JP4273776B2 - 極限紫外線露光用マスク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセス中の、極限紫外線露光を用いたフォトリソグラフィ工程で使用される、極限紫外線露光用マスク、及びそのマスクを作製するためのブランク、並びにそのマスクを用いたパターン転写方法に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化技術は常に進歩しており、微細化のためのフォトリソグラフィ技術に使用される光の波長は次第に短くなってきている。光源としては、現状、これまで使用されて来たＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）に切り替わりつつあり、さらにその次にはＦ２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）の使用が提案され、開発が行われている。
【０００３】
しかしながら、Ｆ２エキシマレーザをもってしても、将来的な５０ｎｍ以下の線幅を有するデバイスを作製するためのリソグラフィ技術として適用するには、露光機やレジストの課題もあり、容易ではない。このため、エキシマレーザ光より波長が一桁以上短い（１０〜１５ｎｍ）極限紫外線（Extreme UV、以下ＥＵＶと略記)を用いた、ＥＵＶリソグラフィの研究開発が進められている。
【０００４】
ＥＵＶ露光では、上述のように波長が短いため、物質の屈折率がほとんど真空の値に近く、材料間の光吸収の差も小さい。このため、ＥＵＶ領域では従来の透過型の屈折光学系が組めず、反射光学系となり、従ってマスクも反射型マスクとなる。これまで開発されてきた一般的なＥＵＶマスクは、Ｓｉウェハーやガラス基板上に、例えばＭｏとＳｉからなる２層膜を４０層ほど積層した多層膜部分を高反射領域とし、その上に低反射領域（吸収領域）として金属性膜のパターンを形成した構造であった。高反射領域は、界面が急峻で、屈折率差が大きく、吸収がなるべく小さな２種類の膜を相互に積層し、隣接する２層から成る層対の厚さを露光波長の略２分の１として、２層膜を４０対程度成膜したものである。この結果、各層対からの僅かな反射成分が干渉して強め合い、直入射に近いＥＵＶ光に対して比較的高い反射率を得ることが可能となる。
【０００５】
【非特許文献１】
小川「ＥＵＶリソグラフィの反射型マスク用多層膜」（光技術コンタクト、 Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．５、２００１、日本オプトメカトロニクス協会）ｐ．２９２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＵＶマスクの高反射領域は、上記のように、多層膜を用いて形成されるが、原理的に反射光の薄膜干渉を用いるため、膜厚や膜質による影響を受けやすく、成膜バッチ間およびブランク面内のそれらのばらつきにより、反射率がブランク間、ブランク内で変動しやすい、という課題があった。
本発明では、ＥＵＶ露光による転写解像性を向上するために、従来よりも安定的に、均一性良く高反射率が得られるＥＵＶ露光用マスク、およびそれを作製するためのブランク並びにそのマスクを用いたパターン形成方法を提供する。
【０００７】
本発明は、基板と、前記基板上に形成された露光光の高反射領域となる多層膜と、前記多層膜上に形成された露光光の低反射領域となる吸収性薄膜パターンと、を少なくとも備え、前記多層膜は、ＭｏとＳｉの２種類の膜が積層された２層膜がＮ回積層され、前記２層膜の膜厚は、露光波長の２分の１であり、前記露光波長は、１３ｎｍであり、前記２層膜にあって、Ｓｉの膜厚ｄは、積層回数Ｎを用いて下記式より算出され、算出された計算値の５％を誤差範囲とする範囲にあることを特徴とする極限紫外線露光用マスクである。
ｄ（ｎｍ）＝２．７０＋０．０９５Ｎ−０．００１１Ｎ２
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１（ａ）は本発明のＥＵＶ露光用マスクの実施形態の例を断面で示した説明図であり、図１（ｂ）は、（ａ）の多層膜２の部分拡大図である。本発明のＥＵＶ露光用マスクは、基板上１に、露光光の高反射領域となる多層膜２が形成され、前記多層膜２上に低反射領域となる吸収性薄膜のパターン３が形成されたＥＵＶ露光用マスクを前提とする。そして前記高反射部となる多層膜２は、２種類の膜が相互に積層され、隣接する２層から成る層対の厚さＴが露光波長の略２分の１であり、さらに一方の膜の厚さｄが、前記多層膜２の反射率を最大ならしめる膜厚であることを特徴とする。
