JP4397496B2 - 反射型露光マスクおよびｅｕｖ露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長が１０〜１５［ｎｍ］付近のＥＵＶ（Extreme UltraViolet rays：極端紫外線）を光源としたＥＵＶリソグラフィに用いられる反射型露光マスク、および上記反射型露光マスクを用いたＥＵＶリソグラフィによって製造される半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化につれて、１００［ｎｍ］以下の極微細加工を可能にする新たなプロセス技術の確立が急務になっている。リソグラフィ技術でも光源の短波長化によって光学的な解像力の向上を図るため、従来の水銀ランプやエキシマレーザによる紫外線と比べて、波長が１０〜１５［ｎｍ］程度と１桁以上も短いＥＵＶを光源に用いて高解像化を可能とするＥＵＶリソグラフィの開発が精力的に行われている。
【０００３】
ＥＵＶ光は物質による吸収が非常に著しく、ＥＵＶ光に対する物質の屈折率もほとんど真空の値に等しい。従って、ＥＵＶリソグラフィの露光装置の光学系には、「精密光学会誌第６４巻第２号２８２頁−２８６頁（１９９８年）」に記載されたように、凸面鏡と凹面鏡を組み合わせた反射光学系が用いられる。また、露光マスクについても、ガラスレチクルのような透過型では吸収によるＥＵＶ光の強度低下が著しいことから、反射型露光マスクが用いられる。
【０００４】
図１０は従来のＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。図１０の従来の反射型露光マスクは、下地基板１上に多層膜２を形成し、この多層膜２上に金属膜からなるマスクパターン３を形成したものである。ＥＵＶリソグラフィにおいて、マスクパターン３は、ＥＵＶ光の吸収領域（吸収体）として機能し、非パターン領域（マスクパターン３が形成されていない領域であり、多層膜２の露出領域）６は、ＥＵＶ光の反射領域（反射体）として機能し、半導体ウエハに塗布されたＥＵＶリソグラフィ用フォトレジスト（ＥＵＶ領域に感光感度をもつレジスト）上に形成するＥＵＶ露光像に、露光コントラストを生じさせる。
【０００５】
反射体として機能する多層膜２は、反射型露光マスクの表面にほとんど直角に入射したＥＵＶ光に対して高い反射率を得るために、ＥＵＶ光の波長に対する屈折率が互いに大きく異なった２種類以上の材料層を周期的に積層させた構造である。この多層膜２には、最上層（表層）がシリコン（Ｓｉ）層２ａとなるようにＥＵＶ光に対する屈折率が互いに異なるＳｉ層２ａとモリブデン（Ｍｏ）層２ｂとを周期的に積層させた構造が広く用いられている。
【０００６】
また、吸収体として機能するマスクパターン３は、パターン加工された金属膜からなる。この金属膜としては、ＥＵＶ光の吸収が高く、パターン加工も容易であるタンタル（Ｔａ）膜が用いられている（有力な候補として挙げられている）。なお、上記の金属膜として、Ｔａを含む合金膜（タンタル合金膜）を用いることもできる（タンタル合金膜についても研究が進められている）。上記のタンタル合金としては、例えば、Ｔａとゲルマニウム（Ｇｅ）の合金膜（以下、Ｔａ／Ｇｅ合金膜と称する）、ＴａとＳｉの合金膜（以下、Ｔａ／Ｓｉ合金膜と称する）、Ｔａとボロン（Ｂ）の合金膜（以下、Ｔａ／Ｂ合金膜と称する）、などがある。
【０００７】
図１１は従来のＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。まず、図１１（ａ）のように、下地基板１上にスパッタリング法などによって多層膜２を形成し、この多層膜２上にスパッタリング法またはＣＶＤ法によってマスクパターン用金属膜としてＴａ膜４を形成する。次に、図１１（ｂ）のように、Ｔａ膜４上にレジストを塗布し、電子線やレーザ光の走査による露光および現像によって所望のレジストパターン５を形成する。次に、図１１（ｃ）のように、プラズマドライエッチング法などによって、レジストパターン５をエッチングマスクとしてＴａ膜４をパターニングし、そのあとレジストパターン５を除去して、Ｔａ膜４からなるマスクパターン３を形成する。なお、多層膜２とＴａ膜４の間に、バッファ層として酸化シリコン膜などが挿入されている場合もある。この場合には、非パターン領域６内のバッファ層は、上記図１１（ｃ）でのＴａ膜４のパターニングの際に除去される。
【０００８】
上記のように製造された反射型露光マスクは、マスク検査工程において、マスクパターン３が所望の寸法に形成されているか否か、マスクパターン３と非パターン領域６の表面反射率差が所望の値以上になっているか否か、などが検査される。この反射型露光マスクの検査では、ＥＵＶ領域の光ではなく、波長１５０〜３５０［ｎｍ］程度のＤＵＶ（Deep UltraViolet rays：遠紫外線）領域の光を反射型露光マスクの表面に照射する（検査装置が、ＤＵＶ領域の光を照射することにより、反射型露光マスクの検査をする構成になっている）。
【０００９】
図１２はＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの検査工程を説明する図である。図１２において、ＤＵＶ領域の入射光のビームスポットをＩintとし、この入射光Ｉintに対し、マスクパターン３の表面で反射してきた光をＲta、非パターン領域６の多層膜２の表面（ここでは、多層膜２の最上層をアモルファスＳｉ層とする）で反射してきた光をＲsiとする。
【００１０】
上記の検査工程では、図１２のように、ＤＵＶ領域の光Ｉintを反射型露光マスクの表面に照射し、マスクパターン３からの反射光Ｒtaと、非パターン領域６からの反射光Ｒsiとの光量差（以下、マスクコントラストと称する）を観察し、マスクコントラスト値ＭＣを測定する。このマスクコントラスト値ＭＣは、
ＭＣ［％］＝｛（Ｒsi−Ｒta）／（Ｒsi＋Ｒta）｝×１００…（１）
で定義される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の反射型露光マスクでは、マスクパターンの表面反射率が十分に低くならないために、マスクコントラスト値についての要求を十分に満足させることができず、ＥＵＶリソグラフィにおいて要求されたコントラストを十分に満足するＥＵＶ露光像が得られないという課題がある。このため、マスクパターンの表面反射率をさらに低くすることにより、マスクコントラストおよびＥＵＶ露光像のコントラストをさらに向上させることが望まれている。
【００１２】
一般に、マスクパターンの吸収体膜（金属膜）の表面粗さが大きいと、ＤＵＶ光Ｉintがマスクパターン表面で乱反射するため、反射光Ｒtaの光量は低下する。従って、上記吸収体膜の表面粗さを大きくすれば、マスクコントラストおよびＥＵＶ露光像のコントラストを高くすることが可能である。しかし、上記吸収体膜の表面粗さを大きくすると、膜厚ムラも大きくなり、膜厚の薄い場所ではＥＵＶ光の吸収能が小さくなるため、ＥＵＶリソグラフィでの解像度に悪影響を及ぼす。従って、上記吸収体膜の表面は可能な限り滑らかに保持し、かつ表面反射率を低下させる必要がある。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、解像度に悪影響を及ぼすことなく、ＤＵＶ光によるマスク検査時のコントラストを向上させることができる反射型露光マスクを提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明の請求項１に記載の反射型露光マスクは、ＥＵＶリソグラフィに用いられる反射型露光マスクにおいて、基板上に積層形成された多層膜上に、窒化金属膜と金属膜の積層構造からなるマスクパターンを有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項２に記載の反射型露光マスクは、前記窒化金属膜と金属膜の積層構造からなるマスクパターンが、前記金属膜上に前記窒化金属膜を積層した構造であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項３に記載の反射型露光マスクは、前記金属膜が、タンタル膜あるいはタンタル合金膜であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項４に記載の反射型露光マスクは、前記窒化金属膜が、窒化タンタル膜あるいは窒化タンタル合金膜であることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
