CN103858209A - 反射型曝光用掩模坯及反射型曝光用掩模 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反射型曝光用掩模坯及反射型曝光用掩模，实现光不会从电路图案区域以外发生反射、从而能够高精度地进行曝光转印的反射型曝光用掩模。反射型掩模坯具有形成在基板（11）上的多层反射膜（12）、保护膜（13）、吸收膜（14）、背面导电膜（15）。背面导电膜由氧化铟锡形成。基板包含：SiO2；TiO2；及锰（Mn）、铜（Cu）、钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、银（Ag）、镍（Ni）、硫（S）、硒（Se）、金（Au）、钕（Nd）的氧化物中的至少一种。选择性地除去反射型掩模坯的吸收膜而形成电路图案，除去电路图案周围的吸收膜、保护膜和多层反射膜而形成遮光框，从而制作反射型掩模。
Description
技术领域
本发明涉及反射型曝光用掩模。
背景技术
在半导体器件的制造工艺中，随着半导体器件的细微化，对光刻技术的细微化的要求提高。作为应对光刻技术的细微化的一环，在光刻的曝光方式中，已经不断地将以往的曝光（即，使用波长为193nm的ArF准分子激光的曝光）替换为使用波长为13.5nm的EUV（Extreme Ultra Violet：极端紫外线）区域的光的曝光。
对于EUV区域的光，大部分物质具有高吸光性，因此无法将以往的透射型掩模用作EUV曝光用的掩模，而是将反射型掩模用作EUV曝光用的掩模（EUV掩模）（例如，参照专利文献1）。在专利文献1中公开有如下技术：在玻璃基板上交替地层合钼（Mo）层及硅（Si）层而形成由多层膜构成的光反射膜，在该光反射膜之上通过以钽（Ta）为主成分的光吸收体而形成图案。
另外，如上所述，EUV光无法使用利用光的透射的折射光学系统，因而曝光机的光学系统也是反射型。因此，无法实现利用透射型分光器的偏振。因此，在反射型掩模中，存在向掩模的入射光和反射光无法设计在同轴上这一缺点。因此，EUV掩模采用将使光轴倾斜6度左右而向掩模入射的光的反射光引导至半导体基板上的方法。该方法被指出存在如下问题：由于使光轴倾斜，所以依赖于光对掩模图案的入射方向，在半导体基板上，掩模的布线图案形成与掩模图案不同的线宽，称为投影效果。因此，为了抑制或减轻该投影效果，提出了使形成掩模图案的吸收膜的膜厚薄膜化的方案。
在该光吸收膜的薄膜化的方法中，产生如下问题：由于吸收EUV光所需的光的衰减量不足，所以射向半导体基板的反射光增加，从而使涂布在半导体基板上的抗蚀剂膜感光。另外，在半导体基板中，由于将芯片在多面曝光，所以在相邻的芯片中在其边界区域产生多重曝光。而且已知，EUV光源的放射光谱在13.5nm处具有峰值，但EUV光源也放射被称为带外光（Out of Band）的13.5nm频带以外的从真空紫外线到近红外线区域的光。该带外光本来就是不必要的，其会使涂布在半导体基板上的抗蚀剂感光，因此该带外光是应利用滤光器等除去的不需要的光。
然而，使用钽（Ta）的光吸收膜也反射从真空紫外线到远紫外线（Deep Ultra Violet）区域、近红外线区域的光，因此如上所述产生如下问题：在相邻的芯片的边界区域附近的半导体布线部分处，无法忽视的光量累积，从而对布线图案的尺寸产生影响。
针对该问题，也提出了具有如下形成的遮光框（遮光带）的掩模构造：为了减少芯片边界的反射光，将有助于EUV光的反射的多层反射膜在除去形成图案的吸收层后通过蚀刻等手段除去，使母材的石英表面露出，由此形成遮光框（遮光带）（参照专利文献2）。但是，存在如下问题：带外光透过母材的石英，在形成于与EUV掩模的图案侧相反的面上的氮化铬（CrN）等背面导电膜上发生反射，再次透过石英而放射至半导体基板侧，从而使涂布在半导体基板上的抗蚀剂感光。
