JP6314423B2 - 反射型マスク - Google Patents

Description

本発明は、反射型マスクブランク及び反射型マスク、反射型マスクブランクの製造方法に関し、特に極端紫外線（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ；以下「ＥＵＶ」と表記する）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ブランクとその製造方法、及び反射型マスクに関する。

（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、その上に洗浄耐性のある保護層、その上に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、保護層と、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（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍ）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。

（ＥＵＶマスクの検査）
通常、吸収層に形成されたパターン検査は、波長１９０−２６０ｎｍ程度のＤＵＶ（ＤｅｅｐＵｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を検査波長としてマスク表面に入射させ、その反射光を検出して、反射コントラスト像によりパターン形状を調べることによっておこなわれる。

具体的には、パターン開口部（緩衝層もしくは保護層が表面に露出した部分）と、非開口部（吸収層の表面）との反射コントラストにより、吸収層が設計通りにパターン加工されているかどうかの検査がまずおこなわれる。そこでは本来エッチングされるべき吸収層がエッチングされずに残っている箇所（黒欠陥）や、本来エッチングされずに残るべき吸収層の一部がエッチング除去された箇所（白欠陥）の検出をおこなう。（特許文献１）
以下の説明において、多層反射層表面という場合、緩衝層または保護層の表面と適宜読みかえることができる。

先に述べたＤＵＶ検査光による吸収層のパターンの検査において高い検査精度を得るためには、吸収層表面と多層反射層表面において、ＤＵＶ検査波長における反射率の差（反射コントラスト）が大きいことが重要であり、反射コントラストは一般に下記の式１で表される。
コントラスト＝（Ｒ２−Ｒ１）／（Ｒ２＋Ｒ１）×１００ ・・・（式１）
Ｒ１：反射率１（吸収層）
Ｒ２：反射率２（多層反射層（保護層もしくは緩衝層の表面））
このような要求に対して、従来から用いられている透過型の低反射クロムマスクブランクと同様に、吸収層の上にクロムやタンタルの酸化物や窒化物などのＤＵＶ光に対する低反射層（以下、単に低反射層と呼ぶ）を設けた多層吸収層とすることが提案されている。（特許文献２）

特開昭６０−１６７３２７号公報 特開２００２−２４６２９９号公報

上述した吸収層上に低反射層を積層する従来の反射型マスクを用いた場合であっても、ＤＵＶ光の検査では、パターンのピッチによっては、光の干渉や回折などの影響により、思うようにコントラストが得られないという問題が発生しており、そのために、高感度な検査が行えていない。高感度な検査を行うには、より高コントラストの画像を得る必要があり、反射型マスクの検査において、重要な課題となっている。

本発明は、以上の問題点を解決するものであり、ＤＵＶ光によるパターン検査時において、良好なコントラスト像が得られ、高感度のマスクパターン検査が可能となる反射型マスクブランクおよび反射型マスクを提供することを目的とする。

本発明は、ＥＵＶリソグラフィ用の反射型マスクにおいて、少なくとも、基板と、基板上に形成された多層反射層と、その上に形成された吸収層とを有し、前記吸収層の上に検査補助層を有することを特徴とする反射型マスクブランク。

本発明は、反射型マスクのＤＵＶ検査において、吸収層表面の検査補助層が検査光であ
る波長１９０ｎｍから２６０ｎｍのＤＵＶ光によって励起・発光され、あるいは、特定の波長に変換された光を発するため、十分な反射コントラストを得ることができ、高感度な検査を行うことができる。

従来の反射型マスクブランク（ａ）と本発明の反射型マスクブランク（ｂ）の概略断面図 。 従来の反射型マスク（ａ）と本発明の反射型マスク（ｂ）の概略断面図。 本発明の実施の形態例の反射型マスクブランクの部分作製工程。 本発明の実施の形態例の反射型マスクブランクの他の部分作製工程。 本発明の実施の形態例の反射型マスクの部分作製工程。 本発明の実施の形態例の反射型マスクの他の部分作製工程。

図１（ｂ）は本発明にかかる反射型マスクブランクの構成を示す概略断面図で、および図２（ｂ）は本発明にかかる反射型マスクの構成を示す概略断面図である。図１（ａ）、２（ａ）に示すように、従来の反射型マスクブランク１００、および従来の反射型マスク２００は、基板１上に少なくとも多層反射層２、保護層３、吸収層４を順次積層した構造を有する。本発明の反射型マスクブランク１０１、および本発明の反射型マスク２０１は、吸収層４に、さらに検査補助層５を順次積層した構造を有する。

