JP6070109B2 - 反射型マスクおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
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。(以下、本願明細書においては、EUVリソグラフィに用いられる反射型マスクを、EUVマスクあるいはEUV反射型マスクと称することもある。)
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(MoとSiを約7nmの周期で、40周期=全80層が形成される)と、露光光源波長の吸収層と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、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。反射型マスクブランクから反射型マスクへ加工する際には、EB(電子線)リソグラフィとエッチング技術と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、吸収部と反射部と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。
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、転写パターンには、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。
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加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に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)を設ける必要性が出てきた。
また、加工出来たとしても、本来は、EUV光の反射率を極力ゼロに下げることを目的とする遮光枠の領域では、多層反射層を数層でも残すことは遮光枠形成の意義に反することとなる。例えば、Mo/Siが2周期分残った場合の反射率は、計算上約1.8%程度のEUV光反射率となり、EUVマスクの遮光枠の基準と言われている0.3%以下を遥かに上回ってしまう。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、特段の工程を追加することなく、イメージフィールド(回路パターン部)とマスク外周部の導通が取れ、帯電(チャージアップ)に起因する欠陥を招くことのない遮光枠を有する反射型マスクを提供することを目的とする。
前記吸収層に形成された回路パターン領域(イメージフィールド)の外側に、前記吸収層,前記保護層,前記多層反射層が除去されたEUV光の反射率の低い領域である遮光枠を備えてなり、
前記遮光枠の少なくとも1つ以上の箇所には、回路パターン領域(イメージフィールド)内と前記遮光枠の外側とを電気的に導通する箇所を具備し、
電気的に導通する箇所は、矩形の遮光枠の一部に、多層反射層,保護層及び吸収層が基板上に局所的に残存して形成され、多層反射層を構成する金属材料を通じて電気的に導通されていることを特徴とする反射型マスクとしたものである。
また、請求項2の発明では、遮光枠の一部に形成される導通箇所は、矩形の遮光枠のコーナー部,矩形の遮光枠の辺上の一箇所以上の何れかであり、回路パターン領域(イメージフィールド)内の各チップ間のスクライブ(切断)ラインに接して形成されることを特徴とする請求項1記載の反射型マスクとしたものである。
また、本願の請求項3に係る発明は、反射型マスクの製造方法であって、
基板の一面の上に多層反射層を形成する工程と、
多層反射層の上に吸収層を形成する工程と、
前記吸収層に回路パターンを形成する工程と、
前記回路パターンの外側を取り囲むように、非連続な枠状領域からなる開口パターンを規
定した上で、前記多層反射層と前記吸収層とを前記基板の一面が露呈するまで、ドライエッチングもしくはウェットエッチングによって除去してなる遮光枠を形成する工程とを含む、反射型マスクの製造方法としたものである。
このため、高品質のマスクを提供できると共に、EUVリソグラフィでのEUV露光時においては、EUVマスクへの異物の付着を低減することができるため、高品質のウェハ転写パターンを得ることが可能となる。