図１は本発明の第１の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。
【００２１】
図１のように、第１の実施の形態の反射型露光マスクは、下地基板１上に多層膜２を形成し、この多層膜２上に窒化タンタル（ＴａＮ）膜からなるマスクパターン１１を形成したものである。この第１の実施の形態の反射型露光マスクは、吸収体として機能するマスクパターンがＴａＮ膜からなることを特徴としている。
【００２２】
ＥＵＶリソグラフィにおいて、ＴａＮ膜からなるマスクパターン１１は、ＥＵＶ光の吸収領域（吸収体）として機能し、非パターン領域（マスクパターン１１が形成されていない領域であり、多層膜２の露出領域）６は、ＥＵＶ光の反射領域（反射体）として機能し、半導体ウエハに塗布されたＥＵＶリソグラフィ用フォトレジスト（ＥＵＶ領域に感光感度をもつフォトレジスト）上に形成するＥＵＶ露光像に、露光コントラストを生じさせる。
【００２３】
反射体として機能する多層膜２は、ＥＵＶ光の波長に対する屈折率が互いに大きく異なった２種類以上の材料層を周期的に積層させた構造である。ここでは、多層膜２は、最上層（表層）がシリコン（Ｓｉ）層２ａとなるようにＥＵＶ光に対する屈折率が互いに異なるＳｉ層２ａとモリブデン（Ｍｏ）層２ｂとを周期的に積層させた構造である。
【００２４】
図２は本発明の第１の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。
【００２５】
まず、図２（ａ）のように、下地基板１上にスパッタリング法などによって、Ｓｉ層２ａが最上層となるようにＳｉ層２ａとＭｏ層２ｂとを周期的に積層させた多層膜２を形成する。さらに詳細には、Ｍｏ層２ｂ上にＳｉ層２ａを積層させた構造を基本周期構造とし、上記の基本周期構造を３０ないし４０周期積層させる。また、上記基本周期構造の厚さは、ＥＵＶ光の波長の約半分とする。このようなＭｏ／Ｓｉ構造の多層膜２では、波長が１３．５［ｎｍ］付近のＥＵＶ光に対して最大約７０［％］の反射率が得られる。
【００２６】
なお、多層膜２の表面反射率は、最上層となる材料層（Ｓｉ層２ａ）によってほとんど決まる。最上層以外の材料層は、多層膜の吸収能には影響を及ぼすが、多層膜の表面反射率にはほとんど影響を及ぼさない。このため、多層膜２においては、Ｍｏ層２ｂは、Ｓｉ層２ａと屈折率が異なる材料層であればよく、例えばベリリウム（Ｂｅ）層でもよい。
【００２７】
次に、図２（ｂ）のように、多層膜２上にマスクパターン用金属膜としてＴａＮ膜２１を形成する。ＴａＮ膜２１は、ＴａＮターゲットを用いたスパッタリング法、Ｔａターゲットを用いてスパッタリングする際に窒素ガスを混合した反応性スパッタリング法、ＣＶＤ法などによって形成される。または、ＴａＮ膜２１は、スパッタリング法やＣＶＤ法によって形成したＴａ膜に、窒素やアンモニア等のガス雰囲気での熱処理やプラズマ処理による窒化処理を施すことによって形成される。
【００２８】
次に、図２（ｃ）のように、ＴａＮ膜２１上にレジストを塗布し、電子線やレーザ光の走査による露光および現像によって所望のレジストパターン５を形成する。
【００２９】
次に、図２（ｄ）のように、プラズマドライエッチング法などによって、レジストパターン５をエッチングマスクとしてＴａＮ膜２１をパターニングし、そのあとレジストパターン５を除去して、ＴａＮ膜２１からなるマスクパターン１１を形成する。
【００３０】
なお、多層膜２とＴａＮ膜２１の間に、バッファ層として酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜などが挿入されている場合もある。この場合には、非パターン領域６内のバッファ層は、上記図２（ｄ）でのＴａＮ膜２１のパターニングの際に除去される。
【００３１】
このようにして形成されたＴａＮ膜２１からなるマスクパターン１１は、従来のＴａ膜からなるマスクパターンよりもＤＵＶ光に対する表面反射率を低くすることができる。ここで、上記のＤＵＶ光は、反射型露光マスクの検査時に、マスクパターン寸法や形状の測定などのために反射型露光マスクの表面に照射されるＵＶ光である。従って、ＴａＮ膜２１からなるマスクパターン１１を設けた第１の実施の形態の反射型露光マスクでは、Ｔａ膜からなるマスクパターンを設けた従来の反射型露光マスクよりも、検査時のＤＵＶ光によるマスクコントラスト値ＭＣを高くすることができる。
【００３２】
図３はＤＵＶ光に対するＴａ膜およびＴａＮ膜の表面反射率の測定値を示す図である。この図３には、最上層がＳｉ層であるＭｏ／Ｓｉ構造の多層膜の表面反射率の測定値も同時に示してある。図３において、横軸はＤＵＶ光の波長、縦軸は表面反射率である。この表面反射率は、ＤＵＶ光に対するＳｉウエハの表面反射率を１００［％］として規格化したものである。また、図３において、ｒｍｓは、表面粗さの実効値（表面の凹凸分布の実効値）である。図３には、表面粗さｒｍｓ＝０．２３４［ｎｍ］および１．００１［ｎｍ］のＴａ膜、表面粗さｒｍｓ＝０．４８２［ｎｍ］のＴａＮ膜、表面粗さｒｍｓ＝０．１８０［ｎｍ］のＭｏ／Ｓｉ構造多層膜の表面反射率の測定値をそれぞれ示してある。
【００３３】
図３のように、表面粗さｒｍｓ＝０．４８２［ｎｍ］のＴａＮ膜の表面反射率は、表面粗さｒｍｓ＝１．００１［ｎｍ］のＴａ膜の表面反射率よりも低くなっていることが確認された。なお、最上層がＳｉ層であるＢｅ／Ｓｉ構造の多層膜の表面反射率の測定値についても、図３のＭｏ／Ｓｉ構造の多層膜と同じような結果が得られた。このように、ＴａＮ膜は、このＴａＮ膜よりも表面粗さの大きなＴａ膜よりも表面反射率が低くなる。従って、ＴａＮ膜２１からなるマスクパターン１１を設けた第１の実施の形態の反射型露光マスクでは、Ｔａ膜からなるマスクパターンを設けた従来の反射型露光マスクよりも、ＤＵＶ光による検査時のマスクコントラストを大きくすることができる。また、マスクパターンの表面粗さを大きくすることなく、マスクパターンの表面反射率を低減させることができるため、マスクパターンの膜厚ムラの増大によってＥＵＶリソグラフィにおける解像度に悪影響を及ぼすことはない。
【００３４】
以上のように第１の実施の形態の反射型露光マスクによれば、ＴａＮ膜からなるマスクパターン１１を形成したことにより、マスクパターンの表面反射率を従来よりも低減することができる。また、マスクパターンの表面粗さを大きくすることなく、マスクパターンの表面反射率を低減させることができるため、ＥＵＶリソグラフィにおける解像度に悪影響を及ぼすことはない。
【００３５】
なお、上記第１の実施の形態では、マスクパターン用金属膜（吸収体膜）として、ＴａＮ膜を用いたが、タンタル合金の窒化膜（窒化タンタル合金膜）を用いることも可能である。窒化タンタル合金膜としては、例えば、Ｔａ／Ｇｅ合金の窒化膜、Ｔａ／Ｓｉ合金の窒化膜、Ｔａ／Ｂ合金の窒化膜、などがある。
【００３６】
第２の実施の形態
図４は本発明の第２の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。なお、図４において、図１と同じものには同じ符号を付してある。
【００３７】
図４のように、第２の実施の形態の反射型露光マスクは、下地基板１上に多層膜２を形成し、この多層膜２上に、Ｔａ層２２ａとＴａＮ層２２ｂとを積層した金属膜２２からなるマスクパターン１２を形成したものである。この第２の実施の形態では、金属膜２２は、多層膜２上に形成したＴａ膜に窒化処理を施すことにより形成されたものであり、表層にＴａＮ層２２ｂを有し、このＴａＮ層２２ｂの下層にＴａ層２２ａを有する構造である。
【００３８】
