JP2009071126A - 極端紫外線用反射型フォトマスク及び半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面被覆膜の材料として、Ｔｉの酸化物やＺｒ合金や酸化物、窒化物を用いることによって高価格な希少材料を使用することなく、なおかつ酸化による材料の性質変化の影響を軽減することができる反射型フォトマスク及び半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】基板と、基板上に形成された多層反射膜と、多層反射膜上に形成された保護膜と、保護膜上に形成された緩衝膜と、緩衝膜上に形成された多層構造を有する吸収膜と、緩衝膜と吸収膜をパターニングして得られた露光転写パターンが存在する面の全面及び少なくとも保護膜及び多層反射膜の側面を被覆する被覆膜と、を有することを特徴とする反射型フォトマスク。
【選択図】図１

Description

本発明は、極端紫外線用反射型フォトマスク及び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）光を使用したフォトリソグラフィ法において、半導体素子の製造などに用いられる反射型フォトマスク及び半導体素子の製造方法に関する。

従来、半導体素子製造において、フォトリソグラフィ法によってＳｉ基板上へ必要なパターン転写をする際には、光源として、ランプ光源（波長３６５ｎｍ）やエキシマレーザ光源（ＫｒＦ：波長２４８ｎｍ、ＡｒＦ：波長１９３ｎｍ）が使用されてきた。さらにその次世代技術として、ＡｒＦエキシマレーザを用いた液浸露光技術が使用されている。しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザを用いた液浸露光をもってしても、将来的に求められる３２ｎｍ以下の線幅を有するデバイスを作製することは容易ではない。また、ＡｒＦエキシマレーザを用いる液浸露光を３２ｎｍ以下の線幅を有するデバイス作製用のリソグラフィ技術として適用するには露光装置やレジストの課題もある。このため、エキシマレーザ光より１桁以上も短い波長を有するＥＵＶ光（波長約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。

ＥＵＶ光を使用した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。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、従来パターン転写には透過型フォトマスクが使用されているが、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、反射型フォトマスクが使用されている。

このようなＥＵＶリソグラフィ法における反射型フォトマスクとしては、基板上に、ＥＵＶ光を反射可能な多層反射膜と、多層反射膜上に形成されてＥＵＶ光の吸収率の高い材質の吸収膜とにより構成された反射型フォトマスクブランクを使用したものが提案されている。より詳しくは、多層反射膜は、ＥＵＶ光の波長に対する屈折率が互いに大きく異なった２種類以上の材料層を周期的に積層させた構造となっている。また、吸収膜は、Ｔａを主成分とした合金や酸化物、窒化物、若しくは酸窒化物の積層構造となっている。そして、この吸収膜を所定のパターンでエッチングすることで、ＥＵＶ光が所定のパターンで多層反射膜に反射して、Ｓｉ基板上へのパターン転写を可能とさせている。

また、繰り返し使用することによるマスク最表面の材料の酸化を防止したり、洗浄によるダメージを抑えるためにマスク表面を保護するための被覆膜をＥＵＶ光の吸収の少ない材料で形成したりする場合もある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１の反射型フォトマスクブランクで用いられているマスク表面の被覆膜の材料はＲｕ（ルテニウム）を中心としているがＲｕは希少材料で値段も高く、また、酸化による性質変化の影響も解明されていない。さらに、基板外周側面が被覆されていないため側面の損傷などを起因としたマスク劣化やパーティクルが発生してしまう。
特開２００３−３１８１０４号公報

本発明は、表面被覆膜の材料として、Ｔｉの酸化物やＺｒ合金やＺｒの酸化物、窒化物を用いることによって高価格な希少材料を使用することなく、なおかつ酸化による材料の性質変化の影響を軽減することができる反射型フォトマスク及び半導体素子の製造方法を提供する。

本発明の請求項１に係る発明は、基板と、基板上に形成された多層反射膜と、多層反射膜上に形成された保護膜と、保護膜上に形成された緩衝膜と、緩衝膜上に形成された多層構造を有する吸収膜と、緩衝膜と吸収膜をパターニングして得られた露光転写パターンが存在する面の全面及び少なくとも保護膜及び多層反射膜の側面を被覆する被覆膜と、を有する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。

本発明の請求項２に係る発明は、被覆膜は、さらに、基板の側面を被覆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としたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、基板の多層反射膜が形成されていない面に裏面導電膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、被覆膜はＴｉ、Ｚｒ、Ｓｉの内いずれか１つ以上とＯ、Ｎのいずれか１つ以上の材料とを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項１乃至４の何れか一に記載の被覆層を有する反射型フォトマスクに露光光として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レジスト層に露光し、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半導体基板に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。

本発明の請求項６に係る発明は、被膜層はスパッタリング法により成膜され、成膜する際にターゲットが反射型フォトマスクの正面に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法としたものである。

