JP6636581B2 - 反射型マスクブランク、反射型マスクの製造方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
基板上に多層反射膜と、保護膜と、EUV光の位相をシフトさせる位相シフト膜と、エッチングマスク膜とがこの順に形成された反射型マスクブランクであって、前記保護膜は、ルテニウムを主成分として含む材料からなり、前記位相シフト膜は、タンタルを含むタンタル系材料層と、ルテニウムを含むルテニウム系材料層とを有する積層構造であって、タンタル系材料層、ルテニウム系材料層の順に積層され、前記エッチングマスク膜は、タンタルを含むタンタル系材料からなることを特徴とする反射型マスクブランク。
前記エッチングマスク膜は、タンタルと窒素を含む材料からなることを特徴とする構成1記載の反射型マスクブランク。
前記エッチングマスク膜に含まれる窒素の含有量は、10原子%以上であることを特徴とする構成2記載の反射型マスクブランク。
前記エッチングマスク膜は、非晶質構造であることを特徴とする構成1乃至構成3の何れか1つに記載の反射型マスクブランク。
前記保護膜表面上または前記保護膜の一部として前記位相シフト膜と接する側に、前記位相シフト膜との相互拡散を抑止するルテニウムと酸素とを含む拡散防止層を有することを特徴とする構成1乃至構成4の何れか1つに記載の反射型マスクブランク。
前記拡散防止層の膜厚は0.2nm以上1.5nm以下であることを特徴とする構成5に記載の反射型マスクブランク。
前記多層反射膜の最上層は、ケイ素(Si)であって、前記最上層と前記保護膜との間に、ケイ素と酸素とを含むケイ素酸化物層を有することを特徴とする構成1乃至構成6の何れか1つに記載の反射型マスクブランク。
前記位相シフト膜はスパッタリング法にて成膜され、成膜開始から成膜終了まで大気に曝されず連続して成膜された積層構造を有することを特徴とする構成1乃至構成7に記載の反射型マスクブランク。
構成1乃至8の何れか1つに記載の反射型マスクブランクによって作製される反射型マスクの製造方法であって、前記エッチングマスク膜上にレジスト膜パターンを形成し、前記レジスト膜パターンをマスクにして、タンタル系材料を除去するエッチングガスにてエッチング処理してエッチングマスク膜パターンを形成する工程と、前記エッチングマスク膜パターンをマスクにして、ルテニウム系材料を除去するエッチングガスにてエッチング処理してルテニウム系材料層パターンを形成し、その後、前記ルテニウム系材料層パターンをマスクにして、タンタル系材料を除去するエッチングガスにてエッチング処理して、タンタル系材料層パターンを形成する位相シフト膜パターン形成工程と、を有することを特徴とする反射型マスクの製造方法。
前記位相シフト膜パターン形成工程は、酸素ガスを含むエッチングガスにてエッチング処理してルテニウム系材料層パターンを形成すると同時に、前記レジスト膜パターンも除去する工程を有することを特徴とする構成9記載の反射型マスクの製造方法。
前記位相シフト膜パターン形成工程は、前記ルテニウム系材料パターンをマスクにしてタンタル系材料層パターンを形成すると同時に、前記エッチングマスク膜パターンも除去する工程を有することを特徴とする構成10記載の反射型マスクの製造方法。
構成9乃至11の何れか1つに記載の反射型マスクの製造方法によって作製されることを特徴とする反射型マスク。
EUV光を発する露光光源を有する露光装置に、構成12に記載の反射型マスクをセットし、被転写基板上に形成されているレジスト膜に転写パターンを転写する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
図1は、本発明に係るEUVリソグラフィ用反射型マスクブランクの構成を説明するための概略図である。同図に示されるように、反射型マスクブランク10は、基板12と、露光光であるEUV光を反射する多層反射膜13と、当該多層反射膜13を保護するためのルテニウムを主成分とした材料で形成されるRu系保護膜14と、EUV光を吸収するとともに一部のEUV光を反射し、その位相をシフトさせるための位相シフト膜16と、当該位相シフト膜16の最表面層の材料に対してエッチング選択性を有するエッチングマスク膜17と、を有し、これらがこの順で積層されるものである。位相シフト膜16は、タンタル系材料層161とルテニウム系材料層162がこの順で積層されて形成される。また、基板12の裏面側には、静電チャック用の裏面導電膜11が形成される。
基板12は、EUV光による露光時の熱による吸収体膜パターンの歪みを防止するため、0±5ppb/℃の範囲内の低熱膨張係数を有するものが好ましく用いられる。この範囲の低熱膨張係数を有する素材としては、例えば、SiO2−TiO2系ガラス、多成分系ガラスセラミックス等を用いることができる。
