JP4946136B2 - 極端紫外線露光用マスクブランク及び極端紫外線露光用マスク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において用いられ、波長が１０〜１５ｎｍ程度のいわゆるＥＵＶ（Extreme Ultra Violet＝極端紫外線）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（以下、ＥＵＶ露光用マスク）、及びそのようなマスクを作製するための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を用いたパターン転写方法に関する。

半導体集積回路の微細化は年々進んでおり、それに伴ってフォトリソグラフィ技術に使用する光も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は、研究が進んでいるとはいえ、実用化の見通しは明確ではない。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を用いた露光（ＥＵＶ露光）では、上述のように短い波長の光が使用されるため、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波長領域では従来の透過型の屈折光学系を使用することができず、反射光学系を用いることになる。したがって、ＥＵＶ露光に用いるマスクも反射型マスクになる。これまで開発されてきた一般的なＥＵＶ露光用マスクとしては、Ｓｉウェハやガラス基板上に、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と、多層膜を保護するキャッピング膜とを設けて高反射領域とし、さらにその上に低反射領域として吸収膜及び緩衝膜からなるパターンを形成した構造が知られている。ここで、緩衝膜は、吸収膜のパターニングや欠陥修正の際に、キャッピング膜や多層膜へのダメージを軽減する役割を果たす。

吸収膜及び緩衝膜からなるパターンを形成する際には、電子線描画などでパターンを転写した状態で吸収膜から順番にエッチングを行う。通常、ＥＵＶ露光用マスクの製造工程では、吸収膜及び緩衝膜からなるパターンが正確に形成されていることを検査する外観的な欠陥検査工程が設けられている。吸収膜及び緩衝膜からなるパターンの線幅が小さいため、欠陥検査には、波長１９８ｎｍや２５７ｎｍなどのＤＵＶ（Deep Ultra Violet、遠紫外線）が使用されており、ＤＵＶをＥＵＶ露光用マスクに照射したときの反射光を観察することで検査が行われる。一般に、欠陥検査においては、ＤＵＶ光に対する欠陥の反射率と、欠陥が載っている下地の膜部分の反射率の比、いわゆるコントラストが高い方が欠陥部分を発見し易くなる。
ここで、吸収膜の欠陥検査として、例えば、エッチングによって吸収膜が除去されるべき部分に吸収膜が残留しているか否かを調べるときは吸収膜のエッチングが終了したタイミングで実施する。このときにコントラストをなす一方の反射率は吸収膜の欠陥部分の反射率であり、他方の反射率は多層膜上にキャッピング膜と緩衝膜を積層した積層体の反射率となる。そして、これら反射率の差が大きいほど、吸収膜の欠陥を発見し易い。
特開平８−２１３３０３号公報

このように、吸収膜の欠陥検査を容易にするためには、欠陥部分と、欠陥が載っている下地の膜部分のそれぞれの反射率のコントラストが高い方が良い。欠陥が比較的大きく、膜厚が積層方向に厚い場合は、吸収膜表面に反射防止層を付けるなどの方法を用いることで反射率コントラストを高くすることができるが、欠陥が小さくて膜厚が薄いときや、修正により欠陥の膜厚が薄くなったときにはコントラストが低くなるので、このような吸収膜の欠陥を精度良く検出することは困難であった。
本発明は、かかる問題に対する対策を提供するものであり、ＤＵＶ光による欠陥検査能力を向上するために、多層膜にキャッピング膜及び緩衝膜を積層した積層体と吸収膜の欠陥部分との間のコントラストを確保できるようにしたＥＵＶ露光用マスク、及びそれを作製するためのブランクを提供することを主な目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の極端紫外線露光用マスクブランクは、基板上に形成された多層膜からなる高反射部と、前記多層膜を保護するキャッピング膜と、前記キャッピング膜上に緩衝膜を介して形成された吸収膜からなる低反射部とを具備する極端紫外線露光用マスクブランクにおいて、前記吸収膜は、波長１９０ｎｍから２６０ｎｍの紫外線に対する屈折率が下地となる前記緩衝膜側へ向かうにつれて大きくなることを特徴としている。
この極端紫外線露光用マスクのマスクブランクは、欠陥部分を修正する過程などで吸収膜の膜厚が薄くなっても反射率を維持することができ、コントラストを保持することができ、高品質の極端紫外線露光用マスクを作製することができるようになる。

