JP6413390B2

JP6413390B2 - 反射型位相シフトマスクおよびその製造方法

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Publication number: JP6413390B2
Application number: JP2014132367A
Authority: JP
Inventors: 将人田辺
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: JP2016012598A

Description

本発明は、反射型位相シフトマスクおよびその製造方法に関し、特に極端紫外線（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ；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位相シフトマスクおよびそ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マスクの構造の説明）
図２は、従来の反射型マスクの構造の例を説明する側断面図である。このような反射型マスクは、基板１０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膜２０と、露光光源波長を吸収する光吸収膜４０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３０が形成されている。また、多層反射膜と光吸収膜の間に、反射膜を保護するため保護膜６０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とにより光吸収膜４０を部分的に除去し、光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（図２および非特許文献１参照）。

（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。この場合、ステッパーに反射型マスクを装着し、反射型マスクを経由してウェハーにマスクの反射光を縮小して露光する。このため、反射型マスクでは通常複数個のチップの回路パターンを多面付けして形成し、ステッパーによるステップ回数を減少し、生産性を向上している。このとき、ステッパーで露光し、ステップして次の露光をするときに、その境界で隙間が生じてしまう恐れがある。このため、多面付けされたパターンの外周部は、アロワンスとしてチップの外側までパターンを形成する必要がある。その結果、多面付けされたパターンの外周部が本来露光しないパターンであってもわずかに露光され、特に角部分では４回露光される。光吸収膜上でのＥＵＶ光の反射率は、０．５〜２％程度あるために、以上のようにして発生する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（反射率が一層低い）領域（以下、遮光枠と呼ぶ）の必要性が出てきた。
（微細加工の必要性）
また、大規模集積回路の高集積化は、回路を構成する配線パターンの細線化技術を必須のものとして要求する。大規模集積回路のパターン微細化が加速されるのは、その高速動作と低消費電力化のためであり、その最も有効な手段がパターンの微細化だからである。このため、上述の細線化された配線パターンを有するマスクを実現する目的で、より微細なパターンをマスク基板上に形成する必要がある。しかし、図２に示すように、微細なパ
ターンをマスク基板上に形成すると、パターンのアスペクト比（パターンの高さと幅の比）が大きくなってしまう。一般的にパターンのアスペクト比が大きくなると、パターンの一部が倒れたり剥離を起こしてパターン抜けが生じたりすることが起こり、マスク品質が低下する。

（位相シフトマスク法の説明）
ところで、ＥＵＶリソグラフィ技術においても、位相シフトマスク法による高解像度化が可能である。図７はハーフトーン型位相シフトマスクの説明図である。遮光膜にハーフトーン膜を用い、前記ハーフトーン膜を透過する光と、そうでない光との間の位相差を１８０度反転させ、これら２種類の光の間の相殺干渉効果により分解能が向上する。反射型マスクにおいても位相シフトマスクの構造がいくつか提案されている（図３および特許文献１参照）。

レジストプロセスの最適化テクニック，株式会社情報機構，２０１１，ｐ１２９

特開２００７−１８０４７９号公報

図３は、従来の反射型位相シフトマスクの構造の例を説明する側断面図である。特許文献１には、基板１０と、該基板上に所定の深さの溝を有して形成された多層反射膜２０と、前記溝を所定の深さに埋め込む光吸収膜４０とを備えた構造が報告されている。

