JP2014225498A - 反射型マスクブランク及び反射型マスク - Google Patents

Abstract

【課題】特段の工程を追加することなくイメージフィールド（メインパターン部）とイメージフィールド（メインパターン部）の周辺部の導通の取れた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】極端紫外線を光源とするＥＵＶリソグラフィに使用される反射型マスク１０３の製造に用いられる反射型マスクブランク１０２であって、支持体である基板１と前記極端紫外線を反射するための多層反射層２と前記多層反射層２を保護するための保護層３と前記極端紫外線を吸収するための吸収層４を備えてなり、前記基板１が導電性を有する材料からなること特徴とする反射型マスクブランク。【選択図】図３

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（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａ 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ブランク及び反射型マスクに関する。

（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、吸収層の膜厚を小さくすることにより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（チップコーナー部が最大４回（自チップの露光＋隣のチップの露光が３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）。遮光枠の無い反射型マスク１００の概略平面図を図１（ａ）に、概略断面図を図２（ａ）に示す。これに対して、多層反射層までを掘り込んだ遮光枠１１を有する反射型マスク１０１の概略平面図を図１（ｂ）に、概略断面図を図２（ｂ）に示す。イメージフィールド（メインパターン領域）１０を取り囲むように遮光枠１１が形成されている。

しかしながら、単に吸収層と多層反射層を掘り込んだタイプの遮光枠では、遮光枠よりも内側のイメージフィールド（回路パターン部）と遮光枠の外側は、電気的に浮遊しており導通が取れていない。このマスクをＥＵＶ露光機で使用すると、ＥＵＶ光（極端紫外光）の光電効果によって、ＥＵＶマスクに使用される金属などの材料（主としてＴａ、Ｍｏ、Ｓｉ等）から光電子が放出され、電気的に正に帯電（チャージアップ）する。これによって、露光機内の異物の付着を招き、転写欠陥を誘発するという問題が生じる。また、マスク製造工程中の電子線を使った測長ＳＥＭや電子ビーム検査機においても、電子線が照射された際の負の帯電が生じ、電子ビーム検査が出来ないという問題が生じる。

特許文献１では、このような露光時の帯電の対策として、多層反射層の最下層の数層（導電性を有するＭｏを少なくとも含む）を残したり、多層反射層の下地にＴａもしくはＣｒを含む導電層を予め１層設ける構造を提案している。

しかしながら、多層反射層を数層残す方法は、ドライエッチングやウェットエッチングによる多層反射層を掘り込む際のエッチングレートがマスク面内で均一でないため、残したい層数を均一にすることが出来ない。本来ＥＵＶ反射率を極力ゼロに下げるための遮光枠のある領域では、多層反射層を残し過ぎてしまい、逆にＥＵＶ反射率を上がってしまう問題が生じる。例えば、Ｍｏ／Ｓｉが２ペア残った場合の反射率は、計算上約１．８％程度であり、ＥＵＶマスクの遮光枠のＥＵＶ反射率規格である０．３％以下を、はるかに上回ってしまう。

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、特段の工程を追加することなくイメージフィールド（メインパターン部）とイメージフィールド（メインパターン部）の周辺部の導通の取れた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ものである。

上記の課題を解決する手段として、請求項１に記載の発明は、極端紫外線を光源とするＥＵＶリソグラフィに使用される反射型マスクの製造に用いられる反射型マスクブランクであって、支持体である基板と前記極端紫外線を反射するための多層反射層と前記多層反
射層を保護するための保護層と前記極端紫外線を吸収するための吸収層を備えてなり、前記基板が導電性を有する材料からなることを特徴とする反射型マスクブランクである。

また請求項２は、前記材料が、金属からなることを特徴とする請求項１に記載の反射型マスクブランクである。

また請求項３は、前記材料が、透明な金属酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載の反射型マスクブランクである。

