JP5552095B2

JP5552095B2 - Ｅｕｖ用レチクル

Info

Publication number: JP5552095B2
Application number: JP2011137179A
Authority: JP
Inventors: 素行山田; 昌次秋山
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-06-21
Also published as: JP2013004893A

Description

本発明は、EUV（Extreme Ultra Violet）用レチクルに関し、特に、通過するEUV光の減衰が最小限に抑えられると共に、俊敏に行なわれる往復運動によって生じる強い加速度に耐えることができるEUV用レチクルに関する。

半導体デバイスの高集積化、微細化が進み、今日では45nm程度のパターニングも実用化されつつある。このパターニングに対しては、従来のエキシマ光を用いる技術の改良技術、即ちArF（フッ化アルゴン）を用いる液浸法や、二重露光等の技術を応用して対応することが可能である。しかしながら、32nm以下という次世代の更に微細化したパターニングには、最早エキシマ光を用いた露光技術では対応することが難しく、エキシマ光に比べて極めて短波長である、13.5nmを主波長とするEUV光を使用するEUV露光技術が本命視されている。

このEUV露光技術の実用化については、既にかなりの進展が見られているものの、光源、レジスト、ペリクル等については、解決されるべき多くの技術的課題が残されている。
例えば、製造歩留まりの低下を左右する、フォトマスク上への異物の付着を防止する防塵用のペリクル等については、未だ種々の解決すべき問題があり、EUV用ペリクルの実現に大きな障害となっている。

これら未解決問題の中でも、特に具体的で大きな問題としては、（１）EUV光に高い透過性を持つと共に化学的に安定な材料を開発すること、及び、（２）超薄膜である透過膜を緩みなく一定の張力下に保持することがある。これらの中でも特に問題となっているのは、EUV光の透過率が高いだけでなく、酸化等による経時変化のない、化学的に安定でペリクルとして好適な、透過膜の材料開発に未だ目処が立っていない事である。

従来、ペリクル膜に用いた有機材料は、EUVの波長に対して透明ではなく、光を透過せずに分解したり劣化したりするという問題点がある。この波長帯に対して完全な透明性を有する材料は存在しないが、比較的透明な材料としてシリコンを使用するペリクル膜が提案されている（非特許文献１、特許文献１）。

前述した文献では、何れも、ペリクル膜として薄いシリコン膜が用いられている。この場合、EUV光の減衰の関点から、EUV光を透過して吸収を抑制する必要があるので、シリコン膜が薄いことが好ましく、限りなく薄いことが更に好ましい。
具体的には、前記非特許文献1においては、シリコン膜の厚さが20nmのシリコンと、このシリコンの酸化を防止する目的でシリコン膜上に保護膜として設けたナノオーダーのRu薄膜からなる複合極薄膜が挙げられるが、強度的に非常に脆く、EUV用ペリクルに用いる自立膜としてとして使用することは不可能である。

一方、EUVスキャナー中のEUV用ペリクルは、リソグラフィー用パターンが描かれたEUVマスクと一体化されており、これを総称してEUV用レチクルと言う。
EUV光による露光は、EUV光源からEUV用レチクルのマスクに向けて、EUV光を照射することによってなされるが、実際は、EUV光が前記マスクの一方の端から他方の端まで照射するように、レチクルを移動させることによって露光する。この一回のレチクルの移動でEUV光がウェハーに一回照射されることになる。EUV光照射開始後、このEUV用レチクルの移動が、必要な露光の回数だけ繰り返され、レチクルを初めの位置に戻して全体の露光が終了する。その後、次の露光が開始され、同様にレチクルの往復運動が繰り返される。

生産性が重視される工場においては、スキャナーの露光の回数を如何に多くするか、即ちレチクルの往復運動を如何に俊敏に行なえるかが重要とされることから、レチクルの往復運動の時間が短縮され、レチクルにかかる加速度は６G〜10Gに達する。
よって、レチクルに使用されるEUV用ペリクルは、強い加速度に耐えることができるように設計されていることが必要である。

