JP4923923B2 - 極端紫外線露光用マスクおよびそれを用いた半導体集積回路製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造プロセス中の、極端紫外線露光を用いたフォトリソグラフィ工程で使用される、極端紫外線露光用マスク、並びにそのマスクを用いた半導体集積回路製造方法に関する。

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、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、さらにその次世代技術として、ＡｒＦエキシマレーザを用いた液浸露光技術が使用されている。

しかしながら、ＡｒＦエキシマレーザを用いた液浸露光をもってしても、将来的に求められる３２ｎｍ以下の線幅を有するデバイスを作製することは容易ではない。また、ＡｒＦエキシマレーザを用いる液浸露光を、３２ｎｍ以下の線幅を有するデバイス作製用のリソグラフィ技術として適用するには、露光装置やレジストの課題もある。このため、エキシマレーザ光より波長が一桁以上短い、波長１０〜１５ｎｍの極端紫外線（Extreme Ultra Violet、以下「ＥＵＶ」と略記）を用いたＥＵＶリソグラフィの研究開発が進められている。

ＥＵＶ光は、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露光を行う場合、従来から用いられている、透過型のマスクを使用する屈折光学系の露光システムは使用できず、反射光学系の露光システムが必要となり、マスクについても反射型マスクが必要となる。

これまで開発されてきた一般的なＥＵＶ露光用の反射型マスク（以下、「ＥＵＶ露光用マスク」）は、Ｓｉウェハやガラス基板上に、反射率が高い高反射領域と、高反射領域の上にパターン形成された低反射領域（吸収領域）とが形成された構造である。高反射領域は、例えばＭｏとＳｉからなる２層膜を４０層ほど積層した多層膜が露光光に曝される部分であり、低反射領域は、多層膜上に設けたＴａなどの金属性膜（吸収膜）をパターン形成して得られる。高反射領域は、２種類の膜を交互に積層した多層膜により形成され、２種類の膜は、両者間での屈折率差が大きい一方、それぞれの吸収はなるべく小さくなるように構成される。この結果、多層膜が吸収膜に覆われていない部分（高反射領域）において各界面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。

ここで、多層膜を保護する意味で、多層膜の最上層（吸収膜に近い層）をキャッピング膜と呼ぶ場合がある。キャッピング膜は、ＥＵＶ光に対する透明性が高い材料を用いて別途、形成される場合もあるが、ここではキャッピング膜も含め、高反射領域を形成する積層膜を多層膜と呼ぶことにする。

従来の一般的なＥＵＶ露光用マスクでは、高反射領域を形成する多層膜と吸収領域を形成する金属性膜との間に、ＳｉＯ_２膜やＣｒ膜からなる緩衝（バッファ）膜が配置されている。緩衝膜は、吸収膜のパターニングや欠陥修正を行う際に、多層膜へ与えるダメージを軽減する機能を持つ膜である。この緩衝膜は、多層膜の反射率が低下しないよう、通常は吸収膜のパターニグ後は剥離するが、ＥＵＶ光に対する透明性が高い場合は、剥離せずに残すタイプのＥＵＶ露光用マスクも提案されている（特許文献１）。後者のタイプのＥＵＶ露光用マスクについては、その後のプロセスを経ても緩衝膜のＥＵＶ光透明性が低下せず、従って実際にＥＵＶ光を露光する際に、高反射領域のＥＵＶ反射率が低下することがなく、転写性能への影響がないようなマスクプロセスと構造を開発する必要がある。

特開２００４−２６００５６

ところで、吸収膜をパターニングする際、本来除去される部分の吸収膜が除去されずに残ることにより、吸収膜パターンに欠陥が生じる場合がある。このような吸収膜パターンを修正する方法のひとつとして集束イオンビームを欠陥部分に照射することにより、欠陥部分に残存した吸収膜を削り取って修正する方法がある。ただし、緩衝膜を残すタイプのＥＵＶ露光用マスクの場合、この集束イオンビーム修正を行うと、緩衝膜にイオンが注入されてＥＵＶ光透明性が低下し、イオン注入された緩衝膜に覆われた部分のＥＵＶ反射率が低下するため、集束イオンビーム修正を用いることができない、という課題があった。

本発明では、緩衝膜へのイオン注入による、高反射領域の実質的な反射率低下を防止でき、従って緩衝膜を剥離せず残すタイプのＥＵＶ露光用マスクであっても集束イオンビームによる欠陥修正が可能なＥＵＶ露光用マスク、およびそのマスクを用いたパターン形成方法を提供する。

