JP2007207964A

JP2007207964A - 極端紫外線露光用マスク及びその製造方法並びに極端紫外線の露光方法

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Publication number: JP2007207964A
Application number: JP2006024220A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Matsuo; 正松尾
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: JP5292669B2

Abstract

【課題】反射型ＥＵＶマスクの製造困難性を解消するために、ステンシル構造を有するＥＵＶ露光のための極端紫外線露光用マスク並びにそれを用いた極端紫外線の露光方法を提供する。
【解決手段】極端紫外線を吸収する薄膜の部分と、前記紫外線を透過するために前記薄膜に開口した透過孔の部分からなり、前記極端紫外線を吸収する薄膜の部分を透過する透過光の、入射光に対する透過率をＴ、前記透過孔を透過する透過光の、入射光に対する透過率をＴ０とするとき、下式で表されるＤが３以上であることを特徴とする。
Ｄ＝−ｌｏｇ１０（Ｔ／Ｔ０）
【選択図】図１

Description

本発明は半導体製品の製造プロセスの中でも、極端紫外線露光を用いたフォトリソグラフィー工程時に使用される極端紫外光露光用マスク及びそのマスクの製造方法並びに露光方法に関するものである。

半導体集積回路の微細化は年々進んでおり、それに伴いフォトリソグラフィー技術に使用される光もその短波長化が進んでいる。近況としては、これまで光源として使用されてきたＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）に移行しつつある。また、ＡｒＦエキシマレーザーを使用する液浸露光法の研究が近年活発に行われており、５０ｎｍ以下の線幅を目標とする動きもある。

しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザーを使用する液浸露光法もその研究が進んでいるとはいえ、その実現可能性は不鮮明である。このような背景から、エキシマレーザーよりも波長が一桁以上短い（１０〜１５ｎｍ）極端紫外線（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ、以下ＥＵＶと略記）を用いた、ＥＵＶリソグラフィーの研究開発が進められている。

ＥＵＶ光はその波長の短さから、物質中での屈折率が真空の値に近く、材料間の光吸収の差も小さい。このようなＥＵＶ光の性質より、これまでのフォトリソグラフィーにおいて多用されてきた透過型の屈折光学系を組むことが困難となり、マスクは反射型となっている。現在のところＥＵＶ光用のマスクとして開発されているものは、まずＥＵＶ光に対する反射膜としては例えばＳｉウェハーやガラス基板上にＳｉとＭｏの二層膜を４０組ほど成膜した多層膜があって、そしてその上層にキャッピング膜や緩衝膜、ＥＵＶ光吸収膜、その上に検査光用の低反射膜などを含む吸収領域があるものが一般的である。

図２は、従来のＥＵＶマスクの例を断面で示した説明図である。基板１１としては、Ｓｉウェハーやガラス基板が使われる。その基板１１上にはＥＵＶ光高反射率多層膜１２が形成されている。その上にはＴａなどＥＵＶ光吸収性の大きい金属を主成分とした光吸収膜１５があり、多層膜１２と光吸収膜１５の間に、キャッピング膜１３、緩衝膜１４がこの順で形成されている。緩衝膜には、Ｃｒなどの金属やＳｉＯ₂などが使用されることが多い。緩衝膜は吸収膜のドライエッチ時や欠陥修正時に多層膜へのダメージを緩和する膜であり、キャッピング膜は文字通り多層膜を保護する役目を持った膜であり、ＳｉやＲｕが使用されることが多い。

しかしこのような反射型ＥＵＶマスクは多層膜部分の膜欠陥を減らすことが極めて難しく、また、吸収膜と多層膜の間には、上記のように緩衝膜やキャッピング膜を必要とし、複雑な層構成を持っていた。

以下に、公知の技術文献を示す。
特開２００４−３４２７３４号公報

本発明では、反射型ＥＵＶマスクの製造困難性を解消するために、ステンシル構造を有するＥＵＶ露光のための極端紫外線露光用マスク並びにそれを用いた極端紫外線の露光方
法を提供することを課題とする。

