JP2013197481A - 反射型マスクおよび反射型マスクの製造方法 - Google Patents

反射型マスクおよび反射型マスクの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】遮光性能の高い遮光枠を有する反射型マスクを提供することを課題とする。
【解決手段】少なくとも、基板と、前記基板の表面に形成されたEUV光を反射する多層反射層と、前記多層反射層の上に形成された前記多層反射層の保護層と、前記保護層の上に形成された前記EUV光を吸収する吸収層とを備え、前記吸収層に形成された回路パターン領域を取り巻く外周部の少なくとも一部に、前記吸収層と前記保護層と前記多層反射層とが異方性ドライエッチングによりエッチング除去されて形成された溝部の側壁部に、EUV光を吸収する薄膜が形成されていることを特徴とする反射型マスク。
【選択図】図1

Description

本発明は、反射型マスクブランク及び反射型マスク、反射型マスクブランクの製造方法に関し、特に極端紫外線(Extreme Ultra Violet;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およびその製造方法に関する。
(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ず、反射光学系となる。従って、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元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層と、露光光源波長の吸収層と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、多層反射層と、吸収層の間に緩衝層を有する構造を持つEUVマスクもある。反射形マスクブランクから反射形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とにより吸収層を部分的に除去し、緩衝層を有する構造の場合はこれも同じく除去し、吸収部と反射部と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。
(EUVマスクの吸収層の膜厚と反射率の説明)
反射光学系を用いた露光方法では、マスク面に対して垂直方向から所定角度傾いた入射角(通常6°)で照射されるため、吸収層の膜厚が厚い場合、パターン自身の影が生じてしまい、この影となった部分における反射強度は、影になっていない部分よりも小さいため、コントラストが低下し、転写パターンには、エッジ部のぼやけや設計寸法からのずれが生じてしまう。これはシャドーイングと呼ばれ、反射マスクの原理的課題の一つである。
このようなパターンエッジ部のぼやけや設計寸法からのずれを防ぐためには、吸収層の膜厚は小さくし、パターンの高さを低くすることが有効であるが、吸収層の膜厚が小さくなると、吸収層における遮光性が低下し、転写コントラストが低下し、転写パターンの精度低下となる。つまり吸収層を薄くし過ぎると転写パターンの精度を保つための必要なコントラストが得られなくなってしまう。つまり、吸収層の膜厚は厚すぎても薄すぎても問題になるので、現在は概ね50〜90nmの間になっており、EUV光(極端紫外光)の吸収層での反射率は0.5〜2%程度である。
(隣接するチップの多重露光の説明)
一方、反射型マスクを用いて半導体基板上に転写回路パターンを形成する際、一枚の半導体基板上には複数の回路パターンのチップが形成される。隣接するチップ間において、チップ外周部が重なる領域が存在する場合がある。これはウェハ1枚あたりに取れるチップを出来るだけ増加したいという生産性向上のために、チップを高密度に配置するためである。この場合、この領域については複数回(最大で4回)に渡り露光(多重露光)されることになる。この転写パターンのチップ外周部はマスク上でも外周部であり、通常、吸収層の部分である。しかしながら、上述したように吸収層上でのEUV光の反射率は、0.5〜2%程度あるために、多重露光によりチップ外周部が感光してしまう問題があった。このため、マスク上のチップ外周部に通常の吸収層よりもEUV光の遮光性の高い領域(以下、遮光枠と呼ぶ)を設ける必要性が出てきた。