多層反射膜13は、EUVリソグラフィ用反射型マスクにおいて、EUV光を反射する機能を付与するものであり、屈折率の異なる元素が周期的に積層された多層膜の構成となっている。
Ru系保護膜14は、後述するEUVリソグラフィ用反射型マスクの製造工程におけるドライエッチングや洗浄から多層反射膜13を保護するために、多層反射膜13の上に形成される。Ru系保護膜14は、ルテニウムを主成分として含む材料(主成分:50at%以上)により構成され、Ru金属単体でもよいし、RuにNb、Zr、Y、B、Ti、La、Mo、Co、Reなどの金属を含有したRu合金であってよく、窒素を含んでいても構わない。また、Ru系保護膜14を3層以上の積層構造とし、最下層と最上層を、上記Ruを含有する物質からなる層とし、最下層と最上層との間に、Ru以外の金属、若しくは合金を介在させたものとしても構わない。
位相シフト膜16上に、さらにエッチングマスク膜17が形成される。エッチングマスク膜17は、位相シフト膜16の最表面層であるルテニウム系材料層162に対してエッチング選択性を有し、且つ、位相シフト膜16の下層であるタンタル系材料層161に対するエッチングガスにてエッチング可能な(エッチング選択性がない)材料で形成される。具体的には、タンタルを含むタンタル系材料によって形成され、Ta単体や、TaとBを含有するTaB合金、Taとその他遷移金属(例えば、Hf、Zr、Pt、W)を含有するTa合金や、Ta金属やそれらの合金にN、O、H、Cなどを添加したタンタル系化合物であってもよい。特に、エッチングマスク膜として使用されるタンタル系材料は、反射型マスクブランクスの最表面に存在するため、自然酸化や洗浄により表面酸化されやすい。タンタル系材料が酸化されると、位相シフト膜を構成するタンタル系材料を塩素系ガスにてエッチングする際に、エッチングマスク膜が同時に除去されなくなるため、反射型マスクの工程簡略化に影響を及ぼす。したがって、エッチングマスク膜として使用されるタンタル系材料は、表面酸化がされ難い酸化耐性が高い材料、組成とすることが好ましい。さらに、反射型マスクの工程簡略化を考慮すると、塩素系ガスにおける位相シフト膜を構成するタンタル系材料層と比べてエッチング速度が速い材料、組成とすることが好ましい。好ましい材料としては、タンタルと窒素を含む材料とすることが好ましく、窒素の含有量は10原子%以上が望ましい。反射型マスクブランクの欠陥検査における疑似欠陥抑制の観点からは、エッチングマスク膜の膜表面は平滑であることが好ましく、この場合、窒素の含有量は75原子%以下が望ましい。エッチングマスク膜における好ましい窒素の含有量は、10原子%以上75原子%以下、さらに好ましくは、10原子%以上60原子%以下、15原子%以上50原子%以下とすることが望ましい。
また、エッチングマスク膜のエッチング速度を考慮すると、非晶質(アモルファス)であることが好ましい。
基板12の裏面側(多層反射膜13の形成面の反対側)には、静電チャック用の裏面導電膜11が形成される。静電チャック用の裏面導電膜11に求められる電気的特性は通常100Ω/sq以下である。裏面導電膜11の形成方法は、例えばマグネトロンスパッタリング法やイオンビームスパッタ法により、クロム、タンタル等の金属や合金のターゲットを使用して形成することができる。裏面導電膜11の厚さは、静電チャック用としての機能を満足する限り特に限定されないが、通常10〜200nmである。
上記説明した本実施形態の反射型マスクブランク10を使用して、反射型マスクを作製することができる。EUVリソグラフィ用反射型マスクの製造には、高精細のパターニングを行うことができるフォトリソグラフィー法が最も好適である。
工程2.このレジスト膜パターンをマスクとして使用して、塩素系エッチングガス(タンタル系材料を除去するエッチングガス)によるドライエッチングを実施することにより、エッチングマスク膜パターンを形成する。
工程3.次にエッチングマスク膜パターンをマスクとして、酸素ガスを含むエッチングガス(ルテニウム系材料を除去するエッチングガス)によるドライエッチングを実施することにより、ルテニウム系材料層パターンを形成する(A.当該工程においてレジスト膜パターンが同時除去される)。
工程4.このルテニウム系材料層パターンをマスクとして、塩素系エッチングガスによるドライエッチングを実施することにより、タンタル系材料層パターンを形成する(B.当該工程においてエッチングマスク膜パターンが同時除去される)。
また、ルテニウム系材料を除去する酸素ガスを含むエッチングガスとしては、酸素ガスの他に、フッ素ガス、塩素ガス、臭素ガス、沃素ガス、そしてこれらのうち少なくとも一つを含むハロゲンガス、並びにハロゲン化水素ガスからなる群から選択される少なくとも一種類またはそれ以上と、酸素ガスとを含む混合ガス等が挙げられる。
上記本実施形態の反射型マスクを使用して、リソグラフィ技術により半導体基板上に反射型マスクの位相シフト膜パターンに基づく転写パターンを形成し、その他種々の工程を経ることで、半導体基板上に種々のパターン等が形成された半導体装置を製造することができる。
