JP6609307B2 - Ｅｕｖリソグラフィ用マスク、ｅｕｖリソグラフィ装置、及びｄｕｖ放射線に起因するコントラスト比を求める方法 - Google Patents

Ｅｕｖリソグラフィ用マスク、ｅｕｖリソグラフィ装置、及びｄｕｖ放射線に起因するコントラスト比を求める方法 Download PDF

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Description

本発明は、ＥＵＶリソグラフィ用マスクと、感光層への当該マスク又は何らかのマスクの結像時のＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比を求める方法とに関する。
［関連出願の参照］
本願は、２０１４年８月１３日付けの独国特許出願第１０ ２０１４ ２１６ １２１号の優先権を主張し、当該出願の全開示を参照により本願の内容に援用する。
マイクロリソグラフィ投影露光装置は、フォトリソグラフィ法により微細構造コンポーネントを製造するのに役立つ。その際に、構造担持マスク、いわゆるレチクルが、投影系を用いて感光層に結像される。用いる結像光の波長が短いほど、投影系を用いてマスクに結像される構造を小さくすることができる。いわゆるＥＵＶリソグラフィ装置では、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの極紫外線（ＥＵＶ）領域の使用波長を有する結像光が利用される。５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲のこのような使用波長の場合、結像目的では反射光学素子（ＥＵＶミラー）しか利用されず、構造担持マスクも反射光学素子であり、感光層への結像時に所望の構造を生成するために、構造化した吸収層又はコーティングがそこに施されている。
ＥＵＶリソグラフィ装置は、レチクル又はマスクの照明用のＥＵＶ放射線を発生させる光源を備える。ＥＵＶ波長域（例えば約１３．５ｎｍ）の所望の使用波長に加えて、現在知られているＥＵＶ放射線を発生させる光源は、多くの他の波長の放射線も放出する。ＥＵＶ放射線は、ビーム経路内に連続配置された複数のＥＵＶミラーでの反射により大きく減衰されているが、ＤＵＶ、ＵＶ、ＶＩＳ、及びＩＲ波長の放射線は、全てのＥＵＶミラー及びマスクである程度は妨げられずに反射され得ると共に感光層又はウェーハに到達し得る。後者については、特にＥＵＶ光源が放出した放射線のＤＵＶ部分にとって問題である。何故ならば、ウェーハに施された感光層、すなわちフォトレジスト（レジストとも称する）がＥＵＶ放射線部分だけでなくＤＵＶ放射線部分によっても露光され、後者の部分による露光は非常に不鮮明で輪郭が明確でなく、すなわち、ＤＵＶ放射線部分は、精密な結像をもたらすことも、マスク上の構造の精密な像をウェーハ上に生成することもないからである。
ＤＵＶ放射線を感光層に到達する前に除去するための解決手段は既知であるが、実際には、これらの解決手段は、ほとんどの場合でＥＵＶ波長域の著しい光損失につながる。したがって、ＤＵＶを抑制しないか又はＤＵＶを弱くしか抑制しないＥＵＶリソグラフィ装置を用いることができるようになることが望ましい。
このようなＥＵＶリソグラフィ装置の使用のために、ＥＵＶ光源が放出した放射線中のＤＵＶ放射線部分に起因する感光層又はウェーハ上のコントラストの比を正確に知ることが不可欠である。このコントラスト比が大きすぎると、マスク上に形成された構造の結像が不十分なコントラストで実行されるので、大きすぎてはならない。ＤＵＶ放射線部分は、ＥＵＶ光源又は照明系の各設定に大きく依存し、各波長でのコントラストは、使用レジストに特に依存する。
特許文献１は、ＥＵＶリソグラフィ用の反射マスク（レチクル）を開示しており、当該マスクは、ＤＵＶ波長域よりも短い波長で吸収コーティングでの反射を低減するよう具現されている。この反射マスクは、弱め合う干渉により吸収コーティングでの反射を低減又は排除するように、吸収コーティングでの反射に関して所望の位相差を有する付加的な反射を発生させるよう具現される。吸収コーティングは、特定のＥＵＶ波長での反射が最小化されるように層厚及び層数が選択された２つ以上の層を有し得る。吸収コーティングは、ＥＵＶ放射線を反射する多層コーティングの上に配置されるバッファ層に通常は施される。
