(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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たバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された吸収体層と、を備え、
前記吸収体層は、錫（Ｓｎ）及び酸素（Ｏ）とタンタル（Ｔａ）を含む化合物材料を有する薄膜であり、
前記化合物材料は、前記錫（Ｓｎ）と前記酸素（Ｏ）とを含む比率を１としたとき、前記タンタル（Ｔａ）を０．０５〜０．１５を含む合金とすることを特徴とする反射型フォトマスクブランク。
【請求項２】
前記吸収体層の膜厚は、３５ｎｍ以上４５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランク。
【請求項３】
基板、多層反射膜、バッファ層、吸収体層を順次形成し、
前記吸収体層は、錫（Ｓｎ）及び酸素（Ｏ）とタンタル（Ｔａ）を含む化合物材料を有する薄膜であり、
前記化合物材料は、前記錫（Ｓｎ）と前記酸素（Ｏ）とを含む比率を１としたとき、前記タンタル（Ｔａ）を０．０５〜０．１５を含む合金とすることを特徴とする反射型フォトマスクブランクの製造方法。
【請求項４】
前記吸収体層の膜厚は、３５ｎｍ以上４５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の反射型フォトマスクブランクの製造方法。
【請求項５】
前記吸収体層は、スパッタリング法を用いて成膜されることを特徴とする請求項４に記載の反射型フォトマスクブランクの製造方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の反射型フォトマスクブランクにおける吸収体層及びバッファ層にパターンが形成されたことを特徴とする反射型フォトマスク。
【請求項７】
基板、多層反射膜、バッファ層、吸収体層を順次形成し、
前記吸収体層は、錫（Ｓｎ）及び酸素（Ｏ）とタンタル（Ｔａ）を含む化合物材料を有する薄膜を形成し、
前記化合物材料は、前記錫（Ｓｎ）と前記酸素（Ｏ）とを含む比率を１としたとき、前記タンタル（Ｔａ）を０．０５〜０．１５を含む合金であり、
前記吸収体層上にレジストパターンを形成し、
前記吸収体層及び前記バッファ層にパターンを形成し、
前記レジストパターンを剥離することを特徴とする反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項８】
前記吸収体層は、ドライエッチングを用いてパターニングされることを特徴とする請求項７に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項９】
前記吸収体層は、スパッタリング法を用いて成膜されることを特徴とする請求項７又は８に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項１０】
前記吸収体層の膜厚は、３５ｎｍ以上４５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の反射型フォトマスクの製造方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の反射型フォトマスクに極端紫外光を照射し、
前記反射型フォトマスクの前記多層反射膜に反射した反射光を半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層に露光し、
前記極端紫外光用レジスト層に前記反射型フォトマスクの前記吸収体層のパターンを転写することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法に関する。特に、軟Ｘ線領域の極端紫外光、すなわちＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）光を使用するフォトリソグラフィ法において、半導体素子製造などに用いられる反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体素子における高集積化に伴い、フォトリソグラフィ法によるＳｉ基板上への必要なパターン転写の微細化が加速しており、従来のランプ光源（波長３６５ｎｍ）やエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ）を用いたフォトリソグラフィ法における光源の短波長化は露光限界に近づいてきたことから、特に１００ｎｍ以下の微細加工を可能にする新たなフォトリソグラフィ法の確立が急務となっている。
【０００３】