专利文献1:日本特开2007－273651号公报
专利文献2:日本特开2011－044520号公报
发明内容
本发明是为了解决上述课题而研发的，其目的在于，提供一种反射型掩模，在半导体基板上与被多重曝光的芯片的边界区域相对应的掩模区域中，减少EUV及从紫外线区域到近红外线区域的光的反射。
本发明为一种反射型掩模坯，包括：基板；形成在基板上、且反射曝光的光的多层反射膜；形成在多层反射膜上、且保护多层反射膜的保护膜；形成在保护膜上、且吸收曝光的光的吸收膜；以及形成在基板的、与形成有多层反射膜的面相反的面上的导电膜，基板由以石英（SiO2）为主成分且包含氧化钛（TiO2）的材料形成，多层反射膜由多层构造形成，所述多层构造通过在基板上将以钼（Mo）为材料的层和以硅（Si）为材料的层重叠而成的层重叠多层而构成，保护膜形成在多层反射膜上，且具有单层构造或层合构造，其中单层构造由包含钌（Ru）或硅（Si）中的任一种的材料形成，层合构造是在该单层构造上作为最上层而进一步层合包含钌（Ru）的氧化物、氮化物、氮氧化物、及硅（Si）的氧化物、氮化物、氮氧化物中的任一种的材料而形成的，吸收膜形成在保护膜上，且具有单层构造或层合构造，其中单层构造由包含钽（Ta）及其氧化物、氮化物、氮氧化物中的任一种的材料形成，多层构造是在该单层构造上作为最上层而进一步层合包含钽（Ta）的氧化物、氮化物、氮氧化物、及硅（Si）的氧化物、氮化物、氮氧化物中的任一种的材料而形成的，导电膜具有单层构造或层合构造，该单层构造或层合构造具有包含氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）中的任一种的材料的层。
另外，优选的是，基板的材料还包含锰（Mn）、铜（Cu）、钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、银（Ag）、镍（Ni）、硫（S）、硒（Se）、金（Au）、钕（Nd）的氧化物中的至少一种。
另外，本发明为一种反射型掩模，其如下形成：在反射型掩模坯中，通过选择性地除去吸收膜而形成电路图案，在电路图案周围的区域通过选择性地除去吸收膜、保护膜和多层反射膜而形成遮光框，由此形成反射型掩模。
发明效果
根据本发明，能够提供一种反射型掩模，在半导体基板上与被多重曝光的芯片的边界区域相对应的掩模区域中形成的遮光框中，通过导电膜的低反射性及基板的低透射性，减少EUV及从紫外线区域至近红外线区域的光的反射。
通过使用上述结构的反射型掩模，能够进一步降低对半导体等的布线图案尺寸的影响，能够改善半导体等的制造成品率。
附图说明
图1是本发明的实施方式的反射型掩模坯的剖视图。
图2是本发明的实施方式的反射型掩模的俯视图及剖视图。
图3是表示本发明的实施方式的反射型掩模的制造方法的工序图。
图4是本发明的实施方式的反射型掩模的制造方法的各工序中的剖视图。
图5是本发明的实施方式的反射型掩模的制造方法的各工序中的剖视图。
图6是表示本发明的第1实施方式的背面导电膜和以往的背面导电膜的光学特性的图。
图7是表示本发明的第2实施方式的反射型掩模的反射率的测定点的图。
图8是表示对本发明的第2实施方式的反射型掩模的反射率进行测定的结果的图。
图9是表示对本发明的第2实施方式的反射型掩模的反射率进行测定的结果的图。
具体实施方式
本发明的反射型掩模坯作为一例而形成有：基板；形成在该基板上的反射曝光的光的多层反射膜；形成在该多层反射膜上的保护多层反射膜的保护膜；形成在该保护膜上的吸收曝光的光的吸收膜；以及形成在该基板的与多层反射膜相反的面上的导电膜。
通过在这样的结构的反射型掩模坯上形成所期望的图案，能够制作反射型掩模。特别是，反射型掩模坯能够优选地适用于在以波长5nm到15nm的光作为曝光的光的光刻中所使用的反射型掩模。