米国特許第６，５９３，０３７号明細書
本発明の目的は、ＥＵＶリソグラフィ用マスクと、感光層への当該マスク又は何らかのマスクの結像時のＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比を求める方法とを提供することである。
第１態様によれば、この目的は、ＥＵＶリソグラフィ用マスクであって、基板と、ＥＵＶ放射線を反射するよう具現された多層コーティングの、基板に面しない表面により形成された第１（通常は連続）露出表面領域と、第１表面領域とは異なり、ＤＵＶ放射線を反射し且つＥＵＶ放射線の反射を抑制するよう具現された追加コーティングの、基板に面しない表面により形成された第２（通常は連続）露出表面領域とを備えたＥＵＶリソグラフィ用マスクにより達成される。
本発明のこの態様によれば、感光層へのマスクの結像時に、ＤＵＶ波長域、すなわち約１００ｎｍ〜約４００ｎｍ、好ましくは約１４０ｎｍ〜約４００ｎｍ、特に約１４０ｎｍ〜約３００ｎｍの放射線部分に起因するコントラスト比を求めるために、特殊マスクの使用が提案される。
従来のＥＵＶマスクの場合のように、このようなマスクの場合には、多層コーティングが基板の表面に施され、上記多層コーティングは、ＥＵＶ放射線を反射するよう具現されるが、ＤＵＶ放射線の部分もそこで反射される。さらに、追加コーティングが基板に施され、上記追加コーティングは、ＤＵＶ放射線を反射し且つＥＵＶ放射線の反射を抑制するよう具現される。例として、上記追加コーティングは、事実上１００％のＤＵＶ放射線及び事実上０％のＥＵＶ放射線を反射する個別金属層、特にアルミニウム製の層であり得る。
さらに上述したマスクを用いて、ＥＵＶコントラスト比、すなわちマスクの結像時にＥＵＶ放射線が発生させるコントラスト比とは無関係に、ＤＵＶコントラスト比、すなわち感光層におけるＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比を概ね測定することができる。このような測定のために、マスクを感光層に結像する複数の露光が、ＥＵＶ光源又は照明系のパラメータの所定の組み合わせと所定のタイプの感光層（レジスト）とに関して実行される。
ここで、反射多層コーティングが露出したマスクの表面領域により反射される放射線が、感光層の第１領域に結像される一方で、追加コーティングが施されたマスクの第２領域により反射される放射線は、第１領域とは異なる感光層の第２領域に結像される。
コントラスト又はコントラスト比を求める目的で、各領域でのレジストの露光に必要な線量（いわゆる「ドーズ・トゥ・クリア」）を求めるために、同一のレジスト且つ通常は増加させることにより異ならせた露光時間で、感光層を複数回露光することが通常実行される。追加コーティングにより反射された放射線が入射する第２領域の露光に必要な線量が、ＤＵＶコントラストの測度を表す一方で、ＥＵＶ放射線及びＤＵＶ放射線の両方が多層コーティングで反射されるので、多層コーティングにより反射された放射線が入射する第１領域の露光に必要な線量は、ＤＵＶ＋ＥＵＶコントラストの測度を表す。
以下の関係が、ＤＵＶコントラストとＤＵＶ＋ＥＵＶコントラストと各ドーズ・トゥ・クリアとの関係に近似的に当てはまる。
ＤＵＶコントラスト／ＤＵＶ＋ＥＵＶコントラスト＝
ドーズ・トゥ・クリア（多層コーティング）／ドーズ・トゥ・クリア（追加コーティング）
上述したように、全体的なコントラストに対するＤＵＶコントラスト比を近似的に求めることが可能である。
好ましくは、マスクは、第１及び第２表面領域とは異なる第３露出表面領域を含み、当該第３表面領域は、ＥＵＶ放射線を吸収するコーティングの、基板に面しない表面により形成される。従来のＥＵＶマスクとは対照的に、吸収コーティング及び多層コーティングは、通常は構造化されない。しかしながら、一般的に、多層コーティング及び吸収コーティングの層材料は、従来のＥＵＶリソグラフィ用マスクの材料に相当する。
上記式に従ってＤＵＶコントラスト比を求めることは、ＤＵＶ波長域での吸収コーティングを有する第３表面領域の反射挙動が低い反射率を有する場合には正しい。
