JP5703841B2

JP5703841B2 - 反射型マスク

Info

Publication number: JP5703841B2
Application number: JP2011042984A
Authority: JP
Inventors: 吉井　崇; 崇吉井
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: JP2012182235A

Description

本発明は、反射型マスクおよび露光装置に係り、より具体的には、ガラス基板の成膜面上に反射膜および吸収膜が形成され、該成膜面に対する裏面を接触することで保持する反射型マスクおよび露光装置の洗浄方法に関する。

従来、半導体産業において、Ｓｉ（シリコン）基板等に集積回路を形成する上で必要な微細パターンの転写技術として、可視光や紫外光を用いたフォトリソグラフィ法が用いられている。半導体集積回路は性能および生産性を向上させるために微細化、高集積化が進んでおり、回路パターンを形成するためのリソグラフィ技術についても、より微細なパターンを高精度に形成するための技術開発が進められている。

これに伴い、パターン形成に使用される露光装置の光源についても短波長化が進められ、波長１３．５ナノメートル（ｎｍ）の極端紫外光（Extreme Ultra Violet光；以下、「ＥＵＶ光」と表記する。）を用いた装置及びパターン転写のプロセスが開発されている。

ＥＵＶ光は、空気を含むあらゆる物質に対して吸収されやすく、かつ屈折率が１に近いため、従来の可視光または紫外光を用いたフォトリソグラフィのような屈折光学系を使用することができない。このため、ＥＵＶ光を光源に用いたリソグラフィ装置（以下、「ＥＵＶ露光装置」と表記する。）では、真空環境下において反射光学系、すなわち反射型フォトマスク（以下、「ＥＵＶマスク」と表記する。）とミラーを用いる構造となっている。

従来のＥＵＶ露光装置は、図４に示すように主として、ＥＵＶ光源、照明光学系、マスクステージ、投影（結像）光学系、ＥＵＶ感光性樹脂（レジスト）を塗布したウェハ（感応性基板）ステージ等によって構成される。図４において、１はＥＵＶ光源、２〜１１はミラー、１２’はＥＵＶマスク、１３はマスクステージ、１４はウェハ、１５はウェハステージ、１６は筐体を示している。なお、ＥＵＶ光は大気に吸収されて減衰するため、その光路はすべて所定の真空度に維持されている。

ＥＵＶマスク原版（マスクブランクス）の場合、図３に示すように基材（通常は低熱膨張ガラス基板）１０３上に、ＥＵＶ光を反射する反射層と、ＥＵＶ光を吸収する吸収層とがこの順で形成された構造を有している。反射層は、ＥＵＶ光に対する反射性を持たせるため、２つの異なる層（高屈折層と低屈折層）から成り、界面で反射した光線の位相を合わせるように膜厚が設計された数十層からなる多層反射膜１０２が使用される。吸収膜１０１には、ＥＵＶ光に対する吸収係数の高い材料、具体的には例えば、クロム（Ｃｒ）やタンタル（Ｔａ）を主成分とする材料が用いられる。また、基材１０３の裏面には、基材１０３よりも高い誘電率および導電性を有する導電膜１０４が形成される。

製造されたＥＵＶマスク１２’は、図４に示したＥＵＶ露光装置内に装填されるが、露光装置が反射光学系かつ、マスクに対して６度程度の角度を持った光を入射する光学系であるため、ＥＵＶマスク１２’のパターン形成面が厚み方向、すなわち垂直方向に変位すると、ウェハ１４上での結像位置がずれてしまうという問題がある。

また、ＥＵＶマスク１２’上で反射されなかったＥＵＶ光は、ＥＵＶマスク１２’に吸収され、熱に変わるためマスクの熱膨張による結像位置ずれも問題となる。以上２点の問題を解消するために、ＥＵＶマスク原版（ブランクス）には非常に高い平坦度を有する低熱膨張基材が求められる。

同時に、基材１０３上に成膜された膜の応力に起因するマスク全体の撓みを矯正するために、真空環境下に置かれたＥＵＶ露光装置のマスクステージ１３は、通常の光リソグラフィ露光装置と同様にウェハステージ１５の対極に位置し、セラミック、石英などの材質から構成される静電チャックにてマスクの裏面を全面吸着し、マスクの自重全てを静電チャックで支えるだけでなく、平坦度を静電チャック面の形状に一様に規定する構造となっている。

