JP5532834B2 - 反射型投影露光マスクブランク、及び反射型投影露光マスク - Google Patents
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Description
本発明は、軟Ｘ線領域の極紫外光、すなわちＥＵＶ(Extreme Ultra Violet) 光を使用するフォトリソグラフィー法において、反射型投影露光マスクブランク及び反射型投影露光マスク並びに反射型投影露光マスクの製造方法に係るものである。
近年、半導体装置の微細化に伴い、露光光源も従来のランプ光源（波長３６５ｎｍ）からエキシマレーザー光源（波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ）へと次第に短波長化されてきた。現在は１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を使用し、少しでも高い解像性を得るために、液浸露光(Immersion Lithography)や二重露光(Double Patterning)、その他超解像技術(ＲＥＴ)を多用して解像性向上を図っている。しかしながら、半導体回路のパターン寸法の微細化が進むにつれて、従来の露光方式の延長では微細化への対応が難しくなってくる。このため、現在は上記の様な技術により１９３ｎｍ露光を延命しているが、今後の露光方式の候補として反射投影型のＸ線縮小投影露光(以下ＥＵＶ露光もしくはＥＵＶリソグラフィー)の開発が進められている。
軟Ｘ線領域を用いた縮小投影露光は、極紫外線露光（Extreme Ultra Violet Lithography：ＥＵＶ露光）とも呼ばれる。このＥＵＶ露光は、波長１ｎｍ〜２０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域の波長を用いた露光方法で、将来の有力な半導体微細パターン作製技術と考えられている。ＥＵＶを用いた露光方法では、金属にＹＡＧレーザー等を照射して生じるレーザープラズマから放射される軟Ｘ線等を露光光源として用いている。露光波長は１０〜１５ｎｍの波長が一般的に考えられているが、この波長領域を用いる場合には従来の屈折光学系を用いることが困難である。このため、屈折レンズの代わりに多層膜ミラー面によって反射率を高めた反射光学系を用いる。また多層膜ミラーに非球面鏡を用いることで縮小露光が可能となるため、マスクは４倍若しくは５倍の拡大率で形成される。この露光方法は日本では１９８４年頃より検討が開始され、現在国内外の研究機関で開発が進められている。
ところで、ＥＵＶ光の波長領域における物質の屈折率は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。このため、ＥＵＶ露光では、反射光学系により露光が行われる。また、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、ＥＵＶ露光の際は、透過型マスクではなく、反射型マスクが用いられる。
このＥＵＶ露光用の反射型フォトマスクは、低膨張率基材上にＥＵＶ光を実質的に反射する反射膜層を設け、更にその上にＥＵＶ光に対して吸収性の高い重金属からなる吸収体のパターン（吸収体パターン）を設けたものである。反射膜層は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おり、多層反射膜表面が吸収体パターンにより覆われた吸収領域と、吸収体のない多層反射膜表面が露出した反射領域とのＥＵＶ光に対する反射率の違いにより吸収体パターンのパターン転写を行うものである。
上記ＥＵＶ露光は、反射投影光学系を用いた反射型マスクに対して入射角を有した露光光を入射することで行う。そして、該露光光は入射角と同等の反射角でウエハ（半導体基板）上に照射される。しかしながら、この際に前記反射型マスクの反射膜層の上部に設けられた吸収体パターンは７０ｎｍ程度の膜厚を有している。このため、前記露光光に対して前記吸収体パターンの一部が影となり、ウエハへのパターン転写後のパターン寸法やパターン位置がずれること（シャドーイング）が問題となっている。
このシャドーイングの影響を緩和する方法として、吸収体の膜厚を低減する方法（例えば特許文献１を参照）が提案されている。しかし、この方法では、シャドーイングの影響を完全に排除できないことに加え、ＥＵＶ光吸収率の低下をもたらしてしまう。また、シャドーイングの影響を緩和する方法として、予めシャドーイングの影響を計算してパターンの設計データに前記計算結果をフィードバックすることで反射型マスクの描画パターンデータを補正し、反射型マスクを作製する等の方法が提案されている。しかし、この方法では、補正のためのデータハンドリングと検証作業が膨大になるという問題があった。
