JP4693395B2 - 反射型マスクブランクス及び反射型マスク並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
このような反射型マスクは、基板上に露光光を反射する多層反射膜が形成され、該多層反射膜上に露光光を吸収する吸収体膜がパターン状に形成されたものである。露光機(パターン転写装置)に搭載された反射型マスクに入射した光は、吸収体膜のある部分では吸収され、吸収体膜のない部分では多層反射膜により反射された光像が反射光学系を通して半導体基板上に転写される。
また、下記特許文献2には、Mo膜とSi膜が交互に積層された多層反射膜と、吸収体パターンとの間に、ルテニウム(Ru)からなるバッファ層が形成された反射型マスクが記載されている。
また、従来の多層反射膜と吸収体パターンとの間に形成されたRu膜は以下の問題点を有していた。
(2)また、反射型マスクにおける多層反射膜の場合、吸収体膜へのパターン形成時の環境、或いは、多層反射膜と吸収体膜との間にバッファー層を設けた場合のバッファー層へのパターン形成時の環境に耐性を有することも必要である。すなわち、多層反射膜の上に設ける保護膜の材料は、吸収体膜或いはバッファー層とのエッチング選択比が大きく取れるという条件も考慮する必要がある。
例えば、Ta系材料を吸収体膜に使用する場合、パターニング形成時の多層反射膜に対するエッチングダメージを防止するために、Cr系材料のバッファー層を設け、さらに吸収体膜のパターニング後、Cr系バッファー層についても吸収体膜パターンに従ってパターニングする場合がある。Cr系バッファー層は通常、酸素添加の塩素系ガスを用いたドライエッチングでパターニングするが、Ru膜は、酸素が70%以上含まれた酸素添加の塩素系ガスに対してエッチング耐性が低いため、多層反射膜にダメージが発生し、反射率低下を招く。
(構成1)基板と、該基板上に形成された露光光を反射する多層反射膜と、該多層反射膜上に形成された該多層反射膜を保護する保護膜と、該保護膜上に形成された露光光を吸収する吸収体膜とを有する反射型マスクブランクスであって、前記保護膜は、ルテニウム(Ru)と、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、硼素(B)、チタン(Ti)、ランタン(La)から選ばれる少なくとも1種とを含有するルテニウム化合物からなることを特徴とする反射型マスクブランクス。
構成1によれば、保護膜が上記ルテニウム化合物からなるため、以下のA〜Fの少なくとも1つの効果を有する反射型マスクブランクスが実現できる。
B.保護膜成膜時やその後の加熱処理(多層反射膜の応力低減のための加熱処理や、レジスト膜のプリベーク処理、洗浄等)による多層反射膜最上層のSi膜との拡散層が形成されにくい。従って、拡散層による反射率の低下が発生しない。
C.Cr系バッファー層のドライエッチング条件(酸素添加ガス)でのエッチング耐性を有するので、多層反射膜に対するダメージが発生しない。従って、反射率の低下が発生しない。
D.Ta系吸収体膜のドライエッチング条件(酸素未添加ガス)でのエッチング耐性を有するので、多層反射膜に対するダメージが発生しない。従って、反射率の低下が発生しない。
E.Ru膜やSi膜に比べて高反射率となる最適膜厚範囲が広いため、保護膜上に形成する吸収体膜やCr系バッファー層のパターニング形成時のエッチングによる保護膜の膜厚減少のバラツキがあっても、エッチング後の保護膜の膜厚が最適膜厚範囲内に入るように、なお且つ長時間のエッチングに対して十分に耐え得るように保護膜の初期膜厚を厚めに設定することが容易である。従って、保護膜上に形成するCr系バッファー層や吸収体膜の長時間のエッチングに耐えることができ反射率の低下を防止することができる。
F.Ru膜やSi膜よりもドライエッチング時の酸化耐性が高いため、膜表面の酸化層形成による反射率低下が少なく、保護膜上に形成するCr系バッファー層のような酸素添加条件下での長時間のエッチングに耐えることができ反射率の低下を防止することができる。
構成2によれば、Cr系バッファー層のドライエッチング条件(酸素添加ガス)でのエッチング耐性が向上する。また、保護膜に窒素を含有させることにより、膜応力が低減するとともに、多層反射膜や吸収体膜、バッファー層との密着性も良好になる。
(構成3)前記保護膜と前記吸収体膜との間に、該吸収体膜とエッチング特性が異なるクロム(Cr)を含有するクロム系バッファー層が形成されていることを特徴とする構成1又は2記載の反射型マスクブランクス。
構成3によれば、吸収体膜のパターン形成時、及びパターン修正時のエッチングによる多層反射膜のダメージが防止される。また、クロム系バッファー層は、高い平滑性が得られ、その上に形成される吸収体膜表面も高い平滑性が得られるので、パターンぼけを減少できる。
(構成4)前記保護膜と前記吸収体膜との間、又は前記保護膜と前記クロム系バッファー層との間に、実質的にルテニウム(Ru)からなる反射増加膜が形成されていることを特徴とする構成1乃至3の何れかに記載の反射型マスクブランクス。
構成4によれば、上述のA、Bの効果が最大限に発揮され、光学特性(反射率)が更に良好になる。
構成5によれば、多層反射膜に加熱処理を施すことによって、その加熱条件(後述)により、以下の効果が得られる。
(a)多層反射膜の膜応力が低減し、高い平坦度を有する反射型マスクブランクスが得られる。従って、反射型マスクにしたときの多層反射膜表面の反りが低減でき、半導体基板への転写時の転写精度が良好となる。
