JP5256569B2 - 極端紫外線露光用マスク、マスクブランク、露光方法及びマスクブランクの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、極端紫外線露光用マスク、マスクブランク、露光方法、及びマスクブランクの製造方法に係り、特に、極端紫外線を露光光として用いてパターン露光を行うための反射型のフォトマスク、マスクブランク、露光方法、及びマスクブランクの製造方法に関する。
半導体集積回路の微細化技術の進歩に伴い、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。
即ち、光源として、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）に切り替わりつつあり、更にはＦ２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）の使用が提案され、開発されている。
しかし、Ｆ２エキシマレーザによっても、将来的な５０ｎｍ以下の線幅を有するデバイスを作製するためのリソグラフィ技術として用いるには、露光機やレジストの課題もあり、容易ではない。このため、エキシマレーザ光より波長が一桁以上短い（１０〜１５ｎｍ）極端紫外線（Extreme UV、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露光は、特に、４５ｎｍ以下の線幅を有するデバイスを作製するための有力なリソグラフィの候補であり、２０１０年頃からのデバイス量産への適用が予測されている。
ＥＵＶ露光では、上述のように波長が短いため、物質の屈折率が殆ど真空の値に近く、材料間の光吸収の差も小さい。このため、ＥＵＶ領域では、従来の透過型の屈折光学系を組むことが出来ず、反射光学系となり、従って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部分を高反射領域とし、その上に低反射領域（吸収膜）として金属膜のパターンを形成した構造を有する。
このようなＥＵＶマスクのパターンの欠陥検査においては、線幅が小さいため、波長の短いＤＵＶ（遠紫外線）による反射光が用いられる。検査精度を上げるには、ＤＵＶ光に対する多層膜部の反射率をＲ１、吸収膜部の反射率をＲ２とするときのコントラストＣ＝（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）×１００％を、少なくとも５０％以上とする必要がある。
また、マスク作製プロセスにおける電子線描画時に電子線レジストの下地である吸収膜の電気絶縁性が大きいと、チャージアップが生じ、描画パターンの位置ずれが起きるので、吸収膜のシート抵抗Ｒｓは低くする必要がある。
しかし、多層膜とのコントラストを高くし、しかも電気絶縁性の低い吸収膜材料は、これまで見出されていない。
特開２００２−１２２９８１号公報
本発明は、以上の事情に鑑みてなされ、ＤＵＶ露光による欠陥検査性能を向上させるとともに、電子線描画の際に位置ずれが生ずることのない極端紫外線露光用マスク、そのためのマスクブランク、及びそのようなマスクを用いた露光方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するため、検討を重ねた結果、ＤＵＶ露光による欠陥検査性能を向上させるために、多層膜とのコントラストを大きくとることが出来るとともに、電子線描画の際に位置ずれが生ずることがないように、電気絶縁性の低い、吸収膜の材質及び膜構造を見出した。本発明は、このような知見に基づくものである。
