JP6303346B2 - 反射型マスクブランクおよび反射型マスク - Google Patents

Description

本発明は、極端紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ；以下「ＥＵＶ」と表記する）を光源とするＥＵＶリソグラフィなどに利用される反射型マスクブランクおよび反射型マスクに関する。

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リソグラフィが開発されている。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ため、ＥＵＶリソグラフィでは、従来用いられている透過型の屈折光学系を使用することができず、反射型の光学系となる。従って、原版となるＥＵＶリソグラフィ用のフォトマスク（以下、ＥＵＶ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。

一般に反射型マスクは、図１に示すような構造からなる反射型マスクブランクから作製される。具体的には、低熱膨張性を有する基板１の一方の面（以下、表面と記す）に、露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射層２、それを保護する保護層３、露光光源波長を吸収する吸収層４とが順次積層され、さらに基板１の他方の面（以下、裏面と記す）に、露光機内における静電チャックのための裏面導電膜５が形成されている。

反射型マスクブランクから反射型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吸収層を部分的に除去し、緩衝層を有する構造の場合は緩衝層も同様に除去し、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。

特にＥＵＶマスクブランク（ＥＵＶリソグラフィ用の反射型マスクブランク）に用いられる多層反射層は、Ｓｉ（シリコン）とＭｏ（モリブデン）をそれぞれ約４．２ｎｍと約２．８ｎｍの膜厚で交互に成膜されており、トータルで４０〜５０ペア（＝８０層から１００層程度）から成る。ＳｉやＭｏは、ＥＵＶ光に対する吸収（消衰係数）が小さく、且つＳｉとＭｏのＥＵＶ光における屈折率差が大きいので、ＳｉとＭｏの界面での反射率を高く出来るために用いられている。最初の界面でＥＵＶ光の一部が反射されるが、残りの反射できずに透過したＥＵＶ光は次の界面、さらには次の界面で、というように４０回（４０ペアの場合）の反射するチャンスがある。各界面で反射したＥＵＶ光は、それぞれ位相が揃っており、それらの合算が多層反射層からのＥＵＶ反射率となる。ブランクメーカ各社から販売されているＥＵＶマスクブランク（ＥＵＶマスク用基板）では、概ね６０〜６５％程度である。

ＥＵＶマスクブランクのＥＵＶ光の反射率（以下、ＥＵＶ反射率と呼ぶ）は、半導体チップ製造のスループット（生産能力）に直接効いてくるため、出来るだけ高いことが望まれるが、現在知られている材料とその組み合わせは、上述したＳｉとＭｏの多層反射層が最良とされている。反射率を生み出す本質的な能力を上げるには、ＳｉとＭｏの界面がきっちりと形成されていることが重要である。このため、ＳｉとＭｏを同一真空チャンバー内で、真空を破らずに交互に成膜（主としてスパッタリング法）する方法が取られている。

また、一般の真空成膜（スパッタリング法）では、成膜後の材料は強い内部応力を有し
ているために、基板の熱処理（アニール）によって、材料の応力調整、安定化などが成されるのが一般的である。しかしながら、ＥＵＶマスクブランクでは成膜後に熱処理を施すと、ＳｉとＭｏの材料のミキシング（拡散）が発生し、ＥＵＶ光の反射率の低下を招く恐れがあるために、積極的な熱処理はできない。

上記ように、ＥＵＶマスクブランクやＥＵＶマスクは熱に弱く、更に、ＥＵＶ光は従来の露光波長（ＡｒＦエキシマレーザーやＫｒＦエキシマレーザーやｉ線やｇ線等）に比べて、エネルギーが高く、且つ、マスク材料へのエネルギーの吸収も高いので、露光中に反射型マスクの温度が著しく上昇し易い。その結果、露光を繰り返すうちに、ＥＵＶ反射率が低下してしまう問題が生じる。

また、露光中のマスクの温度上昇は、マスクの熱膨張も引き起こし、それによるマスクパターンの位置精度が低下し、結果として、ウェハーパターンの重ね精度（オーバーレイ精度、と呼ぶ）の低下を引き起こす。そのため、多少の温度変化にもマスク位置精度が低下しないように、先に述べた低熱膨張性基板が反射型マスクブランクに用いられている。しかしながら、ＥＵＶマスクブランクは、基板の表面側に、ＳｉとＭｏから成る多層反射層やＴａ材料から成る吸収層があるため、基板だけが低熱膨張であっても、基板以外のそれらの材料の熱膨張は避けられず、やはりマスクの変形が生じ、マスクパターンの位置精度とウェハーオーバーレイ精度が低下してしまう問題が生じる。

