JP4372178B2 - 光反射型マスクと光反射型マスクの作製方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＵＶ（極端紫外線）光を使用したリソグラフィなどに用いられる光反射型マスクと光反射型マスクの作製方法に関する。さらに、光反射型マスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。

波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を用いたリソグラフィにおいては、基板上に光反射パターンを形成した光反射型マスクが使用される。この光反射型マスクに要求される平坦度は、ＥＵＶ露光を行う際には数十ｎｍ程度と云われ、非常に高い平坦度を必要とする。

光反射型マスクは一般的に、ガラス基板の表面側に光反射層と光吸収層を積層し、基板の裏面側に導電性膜を形成したブランクスから作製される。このブランクスの状態で平坦度が基準値を満たしていたとしても、基板表面の加工（光吸収層のパターニング）を行うことで、特に基板面内でパターンが疎である領域と密である領域との間で応力バランスが崩れ、平坦度が悪化することが想定される。光反射型マスクの平坦度劣化は、ＥＵＶ露光時のＥＵＶ光が斜入射という性質上、露光時のパターンずれにつながり、大きな問題となる。

また、光反射型マスクは、ＥＵＶ露光を行う際、光反射パターン面を下向きにして静電チャックで裏面を吸着した状態で用いられるが、前述したパターン粗密による歪みに加え、基板自重による歪みも加わるため、露光時の平坦度管理が重要となる。

一方、光反射型マスクの平坦度を向上させる方法として、ガラス基板の表面平坦度を測定し、平坦度測定結果に応じて基板表面を研磨する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、基板自体を平坦に加工しても、パターンを形成した際や露光装置にセットした際の平坦度劣化は避けることができない。

このように従来、ＥＵＶ露光などに用いられる光反射型マスクにおいては、反射パターン形成の際や静電チャック時に表面平坦度が劣化し、これが露光精度を低下させる要因となっていた。
特開２００４−３１００６７号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、光反射パターン形成による表面平坦度の劣化や静電チャック時の表面平坦度劣化を抑制することができ、ＥＵＶ露光などの露光精度の向上に寄与し得る光反射型マスク及びその作製方法、更にはこのマスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。

即ち、本発明の一態様に係わる光反射型マスクの作製方法は、表面側に反射型のマスクパターンが形成され、裏面側に静電チャックのための導電性膜が形成された基板に対し、表面側の平坦度を測定する工程と、前記測定された平坦度に基づき、該平坦度が所望の値となるように、前記導電性膜を選択的に除去して開口を形成し、前記裏面内で前記導電性膜の開口率を変化させる工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の別の一態様に係わる光反射型マスクの作製方法は、表面側に反射型のマスクパターンが形成され、裏面側に静電チャックのための導電性膜が形成された基板を、露光装置のマスクステージに静電チャックにより保持した状態で、基板表面側の平坦度を測定する工程と、前記測定された平坦度に基づき、該平坦度が所望の値となるように、前記導電性膜を選択的に除去して開口を形成し、前記裏面内で前記導電性膜の開口率を変化させる工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の別の一態様に係わる光反射型マスクは、基板と、前記基板の表面側に形成され、光反射層と光吸収層を有して光反射パターンが形成されたマスクパターン層と、前記基板の裏面側に形成された静電チャック用の導電性膜とを具備し、前記導電性膜は、選択的に除去されて開口が形成され、前記基板のフリーの状態、又は前記基板を露光装置のマスクステージに静電チャックにより保持した状態における基板表面側の平坦度が所望の値となるように、前記裏面内で開口率を変化させてなることを特徴とする。

本発明によれば、基板表面側の平坦度を測定し、測定された平坦度に基づいて基板裏面側の導電性膜の開口率を変えることにより、光反射パターン形成による表面平坦度の劣化や静電チャック時の表面平坦度劣化を抑制することができ、ＥＵＶ露光などの露光精度の向上に寄与することができる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる光反射型マスクの製造手順を示すフローチャートである。

まず、ＥＵＶ露光に使用するマスクブランクスを作製する（ステップＳ１）。具体的には、図２（ａ）に示すように、熱膨張係数が極めて小さいガラス基板１０１の表面上に、Ｍｏ（モリブデン）／Ｓｉ（シリコン）を４０層程度スパッタリングにより成膜して多層反射膜１０２を形成する。このとき、多層反射膜１０２の表面を保護するために、多層反射膜１０２の最上層がＳｉ層（キャップ層）１０３になるようにする。

