JP4910820B2 - 極端紫外線露光用マスク、極端紫外線露光用マスクブランク、極端紫外線露光用マスクの製造方法及びリソグラフィ方法 - Google Patents

Description

本発明は、極端紫外線露光用マスク、極端紫外線露光用マスクブランク、極端紫外線露光用マスクの製造方法及びリソグラフィ方法に関する。より詳細には、半導体製造プロセス中の、波長１０〜１５ｎｍ程度のいわゆる極端紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ、以下ＥＵＶと略記）を用いたフォトリソグラフィ工程で使用される、極端紫外線露光用マスク（以下、ＥＵＶマスク）、及びそのマスクを作製するためのマスクブランクに関するものである。

半導体集積回路の微細化は年々進んでおり、それに伴いフォトリソグラフィ技術に使用される光もその短波長化が進んでいる。近況としては、これまで光源として使用されてきたＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）に移行しつつある。また、ＡｒＦエキシマレーザーを使用する液浸露光法の研究が近年活発に行われており、５０ｎｍ以下の線幅を目標とする動きもある。

ＡｒＦエキシマレーザーを使用する液浸露光法もその研究が進んでいるとはいえ、その実現可能性は不鮮明である。このような背景から、エキシマレーザーよりも波長が一桁以上短い（１０〜１５ｎｍ）ＥＵＶ光を用いた、ＥＵＶリソグラフィの研究開発が進められている。

ＥＵＶ露光では、上述のように波長が短いため、物質の屈折率がほとんど真空の値に近く、材料間の光吸収の差も小さい。このため、ＥＵＶ波長領域では従来の透過型の屈折光学系が作れず、反射光学系となり、マスクも反射型マスクとなる。これまで開発されてきた一般的なＥＵＶマスクは、Ｓｉウェハーやガラス基板上に、例えばＭｏとＳｉからなる２層膜を４０対ほど積層した多層膜、および多層膜を保護するキャッピング膜を高反射領域とし、その上に低反射領域として吸収膜および緩衝膜のパターンを形成した構造であった。緩衝膜は、吸収膜のパターニングや欠陥修正の際に、キャッピング膜や多層膜へのダメージを軽減する役割を果たす。

以上のようなＥＵＶマスクにおいて、低反射領域を形成するために主要な機能を有するのは、ＥＵＶ光を吸収する吸収膜である。吸収膜部は、通常、パターン欠陥検査時のコントラストを確保するために、欠陥検査光である遠紫外線（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ、以下ＤＵＶと略記）光に対して、低反射率となるよう設計される。低反射率とするための方法は、いわゆる薄膜干渉を利用した反射防止（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、以下ＡＲと略記）効果を使うことであり、従って、吸収膜の上層にはＤＵＶ光に対して透明性の膜がＡＲ膜として形成される。

一方、ＥＵＶ光に対する低反射領域を形成するためにＥＵＶ光を吸収するという、主要な機能を有するのは、吸収膜の中でも上層吸収膜（ＡＲ膜）を除いた下層吸収膜の部分である。下層吸収膜は付加機能を持たせるために、２層以上の積層構造からなる場合もあるが、本発明の目的と本質的な関係はないので、以下、下層吸収膜は単層として論じ、吸収膜の主要部分を構成する膜であるので、以下、単に吸収膜と記載する。

特開２００１−２３７１７４号公報

ＥＵＶ露光は反射露光であるために、入射光は垂直ではなく、やや斜め（通常６°程度）方向から入射し、ＥＵＶマスクで反射光となる。ＥＵＶマスクにおいて、パターンとして加工されるのは吸収膜と緩衝膜の部分であるが、斜めからＥＵＶ光が入射するために、パターンの影が生じる。従って、入射方向とパターンの配置方向によっては、反射光で形成する、ウェハー上の転写レジストパターンに、本来のパターン位置からのずれが生じる。これを射影効果（Ｓｈａｄｏｗｉｎｇ Ｅｆｆｅｃｔ）と呼び、ＥＵＶ露光の課題となっている。射影効果を低減するには、影の長さを小さくすることであり、そのためにはパターンの高さをなるべく低くすればよい。パターンを形成しているのは、吸収膜と緩衝膜であるが、通常緩衝膜は薄く、吸収膜のパターニングや欠陥修正の際のキャッピング膜や多層膜へのダメージの軽減という必要特性から選択されるので、パターンの高さを低くするには、吸収膜をなるべく薄くする必要がある。薄くしても十分な吸収機能を有する吸収膜とするためには、もともとＥＵＶ光の吸収機能の大きい吸収膜を開発する必要がある。

本発明は、かかる課題に対する対策を提供するものであり、ＥＵＶ露光における射影効果を低減するために、大きな吸収機能を持ち、併せて優れた微細なパターニング性を持つよう、吸収膜材料が規定されたＥＵＶ露光用マスク、及びそれを作製するためのブランクを提供することにある。さらに、このような露光用マスクの好適な製造方法及びこの露光用マスクを用いたリソグラフィ方法を提供することにある。

