JP2022087344A - Multilayer reflective film-equipped substrate, reflective mask blank, reflective mask, and method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスの製造などに使用される反射型マスク、並びに反射型マスクを製造するために用いられる多層反射膜付き基板及び反射型マスクブランクに関する。また、本発明は、上記反射型マスクを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a reflective mask used for manufacturing a semiconductor device and the like, and a substrate with a multilayer reflective film and a reflective mask blank used for manufacturing the reflective mask. The present invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor device using the reflective mask.
半導体デバイス製造における露光装置は、光源の波長を徐々に短くしながら進化してきている。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。以下、EUV光という場合がある。)を用いたEUVリソグラフィーが開発されている。EUVリソグラフィーでは、EUV光に対して透明な材料が少ないことから、反射型マスクが用いられる。代表的な反射型マスクとして、バイナリー型の反射型マスクおよび位相シフト型の反射型マスク(ハーフトーン位相シフト型の反射型マスク)がある。バイナリー型の反射型マスクは、EUV光を十分吸収する比較的厚い吸収体パターンを有する。位相シフト型の反射型マスクは、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度の位相反転)した反射光を発生させる比較的薄い吸収体パターン(位相シフトパターン)を有する。 Exposure devices in semiconductor device manufacturing are evolving while gradually shortening the wavelength of the light source. In order to realize finer pattern transfer, EUV lithography using extreme ultraviolet rays (EUV: Extreme Ultra Violet, hereinafter may be referred to as EUV light) having a wavelength near 13.5 nm has been developed. In EUV lithography, a reflective mask is used because there are few materials that are transparent to EUV light. Typical reflective masks include a binary type reflective mask and a phase shift type reflective mask (halftone phase shift type reflective mask). The binary reflective mask has a relatively thick absorber pattern that absorbs EUV light well. The phase-shift type reflective mask dims the EUV light by light absorption and generates reflected light whose phase is almost inverted (phase inversion of about 180 degrees) with respect to the reflected light from the multilayer reflective film. It has a thin absorber pattern (phase shift pattern).
このようなEUVリソグラフィー用の反射型マスクおよびこれを作製するためのマスクブランクに関連する技術が特許文献1~3に記載されている。
Techniques related to such a reflective mask for EUV lithography and a mask blank for producing the same are described in
特許文献1には、マスクパターン領域の外側の領域の多層反射膜に対してレーザー光や電子線を照射して加熱する処理を行うことが記載されている。この処理を行うことにより、多層反射膜の高屈折率材料と低屈折率材料の拡散を進行させ、多層反射膜のEUV光の反射率を低下させている。
特許文献2には、EUVリソグラフィーのフォトマスク等で用いられるTiO2-SiO2ガラスについて記載されている。この文献には、TiO2-SiO2ガラス中の水素含有量が5×1017分子/cm3以上であると好ましいことが記載されている。さらに、TiO2-SiO2ガラス中にOHを添加することが好ましいことも記載されている。
特許文献3には、軟X線多層膜反射鏡のシリコン層とモリブデン層の多層構造において、シリコン層とモリブデン層の界面にシリコンを水素化させた水素化層を設けることが記載されている。水素化層を設けることによって、シリコン層とモリブデン層との界面での相互反応や拡散を抑制できることが記載されている。 Patent Document 3 describes that in a multilayer structure of a silicon layer and a molybdenum layer of a soft X-ray multilayer film reflector, a hydrogenated layer obtained by hydrogenating silicon is provided at the interface between the silicon layer and the molybdenum layer. It is described that by providing a hydrogenated layer, mutual reaction and diffusion at the interface between the silicon layer and the molybdenum layer can be suppressed.
EUVリソグラフィーでは、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。入射角度は、現在、反射型マスクの基板垂直面に対して6度とすることが主流である。 In EUV lithography, a projection optical system consisting of a large number of reflectors is used because of the light transmittance. Then, EUV light is obliquely incident on the reflective mask so that the plurality of reflecting mirrors do not block the projected light (exposure light). Currently, the mainstream angle of incidence is 6 degrees with respect to the vertical surface of the substrate of the reflective mask.
EUVリソグラフィーでは、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、立体構造を持つ吸収体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。吸収体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、配置される吸収体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 the exposure light is incident at an angle, there is a unique problem called a shadowing effect. The shadowing effect is a phenomenon in which an exposure light is obliquely incident on an absorber pattern having a three-dimensional structure to form a shadow, and the dimensions and positions of the pattern transferred and formed change. The three-dimensional structure of the absorber pattern becomes a wall and a shadow is formed on the shaded side, and the dimensions and position of the transfer-formed pattern change. For example, there is a difference in the dimensions and positions of the transfer patterns between the two when the direction of the absorber pattern to be arranged is parallel to the direction of the obliquely incident light and when the direction is perpendicular to the direction of the oblique incident light, which lowers the transfer accuracy.
反射型マスクでは、超微細かつ高精度なパターン形成に対する要求のため、上記のシャドーイング効果を小さくすることが求められている。そのために、反射型マスクでは、薄膜パターン(吸収体パターン、位相シフトパターン)の膜厚を薄くすることが検討されている。しかし、薄膜パターンの膜厚を薄くすることによって、EUV光に対する反射率が従来よりも高くなることは避けがたい。 In the reflective mask, it is required to reduce the above-mentioned shadowing effect because of the demand for ultra-fine and highly accurate pattern formation. Therefore, in the reflective mask, it is considered to reduce the film thickness of the thin film pattern (absorber pattern, phase shift pattern). However, it is unavoidable that the reflectance to EUV light becomes higher than before by reducing the film thickness of the thin film pattern.
一般に、EUVリソグラフィーにおけるパターン転写は、反射型マスクの転写パターンを転写対象物に対してステップ・アンド・スキャンによって行われる。このステップ・アンド・スキャンでは、露光転写とステップ移動を繰り返すことで、転写対象物上に複数の同じ転写パターンを露光転写する。その際、転写対象物上に間隔をほとんど置かずに複数の転写パターンを露光転写する。このため、反射型マスクの薄膜の転写パターンが形成されている領域の外周の領域からの反射光が重なって露光される、いわゆる重ね合わせ露光の状態になる。薄膜パターンの反射率が従来よりも高いと、転写対象物のこの重ね合わせ露光がされてしまう領域で不必要な感光が生じてしまう恐れがある。 Generally, pattern transfer in EUV lithography is performed by step-and-scanning the transfer pattern of the reflective mask onto the transfer target. In this step-and-scan, a plurality of the same transfer patterns are exposed and transferred onto a transfer target by repeating exposure transfer and step movement. At that time, a plurality of transfer patterns are exposed and transferred on the transfer target with almost no space between them. Therefore, the reflected light from the outer peripheral region of the region where the transfer pattern of the thin film of the reflective mask is formed is overlapped and exposed, which is a state of so-called superposition exposure. If the reflectance of the thin film pattern is higher than before, there is a risk that unnecessary exposure will occur in the region where the superposition exposure of the transfer target is performed.
本発明者らは、反射型マスクの転写パターンが形成されている領域の外周の領域のEUV光に対する反射率を低下させるために、上記特許文献1に開示されている手法を試みた。具体的には、レーザー光を照射する処理を行い、多層反射膜の低屈折率層の構成元素と高屈折率層の構成元素との間での拡散を進行させた。この処理を行ったところ、多層反射膜上の保護膜の表面が膨れる現象や、保護膜が剥がれる現象が発生することがあることが新たに判明した。この現象は、電子線の照射処理を行った場合や、加熱処理を行った場合でも発生することがあることも判明した。これらの現象が発生すると、多層反射膜の低屈折率層の構成元素と高屈折率層の構成元素との間での拡散を進行させるための処理をそれ以上継続することができなくなり、多層反射膜のEUV露光光に対する反射率を十分に低下させることができないため、問題となっていた。また、保護膜が破裂することで発塵が発生し、製造された反射型マスクに欠陥が多発するという問題もあった。
The present inventors have attempted the method disclosed in
そこで、本発明は、多層反射膜のEUV露光光に対する反射率を十分に低下させることが可能であるとともに、多層反射膜上の保護膜の表面が膨れる現象や保護膜が剥がれる現象が発生することを防止することのできる多層反射膜付き基板を提供することを目的とする。 Therefore, according to the present invention, it is possible to sufficiently reduce the reflectance of the multilayer reflective film to the EUV exposure light, and the phenomenon that the surface of the protective film on the multilayer reflective film swells and the protective film peels off occurs. It is an object of the present invention to provide a substrate with a multilayer reflective film capable of preventing the above.