本発明は係る課題に鑑みなされたもので、請求項１の発明は、極端紫外線を吸収する薄膜の部分と、前記紫外線を透過するために前記薄膜に開口した透過孔の部分からなることを特徴とする極端紫外線露光用マスクとしたものである。

本発明の請求項２の発明は、前記極端紫外線を吸収する薄膜の部分を透過する透過光の、入射光に対する透過率をＴ、前記透過孔を透過する透過光の、入射光に対する透過率をＴ０とするとき、下式で表されるＤが３以上であることを特徴とする請求項１記載の極端紫外線露光用マスクとしたものである。

Ｄ＝−ｌｏｇ１０（Ｔ／Ｔ０）
本発明の請求項３の発明は、前記極端紫外線を吸収する薄膜の部分を透過する透過光の、入射光に対する透過率Ｔが３〜１３％であり、さらにＴと、前記透過孔を透過する透過光の、入射光に対する透過率Ｔ０の位相差がπの奇数倍であることを特徴とする請求項１記載の極端紫外線露光用マスクとしたものである。

本発明の請求項４の発明は、前記極端紫外線を吸収する薄膜の部分が下記材料群の１つを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３いずれか1項に記載の極端紫外線露光用マスクとしたものである。
（Ｓｉ、ＢをドープしたＳｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ膜、ダイヤモンド膜）

本発明の請求項５の発明は、活性層／絶縁層（ＳｉＯ₂）／基板（Ｓｉ）層を構成したＳＯＩ基板の活性層を、請求項１〜４に記載の極端紫外線を吸収する薄膜と同じ材料としたＳＯＩ基板を用意し、基板層側に保護膜を成膜し、フォトリソグラフィにより裏面開口部形成のためのレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして保護膜をドライエッチングし開口部とする部分の保護膜を除去し、レジストを剥離後保護膜をマスクとして、基板層側のＳｉをエッチングし開口部を形成し、活性層側に電子線レジストを塗布し電子線描画により透過孔を形成するためのレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして活性層をドライエッチングし透過孔を形成し、電子線レジストを剥離することを特徴とする極端紫外線露光マスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項６の発明は、単結晶Ｓｉ基板の表側に、請求項４に記載のＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ膜、ダイヤモンド膜いずれかの材料を主成分とした極端紫外線を吸収する薄膜を形成し、裏側に保護膜成膜し、フォトリソグラフィにより裏側開口部形成のためのレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして保護膜をドライエッチングし開口部とする部分の保護膜を除去し、レジストを剥離後保護膜をマスクとして基板側のＳｉをエッチングし開口部を形成し、表側に電子線レジストを塗布し電子線描画により透過孔を形成するためのレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにしてＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ膜、ダイヤモンド膜のいずれかの薄膜をドライエッチングし透過孔を形成し、電子線レジストを剥離することを特徴とする極端紫外線露光マスクの製造方法としたものである。

本発明の請求項７の発明は、請求項１〜４いずれか１項に記載の極端紫外線露光用マスクまたは請求項５または６に記載の極端紫外線露光マスクの製造方法で製造された極端紫外線露光マスクに極端紫外線を照射し、転写パターンの形状に極端紫外線を成形する工程を具備することを特徴とする極端紫外線の露光方法としたものである。

本発明の極端紫外光露光用マスクでは、以上のような構成であるから、極端紫外線の透過光を露光してパターン転写できるので、反射型ＥＵＶマスクの製造困難性を解消した極端紫外光露光用マスク及びその製造方法並びにそのマスクを用いた極端紫外線の露光方法とすることができる。

更に、本発明の露光方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し、精度良いパターン露光が長期間可能となり、その結果、半導体等のパターンの製造を、高い歩留まりで行うことが出来る。

以下、本発明の実施の形態例を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の極端紫外線露光用マスクの一例を断面で示す部分説明図である。