先ず、実施例1のマスクブランク10について説明する。
(((裏面導電膜)))
SiO2−TiO2系ガラス基板12の裏面にCrNからなる裏面導電膜11をマグネトロンスパッタリング法により下記の条件にて形成した。
裏面導電膜形成条件:Crターゲット、Ar+N2ガス雰囲気(Ar:N2:90%:N:10%)、膜厚20nm。
次に、裏面導電膜11が形成された側と反対側の基板12の主表面上に、多層反射膜13を形成した。基板12上に形成される多層反射膜13は、13.5nmのEUV光に適した多層反射膜とするために、Mo/Si周期多層反射膜を採用した。多層反射膜13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(Arガス雰囲気)により基板12上にMo層およびSi層を交互に積層して形成した。まず、Si膜を4.2nmの厚みで成膜し、続いて、Mo膜を2.8nmの厚みで成膜した。これを一周期とし、同様にして40周期積層し、最後にSi膜を4.0nmの厚みで成膜し、多層反射膜13を形成した。
引き続き、Ruターゲットを使用したイオンビームスパッタリング(Arガス雰囲気)によりRu保護膜14を2.5nmの厚みで成膜した。
次に、Ru系保護膜14の表面に高濃度オゾンガス処理を行った。この場合のオゾンガスの濃度は100体積%とし、処理時間は10分、多層反射膜付き基板を60度に加熱した。これにより、Ru系保護膜14の位相シフト膜16と接する側に、Ru酸化膜(膜厚1.0nm)の拡散防止層15を形成した。即ち、Ru系保護膜14の一部が拡散防止層15の機能を有することになる(2.5nmのRu系保護膜14の内の表層側1.0nmが拡散防止層15として機能する)。
次に、DCスパッタリングによりTaN膜(タンタル系材料層161)とRu膜(ルテニウム系材料層162)を積層して、位相シフト膜16を形成した。TaN膜は、タンタルターゲットとし、ArガスとN2ガスの混合ガス雰囲気にて反応性スパッタリング法で膜厚5nmのTaN膜(Ta:92.5at%、N:7.5at%)を形成した。Ru膜は、ルテニウムターゲットとし、Arガス雰囲気にてスパッタリングで膜厚27nmのRu膜を形成した(TaN膜からRu膜の形成まで大気に触れさせず連続成膜)。
上記形成したTaN膜とRu膜の波長13.5nmにおける屈折率、n、消衰係数kは、それぞれ以下であった。
TaN:n→0.94、k→0.034
Ru:n→0.89、k→0.017
なお、上記、TaN膜と(タンタル系材料層161)Ru膜(ルテニウム系材料層162)の膜厚は、波長13.5nmにおいて反射率が26%、位相差が180度となるように設定してある。
次に、位相シフト膜16上にエッチングマスク膜17であるTaN膜をDCスパッタリングにより膜厚5nmで形成した。尚、エッチングマスク膜17の組成比は、酸化耐性を向上させるためにTa:87.5at%、N:12.5at%とした。また、エッチングマスク膜17の非晶質(アモルファス)とした。
次に、上記反射型マスクブランク10を用いて、反射型マスク20を作製した。
工程2.このレジスト膜パターン18aをマスクとして使用して、Cl2ガスによりエッチングマスク膜17をドライエッチングしてエッチングマスク膜パターン17aを形成する(図2(c))。
工程3.エッチングマスク膜パターン17aをマスクにしてO2ガスによりRu膜(ルテニウム系材料層162)のドライエッチングを行い、ルテニウム系材料層パターン162aを形成する(図2(d))。この際に、レジスト膜パターン18aも同時に除去される(工程削除A)。
工程4.ルテニウム系材料層パターン162aをマスクとして、Cl2ガスによりTaN膜(タンタル系材料層161)のドライエッチングを行うことで、タンタル系材料層パターン161aを形成する(図2(e))。この際に、エッチングマスク膜パターン17aが同時除去される(工程削除B)。
ルテニウム系材料層パターン162aとタンタル系材料層パターン161aの形成により、位相シフト膜パターン16aが形成され、これにより、反射型マスク20が作製される。
図5は、比較例であるEUVリソグラフィ用反射型マスクブランクからEUVリソグラフィ用反射型マスクを作製する工程を示す模式図である。なお、当該比較例は、実施例1との対比のために作製したものであり、この比較例が従来例(公知)であることを示しているものではない。
次に、上記反射型マスクブランク100を用いた場合の、反射型マスク20の作製工程について説明する。
工程2.このレジスト膜パターン18aをマスクとして使用して、フッ素系ガス(CF4ガス)によりSiO2膜(エッチングマスク膜170)をドライエッチングしてエッチングマスク膜パターン170aを形成する(図5(c))。
