JP2015177072A

JP2015177072A - フォトマスクの製造方法およびフォトマスク

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Publication number: JP2015177072A
Application number: JP2014052793A
Authority: JP
Inventors: 康介高居; Kosuke Takai
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-10-05
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: US9846357B2; JP6316036B2; US20150261081A1

Abstract

【課題】製造歩留まりを向上させる。
【解決手段】実施形態のフォトマスクの製造方法は、多層膜上に設けられたマスクパターンによって、前記多層膜をパターニングするフォトマスクの製造方法である。実施形態のフォトマスクの製造方法は、基板上に設けられた前記多層膜が設けられた基板を準備する工程と、前記多層膜がパターニングされる前後において前記マスクパターンの位置がずれる場合に、前記多層膜がパターニングされる前後の位置変動量を求める工程と、前記多層膜をパターニングし前記多層膜のパターンを目標とする位置に形成する場合に、前記目標とする位置から前記位置変動量分ずれた位置に前記マスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンによって前記多層膜をパターニングする工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、フォトマスクの製造方法およびフォトマスクに関する。

光波長が数１０ｎｍのＥＵＶ光（極端紫外線光）を用いてフォトリソグラフィを行う際には、一般的に、金属とシリコンとの多層膜を含む反射層と、その上に形成された金属を含む光吸収体と、を備えたフォトマスク（反射型フォトマスク）が用いられる。

特開２００８−２０５２９１号公報

本発明が解決しようとする課題は、高い製造歩留まりをもってフォトリソグラフィを実行できるフォトマスクの形成方法およびフォトマスクを提供することである。

実施形態のフォトマスクの製造方法は、多層膜上に設けられたマスクパターンによって、前記多層膜をパターニングするフォトマスクの製造方法である。実施形態のフォトマスクの製造方法は、基板上に設けられた前記多層膜が設けられた基板を準備する工程と、前記多層膜がパターニングされる前後において前記マスクパターンの位置がずれる場合に、前記多層膜がパターニングされる前後の位置変動量を求める工程と、前記多層膜をパターニングし前記多層膜のパターンを目標とする位置に形成する場合に、前記目標とする位置から前記位置変動量分ずれた位置に前記マスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンによって前記多層膜をパターニングする工程と、を備える。

図１は、本実施形態に係るフォトマスクの製造方法のフローチャート図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本実施形態に係るフォトマスクを表す模式的断面図である。図３（ａ）は、フォトマスク内に内部応力が生じている状態を表す模式的断面図であり、図３（ｂ）は、フォトマスク内に生じた内部応力が解放される状態を表す模式的断面図である。図４（ａ）は、パターンの位置のずれを表す模式的平面図であり、図４（ｂ）は、本実施形態に係るパターンの位置のずれ補正を表す模式的平面図である。図５（ａ）は、本実施形態に係るフォトマスクを加工する前の状態を表す模式的断面図であり、図５（ｂ）は、フォトマスクをパターニングするマスクパターンを表す模式的平面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）は、本実施形態に係るフォトマスクをパターニングする様子を表す模式的断面図である。

本実施形態では、フォトマスクに含まれる多層膜をマスクパターンによってパターニングするフォトマスクの製造方法が提供される。また、この製造方法によって製造されたフォトマスクが提供される。ここで、多層膜は、基板（母材）上に設けられている。加工前の多層膜と基板とをあわせてマスクブランクと呼ぶ。

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

図１は、本実施形態に係るフォトマスクの製造方法のフローチャート図である。

本実施形態では、多層膜の加工を行って光反射型のフォトマスクをリソグラフィ技術によって作成する場合に、多層膜の加工に伴う多層膜の応力解放による変位を求め、パターン描画時には、その変位を打ち消すようにマスクパターンを形成する。

まず、主面に多層膜が設けられた基板が準備される（ステップＳ１０）。
次に、多層膜がパターニングされる前後においてマスクパターンの位置がずれる場合に、多層膜がパターニングされる前後のマスクパターンの位置変動量が求められる（ステップＳ２０）。

