JP4532533B2 - Ｅｕｖ露光用マスクブランクおよびｅｕｖ露光用マスク - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイス等の製造におけるリソグラフィー用マスクブランクおよびリソグラフィー用マスクに関し、特に、マスクの検査性能を向上させるＥＵＶ露光用マスクおよびこれを製作するためのＥＵＶ露光用マスクブランクに関する。

ＩＣの集積度の増加に伴い、リソグラフィーの露光波長の短波長化が進んでいる。これは一般的に光学的な露光における解像度が、露光波長が短くなるにつれ向上するからである。近年では露光波長が２４８ｎｍのＫｒＦレーザから１９３ｎｍのＡｒＦレーザに短波長化が進められた。しかし、次世代のリソグラフィーの露光波長は、当初有望視されていた１５７ｎｍのＦ２レーザではなく、波長が１２〜１５ｎｍの極端紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：以後ＥＵＶと記す）光による大幅な短波長化が有望視されている。

ＥＵＶ光の波長では、全ての材料の屈折率がほぼ１となり、光が吸収されてしまう。このため、リソグラフィーの光学系も従来のレンズなどは使用できず、すべてを反射光学系で構成する必要がある。当然、マスクも例外ではなく、従来の透過型から反射型への変更が必要となる。

ＥＵＶ露光用マスクの構造としては、例えば、基板上に設けられたＥＵＶ光を反射する反射層と、反射層上のＥＵＶ光を吸収する吸収層で形成される構造が用いられる。そして、ＩＣパターンは反射層上の吸収層をパターニングすることによって形成されている。このため、ＥＵＶ露光用マスクは、従来のバイナリマスクやハーフトーンマスクと異なり、形成パターンに対する光の反射率は、パターニングされた膜の存在する箇所よりも存在しない箇所の方が高くなっている。

ＥＵＶ露光用マスクの検査に用いる波長は、従来と同様に波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の紫外線であることが、検査技術の連続性、新規検査装置導入が不要である点等から望ましい。しかし、ＥＵＶ光のみに対し反射特性が最適化されたマスクでは、波長が異なる紫外線の検査光において十分なコントラストが取れない可能性が高い。このため、吸収層の上部に紫外線に対する反射防止膜を設けることにより、検査時のコントラストを上げ、マスクの検査性能を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００６−２２８７６７号公報

もっとも、吸収層の上部に紫外線に対する反射防止膜を設けたとしても、パターンのラインおよびスペース（線幅および線間隔）が検査光の波長オーダーまで狭くなってくると、紫外線の検査光におけるコントラストの低下が顕著になってくる。この理由は、次のように考えられる。パターンの表面、すなわち吸収層の表面では、パターンの寸法に関係なく常に少量の検査光が反射される。これに対し、パターンのスペース部、すなわち、吸収層の間隔が波長オーダーになってくると、凹部となっているパターンのスペース部では検査光が反射しづらくなり、吸収層のある場所と無い場所の反射率差が低下する。

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、紫外線検査光に対するコントラストを向上させ、マスクの検査性能を向上させるＥＵＶ露光用マスクおよびこれを製作するためのＥＵＶ露光用マスクブランクを提供することにある。

本発明の一態様のＥＵＶ露光用マスクブランクは、基板と、前記基板上に設けられ、多層反射膜と最上部のキャッピング膜を有し、ＥＵＶ光を反射する反射層と、前記反射層上に設けられ、ＥＵＶ光を吸収する吸収層を備え、波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光の反射率が、前記吸収層において前記反射層よりも高く、前記キャッピング膜は、前記反射層における波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光の反射率を低下させることを特徴とする。

ここで、前記キャッピング膜がＴｉＯ_２であることが望ましい。

ここで、前記吸収層の最上部に、前記吸収層における波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光の反射率を増加させる反射膜を有することが望ましい。

ここで、前記反射膜がＣｒであることが望ましい。

ここで、前記吸収層がＣｒの単層膜であることが望ましい。

本発明の一態様のＥＵＶ露光用マスクは、上記のＥＵＶ露光用マスクブランクの前記吸収層を、所定のパターンに加工することによって製作されたことを特徴とする。

ここで、ＥＵＶ露光用マスクにおいて、前記所定のパターン中、ラインとスペースの最小ハーフピッチが、０．３μｍ以下であることが望ましい。

本発明によれば、紫外線検査光に対するコントラストを向上させ、マスクの検査性能を向上させるＥＵＶ露光用マスクおよびこれを製作するためのＥＵＶ露光用マスクブランクを提供することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書中、ＥＵＶ光とは、波長１２ｎｍ以上１５ｎｍ以下の光を意味するものとする。

