JP2016046370A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造などに使用される露光用マスクを製造するための原版である反射型マスクブランク及びその製造方法、この反射型マスクブランクを用いて製造される反射型マスクの製造方法、並びに半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a reflective mask blank which is an original for manufacturing an exposure mask used for manufacturing a semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a manufacturing method of a reflective mask manufactured using the reflective mask blank. And a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体製造における露光装置の光源の種類は、波長436nmのg線、同365nmのi線、同248nmのKrFレーザ、同193nmのArFレーザと、波長を徐々に短くしながら進化してきており、より微細なパターン転写を実現するため、波長が13.5nm近傍の極端紫外線 (EUV:Extreme Ultra Violet)を用いたEUVリソグラフィが開発されている。EUVリソグラフィでは、EUV光に対して透明な材料が少ないことから、反射型のマスクが用いられる。この反射型マスクでは、低熱膨張基板上に露光光を反射する多層反射膜が形成され、当該多層反射膜を保護するための保護膜の上に、所望の転写用パターンが形成されたマスク構造を基本構造としている。又、転写用パターンの構成から、代表的なものとして、EUV光を十分吸収する比較的厚い吸収体パターンからなるバイナリー型反射マスクと、EUV光を光吸収により減光させ、且つ多層反射膜からの反射光に対してほぼ位相が反転(約180°の位相反転)した反射光を発生させる比較的薄い減光体パターンからなる位相シフト型反射マスク(ハーフトーン位相シフト型反射マスク)がある。この位相シフト型反射マスク(ハーフトーン位相シフト型反射マスク)は、透過型光位相シフトマスクと同様に、位相シフト効果によって高い転写光学像コントラストが得られるので解像度向上効果があり、又、減光体パターン(位相シフトパターン)の膜厚が薄いことから精度良く微細な位相シフトパターンを形成できる。 The types of light sources used in exposure apparatus in semiconductor manufacturing have evolved while gradually shortening the wavelength, such as g-line with a wavelength of 436 nm, i-line with 365 nm, KrF laser with 248 nm, and ArF laser with 193 nm. EUV lithography using extreme ultraviolet (EUV: Extreme Ultra Violet) having a wavelength of around 13.5 nm has been developed in order to realize simple pattern transfer. In EUV lithography, a reflective mask is used because there are few materials transparent to EUV light. In this reflective mask, a multilayer reflective film that reflects exposure light is formed on a low thermal expansion substrate, and a mask structure in which a desired transfer pattern is formed on a protective film for protecting the multilayer reflective film. Basic structure. Also, from the configuration of the transfer pattern, as a typical example, a binary-type reflective mask composed of a relatively thick absorber pattern that sufficiently absorbs EUV light, a light that attenuates EUV light by light absorption, and a multilayer reflective film There is a phase shift type reflection mask (halftone phase shift type reflection mask) composed of a relatively thin dimmer pattern that generates reflected light whose phase is substantially reversed (about 180 ° phase inversion). This phase shift type reflection mask (halftone phase shift type reflection mask), like the transmission type optical phase shift mask, has a high transfer optical image contrast due to the phase shift effect, and has an effect of improving resolution, and is also dimming. Since the thickness of the body pattern (phase shift pattern) is thin, a fine phase shift pattern can be formed with high accuracy.
EUVリソグラフィでは、光透過率の関係から多数の反射鏡からなる投影光学系が用いられている。そして、反射型マスクに対してEUV光を斜めから入射させて、これらの複数の反射鏡が投影光(露光光)を遮らないようにしている。入射角は、現在、反射マスク基板垂直面に対して6°とすることが主流であるが、投影光学系の開口数(NA)の向上とともに8°程度のより斜入射となる角度にする方向で検討が進められている。 In EUV lithography, a projection optical system including a large number of reflecting mirrors is used because of light transmittance. Then, EUV light is incident obliquely on the reflective mask so that the plurality of reflecting mirrors do not block projection light (exposure light). At present, the incident angle is mainly set to 6 ° with respect to the vertical plane of the reflective mask substrate. However, as the numerical aperture (NA) of the projection optical system is improved, the incident angle becomes a more oblique angle of about 8 °. Is under consideration.
EUVリソグラフィでは、露光光が斜めから入射されるため、シャドーイング効果と呼ばれる固有の問題がある。シャドーイング効果とは、立体構造を持つ位相シフトパターンへ露光光が斜めから入射されることにより影ができ、転写形成されるパターンの寸法や位置が変わる現象のことである。位相シフトパターンの立体構造が壁となって日陰側に影ができ、転写形成されるパターンの寸法や位置が変わる。例えば、配置される位相シフトパターンの向きが斜入射光の方向と平行となる場合と垂直となる場合とで、両者の転写パターンの寸法と位置に差が生じ、転写精度を低下させる。 In EUV lithography, since exposure light is incident obliquely, there is an inherent problem called a shadowing effect. The shadowing effect is a phenomenon in which exposure light is incident on a phase shift pattern having a three-dimensional structure from an oblique direction so that a shadow is formed and the size and position of the pattern to be transferred are changed. The three-dimensional structure of the phase shift pattern becomes a wall and a shadow is formed on the shade side, and the size and position of the pattern to be transferred are changed. For example, there is a difference in the size and position of the transfer patterns between the case where the direction of the arranged phase shift pattern is parallel to the direction of the oblique incident light and the case where it is perpendicular to the direction of the oblique incident light, thereby reducing the transfer accuracy.
このようなEUVリソグラフィ用の反射型マスク及びこれを作製するためのマスクブランクスに関連する技術が特許文献1から特許文献5に開示されている。又、特許文献1及び特許文献2には、シャドーイング効果についても、開示されている。従来においては、EUVリソグラフィ用の反射型マスクとして位相シフト型反射マスクを用いることで、バイナリー型反射マスクの場合よりも位相シフトパターンの膜厚を比較的薄くして、シャドーイング効果による転写精度の低下の抑制を図っている。 Patent Documents 1 to 5 disclose a technique related to such a reflective mask for EUV lithography and a mask blank for producing the same. Patent Document 1 and Patent Document 2 also disclose the shadowing effect. Conventionally, by using a phase shift reflective mask as a reflective mask for EUV lithography, the film thickness of the phase shift pattern is made relatively thinner than in the case of a binary reflective mask, and transfer accuracy due to the shadowing effect is improved. We are trying to control the decline.
しかしながら、パターンを微細にするほど、及びパターン寸法やパターン位置の精度を高めるほど半導体装置の電気特性性能が上がり、又、集積度向上やチップサイズを低減できるため、EUVリソグラフィには従来よりも一段高い高精度微細寸法パターン転写性能が求められている。現在では、hp16nm(half pitch 16nm)世代対応の超微細高精度パターン形成が要求されている。この要求に応えるためには、位相シフト効果を用いて解像度を上げるとともに、現状の位相シフトマスクよりもシャドーイング効果をさらに低減して、転写精度を高める必要がある。加えて、製造される半導体装置の電気特性の劣化や不安定化を防止するために、微細で側壁ラフネス及び面内での寸法バラツキが少ない寸法精度の高い位相シフトパターンをマスク上に形成する必要がある。 However, as the pattern becomes finer and the accuracy of the pattern dimension and pattern position increases, the electrical characteristic performance of the semiconductor device increases, and the degree of integration can be improved and the chip size can be reduced. There is a demand for high-precision fine dimension pattern transfer performance. At present, ultra fine high-precision pattern formation corresponding to the hp16 nm (half pitch 16 nm) generation is required. In order to meet this requirement, it is necessary to increase the resolution by using the phase shift effect and to further improve the transfer accuracy by further reducing the shadowing effect as compared with the current phase shift mask. In addition, in order to prevent deterioration and instability of the electrical characteristics of the semiconductor device to be manufactured, it is necessary to form a fine phase shift pattern with high dimensional accuracy on the mask with little sidewall roughness and in-plane dimensional variation. There is.
本発明は、上記の点に鑑み、EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスクのシャドーイング効果をより低減するとともに、微細で高精度な位相シフトパターンを側壁ラフネス少なく形成できる反射型マスクブランク及びこれによって作製される反射型マスクの提供、並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention further reduces the shadowing effect of a reflective phase shift mask for EUV lithography, and a reflective mask blank capable of forming a fine and high-accuracy phase shift pattern with less sidewall roughness, and a manufacturing method therefor An object of the present invention is to provide a reflective mask and a method for manufacturing a semiconductor device.
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
(構成1)
基板上に多層反射膜と、保護膜と、EUV光の位相をシフトさせる位相シフト膜がこの順に形成された反射型マスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、タンタルと窒素を含むタンタル系材料層と、該タンタル系材料層上にクロムと酸素を含むクロム系材料層とを有し、
前記タンタル系材料層におけるタンタルと窒素の比(Ta:N)が、1:0.05から1:0.3であり、前記クロム系材料層におけるクロムと酸素の比(Cr:O)が、1:0.2から1:0.6であって、
前記クロム系材料層の膜厚が、5nm以上25nm以下であることを特徴とする反射型マスクブランク。
(Configuration 1)
A reflective mask blank in which a multilayer reflective film, a protective film, and a phase shift film for shifting the phase of EUV light are formed in this order on a substrate,
The phase shift film has a tantalum material layer containing tantalum and nitrogen, and a chromium material layer containing chromium and oxygen on the tantalum material layer,
The ratio of tantalum and nitrogen (Ta: N) in the tantalum-based material layer is 1: 0.05 to 1: 0.3, and the ratio of chromium to oxygen (Cr: O) in the chromium-based material layer is 1: 0.2 to 1: 0.6,
A reflective mask blank, wherein the chromium-based material layer has a thickness of 5 nm to 25 nm.
(構成2)
前記クロム系材料層は炭素を含むことを特徴とする構成1記載の反射型マスクブランク。
(Configuration 2)
The reflective mask blank according to Configuration 1, wherein the chromium-based material layer contains carbon.
(構成3)
前記保護膜は、ルテニウムを含む材料からなることを特徴とする構成1又は2記載の反射型マスクブランク。
(Configuration 3)
The reflective mask blank according to Configuration 1 or 2, wherein the protective film is made of a material containing ruthenium.
(構成4)
前記保護膜は、チタンを含むことを特徴とする構成3記載の反射型マスクブランク。
(Configuration 4)
4. The reflective mask blank according to Configuration 3, wherein the protective film contains titanium.
(構成5)
前記位相シフト膜上に、エッチングマスク膜が形成されていることを特徴とする構成1乃至4の何れか一つに記載の反射型マスクブランク。
(Configuration 5)
The reflective mask blank according to any one of Structures 1 to 4, wherein an etching mask film is formed on the phase shift film.
(構成6)
構成1乃至4の何れか一つに記載の反射型マスクブランクの前記位相シフト膜上にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして、実質的に酸素を含まない塩素ガスを含むドライエッチングガスにより前記位相シフト膜をドライエッチングでパターニングして位相シフト膜パターンを形成することを特徴とする反射型マスクの製造方法。
(Configuration 6)
A resist pattern is formed on the phase shift film of the reflective mask blank according to any one of Structures 1 to 4, and the resist pattern is used as a mask, and a dry etching gas containing chlorine gas that does not substantially contain oxygen A method of manufacturing a reflective mask, wherein the phase shift film is patterned by dry etching to form a phase shift film pattern.
(構成7)
構成5記載の反射型マスクブランクの前記エッチングマスク膜上にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして、フッ素ガスを含むドライエッチングガスにより前記エッチングマスク膜をパターニングしてエッチングマスク膜パターンを形成し、さらに、エッチングマスク膜パターンをマスクにして、実質的に酸素を含まない塩素ガスを含むドライエッチングガスにより前記位相シフト膜をドライエッチングでパターニングして位相シフト膜パターンを形成することを特徴とする反射型マスクの製造方法。
(Configuration 7)
A resist pattern is formed on the etching mask film of the reflective mask blank according to Configuration 5, and the etching mask film pattern is formed by patterning the etching mask film with a dry etching gas containing fluorine gas using the resist pattern as a mask. And, further, using the etching mask film pattern as a mask, the phase shift film is patterned by dry etching with a dry etching gas containing a chlorine gas containing substantially no oxygen to form a phase shift film pattern. A reflective mask manufacturing method.
(構成8)
前記位相シフト膜パターンを形成した後、前記エッチングマスク膜パターンを剥離すること特徴とする構成7記載の反射型マスクの製造方法。
(Configuration 8)
8. The method of manufacturing a reflective mask according to Configuration 7, wherein the etching mask film pattern is peeled after the phase shift film pattern is formed.
(構成9)
EUV光を発する露光光源を有する露光装置に、構成6乃至8の何れか一つに記載の反射型マスクの製造方法により得られた反射型マスクをセットし、被転写基板上に形成されているレジスト膜に転写パターンを転写する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Configuration 9)
A reflective mask obtained by the reflective mask manufacturing method according to any one of Structures 6 to 8 is set in an exposure apparatus having an exposure light source that emits EUV light, and is formed on a substrate to be transferred. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of transferring a transfer pattern to a resist film.
本発明の反射型マスクブランク(これによって作製される反射型マスク)によれば、多層反射膜上の保護膜表面の上に、下層をタンタルと窒素を含むタンタル系材料層とすることで、エッチング加工性が高く、エッチング後の側壁ラフネスを比較的小さくすることができ、上層をクロムと酸素を含むクロム系材料層とすることで、真空との屈折率差が比較的大きく薄膜でも大きな位相差を生じさせるとともに、エッチング加工性を向上できる、2層構造の位相シフト膜を形成することができる。さらに、上記タンタル系材料層のタンタルと窒素の比率が1:0.05から1:0.3であり、上記クロム系材料層のクロムと酸素の比率が1:0.2から1:0.6であり、上記クロム系材料層の膜厚が、5nm以上25nm以下であるように規定する。このことにより、位相シフト膜厚を薄くすることができて、シャドーイング効果を低減でき、且つ微細で高精度な位相シフトパターンを、側壁ラフネス少なくしかも安定した断面形状で形成できる。したがって、この構造の反射型マスクブランクを用いて製造された反射型位相シフトマスクは、マスク上に形成される位相シフトパターン自体を微細で高精度に形成できるとともに、シャドーイングによる転写時の精度低下を防止できる。又、この反射型位相シフトマスクを用いてEUVリソグラフィを行うことにより、微細で高精度な半導体装置の製造方法を提供することが可能になる。 According to the reflective mask blank of the present invention (the reflective mask produced thereby), etching is performed by forming a lower layer as a tantalum-based material layer containing tantalum and nitrogen on the protective film surface on the multilayer reflective film. Workability is high, sidewall roughness after etching can be made relatively small, and the upper layer is made of a chromium-based material layer containing chromium and oxygen. In addition, a phase shift film having a two-layer structure that can improve etching processability can be formed. Further, the ratio of tantalum and nitrogen in the tantalum material layer is 1: 0.05 to 1: 0.3, and the ratio of chromium and oxygen in the chromium material layer is 1: 0.2 to 1: 0. And the film thickness of the chromium-based material layer is specified to be 5 nm or more and 25 nm or less. As a result, the phase shift film thickness can be reduced, the shadowing effect can be reduced, and a fine and highly accurate phase shift pattern can be formed with a stable cross-sectional shape with little sidewall roughness. Therefore, the reflection type phase shift mask manufactured using the reflection type mask blank of this structure can form the phase shift pattern itself formed on the mask finely and with high accuracy, and the accuracy during transfer due to shadowing is reduced. Can be prevented. Further, by performing EUV lithography using this reflective phase shift mask, it is possible to provide a method for manufacturing a fine and highly accurate semiconductor device.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。尚、図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. In addition, the following embodiment is one form at the time of actualizing this invention, Comprising: This invention is not limited within the range. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be simplified or omitted.
