JP5194547B2

JP5194547B2 - 極端紫外線露光用マスク及びマスクブランク

Info

Publication number: JP5194547B2
Application number: JP2007116758A
Authority: JP
Inventors: 正松尾
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-04-26
Also published as: JP2008277398A

Description

本発明は、半導体製造プロセス中の、波長１０〜１５ｎｍ程度のいわゆる極端紫外線（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ、以下ＥＵＶと略記）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マスク）、及びそのマスクを作製するためのマスクブランク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。

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）ＥＵＶ光を用いた、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波長領域では従来の透過型の屈折光学系が作れず、反射光学系となり、マスクも反射型マスクとなる。これまで開発されてきた一般的なＥＵＶマスクは、Ｓｉウェハーやガラス基板上に、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、および多層膜を保護するキャッピング膜を高反射領域とし、その上に低反射領域として吸収膜および緩衝膜のパターンを形成した構造であった。キャッピング膜は、ＥＵＶ反射率を低下させないために、ＥＵＶ光に対して透明である必要があり、通常Ｓｉ膜や薄いＲｕ膜や、その化合物膜、Ｚｒの化合物膜などが使われる。また緩衝膜は、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機能を持つ必要がある。

一方、低反射領域を形成するために主要な機能を有するのは、ＥＵＶ光を吸収する吸収膜である。吸収膜部は、通常、パターン欠陥検査時のコントラストを確保するために、欠陥検査光である遠紫外線光に対して低反射率となるよう、遠紫外線光に対して透明性の膜が上層に形成される。一方、ＥＵＶ光を吸収するという、主要な機能を有するのは、吸収膜の中でも上層吸収膜を除いた下層吸収膜の部分である。このように、吸収膜は２層以上の積層構造からなる場合もあるが、本発明の目的と本質的な関係はないので、以下、吸収膜は単層として論じ、単に吸収膜と記載する。

また、構造によっては、キャッピング膜に緩衝膜として必要な機能を持たせ、キャッピング膜と緩衝膜を一体化して兼用膜とし、１層の膜で構成する場合もある。本発明では、特にことわらない限り、兼用膜もキャッピング膜の一種として論じる。

以下に公知の文献を記す。
特開２００３−３１８１０４号公報

前記のように、キャッピング膜は、ＥＵＶ反射率を低下させないために、ＥＵＶ光に対して透明である必要があるが、安定したＥＵＶ露光を行うには、マスク面内および各マスク間でＥＵＶ反射率が変動しないことが重要である。しかるに、ＥＵＶ反射率は、キャッピング膜の膜厚のばらつきによって敏感に変動する。キャッピング膜の膜厚ばらつきを生むものは、ひとつにはキャピッピング膜成膜時のばらつきであり、もうひとつは、キャッピング膜の直上にある膜をエッチング等で剥離するときのばらつきである。すなわち、緩衝膜がある構造では、緩衝膜をエッチングし、オーバーエッチングにするとき、兼用膜の場合は吸収膜をエッチングし、さらにオーバーエッチングするときに、キャッピング膜がエッチングされる量のばらつきである。このようなキャッピング膜厚のばらつきによるＥＵＶ反射率の変動を抑えるには、仮にキャッピング膜厚が変化しても、ＥＵＶ反射率の変動が小さいマスク構造とする必要がある。

また、通常Ｓｉ膜をキャッピング膜とする場合は、多層膜の最上層のＳｉ膜を、多層膜を構成するときの約４．２ｎｍではなく、１１ｎｍとして、キャッピング膜とすることが多いが、Ｓｉの特性上の理由や、膜厚が厚いことによって、マスク製造中や、使用中の長期間にわたり酸化が進行し、次第にＥＵＶ反射率が低下していく、という問題があった。

本発明は、かかる課題に対する対策を提供するものであり、キャッピング膜の成膜時や、直上の緩衝膜、または吸収膜のエッチング後に、キャピッピング膜の膜厚にばらつきが生じてもＥＵＶ反射率の変動が小さい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。

本願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、基板上に形成された多層膜と、前記多層膜上にあり、前記多層膜を保護するキャッピング膜と、パターン状に形成された吸収膜を少なくとも具備する極端紫外線露光用マスクにおいて、前記多層膜はＭｏとＳｉを交互に積層した多層膜であり、キャッピング膜の直下にある膜がＳｉであり、キャッピング膜がＺｒＳｉ ₂ 又はＺｒＳｉＯで形成され、キャッピング膜直下のＳｉ膜厚が、多層膜の１周期の４分の１倍もしくは４分の５倍であり、前記多層膜と前記キャッピング膜からなる部分の極端紫外線に対する反射率が、前記キャッピング膜の２ｎｍから４ｎｍの範囲の厚さの変化に対して、１％以内の変化量である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。