(b)熱的要因によるピーク波長(反射率が最大となる波長)及び反射率の経時変化が抑制された反射型マスクブランクスが得られる。
(構成6)構成1乃至5の何れかに記載の反射型マスクブランクスの吸収体膜に、被転写体に対する転写パターンとなる吸収体膜パターンが形成されていることを特徴とする反射型マスク。
上記構成1乃至5の反射型マスクブランクスを用いて得られた反射型マスクは、反射型マスク製造工程時における多層反射膜の反射率低下が抑えられた品質安定性の非常に高い、高反射率の反射型マスクが得られる。
(構成7)構成6記載の反射型マスクを使用したリソグラフィ技術により半導体基板上に微細パターンを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
構成6記載の反射型マスクを使用したリソグラフィ技術により、半導体基板上に微細パターンが形成された半導体装置を製造することができる。
本発明の反射型マスクブランクスは、基板と、該基板上に形成された露光光を反射する多層反射膜と、該多層反射膜上に形成された該多層反射膜を保護する保護膜と、該保護膜上に形成された露光光を吸収する吸収体膜とを有し、前記保護膜は、ルテニウム(Ru)と、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、硼素(B)、チタン(Ti)、ランタン(La)から選ばれる少なくとも1種とを含有するルテニウム化合物で形成されている。
本発明の反射型マスクブランクスは、その特徴である保護膜の材料によって、以下の3つの実施の形態に分類することができる。
先ず、実施の形態1は、保護膜の材料が、ルテニウム(Ru)と、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)の何れかから選ばれる元素を含むルテニウム化合物の場合である。
この実施の形態1に含まれる代表的な材料としては、例えば、Mo63Ru37、NbRu等が挙げられる。
実施の形態1の保護膜を備えることにより、以下のA〜Fの6つの効果を有する反射型マスクブランクスが得られる。
B.保護膜成膜時やその後の加熱処理(多層反射膜の応力低減のための加熱処理や、レジスト膜のプリベーク処理、洗浄等)による多層反射膜最上層のSi膜との拡散層が形成されにくい。従って、拡散層による反射率の低下が発生しない。
C.Cr系バッファー層のドライエッチング条件(酸素添加ガス)でのエッチング耐性を有するので、多層反射膜に対するダメージが発生しない。従って、反射率の低下が発生しない。
D.Ta系吸収体膜のドライエッチング条件(酸素未添加ガス)でのエッチング耐性を有するので、多層反射膜に対するダメージが発生しない。従って、反射率の低下が発生しない。
E.Ru膜やSi膜に比べて高反射率となる最適膜厚範囲が広いため、保護膜上に形成する吸収体膜やCr系バッファー層のパターニング形成時のエッチングによる保護膜の膜厚減少のバラツキがあっても、エッチング後の保護膜の膜厚が最適膜厚範囲内に入るように、なお且つ長時間のエッチングに対して十分に耐え得るように保護膜の初期膜厚を厚めに設定することが容易である。従って、保護膜上に形成するCr系バッファー層や吸収体膜の長時間のエッチングに耐えることができ反射率の低下を防止することができる。
F.Ru膜やSi膜よりもドライエッチング時の酸化耐性が高いため、膜表面の酸化層形成による反射率低下が少なく、保護膜上に形成するCr系バッファー層のような酸素添加条件下での長時間のエッチングに耐えることができ反射率の低下を防止することができる。
次に、実施の形態2は、保護膜の材料が、ルテニウム(Ru)と、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)の何れかから選ばれる元素を含むルテニウム化合物の場合である。
この実施の形態2に含まれる代表的な材料としては、例えば、ZrRu、Ru2Y、Ru25Y44等が挙げられる。
実施の形態2の保護膜を備えることにより、以下のB〜Fの5つの効果を有する反射型マスクブランクスが得られる。
C.Cr系バッファー層のドライエッチング条件(酸素添加ガス)でのエッチング耐性を有するので、多層反射膜に対するダメージが発生しない。従って、反射率の低下が発生しない。
D.Ta系吸収体膜のドライエッチング条件(酸素未添加ガス)でのエッチング耐性を有するので、多層反射膜に対するダメージが発生しない。従って、反射率の低下が発生しない。
E.Ru膜やSi膜に比べて高反射率となる最適膜厚範囲が広いため、保護膜上に形成する吸収体膜やCr系バッファー層のパターニング形成時のエッチングによる保護膜の膜厚減少のバラツキがあっても、エッチング後の保護膜の膜厚が最適膜厚範囲内に入るように、なお且つ長時間のエッチングに対して十分に耐え得るように保護膜の初期膜厚を厚めに設定することが容易である。従って、保護膜上に形成するCr系バッファー層や吸収体膜の長時間のエッチングに耐えることができ反射率の低下を防止することができる。
F.Ru膜やSi膜よりもドライエッチング時の酸化耐性が高いため、膜表面の酸化層形成による反射率低下が少なく、保護膜上に形成するCr系バッファー層のような酸素添加条件下での長時間のエッチングに耐えることができ反射率の低下を防止することができる。
また、実施の形態3は、保護膜の材料が、ルテニウム(Ru)と、硼素(B)、チタン(Ti)、ランタン(La)の何れかから選ばれる元素を含むルテニウム化合物の場合である。
この実施の形態3に含まれる代表的な材料としては、例えば、Ru7B3、RuB、Ru2B3、RuB2、TiRu、LaRu2等が挙げられる。
