JP7063075B2 - Euv露光用反射型マスクブランク、および反射型マスク - Google Patents
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Description
本発明の請求項1に関わる発明は、基板上にEUV光を反射する多層反射膜と、マスク加工時に部分的にエッチングされるパターン膜とを基板側からこの順に備えるバイナリ型の反射型マスクブランクであって、前記パターン膜は、EUV光を吸収する吸収体膜と、表面反射増強膜とを基板側からこの順で備えており、
波長13.53nmにおける、前記吸収体膜の屈折率をnABS、吸収係数をkABSとし、前記表面反射増強膜の屈折率をn、吸収係数をkとしたとき、((n-1)2+k2)1/2 > ((nABS-1)2+kABS 2)1/2 +0.03で示される条件を満たすことを特徴とする反射型マスクブランクである。
d<1/10×dABS
で示される条件を満たす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である。
本発明の反射型マスクブランクは膜構成が単純なため、マスク加工も容易である。
本発明の実施の形態1を説明する前に、特許文献1において反射率が吸収体膜厚に依存して振動する原因を説明する。まず、図14において吸収体膜140が存在しない場合を考えると、多層反射膜120からの反射光Aのみが存在する。反射光Aの保護膜130表面での振幅をrMLとすると、反射型マスクブランク100の反射率Rは下記式(1)で表される。R=│rML│2 (1)
通常使われる、モリブデンとシリコンから構成される40層の多層反射膜の場合、露光波長λ=13.53nmでの反射率Rは70%程度になる。
正確には、斜め入射光による補正があるが、その影響はcos(6°)=0.995と1%以下であるため無視した。
吸収体膜140が存在すると、吸収体膜140表面での反射光Bが発生し、その振幅をrSとすると、反射型マスクブランク100の反射率Rは近似的に下記式(3)で表される。R≒ |rMLexp(4πi(nABS+ikABS)dABS/λ)+rS|2 (3)
他にも、吸収体膜140中での多重反射が発生するが、その影響は小さい。
式(3)を書き直すと、下記式(4)で表される。
R ≒ |rML|2exp(-8πkABSdABS/λ)+|rS|2
+2|rML||rS|exp(-4πkABSdABS/λ)cos(4πnABSdABS/λ+Φ) (4)
ここでΦはrMLとrSとの位相差である。式(4)の第3項は多層反射膜120からの反射光Aと吸収体膜140表面での反射光Bとの干渉項を表す。この影響により、反射率Rは吸収体膜厚dABSに依存して振動する。
式(4)から判るように干渉項は吸収体膜表面からの反射光Bの振幅の絶対値|rS|に比例している。それゆえ、反射光Bの振幅の絶対値が大きくなれば干渉効果が大きくなり、結果的に反射率Rの極小値を小さくすることができる。
それゆえ、絶対値は下記式(6)で表される。
|rABS|=((nABS-1)2+kABS 2)1/2/((nABS+1)2+kABS 2)1/2 (6)
図1に示す反射型マスクブランク10では、波長13.53nmにおける、吸収体膜14の屈折率をnABS、吸収係数をkABSとし、表面反射増強膜15の屈折率をn、吸収係数をkとしたときに、下記式(8)を満たす。((n-1)2+k2)1/2 > ((nABS-1)2+kABS 2)1/2 +0.03 (8)
なお、上記式(8)は、上記式(6),(7)より導出したものである。EUV光の波長域では、吸収体膜14の屈折率nABS、および表面反射増強膜15の屈折率nは1に近い値を取り、吸収体膜14の吸収係数をkABS、および表面反射増強膜15の吸収係数kは0に近い値を取る。そのため、式(6),(7)における分母は、吸収体膜14および表面反射増強膜15の構成材料を問わずほぼ2となる。なお、式(8)の右辺の定数、0.03は、図5に示す金属元素の複素屈折率図から、表面反射増強膜15の構成材料と、吸収体膜14の構成材料を特定する際に見出した値である。