一般的なＥＵＶマスクブランクは、基板の裏面には、導電膜６が形成された構造となっている場合が多いが、本発明に関して、裏面に導電膜６の有無は問わない。また、保護層３と吸収層４の間には、緩衝層がある場合もあるが、緩衝層の有無も問わない。緩衝層は、吸収層４のマスクパターン修正時に、下地の保護層３にダメージを与えないために設けられる層である。

本発明の反射型マスク２０１は、本発明の反射型マスクブランク１０１の吸収層４および検査補助層５が、パターン加工され、反射型マスクとなった状態である。

本発明の検査補助層５としては、ＤＵＶ光による検査中に検査光によって励起され発光する蛍光材料、あるいは、ＤＵＶ検査中に検査光に対し波長変換を行える非線形光学結晶材が例示される。

ＤＵＶ光により励起される蛍光材料は約２００種類以上認められているが、そのうちで、特に、カルシウム、マグネシウム、カリウム、マンガン、ウラン、ハロゲン元素を含んだものが良発光性の観点から望ましい。

また、ＤＵＶ光の波長変換を行う非線形光学結晶材には、ベータバリウムボレート結晶、リチウムトリボレート結晶、リチウムナイオベート結晶、チタンリン酸カリウムが望ましい。

図３、図４ないし図５、図６に本発明の反射型マスクブランクおよび反射型マスクの製造工程を説明する。

基板としては、熱膨張係数の小さい材料で平坦度がよく、表面粗さが小さい材料が好ましく、例えば図３（ａ）に示すようにＳｉＯ_２−ＴｉＯ_２ガラスを平坦に研磨して表面を清浄にしたガラス基板１を用意する。

次いで、基板１の上にスパッタ法によりモリブデン２．８ｎｍとケイ素４．２ｎｍを交互に約４０周期積層して、図３（ｂ）に示すように、波長１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光に対して反射率が最大となるような多層反射層２を形成する。

本発明に用いられる多層反射層としては、ＥＵＶ領域の波長で高い反射率を得るために屈折率の異なる材料を多層に積層した膜を用いることができる。高い反射率を得るためには、各層間の界面で急峻に屈折率が変化することが望まれる。１３．５ｎｍ付近の波長のＥＵＶ光を使用する場合、モリブデンとケイ素を交互に積層した多層膜を用いることができる。多層膜の最上層は真空との屈折率差の大きいモリブデンの方が反射率を高くできるが、モリブデン表面に生成する酸化膜が不安定であることから、最上層はケイ素とすることが多い。最上層は多層膜を保護する観点から保護層と呼ばれる。保護層は表面酸化に対して安定なケイ素以外の材料を最上層としてもよく、多層膜の反射を損なわないように消衰係数が小さく、また、前記理由により屈折率が１からなるべく離れていることが好ましい。

次いで、図３（ｃ）に示すように、スパッタ法によりルテニウムあるいはシリコンの保護層３を、２ないし３ｎｍの厚さに成膜する。

次いで、図３（ｄ）に示すように、保護層３上に、ＥＵＶに対して吸収率の高いタンタルを主成分とする吸収層４をスパッタ法により成膜する。タンタルを主成分とする材料としては、タンタルの窒化物、酸化物、ホウ素化合物、ケイ素化合物、あるいはそれらのいくつかを組み合わせた材料である。

ここで使用される吸収層はマスク上にパターン加工され、露光プロセスにおいて転写されるパターンの光強度の小さい領域を形成するものをいう。吸収層としてはＥＵＶ波長の光を吸収する能力の高い材料が使用され得る。吸収能力は露光に用いられる光の波長における消衰係数で定まる。その理由からタンタルが適している。

吸収層４上には、図４（ｅ）に示すように、上述した材料からなる検査補助層５をスパッタ法あるいはＣＶＤ法により形成する。このようにして、本発明の反射型マスクブランクを作成する。

このようにして、本発明では、吸収層の上に検査補助層としてＤＵＶ光に励起され発光する蛍光材料を含有した材料を積層した層、または、ＤＵＶ光に対して波長変換を行える非線形光学結晶材を積層した層を設けることで、マスクパターン検査時に高い反射コントラストを得ることが可能な反射型マスクブランクが完成する。