続いて、Ｓｉキャップ層１０３上に、バッファー層１０４となるＣｒ（クロム）を成膜する。その後、ＥＵＶ光に対する吸収層１０５としてＴａＮ（窒化タンタル）層と、波長２５０ｎｍ近傍の検査光に対する吸収層（反射防止膜）１０６としてＴａＯ（酸化タンタル）層を成膜する。また、基板１０１の裏面には、ＥＵＶ露光時に静電チャックを行えるように導電性膜１０７としてＣｒを成膜する。ここで、導電性膜１０７はＣｒに限るものではなく、静電チャックのために導電性であれば良いが、表面側の加工部分の最下層であるバッファー層１０４と同じ材料であるのが望ましい。

ＥＵＶ露光に使用するマスクブランクスに対する平坦度スペックは５０ｎｍ程度であるが、このスペックを満たしていたとしても、マスクブランクス内にはストレスが発生している。露光時の各層間の界面に着目すると、Ｃｒの線膨張率は常温（２０℃）近傍の温度域において４．９（１／Ｋ）、Ｓｉでは２．６（１／Ｋ）、Ｍｏでは４（１／Ｋ）であり、熱膨張率が極めて小さいガラス基板では０．０５（１／Ｋ）である。従って、成膜時の基板温度と露光時の基板温度との差により、「バッファー層Ｃｒ／キャップ層Ｓｉ」界面及び「ガラス基板／裏面Ｃｒ」界面を含む全ての界面でストレスが生じている。

次に、マスクブランクスから所望のパターンを持つ反射型マスクを製造する（ステップＳ２）。具体的には、図２（ｂ）に示すように、前記手順にて作製したマスクブランクスの表面にレジストを塗布し、電子ビームを用いて所望のパターンを描画する。ＰＥＢ工程、現像工程を行い、レジストパターン１０８を形成する。そして、レジストパターン１０８をマスクに用い、プラズマプロセスにより吸収層１０６，１０５を選択的にエッチングする。次いで、図２（ｃ）に示すように、欠陥検査工程、及び修正工程を経た後、再度プラズマプロセスによりバッファー層１０４を選択的にエッチングする。

この段階でマスクの形状加工は終了であるが、ここでマスク基板上には当然のことながら、Ｓｉキャップ層１０３上にバッファー層１０４がエッチングにより除去された箇所と、残された箇所が存在する。バッファー層１０４が除去された箇所については、前述した界面ストレスがなくなっているため、Ｓｉキャップ層１０３は界面方向のストレスフリーな状態であるが、バッファー層１０４が残っている箇所では界面ストレスが残り、マスク基板面内にストレスのばらつきが生じている。このばらつきが、マスク基板面内での平坦度劣化の原因となる。

マスク表面の加工が終了した段階で、光学干渉を利用した平坦度測定装置などを用い、マスク基板の表面平坦度測定を行う（ステップＳ３）。ここで特に注目すべきは、パターン面内の開口率が比較的広い領域と、比較的狭い領域との高さの差である。マスクブランクス時では平坦度スペックを満たしていても、描画したパターンの粗密差（開口率の大小）によって前述した界面ストレスのバランスが崩れ、平坦度劣化の原因になっていると考えられる。

図３（ａ）に示すように、例えば開口率が広い領域が凸形状になっているという結果が平坦度測定により得られた場合、このマスクを用いてＥＵＶリソグラフィを行った際のパターン位置のずれ量が計算できる。ずれ量がデバイス作製におけるスペックを満たしているか否かを判定し（ステップＳ４）、満たしていない場合、図３（ｂ）に示すように、裏面のＣｒ膜（導電性膜１０７）を加工して平坦度調整を行う（ステップＳ５）。裏面Ｃｒ膜の加工方法としては、裏面にレジストを塗布し、電子線又はレーザー光を用いたパターン描画を行い、ＰＥＢ工程、現像工程を経た後にプラズマエッチングを行う。

ここで、裏面Ｃｒ膜を加工する際、どのようなパターンで加工するかは、以下の効果を考えて行う必要がある。

・裏面Ｃｒ膜とガラス基板との界面の応力バランスによる平坦度変動
・基板が静電チャックされた際の、基板自重による撓み
・基板が静電チャックされた際の、基板裏面導電性膜が不均一であることに伴う静電気力の不均一性による平坦度変動
これらの効果を考慮して、前記平坦度測定結果から、裏面Ｃｒ膜の加工後に静電チャックを行った際の平坦度が、最適となる加工形状を決定する。