<反射型マスクブランクの構成及びその製造方法>
図1は、本発明に係る第1のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランクの構成を説明するための要部断面図である。同図に示されるように、反射型マスクブランク100は、基板1と、第1主面(表面)側に形成された露光光であるEUV光を反射する多層反射膜2と、当該多層反射膜2を保護するために設けられ、後述する位相シフト膜4をパターニングする際に使用するエッチャントや、洗浄液に対して耐性を有する材料で形成される保護膜3と、EUV光を吸収するとともに一部のEUV光を反射し、その位相をシフトさせるための位相シフト膜4と、を有し、これらがこの順で積層されるものである。位相シフト膜4は、下層位相シフト膜41と上層位相シフト膜42からなる2層膜で構成されている。下層位相シフト膜41は、エッチング加工性が高く、エッチング後の側壁ラフネスが比較的小さなタンタルと窒素を含むタンタル系材料、上層位相シフト膜42は、真空との屈折率差が比較的大きく薄膜でも大きな位相差を生むクロムと、エッチング加工性を向上するために酸素をクロムに含有させたクロム系材料からなる。又、基板1の第2主面(裏面)側には、通常、静電チャック用の裏面導電膜5が形成される。
<Structure of reflective mask blank and manufacturing method thereof>
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part for explaining the configuration of a first reflective mask blank for EUV lithography according to the present invention. As shown in the figure, a reflective mask blank 100 includes a substrate 1, a multilayer reflective film 2 that reflects EUV light that is exposure light formed on the first main surface (front surface) side, and the multilayer reflective film. 2, an etchant used for patterning a phase shift film 4 to be described later, a protective film 3 formed of a material resistant to a cleaning liquid, and a part of which absorbs EUV light and absorbs EUV light. A phase shift film 4 for reflecting the EUV light and shifting the phase thereof, which are laminated in this order. The phase shift film 4 is composed of a two-layer film composed of a lower layer phase shift film 41 and an upper layer phase shift film 42. The lower phase shift film 41 has a high etching processability and a tantalum-based material containing tantalum and nitrogen having a relatively small sidewall roughness after etching, and the upper phase shift film 42 has a relatively large refractive index difference from a vacuum even though it is a thin film. It consists of chromium that produces a large phase difference and a chromium-based material in which oxygen is contained in chromium in order to improve etching processability. On the second main surface (back surface) side of the substrate 1, a back surface conductive film 5 for electrostatic chuck is usually formed.
図2は、本発明に係る第2のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランクの構成を説明するための要部断面図である。第1のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランクの構成との違いは、第2の構成では位相シフト膜4の上にエッチングマスク膜(エッチング用ハードマスク膜)12が形成されていることで、その他は第1の反射型マスクブランクの構成と同じである。第2のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク101では、エッチングマスク膜12を用いることにより、位相シフトパターンを形成する際のレジストパターンの膜厚を薄くすることができるため、レジストパターンの解像度が上がるとともに、レジストパターン倒れによる歩留まり低下、欠陥発生を防止できるという特徴がある。 FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part for explaining the configuration of a second reflective mask blank for EUV lithography according to the present invention. The difference from the configuration of the first reflective mask blank for EUV lithography is that the etching mask film (etching hard mask film ) 12 is formed on the phase shift film 4 in the second configuration. The configuration is the same as that of the first reflective mask blank. In the second reflective mask blank 101 for EUV lithography, the use of the etching mask film 12 can reduce the thickness of the resist pattern when forming the phase shift pattern, thereby increasing the resolution of the resist pattern. In addition, there is a feature that it is possible to prevent yield reduction and defect generation due to resist pattern collapse.
以下、各層ごとに説明をする。 Hereinafter, each layer will be described.
<<基板>>
基板1は、EUV光による露光時の熱による吸収体膜パターンの歪みを防止するため、0±5ppb/℃の範囲内の低熱膨張係数を有するものが好ましく用いられる。この範囲の低熱膨張係数を有する素材としては、例えば、SiO2−TiO2系ガラス、多成分系ガラスセラミックス等を用いることができる。
<< Board >>
A substrate 1 having a low thermal expansion coefficient within a range of 0 ± 5 ppb / ° C. is preferably used in order to prevent distortion of the absorber film pattern due to heat during exposure with EUV light. As a material having a low thermal expansion coefficient in this range, for example, SiO 2 —TiO 2 glass, multicomponent glass ceramics, or the like can be used.
基板1の転写パターン(後述の位相シフト膜がこれを構成する)が形成される側の第1主面は、少なくともパターン転写精度、位置精度を得る観点から高平坦度となるように表面加工されている。EUV露光の場合、基板1の転写パターンが形成される側の主表面の132mm×132mmの領域において、平坦度が0.1μm以下であることが好ましく、更に好ましくは0.05μm以下、特に好ましくは0.03μm以下である。又、位相シフト膜が形成される側と反対側の第2主面は、露光装置にセットするときに静電チャックされる面であって、132mm×132mmの領域において、平坦度が0.1μm以下であることが好ましく、更に好ましくは0.05μm以下、特に好ましくは0.03μm以下である。尚、反射型マスクブランク100における第2主面側の平坦度は、142mm×142mmの領域において、平坦度が1μm以下であることが好ましく、更に好ましくは0.5μm以下、特に好ましくは0.3μm以下である。 The first main surface of the substrate 1 on which a transfer pattern (a phase shift film described later constitutes this) is formed is subjected to surface processing so as to have high flatness from the viewpoint of obtaining at least pattern transfer accuracy and position accuracy. ing. In the case of EUV exposure, the flatness is preferably 0.1 μm or less, more preferably 0.05 μm or less, particularly preferably in a 132 mm × 132 mm region on the main surface on the side where the transfer pattern of the substrate 1 is formed. 0.03 μm or less. The second main surface opposite to the side on which the phase shift film is formed is a surface that is electrostatically chucked when set in the exposure apparatus, and has a flatness of 0.1 μm in a 132 mm × 132 mm region. Or less, more preferably 0.05 μm or less, and particularly preferably 0.03 μm or less. The flatness on the second main surface side in the reflective mask blank 100 is preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, and particularly preferably 0.3 μm in a 142 mm × 142 mm region. It is as follows.
又、基板1の表面平滑度の高さも極めて重要な項目であり、転写用位相シフトパターンが形成される第1主表面の表面粗さは、二乗平均平方根粗さ(RMS)で0.1nm以下であることが好ましい。尚、表面平滑度は、原子間力顕微鏡で測定することができる。 The surface smoothness of the substrate 1 is also an extremely important item, and the surface roughness of the first main surface on which the phase shift pattern for transfer is formed is 0.1 nm or less in terms of root mean square roughness (RMS). It is preferable that The surface smoothness can be measured with an atomic force microscope.
さらに、基板1は、その上に形成される膜(多層反射膜2など)の膜応力による変形を防止するために、高い剛性を有しているものが好ましい。特に、65GPa以上の高いヤング率を有しているものが好ましい。 Furthermore, the substrate 1 preferably has high rigidity in order to prevent deformation due to film stress of a film (such as the multilayer reflective film 2) formed thereon. In particular, those having a high Young's modulus of 65 GPa or more are preferable.
<<多層反射膜>>
多層反射膜2は、EUVリソグラフィ用反射型マスクにおいて、EUV光を反射する機能を付与するものであり、屈折率の異なる元素を主成分とする各層が周期的に積層された多層膜の構成となっている。
<< Multilayer Reflective Film >>
The multilayer reflective film 2 provides a function of reflecting EUV light in a reflective mask for EUV lithography, and has a multilayer film structure in which layers mainly composed of elements having different refractive indexes are periodically laminated. It has become.
一般的には、高屈折率材料である軽元素又はその化合物の薄膜(高屈折率層)と、低屈折率材料である重元素又はその化合物の薄膜(低屈折率層)とが交互に40から60周期程度積層された多層膜が、多層反射膜2として用いられる。多層膜は、基板1側から高屈折率層と低屈折率層をこの順に積層した高屈折率層/低屈折率層の積層構造を1周期として複数周期積層してもよいし、基板1側から低屈折率層と高屈折率層をこの順に積層した低屈折率層/高屈折率層の積層構造を1周期として複数周期積層してもよい。尚、多層反射膜2の最表面の層、即ち多層反射膜2の基板1と反対側の表面層は、高屈折率層とすることが好ましい。上述の多層膜において、基板1から高屈折率層と低屈折率層をこの順に積層した高屈折率層/低屈折率層の積層構造を1周期として複数周期積層する場合は最上層が低屈折率層となるが、この場合、低屈折率層が多層反射膜2の最表面を構成すると容易に酸化されてしまい反射型マスクの反射率が減少するので、最上層の低屈折率層上に高屈折率層をさらに形成して多層反射膜2とすることが好ましい。一方、上述の多層膜において、基板1側から低屈折率層と高屈折率層をこの順に積層した低屈折率層/高屈折率層の積層構造を1周期として複数周期積層する場合は、最上層が高屈折率層となるので、そのままでよい。 In general, a thin film (high refractive index layer) of a light element or a compound thereof, which is a high refractive index material, and a thin film (low refractive index layer) of a heavy element or a compound thereof, which is a low refractive index material, are alternately 40 A multilayer film laminated for about 60 cycles is used as the multilayer reflective film 2. The multilayer film may be laminated in a plurality of periods, with a laminated structure of a high refractive index layer / low refractive index layer in which a high refractive index layer and a low refractive index layer are laminated in this order from the substrate 1 side as one cycle. Alternatively, a low-refractive index layer and a high-refractive index layer in which the low-refractive index layer and the high-refractive index layer are stacked in this order may be stacked in a plurality of periods. The outermost layer of the multilayer reflective film 2, that is, the surface layer opposite to the substrate 1 of the multilayer reflective film 2, is preferably a high refractive index layer. In the multilayer film described above, when the high refractive index layer / low refractive index layer laminated in this order from the substrate 1 is laminated in a plurality of periods, the uppermost layer has a low refractive index. In this case, if the low refractive index layer constitutes the outermost surface of the multilayer reflective film 2, it is easily oxidized and the reflectance of the reflective mask is reduced. It is preferable to form a multilayer reflective film 2 by further forming a high refractive index layer. On the other hand, in the multilayer film described above, when the low-refractive index layer / high-refractive index layer stack structure in which the low-refractive index layer and the high-refractive index layer are stacked in this order from the substrate 1 side is a plurality of periods, Since the upper layer is a high refractive index layer, it can be left as it is.
本実施形態において、高屈折率層としては、ケイ素(Si)を含む層が採用される。Siを含む材料としては、Si単体の他に、Siに、ボロン(B)、炭素(C)、窒素(N)、酸素(O)を含むSi化合物でもよい。Siを含む層を高屈折率層として使用することによって、EUV光の反射率に優れたEUVリソグラフィ用反射型マスクが得られる。又、本実施形態において基板1としてはガラス基板が好ましく用いられるので、Siはそれとの密着性においても優れている。又、低屈折率層としては、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、及び白金(Pt)から選ばれる金属単体や、これらの合金が用いられる。例えば波長13nmから14nmのEUV光に対する多層反射膜2としては、好ましくはMo膜とSi膜を交互に40から60周期程度積層したMo/Si周期積層膜が用いられる。尚、多層反射膜2の最上層である高屈折率層をケイ素(Si)で形成し、当該最上層(Si)とRu系保護膜3との間に、ケイ素と酸素とを含むケイ素酸化物層を形成するようにしてもよい。これにより、マスク洗浄耐性を向上させることができる。 In the present embodiment, a layer containing silicon (Si) is employed as the high refractive index layer. As a material containing Si, in addition to Si alone, a Si compound containing boron (B), carbon (C), nitrogen (N), and oxygen (O) in addition to Si may be used. By using a layer containing Si as the high refractive index layer, a reflective mask for EUV lithography having excellent EUV light reflectivity can be obtained. Moreover, since a glass substrate is preferably used as the substrate 1 in the present embodiment, Si is excellent in adhesion to it. As the low refractive index layer, a single metal selected from molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), and platinum (Pt), or an alloy thereof is used. For example, as the multilayer reflective film 2 for EUV light having a wavelength of 13 nm to 14 nm, a Mo / Si periodic laminated film in which Mo films and Si films are alternately laminated for about 40 to 60 periods is preferably used. Note that a silicon oxide containing silicon and oxygen is formed between the uppermost layer (Si) and the Ru-based protective film 3 by forming a high refractive index layer, which is the uppermost layer of the multilayer reflective film 2, with silicon (Si). A layer may be formed. Thereby, mask cleaning tolerance can be improved.
このような多層反射膜2の単独での反射率は通常65%以上であり、上限は通常73%である。尚、多層反射膜2の各構成層の厚み、周期は、露光波長により適宜選択すればよく、ブラッグ反射の法則を満たすように選択される。多層反射膜2において高屈折率層及び低屈折率層はそれぞれ複数存在するが、高屈折率層同士、そして低屈折率層同士の厚みが同じでなくてもよい。又、多層反射膜2の最表面のSi層の膜厚は、反射率を低下させない範囲で調整することができる。最表面のSi(高屈折率層)の膜厚は、3nmから10nmとすることができる。 The reflectance of the multilayer reflective film 2 alone is usually 65% or more, and the upper limit is usually 73%. The thickness and period of each constituent layer of the multilayer reflective film 2 may be appropriately selected depending on the exposure wavelength, and are selected so as to satisfy the Bragg reflection law. In the multilayer reflective film 2, there are a plurality of high refractive index layers and low refractive index layers, but the thicknesses of the high refractive index layers and the low refractive index layers may not be the same. Further, the film thickness of the outermost Si layer of the multilayer reflective film 2 can be adjusted within a range in which the reflectance is not lowered. The film thickness of the outermost surface Si (high refractive index layer) can be 3 nm to 10 nm.
多層反射膜2の形成方法は当該技術分野において公知であるが、例えばイオンビームスパッタ法により、各層を成膜することで形成できる。上述したMo/Si周期多層膜の場合、例えばイオンビームスパッタ法により、先ずSiターゲットを用いて厚さ4nm程度のSi膜を基板1上に成膜し、その後Moターゲットを用いて厚さ3nm程度のMo膜を成膜し、これを1周期として、40から60周期積層して、多層反射膜2を形成する(最表面の層はSi層とする)。 The method for forming the multilayer reflective film 2 is known in the art, but can be formed by depositing each layer by, for example, ion beam sputtering. In the case of the Mo / Si periodic multilayer film described above, an Si film having a thickness of about 4 nm is first formed on the substrate 1 using an Si target, for example, by ion beam sputtering, and then about 3 nm in thickness using a Mo target. The Mo film is formed, and this is set as one period, and is laminated for 40 to 60 periods to form the multilayer reflective film 2 (the outermost layer is a Si layer).
