JP6418603B2 - 反射型露光マスクの製造方法およびマスクパターン作製プログラム - Google Patents

反射型露光マスクの製造方法およびマスクパターン作製プログラム Download PDF

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Description

実施形態は、反射型露光マスクの製造方法およびマスクパターン作製プログラムに関する。
半導体デバイスやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの微細加工のために波長１３．５ｎｍ近傍の極端紫外光（Extreme Ultra Violet：ＥＵＶ）を用いたリソグラフィの開発が進められている。このような極超短波長領域におけるリソグラフィには、例えば、モリブデン(Ｍｏ)層およびシリコン(Ｓｉ)層を交互に積層した多層膜ミラーと、光吸収体と、を有する反射型露光マスクが用いられる。そして、反射型露光マスクには、パターン寸法の高度な均一性が求められる。
特開平１１−５２５４０号公報
実施形態は、転写パターンの均一性を向上させる反射型露光マスクの製造方法およびマスクパターン作製プログラムを提供する。
実施形態に係る反射型露光マスクの製造方法は、反射層の表面における複数の領域のそれぞれにおいて反射スペクトルを測定し、前記複数の領域のそれぞれにおいて、露光光学系の反射スペクトルと、前記反射スペクトルと、に基づいた到達反射率を算出し、 前記到達反射率の分布に基づいて、前記複数の領域に形成される光吸収部のパターンの寸法を補正する。
実施形態に係る反射型露光マスクを示す模式断面図である。 実施形態に係る反射型露光マスクの製造過程を示す模式断面図である。 図３に続く製造過程を示す模式断面図である。 実施形態に係る露光装置の構成を示す模式断面図である。 実施形態に係る反射型露光マスクの製造方法を示すフローチャートである。 実施形態に係るマスクブランクの特性を示す模式図である。 実施形態に係る露光装置の特性を例示するグラフである。 実施形態に係る露光装置の特性を例示するグラフである。 実施形態に係る露光装置の特性を例示するグラフである。 実施形態に係る露光装置の到達反射率を示す模式図である。 実施形態に係る到達反射率、マスクパターン寸法およびウェーハに転写されるパターン寸法の関係を示す模式図である。 実施形態に係るマスク寸法補正係数の分布を例示する模式図である。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
さらに、各図中に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、相互に直交し、それぞれＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を表す。また、Ｚ方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。
図１は、実施形態に係る反射型露光マスク１を示す模式断面図である。反射型露光マスク１は、基板１０と、多層膜反射層２０と、キャップ層３０と、を備える。多層膜反射層２０は、基板１０の上に設けられ、キャップ層３０は、多層膜反射層２０の上に設けられる。反射型露光マスク１は、キャップ層３０の上面から多層膜反射層２０へ掘り込まれた凹部４０を有する。凹部４０は、例えば、光吸収部として機能する。基板１０は、例えば、透光性のガラス基板である。
多層膜反射層２０は、第１膜２２と、第２膜２４と、を交互に積層した構造を有する。第１膜２２の屈折率は、第２膜２４の屈折率とは異なる。すなわち、多層膜反射層２０は、屈折率の異なる層を交互に積層した構造を有する。第１膜２２は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）膜であり、第２膜２４は、例えば、シリコン（Ｓｉ）膜である。キャップ層３０は、例えば、ルテニウム（Ｒｕ）層である。
凹部４０の開口４０ａは、その上面視において、所定のマスクパターンの形状を有する。この例では、多層膜反射層２０を掘り込んだ凹部４０を有する構造を示したが、実施形態は、これに限定されない。例えば、多層膜反射層２０の上に、光吸収体となる材料を選択的に配置する構造でも良い。
次に、図２および図３を参照して、実施形態に係る反射型露光マスク１の製造方法を説明する。図２（ａ）〜図３（ｂ）は、反射型露光マスク１の製造過程を順に示す模式断面図である。