このため、高精度に反射型マスクのパターンをウエハ上に転写することが困難であった。
本発明は、高精度に反射型マスクのパターンをウエハ上に転写することが可能な反射型投影露光マスクブランク、反射型投影露光マスク及び反射型投影露光マスクの製造方法を提供することを目的としている。
本発明の第一の視点に係る反射型投影露光マスクブランクの態様は、支持基板上にＥＵＶ光を実質的に吸収することを目的とした吸収体層と、前記吸収体層上に形成され、ＥＵＶ光を実質的に反射させることを目的とした反射膜層とを備え、前記反射膜層は前記吸収体層より上に設けられていることを特徴とする。
本発明の第二の視点に係る反射型投影露光マスクの態様は、支持基板上にＥＵＶ光を実質的に吸収することを目的とした吸収体層と、前記吸収体層上に形成され、ＥＵＶ光を実質的に反射させることを目的とし、所望のパターンを有する反射膜層とを備え、前記反射膜層は前記吸収体層より上方に設けられていることを特徴とする。
本発明の第二の視点に係る反射型投影露光マスクの製造方法の態様は、支持基板上に吸収体層を形成し、前記吸収体層の上方に反射膜層を形成し、前記反射膜層の上方に第１のマスク膜を形成し、前記第１のマスク膜をマスクとして用いて前記反射膜層を加工し、前記第１のマスク膜を除去することを含むことを特徴とする。
本発明によれば、高精度に反射型マスクのパターンをウエハ上に転写することが可能な反射型投影露光マスクブランク、反射型投影露光マスク及び反射型投影露光マスクの製造方法を提供することが可能である。
以下、本発明の実施の形態の詳細を図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。また、以下で説明する反射型マスク（反射型投影露光マスク）は、半導体装置の製造等で使用されるものである。
図１、図３、図５は、本発明の実施の形態の反射型マスクブランク（反射型投影露光マスクブランク）の基本的な構成を模式的に示した図である。図２、図４、図６は、本発明の実施の形態の反射型マスク（反射型投影露光マスク）の基本的な構成を模式的に示した図である。
図１に示すように、反射型マスクブランク（反射型投影露光マスクブランク）１０は、支持基板１００と、支持基板１００上に設けられた吸収体層１０１と、吸収体層１０１上に設けられた反射膜層１０２とが積層されている構造を有している。
支持基板１００は、例えば合成石英基板である。支持基板１００をＥＵＶ露光（ＥＵＶリソグラフィー）に用いる場合には、露光精度等の点からチタン等が含有された超低膨張ガラス基板を用いることが好ましい。このＥＵＶ露光用の超低膨張ガラス基板としてはコーニング社製の超低膨張ガラス基板ＵＬＥや、ショット社製の超低膨張ガラス基板ＺｅｒｏＤｕｒｅ等がある。
吸収体層１０１は、ＥＵＶ（軟Ｘ線あるいは極紫外線）光を実質的に吸収することを目的とした吸収体であり、例えば窒化タンタル等で形成されている。
反射膜層１０２は、ＥＵＶ光を実質的に反射させることを目的とした多層膜層であり、例えばモリブデンとシリコンとが交互に４０対層程度積層された構造を有している。
このように、反射型マスクブランク１０において、ＥＵＶ光を反射する反射膜層１０２は、ＥＵＶ光を吸収する吸収体層１０１より上に設けられている。
また、図２に示すように、反射型マスク（反射型投影露光マスク）１１は、反射型マスクブランク１０の反射膜層１０２にパターンが形成された、反射膜層１０２ａを有している。前記パターンは、例えば半導体装置の回路パターン等である。
上述した実施形態の反射型マスク１１によれば、パターンが形成され、ＥＵＶ光を反射する反射膜層１０２ａは、ＥＵＶ光を吸収する吸収体層１０１より上に設けられている。そして、ＥＵＶ光を露光光として用いたＥＵＶ露光の際には、この反射型マスク１１に、例えば６度程度の入射角を有したＥＵＶ光を照射する。そして、反射膜層１０２ａは前記ＥＵＶ光を反射し、吸収体層１０１は、前記ＥＵＶ光を吸収する。反射膜層１０２ａによって反射された前記ＥＵＶ光（反射光）は、入射角と同等の反射角で半導体基板上に設けられた該軟Ｘ線あるいは極紫外線露光用レジスト層に照射される。これにより、前記レジスト層には、反射膜層１０２ａのパターンが転写される。
