JP5245091B2 - 反射リソグラフィーマスクの製造方法および前記方法により得られるマスク - Google Patents

Description

本発明は、フォトリソグラフィー、特定的には極短波長のフォトリソグラフィーに関する。本発明は、より特定的には、反射方式で使用することが意図されるリソグラフィーマスク構造体およびこのマスク構造体の製造方法に関する。

フォトリソグラフィーは、電子的、光学的、または機械的なマイクロ構造体、あるいは電子的および／または光学的および／または機械的な機能を兼備したマイクロ構造体の製造に使用される。フォトリソグラフィーは、所望のパターンを画定するマスクを介して、平面状基材（たとえばシリコンウェーハ）上に堆積された感光性レジスト（またはフォトレジスト）層に光子線を照射することに依拠する。照射後の化学現像により、レジスト中に所望のパターンが現れる。こうしてエッチングされたレジストパターンは、いくつかの使用法のいずれにも役立ちうるが、最も一般的なのは、レジストのパターンと同一のパターンを画定するように下層（絶縁性もしくは導電性もしくは半導電性）をエッチングすることである。

きわめて小さくかつ精密なパターンを得ることおよび多層重畳層中にエッチングされたパターンを非常に精密にアライメントすることが求められる。典型的には、所望のパターンの臨界寸法は、現在、１ミクロン未満、さらには１／１０ミクロン以下である。

光を用いずに電子衝撃またはイオン衝撃を用いるリソグラフィー法を使用する試みがなされてきた。これらの方法は、種々の波長の光子（可視線、紫外線、Ｘ線）を用いるフォトリソグラフィー法よりも複雑である。光フォトリソグラフィーに固執した場合、パターンの臨界寸法を減少させうるのは、波長の減少である。紫外フォトリソグラフィー（１９０ナノメートルまでの波長）が一般的になっている。

こうした波長未満で良好に動作し、かつ実用上軟Ｘ線波長である１０〜１４ナノメートルの波長の極紫外（ＥＵＶ）域で機能するように、現在、努力がなされている。目標は、低い開口数および十分な被写界深度（１ミクロン超）を保持したままで非常に高い解像度を得ることである。

そのような波長では、フォトリソグラフィー法の特定の一態様は、レジスト露光マスクが透過方式ではなく反射方式で動作するものである。すなわち、極紫外光は、光源によりマスク上に投影され、マスクは、吸収ゾーンと反射ゾーンとを含み、反射ゾーンでは、マスクは、被露光レジスト上に光を反射してその画像をレジスト上に付与する。マスクと被露光レジストとの間の光路は、他のリフレクターを経由し、そのジオメトリーは、実物大の画像ではなくマスクの縮小画像を投影するように設計される。画像縮小を用いれば、マスク上にエッチングされたパターンよりも小さいパターンを被露光レジスト上にエッチングすることを可能になる。

マスク自体は、レジストをフォトエッチングすることにより作製され、このときは、以下で説明するような透過方式で、かつ加工形状がより大きいことから許容されるより長い波長で、行われる。

典型的には、反射マスクは、連続した反射構造体で覆われた平面状基材で構成され、実用上、ブラッグミラー構造体が、所望のマスキングパターンでエッチングされた吸収層で覆われる。

また、ミラーは、マスクの使用に合わせて設計された動作波長でできるかぎり反射性でなければならない。また、吸収層は、この波長でできるかぎり吸収性でなければならず、かつ反射構造体の劣化を引き起こすことなく堆積されなければならない。このことは、特定的には、高すぎない温度（１５０℃未満）で堆積が行われることを意味する。また、反射構造体に損傷を与えることなくエッチングを行わなければならないので、一般的には、吸収層とミラーとの間に緩衝層が設けられる。照射線がマスクの表面に対して法線方向に完全に入射しない場合のシャドウイング効果を最小限に抑えるべく、緩衝層と吸収層とを含む積重体の高さをできるかぎり低くしなければならない。

ＥＵＶ反射マスクを作製するための公知の方法は、作製に必要とされる工程数が多いので高価であり、とくに温度による制約から十分な吸収性の材料の使用が制限されるので、多くの場合、吸収積重体は、高さが高くなり、したがってシャドウイング効果を有することになる。

公知の方法の欠点を軽減すべく、本発明は、反射方式で動作する極紫外フォトリソグラフィーマスクの作製方法を提供する。本方法では、この波長で高い吸収係数を有する金属を含有する層が、マスクの動作波長で反射性の反射構造体でコーティングされた基材上に堆積され、かつこの吸収層が、マスクの動作波長で吸収性のゾーンのパターンを確定するように所望のパターンでエッチングされ、堆積層が、衝撃に対して感受性を有しかつこの金属を含有する有機金属化合物の層であり、かつ吸収ゾーンが、こうしたゾーン内の層の選択的照射の後で重合されるこの有機金属化合物により形成されることを特徴とする。

