JP2023133407A - Euvリソグラフィ用反射型マスクブランク - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に記載の発明では、吸収層の材料として、Ta(タンタル)およびNb(ニオブ)を有する材料を選定することで、反射率の選択性の広さ(自由度)を持つと同時に、エッチングの加工精度が高くなるとしている。
吸収層が、タンタル(Ta)と、ニオブ(Nb)とを含有し、吸収層におけるTa(at%)とNb(at%)との組成比(Ta:Nb)が4:1~1:4の範囲であり、
out of plane XRD法で、2θ:20°~50°に観測される吸収層由来の回折ピーク中、最も強度の高いピークの半値幅FWHMが1.0°以上であることを特徴とするEUVリソグラフィ用反射型マスクブランクを提供する。
図1は、本発明のEUVマスクブランクの1実施形態を示す概略断面図である。図1に示すEUVマスクブランク1aは、基板11上にEUV光を反射する反射層12と、反射層12の保護層13と、EUV光を吸収する吸収層14と、が、この順に形成されている。但し、本発明のEUVマスクブランクにおいて、図1に示す構成中、基板11、反射層12、および吸収層14のみが必須であり、保護層13は任意の構成要素である。
なお、反射層12の保護層13とは、吸収層14のパターン形成時に反射層12を保護する目的で設けられる層である。
基板11は、表面粗さ(rms)0.15nm以下の平滑な表面と100nm以下の平坦度を有すると、パターン形成後のフォトマスクにおいて高反射率および転写精度が得られるため好ましい。
基板11の大きさや厚さ等はマスクの設計値等により適宜決定される。後で示す実施例では外形6インチ(152mm)角で、厚さ0.25インチ(6.3mm)のSiO2-TiO2系ガラスを使用した。
基板11の反射層12が形成される側の表面に欠点が存在しないのが好ましい。しかし、欠点が存在していても、凹状欠点および/または凸状欠点によって位相欠点が生じなければよい。具体的には、凹状欠点の深さおよび凸状欠点の高さが2nm以下、かつこれら凹状欠点および凸状欠点の半値幅が60nm以下が好ましい。凹状欠点の半値幅とは、凹状欠点の深さの1/2深さ位置での幅を指す。凸状欠点の半値幅とは、凸状欠点の高さの1/2高さ位置での幅を指す。
保護層13の厚さは1nm~20nmが好ましく、1nm~5nmがより好ましい。
一方、Taが4:1の組成比(Ta:Nb)より多いと、EUV光学定数の消衰係数kが高くなり、EUV反射率が低くなりすぎるため、ハーフトーン型EUVマスクの吸収層として十分な効果が得られない。
吸収層14におけるTaとNbとの組成比(Ta:Nb)は、3:1~1:3の範囲が好ましく、7:3~3:7の範囲がより好ましい。
具体的には、吸収層14表面の表面粗さ(rms)が、0.50nm以下が好ましく、0.40nm以下がより好ましく、0.30nm以下がさらに好ましい。
本発明における吸収層14は、半値幅FWHMが2.0°以上が好ましく、3.0°以上がより好ましい。また本発明における吸収層14は、半値幅FWHMが8.0°以下が好ましく、6.0°以下がより好ましく、5.0°以下がさらに好ましい。
例えば、ガス圧をより高くする、投入電力をより低くする、スパッタターゲットと基板との距離をより長くする、からなる群から選ばれる少なくとも一種を実施することによっても得ることができる。
吸収層におけるB含有量は、7.0at%~15.0at%が好ましく、8.0at%~12.0at%がより好ましい。
吸収層におけるN含有量は、15.0at%~30.0at%がより好ましく、20.0at%~25.0at%がさらに好ましい。
吸収層におけるH含有量は、0.1at%~10.0at%がより好ましく、0.1at%~8.0at%がさらに好ましい。
吸収層におけるO含有量は、2.0at%~15.0at%がより好ましく、5.0at%~10.0at%がさらに好ましい。
スパッタガス:Arガス(ガス圧1.0×10-1Pa~50×10-1Pa、好ましくは1.0×10-1Pa~40×10-1Pa、より好ましくは1.0×10-1Pa~30×10-1Pa。)
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ターゲットと基板間距離:50mm~500mm、好ましくは100mm~400mm、より好ましくは150mm~300mm
