JP6743505B2 - 反射型マスクブランクおよび反射型マスク - Google Patents

Description

本発明は、極端紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ；以下「ＥＵＶ」と表記する）を光源とするＥＵＶリソグラフィなどに利用される反射型マスクブランクおよび反射型マスクに関する。

近年、半導体デバイスの微細化に伴い、波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶを光源に用いたＥＵＶリソグラフィが開発されている。ＥＵＶリソグラフィは光源波長が短く光吸収性が非常に高いため、真空中で行われる必要がある。また、ＥＵＶの波長領域においては、ほとんどの物質の屈折率は１よりもわずかに小さい値であるため、ＥＵＶリソグラフィにおいては、従来から用いられてきた透過型の屈折光学系を使用することができず、反射型の光学系を使用する必要がある。従って、ＥＵＶリソグラフィの原版となるフォトマスク（以下、反射型マスクと呼ぶ）も、従来の透過型のマスクは使用できないため、反射型のマスクとする必要がある。

このような反射型マスクの代表的な層構造は、低熱膨張基板の上に、露光光源波長に対して高い反射率を示す多層膜と、多層膜の表面を保護するための保護膜と、露光光源波長を吸収する吸収膜と、深紫外線（ＤＵＶ：Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いたマスク検査装置でパターンのコントラストが得られるための低反射膜とが順次形成されて構成され、吸収膜と低反射膜に回路パターンが形成される。また、基板の裏面には、露光機内における静電チャックのための裏面導電膜が形成されている。また、保護膜と吸収膜の間に、吸収膜をエッチング加工する際の下地へのダメージを抑えるための緩衝膜（吸収膜をエッチング加工する際のエッチングストッパー膜）を有する構造を持つマスクもある。

上記のマスク構造の場合、吸収膜と低反射膜の両方のパターニングには、ＥＵＶリソグラフィとエッチング技術とにより吸収膜を部分的に除去して、ＥＵＶ光に対する吸収部と反射部とからなる回路パターンを形成する。なお、緩衝膜を有する構造の場合は緩衝膜も同様に除去する。そして、このように作製された反射型マスクによって反射された光像が反射光学系を経て半導体基板上に転写される。
現在の標準的な反射型マスクブランク（ＥＵＶリソグラフィ用の反射型マスクブランク）に用いられる多層膜は、Ｓｉ（シリコン）とＭｏ（モリブデン）をそれぞれ約４．２ｎｍの膜厚と約２．８ｎｍの膜厚で交互に成膜されて構成され、トータルで４０〜５０ペア（＝８０膜から１００膜程度）から成る。また、多層膜の最上膜は、Ｍｏと比較して化学的安定性の高いＳｉとなっている。ＳｉやＭｏは、ＥＵＶ光に対する吸収（消衰係数）が小さく、且つＳｉとＭｏのＥＵＶ光における屈折率差が大きいので、ＳｉとＭｏの界面での反射率を高く出来ることから用いられている。このような多層膜では、最初の界面でＥＵＶ光の一部が反射されるが、残りの反射できずに透過したＥＵＶ光は次の界面、さらには次の界面で、というように４０回（４０ペアの場合）の反射するチャンスがある。各界面で反射したＥＵＶ光は、それぞれ位相が揃っており、それらの合算が多層膜からのＥＵＶ光の反射率（以降、ＥＵＶ反射率と呼ぶ）となる。ブランクメーカ各社から販売されている反射型マスクブランク（反射型マスク用基板）のＥＵＶ反射率は、概ね６０〜６５％程度である。

保護膜や緩衝膜は、マスクを作製する際のドライエッチング工程、マスクパターン修正工程、マスク洗浄工程において、多層膜へのダメージ防止膜としての役割を担っている。現在の標準的な反射型マスクブランクの保護膜には、洗浄耐性・エッチング耐性が高いとされているルテニウム（Ｒｕ）が用いられ、また緩衝膜にはＣｒＮが用いられている。緩衝膜が存在するタイプのブランクにおいても、最終的には緩衝膜はエッチング除去されて、所望の反射型マスクが完成する（特許文献１）。
反射型マスクは、上述した理由で反射型マスクであるため、一般に、反射型マスクへのＥＵＶ光の入射角度を６度程度とした斜め入射にする必要がある。その場合、反射型マスク上の回路パターンでＥＵＶ光が反射する際、反射光の方向によっては、吸収膜の高さが影となり、ウェハー上に放射されない現象（いわゆる射影効果）が生じ、転写コントラストが低下することが指摘されている。そこで射影効果を抑制するために、回路パターンが形成される吸収膜の厚みを薄くして、射影効果を低減する手法が検討されているが、射影効果を完全に排除することは出来ない。

