JP2009098611A - ハーフトーン型ｅｕｖマスク、ハーフトーン型ｅｕｖマスクブランク、ハーフトーン型ｅｕｖマスクの製造方法及びパターン転写方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】反射率の選択性の広さ（自由度）と洗浄液耐性の高さを持つと同時に、射影効果を低減するよう、ハーフトーン膜材料を選定したハーフトーン型ＥＵＶマスク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法及びパターン転写方法を提供する。
【解決手段】基板と、基板上に形成された高反射部と、高反射部の上に形成されたパターニングされた低反射部と、を備え、低反射部は、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）及びＳｉ（シリコン）を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスク。
【選択図】図２
【解決手段】基板と、基板上に形成された高反射部と、高反射部の上に形成されたパターニングされた低反射部と、を備え、低反射部は、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）及びＳｉ（シリコン）を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスク。
【選択図】図２
Description
本発明は、ハーフトーン型ＥＵＶマスク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法及びパターン転写方法に関する。より詳細には、半導体製造プロセス中の、波長１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度のいわゆる極端紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ、以下、「ＥＵＶ」と略記する。）を用いたフォトリソグラフィ工程で使用されるハーフトーン型ＥＵＶマスク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法及びパターン転写方法に関するものである。
半導体集積回路の微細化は年々進んでおり、それに伴いフォトリソグラフィ技術に使用される光も短波長化が進んでいる。近況としては、これまで光源として使用されてきたＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）に移行しつつある。また、ＡｒＦエキシマレーザを使用する液浸露光法の研究が近年活発に行われており、４５ｎｍ以下の線幅を目標とする動きもある。
ＡｒＦエキシマレーザを使用する液浸露光法もその研究が進んでいるとはいえ、その実現可能性は不鮮明である。このような背景から、エキシマレーザよりも波長が一桁以上短い（１０ｎｍ〜１５ｎｍ）ＥＵＶ光を用いた、ＥＵＶリソグラフィの研究開発が進められている。
ＥＵＶ露光では、上述のように波長が短いため、物質の屈折率がほとんど真空の値に近く、材料間の光吸収の差も小さい。このため、ＥＵＶ波長領域では従来の透過型の屈折光学系が使用できず、反射光学系となり、マスクも反射型マスクとなる。これまで開発されてきた一般的なＥＵＶマスクは、Ｓｉウェハやガラス基板上に、例えばＭｏとＳｉからなる２層膜を４０対ほど積層した多層膜及び多層膜を保護するキャッピング膜を高反射領域とし、その上に低反射領域として吸収膜及び緩衝膜のパターンを形成した構造であった。緩衝膜は、吸収膜のパターニングや欠陥修正の際に、キャッピング膜や多層膜へのダメージを軽減する役割を果たす。
以上のようなＥＵＶマスクにおいて、低反射領域を形成するために主要な機能を有するのは、ＥＵＶ光を吸収する吸収膜である。吸収膜部は、通常、パターン欠陥検査時のコントラストを確保するために、欠陥検査光である遠紫外線（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ、以下、「ＤＵＶ」と略記する。）光に対して、低反射率となるよう設計される。低反射率とするための方法は、いわゆる薄膜干渉を利用した反射防止（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、以下、「ＡＲ」と略記する。）効果を使うことである。従って、吸収膜は通常２層構成となり、その上層にはＤＵＶ光に対して透明性の膜がＡＲ膜として形成される。
一方、ＥＵＶ光に対する低反射領域を形成するためにＥＵＶ光を吸収するという、主要な機能を有するのは、吸収膜の中でも上層吸収膜（ＡＲ膜）を除いた下層吸収膜の部分である。下層吸収膜は付加機能を持たせるために、２層以上の積層構造からなる場合もあるが、本発明の目的と本質的な関係はないので、以下、下層吸収膜は単層として論じる。
一方で、光の短波長化とは別に、位相シフトマスクを利用した解像度向上技術が提案されている。位相シフトマスクは、マスクパターンの透過部と、隣接する透過部とが異なる物質若しくは形状とすることにより、それらを透過した光に１８０度の位相差を与えるものである。従って両透過部の間の領域では、１８０度位相の異なる透過回折光同士が打ち消し合い、光強度が極めて小さくなって、マスクコントラストが向上し、結果的に転写時の焦点深度が拡大するとともに転写精度が向上する。尚、位相差は原理上１８０度が最良であるが、実質的に１７５度〜１８５度程度であれば、解像度向上効果は得られる。