基板由石英（SiO2）形成，或者由以石英为主成分且作为副成分而包含氧化钛（TiO2）、或碳（C）的材料形成。在此，主成分是指，以重量比计至少超过50%。另外，作为副成分，可以还包含锰（Mn）、铜（Cu）、钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、银（Ag）、镍（Ni）、硫（S）、硒（Se）、金（Au）、钕（Nd）的氧化物。另外，基板的组成可以与这些不同，只要使DUV的反射率分别为一定值以下、具体而言只要使EUV的反射率为0.1%以下或者光密度（opticaldensity）为3以上、DUV的反射率为0.3%以下，就能够良好地使用。
多层反射膜由如下的多层构造形成，该多层构造是通过在基板上将以钼（Mo）为材料的层和以硅（Si）为材料的层重叠而成的层重叠多层而构成的。保护膜形成在多层反射膜上，是单层构造或层合构造，由包含钌（Ru）或硅（Si）中任一种的材料形成，在保护膜为层合构造的情况下，其最上层由包含钌（Ru）的氧化物、氮化物、氮氧化物或硅（Si）的氧化物、氮化物、氮氧化物中的任一种的材料形成。
吸收膜形成在保护膜上，是单层构造或层合构造，由包含钽（Ta）及其氧化物、氮化物、氮氧化物中的任一种的材料形成，在吸收膜为层合构造的情况下，其最上层由包含钽（Ta）的氧化物、氮化物、氮氧化物或硅（Si）的氧化物、氮化物、氮氧化物中的任一种的材料形成。
在该基板的与多层反射膜相反的面上形成的背面导电膜为单层构造或层合构造，由氧化铟锡（ITO）、或氧化锌（ZnO）、或铬（Cr）、钽（Ta）中的任一种金属或者其氧化物、氮化物、氮氧化物形成。特别是在背面导电膜为层合构造的情况下，其该基板侧的层由包含铬（Cr）或钽（Ta）中的任一种金属或包含其氧化物、氮化物、氮氧化物、或者氧化硅（SiOx）中的任一种的材料形成。
以下，参照附图来说明本发明的各实施方式。在各实施方式中，使用膜这一术语进行说明，但也可以将膜置换为层。
（第1实施方式）
首先，参照图1说明本发明的第1实施方式。图1是本实施方式的反射型掩模坯10的剖视图。更具体而言，反射型掩模坯10是在使用EUV光的曝光中使用的掩模用的坯。EUV光的波长例如为13.5nm。在基板11的一个面上按顺序形成多层反射膜12、保护膜13、吸收膜14。基板11是以石英（SiO2）为主成分的基板，为6英寸见方且厚度为6.35mm。基板11可以还含有氧化钛（TiO2）。多层反射膜12是通过离子束溅射装置以最上层为硅（Si）的方式交替地层合40对、共计80层的、4.2nm的钼（Mo）、2.8nm的硅（Si）而形成的。接着，通过磁控管溅射器（magnetron sputter）层合0.5nm至3nm的钌（Ru）而形成保护膜13。接着，通过如下方法形成吸收膜14：将由以钽（Ta）为母材且包含硅（Si）的化合物形成的合金混合入氮气的气氛中，通过磁控管溅射器堆积20nm至150nm，并进一步在其上层，将由以钽（Ta）为母材且包含硅（Si）的化合物形成的合金，混合至混合氮气、氧气而成的气体的气氛中，通过磁控管溅射器堆积5nm至20nm，由此形成吸收膜14。进而，在基板11的、与多层反射膜12相反一侧的面上，通过磁控管溅射器层合100nm氧化铟锡（ITO）而形成背面导电膜15。
接着，参照图2说明本实施方式的曝光用反射型掩模。图2是使用图1所示的反射型掩模坯10而制作的曝光用反射型掩模100（以后，也称作掩模100），图2的（a）是掩模100的俯视图，图2的（b）是掩模100的剖视图。如图2的（a）、（b）所示，掩模100是形成有电路图案A和遮光框区域B的构造，所述遮光框区域B在电路图案A的区域的外侧，跨经吸收膜14、保护膜13、及多层反射膜12的一部分。