図２（ａ）に示すように、マスクブランク３を準備する。マスクブランク３は、例えば、基板１０と、多層膜反射層２０と、キャップ層３０と、ハードマスク５０と、を備える。ハードマスク５０は、キャップ層３０の上に設けられる。ハードマスク５０には、キャップ層３０および多層膜反射層２０に対して選択的にエッチング可能な無機膜を用いる。
図２（ｂ）に示すように、ハードマスク５０の上にレジストマスク６０を形成する。レジストマスク６０は、例えば、開口部６０ａを有する。開口部６０ａは、その上面視において、所定のマスクパターンの形状を有する。レジストマスク６０は、例えば、化学増幅系のポジ型レジストである。開口部６０ａは、例えば、電子ビーム（ＥＢ）露光装置を用いてレジストマスク６０に描画され、その後、レジストマスク６０を現像することにより形成される。
図３（ａ）に示すように、レジストマスク６０を用いてハードマスク５０を選択的に除去し、開口部５０ａを形成する。すなわち、レジストマスク６０のマスクパターンがハードマスク５０に転写される。
図３（ｂ）に示すように、ハードマスク５０を用いて、多層膜反射層２０を選択的に除去し、凹部４０を形成する。この例では、凹部４０において、多層膜反射層２０を全て除去し、凹部４０の底面に基板１０を露出させているが、多層膜反射層２０の一部を残しても良い。続いて、ハードマスク５０を除去し、反射型露光マスク１を完成させる。
次に、図４を参照して、実施形態に係る露光装置５について説明する。図４は、露光装置５の構成を例示する模式図である。露光装置５は、光源７１と、マスクステージ７３と、ウェーハステージ７５と、照明光学系７７と、投影光学系７９と、を備える。
マスクステージ７３は、例えば、反射型露光マスク１を保持する。ウェーハステージ７５には、例えば、フォトレジストを塗布したウェーハ７を載置する。
照明光学系７７は、光源７１から出射された露光光Ｌｅｘを、反射型露光マスク１に照射する。照明光学系７７は、反射ミラーＭＰ１〜ＭＰ６を有し、露光光Ｌｅｘを反射型露光マスク１に照射する。
投影光学系７９は、反射型露光マスク１により反射された露光光Ｌｅｘをウェーハ７上に投影する。投影光学系７９は、反射ミラーＭＳ１〜ＭＳ６を有し、露光光Ｌｅｘをウェーハ７上に集光する。
次に、図５〜図１２参照して、実施形態に係るマスクパターンの寸法補正方法を説明する。以下の説明において、「マスクパターン」とは、例えば、光吸収部を上面視した場合の形状である。すなわち、反射型露光マスク１の凹部４０の開口の形状である。また、「スペース寸法」とは、隣接する凹部４０の間隔、すなわち、隣接する凹部４０間の多層膜反射層２０の幅である。
図５は、実施形態に係るマスクパターンの寸法補正方法を示すフローチャートである。以下、図５に示す寸法補正のステップＳ１０１〜Ｓ１０８を順に説明する。
ステップＳ１０１：マスクブランク３の反射率分布を測定する。例えば、図６（ａ）は、マスクブランク３のＥＵＶ波長域における反射スペクトルＲＳを例示するグラフである。横軸は波長であり、縦軸は反射率である。反射スペクトルＲＳは、例えば、マスクブランク３の表面を分割した複数の領域の内の１つの領域における反射スペクトルである。
図６（ａ）に示すように、マスクブランク３の反射率は、入射光の波長に依存し、１３．５ナノメートル付近にピークを有する。ここでは、ピーク波長をλＰ、反射スペクトルＲＳの中心波長をλＣとする。中心波長λＣは、反射率がピーク値の１／２となる半値波長をλ１およびλ２とするとき、λ１とλ２の中央の波長である。図６（ａ）に示すように、ピーク波長λＰと中心波長λＣは必ずしも一致しない。
図６（ｂ）は、マスクブランク３の表面における中心波長λＣの分布を例示している。横軸および縦軸は、マスクブランク３の中心を原点とした座標を示している。
図６（ｃ）は、マスクブランク３の表面における反射率のピーク値の分布を例示している。横軸および縦軸は、マスクブランク３の中心を原点とした座標を示している。
図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、マスクブランク３の反射率のピーク値および中心波長λＣは、その表面において分布している。また、中心波長λＣの分布と反射率のピーク値の分布とは、必ずしも一致しないことが分かる。
