JP5760906B2

JP5760906B2 - 反射型露光用マスク

Info

Publication number: JP5760906B2
Application number: JP2011212635A
Authority: JP
Inventors: 陽坂田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: JP2013074157A

Description

本発明は、反射型露光用マスクに関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体デバイスの微細化に伴い、フォトリソグラフィ技術の微細化に対する要求が高まっている。既に、リソグラフィの露光も従来の波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を用いた露光から、波長が１３．５ｎｍのＥＵＶ（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ：極端紫外線）領域の光を用いた露光に置き換わりつつある。

ＥＵＶ露光用のマスク（ＥＵＶマスク）は、ＥＵＶ領域の光に対してほとんどの物質が高い光吸収性をもつため、従来の透過型のマスクとは異なり、反射型のマスクである（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ガラス基板上にモリブデン（Ｍｏ）層及びシリコン（Ｓｉ）層を交互に積層して多層膜からなる光反射膜を形成し、その上にタンタル（Ｔａ）を主成分とする光吸収体によりパターンを形成する技術が開示されている。

また、ＥＵＶ光は前記の通り光の透過を利用する屈折光学系が使用できないことから、露光機の光学系も反射型となる。このため、透過型のビームスプリッターを利用した偏向が不可能である。従って、反射型マスクでは、マスクへの入射光と反射光が同軸上に設計できない欠点がある。このため、ＥＵＶマスクは、６度程度光軸を傾けてマスクへ入射した光の反射光を半導体基板に導く手法が採用されている。この手法では、光軸を傾斜することから、マスクパターンに対する光の入射方向に依存して半導体基板上でマスクの配線パターンがマスクパターンとは異なる線幅となる射影効果と呼ばれる問題が指摘されている。
そこで、この射影効果を抑制ないし軽減するためにマスクパターンを形成している吸収膜の膜厚を薄膜化する提案がなされている。

この薄膜化の手法では、ＥＵＶ光を吸収するのに必要な光の減衰量が不足するため、半導体基板への反射光が増加し、半導体基板上に塗布されたレジスト膜を感光させてしまう問題が発生する。また、半導体基板では、チップを多面付で露光するために、隣接するチップにおいてはその境界領域において多重露光が発生する。さらに、ＥＵＶ光源は１３．５ｎｍにその放射スペクトルのピークを有するが、アウトオブバンド（ＯｕｔｏｆＢａｎｄ）と呼ばれる１３．５ｎｍ帯以外の真空紫外線から近赤外線領域の光も放射することが知られている。このアウトオブバンドは本来不必要なものであり、これは半導体基板に塗布されたレジストを感光することから、フィルターなどで除去すべき不要な光である。

しかしながらタンタル（Ｔａ）を用いた光吸収膜は真空紫外線から遠紫外線（ＤｅｅｐＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ：遠紫外線）領域の光も反射することから、上述の通り、隣接したチップの境界領域近傍の半導体配線部分において無視できない光量が積算され、配線パターンの寸法に、影響を与える問題が発生する。

反射型マスクの一形態としては、特許文献１を挙げることができる。また、アウトオブバンドを防止するため、遮光枠（遮光帯）を有する反射型マスクとして、特許文献２を挙げることができる。

特開２００７−２７３６５１号公報特開２０１１−０４４５２０号公報

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、半導体基板で多重露光されるチップの境界領域に相応するマスク領域からＥＵＶおよびＤＵＶの反射を除去した反射型マスクを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、
反射型マスクブランクにおいて、基板材料に石英（ＳｉＯ_２）を主成分とし酸化チタン（ＴｉＯ_２）を副成分とし、さらにマンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、金（Ａｕ）、ネオジム（Ｎｄ）の酸化金属を含む材料で形成されることを特徴とする反射型マスクブランクである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の反射型マスクブランクであって、前記基板上に、多層反射層、吸収層を順次積層することを特徴とする反射型マスクブランクである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２のマスクブランクに、パターンを形成したことを特徴とする反射型マスクである。

本発明によれば、紫外線の一種であるＥＵＶおよびＤＵＶの反射を除去・低減する手段として、半導体基板で多重露光されるチップの境界領域に相応するマスク領域の吸収層、保護層および多層反射膜の一部を選択的に除去し枠状の領域を形成し、基板に紫外線を反射しないもしくは吸収する領域を形成し、さらに、基板自体が紫外線を反射しない、若しくは吸収する材料を使用することで、アウトオブバンドを低減することが可能となる。

