JP4923465B2 - 極端紫外線露光用マスクブランク、極端紫外線露光用マスク及びその製造方法並びにパターン転写方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体製品の製造プロセスの中でも、極端紫外線露光を用いたフォトリソグラフィー工程時に使用される極端紫外光露光用マスク、そのための極端紫外線露光用マスクブランク及びそのマスクの製造方法並びに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は年々進んでおり、それに伴いフォトリソグラフィー技術に使用される光もその短波長化が進んでいる。近況としては、これまで光源として使用されてきたKrFエキシマレーザー（波長２４８nm）からArFエキシマレーザー（波長１９３nm）に移行しつつある。また、ArFエキシマレーザーを使用する液浸露光法の研究が近年活発に行われており、５０nm以下の線幅を目標とする動きもある。

しかしながら、ArFエキシマレーザーを使用する液浸露光法もその研究が進んでいるとはいえ、その実現可能性は不鮮明である。このような背景から、エキシマレーザーよりも波長が一桁以上短い（１０〜１５ｎｍ）極端紫外線（Extreme Ultra Violet 、以下ＥＵＶと略記）を用いた、ＥＵＶリソグラフィーの研究開発が進められている。

EUV光はその波長の短さから、物質中での屈折率が真空の値に近く、材料間の光吸収の差も小さい。このようなEUV光の性質より、これまでのフォトリソグラフィーにおいて多用されてきた透過型の屈折光学系を組むことが困難となり、マスクは反射型となっている。現在のところEUV光用のマスクとして開発されているものは、まずEUV光に対する反射膜としては例えばSiウェハーやガラス基板上にSiとMoの二層膜を４０組ほど成膜した多層膜があって、そしてその上層にキャッピング膜や緩衝膜、EUV光吸収膜、その上に検査光用の低反射膜などを含む吸収領域があるものが一般的である。ここで、多層膜による反射、光吸収膜による吸収が極端紫外光露光用マスクの重要な機能であって、緩衝膜は、光吸収膜のエッチングによるパターニングや欠陥修正の際に、キャッピング層や多層膜へのダメージを軽減する役割を果たす。キャッピング層はそれに加えて、マスク使用時の多層膜の保護機能も持つ。しかし、緩衝膜が光吸収膜の材料をエッチングするときと同じガス条件で、早いスピードでエッチングされてしまうような材質であると、光吸収膜のエッチングによるパターニングや欠陥修正の際に、キャッピング層や多層膜へのダメージを軽減するという緩衝膜の役割を果たすことができない。

以下に、公知の技術文献を示す。
特願２００４−３４２７３４号公報

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、光吸収膜と緩衝膜の材料を特定してドライエッチングガス条件での選択性を持たせることによって緩衝膜のオーバーエッチングを防ぐことのできる極端紫外線露光用マスクブランク、極端紫外線露光用マスク及びその製造方法並びにそのマスクを用いたパターン転写方法を提供することである。

