JP7279131B2 - 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
本発明は、極端紫外線を光源としたリソグラフィで使用する反射型フォトマスクおよびこれを作製するための反射型フォトマスクブランクに関する。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体デバイスの微細化に伴い、フォトリソグラフィ技術の微細化に対する要求が高まっている。フォトリソグラフィにおける転写パターンの最小解像寸法は、露光光源の波長に大きく依存し、波長が短いほど最小解像寸法を小さく出来る。よって、転写パターンの更なる微細化を実現するために、露光光源は、従来のＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）から、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：極端紫外線）に置き換わりつつある。
ＥＵＶは、ほとんどの物質により高い割合で吸収される。そのため、ＥＵＶリソグラフィでは、光の透過を利用する屈折光学系が使用できないし、透過型のフォトマスクも使用できない。よって、ＥＵＶ露光用のフォトマスク（ＥＵＶマスク）としては、反射型のフォトマスクが使用される。
特許文献１には、ガラス基板上にモリブデン（Ｍｏ）層及びシリコン（Ｓｉ）層を交互に積層した多層膜からなる光反射層を形成し、その上にタンタル（Ｔａ）を主成分とする光吸収層を形成し、この光吸収層にパターンを形成することで得られたＥＵＶフォトマスクが開示されている。
特許文献１には、ガラス基板上にモリブデン（Ｍｏ）層及びシリコン（Ｓｉ）層を交互に積層した多層膜からなる光反射層を形成し、その上にタンタル（Ｔａ）を主成分とする光吸収層を形成し、この光吸収層にパターンを形成することで得られたＥＵＶフォトマスクが開示されている。
また、露光機の光学系を構成する部品としても、レンズや透過型のビームスプリッターは使用できず、ミラーなどの反射型部品を使用することになる。よって、ＥＵＶマスクへの入射光とＥＵＶマスクからの反射光を同軸上とする設計ができない。そのため、通常、ＥＵＶリソグラフィでは、ＥＵＶマスク面に垂直な方向に対して光軸を６度傾けてＥＵＶを入射し、入射光とは反対側に６度傾いた光軸の反射光を半導体基板に向かわせている。
このように、ＥＵＶリソグラフィでは、光軸を傾斜させることから、ＥＵＶマスクへの入射光が、ＥＵＶマスクのマスクパターン（パターン化された光吸収層）の影を発生させる。この影の発生に伴い生じる問題が射影効果と呼ばれている。この射影効果は、光軸を傾斜させるＥＵＶリソグラフィの原理的課題である。
現在のＥＵＶマスクブランクでは、光吸収層として、膜厚６０～９０ｎｍのタンタル（Ｔａ）を主成分とした膜が用いられている。このマスクブランクを用いて作製したＥＵＶマスクでパターン転写の露光を行った場合、入射方向とマスクパターンの向きの関係によっては、マスクパターンの影となるエッジ部分で、コントラストの低下を引き起こす恐れがある。これに伴い、半導体基板上の転写パターンのラインエッジラフネスの増加や、線幅が狙った寸法に形成できないなどの問題が生じ、転写性能が悪化する可能性がある。
また、現在のＥＵＶマスクには、作製時の洗浄によりパターン倒れが生じる問題点もある。
また、現在のＥＵＶマスクには、作製時の洗浄によりパターン倒れが生じる問題点もある。
本発明の課題は、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の射影効果を抑制または軽減し、半導体基板への転写性能を向上させるとともに、洗浄によるパターン倒れを抑制することである。
上記課題を解決するために、本発明の第一態様は、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、基板上に形成された反射層と、反射層の上に形成され、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含む光吸収層と、光吸収層と反射層との間に形成されたキャッピング層と、を有し、酸化錫膜に含まれる錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）は、錫に対する酸素の原子数比（Ｏ／Ｓｎ）が１．０であり、キャッピング層は、Ｒｕを含む膜からなり、且つ反射層と光吸収層とに接しており、光吸収層の最表面は、反射型フォトマスクブランクの最表面を構成する。
本発明の第二態様は、基板と、基板上に形成された反射層と、反射層の上に形成され、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含み、パターンが形成されている光吸収パターン層と、光吸収パターン層と反射層との間に形成されたキャッピング層と、を有し、酸化錫膜に含まれる錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）は、錫に対する酸素の原子数比（Ｏ／Ｓｎ）が１．０であり、キャッピング層は、Ｒｕを含む膜からなり、且つ反射層と光吸収パターン層とに接しており、光吸収パターン層の最表面は、反射型フォトマスクの最表面を構成する反射型フォトマスクである。
本発明の第二態様は、基板と、基板上に形成された反射層と、反射層の上に形成され、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含み、パターンが形成されている光吸収パターン層と、光吸収パターン層と反射層との間に形成されたキャッピング層と、を有し、酸化錫膜に含まれる錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）は、錫に対する酸素の原子数比（Ｏ／Ｓｎ）が１．０であり、キャッピング層は、Ｒｕを含む膜からなり、且つ反射層と光吸収パターン層とに接しており、光吸収パターン層の最表面は、反射型フォトマスクの最表面を構成する反射型フォトマスクである。