ステップＳ１０２：ウェーハ７上の到達反射率を算出する。ここで、「到達反射率」とは、光源７１から出射された露光光Ｌｅｘの強度に対するウェーハ７の表面に照射される露光光Ｌｅｘの強度である。すなわち、照明光学系７７の反射ミラーＭＰ１〜ＭＰ６、反射型露光マスク１および投影光学系７９の反射ミラーＭＳ１〜ＭＳ６のトータルの反射率である。
例えば、図７（ａ）は、照明光学系７７の反射ミラーＭＰ１〜ＭＰ６と、投影光学系７９の反射ミラーＭＳ１〜ＭＳ６と、を合わせたトータルの反射スペクトルＲＳＭを表している。横軸は、露光光の波長であり、縦軸は、正規化した反射率である。
図７（ｂ）は、マスクブランク３の反射スペクトルＲＳＢ１を表している。横軸は、露光光の波長であり、縦軸は、正規化された反射率である。例えば、マスクブランク３の表面を１ｍｍ角の複数の領域に分割し、反射スペクトルＲＳＢ１は、その１つの領域における反射スペクトルである。横軸は、露光光の波長であり、縦軸は、正規化された反射率である。
図７（ｃ）は、反射スペクトルＲＳＭと、反射スペクトルＲＳＢ１と、を乗じた到達反射スペクトルＲＳＷ１である。横軸は、露光光の波長であり、縦軸は、正規化された反射率である。
図８（ａ）は、マスクブランク３の反射スペクトルＲＳＢ２を示している。横軸は、露光光の波長であり、縦軸は、正規化された反射率である。反射スペクトルＲＳＢ２は、図７（ｂ）に示す反射スペクトルＲＳＢ１のピーク値で正規化されている。また、反射スペクトルＲＳＢ２は、マスクブランク３の表面において反射スペクトルＲＳＢ１を測定した領域とは別の領域において測定されたものである。図８（ａ）に示すように、反射スペクトルＲＳＢ２は、反射スペクトルＲＳＢ１よりも長波長側にシフトしている。
図８（ｂ）は、反射スペクトルＲＳＭと、反射スペクトルＲＳＢ２と、を乗じた到達反射スペクトルＲＳＷ２である。横軸は、露光光の波長であり、縦軸は、正規化された反射率である。到達反射スペクトルＲＳＷ２は、図７（ｃ）に示す到達反射スペクトルＲＳＷ１のピーク値により正規化されている。
図８（ｂ）に示すように、到達反射スペクトルＲＳＷ２のピーク値は、到達反射スペクトルＲＳＷ１のピーク値よりも減少している。すなわち、マスクブランク３の反射スペクトルの中心波長λＣがシフトすることにより、到達反射スペクトルのピーク値は減少する。
図９（ａ）は、マスクブランク３の反射スペクトルＲＳＢ３を示している。横軸は、露光光の波長であり、縦軸は、正規化された反射率である。反射スペクトルＲＳＢ３は、図７（ｂ）に示す反射スペクトルＲＳＢ１のピーク値で正規化されている。また、反射スペクトルＲＳＢ３は、マスクブランク３の表面において反射スペクトルＲＳＢ１およびＲＳＢ２を測定した領域とは別の領域において測定されたものである。図９（ａ）に示すように、反射スペクトルＲＳＢ３は、反射スペクトルＲＳＢ１よりも反射率のピーク値が小さい。
図９（ｂ）は、反射スペクトルＲＳＭと、反射スペクトルＲＳＢ３と、を乗じた到達反射スペクトルＲＳＷ３である。横軸は、露光光の波長であり、縦軸は、正規化された反射率である。到達反射スペクトルＲＳＷ３は、図７（ｃ）に示す到達反射スペクトルＲＳＷ１のピーク値により正規化されている。
図９（ｂ）に示すように、到達反射スペクトルＲＳＷ３のピーク値は、到達反射スペクトルＲＳＷ１のピーク値よりも低下している。すなわち、マスクブランク３の反射スペクトルのピーク値が低下することにより、到達反射スペクトルのピーク値は減少する。
このように、マスクブランク３の反射スペクトルＲＳＢの中心波長λＣもしくは反射率のピーク値が変動することにより、到達反射率のピーク値は変化する。したがって、ウェーハ７上の到達反射率は、マスクブランク３の表面において、例えば、特定の波長における反射率分布を測定するよりも、表面を分割した各領域の反射スペクトルを測定することにより、より正確に算出することができる。
図１０は、マスクブランク３上の座標に対応させた到達反射率の分布を示している。ここに示す到達反射率は、マスクブランク３の各領域における反射スペクトルＲＳＢを波長に対して積分した積分値である。すなわち、図１０は、マスクブランク３上の各座標における反射スペクトルＲＳＢの面積の分布を表している。図１０中に示す領域ＭＰは、例えば、凹部４０が形成される領域を表している。領域ＭＰは、例えば、１０４ｍｍ×１３２ｍｍのサイズを有する。
ステップＳ１０３：例えば、図１０に示す到達反射率に基づいてマスク寸法の補正量を算出する。
