JP2013191663A

JP2013191663A - 反射型マスクブランクおよび反射型マスク

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Publication number: JP2013191663A
Application number: JP2012055650A
Authority: JP
Inventors: Akira Sakata; 陽坂田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】多層反射膜中に欠陥が内在する場合であっても、欠陥修正が可能な反射型マスクを提供することを課題とする。
【解決手段】極端紫外線露光用反射型マスクを製造するための反射型マスクブランクであって、少なくとも、前記反射型マスクブランク用の基板と、前記基板の表面に形成した極端紫外線を反射するための第一多層反射膜と、前記第一多層薄膜の表面に形成した耐ドライエッチング性の第一保護膜と、前記第一保護膜の表面に形成した極端紫外線を反射するための第二多層反射膜と、前記第二多層反射膜の表面に形成した耐ドライエッチング性の第二保護膜と、前記第二保護膜の表面に形成した極端紫外線を吸収するための吸収膜と、を備えていることを特徴とする反射型マスクブランク。
【選択図】図３

Description

本発明は、露光用反射型マスクブランク及び露光用反射型マスクの製造方法に係り、特に極端紫外線（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ；以下「ＥＵＶ」と表記する。）を光源とするＥＵＶリソグラフィを用いた半導体製造装置などに利用される反射型マスクブランク及び反射型マスクに関する。

（ＥＵＶリソグラフィの説明）
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リソグラフィが提案されている。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。このため、ＥＵＶリソグラフィにおいては従来から用いられてきた透過型の屈折光学系を使用することができない。屈折率が1よりも僅かに小さいことによる全反射を利用した斜入射ミラーや、界面での微弱な反射光を、位相を合わせて多数重畳させて、全体として高い反射率を得る多層膜ミラーを使用した反射光学系が使用される。従って、半導体回路の原版となるフォトマスク（以下、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。

（ＥＵＶマスクとブランク構造の説明）
このような反射型マスクの出発材料となる反射型マスクブランクは、低熱膨張基板の上に露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射膜と、露光光源波長の吸収膜が順次形成されており、更に基板の裏面には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。また、前記多層反射膜と吸収膜の間に緩衝膜を有する構造を持つＥＵＶマスクもある。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電子線リソグラフィとエッチング技術により吸収膜を部分的に除去し、緩衝膜を有する構造の場合はこれも同じく除去し、吸収部と反射部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前記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。

（位相欠陥の説明）
反射型マスクの場合、露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射膜が形成される。この多層反射膜としては、露光光源波長に対して透過性をもつモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）が交互に４０対程度積層された構造が知られている。反射光はこの多層反射膜を構成する材料の屈折率差による多重干渉で生じる。この層に欠陥部があると、各層からの反射光の波面（位相）が乱れて不均一になり、半導体ウエハ上で所望のパターンが形成されない位相欠陥が生じる。この欠陥は基板と多層反射膜の界面や多層反射膜中で発生するため、マスク最表面に位置するパターン部の欠陥の修正方法と同じ修正方法は適用出来ない問題がある。

このような問題を解決するために、欠陥部のパターン周辺に補助パターンを設けて光学的な干渉効果により欠陥を補正する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、欠陥部の周辺領域は必ずしも補助パターンを設けるスペースが確保できるとは限らない。したがってこの技術ではパターン配置の自由度や欠陥数によっては限界がある。

特開２００９−２９０００２号公報

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、多層反射膜中に欠陥が内在する場合であっても欠陥修正を可能な反射型マスクを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、極端紫外線露光用反射型マスクを製造するための反射型マスクブランクであって、少なくとも、
前記反射型マスクブランク用の基板と、
前記基板の表面に形成した極端紫外線を反射するための第一多層反射膜と、
前記第一多層薄膜の表面に形成した耐ドライエッチング性の第一保護膜と、
前記第一保護膜の表面に形成した極端紫外線を反射するための第二多層反射膜と、
前記第二多層反射膜の表面に形成した耐ドライエッチング性の第二保護膜と、
前記第二保護膜の表面に形成した極端紫外線を吸収するための吸収膜と、を備えていることを特徴とする反射型マスクブランクである。