なお、ここで低反射領域となる吸収性薄膜のパターン３は２層以上の多層膜からなるパターンである場合もある。また、吸収性薄膜のパターン３の下には、パターニングや欠陥修正の際に、高反射部となる多層膜２を保護する緩衝膜が存在することもある。さらに高反射領域となる多層膜２は、その最上層のみが「Capping Layer」と呼ばれる厚めの膜である場合もあるが、いずれも本発明の主旨からは外れるので図１では省略する。
【００１３】
また、図１（ｃ）（ｄ）は本発明のＥＵＶ露光用マスクブランクの実施形態の例を断面で示した説明図である。図１（ｃ）のブランクの吸収性薄膜３’をパターニングすることにより図１（ａ）のマスクが得られる。図１（ｄ）は図１（ｃ）のブランクにおいて、吸収性薄膜３’を形成する前の形態である。
以下、図１（ａ）のＥＵＶ露光用マスクについて、代表して説明を行う。
【００１４】
すなわち、隣接する２層から成る層対の厚さＴを露光波長の略２分の１とすることで、各層対からの僅かな反射成分が干渉して強め合い、さらに膜の厚さｄを調整することにより、反射率を安定的に均一性良く高めることができる。
【００１５】
また、多層膜２を形成する２種類の膜を、ＭｏとＳｉとする。これによって、界面が急峻で、屈折率差が大きく、吸収がなるべく小さな２層膜とし、反射率を高めることができる。
【００１６】
さらに、多層膜を形成するＭｏとＳｉからなる２層膜の積層数をＮとするとき、Ｓｉの膜厚ｄが略次式に等しいこととする。
ｄ（Å）＝２７．０＋０．９５Ｎ−０．０１１Ｎ2・・・・（１）
このような膜厚にすることにより、反射率が最大となることを以下に述べる。
【００１７】
図２はＭｏ／Ｓｉ多層膜の反射率を示したグラフである。横軸はＳｉ膜厚（Å）、縦軸は反射率（％）を表す。ＭｏとＳｉの２層膜を５０層積層した多層膜（Ｎ＝５０）の反射率を、Ｓｉの膜厚に対して計算した。図から解るように、Ｓｉ厚約４８Åで反射率が最大になる。すなわち、４８Å付近ではＳｉ膜厚の変化に対する反射率の変化が０に近くなり、Ｓｉ膜厚変動に対して、安定的に均一性の良い高反射率が得られる。
【００１８】
尚前提として、露光波長λ＝１３（ｎｍ）、２層膜の１層あたりの合計膜厚＝λ／２＝６５（Å）、波長１３ｎｍにおけるｎ，ｋは表１の通りとした。
【００１９】
【表１】
【００２０】
同様にＮ＝１、１０、２０、３０、４０層の場合について、反射率が最大になるときのＳｉ膜厚ｄを求める。図３は、２層膜の層数と、この反射率が最大になるときのＳｉ膜厚との関係を表したグラフである。横軸は積層数Ｎ、縦軸はＳｉ膜厚ｄ（Å）を表す。図の曲線は、ほぼｄ（Å）＝２７．０＋０．９５Ｎ−０．０１１Ｎ2で近似できる。以上により、Ｓｉの膜厚ｄを略（１）と等しくすることにより、反射率が安定的に均一性良く高められたＥＵＶ露光用マスクとなる。
なお、反射率が最大値より３％程度少なくても作用効果に大差はなく、膜厚は計算値に対し５％程度の増減は許される。
【００２１】
本発明のＥＵＶマスクは、従来どおりのマスク作製プロセスに準拠して作製できる。すなわち、Ｓｉウェハーやガラス基板上に、例えばＭｏとＳｉからなる多層膜を、通常のマグネトロンスパッタリング法やイオンビームスパッタリング法などにより、所望の層数の膜を積層して高反射領域とする。その上に低反射（吸収）領域として、通常のマグネトロンスパッタリング法などにより薄膜を作製し、本発明のＥＵＶハーフトーンマスク用ブランクが完成する。以下、通常のマスク作製プロセスに従って、薄膜のパターニングを行い、本発明のＥＵＶハーフトーンマスクを作製する。すなわち、前記ブランク上に電子線レジストを塗布し、ベーキングを行った後、通常の電子線描画を行い、現像してレジストパターンを形成する。その後、このレジストパターンをマスクにして、低反射用２層膜のドライエッチングを行った後、レジストを剥離して、本発明のハーフトーンマスクが完成する。
【００２２】
このように作製したＥＵＶ露光用ハーフトーンマスクは反射率が従来のマスクより安定的に均一性良く高められ、ＥＵＶ露光における転写精度の向上に有効である。
【００２３】
本発明によるフォトマスクを用いたパターン転写方法は、例えば、先ず被加工層を表面に形成した基板上にフォトレジスト層を設けたのち、本発明によるフォトマスクを介して反射した極限紫外線を選択的に照射する。
【００２４】
