JP5266988B2 - ハーフトーン型ｅｕｖマスク、ハーフトーン型ｅｕｖマスクブランク、ハーフトーン型ｅｕｖマスクの製造方法及びパターン転写方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハーフトーン型ＥＵＶマスク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法及びパターン転写方法に関する。より詳細には、半導体製造プロセス中の、波長１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度のいわゆる極端紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ、以下、「ＥＵＶ」と略記する。）を用いたフォトリソグラフィ工程で使用されるハーフトーン型ＥＵＶマスク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク及びパターン転写方法に関するものである。

半導体集積回路の微細化は年々進んでおり、それに伴いフォトリソグラフィ技術に使用される光も短波長化が進んでいる。近況としては、これまで光源として使用されてきたＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）に移行している。また、ＡｒＦエキシマレーザを使用する液浸露光法の研究が近年活発に行われており、３２ｎｍ以下の線幅を目標とする動きもある。

ＡｒＦエキシマレーザを使用する液浸露光法もその研究が進んでいるとはいえ、その実現可能性は不鮮明である。このような背景から、エキシマレーザよりも波長が一桁以上短い（１０ｎｍ〜１５ｎｍ）ＥＵＶ光を用いた、ＥＵＶリソグラフィの研究開発が進められている。

ＥＵＶ露光では、上述のように波長が短いため、物質の屈折率がほとんど真空の値に近く、材料間の光吸収の差も小さい。このため、ＥＵＶ波長領域では従来の透過型の屈折光学系が作れず、反射光学系となり、マスクも反射型マスクとなる。これまで開発されてきた一般的なＥＵＶマスクは、Ｓｉウェハやガラス基板上に、例えばＭｏ（モリブデン）とＳｉ（シリコン）からなる２層膜を４０対ほど積層した多層膜、及び多層膜を保護するキャッピング膜を高反射領域とし、その上に低反射領域として吸収膜及び緩衝膜のパターンを形成した構造であった。緩衝膜は、吸収膜のパターニングや欠陥修正の際に、キャッピング膜や多層膜へのダメージを軽減する役割を果たす。

以上のようなＥＵＶマスクにおいて、低反射領域を形成するために主要な機能を有するのは、ＥＵＶ光を吸収する吸収膜である。吸収膜部は、通常、パターン欠陥検査時のコントラストを確保するために、欠陥検査光である遠紫外線（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ、以下、「ＤＵＶ」と略記する。）光に対して、低反射率となるよう設計される。低反射率とするための方法は、いわゆる薄膜干渉を利用した反射防止（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、以下、「ＡＲ」と略記する。）効果を使うことである。従って、吸収膜は通常２層以上の構成となり、その上層にはＤＵＶ光に対して透明性の膜がＡＲ膜として形成される。

一方、ＥＵＶ光に対する低反射領域を形成するためにＥＵＶ光を吸収するという、主要な機能を有するのは、吸収膜の中でも上層吸収膜（ＡＲ膜）を除いた下層吸収膜の部分である。下層吸収膜は付加機能を持たせるために、２層以上の積層構造からなる場合もあるが、本発明の目的と本質的な関係はないので、以下、下層吸収膜は単層として論じる。

一方で、光の短波長化とは別に、位相シフトマスクを利用した解像度向上技術が提案されている。位相シフトマスクは、マスクパターンの透過部を、隣接する透過部とは異なる物質若しくは形状とすることにより、それらを透過した光に１８０度の位相差を与えるものである。従って両透過部の間の領域では、１８０度位相の異なる透過回折光同士が打ち消し合い、光強度が極めて小さくなって、マスクコントラストが向上し、結果的に転写時の焦点深度が拡大するとともに転写精度が向上する。尚、位相差は原理上１８０度が最良であるが、実質的に１７５度〜１８５度程度であれば、解像度向上効果は得られる。

位相シフトマスクの一種であるハーフトーン型は、マスクパターンを構成する材料として、露光光に対する半透過性の薄膜を用い、透過率を数％程度（通常は基板透過光に対して２％以上１５％以下程度）まで減衰させつつ、通常の基板透過光と１７５度〜１８５度程度の位相差を与えることで、パターンエッジ部の解像度を向上させ、転写精度を向上させる位相シフトマスクである。

