JP2009147200A - 反射型フォトマスク、反射型フォトマスク製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光光が角度を持って入射することに起因する射影効果を抑制し、転写パターンのコントラストに優れた反射型フォトマスクを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の反射型フォトマスクは、順テーパ形状を備えた吸収部パターンを有することを特徴とする。本発明の構成によれば、吸収部パターンが順テーパ形状を備えるため、吸収部パターンのエッジ部において露光光が吸収部パターンに遮られることを抑制することが出来、露光光の入射角度による射影効果の影響を抑制することができる。よって、コントラストに優れた転写パターンを形成することが可能となる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、反射型フォトマスク、および反射型フォトマスクの製造方法に関する。

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により転写されるパターンの微細化が加速している。パターンの解像限界は露光波長に対してほぼ比例関係にあることから、これまでに水銀ランプ（波長３６５ｎｍ）、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ）といった短波長源を使用した露光装置が開発されてきた。

しかしながら、波長よりも小さい１００ｎｍ以下のパターンを形成するためには位相シフト法や近接効果補正等の技術を駆使する必要があり、このためにパターンデータ量が膨大となりパターンの集積度向上のための課題となってきている。

このための対策として、露光装置内でパターンを転写するウェハと縮小レンズとの間に液体を満たし露光を行う、液浸露光技術の開発により、既存の光源を用いて４５ｎｍ、３２ｎｍといった微細パターンを形成することが検討されている。

一方で、さらなる微細化を見据えた次世代リソグラフィ技術として、１０乃至１５ｎｍの波長を有するＥＵＶ光（極端紫外光：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）を光源とするリソグラフィ技術が開発されてきており、レーザプラズマや放電プラズマ光源の特性から１３．５ｎｍ近傍の波長が最も有力な候補となっている。

ＥＵＶの波長領域において、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り、また光吸収性が非常に高い。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屈折光学系を使用することができず、反射光学系となる。フォトマスクも同様に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。このように、ＥＵＶリソグラフィでは露光に使用する光学系やマスクなどが従来の露光技術とは顕著に異なる。

ＥＵＶリソグラフィ用の反射型フォトマスクの基本的な構造は、熱膨張率が非常に小さい物質からなる平坦な基板の上に、ＥＵＶ波長における反射率が大きいミラー（反射鏡）を設け、さらにその上にＥＵＶ光に対して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。

反射光学系を用いることから、ＥＵＶリソグラフィ用の露光機は、露光光が反射型フォトマスクの垂直方向に対して６°などの角度を持って入射するように設計されている。（特許文献１参照）

このように、一般的に、反射型フォトマスクを利用したフォトリソグラフィの場合、露光光はフォトマスクの垂直方向に対してある角度を持って入射する。
特開２００３−４５７８２号公報

一般的に、反射型フォトマスクを利用したフォトリソグラフィの場合、露光光はフォトマスクの垂直方向に対してある角度を持って入射する。
このため、露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向に対して平行に形成されている吸収部パターンに関しては入射角度に応じて射影効果が生じるため、これを転写した際に、転写パターンエッジ部のコントラストに影響を及ぼしてしまう（図２）。

そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、露光光が角度を持って入射することに起因する射影効果を抑制し、転写パターンのコントラストに優れた反射型フォトマスクを提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、吸収部パターンが、順テーパ形状を備えた吸収部パターンであることを特徴とする反射型フォトマスクである。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の反射型フォトマスクであって、基板と、前記基板上に設けられた露光光波長に対する反射部と、前記反射部上に設けられた露光光波長に対する吸収部と、前記吸収部に設けられた吸収部パターンと、を少なくとも備え、前記吸収部パターンは、露光光の入射角度方向に順テーパ形状を備えた吸収部パターンであることを特徴とする反射型フォトマスクである。

請求項３に記載の本発明は、請求項１または２のいずれかに記載の反射型フォトマスクであって、前記吸収部パターンは、更に、露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向垂直方向に垂直断面形状を備えた吸収部パターンであることを特徴とする反射型フォトマスクである。

請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれかに記載の反射型フォトマスクであって、露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向をＸ軸とし、Ｘ軸と直交し基板平面と平行な軸方向をＹ軸とし、基板平面に対して垂直な方向をＺ軸とした３次元直交空間系にあって、露光光が入射角θ１で入射する場合、ＸＺ平面で切り出した吸収部パターンの断面側壁のテーパ角θ２は、
θ２＝９０°−θ１
に示す関係を満たすことを特徴とする反射型フォトマスクである。