位相シフトマスクの一種であるハーフトーン型は、マスクパターンを構成する材料として、露光光に対する半透過性の薄膜を用い、透過率を数％程度（通常は基板透過光に対して２％以上１５％以下程度）まで減衰させつつ、通常の基板透過光と１７５度〜１８５度程度の位相差を与えることで、パターンエッジ部の解像度を向上させる位相シフトマスクである。
ここで、ハーフトーン型位相シフトマスクにおける、透過率の適正範囲について説明する。従来のエキシマレーザ用のハーフトーン型マスクでは、露光波長である紫外線に対して、ハーフトーン膜の透過率が一般的には２％以上１５％以下という光学条件を満足することが望ましい。この理由として、まず露光波長でのハーフトーン膜の透過率が２％未満だと、隣接した透過パターン部を透過した光の回折光が重なり合ったとき、打ち消しあい効果が小さくなる。逆に透過率が１５％を超えてしまうと、露光条件によってはレジストの解像限界を越えてしまい、ハーフトーン膜を光が透過した領域に余分なパターンが出来てしまう。
ＥＵＶ露光は反射光学系を用い、ＮＡ（開口数）が小さいうえに、波長が短いため、特有の課題として、ミラーやマスクの表面凹凸の影響を受けやすく、目標とする微細な線幅を解像することは容易ではなかった。このため、従来のエキシマレーザ露光等で用いられているハーフトーン型マスクの原理を、反射光学系を用いたＥＵＶ露光においても適用可能とするハーフトーン型ＥＵＶマスクが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
ＥＵＶマスクのような反射型マスクにおいても、位相シフト効果による解像度向上の原理は同じであるので、上記の「透過率」が「反射率」に置き換わるだけで、その適正値はほとんど同じである。すなわち高反射領域に対する低反射領域の反射率は２％以上１５％以下であることが望ましい。
ハーフトーン型ＥＵＶマスクの使用は、原理的にはＥＵＶリソグラフィにおいて、解像性を向上させる、有効な手段である。しかし、ハーフトーン型ＥＵＶマスクにおける最適な反射率は、露光条件や転写するパターンに依存し、一概に決めることは難しい。また一般的に、ハーフトーン型ＥＵＶマスクを含むフォトマスクは、その作製プロセスにおいても、露光での使用期間においても度重なる、酸やアルカリ等を用いた洗浄液にさらされる。
さらに、ＥＵＶ露光は反射露光であるために、入射光は垂直ではなく、やや斜め（通常６°程度）方向から入射し、ＥＵＶマスクで反射光となる。ＥＵＶマスクにおいて、パターンとして加工されるのは吸収膜（ハーフトーン型ではハーフトーン膜）と緩衝膜の部分であるが、斜めからＥＵＶ光が入射するために、パターンの影が生じる。従って、入射方向とパターンの配置方向によっては、反射光で形成する、ウェハ上の転写レジストパターンに、本来のパターン位置からのずれが生じる。これを射影効果（Ｓｈａｄｏｗｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ）と呼び、ＥＵＶ露光の課題となっている。
射影効果を低減するには、影の長さを小さくすることであり、そのためにはパターンの高さをなるべく低くすればよい。しかるに、通常緩衝膜は薄く、吸収膜のパターニングや欠陥修正の際のキャッピング膜や多層膜へのダメージの軽減という必要特性から選択されるので、パターンの高さを低くするには、ハーフトーン膜をなるべく薄くする必要がある。
以上のことから、ハーフトーン型ＥＵＶマスクにおいては、なるべく薄い膜厚で、位相差１７５度〜１８５度における、反射率の選択性の広さ（自由度）をもつと同時に、洗浄液耐性の高い膜が要求されるが、これらの条件を満たす好適な膜材料は提案されていなかった。
特開２００６−２２８７６６号公報
本発明は、反射率の選択性の広さ（自由度）と洗浄液耐性の高さを持つと同時に、射影効果を低減するよう、ハーフトーン膜材料を選定したハーフトーン型ＥＵＶマスク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法及びパターン転写方法を提供することである。
本発明者は、上記課題を解決するため、ＥＵＶ露光による転写解像性を向上するために従来のエキシマレーザ露光等で用いられているハーフトーン型マスクの原理を、ＥＵＶ露光においても適用可能とする吸収膜の種類と、その組成と反射率とについて、検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。
本発明の請求項１に係る発明は、基板と、基板上に形成された高反射部と、高反射部の上に形成されたパターニングされた低反射部と、を備え、低反射部は、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）及びＳｉ（シリコン）を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクにおいて、低反射部からの反射光は、高反射部からの反射光に対して２％以上１５％以下の反射率であり、高反射部からの反射光に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。
本発明の請求項３に係る発明は、低反射部は、Ｔａ、Ｍｏ及びＳｉを有し、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。
