JP2014090131A

JP2014090131A - 反射型マスクの製造方法

Info

Publication number: JP2014090131A
Application number: JP2012240434A
Authority: JP
Inventors: Toru Furumizo; 透古溝
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-15

Abstract

【課題】基板表面に多層反射層を形成し、吸収層によるパターンを形成する反射型マスクの製造方法において、位相欠陥を正確に回避できる反射型マスクの製造方法を提供する。
【解決手段】基板表面に形成された多層反射層上にフィディシャルマークを形成し、フィディシャルマークを利用して位置合わせをし、多層反射層上を基板検査して正確な位相欠陥位置を測定し、吸収層によって形成されるパターンが、位相欠陥位置を含むように、パターンのデータをシフトするシフト量を算出し、多層反射層上にレジストを形成し、パターンデータをシフトして露光して現像し、レジストパターンを形成し、吸収層を形成し、レジストパターンを剥離し吸収層によるパターンを形成することを特徴とする。
【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（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、反射型マスク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。なお、吸収層は光を反射しないため、遮光層として利用される。

（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、反射型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。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。

（ＥＵＶマスクの多層反射層の膜厚と位相欠陥の説明）
多層反射層は、例えばＭｏを３ｎｍ、Ｓｉを４ｎｍの厚さとして交互に繰り返し堆積することで構成されており、その物質内を透過するＥＵＶ光が繰り返し反射する干渉効果を利用してＥＵＶ光の反射率を高めている。

特に、微細なパターンの形成を行うリソグラフィでは、マスク基板に多層反射層を形成する際、パーティクルの発生が許されない。露光光の波長が短いため、マスク基板上の微小な凹凸欠陥がウェハ上に転写するパターンの品質に影響を及ぼしてしまう。この微小な凹凸欠陥は位相欠陥と呼ばれており、高さが数ｎｍであっても微細なＬＳＩパターンの寸法誤差を許容できないものにしてしまう。

このような微小な凹凸欠陥は堆積された多層反射層の下の基板表面の凹凸や異物の上に多層反射層が堆積されることで、滑らかになっていき、さらには吸収層が堆積されることで、エッジが不明確な微小段差となってしまう。また、多層反射層の堆積途中で落下した異物などによっても、同様に微小段差となってしまう。現在、光リソグラフィのマスク検査で用いられる光学顕微鏡の光の波長１９０ｎｍ以上では多層反射層の表面にしか光が透過されないため、ＥＵＶ光で露光された際に影響を与える多層反射層下部または層中欠陥により、多層反射層が正確に堆積されていないことによる反射率の局所的な異常を検査可能な感度で検出することが非常に難しい。

たとえ検査により検出できたとしても、多層反射層は上述したとおり何層も繰り返し堆積された層で構成されているため、修正についても様々な修正方法が提案されているが、現実的には非常に難しい状況である（例えば、特許文献１参照）。したがって、ＥＵＶマスクでは、このような位相欠陥の発生防止及び検査、修正の難しさにより、品質管理は非常に厳しいものとなっている。

このような問題を解決するために、ＥＵＶマスク上にパターンを形成する前に、位相欠陥の位置を検査により把握することで、その位相欠陥を避けるようにパターンの形成位置をシフト（調整）することができる。そして、その位相欠陥をパターンいわゆる吸収層でカバーしてしまうことで、多層反射層からは所望の反射光を得ることができる。

特開２０１０−０３４１２９号公報

このような製造方法においては、位相欠陥の正確な位置の把握が非常に重要となるため、ＥＵＶマスク上にフィディシャルマークと呼ばれる目印を形成し、そのマークからの距離及び位置を把握することで、パターン形成位置を転写特性に影響をおよばさないようシフトすることが可能になる。

しかしながら、そのフィディシャルマークは基板または多層反射層に形成するのが一般的であるが、多層反射層に遮光膜を堆積させ、反射型マスクブランクとしていることから、多層反射層に形成したフィディシャルマークのエッジはシャープではなくなる。したがって、検査装置でのマスクブランク上でのフィディシャルマーク検出が難しくなる。またフィディシャルマークから位相欠陥への距離及び位置に対して誤差を生じるなどの問題が発生する。基板にフィディシャルマークを形成する場合は尚更である。
このような問題に対し、本発明反射型マスクの製造方法は、位相欠陥の困難な修正を必要としない良品質の反射型マスクの製造方法を提供することを課題とする。

