JP5381167B2 - 反射型フォトマスク用ブランク及び反射型フォトマスク - Google Patents

Description

本発明は、反射型フォトマスク用ブランク及び反射型フォトマスクに関する。

ＬＳＩなどの回路パターン等ナノレベルの微細加工にはリソグラフィ技術が用いられている。近年高集積化に伴い、より微細なパターンを作製するための技術が要求されており、露光光源の短波長化が進められている。例えば、露光光源は、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）へと移行されている。また、さらに短波長の軟Ｘ線（波長１３．５ｎｍ）を露光光源とする開発も行われている。

軟Ｘ線を露光光源とするリソグラフィをＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）リソグラフィと呼ぶ。ＥＵＶリソグラフィでは、その露光光源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従来用いられている屈折光学系が使用できず、反射光学系を使用することによりパターン転写を実施する。また、ＥＵＶ光は窒素や水分によっても吸収されてしまい、従来の透過型のフォトマスクは使用できないため、反射型のフォトマスクが用いられる。

反射型のフォトマスクは、熱膨張率の小さい基板上にＥＵＶ光を反射可能な多層反射層を構成し、さらにＥＵＶ光に対する吸収率が高い材料で吸収層を形成されたブランクを用い、吸収層を所望のパターンに加工することによって得られる。パターン欠陥修正や酸化による反射率の低下を防ぐために多層反射層と吸収層との間にバッファー層やキャッピング層と呼ばれる層を設ける場合も多い。

以上のようにＥＵＶリソグラフィは、今までのリソグラフィ技術とは顕著に異なる部分が多く、周辺技術の早急な対応が求められている。

ＥＵＶリソグラフィ用の露光装置は、ほとんどの物質がＥＵＶ光を吸収してしまうために内部を高真空に保つ必要がある。そのため、微量なアウトガス成分についてもカーボン汚染の原因となる可能性があり、光学系ミラー等の汚染対象として問題視されている。露光装置内へ設置されるＥＵＶ用フォトマスクに対しても高い清浄度が要求される。

例えば、特許文献１では、フォトマスクのパターン面のみに保護層としてルテニウム膜を被覆して、ＥＵＶ光照射による表面の酸化やカーボン汚染を防止する反射型フォトマスクが提案されている。しかし、実際には露光工程中だけでなく、露光装置内へ設置する前段階でフォトマスクに付着するアウトガス成分、例えば、フォトマスクの保管及び運搬に使用される樹脂製マスクケースから発生するアウトガス成分やクリーンルーム雰囲気中に存在するアウトガス成分に対して清浄な状態にする必要がある。

また、ＥＵＶリソグラフィ用のフォトマスクに要求される寸法精度は年々厳しくなってきており、ＩＴＲＳ（Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｏａｄｍａｐ ｆｏｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ：２００７）によると２０１０年にはＣＤ ｍｅａｎ ｔｏ ｔａｒｇｅｔを３．６ｎｍで制御しなければならない状況となっている。そのため、特許文献１に記載されているようなパターン部形成後に保護層を成膜する方法でＥＵＶリソグラフィ用のフォトマスクを作製することは寸法制御の観点から困難であると考えられる。

特開２００３−３１８１０４号公報

本発明は、樹脂製マスクケースやクリーンルーム環境中に存在するアウトガス成分に対して清浄で露光装置内部を汚染することのなく、高い清浄度を有するため、ＥＵＶリソグラフィ用の反射型フォトマスクに要求される微細なパターン形成に対応でき、ＥＵＶ光，欠陥検査光に対する光学特性の優れた反射型フォトマスク用ブランク及び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、
基板と、
前記基板に積層された多層反射膜と、
前記多層反射膜に積層されたキャッピング膜と、
前記キャッピング膜に積層された吸収膜と、を有する構造体と、
前記構造体の周囲全面に被覆された保護膜と、を備え、
前記保護膜は、吸収膜よりもアウトガス成分が付着しにくい材料よりなり、かつ、
（１）キャッピング膜で被覆した多層反射膜面のＥＵＶ光反射率（Ｒｍ）と、保護膜を形成した吸収膜上の反射率（Ｒａ）との光学濃度（−ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ））が２．１を超える。
（２）欠陥検査波長光に対するキャッピング膜面と保護膜面とのコントラスト（（Ｒｍ−Ｒａ）／（Ｒａ＋Ｒｍ）×１００％）が４７％以上。
上記（１）（２）の条件を共に満たすことを特徴とする反射型フォトマスク用ブランクである。

