JP5453855B2 - 反射型フォトマスクブランク及び反射型フォトマスク - Google Patents

Description

本発明は、反射型フォトマスクブランク及び反射型フォトマスクに関する。特に、半導体集積回路などの製造工程において、軟Ｘ線領域の極端紫外光すなわちＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いて実施される超微細な回路パターン転写の際に用いられる反射型フォトマスクブランク及び反射型フォトマスクに関する。

ＬＳＩの回路パターン等ナノレベルの微細加工にはリソグラフィ技術が用いられている。近年高集積化に伴い、より微細なパターンを作製するための技術が要求されており、露光光源の短波長化が進められている。例えば、露光光源は、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）へと移行されている。また、さらに短波長の軟Ｘ線（波長１３．５ｎｍ）を露光光源とする開発も行われている。

軟Ｘ線を露光光源とするリソグラフィをＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）リソグラフィと呼ぶ。ＥＵＶリソグラフィでは、その露光光源の波長領域における物質の屈折率が１よりわずかに小さい程度であることから従来用いられている屈折光学系が使用できず、反射光学系を使用することによりパターン転写を実施する。ＥＵＶ光はほとんどの物質によって吸収されてしまうため、従来の透過型フォトマスクを使用することができず、反射型フォトマスクが用いられる。

反射型フォトマスクは、熱膨張率の小さい基板上にＥＵＶ光を反射可能な多層反射膜を構成し、その上にＥＵＶ光に対する吸収率が高い材料で吸収膜を形成したブランクを用い、吸収膜を所望のパターンに加工することによって得られる。

また、パターン欠陥修正や酸化による反射率の低下を防ぐために多層反射膜と吸収膜との間にキャッピング膜と呼ばれる膜を設ける場合も多い。キャッピング膜は、反射型フォトマスクに加工された際にＥＵＶ光の反射部の最表面となるため、ＥＵＶ光に対する消衰係数が小さく、キャッピング膜の屈折率と真空の屈折率との差が大きく、酸化しにくい材料を用いる必要がある。

一方、特許文献１には、Ｒｕ（ルテニウム）を主成分としたキャッピング膜を持つ反射型フォトマスクブランクが開示されている。この反射型フォトマスクブランクを加工して反射型フォトマスクを作製する際、塩素ガス等を用いたドライエッチングによりキャッピング膜の上に形成されている吸収膜を処理する。

ルテニウムは、吸収膜のドライエッチングに対してエッチングストッパとなる材料であるが、ルテニウムの表面に全くダメージを及ぼさないわけではない。ドライエッチングの物理的な衝撃により、特許文献１に記載されているような膜厚の減少や、表面あれ、もしくは多層反射膜の最上層の材料であるＳｉとのミキシングによる膜質の変化等が生じる。膜厚の減少のみであれば、あらかじめ成膜時に減少分を追加して成膜を行うことなどで対処できると考えられる。しかし、反射型フォトマスクに表面あれや膜質の変化が起こるとＥＵＶ光の反射光にムラが生じ、転写パターンを正確に形成できなくなってしまう。

特開２００６−１３２８０号公報

本発明は、ドライエッチングによるキャッピング膜の表面あれや膜質の変化を起こさず微細なパターン形成するために、薬品によるウェットエッチングができるドライエッチングストッパ膜を、吸収膜とキャッピング膜の間に備える反射型フォトマスクブランク及び反射型フォトマスクを提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、基板と、基板上に形成され、露光光を反射する多層反射膜と、多層反射膜上に形成され、多層反射膜を保護するキャッピング膜と、キャッピング膜上に形成され、ドライエッチングに対して耐性を有するドライエッチングストッパ膜と、ドライエッチングストッパ膜上に形成され、露光光を吸収する吸収膜と、吸収膜上に形成され、検査光の反射を防止する反射防止膜と、を有し構成されることを特徴とする反射型フォトマスクブランクとしたものである。

本発明の請求項２に係る発明は、反射防止膜は、Ｔａ、Ｓｉ、およびＯにより構成され、且つ、含まれるＴａの割合がドライエッチングストッパ膜よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランクとしたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、ドライエッチングストッパ膜は、Ｔａ、Ｓｉ、およびＯ、もしくはＳｉ、およびＯにより構成され、含まれるＴａの割合が反射防止膜よりも少ないことを特徴とする請求項１または２に記載の反射型フォトマスクブランクとしたものである。

本発明の請求項４に係る発明は、キャッピング膜は、塩基性薬品に対する耐性のある材料により構成されることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランクとしたものである。