本発明によれば、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の射影効果が抑制または軽減され、半導体基板への転写性能が向上するとともに、洗浄によるパターン倒れを抑制することが期待できる。
［実施形態］
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
図１に示すように、この実施形態の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の上に形成された光吸収層４と、を有する。光吸収層４は、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜からなる。基板１としては、低膨張性の合成石英などからなる基板が用いられる。
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
図１に示すように、この実施形態の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の上に形成された光吸収層４と、を有する。光吸収層４は、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜からなる。基板１としては、低膨張性の合成石英などからなる基板が用いられる。
図２に示すように、この実施形態の反射型フォトマスク２０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の上に形成された光吸収パターン層４１と、を有する。光吸収パターン層４１は、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜からなる。光吸収パターン層４１は反射型フォトマスクブランク１０の光吸収層４がパターニングされたものである。
［本発明に至るまでの考察］
（吸収膜の光吸収性について）
反射型フォトマスクブランクの光吸収層（以下、単に「吸収層」とも称する。）は、ドライエッチングされて所定の露光転写パターンに形成された際に、照射されたＥＵＶを吸収するものである。課題となっている射影効果を低減するためには、吸収層を薄くする必要があるが、現在一般に使用されている材料であるＴａ（タンタル）を単に薄くした場合、ＥＵＶの吸収性が充分でなく、吸収層領域における反射率が高くなってしまう。このため、吸収層の薄膜化とＥＵＶの光吸収性を同時に達成する為には、既存の吸収層材料よりもＥＵＶに対して高い光吸収性を有する材料が必要である。
（吸収膜の光吸収性について）
反射型フォトマスクブランクの光吸収層（以下、単に「吸収層」とも称する。）は、ドライエッチングされて所定の露光転写パターンに形成された際に、照射されたＥＵＶを吸収するものである。課題となっている射影効果を低減するためには、吸収層を薄くする必要があるが、現在一般に使用されている材料であるＴａ（タンタル）を単に薄くした場合、ＥＵＶの吸収性が充分でなく、吸収層領域における反射率が高くなってしまう。このため、吸収層の薄膜化とＥＵＶの光吸収性を同時に達成する為には、既存の吸収層材料よりもＥＵＶに対して高い光吸収性を有する材料が必要である。
（高吸収材料の欠点について）
図３は、各金属材料のＥＵＶ領域の波長における光学定数を示すものであり、横軸に屈折率ｎ、縦軸に消衰係数ｋを示している。消衰係数ｋの高い材料としては、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｔｅなどがある。これらの材料の消衰係数は０．０７から０．０８の範囲にあり、従来の吸収層材料であるＴａの消衰係数０．０４１の約２倍である。つまり、これらの材料は高い光吸収性を有する。しかし、これらの高吸収材料は、ドライエッチング性が悪い（これらの元素のハロゲン化物の揮発性が低い）ためにパターニングが出来ないか、あるいは融点が低いためにフォトマスク作製時やＥＵＶ露光時の熱に耐えられないため、フォトマスクの光吸収層材料として実用性に乏しいものがほとんどである。
図３は、各金属材料のＥＵＶ領域の波長における光学定数を示すものであり、横軸に屈折率ｎ、縦軸に消衰係数ｋを示している。消衰係数ｋの高い材料としては、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｔｅなどがある。これらの材料の消衰係数は０．０７から０．０８の範囲にあり、従来の吸収層材料であるＴａの消衰係数０．０４１の約２倍である。つまり、これらの材料は高い光吸収性を有する。しかし、これらの高吸収材料は、ドライエッチング性が悪い（これらの元素のハロゲン化物の揮発性が低い）ためにパターニングが出来ないか、あるいは融点が低いためにフォトマスク作製時やＥＵＶ露光時の熱に耐えられないため、フォトマスクの光吸収層材料として実用性に乏しいものがほとんどである。
（酸化錫膜の融点および薬液耐性との関係について）
そのような欠点を回避するために、反射型フォトマスクブランクおよび反射型フォトマスクの光吸収層を、酸化錫膜とすることを考えた。Ｓｎ単体では、融点が２３０℃付近と低く、熱的安定性と洗浄耐性に問題があるが、酸化錫膜にすることで、図４に示すように、融点を１０００℃以上にすることができる。これにより、酸化錫膜であれば、フォトマスク作製時やＥＵＶ露光時の熱に充分な耐性を持ち、ＳｎとＯとの化学結合により化学的にも安定であるため、マスク作製時の洗浄液（酸やアルカリ）に対して充分な耐性を有することが出来る。