工程3.エッチングマスク膜パターン170aをマスクにしてO2ガスによりRu膜(ルテニウム系材料層162)のドライエッチングを行い、ルテニウム系材料層パターン162aを形成する(図5(d))。この際に、レジスト膜パターン18aも同時に除去される(工程削除A)。
工程4.エッチングマスク膜パターン170aとルテニウム系材料層パターン162aをマスクとして、Cl2ガスによりTaN膜(タンタル系材料層161)のドライエッチングを行うことで、タンタル系材料層パターン161aを形成する(図5(e))。
工程5.エッチングマスク膜パターン170aをフッ素系ガス(CF4ガス)により除去する。
ルテニウム系材料層パターン162aとタンタル系材料層パターン161aの形成により、位相シフト膜パターン16aが形成され、これにより、反射型マスク20が作製される。(作製される反射型マスク20は実施例1の反射型マスク20と同じ構成)
Claims (10)
- 反射型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反射膜と、
前記多層反射膜上に形成され、ルテニウムを主成分として含む材料からなる保護膜と、
前記保護膜上に形成され、タンタルを含むタンタル系材料層と、
前記タンタル系材料層上に形成され、ルテニウムを含むルテニウム系材料層と、
前記ルテニウム系材料層上に形成され、前記タンタル系材料層と比較して塩素系ガスに対するエッチング速度が速く、タンタルを含むタンタル系材料からなるエッチングマスク膜と、を有し、
前記エッチングマスク膜は、タンタルと窒素を含む材料からなり、前記窒素の含有量は、10原子%以上75原子%以下であり、
前記エッチングマスク膜は、非晶質構造であることを特徴とする反射型マスクブランク。 - 前記エッチングマスク膜は、Ta単体、TaとBを含有するTaB合金、TaとHf、Zr、Pt若しくはWとを含有するTa合金、又は前記Ta単体、前記TaB合金若しくは前記Ta合金に、N、H若しくはCを添加したTa系化合物からな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。
- 前記保護膜表面上または前記保護膜の一部として前記タンタル系材料層と接する側に、前記タンタル系材料層との相互拡散を抑止するルテニウムと酸素とを含む拡散防止層を有す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。
- 前記拡散防止層の膜厚は0.2nm以上1.5nm以下であることを特徴とする請求項3に記載の反射型マスクブランク。
- 前記多層反射膜の最上層は、ケイ素(Si)であって、前記最上層と前記保護膜との間に、ケイ素と酸素とを含むケイ素酸化物層を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の反射型マスクブランク。
- 請求項1乃至5の何れか一項に記載の反射型マスクブランクを製造する反射型マスクブランクの製造方法であって、
前記タンタル系材料層及びルテニウム系材料層を、スパッタリング法にて成膜し、成膜開始から成膜終了まで大気に曝さず連続して成膜した積層構造とすることを特徴とする反射型マスクブランクの製造方法。 - 請求項1乃至5の何れか一項に記載の反射型マスクブランクによって作製される反射型マスクの製造方法であって、
前記エッチングマスク膜上にレジスト膜パターンを形成し、前記レジスト膜パターンをマスクにして、塩素系エッチングガスにてエッチング処理してエッチングマスク膜パターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜パターンをマスクにして、酸素ガスを含むエッチングガスにてエッチング処理してルテニウム系材料層パターンを形成する工程と、
前記ルテニウム系材料層パターンをマスクにして、塩素系エッチングガスにてエッチング処理して、タンタル系材料層パターンを形成する工程と、
を有することを特徴とする反射型マスクの製造方法。 - 前記酸素ガスを含むエッチングガスにてエッチング処理してルテニウム系材料層パターンを形成する工程と同時に、前記レジスト膜パターンも除去する工程を有することを特徴とする請求項7記載の反射型マスクの製造方法。
- 前記ルテニウム系材料層パターンをマスクにしてタンタル系材料層パターンを形成する工程と同時に、前記エッチングマスク膜パターンも除去する工程を有することを特徴とする請求項8記載の反射型マスクの製造方法。
- EUV光を発する露光光源を有する露光装置に、請求項7乃至9の何れか一項に記載の反射型マスクの製造方法によって作製される反射型マスクをセットし、被転写基板上に形成されているレジスト膜に転写パターンを転写する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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