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スパッタガス:ArとH2の混合ガス(H2ガス濃度1.0vol%~80.0vol%、好ましくは2.0vol%~75.0vol%、より好ましくは3.0vol%~70.0vol%。ガス圧1.0×10-1Pa~50×10-1Pa、好ましくは1.0×10-1Pa~40×10-1Pa、より好ましくは1.0×10-1Pa~30×10-1Pa。)
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投入電力:30W~1000W、好ましくは50W~750W、より好ましくは80W~500W
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ターゲット面積当たりの投入電力密度:0.3W/cm2~13.0W/cm2、好ましくは0.6W/cm2~11.0W/cm2、より好ましくは1.0W/cm2~9.0W/cm2
ターゲットと基板間距離:50mm~500mm、好ましくは100mm~400mm、より好ましくは150mm~300mm
なお、反射層12からのEUV光の反射光と、吸収層14からのEUV光の反射光との位相差が175度~185度であることが、位相シフトマスクとしての効果が最大化されるため好ましいが、反射層12からのEUV光の反射光と、吸収層14からのEUV光の反射光との位相差が150度~220度であれば、位相シフトマスクとしての効果を得ることができる。
なお、後述する実施例では、吸収層14表面の表面粗さ(rms)を原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope)を用いて測定しているが、JIS-B0601-2001に基づき表面粗さ(rms)を測定することもできる。
本発明のEUVマスクブランク1aは、吸収層14の洗浄液耐性が高いことが好ましい。具体的には、後述する実施例に記載の手順でSPM耐性試験を2回実施した際、吸収層14の減少量が0.50nm以下が好ましい。
EUVマスクブランク1bの構成要素のうち、基板11、反射層12、保護層13、および吸収層14は、上記したEUVマスクブランク1aと同様であるので省略する。
例えば、低反射層15として、マグネトロンスパッタリング法を用いてTaONH膜を形成する場合、ターゲットとして、Taターゲットを用い、スパッタガスとして、ArとO2との混合ガス(H2ガス濃度1.0vol%~50.0vol%、O2ガス濃度1.0vol%~80.0vol%、N2ガス濃度1.0vol%~80.0vol%、Arガス濃度5.0vol%~95.0vol%、ガス圧1.0×10-1Pa~5.0×100Pa)を使用して、投入電力30W~3000W、成膜速度0.01nm/min~60nm/minで、厚さ1.5nm~30nmでの成膜が好ましい。
なお、Ar以外の不活性ガスを使用する場合、その不活性ガスの濃度が上記したArガス濃度と同じ濃度範囲にする。
EUVマスクブランク1bでは、反射層12からのEUV光の反射光と、低反射層15からのEUV光の反射光との位相差が175度~185度が、位相シフトマスクとしての効果が十分得られるため好ましいが、反射層12からのEUV光の反射光と、低反射層15からのEUV光の反射光との位相差が150度~220度であれば、位相シフトマスクとしての効果を得ることができる。
上記したように、吸収層や低反射層がTaを含有する材料からなる場合、吸収層のエッチングは、フッ素系ガスを用いたドライエッチング、および酸素ガスを含まない塩素系ガスを用いたドライエッチングの順に行う。そのため、ハードマスク層16は、フッ素系ガスを用いたドライエッチング、および酸素ガスを含まない塩素系ガスを用いたドライエッチングに対して、高いエッチング耐性を有することが求められる。
スパッタガス:ArとO2の混合ガス
O2ガス濃度15.0vol%~100.0vol%、好ましくは20.0vol%~80.0vol%
Arガス濃度0.0vol%~85.0vol%、好ましくは20.0vol%~80.0vol%
ガス圧5.0×10-2~1.0×100Pa、好ましくは1.0×10-1~8.0×10-1Pa、より好ましくは2.0×10-1~4.0×10-1Pa
