JP4300930B2 - 極限紫外線露光用マスク及びブランク並びにパターン転写方法 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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、図３に示すように、Ｓｉウェハーやガラス基板１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２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３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種類の膜を交互に積層し、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。

以下に文献公知発明について記載する。
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 特願２００２−３７６７１３号公報

ＥＵＶ露光は波長が短いうえに、目標とする線幅が小さいので、問題となる欠陥サイズも小さくなり、マスク上の大きさで、６５ｎｍノードデバイスで５０ｎｍ、４５ｎｍノードでは３５ｎｍ以上のサイズの欠陥が問題になると言われている。
ここで、上記のようなＥＵＶマスクのＭｏとＳｉからなる２層膜の成膜は通常スパッタリング法が用いられるが、特にＳｉのスパッタリングにおいては、Ｓｉの導電性が低いために、パーティクルなどの膜欠陥が発生しやすいという問題点が知られている。
本発明では、ＥＵＶ露光による転写解像性を向上するために、ＥＵＶマスクの反射領域に用いる多層膜において、パーティクルなどの膜欠陥の発生しにくいＥＵＶ露光用マスク、およびそれを作製するためのＥＵＶ露光用マスクブランク、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。

本発明の請求項１に係る発明は、基板上に、露光光の高反射領域となる多層膜が形成され、前記多層膜上に低反射領域となる薄膜のパターンが形成された極限紫外線露光用マスクにおいて、前記高反射部となる多層膜は、２種類の膜が交互に積層され、一方が金属を主成分とする膜であり、他方が金属とＳｉを主成分とする膜であり、前記金属とＳｉを主成分とする膜の露光波長に対する消衰係数は、０．００１８１より大きく２．０×１０ ^−３ より小さいことことを特徴とする極限紫外線露光用マスクである。

本発明の請求項２に係る発明は、前記金属とＳｉを主成分とする膜にあって、金属は、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂからなる群から選ばれた１種以上の金属であることを特徴とする請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクである。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１〜２いずれか１項に記載の極限紫外線露光用マスクを、前記低反射領域となる吸収性薄膜のパターニングにより作製するための、基板上に、露光光の高反射領域となる前記多層膜が形成され、前記多層膜上の全面に低反射領域となる前記吸収性薄膜が形成された極限紫外線露光用マスクブランクである。

本発明の請求項４に係る発明は請求項１〜３いずれか１項に記載の極限紫外線露光用マスクを露光装置に設置し、前記マスクを用いたリソグラフィ法による露光転写を行ない、パターン形成を行なうことを特徴とするパターン転写方法である。

本発明では、以上のような構成から、ＥＵＶマスクの反射領域に用いる多層膜において、ＥＵＶ露光による反射率が高く、転写解像性を向上でき、パーティクルなどの膜欠陥の発生しにくいＥＵＶ露光用マスク、およびそれを作製するためのＥＵＶ露光用マスクブランク、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。

本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図１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る。本発明のＥＵＶ露光用マスクは、基板１上に、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薄膜のパターン３が形成された極限紫外線露光用マスクを前提とする。このマスクにおいて、前記高反射部となる多層膜２は、２種類の膜が交互に積層され、一方が金属を主成分とする膜であり、他方が金属とＳｉを主成分とする膜であることを特徴とする極限紫外線露光用マスクである。図２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のマスクが得られる。

このような構成にすることによって、多層膜では露光光を高反射し、また電気的抵抗値が小さいため、成膜時にパーティクルなどの膜欠陥の発生を押さえることが出来る。すなわち、抵抗値が小さく出来るので、ＤＣスパッタリング、あるいはＲＦ−ＤＣ重畳スパッ
タリング等により欠陥発生を押さえ、成膜できる。

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。

さらに本発明のＥＵＶ露光用マスクは、前記多層膜を形成する２種類の膜のうち金属とＳｉを主成分とする膜は、Ｓｉの原子数に対する金属の原子数が１．３％以下であることを特徴とする。

また本発明のＥＵＶ露光用マスクは、前記多層膜を形成する２種類の膜のうち金属とＳｉを主成分とする膜の露光波長に対する消衰係数が２．０×１０^-3より小さいことを特徴とする。

また本発明のＥＵＶ露光用マスクは、前記Ｓｉの原子数に対する原子数が１．３％以下である金属は、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂらかなる群から選ばれた１種以上の金属であることを特徴とする。

以上のような構成とすることで、さらに欠陥発生を押さえられる。
このようにして、本願発明のＥＵＶ露光用マスク、およびそのマスクブランクは、多層膜では露光光を高反射し、また電気的抵抗値が小さいため、成膜時にパーティクルなどの膜欠陥の発生を押さえることが出来ることを、以下詳細に説明する。

はじめに、従来のＭｏとＳｉを交互に積層した多層膜の反射率をＳｉの膜厚に対して計算すると、図４のようにＳｉ厚約４８．０Åで最大反射率５６．２％が得られる。尚、露光波長λ＝１３．１（ｎｍ）、積層数４０（２０対）、２層膜の１層あたりの合計膜厚＝λ／２＝６５．５（Å）とし、波長１３．１ｎｍにおける屈折率（ｎ），消衰係数（ｋ）は表１の通りとする。