実施の形態3の保護膜を備えることにより、以下のB,C,D,Fの4つの効果を有する反射型マスクブランクスが得られる。
B.保護膜成膜時やその後の加熱処理(多層反射膜の応力低減のための加熱処理や、レジスト膜のプリベーク処理、洗浄等)による多層反射膜最上層のSi膜との拡散層が形成されにくい。従って、拡散層による反射率の低下が発生しない。
C.Cr系バッファー層のドライエッチング条件(酸素添加ガス)でのエッチング耐性を有するので、多層反射膜に対するダメージが発生しない。従って、反射率の低下が発生しない。
D.Ta系吸収体膜のドライエッチング条件(酸素未添加ガス)でのエッチング耐性を有するので、多層反射膜に対するダメージが発生しない。従って、反射率の低下が発生しない。
F.Ru膜やSi膜よりもドライエッチング時の酸化耐性が高いため、膜表面の酸化層形成による反射率低下が少なく、保護膜上に形成するCr系バッファー層のような酸素添加条件下での長時間のエッチングに耐えることができ反射率の低下を防止することができる。
また、上記実施の形態1〜3における保護膜の膜厚は、0.5〜5nmの範囲で選定することが好ましい。さらに好ましくは、多層反射膜上で反射される光の反射率が最大となる膜厚にすることが望ましい。
また、上述の効果C(Cr系バッファー層のドライエッチング条件(酸素添加ガス)でのエッチング耐性が向上)をさらに向上させるためには、保護膜に窒素(N)を含有させることが好ましい。また、保護膜に窒素を含有させることにより、膜応力が低減するとともに、多層反射膜や吸収体膜、バッファー層との密着性も良好になるので望ましい。窒素の含有量は、2〜30at%、さらに好ましくは、5〜15at%が望ましい。
また、本発明の効果を逸脱しない範囲内で、保護膜に炭素(C)や酸素(O)を含有させることもできる。保護膜に炭素を含有させることにより、耐薬品性が向上する。また、保護膜に酸素を含有させることにより、上述の効果F(酸素添加条件下でのエッチング耐性が向上)をさらに向上させることができる。
尚、保護膜は、必ずしも全体が均一な組成でなくてもよく、例えば膜厚方向で組成が異なるように組成傾斜させてもよい。組成傾斜させる場合、含有する元素の組成が連続的に異なるようにしてもよいし、或いは組成が段階的に異なるようにしてもよい。
(a)多層反射膜の膜応力が低減し、高い平坦度を有する反射型マスクブランクスが得られる。従って、反射型マスクにしたときの多層反射膜表面の反りが低減でき、半導体基板への転写時の転写精度が良好となる。
(b)熱的要因によるピーク波長(反射率が最大となる波長)及び反射率の経時変化が抑制された反射型マスクブランクスが得られる。
多層反射膜に加熱処理を施す場合の加熱温度は、50℃以上が好ましい。そして、上記(a)の効果を得るためには、50℃以上150℃以下が望ましい。また、上記(b)の効果を得るためには、50℃以上100℃以下が望ましい。
クロム系バッファー層の材料としては、クロム(Cr)単体や、クロム(Cr)と窒素(N)、酸素(O)、炭素(C)、弗素(F)から選ばれる少なくとも1種以上の元素を含む材料とすることができる。たとえば、窒素を含むことで平滑性に優れ、炭素を含むことで吸収体膜のドライエッチング条件でのエッチング耐性が向上し、酸素を含むことで膜応力低減ができる。具体的には、CrN、CrO、CrC、CrF、CrON、CrCO、CrCON等の材料が挙げられる。
上記反射型マスクブランクスを使用して得られる反射型マスクとしては、以下のような態様が挙げられる。
(1)基板上に形成された多層反射膜上に、保護膜とバッファー層が形成され、バッファー層上に所定の転写パターンを有する吸収体膜パターンが形成された反射型マスク。
(2)基板上に形成された多層反射膜上に保護膜が形成され、保護膜上に所定の転写パターンを有するバッファー層と吸収体膜のパターンが形成された反射型マスク。
(3)基板上に形成された多層反射膜上に、保護膜が形成され、保護膜上に所定の転写パターンを有する吸収体膜パターンが形成された反射型マスク。
反射型マスクブランクスの一実施の形態としては、図1(a)に示すように、基板1上に多層反射膜2が形成され、その上に保護膜を設け、更にその上に、バッファー層3及び吸収体膜4の各層が形成された構造をしている。
また、基板1は、高反射率及び高転写精度を得るために、高い平滑性と平坦度を備えた基板が好ましい。特に、0.2nmRms以下の平滑な表面(10μm角エリアでの平滑性)と、100nm以下の平坦度(142mm角エリアでの平坦度)を有することが好ましい。また、基板1は、その上に形成される膜の膜応力による変形を防止するために、高い剛性を有しているものが好ましい。特に、65GPa以上の高いヤング率を有しているものが好ましい。
なお、平滑性を示す単位Rmsは、二乗平均平方根粗さであり、原子間力顕微鏡で測定することができる。また平坦度は、TIR(Total Indicated Reading)で示される表面の反り(変形量)を表す値で、基板表面を基準として最小自乗法で定められる平面を焦平面とし、この焦平面より上にある基板表面の最も高い位置と、焦平面より下にある基板表面の最も低い位置との高低差の絶対値である。
例えば、波長13〜14nmのEUV光に対する多層反射膜としては、前述のMo膜とSi膜を交互に40周期程度積層したMo/Si周期積層膜が好ましく用いられる。その他に、EUV光の領域で使用される多層反射膜として、Ru/Si周期多層膜、Mo/Be周期多層膜、Mo化合物/Si化合物周期多層膜、Si/Nb周期多層膜、Si/Mo/Ru周期多層膜、Si/Mo/Ru/Mo周期多層膜、Si/Ru/Mo/Ru周期多層膜などがある。露光波長により、材質を適宜選択すればよい。