また、本発明は、上記多層反射膜付き基板を用いて製造される反射型マスクブランク及び反射型マスク、並びにその反射型マスクを用いる半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a reflective mask blank and a reflective mask manufactured by using the substrate with a multilayer reflective film, and a method of manufacturing a semiconductor device using the reflective mask.
本発明者らは、鋭意研究を行った結果、多層反射膜中に存在する水素がレーザー光の照射等による多層反射膜の発熱によって気体になり、多層反射膜から離脱しようとして多層反射膜と保護膜との界面で蓄積することによって、保護膜が多層反射膜から浮き上がる現象が生じることを突き止めた。さらに、多層反射膜と保護膜の温度上昇によって、多層反射膜と保護膜の間に捕捉されている気体の水素が熱膨張し、保護膜を破裂させる現象が生じることも突き止めた。 As a result of diligent research, the present inventors turned the hydrogen existing in the multilayer reflective film into a gas due to the heat generation of the multilayer reflective film due to irradiation of laser light, etc., and tried to separate from the multilayer reflective film to protect the multilayer reflective film. It was found that the protective film floats from the multilayer reflective film by accumulating at the interface with the film. Furthermore, it was also found that the temperature rise between the multilayer reflective film and the protective film causes thermal expansion of the gaseous hydrogen trapped between the multilayer reflective film and the protective film, resulting in a phenomenon in which the protective film bursts.
その一方で、反射型マスクを製造するためのマスクブランクの基板中には、水素とOH基が含まれており、これらをなくすことはできないことが判明した。また、その基板から多層反射膜に水素やOH基が移動する現象が起こり、その現象を防止することは困難であることも判明した。これらの知見を基に、本発明者らはさらなる鋭意研究を行った結果、以下の構成を備える多層反射膜付き基板を用いることで、上記の技術的課題を解決できるという結論に至った。 On the other hand, it was found that hydrogen and OH groups are contained in the substrate of the mask blank for manufacturing the reflective mask, and these cannot be eliminated. It was also found that a phenomenon of hydrogen and OH groups moving from the substrate to the multilayer reflective film occurs, and it is difficult to prevent the phenomenon. Based on these findings, the present inventors have conducted further diligent research and have come to the conclusion that the above technical problems can be solved by using a substrate with a multilayer reflective film having the following configuration.
(構成1)
基板の主表面上に、多層反射膜および保護膜をこの順に備える多層反射膜付基板であって、
前記基板は、ケイ素、チタンおよび酸素を主成分とし、さらに水素を含有し、
前記多層反射膜は、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層させた構造を有し、
前記多層反射膜は、水素を含有し、前記多層反射膜中の水素の原子数密度は、7.0×10-3atoms/nm3以下である
ことを特徴とする多層反射膜付基板。
(Structure 1)
A substrate with a multilayer reflective film having a multilayer reflective film and a protective film in this order on the main surface of the substrate.
The substrate contains silicon, titanium and oxygen as main components, and further contains hydrogen.
The multilayer reflective film has a structure in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated.
The multilayer reflective film contains hydrogen, and the atomic number density of hydrogen in the multilayer reflective film is 7.0 × 10 -3 atoms / nm 3 or less.
(構成2)
前記高屈折率層は、ケイ素を含有し、前記低屈折率層は、モリブデンを含有することを特徴とする構成1記載の多層反射膜付基板。
(Structure 2)
The substrate with a multilayer reflective film according to
(構成3)
前記基板に対して、二次イオン質量分析法による分析を行って得られる前記基板中の水素の原子数密度は、1.0×1019atoms/cm3以上であることを特徴とする構成1または2に記載の多層反射膜付基板。
(Structure 3)
(構成4)
前記保護膜は、ルテニウムを含有することを特徴とする構成1から3のいずれかに記載の多層反射膜付基板。
(Structure 4)
The substrate with a multilayer reflective film according to any one of
(構成5)
前記多層反射膜は、主表面上に、前記低屈折率層の構成元素と前記高屈折率層の構成元素が混合した混合領域を有し、前記混合領域のEUV光に対する表面反射率は、それ以外の領域のEUV光に対する表面反射率よりも低いことを特徴とする構成1から4のいずれかに記載の多層反射膜付基板。
(Structure 5)
The multilayer reflective film has a mixed region on the main surface in which the constituent elements of the low refractive index layer and the constituent elements of the high refractive index layer are mixed, and the surface reflectance of the mixed region with respect to EUV light is the same. The substrate with a multilayer reflective film according to any one of
(構成6)
基板の主表面上に、多層反射膜、保護膜およびパターン形成用薄膜をこの順に備えるマスクブランクであって、
前記基板は、ケイ素、チタンおよび酸素を主成分とし、さらに水素を含有し、
前記多層反射膜は、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層させた構造を有し、
前記多層反射膜は、水素を含有し、前記多層反射膜中の水素の原子数密度は、7.0×10-3atoms/nm3以下である
ことを特徴とするマスクブランク。
(Structure 6)
A mask blank in which a multilayer reflective film, a protective film, and a thin film for pattern formation are provided in this order on the main surface of the substrate.
The substrate contains silicon, titanium and oxygen as main components, and further contains hydrogen.
The multilayer reflective film has a structure in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated.
The multilayer reflective film contains hydrogen, and the atomic number density of hydrogen in the multilayer reflective film is 7.0 × 10 -3 atoms / nm 3 or less.
(構成7)
前記高屈折率層は、ケイ素を含有し、前記低屈折率層は、モリブデンを含有することを特徴とする構成6記載のマスクブランク。
(Structure 7)
The mask blank according to the
(構成8)
前記基板に対して、二次イオン質量分析法による分析を行って得られる前記基板中の水素の原子数密度は、1.0×1019atoms/cm3以上であることを特徴とする構成6または7に記載のマスクブランク。
(Structure 8)
The
(構成9)
前記保護膜は、ルテニウムを含有することを特徴とする構成6から8のいずれかに記載のマスクブランク。
(Structure 9)
The mask blank according to any one of
(構成10)
前記多層反射膜は、主表面上に、前記低屈折率層の構成元素と前記高屈折率層の構成元素が混合した混合領域を有し、前記混合領域のEUV光に対する表面反射率は、前記パターン形成用薄膜のEUV光に対する表面反射率よりも低いことを特徴とする構成6から9のいずれかに記載のマスクブランク。
(Structure 10)
The multilayer reflective film has a mixed region on the main surface in which the constituent elements of the low refractive index layer and the constituent elements of the high refractive index layer are mixed, and the surface reflectance of the mixed region with respect to EUV light is the above. The mask blank according to any one of
(構成11)
基板の主表面上に、多層反射膜、保護膜および薄膜パターンをこの順に備える反射型マスクであって、
前記基板は、ケイ素、チタンおよび酸素を主成分とし、さらに水素を含有し、
前記多層反射膜は、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層させた構造を有し、
前記多層反射膜は、水素を含有し、前記多層反射膜中の水素の原子数密度は、7.0×10-3atoms/nm3以下であり、
前記多層反射膜は、主表面上の薄膜パターンが設けられている領域の外周の領域に、前記低屈折率層の構成元素と前記高屈折率層の構成元素が混合した混合領域を有し、前記混合領域のEUV光に対する表面反射率は、前記薄膜パターンのEUV光に対する表面反射率よりも低いことを特徴とする反射型マスク。
(Structure 11)
A reflective mask having a multilayer reflective film, a protective film, and a thin film pattern on the main surface of the substrate in this order.
The substrate contains silicon, titanium and oxygen as main components, and further contains hydrogen.
The multilayer reflective film has a structure in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated.
The multilayer reflective film contains hydrogen, and the atomic number density of hydrogen in the multilayer reflective film is 7.0 × 10 -3 atoms / nm 3 or less.
The multilayer reflective film has a mixed region in which the constituent elements of the low refractive index layer and the constituent elements of the high refractive index layer are mixed in the outer peripheral region of the region where the thin film pattern is provided on the main surface. A reflective mask characterized in that the surface reflectance of the mixed region to EUV light is lower than the surface reflectance of the thin film pattern to EUV light.
(構成12)
前記高屈折率層は、ケイ素を含有し、前記低屈折率層は、モリブデンを含有することを特徴とする構成11記載の反射型マスク。
(Structure 12)
11. The reflective mask according to configuration 11, wherein the high refractive index layer contains silicon, and the low refractive index layer contains molybdenum.
