JP2011181657A

JP2011181657A - 反射型マスクおよびその修復方法

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Publication number: JP2011181657A
Application number: JP2010044034A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Abe; 司安部; Yuichi Inazuki; 友一稲月; Tadahiko Takigawa; 忠彦滝川
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2010-03-01
Publication date: 2011-09-15

Abstract

【課題】本発明は、ＥＵＶ光を用いてマスクパターンをウェハ上に転写するためのＥＵＶ露光用の反射型マスクに関し、使用により汚染した反射型マスクを、洗浄することにより生じるＥＵＶ光反射率の低下に対し、ＥＵＶ光反射率を元の反射率に復元することが可能な反射型マスクおよびその修復方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】酸によるマスク洗浄を複数回繰り返すことによって削られたキャッピング層の上にＥＵＶ光の反射率を調整するための堆積膜を所定量形成することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、極端紫外光（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ：以後、ＥＵＶと記す）を用いてマスクパターンをウェハ上に転写するためのＥＵＶ露光用の反射型マスクおよびその修復方法に関する。

半導体デバイスの微細化に伴い、現在、ＡｒＦエキシマレーザを用いた光学式の投影露光装置により、フォトマスクを用いてウェハ上にパターン転写する露光方法が行なわれている。しかし、これらの光学式の投影露光装置による露光方法では、いずれ解像限界に達するため、電子線描画装置による直描やインプリントリソグラフィやＥＵＶリソグラフィのような新しいパターン形成方法が提案されている。

これらの新しいリソグラフィ技術の中でも、紫外線露光の短波長化の極限とみなされているＥＵＶ露光は、エキシマレーザよりもさらに短波長である波長１３．５ｎｍ程度のＥＵＶ光を用いて通常１／４程度に縮小して露光する技術であり、半導体デバイス用の次世代リソグラフィ技術として注目されている。ＥＵＶ露光においては、短波長のために屈折光学系が使用できないため、反射光学系が用いられ、マスクとしては反射型マスクが提案されている（例えば、特許文献１）。

従来のフォトマスクが、主に、光の透過部と遮光部でマスクパターンを形成していたのに対し、ＥＵＶ露光用反射型マスク（以降、反射型マスクと記す）は、ＥＵＶ光を反射する反射部とＥＵＶ光を吸収する吸収部とでマスクパターンを形成するマスクである。

図２は、従来の反射型マスクの一例を示す断面図である。
図２に示す反射型マスク１０は、基板１１上に多層膜構造でＥＵＶ光を反射する反射層１２を有し、その上に反射層１２の酸化防止やマスク洗浄時における保護層として作用するキャッピング層１３を有し、その上にマスクパターン形成時のエッチングダメージを防止するためのバッファ層１４が設けられ、さらにその上に吸収層１５を有した構成になっている。

ＥＵＶ光を効率的に反射するために、反射層１２は、一般に、Ｍｏ（モリブデン）層（２．８ｎｍ厚）とＳｉ（シリコン）層（４．２ｎｍ厚）を一組の層として４０層に及ぶ多層膜構造をしているが、このＭｏ層は酸化されやすく、もし、反射層１２表面のＭｏ層が酸化されてしまうと、反射型マスク１０のＥＵＶ光反射率は低下してしまうことになる。
そこで、このＭｏ層が酸化されることを防止するため、および、マスク洗浄時における保護層としてキャッピング層１３が設けられる。キャッピング層１３の材料としては、Ｓｉ（シリコン）やＲｕ（ルテニウム）が提案されている（例えば、特許文献２）。

ただし、キャッピング層自体も、反射型マスクのＥＵＶ光の反射率を低下させてしまうため、その膜厚は適切に制御されていなければならない。
図３は、キャッピング層にＳｉを用いた場合のキャッピング層の膜厚とＥＵＶ光の反射率との関係を示す図である。
図３に示すように、ＥＵＶ光の反射率は、キャッピング層の膜厚が増加するに伴い減少していくものの、キャッピング層が薄膜であるため、単調に減少するのではなく、光の干渉効果により、増減を繰り返す形態となる。
それゆえ、Ｓｉキャッピング層の膜厚は、通常１１ｎｍに設計されている。これは、図３に示す波形の第２のピークとなる膜厚に相当する（図中、破線で示す）。

