JP6789972B2 - マスクブランク用基板、多層反射膜付き基板、反射型マスクブランク及び反射型マスク、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の構成1は、基板上に下地膜を備えるマスクブランク用基板であって、190nm以上280nm以下の波長範囲において、前記下地膜は、前記基板よりも小さい屈折率を有する材料で形成され、190nm以上280nm以下の波長範囲における前記基板の表面に配置された前記下地膜の反射率が、前記基板の反射率より小さいことを特徴とするマスクブランク用基板である。
本発明の構成2は、前記基板の表面に配置された前記下地膜の反射率が、5%以下である、構成1に記載のマスクブランク用基板である。
本発明の構成3は、前記下地膜の屈折率は、1.6未満である、構成1又は2に記載のマスクブランク用基板である。
本発明の構成4は、前記下地膜は、ケイ素化合物を含む材料からなる、構成1〜3の何れかに記載のマスクブランク用基板である。
本発明の構成5は、前記下地膜の膜厚は、6〜65nmである、構成1〜4の何れかに記載のマスクブランク用基板である。
本発明の構成6は、前記下地膜が設けられた面に対して、反対側の面に形成された裏面導電膜と、前記基板と前記裏面導電膜との間に設けられた中間膜とを有し、前記基板の表面に配置された前記下地膜の、280nm超320nm以下の波長範囲における反射率が10%以下である、構成1〜5の何れかに記載のマスクブランク用基板である。
本発明の構成7は、前記基板の表面に配置された前記下地膜の、280nm超400nm以下の波長範囲における反射率が15%以下である、構成6に記載のマスクブランク用基板である。
本発明の構成8は、前記中間膜が、タンタル、ホウ素及び酸素を含む材料からなる、構成6又は7に記載のマスクブランク用基板である。
本発明の構成9は、前記中間膜の膜厚が、2〜40nmである、構成6〜8の何れかに記載のマスクブランク用基板である。
本発明の構成10は、構成1〜9の何れかに記載のマスクブランク用基板における前記下地膜上に露光光を反射する多層反射膜を有することを特徴とする多層反射膜付き基板である。
本発明の構成11は、前記多層反射膜上に保護膜を有することを特徴とする構成10に記載の多層反射膜付き基板である。
本発明の構成12は、構成10に記載の多層反射膜付き基板の前記多層反射膜上、又は構成11に記載の多層反射膜付き基板の前記保護膜上に、吸収体膜を有することを特徴とする反射型マスクブランクである。
本発明の構成13は、構成12に記載の反射型マスクブランクの前記吸収体膜をパターニングして、前記多層反射膜上に吸収体パターンを有することを特徴とする反射型マスクである。
本発明の構成14は、前記吸収体パターンが形成された転写パターン領域の外側に、前記吸収体膜及び前記多層反射膜が除去された遮光帯を有することを特徴とする構成13に記載の反射型マスクである。
本発明の構成15は、構成13又は14に記載の反射型マスクを用いて、露光装置を使用したリソグラフィープロセスを行い、被転写体上に転写パターンを形成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である。
図1は、本発明の第1のEUVリソグラフィ用の反射型マスクブランク100の一例の、断面模式図である。図1に示す反射型マスクブランク100は、基板1と、基板1の第1主面(表面)側に形成された所定の下地膜3と、露光光であるEUV光を反射する多層反射膜5と、多層反射膜5を保護するための保護膜6と、EUV光を吸収する吸収体膜7と、を有し、これらがこの順で積層される。また、図1に示す反射型マスクブランク100の基板1の第2主面(裏面)側には、静電チャック用の裏面導電膜2が形成される。
本発明のマスクブランク用基板120及び反射型マスクブランク100の基板1は、EUV露光時の熱による吸収体パターン歪みの発生を防止することが必要である。そのため、基板1としては、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、及び多成分系ガラスセラミックス等を用いることができる。