ここで、ハーフトーン型位相シフトマスクにおける、透過率の適正範囲について説明する。従来のエキシマレーザ用のハーフトーン型マスクでは、露光波長である紫外線に対して、ハーフトーン膜の透過率が一般的には２％以上１５％以下という光学条件を満足することが望ましい。この理由として、まず露光波長でのハーフトーン膜の透過率が２％未満だと、隣接した透過パターン部を透過した光の回折光が重なり合ったとき、打ち消しあい効果が小さくなる。逆に透過率が１５％を超えてしまうと、露光条件によってはレジストの解像限界を越えてしまい、ハーフトーン膜を光が透過した領域に余分なパターンが出来てしまうからである。

ＥＵＶ露光は反射光学系を用い、ＮＡ（開口数）が小さいうえに、波長が短いため、特有の課題として、ミラーやマスクの表面凹凸の影響を受けやすく、目標とする微細な線幅を精度良く解像することは容易ではない。このため、従来のエキシマレーザ露光等で用いられているハーフトーン型マスクの原理を、反射光学系を用いたＥＵＶ露光においても適用可能とするハーフトーン型ＥＵＶマスクが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ＥＵＶマスクのような反射型マスクにおいても、位相シフト効果による解像度向上の原理は同じであるので、上記の「透過率」が「反射率」に置き換わるだけで、その適正値はほとんど同じである。すなわち高反射領域に対する低反射領域の反射率は２％以上１５％以下であることが望ましいと考えられる。

ハーフトーン型ＥＵＶマスクの使用は、原理的にはＥＵＶリソグラフィにおいて、解像性を向上させる、有効な手段である。しかし、ハーフトーン型ＥＵＶマスクにおいても最適な反射率は、露光条件や転写するパターンに依存し、一概に決めることは難しい。また一般的に、ハーフトーン型ＥＵＶマスクを含むフォトマスクは、その作製プロセスにおいても、露光での使用期間においても度重なる、酸やアルカリ等を用いた洗浄液にさらされる。

さらに、ＥＵＶ露光は反射露光であるために、入射光は垂直ではなく、やや斜め（通常６°程度）方向から入射し、ＥＵＶマスクで反射光となる。ＥＵＶマスクにおいて、パターンとして加工されるのは吸収膜（ハーフトーン型ではハーフトーン膜）と緩衝膜の部分であるが、斜めからＥＵＶ光が入射するために、パターンの影が生じる。従って、入射方向とパターンの配置方向によっては、反射光で形成する、ウェハ上の転写レジストパターンに、本来のパターン位置からのずれが生じる。これを射影効果（Ｓｈａｄｏｗｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ）と呼び、ＥＵＶ露光の課題となっている。

射影効果を低減するには、影の長さを短くすることであり、そのためにはパターンの高さをなるべく低くすればよい。しかるに、通常緩衝膜は比較的薄く、吸収膜のパターニングや欠陥修正の際のキャッピング膜や多層膜へのダメージの軽減という必要特性から選択されるので、パターンの高さを低くするには、ハーフトーン膜をなるべく薄くする必要がある。

以上のことから、ハーフトーン型ＥＵＶマスクにおいては、なるべく薄い膜厚で、位相差１７５度〜１８５度における、反射率の選択性の広さ（自由度）をもつと同時に、洗浄液耐性が高く、しかもエッチングしやすい膜が要求されるが、これらの条件を満たす好適な膜材料は提案されていなかった。
特開２００６−２２８７６６号公報

本発明は、反射率の選択性の広さ（自由度）と洗浄液耐性の高さを持つと同時に、エッチングの加工精度が高くなるハーフトーン膜の材料を選定したハーフトーン型ＥＵＶマスク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法及びパターン転写方法を提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するため、ＥＵＶ露光による転写解像性を向上するために従来のエキシマレーザ露光等で用いられているハーフトーン型マスクの原理を、ＥＵＶ露光においても適用可能とする吸収膜（ハーフトーン膜）の種類と、その組成と反射率とについて、検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

本発明の請求項１に係る発明は、基板と、基板上に形成された高反射部と、高反射部上に形成されたパターニングされた低反射部と、を備え、低反射部は、Ｔａ（タンタル）及びＮｂ（ニオブ）を有し、Ｔａ：Ｎｂの組成比が略４：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクにおいて、低反射部からの反射光は、高反射部からの反射光に対して４％以上１５％以下の反射率であり、高反射部からの反射光に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、低反射部は、Ｔａ及びＮｂを有し、Ｔａ：Ｎｂの組成比が略４：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、低反射部は、さらに、Ｓｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）又はＮ（窒素）のいずれかを有すること特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクには、さらに、高反射部上に形成されたキャッピング膜と、高反射部と低反射部との間に形成された緩衝膜と、を備えることを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクとしたものである。