本願の請求項２の発明は、基板上に形成された多層膜と、前記多層膜上にあり、前記多層膜を保護するキャッピング膜と、パターン状に形成された吸収膜を少なくとも具備する極端紫外線露光用マスクにおいて、前記多層膜はＭｏとＳｉを交互に積層した多層膜であり、キャッピング膜の直下にある膜がＳｉであり、キャッピング膜がＲｕで形成され、キャッピング膜直下のＳｉ膜厚が、０を含めた多層膜の１周期分の整数倍から、それに加えて多層膜の１周期分の４分の１倍までの領域を除いた値であり、前記多層膜と前記キャッピング膜からなる部分の極端紫外線に対する反射率が、前記キャッピング膜の２ｎｍから４ｎｍの範囲の厚さの変化に対して、１％以内の変化量である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。

本願の請求項３の発明は、基板上に形成された多層膜と、前記多層膜上にあり、前記多層膜を保護するキャッピング膜と、パターン状に形成された吸収膜を少なくとも具備す
る極端紫外線露光用マスクにおいて、前記多層膜はＭｏとＳｉを交互に積層した多層膜であり、キャッピング膜の直下にある膜がＳｉであり、前記キャッピング膜がＺｒＳｉ ₂ 、ＺｒＳｉＯ、またはＲｕで形成され、前記多層膜の、キャッピング膜の直下にあるＳｉの膜厚は、Ｍｏと交互に積層する場合のＳｉの厚さとは異なり、前記多層膜と前記キャッピング膜からなる部分の極端紫外線に対する反射率が、前記キャッピング膜の２ｎｍから４ｎｍの範囲の厚さの変化に対して、１％以内の変化量である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。

本願の請求項４の発明は、前記請求項１に記載の極端紫外線露光用マスクを製造するための極端紫外線露光用マスクブランクとしたものである。

本願の請求項５の発明は、前記請求項２に記載の極端紫外線露光用マスクを製造するための極端紫外線露光用マスクブランクとしたものである。

本願の請求項６の発明は、前記請求項３に記載の極端紫外線露光用マスクを製造するための極端紫外線露光用マスクブランクとしたものである。

本発明は、前述のような構成をしており、キャッピング膜の成膜時や、直上の緩衝膜のエッチング後や、キャッピング膜が緩衝膜との兼用膜である場合の吸収膜のエッチング後に、キャピッピング膜の膜厚にばらつきが生じてもＥＵＶ反射率の変動が小さい。従って、ＥＵＶマスク製造時のマスクごとのＥＵＶ反射率や、１枚のＥＵＶマスク面内のＥＵＶ反射率が安定しており、ＥＵＶマスク製造の収率を上げることができる。また、ＥＵＶマスク使用期間に洗浄を行って、キャッピング膜膜厚がわずかに減少しても、ＥＵＶ反射率の変化がきわめて小さく抑えられるので、長期間にわたり同じＥＵＶマスクを使用することができる。

以下本発明を実施するための形態について説明する。

本発明のＥＵＶ露光用マスク及びマスクブランクは、吸収膜の材料および構成については、特に制限はない。多層膜の材料についても特に制限はないが、好ましくは、通常ＥＵＶマスクに用いられるＭｏとＳｉの交互積層膜とする。また、前記のように緩衝膜はあっってもなくてもよい。さらにキャッピング膜としては、通常は前記のように、Ｓｉ膜や薄いＲｕ膜や、その化合物膜、Ｚｒの化合物膜などが使われるが、本発明においてはこの内Ｓｉ膜を対象外とする。その理由は、前記のように、Ｓｉキャッピングの場合は継続的な酸化の進行によりＥＵＶ反射率が漸次的に低下する、ということと、その直下が多層膜を構成するＭｏ膜であるので、本発明で用いる「キャッピング膜直下のＳｉ膜」が存在しない、若しくはキャッピング膜と区別ができない、ことによる。

図１、図２は本発明におけるＥＵＶマスクの断面構造図を示している。図１は緩衝膜が存在する場合、図２は、キャッピング膜が緩衝膜も兼用する場合である。

図１、図２において、キャッピング膜３の直下には、多層膜２の最上層としてのＳｉ膜２ｃがある。さらに多層膜最上Ｓｉ膜を除いた、交互に積層する多層膜部分の材料は、好ましくはＭｏ膜とＳｉ膜である。さらに好ましくは、交互に積層する多層膜部分のＭｏ膜の膜厚は約２．８ｎｍであり、同じくＳｉ膜の膜厚は約４．２ｎｍである。

