JP2009099931A - 反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法 - Google Patents

反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】吸収体の膜厚を低減した反射型フォトマスクを用いて転写を行うことにより、射影効果の影響が緩和され解像性などの転写性能が向上した反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】基板と、基板上に形成された多層反射膜と、多層反射膜上に形成されたバッファ層と、バッファ層上に形成された吸収体層と、を備え、吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)を含む化合物材料を有する薄膜であることを特徴とする反射型フォトマスクブランク。
【選択図】図1

Description

本発明は、反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法に関する。特に、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ブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子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)やエキシマレーザ光源(波長248nm、193nm)を用いたフォトリソグラフィ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光であるFレーザ光(波長157nm)によるフォトリソグラフィ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、Fレーザ光より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法の開発が望まれている。
EUVリソグラフィ法では、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又は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。
この際、転写マスクにおける多層反射膜を含めた部分の膜厚をより低減し、薄膜化を図った方がいわゆる射影効果を低減できることから、転写性能(解像性能など)を高める上で有利となる。ここで、多層反射膜自体は、MoとSiの層からなる周期性によって決まるEUV光に対する反射率の制約からほぼ決まるため、膜厚の低減には多層反射膜より上部に形成される層の部分にて対応する必要がある。
この点で、多層反射膜より上部に形成される層のうち、まず、キャッピング層やバッファ層においてその必要性も含めた、膜厚低減の検討が考えられるが、これらの層の膜厚は、もともと非常に薄いものであると同時に、マスクの最表面に位置するものでも無いことから、射影効果の低減に対する対策として、その効果は皆無であるとはいえないまでも、直接的対策が必要であるともいえない。
これに対し、マスク最表面に位置する吸収体層の膜厚低減を図ることは、射影効果の影響を改善する上でより直接的にその効果をもたらすものであって、転写性の向上に有効である。これは転写においてEUV光をマスクに対して露光する際、反射型マスクであることから、通常の透過型マスクのように基板側から光を入射させるのではなく、膜面側から入射させることによる。また、吸収体層はマスクの構造上、多層反射膜に次いで膜厚が厚い層であるため、この層の膜厚低減を図る有益性は大きい。
特開2001−237174号公報
本発明は、吸収体層の膜厚を低減した反射型フォトマスクを用いて転写を行うことにより、射影効果の影響が緩和され解像性などの転写性能が向上した反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法を提供することである。
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多層反射膜と、多層反射膜上に形成されたバッファ層と、バッファ層上に形成された吸収体層と、を備え、吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)を含む化合物材料を有する薄膜であ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に係る発明は、吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)の他に、タンタル(Ta)を含む化合物材料を有する薄膜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に係る発明は、錫(Sn)と酸素(O)とを含む比率を1としたとき、タンタル(Ta)を0.05〜0.15を含む合金とすることを特徴とする請求項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。
本発明の請求項4に係る発明は、吸収体層の膜厚は、35nm以上45nm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか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5に係る発明は、基板、多層反射膜、バッファ層、吸収体層を順次形成し、吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)を含む化合物材料を有する薄膜であることを特徴とする反射型フォトマスクブランクの製造方法としたものである。
本発明の請求項6に係る発明は、吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)の他に、タンタル(Ta)を含む化合物材料を有する薄膜であることを特徴とする請求項5に記載の反射型フォトマスクブランクの製造方法としたものである。
本発明の請求項7に係る発明は、錫(Sn)と酸素(O)とを含む比率を1としたとき、タンタル(Ta)を0.05〜0.15を含む合金とすることを特徴とする請求項6に記載の反射型フォトマスクブランクの製造方法としたものである。