例として前述したように、開口率が比較的広い領域において凸形状になっていた場合、図３（ｂ）に示すように、凸形状となっている箇所の裏側のＣｒ膜を加工することで、裏面Ｃｒ／ガラス基板間界面の応力バランスを調整して、静電チャック時に高い平坦度を得ることができる。

ここで、反射型マスクを用いてＥＵＶ露光を行う場合、図４に示すように、反射型マスク４００は反射膜面を下向きにして、マスクステージ４０１の下面に静電チャックで裏面を吸着した状態で用いられる。このため、前述したパターン粗密による歪みに加え、基板自重による歪みも加わるため、露光時の平坦度管理が重要となる。反射型マスクの平坦度劣化は、ＥＵＶ露光時のＥＵＶ光斜入射という性質上、図５に示すよう露光時のパターンずれにつながり、大きな問題となる。従って、本実施形態のように、反射型マスクをフリーの状態における平坦度測定ではなく、反射型マスクを露光装置のステージに静電チャックした状態における平坦度測定を行うことが重要となるのである。

図６に、裏面加工パターンを決定する工程におけるフローチャートを示す。測定された平坦度測定結果（Ｓ１２）、マスク構成材料の種類，厚み，熱膨張係数等の材料定数（Ｓ１１）を固定値とし、露光器の情報（Ｓ１３）として、静電チャック状態（分割の状態も含む）、チャック時の電圧をパラメータとして与えて、一次パターンデザインを行う（Ｓ１４）。該パターンを用いた場合について、基板平坦度シミュレーションを行い（Ｓ１５）、得られた平坦度に問題があるならば再度露光器情報パラメータを与え、これを繰り返す。得られた平坦度に問題がなければパターンを確定する（Ｓ１６）。

そして、このようにして作製された光反射型マスクを用い、ＥＵＶ露光によりマスクパターンを半導体ウエハ等の試料上に転写したところ、マスクの基板表面が平坦であることから、露光時のパターンずれが無く、良好なパターンを形成することができた。

このように本実施形態によれば、表面側に反射型のマスクパターンが形成された基板１０１に対し、露光装置のマスクステージに静電チャックにより保持した状態で、表面側の平坦度を測定し、測定した平坦度に基づき、該平坦度が所望の値となるように、導電性膜１０７を選択的に除去して開口を形成し、導電性膜１０７の開口率をマスク面内で変化させる。これにより、反射パターン形成による表面平坦度の劣化や静電チャック時の表面平坦度劣化を抑制することができ、ＥＵＶ露光などの露光精度の向上に寄与することが可能となる。即ち、光反射型マスク作製工程において、パターン形成面の加工を行った後にマスク基板の平坦度測定を行い、その測定結果から、平坦度が適切になるように裏面導電性膜を加工することで、平坦度の歪みを露光に適した数値に調整することができる。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係わる光反射型マスクの概略構成を示す断面図である。なお、図２と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。また、図中の７０１は分割静電チャックの電極を示している。

本実施形態は、第１の実施形態で説明した光反射型マスクと分割型静電チャック（特開２００６−１３５０６２号公報）とを組み合わせたものである。

第１の実施形態と同様にして裏面Ｃｒ膜（導電成膜１０７）を加工することにより、裏面Ｃｒ膜が電気的に絶縁されている孤立島を形成する。このような反射型マスクを分割型静電チャックにより吸着させる場合、裏面Ｃｒ膜が分離していることから裏面Ｃｒ膜の孤立島毎に吸着力を変えることができる。従って、凸形状箇所の裏面を、他の領域より強い静電気力が発生するよう、静電チャック電圧を制御することで、全体の平坦度を向上することも可能である。具体的には、図７において図中Ｖ２＞Ｖ１とすることで、裏面Ｃｒ膜の開口率の高い領域における吸着力を他よりも高くし、表面凸形状部の低減を行うことができる。

なお、分割型静電チャックを用いた場合は、裏面Ｃｒ膜を加工せずともある程度は平坦度を向上させることも可能だが、裏面Ｃｒ膜を加工することで、基板面内の任意の箇所に異なる力を加えることができるため、より効果的に平坦度制御が可能となる。