ここで、図１、あるいは図２のような構成において、多層膜２とキャッピング膜３部からなる高反射部のＥＵＶ反射率が、キャッピング膜３材料とその厚さ、及びキャッピング膜直下にあるＳｉ膜２ｃの膜厚によって、どのように変化するか、を計算した結果を図３（ａ）〜（ｄ）、図４（ｅ）〜（ｈ）に示す。キャッピング膜３としては、Ｒｕ、ＺｒＳｉ₂、ＺｒＳｉＯを検討した。キャッピング膜３直下のＳｉ膜２ｃ厚をパラメータとして、キャッピング膜厚を横軸とし、ＥＵＶ反射率を計算している。図３、４を見ると、同じキャッピング材料で同じ膜厚であっても、ＥＵＶ反射率はキャッピング膜３直下のＳｉ膜２ｃ厚によって変わってくることが分る。

さらに、総じて、どの場合もキャッピング膜膜厚は薄い方がＥＵＶ反射率は高くなることが分る。しかし、注目すべきは、その関係は直線的ではない、ということである。すなわち、キャッピング膜厚の変化に対して、ＥＵＶ反射率がほとんど変化しない、若しくは変化量が小さい領域が存在し、その領域がキャッピング膜厚のどの領域にできるか、はキ
ャッピング膜直下のＳｉ膜厚に依存している。

以上をまとめると、ＥＵＶ反射率が比較的高く、しかもキャッピング膜厚に対して変化しにくく安定するようにするには、キャッピング膜厚の薄い領域に、変化しにくい、ＥＵＶ反射率がフラットな領域をつくる必要があり、そのためにはキャッピング膜直下のＳｉ膜厚をうまく選ぶ必要がある、ということになる。

以上の観点から図３、４を見ると、キャッピング膜がＺｒＳｉ₂とＺｒＳｉＯにおいては、キャッピング膜直下のＳｉ膜厚が、多層膜の１周期、すなわち
Ｍｏ膜厚（２．８ｎｍ）＋Ｓｉ膜厚（４．２ｎｍ）＝７．０ｎｍ
の４分の１倍（図３（ｂ））、若しくは４分の５倍（図４（ｇ））のときに、キャッピング膜厚がほぼ２ｎｍから５ｎｍの薄い領域に反射率が変化しにくい領域が出来ていることが分る。

また、Ｒｕの場合は、ＺｒＳｉ₂やＺｒＳｉＯの場合とは逆に、キャッピング膜直下のＳｉ膜厚が０（キャッピング膜直下はＭｏ膜になっている＝図３（ａ））を含めた多層膜の１周期分（７．０ｎｍ）の整数倍（図４（ｅ））から、それに加えて多層膜の１周期分の４分の１までの領域（図３（ｂ）、図４（ｇ））では、Ｒｕ膜厚が薄い領域でＥＵＶ反射率が急激に低下するため、そのようなキャッピング膜直下のＳｉ膜厚を避けねばならないことが分る。

本発明に関わるキャッピング膜直下のＳｉ膜厚の選定を用いて、本発明のＥＵＶマスクブランク、およびＥＵＶマスクを作製した。まず、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、Ｍｏ膜厚２．８ｎｍ、Ｓｉ膜厚４．２ｎｍで交互に成膜して作製した。その際、最上のＳｉ膜厚は、周期厚７．０ｎｍの略４分の１である１．８ｎｍとした。次にその上に、マグネトロンスパッタリング法により、キャッピング膜としてＺｒＳｉ₂膜を７ｎｍ成膜した。ここで図３（ｂ）ＥＵＶ反射率が安定している４ｎｍよりも厚い７ｎｍにしたのは、緩衝膜のオーバーエッチングにより、キャッピング膜が２〜３ｎｍ薄くなるであろうことを想定したためである。引き続き、キャッピング膜の上に緩衝膜としてクロム膜を１０ｎｍ成膜した。しかる後に、マグネトロンスパッタリング法により、吸収膜として、窒化タンタル膜を７００Ａ成膜し、さらにその上に、欠陥検査光に対する反射防止膜として酸素とタンタルを主成分とする膜を１５０Ａ成膜して、本発明のＥＵＶ露光用マスクブランクを作製した。

次に、前記本発明のＥＵＶマスクブランクの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、フッ素系ガスによる反応性イオンエッチングによりＡＲ膜、および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。その後、欠陥検査および欠陥修正を行った後、緩衝膜を塩素系ガスに酸素を添加したエッチングにより剥離した。このようにして、本願のＥＵＶ露光用マスクを作製した。