このため、現在ではより短波長域のエキシマレーザ光であるＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）によるフォトリソグラフィ法の開発も進められているが、通常露光波長の半波長のサイズが実質的な解像限界であることから、この場合にも７０ｎｍ程度が限界とされている。そこで、Ｆ２レーザ光より１桁以上も短い波長を有するＥＵＶ光（波長１３ｎｍ）を光源とするフォトリソグラフィ法の開発が望まれている。
【０００４】
ＥＵＶリソグラフィ法では、反射光学系による露光が用いられるが、これはＥＵＶ光の波長領域における物質の屈折率が１よりわずかに小さい程度であり、従来の露光源で用いられるような屈折光学系が使用できないことによる。また、その際パターン転写に用いられるフォトマスクであるが、ＥＵＶ光の波長域ではほとんどの物質が高い光吸収性を持つため、既存の透過型マスクではなく、反射型マスクが用いられることも従来の露光技術と顕著に異なる点である。
【０００５】
このＥＵＶ露光用の反射型フォトマスクは、平坦なＳｉ基板もしくは合成石英基板上にＥＵＶ波長域における反射率の大きなミラー（反射鏡）を設け、更にその上にＥＵＶ光に対して特に吸収性の高い重金属からなる吸収体のパターンを形成したものである。ＥＵＶ光に対するミラー（反射鏡）は、屈折率の大きく異なる材料の組み合わせによる多層膜から構成され、ＭｏとＳｉ又はＭｏとＢｅといった組み合わせの層を４０周期程度繰り返し積層することにより形成され、多層反射膜表面が吸収体パターンにより覆われた吸収領域と、吸収体のない多層反射膜表面が露出した反射領域とのＥＵＶ露光反射率のコントラストにより吸収体のパターン転写を行う。
【０００６】
この際、転写マスクにおける多層反射膜を含めた部分の膜厚をより低減し、薄膜化を図った方がいわゆる射影効果を低減できることから、転写性能（解像性能など）を高める上で有利となる。ここで、多層反射膜自体は、ＭｏとＳｉの層からなる周期性によって決まるＥＵＶ光に対する反射率の制約からほぼ決まるため、膜厚の低減には多層反射膜より上部に形成される層の部分にて対応する必要がある。
【０００７】
この点で、多層反射膜より上部に形成される層のうち、まず、キャッピング層やバッファ層においてその必要性も含めた、膜厚低減の検討が考えられるが、これらの層の膜厚は、もともと非常に薄いものであると同時に、マスクの最表面に位置するものでも無いことから、射影効果の低減に対する対策として、その効果は皆無であるとはいえないまでも、直接的対策が必要であるともいえない。
【０００８】
これに対し、マスク最表面に位置する吸収体層の膜厚低減を図ることは、射影効果の影響を改善する上でより直接的にその効果をもたらすものであって、転写性の向上に有効である。これは転写においてＥＵＶ光をマスクに対して露光する際、反射型マスクであることから、通常の透過型マスクのように基板側から光を入射させるのではなく、膜面側から入射させることによる。また、吸収体層はマスクの構造上、多層反射膜に次いで膜厚が厚い層であるため、この層の膜厚低減を図る有益性は大きい。
【特許文献１】特開２００１−２３７１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、吸収体層の膜厚を低減した反射型フォトマスクを用いて転写を行うことにより、射影効果の影響が緩和され解像性などの転写性能が向上した反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る発明は、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たバッファ層と、前記バッファ層上に形成された吸収体層と、を備え、前記吸収体層は、錫（Ｓｎ）及び酸素（Ｏ）とタンタル（Ｔａ）を含む化合物材料を有する薄膜であり、前記化合物材料は、前記錫（Ｓｎ）と前記酸素（Ｏ）とを含む比率を１としたとき、前記タンタル（Ｔａ）を０．０５〜０．１５を含む合金とすることを特徴とする反射型フォトマスクブランクとしたものである。
【００１３】
本発明の請求項２に係る発明は、吸収体層の膜厚は、３５ｎｍ以上４５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランクとしたものである。
【００１４】
本発明の請求項３に係る発明は、基板、多層反射膜、バッファ層、吸収体層を順次形成し、前記吸収体層は、錫（Ｓｎ）及び酸素（Ｏ）とタンタル（Ｔａ）を含む化合物材料を有する薄膜であり、前記化合物材料は、前記錫（Ｓｎ）と前記酸素（Ｏ）とを含む比率を１としたとき、前記タンタル（Ｔａ）を０．０５〜０．１５を含む合金とすることを特徴とする反射型フォトマスクブランクの製造方法としたものである。
【００１７】
本発明の請求項４に係る発明は、吸収体層の膜厚は、３５ｎｍ以上４５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の反射型フォトマスクブランクの製造方法としたものである。
