JP2008277397A - 反射型フォトマスクブランク及び反射型フォトマスク並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板１上に順次形成された、露光光を反射する多層反射膜２及び露光光を吸収する吸収体層４を備え、前記吸収体層４が、ＴａとＳｉの他、Ｏ、乃至は酸素ＯとＮとを含む材料からなる上層膜４２と、ＴａとＳｉとを含む材料からなる下層膜４１から構成される積層構造とした反射型フォトマスクブランク１０において、検査波長における吸収体層表面での反射率を低く抑えることにより、精度の高い検査を可能とし、更に、吸収体層表面平滑性が高く、異方性の高い良好なドライエッチ加工性を有し、且つ、吸収体層最表面がチャージアップ防止されたＥＵＶフォトリソグラフィーにて使用される反射型フォトマスクブランク、反射型フォトマスク、及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】前記上層膜４２の検査波長における消衰係数が１より小さく、前記上層膜４２のシート抵抗が５０ＭΩ／□より小さいことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軟Ｘ線領域の極端紫外光、すなわちＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を使用するフォトリソグラフィー法において、半導体素子製造などに用いられる反射型フォトマスク及び反射型フォトマスクブランク並びに半導体装置の製造方法に関するものである。

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るＳｉ基板上への必要なパターン転写の微細化が加速しており、従来のランプ光源（波長３６５ｎｍ）やエキシマレーザー光源（波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ）を用いたフォトリソグラフィー法における光源の短波長化は露光限界に近づいてきたことから、特に１００ｎｍ以下の微細加工を可能にする新たなフォトリソグラフィー法の確立が急務となっている。

このため、現在ではより短波長域のエキシマレーザー光であるＦ２レーザー光（波長１５７ｎｍ）によるフォトリソグラフィー法の開発も進められているが、通常露光波長の半波長のサイズが実質的な解像限界であることから、この場合にも７０ｎｍ程度が限界とされている。そこで、Ｆ２レーザー光より１桁以上も短い波長を有するＥＵＶ光（波長１３ｎｍ）を光源とするフォトリソグラフィー法の開発が望まれている。

ＥＵＶリソグラフィー法では、反射光学系による露光が用いられるが、これはＥＵＶ光の波長領域における物質の屈折率が１よりわずかに小さい程度であり、従来の露光源で用いられるような屈折光学系が使用できないことによる。また、その際パターン転写に用いられるフォトマスクであるが、ＥＵＶ光の波長域ではほとんどの物質が高い光吸収性を持つため、既存の透過型マスクではなく、反射型マスクが用いられることも従来の露光技術と顕著に異なる点である。

このＥＵＶ露光用の反射型フォトマスクは、平坦なＳｉ基板もしくは合成石英基板上にＥＵＶ波長域における反射率の大きなミラー（反射鏡）を設け、更にその上にＥＵＶ光に対して特に吸収性の高い重金属からなる吸収体のパターンを形成したものである。ＥＵＶ光に対するミラー（反射鏡）は、屈折率の大きく異なる材料の組み合わせによる多層膜から構成され、ＭｏとＳｉないしはＭｏとＢｅといった組み合わせの層を４０周期程度繰り返し積層することにより形成され、多層反射膜表面が吸収体パターンにより覆われた吸収領域と、吸収体のない、多層反射膜表面が露出した反射領域とのＥＵＶ露光反射率のコントラストにより吸収体のパターン転写を行う。

通常、吸収体層に形成されたパターンの検査には、波長１９０ｎｍ〜２６０ｎｍ程度のＤＵＶ（遠紫外）光をマスク表面に入射させ、その反射光のコントラストを検出することにより行われる。具体的には、吸収体パターンを形成する際の加工に対する多層反射膜の保護層として吸収体層直下に設けられるバッファー層表面と吸収体層表面との反射率のコントラストにより、吸収体層に設計通りのパターン形成が出来ているかどうかの第１段階目の検査がまず行われる。そこでは、本来エッチングされるべきところにエッチングされずに残っているバッファー層上の吸収体（黒欠陥）や、本来エッチングされずに残るべき吸収体の一部がエッチングされた箇所（白欠陥）の検出を行う。

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、更にバッファー層の除去を行い、バッファー層直下の多層反射膜表面を露出させた後、吸収体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行われるが、この検査においては吸収体層表面及び多層反射膜表面における反射率のコントラストを観測することにより行われる。尚、バッファー層の除去は行わなくても良い場合もあるが、多層反射膜表面にバッファー層の被覆膜があると多層反射膜の反射率を低下させることになる場合が多い為、バッファー層は除去されるのが通常である。

以下に公知の文献を記す。
特開２００１−２３７１７４号公報

先に述べた第１段階目、及び第２段階目のＤＵＶ検査光による吸収体パターンの検査においてはそれぞれ、吸収体層の除去されたバッファー層表面と除去されずに残った吸収体層表面、及びバッファー層の除去された多層反射膜表面と吸収体層表面とのＤＵＶ光反射率コントラストを観測することにより行われる。従って、第１段階目の検査においてはバッファー層表面と吸収体層表面、第２段階目の検査においては多層反射膜表面と吸収体層表面において、それぞれＤＵＶ検査波長における反射率の差が大きくとれることが、検査精度を向上させるために必要となる。

また、吸収体層表面における平滑性を確保すると同時に、この吸収体層にドライエッチを用いた異方性加工によるパターン形成を行う上では、これを形成する材料の結晶状態としてはアモルファスであることが望ましい。更に、吸収体層の最表面はＥＢ描画によるパターニングやＦＩＢによる欠陥修正の過程などにおけるチャージアップの影響を避ける為に一定の導電性を有した膜とする必要がある。