多層反射膜2は、DCマグネトロンスパッタ法や、イオンビームスパッタ法などにより、各層を成膜することにより形成できる。上述したMo/Si周期多層膜の場合、例えばイオンビームスパッタ法により、まずSiターゲットを用いて厚さ数nm程度のSi膜を成膜し、その後Moターゲットを用いて厚さ数nm程度のMo膜を成膜し、これを一周期として、40〜60周期積層した後、最後に、多層反射膜の保護のため、本発明の材料を用いた保護膜を形成する。
このバッファー層3は、DCスパッタ、RFスパッタ法以外に、イオンビームスパッタ等のスパッタ法で上記保護膜上に形成することができる。
尚、バッファー層3の膜厚は、集束イオンビーム(FIB)を用いた吸収体膜パターンの修正を行う場合には、20〜60nm程度とするのが好ましいが、FIBを用いない場合には、5〜15nm程度とすることができる。
Taを主成分とする材料としては、TaとBを含む材料、TaとNを含む材料、TaとBを含み、更にOとNの少なくとも何れかを含む材料、TaとSiを含む材料、TaとSiとNを含む材料、TaとGeを含む材料、TaとGeとNを含む材料、等を用いることが出来る。TaにBやSi、Ge等を加えることにより、アモルファス状の材料が容易に得られ、平滑性を向上させることができる。また、TaにNやOを加えれば、酸化に対する耐性が向上するため、経時的な安定性を向上させることが出来るという効果が得られる。
このようなTa単体又はTaを主成分とする吸収体膜は、マグネトロンスパッタリングなどのスパッタ法で形成するのが好ましい。例えば、TaBN膜の場合、タンタルとホウ素を含むターゲットを用い、窒素を添加したアルゴンガスを用いたスパッタリング法で成膜することができる。スパッタ法で形成した場合には、スパッタターゲットに投入するパワーや投入ガス圧力を変化させることにより内部応力を制御できる。また、室温程度の低温での形成が可能であるので、多層反射膜等への熱の影響を少なくすることが出来る。
Taを主成分とする材料以外では、例えば、WN、TiN、Ti等の材料が挙げられる。
なお、吸収体膜4は、複数層の積層構造としてもよい。
吸収体膜4の膜厚は、露光光である例えばEUV光が十分に吸収できる厚みであれば良いが、通常30〜100nm程度である。
次に、この反射型マスクブランクス10を用いた反射型マスクの製造工程を説明する。
反射型マスクブランクス10(図1(a)参照)の各層の材料及び形成方法については上述した通りである。
そして、この反射型マスクブランクス10の吸収体膜4に所定の転写パターンを形成する。まず、吸収体膜4上に電子線用レジストを塗布し、ベーキングを行う。次に、電子線描画機を用いて描画し、これを現像して、所定のレジストパターン5aを形成する。
なお、熱濃硫酸を用いて、吸収体膜パターン4a上に残ったレジストパターン5aを除去して、マスク11(同図(c)参照)を作製する。
通常はここで、吸収体膜パターン4aが設計通りに形成されているかどうかの検査を行う。吸収体膜パターン4aの検査には、例えば波長190nm〜260nm程度のDUV光が用いられ、この検査光が吸収体膜パターン4aが形成されたマスク11上に入射される。ここでは、吸収体膜パターン4a上で反射される検査光と、吸収体膜4が除去されて露出したバッファー層3で反射される検査光とを検出し、そのコントラストを観察することによって、検査を行う。
ピンホール欠陥の修正には、例えば、FIBアシストデポジション法により炭素膜等をピンホールに堆積させるなどの方法がある。また、エッチング不足による欠陥の修正には、FIB照射による不要部分の除去を行うなどの方法がある。このとき、バッファー層3は、FIB照射に対して、多層反射膜2を保護する保護膜となる。
こうして、パターン検査及び修正が終えた後、露出したバッファー層3を吸収体膜パターン4aに従って除去し、バッファー層にパターン3aを形成して、反射型マスク20を作製する(同図(d)参照)。ここで、例えばCr系材料からなるバッファー層の場合は、塩素と酸素を含む混合ガスでのドライエッチングを用いることができる。バッファー層を除去した部分では、露光光の反射領域である多層反射膜2が露出する。露出した多層膜上には本発明の保護膜材料によりなる保護膜が形成されている。このとき、保護膜は、バッファー層3のドライエッチングに対して多層反射膜2を保護する。
最後に、仕様通りの寸法精度で吸収体膜パターン4aが形成されているかどうかの最終的な確認の検査を行う。この最終確認検査の場合も、前述のDUV光が用いられる。
また、本発明により製造される反射型マスクは、EUV 光(波長0.2〜100nm程度)を露光光として用いた場合に特に好適であるが、他の波長の光に対しても適宜用いることができる。
以下、実施例により、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。
次に示す実施例1〜4は、前述の実施の形態1に係る実施例である。
使用する基板は、SiO2-TiO2系のガラス基板(6インチ角、厚さが6.3mm)である。この基板の熱膨張係数は0.2×10−7/℃、ヤング率は67GPaである。そして、このガラス基板は機械研磨により、0.2nmRms以下の平滑な表面と、100nm以下の平坦度に形成した。