本発明の請求項４に係る発明は、低反射部は、さらにＮ（窒素）を有すること特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。
本発明の請求項５に係る発明は、低反射部は、Ｔａ、Ｎ、Ｍｏ及びＳｉを有し、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項１又は４に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。
本発明の請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか一に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクには、さらに、高反射部上に形成されたキャッピング膜と、高反射部と低反射部との間に形成された緩衝膜と、を備えることを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。
本発明の請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか一に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクを、低反射部のパターニングにより作製するために、基板上に形成された高反射部と、高反射部上の全面に形成された低反射部と、さらに、高反射部上に形成されたキャッピング膜と、高反射部と低反射部との間に形成された緩衝膜と、を備えたことを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクとしたものである。
本発明の請求項８に係る発明は、基板を準備し、基板上に高反射部を形成し、高反射部の上にパターニングするＴａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）及びＳｉ（シリコン）を有する低反射部を形成することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。
本発明の請求項９に係る発明は、請求項８に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法において、低反射部からの反射光は、高反射部からの反射光に対して２％以上１５％以下の反射率であり、高反射部からの反射光に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。
本発明の請求項１０に係る発明は、低反射部は、Ｔａ、Ｍｏ及びＳｉを有し、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項８又は９に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。
本発明の請求項１１に係る発明は、低反射部は、さらにＮ（窒素）を有すること特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。
本発明の請求項１２に係る発明は、低反射部は、Ｔａ、Ｎ、Ｍｏ及びＳｉを有し、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項８又は１１に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。
本発明の請求項１３に係る発明は、請求項８乃至１２のいずれか一に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法には、さらに、高反射部上にキャッピング膜を形成し、高反射部と低反射部との間に緩衝膜を形成することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。
本発明の請求項１４に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか一に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクを露光装置に設置し、ハーフトーン型ＥＵＶマスクを介して反射したＥＵＶを選択的に照射し、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、反射率の選択性の広さ（自由度）と洗浄液耐性の高さを持つと同時に、射影効果を低減するよう、ハーフトーン膜材料を選定したハーフトーン型ＥＵＶマスク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法及びパターン転写方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク１０は、低熱膨張ガラス基板１と、低熱膨張ガラス基板１上に形成された高反射部を有する多層膜２と、多層膜２上に形成された多層膜２を保護するキャッピング膜３と、キャッピング膜３上に形成されたエッチングストッパーとして機能する緩衝膜４と、緩衝膜４上に形成された低反射部を形成する多層構造を有する吸収膜（下層吸収膜５ａと上層吸収膜５ｂ）とを備えている。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク１０は、低熱膨張ガラス基板１と、低熱膨張ガラス基板１上に形成された高反射部を有する多層膜２と、多層膜２上に形成された多層膜２を保護するキャッピング膜３と、キャッピング膜３上に形成されたエッチングストッパーとして機能する緩衝膜４と、緩衝膜４上に形成された低反射部を形成する多層構造を有する吸収膜（下層吸収膜５ａと上層吸収膜５ｂ）とを備えている。