本発明は、上述の問題点を解決するものであり、検査波長における吸収体層表面での反射率を低く抑えることにより、吸収体パターンの検査に必要となる十分な反射率コントラストを得ることができることから精度の高い検査を可能とし、更に、吸収体層表面平滑性が高く、異方性の高い良好なドライエッチ加工性を有し、且つ、吸収体層最表面がチャージアップ防止されたＥＵＶフォトリソグラフィーにて使用される反射型フォトマスクブランク、反射型フォトマスク、及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１においては、基板上に順次形成された、露光光を反射する多層反射膜及び露光光を吸収する吸収体層を備え、前記吸収体層が、タンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）の他、酸素（Ｏ）、乃至は酸素（Ｏ）と窒素（Ｎ）とを含む材料からなる上層膜と、タンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）とを含む材料からなる下層膜から構成される積層構造とした反射型フォトマスクブランクにおいて、前記上層膜の検査波長における消衰係数が１より小さく、前記上層膜のシート抵抗が５０ＭΩ／□より小さい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。

請求項２においては、前記上層膜がＴａとＳｉとＯとを含む材料から構成される場合、ＴａとＳｉとＯの組成が、Ｔａが３０〜４０ａｔ％（％原子数）、且つＴａとＯの組成比（Ｔａ：Ｏ）が１：１〜１：２の範囲であり、前記上層膜がＴａとＳｉとＯとＮを含む材料から構成される場合、Ｔａが２０〜４０ａｔ％、且つＴａとＯの組成比（Ｔａ：Ｏ）が３：２〜９：１、及びＴａとＮの組成比（Ｔａ：Ｎ）が１：２〜３：２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。

請求項３においては、前記上層膜がＴａとＳｉとＯとを含む材料にて構成され、Ｔａと
ＳｉとＯの組成が、Ｔａが４０〜９０ａｔ％、且つＴａとＯの組成比（Ｔａ：Ｏ）が３：５〜５：１の範囲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。

請求項４においては、前記下層膜を構成するＴａとＳｉのうち、Ｓｉの組成比が６〜１５ａｔ％であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項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。

請求項５においては、前記上層膜が前記下層膜と同一且つ、単一のターゲットを用いたスパッタリング成膜にて作製されたＴａ比率の高い薄膜からなることを特徴とする請求項１又は３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。

請求項６においては、前記上層膜を前記下層膜と同一且つ、単一のターゲットを用いたスパッタリング成膜によりＴａ比率の高い膜にて作製する場合、前記上層膜はタンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）の他、酸素（Ｏ）とを含む材料からなり、ＴａとＳｉとＯの組成において、Ｔａ原子数が４５〜５５％、Ｓｉ原子数が２〜３％、Ｏ原子数が４０〜５０％の範囲であることを特徴とする請求項３〜５いずれか１項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。

請求項７においては、反射型フォトマスクブランクにおける前記上層膜、及び前記下層膜が共にＴａとＳｉの比（Ｔａ／Ｓｉ）において４．５〜５．０のＴａとＳｉからなる化合物ターゲットを用いたスパッタリング成膜にて作製されたことを特徴とする請求項５または６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。

請求項８においては、前記上層膜がＳｉ比率の高い薄膜からなることを特徴とする請求項１又は２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。

請求項９においては、前記上層膜をＳｉ比率の高い膜にて作製する場合、タンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）の他、酸素（Ｏ）とを含む材料からなり、ＴａとＳｉとＯの組成において、Ｔａ原子数が４５〜５５％、Ｓｉ原子数が２〜３％、Ｏ原子数が４０〜５０％の範囲であること、ないしは、タンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）の他、酸素（Ｏ）と窒素（N）を含む材料からなり、Ｔａ、Ｓｉ、Ｏ、Nの組成において、Ｔａ原子数が３２〜３６％、Ｓｉ原子数が３８〜４２％、Ｏ原子数が３〜７％、N原子数が１９〜２３％の範囲であることを特徴とする請求項２〜８いずれか１項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。

請求項１０においては、反射型フォトマスクブランクにおける前記上層膜をＳｉ比率の高い膜にて作製する場合、前記下層膜が、請求項７に係る化合物ターゲットを用いたスパッタリング成膜にて作製される他、前記上層膜がＴａとＳｉの比（Ｔａ：Ｓｉ）において１：３〜１：５のＴａとＳｉからなる化合物ターゲットを用いたスパッタリング成膜にて作製されたことを特徴とする請求項８または９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。

請求項１１においては、請求項１から１０のいずれか１項に記載の反射型マスクブランクにおける吸収体層に、パターンが形成され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。

請求項１２においては、請求項１１に記載の反射型フォトマスクに、極端紫外光を照射し、その反射光により半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層を露光し、パターンを転写する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法としたものである。

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では吸収体層の最上層が検査波長に対する最適な低反射の層にて形成され、且つ、低抵抗の層であることから、吸収体パターンの検査に必要となる十分な反射率コントラストが得られるため、精度の高い検査が可能となる他、ＥＢ描画でのチャージアップによるレジストパターニング精度の劣化を最適に防止する効果が得られる。更に、吸収体層を構成する材料の結晶状態が良好なアモルファスであることから吸収体層表面平滑性が高く、さらに吸収体層の加工において異方性の高い良好なドライエッチング特性が得られる。

