(57)【要約】      （修正有）【課題】吸収層を従来の材料よりも薄くしてもＥＵＶの波長領域における反射コントラストが十分に大きく、かつ、粒状構造に起因する粗さや加熱による応力変動が小さくすることによって、精度の高いマスクパターン転写が可能となる反射型フォトマスクを提供すること。【解決手段】基板１と、該基板上に設けられた多層反射膜２と、該多層反射膜上に設けられた光吸収層４、５を有する反射型フォトマスクブランク１０において、光吸収膜の少なくとも１層にインジウムと酸素とフッ素とを含有する層４を具備する反射型フォトマスクブランクを提供する。また、前記光吸収層は、インジウムと酸素とフッ素を含有する層のほかに、タンタルと、酸素、窒素、炭素および珪素からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有する層５を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に設けられた多層反射膜と、該多層反射膜上に設けられた光吸収層を有する反射型フォトマスクブランクにおいて、光吸収膜の少なくとも１層にインジウムと酸素とフッ素とを含有する層を具備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】
前記光吸収層は、インジウムと酸素とフッ素を含有する層のほかに、タンタルと、酸素、窒素、炭素および珪素からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含有する層を具備す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】
請求項１または２に記載の反射型フォトマスクブランクの光吸収層がパターン加工されたことを特徴とする反射型フォトマスク。
【請求項４】
請求項３に記載の反射型フォトマスクに極端紫外線を照射し、転写パターンの形状に極端紫外線を成形する工程を具備することを特徴とする極端紫外線の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は極端紫外光すなわちＥＵＶ（ExtremeUltraviolet）光によるフォトリソグラフィー法に用いる反射型フォトマスク、及びこれの製造に用いられる反射型フォトマスクブランク、そして、反射型フォトマスクを用いる極端紫外線の露光方法に関する。
【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基板上へのパターン転写の微細化が加速している。
【０００３】
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ー法における光源の短波長化は解像限界に近づいてきたことから、特に６５ｎｍ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ー法の確立が急務となってきた。
【０００４】
近年、露光装置の投影レンズと基板の間の空間を水などの液体で満たす、いわゆる液浸露光技術の開発が進められている。これは空気よりも屈折率の大きい媒質を使うことで波長を短くするのと同等の効果を得るものである。この技術により従来の１９３ｎｍの波長でも６５ｎｍ程度までは見通しが立っているものの、５０ｎｍより小さいパターンを転写するのは極めて困難であるといわれている。
【０００５】
そこで、近年、これらの紫外レーザよりも１桁以上短い１０ないし１５ｎｍの波長を有するＥＵＶ光（波長１３．５ｎｍ）を光源とするＥＵＶリソグラフィ法の開発がおこなわれている。
【０００６】
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ることから、このＥＵＶリソグラフィ法では、従来の光源で用いられるような屈折光学系が使用できず、反射光学系による露光が用いられる。また、ＥＵＶの波長域ではほとんどの物質が高い光吸収性をもつことから、パターン転写用フォトマスクとして、既存の透過型フォトマスクではなく、反射型フォトマスクが用いられる。このように、ＥＵＶリソグラフィー法では、露光に使用する光学系及びフォトマスクなどが、従来の露光技術とは顕著に異なる。
【０００７】
このＥＵＶリソグラフィー用の反射型フォトマスクは、例えばチタンをドープしたＳｉＯ２のように熱膨張率の極めて小さい材料を用いた平坦な基板の上に露光波長において反射率の高いミラー（反射鏡）を設け、さらにその上にＥＵＶ光に対して特に吸収性の高い物質からなる光吸収層を、所望の露光パターンに応じてパターン加工して形成したものである。
【０００８】
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反射膜から構成される。反射型フォトマスクでは、多層反射膜表面が光吸収層パターンにより覆われた吸収領域と、光吸収層がなく、多層反射膜表面が露出した反射領域とのＥＵＶ反射率のコントラストにより、露光パターンのパターン転写を行う。
【０００９】
通常、光吸収層に形成されたパターンの検査は、波長１９０ｎｍ〜２６０ｎｍ程度のＤＵＶ（遠紫外）光をマスク表面に入射させ、その反射光を検出し、その反射率のコントラストを利用して行われる。
【００１０】
