の光吸収膜のタンタル含有率は９４％であり、第２の光吸収膜のタンタル含有率は３０％であった。第２の光吸収膜を形成した面の波長２５７ｎｍにおける反射率は５％であった。

さらに、ニオブとケイ素をスパッタリングターゲットとして使用し、パワー比１：２、アルゴンガス雰囲気下でＤＣマグネトロンスパッタリングによりエッチングマスク層６を３０ｎｍの厚さに形成して、図３（ｅ）に示すようなＥＵＶ光用反射型マスクブランクを得た。

上記マスクブランクに電子線レジストＦＥＰ１７１（富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）を３００ｎｍの厚さにスピンコートし、ホットプレートにて１１０℃で１０分間のベーキングをおこない、図３（ｆ）に示すようにレジスト層７を形成した。

次いで、電子線描画装置を用いて、１０μＣ／ｃｍ²のドーズ量でパターンを描画した。描画後のブランクをホットプレートにて１１０℃で１０分間ベーキングし、２．３８ｗｔ％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で９０秒間現像処理して、純水でリンスした後にスピン乾燥して図３（ｇ）に示すようなレジストパターン７ａを得た。

続いて、ＩＣＰエッチング装置を用いて、塩素ガスとヘリウムガスを用いて前記レジストパターン７ａを介して、図３（ｈ）に示すように、吸収膜をパターン加工するためのエッチングマスクパターン６ａを得た。

このエッチング条件において、エッチングマスク層６のエッチング速度は２３０ｎｍ／ｍｉｎ、レジスト膜のエッチング速度は８５ｎｍ／ｍｉｎであり、選択比は２．７となり十分に大きい値であった。

次にＩＣＰエッチング装置を使用しＣ₂Ｆ₆ガスとヘリウムガスを１：７で混合した雰囲気下で前記第２の光吸収層のパターン５ａを得た。このエッチング条件において、前記エ
ッチングマスク層６のエッチング速度は９ｎｍ／ｍｉｎ、第２の吸収膜のエッチング速度は１３ｎｍ／ｍｉｎであり、エッチングマスクに対するエッチングの選択比は十分に大きい値であった。一方、このエッチング条件におけるレジスト材料のエッチング速度は２２ｎｍ／ｍｉｎであった。このことから、エッチングマスク層による選択比の改善効果は２倍以上であり非常に大きい。

次に、酸素プラズマによりレジストパターン７ａを除去し、引き続いて塩素ガスとヘリウムガスを混合したプラズマ雰囲気下でニオブとケイ素からなるエッチングマスク層を除去した。エッチングマスク層のエッチング速度は２３０ｎｍ／ｍｉｎで非常に大きく、約８秒で除去されることから、第１の吸収層の露出した部分は十分な膜厚で残留している。

この状態でタンタル含有率の低い第２の吸収層が残留した吸収領域の２５７ｎｍにおける反射率は３．０％、タンタル含有率の高い第１の吸収層が残留した反射領域の２５７ｎｍにおける反射率は５４．２％であった。したがって、反射コントラストは９０％であり十分なコントラストでパターン形状を確認することができた。

ここでいう反射コントラストは
（高反射率部の反射率−低反射率部の反射率）／（高反射率部の反射率＋低反射率部の反射率）×１００
で計算される値である。

パターンの確認後、再度塩素ガスとヘリウムガスの混合ガスによるプラズマにより第１の吸収膜をエッチングして、反射型マスク２０を得た。

このエッチング条件において、タンタル含有率の低い第２の吸収層のエッチング速度は４ｎｍ／ｍｉｎであり、タンタル含有率の高い第１の吸収層のエッチング速度は４２ｎｍ／ｍｉｎであった。第１の吸収層の膜厚は８０ｎｍであることから２０％程度のオーバーエッチングをおこなっても第２の吸収層の膜厚の減少量は約９ｎｍと微小であった。

この状態でタンタル含有率の低い第２の吸収層の残留した部分の波長２５７ｎｍにおける反射率は３．４％であり、ジルコニウムとケイ素からなるキャッピング層の２５７ｎｍにおける反射率は５５．０％であった。したがって反射コントラストは８８％であり、十分にパターン欠陥を検査できる値であった。

本発明にかかるＥＵＶ光用反射型フォトマスクは、半導体素子、半導体装置および電子回路装置等の製造工程で、ＥＵＶ光用レジストを用いて微細なパターンを形成するために好適に用いることができる。

本発明にかかる反射型フォトマスクブランクの一例の構成を断面で示す説明図 本発明にかかる反射型フォトマスクの一例の構成を断面で示す説明図 本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を断面で示す部分説明図 本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を断面で示す部分説明図

符号の説明

１…基板、２…多層反射膜、３…キャッピング層、４、５…光吸収膜、４ａ、５ａ…光吸収層、６…エッチングマスク層、６ａ…エッチングマスクパターン、７…レジスト層、７ａ…レジストパターン

Claims (5)

1. 基板と基板上に設けられた多層反射膜と、多層反射膜上に設けられた光吸収層を具備し、光吸収層がタンタルを含有する複数の層からなり、多層反射膜に近いほうの層に含まれるタンタルの含有率が、その後に積層して形成した層のタンタル含有率よりも高い反射型フォトマスクブランクにおいて、タンタルを含有する複数の層の上に、タンタル以外の金属を主成分として含有する層をさらに積層してなることを特徴とする反射型フォトマスクブランク。
2. タンタル以外の金属がニオブ、チタン、アルミニウム、クロムの中から選択される１つ以上の金属であることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランク。
3. タンタル以外の金属を主成分として含有する層が、ニオブ、チタン、アルミニウム、クロムの中から選択される一つ以上の物質とケイ素を主成分として含有することを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランク。
4. 請求項１ないし３いずれか１項に記載の反射型フォトマスクブランクの、タンタル以外の金属を主成分として含有する層を除去し、タンタルを含有する層の一部を除去してパターンを形成したことを特徴とする反射型フォトマスク。
5. 請求項４に記載の反射型フォトマスクを露光装置に設置し、前記マスクを用いたリソグラフィ法による露光転写を行ない、パターン形成を行なうことを特徴とするパターン転写方法。

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