また請求項４は、前記材料が、導電性が高い炭素材料からなることを特徴とする請求項１に記載の反射型マスクブランクである。

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ブランクを使用して作製した反射型マスクであって、前記基板に形成されたイメージフィールドの周辺部において溝状に前記吸収層と前記保護層と前記多層反射層までがエッチング除去されることで遮光枠が形成されてなることを特徴とする反射型マスクである。

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、遮光枠の内側のイメージフィールド（メインパターン領域）と遮光枠の外側との導通が取れるため、電子線を使った測長ＳＥＭによる測定時、電子ビーム検査機によるパターン検査時及びＥＵＶ露光時において、帯電を防止することが出来る。このため高品質のマスクを提供できるとともに、本マスクを用いたＥＵＶ露光において異物の付着を低減できるため、高品質のウェハ転写パターンを得ることが可能となる。

（ａ）は従来の遮光枠のない反射型マスク、（ｂ）は従来の遮光枠のある反射型マスクの概略平面図である。 （ａ）は従来の遮光枠のない反射型マスク、（ｂ）は従来の遮光枠のある反射型マスクの概略断面図である。 本発明の導電性基板を用いた反射型マスクブランクの概略断面図である。 （ａ）は本発明の導電性のある反射型マスクの概略平面図、（ｂ）はその概略断面図である。 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）を示す概略断面図であり、（ａ）は反射型マスクブランク、（ｂ）は反射型マスクブランクの表面にレジストが塗布された状態、（ｃ）はイメージフィールド（メインパターン領域）のレジストが露光、現像されパターン化された状態、（ｄ）はそのレジストのパターンをエッチングマスクとして吸収層をエッチング除去した状態、（ｅ）はレジストのパターンを除去した状態、をそれぞれ示す。 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あり、（ａ）はイメージフィールド（メインパターン領域）の吸収層がパターン化された状態、（ｂ）はその表面にレジストが塗布された状態、（ｃ）はそのレジスト層が露光、現像されパターン化された状態、（ｄ）はそのレジストのパターンをエッチングマスクとして遮光枠となる部分の保護層をエッチング除去した状態、（ｅ）はさらにその下地の多層反射層をエッチング除去して遮光枠を形成した状態、（ｆ）は、レジストのパターンを除去した状態、をそれぞれ示す。 （ａ）は本発明の実施例１の反射型マスクの概略平面図、（ｂ）はその概略断面図である。

（本発明の反射型マスクブランクのレイアウト・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。

（本発明の反射型マスクブランクのレイアウトの詳細）
まず、本発明の反射型マスクブランクのレイアウトについて説明する。図３は、本発明の反射型マスクブランク１０２の概略断面図である。図３に示す本発明の反射型マスクブランク１０２は、導電性基板６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。導電性基板６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。また、裏面導電膜５は無くても構わない。

（本発明の反射型マスクブランクの構成の詳細：基板）
次に、本発明の反射型マスクブランク１０２の構成について説明する。図３の導電性基板６は、抵抗率が１０^７Ω・ｃｍ以下の導電性があれば良い。そのため例えば、アルミニウム等の金属材料から成る材料の他に、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ等の透明な金属酸化物、またはグラファイト等の導電性が高い炭素材料でも良い。基板自体に導電性を持たせる理由は、ドライエッチングやウェットエッチングといった反射型マスクへの加工工程の追加や変更をすることなく、反射型マスクの加工精度にも依存せず、新たに導電膜層を１層設けることで欠陥品質のリスクを負うこともなく、電気的な帯電（チャージアップ）の低減効果が安定して得られるためである。

（本発明の反射型マスクブランクの構成の詳細：多層反射層、保護層、緩衝層）
図３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いる。多層反射層２としてはＭｏとＳｉの多層膜が使われるが、その理由はそれらがＥＵＶ光に対する吸収（消衰係数）が小さく、且つＭｏとＳｉのＥＵＶ光の波長領域での屈折率差が大きいために、ＭｏとＳｉの界面での反射率を高く出来るためである。多層反射層２を保護するための保護層３としてＲｕを用いる場合は、吸収層４の加工におけるエッチングストッパーとしての役割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。保護層３としてＳｉを用いる場合は、吸収層４との間に、緩衝層が挿入される場合がある。緩衝層は、吸収層４のエッチング加工時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、通常クロムの窒素化合物で構成されている。