図１１（ａ）は、マスクパターン間の寸法（スペース寸法）を一定としたときの、露光量と、ウェーハ７に転写されるパターンのスペース寸法と、の関係を例示するグラフである。横軸は、露光量であり、縦軸は、ウェーハ７に転写されるスペース寸法である。露光量は、露光光の輝度と露光時間の積である。例えば、到達反射率が大きい領域の露光量ＥＸ１は、到達反射率が小さい領域の露光量ＥＸ２よりも大きい。これに対応して、到達反射率が大きい領域に転写されるスペース寸法Ｓ１は、到達反射率が小さい領域に転写されるスペース寸法Ｓ２よりも広くなる。
図１１（ｂ）は、露光量を一定としたときの、スペース寸法と、ウェーハ７に転写されるスペース寸法と、の関係を示すグラフである。横軸は、スペース寸法の設計値であり、縦軸は、ウェーハ７に転写されるパターンのスペース寸法である。
例えば、ウェーハ７に転写されるスペース寸法Ｓ１は、設計値ＤＳ１に対応し、ウェーハ７に転写されるスペース寸法Ｓ２は、設計値ＤＳ２に対応する。したがって、設計値ＤＳ１とＤＳ２との差ΔＤＳを寸法補正量とすることができる。すなわち、到達反射率の大きい領域のマスクパターンのスペース寸法をΔＤＳだけ狭くすることにより、転写されるスペース寸法Ｓ１を到達反射率の小さい領域におけるスペース寸法Ｓ２（転写後）に近づけることができる。また、到達反射率の小さい領域のマスパターンのスペース寸法をΔＤＳだけ広くしても良い。
図１２は、マスクブランク３の寸法補正係数の面内分布を表している。マスクブランク３の中心を原点とした座標に対し寸法補正係数を示している。この例では、到達反射率の最も小さい領域（図１０参照）のスペース寸法ＤＳ（設計値）を基準とした寸法補正係数（＝［ＤＳ−ΔＤＳ］／ＤＳ）を示している。図１０の到達反射率の分布と、図１２の寸法補正係数の分布を比較すると、到達反射率が大きくなると寸法補正係数が小さくなることが分かる。
ステップＳ１０４：マスクブランク３に形成するマスクパターンのデータを作成する。マスクパターンを設計し、数値化されたマスクパターンデータを、例えば、データベースに保存する。
ステップＳ１０５：マスクパターンを複数の領域に分割し、各領域毎にＭＥＥＦ（Mask Error Enhancement Factor）値を算出する。例えば、マスクブランク３の領域ＭＰに形成されるマスクパターンを、１ｍｍ角の複数の部分に分割し、各部分に対して、それぞれＭＥＥＦ値を算出する。例えば、マスクパターンの各部分における平均線幅もしくはパターン間の平均スペース寸法に基づいてＭＥＥＦ値を算出する。
「ＭＥＥＦ値」は、ウェーハ上に転写されるパターンの設計寸法からのずれ量を、露光マスク上に形成されるパターンの設計寸法からのずれ量で除した指標である。ＭＥＥＦ値に基づいてマスクパターンの寸法を補正することにより、例えば、露光マスクの製造過程における加工精度に起因する転写パターンの不均一性を抑制することができる。
ステップＳ１０６：マスクパターンデータを補正する。例えば、図１２に示すマスクブランク３の各座標における寸法補正係数を用いて、マスクパターンデータの補正を行う。さらに、マスクブランク３の各領域におけるＭＥＥＦ値を用いてマスクパターンデータを補正する。ＭＥＥＦ値を用いてマスクパターンデータを補正することにより、転写されるマスクパターンの面内均一をさらに向上させることができる。
ＭＥＥＦ値は、例えば、スペース寸法が小さいほど大きくなる。したがって、スペース寸法が小さい領域においては、その幅が広くなるように補正される。また、スペース寸法の設計値が同じ部分では、ＭＥＥＦ値は同じである。したがって、到達反射率による補正が反映され、スペース寸法は、到達反射率が小さい領域の方が広く、到達反射率が大きい領域の方が狭くなる。例えば、ＥＢ露光装置の露光限界に基づいて設定される最小スペース寸法は、到達反射率が小さい領域において、到達反射率が大きい領域よりも広くなる。
ステップＳ１０７：マスクパターンをＥＢ露光装置を用いて描画する。例えば、到達反射率およびＭＥＥＦ値を用いて補正されたマスクパターンデータをＥＢ露光装置のデータベースに移し、そのデータに基づいてマスクブランク３上に形成されたレジスト膜をＥＢ露光する。これにより、マスクブランク３上にレジストマスク６０を形成する（図２（ｂ）参照）。
ステップＳ１０８：マスクブランク３に光吸収部を形成する。例えば、図３（ｂ）に示すように、マスクパターンをハードマスク５０に転写後、多層膜反射層２０を選択的に除去することにより、光吸収部として機能する凹部４０を形成する。