本発明の請求項１に係る発明は、基板と、前記基板の片側表面上に形成されたＥＵＶ光を反射する多層膜と、前記多層膜上に形成されたＥＵＶ光に対する透明性を有する緩衝膜と、前記緩衝膜上に形成されたパターニングされた吸収膜とを有する極端紫外線露光用マスクを準備し、前記吸収膜をパターニングした後、前記吸収膜がパターニングされずに残存したパターン欠陥部を集束イオンビームにより修正し、前記修正した部分のイオン濃度が、５×１０ ^２０ (ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３ ）以上の場合、または、前記修正した部分の反射率が、前記修正しない部分の反射率に比べて５％以上低い場合に、前記修正した部分に隣接する部分にある前記吸収膜のパターンの線幅を、前記修正しない部分にあるパターンの線幅より狭くす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するものである。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載の極端紫外線露光用マスクの製造方法により製造した極端紫外線露光用マスクを露光装置に設置し、リソグラフィ法による露光転写を行うことを特徴とする半導体集積回路の製造方法とするものである。

本発明によれば、緩衝膜が剥離されず高反射領域上に残されているタイプのＥＵＶ露光用マスクについて、集束イオンビームによる欠陥修正が可能となる。

以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。本明細書において、同一部材については同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。

図１は本発明の一実地形態に係るＥＵＶ露光用マスク１０の断面を示す模式図である。ＥＵＶ露光用マスク１０は、基板１上に、多層膜２、緩衝膜３、吸収膜４がこの順に積層された構成である。多層膜２は、ＥＵＶ光を反射し、ほぼ均一な膜厚で基板１の片側表面（上面）全体を覆う。本実施形態の多層膜２は、２種類の膜が交互に積層されて構成され、具体的にはＭｏ膜とＳｉ膜という２種類の膜の対が４０対重ねられて構成されている。ただし、本発明において多層膜２の構成はこれに限定されず、ＥＵＶ光を反射させる任意の膜を使用できる。

緩衝膜３は、ＥＵＶ光に対する透明性を有する材料で構成され、多層膜２全体を覆う。一方、吸収膜４はパターニングされており、多層膜２およびその上を覆う緩衝膜３には、吸収膜４で覆われた部分と吸収膜４で覆われない部分とがある。緩衝膜３はＥＵＶ光に対する透明性を有するため、基板１上の多層膜２および緩衝膜３が吸収膜３で覆われていない部分は、ＥＵＶ光を露光した際にＥＵＶ光を反射する高反射領域Ｒとなり、多層膜２および緩衝膜３が吸収膜４で覆われた部分は低反射領域、すなわち吸収領域Ａとなる。

本実施形態の緩衝膜３は、ＺｒＳｉ_２を材料とするが、ＥＵＶ光に対する多層膜２の反射を阻害しない材料および厚さであれば構造は特に限定されない。例えば、特許文献１に記載されているように、ＥＵＶ露光波長に対する消衰係数が０．００１以上０．０１５以下の範囲となるように材料および厚さが規定された膜を緩衝膜として好適に使用できる。緩衝膜３の膜厚は、ほぼ均一で、例えば３０ｎｍ以下、特に３〜１０ｎｍである。

吸収膜４は、もともとは実質的に同一の線幅を有する表面視帯状のパターンを描くようにパターニングされるが、パターンの一部の線幅は、他の部分に比して狭くなるように加工されている。以下、吸収膜４のパターンの一部の線幅を狭くする理由について、図２〜図４を参照して詳述する。

図２は、吸収膜４のパターン欠陥を修正した後、吸収膜４のパターンの一部の線幅を狭くする前のＥＵＶ露光用マスク１０におけるＥＵＶ光の反射状態を示す断面模式図である。図２に示すＥＵＶ露光用マスク１０には、吸収膜４のパターン欠陥が修正されることにより、パターン欠陥修正に用いイオンビーム由来のイオンが注入された部分（以下、「修正部」）７がある。

ＥＵＶ露光用マスク１０において、高反射領域Ｒでは多層膜２と緩衝膜３とによりＥＵＶ露光光が反射される。修正部７における反射率をＲ７、修正部７以外の部分（例えば図２において破線で囲った部分。以下、「無修正部」）Ｎにおける反射率をＲ３とすると、Ｒ３は次式により求められる。