本発明の請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクを、低反射部のパターニングにより作製するために、基板上に形成された高反射部と、高反射部上の全面に形成された低反射部と、さらに、高反射部上に形成されたキャッピング膜と、高反射部と低反射部との間に形成された緩衝膜と、を備えることを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクとしたものである。

本発明の請求項７に係る発明は、基板を準備し、基板上に高反射部を形成し、高反射部上にパターニングするＴａ（タンタル）及びＮｂ（ニオブ）を有する低反射部を形成することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項８に係る発明は、請求項７に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法において、低反射部からの反射光は、高反射部からの反射光に対して４％以上１５％以下の反射率であり、高反射部からの反射光に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項９に係る発明は、低反射部は、Ｔａ及びＮｂを有し、Ｔａ：Ｎｂの組成比が略４：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項７又は８に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項１０に係る発明は、低反射部は、さらに、Ｓｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）又はＮ（窒素）のいずれかを有すること特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項１１に係る発明は、請求項７乃至１０のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法には、さらに、高反射部上にキャッピング膜を形成し、高反射部と低反射部との間に緩衝膜を形成することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項１２に係る発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクを露光装置に設置し、ハーフトーン型ＥＵＶマスクを介して反射したＥＵＶを選択的に照射し、パターン形成を行なうことを特徴とするパターン転写方法としたものである。

本発明によれば、反射率の選択性の広さ（自由度）と洗浄液耐性の高さを持つと同時に、エッチングの加工精度が高くなるハーフトーン膜の材料を選定したハーフトーン型ＥＵＶマスク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク、ハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法及びパターン転写方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態において重複する説明は省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク１００を示す概略断面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク１００は、基板１０と、基板１０上に形成された高反射性を有する多層膜２０と、多層膜２０上に形成され、多層膜２０を保護するキャッピング膜３０と、キャッピング膜３０上に形成されたエッチングストッパーとして機能する緩衝膜４０と、緩衝膜４０上に形成された低反射性を有し多層構造を有する下層吸収膜５１及び上層吸収膜５２を備えている。

本発明の第１の実施の形態に係る基板１０としては、例えば、Ｓｉ（シリコン）基板やＴｉ（チタン）を添加とした低熱膨張ガラスを使用することができるが熱膨張率の小さい材料であればいずれでも構わない。

本発明の第１の実施の形態に係る多層膜２０としては、露光光であるＥＵＶ光（極端紫外光）を反射するもので、ＥＵＶ光に対する屈折率の大きく異なる材料の組み合わせによる多層膜から構成されている。多層膜２０の材料として例えば、Ｍｏ（モリブデン）膜２１とＳｉ（シリコン）膜２２、又はＭｏ膜とＢｅ（ベリリウム）膜とを交互に、４０対成膜してなる積層体を用いることができる。多層膜２０の１層ずつの膜厚は、例えばＭｏ膜２１が２．８ｎｍ、Ｓｉ膜２２が４．２ｎｍである。

本発明の第１の実施の形態に係るキャッピング膜３０としては、例えば厚さ１１ｎｍのＳｉ膜やＲｕ（ルテニウム）を使用することができるが、本発明ではこれらに限定されるわけではない。

本発明の第１の実施の形態に係る緩衝膜４０としては、下層吸収膜５１と上層吸収膜５２とを形成する際に行われるドライエッチングに対して耐性を有する材質で形成することができる。より具体的には、下層吸収膜５１（後述する）をエッチングする際に、キャッピング膜３０へのダメージを防ぐエッチングストッパーとして機能するものを用いることができ、緩衝膜４０の材料として、例えば、ＣｒＮ（窒化クロム）膜及びＳｉＯ_２で形成することができるが、本発明ではこれらに限定されるわけではない。なお、下層吸収膜５１と上層吸収膜５２については後述する。

