JP2012190979A - 反射型マスクブランク及び反射型マスク、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光性の高い遮光枠を有する反射型ブランクマスク及び反射型マスク、その製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、基板１１と、前記基板表面に形成された多層反射層２１と、前記多層反射層２１の上に形成された吸収層５１を有する反射型マスクブランクおよびマスクの製造工程において、前記多層反射層形成時に選択的に成膜しない、もしくは成膜後物理的または化学的または熱処理により多層反射層２１から発生する反射強度を下げ、遮光性の高い遮光枠２５を作製する。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型マスクブランク及び反射型マスク、反射型マスクブランクの製造方法に係り、特に極端紫外線（Extreme Ultra Violet；以下「ＥＵＶ」と表記する。）を光源とするＥＵＶリソグラフィを用いた半導体製造装置などに利用される反射型マスクブランク及び反射型マスク、反射型マスクブランクの製造方法に関する。

（ＥＵＶリソグラフィの説明）
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶを光源に用いたＥＵＶリソグラフィが提案されている。ＥＵＶリソグラフィは光源波長が短く光吸収性が非常に高いため、真空中で行われる必要がある。またＥＵＶの波長領域においては、ほとんどの物質の屈折率は１よりもわずかに小さい値である。このため、ＥＵＶリソグラフィにおいては従来から用いられてきた透過型の屈折光学系を使用することができず、反射光学系となる。従って、原版となるフォトマスク（以下、マスクと呼ぶ）も、従来の透過型のマスクは使用できないため、反射型のマスクとする必要がある。

（ＥＵＶマスクとブランク構造の説明）
このような反射型マスクの元となる反射型マスクブランクは、低熱膨張基板の上に露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射層と、露光光源波長の吸収層が順次形成されており、更に基板の裏面には露光機内における静電チャックのための裏面導電膜が形成されている。また、前記多層反射層と、吸収層の間に緩衝層を有する構造を持つＥＵＶマスクもある。反射形マスクブランクから反射形マスクへ加工する際には、ＥＢリソグラフィとエッチング技術により吸収層を部分的に除去し、緩衝層を有する構造の場合はこれも同じく除去し、吸収部と反射部からなる回路パターンを形成する。このように作製された前記反射型マスクによって反射された光像が反射光学系を経て半導体基板上に転写される。

（ＥＵＶマスクの吸収層の膜厚と反射率の説明）
反射光学系を用いた露光方法では、マスク面に対して垂直方向から所定角度傾いた入射角（通常６°）で照射されるため、吸収層の膜厚が厚い場合、パターン自身の影が生じてしまい、この影となった部分における反射強度は、影になっていない部分よりも小さいため、コントラストが低下し、転写パターンのエッジ部のぼやけや設計寸法からのずれが生じてしまう。これはシャドーイングと呼ばれ、反射マスクの原理的課題の一つである。

このようなパターンエッジ部のぼやけや設計寸法からのずれを防ぐためには、吸収層の膜厚は小さくし、パターンの高さを低くすることが有効であるが、吸収層の膜厚が小さくなると、吸収層における遮光性が低下し、転写コントラストが低下し、転写パターンの精度低下となる。つまり吸収層を薄くし過ぎると転写パターンの精度を保つための必要なコントラストが得られなくなってしまう。つまり、吸収層の膜厚は厚すぎても薄すぎても問題になるので、現在は概ね５０〜９０ｎｍの間になっており、ＥＵＶ光（極端紫外光）の吸収層での反射率は０．５〜２％程度である。