基板上に形成される多層反射膜は、13〜14nmの露光光波長帯域に適した多層反射膜とするために、Mo膜/Si膜周期多層反射膜を採用した。即ち、多層反射膜は、MoターゲットとSiターゲットを使用し、イオンビームスパッタリングにより基板上に交互に積層して形成した。Si膜を4.2nm、Mo膜を2.8nm、これを一周期として、40周期積層した後、Si膜を4.2nm成膜し、最後に保護膜としてMo63Ru37ターゲットを用いてMo63Ru37膜を2.3nm成膜して多層反射膜付き基板を得た。この多層反射膜に対し、13.5nmのEUV光を入射角6.0度で反射率を測定したところ、反射率は66.1%であった。また、この多層反射膜表面の表面粗さは0.13nmRmsであった。
また、上記多層反射膜付き基板を、多層反射膜の膜応力を低減させる目的で、ホットプレート上に載せ、基板加熱温度を100℃、15分間熱処理を行った。また、透過型電子顕微鏡により、多層反射膜の最上層のSi膜とMo63Ru37膜との界面を観察したところ、SiとMo63Ru37とが混合した拡散層は確認できなかった。また、この多層反射膜付き基板を大気中に100日間放置したところ、反射率の変化は見られなかった。
次に、このバッファー層上に、吸収体膜として、TaとBとNを含む材料を80nmの厚さで形成した。即ち、Ta及びBを含むターゲットを用いて、アルゴン(Ar)に窒素(N2)を10%添加して、DCマグネトロンスパッタリング法によって成膜し、本実施例の反射型マスクブランクスを得た。尚、成膜したTaBN膜の組成比は、Taが0.8at%、Bが0.1at%、Nが0.1at%であった。
次に、この反射型マスクブランクスを用いて、デザインルールが0.07μmの16Gbit-DRAM用のパターンを有するEUV露光用反射型マスクを以下のように作製した。
このレジストパターンをマスクとして、塩素ガスを用いて吸収体膜をドライエッチングし、吸収体膜に転写パターンを形成した。
さらに、塩素と酸素の混合ガスを用いて、反射領域上(吸収体膜のパターンのない部分)に残存しているバッファー層を吸収体膜のパターンに従ってドライエッチングして除去し、多層反射膜を露出させ、反射型マスクを得た。なお、Mo63Ru37保護膜の場合、上記バッファー層とのエッチング選択比は12:1である。
得られた反射型マスクの最終確認検査を行ったところ、デザインルールが0.07μmの16Gbit-DRAM用のパターンを設計通りに形成できていることが確認できた。また、反射領域におけるEUV光の反射率は、多層反射膜付き基板で測定した反射率からほとんど変わらず、66.0%であった。
反射型マスクを搭載したパターン転写装置50は、レーザープラズマX線源31、縮小光学系32等から概略構成される。縮小光学系32は、X線反射ミラーを用いている。縮小光学系32により、反射型マスク20で反射されたパターンは通常1/4程度に縮小される。尚、露光波長として13〜14nmの波長帯を使用するので、光路が真空中になるように予め設定した。
このような状態で、レーザープラズマX線源31から得られたEUV光を反射型マスク20に入射し、ここで反射された光を縮小光学系32を通してシリコンウエハ(レジスト層付き半導体基板)33上に転写した。
反射型マスク20に入射した光は、吸収体パターン4a(図1参照)のある部分では、吸収体膜に吸収されて反射されず、一方、吸収体パターン4aのない部分に入射した光は多層反射膜により反射される。このようにして、反射型マスク20から反射される光により形成される像が縮小光学系32に入射する。縮小光学系32を経由した露光光は、シリコンウエハ33上のレジスト層に転写パターンを露光する。そして、この露光済レジスト層を現像することによってシリコンウエハ33上にレジストパターンを形成した。
以上のようにして半導体基板上へのパターン転写を行ったところ、本実施例の反射型マスクの精度は70nmデザインルールの要求精度である16nm以下であることが確認できた。
実施例1におけるMo63Ru37からなる保護膜の膜厚を0.4nmとし、さらに保護膜表面に、Ruからなる反射増加膜を膜厚3.5nm形成した以外は実施例1と同様にして多層反射膜付き基板を作製した。この多層反射膜に対し、13.5nmのEUV光を入射角6.0度で反射率を測定したところ、反射率は、実施例1に比べて0.5%増加し66.6%と高反射率であった。
また、実施例1と同様に、上記多層反射膜付き基板を、多層反射膜の膜応力を低減させる目的で、基板加熱温度を100℃、15分間熱処理を行ない、透過型電子顕微鏡により、多層反射膜の最上層のSi膜とMo63Ru37膜との界面を観察したところ、SiとMo63Ru37とが混合した拡散層は確認できなかった。また、この多層反射膜付き基板を大気中に100日間放置したところ、反射率の変化は見られなかった。
次に、実施例1と同様に、上記Ruからなる反射増加膜上にバッファー層、吸収体膜を形成し、反射型マスクブランクス、及び反射型マスクを得た。得られた反射型マスクの反射領域におけるEUV光の反射率は、多層反射膜付き基板で測定した反射率からほとんど変わらず、66.5%という高反射率を維持していた。
また、図2の装置を用いて半導体基板上へのパターン転写を行ったところ、本実施例の反射型マスクの精度は70nmデザインルールの要求精度である16nm以下であることが確認できた。
実施例1の保護膜の材料をNbRuとした以外は実施例1と同様にして反射多層膜付き基板を作製した。NbRu保護膜は、NbRuターゲットを用いて、イオンビームスパッタリング法により、2.3nmの厚さに成膜した。この多層反射膜に対し、13.5nmのEUV光を入射角6.0度で反射率を測定したところ、反射率は66.1%であった。