同様に、Ｓｉの代わりに金属とＳｉを主成分とする膜（ＭｅＳｉｘ、ｘはＳｉ／Ｍｅの原子数比）を用いた場合の反射率を計算する。反射率を高くするためにはＭｅはｋの小さい材料が望ましいので、ここではＭｏ（モリブデン）を例にとる。また反射率を高めるためにはＳｉに近づける必要があるので、ｘ≫２であるが、ＭｏＳｉｘの結晶形はｘが最も大きい場合でｘ＝２、すなわちＭｏＳｉ₂であることが知られている。従って、ＭｏＳｉｘ（ｘ≫２）の構造はＭｅＳｉ₂とＳｉの混晶で近似することができる。
反射率を計算するにはＭｏＳｉｘ膜のｎ，ｋを知る必要があるが、混晶の場合、ｘを決めると、ＭｏＳｉ₂分子量と密度、Ｓｉの原子量と密度の値からＭｏＳｉｘの理論密度が分るので、ＭｏＳｉｘのｎ，ｋを近似的に求めることができる。
実際に計算を行うと、ＭｏＳｉｘの密度とｎ，ｋ値、およびＭｏ／ＭｏＳｉｘ多層膜（４０層）の最大反射率は表２のようになった。なお、ＥＵＶ波長域ではｎは１に極めて近いので１−ｎで表す。また反射率の計算は図４と同様に行った。

このようにして得られた最大反射率を従来のＭｏ／Ｓｉ多層膜の最大反射率５６．２％と比較すると、ＭｏＳｉ₉₉膜、すなわちＭｏの１％添加膜では５４．１％であるので、２．１％の反射率低下となることがわかる。同じくＭｏＳｉ₇₉膜（Ｍｏ１．２５％添加）では２．７％低下、ＭｏＳｉ₅₉膜（Ｍｏ１．６７％添加）では３．６％低下となる。許容で
きる反射率低下は３％程度と考えられるので、Ｍｏ／ＭｏＳｉｘ多層膜の場合、Ｍｏ添加の許容範囲はおよそ１．３％程度と見積られる。

Ｓｉに対する金属の添加量は大きいほどＭｅＳｉｘターゲットの抵抗値は下がり、スパッタ成膜時の欠陥は少なくなる。すなわち反射率低下を３％以内に抑えつつ、金属の添加量は大きい方が望ましい。そこで種々の金属についてＭｅＳｉ₉₉の密度とｎ，ｋ値、およびＭｏ／ＭｅＳｉ₉₉多層膜（４０層）の最大反射率を計算したところ表３のようになった。

表３より、消衰係数ｋが２．０×１０^-3より小さいものは反射率低下３％以内を満たすことが分かる。また、表３より、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂは反射率低下３％以内を満たし、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆなどは満たさないことが分かる。

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、本願に係る材料と組成比の多層膜、例えばＭｏとＳｉからなる多層膜を、通常のＤＣスパッタリング、あるいはＲＦ−ＤＣ重畳スパッタリングなどにより、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、本発明のマスクが完成する。

このように作製したＥＵＶ露光用マスクは、反射率が従来のマスクとほぼ同程度で、パーティクルなどの膜欠陥の発生を押さえられたものである。

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。

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、パーティクルなどの膜欠陥に起因する欠陥の発生を押さえられた、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。

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。 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。 従来のＥＵＶ露光用マスクの例を断面で示した説明図である。 Ｍｏ／Ｓｉ多層膜の反射率を示したグラフである。

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）

Claims (4)

1. 基板上に、露光光の高反射領域となる多層膜が形成され、前記多層膜上に低反射領域となる薄膜のパターンが形成された極限紫外線露光用マスクにおいて、
   前記高反射部となる多層膜は、２種類の膜が交互に積層され、
   一方が金属を主成分とする膜であり、
   他方が金属とＳｉを主成分とする膜であり、
   前記金属とＳｉを主成分とする膜の露光波長に対する消衰係数は、０．００１８１より大きく２．０×１０ ^−３ より小さいこと
   ことを特徴とする極限紫外線露光用マスク。
2. 前記金属とＳｉを主成分とする膜にあって、金属は、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂからなる群から選ばれた１種以上の金属であること
   を特徴とする請求項１に記載の極限紫外線露光用マスク。
3. 請求項１〜２いずれか１項に記載の極限紫外線露光用マスクを、前記低反射領域となる吸収性薄膜のパターニングにより作製するための、基板上に、露光光の高反射領域となる前記多層膜が形成され、前記多層膜上の全面に低反射領域となる前記吸収性薄膜が形成された極限紫外線露光用マスクブランク。
4. 請求項１〜３いずれか１項に記載の極限紫外線露光用マスクを露光装置に設置し、前記マスクを用いたリソグラフィ法による露光転写を行ない、パターン形成を行なうことを特徴とするパターン転写方法。
   

Images