JP6919699B2 - 反射型フォトマスクブランク及び反射型フォトマスク - Google Patents
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Description
このように、EUVリソグラフィではミラーを介し光軸を傾斜することから、EUVマスクに入射するEUV光がEUVマスクのマスクパターン(パターン化された光吸収層)の影をつくる、いわゆる「射影効果」と呼ばれる問題が発生することがある。
しかしながら、特許文献2に記載の反射型フォトマスクブランクでは、光吸収層が水素ラジカルに対する耐性(水素ラジカル耐性)を有することについては検討されていない。そのため、EUV露光装置への導入によって光吸収層に形成された転写パターン(マスクパターン)を安定的に維持できず、結果として転写性が悪化する可能性がある。
また、本発明の一態様に係る反射型フォトマスクは、基板と、前記基板に形成された多層膜を含む反射層と、前記反射層の上に形成され、錫(Sn)と酸素(O)とを合計で50原子%以上保有し、且つ錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)が2.0を超える材料を含有し、パターンが形成されている吸収パターン層と、を有し、前記吸収パターン層の膜厚は、17nm以上45nm以下の範囲内であることを特徴とする。
図1は、本発明の実施形態に係る反射型フォトマスクブランク10の構造を示す概略断面図である。また、図2は、本発明の実施形態に係る反射型フォトマスク20の構造を示す概略断面図である。ここで、図2に示す本発明の実施形態に係る反射型フォトマスク20は、図1に示す本発明の実施形態に係る反射型フォトマスクブランク10の吸収層4をパターニングして形成したものである。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る反射型フォトマスクブランク10は、基板1と、基板1上に形成された反射層2と、反射層2の上に形成されたキャッピング層3と、キャッピング層3の上に形成された吸収層4をと、備えている。
本発明の実施形態に係る基板1には、例えば、平坦なSi基板や合成石英基板等を用いることができる。また、基板1には、チタンを添加した低熱膨張ガラスを用いることができるが、熱膨張率の小さい材料であれば、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の実施形態に係る反射層2は、露光光であるEUV光(極端紫外光)を反射するものであればよく、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反射膜であってもよい。多層反射膜を含む反射層2は、例えば、Mo(モリブデン)とSi(シリコン)、またはMo(モリブデン)とBe(ベリリウム)といった組み合わせの層を40周期程度繰り返し積層することにより形成したものであってもよい。
本発明の実施形態に係るキャッピング層3は、吸収層4に転写パターン(マスクパターン)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されており、吸収層4をエッチングする際に、反射層2へのダメージを防ぐエッチングストッパとして機能するものである。キャッピング層3は、例えば、Ru(ルテニウム)で形成されている。ここで、反射層2の材質やエッチング条件により、キャッピング層3は形成されていなくてもかまわない。また、図示しないが、基板1の反射層2を形成していない面に裏面導電膜を形成することができる。裏面導電膜は、反射型フォトマスク20を露光機に設置するときに静電チャックの原理を利用して固定するための膜である。
図2に示すように、反射型フォトマスクブランク10の吸収層4の一部を除去することにより、即ち吸収層4をパターニングすることにより、反射型フォトマスク20の吸収パターン(吸収パターン層)41が形成される。EUVリソグラフィにおいて、EUV光は斜めに入射し、反射層2で反射されるが、吸収パターン41が光路の妨げとなる射影効果により、ウェハ(半導体基板)上への転写性能が悪化することがある。この転写性能の悪化は、EUV光を吸収する吸収層4の厚さを薄くすることで低減される。吸収層4の厚さを薄くするためには、従来の材料よりEUV光に対す吸収性の高い材料、つまり波長13.5nmに対する消衰係数kの高い材料を適用することが好ましい。
反射型フォトマスクブランク10は、パターニングのための加工が可能である必要がある。上記材料のうち、酸化錫は、塩素系ガスによるドライエッチング加工が可能であることが知られている。そこで、吸収層4は、錫(Sn)及び酸素(O)を含む材料で形成されたものとする。
