JP4751900B2 - 擬似ブランク、及びブランク層の決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ビームのような放射線ビームが用いられる露光ステップの露光パラメータを評価するために用いられ得る擬似ブランク（ｄｕｍｍｙ ｂｌａｎｋ）に関するものである。さらに、本発明は、ブランク層又はブランク層システムの構成を決定するための方法に関するものである。

半導体メモリ又は集積回路のような半導体デバイスの製造の際、半導体基板及び半導体基板上に設けられた層は、一般的に知られた方法を用いてパターン形成（パターニング）される。例えば、パターン形成は、フォトレジストの層をパターン形成するための層に塗布することにより成される。フォトレジスト材料は、フォトマスクを使用して露光することにより、化学的性質に関して選択的に変化させることができる。この変化した化学的性質によって、露光された領域のみ又は露光されていない領域のみが、現像液に可溶性を示す。従って、露光された領域又は露光されていない領域が、現像液によって選択的に取り除かれ得る。そのような現像工程の後、パターン形成されたフォトレジスト層が得られる。このフォトレジスト層は、次の特定の層の加工ステップの間、マスクとして用いられる。現在、１５７ｎｍから１９３ｎｍの領域内の波長を有する放射線が、フォトマスクを用いてフォトレジスト材料を露光するために用いられる。それにもかかわらず、形状を縮小させる必要性から、現在用いられているリソグラフィック技術の解像能力を上回るために、より短い波長を有する放射線を利用する試みが為されている。短波長の一例として、１３．４ｎｍの波長を有する放射線を用いる極紫外線（ＥＵＶ）技術が使われる。

１３．４ｎｍの波長を有する放射線は、可視光の波長よるもはるかに短く、Ｘ線の波長領域に近い。ＥＵＶ放射線は、ほぼ全ての材料によって吸収されるという特性を持つため、透明なマスク及びレンズのような屈折光学素子を採用した従来の露光システムを利用することはもはや不可能である。それ故、ＥＵＶ放射線は、高反射ミラー光学素子によって反射及び集光され、パターン形成されるウエハ上に形作られ及び導かれる。

従って、ＥＵＶマスクは、特有のＥＵＶミラーを有しており、加熱の段階でマスクの形を確実に保持するために、低熱膨張係数を有する基板上に形成される。図１は、ＥＵＶマスクの典型的な断面図を示す。低熱膨張係数を有する材料から成るマスク基板１１の表面上に、多層システム１２が設けられている。多層システム１２は、約２８０ｎｍから３５０ｎｍの厚さを有し、異なる材料の多くの交換層（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）から形成される。例えば、多層システム１２は、４０から１２０の層から形成され、それらの層は、それぞれが２ｎｍから５ｎｍの厚さを有する第１材料及び第２材料からなる。例えば、第１材料がシリコンであり、一方、第２材料がモリブデンである。更なる例としては、シリコン／ベリリウムのシステム、又はモリブデン／ルテニウム／シリコンのシステムのような３つ又はそれ以上の材料の交換層から形成される多層システムなどが挙げられる。多層システムは、反射システムとして作用する。なぜなら、第１層及び第２層のそれぞれの境界面において放射線の一部が反射され、その結果、理想的には７０％以上の入射放射線が反射されうるからである。

多層システム１２の上に、キャッピング層１６が設けられている。キャッピング層１６の上部には、複数の吸収部１３が設けられている。例えば、複数の吸収部１３それぞれは、キャッピング層部１６１、バッファ層部１７１及び吸収層部１８１から形成される。吸収領域（吸収部）１３は、多層システム１２上において隆起部分として設けられる。そして、多層システム１２の放射線反射領域（反射部）１４が、吸収領域１３の間に設けられている。吸収領域１３及び反射部１４の配置は、処理されるウエハ上に転写されるパターンに一致する。通常、放射線ビームは、垂線に対して小角度ａで反射マスクに衝突する。