作製したＥＵＶ露光用マスクにおいて、吸収膜と緩衝膜が除去された高反射率部のＥＵＶ反射率を測定したところ、６インチ角基板の１４０ｍｍｘ１４０ｍｍ領域内において、６３．４％から６３．６％であり、平均値、均一性ともに良好であった。

さらに、上記のＥＵＶマスクを３か月使用し、途中で５回の酸およびアルカリ系洗浄液による洗浄を行った後、ＥＵＶ反射を測定したところ、６インチ角基板の１４０ｍｍｘ１４０ｍｍ領域内において、６３．５％から６３．７％であり、経時安定性も優れていることが分った。

本発明のＥＵＶマスクの断面構造を示す模式図である。本発明の別のＥＵＶマスクの断面構造を示す模式図である。ＥＵＶマスクのＥＵＶ反射率を、キャッピング膜材料とその膜厚、およびキャッピング膜直下のＳｉ膜厚に対して計算した特性図である。ＥＵＶマスクのＥＵＶ反射率を、キャッピング膜材料とその膜厚、およびキャッピング膜直下のＳｉ膜厚に対して計算した別の特性図である。

符号の説明

１・・・・基板
２・・・・多層膜
２ａ・・・Ｍｏ膜
２ｂ・・・Ｓｉ膜
２ｃ・・・多層膜最上Ｓｉ膜
３・・・・キャッピング膜
４・・・・緩衝膜
５・・・・吸収膜パターン
６・・・・入射ＥＵＶ光
７・・・・反射ＥＵＶ光（反射率Ｒ）

Claims

基板上に形成された多層膜と、前記多層膜上にあり、前記多層膜を保護するキャッピング膜と、パターン状に形成された吸収膜を少なくとも具備する極端紫外線露光用マスクにおいて、
前記多層膜はＭｏとＳｉを交互に積層した多層膜であり、キャッピング膜の直下にある膜がＳｉであり、キャッピング膜がＺｒＳｉ ₂ 又はＺｒＳｉＯで形成され、キャッピング膜直下のＳｉ膜厚が、多層膜の１周期の４分の１倍もしくは４分の５倍であり、
前記多層膜と前記キャッピング膜からなる部分の極端紫外線に対する反射率が、前記キャッピング膜の２ｎｍから４ｎｍの範囲の厚さの変化に対して、１％以内の変化量であることを特徴とする極端紫外線露光用マスク。
基板上に形成された多層膜と、前記多層膜上にあり、前記多層膜を保護するキャッピング膜と、パターン状に形成された吸収膜を少なくとも具備する極端紫外線露光用マスクにおいて、
前記多層膜はＭｏとＳｉを交互に積層した多層膜であり、キャッピング膜の直下にある膜がＳｉであり、
キャッピング膜がＲｕで形成され、キャッピング膜直下のＳｉ膜厚が、０を含めた多層膜の１周期分の整数倍から、それに加えて多層膜の１周期分の４分の１倍までの領域を除いた値であり、
前記多層膜と前記キャッピング膜からなる部分の極端紫外線に対する反射率が、前記キャッピング膜の２ｎｍから４ｎｍの範囲の厚さの変化に対して、１％以内の変化量であ
ることを特徴とする極端紫外線露光用マスク。
基板上に形成された多層膜と、前記多層膜上にあり、前記多層膜を保護するキャッピング膜と、パターン状に形成された吸収膜を少なくとも具備する極端紫外線露光用マスクにおいて、
前記多層膜はＭｏとＳｉを交互に積層した多層膜であり、キャッピング膜の直下にある膜がＳｉであり、
前記キャッピング膜がＺｒＳｉ ₂ 、ＺｒＳｉＯ、またはＲｕで形成され、
前記多層膜の、キャッピング膜の直下にあるＳｉの膜厚は、Ｍｏと交互に積層する場合のＳｉの厚さとは異なり、
前記多層膜と前記キャッピング膜からなる部分の極端紫外線に対する反射率が、前記キャッピング膜の２ｎｍから４ｎｍの範囲の厚さの変化に対して、１％以内の変化量であることを特徴とする極端紫外線露光用マスク。
請求項１に記載の極端紫外線露光用マスクを製造するための極端紫外線露光用マスクブランク。
請求項２に記載の極端紫外線露光用マスクを製造するための極端紫外線露光用マスクブランク。
請求項３に記載の極端紫外線露光用マスクを製造するための極端紫外線露光用マスクブランク。