上記式(8)を満たすことで、干渉効果が大きくなり、反射型マスクブランク10の反射率Rの極小値を小さくすることができる。
また、ルテニウム膜の膜厚は、上記式(9)より、13.53nm/4/0.886=3.82nmとした。
また、図3における横軸には、吸収体膜14と表面反射増強膜15の膜厚の合計値であるパターン膜16の膜厚を選んだ。
図3には、図16のシミュレーション結果、すなわち、特許文献1に記載の反射型マスクブランクについてのシミュレーション結果を併せて示した。
両者を比較すると、本発明の反射型マスクブランクの方が反射率の振幅が大きいことがわかる。これは、ルテニウムの屈折率がタンタル系材料の屈折率より小さいため、表面反射が強まるからである。反射率を2%以下にするためには、従来は吸収体膜厚を61nm程度にする必要があったが、本発明ではパターン膜厚を48nm程度まで薄膜化できる。
d<1/10×dABS (11)
図5に金属元素の複素屈折率図を示す。図5中の破線は下記式(12)に相当する。
((n-1)2+k2)1/2 = ((nABS-1)2+kABS 2)1/2 +0.03 (12)
図5中、破線よりも右側の金属元素が吸収体膜14の構成材料の場合、破線よりも左側の金属元素を表面反射増強膜15の構成材料として用いることができる。例えば、吸収体膜14の構成材料が、TaN、TaONといったタンタル系材料の場合、表面反射増強膜15の構成材料としては、Ag,Pt,Pd,Au,Ru,Niを用いることができる。
なお、表面反射増強膜15の構成材料が上記したRu以外の材料の場合も、表面反射増強膜15の膜厚dの好適値は上記式(10)となる。また、表面反射増強膜15の構成材料が、タンタル系材料に比べてエッチングされにくい場合は、表面反射増強膜15の膜厚dは上記式(11)を満たすことが好ましい。
また、パラジウム膜の膜厚は、上記式(9)より、13.53nm/4/0.876=3.86nmとした。
また、図6における横軸には、吸収体膜14と表面反射増強膜15の膜厚の合計値であるパターン膜16の膜厚を選んだ。
図6には、図16のシミュレーション結果、すなわち、特許文献1に記載の反射型マスクブランクについてのシミュレーション結果を併せて示した。
両者を比較すると、本発明の反射型マスクブランクの方が反射率の振幅が大きいことがわかる。これは、パラジウムの屈折率がタンタル系材料の屈折率より小さいため、表面反射が強まるからである。反射率を2%以下にするためには、従来は吸収体膜厚を61nm程度にする必要があったが、本発明ではパターン膜厚を40nm程度まで薄膜化できる。
また、ニッケル膜の膜厚は、上記式(9)より、13.53nm/4/0.948=3.57nmとした。
また、図7における横軸には、吸収体膜14と表面反射増強膜15の膜厚の合計値であるパターン膜16の膜厚を選んだ。
図7には、図16のシミュレーション結果、すなわち、特許文献1に記載の反射型マスクブランクについてのシミュレーション結果を併せて示した。
両者を比較すると、本発明の反射型マスクブランクの方が反射率の振幅が大きいことがわかる。これは、ニッケルの屈折率がタンタル系材料の屈折率より小さいため、表面反射が強まるからである。反射率を2%以下にするためには、従来は吸収体膜厚を61nm程度にする必要があったが、本発明ではパターン膜厚を46nm程度まで薄膜化できる。
また、クロム膜の膜厚は、上記式(9)より、13.53nm/4/0.932=3.63nmとした。
また、図8における横軸には、吸収体膜14と表面反射増強膜15の膜厚の合計値であるパターン膜16の膜厚を選んだ。
図8には、図16のシミュレーション結果、すなわち、特許文献1に記載の反射型マスクブランクについてのシミュレーション結果を併せて示した。
両者を比較すると、反射率の振幅の差が小さいことがわかる。これは、クロムの屈折率とタンタル系材料の屈折率との差が小さいため、表面反射が強めることができないためである。反射率を2%以下にするためには、膜厚は54nm程度の薄膜化となる。