ここで、位置変動量とは、例えば、多層膜およびマスクパターンを上面視したときのマスクパターンのずれ（距離）で定義される。位置変動がおきる理由は、多層膜をパターニングする際に生じる多層膜の応力解放が起因する。

次に、多層膜をパターニングして多層膜のパターンを目標とする位置に形成する。この場合、多層膜のパターンが目標とする位置からずれる場合がある。このずれを想定し、上記位置変動量分ずれた位置にマスクパターンを形成する（ステップＳ３０）。

次に、マスクパターンによって、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によって多層膜がパターニングされる（ステップＳ４０）。

図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本実施形態に係るフォトマスクを表す模式的断面図である。

図２（ａ）〜図２（ｃ）には、波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を用いたリソグラフィを行う際に使用されるフォトマスク１が表されている。フォトマスク１は、反射型マスクである。

図２（ａ）に表すように、フォトマスク１においては、基板１０上に、多層膜２０が設けられ、多層膜２０上に、光吸収体層３０が設けられている。多層膜２０は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）膜とシリコン（Ｓｉ）膜とが交互に配列された膜である。光吸収体層３０は、例えば、タンタル（Ｔａ）等を含む層である。

多層膜２０は、例えば、光を反射する膜であり、光吸収体層３０は、光を吸収する層である。多層膜２０の厚さは、例えば、２８０ｎｍ〜３００ｎｍである。光吸収体層３０の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜７０ｎｍである。

反射型マスクを用いたリソグラフィプロセスでは、反射型マスクに露光光を入射し、反射型マスクによって反射された露光光を半導体ウェーハ（半導体基板）に照射して回路パターンを形成する。反射型マスクから反射露光光が良好な光コントラストを持つためには、光吸収体層３０が一定以上の厚さを持つことが必要になる。

また、反射型マスクに入射される光は、反射型マスクの法線方向から所定の角度だけ傾いている（例えば、６度）。このため、半導体ウェーハに転写されるパターンにおいては、反射型マスクのパターン厚さに依存した射影効果（シャドウイングエフェクト）が生じる場合がある。

この射影効果によって、斜入射光に対して垂直方向のラインパターンを半導体ウェーハに転写した場合と、斜入射光に対して水平方向のラインパターンを半導体ウェーハに転写した場合と、ではリソグラフィ結果に差異が生じる。特に、水平方向のラインパターンを半導体ウェーハに転写する場合には、ラインパターンの寸法変動量が半導体ウェーハに設けるパターンにも反映される。このため、ウェーハプロセスのマージンが低下する。

射影効果を低減する手法として、図２（ｂ）に表すフォトマスク２のように、光吸収体層３０を取り除き、多層膜２０そのものをラインパターンとする手法がある。すなわち、半導体ウェーハに転写する回路パターンを、多層膜２０に直接パターニングする方法である。

また、射影効果を低減する別の手法として、光吸収体層３０の厚さを極力薄膜化する手法がある。しかし、反射型マスクの遮光性能が不完全になり、半導体ウェーハ上のショット間の重なり部分で漏れ光の影響が大きくなってしまう。このため、１ショット内で周辺部のみが実効的に露光光量が大きくなる現象が起きる。

これを回避するため、図２（ｃ）に表すフォトマスク３のように、反射型マスクの露光領域３ｒの周辺に遮光枠３ｆと呼ばれる溝を形成する方法がある。例えば、光吸収体層３０の一部と、この一部の下の多層膜２０を除去して溝（遮光枠）を形成する方法である。遮光枠３ｆでは、反射率が０．１%以下になり、ショット間の重なり部分での漏れ光の影響を回避できる。

以上の射影効果の影響、漏れ光の影響を回避したとしても、反射型マスクにおいては、内部応力が発生する。
図３（ａ）は、フォトマスク内に内部応力が生じている状態を表す模式的断面図であり、図３（ｂ）は、フォトマスク内に生じた内部応力が解放される状態を表す模式的断面図である。

