JP6287045B2 - 反射型マスクおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、反射型マスクおよびその製造方法に関し、特にＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：極端紫外線）を光源とするＥＵＶリソグフィを用いた半導体製造装置などに利用される反射型マスクおよびその製造方法に関する。

＜ＥＵＶリソグラフィの説明＞
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶを光源に用いたＥＵＶリソグラフィが提案されている。ＥＵＶリソグラフィは光源波長が短く光吸収性が非常に高いため、真空中で行われる必要がある。またＥＵＶの波長領域においては、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る。

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透過型の屈折光学系を使用することができず反射光学系となる。したがって、原版となるフォトマスク（以下、マスクと呼ぶ）も、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。

＜ＥＵＶマスクとブランク構造の説明＞
図３に、従来の反射型マスクの構造および製造工程を示すが、反射型マスクの元となる反射型マスクブランクは、基板１の上に、露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射膜２と、露光光源波長を吸収する光吸収膜６とが順次形成されており、更に基板の裏面には露光機内における静電チャックのための裏面導電膜３が形成されている。

また、多層反射膜と光吸収膜の間に、反射膜を保護するため保護膜５を有する構造を持つＥＵＶマスクもある。反射形マスクブランクから反射形マスクへ加工する際には、ＥＢリソグラフィとエッチング技術とにより光吸収膜６を部分的に除去し、光吸収部と反射部とからなる回路パターンを形成する。このように作製された反射型マスクによって反射された光像が反射光学系を経て半導体基板上に転写される（非特許文献１）。

＜隣接するチップの多重露光の説明＞
一方、反射型マスクを用いて半導体基板上に転写回路パターンを形成する際、一枚の半導体基板上には複数の回路パターンのチップが形成される。隣接するチップ間において、チップ外周部が重なる領域が存在する場合がある。これはウェハ１枚あたりに取れるチップをできるだけ増やしたいという生産性向上のために、チップを高密度に配置するためである。この場合、この領域については複数回（最大で４回）に渡り露光（多重露光）されることになる。

この転写パターンのチップ外周部はマスク上でも外周部であり、通常、吸収層の部分である。しかしながら、吸収層上でのＥＵＶ光の反射率は、０．５〜２％程度あるために、多重露光によりチップ外周部が感光してしまう問題があった。このため、マスク上のチップ外周部は通常の吸収層よりもＥＵＶ光の遮光性の高い領域（以下、遮光枠と呼ぶ）の必要性が出てきた。

＜微細加工の必要性＞
また、大規模集積回路の高集積化は、回路を構成する配線パターンの細線化技術を必須のものとして要求する。大規模集積回路のパターン微細化が加速されるのは、その高速動作と低消費電力化のためであり、その最も有効な手段がパターンの微細化だからである。こ
のため、上述の細線化された配線パターンを有するマスクを実現する目的で、より微細なパターンをマスク基板上に形成する必要がある。

マスクパターンを形成するためには、通常、図３に示すように、多層反射膜２上に光吸収膜６を設けたマスクブランクの上にレジスト４を形成し、このレジストに電子線を照射してパターン描画を行い、レジストを現像してレジストパターンを得る。そして、このレジストパターンを光吸収膜６用のエッチングマスクとしてパターニングすることでマスクパターンを得ることとなる。したがって、微細なマスクパターンを得るためには、レジストパターンの微細化が必要である。

レジストパターンを微細化すると、光吸収膜６用のエッチングマスクとして機能するレジストのアスペクト比（レジスト膜厚とパターン幅との比）が大きくなってしまう。一般に、レジストパターンのアスペクト比が大きくなると、レジストパターンの一部が倒れたり剥離を起こしてパターン抜けが生じたりすることが起こる。

また、このような方法で作成された微細なレジストパターンをエッチングマスクとしてパターニングされたマスクパターンも、洗浄工程において、例えば、メガソニック洗浄等による異物除去処理において剥がれる場合があり、マスクの品質が低下する。このため、より高精細のマスクパターンを形成するためには、マスクの構造を変更することが必要となり、一般的な反射型マスクとは異なる構造の検討例がある。（特許文献１）。

例えば特許文献１には、図４に示すように、荷電粒子に対して反射率が高い単結晶（Ｓｉ）反射基板１０と前記基板１よりも反射率が低い（Ｃｕ）マスクパターンを有し、光吸収膜の厚さに起因するシャドウイングのない反射型マスクを得るために、マスクパターンの表面が基板１表面と面一である構造が報告されている。

