JP2014211474A - ペリクル及びペリクルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃を受けてペリクルが損傷した場合であっても、多数の断片に分離せず、マスクパターンや露光装置に対する影響を低減することができるペリクル及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るペリクルは、ペリクルの主成分をシリコンとし、そのペリクルを構成するＳＯＩ基板１００の少なくとも一方の面にシリコン酸化物層９０を備え、シリコン酸化物層９０上に延展性の補強材料６０からなる補強部材を備えたペリクルである。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体デバイス等をリソグラフィ技術により製造する際に使用するフォトマスクに取り付けられるペリクルに関する。より詳しくは、極端紫外領域の波長の光を光源としてパターン転写を行う際に適用可能な反射型フォトマスクに取り付けられるペリクルに関する。

半導体集積回路は、性能及び生産性を向上させるために微細化、高集積化が進んでいる。また、回路パターンを形成するためのリソグラフィ技術についても、より微細なパターンを高精度に形成するための技術開発が進められている。これに伴い、パターン形成に使用される露光装置の光源についても短波長化が進められている。例えば、波長１３．５ナノメートル（ｎｍ）の極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ光。以下、「ＥＵＶ光」と称する。）を用いたパターン転写のプロセスが開発されている。

ＥＵＶ光を用いるリソグラフィでは、従来の１９３ｎｍ等の深紫外光とは異なり、あらゆる物質の屈折率が１に近い値であり、吸収係数も大きいことから、屈折を用いた透過光学系を用いた露光ができない。そこで、屈折率差の大きい材料を交互に積層した多層膜ミラーを用いた反射光学系の露光装置が用いられている。具体的にはモリブデンとシリコンの多層膜が主に用いられる。

マスクについても同様に基板上にモリブデンとシリコンの多層膜を形成した上にＥＵＶ光を高効率で吸収する材料で露光パターンを形成する。例えば、吸収パターンの材料としてはタンタルを主成分とするものが典型的に用いられ、多層膜の最上層にはルテニウムなどを成分とする保護膜が形成されているものも使用されている。
従来の透過型のマスクでは、パターンを形成した後にペリクルを取り付けてパターン形成面に直接異物が付着するのを防止している。こうすることで、仮にマスク上に異物が付着したとしてもペリクル表面は焦点から大きくずれているために付着した異物が解像せず欠陥にならない。

ＥＵＶリソグラフィでは、従来のフォトリソグラフィで使用されてきた樹脂性のペリクル膜が使用できない。このため、ペリクルを取りつけなくてもマスクパターン表面に異物を付着することを防止する技術が開発されてきた。
それとともに、ＥＵＶ光量の損失が多少はあるものの、従来と類似した構造のＥＵＶ用ペリクルも開発されてきた。ＥＵＶ光量の損失を最小限に抑えるためにペリクル膜を非常に薄くする必要がある。しかし、マスクのパターン面から離れていれば異物が結像しないのと同様に、ペリクル膜に補強材を追加しても十分に細かい構造であれば補強材自体の構造が転写されることはない。

上記の点を考慮して、金属ワイヤで構成した網状の構造の上に薄膜を形成したものや、シリコン単結晶を研磨したものなどが考案されている。その中でもＳＯＩ基板を用いることによって、シリコンの梁構造と薄膜（以下、メンブレンともいう。）とからなるペリクルが例えば特許文献１に開示されている。これは電子線露光用のステンシルマスクにおいて、電子線を透過するパターンが形成されていないものと類似の構造である。これは例えば特許文献２に開示されているようなものである。両者の差異は前記メンブレン構造にパターン加工が行われているか否かにあり、ペリクルはステンシルマスクにパターンを付与する前のステンシルマスクブランクと非常に類似した構造である。

特開２０１０−２５６４３４号公報 特開２０１１−２１１２５０号公報

このようなペリクルにおいて、ＥＵＶ光量の損失をできる限り小さくするためにメンブレン部分及び梁部分を薄くすると、ペリクルが取り付けられたマスクに衝撃が加わった際にペリクルが損傷してしまう可能性が高くなる。このような場合、梁部分とメンブレン部分とがシリコンのように脆性破壊を起こすために多数の微小片となってしまう。