次に、ハーフトーン型ＥＵＶマスク２００の製造方法について説明する。ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク１００の上層吸収層５１上に電子線レジスト（図示せず）を塗布して、電子線描画法によりレジストを所望のパターンに形成した。このレジストパターンをマスクとして、反応性イオンエッチングにより下層吸収膜５１と上層吸収膜５２とをパターニングし、レジストパターンを剥離した。次に、エッチングにより緩衝膜４０をパターニングすることにより、緩衝膜パターン４１、下層吸収膜パターン５３及び上層吸収膜パターン５４を形成したハーフトーン型ＥＵＶマスク２００を得ることができる。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク２００を示す概略断面図である。図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク２００は、基板１０と、基板１０上に形成された高反射性を有する多層膜２０と、多層膜２０上に形成され、多層膜２０を保護するキャッピング膜３０と、キャッピング膜３０上に選択的に形成された緩衝膜パターン４１と、緩衝膜パターン４１上に選択的に形成された低反射性を有する下層吸収膜パターン５３及び下層吸収膜パターン５３とを備えている。ここで、上層吸収膜パターン５４の反射防止性とは、遠紫外線（ＤＵＶ）光による欠陥検査を可能にするために、いわゆる薄膜干渉を利用してＤＵＶ光に対する反射防止（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、以下、「ＡＲ」と略記する。）効果を用いることである。一方、露光光であるＥＵＶ光に対する低反射領域を形成するために、ＥＵＶ光を吸収する機能を有するのは主として下層吸収膜パターン５３である。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク３００を示す概略断面図である。図３に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク３００は、基板１０と、基板１０上に形成された高反射性を有する多層膜２０と、多層膜２０上に形成された兼用膜３４と、兼用膜３４上に形成された低反射性を有し多層構造を有する下層吸収膜５１及び上層吸収膜５２を備えている。なお、兼用膜３４以外の説明は、第１の実施の形態と重複するために省略する。

本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク３００の兼用膜３４は下層吸収膜５１と多層膜２０との間に備え、前述した多層膜２０を保護するためのキャッピング膜３０と、エッチングストッパーとして機能する緩衝膜４０との両方の役割を果たす。このような兼用膜３４の材料としては、Ｒｕを用いることができるが本発明では、これに限定されるわけではない。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク４００を示す概略断面図である。図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク４００は兼用膜３４を下層吸収膜パターン５３と多層膜２０との間に備えている。兼用膜３４を備えていること以外は前述した第１の実施の形態と同様であるため第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク４００についての説明は省略する。また、ハーフトーン型ＥＵＶマスク４００のそれぞれの材料の説明は第１の実施の形態と重複するために省略する。

ここで、下層吸収膜パターン５３及び上層吸収膜パターン５４について説明する。図２及び図４に示すように、下層吸収膜パターン５３及び上層吸収膜パターン５４は、主として入射光６０を減衰させる。また、下層吸収膜パターン５３は高反射光７０と低反射光８０との間に位相差を発生させるために、ハーフトーン型ＥＵＶマスクの構成に応じて適宜調整を行う層である。例えば、実施の形態１では、「上層吸収膜＋下層吸収膜＋緩衝膜」、実施の形態２では、「上層吸収膜＋下層吸収膜」の部位で高反射光７０と低反射光８０との間に位相差を発生するように調整をおこなえば良い。また、上層吸収膜のパターン５４はＤＵＶ光に対するＡＲ膜として用いる。

本発明の第１及び第２の実施の形態においては、低反射光８０の高反射光７０に対する、反射率が４％以上１５％以下であり、高反射光７０に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有し、さらに下層吸収膜５１を構成する主要な元素は、ＴａとＮｂとからなっている。好ましくは、ＴａとＮｂとの組成比が略４：１〜略１：２の範囲にある。ここで「主要な」とは、ＴａとＮｂとで９０％以上の組成比を占めるものとする。また、組成比の「略」とは、±５％を含むものとする。

本発明の第１及び第２の別の実施の形態においては、低反射光８０の高反射光７０に対する、反射率が４％以上１５％以下であり、高反射光７０に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有し、さらに下層吸収膜５１を構成する主要な元素は、ＴａとＮｂとＯ（酸素）からなっている。好ましくは、酸化タンタルと酸化ニオブとの組成比が略４：１〜略１：２の範囲にある。ここで「主要な」とは、ＴａとＮｂとＯとで９０％以上の組成比を占めるものとする。また、組成比の「略」とは、±５％を含むものとする。

以下、本発明の第１及び第２の実施の形態で規定する下層吸収膜５１及び上層吸収膜５２の構成元素の選択、構成元素の組成比及び反射率の範囲について説明する。ここで、下層吸収膜５１及び上層吸収膜５２のことを「吸収膜」または「ハーフトーン膜」という場合がある。