(構成13)
前記基板に対して、二次イオン質量分析法による分析を行って得られる前記基板中の水素の原子数密度は、1.0×1019atoms/cm3以上であることを特徴とする構成11または12に記載の反射型マスク。
(Structure 13)
The configuration 11 is characterized in that the atomic number density of hydrogen in the substrate obtained by analyzing the substrate by secondary ion mass spectrometry is 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 or more. Or the reflective mask according to 12.
(構成14)
前記保護膜は、ルテニウムを含有することを特徴とする構成11から13のいずれかに記載の反射型マスク。
(Structure 14)
The reflective mask according to any one of configurations 11 to 13, wherein the protective film contains ruthenium.
(構成15)
構成11から14のいずれかに記載の反射型マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
(Structure 15)
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of exposing and transferring a transfer pattern to a resist film on a semiconductor substrate using the reflective mask according to any one of configurations 11 to 14.
本発明によれば、多層反射膜のEUV露光光に対する反射率を十分に低下させることが可能であるとともに、多層反射膜上の保護膜の表面が膨れる現象や保護膜が剥がれる現象が発生することを抑制することのできる多層反射膜付き基板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to sufficiently reduce the reflectance of the multilayer reflective film to EUV exposure light, and the phenomenon that the surface of the protective film on the multilayer reflective film swells and the protective film peels off occurs. It is possible to provide a substrate with a multilayer reflective film capable of suppressing the above.
また、本発明によれば、上記多層反射膜付き基板と同様の構成を一部に備える反射型マスクブランク及び反射型マスク、並びにその反射型マスクを用いる半導体デバイスの製造方法を提供することができる。 Further, according to the present invention, it is possible to provide a reflective mask blank and a reflective mask partially having the same configuration as the substrate with a multilayer reflective film, and a method for manufacturing a semiconductor device using the reflective mask. ..
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。なお、以下の実施形態は、本発明を具体的に説明するための形態であって、本発明の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. It should be noted that the following embodiments are embodiments for specifically explaining the present invention, and do not limit the scope of the present invention.
図1は、本実施形態の多層反射膜付き基板110の断面模式図である。図1に示すように、本実施形態の多層反射膜付き基板110は、基板1の上に多層反射膜5及び保護膜6をこの順に備えている。多層反射膜5は、露光光を反射するための膜であり、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層させた多層膜からなる。保護膜6は、後述する反射型マスク200の製造工程において、ドライエッチング及び洗浄によるダメージから多層反射膜5を保護するための膜である。また、保護膜6は、電子線(EB)を用いたマスクパターンの黒欠陥修正の際に、多層反射膜5を保護することもできる。本実施形態の多層反射膜付き基板110は、基板1の裏面(多層反射膜5が形成された主表面とは反対側の主表面)に、裏面導電膜2を含んでもよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the
本実施形態の多層反射膜付き基板110を用いて、反射型マスクブランク100を製造することができる。図2は、反射型マスクブランク100の一例の断面模式図である。図2に示すように、反射型マスクブランク100は、保護膜6の上に吸収体膜(パターン形成用薄膜)7をさらに含む。本実施形態の反射型マスクブランク100を用いることにより、EUV光に対する反射率が高い多層反射膜5を有する反射型マスク200を得ることができる。
The reflective mask blank 100 can be manufactured by using the
本明細書において、「膜Aの上に膜Bを有する」とは、膜Bが、膜Aの表面に接して配置される場合だけでなく、膜Aと膜Bの間に他の膜が存在する場合も含む。また、本明細書において、「膜Bが膜Aの表面に接して配置される」とは、膜Aと膜Bの間に他の膜を介在させることなく、膜Bが膜Aの表面に接するように配置されることを意味する。 In the present specification, "having a film B on the film A" means not only when the film B is arranged in contact with the surface of the film A, but also when another film is placed between the film A and the film B. Including the case where it exists. Further, in the present specification, "the film B is arranged in contact with the surface of the film A" means that the film B is placed on the surface of the film A without interposing another film between the film A and the film B. It means that they are arranged so as to be in contact with each other.
<多層反射膜付き基板110>
以下、本実施形態の多層反射膜付き基板110について詳しく説明する。多層反射膜付き基板110は、基板1と、多層反射膜5と、保護膜6を含む。
<
Hereinafter, the
<<基板1>>
基板1は、ケイ素、チタンおよび酸素を主成分とし、さらに水素を含有する。この場合の水素には、OH基の状態で含有するものも含まれる。ケイ素、チタンおよび酸素を主成分とする基板1の例として、SiO2-TiO2系ガラスを挙げることができる。SiO2-TiO2系ガラスは、TiO2を含有するシリカガラスであり、石英ガラスよりも小さい熱膨張係数を有する低熱膨張材料である。基板1がSiO2-TiO2系ガラスである場合、基板1には水素およびOH基が含まれる。
<<
The
基板1に対して、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)による分析を行って得られる基板1中の水素の原子数密度は、1.0×1019atoms/cm3以上であることが好ましく、2.0×1019atoms/cm3以上であることがより好ましい。一方、基板1中の水素の原子数密度は、5.0×1021atoms/cm3以下であることが好ましく、3.0×1021atoms/cm3以下であることがより好ましい。基板1中の水素含有量が多すぎると、基板1からの水素の放出量が多くなり、その水素が多層反射膜5へ多く取り込まれてしまう。なお、SIMSによる分析で検出される基板1中の水素には、Siと結合している状態、OH基の状態、イオンで存在している状態、分子で存在している状態などが含まれる。このため、SIMSによる分析で測定される基板1中の水素の原子数密度の数値は、OH基中の水素も含まれるものである。
The atomic number density of hydrogen in the
基板1中のOH基の濃度は、50ppm以上であることが好ましく、60ppm以上であることがより好ましい。基板1中のOH基の濃度は、公知の方法で測定することが可能であり、例えば、特許第4792705号公報に記載の方法で測定することが可能である。
The concentration of the OH group in the
基板1の多層反射膜5が形成される側の第1主表面は、パターン転写精度を高める観点から、所定の平坦度となるように表面加工されることが好ましい。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、より好ましくは0.05μm以下、さらに好ましくは0.03μm以下である。また、多層反射膜5が形成される側と反対側の第2主表面(裏面)は、露光装置に反射型マスクをセットするときに静電チャックによって吸着される。第2主表面は、142mm×142mm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、より好ましくは0.05μm以下、さらに好ましくは0.03μm以下である。
The first main surface on the side of the
また、基板1の表面平滑性の高さも重要である。基板1の第1主表面の表面粗さは、二乗平均平方根粗さ(Rms)で0.15nm以下、より好ましくはRmsで0.10nm以下であることが好ましい。なお、表面平滑性は、原子間力顕微鏡で測定することができる。
In addition, the high surface smoothness of the
さらに、基板1は、基板1の上に形成される膜(多層反射膜5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ことが好ましい。特に、基板1は、65GPa以上の高いヤング率を有していることが好ましい。
Further, the
<<多層反射膜5>>
多層反射膜5は、反射型マスク200において、EUV光を反射する機能を付与するものである。多層反射膜5は、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である。
<< Multilayer
The multilayer
一般的には、多層反射膜5として、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(ペア)程度積層された多層膜が用いられる。
Generally, the multilayer
多層反射膜5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」の積層構造を含む。1つの「高屈折率層/低屈折率層」を1周期として、この積層構造を複数周期積層してもよい。あるいは、多層反射膜5は、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」の積層構造を含む。1つの「低屈折率層/高屈折率層」を1周期として、この積層構造を複数周期積層してもよい。なお、多層反射膜5の最表面の層、すなわち、基板1側と反対側の多層反射膜5の表面層は、高屈折率層であることが好ましい。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場合は、最上層が低屈折率層となる。この場合、低屈折率層が多層反射膜5の最表面となるため、多層反射膜5の最表面が容易に酸化されてしまい、反射型マスク200の反射率が減少する。そのため、最上層の低屈折率層の上に、高屈折率層をさらに形成することが好ましい。一方、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場合は、最上層が高屈折率層となる。この場合には、さらなる高屈折率層を形成する必要はない。
The multilayer
高屈折率層としては、例えば、ケイ素(Si)を含む材料を用いることができる。Siを含む材料としては、Si単体の他に、Siに、ホウ素(B)、炭素(C)、ジルコニウム(Zr)、窒素(N)及び酸素(O)から選択される少なくとも1つの元素を含むSi化合物を用いることができる。Siを含む高屈折率層を用いることによって、EUV光の反射率に優れた反射型マスク200が得られる。
As the high refractive index layer, for example, a material containing silicon (Si) can be used. As a material containing Si, in addition to elemental substance Si, Si contains at least one element selected from boron (B), carbon (C), zirconium (Zr), nitrogen (N) and oxygen (O). Si compounds can be used. By using a high refractive index layer containing Si, a
低屈折率層としては、例えば、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、及び白金(Pt)から選ばれる少なくとも1種の金属単体、又はこれらの合金を用いることができる。 As the low refractive index layer, for example, at least one metal unit selected from molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), and platinum (Pt), or an alloy thereof can be used.