上述したように、本発明の実施の形態1の反射型マスクブランク10は、上記式(8)を満たす表面反射増強膜15の存在により、パターン膜表面での反射されるEUV光と、多層反射膜で反射されるEUV光との干渉効果により、反射率が2%以下になるようなパターン膜厚を、従来の吸収体膜厚に比べ薄くすることが可能となる。
本発明の実施の形態2の反射型マスクブランクを図9に示す。図9に示す本発明の実施の形態2の反射型マスクブランク20では、基板21上に多層反射膜22、保護膜23、および、マスク加工時に部分的にエッチングされるパターン膜27の順に形成されている。パターン膜27は、吸収体膜24と、表面反射補助膜26、および表面反射増強膜25を基板21側からこの順に備える。すなわち、パターン膜27において、吸収体膜24と、表面反射増強膜25との間に、表面反射補助膜26が形成されている。
表面反射補助膜26は、波長13.53nmにおける屈折率をnBとするとき、波長13.53nmにおける、吸収体膜24の屈折率nABSおよび表面反射増強膜25の屈折率nに対し下記式(13)を満たす。
n<nABS<nB (13)
上記の構成とすることにより、パターン膜表面での反射されるEUV光の振幅がさらに大きくなり、多層反射膜で反射されるEUV光との干渉効果も大きくなる。これにより、反射率が2%以下になるようなパターン膜厚を、さらに薄くすることが可能となる。
なお、上述したように、吸収体膜24を従来のタンタル系材料とした場合、表面反射増強膜25の屈折率nは0.95以下が望ましいため、表面反射補助膜26の屈折率nBは0.95以上であることが望ましい。
これらの反射光の位相が揃う条件は、表面反射増強膜25の屈折率をn、膜厚をd、表面反射補助膜26の屈折率をnB、膜厚をdBとすると、dおよびdBの最適値は
d=λ/4n (14)
dB=λ/4nB (15)
となる。
また、図10における横軸には、吸収体膜24、表面反射補助膜26、および表面反射増強膜25の膜厚の合計値であるパターン膜27の膜厚を選んだ。
図10には、図3のシミュレーション結果、すなわち、本発明の実施の形態1の反射型マスクブランク(吸収体膜14:窒化タンタル(TaN)膜、表面反射増強膜25:ルテニウム(Ru)膜)についてのシミュレーション結果を併せて示した。
図10を見ると、吸収体膜と、表面反射増強膜との間に表面反射補助膜を形成することにより、表面反射補助膜を形成しない場合に比べ反射率の振幅がさらに大きくなることがわかる。反射率を2%以下にするためのパターン膜厚は、40nm程度まで薄膜化できる。この結果から、表面反射補助膜26として、アルミニウム(Al)を含むアルミニウム系材料膜が好ましいことがわかる。
13.53nm/4nB×0.5<dB<13.53nm/4nB×1.5 (16)
例えば、図5中、吸収体膜24の構成材料よりも右側の金属元素を表面反射補助膜26の構成材料として用いることができる。例えば、吸収体膜24の構成材料が、TaN、TaONといったタンタル系材料の場合、表面反射補助膜26の構成材料としては、シリコン(Si)を含むシリコン系材料を用いることができる。
なお、表面反射補助膜26の構成材料が上記したAl以外の材料の場合も、表面反射補助膜26の膜厚dBの好適値は上記式(16)となる。
また、シリコン膜の膜厚は、上記式(15)より、13.53nm/4/0.999=3.38nmとした。
また、図11における横軸には、吸収体膜24、表面反射補助膜26、および表面反射増強膜25の膜厚の合計値であるパターン膜26の膜厚を選んだ。
図11には、図3のシミュレーション結果、すなわち、本発明の実施の形態1の反射型マスクブランク(吸収体膜14:窒化タンタル(TaN)膜、表面反射増強膜25:ルテニウム(Ru)膜)についてのシミュレーション結果を併せて示した。
図11を見ると、吸収体膜と、表面反射増強膜との間に表面反射補助膜を形成することにより、表面反射補助膜を形成しない場合に比べ反射率の振幅がさらに大きくなることがわかる。反射率を2%以下にするためのパターン膜厚は、47nm程度まで薄膜化できる。