本発明の第１及び第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク２００、４００において、適正な反射率である４％以上１５％以下を得るためには、従来のバイナリ型ＥＵＶマスクにおける吸収膜、代表的には、ＴａＮ、ＴａＳｉ、ＴａＢＮよりも、透明性のある吸収膜（ハーフトーン膜）を用いる必要がある。単に透明性を上げるだけであれば、吸収膜の膜厚を薄くすればいいが、膜厚が薄くなると、高反射光と１７５度〜１８５度の位相差を得ることが難しくなる。薄くなっても位相差を確保するためには、できるだけ露光波長における屈折率が小さい（真空部＝１から遠い）膜材料を用いる必要がある。

図５はＥＵＶ露光波長（１３．５ｎｍ）における、各材料の光学定数を示し、横軸を屈折率：ｎとして、縦軸を消衰係数：ｋとしてプロットしたものである。透明性が高く、屈折率が小さい材料としては、Ｍｏが代表的であるが、Ｍｏは洗浄液などの薬液耐性が弱く、また多層膜２０の材料として使われることからも分るように、透明性が高すぎるため、単体としては、吸収膜の材料に適さない。

Ｍｏはシリサイド化し、安定なＭｏＳｉ_２の形で使えば薬液耐性を上げることができるが、Ｓｉを用いる分だけ、屈折率が大きく（真空部＝１に近く）なるため、適正な位相差を得るための膜厚が厚くなることを避けられない。

図５に示すように、ＮｂはＥＵＶ波長領域で比較的透明であり、屈折率もＴａより小さく、さらにハロゲン系ガスでＴａよりもむしろドライエッチングしやすい材料であるが、Ｎｂだけでは透明性が高すぎて、ハーフトーン膜の材料としては適さない。

そこで、ＮｂのＥＵＶ光に対する透明性を下げ、ハーフトーン型ＥＵＶマスクとして適正な反射率を得るには、従来吸収膜として使われているＴａ、ＴａＯ、若しくはＴａＮとの化合物膜を用いればよい。ここで、Ｔａ、ＴａＯ、ＴａＮはＥＵＶマスク材料として使われており、洗浄液耐性も問題がない。一方、Ｎｂ系薄膜はＴａ系薄膜よりもドライエッチングされやすい反面、洗浄液耐性はＴａ系薄膜よりもやや落ちるので、ＴａとＮｂとを用いた酸化物、窒化物薄膜の洗浄液耐性を確認する必要がある。

図６（ａ）及び（ｂ）はＴａとＮｂとの組成比がほぼ１：１の膜を石英基板上に成膜し、一般的な洗浄液であるＡＰＭ（ＮＨ_３：Ｈ_２Ｏ_２:Ｈ_２Ｏ＝１：２：２０、室温）、及びＳＰＭ（Ｈ_２ＳＯ_４：Ｈ_２Ｏ_２＝３：１、１００℃）に３０分間浸漬し、透過率の変化によって、ＴａとＮｂとの化合物膜の洗浄液耐性を評価した図である。図６（ａ）から分かるように、ＡＰＭではほとんど浸漬前と浸漬後との透過率の変化がなく、図６（ｂ）から分るように、ＳＰＭでは浸漬前と浸漬後とで１．５％程度の変化が見られるが、通常のマスク製造における洗浄時間が数分程度であることを考慮すると、ＴａとＮｂとの化合物膜は十分洗浄液耐性があることが把握される。

同様に、図７（ａ）及び（ｂ）はＴａとＮｂとの酸化物についてのＡＰＭ耐性及びＳＰＭ耐性を評価した図である。図７（ａ）及び（ｂ）から把握されるように、ＡＰＭ及びＳＰＭではほとんど浸漬前と浸漬後との透過率の変化がなく、ＴａとＮｂとの酸化物は洗浄液耐性があることが把握される。

同様に、図８（ａ）及び（ｂ）はＴａとＮｂとの窒化物についてのＡＰＭ耐性及びＳＰＭ耐性を評価した図である。図８（ａ）及び（ｂ）から把握されるように、ＴａとＮｂとの窒化物は浸漬前と浸漬後とではＡＰＭ耐性及びＳＰＭ耐性が不足しており、ハーフトーン膜の主要な材料としては使いづらいことが把握される。

ここで、ＴａとＮｂとの化合物膜と、ＴａとＮｂとの酸化物膜について比較すると、特にＴａは酸化することにより、ハロゲンガスによるドライエッチレートが低下し、加工しづらくなる。しかし一般に金属薄膜は酸化することにより、化学的性質が安定するので、適度に酸化することはむしろ望ましいと言える。なお、ＴａとＮｂとの酸化物膜は、Ａｒに酸素を添加したスパッタリング法により形成することができる。