マスクブランク３には、複数の光吸収部が形成される。各光吸収部は、多層膜反射層２０の上面視において、それぞれが設けられた部分の反射率に依存したサイズのパターンを有する。例えば、複数のパターンのうちの第１の反射率を有する部分に設けられた第１パターン間の最小スペース寸法は、第１の反射率よりも高い第２の反射率を有する部分に設けられた第２パターン間の最小スペース寸法よりも広い。また、第１パターンと第２パターンが相似形である場合、第１パターン間のスペース寸法は、それに対応する第２パターンのスペース寸法よりも広い。さらに、第２の反射率は、複数の光吸収部が設けられた複数の部分のうちの第２パターンが設けられた部分を除く他の部分の反射率よりも低く、第２パターン間のスペース寸法は、他の部分に設けられたパターン間のスペース寸法よりも広い。
上記のステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０５およびＳ１０６は、例えば、コンピュータにより実行される。コンピュータのＣＰＵは、反射層の表面における複数の領域のそれぞれにおいて測定された反射スペクトルと、露光光学系の反射スペクトルと、に基づいた到達反射率を算出するステップと、複数の領域のそれぞれに形成されるマスクパターンのＭＥＥＦ値を算出するステップと、複数の領域のそれぞれにおいて、到達反射率およびＭＥＥＦ値に基づいて、マスクパターンの寸法を補正するステップと、を含むプログラムを実行する。また、上記のステップは、例えば、露光装置の制御部に含まれるマイクロプロセッサにより実行しても良い。
本実施形態に係る反射型露光マスクの製造方法では、到達反射率に基づいてマスクパターンの寸法補正を行う。これにより、ウェーハ７上に転写されるマスクパターンの均一性を向上させることができる。さらに、ＭＥＥＦ値に基づいたマスクパターンの寸法補正を行ことにより、転写パターンの均一性をさらに向上させることができる。
本実施形態に係る反射型露光マスクの製造方法では、反射率分布が大きいためにスペックアウトされたマスクブランクを用いることができる。これにより、反射型露光マスク１を低価格で製造することも可能である。また、マスクブランク３の製造プロセスにおけるＴＡＴ（Turn Around Time）を短くすることも可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１・・・反射型露光マスク、 ３・・・マスクブランク、 ５・・・露光装置、 ７・・・ウェーハ、 １０・・・基板、 １３・・・波長、 ２０・・・多層膜反射層、 ２２、２４・・・膜、 ３０・・・キャップ層、 ４０・・・凹部、 ４０ａ・・・開口、 ５０・・・ハードマスク、 ５０ａ、６０ａ・・・開口部、 ６０・・・レジストマスク、 ７１・・・光源、 ７３・・・マスクステージ、 ７５・・・ウェーハステージ、 ７７・・・照明光学系、 ７９・・・投影光学系、 λ１、λ２・・・半値波長、 λＣ・・・中心波長、 λＰ・・・ピーク波長、 ＤＳ１、ＤＳ２・・・設計値、 ＥＸ１、ＥＸ２・・・露光量、 Ｌｅｘ・・・露光光、 ＭＰ・・・領域、 ＭＰ１〜ＭＰ６、ＭＳ１〜ＭＳ６・・・反射ミラー、 ＲＳ、ＲＳＢ、ＲＳＢ１〜ＲＳＢ３、ＲＳＭ・・・反射スペクトル、 ＲＳＷ１〜ＲＳＷ３・・・到達反射スペクトル、 Ｓ１０１〜Ｓ１０８・・・ステップ

Claims (3)

  1. 反射層の表面における複数の領域のそれぞれにおいて反射スペクトルを測定し、
    前記複数の領域のそれぞれにおいて、露光光学系の反射スペクトルと、前記反射スペクトルと、に基づいた到達反射率を算出し、
    前記到達反射率の分布に基づいて、前記複数の領域に形成される光吸収部のパターンの寸法を補正する反射型露光マスクの製造方法。
  2. 前記複数の領域のそれぞれに形成される前記光吸収部のパターンに対し、ＭＥＥＦ値を算出し、
    前記ＭＥＥＦ値に基づいて前記光吸収部のパターンの寸法を補正する請求項１記載の反射型露光マスクの製造方法。
  3. 反射層の表面における複数の領域のそれぞれにおいて測定された反射スペクトルと、露光光学系の反射スペクトルと、に基づいた到達反射率を算出するステップと、
    前記複数の領域のそれぞれに形成されるマスクパターンのＭＥＥＦ値を算出するステップと、
    前記複数の領域のそれぞれにおいて、前記到達反射率および前記ＭＥＥＦ値に基づいて、前記マスクパターンの寸法を補正するステップと、をコンピュータに実行させるマスクパターン作製プログラム。
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