JP5803517B2 - 反射型マスクおよびマスクブランク、その製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、反射型マスクおよびマスクブランクの製造方法に関する。特に、極端紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ；ＥＵＶ）を光源とするＥＵＶリソグラフィを用いた半導体製造装置などに利用される、反射型マスクおよびマスクブランクの製造方法に関する。

（ＥＵＶリソグラフィの説明）
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶを光源に用いたＥＵＶリソグラフィが提案されている。ＥＵＶリソグラフィは光源波長が短く光吸収性が非常に高いため、真空中で行われる必要がある。またＥＵＶの波長領域においては、ほとんどの物質の屈折率は１よりもわずかに小さい値である。このため、ＥＵＶリソグラフィにおいては従来から用いられてきた透過型の屈折光学系を使用することができず、反射光学系となる。従って、原版となるフォトマスク（以下、マスクと呼ぶ）も、従来の透過型のマスクは使用できないため、反射型のマスクとする必要がある。

（ＥＵＶマスクとブランク構造の説明）
このような反射型マスクの元となる反射型マスクブランクは、低熱膨張基板の上に露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射層と、露光光源波長の吸収層が順次形成されており、更に基板の裏面には露光機内における静電チャックのための裏面導電膜が形成されている。また、前記多層反射層と、吸収層の間に緩衝層を有する構造を持つＥＵＶマスクもある。反射形マスクブランクから反射形マスクへ加工する際には、ＥＢリソグラフィとエッチング技術により吸収層を部分的に除去し、緩衝層を有する構造の場合はこれも同じく除去し、吸収部と反射部からなる回路パターンを形成する。このように作製された前記反射型マスクによって反射された光像が反射光学系を経て半導体基板上に転写される。

（ＥＵＶマスクの吸収層の膜厚と反射率の説明）
反射光学系を用いた露光方法では、マスク面に対して垂直方向から所定角度傾いた入射角（通常６°）で照射されるため、吸収層の膜厚が厚い場合、パターン自身の影が生じてしまい、この影となった部分における反射強度は、影になっていない部分よりも小さいため、コントラストが低下し、転写パターンのエッジ部のぼやけや設計寸法からのずれが生じてしまう。これはシャドーイングと呼ばれ、反射マスクの原理的課題の一つである。
このようなパターンエッジ部のぼやけや設計寸法からのずれを防ぐためには、吸収層の膜厚は小さくし、パターンの高さを低くすることが有効であるが、吸収層の膜厚が小さくなると、吸収層における遮光性が低下し、転写コントラストが低下し、転写パターンの精度低下となる。つまり吸収層を薄くし過ぎると転写パターンの精度を保つための必要なコントラストが得られなくなってしまう。つまり、吸収層の膜厚は厚すぎても薄すぎても問題になるので、現在は概ね５０〜９０ｎｍの間になっており、ＥＵＶ光の吸収層での反射率は０．５〜２％程度である。

（隣接するチップの多重露光の説明）
一方、反射型マスクを用いて半導体基板上に転写回路パターンを形成する際、一枚の半導体基板上には複数の回路パターンのチップが形成される。隣接するチップ間において、チップ外周部が重なる領域が存在する場合がある。これはウェハ１枚あたりに取れるチップを出来るだけ増やしたいという生産性向上のために、チップを高密度に配置するためである。この場合、この領域については複数回（最大で４回）に渡り露光（多重露光）されることになる。この転写パターンのチップ外周部はマスク上でも外周部であり、通常、吸収層の部分である。しかしながら、上述したように吸収層上でのＥＵＶ光の反射率は、０．５〜２％程度あるために、多重露光によりチップ外周部が感光してしまう問題があった。このため、マスク上のチップ外周部は通常の吸収層よりもＥＵＶ光の遮光性の高い領域（以下、遮光枠と呼ぶ）の必要性が出てきた。

このような問題を解決するために、反射型マスクの吸収層から多層反射層までを掘り込んだ溝を形成することや、回路パターン領域の吸収層の膜厚よりも厚い膜を形成することや、反射型マスク上にレーザ照射もしくはイオン注入することで多層反射層の反射率を低下させることにより、露光光源波長に対する遮光性の高い遮光枠を設けた反射型マスクが提案されている。（特許文献１）