本発明は、基板1上に下地膜3を備えるマスクブランク用基板120である。下地膜3は、基板1と多層反射膜5との間に形成される薄膜である。
多層反射膜5は、反射型マスク200において、EUV光を反射する機能を付与するものである。多層反射膜5は、屈折率の異なる元素を主成分とする各層が周期的に積層された多層膜である。
本発明の多層反射膜付き基板110は、多層反射膜5上に保護膜6を有することが好ましい。多層反射膜5上に保護膜6が形成されていることにより、多層反射膜付き基板110を用いて反射型マスク200を製造する際の多層反射膜5表面へのダメージを抑制することができる。そのため、得られる反射型マスク200のEUV光に対する反射率特性が良好となる。
吸収体膜7は、多層反射膜5の上(保護膜6が形成されている場合には、保護膜6の上)に形成される。吸収体膜7の基本的な機能は、EUV光を吸収することである。吸収体膜7は、EUV光の吸収を目的とした吸収体膜7であっても良いし、EUV光の位相差も考慮した位相シフト機能を有する吸収体膜7であっても良い。位相シフト機能を有する吸収体膜7とは、EUV光を吸収するとともに一部を反射させて位相をシフトさせるものである。すなわち、位相シフト機能を有する吸収体膜7がパターニングされた反射型マスク200において、吸収体膜7が形成されている部分では、EUV光を吸収して減光しつつパターン転写に悪影響がないレベルで一部の光を反射させる。また、吸収体膜7が形成されていない領域(フィールド部)では、EUV光は、保護膜6を介して多層反射膜5から反射する。そのため、位相シフト機能を有する吸収体膜7からの反射光と、フィールド部からの反射光との間に所望の位相差を有することになる。位相シフト機能を有する吸収体膜7は、吸収体膜7からの反射光と、多層反射膜5からの反射光との位相差が170度から190度となるように形成される。180度近傍の反転した位相差の光同士がパターンエッジ部で干渉し合うことにより、投影光学像の像コントラストが向上する。その像コントラストの向上にともなって解像度が上がり、露光量裕度、及び焦点裕度等の露光に関する各種裕度を大きくすることができる。
図3に示すように、本発明のマスクブランク用基板120は、基板1の表面(主面)のうち、下地膜3が設けられた方面とは反対側の表面(裏面)に、基板1と裏面導電膜2との間に形成された所定の中間膜4を有することが好ましい。
基板1の第2主面(裏面)側(多層反射膜5形成面の反対側であり、中間膜4が形成されている場合には中間膜4の上)には、静電チャック用の裏面導電膜2が形成される。静電チャック用として、裏面導電膜2に求められるシート抵抗は、通常100Ω/□以下である。裏面導電膜2の形成方法は、例えば、クロム又はタンタル等の金属、又はそれらの合金のターゲットを使用したマグネトロンスパッタリング法又はイオンビームスパッタリング法である。裏面導電膜2のクロム(Cr)を含む材料は、Crにホウ素、窒素、酸素、及び炭素から選択した少なくとも一つを含有したCr化合物であることが好ましい。Cr化合物としては、例えば、CrN、CrON、CrCN、CrCON、CrBN、CrBON、CrBCN及びCrBOCNなどを挙げることができる。裏面導電膜2のタンタル(Ta)を含む材料としては、Ta(タンタル)、Taを含有する合金、又はこれらのいずれかにホウ素、窒素、酸素、炭素の少なくとも一つを含有したTa化合物を用いることが好ましい。Ta化合物としては、例えば、TaB、TaN、TaO、TaON、TaCON、TaBN、TaBO、TaBON、TaBCON、TaHf、TaHfO、TaHfN、TaHfON、TaHfCON、TaSi、TaSiO、TaSiN、TaSiON、及びTaSiCONなどを挙げることができる。裏面導電膜2の膜厚は、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10nmから200nmである。また、この裏面導電膜2はマスクブランク100の第2主面側の応力調整も兼ね備えている。すなわち、裏面導電膜2は、第1主面側に形成された各種膜からの応力とバランスをとって、平坦な反射型マスクブランク100が得られるように調整される。