請求項５に記載の本発明は、請求項１から４のいずれかに記載の反射型フォトマスクであって、露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向をＸ軸とし、Ｘ軸と直交し基板平面と平行な軸方向をＹ軸とし、基板平面に対して垂直な方向をＺ軸とした３次元直交空間系にあって、露光光が入射角θ１で入射し、吸収部の厚さをｈとし、ＸＹ平面にあってＸ軸に対して角度θ３だけ傾いた吸収部パターンを形成する場合、吸収部パターンの順テーパ形状における部位の線幅ｂは、
ｂ＝ｈ×ｓｉｎθ３／ｔａｎθ１
に示す関係を満たすことを特徴とする反射型フォトマスクである。

請求項６に記載の本発明は、基板と、前記基板の上に設けられた露光光波長に対する反射部と、前記反射部の上に設けられた露光光波長に対する吸収部とを備えた反射型フォトマスクブランクを用意する工程と、前記吸収部にパターンを形成する工程と、前記吸収部に形成されたパターンの側壁に順テーパ形状を形成し、吸収部パターンを形成する工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする反射型フォトマスク製造方法である。

本発明の反射型フォトマスクは、順テーパ形状を備えた吸収部パターンを有することを特徴とする。
本発明の構成によれば、吸収部パターンが順テーパ形状を備えるため、吸収部パターンのエッジ部において露光光が吸収部パターンに遮られることを抑制することが出来、露光光の入射角度による射影効果の影響を抑制することができる。
よって、コントラストに優れた転写パターンを形成することが可能となる。

以下、従来の反射型フォトマスクを例示する。
なお、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で示される空間座標系は、「露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向をＸ軸とし、Ｘ軸と直交し基板平面と平行な軸方向をＹ軸とし、基板平面に対して垂直な方向をＺ軸とした３次元直交空間系」であるものとする。また、露光光の入射角度はθ１であるものとする。

一般的に、反射型フォトマスクは図１に示すような、基板１の上に反射部２、反射部２の上に吸収部３を設けたフォトマスクブランクを用いて、吸収部に吸収部パターンを微細加工法により形成し、製造する。

図２に従来の反射型フォトマスクの一例を示す。図２ａは斜視概略図、図２ｂはＸＺ平面における断面概略図、図２ｃはＸＹ平面における平面図、図２ｄはＸＹ平面における転写パターン平面図である。

従来の反射型フォトマスクでは、露光光はフォトマスクの垂直方向に対してある角度を持って入射するため、露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向に対して平行に形成されている吸収部パターンに関しては入射角度に応じて射影効果が生じる（図２ａ、図２ｂ）。このため、転写パターンエッジ部のコントラストに影響を及ぼしてしまう（図２ｄ）。

図２ｂに、この反射型フォトマスク１００のＸＺ平面を示す。反射型フォトマスク１００を用いて転写露光を実施すると、吸収部３に形成したマスクパターンの側壁角度が９０°で形成されているため、パターン側壁部ではｘ軸に対する正射影だけ露光光を完全に吸収することができない。

図２ｃに示す反射型フォトマスク１００のＸＹ平面で考えた場合、反射型フォトマスクに対しては吸収部３と反射部２からなるマスクパターンが正確に形成されていたとしても、露光機にこの反射型フォトマスクを設置し、転写した場合、図２ｄに示すウェハ上に形成されるパターンのうち、Ｙ軸に対して平行に形成されているパターンにおいては、感光部５と非感光部６との境目に転写コントラスト低下部７を生じてしまう。

以下、本発明の反射型フォトマスクについて説明を行う。
図３に本発明の反射型フォトマスクの一例を示す。図３ａは斜視概略図、図３ｂはＸＺ平面における断面概略図、図３ｃはＸＹ平面における平面図、図３ｄはＸＹ平面における転写パターン平面図である。

図３に示す反射型フォトマスクは、露光光の入射角度方向に順テーパ形状を備えた吸収部パターンを有する。吸収部パターンが露光光の入射角度方向に順テーパ形状を備えるため、吸収部パターンのエッジ部において露光光が吸収部パターンに遮られることを抑制することが出来、露光光の入射角度による射影効果の影響を抑制することができる。よって、コントラストに優れた転写パターンを形成することが可能となる。

また、本発明の反射型フォトマスクは、吸収部パターンは、更に、露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向垂直方向に垂直断面形状を備えた吸収部パターンであることが好ましい。
吸収部パターンを露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向垂直方向に垂直断面形状を備えたパターンとすることにより、入射角度方向と垂直方向の転写パターンのコントラストを向上することが出来る。

