JP2014107479A

JP2014107479A - 反射型マスクの製造方法

Info

Publication number: JP2014107479A
Application number: JP2012260934A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Takahashi; 聡高橋
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-09
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: JP6135105B2

Abstract

【課題】半導体リソグラフィに用いられる反射型マスクの回路パターンの形成面の、回路パターンの外周部に、遮光枠を形成する反射型マスクの製造方法において、吸収層及び、多層反射層のエッチング処理、加工及び、ダメージや光学的性質の変化がなく、且つ簡便なプロセスで遮光性を有する遮光枠を形成できる反射型マスクの製造方法を提供する。
【解決手段】反射型マスクに形成される遮光枠１０を、回路パターンの形成面に、感光性樹脂材料を用いたフォトリソグラフィ技術を用いて遮光枠１０の形成を行うことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、反射型マスクブランク、及び反射型マスクブランクの製造方法に関する。特に、極端紫外線（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ；ＥＵＶ）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、大気に対しても吸収され減衰してしまう。そのため従来のＡｒＦエキシマレーザを用いた光学式の投影露光装置によるリソグラフィと異なり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、部分的に除去し、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。

（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、転写パターンの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
プを出来るだけ増や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ため理想的には多重露光されても問題が無い。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生じた。このため、マスク上のチップ外周部は通常の吸収層よりもＥＵＶ光の遮光性が高く、反射率にして０．３％以下となる低反射率領域（以下、遮光枠と呼ぶ）の必要性が出てきた。

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や、回路パターン領域の吸収層の膜厚よりも厚い膜を形成することや、反射型マスク上にレーザ照射もしくはイオン注入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。（特許文献１）

特開２００９−２１２２２０号公報

しかしながら、マスクパターン作成後の多層反射層の掘り込みはＳｉとＭｏの合計８０層を加工する必要があり、加工面からのパーティクル発生は避けられず、欠陥面でのマスク品質の低下を招いてしまう。さらにこの方法では、上層の吸収層を除去した後に、多層反射層を除去することから、多層反射層がほんの数層残ってしまった場合は、逆に反射率を高くしてしまう懸念がある。

また、反射型マスク上にレーザ照射もしくはイオン注入することで遮光枠を形成する場合、多層反射層以外によるレーザ光もしくはイオンの損失があるため、この損失分を考慮したレーザ光もしくはイオンを照射しなくてはならない。また多層反射層以外の膜にはレーザ光もしくはイオンの照射によるダメージが生じ、吸収層の露光光源波長の吸収率が低下してしまうことが懸念される。

そこで、本発明は遮光枠の形成において、吸収層及び、多層反射層のエッチング処理、加工及び、ダメージや光学的性質の変化がなく、且つ簡便なプロセスで遮光性を有する遮光枠を形成できる反射型マスクの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は以上の課題に鑑みなされたもので、請求項１の発明は、半導体リソグラフィに用いられる反射型マスクの回路パターンの形成面の、回路パターンの外周部に、遮光枠を形成する反射型マスクの製造方法において、
反射型マスクに形成される遮光枠を、回路パターンの形成面に、感光性樹脂材料を用いたフォトリソグラフィ技術を用いて遮光枠の形成を行うことを特長とする反射型マスクの製造方法としたものである。

本発明の、請求項２の発明は、前記フォトリソグラフィ技術が、回路パターンの形成面に感光性樹脂材料を塗布し、遮光枠パターンに露光し、ウェットプロセスを用いて現像して遮光枠とすることを特長とする請求項１に記載の反射型マスクの製造方法としたものである。

本発明の、請求項３の発明は、前記フォトリソグラフィ技術が、回路パターンの形成面に感光性樹脂材料を塗布し、露光・現像を行い、遮光枠パターンを形成し、全面に遮光枠の材料を塗布し、遮光枠パターンとした感光性樹脂および遮光枠パターンの上部の遮光枠材料を除去して遮光枠とすることを特長とする請求項１に記載の反射型マスクの製造方法としたものである。

本発明の、請求項４の発明は、遮光枠は、露光光に対する反射率が低く、反射率が０．３％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型マスクの製造方法としたものである。

本発明の反射型マスクの製造方法では、反射型マスクブランクの吸収層及び、多層反射層に対して直接的にエッチング処理、気相成膜、レーザやイオンの照射等の加工をすることなく遮光枠を得ることができるため、製造工期の短縮やマスク欠陥品質の低下を抑えることが可能である。これらの事から、本発明の反射型マスクを用いることで、高い精度で転写パターンを形成できるという効果を奏する。