また、請求項２に記載の発明は、基板が、石英に酸化チタンを添加した低熱膨張材料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ブランクである。

また、請求項３に記載の発明は、第一多層反射膜と第二多層反射膜が、モリブデンとシリコンを交互に４０対から６０対積層した積層体であ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。

また、請求項４に記載の発明は、第一保護膜と第二保護膜が、少なくともルテニウム、シリコン、ジルコニウムおよびそれらの酸化物のうちから、いずれか１種類を含有するか、または複数の成分を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射型マスクブランクである。

また、請求項５に記載の発明は、吸収膜が、少なくともタンタルおよびクロムのいずれか１種類を含有するか、複数の成分を含有し、且つ、少なくともそれらの酸化物または窒化物または酸窒化物のいずれかを含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の反射型マスクブランクである。

また、請求項６に記載の発明は、第一多層反射膜と第二多層反射膜を構成するモリブデン膜とシリコン膜の１対あたりの厚さが３ｎｍ〜１２ｎｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の反射型マスクブランクである。

また、請求項７に記載の発明は、吸収膜の膜厚が、１０〜１５０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の反射型マスクブランクである。

また、請求項８に記載の発明は、第一保護膜および第二保護膜が、それぞれその下地にある第一多層反射膜および第二多層反射膜の全面または一部を被覆していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の反射型マスクブランクである。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜８に記載の反射型マスクブランクの少なくとも一部を加工して作製したことを特徴とする反射型マスクである。

本発明は、多層反射膜に欠陥が発生したＥＵＶマスクにおいて、欠陥部を除去することで、欠陥部の下層に設けた無欠陥の多層反射膜による高い反射性能を有する反射型マスクが可能となり、位相欠陥の無い高品質の転写パターンを形成できるという効果を奏する。

（ａ）従来の反射型マスク用ブランクの断面構造の一例を示す概略断面図、（ｂ）従来の露光用反射型マスクの構造の一例を示す概略断面図。（ａ）本発明の反射型マスクブランクの断面構造の一例を示す概略断面図。（ｂ）本発明の反射型マスクの断面構造の一例を示す概略断面図。本発明の反射型マスクの一例を示す概略断面図。本発明の反射型マスクの製造方法を示すフロー図。図４に対応する本発明の反射型マスクブランクおよび反射型マスクの各製造工程での状況を示す概略断面図であり、それぞれ、（１）出発材料である反射型マスクブランク、（２）反射型マスクブランクにレジストを塗布した状況、（３）レジストにパターンを描画した状況、（４）レジストを現像した後の状況、を示している。図４に対応する本発明の反射型マスクブランクおよび反射型マスクの各製造工程での状況を示す概略断面図であり、それぞれ、（５）吸収膜をエッチングした状況、（６）レジストを剥離した状況、（７）再度、レジストを塗布した状況、（８）欠陥Ａの部位のレジストを描画した状況、を示している。図４に対応する本発明の反射型マスクブランクおよび反射型マスクの各製造工程での状況を示す概略断面図であり、それぞれ、（９）レジストを現像し、欠陥Ａの部分のみレジストが除去され、開口部が形成された状況、（１０）ドライエッチングにより、第二保護層と第二多層反射膜を除去した状況、（１１）レジスト剥離、洗浄を行った後の状況を示している。本発明の反射型マスクブランクを用いた反射型マスクの製造方法を示すフロー図。本発明の反射型マスクブランクおよび反射型マスクの構造断面図であり、（ａ）は欠陥Ａの上に形成されている第二保護膜と第二多層反射膜を集束イオンビームや電子ビームと不活性ガスや反応性ガスを用いて、除去すべき部分のみをエッチングした状況、（ｂ）は洗浄を行った後の状況、をそれぞれ示している。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１（ａ）は、従来の反射型マスク用ブランク１００の断面構造を示したものである。
基板１１は石英(ＳｉＯ_２)に酸化チタン(ＴｉＯ_２）を添加した低熱膨張基板であり、基板１１上には露光光源波長に対して高い反射率を示す第一多層反射膜１２を形成する。第一多層反射膜１２は露光光源波長に対して多重干渉による反射効果を得る２種類の材料を組み合わせて作製される。多重干渉効果を発現するには２種類の材料の屈折率差が大きく、吸収係数は２種類ともに低い材料が好ましい。好適な材料の一例として、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ)を交互に４０対から６０対を積層した構造であり、膜厚は１対あたり３から１２ｎｍ、波長１３．５ｎｍに対してはモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ)それぞれ約４ｎｍと約３ｎｍ程度である。他の材料としてはベリリウム（Ｂｅ）などが挙げられる。第一多層反射膜１２の成膜方法としては、例えば、イオンビームスパッタ法やマグネトロンスパッタ法などが用いられる。