本発明の請求項５に係る発明は、キャッピング膜は、Ｒｕを主成分として構成されることを特徴とする請求項４に記載の反射型フォトマスクブランクとしたものである。

本発明の請求項６に係る発明は、基板と、基板上に形成され、露光光を反射する多層反射膜と、多層反射膜上に形成され、多層反射膜を保護するキャッピング膜と、キャッピング膜上に形成され、パターニングされたドライエッチングに対して耐性を有するドライエッチングストッパ膜と、ドライエッチングストッパ膜上に形成され、パターニングされた露光光を吸収する吸収膜と、吸収膜上に形成され、パターニングされた検査光の反射を防止する反射防止膜と、を有し構成される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７に係る発明は、反射防止膜は、Ｔａ、Ｓｉ、およびＯにより構成され、且つ、含まれるＴａの割合がドライエッチングストッパ膜よりも多いことを特徴とする請求項６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８に係る発明は、ドライエッチングストッパ膜は、Ｔａ、Ｓｉ、およびＯ、もしくはＳｉ、およびＯにより構成され、含まれるＴａの割合が反射防止膜よりも少ないことを特徴とする請求項６または７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９に係る発明は、キャッピング膜は、塩基性薬品に対する耐性のある材料により構成されることを特徴とする請求項６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１０に係る発明は、キャッピング膜は、Ｒｕを主成分として構成されることを特徴とする請求項９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１１に係る発明は、請求項６乃至１０のいずれかに記載の反射型フォトマスクに極端紫外光を照射し、反射型フォトマスクの多層反射膜に反射した反射光を半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層に露光し、極端紫外光用レジスト層に反射型フォトマスクの吸収膜のパターンを転写する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法としたものである。

本発明によれば、ドライエッチングによるキャッピング膜の表面あれや膜質の変化を起こさず微細なパターン形成するために、薬品によるウェットエッチングができるドライエッチングストッパ膜を、吸収膜とキャッピング膜の間に備える反射型フォトマスクブランク及び反射型フォトマスクを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランクを示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクを示す概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ、説明する。実施の形態において、同一構成要素には同一符号を付け、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、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランク１０を示す概略構成図である。図１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ブランク１０は、基板１と、基板１上に形成された多層反射膜２と、多層反射膜２上に形成されたキャッピング膜３と、キャッピング膜３上に形成されたドライエッチングストッパ膜４と、ドライエッチングストッパ膜４上に形成された吸収膜５と、吸収膜５上に形成された反射防止膜６とから構成される。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランク１０の基板１は、基板１上に多層反射膜２を密着性よく均一に成膜でき、熱膨張率の小さい材料であればいずれでも構わない。例としては、Ｔｉを添加した低熱膨張ガラスが挙げられるが本発明ではこれらに限定されるわけではない。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランク１０の多層反射膜２は、露光光であるＥＵＶ光（極端紫外光）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り構成されている。例えば、多層反射膜２としては、Ｍｏ（モリブデン）とＳｉ（シリコン）、またはＭｏ（モリブデン）とＢｅ（ベリリウム）といった組み合わせの層を繰り返し積層することにより形成することができる。例えば多層反射膜２は、膜厚２．８ｎｍのＭｏと膜厚４．２ｎｍのＳｉのとから構成され、３０周期〜５０周期で積層して波長１３ｎｍ〜１４ｎｍのＥＵＶ光に対して最大の反射率となるように形成する。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランク１０のキャッピング膜３の主な役割は多層反射膜２の表面酸化による反射率低下を防止することである。また、キャッピング膜３は反射型フォトマスク２０（図２）に加工された際にＥＵＶ光の反射部７の最表面となるため、ＥＵＶ光に対する消衰係数が小さく、キャッピング膜３の屈折率と真空の屈折率との差が大きく、酸化しにくい材料を用いる必要がある。

また、キャッピング膜３は反射型フォトマスク２０を加工する際に、ドライエッチングストッパ膜４を薬品でウェットエッチングするため、薬品に対する耐性を有していなくてはならない。ウェットエッチングに使用する薬液としては、一般的にフォトマスクの洗浄に用いられる塩基性薬品であるアンモニア過水が一例として挙げられる。

Ｒｕは光学ミラーの酸化抑制対策として知られた材料であり、アンモニア過水に対する耐性を有することから、キャッピング膜３の材料としてＲｕを選択することができる。キャッピング膜３の膜厚は、ＥＵＶ光の反射率ができるだけ低下しないように設計する必要があり、通常は１ｎｍ〜２．５ｎｍ程度が好ましい。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランク１０のドライエッチングストッパ膜４は、吸収膜５をドライエッチングする際にエッチングストッパとして機能する程度のエッチング耐性を持ち、アンモニア過水等による塩基性薬品を用いたウェットエッチングで加工することができる材料で形成される。このような材料としては、Ｔａ、Ｓｉ、およびＯで構成される材料が挙げられる。