即ち、本発明の第１の態様は、基板上に形成された多層膜からなる高反射層と、前記多層膜上に形成された吸収膜からなる低反射層とを備え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、上層吸収膜と下層吸収膜を含む少なくとも２層以上の薄膜からなり、下層吸収膜は、極端紫外光を吸収するＴａＳｉからなり、最上層の上層吸収膜は、極端紫外光に対する反射率を、薄膜干渉効果により低減するための反射防止効果を有し、膜厚５０〜３００Ａであり、金属、珪素、及び酸素を主たる構成元素として含むか又は金属、珪素、酸素、及び窒素を主たる構成元素として含み、前記金属及び珪素を含む化合物をターゲットとして用い、酸素と不活性ガスの混合ガス、酸素と窒素と不活性ガスの混合ガス、又はＮ2Ｏと不活性ガスの混合物をスパッタガスとした反応性スパッタリングにより形成され、前記混合ガスの混合比は、前記上層吸収膜の波長１５０ｎｍから３００ｎｍの紫外線に対する消衰係数が０から１．２の範囲にあり、シート抵抗が５０ＭΩ／□以下となるように選択されたことを特徴とする極端紫外線露光用マスクブランクを提供する。
以上のように構成される極端紫外線露光用マスクブランクにおいて、吸収膜の最上層の薄膜は、波長１５０ｎｍから３００ｎｍの紫外線に対する消衰係数が０．１から１．０の範囲にあるものとすることが出来る。また、吸収膜の最上層の薄膜は、波長１５０ｎｍから３００ｎｍの紫外線に対する屈折率が１．５から２．５の範囲にあるものとすることが出来る。
本発明の第２の態様は、上述した極端紫外線露光用マスクブランクの前記吸収層を吸収層パターンに形成してなることを特徴とする極端紫外線露光用マスクを提供する。
また、本発明の第３の態様は、上述した極端紫外線露光用マスクに極端紫外線を照射し、その反射光を被露光体に照射することを特徴とする露光方法を提供する。
本発明によると、吸収膜を２層以上の薄膜により構成し、その最上層の薄膜を、波長１５０ｎｍから３００ｎｍの紫外線に対する消衰係数が０から１．２の範囲にあり、シート抵抗が５０ＭΩ／□以下であるものとすることにより、ＤＵＶ露光による欠陥検査性能を向上させるとともに、電子線描画の際に位置ずれが生ずることのない極端紫外線露光用マスクのためのマスクブランクを得ることが出来る。
以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る極端紫外線露光用マスクを示す断面図である。図１に示すように、極端紫外線露光用マスク１は、低熱膨張ガラス基板２と、この低熱膨張ガラス基板２上に形成された高反射部３と、この高反射部３上に形成されたキャップ層４と、このキャップ層４の一部の上に形成された低反射部５とを備える。
高反射部３としては、例えば、モリブデン層とシリコン層を交互に、例えば４０対成膜してなる積層体を用いることが出来る。この積層体の合計の厚さは、例えば２．５〜３．０μｍである。
キャップ層４としては、例えば厚さ１１ｎｍのシリコン膜を用いることが出来る。
低反射部５は、２層以上の薄膜からなる吸収膜であり、図１では、上層吸収膜５ａと下層吸収膜５ｂからなる２層の場合を示している。なお、キャップ層４と下層吸収膜５ｂとの間には緩衝膜６が設けられているが、これは必ずしも設けなくてもよい。
下層吸収膜５ｂは、主としてＥＵＶ光を吸収する膜であり、例えば、吸収能の大きいＴａ成分を多く含むＴａＳｉ膜が採用され、十分なＥＵＶ光の吸収を担うために、７００Ａ前後の厚めの膜厚が採用される。また、ＴａＳｉ膜は、同時に、欠陥検査に用いるＤＵＶ光に対する吸収性も大きい。
下層吸収膜５ｂは、膜厚の厚い膜でもあることから、下層吸収膜５ｂ内に入射したＤＵＶ光はほとんど下層吸収膜５ｂ内で吸収されてしまう。このため、以下の検討結果は、下層吸収膜５ｂより下にある緩衝膜にはほとんど影響されない。
一方、上層吸収膜５ａは、主としてＤＵＶ光に対する反射率（Ｒ２）を、薄膜干渉効果により低減するための反射防止効果を担う膜である。従って、上層吸収膜５ａは、ＤＵＶ光に対してもある程度透明な膜である必要があり、膜厚は５０〜３００Ａ、例えば、せいぜい２００Ａ程度が反射防止効果上好適である。
本発明者らは、高反射部と低反射部との高いコントラスが得られ、かつ低反射部の表面のシート抵抗が低い、最適な上層吸収膜５ａを求めるために、上層吸収膜５ａの光学定数と反射率コントラストとの関係について各種の計算を行った。
なお、吸収膜上層膜のコントラストＣは、下記の式により定義した。