Ｔａ膜に窒化処理を施すことにより形成された金属膜２２においては、窒化により形成されたＴａＮ層２２ｂと窒化されずに残ったＴａ層２２ａとの境界は明確ではないが、表面を含む上層に、Ｔａ層よりもＥＵＶ光に対する反射率が低いＴａＮ層が存在し、底面を含む下層に、ＴａＮ層よりもＥＵＶ光に対する吸収能が大きいＴａ層が存在していることが重要である。
【００３９】
図５は本発明の第２の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。なお、図５において、図２と同じものには同じ符号を付してある。
【００４０】
まず、図５（ａ）のように、上記第１の実施の形態と同じようにして、下地基板１上にスパッタリング法などによって多層膜２を形成する。
【００４１】
次に、図５（ｂ）のように、多層膜２上にスパッタリング法またはＣＶＤ法によってマスクパターン用金属膜としてＴａ膜２２ｃを形成する。
【００４２】
次に、図５（ｃ）のように、Ｔａ膜２２ｃに窒化処理を施すことによってＴａ膜２２ｃの表層にＴａＮ層２２ｂを形成する。上記の窒化処理は、窒素やアンモニアなどのガス雰囲気中での熱処理やプラズマ処理などによる。
【００４３】
上記図５（ｂ）および図５（ｃ）の工程により、表層にＴａＮ層２２ｂを有し、このＴａＮ層２２ｂの下層にＴａ層２２ａを有するマスクパターン用金属膜２２が形成される。
【００４４】
なお、これ以降のマスクパターン用金属膜２２をパターニングし、金属膜２２からなるマスクパターン１２を形成する工程は、図２（ｃ）および図２（ｄ）と同じである。
【００４５】
このようにして形成された、表層にＴａＮ層２２ｂを有し、このＴａＮ層２２ｂの下層にＴａ層２２ａを有するマスクパターン１２は、ＴａＮ膜のみからなる上記第１の実施の形態のマスクパターン１１よりもＥＵＶ光に対する吸収能が増大する（これは、Ｔａ層のＥＵＶ光に対する吸収能が、ＴａＮ層のＥＵＶ光に対する吸収能よりも大きいことによる）。このため、上記構造のマスクパターン１２を設けた第２の実施の形態の反射型露光マスクでは、上記第１の実施の形態の反射型露光マスクよりも、さらにマスクコントラストを高くすることができる。
【００４６】
図６はＴａ膜およびＴａＮ膜の膜密度の測定値を示す図である。図６から判るように、ＴａＮ膜の膜密度は、Ｔａ膜の膜密度の２／３程度である。吸収体膜（マスクパターン用金属膜）のＥＵＶ光に対する吸収能は、同じ膜厚であれば、膜密度が低い材料ほど低くなる。従って、同じ膜厚であれば、ＴａＮ膜のＥＵＶ光に対する吸収能は、Ｔａ膜のＥＵＶ光に対する吸収能よりも低くなる。この第２の実施の形態の金属膜２２の構造（図４参照）では、下層にＴａ層２２ａを配することによりＥＵＶ光に対する吸収能を高めることが可能となり、かつ表面にＴａＮ層２２ｂを配することによりＤＵＶ光に対する表面反射率を低下させることが可能となる。
【００４７】
以上のように第２の実施の形態の反射型露光マスクによれば、Ｔａ膜に窒化処理を施すことにより形成されたＴａＮ層２２ｂとＴａＮ層２２ｂの積層構造を有する金属膜２２によってマスクパターン１２を形成したことにより、マスクパターンの表面反射率を上記第１の実施の形態よりもさらに低減することができる。また、マスクパターンの表面粗さを大きくすることなく、マスクパターンの表面反射率を低減させることができるため、ＥＵＶリソグラフィにおける解像度に悪影響を及ぼすことはない。
【００４８】
なお、上記第２の実施の形態では、Ｔａ膜を窒化処理により形成された、表層にＴａＮ層を有し、このＴａＮ層の下層にＴａ層を有する構造の金属膜（吸収体膜）を用いたが、Ｔａ合金膜の窒化処理により形成された、表層にＴａＮ合金層を有し、このＴａＮ合金層の下層にＴａ合金層を有する構造の金属膜を用いることも可能である。
【００４９】
第３の実施の形態
図７は本発明の第３の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。なお、図７において、図４と同じものには同じ符号を付してある。
【００５０】
図７のように、第３の実施の形態の反射型露光マスクは、下地基板１上に多層膜２を形成し、この多層膜２上に、Ｔａ膜２３ａとＴａＮ膜２３ｂを積層させた金属膜２３からなるマスクパターン１３を形成したものである。この第３の実施の形態では、金属膜２３は、多層膜２上にＴａ膜２３ａを形成し、このＴａ膜２３ａ上にＴａＮ膜２３ｂを積層することにより形成されたものであり、表層にＴａＮ膜２３ｂを有し、このＴａＮ膜２３ｂの下層にＴａ膜２３ａを有する構造である。
【００５１】
Ｔａ膜２３ａ上にＴａＮ膜２３ｂを積層することにより形成される金属膜２３においては、Ｔａ膜２３ａの膜厚およびＴａＮ膜２３ｂの膜厚を制御することが容易であるとともに、Ｔａ膜２３ａおよびＴａＮ膜２３ｂの膜厚を均一にすることができる。
【００５２】
図８は本発明の第３の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。なお、図８において、図２と同じものには同じ符号を付してある。
【００５３】
まず、図８（ａ）のように、上記第１の実施の形態と同じようにして、下地基板１上にスパッタリング法などによって多層膜２を成膜させる。
【００５４】
次に、図８（ｂ）のように、多層膜２上にスパッタリング法またはＣＶＤ法によって、マスクパターン用金属膜を構成するＴａ膜２３ａを形成する。
【００５５】
次に、図８（ｃ）のように、Ｔａ膜２３ａ上にマスクパターン用金属膜を構成するＴａＮ膜２３ｂを積層形成する。ＴａＮ膜２３ｂは、ＴａＮターゲットを用いたスパッタリング法、Ｔａターゲットを用いてスパッタリングする際に窒素ガスを混合した反応性スパッタリング法、ＣＶＤ法などによって形成される。
【００５６】
上記図８（ｂ）および図８（ｃ）の工程により、Ｔａ膜２３ａ上にＴａＮ膜２３ｂを積層した構造のマスクパターン用金属膜２３（表層にＴａＮ層２３ｂを有し、このＴａＮ層２３ｂの下層にＴａ層２３ａを有するマスクパターン用金属膜２３）が形成される。
【００５７】
なお、これ以降のマスクパターン用金属膜２３をパターニングし、マスクパターン１３を形成する工程は、図２（ｃ）および図２（ｄ）と同じである。
【００５８】
このようにして形成された、表層にＴａＮ膜２３ｂを有し、このＴａＮ膜２３ｂの下層にＴａ膜２３ａを有するマスクパターン１３は、ＴａＮ膜のみからなる上記第１の実施の形態のマスクパターン１１よりもＥＵＶ光に対する吸収能が増大する。このため、上記構造のマスクパターン１３を設けた第３の実施の形態の反射型露光マスクでは、上記第１の実施の形態の反射型露光マスクよりも、さらにマスクコントラストを高くすることができる。
【００５９】
さらに、Ｔａ膜上にＴａＮ膜を積層することでＴａ／ＴａＮ積層構造のマスクパターン用金属膜２３を形成する第３の実施の形態では、Ｔａ膜を窒化処理することでＴａ膜の表層にＴａＮ層を設けたマスクパターン用金属膜２２を形成する上記第２の実施の形態よりも、Ｔａ膜２３ａおよびＴａＮ膜２３ｂの膜厚を、高い均一性で任意の値に容易に制御することが可能である。これにより、所望のＥＵＶ光吸収能を有するマスクパターンを容易に形成することが可能となる。
【００６０】
以上のように第３の実施の形態の反射型露光マスクによれば、Ｔａ膜２３ａ上にＴａＮ膜２３ｂを積層することにより形成されたＴａＮ膜２３ｂとＴａ膜２３ａの積層構造を有する金属膜２３によってマスクパターン１３を形成したことにより、マスクパターンの表面反射率を上記第１の実施の形態よりもさらに低減することができる。また、マスクパターンの表面粗さを大きくすることなく、マスクパターンの表面反射率を低減させることができるため、ＥＵＶリソグラフィにおける解像度に悪影響を及ぼすことはない。
【００６１】
さらに、マスクパターン用金属膜２３をＴａ／ＴａＮ積層構造としたことにより、Ｔａ膜２３ａおよびＴａＮ膜２３ｂの膜厚を、高い均一性で任意の値に容易に制御することが可能となるため、所望のＥＵＶ光吸収能を有するマスクパターンを容易に形成することができる。
【００６２】
なお、上記第３の実施の形態では、Ｔａ膜上にＴａＮ膜を積層した構造の金属膜（吸収体膜）を用いたが、タンタル合金膜上にＴａＮ膜を積層した構造の金属膜、またはＴａ膜上に窒化タンタル合金膜を積層した構造の金属膜、またはタンタル合金膜上に窒化タンタル合金膜を積層した構造の金属膜を用いることも可能である。