本発明の実施の形態1の反射型マスクブランク10では、パターン膜16の構成として、吸収体膜14の上層に表面反射増強膜15を備えている。このパターン膜16をエッチングする際の負荷は、図14に示す従来の反射膜ブランク100のように、吸収体膜14のみの場合に比べ大きくなる。このため、マスクパターンの最小線幅が小さくなるにつれ、エッチングは難しくなる。この課題に対処するための常套手段として、吸収体膜のエッチング条件に対して耐性を有する材料で構成されるハードマスク膜を付加する手法が知られている。
図12に示す本発明の実施の形態3の反射型マスクブランク30では、基板31上に多層反射膜32、保護膜33、および、マスク加工時に部分的にエッチングされるパターン膜36の順に形成されている。パターン膜36は、吸収体膜34と、表面反射増強膜35とを基板31側からこの順に備えている。図12に示す本発明の実施の形態3の反射型マスクブランク30では、パターン膜36上にハードマスク膜37を備えている。本発明の実施の形態3の反射型マスクブランク30において、吸収体膜34と、表面反射増強膜35との間に、本発明の実施の形態2の反射型マスクブランクにおける、表面反射補助膜を備えていてもよい。
上記では、本発明の実施の形態1の反射型マスクブランク10の一例として、吸収体膜14として窒化タンタル(TaN)膜、表面反射増強膜15としてルテニウム(Ru膜)を選択した。本発明の実施の形態3の反射型マスクブランク30において、吸収体膜34として窒化タンタル(TaN)膜、表面反射増強膜35としてルテニウム(Ru膜)を選択した場合、ハードマスク膜37として窒化タンタル(TaN)膜を選ぶと、表面反射増強膜35としてのルテニウム(Ru)膜をエッチングする際、酸素ガスにより高いエッチング選択比を得ることができる。その後、吸収体膜34とハードマスク膜37は塩素ガスにより同時にエッチングされて、ハードマスク除去工程を簡略化できる。
このように、本発明の反射型マスクブランクは、いわゆるバイナリマスクの機能によりマスクパターンをウエハ上に転写するものであり、位相シフトマスクとしての機能は有しない。
本発明の実施の形態4は、本発明の実施の形態1~3の反射型マスクブランクのパターン膜にパターンを形成してなることを特徴とするバイナリ型の反射型マスクである。
成膜用の基板11として、SiO2-TiO2系のガラス基板(外形約6インチ(約152mm)角、厚さが約6.3mm)を使用する。このガラス基板の熱膨張係数は0.02×10-7/℃である。このガラス基板を研磨により、表面粗さ(rms)が0.15nm以下で平坦度が100nm以下の平滑な表面にする。基板11裏面側には、マグネトロンスパッタリング法を用いて厚さ100nmのクロム膜を成膜することによって、シート抵抗100Ω/□の高誘電性コーティングを施す。平板形状をした通常の静電チャックに、形成したクロム膜を用いて基板11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シリコン膜およびモリブデン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)の多層反射膜12を形成する。
さらに、多層反射膜12上に、イオンビームスパッタリング法を用いてルテニウム膜(膜厚2.5nm)を成膜することにより、保護膜13を形成する。
次に、保護膜13上に窒化タンタルよりなる吸収体膜14をマグネトロンスパッタリングにより44nm成膜する。ターゲットにはタンタル、スパッタガスにはアルゴンと窒素の混合ガスを用いる。
最後に、吸収体膜14上にルテニウムよりなる表面反射増強膜5をマグネトロンスパッタリングにより3.8nm成膜する。ターゲットにはルテニウム、スパッタガスにはアルゴンを用いる。
このようにして作成される反射型マスクブランク10に対し、波長13.5nmのEUV光を入射角6度で反射率を測定すると、反射率は1.3%となる。
本実施例の反射型マスクブランクによれば、パターン膜の総膜厚は47.8nmであり、従来の反射型マスクブランクの吸収体膜厚61nmより大幅に薄膜化できる。
11 基板
12 多層反射膜
13 保護膜
14 吸収体膜
15 表面反射増強膜
16 パターン膜
20 反射型マスクブランク
21 基板
22 多層反射膜
23 保護膜