具体的には、光吸収層のパターン加工前に、多層反射膜の保護層として光吸収層直下に任意に設けられるバッファー層表面が反射領域となり、パターン加工された光吸収層表面からなる吸収領域との反射率のコントラストにより、光吸収層が設計通りにパターン加工されているかどうかの第１段階目の検査がまず行われる。そこでは、本来エッチングされるべき光吸収層がエッチングされずにバッファー層上に残っている箇所（黒欠陥）や、本来エッチングされずにバッファー層上に残るべき光吸収層の一部がエッチングされた箇所（白欠陥）の検出を行う。なお、バッファー層は光吸収層をドライエッチングにより加工する際、及び光吸収層のパターン欠陥の修正処理を行う際に多層膜を損傷して反射率が低下するのを防止する目的で形成される。バッファー層には、光吸収層のドライエッチングに対して耐性が高いこと、修正工程において耐性が高いこと、ならびに、不要なバッファー膜を除去する際に光吸収層の損傷が少ないことが要求される（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
この第１段階目の検査において検出された欠陥を修正した後、さらにバッファー層の除去を行い、バッファー層直下の多層反射膜表面を露出させた後、光吸収層に形成されたパターンに対する第２段階目の最終検査が行われるが、この検査は、光吸収層表面からなる吸収領域と、多層反射膜表面からなる反射領域との反射率のコントラストを利用して行われる。なお、バッファー層の除去は行わなくても良い場合もあるが、多層反射膜表面にバッファー層の被覆膜があると多層反射膜の反射率を低下させる傾向があるため、バッファー層は除去される場合が多い。この場合、反射領域の部分を除去したバッファー層は吸収膜の一部とみなすこともできる。
【００１２】
先に述べた第１段階目、及び第２段階目のＤＵＶ検査光による光吸収層パターンの検査においては、それぞれ光吸収層が除去されたバッファー層表面と、光吸収層が除去されずに残った光吸収層表面、およびバッファー層が除去された多層膜反射表面と光吸収層表面とのＤＵＶ光反射率のコントラストを利用して行われる。したがって、検査感度をより向上させるためには、第１段階目の検査においては、バッファー層表面と光吸収層表面、第２段階目の検査においては多層反射膜表面と光吸収層表面において、それぞれＤＵＶ検査波長における反射率の差が大きいことが望まれる。
【００１３】
なお、多層反射膜の最表面層として、反射率の経時変化を小さくする等の目的で特別に層を設ける場合があり、キャッピング層などの名称で呼ばれる。この場合は、上記反射多層膜表面はキャッピング層表面と読みかえることもできる。
【００１４】
このような要求に対し、従来から用いられている透過型の低反射クロムマスクブランクと同様に、光吸収層の上にクロムやタンタルの酸化物や窒化物などを設けた多層光吸収層とすることが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１５】
しかしながら、クロムやタンタルの酸化物や窒化物は、ＤＵＶ検査光での反射率は低くできるけれども、単体のクロムやタンタルと比較して、ＥＵＶ光での吸収が小さくなるため、吸収層の膜厚を８０ｎｍ以上と厚くする必要があった。
【００１６】
各材料の光の吸収は、その材料の光学定数で表すことができ、ＥＵＶやＸ線の波長領域においては、屈折率が１よりわずかに小さいことがほとんどであることから光学定数は、（１−δ）＋ｉβ（ｉは虚数単位）で一般的に表される。虚数部分のβは消衰係数と呼ばれ、βが大きいほど光が強く吸収される。
【００１７】
たとえば石英ガラス基板上にＭｏとＳｉの交互多層膜を４０対形成し、バッファー層として窒化クロムを１０ｎｍ、光吸収膜としてタンタルシリサイドと酸化タンタルの酸化膜の２層構造とした場合について、各層の光学定数を仮定して、波長１３．５ｎｍでの反射率を以下のように計算することができる。
【００１８】
図１５は光吸収膜のタンタルシリサイドの下層吸収膜と酸化タンタルの上層吸収膜を用いることを想定して、波長１３．５ｎｍに対するタンタルシリサイドの光学定数を１−０．０２２＋０．０３５ｉ、酸化タンタルの１３．５ｎｍに対する光学定数を１−０．０５０＋０．０２５ｉとし、上層光吸収膜の膜厚を１８ｎｍとしたときに、下層吸収膜の膜厚と１３．５ｎｍでの反射率の関係を示したものである。
【００１９】
また、図１５には酸化タンタルよりもβの大きい材料を仮定して、例えばβの値が０．０５７である場合の計算値を合わせて示した。βが０．０２７の場合、下層吸収膜の膜厚が７０ないし９０ｎｍにおいて反射率が最も小さくなる膜厚がある。これに対して、βが０．０５７と大きい値であれば、反射率が最も小さくなる下層吸収膜の膜厚は小さくなることが図１５より明らかである。このようなことから、吸収膜の材料として、βの値がより大きい材料が求められていた。
【００２０】
また、ＥＵＶ波長においては反射光学系による露光を用いるため、マスクに入射する光は基板に対して垂直ではなく、例えば５ないし６度の入射角で入射される。この影響により、例えば空間像が非対称になったり、Ｘ−Ｙ方向差が発生しやすい。このため光吸収層の膜厚はできる限り薄くすることが望まれている。
【００２１】
このような要求に対して本発明者らは、インジウムを含有する材料を吸収層として用いることによって前記βの値を大きくすることができ、吸収層の厚さを小さくできることを見出した。