【００６３】
第４の実施の形態
以下に説明する第４の実施の形態の半導体素子は、製造工程のウエハ工程に、上記第１ないし第３の実施の形態のいずれかの反射型露光マスクを用いたＥＵＶリソグラフィ工程を含むことを特徴とする。従って、第４の実施の形態の半導体素子は、ウエハ工程における他の工程（ＣＶＤ工程、スパッタリング工程、熱拡散工程、イオンインプランテーション工程など、さらには、水銀ランプ光やエキシマレーザ光によるリソグラフィ工程）、および組立工程については、公知技術を用いて製造される。
【００６４】
図９は本発明の第４の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ工程を説明する図である。図９のＥＵＶ露光装置は、「応用物理第６８巻第５号５２０頁−５２６頁（１９９９）」（応用物理学会）に開示されたものである。この図９のＥＵＶ露光装置は、反射型マスクから反射されたＥＵＶ光像を、ＥＵＶリソグラフィ用フォトレジスト（ＥＵＶ領域に感光感度を有するポジタイプまたはネガタイプのフォトレジスト）が塗布された半導体ウエハ上に縮小投影し、上記フォトレジストをＥＵＶ露光するものであり、防振台５１と、チャンバ５２と、基板５３と、ＥＵＶ光源５４と、反射鏡５５ａ，５５ｂにより構成される光源光学系と、反射鏡５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄにより構成される縮小投影光学系と、マスク走査ステージ５７と、ウエハ走査ステージ５８とを備えている。
【００６５】
防振台５１はチャンバ５２の底面に設けられており、基板５３は、防振台５１に載せられてチャンバ５２内に設けられている。基板５３上には、マスク走査ステージ５７およびウエハ走査ステージ５８が設けられている。また、チャンバ５２内において、光源光学系を構成する反射鏡５５ａ，５５ｂは、チャンバ５２の側面に設けられた光源入射口５２ａと、マスク走査ステージ５７の間にそれぞれ配置されており、縮小投影光学系を構成する反射鏡５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄは、マスク走査ステージ５７とウエハ走査ステージ５８の間にそれぞれ配置されている。また、ＥＵＶ光源５４は、光源入射口５２ａを設けたチャンバ５２の側面位置かに設けられており、光源入射口５２ａからチャンバ５２内にＥＵＶ光を入射させる。
【００６６】
ＥＵＶリソグラフィ工程（ＥＵＶ露光工程）においては、上記第１ないし第３の実施の形態のいずれかによる反射型露光マスク４１が、パターン面（マスクパターンおよび非パターン領域が形成されている側の面）をウエハ走査ステージ５８に対向させるようにして、マスク走査ステージ５７に垂直にセットされる。また、ＥＵＶリソグラフィ用フォトレジストが塗布された半導体ウエハ４２が、レジスト塗布面をマスク走査ステージ５７に対向させるようにして、ウエハ走査ステージ５８に垂直にセットされる。
【００６７】
ＥＵＶ光源５４からチャンバ５２内に入射したＥＵＶ光は、光源光学系の反射鏡５５ａ，５５ｂでそれぞれ反射され、反射型マスク４１のパターン面にほぼ垂直に入射する。反射型マスク４１においては、マスクパターンに入射したＥＵＶ光はマスクパターンで吸収され、非パターン領域に入射したＥＵＶ光は反射される。これにより、反射型マスク４１は、ＥＵＶ光が入射するパターン領域に応じたＥＵＶ光像を反射する。反射型マスク４１で反射されたＥＵＶ光像は、縮小投影光学系の反射鏡５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄで順次反射されるとともに、縮小投影光学系により画角が縮小され（例えば１０：１あるいは４：１）、半導体ウエハ４２に塗布されたフォトレジスト表面に達する。これにより、半導体ウエハ４２のフォトレジストは、反射型マスク４１の上記パターン領域を縮小投影したＥＵＶ光像により露光される。反射型露光マスク４１の位置（ＥＵＶ光源５４からのＥＵＶ光が入射するパターン領域）は、マスク走査ステージ５７により走査され、これに応じて、半導体ウエハ４２の位置は、ウエハステージ５８により走査される。このようにして、反射型マスク４１に形成されているパターンによるＥＵＶ光像により、上記フォトレジストが露光される。
【００６８】
ＥＵＶ露光が終了した半導体ウエハ４２は現像され、これにより、半導体ウエハ４２上にＥＵＶリソグラフィによるレジストパターンが形成される。このあと、レジストパターンが形成された半導体ウエハ４２に対し、上記レジストパターンをエッチングマスクとしてレジストパターンの下に形成された絶縁膜または金属膜をドライエッチングするエッチング工程、あるいは上記レジストパターンをイオンインプラマスクとするイオンインプランテーション工程などが実施される。さらに、一連のウエハ工程を終了した半導体ウエハ４２対し、ダイシング工程をはじめとする組立工程が実施され、第４の実施の形態の半導体素子ができあがる。
【００６９】
上記のＥＵＶ露光工程に用いた上記第１ないし第３の実施の形態のいずれかの反射型露光マスクは、半導体ウエハ４２上に従来よりも微細なレジストパターン（例えば幅が１００［ｎｍ］程度の極微細パターン）を高精度に形成することができる。これにより、半導体ウエハ４２に従来よりも微細な加工（例えば１００［ｎｍ］程度の極微細加工）を施すことが可能となるため、半導体素子の回路集積度を高くすることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の反射型露光マスクによれば、窒化タンタル膜からなるマスクパターン、または窒化タンタル合金膜からなるマスクパターン、または最上層に窒化タンタル層を有する金属膜からなるマスクパターン、または最上層に窒化タンタル合金層を有する金属膜からなるマスクパターンを形成したことにより、マスクパターンの表面反射率を従来よりも低減することができ、これによりＥＵＶリソグラフィにおいて高精度で微細なパターンを作業できるという効果がある。また、マスクパターンの表面粗さを大きくすることなく、マスクパターンの表面反射率を低減させることができるため、ＥＵＶリソグラフィにおける解像度に悪影響を及ぼすことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。
【図３】ＤＵＶ光に対するＴａ膜およびＴａＮ膜の表面反射率の測定値を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。
【図６】Ｔａ膜およびＴａＮ膜の膜密度の測定値を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ工程を説明する図である。
【図１０】従来のＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。
【図１１】従来のＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。
【図１２】ＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの検査工程を説明する図である。
【符号の説明】
１ 下地基板、 ２ 多層膜、 １１，１２，１３ マスクパターン、 ２１，ＴａＮ膜、 ２２ マスクパターン用金属膜、 ２２ａ Ｔａ層、 ２２ｂ ＴａＮ層、 ２２ｃ Ｔａ膜、 ２３ マスクパターン用金属膜、 ２３ａ Ｔａ膜、 ２３ｂ ＴａＮ膜、 ４１ 反射型露光マスク、 ４２ 半導体ウエハ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長が１０〜１５［ｎｍ］付近のＥＵＶ（Extreme UltraViolet rays：極端紫外線）を光源としたＥＵＶリソグラフィに用いられる反射型露光マスク、および上記反射型露光マスクを用いたＥＵＶリソグラフィによって製造される半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化につれて、１００［ｎｍ］以下の極微細加工を可能にする新たなプロセス技術の確立が急務になっている。リソグラフィ技術でも光源の短波長化によって光学的な解像力の向上を図るため、従来の水銀ランプやエキシマレーザによる紫外線と比べて、波長が１０〜１５［ｎｍ］程度と１桁以上も短いＥＵＶを光源に用いて高解像化を可能とするＥＵＶリソグラフィの開発が精力的に行われている。