<<保護膜>>
保護膜3は、後述するEUVリソグラフィ用反射型マスクの製造工程におけるドライエッチングや洗浄から多層反射膜2を保護するために、多層反射膜2の上に形成される。又、電子線(EB)を用いた位相シフトパターンの黒欠陥修正の際の多層反射膜2の保護も兼ね備える。ここで、図1及び図2では保護膜3が1層の場合を示しているが、3層以上の積層構造とし、たとえば、最下層と最上層を、上記Ruを含有する物質からなる層とし、最下層と最上層との間に、Ru以外の金属、若しくは合金を介在させたものとしても構わない。たとえば、保護膜3は、ルテニウムを主成分として含む材料により構成され、Ru金属単体でもよいし、Ruにチタン(Ti)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、ホウ素(B)、ランタン(La)、コバルト(Co)、レニウム(Re)などの金属を含有したRu合金であってよく、窒素を含んでいても構わない。この中でも特にTiを含有したRu系保護膜を用いると、多層反射膜表面からRu系保護膜への多層反射膜構成元素であるケイ素の拡散が小さくなることから、マスク洗浄時の表面荒れが少なくなり、又、膜はがれも起こしにくくなるという特徴がある。表面荒れの低減は、EUV露光光に対する反射率低下防止に直結するので、EUV露光の露光効率改善、スループット向上のために重要である。又、本発明の反射型マスク(位相シフトマスク)の場合は、マスク洗浄による多層反射膜面と位相シフトパターン形成面との反射率の変化が殆ど起きないので、安定した位相シフト効果が得られる。
<< Protective film >>
The protective film 3 is formed on the multilayer reflective film 2 in order to protect the multilayer reflective film 2 from dry etching and cleaning in a manufacturing process of a reflective mask for EUV lithography described later. Further, it also protects the multilayer reflective film 2 when correcting black defects in the phase shift pattern using an electron beam (EB). Here, FIG. 1 and FIG. 2 show the case where the protective film 3 is a single layer, but it has a laminated structure of three or more layers. For example, the lowermost layer and the uppermost layer are layers made of a substance containing Ru. A metal other than Ru or an alloy may be interposed between the lowermost layer and the uppermost layer. For example, the protective film 3 is made of a material containing ruthenium as a main component, and may be a simple Ru metal, or Ru may be titanium (Ti), niobium (Nb), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), yttrium (Y ), Boron (B), lanthanum (La), cobalt (Co), rhenium (Re), and other Ru alloys may be included, and nitrogen may be included. Among these, in particular, when a Ru-based protective film containing Ti is used, the diffusion of silicon, which is a constituent element of the multilayer reflective film, from the surface of the multilayer reflective film to the Ru-based protective film is reduced, so that the surface roughness during mask cleaning is small. In addition, there is a feature that the film is less likely to be peeled off. The reduction in surface roughness is directly linked to the prevention of a decrease in reflectance for EUV exposure light, and is therefore important for improving the exposure efficiency and throughput of EUV exposure. Further, in the case of the reflection type mask (phase shift mask) of the present invention, the reflectance is hardly changed between the multilayer reflective film surface and the phase shift pattern forming surface due to the mask cleaning, so that a stable phase shift effect can be obtained. .
このRu合金のRu含有比率は50原子%以上100原子%未満、好ましくは80原子%以上100原子%未満、さらに好ましくは95原子%以上100原子%未満である。特に、95原子%以上100原子%未満では、保護膜への多層反射膜構成元素(ケイ素)の拡散を抑えつつ、EUV光の反射率を十分確保しながら、マスク洗浄耐性、位相シフト膜をエッチング加工した時のエッチングストッパ機能、及び多層反射膜経時変化防止の保護膜機能を兼ね備えることが可能となる。 The Ru content ratio of this Ru alloy is 50 atomic percent or more and less than 100 atomic percent, preferably 80 atomic percent or more and less than 100 atomic percent, and more preferably 95 atomic percent or more and less than 100 atomic percent. In particular, if it is 95 atomic% or more and less than 100 atomic%, etching of the phase-shift film is resistant to mask cleaning while ensuring sufficient reflectivity of EUV light while suppressing diffusion of the multilayer reflective film constituent element (silicon) into the protective film. It becomes possible to have both an etching stopper function when processed and a protective film function for preventing the multilayer reflective film from changing with time.
EUVリソグラフィでは、露光光に対して透明な物質が少ないので、マスクパターン面への異物付着を防止するEUVペリクルが技術的に簡単ではない。このことから、ペリクルを用いないペリクルレス運用が主流となっている。又、EUVリソグラフィでは、EUV露光によってマスクにカーボン膜が堆積したり、酸化膜が成長するといった露光コンタミが起こるので、マスクを半導体装置の製造に使用している段階で、度々洗浄を行ってマスク上の異物やコンタミを除去する必要がある。このため、EUV反射型マスクでは、光リソグラフィ用の透過型マスクに比べて桁違いのマスク洗浄耐性が要求されている。Tiを含有したRu系保護膜を用いると、硫酸、硫酸過水(SPM)、アンモニア、アンモニア過水(APM)、OHラジカル洗浄水あるいは濃度が10ppm以下のオゾン水などの洗浄液に対する洗浄耐性が特に高く、マスク洗浄耐性の要求を満たすことが可能となる。 In EUV lithography, since there are few substances that are transparent to exposure light, EUV pellicles that prevent foreign matter from adhering to the mask pattern surface are not technically simple. For this reason, pellicleless operation without using a pellicle has become the mainstream. Also, in EUV lithography, exposure contamination such as the deposition of a carbon film on the mask or the growth of an oxide film occurs due to EUV exposure. Therefore, the mask is often washed at the stage where the mask is used for manufacturing a semiconductor device. It is necessary to remove foreign matter and contamination on the top. For this reason, EUV reflective masks are required to have orders of magnitude greater mask cleaning resistance than transmissive masks for photolithography. When a Ru-based protective film containing Ti is used, cleaning resistance to cleaning liquids such as sulfuric acid, sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia, ammonia hydrogen peroxide (APM), OH radical cleaning water or ozone water having a concentration of 10 ppm or less is particularly good. It is high and it becomes possible to satisfy the requirement for mask cleaning resistance.
このようなRu又はその合金などにより構成される保護膜3の厚みは、その保護膜としての機能を果たすことができる限り特に制限されないが、EUV光の反射率の観点から、好ましくは、1.0nmから8.0nm、より好ましくは、1.5nmから6.0nmである。 The thickness of the protective film 3 composed of such Ru or an alloy thereof is not particularly limited as long as it can function as the protective film, but from the viewpoint of the reflectivity of EUV light, preferably 1. The thickness is from 0 nm to 8.0 nm, more preferably from 1.5 nm to 6.0 nm.
保護膜3の形成方法としては、公知の膜形成方法と同様のものを特に制限なく採用することができる。具体例としては、スパッタリング法及びイオンビームスパッタリング法が挙げられる。
<<位相シフト膜>>
As a method for forming the protective film 3, a method similar to a known film forming method can be employed without any particular limitation. Specific examples include a sputtering method and an ion beam sputtering method.
<< Phase shift film >>
保護膜3の上に、下層膜41と上層膜42からなる2層構造の位相シフト膜4が形成される。位相シフト膜4は、EUV光を吸収するとともに一部を反射させて位相をシフトさせるものである。即ち、位相シフト膜4がパターニングされた反射型マスクにおいて、位相シフト膜4が形成されている部分では、EUV光を吸収して減光しつつパターン転写に悪影響がないレベルで一部の光を反射させて、保護膜3を介して多層反射膜2から反射してくるフィールド部からの反射光と所望の位相差を形成するものである。位相シフト膜4は、位相シフト膜4からの反射光と多層反射膜2からの反射光との位相差が170°から190°となるように形成される。180°近傍の反転した位相差の光同士がパターンエッジ部で干渉し合うことにより、投影光学像の像コントラストが向上する。その像コントラストの向上にともなって解像度が上がり、露光量裕度、焦点裕度等の露光に関する各種裕度が拡がる。パターンや露光条件にもよるが、一般的には、この位相シフト効果を十分得るための反射率の目安は、絶対反射率で1%以上、多層反射膜(保護膜付き)に対する反射比で2%以上である。 A phase shift film 4 having a two-layer structure including a lower layer film 41 and an upper layer film 42 is formed on the protective film 3. The phase shift film 4 absorbs EUV light and reflects a part thereof to shift the phase. That is, the phase shift film 4 is in the pattern over training has been reflective mask, a portion where the phase shift film 4 is formed, in part at the level of having no adverse effect on the pattern transfer with reduced light by absorbing the EUV light The light is reflected to form a desired phase difference from the reflected light from the field part reflected from the multilayer reflective film 2 via the protective film 3. The phase shift film 4 is formed so that the phase difference between the reflected light from the phase shift film 4 and the reflected light from the multilayer reflective film 2 is 170 ° to 190 °. Image contrast of the projection optical image is improved because light beams having inverted phase differences in the vicinity of 180 ° interfere with each other at the pattern edge portion. As the image contrast is improved, the resolution is increased, and various exposure tolerances such as exposure tolerance and focus tolerance are expanded. Although it depends on the pattern and exposure conditions, in general, the standard of the reflectivity for sufficiently obtaining this phase shift effect is 1% or more in absolute reflectivity, and 2 in reflectivity ratio with respect to a multilayer reflective film (with a protective film). % Or more.
本発明では、下層膜41を、EUV光の吸収係数が大きく、耐酸化性が高くて経時安定性が高く、エッチング加工性が高く、加えてエッチング後の側壁ラフネスが比較的小さなタンタル(Ta)と窒素(N)を含むタンタル系材料層とし、上層膜42を、真空との屈折率差が比較的大きく薄膜でも大きな位相差を生むクロム(Cr)と、このクロム(Cr)にエッチング加工性を向上させる酸素(O)を含有させたクロム系材料層とし、且つ上記タンタル系材料層のタンタルと窒素の比率と上記クロム系材料層のクロムと酸素の比率、及び上記クロム系材料層の膜厚を下記の範囲で規定する。 In the present invention, the lower layer film 41 is made of tantalum (Ta) having a large absorption coefficient of EUV light, high oxidation resistance, high stability over time, high etching processability, and relatively low sidewall roughness after etching. And a tantalum-based material layer containing nitrogen (N), and the upper layer film 42 has a relatively large refractive index difference from vacuum and produces a large phase difference even in a thin film. A chromium-based material layer containing oxygen (O) for improving the tantalum-based material, the ratio of tantalum and nitrogen in the tantalum-based material layer, the ratio of chromium and oxygen in the chromium-based material layer, and the film of the chromium-based material layer The thickness is specified in the following range.
下層膜41のタンタルと窒素の比(Ta:N)は1:0.05から1:0.3であり、好ましくは1:0.08から1:0.25、さらに好ましくは1:0.1から1:0.2である。タンタルに対する窒素がこれらの下限側の比率以上となるようにすることで、タンタルと窒素を少なくとも含む化合物のアモルファス状又は微結晶状のグレインの大きさが抑制され、エッチングによって位相シフトパターンを形成した時の位相シフトパターンの側壁ラフネスを抑制することができる。位相シフトパターンの側壁ラフネスは、半導体ウエハ上にパターン転写を行った時のラインエッジラフネス(LER)に関係していて、側壁ラフネスが大きいほどLERが大きくなる。LERが大きいと、製造される半導体装置の電気特性が劣化、あるいは不安定化するので、位相シフトパターンの側壁ラフネスの低減はこの点においても重要である。又、タンタルに対する窒素がこれらの下限側の比率以上となるようにすることで、エッチング後のパターン断面の形状安定性を保つことができる。
一方、タンタルに対する窒素がこれらの上限側の比率以下となるようにすることで、下層膜41を塩素ガスでドライエッチングする時のエッチングレートが上がって製造効率が高まるとともに、微細パターンを高精度に形成することが可能になる。
The ratio of tantalum to nitrogen (Ta: N) of the lower layer film 41 is 1: 0.05 to 1: 0.3, preferably 1: 0.08 to 1: 0.25, more preferably 1: 0. 1 to 1: 0.2. By making nitrogen with respect to tantalum equal to or greater than the lower limit ratio, the size of the amorphous or microcrystalline grains of the compound containing at least tantalum and nitrogen was suppressed, and a phase shift pattern was formed by etching. Side wall roughness of the phase shift pattern can be suppressed. The side wall roughness of the phase shift pattern is related to the line edge roughness (LER) when pattern transfer is performed on the semiconductor wafer, and the LER increases as the side wall roughness increases. If the LER is large, the electrical characteristics of the semiconductor device to be manufactured deteriorate or become unstable. Therefore, the reduction of the sidewall roughness of the phase shift pattern is also important in this respect. Moreover, the shape stability of the pattern cross section after etching can be maintained by making nitrogen with respect to tantalum be equal to or greater than the lower limit ratio.
On the other hand, by making nitrogen with respect to tantalum be equal to or less than the ratio on the upper limit side, the etching rate when dry etching the lower layer film 41 with chlorine gas is increased, the manufacturing efficiency is increased, and the fine pattern is highly accurate. It becomes possible to form.
上層膜42のクロムと酸素の比(Cr:O)は1:0.2から1:0.6であり、好ましくは1:0.25から1:0.55、さらに好ましくは1:0.3から1:0.5である。クロムに対する酸素がこれらの下限側の比率以上となるようにすることで、上層膜42を塩素ガスでドライエッチングする時のエッチングレートを高め、製造効率が上昇するとともに、微細パターンを高精度に形成することが可能になる。
一方、クロムに対する酸素がこれらの上限側の比率以下となるようにすると、下層膜41の絶縁性が抑制されて、マスク描画の時やマスクを電子線(EB)で検査する時に生じうるチャージアップを防止し、マスク描画不良やマスク検査感度低下を防止できる。又、異物付着や欠陥の増大も抑制できる。
The ratio of chromium to oxygen (Cr: O) in the upper layer film 42 is 1: 0.2 to 1: 0.6, preferably 1: 0.25 to 1: 0.55, and more preferably 1: 0. 3 to 1: 0.5. By making the oxygen to chromium equal to or greater than the lower limit ratio, the etching rate when the upper layer film 42 is dry-etched with chlorine gas is increased, the manufacturing efficiency is increased, and a fine pattern is formed with high accuracy. It becomes possible to do.
On the other hand, charges the oxygen to chromium is made to be less than the ratio of these upper side is insulative lower layer film 4 1 inhibition may occur when or mask mask drawing when examined by electron beam (EB) Can be prevented, and mask drawing defects and mask inspection sensitivity decline can be prevented. Further, the adhesion of foreign matter and the increase in defects can be suppressed.