しかしながら、インジウムを主成分とする材料として、例えば酸化インジウムを用いた場合には、薄膜を形成した際に結晶粒が成長しやすく膜表面の粗さが大きくなったり、パターンの端部の粗さが大きくなりやすいという問題があった。また、レジストパターン形成等のプロセスで加熱したときに膜応力の変動がおこり、パターン位置精度の観点から不利な面があった。
【００２２】
【特許文献１】特開平７−３３３８２９号公報
【特許文献２】特開２００４−３９８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上記事情を鑑みて得られたもので、吸収層を従来の材料よりも薄くしてもＥＵＶの波長領域における反射コントラストが十分に大きく、かつ、粒状構造に起因する粗さや加熱による応力変動が小さくすることによって、精度の高いマスクパターン転写が可能となる反射型フォトマスクを提供することを目的とする。
【００２４】
また、本発明は、吸収層を従来の材料よりも薄くしてもＥＵＶの波長領域における反射コントラストが十分に大きく、かつ、粒状構造に起因する粗さや、加熱による応力変動を小さくすることによって、精度の高いマスクパターン転写が可能となる反射型フォトマスクを加工し得る反射型フォトマスクブランクを提供することを目的とする。
【００２５】
さらに、本発明の反射型フォトマスクを用いた極端紫外線の露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の反射型フォトマスクブランクは、基板と、該基板上に設けられた多層反射膜と、該多層反射膜上に設けられた光吸収層からなり、その光吸収層にインジウムと酸素とフッ素とを含有する層を具備することを特徴とする。
【００２７】
ＥＵＶ光用反射型マスクの吸収パターンは、露光光を吸収するのが主目的の層の表層側に、紫外線領域の波長での検査感度を高くするために反射防止層を設けたり、また、反射多層膜側にはパターン修正時の損傷を防止するバッファー層を設けることで３層の構成にするのが一般的である。以下の説明においては、露光光を吸収するのが主目的の層を下層吸収膜と呼び、その上に設けられ、紫外線領域の波長における反射率を低くする反射防止層を上層吸収膜と呼ぶことにする。
【００２８】
本発明のインジウムと酸素とフッ素とを含有する層は、前記の３層すなわち、上層または下層吸収膜、あるいはバッファー層のいずれにも適用することが可能である。以下にそれぞれの場合について説明する。
【００２９】
インジウムと酸素とフッ素とを含有する層を上層吸収膜として用いる場合には、下層吸収膜材料としては、例えばタンタルと、窒素、炭素、珪素の群から選択される少なくとも１つの元素を含有する材料とすることが好ましい。この場合、反射防止層としてタンタルやクロムを主成分とするよりも、ＥＵＶの波長領域において吸収が大きく、下層吸収膜の膜厚を小さくできる特徴がある。また、タンタルやクロムを主成分とする吸収層のパターンをドライエッチングにより形成する際に、通常これに用いられるエッチングガスに対してインジウムは非常にエッチングされにくく、いわゆるハードマスクとして機能するため、高い精度でパターンを形成することができる。
【００３０】
インジウムと酸素とフッ素とを含有する層を下層吸収膜の材料として用いる場合、上層吸収膜として、例えばタンタルと、窒素、酸素、珪素の群から選択される少なくとも1つの元素を含有する材料とすることが好ましい。この場合、インジウムを含有する層をエッチングする条件ではタンタルやクロムを主成分とする材料のエッチング速度が非常に小さく、前項と同様に上層吸収膜が下層吸収膜をエッチングする際のハードマスクとして機能するため、高い精度でパターンを形成することができる。
【００３１】
インジウムと酸素とフッ素とを含有する層をバッファー層の材料として用いる場合、下層吸収膜としては、例えばタンタルと、窒素、炭素、珪素の群から選択される少なくとも１つの元素を含有する材料とし、上層吸収膜としては、タンタルと、窒素、酸素、珪素の群から選択される少なくとも１つの元素を含有する材料とすることが好ましい。この場合、吸収パターンをドライエッチングする条件ではバッファー層のエッチング速度が非常に小さいために、エッチング停止層として有効に機能する。また、フッ素や塩素との反応により生成する化合物の蒸気圧が低いために、例えばハロゲンを含有するガスを用いたガスアシストイオンビームリペアによるパターン修正においても、良好な耐性を有する特徴がある。
【００３２】
また、露光波長であるＥＵＶの波長領域の光や、電子線などを用いてパターンの検査を行うことができるなどの理由により、吸収パターンに反射防止層を設ける必要が無い場合は、前記の第２、第３の構成において、単層の吸収層とすることもできる。
【００３３】
また、本発明の反射型フォトマスクは、上記反射型フォトマスクブランクの光吸収層がパターン加工されたことを特徴とする。
【００３４】
