JP5304097B2

JP5304097B2 - 反射型フォトマスク、把持装置及び露光装置

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Publication number: JP5304097B2
Application number: JP2008210137A
Authority: JP
Inventors: 陽坂田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2028-08-18
Also published as: JP2010045317A

Description

本発明は、反射型フォトマスク、把持装置、露光装置及び露光方法に関し、特に、半導体製造におけるフォトリソグラフィ工程で用いられる反射型フォトマスク、把持装置、露光装置及び露光方法に関するものである。

近年の半導体集積回路の微細化、高集積化に伴い、その製造工程であるフォトリソグラフィ工程で用いられるフォトマスク（レチクル）のパターン寸法も同様に微細化が進められている。フォトマスクのパターン面に異物が付着すると、この異物が半導体基板表面に投影され、欠陥となる。このため、パターン面への異物付着を抑止すべく従来からペリクルと呼ばれる除塵保護膜が考案されている。

ペリクルには、フォトリソグラフィ工程で用いられる露光光源の波長に対して高い透過率を有する樹脂材料が用いられている。ペリクルは一般に薄膜状に加工されたものが金属製のフレームに貼り付けられた構造となっている。このフレームをペリクルとは反対の端面をフォトマスクに接着剤で貼り付けて用いられている。

現在の露光光源はＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）が主流となっている。近年の半導体集積回路の微細化に伴って、露光波長のさらなる短波長化が要請され、極端紫外線リソグラフィ（以下、「ＥＵＶリソグラフィ」という。（ＥＵＶ:ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）の開発が進められており、その露光光源の波長は略１３．５ｎｍである。波長１３．５ｎｍでは従来の樹脂を材料としたペリクルでは透過せず、使用が不可能となっている。また、露光工程ではその環境が真空であることから、アウトガスを発生する樹脂材料は真空度を低下させる理由で敬遠される傾向にある。

このため、特許文献１には、露光装置の内部のマスク近傍にて電界を発生して帯電した浮遊粒子を付着させる機構を備えた技術が開示されている（特許文献１参照）。また、特許文献２には、ＥＵＶマスクを収納する容器を二重化することでペリクル機能を代替させた容器などを用いた技術が開示されている（特許文献２参照）。
特開２００６−１２０７７６号公報特開２００７−１４１９２５号公報

しかしながら、特許文献１において、電界を発生させる方法を用いると、非帯電物質には作用しなくなってしまう問題がある。また、特許文献２において、容器の二重化では露光機内部における露光中はマスクがその容器から取り出されてしまうため、除塵作用が露光工程中では働かなくなってしまう問題がある。

そこで、本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、非帯電物質である磁性物質の除塵機能を反射型フォトマスクに備え、露光工程中で除塵機能を有する反射型フォトマスク、把持装置、露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る発明は、表面にパターン形成領域を有する反射型フォトマスクにおいて、反射型フォトマスクの裏面に薄膜コイルが形成され、薄膜コイルに電流を流してパターン形成領域に塵埃が付着するのを防ぐよう構成され、前記表面の前記パターン形成領域の外周の全部又は一部に第１のヨークを配置したことを特徴とする反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の反射型フォトマスクにおいて、反射型フォトマスクの側面の全部又は一部に第２のヨークを配置したことを特徴とする反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、反射型フォトマスクは、基板と、基板上に形成された多層反射膜と、多層反射膜上に形成された保護膜と、保護膜上にパターン形成された緩衝膜と、緩衝膜上にパターン形成された吸収膜と、吸収膜上にパターン形成された低反射膜を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、薄膜コイルは導電性の非磁性材料であることを特徴とする請求項３に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項５に係る発明は、薄膜コイルを構成する裏面導電膜が、パターン形成領域より大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

本発明の請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の反射型フォトマスクを把持する把持装置において、薄膜コイルに電流を流すための手段を備えることを特徴とする把持装置としたものである。

本発明の請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の反射型フォトマスクに露光光を用いて所望のパターンに転写する露光装置において、反射型フォトマスクを把持する静電チャックは、薄膜コイルに電流を流すための手段を備えることを特徴とする露光装置としたものである。