また、上記の極端紫外線露光用マスクブランクにおいて、波長１９０ｎｍから２６０ｎｍの紫外線領域における前記高反射部と前記キャッピング膜と前記緩衝膜と前記吸収膜を含む部分の反射率の上限値が、６．７乃至２０％の範囲内であることがより好ましい。

また、上記の極端紫外線露光用マスクブランクにおいて、前記吸収膜は、波長１９０ｎｍから２６０ｎｍの紫外線に対する消衰係数が、０．５乃至１．５の範囲にあり、屈折率が１．０乃至２．５の範囲にあることがより好ましい。
この極端紫外線露光用マスクブランクは、吸収膜の物性を上記したものにすることで、欠陥部分と、他の部分とのコントラストを高くでき、高品質の極端紫外線露光用マスクを作製することができるようになる。

また、本発明の極端紫外線露光用マスクは、上記に記載の極端紫外線露光用マスクブランクの吸収膜および緩衝膜をエッチングして露光転写パターンを形成したことを特徴としている。
この極端紫外線露光用マスクは、吸収膜をパターニングする際に、吸収膜が残留するなどした欠陥部分と、他の部分とのコントラストが高くなり、欠陥検査が容易になる。

また、本発明のパターン転写方法は、上記に記載の極端紫外線露光用マスクを露光装置に設置し、該マスクを用いたリソグラフィ法により露光転写を行い、パターン形成を行うことを特徴としている。
このパターン転写方法によれば、上記の極端紫外線露光用マスクに露光光として極端紫外線を照射することで、優れた反射コントラストでパターンを転写することができる。また、極端紫外線を照射することで、極端紫外線の波長に対応した微細な線幅のパターニングを行うことが可能である。

本発明によれば、吸収膜にパターンを形成するときに、欠陥部分と正常な部分の光学的なコントラストを高くすることができる。吸収膜の微小な欠陥であっても十分なコントラストが得られるので、正確なパターンを有する極端紫外線露光用マスクを作製できる。このような極端紫外線露光用マスクを使用することで、忠実なパターンを被加工物に転写することが可能になる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、ＥＵＶ（極端紫外線）露光用マスク１は、基板２上に高反射部である多層膜３と、キャッピング膜４と、緩衝膜５と、吸収膜６とを順番に積層した構造を有する。緩衝膜５及び吸収膜６は、キャッピング膜４上に所定の露光転写パターンを形成する低反射部である。なお、低反射部とは、多層膜３からなる高反射部よりも相対的に反射率が低いことをいう。
また、図２に示すように、ＥＵＶ露光用マスク１の作製に用いられるマスクブランク１０（極端紫外線露光用マスクブランク）は、緩衝膜５及び吸収膜６をパターニングする前の積層体であり、基板２上に多層膜３と、キャッピング膜４と、緩衝膜５と、吸収膜６とを順番に積層した構造を有する。

マスクブランク１０からＥＵＶ露光用マスク１を製造する方法を図３に模式的に示す。最初に（ａ）に示すようにマスクブランク１０の吸収膜６の上に電子線用のレジスト２１を塗布する。（ｂ）に示すように、所定の露光転写パターンを電子線で描画してから現像し、レジスト２１によるパターンを形成する。（ｃ）に示すように、レジスト２１をマスクにして吸収膜６をエッチングする。（ｄ）に示すように、レジスト２１を剥離したら、欠陥検査装置で吸収膜６の欠陥検査を行い、欠陥部分３１が検出された場合にはリペア装置で欠陥を修正する。欠陥検査装置は、光学的に欠陥を検出する公知の装置が用いられる。リペア装置には、欠陥部分に電子線やレーザを照射する装置など公知の装置が用いられる。（ｅ）に示すように欠陥部分を除去したら、緩衝膜５をエッチングする。これにより、図１に示すようなＥＵＶ露光用マスク１が完成する。