下層膜41には、タンタルと窒素に加え、例えばホウ素(B)が含まれていても良いし、上層膜42には、クロムと酸素に加え、例えば炭素(C)が含まれていても良い。この他の添加元素としては、例えば下層膜41に対してはケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、上層膜42に対しては炭素(C)、水素(H)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)などが挙げられる。特に上層膜42に炭素が含まれると洗浄液に対する耐性が上がり、洗浄を繰り返しても膜厚がほとんど変化しなくなる。具体的には、CrCON、CrCO、CrCOH、CrCONHとすることがより好ましい。位相シフト膜の膜厚変化は位相シフト量の変化に直結するので、洗浄によって膜厚変化が起こらないことは位相シフトマスクにとって大変重要なことである。ここで、洗浄液としては、例えば、硫酸、硫酸過水(SPM)、アンモニア、アンモニア過水(APM)、OHラジカル洗浄水あるいは濃度が10ppm以下のオゾン水等が挙げられる。 The lower layer film 41 may contain, for example, boron (B) in addition to tantalum and nitrogen, and the upper layer film 42 may contain, for example, carbon (C) in addition to chromium and oxygen. . As other additive elements, such as silicon for the lower layer film 41 (Si), germanium (Ge), carbon-containing for the upper film 42 (C), hydrogen (H), platinum (Pt), palladium (Pd), silver (Ag), molybdenum (Mo), etc. are mentioned. In particular, when carbon is contained in the upper layer film 42, resistance to the cleaning liquid increases, and the film thickness hardly changes even after repeated cleaning. Specifically, CrCON, CrCO, CrCOH, and CrCONH are more preferable. Since the change in the thickness of the phase shift film is directly linked to the change in the amount of phase shift, it is very important for the phase shift mask that no change in film thickness occurs due to cleaning. Here, examples of the cleaning liquid include sulfuric acid, sulfuric acid / hydrogen peroxide (SPM), ammonia, ammonia hydrogen peroxide (APM), OH radical cleaning water, or ozone water having a concentration of 10 ppm or less.
又、上層膜42をクロム系化合物、下層膜41をタンタル系化合物とすることにより、上層のクロム系化合物が下層のタンタル系化合物の酸化防止膜として機能するので好ましい。タンタル系化合物の表層部が酸化されるとドライエッチング時のエッチングレートが部分的に低下し、微細パターンを高精度に加工することが難しくなる。又、上層膜42であるクロム系化合物の膜厚は、上記酸化防止機能、洗浄耐性機能、その屈折率からくる薄膜化、及びエッチング加工性を総合的に勘案して5nm以上25nm以下とすることが好ましい。 Further, it is preferable to use the upper layer film 42 as a chromium compound and the lower layer film 41 as a tantalum compound because the upper layer chromium compound functions as an antioxidant film for the lower layer tantalum compound. When the surface layer portion of the tantalum compound is oxidized, the etching rate during dry etching is partially reduced, and it becomes difficult to process a fine pattern with high accuracy. Also, the film thickness of the chromium-based compound as the upper layer film 42 should be 5 nm or more and 25 nm or less in consideration of the above-mentioned antioxidant function, washing resistance function, thinning due to its refractive index, and etching processability. Is preferred.
下層膜41及び上層膜42からなる位相シフト膜4は、DCスパッタリングやRFスパッタリングなどのスパッタリング法といった公知の方法で形成することができる。この2層膜の成膜に際しては、成膜開始から成膜終了まで大気に曝さず連続して成膜することが好ましい。このようにすることで、下層膜41であるタンタル系材料層の表面に酸化層(酸化タンタル層)が形成されることを防止でき、酸化タンタル層を除去するための工程を要しない。 The phase shift film 4 composed of the lower layer film 41 and the upper layer film 42 can be formed by a known method such as a sputtering method such as DC sputtering or RF sputtering. When forming the two-layer film, it is preferable to continuously form the film from the start of film formation to the end of film formation without exposure to the atmosphere. By doing in this way, it can prevent that an oxide layer (tantalum oxide layer) is formed in the surface of the tantalum-type material layer which is the lower layer film 41, and does not require the process for removing a tantalum oxide layer.
<<裏面導電膜>>
基板1の第2主面(裏面)側(多層反射膜2形成面の反対側)には、一般的に、静電チャック用の裏面導電膜5が形成される。静電チャック用の裏面導電膜5に求められる電気的特性は通常100Ω/sq以下である。裏面導電膜5の形成方法は、例えばマグネトロンスパッタリング法やイオンビームスパッタ法により、クロム、タンタル等の金属や合金のターゲットを使用して形成することができる。代表的な材料は、光透過型マスクブランクなどのマスクブランク製造でよく用いられるCrNやCrである。裏面導電膜5の厚さは、静電チャック用としての機能を満足する限り特に限定されないが、通常10nmから200nmである。又、この裏面導電膜5はマスクブランク100の第2主面側の応力調整も兼ね備えていて、第1主面側に形成された各種膜からの応力とバランスをとって、平坦な反射型マスクブランクが得られるように調整されている。
<< back conductive film >>
In general, a back surface conductive film 5 for an electrostatic chuck is formed on the second main surface (back surface) side of the substrate 1 (opposite the surface on which the multilayer reflective film 2 is formed). The electrical characteristics required for the back surface conductive film 5 for the electrostatic chuck are usually 100Ω / sq or less. The back surface conductive film 5 can be formed, for example, by magnetron sputtering or ion beam sputtering using a metal or alloy target such as chromium or tantalum. A typical material is CrN or Cr often used in manufacturing a mask blank such as a light transmission type mask blank. The thickness of the back surface conductive film 5 is not particularly limited as long as it satisfies the function for an electrostatic chuck, but is usually 10 nm to 200 nm. The back surface conductive film 5 also has a stress adjustment on the second main surface side of the mask blank 100, and is a flat reflective mask that balances the stress from various films formed on the first main surface side. It is adjusted to obtain a blank.
<<エッチングマスク>>
反射型マスクブランクとしては位相シフト膜4上にエッチングマスク膜(エッチング用ハードマスク膜)12やレジスト膜を備えているものであってもよい。エッチングマスク膜の代表的な材料としては、ケイ素(Si)やケイ素に酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)、水素(H)を加えた材料等がある。具体的には、SiO2、SiON、SiN、SiO、Si、SiC、SiCO、SiCN、SiCONなどが挙げられる。後の実施例でも説明するが、エッチングマスク膜を形成することにより、レジスト膜の厚さを薄くすることが可能となり、パターンの微細化に対して有利である。
<< Etching mask >>
As the reflective mask blank, an etching mask film (etching hard mask film) 12 or a resist film may be provided on the phase shift film 4. Typical materials for the etching mask film include silicon (Si) and materials obtained by adding oxygen (O), nitrogen (N), carbon (C), and hydrogen (H) to silicon. Specific examples include SiO 2 , SiON, SiN, SiO, Si, SiC, SiCO, SiCN, and SiCON. As will be described later, by forming an etching mask film, the thickness of the resist film can be reduced, which is advantageous for pattern miniaturization.
<反射型マスク及びその製造方法>
本実施形態の反射型位相シフトマスクブランク100及び101を使用して、反射型位相シフトマスクを製造する。ここでは概要説明のみを行い、後に実施例において図面を参照しながら詳細に説明する。
<Reflective mask and manufacturing method thereof>
Using the reflective phase shift mask blanks 100 and 101 of the present embodiment, a reflective phase shift mask is manufactured. Here, only an outline description will be given, and a detailed description will be given later in the embodiment with reference to the drawings.
反射型マスクブランク100あるいは101を準備して、その第1主面の最表面(以下の実施例で説明するように、位相シフト膜4上、又はエッチングマスク膜12上)に、レジスト膜を形成し(反射型マスクブランク100あるいは101としてレジスト膜を備えている場合は不要)、このレジスト膜に所望のパターンを描画(露光)し、さらに現像、リンスすることによって所定のレジストパターンを形成する。 A reflective mask blank 100 or 101 is prepared, and a resist film is formed on the outermost surface of the first main surface (on the phase shift film 4 or the etching mask film 12 as described in the following embodiments). (Not required if a resist film is provided as the reflective mask blank 100 or 101), a desired pattern is drawn (exposed) on the resist film, and further developed and rinsed to form a predetermined resist pattern.
反射型マスクブランク100の場合は、このレジストパターンをマスクとして使用して、ドライエッチングすることにより、上層膜42及び下層膜41の2層膜からなる位相シフト膜4がエッチングされ、位相シフトパターンが形成される。尚、エッチングガスとしては、Cl2、SiCl4、CHCl3、CCl4等の塩素系のガス、これら塩素系ガス及びO2を所定の割合で含む混合ガス、塩素系ガス及びHeを所定の割合で含む混合ガス、塩素系ガス及びArを所定の割合で含む混合ガス等が挙げられる。上層膜42のエッチングと下層膜41のエッチングを同一ガスで一括エッチングすることも、上層膜42のエッチングと下層膜41のエッチングでガスを切り替えて2段階でエッチングすることも可能である。ここで、エッチングの最終段階でエッチングガスに酸素が含まれていると、Ru系保護膜に表面荒れが生じるので、エッチング最終段階ではエッチングガスとして実質的に酸素が含まれていない方が好ましい。そのため、少なくとも下層膜のエッチングの際には酸素を実質的に含まない塩素ガスを含むドライエッチングガスでドライエッチングするのが好ましい。この酸素を実質的に含まれていないガスとしては、例えば、ガス中の酸素の含有量が少なくとも20原子%以下であるものが該当し、好適には5原子%以下であるものが該当する。
その後、アッシングやレジスト剥離液によりレジストパターンを除去し、最後に、酸性やアルカリ性の水溶液を用いたウェット洗浄を行う。
For the reflective mask blank 100, using the resist pattern as a mask to dry etch the phase shift film 4 consisting of an upper layer 4 2 and the lower layer 4 1 of the two-layer film is etched, the phase shift A pattern is formed. Etching gas includes chlorine gas such as Cl 2 , SiCl 4 , CHCl 3 , CCl 4 , mixed gas containing chlorine gas and O 2 in a predetermined ratio, chlorine gas and He in a predetermined ratio. Or a mixed gas containing a chlorine-based gas and Ar in a predetermined ratio. The etching of the upper layer film 42 and the etching of the lower layer film 41 can be performed simultaneously with the same gas, or the etching can be performed in two stages by switching the gas between the etching of the upper layer film 42 and the etching of the lower layer film 41. Here, if the etching gas contains oxygen at the final stage of etching, the surface of the Ru-based protective film is roughened. Therefore, it is preferable that the etching gas does not substantially contain oxygen at the final stage of etching. Therefore, it is preferable to perform dry etching with a dry etching gas containing a chlorine gas substantially not containing oxygen at least when etching the lower layer film. Examples of the gas substantially free of oxygen include those having an oxygen content of at least 20 atomic% or less, and preferably those containing 5 atomic% or less.
Thereafter, the resist pattern is removed by ashing or resist stripping solution, and finally, wet cleaning using an acidic or alkaline aqueous solution is performed.
反射型マスクブランク101の場合は、このレジストパターンをマスクとしてエッチングマスク膜12をエッチングしてハードマスクパターン(エッチングマスク膜パターン)を形成し、レジストパターンをアッシングやレジスト剥離液などで除去後、このハードマスクパターンをマスクにしてドライエッチングを行うことにより、上層膜42及び下層膜41の2層膜からなる位相シフト膜4がエッチングされ、位相シフトパターンが形成される。その後ハードマスクパターンをウェットエッチングあるいはドライエッチングによって除去する。ここで、エッチングマスク膜12のエッチングガスとしては、例えばCF4、CHF3、C2F6、C3F6、C4F6、C4F8、CH2F2、CH3F、C3F8、SF6、F2等のフッ素系のガス、これらフッ素系ガス及びO2を所定の割合で含む混合ガス等が用いられる。位相シフト膜4のエッチングは、反射型マスクブランク100の場合と同様である。その後、酸性やアルカリ性の水溶液を用いたウェット洗浄を行う。尚、ハードマスクパターン形成直後にはレジストパターンを除去せず、レジストパターン付きハードマスクパターンで上層膜42及び下層膜41の2層膜からなる位相シフト膜4をエッチングする方法もある。この場合は、上層膜42及び下層膜41の2層膜からなる位相シフト膜4をエッチングする際にレジストパターンが自動的に除去され、工程が簡略化されるという特徴がある。一方、レジストパターンが除去されたハードマスクパターンをマスクにして上層膜42及び下層膜41の2層膜からなる位相シフト膜4をエッチングする方法では、エッチング途中に消失するレジストからの有機生成物(アウトガス)の変化ということがなく、安定したエッチングができるという特徴がある。 In the case of the reflective mask blank 101, the etching mask film 12 is etched using this resist pattern as a mask to form a hard mask pattern (etching mask film pattern), and the resist pattern is removed by ashing or resist stripping solution. by dry etching using the hard mask pattern as a mask, the phase shift film 4 consisting of an upper layer 4 2 and the lower layer 4 1 of the two-layer film is etched, the phase shift pattern is formed. Thereafter, the hard mask pattern is removed by wet etching or dry etching. Here, as an etching gas for the etching mask film 12, for example, CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 6 , C 4 F 6 , C 4 F 8 , CH 2 F 2 , CH 3 F, C A fluorine-based gas such as 3 F 8 , SF 6 , or F 2 , a mixed gas containing these fluorine-based gas and O 2 at a predetermined ratio, or the like is used. Etching of the phase shift film 4 is the same as that of the reflective mask blank 100. Thereafter, wet cleaning using an acidic or alkaline aqueous solution is performed. Incidentally, immediately after the hard mask pattern formed without removing the resist pattern, there is a method of etching the phase shift film 4 consisting of an upper layer 4 2 and the lower layer 4 1 of the two-layer film with the resist pattern with a hard mask pattern. In this case, the resist pattern is automatically removed when etching the phase shift film 4 consisting of an upper layer 4 2 and the lower layer 4 1 of the two-layer film is characterized in that process can be simplified. On the other hand, in the method of etching the phase shift film 4 consisting of an upper layer 4 2 and the lower layer 4 1 of the two-layer film using the hard mask pattern the resist pattern is removed to the mask, the organic product from the resist disappears during etching There is a feature that stable etching can be performed without any change in an object (outgas).
以上の工程により、シャドーイング効果が少なく、且つ側壁ラフネスの少ない高精度微細パターンを有する反射型マスク(EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスク)が得られる。 Through the above steps, a reflective mask (reflective phase shift mask for EUV lithography) having a highly accurate fine pattern with little shadowing effect and little sidewall roughness can be obtained.
<半導体装置の製造方法>
上記本実施形態の反射型マスク(反射型位相シフトマスク)を使用してEUV露光を行うことにより、半導体基板上に反射型マスク上の位相シフトパターンに基づく所望の転写パターンを、シャドーイング効果による転写寸法精度の低下を抑えて形成することができる。又、位相シフトパターンが、側壁ラフネスの少ない微細で高精度なパターンであるため、高い寸法精度で所望のパターンを半導体基板上に形成できる。このリソグラフィ工程に加え、被加工膜のエッチングや絶縁膜、導電膜の形成、ドーパントの導入、あるいはアニールなど種々の工程を経ることで、所望の電子回路が形成された半導体装置を製造することができる。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
By performing EUV exposure using the reflective mask (reflective phase shift mask) of the present embodiment, a desired transfer pattern based on the phase shift pattern on the reflective mask is formed on the semiconductor substrate by the shadowing effect. It can be formed while suppressing a decrease in transfer dimensional accuracy. Further, since the phase shift pattern is a fine and highly accurate pattern with little sidewall roughness, a desired pattern can be formed on the semiconductor substrate with high dimensional accuracy. In addition to this lithography process, a semiconductor device in which a desired electronic circuit is formed can be manufactured through various processes such as etching of a film to be processed, formation of an insulating film, conductive film, introduction of a dopant, or annealing. it can.