Ｃ＝（Ｒ１−Ｒ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）×１００％
Ｒ１：高反射部の反射率
Ｒ２：低反射部の反射率
上層吸収膜５ａの光学定数と反射率コントラストとの関係についての計算結果を、図２〜図５に示す。なお、下層吸収膜５ｂを７００Ａの膜厚のＴａＳｉ膜とし、図では、上層吸収膜５ａの光学定数（屈折率：ｎ、消衰係数：ｋ）をそれぞれ横軸、縦軸として、コントラストＣを等高線で表している。
Ｒ１：高反射部の反射率
Ｒ２：低反射部の反射率
上層吸収膜５ａの光学定数と反射率コントラストとの関係についての計算結果を、図２〜図５に示す。なお、下層吸収膜５ｂを７００Ａの膜厚のＴａＳｉ膜とし、図では、上層吸収膜５ａの光学定数（屈折率：ｎ、消衰係数：ｋ）をそれぞれ横軸、縦軸として、コントラストＣを等高線で表している。
上層吸収膜５ｂの膜厚を１５０Ａ、２００Ａ、２５０Ａの３種とし、検査波長（ＤＵＶ光）は２５７ｎｍ、１９３ｎｍの２種で代表させている。
即ち、図２は、上層吸収膜５ｂの膜厚が２００Ａ、検査波長が２５７ｎｍの場合、図３は、上層吸収膜５ｂの膜厚が２００Ａ、検査波長が１９３ｎｍの場合、図４は、上層吸収膜５ｂの膜厚が１５０Ａ、検査波長が１９３ｎｍの場合、図５は、上層吸収膜５ｂの膜厚が２５０Ａ、検査波長が１９３ｎｍの場合をそれぞれ示す。
図２〜図５から、次のことが分る。
即ち、検査波長が短くなると、ｎ、ｋの最適範囲（コントラストＣが高い範囲）は、ｎは小さくなる方向へ、ｋは大きくなる方向へ移動する。同様に、上層吸収膜５ｂの膜厚が厚くなると、ｎが小さくなる方向へ、最適範囲は移動する。
しかし、どの場合においても、上層吸収膜５ａのｋの好適な範囲は０〜１．２付近であることがわかる。ｋの最適な値は、０．３付近である。同様に、ｎの好適な範囲は１．５〜２．５付近である。
上述したように、上層吸収膜５ａは、０＜ｋ＜１．２の比較的透明な膜である必要がある。従って、上層吸収膜５ａの材質としては、単なる金属膜を用いることは出来ず、酸素や窒素を含む化合物膜の方がよい。これらの酸化物膜や窒化物膜は、例えば、通常の不活性ガスに酸素や窒素などの反応性ガスを混合した反応性スパッタリングにより作製することができる。
ところで、透明な膜ほど電気的な絶縁性が大きく、このような膜上で電子線描画すると、チャージアップして、パターンの位置ずれが生じてしまうので、透明な膜は電子線描画に不適である。そのため、絶縁性の大きい膜を電子線描画する場合、チャージアップを防止するために、電子線レジスト上に、シート抵抗が通常５０ＭΩ／□程度の導電性ポリマーを塗布している。しかし、導電ポリマーの使用は、工程数や欠陥増加の要因となるので望ましくない。
そこで、上層吸収膜５ａに必要な特性として、光学的な透明性と電気的な導電性という、相反する２つの特性を両立するよう、最適な上層吸収膜５ａを得ることが必要となる。
ところで、金属ターゲットを用いて反応性スパッタリングを行っていくとき、不活性ガスに対する反応性ガスの混合比が小さいうちは、金属性の遮光性膜が得られ、ある混合比以上で急激に非金属製の透明膜となる。従って上記のような、透明性と導電性の両立する膜をこの方法で得ることは困難である。
ところで、金属ターゲットを用いて反応性スパッタリングを行っていくとき、不活性ガスに対する反応性ガスの混合比が小さいうちは、金属性の遮光性膜が得られ、ある混合比以上で急激に非金属製の透明膜となる。従って上記のような、透明性と導電性の両立する膜をこの方法で得ることは困難である。
遮光性から透明性への急激な変化を緩和するには、金属ターゲットではなく、金属と、半導体である珪素（Ｓｉ）を含む化合物ターゲットを用いて、反応性スパッタリングを行えばよい。
この場合、金属に対しＳｉの組成比が大きすぎると、透明な膜にはなりやすいが、シート抵抗＜５０ＭΩ／□を満たすことが困難となり、結局、透明性と導電性の両立する膜を得ることが困難となる。
下記表１に、ＴａＳｉ２をターゲットとし、ＡｒとＯ２の混合ガスをスパッタガスとして用いて、反応性スパッタリングで作製したＴａＳｉｘＯｙ膜について、光学定数（ｎ、ｋ）とシート抵抗を測定した結果を示す。