ターゲット面積当たりの投入電力密度:2.0W/cm2~13.0W/cm2、好ましくは3.0W/cm2~12.0W/cm2、より好ましくは4.0W/cm2~10.0W/cm2
成膜速度:0.010nm/sec~0.400nm/sec、好ましくは0.015nm/sec~0.300nm/sec、より好ましくは0.020nm/sec~0.200nm/sec
ターゲットと基板間距離:50mm~500mm、好ましくは100mm~400mm、より好ましくは150mm~300mm
スパッタガス:ArとN2の混合ガス
N2ガス濃度15.0vol%~100.0vol%、好ましくは20.0vol%~80.0vol%
Arガス濃度0.0vol%~85.0vol%、好ましくは20.0vol%~80.0vol%
ガス圧5.0×10-2Pa~1.0×100Pa、好ましくは1.0×10-1Pa~8.0×10-1Pa、より好ましくは2.0×10-1Pa~4.0×10-1Pa
ターゲット面積当たりの投入電力密度:2.0W/cm2~13.0W/cm2、好ましくは3.0W/cm2~12.0W/cm2、より好ましくは4.0W/cm2~10.0W/cm2
成膜速度:0.010nm/sec~0.400nm/sec、好ましくは0.015nm/sec~0.300nm/sec、より好ましくは0.020nm/sec~0.200nm/sec
ターゲットと基板間距離:50mm~500mm、好ましくは100mm~400mm、より好ましくは150mm~300mm
スパッタガス:ArとO2とN2の混合ガス
N2ガス濃度14.9vol%~99.9vol%、好ましくは20.0vol%~80.0vol%
O2ガス濃度0.1vol%~85.0vol%、好ましくは0.5vol%~80.0vol%
Arガス濃度0.0vol%~85.0vol%、好ましくは20.0vol%~80.0vol%
ガス圧5.0×10-2Pa~1.0×100Pa、好ましくは1.0×10-1Pa~8.0×10-1Pa、より好ましくは2.0×10-1Pa~4.0×10-1Pa
ターゲット面積当たりの投入電力密度:2.0W/cm2~13.0W/cm2、好ましくは3.0W/cm2~12.0W/cm2、より好ましくは4.0W/cm2~10.0W/cm2
成膜速度:0.010nm/sec~0.400nm/sec、好ましくは0.015nm/sec~0.300nm/sec、より好ましくは0.020nm/sec~0.200nm/sec
ターゲットと基板間距離:50mm~500mm、好ましくは100mm~400mm、より好ましくは150mm~300mm
高誘電性コーティングは、公知の成膜方法、例えば、マグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法といったスパッタリング法、CVD法、真空蒸着法、電解メッキ法を用いて形成できる。
例1では、図1に示すEUVマスクブランク1aを作製する。
成膜用の基板11として、SiO2-TiO2系のガラス基板(外形6インチ(152mm)角、厚さが6.3mm)を使用する。このガラス基板の20℃における熱膨張係数は0.02×10-7/℃、ヤング率は67GPa、ポアソン比は0.17、比剛性は3.07×107m2/s2である。このガラス基板を研磨により、表面粗さ(rms)が0.15nm以下の平滑な表面と100nm以下の平坦度に形成する。
平板形状をした通常の静電チャックに、形成したCr膜を介して基板11(外形6インチ(152mm)角、厚さ6.3mm)を固定して、該基板11の表面上にイオンビームスパッタリング法を用いてSi膜およびMo膜を交互に成膜することを40周期繰り返すことにより、合計膜厚272nm((4.5nm+2.3nm)×40)のSi/Mo多層反射膜(反射層12)を形成する。
さらに、Si/Mo多層反射膜(反射層12)上に、イオンビームスパッタリング法を用いてRu膜(膜厚2.5nm)と成膜することにより、保護層13を形成する。
Si膜の成膜条件
ターゲット:Siターゲット(ホウ素ドープ)
スパッタガス:Arガス(ガス圧2.0×10-2Pa)
電圧:700V
成膜速度:0.077nm/sec
膜厚:4.5nm
Mo膜の成膜条件
ターゲット:Moターゲット
スパッタガス:Arガス(ガス圧2.0×10-2Pa)
電圧:700V
成膜速度:0.064nm/sec
膜厚:2.3nm
Ru膜の成膜条件
ターゲット:Ruターゲット
スパッタガス:Arガス(ガス圧2.0×10-2Pa)