本発明の反射型マスクブランク100は、吸収体膜7上にエッチング用ハードマスク膜(「エッチングマスク膜」ともいう。)及び/又はレジスト膜を備えることができる。エッチング用ハードマスク膜の代表的な材料としては、ケイ素(Si)、並びにケイ素に酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)、及び/又は水素(H)を加えた材料等がある。具体的には、SiO2、SiON、SiN、SiO、Si、SiC、SiCO、SiCN、及びSiCON等が挙げられる。但し、吸収体膜7が酸素を含む化合物の場合、エッチング用ハードマスク膜として酸素を含む材料、例えばSiO2はエッチング耐性の観点から避けたほうが良い。エッチング用ハードマスク膜を形成した場合には、レジスト膜の膜厚を薄くすることが可能となり、パターンの微細化に対して有利である。
本発明は、上述の反射型マスク200を用いて、露光装置を使用したリソグラフィープロセスを行い、被転写体上に転写パターンを形成する工程を有する、半導体装置の製造方法である。本発明の半導体装置の製造方法によれば、パターン転写の際のアウトオブバンド光を低減することができるので、微細でかつ高精度の転写パターンを有する半導体装置を製造することができる。
実施例1として、図2に示すような下地膜3が形成されたマスクブランク用基板120の、下地膜3が形成された側とは反対側の主面に、裏面導電膜2を形成したマスクブランク用基板120を作製した。表1に、実施例1のマスクブランク用基板120の下地膜3及び裏面導電膜2の材料及び膜厚を示す。実施例1のマスクブランク用基板120を作製は、次のようにして行った。
第1主面及び第2主面の両表面が研磨された6025サイズ(約152mm×152mm×6.35mm)の低熱膨張ガラス基板であるSiO2−TiO2系ガラス基板を準備し、基板1とした。平坦で平滑な主表面となるように、粗研磨加工工程、精密研磨加工工程、局所加工工程、及びタッチ研磨加工工程よりなる研磨を行った。
SiO2−TiO2系ガラス基板1の第2主面(裏面)にCrNからなる裏面導電膜2を、マグネトロンスパッタリング(反応性スパッタリング)法により、下記の条件にて形成した。裏面導電膜2の形成条件:Crターゲット、ArとN2の混合ガス雰囲気(Ar:90原子%、N:10原子%)、膜厚20nm。
次に、表1に示すように、Arガス雰囲気中でSiO2ターゲットを使用したイオンビームスパッタリングを行って、裏面導電膜2が形成された側と反対側の基板1の主表面(第1主面)上に、膜厚20nmのSiO2膜からなる下地膜3を形成した。ここで、Si及びOのスパッタ粒子は、基板1の主表面の法線に対して30度の角度で入射させた。同様の方法で下地膜3まで作製した試料を用いて波長範囲190〜320nmの屈折率及び消衰係数を測定したところ、表1に示す範囲だった。
実施例2として、下地膜3の膜厚を12nmとした以外は実施例1と同様に、基板1の第1主面に下地膜3、及び基板1の第2主面に裏面導電膜2が形成されたマスクブランク用基板120を製造した。表1に、実施例2のマスクブランク用基板120の下地膜3及び裏面導電膜2の材料及び膜厚を示す。
実施例3として、基板1と裏面導電膜2との間に所定の中間膜4を形成し、裏面導電膜2を膜厚70nmのTaBN膜とした以外は実施例1と同様に、基板1の第1主面に下地膜3、並びに基板1の第2主面に中間膜4及び裏面導電膜2が形成されたマスクブランク用基板120を製造した。表1に、実施例3のマスクブランク用基板120の下地膜3、中間膜4及び裏面導電膜2の材料及び膜厚を示す。
実施例3の中間膜4は、次のようにして形成した。すなわち、SiO2−TiO2系ガラス基板1の第2主面(裏面)に、TaBOからなる中間膜4をマグネトロンスパッタリング(反応性スパッタリング)法により下記の条件にて形成した。中間膜4形成条件:TaBターゲット(原子比は80:20)、ArとO2の混合ガス雰囲気(Ar:67流量%、O2:33流量%)、膜厚22nm。