本発明は係る課題に鑑みなされたもので、請求項１の発明は、基板上に、露光光の高反射部となる多層膜と、多層膜を保護するキャッピング膜と、多層膜及びキャッピング膜を保護する緩衝膜と、低反射部となる吸収膜とが順次形成された極端紫外線露光用マスクブランクにおいて、Ｔａの多いＴａＳｉｘターゲットまたはＮｂの多いＮｂＳｉｘターゲットで緩衝膜はＡｒ＋Ｏ２、吸収膜はＡｒ＋Ｎ２で成膜することを特徴とする極端紫外線露光用マスクブランクとしたものである。
本発明の請求項２の発明は、請求項１に記載の極端紫外線露光用マスクブランクを用い、吸収膜及び緩衝膜が所定のパターンに形成されたことを特徴とする極端紫外線露光用マスクとしたものである。
本発明の請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の極端紫外線露光用マスクブランクを用い、吸収膜及び緩衝膜をドライエッチングにより所定のパターンに形成する極端紫外線露光用マスクの製造方法において、前記吸収膜をドライエッチングするときに塩素を主体とした気体を用い、緩衝膜をドライエッチングするときにフッ素系を主体とした気体を用いることを特徴とする極端紫外線露光用マスクの製造方法としたものである。
本発明の請求項４の発明は、請求項２に記載の極端紫外線露光用マスク又は請求項３に記載の極端紫外線露光用マスクの製造方法により製造された極端紫外線露光用マスクを露光装置に設置し、当該マスクを用いたリソグラフィー法による露光転写を行い、パターン形成を行うことを特徴とするパターン転写方法としたものである。
本発明の請求項５の発明は、基板上に、露光光の高反射部となる多層膜と、多層膜を保護するキャッピング膜と、多層膜及びキャッピング膜を保護する緩衝膜と、低反射部となる吸収膜とが順次形成された極端紫外線露光用マスクの製造方法において、合成石英ガラス基板上にＡｒ雰囲気で２．８ｎｍの膜厚を有するＭｏ層、および４．２ｎｍの膜厚を有するＳｉ層を１周期として４０周期積層し、２８０ｎｍの厚さを有する多層膜を形成する工程と、前記多層膜上にＺｒとＳｉの原子数比が１：２のスパッタリングターゲットを使用して、ＺｒＳｉからなるキャッピング層を７ｎｍの厚さで成膜する工程と、Ａｒ、Ｏ2ガスのガス流量３６／４（ｓｃｃｍ）雰囲気下でＴａとＳｉのスパッタリングターゲットを使用し、パワー比Ｔａ：Ｓｉ＝１００：２００でＤＣマグネトロンスパッタリングにより１５ｎｍの厚さにＴａとＳｉからなる緩衝膜を成膜する工程と、ＴａとＳｉのスパッタリングターゲットを使用し、パワー比を２６０：４０として、Ａｒのガス流量を４０（ｓｃｃｍ）とした反応性ＤＣスパッタリングにより吸収膜５を７５ｎｍの厚さに成膜し、マスクブランクを得る工程と、前記マスクブランクに電子線レジストＦＥＰ１７１を３００ｎｍの厚さにスピンコートし、ホットプレートにて１１０℃で１０分間のベーキングをおこない、レジスト層を形成する工程と、電子線描画装置を用いて、１０μＣ／ｃｍ2のドーズ量でパターンを描画し、前記マスクブランクをホットプレートにて１１０℃で１０分間ベーキングし、２．３８ｗｔ％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で９０秒間現像処理して、純水でリンスした後にスピン乾燥してレジストパターンを得る工程と、ＩＣＰエッチング装置を用いて、Ｃｌ2ガスとＨｅガスを流量比８：１３で混合し、ガス圧力５ｍＰａで前記レジストパターンを介して、吸収膜のパターンを得る工程と、前記ＩＣＰエッチング装置を用いて、Ｃ2Ｆ6ガス、ＨｅガスとＯ2ガスを流量比２：１６：１で混合し、ガス圧力３ｍＰａで前記レジストパターンを介して、緩衝膜のパターンを得る工程と、酸素プラズマによりレジストパターンを除去してする工程と、を具備することを特徴とする極端紫外先露光用マスクの製造方法としたものである。

本発明の極端紫外光露光用マスクブランク及び極端紫外線露光用マスクでは、ガス条件選択により、EUV光吸収層のドライエッチングのガス条件では緩衝膜がエッチングされ難いような組み合わせを選べるため、吸収膜をドライエッチングするときの緩衝膜のオーバーエッチをほとんど考慮することなく必要最小限の膜厚にする、極端紫外光露光用マスクブランク、極端紫外線露光用マスク及びその製造方法並びにそのマスクを用いたパターン転写方法とすることができる。

さらに、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、精度良いパターン露光が長期間可能となり、その結果、電子デバイス等のパターンの製造を、高い歩留まりで行なうことが出来る。

以下、本発明の実施の形態例を、図面を参照しながら説明する。

図１、図２は本発明の極端紫外線露光用マスクブランス及びマスクの一例を断面で示す説明図である。

図１、図２で、基板１としては、Siウェハーやガラス基板が使われる。その基板１上にはEUV光高反射率多層膜２が形成されている。その上にはTa及びSi、又はTa及びSi 並びに窒素を主成分としたEUV光を吸収することを目的とする光吸収膜５があり、多層膜２と光吸収膜５の間に、キャッピング膜３、緩衝膜４がこの順で形成されている。緩衝膜は、Ta
又はNb、及び酸素を主成分としている。あるいは、Ta又はNb、及び酸素、並びにSiを主成分としている。