本発明は多層反射層上にフィディシャルマークを形成後、吸収層堆積前に基板検査を行う、すなわちフィディシャルマークのエッジがシャープな状態で検査を行うことで、マー
クの検出を容易にし、そこで検出した位相欠陥とフィディシャルマークからの距離及び位置の誤差を最小限にして把握することができるようになる。また、その把握した位置情報を維持するため、パターン形成位置をシフトさせたパターンを直接多層反射層上に形成することで、より精度の高い位相欠陥の回避が可能となる。また、直接多層反射層上にパターンを形成することで、遮光膜堆積後のパターニングやエッチングプロセスなどの工程を省略することができ、その工程で発生する欠陥の発生率を低減することができる
このような知見に基づき、本願発明の請求項1の発明は、
基板表面に多層反射層を形成し、吸収層によるパターンを形成する反射型マスクの製造方法において、
基板表面に形成された多層反射層上にフィディシャルマークを形成し、
フィディシャルマークを利用して位置合わせをし、多層反射層上を基板検査して正確な位相欠陥位置を測定し、
吸収層によって形成されるパターンが、位相欠陥位置を含むように、パターンのデータをシフトするシフト量を算出し、
多層反射層上にレジストを形成し、パターンデータをシフトして露光して現像し、レジストパターンを形成し、
吸収層を形成し、レジストパターンを剥離し吸収層によるパターンを形成する
ことを特徴とする反射型マスクの製造方法としたものである。

本発明は、多層反射層上にフィディシャルマークを設け、位相欠陥位置を正確に把握することで、パターンシフトによる位相欠陥の回避を精度良く実現することができる。さらに、多層反射層上に直接パターンを形成するため、吸収層を堆積する前の状態で多層反射層上にあるフィディシャルマークを読み込むことができ、検査時や露光時等での読み込み時の誤差についても最小限にすることができ、高精度を維持することができる。また吸収層堆積後の工程を省略することができるため、欠陥発生率を低減することができる。以上より、困難な修正を必要としない良品質の反射型マスクの作製及び提供を可能にするものである。

本発明の反射型マスクの製造方法に係る反射型マスク構造の概略断面図で、（ａ）導電膜のある反射型マスク、（ｂ）導電膜のない反射型マスク、（ｃ）緩衝層と導電膜のある反射型マスク、（ｄ）緩衝層のある反射型マスクである。本発明の反射型マスクの製造方法に係る反射型マスクブランクの概略断面図で、（ａ）位相欠陥なし（ｂ）位相欠陥ありのマスクブランクである。本発明の反射型マスクの製造方法に係る反射型マスクブランクのフィディシャルマーク形成方法の概略断面図である。本発明の反射型マスクの製造方法に係る反射型マスク製造のパターンシフト方法の概略図である。本発明の反射型マスクの製造方法の位相欠陥部分のパターン形成方法の概略図である。本発明の実施例１の反射型マスクブランクのフィディシャルマーク形成工程を示す概略断面図である。本発明の実施例１の反射型マスク製造の位相欠陥回避準備工程を示す概略図である。本発明の実施例１の反射型マスク製造の位相欠陥回避準備工程を示す概略図（パターンデータ準備）である。本発明の実施例１の反射型マスク製造のパターン形成方法を示す概略図である。

（本発明の反射型マスクの製造方法に係る反射型マスクの構成・レイアウト）
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製造方法に係る反射型マスクの構成について説明する。図１は、本発明の無欠陥状態での反射型マスク構造の理想的な概略断面図である。低熱膨張基板１１１の上に多層反射層１２１が形成されており、その上に遮光層１５１がパターン１８５として形成されている。さらに、図１（ａ）と（ｃ）の反射型マスクにおいては低熱膨張基板の裏面に導電性膜１７１が形成されている。そして、図１（ｃ）と（ｄ）の反射型マスクにおいては緩衝層が吸収層と多層反射層の間に形成されている。

（本発明反射型マスクの製造方法に係る反射型マスクの構成の詳細：多層反射層）
図１（ａ）〜（ｄ）の多層反射層１２１は、１３．５ｎｍ近傍の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、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）が交互に４０〜５０ペア積層した積層膜で、さらに最上層はルテニウム（Ｒｕ）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と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。多層反射層の最上層のＲｕは、吸収層の加工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。このＲｕ層はＳｉ層で構成されている場合もある。役割についてはＲｕもＳｉも同様である。

（本発明の反射型マスクの構成の詳細：緩衝層）
図１（ｃ）、（ｄ）の緩衝層１３１は、吸収層１５１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１２１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（ＣｒＮ）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）〜（ｄ）の吸収層１５１は、１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶに対して吸収率の高いタンタル（Ｔａ）の窒素化合物（ＴａＮ）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（ＴａＢＮ）、タンタルシリコン（ＴａＳｉ）、タンタル（Ｔａ）や、それらの酸化物（ＴａＢＯＮ、ＴａＳｉＯ、ＴａＯ）でも良い。

図１（ａ）〜（ｄ）の吸収層１５１は、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）、（ｃ）の導電膜１７１は、一般にはＣｒＮで構成されているが、導電性があれば良いので、金属材料からなる材料であれば良い。

次に、位相欠陥がない場合とある場合の本発明にかかる反射型マスクブランク構造の概略断面図を図２に示す。図２（ｂ）は、基板１１１上に欠陥の核１１２となるものが存在していた場合である。多層反射層形成後、欠陥の核１１２から位相欠陥１２２が形成されていく。

この位相欠陥により、入射した光が位相ズレまたは乱反射などで反射光に異常が引き起こされる。したがって、この位相欠陥を吸収層により形成されるパターンにてカバーし、
回避することが重要となる。そこで、この多層反射層上にフィディシャルマークと呼ばれる目印を形成する必要がある。