この構造であれば、シャドウイングがなく、メガソニック洗浄等による異物除去処理におけるマスクパターンの剥がれが軽減されるが、基板１表面に保護膜が無く、マスクパターンの形成や露光装置にて長期間使用する際、基板１の表面がダメージを受け、反射特性に影響を及ぼすという問題があり、また、非特許文献１のように多層反射膜２を用いていないことから、高い反射率を得ることが難しい。

特開２０００−２３２０５５号公報

レジストプロセスの最適化テクニック，株式会社情報機構，２０１１，ｐ１２９

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、反射型マスクの反射特性を損なうことなく、光吸収膜の厚さに起因するシャドウイングのない反射型マスクを提供すること。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、基板上に多層反射膜を設けた反射基板上にマスクパターンと遮光枠が設けられた反射型マスクであって、
前記反射基板にマスクパターンと遮光枠状の掘り込みが設けてあり、
前記マスクパターンと遮光枠状の掘り込みを設けた反射基板に保護膜が形成されており、前記マスクパターンと遮光枠状の掘り込みに、光吸収膜が形成されており、
前記マスクパターンにおける保護膜と光吸収膜が面一であることを特徴とする反射型マスクである。

また、請求項２に記載の発明は、マスクパターンが形成された領域の外側に、枠状に多層反射層が除去され、光吸収材料が充填され、光吸収材料が多層反射層表面にも形成されるか、枠状部分の多層反射層の掘り込み量が深いか、の少なくとも何れかを採用することにより、光吸収層の厚さがマスクパターンよりも枠状部分で厚い構成の遮光枠が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の反射型マスクである。

また、請求項３に記載の発明は、基板上に多層反射膜を設けた反射基板上にマスクパターンと遮光枠が設けられた反射型マスクの製造方法であって、
前記反射基板に、エッチングにより、マスクパターンと遮光枠状の掘り込みを形成する工程と、
前記マスクパターンと遮光枠状の掘り込みを設けた反射基板に保護膜を積層する工程と、前記マスクパターンと遮光枠状の掘り込みに、光吸収膜を形成する工程と、
前記マスクパターン部の光吸収膜を前記保護膜表面と面一にするエッチングする工程を持つことを特徴とする反射型マスクの製造方法である。

本発明は、反射基板上にマスクパターンと遮光枠部が設けられ、反射基板とマスクパターン部の表面は面一であり、反射基板の表面には保護膜を有することを特徴とする反射型マスクおよびその製造方法であり、反射型マスクの反射特性を損なうことなく、光吸収膜の厚さに起因するシャドウイングのない反射型マスクを提供することが可能となる。

本発明の反射型マスクの構造を示した断面概念図、および製造方法を説明するための工程である。 本発明の反射型マスクの構造を示した断面概念図、および製造方法を説明するための工程である。 従来の反射型マスクの構造を示した断面概念図、および製造方法を説明するための工程図である。 従来の反射型マスクの構造を示した断面概念図、および製造方法を説明するための工程図である。

以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１による反射型マスクの構造を示した断面概念図、および製造工程を示す説明図である。

本発明の反射型マスクは、基板上に多層反射膜を設けた反射基板に、マスクパターンと遮光枠状の掘り込みが設けてあり、マスクパターンと遮光枠状の掘り込みに、光吸収膜が形成され、マスクパターン部の反射基板面と光吸収膜が面一であり、多層反射膜上に保護膜が形成された場合には、保護膜と光吸収膜が面一の構造となっている。

＜実施の形態１＞
図１（ａ）に示されるように、基板１の一方側表面から多層反射膜２を積層し、もう一方側の表面に裏面導電膜３を成膜する。

図１（ｂ）に示されるように、多層反射膜２の上にレジスト４を塗布する。レジスト４の上に導電膜を塗布しても良い。

図１（ｃ）はレジストの現像工程を示しており、マスクパターンと遮光枠を照射し、現像を行うことで、レジスト４をパターニングする。

図１（ｄ）に示されるように、パターニングしたレジストをマスクとして、多層反射膜２をエッチングして、多層反射膜２に所定のマスクパターンの逆パターンと、遮光枠となる部分に溝を形成する。なお、多層反射膜２をエッチングする際、多層反射膜２を完全に除去しなくても良く、多層反射膜２がエッチングされる深さが、後程光吸収膜６によって形成されるマスクパターンが、露光光源波長を充分吸収するに足る膜厚になる深さ以上であれば良い。