本実施形態の多層反射膜付き基板110においては、低屈折率層がモリブデン(Mo)を含む層であり、高屈折率層がケイ素(Si)を含む層であることが好ましい。例えば波長13nmから14nmのEUV光を反射するための多層反射膜5としては、Moを含む層とSiを含む層とを交互に40から60周期程度積層したMo/Si周期積層膜が好ましく用いられる。
In the
なお、多層反射膜5の最上層である高屈折率層がケイ素(Si)を含む層である場合、最上層(Siを含む層)と保護膜6との間に、ケイ素と酸素を含むケイ素酸化物層を形成してもよい。この場合、マスク洗浄耐性を向上させることができる。
When the high-refractive index layer, which is the uppermost layer of the multilayer
本実施形態の多層反射膜付き基板110において、多層反射膜5は水素を含有することを特徴とする。多層反射膜5中の水素の原子数密度は、7.0×10-3atoms/nm3以下であり、好ましくは6.5×10-3atoms/nm3以下であり、より好ましくは6.0×10-3atoms/nm3以下である。一方、多層反射膜5中の水素の原子数密度は、好ましくは1.0×10-4atoms/nm3以上であり、より好ましくは2.0×10-4atoms/nm3以上である。多層反射膜5中の水素の原子数密度は、例えば、二次イオン質量分析法(SIMS)によって測定することができる。
In the
一般的に、基板1がSiO2-TiO2系ガラスで構成される場合、SiO2-TiO2系ガラスには所定量以上の水素及びOH基が必ず含まれるため、基板1から水素及びOH基を完全に排除することは困難である。このため、基板1の上に形成された多層反射膜5中にも、基板1から放出された水素及びOH基が取り込まれる。特に、多層反射膜5中の高屈折材料がケイ素である場合、ケイ素は水素を取り込みやすいため、このような現象が顕著に発生する。
Generally, when the
多層反射膜5は、成膜時に膜応力をゼロにすることは困難である。多層反射膜5の膜応力を低減させるために、加熱処理を行うことが多い。この加熱処理時に、基板1の水素及びOH基が多層反射膜5に取り込まれやすくなる。また、後述のマスクブランク100の吸収体膜7の上にレジスト膜8を形成する際、レジスト液をスピン塗布法等で塗布した後、乾燥させるための加熱処理(PAB:Pre Applied bake)が行われる。この加熱処理時に、基板1の水素及びOH基が多層反射膜5に取り込まれやすくなる。さらに、レジスト膜8が化学増幅型レジストである場合、レジスト膜8に転写パターンを電子線で露光描画した後に、加熱処理(PEB:Post Exposure Bake)が行われる。さらに、レジスト膜8に対する現像処理を行った後にも、加熱処理(Post Bake)が行われる。これらの加熱処理時においても、基板1の水素及びOH基が多層反射膜5に取り込まれやすくなる。
It is difficult for the multilayer
多層反射膜5中に水素及びOH基が取り込まれた場合、多層反射膜5にレーザー照射等を行うことによって、低屈折率層の構成元素と高屈折率層の構成元素を互いに拡散させることで反射率を低下させる処理を行ったときに、多層反射膜5中に取り込まれている水素及びOH基が気化して多層反射膜5と保護膜6との間に蓄積する現象が発生する。この場合、多層反射膜5上の保護膜6が膨れる現象や、保護膜6自体が破裂する現象が発生するため、レーザー照射等を十分に行うことができず、多層反射膜5の所定の領域(転写パターン形成領域の外周の遮光領域等。)のEUV光に対する反射率を十分に低下させることができないという問題があった。
When hydrogen and OH groups are incorporated into the multilayer
本実施形態の多層反射膜付き基板110によれば、多層反射膜5中の水素の原子数密度が上記の範囲内に抑制されている。これにより、多層反射膜5の反射率を低下させるためにレーザー照射等を行ったときに、多層反射膜5中に取り込まれている水素が気化して多層反射膜5と保護膜6との間に蓄積する現象が発生することを抑制することが可能である。その結果、多層反射膜5の所定の領域(転写パターン形成領域の外周の遮光領域等。)のEUV光に対する反射率を十分に低下させることが可能となり、パターン転写精度の高い反射型マスクを製造することができる多層反射膜付き基板110及び反射型マスクブランク100を得ることが可能となる。
According to the
本実施形態の多層反射膜5の単独でのEUV光に対する反射率は、通常65%以上であることが好ましい。多層反射膜5の反射率が65%以上であることにより、半導体デバイスの製造のための反射型マスク200として好ましく用いることができる。反射率の上限は通常73%である。なお、多層反射膜5を構成する低屈折率層及び高屈折率層の膜厚及び周期数(ペア数)は、露光波長により適宜選択することができる。具体的には、多層反射膜5を構成する低屈折率層及び高屈折率層の膜厚及び周期数(ペア数)は、ブラッグ反射の法則を満たすように選択することができる。多層反射膜5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、高屈折率層同士の膜厚、又は低屈折率層同士の膜厚は、必ずしも同じでなくてもよい。また、多層反射膜5の最表面(例えば、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。最表面の高屈折率層(例えばSi層)の膜厚は、例えば、3nmから10nmである。
The reflectance of the multilayer
本実施形態の多層反射膜付き基板110では、多層反射膜5が、1対の低屈折率層及び高屈折率層を1周期(ペア)として、30~60周期(ペア)備えていることが好ましく、35~55周期(ペア)備えていることがより好ましく、35~45周期(ペア)備えていることがさらに好ましい。周期数(ペア数)が多いほど、高い反射率を得ることができるが、多層反射膜5の形成時間が長時間になる。多層反射膜5の周期を適切な範囲とすることにより、比較的短い時間で、比較的高い反射率の多層反射膜5を得ることができる。
In the
本実施形態の多層反射膜5は、イオンビームスパッタリング法、DCスパッタリング法、及びRFスパッタリング法などのスパッタリング法により形成することができる。多層反射膜5中に不純物が混ざりにくい点や、イオン源が独立していて、条件設定が比較的容易等の点から、イオンビームスパッタリング法により多層反射膜5を形成することが好ましい。
The multilayer
本実施形態の多層反射膜5は、膜応力が0.42GPa以下であることが好ましく、0.25GPa以下あるとより好ましい。多層反射膜5を成膜した段階で上記の膜応力以下にすることは難しく、上述の通り加熱処理等を行って膜応力を低減する場合が多い。
The multilayer
<<保護膜6>>
後述する反射型マスク200の製造工程におけるドライエッチングおよび洗浄から多層反射膜5を保護するために、多層反射膜5の上に、または多層反射膜5の表面に接して保護膜6を形成することができる。また、保護膜6は、電子線(EB)を用いた薄膜パターンの黒欠陥を修正する際に多層反射膜5を保護する役割も兼ね備える。ここで、図1および図2では保護膜6が1層の場合を示しているが、保護膜6は2層以上の積層構造を有してもよい。保護膜6は、吸収体膜7をパターニングする際に使用するエッチャント、および洗浄液に対して耐性を有する材料で形成される。多層反射膜5の上に保護膜6が形成されていることにより、多層反射膜5および保護膜6を有する基板110を用いて反射型マスク200(EUVマスク)を製造する際の、多層反射膜5の表面へのダメージを抑制することができる。そのため、多層反射膜5のEUV光に対する反射率特性が良好となる。
<<
In order to protect the multilayer
本実施形態の反射型マスクブランク100では、保護膜6の材料として、保護膜6の上に形成される吸収体膜7をパターニングするためのドライエッチングに用いられるエッチングガスに対して、耐性のある材料を選択することができる。
The reflective mask blank 100 of the present embodiment is resistant to the etching gas used for dry etching for patterning the
保護膜6の表面に接する吸収体膜7が、フッ素系ガスによるドライエッチングあるいは酸素非含有の塩素系ガスによるドライエッチングでエッチング可能である材料からなる薄膜の場合(例えば、タンタル(Ta)を含む材料からなる薄膜である場合。)には、保護膜6の材料として、例えば、ルテニウムを主成分として含む材料を選択することもできる。ルテニウムを主成分として含む材料の例としては、Ru金属単体、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)、及びロジウム(Rh)から選択される少なくとも1つの金属を含有したRu合金、及びそれらに窒素を含む材料が挙げられる。
When the
保護膜6の表面に接する吸収体膜7が、ルテニウム(Ru)およびクロム(Cr)を含む材料(所定のRuCr系材料)からなる薄膜である場合には、保護膜6の材料として、ケイ素(Si)、ケイ素(Si)および酸素(O)を含む材料、ケイ素(Si)および窒素(N)を含む材料、ケイ素(Si)、酸素(O)および窒素(N)を含む材料などのケイ素系材料、並びに、クロム(Cr)、またはクロム(Cr)と、酸素(O)、窒素(N)、および炭素(C)のうち少なくとも1以上の元素とを含むクロム系材料から選択される材料を使用することができる。
When the
保護膜6を、ルテニウム(Ru)とロジウム(Rh)とを含む構成とした場合、保護膜6の塩素系ガス及び酸素ガスの混合ガスに対するエッチング耐性、塩素系ガスに対するエッチング耐性、フッ素系ガスに対するエッチング耐性及び硫酸過水(SPM)洗浄耐性が向上する。保護膜6中のロジウムの含有量は、少なすぎると添加の効果が得られず、多すぎると保護膜6のEUV光に対する消衰係数kが高くなるので、反射型マスク200の反射率が低下する。そのため、保護膜6中のロジウムの含有量は、15原子%以上50原子%未満であることが好ましく、20原子%以上40原子%以下であることがより好ましい。
When the
保護膜6は、N、C、O、H及びBから選択される少なくとも1つを含むことができる。保護膜6は、窒素(N)を更に含むことが好ましい。保護膜6が窒素(N)を更に含むことにより、結晶性を低くできる。この結果、薄膜を緻密化することができるので、エッチングガス及び洗浄に対する耐性を更に高くすることができる。保護膜6における窒素の含有量は1原子%より大きく20原子%以下であることが好ましく、さらには、3原子%以上10原子%以下であることが好ましい。