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図3(a)では、イメージフィールド(回路パターン領域)10を取り囲むように多層反射層を掘り込んだ遮光枠11が形成されているが、遮光枠11は完全に連続して、イメージフィールド(回路パターン領域)10を閉鎖する構成でなく、遮光枠の一部(矩形の遮光枠の側辺)に導通箇所13が形成されている。
例えば、矩形の遮光枠のコーナー部(図4(a)),矩形の遮光枠の底辺の一箇所(図4(b)),矩形の遮光枠の2箇所(図4(c))など、形成箇所・数は任意である。
導通箇所の設定にあたっては、EUVマスク材料の表面の抵抗値,電子線を使った測長SEMによる測定時,電子ビーム検査機によるパターン検査時,およびEUVリソグラフィでのEUV露光装置などの使用環境にも応じて、適宜に設定されうる。
EUVマスクに導通箇所を形成するに先駆けて、これらパラメータ値を確認の上、好適な構造の導通箇所の設計に寄与することが望まれる。
例えば、EUVマスク材料の表面の抵抗値が高い場合には、電気的導通を確実にする上で、導通箇所の幅を広げる,導通箇所を複数とする、などである。
電子線を使った測長SEMによる測定,電子ビーム検査機によるパターン検査では、照射電子線量が多い条件が想定される場合、帯電(チャージアップ)の問題が大きいため、導通箇所の幅を広げる,導通箇所を複数とする、などの対処が効果的である。
照射されるEUV光の波長は一定(13.5nm)であるため、運動エネルギーは一定であるが、EUV光の強度(光量)が大きくなると、放出される電子の量も増加するため、帯電(チャージアップ)の問題が大きくなり、同様に、導通箇所の幅を広げる,導通箇所を複数とする、などの対処が効果的となる。
式(1)のPは仕事関数と呼ばれ、電子を材料から飛び出す上で最低限必要な仕事量(エネルギー)であり、材料固有の値を持つ。
<左辺>
eV:放出される電子が持つ運動エネルギー
e:電子の電荷
V:電子が持つエネルギーを電位差に換算した場合の電位差
<右辺>
hμ:入射する光のエネルギー
h:プランク定数
μ:光の振動数=1/λ(λ:波長=EUVでは13.5nm)
P:プランク材料の仕事関数
図3(a)の多層反射層2は、EUV光に対して60%程度の反射率を達成できるように設計されており、MoとSiが交互に40〜50ペア積層した積層膜で、さらに最上層の保護層3は2〜3nm厚のRu(ルテニウム)あるいは厚さ10nm程度のSiで構成されている。Ru層の下に隣接する層はSi層である。
多層反射層2にMoやSiが使われている理由は、EUV光に対する吸収(消衰係数)が小さく、且つMoとSiのEUV光での屈折率差が大きいために、SiとMoの界面での反射率を高く出来るためである。
保護層3がRuの場合は、吸収層4の加工におけるエッチングストッパーやマスク洗浄時の薬液に対する保護層としての役割を果たしている。保護層3がSiの場合は、吸収層4との間に、緩衝層が有る場合もある。緩衝層は、吸収層4のエッチングやパターン修正時に、緩衝層の下に隣接する多層反射層2の最上層であるSi層を保護するために設けられており、クロム(Cr)の窒素化合物(CrN)で構成されている。
図3(a)の吸収層4は、EUVに対して吸収率の高いタンタル(Ta)の窒素化合物(TaN)で構成されている。他の材料として、タンタルホウ素窒化物(TaBN),タンタルシリコン(TaSi),タンタル(Ta)や、それらの酸化物(TaBON,TaSiO,TaO)でも良い。
図3(a)の裏面導電膜5は、一般にはクロムの窒化物(CrN)で構成されているが、導電性が静電チャックが使用できる程度以上であれば良いので、絶縁性材料以外からなる材料であれば良い。
図3(a)では裏面導電膜5を有する構成で記載したが、裏面導電膜5を有さない反射型マスクブランク及び反射型マスクとしても良い。
本発明の反射型マスクの遮光枠11の形成方法について説明する。
イメージフィールド(メインパターン領域)にパターンが形成されたEUVマスク,あるいは後にパターンが形成される予定のEUVマスクブランクに対して、フォトリソグラフィもしくは電子線リソグラフィによって、イメージフィールド周辺部が開口したレジストパターンを形成する。
開口は矩形の帯状が好適であるが、本発明では上述したように、開口部は完全に連続せず、遮光枠の一部が後に導通箇所を構成するように、非開口部を設けておく。