このように、反射型マスク１１では、反射膜層１０２ａが吸収体層１０１よりも上方に形成されているため、ＥＵＶ露光時において、吸収体層１０１に起因する反射光の影の発生を防止することができ、半導体基板へのＥＵＶ露光後のパターン寸法やパターン位置がずれる問題を抑制することができる。これにより、従来の吸収対層が反射膜層よりも上方に形成されている場合のように、吸収対層の膜の厚さにより反射光が遮られることがない。
その結果、所定の角度から照射される露光光を反射する反射型マスクにおいて、高精度に反射型マスクのパターンを半導体基板上に転写することが可能となる。
次に、本実施形態の変形例について説明する。本変形例では、図３に示すように、反射型マスクブランク２０は、支持基板１００と、支持基板１００上に設けられた吸収体層１０１と、吸収体層１０１上に設けられたエッチングストッパ層１０３と、エッチングストッパ層１０３上に設けられた反射膜層１０２と、反射膜層１０２上に設けられた保護層１０４とが積層されている構造を有している。
エッチングストッパ層１０３は、反射膜層１０２をエッチングする際にエッチングストッパとして機能し、吸収体層１０１を保護するものである。また、ＥＵＶ光を吸収する構成を有していても良い。
保護層１０４は、反射膜層１０２をＥＵＶ光等から保護するものであり、また、露光光（ＥＵＶ光）は吸収せず、検査光（ＵＶ光）を吸収する、例えばシリコン酸化物で形成されている。
また、図４に示すように、反射型マスク（反射型投影露光マスク）２１は、反射型マスクブランク２０の反射膜層１０２及び保護層１０４にパターンが形成されたものである。前記パターンが形成された反射膜層１０２ａ及び保護層１０４ａは、反射型マスクブランク２０の反射膜層１０２及び保護層１０４をドライエッチング等のエッチング処理を行うことで形成される。
上述した変形例の反射型マスク２１によれば、上述した反射型マスク１１と同様に、ＥＵＶ光を反射する反射膜層１０２ａは、ＥＵＶ光を吸収する吸収体層１０１より上方に設けられている。このため、反射型マスク１１と同様に、ＥＵＶ露光時において、吸収体層１０１に起因する反射光の影の発生を防止することができ、半導体基板へのＥＵＶ露光後のパターン寸法やパターン位置がずれる問題を抑制することができる。
また、反射型マスク２１では、吸収体層１０１と反射膜層１０２との間にはエッチングストッパ層１０３が形成されているため、反射膜層１０２にパターンを形成するエッチング時の吸収体層１０１へのダメージを抑制することができる。また、反射膜層１０２ａ上には保護層１０４ａが形成されているため、反射膜層１０２ａへのダメージを抑制することができる。
その結果、所定の角度から照射される露光光を反射し、高精度にパターンを半導体基板上に転写することができる反射型マスクを高品質に形成することが可能となる。
次に、本実施形態の他の変形例について説明する。本変形例では、図５に示すように、反射型マスクブランク３０は、支持基板１００と、支持基板１００上に設けられた吸収体層１０１と、吸収体層１０１上に設けられたエッチングストッパ層１０３と、エッチングストッパ層１０３上に設けられた反射膜層１０２とが積層されている構造を有している。
また、図６に示すように、反射型マスク３１は、反射型マスクブランク３０の反射膜層１０２にパターンが形成され、前記パターンが形成された反射膜層１０２ａ上と、反射膜層１０２ａの側面と、露出されているエッチングストッパ層１０３上とに保護層１０４ｂが形成されている。
保護膜１０４ｂは、反射膜層１０２をＥＵＶ光等から保護するものであり、また、露光光（ＥＵＶ光）は吸収せず、検査光（ＵＶ光）を吸収する、例えばシリコン酸化物で形成されている。この保護膜１０４ｂは、反射膜層１０２にパターンを形成後に、スパッタリング法等の方法により形成される。
上述した変形例の反射型マスク３１によれば、上述した反射型マスク１１と同様に、ＥＵＶ光を反射する反射膜層１０２ａは、ＥＵＶ光を吸収する吸収体層１０１より上方に設けられている。このため、反射型マスク１１と同様に、ＥＵＶ露光時において、吸収体層１０１に起因する反射光の影の発生を防止することができ、半導体基板へのＥＵＶ露光後のパターン寸法やパターン位置がずれる問題を抑制することができる。
また、反射型マスク３１では、上述した反射型マスク２１と同様に、吸収体層１０１と反射膜層１０２との間にはエッチングストッパ層１０３が形成されているため、反射膜層１０２にパターンを形成するエッチング時の吸収体層１０１へのダメージを抑制することができる。また、反射膜層１０２ａ上には保護層１０４ｂが形成されているため、反射膜層１０２ａへのダメージを抑制することができる。
その結果、所定の角度から照射される露光光を反射し、高精度にパターンを半導体基板上に転写することができる反射型マスクを高品質に形成することが可能となる。