このような問題を解決するために、反射型マスクの吸収層から多層反射層までを掘り込んだ溝を形成することで多層反射層の反射率を低下させることにより、露光光源波長に対する遮光性の高い遮光枠を設けた反射型マスクが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、吸収層と多層反射層を単に掘り込んだだけの遮光枠では、次のような問題が生じる。これについて図を用いて詳しく説明する。図8の遮光枠10の大部分はEUV反射率をほぼゼロにすることが出来るが、遮光枠のエッジ付近のEUV反射光303、304の反射率は、遮光枠を形成する前よりも逆に高くなってしまう問題が発生する。何故なら、多層反射層2を単に掘り込む方法では、EUV反射率の低減に貢献していた吸収層4も除去する必要があるため、遮光枠のエッジ付近では、EUV光の入射と反射の行程で、吸収層4を1回しか通らない場合が発生するためである。例えば、遮光枠領域側から斜め入射されたEUV入射光300は、吸収層を通らずに多層反射層側壁から入り、多層反射層で反射されたEUV光が1度だけ吸収層を通り、ウェハ側に漏れたり(図8の304)、また、斜め入射されたEUV入射光300が最初に吸収層を通っても、遮光枠のエッジ付近では、多層反射層で反射されたEUV入射光300の一部が多層反射層側壁を抜けてウェハ側に漏れる(図8の303)ためである。つまり、EUV反射率を低下させるための遮光枠10によって、遮光枠のエッジ部分では、逆にEUV反射光の漏れが生じ、EUV反射率を上げてしまう問題を発生させ、遮光性能の低下を招いてしまう。
特開2009−212220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、遮光性能の高い遮光枠を有する反射型マスクおよびその製造方法を提供することを課題とするものである。
上記の課題を解決するための手段として、本発明の請求項1は、少なくとも、基板と、前記基板の表面に形成されたEUV光を反射する多層反射層と、前記多層反射層の上に形成された前記多層反射層の保護層と、前記保護層の上に形成された前記EUV光を吸収する吸収層とを備え、前記吸収層に形成された回路パターン領域を取り巻く外周部の少なくとも一部に、前記吸収層と前記保護層と前記多層反射層とが異方性ドライエッチングによりエッチング除去されて形成された溝部を有し、この溝部の側壁部に、EUV光を吸収する薄膜が形成されていることを特徴とする反射型マスクである。
また請求項2は、溝部の側壁部に形成されたEUV光を吸収する薄膜のEUV光に対する光学濃度が2.0以上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。
また請求項3は、溝部の側壁部に形成されたEUV光を吸収する薄膜が、膜厚7.4nm以上のタンタル薄膜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で
ある。
また請求項4は、溝部の側壁部に形成されたタンタル薄膜の膜厚Dが、式(1)で表される値以上であることを特徴とする請求項3に記載の反射型マスクである。
ただし、θ:EUV光の入射角、d:吸収層の膜厚、とする。
また請求項5は、請求項1〜4のいずれかに記載の反射型マスクの製造方法であって、少なくとも、
基板上に、多層反射層と保護層と吸収層がこの順に形成されている反射型マスクブランクを用いてパターン領域に回路パターンを形成する回路パターン形成工程と、
前記回路パターン形成工程で形成された前記パターン領域の外周部の少なくとも一部に、前記多層反射層と前記保護層と前記吸収層をドライエッチングによる異方性エッチングで除去し形成した溝部を形成する遮光枠形成工程と、
前記溝部の側壁部にEUV光を吸収する物質をスパッタリング法により形成する側壁吸収膜形成工程と、からなることを特徴とする反射型マスクの製造方法である。
本発明は、多層反射層を除去し遮光枠を形成したEUVマスクにおいて、遮光枠のエッジ付近でのEUV光の反射率を1%以下にまで低減できるため、高い遮光性能を有する反射型マスクが可能となり、高い精度の転写パターンを形成できるという効果を奏する。
(a)および(b)は、本発明の反射型マスクの構造の一例を示す概略断面図、(c)は本発明の反射型マスクの一例を示す概略平面図。 本発明の実施例1の反射型マスクの作製工程(パターン形成まで)を示す概略断面図。 本発明の実施例1の反射型マスク(パターン形成まで)を示す概略平面図。 本発明の実施例1の反射型マスクの作製工程(遮光枠形成)を示す概略断面図で、(a)はパターン形成された状態、(b)はレジストを塗布した状態、(c)はレジストをパターン化した状態、(d)は吸収層をエッチング除去した状態、(e)は保護層と多層反射層をエッチング除去した状態、(f)は側壁吸収膜を全面に形成した状況、(g)はレジストを剥離除去した状態、をそれぞれ示している。 本発明の実施例1の反射型マスクを示す概略図で、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図、をそれぞれ示している。 (a)は、従来の反射型マスクの一例を示す概略断面図、(b)はその遮光枠のエッジ部のEUV反射率のシミュレーション結果を示すグラフ。 (a)は、本発明における実施例1の反射型マスクの概略断面図、(b)は、その遮光枠のエッジ部のEUV反射率のシミュレーション結果を示すグラフ。 従来の反射型マスクの遮光枠構造とそのEUV反射光の状況を説明する概略断面図。