追加コーティング及び多層コーティングの両方を、いずれの場合も吸収コーティングの一部に施すことができ、上記吸収コーティング自体は、この場合は通常は基板の全域に施される。代替的に、多層コーティングを基板の全域に施すことができ、吸収コーティングを多層コーティングの一部に施すことができ、追加コーティングは、吸収コーティングの一部に施される。追加コーティング及び多層コーティングを部分的にしか施さないことにより、吸収コーティングの表面領域が露出され、当該表面領域は感光層の第３領域に結像される。
吸収コーティングはＥＵＶ放射線を吸収するが、一般的にＤＵＶ波長域の放射線を反射もするので、これは有利である。従来のマスクは、入射放射線が多層コーティングの表面に当たる部分及び入射放射線が構造化吸収コーティングに当たる部分の両方を有するので、このような吸収コーティングの場合の従来のマスクのＤＵＶコントラスト比は、吸収コーティングで反射されるＤＵＶ放射線の比率に応じても変わる。感光層の第３領域の露光に必要な線量を求めることにより、吸収コーティングに起因する感光層におけるＤＵＶコントラスト比を考慮に入れることも可能である。
さらに別の実施形態では、追加コーティングは多層コーティングである。通常、コーティングされたマスクの標準的な洗浄プロセスで、例えば活性化水素又は酸素での処理により、例えばアルミニウム製の金属層を洗浄することは不可能であり、その理由は、この場合にＡｌ層の老朽化又は光学特性の変化があり得るからである。追加コーティングが多層コーティングとして具現される場合、特にこの追加多層コーティングがＥＵＶ放射線を反射するよう具現された多層コーティングと同一又は同様の層材料を有していれば、通常はこれを従来の洗浄プロセスを用いて洗浄することができる。
金属層、具体的にはアルミニウム層の使用におけるさらに別の問題は、特にＤＵＶ波長域でのアルミニウム層の分光反射率がＥＵＶ放射線を反射する多層コーティングの分光反射率と同一でないことからなる。求められているＤＵＶコントラストを正確に求めるためには、ＥＵＶ光源の正確なスペクトル又は分光分布、多層コーティングの全層のスペクトル、及びレジスト又は感光層の感度の波長依存スペクトルが必要である。しかしながら、これらの変数は、通常は未知であるか、近似的に知られているだけか、又は特定の波長に関して知られているだけである。
有利な発展形態では、１４０ｎｍ〜４００ｎｍの波長域、好ましくは１４０ｎｍ〜３００ｎｍの波長域のＤＵＶ放射線に関する追加多層コーティングの波長依存反射率は、この波長域での多層コーティングの波長依存反射率から＋／−５％以下、好ましくは＋／−１％よりも大きく外れない。
理想的には、上記波長での追加多層コーティングの波長依存反射率は、多層コーティングの波長依存反射率に対応する。これは、追加多層コーティングの層厚、層材料、及び層数が、上記波長域内の各波長での追加多層コーティングの反射率が多層コーティングの反射率から約＋／−５％よりも大きく外れないように適当に選択又は最適化されることにより達成することができる。したがって、追加多層コーティングの反射率は、＋／−５％、好ましくは＋／−１％の「誤差帯域」内で反射コーティングの波長依存反射率付近に分布する。特に、追加多層コーティングは、この目的で非周期層設計を有し得る。
特に、上記波長域での追加多層コーティングの波長依存反射率が多層コーティングの波長依存反射率に対応する場合、ＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比は、ＤＵＶ波長域での吸収コーティングの反射率が低い場合に関しても特に容易に求めることができる。
この目的で、感光基板上の第３領域の露光に必要であり且つＥＵＶ放射線を吸収するコーティングにより反射される放射線量／ドーズ・トゥ・クリアＤ３が、最初に求められる。この放射線量と、多層コーティング及び追加コーティングで反射された放射線の対応する放射線量Ｄ１及びＤ２とに基づき、ＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶを次式に従って求めることが可能である。
ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＤＵＶ＝（Ａ３／Ｄ３＋（Ａ１＋Ａ２）／Ｄ２）／（Ａ３／Ｄ３＋（Ａ１＋Ａ２）／Ｄ１）