また、酸化錫膜は、化学的に安定している一方で、塩素系ガスを用いたドライエッチングが可能であるため、パターニングが出来る。その理由は、ＳｎとＣｌの化合物であるＳｎＣｌ4の揮発性が、Ｓｎ以外の高吸収材料とＣｌとの化合物よりも高いためである。
そのような欠点を回避するために、反射型フォトマスクブランクおよび反射型フォトマスクの光吸収層を、酸化錫膜とすることを考えた。Ｓｎ単体では、融点が２３０℃付近と低く、熱的安定性と洗浄耐性に問題があるが、酸化錫膜にすることで、図４に示すように、融点を１０００℃以上にすることができる。これにより、酸化錫膜であれば、フォトマスク作製時やＥＵＶ露光時の熱に充分な耐性を持ち、ＳｎとＯとの化学結合により化学的にも安定であるため、マスク作製時の洗浄液（酸やアルカリ）に対して充分な耐性を有することが出来る。
また、酸化錫膜は、化学的に安定している一方で、塩素系ガスを用いたドライエッチングが可能であるため、パターニングが出来る。その理由は、ＳｎとＣｌの化合物であるＳｎＣｌ4の揮発性が、Ｓｎ以外の高吸収材料とＣｌとの化合物よりも高いためである。
（酸化錫膜のＯ／Ｓｎ比と光吸収性との関係について）
ＥＵＶに対する光学定数（消衰係数、屈折率）は、Ｏ／Ｓｎ比が１．０以上２．０以下の酸化錫と錫単体とでほとんど変化しない。そのため、反射型フォトマスクブランクおよび反射型フォトマスクの光吸収層をＯ／Ｓｎ比が１．０以上２．０以下の酸化錫膜とすることで、光吸収層がＳｎ単体である場合と同様の光吸収性を維持できる。
ＥＵＶに対する光学定数（消衰係数、屈折率）は、Ｏ／Ｓｎ比が１．０以上２．０以下の酸化錫と錫単体とでほとんど変化しない。そのため、反射型フォトマスクブランクおよび反射型フォトマスクの光吸収層をＯ／Ｓｎ比が１．０以上２．０以下の酸化錫膜とすることで、光吸収層がＳｎ単体である場合と同様の光吸収性を維持できる。
実際に、酸素の含有量を、Ｏ／Ｓｎ比が１．０以上２．０以下の範囲で変化させた酸化錫膜サンプルを複数作製し、波長１３．５ｎｍ（ＥＵＶ領域）における光学定数を測定すると、いずれも屈折率ｎ＝０．９３０～０．９４０、消衰係数ｋ＝０．０７１４～０．０７２８という値が得られた。これは、図３に示すＳｎ単体の値に近い値である。つまり、Ｏ／Ｓｎ比が１．０以上２．０以下の酸化錫とＳｎ単体とでは、光学定数がほぼ同じである。
（Ｔａ膜と酸化錫膜とにおける反射率、ＯＤ、および膜厚の比較）
酸化錫膜の光学定数（屈折率ｎ＝０．９３６、消衰係数ｋ＝０．０７２１）を基に、酸化錫からなる光吸収層を用いた場合のＥＵＶ反射率を算出した。また、マスクの基本性能を示すＯＤ値（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：吸収層部と反射層部のコントラスト）を、下記の(1)式を用いて計算した。
ＯＤ＝－ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ）…(1)
(1)式において、Ｒｍは反射層領域からの反射光強度であり、Ｒａは光吸収層領域からの反射光強度である。
酸化錫膜の光学定数（屈折率ｎ＝０．９３６、消衰係数ｋ＝０．０７２１）を基に、酸化錫からなる光吸収層を用いた場合のＥＵＶ反射率を算出した。また、マスクの基本性能を示すＯＤ値（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：吸収層部と反射層部のコントラスト）を、下記の(1)式を用いて計算した。
ＯＤ＝－ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ）…(1)
(1)式において、Ｒｍは反射層領域からの反射光強度であり、Ｒａは光吸収層領域からの反射光強度である。
当然、ＥＵＶリソグラフィにおいてＯＤ値は高いほど良い。なお、この計算は、マスクブランクの構成を、吸収層の下に厚さ２．５ｎｍのＲｕによるキャッピング層（保護層）が存在し、さらにその下にＳｉとＭｏによる反射層が４０ペア存在し、その下に平坦な合成石英製の基板が存在し、基板の裏面にＣｒＮから成る導電層が存在する構成として、これら各層の光学定数（屈折率、消衰係数）を用い、光吸収層の膜厚を変化させて行っている。
図５から分かるように、Ｔａ膜に対して酸化錫（ＳｎＯx）膜では、例えば同じ膜厚の場合は反射率を半分以下に低くでき、同じ反射率の場合は膜厚を半分以下に低減できる。このように酸化錫膜は光吸収膜として有効である。
図６から分かるように、例えばＯＤ≧１．０を得るためには、Ｔａ膜では少なくとも４０ｎｍ以上の厚さが必要であるのに対して、酸化錫（ＳｎＯx）膜では約１７ｎｍの厚さでよい。よって、ＯＤという観点からも、酸化錫膜は、膜厚を低減できる光吸収膜として有効であることが分かる。
図６から分かるように、例えばＯＤ≧１．０を得るためには、Ｔａ膜では少なくとも４０ｎｍ以上の厚さが必要であるのに対して、酸化錫（ＳｎＯx）膜では約１７ｎｍの厚さでよい。よって、ＯＤという観点からも、酸化錫膜は、膜厚を低減できる光吸収膜として有効であることが分かる。
また、ＯＤ＝２．０を得るためには、Ｔａ膜では少なくとも７０ｎｍ以上の厚さが必要であるのに対して、酸化錫膜では２６ｎｍの厚さでよく、ＯＤ＝２においても、酸化錫膜は、膜厚を低減できる光吸収層として有効であることが分かる。
このように、酸化錫膜を用いることで、マスクの基本性能を示すＯＤ値を維持したまま、光吸収層を薄くすることが可能になる。
このように、酸化錫膜を用いることで、マスクの基本性能を示すＯＤ値を維持したまま、光吸収層を薄くすることが可能になる。
（Ｔａ膜と酸化錫膜とで、ＨＶバイアスの比較）