図４に、吸収部パターンが露光光の入射角度方向に順テーパ形状を備えた吸収部パターンであり、かつ、露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向と垂直方向に垂直断面形状を備えた吸収部パターンの場合における本発明の反射型フォトマスクの実施の一例を示す。図４ａは斜視概略図、図４ｂはＸＺ平面における断面概略図、図４ｃはＸＹ平面における平面図、図４ｄはＸＹ平面における転写パターン平面図である。

このとき、転写パターンを比較する（図３ｄと、図４ｄとを比較）と、図３ｄの場合、ウェハ上に形成される転写パターンのうちＸ軸に対して平行に形成されている転写パターンにおいては、順テーパ形状の部位は吸収部の厚みが小さくなることから露光光を十分に吸収することができないため、感光部５と非感光部６との境目に転写コントラスト低下部７を生じてしまうが、図４ｄでは、Ｘ軸に対して平行に形成されている転写パターンであっても、充分に露光光を吸収できるため、良好なコントラストで転写することが出来る。
このため、本発明の吸収部パターンは、露光光の入射角度方向に順テーパ形状を備えた吸収部パターンであり、更に、露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向と垂直方向に垂直断面形状を備えた吸収部パターンとすることにより、入射角度方向と垂直方向の露光光を充分に吸収することが出来、入射角度方向と垂直方向の転写パターンのコントラストを向上することが出来る。

また、本発明の反射型フォトマスクは、露光光の進行方向の射影軸をＸ軸とし、基板平面をＸＹ平面とし、基板平面に対して垂直な方向をＺ軸とした３次元直交空間系にあって、露光光が入射角θ１で入射する場合、ＸＺ平面で切り出した吸収部パターンの断面側壁のテーパ角θ２は、
θ２＝９０°−θ１
に示す関係を満たすことが好ましい。
テーパ角を上記式を満たすθ２とすることにより、入射角度に適したテーパ角度とすることが出来る。

図３ｂに、反射型フォトマスク２００のＸＺ平面を示す。反射型フォトマスク２００を用いて転写露光を実施すると、吸収部のパターン側壁角度θ２が９０°−θ１となっているため、入射角度θ１の露光光は吸収部パターン側壁に対しては、平行な入射、反射となり、図２ｄで示した転写コントラスト低下部７は解消される。

また、本発明の反射型フォトマスクは、露光光の進行方向の射影軸をＸ軸とし、基板平面をＸＹ平面とし、基板平面に対して垂直な方向をＺ軸とした３次元直交空間系にあって、吸収部の厚さをｈとし、ＸＹ平面にあってＸ軸に対して角度θ３だけ傾いた吸収部パターンを形成する場合、吸収部パターンの順テーパ形状における部位の線幅ｂは、
ｂ＝ｈ×ｓｉｎθ３／ｔａｎθ１
に示す関係を満たすことが好ましい。

ＸＹ平面にあってＸ軸に対して角度θ３だけ傾いた吸収部パターンを形成する場合、吸収部の膜厚ｈと、露光光の入射角度θ１と、吸収部パターンのＸ軸に対する角度θ３と、から吸収部パターンの順テーパ形状を導出することにより、露光光の入射角度に適した順テーパ形状を決定することが出来る。

図５に、ＸＹ平面にあってＸ軸に対して角度θ３だけ傾いた吸収部パターンを形成する場合における本発明の反射型フォトマスクの一例を示す。図５ａは斜視概略図、図５ｂはＸＺ平面における断面概略図、図２６はＸＹ平面における平面図である。

図５ａにおいて、吸収部３の膜厚がｈであり、形成するパターンのｘ軸に対して傾きがθ３であり、露光光の進行方向の射影軸がｘ軸であり、入射角がθ１である場合を考える。

ＸＹ平面において吸収部パターンがｘ軸に対してθ３傾いている場合においても、図５ｂに示すように、ｘｚ平面では形成した吸収部３のパターンの側壁角度θ２は９０°−θ１であることが好ましい。
このため、ＸＺ平面での吸収部３のパターンについて、側壁のテーパ角を形成している部分の線幅ａは、
線幅ａ＝ｈ／ｔａｎθ１・・・（数式１）
で示され、吸収部３の厚さｈと露光光の入射角度θ１で表すことが出来る。

また、図５ｃで示すように、ＸＹ平面で吸収部パターンがＸ軸に対してθ３傾いている場合において、傾きθ３に対して引いた垂線上での線幅ｂは、
線幅ｂ＝線幅ａ×ｓｉｎθ３・・・（数式２）
と表すことができる。