より詳しく説明すると、EUV露光装置は、EUV光を発生するレーザープラズマ光源、照明光学系、マスクステージ系、縮小投影光学系、ウエハステージ系、及び真空設備等から構成される。光源にはデブリトラップ機能と露光光以外の長波長の光をカットするカットフィルタ及び真空差動排気用の設備等が備えられている。照明光学系と縮小投影系は反射型ミラーから構成される。EUV露光用反射型マスクは、その第2主面に形成された導電膜により静電吸着されてマスクステージに載置される。 More specifically, the EUV exposure apparatus includes a laser plasma light source that generates EUV light, an illumination optical system, a mask stage system, a reduction projection optical system, a wafer stage system, and a vacuum facility. The light source is provided with a debris trap function, a cut filter that cuts light of a long wavelength other than exposure light, and equipment for vacuum differential evacuation. The illumination optical system and the reduction projection system are composed of reflective mirrors. The reflective mask for EUV exposure is electrostatically attracted by the conductive film formed on the second main surface thereof and placed on the mask stage.
EUV光源の光は、照明光学系を介して反射型マスク垂直面に対して6°から8°傾けた角度で反射型マスクに照射される。この入射光に対する反射型マスクからの反射光は、入射とは逆方向にかつ入射角度と同じ角度で反射(正反射)し、通常1/4の縮小比を持つ反射型投影光学系に導かれ、ウエハステージ上に載置されたウエハ(半導体基板)上のレジストへの露光が行われる。この間、少なくともEUV光が通る場所は真空排気される。又、この露光にあたっては、マスクステージとウエハステージを縮小投影光学系の縮小比に応じた速度で同期させてスキャンし、スリットを介して露光を行うスキャン露光が主流となっている。そして、この露光済レジスト膜を現像することによって、半導体基板上にレジストパターンを形成することができる。本発明では、シャドーイング効果の小さな薄膜で、しかも側壁ラフネスの少ない高精度な位相シフトパターンを持つマスクが用いられている。このため、半導体基板上に形成されたレジストパターンは高い寸法精度を持つ所望のものとなる。そして、このレジストパターンをマスクとして使用してエッチング等を実施することにより、例えば半導体基板上に所定の配線パターンを形成することができる。このような露光工程や被加工膜加工工程、絶縁膜や導電膜の形成工程、ドーパント導入工程、あるいはアニール工程等その他の必要な工程を経ることで、半導体装置が製造される。 The light from the EUV light source is applied to the reflective mask through an illumination optical system at an angle of 6 ° to 8 ° with respect to the vertical surface of the reflective mask. The reflected light from the reflective mask with respect to this incident light is reflected (regular reflection) in the opposite direction to the incident angle and at the same angle as the incident angle, and is usually guided to a reflective projection optical system having a reduction ratio of 1/4. Then, the resist on the wafer (semiconductor substrate) placed on the wafer stage is exposed. During this time, at least the place where EUV light passes is evacuated. In this exposure, scanning exposure in which the mask stage and the wafer stage are scanned at a speed corresponding to the reduction ratio of the reduction projection optical system and exposure is performed through the slits is the mainstream. Then, by developing this exposed resist film, a resist pattern can be formed on the semiconductor substrate. In the present invention, a mask having a high-accuracy phase shift pattern which is a thin film with a small shadowing effect and has little sidewall roughness is used. For this reason, the resist pattern formed on the semiconductor substrate becomes a desired one having high dimensional accuracy. Then, by performing etching or the like using this resist pattern as a mask, for example, a predetermined wiring pattern can be formed on the semiconductor substrate. A semiconductor device is manufactured through such other necessary processes such as an exposure process, a processed film processing process, an insulating film or conductive film formation process, a dopant introduction process, or an annealing process.
以下、各実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、各実施例において同様の構成要素については同一の符号を使用し、説明を簡略化若しくは省略する。
[実施例1]
Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is used about the same component in each Example, and description is simplified or abbreviate | omitted.
[Example 1]
図3は、EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスクブランク100から、EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスク200を作製する工程を示す要部断面模式図である。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an essential part showing a step of producing a reflective phase shift mask 200 for EUV lithography from a reflective phase shift mask blank 100 for EUV lithography.
実施例1の反射型位相シフトマスクブランク100は、裏面導電膜5と、基板1と、多層反射膜2と、保護膜3と、下層膜41及び上層膜42の2層膜からなる位相シフト膜4を有する。下層膜41はタンタル系材料、上層膜42はクロム系材料からなる。そして、図3(a)に示されるように、上層膜42上にレジスト膜11を形成する。 The reflective phase shift mask blank 100 of Example 1 is a phase shift film composed of a back conductive film 5, a substrate 1, a multilayer reflective film 2, a protective film 3, a lower film 41, and an upper film 42. 4. The lower layer film 41 is made of a tantalum material, and the upper layer film 42 is made of a chromium material. Then, as shown in FIG. 3A, the resist film 11 is formed on the upper layer film 42.
((反射型位相シフトマスクブランク))
先ず、実施例1の反射型位相シフトマスクブランク100について説明する。
(((基板)))
第1主表面及び第2主表面の両面が研磨された6025サイズ(約152mm×152mm×6.35mm)の低熱膨張ガラス基板であるSiO2−TiO2系ガラス基板を準備し基板1とした。平坦で平滑な主表面となるように、粗研磨加工工程、精密研磨加工工程、局所加工工程、及びタッチ研磨加工工程よりなる研磨を行った。
((Reflective phase shift mask blank))
First, the reflective phase shift mask blank 100 of Example 1 will be described.
(((substrate)))
A SiO 2 —TiO 2 glass substrate, which is a low thermal expansion glass substrate of 6025 size (about 152 mm × 152 mm × 6.35 mm) in which both the first main surface and the second main surface are polished, was prepared as substrate 1. Polishing including a rough polishing process, a precision polishing process, a local processing process, and a touch polishing process was performed so as to obtain a flat and smooth main surface.
(((裏面導電膜)))
SiO2−TiO2系ガラス基板1の第2主面(裏面)にCrNからなる裏面導電膜5をマグネトロンスパッタリング(反応性スパッタリング)法により下記の条件にて形成した。
裏面導電膜形成条件:Crターゲット、ArとN2の混合ガス雰囲気(Ar:90原子%、N:10原子%)、膜厚20nm。
(((Back conductive film)))
A back conductive film 5 made of CrN was formed on the second main surface (back surface) of the SiO 2 —TiO 2 glass substrate 1 by a magnetron sputtering (reactive sputtering) method under the following conditions.
Back surface conductive film formation conditions: Cr target, mixed gas atmosphere of Ar and N 2 (Ar: 90 atomic%, N: 10 atomic%), film thickness 20 nm.
(((多層反射膜)))
次に、裏面導電膜5が形成された側と反対側の基板1の主表面(第1主面)上に、多層反射膜2を形成した。基板1上に形成される多層反射膜2は、波長13.5nmのEUV光に適した多層反射膜とするために、MoとSiからなる周期多層反射膜とした。多層反射膜2は、MoターゲットとSiターゲットを使用し、Arガス雰囲気中でイオンビームスパッタリングにより基板1上にMo層及びSi層を交互に積層して形成した。まず、Si膜を4.2nmの厚みで成膜し、続いて、Mo膜を2.8nmの厚みで成膜した。これを1周期とし、同様にして40周期積層し、最後にSi膜を4.0nmの厚みで成膜し、多層反射膜2を形成した。ここでは40周期としたが、これに限るものではなく、例えば60周期でも良い。60周期とした場合、40周期よりも工程数は増えるが、EUV光に対する反射率を高めることができる。
(((Multilayer reflective film)))
Next, the multilayer reflective film 2 was formed on the main surface (first main surface) of the substrate 1 opposite to the side on which the back conductive film 5 was formed. The multilayer reflective film 2 formed on the substrate 1 was a periodic multilayer reflective film made of Mo and Si in order to obtain a multilayer reflective film suitable for EUV light having a wavelength of 13.5 nm. The multilayer reflective film 2 was formed by alternately stacking Mo layers and Si layers on the substrate 1 by ion beam sputtering in an Ar gas atmosphere using a Mo target and a Si target. First, a Si film was formed with a thickness of 4.2 nm, and then a Mo film was formed with a thickness of 2.8 nm. This was set as one period, and 40 periods were laminated in the same manner. Finally, a Si film was formed with a thickness of 4.0 nm, and the multilayer reflective film 2 was formed. Here, 40 cycles are used, but the present invention is not limited to this. For example, 60 cycles may be used. In the case of 60 cycles, the number of steps is increased as compared with 40 cycles, but the reflectance for EUV light can be increased.
(((保護膜)))
引き続き、Arガス雰囲気中で、RuTi(Ru:95原子%、Ti:5原子%)ターゲットを使用したイオンビームスパッタリングによりRuTi保護膜3を2.5nmの厚みで成膜した。
(((Protective film)))
Subsequently, a RuTi protective film 3 having a thickness of 2.5 nm was formed by ion beam sputtering using a RuTi (Ru: 95 atomic%, Ti: 5 atomic%) target in an Ar gas atmosphere.
(((位相シフト膜)))
次に、DCスパッタリング法により、下層膜41としてTaN膜を、上層膜42としてCrCON膜を積層して、この2層膜よりなる位相シフト膜4を形成した。TaN膜は、タンタル(Ta)をターゲットに用いて、XeガスとN2ガスの混合ガス雰囲気にて反応性スパッタリング法で形成した。その膜厚は33.4nmであり、この膜の元素比率はTaが88原子%、Nが12原子%である。CrCON膜は、クロム(Cr)をターゲットに用いて、ArガスとHeガスとCO2ガスとN2ガスの混合ガス雰囲気にて反応性スパッタリング法により形成した。その膜厚は25nmであり、この膜の元素比率はCrが55原子%、Cが12原子%、Oが22原子%、そしてNが11原子%である。ここで、TaN膜形成からCrCON膜の形成まで大気に触れることなく、連続して成膜した。このことにより、TaN膜の表面に酸化層(酸化タンタル層)が形成されることを防止できた。位相シフト膜の材料としてタンタル系材料層が含まれている場合、これが大気に曝されるとその表面に酸化タンタル層が形成される。このようにして下層膜41と上層膜42の間に酸化タンタル層からなる中間層が形成されると、上層膜及び下層膜は塩素系ガスでエッチング出来るものの、この中間層はフッ素系ガスでのエッチングとなるため、プロセスが複雑化するので好ましくないが、本実施例によれば酸化層(酸化タンタル層)が形成されることを防止できるため、当該問題が回避される。
((((Phase shift film))))
Next, a TaN film as the lower layer film 41 and a CrCON film as the upper layer film 42 were laminated by the DC sputtering method, and the phase shift film 4 composed of this two-layer film was formed. The TaN film was formed by reactive sputtering using tantalum (Ta) as a target in a mixed gas atmosphere of Xe gas and N 2 gas. The film thickness is 33.4 nm, and the element ratio of this film is Ta at 88 atomic% and N at 12 atomic%. The CrCON film was formed by a reactive sputtering method in a mixed gas atmosphere of Ar gas, He gas, CO 2 gas, and N 2 gas using chromium (Cr) as a target. The film thickness is 25 nm, and the element ratio of this film is 55 atomic% for Cr, 12 atomic% for C, 22 atomic% for O, and 11 atomic% for N. Here, the film was continuously formed without being exposed to the atmosphere from the TaN film formation to the CrCON film formation. As a result, it was possible to prevent an oxide layer (tantalum oxide layer) from being formed on the surface of the TaN film. When a tantalum-based material layer is included as a material of the phase shift film, a tantalum oxide layer is formed on the surface of the layer when exposed to the atmosphere. When an intermediate layer made of a tantalum oxide layer is formed between the lower layer film 41 and the upper layer film 42 in this way, the upper layer film and the lower layer film can be etched with a chlorine-based gas, but this intermediate layer is formed with a fluorine-based gas. Etching is not preferable because the process becomes complicated. However, according to this embodiment, the formation of an oxide layer (tantalum oxide layer) can be prevented, and the problem is avoided.
上記形成したTaN膜とCrCON膜の波長13.5nmにおける屈折率n、消衰係数(屈折率虚部)kは、それぞれ以下であった。
TaN:n=0.9486、k=0.0317
CrCON:n=0.9393、k=0.0288
上記、TaN膜とCrCON膜の2層膜からなる位相シフト膜の波長13.5nmにおける絶対反射率は、3.6%(保護膜付き多層反射膜面に対する反射率は5.4%に相当)であった。又、上層膜42と下層膜41からなる位相シフト膜4の膜厚は58.4nmであり、位相シフト膜をパターニングした時の位相差が180°に相当する膜厚である。後述する比較例におけるTaNの単層膜位相シフト膜の膜厚65nmよりも約10%薄くすることができ、シャドーイング効果を低減することができた。このシャドーイング効果の低減に関しては、「半導体装置の製造」の項目で詳細を述べる。
The refractive index n and extinction coefficient (refractive index imaginary part) k at a wavelength of 13.5 nm of the formed TaN film and CrCON film were as follows.
TaN: n = 0.9486, k = 0.0317
CrCON: n = 0.9393, k = 0.0288
The absolute reflectance at a wavelength of 13.5 nm of the phase shift film composed of the two layers of TaN film and CrCON film is 3.6% (the reflectance with respect to the multilayer reflective film surface with the protective film is equivalent to 5.4%). Met. The thickness of the phase shift film 4 composed of the upper layer film 42 and the lower layer film 41 is 58.4 nm, and the phase difference when patterning the phase shift film is a film thickness corresponding to 180 °. As a result, the shadowing effect could be reduced by reducing the thickness of the TaN single layer phase shift film in the comparative example described later by about 10%. Details regarding the reduction of the shadowing effect will be described in the section “Manufacturing of Semiconductor Devices”.
((反射型位相シフトマスク))
次に、上記反射型位相シフトマスクブランク100を用いて、反射型位相シフトマスク200を製造した。
((Reflective phase shift mask))
Next, a reflective phase shift mask 200 was manufactured using the reflective phase shift mask blank 100.