下記表２に、ＴａＳｉ２をターゲットとし、ＡｒとＮ２及びＯ２の混合ガスをスパッタガスとして用いて、反応性スパッタリングで作製したＴａＳｉｘＯｙＮｚ膜について、光学定数（ｎ、ｋ）とシート抵抗を測定した結果を示す。
下記表３に、ＺｒＳｉ２をターゲットとし、ＡｒとＯ２の混合ガスをスパッタガスとして用いて、反応性スパッタリングで作製したＺｒＳｉｘＯｙ膜について、光学定数（ｎ、ｋ）とシート抵抗を測定した結果を示す。ＡｒとＯ２の総流量は、４０ＳＣＣＭで一定である。
下記表４に、ＺｒＳｉ２をターゲットとし、ＡｒとＮ２Ｏの混合ガスをスパッタガスとして用いて、反応性スパッタリングで作製したＺｒＳｉｘＯｙＮｚ膜について、光学定数（ｎ、ｋ）とシート抵抗を測定した結果を示す。ＡｒとＮ２Ｏの総流量は、４０ＳＣＣＭで一定である。
上記表１〜表４から明らかなように、ターゲット材料とガス流量などの成膜条件を適切に選択することにより、所望の透明性（光学定数）と導電性（シート抵抗）を両立させた上層吸収膜を得ることが出来る。
即ち、消衰係数が０から１．２の範囲、シート抵抗が５０ＭΩ／□以下となるようなガス流量を選択することにより、極端紫外線露光用マスクに好適な上層吸収膜を形成することが可能である。
本発明に係る極端紫外線露光用マスクは、半導体集積回路の製造のためのフォトリソグラフィ技術等に好適に使用することが可能であり、半導体の分野において非常に有用である。
１…極端紫外線露光用マスク、２…低熱膨張ガラス基板、３…高反射部、４…キャップ層、５…低反射部、５ａ…上層吸収膜、５ｂ…下層吸収膜、６…緩衝膜。
Claims (4)
- 基板上に形成された多層膜からなる高反射層と、前記多層膜上に形成された吸収膜からなる低反射層とを備え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、上層吸収膜と下層吸収膜を含む少なくとも２層以上の薄膜からなり、
下層吸収膜は、極端紫外光を吸収するＴａＳｉからなり、
最上層の上層吸収膜は、極端紫外光に対する反射率を、薄膜干渉効果により低減するための反射防止効果を有し、膜厚５０〜３００Ａであり、金属、珪素、及び酸素を主たる構成元素として含むか又は金属、珪素、酸素、及び窒素を主たる構成元素として含み、前記金属及び珪素を含む化合物をターゲットとして用い、酸素と不活性ガスの混合ガス、酸素と窒素と不活性ガスの混合ガス、又はＮ2Ｏと不活性ガスの混合物をスパッタガスとした反応性スパッタリングにより形成され、
前記混合ガスの混合比は、前記上層吸収膜の波長１５０ｎｍから３００ｎｍの紫外線に対する消衰係数が０から１．２の範囲にあり、シート抵抗が５０ＭΩ／□以下となるように選択されたことを特徴とする極端紫外線露光用マスクブランク。 - 請求項１に記載の極端紫外線露光用マスクブランクの前記吸収層を吸収層パターンに形成してなることを特徴とする極端紫外線露光用マスク。
- 請求項２に記載の極端紫外線露光用マスクに極端紫外線を照射し、その反射光を被露光体に照射することを特徴とする露光方法。
- 基板上に多層膜からなる高反射層を形成する工程、
前記多層膜上に吸収膜からなる低反射層を形成する工程
を具備する極端紫外線露光用マスクブランクの製造方法において、
前記吸収膜を、上層吸収膜と下層吸収膜を含む２層以上の薄膜により構成するにあたり、
下層吸収膜を、ＴａＳｉにより形成し、
最上層の上層吸収膜を、金属及び珪素を含む化合物をターゲットとし、酸素と不活性ガスの混合ガス、酸素と窒素と不活性ガスの混合ガス、又はＮ2Ｏと不活性ガスの混合物をスパッタガスとした反応性スパッタリングにより膜厚５０〜３００Ａで形成し、前記混合ガスの混合比は、前記上層吸収膜の波長１５０ｎｍから３００ｎｍの紫外線に対する消衰係数が０から１．２の範囲にあり、シート抵抗が５０ＭΩ／□以下となるように選択されていることを特徴とする極端紫外線露光用マスクブランクの製造方法。
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