尚、上述で説明した反射型マスクブランク及び反射型マスクブランクにおいて、本実施形態の効果が失われないようなものであれば、各層間や各層の上下に他の層を設けても構わない。
また、モリブデンとシリコンとの積層構造を有する反射膜層１０２のドライエッチングに際してのエッチングガスとしては、塩素ガスを使用して加工を行うことができるが、モリブデンとシリコン共にフッ素系ガスでもエッチングが可能である。このため、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６等のガスを用いる事も可能である。
図７〜図１０を用いて本発明の実施例１を説明する。
図７〜図１０は本発明の実施例１の反射型マスクの製造方法を模式的に示した図である。
実施例１では６インチ角−６．２５ｍｍ厚の合成石英基板を支持基板１００として用いている。
まず、図７に示すように、支持基板１００の上にアネルバ社製マグネトロンスパッタ装置を使用して窒化タンタルから成る吸収体層１０１を約６７ｎｍの膜厚で成膜する。具体的には純度４Ｎのタンタルのスパッタリングターゲートを用い、アルゴン及び窒素雰囲気内で反応性スパッタリングを行うことで成膜する。印加電圧は直流３００Ｗとし、所望の膜厚となるように予め算出した成膜レートを基に時間を調整することで膜厚の制御を行う。
次に、反射膜層１０２は、ビーコ社製イオンビームスパッタ装置を用いて成膜を行う。
材料はモリブデンとシリコン材料をターゲットとして使用し、交互に４０対層積層した。これにより、支持基板１００と、支持基板１００上に設けられた吸収体層１０１と、吸収体層１０１上に設けられた反射膜層１０２とを有している反射型マスクブランクが形成される。
次に、上記までに得られたブランクにネガ型化学増幅電子線レジストＦＥＮ２７１（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ）を膜厚１５０ｎｍでスピンコートし、ＰＡＢ（Ｐｏｓｔ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂａｋｅ：塗布後ベーク）を１３０度で６００秒間行い、レジスト層１０５を形成する。
次に、図８に示すように、可変成形型の電子線描画装置ＥＢＭ５０００（ニューフレアテクノロジーズ）を用いて、ドーズ量１５μＣ／ｃｍ２で、パターンサイズ４０〜２００ｎｍのライン＆スペースパターンをレジスト層１０５に描画する。これにより、レジスト層１０５は、パターンを有するレジスト層１０５ａになる。
次に、図９に示すように、レジスト層１０５ａをエッチングマスクとして用いて、ドライエッチング装置Ｔｅｔｒａ２（アプライドマテリアル）にてモリブデンとシリコンからなる反射膜層１０２を加工する（条件：圧力１５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、Ｂｉａｓパワー１３Ｗ、塩素ガス＝９０ｓｃｃｍ）。これにより、反射膜層１０２は、パターンを有する反射膜層１０２ａになる。
次に、図１０に示すように、最後に残ったレジスト層１０５ａを硫酸によって剥離洗浄する。
このようにして、反射型マスクが形成される。
図１１〜図１６を用いて本発明の実施例２を説明する。
図１１〜図１６は本発明の実施例２の反射型マスクの製造方法を模式的に示した図である。
まず、図１１に示すように。支持基板１００の上にアネルバ社製マグネトロンスパッタ装置を使用して窒化タンタルから成る吸収体層１０１を約６７ｎｍの膜厚で成膜する。具体的には純度４Ｎのタンタルのスパッタリングターゲートを用い、アルゴン及び窒素雰囲気内で反応性スパッタリングを行うことで成膜する。印加電圧は直流３００Ｗとし、所望の膜厚となるように予め算出した成膜レートを基に時間を調整することで膜厚の制御を行う。
次に、反射膜層１０２は、ビーコ社製イオンビームスパッタ装置を用いて成膜を行う。
材料はモリブデンとシリコン材料をターゲットとして使用し、交互に４０対層積層した。これにより、支持基板１００と、支持基板１００上に設けられた吸収体層１０１と、吸収体層１０１上に設けられた反射膜層１０２とを有している反射型マスクブランクが形成される。
続いて、反射膜層１０２の上に、マスク加工用のマスク層１０６としてクロムをスパッタリング法により成膜した。成膜に際しての装置等は吸収体層１０１の成膜の際と同条件を用い、窒化クロム膜を５ｎｍの膜厚で成膜した。このマスク層１０６は、反射膜層１０２とエッチングの選択比が充分にとれる材料で形成されている。