このとき、ドライエッチングストッパ膜４のＳｉに対するＴａ含有率は、反射防止膜６のＳｉに対するＴａ含有率（Ｔａ／（Ｔａ＋Ｓｉ））よりも少なくする必要があり、０％〜４０％程度とする。ドライエッチングストッパ膜４は、塩基性薬品によりウェットエッチングするが、Ｓｉに対するＴａの含有率が低い方が、塩基性薬品であるアンモニア過水によりエッチングされやすいことが分かっているためである。膜厚については、吸収膜５のドライエッチングの際に選択比が十分にとれる膜厚あればよいが、好ましくは２ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランク１０の吸収膜５はドライエッチングされて所定の露光転写パターンに形成された際に、照射されたＥＵＶ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重金属から選択される。このような重金属としては、Ｔａを主成分とした合金を用いることが好ましい。吸収膜５の膜厚はＥＵＶ光や欠陥検査に用いるＤＵＶ（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光に対する光学特性を考慮するため、反射型フォトマスクブランク１０を構成する膜全体で調整して決定されるが、３０ｎｍ〜８０ｎｍ程度である。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランク１０の反射防止膜６は、欠陥検査に用いるＤＵＶ光に対して、反射防止性のある材料であり、エッチングによる加工が可能な材料である。このような材料としては、Ｔａ、Ｓｉ、およびＯで構成される材料が挙げられる。膜厚はＥＵＶ光や欠陥検査に用いるＤＵＶ光に対する光学特性を考慮するため、反射型フォトマスクブランク１０を構成する膜全体で調整して決定されるが、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度であればよい。

反射防止膜６のＳｉに対するＴａ含有率は、ドライエッチングストッパ膜４のＳｉに対するＴａ含有率よりも多くする必要がある。さらに、膜厚が５ｎｍ〜３０ｎｍ程度で、欠陥検査に用いるＤＵＶ光に対する反射率が１０％以下となることを考慮すると、Ｓｉに対するＴａ含有率は６０％〜８０％程度が適当である。

反射型フォトマスクブランク１０を構成する基板１の上に形成された多層反射膜２、キャッピング膜３、ドライエッチングストッパ膜４、下層吸収膜５、上層吸収膜６は、スパッタリング法、化学蒸着法、真空蒸着法などを用いて作製することができる。その中でも特に、ターゲット原子の運動エネルギーが大きいため、強くて剥がれにくい膜を作製することができるスパッタリング法を用いることが好ましい。

次に、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク２０の作製方法について図２を参照して説明する。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク２０は、反射型フォトマスクブランク１０を用いて、所望のパターンを形成することによって作製される。

まず、反射型フォトマスクブランク１０のパターン形成面側にレジスト（図示せず）を塗布し、電子線描画装置による描画、現像処理を行い、所望のレジストパターンを形成する。

次にレジストパターンをマスクとして、反射防止膜６、吸収膜５をドライエッチングにより加工する。その後、レジスト剥離処理とパーティクル除去処理を行い、図２に示すような反射型フォトマスク２０が完成する。

本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスクブランク１０を用いれば、反射型フォトマスク２０に加工の際にキャッピング膜３上のドライエッチングストッパ膜４をウェットエッチングにより処理することができるため、キャッピング膜３の表面あれや膜質の変化を起こさずに微細なパターン形成することができる。

次に、本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク２０を用いた半導体装置の製造方法について説明する。本発明の実施の形態に係る反射型フォトマスク２０を用いた半導体装置の製造方法は、反射型フォトマスク２０を介して反射した極端紫外光を選択的に照射する。

次に、反射型フォトマスク２０の多層反射膜２に反射した反射光を半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層（図示せず）に露光し、パターンを形成させたのち、極端紫外光用レジスト層に反射型フォトマスク２０の吸収膜４のパターンを半導体基板に転写することで反射型フォトマスク２０に忠実にパターニングできる。

本発明の反射型フォトマスクブランク１０及び反射型フォトマスク２０の一実施例を以下に示す。しかし、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。

下地とする基板１として６インチ角の低熱膨張ガラスを用意した。次に、基板１上に膜厚２．８ｎｍのＭｏと膜厚４．２ｎｍのＳｉとを４０周期で積層させた多層反射膜２を形成した。

次に、多層反射膜２上にＲｕからなるキャッピング膜３を膜厚２ｎｍで形成し、続いてＴａ、Ｓｉ、Ｏにより構成され、Ｔａ含有率（Ｔａ／（Ｔａ＋Ｓｉ））が２０％であるドライエッチングストッパ膜４を膜厚３ｎｍで形成し、続いてＴａとＳｉからなる吸収膜５を膜厚５１．５ｎｍで形成し、さらにＴａ、Ｓｉ、Ｏにより構成され、Ｔａ含有率（Ｔａ／（Ｔａ＋Ｓｉ））が８０％である反射防止膜６を膜厚１５ｎｍで形成し、反射型フォトマスクブランク１０を得た（図１参照）。各膜の形成にはスパッタリング法を用いた。