【０００３】
ＥＵＶ光は物質による吸収が非常に著しく、ＥＵＶ光に対する物質の屈折率もほとんど真空の値に等しい。従って、ＥＵＶリソグラフィの露光装置の光学系には、「精密光学会誌第６４巻第２号２８２頁−２８６頁（１９９８年）」に記載されたように、凸面鏡と凹面鏡を組み合わせた反射光学系が用いられる。また、露光マスクについても、ガラスレチクルのような透過型では吸収によるＥＵＶ光の強度低下が著しいことから、反射型露光マスクが用いられる。
【０００４】
図１０は従来のＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。図１０の従来の反射型露光マスクは、下地基板１上に多層膜２を形成し、この多層膜２上に金属膜からなるマスクパターン３を形成したものである。ＥＵＶリソグラフィにおいて、マスクパターン３は、ＥＵＶ光の吸収領域（吸収体）として機能し、非パターン領域（マスクパターン３が形成されていない領域であり、多層膜２の露出領域）６は、ＥＵＶ光の反射領域（反射体）として機能し、半導体ウエハに塗布されたＥＵＶリソグラフィ用フォトレジスト（ＥＵＶ領域に感光感度をもつレジスト）上に形成するＥＵＶ露光像に、露光コントラストを生じさせる。
【０００５】
反射体として機能する多層膜２は、反射型露光マスクの表面にほとんど直角に入射したＥＵＶ光に対して高い反射率を得るために、ＥＵＶ光の波長に対する屈折率が互いに大きく異なった２種類以上の材料層を周期的に積層させた構造である。この多層膜２には、最上層（表層）がシリコン（Ｓｉ）層２ａとなるようにＥＵＶ光に対する屈折率が互いに異なるＳｉ層２ａとモリブデン（Ｍｏ）層２ｂとを周期的に積層させた構造が広く用いられている。
【０００６】
また、吸収体として機能するマスクパターン３は、パターン加工された金属膜からなる。この金属膜としては、ＥＵＶ光の吸収が高く、パターン加工も容易であるタンタル（Ｔａ）膜が用いられている（有力な候補として挙げられている）。なお、上記の金属膜として、Ｔａを含む合金膜（タンタル合金膜）を用いることもできる（タンタル合金膜についても研究が進められている）。上記のタンタル合金としては、例えば、Ｔａとゲルマニウム（Ｇｅ）の合金膜（以下、Ｔａ／Ｇｅ合金膜と称する）、ＴａとＳｉの合金膜（以下、Ｔａ／Ｓｉ合金膜と称する）、Ｔａとボロン（Ｂ）の合金膜（以下、Ｔａ／Ｂ合金膜と称する）、などがある。
【０００７】
図１１は従来のＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。まず、図１１（ａ）のように、下地基板１上にスパッタリング法などによって多層膜２を形成し、この多層膜２上にスパッタリング法またはＣＶＤ法によってマスクパターン用金属膜としてＴａ膜４を形成する。次に、図１１（ｂ）のように、Ｔａ膜４上にレジストを塗布し、電子線やレーザ光の走査による露光および現像によって所望のレジストパターン５を形成する。次に、図１１（ｃ）のように、プラズマドライエッチング法などによって、レジストパターン５をエッチングマスクとしてＴａ膜４をパターニングし、そのあとレジストパターン５を除去して、Ｔａ膜４からなるマスクパターン３を形成する。なお、多層膜２とＴａ膜４の間に、バッファ層として酸化シリコン膜などが挿入されている場合もある。この場合には、非パターン領域６内のバッファ層は、上記図１１（ｃ）でのＴａ膜４のパターニングの際に除去される。
【０００８】
上記のように製造された反射型露光マスクは、マスク検査工程において、マスクパターン３が所望の寸法に形成されているか否か、マスクパターン３と非パターン領域６の表面反射率差が所望の値以上になっているか否か、などが検査される。この反射型露光マスクの検査では、ＥＵＶ領域の光ではなく、波長１５０〜３５０［ｎｍ］程度のＤＵＶ（Deep UltraViolet rays：遠紫外線）領域の光を反射型露光マスクの表面に照射する（検査装置が、ＤＵＶ領域の光を照射することにより、反射型露光マスクの検査をする構成になっている）。
【０００９】
図１２はＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの検査工程を説明する図である。図１２において、ＤＵＶ領域の入射光のビームスポットをＩintとし、この入射光Ｉintに対し、マスクパターン３の表面で反射してきた光をＲta、非パターン領域６の多層膜２の表面（ここでは、多層膜２の最上層をアモルファスＳｉ層とする）で反射してきた光をＲsiとする。
【００１０】
上記の検査工程では、図１２のように、ＤＵＶ領域の光Ｉintを反射型露光マスクの表面に照射し、マスクパターン３からの反射光Ｒtaと、非パターン領域６からの反射光Ｒsiとの光量差（以下、マスクコントラストと称する）を観察し、マスクコントラスト値ＭＣを測定する。このマスクコントラスト値ＭＣは、
ＭＣ［％］＝｛（Ｒsi−Ｒta）／（Ｒsi＋Ｒta）｝×１００…（１）
で定義される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の反射型露光マスクでは、マスクパターンの表面反射率が十分に低くならないために、マスクコントラスト値についての要求を十分に満足させることができず、ＥＵＶリソグラフィにおいて要求されたコントラストを十分に満足するＥＵＶ露光像が得られないという課題がある。このため、マスクパターンの表面反射率をさらに低くすることにより、マスクコントラストおよびＥＵＶ露光像のコントラストをさらに向上させることが望まれている。
【００１２】
一般に、マスクパターンの吸収体膜（金属膜）の表面粗さが大きいと、ＤＵＶ光Ｉintがマスクパターン表面で乱反射するため、反射光Ｒtaの光量は低下する。従って、上記吸収体膜の表面粗さを大きくすれば、マスクコントラストおよびＥＵＶ露光像のコントラストを高くすることが可能である。しかし、上記吸収体膜の表面粗さを大きくすると、膜厚ムラも大きくなり、膜厚の薄い場所ではＥＵＶ光の吸収能が小さくなるため、ＥＵＶリソグラフィでの解像度に悪影響を及ぼす。従って、上記吸収体膜の表面は可能な限り滑らかに保持し、かつ表面反射率を低下させる必要がある。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、解像度に悪影響を及ぼすことなく、ＤＵＶ光によるマスク検査時のコントラストを向上させることができる反射型露光マスクを提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明の請求項１に記載の反射型露光マスクは、ＥＵＶリソグラフィに用いられる反射型露光マスクにおいて、基板上に積層形成された多層膜上に、窒化金属膜と金属膜の積層構造からなるマスクパターンを有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項２に記載の反射型露光マスクは、前記窒化金属膜と金属膜の積層構造からなるマスクパターンが、前記金属膜上に前記窒化金属膜を積層した構造であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項３に記載の反射型露光マスクは、前記金属膜が、タンタル膜あるいはタンタル合金膜であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項４に記載の反射型露光マスクは、前記窒化金属膜が、窒化タンタル膜あるいは窒化タンタル合金膜であることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
第１の実施の形態
図１は本発明の第１の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。
【００２１】