(本発明の反射型マスクの構成)
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の反射型マスクの構成について説明する。図1(a)及び(b)は、本発明の反射型マスクの構造の一例を示す概略断面図で、図1(c)は、図1(a)及び(b)を上から見た概略平面図である。
図1(a)及び(b)に示す本発明の反射型マスク101は、基板1の表面に、多層反射層2、保護層3、吸収層4が順次形成されている。基板1の裏面には裏面導電膜5が形成された構造となっている。保護層3と吸収層4の間には、緩衝層が有る場合もある。緩衝層は、吸収層4のマスクパターン修正時に、下地の保護層3にダメージを与えないために設けられる層である。
本発明の反射型マスク101は、吸収層4が加工されたパターン領域10と、その外周部の少なくともその一部に吸収層4、保護層3、多層反射層2、(緩衝層がある場合は緩衝層も)が異方性ドライエッチングでエッチング除去されて形成された溝部である遮光枠11を有する。
本発明の反射型マスク101は、図1(a)に示すように、遮光枠11の多層反射層2、保護層3、吸収層4がエッチング除去されて露出した溝部である遮光枠の側壁部にEUV光を吸収する薄膜である側壁吸収膜6を有する。
本発明の反射型マスク101は、図1(b)に示すように、遮光枠11の側壁及び底面に側壁吸収膜6を有する構造であっても良い。
図1(a)及び(b)に示す吸収層4は、その材料がタンタルの場合、70nmの膜厚で、スパッタリング法などの比較的密度が高い薄膜が形成できる成膜法で作製した場合、EUV光領域での光学濃度(Optical Density、OD)の値が、光学的な遮光性が十分である2.0(OD値2.0)程度となることがわかっている。側壁にタンタル薄膜を付けて側壁からの漏光を十分に遮光する場合、図1(a)及び(b)に示す側壁吸収膜6の膜厚Aは、tan(入射角)×70(nm)で表わされる。6°入射のEUV光における側壁吸収膜6の膜厚Aは、7.4nmとなる。つまり側壁吸収膜6の膜厚Aは、材料がタンタルの場合、少なくとも7.4nm以上であれば、光学濃度が2.0以上となり遮光することができる。
次に、更に本発明の反射型マスクの構成について詳細に説明する。
この条件を満たした本発明の反射型マスク101では、その構造によって、6°入射のEUV露光における遮光枠のエッジ付近でのEUV反射光に漏れが生じることはない。
(本発明の反射型マスクの構成の詳細:多層反射層、保護層、緩衝層)
図1(a)及び(b)の多層反射層2は、EUV光に対して60%程度の反射率を達成できるように設計されており、基板からMoとSiがこの順に交互に40〜50ペア積層した積層膜で、さらに吸収層4を除いた場合の最上層に位置する保護層3は、2〜3nm厚のルテニウム(Ru)あるいは厚さ10nm程度のシリコン(Si)で構成されている。Ru層の下に隣接する層はSi層である。MoやSiが使われている理由は、EUV光に対する吸収(消衰係数)が小さく、且つMoとSiのEUV光での屈折率差が大きいために、SiとMoの界面での反射率を高く出来るためである。保護層3がRuの場合は、吸収層4の加工時におけるストッパーやマスク洗浄時の薬液に対する保護層としての役割を果たしている。一方、保護層3がSiの場合は、吸収層4との間に、緩衝層を挿入する場合もある。緩衝層は、吸収層4のエッチングやパターン修正時に、緩衝層の下に隣接する多層反射層2の最上層であるSi層を保護するために設けられており、クロム(Cr)の窒素化合物で構成されている。
(本発明の反射型マスクの構成の詳細:吸収層)
図1(a)及び(b)の吸収層4は、EUV光に対して吸収率の高いタンタル(Ta)の窒素化合物で構成されている。他の材料として、タンタルホウ素窒化物、タンタルシリコン、タンタル(Ta)や、それらの酸化物等でも良い。
図1(a)及び(b)の吸収層4は、その上層に波長190〜260nmの紫外光に対して反射防止機能を有する低反射層を設けた2層構造から成る吸収層であっても良い。低反射層は、マスクの欠陥検査機の検査波長に対して、コントラストを高くし、検査性を向上させるためのものである。
(本発明の反射型マスクの構成の詳細:裏面導電膜)