[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態のＥＵＶ露光用マスクブランク（またはマスクブランクス）は、基板と、この基板上に設けられ、ＥＵＶ光を反射する反射層と、反射層上に設けられ、ＥＵＶ光を吸収する吸収層を備えている。そして、波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光の反射率が、吸収層において反射層よりも高いことを特徴とする。

また、本発明の第１の実施の形態のＥＵＶ露光用マスクは、上記ＥＵＶ露光用マスクブランクの吸収層を、所定のパターンに加工することによって製作されたことを特徴とする。

本実施の形態のＥＵＶ露光用マスクブランク（以下、単にマスクブランクともいう）は、吸収層における波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の紫外線の反射率が、従来と異なり、反射層の反射率よりも高くなっている。このために、後に詳述するように、このＥＵＶ露光用マスクブランクを用いて製作したＥＵＶ露光用マスク（以下、単にマスクともいう）を、波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の紫外線を検査光としてマスク検査を行う際に、従来に比べ、検査光に対するコントラストが向上する。したがって、微細なパターンに対する検査精度があがり、マスクの検査性能を向上させることが可能となる。

図１は、本実施の形態のマスクブランクおよびマスクの断面図である。図１（ａ）がマスクブランク、図１（ｂ）がこのマスクブランクを加工して製作されるマスクである。

図１に示すように、本実施の形態のマスクブランク１０およびマスク２０は、基板１２と、この基板１２上に設けられ、ＥＵＶ光を反射する反射層１４と、反射層１４上に設けられ、ＥＵＶ光を吸収する吸収層１６を備えている。ここで、反射層１４は、吸収層１６よりもＥＵＶ光に対する反射率が高い。また、ＥＵＶ光に対する吸収率は、吸収層１６が反射層１４よりも高い。

基板１２は、例えば、低熱膨張ガラスにより形成されている。また、反射層１４は、多層反射膜１４ａとキャッピング膜１４ｂの２層構造となっている。多層反射膜１４ａは、例えば、Ｍｏ膜とＳｉ膜が交互に４０対積層されることにより形成されている。このような積層構造にすることにより、ＥＵＶ光に対する反射率を向上させている。

そして、キャッピング膜１４ｂは、例えば、ＴｉＯ_２で形成されている。このキャッピング膜１４ｂは、多層反射膜１４ａの酸化防止等の保護膜として機能する。キャッピング膜１４ｂは、必ずしもＴｉＯ_２に限られるものではない。例えば、ＳｉやＲｕを適用することも可能である。しかし、ＴｉＯ_２を用いれば検査光で紫外線を使用する場合に紫外線の反射率を低下させることが可能となる。したがって、本実施の形態において、検査時のコントラストを向上させる観点からは、ＴｉＯ_２をキャッピング膜１４ｂとすることが望ましい。さらに、ＴｉＯ_２の膜厚は、２０±５ｎｍとすることが、波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の紫外線の反射率を低減させる上で有効である。

このキャッピング膜１４ｂは、必ずしも必須の要素ではないが、多層反射膜１４ａを保護する観点、および、検査光に対する信号振幅のコントラストをあげマスク検査性能を向上させる観点から適用することが望ましい。

吸収層１６は、緩衝膜（または、バッファ膜、エッチングストッパー膜）１６ａ、吸収膜１６ｂ、検査光用反射膜１６ｃで構成されている。ここで、緩衝膜１６ａは吸収層１６を、エッチングにより所定のパターンにパターニングする際に、下地の反射層１４が損傷を受けることを防止するために設けられる。

緩衝膜１６ａはエッチング耐性の高い材質、例えば、ＣｒＮで形成されている。また、吸収膜１６ｂはＥＵＶ光の吸収能の高い材料、例えば、ＴａＳｉで形成されている。そして、検査光用反射膜１６ｃは、吸収層１６の最上部に存在し、吸収層１６における波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光の反射率を増加させる反射膜である。この検査光用反射膜１６ｃは、波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の紫外線の反射率の高い材質、例えば、Ｃｒで形成されている。

検査光用反射膜１６ｃは、必ずしも必須の要素ではないが、検査光に対する信号振幅のコントラストをあげ、マスク検査性能を向上させる観点から適用することが望ましい。

なお、緩衝膜１６ａとしては、ＣｒＮの他にも、エッチング耐性の高い材質、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３，Ｃｒ等を用いてもよい。

また、図１（ｂ）に示すように、本実施の形態のマスク２０は、上記マスクブランク１０の吸収層１６部分を所定のパターン、例えば、ＬＳＩの配線パターンにパターニングすることにより製作される。このように形成されたマスク２０は、リソグラフィーの際の露光であるＥＵＶ光に対しては、パターニングされた吸収層１６の部分でＥＵＶ光が吸収され、パターニングされた吸収層１６のスペース部分となる反射層１４の部分でＥＵＶ光が反射されて、コントラストが形成される。このコントラストにより、ＬＳＩのパターンが、例えば、ウェハ上のフォトレジストに転写されることになる。