さらに、本発明の極端紫外線の露光方法は、上記反射型フォトマスクに極端紫外線を照射し、転写パターンの形状に極端紫外線を成形する工程を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、反射型フォトマスクブランクおよび反射型フォトマスクに使用される光吸収層が、少なくとも１層にインジウムと酸素とフッ素とを含有する層を具備することにより、ＥＵＶ光露光によるパターン転写露光時のみならずＤＵＶ光によるパターン検査時においても、反射領域に対し良好な反射コントラストが得られ、反射型フォトマスクのパターン転写精度および欠陥検査感度が良好となる。また、この反射型フォトマスクを用いてＥＵＶ光露光を行うことにより、精度の高い微細なパターンで半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の反射型フォトマスクブランクは、基板と、基板上に設けられた多層反射膜と、多層反射膜上に設けられた光吸収層とを有し、この光吸収層にインジウムと酸素とフッ素とを含有する層を具備している。
【００３７】
反射型フォトマスクブランクは反射型フォトマスクを加工する前の製品であって、光吸収層は、転写される露光パターンに応じたパターン加工がなされていない。
【００３８】
図１は、本発明に係る反射型フォトマスクブランクの一例の構成を示す概略断面図であり、図２は、本発明に係る反射型フォトマスクの一例の構成を示す概略断面図である。
図１に示すように、本発明の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、バッファー層３、下層吸収膜４および上層吸収膜５を順次積層した構造を有する。バッファー層３は任意に設けられ得る。多層反射膜２は多層積層されているけれども、簡略して単層で示した。また、多層反射膜の最表層は、多層膜を保護する等の目的で周期構造とは異なる膜厚や材料として、特にキャッピング層などの名称で呼ばれることがあるが、簡略して多層反射膜に含まれるものとしている。
【００３９】
本発明の反射型フォトマスクは、光吸収層がパターン加工されていること以外は、上記反射型フォトマスクブランクと同様の構成を有する。
【００４０】
また、図２に示すように、本発明の反射型フォトマスク２０は、上層および下層吸収膜４、５の代わりに、パターン加工された吸収膜４ａ、５ａが設けられていること、及びバッファー層３の代わりにパターン加工されたバッファー層３ａが設けられていること以外は、図１と同様の構造を有する。反射型フォトマスク２０では、このパターン加工により、吸収膜４、５およびバッファー層３が部分的に除去されて多層反射膜２表面の一部が露出された部分が反射領域Ｂ、除去されず残った光吸収層４表面が吸収領域Ａを構成している。
【００４１】
本発明によれば、使用される光吸収層がインジウムを含有する光吸収膜を有することにより、光吸収層の吸収係数を大きくすることができる。これにより、光吸収層の膜厚を薄くすることができる。光吸収層の膜厚が薄くなると、寸法精度良くパターンを形成することができる。また、インジウムと酸素とフッ素を含有する層と、タンタルと、酸素、窒素、炭素、および珪素からなる群から選択される少なくとも１種以上の元素を含有する層とを積層することにより、ＤＵＶ波長領域での反射率を低くすることができる。ＤＵＶ波長領域での反射率を低くすることができると、反射領域との反射コントラストが大きくなり、欠陥検査感度が高くなる。
【００４２】
図３〜図１４に、本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明するための図を示す。
基板としては、熱膨張係数の小さい材料で平坦度が良く、表面粗さが小さい材料が好ましく、例えば図３に示すように、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２ガラスを平坦に研磨して表面を清浄にしたガラス基板１を用意する。
【００４３】
次に、基板１の上にＤＣマグネトロンスパッタリングやイオンビームスパッタリングによりＭｏ２．８ｎｍとＳｉ４．２ｎｍを交互に４０周期積層して、図４に示すように、波長１３．５ｎｍの露光波長に対して反射率が最大となるような多層反射膜２を作製する。最表面のＳｉ層は膜厚を１１ｎｍ程度とすることにより、表面の酸化に対して多層膜を保護する効果が得られる。なお、この多層反射膜２は多層膜であるけれども、簡略のため、図中では単層で示している。
【００４４】
その後、図５に示すように、たとえば珪酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）等のバッファー層３を例えば１０ｎｍ成膜する。
【００４５】
さらに、図６に示すように、バッファー層３の上に、インジウムと酸素とフッ素を主成分とする下層吸収膜４を例えば４０ｎｍ成膜する。この膜はたとえば、酸化インジウムをターゲットとして、アルゴンと酸素と四フッ化炭素（ＣＦ４）の混合ガス雰囲気下でスパッタリング法により作製することができる。
【００４６】
下層吸収膜４上には、図７に示すように、例えばタンタルと酸素と窒素を主成分とする上層吸収膜５を１７ｎｍ成膜する。この膜はたとえば、タンタルシリサイドをターゲットとして、アルゴンと酸素と窒素の混合ガス雰囲気下でスパッタリング法により作製することができる。その後、上層吸収膜５と光吸収膜４を例えば電子線リソグラフィ技術によりパターン加工することができる。
【００４７】
まず、上層吸収膜５上に図８に示すように、電子線露光用レジスト塗布液を塗布し、ベーキングを行うことにより、電子線露光用レジスト層６を形成する。