前述のように、反射型位相シフトマスクブランク100の上層膜42の上に、レジスト膜11を100nmの厚さで形成する(図3(a))。そして、このレジスト膜11に所望のパターンを描画(露光)し、さらに現像、リンスすることによって所定のレジストパターン11aを形成する(図3(b))。次に、レジストパターン11aをマスクにしてCrCON膜(上層膜42)のドライエッチングをCl2ガスを用いて行い(図3(c))、引き続き、TaN膜(下層膜41)のドライエッチングをCl2ガスを用いて行うことで、位相シフトパターン41aを形成する(図3(d))。即ち、レジストパターン11aをマスクにしてCl2ガスを用いた一括ドライエッチングにより、上層膜パターン42aと下層膜パターン41aからなる位相シフトパターンを形成する。一括エッチングなので工程の簡略化が可能であるとともに、酸素ガスを用いていないためドライエッチング中のレジストパターン11aの膜厚減少が比較的小さい。このため、解像度が高くてパターン倒れの発生が少ない比較的膜厚の薄いレジストを適用できるという特徴がある。その後、レジストパターン11aをアッシングやレジスト剥離液などで除去し、酸性やアルカリ性の水溶液を用いたウェット洗浄を行って、反射型位相シフトマスク200を製造した(図3(d))。尚、必要に応じてウェット洗浄後マスク欠陥検査を行い、マスク欠陥修正を適宜行う。又、ここでは、2層膜からなる位相シフト膜4を、Cl2ガスで一括エッチングする方法を示したが、クロム系上層膜42をCl2とO2の混合ガス(Cl2+O2ガス)で、タンタル系下層膜41をCl2ガスを用いて2段階でドライエッチングすることも可能である。この方法では、酸素が含有されたガスでドライエッチングする工程が含まれるが、その工程は比較的膜厚の薄い上層膜42のエッチングに限られるため、レジストパターン11aはエッチングマスクとして機能する。又、保護膜3は酸素を含むガスでのドライエッチングを受けないため、保護膜の表面荒れを防止できる。 As described above, the resist film 11 is formed to a thickness of 100 nm on the upper layer film 42 of the reflective phase shift mask blank 100 (FIG. 3A). Then, a desired pattern is drawn (exposed) on the resist film 11, and further developed and rinsed to form a predetermined resist pattern 11a (FIG. 3B). Next, dry etching of the CrCON film (upper layer film 42) is performed using Cl 2 gas using the resist pattern 11a as a mask (FIG. 3C), and then dry etching of the TaN film (lower layer film 41) is performed using Cl 2 gas. By using two gases, the phase shift pattern 41a is formed (FIG. 3D). That is, a phase shift pattern composed of the upper layer film pattern 42a and the lower layer film pattern 41a is formed by collective dry etching using Cl 2 gas with the resist pattern 11a as a mask. Since it is a batch etching, the process can be simplified, and since the oxygen gas is not used, the film thickness reduction of the resist pattern 11a during the dry etching is relatively small. Therefore, there is a feature that a resist having a relatively thin film thickness can be applied with high resolution and less occurrence of pattern collapse. Thereafter, the resist pattern 11a was removed by ashing, resist stripping solution, or the like, and wet cleaning using an acidic or alkaline aqueous solution was performed to manufacture the reflective phase shift mask 200 (FIG. 3D). If necessary, a mask defect inspection is performed after wet cleaning, and mask defect correction is performed as appropriate. Further, here, a method of collectively etching the phase shift film 4 composed of two layers with Cl 2 gas is shown, but the chromium-based upper layer film 42 is mixed gas of Cl 2 and O 2 (Cl 2 + O 2 gas). Thus, the tantalum-based lower layer film 41 can be dry-etched in two stages using Cl 2 gas. This method includes a step of dry etching with a gas containing oxygen. Since this step is limited to etching of the relatively thin upper layer film 42, the resist pattern 11a functions as an etching mask. Further, since the protective film 3 is not subjected to dry etching with a gas containing oxygen, the surface roughness of the protective film can be prevented.
下層膜41のタンタルと窒素の比(Ta:N)は、Taが88原子%、Nが12原子%であることから1:0.136であり、上層膜42のクロムと酸素の比(Cr:O)は、Crが55原子%、Oが22原子%であることから1:0.400である。この元素比では、下層膜パターン41a、即ちTaNパターンの側壁ラフネスは少なく、安定した断面形状を有していた。 The ratio of tantalum and nitrogen (Ta: N) in the lower layer film 41 is 1: 0.136 because Ta is 88 atomic% and N is 12 atomic%. The ratio of chromium and oxygen in the upper layer film (Cr : O) is 1: 0.400 because Cr is 55 atomic% and O is 22 atomic%. At this elemental ratio, the lower layer film pattern 41a, that is, the TaN pattern had a small side wall roughness and had a stable cross-sectional shape.
本実施例の反射型マスク200では、上層膜42は酸素を含むクロム系材料であるため、塩素系ガスでの加工性が良く、高い精度で上層膜パターン42aを形成することができた。又、このクロム系材料に酸素が過度に含まれていないため、チャージアップを起こすことなくマスクパターン描画及びEBを用いたマスクパターン欠陥検査を行うことができた。即ち、チャージアップに伴うパターン描画欠陥、検査感度の低下、及び疑似欠陥の発生といった問題は生じなかった。又、上層膜パターン42aには炭素(C)が12原子%含まれるため、マスク洗浄耐性が高く、異物除去やコンタミクリーニングを頻繁におこなっても膜厚減少による位相シフト効果の変化等の問題は発生しなかった。
((半導体装置の製造))
In the reflective mask 200 of the present embodiment, the upper layer film 42 is a chromium-based material containing oxygen, so that the workability with a chlorine-based gas is good and the upper layer film pattern 42a can be formed with high accuracy. Further, since this chromium-based material does not contain excessive oxygen, mask pattern drawing and mask pattern defect inspection using EB could be performed without causing charge-up. That is, there were no problems such as pattern drawing defects, a decrease in inspection sensitivity, and generation of pseudo defects due to charge-up. In addition, since the upper layer film pattern 42a contains 12 atomic% of carbon (C), it has high resistance to mask cleaning, and problems such as a change in phase shift effect due to a decrease in film thickness even if foreign matter removal and contamination cleaning are frequently performed. Did not occur.
((Manufacture of semiconductor devices))
本実施例1で作成した反射型位相シフトマスクをEUVスキャナにセットし、半導体基板上に被加工膜とレジスト膜が形成されたウエハに対してEUV露光を行った。そして、この露光済レジスト膜を現像することによって、被加工膜が形成された半導体基板上にレジストパターンを形成した。この露光におけるシャドーイング効果を評価するために、マスクに入射してくる露光光に対して平行に配置されたパターンと垂直に配置されたパターンを用いて、その転写寸法の差を測定した。図5(a)はマスク上に配置された位相シフトパターンの平面図であり、入射露光光50に対して平行の向きに配置された位相シフトパターン4bと垂直の向きに配置された位相シフトパターン4cが示されている。位相シフトパターン4bと4cは、配置方向以外は同一形状のパターンであり、したがって位相シフトパターン4bの線幅LMPと位相シフトパターン4cの線幅LMNは同じ線幅である。露光光50はマスク表面の法線方向に対して6°傾いた角度でマスクに入射する。図5(b)は、露光、現像によりウエハ上に形成されたレジストパターンの平面図を示す。レジストパターン24b及び24cは、それぞれ、位相シフトパターン4b及び4cによって転写形成されたものである。転写形成されたレジストパターンの線幅LPPとLPNの差ΔL(=LPN−LPP)がシャドーイング効果を示す指標となる。一般に、この差のことは、シャドーイング効果による寸法XY差と呼ばれ、位相シフトパターンが壁になって生じた露光光の影により、ポジ型レジストを用いた場合、線幅LPNの方が線幅LPPに対して太くなる。 The reflective phase shift mask created in Example 1 was set in an EUV scanner, and EUV exposure was performed on a wafer on which a processed film and a resist film were formed on a semiconductor substrate. Then, by developing the exposed resist film, a resist pattern was formed on the semiconductor substrate on which the film to be processed was formed. In order to evaluate the shadowing effect in this exposure, the difference in the transfer dimension was measured using a pattern arranged in parallel to a pattern arranged in parallel to the exposure light incident on the mask. FIG. 5A is a plan view of the phase shift pattern arranged on the mask, and the phase shift pattern arranged in the direction perpendicular to the phase shift pattern 4 b arranged in the direction parallel to the incident exposure light 50. 4c is shown. The phase shift patterns 4b and 4c are patterns having the same shape except for the arrangement direction. Therefore, the line width L MP of the phase shift pattern 4b and the line width L MN of the phase shift pattern 4c have the same line width. The exposure light 50 enters the mask at an angle inclined by 6 ° with respect to the normal direction of the mask surface. FIG. 5B shows a plan view of a resist pattern formed on the wafer by exposure and development. The resist patterns 24b and 24c are formed by transfer using the phase shift patterns 4b and 4c, respectively. Line width L PP and L PN difference ΔL of the resist pattern transferred form (= L PN -L PP) is an indicator of shadowing effects. In general, this difference is called a dimension XY difference due to a shadowing effect. When a positive resist is used due to the shadow of exposure light generated by the phase shift pattern as a wall, the line width LPN is better. The line width L PP becomes thicker.
本実施例1で作成した反射型位相シフトマスクの場合、この寸法XY差ΔLは2.3nmであった。比較例の項目で改めて述べるが、膜厚65nmのTaNの単層膜位相シフト膜を用いた場合は、この寸法XY差ΔLは2.6nmであり、本実施例1で作成した反射型位相シフトマスクを用いることによって、シャドーイング効果起因の転写精度低下を10%以上改善できた。又、本実施例1で作成した反射型位相シフトマスクは、位相シフトパターンの側壁ラフネスが少なく、断面形状も安定していることから、転写形成されたレジストパターンのLERや寸法面内バラつきが少ない、高い転写精度を持つものであった。加えて、前述のように、位相シフト面の絶対反射率は3.6%(保護膜付き多層反射膜面に対して5.4%の反射率)であるため、十分な位相シフト効果が得られ、露光裕度や焦点裕度の高いEUV露光を行うことができた。 In the case of the reflection type phase shift mask created in Example 1, the dimension XY difference ΔL was 2.3 nm. As will be described again in the comparative example, when a TaN single layer phase shift film having a film thickness of 65 nm is used, the dimension XY difference ΔL is 2.6 nm. By using a mask, it was possible to improve the transfer accuracy decrease due to the shadowing effect by 10% or more. In addition, the reflection type phase shift mask created in Example 1 has less side wall roughness of the phase shift pattern and a stable cross-sectional shape, so that there is less variation in LER and dimension in-plane of the transferred resist pattern. It had high transfer accuracy. In addition, as described above, the absolute reflectivity of the phase shift surface is 3.6% (the reflectivity of 5.4% with respect to the multilayer reflective film surface with the protective film), so that a sufficient phase shift effect is obtained. As a result, it was possible to perform EUV exposure with high exposure latitude and high focus tolerance.
このレジストパターンをエッチングにより被加工膜に転写し、又、絶縁膜、導電膜の形成、ドーパントの導入、あるいはアニールなど種々の工程を経ることで、所望の特性を有する半導体装置を製造することができた。
[実施例2]
The resist pattern is transferred to a film to be processed by etching, and a semiconductor device having desired characteristics can be manufactured through various processes such as formation of an insulating film, a conductive film, introduction of a dopant, or annealing. did it.
[Example 2]
実施例2は、エッチングマスク膜(エッチング用ハードマスク膜)が形成された反射型マスクブランク(EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスクブランク)用いた場合の実施例であって、位相シフト膜上へのエッチングマスク膜の形成とそれを用いた位相シフト膜のエッチング及びエッチングマスク膜の除去以外は実施例1と同じである。ここでは、マスクブランクの要部断面構造図である図2と、要部断面構造図により反射型マスク(EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスク)を作製する工程を示した図4を参照しながら説明する。 Example 2 is an example in the case of using a reflective mask blank (reflective phase shift mask blank for EUV lithography) on which an etching mask film (hard mask film for etching) is formed. Example 1 is the same as Example 1 except for the formation of the etching mask film, the etching of the phase shift film using the etching mask film, and the removal of the etching mask film. Here, description will be given with reference to FIG. 2 which is a cross-sectional structural diagram of the main part of the mask blank and FIG. 4 which shows a process of manufacturing a reflective mask (reflective phase shift mask for EUV lithography) based on the cross-sectional structure diagram of the main part. To do.
実施例2で用いた反射型マスクブランク(EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスクブランク)101は、図2に示すように、位相シフト膜の一部である上層膜42の上にエッチングマスク膜(エッチング用ハードマスク膜)12が形成されたものであり、エッチングマスク膜12以外は実施例1のマスクブランクと同じものである。即ち、基板1、多層反射膜2、保護膜3、上層膜42と下層膜41からなる2層構造位相シフト膜4、及び導電膜5は、材質、膜厚、及び形成方法など全て実施例1の反射型マスクブランクと同じものである。ここでは、エッチングマスク膜12として、SiO2膜を用い、RFスパッタリングにより膜厚5nmで形成した。 As shown in FIG. 2, the reflective mask blank (reflective phase shift mask blank for EUV lithography) 101 used in Example 2 has an etching mask film (etching) on the upper layer film 42 which is a part of the phase shift film. Hard mask film) 12 is formed, and is the same as the mask blank of Example 1 except for the etching mask film 12. That is, the substrate 1, the multilayer reflective film 2, the protective film 3, the two-layer structure phase shift film 4 composed of the upper layer film 42 and the lower layer film 41, and the conductive film 5 are all in the first embodiment. This is the same as the reflective mask blank. Here, a SiO 2 film was used as the etching mask film 12 and was formed with a film thickness of 5 nm by RF sputtering.
次に反射型マスク(EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスク)の製造工程を、図4を参照しながら説明する。まず、反射型マスクブランク101のエッチングマスク膜12の表面をHMDS処理した後に、エッチングマスク膜12上に、レジスト膜11を80nmの厚さで形成する(図4(a))。そして、このレジスト膜11に所望のパターンを描画(露光)し、さらに現像、リンスすることによって所定のレジストパターン11aを形成する(図4(b))。次に、レジストパターン11aをマスクにしてフッ素系ガス(CF4ガス)によりSiO2膜をドライエッチングしてエッチングマスク膜パターン(エッチング用ハードマスクパターン)12aを形成する(図4(c))。その後、レジストパターン11aをアッシングやレジスト剥離液などを用いて除去する(図4(d))。次に、エッチングマスク膜パターン12aをマスクにして、Cl2とO2の混合ガス(以下、単に「Cl2+O2ガス」)によりCrCON膜(上層膜42)のドライエッチングを行い(図4(e))、その後、Cl2ガスによりTaN膜(下層膜41)のドライエッチングを行うことで、位相シフトパターン41aを形成する(図4(f))。レジストパターン11aを上層膜42のエッチング前に除去しておくことで、上層膜42あるいは下層膜41のエッチング途中に消失するレジストからの有機生成物(アウトガス)の変化がなく、上層膜42及び下層膜41を安定してエッチングができる。
その後、エッチングマスク膜パターン12aをフッ素系ガス(CF4ガス等)によるドライエッチング又は希フッ酸系溶液により除去し、酸性やアルカリ性の水溶液を用いたウェット洗浄を行って、反射型マスク201を製造した(図4(g))。エッチングマスク膜はEUV光を吸収するので、EUV反射率を確保する観点から、エッチングマスク膜パターン12aは除去しておくことが望ましい。尚、必要に応じてウェット洗浄後マスク欠陥検査を行い、マスク欠陥修正を適宜行う。
Next, a manufacturing process of a reflective mask (a reflective phase shift mask for EUV lithography) will be described with reference to FIG. First, after the surface of the etching mask film 12 of the reflective mask blank 101 is subjected to HMDS treatment, a resist film 11 is formed with a thickness of 80 nm on the etching mask film 12 (FIG. 4A). Then, a desired pattern is drawn (exposed) on the resist film 11, and further developed and rinsed to form a predetermined resist pattern 11a (FIG. 4B). Next, using the resist pattern 11a as a mask, the SiO 2 film is dry-etched with a fluorine-based gas (CF 4 gas) to form an etching mask film pattern (hard mask pattern for etching) 12a (FIG. 4C). Thereafter, the resist pattern 11a is removed using ashing or a resist stripping solution (FIG. 4D). Next, using the etching mask film pattern 12a as a mask, the CrCON film (upper layer film 42) is dry-etched with a mixed gas of Cl 2 and O 2 (hereinafter simply referred to as “Cl 2 + O 2 gas”) (FIG. 4 ( e)) Thereafter, the TaN film (lower layer film 41) is dry-etched with Cl 2 gas to form the phase shift pattern 41a (FIG. 4F). By removing the resist pattern 11a before etching the upper layer film 42, there is no change in the organic product (outgas) from the resist that disappears during the etching of the upper layer film 42 or the lower layer film 41. The film 41 can be etched stably.