本発明の第１の実施の形態に係る低熱膨張ガラス基板１としては、シリコン基板やチタンを添加とした低熱膨張ガラスを使用することができるが熱膨張率の小さい材料であればいずれでも構わない。
本発明の第１の実施の形態に係る多層膜２としては、例えば、Ｍｏ膜２ａとＳｉ膜２ｂとを交互に、例えば４０対成膜してなる積層体を用いることができる。多層膜２の１層ずつの膜厚は、例えばＭｏ膜が２．８ｎｍ、Ｓｉ膜が４．２ｎｍである。キャッピング膜３としては、例えば厚さ１１ｎｍのＳｉ膜を一般的に使用することができる。
本発明の第１の実施の形態に係る緩衝膜４としては、下層吸収膜５ａと上層吸収膜５ｂとを形成の際に行われるドライエッチングに対して耐性を有する材質で形成されて、下層吸収膜パターン５ａ‘（後述する）をエッチングする際に、キャッピング膜３へのダメージを防ぐエッチングストッパーとして機能するもので、ＣｒＮ等で形成することができるが本発明ではこれらに限定されるわけではない。なお、下層吸収膜５ａと上層吸収膜５ｂとについては後述する。
次に図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク２０は、低熱膨張ガラス基板１と、低熱膨張ガラス基板１上に形成された高反射部を有する多層膜２と、多層膜２上に形成された多層膜２を保護するキャッピング膜３と、キャッピング膜３上に選択的に形成された緩衝膜パターン４‘と、緩衝膜パターン４‘上に選択的に形成された低反射部となる下層吸収膜パターン５ａ‘と、下層吸収膜パターン５ａ‘上に選択的に形成された、ＤＵＶ光に対する反射防止効果を有する上層吸収膜パターン５ｂ‘とを備えている。ここで、上層吸収膜パターン５ｂ‘による反射防止膜とは、下層吸収膜パターン５ａ‘を低反射率とするために、いわゆる薄膜干渉を利用して反射防止（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、以下、「ＡＲ」と略記する。）効果を使うことである。従って、ＥＵＶ光に対する低反射部を形成するためにＥＵＶ光を吸収するという、主要な機能を有するのは下層吸収膜パターン５ａ‘である。
（第２の実施の形態）
図３に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク３０と、図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク１０との違いは、キャッピング膜３と緩衝膜４との両方の役割を果たす兼用膜３４を用いたことである。以下、第１の実施の形態と第２の実施の形態との違いである兼用膜３４について説明する。なお、兼用膜３４以外の説明は、第１の実施の形態と重複するために省略する。
図３に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク３０と、図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク１０との違いは、キャッピング膜３と緩衝膜４との両方の役割を果たす兼用膜３４を用いたことである。以下、第１の実施の形態と第２の実施の形態との違いである兼用膜３４について説明する。なお、兼用膜３４以外の説明は、第１の実施の形態と重複するために省略する。
兼用膜３４は下層吸収膜５ａと多層膜２との間に備え、第１の実施の形態に示している多層膜２を保護するためのキャッピング膜３と緩衝膜４との両方の役割を果たすことができる。このような兼用膜３４の材料としては、Ｒｕを用いることができるが本発明ではこれらに限定されるわけではない。
次に図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク４０は、兼用膜３４を下層吸収膜パターン５ａ‘と多層膜２との間に備えている。それぞれの材料の説明は第１の実施の形態と重複するために省略する。
図２及び図４に示すように、吸収膜パターンは、ＥＵＶ入射光６を減衰させ、高反射光７と低反射光８との間の位相差を生じさせる下層吸収膜パターン５ａ‘と、ＤＵＶ光に対するＡＲ膜である上層吸収膜のパターン５ｂ‘とを有している。
本発明の第１の実施形態においては、低反射光８は高反射光７に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有しており、高反射光７に対する反射率が２％以上１０％以下である。さらに、下層吸収膜５ａを構成する主要な元素は、ＴａとＭｏとＳｉからなっている。好ましくは、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏとの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にある。あるいは、下層吸収膜５ａを構成する主要な元素は、ＴａとＭｏとＳｉと窒素（Ｎ）からなっている。好ましくは、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にある。ここで、組成比の「略」とは、±５％を含むものとする。