基材１０３を構成するガラス基板は誘電率および導電率が低いため、十分なチャック力を得るには高電圧を印加する必要があり、絶縁破壊を生じる危険性がある。このような問題を解消するため、通常はガラス基板よりも高い誘電率および高い導電率を有する材料の膜（導電膜１０４）を、パターン形成面と逆側に形成して、ＥＵＶマスク１２’のチャック力を高めることが行われている。

基材１０３のチャック力を高める目的で形成される導電膜１０４としては、Ｃｒを主成分とする膜が主に採用されている。導電性を有する物質は、ガラス等の絶縁物に対し比較にならない程大きな誘電率を有している。

上述のようにＥＵＶマスク１２’は、静電チャックと基材１０３の裏面に形成された導電膜１０４との間には非常に強い吸着力がかけられる。そのため、剛性の高い物質同士が貼り合わされることになり、吸着するＥＵＶマスク１２’の裏面導電膜１０４に異物が食い込み、固着することが数々の実験により確認されている。

固着した異物は、静電チャックと導電膜のいずれかの面に付着していた物質の他、強いチャック力によりチャック構成材や導電膜の一部が剥がれた無機物であり、一度露光装置から取り出したＥＵＶマスク１２’は洗浄薬液のみならずスクラブ洗浄等、物理力を加えた洗浄によっても、完全に除去することが不可能であることが多い。

洗浄を実施してもＥＵＶマスク１２’の裏面に固着し、残留した異物は、ＥＵＶ露光装置のマスクステージ１３に再びチャッキングされた際に、意図せぬマスクの表面の微細な反りを引き起こし、転写精度が悪化するという問題がある。その上、ＥＵＶマスク１２’の吸着を繰り返すことにより、静電チャック表面の劣化も懸念され、チャック自体の平坦度が変化してしまう恐れもある。

このような問題を解決するため、ＥＵＶマスクの裏面導電膜をエッチング液にてわずかに除去することで異物を除去する方法が提唱されている（例えば、特許文献１参照。）。また、露光装置内に付着した異物を除去する方法として、ＥＵＶ光の光路上に載置されるミラーに付着した異物を除去する方法も提唱されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０１０−２８６６３２号公報特許第４５３９３３５号公報

しかし、特許文献１では裏面導電膜に固着した異物のみが除去可能であり、静電チャック側に付着した異物や、着脱を繰り返して生じた静電チャックの劣化に関しては考慮されていない。また、特許文献２に関しても、ＥＵＶ露光装置内のミラー表面に付着した異物を除去することが目的であり、静電チャック上に付着した異物に関しては考慮されていない。

上述した従来技術の問題点を解決するために、本発明は静電チャックによる吸着保持の結果、導電膜の表面に固着する異物を抑えるとともに、付着した異物を容易に除去し、かつ静電チャックの劣化を抑制する方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の反射型マスクは、基材と、前記基板の表面に形成されて極端紫外光を反射する高屈折層と低屈折層とからなる多層反射層と、前記多層反射層の上に形成されて極端紫外光を吸収する吸収層と、前記基板の下面に形成された導電膜とを備え、前記導電膜の下面に均一に塗布され、構成元素としてケイ素、フッ素、金属元素を含まない有機高分子により構成される保護被膜を更に備え、前記保護被膜は、物理的外力を加えない手段によって除去可能に構成したことを特徴とする。

本発明の反射型マスクおよび露光装置を用いれば、着脱が繰り返されるＥＵＶマスク裏面と静電チャック面で発生していた無機異物の発生を抑制することができ、マスク側裏面に固着した無機異物に関しても、保護被膜を除去する工程で容易に除去することが可能となる。

これにより、無機異物起因のマスク表面の微細な反りを抑制することが可能になり、マスクの転写精度を高めることができる。さらには、既に着脱等で静電チャック表面およびマスク裏面に劣化が生じているマスクおよびマスクステージに対し本発明を適用することによって、異物に対して緩衝作用をもつ保護被膜がマスク表面の微細な反りを抑制するため、マスクの転写精度を高めることができる。

本発明の実施例に係る反射型マスクの構造の一例を示す断面図である。本発明の実施例に係る反射型マスク露光装置の構成の一例を示す図である。従来の反射型マスクの構造の一例を示す断面図である。従来の反射型マスク露光装置の構成の一例を示す図である。