図３（ａ）には、フォトマスクとして加工される前の状態が表されている。例えば、基板１０上に、加工前の多層膜２０が設けられ、多層膜２０上に加工前の光吸収体層３０が設けられている。図３（ａ）には、光吸収体層３０上に、光吸収体層３０および多層膜２０をパターニングするためのマスクパターン４０が表示されている。このマスクパターン４０は、例えば、ＥＢ（Eleectron Beam）露光によって描画される。

多層膜２０は、材質の異なる膜（例えば、モリブデン膜、シリコン膜）の積層膜であり、大きい内部応力を有している。つまり、加工前では、基板１０のほか、多層膜２０および光吸収体層３０が歪むことになる。図中では、一例として、光吸収体層３０もしくは多層膜２０が中央から端に向かって引っ張られている様子を矢印で表している。

このため、図３（ｂ）に表すように、部分的に多層膜２０もしくは光吸収体層３０を除去すると、図中の矢印のごとく、除去後において多層膜２０内もしくは光吸収体層３０内で応力解放が起こる。これにより、加工後のパターン位置が目標とするパターン位置からずれる場合がある。

図４（ａ）は、パターンの位置のずれを表す模式的平面図であり、図４（ｂ）は、本実施形態に係るパターンの位置のずれ補正を表す模式的平面図である。

図４（ａ）には、上述した応力解放が起きつつ、マスクパターン４０によって、光吸収体層３０もしくは多層膜２０をＲＩＥ加工する様子が表されている。

例えば、フォトマスクに形成するパターンの位置を、目標位置ｓとする。図４（ａ）のように、目標位置ｓにマスクパターン４０を形成すると、ＲＩＥ加工中に上記応力解放が起きてマスクパターン４０が位置ａにずれてしまう。つまり、パターニングされた光吸収体層３０もしくは多層膜２０は、目標位置ｓには形成されないことになる。

本実施形態では、このずれを補正するために、図４（ｂ）に表すように、マスクパターン４０がずれる方向（第１の方向）のずれが打ち消される方向に、マスクパターン４０をずらして、光吸収体層３０上もしくは多層膜２０上にマスクパターン４０を形成する。このようにすれば、ＲＩＥ加工中に上記応力解放が起きたとしても、マスクパターン４０は、意図的にずらした位置から目標位置ｓに戻ることになり、パターニングされた光吸収体層３０もしくは多層膜２０が目標位置ｓに形成されることになる。

本実施形態では、位置変動量によってマスクパターン４０が第１の方向にずれる場合に、マスクパターン４０の描画時において、第１の方向のずれが打ち消される方向にマスクパターンをずらして、マスクパターン４０を光吸収体層３０上もしくは多層膜２０上に形成する。すなわち、マスクパターン４０の位置変動量を描画装置によって補正する。

あるいは、マスクパターン４０のデータ作成時において、第１の方向のずれが打ち消される方向にマスクパターン４０をずらしてマスクパターン４０のデータを作成し、マスクパターン４０のデータに基づいてマスクパターン４０を光吸収体層３０上もしくは多層膜２０上に形成してもよい。すなわち、マスクパターン４０の位置変動量をＣＡＤ（Computer Assisted Drafting(Drawing)）上のデータによって補正してもよい。

基板１０および多層膜２０の少なくともいずれかの応力もしくは応力分布は、直接的または間接的に計測される。また、位置変動量は、計測された計測結果と、半導体ウェーハ上に形成するパターンレイアウトと、からを求める。

ここで、直接的な計測とは、例えば、基板１０および多層膜２０の複数の位置のそれぞれの位置のずれを計測することにより、基板１０および多層膜２０の応力もしくは応力分布を計測する方法である。直接的な計測を行った場合、計測に使用したマスクと同じまたは類似したレイアウトを持つ次のマスク作製時に補正が適用される。