電圧:500V
成膜速度:0.023nm/sec
膜厚:2.5nm
吸収層14(TaNb膜)の成膜条件
ターゲット:Taターゲット、Nbターゲット
スパッタガス:Arガス(ガス圧:4.0×10-1Pa)
Taターゲット面積当たりの投入電力密度:8.0W/cm2
Taターゲットと基板間距離:300mm
Nbターゲット面積当たりの投入電力密度:5.8W/cm2
Nbターゲットと基板間距離:300mm
成膜速度:5.0nm/min
膜厚:59nm
吸収層(TaNb膜)の組成を、ラザフォード後方散乱分光装置(Rutherford Back Scattering Spectroscopy)(神戸製鋼社製)を用いて測定する。吸収層(TaNb膜)の組成比(at%)は、Ta:Nb=65.0:35.0である。
本実施例では、ラザフォード後方散乱分光装置を用いて吸収層の組成比を測定しているが、X線光電分光法(XPS)やエネルギー分散型X線分析(EDX)等の他の測定法でも吸収層の組成比を測定可能である。
吸収層(TaNb膜)の膜厚および膜密度をX線反射率法(XRR(X-ray Reflectometry))を用いて測定する。
反射層12からのEUV光の反射光と、吸収層14からのEUV光の反射光との位相差、および、吸収層14表面のEUV光線反射率と、反射層12表面のEUV光線反射率との相対反射率を光学シミュレーションにより求める。シミュレーションに必要な反射層の光学定数はCenter for X-Ray Optics,Lawrence Berkeley National Laboratoryのデータベースの値を用いる。また吸収層の光学定数は、13.5nm領域の反射率の「角度依存性」を測定することにより評価したものを使用する。
具体的には、EUV反射率とEUV光の入射角度、および光学定数は、以下の式で表される。
R=|(sinθ-((n+ik)2-cos2θ)1/2)/(sinθ+((n+ik)2-cos2θ)1/2)|
ここで、θはEUV光の入射角度、Rは入射角度θにおけるEUV反射率、nは吸収層の屈折率、kは吸収層の消衰係数である。各EUV入射角度における反射率測定値を、前式を用いてフィッティングすることにより、EUV光学定数((屈折率(n)、消衰係数(k)))を見積もることができる。
吸収層(TaNb膜)に対し、out of plane XRD法による測定を実施する。2θ:20°~50°に観測される吸収層由来の回折ピーク中、最も強度の高いピークについて、半値幅FWHMを求める。
吸収層(TaNb膜)を、100℃のSPM(硫酸過水、硫酸:過酸化水素水=3:1の混合液)に20分間浸漬後、純水リンスを行った。SPMへの浸漬の前後に膜厚を測定し、浸漬前後の膜厚の変化を求める。下記表中、正の数値は膜厚の減少、負の数値は膜厚の増加を示している。
SPM耐性試験は2回実施する。
吸収層(TaNb膜)表面の表面粗さ(rms)を原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope)を用いて測定する。
ICP(誘導結合方式)プラズマエッチング装置の試料台上に、吸収層(TaNb膜)が形成された試料を設置し、以下に示す条件でICPプラズマエッチングして、エッチングレートを求める。
ICPアンテナバイアス:200W
基板バイアス:40W
エッチング時間:30sec
トリガー圧力:5.0×100Pa
エッチング圧力:3.0×10-1Pa
エッチングガス:Cl2/He
ガス流量(Cl2/He):4/16sccm
例2は、吸収層14として、下記条件でTa、NbおよびBを含有する吸収層(TaNbB膜)を成膜した以外は、例1と同様の手順で実施する。
吸収層(TaNbB膜)の成膜条件
ターゲット:TaB(Ta:B=60:40)ターゲット、Nbターゲット
スパッタガス:Arガス(ガス圧:2.2×10-1Pa)
TaBターゲット面積当たりの投入電力密度:6.4W/cm2
TaBターゲットと基板間距離:150mm
Nbターゲット面積当たりの投入電力密度:4.7W/cm2
Nbターゲットと基板間距離:150mm
成膜速度:14.0nm/min
膜厚:59nm
例3は、吸収層14として、下記条件でTa、NbおよびBを含有する吸収層(TaNbB膜)を成膜した以外は、例1と同様の手順で実施する。
吸収層(TaNbB膜)の成膜条件
ターゲット:TaB(Ta:B=60:40)ターゲット、Nbターゲット