【００１８】
本発明の請求項５に係る発明は、吸収体層は、スパッタリング法を用いて成膜されることを特徴とする請求項４に記載の反射型フォトマスクブランクの製造方法としたものである。
【００１９】
本発明の請求項６に係る発明は、請求項１又は２に記載の反射型フォトマスクブランクにおける吸収体層及びバッファ層にパターンが形成されたことを特徴とする反射型フォトマスクとしたものである。
【００２０】
本発明の請求項７に係る発明は、基板、多層反射膜、バッファ層、吸収体層を順次形成し、前記吸収体層は、錫（Ｓｎ）及び酸素（Ｏ）とタンタル（Ｔａ）を含む化合物材料を有する薄膜を形成し、前記化合物材料は、前記錫（Ｓｎ）と前記酸素（Ｏ）とを含む比率を１としたとき、前記タンタル（Ｔａ）を０．０５〜０．１５を含む合金であり、前記吸収体層上にレジストパターンを形成し、前記吸収体層及び前記バッファ層にパターンを形成し、前記レジストパターンを剥離することを特徴とする反射型フォトマスクの製造方法としたものである。
【００２３】
本発明の請求項８に係る発明は、吸収体層は、ドライエッチングを用いてパターニングされることを特徴とする請求項７に記載の反射型フォトマスクの製造方法としたものである。
【００２４】
本発明の請求項９に係る発明は、吸収体層は、スパッタリング法を用いて成膜されることを特徴とする請求項７又は８のいずれかに記載の反射型フォトマスクの製造方法としたものである。
【００２５】
本発明の請求項１０に係る発明は、吸収体層の膜厚は、３５ｎｍ以上４５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の反射型フォトマスクの製造方法としたものである。
【００２６】
本発明の請求項１１に係る発明は、請求項６に記載の反射型フォトマスクに極端紫外光を照射し、反射型フォトマスクの多層反射膜に反射した反射光を半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層に露光し、極端紫外光用レジスト層に反射型フォトマスクの吸収体層のパターンを転写することを特徴とする半導体素子の製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、吸収体層の膜厚を低減した反射型フォトマスクを用いて転写を行うことにより、射影効果の影響が緩和され解像性などの転写性能が向上した反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、吸収体層のドライエッチングによるパターニングを行う際に、安定したレジスト選択比の得られる材料を用いることで、パターンの垂直性を向上した反射型フォトマスクブランク及びその製造方法、反射型フォトマスク及びその製造方法並びに半導体素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、実施の形態の間において重複する説明は省略する。
【００２９】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランク１０は、基板１上に多層反射膜２、多層反射膜２上にバッファ層３及びバッファ層３上に吸収体層４を順次積層した構造をなしている。この場合、吸収体層４は、検査波長における低反射特性が必要な場合は最表面にＤＵＶ検査用の低反射層を設けた２層膜の構成とすることもできる。
【００３０】
本発明の実施の形態に係る基板１には、平坦なＳｉ基板や合成石英基板等を用いることができるが本発明ではこれらに限定されるわけではない。
【００３１】
本発明の実施の形態に係る多層反射膜２は、露光光であるＥＵＶ光（極端紫外光）を反射するもので、ＥＵＶ光に対する屈折率の大きく異なる材料の組み合わせによる多層膜から構成されている。例えば、多層反射膜２としては、Ｍｏ（モリブデン）とＳｉ（シリコン）、またはＭｏ（モリブデン）とＢｅ（ベリリウム）といった組み合わせの層を４０周期程度繰り返し積層することにより形成することができる。
【００３２】
本発明の実施の形態に係るバッファ層３は、吸収体層４の形成の際に行われるドライエッチングに対して耐性を有する材質で形成されて、吸収体層パターン４ａをエッチングする際に、多層反射膜２へのダメージを防ぐエッチングストッパーとして機能するもので、ＣｒＮ及びＲｕ等で形成することができるが本発明ではこれらに限定されるわけではない。
【００３３】
図示していないが多層反射膜２とバッファ層３との間に保護膜を設けることができる。保護膜は、多層反射膜２表面の酸化による反射率低下を防止することができる。図示していないが、基板１上の多層反射膜２を形成していない面に裏面導電膜を形成することができる。裏面導電膜は、反射型フォトマスク２０を露光機に設置するときに静電チャックの原理を利用して固定するための膜である。