この構造であれば、マスクパターンの剥がれが軽減する。しかし、光吸収膜を透過した反射光と、そうでない反射光の位相差を１８０度反転させるためには、多層反射膜２０に形成される溝の深さと、前記溝に埋め込まれる光吸収膜４０の膜厚を共に制御する必要があり、また、光吸収膜を透過した反射光の反射率を調整するためには、光吸収膜４０の膜厚を制御する必要がある。よって、位相差と反射率の制御項目が重複していることから互いに影響し合い、位相差と反射率をコントロールすることが困難である。また、遮光枠を有していないため、前述多重露光の問題が発生する。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、位相差と反射率の制御が容易で、微細パターンを具現するのに適し、さらに、多重露光問題が解決された反射型位相シフトマスクおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明による反射型位相シフトマスクは、
基板と、前記基板上に溝を有して形成された反射膜Ａと、前記溝に所定の深さまで埋め込まれた光吸収膜と、前記光吸収膜上及び反射膜Ａ上に形成された反射膜Ｂとを有してなる反射型位相シフトマスクであって、
前記光吸収膜の膜厚が、露光光源波長の光を充分吸収するに足る膜厚以上であり、
前記反射膜Ａ及び反射膜Ｂが、多層反射膜であり、
前記光吸収膜上に所定の膜厚で成膜された反射膜Ｂによって形成されたマスクパターン部を有することを特徴とする。

反射膜Ａが、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、積層して形成されており、
反射膜Ｂは、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、２〜７単位積層して形成されていることが好適である。

光吸収膜上に形成された反射膜Ｂ表面と、溝部以外の反射膜Ａ上に形成された反射膜Ｂ表面の段差が、それぞれの表面からの露光光源波長の反射光の位相差が１８０度となる深さに形成されていることが好適である。

マスクパターン部周辺に光吸収膜によって形成された遮光枠を有することが好適である。

遮光枠を形成する光吸収膜の膜厚が露光光源波長の光を充分吸収するに足る膜厚以上であることが好適である。

本発明による反射型位相シフトマスクの製造方法では、下記の製造工程を含む。
（１）基板の一方側表面から多層反射膜Ａを積層する工程。
（２）反射膜Ａの上にレジストを塗布する工程。
（３）レジストをパターニングする工程。
（４）パターニングしたレジストをマスクとして、多層反射膜Ａをエッチングして、多層反射膜Ａに所定のマスクパターンを形成する工程。
（５）レジストを剥離する工程。
（６）パターニングされた多層反射膜Ａ表面に、露光光源波長の光を充分吸収するに足る膜厚以上の光吸収膜を成膜する工程。
（７）遮光枠となる部分に、レジストパターンを形成する工程。
（８）成膜された光吸収膜を、多層反射膜Ａ表面と光吸収膜表面とに、それぞれの表面からの露光光源波長の反射光の位相差が１８０度となるような段差が形成されるようにエッチングする工程。
（９）多層反射膜Ａと光吸収膜表面に、所定の膜厚の多層反射膜Ｂを成膜する工程。
さらに、
（１０）レジストパターンを剥離することにより、レジストパターン上に形成された多層反射膜Ｂをリフトオフする工程。
を含むこともある。

基板の一方側表面から多層反射膜Ａを積層する工程で、積層後さらにもう一方側の表面に裏面導電膜を成膜する工程を含んでも良い。

多層反射膜Ａの上にレジストを塗布する工程で、塗布後にレジスト上に導電膜を塗布する工程を含んでも良い。

多層反射膜Ａと光吸収膜表面に、所定の膜厚の多層反射膜Ｂを成膜する工程で、さらに成膜した多層反射膜Ｂ上に、保護膜を成膜する工程を含んでも良い。

以上のように、本発明の反射型位相シフトマスクは、基板と、前記基板上に溝を有して形成された反射膜Ａと、前記溝に所定の深さまで埋め込まれた光吸収膜と前記光吸収膜上に所定の膜厚で成膜された反射膜Ｂによって形成されたマスクパターン部を有する構成である。このような構成であることから、吸収膜は、吸収膜表面と反射膜表面Ａとの距離から位相差を制御し、さらに反射膜Ｂで吸収膜の反射の調整を実施できる。したがって、位相差と反射率の制御が容易で、微細パターンを具現するのに適した反射型位相シフトマスク及びその製造方法とすることができる。