射影効果の別の対策として、上記で説明した従来の反射型マスクとは異なる構造の反射型マスクも提案されている。これは、低熱膨張基板上の多層膜に、回路パターンを形成したものである（特許文献２）。このタイプの反射型マスク（以降、多層膜パターニング型マスクと呼ぶ）であれば、吸収膜自体が存在しないので射影効果は発生せず、従来の反射型マスクと比べ転写コントラストが高くなることが期待されている。
しかしながら、多層膜パターニング型マスクが提案されてはいるものの、本マスク用に材料や膜構成を最適化した反射型マスクブランクは存在しておらず、既存の複雑な反射型マスクブランクを流用して、多層膜パターニング型マスクを作製するしかない。

既存の反射型マスクブランクの多層膜よりも上側にある材料やその膜構成では、合計約２８０ｎｍもの膜厚の多層膜をエッチングする際のエッチングマスクとして適したものになっていない。具体的には、多層膜エッチング中に選択比が十分に高い材料では無いために、垂直にエッチングできる条件が使えず、結果として多層膜パターンの断面形状が悪くなってしまう。また、それにより、エッチング中や洗浄工程などでパターンが倒壊してしまっている（非特許文献１）。多層膜パターニング型マスクを作製する場合、多層膜のエッチングマスクとなる材料、膜厚、膜構成が重要となるが、現在までに、それに適した反射型マスクブランクは提案されていない。

特開２００３−２４９４３４号公報 特開２０１５−０５６４５１号公報

Ｐｒｏｃ． ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．８８８０ ８８８０２Ｍ

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、多層膜パターニング型の反射型マスクのエッチング加工に適した反射型マスクブランク及びパターン形状の良い反射型マスクを提供することを目的とする。

課題を解決するために、本発明の一態様である反射型マスクブランクは、基板上に多層膜が形成され、上記多層膜上に１層もしくは２層からなるハードマスクが形成され、上記ハードマスクは、上記多層膜とのエッチング選択比（多層膜のエッチングレート／ハードマスクのエッチングレート）が３以上となる材料で構成されることを特徴とする。
また、本発明の一態様である反射型マスクは、基板上にパターニングされた多層膜を有し、その多層膜上に、上記多層膜の上面の保護膜として機能する１層もしくは２層からなるハードマスクを有することを特徴とする。

本発明の態様の反射型マスクブランクによると、断面形状が良く、高いアスペクトの微細パターンを有する多層膜パターニング型の反射型マスクを作製することが可能となり、高品質の半導体デバイスを製造できるという効果を奏する。

本発明に基づく実施形態に係る反射型マスクブランクの構造を示す概略断面図である。 本発明に基づく実施形態に係る反射型マスクの構造を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
ここで、図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

＜反射型マスクブランク＞
（第１実施形態の反射型マスクブランク１００）
まず第１実施形態の反射型マスクブランク１００の構成について説明する。
第１実施形態の反射型マスクブランク１００は、図１（ａ）に示すように、基板１の表面に、多層膜２、ハードマスク３がこの順に形成されると共に、基板１の裏面に導電膜５が形成された構造を有している。ここでは図示しないが、基板１と多層膜２の間にストッパー層があっても良い。
次に、反射型マスクブランク１００の各膜の材料について説明する。