【００３４】
本発明の実施の形態に係る吸収体層４は、ドライエッチングされて所定の露光転写パターンに形成された際に、照射されたＥＵＶ光を吸収するものである。すなわち、ＥＵＶ光に対する高吸収性を有する材料（後述する）から選択することができる。
【００３５】
更に、本発明の目的である吸収体層４の膜厚低減であるが、ＥＵＶ光に対する所定のコントラスト特性を留保しつつ膜厚を低減することが求められる。すなわち多層反射膜２のＥＵＶ光に対する反射率は、最大となるように設計されるので、逆に吸収体層４についてはＥＵＶ光に対してより吸収性の高い膜を採用することが高コントラスト化の為に求められるが、これを吸収体層４の薄膜化と同時に達成するためには既存の吸収体層４の材料よりも一層ＥＵＶ光に対して高吸収となる材料が必要である。
【００３６】
図３は、ＥＵＶ光の波長における光学定数を示すものであり、横軸に１−δ（屈折率）、縦軸にβ（消衰係数）を示している。本発明の反射型フォトマスクブランク１０は、吸収体層４用の薄膜としてＳｎ、消衰係数が０．０７３をベースとした材料を用いることができる。しかし、ＳｎＯの消衰係数は、従来の吸収体層４のベース材料であるＴａの消衰係数０．０４１と比較するとＴａの消衰係数の約１．８倍大きくなっている。
【００３７】
更に、図４は多層反射膜２上にＳｉからなる膜厚１１ｎｍであるキャッピング層（保護膜）を形成した反射型フォトマスクを想定し、さらにこの上に吸収体層４（Ｔａ及びＳｎＯ）を形成した場合におけるＥＵＶコントラスト（以下、「ＯＤ」という。（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ））について求めたシミュレーションの結果である。
【００３８】
図４から、吸収体層４が８０ｎｍ以上の膜厚となる領域ではＳｎＯとＴａ間でのＯＤにおける差は小さくなるものの、それより薄膜化した領域では明らかにＳｎＯの方がＯＤを確保するという点において有利であることがわかる。また、ＥＵＶ露光転写においては少なくとも２程度のＯＤが要求されるが、この要求が安定的に担保される為には、Ｔａで少なくとも８２ｎｍ程度の膜厚が必要であるのに対し、ＳｎＯではその半分弱の４０ｎｍ程度の膜厚にて同程度のＥＵＶ光コントラスト特性が得られることがわかる。
【００３９】
吸収体層４の膜厚は、３５ｎｍ以上４５ｎｍ以下が好ましい。吸収体層４の膜厚が３５ｎｍ未満だと、ＥＵＶ光コントラスト特性が得られない。４５ｎｍより大きくなると、解像性等の転写性能が低下してしまう。
【００４０】
このように、ＳｎＯを吸収膜に採用すれば、従来の主流であるＴａ系材料にて吸収体層４を形成する場合に比べ、所望の特性を留保しつつ、膜厚を半分弱まで低減することができ、射影効果低減の面で解像性等の転写性能が向上する。
【００４１】
また、錫（Ｓｎ）、及び酸素（Ｏ）の他、タンタル（Ｔａ）を含む化合物材料を有する薄膜で吸収体層４を形成した場合において、錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）とを含む比率を１としたとき、タンタル（Ｔａ）が０．０５〜０．１５を含む合金としたものは、消衰係数が０．０６５〜０．０７３程度であり、消衰係数の著しい低下は認められず、前述の射影効果低減の点において得られる効果にほぼ影響はない。錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）からなる比率を１としたとき、タンタル（Ｔａ）が０．１５より大きくした場合では、射影効果の影響で転写性能が低下してしまう。
【００４２】
一方、錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）とを含む比率を１としたとき、タンタル（Ｔａ）が０．０５〜０．１５を含む合金とした吸収体層４のドライエッチングにおけるレジスト選択比は、１．２であり、Ｔａの比率を０．０５より小さくした場合に比べ、１．３倍程度上昇する。錫（Ｓｎ）と酸素（Ｏ）とを含む比率を１としたとき、タンタル（Ｔａ）が０．０５〜０．１５を含む合金とする吸収体層４を用いてドライエッチングによるパターニングを行う際に、安定したレジスト選択比が得られ、パターンの垂直性を向上できる。
【００４３】
本発明による反射型フォトマスク２０を用いた半導体素子の製造方法は、反射型フォトマスク２０を介して反射した極端紫外光を選択的に照射する。
【００４４】
次に、反射型フォトマスク２０の多層反射膜２に反射した反射光を半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層に露光し、パターンを形成させたのち、極端紫外光用レジスト層に反射型フォトマスク２０の吸収体層４のパターンを半導体基板に転写することでパターニングすることができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例により本発明の反射型フォトマスクブランク１０及び反射型フォトマスク２０を説明する。