なお、吸収膜の形成について、吸収膜表面と反射膜Ａ表面との距離を制御するにあたっては、吸収膜と反射膜Ａとの界面での反射も、概略考慮した距離とし、さらに反射膜Ｂで吸収膜の反射の微調整を実施してよい。吸収膜界面での反射が無視できる範囲であれば、考慮する必要は無い。

さらに、遮光枠を有する構成とすることで、多重露光問題が解決された反射型位相シフトマスクおよびその製造方法とすることができる。

本発明の反射型位相シフトマスクの構造を説明する側断面図である。従来の反射型マスクの構造を説明する側断面図である。従来の反射型位相シフトマスクの構造を説明する側断面図である。本発明の反射型位相シフトマスクの製造方法を説明する一部工程の側断面図である。本発明の反射型位相シフトマスクの製造方法を説明する他の部分工程の側断面図である。本発明の反射型位相シフトマスクの製造方法を説明するその他の部分工程の側断面図である。ハーフトーン型位相シフトマスクの説明図である。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の反射型位相シフトマスクの構造を説明する側断面図である。本発明の反射型位相シフトマスクは、基板１０と、前記基板１０上に溝を有して形成された反射膜２０と、前記溝に所定の深さまで埋め込まれた光吸収膜４０と、前記光吸収膜４０上に所定の膜厚で成膜された反射膜５０によって形成されたマスクパターン部を有する。

図４〜６は、この発明の実施の形態における反射型位相シフトマスクの製造方法を説明する工程の側断面図である。

図４（ａ）に示されるように、基板１０の一方表面から多層反射膜２０を積層し、もう一方側の表面に裏面導電膜３０を成膜する。裏面導電膜は、反射型位相シフトマスク利用時の静電チャックに利用できる。

多層反射膜２０は、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、３５〜４５単位積層して形成する。

図４（ｂ）に示されるように、多層反射膜２０の上にレジスト７０を塗布する。レジスト７０の上に導電膜を塗布しても良い。

図４（ｃ）に示されるように、レジスト７０をパターニングする。

図４（ｄ）に示されるように、パターニングしたレジスト７０をマスクとして、多層反射膜２０をエッチングして、多層反射膜２０に所定のマスクパターンの逆パターンを形成する。なお、多層反射膜２０をエッチングする際、多層反射膜２０を完全に除去しなくても良く、後程形成される光吸収膜４０のマスクパターンが、露光光源波長を充分吸収するに足る膜厚を確保でき、完成した反射型位相シフトマスクにおける露光光源波長の反射光が、光吸収膜４０上とそうでない所で、位相を反転させるに足る段差が確保出来るような深さで、多層反射膜がエッチングされていれば良い。

図４（ｅ）に示されるように、レジストを剥離する。

図５（ｆ）に示されるように、パターニングされた多層反射膜表面に、光吸収膜４０を成膜する。この際、後程形成される遮光枠で、露光波長において充分な遮光性能が得られるような膜厚で成膜する。

図５（ｇ）に示されるように、成膜された光吸収膜４０において遮光枠となる部分の上に、レジストパターン８０を形成する。

図５（ｈ）に示されるように、光吸収膜４０を、後程形成される反射膜５０が光吸収膜４０上に形成される所（パターン部）と多層反射膜２０上に形成される所で、露光波長の位相差が反転するような段差ｄになるようにエッチングする。

図５（ｉ）に示されるように、光吸収膜４０が形成されている所（パターン部）で、露
光波長にて所望の反射率が得られるよう、多層反射膜５０を成膜する。さらに多層反射膜５０の表面に、保護膜（例えば、スパッタによりＲｕを膜厚２．５ｎｍ）を成膜しても良い。