（多層膜）
多層膜２は、ＥＵＶ光に対して５０％以上の反射率を達成できるように設計する。例えば、多層膜２は、膜厚２．８ｎｍ程度のモリブデン（Ｍｏ）膜と膜厚４．２ｎｍのシリコン（Ｓｉ）膜を交互に２０〜５０ペア積層した積層膜で構成する。ＭｏとＳｉは、ＥＵＶ光に対する吸収（消衰係数）が小さく、且つＭｏとＳｉのＥＵＶ光での屈折率差が大きいので、ＳｉとＭｏの界面での反射率を高くすることが出来る。一般に、多層膜のペア数は多い方が高い反射率が得られ、２０ペアで約５０％、４０ペア（合計約２８０ｎｍ）で約６４％、５０ペア（合計約３５０ｎｍ）で約６６％となる。但し、５０ペアより厚くしても反射率は上がらない。その理由は、５０ペア以上の深い多層膜からは、深すぎるために途中でＥＵＶ光が吸収されてしまい、マスクの表面まで戻れないためである。

（導電膜５）
導電膜５は、一般には窒化クロム（ＣｒＮ）で構成されるが、本実施形態の反射型マスクブランク１００においては、導電膜５は、導電性があれば良く、例えば金属材料からなる材料で構成する。

（ハードマスク３）
ハードマスク３は、Ｒｕ、ＲｕＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｎ、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯ、Ｚｒ、ＺｒＯ、ＺｒＳｉ、ＺｒＳｉＯのいずれかを主材料として構成される。ここで主材料とは、ハードマスクの構成する材料の５０ａｔ％（アトミックパーセント）以上を占める材料を指す。以下の説明においても同様である。

ハードマスク３は、多層膜２をエッチングする際のエッチングマスクとして機能する材料であり、多層膜２とのエッチング選択比（多層膜２のエッチングレート／ハードマスク３のエッチングレート）は少なくとも３以上を有する。
ここで、エッチング選択比について説明する。例えば、膜厚１００ｎｍのハードマスクで、エッチング選択比３の場合、膜厚１００ｎｍの３倍の膜厚、つまり最大で３００ｎｍの多層膜のエッチングが可能となる。通常、用いられる反射型マスクブランクの多層膜は、上述したように約２８０ｎｍ（４０ペア）であるため、多層膜のエッチングマスクとして、何とか持ちこたえられる程度である。仮に選択比が１０の場合はハードマスクの膜厚は３０ｎｍで、選択比が３０の場合はハードマスクの膜厚は１０ｎｍで、膜厚２８０ｎｍの多層膜のエッチングマスクとして機能することになる。このように、エッチング選択比は大きいほど、ハードマスク３を薄くすることが可能となる。

多層膜２を構成する材料は、上述したようにＳｉとＭｏの単体の膜を交互に積層した多層膜であるため、これらＳｉとＭｏとからなる多層膜２は塩素系ガスおよび弗素系ガスのいずれでもエッチングが可能である。この多層膜エッチングにおいて、高いエッチング選択比が得られるハードマスクの材料は、エッチングに使用するガス種に大きく依存する。
本実施形態のハードマスク３の材料のうち、多層膜２を塩素系ガスでエッチングする場合、塩素系ガスでエッチングされ難いＲｕ、ＲｕＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯ、ＺｒＳｉＯが有効である。この場合、多層膜２とのエッチング選択比として１０以上が得られるため、ハードマスク３の膜厚は３０ｎｍ以下にすることが可能となる。従って、本実施形態の反射型マスクブランク１００は、上記の材料を用いる場合は、選択比１０以上で、ハードマスク３の膜厚は３０ｎｍ以下とすることができる。

また本実施形態のハードマスク３の材料のうち、多層膜２を弗素系ガスでエッチングする場合、弗素系ガスでエッチングされ難いＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｎ、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯ、Ｚｒ、ＺｒＯ、ＺｒＳｉ、ＺｒＳｉＯが有効である。この場合、多層膜２とのエッチング選択比は３以上が得られるため、ハードマスク３の膜厚は１００ｎｍ以下にすることが可能となる。従って、本実施形態の反射型マスクブランク１００は、上記の材料を用いる場合は、選択比３以上で、ハードマスク３の膜厚は１００ｎｍ以下とすることができる。
この中でも、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮをハードマスクに用いた場合、弗素系ガスを用いたエッチングで、ＲＩＥパワーの高い条件（イオンの入射エネルギーの高い条件）且つエッチングガスにＣを含む条件においては、エッチングが進行してしまうため、ＲＩＥパワーを下げるか、Ｃを含まない弗素系ガス（ＳＦ６など）を用いることで、これらのハードマスクはエッチングされない。