第一多層反射膜１２上には第二保護膜１５を形成する。第二保護膜１５としてはルテニウム（Ｒｕ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、などの材料やこれら材料の酸化物を、その全面または一部に被覆して用いる。第二保護膜１５の成膜方法としては、例えば、イオンビームスパッタ法やマグネトロンスパッタ法などが用いられる。第二保護膜１５の膜厚は光源波長と材料の屈折率に応じて適切に設定した値を用いる。具体的には第一多層反射膜１２の１対または複数対と等価光路長となる膜厚に設定する。第二保護膜１５上には半導体回路パターンを形成する吸収膜１６を形成する。吸収膜１６はタンタル（Ｔａ）やクロム（Ｃｒ）を主元素とした酸化物、またはそれらの窒素化合物、またはそれらの酸窒化物を用いる。吸収膜１６の成膜方法としては、例えば、イオンビームスパッタ法やマグネトロンスパッタ法などが用いられる。膜厚は必要な光学濃度が得られるように吸収係数から設定する。具体的には１０ｎｍから１５０ｎｍが好ましい。

図１（ａ）では吸収膜１６は単層であるが、吸収膜１６に求められる特性によっては、複数の層から構成されていても良く、さらに最上層にパターン検査装置の光源波長に応じた低反射膜を設けても良い。この場合、低反射膜としてタンタル（Ｔａ）やクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）やシリコン（Ｓｉ）を主元素とした酸化物、またはそれらの窒素化合物、またはそれらの酸窒化物などの材料を用いる。さらに半導体ウエハへの露光特性の向上やマスク製造工程の都合により低反射膜の上にタンタル（Ｔａ）やクロム（Ｃｒ）やシリコン（Ｓｉ）やチタン（Ｔｉ）を主元素とした酸化物、または窒素化合物、または酸化窒素化合物を積層しても良い。図１（ａ）では第一多層反射膜１２の中に位相欠陥となる異物などの欠陥がある場合を例示している。この欠陥は基板１１と第一多層反射膜１２の界面、第二保護膜１５との界面であっても良い。本図で示した従来のマスクブランク構造では、第一多層反射膜１２に欠陥があった場合、図１（ｂ）に示したように、回路パターンを形成してマスクを製造した場合、欠陥に起因した、正常な反射光とは波面が揃わない異常反射光が半導体ウエハに導かれ、半導体の配線がショートするなど、位相欠陥と呼ばれる不具合が発生する。

反射型マスクブランク１００から反射型マスク２００へ加工する際には、ＥＢリソグラフィとエッチング技術により吸収膜１６を部分的に除去し、図示していない緩衝膜を有する構造の場合はこれも同じく除去し、吸収部と反射部からなる回路パターンを形成する。

図２（ａ）は本発明の反射型マスクブランクの断面構造の一例を示したものである。これは図１（ａ）で示した従来の反射型マスクブランクの第一保護膜１３上に第二多層反射膜１４と第二保護膜１５を加えた構造である。第二多層反射膜１４と第二保護膜１５の材料はそれぞれ第一多層反射膜１２と第一保護膜１３と同じで良い。本図では第一多層反射膜１２と第二多層反射膜１４中に欠陥Ａ，Ｂ，Ｃがある場合を示した。