特開２００９−２１２２２０号公報

しかしながら、マスクパターン作成後の多層反射層の掘り込みはＳｉとＭｏの合計８０層を加工する必要があり、加工面からのパーティクル発生は避けられず、欠陥面でのマスク品質の低下を招いてしまう。さらにこの方法では、上層の吸収層を除去した後に、多層反射層を除去することから、多層反射層がほんの数層残ってしまった場合は、逆に反射率を高くしてしまう懸念がある。
また、吸収層の膜厚が厚い反射型マスクブランクを用いる場合、回路パターンが微細であることから、反射型マスク作成工程で通常膜厚の吸収膜に比べて高いアスペクト比のパターンが形成されることになり、洗浄等により回路パターンが倒壊する懸念がある。
また、反射型マスク上にレーザ照射もしくはイオン注入することで遮光枠を形成する場合、多層反射層以外によるレーザ光もしくはイオンの損失があるため、この損失分を考慮したレーザ光もしくはイオンを照射しなくてはならない。また多層反射層以外の膜にはレーザ光もしくはイオンの照射によるダメージが生じ、吸収層の露光光源波長の吸収率の低下してしまうことが懸念される。

そこで、本発明は遮光枠の形成において、その作成をパターニング前のブランク段階で行う事により、パーティクル起因の欠陥によるマスク品質低下を防ぎ、微細パターンの倒壊を防ぎ、且つ吸収層へのダメージや光学的性質の変化のない、遮光性の高い遮光枠を有する反射型マスクブランク及び反射型マスク、その製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、
低熱膨張基板と、前記基板上に形成された多層反射層と、前記多層反射層の上に形成された吸収層を具備する反射型フォトマスクブランクにおいて、回路パターン領域の外側にＥＵＶ光の反射率の低い遮光枠部を有し、前記遮光枠部における前記吸収層の膜厚が、前記遮光枠部以外の領域より厚くなっている反射型マスクブランクであって、前記低熱膨張基板における前記遮光枠部を掘り込み、その掘り込み量の分、前記吸収層の膜厚を厚くすることにより、遮光枠が形成されてい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に記載の本発明は、
請求項１に記載の反射型マスクブランクであって、前記多層反射層と前記吸収層の間にさらに保護層を有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に記載の本発明は、
請求項１または２に記載の反射型マスクブランクに、回路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。

請求項４に記載の本発明は、請求項１または２に記載の反射型マスクブランクの製造方法であって、少なくとも下記の製造工程を含む構成であることを特徴とする、反射型マスクブランクの製造方法である。
（１）低熱膨張基板の表面にレジスト膜を形成する工程。
（２）レジスト膜に遮光枠パターンの逆パターンを形成する工程。
（３）前記レジストパターンをマスクに低熱膨張基板をエッチングして、低熱膨張基板表面に遮光枠パターンの逆パターンを形成する工程。
（４）レジストを剥離した後、パターニングした低熱膨張基板表面に多層反射層と保護層と吸収層とをその順に積層する工程。
（５）成膜された吸収層を、ＣＭＰ法により、表面を面一にする工程。

請求項５に記載の本発明は、請求項３に記載の反射型マスクの製造方法であって、少なくとも下記の製造工程を含む構成であることを特徴とする、反射型マスクの製造方法である。
（１）前記吸収層上にレジスト膜を形成する工程。
（２）パターニングしたレジストをマスクとして吸収層をエッチングして、吸収層に所定のパターンを形成する工程。
（３）レジストを剥離する工程。

本発明は、多層反射層を成膜する前段階において、基板に遮光枠パターンをエッチングし、その段差を用いて吸収層の膜厚を厚くすることにより遮光枠を形成することから、
回路パターンにパーティクルが付着する事は原理的に無い。その為、マスク欠陥品質の低下を抑えることが可能である。また、遮光枠部の吸収層の膜厚が厚くなっていることから、反射層から発生する反射光の強度を抑制し、遮光性の高い遮光枠を形成することができる。これらの事から、本発明の反射型マスクを用いることで、高い精度で転写パターンを形成できるという効果を奏する。

本発明の反射型マスクブランクの断面概略図を示す図である。 本発明の反射型マスクブランクの平面概略図を示す図である。 本発明の反射型マスクの断面概略図を示す図である。 本発明の反射型マスクの平面概略図を示す図である。 実施例の反射型マスクブランクの作製工程を示す図である。 実施例の反射型マスクブランクの作製工程を示す図である。 実施例の反射型マスクの作製工程を示す図である。

（本発明の反射型フォトマスクブランクの構成）
本発明の反射型フォトマスクブランクの構成について説明する。図１は、本発明の反射型フォトマスクブランク１００の断面概略図である。低熱膨張基板における遮光枠部を掘り込み、その段差分、吸収層の膜厚を厚くすることにより、遮光枠が形成されている。図２は、本発明の反射型フォトマスクブランク１００の平面概略図である。