【００４８】
次に、レジスト層６に電子線描画装置により所望のパターンを描画し、必要に応じてベーキング処理等を行い、例えば２．３８ｗｔ％水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等の現像液により、現像処理を行い、図９に示すように、上層吸収膜５をエッチングするためのマスクとなるレジストパターン６ａを形成する。
【００４９】
例えば上層吸収膜にタンタルと酸素と窒素と珪素を主成分とする材料を用いた場合、例えば四フッ化炭素（ＣＦ４）のように、フッ素を有する成分を含むガスを用いたドライエッチングを行うことによりレジストパターンを上層光吸収膜５に転写し、図１０に示すように、上層光吸収パターン５ａを形成する。
フッ素系ガスによるドライエッチングを行った場合、上層光吸収膜のエッチングが進行し、下層のインジウムを含む層に到達するとエッチング速度は急速に低下する。これは、インジウムとフッ素が揮発性反応性生物を生成しないためである。
【００５０】
上層光吸収膜のエッチングの後、残留したレジストを例えばＮ−メチルピロリドンを主成分とする剥離液にて除去することができるが、レジスト層は、後で行う下層吸収膜のエッチングまで残しておいても良い。
レジストを剥離した後の光吸収層は上層のみがパターン加工された状態である。この状態でもＤＵＶ波長を用いたパターン検査が可能であり、必要に応じて修正処理を行うことができる。
【００５１】
次に、パターン加工された上層光吸収膜をエッチングマスクとして、下層吸収膜のドライエッチングを行う。インジウムを含む膜はメタンまたはメチル基を含む化合物のガスや、ヨウ化水素（ＨＩ）等のヨウ素を含有するガスなどを用いてエッチングする。
エッチングマスクとして用いる上層光吸収膜はメタン系ガスを用いたプラズマではほとんどエッチングされない。このことから、上層光吸収膜のパターンはほとんど寸法精度を損なうことなく下層まで加工することが可能である。
【００５２】
下層吸収膜のエッチングが進行して、下にあるバッファー層に到達するとエッチング速度は非常に小さくなる。たとえば、バッファー層に珪酸ジルコニウムを主成分とする層を用いた場合メタン系ガスではほとんどエッチングされない。このようにして下層光吸収膜のパターン４ａが図１１に示すように得られる。図１１は、下層光吸収膜のエッチング加工の前にレジストを剥離しなかった場合について示している。
【００５３】
下層光吸収膜のエッチングを行う前にレジストパターン６ａの除去を行わなかった場合は、この段階で例えばＮ−メチルピロリドンを主成分とする剥離液などによって、レジストパターン６ａを除去する。
【００５４】
下層吸収膜のエッチングおよびレジストパターンの剥離が終了した後、図１２に示すように、光吸収領域の表面は上層吸収膜、反射領域の表面はバッファー膜である。この状態で図１３に示すように、ＤＵＶの波長の光を用いたパターン検査を行うことができ、必要に応じてパターンの修正を行うことができる。
【００５５】
光吸収層パターンの検査および修正の後、バッファー層はたとえばクロムを主成分とする場合、塩素と酸素ガスを含むプラズマを用いてドライエッチングする。インジウムと酸素を含有する上層光吸収膜は塩素系およびフッ素系のプラズマに対して非常にエッチングされにくいため、バッファー層のエッチングによるパターンの寸法変動はきわめて小さい。バッファー層のエッチング終了後、最終的な検査および必要に応じて修正を行うことにより、図１４に示したような反射型フォトマスクが得られる。
【００５６】
本発明に用いられる多層反射膜としては、ＥＵＶ光の波長で高い反射率を持たせるために、屈折率の異なる材料を多層に積層した膜を用いる。波長１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ光を使用する場合、Ｍｏ層とＳｉ層の組み合わせを用いることができる。高い反射率を得るためには各層間の界面で急峻に屈折率が変化することが望まれる。多層膜の最上層は理論的にはＭｏ層の方が反射率を高くできるが、表面に生成する酸化膜が不安定であることから、最上層にＳｉを形成し得る。表面の酸化から多層膜を保護するために、最表面のＳｉは膜厚をやや大きくしても良い。
【００５７】
本発明に用いられる光吸収層は、少なくとも２層の光吸収膜を有する。
ここで使用される光吸収膜はマスク上にパターン加工され、露光プロセスにおいて光強度の小さい領域を形成するものをいう。光吸収膜としては、ＥＵＶ波長の光を吸収する能力の高い材料が使用され得る。吸収能力は露光に用いられる光の波長における光学定数で定まる。
【００５８】
本発明では、使用される光吸収膜のうち少なくとも１層もしくはバッファー層がインジウムと酸素とフッ素とを含有する。
光吸収膜もしくはバッファー層がインジウムを含有することにより、膜の消衰係数（光学定数の虚数部）が大きくなり、より小さい膜厚で吸収の大きい膜とすることができるという利点がある。
【００５９】
