JP2009021641A - 極限紫外線露光用マスク、極限紫外線露光用マスクブランク、およびパターン転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板１上に、露光光を反射する領域となる多層膜２を有し、前記多層膜２上に吸収用となるパターニングされた薄膜３、さらに前記多層膜２と吸収性薄膜の間に緩衝用となる薄膜４を有する極限紫外線露光用マスクにおいて、剥離しなくとも多層膜２部の実質的な反射性能への影響がなく、さらに本来の機能としての多層膜２の保護機能も有するように緩衝膜４の構造、材料が規定されたＥＵＶ露光用マスク、およびそれを作製するためのブランク並びにそのマスクを用いたパターン形成方法を提供する。
【解決手段】前記緩衝用薄膜４は前記多層膜２上の全面に備えられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、極限紫外線露光を用いたフォトリソグラフィ工程で使用される、極限紫外線露光用マスク、及びそのマスクを作製するためのブランク、並びにそのマスクを用いたパターン転写方法に関するものである。
また、本願は、平成１５年２月２７日に出願された特願２００３−０５０７９３の分割出願に係るものである。

半導体集積回路の微細化技術は常に進歩しており、微細化のためのフォトリソグラフィ技術に使用される光の波長は次第に短くなってきている。光源としては、現状、これまで使用されて来たＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）に切り替わりつつあり、さらにその次にはＦ２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）の使用が提案され、開発が行われている。

しかしながら、Ｆ２エキシマレーザをもってしても、将来的な５０ｎｍ以下の線幅を有するデバイスを作製するためのリソグラフィ技術として適用するには、露光機やレジストの課題もあり、容易ではない。このため、エキシマレーザ光より波長が一桁以上短い（１０〜１５ｎｍ）極限紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ ＵＶ、以下ＥＵＶと略記）を用いた、ＥＵＶリソグラフィの研究開発が進められている。

ＥＵＶ露光では、上述のように波長が短いため、物質の屈折率がほとんど真空の値に近く、材料間の光吸収の差も小さい。このため、ＥＵＶ領域では従来の透過型の屈折光学系が組めず、反射光学系となり、従ってマスクも反射型マスクとなる。これまで開発されてきた一般的なＥＵＶマスクは、Ｓｉウェハーやガラス基板上に、例えばＭｏとＳｉからなる２層膜を４０層ほど積層した多層膜部分を高反射領域とし、その上に低反射領域（吸収領域）として金属性膜のパターンを形成した構造であった。高反射領域は、界面が急峻で、屈折率差が大きく、吸収がなるべく小さな２種類の膜を交互に積層し、隣接する２層から成る層対の厚さを露光波長の略２分の１として、２層膜を４０対程度成膜したものである。この結果、各層対からの僅かな反射成分が干渉して強め合い、直入射に近いＥＵＶ光に対して比較的高い反射率を得ることが可能となる。

従来の一般的なＥＵＶマスクは、図１１で示すように、Ｓｉウェハーやガラス等の基板１１上に、例えばＭｏとＳｉからなる２層膜を、４０層ほど積層した多層膜１２部分を反射領域とし、その上に吸収領域として金属膜のパターン１３を形成した構造である。さらに、反射領域である多層膜と吸収領域である金属膜の間には、ＳｉＯ２ 膜やＲｕ膜からなる緩衝（バッファー）膜１４が使われている。緩衝膜１４は、吸収膜のパターニングや欠陥修正の際に、多層膜へダメージを軽減する保護機能を持つ膜である。この緩衝膜１４は、多層膜１２の反射率が低下しないよう、吸収膜のパターニグ後は剥離されていたが、その際にも多層膜１２への影響がないよう十分注意して剥離する必要があった。
小川「ＥＵＶリソグラフィの反射型マスク用多層膜」（光技術コンタクト、 Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．５、２００１、日本オプトメカトロニクス協会）ｐ．２９２

本発明では、剥離しなくとも多層膜部の実質的な反射性能への影響がなく、さらに本来の機能としての多層膜の保護機能も有するように緩衝膜の構造、材料が規定されたＥＵＶ露光用マスク、およびそれを作製するためのブランク並びにそのマスクを用いたパターン形成方法を提供する。

請求項１に記載の本発明は、基板上に、露光光を反射する領域となる多層膜を有し、前記多層膜上に吸収用となるパターニングされた薄膜、さらに前記多層膜と吸収性薄膜の間に緩衝用となる薄膜を有する極限紫外線露光用マスクにおいて、前記緩衝用膜を構成する材料が、Ｚｒ、Ｙからなる群から選ばれた一つ以上の材料を含む材料であることを特徴とする極限紫外線露光用マスクである。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクであって、前記緩衝用薄膜は前記多層膜上の全面に備えられていることを特徴とする極限紫外線露光用マスクである。