次に、本発明の第１及び第２の実施の形態で規定する下層吸収膜５１及び上層吸収膜５２の構成元素の組成比及び反射率範囲について、反射率と位相差との計算により検討した結果に基づいて説明する。ここで、下層吸収膜５１については、前述の理由により、ＴａとＮｂとの化合物膜について検討する。

一般に、薄膜の透過率、反射率及びパターニングした結果生じる位相差は、基板と薄膜との光学定数（屈折率：ｎ、消衰係数：ｋ）、薄膜の膜厚、使用する光の波長が決まれば、一意に定まり、光学理論により計算で求めることができる（詳細は、例えば、応用物理工学選書３、吉田貞史「薄膜」、培風館、１９９０を参照）。多層膜２０についても同様である。

図９は、反射率及び位相差を計算するために用いた材料の膜厚と波長、ＥＵＶ露光で典型的な１３．５ｎｍおける光学定数を示す図である。

図９の結果を用いて、実際のマスク構造における、露光波長（１３．５ｎｍ）での位相差と反射率（高反射部に対する相対反射率）とを計算した結果を、図１０乃至図１３に示す。尚、上層吸収膜５２は、ＴａＳｉＯ膜などが考えられるが、ここでは成膜の容易さ（Ｓｉをターゲットとし、ＡｒとＮ_２の混合ガスによるスパッタリングで成膜可能）からＳｉＮ膜とした。上層吸収膜５２の膜厚は、各々の下層吸収膜５１と２層化したときに、欠陥検査波長２５７ｎｍと１９９ｎｍとで低反射を実現する膜厚１５．５ｎｍとした。

また、図１０乃至図１３において、ＣｒＮからなる緩衝膜４０、Ｓｉからなるキャッピング膜３０、Ｒｕからなる兼用膜３４（キャッピング膜３０と緩衝膜４０との機能を有する）、及び多層膜２０を構成するＭｏ２１とＳｉ２２との膜厚はそれぞれ、１０ｎｍ、１１ｎｍ、２．５ｎｍ、２．８ｎｍ、４．２ｎｍとし、多層膜２０はＭｏ／Ｓｉの４０対とした。

図１０乃至図１３より、それぞれの条件において、作製可能なハーフトーン型ＥＵＶマスクの反射率がわかる。このように、ＴａとＮｂの化合物膜を下層吸収膜５１として用いれば、ハーフトーン型ＥＵＶマスクとして好適な反射率を得ることができる。具体的には、ＴａとＮｂの組成比が３：１の場合は、４：１の場合とほとんど同じ結果となり、位相差１８０度時の反射率は下限に近くなり、約４％となる。またＴａとＮｂの組成比を１：２とすれば、位相差１８０度時の反射率は約１５％となり、ハーフトーン型ＥＵＶマスクとして有効な反射率の上限近くになる。すなわち、ＴａとＮｂの組成比を４：１から１：２の範囲とすることで、ハーフトーン型ＥＵＶマスクとして有効な吸収膜を作製することができる。

本発明の実施の形態に係る実施例について説明する。

はじめに、図１に示すように、低熱膨張ガラス基板１０上に、ＭｏとＳｉとからなる４０対の多層膜２０をイオンビームスパッタリング法により成膜し、その上にマグネトロンスパッタリング法によりＳｉからなるキャッピング膜３０を１１ｎｍの厚さで成膜した。

さらにその上にＣｒＮからなる緩衝膜４０をＣｒＮをターゲットとし、Ａｒガスを放電させるマグネトロンスパッタリング法により１０ｎｍの厚さで成膜した。

次に、下層吸収膜５１として、カソードを２個有するマグネトロンスパッタリング装置を使い、一方のカソードにＴａターゲット、もう一方のカソードにＮｂターゲットを取り付け、Ａｒガスによる同時放電により、ＴａとＮｂとを主成分とする膜を３７ｎｍの厚さで成膜した。このとき、膜中のＴａ：Ｎｂの比率がほぼ１：１になるよう、同時放電における、各々の電力を調整した。