このＥＵＶ露光用マスク１及びマスクブランク１０は、吸収膜６の欠陥検査を容易にするために、吸収膜６の欠陥部分３１の反射率Ｒａが下地層における反射率Ｒｍよりも低くなるように構成されている。すなわち、欠陥検査装置は、積層体の反射率を測定して欠陥検査を行うように構成されている。したがって、図４に示すように、基板２から緩衝膜５までの積層体３２の反射率Ｒｍよりも、緩衝膜５上に残留する吸収膜６の欠陥部分３１の反射率Ｒａを低くすれば、両者の間のコントラストが高まって欠陥部分３１を容易に識別することができるようになる。

ここで、吸収膜６の欠陥部分３１の反射率Ｒａの低さについて詳細に説明する。欠陥部分３１の反射率Ｒａは、欠陥部分３１の下地（緩衝膜５以下の積層体３２）に対して十分に高いコントラストが取れる程度に低ければ良い。一般に、コントラストＣは、Ｃ＝｛（Ｒｍ−Ｒａ）／（Ｒｍ＋Ｒａ）｝×１００（％）で表されており、ＥＵＶ露光用マスク１の吸収膜６の欠陥検査の場合、Ｃ＞５０％であれば十分な精度で欠陥検査が可能であることが知られている。

通常、多層膜３と、キャッピング膜４と、緩衝膜５を含んだ積層体３２の反射率Ｒｍは、ＤＵＶ波長領域では２０〜６０％程度である。したがって、反射率Ｒｍを２０〜６０％とすると、コントラストＣが５０％よりも大きくなるために必要な反射率Ｒａは、６．７〜２０％となる。したがって、吸収膜６の欠陥部分３１（下地層を含む）の反射率Ｒａが０％よりも大きく６．７乃至２０％以下にすることが望ましい。なお、０％よりも大きく６．７乃至２０％以下とは、反射率Ｒａの上限値は、反射率Ｒｍの値に応じて６．７乃至２０％の範囲内で変化することをいう。

そこで、この実施の形態において反射率Ｒａ＜６．７〜２０％を満足する吸収膜材料について説明する。図５及び図６には、吸収膜材料の光学定数（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）を変数として、反射率Ｒａの等高線を求めた結果が示されている。図５は、代表的な緩衝膜５として知られているＲｕ上に吸収膜６を形成した場合の反射率Ｒａの計算結果を示す。同様に、図６は、ＳｉＯ_２上に吸収膜６を形成した場合の反射率Ｒａの計算結果を示す。なお、いずれのケースでもキャッピング膜４は、最も代表的なＳｉ膜（膜厚：１１０Å）を用いて計算してある。反射率を測定する波長は、代表的なＤＵＶ検査光である１９８ｎｍと２５７ｎｍを用いている。また、吸収膜６の膜厚は、ＥＵＶ光を十分に吸収するのに必要とされる一般的な膜厚である９００Åとした。

図５及び図６からわかるように、緩衝膜材料、さらには検査光の波長に依らず、吸収膜材料の消衰係数ｋが０．５〜１．５のときに、屈折率１．０〜２．５の比較的広い範囲で反射率Ｒａが小さくなっている。

このように、反射率Ｒａは、吸収膜６の消衰係数ｋが０．５〜１．５の範囲であれば、消衰係数ｋに対する依存性は小さいので、消衰係数ｋを１．０に固定し、屈折率ｎと膜厚ｄを変数として、反射率Ｒａの等高線を求めた結果を図７及び図８に示す。図７及び図８において、膜厚ｄが小さい領域は、微小な欠陥や、欠陥修正と共に膜厚が薄くなる欠陥に相当する。

