JP4613499B2 - 極限紫外線露光用マスク、ブランク、およびマスクの製造方法、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、波長１０〜１５ｎｍ程度のいわゆるＥＵＶ（Extreme Ultra Violet＝極限紫外線）露光でパターン転写する際に用いるフォトマスク（以下、ＥＵＶマスク）、及びそのマスクを作製するためのブランク、及びマスクの製造方法並びに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（ＥＵＶ)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。

従来の一般的なＥＵＶマスクは、図２で示すように、Ｓｉウェハーやガラス等の基板１１上に、例えばＭｏとＳｉからなる２層膜を、４０対ほど積層した多層膜１２部分を高反射領域とし、その上に低反射領域として吸収膜１３および緩衝膜１５からなるパターンを形成した構造である。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。尚吸収膜１３は単層膜とは限らず、多層膜の場合もある。緩衝膜１５の材料には従来、ＳｉＯ₂膜やＲｕ膜が提案されている。緩衝膜１５は、吸収膜のエッチング後、図２のように、多層膜に達するまで完全に剥離される場合もあり、また完全には剥離せずに部分的に残される場合もある。また、図２に示すように、多層膜の最上層はキャッピング（Capping）層１６と言われ、多層膜部１２のＳｉよりも厚め（１００Å程度）のＳｉ膜が使われることもある。これらの緩衝膜１５やキャッピング層１６の役割は、吸収膜１３のパターニングや欠陥修正、および緩衝膜１５の剥離の際に、多層膜へのダメージを軽減する保護機能を持つことであり、キャッピング層１６はそれに加えて、マスク使用時の多層膜の保護機能も持つ。

公知文献を以下に示す。
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。 特開２００２−１２２９８１号公報

緩衝膜が吸収膜のパターニングや欠陥修正後剥離される場合は、多層膜の反射率が低下しないよう、十分注意して剥離する必要がある。また、緩衝膜を剥離せずに残す場合や、キャッピング層を使用する場合は、膜の存在による反射率の低下や、膜厚むらによる反射率のばらつきが起き易いという問題があった。また、緩衝膜やキャッピング層の材料によっては導電性が低いために、スパッタなどの成膜時にパーティクル欠陥が発生しやすく、また成膜後もゴミが付着しやすいという問題があった。なお、Ｓｉ単体のキャッピング層では酸化しやすく、酸化すると反射率が低下するので好ましくない。

本願発明は以上のような問題点に鑑みなされたものであるが、前述のように緩衝膜とキャッピング層の役割は似ているので、緩衝膜とキャッピング層との区別をせずに、単に多層膜と吸収膜パターンの間の中間膜とする。本願発明では、剥離する必要の無い、膜厚むらによる反射率の低下やばらつきの起こりにくい、さらに導電性の高い中間膜が形成された極限紫外線露光用マスク、そのためのブランク及びマスクの製造方法並びにマスクを用いたパターン転写方法を提供することを課題とする。

本発明の請求項１に係る発明は、基板と、前記基板上に形成された露光光の反射領域となる多層膜と、前記多層膜上に露光光の吸収用となるパターン形成された吸収用薄膜と、前記多層膜と前記吸収用薄膜の間に中間膜と、を備え、前記中間膜は、膜の厚さが、膜厚に対する反射の特性から、±１０Å以内の膜厚の変化に対し反射の変動率±１％以下となる膜厚であり、前記中間膜は、ＲｕとＳｉを含む材料よりなる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、基板上に、露光光の反射領域となる多層膜が形成され、前記多層膜上に中間膜が形成された、請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクを作製するために用いられることを特徴とする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３に係る発明は、請求項１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。

本発明の請求項４に係る発明は、基板上に、露光光の反射領域となる多層膜を設け、前記多層膜上に中間膜を設け、前記中間膜上に吸収膜を設けた極限紫外線露光用マスクブランクを用いて、該吸収膜に露光光の吸収用パターンを形成する極限紫外線露光用マスクの製造方法において、前記中間膜は、ＲｕとＳｉを含む材料よりなり、吸収膜にパターニング後に、表面に露出する中間膜を、±１０Å以内の膜厚の変化に対し反射の変動率±１％以下となる膜厚に調整することを特徴とする極限紫外線露光用マスクの製造方法である。