また、吸収体上層膜をＴａ比率が比較的大きい膜にて形成した場合、上層膜と下層膜とを同一ターゲットを用いたスパッタリングにて作製することが好ましい。この場合、同一ターゲットを用いることから成膜プロセスの簡略化が図れる。また、上層膜成膜でも下層膜に必要なＴａ比率の比較的高いターゲットを用いることから、ＥＵＶ光に対する吸収が上がる分、膜厚の薄膜化が可能となり、ＥＵＶ光での露光特性向上に有効である。また、この場合のＤＵＶ検査については、２５７ｎｍの波長における低反射特性を利用して行うことが出来る。一方、吸収体上層膜をＳｉ比率が比較的大きい膜にて形成することも可能である。この場合には、先に述べた上層膜をＴａ比率が比較的大きい膜にて形成する場合に比べ膜厚がやや厚くなるが、２５７ｎｍ波長の他、１９９ｎｍ波長においても低反射となるような膜を形成することができ、２波長でのＤＵＶ検査が可能となる膜を形成できる。

以下に、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、並びに半導体装置の製造方法に関する発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の反射型フォトマスクブランクの一実施形態の例を断面で示す説明図を、また図２は反射型フォトマスクの一実施形態の例を断面で示す説明図をそれぞれ示したものである。

図１に示す本発明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、バッファー層３、及び吸収体層４を順次積層した構造をしているが、このうち吸収体層４を、バッファー層３上の下層吸収体層４１とその上の低反射層４２という２層膜から構成される積層構造としている。さらに、本発明の反射型フォトマスクブランク１０における吸収体層４の材料としては、２層膜の吸収体層４を構成する４１と４２のうち、まず下層吸収体層４１については、ＴａとＳｉを含む材料で構成され、そのうちＳｉの組成比が少なくとも６ａｔ％であるような材料を選択するのが好ましい。

ＴａはＥＵＶ光などの短波長域の光に対する吸収性の高い材料であり好ましい。しかしＴａ単体の金属膜の場合、α−Ｔａやβ−Ｔａといった結晶状態の膜となることが多く、平滑性の高い吸収体表面を得るため、あるいはドライエッチングによる吸収体層の異方性エッチングを行うためには望ましくない。吸収体層表面を平滑とするため、また良好な異方性エッチング形状を得るためには、膜の結晶状態としてはアモルファスの方が良い。例えば、Ｔａの場合にはＳｉを適量含んだ合金とすることでアモルファス化が行える。あるいはＴａにＧｅなどを加えた場合でも同様の効果により、アモルファス膜が得られるため好ましい。図３は、ＴａとＳｉからなる合金膜に関するＸ線回折の測定結果である。図中３０１は、Ｔａが１００ａｔ％のときのＸ線回折の測定結果、３０２は、Ｔａが９６．５ａｔ％、Ｓｉが３．５ａｔ％のときのＸ線回折の測定結果、及び３０３は、Ｔａが９４．１ａｔ％、Ｓｉが５．９ａｔ％のときのＸ線回折の測定結果を表す図である。また、ピークＣは、β―Ｔａの（００２）面、ピークＤは、Ｓｉ（４００）面、ピークＥは、β―Ｔａの（００４）面の存在をそれぞれ表す。Ｓｉを加えることによりＴａ単体膜にみられた結晶性が失われ、Ｓｉ含有率が５．９ａｔ％程度の合金の状態からアモルファス化がみられる。従ってまず、２層膜の吸収体層４のうち下層吸収体層４１を構成する膜の材料としては、Ｔａを主成分とし、少なくともＳｉを６ａｔ％程度含有した膜とするのが良い。また、微細加工性の点から下層吸収体層の膜厚を１０００Åと見積もると、Ｓｉ含有率の上限は１５ａｔ％となる。

しかしながら、吸収体層を上記のＴａ及びＳｉによる合金のみで構成するとＥＵＶの短波長域の光に対する吸収体層表面の反射率は低下するものの、ＥＵＶ光より１桁以上波長の長いＤＵＶ（遠紫外）光に対しては、吸収体層の表面反射率が比較的高くなってしまう。ＥＵＶ露光用反射型マスクの検査には、波長１９０〜２６０ｎｍ程度のＤＵＶ域の光をマスクに照射して得られる反射光のコントラストを測定することにより行われるので、バッファー層３表面や多層反射膜２表面より表面反射率の低い膜とすることが吸収体層に求められる。このため、吸収体層表面での検査波長における反射率がバッファー層表面や多層反射膜表面よりも低く、その差が大きい膜であるほど検査光に対する高いコントラストが得られ、正確な検査が可能となるため望ましい。

一般に、この検査波長コントラストが５０％より大きいことが求められるが、このコントラスト値ｒ［％］は
ｒ＝｛｜Ｒｍ−Ｒａ｜／（Ｒｍ＋Ｒａ）｝×１００［％］
にて与えられる。ここで、Ｒｍは多層反射膜表面あるいはバッファー層表面における反射率であり、Ｒａは吸収体層表面での反射率である。吸収体層に形成されるパターンの検査は背景技術で述べたようにバッファー層表面と多層反射膜表面の各々に対する吸収体層表面の反射率コントラストをそれぞれ検出することにより行なわれる。このうち表面反射率は、多層反射膜表面よりバッファー層表面の方が小さくなるのが通常であるので、多層反射膜表面との間で反射率の差、つまりコントラストを確保することに比べると、バッファー層表面との間でコントラストを得ることの方がやや難しいことになる。一般的にバッファーの材料としてあげられているＳｉＯ₂やＲｕなどの場合、検査波長域の反射率はその膜厚にもよるが、４０〜５０％程度であることが多い。従って、前述したコントラストを表す式から、５０％強となるコントラストを得るために吸収体層に必要な反射率の範囲を求めると吸収体層反射率は１３％より小さいことが求められる。好ましくは１０％以下が良い。