また、間接的な計測とは、基板１０上に多層膜２０が形成されたことによって生じる基板１０の歪みを計測し、この歪みの計測結果から基板１０および多層膜２０の応力もしくは応力分布を間接的に計測する方法である。間接的な計測を行った場合、計測に使用したマスクにパターン描画を行う際に補正することと、該マスクと同じまたは類似したレイアウトを持つ次のマスク作製時に補正を適用することが可能である。

具体的なフォトマスクの製造方法について説明する。ここでは、上述したフォトマスク２の製造方法について説明する。

図５（ａ）は、本実施形態に係るフォトマスクを加工する前の状態を表す模式的断面図であり、図５（ｂ）は、フォトマスクをパターニングするマスクパターンを表す模式的平面図である。

例えば、熱膨張係数が極めて小さいガラス板を基板１０とし、図５（ａ）に表すように、基板１０上に多数の被膜が積層されたマスクブランク６０を準備する。例えば、基板１０上には、多層膜２０が形成されている。多層膜２０では、Ｍｏ膜／Ｓｉ膜の積層膜がおよび４０組積み重ねられている。多層膜２０は、スパッタリング法により形成される。また、多層膜２０の最表面は、Ｓｉ膜が露出している。

また、多層膜２０上には、キャッピング層２５ａと、さらにその上に、層２５ｂが形成されている。キャッピング層２５ａは、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）を含む。層２５ｂは、窒化タンタル（ＴａＮ）と酸化タンタル（ＴａＯ）とを含む。また、マスクブランク６０が静電チャックで保持、固定できるように、その裏面には、窒化クロム（ＣｒＮ）を含む導電膜５０が形成されている。

次に、マスクブランク６０上にマスクパターン４０を形成する前に、予めマスクパターン４０の位置変動量が見積もられる。

例えば、図５（ｂ）に表すように、データ上のマスクパターン４０ａをＸ方向、Ｙ方向を複数の矩形領域４０ｒによって区切る。矩形領域４０ｒのサイズは、例えば、２５０μｍ角である。続いて、複数の矩形領域４０ｒのそれぞれについての開口率を計算する。ここで、開口率とは、矩形領域４０ｒの平面面積をＡとし、矩形領域４０ｒにおいてマスクパターン４０ａから開口されたマスクブランク６０の露出面積をＢとしたとき、（Ｂ／Ａ）×１００％で表される。

本実施形態では、隣接もしくは近接する矩形領域４０ｒの開口率を比較し、その差異に依存した位置変動量を見積もる。開口率の差異に応じた位置変動量は、多層膜２０の内部応力値を係数にもつ値で示される。

位置変動量は、定性的に以下の数式（１）で示される。
ΔＰ（ｘ，ｙ）＝ｋ・Ｆ（ｘ，ｙ）×Ｃ（ｘ，ｙ）・・・（１）
ここで、ΔＰは、マスクパターン４０ａの位置変動量ベクトル、Ｆは、基板１０の内部応力ベクトルである。Ｃは、マスクパターン４０ａの開口率に関連し、点（ｘ，ｙ）を中心として、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対するマスクパターン４０ａの開口率を示すベクトル値である。

例えば、Ｘ軸方向において、そのプラス側で開口率が高いマスクパターン４０ａがあり、そのマイナス側で開口率が低いマスクパターン４０ａがある場合では、ベクトルＣは、正の値となり、両者の開口率差が大きいほど、その値も大きくなる。なお、ｋは、任意の係数である。

次に、具体的に、マスクブランク６０から所望のパターンを有する反射型マスクを作製する。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、本実施形態に係るフォトマスクをパターニングする様子を表す模式的断面図である。

マスクブランク６０に、ポジ型の化学増幅レジスト４１を塗布し、ＥＢ（電子ビーム）によって、化学増幅レジスト４１に対し、マスクパターン４０を描画する。この際、マスクパターン４０の位置は、位置変動量を鑑み、それを打ち消す方向に予めずらして描画される。この後、レジスト４１に対して、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）、現像が行われ、マスクブランク６０上にマスクパターン４０を残存させる。