本発明によれば、非帯電物質である磁性物質の除塵機能を反射型フォトマスクに備え、露光工程中で除塵機能を有する反射型フォトマスクを提供することができる。

以下、本発明を、図面を参照して説明する。本発明の実施の形態において、同一構成要件には同一符号を付し、実施の形態の間において重複する説明は省略する。

図１は本実施の形態に係る反射型フォトマスク１００の構造を示す概略断面図である。反射型フォトマスク１００は、従来の波長２４３ｎｍ（ＫｒＦレーザ）や波長１９３ｎｍ（ＡｒＦレーザ）を用いたマスクの構造と異なり、波長１３．５ｎｍの光を用いることから、反射型フォトマスク１００に用いられる石英材料が光を透過しないため反射型構造となる。なお、反射型フォトマスクの一般的な仕様は業界規格であるＳＥＭＩスタンダードＰ３７−１１０２，Ｐ３７−１１０３で標準化されている。

図１に示すように、本実施の形態に係る反射型フォトマスク１００は、多層の積層膜で構成され、光の入射方向（図中、矢印方向）から低反射膜１０、吸収膜２０、緩衝膜３０、保護膜４０、多層反射膜５０、基板６０、裏面導電膜７０を備えている。

本実施の形態に係る低反射膜１０は、パターン形状の検査のために波長１３．５ｎｍ以外の光を用いる場合があり、多層反射膜５０と低反射膜１０とのコントラスト（（（Ｒｍ−Ｒａ）／（Ｒｍ＋Ｒａ））×１００（％））を向上させるために形成する。本実施の形態に係る吸収膜２０は、パターン形成された際に、照射されたＥＵＶ光（極端紫外光）を吸収するものであり、ＥＵＶ光に対する高吸収性を有する材料から選択される。低反射膜１０及び吸収膜２０には、タンタル（Ｔａ）を主成分とし、珪素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）の少なくとも１つを含む材料を用いて形成することが好ましい。

本実施の形態に係る緩衝膜３０は、物理的または化学的反応による反射型フォトマスク１００の修正時に多層反射膜５０（後述する）をダメージから守る犠牲膜である。緩衝膜３０には、クロム（Ｃｒ）やジルコニウム（Ｚｒ）を主成分とし、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、シリコン（Ｓｉ）の少なくとも１つを含む材料を用いて形成することが好ましい。

保護膜４０は多層反射膜５０の表面酸化などによる変質を保護するためのものであり、緩衝膜３０をエッチングして除去する際に、多層反射膜５０へのダメージを防ぐエッチングストッパーとして機能するものである。保護膜４０には、珪素（シリコン）及びＲｕ（ルテニウム）等の材料を用いて形成することが好ましい。

多層反射膜５０は、露光光であるＥＵＶ光を反射するもので、ＥＵＶ光に対する屈折率の大きく異なる材料の組み合わせによる多層膜から構成されている。多層反射膜５０の材料には、例えば、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）、またはモリブデン（Ｍｏ）とベリリウム（Ｂｅ）といった組み合わせの層を４０周期程度繰り返し積層することにより形成することができる。多層反射膜５０の１層ずつの膜厚は、例えばＭｏ膜が２．８ｎｍ、Ｓｉ膜が４．２ｎｍである。ここで、パターンとなる光学的コントラスト（明暗）を形成する部分は多層反射膜５０及び吸収膜２０である。

基板６０には石英が用いられ、特にチタン（Ｔｉ）もしくはチタン酸化物(ＴｉＯ)を添加した合成石英を用いることが好ましい。合成石英は添加しない石英に比べて熱膨張率が低い特性をもつことが知られている。

裏面導電膜７０は露光装置への搭載に静電的吸着原理を利用した把持装置を用いるために形成される。裏面導電膜７０には、クロム（Ｃｒ）を主成分とし、酸素（Ｏ）及び窒素（Ｎ）の少なくとも１つを含む材料を用いることが好ましい。

また、図示しないが、吸収膜２０と多層反射膜５０との間に、多層反射膜５０を保護するための保護膜４０と緩衝膜３０との両方の役割を果たす兼用膜を備えることができる。兼用膜の材料には、Ｒｕ（ルテニウム）を用いることが好ましい。