接着，在图3至图5中示出掩模100的制造方法。在此，图3表示工序的各步骤，图4及图5表示各工序中的加工状态的剖视图。
首先，准备图1所示的反射型掩模坯10，在吸收膜14上形成电路图案A和遮光框区域B。即，在吸收膜14上以200nm的膜厚涂布对电子束显示反应的化学增幅类或非化学增幅类抗蚀剂21（S1），通过电子束描绘装置描绘规定的电路图案A和遮光框区域B（S2）。然后，通过碱溶液等进行显影（S3），以由此形成的抗蚀剂21的图案为掩模，通过使用氟系气体或氯系气体的气体等离子体进行蚀刻（S4），通过基于氧等离子体的灰化、或者基于硫酸或臭氧水等氧化药液的分解、或者通过有机溶剂而将不需要的抗蚀剂21的图案溶解除去（S5）。然后，根据需要通过溶解有酸·碱类药品或臭氧气体或氢气等的超纯水、或者有机碱类药品、界面活性剂等进行清洗处理（S6），进行利用离心力进行旋转干燥（S7）。通过以上的工序形成电路图案A和遮光框区域B。
接着，形成遮光框区域B的、保护膜13和多层反射膜12的部分。首先，在吸收膜14上涂布对紫外线或电子束显示反应的抗蚀剂21（S8）。然后，通过曝光或电子束而描绘遮光框区域B（S9）。与上述的（S3）-（S7）相同地，进行显影（S10）、蚀刻（S11）、抗蚀剂的除去（S12）、清洗（S13）、干燥（S14），完成遮光框区域B。在蚀刻工序（S11）中，首先，保护膜13使用氟系气体等离子体进行除去，多层反射膜12与保护膜13相同地以交替地使用氟系气体等离子体或氯系气体等离子体的方法进行除去，从而形成遮光框区域B。通过以上的工序而完成反射型掩模100。
若仅形成遮光框区域B，则无法将暂时透过基板11从背面导电膜15反射从而再次返回的光成分全部除去。在图6中示出作为以往的背面导电膜材料的一例而使用铬（Cr）的情况下的反射率光谱、与本实施方式的使用背面导电膜材料ITO的情况下的反射率光谱的比较。在测定中使用的反射光是，从吸收膜14侧入射到遮光框区域B、透过基板11而在背面导电膜15处发生反射、再次透过基板11而从吸收膜14侧射出的光，在反射率的测定中使用反射率计。测定的结果为，在波长250nm至850nm的范围内，以往的铬（Cr）的平均反射率为42.1%，与此相对，本实施方式的ITO的平均反射率为13.5%，反射率降低。另外，ITO的薄膜电阻为90欧姆/cm2（也记作欧姆/□）。此外，薄膜电阻是指，在JIS标准K6911－1995中定义的表面电阻率。
根据本发明，作为背面导电膜而使用确保导电性且提高透明性的材料，由此，入射至遮光框区域B的带外光不会由于反射而被引导至半导体基板侧，能够避免涂布在半导体基板上的抗蚀剂的感光。此外，作为背面导电膜的材料也可以使用氧化锌（ZnO）。
（第2实施方式）
说明本发明的第2实施方式。本实施方式的反射型掩模坯20的剖视图与图1所示相同，使用公知的磁控管溅射法在基板11形成有多层反射膜12、保护膜13、吸收膜14、及背面导电膜15。
基板11由以石英（SiO2）为主成分且作为副成分包含氧化钛（TiO2）、或碳（C）的材料形成。作为副成分，还可以包含锰（Mn）、铜（Cu）、钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、银（Ag）、镍（Ni）、硫（S）、硒（Se）、金（Au）、钕（Nd）的氧化物中的至少一种。
在作为基板11而利用以石英（SiO2）为主的高纯度石英或低热膨胀玻璃的情况下，基板使从DUV到近红外线区域的光透过，因此该光在背面导电膜15处反射，成为使涂布在半导体基板上的抗蚀剂不必要地感光的带外光。本实施方式的基板11通过上述组成而至少吸收从DUV到近红外线区域的光，因此，能够抑制带外光的反射而防止抗蚀剂的不必要的感光，并且能够降低热膨胀率。