＜例１＞
図１で、本例の極端紫外線露光用マスクは、極端紫外線を吸収する薄膜１の部分と、前記紫外線を透過するために前記薄膜１に開口した透過孔２の部分からなる。本例ではこの薄膜が基板３上に設けられている。なお、透過孔２は薄膜１と比較し極端紫外線に対して相対的に透過であればよく、例えば透過孔２に膜を設け、透過光の位相をずらすなどしても良い。

＜例２＞
また本発明の極端紫外線露光用マスクは、前記極端紫外線を吸収する薄膜１の部分を透過する透過光の、入射光に対する透過率をＴ、前記透過孔２を透過する透過光の、入射光に対する透過率をＴ０とするとき、下式で表されるＤが３以上である。

Ｄ＝−ｌｏｇ１０（Ｔ／Ｔ０）・・・・（１）。

従来のＫｒＦやＡｒＦ用のマスクでは、Ｄの値は２．５以上でも利用可能であるが、波長が短く、パターンの線幅も小さいＥＵＶマスクでは、良好な転写を行うには、Ｄの値は３以上が望ましい。

＜例３＞
例２の極端紫外線露光用マスクについて、透過率Ｔ０がほぼ１００％となるバイナリマスクを例として説明する。もっとも代表的な波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光を本例のマスクに露光し、それを吸収する部分の薄膜材料としてＳｉを選び、Ｓｉの膜厚に対して透過率Ｔと、Ｄを計算した結果を図３に示す。図で横軸は、膜厚の値を、縦軸はＴ、Ｄの値を示す。図３よりＳｉ膜厚がほぼ４μｍ以上であれば、Ｄ＞３となり、安定したバイナリマスクとなることが分る。Ｓｉ膜厚は厚くなるほど強度は増すが、反面透過孔を形成するためのエッチングが難しくなるので、厚すぎるのも良くない。

＜例３の作成方法＞
また、本例の極端紫外線露光用マスクは次ぎのようにして作成できる。

まず、上部の活性層が上記の条件を満たす薄膜とし、活性層の厚みが５μｍであるＳＯＩ（活性層／絶縁層（ＳｉＯ₂）／基板（Ｓｉ）の層構成をしたもの）を用意する。つぎに、裏面に保護膜（ＣＶＤやスパッタにより成膜したＳｉＮなど）を成膜する。つぎに、フォトリソグラフィにより裏面開口部形成のためのレジストパターンを形成する。つぎに、上記レジストパターンをマスクにして、保護膜をドライエッチングし、開口部とする部分の保護膜を除去する。つぎに、レジストを剥離後、保護膜をマスクとして、加熱したＫ
ＯＨ液により基板側のＳｉをウェットエッチングし、開口部を形成する。このウェットエッチングはＳＯＩ基板の貼合わせ層であるＳｉＯ₂膜で停止する。つぎに、活性層側に電子線レジストを塗布し、電子線描画により透過孔を形成するためのレジストパターンを形成する。つぎに、レジストパターンをマスクにして、活性層のＳｉをドライエッチングし、透過孔を形成する。つぎに、電子線レジストを剥離して本例の極端紫外線露光マスクとすることができる。

＜例４＞
また本発明の極端紫外線露光マスクとして、前記極端紫外線を吸収する薄膜１の部分を透過する透過光の、入射光に対する透過率Ｔが３〜１３％であり、さらにＴと、前記透過孔２を透過する透過光の、入射光に対する透過率Ｔ０の位相差がπの奇数倍である極端紫外線露光用マスクを例示できる。

従来のＫｒＦやＡｒＦ用のマスクでは、利用できる位相差（ＰＳ）は実際上πの値しか有り得ないのに対し、ＥＵＶマスクでは屈折率が１に近いので３πや５πも実現可能である。