請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクであって、前記緩衝用薄膜は前記吸収用薄膜がパターニングの結果除去された多層膜上においても除去されずに残っていることを特徴とする極限紫外線露光用マスクである。

請求項４に記載の本発明は、請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクであって、前記緩衝用薄膜の厚さは３００オングストローム以下であることを特徴とする極限紫外線露光用マスクである。

請求項５に記載の本発明は、請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクを前記低反射領域となる吸収性薄膜のパターニングにより作製するための、基板上に、露光光の高反射領域となる前記多層膜を有し、前記多層膜上に緩衝用薄膜および低反射領域となる前記吸収性薄膜をこの順に有することを特徴とする極限紫外線露光用マスクブランクである。

請求項６に記載の本発明は、請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクを露光装置に設置し、前記マスクを用いたリソグラフィ法による露光転写を行ない、パターン形成を行なうことを特徴とするパターン転写方法である。

本発明では、以上のような構成、作用をもつから、剥離しなくとも多層膜部の実質的な反射性能への影響がなく、さらに本来の機能としての多層膜の保護機能も有するように緩衝膜の構造、材料が規定されたＥＵＶ露光用マスク、およびそれを作製するためのブランク、並びにそのマスクを用いたパターン形成方法とすることができる。

本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１（ａ）は本発明のＥＵＶ露光用マスクの実施形態の例を断面で示した説明図である。本発明のＥＵＶ露光用マスクは、基板１上に、露光光を反射する領域となる多層膜２を有し、前記多層膜２上に吸収用となるパターニングされた薄膜３、さらに前記多層膜２と吸収性薄膜３の間に緩衝用となる薄膜４を有する極限紫外線露光用マスクを前提とする。そして、前記緩衝用薄膜４は前記多層膜２上の全面に備えられていることを特徴とする。あるいは、前記緩衝用薄膜４は前記吸収用薄膜３がパターニングの結果除去された多層膜２上においても除去されずに残っていることを特徴とする。このような構成にすることによって、吸収膜のパターニグ後の緩衝膜の剥離による影響を全くなくすることができる。

なお、ここで低反射領域となる吸収性薄膜のパターン３は２層以上の多層膜からなるパターンである場合もあるが、本発明の主旨からは外れるので図１では省略する。

また、本願発明のＥＵＶ露光用マスクは、前記緩衝用薄膜４の吸収用薄膜の無い部分、または前記緩衝用薄膜４の除去されずに残っている部分の厚さは３００オングストローム以下とする。

さらに、前記緩衝用膜４の露光波長に対する消衰係数が、０．００１から０．０１５の範囲にあることとする。

さらに、前記緩衝用膜４を構成する材料が、Ｚｒ、ＹもしくはＳｉを含む材料であることとする。

このような構成にすることにより、本願発明のＥＵＶ露光用マスクが、緩衝膜４を剥離しなくとも多層膜２部の実質的な反射性能への影響がなく、さらに緩衝膜４が本来の機能としての多層膜２の保護機能も有することを以下に示す。
図２に示すように、本願発明のＥＵＶ露光用マスクの緩衝膜および多層膜より反射された露光光の反射率をＲとする。これに対し、多層膜部のみからの反射率をＲ０とする。すなわち、
Ｒ ：多層膜＋緩衝膜の反射率
Ｒ０：多層膜部の反射率
であり、Ｒ０は従来構造マスクの多層膜部の反射率である。Ｒは多層膜上に緩衝膜を持つ本発明マスクの反射率であり、Ｒ０を１００％としたときの値である。ここで、本発明の妥当性を、反射率比Ｒ／Ｒ０を計算して確認した結果で示す。

（１）Ｒ／Ｒ０の、緩衝用薄膜の消衰係数（ｋ）と膜厚（ｄ）に対する傾向
図３は、緩衝用薄膜の消衰係数（ｋ）と膜厚（ｄ）に対するＲ／Ｒ０の値を、露光波長１３ｎｍとして算出し、プロットしたものである。この波長域における屈折率（ｎ）は多くの材料で１に近く、０．９〜１．０５の範囲にあるので、ｎ＝１として計算した。図から解るように、ｋやｄが大きくなるほどＲ／Ｒ０は低下する。この傾向はｎを変えても変わらない。
本発明の主旨はＲ／Ｒ０が１００〜９０％（すなわち緩衝膜による反射率の低下が１割以内であり、多層膜２部の実質的な反射性能への影響がない）になるような、緩衝用薄膜の構造若しくは材料を規定することにある。
波長１３ｎｍ付近における消衰係数（ｋ）は多くの材料で０．００１〜０．０４の範囲にあるが、ｋの大きい材料でＲ／Ｒ０を１００〜９０％以内に抑えようとすると、その分ｄを小さくせざるを得ない。ｄは実際のマスク作製の工程では、薄く残そうとするほど制御が難しくなる。その厚さの下限はおよそ５０Å程度と考えられる。逆にｄを大きく残そうとすると、ｋの小さい材料を探さねばならず、選択できる材料が限られる。