図１のように、第１の実施の形態の反射型露光マスクは、下地基板１上に多層膜２を形成し、この多層膜２上に窒化タンタル（ＴａＮ）膜からなるマスクパターン１１を形成したものである。この第１の実施の形態の反射型露光マスクは、吸収体として機能するマスクパターンがＴａＮ膜からなることを特徴としている。
【００２２】
ＥＵＶリソグラフィにおいて、ＴａＮ膜からなるマスクパターン１１は、ＥＵＶ光の吸収領域（吸収体）として機能し、非パターン領域（マスクパターン１１が形成されていない領域であり、多層膜２の露出領域）６は、ＥＵＶ光の反射領域（反射体）として機能し、半導体ウエハに塗布されたＥＵＶリソグラフィ用フォトレジスト（ＥＵＶ領域に感光感度をもつフォトレジスト）上に形成するＥＵＶ露光像に、露光コントラストを生じさせる。
【００２３】
反射体として機能する多層膜２は、ＥＵＶ光の波長に対する屈折率が互いに大きく異なった２種類以上の材料層を周期的に積層させた構造である。ここでは、多層膜２は、最上層（表層）がシリコン（Ｓｉ）層２ａとなるようにＥＵＶ光に対する屈折率が互いに異なるＳｉ層２ａとモリブデン（Ｍｏ）層２ｂとを周期的に積層させた構造である。
【００２４】
図２は本発明の第１の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。
【００２５】
まず、図２（ａ）のように、下地基板１上にスパッタリング法などによって、Ｓｉ層２ａが最上層となるようにＳｉ層２ａとＭｏ層２ｂとを周期的に積層させた多層膜２を形成する。さらに詳細には、Ｍｏ層２ｂ上にＳｉ層２ａを積層させた構造を基本周期構造とし、上記の基本周期構造を３０ないし４０周期積層させる。また、上記基本周期構造の厚さは、ＥＵＶ光の波長の約半分とする。このようなＭｏ／Ｓｉ構造の多層膜２では、波長が１３．５［ｎｍ］付近のＥＵＶ光に対して最大約７０［％］の反射率が得られる。
【００２６】
なお、多層膜２の表面反射率は、最上層となる材料層（Ｓｉ層２ａ）によってほとんど決まる。最上層以外の材料層は、多層膜の吸収能には影響を及ぼすが、多層膜の表面反射率にはほとんど影響を及ぼさない。このため、多層膜２においては、Ｍｏ層２ｂは、Ｓｉ層２ａと屈折率が異なる材料層であればよく、例えばベリリウム（Ｂｅ）層でもよい。
【００２７】
次に、図２（ｂ）のように、多層膜２上にマスクパターン用金属膜としてＴａＮ膜２１を形成する。ＴａＮ膜２１は、ＴａＮターゲットを用いたスパッタリング法、Ｔａターゲットを用いてスパッタリングする際に窒素ガスを混合した反応性スパッタリング法、ＣＶＤ法などによって形成される。または、ＴａＮ膜２１は、スパッタリング法やＣＶＤ法によって形成したＴａ膜に、窒素やアンモニア等のガス雰囲気での熱処理やプラズマ処理による窒化処理を施すことによって形成される。
【００２８】
次に、図２（ｃ）のように、ＴａＮ膜２１上にレジストを塗布し、電子線やレーザ光の走査による露光および現像によって所望のレジストパターン５を形成する。
【００２９】
次に、図２（ｄ）のように、プラズマドライエッチング法などによって、レジストパターン５をエッチングマスクとしてＴａＮ膜２１をパターニングし、そのあとレジストパターン５を除去して、ＴａＮ膜２１からなるマスクパターン１１を形成する。
【００３０】
なお、多層膜２とＴａＮ膜２１の間に、バッファ層として酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜などが挿入されている場合もある。この場合には、非パターン領域６内のバッファ層は、上記図２（ｄ）でのＴａＮ膜２１のパターニングの際に除去される。
【００３１】
このようにして形成されたＴａＮ膜２１からなるマスクパターン１１は、従来のＴａ膜からなるマスクパターンよりもＤＵＶ光に対する表面反射率を低くすることができる。ここで、上記のＤＵＶ光は、反射型露光マスクの検査時に、マスクパターン寸法や形状の測定などのために反射型露光マスクの表面に照射されるＵＶ光である。従って、ＴａＮ膜２１からなるマスクパターン１１を設けた第１の実施の形態の反射型露光マスクでは、Ｔａ膜からなるマスクパターンを設けた従来の反射型露光マスクよりも、検査時のＤＵＶ光によるマスクコントラスト値ＭＣを高くすることができる。
【００３２】
図３はＤＵＶ光に対するＴａ膜およびＴａＮ膜の表面反射率の測定値を示す図である。この図３には、最上層がＳｉ層であるＭｏ／Ｓｉ構造の多層膜の表面反射率の測定値も同時に示してある。図３において、横軸はＤＵＶ光の波長、縦軸は表面反射率である。この表面反射率は、ＤＵＶ光に対するＳｉウエハの表面反射率を１００［％］として規格化したものである。また、図３において、ｒｍｓは、表面粗さの実効値（表面の凹凸分布の実効値）である。図３には、表面粗さｒｍｓ＝０．２３４［ｎｍ］および１．００１［ｎｍ］のＴａ膜、表面粗さｒｍｓ＝０．４８２［ｎｍ］のＴａＮ膜、表面粗さｒｍｓ＝０．１８０［ｎｍ］のＭｏ／Ｓｉ構造多層膜の表面反射率の測定値をそれぞれ示してある。
【００３３】
図３のように、表面粗さｒｍｓ＝０．４８２［ｎｍ］のＴａＮ膜の表面反射率は、表面粗さｒｍｓ＝１．００１［ｎｍ］のＴａ膜の表面反射率よりも低くなっていることが確認された。なお、最上層がＳｉ層であるＢｅ／Ｓｉ構造の多層膜の表面反射率の測定値についても、図３のＭｏ／Ｓｉ構造の多層膜と同じような結果が得られた。このように、ＴａＮ膜は、このＴａＮ膜よりも表面粗さの大きなＴａ膜よりも表面反射率が低くなる。従って、ＴａＮ膜２１からなるマスクパターン１１を設けた第１の実施の形態の反射型露光マスクでは、Ｔａ膜からなるマスクパターンを設けた従来の反射型露光マスクよりも、ＤＵＶ光による検査時のマスクコントラストを大きくすることができる。また、マスクパターンの表面粗さを大きくすることなく、マスクパターンの表面反射率を低減させることができるため、マスクパターンの膜厚ムラの増大によってＥＵＶリソグラフィにおける解像度に悪影響を及ぼすことはない。
【００３４】
以上のように第１の実施の形態の反射型露光マスクによれば、ＴａＮ膜からなるマスクパターン１１を形成したことにより、マスクパターンの表面反射率を従来よりも低減することができる。また、マスクパターンの表面粗さを大きくすることなく、マスクパターンの表面反射率を低減させることができるため、ＥＵＶリソグラフィにおける解像度に悪影響を及ぼすことはない。
【００３５】
なお、上記第１の実施の形態では、マスクパターン用金属膜（吸収体膜）として、ＴａＮ膜を用いたが、タンタル合金の窒化膜（窒化タンタル合金膜）を用いることも可能である。窒化タンタル合金膜としては、例えば、Ｔａ／Ｇｅ合金の窒化膜、Ｔａ／Ｓｉ合金の窒化膜、Ｔａ／Ｂ合金の窒化膜、などがある。
【００３６】
第２の実施の形態
図４は本発明の第２の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。なお、図４において、図１と同じものには同じ符号を付してある。
【００３７】
図４のように、第２の実施の形態の反射型露光マスクは、下地基板１上に多層膜２を形成し、この多層膜２上に、Ｔａ層２２ａとＴａＮ層２２ｂとを積層した金属膜２２からなるマスクパターン１２を形成したものである。この第２の実施の形態では、金属膜２２は、多層膜２上に形成したＴａ膜に窒化処理を施すことにより形成されたものであり、表層にＴａＮ層２２ｂを有し、このＴａＮ層２２ｂの下層にＴａ層２２ａを有する構造である。
【００３８】
Ｔａ膜に窒化処理を施すことにより形成された金属膜２２においては、窒化により形成されたＴａＮ層２２ｂと窒化されずに残ったＴａ層２２ａとの境界は明確ではないが、表面を含む上層に、Ｔａ層よりもＥＵＶ光に対する反射率が低いＴａＮ層が存在し、底面を含む下層に、ＴａＮ層よりもＥＵＶ光に対する吸収能が大きいＴａ層が存在していることが重要である。
【００３９】
図５は本発明の第２の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。なお、図５において、図２と同じものには同じ符号を付してある。
【００４０】
まず、図５（ａ）のように、上記第１の実施の形態と同じようにして、下地基板１上にスパッタリング法などによって多層膜２を形成する。
【００４１】
次に、図５（ｂ）のように、多層膜２上にスパッタリング法またはＣＶＤ法によってマスクパターン用金属膜としてＴａ膜２２ｃを形成する。