露光装置の中でペリクルが損傷した場合には露光装置内の清浄度に多大な影響を及ぼしてしまう。また、露光装置の外であってもマスクのパターン面に微小な破片が多数付着することになり、再生するのが困難となってしまう。
本発明は、係る問題を鑑みてなされたものであって、衝撃を受けてペリクルが損傷した場合であっても、多数の断片に分離せず、マスクパターンや露光装置に対する影響を低減することができるペリクル及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、マスクのパターン面に付着した異物が転写した像に影響を及ぼすのを防止するために前記マスクに設けるペリクルであって、前記ペリクルの主成分をシリコンとし、前記ペリクルを構成するシリコン基板の少なくとも一方の面にシリコン酸化物層を備え、前記シリコン酸化物層上に延展性の材料からなる補強部材を備えたことを特徴とするペリクルである。

また、上記のペリクルにおいて、前記シリコン基板を、光を透過する膜部材と、前記膜部材を支持する梁構造をした支持部材とで構成し、前記シリコン酸化物層を、前記膜部材の前記支持部材とは反対側の面に形成し、前記補強部材を、平面視で前記支持部材と重なるように形成したこととしてもよい。
また、上記のペリクルにおいて、前記補強部材を、モリブデン、ルテニウム及びジルコニウムの少なくとも１つの元素を含有する材料としたこととしてもよい。

本発明の別の態様は、上記記載のペリクルを製造する方法であって、前記補強部材をポジ型感光性物質とし、前記ポジ型感光性物質を前記シリコン酸化物層上に塗布し、塗布された前記ポジ型感光性物質を前記支持部材側から露光して現像することによって、平面視で前記支持部材と重なるように前記補強部材を形成することを特徴とするペリクルの製造方法である。

本発明の別の態様は、上記記載のペリクルを製造する方法であって、ネガ型感光性物質を前記シリコン酸化物層上に塗布し、塗布された前記ネガ型感光性物質を前記支持部材側から露光して現像した後に、前記補強部材を前記シリコン酸化物層上に形成し、前記補強部材が形成された前記シリコン酸化物層上から前記ネガ型感光性物質をリフトオフ法で除去することによって、前記補強部材を光透過領域以外にのみ残すように形成することを特徴とするペリクルの製造方法である。

本発明の一態様を実施することにより、ＥＵＶ光を使用するリソグラフィに用いられるマスクのパターン表面に異物が付着するのを防止するペリクルとして、強度が高く、破損した場合にも露光装置やマスクの汚損を低減するものを提供することができる。

本発明の実施形態に係るＥＵＶペリクルの製造工程の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るＥＵＶペリクルの製造工程の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るＥＵＶペリクルの製造工程の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るＥＵＶペリクル膜の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るＥＵＶペリクル膜の製造工程の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るＥＵＶペリクル膜の製造工程の一例を示す説明図である。

本発明の実施の形態について、図を用いて以下に詳細に述べる。ペリクルの基材としては市販のＳＯＩウェハを用いることができ、特許文献２と同様に電子線露光用ステンシルマスクブランクを作成すれば、ペリクルの基本構造となる。
図１は、電子線露光用ステンシルマスクブランクの基本的な製造工程を示したものである。以下、ＳＯＩ基板（シリコン基板）１００の各層について、支持基板層１０、ＢＯＸ層２０、シリコン薄膜層３０と呼ぶことにする。図１のａ）に示すように、このＳＯＩ基板１００は、支持基板層１０と、支持基板層１０上に形成されたＢＯＸ層２０と、ＢＯＸ層２０上に形成されたシリコン薄膜層３０とを少なくとも備えた基板である。