以下、本発明のマスクおよび露光装置を添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係るＥＵＶマスク１２の断面図である。反射型マスクであるＥＵＶマスク１２は、露光時に吸収されたＥＵＶ光が熱エネルギーに変化するため、基材１０３は通常のフォトマスクで使用される合成石英ではなく、ＴｉＯ_２をドープした低熱膨張ガラスなどが使用される。基材１０３の上にはＥＵＶ光に対して透過性が高く、高屈折率層と低屈折率層を交互に積層させたＥＵＶ光を反射する多層反射膜１０２が形成される。一例としてシリコン（Ｓｉ）膜とモリブデン（Ｍｏ）膜とを交互に積層させたＳｉ／Ｍｏ多層膜が挙げられる。

多層反射膜１０２上に形成される吸収膜１０１の構成材料としては、ＥＵＶ光に対する吸収係数の高い材料が選択され、具体的にはＴａおよびその窒化物で構成されることが多い。また多層反射膜１０２と吸収膜１０１との間、もしくは吸収膜１０１上にその他の機能膜が形成されていてもよい。

一例を挙げると、多層反射膜１０２表面の酸化を防止するために、非図示の保護（キャッピング）膜が多層反射膜１０２上に形成されている場合があり、ルテニウム（Ｒｕ）を主原料とする合金、Ｓｉなどから構成される。また、マスクパターン検査時のコントラストを高めるために、マスクパターン検査に用いる検査光波長に対する反射率が低い非図示の低反射層が吸収膜１０１上に形成される場合もある。

基材１０３の裏面には、基材１０３よりも高い誘電率および導電性を有する導電膜１０４が形成される。一例として、Ｃｒを主成分とする膜が用いられる場合が多い。本発明では、このＥＵＶマスク１２において、パターン面の反対側に炭素原子を基本骨格とする保護被膜１０５を均一に塗布することを特徴とする。

塗布方法にはダイコート、スリットコートなど様々な方法があるが、片面に均一に保護被膜１０５を塗布する手段としてはスピンコート法が望ましい。保護被膜１０５の種類としては、ケイ素、フッ素、金属元素を含まない有機高分子、例えばポリオレフィンや、ＰＭＭＡ等のアクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなどが例として挙げられる。

これら保護被膜１０５は、酸化反応に代表される分解反応時に、酸化ケイ素、フッ素ポリマー、難溶解性金属酸化物などの不揮発性物質を生成して表面に固着することがないため、有機溶剤やフォトマスクの洗浄に用いられる様々な酸、アルカリ系薬液を用いた洗浄液にて容易に保護被膜１０５を除去することができる。

このように保護被膜１０５を形成したＥＵＶマスク１２を、図２に示すＥＵＶ露光装置のマスクステージ１３に吸着させる。図２において、１はＥＵＶ光源、２〜１１はミラー、１２はＥＵＶマスク、１３はマスクステージ（マスク保持部）、１４はウェハ、１５はウェハステージ、１６は筐体、１７は洗浄用光源、１８は洗浄用光源１７から照射されるエネルギー線、１９はＥＵＶマスク１２を洗浄するガスあるいは薬液が充填されたボンベを示している。また、２０はボンベ１９を開閉制御するバルブである。更に筐体１６内には、ＥＵＶマスク１２の洗浄時に発生するガスをＥＵＶ露光装置外へ排出する真空ポンプ（図示せず）が設けられる。なお、ＥＵＶ光は大気に吸収されて減衰するため、その光路はすべて所定の真空度に維持されている。

上記マスクステージ１３は、保護被膜１０５を介してＥＵＶマスク裏面の導電膜１０４を静電気力により吸着する。保護被膜１０５がある場合は、無い場合に比べチャックと導電膜１０４間の距離が変化するだけでなく、静電チャック−導電膜１０４間を満たす媒質も変化することになる。上記に例示した有機高分子は、基材１０３であるガラスと同程度、真空の２〜３倍程度の誘電率である。このため、静電チャックに印加する電圧値をこれに合わせ、吸着力を適宜調整する必要がある。

このようにＥＵＶマスク裏面の導電膜１０４と静電チャックを備えたマスクステージ１３は、有機物から構成される保護被膜１０５を介して接触することになり、裏面導電膜１０４に直接異物が固着することが防止できる。露光後はＥＵＶマスク１２を表面に付着した炭素化合物を除去するためのマスク洗浄工程において、酸、アルカリ系薬液を用いればマスク裏面の保護被膜１０５を除去することができる。