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用ブランクであって、吸収膜は、上層吸収膜と下層吸収膜よりなる多層膜であることを特徴とする反射型フォトマスク用ブランクである。

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用ブランクであって、多層反射膜は、モリブデンとシリコンとが複数回積層された多層反射膜であり、キャッピング膜は、ルテニウムを含む材料よりなり、吸収膜は、タンタルを含む材料よりなり、保護膜は、ルテニウムを含み、前記保護膜の膜厚は１．５ｎｍ〜２．５ｎｍの範囲内にあることを特徴とする反射型フォトマスク用ブランクである。

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用ブランクを用いて作製された反射型フォトマスクである。

本発明によれば、構造体の周囲全面を保護膜により被覆することから、樹脂製マスクケースやクリーンルーム環境中に存在するアウトガス成分に対して清浄で露光装置内部を汚染することのなく、微細なパターン形成ができる、反射型フォトマスク用ブランク及び反射型フォトマスクを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク用ブランクを示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク用ブランクの最表面と従来のフォトマスク用ブランクの最表面に付着するアウトガス成分量の比較を示すグラフである。 多層反射膜上にキャッピング膜を形成した場合のルテニウムの膜厚に対するＥＵＶ光の反射率（Ｒｍ）の関係を示すグラフである。 上層吸収膜上に保護膜を形成した場合のルテニウムの膜厚に対するＥＵＶ光の反射率（Ｒａ）の関係を示すグラフである。 多層反射膜上にキャッピング膜としてのルテニウムを形成した場合のＥＵＶ光の反射率（Ｒｍ）と、上層吸収膜上に保護膜としてのルテニウムを形成した場合の反射率（Ｒａ）とのルテニウムの膜厚に対する光学濃度を示すグラフである。 上層吸収膜上に保護膜としてのルテニウムを形成した場合の欠陥検査波長光の反射率（Ｒａ）と、反射部と吸収部とのコントラストを保護膜としてのルテニウムの膜厚に対して求めたグラフである。 本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクを示す概略構成図である。

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用ブランク１０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上に形成されたキャッピング膜３と、キャッピング膜３上に形成された下層吸収膜４と、下層吸収膜４上に形成された上層吸収膜５とを有する構造体７と、さらに構造体７の周囲全面を被覆された保護膜６とから構成される。

基板１は、基板１上に多層反射膜２を密着性よく均一に成膜でき、熱膨張率の小さい材料であればいずれでも構わない。例としては、チタンを添加した低熱膨張ガラス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。

多層反射膜２は、モリブデン２．８ｎｍとシリコン４．２ｎｍとから構成され、３０周期〜５０周期で積層して波長１３ｎｍ〜１４ｎｍのＥＵＶ光に対して最大の反射率となるようにする。

キャッピング膜３の主な役割は多層反射膜２表面の酸化による反射率低下を防止することであり、反射型フォトマスク２０に加工された際にＥＵＶ光を反射する部分の最表面となる。そのため、キャッピング膜３はＥＵＶ光に対する消衰係数が小さく、キャッピング膜３の屈折率と真空の屈折率との差が大きく、酸化しにくい材料を用いる必要がある。また、アウトガス成分の付着しにくい性質を持つことが求められる。