（隣接するチップの多重露光の説明）
一方、反射型マスクを用いて半導体基板上に転写回路パターンを形成する際、一枚の半導体基板上には複数の回路パターンのチップが形成される。隣接するチップ間において、チップ外周部が重なる領域が存在する場合がある。これはウェハ１枚あたりに取れるチップを出来るだけ増加したいという生産性向上のために、チップを高密度に配置するためである。この場合、この領域については複数回（最大で４回）に渡り露光（多重露光）されることになる。この転写パターンのチップ外周部はマスク上でも外周部であり、通常、吸収層の部分である。しかしながら、上述したように吸収層上でのＥＵＶ光の反射率は、０．５〜２％程度あるために、多重露光によりチップ外周部が感光してしまう問題があった。このため、マスク上のチップ外周部は通常の吸収層よりもＥＵＶ光の遮光性の高い領域（以下、遮光枠と呼ぶ）の必要性が出てきた。

このような問題を解決するために、反射型マスクの吸収層から多層反射層までを掘り込んだ溝を形成することや、回路パターン領域の吸収層の膜厚よりも厚い膜を形成することや、反射型マスク上にレーザ照射もしくはイオン注入することで多層反射層の反射率を低下させることにより、露光光源波長に対する遮光性の高い遮光枠を設けた反射型マスクが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−２１２２２０号公報

しかしながら、マスクパターン作成後の多層反射層の掘り込みはシリコン（Ｓｉ）とモリブデン（Ｍｏ）の合計８０層を加工する必要があり、加工面からのパーティクル発生は避けられず、欠陥面でのマスク品質の低下を招いてしまう。さらにこの方法では、上層の吸収層を除去した後に、多層反射層を除去することから、多層反射層がほんの数層残ってしまった場合は、逆に反射率を高くしてしまう懸念がある。

また、反射型マスク上にレーザ照射もしくはイオン注入することで遮光枠を形成する場合、多層反射層以外によるレーザ光もしくはイオンの損失があるため、この損失分を考慮したレーザ光もしくはイオンを照射しなくてはならない。また多層反射層以外の膜にはレーザ光もしくはイオンの照射によるダメージが生じ、吸収層の露光光源波長の吸収率の低下してしまうことが懸念される。

そこで、本発明は遮光枠の形成において、その作成をパターニング前のブランク段階で行う事により、パーティクル起因の欠陥によるマスク品質低下を防ぎ、且つ吸収層へのダメージや光学的性質の変化のない、遮光性の高い遮光枠を有する反射型マスクブランク及び反射型マスク、その製造方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る反射型マスクブランクは、低熱膨張基板と、前記基板表面に形成された多層反射層と、前記多層反射層の上に形成された吸収層を具備する反射型マスクにおいて、回路パターン領域の外側に極端紫外光の反射率の低い遮光枠を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の反射型マスクブランクにおいて、反射型マスクブランクの遮光枠は、多層反射層がないことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２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において、反射型マスクブランクの遮光枠は、多層反射層の成膜時に遮蔽物を用いる事を特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の反射型マスクブランクの製造方法において、多層反射層の成膜前に遮光枠領域にレジストを塗布し、成膜後にウェット処理を行う事により、多層反射層をリフトオフする事を特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項３に記載の反射型マスクブランクの製造方法において、反射型マスクブランクの遮光枠は、ドライエッチングまたは物理的方法またはその両方を用い、パターン領域の外側を選択的に多層反射層を取り去る事を特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項３に記載の反射型マスクブランクの製造方法において、反射型マスクブランクの遮光枠は、ウェットエッチングを用い、パターン領域の外側を選択的に多層反射層を取り去る事を特徴とする反射型マスクブランクの製造方法。

請求項７に係る発明は、請求項３に記載の反射型マスクブランクの製造方法において、反射型マスクブランクの遮光枠は、レーザまたはイオンビームまたはその両方を用い、熱による多層反射層のミキシングを起こす事により、その反射率を低減させる事を特徴とする。

請求項８に係る反射型マスクは、請求項３乃至７の何れか１項に記載の反射型マスクブランクの製造方法により製造される反射型マスクブランクを用いたことを特徴とする。

本発明は、マスクの回路パターニング前段階において多層反射層を除去し遮光枠を形成する事から、回路パターンにパーティクルが付着する事は原理的に無い。その為、マスク欠陥品質の低下を抑えることが可能である。また、吸収層形成の前段階で多層反射層の処理が出来る為、多層反射層が数層残ってしまう懸念が無く、反射層から発生する反射光の強度を抑制し、遮光性の高い遮光枠を形成することができる。これらの事から、本発明の反射型マスクを用いることで、高い精度で転写パターンを形成できるという効果を奏する。