また、ＥＵＶマスク裏面に固着した異物は、上記マスク洗浄工程において保護被膜１０５が除去されると同時に、裏面導電膜１０４から除去される。洗浄が完了したＥＵＶマスク裏面に再度保護被膜１０５を形成することで、裏面を保護する被膜は何度でも再生することが可能となる。

また、保護被膜１０５を形成したＥＵＶマスク１２をマスクステージ１３から脱離する際に、保護被膜１０５の一部がマスクステージ１３側に付着、残留することが考えられる。このマスクステージ１３に対し、紫外線に代表されるような保護被膜１０５に対して反応性、分解性が高いエネルギー線を照射し、合わせて酸素（酸素原子）、水素（水素原子）のいずれか、もしくは両方を含む気体をマスクステージ１３の近傍へ導入する機構を露光装置に設けることで、マスクステージ１３に残留した有機物が除去される。

具体的には、マスクステージ１３に洗浄用光源１７から照射したエネルギー線１８の働きにより、付着した保護被膜１０５は導入されたエネルギー線の働きにより分解されて分子量が低下するとともに、マスクステージ近傍に導入されたガスが分解されて酸素、水素ラジカルが発生する。この酸素、水素ラジカルが、マスクステージ１３に付着した保護被膜１０５と反応することによって二酸化炭素、メタン等のガス状物質に変化し、筐体１６に組み込まれている非図示の真空ポンプよりＥＵＶ露光装置外へ排出されることで、マスクステージ１３上の有機物は分解、排出される。

なお、上記図２ではエネルギー線１８を生成するユニットをＥＵＶ露光装置内に導入し、照射しているが、装置外にエネルギー線を導入する機構を設けるなど、本発明の範囲を超えない範囲で変形、改造が可能である。
以下に、出願当初の特許請求の範囲の記載を付記する。
[Ｃ１] 基材と、前記基板の表面に形成されて極端紫外光を反射する高屈折層と低屈折層とからなる多層反射層と、前記多層反射層の上に形成されて極端紫外光を吸収する吸収層と、前記基板の下面に形成された導電膜と、前記導電膜の下面に均一に塗布される保護被膜とを備えたことを特徴とする反射型マスク。
[Ｃ２] 前記保護被膜は、構成元素としてケイ素、フッ素、金属元素を含まない有機高分子により構成されることを特徴とする[Ｃ１]に記載の反射型マスク。
[Ｃ３] 前記保護被膜は、物理的外力を加えない手段によって除去可能に構成したことを特徴とする[Ｃ１]又は[Ｃ２]に記載の反射型マスク。
[Ｃ４] 前記[Ｃ１]ないし[Ｃ３]の何れかに記載の反射型マスクをマスク保持部により保持し、該反射型マスクに形成されたパターンを感応基板上に露光転写する露光装置であって、
前記マスク保持部は、前記反射型マスクに保護皮膜を介して接触することを特徴とする露光装置。
[Ｃ５] [Ｃ４]に記載の露光装置であって、前記マスク保持部に保持された反射型マスクにエネルギー線を照射する手段を備えていることを特徴とする露光装置。
[Ｃ６] [Ｃ４]又は[Ｃ５]に記載の露光装置であって、前記マスク保持部近傍に酸素原子、水素原子のいずれか、もしくは両方から構成される物質を導入する機構を備えていることを特徴とする露光装置。

１…光源、２〜１１…ミラー、１２、１２’…ＥＵＶマスク、１３…マスクステージ、１４…ウェハ、１５…ウェハステージ、１６…筐体、１７…洗浄用光源、１８…エネルギー線、１９…ボンベ、２０…バルブ、１０１…吸収膜、１０２…多層反射膜、１０３…基材、１０４…導電膜、１０５…保護被膜。

Claims

基材と、前記基板の表面に形成されて極端紫外光を反射する高屈折層と低屈折層とからなる多層反射層と、前記多層反射層の上に形成されて極端紫外光を吸収する吸収層と、前記基板の下面に形成された導電膜とを備え、
前記導電膜の下面に均一に塗布され、構成元素としてケイ素、フッ素、金属元素を含まない有機高分子により構成される保護被膜を更に備え、
前記保護被膜は、薬液を用いたマスク洗浄工程において、物理的外力を加えない手段によって除去可能に構成したことを特徴とする反射型マスク。