ここで、キャッピング層の膜厚を、図３に示す波形の第１のピークとなる膜厚（４ｎｍ）に設計しない理由は、このキャッピング層は、反射層を保護する最後の砦であり、下層のＭｏ層が露出するとＭｏが酸化されて反射率を低下させてしまうが、一旦Ｍｏが酸化されてしまうと、もはや現状では修復方法が無いのに対し、膜厚４ｎｍでは薄過ぎて制御が困難なことや、後に記す、洗浄での膜減りの問題があるからである。

一方、キャッピング層の材料としてＲｕも提案されているが、ＲｕはＳｉよりもＥＵＶ光の反射率が低いため、キャッピング層にＲｕを用いる場合には、マスク全体として反射率を向上させるために、キャッピング層をより薄膜に形成する必要があり（例えば２．５ｎｍ）、精度確保や信頼性確保にはＳｉよりも困難性が伴う。
また、Ｒｕはオゾンに弱いため、例えば、反射型マスク製造工程で、レジスト剥離時に酸素プラズマによるアッシングを行い難いという欠点もある。

特開昭６３−２０１６５６号公報特開２００９−２１８４４５号公報

ところで、一般に、リソグラフィで使用されるマスクは、使用しているうちに付着物等により汚染されるため、実用化にはマスク洗浄できることが不可欠となる。
ここで、反射型マスクを搭載するＥＵＶ露光装置は、ＥＵＶ光の吸収散乱を避けるためその内部は高真空に維持されているものの、被転写体であるウェハに塗布されているレジストに起因する汚染を避けることは困難である。
また、ＥＵＶ光を効率よく透過するペリクル膜は、現在見出されておらず、既存のフォトマスクで使用されるようなペリクルを、この反射型マスクに使用することはできないため、反射型マスクにおいては、パーティクル付着による汚染の確率が、一般のフォトマスクより高くなる。したがって、反射型マスクでは、従来のフォトマスクと比較して洗浄回数が増えることになり、高い洗浄耐性が必要とされている。
そして、上述のキャッピング層は、マスク洗浄時における反射層の保護層としても作用する。

しかしながら、キャッピング層もマスク洗浄によって削られてしまうという課題がある。例えば、Ｓｉキャッピング層の場合、従来、洗浄に用いられてきた酸とアルカリによる洗浄では、Ｓｉが酸化されて酸化シリコンになり、その酸化シリコンがアルカリで溶かされてしまい、これを繰り返せば、いずれＳｉキャッピング層は消失し、Ｍｏ層が露出してしまうことになる。

例えば、図４に模式的に示すように、一般的な硫酸と過酸化水素による洗浄と、一般的なアルカリ洗浄の２種の洗浄工程を１サイクルとして、これを１０サイクル程度繰り返した場合、Ｓｉキャッピング層が１．５ｎｍ程度削られてしまうことが判明した。そして、Ｓｉキャッピング層が、設計の１１ｎｍ厚から１．５ｎｍ削られて、９．５ｎｍ厚になると、反射型マスクのＥＵＶ光反射率は１％程度低下することになる（図３）。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、マスク洗浄を繰り返すことによってＥＵＶ光の反射率が低下してしまった反射型マスクの反射率を、元の反射率に復元することが可能な反射型マスクおよびその修復方法を提供することである。

本発明者は、種々研究した結果、マスク洗浄によって削られたキャッピング層の上に
ＥＵＶ光の反射率を調整するための堆積膜を形成することにより、上記課題を解決できることを見出して本発明を完成したものである。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、基板の一方の主面上に、ＥＵＶ光を反射する多層膜からなる反射層と、前記反射層の上に反射層を酸化から保護するためのキャッピング層と、前記キャッピング層の上にパターン状に形成したＥＵＶ光を吸収する吸収層を、少なくとも設けてなるＥＵＶ露光用の反射型マスクであって、前記キャッピング層の上に、ＥＵＶ光の反射率を調整するための堆積膜を有することを特徴とする反射型マスクである。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記堆積膜が、前記キャッピング層と同じ材料からなり、前記堆積膜の厚さが、前記反射型マスクの洗浄工程で消失した前記キャッピング層の厚さと同じであ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、本発明の請求項３に係る発明は、前記堆積膜が、シリコンからなることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の反射型マスクである。

また、本発明の請求項４に係る発明は、基板の一方の主面上に、ＥＵＶ光を反射する多層膜からなる反射層と、前記反射層の上に反射層を酸化から保護するためのキャッピング層と、前記キャッピング層の上にパターン状に形成したＥＵＶ光を吸収する吸収層を、少なくとも設けてなるＥＵＶ露光用の反射型マスクを、硫酸で洗浄した後に、前記洗浄で消失した前記キャッピング層の厚さと同じ厚さのシリコンを、真空成膜により堆積させたことを特徴とする反射型マスクの修復方法である。