本願発明は係る課題に鑑みなされたもので、その一実施形態においては、極端紫外線を反射する多層膜と、多層膜の上にパターン状に形成された立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタル膜からなり極端紫外線を吸収する吸収膜とを有することを特徴とする極端紫外線露光用マスクが提供される。

この極端紫外線露光用マスクにおいて、さらに、多層膜上に形成された多層膜を保護するキャッピング膜と、キャッピング膜と吸収膜との間に形成された緩衝膜とを有することが望ましい。

本願発明の他の実施形態においては、極端紫外線を反射する多層膜と、多層膜の上に形成された立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタル膜からなり極端紫外線を吸収する吸収膜とを有することを特徴とする極端紫外線露光用マスクブランクが提供される。

この極端紫外線露光用マスクブランクにおいても、さらに、多層膜上に形成された多層膜を保護するキャッピング膜と、キャッピング膜と吸収膜との間に形成された緩衝膜とを有することが望ましい。

本願発明の他の実施形態においては、基板上に極端紫外線を反射する多層膜を形成し、多層膜の上に極端紫外線を吸収する吸収膜として、立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタル膜を形成し、吸収膜上にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして吸収膜をエッチングすることによりマスクパターンを形成することを特徴とする極端紫外線露光用マスクの製造方法が提供される。

この極端紫外線露光用マスクの製造方法においても、さらに、多層膜上に形成された多層膜を保護するキャッピング膜と、キャッピング膜と吸収膜との間に形成された緩衝膜とが形成されることが望ましい。

本願発明の他の実施形態においては、極端紫外線を反射する多層膜と、多層膜の上にパターン状に形成された立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタル膜からなり極端紫外線を吸収する吸収膜とを有する露光用マスクに極端紫外線を斜めに照射し、露光用マスクからの反射光をレジストの形成された露光対象基板上に照射することを特徴とするリソグラフィ方法が提供される。

本発明の極端紫外線露光用マスクは、上述のような構成をしており、吸収膜が比較的大きなＥＵＶ光の吸収性能をもつ立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタルを含有するので、従来よりも吸収膜を薄膜化することが出来、転写パターンの位置ずれの原因となる射影効果を低減することができる。

本発明の極端紫外線露光用マスクブランクは、その吸収膜をパターニングすることにより、上述の効果を有する極端紫外線露光用マスクを作成できるという効果を有する。

本発明のリソグラフィ方法は、比較的大きなＥＵＶ光の吸収性能をもつ立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタルを吸収膜として用いるので、転写パターンの位置ずれの原因となる射影効果を低減することができる。

以下本発明を実施するための形態について説明する。本発明のＥＵＶ露光用マスク及びマスクブランクは、吸収膜の主要部分を構成する主たる元素がタンタルと窒素である。ＥＵＶ露光用マスクに限らず、一般にフォトマスク用薄膜の成膜は、付着力の確保等の観点から、スパッタリング法による成膜が行われる。

さらに、金属窒化物のスパッタリング成膜においては、金属窒化物のターゲットを用いる方法もあるが、窒化物になったターゲットの導電性の低下や密度の低下によりスパッタリング時に異常放電を発生しやすいため、金属窒化物ターゲットではなく、単体金属のターゲットを用い、窒素は、スパッタリングガスであるＡｒやＸｅなどの不活性ガスに窒素を混入することで導入する方法が一般的である。

ところが、金属ターゲットを使い、不活性ガスに窒素を混入してスパッタリングで作製した膜は一般に非晶質（アモルファス）の膜になり易く、密度が上がらず、その結果としてＥＵＶ光の吸収機能が上がりにくいという欠点がある。基板加熱等を行いつつ成膜すれば、結晶性になりやすいが、ＥＵＶマスクは、ＥＵＶ光の高反射部となる多層膜を有しているため、基板加熱をおこなうと、多層膜界面に拡散が起こり、ＥＵＶ光反射率が低下してしまうことになる。従って、吸収膜の成膜時に基板加熱を行うことはできない。

また、結晶化が進んだ膜は、一般に結晶粒（グレイン）の粒径が大きくなり、柱状構造になりやすく、吸収膜のエッチングにより、微細で線幅精度の高いパターンを形成するうえで不利になる。

以上のことから、本発明のＥＵＶマスクにおいては、タンタルターゲットを用い、不活性ガスに窒素を混入したスパッタリングにより、タンタルと窒素を主成分とする吸収膜の作製を行うが、その際に、装置構成や、圧力、電力等の制御により、立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタルを適量含有するような吸収膜を形成する。好ましくは、立方晶系窒化タンタルの含有量は、吸収膜全体の密度が１４．０〜１５．５ｇ／ｃｍ^３の範囲にある程度とする。