本発明での低熱膨張基板としては、石英ガラスが代表的なものとして挙げられるが、本発明のフォトマスクブランク、およびフォトマスクを作製することが可能であれば、任意のものを使用することができる。

（本発明の反射型フォトマスクの構成）
本発明の反射型フォトマスクの構成について説明する。図３は、本発明の反射型マスク２００の断面概略図である。低熱膨張基板における遮光枠部を掘り込み、その段差分、吸収層の膜厚を厚くすることにより、遮光枠が形成されており、その内側に回路パターンが形成されている。図４は、本発明の反射型フォトマスク２００の平面概略図である。

本発明のフォトマスクブランク及びフォトマスクの製造工程としては、下記のような工程をとることが可能である。

エッチングや金属膜などの生成は、フォトリソグラフィーで使用される公知の手法や装置を適宜利用して作製することができる。

（１）低熱膨張基板の表面にレジスト膜を形成する工程。本工程の前に、低熱膨張基板の裏面に導電膜を成膜しても良い。また、低熱膨張基板表面とレジスト膜の間に金属膜を設けても良い。

（２）レジスト膜に遮光枠パターンの逆パターンを形成する工程。

（３）前記レジストパターンをマスクに低熱膨張基板をエッチングして、低熱膨張基板表面に遮光枠パターンの逆パターンを形成する工程。低熱膨張基板表面に金属膜を設けている場合は、前記レジストパターンをマスクに金属膜をエッチングし、その後引き続き低熱膨張基板表面をエッチングする。

（４）レジストを剥離した後、パターニングした低熱膨張基板表面に多層反射層と保護層と吸収層とをその順に積層する工程。保護層と吸収層の間に緩衝層を設けても良い。なお、低熱膨張基板表面に金属膜を設けている場合は、レジスト剥離後金属膜も剥離する。

（５）成膜された吸収層を、ＣＭＰ法により、表面を面一にする工程。
以上の工程によって、本発明の反射型フォトマスクブランクを製造することができる。

次に下記の工程によって、上記で得られた反射型フォトマスクブランクから、反射型フォトマスクを製造する。

（１）前記吸収層上にレジスト膜を形成する工程。

（２）パターニングしたレジストをマスクとして吸収層をエッチングして、金属層に所定のパターンを形成する工程。なお、保護層と吸収層の間に緩衝層を設けている場合は、緩衝層もエッチングする。

（３）レジストを剥離する工程。
以上の工程によって、本発明の反射型フォトマスクブを製造することができる。

以下、本発明の反射型マスクブランクの製造方法の実施例を説明する。図５は本実施例の反射型マスクブランクの製造工程である。まず、低熱膨張基板１０の裏面に導電膜２０を成膜する。導電膜２０には窒化クロム（ＣｒＮ）を用い、スパッタリングによって成膜した。続いて低熱膨張基板１０の表面に金属膜３０を成膜する。金属膜３０にはクロム（Ｃｒ）を用い、スパッタリングによって成膜した。続いて金属膜３０上にレジスト膜４０を塗布する。レジスト膜４０には電子線ポジレジストを用い、スピンコートにより塗布した（図５（ａ））。

続いて、レジスト膜４０に遮光枠パターンの逆パターンを形成する。レジスト膜４０には電子線ポジレジストを用い、遮光枠パターンを電子線描画機にて露光し、ベークおよび現像を施し、レジスト膜による遮光枠パターンの逆パターンを形成した（図５（ｂ））。

続いて、パターニングされたレジスト膜４０をマスクにして金属膜３０と低熱膨張基板１０をエッチングする。金属膜３０と低熱膨張基板１０のエッチングはドライエッチングにて実施した（図５（ｃ））。
金属膜３０のエッチングは、塩素（Ｃｌ_２）と酸素（Ｏ_２）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスにて実施した。また、低熱膨張基板１０のエッチングは、三フッ化メタン（ＣＨＦ_３）と四フッ化メタン（ＣＦ_４）の混合ガスにて実施した。

続いて、レジスト膜４０と金属膜３０を剥離する。レジスト膜４０の剥離には硫酸過水を用いた。金属膜３０の剥離はドライエッチングにて実施した。その後、硫酸過水洗浄とアンモニア過水洗浄を実施した（図５（ｄ））。
金属膜３０のエッチングは、塩素（Ｃｌ_２）と酸素（Ｏ_２）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスにて実施した。

