JP2015141972A - Ｅｕｖマスクおよびｅｕｖマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はシャドーイングの問題を解決したＥＵＶマスクを提供することを課題とする。【解決手段】回路パターンに対応したパターンを有するパターン領域４とその周囲に形成された遮光枠領域５とからなるＥＵＶマスクであって、前記パターン領域は、前記パターンに対応させて多層反射層２の反射率を低下させた反射率低減領域１０とその逆パターンである多層反射層の領域からなり、前記反射率低減領域と前記多層反射層の高さが同一であることを特徴とするＥＵＶマスク。【選択図】図１

Description

本発明はＥＵＶマスクブランクス、ＥＵＶマスクおよびＥＵＶマスクの製造方法に関し、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ＥＵＶマスクブランクス、ＥＵＶマスクおよびＥＵＶ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光を光源に用いた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光の波長領域においては、殆どの物質の屈折率は１よりも僅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ＥＵＶリソグラフィ用の反射型マスク（以後、ＥＵＶマスクと呼ぶ。）の元となる反射型マスクブランクス（以後、ＥＵＶマスクブランクスと呼ぶ。）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のが通常である。

図２は、従来のＥＵＶマスクの一例を示す概略断面図であり、（ａ）は裏面に導電膜を形成していないＥＵＶマスク、（ｂ）は裏面に導電膜を形成したＥＵＶマスクである。図２（ａ）は、基板１の表面に多層反射層２が形成されており、更にその表面にパターン化された吸収層６が形成されている。パターン領域７とその周囲には遮光枠領域８が形成されている。この例は、遮光枠領域８が吸収層６と多層反射層２を除去して基板１の表面まで掘り込んだ彫り込み型のＥＵＶマスクを示している。

図２（ａ）、（ｂ）の吸収層６は、１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光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ている。他の材料としては、タンタルホウ素窒化物、タンタルシリコン、タンタルや、それらの酸化物（ＴａＢＯＮ、ＴａＳｉＯ、ＴａＯ）でも良い。

吸収層６は、その表面に波長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構成からな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。

また、多層反射層２と吸収層６の間に緩衝層を有する構造を持つＥＵＶマスクもある。ＥＵＶマスクブランクスからＥＵＶ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６を部分的に除去し、緩衝層を有する構造の場合は、これも同様に除去し、ＥＵＶ光の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ＥＵＶ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マスクの多層反射層の説明）
多層反射層２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。

（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、マスク面に対して直交する方向から所定角度傾いた入射角（通常は６度）で照射されるため、吸収層６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、ＥＵＶマスクの原理的課題の一つである。（図３（ｂ）参照）

次に、図３に基づき、従来のＥＵＶマスクにおけるシャドーイングについて説明する。図３（ａ）は入射光９が多層反射層２と吸収層６の表面で反射される状況を示している。多層反射層２の表面では反射率６７％、吸収層６の表面では１〜３％の反射率である例を示している。しかしながら、実際には、図３（ｂ）に示すように、入射光９が吸収層６に入射して吸収されたり、多層反射層２で反射された後、吸収層６にあたって吸収されたりする。

このようなシャドーイングによる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６の膜厚を小さくし、ＥＵＶ光の吸収部のパターンの高さを低くすることが有効であるが、転写パターンの精度が低下する。つまり吸収層６を薄くしすぎると転写パターンの精度を保つために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６の膜厚は厚過ぎても薄過ぎても問題になるため、現在は概ね５０ｎｍ〜９０ｎｍの間になっており、ＥＵＶ光の吸収層６における反射率は、０．５〜２．０％程度である。

このように、吸収層６を薄くすればシャドーイングは低減できるが、逆に吸収層６を厚くすればシャドーイングの影響が強くなるだけでなく、吸収層６のエッチング加工の難しさも増す。また吸収層６の成膜時の欠陥の増加も免れない。そのため、技術文献、特許文献を調査したが、このシャドーイング問題を緩和する技術は開示されているが、シャドーイング問題を解決する技術を見出すことはできなかった。例えば特許文献１には、パターン領域の重なり部分となる遮光枠領域の遮光性を高めて露光光の漏れを防ぐ技術が開示されているが、パターン領域におけるシャドーイングの問題の解決には至っていない。