図１に示すＥＵＶマスクの製造において、上述した構成を有する多層システム１２は、基板１１上に設けられている。基板１１は、例えばチタンをドープさせた石英ガラスからなるＵＬＥ（超低膨張）材料又はゼロデュア（登録商標）のような低熱膨張係数を有する材料からなる。そして、約１１ｎｍの厚さを有するキャッピング層は、多層システム１２の上に設けられている。従って、例えばＳｉＯ_２からなるバッファ層１７は、キャッピング層１６上に設けられている。そして、バッファ層は、例えば約５０ｎｍの厚さを有する。バッファ層１７は、ＥＵＶマスクのパターン形成の間、ストッピング層としての機能を果たす。

その後、吸収層１８が配置される。吸収層１８は、例えば、クロム、窒化タンタル又は他のタンタル化合物、アルミニウム−銅、チタン又はチタン化合物、及び他の適当な材料からなる。マスク基板１１の裏面には、クロムからなるバックサイド層（裏面層）が配置されている。結果として、図２に示すマスクブランク２１が得られる。その後、例えばＦＥＰ１７１又はＦＥＮ２７０のような電子レジスト材料が、その構造上部に設けられる。電子レジスト材料（図示しない）は、電子ビームを用いてパターン形成され、図１に示す構造と同様の構造を得るために適切なエッチングステップに従って形成される。

任意の放射線ビーム、例えば電子ビームを用いて露光する間、約２０ｋｅＶから１００ｋｅＶの標準的なエネルギーを有する電子は、マスクブランクを被覆するレジストに衝突する。一次電子の一部は、レジスト材料と直接反応する。それにもかかわらず、一次電子の一部は、ＥＵＶマスクにおける吸収層によって反射され、その他の部分は、基板へ向かってマスクブランクを突き抜ける。電子が突き抜ける通常の厚さは、約数百ナノメートルである。この突き抜ける過程において、一次電子とマスクブランクの材料との間で様々な相互作用が起こっている。このことが、衝突カスケード及び二次電子の発生をもたらす。二次電子は、衝突一次ビームの周りで発生し、距離が離れるほど強度が低下する。標準的な領域は、ほぼ１０μｍ程度である。特に、ブランク内で生じた二次電子の一部は、ブランクを離れ、さらにレジスト露光へ向かう。これらの電子は、二次散乱電子と呼ばれる。これは、よく知られている近接効果により引き起こされる特徴的なものである。従って、フォトマスクの製造の間、最適な放射線量のような正確なリソグラフィックパラメータ及び近接効果補正ファクタが、決定されるべきである。これらのファクタを測定するために、後述する本物のフォトマスクとしては使用されないマスクブランクである擬似ブランク（ｄｕｍｍｙ ｂｌａｎｋ）が、電子ビームを用いて露光させる。

従来、例えば、図２に示す本物のマスクブランクと同じ構造を有する擬似ブランクが用いられている。それにもかかわらず、熱膨張係数を有する材料からなる特有のマスク基板１１及び特有の多層システム１２により、本物のＥＵＶマスクブランクは、とても高価である。

更なる試みは、例えば、図３に示される擬似ブランクに基づいている。図３に示される擬似ブランクは、石英からなる擬似基板から構成される。石英基板１上に、約８９ｎｍの厚さを有するＳｉ擬似層が設けられている。Ｓｉ基板２上に、本物のマスクブランクの通常のキャッピング層と同じ厚さを有するキャッピング層１６が設けられている。二酸化ケイ素から成り、約１０ｎｍの厚さを有するバッファ層１７が、キャッピング層１６上に設けられ、続いて本物のマスクブランクの吸収層１８と同じ材料からなる吸収層１８が設けられている。さらに、吸収層１８の厚さは、本物のマスクブランクの吸収層１８の厚さと一致する。

それにもかかわらず、このような擬似ブランク上で行われるマスク処理は、対応する高コストなＥＵＶブランクを利用するときと同じ性能には至らないことが見受けられている。

従って、たとえマスク処理が高コストなＥＵＶブランク材料で行われるとしても、同じマスクパターニング性能を提供できる低コストなＥＵＶブランク材料を備える必要がある。さらに、そのような擬似ブランクの一部を形成するブランク層又はブランク層システムを測定する方法が必要とされている。