以下、ＥＵＶペリクル２０１ａの基本構造となる部分（つまり、ＥＵＶペリクル膜２００）の製造工程について説明する。
まず、図１のｂ）に示すように、支持基板層１０のＢＯＸ層２０とは反対側の面にレジスト層４０を形成する。次に、図１のｃ）に示すように、最終的に梁として残す部分にレジスト層４０が残るようにリソグラフィ技術を用いてパターン加工する。図１のｃ）では、パターン加工されたレジスト層４０を「レジストパターン４１」として表記している。

本実施形態に係るＥＵＶペリクル２０１ａは、梁部分のパターン構造について制限するものではないが、特許文献１に示されるように、６角形のハニカム構造とするのが強度、光透過率の効率から最も優れている。レジストパターン４１をエッチングマスクとして支持基板層１０をエッチングする際、ＢＯＸ層２０がエッチングストッパーとなるようにエッチング条件を定める。なお、図１のｄ）は、支持基板層１０をエッチングし、ＢＯＸ層２０を露出させた状態を示している。

引き続いて残留したレジストパターン４１とＢＯＸ層２０の露出した部分とを除去することで電子線露光用ステンシルマスクブランクと類似の形状のＥＵＶペリクル部分（つまり、ＥＵＶペリクル膜２００）を製造する。こうして、ＳＯＩ基板１００を、光を透過する膜部材（メンブレン部分）と、この膜部材を支持する梁構造をした支持部材（梁部分）とで構成されたものとする。エッチングにフッ酸を含有する液を使用した場合は、リンス後にさらに過酸化水素を含む水溶液に浸漬することで極薄い酸化膜層（シリコン酸化物層）をシリコン薄膜層３０の表面に形成することができる。ここで、上述の「ＥＵＶペリクル（膜）」とは、ＥＵＶ光を使用するリソグラフィに用いられるペリクル（膜）を意味する。なお、図１のｅ）は、レジストパターン４１とＢＯＸ層２０の露出した部分とを除去した状態を示している。

上記工程を経て製造されたＥＵＶペリクル膜２００にペリクルフレーム５０に貼り合わせることでＥＵＶペリクル２０１ａを製造する。なお、図１のｆ）は、ＥＵＶペリクル膜２００にペリクルフレーム５０に貼り合わせた状態を示している。
上述のステンシルマスクとして用いるＳＯＩ基板１００の支持基板層１０は、一般的なシリコンウェハでは例えば５２５ミクロンの厚さである場合が典型的である。この値は強度的には有利であるものの、露光装置の照明条件によってはペリクル高さを非常に大きくする必要があったり、梁部分に遮られる光の量が無視できなくなったりする。

このような問題を回避するためには、パターン有効領域の梁として残す部分を薄くすることが望ましい。このような構造を製造する手順の例を以下に２種類挙げる。
第一の方法を、図２を参照しつつ説明する。図２のａ）〜ｃ）の工程は、上述の図１のａ）〜ｃ）の工程と略同じである。また、図２のｇ）及びｈ）の工程は、上述の図１のｅ）及びｆ）の工程と略同じである。よって、ここでは上記工程の説明を省略する。

第一の方法では、図２のｄ）に示すように、支持基板層１０のエッチングを途中で停止する。その後、図２のｅ）及びｆ）に示すように、パターン有効領域内にあるレジストパターン４１ａを除去してから再度エッチングを進める方法である。これによって、レジストパターン４１ｂの残存するパターン領域周辺部分は元の厚さを残し、パターン有効領域内は支持基板層１０が薄くなるため、ＥＵＶ光の透過光率を改善すると共に、取り扱いが容易になる利点もある。このようにして、パターン有効領域の支持基板層１０を薄くしたＥＵＶペリクル２０１ｂを製造する。

第二の方法を、図３を参照しつつ説明する。第二の方法は、パターン有効領域の周辺部のレジストパターン４１上にエッチングマスク４１ｃを形成した以外は、上述の第一の方法を略同じ方法である。そこで、第一の方法と同じ工程については、その説明を省略する。