（第２実施形態の反射型マスクブランク１０１）
次に、第２実施形態の反射型マスクブランク１０１の構成について説明する。
第２実施形態の反射型マスクブランク１０１は、図１（ｂ）に示すように、第１実施形態の反射型マスクブランク１００と同様な構成である。ただし、第２実施形態の反射型マスクブランク１０１は、ハードマスク部分が上層ハードマスク３ａと下層ハードマスク３ｂの２層から構成されている点が異なる。すなわち、第２の反射型マスクブランク１０１は、それ以外の部分については、第１実施形態の反射型マスクブランク１００の構造と実質的に相違がない。

次に、反射型マスクブランク１０１の各膜の材料について説明するが、ハードマスク部分以外は、実質、反射型マスクブランク１００と同じであるため、その説明を省略する。
第２実施形態の反射型マスクブランク１０１は、ハードマスクが２層（それぞれ、上層ハードマスク３ａと下層ハードマスク３ｂと呼ぶ）になっている。
多層膜２のエッチングマスクになるハードマスクのパターニングは、その上に、リソグラフィによって形成したレジストパターンをエッチングマスクにするため、ハードマスクの材料によっては、レジストとのエッチング選択比（ハードマスクのエッチングレート／レジストのエッチングレート）を充分に取れない場合がある。そのような場合に、上層ハードマスク３ａと下層ハードマスク３ｂの２膜からなる反射型マスクブランク１０１を用いるのが有効である。この場合、上層ハードマスク３ａはレジストや下層ハードマスク３ｂとの選択比が取れば良く、多層膜２との選択比はさほど重要ではない。また、レジストとの密着性を向上させるために、反射型マスクブランク１０１のように、ハードマスクを２層構造とするのも良い。
一方、下層ハードマスク３ｂは、上層ハードマスク３ａと多層膜２との選択比が取れればよく、レジストとの選択比は考慮する必要はない。この場合、下層ハードマスク３ｂの多層膜２とのエッチング選択比（多層膜２のエッチングレート／下層ハードマスク３ｂのエッチングレート）は３以上を有する。

（下層ハードマスク３ｂ）
下層ハードマスク３ｂは、多層膜２をエッチングする際に充分に選択比が得られる材料から構成する。そのために、下層ハードマスク３ｂは、例えば、ハードマスク３と同じく、Ｒｕ、ＲｕＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｎ、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯ、Ｚｒ、ＺｒＯ、ＺｒＳｉ、ＺｒＳｉＯのいずれかを主材料として構成される。

（上層ハードマスク３ａ）
上層ハードマスク３ａは、下層ハードマスク３ｂをエッチングする際のエッチングマスクとして機能するように、上述したＲｕ、ＲｕＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｎ、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯ、Ｚｒ、ＺｒＯ、ＺｒＳｉ、ＺｒＳｉＯのいずれかを主材料として構成される。ただし、下層ハードマスク３ｂとは異なる材料を主材料として適宜選択することが好ましい。

上層ハードマスク３ａと下層ハードマスク３ｂの組合せの例としては、上層ハードマスク３ａにＣｒ、ＣｒＮ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｒ、ＺｒＳｉのいずれかを主材料として用い、下層ハードマスク３ｂにＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＴａＢＯ、ＴａＯ、Ｒｕ、ＲｕＯ_２、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮのいずれかを主材料として用いることが可能である。この場合、レジストパターンをエッチングマスクにして上層ハードマスク３ａを塩素系ガスで、上層ハードマスク３ａをエッチングマスクにして下層ハードマスク３ｂを弗素系ガスで、最後に下層ハードマスク３ｂをエッチングマスクにして多層膜２を塩素系ガスで、それぞれエッチングし、多層膜パターニング型マスクを製造することが可能である。
上記の材料を下層ハードマスク３ｂに用いた場合、多層膜２とのエッチング選択比は１０以上で、下層ハードマスク３ｂの膜厚は３０ｎｍ以下である。