本発明によれば、請求項１の擬似ブランクを提供する。さらに、本発明は、請求項１４の方法を提供する。

好適な実施形態は、従属請求項に従うものとする。

本発明によれば、任意の放射線ビーム露光過程の露光パラメータを評価するための擬似ブランクは、基板と、ブランク層又はブランク層システムと、放射線ビームを用いてパターン形成されるパターン層と、を備え、前記ブランク層又は前記ブランク層システムが、前記放射線ビームが照射されるときに、少なくとも２種類の異なる材料の層から構成される所定のマスク層システムの応答挙動を示すように構成され、前記所定のマスク層システムが、前記ブランク層システムと異なる。

ここで、「所定のマスク層システム」の語は、通常本物のマスクブランク（ｒｅａｌ ｍａｓｋ ｂｌａｎｋ）内に存在する多層システム（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）を示す。より具体的には、擬似ブランクは、本物のマスクブランクによく似ているべきである。従って、擬似ブランクは、本物のマスクブランクの一部を形成する多層システムの応答挙動を示すように構成されているブランク層又はブランク層システムを備える。

前記放射線ビームは、レジスト材料を露光するために用いられるいかなる種類のビームでも良い。放射線ビームの具体例としては、例えばＶＩＳ（可視光）又はＥＵＶ放射線のような、光若しくは電磁波放射線、電子又は他の荷電粒子や非荷電粒子が挙げられる。

本発明は、例えば電子ビームを用いた露光ステップの露光パラメータを評価するための擬似ブランクが、放射線ビームが照射されたときのＥＵＶマスクの多層システムの応答挙動に似るように構成されるブランク層又はブランク層システムを有するべきであるという研究の成果に基づいている。

特に、ブランク層システムが、基層及び基層の材料とは異なる材料からなる少なくとも１つの埋込層を備えるならば、このことは達成されるであろう。例えば、ブランク層がシリコンからなり、一方で、埋込層のいずれかが、クロム又は窒化タンタルのような材料からなる。さらに、埋込層は、前記多層システムの一部を形成する材料からも形成されても良い。

さらに、ブランク層又はブランク層システムは、ドーパント（不純物）を含む基材の層を備える。例えば、基材がシリコンであり、ドーパントが異なる材料である。特に、ドーパント及び基材は、マスク層システムの材料から選択され得る。さらに、ブランク層又はブランク層システムは、マスク層システムの材料からなる合金の層から構成される。

更なる例として、ブランク層又はブランク層システムは、マスク層システムの実効原子番号に一致する原子番号を持つ材料の層を備える。ここで、マスク層システムの「実効原子番号」の語は、マスク層システムを構成する材料の原子番号の加重平均値に相当する。特に、この平均値は、例えばマスク層システムを構成する異なる層の厚さの値を用いて加重される。さらに、基板は、擬似ブランクのコストを更に削減するために、例えば石英基板である。さらに、パターン層は、本物のマスクブランクにおいて用いられているパターン層と同じ構成を有する。

上述のように定義される擬似ブランクの一部を形成するブランク層又はブランク層システムの決定方法は、放射線ビームを本物のマスクブランクへ照射し、参照特性を得るために参照位置に対する距離に依存する吸収放射線量を測定し、基板と、ブランク層又はブランク層システムと、パターン層とから構成される擬似ブランクを準備し、放射線ビームを前記擬似ブランクへ照射し、擬似特性を得るために参照位置に対する距離に依存する吸収放射線量を測定し、一致度を得るために前記擬似特性と前記参照特性とを比較し、前記一致度が所定の閾値を下回るまで、前記ブランク層又は前記ブランク層システムの構成を変更する。

本発明の方法では、擬似ブランクと同様に本物のマスクブランクにも、同じ性質及び特性を有する放射線が照射される。例えば、本物のマスクブランク及び擬似ブランクは、同じエネルギーを有する電子ビームが照射される。