Thereafter, the etching mask film pattern 12a is removed by dry etching using a fluorine-based gas (CF 4 gas or the like) or a dilute hydrofluoric acid-based solution, and wet cleaning using an acidic or alkaline aqueous solution is performed to manufacture the reflective mask 201. (FIG. 4 (g)). Since the etching mask film absorbs EUV light, it is desirable to remove the etching mask film pattern 12a from the viewpoint of ensuring EUV reflectance. If necessary, a mask defect inspection is performed after wet cleaning, and mask defect correction is performed as appropriate.
尚、ここでは、2層膜からなる位相シフト膜4を、Cl2+O2ガスとCl2ガスを用いて2段階でエッチングする方法を示したが、これに限らず実施例1と同様に、Cl2ガスで一括エッチングすることも可能である。又、ここでは、エッチングマスク膜パターン12aを形成した直後にレジストパターン11aを専用工程にて除去する場合を示したが、レジストパターン11aを残したまま、上層膜42及び下層膜41のドライエッチングを行うことも可能である。この場合、レジストパターン11aは位相シフト膜4のドライエッチング時に自動除去され、工程が短縮されるという特徴がある。 Here, the method of etching the phase shift film 4 composed of the two-layer film in two stages using Cl 2 + O 2 gas and Cl 2 gas is shown, but not limited to this, as in the first embodiment, It is also possible to perform batch etching with Cl 2 gas. Although the resist pattern 11a is removed by a dedicated process immediately after the etching mask film pattern 12a is formed here, the upper film 42 and the lower film 41 are dry-etched while leaving the resist pattern 11a. It is also possible to do this. In this case, the resist pattern 11a is automatically removed at the time of dry etching of the phase shift film 4, and the process is shortened.
本実施例のエッチングマスク(エッチング用ハードマスク膜)を用いた反射型マスク(EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスク)201の製造方法によれば、位相シフト上層膜42の上にエッチングマスク膜12が形成されていることにより、転写パターンを形成するためのレジスト膜11を薄膜化することでき、微細パターンを有する反射型マスクが得られる。即ち、エッチングマスク膜12が無い場合、Cl2+O2ガスやCl2ガスによる位相シフト膜4のドライエッチング中にレジストパターン11aもエッチングされてしまうため、レジスト膜11の膜厚を厚くしておく必要があるが、厚いレジスト膜は解像度が低く、又レジストパターン11aのアスペクト比(高さ/線幅)が大きくなるとパターン現像、リンス時にパターン倒れが生じる。本実施例では、位相シフト膜4の最表面層の材料に対してエッチング選択性を有するエッチングマスク膜12が形成されていることにより、レジスト膜11を薄膜化できる。 According to the manufacturing method of the reflective mask (reflective phase shift mask for EUV lithography) 201 using the etching mask (etching hard mask film) of this embodiment, the etching mask film 12 is formed on the phase shift upper layer film 42. By being formed, the resist film 11 for forming the transfer pattern can be thinned, and a reflective mask having a fine pattern can be obtained. That is, when the etching mask film 12 is not provided, the resist pattern 11a is also etched during the dry etching of the phase shift film 4 by Cl 2 + O 2 gas or Cl 2 gas, so the thickness of the resist film 11 is increased. Although necessary, the resolution of a thick resist film is low, and when the aspect ratio (height / line width) of the resist pattern 11a is increased, pattern collapse occurs during pattern development and rinsing. In this embodiment, since the etching mask film 12 having etching selectivity with respect to the material of the outermost surface layer of the phase shift film 4 is formed, the resist film 11 can be thinned.
又、本実施例の場合も実施例1と同様のTaN下層膜とCrCON上層膜の2層膜からなる位相シフト膜であり、その膜厚も実施例1と同じであることから、シャドーイング効果、位相シフトパターン側壁のラフネス、及びその断面形状の安定性についても実施例1と同様の効果があった。従って、半導体装置を製造する際の寸法XY差ΔLは、実施例1と同様の結果となる。
[実施例3]
Also in this example, the phase shift film is a two-layer film consisting of a TaN lower layer film and a CrCON upper layer film similar to the first example, and the film thickness is the same as that of the first example. The same effect as in Example 1 was also obtained with respect to the roughness of the side wall of the phase shift pattern and the stability of the cross-sectional shape thereof. Therefore, the dimension XY difference ΔL in manufacturing the semiconductor device is the same as that in the first embodiment.
[Example 3]
実施例3は、実施例1において、下層膜41と上層膜42の膜厚のみ変化させて、EUV光に対し種々の反射率を持つEUV露光用反射型位相シフトマスクを製造した例であって、マスクブランク基板、多層反射膜、保護膜、導電膜、TaN下層膜とCrCON膜上層膜の製法、組成、光学定数、レジストパターン形成方法と除去方法、TaN下層膜とCrCON上層膜からなる位相シフト膜のエッチング方法等は全て実施例1と同じである。したがって、TaN下層膜とCrCON上層膜の波長13.5nmにおける屈折率n、消衰係数(屈折率虚部)kは、それぞれ以下であった。
TaN:n=0.9486、k=0.0317
CrCON:n=0.9393、k=0.0288
Example 3 is an example in which only the film thicknesses of the lower layer film 41 and the upper layer film 42 are changed in Example 1, and a reflective phase shift mask for EUV exposure having various reflectances for EUV light is manufactured. , Mask blank substrate, multilayer reflective film, protective film, conductive film, TaN underlayer film and CrCON film upper layer manufacturing method, composition, optical constant, resist pattern formation method and removal method, phase shift consisting of TaN underlayer film and CrCON upper layer film The film etching method and the like are all the same as in the first embodiment. Therefore, the refractive index n and the extinction coefficient (imaginary index imaginary part) k of the TaN lower layer film and the CrCON upper layer film at a wavelength of 13.5 nm were as follows.
TaN: n = 0.9486, k = 0.0317
CrCON: n = 0.9393, k = 0.0288
TaN下層膜とCrCON上層膜の膜厚組み合わせと、その総膜厚、及びその時の波長13.5nmにおける反射率は下記の通りである。尚、何れの場合にも、この2層からなる位相シフト膜による位相差は180°である。
(1)TaN:54.3nm、CrCON: 5nm、総膜厚:59.3nm、絶対反射率:2.4%(保護膜付き多層反射膜面に対する反射率:3.6%)
(2)TaN:48.9nm、CrCON:10nm、総膜厚:58.9nm、絶対反射率:2.9%(保護膜付き多層反射膜面に対する反射率:4.4%)
(3)TaN:43.7nm、CrCON:15nm、総膜厚:58.7nm、絶対反射率:3.0%(保護膜付き多層反射膜面に対する反射率:4.5%)
(4)TaN:33.4nm、CrCON:25nm、総膜厚:58.4nm、絶対反射率:3.6%(保護膜付き多層反射膜面に対する反射率:5.4%)
尚、容易に比較できるように、実施例1の条件を(4)に記した。
このように位相シフト膜を構成するTaN下層膜とCrCON上層膜の組み合わせを変えることにより、180°の位相差を確保しつつ、位相シフトパターンの総膜厚が60nm未満で、且つ、絶対反射率が2.4%から3.6%(保護膜付き多層反射膜面に対する反射率が3.6%から5.4%)までの各種反射率を有するEUV露光用反射型位相シフトマスクを得ることができる。位相シフト膜の総膜厚が60nm未満であることから、比較例において後述するTaNの単層膜位相シフト膜の膜厚65nmよりも約10%薄くすることができ、シャドーイング効果を低減することができた。又、本実施例の場合も実施例1と同様のTaN下層膜とCrCON上層膜の2層膜からなる位相シフト膜であり、その膜厚も実施例1と同じであることから、位相シフトパターン側壁のラフネス、及びその断面形状の安定性についても実施例1と同様の効果があった。従って、半導体装置を製造する際の寸法XY差ΔLは、実施例1と同様の結果となる。
[実施例4]
The film thickness combinations of the TaN lower layer film and the CrCON upper layer film, the total film thickness, and the reflectance at a wavelength of 13.5 nm at that time are as follows. In any case, the phase difference by the two-phase phase shift film is 180 °.
(1) TaN: 54.3 nm, CrCON: 5 nm, total film thickness: 59.3 nm, absolute reflectance: 2.4% (reflectance with respect to the multilayer reflective film surface with a protective film: 3.6%)
(2) TaN: 48.9nm, CrCON : 10nm, total thickness: 58.9Nm, absolute reflectance: 2.9% (reflectance with respect to the protective film with multilayer reflective film surface: 4.4%)
(3) TaN: 43.7nm, CrCON : 15nm, total thickness: 58.7Nm, absolute reflectance: 3.0% (reflectance with respect to the protective film with multilayer reflective film surface: 4.5%)
(4) TaN: 33.4nm, CrCON : 25nm, total thickness: 58.4Nm, absolute reflectance: 3.6% (reflectance with respect to the protective film with multilayer reflective film surface: 5.4%)
In addition, the conditions of Example 1 were described in (4) for easy comparison.
In this way, by changing the combination of the TaN lower layer film and the CrCON upper layer film constituting the phase shift film, the total film thickness of the phase shift pattern is less than 60 nm and the absolute reflectivity while ensuring a phase difference of 180 °. To obtain a reflective phase shift mask for EUV exposure having various reflectances ranging from 2.4% to 3.6% (reflectance with respect to a multilayer reflective film surface with a protective film is 3.6% to 5.4%) Can do. Since the total thickness of the phase shift film is less than 60 nm, it can be made about 10% thinner than the 65 nm film thickness of a TaN single-layer film phase shift film, which will be described later in the comparative example, and the shadowing effect is reduced. I was able to. Also in this example, the phase shift film is a two-layer film composed of a TaN lower layer film and a CrCON upper layer film similar to the first example, and the film thickness is the same as that of the first example. The same effect as in Example 1 was obtained with respect to the roughness of the side wall and the stability of the cross-sectional shape. Therefore, the dimension XY difference ΔL in manufacturing the semiconductor device is the same as that in the first embodiment.
[Example 4]
実施例4は、反射型マスクブランク(EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスクブランク)の下層膜41としてTaN膜に代えてTaBN膜を用いた場合で、その他は、マスクブランクの構成、マスクの構成、それらの製法、半導体装置の製造方法に至るまで、実施例1と同じである。 Example 4 is a case where a TaBN film is used in place of the TaN film as the lower layer film 41 of the reflective mask blank (reflective phase shift mask blank for EUV lithography). Other than that, the configuration of the mask blank, the configuration of the mask, The manufacturing method and the manufacturing method of the semiconductor device are the same as those in the first embodiment.
実施例1と同じ方法で、マスクブランク基板上に保護膜3まで形成し、その保護膜3の上に、DCスパッタリング法により、下層膜41としてTaBN膜を、上層膜42としてCrCON膜を積層して、この2層膜よりなる位相シフト膜4を形成した。TaBN膜は、TaBをターゲットに用いて、XeガスとN2ガスの混合ガス雰囲気にて反応性スパッタリング法で形成した。その膜厚は36.8nmである。元素構成はTaが75原子%、Bが12原子%そしてNが13原子%で、TaとNの元素比率は1:0.16である。CrCON膜は、実施例1と同じ方法で形成した。その膜厚は25nmであり、元素構成はCrが55原子%、Cが12原子%、Oが22原子%、そしてNが11原子%である。ここで、TaBN膜形成からCrCON膜の形成まで大気に触れることなく、連続して成膜した。このことにより、実施例1と同様にTaBN膜の表面に酸化層(酸化タンタル層)が形成されることを防止できた。位相シフト膜の材料としてタンタル系材料層が含まれている場合、これが大気に曝されるとその表面に酸化タンタル層が形成される。このようにして下層膜41と上層膜42の間に酸化タンタル層からなる中間層が形成されると、上層膜及び下層膜は塩素系ガスでエッチング出来るものの、この中間層はフッ素系ガスでのエッチングとなるため、プロセスが複雑化するので好ましくないが、本実施例によれば酸化層(酸化タンタル層)が形成されることを防止できるため、当該問題が回避される。 The protective film 3 is formed on the mask blank substrate in the same manner as in Example 1, and a TaBN film as the lower film 41 and a CrCON film as the upper film 42 are laminated on the protective film 3 by DC sputtering. Thus, the phase shift film 4 made of this two-layer film was formed. The TaBN film was formed by reactive sputtering using TaB as a target in a mixed gas atmosphere of Xe gas and N 2 gas. Its film thickness is 36.8 nm. The elemental composition is 75 atomic% Ta, 12 atomic% B and 13 atomic% N, and the element ratio of Ta and N is 1: 0.16. The CrCON film was formed by the same method as in Example 1. The film thickness is 25 nm, and the elemental composition is 55 atomic% for Cr, 12 atomic% for C, 22 atomic% for O, and 11 atomic% for N. Here, the film was continuously formed without exposure to the air from the TaBN film formation to the CrCON film formation. This prevented the formation of an oxide layer (tantalum oxide layer) on the surface of the TaBN film as in Example 1. When a tantalum-based material layer is included as a material of the phase shift film, a tantalum oxide layer is formed on the surface of the layer when exposed to the atmosphere. When an intermediate layer made of a tantalum oxide layer is formed between the lower layer film 41 and the upper layer film 42 in this way, the upper layer film and the lower layer film can be etched with a chlorine-based gas, but this intermediate layer is formed with a fluorine-based gas. Etching is not preferable because the process becomes complicated. However, according to this embodiment, the formation of an oxide layer (tantalum oxide layer) can be prevented, and the problem is avoided.