さらにその後、Ｓｉをターゲットとし、Ａｒガスに窒素を添加したマグネトロンスパッタリング法により、ＡＲ膜である上層吸収膜５２としてＳｉＮを１５．５ｎｍの厚さで成膜して、本実施例１のハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク１００を作製した。ここで、低反射部のＥＵＶ反射率測定を行ったが、高反射部に対し約８．０％であり、ハーフトーン型マスクとして好適な反射率であった。

その後、上層吸収膜５ｂ上に電子線レジストを塗布し、電子線描画法によりレジストパターンを形成した（図示せず）。このレジストパターンをマスクとし、フッ素系ガスによる反応性イオンエッチングにより上層吸収膜５２及び下層吸収膜５１のパターニングを行い、その後硫酸と過酸化水素水によりレジストを剥離した。

その後、吸収膜（下層吸収膜５１及び上層吸収膜５２）欠陥の検査と修正を行った後、ＣｒＮからなる緩衝膜４０を塩素ガスに酸素を添加したエッチングにより剥離した。その後に、アンモニアと過酸化水素水とによる洗浄を行い、本実施例１のハーフトーン型ＥＵＶマスク２００を作製した。

その後、本実施例１のハーフトーン型ＥＵＶマスク２００を用いて、ＥＵＶ反射率の測定を行ったが、高反射部の反射率は６５％、またハーフトーン部の反射率は８．１％で、マスクブランク状態での反射率に比べ、０．１％の上昇に留まり、実用上問題はなかった。また洗浄前後で電子線顕微鏡によりパターン線幅の測定を行ったが、装置の測定精度以内の変化であり、洗浄耐性も問題とならなかった。

はじめに、低熱膨脹ガラス基板１０上に、ＭｏとＳｉとからなる４０対の多層膜２０をイオンビームスパッタリング法により成膜し、その上にマグネトロンスパッタリング法によりＲｕからなるキャッピング膜と緩衝膜との兼用膜３４を２．５ｎｍの厚さで成膜した。

次に、下層吸収膜５１として、カソードを２個有するマグネトロンスパッタリング装置を使い、一方のカソードにＴａターゲット、もう一方のカソードにＮｂターゲットを取り付け、Ａｒガスによる同時放電により、ＴａとＮｂとを主成分とする膜を５０ｎｍの厚さで成膜した。このとき、膜中のＴａ：Ｎｂの比率がほぼ１．５：１になるよう、同時放電における、各々の電力を調整した。

さらにその後、Ｓｉをターゲットとし、Ａｒガスに窒素を添加したマグネトロンスパッタリング法により、ＡＲ膜である上層吸収膜５２としてＳｉＮを１５．５ｎｍの厚さで成膜して、本実施例２のハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク３００を作製した。ここで、低反射部のＥＵＶ反射率測定を行ったが、高反射部に対し約８．４％であり、ハーフトーン型マスクとして好適な反射率であった。

その後、上層吸収膜５２の上に電子線レジストを塗布し、電子線描画法によりレジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクとし、フッ素系ガスによる反応性イオンエッチングにより上層吸収膜５２及び下層吸収膜５１のパターニングを行い、その後硫酸と過酸化水素水によりレジストを剥離した。

しかる後に、アンモニアと過酸化水素水とによる洗浄を行い、本実施例２のハーフトーン型ＥＵＶマスク４００を作製した。

その後、本実施例２のハーフトーン型ＥＵＶマスク４００を用いて、ＥＵＶ反射率の測定を行ったが、高反射部の反射率は６５％、またハーフトーン部の反射率は８．５％で、マスクブランク状態での反射率に比べ、０．１％の上昇に留まり、実用上問題はなかった。また洗浄前後で電子線顕微鏡によりパターン線幅の測定を行ったが、装置の測定精度以内の変化であり、洗浄耐性も問題とならなかった。

以上、詳細に説明したようにＴａとＮｂを原材料とするだけで、比較的薄い膜厚で、洗浄耐性、エッチングの加工精度が優れ、しかも組成比を変更するだけで反射率の選択性を広くできるハーフトーン型ＥＵＶマスクを得ることができる。

本発明によるハーフトーン型ＥＵＶマスクを用いたパターン転写方法は、例えば、先ず被加工層を表面に形成した基板上にフォトレジスト層を設けたのち、本発明に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクを介して反射した極端紫外線を選択的に照射する。