特開２０１１−０４４５２０号公報

上記の問題点に鑑み、本発明はシャドーイングの問題を解決したＥＵＶマスクを提供することを課題とする。

本発明は、多層反射層に直接、反射率を低減させたパターンを形成することで、吸収層が不要となり、また吸収層と多層反射層との段差が無くなることで、シャドーイングを無くすことが可能となる。また吸収層が不要になったことで、吸収層成膜時の欠陥および吸収層のエッチングなどによる加工時の欠陥の発生についても抑制することができる。

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、回路パターンに対応したパターンを有するパターン領域とその周囲に形成された遮光枠領域とからなるＥＵＶマスクであって、
前記パターン領域は、前記パターンに対応させて多層反射層の反射率を低下させた反射率低減領域とその逆パターンである多層反射層の領域からなり、
前記反射率低減領域と前記多層反射層の高さが同一であることを特徴とするＥＵＶマスクである。

また請求項２に記載の発明は、回路パターンに対応したパターンを有するパターン領域とその周囲に形成された遮光枠領域とからなるＥＵＶマスクであって、
前記パターン領域は、前記パターンに対応させて多層反射層の反射率を低下させた反射率低減領域とその逆パターンである多層反射層の領域からなり、前記反射率低減領域は、前記多層反射層を掘り下げた部位の深さと同等の厚さでＥＵＶ光の吸収層を形成した構成であることを特徴とするＥＵＶマスクである。

低熱膨張率基板に多層反射層を形成する工程と、
前記多層反射層の表面にレジストパターンを形成する工程と、
前記多層反射層を回路パターンに対応した部位のみを変質して反射率低減領域を形成する工程と、を備えてなることを特徴とするＥＵＶマスクの製造方法である。

また請求項４に記載の発明は、前記変質の方法が、イオン注入であることを特徴とする請求項３に記載のＥＵＶマスクの製造方法である。

また請求項５に記載の発明は、前記イオン注入に使用する元素が、窒素または酸素であることを特徴とする請求項４に記載のＥＵＶマスクの製造方法である。

また請求項６に記載の発明は、前記変質の方法が、イオンビームミキシング法であることを特徴とする請求項３に記載のＥＵＶマスクの製造方法である。

また請求項７に記載の発明は、前記変質の方法が、レーザービームの照射であることを特徴とする請求項３に記載のＥＵＶマスクの製造方法である。

また請求項８に記載の発明は、低熱膨張率基板に多層反射層を形成する工程と、
前記多層反射層の表面にレジストパターンを形成する工程と、
前記多層反射層を回路パターンに対応した部位を掘り下げた後、その部位に、ＥＵＶ光を吸収する物質を、掘り下げた深さと同等の厚さで成膜する工程と、
前記レジストパターンを剥離し洗浄する工程と、を備えてなることを特徴とするＥＵＶマスクの製造方法である。

本発明のＥＵＶマスクによれば、ＥＵＶリソグラフィを用いた半導体装置の製造において、シャドーイングの問題が発生しないため、転写コントラストが低下せず、高精度な転写パターン精度を得ることが可能となる。また、吸収層の成膜およびエッチング加工などが不要になったため、欠陥品質面においても改善する効果も併せ持つ。

本発明のＥＵＶマスクの一例を示す概略断面図であり、（ａ）は裏面に導電膜を形成していないＥＵＶマスク、（ｂ）は裏面に導電膜を形成したＥＵＶマスク。 従来のＥＵＶマスクの一例を示す概略断面図であり、（ａ）は裏面に導電膜を形成していないＥＵＶマスク、（ｂ）は裏面に導電膜を形成したＥＵＶマスク。 従来のＥＵＶマスクのシャドーイング現象の説明図であり、（ａ）は正常な状況の一例を示す説明図、（ｂ）はシャドーイングが発生している状況の一例を示す説明図。 従来のＥＵＶマスクへの入射光の反射の状況の一例を示す説明図である。 本発明のＥＵＶマスクの製造過程の一例を説明する説明図であり、（ａ）は基板上に多層反射層が形成された状況、（ｂ）は多層反射層の表面にレジストパターンを形成した状況、（ｃ）はレジストパターンで覆われていない多層反射層にミキシング処理を行っている状況、（ｄ）はレジストを剥離してＥＵＶマスクが完成した状況、をそれぞれ示している。 本発明のＥＵＶマスクの製造過程の一例を説明する説明図であり、（ａ）は基板上に多層反射層が形成された状況、（ｂ）は多層反射層の表面にレジストパターンを形成した状況、（ｃ）ははレジストパターンで覆われていない多層反射層をドライエッチングにより掘り下げた状況、（ｄ）はその上から掘り下げた多層反射層の深さと同じ厚さの吸収層を成膜した状況、（ｅ）はレジストパターンを剥離した状況、をそれぞれ示している。