インジウム単体で光吸収膜もしくはバッファー層を形成した場合、インジウムの融点が非常に低いため、マスクパターンを形成するプロセスにおいて耐性が十分ではない。このため、本発明の光吸収膜もしくはバッファー層はインジウムと酸素をフッ素を含有しており、インジウム単体と比較して非常に化学的に安定である。インジウムの含有量は３５ないし６０ａｔ％、酸素の含有量は４０ないし７０ａｔ％、フッ素の含有量は１ないし１５％であることが好ましい。フッ素の含有量がこれよりも少ないと、結晶粒が成長しやすく、粗さが大きくなったり、膜応力の変動が大きくなる傾向がある。また、フッ素の含有量が多すぎるとＥＵＶの波長での消衰係数βが小さくなる傾向があり、膜厚を小さくする効果が得られなくなる。フッ素の添加量と膜の特性について以下に説明する。
【００６０】
図１６は、酸化インジウムをターゲットとしてアルゴンを２０ｓｃｃｍ、酸素を１ｓｃｃｍ、四フッ化炭素を０、０．３、０．６、１．２ｓｃｃｍの流量でスパッタリング法により作製した膜について、Ｘ線回折をθ−２θ法で測定した結果である。四フッ化炭素の流量が０および０．３ｓｃｃｍの場合は酸化インジウムの結晶に基づく回折ピークが見られるのに対し、０．６および１．２ｓｃｃｍの場合は２θが２８から３４度にかけて、非晶質構造にもとづくブロードなピークがみられる。また、ＥＵＶの１３．５ｎｍの波長での消衰係数は四フッ化炭素流量が０．３および１．２ｓｃｃｍの場合、それぞれ０．０６０および０．０５１であった。
【００６１】
図１７、図１８は、酸化インジウムをターゲットとして、アルゴンを２０ｓｃｃｍ、酸素を１ｓｃｃｍ、四フッ化炭素を図１７は０ｓｃｃｍ、図１８は１．２ｓｃｃｍのそれぞれの流量でスパッタリング法により作製した膜について、室温から１２０℃までの間で温度を変化させたときの応力の変化量の一例を表している。室温から１２０℃まで３０分間で昇温し、１２０℃で３０分間保持した後、６０分間で室温まで冷却した。いずれの場合についても、基板と膜の熱膨張係数の違いに基づく応力の変化がみられるが、四フッ化炭素を添加しない場合は、図１７に示すとおり、処理中に原子の再配列が起こり、処理前後で膜の応力が変わっているのに対し、図１８に示す四フッ化炭素を添加した場合には処理前後の応力の変化が非常に小さいことが明らかである。
【００６２】
また、インジウムと酸素とフッ素を含む層はそのほかの元素として、錫または亜鉛のうち少なくとも１種の成分を添加することができる。これらの元素はインジウムと価数が異なるため、光吸収膜に導電性を付与することができ、電子線露光においてマスク基板表面が帯電するのを低減する効果がある。インジウムと同様にメチル基を含むガスを用いたプラズマにより揮発性生成物が得られるため、ドライエッチングされやすいという利点がある。錫や亜鉛もインジウムに匹敵するＥＵＶ光の吸収能力を有しており、異種元素の添加により消衰係数の減少が抑制されるという利点もある。
【００６３】
本発明に用いられる光吸収膜は、ＥＵＶ光に対する反射率が０．６％未満であることが好ましい。反射率が低いほどコントラストが良くなり、良好なマスク像が得られる。０．６％を超えるとコントラストが不十分となり、露光プロセスにおいて解像度に悪影響を及ぼす傾向がある。
【００６４】
また、紫外線領域の検査に用いる光の波長における反射率が１０％未満であることが好ましい。反射率が低いほど検査時のコントラストが大きくなるために、微小な欠陥の検出に対して有利となる傾向があり、１０％を超えると、逆にコントラストが低下し、欠陥の検出限界が低下する傾向がある。
【００６５】
また、光吸収層の膜厚は、２０ないし１００ｎｍであることが好ましい。膜厚がこの範囲内であると、より寸法制御性の良いパターンの形成が可能となる。２０ｎｍ未満であると、ＥＵＶ光の反射率が十分に低くならない傾向があり、１００ｎｍを超えると、パターン形成時の寸法変動量が大きく、正確なパターンを得るのが難しくなる傾向があり、また、マスクとして露光に使用する際に斜入射によりできる影の影響が大きくなる傾向がある。
【００６６】
インジウムと酸素とフッ素を含有する層を上層吸収膜として使用する場合は、下層吸収膜として金属性が高く、紫外線領域の検査光の波長において反射率が高くなる組成とすることが好ましい。これは上層吸収膜表面で反射する光と、上層吸収膜と下層吸収膜の界面で反射する光の干渉が大きくなり、反射防止効果が高くなるためである。下層吸収膜としてタンタルを主成分とする材料を用いる場合、タンタルの含有率は５０ａｔ％以上であることが好ましい。タンタル単体の膜にすると結晶粒が成長しやすく、パターンの粗さが大きくなったり、応力の変動が大きくパターン位置精度が低下する傾向がある。窒素や炭素、珪素の添加はこのような結晶粒の成長を抑制する効果がある。また、これらの成分は下層吸収膜をドライエッチングにより加工する際に、揮発性反応生成物を生じるため、良好なパターン形状を得ることができ、エッチングの残渣を生じにくいという利点もある。
【００６７】
インジウムと酸素とフッ素を含有する層を上層吸収膜として使用する場合、下層吸収膜と多層反射膜との間にバッファー層を設けることができる。このバッファー層には下層吸収膜のエッチングに対して耐性が高く、修正工程において耐性が高く、かつ修正工程後にバッファー膜が除去される際に、光吸収膜や多層反射膜の損傷が少ない材料が使用され得る。バッファー膜の材料として、クロム、クロムの酸化物、窒化物、炭化物およびその混合物、タンタル、タンタルの窒化物、炭化物、珪化物およびその混合物、ジルコニウム、ジルコニウムの酸化物、窒化物、珪化物およびその混合物、酸化珪素、炭素などを挙げることができる。