遮光領域に遮光枠を有していない反射型マスクを断面で見た部分概略図である。反射型マスクの上面から見た概略図である。遮光枠形成材料を塗布した第１の実施形態の反射型マスクを断面で見た部分概略図である。第１の実施形態の反射型マスクに塗布した遮光枠材料を露光した状態を、断面で見た部分概略図である。遮光領域に遮光枠を有している第１の実施形態の反射型マスクを断面で見た部分概略図である。フォトレジストを塗布した第２の実施形態の反射型マスクを断面で見た部分概略図である。第２の実施形態の反射型マスクに塗布したフォトレジストを露光した状態を、断面で見た部分概略図である。第２の実施形態の反射型マスクに塗布したフォトレジストを露光して現像した状態を、断面で見た部分概略図である。第２の実施形態の反射型マスクに塗布したフォトレジストを露光して現像し、遮光枠形成材料を塗布した状態を、断面で見た部分概略図である。図９の反射型マスクのフォトレジストを除去した状態を、断面で見た部分概略図である。

（第１の実施形態）
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。図１は、遮光領域に遮光枠を有していない反射型マスクを断面で見た部分概略図である。図１では、電子線リソグラフィによりパターニングされた反射型マスク１００を示している。この反射型マスク１００は、図１からわかるように、低熱膨張基板１の上に、多層反射層２、キャッピング層３、緩衝層４、吸収層５を順次形成した後、低熱膨張基板１の裏面に裏面導電膜６を形成して作製される反射型マスクブランクにパターニング処理を行い、回路パターン部を所望のパターンにキャッピング層３までエッチングを行い作製している。反射型マスク１００の緩衝層４はあっても無くても良い。図２は、反射型マスクの上面から見た概略図である。図２では反射型マスク１００の主面の回路パターン形成面及び遮光枠形成領域を示している。回路パターン領域７の外周部の遮光領域８の表面は吸収層５、又は多層反射層２で形成される。

（第１の実施形態の遮光枠形成方法の説明）
次に、本発明の遮光枠１０を形成する方法について説明する。図３は、遮光枠形成材料を塗布した第１の実施形態の反射型マスクを断面で見た部分概略図である。図３に示すように遮光枠形成材料９を前記反射型マスク上に塗布を行う。本実施形態では、遮光枠形成材料９として、フォトレジストまたは感光性樹脂などのフォトリソグラフィ技術を用いて露光を行うことでパターニングを行える材料を使用する。この際、材料によってはプリベークを行い、材料の硬化を行う。本実施形態では、ネガフォトレジストを例示している。次に図４に示すように遮光枠形成部分を露光する。図４は、第１の実施形態の反射型マスクに塗布した遮光枠材料を露光した状態を、断面で見た部分概略図である。露光には電子ビーム描画機、レーザ描画機などの描画機やフォトマスクを用いた露光などのパターンを形成できる露光方法を使用する。露光後、材料の必要に応じてＰＥＢ（Post Exposure Bake）工程を行い、その後現像工程を行い、遮光枠形成材料９で図５に示す遮光枠10を形成する。図５は、遮光領域に遮光枠を有している第１の実施形態の反射型マスクを断面で見た部分概略図である。現像後、材料によってはポストベークを行い、遮光枠形成材料の硬化、脱水を行う。こうして、回路パターン領域７の外側の遮光領域８上にＥＵＶ光に対する反射率が充分に小さい遮光枠１０を有する本発明の反射型マスク２００が完成する。

(遮光枠形成材料)
第1の実施形態に用いる遮光枠形成材料は、例えばノボラック樹脂、化学増幅レジスト、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂などを用いる既存の感光性樹脂などを単層もしくは積層して用いることが出来る。

（第２の実施形態）
本実施形態では、図１の所望の回路パターンが形成された反射型マスク１００を用いる。図６は、フォトレジストを塗布した第２の実施形態の反射型マスクを断面で見た部分概略図である。次に図６のように、パターン形成の性能を重視するため主に、遮光枠形成材料９とは異なる、フォトレジスト１１を塗布する。図７は、第２の実施形態の反射型マスクに塗布したフォトレジストを露光した状態を、断面で見た部分概略図である。次に図７で例示するように、電子線やレーザ光の描画機、フォトリソグラフィを用いて遮光枠形成部分の露光を行う。その後、ＰＥＢ工程、また現像工程を行い、図８の遮光枠パターン１２を形成する。この際、パターニングする場所は遮光枠形成部分であり、例えばポジ形レジストを使用する事で露光領域を小さくすることが出来る。次に図９のようにウェットプロセスで遮光枠形成材料９を塗布し、遮光枠形成部分に遮光枠形成材料９の充填を行う。遮光枠形成材料９の必要に応じてベーク工程などの材料硬化を行う。フォトレジスト１１を除去して、レジスト上に形成された遮光枠形成材料９も同時に除去する（リフトオフ）。これにより、図１０のように遮光枠となる部分にのみ遮光枠１０が残存することになる。遮光枠形成材料９に応じて研磨工程を行いレジスト上に形成された遮光枠形成材料９を除去し、フォトレジスト除去工程（リフトオフ等）を行うことで遮光枠１０を形成しても良い。遮光帯形成材料９がベークなどの硬化工程を経ることで硬い材料になる場合、リフトオフなどで遮光枠パターン上の遮光枠形成材料９の除去が困難になるため、リフトオフを行う前に、研磨して余計な遮光枠形成材料９を除去するという方法を例示できる。こうして、回路パターン領域７の外側の遮光領域８上にＥＵＶ光に対する反射率が充分に小さい遮光枠１０を有する本発明の反射型マスク２００が完成する。