作为用于像这样使反射率不会升高的基板11的具体组成比（重量比），优选如下构成：包含84～96%的SiO2、3～15%的TiO2、并且包含上述的Mn、Cu、Co、Cr、Fe、Ag、Ni、S、Se、Au、Nd的氧化物中的至少一种。特别是若TiO2的组成比处于该范围内，则容易获得带外光的减少效果及低热膨胀率的效果，因此优选。
本实施方式的基板11只要具有波长选择性（即，对带外光在光学上为不透明）即可，能用肉眼确认或无法用肉眼确认有着色均可。
作为基板11，能够使用按照JIS－R－3208标准而具有特定波长的吸收性的红外线吸收板玻璃。作为这样的红外线吸收板玻璃，存在旭硝子公司的Sun Yuro（商品名）等。对于这样的基板，除了红外线之外还能够吸收或难以反射EUV、DUV光，因此，能够减少带外光的问题。
多层反射膜12优选的是，使用在同一成膜装置内准备的钼（Mo）和硅（Si）这两种靶材，通过离子束溅射法交替地分别堆积约3nm、约4nm而形成。
保护膜13是堆积2nm至3nm的Ru合金而形成的。
吸收膜14由2层构成，下层是为了使以钽（Ta）为主成分的靶材获得期望值的成膜应力而导入氮气并堆积30nm至70nm而形成的。下层的堆积量优选低于70nm。70nm以上的堆积有可能在半导体图案中产生上述被称为投影效果的光学影响。通过使下层的堆积量低于70nm，能够更可靠地抑制投影效果。关于下层的膜厚，通常相对于EUV波长的光密度为3以上的膜厚作为遮光性性能而优选。
吸收膜14的上层是使用与下层相同的靶材，并导入氧气而堆积2nm至15nm的氧化钽（TaOx）或氮氧化钽（TaOxNy）膜而形成的。对于上层的膜厚，通常选择在光学式图案检查机所采用的光源波长193nm、199nm、257nm能够实现规定低反射率的膜厚。
背面导电膜15是对以铬（Cr）为主成分的靶材导入氮气并将氮化铬以约10nm至100nm成膜而形成的。导电性优选以薄膜电阻值计为100欧姆／□以下。通过使背面导电膜15的膜厚为10nm以上，薄膜电阻变为100欧姆／□以下，能够获得优选的导电性。
接着，对使用反射型掩模坯20制作本实施方式的曝光用反射型掩模200（以后，也称为掩模200）进行说明。掩模200是形成有电路图案A和遮光框区域B的构造，所述遮光框区域B在电路图案A的区域的外侧，跨经吸收膜14、保护膜13、及多层反射膜12的一部分，其俯视图及剖视图与图2所示的相同。
掩模200的制造通过对反射型掩模坯20实施与第1实施方式相同的步骤（S1）－（S14）而进行。需要说明的是，（S1）、（S8）中的抗蚀剂的涂布能够利用旋涂法以3000nm旋涂例如信越化学公司制的FEP171而进行。另外，（S2）中的描绘能够通过例如NuFlareTechnology公司制的EBM6000电子束描绘装置而进行。
在本实施方式中，通过使用被染色或着色的基板11，能够减少下述光的光量，即，入射至遮光框区域B、暂时透过基板11、在背面导电膜15处反射、再次透过基板11而返回的光的光量。本实施方式不会将不必要的带外光引导至半导体基板侧，能够避免涂布在半导体基板上的抗蚀剂的感光。
另外，基板11的组成不限定于上述内容。只要使EUV及DUV的反射率分别为一定值以下、具体而言只要使EUV的反射率为0.1%以下或光密度为3以上、DUV的反射率为0.3%以下，就能够获得相同的效果。基板的EUV的反射率能够通过EUV Technology公司制的反射率计进行测定，DUV的反射率能够通过日立High Technology公司制的分光光度计U4100进行测定。
测定了通过上述方法制作的掩模200的各部位的EUV及DUV的反射率。在测定中使用上述的反射率计及分光光度计。掩模200上的测定部位如图7所示。