【００６８】
インジウムと酸素とフッ素を含有する層を下層吸収膜として使用する場合は、上層吸収膜として、紫外線領域の検査光の波長において透明性が高い組成とすることが好ましい。これは、前記の場合と同様に上層吸収膜表面で反射する光と、上層吸収膜と下層吸収膜の界面で反射する光の干渉が大きくなり、反射防止効果が高くなるためである。インジウムと酸素とフッ素を含む膜はタンタル等の金属のように紫外線領域の波長において反射率が高くないために、この干渉の効果はあまり大きくないが、バッファー層の材料として金属性が低く、例えば珪酸ジルコニウムのような材料を用いることで、反射率を１０％未満にすることができる。
【００６９】
インジウムと酸素とフッ素を含有する層をバッファー層として使用する場合は、前記と同様に、紫外線領域の検査光の波長において透明性が高い組成の上層吸収膜と、同波長において反射率が高い下層吸収膜を組合わせて使用することが好ましい。この場合、紫外線領域の検査光、例えば２５７ｎｍに対する反射率を高くして検査のコントラストを高くするためには膜厚が３５ないし５５ｎｍが好ましい。この場合、バッファー層領域でのＥＵＶの吸収が非常に大きくなるので、吸収膜の膜厚を低減できる利点がある。また、バッファー膜のエッチング後の検査を電子線等を用いて行うことができる場合には、上層吸収膜を設けずに、吸収パターン部分の反射率を高くして、バッファー層が露出した部分の反射率を低くする構成も可能である。
【００７０】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、ＥＵＶリソグラフィーにおいて、精度の高いパターン転写が可能となることから、微細化されたパターンを有する半導体装置を製造することができる。すなわちＥＵＶ光源から放出されるＥＵＶ光を集光鏡で集光反射して本発明の反射型フォトマスクに照射し、反射型フォトマスクでパターン成形されたＥＵＶ光を反射投影光学系を介してＥＵＶ光用レジストの塗布されたウエハ表面に縮小投影露光する。その後、現像して所望のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしてウエハ表面をエッチングして微細パターンを有する半導体装置を製造する。
【実施例１】
【００７１】
以下、実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。
基板１として、図３に示すように、６インチ×６インチ×０．２５インチの大きさの合成石英ガラス基板を用意した。
【００７２】
図４に示すように、基板１上に、マグネトロンスパッタ装置を用いてＭｏとＳｉのターゲットを交互に使用し、基板温度２５℃、アルゴン雰囲気で、２．８ｎｍの膜厚を有するＭｏ層、および４．２ｎｍの膜厚を有するＳｉ層を１周期として４０周期積層し、多層反射膜２を形成した。多層反射膜２の最上層はＳｉとし、膜厚を１１ｎｍとした。この多層反射膜２の波長２５７ｎｍにおける光反射率は５６％であった。
【００７３】
次に、図５に示すように、多層反射膜２の上にマグネトロンスパッタ装置を用いてジルコニウムと珪素をターゲットとして、各ターゲットのパワーを３：１とし、基板温度２５℃、アルゴンと酸素を流量比３：１としたガス雰囲気下で珪酸ジルコニウムからなるバッファー層３を１０ｎｍ成膜した。この状態で、波長２５７ｎｍにおける光反射率は５２％であった。
【００７４】
その後、図６に示すように、バッファー層上に、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）をターゲットとして、アルゴンと酸素と四フッ化炭素の流量比を２０：１：１．２としたガス雰囲気下で、ＲＦマグネトロンスパッタリングにより、下層光吸収膜を５５ｎｍの膜厚に形成した。この膜の１３．５ｎｍでの消衰係数βの推定値は０．０５１であった。
【００７５】
さらに、タンタルと珪素をターゲットとして、各ターゲットのパワーを１：２とし、アルゴンと酸素と窒素の流量比を３２：０．５：７．５とした混合ガス雰囲気下でマグネトロンスパッタリングにより、酸窒化タンタルシリサイドからなる上層光吸収膜を８ｎｍ形成することにより、図７に示すように、ＥＵＶ光用反射型マスクブランク１０を得た。
この状態での紫外線波長領域の反射率を測定したところ、２５７ｎｍの波長において約８％と十分に低い値となっていることを確認した。
【００７６】
上記マスクブランク１０に、電子線レジストＦＥＰ１７１（富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）を３００ｎｍの厚さにスピンコートし、ホットプレートにて１１０℃で１０分間ベーキングを行い、図８に示すようなレジスト層６を形成した。
【００７７】
次いで、電子線描画装置を用いて、１０μＣ／ｃｍ２のドーズ量でパターンを描画した。描画後のブランクをホットプレートにて１１０℃で１０分間ベーキングを行い、２．３８ｗｔ％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で９０秒間現像し、純水でリンス後にスピン乾燥し、図９に示すようにレジストパターン６ａを得た。
【００７８】