第２の実施形態に用いる遮光枠形成材料は、例えば既存の感光性樹脂以外にも、エポキシ樹脂などを用いる熱硬化性樹脂などを単層もしくは積層して用いることが出来る。

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。まず、図１に示す反射型
マスクを用意した。図１の反射型マスクの低熱膨張基板１として、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を数％以上含有する石英基板とし、石英基板上にモリブデン（Ｍｏ）と珪素（Ｓｉ）をそれぞれ２．８ｎｍ、４．２ｎｍを交互にイオンビームスパッタリング法で８０層堆積した多層反射層２を形成した。その上にルテニウム（Ｒｕ）をマグネトロンスパッタ法で２．５ｎｍ堆積したキャッピング層３を形成し、その上にクロム（Ｃｒ）を主成分とし、酸素（Ｏ）または／及び窒素（Ｎ）の合金をマグネトロンスパッタ法で５から２０ｎｍ堆積した緩衝層４を形成した。本実施例では緩衝層４を形成したがこの層は無くても良い。その上に、タンタルボロンナイトライド(ＴａＢＮ)とタンタルボロンオキシナイトライド（ＴａＢＯ）からなる２層の吸収層５をマグネトロンスパッタで合計４０ｎｍから１００ｎｍ堆積し、低熱膨張基板１とは反対面にクロム（Ｃｒ）を主成分とし、酸素（Ｏ）または／及び窒素（Ｎ）の合金をマグネトロンスパッタ法で５から１００ｎｍ堆積した裏面導電膜６を形成してマスクブランクスを用意した。

次に、遮光枠形成材料９としてネガ型化学増幅型レジストFEN−271（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製）を用いて、スピンコーターでコートを行い、加速電圧５０ＫＶの電子線描画装置を用いて遮光枠パターンの形成領域を露光した。ＰＥＢ工程を行った後、２．３８重量％のＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）である現像液を用いて現像工程を行い遮光枠形成部分にレジスト材料で遮光枠の形成を行ったあと、脱水ベークを行い遮光枠の硬化を行った。こうして、回路パターン領域7の外側にＥＵＶ光に対する反射率が充分に小さい遮光枠1０を有する本発明の反射型マスク２００が完成した。

前記、実施例１にて作製した反射型マスク２００を用いて１３．５ｎｍのＥＵＶを光源とした露光を行い、半導体基板上に隣接した４つのチップを転写した。隣接したチップにおいて、作製した反射型マスク上の遮光枠に相当する領域の一部は重なっていたにもかかわらず、半導体基板上の当該領域におけるレジストの感光は確認されなかった。

１・・・低熱膨張基板
２・・・多層反射層
３・・・キャッピング層
４・・・緩衝層
５・・・吸収層
６・・・裏面導電膜
７・・・回路パターン領域
８・・・遮光領域
９・・・遮光枠形成材料
１０・・・遮光枠
１１・・・フォトレジスト
１２・・・遮光枠パターン
１００・・・遮光領域に遮光枠を有していない反射型マスク
２００・・・本発明の反射型マスク

Claims

半導体リソグラフィに用いられる反射型マスクの回路パターンの形成面の、回路パターンの外周部に、遮光枠を形成する反射型マスクの製造方法において、
反射型マスクに形成される遮光枠を、回路パターンの形成面に、感光性樹脂材料を用いたフォトリソグラフィ技術を用いて遮光枠の形成を行うことを特長とする反射型マスクの製造方法。
前記フォトリソグラフィ技術が、回路パターンの形成面に感光性樹脂材料を塗布し、遮光枠パターンに露光し、ウェットプロセスを用いて現像して遮光枠とすることを特長とする請求項１に記載の反射型マスクの製造方法。
前記フォトリソグラフィ技術が、回路パターンの形成面に感光性樹脂材料を塗布し、露光・現像を行い、遮光枠パターンを形成し、全面に遮光枠の材料を塗布し、遮光枠パターンとした感光性樹脂および遮光枠パターンの上部の遮光枠材料を除去して遮光枠とすることを特長とする請求項１に記載の反射型マスクの製造方法。
遮光枠は、露光光に対する反射率が低く、反射率が０．３％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型マスクの製造方法。