尚、保護膜の材料としてNbRuを使用したときの、反射率の膜厚依存性を図5に示す。比較のため、図5に保護膜の材料としてRuを使用したときの反射率の膜厚依存性もあわせて示す。尚、図5の反射率の膜厚依存性は、光学シミュレーターで計算した値であり、実際にはMo層とSi層の界面に形成される拡散層と、Mo層、Si層の各層に含まれる不純物等により実際の反射率は3〜4%減少することがある。但し、図に示した各材料の反射率の大小に関する相対的な関係は変わらない。尚、上述の拡散層や不純物が極力少なくなる対策を講じることで、図5に示す反射率の値に近づけることができる。図5に示すように膜厚1.7nm以上でRu膜と比べて高い反射率とすることができ、膜厚2.3nmのとき、理論計算値で反射率が最大70.2%とすることができる。また、高い反射率を有する膜厚範囲は、Ru膜と比べて広いので、保護膜上に形成するCr系バッファー層や吸収体膜の長時間のエッチングに耐えうる膜厚を設定することができ、多層反射膜のエッチングダメージを防止することができる。尚、本実施例のNbRu膜の膜厚は、反射率が最大となる膜厚を選定した。
次に、この多層反射膜付き基板を用いて、実施例1と同様に反射型マスクブランクス、及び反射型マスクを製造した。なお、NbRu保護膜の場合、バッファー層とのエッチング選択比は、15:1である。また、反射型マスクの反射領域におけるEUV光の反射率は、66.0%であった。
さらに図2の装置を用いて半導体基板上へのパターン転写を行ったところ、本実施例の反射型マスクの精度は70nmデザインルールの要求精度である16nm以下であることが確認できた。
実施例3におけるNbRuからなる保護膜の膜厚を0.4nmとし、さらに保護膜表面に、Ruからなる反射増加膜を膜厚3.5nm形成した以外は実施例3と同様にして多層反射膜付き基板を作製した。この多層反射膜に対し、13.5nmのEUV光を入射角6.0度で反射率を測定したところ、反射率は、実施例3に比べて0.4%増加し66.5%と高反射率であった。
また、実施例1と同様に、上記多層反射膜付き基板を、多層反射膜の膜応力を低減させる目的で、基板加熱温度を100℃、15分間熱処理を行ない、透過型電子顕微鏡により、多層反射膜の最上層のSi膜とNbRu膜との界面を観察したところ、SiとNbRuとが混合した拡散層は確認できなかった。また、この多層反射膜付き基板を大気中に100日間放置したところ、反射率の変化は見られなかった。
次に、実施例1と同様に、上記Ruからなる反射増加膜上にバッファー層、吸収体膜を形成し、反射型マスクブランクス、及び反射型マスクを得た。得られた反射型マスクの反射領域におけるEUV光の反射率は、多層反射膜付き基板で測定した反射率からほとんど変わらず、66.4%という高反射率を維持していた。
また、図2の装置を用いて半導体基板上へのパターン転写を行ったところ、本実施例の反射型マスクの精度は70nmデザインルールの要求精度である16nm以下であることが確認できた。
次に示す実施例5〜9は、前述の実施の形態2に係る実施例である。
実施例1の保護膜の材料をZrRu(実施例5)、Ru2Y(実施例6)、Ru25Y44(実施例7)とした以外は実施例1と同様にして多層反射膜付き基板を作製した。尚、上述の各種保護膜は、イオンビームスパッタリング法により成膜した。尚、実施例5のZrRu膜の膜厚は2.2nm、実施例6のRu2Y膜の膜厚は2.0nm、実施例7のRu25Y44膜の膜厚は2.2nmを選定して成膜した。この多層反射膜に対し、13.5nmのEUV光を入射角6.0度で反射率を測定したところ、反射率は、それぞれ65.8%(実施例5)、65.6%(実施例6)、65.4%(実施例7)であった。
上記保護膜の材料としたときの反射率の膜厚依存性を図6に示す。尚、図6の反射率の膜厚依存性は、光学シミュレーターで計算した値であり、実際にはMo層とSi層の界面に形成される拡散層と、Mo層、Si層の各層に含まれる不純物等により実際の反射率は3〜4%減少することがある。但し、図に示した各材料の反射率の大小に関する相対的な関係は変わらない。尚、上述の拡散層や不純物が極力少なくなる対策を講じることで、図4に示す反射率の値に近づけることができる。ZrRuは膜厚2.2nm、Ru2Yは膜厚2.0nm、Ru25Y44は膜厚2.2nmのとき、理論計算値で反射率が最大69.8%(実施例5)、69.6%(実施例6)、69.4%(実施例7)とすることができる。また、高い反射率を有する膜厚範囲は、Ru膜と比べて広いので、保護膜上に形成するCr系バッファー層や吸収体膜の長時間のエッチングに耐え得る膜厚を設定することができ、多層反射膜のエッチングダメージを防止することができる。
次に、この多層反射膜付き基板を用いて、実施例1と同様に反射型マスクブランクス、及び反射型マスクを製造した。なお、各ZrRu、Ru2Y、Ru25Y44保護膜の場合、バッファー層とのエッチング選択比は、それぞれ15:1、12:1、13:1である。また、各実施例における反射型マスクの反射領域におけるEUV光の反射率はほとんど変わらず、それぞれ65.7%、65.6%、65.3%であった。
さらに図2の装置を用いて半導体基板上へのパターン転写を行ったところ、各実施例の反射型マスクの精度は70nmデザインルールの要求精度である16nm以下であることが確認できた。
実施例5におけるZrRuからなる保護膜の膜厚を0.4nmとし、さらに保護膜表面に、Ruからなる反射増加膜を膜厚3.3nm形成し、また、実施例6におけるRu2Yからなる保護膜の膜厚を0.4nmとし、さらに保護膜表面に、Ruからなる反射増加膜を膜厚3.4nm形成した以外は実施例5,6とそれぞれ同様にして多層反射膜付き基板を作製した(実施例8,9)。この多層反射膜に対し、13.5nmのEUV光を入射角6.0度で反射率を測定したところ、反射率は、実施例5,6に比べてそれぞれ0.4%、0.5%増加し、66.2%(実施例8)、66.1%(実施例9)と高反射率であった。