本願の極端紫外線露光用マスクブランク及びマスクでは、緩衝膜４とEUV光吸収膜５がドライエッチングの際に選択性を有している。つまり２つの層における材料の種類と、ドライエッチング時のガス条件の違いにより、エッチングの速度の差が大きい。光吸収膜５は削れやすいが緩衝膜４は削れにくいような材料の組み合わせ、及びガス条件を選ぶ。さらに緩衝膜４は吸収膜の欠陥修正後はパターン形状にエッチングするので緩衝膜４がエッチングできるような別のガス条件が存在するものでなければならない。

このような選択性を見るために、カソード電極を２つ持つ２元スパッタリング装置においてSiとTaのスパッタターゲット出力（スパッタのターゲットの印加電力）を変化させ、成膜した。なおかつこの膜をエッチングし、その時の３種類のガス条件でのエッチングレートを調べた結果を図３に示した。図３は、SiとTaの、スパッタターゲット出力の比率とエッチングレートの関係を示した図である。出力の比率は、スパッタのＳｉターゲットに印可する電力：Ｔａターゲットに印可する電力で、Ｓｉターゲットに印可する電力とＴａターゲットに印可する電力の和は、３００Ｗである。図３のグラフと凡例に、グラフ内の各点の成膜条件とエッチング条件との対応を示した。各条件は次ぎの通りである。

条件１
＜成膜条件＞
ガス流量 Ａｒ／Ｏ₂／Ｎ₂＝３６／４／０［ｓｃｃｍ］
成膜圧力 ０．２５Ｐａ
＜エッチング条件＞
出力 ＩＣＰ／ＲＩＥ＝４０／２００［Ｗ］
ガス流量 Ｃｌ₂／Ｈｅ＝４０／６５［ｓｃｃｍ］
エッチング圧力 ６６５［ｍＰａ］
条件２
＜成膜条件＞
ガス流量 Ａｒ／Ｏ₂／Ｎ₂＝３６／４／０［ｓｃｃｍ］
成膜圧力 ０．２５Ｐａ
＜エッチング条件＞
出力 ＩＣＰ／ＲＩＥ＝２０／１００［Ｗ］
ガス流量 Ｃ₂Ｆ₆／Ｈｅ／Ｏ₂＝５／４０／５［ｓｃｃｍ］
エッチング圧力 ３９９［ｍＰａ］
条件３
＜成膜条件＞
ガス流量 Ａｒ／Ｏ₂／Ｎ₂＝３６／０．４／３．６［ｓｃｃｍ］
成膜圧力 ０．２５Ｐａ
＜エッチング条件＞
出力 ＩＣＰ／ＲＩＥ＝４０／２００［Ｗ］
ガス流量 Ｃｌ₂／Ｈｅ＝４０／６５［ｓｃｃｍ］
エッチング圧力 ６６５［ｍＰａ］
図３において同じ成膜条件による酸化膜のドライエッチの条件１と条件２の比較から、フッ素系のガスを使った条件２より塩素系の条件を使った条件１の方が酸化膜がエッチングされにくいことがわかる。従って、吸収膜として塩素系ガスでエッチングされ易い膜を用いることにより、図３に示されている塩素でエッチングされにくい酸化膜は緩衝膜として使用できる。この場合、緩衝膜を成膜するには、好ましくは図３のグラフ横軸で表した２元スパッタ成膜時のターゲット出力比率Si/Taは小さい方がよい。

ArとO₂を成膜時のガスとして使った条件１とArとO₂とさらにN₂を成膜時のガスとして使った条件３を同一の塩素系のガス条件でエッチングした場合を比べてみると、成膜時の酸素の少ない条件３の方がエッチングレートがはるかに大きいことがわかる。従って、条件３の窒化膜を吸収膜として用い、塩素系ガスでエッチングを行うことにより、図３の塩素でエッチングされにくい酸化膜を緩衝膜として用いることができることがわかる。

一方、上記のような選択性を見るために、NbにSiを添加したり、成膜時のスパッタガスのArにO₂やN₂を添加するなどして成膜した。このときの成膜条件を表１に示す。表１に示した膜のドライエッチングレートを調べ、その結果を図４に示した。