このような問題を解決するために、ＥＵＶ露光機のマスクチャックには、マスクの温度を一定に保つために、輻射冷却する方法やペルチェ素子を用いる方法（特許文献１）、あるいは冷媒を用いる方法（特許文献２）が提案されている。実際の現状のＥＵＶ露光機では、マスクチャックは静電チャック式になっており、その内部に冷却用の冷媒を流すことで、マスクチャックの温度を一定に保ち、それによってマスクの温度も一定に保つ方法が取られている。

特開平０９−９２６１３号公報 特開平０９−３０６８３４号公報

しかしながら、現状の露光装置のマスク冷却方法ではＥＵＶマスクの裏面のみを冷却するために、厚さ６．３５ｍｍの基板自体の厚みに起因する厚み方向での温度勾配が生じ易く、ＥＵＶ光が直接照射されるマスク表面（パターン面）は十分に冷却されず、高温になるという問題が生じる。その結果、マスク表面側の多層反射層にミキシングが発生して反射率が低下し、また、マスク表面にある材料の熱膨張によるマスクパターン位置精度低下や、さらにそれによるオーバーレイ精度の低下等の品質低下の問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、露光中にＥＵＶマスク表面が効果的に冷却（温度調整）されるＥＵＶマスクおよびマスクブランクを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、
低熱膨張性を有する基板の一方の面に、露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射層、それを保護する保護層、露光光源波長を吸収する吸収層とが順次積層され、前記基板の他方の面に、露光機内における静電チャックのための裏面導電膜が形成されている反射型マスクブランクにおいて、
前記基板は表裏にカーボンまたは固体金属を含む材料から成る熱伝導層が形成されていることを特徴とする反射型マスクブランクである。

請求項２の発明は、
低熱膨張性を有する基板の一方の面に、露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射層、それを保護する保護層、露光光源波長を吸収する吸収層とが順次積層されている反射型マスクブランクにおいて、
前記基板は表裏及び側面に固体金属を含む材料から成る熱伝導層が形成されており、裏面の熱伝導層が露光機内における静電チャックのための裏面導電膜を兼ねることを特徴とする反射型マスクブランクである。

請求項３の発明は、
前記熱伝導層は、ダイヤモンドまたはグラファイトであることを特徴とする請求項１記載の反射型マスクブランクである。

請求項４の発明は、
前記固体金属は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｐｔ，Ｒｕの少なくとも一つから選ばれることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型マスクブランクである。

請求項５の発明は、
請求項１〜４のいずれかに記載の反射型マスクブランクを用いて作製したことを特徴とする反射型マスクである。

本発明によれば、基板の一方の面に、多層反射層、保護層、吸収層を順次積層してなる反射型マスクの前記基板を、その表裏、さらには側面に熱伝導層を形成することによって、
ＥＵＶ露光中にマスク表面を効率的に冷却することができる。これによって、ＥＵＶ露光中の発熱に起因するＥＵＶ反射率の低下やマスクの変形を抑制することができ、ＥＵＶマスクの品質を維持したまま、長時間、高品質の半導体デバイスを製造することができる。

従来の反射型マスクブランクの概略断面図。 本発明の反射型マスクブランクの構造の概略断面図。 本発明の反射型マスクの構造の概略断面図。 実施例の反射型マスクブランク及び反射型マスクの製造工程を示す概略断面図。 実施例で作製したマスク表面の加熱実験に係る概略断面図。 図５による実施例でのマスク表面温度測定結果。

本発明に係る反射型マスクブランク及びそれに基づく反射型マスクは、低熱膨張性を有する基材の表裏、さらには基材の側面に熱伝導層を備えたことを特徴とする。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図２は本発明に係る反射型マスクブランクの一実施形態を示している。図２（ａ）に示す反射型マスクブランク２０１は、基板１の表面に熱伝導層６ｔ、多層反射層２、保護層３、吸収層４が順次積層され、基材１の裏面に熱伝導層６ｂ、導電膜５が順次積層された構成である。

なお、図２には示してないが、多層反射層２と吸収層４の間に緩衝層を有する構造もある。緩衝層は、吸収層４のマスクパターン修正時（イオンビーム、微細プローブによる機械的研削等）に、下地の保護層３にダメージを与えないために設けられる層である。

図２（ｂ）に示す反射型マスクブランク２０２は、図２（ａ）に示す反射型マスクブランク２０１から導電膜５を除いた構成からなり、基材１の裏面の熱伝導層６ｂが導電膜５の機能を兼ねることを特徴としている。

図２（ｃ）に示す反射型マスクブランク２０３は、図２（ａ）に示す反射型マスクブランク２０１の基材１の側面にも熱伝導層６ｓを備えたことを特徴としている。すなわち、基材１の側面にも熱伝導層６ｓを備えることにより、マスク表面をより効果的に冷却（温度調節）することができる。