次に、射影効果の影響を評価するために、Ｔａ膜と酸化錫膜のそれぞれで、膜厚を振ったときにＨＶバイアス値がどのように変化するかを、ＦＤＴＤ（時間領域差分）法によるシミュレータを用いたシミュレーションにより比較した。なお、シミュレーション条件は、光源の波長は１３．５ｎｍ（ＥＵＶ波長）、ＮＡは０．３３、入射角は６度とし、照明はクエーサーを用いた。
ＨＶバイアス値とは、マスクパターンの向きに依存した転写パターンの線幅差、つまり、Ｈ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）方向の線幅とＶ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）方向の線幅との差のことである。Ｈ方向の線幅とは、入射光と反射光が作る面と平行な向きの線幅を、Ｖ方向の線幅とは、入射光と反射光が作る面に対して垂直な向きの線幅を示している。
次に、射影効果の影響を評価するために、Ｔａ膜と酸化錫膜のそれぞれで、膜厚を振ったときにＨＶバイアス値がどのように変化するかを、ＦＤＴＤ（時間領域差分）法によるシミュレータを用いたシミュレーションにより比較した。なお、シミュレーション条件は、光源の波長は１３．５ｎｍ（ＥＵＶ波長）、ＮＡは０．３３、入射角は６度とし、照明はクエーサーを用いた。
ＨＶバイアス値とは、マスクパターンの向きに依存した転写パターンの線幅差、つまり、Ｈ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）方向の線幅とＶ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）方向の線幅との差のことである。Ｈ方向の線幅とは、入射光と反射光が作る面と平行な向きの線幅を、Ｖ方向の線幅とは、入射光と反射光が作る面に対して垂直な向きの線幅を示している。
射影効果により影響を受けるのはＨｏｒｉｚｏｎｔａｌのパターンサイズで、その転写パターンのエッジ部のコントラスト低下や線幅（Ｙ方向）の減少が生じる。射影効果の影響を受けたパターンは、転写後の線幅が小さくなる為、Ｖｅｒｔｉｃａｌの転写パターンサイズとＨｏｒｉｚｏｎｔａｌの転写パターンサイズとで、線幅差（いわゆるＨＶバイアス）が生じる。
本シミュレーションに用いたパターンは、半導体基板上で１６ｎｍのＬＳ（ＬｉｎｅとＳｐａｃｅが１：１）となるサイズで、マスクパターンを設計したものである。したがって、ＥＵＶリソグラフィでは、通常４分の１の縮小投影露光であるため、ＥＵＶマスク上のパターンサイズは６４ｎｍのＬＳパターンとなる。この転写パターンのＨＶバイアス値は、図７に示すように、Ｔａ膜、酸化錫膜共に吸収層の膜厚が厚いほど大きくなることが分かる。
ここで、ＯＤ＝２程度となるＴａ膜（膜厚７０ｎｍ）と酸化錫膜（膜厚２６ｎｍ）のそれぞれのＨＶバイアス値を比較したところ、Ｔａ膜では１０．５ｎｍと非常に大きいが、酸化錫膜では３．３ｎｍと大幅に低減でき、改善している（図８）。さらにＯＤ＝１となるＴａ膜（４０ｎｍ）と酸化錫膜（１７ｎｍ）でも、ＨＶバイアスはＴａ膜で３．２ｎｍ、酸化錫膜で２．１ｎｍとなる。
このように、反射型フォトマスクブランクおよびフォトマスクの光吸収層材料に酸化錫を用いることで、射影効果の影響（ＨＶバイアス）を大幅に低減できることが分かる。
このように、反射型フォトマスクブランクおよびフォトマスクの光吸収層材料に酸化錫を用いることで、射影効果の影響（ＨＶバイアス）を大幅に低減できることが分かる。
（Ｔａ膜と酸化錫膜とで、ＮＩＬＳの比較）
射影効果の影響は、ＮＩＬＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｉｍａｇｅ Ｌｏｇ Ｓｌｏｐｅ）と呼ばれるパターンコントラストにも現れる。ＮＩＬＳは転写パターンの光強度分布から明部と暗部の傾きを示す特性値であり、値は大きい方が、パターン転写性（解像性、ラインエッジラフネスなど）が良い。光吸収層をなすＴａと酸化錫の光学定数を用いて、計算（上記と同じシミュレーション）によりＮＩＬＳを評価した。その結果を図９に示す。
射影効果の影響は、ＮＩＬＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｉｍａｇｅ Ｌｏｇ Ｓｌｏｐｅ）と呼ばれるパターンコントラストにも現れる。ＮＩＬＳは転写パターンの光強度分布から明部と暗部の傾きを示す特性値であり、値は大きい方が、パターン転写性（解像性、ラインエッジラフネスなど）が良い。光吸収層をなすＴａと酸化錫の光学定数を用いて、計算（上記と同じシミュレーション）によりＮＩＬＳを評価した。その結果を図９に示す。
図９に示すように、Ｔａ膜の場合、ＯＤが２付近になる膜厚７０ｎｍで、Ｘ（Ｖｅｒｔｉｃａｌの線幅方向のＮＩＬＳ）が１．５、Ｙ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌの線幅方向のＮＩＬＳ）が０．２となっている。つまり、射影効果の影響を受けるＨｏｒｉｚｏｎｔａｌの線幅方向（Ｙ方向）のＮＩＬＳが大幅に悪化する。このような、Ｘ方向とＹ方向のパターンコントラスト（ＮＩＬＳ）の大きな差が、上述したように、Ｔａ膜の大きなＨＶバイアス値を引き起こしている。
一方、酸化錫膜の場合は、ＯＤが２付近になる膜厚２６ｎｍで、Ｘ＝１．４、Ｙ＝０．９となり、Ｙ方向のＮＩＬＳが大幅に改善するため、ＨＶバイアス値も小さくなる。
一方、酸化錫膜の場合は、ＯＤが２付近になる膜厚２６ｎｍで、Ｘ＝１．４、Ｙ＝０．９となり、Ｙ方向のＮＩＬＳが大幅に改善するため、ＨＶバイアス値も小さくなる。
もとより、Ｙ方向のＮＩＬＳ（パターンコントラスト）の低下は、ＨＶバイアスに影響するだけでなく、転写パターンのラインエッジラフネスの増大に繋がり、最悪の場合、解像出来なくなることも大きな問題である。