そこで本発明の反射型フォトマスクブランク１０、あるいは反射型フォトマスク２０においては、吸収体層４の表面反射率を下げるために先に述べた４１（フォトマスクブランクの場合）あるいは４１ａ（フォトマスクの場合）の下層吸収体層上に低反射層４２、あるいは４２ａを設けた構造としている。このとき、低反射吸収体層４２、あるいは４２ａを構成する材料としてはＴａとＳｉの他、酸素（Ｏ）、もしくはＯとＮ（窒素）を含む材料とするのがよい。吸収体層最表面における膜の組成を金属の酸化物あるいは酸窒化物とすることにより、金属膜単体の場合より表面反射率は低下する。また同時に、吸収体層最表面を反応性の膜にすることによって微結晶化ないしはアモルファス化が進むので、重ねて表面平滑化の効果が得られる点でも好ましい。但し、このように吸収体層最表面を酸化物・酸窒化物といった反応性膜とする場合には、その反応性や、膜中におけるＳｉ比率の程度によって導電性の低下に伴うチャージアップを生じることがある為、検討を要する。

そこで、吸収体層最表面における上層の低反射層４２を、良好な光学特性を有し、且つ、チャージアップを生じない膜とするため、その材料の検討を行なった。吸収体上層の低反射層４２においても、ＥＵＶ光に対する吸収性を持ち合わせた膜とすることによって吸収体層４自体の膜厚が低減できるため、下層吸収体層である４１と同じく、ＥＵＶ光に対して吸収の大きいＴａを含む材料にて吸収体上層の低反射層４２を形成することが望ましい。

このため本発明の反射型フォトマスクブランクは、吸収体上層４２にまず求められる光学特性から、十分な低反射の効果を得るためには、その消衰係数が１より小さい材料で、また、吸収体層最表面におけるチャージアップを防止する目的から、そのシート抵抗が５０ＭΩ／□以下である反射型フォトマスクブランクとしている。低反射の効果は、吸収体上層４２の表面反射における光、及びこれを透過し、下層吸収体層４１の表面で反射して戻って戻ってきた光の２光束干渉を利用しているので、吸収体上層４２はその光、すなわち検査波長に対して透明性を有したものでなければならない。この為、吸収体上層４２の材料には検査波長における消衰係数が１より小さい事が必要であり、より望ましくは０．６程度以下であることが好ましい。また、５０ＭΩ／□のシート抵抗値はＥＢ描画などでチャージアップ防止に用いられる導電膜と同等である。

吸収体層の上層膜４２をＴａ比率が比較的小さい膜、すなわちＴａ比率がおよそ５０％以下にて形成する場合、この場合には上層膜４２をＴａとＳｉとＯからなる酸化膜で形成することも可能であり、ＴａとＳｉとＯとＮからなる酸窒化膜で形成することも可能である。図４はＴａＳｉ系材料に関して各種ガス条件でスパッタにより形成した膜の消衰係数とシート抵抗の関係を調べたもので、図４（ａ）は酸化膜（ＴａＳｉＯ）、図４（ｂ）は酸窒化膜（ＴａＳｉＯＮ）の特性を示したものである。スパッタは、ＴａとＳｉの２元にて各ターゲットに印加するＤＣパワーを調整することにより行ない、ＴａＳｉＯではＡｒ／Ｏ₂、ＴａＳｉＯＮではＡｒ／Ｏ₂／Ｎ₂の雰囲気にて行った。図４にみられるように、１より小さい消衰係数と５０ＭΩ／□より小さいシート抵抗を有する膜がＴａＳｉＯとＴａＳｉＯＮのいずれの組成においても得られる。

図４にみられる膜のうち、消衰係数とシート抵抗に関して所望の範囲を満足する膜の組成分析を行なった結果、ＴａＳｉＯではＴａが３０〜４０ａｔ％、且つＴａとＯの組成比（Ｔａ：Ｏ）が１：１〜１：２の範囲であった。ＴａＳｉＯＮではＴａが２０〜４０ａｔ％、且つＴａとＯの組成比（Ｔａ：Ｏ）が３：２〜９：１、及びＴａとＮの組成比（Ｔａ：Ｎ）が１：２〜３：２であった。尚、好ましくは、Ｔａは３５〜４０ａｔ％である。これは、Ｔａ比率を高くする方が高吸収特性を示すため、薄膜化が可能になり、微細加工性に有利となるからである。

上層吸収膜４２をＴａとＳｉの比が１：４である化合物ターゲットを用いたスパッタリング成膜によって作製したＴａＳｉＯＮ膜の組成を調べたところ、Ｔａ原子数が３２〜３６％、Ｓｉ原子数が３８〜４２％、Ｏ原子数が３〜７％、N原子数が１９〜２３％の範囲であった。尚、上記組成範囲の薄膜は、ＴａとＳｉの比（Ｔａ：Ｓｉ）において１：３〜１：５の化合物ターゲットを使用する事により得られる。

次に、吸収体層の上層膜４２をＴａ比率が比較的高い膜、すなわち、およそＴａ比率が５０％以上で形成する場合であるが、この場合にはＴａＳｉＯの組成で消衰係数とシート抵抗に関する所望の範囲を満足することが可能である。図５はＴａＳｉ系材料に関して各種ガス条件でスパッタにより形成した膜の消衰係数とシート抵抗の関係を調べたもので、図５（ａ）は酸化膜（ＴａＳｉＯ）、図５（ｂ）は酸窒化膜（ＴａＳｉＯＮ）の特性を示したものである。スパッタは、ＴａＳｉ₄とＴａの２元にて、Ｔａ比率が高くなるように各ターゲットに印加するＤＣパワーを調整することで行なった。スパッタは、ＴａＳｉ₄とＴａの２元にて各ターゲットに印加するＤＣパワーを調整することにより行ない、ＴａＳｉＯではＡｒ／Ｏ₂、ＴａＳｉＯＮではＡｒ／Ｏ₂／Ｎ₂の雰囲気にて行った。