（本発明の反射型マスクブランクの構成の詳細：吸収層）
図３の吸収層４は、ＥＵＶに対して吸収率の高いタンタルの窒素化合物で構成される。他の材料として、タンタルホウ素窒化物、タンタルシリサイド、タンタルや、それらの酸化物でも良い。

図３の吸収層４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ブランクの構成の詳細：裏面導電膜）
図３の裏面導電膜５は、一般には窒化クロム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。また、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）
次に、本発明の反射型マスクの構成について説明する。図４（ａ）は、本発明の遮光枠１１を有する反射型マスクの構造の概略平面図と、図４（ｂ）は図４（ａ）の破線Ａ−Ａ’に沿った概略断面図である。図４（ｂ）に示すように、本発明の反射型マスク１０３は、吸収層４が加工されたイメージフィールド（メインパターン領域）１０と、そのイメージフィールド（メインパターン領域）１０の周辺部において溝状に吸収層４と保護層３と多層反射層２（緩衝層がある場合は緩衝層も）がエッチング除去された遮光枠１１を有する。

（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の遮光枠の形成方法について説明する。イメージフィールド（メインパターン領域）にパターンが形成された反射型マスクあるいは後にパターンが形成される予定の反射型マスクブランクに対して、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、イメージフィールドの周辺部に枠状にレジストパターンの開口部を形成する。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とまたは吸収層４と保護層３の両方を除去する。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か、アルカリ性溶液あるは酸性溶液を用いたウェットエッチングによって、多層反射層２を除去する。

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の構成材料であるＭｏとＳｉの両方に対して、エッチング性を持たせるためである。この際に用いるフッ素系ガスは、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_５Ｆ_８、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６、ＣｌＦ_３、Ｃｌ_２、ＨＣｌが挙げられる。

ウェットエッチングによって、多層反射層２を除去する際のエッチング液には、多層反射層２の構成材料であるＭｏとＳｉのエッチングに適している必要がある。例えば、アルカリ性溶液としては、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール）が適している。酸性溶液としては、硝酸とリン酸の混合液が適しているが、これにフッ酸、硫酸、酢酸を加えても良い。

本発明の反射型マスク１０３は、イメージフィールド（メインパターン領域）１０のパターン形成は、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、導電性のある基板を用いることにより作製された反射型マスクにおいて、遮光枠１１の内側のイメージフィールド（メインパターン領域）１０と遮光枠１１の外側とで、導通を取ることで、遮光枠１１の内側のイメージフィールド（メインパターン領域）１０と遮光枠１１の外側で電気的に浮遊した状況の発生を防ぎ、測長ＳＥＭや電子ビーム検査機での電気的に正に帯電（チャージアップ）した状況を低減した反射型マスクを得ることが可能となる。

以下、本発明の反射型マスクブランク１０２と本発明の反射型マスク１０３の製造方法の実施例を説明する。図５（ａ）に本実施例の反射型マスクブランク２０１を用意した。反射型マスクブランク２０１の導電性基板６の材料には、導電性材料となる純度９９．７％のアルミニウム合金を使用した。また、アルミニウム合金を、機械加工により６インチ（１５２．４ｍｍ）×６インチ（１５２．４ｍｍ）、厚さ０．２５インチ（６．３５ｍｍ）に加工した。

次に、導電性基板６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を、その上に２．５ｎｍ厚のＲｕの保護層３を、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を、スパッタリングにより順次形成した。このようにして、本発明の反射型マスクブランク（図５（ａ）参照）を作製した。

次に、このようにして作製した反射型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）を３００ｎｍの膜厚で塗布し（図５（ｂ）参照）、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を形成した（図５（ｃ）参照）。