また、上層ハードマスク３ａと下層ハードマスク３ｂの別の組合せの例としては、上層ハードマスク３ａにＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＴａＢＯ、ＴａＯ、Ｒｕ、ＲｕＯ_２、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮのいずれかを主材料として用い、下層ハードマスク３ｂにＣｒ、ＣｒＮ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｒ、ＺｒＳｉのいずれかを主材料として用いることも可能である。この場合、レジストパターンをエッチングマスクにして上層ハードマスク３ａを弗素系ガスで、上層ハードマスク３ａをエッチングマスクにして下層ハードマスク３ｂを塩素系ガスで、最後に下層ハードマスク３ｂをエッチングマスクにして多層膜２を弗素系ガスで、それぞれエッチングし、多層膜パターニング型マスクを製造することが可能である。
上記の材料を下層ハードマスク３ｂに用いた場合、多層膜２とのエッチング選択比は３以上で、下層ハードマスク３ｂの膜厚は１００ｎｍ以下である。
このように、上層ハードマスク３ａと下層ハードマスク３ｂの材料の組合せは、使用するエッチングガスや条件に合うように組み合わせればよく、上述した組合せの限りではない。

＜反射型マスク＞
（第１実施形態の反射型マスク２００）
まず、第１実施形態の反射型マスク２００の構成について説明する。
第１実施形態の反射型マスク２００は、図２（ａ）に示すように、基板１の表面に、多層膜２、その表面にハードマスク３がこの順に形成されると共に、基板１の裏面に導電膜５が形成された構造を有している。ここでは図示しないが、基板１と多層膜２の間にストッパー層があっても良い。そして、ハードマスク３および多層膜２がパターニングされている。

（第２実施形態の反射型マスク２０１）
次に、第２実施形態の反射型マスク２０１の構成について説明する。
第２実施形態の反射型マスク２０１は、図２（ｂ）に示すように、第１実施形態の反射型マスク２００と基本構成は同様である。但し、ハードマスク部分が上層ハードマスク３ａと下層ハードマスク３ｂの２層から構成されている点が異なる。第２実施形態の反射型マスク２０１では、上層ハードマスク３ａ、下層ハードマスク３ｂ、および多層膜２がパターニングされている。

（第３実施形態の反射型マスク２０２）
次に、第３実施形態の反射型マスク２０２の構成について説明する。
第３実施形態の反射型マスク２０２は、図２（ｃ）に示すように、第２実施形態の反射型マスク２０１から上層ハードマスク３ａを除去したものである。
反射型マスク２００のハードマスク３や、反射型マスク２０１の上層ハードマスク３ａおよび下層ハードマスク３ｂや、反射型マスク２０２の下層ハードマスク３ｂは、酸やアルカリの洗浄薬液から、多層膜２の最表面の保護膜として機能する材料からなる。その材料は、例えば、Ｒｕ、ＲｕＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｎ、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯ、Ｚｒ、ＺｒＯ、ＺｒＳｉ、ＺｒＳｉＯのいずれかを主材料として構成される。

また、多層膜２の上部に位置するハードマスク３、上層ハードマスク３ａ、又は下層ハードマスク３ｂは、厚すぎると、多層膜２の上面においてＥＵＶ光の一部を吸収してしまい、ＥＵＶ光の反射率の低下を招く。その結果、露光特性を低下させてしまう。実用的には、ＥＵＶ光の反射率の低下は１０％以内である必要がある。
反射型マスク２００のハードマスク３、もしくは反射型マスク２０２の下層ハードマスク３ｂの材料に、ＥＵＶ光の吸収性の高い材料（＝高い消衰係数の材料）であるＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＮ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｓｎ、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯのいずれかを主材料とする材料を選択する場合、ハードマスクの膜厚は１０ｎｍ以下であれば良い。この膜厚であれば、ＥＵＶ光の反射率の低下は１０％以内となる。