（２）ｋ（消衰係数）の規定
▲１▼ｄ＝１００Åのとき
図４は、ｄ＝１００Åのとき、ｎをパラメタとして、ｋに対してＲ／Ｒ０を計算した結果をプロットしたものである。ｎの値は１．０５（上限値）、０．９（下限値）としてそれぞれ実線と点線で示した。このようにＲ／Ｒ０が９０％以上であるためにはｋはおよそ０．００６以下である必要がある。

▲２▼ｄ＝５０Åのとき
図５は、ｄ＝５０Åのとき、同様にｎをパラメタとして、ｋに対してＲ／Ｒ０を計算した結果をプロットしたものである。ｎの値は１．０５（上限値）、０．９（下限値）としてそれぞれ実線と点線で示した。両線はほぼ重なる。このようにｋはおよそ０．０１５以下まで許容範囲となる。

（３）ｄ（膜厚）と材料の規定
▲１▼Ｚｒ（ジルコニウム、ｎ＝０．９６１、ｋ＝０．００３５）の場合
図６は、材料としてＺｒ（ジルコニウム、ｎ＝０．９６１、ｋ＝０．００３５）を用いた場合、膜厚に対してＲ０を計算した結果をプロットしたものである。このようにｄはほぼ１５０Åまで許容範囲となる。
また、Ｚｒはフッ素系ガスや塩素系ガスなどの、吸収用薄膜のドライエッチングガスに対して、耐性が大きく、多層膜の保護という緩衝膜の機能上からも有力な材料である。

▲２▼Ｙ（イットリウム、ｎ＝０．９７５７、ｋ＝０．００２２）の場合
図７は、材料としてＹ（イットリウム、ｎ＝０．９７５７、ｋ＝０．００２２）を用いた場合、膜厚に対してＲ／Ｒ０を計算した結果をプロットしたものである。このようにｄはほぼ３００Åまで許容範囲となる。
なお、実用上緩衝膜として適用可能な材料のうち、Ｙはもっともｋの小さい材料に属している。

▲３▼Ｓｉ（シリコン、ｎ＝１．００１９、ｋ＝０．００１８）の場合
図８は、材料としてＳｉ（シリコン、ｎ＝１．００１９、ｋ＝０．００１８）の場合を用いた場合、膜厚に対してＲ／Ｒ０を計算した結果をプロットしたものである。このようにｄはほぼ３００Åまで許容範囲となる。

▲４▼Ｈｆ（ハフニウム、ｎ＝０．９６４、ｋ＝０．０３３）の場合
図９は、材料としてＨｆ（ハフニウム、ｎ＝０．９６４、ｋ＝０．０３３）を用いた場合、膜厚に対してＲ／Ｒ０を計算した結果をプロットしたものである。このように、ｄはほぼ１０Å以下となり、実用上本発明マスクの緩衝膜とすることが難しい。

▲５▼Ｒｕ（ルテニウム、ｎ＝０．８９７、ｋ＝０．０１４２）の場合
図１０は、材料としてＲｕ（ルテニウム、ｎ＝０．８９７、ｋ＝０．０１４２）を用いた場合、膜厚に対してＲ／Ｒ０を計算した結果をプロットしたものである。このように、ｄはほぼ５０Å以下となり、本発明マスクの緩衝膜となり得るが余裕はない。
以上により、本発明による極限紫外線露光用マスクの緩衝膜の構造および材料規定の妥当性が示された。

図１（ｂ）は本発明のＥＵＶ露光用マスクブランクの実施形態の例を断面で示した説明図である。本例のブランクは、基板１上に、露光光の高反射領域となる多層膜２を有し、さらに前記多層膜２上に緩衝用薄膜４および低反射領域となる吸収性薄膜３’をこの順に有している。このブランクの吸収性薄膜３’は上記のような構成の材料を用いており、吸収性薄膜３’をパターニングすることにより図１（ａ）のマスクが得られる。

本発明のＥＵＶマスクおよびブランクは、従来どおりのマスク作製プロセスに準拠して作製できる。すなわち、Ｓｉウェハーやガラス基板上に、例えばＭｏとＳｉからなる多層膜を、通常のマグネトロンスパッタリング法やイオンビームスパッタリング法などにより、所望の層数の膜を積層して高反射領域とする。その上に緩衝膜を上記のような材料を用いて積層する。