下層吸収体層４１と同じターゲットと印加パワーにより、Ｔａ比率が高い膜で吸収体層の上層膜４２を形成する場合、図５（ａ）に示すようにＴａＳｉＯの場合には、消衰係数
とシート抵抗に関する所望の範囲を満たす膜が形成可能である。しかし、図５（ｂ）に示すようにＴａＳｉＯＮでは消衰係数とシート抵抗の所望の範囲を満たす膜を得ることは難しい。これは窒化が主体の膜では、膜中のＴａ比率の増大に伴い、消衰係数の大きいＴａＮの影響により、酸素（Ｏ）による透明性の確保が難しいことによる。この為、図５（ｂ）にみられるように、膜が窒化ベースの場合、雰囲気の酸素ガス流量を高めた場合でも、消衰係数の低下は小さく、シート抵抗の増大が問題となり、所望の消衰係数とシート抵抗の範囲を満たす膜を得ることは困難である。

図５（ａ）にみられる膜のうち、消衰係数とシート抵抗に関して所望の範囲を満足する膜の組成分析を行なった結果、Ｔａが４５〜５５ａｔ％、Ｓｉが２〜３ａｔ％、Ｏが４０〜５０ａｔ％の範囲であった。このようにＴａ比率を高くする方が高吸収特性を示すため、薄膜化が可能になり、微細加工性に有利である。また、下層吸収体層４１と同様のターゲットを用いて上層吸収体４２の形成ができれば、吸収体層４のスパッタによる成膜において使用するターゲットを換えずに雰囲気の変更のみで行えることから成膜工程を簡略化できるため有効である。尚、ここではＴａ／Ｓｉ比率が４．６のターゲットを使ったが、４．５〜５．０の比率のターゲットを使用すれば、上記組成範囲に該当する所望の薄膜が得られる。

従って、下層吸収体層４１と同様のターゲットを用いたＴａ比率の高い膜にて上層吸収体４２を形成する場合には、ＴａＳｉＯの組成で形成することが可能であり、この場合、ＴａとＳｉとＯの組成が、Ｔａが４０〜９０ａｔ％、且つＴａとＯの組成比（Ｔａ：Ｏ）が３：５〜５：１の範囲であることがわかった。下層吸収体層４１と同様のターゲットを用いて上層吸収体４２の形成ができれば、吸収体層４のスパッタによる成膜において使用するターゲットを換えずに雰囲気の変更のみで行えることから成膜工程を簡略化できるため有効である。

上層吸収体４２をＴａ比率の小さい膜とするか、大きい膜とするか、あるいは、酸化膜で形成するか、酸窒化膜で形成するかということは、吸収体層４のドライエッチ加工特性から適宜選択を行なう。例えば、上層吸収体４２をＴａ比率の小さい酸化膜とする場合には、フッ素系ガスによりまず上層吸収体４２をパターニングした後、続けてこのパターンをハードマスクに塩素系ガスを用いた下層吸収体層４１のエッチングを行うことできる。この場合、吸収体層４のドライエッチプロセスにおけるレジスト耐性としては上層吸収体４２のフッ素系ガスによるエッチング工程のみを考慮すれば良いため有効である。更に、Ｔａ比率の小さい酸窒化膜、Ｔａ比率の大きい酸化膜ないし酸窒化膜の場合には、塩素系ガスによるドライエッチが可能であるため、レジストをマスクに上層吸収体４２と下層吸収体層４１を連続して塩素系ガスによるエッチングを行うことができる。一般にレジストのエッチング量は、塩素系ガスを用いることによって、フッ素系ガスを用いた場合に比べ小さくなるためレジスト耐性を確保する点で有効である。

本発明によるフォトマスクを用いたパターン転写方法を含む半導体装置の製造方法は、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、基板上にエッチングレジスト層のパターンを形成させた後、このエッチングレジスト層のパターンをマスクとして被加工層をエッチング処理し、次いでエッチング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。このようにして半導体装置を製造する方法である。

また、上層吸収体層の表面粗さは、１ｎｍＲＭＳ以下が好ましい。これは、１ｎｍＲＭ
Ｓ以上だと、ＬＥＲ（Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）の転写特性に与える影響が大きくなりすぎるためである。

以下、吸収体上層膜を下層吸収膜とは別のターゲットを用いたスパッタリング成膜によって、吸収体上層膜をＴａ比率が比較的小さい膜にて形成した場合の実施例により本発明の反射型フォトマスクブランク１０、ないし反射型フォトマスク２０を詳細に説明する。

まず、図１に示すように基板１の上に多層反射膜２、バッファー層３、下層吸収体４１、及び低反射層４２を順次形成し、本発明の反射型フォトマスクブランク１０を作製した。基板１としては、表面を研磨して平坦な面とした外形６インチ角、厚さ０．２５インチの合成石英を用いた。この基板１の上にＤＣマグネトロンスパッタによりＭｏとＳｉを交互に４０周期程度積層して波長１３〜１４ｎｍ領域のＥＵＶ光に対して反射率が最大となるような多層反射膜２を作製した。このときのＭｏとＳｉからなる１周期の膜厚は７ｎｍであり、そのうちＭｏの膜厚は２．８ｎｍ、Ｓｉは４．２ｎｍであり、多層反射膜２の最上層がＳｉになるように最後にＳｉを７ｎｍ成膜した。次に、この多層反射膜２の上にＲｕからなるバッファー層３を膜４０ｎｍで成膜し、さらにその上に続けて４１と４２からなる吸収体層４を成膜した。