また、上記原子数比(O/Sn比)は、膜厚1μmに成膜された材料をEDX(エネルギー分散型X線分析)で測定した結果である。
なお、錫(Sn)と酸素(O)との原子数比が1:3を超えるとEUV光吸収性の低下が進行するため、原子数比は1:3.5以下であることが好ましく、1:3以下であることがより好ましい。
例えば、吸収層4にInを混合することで、EUV光に対する高吸収性を確保しながら、膜(吸収層4)に導電性を付与することが可能となる。このため、波長190〜260nmのDUV(Deep Ultra Violet)光を用いたマスクパターン検査において、検査性を高くすることが可能となる。あるいは、吸収層4にNやHfを混合した場合、膜質をよりアモルファスにすることが可能となる。このため、ドライエッチング後の吸収層パターン(マスクパターン)のラフネスや面内寸法均一性、あるいは転写像の面内均一性を向上させることが可能となる。
なお、図1及び図2には単層の吸収層4を示したが、本実施形態に係る吸収層4はこれに限定されるものではない。本実施形態に係る吸収層4は、例えば、1層以上の吸収層、即ち複層の吸収層であってもよい。
OD=−log(Ra/Rm) ・・・(式1)
また、上述した「主成分」とは、吸収層全体の原子数に対して50原子%以上含んでいる成分をいう。
[実施例1]
最初に、反射型フォトマスクブランク100の作製方法について図4を用いて説明する。
まず、図4に示すように、低熱膨張特性を有する合成石英の基板11の上に、シリコン(Si)とモリブデン(Mo)とを一対とする積層膜が40枚積層されて形成された反射層12を形成する。反射層12の膜厚は280nmとした。
次に、反射層12上に、中間膜としてルテニウム(Ru)で形成されたキャッピング層13を、膜厚が3.5nmになるように成膜した。
次に、キャッピング層13の上に、錫(Sn)と酸素(O)とを含む吸収層14を膜厚が26nmになるように成膜した。錫(Sn)と酸素(O)との原子数比率は、EDX(エネルギー分散型X線分析)で測定したところ、1:2.5であった。また、吸収層14の結晶性をXRD(X線回析装置)で測定したところ、僅かに結晶性が見られるものの、アモルファスであった。
基板11上へのそれぞれの膜の成膜(層の形成)は、多元スパッタリング装置を用いた。各々の膜の膜厚は、スパッタリング時間で制御した。吸収層14は、反応性スパッタリング法により、スパッタリング中にチャンバーに導入する酸素の量を制御することで、O/Sn比が2.5になるように成膜した。
まず、図5に示すように、反射型フォトマスクブランク100の吸収層14の上に、ポジ型化学増幅型レジスト(SEBP9012:信越化学社製)を120nmの膜厚にスピンコートで塗布し、110℃で10分ベークし、レジスト膜16を形成した。
次に、電子線描画機(JBX3030:日本電子社製)によってレジスト膜16に所定のパターンを描画した。その後、110℃、10分のプリベーク処理を行い、次いでスプレー現像機(SFG3000:シグマメルテック社製)を用いて現像処理をした。これにより、図6に示すように、レジストパターン16aを形成した。
次に、レジストパターン16aの剥離を行い、図8に示すように、本実施例の反射型フォトマスク200を作製した。本実施例において、吸収層14に形成した吸収パターン141は、転写評価用の反射型フォトマスク200上で、線幅64nmLS(ラインアンドスペース)パターン、AFMを用いた吸収層の膜厚測定用の線幅200nmLSパターン、EUV反射率測定用の4mm角の吸収層除去部を含んでいる。本実施例では、EUV照射による射影効果の影響が見えやすくなるように、線幅64nmLSパターンを、図9に示すように、x方向とy方向それぞれに設計した。
吸収層4の錫(Sn)と酸素(O)との原子数比率が1:2.5となるように、また、錫(Sn)と酸素(O)の合計含有量が吸収層4全体の70原子%となるように、また、残りの30原子%がTaとなるように、吸収層4を成膜した。また、吸収層4の膜厚が26nmになるように成膜した。なお、吸収層4の成膜以外は、実施例1と同様の方法で、実施例2の反射型フォトマスクブランク100及び反射型フォトマスク200を作製した。
吸収層4の錫(Sn)と酸素(O)との原子数比率が1:2.5となるように、また、錫(Sn)と酸素(O)の合計含有量が吸収層4全体の70原子%となるように、また、残りの30原子%がInとなるように、吸収層4を成膜した。また、吸収層4の膜厚が26nmになるように成膜した。なお、吸収層4の成膜以外は、実施例1と同様の方法で、実施例3の反射型フォトマスクブランク100及び反射型フォトマスク200を作製した。