本発明の請求項8に係る発明は、吸収体層の膜厚は、35nm以上45nm以下であることを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載の反射型フォトマスクブラン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、吸収体層は、スパッタリング法を用いて成膜されることを特徴とする請求項5乃至8のいずれか一に記載の反射型フォトマスクブラン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、請求項1乃至4のいずれか一に記載の反射型フォトマスクブランクにおける吸収体層及びバッファ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。
本発明の請求項11に係る発明は、基板、多層反射膜、バッファ層、吸収体層を順次形成し、吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)を含む化合物材料を有する薄膜を形成し、吸収体層上にレジストパターンを形成し、吸収体層及びバッファ層にパターンを形成し、レジストパターンを剥離することを特徴とする反射型フォト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、吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)の他に、タンタル(Ta)を含む化合物材料を有する薄膜であることを特徴とする請求項11に記載の反射型フォト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、錫(Sn)と酸素(O)とを含む比率を1としたとき、タンタル(Ta)を0.05〜0.15を含む合金とすることを特徴とする請求項12に記載の反射型フォト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、吸収体層は、ドライエッチングを用いてパターニングされることを特徴とする請求項11乃至13のいずれかに記載の反射型フォトマスクの製造方法としたものである。
本発明の請求項15に係る発明は、吸収体層は、スパッタリング法を用いて成膜されることを特徴とする請求項11乃至14のいずれかに記載の反射型フォトマスクの製造方法としたものである。
本発明の請求項16に係る発明は、吸収体層の膜厚は、35nm以上45nm以下であることを特徴とする請求項11乃至15のいずれかに記載の反射型フォトマスクの製造方法としたものである。
本発明の請求項17に係る発明は、請求項10に記載の反射型フォトマスクに極端紫外光を照射し、反射型フォトマスクの多層反射膜に反射した反射光を半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層に露光し、極端紫外光用レジスト層に反射型フォトマスクの吸収体層のパターンを転写することを特徴とする半導体素子の製造方法としたものである。
本発明によれば、吸収体層の膜厚を低減した反射型フォトマスクを用いて転写を行うことにより、射影効果の影響が緩和され解像性などの転写性能が向上した反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、吸収体層のドライエッチングによるパターニングを行う際に、安定したレジスト選択比の得られる材料を用いることで、パターンの垂直性を向上した反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造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。
図1に示すように、本発明の実施の形態に係る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、多層反射膜2上にバッファ層3及びバッファ層3上に吸収体層4を順次積層した構造をなしている。この場合、吸収体層4は、検査波長における低反射特性が必要な場合は最表面にDUV検査用の低反射層を設けた2層膜の構成とすることもできる。
本発明の実施の形態に係る基板1には、平坦なSi基板や合成石英基板等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。
本発明の実施の形態に係る多層反射膜2は、露光光であるEUV光(極端紫外光)を反射するもので、EUV光に対する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ている。例えば、多層反射膜2としては、Mo(モリブデン)とSi(シリコン)、またはMo(モリブデン)とBe(ベリリウム)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することができる。
本発明の実施の形態に係るバッファ層3は、吸収体層4の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、吸収体層パターン4aをエッチングする際に、多層反射膜2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及びRu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。
図示していないが多層反射膜2とバッファ層3との間に保護膜を設けることができる。保護膜は、多層反射膜2表面の酸化による反射率低下を防止することができる。図示していないが、基板1上の多層反射膜2を形成していない面に裏面導電膜を形成することができる。裏面導電膜は、反射型フォトマスク20を露光機に設置するときに静電チャックの原理を利用して固定するための膜である。
本発明の実施の形態に係る吸収体層4は、ドライエッチングされて所定の露光転写パターンに形成された際に、照射されたEUV光を吸収するものである。すなわち、EUV光に対する高吸収性を有する材料(後述する)から選択することができる。
更に、本発明の目的である吸収体層4の膜厚低減であるが、EUV光に対する所定のコントラスト特性を留保しつつ膜厚を低減することが求められる。すなわち多層反射膜2のEUV光に対する反射率は、最大となるように設計されるので、逆に吸収体層4についてはEUV光に対してより吸収性の高い膜を採用することが高コントラスト化の為に求められるが、これを吸収体層4の薄膜化と同時に達成するためには既存の吸収体層4の材料よりも一層EUV光に対して高吸収となる材料が必要である。
