JP2014096483A - 反射型マスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射型マスクの反射特性を損なうことなく、微細なマスクパターンが形成可能な反射型マスクとその製造方法を提供する。
【解決手段】反射基板１１上にマスクパターン１が設けられ、反射基板１１とマスクパターン１の表面は面一であり、反射基板１１の表面には保護膜５０を有する。反射基板１１は、表層部が多層反射膜２０により構成されている。基板１０の一方側表面から多層反射膜２０を積層し、多層反射膜２０の上にレジスト４０を塗布し、レジスト４０をパターニングしたマスクパターン１の上から多層反射膜２０をエッチングしてマスクパターン１の逆パターンを多層反射膜２０に形成し、レジスト４０を剥離し、パターニングされた多層反射膜２０の表面に保護膜５０を成膜し、成膜された保護膜５０の上に光吸収膜６０を成膜し、その光吸収膜６０を保護膜５０の表面と面一になるようにエッチングまたは研磨する。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型マスクおよびその製造方法に関し、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）
以下、従来の技術を、図５、図６を用いて説明する。
図５は、従来例に係る反射型マスクおよびその製造方法を説明するための側断面図である。図５（ａ）〜図５（ｇ）は、製造工程の順に沿って概略形状を模式説明する側断面図であり、完成した状態の反射型マスクを図５（ｇ）に示している。図５において、符号１はマスクパターン、符号１０は基板、符号２０は多層反射膜、符号３０は裏面導電膜、符号４０はレジスト、符号５０は保護膜、符号６０は光吸収膜である。

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、基板１０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２０と、露光光源波長を吸収する光吸収膜６０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３０が形成されている。また、多層反射膜２０と光吸収膜６０の間に、反射膜を保護するため保護膜５０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、電子ビームリソグラフィ（ＥＢリソグラフィ；Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）とエッチング技術とにより光吸収膜６０を部分的に除去し、光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。（図５および非特許文献１参照）

（微細加工の必要性）
また、大規模集積回路の高集積化は、回路を構成する配線パターンの細線化技術を必須のものとして要求する。大規模集積回路のパターン微細化が加速されるのは、その高速動作と低消費電力化のためであり、その最も有効な手段がパターンの微細化だからである。このため、上述の細線化された配線パターンを有するマスクを実現する目的で、より微細なパターンをマスク基板上に形成する必要がある。

マスクパターン１を形成するためには、通常は、図５に示すように、多層反射膜２０の上に光吸収膜６０を設けたマスクブランクの上にレジスト４０を形成し、このレジスト４０に電子線を照射してパターン描画を行い、レジスト４０を現像してレジストパターンを得る。そして、このレジストパターンを光吸収膜６０用のエッチングマスクとしてパターニングすることでマスクパターン１を得ることとなる。従って、微細なマスクパターン１を得るためには、レジストパターンの微細化が必要である。

図６は、他の従来例に係る反射型マスクおよびその製造方法を説明するための側断面図である。図６（ａ）〜図６（ｇ）は、製造工程の順に沿って概略形状を模式説明する側断面図であり、完成した状態の反射型マスクを図６（ｇ）に示している。図６において、符号１はマスクパターン、符号１１は反射基板、符号４０はレジスト、符号６０は光吸収膜である。

レジスト４０によって形成されるレジストパターンを微細化すると、光吸収膜６０用のエッチングマスクとして機能するレジスト４０のアスペクト比（レジスト膜厚とパターン幅との比）が大きくなってしまう。一般に、レジストパターンのアスペクト比が大きくなると、レジストパターンの一部が倒れたり剥離を起こしてパターン抜けが生じたりすることが起こる。また、このような方法で作成された微細なレジストパターンをエッチングマスクとしてパターニングされたマスクパターン１も、洗浄工程において、例えば、メガソニック洗浄等による異物除去処理において剥がれる場合があり、マスクの品質が低下する。このため、より高精細のマスクパターン１を形成するためには、マスクの構造を変更することが必要となり、一般的な反射型マスクとは異なる構造の検討例がある。（図６および特許文献１参照）