次に、反射型フォトマスクブランク１０上にレジスト（図示せず）を塗布し、電子線描画によりレジストパターンを形成した。得られたレジストパターンをマスクとして、塩素系ガス、もしくは、フッ素系ガスを用いて反射防止膜６、吸収膜５、ドライエッチングストッパ膜４のドライエッチングを行った。

その後、レジスト剥離処理、続いてアンモニア：過酸化水素水：超純水を１：２：２０（体積比）で混合して作製したアンモニア過水を用いたパーティクル除去処理を行い、反射型フォトマスク２０を得た（図２参照）。

このとき、アンモニア過水を用いるため、ドライエッチングストッパ膜４がウェットエッチングされる。ＴＥＭ観察により、１０分程度の処理でエッチングストッパ膜４がエッチングされ、キャッピング膜３が表面にでていることを確認できた。また、表面あれや、キャッピング膜３のＲｕと多層反射膜２のＳｉとのミキシングもなく、良好な反射型フォトマスク１０を作製することができた。

さらに、本実施例１に係る反射型フォトマスク２０を用いた半導体装置の製造方法について説明する。本本実施例１に係る反射型フォトマスク２０を用いた半導体装置の製造方法は、反射型フォトマスク２０を介して反射した極端紫外光を選択的に照射する。

次に、反射型フォトマスク２０の多層反射膜２に反射した反射光を半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層（図示せず）に露光し、パターンを形成させたのち、極端紫外光用レジスト層に反射型フォトマスク２０の吸収膜４のパターンを半導体基板に転写することで反射型フォトマスク２０に忠実にパターニングできた。

１…基板
２…多層反射膜
３…キャッピング膜
４…ドライエッチングストッパ膜
５…吸収膜
６…反射防止膜
７…反射部
８…吸収部
１０…反射型フォトマスク用ブランク
２０…反射型フォトマスク

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、露光光を反射する多層反射膜と、
   前記多層反射膜上に形成され、前記多層反射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形成され、ドライエッチングに対して耐性を有するドライエッチングストッパ膜と、
   前記ドライエッチングストッパ膜上に形成され、露光光を吸収する吸収膜と、
   前記吸収膜上に形成され、検査光の反射を防止する反射防止膜と、
   を有し構成され、
   前記反射防止膜は、Ｔａ、Ｓｉ、およびＯにより構成され、膜厚は５ｎｍ乃至３０ｎｍであり、Ｓｉに対するＴａ含有率が６０％乃至８０％であり、
   前記ドライエッチングストッパ膜は、Ｔａ、Ｓｉ、およびＯにより構成され、膜厚は２ｎｍ乃至１０ｎｍであり、Ｓｉに対するＴａ含有率が４０％以下である
   ことを特徴とする反射型フォトマスクブランク。
2. 前記キャッピング膜は、塩基性薬品に対する耐性のある材料により構成されることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクブランク。
3. 前記キャッピング膜は、Ｒｕを主成分として構成されることを特徴とする請求項２に記載の反射型フォトマスクブランク。
4. 基板と、
   前記基板上に形成され、露光光を反射する多層反射膜と、
   前記多層反射膜上に形成され、前記多層反射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形成され、パターニングされたドライエッチングに対して耐性を有するドライエッチングストッパ膜と、
   前記ドライエッチングストッパ膜上に形成され、パターニングされた露光光を吸収する吸収膜と、
   前記吸収膜上に形成され、パターニングされた検査光の反射を防止する反射防止膜と、
   を有し構成され、
   前記反射防止膜は、Ｔａ、Ｓｉ、およびＯにより構成され、膜厚は５ｎｍ乃至３０ｎｍであり、Ｓｉに対するＴａ含有率が６０％乃至８０％であり、
   前記ドライエッチングストッパ膜は、Ｔａ、Ｓｉ、およびＯにより構成され、膜厚は２ｎｍ乃至１０ｎｍであり、Ｓｉに対するＴａ含有率が４０％以下である
   ことを特徴とする反射型フォトマスク。
5. 前記キャッピング膜は、塩基性薬品に対する耐性のある材料により構成されることを特徴とする請求項４に記載の反射型フォトマスク。
6. 前記キャッピング膜は、Ｒｕを主成分として構成されることを特徴とする請求項５に記載の反射型フォトマスク。
7. 請求項４乃至６のいずれかに記載の反射型フォトマスクに極端紫外光を照射し、
   前記反射型フォトマスクの前記多層反射膜に反射した反射光を半導体基板上に設けられた極端紫外光用レジスト層に露光し、
   前記極端紫外光用レジスト層に前記反射型フォトマスクの前記吸収膜のパターンを転写する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。