本発明の反射型マスク２０１は、図２に示すように、前記の本発明の反射型マスクブランクから、リソグラフィとエッチングによりパターン加工され、吸収層４および検査補助層５が部分的に除去されて、保護層もしくは緩衝層の表面の一部が露出された部分が反射領域Ｂ、除去されずに残った検査補助層５表面が吸収領域Ａを構成している。

以下、具体的な数値例を用いて本実施例をより詳細に説明する。
まず、図３（ａ）に示す基板１として、６インチ×６インチ×０．２５インチの大きさの合成石英ガラス基板を用意した。

次に、図３（ｂ）において、基板１上に、マグネトロンスパッタ装置を用いてモリブデンとケイ素のターゲットを交互に使用し、基板温度２５℃、アルゴン雰囲気で、２．８ｎｍの膜厚を有するモリブデン層、および４．２ｎｍの膜厚を有するシリコン層を１周期と
して４０周期積層し、多層反射層２を形成した。

次に、図３（ｃ）において、多層反射層２の上に、マグネトロンスパッタ装置を用いてルテニウムをターゲットとして、基板温度２５℃、アルゴン雰囲気下でルテニウムからなる保護層３を３ｎｍ成膜した。

その後、図３（ｄ）では、保護層３の上に、タンタルとボロンをターゲットとし、アルゴンと窒素を混合したガス雰囲気下でのＤＣマグネトロンスパッタリングにより、吸収層４を７０ｎｍの膜厚に形成した。

さらに、図４（ｅ）では、酸化マグネシウムをターゲットとしたアルゴンと酸素を混合したガス雰囲気下でのマグネトロンスパッタリングにより、酸化マグネシウムからなる検査補助層５を形成した。

最後に、裏面に、窒化クロムをターゲットとしたアルゴンと窒素を混合したガス雰囲気下でのマグネトロンスパッタリングにより、裏面導電膜６を形成し、図４（ｆ）に示す本発明の反射型マスクブランク１０１を得た。

図５（ａ）に示すように、本実施例で作製した反射型マスクブランク１０１を用意した。

上記ブランクに対し、ポジ型化学増幅レジスト７（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ）を３００ｎｍの膜厚で塗布し（図５（ｂ））、電子線描画機（ＪＢＸ９０００：日本電子）によって描画後、１１０℃、１０分のＰｏｓｔ-Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ（ＰＥＢ）およびスプレー現像（ＳＦＧ３０００：シグマメルテック）により、レジスト部分に１００ｎｍラインアンドスペースのレジストパターン７ａを形成した（図５（ｃ））。

次いで、ドライエッチング装置を用いて、ＣＦ₄プラズマとＣｌ₂プラズマにより、検査補助層５をエッチングし（図６（ｄ））、続けて吸収層４をエッチングした後（図６（ｅ））、レジスト剥離洗浄することで、図６（ｆ）に示す評価パターンを有する反射型マスク２０１を作製した。評価パターンは、寸法１０ｎｍから９０ｎｍのプログラム欠陥を挿入したパターンチップを６面付けでマスク中心に配置した。

本実施例で作製した検査補助層５を設けた反射型マスクブランクを使用し、作製したＥＵＶマスクと、検査補助層の無いＥＵＶマスクの両方に関して、ＤＵＶ光を用いた検査を実施した。その結果、検査補助層の無いマスクでは、検出可能な最小欠陥サイズが６０ｎｍであったのに対し、本実施例１の検査補助層を設けたマスクでは、３０ｎｍまで検出可能になり、より高感度な検査が可能となった。

本発明は、反射型マスク等に有用である。

１ 基板
２ 多層反射層
３ 保護層
４ 吸収層
４a パターニングされた吸収層
５ 検査補助層
５a パターニングされた検査補助層
６ 裏面導電膜
７ レジスト
７a パターニングされたレジスト
１００ 従来の反射型マスクブランク
１０１ 本発明の反射型マスクブランク
２００ 従来の反射型マスク
２０１ 本発明の反射型マスク

Claims (1)

1. 波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶを光源に用いたＥＵＶリソグラフィに用いられる反射型マスクにおいて、
   少なくとも、基板と、基板上に形成された多層反射層と、その上に形成された吸収層と、その上に検査補助層を有する反射型マスクブランクの吸収層および検査補助層がパターニングされてなり、
   検査補助層は、波長１９０ｎｍから２６０ｎｍのＤＵＶ光により励起され発光する酸化マグネシウムからなることを特徴とする反射型マスク。