そして、図９に示すように、膜厚が１７ｎｍ以上３６ｎｍ以下の酸化錫膜であれば、いずれの膜厚のＴａ膜よりもＹ方向のＮＩＬＳを高く出来る。
そして、図９に示すように、膜厚が１７ｎｍ以上３６ｎｍ以下の酸化錫膜であれば、いずれの膜厚のＴａ膜よりもＹ方向のＮＩＬＳを高く出来る。
（パターン倒れと膜厚の関係）
光吸収層の膜厚と、フォトマスクの洗浄によるパターン倒れとの関係を調べたところ、酸化錫膜の場合は、膜厚が２５．０ｎｍ以上であるとパターン倒れが生じやすいことが分かった。
光吸収層の膜厚と、フォトマスクの洗浄によるパターン倒れとの関係を調べたところ、酸化錫膜の場合は、膜厚が２５．０ｎｍ以上であるとパターン倒れが生じやすいことが分かった。
［本発明の第一態様および第二態様について］
本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクは、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含む光吸収層を有する。
本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクが有する光吸収層は、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含むため、Ｔａ膜からなる光吸収層を有する反射型フォトマスクブランクおよび反射型フォトマスクと比較して、射影効果の影響（パターン解像性悪化やラインエッジラフネス増加）を大幅に改善できる。
本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクは、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含む光吸収層を有する。
本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクが有する光吸収層は、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含むため、Ｔａ膜からなる光吸収層を有する反射型フォトマスクブランクおよび反射型フォトマスクと比較して、射影効果の影響（パターン解像性悪化やラインエッジラフネス増加）を大幅に改善できる。
また、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満を満たさない酸化錫膜を含む光吸収層を有する反射型フォトマスクブランクおよび反射型フォトマスクと比較して、反射型フォトマスクのＹ方向のＮＩＬＳを高くできるため、射影効果の影響を小さくできるとともに、反射型フォトマスクの洗浄によるパターン倒れを抑制できる。
本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクは、膜厚が１７．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含む光吸収層を有するものであってもよい。
本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクは、膜厚が１７．０ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含む光吸収層を有するものであってもよい。
本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクにおいて、光吸収層に含まれる酸化錫膜は、錫に対する酸素の原子数比（Ｏ／Ｓｎ）が１．０以上２．０以下の範囲であればよい。
本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクにおいて、光吸収層に含まれる酸化錫膜を形成する材料は、錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）を合計で８０原子％以上含有することが好ましい。
本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクにおいて、光吸収層に含まれる酸化錫膜を形成する材料は、錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）を合計で８０原子％以上含有することが好ましい。
これは、酸化錫膜に錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）以外の成分が含まれていると酸化錫膜によるＥＵＶ吸収性が低下するが、その成分が２０原子％未満であれば、ＥＵＶ吸収性の低下はごく僅かであり、ＥＵＶマスクの光吸収層としての性能の低下はほとんど無いためである。
錫と酸素以外の材料として、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｒｕなどの金属や、窒素や炭素などの軽元素を、その目的に応じて混合することがある。
錫と酸素以外の材料として、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｔｅ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｒｕなどの金属や、窒素や炭素などの軽元素を、その目的に応じて混合することがある。
例えば、Ｉｎを酸化錫膜に入れることで、透明性を確保しながら、膜に導電性を付与することが可能となるため、波長１９０～２６０ｎｍのＤＵＶ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、窒素や炭素を酸化錫膜に混合した場合、酸化錫膜のドライエッチングの際のエッチングスピードを高めることが可能となる。