以下の理由からキャッピング膜３の材料としてルテニウムを選択することができる。ルテニウムは光学ミラーの酸化抑制対策として知られた材料である（Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５７５１， ｐｐ１１８−１２５（２００５））。さらにルテニウムは以下の調査によりアウトガス成分が付着しにくい材料であることも確認することができた。アウトガス成分の放出しやすいアクリル系樹脂製マスクケースにルテニウム膜つきのサンプルと上層吸収膜５（この場合はタンタル系酸化膜）つきのサンプルとを２０時間保管し、加熱脱離ガスクロマト質量分析装置、「ＴＤ−ＧＣ／ＭＳ」を用いてサンプル表面のアウトガス成分量を調査した。図２に示した結果からルテニウム膜はタンタル系酸化膜より１０分の１以下のアウトガス成分量となった。

キャッピング膜３の膜厚は、ＥＵＶ光の反射率ができるだけ低下しないように設計する必要がある。多層反射膜２上に形成されたルテニウムの膜厚に対するＥＵＶ光の反射率（Ｒｍ）を計算により求めた結果を図３に示す。図３の結果からキャッピング膜３としてのルテニウムの膜厚はＥＵＶ光の反射率にほとんど影響ない１ｎｍ〜２．５ｎｍ程度とする。

下層吸収膜４は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、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、タンタルを主成分とした合金を用いることが好ましい。下層吸収膜４の膜厚はＥＵＶ光や欠陥検査に用いるＤＵＶ（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光に対する光学特性を考慮するため、反射型フォトマスク用ブランク１０を構成する膜全体で調整して決定されるが、３０ｎｍ〜８０ｎｍ程度である。

下層吸収膜４と上層吸収膜５とのエッチングに対して耐性を有する材料からなるバッファー層をキャッピング膜３と下層吸収膜４との間にエッチングストッパーとして形成しても構わない。

上層吸収膜５は、欠陥検査に用いるＤＵＶ光に対して、反射防止性のある材料であり、エッチングによる加工が可能な材料であればいずれでも構わない。例としては、タンタルを主成分として酸素を含有させた材料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。上層吸収膜５の膜厚はＥＵＶ光や欠陥検査に用いるＤＵＶ光に対する光学特性を考慮するため、反射型フォトマスク用ブランク１０を構成する膜全体で調整して決定されるが、１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度であればよい。

保護膜６は、構造体７の周囲全面を被膜するように成膜する。保護膜６は上層吸収膜５よりもアウトガスが付着しにくく、且つ、以下の２条件を満たす材料により構成される。
条件１：キャッピング膜で被覆した多層反射膜面のＥＵＶ光反射率（Ｒｍ）と、保護膜を形成した上層吸収膜上の反射率（Ｒａ）との光学濃度（＝−ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ））が２．１を超える保護膜の膜厚が存在すること。
条件２：欠陥検査波長光（波長２５７ｎｍ）に対する反射部（キャッピング膜面）と吸収部（保護膜面）とのコントラスト（＝（Ｒｍ−Ｒａ）／（Ｒａ＋Ｒｍ）×１００％）が４７％以上となる保護膜の膜厚が存在すること。
例としてはルテニウム、クロム、白金などが挙げられる。

キャッピング膜３の材料としても使用できるルテニウムを保護膜６とした場合について詳細に説明する。図４に示すグラフはモリブデンとシリコンとを４０周期で積層させた多層反射膜２と、ルテニウムから構成されるキャッピング膜３の膜厚２．５ｎｍと、タンタルを主成分とした合金からなる下層吸収膜４の膜厚５１．５ｎｍと、タンタルを主成分として酸素を含有させた材料からなる上層吸収膜５の膜厚１５ｎｍとを有する構造体７の周囲全面に被覆した保護膜６としてのルテニウム膜厚に対するＥＵＶ反射率（Ｒａ）を計算した結果である。

図３と図４とで求めたＲｍとＲａを用いて、光学濃度（以下、「ＯＤ」という。）（＝−ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ））を算出し、図５に示した。ＥＵＶ光に対する上層吸収膜上の反射率（Ｒａ）の要求値（ＳＥＭＩ ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐ３８−１１０２）は０．５％以下。キャッピング膜で被覆した多層反射膜面のＥＵＶ光反射率（Ｒｍ）の要求値（ＩＴＲＳ２００７： ２０１０年における要求値）は６６％。これらの値を使って計算すると、ＯＤ（＝−ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ））は２．１以上であればよいとされる。