以下、本発明の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ＥＵＶマスクの構成について説明する。図１は、本発明のＥＵＶマスクの一例を示す概略断面図である。基板１の表面に多層反射層２が形成されており、それに反射率低減領域である遮光枠領域５とパターン領域４が形成されている。遮光枠領域５はパターン領域４を取り囲む形で形成される。パターン領域４は、形成する回路パターンに対応してパターン化された反射率低減領域１０とその逆パターンとして形成された多層反射層２の領域からなっている。本発明のＥＵＶマスクにおいては、反射率低減領域が多層反射層２の高さと同一であることが特徴である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の低熱膨張率物質で形成された基板１の裏面に導電膜３が形成されている例を示している。

（本発明のＥＵＶマスクの構成の詳細：吸収層）
本発明のＥＵＶマスクで吸収層を使用する場合は、従来技術で使用する吸収層６と同じ材料を使用することが可能である。

（本発明のＥＵＶマスクの構成の詳細：多層反射層）
多層反射層２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、モリブデン層とシリコン層が交互に４０〜５０ペア積層した多層膜であり、更に最上層はルテニウム層が形成されている。ルテニウム層の下に隣接する層はシリコン層である。モリブデンとシリコンが使用されている理由は、ＥＵＶ光に対する吸収（消衰係数）が小さく、且つモリブデンとシリコンのＥＵＶ光の波長域における屈折率差が大きいために、シリコン層とモリブデン層の界面における反射率を大きくできるためである。多層反射層２の最上層にあるルテニウム層は、吸収層６の加工時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。このルテニウム層はシリコン層で構成されている場合もある。役割については、ルテニウムもシリコンも同様である。

（本発明のＥＵＶマスクの構成の詳細：裏面導電膜）
図１（ｂ）と図２（ｂ）の導電膜３は、一般的には窒化クロムで形成されるが、導電性が窒化クロムと同等以上であれば良いため、金属およびその窒化物、酸化物および窒化酸化物からなる材料であっても良い。

次に、図４に基づき、本発明のＥＵＶマスクにおける入射光９の状況について説明する。本発明のＥＵＶマスクにおいては、多層反射層２と反射率低減領域１０の高低差は原理的に無い。これは、吸収層６を多層反射層２の上に形成する代わりに、多層反射層２を変質し、多層反射層としての機能を失わせたことによって反射率が低い反射率低減領域１０を形成するためである。多層反射層２と反射率低減領域１０の高低差が無くなったことにより、シャドーイングを無くすことが可能となる。ここで変質とは、多層反射層２を構成する層構成と物質のうちどちらか一方か両方が変化することである。例えば、異なる２種類の物質が交互に積層された形で形成された層構成の境界が不明確になる場合が該当する。それはイオン注入により多層反射層２の内部で物質移動が起こることで多層反射層２を構成している元素が混合することによって起こる。またイオン注入された元素と多層反射層２を構成している元素の一部または大部分が化合物を形成し、屈折率や吸収係数が変化する場合が該当する。これらを含めて変質と呼ぶ。

また、ＥＵＶマスクブランクスの製造工程において、吸収層６の成膜工程を除くことができるため、欠陥低減効果ももたらされる。
また、ＥＵＶマスク製造工程においては、吸収層６の表面へのレジストパターニング工程、吸収層６のエッチング工程、レジストパターンの剥離工程などが不要になるため、製造工程の短縮と歩留まりの向上がもたらされる。

反射率低減領域１０を作製する方法としては、多層反射層２を多層干渉条件から外す方法がある。また別の方法として多層反射層２の表面にＥＵＶ光を吸収する吸収層を、多層反射層と同じ高さで形成する方法が挙げられる。