窒化タンタル結晶の安定形態については、立方晶系のＴａＮ、およびＴａＮ_１．１３の他、六方晶系のＴａＮ、さらにはＴａ_２Ｎが知られている。これらの膜の密度は
立方晶系ＴａＮ：１５．８４２ｇ／ｃｍ^３
立方晶系ＴａＮ_１．１３：１６．２５６ｇ／ｃｍ^３
六方晶系ＴａＮ：１４．３０６ｇ／ｃｍ^３
六方晶系Ｔａ_２Ｎ：１５．８２４ｇ／ｃｍ^３
である。なお、単体金属であるＴａの密度は１６．７ｇ／ｃｍ^３である。

図１に本発明の一実施形態にかかる極端紫外線露光用マスクの構成を示す。下地としての基板１上に、例えばシリコン層とモリブデン層とを積層形成してなる、極端紫外線を反射する多層膜２と、多層膜上２に形成された多層膜２を保護するキャッピング膜３と、キャッピング膜３上にパターン状に形成された緩衝膜４及び立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタル膜からなり極端紫外線を吸収する吸収膜５と、この吸収膜５上に形成された反射防止膜（ＡＲ膜）６とを有する。本発明の一実施形態にかかる極端紫外線露光用マスクブランクは、図１と同様ではあるが、緩衝膜４、吸収膜５及び反射防止膜６がパターニングされる前の状態である。この極端紫外線露光用マスクには、斜めから入射ＥＵＶ光７が照射され、マスクパターン以外の部分では反射率Ｒｍで反射ＥＵＶ光８が、マスクパターンの部分では反射率Ｒａ（反射率Ｒｍより小さい）で反射ＥＵＶ光９が出射される。この反射ＥＵＶ光８は、レジストの形成された露光対象基板上に照射される。

図２に図１と対応させたところの従来の極端紫外線露光用マスクの構成を示す。同一部位には同一の参照符号を付している。吸収膜５ａはアモルファス窒化タンタルから構成されているため、本発明の極端紫外線露光用マスクの吸収膜５よりも厚く形成せざるを得ない。

本発明のＥＵＶマスクの断面構造を示す模式図である。 従来のＥＵＶマスクの断面構造を示す模式図である。

符号の説明

１・・・・基板
２・・・・多層膜
３・・・・キャッピング膜
４・・・・緩衝膜
５・・・・吸収膜（立方晶系の窒化タンタルを含む吸収膜）
５ａ・・・吸収膜（アモルファス窒化タンタルからなる吸収膜）
６・・・・ＡＲ膜
７・・・・入射ＥＵＶ光
８・・・・反射ＥＵＶ光（反射率Ｒｍ）
９・・・・反射ＥＵＶ光（反射率Ｒａ）

Claims (7)

1. 極端紫外線を反射する多層膜と、
   前記多層膜の上にパターン状に形成された立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタル膜からなり極端紫外線を吸収する吸収膜と
   を有することを特徴とする極端紫外線露光用マスク。
2. 請求項１記載の極端紫外線露光用マスクにおいて、さらに、
   前記多層膜上に形成された前記多層膜を保護するキャッピング膜と、
   前記キャッピング膜と前記吸収膜との間に形成された緩衝膜と
   を有することを特徴とする極端紫外線露光用マスク。
3. 極端紫外線を反射する多層膜と、
   前記多層膜の上に形成された立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタル膜からなり極端紫外線を吸収する吸収膜と
   を有することを特徴とする極端紫外線露光用マスクブランク。
4. 請求項３記載の極端紫外線露光用マスクブランクにおいて、さらに、
   前記多層膜上に形成された前記多層膜を保護するキャッピング膜と、
   前記キャッピング膜と前記吸収膜との間に形成された緩衝膜と
   を有することを特徴とする極端紫外線露光用マスクブランク。
5. 基板上に極端紫外線を反射する多層膜を形成し、
   前記多層膜の上に極端紫外線を吸収する吸収膜として、立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタル膜を形成し、
   前記吸収膜上にレジストパターンを形成し、
   前記レジストパターンをマスクとして前記吸収膜をエッチングすることによりマスクパターンを形成すること
   を特徴とする極端紫外線露光用マスクの製造方法。
6. 請求項５記載の極端紫外線露光用マスクの製造方法において、
   前記多層膜上に前記多層膜を保護するキャッピング膜を形成し、
   前記キャッピング膜上に、前記吸収膜を形成する前に緩衝膜を形成する
   ことを特徴とする極端紫外線露光用マスクの製造方法。
7. 極端紫外線を反射する多層膜と、前記多層膜の上にパターン状に形成された立方晶系の結晶構造からなる窒化タンタル膜からなり極端紫外線を吸収する吸収膜とを有する露光用マスクに極端紫外線を斜めに照射し、前記露光用マスクからの反射光をレジストの形成された露光対象基板上に照射することを特徴とするリソグラフィ方法。