次に、欠陥検査波長の候補である波長２５７ｎｍの光における上層吸収膜５上に保護膜６としてのルテニウムを形成した場合の欠陥検査波長光の反射率（Ｒａ）と、反射部８と吸収部９とのコントラスト（＝（Ｒｍ−Ｒａ）／（Ｒａ＋Ｒｍ）×１００％）をルテニウムの保護膜６の膜厚に対して計算し、図６に示した。検査波長（２５７ｎｍ）に対する上層吸収膜上の反射率（Ｒａ）の要求値（ＳＥＭＩ ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐ３８−１１０２）は２０％以下。キャッピング膜で被覆した多層反射膜面の検査波長（２５７ｎｍ）に対する反射率（Ｒｍ）の要求値（ＳＥＭＩ ｓｔａｎｄａｒｄ Ｐ３８−１１０２）は５５％。これらの値を使って計算すると、コントラスト（＝（Ｒｍ−Ｒａ）／（Ｒａ＋Ｒｍ）×１００％）は４７％以上であればよいとされる。

図５及び図６からＯＤが２．１以上でコントラストが４７％以上という条件を満たすルテニウムを用いた保護膜６の膜厚は１．５ｎｍ〜２．５ｎｍ程度であればよい。ただし、この数値はモリブデンとシリコンとを４０周期で積層させた多層反射膜２と、ルテニウムから構成されるキャッピング膜３の膜厚２．５ｎｍと、タンタルを主成分とした合金からなる下層吸収膜４の膜厚５１．５ｎｍと、タンタルを主成分として酸素を含有させた材料からなる上層吸収膜５の膜厚１５ｎｍとを有する構造体７の場合に適用することができる。

反射型フォトマスク用ブランク１０を構成する基板１の上に形成された多層反射膜２、キャッピング膜３、下層吸収膜４、上層吸収膜５を有する構造体６及び全体を覆う保護膜６は、スパッタリング法、化学蒸着法、真空蒸着法などを用いて作製することができる。ターゲット原子の運動エネルギーが大きいため、強くて剥がれにくい膜を作製することができるスパッタリング法を用いることが好ましい。

次に、本発明の反射型フォトマスク２０の作製方法について説明する。

反射型フォトマスク２０は反射型フォトマスク用ブランク１０を用いて、所望のパターンを形成することによって作製される。

まず、反射型フォトマスク用ブランク１０のパターン形成面側にレジストを塗布し、電子線描画装置による描画、現像処理を行い、所望のレジストパターンを形成する。

次に、レジストパターンをマスクとして、保護膜６、上層吸収膜５、下層吸収膜４をドライエッチングにより加工する。その後、レジスト剥離処理とパーティクル除去処理を行い、図７に示すような反射型フォトマスク２０が完成する。

本発明の反射型フォトマスク用ブランク１０及び反射型フォトマスク２０の一実施例を以下に示す。しかし、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。

＜実施例１＞
まず、下地とする基板１として６インチ角の低熱膨張ガラスを用意し、その上にモリブデン２．８ｎｍとシリコン４．２ｎｍとを４０周期で積層させた膜厚２８０ｎｍの多層反射膜２を形成した。

次に、多層反射膜２の上にルテニウムからなるキャッピング膜３を膜厚２ｎｍで形成し、続いてタンタルを主成分とした合金からなる下層吸収膜４を膜厚５１．５ｎｍで形成し、さらにタンタルを主成分として酸素を含有させた材料からなる上層吸収膜５を膜厚１５ｎｍで形成し、構造体７を得た。各膜の形成にはスパッタリング法を用いた。