上記（数式２）に（数式１）を代入することにより、
線幅ｂ＝ｈ×ｓｉｎθ３／ｔａｎθ１・・・（数式３）
が導出される。
よって、（数式３）を満たすとき、露光光の入射角度に適した、特に好適なテーパ形状を備えた吸収部パターンとすることが出来る。

このとき、ＸＹ平面において、Ｘ軸に平行なパターンに対してはθ３＝０であるから、線幅ｂ＝０となり、その結果θ３＝０のパターンに対してはテーパ角をつけないほうが好ましいことも示す。

このように、側壁をテーパ形状とする部分の線幅ｂを決定し、これに応じたレジストパターンを形成して、ドライエッチングすることで、Ｘ軸に対して任意の角度で傾いたパターンに関しても、転写コントラストを低下させることのない反射型フォトマスク４００を作成することができる。

以下、本発明の反射型フォトマスク製造方法について説明を行う。
本発明の反射型フォトマスクを製造するには、パターン形成後、＜パターンの側壁に順テーパ形状を形成する工程＞を行えば良い。順テーパ形状を形成する工程は、公知の微細加工技術を用いてよく、例えば、電子線リソグラフィを用いて形成してもよい。
以下、一例として、電子線リソグラフィを用いた場合の本発明の反射型フォトマスク製造方法を示す。

まず、基板１、反射部２、吸収部３からなる反射型フォトマスクブランクを用意し、これに電子線リソグラフィ用レジスト８を塗布し、電子線描画、現像を実施し、フォトマスクブランク上に電子線リソグラフィ用レジストパターンＡを形成する（図６ａ）。

次に、ドライエッチングにより、吸収部３にパターンを形成する。このとき、ドライエッチングの条件は、吸収部パターンの側壁角度が９０°になるように設定する。
次に、電子線リソグラフィ用レジスト８を剥離することで、９０°の側壁角度を吸収部パターンが形成された反射型フォトマスクを得る（図６ｂ）。

次に、再度電子線リソグラフィ用レジスト８を塗布し、パターンの側壁にテーパ角をつけるための電子線リソグラフィ用レジストパターンを電子線描画、および現像により形成する。

このとき、電子線リソグラフィ用レジストパターンの例としては、
（１）先の工程で形成した吸収部パターンの線幅に、テーパ角をつける部位の線幅αを追加したレジストパターンＢ１（図６ｃ）や、
（２）先の工程で形成した吸収部パターンの線幅に加え、テーパ角をつける部位上のレジストが順テーパ形状になるように形成したレジストパターンＢ２。（図６ｄ）などを用いても良い。

次に、形成した電子線リソグラフィ用レジストパターンをマスクとして、吸収部３の側壁が順テーパ形状になるような条件でドライエッチングし、順テーパ形状を備えた吸収部パターンを形成する（図６ｅ）。

以上より、本発明の反射型フォトマスクを製造することが出来る。

以下、本発明の反射型フォトマスク製造方法の実施の一例を示す。

まず、低熱膨張ガラス基板１０の裏面に露光時の静電チャックに対する保持用としてＣｒＮ層９が設けられ、低熱膨張ガラス基板１０表面に、ＭｏおよびＳｉを交互に４０対積層させた多層反射層１１、１１ｎｍのＳｉからなる保護層１２、１０ｎｍのＣｒからなる緩衝層１３、７５ｎｍのＴａを主成分としＳｉを含む材料からなる光吸収層下層１４、１４ｎｍのＴａを主成分としＳｉを含む材料の酸化物からなる光吸収層上層１５が順次設けられたフォトマスクブランクを用意した（図７ａ）。

次に、用意したフォトマスクブランクの最表面に、電子線リソグラフィ用レジスト１６（ＦＥＰ１７１：富士フィルムエレクトロニクス社製）を膜厚３００ｎｍ塗布し、これらを電子線描画、および現像し、レジストパターンＣを形成した（図７ｂ）。

次に、Ｔａを主成分としＳｉを含む材料からなる光吸収層上層１５、およびＴａを主成分としＳｉを含む材料の酸化物からなる光吸収層下層１４をＦ系ガスプラズマによりドライエッチングし、光吸収部のパターンを形成した。
このとき、ドライエッチング条件は、形成されたパターンの側壁角度が９０°になるように制御されたドライエッチング条件とした。

次に、電子線リソグラフィ用レジストを剥離し、９０°の側壁角度の光吸収層パターンを形成した（図７ｃ）。

次に、再度電子線リソグラフィ用レジスト１６（ＦＥＰ１７１：富士フィルムエレクトロニクス社製）をレジスト膜厚３００ｎｍ塗布し、これを電子線描画、および現像し、レジストパターンＣに、テーパ角をつける部分の線幅を加えた設計のレジストパターンＤを形成した（図７ｄ）。