The
保護膜6は、酸素(O)を更に含むことが好ましい。保護膜6が酸素(O)を更に含むことにより、結晶性を低くできる。この結果、保護膜6を緻密化することができるので、エッチングガス及び洗浄に対する耐性を更に高くすることができる。保護膜6の酸素の含有量は1原子%より大きく20原子%以下であることが好ましく、さらには、3原子%以上10原子%以下であることが好ましい。
The
保護膜6の膜厚は、保護膜6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。EUV光の反射率の観点から、保護膜6の膜厚は、1.0nmから8.0nmであることが好ましく、1.5nmから6.0nmであることがより好ましい。保護膜6の消衰係数は、0.030以下、さらには0.025以下となるように調整することが好ましい。
The film thickness of the
一方、保護膜6は、基板1側から第1の層と第2の層とを含む構成としてもよい。この場合、第2の層を上述のルテニウム(Ru)とロジウム(Rh)とを含む構成の薄膜とすることができる。
On the other hand, the
ケイ素(Si)が多層反射膜5から保護膜6へ拡散することを抑制するために、保護膜6の第1の層は、ルテニウム(Ru)と、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ロジウム(Rh)、ハフニウム(Hf)及びタングステン(W)から選択される少なくとも1つとを含むことが好ましい。特に、第1の層がRuTi膜、RuZr膜、RuAl膜である場合には、ケイ素(Si)の保護膜6への拡散を、より確実に抑制することができる。
In order to prevent silicon (Si) from diffusing from the multilayer
第1の層のRuの含有量は、50原子%より大きく100原子%未満であることが好ましく、さらには、80原子%以上100原子%未満であることが好ましく、95原子%より大きく100原子%未満であることが特に好ましい。 The Ru content of the first layer is preferably greater than 50 atomic% and less than 100 atomic%, more preferably 80 atomic% or more and less than 100 atomic%, and greater than 95 atomic% and 100 atoms. It is particularly preferable that it is less than%.
本実施形態の多層反射膜付き基板110では、第2の層のRu含有量は、第1の層のRu含有量よりも少ないことが好ましい。例えば、第1の層をRuTi膜とし、第2の層をRuRh膜とした場合、第1の層のRuTi膜のTi含有量が比較的低くても、シリコン(Si)の保護膜6への拡散を抑制することができる。そのため、第2の層のRu含有量が、第1の層のRu含有量よりも少ないことにより、エッチングガス及び洗浄に対する耐性を更に高くし、かつシリコン(Si)の保護膜6への拡散を抑制することができる。
In the
保護膜6の第2の層の屈折率は、第1の層の屈折率よりも小さいことが好ましい。この結果、保護膜6を含めた多層反射膜5からのEUV光の反射率を低下させることなく、保護膜付き基板(保護膜6を有する多層反射膜付き基板110)を作製することができる。第2の層の屈折率は、0.920以下であることが好ましく、0.885以下であることがより好ましい。
The refractive index of the second layer of the
保護膜6の第1の層の膜厚は、0.5nmから2.0nmであることが好ましく、1.0nmから1.5nmであることがより好ましい。また、保護膜6の第2の層の膜厚は、1.0nmから7.0nmであることが好ましく、1.5nmから4.0nmであることがより好ましい。
The film thickness of the first layer of the
EUVリソグラフィーでは、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。また、EUVリソグラフィーでは、EUV露光によってマスクにカーボン膜が堆積することや、酸化膜が成長するといった露光コンタミネーションが起こる。そのため、EUV露光用の反射型マスク200を半導体デバイス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ネーションを除去する必要がある。このため、EUV露光用の反射型マスク200では、光リソグラフィー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。反射型マスク200が保護膜6を有することにより、洗浄液に対する洗浄耐性を高くすることができる。
In EUV lithography, since there are few substances that are transparent to the exposure light, EUV pellicle that prevents foreign matter from adhering to the mask pattern surface is not technically easy. For this reason, pellicle-less operation that does not use pellicle has become the mainstream. Further, in EUV lithography, exposure contamination occurs such that a carbon film is deposited on the mask and an oxide film is grown due to EUV exposure. Therefore, when the
保護膜6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、スパッタリング法およびイオンビームスパッタリング法が挙げられる。
As a method for forming the
本実施形態の多層反射膜付き基板110において、多層反射膜5は、第1主表面上に、低屈折率層の構成元素と高屈折率層の構成元素が混合した混合領域を有することができる。例えば、低屈折率層がモリブデン(Mo)を含む層であり、高屈折率層がケイ素(Si)を含む層である場合には、MoとSiが混合した混合領域を有することができる。このような混合領域は、多層反射膜5を部分的に加熱することによって形成することができる。例えば、混合領域は、多層反射膜5にレーザー光を照射して加熱することによって形成することができる。この場合、レーザー光は、多層反射膜5の上から照射してもよいし、多層反射膜5の上に保護膜6を形成した後、保護膜6の上から照射してもよい。レーザー光の光源としては、例えば、CO2レーザーや固体レーザーなどを用いることができる。なお、多層反射膜5に対して電子線を照射することによって混合領域を形成してもよい。
In the
混合領域のEUV光に対する表面反射率は、それ以外の領域のEUV光に対する表面反射率よりも低くなる。例えば、多層反射膜付き基板110を使用して反射型マスク200を製造したときに薄膜パターンが設けられる領域の外周の領域に混合領域を形成した場合には、その外周の領域における多層反射膜5の反射率を、それ以外の領域における多層反射膜5の反射率よりも低くすることができる。これにより、反射型マスク200を露光装置にセットしてステップ・アンド・スキャンによって露光転写を行った場合において、重ね合わせ露光によって不必要な感光が生じることを防止することができる。その結果、半導体基板の表面に形成されたレジスト膜等により高い精度でパターンを転写することが可能となる。混合領域のEUV光に対する表面反射率は、1.3%以下であることが好ましく、1%以下であるとより好ましく、0.7%以下であるとさらに好ましい。
The surface reflectance for EUV light in the mixed region is lower than the surface reflectance for EUV light in the other regions. For example, when a mixed region is formed in the outer peripheral region of the region where the thin film pattern is provided when the
<反射型マスクブランク100>
本実施形態の反射型マスクブランク100について説明する。本実施形態の反射型マスクブランク100を用いることにより、露光光に対する反射率が高い多層反射膜5を有する反射型マスク200を製造することができる。
<Reflective mask blank 100>
The reflective mask blank 100 of this embodiment will be described. By using the reflective mask blank 100 of the present embodiment, it is possible to manufacture a
<<吸収体膜(パターン形成用薄膜)7>>
反射型マスクブランク100は、上述の多層反射膜付き基板110の上に、吸収体膜(パターン形成用薄膜)7を有する。すなわち、吸収体膜7は、多層反射膜付き基板110の最上層である保護膜6の上に形成される。吸収体膜7の基本的な機能は、EUV光を吸収することである。吸収体膜7は、EUV光の吸収を目的とした吸収体膜7であっても良いし、EUV光の位相差も考慮した位相シフト機能を有する吸収体膜7であっても良い。位相シフト機能を有する吸収体膜7とは、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。すなわち、位相シフト機能を有する吸収体膜7がパターニングされた反射型マスク200において、吸収体膜7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る。また、吸収体膜7が形成されていない領域(フィールド部)では、EUV光は、保護膜6を介して多層反射膜5から反射する。そのため、位相シフト機能を有する吸収体膜7からの反射光と、フィールド部からの反射光との間に所望の位相差を有することになる。位相シフト機能を有する吸収体膜7は、吸収体膜7からの反射光と、多層反射膜5からの反射光との位相差が130度から230度となるように形成される。180度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伴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を大きくすることができる。