次に、構造体７の周囲全面を覆うようにルテニウムからなる保護膜６を膜厚２．０ｎｍで形成し、反射型フォトマスク用ブランク１０を得ることができた。

次に、反射型フォトマスク用ブランク１０の上にレジストを塗布し、電子線描画によりレジストパターンを形成した。得られたレジストパターンをマスクとして、塩素系ガス及びフッ素系ガスを用いて保護膜６、上層吸収膜５、下層吸収膜４のドライエッチングを行った。

次に、ＮＭＰ系の溶剤、硫酸過水によるレジスト剥離処理、つづいてアンモニア過水を用いたパーティクル除去処理を行い、反射型フォトマスク２０を得た。

＜実施例２＞
保護膜６を構造体７の周囲全面に被膜せずに反射型フォトマスク用ブランク１０を得た。反射型フォトマスク２０を形成する方法は実施例１と同様である。

＜評価＞
アクリル系樹脂製マスクケースに２０時間保管し、表面に付着するアウトガス成分量を「ＴＤ−ＧＣ／ＭＳ」を用いて実施例１と実施例２との評価を行った。

実施例１により得られた反射型フォトマスク２０の評価を行うと、ヘキサデカン（Ｃ１６）換算で２．４ｎｇ／ｃｍ２ となった。

一方、実施例２の反射型フォトマスク２０を用いて、評価を行うとヘキサデカン（Ｃ１６）換算で３０．２ｎｇ／ｃｍ２ となった。

以上より、本発明の反射型フォトマスク２０は、周囲全面に被覆された保護膜を備えることにより、アウトガス成分が付着しにくいことを確認できた。

本発明の反射型フォトマスク２０は、保護膜６を構造体７の周囲全面にルテニウムを用いて覆うことでアウトガス成分が付着しにくいために高い清浄度を有することができる。そのためＥＵＶリソグラフィ用の反射型フォトマスク２０に要求される微細なパターン形成することができ、製品の歩留り向上につながる。

本発明は、軟Ｘ線領域の極端紫外光すなわちＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いた微細加工が求められる広範な分野に利用が期待される。特に、半導体集積回路などの製造工程において求められる超微細な回路パターン転写の際に用いられる反射型フォトマスク用ブランク及び反射型フォトマスクとして利用が期待される。

１……基板
２……多層反射膜
３……キャッピング膜
４……下層吸収膜
５……上層吸収膜
６……保護膜
７……構造体
８……反射部
９……吸収部
１０……反射型フォトマスク用ブランク
２０……反射型フォトマスク

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板に積層された多層反射膜と、
   前記多層反射膜に積層されたキャッピング膜と、
   前記キャッピング膜に積層された吸収膜と、を有する構造体と、
   前記構造体の周囲全面に被覆された保護膜と、を備え、
   前記保護膜は、吸収膜よりもアウトガス成分が付着しにくい材料よりなり、かつ、
   （１）キャッピング膜で被覆した多層反射膜面のＥＵＶ光反射率（Ｒｍ）と、保護膜を形成した吸収膜上の反射率（Ｒａ）との光学濃度（−ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒｍ））が２．１を超える。
   （２）欠陥検査波長光に対するキャッピング膜面と保護膜面とのコントラスト（（Ｒｍ−Ｒａ）／（Ｒａ＋Ｒｍ）×１００％）が４７％以上。
   上記（１）（２）の条件を共に満たすことを特徴とする反射型フォトマスク用ブランク。
2. 請求項１に記載の反射型フォトマスク用ブランクであって、
   吸収膜は、上層吸収膜と下層吸収膜よりなる多層膜であること
   を特徴とする反射型フォトマスク用ブランク。
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用ブランクであって、
   多層反射膜は、モリブデンとシリコンとが複数回積層された多層反射膜であり、
   キャッピング膜は、ルテニウムを含む材料よりなり、
   吸収膜は、タンタルを含む材料よりなり、
   保護膜は、ルテニウムを含み、
   前記保護膜の膜厚は１．５ｎｍ〜２．５ｎｍの範囲内にあること
   を特徴とする反射型フォトマスク用ブランク。
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用ブランクを用いて作製された反射型フォトマスク。

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