多層反射層２を多層干渉条件から外す方法としては、多層反射層２を構成している材料を変質させることが挙げられる。材料を変質させる方法としては、イオン注入によって多層反射層２を構成している材料と化合物を形成し易い物質のイオンを多層反射層２にイオン注入することによって、多層干渉条件から外すことができる。イオン注入によって多層反射層２の中に入り込んだ原子によって、多層反射層２を構成していた原子が動き、混合することによって多層構造が崩れること、およびイオン注入された原子と多層反射層２を構成していた原子による化合物が形成されることなどによって、元の多層反射層２の層構成が乱されて多層反射層としての機能を失う。前者の様に、多層構造を構成する元素が混合するだけの場合は、希ガス元素を使用することが可能である。後者の場合の様に、異なる元素が混合するのと同時に、イオン注入した元素と多層構造を構成する元素を化合させる場合は、窒素ガスまたは酸素ガスまたはそれら両方を含むガス、またガスに限らずイオン注入装置で使用し易く、多層構造を構成するシリコンやモリブデンなどと化合する元素を使用すれば良い。この場合、多層反射層２を構成していた物質が化合物に変化し変質するため、屈折率や吸収係数などが変化し、多層反射層としての機能を失う。

また、イオン注入の代わりに、レーザービームをスキャン照射することにより、回路パターンに応じたパターンに従って局所的な加熱を行うことにより、多層反射層２の機能を失わせることが可能であり、これによって反射率低減領域１０を形成することが可能である。

また、多層反射層２を構成していた原子が動き混合する現象を起こす方法としては、イオンビームミキシング法を使用することも可能である。これは、例えば、図５（ｂ）の後、多層反射層２の表面に多層反射層２に混合させたい元素からなる薄膜を堆積させておき、図５（ｃ）で、イオン注入を行う代わりに、希ガスなどの原子やイオンを照射することによって実施することが可能である。その後、多層反射層２の表面に残留している前記薄膜を除去し、最後に図５（ｄ）の様にレジストパターンを剥離してＥＵＶマスクが作製できる。

また、多層反射層２の表面にＥＵＶ光を吸収する吸収層を、多層反射膜２と略同じ高さで形成する方法は、まず多層反射層２の反射率低減領域１０になる部位を、ドライエッチ
ングによって、多層反射層２の膜厚以内の範囲で掘り下げ、次にその掘り下げた部位に、ＥＵＶ光を吸収する物質を、掘り下げたのと同じだけの厚さで形成することによって、多層反射層２と同じ高さを持つ反射率低減領域１０を形成して、段差の無いＥＵＶマスクを作製することができる（図６参照）。ここで、略同じ高さとした理由は、膜厚や段差の計測装置の測定精度やドライエッチングや成膜装置の加工精度や制御精度の限界から、全く同じ値に揃えることが困難であるためである。

このようにして形成した反射率低減領域１０のＥＵＶ光に対する反射率は、多層反射層２が薄くなって反射率が低下したところに、その薄くなったのと同じ厚さの吸収層６が形成されるため、元の厚さの多層反射層２の上に吸収層６を形成するより薄い厚さの吸収層で十分な反射率低減を行うことが可能となる。

ただし、多層反射層２を掘り込む深さは、使用する吸収層単独で十分低い反射率を保有する最低限の膜厚が望ましい。例えば、吸収層６にタンタルナイトライド（ＴａＮ）を用いた場合は６０ｎｍ以上が望ましい。６０ｎｍ以下では、吸収層の反射率が０．５％未満にすることは困難である。使用する材料によってこの膜厚と反射率の関係は異なる。また吸収層の下地である多層反射層２を掘り込むと、多層反射層の反射率が低下するため、吸収層が薄くなっても、掘り込んで薄くなっていない多層反射層の上に形成する場合よりも薄くて良い。

＜実施例１＞
次に、本発明のＥＵＶマスクの製造方法の実施例について説明する。
図５（ａ）は、本実施例で用意したＥＵＶマスクブランクスを示す。これは基板１の表面に、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モリブデン層とシリコン層の４０ペアからなる多層反射層２が形成されたものである。

このＥＵＶマスクブランクスの多層反射層２の表面に、ポジ型化学増幅レジスト（ＦＥＰ１７１：富士フィルムエレクトロマテリアルズ社製）を５００ｎｍの乾燥膜厚で塗布し、電子線描画機（ＪＢＸ９０００：日本電子社製）によって描画後、１１０℃、１０分間のＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）およびスプレー現像装置（ＳＦＧ３０００：シグマメルテック社製）を用いた現像により、レジストパターン１１を形成した。（図５（ｂ）参照）