本発明の反射型マスクブランクの構造の概略断面図である。 本発明の反射型マスクブランクの概略図である。 本発明の反射型マスクの構造の概略断面図である。 本発明の反射型マスクブランクの構造の概略断面図である。 本発明の反射型マスクの概略図である。 本発明の実施例１に係る反射型マスクブランクの作製工程を示す図である。 本発明の実施例３に係る反射型マスクの作製工程を示す図である。

（本発明の反射型マスクブランクの構成）
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の反射型マスクブランクの構成について説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の反射型マスクブランク１００、２００、３００、４００の断面を示している。即ち、本発明のブランクの構成は、１００、２００、３００、４００のいずれを用いてもよい。図２は、図１（ａ）〜（ｄ）の本発明の反射型マスクブランク１００、２００、３００、４００を上面から見た図である。

図１（ａ）に示す反射型マスクブランク１００は、基板１１の表面に、多層反射層２１、吸収層５１が順次形成されている。図１（ｂ）に示す反射型マスクブランク２００は基板１１の表面に、多層反射層２１、吸収層５１が順次形成されていると共に、基板１１の裏面に導電膜７１が形成された構造となっている。つまり、図１（ｂ）の反射型マスクブランク２００は、図１（ａ）の反射型マスクブランク１００の基板１１の裏面に導電膜７１が形成されている。図１（ｃ）の反射型マスクブランク３００は、基板１１の表面に多層反射層２１、緩衝層４１、吸収層５１が順次形成されている。図１（ｄ）の反射型マスクブランク４００は、図１（ｃ）の反射型マスクブランク３００の基板１１の裏面に導電膜７１が形成された構造となっている。

図１（ａ）〜（ｄ）の基板１１上の多層反射体層２１の周辺部には、多層反射層除去部２１ａを有する。次いで形成された吸収層５１も前記多層反射層２１の形状を引き継ぎ、最終的に遮光枠２５に形成されている。図１（ｃ）、（ｄ）の場合は、緩衝層４１が多層反射層２１と吸収層５１の間にある構造となっている。図１（ａ）〜（ｄ）の本発明の反射型マスクブランク１００、２００、３００、４００を上面から見ると図２のように、通常の吸収層領域８０と遮光枠領域９０が形成されている。

（ミキシング型の構造の説明）
あるいは、図３（ａ）〜（ｄ）の基板１１上の多層反射体層２１の周辺部には、多層反射層ミキシング部２１ｂを有する構造でも良い。この場合、形成された吸収層５１は前記多層反射層２１の形状を引き継がず、フラットに形成される。図３（ｃ）、（ｄ）の場合は、緩衝層４１が多層反射層２１と吸収層５１の間にある構造となっている。図３（ａ）〜（ｄ）の本発明の反射型マスクブランク１００、２００、３００、４００を上面から見ると、図１の多層反射層除去時と同様に図２のように、通常の吸収層領域８０と遮光枠領域９０が形成されている。

（本発明の多層反射層２１に多層反射層除去部２１ａを形成する方法）
次に、本発明の多層反射層除去部２１ａを形成する方法について説明する。多層反射層除去部２１ａの形成には、スパッタリング、リフトオフ、ドライエッチング、ウェットエッチング、熱処理のいずれか、もしくは組み合わせが可能である。

スパッタリングによって、多層反射層除去部２１ａを形成する方法は、図１に示す基板１１を用意し、その表面に対し、多層反射層２１のスパッタリングを行う。その際、スパッタリング装置内に上から見て遮光枠領域９０と同様の形状をした長方形リング状の遮蔽板を設置し成膜する事により、多層反射層除去部２１ａを形成する。スパッタリングの方式は、マグネトロンスパッタ方式やＤＣスパッタ方式など、いずれの方式を用いても良い。