図２（ｂ）は本発明の反射型マスクブランクを用いた反射型マスクの断面構造の一例を示したものである。回路パターンは前記と同じく、ＥＢリソグラフィとエッチング技術により吸収膜を部分的に除去し、図示していない緩衝膜を有する構造の場合はこれも同じく除去し、吸収部と反射部からなる回路パターンを形成する。

本発明の反射型マスクによれば、欠陥Ａは異常反射光を引き起こすため半導体ウエハに欠陥を引き起こす。欠陥Ｂは吸収膜１６により反射しない領域に存在するため半導体ウエハの欠陥に寄与しない。欠陥Ｃは第一多層反射膜１２に存在するため、半導体ウエハには第二多層反射膜１４からの反射が正常に行われるため、欠陥に寄与しない。本発明のマスクでは従来１層であった多層反射膜では回避不可能な欠陥Ａに対する問題を解決することができる。欠陥Ａを解決した場合の本発明の反射型マスクを図３に示す。欠陥Ａは第二多層反射膜１４中で除去されるので第一多層反射膜１２により正常な反射光が半導体ウエハに導出され、露光装置の反射光学系を経て半導体基板上に転写される。

（実施例１）
以下、本発明の反射型マスクの製造方法の実施例を説明する。図４に本発明の反射型マ
スクの製造方法を示すフロー図を、図５に図４に対応する本発明の反射型マスクブランクおよび反射型マスクの概略断面図を示す。
まず図５（１）に示す本発明の反射型マスクブランク２００を用意する。反射型マスクブランク２００は、基板１１の上に、波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対して反射率が６４％程度となるように設計されたＭｏとＳｉの４０対の第一多層反射膜１２が、その上に光源波長に対して多層反射膜の１ペアもしくは複数ペアと同一の光路長となる膜厚のＲｕの第一保護膜１３が、更にその上に第二多層反射膜１４と膜厚２．５ｎｍのＲｕの第二保護膜１５が、更にその上に７０ｎｍ厚のＴａＳｉからなる吸収膜１６が、順次形成されている。

図５（２）に示したように、この反射型マスクブランク２００に対し、ポジ型化学増幅レジスト２１（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）を３００ｎｍの膜厚で塗布した。さらに図５（３）に示したように、電子線描画機（ＪＢＸ９０００：日本電子社製）によって描画し、図５（４）に示したように、１１０℃、１０分のＰＥＢ（ＰｏｓｔＥｘｐｏｓｕｒｅＢａｋｅ）処理およびスプレー現像（ＳＦＧ３０００：シグマメルテック社製）により、前記レジスト部分にレジストパターンを形成した。

次いで、図６（５）および（６）に示したように、ドライエッチング装置を用いて、ＣＦ_４プラズマとＣｌ_２プラズマにより、吸収膜１６をエッチングし（図６（５）参照）、レジスト剥離洗浄（図６（６）参照）することで、パターンを有する反射型マスクを作製した。

次に本マスクの検査を行う。図示していない検査工程により、欠陥Ａを検出した。この欠陥Ａを除去する工程を説明する。

本マスクブランクに対し、ポジ型化学増幅レジスト２１（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）を３００ｎｍの膜厚で塗布し（図６（７）参照）、電子線描画機（ＪＢＸ９０００：日本電子社製）によって描画後、１１０℃、１０分のＰＥＢ処理およびスプレー現像（ＳＦＧ３０００：シグマメルテック社製）により、レジストパターンを形成した（図６（８）および図７（９）参照）。

次いで、ドライエッチング装置を用いてＣＨＦ_３プラズマ（ドライエッチング装置内の圧力５０ｍＴｏｒｒ、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）パワー５００ＷのＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、ＣＨＦ_３：流量２０ｓｃｃｍ、処理時間６分）により、上記レジストの開口部の第二保護膜１５、第二多層反射膜１４を異方性ドライエッチングで貫通・除去した（図７（１０）参照）。