このような構成の反射型マスク（フォトマスク）とすることで、半導体等の配線パターン寸法への影響をより低減することが可能となる。
また、配線パターン寸法が安定することで、半導体等の製造歩留まりを改善することも可能となる。

本発明の実施例の反射型マスクブランクの概略を説明する断面図である。本発明の実施例の反射型マスクブの概略を説明する平面図である。本発明の実施例の反射型マスクの製造方法を説明する工程図である。本発明の実施例の反射型マスクの製造方法の各工程での断面図である。本発明の実施例の反射型マスクの製造方法の各工程での断面図である。本発明の実施例の反射型マスクの概略を示す平面図及び断面図である。本発明の実施例の反射型マスクの反射率の測定点を表す図である。本発明の実施例の反射型マスクの反射率を測定した結果を表す図である。本発明の実施例の反射型マスクの反射率を測定した結果を表す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
本願発明が効果を奏する反射型マスクの構成の一例としては下記の物が挙げられる。
基板と、該基板上に形成された露光光を反射する多層反射膜と、該多層反射膜上に形成された多層反射膜を保護する保護膜と、該保護膜上に形成された露光光を吸収する吸収膜と、を順番に形成され、さらに該基板の多層反射膜とは反対面上に導電膜を形成された反射型マスクブランクが上げられる。

また、波長５から１５ｎｍの光を露光光とするリソグラフィで用いられる上記構成の反射型マスクブランクである。

前記基板は石英（ＳｉＯ_２）を主成分とし酸化チタン（ＴｉＯ_２）、副成分として炭素（Ｃ）を含む材料で形成され、
前記多層反射膜は前記基板上にモリブデン（Ｍｏ）を材料とする層と珪素（Ｓｉ）を材料とする層とが重ねられた層が複数重ねられることで構成された多層構造で形成され、
前記保護膜は前記多層反射膜上に形成され、単層構造もしくは積層構造であり、ルテニウム（Ｒｕ）またはシリコン（Ｓｉ）のいずれかを含む材料で形成され、積層構造の場合はその最上層がルテニウム（Ｒｕ）の酸化物、窒化物、酸窒化物や珪素（Ｓｉ）の酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含む材料で形成される。

前記吸収膜は、前記保護膜上に形成され、単層構造もしくは積層構造となっており、タンタル（Ｔａ）及びその酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含む材料で形成され、積層構造の場合はその最上層がタンタル（Ｔａ）の酸化物、窒化物、酸窒化物や珪素（Ｓｉ）の酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含む材料で形成される。

該基板の多層反射膜とは反対面上に形成された裏面導電膜は、単層構造もしくは積層構造となっており、クロム（Ｃｒ）またはタンタル（Ｔａ）のいずれかの金属もしくはその酸化物、窒化物、酸窒化物で形成され、積層構造の場合はその該基板側の層はクロム（Ｃｒ）またはタンタル（Ｔａ）のいずれかの金属もしくはその酸化物、窒化物、酸窒化物、または酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）のいずれかを含む材料で形成される反射型マスクブランクである。

また、このような構成の反射型マスクブランクに、所望のパターンを形成することで反射型マスクを作製することができる。

従来反射型マスクで利用されている基板としては、石英（ＳｉＯ_２）を主とした高純度石英や低熱膨張ガラスが利用されてきた。これらの基板は、ＤＵＶから近赤外線領域の光を透過するため裏面導電性膜で反射し、アウトオブバンドとなっていた。

本願では、石英（ＳｉＯ_２）の他に、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含み、さらに、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、金（Ａｕ）、ネオジム（Ｎｄ）の酸化金属から少なくとも１種類を含む基板を使用する。

本願では、上記のような構成とすることで、肉眼で基板ガラスが着色されていることが確認できるような基板としたり、肉眼では着色が認められずとも、光学的に不透明である基板とすることが可能となる。
肉眼で着色が認められるということは、光学的に不透明である（波長選択性を有する）ことは理解されるであろう。

ガラス自体に特定波長の吸収性を備えさせた事例としてはＪＩＳ−Ｒ−３２０８規格の熱線吸収板ガラスが挙げられる。
このような基板としては、旭ガラス社のサンユーロ（製品名）などがある。
このような基板は、熱線に加えてＥＵＶやＤＵＶ光を吸収する、もしくは反射しにくいため、アウトオブバンドの問題を低減することが可能となる。