また、実施例5,6と同様に、上記多層反射膜付き基板を、多層反射膜の膜応力を低減させる目的で、基板加熱温度を100℃、15分間熱処理を行ない、透過型電子顕微鏡により、多層反射膜の最上層のSi膜とZrRu膜、或いはRu2Y膜との界面を観察したところ、SiとZrRu、或いはSiとRu2Yとが混合した拡散層は確認できなかった。また、この多層反射膜付き基板を大気中に100日間放置したところ、反射率の変化は見られなかった。
次に、実施例1と同様に、上記Ruからなる反射増加膜上にバッファー層、吸収体膜を形成し、反射型マスクブランクス、及び反射型マスクを得た。得られた各反射型マスクの反射領域におけるEUV光の反射率は、多層反射膜付き基板で測定した反射率からほとんど変わらず、66.1%(実施例8)、66.1%(実施例9)という高反射率を維持していた。
また、図2の装置を用いて半導体基板上へのパターン転写を行ったところ、各実施例の反射型マスクの精度は70nmデザインルールの要求精度である16nm以下であることが確認できた。
次に示す実施例10〜18は、前述の実施の形態3に係る実施例である。
実施例1の保護膜の材料をそれぞれ、Ru7B3(実施例10)、RuB(実施例11)、Ru2B3(実施例12)、RuB2(実施例13)、TiRu(実施例14)、LaRu2(実施例15)とした以外は実施例1と同様にして多層反射膜付き基板を作製した。尚、上述の各種保護膜は、イオンビームスパッタリング法により成膜した。上記実施例10のRu7B3膜の膜厚は2.0nm、実施例11のRuB膜の膜厚は2.1nm、実施例12のRu2B3膜の膜厚は2.1nm、実施例13のRuB2膜の膜厚は2.1nm、実施例14のTiRu膜の膜厚は1.5nm、実施例15のLaRu2膜の膜厚は1.5nmとした。
この各多層反射膜に対し、13.5nmのEUV光を入射角6.0度で反射率を測定したところ、反射率は、それぞれ65.9%(実施例10)、65.7%(実施例11)、65.6%(実施例12)、65.6%(実施例13)、65.3%(実施例14)、64.9%(実施例15)であった。
また、透過型電子顕微鏡により、多層反射膜の最上層のSi膜と上記各Ru7B3膜、RuB膜、Ru2B3膜、RuB2膜、TiRu膜、LaRu2膜との界面を観察したところ、拡散層は確認できなかった。また、この各多層反射膜付き基板を大気中に100日間放置したところ、反射率の変化は見られなかった。
次に、この各多層反射膜付き基板を用いて、実施例1と同様に反射型マスクブランクス、及び反射型マスクを製造した。なお、各Ru7B3、RuB、Ru2B3、RuB2、TiRu、LaRu2保護膜の場合、バッファー層とのエッチング選択比は、それぞれ15:1、15:1、15:1、14:1、12:1、18:1である。また、各実施例における反射型マスクの反射領域におけるEUV光の反射率は、それぞれ65.8%(実施例10)、65.7%(実施例11)、65.4%(実施例12)、65.6%(実施例13)、65.2%(実施例14)、64.8%(実施例15)であった。
さらに図2の装置を用いて半導体基板上へのパターン転写を行ったところ、各実施例の反射型マスクの精度は何れも70nmデザインルールの要求精度である16nm以下であることが確認できた。
実施例11におけるRuBからなる保護膜の膜厚を0.4nmとし、さらに保護膜表面にRuからなる反射増加膜を膜厚3.5nm形成し、また、実施例14におけるTiRuからなる保護膜の膜厚を0.4nmとし、さらに保護膜表面にRuからなる反射増加膜を膜厚3.3nm形成し、実施例15におけるLaRu2からなる保護膜の膜厚を0.4nmとし、さらに保護膜表面にRuからなる反射増加膜を膜厚3.3nm形成した以外は、それぞれ実施例11,14,15と同様にして多層反射膜付き基板を作製した(実施例16,17,18)。この各多層反射膜に対し、13.5nmのEUV光を入射角6.0度で反射率を測定したところ、反射率は、実施例11,14,15に比べそれぞれ0.3%、0.5%、0.5%増加し、66.0%(実施例16)、65.8%(実施例17)、65.4%(実施例18)と高反射率であった。
次に、実施例11,14,15と同様に、上記Ruからなる反射増加膜上にバッファー層、吸収体膜を形成し、それぞれ反射型マスクブランクス、及び反射型マスクを得た。得られた各実施例における反射型マスクの反射領域におけるEUV光の反射率は、多層反射膜付き基板で測定した反射率からほとんど変わらず、それぞれ65.9%(実施例16)、65.7%(実施例17)、65.4%(実施例18)と高反射率を維持していた。
さらに図2の装置を用いて半導体基板上へのパターン転写を行ったところ、各実施例の反射型マスクの精度は何れも70nmデザインルールの要求精度である16nm以下であることが確認できた。
実施例1で作製した基板上に形成される多層反射膜は、13〜14nmの露光光波長帯域に適した多層反射膜とするために、Mo膜/Si膜周期多層反射膜を採用した。即ち、多層反射膜は、MoターゲットとSiターゲットを使用し、イオンビームスパッタリングにより基板上に交互に積層して形成した。Si膜を4.2nm、Mo膜を2.8nm、これを一周期として、40周期積層した後、Si膜を4.2nm成膜し、最後に保護膜としてMo63Ru37ターゲットを用い、アシストガンを用いて窒素(N2)ガスをイオン照射することによりMoRuN膜を2.1nm成膜して多層反射膜付き基板を得た。この多層反射膜に対し、13.5nmのEUV光を入射角6.0度で反射率を測定したところ、反射率は65.7%であった。また、この多層反射膜表面の表面粗さは0.13nmRmsであった。