本例の極端紫外線露光マスクとして、ハーフトーンマスクを例として説明する。

＜比較例１＞
まず比較のため、Ｓｉを薄膜材料としたマスクについて説明する。

ＥＵＶ光として波長１３．５ｎｍの光とし、ＥＵＶ光を吸収する部分の薄膜材料としてＳｉを選び、Ｓｉの膜厚に対し、透過率Ｔと、ＴとＴ０の位相差ＰＳを計算した結果を図４に示す。図で横軸は膜厚の値、縦軸はＴとＰＳの値を示し、ＰＳについては３．１４（＝π）の値のみ示した。図４より、ＰＳ＝πのとき、Ｔはすでに１％よりはるかに小さく、ハーフトーンマスクとしては不適である。これは、Ｓｉの屈折率が真空の屈折率＝１に近いため、位相差を確保するには膜厚を厚くしなければならないからである。

＜比較例２＞
さらに比較の為に、Ｂを１％ドープしたＳｉを薄膜材料としたマスクについて説明する。
図４と同様、ＥＵＶ光として波長１３．５ｎｍの光とし、ＥＵＶ光を吸収する部分の薄膜材料としてＢを１％ドープしたＳｉを選び、ＢドープＳｉの膜厚に対し透過率Ｔと、ＴとＴ０の位相差ＰＳを計算した結果を図５に示す。図で横軸は膜厚の値、縦軸はＴとＰＳの値を示し、ＰＳについては３．１４（＝π）の値のみ示した。図５より、Ｂドープにより、屈折率の、真空の屈折率＝１との差はいくらか大きくなったが、ＰＳ＝πのとき、Ｔはまだ２％以下であり、ハーフトーンマスクとしては不適である。

＜例５＞
つぎに例４の極端紫外線露光マスクの具体例について説明する。

本例ではＢを１０％ドープしたＳｉを薄膜材料としたマスクの場合である。

同様に、ＥＵＶ光として波長１３．５ｎｍとする。ＥＵＶ光を吸収する部分の薄膜材料としてＢを１０％ドープしたＳｉを選び、ＢドープＳｉの膜厚に対し透過率Ｔと、ＴとＴ０の位相差ＰＳを計算した結果を図６に示す。図で横軸は膜厚の値、縦軸はＴとＰＳの値を示し、ＰＳについては３．１４（＝π）の値のみ示した。図６より、この材料では、ＰＳ＝πのとき、Ｔは約７％となり、ハーフトーンマスクとなることができる。

＜例５の作成方法＞
本例の極端紫外線露光用マスクは次ぎのようにして作成できる。

活性層の厚みが約２．２μｍ（図６参照）であり、活性層にＢを１０％ドープしたＳＯＩ基板を用意する。つぎに、裏面に保護膜（ＣＶＤやスパッタにより成膜したＳｉＮなど）を成膜し、以後、例３の作成方法と同様にして本例の極端紫外線露光用マスクを作成できる。

＜例６＞
本例では例４でＳｉＮを薄膜材料としたマスクの場合である。

同様に、ＥＵＶ光として波長１３．５ｎｍとする。ＥＵＶ光を吸収する部分の薄膜材料としてＳｉＮを選び、ＳｉＮの膜厚に対し透過率Ｔと、ＴとＴ０の位相差ＰＳを計算した結果を図７に示す。図で横軸は膜厚の値、縦軸はＴとＰＳの値を示し、ＰＳについては９．４２（＝３π）の値のみ示した。図７より、ＳｉＮでは、ＰＳ＝３πのとき、Ｔは約４．５％となり、ハーフトーンマスクとすることができる。

＜例６の作成方法＞
単結晶Ｓｉ基板の表側に、ＣＶＤ法やスパッタにより厚みが約０．３５μｍ（図７参照）のＳｉＮ膜を形成する。つぎに、裏側に保護膜（ＣＶＤやスパッタにより成膜したＳｉＮなど）を成膜する。つぎに、フォトリソグラフィにより裏側開口部形成のためのレジストパターンを形成する。つぎに、上記レジストパターンをマスクにして、保護膜をドライエッチングし、開口部とする部分の保護膜を除去する。つぎに、レジストを剥離後、保護膜をマスクとして、加熱したＫＯＨ液により基板側のＳｉをウェットエッチングし、開口部を形成する。このウェットエッチは表側に形成したＳｉＮ膜で停止する。つぎに、表側に電子線レジストを塗布し、電子線描画により透過孔を形成するためのレジストパターンを形成する。つぎに、レジストパターンをマスクにして、ＳｉＮ膜をドライエッチングし、透過孔を形成する。つぎに、電子線レジストを剥離して、ハーフトーンマスクとすることが出来る。