また、このような反射率が高くならないようにするための具体的な組成比（重量比）としては、ＳｉＯ_２を８４〜９６％、ＴｉＯ_２を３〜１５％含み、残りを上記のＭｎ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ａｕ、Ｎｄの酸化物から少なくとも１種を含む構成とすればよい。特にＴｉＯ_２がこの範囲から外れると、アウトオブバンド低減効果および、低熱膨張率の効果が薄れるため、好ましくない。
なお、本発明では、特に断りがない限り、％は重量％とする。

また、上記のように基板の組成に限定するのではなく、ＥＵＶ、やＤＵＶの反射率が一定値以下具体的には、ＥＵＶの反射率が０．１％以下もしくは光学濃度で３以上、ＤＵＶの反射率が０．３％以下であれば、同様の効果を得ることができる。
基板のＥＵＶの反射率はＥＵＶテクノロジー社製の反射率計、ＤＵＶの反射率は、日立ハイテクノロジーズ社製分光光度計Ｕ４１００で測定することができる。

本発明では説明のため、膜として記載しているが、膜を層としてもよい。
先ず、本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、反射型マスクブランクス１０の断面図である。より具体的には、ＥＵＶ光を用いた露光に使用するマスク用のブランクスである。ＥＵＶ光の波長は、例えば１３．５ｎｍである。基板１１の一面上に多層反射膜１２、保護膜１３、吸収膜１４をこの順に形成する。基板１１の、多層反射膜１２とは反対側面には裏面導電膜１５を積層して形成する。多層反射膜１２、保護膜１３、吸収膜１４、及び裏面導電膜１５は、公知のマグネトロンスパッタリング法を用いて形成することができる。

多層反射膜１２は好ましくはイオンビームスパッタリング法で形成し、Ｍｏ（モリブデン）とＳｉ（珪素）の２つのターゲットが同一成膜装置内に用意されており、それぞれ約３ｎｍ、約４ｎｍを交互に堆積する。保護膜１３はＲｕ合金２から３ｎｍを堆積する。吸収膜１４は２層の場合、下層はＴａ（タンタル）を主成分とするターゲットに成膜応力を所望の値を得るために窒素ガスを導入して３０ｎｍから７０ｎｍ堆積をする。下層は７０ｎｍ以上の堆積は半導体パターンにおける斜影効果とよばれる光学影響があることから好ましくない。

膜厚は一般に波長ＥＵＶ波長に対する光学濃度３以上が遮光性性能として好ましい。上層は下層と同じターゲットを用い、さらに酸素ガスを導入してＴａＯｘ（酸化タンタル）もしくはＴａＯｘＮｙ（酸化窒化タンタル）膜を２ｎｍから１５ｎｍ堆積する。膜厚は一般に光学式パターン検査機で採用されている光源波長波長１９３ｎｍ、１９９ｎｍ、２５７ｎｍに対して所定の低反射率が達成可能な膜厚が選択される。

裏面導電膜はＣｒ（クロム）を主成分とするターゲットに窒素ガスを導入して窒化クロムを約１０から１００ｎｍ成膜する。導電性はシート抵抗値で１００オーム／□以下が好ましく、この場合１０ｎｍ以下はシート抵抗が１００オーム／□以上となり所定の導電性が失われるため好ましく無い。

次に、本発明の２の実施形態について、図２を参照して説明する。図２は、図１で示した反射型マスクブランクス１０を用いた露光用反射型マスク１００であって、図２（ａ）はそのマスク１００の平面図、図２（ｂ）はそのマスク１００の断面図である。
図２（ａ）（ｂ）に示すように、回路パターンＡの領域の外側に位置して、吸収膜１４、保護膜１３及び多層反射膜１２の一部にわたり遮光枠領域Ｂを形成した構造である。