吸収層4の錫(Sn)と酸素(O)との原子数比率が1:1.5となるように、また、吸収層4の膜厚が26nmになるように、吸収層4を成膜した。なお、吸収層4の成膜以外は、実施例1と同様の方法で、比較例1の反射型フォトマスクブランク100及び反射型フォトマスク200を作製した。
吸収層4の錫(Sn)と酸素(O)との原子数比率が1:2.5となるように、また、吸収層4の膜厚が15nmになるように、吸収層4を成膜した。なお、吸収層4の成膜以外は、実施例1と同様の方法で、比較例2の反射型フォトマスクブランク100及び反射型フォトマスク200を作製した。
吸収層4の錫(Sn)と酸素(O)との原子数比率が1:2.5となるように、また、錫(Sn)と酸素(O)の合計含有量が吸収層4全体の30原子%となるように、また、残りの70原子%がSiOとなるように、吸収層4を成膜した。また、吸収層4の膜厚が26nmになるよう成膜した。なお、吸収層4の成膜以外は、実施例1と同様の方法で、比較例3の反射型フォトマスクブランク100及び反射型フォトマスク200を作製した。
前述の実施例及び比較例において、吸収層4の膜厚は、透過電子顕微鏡によって測定した。
(反射率)
前述の実施例及び比較例において、作製した反射型フォトマスク200の吸収パターン層141領域の反射率RaをEUV光による反射率測定装置で測定した。こうして、実施例及び比較例に係る反射型フォトマスク200のOD値を得た。
マイクロ波プラズマを使って、電力1kWで水素圧力が0.36ミリバール(mbar)以下の水素ラジカル環境下に、実施例及び比較例で作製した反射型フォトマスク200を設置した。水素ラジカル処理後での吸収層4の膜厚変化を、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて確認した。測定は線幅200nmLSパターンで行った。
EUV露光装置(NXE3300B:ASML社製)を用いて、EUVポジ型化学増幅型レジストを塗布した半導体ウェハ上に、実施例及び比較例で作製した反射型フォトマスク200の吸収パターン141を転写露光した。このとき、露光量は、図9に示すx方向のLSパターンが設計通りに転写するように調節した。具体的には、本露光試験では、図9に示すx方向のLSパターン(線幅64nm)が、半導体ウェハ上で16nmの線幅となるように露光した。電子線寸法測定機により転写されたレジストパターンの観察及び線幅測定を実施し、解像性の確認を行った。
これらの評価結果を、図10、表2及び表3に示した。
図10及び表2に示すように、従来の膜厚60nmのタンタル(Ta)系吸収層を備えた反射型フォトマスク200の反射率は、0.019(OD=1.54)であるのに対し、膜厚が26nmであり、SnとOとを含有した材料で形成された吸収層4、即ち実施例1及び比較例1の吸収層4を備えた反射型フォトマスク200の反射率は、0.006(OD=2.02)であり、Taを30原子%含有した材料で形成された吸収層4、即ち実施例2の吸収層4を備えた反射型フォトマスク200の反射率は、0.014(OD=1.66)であり、Inを30原子%含有した材料で形成された吸収層4、即ち実施例3の吸収層4を備えた反射型フォトマスク200の反射率は、0.008(OD=1.93)と良好であった。
なお、本評価では、OD値が1以上であれば転写性能に問題はないとして、「合格」とした。
膜厚が26nmであって、SnとOとを含んだ材料で形成された吸収層4、即ち実施例1及び比較例1の吸収層4を備えた反射型フォトマスク200、Taを30原子%含んだ材料で形成された吸収層4、即ち実施例2の吸収層4を備えた反射型フォトマスク200、Inを30原子%含んだ材料で形成された吸収層4、即ち実施例3の吸収層4を備えた反射型フォトマスク200では、y方向のパターン寸法が、従来のTa系吸収層を用いたy方向のパターン寸法8.7nmよりも良好であり、それぞれ12.4nm、12.7nm、12.4nmであった。
これにより、吸収層4に、化学量論的組成の酸化錫よりも酸素を多く含む錫(Sn)と酸素(O)の材料を用いたフォトマスクであれば、光学濃度、水素ラジカル耐性が共に良好であり、射影効果を低減でき、長寿命であり、且つ転写性能が高くなるという結果となった。
2…反射層
3…キャッピング層
4…吸収層
41…吸収パターン(吸収パターン層)
10…反射型フォトマスクブランク
20…反射型フォトマスク
11…基板
12…反射層
13…キャッピング層
14…吸収層
141…吸収パターン(吸収パターン層)
15…裏面導電膜
16…レジスト膜
16a…レジストパターン
17…反射部
100…反射型フォトマスクブランク
200…反射型フォトマスク
Claims (14)
- 極端紫外線を光源としたパターン転写用の反射型フォトマスクを作製するための反射型フォトマスクブランクであって、