（式１）
反射率Ｒ３＝多層膜の反射率＋緩衝膜の反射率

図３は、集束イオンビームを用いて吸収膜４のパターン欠陥の修正を行った場合の緩衝膜３中でのイオン注入分布を計算した結果を示すグラフ図である。吸収膜４としては厚さが１００ｎｍのＴａを材料とする金属性膜を用い、緩衝膜３はＺｒＳｉ_２製、集束イオンビームはＧａイオンの加速電圧１０ｋｅＶとし、１００ｎｍの厚さのＴａ膜を実際に修正したときのドーズ量とした。具体的には、ドーズ量は０．０１２ｎＣ／μｍ^２とした。

ＺｒＳｉ_２の原子密度は理論上、４．４×１０^２２（atoms/cm³）程度であるので、Ｇａイオンの濃度が４×１０^２０（atoms/cm³）、すなわち１％以下程度であれば、Ｇａイオンの注入による緩衝膜３の反射率の低下はほとんどないと考えられる。しかし、図３に示すように、緩衝膜３の最表面（図３の横軸で０．１μｍの所）におけるＧａイオン濃度は１．０２×１０^２1（atoms/cm³）であり、表面から１０ｎｍ（図３の横軸で０．１１μｍの所）の深さにおけるＧａイオン濃度は２．６６×１０^２０（atoms/cm³）であった。従ってＺｒＳｉ_２緩衝膜３の上部には、反射率に影響を与えるほどの濃度のＧａイオンが存在していると言える。ＧａのＥＵＶ光吸収性はＺｒやＳｉよりも大きいので、修正部７における反射率Ｒ７は、無修正部Ｎの反射率Ｒ３より小、すなわちＲ７＜Ｒ３となる。

そこで、本発明においては、修正部７における反射率Ｒ７が、イオンが存在していない他の部分の反射率Ｒ３に近い値となるように、修正部７に隣接する部分に設けられた吸収膜４のパターン（以下、「被修正パターン」）４ｂの線幅を狭くする（図４参照）。このように、被修正パターン４ｂの線幅Ｗ２を、欠陥修正した部分に隣接していない吸収膜のパターン（以下、「通常パターン」）４ａの線幅Ｗ１より狭くすることにより、修正部７の周辺領域を大きくしてこの領域で反射される光の量を増やすことができる。したがって、修正部７を含む領域の反射率Ｒ７を、無修正部Ｎの反射率Ｒ３に近づけて、高反射領域Ｒ全体の反射率を均一化できる。

被修正パターン４ｂの線幅を狭くする方法は、反応性ガス雰囲気下で電子線ビームにより加工する、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で用いられるような微細針により機械的に加工する、レーザ光により加工する等の方法がある。また、加速電圧を小さくすると注入されるイオン濃度は少なくなるため、集束イオンビームでパターン欠陥を修正した後、加速電圧を小さくして被修正パターン４ｂの側面を削るようにイオンビームを照射して線幅を狭くすることもできる。

以下、図４を用いて上述したＥＵＶ露光用マスク１０を例として、本発明に係るＥＵＶ露光用マスクの製造方法について説明する。

まず、基板１を用意し、基板１の片側表面のほぼ全面を覆うようにＥＵＶ反射性の多層膜２を形成する。基板１の材質は特に限定されず、例えばガラスやプラスチック製の透明基板、またはシリコンウェハ等が使用できる。

多層膜２としては、ＥＵＶ反射率６５％以上であることが求められ、現在、Ｍｏ膜とＳｉ膜とを積層した２層膜を４０層程度積層した膜が用いられている。このような多層膜２は、マグネトロンスパッタリング法、またはイオンビームスパッタリング法等を用いて、基板１上にＭｏ膜とＳｉ膜とを交互に積層することにより形成されるが、本発明で用いられる多層膜２の構造、材質、および製法はこれに限定されるものではない。

なお、上述したとおり多層膜の最上層を「キャッピング膜」と称する場合があるが、上記実施形態に係るＥＵＶ露光用マスク１０の多層膜２には、かかる「キャッピング層」が含まれるものとする。ただし、キャッピング層を多層膜とは別の材料で構成する場合等において、キャッピング層と多層膜とを区別する場合がある。上記ＥＵＶ露光用マスク１０の緩衝膜３は、このような場合には、キャッピング層を兼ねる膜と考えてもよい。

次に、多層膜２を覆うように緩衝膜３を成膜し、緩衝膜３の上を覆うように吸収膜３をさらに成膜する。緩衝膜３は上述したとおり、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｉ等を材料として形成することができる。現在、提案されているＥＵＶ露光用マスクの緩衝膜としては、ＺｒＳｉ_２、ＣｒＮ、ＳｉＯ_２膜等があるが、これらに限定されるものではない。