図７及び図８から、膜厚ｄが小さくなるにしたがって屈折率ｎが大きくなるようにすれば、欠陥の大きさが変化しても小さな反射率Ｒａを維持できることがわかる。言い換えれば、吸収膜６の表面から下地の緩衝膜５側に向かって屈折率ｎが大きくなる膜であれば、微小な欠陥や、修正に伴って膜厚が薄くなった場合も依然として反射率Ｒａは低く保たれて欠陥検出に必要な下地部分の反射率Ｒｍとの間に高いコントラストを維持できる。

この実施の形態によれば、多層膜３とキャッピング膜４と緩衝膜５、及び吸収膜６を含む部分、つまり欠陥部分３１の反射率Ｒａの上限が、波長１９０〜２６０ｎｍの紫外線に対して６．７〜２０％になるように極端紫外線露光用マスク１を製造したので、吸収膜６をエッチングした後で欠陥検査や欠陥修正を行う際に、コントラストの違いから吸収膜６の欠陥を認識し易くなる。したがって、高品質のＥＵＶ露光用マスク１や、高品質のＥＵＶ露光用マスク１を製造するためのマスクブランク１０が得られる。ここで、吸収膜６の消衰係数ｋを波長１９０ｎｍから２６０ｎｍの紫外線波長域において、０．５〜１．５の範囲にし、屈折率ｎを１．０〜２．５の範囲にすると、吸収膜６の構成によって上記した効果が得られるようになる。
さらに、下地に向かって屈折率ｎが次第に大きくなるように吸収膜６を形成したので、小さい欠陥や、修正途中で膜厚が薄くなった欠陥であっても欠陥検査に十分なコントラストが得られ、欠陥の存在を確実に検出できる。その結果、欠陥を確実に修正でき、信頼性の高いＥＵＶ露光用マスク１が得られる。このようなＥＵＶ露光用マスク１を使用してパターン転写を行うと、所望のパターンを確実に転写することが可能になる。

はじめに、ガラス基板上に、ＭｏとＳｉからなる４０対の多層膜をイオンビームスパッタリング法により成膜した。多層膜の上には、Ｓｉからなるキャッピング膜をマグネトロンスパッタリング法によって１１０Å成膜した。さらに、その上に緩衝膜として、Ｒｕ膜をマグネトロンスパッタリング法によって１００Å成膜した。その後、膜厚が大きくなるにしたがって次第に屈折率ｎが小さくなる吸収膜を成膜するために、スパッタリングパワーを独立に制御できる２元カソードマグネトロンスパッタリング装置を用い、次のような条件で成膜を行った。

まず、２つのカソードにＴａとＳｉの２つのターゲットを取り付け、スパッタリングガスとしてＡｒ、窒素を用意した。そこで成膜時間と共に、次第にＳｉのカソードパワーに比べてＴａのカソードパワーを大きくした。スパッタリングガスは、当初は窒素を多めにしておき、次第にＡｒの流量比を大きくした。このようにしてＳｉＮ成分の大きい膜からＴａ成分の大きい膜に変化させ、膜厚方向に屈折率が次第に小さくなるように吸収膜を体積させ、ＥＵＶ露光用のマスクブランクを作製した。なお、このようにして成膜した吸収膜は、消衰係数ｋが０．５乃至１．５の範囲内になり、屈折率が積層方向の膜厚依らずに１．０〜２．５の範囲内にあった。

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。
このような積層体に対して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が、吸収膜の微小な欠陥まで効率よく検査することができた。その後、緩衝膜、キャッピング膜、多層膜に損傷が起き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。さらに再度欠陥検査を行ったが、修正により薄くなった修正残りの吸収膜欠陥を十分に検出することができた。
このようにして欠陥検査と、必要に応じた欠陥修正を実施した後で緩衝膜をエッチングし、パターンに欠陥がない高品質のＥＵＶ露光用マスクを作製した。

このようなＥＵＶ露光用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後、ＥＵＶ露光用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した後、このエッチングレジスト層のパターンをマスクに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した。これによって、ＥＵＶ露光用マスクのマスクパターンに忠実なパターンが基板上に転写された。このＥＵＶ露光用マスクは、反射コントラストが高いので極端紫外線の波長に対応した微細な線幅のパターニングが行えた。