従って、EUV用ペリクルにおいては、膜の強度を補完するために、EUV光の入射方向に対して開口部を有する構造物が必要となる。例えば、強度を担保するためのハニカム形状の構造物と、EUV用ペリクル膜とが一体化された構造とすることが提案されている（前記特許文献１）。同様に、強度を補完するために開口部を有するメッシュ構造、特に、強度的に優位性があるハニカム構造の構造物を有するEUV用ペリクル膜が提案されている（特許文献２)。

しかしながら、これらのハニカム構造は、ペリクル膜の強度を補完する力学的構造物としては機能するものの、ハニカムの開口率が低く、ペリクルを通過するEUV光の減衰を最小限に抑えるという観点からは、満足できるものではない。

また、ステッパー内の光源から発光されるEUV光を、ステッパー内の光学系によってウェハー上に結像させることによって、所望のパターンが描かれる。従って、光路上のEUV用ペリクルにおけるEUV光の減衰が大きいと、光源の発光強度及び／又はミラーの反射率を増加させるか、ウェハーに塗布されたレジストの感度を増加させるなどの補完的な技術が要求されるなど、EUVを用いる露光系を構成する要素全てに悪影響を及ぼす。
従って、EUV用ペリクルにおける、EUV光の減衰は極力避けなければならない。

米国特許第6,623,893 B1, リビンソン等 "EUVリソグラフィー用ペリクル及びこのようなペリクルの製造方法" 特開2010-256434号公報

シュロッフ等 "マスクの欠陥制御のためのEUVペリクルの発展" エマージングリソグラフィックテクノロジース X, Proc of SPIE Vol.6151 615104-1(2006)

従って本発明の目的は、俊敏に行なわれる往復運動によって生じる強い加速度に耐えることができるEUV用レチクルを提供することにある。

本発明者等は、EUV用レチクルの実際の使用状態に注目し、ペリクル膜を補強する構造材の開口率の向上と強度の向上という相反する問題を解決すべく、レチクルの往復運動の方向とEUV用ペリクル膜強度を補完するハニカムとの関係について鋭意検討したところ、ハニカムの強度が、レチクルの往復運動で加わる加速度方向に対するハニカム辺の角度に依存する事を見いだし本発明に到達した。

即ち本発明は、EUV透過膜、該透過膜に接合されたハニカム形状構造物、及び、該構造物を支持するフレームを有するEUV用ペリクル、並びに、該ペリクルに接合されたEUV用フォトマスクを有するEUV用レチクルであって、該レチクルがスキャナー内での露光時に往復運動する方向をペリクル膜に投影したときに、該往復運動の方向と、前記ハニカム構造物のハニカムの１辺Ａとがなす角度が、±20°以内となるように、前記ペリクルが前記フォトマスクに接合されていることを特徴とするEUV用レチクルである。

前記EUV用レチクルにおいて、前記往復運動の方向と、前記ハニカム構造物のハニカムの１辺Ａとがなす角度は、±15°以内であることが好ましく、±10°以内であることが更に好ましく、0°であることが最も好ましい。

本発明のEUV用レチクルは、通過するEUV光の減衰が最小限に抑えられると共に、俊敏に行なわれる往復運動によって生じる強い加速度に耐えることができる。

ハニカムの基本構造を表わす模式図である。ハニカムの構成単位を表わす模式図である。ハニカムの構成単位を一定角度傾けた状態を表わす図である。レチクルにかかる加速の方向とハニカムの1辺Aとがなす角度と、EUV光透過薄膜が破断する加速度との関係を表わすグラフである。本発明のレチクルに使用するペリクル（実施例1）を表わす模式図である。比較例1に使用するペリクルを表わす模式図である。

本発明のEUV用レチクルは、EUV透過膜、該透過膜に接合された複数のハニカム辺からなるハニカム形状構造物を有する接合体、及び、該接合体を支持するフレームを有するEUV用ペリクル、並びに、該ペリクルに接合されたEUV用フォトマスクを有する。