図1(a)及び(b)の裏面導電膜5は、一般にはCrNで構成されているが、導電性材料からなる材料であれば良い。また、図1(a)及び(b)では裏面導電膜5を有するかたちで記載したが、裏面導電膜5を有さない反射型マスクブランク及び反射型マスクとしても良い。
(本発明の反射型マスクの構成の詳細:多層反射層の掘り込み)
本発明の反射型マスク101の遮光枠11の形成方法について説明する。まずフォトリソグラフィもしくは電子線リソグラフィによって、遮光枠部のみが開口したレジストパターンを形成する。次に、フッ素系もしくは塩素系ガス(あるいはその両方)を用いたドライエッチングによって、レジストパターンの開口部の吸収層4と保護層3を除去する。次いで、多層反射層2を、フッ素系ガスもしくは塩素系ガスもしくはその両方を用いたドライエッチングによって、除去する。
ドライエッチングによって、多層反射層2を除去する際に、フッ素系ガスもしくは塩素系ガスもしくはその両方を用いるのは、多層反射層2の材料であるMoとSiがそれぞれ異なるドライエッチング性を有することに由来する。用いるフッ素系ガスとしては、CF、C、C、C、CHF、SF、ClF、Cl、HCl等が挙げられる。
本発明の反射型マスク101においては、パターン領域10のパターン形成が、遮光枠11の形成後であっても、遮光枠11の形成前であっても構わない。
このようにして、多層反射層2を除去し遮光枠11を形成したEUVマスクにおいて、遮光枠11のエッジ付近でのEUV光の反射率を1%以下にまで低減できるため、高い遮光性能を有する反射型マスクを得ることができる。
EUV露光機内では、EUV光がマスク面を円弧状にスキャンするため、場所によっては6°より大きい入射角になる場合があるが、その場合も遮光枠11のエッジ付近でのEUV光の漏れの大部分を低減できるため、本発明の効果は大きい。
以下、本発明の反射型マスクの製造方法の実施例を用いて更に具体的に説明する。
図2(a)に示したような反射型マスクブランク201を用意した。これは、基板1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ペアの多層反射層2と、2.5nm厚のRuの保護層3と、更にその上に70nm厚のタンタルシリサイドからなる吸収層4が、順次形成されたものである。
このマスクブランクに対し、ポジ型化学増幅レジスト9(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2(b))、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(Post Exposure Bake)およびスプレー現像処理を処理装置SFG3000(シグマメルテック社製)により一括処理し、レジスト部分にレジストパターンを形成した(図2(c))。
次いで、ドライエッチング装置(SLR、伯東社製)およびフッ素系または塩素系のドライエッチングガスを用いて、吸収層4をエッチングし(図2(d))、レジスト剥離洗浄することで、図2(e)に示す評価パターンを有する反射型マスク211を作製した。このようにして作製した反射型マスク211の概略平面図を図3に示す。
評価パターンは、寸法200nmの1:1のライン&スペースパターンをマスク中心に配置した。パターン領域の大きさは、10cm×10cmとした。
次いで、上述の評価パターンを有する反射型マスク211のパターン領域10に対して、遮光枠を形成する工程を図4に示した手順に従って実施した。まず反射型マスク211(図4(a))にi線レジスト29を500nmの膜厚で塗布し(図4(b))、そこへi線描画機(ALTA3000:アプライドマテリアル社製)により遮光枠のパターンを描画し、現像を行うことにより、後に遮光枠となる領域を抜いたレジストパターンを形成した(図4(c))。このときレジストパターンの開口幅は5mmとし、マスク中心部の10cm×10cmのメインパターン領域の外周端から3mmの距離だけ隔てた位置に、外周を取り囲む形で配置した。
次いで、ドライエッチング装置(SLR、伯東社製)を用いてCHF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、RIE(反応性イオンエッチング)パワー2000W、CHF3:流量20sccm、処理時間6分、これらは、以下の表記で同じ。)により、上記レジストの開口部の吸収層4と多層反射層2とを異方性ドライエッチング条件でエッチング除去し、図4(d)と(e)に示すような断面形状を得た。