この第二の方法では、図３のｃ）に示すように、パターン有効領域の周辺部のレジストパターン４１上に追加のエッチングマスク４１ｃを配置し、パターン有効領域については基板支持層１０とエッチングマスクとなるレジストパターン４１のエッチング選択比が図１に示した場合よりも低く設定する方法である。追加のエッチングマスク４１ｃは、レジスト層４０を形成する前に作成しても良いし、レジスト層４０を形成した後に追加しても良い。図３は、レジスト層４０を形成した後にエッチングマスク４１ｃを追加した例を示している。

上記第一、第二のいずれの方法を用いても、最終的には同等のＥＵＶペリクル２０１ｂが得られることになる。図２及び図３は、異方性の高いドライエッチングプロセスを想定して記述しているが、ウェットエッチングを用いる場合でも原理的には同じであり、最初に形成するレジストパターン４１を設計する際にエッチング断面がテーパ状になるのを考慮する点が異なるだけである。

本実施形態では、上述のようにして製造したＥＵＶペリクル膜２００に、延性、展性（以下、延展性ともいう。）を有する材料で補強構造を追加する。
延性や展性を有する材料としては金属や樹脂を挙げることができるが、これらの材料はＥＵＶ光の吸収係数が高い傾向がある。したがってこれらの材料だけでＥＵＶペリクル膜を構成することはきわめて困難である。

仮にシリコンを主材料とした、梁部分とメンブレン部分とからなる構造のＥＵＶペリクル膜を補強する場合、メンブレン部分は薄く、梁部分は厚く積層するのが効果的である。
梁部分は厚さが大きく、実質的にＥＵＶ光をほとんど透過しないことから、梁部分だけを補強する場合は透過率の損失にほとんど影響しない。

本発明の第一の実施形態は、図２のｇ）もしくは図３のｆ）に示したペリクルフレーム５０を装着する前の段階（つまり、ＥＵＶペリクル膜を形成した段階）で、シリコン薄膜層３０のＢＯＸ層２０とは反対側に補強材料を付着させて補強部材を形成するものである。この段階ではＢＯＸ層２０の露出部分をフッ酸等により除去しているので、シリコン薄膜層３０の表面に酸化膜が無い状態である。そこで、本実施形態では、補強材料を付着させる前にシリコン薄膜層３０のＢＯＸ層２０とは反対側の面に極薄い酸化膜層（シリコン酸化物層）を形成することを特徴とする。補強材料（補強部材）として、ルテニウム、モリブデン、ジルコニウムのような金属を用いた場合、シリコン薄膜層３０からのシリコン原子の拡散によるシリサイドの形成を原因とする経時変化を抑制することができる。以下、その理由について簡単に説明する。なお、これらの材料からなる補強材料を付着させる方法としてはイオンビームスパッタリングを好適に用いることができる。

一般に、清浄なシリコン表面上に金属薄膜を形成すると、シリコンが金属薄膜内を拡散し、金属薄膜表面にシリコン酸化物の薄膜が生ずる。このような現象はＥＵＶ光のように高エネルギーのビームを照射することによって加速される。しかしながら、シリコン表面が酸化されている場合はその上に形成した金属薄膜へのシリコンの拡散は起こらないことが知られている。これはシリコンと酸素の結合が強いためにシリコン原子として分離しないためである。

したがって、シリコン上に金属膜を形成する前には表面が酸化されていることが好ましい。このような酸化膜は過酸化水素やオゾンを含有する水に浸漬することで形成される程度の酸化膜で十分である。
またメンブレン部分を補強するための金属としては、ＥＵＶ光の透過率が高いものとしてルテニウム、モリブデン、ジルコニウムなどを挙げることができる。これらの金属はシリサイド化合物を形成することができ、シリコンとの親和性が高いため、上記のようにＥＵＶ光を照射したときにシリサイド層が形成されてＥＵＶ光の透過率が変化してしまう。