一方、反射型マスク２００のハードマスク３、もしくは反射型マスク２０２の下層ハードマスク３ｂの材料に、ＥＵＶ光の吸収性の低い材料（＝低い消衰係数の材料）であるＲｕ、ＲｕＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｚｒ、ＺｒＯ、ＺｒＳｉ、ＺｒＳｉＯのいずれかを主材料とする材料を選択する場合、ハードマスクの膜厚は３０ｎｍ以下であれば良い。この膜厚であれば、ＥＵＶ光の反射率の低下は１０％以内となる。
反射型マスク２０１においては、上層ハードマスク３ａと下層ハードマスク３ｂの両方でＥＵＶ光の吸収が発生するため、それぞれの材料と膜厚の組合せで、ＥＵＶ光の反射率の低下が１０％以下になるような組合せとすればよい。

このように、多層膜パターニング型マスクを作製するために最適なハードマスクの材料や膜厚をすることで、多層膜パターンのエッチングによる断面形状が良く、高アスペクト比の微細パターンを有する高品質の多層膜パターニング型マスクを作製することが可能となり、その結果として高品質の半導体デバイスを製造することが可能となる。

以下、上述の実施形態の構成に基づき、本発明の実施例について説明する。
（サンプル１）
低熱膨張基板１の表面に、Ｓｉの膜とＭｏの膜との４０ペア（合計膜厚２８０ｎｍ）からなる多層膜２を成膜し、その上にＲｕからなるハードマスクを１０ｎｍの膜厚で成膜した。基板１の裏面にＣｒＮからなる導電膜５を１００ｎｍの膜厚で成膜し、本発明に基づく反射型マスクブランク１００のサンプル１を作製した。これらの材料の成膜にはスパッタリング装置を用いている。

次いで、上記のように作製したマスクブランク１００に対して、ポジ型化学増幅レジスト（ＳＥＢＰ９０１２：信越化学社製）を９０ｎｍの膜厚に塗布し、電子線描画機（ＪＢＸ３０３０：日本電子社製）によって所定のパターンに描画し、その後１１０℃、１０分のＰＥＢおよびスプレー現像（ＳＦＧ３０００：シグマメルテック社製）をすることにより、レジストパターンを形成した。
次いで、２次電子走査顕微鏡型パターン寸法測定装置（ＬＷＭ９０４５：アドバンテスト社製）でレジストパターンの解像限界を調べたところ、レジストパターンの最小解像寸法は、１：１のライン＆スペースパターンで、４６ｎｍであった。

次いで、レジストパターンをエッチングマスクとして用い、Ｏ_２プラズマ（条件；圧力５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗ、Ｏ_２流量４０ｓｃｃｍ）によって、Ｒｕのハードマスク３をドライエッチングし、次いで、残ったレジストを剥離洗浄し、次いで、ＣＬプラズマ（条件；圧力３ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワー２５０Ｗ、ＲＩＥパワー２０Ｗ、ＣＬ_２流量５０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量２ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量１００ｓｃｃｍ）にて多層膜２をドライエッチングし、最後にＳＰＭ（硫酸過酸化水素水）洗浄およびメガソニック洗浄を処理し、本発明に基づく反射型マスク２００を作製した。
次いで、上記の手順で作製したマスクパターンの解像限界を、２次電子走査顕微鏡型パターン寸法測定装置（ＬＷＭ９０４５：アドバンテスト社製）にて調べたところ、最小解像寸法は、１：１のライン＆スペースパターンで、５４ｎｍであった。

（その他のサンプルについて）
次に、上記と同様の作製手順で、様々な材料のハードマスクを用いた本発明に基づく反射型マスクブランク１００、１０１と、そこから本発明の反射型マスク２００、２０１、２０２を複数作製した。以下に、それぞれのサンプルについて説明する。
（サンプル２）
サンプル２は、ハードマスクの材料が膜厚１０ｎｍのＴａＯとした、本発明に基づく反射型マスク２００である。

（サンプル３）
サンプル３は、ハードマスクの材料が膜厚１０ｎｍのＳｉＯ_２とした、本発明に基づく反射型マスク２００である。
（サンプル４）
サンプル４は、上層ハードマスクの材料が膜厚５ｎｍのＴａＯで、下層ハードマスクの材料が膜厚５ｎｍのＲｕからなる、本発明に基づく反射型マスク２０１である。
（サンプル５）
サンプル５は、上層ハードマスクの材料が膜厚５ｎｍのＳｉＯ_２で、下層ハードマスクの材料が膜厚５ｎｍのＲｕからなる、本発明に基づく反射型マスク２０１である。