＜例７＞
本例では例４で、ＳｉＣを薄膜材料としたマスクの場合である。

同様に、ＥＵＶ光として波長１３．５ｎｍ、ＥＵＶ光を吸収する部分の薄膜材料としてＳｉＣを選び、ＳｉＣの膜厚に対し透過率Ｔと、ＴとＴ０の位相差ＰＳを計算した結果を図８に示す。図で横軸は膜厚の値、縦軸はＴとＰＳの値を示し、ＰＳについては９．４２（＝３π）の値のみ示した。図８より、ＳｉＣでは、ＰＳ＝３πのとき、Ｔは約８％となり、ハーフトーンマスクとなることができる。

＜例７の作成方法＞
単結晶Ｓｉ基板の表側に、ＣＶＤ法やスパッタにより厚みが約０．６μｍ（図８参照）のＳｉＣ膜を形成する。つぎに、裏側に保護膜（ＣＶＤやスパッタにより成膜したＳｉＮなど）を成膜し、以下、裏側ウェットエッチの停止層がＳｉＣ膜である以外は、例６の作成方法と同様である。

＜例８＞
本例では例４で、ＤＬＣ膜を薄膜材料としたマスクの場合である。

同様に、ＥＵＶ光として波長１３．５ｎｍ、ＥＵＶ光を吸収する部分の薄膜材料としてＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）を選び、ＤＬＣの膜厚に対し透過率Ｔと、ＴとＴ
０の位相差ＰＳを計算した結果を図９に示す。図で横軸は膜厚の値、縦軸はＴとＰＳの値を示し、ＰＳについては１５．７（＝５π）の値のみ示した。図９より、ＤＬＣ膜では、ＰＳ＝５πのとき、Ｔは約７％となり、ハーフトーンマスクとなることができる。

＜例８の作成方法＞
単結晶Ｓｉ基板の表側に、ＣＶＤ法により厚みが約０．４５μｍ（図９参照）のＤＬＣ膜を形成する。つぎに、裏側に保護膜（ＣＶＤやスパッタにより成膜したＳｉＮなど）を成膜し、以下、裏側ウェットエッチの停止層がＤＬＣ膜である以外は、例６の作成方法と同様である。

＜例９＞
本例では例４で、ダイヤモンド膜を薄膜材料としたマスクの場合である。

同様に、ＥＵＶ光として波長１３．５ｎｍ、ＥＵＶ光を吸収する部分の薄膜材料としてダイヤモンド膜を選び、ダイヤモンド膜厚に対し透過率Ｔと、ＴとＴ０の位相差ＰＳを計算した結果を図１０に示す。図で横軸は膜厚の値、縦軸はＴとＰＳの値を示し、ＰＳについては１５．７（＝５π）の値のみ示した。図１０より、ダイヤモンド膜では、ＰＳ＝５πのとき、Ｔは約７．５％となり、ハーフトーンマスクとなることができる。

＜例９の作成方法＞
単結晶Ｓｉ基板の表側に、ＣＶＤ法により厚みが約０．３μｍ（図１０参照）のダイヤモンド膜を形成する。つぎに、裏側に保護膜（ＣＶＤやスパッタにより成膜したＳｉＮなど）を成膜し、以下、裏側ウェットエッチの停止層がダイヤモンド膜である以外は、例６の作成方法と同様である。