以下、本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスク１００の機構を図２乃至図６を用いて説明する。図２（ａ）は本発明の実施の形態に係る防塵機能付き反射型フォトマスク１００の構造を示す概略断面図であり、図２（ｂ）は本発明の実施の形態に係る防塵機能付き反射型フォトマスク１００の構造を示す概略底面図である。

本発明の実施の形態に係る防塵機能の原理は磁場を利用するものであり、磁場の発生はアンペールの右ねじの法則によるものである。図２（ａ）に示すように、本発明の実施の形態に係る防塵機能付き反射型フォトマスク１００は、前述した反射型フォトマスク１００の低反射膜１０、吸収膜２０及び緩衝膜３０がパターン形成されたパターン領域１６０と、裏面導電膜７０の一部に薄膜コイル１１０とが形成されている。ここで、薄膜コイル１１０は裏面導電膜７０の一部をパターン形成することで得ることができる。また、図２（ｂ）に示すように、薄膜コイル１１０の両端部にはパット（電極）１３０が形成され、パット（電極）１３０が電源１４０に接続されている。

次に、本発明の実施の形態に係る防塵機能付き反射型フォトマスク１００の磁界発生の原理について説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係る防塵機能付き反射型フォトマスク１００の磁界発生の原理を示す。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、電源１４０から直流電流をパッド（電極）１３１に負極、パッド１３２に正極で流した場合に、薄膜コイル１１０に磁場が発生し、磁力線１５０が発生する（図中矢印方向）。なお、電源１４０から流す電流は直流でも交流でも良く、適時選択することができる。磁場の強弱は電源１４０から供給する電流や、薄膜コイル１１０の巻き数や線幅などで調整することができ、磁力線１５０により磁性材料を元素に含む塵埃を吸引、捕獲して除塵作用を得ることができる。図３（ａ）に示すように、発生した磁力線１５０は反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０を通過することとなり、反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０において塵埃の吸引効果が発現してしまう。

そこで、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、吸引力を反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０に対してより高磁力（磁束密度が高い）となる箇所を設けることで吸引力に勾配を付与する。磁束密度を高くする手段として高透磁率材料を用いた第１のヨーク１７０を反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０よりも反射型フォトマスク１００の外周の全部又は一部に設ける。この第１のヨーク１７０内に磁力線が収束するので、吸引力が反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０よりも強くすることができる。塵埃が第１のヨーク１７０側に引き寄せられることから、反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０への塵埃付着を抑止することができる。図４（ａ）に示すように、第１のヨーク１７０は露光光学系の影響が無い限り、反射型フォトマスク１００のパターン面からできるだけ高いほうが、反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０に対して斜めに飛来する塵埃に対して防護壁となることができる。また、図示しないが、第１のヨーク１７０を反射型フォトマスク１００の裏面側にさらに設けても良い。この場合、裏面導電膜７０の膜厚と同一かつ、同一機械的強度を有する物質に限定される。後述するが、反射型フォトマスク１００は露光装置内で反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０を下方とし、その反対面側となる裏面導電膜７０を静電気の吸引力を利用した把持装置（静電チャック）で全面吸着するためである。膜厚を同一とする理由は把持において平面性を確保するためであり、機械的強度はチャッキング力により変形を受けた場合、平坦性の確保ができなくなるためである。第１のヨーク１７０の材料には、例えば、ＦｅＮｉ合金（パーマロイ）などを用いることが好ましい。

図４（ａ）及び（ｂ）では第１のヨーク１７０は反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０面側のみに設置したが、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、反射型フォトマスク１００の側面の全部又は一部に第２のヨーク１８０を設置してもよい。第２のヨーク１８０は磁力の及ぶ範囲を狭め、反射型フォトマスク１００から空間的に外側遠方の異物まで吸引することを抑制することができる。第２のヨーク１８０を設置する場合、一般に反射型フォトマスク１００の外形寸法は前述した業界規格が定められているため、その範囲に収める必要がある。第１及び第２のヨーク１７０、１８０を薄膜で成膜する手段としては鍍金や塗工、スパッタリング法が挙げられる。スパッタリング法による一例として、例えば数１０ｎｍの薄膜の形成が可能な磁性材料を用いることが好ましい。磁性材料としてはハードディスクに用いられるＣｏＣｒＴａ系合金、ＣｏＣｒＰｔ系合金を用いることが好ましい。