EUV用ペリクル光の減衰を決定するのはEUV用ペリクル膜の厚さとハニカムの開口率である。図1及び２を参照すると、ハニカム1の開口率は、ハニカムの辺の幅2、ハニカムのピッチ3、ハニカムの高さ4によって決定される。ここで、ハニカムの高さ４が開口率に影響を与えるのは、EUVステッパー内では、ペリクルへのEUV光の入射角が、ペリクルの鉛直角に対して4°〜6°の角度で傾斜しているため、ハニカムの高さによって、影ができるからである。

一方で、ペリクルの用途を考えた場合に充分な強度を持つことが要求される。
ハニカムの強度は、ピッチが狭いほど、辺の幅が広いほど、辺の高さが高いほど向上するが、このようすることによって、ハニカムの開口率が低下する。
従って、開口率を極力低下させないでペリクルの強度を維持できる構造が求められる。

これを、図3を用いて説明すると、ハニカム１の構造は、正六角形の単位が組み合わされて構成されているから、ハニカムの特定の1辺A（黒塗り部）が、3aの状態から右上がりになるように30°（+30°とする。）傾けてなる3bと、左上がりになるように30°（-30°）傾けてなる3cとは等価である。また、３bから更に+30°傾けることは、3bから3aに戻ることと等価である。

よって、図中の3aの水平な辺Aをレチクルの往復運動の方向と平行な辺とすると、該平行なハニカムの辺と、レチクルの往復運動の方向とが形成する角度を±30°の範囲で変化させることができる。
この角度の中から、EUVスキャナー中のEUV用レチクルの往復運動によって、ハニカムにかかる最大内部応力が最小になるような、ハニカムの傾き角を求めることによって、EUV用ペリクルに最適なハニカム構造を得ることができる。

これを確認するため、ハニカム構造物のハニカムの特定の1辺Aとレチクルの往復運動の方向とがなす角度を±30°の範囲として、レチクルの往復運動による応力がハニカムに印加された場合の、ハニカムにかかる最大内部応力、及び該応力が印加される部位との関係を、コンピューターによって計算した。
図4は、ハニカムの1辺Aとレチクルの往復運動の方向がとる角度と、EUV光透過薄膜が破断する加速度との関係を表わしたものである。

前記レチクルの往復の方向と前記ハニカムの辺Aとがなす角度が0°であるときには、最大応力の数値が小さいことから、応力がハニカムの辺部（図2中の5）に分散して存在し、緩和されていることが確認された。
一方、前記レチクルの往復の方向とハニカムの辺Aとがなす角度が30°であるときには、ハニカムの角部（図2中の6）で応力が最大となっており、角部に応力が集中していることが確認された。
従って、EUV光透過薄膜が最も破断しにくいのは、レチクルの往復運動の方向と前記ハニカムの辺Aとの角度が0°のときであり、最も破断しやすいのは、レチクルの往復運動の方向とハニカムの辺Aとの角度が30°のときである。

図5及び図6は、それぞれEUV用ペリクルの実施例及び比較例の模式図である。但し、ここではEUV光透過薄膜は図示しておらず、ハニカムの一部だけが図示されている。
図５は、ハニカムの1辺Aとレチクルの往復移動の方向とがなす角度（矢印a及び矢印bがなす角度）が0°である状態を表わす。
一方、図6は、ハニカムの1辺Aとレチクルの往復移動の方向とがなす角度（矢印a及び矢印bがなす角度）が30°である状態を表わす。
これらのペリクルを用いて、EUV光透過薄膜が破断する加速度を測定したところ、図4に示されたものと同様の結果が得られた。

このように、ペリクル又はレチクルにかかる応力を十分に緩和するという観点から、本発明のEUV用ペリクルにおいて、前記構造物が、ハニカムの１辺Aと、前記長方形のフレームの長辺又は正方形のフレームの1辺とのなす角度が、±20°以内となるように構築されていることが必要であり、前記角度は±15°以内であることが好ましく、±10°以内であることが更に好ましく、0°であることが最も好ましい。