リフトオフによって、多層反射層除去部２１ａを形成する方法は、多層反射層２１形成前に基板１１上において、遮光枠領域９０と同様の形状をした長方形リング状にレジストを塗布し、その上からスパッタリングを行い、多層反射層形成後、レジスト剥離液に浸漬しリフトオフする事により、多層反射層除去部２１ａを形成する。この際用いるレジスト剥離液は、有機酸系、有機アミン、極性溶剤、硫酸等が有効である。

ドライエッチングによって、多層反射層除去部２１ａを形成する方法は、多層反射層形成後に、リソグラフィ等により遮光枠となる部分のみを開口部としたレジストパターニングを行い、ドライエッチング処理を行なうことにより、多層反射層除去部２１ａを形成するものである。エッチングガスには、多層反射層の材料であるＭｏとＳｉのエッチングに適している塩素、フッ素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子を含むガスを用いたプラズマエッチング法が可能であるが、ＭｏとＳｉの両方に対してエッチング効果が得られるフッ素を使うのが望ましい。

ウェットエッチングによって、多層反射層除去部２１ａを形成する方法は、多層反射層形成後に、リソグラフィ等により遮光枠となる部分のみを開口部としたレジストパターニングを行い、ウェットエッチング処理を行うことにより、多層反射層除去部２１ａを形成するものである。エッチング液には、多層反射層の材料であるＭｏとＳｉのエッチングに適している硝酸またはフッ硝酸が有効である。

（本発明のミキシング層を形成する方法）
次に、本発明のミキシング層を形成する方法について説明する。遮光枠となる領域の多層反射層に熱処理を施すことにより各層のミキシングを発生させ、ＥＵＶ光の反射率を低下させることが可能である。熱処理の方法としてはレーザまたはイオンビームまたは直接ヒーター等により２００℃程度まで加熱する方法がある。

（本発明の反射型マスクブランクの構成の詳細：多層反射層）
図１（ａ）、（ｂ）の多層反射層２１は、１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光に対して６０％程度の反射率を達成できるように設計されており、ＭｏとＳｉが交互に４０〜５０ペア積層した積層膜で、さらに最上層はルテニウム（Ｒｕ）で構成されている。Ｒｕ層の下に隣接する層はＳｉ層である。ＭｏやＳｉが使われている理由は、ＥＵＶ光に対する吸収（消衰係数）が小さく、且つＭｏとＳｉのＥＵＶ光での屈折率差が大きいために、ＳｉとＭｏの界面での反射率を高く出来るためである。多層反射層の最上層のＲｕは、吸収層の加工におけるストッパーやマスク洗浄時の薬液に対する保護層としての役割を果たしている。

図１（ｃ）、（ｄ）の多層反射層２１は、１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光に対して６０％程度の反射率を達成できるように設計されており、ＭｏとＳｉが交互に４０〜５０ペア積層した積層膜で、最上層はＳｉ層で構成されている。この場合の多層反射層の最上層のＳｉも、上述したＲｕと同様の役割を果たす。

（本発明の反射型マスクブランクの構成の詳細：緩衝層）
図１（ｃ）、（ｄ）の緩衝層４１は、吸収層５１のエッチングやパターン修正時に、緩衝層の下に隣接する多層反射層２１の最上層であるＳｉ層を保護するために設けられており、クロム（Ｃｒ）の窒素化合物（ＣｒＮ）で構成されている。

（本発明の反射型マスクブランクの構成の詳細：吸収層）
図１（ａ）〜（ｄ）の吸収層５１は、１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶに対して吸収率の高いタンタル（Ｔａ）の窒素化合物（ＴａＮ）で構成されている。他の材料として、タンタルホウ素窒化物（ＴａＢＮ）、タンタルシリコン（ＴａＳｉ）、タンタル（Ｔａ）や、それらの酸化物（ＴａＢＯＮ、ＴａＳｉＯ、ＴａＯ）でも良い。