次いで、13.5nm近傍のEUV光に対して吸収率の高いタンタルナイトライドから成る薄膜をスパッタリング装置により、図4(f)に示すように、ドライエッチングで形成した溝の内壁面と底部およびレジスト表面に形成した。このとき、遮光枠内の多層反射層の側壁に形成される側壁吸収膜の膜厚を7.4nmとなるようにスパッタリング条件を設定した。
最後に、硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水により、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た(図4(g))。図5(a)と(b)に本実施例1で作製した反射型マスク101を示す。
このようにして作製した遮光枠11の一部を断裁して、電子顕微鏡にて断面観察したところ、約8nm程度の吸収層が、多層反射層の側壁及び底面に形成されていることを確認した。
実施例1にて作製した本発明の反射型マスク101の遮光枠11のエッジ部と、従来の反射型マスクの遮光枠のエッジ部のEUV反射率を数値計算によりシミュレーションした。このときの膜構造モデルは、Ta吸収層70nm、Ru保護層2.5nm、多層反射層はMo層2.83nm、Si層4.13nmの膜厚とし、Mo/Siは40ペア、Ta側壁吸収膜7.4nmとした。また、EUV光(波長13.5nm)に対する各材料の光学常数(屈折率、消衰係数)から各材料および各界面の透過率、各界面および遮光枠側面反射率を計算し、最終的にマスクから返ってくるEUV光を算出した。
従来の反射型マスクの遮光枠のエッジ部のEUV反射率を図6に、実施例1にて作製した本発明の反射型マスクの遮光枠のエッジ部のEUV反射率を図7に示す。どちらのグラフも横軸は多層反射層側面からの距離を、縦軸はEUV反射率を示している。その結果、従来の反射型マスクの遮光枠のエッジ部では、最大6%を超える反射率の領域が発生するのに対し(図6(b))、実施例1の遮光枠11のエッジ部では、吸収膜の反射率(約1%)より高くなることは無かった。
このように、遮光性能の高い遮光枠を有する反射型マスクを作製することができた。
本発明は、反射型マスク等に有用である。
1 基板
2 多層反射層
3 保護層
4 吸収層
5 裏面導電膜
6 側壁吸収膜
9 レジスト
10 パターン領域
11 遮光枠
29 レジスト
101 本発明の反射型マスク
201 反射型マスクブランク
211 パターン領域に回路パターンが形成された反射型マスク
300 EUV入射光
301 吸収層部でのEUV反射光
302 遮光枠内部でのEUV反射光
303 遮光枠のエッジ部でのEUV反射光
304 遮光枠のエッジ部でのEUV反射光

Claims (5)

  1. 少なくとも、基板と、前記基板の表面に形成されたEUV光を反射する多層反射層と、前記多層反射層の上に形成された前記多層反射層の保護層と、前記保護層の上に形成された前記EUV光を吸収する吸収層とを備え、前記吸収層に形成された回路パターン領域を取り巻く外周部の少なくとも一部に、前記吸収層と前記保護層と前記多層反射層とが異方性ドライエッチングによりエッチング除去されて形成された溝部を有し、この溝部の側壁部に、EUV光を吸収する薄膜が形成されていることを特徴とする反射型マスク。
  2. 溝部の側壁部に形成されたEUV光を吸収する薄膜のEUV光に対する光学濃度が2.0以上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。
  3. 溝部の側壁部に形成されたEUV光を吸収する薄膜が、膜厚7.4nm以上のタンタル薄膜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。
  4. 溝部の側壁部に形成されたタンタル薄膜の膜厚Dが、式(1)で表される値以上であることを特徴とする請求項3に記載の反射型マスク。
    ただし、θ:EUV光の入射角、d:吸収層の膜厚、とする。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の反射型マスクの製造方法であって、少なくとも、
    基板上に、多層反射層と保護層と吸収層がこの順に形成されている反射型マスクブランクを用いてパターン領域に回路パターンを形成する回路パターン形成工程と、
    前記回路パターン形成工程で形成された前記パターン領域の外周部の少なくとも一部に、前記多層反射層と前記保護層と前記吸収層をドライエッチングによる異方性エッチングで除去し形成した溝部を形成する遮光枠形成工程と、
    前記溝部の側壁部にEUV光を吸収する物質をスパッタリング法により形成する側壁吸収膜形成工程と、からなることを特徴とする反射型マスクの製造方法。
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