本発明の方法を実施することにより、本物のマスクブランクの正確な構成が完全に分からない場合でも、本物のマスクブランクの応答挙動を示すように構成されるブランク層又はブランク層システムを測定することが可能である。

以下において、添付図を参照して、より詳細に本発明が記述される。

図１は、一般的に用いられるＥＵＶマスクの断面図を示す。

図２は、図１に示すマスクを製造するためのマスクブランクの断面図を示す。

図３は、従来の擬似ブランクの断面図を示す。

図４Ａは、本発明の擬似ブランクの断面図を示す。

図４Ｂは、本発明の実施形態による擬似ブランクの断面図を示す。

図５は、電子ビーム露光過程を行うときの擬似ブランクの断面図を示す。

図６は、距離に依存する吸収線量を表すグラフを示す。

図４Ａは、本発明による擬似ブランク２２を示している。基板１の表面上に、ブランク層（ｂｌａｎｋ ｌａｙｅｒ）３又はブランク層システム（ｂｌａｎｋ ｌａｙｅｒ ｓｙｓｔｅｍ）３１が設けられている。ブランク層３又はブランク層システム３１の上に、キャップ層（ｃａｐ ｌａｙｅｒ）１６が設けられ、次いでバッファ層（ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ）１７及び吸収層（ａｂｓｏｒｂｅｒ ｌａｙｅｒ）１８が設けられている。基板１の裏面には、例えば６０ｎｍの厚さを有するクロムから成る裏面層（ｂａｃｋｓｉｄｅ ｌａｙｅｒ）が設けられている。

例えば、基板１は石英からなる。加えて、キャップ層１６は、本物のマスクブランクのキャップ層と同じ構成及び厚さを有する。例えば、キャップ層は、シリコンからなり、例えば約１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下の厚さを有する。同様に、バッファ層１７は、ＳｉＯ_２からなり、約８ｎｍから１２ｎｍの厚さを有する。さらに、吸収層は、窒化タンタル（ＴａＮ）又はクロムからなり、例えば５０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さを有する。吸収層１８は、放射線ビームを用いてパターン形成されるパターン層に相当する。ブランク層又はブランク層システムの厚さ及び構成は、本物のマスクブランクの多層システムの厚さ及び構成により決定される。より具体的には、本発明の擬似ブランクを用いることで、放射線ビーム露光過程における照射線量のようなリソグラフィックパラメータ及び近接効果補正ファクタが評価され、本物のマスクブランクにおける過程に変換される。

一実施形態によると、ブランク層システムは、基層（ｂａｓｅ ｌａｙｅｒ）及び少なくとも１つの埋込層（ｂｕｒｉｅｄ ｌａｙｅｒ）を備える。例えば、図４Ｂに示されるように、ブランク層システム３１は、第１基層２３、埋込層２４ａ及び第２基層２５を備え、前記第１及び第２基層２３、２５は、同じ材料からなり又は異なる材料からなる。さらに、２又はそれ以上の埋込層２４ａ、２４ｂが設けられ、当該埋込層は、同じ又は異なる材料からなる。特に、基層及び埋込層は、本物のマスクブランクの多層システムを構成する材料からなる。

別の言い方をすれば、本物のマスクの多層システムは、例えば、本物のマスクブランクの多層システム内に通常存在する４０から１２０の層の代わりに、最大１０まで減らされた異なる層を備える簡略化された層システムに置き換えられる。本実施形態では、ブランク層システムの厚さは、本物のマスクブランクの多層システムの厚さと等しい。さらに、基層及び埋込層の厚さは、多層システムのそれぞれの層の厚さの合計に等しい。例えば、本物のマスクブランクが、４．２ｎｍの厚さを有するシリコンからなる４０の単一層及び２．７ｎｍ以上の厚さを有するモリブデンからなる４０の単一層から構成されるならば、シリコンからなる基層は１６８ｎｍの厚さを有し、モリブデンからなる埋込層は１０８ｎｍの厚さを有する。同様に、ブランク層システムは、１以上のシリコンの基層及び１以上のモリブデンの埋込層を備える。この場合、それぞれの基層の足し合わされた層の厚さは１６８ｎｍに達し、それぞれの埋込層の足し合わされた層の厚さは１０８ｎｍに達する。