吸収体層４のうち、まず下層吸収体層４１のＤＣマグネトロンスパッタによる成膜条件は次の通りである。すなわち、ＴａとＳｉの比が４．６：１であるＴａＳｉ合金ターゲットとＴａターゲットを用い、３００ＷのＤＣパワーを印加したＡｒガス雰囲気でのスパッタにより、ガス圧０．２５Ｐａにて膜厚７５ｎｍの成膜を行った。このとき、成膜後における下層吸収体層４１の表面粗さは０．１４ｎｍＲｍｓであり、良好な表面平滑性を有していた。また、Ｓｉ組成比は１０ａｔ％であった。

さらに、この下層吸収体層４１を形成した後、続けて行った上層吸収体層４２の成膜条件は次の通りである。すなわち、ＴａとＳｉの比率が１：４であるＴａＳｉ４合金ターゲットを用い、３００ＷのＤＣパワーを印加したＡｒ／Ｏ₂＝３４／６［ｓｃｃｍ］の混合ガス雰囲気中のスパッタにより、ガス圧０．２５Ｐａにて膜厚２７ｎｍの成膜を行った。このとき、成膜後における上層吸収体層４２の表面粗さは０．４２ｎｍＲｍｓであり、良好な表面平滑性を有していた。また、作成したＴａＳｉ系酸化膜の組成比は、Ｔａが３３ａｔ％、Ｏ₂が３６ａｔ％であった。

また、このようにして下層吸収体層４１の上に上層吸収体層４２を積層して形成した吸収体層４の最表面における分光反射率の測定結果を図６に示す。波長１９３ｎｍでは２．５５％、２５７ｎｍでは１．５１％であり、検査用のＤＵＶ光波長域における十分な低反射率特性が得られた。

次に、上層吸収体層４２の上にポジ型電子線レジスト（ＦＥＰ−１７１；富士フィルムアーチ製）を塗布し、図７に示すように、レジスト層５を形成した。

その後、ＥＢ描画、現像というリソグラフィーの工程により図８に示すように、レジストのパターン５ａを形成した。

更に、レジストパターン５ａをマスクにして上層吸収体層４２、下層吸収体層４１の順にＩＣＰ放電方式のドライエッチング装置を用いて実施することにより図９に示すような吸収体層４のパターン４ａを形成した。このときのドライエッチングは、まず上層吸収体層４２のエッチングをＣ₂Ｆ₆／Ｏ₂／Ｈｅ＝５／５／１５［ｓｃｃｍ］の混合ガスによるガス圧６６５ｍＰａの雰囲気にて、バイアスパワー２０Ｗ及びソースパワー１００Ｗにて
行った。その後、下層吸収体層４１のエッチングをＣｌ₂／Ｈｅ＝４０／６０［ｓｃｃｍ］の混合ガスによるガス圧６６５ｍＰａの雰囲気にて、バイアスパワー４０Ｗ及びソースパワー２００Ｗにて行った。

ここで、吸収体層４が部分的に取り除かれて露出した領域のバッファー層３表面における２５７ｎｍの検査波長反射率は５２．４０％であった。一般的な概算値より高い反射率が得られ、検査特性の向上に寄与した。一方、吸収領域の吸収体層４ａ表面での２５７ｎｍにおける反射率は１．８５％であった。その結果、バッファー層３表面反射光と吸収体層４表面反射光の間で９３．２％の良好なコントラスト値が得られた。

更に引き続き、吸収体層４直下のＲｕバッファー層３のドライエッチングをＣｌ₂／Ｏ₂混合ガス雰囲気にて行い、図１０に示すように、良好な側壁異方性を有するバッファー層３及び吸収体層のパターンを得た。最後に、レジストを剥離して本発明の反射型フォトマスク２０を得た。ここで、バッファー層３及び吸収体層４が取り除かれて露出した多層反射膜２表面における２５７ｎｍの検査波長反射率は６０％であった。一方、吸収体層４表面での２５７ｎｍにおける反射率は反射型フォトマスクブランク１０の状態よりむしろ若干低下して１．０２％であったため結局、多層反射膜２表面反射光と吸収体層４表面反射光の間で９６．７％の良好なコントラスト値が得られた。

以下、吸収体上層膜を下層吸収膜と同一のターゲットを用いたスパッタリング成膜によって、吸収体上層膜をＴａ比率が比較的大きい膜にて形成した場合の実施例により本発明の反射型フォトマスクブランク１０、ないし反射型フォトマスク２０を詳細に説明する。

まず、図１に示すように基板１の上に多層反射膜２、バッファー層３、下層吸収体４１、及び低反射層４２を順次形成し、本発明の反射型フォトマスクブランク１０を作製した。基板１としては、表面を研磨して平坦な面とした外形６インチ角、厚さ０．２５インチの合成石英を用いた。この基板１の上にＤＣマグネトロンスパッタによりＭｏとＳｉを交互に４０周期程度積層して波長１３〜１４ｎｍ領域のＥＵＶ光に対して反射率が最大となるような多層反射膜２を作製した。このときのＭｏとＳｉからなる１周期の膜厚は７ｎｍであり、そのうちＭｏの膜厚は２．８ｎｍ、Ｓｉは４．２ｎｍであり、多層反射膜２の最上層がＳｉになるように最後にＳｉを７ｎｍ成膜した。次に、この多層反射膜２の上にＲｕからなるバッファー層３を膜４０ｎｍで成膜し、さらにその上に続けて４１と４２からなる吸収体層４を成膜した。