Nbを含むサンプルの成膜条件。

条件Ａ
＜エッチング条件＞
出力 ＩＣＰ／ＲＩＥ＝４０／２００［Ｗ］
ガス流量 Ｃｌ₂／Ｈｅ＝４０／６５［ｓｃｃｍ］
エッチング圧力 ６６５［ｍＰａ］
条件Ｂ
＜エッチング条件＞
出力 ＩＣＰ／ＲＩＥ＝２０／１００［Ｗ］
ガス流量 Ｃ₂Ｆ₆／Ｈｅ／Ｏ₂＝５／４０／５［ｓｃｃｍ］
エッチング圧力 ３９９［ｍＰａ］
条件Ｃ
＜エッチング条件＞
出力 ＩＣＰ／ＲＩＥ＝２０／１００［Ｗ］
ガス流量 Ｃ₂Ｆ₆／Ｈｅ／Ｏ₂＝５／４０／０［ｓｃｃｍ］
エッチング圧力 ３９９［ｍＰａ］
図４よりArのみで成膜した場合とArにN₂を添加して成膜した場合は、塩素系のガスでエッチングした方がフッ素系のガスよりはるかにはやいレートでエッチングできていることがわかる。ArにO₂を添加して成膜した場合は、逆に塩素系のガスよりもフッ素系のガスの方が早いレートでエッチングできていることがわかる。それゆえ吸収膜を塩素系のガスでよくエッチングできる膜とし、緩衝膜はNb、若しくはＮｂに加えさらにSiをターゲットとしてArにO₂を添加して成膜した膜とすればよい。また、緩衝膜のエッチングはフッ素系のガスで行う。なお、NbはEUV波長での吸収が小さいので、吸収膜の構成元素とすることは適当ではない。

緩衝膜としては完全なTaOまたはNbOにした方が塩素系でのエッチングレートが低下して好ましいが、ドライエッチ装置によっては緩衝膜剥離時のフッ素系でもレートが低すぎるので好ましくはSiを含むほうが良い。Siを入れすぎると緩衝膜のEUV光吸収が小さくなり吸収膜とあわせたパターンが厚くなり、いわゆる射影効果が大きくなって転写線幅精度が悪くなる。一方吸収膜はSiを少し入れるだけでアモルファス膜になって表面粗さや加工精度が良くなる。そのため緩衝膜にも吸収膜にもSiを少し入れるのが良い。好ましくはTaの多いTaSixターゲットまたはNbの多いNbSixターゲットで緩衝膜はAr+O₂、吸収膜はAr+N₂で成膜すると、緩衝膜と吸収膜を連続してスパッタ成膜できる。

また、上記吸収膜とは吸収膜５の上に検査光に対するコントラストをとることを目的とした反射防止膜があるものも含む。この膜はマグネトロンスパッタリング法などにより透明性の薄膜を作製するが、このときスパッタガスに酸素や窒素を添加することによりこれらの気体との反応物による透明性薄膜を形成する。ターゲットのスパッタ出力や酸素と窒
素の流量を制御することによって膜の光学的性質を制御する。

本発明のEUVマスク及びブランクは、従来どおりのマスク作製プロセスに準拠して作製する。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。その上にキャッピング膜、緩衝膜を上記のような材料を用いて積層する。

さらに膜の上に低反射（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、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、吸収膜のドライエッチングを行った後、緩衝膜をエッチングして本発明のマスクが完成する。

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端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後、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。

図１ないし図２を用いて、反射型フォトマスクの製造工程についての実施例を説明する。

基板１として、図に示すように６インチ×６インチ×０．２５インチの大きさの合成石英ガラス基板を用意した。

基板１上にＤＣマグネトロンスパッタ装置を用いてＭｏとＳｉのターゲットを交互に使用し、Ａｒ雰囲気で２．８ｎｍの膜厚を有するＭｏ層、および４．２ｎｍの膜厚を有するＳｉ層を１周期として４０周期積層し、２８０ｎｍの厚さを有する多層膜２を形成した。多層膜２の最上層はＳｉとした。この多層膜２の波長２５７ｎｍにおける反射率は６３％であった。