図3は、EUV光の波長における光学定数を示すものであり、横軸に1−δ(屈折率)、縦軸にβ(消衰係数)を示している。本発明の反射型フォトマスクブランク10は、吸収体層4用の薄膜としてSn、消衰係数が0.073をベースとした材料を用いることができる。しかし、SnOの消衰係数は、従来の吸収体層4のベース材料であるTaの消衰係数0.041と比較するとTaの消衰係数の約1.8倍大きくなっている。
更に、図4は多層反射膜2上にSiからなる膜厚11nmであるキャッピング層(保護膜)を形成した反射型フォトマスクを想定し、さらにこの上に吸収体層4(Ta及びSnO)を形成した場合におけるEUVコントラスト(以下、「OD」という。(Optical Density))について求めたシミュレーションの結果である。
図4から、吸収体層4が80nm以上の膜厚となる領域ではSnOとTa間でのODにおける差は小さくなるものの、それより薄膜化した領域では明らかにSnOの方がODを確保するという点において有利であることがわかる。また、EUV露光転写においては少なくとも2程度のODが要求されるが、この要求が安定的に担保される為には、Taで少なくとも82nm程度の膜厚が必要であるのに対し、SnOではその半分弱の40nm程度の膜厚にて同程度のEUV光コントラスト特性が得られることがわかる。
吸収体層4の膜厚は、35nm以上45nm以下が好ましい。吸収体層4の膜厚が35nm未満だと、EUV光コントラスト特性が得られない。45nmより大きくなると、解像性等の転写性能が低下してしまう。
このように、SnOを吸収膜に採用すれば、従来の主流であるTa系材料にて吸収体層4を形成する場合に比べ、所望の特性を留保しつつ、膜厚を半分弱まで低減することができ、射影効果低減の面で解像性等の転写性能が向上する。
また、錫(Sn)、及び酸素(O)の他、タンタル(Ta)を含む化合物材料を有する薄膜で吸収体層4を形成した場合において、錫(Sn)と酸素(O)とを含む比率を1としたとき、タンタル(Ta)が0.05〜0.15を含む合金としたものは、消衰係数が0.065〜0.073程度であり、消衰係数の著しい低下は認められず、前述の射影効果低減の点において得られる効果にほぼ影響はない。錫(Sn)と酸素(O)からなる比率を1としたとき、タンタル(Ta)が0.15より大きくした場合では、射影効果の影響で転写性能が低下してしまう。
一方、錫(Sn)と酸素(O)とを含む比率を1としたとき、タンタル(Ta)が0.05〜0.15を含む合金とした吸収体層4のドライエッチングにおけるレジスト選択比は、1.2であり、Taの比率を0.05より小さくした場合に比べ、1.3倍程度上昇する。錫(Sn)と酸素(O)とを含む比率を1としたとき、タンタル(Ta)が0.05〜0.15を含む合金とする吸収体層4を用いてドライエッチングによるパターニングを行う際に、安定したレジスト選択比が得られ、パターンの垂直性を向上できる。
本発明による反射型フォトマスク20を用いた半導体素子の製造方法は、反射型フォトマスク20を介して反射した極端紫外光を選択的に照射する。
次に、反射型フォトマスク20の多層反射膜2に反射した反射光を半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層に露光し、パターンを形成させたのち、極端紫外光用レジスト層に反射型フォトマスク20の吸収体層4のパターンを半導体基板に転写することでパターニングすることができる。
以下、実施例により本発明の反射型フォトマスクブランク10及び反射型フォトマスク20を説明する。
まず、図5(a)に示すように基板1上に反射多層膜2、反射多層膜2上にバッファ層3、バッファ層3上に吸収体層4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0.635cmの合成石英を用いた。なお、石英基板1には、裏面に静電チャック用のCrN(窒化クロム)薄膜を具備したものを用いてもよい。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とを交互に40周期程度積層して波長13nm〜14nm領域のEUV光に対して反射率が最大となるような反射多層膜2を作製した。このときのMoとSiとからなる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、反射多層膜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、この反射多層膜2の上にRuからなるバッファ層3を膜厚40nmで成膜し、さらにその上に続けてSnO膜の成膜を行い、膜厚40nmの吸収体層を作製した。SnO膜の成膜は、SnターゲットをAr/O雰囲気下で、ガス圧0.25PaにてSnターゲットに300WのDCパワーを印加して行った。このとき、成膜後における下層吸収体層4の表面粗さは0.21nmrmsであり、良好な表面平滑性を有していた。
次に、図5(b)に示すようにポジ型電子線レジスト、富士フィルムアーチ製、商品名「FEP−171」を用い、EB(Electron Beam)描画、現像というリソグラフィの工程によりレジストパターン5aを形成した。
次に、図5(c)に示すように、レジストパターン5aをマスクにしてSnO膜をドライエッチングすることにより吸収体層パターン4aを形成した。このときのドライエッチングにはICP放電方式のドライエッチング装置を用いて、Clガス40sccmとHeガス65sccmとの混合ガスによるガス圧約666.61mPa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。また、吸収体層4のエッチング過程におけるレジストに対する選択比は約0.95であった。
更に引き続き、図5(c)に示すように、吸収体層4直下のRuからなるバッファ層3のドライエッチングをCl/O混合ガス雰囲気にて行い、良好な側壁異方性を有するバッファ層3及び吸収体層4のパターンを得た。
最後に、図5(d)に示すように、レジストパターン5aを剥離して、本発明の反射型フォトマスク20を得た。
尚、本発明の反射型フォトマスク20において、多層反射膜2及び吸収体層4の反射率に関して、EUV光を使用した測定により求めたODは、2.2であり、従来のTaベースの吸収体層を適用する場合と比べて、コントラスト特性を損なうことなく、膜厚の低減を図ることができた。