【００４６】
まず、図５（ａ）に示すように基板１上に反射多層膜２、反射多層膜２上にバッファ層３、バッファ層３上に吸収体層４を順次形成し、本発明の反射型フォトマスクブランク１０を作製した。
【００４７】
基板１としては、表面を研磨して平坦な面とした外形６インチ角、厚さ０．６３５ｃｍの合成石英を用いた。なお、石英基板１には、裏面に静電チャック用のＣｒＮ（窒化クロム）薄膜を具備したものを用いてもよい。この基板１の上にＤＣマグネトロンスパッタによりＭｏとＳｉとを交互に４０周期程度積層して波長１３ｎｍ〜１４ｎｍ領域のＥＵＶ光に対して反射率が最大となるような反射多層膜２を作製した。このときのＭｏとＳｉとからなる１周期の膜厚は７ｎｍであり、そのうちＭｏの膜厚は２．８ｎｍ、Ｓｉは４．２ｎｍであり、反射多層膜２の最上層がＳｉになるように最後にＳｉを７ｎｍ成膜した。
【００４８】
次に、この反射多層膜２の上にＲｕからなるバッファ層３を膜厚４０ｎｍで成膜し、さらにその上に続けてＳｎＯ膜の成膜を行い、膜厚４０ｎｍの吸収体層を作製した。ＳｎＯ膜の成膜は、ＳｎターゲットをＡｒ/Ｏ２雰囲気下で、ガス圧０．２５ＰａにてＳｎターゲットに３００ＷのＤＣパワーを印加して行った。このとき、成膜後における下層吸収体層４の表面粗さは０．２１ｎｍｒｍｓであり、良好な表面平滑性を有していた。
【００４９】
次に、図５（ｂ）に示すようにポジ型電子線レジスト、富士フィルムアーチ製、商品名「ＦＥＰ−１７１」を用い、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ）描画、現像というリソグラフィの工程によりレジストパターン５ａを形成した。
【００５０】
次に、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン５ａをマスクにしてＳｎＯ膜をドライエッチングすることにより吸収体層パターン４ａを形成した。このときのドライエッチングにはＩＣＰ放電方式のドライエッチング装置を用いて、Ｃｌ２ガス４０ｓｃｃｍとＨｅガス６５ｓｃｃｍとの混合ガスによるガス圧約６６６．６１ｍＰａの雰囲気にて、バイアスパワー４０Ｗ及びソースパワー２００Ｗにて行った。また、吸収体層４のエッチング過程におけるレジストに対する選択比は約０．９５であった。
【００５１】
更に引き続き、図５（ｃ）に示すように、吸収体層４直下のＲｕからなるバッファ層３のドライエッチングをＣｌ２／Ｏ２混合ガス雰囲気にて行い、良好な側壁異方性を有するバッファ層３及び吸収体層４のパターンを得た。
【００５２】
最後に、図５（ｄ）に示すように、レジストパターン５ａを剥離して、本発明の反射型フォトマスク２０を得た。
【００５３】
尚、本発明の反射型フォトマスク２０において、多層反射膜２及び吸収体層４の反射率に関して、ＥＵＶ光を使用した測定により求めたＯＤは、２．２であり、従来のＴａベースの吸収体層を適用する場合と比べて、コントラスト特性を損なうことなく、膜厚の低減を図ることができた。
【００５４】
以上詳細に説明したように、本発明の反射型フォトマスクブランク１０及び反射型フォトマスク２０では、吸収体層４に従来よりも一層高吸収であるＳｎをベースとした薄膜を採用することにより、従来の吸収体層と同一レベルのＥＵＶコントラストを担保しつつ、膜厚の低減を図ることができ、射影効果低減の面で解像性等の転写性能が向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクの構造断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの構造断面図である。
【図３】ＥＵＶ光に対する各種材料の屈折率及び消衰係数を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクにおいて、吸収体として採用するＳｎＯ膜とＴａ膜とにおける膜厚とＯＤとの関係についてシミュレーションによって得られた結果を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  基板
２  反射多層膜
３  バッファ層
４  吸収体層
３ａ  バッファ層パターン
４ａ  吸収体層パターン
５ａ  レジストパターン
１０  反射型フォトマスクブランク
２０  反射型フォトマスク
【図１】
0005194888.tif 000002
【図２】
0005194888.tif 000003
【図３】
0005194888.tif 000004
【図４】
0005194888.tif 000005
【図５】
0005194888.tif 000006