次いで、現像工程において不必要な部分のフォトレジスト層を除去し、基板上にエッチングレジスト層のパターンを形成させたのち、このエッチングレジスト層のパターンをマスクとして被加工層をエッチング処理し、次いで、エッチングレジスト層のパターンを除去することにより、ハーフトーン型ＥＵＶマスクパターンに忠実なパターンを基板上に転写することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクを示す概略断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクを示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクを示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスクを示す概略断面図である。 本発明の第１及び第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク、およびハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクに係る材料の波長１３．５ｎｍの光に対する屈折率と、消衰係数とを示す特性図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１及び第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク、およびハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクの検討において、ＴａＮｂ膜のＡＰＭ耐性、ＳＰＭ耐性を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１及び第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク、およびハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクの検討において、ＴａＮｂＯ膜のＡＰＭ耐性、ＳＰＭ耐性を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１及び第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク、およびハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクの検討において、ＴａＮｂＮ膜のＡＰＭ耐性、ＳＰＭ耐性を示す図である。 本発明の第１及び第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク、およびハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクにおける反射率、位相差を計算するための、波長１３．５ｎｍ光に対する屈折率と、消衰係数とを示す表である。 本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク、およびハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクに係る、波長１３．５ｎｍでの反射率と位相差とを計算した結果を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク、およびハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクに係る、波長１３．５ｎｍでの反射率と位相差とを計算した結果を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク、およびハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクに係る、波長１３．５ｎｍでの反射率と位相差とを計算した結果を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係るハーフトーン型ＥＵＶマスク、およびハーフトーン型ＥＵＶマスクブランクに係る、波長１３．５ｎｍでの反射率と位相差とを計算した結果を示す特性図である。

符号の説明

１０：基板、２０：多層膜、２１：Ｓｉ膜、２２：Ｍｏ膜、３０：キャッピング膜、３４：兼用膜、４０：緩衝膜、４１：緩衝膜パターン、５１：下層吸収膜、５２：上層吸収膜、５３：下層吸収膜パターン、５４：上層吸収膜パターン、６０：入射光、７０：高反射光、８０：低反射光、１００：ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク、２００：ハーフトーン型ＥＵＶマスク、３００：ハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク、４００：ハーフトーン型ＥＵＶ用マスク

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された高反射部と、
   前記高反射部上に形成されたパターニングされた低反射部と、を備え、
   前記低反射部は、Ｔａ（タンタル）及びＮｂ（ニオブ）を有し、Ｔａ：Ｎｂの組成比が略４：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスク。
2. 請求項１に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクにおいて、
   前記低反射部からの反射光は、前記高反射部からの反射光に対して４％以上１５％以下の反射率であり、前記高反射部からの反射光に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスク。
3. 前記低反射部は、さらに、Ｓｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）又はＮ（窒素）のいずれかを有すること特徴とする請求項１又は２に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスク。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクには、
   さらに、前記高反射部上に形成されたキャッピング膜と、
   前記高反射部と前記低反射部との間に形成された緩衝膜と、
   を備えることを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスク。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクを、前記低反射部のパターニングにより作製するために、前記基板上に形成された前記高反射部と、前記高反射部上の全面に形成された前記低反射部と、さらに、前記高反射部上に形成された前記キャッピング膜と、前記高反射部と前記低反射部との間に形成された緩衝膜と、を備えることを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクブランク。
6. 基板を準備し、
   前記基板上に高反射部を形成し、
   前記高反射部上にパターニングするＴａ（タンタル）及びＮｂ（ニオブ）を有する低反射部を形成することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。
7. 請求項６に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法において、
   前記低反射部からの反射光は、前記高反射部からの反射光に対して４％以上１５％以下の反射率であり、前記高反射部からの反射光に対し、１７５度〜１８５度の位相差を有することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。
8. 前記低反射部は、Ｔａ及びＮｂを有し、Ｔａ：Ｎｂの組成比が略４：１〜略１：２の範囲にあることを特徴とする請求項６又は７に記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。
9. 前記低反射部は、さらに、Ｓｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）又はＮ（窒素）のいずれかを有すること特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。
10. 請求項６乃至９のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法には、さらに、前記高反射部上にキャッピング膜を形成し、
    前記高反射部と前記低反射部との間に緩衝膜を形成することを特徴とするハーフトーン型ＥＵＶマスクの製造方法。
11. 請求項１乃至４のいずれかに記載のハーフトーン型ＥＵＶマスクを露光装置に設置し、
    前記ハーフトーン型ＥＵＶマスクを介して反射したＥＵＶを選択的に照射し、
    パターン形成を行なうことを特徴とするパターン転写方法。

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