特開２０００−２３２０５５号公報

レジストプロセスの最適化テクニック，株式会社情報機構，２０１１，ｐ１２９

例えば特許文献１には、荷電粒子に対して反射率が高い単結晶（Ｓｉ）基板（以下、反射基板または単に基板ともいう）１１と、前記基板１１よりも反射率が低い（Ｃｕ）マスクパターンとを有し、前記マスクパターンの表面が基板１１表面と面一である構造が報告されている。（図６）

この構造であれば、メガソニック洗浄等による異物除去処理におけるマスクパターン１の剥がれが軽減するが、基板１１の表面に保護膜が無く、マスクパターンの形成や露光装置にて長期間使用する際、基板１１の表面がダメージを受け、反射特性に影響を及ぼすという問題があり、また、非特許文献１のように多層反射膜を用いていないことから、高い反射率を得ることが難しい。
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、反射型マスクの反射特性を損なうことなく、微細なマスクパターンが形成可能な反射型マスクを提供することを目的とするものである。

請求項１に記載の発明は、反射基板（１１）の上面に所定のマスクパターン（１）が設けられ、前記反射基板（１１）の表面と前記マスクパターン（１）の表面とは面一であり、前記反射基板（１１）の表面には保護膜（５０）を有することを特徴とする反射型マスクである（図１（ｈ）、図３（ｈ））。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の反射型マスクにおいて、前記反射基板（１１）は、少なくとも表層部が多層反射膜（２０）により構成されていることを特徴とする反射型マスクである（図１、図３）。

請求項３に記載の発明は、反射基板（１１）の基部を構成する基板（１０）の一方側表面から多層反射膜（２０）を積層する工程（Ｓ１０）と、前記多層反射膜（２０）の上にレジスト（４０）を塗布する工程（Ｓ２０）と、前記レジスト（４０）をパターニングする工程（Ｓ３５）と、前記パターニングした前記レジスト（４０）をマスクとして前記多層反射膜（２０）をエッチングして前記マスクパターン（１）の逆パターンを前記多層反射膜（２０）に形成する工程（Ｓ４０）と、前記レジスト（４０）を剥離する工程（Ｓ５５）と、前記パターニングされた前記多層反射膜（２０）の表面に保護膜（５０）を成膜する工程（Ｓ６０）と、前記成膜された前記保護膜（５０）の上に光吸収膜（６０）を成膜する工程（Ｓ７０）と、前記成膜された前記光吸収膜（６０）を前記保護膜（５０）の表面と面一になるようにエッチングまたは研磨する工程（Ｓ８０）とを有することを特徴とする反射型マスクの製造方法である（図２）。

請求項４に記載の発明は、反射基板（１１）の基部を構成する基板（１０）の一方側表面から多層反射膜（２０）を積層する工程（Ｓ１０）と、前記多層反射膜（２０）の上に保護膜（５０）を成膜する工程（Ｓ２５）と、前記保護膜（５０）の上にレジスト（４０）を塗布する工程（Ｓ３０）と、前記レジスト（４０）をパターニングする工程（Ｓ３５）と、前記パターニングした前記レジスト（４０）をマスクとして前記保護膜（５０）および前記多層反射膜（２０）をエッチングして前記マスクパターン（１）の逆パターンを前記保護膜（５０）および多層反射膜（２０）に形成する工程（Ｓ５０）と、前記レジスト（４０）を剥離する工程（Ｓ５５）と、前記パターニングされた前記保護膜（５０）および前記多層反射膜（２０）の表面に光吸収膜（６０）を成膜する工程（Ｓ６５）と、前記成膜された前記光吸収膜（６０）を前記保護膜（５０）の表面と面一になるようにエッチングまたは研磨する工程（Ｓ８０）とを有することを特徴とする反射型マスクの製造方法である（図４）。

本発明によれば、反射型マスクの反射特性を損なうことなく、微細なマスクパターンが形成可能な反射型マスクおよびその製造方法を提供することが可能となる。

本発明の実施例１に係る反射型マスクおよびその製造方法を説明するための側断面図である。 本発明の実施例１に係る反射型マスクの製造方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 本発明の実施例２に係る反射型マスクおよびその製造方法を説明するための側断面図である。 本発明の実施例２に係る反射型マスクの製造方法を説明するためのフローチャートを示す図である。 従来例に係る反射型マスクおよびその製造方法を説明するための側断面図である。 他の従来例に係る反射型マスクおよびその製造方法を説明するための側断面図である。