スパッタガス:Arガス(ガス圧:2.2×10-1Pa)
TaBターゲット面積当たりの投入電力密度:9.9W/cm2
TaBターゲットと基板間距離:150mm
Nbターゲット面積当たりの投入電力密度:2.5W/cm2
Nbターゲットと基板間距離:150mm
成膜速度:7.6nm/min
膜厚:59nm
例4は、吸収層14として、下記条件でTa、NbおよびNを含有する吸収層(TaNbN膜)を成膜した以外は、例1と同様の手順で実施する。
吸収層(TaNbN膜)の成膜条件
ターゲット:Taターゲット、Nbターゲット
スパッタガス:ArとN2の混合ガス(Ar:96.2vol%、N2:3.8vol%、ガス圧:2.2×10-1Pa)
Taターゲット面積当たりの投入電力密度:9.9W/cm2
Taターゲットと基板間距離:150mm
Nbターゲット面積当たりの投入電力密度:7.4W/cm2
Nbターゲットと基板間距離:150mm
成膜速度:24.8nm/min
膜厚:59nm
例5は、吸収層14として、下記条件でTa、NbおよびNを含有する吸収層(TaNbN膜)を成膜した以外は、例1と同様の手順で実施する。
吸収層(TaNbN膜)の成膜条件
ターゲット:Taターゲット、Nbターゲット
スパッタガス:ArとN2の混合ガス(Ar:90.0vol%、N2:10.0vol%、ガス圧:2.2×10-1Pa)
Taターゲット面積当たりの投入電力密度:9.9W/cm2
Taターゲットと基板間距離:150mm
Nbターゲット面積当たりの投入電力密度:7.4W/cm2
Nbターゲットと基板間距離:150mm
成膜速度:26.9nm/min
膜厚:59nm
例6は、吸収層14として、下記条件でTaおよびNを含有する吸収層(TaN膜)を成膜した以外は、例1と同様の手順で実施する。
吸収層(TaN膜)の成膜条件
ターゲット:Taターゲット
スパッタガス:ArとKrとN2の混合ガス(Ar:43.0vol%、Kr:43.0vol%、N2:14.0vol%、ガス圧:2.6×10-1Pa)
ターゲット面積当たりの投入電力密度:9.9W/cm2
ターゲットと基板間距離:150mm
成膜速度:14.2nm/min
膜厚:60nm
例7は、吸収層14として、Ta、BおよびNを含有する吸収層(TaBN膜)を成膜した以外は、例1と同様の手順で実施する。
吸収層(TaBN膜)の成膜条件
ターゲット:TaB(Ta:B=60:40)ターゲット
スパッタガス:ArとN2の混合ガス(Ar:80.0vol%、N2:20.0vol%、ガス圧:2.2×10-1Pa)
ターゲット面積当たりの投入電力密度:9.9W/cm2
ターゲットと基板間距離:150mm
成膜速度:14.4nm/min
膜厚:60nm
例8は、吸収層14として、Ta、NbおよびOを含有する吸収層(TaNbO膜)を成膜した以外は、例1と同様の手順で実施する。
吸収層(TaNbO膜)の成膜条件
ターゲット:Taターゲット、Nbターゲット
スパッタガス:ArとO2の混合ガス(Ar:97.9vol%、O2:2.1vol%、ガス圧:2.2×10-1Pa)
Taターゲット面積当たりの投入電力密度:9.9W/cm2
Taターゲットと基板間距離:150mm
Nbターゲット面積当たりの投入電力密度:8.9W/cm2
Nbターゲットと基板間距離:150mm
成膜速度:18.8nm/min
膜厚:59nm
吸収層14が、Bを5.0~20.0at%含有する例2、Nを10.0~35.0at%含有する例4、およびOを1.0~20.0at%含有する例8は、SPM耐性に優れている。また、TaBN膜の例7は、SPM耐性が劣っている。
TaN膜の例6、TaBN膜の例7は、吸収層14表面のEUV光線反射率と、反射層12表面のEUV光線反射率との相対反射率が2.5%未満と低すぎるため、ハーフトーン型EUVマスクの吸収層には不適である。
11:基板
12:反射層(多層反射膜)
13:保護層
14:吸収層
15:低反射層
16:ハードマスク層
Claims (15)
- 基板上に、EUV光を反射する反射層と、保護層と、EUV光を吸収する吸収層とがこの順に形成されたEUVリソグラフィ用反射型マスクブランクであって、
前記保護層は、ルテニウム(Ru)を含有し、
前記吸収層が、タンタル(Ta)と、ニオブ(Nb)と、ボロン(B)とを含有し、前記吸収層におけるTa(at%)とNb(at%)との組成比(Ta:Nb)が4:1~1:4の範囲であり、