【００４２】
次に、図５（ｃ）のように、Ｔａ膜２２ｃに窒化処理を施すことによってＴａ膜２２ｃの表層にＴａＮ層２２ｂを形成する。上記の窒化処理は、窒素やアンモニアなどのガス雰囲気中での熱処理やプラズマ処理などによる。
【００４３】
上記図５（ｂ）および図５（ｃ）の工程により、表層にＴａＮ層２２ｂを有し、このＴａＮ層２２ｂの下層にＴａ層２２ａを有するマスクパターン用金属膜２２が形成される。
【００４４】
なお、これ以降のマスクパターン用金属膜２２をパターニングし、金属膜２２からなるマスクパターン１２を形成する工程は、図２（ｃ）および図２（ｄ）と同じである。
【００４５】
このようにして形成された、表層にＴａＮ層２２ｂを有し、このＴａＮ層２２ｂの下層にＴａ層２２ａを有するマスクパターン１２は、ＴａＮ膜のみからなる上記第１の実施の形態のマスクパターン１１よりもＥＵＶ光に対する吸収能が増大する（これは、Ｔａ層のＥＵＶ光に対する吸収能が、ＴａＮ層のＥＵＶ光に対する吸収能よりも大きいことによる）。このため、上記構造のマスクパターン１２を設けた第２の実施の形態の反射型露光マスクでは、上記第１の実施の形態の反射型露光マスクよりも、さらにマスクコントラストを高くすることができる。
【００４６】
図６はＴａ膜およびＴａＮ膜の膜密度の測定値を示す図である。図６から判るように、ＴａＮ膜の膜密度は、Ｔａ膜の膜密度の２／３程度である。吸収体膜（マスクパターン用金属膜）のＥＵＶ光に対する吸収能は、同じ膜厚であれば、膜密度が低い材料ほど低くなる。従って、同じ膜厚であれば、ＴａＮ膜のＥＵＶ光に対する吸収能は、Ｔａ膜のＥＵＶ光に対する吸収能よりも低くなる。この第２の実施の形態の金属膜２２の構造（図４参照）では、下層にＴａ層２２ａを配することによりＥＵＶ光に対する吸収能を高めることが可能となり、かつ表面にＴａＮ層２２ｂを配することによりＤＵＶ光に対する表面反射率を低下させることが可能となる。
【００４７】
以上のように第２の実施の形態の反射型露光マスクによれば、Ｔａ膜に窒化処理を施すことにより形成されたＴａＮ層２２ｂとＴａＮ層２２ｂの積層構造を有する金属膜２２によってマスクパターン１２を形成したことにより、マスクパターンの表面反射率を上記第１の実施の形態よりもさらに低減することができる。また、マスクパターンの表面粗さを大きくすることなく、マスクパターンの表面反射率を低減させることができるため、ＥＵＶリソグラフィにおける解像度に悪影響を及ぼすことはない。
【００４８】
なお、上記第２の実施の形態では、Ｔａ膜を窒化処理により形成された、表層にＴａＮ層を有し、このＴａＮ層の下層にＴａ層を有する構造の金属膜（吸収体膜）を用いたが、Ｔａ合金膜の窒化処理により形成された、表層にＴａＮ合金層を有し、このＴａＮ合金層の下層にＴａ合金層を有する構造の金属膜を用いることも可能である。
【００４９】
第３の実施の形態
図７は本発明の第３の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。なお、図７において、図４と同じものには同じ符号を付してある。
【００５０】
図７のように、第３の実施の形態の反射型露光マスクは、下地基板１上に多層膜２を形成し、この多層膜２上に、Ｔａ膜２３ａとＴａＮ膜２３ｂを積層させた金属膜２３からなるマスクパターン１３を形成したものである。この第３の実施の形態では、金属膜２３は、多層膜２上にＴａ膜２３ａを形成し、このＴａ膜２３ａ上にＴａＮ膜２３ｂを積層することにより形成されたものであり、表層にＴａＮ膜２３ｂを有し、このＴａＮ膜２３ｂの下層にＴａ膜２３ａを有する構造である。
【００５１】
Ｔａ膜２３ａ上にＴａＮ膜２３ｂを積層することにより形成される金属膜２３においては、Ｔａ膜２３ａの膜厚およびＴａＮ膜２３ｂの膜厚を制御することが容易であるとともに、Ｔａ膜２３ａおよびＴａＮ膜２３ｂの膜厚を均一にすることができる。
【００５２】
図８は本発明の第３の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。なお、図８において、図２と同じものには同じ符号を付してある。
【００５３】
まず、図８（ａ）のように、上記第１の実施の形態と同じようにして、下地基板１上にスパッタリング法などによって多層膜２を成膜させる。
【００５４】
次に、図８（ｂ）のように、多層膜２上にスパッタリング法またはＣＶＤ法によって、マスクパターン用金属膜を構成するＴａ膜２３ａを形成する。
【００５５】
次に、図８（ｃ）のように、Ｔａ膜２３ａ上にマスクパターン用金属膜を構成するＴａＮ膜２３ｂを積層形成する。ＴａＮ膜２３ｂは、ＴａＮターゲットを用いたスパッタリング法、Ｔａターゲットを用いてスパッタリングする際に窒素ガスを混合した反応性スパッタリング法、ＣＶＤ法などによって形成される。
【００５６】
上記図８（ｂ）および図８（ｃ）の工程により、Ｔａ膜２３ａ上にＴａＮ膜２３ｂを積層した構造のマスクパターン用金属膜２３（表層にＴａＮ層２３ｂを有し、このＴａＮ層２３ｂの下層にＴａ層２３ａを有するマスクパターン用金属膜２３）が形成される。
【００５７】
なお、これ以降のマスクパターン用金属膜２３をパターニングし、マスクパターン１３を形成する工程は、図２（ｃ）および図２（ｄ）と同じである。
【００５８】
このようにして形成された、表層にＴａＮ膜２３ｂを有し、このＴａＮ膜２３ｂの下層にＴａ膜２３ａを有するマスクパターン１３は、ＴａＮ膜のみからなる上記第１の実施の形態のマスクパターン１１よりもＥＵＶ光に対する吸収能が増大する。このため、上記構造のマスクパターン１３を設けた第３の実施の形態の反射型露光マスクでは、上記第１の実施の形態の反射型露光マスクよりも、さらにマスクコントラストを高くすることができる。
【００５９】
さらに、Ｔａ膜上にＴａＮ膜を積層することでＴａ／ＴａＮ積層構造のマスクパターン用金属膜２３を形成する第３の実施の形態では、Ｔａ膜を窒化処理することでＴａ膜の表層にＴａＮ層を設けたマスクパターン用金属膜２２を形成する上記第２の実施の形態よりも、Ｔａ膜２３ａおよびＴａＮ膜２３ｂの膜厚を、高い均一性で任意の値に容易に制御することが可能である。これにより、所望のＥＵＶ光吸収能を有するマスクパターンを容易に形成することが可能となる。
【００６０】
以上のように第３の実施の形態の反射型露光マスクによれば、Ｔａ膜２３ａ上にＴａＮ膜２３ｂを積層することにより形成されたＴａＮ膜２３ｂとＴａ膜２３ａの積層構造を有する金属膜２３によってマスクパターン１３を形成したことにより、マスクパターンの表面反射率を上記第１の実施の形態よりもさらに低減することができる。また、マスクパターンの表面粗さを大きくすることなく、マスクパターンの表面反射率を低減させることができるため、ＥＵＶリソグラフィにおける解像度に悪影響を及ぼすことはない。
【００６１】
さらに、マスクパターン用金属膜２３をＴａ／ＴａＮ積層構造としたことにより、Ｔａ膜２３ａおよびＴａＮ膜２３ｂの膜厚を、高い均一性で任意の値に容易に制御することが可能となるため、所望のＥＵＶ光吸収能を有するマスクパターンを容易に形成することができる。
【００６２】
なお、上記第３の実施の形態では、Ｔａ膜上にＴａＮ膜を積層した構造の金属膜（吸収体膜）を用いたが、タンタル合金膜上にＴａＮ膜を積層した構造の金属膜、またはＴａ膜上に窒化タンタル合金膜を積層した構造の金属膜、またはタンタル合金膜上に窒化タンタル合金膜を積層した構造の金属膜を用いることも可能である。
【００６３】
第４の実施の形態
以下に説明する第４の実施の形態の半導体素子は、製造工程のウエハ工程に、上記第１ないし第３の実施の形態のいずれかの反射型露光マスクを用いたＥＵＶリソグラフィ工程を含むことを特徴とする。従って、第４の実施の形態の半導体素子は、ウエハ工程における他の工程（ＣＶＤ工程、スパッタリング工程、熱拡散工程、イオンインプランテーション工程など、さらには、水銀ランプ光やエキシマレーザ光によるリソグラフィ工程）、および組立工程については、公知技術を用いて製造される。
【００６４】