次いで、ドライエッチング装置を用いて、ＣＦ_４プラズマとＣｌ_２プラズマにより、吸収層４をエッチングし（図５（ｄ）参照）、レジストを剥離し、洗浄することで、図５（ｅ）に示すような、メイン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２１１を作製した。回路パターンの代わりに用いた評価パターンは、寸法２００ｎｍの１：１のライン＆スペースパターンのチップを６面付けでマスク中心に配置した。パターン領域の大きさは、チップ６面の全体で１０ｃｍ×１０ｃｍとした。このとき各チップ間のスクライブラインの間隔は５ｍｍ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のイメージフィールド（メインパターン領域）１０の周辺に、遮光枠１１を形成する工程を行った。反射型マスク２１１（図６（ａ）参照）にｉ線レジスト２９を５００ｎｍの膜厚で塗布し（図６（ｂ）参照）、そこへｉ線描画機（ＡＬＴＡ）により描画し、現像を行うことにより、後に遮光枠１１となる領域を抜いたレジストパターンを形成した（図６（ｃ）参照）。このときレジストパターンの開口部の幅は３ｍｍとし、１０ｃｍ×１０ｃｍのイメージフィールド（メインパターン領域）１０のパターンエッジから３μｍの距離に配置した。

次いで、ドライエッチング装置を用いてＣＨＦ_３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、ＣＨＦ_３：流量２０ｓｃｃｍ、処理時間６分、これらは、以下同じ。）により、上記レジストパターンの開口部の吸収層４と多層反射層２とを異方性ドライエッチングで除去し（図６（ｄ）および（ｅ）参照）、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、レジスト剥離と洗浄を実施し、ドライエッチングとウェットエッチングで残ったレジストを除去した（図６（ｆ）参照）。

図７（ａ）と（ｂ）に本実施例１で作製した反射型マスク１０３を示す。この反射型マスクの遮光枠１１の幅は３ｍｍ、スクライブラインの幅は５ｍｍである。

本実施例で作製した導電性基板６を用いた本発明の反射型マスク１０３と、導電性基板６を用いない反射型マスクの両方に関して、遮光枠１１の内側のイメージフィールドにあるパターンの寸法を測長ＳＥＭにて測定を実施した。その結果、導電性基板６を用いない反射型マスクでは、チャージアップによるＳＥＭ像のドリフトが大きく遮光枠１１の内側のパターンの寸法を測定が出来なかったが、本実施例の導電性基板６を用いた本発明の反射型マスク１０３では、問題なく測定が出来た。

本発明は、ＥＵＶマスクなどの反射型マスクに有用である。

１ 基板
２ 多層反射層
３ 保護層
４ 吸収層
５ 裏面導電膜
６ 導電性基板
９ レジスト
１０ イメージフィールド（メインパターン領域）
１１ 遮光枠
１２ 遮光枠の外
２９ ｉ線レジスト
１００ 従来の反射型マスク（遮光枠無し）
１０１ 従来の反射型マスク（遮光枠有り）
１０２ 本発明の反射型マスクブランク
１０３ 本発明の反射型マスク
２０１ 反射型マスクブランク
２１１ メインパターン領域に回路パターンが形成された段階の反射型マスク

Claims (5)

1. 極端紫外線を光源とするＥＵＶリソグラフィに使用される反射型マスクの製造に用いられる反射型マスクブランクであって、支持体である基板と前記極端紫外線を反射するための多層反射層と前記多層反射層を保護するための保護層と前記極端紫外線を吸収するための吸収層を備えてなり、前記基板が導電性を有する材料からなることを特徴とする反射型マスクブランク。
2. 前記材料が、金属からなることを特徴とする請求項１に記載の反射型マスクブランク。
3. 前記材料が、透明な金属酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載の反射型マスクブランク。
4. 前記材料が、導電性が高い炭素材料からなることを特徴とする請求項１に記載の反射型マスクブランク。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の反射型マスクブランクを使用して作製した反射型マスクであって、前記基板に形成されたイメージフィールドの周辺部において溝状に前記吸収層と前記保護層と前記多層反射層までがエッチング除去されることで遮光枠が形成されてなることを特徴とする反射型マスク。

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