本発明の第２の実施形態においては、低反射光８は高反射光７に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有しており、高反射光７に対する反射率が４％以上１２％以下である。さらに、下層吸収膜５ａを構成する主要な元素は、ＴａとＭｏとＳｉからなっている。好ましくは、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏとの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にある。あるいは、下層吸収膜５ａを構成する主要な元素は、ＴａとＭｏとＳｉと窒素（Ｎ）からなっている。好ましくは、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にある。ここで、組成比の「略」とは、±５％を含むものとする。
以下、本発明の第１及び第２の実施の形態で規定する下層吸収膜５ａ及び上層吸収膜５ｂの構成元素の選択、構成元素の組成比及び反射率の範囲について説明する。ここで、下層吸収膜５ａ及び上層吸収膜５ｂのことを「吸収膜」という場合がある。
ハーフトーン型ＥＵＶマスクにおいて、適正な反射率である２％以上１５％以下を得るためには、従来のバイナリ型ＥＵＶマスクにおける吸収膜、代表的には、ＴａＮ、ＴａＳｉ、ＴａＢＮよりも、透明性のある吸収膜（ハーフトーン膜）を用いる必要がある。単に透明性を上げるだけであれば、吸収膜の膜厚を薄くすればいいが、膜厚が薄くなると、高反射光（多層膜２）と１７５度〜１８５度の位相差を得ることが難しくなる。薄くなっても位相差を確保するためには、できるだけ露光波長における屈折率が小さい（真空部＝１から遠い）膜材料を用いる必要がある。
透明性が高く、屈折率が小さい材料としては、Ｍｏが代表的であるが、Ｍｏは洗浄液などの薬液耐性が弱く、また多層膜２の材料として使われることからも分るように、透明性が高すぎるため、単体としては、ハーフトーン膜材料に適さない。
しかしながら、ＭｏはＳｉと化合したシリサイドを含むＭｏＳｉｘ（ｘ≧２）の形で使えば薬液耐性を上げることができ、実際にＭｏＳｉｘは通常の透過型フォトマスクの遮光膜やハーフトーン膜材料として実用化されている。
次に、図５はＥＵＶ露光波長（１３．５ｎｍ）における、各材料の光学定数を示し、横軸が屈折率：ｎ、縦軸が消衰係数：ｋとしてプロットしたものである。ここでＭｏＳｉｘについては、代表的なＭｏＳｉ２についてプロットしている。一般にＥＵＶ波長における光学定数は、各元素の組成比に応じて比例配分した点で近似することができるので、ＭｏＳｉｘ（ｘ≧２）の光学定数はＭｏＳｉ２のプロット点と、Ｓｉのプロット点を結ぶ線上にあると近似することができる。従って図５から分るように、ＳｉもＥＵＶ波長域で透明な材料であるため、ＭｏＳｉｘだけでは、透明性が高すぎて、ハーフトーン膜材料としては適さない。
そこで、ＭｏＳｉｘのＥＵＶ光に対する透明性を下げ、ハーフトーン型ＥＵＶマスクとして好適な反射率を得るには、通常吸収膜として使われているＴａ、若しくはＴａＮとの化合物を用いればよい。Ｔａは従来から等倍Ｘ線マスク、ＴａＮはＥＵＶマスク材料として使われており、薬液耐性も問題がない。また前記のように、ＭｏＳｉｘ、Ｔａ、ＴａＮは従来からマスクブランク材料として用いられており、マスク作製ラインへの適合性の意味からも好適である。
次に本発明の第１及び第２の実施の形態で規定する下層吸収膜５ａ及び上層吸収膜５ｂの構成元素の組成比と反射率範囲について、反射率と位相差との計算により検討した結果に基づいて説明する。
一般に、薄膜の透過率、反射率及びパターニングした結果生じる位相差は、基板と薄膜との光学定数（屈折率：ｎ、消衰係数：ｋ）、薄膜の膜厚、使用する光の波長が決まれば、一意に定まり、光学理論により計算で求めることができる（詳細は、例えば、応用物理工学選書３、吉田貞史「薄膜」、培風館、１９９０を参照）。多層膜２についても同様である。
図６に計算で用いた材料の膜厚と波長、ＥＵＶ露光で典型的な１３．５ｎｍ及び欠陥検査に用いる２５７ｎｍにおける光学定数を示す。ＭｏＳｉｘについては、代表的なＭｏＳｉ２について示す。
図６の結果を用いて、実際のマスク構造における、露光波長（１３．５ｎｍ）での位相差と反射率とを計算した結果を、図７〜図１０に示す。尚、上層吸収膜５ｂは、一般的なＴａＳｉＯ膜とした。上層吸収膜５ｂの膜厚は、各々の下層吸収膜５ａと２層化したときに、欠陥検査波長２５７ｎｍで低反射を実現する膜厚を調べたところ、いずれの下層吸収膜５ａとの組み合わせの場合も２４ｎｍ付近であったので、２４ｎｍとした。
また、図７〜図１０の計算において、Ｒｕからなる兼用膜３４（キャッピング膜３と緩衝膜４との機能を有する）の膜厚を２．５ｎｍ、ＣｒＮからなる緩衝膜４の膜厚を１０ｎｍ、Ｓｉからなるキャッピング膜３の膜厚を１１ｎｍ、多層膜２を構成するＭｏとＳｉとの膜厚を２．８ｎｍと４．２ｎｍとし、多層膜２はＭｏ／Ｓｉの４０対とした。
図７〜図１０より、それぞれの条件において、作製可能なハーフトーン型ＥＵＶマスクの反射率（高反射部に対する相対反射率）がわかる。このように、ＴａとＭｏＳｉ２、若しくはＴａＮとＭｏＳｉ２との化合膜を下層吸収膜５ａとして用いれば、ハーフトーン型ＥＵＶマスクとして好適な反射率（ＴａとＭｏＳｉ２とにおいては、２％以上１０％以下。ＴａＮとＭｏＳｉ２においては４％以上１２％以下）を得ることができる。尚、ＴａとＭｏＳｉ２、若しくはＴａＮとＭｏＳｉ２との比率を変えれば、どのような反射率も得られる訳ではなく、例えばＴａ（ＴａＮ）の比率を大きくすれば、吸収が大きくなって、反射率が低下し、逆にＭｏＳｉ２の比率を大きくすれば、屈折率が大きくなるので、１８０°の位相差を得るための膜厚が厚くなり、結果的に反射率の上昇は抑えられる。ここでのＴａとＭｏＳｉ２、若しくはＴａＮとＭｏＳｉ２の比率は、ハーフトーン型ＥＵＶマスクを作製するために、必要十分な反射率範囲に対応するものである。