最後に、紫外線ランプ（波長１７２ｎｍ）照射やオゾンガス添加超純水や硫酸過酸化水素水の剥離液と超音波を印加したアンモニア過酸化水素水、水素添加超純水を用いたスピン形ウエットプロセス装置によりレジスト剥離・洗浄を実施し、ドライエッチングで残ったレジスト２１を除去し（図７（１１）参照）、本発明の反射型マスクを得た。

（実施例２）
以下、本発明の反射型マスクの製造方法の他の実施例を説明する。図８に製造方法を示すフロー図を、図９に図８に対応する本発明の反射型マスクの概略断面図を示す。吸収膜１６を加工する工程及び、欠陥の検査工程は実施例１と同じである。本実施例は欠陥Ａと第一多層反射膜１４を除去する手段に収束イオンビーム３１と不活性エッチングガス５１を使用した物理エッチングもしくは反応性エッチング作用を使用する場合もしくは、電子ビーム４１と反応性エッチングガス５２を使用した反応性エッチング作用を使用することが可能である。（図９（１）参照）

収束イオンビームの場合、加工に用いるイオン種にはアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを用いることが出来る。或いはフッ化キセノンや塩素イオン等の反応性のあるガス種を用いても良い。

電子ビームの場合、加工に用いるエッチングガスはフッ化キセノンガスや塩素ガス等を用いる。

最後に、紫外線ランプ（波長１７２ｎｍ）照射やオゾンガス添加超純水や硫酸過酸化水素水の剥離液と超音波を印加したアンモニア過酸化水素水、水素添加超純水を用いたスピン形ウエットプロセス装置によりレジスト剥離・洗浄を実施し、ドライエッチングで残ったレジストを除去し（図９（２）参照）、本発明の反射型マスクを得た。

本発明の反射型マスクは、半導体製造に利用できる。特に極端紫外線を光源に用いる半導体電子回路のリソグラフィ法による縮小投影法を用いた半導体回路製造分野に好適に利用が期待されるものである。

１１：基板
１２：第一多層反射膜
１３：第一保護膜
１４：第二多層反射膜
１５：第二保護膜
１６：吸収膜
１７：裏面導電膜
２１：レジスト
３１：収束イオンビーム
４１：電子ビーム
５１：不活性エッチングガス
５２：反応性エッチングガス
１００、２００：反射型マスクブランク
３００：反射型マスク

Claims

極端紫外線露光用反射型マスクを製造するための反射型マスクブランクであって、少なくとも、
基板と、
前記基板の表面に形成した極端紫外線を反射するための第一多層反射膜と、
前記第一多層薄膜の表面に形成した耐ドライエッチング性の第一保護膜と、
前記第一保護膜の表面に形成した極端紫外線を反射するための第二多層反射膜と、
前記第二多層反射膜の表面に形成した耐ドライエッチング性の第二保護膜と、
前記第二保護膜の表面に形成した極端紫外線を吸収するための吸収膜と、を備えていることを特徴とする反射型マスクブランク。
基板が、石英に酸化チタンを添加した低熱膨張材料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ブランク。
第一多層反射膜と第二多層反射膜が、モリブデンとシリコンを交互に４０対から６０対積層した積層体であ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。
第一保護膜と第二保護膜が、少なくともルテニウム、シリコン、ジルコニウムおよびそれらの酸化物のうちから、いずれか１種類を含有するか、または複数の成分を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の反射型マスクブランク。
吸収膜が、少なくともタンタルまたはクロムまたはタンタルの酸化物またはタンタルの窒化物またはタンタルの酸窒化物またはクロムの酸化物またはクロムの窒化物またはクロムの酸窒化物のいずれか１つ以上を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の反射型マスクブランク。
第一多層反射膜と第二多層反射膜を構成するモリブデン膜とシリコン膜の１対あたりの厚さが３ｎｍ〜１２ｎｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の反射型マスクブランク。
吸収膜の膜厚が、１０〜１５０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の反射型マスクブランク。
第一保護膜および第二保護膜が、それぞれその下地にある第一多層反射膜および第二多層反射膜の全面または一部を被覆していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の反射型マスクブランク。
請求項１〜８に記載の反射型マスクブランクの少なくとも一部を加工して作製したことを特徴とする反射型マスク。