図２（ｄ）に示す反射型マスクブランク２０４は、上記反射型マスクブランク２０３の構造から導電膜５を除いた構成からなり、基材１の裏面の熱伝導層６ｂが導電膜５の機能を兼ねることを特徴としている。

本発明の反射型マスクブランクに係る熱伝導層６ｔ、６ｂ、６ｓは、ＥＵＶ露光機で露光時に、反射型マスクの表面に発生する熱を効率的に逃がすための材料である必要があるため、熱伝導率の高い、金属材料あるいはカーボン材料、あるいはそれらの化合物である。

その目的を満たすためには、熱伝導層６ｔ、６ｂ、６ｓの熱伝導率は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。ちなみに、一般的なＥＵＶマスクブランクに使用される低熱膨張基板の熱伝導率は１〜１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であるため、本発明に使用される熱伝導層は、少なくとも３０倍以上の熱伝導率を有する。

前記熱伝導層には、Ｃ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏを含む材料が好ましい。例えば、Ｃを含む材料には、いくつかの構造があり、代表的なものとしてダイヤモンドやグラファイトがある。熱伝導率はダイヤモンドが最も高く１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、グラファイトで５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。金属材料では、Ａｇ（４２０）、Ｃｕ（３９８）、Ａｕ（３２０）、Ａｌ（２３６）などやはり高い熱伝導率を有する。

また、前記熱伝導層の膜厚は０．５μｍ以上が好ましい。何故なら、実際の熱量の移動は、熱伝導率だけでなく、熱伝導層の膜厚にも比例するため、厚いほど好ましい。

本発明に係る多層反射層２は、ＥＵＶ光に対して６０％程度の反射率が好ましく、具体的には、モリブデン（Ｍｏ）層とシリコン（Ｓｉ）層を交互に４０〜５０ペア積層した積層膜が用いられる。ＭｏやＳｉは、ＥＵＶ光に対する吸収（消衰係数）が小さく、且つＭｏとＳｉのＥＵＶ光での屈折率差が大きいので、ＳｉとＭｏの界面での反射率を高くすることが出来るために用いられている。

また、多層反射層２の上に形成される保護層３は、その上に積層される吸収層４の加工に用いられるストッパー層やマスク洗浄における多層反射層２の保護が役割であり、酸やアルカリに対する洗浄耐性を有する材料からなる。一般的にはルテニウム（Ｒｕ）やシリコン（Ｓｉ）が用いられ、具体的には、膜厚２〜３ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）層あるいは膜厚１０ｎｍ程度のシリコン（Ｓｉ）層である。Ｒｕを用いた場合には、保護層３の下に隣接する多層反射層２の最上層はＳｉ層である。

前記保護層３にＳｉを用いた場合には、吸収層４との間に緩衝層を設ける場合もある。緩衝層は保護層３と同様に、吸収層４のエッチングやパターン修正時に、緩衝層の下に隣接する多層反射層２の最上層であるＳｉ層を保護するために設けられ、クロム（Ｃｒ）の窒素化合物（ＣｒＮ）で構成されている。

本発明に係る吸収層４は、ＥＵＶ光に対して吸収率の高いタンタル（Ｔａ）の窒素化合物（ＴａＮ）が好ましい。他の材料として、タンタルホウ素窒化物（ＴａＢＮ）、タンタルシリコン（ＴａＳｉ）、タンタル（Ｔａ）や、それらの酸化物（ＴａＢＯＮ、ＴａＳｉＯ、ＴａＯ）等を用いることもできる。

また、前記吸収層４として、上層に波長１９０〜２６０ｎｍの紫外光に対して反射防止機能を有する低反射層を設けた２層構造とすることもできる。この時、低反射層はマスクの欠陥検査機の検査波長に対して、コントラストを高くし、検査性を向上させる作用効果がある。

本発明に係る導電膜５は、一般にはＣｒＮで構成されるが、導電性があれば良く、金属材料からなる材料であれば特に限定するものではない。また、導電膜５は無くても、導電膜としての機能を有する図２（ｂ）、（ｄ）に示す熱伝導層６ｂを、導電膜５の代替としてもよい。

上記で説明した本発明に係る反射型マスクブランク（図２参照）を用いて作製した反射型マスクの概略断面図を図３に示す。なお、本発明の反射型マスクブランクを用いて、描画やエッチング加工によりマスクを作製する方法は、通常のマスク作製方法を用いることができる。