本発明の請求項７に係る発明は、被膜層はスパッタリング法により成膜され、成膜する際にターゲットと反射型フォトマスクとが正面からずれた位置関係に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法としたものである。

本発明によれば、表面被覆膜の材料として、Ｔｉの酸化物やＺｒ合金や酸化物、窒化物を用いることによって高価格な希少材料を使用することなく、なおかつ酸化による材料の性質変化の影響を軽減することができる反射型フォトマスク及び半導体素子の製造方法を提供することができる。

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。

図１及び図２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１０及び２０は、基板１と、基板１上に形成された多層反射膜２と、多層反射膜２上に形成された保護膜３と、保護膜３上に形成された緩衝膜から形成された緩衝膜パターン４と、緩衝膜パターン４上に形成された吸収膜下層パターン５aと、吸収膜下層パターン５aの上層に吸収膜上層パターン５ｂを備えている。さらに形成したマスクパターン面全体を保護するための被覆膜７及び被覆膜８を有している。

本発明の実施の形態に係る基板１はＳｉ基板や、低熱膨張ガラス基板などが挙げられるが本発明ではこれらに限定されるわけではない。

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。

本発明の実施の形態に係る吸収膜下層パターン５aは、後述するように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り、すなわち、ＥＵＶ光に対する高吸収性を有する重金属から選択される。このような重金属としては、Ｔａ（タンタル）を主成分とした合金を好ましく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。

また、このような吸収膜下層パターン５aの結晶状態としては、平滑性の高い吸収体層表面を得るため、あるいはドライエッチングによる吸収膜の異方性エッチングを行うため、アモルファスの方が良い。例えば、Ｔａの場合にはＳｉを適量含んだ合金（以下、「ＴａＳｉ系吸収体」と表記する。）とすることでアモルファス化が行える。

本発明の実施の形態に係る緩衝膜４は、吸収膜下層パターン５ａと吸収膜上層パターン５ｂと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、吸収膜下層パターン５ａをエッチングする際に、保護膜３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。

本発明の実施の形態に係る裏面導電膜１００は、反射型フォトマスク１０及び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。

本発明の実施の形態に係る保護膜３は、多層反射膜２を保護するためのものであり、緩衝膜をエッチングして除去する際に、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ある。保護膜３は、Ｓｉ及びＲｕ（ルテニウム）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。

本発明の実施の形態に係る吸収膜下層パターン５ａ及び吸収膜上層パターン５ｂは、電子線レジストを吸収膜上層の上にコーティングして電子線描画を行うことによりレジストパターンを形成し、このレジストパターンをドライエッチングすることにより吸収膜にレジストパターンを転写する。ドライエッチングの際にはＦ系ガスまたはＣｌ_２系ガスを主体としたエッチング雰囲気中で行われる。そして、残ったレジストを除去して検査及び修正を行った後に、緩衝膜をエッチングする。緩衝膜パターン４を形成する際には、例えばＣｒ系緩衝膜の場合はＣｌ_２ガスにＯ_２を添加したエッチング雰囲気にて行うことができる。

さらに、マスク洗浄を行った後に例えばＺｒＳｉをターゲットとしてＡｒにＯ_２を添加した雰囲気でスパッタリングし、被覆膜７及び被覆膜８を形成することができる。

図３に示す反射型フォトマスク３０に被覆膜７をマスクパターン面及び保護膜３及び多層反射膜２の側面に形成するためには、例えばＺｒＳｉをターゲットとしてＡｒにＯ_２を添加した雰囲気で形成したマスクを回転させながらスパッタリングすることで被覆膜７が形成される。スパッタリングする際には、反射型フォトマスク３０の正面にターゲットを配置することで、被覆膜７を反射型フォトマスク３０のマスクパターン面と多層反射膜２を含む側面に形成することができる。

図３に示す反射型フォトマスク３０に被覆膜８をマスクパターン面及び基板１側面に形成するためには、例えばＺｒＳｉをターゲットとしてＡｒにＯ_２を添加した雰囲気で形成した反射型フォトマスク３０を回転させながらスパッタリングすることで被覆膜８が形成できる。スパッタリングする際には、反射型フォトマスク３０が正面からずれた位置関係にターゲットを配置することで、被覆膜８を反射型フォトマスク３０のマスクパターン面とマスク側面全体に形成することができる。

その後必要に応じて洗浄を行うことによって反射型フォトマスク１０若しくは反射型フォトマスク２０を作製することができる。

被覆膜７及び被覆膜８の材料としてＴｉの酸化物やＺｒ合金や酸化物、窒化物を用いてマスクパターン全面、保護膜及び多層反射膜の側面、基板の側面に被覆膜７及び被覆膜８を形成することにより酸化による材料の性質変化の影響を軽減することができ、側面の損傷等を起因としたマスクの劣化及びパーティクルの発生を防止できる。