したがって、前記のようにシリコン上にあらかじめ薄い酸化膜層を形成しておくことで使用中の光学的特性などの変化を小さくすることができる。
このようにして作成したＥＵＶペリクル膜の断面構造を図４に示す。図４に示すように、シリコン薄膜層３０の表面と延展性を付与した補強材料６０との間に、薄い酸化膜層９０が設けられている。

本発明の第二の実施形態は、梁部分をさらに補強する構造を有する。図５は、第二の実施形態の工程を説明したものである。メンブレン表面以外の部分に補強構造（補強部材）を形成するには、シリコン薄膜層３０に形成された酸化膜層（シリコン酸化物層）９０の表面にポジ型の感光性材料７０を液体状態で塗布して、梁部分を形成した面側から紫外線や適切なエネルギーの放射線８０等を照射して現像する。感光性材料７０そのものを補強部材として用いる場合には、上記現像が完了した段階で補強構造を具備したＥＵＶペリクル膜３００ができることになる。

図６は、本発明の第三の実施形態の工程を示したものである。本実施形態は、第二の実施形態とは異なり、感光性材料７０としてネガ型の感光性材料７０を使用する。
まず、図６のａ）に示すように、シリコン薄膜層３０に形成された酸化膜層９０の表面にネガ型の感光性材料７０を液体状態で塗布する。次に、図６のｂ）に示すように、梁部分を形成した面の方から紫外線や適切なエネルギーの放射線８０等を照射して現像する。これにより、図６のｃ）に示すように、梁部分だけが露出した状態ができる。次に、図６のｄ）に示すように、酸化膜層９０上に補強材料６０を塗布する。最後に、公知のリフトオフ法を用いて感光性材料７０を除去し、図６のｅ）に示すように、梁構造の上に（平面視で梁部分と重なるように）金属等の補強構造を具備したＥＵＶペリクル膜４００を形成する。

この場合、感光性材料７０を除去した後に第一の実施形態と同様にシリコン薄膜層３０側から全面に薄く補強材料を積層することもできる。このようにすることで、梁部分の上とメンブレン部分との両方に補強構造を具備したＥＵＶペリクル膜５００を形成することができる。なお、図６では片面だけに薄く積層させた補強部材を形成しているが、両面に形成してもよい。
上記のように本実施形態では、ＳＯＩ基板１００を用いる場合について説明したが、本実施形態は使用する基板を限定するものではない。例えば、ＳＯＩ基板１００に代えて、シリコン基板上にエッチングストッパー層、シリコン層を積層した基板を使用することができる。

以下、ＳＯＩ基板１００を用いたＥＵＶペリクル膜の製造工程を例にとり、実施例の詳細を示す。まず、直径２００ｍｍのＳＯＩ基板１００を用意した。このＳＯＩ基板１００は、シリコン薄膜層３０、ＢＯＸ層２０、支持基板層１０を備えている。そして、シリコン薄膜層３０、ＢＯＸ層２０、支持基板層１０の厚さは、それぞれ２μｍ、１μｍ、７２５μｍである。

次に、支持基板層１０上にスパッタリングにより窒化クロム層を作成し、パターン有効領域内にある窒化クロム層についてはフォトリソグラフィ法により除去した。除去されずに残った窒化クロム層は、図３に示した追加のエッチングマスク４１ｃとなる。次に、窒化クロム層を加工した面上にレジスト層４０を塗布し、梁構造のパターンをフォトリソグラフィ法により形成した。なお、図３では、レジスト層４０を形成した後にエッチングマスク４１ｃを追加した例を示しているが、本実施例では、レジスト層４０を形成する前に追加のエッチングマスク４１ｃを作成したものである。

続いて、ＣＦ_４を含むガスを用いてＩＣＰプラズマエッチング装置（誘導結合型プラズマエッチング装置）にて支持基板層１０をエッチング処理した。エッチングストッパーとなるＢＯＸ層２０が露出するのをエッチング面の光反射率の変化から検出した。あらかじめ窒化クロム層を付与した領域はフッ素系プラズマに対する耐性が高いため元のエッチングマスクが残存したが、梁部分はレジスト層４０が消失し、あらかじめレジスト層４０に覆われていた領域もエッチングが進行した。