＜作用＞
本願の極限紫外線露光用マスクは、極限紫外線を露光したとき、中間膜は、膜の厚さが、膜厚に対する反射の特性を利用して、±10Å以内の膜厚の変化に対し反射の変動率±１％以下となる膜厚に特定されているから、中間膜の膜厚が変動していても反射率が±１％以下の変動となり、さらに他の材料を混合することによって導電性の高い中間膜となる極限紫外線露光用マスクである。

本願発明は以上のような構成、作用を有するから、剥離する必要の無い、膜厚むらによる反射率の低下やばらつきの起こりにくい、さらに導電性の高い中間膜が形成された極限紫外線露光用マスク、そのためのブランク及びマスクの製造方法並びにマスクを用いたパターン転写方法とすることができる。

したがって、中間膜が存在している状態で、パターン転写に必要な十分な強度の反射光が得られる。また、Ｓｉ単体のように酸化し易いということも無く、長期間安定したフォトマスクが得られる。更に、本発明のパターン転写方法によると、試料基板上に形成されたレジストに対し、精度よいパターン露光が長期間可能となり、その結果、電子デバイスなどのパターンの製造を、高い歩留まりで行う事が出来る。

以下本発明を実施するための最良の形態につき説明する。

本願に係る中間膜の膜厚は、膜厚に対する反射の特性から、±10Å以内の膜厚の変化に対し反射の変動率±１％以下となる膜厚に特定されることを説明する。

図３は、本願のマスクに極限紫外線を露光し、その反射との関係を模式的に示した説明図である。本発明に係る中間膜の膜厚の特定を、反射率Ｒを計算して膜厚に対する反射の特性をもとめ、実施する。ここでＲは、多層膜と中間膜とによる反射率である。

中間膜の存在によりＲは低下するが、低下の程度の許容範囲は、中間膜がないときのＲのせいぜい１割程度と考えられる。本発明の主旨はＲの低下が１割程度になるような中間膜の構造若しくは材料を規定することにある。
１）中間膜厚の特定
いろいろな中間膜材料に対して、中間膜膜厚を変えてＲを計算した膜厚に対する反射の特性の結果を図４〜６に示す。図４では、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｒｕ、ＳｉＯ₂、ＣＶＤ−Ｄ（ダイヤモンド）、図５では、Ｚｒ、ＳｉＣ、ａ−Ｃ：Ｈ、Ｓｉ、Ｚｒの特性を示した。図６では、金属とＳｉの合金薄膜からなる中間膜について、Ｓｉ組成比を変えて計算した特性を示した。その材料の例は、ＲｕＳｉ₂、ＲｕＳｉ₉、ＲｕＳｉ₄₉である。なお、図４〜６の計算において波長は１３．５ｎｍ、多層膜はＭｏとＳｉの４０対膜を用いている。

図から分かるように、いくつかの材料で「１割程度」という条件を満たす。なおかつ、これらの特性から、特定の膜厚領域でＲの変化が小さくなっている。例えば図５（ｄ）より、Ｓｉの４０Å、１１０Å、Ｚｒの４５Å、１１０Å、図５（ｃ）よりＳｉＣの４５Å、１１５Å、アモルファス−Ｃ（カーボン）５０Å、図６（ｅ）よりＲｕＳｉ₂の４５Å、ＲｕＳｉ₉の４５Å、１１０Å、ＲｕＳｉ₄₉の４５Å、１１０Åなどの付近である。この付近では膜厚が±１０Å変化してもＲの変化はほぼ±１％以内に収まることが分かる。

従ってこのような条件に中間膜を規定することによって、吸収膜のパターニングや欠陥修正を経た後の中間膜の膜厚ばらつきによるＲの変動を抑えることができる。
２）中間膜の材料と光学定数
反射率Ｒは中間膜の光吸収によって低下するが、光吸収は中間膜の光学定数、すなわち
屈折率（１−δ）と消衰係数（β）のうち、βによって左右されるので、βの小さい材料ほど望ましい。