なお、本発明は、前記した実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、高反射部の構成は、多層膜３に限定されない。多層膜３を構成する元素や膜厚、ペア数は実施の形態に限定されない。多層膜３によって反射率Ｒｍを異ならせた場合には、その反射率Ｒｍに対してコントラストが５０％よりも大きくなるように反射率Ｒａを調整する。

緩衝膜５は、波長１９０ｎｍから２６０ｎｍの紫外線に対する屈折率が基板２に向かうにつれて大きくなるように成膜されても良い。これは、緩衝膜５をエッチングしたときの欠陥検査で、緩衝膜５の欠陥部分と他の部分との反射率のコントラストを大きくして欠陥検出を確実かつ容易に行えるようにするためである。具体的には、多層膜３とキャッピング膜４と緩衝膜５の積層体に波長１９０ｎｍから２６０ｎｍの紫外線を緩衝膜５側から入射したときの反射率が０％よりも大きく２６％以下になるようにする。このような反射率を実現する緩衝膜５としては、例えば、波長１９０ｎｍから２６０ｎｍの紫外線に対する消衰係数が１．５以下であり、屈折率が２．０乃至３．５の範囲にあれば良い。

本発明の実施の形態に係るＥＵＶ露光用マスクの構造を示す図である。 ＥＵＶ露光用マスクを作製するためのマスクブランクの構造を示す図である。 ＥＵＶ露光用マスクの製造工程を示す説明図である。 吸収膜の欠陥部分の反射率と、正常にエッチングされた部分の反射率とを模式的に示す図である。 緩衝膜にＲｕを使用したときの吸収膜の屈折率、消衰係数、吸収膜上の反射率の関係を示す特性図である。 緩衝膜にＳｉＯ_２を使用したときの吸収膜の屈折率、消衰係数、吸収膜上の反射率の関係を示す特性図である。 緩衝膜にＲｕを使用したときの吸収膜の屈折率、膜厚と、吸収膜上の反射率の関係を示す特性図である。 緩衝膜にＳｉＯ_２を使用したときの吸収膜の屈折率、膜厚と、吸収膜上の反射率の関係を示す特性図である。

符号の説明

１ ＥＵＶ露光用マスク（極端紫外線露光用マスク）
２ 基板
３ 多層膜（高反射部）
４ キャッピング膜
５ 緩衝膜
６ 吸収膜（低反射部）
１０ マスクブランク（極端紫外線露光用マスクブランク）
Ｒａ 反射率（吸収膜を含む反射率）
Ｒｍ 反射率
ｄ 膜厚
ｋ 消衰係数
ｎ 屈折率

Claims (5)

1. 基板上に形成された多層膜からなる高反射部と、前記多層膜を保護するキャッピング膜と、前記キャッピング膜上に緩衝膜を介して形成された吸収膜からなる低反射部とを具備する極端紫外線露光用マスクブランクにおいて、
   前記吸収膜は、波長１９０ｎｍから２６０ｎｍの紫外線に対する屈折率が下地となる前記緩衝膜側へ向かうにつれて大きくな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. 波長１９０ｎｍから２６０ｎｍの紫外線領域における前記高反射部と前記キャッピング膜と前記緩衝膜と前記吸収膜を含む部分の反射率の上限値が、６．７乃至２０％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の極端紫外線露光用マスクブランク。
3. 前記吸収膜は、波長１９０ｎｍから２６０ｎｍの紫外線に対する消衰係数が、０．５乃至１．５の範囲にあり、屈折率が１．０乃至２．５の範囲にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の極端紫外線露光用マスクブランク。
4. 請求項１乃至３のいずれかの極端紫外線露光用マスクブランクの前記吸収膜および前記緩衝膜をエッチングして露光転写パターンを形成したことを特徴とする極端紫外線露光用マスク。
5. 請求項４に記載の極端紫外線露光用マスクを露光装置に設置し、該マスクを用いたリソグラフィ法により露光転写を行い、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。

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