また本発明のEUV用レチクルにおいては、該レチクルがスキャナー内での露光時に往復運動する方向をペリクル膜に投影したときに、該往復運動の方向と、前記ハニカム構造物のハニカムの１辺Ａとがなす角度が、±20°以内となるように、前記ペリクルが前記フォトマスクに接合されていることが必要であり、±15°以内であることが好ましく、±10°以内であることが更に好ましく、0°であることが最も好ましい。

以下、本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

［EUV用ペリクル膜の作製］
直径が200mm、厚さが725μmのシリコン基板のハンドル基板上に、150nmの熱酸化膜（SiO₂）を介して、実質的にCOP等の結晶欠陥が少ないシリコン単結晶（Nearly Perfect Crystal：NPC）の、厚さが100nmの薄膜が貼り付けられているSOI（Silicon On Insulator)基板を用いた。
上記SOI基板のハンドル基板を50μmまで薄化した後、リソグラフィーによってハンドル基板側にメッシュ構造をパターニングし、DRIE（深堀り反応性イオンエッチング）によってメッシュ構造を作り込んだ。メッシュ構造は、メッシュピッチを200μm、ハニカム線幅を25μmとした。
エッチングした後、HF処理によって前記熱酸化膜を除去し、EUV用ペリクル膜を得た。

［EUV用ペリクル作製］
得られたペリクル膜を、図5に示されたとおり、長さ150mm、幅125mm、厚さ1.5mmのアルミ合金製フレームと同じサイズに、且つ、EUV用ペリクル膜のハニカムの1辺Aと、アルミフレームの長辺とがなす角（矢印a及び矢印bがなす角度）度が0°になるように裁断し、水ガラスを用いて前記フレームに、裁断されたEUV用ペリクル膜を接着し、EUV用ペリクルを作製した。

［振動試験］
得られたEUV用ペリクルのフレームを、透明なアクリル板で作製されたアクリルボックス内に両面テープで固定し、アクリルボックスを振動試験機の振動台に、フレームの長辺方向に振動するようにセットした。
次にアクリルボックスを、ロータリー真空ポンプで真空排気しながら振動台に正弦波振動をかけた。
正弦波振動の加速度を増加させながら振動を継続したところ、加速度が18Gに達したときにEUV用ペリクル膜が破損した。

EUV用ペリクル膜を、ハニカムの1辺Aとアルミフレームの長辺との角度が15°になるようにセットしたこと以外は、実施例1と同様にしてEUV用ペリクルを製造し、振動試験を実施したところ、加速度が12Gに達したときにハニカム膜が破損した。

［比較例１］
EUV用ペリクル膜を、図6に示されたとおり、ハニカムの1辺Aとアルミフレームの長辺との角度（矢印a及び矢印bがなす角度）が30°になるようにセットしたこと以外は、実施例1と同様にしてEUV用ペリクルを製造し、振動試験を実施したところ、加速度が8.5Gに達したときにハニカム膜が破損した。

本発明のEUV用レチクルは、EUV光の透過性が高い上、耐久性が高いので、高集積化、微細化された半導体デバイスのパターニングに有用である。

１ハニカム
２ハニカムの辺幅
３ハニカムのピッチ
４ハニカムの高さ
５ハニカムの辺部
６ハニカムの角部

Claims

EUV透過膜、該透過膜に接合されたハニカム形状構造物、及び、該構造物を支持するフレームを有するEUV用ペリクル、並びに、該ペリクルに接合されたEUV用フォトマスクを有するEUV用レチクルであって、該レチクルがスキャナー内での露光時に往復運動する方向をペリクル膜に投影したときに、該往復運動の方向と、前記ハニカム構造物のハニカムの１辺Ａとがなす角度が、±20°以内となるように、前記ペリクルが前記フォトマスクに接合されていることを特徴とするEUV用レチクル。
前記角度が±15°以内である、請求項１に記載されたEUV用レチクル。
前記角度が±10°以内である、請求項１に記載されたEUV用レチクル。
前記角度が0°である、請求項１に記載されたEUV用レチクル。