次いで、現像工程において不必要な部分のフォトレジスト層を除去し、基板上にエッチングレジスト層のパターンを形成させたのち、このエッチングレジスト層のパターンをマスクとして被加工層をエッチング処理し、次いで、エッチングレジスト層のパターンを除去することにより、フォトマスクパターンに忠実なパターンを基板上に転写する方法である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明では、以上のような構成、作用をもつから、従来よりもブランク間、ブランク内の膜厚変化による反射率の変動が起きにくく、安定的に均一性のよい高反射率を有し、したがってＥＵＶ露光による転写解像性を向上したＥＵＶ露光用マスク、およびそれを作製するためのブランク並びにそのマスクを用いたパターン形成方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明のＥＵＶ露光用マスクの実施形態の例を断面で示した説明図である。
（ｂ）は、（ａ）の多層膜２の部分拡大図である。
（ｃ）、（ｄ）は、本発明のＥＵＶ露光用マスクブランクの実施形態の例を断面で示した説明図である。
【図２】Ｍｏ／Ｓｉ多層膜の反射率を示したグラフである。
【図３】２層膜の層数と、この反射率が最大になるときのＳｉ膜厚との関係を表したグラフである。
【符号の説明】
１…基板
２…高反射多層膜
３…低反射薄膜パターン
３’…低反射薄膜（吸収性薄膜）
Ｔ…隣接する２層から成る層対の厚さ
ｄ…多層膜の一方の膜の厚さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセス中の、極限紫外線露光を用いたフォトリソグラフィ工程で使用される、極限紫外線露光用マスク、及びそのマスクを作製するためのブランク、並びにそのマスクを用いたパターン転写方法に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
半導体集積回路の微細化技術は常に進歩しており、微細化のためのフォトリソグラフィ技術に使用される光の波長は次第に短くなってきている。光源としては、現状、これまで使用されて来たＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）に切り替わりつつあり、さらにその次にはＦ２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）の使用が提案され、開発が行われている。
【０００３】
しかしながら、Ｆ２エキシマレーザをもってしても、将来的な５０ｎｍ以下の線幅を有するデバイスを作製するためのリソグラフィ技術として適用するには、露光機やレジストの課題もあり、容易ではない。このため、エキシマレーザ光より波長が一桁以上短い（１０〜１５ｎｍ）極限紫外線（Extreme UV、以下ＥＵＶと略記)を用いた、ＥＵＶリソグラフィの研究開発が進められている。
【０００４】
ＥＵＶ露光では、上述のように波長が短いため、物質の屈折率がほとんど真空の値に近く、材料間の光吸収の差も小さい。このため、ＥＵＶ領域では従来の透過型の屈折光学系が組めず、反射光学系となり、従ってマスクも反射型マスクとなる。これまで開発されてきた一般的なＥＵＶマスクは、Ｓｉウェハーやガラス基板上に、例えばＭｏとＳｉからなる２層膜を４０層ほど積層した多層膜部分を高反射領域とし、その上に低反射領域（吸収領域）として金属性膜のパターンを形成した構造であった。高反射領域は、界面が急峻で、屈折率差が大きく、吸収がなるべく小さな２種類の膜を相互に積層し、隣接する２層から成る層対の厚さを露光波長の略２分の１として、２層膜を４０対程度成膜したものである。この結果、各層対からの僅かな反射成分が干渉して強め合い、直入射に近いＥＵＶ光に対して比較的高い反射率を得ることが可能となる。
【０００５】
【非特許文献１】
小川「ＥＵＶリソグラフィの反射型マスク用多層膜」（光技術コンタクト、 Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．５、２００１、日本オプトメカトロニクス協会）ｐ．２９２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＵＶマスクの高反射領域は、上記のように、多層膜を用いて形成されるが、原理的に反射光の薄膜干渉を用いるため、膜厚や膜質による影響を受けやすく、成膜バッチ間およびブランク面内のそれらのばらつきにより、反射率がブランク間、ブランク内で変動しやすい、という課題があった。