吸収膜４としては、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ等の金属材料とする膜、例えばＴａＢＮ膜、ＴｉＮ膜、アルミニウム−銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）膜等が提案されているが、材質や構造は特に限定されず、複数種類の膜を積層して吸収膜４としてもよい。緩衝膜３および吸収膜４は、多層膜２と同様に任意の成膜法、例えばスパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、蒸着法等でそれぞれ形成すればよい。

吸収膜４を緩衝膜３上に成膜した後、吸収膜４をパターニングする。吸収膜４のパターニング方法は特に限定されず、例えば、吸収膜４上にレジストを塗布してレジストパターンを形成し、これをマスクとして吸収膜４をエッチングする方法を採用できる。レジストの材料やレジストパターンの描画法は、吸収膜４や緩衝膜３の材質等を考慮して適宜、選択すればよく、例えば電子線描画法や光露光を採用することができる。吸収膜４のエッチング方法も特に限定されず、反応性イオンエッチング等のドライエッチングまたはウエットエッチングを、吸収膜４の材料等に応じて適宜、選択して用いればよい。

吸収膜４をパターニングした後、レジストを剥離液で剥離することにより、ＥＵＶ露光用マスク１０が得られる。ただし、得られたＥＵＶ露光用マスク１０には、図４（ａ）に示すように、本来、エッチングにより除去されるべき部分の吸収膜４が除去されずに欠陥部６として残っている場合がある。そこで、ＤＵＶ反射光をＥＵＶ露光用マスク１０に照射するなどの方法により、欠陥部６をチェックする欠陥検査を行う。

かかる欠陥検査により、吸収膜４が残存する欠陥部６を特定した後、欠陥部６を除去する欠陥修正工程を行う。欠陥部６を除去する方法としては、欠陥部６に集束イオンビームを照射する方法を用いることができる。このように集束イオンビームを用いることで、微細な欠陥を修正できる一方、図４（ｂ）に示すように、欠陥部６の下層に位置する緩衝膜３の一部にイオンが注入された部分（修正部）７が生じる。

そこで、次に線幅加工工程として、上述した方法により、欠陥部６に対して水平方向で隣接していた被修正パターン４ｂの線幅を狭くして、幅狭なパターン４ｂが形成されたＥＵＶ露光用マスク１０を得る（図４（ｃ）参照）。被修正パターン４ｂの線幅Ｗ２は、少なくとも、被修正パターン４ｂの線幅を狭くすることにより新たに緩衝膜３が露出された領域（以下、「露出領域」と称し、図４（ｃ）の符号８で示す領域）による反射を受けて、修正部７とその周辺領域（具体的には露出領域８）とにおける反射率Ｒ７が無修正部Ｎと同等の反射率Ｒ３となるように調整するとよい。このような線幅加工処理は、修正部７における集束イオンビーム由来のイオン濃度が、緩衝膜材料由来のイオン濃度の１％を超える場合に行うとよい。より具体的には、Ｇａイオンをイオン源として用いる場合において、修正部７のイオン濃度が、５×１０^２０(atoms/cm³）以上となっているような場合に線幅を狭くするとよい。または、修正部７における反射率を目安とし、修正部７の反射率が他の部分の反射率に比べて５％以上、低いような場合に線幅を狭くするようにしてもよい。

上記線幅加工工程を経て得られたＥＵＶ露光用マスク１０は、集束イオンビームによりパターン欠陥修正が施されており、かつ、パターン欠陥修正時にイオンが注入された修正部７を含む高反射領域Ｒ全体がほぼ均一な反射率を有する。したがって、このようなＥＵＶ露光用マスク１０を露光装置に設置し、パターン転写することにより、当初予定されたパターンが形成されたデバイスを製造することができる。

次に、本発明に係るＥＵＶ露光用マスクを用いるパターン転写工程を含む半導体集積回路の製造方法について説明する。本発明は、ＥＵＶ光を露光用光源として用いるフォトリソグラフィ法による半導体集積回路製造に適用され得る。

すなわち、本発明方法では、レジストを塗布したシリコンウェハ等の基板をウエハステージ上に配置し、反射鏡を組み合わせて構成した反射型の露光装置に上記ＥＵＶ露光用マスクを設置する。そして、ＥＵＶ光を光源から反射鏡を介してＥＵＶ露光用マスクに照射し、ＥＵＶ光をＥＵＶ露光用マスクによって反射させてレジストが塗布された基板に照射する。このパターン転写工程により、回路パターンが基板上に転写される。回路パターンが転写された基板は、現像によって感光部分（または非感光部分）をエッチングした後、レジストを剥離する。半導体集積回路は、このように、基板上に薄膜を形成し、薄膜上にレジストを塗布するレジスト塗布、パターン転写、現像、エッチング、レジスト剥離の各工程を繰り返し、製造される。