本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクは、反射層からの反射光強度をＲｍ、光吸収層からの反射光強度をＲａとすると、下記の(1)式で規定されるＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：光学濃度）が１以上であることが好ましい。
ＯＤ＝－ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ）…(1)
ＯＤが１未満になる酸化錫膜（膜厚１７ｎｍ未満）で露光シミュレーションを行ったところ、光吸収層部と反射層部とのコントラストが足りず、転写パターンが形成出来ないことが判明した。Ｔａ膜の場合も同様に、ＯＤが１未満の場合は転写パターンが形成出来なかった。
ＯＤ＝－ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ）…(1)
ＯＤが１未満になる酸化錫膜（膜厚１７ｎｍ未満）で露光シミュレーションを行ったところ、光吸収層部と反射層部とのコントラストが足りず、転写パターンが形成出来ないことが判明した。Ｔａ膜の場合も同様に、ＯＤが１未満の場合は転写パターンが形成出来なかった。
以上のように、本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクによれば、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含む光吸収層を有することで、射影効果の影響を低減できる。また、Ｔａ膜からなる光吸収層を有する従来品と比べて、転写パターンのＹ方向において高いＮＩＬＳが得られる。そのため、転写パターンの解像性向上やラインエッジラフネスの低減が実現出来る。また、Ｘ方向とＹ方向のＮＩＬＳが近づくため、ＨＶバイアス値も低減でき、マスクパターンに忠実な転写パターンが得られる。
以下、本発明の実施例を説明する。
（反射型フォトマスクブランクの作製）
図１０に示す層構造の反射型フォトマスクブランク１００として、複数のサンプルを以下の手順で作製した。
先ず、合成石英製の基板１１の上に、ＳｉとＭｏの４０ペア（合計膜厚２８０ｎｍ）からなる多層構造の反射層１２を形成し、反射層１２の上にＲｕ膜からなるキャッピング層１３を２．５ｎｍの膜厚で形成した。次に、キャッピング層１３の上に光吸収層１４を形成した。次に、基板１１の裏面に、ＣｒＮからなる導電層１５を１００ｎｍの膜厚で形成した。
（反射型フォトマスクブランクの作製）
図１０に示す層構造の反射型フォトマスクブランク１００として、複数のサンプルを以下の手順で作製した。
先ず、合成石英製の基板１１の上に、ＳｉとＭｏの４０ペア（合計膜厚２８０ｎｍ）からなる多層構造の反射層１２を形成し、反射層１２の上にＲｕ膜からなるキャッピング層１３を２．５ｎｍの膜厚で形成した。次に、キャッピング層１３の上に光吸収層１４を形成した。次に、基板１１の裏面に、ＣｒＮからなる導電層１５を１００ｎｍの膜厚で形成した。
光吸収層１４は、各サンプルで、表１に示すように材料（Ｔａまたは酸化錫）および膜厚を変えて形成した。酸化錫膜は、Ｏ／Ｓｎ比が１であるＳｎＯ膜（表１には「ＳｎＯ１」と表示）と、Ｏ／Ｓｎ比が２であるＳｎＯ2膜（表１には「ＳｎＯ２」と表示）を、２６ｎｍ、２５．０ｎｍ、２４．５ｎｍ、１７ｎｍ、および１６ｎｍの各膜厚で形成した。Ｔａ膜は７０ｎｍと４０ｎｍの膜厚で形成した。
各層の成膜はスパッタリング装置を用いて行った。酸化錫膜は、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１．０又は２．０となるように成膜した。各層の膜厚は透過電子顕微鏡により測定し、酸化錫膜のＯ／Ｓｎ比はＸＰＳ（Ｘ線光電子分光測定法）で測定した。
各層の成膜はスパッタリング装置を用いて行った。酸化錫膜は、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１．０又は２．０となるように成膜した。各層の膜厚は透過電子顕微鏡により測定し、酸化錫膜のＯ／Ｓｎ比はＸＰＳ（Ｘ線光電子分光測定法）で測定した。
（反射率測定とＯＤの算出）
Ｔａ膜および酸化錫膜の反射層領域での反射率Ｒｍと、光吸収層領域での反射率Ｒａを、ＥＵＶによる反射率測定装置で測定した。その結果から、マスク特性であるＯＤを計算した。
Ｔａ膜および酸化錫膜の反射層領域での反射率Ｒｍと、光吸収層領域での反射率Ｒａを、ＥＵＶによる反射率測定装置で測定した。その結果から、マスク特性であるＯＤを計算した。
（反射型フォトマスクの作製）
得られた反射型フォトマスクブランク１００の各サンプルを用い、以下の手順で反射型フォトマスクを作製した。
先ず、反射型フォトマスクブランク１００の光吸収層１４上に、ポジ型化学増幅レジスト（ＳＥＢＰ９０１２：信越化学社製）を１７０ｎｍの膜厚で塗布した。次に、このレジスト膜に、電子線描画機（ＪＢＸ３０３０：日本電子社製）で所定のパターン（４０ｎｍの１：１ラインアンドスペースパターン）を描画した。次に、１１０℃、１０分のプリベーク処理を行った後、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１１に示すように、光吸収層１４上にレジストパターン１６が形成された。
得られた反射型フォトマスクブランク１００の各サンプルを用い、以下の手順で反射型フォトマスクを作製した。
先ず、反射型フォトマスクブランク１００の光吸収層１４上に、ポジ型化学増幅レジスト（ＳＥＢＰ９０１２：信越化学社製）を１７０ｎｍの膜厚で塗布した。次に、このレジスト膜に、電子線描画機（ＪＢＸ３０３０：日本電子社製）で所定のパターン（４０ｎｍの１：１ラインアンドスペースパターン）を描画した。次に、１１０℃、１０分のプリベーク処理を行った後、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１１に示すように、光吸収層１４上にレジストパターン１６が形成された。