多層反射膜５０は、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、２〜７単位積層して形成する。

位相の反転に関しては、多層反射膜２０の掘り込みと、光吸収膜４０の埋め込みにより形成される段差で制御するが、２〜７単位の多層反射膜５０は、反射光量の制御に寄与し、位相反転には影響しない。本例では、多層反射膜５０は、ライン部・スペース部関係なく、全面に成膜する。よって、位相コントロールと反射率の制御が独立しており、互いに干渉しないので、制御がさらに容易になっている。

図６（ｊ）に示されるように、レジストパターン８０を剥離することにより、レジスト上の多層反射膜５０をリフトオフする。

このようにして、マスクパターン部周辺に光吸収膜によって遮光枠を形成する。

また、遮光枠を形成する光吸収膜の膜厚は、露光光源波長を充分吸収するに足る膜厚以上とする。

以下、本発明の反射型位相シフトマスクの製造方法の実施例を、図４〜６を用いて説明する。

図４（ａ）に示されるように、基板１０の一方側表面にＭｏとＳｉを交互に４０ペア積層して多層反射膜２０（膜厚２８０ｎｍ）を成膜し、もう一方側の表面にＣｒＮをスパッタし、裏面導電膜３０（膜厚２０ｎｍ）を成膜した。

図４（ｂ）に示されるように、多層反射膜１０の上にレジスト７０（ＦＥＰ１７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ、膜厚２００ｎｍ）を塗布した。

図４（ｃ）に示されるように、レジスト７０に対して電子線描画機を用いてマスクパターンとなる部分を描画し、ＰＥＢ（１１０℃１０分）および現像（２．３８％ＴＭＡＨ水溶液）を施し、レジストをパターニングした。

図４（ｄ）に示されるように、パターニングしたレジストをマスクとして、ドライエッチング装置を用いたＣＨＦ_３プラズマにより、多層反射膜２０を深さ１００ｎｍエッチングした。

図４（ｅ）に示されるように、レジストを硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水を用いて剥離した。

図５（ｆ）に示されるように、パターニングされた多層反射膜表面にＴａをスパッタし、さらに電解メッキを用いてＴａをメッキし、光吸収膜４０（膜厚２００ｎｍ）を成膜した。

図５（ｇ）に示されるように、成膜された光吸収膜４０において遮光枠となる部分の上に、レジストパターン８０を形成した。レジストにはＦＥＰ１７１を用い、レジスト膜厚は３００ｎｍとした。描画・ＰＥＢ・現像は、前記レジスト７０でのパターニングと同じ
方法で実施した。

図５（ｈ）に示されるように、多層反射膜２０の表面と光吸収膜４０の表面の段差ｄが２３．６ｎｍになるように、光吸収膜４０をエッチングした。

図５（ｉ）に示されるように、多層反射膜２０と光吸収膜４０の表面に、ＭｏとＳｉを交互に３ペア積層して多層反射膜５０（膜厚２１ｎｍ）を成膜した。

図６（ｊ）に示されるように、レジストパターン８０を硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水を用いて剥離することにより、レジストパターン８０上の多層反射膜５０をリフトオフした。