基板と、
前記基板上に形成された多層膜を含む反射層と、
前記反射層の上に形成された吸収層と、を有し、
前記吸収層は、錫(Sn)と酸素(O)とを合計で50原子%以上含有する材料で形成され、
前記吸収層における、錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)は、2.0を超え、
前記吸収層の膜厚は、17nm以上45nm以下の範囲内であり、
前記吸収層は、Ta、Pt、Te、Zr、Hf、Ti、W、Si、Cr、Pd、Ni、F、N、C、及びHからなる群から選択された1種以上の元素をさらに含有する、反射型フォトマスクブランク。 - 前記吸収層は、前記錫(Sn)と、前記酸素(O)と、タンタル(Ta)とを含有する請求項1に記載の反射型フォトマスクブランク。
- 前記吸収層における、錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)は、3.5以下の範囲内である請求項1または請求項2に記載の反射型フォトマスクブランク。
- 前記吸収層における、錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)は、3以下の範囲内である請求項1または請求項2に記載の反射型フォトマスクブランク。
- 前記吸収層における、錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)は、2.5以下の範囲内である請求項1または請求項2に記載の反射型フォトマスクブランク。
- 前記吸収層の結晶性は、アモルファス、または微結晶を含むアモルファスである請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の反射型フォトマスクブランク。
- 極端紫外線を光源としたパターン転写用の反射型フォトマスクを作製するための反射型フォトマスクブランクであって、
基板と、
前記基板上に形成された多層膜を含む反射層と、
前記反射層の上に形成された吸収層と、を有し、
前記吸収層は、錫(Sn)と酸素(O)のみを含有する材料で形成され、
前記吸収層における、錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)は、2.0を超え、
前記吸収層の膜厚は、17nm以上45nm以下の範囲内である、反射型フォトマスクブランク。 - 基板と、
前記基板に形成された多層膜を含む反射層と、
前記反射層の上に形成され、錫(Sn)と酸素(O)とを合計で50原子%以上保有し、且つ錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)が2.0を超える材料を含有し、パターンが形成されている吸収パターン層と、を有し、
前記吸収パターン層の膜厚は、17nm以上45nm以下の範囲内であり、
前記吸収パターン層は、Ta、Pt、Te、Zr、Hf、Ti、W、Si、Cr、Pd、Ni、F、N、C、及びHからなる群から選択された1種以上の元素をさらに含有する、反射型フォトマスク。 - 前記吸収パターン層は、前記錫(Sn)と、前記酸素(O)と、タンタル(Ta)とを含有する請求項8に記載の反射型フォトマスク。
- 前記吸収パターン層における、錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)は、3.5以下の範囲内である請求項8または請求項9に記載の反射型フォトマスク。
- 前記吸収パターン層における、錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)は、3以下の範囲内である請求項8または請求項9に記載の反射型フォトマスク。
- 前記吸収パターン層における、錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)は、2.5以下の範囲内である請求項8または請求項9に記載の反射型フォトマスク。
- 前記吸収パターン層の結晶性は、アモルファス、または微結晶を含むアモルファスである請求項8から請求項12のいずれか1項に記載の反射型フォトマスク。
- 基板と、
前記基板に形成された多層膜を含む反射層と、
前記反射層の上に形成され、錫(Sn)と酸素(O)のみを保有し、且つ錫(Sn)に対する酸素(O)の原子数比(O/Sn)が2.0を超える材料を含有し、パターンが形成されている吸収パターン層と、を有し、
前記吸収パターン層の膜厚は、17nm以上45nm以下の範囲内である、反射型フォトマスク。
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