以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る反射型マスクおよびその製造方法を説明するための側断面図である。図１（ａ）〜図１（ｈ）は、製造工程の順に沿って概略形状を模式説明する側断面図であり、完成した状態の反射型マスクを図１（ｈ）に示している。図１において、符号１はマスクパターン、符号１０は反射基板の基部となる基板、符号１１は反射基板のほぼ全体、符号２０は多層反射膜、符号３０は裏面導電膜、符号４０はレジスト、符号５０は保護膜、符号６０は光吸収膜である。

図２は、本発明の実施例１に係る反射型マスクの製造方法を説明するためのフローチャートを示す図である。
図２に示すように、反射型マスクの製造方法には、反射基板１１の基部を構成する基板１０の一方側表面から多層反射膜２０を積層する工程Ｓ１０と、多層反射膜２０の上にレジスト４０を塗布する工程Ｓ２０と、レジスト４０をパターニングする工程Ｓ３５と、パターニングしたレジスト４０をマスクとして多層反射膜２０をエッチングしてマスクパターン１の逆パターンを多層反射膜２０に形成する工程Ｓ４０と、レジスト４０を剥離する工程Ｓ５５と、パターニングされた多層反射膜２０の表面に保護膜５０を成膜する工程Ｓ６０と、成膜された保護膜５０の上に光吸収膜６０を成膜する工程Ｓ７０と、成膜された光吸収膜６０を保護膜５０の表面と面一になるようにエッチングする工程Ｓ８０とを有している。

以下、実施例１に係る反射型マスクの製造方法を、図２を参照するとともに、図１（ａ）工程Ｓ１０〜図１（ｈ）工程Ｓ８０にも対比させながら説明する。
図１（ａ）工程Ｓ１０に示されるように、反射基板１１の基部を構成する基板１０の一方側表面に、多層反射膜２０を積層し、もう一方側の表面に裏面導電膜３０を成膜する。
図１（ｂ）工程Ｓ２０に示されるように、多層反射膜２０の上にレジスト４０を塗布する）。レジスト４０の上に導電膜を塗布しても良い。

図１（ｃ）工程Ｓ３５に示されるように、レジスト４０をパターニングする。
図１（ｄ）工程Ｓ４０に示されるように、パターニングしたレジストをマスクとして、多層反射膜２０をエッチングして、多層反射膜２０に所定のマスクパターンの逆パターンを形成する。なお、多層反射膜２０をエッチングする際、多層反射膜２０を完全に除去しなくても良く、多層反射膜２０がエッチングされる深さが、後程光吸収膜６０によって形成されるマスクパターンが、露光光源波長を充分吸収するに足る膜厚になる深さ以上であれば良い。

図１（ｅ）工程Ｓ５５に示されるように、レジスト４０を剥離する。
図１（ｆ）工程Ｓ６０に示されるように、パターニングされた多層反射膜２０の表面に、保護膜５０を成膜する。
図１（ｇ）工程Ｓ７０に示されるように、成膜された保護膜５０の上に光吸収膜６０を成膜する。
図１（ｈ）工程Ｓ８０に示されるように、成膜された光吸収膜６０を保護膜５０の表面と面一になるようにエッチングあるいは研磨する。

以下、図１、図２を用いて本発明の実施例１に係る反射型マスクの製造方法を、より詳細に説明する。
図１（ａ）工程Ｓ１０に示されるように、反射基板１１の基部を構成する基板１０の一方側表面に、ＭｏとＳｉを交互に４０ペア積層して多層反射膜２０（膜厚２８０ｎｍ）を成膜し、もう一方側の表面にＣｒＮをスパッタし、裏面導電膜３０（膜厚２０ｎｍ）を成膜した。

図１（ｂ）工程Ｓ２０に示されるように、多層反射膜１０の上にレジスト４０（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ、膜厚２００ｎｍ）を塗布した。
図１（ｃ）工程Ｓ３５に示されるように、レジスト４０に対して電子線描画機を用いてマスクパターン１となる部分を描画し、露光後、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）と呼ばれる軽い熱処理（１１０℃１０分）および現像（２．３８％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム / Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）水溶液）を施し、レジストをパターニングした。