実施例3の裏面導電膜2は、次のようにして形成した。すなわち、中間膜4が形成されたSiO2−TiO2系ガラス基板1の第2主面(裏面)に、TaBNからなる裏面導電膜2をマグネトロンスパッタリング(反応性スパッタリング)法により下記の条件にて形成した。裏面導電膜2の形成条件:TaBターゲット(原子比は80:20)、XeとN2の混合ガス雰囲気(Xe:66流量%、N2:34流量%)、膜厚70nm。
比較例1として、下地膜3を形成しなかった以外は実施例1と同様に、基板1の第2主面に裏面導電膜2が形成されたマスクブランク用基板120を製造した。表1に、比較例1のマスクブランク用基板120の裏面導電膜2の材料及び膜厚を示す。
参考例1として、下地膜3を形成しなかった以外は実施例3と同様に、基板1の第2主面に中間膜4及び裏面導電膜2が形成されたマスクブランク用基板120を製造した。表1に、参考例1のマスクブランク用基板120の中間膜4及び裏面導電膜2の材料及び膜厚を示す。
表1及び図8から明らかなように、基板単体、比較例1及び参考例1の反射率は、約280nm以下の波長範囲では、同様な値だった。また、表1及び図8から明らかなように、実施例1及び実施例3の反射率は、約280nm以下の波長範囲では、同様な値だった。
上述の実施例1〜3のマスクブランク用基板120を用いて、反射型マスクブランク100を製造することができる。以下、反射型マスクブランク100の製造方法について、説明する。
上述のマスクブランク用基板120の第1主面の下地膜3上に、多層反射膜5を形成した。すなわち、多層反射膜5を下地膜3工程から減圧真空下で連続的に形成した。この多層反射膜5は、波長13.5nmのEUV光に適した多層反射膜5とするために、SiとMoからなる周期多層反射膜5とした。多層反射膜5は、SiターゲットとMoターゲットを使用し、Arガス雰囲気中でイオンビームスパッタリングにより下地膜3上にSi層及びMo層を交互に積層して形成した。ここで、Si及びMoのスパッタ粒子は、基板1の主表面の法線に対して30度の角度で入射させた。まず、Si膜を4.2nmの膜厚で成膜し、続いて、Mo膜を2.8nmの膜厚で成膜した。これを1周期とし、同様にして40周期積層し、最後にSi膜を4.0nmの膜厚で成膜し、多層反射膜5を形成した。したがって、多層反射膜5の最下層、すなわち下地膜3と接する多層反射膜5の材料はSiであり、また多層反射膜5の最上層、すなわち保護膜6と接する多層反射膜5の材料もSiである。なお、ここでは40周期としたが、それに限るものではなく、例えば60周期でも良い。60周期とした場合、40周期より工程数は増えるが、EUV光に対する反射率を高めることができる。
引き続き、Arガス雰囲気中で、Ruターゲットを使用したイオンビームスパッタリングによりRuからなる保護膜6を2.5nmの膜厚で成膜した。ここで、Ruのスパッタ粒子は、基板1の主表面の法線に対して30度の角度で入射させた。その後、大気中で130℃のアニールを行った。
次に、DCスパッタリング法により、下層吸収体膜71として膜厚56nmのTaBN膜を、上層吸収体膜72として膜厚14nmのTaBO膜を積層して、この2層膜よりなる吸収体膜7を形成した。TaBN膜は、TaBをターゲットに用いて、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形成した。TaBO膜は、TaBをターゲットに用いて、ArガスとO2ガスの混合ガス雰囲気にて反応性スパッタリング法により形成した。TaBO膜は経時変化の少ない膜であるとともに、この膜厚のTaBO膜は光を用いたマスクパターン検査の時に反射防止膜として働き、検査感度を向上させる。EBでマスクパターン検査を行う場合でも、スループットの関係で、光によるマスクパターン検査を併用する方法が多用されている。すなわち、メモリセル部のような微細パターンが用いられている領域に対しては検査感度の高いEBでマスクパターン検査を行い、間接周辺回路部のような比較的大きなパターンで構成されている領域に対してはスループットの高い光でマスクパターン検査を行う。
次に、上記の反射型マスクブランク100を用いて、反射型マスク200を製造した。実施例3のマスクブランク用基板120を用いた反射型マスクブランク100から反射型マスク200を製造する場合を例に、図6を参照して反射型マスク200の製造方法を説明する。実施例1及び2のマスクブランク用基板120を用いた反射型マスクブランク100を用いる場合も、同様にして反射型マスク200を製造することができる。