以上詳細に説明したように、本発明の反射型フォトマスクブランク10及び反射型フォトマスク20では、吸収体層4に従来よりも一層高吸収であるSnをベースとした薄膜を採用することにより、従来の吸収体層と同一レベルのEUVコントラストを担保しつつ、膜厚の低減を図ることができ、射影効果低減の面で解像性等の転写性能が向上することができる。
本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクの構造断面図である。 本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの構造断面図である。 EUV光に対する各種材料の屈折率及び消衰係数を示す図である。 本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクにおいて、吸収体として採用するSnO膜とTa膜とにおける膜厚とODとの関係についてシミュレーションによって得られた結果を示す図である。 (a)〜(d)は、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの製造工程を示す図である。
符号の説明
1 基板
2 反射多層膜
3 バッファ層
4 吸収体層
3a バッファ層パターン
4a 吸収体層パターン
5a レジストパターン
10 反射型フォトマスクブランク
20 反射型フォトマスク

Claims (17)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成された多層反射膜と、
    前記多層反射膜上に形成されたバッファ層と、
    前記バッファ層上に形成された吸収体層と、を備え、
    前記吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)を含む化合物材料を有する薄膜であることを特徴とする反射型フォトマスクブランク。
  2. 前記吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)の他に、タンタル(Ta)を含む化合物材料を有する薄膜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. 錫(Sn)と酸素(O)とを含む比率を1としたとき、タンタル(Ta)を0.05〜0.15を含む合金とすることを特徴とする請求項2に記載の反射型フォトマスクブランク。
  4. 前記吸収体層の膜厚は、35nm以上45nm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の反射型フォトマスクブランク。
  5. 基板、多層反射膜、バッファ層、吸収体層を順次形成し、
    前記吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)を含む化合物材料を有する薄膜であることを特徴とする反射型フォトマスクブランクの製造方法。
  6. 前記吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)の他に、タンタル(Ta)を含む化合物材料を有する薄膜であることを特徴とする請求項5に記載の反射型フォトマスクブランクの製造方法。
  7. 錫(Sn)と酸素(O)とを含む比率を1としたとき、タンタル(Ta)を0.05〜0.15を含む合金とすることを特徴とする請求項6に記載の反射型フォトマスクブランクの製造方法。
  8. 前記吸収体層の膜厚は、35nm以上45nm以下であることを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載の反射型フォトマスクブランクの製造方法。
  9. 前記吸収体層は、スパッタリング法を用いて成膜されることを特徴とする請求項5乃至8のいずれか一に記載の反射型フォトマスクブランクの製造方法。
  10. 請求項1乃至4のいずれか一に記載の反射型フォトマスクブランクにおける吸収体層及びバッファ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。
  11. 基板、多層反射膜、バッファ層、吸収体層を順次形成し、
    前記吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)を含む化合物材料を有する薄膜を形成し、
    前記吸収体層上にレジストパターンを形成し、
    前記吸収体層及び前記バッファ層にパターンを形成し、
    前記レジストパターンを剥離することを特徴とする反射型フォトマスクの製造方法。
  12. 前記吸収体層は、錫(Sn)及び酸素(O)の他に、タンタル(Ta)を含む化合物材料を有する薄膜であることを特徴とする請求項11に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
  13. 錫(Sn)と酸素(O)とを含む比率を1としたとき、タンタル(Ta)を0.05〜0.15を含む合金とすることを特徴とする請求項12に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
  14. 前記吸収体層は、ドライエッチングを用いてパターニングされることを特徴とする請求項11乃至13のいずれかに記載の反射型フォトマスクの製造方法。
  15. 前記吸収体層は、スパッタリング法を用いて成膜されることを特徴とする請求項11乃至14のいずれかに記載の反射型フォトマスクの製造方法。
  16. 前記吸収体層の膜厚は、35nm以上45nm以下であることを特徴とする請求項11乃至15のいずれかに記載の反射型フォトマスクの製造方法。
  17. 請求項10に記載の反射型フォトマスクに極端紫外光を照射し、
    前記反射型フォトマスクの前記多層反射膜に反射した反射光を半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層に露光し、
    前記極端紫外光用レジスト層に前記反射型フォトマスクの前記吸収体層のパターンを転写することを特徴とする半導体素子の製造方法。
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