図１（ｄ）工程Ｓ４０に示されるように、パターニングしたレジストをマスクとして、ドライエッチング装置を用いたＣＨＦ_３（Ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈａｎｅ；トリフルオロメタン）プラズマにより、多層反射膜２０を深さ７０ｎｍエッチングした。
図１（ｅ）工程Ｓ５５に示されるように、レジスト４０を硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水を用いて剥離した。

図１（ｆ）工程Ｓ６０に示されるように、パターニングされた多層反射膜表面に、Ｒｕをスパッタし、保護膜５０（膜厚２．５ｎｍ）を成膜した。
図１（ｇ）工程Ｓ７０に示されるように、成膜された保護膜５０の上に電解メッキを用いてＴａをメッキし、光吸収膜６０（膜厚２００ｎｍ）を成膜した。
図１（ｈ）工程Ｓ８０に示されるように、成膜された光吸収膜６０を保護膜表面と面一になるように、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；科学的機械研磨）法を用いて研磨し、洗浄した。

図３は、本発明の実施例２に係る反射型マスクおよびその製造方法を説明するための側断面図である。図３（ａ）工程Ｓ１０〜図３（ｈ）工程Ｓ８０は、製造工程の順に沿って概略形状を模式説明する側断面図であり、完成した状態の反射型マスクを図３（ｈ）に示している。図３における各符号は、図１に沿って説明したとおりである。
図４は、本発明の実施例２に係る反射型マスクの製造方法を説明するためのフローチャートを示す図である。

図４に示すように、反射型マスクの製造方法には、反射基板１１の基部を構成する基板１０の一方側表面から多層反射膜２０を積層する工程Ｓ１０と、多層反射膜２０の上に保護膜５０を成膜する工程Ｓ２５と、保護膜５０の上にレジスト４０を塗布する工程Ｓ３０と、レジスト４０をパターニングする工程と、パターニングしたレジスト４０をマスクとして、前記保護膜５０および多層反射膜２０をエッチングしてマスクパターン１の逆パターンを保護膜５０および多層反射膜２０に形成する工程Ｓ５０と、レジスト４０を剥離する工程Ｓ５５と、パターニングされた保護膜５０および多層反射膜２０の表面に光吸収膜６０を成膜する工程Ｓ６５と、成膜された光吸収膜６０を保護膜５０の表面と面一になるようにエッチングまたは研磨する工程Ｓ８０とを有している。

以下、実施例２に係る反射型マスクの製造方法を、図４を参照するとともに、図３（ａ）工程Ｓ１０〜図３（ｈ）工程Ｓ８０にも対比させながら説明する。
図３（ａ）工程Ｓ１０に示されるように、反射基板１１の基部を構成する基板１０の一方側表面に、多層反射膜２０を積層し、もう一方側の表面に裏面導電膜３０を成膜する。
図３（ｂ）工程Ｓ２５に示されるように、多層反射膜２０の上に保護膜５０を成膜する。
図３（ｃ）工程Ｓ３０に示されるように、保護膜５０の上にレジスト４０を塗布する。レジスト４０の上に不図示の導電膜を塗布しても良い。

図３（ｄ）工程Ｓ３５に示されるように、レジスト４０をパターニングする。
図３（ｅ）工程Ｓ５０に示されるように、パターニングしたレジスト４０をマスクとして、保護膜５０および多層反射膜２０をエッチングして、保護膜および多層反射膜に所定のマスクパターンの逆パターンを形成する。なお、工程Ｓ５０において、保護膜５０および多層反射膜２０をエッチングする際、多層反射膜２０を、深層まで完全に除去しなくても良い。具体的に、保護膜５０および多層反射膜２０が、トータルでエッチングされる深さの必要条件は、後述する工程Ｓ８０の完了時点において、光吸収膜６０によって形成されるマスクパターン１が、露光光源波長を充分吸収するに足る膜厚になる深さ以上であれば良い。

図３（ｆ）工程Ｓ５５に示されるように、レジスト４０を剥離する。
図３（ｇ）工程Ｓ６５に示されるように、パターニングされた保護膜および多層反射膜２０の表面に、光吸収膜６０を成膜する。
図３（ｈ）工程Ｓ８０に示されるように、成膜された光吸収膜６０を保護膜５０の表面と面一になるようにエッチングあるいは研磨する。