吸収体層４のうち、まず下層吸収体層４１のＤＣマグネトロンスパッタによる成膜条件は次の通りである。すなわち、ＴａとＳｉの比が４．６：１．０であるＴａＳｉ合金ターゲットを用い、３００ＷのＤＣパワーを印加したＡｒガス雰囲気下のスパッタにより、ガス圧０．２５Ｐａにて膜厚７０ｎｍの成膜を行った。このとき、成膜後における下層吸収体層４１の表面粗さは０．１４ｎｍＲｍｓであり、良好な表面平滑性を有していた。また、Ｓｉ組成比は７．５ａｔ％であった。

さらに、この下層吸収体層４１を形成した後、続けて行った上層吸収体層４２の成膜条件は次の通りである。すなわちＴａとＳｉの比が４．６：１．０であるＴａＳｉ合金ターゲットを用い、３００ＷのＤＣパワーを印加したＡｒ／Ｏ₂＝３６／４［ｓｃｃｍ］の混合ガス雰囲気中のスパッタにより、ガス圧０．２５Ｐａにて膜厚１５ｎｍの成膜を行った。

実施例１における下層吸収体層４１、及び上層吸収体層４２の膜厚はそれぞれ７５ｎｍ、２７ｎｍであったが、本実施例においては下層吸収体層４１を作製するときに使用するターゲットと同一のターゲットを用いたスパッタリングにより成膜した上層吸収体層４２を採用している為、上層吸収体層４２をEUV光に対してより吸収の大きいＴａリッチの組成にすることができる。これにより、本実施例における下層吸収体層４１、及び上層吸収体層４２の膜厚はそれぞれ７０ｎｍ、１５ｎｍと上下吸収体層４１、４２のいずれにおいてもその膜厚を低減することが出来ることから、EUV光による転写特性向上において更に効果的である。

また、このとき成膜後における上層吸収体層４２の表面粗さは０．４２ｎｍＲｍｓであり、良好な表面平滑性を有していた。また、作成したＴａＳｉ系酸化膜の組成比は、Ｔａが４６ａｔ％、Ｓｉが２．４ａｔ％、Ｏ₂が４４ａｔ％であった。

このようにして下層吸収体層４１の上に上層吸収体層４２を積層して形成した吸収体層４の最表面における分光反射率の測定結果を図１１に示す。波長２５７ｎｍでは５．６７％であり、検査用のＤＵＶ光波長域における十分な低反射率特性が得られた。

次に、上層吸収体層４２の上にポジ型電子線レジスト（ＦＥＰ−１７１；富士フィルムアーチ製）を塗布し、図７に示すように、レジスト層５を形成した。

その後、ＥＢ描画、現像というリソグラフィーの工程により図８に示すように、レジストのパターン５ａを形成した。

更に、レジストパターン５ａをマスクにして上層吸収体層４２、下層吸収体層４１の順にＩＣＰ放電方式のドライエッチング装置を用いて実施することにより図９に示すような吸収体層４のパターン４ａを形成した。このときのドライエッチングは、まず上層吸収体層４２のエッチングをＣ₂Ｆ₆／Ｏ₂／Ｈｅ＝５／５／１５［ｓｃｃｍ］の混合ガスによるガス圧６６５ｍＰａの雰囲気にて、バイアスパワー２０Ｗ及びソースパワー１００Ｗにて行った。その後、下層吸収体層４１のエッチングをＣｌ₂／Ｈｅ＝４０／６０［ｓｃｃｍ］の混合ガスによるガス圧６６５ｍＰａの雰囲気にて、バイアスパワー４０Ｗ及びソースパワー２００Ｗにて行った。この後、レジストの剥離を行った。

ここで、吸収体層４が部分的に取り除かれて露出した領域のバッファー層３表面における２５７ｎｍの検査波長反射率は５２．４０％であった。一般的な概算値より高い反射率が得られ、検査特性の向上に寄与した。一方、吸収領域の吸収体層４ａ表面での２５７ｎｍにおける反射率は１．８５％であった。その結果、バッファー層３表面反射光と吸収体層４表面反射光の間で９３．２％の良好なコントラスト値が得られた。

更に引き続き、吸収体層４直下のＲｕバッファー層３のドライエッチングをＣｌ₂／Ｏ₂混合ガス雰囲気にて行い、図１０に示すように、良好な側壁異方性を有するバッファー層パターン３ａ及び吸収体層パターン４ａを得た。このようにして本発明の反射型フォトマスク２０を得た。ここで、バッファー層３及び吸収体層４が取り除かれて露出した多層反射膜２表面における２５７ｎｍの検査波長反射率は６０％であった。一方、吸収体層４表面での２５７ｎｍにおける反射率は反射型フォトマスクブランク１０の状態よりむしろ若干低下して１．０２％であったため結局、多層反射膜２表面反射光と吸収体層４表面反射光の間で９６．７％の良好なコントラスト値が得られた。

本発明の反射型フォトマスクブランクの一実施形態の例を断面で示す説明図である。 本発明の反射型フォトマスクの一実施形態の例を断面で示す説明図である。 本発明の反射型フォトマスクブランクに関わる吸収体層材料の結晶状態について調べたＸ線回折測定結果を示す説明図である。 吸収体上層膜を下層吸収膜とは別のターゲットを用いたスパッタリング成膜によって、吸収体上層膜をＴａ比率が比較的小さい膜にて形成した場合の消衰係数とシート抵抗の関係に関する説明図で、（ａ）はＴａＳｉ系酸化膜（ＴａＳｉＯ）に関する説明図、（ｂ）はＴａＳｉ系酸窒化膜（ＴａＳｉＯＮ）に関する説明図である。 吸収体上層膜を下層吸収膜と同一のターゲットを用いたスパッタリング成膜によって、吸収体上層膜をＴａ比率が比較的大きい膜にて形成した場合の消衰係数とシート抵抗の関係に関する説明図で、（ａ）はＴａＳｉ系酸化膜（ＴａＳｉＯ）に関する説明図、（ｂ）はＴａＳｉ系酸窒化膜（ＴａＳｉＯＮ）に関する説明図である。 吸収体上層膜を下層吸収膜とは別のターゲットを用いたスパッタリング成膜によって、吸収体上層膜がＴａ比率の比較的小さいＴａＳｉ系酸化膜からなる本発明の反射型フォトマスクブランクの実施例における吸収体層の分光反射率特性に関する説明図である。 本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例の部分を断面で表す概略図である。 本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例の部分を断面で表す概略図である。 本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例の部分を断面で表す概略図である。 本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例の部分を断面で表す概略図である。 吸収体上層膜を下層吸収膜と同一のターゲットを用いたスパッタリング成膜によって、Ｔａ比率が比較的大きいＴａＳｉ系酸化膜にて形成した場合における本発明の反射型フォトマスクブランクの実施例における吸収体層の分光反射率特性に関する説明図である。