次に、フッ素系もしくは塩素系ガス(あるいはその両方)を用いたドライエッチングによって、レジストパターンの開口部の吸収膜4と保護層3を除去する。
次いで、多層反射層2を、フッ素系ガスまたは塩素系ガスもしくはその両方を用いたドライエッチングか、アルカリ性溶液または酸性溶液を用いたウェットエッチングによって、多層反射層を貫通・除去する。
以上のようにして、反射型マスクのイメージフィールドを規定するように、吸収層4,保護層3,多層反射層2を除去してなる遮光枠を、遮光枠の一部に電気的な導通箇所を有するように形成して、イメージフィールド内の帯電(チャージアップ)が防止される反射型マスクが得られる。
図5(a)に示す反射型マスクブランク201を使用した。
反射型マスクブランク201は、基板1の上に、波長13.5nmのEUV光に対して反射率が64%程度となるように設計されたMoとSiの40ペアの多層反射層2が、その上に2.5nm厚のRuの保護層3が、更にその上に70nm厚のタンタルシリサイド(TaSi)からなる吸収層4が、順次形成されている。
評価パターンは、寸法200nmの1:1のライン&スペースパターンのチップを6面付けでマスク中心に配置した。パターン領域の大きさは、10cm×10cmとした。ここで、各チップ間のスクライブラインの間隔は5mmとした。
反射型マスク211(図6(a))にi線レジスト29を500nmの膜厚で塗布し(図6(b))、そこへレーザー描画機(ALTA3000:アプライドマテリアル社製)により描画・現像を行なうことにより、後に遮光枠11となる領域を抜いたレジストパターンを形成した(図6(c))。
このときレジストパターンの開口幅は3mmとし、マスク中心部の10cm×10cmの回路パターン領域のパターンエッジから外側に3μmの距離に配置した。
反射型マスク102における遮光枠11の幅は3mm,スクライブラインの幅は5mm,導通箇所13の幅は1mmである。
導通箇所13を有さない比較サンプルのマスクでは、イメージフィールド内でチャージアップに起因するSEM像のドリフト現象が発生し、遮光枠内部の測定に支障をきたしたが、本実施例によるマスクでは、チャージアップが発生せず、問題なく測定が可能であった。
2 多層反射層
3 保護層
4 吸収層
5 裏面導電膜
9 レジスト
10 イメージフィールド(パターン領域)
11 遮光枠
12 遮光枠の外
13 導通箇所
29 レジスト
100 反射型マスク(遮光枠なし)
101 反射型マスク(遮光枠あり)
102,103,104,105 本発明による反射型マスク
201 反射型マスクブランク
211 反射型マスク(遮光枠形成前)
Claims (3)
- 基板上に、少なくとも、EUV光を反射するための多層反射層と、前記多層反射層を保護するための保護層と、EUV光を吸収する吸収層とが、この順に形成された反射型マスクブランクを用いて、前記吸収層をパターニングすることにより作製された反射型マスクにおいて、
前記吸収層に形成された回路パターン領域(イメージフィールド)の外側に、前記吸収層,前記保護層,前記多層反射層が除去されたEUV光の反射率の低い領域である遮光枠を備えてなり、
前記遮光枠の少なくとも1つ以上の箇所には、回路パターン領域(イメージフィールド)内と前記遮光枠の外側とを電気的に導通する箇所を具備し、
電気的に導通する箇所は、矩形の遮光枠の一部に、多層反射層,保護層及び吸収層が基板上に局所的に残存して形成され、多層反射層を構成する金属材料を通じて電気的に導通されていることを特徴とする反射型マスク。 - 遮光枠の一部に形成される導通箇所は、矩形の遮光枠のコーナー部,矩形の遮光枠の辺上の一箇所以上の何れかであり、回路パターン領域(イメージフィールド)内の各チップ間のスクライブ(切断)ラインに接して形成されることを特徴とする請求項1記載の反射型マスク。
- 反射型マスクの製造方法であって、
基板の一面の上に多層反射層を形成する工程と、
多層反射層の上に吸収層を形成する工程と、
前記吸収層に回路パターンを形成する工程と、
前記回路パターンの外側を取り囲むように、非連続な枠状領域からなる開口パターンを規定した上で、前記多層反射層と前記吸収層とを前記基板の一面が露呈するまで、ドライエッチングもしくはウェットエッチングによって除去してなる遮光枠を形成する工程とを含む、反射型マスクの製造方法。
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