以下、図４に示す実施例にて、本発明をより具体的に説明する。

図４（ａ）に示す低熱膨張ガラス基板を基板１に用いて、図４（ｂ）に示す熱伝導層６ｔ、６ｂ、６ｓとして、無電解めっきにてＣｕを膜厚５００μｍで形成した。

次に図４（ｃ）に示すように、上記で形成した熱伝導層６ｔ（表面）の上に、ＳｉとＭｏからなる多層反射層２、Ｒｕからなる保護層３、ＴａＳｉからなる吸収層４とを順次積層し、熱伝導層６ｂ（裏面）の上にＣｒＮからなる導電膜５を形成して反射型マスクブランク２０３を作製した。

次に図４（ｄ）に示すように、吸収層４の上にポジ型化学増幅レジスト（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）を膜厚３００ｎｍで塗布し、電子線描画機（ＪＢＸ９０００：日本電子社製）によって所定のパターンに描画した。その後１１０℃、１０分の熱処理およびスプレー現像（ＳＦＧ３０００：シグマメルテック社製）して、レジストパターン７を形成した。

次に図４（ｅ）に示すように、上記レジストパターン７をマスクとして用いて、ＣＦ４プラズマとＣｌ２プラズマによるドライエッチングにて、吸収層４をエッチングした。その後、残ったレジストを剥離洗浄して図４（ｆ）に示すような反射型マスク３０３を作製した。

＜比較例１＞
基板１に熱伝導層６ｔ、６ｂ、６ｓを形成せず、基板１の表面に直接、ＳｉとＭｏからなる多層反射層２、Ｒｕからなる保護層３、ＴａＳｉからなる吸収層４とを順次積層し、また、基板１の裏面に直接ＣｒＮからなる導電膜５を形成したこと以外は、実施例１と同様にして反射型マスクを作製した。

＜評価＞
実施例１及び比較例１で得られた反射型マスクを用いて、それぞれのマスクの表面の熱の放熱性を評価するために、露光機内部と同様の状況を模擬的な作り出し、実験を行った。具体的には、図５に示すように、それぞれのマスクを、摂氏２３度に保ったクールプレート１０にマスク裏面が接するように置き、マスク表面から約３０ｃｍの距離に配置した赤外線ヒーター１１により加熱を行い、その際のマスク表面の温度を赤外線放射温度計１２によりマスク表面温度を測定した。測定結果を図６に示す。

＜比較結果＞
実施例１による本発明品は、経過時間に対して温度上昇はほとんど認められず、実験開始時点の表面温度のまま一定に保たれ、温度制御に優れている結果を示した。一方、比較例１による比較例品（従来品）は、経過時間に伴い表面温度が上昇し、約１０分経過後で既に５０度に達し、約７０分経過後では１４０度を超えて、なお温度上昇が継続していることが分かった。

本発明は、ＥＵＶ光を用いる反射型マスクブランクおよび反射型マスクに有用であり、露光中の発熱に起因するＥＵＶ反射率低下やマスク変形を抑制することができ、高品質の半導体デバイスを製造できる。

１…基板、２…多層反射層、３…保護層、４…吸収層、５…導電膜、６ｔ…表面側の熱伝導層、６ｂ…裏面側の熱伝導層、６ｓ…側面側の熱伝導層、７…レジストパターン、１０…クールプレート、１１…赤外線ヒーター、１２…放射温度計、１０１…従来の反射型マスクブランク、２０１、２０２、２０３、２０４…本発明の反射型マスクブランク、３０１、３０２、３０３、３０４…本発明の反射型マスク

Claims (5)

1. 低熱膨張性を有する基板の一方の面に、露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射層、それを保護する保護層、露光光源波長を吸収する吸収層とが順次積層され、前記基板の他方の面に、露光機内における静電チャックのための裏面導電膜が形成されている反射型マスクブランクにおいて、
   前記基板は表裏にカーボンまたは固体金属を含む材料から成る熱伝導層が形成されていることを特徴とする反射型マスクブランク。
2. 低熱膨張性を有する基板の一方の面に、露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射層、それを保護する保護層、露光光源波長を吸収する吸収層とが順次積層されている反射型マスクブランクにおいて、
   前記基板は表裏及び側面に固体金属を含む材料から成る熱伝導層が形成されており、裏面の熱伝導層が露光機内における静電チャックのための裏面導電膜を兼ねることを特徴とする反射型マスクブランク。
3. 前記熱伝導層は、ダイヤモンドまたはグラファイトであることを特徴とする請求項１記載の反射型マスクブランク。
4. 前記固体金属は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｐｔ，Ｒｕの少なくとも一つから選ばれることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型マスクブランク。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の反射型マスクブランクを用いて作製したことを特徴とする反射型マスク。