24 吸収体膜
25 表面反射増強膜
26 表面反射補助膜
27 パターン膜
30 反射型マスクブランク
31 基板
32 多層反射膜
33 保護膜
34 吸収体膜
35 表面反射増強膜
36 パターン膜
37 ハードマスク膜
100 反射型マスクブランク
110 基板
120 多層反射膜
130 保護膜
140 吸収体膜
200 反射型マスクブランク
210 基板
220 多層反射膜
230 保護膜
240 積層吸収体膜
Claims (12)
- 基板上にEUV光を反射する多層反射膜と、マスク加工時に部分的にエッチングされるパターン膜とを、基板側からこの順に備えるバイナリ型の反射型マスクブランクであって、
前記バイナリ型の反射型マスクブランクは、EUV光の反射率が2%以下であり、
前記パターン膜は、EUV光を吸収する吸収体膜と、表面反射増強膜とを基板側からこの順で備えており、
波長13.53nmにおける、前記吸収体膜の屈折率をnABS、吸収係数をkABSとし、前記表面反射増強膜の屈折率をn、吸収係数をkとしたとき、((n-1)2+k2)1/2 > ((nABS-1)2+kABS 2)1/2 +0.03で示される条件を満たし、
前記表面反射増強膜の膜厚dは前記屈折率nを用いて、
13.53nm/4n×0.5<d<13.53nm/4n×1.5
で示される条件を満たすことを特徴とする反射型マスクブランク。 - 前記表面反射増強膜は、前記屈折率nが0.95以下であることを特徴とする請求項1に記載の反射型マスクブランク。
- 前記吸収体膜の膜厚をdABSとするとき、前記表面反射増強膜の膜厚dが、
d<1/10×dABS
で示される条件を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の反射型マスクブランク。 - 前記表面反射増強膜はルテニウムを含むルテニウム系材料膜であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の反射型マスクブランク。
- 前記パターン膜において、前記吸収体膜と、表面反射増強膜との間に、波長13.53nmにおける屈折率nBが、n<nABS<nBで示される条件を満たす表面反射補助膜が形成されていることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の反射型マスクブランク。
- 前記表面反射補助膜は、波長13.53nmにおける屈折率nBが0.95以上であることを特徴とする請求項5に記載の反射型マスクブランク。
- 前記表面反射補助膜の膜厚dBは前記屈折率nBを用いて、
13.53nm/4nB×0.5<dB<13.53nm/4nB×1.5
で示される条件を満たすことを特徴とする請求項5または6に記載の反射型マスクブランク。 - 前記表面反射補助膜はシリコンを含むシリコン系材料膜あるいはアルミニウムを含むアルミニウム系材料膜であることを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載の反射型マスクブランク。
- 前記多層反射膜と、前記パターン膜との間に、前記多層反射膜を保護するための保護膜を備えることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の反射型マスクブランク。
- 前記パターン膜上に、マスク加工時に除去されるハードマスク膜を備えることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の反射型マスクブランク。
- 前記ハードマスク膜は、タンタル系材料を含むタンタル系材料膜、クロム系材料を含むクロム系材料膜、およびシリコン系材料を含むシリコン系材料膜からなる群から選択されるいずれか1つであることを特徴とする請求項10に記載の反射型マスクブランク。
- 請求項1~11のいずれかに記載の反射型マスクブランクのパターン膜にパターンを形成してなることを特徴とするバイナリ型の反射型マスク。
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