図１（ａ）〜（ｄ）の吸収層５１は、上層に波長１９０〜２６０ｎｍの紫外光に対して反射防止機能を有する低反射層を設けた２層構造から成る吸収層であっても良い。低反射層は、マスクの欠陥検査機の検査波長に対して、コントラストを高くし、検査性を向上させるためのものである。

（本発明の反射型マスクブランクの構成の詳細：裏面導電膜）
図１（ｂ）及び図１（ｄ）の導電膜７１は、一般にはＣｒＮで構成されているが、導電性があれば良いので、金属材料からなる材料であれば良い。

（本発明の反射型マスクの説明）
本発明の反射型マスクの構成を説明する。

前記図１（ａ）の反射型マスクブランク１００から作製した反射型マスク１０１を図４（ａ）に示す。前記図１（ｂ）の反射型マスクブランク２００から作製した反射型マスク２０１を図４（ｂ）に示す。前記図１（ｃ）の反射型マスクブランク３００から作製した反射型マスク３０１を図４（ｃ）に示す。前記図１（ｄ）の反射型マスクブランク４００から作製した反射型マスク４０１を図４（ｄ）に示す。いずれも、多層反射層５１の上部の吸収層５１及び緩衝層４１がある場合は緩衝層４１を掘り込むことによって、回路パターン領域８５を有する反射型マスクが形成される。また、図５は、図４（ａ）〜（ｄ）の本発明の反射型マスク１０１、２０１、３０１、４０１を上面からみた図である。通常の吸収層領域８０と遮光枠領域９０と回路パターン領域８５から構成されている。

このようにして、ＥＵＶ光に対する反射率が吸収層領域よりも充分に小さい遮光枠領域を有する反射型マスクブランクを得る。

（本発明のマスクブランクからマスクを製造する方法）
次に、反射型マスク及び反射型マスクの製造方法について説明する。

図１に示す反射型マスクブランク１００もしくは２００を用意し、電子線リソグラフィによりレジストパターンを形成後、フルオロカーボンプラズマもしくは塩素プラズマ、必要な場合はその両方のプラズマより吸収層５１をエッチングし、レジスト剥離洗浄することで、吸収層５１に回路パターン領域８５が形成された、図４に示す反射型マスク１０１もしくは２０１を得る。

あるいは、図１に示す反射型マスクブランク３００もしくは４００を用意し、電子線リソグラフィによりレジストパターンを形成後、フルオロカーボンプラズマもしくは塩素プラズマ、必要な場合はその両方のプラズマより吸収層５１をエッチングし、次いで塩素プラズマにより緩衝層４１をエッチングし、レジスト剥離洗浄することで、吸収層５１および緩衝層４１に回路パターン領域８５が形成された、図４に示す反射型マスク３０１もしくは４０１を得る。

このようにして、ＥＵＶ光に対する反射率が吸収層領域よりも充分に小さい遮光枠領域を有する反射型マスクを得る。

以下、本発明の反射型マスクブランクの製造方法の実施例を説明する。図６（ａ）に本実施例で用意した低熱膨張ガラス基板１１１を示す。その上に波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対して反射率が６４％程度となるように設計されたＭｏとＳｉの４０ペア多層反射層１２１を図６（ｂ）のように積層した。更に本発明においてはパターン領域外枠部に電子線リソグラフィによりレジストパターンを形成後、フルオロカーボンプラズマもしくは塩素プラズマ、必要な場合はその両方のプラズマより多層反射層１２１をエッチングし、レジスト剥離洗浄することで、図６（ｃ）に示す多層反射層除去部１２１ａを有するマスクブランク１０２を得た。続いてＴａＮからなる吸収層１５１をスパッタリング装置により形成した（図６（ｄ））。このときの吸収層１５１の膜厚は５０ｎｍとした。こうして、外周部に遮光枠領域９０（図２）を有する本発明の反射型マスクブランク２０２が完成した。