图7所示的吸收膜部、反射部、遮光部的各自的EUV反射率和DUV反射率的测定结果如表1所示。
[表1]
另外，在图8中示出各测定部处的波长13nm至14nm（130埃至140埃）范围内的EUV区域的反射光谱。吸收膜部、反射部、遮光部的、波长13.5nm的EUV光的反射率分别为61.7%、1.48%、0%。由此，能够确认遮光部的反射率为0%，反射很少达到无法测定的程度。
另外，在图9中示出各测定部处的波长190nm至760nm的远紫外线（DUV）、可见光（BIS）、近红外线（NIR）的区域的反射光谱。吸收膜部、反射部、遮光部的、波长199nm的光的反射率分别为20.4%、47.6%、0%，波长257nm的光的反射率为5.9%、52.7%、0%。在任一波长中，遮光部的反射率均为0%，能够确认反射很少达到无法测定的程度。
本发明能够利用于通过曝光形成图案的、微细加工或半导体制造。
本发明不限于上述实施方式的原样，只要不脱离本发明的主旨，则能够进行变形而具体化。另外，能够通过说明书中示出的事项的适当组合而设想各种发明。例如，通过将第1实施方式中的背面导电膜与第2实施方式中的基板进行组合，能够更可靠地避免涂布在半导体基板上的抗蚀剂的感光。
工业实用性
本发明对于在通过曝光形成图案的、微细加工或半导体制造中使用的反射型曝光用掩模等是有用的。
附图标记说明
10、20 反射型掩模坯
11 基板
12 多层反射膜
13 保护膜
14 吸收膜
15 背面导电膜
21 抗蚀剂（图案）
100、200 反射型掩模
Claims (3)
1.一种反射型掩模坯，包括：
基板；
形成在所述基板上、且将曝光的光进行反射的多层反射膜；
形成在所述多层反射膜上、且保护所述多层反射膜的保护膜；
形成在所述保护膜上、且将曝光的光进行吸收的吸收膜；以及
形成在所述基板的、与形成有所述多层反射膜的面相反的面上的导电膜，
所述基板由以石英（SiO2）为主成分且包含氧化钛（TiO2）的材料形成，
所述多层反射膜由多层构造形成，所述多层构造是通过在所述基板上将以钼（Mo）为材料的层和以硅（Si）为材料的层重叠而成的层重叠多层而构成的，
所述保护膜形成在所述多层反射膜上，且具有单层构造或层合构造，所述单层构造由包含钌（Ru）或硅（Si）中的任一种的材料形成，所述层合构造是在所述单层构造上作为最上层进一步层合包含钌（Ru）的氧化物、氮化物、氮氧化物、及硅（Si）的氧化物、氮化物、氮氧化物中的任一种的材料而形成的，
所述吸收膜形成在所述保护膜上，且具有单层构造或层合构造，所述单层构造由包含钽（Ta）及其氧化物、氮化物、氮氧化物中的任一种的材料形成，所述多层构造是在所述单层构造上作为最上层进一步层合包含钽（Ta）的氧化物、氮化物、氮氧化物、及硅（Si）的氧化物、氮化物、氮氧化物中的任一种的材料而形成的，
所述导电膜具有单层构造或层合构造，所述单层构造或层合构造具有包含氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）中的任一种的材料的层。
2.如权利要求1所述的反射型掩模坯，其中，所述基板的材料还包含锰（Mn）、铜（Cu）、钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、银（Ag）、镍（Ni）、硫（S）、硒（Se）、金（Au）、钕（Nd）的氧化物中的至少一种。
3.一种反射型掩模，其如下形成：在权利要求1或2所述的反射型掩模坯中，通过选择性地除去所述吸收膜而形成电路图案，在所述电路图案周围的区域通过选择性地除去所述吸收膜、所述保护膜和所述多层反射膜而形成遮光框，由此形成所述反射型掩模。
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