図７は各種材料の１３．５ｎｍにおける光学定数を図示したものである。１）よりＳｉ、Ｚｒ、ＳｉＣ、アモルファス−Ｃ（カーボン）が好適であったことから分かるように、これを図７でみると、βの好適な範囲は０．０１以下の範囲である。

また、ＥＵＶマスクにおける成膜工程で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場合があることが知られている。また、前述したように（発明が解決しようとする課題）、Ｓｉ単体では酸化しやすく、酸化すると反射率が低下するので好ましくない。

これに対する対策として、Ｓｉに金属を混ぜて合金化した材料を使う方法がある。同時にＳｉと合金化することによって光学定数はＳｉに近づき、βを小さくすることができる。図８はその様子を表した図である。このように金属とＳｉの合金薄膜も中間膜材料として有望な材料である。

以上により、本発明による極限紫外線露光用マスクの中間膜の構造および材料規定の妥当性が示された。

本発明のブランクは、基板１１上に、露光光の高反射領域となる多層膜１２を有し、さらに前記多層膜１２上に本願発明に係る中間膜１４および低反射領域となる吸収性薄膜をこの順に有している。このブランクの吸収性薄膜をパターニングし、中間膜の膜厚を調整することにより図１のマスクが得られる。

本発明のＥＵＶマスクおよびブランクは、基本的に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。その上に中間膜を上記のような材料を用いて、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上記のような構成になる様に積層する。このとき中間膜の膜厚は、最終的にマスクの形態になった時の高反射部における中間膜の膜厚よりも厚めに成膜しておく。

さらにその上に低反射（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吸収膜を作製し、本発明のＥＵＶマスク用ブランクが完成する。以下、次のようなプロセスに従って、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、吸収膜のドライエッチングを行う。吸収膜のドライエッチングやその後の欠陥修正において、中間膜は下地多層膜の保護機能を有する。従って、吸収膜のドライエッチングや欠陥修正後に中間膜はやや膜厚が減少する。その後、ドライエッチングやウェットエッチングにより、本発明で提案する膜厚になるよう中間膜の膜厚を調整した後、レジストを剥離して本発明のＥＵＶマスクが完成する。

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、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。 本発明のＥＵＶ露光用マスクにおける反射光の例を断面で示した説明図である。 中間膜の材料の膜厚と反射率の特性を示した図である。 中間膜の材料の膜厚と反射率の特性を示した図である。 中間膜の材料の膜厚と反射率の特性を示した図である。 各種材料の光学定数を示した図である。 Ｓｉとの合金化による光学定数の変化を示した図である。

符号の説明

１１・・・・基板
１２・・・・高反射多層膜１３・・・・吸収膜
１４・・・・中間膜
１５・・・・緩衝膜
１６・・・・キャッピング層

Claims (4)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された露光光の反射領域となる多層膜と、
   前記多層膜上に露光光の吸収用となるパターン形成された吸収用薄膜と、
   前記多層膜と前記吸収用薄膜の間に中間膜と、を備え、
   前記中間膜は、膜の厚さが、膜厚に対する反射の特性から、±１０Å以内の膜厚の変化に対し反射の変動率±１％以下となる膜厚であり、
   前記中間膜は、ＲｕとＳｉを含む材料よりなること
   を特徴とする極限紫外線露光用マスク。
2. 基板上に、露光光の反射領域となる多層膜が形成され、前記多層膜上に中間膜が形成された、請求項１に記載の極限紫外線露光用マスクを作製するために用いられることを特徴とする極限紫外線露光用マスクブランク。
3. 請求項１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。
4. 基板上に、露光光の反射領域となる多層膜を設け、前記多層膜上に中間膜を設け、前記中間膜上に吸収膜を設けた極限紫外線露光用マスクブランクを用いて、該吸収膜に露光光の吸収用パターンを形成する極限紫外線露光用マスクの製造方法において、
   前記中間膜は、ＲｕとＳｉを含む材料よりなり、
   吸収膜にパターニング後に、表面に露出する中間膜を、±１０Å以内の膜厚の変化に対し反射の変動率±１％以下となる膜厚に調整すること
   を特徴とする極限紫外線露光用マスクの製造方法。
   
   

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