次に、本マスクの製造方法を図３乃至図４に示す。ここで、図３は工程のステップを示し、図４は各工程での加工状態の断面図を示す。
まず、図１のブランクスを用意し、吸収膜１４に回路パターンＡと領域Ｂを形成する。
つまり、電子線に反応を示す化学増幅系や非化学増幅系レジスト２１を吸収膜１４に塗布（Ｓ１）し、所定の回路パターンＡと遮光枠領域Ｂを描画する（Ｓ２）。レジストは信越化学社製のＦＥＰ１７１を３０００ｎｍスピンコート法により塗布した。描画はニューフレアテクノロジーズ社製のＥＢＭ６０００電子線描画装置を行った。その後、アルカリ溶液であるＴＭＡＨなどで現像（Ｓ３）を行い、これにより形成したレジスト２１のパターンをマスクにして、フッ素系ガスや塩素系ガスを用いたガスプラズマによるドライエッチング（Ｓ４）を行い、不要なレジスト２１のパターンを酸素プラズマによる灰化や硫酸やオゾン水などの酸化薬液による分解ないしは有機溶剤などで溶解除去（Ｓ５）する。その後、必要に応じて、紫外線ランプによる有機物分解や酸・アルカリ系薬品やオゾンガスや水素ガスなどを溶解した超純水や有機アルカリ系薬品、界面活性剤などによる洗浄処理（Ｓ６）と、遠心力を利用したスピン乾燥（Ｓ７）を行う。
以上の工程により回路パターンＡと遮光枠領域Ｂが形成される。

次に、図５で遮光枠領域Ｂの保護膜１３と多層反射膜１２の部分を形成する工程を説明する。まず、上記のマスクに紫外線または電子線に反応を示すレジスト２１を塗布する（Ｓ８）。この後、遮光枠領域Ｂを露光または電子線で描画する（Ｓ９）。前記同様、現像（Ｓ１０）、エッチング（Ｓ１１）、レジストの除去（Ｓ１２）、洗浄（Ｓ１３）、乾燥（Ｓ１４）を行い、領域Ｂを完成する。エッチング工程（Ｓ１１）では、まず、保護膜１３の除去をフッ素系ガスプラズマを用い、多層反射膜１２は保護膜１３と同じくフッ素系ガスプラズマもしくは塩素ガス系プラズマを交互に用いる方法で行ない、遮光枠領域Ｂを形成する。

以上の工程により、図６に示す反射型マスク１００が完成する。

従来の基板は遮光枠領域Ｂの形成だけでは基板１１を一旦透過して裏面導電膜１５から反射して再度戻ってくる光成分を除去しきれない。本発明では基板を染色ないしは着色することで、不必要なアウトオブバンド光が半導体基板側に導かれず、半導体基板上に塗布されたレジストの感光を避けることが可能となった。

本発明は前記実施形態そのままに限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、変形して具体化できる。また、明細書に示される事項の適宜の組み合わせによって種々の発明を想定できるものである。

上記のマスクブランクの製造方法で、基材を下記のように変更して計測した反射率結果を表１に示す。測定部を図７に示す。基板のＥＵＶの反射率はＥＵＶテクノロジー社製の反射率計、ＤＵＶの反射率は日立ハイテクノロジーズ社製の分光光度計Ｕ４１００で測定した。

図７における吸収膜部、反射部、遮光部のＥＵＶ反射率とＤＵＶ反射率は表１に示すとおりである。図８に波長１３ｎｍから１４ｎｍ領域のＥＵＶ領域の反射スペクトルを示す。吸収膜部、反射部、遮光部の１３．５ｎｍの反射率はそれぞれ６１．７％、１．４８％、０％であった。これより遮光部は０％であり、反射が測定できないほど少ないことを確認出来た。

また、図９では、ＤＵＶ反射率においての１９０ｎｍから７６０ｎｍの遠紫外線（ＤＵＶ）、可視（ＢＩＳ）−近赤外線（ＮＩＲ）領域のスペクトルを示す。吸収膜部、反射部、遮光部の１９９ｎｍの反射率はそれぞれ２０．４％、４７．６％、０％、２５７ｎｍにおける反射率は５．９％、５２．７％、０％と遮光部の反射率は０％であり、反射が測定できないほど少ないことを確認出来た。

本発明は、露光によってパターンを形成する、微細加工や半導体製造に利用が可能である。

１０反射型マスクブランクス
１１基板
１２多層反射膜
１３保護膜
１４吸収膜
１５裏面導電膜
２１レジスト（パターン）
１００反射型マスク

Claims

基板材料に石英（ＳｉＯ_２）を主成分とし酸化チタン（ＴｉＯ_２）を副成分とし、さらにマンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、金（Ａｕ）、ネオジム（Ｎｄ）の酸化物を少なくとも１種含む材料で形成される、着色基板であることを特徴とする反射型マスクブランク。
請求項１に記載の反射型マスクブランクであって、前記基板上に、多層反射層、吸収層を順次積層することを特徴とする反射型マスクブランク。
請求項１または２のマスクブランクに、パターンを形成したことを特徴とする反射型マスク。