次に、図に示すように、多層膜２の上にＺｒとＳｉの原子数比が１：２のスパッタリングターゲットを使用して、ＺｒＳｉからなるキャッピング層３を７ｎｍの厚さで成膜した。

次に図に示すように、Ａｒ、Ｏ₂ガスのガス流量３６／４（ｓｃｃｍ）雰囲気下でＴａとＳｉのスパッタリングターゲットを使用し、パワー比Ｔａ：Ｓｉ＝１００：２００でＤＣマグネトロンスパッタリングにより１５ｎｍの厚さにＴａとＳｉからなる緩衝膜４を成膜した。引き続き、ＴａとＳｉのスパッタリングターゲットを使用し、パワー比を２６０：４０として、Ａｒのガス流量を４０（ｓｃｃｍ）とした反応性ＤＣスパッタリングにより吸収膜５を７５ｎｍの厚さに成膜した。このようにして、図１に示すようなＥＵＶ露光用マスクブランクを得た。

上記マスクブランクに電子線レジストＦＥＰ１７１（富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）を３００ｎｍの厚さにスピンコートし、ホットプレートにて１１０℃で１０分間のベーキングをおこない、レジスト層を形成した。

次いで、電子線描画装置を用いて、１０μＣ／ｃｍ²のドーズ量でパターンを描画した。描画後のブランクをホットプレートにて１１０℃で１０分間ベーキングし、２．３８ｗｔ％の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で９０秒間現像処理して、純水でリンスした後にスピン乾燥してレジストパターンを得た。

続いて、ＩＣＰエッチング装置を用いて、Ｃｌ₂ガスとＨｅガスを流量比８：１３で混合し、ガス圧力５ｍＰａの雰囲気下で前記レジストパターンを介して、吸収膜のパターンを得た。

続いて、ＩＣＰエッチング装置を用いて、Ｃ₂Ｆ₆ガス、ＨｅガスとＯ₂ガスを流量比２：１６：１で混合し、ガス圧力３ｍＰａの雰囲気下で前記レジストパターンを介して、緩衝膜のパターンを得た。

次に、酸素プラズマによりレジストパターンを除去して本発明の極端紫外先露光用マスクを得た。

本発明の極端紫外線露光用マスクブランスの一例を断面で示す説明図である。 本発明の極端紫外線露光用マスクの一例を断面で示す説明図である。 SiとTaのスパッタターゲット出力の比率とエッチングレートの関係を示した説明図である。 Nbを含む各サンプルのエッチング条件によるエッチングレートを示した説明図である。

符号の説明

１・・・基板
２・・・EUV光高反射率多層膜
３・・・キャッピング膜
４・・・緩衝膜
５・・・EUV光吸収膜

Claims (4)

1. 基板上に、露光光の高反射部となる多層膜と、多層膜を保護するキャッピング膜と、多層膜及びキャッピング膜を保護する緩衝膜と、低反射部となる吸収膜とが順次形成された極端紫外線露光用マスクブランクにおいて、Ｔａの多いＴａＳｉｘターゲットまたはＮｂの多いＮｂＳｉｘターゲットで緩衝膜はＡｒ＋Ｏ _２ 、吸収膜はＡｒ＋Ｎ _２ で成膜することを特徴とする極端紫外線露光用マスクブランク。
2. 請求項１に記載の極端紫外線露光用マスクブランクを用い、吸収膜及び緩衝膜が所定のパターンに形成されたことを特徴とする極端紫外線露光用マスク。
3. 請求項１又は２に記載の極端紫外線露光用マスクブランクを用い、吸収膜及び緩衝膜をドライエッチングにより所定のパターンに形成する極端紫外線露光用マスクの製造方法において、前記吸収膜をドライエッチングするときに塩素を主体とした気体を用い、緩衝膜をドライエッチングするときにフッ素系を主体とした気体を用いることを特徴とする極端紫外線露光用マスクの製造方法。
4. 請求項２に記載の極端紫外線露光用マスク又は請求項３に記載の極端紫外線露光用マスクの製造方法により製造された極端紫外線露光用マスクを露光装置に設置し、当該マスクを用いたリソグラフィー法による露光転写を行い、パターン形成を行うことを特徴とするパターン転写方法。