実施例1〜3のマスクブランク用基板120を用いて製造した反射型マスク200をEUVスキャナにセットし、半導体基板上に被加工膜とレジスト膜が形成されたウエハに対してEUV露光を行った。そして、この露光済レジスト膜を現像することによって、被加工膜が形成された半導体基板上にレジストパターンを形成した。
2 裏面導電膜
3 下地膜
4 中間膜
5 多層反射膜
5b 多層反射膜パターン
6 保護膜
6b 保護膜パターン
7 吸収体膜
7a 第1の吸収体パターン
7b 第2の吸収体パターン
8 レジスト膜
8a レジストパターン
9 レジスト膜
9a レジストパターン
11 遮光帯部
12 転写パターン領域
13 周辺領域
71 吸収体膜(下層吸収体膜)
71a 吸収体パターン(下層吸収体パターン)
71b 吸収体パターン(下層吸収体パターン)
72 吸収体膜(上層吸収体膜)
72a 吸収体パターン(上層吸収体パターン)
72b 吸収体パターン(上層吸収体パターン)
100 反射型マスクブランク
110 多層反射膜付き基板
120 マスクブランク用基板
200 反射型マスク
Claims (14)
- 基板上に下地膜及び多層反射膜を備える多層反射膜付き基板であって、
前記下地膜上に、露光光であるEUV光を反射するための多層反射膜を有し、
190nm以上280nm以下の波長範囲において、前記下地膜は、前記基板よりも小さい屈折率を有する材料で形成され、
190nm以上280nm以下の波長範囲における前記基板の表面に配置された前記下地膜の反射率が、前記基板の反射率より小さいことを特徴とする多層反射膜付き基板。 - 前記基板の表面に配置された前記下地膜の反射率が、5%以下である、請求項1に記載の多層反射膜付き基板。
- 前記下地膜の屈折率は、1.6未満である、請求項1又は2に記載の多層反射膜付き基板。
- 前記下地膜は、ケイ素化合物を含む材料からなる、請求項1〜3の何れか1項に記載の多層反射膜付き基板。
- 前記下地膜の膜厚は、6〜65nmである、請求項1〜4の何れか1項に記載の多層反射膜付き基板。
- 前記下地膜が設けられた面に対して、反対側の面に形成された裏面導電膜と、前記基板と前記裏面導電膜との間に設けられた中間膜とを有し、
前記基板の表面に配置された前記下地膜の、280nm超320nm以下の波長範囲における反射率が10%以下である、請求項1〜5の何れか1項に記載の多層反射膜付き基板。 - 前記基板の表面に配置された前記下地膜の、280nm超400nm以下の波長範囲における反射率が15%以下である、請求項6に記載の多層反射膜付き基板。
- 前記中間膜は、タンタル、ホウ素及び酸素を含む材料からなる、請求項6又は7に記載の多層反射膜付き基板。
- 前記中間膜の膜厚は、2〜40nmである、請求項6〜8の何れか1項に記載の多層反射膜付き基板。
- 前記多層反射膜上に保護膜を有することを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の多層反射膜付き基板。
- 請求項1〜9の何れか1項に記載の多層反射膜付き基板の前記多層反射膜上、又は請求項10に記載の多層反射膜付き基板の前記保護膜上に、吸収体膜を有することを特徴とする反射型マスクブランク。
- 請求項11に記載の反射型マスクブランクの前記吸収体膜をパターニングして、前記多層反射膜上に吸収体パターンを有することを特徴とする反射型マスク。
- 前記吸収体パターンが形成された転写パターン領域の外側に、前記吸収体膜及び前記多層反射膜が除去された遮光帯を有することを特徴とする請求項12に記載の反射型マスク。
- 請求項12又は13に記載の反射型マスクを用いて、露光装置を使用したリソグラフィープロセスを行い、被転写体上に転写パターンを形成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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