第２の実施形態によると、ブランク層は、基層及びドーパントを備える。特に、ドーパントの原子は、基層に確率的に分布している。例えば、基層はシリコン層からなり、ドーパントは他の材料、例えばシリコンより原子番号が大きい材料からなる。例えば、クロム、モリブデン及びタンタルから選ばれたドーパントが選択され得る。さらに、本物のマスクブランクが、例えばシリコン及びモリブデンの多層システムから構成されるならば、前記ドーパントが、モリブデンであることが特に好ましい。ドーピング濃度は、任意に選択される。特に、モリブデンによるドーピング濃度が、本物のマスクブランクの多層システムのモリブデン含有量に一致することが好ましい。同様に、ベリリウム及びシリコンの多層システム、又はモリブデン（Ｍｏ）／ルテニウム（Ｒｕ）／シリコン（Ｓｉ）の多層システムが、本物のマスクブランク内に存在するならば、前記ドーパントが、ベリリウム又はモリブデン及びルテニウムであることが好ましい。同様に、ブランク層には、前記具体的な物質に対応する合金が用いられ得る。例えば、例えばＳｉ／Ｍｏ合金、Ｒｕ／Ｓｉ合金又はＭｏ／Ｒｕ／Ｓｉ合金が、ブランク層として用いられる。

本発明のさらなる実施形態によれば、ブランク層は、多層システムの実効原子番号に一致する原子番号を有する材料から構成される。例えば、多層システムがシリコン層及びモリブデン層から構成されるならば、ブランク層は、１４から４２の間にある原子番号を有する材料からなる。例えば、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、又はガリウムから選ばれた材料が選択される。さらに、多層システム内に存在するそれぞれの材料の異なる割合を考慮すれば、多層システムの実効原子番号は、加重平均値となる。従って、多層システム内に存在する原子の割合が３：２であり、この割合が、シリコン原子の数をモリブデン原子の数で割った値を示すならば、加重平均値は、｛３×Ｚ（Ｓｉ）＋２×Ｚ（Ｍｏ）｝／５＝２５．２となり、マンガン又は鉄のブランク層の材料に相当する。

さらなる実施形態によると、ブランク層システムは、上述した実施形態の１又は複数の層の組み合わせからなる。

通常、ＥＵＶフォトマスクを製造する際、本物のマスクブランクの正確な構成はマスク製造者に知られていない。さらに、本物のマスクブランクの構成は変わり得る。従って、マスクブランクの応答挙動を示すように構成されるブランク層又はブランク層システムは、実験によって測定されるべきである。

図５は、電子ビーム露光ステップを示し、電子ビーム２０は、吸収層１８の上に設けられた電子レジスト層１９に照射される。上述したように、一次電子及びブランク材料の間で様々な相互作用が起こっており、二次電子も発生している。

それに応じて、図６は、レジスト材料に吸収された線量を表すグラフを示す。この線量は、照射された電子ビームからの距離に依存する。図に示すように、多層システムによる電子の後方散乱により、一定の割合の電子は、もとの電子ビームから大きな距離を有する。
注目すべきは、この特性はマスク層システムに依存している。本発明によれば、擬似ブランクのブランク層又はブランク層システムは、放射線ビーム露光過程、例えば電子ビーム露光過程が施される本物のマスクブランクで生じるこの特性を示すべきである。

従って、ブランクのブランク層又はブランク層システムは、電子ビームを本物のマスクブランクへ照射するときの吸収線量の最初の測定により決定され、続いて、上記の実施形態において記載された態様で構成されたブランク層システムの線量特性が決定される。ブランク層又はブランク層システムの構成が変化した後、線量特性は調査される。そして、線量特性の最も大きい一致度を有するブランク層又はブランク層システムが、擬似ブランクのブランク層又はブランク層システムとして選択される。