<< Absorber film (thin film for pattern formation) 7 >>
The reflective mask blank 100 has an absorber film (thin film for pattern formation) 7 on the above-mentioned
吸収体膜7は単層の膜であっても良いし、複数の膜からなる多層膜であっても良い。単層膜の場合は、マスクブランク製造時の工程数を削減できるため、生産効率が向上する。多層膜の場合には、上層の吸収体膜を、光を用いたマスクパターン検査時の反射防止膜として機能させることができる。この場合、上層の吸収体膜の光学定数と膜厚を適当に設定する必要がある。これにより、光を用いたマスクパターン検査時の検査感度が向上する。また、上層の吸収体膜として、酸化耐性を向上させることのできる酸素(O)及び窒素(N)等が添加された膜を用いることができる。これにより、吸収体膜の経時的安定性が向上する。このように、多層膜からなる吸収体膜7を用いることによって、吸収体膜7に様々な機能を付加することが可能となる。吸収体膜7が位相シフト機能を有する場合には、多層膜からなる吸収体膜7を用いることによって、光学面での調整の範囲を大きくすることができる。これにより、所望の反射率を得ることが容易になる。
The
吸収体膜7の材料としては、EUV光を吸収する機能を有し、エッチング等により加工が可能(例えば、塩素(Cl)やフッ素(F)系ガスのドライエッチングでエッチング可能)である材料を用いることができる。そのような機能を有する材料として、タンタル(Ta)単体又はTaを主成分として含むタンタル化合物を好ましく用いることができる。
As the material of the
上述のタンタル及びタンタル化合物等の吸収体膜7は、DCスパッタリング法及びRFスパッタリング法などのスパッタリング法で形成することができる。例えば、タンタル及びホウ素を含むターゲットを用い、酸素又は窒素を添加したアルゴンガスを用いた反応性スパッタリング法により、吸収体膜7を成膜することができる。
The above-mentioned
吸収体膜7を形成するためのタンタル化合物は、Taの合金を含む。吸収体膜7がTaの合金の場合、平滑性及び平坦性の点から、吸収体膜7の結晶状態は、アモルファス又は微結晶の構造であることが好ましい。吸収体膜7の表面が平滑・平坦でないと、吸収体パターン7aのエッジラフネスが大きくなり、パターンの寸法精度が悪くなることがある。吸収体膜7の好ましい表面粗さは、二乗平均平方根粗さ(Rms)で、0.5nm以下であり、より好ましくは0.4nm以下、さらに好ましくは0.3nm以下である。
The tantalum compound for forming the
吸収体膜7を形成するためのタンタル化合物としては、TaとBとを含む化合物、TaとNとを含む化合物、TaとOとNとを含む化合物、TaとBとを含み、さらにOとNの少なくともいずれかを含む化合物、TaとSiとを含む化合物、TaとSiとNとを含む化合物、TaとGeとを含む化合物、及びTaとGeとNとを含む化合物、等を用いることができる。
The tantalum compound for forming the
Taは、EUV光の吸収係数が大きい。また、Taは、塩素系ガスやフッ素系ガスで容易にドライエッチングすることが可能な材料である。そのため、Taは、加工性に優れた吸収体膜7の材料であるといえる。さらにTaにB、Si及び/又はGe等を加えることにより、アモルファス状の材料を容易に得ることができる。この結果、吸収体膜7の平滑性を向上させることができる。また、TaにN及び/又はOを加えれば、吸収体膜7の酸化に対する耐性が向上するため、吸収体膜7の経時的安定性を向上させることができる。
Ta has a large EUV light absorption coefficient. Further, Ta is a material that can be easily dry-etched with a chlorine-based gas or a fluorine-based gas. Therefore, it can be said that Ta is a material for the
また、吸収体膜7の材料としては、タンタル又はタンタル化合物以外に、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、白金(Pt)、金(Au)、イリジウム(Ir)、タングステン(W)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、スズ(Sn)、バナジウム(V)、ニッケル(Ni)、ハフニウム(Hf)、鉄(Fe)、銅(Cu)、テルル(Te)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ゲルマニウム(Ge)、アルミニウム(Al)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、及びケイ素(Si)から選ばれる少なくとも1つの金属、又はこれらの化合物を用いることができる。
In addition to tantalum or tantalum compounds, the material of the
<<裏面導電膜2>>
基板1の第2主表面の上(多層反射膜5の反対側の面の上。)には、静電チャック用の裏面導電膜2が形成される。裏面導電膜2のシート抵抗は、通常100Ω/□以下である。裏面導電膜2は、例えば、クロム又はタンタル等の金属、又はそれらの合金のターゲットを使用したDCスパッタリング法、RFスパッタリング法、またはイオンビームスパッタリング法によって形成することができる。裏面導電膜2を形成するためのクロム(Cr)を含む材料は、Crに、ホウ素、窒素、酸素、及び炭素から選択される少なくとも1つを含有したCr化合物であることが好ましい。Cr化合物としては、例えば、CrN、CrON、CrCN、CrCON、CrBN、CrBON、CrBCN及びCrBOCNなどを挙げることができる。裏面導電膜2を形成するためのタンタル(Ta)を含む材料は、Ta(タンタル)、Taを含有する合金、又はこれらのいずれかにホウ素、窒素、酸素、及び炭素から選択される少なくとも1つを含有したTa化合物であることが好ましい。Ta化合物としては、例えば、TaB、TaN、TaO、TaON、TaCON、TaBN、TaBO、TaBON、TaBCON、TaHf、TaHfO、TaHfN、TaHfON、TaHfCON、TaSi、TaSiO、TaSiN、TaSiON、及びTaSiCONなどを挙げることができる。
<< Backside
A back surface
裏面導電膜2の膜厚は、特に限定されないが、通常10nmから200nmである。裏面導電膜2は、マスクブランク100の第2主表面側の応力を調整することができる。すなわち、裏面導電膜2は、第1主表面側に形成された各種の膜によって生じる応力と、第2主表面側の応力とのバランスをとることができる。第1主表面側と第2主表面側の応力のバランスをとることによって、反射型マスクブランク100が平坦になるように調整することができる。
The film thickness of the back surface
なお、上述の吸収体膜7を形成する前に、多層反射膜付き基板110に裏面導電膜2を形成することができる。その場合には、図1に示すような裏面導電膜2を備えた多層反射膜付き基板110を得ることができる。
Before forming the above-mentioned
<その他の薄膜>
本実施形態の製造方法で製造される多層反射膜付き基板110及び反射型マスクブランク100は、吸収体膜7上にエッチング用ハードマスク膜(「エッチングマスク膜」ともいう。)及び/又はレジスト膜8を備えることができる。エッチング用ハードマスク膜の代表的な材料としては、ケイ素(Si)、並びにケイ素に酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)及び水素(H)から選択される少なくとも1つの元素を加えた材料、又は、クロム(Cr)、並びにクロムに酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)及び水素(H)から選択される少なくとも1つの元素を加えた材料等が挙げられる。具体的には、SiO2、SiON、SiN、SiO、Si、SiC、SiCO、SiCN、SiCON、Cr、CrN、CrO、CrON、CrC、CrCO、CrCN、及びCrOCN等が挙げられる。但し、吸収体膜7が酸素を含む化合物の場合、エッチング用ハードマスク膜として酸素を含む材料(例えばSiO2)はエッチング耐性の観点から避けたほうが良い。エッチング用ハードマスク膜を形成した場合には、レジスト膜8の膜厚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。
<Other thin films>
The
本実施形態の反射型マスクブランク100において、多層反射膜5は、第1主表面上に、低屈折率層の構成元素と高屈折率層の構成元素が混合した混合領域を有することができる。混合領域は、例えば、多層反射膜5にレーザー光を照射して加熱することによって形成することができる。この場合、レーザー光は、多層反射膜5の上から照射してもよいし、多層反射膜5の上に保護膜6を形成した後、保護膜6の上から照射してもよい。また、保護膜6の上に吸収体膜7を形成した後、吸収体膜7の上からレーザー光を照射してもよい。レーザー光の光源としては、例えば、CO2レーザーや固体レーザーなどを用いることができる。
In the reflective mask blank 100 of the present embodiment, the multilayer
混合領域のEUV光に対する表面反射率は、吸収体膜7のEUV光に対する表面反射率よりも低くなる。例えば、反射型マスクブランク100を使用して反射型マスク200を製造したときに薄膜パターンが設けられる領域の外周の領域に混合領域を形成した場合には、その外周の領域における多層反射膜5の反射率を、薄膜パターンが設けられる領域の吸収体膜7の反射率よりも低くすることができる。これにより、反射型マスク200を露光装置にセットしてステップ・アンド・スキャンによって露光転写を行った場合において、重ね合わせ露光によって不必要な感光が生じることを防止することができる。その結果、半導体基板の表面に形成されたレジスト膜等により高い精度でパターンを転写することが可能となる。
The surface reflectance of the mixed region to EUV light is lower than the surface reflectance of the
<反射型マスク200>