図９は本発明の第４の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ工程を説明する図である。図９のＥＵＶ露光装置は、「応用物理第６８巻第５号５２０頁−５２６頁（１９９９）」（応用物理学会）に開示されたものである。この図９のＥＵＶ露光装置は、反射型マスクから反射されたＥＵＶ光像を、ＥＵＶリソグラフィ用フォトレジスト（ＥＵＶ領域に感光感度を有するポジタイプまたはネガタイプのフォトレジスト）が塗布された半導体ウエハ上に縮小投影し、上記フォトレジストをＥＵＶ露光するものであり、防振台５１と、チャンバ５２と、基板５３と、ＥＵＶ光源５４と、反射鏡５５ａ，５５ｂにより構成される光源光学系と、反射鏡５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄにより構成される縮小投影光学系と、マスク走査ステージ５７と、ウエハ走査ステージ５８とを備えている。
【００６５】
防振台５１はチャンバ５２の底面に設けられており、基板５３は、防振台５１に載せられてチャンバ５２内に設けられている。基板５３上には、マスク走査ステージ５７およびウエハ走査ステージ５８が設けられている。また、チャンバ５２内において、光源光学系を構成する反射鏡５５ａ，５５ｂは、チャンバ５２の側面に設けられた光源入射口５２ａと、マスク走査ステージ５７の間にそれぞれ配置されており、縮小投影光学系を構成する反射鏡５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄは、マスク走査ステージ５７とウエハ走査ステージ５８の間にそれぞれ配置されている。また、ＥＵＶ光源５４は、光源入射口５２ａを設けたチャンバ５２の側面位置かに設けられており、光源入射口５２ａからチャンバ５２内にＥＵＶ光を入射させる。
【００６６】
ＥＵＶリソグラフィ工程（ＥＵＶ露光工程）においては、上記第１ないし第３の実施の形態のいずれかによる反射型露光マスク４１が、パターン面（マスクパターンおよび非パターン領域が形成されている側の面）をウエハ走査ステージ５８に対向させるようにして、マスク走査ステージ５７に垂直にセットされる。また、ＥＵＶリソグラフィ用フォトレジストが塗布された半導体ウエハ４２が、レジスト塗布面をマスク走査ステージ５７に対向させるようにして、ウエハ走査ステージ５８に垂直にセットされる。
【００６７】
ＥＵＶ光源５４からチャンバ５２内に入射したＥＵＶ光は、光源光学系の反射鏡５５ａ，５５ｂでそれぞれ反射され、反射型マスク４１のパターン面にほぼ垂直に入射する。反射型マスク４１においては、マスクパターンに入射したＥＵＶ光はマスクパターンで吸収され、非パターン領域に入射したＥＵＶ光は反射される。これにより、反射型マスク４１は、ＥＵＶ光が入射するパターン領域に応じたＥＵＶ光像を反射する。反射型マスク４１で反射されたＥＵＶ光像は、縮小投影光学系の反射鏡５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄで順次反射されるとともに、縮小投影光学系により画角が縮小され（例えば１０：１あるいは４：１）、半導体ウエハ４２に塗布されたフォトレジスト表面に達する。これにより、半導体ウエハ４２のフォトレジストは、反射型マスク４１の上記パターン領域を縮小投影したＥＵＶ光像により露光される。反射型露光マスク４１の位置（ＥＵＶ光源５４からのＥＵＶ光が入射するパターン領域）は、マスク走査ステージ５７により走査され、これに応じて、半導体ウエハ４２の位置は、ウエハステージ５８により走査される。このようにして、反射型マスク４１に形成されているパターンによるＥＵＶ光像により、上記フォトレジストが露光される。
【００６８】
ＥＵＶ露光が終了した半導体ウエハ４２は現像され、これにより、半導体ウエハ４２上にＥＵＶリソグラフィによるレジストパターンが形成される。このあと、レジストパターンが形成された半導体ウエハ４２に対し、上記レジストパターンをエッチングマスクとしてレジストパターンの下に形成された絶縁膜または金属膜をドライエッチングするエッチング工程、あるいは上記レジストパターンをイオンインプラマスクとするイオンインプランテーション工程などが実施される。さらに、一連のウエハ工程を終了した半導体ウエハ４２対し、ダイシング工程をはじめとする組立工程が実施され、第４の実施の形態の半導体素子ができあがる。
【００６９】
上記のＥＵＶ露光工程に用いた上記第１ないし第３の実施の形態のいずれかの反射型露光マスクは、半導体ウエハ４２上に従来よりも微細なレジストパターン（例えば幅が１００［ｎｍ］程度の極微細パターン）を高精度に形成することができる。これにより、半導体ウエハ４２に従来よりも微細な加工（例えば１００［ｎｍ］程度の極微細加工）を施すことが可能となるため、半導体素子の回路集積度を高くすることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の反射型露光マスクによれば、窒化タンタル膜からなるマスクパターン、または窒化タンタル合金膜からなるマスクパターン、または最上層に窒化タンタル層を有する金属膜からなるマスクパターン、または最上層に窒化タンタル合金層を有する金属膜からなるマスクパターンを形成したことにより、マスクパターンの表面反射率を従来よりも低減することができ、これによりＥＵＶリソグラフィにおいて高精度で微細なパターンを作業できるという効果がある。また、マスクパターンの表面粗さを大きくすることなく、マスクパターンの表面反射率を低減させることができるため、ＥＵＶリソグラフィにおける解像度に悪影響を及ぼすことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。
【図３】ＤＵＶ光に対するＴａ膜およびＴａＮ膜の表面反射率の測定値を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。
【図６】Ｔａ膜およびＴａＮ膜の膜密度の測定値を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態によるＥＵＶリソグラフィ工程を説明する図である。
【図１０】従来のＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの断面構造図である。
【図１１】従来のＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの製造工程を説明する図である。
【図１２】ＥＵＶリソグラフィ用反射型露光マスクの検査工程を説明する図である。
【符号の説明】
１ 下地基板、 ２ 多層膜、 １１，１２，１３ マスクパターン、 ２１，ＴａＮ膜、 ２２ マスクパターン用金属膜、 ２２ａ Ｔａ層、 ２２ｂ ＴａＮ層、 ２２ｃ Ｔａ膜、 ２３ マスクパターン用金属膜、 ２３ａ Ｔａ膜、 ２３ｂ ＴａＮ膜、 ４１ 反射型露光マスク、 ４２ 半導体ウエハ。
Claims (5)
- ＥＵＶリソグラフィに用いられる反射型露光マスクにおいて、
基板上に積層形成された多層膜上に、窒化金属膜と金属膜の積層構造からなるマスクパターンを有する
ことを特徴とする反射型露光マスク。 - 前記窒化金属膜と金属膜の積層構造からなるマスクパターンは、前記金属膜上に前記窒化金属膜を積層した構造である
ことを特徴とする請求項１に記載の反射型露光マスク。 - 前記金属膜は、タンタル膜あるいはタンタル合金膜である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の反射型露光マスク。 - 前記窒化金属膜は、窒化タンタル膜あるいは窒化タンタル合金膜である
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の反射型露光マスク。 - ＥＵＶ光源と、
前記ＥＵＶ光源から入射したＥＵＶ光を反射するマスクパターンを有する請求項１ないし４のいずれか一つに記載の反射型露光マスクと、
前記マスクパターンで反射したＥＵＶ光像を、ＥＵＶリソグラフィ用フォトレジストが塗布された半導体ウェハ上に縮小投影する縮小投影光学系と、
を備えることを特徴とするＥＵＶ露光装置。
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