「衝撃に対して感受性を有する層」という表現は、光子（近紫外線もしくは遠紫外線または軟Ｘ線）あるいは粒子（電子またはイオン）のいずれかに感受性を有する層を意味するものとする。層は、この衝撃の作用下で重合する。これ以降の本文では、内容を簡潔にするために、「感光層」という用語は、光子衝撃に対して感受性を有する層と電子衝撃またはイオン衝撃に対して感受性を有する層との両方を表すべく使用され、「照射」という用語は、光子の照射と電子またはイオンの照射との両方を表すべく使用されるものとする。

したがって、選択的照射による重合の後、マスクの吸収ゾーンを構成するのは、感光層自体であり、マスクは、基材上に形成された反射構造体に基づいてこうしたゾーン以外では反射性である。

選択的照射の作用下で、層は、有機金属ポリマーに変換され、吸収性金属は、高分子鎖の一要素を構成する。金属の選択は、マスクの使用に望ましい極紫外波長におけるその吸収性により決定される。

先行技術の場合のように吸収層のプラズマエッチングに対して反射構造体を保護する緩衝層を吸収層の下に堆積することは、不必要である。この理由は、吸収ゾーンのパターンが、感光性レジスト（またはフォトレジスト）の簡単な化学現像により得られ、この化学現像が、反射構造体を攻撃しないことにある。

したがって、次の一連の工程、すなわち、緩衝層の堆積工程、吸収層の堆積工程、感光性レジストの堆積工程、レジストの照射工程、レジストの現像工程、吸収層のエッチング工程、レジストの除去工程、および緩衝層のエッチング工程を行うことは、不必要である。これらの全工程は、レジストの堆積工程、レジストの照射工程、レジストの現像工程と置き換えられる。このように工程数が低減されることは、作製コストの削減をもたらし、しかも先行技術では吸収層および緩衝層のエッチング工程がとくに扱いにくいのでなおさら有利である。

そのほかに、この場合には、先行技術では使用できなかったいくつかの吸収性金属を使用することが可能である。この理由は、先行技術では反射構造体の損傷を回避するために低温（１５０℃未満）で堆積できる金属に限定する必要があったことにある。スパッタリングにより堆積されるいくつかの金属は、堆積温度がこの値よりも高くなることは避けられないので、使用できないであろう。こうした金属を有機化合物中に組み込めば、低温で堆積することが可能になる。

本発明に係る好ましい金属は、白金、パラジウム、イットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、鉄、さらにはアルミニウムおよびチタン、あるいは複数種のこれらの金属である。これらの金属はすべて、極紫外域で良好な吸収性を有し、しかも重合時にポリマー鎖中に組み込まれるようにいくつかの感光性モノマーと組み合わせることが可能である。

重合を引き起こす選択的照射は、好ましくは紫外線照射であるが、（同一の結果すなわち有機金属ポリマーを得るために）電子ビームまたはイオンビームの選択的照射も考えられる。

好ましくは、有機金属化合物は、有機金属アクリレート類、有機金属メタクリレート類、有機金属スチレン類、およびそれらの混合物から選択される。照射により生じるポリマーは、これらのモノマーのホモポリマーまたはコポリマーである。

上記に広範な態様を示した作製方法以外に、本発明はまた、反射方式で動作する極紫外フォトリソグラフィーマスクに関する。このマスクは、基材と、基材上に均一に堆積された反射構造体と、マスクの動作波長で吸収性の吸収層と、を含み、前記層は、反射構造体の上に堆積され、かつ所望のマスキングパターンでエッチングされ、このマスクは、吸収層が、マスクの動作波長で強い吸収を有する金属を含有する有機金属ポリマーであることを特徴とする。

本発明は、主に、いわゆる「バイナリー」マスクに適用可能であり、この場合、パターンは、単に、吸収層を含むゾーンにおける極紫外線の強い吸収と、吸収層を含まないゾーンにおける強い反射と、によって画定される。しかしながら、本発明は、いわゆる「減衰位相シフト」マスクにも適用可能であり、この場合、パターンは、この吸収差によって画定されるだけでなく、吸収ゾーンで反射される光線と、隣接する非吸収ゾーンで反射される光線と、の位相差に基づくコントラストの増大によっても画定される。