引き続き、図１０に示すように、レジストパターンをエッチングマスクとし、四フッ化炭素ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、上層光吸収膜５をエッチングして上層吸収膜パターン５ａを得た。
【００７９】
引き続き、図１１に示すように、レジストパターン６ａと上層光吸収膜パターン５ａをエッチングマスクとして、メタンガスと水素ガスを流量比２：８とした混合ガス雰囲気下でのドライエッチングにより、下層吸収膜パターン４ａを得た。
【００８０】
さらに図１２に示すように、酸素ガス雰囲気下でプラズマアッシングを行った後、Ｎ−メチルピロリドンとジメチルスルホキシドを主成分とする剥離液に浸漬することで、残留したレジストおよびドライエッチングの反応により生じた残渣を除去した。
【００８１】
レジストパターン６ａで保護されていた部分の２５７ｎｍの波長の検査光の反射率は８％であった。また、エッチングにより露出した珪酸ジルコニウムからなるバッファー層の表面の反射率は５２％であった。この反射率の差により、パターンの検査が可能であることを確認した。
【００８２】
形成されたパターンを確認した後、塩素ガスを用いたドライエッチングにより、露出した部分のバッファー膜を除去し、図１４に示すように、本発明にかかる反射型ＥＵＶ用フォトマスクを得た。
【００８３】
エッチング後に露出した反射多層膜表面の２５７ｎｍにおける反射率は５６％であり、光吸収パターン部分の反射率は８％であり、この反射率の差により、最終的なパターン検査ができることを確認した。このときの１３．５ｎｍにおける光吸収パターン部分の反射率は０．１％未満であり、良好であった。
【００８４】
次に比較例として、光吸収膜として、タンタルと珪素からなる下層光吸収膜とタンタルと珪素と酸素から成る上層光吸収膜を用いること以外は前記実施例１と同様にして反射型ＥＵＶ用フォトマスクを形成したところ、酸化インジウムによる下層光吸収膜を用いた場合の波長１３．５ｎｍの反射率と同等の反射率とするためには、タンタルと珪素からなる下層吸収膜の厚さを７８ｎｍとし、上層光吸収膜の膜厚を２１ｎｍとする必要があることがわかった。したがって、上記実施例の光吸収層の膜厚よりも約２０ｎｍ以上大きくする必要があった。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明にかかるＥＵＶ光用反射型フォトマスクは、半導体素子、半導体装置および電子回路装置等の製造工程で、ＥＵＶ光用レジストを用いて微細なパターンを形成するために好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明にかかる反射型フォトマスクブランクの一例の構成を表す概略断面図である。
【図２】本発明にかかる反射型フォトマスクの一例の構成を表す概略断面図である。
【図３】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図４】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図５】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図６】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図７】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図８】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図９】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図１０】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図１１】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図１２】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図１３】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図１４】本発明の反射型フォトマスクの製造工程の一例を説明する断面図である。
【図１５】下層吸収膜の膜厚と１３．５ｎｍの波長での反射率の関係の一例を説明する図である。
【図１６】インジウムと酸素とフッ素を含有する膜の結晶性の一例を説明する図である。
【図１７】インジウムと酸素を含有し、フッ素を含有しない膜の加熱温度と応力の関係の一例を説明する図である。
【図１８】インジウムと酸素とフッ素を含有する膜の加熱温度と応力の関係の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００８７】
１・・・基板
２・・・ＥＵＶ反射多層膜
３・・・バッファー膜
３ａ・・・バッファー膜パターン
４・・・下層吸収膜
４ａ・・・下層吸収膜パターン
５・・・上層吸収膜
５ａ・・・上層吸収膜パターン
６・・・レジスト膜
６ａ・・・レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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