図１（ｅ）は剥膜工程を示しており、レジストを剥離する。

図１（ｆ）に示されるように、剥膜されパターニングされた多層反射膜表面に、保護膜５を成膜する。

図１（ｇ）に示されるように、成膜された保護膜５の上に光吸収膜６を成膜する。

図１（ｈ）に示されるように、成膜された光吸収膜の上にレジスト７を塗布する。

図１（ｉ）に示されるように、マスクパターン部を開口するようにレジストをパターニングする。

図１（ｊ）に示されるように、マスクパターン部の光吸収膜６を保護膜表面と面一になるようにエッチングあるいは研磨する。

図１（ｋ）に示されるように、レジスト剥離する。

＜実施の形態２＞
図２は、本発明の実施の形態２による反射型マスクの構造と、製造工程を示した説明図である。

図２（ａ）に示されるように、基板１の一方側表面から多層反射膜２を積層し、もう一方側の表面に裏面導電膜３を成膜する。

実施の形態１とは異なり、この時点で図２（ｂ）に示されるように、多層反射膜２の上に保護膜５を成膜する。

図２（ｃ）に示されるように、保護膜５の上にレジスト４を塗布する。レジストの上に導電膜を塗布しても良い。

図２（ｄ）はレジスト４をパターニングを示しており、マスクパターンと遮光枠を照射し、現像工程によりパターニングされる。

図２（ｅ）に示されるように、パターニングしたレジストをマスクとして、保護膜５および多層反射膜２をエッチングして、保護膜５および多層反射膜２に所定のマスクパターンの逆パターンと、遮光枠となる部分に溝を形成する。なお、保護膜５および多層反射膜２をエッチングする際、多層反射膜を完全に除去しなくても良く、保護膜および多層反射膜がトータルでエッチングされる深さが、後程光吸収膜６によって形成されるマスクパターンが、露光光源波長を充分吸収するに足る膜厚になる深さ以上であれば良い。

図２（ｆ）に示されるように、レジストを剥離する。

図２（ｇ）に示されるように、パターニングされた保護膜および多層反射膜表面に、光吸収膜６を成膜する。

図２（ｈ）に示されるように、成膜された光吸収膜の上にレジスト７を塗布する。

図２（ｉ）に示されるように、マスクパターン部を開口するようにレジストをパターニングする。

図２（ｊ）に示されるように、マスクパターン部の光吸収膜６を保護膜表面と面一になるようにエッチングあるいは研磨する工程。

図２（ｋ）に示されるように、レジスト剥離する。

以下、本発明の反射型マスクの製造方法の実施例１を、図１を用いて説明する。

図１（ａ）に示されるように、基板１の一方側表面にＭｏとＳｉを交互に４０ペア積層して多層反射膜２（膜厚２８０ｎｍ）を成膜し、もう一方側の表面にＣｒＮをスパッタし、裏面導電膜３（膜厚２０ｎｍ）を成膜した。

図１（ｂ）に示されるように、多層反射膜１の上にレジスト４（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製、膜厚２００ｎｍ）を塗布した。

図１（ｃ）に示されるように、レジスト４に対して電子線描画機を用いてマスクパターンと遮光枠となる部分を描画し、ＰＥＢ（１１０℃１０分）および現像（２．３８％ＴＭＡＨ水溶液）を施し、レジストをパターニングした。

図１（ｄ）に示されるように、パターニングしたレジストをマスクとして、ドライエッチング装置を用いたＣＨＦ_３プラズマにより、多層反射膜２を深さ７０ｎｍエッチングした。

図１（ｅ）に示されるように、レジストを硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水を用いて剥離した。

図１（ｆ）に示されるように、パターニングされた多層反射膜表面に、Ｒｕをスパッタし、保護膜５（膜厚２．５ｎｍ）を成膜した。

図１（ｇ）に示されるように、成膜された保護膜５の上に電解メッキを用いてＴａをメッキし、光吸収膜６（膜厚２００ｎｍ）を成膜した。

図１（ｈ）に示されるように、成膜された光吸収膜６の上にレジスト７０（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製、膜厚３００ｎｍ）を塗布した。

図１（ｉ）に示されるように、成膜された光吸収膜６を保護膜表面と面一になるように、ドライエッチング装置を用いたＣＨＦ３プラズマによりエッチングした。

図１（ｊ）に示されるように、レジストを硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水を用いて剥離した。

図１（ｊ）（ｋ）では、マスクパターンの形成領域の外側に、マスクパターンの形成を規定するように枠状に遮光部（遮光枠：同図では左右両端の掘り込み）を形成しており、マスクパターン領域外の光吸収材料の厚さをマスクパターン領域内の光吸収材料の厚さよりも大きくしてある。