さらにその上に低反射（吸収）領域として、通常のマグネトロンスパッタリング法などにより薄膜を作製し、本発明のＥＵＶハーフトーンマスク用ブランクが完成する。以下、通常のマスク作製プロセスに従って、低反射用薄膜のパターニングを行い、本発明のＥＵＶハーフトーンマスクを作製する。すなわち、前記ブランク上に電子線レジストを塗布し、ベーキングを行った後、通常の電子線描画を行い、現像してレジストパターンを形成する。その後、このレジストパターンをマスクにして、低反射用薄膜のドライエッチングを行った後、レジストを剥離して、本発明のハーフトーンマスクが完成する。
尚、低反射用薄膜のドライエッチングにおいて、緩衝膜は下地多層膜の保護機能を有するとともに低反射用薄膜のオーバーエッチング時間に応じて薄くなり、図１（ａ）の構造となる。

本発明によるフォトマスクを用いたパターン転写方法は、例えば、先ず被加工層を表面に形成した基板上にフォトレジスト層を設けたのち、本発明によるフォトマスクを介して反射した極限紫外線を選択的に照射する。

次いで、現像工程において不必要な部分のフォトレジスト層を除去し、基板上にエッチングレジスト層のパターンを形成させたのち、このエッチングレジスト層のパターンをマスクとして被加工層をエッチング処理し、次いで、エッチングレジスト層のパターンを除去することにより、フォトマスクパターンに忠実なパターンを基板上に転写する方法である。

（ａ）本発明のＥＵＶ露光用マスクの実施形態の例を断面で示した説明図である。（ｂ）本発明のＥＵＶ露光用マスクブランクの実施形態の例を断面で示した説明図である。 本発明のＥＵＶ露光用マスクにおける反射光の例を断面で示した説明図である。 緩衝用薄膜の消衰係数（ｋ）と膜厚（ｄ）に対するＲ／Ｒ０の値を示したプロット図である。 膜厚（ｄ）が１００Åのときの緩衝用薄膜の消衰係数（ｋ）に対するＲ／Ｒ０の１０値を示したプロット図である。 膜厚（ｄ）が５０Åのときの緩衝用薄膜の消衰係数（ｋ）に対するＲ／Ｒ０の値を示したプロット図である。 Ｚｒを用いた緩衝用薄膜の膜厚（ｄ）に対するＲ／Ｒ０の値を示したプロット図である。 Ｙを用いた緩衝用薄膜の膜厚（ｄ）に対するＲ／Ｒ０の値を示したプロット図である。 Ｓｉを用いた緩衝用薄膜の膜厚（ｄ）に対するＲ／Ｒ０の値を示したプロット図である。 Ｈｆを用いた緩衝用薄膜の膜厚（ｄ）に対するＲ／Ｒ０の値を示したプロット図である。 Ｒｕを用いた緩衝用薄膜の膜厚（ｄ）に対するＲ／Ｒ０の値を示したプロット図である。 従来のＥＵＶ露光用マスクの例を断面で示した説明図である。

符号の説明

１……基板
２……高反射多層膜
３……低反射薄膜パターン
３’……低反射薄膜（吸収性薄膜）
４……緩衝膜
１１……基板
１２……高反射多層膜
１３……低反射薄膜パターン
１４……緩衝膜

Claims (6)

1. 基板上に、露光光を反射する領域となる多層膜を有し、前記多層膜上に吸収用となるパターニングされた薄膜、さらに前記多層膜と吸収性薄膜の間に緩衝用となる薄膜を有する極限紫外線露光用マスクにおいて、
   前記緩衝用膜を構成する材料が、Ｚｒ、Ｙからなる群から選ばれた一つ以上の材料を含む材料であること
   を特徴とする極限紫外線露光用マスク。
2. 請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクであって、
   前記緩衝用薄膜は前記多層膜上の全面に備えられていること
   を特徴とする極限紫外線露光用マスク。
3. 請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクであって、
   前記緩衝用薄膜は前記吸収用薄膜がパターニングの結果除去された多層膜上においても除去されずに残っていること
   を特徴とする極限紫外線露光用マスク。
4. 請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクであって、
   前記緩衝用薄膜の厚さは３００オングストローム以下であること
   を特徴とする極限紫外線露光用マスク。
5. 請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクを前記低反射領域となる吸収性薄膜のパターニングにより作製するための、基板上に、露光光の高反射領域となる前記多層膜を有し、前記多層膜上に緩衝用薄膜および低反射領域となる前記吸収性薄膜をこの順に有することを特徴とする極限紫外線露光用マスクブランク。
6. 請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクを露光装置に設置し、前記マスクを用いたリソグラフィ法による露光転写を行ない、パターン形成を行なうことを特徴とするパターン転写方法。

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