続いて、エッチングによってパターニングされた低熱膨張基板１０表面に、多層反射層５０と保護層６０と吸収層７０とをその順に積層する。多層反射層５０にはモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）が交互に４０〜５０ペア積層した積層膜を用いた。保護層６０にはルテニウム（Ｒｕ）を用いた。吸収層７０には窒化タンタル（ＴａＮ）を用いた。いずれもスパッタリングにて形成した（図６（ｅ））。
続いて、吸収層７０の表面を平坦化する。平坦化にはＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）法を用いた（図６（ｆ））。

続いて、本発明の反射型マスクの製造方法の実施例を説明する。図７は本実施例の反射型マスクの製造工程である。前述した本発明の反射型マスクブランクの吸収層７０上にレジスト膜８０を塗布する。レジスト膜８０には電子線ポジレジストを用い、スピンコートにより塗布した（図７（ａ））。

続いて、レジスト膜８０に回路パターンを形成する。レジスト膜８０には電子線ポジレジストを用い、回路パターンを電子線描画機にて露光し、ベークおよび現像を施し、レジスト膜による回路パターン（回路パターン領域Ａ）を形成した（図７（ｂ））。

続いて、パターニングされたレジスト膜８０をマスクにして吸収層７０をエッチングする。吸収層７０のエッチングはドライエッチングにて実施した（図７（ｃ））。
吸収膜７０のエッチングには、三フッ化メタン（ＣＨＦ_３）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスにて実施した。
続いて、レジスト膜８０を剥離する。レジスト膜８０の剥離には硫酸過水を用いた（図６（ｄ））。

このようにして、図３に示す反射型マスク２００を得ることができた。

前期実施例にて作製した反射型マスクブランクの遮光枠外におけるＥＵＶ光（波長１３．５ｎｍ）の反射率を測定したところ１．２４％であった。一方、遮光枠部の反射率は０．０１％であった。結果を表１に示す。

前記実施例にて作製した反射型マスクを用いて１３．５ｎｍのＥＵＶを光源とした露光を行い、半導体基板上に隣接した４つのチップ（半導体装置）を転写した。隣接したチップにおいて、作製した反射型マスク上の遮光枠に相当する領域の一部は重なっていたにもかかわらず、半導体基板上の当該領域におけるレジストの感光は確認されなかった。

１０・・・基板
２０・・・導電膜
３０・・・金属膜
４０・・・レジスト膜
５０・・・多層反射層
６０・・・保護層
７０・・・吸収層
８０・・・レジスト膜
９０・・・遮光枠部
１００・・反射型マスクブランク
２００・・反射型マスク
Ａ・・・・回路パターン領域

Claims (5)

1. 低熱膨張基板と、前記基板上に形成された多層反射層と、前記多層反射層の上に形成された吸収層を具備する反射型フォトマスクブランクにおいて、回路パターン領域の外側にＥＵＶ光の反射率の低い遮光枠部を有し、前記遮光枠部における前記吸収層の膜厚が、前記遮光枠部以外の領域より厚くなっている反射型マスクブランクであって、前記低熱膨張基板における前記遮光枠部を掘り込み、その掘り込み量の分、前記吸収層の膜厚を厚くすることにより、遮光枠が形成されていることを特徴とする反射型マスクブランク。
2. 請求項１に記載の反射型マスクブランクであって、前記多層反射層と前記吸収層の間にさらに保護層を有することを特徴とする反射型マスクブランク。
3. 請求項１または２に記載の反射型マスクブランクに、回路パターンを形成したことを特徴とする反射型マスク。
4. 請求項１または２に記載の反射型マスクブランクの製造方法であって、少なくとも下記の製造工程を含む構成であることを特徴とする、反射型マスクブランクの製造方法。
   （１）低熱膨張基板の表面にレジスト膜を形成する工程。
   （２）レジスト膜に遮光枠パターンの逆パターンを形成する工程。
   （３）前記レジストパターンをマスクに低熱膨張基板をエッチングして、低熱膨張基板表面に遮光枠パターンの逆パターンを形成する工程。
   （４）レジストを剥離した後、パターニングした低熱膨張基板表面に多層反射層と保護層と吸収層とをその順に積層する工程。
   （５）成膜された吸収層を、ＣＭＰ法により、表面を面一にする工程。
5. 請求項３に記載の反射型マスクの製造方法であって、少なくとも下記の製造工程を含む構成であることを特徴とする、反射型マスクの製造方法。
   （１）前記吸収層上にレジスト膜を形成する工程。
   （２）パターニングしたレジストをマスクとして吸収層をエッチングして、吸収層に所定のパターンを形成する工程。
   （３）レジストを剥離する工程。