一般的に用いられるＥＵＶマスクの断面図。 図１に示すマスクを製造するためのマスクブランクの断面図。 従来の擬似ブランクの断面図。 本発明の擬似ブランクの断面図。 本発明の実施形態による擬似ブランクの断面図。 電子ビーム露光過程を行うときの擬似ブランクの断面図。 距離に依存する吸収線量を表すグラフを示す図。

符号の説明

１ 擬似基板
１１ マスク基板
１２ 多層システム
１３ 吸収部
１４ 反射部
１５ 裏面層
１６ キャッピング層（キャップ層）
１７ バッファ層
１７１ バッファ層部
１８ 吸収層
１８１ 吸収層部
１９ 電子レジスト
２ シリコン層
２０ 電子ビーム
２１ マスクブランク
２２ 擬似ブランク
２３ 第１基層
２４ａ、ｂ 埋込層
２５ 第２基層
３ 擬似層
３１ 擬似層システム

Claims (12)

1. 放射線ビーム露光過程の露光パラメータを評価するための擬似ブランクであって、
   基板（１）と、
   基層（２３）及び前記基層（２３）の材料とは異なる材料からなる少なくとも１つの埋込層（２４ａ、２４ｂ）を備えるブランク層システム（３１）と、
   放射線ビーム（２０）を用いてパターン形成されるパターン層（１８）と、を備え、
   前記ブランク層システム（３１）が、前記放射線ビーム（２０）が照射されるときに、本物のマスクブランク内に存在する少なくとも２種類の異なる材料の層から構成される所定の多層システム（１２）の、レジストの所定位置に対する距離に依存する吸収放射線量特性に関する応答挙動を示すように構成され、
   前記所定の多層システム（１２）が、前記ブランク層システム（３１）と異なる疑似ブランク。
2. 前記基板（１）が、石英基板からなる請求項１記載の擬似ブランク。
3. 前記ブランク層システムが、異なる材料からなる少なくとも２つの埋込層（２４ａ、２４ｂ）を備える請求項１又は２記載の擬似ブランク。
4. 前記埋込層（２４ａ、２４ｂ）のいずれかが、クロム及び窒化タンタルからなる群から選択される材料により構成される請求項１乃至３のいずれかに記載の擬似ブランク。
5. 前記埋込層（２４ａ、２４ｂ）の厚さが、１００ｎｍ以上である請求項１乃至４のいずれかに記載の擬似ブランク。
6. 前記埋込層（２４ａ、２４ｂ）の厚さが、５００ｎｍ以下である請求項1乃至５のいずれかに記載の擬似ブランク。
7. 前記埋込層（２４ａ、２４ｂ）の厚さが、１５０ｎｍ以上である請求項１乃至６のいずれかに記載の擬似ブランク。
8. 前記埋込層（２４ａ、２４ｂ）の厚さが、３５０ｎｍ以下である請求項１乃至６のいずれかに記載の擬似ブランク。
9. 前記基層（２３、２５）が、シリコンからなる請求項１乃至８のいずれかに記載の擬似ブランク。
10. 前記パターン層（１８）が、クロム及び窒化タンタルからなる群から選択される材料から構成される請求項１乃至９のいずれかに記載の擬似ブランク。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の擬似ブランクの一部を形成するブランク層システム（３１）の決定方法であって、
    （ａ）放射線ビーム（２０）をマスクブランクへ照射し、
    （ｂ）前記マスクブランクの応答挙動を得るために参照位置に対する距離に依存する吸収放射線量を測定し、
    （ｃ）基板（１）と、ブランク層システム（３１）と、パターン層（１８）とを備える擬似ブランクを準備し、
    （ｄ）放射線ビーム（２０）を前記擬似ブランクへ照射し、
    （ｅ）前記ダミーブランクの応答挙動を得るために参照位置に対する距離に依存する吸収放射線量を測定し、
    （ｆ）一致度を得るために前記ダミーブランクの応答挙動と前記マスクブランクの応答挙動とを比較し、
    （ｇ）前記一致度が所定の閾値を下回るまで、前記ブランク層システム（３１）の構成を変更する決定方法。
12. 前記参照位置が、照射された電子ビームの位置に一致する請求項１１に記載の決定方法。

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