本実施例にて、位相差と反射率の制御が容易で、微細パターンを具現するのに適し、多重露光問題が解決された反射型位相シフトマスクが作成できた。

本発明は、反射型位相シフトマスク等に有用である。

１０基板
２０多層反射膜
３０裏面導電膜
４０光吸収膜
５０多層反射膜
６０保護膜
７０レジスト
８０レジストパターン

Claims

基板と、前記基板上に溝を有して形成された反射膜Ａと、前記溝に所定の深さまで埋め込まれた光吸収膜と、前記光吸収膜上及び反射膜Ａ上に形成された反射膜Ｂとを有してなる反射型位相シフトマスクであって、
前記光吸収膜の膜厚が、露光光源波長の光を充分吸収するに足る膜厚以上であり、
前記反射膜Ａ及び反射膜Ｂが、多層反射膜であり、
前記光吸収膜上に所定の膜厚で成膜された反射膜Ｂによって形成されたマスクパターン部を有することを特徴とする反射型位相シフトマスク。
前記反射膜Ａが、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、積層して形成されており、
反射膜Ｂは、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、２〜７単位積層して形成されていることを特徴とする請求項１記載の反射型位相シフトマスク。
前記光吸収膜上に形成された反射膜Ｂ表面と、溝部以外の反射膜Ａ上に形成された反射膜Ｂ表面の段差が、それぞれの表面からの露光光源波長の反射光の位相差が１８０度となる深さに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型位相シフトマスク。
前記マスクパターン部周辺に光吸収膜によって形成された遮光枠を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型位相シフトマスクである。
前記遮光枠を形成する光吸収膜の膜厚が露光光源波長の光を充分吸収するに足る膜厚以上であることを特徴とする請求項４に記載の反射型位相シフトマスク。
請求項１〜３のいずれかに記載の反射型位相シフト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位相シフトマスクの製造方法。
（１）基板の一方側表面から多層反射膜Ａを積層する工程。
（２）反射膜Ａの上にレジストを塗布する工程。
（３）レジストをパターニングする工程。
（４）パターニングしたレジストをマスクとして、多層反射膜Ａをエッチングして、多層
反射膜Ａに所定のマスクパターンを形成する工程。
（５）レジストを剥離する工程。
（６）パターニングされた多層反射膜Ａ表面に、露光光源波長の光を充分吸収するに足る膜厚以上の光吸収膜を成膜する工程。
（７）遮光枠となる部分に、レジストパターンを形成する工程。
（８）成膜された光吸収膜を、多層反射膜Ａ表面と光吸収膜表面とに、それぞれの表面からの露光光源波長の反射光の位相差が１８０度となるような段差が形成されるようにエッチングする工程。
（９）多層反射膜Ａと光吸収膜表面に、所定の膜厚の多層反射膜Ｂを成膜する工程。
請求項４または５記載の反射型位相シフト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位相シフトマスクの製造方法。
（１）基板の一方側表面から多層反射膜Ａを積層する工程。
（２）反射膜Ａの上にレジストを塗布する工程。
（３）レジストをパターニングする工程。
（４）パターニングしたレジストをマスクとして、多層反射膜Ａをエッチングして、多層反射膜Ａに所定のマスクパターンを形成する工程。
（５）レジストを剥離する工程。
（６）パターニングされた多層反射膜Ａ表面に、露光光源波長の光を充分吸収するに足る膜厚以上の光吸収膜を成膜する工程。
（７）遮光枠となる部分に、レジストパターンを形成する工程。
（８）成膜された光吸収膜を、多層反射膜Ａ表面と光吸収膜表面とに、それぞれの表面からの露光光源波長の反射光の位相差が１８０度となるような段差が形成されるようにエッチングする工程。
（９）多層反射膜Ａと光吸収膜表面に、所定の膜厚の多層反射膜Ｂを成膜する工程。
（１０）レジストパターンを剥離することにより、レジストパターン上に形成された多層反射膜Ｂをリフトオフする工程。
請求項６または７記載の反射型位相シフトマスクの製造方法であって、
基板の一方側表面から多層反射膜Ａを積層する工程で、積層後さらにもう一方側の表面に裏面導電膜を成膜することを特徴とする反射型位相シフトマスクの製造方法。
請求項６または７記載の反射型位相シフトマスクの製造方法であって、
多層反射膜Ａの上にレジストを塗布する工程で、塗布後にレジスト上に導電膜を塗布することを特徴とする反射型位相シフトマスクの製造方法。
請求項６または７記載の反射型位相シフトマスクの製造方法であって、
多層反射膜Ａと光吸収膜表面に、所定の膜厚の多層反射膜Ｂを成膜する工程で、さらに成膜した多層反射膜Ｂ上に、保護膜を成膜することを特徴とする反射型位相シフトマスクの製造方法。