同様にして、ＭｏＳｉｘ（ｘ＞２）を用いた場合について、本発明の第１及び第２の実施の形態で規定する下層吸収膜５ａ及び上層吸収膜５ｂの構成元素の組成比と反射率範囲について、反射率と位相差の計算により検討した結果を図１１にまとめて示す。尚、計算に用いた数値は、Ｔａ（Ｎ）とＭｏＳｉｘからなるハーフトーン膜以外は図６のものと同じである。
図７〜図１１の結果を総合して、下層吸収膜５ａを構成する主要な元素がＴａとＭｏとＳｉからなり、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏとの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にあるか、若しくは下層吸収膜５ａを構成する主要な元素がＴａとＭｏとＳｉと窒素（Ｎ）からなり、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏとの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にあれば、ハーフトーン型マスクとして好適な、位相差１８０°時の反射率、及び射影効果の影響を軽減する、過大でない程度の膜厚からなるハーフトーン型ＥＵＶマスクを作製することができる。尚、Ｍｏ：Ｓｉの組成比は、Ｍｏの比率が大きいほど位相差１８０°時の膜厚を薄くでき、一方でＳｉの比率が大きいほど洗浄液耐性が上がり、より強い洗浄液を用いることができるという、相反する特性がある。
図１に示すように、はじめに低熱膨張ガラス基板１上に、ＭｏとＳｉとからなる４０対の多層膜２をイオンビームスパッタリング法により成膜し、その上にマグネトロンスパッタリング法によりＳｉからなるキャッピング膜３を１１ｎｍの厚さで成膜した。
さらにその上にＣｒＮからなる緩衝膜４をＣｒＮをターゲットとし、Ａｒガスを放電させるマグネトロンスパッタリング法により１０ｎｍの厚さで成膜した。
次に下層吸収膜５ａとして、カソードを２個有するマグネトロンスパッタリング装置を使い、一方のカソードにＴａターゲット、もう一方のカソードにＭｏＳｉ２ターゲットを取り付け、Ａｒガスによる同時放電により、Ｔａ、Ｍｏ、Ｓｉを主成分とする膜を４９ｎｍの厚さで成膜した。このとき、膜中のＴａ：Ｍｏ：Ｓｉの比率がほぼ１：１：２になるよう、同時放電における、各々の電力を調整した。
さらにその後、ＴａＳｉ４をターゲットとし、Ａｒガスに酸素を添加したマグネトロンスパッタリング法により、ＡＲ膜である上層吸収膜５ｂを２４ｎｍの厚さで成膜して、本発明のハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク１０を作製した。ここで、低反射部のＥＵＶ反射率測定を行ったが、約６．１％であり、ハーフトーン型マスクとして好適な反射率であった。
その後、図２に示すように、上層吸収膜５ｂ上に電子線レジストを塗布（図示せず）し、電子線描画法によりレジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクとし、フッ素系ガスによる反応性イオンエッチングにより上層吸収膜５ｂ及び下層吸収膜５ａのパターニングを行い、その後レジストを剥離した。
その後、ＣｒＮからなる緩衝膜４を塩素ガスに酸素を添加したエッチングにより剥離した。しかる後に、アンモニアと過酸化水素とによる洗浄を行い、本発明のハーフトーン型ＥＵＶマスク２０を作製した。
その後、本発明のハーフトーン型ＥＵＶマスク２０を用いて、ＥＵＶ反射率の測定を行ったが、高反射部（多層膜２）の反射率は６５％、またハーフトーン部（下層吸収層パターン５ａ‘）の反射率は６．０％で、マスクブランク状態での反射率に比べ、０．１％以内の低下に留まり、実用上問題はなかった。また洗浄前後で電子線顕微鏡によりパターン線幅の測定を行ったが、装置の測定精度以内の変化であり、洗浄耐性も問題とならなかった。
図３に示すように、はじめに、低熱膨脹ガラス基板１上に、ＭｏとＳｉとからなる４０対の多層膜２をイオンビームスパッタリング法により成膜し、その上にマグネトロンスパッタリング法によりＲｕからなるキャッピング膜と緩衝膜との兼用膜３４を２．５ｎｍの厚さで成膜した。
次に下層吸収膜５ａとして、カソードを２個有するマグネトロンスパッタリング装置を使い、一方のカソードにＴａＮターゲット、もう一方のカソードにＭｏＳｉ２ターゲットを取り付け、Ａｒガスによる同時放電により、Ｔａ、Ｎ、Ｍｏ、Ｓｉを主成分とする膜を６２ｎｍの厚さで成膜した。このとき、膜中のＴａ：Ｍｏ：Ｓｉの比率がほぼ１：１：２になるよう、同時放電における、各々の電力を調整した。
さらにその後、ＴａＳｉ４をターゲットとし、Ａｒガスに酸素を添加したマグネトロンスパッタリング法により、ＡＲ膜（上層吸収膜５ｂ）を２４ｎｍの厚さで成膜して、本発明のハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク３０を作製した。ここで、低反射部のＥＵＶ反射率測定を行ったが、約６．９％であり、ハーフトーン型マスクとして好適な反射率であった。