図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００の撓み及び反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０と裏面導電膜７０との関係を示す。図６（ａ）及び（ｂ）を参照してパターン領域１６０と裏面導電膜７０とについて説明する。図６（ａ）に示すように、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００は露光装置内で反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０を下方とし、その対向面側の裏面導電膜７０を静電気の吸引力を利用した把持装置２１０（静電チャック）で全面吸着する。これは反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０への重力落下による異物付着を避ける目的が一要因としてある。裏面導電膜７０の領域は反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０よりも外形寸法が大きいほうが望ましい。小さい場合には図６（ｂ）で示すように段差Ａにより反射型フォトマスク１００に対して応力が発生し、撓みが生じてパターン領域１６０にも歪みが発生する恐れがある。

図６（ａ）及び（ｂ）を参照して裏面導電膜７０、薄膜コイル１１０及びパット１３０について説明する。上述した通り、段差Ａによる撓みを発生させないように、裏面導電膜７０、薄膜コイル１１０及びパット１３０が同一平面であることが好ましい。また、静電チャック２１０による把持のために導電性が必要となり、薄膜コイル１１０及びパット１３０に電流を流すことから導電性が必要となる。図１に示すように、これらの部材は反射型フォトマスク１００の構造である裏面導電膜７０が元来導電性を必要としていることから兼用できる利点がある。

図１に示すように、反射型フォトマスク１００を構成する材料及び裏面導電膜７０（薄膜コイル１１０、パット１３０を含む）の材料は、導電性の非磁性材料を用いることで非帯電物質を含む塵埃を効果的に吸収及び捕獲することができる。具体的に、裏面導電膜７０の材料は、窒化クロム（ＣｒＮ）を用いることが好ましい。ＣｒＮは、スパッタリング法を用いて薄膜を成膜して、フォトリソグラフィ法によりパターンを形成することができる。導電性の磁性材料では、電磁石効果により吸引効果は向上するが、吸引点が第１のヨーク１７０ではなく、反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０の面にも発現してしまう。さらに、薄膜コイル１１０に電流を流さない場合においても少なくとも一方が磁性材料である限り、反射型フォトマスク１００のパターン領域１６０に磁性体の付着が発生する欠点が避けられなくなってしまう。

上述した本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００を露光装置３００に設置し、露光工程中で除塵作用を有する場合について説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスク１００を静電チャック２１０に把持する機構を示し、露光工程中で除塵作用を有することを示す。図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、露光装置内における半導体基板への転写露光工程では、反射型フォトマスク１００が静電チャック２１０に把持搭載される。なお、図７（ａ）及び（ｂ）は露光装置内部の一部を示すが、光源、マスクへの集光光学系、半導体基板への投影光学系などは省略する。静電チャック２１０は静電吸着を発現させるためにその内部に電荷を供給するための電極２２０を有する。本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００への電流の供給もこの静電チャック２１０の内部に配線２３０と接点２４０とを設け、ここから反射型フォトマスク１００のパット１３０に供給すればよい。

次に、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク１００をロボット等で搬送する場合について説明する。図８は、本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスク１００と把持機構を備えた露光装置とさらに露光装置内での搬送工程において除塵作用を有することを示す。図８に示すように、露光装置３００の内部は真空環境となる。図８では光源、マスクへの集光光学系、半導体基板への投影光学系などは省略する。反射型フォトマスク１００は露光装置３００の内部のマスクライブラリ３１０に格納される。マスクライブラリ３１０も真空環境とする。図８では多段構造を示しているが、枚葉型であってもよく、数量に制限はない。このマスクライブラリ３１０では二重ケースの少なくとも内側ケース３２０内に格納されている。この二重ケースの内側ケース３２０からの取り出し動作から静電チャック２１０に至るまでは機械的動作を行う搬送ロボット３３０により取り出し、移動が行われ、静電チャック２１０に装着される。この間、反射型フォトマスク１００はなんら防塵のための保護を受けない。そこで、搬送ロボット３３０のアーム３４０に反射型フォトマスク１００のパッド１３０に対応した位置に、電流の供給を可能にする接点３５０を設け、電源１４０から配線３６０を通じて電流をする流すことにより、取り出し、移動、装着工程においても本発明の除塵作用が働く露光装置が実現する。