このようにして、パターン有効領域の周辺部は元の厚さを残し、梁部分は厚さを小さくすることで、図３のｅ）に示すように露光に対する影響の少ない構造を形成した。
次に、ＢＯＸ層２０をフッ酸水溶液によりエッチング除去し、超純水でリンスして清浄なシリコン薄膜層３０が露出した構造とした。引き続き、希釈した過酸化水素水に浸漬することでシリコン薄膜層３０の表面に極薄い酸化膜層９０を形成した。

次に、補強材料６０であるルテニウム層を、基板支持部以外のほぼ全領域（つまり、酸化膜層９０のＢＯＸ層２０とは反対側の面の全領域）にスパッタリングにより形成した。これにより、図４に相当するＥＵＶペリクル膜を得た。
上記ＥＵＶペリクル膜は、シリコン薄膜層３０とルテニウム層との間に極薄い酸化膜層９０があることから、ＥＵＶ光を照射してもシリコンがルテニウム層内に拡散することが無く、経時変化が小さい。また、ルテニウムは金属であり脆性破壊が起こりにくく、仮に損傷しても露光装置やマスクパターンへの影響を抑制できる。

本発明を実施することによりペリクル付きＥＵＶマスクの強度を向上し、損傷時の露光装置及びマスクパターンに対する影響を最小限に抑制することができ、ＥＵＶリソグラフィ工程の信頼性を高めることができる。

１０ …支持基板層
２０ …ＢＯＸ層
３０ …シリコン薄膜層
４０ …レジスト層
４１ …レジストパターン
５０ …ペリクルフレーム
６０ …補強材料
７０ …感光性材料
８０ …紫外線または放射線
９０ …酸化膜層（シリコン酸化物層）
１００ …ＳＯＩ基板（シリコン基板）
２００ …ＥＵＶペリクル膜
３００ …ＥＵＶペリクル膜
４００ …ＥＵＶペリクル膜
５００ …ＥＵＶペリクル膜
２０１ａ…ＥＵＶペリクル
２０１ｂ…ＥＵＶペリクル

Claims (5)

1. マスクのパターン面に付着した異物が転写した像に影響を及ぼすのを防止するために前記マスクに設けるペリクルであって、
   前記ペリクルの主成分をシリコンとし、
   前記ペリクルを構成するシリコン基板の少なくとも一方の面にシリコン酸化物層を備え、
   前記シリコン酸化物層上に延展性の材料からなる補強部材を備えたことを特徴とするペリクル。
2. 前記シリコン基板を、光を透過する膜部材と、前記膜部材を支持する梁構造をした支持部材とで構成し、
   前記シリコン酸化物層を、前記膜部材の前記支持部材とは反対側の面に形成し、
   前記補強部材を、平面視で前記支持部材と重なるように形成したことを特徴とする請求項１に記載のペリクル。
3. 前記補強部材を、モリブデン、ルテニウム及びジルコニウムの少なくとも１つの元素を含有する材料としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のペリクル。
4. 請求項２に記載のペリクルを製造する方法であって、
   前記補強部材をポジ型感光性物質とし、前記ポジ型感光性物質を前記シリコン酸化物層上に塗布し、塗布された前記ポジ型感光性物質を前記支持部材側から露光して現像することによって、平面視で前記支持部材と重なるように前記補強部材を形成することを特徴とするペリクルの製造方法。
5. 請求項２に記載のペリクルを製造する方法であって、
   ネガ型感光性物質を前記シリコン酸化物層上に塗布し、塗布された前記ネガ型感光性物質を前記支持部材側から露光して現像した後に、前記補強部材を前記シリコン酸化物層上に形成し、前記補強部材が形成された前記シリコン酸化物層上から前記ネガ型感光性物質をリフトオフ法で除去することによって、前記補強部材を光透過領域以外にのみ残すように形成することを特徴とするペリクルの製造方法。

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