符号の説明

１・・・・基板
２・・・・多層反射膜
３・・・・バッファー層
４・・・・吸収体層
５・・・・レジスト
４１・・・下層吸収体層
４２・・・低反射層
１０・・・反射型フォトマスクブランク
２０・・・反射型フォトマスク
３ａ・・・バッファー層パターン
４ａ・・・・吸収体層パターン
４１ａ・・下層吸収体層パターン
４２ａ・・低反射層パターン
５ａ・・・レジストパターン

Claims (12)

1. 基板上に順次形成された、露光光を反射する多層反射膜及び露光光を吸収する吸収体層を備え、
   前記吸収体層が、タンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）の他、酸素（Ｏ）、又は酸素（Ｏ）と窒素（Ｎ）とを含む材料からなる上層膜と、
   タンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）とを含む材料からなる下層膜から構成される積層構造とした反射型フォトマスクブランクにおいて、
   前記上層膜の検査波長における消衰係数が１より小さく、前記上層膜のシート抵抗が５０ＭΩ／□より小さいことを特徴とする反射型フォトマスクブランク。
2. 前記上層膜がＴａとＳｉとＯとを含む材料から構成される場合、ＴａとＳｉとＯの組成が、Ｔａが３０〜４０％原子数、且つＴａとＯの組成比（Ｔａ：Ｏ）が１：１〜１：２の範囲であり、
   前記上層膜がＴａとＳｉとＯとＮを含む材料から構成される場合、Ｔａが２０〜４０％原子数、且つＴａとＯの組成比（Ｔａ：Ｏ）が３：２〜９：１、及びＴａとＮの組成比（Ｔａ：Ｎ）が１：２〜３：２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. 前記上層膜がＴａとＳｉとＯとを含む材料にて構成され、ＴａとＳｉとＯの組成が、Ｔａが４０〜９０％原子数、且つＴａとＯの組成比（Ｔａ：Ｏ）が３：５〜５：１の範囲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。
4. 前記下層膜を構成するＴａとＳｉのうち、Ｓｉの組成比が６〜１５％原子数であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の反射型フォトマスクブランク。
5. 前記上層膜が前記下層膜と同一且つ、単一のターゲットを用いたスパッタリング成膜にて作製されたＴａ比率の高い薄膜からなることを特徴とする請求項１又は３に記載の反射型フォトマスクブランク。
6. 前記上層膜を前記下層膜と同一且つ、単一のターゲットを用いたスパッタリング成膜によりＴａ比率の高い膜にて作製する場合、
   前記上層膜はタンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）の他、酸素（Ｏ）とを含む材料からなり、ＴａとＳｉとＯの組成において、Ｔａ原子数が４５〜５５％、Ｓｉ原子数が２〜３％、Ｏ原子数が４０〜５０％の範囲であることを特徴とする請求項３〜５いずれか１項に記載の反射型フォトマスクブランク。
7. 反射型フォトマスクブランクにおける前記上層膜をＴａ比率の高い膜にて作製する場合、
   前記上層膜及び前記下層膜が共にＴａとＳｉの比（Ｔａ／Ｓｉ）において４．５〜５．０のＴａとＳｉからなる化合物ターゲットを用いたスパッタリング成膜にて作製されたことを特徴とする請求項５または６に記載の反射型フォトマスクブランク。
8. 前記上層膜がＳｉ比率の高い薄膜からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型フォトマスクブランク。
9. 前記上層膜をＳｉ比率の高い膜にて作製する場合、
   タンタル（Ｔａ）とシリコン（Ｓｉ）の他、酸素（Ｏ）と窒素（N）を含む材料からなり、Ｔａ、Ｓｉ、Ｏ、Nの組成において、Ｔａ原子数が３２〜３６％、Ｓｉ原子数が３８〜４２％、Ｏ原子数が３〜７％、N原子数が１９〜２３％の範囲であることを特徴とする請
   求項２〜８いずれか１項に記載の反射型フォトマスクブランク。
10. 反射型フォトマスクブランクにおける前記上層膜をＳｉ比率の高い膜にて作製する場合、
    前記下層膜が、請求項７に係る化合物ターゲットを用いたスパッタリング成膜にて作製される他、前記上層膜がＴａとＳｉの比（Ｔａ：Ｓｉ）において１：３〜１：５のＴａとＳｉからなる化合物ターゲットを用いたスパッタリング成膜にて作製されたことを特徴とする請求項８または９に記載の反射型フォトマスクブランク。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の反射型マスクブランクにおける吸収体層に、パターンが形成されたことを特徴とする反射型フォトマスク。
12. 請求項１１に記載の反射型フォトマスクに、極端紫外光を照射し、その反射光により半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層を露光し、パターンを転写する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。