次に、半導体製造用のイオン注入装置（ＳＯＰＨＩ―２００：ＵＬＶＡＣ社製）を用いてレジストパターンで覆われていない多層反射層２にイオン注入することによって変質し（図５（ｃ）参照）、反射率低減領域１０を形成した。注入したイオンはＮ^＋で、加速電圧は１０ＫＶ、注入量は１×１０^１３ｃｍ^−２とした。またイオン注入は、２３℃に制御されたホールダ上にイオン注入中の基板１を保持し実施した。
次に、レジストを剥離するため、まず酸素プラズマによるプラズマアッシング後、残留している灰分を除去するためのウェット洗浄を実施することで、図５（ｄ）に示す本発明のＥＵＶマスクを作製した。このようにして作製したＥＵＶマスクは、シャドーイングの問題を解決したＥＵＶマスクとして使用することが可能であった。

＜実施例２＞
実施例１におけるレジストパターン１１形成まで同じ工程を使用してＥＵＶマスクの作製を進めた。
次に、ドライエッチング装置を用いて、レジストパターン１１から露出している多層反射層２を４０ｎｍの深さまで掘り込んだ。次いで、その表面にマグネトロンスパッタ装置を用いてタンタル薄膜を４０ｎｍの厚さで成膜した。
次に、レジストパターンを剥離することによって、多層反射層２からなるパターンと多層反射層２を４０ｎｍ掘り込んだ部位にタンタル薄膜が４０ｎｍだけ成膜され、掘り込まれた部位が丁度埋められた形のＥＵＶマスクを作製した。このようにして作製したＥＵＶマスクは、シャドーイングの問題を解決したＥＵＶマスクとして使用することが可能であった。なお、ここで多層反射層２の掘り込みの深さとタンタル薄膜の膜厚を４０ｎｍとしたが、これに限定する必要はなく、多層反射層２の掘り込み深さが４０ｎｍより浅い場合であっても、下地に残された多層反射層からの反射が元の厚さの時より小さくなるため、その上に形成された吸収層が薄くなっても、トータルとして十分低い反射率になることがある。

１・・・基板
２・・・多層反射層
３・・・導電膜
４・・・パターン領域
５・・・遮光枠領域
６・・・吸収層
７・・・パターン領域
８・・・遮光枠領域
９・・・入射光
１０・・・反射率低減領域
１１・・・レジストパターン

Claims (8)

1. 回路パターンに対応したパターンを有するパターン領域とその周囲に形成された遮光枠領域とからなるＥＵＶマスクであって、
   前記パターン領域は、前記パターンに対応させて多層反射層の反射率を低下させた反射率低減領域とその逆パターンである多層反射層の領域からなり、
   前記反射率低減領域と前記多層反射層の高さが同一であることを特徴とするＥＵＶマスク。
2. 回路パターンに対応したパターンを有するパターン領域とその周囲に形成された遮光枠領域とからなるＥＵＶマスクであって、
   前記パターン領域は、前記パターンに対応させて多層反射層の反射率を低下させた反射率低減領域とその逆パターンである多層反射層の領域からなり、前記反射率低減領域は、前記多層反射層を掘り下げた部位の深さと同等の厚さでＥＵＶ光の吸収層を形成した構成であることを特徴とするＥＵＶマスク。
3. 低熱膨張率基板に多層反射層を形成する工程と、
   前記多層反射層の表面にレジストパターンを形成する工程と、
   前記多層反射層を回路パターンに対応した部位のみを変質して反射率低減領域を形成する工程と、を備えてなることを特徴とするＥＵＶマスクの製造方法。
4. 前記変質の方法が、イオン注入であることを特徴とする請求項３に記載のＥＵＶマスクの製造方法。
5. 前記イオン注入に使用する元素が、窒素または酸素であることを特徴とする請求項４に記載のＥＵＶマスクの製造方法。
6. 前記変質の方法が、イオンビームミキシング法であることを特徴とする請求項３に記載のＥＵＶマスクの製造方法。
7. 前記変質の方法が、レーザービームの照射であることを特徴とする請求項３に記載のＥＵＶマスクの製造方法。
8. 低熱膨張率基板に多層反射層を形成する工程と、
   前記多層反射層の表面にレジストパターンを形成する工程と、
   前記多層反射層を回路パターンに対応した部位を掘り下げた後、その部位に、ＥＵＶ光を吸収する物質を、掘り下げた深さと同等の厚さで成膜する工程と、
   前記レジストパターンを剥離し洗浄する工程と、を備えてなることを特徴とするＥＵＶマスクの製造方法。