次に、レジストパターン１６をエッチングマスクとしたドライエッチングにより、光吸収層１４のパターニングを行った。光吸収層１４がＴａ膜であるサンプルでは、フッ素系ガスを主体としたエッチングガスを用い、光吸収層１４が酸化錫膜であるサンプルでは、塩素系ガスを主体としたエッチングガスを用いた。これにより、図１２に示すように、光吸収層１４が光吸収パターン層１４１とされた。
次に、レジストパターン１６を剥離した。これにより、図１３に示すように、合成石英製の基板１１の表面に、ＳｉとＭｏの４０ペア（合計膜厚２８０ｎｍ）からなる多層構造の反射層１２、２．５ｎｍのＲｕ膜からなるキャッピング層１３、および光吸収パターン層１４１をこの順に有し、合成石英製の基板１１の裏面に導電層１５が形成された、反射型フォトマスク２００の各サンプルを得た。
（ウェハ露光）
得られた反射型フォトマスク２００の各サンプルを用い、ウェハ上に形成されたＥＵＶ用ポジ型化学増幅レジスト膜に、ＥＵＶ露光装置（ＡＳＭＬ社製のＮＸＥ３３００Ｂ）を用いた露光で、光吸収パターン層１４１のパターンを転写した。
得られた反射型フォトマスク２００の各サンプルを用い、ウェハ上に形成されたＥＵＶ用ポジ型化学増幅レジスト膜に、ＥＵＶ露光装置（ＡＳＭＬ社製のＮＸＥ３３００Ｂ）を用いた露光で、光吸収パターン層１４１のパターンを転写した。
（転写パターンの評価：ＨＶバイアスとラインエッジラフネス）
このようにして形成されたウェハ上のレジストパターンを、電子線寸法測定機により観察し、パターンの線幅を測定した。
リソグラフィ特性を確認するために、各レジストパターンのＸ方向とＹ方向の寸法を測定し、差分を取りＨＶバイアス値を確認した。Ｙ方向の寸法は射影効果の影響を受ける。また、レジストパターンのＬＥＲ（Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ：パターンのガタツキ）も確認した。
このようにして形成されたウェハ上のレジストパターンを、電子線寸法測定機により観察し、パターンの線幅を測定した。
リソグラフィ特性を確認するために、各レジストパターンのＸ方向とＹ方向の寸法を測定し、差分を取りＨＶバイアス値を確認した。Ｙ方向の寸法は射影効果の影響を受ける。また、レジストパターンのＬＥＲ（Ｌｉｎｅ Ｅｄｇｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ：パターンのガタツキ）も確認した。
（マスクパターンの評価：耐洗浄性）
上述の方法で作成した反射型フォトマスク２００であって、露光に使用する前の各サンプルを用い、加速洗浄試験を行ってマスクパターンに倒れが生じるかどうかを調べた。
加速洗浄試験は、ＡＰＭ（ammonium hydrogen-peroxide mixture）洗浄を以下の条件で１００回繰り返すことにより行った。ＡＰＭ洗浄の条件は、アンモニア：過酸化水素水：水＝１：１：５（体積比）、温度８０℃、浸漬時間１０分である。
加速洗浄後のマスクパターンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、ラインパターンに倒れが生じているか否かを調べた。
これらの結果を表１にまとめて示す。
上述の方法で作成した反射型フォトマスク２００であって、露光に使用する前の各サンプルを用い、加速洗浄試験を行ってマスクパターンに倒れが生じるかどうかを調べた。
加速洗浄試験は、ＡＰＭ（ammonium hydrogen-peroxide mixture）洗浄を以下の条件で１００回繰り返すことにより行った。ＡＰＭ洗浄の条件は、アンモニア：過酸化水素水：水＝１：１：５（体積比）、温度８０℃、浸漬時間１０分である。
加速洗浄後のマスクパターンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、ラインパターンに倒れが生じているか否かを調べた。
これらの結果を表１にまとめて示す。
表１に示すように、Ｔａ膜では膜厚７０ｎｍ（ＯＤ＝１．８）において１１．１ｎｍであったＨＶバイアス値が、ＳｎＯ膜では膜厚２６ｎｍ（ＯＤ＝２．０）で３．５ｎｍ、ＳｎＯ2膜では３．４ｎｍと、大幅に改善していることを確認した。
また、ＳｎＯ膜では膜厚１７ｎｍ（ＯＤ＝１．１）で２．１ｎｍ、ＳｎＯ2膜では膜厚１７ｎｍ（ＯＤ＝１．０）で２．１ｎｍと、薄膜化によりＨＶバイアス値の低減が見られた。同様に、Ｔａ膜でも膜厚４０ｎｍ（ＯＤ＝１．１）で３．５ｎｍと、薄膜化によりＨＶバイアス値の低減が見られたが、酸化錫膜の方がＴａ膜よりもＨＶバイアス値の低減結果が大きかった。
また、ＳｎＯ膜では膜厚１７ｎｍ（ＯＤ＝１．１）で２．１ｎｍ、ＳｎＯ2膜では膜厚１７ｎｍ（ＯＤ＝１．０）で２．１ｎｍと、薄膜化によりＨＶバイアス値の低減が見られた。同様に、Ｔａ膜でも膜厚４０ｎｍ（ＯＤ＝１．１）で３．５ｎｍと、薄膜化によりＨＶバイアス値の低減が見られたが、酸化錫膜の方がＴａ膜よりもＨＶバイアス値の低減結果が大きかった。
また、ＬＥＲについては、Ｔａ膜では、膜厚７０ｎｍでは射影効果の影響を受けたＨｏｒｉｚｏｎｔａｌで未解像により計測不可であり、膜厚４０ｎｍでは４．２ｎｍであった。これに対して、ＳｎＯ膜およびＳｎＯ2膜では、膜厚１６ｎｍだと一部未解像になったが、膜厚１７ｎｍ以上２６ｎｍ以下であれば、ＬＥＲが３．８ｎｍ以下と良好であった。
また、マスクパターンの耐洗浄性については、Ｔａ膜の場合と、ＳｎＯ膜およびＳｎＯ2膜で膜厚が２５．０ｎｍおよび２６ｎｍの場合には、加速洗浄試験によりパターン倒れが生じたが、ＳｎＯ膜およびＳｎＯ2膜で膜厚が２４．５ｎｍおよび１７ｎｍの場合には、加速洗浄試験によりパターン倒れが生じなかった。