次に、この多層反射膜付き基板を用いて、実施例1と同様に反射型マスクブランクス、及び反射型マスクを製造した。MoRuN保護膜の場合、バッファー層とのエッチング選択比は、15:1である。また、反射型マスクの反射領域におけるEUV光の反射率は、65.6%であった。
さらに図2の装置を用いて半導体基板上へのパターン転写を行ったところ、本実施例の反射型マスクの精度は70nmデザインルールの要求精度である16nm以下であることが確認できた。
次に、以上の実施例に対する比較例を説明する。
基板上に実施例1と同様、イオンビームスパッタリング法により、Si膜を4.2nm、Mo膜を2.8nm、これを一周期として、40周期積層した後、Si膜を4.2nm成膜し、最後に保護膜としてRu膜を2.0nm成膜して多層反射膜付き基板を得た。この多層反射膜に対し、13.5nmのEUV光を入射角6.0度で反射率を測定したところ、反射率は66.1%であった、
また、上記多層反射膜付き基板を、ホットプレート上に載せ、基板加熱温度を100℃、15分間熱処理を行った。また、透過型電子顕微鏡により、多層反射膜の最上層のSi膜とRu膜との界面を観察したところ、SiとRuとが混合した約2.2nmの拡散層が認められた。
次に、この多層反射膜付き基板を用いて、実施例1と同様に反射型マスクブランクス、反射型マスクを製造した。なお、Ru保護膜の場合、バッファー層とのエッチング選択比は、15:1である。また、反射型マスクの反射領域におけるEUV光の反射率は65.5%であり、0.6%低下した。これは、上記加熱処理、及びレジスト膜のプリベーク処理などの熱的要因により拡散層が拡大されたことが原因と考えられる。
尚、上述の実施例では、反射型マスクブランクス、反射型マスクの具体例として保護膜又は反射増加膜と吸収体膜との間にバッファー層を形成したものしか掲げなかったが、これに限らず、バッファー層を形成していない反射型マスクブランクス、反射型マスクであっても構わない。
2 多層反射膜
3 バッファー層
4 吸収体膜
10 反射型マスクブランクス
20 反射型マスク
50 パターン転写装置
Claims (11)
- 基板と、該基板上に形成された露光光を反射する多層反射膜と、該多層反射膜上に形成された該多層反射膜を保護する保護膜と、該保護膜上に形成された露光光を吸収する吸収体膜とを有する反射型マスクブランクスであって、
前記保護膜は、ルテニウム(Ru)と、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、硼素(B)、チタン(Ti)、ランタン(La)から選ばれる少なくとも1種とを含有するルテニウム化合物からなることを特徴とする反射型マスクブランクス。 - 前記ルテニウム化合物は、ルテニウム(Ru)の含有量が10原子%〜95原子%であることを特徴とする請求項1記載の反射型マスクブランクス。
- 前記保護膜は、膜厚が0.5nm〜5nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の反射型マスクブランクス。
- 前記保護膜は、前記多層反射膜の最上層であるSi膜に接して形成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の反射型マスクブランクス。
- 前記多層反射膜は、Mo/Si周期多層膜、Ru/Si周期多層膜、Mo化合物/Si化合物周期多層膜、Si/Nb周期多層膜、Si/Mo/Ru周期多層膜、Si/Mo/Ru/Mo周期多層膜、またはSi/Ru/Mo/Ru周期多層膜のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の反射型マスクブランクス。
- 前記保護膜は、さらに窒素(N)を含有することを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の反射型マスクブランクス。
- 前記保護膜と前記吸収体膜との間に、該吸収体膜とエッチング特性が異なるクロム(Cr)を含有するクロム系バッファー層が形成されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の反射型マスクブランクス。
- 前記保護膜と前記吸収体膜との間、又は前記保護膜と前記クロム系バッファー層との間に、実質的にルテニウム(Ru)からなる反射増加膜が形成されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の反射型マスクブランクス。
- 前記多層反射膜は、加熱処理が施されていることを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の反射型マスクブランクス。
- 請求項1乃至9の何れかに記載の反射型マスクブランクスの吸収体膜に、被転写体に対する転写パターンとなる吸収体膜パターンが形成されていることを特徴とする反射型マスク。
- 請求項10記載の反射型マスクを使用したリソグラフィ技術により半導体基板上に微細パターンを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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