本発明では、ＥＵＶ露光による転写解像性を向上するために、従来よりも安定的に、均一性良く高反射率が得られるＥＵＶ露光用マスク、およびそれを作製するためのブランク並びにそのマスクを用いたパターン形成方法を提供する。
【０００７】
本発明は、基板と、前記基板上に形成された露光光の高反射領域となる多層膜と、前記多層膜上に形成された露光光の低反射領域となる吸収性薄膜パターンと、を少なくとも備え、前記多層膜は、ＭｏとＳｉの２種類の膜が積層された２層膜がＮ回積層され、前記２層膜の膜厚は、露光波長の２分の１であり、前記露光波長は、１３ｎｍであり、前記２層膜にあって、Ｓｉの膜厚ｄは、積層回数Ｎを用いて下記式より算出され、算出された計算値の５％を誤差範囲とする範囲にあることを特徴とする極限紫外線露光用マスクである。
ｄ（ｎｍ）＝２．７０＋０．０９５Ｎ−０．００１１Ｎ２
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１（ａ）は本発明のＥＵＶ露光用マスクの実施形態の例を断面で示した説明図であり、図１（ｂ）は、（ａ）の多層膜２の部分拡大図である。本発明のＥＵＶ露光用マスクは、基板上１に、露光光の高反射領域となる多層膜２が形成され、前記多層膜２上に低反射領域となる吸収性薄膜のパターン３が形成されたＥＵＶ露光用マスクを前提とする。そして前記高反射部となる多層膜２は、２種類の膜が相互に積層され、隣接する２層から成る層対の厚さＴが露光波長の略２分の１であり、さらに一方の膜の厚さｄが、前記多層膜２の反射率を最大ならしめる膜厚であることを特徴とする。
なお、ここで低反射領域となる吸収性薄膜のパターン３は２層以上の多層膜からなるパターンである場合もある。また、吸収性薄膜のパターン３の下には、パターニングや欠陥修正の際に、高反射部となる多層膜２を保護する緩衝膜が存在することもある。さらに高反射領域となる多層膜２は、その最上層のみが「Capping Layer」と呼ばれる厚めの膜である場合もあるが、いずれも本発明の主旨からは外れるので図１では省略する。
【００１３】
また、図１（ｃ）（ｄ）は本発明のＥＵＶ露光用マスクブランクの実施形態の例を断面で示した説明図である。図１（ｃ）のブランクの吸収性薄膜３’をパターニングすることにより図１（ａ）のマスクが得られる。図１（ｄ）は図１（ｃ）のブランクにおいて、吸収性薄膜３’を形成する前の形態である。
以下、図１（ａ）のＥＵＶ露光用マスクについて、代表して説明を行う。
【００１４】
すなわち、隣接する２層から成る層対の厚さＴを露光波長の略２分の１とすることで、各層対からの僅かな反射成分が干渉して強め合い、さらに膜の厚さｄを調整することにより、反射率を安定的に均一性良く高めることができる。
【００１５】
また、多層膜２を形成する２種類の膜を、ＭｏとＳｉとする。これによって、界面が急峻で、屈折率差が大きく、吸収がなるべく小さな２層膜とし、反射率を高めることができる。
【００１６】
さらに、多層膜を形成するＭｏとＳｉからなる２層膜の積層数をＮとするとき、Ｓｉの膜厚ｄが略次式に等しいこととする。
ｄ（Å）＝２７．０＋０．９５Ｎ−０．０１１Ｎ2・・・・（１）
このような膜厚にすることにより、反射率が最大となることを以下に述べる。
【００１７】
図２はＭｏ／Ｓｉ多層膜の反射率を示したグラフである。横軸はＳｉ膜厚（Å）、縦軸は反射率（％）を表す。ＭｏとＳｉの２層膜を５０層積層した多層膜（Ｎ＝５０）の反射率を、Ｓｉの膜厚に対して計算した。図から解るように、Ｓｉ厚約４８Åで反射率が最大になる。すなわち、４８Å付近ではＳｉ膜厚の変化に対する反射率の変化が０に近くなり、Ｓｉ膜厚変動に対して、安定的に均一性の良い高反射率が得られる。
【００１８】
尚前提として、露光波長λ＝１３（ｎｍ）、２層膜の１層あたりの合計膜厚＝λ／２＝６５（Å）、波長１３ｎｍにおけるｎ，ｋは表１の通りとした。
【００１９】
【表１】
同様にＮ＝１、１０、２０、３０、４０層の場合について、反射率が最大になるときのＳｉ膜厚ｄを求める。図３は、２層膜の層数と、この反射率が最大になるときのＳｉ膜厚との関係を表したグラフである。横軸は積層数Ｎ、縦軸はＳｉ膜厚ｄ（Å）を表す。図の曲線は、ほぼｄ（Å）＝２７．０＋０．９５Ｎ−０．０１１Ｎ2で近似できる。以上により、Ｓｉの膜厚ｄを略（１）と等しくすることにより、反射率が安定的に均一性良く高められたＥＵＶ露光用マスクとなる。
なお、反射率が最大値より３％程度少なくても作用効果に大差はなく、膜厚は計算値に対し５％程度の増減は許される。