（サンプル６）
サンプル６は、上層ハードマスクの材料が膜厚１０ｎｍのＴａＯで、下層ハードマスクの材料が膜厚１０ｎｍのＣｒからなる反射型マスクブランク１０１を作製し、マスク作製の最後の工程で、上層ハードマスクをエッチング除去した、本発明に基づく反射型マスク２０２である。
（サンプル７）
サンプル７は、上層ハードマスクの材料が膜厚５ｎｍのＳｉＯ２で、下層ハードマスクの材料が膜厚１０ｎｍのＲｕから成る反射型マスクブランク１０１を作製し、マスク作製の最後の工程で、上層ハードマスクをエッチング除去した、本発明の反射型マスク２０２である。

ここで、サンプル２〜７はいずれも、基板１の材料、多層膜２の材料・膜構成・膜厚、レジストの材料・膜厚、評価パターンは、サンプル１と同じものを使用した。従って、サンプル１〜７の違いは、ハードマスク（２層の場合は、上層ハードマスク及び下層ハードマスク）の材料・膜構成だけである。
サンプル１〜７は、それぞれハードマスクの材料や膜厚が異なることから、ドライエッチングに用いるガスを材料に合わせて選択した。具体的には、ＲｕにはＯ_２ガスを、ＴａＯおよびＳｉＯ_２にはＣＨＦ_３ガスを、ＣｒにはＣＬ_２／Ｏ_２／Ｈｅ混合ガスを、そしてどのサンプルにも共通の多層膜にはＣＬガスを使用し、いずれの材料もエッチング時間は、被エッチング材料が抜け切る時間（クリアタイム）をプラズマの発光スペクトルでモニタリングし、それと同じだけの処理時間でオーバーエッチングした。

（従来品）
比較のために、サンプル１と同様にして、同じ材料で基板１及び多層膜２を形成し、多層膜２の上に、下層ハードマスク及び上層ハードマスクを形成して、比較品の反射型マスクを形成した。下層ハードマスクは、ＴａＢＮを材料として膜厚５６ｎｍとした。上層ハードマスクは、ＴａＢＯを材料として、膜厚１４ｎｍとした。
サンプル２〜７、及び従来品についても、サンプル１と同様に、２次電子走査顕微鏡型パターン寸法測定装置（ＬＷＭ９０４５：アドバンテスト社製）にて、マスク完成後の１：１のライン＆スペースパターンの最小解像寸法を調べた。
結果を表１に示す。

表１から分かるように、本発明に基づく多層膜パターニング型の反射型マスクは、従来品の多層膜パターニング型の反射型マスクと比べ、サンプル１〜７の全てにおいて、２０ｎｍ以上微細なパターンまで形成できていることを確認した。
さらに、サンプル１〜７のマスクパターンの断面形状を走査電子顕微鏡で観察したところ、従来の多層膜パターニング型の反射型マスクと比べ、サイドエッチング量が少なく、垂直性の高い形状であることを確認出来た。
また、サンプル１〜７のマスクのハードマスクを有する領域のＥＵＶ光の反射率を測定したところ、いずれも反射率６０〜６２％となり、従来品の６４％と比べて、反射率の低下は軽微であった。

本発明は、ＥＵＶ光を用いる反射型マスクブランクおよび反射型マスクに有用である。

１…基板、２…多層膜、３…ハードマスク、３ａ…上層ハードマスク、３ｂ…下層ハードマスク、５…導電膜、１００、１０１…反射型マスクブランク、２００、２０１、２０２…反射型マスク

Claims (15)