実施例１にて作製した反射型マスクブランク１００の吸収層側のＥＵＶ光（波長１３．５ｎｍ）の反射率を測定した。この反射型マスクブランク１００は、次表１に示すように遮光枠以外の領域での反射率が１．２４％であるのに対し、遮光枠領域の反射率が０．００％となった。

実施例１にて作製した反射型マスクブランク１００から反射型マスク１０１を作製し、露光テストを実施した。図７にその作製工程を示す。反射型マスクブランク１００に電子線リソグラフィとドライエッチング、レジスト剥離洗浄を行い、吸収層５１に回路パターン１８５を形成し、本発明の遮光枠を有する反射型マスク１０１を作製した。電子線リソグラフィには、化学増幅型ポジレジストＦＥＰ１７１（富士フイルムエレクトニクスマテリアルズ製）を用いて、描画機ＪＢＸ９０００（日本電子製）によってドーズ１５μＣ／ｃｍ^２描画した後に、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２．３８％現像液によりレジストパターン１８４を形成した（図７（ｃ））。吸収層５１のエッチングにはＣｌ_２の誘導結合型プラズマを適用した。

前記、実施例３にて作製した反射型マスク１０１を用いて１３．５ｎｍのＥＵＶを光源とした露光を行い、半導体基板上に隣接した４つのチップを転写した。隣接したチップにおいて、作製した反射型マスク上の遮光枠に相当する領域の一部は重なっていたにもかかわらず、半導体基板上の当該領域におけるレジストの感光は確認されなかった。

１１…基板、２１…多層反射層、２１ａ…多層反射層除去部、２１ｂ…多層反射層ミキシング部、２５…遮光枠、４１…緩衝層、５１…吸収層、７１…裏面導電膜、８０…吸収層領域、８５…回路パターン領域、９０…遮光枠領域、１００、２００、３００、４００…本発明の反射型マスクブランク、１０１、２０１、３０１、４０１…本発明の反射型マスク、１１１…低熱膨張基板、１２１…多層反射層、１２１ａ…多層反射層除去部、１２５…多層反射層、１５１…吸収層、１６１…回路パターン形成のためのレジスト、１８４…回路パターン形成のためのレジストパターン、１８５…回路パターン。

Claims (8)

1. 低熱膨張基板と、前記基板表面に形成された多層反射層と、前記多層反射層の上に形成された吸収層を具備する反射型マスクにおいて、回路パターン領域の外側にＥＵＶ光の反射率の低い遮光枠を有することを特徴とする反射型マスクブランク。
2. 前記反射型マスクブランクの遮光枠は、多層反射層がない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。
3. 請求項１又は２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において、反射型マスクブランクの遮光枠は、多層反射層の成膜時に遮蔽物を用いる事を特徴とする反射型マスクブランクの製造方法。
4. 前記反射型マスクブランクの遮光枠は、多層反射層の成膜前に遮光枠領域にレジストを塗布し、成膜後にウェット処理を行う事により、多層反射層をリフトオフする事を特徴とする請求項３に記載の反射型マスクブランクの製造方法。
5. 前記反射型マスクブランクの遮光枠は、ドライエッチングまたは物理的方法またはその両方を用い、パターン領域の外側を選択的に多層反射層を取り去る事を特徴とする請求項３に記載の反射型マスクブランクの製造方法。
6. 反射型マスクブランクの遮光枠は、ウェットエッチングを用い、パターン領域の外側を選択的に多層反射層を取り去る事を特徴とする請求項３に記載の反射型マスクブランクの製造方法。
7. 反射型マスクブランクの遮光枠は、レーザまたはイオンビームまたはその両方を用い、熱による多層反射層のミキシングを起こす事により、その反射率を低減させる事を特徴とする請求項３に記載の反射型マスクブランクの製造方法。
8. 請求項３乃至７の何れか１項に記載の反射型マスクブランクの製造方法により製造される反射型マスクブランクを用いた反射型マスク。

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