上述の反射型マスクブランク100の吸収体膜7をパターニングすることによって、多層反射膜5上に保護膜6を有し、保護膜6の上に吸収体パターン7aを有する反射型マスク200を得ることができる。本実施形態の反射型マスクブランク100を用いることにより、露光光に対する反射率が高い多層反射膜5を有する反射型マスク200を得ることができる。
<
By patterning the
本実施形態の反射型マスクブランク100を使用して、反射型マスク200を製造する方法について説明する。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。
A method of manufacturing the
反射型マスクブランク100を準備して、その第1主表面の最表面(以下の実施例で説明するように、吸収体膜7の上)に、レジスト膜8を形成する(反射型マスクブランク100がレジスト膜8を備えている場合は不要)。このレジスト膜8に回路パターン等の所望のパターンを描画(露光)した。このとき、後工程で、転写パターンとなる薄膜パターンが設けられる領域の外周の領域204の多層反射膜5に混合領域を形成する処理(レーザー照射、電子線照射による処理等)を行う場合は、その外周の領域204のパターンも併せて描画(露光)してもよい。さらに、そのレジスト膜8に対し、現像、リンスすることによって所定のレジストパターン8aを形成する。
A reflective mask blank 100 is prepared, and a resist
このレジストパターン8aをマスクとして使用して、吸収体膜7をドライエッチングすることにより、吸収体パターン7aを形成する。なお、エッチングガスとしては、Cl2、SiCl4、及びCHCl3等の塩素系のガス、塩素系ガスとO2とを所定の割合で含む混合ガス、塩素系ガスとHeとを所定の割合で含む混合ガス、塩素系ガスとArとを所定の割合で含む混合ガス、CF4、CHF3、C2F6、C3F6、C4F6、C4F8、CH2F2、CH3F、C3F8、SF6、F2等のフッ素系のガス、並びにフッ素系ガスとO2とを所定の割合で含む混合ガス等から選択したものを用いることができる。
Using this resist
次に、アッシングやレジスト剥離液によりレジストパターン8aを除去することで反射型マスク200を製造することができる。
Next, the
本実施形態の反射型マスク200において、多層反射膜5は、第1主表面上に、低屈折率層の構成元素と高屈折率層の構成元素が混合した混合領域を有することができる。混合領域は、例えば、多層反射膜5にレーザー光を照射して加熱することによって形成することができる。この場合、レーザー光は、多層反射膜5の上から照射してもよいし、多層反射膜5の上に保護膜6を形成した後、保護膜6の上から照射してもよい。また、保護膜6の上に吸収体膜7を形成した後、吸収体膜7の上からレーザー光を照射してもよい。また、吸収体膜7に吸収体パターン7aを形成した後、吸収体パターン7aが形成されている領域の外周の領域の吸収体膜7の上からレーザー光を照射してもよい。レーザー光の光源としては、例えば、CO2レーザーや固体レーザーなどを用いることができる。
In the
混合領域のEUV光に対する表面反射率は、吸収体パターン7aのEUV光に対する表面反射率よりも低くなる。例えば、吸収体パターン7aが設けられた領域の外周の領域に混合領域を形成した場合には、その外周の領域における多層反射膜5の反射率を、吸収体パターン7aの反射率よりも低くすることができる。これにより、反射型マスク200を露光装置にセットしてステップ・アンド・スキャンによって露光転写を行った場合において、重ね合わせ露光によって不必要な感光が生じることを防止することができる。その結果、半導体基板の表面に形成されたレジスト膜等により高い精度でパターンを転写することが可能となる。
The surface reflectance of the mixed region to EUV light is lower than the surface reflectance of the
一方、多層反射膜付基板110、反射型マスクブランク100、反射型マスク200において、多層反射膜5に基準マークを形成する場合がある。一般に、この基準マークは、基板1の第1主表面、多層反射膜5、保護膜6、吸収体膜7などに欠陥が存在する場合、その欠陥の位置座標の基準とするために設けられる。保護膜6および多層反射膜5に対してレーザー光のような高エネルギー光を照射することで、保護膜6および多層反射膜5をシュリンクさせて凹部を形成し、この凹部を基準マークに用いる場合がある。このような方法で基準マークを形成した場合、多層反射膜5中に取り込まれている水素及びOH基が気化して多層反射膜5と保護膜6との間に蓄積する現象が発生する。また、多層反射膜5上の保護膜6が膨れる現象や、保護膜6自体が破裂する現象が発生する。上述の多層反射膜5を適用することにより、それらの現象が発生することなく基準マークを形成することができる。
On the other hand, in the
<半導体デバイスの製造方法>
本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、上述の反射型マスク200を用いて、露光装置を使用したリソグラフィプロセスを行い、被転写体に転写パターンを露光転写する工程を備える。
<Manufacturing method of semiconductor device>
The method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment includes a step of performing a lithography process using an exposure apparatus using the above-mentioned
本実施形態の反射型マスク200を使用してEUV露光を行うことにより、半導体基板上のレジスト膜に所望の転写パターンを露光転写することができる。このリソグラフィー工程に加え、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デバイスを高い歩留まりで製造することができる。
By performing EUV exposure using the
以下、実施例及び比較例について図面を参照しつつ説明する。
実施例の多層反射膜付き基板110は、図1に示すように、基板1と、多層反射膜5と、保護膜6を有する。
Hereinafter, Examples and Comparative Examples will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
まず、異なる構成のSiO2―TiO2ガラスインゴットからそれぞれ切り出され、第1主表面及び第2主表面が研磨された6025サイズ(約152mm×152mm×6.35mm)の基板1を4枚準備した。これらの基板1は、低熱膨張ガラス(SiO2-TiO2系ガラス)からなる基板である。基板1の主表面は、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によって研磨した。
First, four 6025 size (about 152 mm × 152 mm × 6.35 mm)
次に、その4枚の基板1の主表面(第1主表面)上に、多層反射膜5を形成した。基板1上に形成される多層反射膜5は、波長13.5nmのEUV光に適した多層反射膜5とするために、MoとSiからなる周期多層反射膜5とした。多層反射膜5は、MoターゲットとSiターゲットを使用し、Krガスの雰囲気によるイオンビームスパッタリング法により基板1上にMo膜及びSi膜を交互に積層して形成した。先ず、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5を形成した。
Next, the multilayer
次に、その4枚の多層反射膜5が形成された後の基板1に対し、ホットプレートによる加熱処理を行い、多層反射膜5の膜応力を低減させた。各加熱処理の条件(加熱温度は200℃)を表1に示す。
Next, the
次に、その4枚の基板1の多層反射膜5の上に、Ruを含む材料からなる保護膜6を形成した。保護膜6は、Arガス雰囲気中で、Ruターゲットを使用したDCスパッタリング法により、2.5nmの膜厚でそれぞれ成膜した。以上の工程によって、4枚の多層反射膜付き基板110を製造した。
Next, a
<<多層反射膜5中の水素の原子数密度>>
上述のように製造された4枚の多層反射膜付き基板110の多層反射膜5に含まれる水素の原子数密度[atoms/nm3]を、SIMS(四重極型二次イオン質量分析装置:PHI ADEPT-1010TM、アルバック・ファイ株式会社製)によって測定した。測定条件は、一次イオン種をCs+、一次加速電圧を1.0kV、一次イオン照射領域を90μm角、二次イオン極性を正、検出二次イオン種を[Cs-H]+、[Cs-D]+、または[Cs-He]+とした。また、標準試料はSiとした。測定結果を以下の表1に示す。
<< Hydrogen Atomic Density in Multilayer
The atomic number density [atoms / nm 3 ] of hydrogen contained in the multilayer
<<基板1中の水素の原子数密度>>
上記4枚の多層反射膜付き基板110の基板1中の水素の原子数密度[atoms/cm3]を、多層反射膜5の場合と同様の手順でSIMS(四重極型二次イオン質量分析装置:PHI ADEPT-1010TM、アルバック・ファイ株式会社製)によって測定した。測定結果を表1に示す。
<< Hydrogen atom density in
The atomic number density [atoms / cm 3 ] of hydrogen in the
<反射型マスクブランク100>
次に、4枚の多層反射膜付き基板110の保護膜6の上に、TaBNを含む材料からなる吸収体膜7をそれぞれ形成した。吸収体膜7は、ArガスとN2ガスの混合ガス雰囲気中で、TaB混合焼結ターゲットを使用したDCスパッタリング法により、62nmの膜厚で成膜した。
<Reflective mask blank 100>
Next, an
TaBN膜の元素比率は、Taが75原子%、Bが12原子%、Nが13原子%であった。TaBN膜の波長13.5nmにおける屈折率nは約0.949、消衰係数kは約0.030であった。 The element ratio of the TaBN film was 75 atomic% for Ta, 12 atomic% for B, and 13 atomic% for N. The refractive index n of the TaBN film at a wavelength of 13.5 nm was about 0.949, and the extinction coefficient k was about 0.030.