out of plane XRD法で、2θ:20°~50°に観測される吸収層由来の回折ピーク中、最も強度の高いピークの半値幅FWHMが1.0°以上であることを特徴とするEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。 - 前記吸収層が、Bを5.0~20.0at%含有する、請求項1に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記吸収層が、Bを7.0~15.0at%含有する、請求項1または2に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記吸収層が、さらに、窒素(N)を含有し、前記吸収層が、Nを10.0~35.0at%含有する、請求項1~3のいずれか1項に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記吸収層のEUV光学定数の屈折率が0.935~0.963、消衰係数が0.008~0.030である、請求項1~4のいずれか1項に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記反射層からのEUV光の反射光と、前記吸収層からのEUV光の反射光との位相差が150度~220度であり、前記吸収層表面のEUV光線反射率と、前記反射層表面のEUV光線反射率との相対反射率((吸収層表面のEUV光線反射率/反射層表面のEUV光線反射率)×100)が2.5%~15.0%である、請求項1~5のいずれか1項に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記吸収層表面の表面粗さ(rms)が、0.50nm以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記吸収層の上に、ハードマスク層を有しており、前記ハードマスク層が、クロム(Cr)と、窒素(N)および酸素(O)からなる群から選択される少なくとも1つとを含有する、請求項1~7のいずれか1項に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記吸収層の上に、マスクパターンの検査光(波長190~260nm)に対する低反射層を有しており、前記低反射層が、タンタル(Ta)と、酸素(O)とを含有する、請求項1~5のいずれか1項に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記吸収層と前記低反射層との合計膜厚が50~75nmである、請求項9に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記吸収層の密度が10~15g/cm3であり、前記低反射層の密度が5~8.2g/cm3である、請求項9または10に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記反射層からのEUV光の反射光と、前記低反射層からのEUV光の反射光との位相差が150度~220度であり、前記低反射層表面のEUV光線反射率と、前記反射層表面のEUV光線反射率との相対反射率((低反射層表面のEUV光線反射率/反射層表面のEUV光線反射率)×100)が2.5%~15.0%である、請求項9~11のいずれか1項に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記低反射層表面の表面粗さ(rms)が、0.50nm以下である、請求項9~12のいずれか1項に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記低反射層の上に、ハードマスク層を有しており、前記ハードマスク層が、前記ハードマスク層が、クロム(Cr)と、窒素(N)および酸素(O)からなる群から選択される少なくとも1つとを含有する、請求項9~13のいずれか1項に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
- 前記吸収層が形成された面の平坦度が300nm以下である、請求項1~14のいずれか1項に記載のEUVリソグラフィ用反射型マスクブランク。
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