図２は、本実施の形態および従来技術のマスクを用いて得られたマスク検査の信号振幅特性を示す図である。図２（ａ）は本実施の形態のマスクブランクを加工して作成された本実施の形態のマスクの特性を示す図である。また、図２（ｂ）は従来技術のマスクブランクを加工して作成された従来技術のマスクの特性を示す図である。

まず、本実施の形態のマスクとしては、図１に示すような低熱膨張ガラスの基板１２、厚さ２．８ｎｍのＭｏと厚さ４．２ｎｍのＳｉを交互に４０対積層した多層反射膜１４ａと、厚さ２０ｎｍのＴｉＯ_２のキャッピング層１４ｂの積層構造を有する反射層１４、厚さ１０ｎｍのＣｒＮの緩衝膜１６ａと、厚さ７０ｎｍのＴａＳｉの吸収膜１６ｂと、厚さ２０ｎｍのＣｒの検査光用反射膜１６ｃの積層構造を有する吸収層１６で構成されるマスクブランク１０の吸収層１６を加工し、異なるピッチのライン・スペース（Ｌ／Ｓ）を形成したものを用いた。

なお、上記膜構成の本実施の形態のマスクの場合、光の反射率は、吸収層１６の部分と反射層１４の部分でそれぞれ、ＥＵＶ光では約０．２％と約１７．８％、例えば、波長２００ｎｍの紫外光では約４４．３％と１５．１％となる。

また、比較のための従来技術のマスクとしては、図５に示す構造を用いた。図５（ａ）は従来技術のマスクブランク、図５（ｂ）は従来技術のマスクブランクを加工して製作された従来技術のマスクである。すなわち、図５に示すような低熱膨張ガラスの基板１２、厚さ２．８ｎｍのＭｏと厚さ４．２ｎｍのＳｉを交互に４０対積層した多層反射膜１４ａと、厚さ１０ｎｍのＳｉのキャッピング層１４ｃの積層構造を有する反射層１４、厚さ１０ｎｍのＣｒＮの緩衝膜１６ｄと、厚さ７０ｎｍのＴａＮの吸収膜１６ｅの積層構造を有する吸収層１６で構成されるマスクブランク１０の吸収層１６を加工し、異なるピッチのライン・スペース（Ｌ／Ｓ）を形成したものを用いた。

なお、この膜構成の本実施の形態のマスクの場合、光の反射率は、吸収層１６の部分と反射層１４の部分でそれぞれ、ＥＵＶ光では約０．１％と約４４％、例えば、波長２００ｎｍの紫外光では約２５％と５３％となる。

上記膜構造の、本実施の形態のマスクおよび従来技術のマスクに、波長２００ｎｍの検査光を照射して得られた信号振幅特性のシミュレーション結果が、図２（ａ）および図２（ｂ）にそれぞれ示されている。図２の横軸は、マスクのライン・スペース（Ｌ／Ｓ）パターンのハーフピッチ、縦軸は、検査光を照射した結果得られる信号振幅である。

図２（ｂ）で示されるように、従来技術の場合には、信号振幅がハーフピッチ０．３３μｍ程度から大きく低下し始める。これに対し、本実施の形態の場合には、図２（ａ）で示されるように、信号振幅が、ハーフピッチ０．１５μｍ程度まで大きく低下することはない。このように、本実施の形態のマスクの場合、ピッチの小さいパターンまで検査光に対するコントラストが確保され、マスクの検査性能が向上する。

このように、本実施の形態のマスクが、従来技術のマスクに対して、ピッチの小さいパターンでの検査光に対するコントラストが向上するのは、以下のように考えられる。図３は、本実施の形態のマスクの作用を説明する図である。図３（ａ）が本実施の形態の場合、図３（ｂ）が従来技術の場合を示す。

図３（ａ）、図３（ｂ）それぞれにおいて、左側にはピッチが大きいＬ／Ｓの場合、右側にはピッチが小さいＬ／Ｓの場合の信号振幅特性を模式的に曲線で示す。また、ピッチが大きいＬ／Ｓの場合、ピッチが小さいＬ／Ｓの場合それぞれの振幅をＷ１およびＷ２としている。

従来技術の場合には、図３（ｂ）中斜線で示す吸収層１６の部分の検査光に対す反射率が、下地の反射層１４よりも小さくなっている。ピッチが小さくなると、ラインである吸収層１６からは、ピッチと関係なく常に少量の検査光が反射され観察される。一方、スペースである吸収層１６がない反射層１４からの反射光は、ハーフピッチが検査光の波長オーダーに近づいてくると、反射しづらくなる。よって、図３（ｂ）右図に示すように、振幅Ｗ２が振幅Ｗ１に比して急激に小さくなる。