非常に侵食性の強いプラズマエッチング剤を必要とする下層のエッチングに使用できるように、プラズマエッチングに対してとくに耐性のある感光性レジストを形成すべく有機金属化合物がすでに使用されていることは、注目に値しよう。しかしながら、こうしたレジストは、マスクが反射性であってはならない箇所でレジスト自体が吸収アイランドを形成する反射マスクを作製するための吸収層としては使用されていない。米国特許第６１７１７５７号明細書には、そのようなレジストの例が挙げられている。

参照記号付き図面を参照しながら、ＥＵＶ域で動作する本発明に係るマスクの製造方法の説明を読めば、本発明についてより明確に理解されるであろう。

図１は、極紫外反射方式で動作する先行技術の「バイナリー」フォトリソグラフィーマスクを示している。このマスクは、連続した反射構造体で覆われた平面状基材１０で構成される。反射構造体は、マスクが反射方式で使用されるときの極紫外波長で透過性の層ｃ１、ｃ２、．．．ｃｎの重畳体である。層は、異なる光学指数の交互層であり、それらの厚さは、この波長で高反射係数を有するブラッグミラーを構成するように指数および動作波長に基づいて選択される。

こうして形成されたブラッグミラーは、この波長で吸収性の吸収層２０でコーティングされ、所望のマスキングパターンでエッチングされる。このパターンは、幾何学的に１超の比率（典型的には４の比率）であり、エッチングされる層上にマスクが使用時に投影するパターンを有する。

緩衝層２２は、原理的には、吸収層と反射構造体との間に設けられる。前記緩衝層は、吸収に寄与する可能性もあるが、とくに、吸収層のフォトエッチング時にエッチング停止層として機能する。

先行技術では、吸収層として使用される材料は、典型的には、金属、たとえば、チタン、タンタル、タングステン、クロム、またはアルミニウム、さらにはこれらの金属の化合物、たとえば、ケイ化タンタル、窒化チタン、およびチタン−タングステンである。

緩衝層と吸収層とを含む積重体の厚さは、十分な吸収（０．５％未満の反射）を得ることが望まれる場合には常に比較的厚い。たとえば、典型的には、９０ｎｍのシリカ緩衝層上に７０ｎｍのクロムが必要とされる。

この全高さは高いので、無視できないシャドウイング効果を生じる。すなわち、マスクの使用時、ある入射角（たとえ小さい場合でも）で斜めに到着する光線は、ある横方向距離だけ余分にマスクされるので、解像度の損失を生じる。所与の入射角では、横方向シャドウイング距離は、積重体の高さが高いほど大きい。

本発明を用いれば、とくに、積重体の高さを低くすることが可能になる。図２ａ〜２ｄは、反射方式で動作する極紫外マスクを本発明に従って作製する方法の一例の作製工程を示している。

主要な工程は、以下のとおりである：
・平面状基材４０上に反射構造体（この構造体は極紫外マスクの動作波長で反射性である）を堆積する工程。構造体は、ブラッグミラータイプの反射構造体を構成するように異なる指数と指数に基づいて選択された厚さとを有する交互透過層ｃ１、ｃ２、…ｃｎの積重体４２である（図２ａ）。一例として、層は、イオンビームスパッタリングにより堆積される。数十対の透過層（たとえば４０対）は、基材上にスパッタリングされ、各対は、たとえば、モリブデン層とシリコン層とを含む。各対の全厚さは、約１３．８ナノメートルの波長で最適の反射を得るために約６．９ナノメートルである。その場合、反射係数は６０％を超え、７５％に達することさえもありうる。層対はまた、モリブデン／ベリリウム対またはルテニウム／ベリリウム対であってもよく、基材は、直径２００ｍｍのシリコンウェーハまたはガラスまたは石英プレートであってもよい；
・マスクの動作極紫外波長（典型的には１０ｎｍ〜１４ｎｍ）で良好な吸収性を有する金属を含有する有機金属モノマーの均一層４６を反射構造体４２上に堆積する工程（図２ｂ）。モノマーに使用される金属は、次の金属、すなわち、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｙ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｆｅ、または複数種のこれらの金属から選択され、層中の金属の割合は１０〜９０％である；
・使用されるモノマーのタイプに依存して、たとえば、電子衝撃Ｂｅにより（図２ｃ）またはイオン衝撃によりまたは紫外光子により、層４６に照射する工程。紫外線は、原理的には、長波長（１９０〜３５０ナノメートル）の紫外線であるが、短波長紫外線さらには極紫外線を使用することも可能である；および
・非重合ゾーンを除去し、かつ反射マスクの吸収ゾーンを構成する重合ゾーン５０を保持することにより、照射された場所だけが重合されていて他の場所は重合されていない層４６を化学現像する工程。現像により除去された部分は、ミラー構造体４２の反射表面を露出させた状態で残る。図２ｄは、吸収ゾーン５０が存在する箇所以外はブラッグミラーの動作波長の極紫外線を反射する完成反射マスクを示している。