本発明による反射型フォトマスク１０及び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１０及び２０を介して反射した極端紫外光を選択的に照射する。

次に、反射型フォトマスク１０及び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レジスト層に露光し、パターンを形成させたのち、レジスト層に反射型フォトマスク１０及び２０の吸収体層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。

以下、実施例に基づいて、本発明の実施形態に係る反射型フォトマスク１０及び２０の製造の詳細については図３を用いて説明するが本発明はこの実施例に限定されるものではない。

図３に示すように、基板１として低熱膨張ガラスを用いて、基板１上にＭｏとＳｉ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の膜厚は４．２ｎｍを交互に４０周期積層して、ＥＵＶ光を反射するための多層反射膜２を成膜し、多層反射膜２上にＳｉからなる保護膜３を成膜し、保護膜３上にＣｒの窒化物からなる緩衝膜パターン４を成膜し、緩衝膜パターン４上にＴａを主成分とした合金の吸収膜下層パターン５ａを形成し、吸収膜下層パターン５ａ上に吸収膜上層パターン５ｂを形成し、基板１裏面にはＣｒＮからなる裏面導電膜１００が成膜してある反射型フォトマスク３０を得ることができる。

反射型フォトマスク３０に対して、ＺｒＳｉの合金をターゲットとしてＡｒガスにＯ_２ガスを混ぜたガス雰囲気にてマスクを回転させながらスパッタリング成膜した。この際、ＺｒＳｉターゲットが反射型フォトマスク３０の正面に来るように設置することによってＺｒＳｉの酸化物の被覆膜７を２ｎｍの厚さで形成することができた。以上より反射型フォトマスク１０を得た。

以上のような反射型フォトマスク１０によれば、マスク表面の被覆膜７によって反射型フォトマスク１０は吸収膜上層パターン５ｂ、吸収膜下層パターン５ｂ及び保護膜３の酸化や薬液による膜質劣化を防止することができる。表面被覆膜７によるＥＵＶ光の反射率低下も０．２％程度であり、反射型フォトマスク１０を用いて半導体素子を製造する際にも安定したパターン転写をすることができる。

図３に示すように、基板１として低熱膨張ガラスを用いて、基板１上にＭｏとＳｉ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の膜厚は４．２ｎｍを交互に４０周期積層して、ＥＵＶ光を反射するための多層反射膜２を成膜し、その上にＳｉからなる保護膜３を成膜し、保護膜３上にＣｒの窒化物からなる緩衝膜パターン４を成膜し、多層反射膜２上にＴａを主成分とした合金の吸収膜下層パターン５ａを形成し、吸収膜下層パターン５ａ上に吸収膜上層パターン５ｂを形成し、基板１裏面にはＣｒＮからなる裏面導電膜１００が成膜してある反射型フォトマスク３０を得ることができる。

反射型フォトマスク３０に対して、ＺｒＳｉの合金をターゲットとしてＡｒガスにＯ_２ガスを混ぜたガス雰囲気にてマスクを回転させながらスパッタリング成膜した。この際、ＺｒＳｉターゲットと反射型フォトマスク３０が正面からずれた位置関係になるように設置することによってＺｒＳｉの酸化物の被覆膜８を２ｎｍの厚さで形成することができた。以上より反射型フォトマスク２０を得た。

以上のような反射型フォトマスク２０によれば、マスク表面の被覆膜８によって反射型フォトマスク２０は吸収膜上層パターン５ｂ、吸収膜下層パターン５ａ及び保護膜３の酸化や薬液による膜質劣化を防止することができる。表面被覆膜８によりＥＵＶ光の反射率低下も０．２％程度であり、反射型フォトマスク１０を用いて半導体素子を製造する際にも安定したパターン転写をすることができる。

図３に示すように、基板１として低熱膨張ガラスを用いて、基板１上にＭｏとＳｉ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の膜厚は４．２ｎｍを交互に４０周期積層して、ＥＵＶ光を反射するための多層反射膜２を成膜し、多層反射膜２上にＲｕからなる保護膜３を成膜し、保護膜３上にＣｒの窒化物からなる緩衝膜パターン４を成膜し、緩衝膜パターン４上にＴａを主成分とした合金の吸収膜下層パターン５ａを形成し、吸収膜下層パターン５ａ上に吸収膜上層パターン５ｂを形成し、基板１裏面にはＣｒＮからなる裏面導電膜１００が成膜してある反射型フォトマスク３０を得ることができる。