以下、本発明の実施例２に係る反射型マスクの製造方法を、図３、図４を用いてより詳細に説明する。
図３（ａ）工程Ｓ１０に示されるように、反射基板１１の基部を構成する基板１０の一方側表面に、ＭｏとＳｉを交互に４０ペア積層して多層反射膜２０（膜厚２８０ｎｍ）を成膜し、もう一方側の表面にＣｒＮをスパッタし、裏面導電膜３０（膜厚２０ｎｍ）を成膜した。

図３（ｂ）工程Ｓ２５に示されるように、多層反射膜２０の上にＲｕをスパッタし、保護膜５０（膜厚２．５ｎｍ）を成膜した。
図３（ｃ）工程Ｓ３０に示されるように、保護膜５０の上にレジスト４０（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ、膜厚２００ｎｍ）を塗布した。
図３（ｄ）工程Ｓ３５に示されるように、レジスト４０に対して電子線描画機を用いてマスクパターンとなる部分を描画し、ＰＥＢ（１１０℃１０分）および現像（２．３８％ＴＭＡＨ水溶液）を施し、レジスト４０をパターニングした。

図３（ｅ）に示されるように、パターニングしたレジスト４０をマスクとして、ドライエッチング装置を用いたＣＨＦ_３プラズマにより、保護膜５０と多層反射膜２０をトータルの深さ７０ｎｍエッチングした工程Ｓ５０）。
図３（ｆ）工程Ｓ５５に示されるように、レジストを硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水を用いて剥離した。

図３（ｇ）工程Ｓ６５に示されるように、パターニングされた保護膜５０および多層反射膜２０の表面に、ＴａＮをスパッタし、光吸収膜６０（膜厚１５０ｎｍ）を成膜した。
図３（ｈ）工程Ｓ８０に示されるように、成膜された光吸収膜６０を保護膜表面と面一になるように、ＣＭＰ（科学的機械研磨）法を用いて研磨し、洗浄した。
以上、説明した本実施例１，２によれば、反射型マスクの反射特性を損なうことなく、微細なマスクパターンが形成可能な反射型マスクおよびその製造方法を実現できた。

本発明は、反射型マスク等に有用である。

１ マスクパターン
１０ 基板
１１ 反射率が高い基板（反射基板）
２０ 多層反射膜
３０ 裏面導電膜
４０ レジスト
５０ 保護膜
６０ 光吸収膜

Claims (4)

1. 反射基板の上面に所定のマスクパターンが設けられ、前記反射基板の表面と前記マスクパターンの表面とは面一であり、前記反射基板の表面には保護膜を有することを特徴とする反射型マスク。
2. 請求項１に記載の反射型マスクにおいて、前記反射基板は、少なくとも表層部が多層反射膜により構成されていることを特徴とする反射型マスク。
3. 反射基板の基部を構成する基板の一方側表面から多層反射膜を積層する工程と、
   前記多層反射膜の上にレジストを塗布する工程と、
   前記レジストをパターニングする工程と、
   前記パターニングした前記レジストをマスクとして前記多層反射膜をエッチングして前記マスクパターンの逆パターンを前記多層反射膜に形成する工程と、
   前記レジストを剥離する工程と、
   前記パターニングされた前記多層反射膜の表面に保護膜を成膜する工程と、
   前記成膜された前記保護膜の上に光吸収膜を成膜する工程と、
   前記成膜された前記光吸収膜を前記保護膜の表面と面一になるようにエッチングまたは研磨する工程とを有することを特徴とする反射型マスクの製造方法。
4. 反射基板の基部を構成する基板の一方側表面から多層反射膜を積層する工程と、
   前記多層反射膜の上に保護膜を成膜する工程と、
   前記保護膜の上にレジストを塗布する工程と、
   前記レジストをパターニングする工程と、
   前記パターニングした前記レジストをマスクとして前記保護膜および前記多層反射膜をエッチングして前記マスクパターンの逆パターンを前記保護膜および多層反射膜に形成する工程と、
   前記レジストを剥離する工程と、
   前記パターニングされた前記保護膜および前記多層反射膜の表面に光吸収膜を成膜する工程と、
   前記成膜された前記光吸収膜を前記保護膜の表面と面一になるようにエッチングまたは研磨する工程とを有することを特徴とする反射型マスクの製造方法。

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