本発明によれば、マスク洗浄によって削られたキャッピング層は修復されて、低下した反射型マスクのＥＵＶ光反射率を復元することができるため、より多くの回数、若しくは、より強い条件の洗浄を行うことができ、結果、反射型マスクの寿命を延長させることができる。

本発明に係る反射型マスクの一例を示す概略断面図である。従来の反射型マスクの一例を示す断面図である。キャッピング層の膜厚とＥＵＶ光の反射率との関係を示す図である。洗浄を繰り返した後の従来の反射型マスクの一例を示す断面模式図である。

以下、本発明に係る反射型マスクおよびその修復方法について詳細に説明する。

＜反射型マスク＞
まず、本発明に係る反射型マスクについて説明する。
図１は、本発明に係る反射型マスクの一例を示す概略断面図である。
図１に示す反射型マスク１は、基板２の一方の主面上に、多層膜構造でＥＵＶ光を反射する反射層３を有し、その上に反射層３の酸化防止やマスク洗浄時における保護のための保護層として作用するキャッピング層４が設けられ、次いでマスクパターン形成時のエッチング停止層として作用するバッファ層５が設けられ、さらにその上にＥＵＶ光を吸収する吸収層６を有し、マスク洗浄により削られたキャッピング層４の部分には、ＥＵＶ光の反射率を調整するための堆積膜７が設けられた構成になっている。

ここで、図１においては、堆積膜７は吸収層６の表面にも堆積しているが、ＥＵＶ露光において、この吸収層６の表面に形成された堆積膜７は、極めて薄膜（例えば１．５ｎｍ厚）であるため、パターン転写に影響を及ぼさないので問題にはならない。なお、この吸収層６の表面に形成された堆積膜７は、除去されていても良い。マスク洗浄により削られたキャッピング層４の部分にさえ、堆積膜７が設けられていれば、本発明の効果を奏することができるからである。これは、吸収層６の側面においても同様である。

このような構成とすることにより、本発明に係る反射型マスクは、マスク洗浄によって削られたキャッピング層を、ＥＵＶ光の反射率を調整するための堆積物で修復しているため、ＥＵＶ光の反射率を当初の反射率と同じにすることができる。

また、この堆積膜７を、キャッピング層４と同じ材料を用いて形成する場合には、堆積膜７の厚さを、マスクの洗浄工程で消失したキャッピング層４の厚さと同じに調整することで、ＥＵＶ光の反射率を当初の膜厚のキャッピング層の反射率と同じにすることができる。例えば、キャッピング層４がＳｉであれば、堆積膜７としてＳｉを形成すればよい。

＜反射型マスクの修復方法＞
次に、本発明に係る反射型マスクの修復方法について説明する。
まず、洗浄後の反射型マスクのＥＵＶ光の反射率を推定し、所望の反射率を得るための堆積膜の成膜量を見積もり、次いで、スパッタ法、蒸着法、化学気相法（ＣＶＤ法）などの真空成膜技術を用いて、キャッピング層の上に所定の堆積膜を形成する。
洗浄後の反射型マスクのＥＵＶ光の反射率は、例えば、波長２５７ｎｍのＤＵＶ（ＤｅｅｐＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：遠紫外線）光を照射して、その反射率の変化量から推定することができる。
また、予め、テスト用の反射型マスクを用いて、破壊検査である断面ＳＥＭ観察やＡＦＭ計測等の方法により、洗浄によるキャッピング層の消失量を経験的に求めておき、実製品の反射型マスクにおいては、洗浄回数に応じて、上述の方法で得た消失量に相当する量を堆積させても良い。
なお、形成した堆積膜が所定よりも厚くなってしまった場合には、マスク洗浄と同じ条件でエッチングすることにより、膜厚を調整することも可能である。

＜反射型マスクの構成要素＞
次に、本発明に係る反射型マスクを構成する要素について説明する。

（基板）
本発明の反射型マスクを構成する基板２としては、パターン位置精度を高精度に保持するために低熱膨張係数を有し、高反射率および転写精度を得るために平滑性、平坦度が高く、マスク製造工程の洗浄などに用いる洗浄液への耐性に優れたものが好ましく、石英ガラス、ＳｉＯ2−ＴｉＯ2系の低熱膨張ガラス、β石英固溶体を析出した結晶化ガラスなどのガラス基板、さらにはシリコンを用いることもできる。マスクブランクスの平坦度としては、例えば、パターン領域において５０ｎｍ以下が求められている。