次に、4枚の多層反射膜付き基板110の第2主表面(裏面)にCrNからなる裏面導電膜2をDC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2の形成条件: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。
Next, a back surface
Conditions for forming the back surface conductive film 2: Cr target, mixed gas atmosphere of Ar and N 2 (Ar: 90 atomic%, N: 10 atomic%), film thickness 20 nm.
以上のようにして、保護膜6の上に吸収体膜7を有する4枚の反射型マスクブランク100を製造した。
As described above, four
<反射型マスク200>
次に、上述の4枚の反射型マスクブランク100を用いて、反射型マスク200をそれぞれ製造した。図3を参照して各反射型マスク200の製造方法を説明する。
<
Next, the
まず、図3(b)に示されるように、反射型マスクブランク100の吸収体膜7の上に、レジスト膜8を形成した。次に、このレジスト膜8に回路パターン等の所望のパターンを描画(露光)した。このとき、後工程で多層反射膜5に対してレーザー光を照射する外周の領域204のパターンも併せて描画(露光)した。次に、レジスト膜8に対し、現像、リンスすることによって所定のレジストパターン8aを形成した(図3(c))。次に、レジストパターン8aをマスクにして吸収体膜7(TaBN膜)を、Cl2ガスを用いてドライエッチングすることで、吸収体パターン7aを形成した(図3(d))。Ruを含む材料からなる保護膜6は、Cl2ガスに対するドライエッチング耐性が極めて高く、十分なエッチングストッパとなる。その後、レジストパターン8aをアッシングやレジスト剥離液などで除去した。次に、吸収体膜7が除去されている外周の領域204の多層反射膜5に対し、保護膜6の上からCO2レーザー光を照射する処理を行い、多層反射膜5の低屈折率層の構成元素(Mo)と高屈折率層の構成元素(Si)とを混合させることで混合領域を形成した。以上の工程により4枚の反射型マスク200を製造した(図3(e))。
First, as shown in FIG. 3B, a resist
上述のように製造された4枚の反射型マスク200は、第1主表面上に、吸収体パターン7a(薄膜パターン)が設けられた132mm×132mmの領域202と、その領域202の外周の領域204を有している。外周の領域204は、吸収体パターン7aが設けられていない領域であり、その領域の多層反射膜5は、低屈折率層の構成元素(Mo)と高屈折率層の構成元素(Si)とが混合した混合領域が形成されている。この4枚の反射型マスク200の外周の領域204における多層反射膜5(その上に保護膜6が積層した状態)の、波長13.5nmのEUV光に対する反射率を測定したところ、いずれも0.7%以下であった。また、この4枚の反射型マスク200の吸収体パターン7aが設けられた領域202における波長13.5nmのEUV光に対する反射率を測定したところ、いずれも67%以上であった。
The four
表1に示す結果から分かる通り、外周の領域204における多層反射膜5の反射率は、パターンが形成された領域(領域202)における吸収体パターン7aの反射率よりも十分に低かった。
As can be seen from the results shown in Table 1, the reflectance of the multilayer
反射型マスク200の断面を電子顕微鏡で観察した結果、実施例1~3の反射型マスクでは、多層反射膜と保護膜の間に膨れや剥がれが観察されなかった。また、保護膜自体の破裂等の現象も観察されなかった。
As a result of observing the cross section of the
これに対し、比較例1の反射型マスクでは、多層反射膜と保護膜の間に水素が蓄積して膨れが発生する現象が確認された。また、保護膜自体が破裂する現象も確認された。 On the other hand, in the reflective mask of Comparative Example 1, it was confirmed that hydrogen was accumulated between the multilayer reflective film and the protective film to cause swelling. It was also confirmed that the protective film itself ruptured.
1 基板
2 裏面導電膜
5 多層反射膜
6 保護膜
7 吸収体膜
7a 吸収体パターン
8 レジスト膜
8a レジストパターン
100 反射型マスクブランク
110 多層反射膜付き基板
200 反射型マスク
1
Claims (15)
前記基板は、ケイ素、チタンおよび酸素を主成分とし、さらに水素を含有し、
前記多層反射膜は、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層させた構造を有し、
前記多層反射膜は、水素を含有し、前記多層反射膜中の水素の原子数密度は、7.0×10-3atoms/nm3以下である
ことを特徴とする多層反射膜付基板。 A substrate with a multilayer reflective film having a multilayer reflective film and a protective film in this order on the main surface of the substrate.
The substrate contains silicon, titanium and oxygen as main components, and further contains hydrogen.
The multilayer reflective film has a structure in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated.
The multilayer reflective film contains hydrogen, and the atomic number density of hydrogen in the multilayer reflective film is 7.0 × 10 -3 atoms / nm 3 or less.
前記基板は、ケイ素、チタンおよび酸素を主成分とし、さらに水素を含有し、
前記多層反射膜は、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層させた構造を有し、
前記多層反射膜は、水素を含有し、前記多層反射膜中の水素の原子数密度は、7.0×10-3atoms/nm3以下である
ことを特徴とするマスクブランク。 A mask blank in which a multilayer reflective film, a protective film, and a thin film for pattern formation are provided in this order on the main surface of the substrate.
The substrate contains silicon, titanium and oxygen as main components, and further contains hydrogen.
The multilayer reflective film has a structure in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated.
The multilayer reflective film contains hydrogen, and the atomic number density of hydrogen in the multilayer reflective film is 7.0 × 10 -3 atoms / nm 3 or less.
前記基板は、ケイ素、チタンおよび酸素を主成分とし、さらに水素を含有し、
前記多層反射膜は、低屈折率層と高屈折率層を交互に積層させた構造を有し、
前記多層反射膜は、水素を含有し、前記多層反射膜中の水素の原子数密度は、7.0×10-3atoms/nm3以下であり、
前記多層反射膜は、主表面上の薄膜パターンが設けられている領域の外周の領域に、前記低屈折率層の構成元素と前記高屈折率層の構成元素が混合した混合領域を有し、前記混合領域のEUV光に対する表面反射率は、前記薄膜パターンのEUV光に対する表面反射率よりも低いことを特徴とする反射型マスク。 A reflective mask having a multilayer reflective film, a protective film, and a thin film pattern on the main surface of the substrate in this order.
The substrate contains silicon, titanium and oxygen as main components, and further contains hydrogen.
The multilayer reflective film has a structure in which low refractive index layers and high refractive index layers are alternately laminated.
The multilayer reflective film contains hydrogen, and the atomic number density of hydrogen in the multilayer reflective film is 7.0 × 10 -3 atoms / nm 3 or less.
The multilayer reflective film has a mixed region in which the constituent elements of the low refractive index layer and the constituent elements of the high refractive index layer are mixed in the outer peripheral region of the region where the thin film pattern is provided on the main surface. A reflective mask characterized in that the surface reflectance of the mixed region to EUV light is lower than the surface reflectance of the thin film pattern to EUV light.
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