次に、反射型フォトマスク１００を露光装置３００に配置して、露光を行う露光方法について説明する。本発明の実施の形態に係る露光方法は、露光装置３００内で反射型フォトマスク１００を静電チャック２１０に配置する。露光装置３００内で、反射型フォトマスク１００の薄膜コイル１１０に電流を流してパターン形成領域に塵埃が付着するのを防ぎつつ極端紫外線で露光を行う。このように、露光を行うことにより、半導体製造の歩留まりを向上させることができる。

本発明の極端紫外線リソグラフィ用反射型フォトマスクは、露光工程中で除塵作用が反射型フォトマスクに働くために、半導体製造の歩留まり向上が期待できる。

本実施の形態に係る反射型フォトマスクの構造を示す概略断面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスクの構造を示す概略断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスクの構造を示す概略底面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスクの磁界発生の原理を示す概略断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスクの磁界発生の原理を示す概略底面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る除塵機能付きフォトマスクの構造と磁界の収束作用を示す概略断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスクの構造と磁界の収束作用を示す概略底面図である。（ａ）は、本発明の実施の形態に係る除塵機能付きフォトマスクの構造と磁界の収束作用を示す図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスクの構造と磁界の収束作用を示す概略底面図である。（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクの撓みと反射型フォトマスク上に形成されたパターン領域の関係を示す概略断面図である。本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスクを静電チャックに把持する機構を示す図である。本発明の実施の形態に係る除塵機能付き反射型フォトマスクと把持機構を備えた露光装置の搬送工程とを示す概略断面図である。

符号の説明

１０：低反射膜、２０：吸収膜、３０：緩衝膜、４０：保護膜、５０：多層反射膜、６０：基板、７０：裏面導電膜、１００：反射型フォトマスク、１１０：薄膜コイル、１３０：パット、１４０：電源、１５０：磁力線、１６０：パターン領域、１７０：第１のヨーク、１８０：第２のヨーク、２１０：静電チャック、２２０：電極、２３０：配線、２４０：接点、３００：露光装置、３１０：マスクライブラリ、３２０：内側ケース、３３０：搬送ロボット、３４０：アーム、３５０：接点、３６０：配線

Claims

表面にパターン形成領域を有する反射型フォトマスクにおいて、
前記反射型フォトマスクの裏面に薄膜コイルが形成され、前記薄膜コイルに電流を流して前記パターン形成領域に塵埃が付着するのを防ぐよう構成され、
前記表面の前記パターン形成領域の外周の全部又は一部に第１のヨークを配置したことを特徴とする反射型フォトマスク。
請求項１に記載の反射型フォトマスクにおいて、
前記反射型フォトマスクの側面の全部又は一部に第２のヨークを配置したことを特徴とする反射型フォトマスク。
前記反射型フォトマスクは、
基板と、
前記基板上に形成された多層反射膜と、
前記多層反射膜上に形成された保護膜と、
前記保護膜上にパターン形成された緩衝膜と、
前記緩衝膜上にパターン形成された吸収膜と、
前記吸収膜上にパターン形成された低反射膜を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型フォトマスク。
前記薄膜コイルは導電性の非磁性材料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ１項に記載の反射型フォトマスク。
前記薄膜コイルを構成する裏面導電膜が、前記パターン形成領域より大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の反射型フォトマスク。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の反射型フォトマスクを把持する把持装置において、前記薄膜コイルに電流を流すための手段を備えることを特徴とする把持装置。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の反射型フォトマスクに露光光を用いて所望のパターンに転写する露光装置において、
前記反射型フォトマスクを把持する静電チャックは、前記薄膜コイルに電流を流すための手段を備えることを特徴とする露光装置。