反射型フォトマスク３０に対して、ＴｉをターゲットとしてＡｒガスにＯ_２ガスを混ぜたガス雰囲気にてマスクを回転させながらスパッタ成膜した。この際、Ｔｉターゲットが反射型フォトマスクの正面に来るように設置することによってＴｉの酸化物の被覆膜７を２．２ｎｍの厚さで形成した。以上より反射型フォトマスク１０を得た。

以上のような反射型フォトマスク１０によれば、マスク表面の被覆膜７によって反射型フォトマスク１０は吸収膜上層パターン５、吸収膜下層パターン５及び保護膜３の酸化や薬液による膜質劣化を防止することができる。表面被覆膜７によるＥＵＶ光の反射率低下も０．３％程度であり、反射型フォトマスク２０を用いて半導体素子を製造する際にも安定したパターン転写をすることができる。

図３に示すように、基板１として低熱膨張ガラスを用いて、基板１上にＭｏとＳｉ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の膜厚は４．２ｎｍを交互に４０周期積層して、ＥＵＶ光を反射するための多層反射膜２を成膜し、多層反射膜２上にＲｕからなる保護膜３を成膜し、保護膜３上にＣｒの窒化物からなる緩衝膜パターン４を成膜し、緩衝膜パターン４上にＴａを主成分とした合金の吸収膜下層パターン５ａを形成し、吸収膜下層パターン５ａ上に吸収膜上層パターン５ｂを形成し、基板１裏面にはＣｒＮからなる裏面導電膜１００が成膜してある反射型フォトマスク３０を得ることができる。

反射型フォトマスク３０に対して、ＴｉをターゲットとしてＡｒガスにＯ_２ガスを混ぜたガス雰囲気にてマスクを回転させながらスパッタ成膜した。この際、Ｔｉターゲットと反射型フォトマスク３０が正面からずれた位置関係になるように設置することによってＴｉの酸化物の被覆膜８を２．２ｎｍの厚さで形成した。以上より反射型フォトマスク２０を得た。

以上のような反射型フォトマスク２０によれば、マスク表面の被覆膜８によって反射型フォトマスク２０は吸収膜上層パターン５ｂ、吸収膜下層パターン５ａ及び保護膜３の酸化や薬液による膜質劣化を防止することができる。表面被覆膜８によるＥＵＶ光の反射率低下も０．３％程度であり、反射型フォトマスク２０を用いて半導体素子を製造する際にも安定したパターン転写をすることができる。

本発明に係る反射型フォトマスク１０及び２０によれば、表面被覆膜７及び８の材料として、Ｔｉの酸化物やＺｒ合金や酸化物、窒化物を用いることによって半導体素子、半導体装置及び電子回路装置等の製造工程で、極端紫外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。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の実施形態に係るパターン面全体と側面の多層膜上とを被覆膜で覆った反射型フォトマスクの概略断面図である。 本発明の実施形態に係るパターン面全体と側面全体を被覆膜で覆った反射型フォトマスクの概略断面図である。 本発明の実施形態に係る反射型フォトマスクの概略断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 多層反射膜
３ 保護膜
４ 緩衝膜パターン
５ａ 吸収膜下層パターン
５ｂ 吸収膜上層パターン
７ パターン面に対する表面の被覆膜
８ マスク全体に対する表面の被覆膜
１０ マスクパターン面及び多層反射膜を含むマスク側壁にまで被覆膜をつけた反射型フォトマスク
２０ マスクパターン面及びマスク側壁全体に被覆膜をつけた反射型フォトマスク
３０ 反射型フォトマスク
１００ 裏面導電膜

Claims (7)

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保護膜と、
   前記保護膜上に形成された緩衝膜と、
   前記緩衝膜上に形成された多層構造を有する吸収膜と、
   前記緩衝膜と前記吸収膜をパターニングして得られた露光転写パターンが存在する面の全面及び少なくとも前記保護膜及び前記多層反射膜の側面を被覆する被覆膜と、
   を有することを特徴とする反射型フォトマスク。
2. 前記被覆膜は、さらに、前記基板の側面を被覆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。
3. 前記基板の前記多層反射膜が形成されていない面に裏面導電膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型フォトマスク。
4. 前記被覆膜はＴｉ、Ｚｒ、Ｓｉの内いずれか１つ以上とＯ、Ｎのいずれか１つ以上の材料とを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の反射型フォトマスク。
5. 請求項１乃至４の何れか一に記載の被覆層を有する反射型フォトマスクに露光光として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レジスト層に露光し、
   前記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半導体基板に転写することを特徴とする半導体素子の製造方法。
6. 前記被膜層はスパッタリング法により成膜され、成膜する際にターゲットが前記反射型フォトマスクの正面に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
7. 前記被膜層はスパッタリング法により成膜され、成膜する際にターゲットと前記反射型フォトマスクとが正面からずれた位置関係に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。

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