以下、実施例について述べる。まず、基板としてガラス基板を用意し、この基板上にＭｏ膜とＳｉ膜とを対としてイオンビームスパッタリング法により成膜し、４０対の多層膜を形成した。この多層膜の上に、緩衝膜としてＺｒＳｉ_２をマグネトロンスパッタリング法により１０ｎｍの厚さとなるように成膜した。次に吸収膜として、マグネトロンスパッタリング法によりＴａを主成分とする膜を１００ｎｍの厚さとなるように成膜し、ＥＵＶ露光用マスクブランクスを得た。

その後、吸収膜の上に電子線レジストを塗布し、電子線描画法によりレジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクとし、反応性イオンエッチングにより吸収膜のパターニングを行い、その後、レジストを剥離した。しかる後に、ＤＵＶ反射光によるコントラストを利用して、欠陥検査を行った。その後、多層膜に損傷が発生しないように注意しながら集束イオンビームによる欠陥修正を行った。欠陥修正を行った際、加速電圧を下げて、欠陥修正した部分に隣接する部分の吸収膜のパターンに集束イオンビームを照射することにより、この吸収膜のパターンの線幅を狭くした。具体的には、欠陥修正した部分に隣接していない吸収膜のパターン（図４の通常パターン４ａに相当するパターン）の線幅１２０ｎｍに対し、線幅を細くした被修正パターン（図４の被修正パターン４ｂに相当するパターン）の線幅を１００ｎｍとした。

この結果、欠陥修正していない高反射領域における多層膜と緩衝膜とによる反射率Ｒ３は、６６．３％であったのに対し、欠陥修正した部分（修正部７と露出領域８とを合わせた領域）の反射率は６６．１％となった。

また、比較のために欠陥修正できた時点で集束イオンビームの照射を停止し、欠陥部分に隣接するパターンの線幅を他のパターンの線幅と同じ（すなわち、図４の（ｂ）の状態）にして反射率Ｒ７を測定した。測定の結果、欠陥修正を行い緩衝膜の膜厚を薄くしなかった部分の反射率Ｒ７は６０．９％であった。

これにより、本発明によれば吸収膜のパターン欠陥を集束イオンビームで修正した部分についての反射率の低下を回避でき、集束イオンビームにより微細な欠陥も修正されたＥＵＶ露光用マスクが得られる。このため、このＥＵＶ露光用マスクを用いて基板にパターン転写し、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て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ことができる。

本発明は、ＥＵＶ露光用の反射型のマスクおよびこれを用いた半導体集積回路の製造に用いることができる。

本発明の一実施形態に係わるＥＵＶ露光用マスクの断面を示す模式図である。 本発明のＥＵＶマスクについて、製造工程中での反射率を説明するための図である。 集束イオンビームによる欠陥修正時に緩衝膜に注入されるイオン濃度分布を計算した特性図である。 本発明のＥＵＶマスクの製造工程の一部を示す説明図である。

符号の説明

１・・・・基板
２・・・・多層膜
３・・・・緩衝膜
４・・・・吸収膜
６・・・・欠陥部
７・・・・修正部
８・・・・露出領域
１０・・・極端紫外線（ＥＵＶ）露光用マスク
Ａ・・・・吸収領域
Ｎ・・・・無修正部
Ｒ・・・・高反射領域

Claims (2)

1. 基板と、前記基板の片側表面上に形成されたＥＵＶ光を反射する多層膜と、前記多層膜上に形成されたＥＵＶ光に対する透明性を有する緩衝膜と、前記緩衝膜上に形成されたパターニングされた吸収膜とを有する極端紫外線露光用マスクを準備し、
   前記吸収膜をパターニングした後、前記吸収膜がパターニングされずに残存したパターン欠陥部を集束イオンビームにより修正し、
   前記修正した部分のイオン濃度が、５×１０ ^２０ (ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３ ）以上の場合、または、前記修正した部分の反射率が、前記修正しない部分の反射率に比べて５％以上低い場合に、前記修正した部分に隣接する部分にある前記吸収膜のパターンの線幅を、前記修正しない部分にあるパターンの線幅より狭くす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。
2. 請求項１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した極端紫外線露光用マスクを露光装置に設置し、リソグラフィ法による露光転写を行うことを特徴とする半導体集積回路の製造方法。