作製方法で使用されるモノマーは、特定的には、次のモノマー、すなわち、有機金属アクリレート類、有機金属メタクリレート類、および有機金属スチレン類、またはこれらのモノマーの混合物から選択される。モノマーの例は、２−Ｍセニルエチルアクリレート、２−Ｍセニルメチルアクリレート、２−（Ｍセニルメチル−２−ウレタノ）エチルメタクリレート、および４−Ｍセニルメチルスチレン（ただし、Ｍは、以上に示される金属から選択される金属を表す）である。これらの化合物の一調製方法は、米国特許第６，１７１，７５７号明細書に見いだしうる。

照射後の感光層の現像は、非照射モノマーの溶媒、たとえば、エチル３−エトキシプロピオネートを用いて実施可能である。

現時点では、本発明に基づいて、白金のような金属を吸収性金属として使用することが可能である。こうした金属は、あまりにも高い堆積温度を必要とし多層反射構造体の品質保持との適合性がないので、これまでは使用できなかった。現時点では、低温モノマー堆積の形態でこうした金属を使用することにより、いかなる劣化も回避される。

一部のこうした材料、典型的には、白金、イットリウム、ハフニウム、およびジルコニウムは、１０〜１４ｎｍの範囲内の極紫外域で優れた吸収性を有するので、十分な吸収を得るうえで厚さの薄い吸収層を有していれば十分である。厚さを約４０ナノメートルにすることが可能であるので、斜入射におけるシャドウイング効果が低減される。

本発明を用いれば、先行技術のマスクの作製に必要とされるよりも技術工程数が少なくなるので、マスクの作製コストが削減される。さらに、本方法を用いれば、
・先行技術で行われていた吸収層のエッチング工程を用いないですむので、緩衝層の材料の堆積を回避することが可能になり；
・制御の困難な工程、特定的には、吸収積重体のエッチング工程を回避することが可能になり；しかも
・極ＵＶ域で高い吸収率を有する材料（先行技術の方法では使用できなかった材料）を使用することが可能になる。

バイナリーマスクに関連させて本発明について詳細に説明してきたが、本発明は、吸収層が吸収体の役割だけでなく反射する光の一部を位相シフトする役割をも担う減衰位相シフトマスクの作製にも使用可能である。

反射方式で動作するバイナリータイプの先行技術のマスクを示している。 反射方式で動作するマスクを製造するための本発明に係る主要な工程を示している。

Claims (8)

1. 反射方式で動作する極紫外フォトリソグラフィーマスクの作製方法であって、この波長で高い吸収係数を有する金属を含有する層（４６）が、前記マスクの動作波長で反射性の反射構造体（４２）でコーティングされた基材（４０）上に堆積され、かつこの吸収層が、マスクの動作波長で吸収性のゾーン（５０）のパターンを画定するように所望のパターンでエッチングされる方法において、
   衝撃に対して感受性を有しかつ高い吸収係数の金属を含有する有機金属化合物の層が堆積され、前記有機金属化合物の層は選択的照射されることで高い吸収係数を有する金属を含有する有機金属ポリマーのゾーンが形成され、前記重合されたゾーンはマスクの動作波長において吸収性である前記ゾーンを構成することを特徴とする方法。
2. 前記選択的照射が、光子衝撃、電子衝撃、またはイオン衝撃により行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記金属が、次の金属、すなわち、白金、パラジウム、イットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、および鉄、さらにはアルミニウムおよびチタン、あるいはこれらの種々の金属の混合物から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記有機金属化合物が、有機金属アクリレート類、有機金属メタクリレート類、有機金属スチレン類、およびそれらの混合物から選択されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記金属が、層中に１０〜９０％の比率で存在することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 反射方式で動作する極紫外フォトリソグラフィーマスクであって、基材（４０）と、前記基材上に均一に堆積された反射構造体（４２）と、マスクの動作波長で吸収性の吸収層（５０）と、を含み、前記層が、反射構造体の上に堆積され、かつ所望のマスキングパターンでエッチングされるマスクにおいて、
   前記吸収層が、マスクの動作波長で強い吸収を有する金属を含有する有機金属ポリマーであることを特徴とするマスク。
7. 前記金属が、次の金属、すなわち、白金、パラジウム、アルミニウム、チタン、イットリウム、ハフニウム、ジルコニウム、鉄、または複数種のこれらの金属から選択されることを特徴とする、請求項６に記載のフォトリソグラフィーマスク。
8. 前記有機金属レジストが、層中に１０〜９０％の金属比率で金属を含有することを特徴とする、請求項７に記載のフォトリソグラフィーマスク。

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