フィディシャルマーク形成方法を図３に示す。電子線リソグラフィにより多層反射層上にレジストパターンを形成する（ｂ）。その後、フルオロカーボンプラズマもしくは塩素プラズマ、必要な場合はその両方のプラズマにより多層反射層をエッチングする（ｃ）。最後にレジストを剥膜することでフィディシャルマークの形成が完了する（ｄ）。

次いで図４に示すフィディシャルマーク形成後の反射型マスク基板１００を検査し、位相欠陥１２２を検出する（ａ）。そして、フィディシャルマーク７０を起点に検出された位相欠陥１２２の位置情報を正確に把握する。その位相欠陥の位置情報から、それら位相欠陥をパターン８０によってカバーできる位置を確認し、パターンシフト８５（移動量）を決定する（ｂ、ｃ）。

図５に反射型マスク製造におけるパターン形成方法を示す。パターンシフト移動量を決定したら、実際の描画データにフィードバックさせて、多層反射層上に直接レジストパターンを形成する（ｂ）。そして、吸収層１５１を堆積することで位相欠陥を吸収層１５１によりカバーする（ｃ）。その後レジスト剥離により不要な吸収層１５１をレジストごと剥離（リフトオフ）させ、取り除き、実パターン１８５を形成する（ｄ）。このようにして、位相欠陥による転写への影響を最小限に抑えた反射型マスクを得ることができる。

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６（ａ）に本実施例で用意した反射型マスクブランク１を示す。このブランクは、低熱膨張基板３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が、順次形成されている。

本ブランクに対し、ポジ型化学増幅レジスト５（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ）を３００ｎｍの膜厚で塗布し、電子線描画機（ＪＢＸ９０００：日本電子）によって描画後、１１０℃、１０分のＰＥＢおよびスプレー現像（ＳＦＧ３０００：シグマメルテック）により、レジスト部分にレジストパターン６を形成した（図６（ｂ））。

次いで、ドライエッチング装置を用いて、ＣＦ₄プラズマとＣｌ₂プラズマにより、多層反射層２をエッチングし（図６（ｃ））、レジスト剥離洗浄することで、図６（ｄ）に示すフィディシャルマーク７を有する反射型マスクブランクを作製した。

そして、フィディシャルマーク７を検査装置で読み取り、反射型マスクブランクの検査を行い、検出された位相欠陥８のフィディシャルマークからの位置座標を把握する。検査結果を図７（ａ）に示す。そして、図７（ｂ）に示すようにその位相欠陥がパターンによってカバーされるように、パターンデータをシフトさせる。その際に図８に示すようにパターンデータ９に対して反転処理を行い反転パターン１０を得る。

フィディシャルマークを有する反射型マスクブランクに対し、ポジ型化学増幅レジスト（ＦＥＰ１７１）を３００ｎｍの膜厚で再び塗布し、電子線描画機によってシフト及び反転させたパターンデータを用いて描画後、１１０℃、１０分のＰＥＢおよびスプレー現像により、レジストパターン６を直接多層反射層上に形成した（図９（ｂ））。次いで、図９（ｃ）に示すように吸収層１２を堆積させた後、洗浄装置を用いてレジスト剥膜処理を行う。レジスト剥膜処理により、余分な吸収層はリフトオフされ、所望の吸収層によって形成されたパターン１５が残る（図９（ｄ））。以上より、本発明の反射型マスクが完成
した。

本発明は、反射型マスク等に有用である。

１反射型マスクブランク
２多層反射層
３低熱膨張層
５レジスト
６レジストパターン
７フィディシャルマーク
８位相欠陥
９パターン
１０反転パターン
１２吸収層
１５実パターン
７０フィディシャルマーク
８０パターン
８５パターンシフト
１００反射型マスクブランク（緩衝層なし、導電膜あり）
１０１反射型マスク（緩衝層なし、導電膜あり）
１１１低熱膨張基板
１１２欠陥の核
１２１多層反射層
１２２位相欠陥
１３１緩衝層
１３２レジスト
１３３レジストパターン
１７１導電膜
１８５実パターン
２０１反射型マスク（緩衝層なし、導電膜なし）
３０１反射型マスク（緩衝層あり、導電膜あり）
４０１反射型マスク（緩衝層あり、導電膜なし）

Claims

基板表面に多層反射層を形成し、吸収層によるパターンを形成する反射型マスクの製造方法において、
基板表面に形成された多層反射層上にフィディシャルマークを形成し、
フィディシャルマークを利用して位置合わせをし、多層反射層上を基板検査して正確な位相欠陥位置を測定し、
吸収層によって形成されるパターンが、位相欠陥位置を含むように、パターンのデータをシフトするシフト量を算出し、
多層反射層上にレジストを形成し、パターンデータをシフトして露光して現像し、レジストパターンを形成し、
吸収層を形成し、レジストパターンを剥離し吸収層によるパターンを形成する
ことを特徴とする反射型マスクの製造方法。