また、マスクパターンの耐洗浄性については、Ｔａ膜の場合と、ＳｎＯ膜およびＳｎＯ2膜で膜厚が２５．０ｎｍおよび２６ｎｍの場合には、加速洗浄試験によりパターン倒れが生じたが、ＳｎＯ膜およびＳｎＯ2膜で膜厚が２４．５ｎｍおよび１７ｎｍの場合には、加速洗浄試験によりパターン倒れが生じなかった。
以上の結果から、本発明の第一態様の反射型フォトマスクブランクおよび第二態様の反射型フォトマスクを用いることにより、実際のマスク特性（ＯＤ値）と、転写パターンのリソグラフィ特性（ＨＶバイアス、解像性、ラインエッジラフネス）が従来よりも向上するとともに、反射型フォトマスクの洗浄によるパターン倒れを抑制できることが確認できた。
１ 基板
２ 反射層
３ キャッピング層
４ 光吸収層
４１ 光吸収パターン層
１１ 基板
１２ 反射層
１３ キャッピング層
１４ 光吸収層
１４１ 光吸収パターン層
１５ 導電層
１６ レジストパターン
１０ 反射型フォトマスクブランク
２０ 反射型フォトマスク
１００ 反射型フォトマスクブランク
２００ 反射型フォトマスク
２ 反射層
３ キャッピング層
４ 光吸収層
４１ 光吸収パターン層
１１ 基板
１２ 反射層
１３ キャッピング層
１４ 光吸収層
１４１ 光吸収パターン層
１５ 導電層
１６ レジストパターン
１０ 反射型フォトマスクブランク
２０ 反射型フォトマスク
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 (10)
- 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からなる反射層と、
前記反射層の上に形成され、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含む光吸収層と、
前記光吸収層と前記反射層との間に形成されたキャッピング層と、
を有し、
前記酸化錫膜に含まれる錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）は、錫に対する酸素の原子数比（Ｏ／Ｓｎ）が１．０であり、
前記キャッピング層は、Ｒｕを含む膜からなり、且つ前記反射層と前記光吸収層とに接しており、
前記光吸収層の最表面は、前記反射型フォトマスクブランクの最表面を構成し、
前記酸化錫膜を形成する材料は、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ｃｒ、及びＲｕの少なくとも１種をさらに含有する反射型フォトマスクブランク。 - 前記キャッピング層は、Ｒｕのみからなる膜である請求項１に記載の反射型フォトマスクブランク。
- 前記酸化錫膜を形成する材料は、錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）を合計で８０原子％以上含有する請求項１または２に記載の反射型フォトマスクブランク。
- 前記酸化錫膜を形成する材料は、Ｉｎ、Ｎ、及びＣの少なくとも１種をさらに含有する請求項１～３のいずれか一項に記載の反射型フォトマスクブランク。
- 前記反射層からの反射光強度をＲｍ、前記光吸収層からの反射光強度をＲａとすると、下記の(1)式で規定されるＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：光学濃度）が１以上である請求項１～４のいずれか一項に記載の反射型フォトマスクブランク。
ＯＤ＝－ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ）…(1) - 基板と、
前記基板上に形成された反射層と、
前記反射層の上に形成され、膜厚が１７ｎｍ以上２５．０ｎｍ未満の酸化錫膜を含み、パターンが形成されている光吸収パターン層と、
前記光吸収パターン層と前記反射層との間に形成されたキャッピング層と、
を有し、
前記酸化錫膜に含まれる錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）は、錫に対する酸素の原子数比（Ｏ／Ｓｎ）が１．０であり、
前記キャッピング層は、Ｒｕを含む膜からなり、且つ前記反射層と前記光吸収パターン層とに接しており、
前記光吸収パターン層の最表面は、反射型フォトマスクの最表面を構成し、
前記酸化錫膜を形成する材料は、Ｓｉ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ｃｒ、及びＲｕの少なくとも１種をさらに含有する反射型フォトマスク。 - 前記キャッピング層は、Ｒｕのみからなる膜である請求項６に記載の反射型フォトマスク。
- 前記酸化錫膜を形成する材料は、錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）を合計で８０原子％以上含有する請求項６または７に記載の反射型フォトマスク。
- 前記酸化錫膜を形成する材料は、Ｉｎ、Ｎ、及びＣの少なくとも１種をさらに含有する請求項６～８のいずれか一項に記載の反射型フォトマスク。
- 前記反射層からの反射光強度をＲｍ、前記光吸収パターン層からの反射光強度をＲａとすると、下記の(1)式で規定されるＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ：光学濃度）が１以上である請求項６～９のいずれか一項に記載の反射型フォトマスク。
ＯＤ＝－ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ）…(1)
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