ＥＵＶ光の反射率が低い遮光枠を形成することにより、シリコンウエハ上に、マスクパターンを多重ショットにて転写形成する際、隣接するショット間で、マスクパターンの外周部が感光してしまう問題が解消される。

以下、本発明の反射型マスクの製造方法の実施例２を、図２を用いて説明する。

図２（ａ）に示されるように、基板１０の一方側表面にＭｏとＳｉを交互に４０ペア積層して多層反射膜２（膜厚２８０ｎｍ）を成膜し、もう一方側の表面にＣｒＮをスパッタし、裏面導電膜３（膜厚２０ｎｍ）を成膜した。

図２（ｂ）に示されるように、多層反射膜２の上にＲｕをスパッタし、保護膜５（膜厚２．５ｎｍ）を成膜した。

図２（ｃ）に示されるように、保護膜５の上にレジスト４（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製、膜厚２００ｎｍ）を塗布した。

図２（ｄ）に示されるように、レジスト４に対して電子線描画機を用いてマスクパターンと遮光枠となる部分を描画し、ＰＥＢ（１１０℃１０分）および現像（２．３８％ＴＭＡＨ水溶液）を施し、レジストをパターニングした。

図２（ｅ）に示されるように、パターニングしたレジストをマスクとして、ドライエッチング装置を用いたＣＨＦ３プラズマにより、保護膜５と多層反射膜２をトータルの深さ７０ｎｍエッチングした。

図２（ｆ）に示されるように、レジストを硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水を用いて剥離した。

図２（ｇ）に示されるように、パターニングされた保護膜および多層反射膜表面に、ＴａＮをスパッタし、光吸収膜６（膜厚１５０ｎｍ）を成膜した。

図２（ｈ）に示されるように、成膜された光吸収膜６の上にレジスト７（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製、膜厚３００ｎｍ）を塗布した。

図２（ｉ）に示されるように、成膜された光吸収膜６を保護膜表面と面一になるように、ドライエッチング装置を用いたＣＨＦ_３プラズマによりエッチングした。

図２（ｊ）に示されるように、レジストを硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水を用いて剥離した。

図２（ｊ）（ｋ）では、マスクパターンの形成領域の外側に、マスクパターンの形成を規定するように枠状に遮光部（遮光枠：同図では左右両端の掘り込み）を形成しており、マスクパターン領域外の光吸収材料の厚さをマスクパターン領域内の光吸収材料の厚さよりも大きくしてある。

本実施例１および２にて、反射型マスクの反射特性を損なうことなく、微細なマスクパターンと遮光枠が形成された反射型マスクが作成できた。

１・・・基板
２・・・多層反射膜
３・・・裏面導電膜
４・・・レジスト
５・・・保護膜
６・・・光吸収膜
７・・・レジスト
８・・・掘り込み
９・・・マスクパターン
１０・・・反射基板
２０・・・反射型マスク

Claims (3)

1. 基板上に多層反射膜を設けた反射基板上にマスクパターンと遮光枠が設けられた反射型マスクであって、
   前記反射基板にマスクパターンと遮光枠状の掘り込みが設けてあり、
   前記マスクパターンと遮光枠状の掘り込みを設けた反射基板に保護膜が形成されており、前記マスクパターンと遮光枠状の掘り込みに、光吸収膜が形成されており、
   前記マスクパターンにおける保護膜と光吸収膜が面一であることを特徴とする反射型マスク。
2. マスクパターンが形成された領域の外側に、枠状に多層反射層が除去され、光吸収材料が充填され、光吸収材料が多層反射層表面にも形成されるか、枠状部分の多層反射層の掘り込み量が深いか、の少なくとも何れかを採用することにより、光吸収層の厚さがマスクパターンよりも枠状部分で厚い構成の遮光枠が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の反射型マスク。
3. 基板上に多層反射膜を設けた反射基板上にマスクパターンと遮光枠が設けられた反射型マスクの製造方法であって、
   前記反射基板に、エッチングにより、マスクパターンと遮光枠状の掘り込みを形成する工程と、
   前記マスクパターンと遮光枠状の掘り込みを設けた反射基板に保護膜を積層する工程と、前記マスクパターンと遮光枠状の掘り込みに、光吸収膜を形成する工程と、
   前記マスクパターン部の光吸収膜を前記保護膜表面と面一にするエッチングする工程を持つことを特徴とする反射型マスクの製造方法。