図４に示すように、その後上層吸収膜５ｂの上に電子線レジストを塗布（図示せず）し、電子線描画法によりレジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクとし、フッ素系ガスによる反応性イオンエッチングにより上層吸収膜５ｂ及び下層吸収膜５ａのパターニングを行い、その後レジストを剥離した。
その後、アンモニアと過酸化水素とによる洗浄を行い、本発明のハーフトーン型ＥＵＶマスク４０を作製した。
その後、本発明のハーフトーン型ＥＵＶマスク４０を用いて、ＥＵＶ反射率の測定を行ったが、高反射部（多層膜２）の反射率は６５％、またハーフトーン部（下層吸収層パターン５ａ‘）の反射率は６．８％で、マスクブランク状態での反射率に比べ、０．１％以内の低下に留まり、実用上問題はなかった。また洗浄前後で電子線顕微鏡によりパターン線幅の測定を行ったが、装置の測定精度以内の変化であり、洗浄耐性も問題とならなかった。
図１に示すように、はじめに低熱膨張ガラス基板１上に、ＭｏとＳｉとからなる４０対の多層膜２をイオンビームスパッタリング法により成膜し、その上にマグネトロンスパッタリング法によりＳｉからなるキャッピング膜３を１１ｎｍの厚さで成膜した。
さらにその上にＣｒＮからなる緩衝膜４をＣｒＮをターゲットとし、Ａｒガスを放電させるマグネトロンスパッタリング法により１０ｎｍの厚さで成膜した。
次に、下層吸収膜５ａとして、カソードを２個有するマグネトロンスパッタリング装置を使い、一方のカソードにＴａターゲット、もう一方のカソードにＭｏＳｉ４ターゲットを取り付け、Ａｒと窒素（Ｎ）とを混合したガスによる同時放電により、Ｔａ、Ｎ、Ｍｏ、Ｓｉを主成分とする膜を５５ｎｍの厚さで成膜した。このとき、膜中のＴａ：Ｍｏ：Ｓｉの比率がほぼ１：１：４になるよう、同時放電における、各々の電力を調整した。
さらにその後、ＴａＳｉ４をターゲットとし、Ａｒガスに酸素を添加したマグネトロンスパッタリング法により、ＡＲ膜である上層吸収膜５ｂを２４ｎｍの厚さで成膜して、本発明のハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク１０を作製した。ここで、低反射部のＥＵＶ反射率測定を行ったが、約５．６％であり、ハーフトーン型マスクとして好適な反射率であった。
その後、図２に示すように、上層吸収膜５ｂ上に電子線レジストを塗布（図示せず）し、電子線描画法によりレジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクとし、フッ素系ガスによる反応性イオンエッチングにより上層吸収膜５ｂ及び下層吸収膜５ａのパターニングを行い、その後レジストを剥離した。
その後、ＣｒＮからなる緩衝膜４を塩素ガスに酸素を添加したエッチングにより剥離した。しかる後に、アンモニアと過酸化水素とによる洗浄を行い、本発明のハーフトーン型ＥＵＶマスク２０を作製した。
その後、本発明のハーフトーン型ＥＵＶマスク２０を用いて、ＥＵＶ反射率の測定を行ったが、高反射部（多層膜２）の反射率は６５％、またハーフトーン部（下層吸収層パターン５ａ‘）の反射率は５．５％で、マスクブランク状態での反射率に比べ、０．１％以内の低下に留まり、実用上問題はなかった。また洗浄前後で電子線顕微鏡によりパターン線幅の測定を行ったが、装置の測定精度以内の変化であり、洗浄耐性も問題とならなかった。
以上、詳細に説明したように通常のフォトマスクや等倍Ｘ線マスクの材料として使われた実績がある、ＭｏＳｉやＴａを原材料とするだけで、比較的薄い膜厚で、マスク製造工程への適合性、エッチング容易性、洗浄耐性に優れ、しかも組成比を変更するだけで反射率の選択性を広くできるハーフトーン型ＥＵＶマスクを得ることができる。
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、本発明によるハーフトーン型ＥＵＶ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。
次に、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のち、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、次に、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とができる。
１ 基板
２ 多層膜
２ａ Ｍｏ膜
２ｂ Ｓｉ膜
３ キャッピング膜
４ 緩衝膜
４‘ 緩衝膜パターン
５ａ 下層吸収膜
５ｂ 上層吸収膜
５ａ‘ 下層吸収膜パターン
５ｂ‘ 上層吸収膜パターン
６ 入射光
７ 高反射光
８ 低反射光
３４ キャピング膜と緩衝膜との兼用膜
１０ ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク
２０ ハーフトーン型ＥＵＶマスク
３０ ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク
４０ ハーフトーン型ＥＵＶ用マスク
２ 多層膜
２ａ Ｍｏ膜
２ｂ Ｓｉ膜
３ キャッピング膜
４ 緩衝膜
４‘ 緩衝膜パターン
５ａ 下層吸収膜
５ｂ 上層吸収膜
５ａ‘ 下層吸収膜パターン
５ｂ‘ 上層吸収膜パターン
６ 入射光
７ 高反射光
８ 低反射光
３４ キャピング膜と緩衝膜との兼用膜
１０ ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク
２０ ハーフトーン型ＥＵＶマスク
３０ ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク
４０ ハーフトーン型ＥＵＶ用マスク
Claims (14)
- 基板と、
前記基板上に形成された高反射部と、
前記高反射部の上に形成されたパターニングされた低反射部と、を備え、
前記低反射部は、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）及びＳｉ（シリコン）を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスク。 - 請求項１に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクにおいて、
前記低反射部からの反射光は、前記高反射部からの反射光に対して２％以上１５％以下の反射率であり、前記高反射部からの反射光に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスク。 - 前記低反射部は、Ｔａ、Ｍｏ及びＳｉを有し、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスク。
- 前記低反射部は、さらにＮ（窒素）を有すること特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスク。
- 前記低反射部は、Ｔａ、Ｎ、Ｍｏ及びＳｉを有し、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項１又は４に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスク。
- 請求項１乃至５のいずれか一に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクには、
さらに、前記高反射部上に形成されたキャッピング膜と、
前記高反射部と前記低反射部との間に形成された緩衝膜と、
を備えることを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスク。 - 請求項１乃至６のいずれか一に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクを、前記低反射部のパターニングにより作製するために、前記基板上に形成された前記高反射部と、前記高反射部上の全面に形成された前記低反射部と、さらに、前記高反射部上に形成された前記キャッピング膜と、前記高反射部と前記低反射部との間に形成された前記緩衝膜と、を備えたことを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク。
- 基板を準備し、
前記基板上に高反射部を形成し、
前記高反射部の上にパターニングするＴａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）及びＳｉ（シリコン）を有する低反射部を形成することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。 - 請求項８に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法において、前記低反射部からの反射光は、前記高反射部からの反射光に対して２％以上１５％以下の反射率であり、前記高反射部からの反射光に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。
- 前記低反射部は、Ｔａ、Ｍｏ及びＳｉを有し、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項８又は９に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。
- 前記低反射部は、さらにＮ（窒素）を有すること特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。
- 前記低反射部は、Ｔａ、Ｎ、Ｍｏ及びＳｉを有し、Ｍｏ：Ｓｉの組成比が略１：２〜略１：５であり、ＴａとＭｏの組成比が略６：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項８又は１１に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。
- 請求項８乃至１２のいずれか一に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法には、さらに、前記高反射部上にキャッピング膜を形成し、
前記高反射部と前記低反射部との間に緩衝膜を形成することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。 - 請求項１乃至６のいずれか一に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクを露光装置に設置し、
前記ハーフトーン型ＥＵＶマスクを介して反射したＥＵＶを選択的に照射し、
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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