次に、剥き出しとなったＴａを主成分としＳｉを含む材料からなる光吸収層下層１５、およびＴａを主成分としＳｉを含む材料の酸化物からなる光吸収層上層１４をＦ系ガスプラズマによりドライエッチングし、光吸収層のパターンを形成した。
このとき、エッチング条件は、剥き出しとなった光吸収層が、その線幅を底辺、光吸収層上下層合わせた膜厚を高さとする、直角三角形の順テーパ形状を形成するように設定した。

次に、電子線リソグラフィ用レジストを剥離し、順テーパ形状を備えた光吸収層パターンを形成した（図７ｅ）。

次に、Ｃｌ系ガスとＯ系ガスの混合ガスプラズマにより緩衝層１３をドライエッチングし、保護層を露出させた。
このとき、エッチング条件は緩衝層パターンが、光吸収層パターンと同じ角度のテーパ形状を形成するように設定した（図７ｆ）。

以上より、本発明の反射型フォトマスクを製造することが出来た。

一般的な反射型フォトマスクブランクの断面概略図である。 従来の反射型フォトマスクおよび該反射型フォトマスクを用いた転写パターンを示す概略図である。 本発明の反射型フォトマスクおよび該反射型フォトマスクを用いた転写パターンを示す概略図である。 本発明の反射型フォトマスクおよび該反射型フォトマスクを用いた転写パターンを示す概略図である。 本発明の反射型フォトマスクを示す図である。 本発明の反射型フォトマスク製造方法の実施の一例を示す図である。 本発明の反射型フォトマスク製造方法の実施の一例を示す図である。

符号の説明

１・・・基板
２・・・反射部
３・・・吸収部
４・・・吸収部パターン側壁角度順テーパ形成部
５・・・感光部
６・・・非感光部
７・・・転写コントラスト低下部
８・・・レジスト
９・・・ＣｒＮ層
１０・・・低熱膨張ガラス基板
１１・・・多層反射層
１２・・・保護層
１３・・・緩衝層
１４・・・光吸収層下層
１５・・・光吸収層上層
１６・・・電子線リソグラフィ用レジスト

Claims (6)

1. 吸収部パターンが、順テーパ形状を備えた吸収部パターンであること
   を特徴とする反射型フォトマスク。
2. 請求項１に記載の反射型フォトマスクであって、
   基板と、
   前記基板上に設けられた露光光波長に対する反射部と、
   前記反射部上に設けられた露光光波長に対する吸収部と、
   前記吸収部に設けられた吸収部パターンと、を少なくとも備え、
   前記吸収部パターンは、露光光の入射角度方向に順テーパ形状を備えた吸収部パターンであること
   を特徴とする反射型フォトマスク。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の反射型フォトマスクであって、
   前記吸収部パターンは、更に、露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向と垂直方向に垂直断面形状を備えた吸収部パターンであること
   を特徴とする反射型フォトマスク。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の反射型フォトマスクであって、
   露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向をＸ軸とし、Ｘ軸と直交し基板平面と平行な軸方向をＹ軸とし、基板平面に対して垂直な方向をＺ軸とした３次元直交空間系にあって、
   露光光が入射角θ１で入射する場合、
   ＸＺ平面で切り出した吸収部パターンの断面側壁のテーパ角θ２は、
   θ２＝９０°−θ１
   に示す関係を満たすこと
   を特徴とする反射型フォトマスク。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の反射型フォトマスクであって、
   露光光の進行方向の基板平面への射影軸方向をＸ軸とし、Ｘ軸と直交し基板平面と平行な軸方向をＹ軸とし、基板平面に対して垂直な方向をＺ軸とした３次元直交空間系にあって、
   露光光が入射角θ１で入射し、吸収部の厚さをｈとし、ＸＹ平面にあってＸ軸に対して角度θ３だけ傾いた吸収部パターンを形成する場合、
   吸収部パターンの順テーパ形状における部位の線幅ｂは、
   ｂ＝ｈ×ｓｉｎθ３／ｔａｎθ１
   に示す関係を満たすこと
   を特徴とする反射型フォトマスク。
6. 基板と、前記基板の上に設けられた露光光波長に対する反射部と、前記反射部の上に設けられた露光光波長に対する吸収部とを備えた反射型フォトマスクブランクを用意する工程と、
   前記吸収部にパターンを形成する工程と、
   前記吸収部に形成されたパターンの側壁に順テーパ形状を形成し、吸収部パターンを形成する工程と、
   を少なくとも備えたこと
   を特徴とする反射型フォトマスク製造方法。