本発明の極端紫外線露光用マスクの一例を断面で示す説明図である。従来の極端紫外線露光用マスクの一例を断面で示す説明図である。本発明の極端紫外線露光用マスクの他の例の透過率、Ｄ値の特性を示す説明図である。本発明の極端紫外線露光用マスクの比較例の透過率、位相差の特性を示す説明図である。本発明の極端紫外線露光用マスクの他の比較例の透過率、位相差の特性を示す説明図である。本発明の極端紫外線露光用マスクのその他の例の透過率、位相差の特性を示す説明図である。本発明の極端紫外線露光用マスクのその他の例の透過率、位相差の特性を示す説明図である。本発明の極端紫外線露光用マスクのその他の例の透過率、位相差の特性を示す説明図である。本発明の極端紫外線露光用マスクのその他の例の透過率、位相差の特性を示す説明図である。本発明の極端紫外線露光用マスクのその他の例の透過率、位相差の特性を示す説明図である。

符号の説明

１・・・薄膜
２・・・透過孔
３・・・基板
１１・・・基板
１２・・・ＥＵＶ光高反射率多層膜
１３・・・キャッピング膜
１４・・・緩衝膜
１５・・・ＥＵＶ光吸収膜

Claims

極端紫外線を吸収する薄膜の部分と、前記紫外線を透過するために前記薄膜に開口した透過孔の部分からなることを特徴とする極端紫外線露光用マスク。
前記極端紫外線を吸収する薄膜の部分を透過する透過光の、入射光に対する透過率をＴ、前記透過孔を透過する透過光の、入射光に対する透過率をＴ０とするとき、下式で表されるＤが３以上であることを特徴とする請求項１記載の極端紫外線露光用マスク。
Ｄ＝−ｌｏｇ１０（Ｔ／Ｔ０）
前記極端紫外線を吸収する薄膜の部分を透過する透過光の、入射光に対する透過率Ｔが３〜１３％であり、さらにＴと、前記透過孔を透過する透過光の、入射光に対する透過率Ｔ０の位相差がπの奇数倍であることを特徴とする請求項１記載の極端紫外線露光用マスク。
前記極端紫外線を吸収する薄膜の部分が下記材料群の１つを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３いずれか1項に記載の極端紫外線露光用マスク。
（Ｓｉ、ＢをドープしたＳｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ膜、ダイヤモンド膜）
活性層／絶縁層（ＳｉＯ₂）／基板（Ｓｉ）層を構成したＳＯＩ基板の活性層を、請求項１〜４に記載の極端紫外線を吸収する薄膜と同じ材料としたＳＯＩ基板を用意し、基板層側に保護膜を成膜し、フォトリソグラフィにより裏面開口部形成のためのレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして保護膜をドライエッチングし開口部とする部分の保護膜を除去し、レジストを剥離後保護膜をマスクとして、基板層側のＳｉをエッチングし開口部を形成し、活性層側に電子線レジストを塗布し電子線描画により透過孔を形成するためのレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして活性層をドライエッチングし透過孔を形成し、電子線レジストを剥離することを特徴とする極端紫外線露光マスクの製造方法。
単結晶Ｓｉ基板の表側に、請求項４に記載のＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ膜、ダイヤモンド膜いずれかの材料を主成分とした極端紫外線を吸収する薄膜を形成し、裏側に保護膜成膜し、フォトリソグラフィにより裏側開口部形成のためのレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにして保護膜をドライエッチングし開口部とする部分の保護膜を除去し、レジストを剥離後保護膜をマスクとして基板側のＳｉをエッチングし開口部を形成し、表側に電子線レジストを塗布し電子線描画により透過孔を形成するためのレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクにしてＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ膜、ダイヤモンド膜のいずれかの薄膜をドライエッチングし透過孔を形成し、電子線レジストを剥離することを特徴とする極端紫外線露光マスクの製造方法。
請求項１〜４いずれか１項に記載の極端紫外線露光用マスク、または請求項５または６に記載の極端紫外線露光マスクの製造方法で製造された極端紫外線露光マスクに極端紫外線を照射し、転写パターンの形状に極端紫外線を成形する工程を具備することを特徴とする極端紫外線の露光方法。