その後、マスク層１０６上に、ネガ型化学増幅電子線レジストＦＥＮ２７１（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ）を膜厚１５０ｎｍでスピンコートし、ＰＡＢ（Ｐｏｓｔ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂａｋｅ：塗布後ベーク）を１３０度で６００秒間行って、レジスト層１０５を形成した。
次に、図１２に示すように、可変成形型の電子線描画装置ＥＢＭ５０００（ニューフレアテクノロジーズ）を用いて、ドーズ量１５μＣ／ｃｍ２で、パターンサイズ４０〜２００ｎｍのライン＆スペースパターンをレジスト層１０５に描画する。これにより、レジスト層１０５は、パターンを有するレジスト層１０５ａになる。
次に、図１３に示すように、レジスト層１０５ａをエッチングマスクとして用いて、ドライエッチング装置Ｔｅｔｒａ２（アプライドマテリアル）にてマスク層１０６を加工する（条件：圧力１５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、Ｂｉａｓパワー１３Ｗ、塩素＝９０ｓｃｃｍ、酸素＝３０ｓｃｃｍ、３００秒）。これにより、マスク層１０６は、パターンを有するマスク層１０６ａになる。
次に、図１４に示すように、最後に残ったレジスト層１０５ａを硫酸によって剥離洗浄する。
次に、図１５に示すように、レジスト層１０５ａをエッチングマスクとして用いて、ドライエッチング装置Ｔｅｔｒａ２（アプライドマテリアル）にてモリブデンとシリコンからなる反射膜層１０２を加工する（条件：圧力１５ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、Ｂｉａｓパワー１３Ｗ、塩素ガス＝９０ｓｃｃｍ）。これにより、反射膜層１０２は、パターンを有する反射膜層１０２ａになる。
次に、図１６に示すように、平行平板ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によるドライエッチングでマスク層１０６ａをエッチング剥膜する（剥膜条件：圧力２５ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー１５０Ｗ、塩素＝９０ｓｃｃｍ、酸素＝３０ｓｃｃｍ、４３０秒）。
このようにして、反射型マスクが形成される。
以上、本発明の実施形態等を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出される。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば、発明として抽出され得る。
上記の発明は、微細化に対応した半導体デバイスのパターン形成、特に反射型投影露光マスクを用いたリソグラフィーに関して利用可能であり、特に上記露光用マスク及びマスク作製のための製造方法として利用可能である。
１００・・・支持基板
１０１・・・吸収体層
１０２、１０２ａ・・・反射膜層
１０３・・・エッチングストッパ層
１０４、１０４ａ、１０４ｂ・・・保護層
１０５、１０５ａ・・・レジスト層
１０６・・・マスク層
１０１・・・吸収体層
１０２、１０２ａ・・・反射膜層
１０３・・・エッチングストッパ層
１０４、１０４ａ、１０４ｂ・・・保護層
１０５、１０５ａ・・・レジスト層
１０６・・・マスク層
Claims (2)
- 支持基板上にＥＵＶ光を実質的に吸収することを目的とした吸収体層と、
前記吸収体層上に直接または他の層を介して前記吸収体層上に形成され、ＥＵＶ光を実質的に反射させることを目的としたモリブデンとシリコンとが交互に４０対層程度積層された構造の反射膜層と
を備え、
前記反射膜層は前記吸収体層より上に設けられており、
前記反射膜層上に、露光光（ＥＵＶ光）は吸収せず検査光（ＵＶ光）を吸収する保護層が更に設けられていることを特徴とする反射型投影露光マスクブランク。 - 支持基板上にＥＵＶ光を実質的に吸収することを目的とした吸収体層と、
前記吸収体層上に直接または他の層を介して前記吸収体層上に形成され、ＥＵＶ光を実質的に反射させることを目的とし、所望のパターンを有し、モリブデンとシリコンとが交互に４０対層程度積層された構造の反射膜層と、
を備え、
前記反射膜層は前記吸収体層より上に設けられており、
前記反射膜層上に、露光光（ＥＵＶ光）は吸収せず検査光（ＵＶ光）を吸収する保護層が更に設けられていることを特徴とする反射型投影露光マスク。
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