このように本実施形態によれば、基板平坦度の測定結果に基づいて裏面Ｃｒ膜を加工することで、平坦度の歪みを補正することができ、先の第１の実施形態と同様の効果が得られる。これに加えて本実施形態では、分割型静電チャックを用いることにより、基板平坦度の更なる向上をはかることができる。例えば、反射パターン形成による基板平坦度の低下を裏面Ｃｒの加工のみでは補正しきれない場合、分割静電チャックにより部分的に吸着力を変えることにより裏面Ｃｒ膜の加工のみでは補正しきれない分を補正することもできる。

（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、基板表面の平坦度の測定を、露光装置のマスクステージにマスク基板を静電チャックにより保持した状態で行ったが、静電チャックによる基板平坦度の低下が問題とならない場合、必ずしも静電チャックした状態ではなく、フリーの状態で基板表面の平坦度の測定を行うようにしても良い。

また、実施形態で裏面の導電性膜の加工にはプラズマプロセスを用いたが、この代わりに、収束イオンビームを用いて部分的に導電性膜を除去する手法、ＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）探針を用いて導電性膜を物理的に削り取る手法などを用いることができる。これらの手法の選択は、製造工程のスループットを考慮して、裏面加工のパターンが比較的広い領域に及ぶ場合はプラズマエッチングを、そうでない場合は収束イオンビームを、と状況に応じて使い分ければよい。

また、反射型マスクの構成は、基板表面側に反射層、吸収層を順に積層し、吸収層をパターニングしたものに限らず、これとは逆に、基板表面側に吸収層、反射層を順に積層し、反射層をパターニングしたものであってもよい。さらに、反射層、吸収層、裏面導電性膜の材料や膜厚等は、仕様に応じて適宜変更可能である。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

第１の実施形態に係わる光反射型マスクの製造手順を示すフローチャートである。 光反射型マスクの製造工程を示す断面図。 光反射型マスクにおいて、パターン面内の開口率により平坦度が劣化した状態、及び裏面導電性膜加工により基板平坦度を向上させた状態を示す断面図。 光反射型マスクを露光装置のスマスクテージに静電チャックした状態を示す断面図。 光反射型マスクの平坦度が劣化している時に起こる転写パターンずれを示す模式図。 裏面加工を行う際のパターン決定手順を示すフローチャート。 第２の実施形態に係わる光反射型マスクの概略構成を示す断面図。

符号の説明

１０１…低膨張率ガラス基板
１０２…多層膜反射層
１０３…Ｓｉキャップ層
１０４…Ｃｒバッファー層
１０５…吸収層
１０６…反射防止膜
１０７…裏面導電性膜
１０８…ＥＢレジスト
４０１…マスクステージ
７０１…分割型静電チャックの電極

Claims (5)

1. 表面側に反射型のマスクパターンが形成され、裏面側に静電チャックのための導電性膜が形成された基板に対し、表面側の平坦度を測定する工程と、
   前記測定された平坦度に基づき、該平坦度が所望の値となるように、前記導電性膜を選択的に除去して開口を形成し、前記裏面内で前記導電性膜の開口率を変化させる工程と、
   を含むことを特徴とする光反射型マスクの作製方法。
2. 表面側に反射型のマスクパターンが形成され、裏面側に静電チャックのための導電性膜が形成された基板を、露光装置のマスクステージに静電チャックにより保持した状態で、基板表面側の平坦度を測定する工程と、
   前記測定された平坦度に基づき、該平坦度が所望の値となるように、前記導電性膜を選択的に除去して開口を形成し、前記裏面内で前記導電性膜の開口率を変化させる工程と、
   を含むことを特徴とする光反射型マスクの作製方法。
3. 前記導電性膜はクロム又は窒化クロムであり、前記導電性膜を選択的に除去する際に、塩素若しくは弗素を含むガスを利用したプラズマプロセスを用いる、前記導電性膜を溶解する溶液を用いる、エネルギー線を用いる、又はＳＰＭ探針を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の光反射型マスクの作製方法。
4. 基板と、前記基板の表面側に形成され、光反射層と光吸収層を有して光反射パターンが形成されたマスクパターン層と、前記基板の裏面側に形成された静電チャック用の導電性膜とを具備し、
   前記導電性膜は、選択的に除去されて開口が形成され、前記基板のフリーの状態、又は前記基板を露光装置のマスクステージに静電チャックにより保持した状態における基板表面側の平坦度が所望の値となるように、前記裏面内で開口率を変化させてなることを特徴とする光反射型マスク。
5. 請求項４記載の光反射型マスクを用いて、半導体基板上にＬＳＩパターンを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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