1. 基板上に多層膜が形成され、上記多層膜上に１層もしくは２層からなるハードマスクが形成され、
   上記ハードマスクは、上記多層膜とのエッチング選択比（多層膜の塩素系ガスに対するエッチングレート／ハードマスクの塩素系ガスに対するエッチングレート）が３以上となる材料で構成され、
   上記ハードマスクは、Ｒｕ、ＲｕＯ _２ 、ＳｉＯ _２ 、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ａｌ、Ａｌ _２ Ｏ _３ 、Ｓｎ、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯ、Ｚｒ、ＺｒＯ、ＺｒＳｉ、ＺｒＳｉＯのいずれかを主材料とすることを特徴とする反射型マスクブランク。
2. 上記ハードマスクの膜厚は、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載した反射型マスクブランク。
3. 上記エッチング選択比が１０以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した反射型マスクブランク。
4. 上記ハードマスクの膜厚は、３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載した反射型マスクブランク。
5. 上記ハードマスクは、Ｒｕ、ＲｕＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯ、ＺｒＳｉＯのいずれかを主材料とすることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載した反射型マスクブランク。
6. 基板上に多層膜が形成され、上記多層膜上に１層もしくは２層からなるハードマスクが形成され、
   上記ハードマスクは、上記多層膜とのエッチング選択比（多層膜のエッチングレート／ハードマスクのエッチングレート）が３以上となる材料で構成され、
   上記ハードマスクは、上記多層膜側の下層ハードマスクと、その下層ハードマスク上に配置される上層ハードマスクとの２層構造であり、
   上記下層ハードマスク及び上層ハードマスクの一方は、塩素系ガスでエッチング可能な材料からなり、上記下層ハードマスク及び上層ハードマスクの他方は弗素系ガスでエッチング可能な材料からなることを特徴とする反射型マスクブランク。
7. 上記下層ハードマスクは、多層膜のエッチングマスクを構成し、上記下層ハードマスクは、上記エッチング選択比が３以上である材料からなると共に、膜厚は１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載した反射型マスクブランク。
8. 上記下層ハードマスクは、Ｒｕ、ＲｕＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｎ、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯ、Ｚｒ、ＺｒＯ、ＺｒＳｉ、ＺｒＳｉＯのいずれかを主材料とすることを特徴とする請求項７に記載した反射型マスクブランク。
9. 上記下層ハードマスクは、多層膜のエッチングマスクを構成し、上記下層ハードマスクは、上記エッチング選択比が１０以上である材料からなると共に、膜厚は３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載した反射型マスクブランク。
10. 上記下層ハードマスクは、Ｒｕ、ＲｕＯ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯ、ＺｒＳｉＯのいずれかを主材料とすることを特徴とする請求項６に記載した反射型マスクブランク。
11. 基板上にパターニングされた多層膜を有し、その多層膜上に、上記多層膜の上面の保護膜として機能する１層もしくは２層からなるハードマスクを有し、
    上記ハードマスクは、上記多層膜とのエッチング選択比（多層膜の弗素系ガスに対するエッチングレート／ハードマスクの弗素系ガスに対するエッチングレート）が３以上となる材料で構成され、
    上記ハードマスクは、ＴａＯ、ＴａＢＯ、ＴａＳｉＯ、ＴａＳｉＮ、Ｃｒ、ＣｒＮ、Ｓｎ、ＳｎＯ、Ｎｉ、ＮｉＡｌ、ＮｉＡｌＯ、Ｚｎ、ＺｎＯのいずれかを主材料とすることを特徴とする反射型マスク。
12. 基板上にパターニングされた多層膜を有し、その多層膜上に、上記多層膜の上面の保護膜として機能する１層もしくは２層からなるハードマスクを有し、
    上記ハードマスクは、上記多層膜とのエッチング選択比（多層膜の塩素系ガスに対するエッチングレート／ハードマスクの塩素系ガスに対するエッチングレート）が３以上となる材料で構成され、
    上記ハードマスクは、ＲｕＯ _２ 、ＳｉＯ _２ 、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、Ａｌ、Ａｌ _２ Ｏ _３ 、Ｚｒ、ＺｒＯ、ＺｒＳｉ、ＺｒＳｉＯのいずれかを主材料とすることを特徴とする反射型マスク。
13. 上記ハードマスクによるＥＵＶ光の反射率の低下が１０％以下であることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載した反射型マスク。
14. 上記ハードマスクは１層構造であり、且つその膜厚が１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載した反射型マスク。
15. 上記ハードマスクは１層構造であり、且つその膜厚が３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１２に記載した反射型マスク。

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