【００２１】
本発明のＥＵＶマスクは、従来どおりのマスク作製プロセスに準拠して作製できる。すなわち、Ｓｉウェハーやガラス基板上に、例えばＭｏとＳｉからなる多層膜を、通常のマグネトロンスパッタリング法やイオンビームスパッタリング法などにより、所望の層数の膜を積層して高反射領域とする。その上に低反射（吸収）領域として、通常のマグネトロンスパッタリング法などにより薄膜を作製し、本発明のＥＵＶハーフトーンマスク用ブランクが完成する。以下、通常のマスク作製プロセスに従って、薄膜のパターニングを行い、本発明のＥＵＶハーフトーンマスクを作製する。すなわち、前記ブランク上に電子線レジストを塗布し、ベーキングを行った後、通常の電子線描画を行い、現像してレジストパターンを形成する。その後、このレジストパターンをマスクにして、低反射用２層膜のドライエッチングを行った後、レジストを剥離して、本発明のハーフトーンマスクが完成する。
【００２２】
このように作製したＥＵＶ露光用ハーフトーンマスクは反射率が従来のマスクより安定的に均一性良く高められ、ＥＵＶ露光における転写精度の向上に有効である。
【００２３】
本発明によるフォトマスクを用いたパターン転写方法は、例えば、先ず被加工層を表面に形成した基板上にフォトレジスト層を設けたのち、本発明によるフォトマスクを介して反射した極限紫外線を選択的に照射する。
【００２４】
次いで、現像工程において不必要な部分のフォトレジスト層を除去し、基板上にエッチングレジスト層のパターンを形成させたのち、このエッチングレジスト層のパターンをマスクとして被加工層をエッチング処理し、次いで、エッチングレジスト層のパターンを除去することにより、フォトマスクパターンに忠実なパターンを基板上に転写する方法である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明では、以上のような構成、作用をもつから、従来よりもブランク間、ブランク内の膜厚変化による反射率の変動が起きにくく、安定的に均一性のよい高反射率を有し、したがってＥＵＶ露光による転写解像性を向上したＥＵＶ露光用マスク、およびそれを作製するためのブランク並びにそのマスクを用いたパターン形成方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明のＥＵＶ露光用マスクの実施形態の例を断面で示した説明図である。
（ｂ）は、（ａ）の多層膜２の部分拡大図である。
（ｃ）、（ｄ）は、本発明のＥＵＶ露光用マスクブランクの実施形態の例を断面で示した説明図である。
【図２】Ｍｏ／Ｓｉ多層膜の反射率を示したグラフである。
【図３】２層膜の層数と、この反射率が最大になるときのＳｉ膜厚との関係を表したグラフである。
【符号の説明】
１…基板
２…高反射多層膜
３…低反射薄膜パターン
３’…低反射薄膜（吸収性薄膜）
Ｔ…隣接する２層から成る層対の厚さ
ｄ…多層膜の一方の膜の厚さ
Claims (1)
- 基板と、
前記基板上に形成された露光光の高反射領域となる多層膜と、
前記多層膜上に形成された露光光の低反射領域となる吸収性薄膜パターンと、を少なくとも備え、
前記多層膜は、
ＭｏとＳｉの２種類の膜が積層された２層膜がＮ回積層され、
前記２層膜の膜厚は、露光波長の２分の１であり、
前記露光波長は、１３ｎｍであり、
前記２層膜にあって、Ｓｉの膜厚ｄは、積層回数Ｎを用いて下記式より算出され、算出された計算値の５％を誤差範囲とする範囲にあること
を特徴とする極限紫外線露光用マスク。
ｄ（ｎｍ）＝２．７０＋０．０９５Ｎ−０．００１１Ｎ２
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003019905A JP4273776B2 (ja) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | 極限紫外線露光用マスク |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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- 2003-01-29 JP JP2003019905A patent/JP4273776B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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