その後、実施例1と同じ方法で、レジスト膜11を上層膜42上に形成し、所望のパターン描画(露光)及び現像、リンスを行ってレジストパターン11aを形成する。そして、このレジストパターン11aをマスクにして、CrCON膜上層膜とTaBN膜下層膜からなる位相シフト膜4を、実施例1と同様に、塩素ガスを用いたドライエッチングして、位相シフトパターンを形成した。レジストパターン除去やマスク洗浄なども実施例1と同じ方法で行い、反射型マスク(EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスク)100を製造した。 Thereafter, the resist film 11 is formed on the upper layer film 42 in the same manner as in the first embodiment, and a desired pattern drawing (exposure), development and rinsing are performed to form a resist pattern 11a. Then, using this resist pattern 11a as a mask, the phase shift film 4 composed of the CrCON film upper layer film and the TaBN film lower layer film is dry-etched using chlorine gas in the same manner as in Example 1 to form a phase shift pattern. did. Resist pattern removal and mask cleaning were performed in the same manner as in Example 1 to manufacture a reflective mask (reflective phase shift mask for EUV lithography) 100.
上記形成したTaBN膜とCrCON膜の波長13.5nmにおける屈折率n、消衰係数(屈折率虚部)kは、それぞれ以下であった。
TaBN:n=0.949、k=0.030
CrCON:n=0.9393、k=0.0288
上記、TaBN膜とCrCON膜の2層膜からなる位相シフト膜の波長13.5nmにおける絶対反射率は、1.3%(保護膜付き多層反射膜面に対して2.0%に相当)であった。又、上層膜42と下層膜41からなる位相シフト膜4の総膜厚は61.8nmであり、位相シフト膜をパターニングした時の位相差が180°に相当する膜厚である。後述する比較例におけるTaNの単層膜位相シフト膜の膜厚65nmより約5%薄くすることができ、シャドーイング効果を低減することができた。又、TaBNで形成された下層膜パターン41aは、TaNで形成された下層膜パターンと同様に、側壁ラフネスが小さく、又その断面形状も安定したものであった。その結果、半導体装置を製造する際の寸法XY差ΔLは、後述の比較例に比べ約5%改善した。
The refractive index n and extinction coefficient (refractive index imaginary part) k at a wavelength of 13.5 nm of the formed TaBN film and CrCON film were as follows.
TaBN: n = 0.949, k = 0.030
CrCON: n = 0.9393, k = 0.0288
The absolute reflectance at a wavelength of 13.5 nm of the phase shift film composed of the two layers of the TaBN film and the CrCON film is 1.3% (corresponding to 2.0% with respect to the multilayer reflective film surface with the protective film). there were. The total thickness of the phase shift film 4 composed of the upper layer film 42 and the lower layer film 41 is 61.8 nm, and the phase difference when patterning the phase shift film is a film thickness corresponding to 180 °. The thickness of the TaN single layer phase shift film in the comparative example to be described later can be reduced by about 5% from the film thickness of 65 nm, and the shadowing effect can be reduced. In addition, the lower layer film pattern 41a formed of TaBN had a small sidewall roughness and a stable cross-sectional shape like the lower layer film pattern formed of TaN. As a result, the dimension XY difference ΔL when manufacturing the semiconductor device was improved by about 5% compared to a comparative example described later.
[実施例5〜6]
実施例5〜6は、反射型マスクブランク(EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスクブランク)の下層膜41として、TaN膜の元素比率が、Taが77原子%、Nが23原子%、タンタルと窒素の比(Ta:N)が1:0.299(実施例5)と、TaN膜の元素比率が、Taが95原子%、Nが5原子%、タンタルと窒素の比(Ta:N)が1:0.053(実施例6)とし、上層膜42は実施例1と同じ膜厚のCrCON膜とした以外は実施例1と同様にして反射型位相シフトマスクブランク、反射型位相シフトマスクを作製した。
上記形成した実施例5及び6のTaN膜の波長13.5nmにおける屈折率n、消衰係数(屈折率虚部)kは、それぞれ以下であった。
TaN(実施例5):n=0.9488、k=0.0309
TaN(実施例6):n=0.9485、k=0.0321
上記、TaN膜とCrCON膜の2層膜からなる位相シフト膜の波長13.5nmにおける絶対反射率は、3.7%(実施例5)、3.5%(実施例6)、保護膜付き多層反射膜面に対して5.6%(実施例5)、保護膜付き多層反射面に対して5.3%(実施例6)であった。又、上層膜42と下層膜41からなる位相シフト膜4の膜厚はそれぞれ、58.5nm(実施例5)、58.5nm(実施例6)であり、位相シフト膜をパターニングした時の位相差が180°に相当する膜厚である。後述する比較例におけるTaNの単層膜位相シフト膜の膜厚65nmよりも約10%薄くすることができ、シャドーイング効果を低減することができた。又、本実施例の場合も実施例1と同様のTaN下層膜とCrCON上層膜の2層膜からなる位相シフト膜であり、その膜厚も実施例1と同じであることから、位相シフトパターン側壁のラフネス、及びその断面形状の安定性についても実施例1と同様の効果があった。従って、半導体装置を製造する際の寸法XY差ΔLは、実施例1と同様の結果となる。
[Examples 5 to 6]
In Examples 5-6, as the lower layer film 41 of the reflective mask blank (reflective phase shift mask blank for EUV lithography), the TaN film has an element ratio of 77 atomic% Ta, 23 atomic% N, tantalum and nitrogen. The ratio of Ta (N: N) is 1: 0.299 (Example 5), the element ratio of the TaN film is 95 atomic% Ta, 5 atomic% N, and the ratio of tantalum to nitrogen (Ta: N). 1: 0.053 (Example 6) and the upper layer film 42 is a reflective phase shift mask blank and a reflective phase shift mask in the same manner as in Example 1 except that the upper layer film 42 is a CrCON film having the same film thickness as in Example 1. Produced.
The refractive index n and the extinction coefficient (imaginary refractive index part) k at a wavelength of 13.5 nm of the TaN films of Examples 5 and 6 formed above were as follows.
TaN (Example 5): n = 0.9488, k = 0.0309
TaN (Example 6): n = 0.9485, k = 0.0321
The absolute reflectance at a wavelength of 13.5 nm of the phase shift film composed of the two layers of TaN film and CrCON film is 3.7% (Example 5), 3.5% (Example 6), with a protective film It was 5.6% (Example 5) with respect to the multilayer reflective film surface, and 5.3% (Example 6) with respect to the multilayer reflective surface with a protective film. The thicknesses of the phase shift film 4 composed of the upper layer film 42 and the lower layer film 41 are 58.5 nm (Example 5) and 58.5 nm (Example 6), respectively. The film thickness corresponds to a phase difference of 180 °. As a result, the shadowing effect could be reduced by reducing the thickness of the TaN single layer phase shift film in the comparative example described later by about 10%. Also in this example, the phase shift film is a two-layer film composed of a TaN lower layer film and a CrCON upper layer film similar to the first example, and the film thickness is the same as that of the first example. The same effect as in Example 1 was obtained with respect to the roughness of the side wall and the stability of the cross-sectional shape. Therefore, the dimension XY difference ΔL in manufacturing the semiconductor device is the same as that in the first embodiment.
以上、各実施例について説明した。次に、本発明に係る上記各実施例との比較例について説明する。 The embodiments have been described above. Next, comparative examples with the above embodiments according to the present invention will be described.
(比較例)
比較例では、位相シフト膜4として単層のTaN膜を用いた以外、実施例1と同様の構造と方法で、反射型マスクブランク、反射型マスクを製造し、又、実施例1と同様の方法で半導体装置を製造した。
単層のTaN膜は、実施例1のマスクブランク構造の保護膜3の上に、TaNからなる下層膜とCrCONからなる上層膜の2層膜に代えて形成した。このTaN膜の形成方法は実施例1と同じであり、Taをターゲットに用い、XeガスとN2ガスの混合ガス雰囲気にて反応性スパッタリングを行ってTaN膜を成膜した。TaN膜の膜厚は65nmであり、この膜の元素比率は実施例1と同様に、Taが88原子%、Nが12原子%である。
(Comparative example)
In the comparative example, a reflective mask blank and a reflective mask were manufactured by the same structure and method as in Example 1 except that a single layer TaN film was used as the phase shift film 4, and the same as in Example 1 A semiconductor device was manufactured by the method.
A single-layer TaN film was formed on the protective film 3 of the mask blank structure of Example 1 in place of the two-layer film of the lower film made of TaN and the upper film made of CrCON. The method of forming this TaN film is the same as that in Example 1, and Ta was used as a target, and reactive sputtering was performed in a mixed gas atmosphere of Xe gas and N 2 gas to form a TaN film. The thickness of the TaN film is 65 nm, and the element ratio of this film is 88 atomic% for Ta and 12 atomic% for N as in the first embodiment.
上記のように形成したTaN膜の波長13.5nmにおける屈折率n、消衰係数(屈折率虚部)kは、実施例1の場合と同じで、それぞれ以下であった。
TaN:n=0.9486、k=0.0317
上記の単層のTaN膜からなる位相シフト膜の波長13.5nmにおける位相差は180°である。反射率は多層反射膜面に対して1.7%であった。比較例では位相シフト効果が少なく、投影光学像のコントラストを十分改善することはできなかった。
その後、実施例1と同様の方法で、レジスト膜を単層のTaN膜からなる位相シフト膜上に形成し、所望のパターン描画(露光)及び現像、リンスを行ってレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクにして、TaN単層膜からなる位相シフト膜を、実施例1と同様に、塩素ガスを用いたドライエッチングして、位相シフトパターンを形成した。レジストパターン除去やマスク洗浄なども実施例1と同じ方法で行い、反射型マスク(EUVリソグラフィ用反射型位相シフトマスク)100を製造した。
実施例1の半導体装置の製造方法の項目で述べたように、この反射型位相シフトマスクを用いてシャドーイング効果を調べたところ、寸法XY差ΔLは2.6nmであった。
The refractive index n and the extinction coefficient (refractive index imaginary part) k at a wavelength of 13.5 nm of the TaN film formed as described above were the same as those in Example 1, and were as follows.
TaN: n = 0.9486, k = 0.0317
The phase shift film at a wavelength of 13.5 nm of the phase shift film made of the single TaN film is 180 °. The reflectance was 1.7% with respect to the multilayer reflective film surface. In the comparative example, the phase shift effect was small, and the contrast of the projection optical image could not be sufficiently improved.
Thereafter, a resist film is formed on the phase shift film made of a single TaN film by the same method as in Example 1, and a desired pattern is drawn (exposure), developed, and rinsed to form a resist pattern. Then, using this resist pattern as a mask, the phase shift film made of a TaN single layer film was dry-etched using chlorine gas in the same manner as in Example 1 to form a phase shift pattern. Resist pattern removal and mask cleaning were performed in the same manner as in Example 1 to manufacture a reflective mask (reflective phase shift mask for EUV lithography) 100.
As described in the item of the manufacturing method of the semiconductor device of Example 1, when the shadowing effect was examined using this reflection type phase shift mask, the dimension XY difference ΔL was 2.6 nm.
尚、上述の実施例1において、上層膜42のCrCON膜をCrが50原子%、Cが10原子%、Oが10原子%、Nが30原子%とし、クロムと酸素の比(Cr:O)を1:0.2とした場合、並びにCrが40原子%、Cが11原子%、Oが24原子%、Nが25原子%とし、クロムと酸素の比(Cr:O)を1:0.6とした場合における反射型位相シフトマスクブランク、及び反射型位相シフトマスクにおいても、実施例1と同様の位相シフトパターン側壁のラフネス、及びその断面形状の安定性が得られた。 In Example 1 described above, the CrCON film of the upper layer film 42 has Cr of 50 atomic%, C of 10 atomic%, O of 10 atomic%, and N of 30 atomic%, and the ratio of chromium to oxygen (Cr: O ) Is 1: 0.2, Cr is 40 atomic%, C is 11 atomic%, O is 24 atomic%, N is 25 atomic%, and the ratio of chromium to oxygen (Cr: O) is 1: Also in the reflection type phase shift mask blank and the reflection type phase shift mask in the case of 0.6, the same roughness of the phase shift pattern side wall as in Example 1 and the stability of its cross-sectional shape were obtained.
1…基板、2…多層反射膜、3…保護膜、4…位相シフト膜、4b…位相シフトパターン、4c…位相シフトパターン、5…導電膜、11…レジスト膜、11a…レジストパターン、12…エッチングマスク膜(エッチング用ハードマスク膜)、12a…エッチングマスク膜パターン(エッチング用ハードマスクパターン)、24b…レジストパターン、24c…レジストパターン、41…タンタル系材料膜(位相シフト用下層膜)、41a…タンタル系材料膜パターン(位相シフト用下層膜パターン)、42…クロム系材料膜(位相シフト用上層膜)、42a…クロム系材料膜パターン(位相シフト用上層膜パターン)、50…露光光、100…反射型マスクブランク、101…反射型マスクブランク、200…反射型マスク、201…反射型マスク、LMP…位相シフトパターン線幅、LMN…位相シフトパターン線幅、LPP…レジストパターン線幅、LPN…レジストパターン線幅 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Multilayer reflective film, 3 ... Protective film, 4 ... Phase shift film, 4b ... Phase shift pattern, 4c ... Phase shift pattern, 5 ... Conductive film, 11 ... Resist film, 11a ... Resist pattern, 12 ... etching mask film (hard mask layer for etching), 12a ... etching mask film pattern (the hard mask pattern etching), 24b ... resist pattern, 24c ... resist pattern, (under layer film for phase shift) 41 ... tantalum-based material film, 41a ... tantalum-based material film pattern (under layer film pattern for phase shift), 42 ... (on layer film for phase shift) chromium base material film, 42a ... chromium-containing material film pattern (on-layered film pattern for phase shift), 50 ... exposure light, 100 ... reflective mask blank, 101 ... reflective mask blank, 200 ... reflective mask, 201 ... reverse Type mask, L MP ... phase shift pattern line width, L MN ... phase shift pattern line width, L PP ... resist pattern line width, L PN ... resist pattern line width
Claims (9)
前記位相シフト膜は、タンタルと窒素を含むタンタル系材料層と、該タンタル系材料層上にクロムと酸素を含むクロム系材料層とを有し、
前記タンタル系材料層におけるタンタルと窒素の比(Ta:N)が、1:0.05から1:0.3であり、前記クロム系材料層におけるクロムと酸素の比(Cr:O)が、1:0.2から1:0.6であって、
前記クロム系材料層の膜厚が、5nm以上25nm以下であることを特徴とする反射型マスクブランク。 A reflective mask blank in which a multilayer reflective film, a protective film, and a phase shift film for shifting the phase of EUV light are formed in this order on a substrate,
The phase shift film has a tantalum material layer containing tantalum and nitrogen, and a chromium material layer containing chromium and oxygen on the tantalum material layer,
The ratio of tantalum and nitrogen (Ta: N) in the tantalum-based material layer is 1: 0.05 to 1: 0.3, and the ratio of chromium to oxygen (Cr: O) in the chromium-based material layer is 1: 0.2 to 1: 0.6,
A reflective mask blank, wherein the chromium-based material layer has a thickness of 5 nm to 25 nm.
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