（反射層）
反射層３は、ＥＵＶ露光に用いられるＥＵＶ光を高い反射率で反射する材料が用いられ、Ｍｏ（モリブデン）層とＳｉ（シリコン）層からなる多層膜が多用されており、例えば、２．８ｎｍ厚のＭｏ層と４．２ｎｍ厚のＳｉ層を各４０層積層した多層膜よりなる反射層が挙げられる。それ以外には、特定の波長域で高い反射率が得られる材料として、Ｒｕ／Ｓｉ、Ｍｏ／Ｂｅ、Ｍｏ化合物／Ｓｉ化合物、Ｓｉ／Ｎｂ周期多層膜、Ｓｉ／Ｍｏ／Ｒｕ周期多層膜、Ｓｉ／Ｍｏ／Ｒｕ／Ｍｏ周期多層膜およびＳｉ／Ｒｕ／Ｍｏ／Ｒｕ周期多層膜なども用いることができる。ただし、材料によって最適な膜厚は異なる。Ｍｏ層とＳｉ層からなる多層膜の場合、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、まずＳｉターゲットを用いて、Ａｒガス雰囲気下でＳｉ層を成膜し、その後、Ｍｏターゲットを用いて、Ａｒガス雰囲気下でＭｏ層を成膜し、これを１周期として、３０〜６０周期、好ましくは４０周期積層されて、多層膜の反射層が得られる。上記のように、ＥＵＶ光を高い反射率で反射させるために、１３．５ｎｍのＥＵＶ光を入射角６．０度で入射したときの反射層３の反射率は、通常、６０％以上を示すように設定されている。

（キャッピング層）
反射層３の反射率を高めるには屈折率の大きいＭｏ層を最上層とするのが好ましいが、Ｍｏは大気で酸化され易く、反射率が低下するので、酸化防止やマスク洗浄時における保護のための保護層として、スパッタリング法などによりＳｉやＲｕ（ルテニウム）を成膜し、キャッピング層４を設けることが行われている。例えば、キャッピング層４としてＳｉを用いる場合は、反射層３の最上層に１１ｎｍの厚さで設けられる。

（バッファ層）
ＥＵＶ露光に用いられるＥＵＶ光を吸収する吸収層６をドライエッチングなどの方法でパターンエッチングするときに、下層の反射層３に損傷を与えるのを防止するために、通常、反射層３と吸収層６との間にバッファ層５が設けられる。バッファ層５の材料としてはＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ、ＣｒＮなどが用いられる。ＣｒＮを用いる場合は、ＲＦマグネトロンスパッタ法によりＣｒターゲットを用いてＮ₂ガス雰囲気下で、上記の反射層の上にＣｒＮ膜を５ｎｍ〜１５ｎｍ程度の膜厚で成膜するのが好ましい。

（吸収層）
マスクパターンを形成し、ＥＵＶ光を吸収する吸収層６の材料としては、Ｔａ、ＴａＢ、ＴａＢＮなどのＴａを主成分とする材料、Ｃｒ、Ｃｒを主成分としＮ、Ｏ、Ｃから選ばれる少なくとも１つの成分を含有する材料などが、膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲で用いられる。

（堆積膜）
キャッピング層４はマスク洗浄によって削られてしまい、ＥＵＶ光の反射率が低下してしまう。そこで、ＥＵＶ光の反射率を元の値に調整するために、堆積膜７が、削られたキャッピング層４を埋めるように設けられる。
堆積膜７の材料としては、ＳｉやＲｕなどであり、キャッピング層と同じ材料とすることが好ましく、キャッピング層と同じ材料を用いる場合、堆積膜７の厚さは、キャッピング層４の削られた厚さと同じにするのが好ましい。

（ハードマスク層）
吸収層６の上には、吸収層のエッチングマスクとしてハードマスク層を設けても良い。ハードマスク層の材料としては、吸収層６のエッチングに耐性をもつものであって、反射型マスクの転写パターンに応じた微細加工に適したものを用いる必要がある。例えば、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニュウム（Ｈｆ）およびその窒化物、酸化物などである。
また、ハードマスク層の材料は、バッファ層５と同一の材料であることが好ましい。この場合、吸収層６のエッチングの後に、ハードマスク層の除去とバッファ層５の除去とを同一工程で除去できる。
ハードマスク層の厚さは、その材料のエッチング耐性や転写パターンのサイズに応じた加工精度にもよるが、例えば５ｎｍ〜１５ｎｍである。
ハードマスク層は、例えば、Ａｒと窒素の混合ガス雰囲気下で、Ｃｒをスパッタ成膜することで、ＣｒＮからなるハードマスク層を設けることができる。