これに対し、本実施の形態の場合には、図３（ａ）中斜線で示す吸収層１６の部分の検査光に対す反射率が、下地の反射層１４よりも大きくなっている。ピッチが小さくなると、検査光に対する反射率が反射層１４より高い吸収層１６からは、ピッチと関係なく常に検査光が反射され観察される。そして、スペースである吸収層１６がない反射層１４からの少量の反射光は、ハーフピッチが検査光の波長オーダーに近づいてくると、反射しづらくなり少量のままである。これにより、図３（ａ）右図に示すように、振幅Ｗ２は振幅Ｗ１に比して同等になる。したがって、ピッチが小さくなっても、コントラストの低下が従来技術に比べて生じにくい。

上述のように、本実施の形態のマスクは、ラインとスペースの最小ハーフピッチが、０．３μｍ以下の領域で顕著な効果を発揮する。よって、本実施の形態のマスクは、マスクブランクを所定のパターンに加工することによって製作する際の所定のパターン中、ラインとスペースの最小ハーフピッチが、０．３μｍ以下であることが望ましい。

[第２の実施の形態]
本発明の第２の実施の形態のＥＵＶ露光用マスクブランク（またはマスクブランクス）は、吸収層が、Ｃｒの単層膜であること以外は第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する記載については記述を省略する。

図４は、本実施の形態のマスクブランクおよびマスクの断面図である。図４（ａ）がマスクブランク、図４（ｂ）がこのマスクブランクを加工して製作されるマスクである。

図４に示すように、本実施の形態のマスクブランク１０およびマスク２０は、基板１２と、この基板１２上に設けられ、ＥＵＶ光を反射する反射層１４と、反射層１４上に設けられ、ＥＵＶ光を吸収する吸収層１６を備えている。ここで、反射層１４は、吸収層１６よりもよりＥＵＶ光に対する反射率が高い。また、ＥＵＶ光に対する吸収率は、吸収層１６が反射層１４よりも高い。これらの基本構造は、第１の実施の形態と同様である。

もっとも、吸収層１６が積層構造をしていた第１の実施の形態と異なり、本実施の形態の吸収層１６は、Ｃｒの単層膜である。

本実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用、効果に加え、吸収層が単層になることにより、マスクブランク製造の際の膜堆積工程が簡略になり、マスクブランクの製造が容易になるという作用、効果が得られる。また、吸収層が単層となるため、マスク製造の際に、吸収層のエッチング工程が簡略になり、マスクの製造が容易になるという作用、効果が得られる。さらに、多層の吸収層をエッチングする際に生ずるマスク加工ばらつきの問題を回避することも可能になる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。実施の形態の説明においては、マスクブランクやマスク等で、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされるマスクブランクやマスクの構成要素を適宜選択して用いることができる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての照明光学装置および試料検査装置は、本発明の範囲に包含される。

第１の実施の形態のマスクブランクおよびマスクの断面図。 第１の実施の形態および従来技術のマスクの信号振幅特性のシミュレーション結果を示す図。 第１の実施の形態のマスクの作用を説明する図。 第２の実施の形態のマスクブランクおよびマスクの断面図。 従来技術のマスクブランクおよびマスクの断面図。

符号の説明

１０ マスクブランク
１２ 基板
１４ 反射層
１４ａ 多層反射膜
１４ｂ、ｃ キャッピング膜
１６ 吸収層
１６ａ、ｄ 緩衝膜
１６ｂ、ｅ 多層反射膜
１６ｃ 検査用反射膜
２０ マスク

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられ、多層反射膜と最上部のキャッピング膜を有し、ＥＵＶ光を反射する反射層と、
   前記反射層上に設けられ、ＥＵＶ光を吸収する吸収層を備え、
   波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光の反射率が、前記吸収層において前記反射層よりも高く、
   前記キャッピング膜は、前記反射層における波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光の反射率を低下させることを特徴とするＥＵＶ露光用マスクブランク。
2. 前記キャッピング膜がＴｉＯ_２であることを特徴とする請求項１記載のＥＵＶ露光用マスクブランク。
3. 前記吸収層の最上部に、前記吸収層における波長１５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光の反射率を増加させる反射膜を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のＥＵＶ露光用マスクブランク。
4. 前記反射膜がＣｒであることを特徴とする請求項３記載のＥＵＶ露光用マスクブランク。
5. 前記吸収層がＣｒの単層膜であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＥＵＶ露光用マスクブランク。
6. 請求項１ないし請求項５記載のＥＵＶ露光用マスクブランクの前記吸収層を、所定のパターンに加工することによって製作されたことを特徴とするＥＵＶ露光用マスク。
7. 前記所定のパターン中、ラインとスペースの最小ハーフピッチが、０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項６記載のＥＵＶ露光用マスク。
   

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