次に、図６（ｂ）に表すように、ＲＩＥにより、マスクパターン４０から露出されたマスクブランク６０をエッチングする。ここでは、多層膜２０までＲＩＥ加工を施す。ＲＩＥ加工後、マスクパターン４０、層２５ｂは除去される。このようにして、目標とする位置に多層膜２０による回路パターンが形成されたフォトマスクが形成される。

図６（ｂ）中には、マスクパターン４０のもとの位置が示されている。マスクパターン４０の少なくとも一部には、その描画した位置が多層膜２０による回路パターン（実パターン）の位置とずれているものがある。これは、そのマスクパターン４０において、位置変動量を打ち消す方向にずらして、マスクパターン４０を描画した結果である。

このようにして形成されたフォトマスクを用い、ＥＵＶリソグラフィプロセスを行えば、下地層とのオーバーレイが改善し、ウェーハプロセスでの製造歩留りが向上する。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、２、３フォトマスク３ｆ遮光枠３ｒ露光領域１０基板２０多層膜３０光吸収体層４０、４０ａマスクパターン４０ｒ矩形領域４１レジスト５０導電膜６０マスクブランク

Claims

多層膜上に設けられたマスクパターンによって、前記多層膜をパターニングするフォトマスクの製造方法であって、
基板上に設けられた前記多層膜が設けられた基板を準備する工程と、
前記多層膜がパターニングされる前後において前記マスクパターンの位置がずれる場合に、前記多層膜がパターニングされる前後の位置変動量を求める工程と、
前記多層膜をパターニングし前記多層膜のパターンを目標とする位置に形成する場合に、前記目標とする位置から前記位置変動量分ずれた位置に前記マスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンによって前記多層膜をパターニングする工程と、
を備えたフォトマスクの製造方法。
前記マスクパターンを形成する工程では、
前記位置変動量によって前記マスクパターンが第１の方向にずれる場合に、
前記マスクパターンの描画時において、前記第１の方向のずれが打ち消される方向に前記マスクパターンを形成する請求項１に記載のフォトマスクの製造方法。
前記マスクパターンを形成する工程では、
前記位置変動量によって前記マスクパターンが第１の方向にずれる場合に、
前記マスクパターンのデータ作成時において、前記第１の方向のずれが打ち消される方向に前記マスクパターンの前記データを作成し、前記マスクパターンの前記データに基づいて前記マスクパターンを形成する請求項１に記載のフォトマスクの製造方法。
前記位置変動量を求める工程では、
前記基板および前記多層膜の少なくともいずれかの応力もしくは応力分布を直接的または間接的に計測し、
計測結果と、半導体基板上に形成するパターンレイアウトと、から前記位置変動量を求める請求項１〜３のいずれか１つに記載のフォトマスクの製造方法。
前記基板および前記多層膜の複数の位置のそれぞれの位置のずれを計測することにより、前記基板および前記多層膜の前記応力もしくは前記応力分布を計測する請求項４に記載のフォトマスクの製造方法。
前記基板上に前記多層膜が形成されたことによって生じる前記基板の歪みを計測し、前記歪みの計測結果から前記基板および前記多層膜の前記応力もしくは前記応力分布を計測する請求項４に記載のフォトマスクの製造方法。
前記位置変動量は、前記多層膜をパターニングする際に生じる前記多層膜の応力解放によって起因する請求項１〜４のいずれか１つに記載のフォトマスクの製造方法。
前記多層膜上に光吸収体層を形成し、
前記パターニングする工程では、前記光吸収体層の一部と前記光吸収体層の前記一部の下の前記多層膜を除去し、前記光吸収体層の前記一部と、前記一部の下の前記多層膜が除去された遮光枠を形成する請求項１〜７のいずれか１つに記載のフォトマスクの製造方法。
前記パターニングする工程では、前記多層膜に回路パターンをパターニングする請求項１〜８のいずれか１つに記載のフォトマスクの製造方法。
請求項１〜９のいずれか１つのフォトマスクの製造方法によって製造されたフォトマスク。