（導電層）
基板２の一方の主面上に設けられたマスクパターンと相対する他方の主面上には、導電層が形成されていてもよい。この導電層は、反射型マスクの裏面を静電吸着するために、設けられるものである。この導電層は、導電性を示す金属や金属窒化物などの薄膜であって、例えば、クロム（Ｃｒ）や窒化クロム（ＣｒＮ）などを厚さ２０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度に成膜して用いられる。

以上、本発明に係る反射型マスクおよびその修復方法について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
基板２として、光学研磨された大きさ６インチ角（厚さ０．２５インチ）の合成石英基板を用い、その一方の主面（表面）上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、Ａｒガス雰囲気下で、Ｓｉターゲットを用いてＳｉ膜を４．２ｎｍ成膜し、続いてＭｏターゲットを用いてＭｏ膜を２．８ｎｍ成膜し、これを１周期として４０周期積層してＭｏとＳｉの多層膜よりなる反射層３を形成した後、最表面のＭｏ膜の上にＳｉ膜を１１ｎｍ成膜してキャッピング層４を形成した。

次に、上記のＳｉ膜の上に、ＲＦマグネトロンスパッタ法によりＣｒターゲットを用いてＮ₂雰囲気下で、ＣｒＮ膜をバッファ層５として１０ｎｍの厚さに成膜し、続いて、上記のＣｒＮ膜上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、ＴａおよびＢを含むターゲットを用いて、Ａｒと窒素の混合ガス雰囲気下で、ＴａＢＮ膜を８０ｎｍの厚さで形成し、ＥＵＶ光を吸収する吸収層６とし、反射型マスクブランクスを得た。

次に、この反射型マスクブランクスを用い、ＥＢレジストを塗布し、ＥＢ描画してレジストパターンを形成した。次いで、ＴａＢＮの吸収層６をＣｌ₂ガスでドライエッチングし、さらにＣｒＮのバッファ層５をＣｌ₂と酸素との混合ガスでドライエッチングしてキャッピング層４を露出させ、レジストパターンを剥膜して、反射型マスクを得た。

この反射型マスクを用いて、一般的な硫酸と過酸化水素による洗浄と、一般的なアルカリ洗浄の２種の洗浄工程を１サイクルとして、これを１０サイクル繰り返したところ、Ｓｉキャッピング層が、設計の１１ｎｍ厚から１．５ｎｍ削られて９．５ｎｍ厚になった。

次に、上記洗浄後の反射型マスクのキャッピング層４上に、堆積膜７としてＳｉ膜を１．５ｎｍ厚さで成膜して、洗浄により削られたキャッピング層４を修復し、本発明に係る反射型マスク１を得た。

１反射型マスク
２基板
３反射層
４キャッピング層
５バッファ層
６吸収層
７堆積膜
１０、２０反射型マスク
１１基板
１２反射層
１３キャッピング層
１４バッファ層
１５吸収層

Claims

基板の一方の主面上に、ＥＵＶ光を反射する多層膜からなる反射層と、
前記反射層の上に反射層を酸化から保護するためのキャッピング層と、
前記キャッピング層の上にパターン状に形成したＥＵＶ光を吸収する吸収層を、
少なくとも設けてなるＥＵＶ露光用の反射型マスクであって、
前記キャッピング層の上に、
ＥＵＶ光の反射率を調整するための堆積膜を有することを特徴とする反射型マスク。
前記堆積膜が、
前記キャッピング層と同じ材料からなり、
前記堆積膜の厚さが、
前記反射型マスクの洗浄工程で消失した前記キャッピング層の厚さと同じであることを特徴とする請求項１に記載の反射型マスク。
前記堆積膜が、シリコンからなることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の反射型マスク。
基板の一方の主面上に、ＥＵＶ光を反射する多層膜からなる反射層と、
前記反射層の上に反射層を酸化から保護するためのキャッピング層と、
前記キャッピング層の上にパターン状に形成したＥＵＶ光を吸収する吸収層を、
少なくとも設けてなるＥＵＶ露光用の反射型マスクを、
硫酸で洗浄した後に、
前記洗浄で消失した前記キャッピング層の厚さと同じ厚さのシリコンを、
真空成膜により堆積させたことを特徴とする反射型マスクの修復方法。