ここで、Ａ１、Ａ２、及びＡ３は、多層コーティング、追加コーティング、及びＥＵＶ放射線を吸収するコーティングの表面によりマスク上に形成された表面領域を示す。３つの表面領域Ａ１、Ａ２、及びＡ３を例えば％で明記できるように、上記式中の３つの表面領域の和Ａ１＋Ａ２＋Ａ３が１に正規化され得ることを理解されたい。（ＤＵＶ光がほとんど反射されないので）Ａ３＝０又はＤ３→∞が第３表面領域に当てはまる場合、さらに上記したＤＵＶ放射線のコントラスト比に関する簡便式が得られる。
有利な実施形態では、追加コーティングの、特に多層コーティングの反射率は、多層コーティングの反射率が最大であるＥＵＶ放射線の使用波長で、０．３％未満、好ましくは０．１％未満である。ＤＵＶコントラストの比率をできる限り正確に求めるために、使用波長のＥＵＶ放射線に関してできる限り低い追加コーティングの反射率が有利である。追加（多層）コーティングの反射率は、特に使用波長付近の、例えば＋／−０．２５ｎｍ又は＋／−０．５ｎｍにあり得る波長域において、上記条件を満たすことができる。追加多層コーティングの層厚及び層材料は、第１にＤＵＶ波長域での多層コーティングの反射率ができる限り正確に再現され、第２にＥＵＶ波長域の放射線に関する反射率が最小化されるように、例えば数値計算により最適化することができる。
さらに別の実施形態では、多層コーティングは、高屈折率の層材料及び低屈折率の層材料でできた複数の交互層を含む。ＥＵＶ放射線を反射する目的で、多層コーティングは、通常は低屈折率の層材料及び高屈折率の層材料でできた層の周期的又は部分的に周期的な配列を通常は含む。層材料の選択は、多層コーティングが最大反射率を有するべきである使用波長に応じて変わる。使用波長が約１３．５ｍにある場合、高屈折率の材料でできた層は通常はシリコンであり、低屈折率の材料でできた層は通常はモリブデンである。使用波長に応じて、他の材料の組合せ、例えばモリブデン及びベリリウム、ルテニウム及びベリリウム、又はランタン及びＢ４Ｃ等も同様に可能である。
一発展形態では、多層コーティング及び追加多層コーティングの交互層の層材料は同一である。この場合、多層コーティング及び追加多層コーティングの両方を全く同一のコーティング装置で施すことができるので、これは有利である。追加多層コーティングの表面の洗浄は、例えば、ＥＵＶリソグラフィ装置においてその場で多層コーティングと共通の洗浄プロセスで実行することもできる。
この場合、多層コーティングと追加多層コーティングとの間の差は、異なる層厚及び場合によっては異なる層数にあるにすぎない。通常、下にある層を酸化又は損傷から保護するための少なくとも１つのキャッピング層が、多層コーティング及び追加多層コーティングの両方に施される。高屈折率の層材料と低屈折率の層材料との間の拡散を防止するよう働くための中間層が、場合によっては多層コーティング及び追加多層コーティングの両方にある。
一実施形態では、多層コーティングの表面は、マスクの連続した第１表面領域を形成し、当該第１表面領域は、結像用に設けられたマスクの表面の３０％以上に及ぶ。このようなマスクでは、多層コーティングで反射された放射線に関するＤＵＶ＋ＥＵＶコントラスト又はドーズ・トゥ・クリアを求めるために、多層コーティングの表面の少なくとも３０％が露出され、感光層の第１領域に結像され得る。
さらに別の実施形態では、追加多層コーティングの表面は、マスクの連続した第２表面領域を形成し、当該第２表面領域は、結像用に設けられたマスクの表面の３０％よりも多くに及ぶ。特に、多層コーティング、吸収コーティング、及び追加コーティングは、それぞれがマスクの全表面の約１／３に及び得る。
本発明のさらに別の態様は、上述したように具現されたマスクを備えたＥＵＶリソグラフィ装置に関する。マスクを用いて、感光層へのマスクの結像時のＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比を求めることが可能である。
本発明のさらに別の態様は、感光層へのマスクの結像時のＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比を求める方法であって、マスクをＥＵＶ放射線及びＤＵＶ放射線で照明してマスクを感光層に結像するステップと、感光層の第１領域の露光に必要な放射線量を求めるステップであり、マスクの多層コーティングで反射される放射線が感光層の第１領域に入射し、上記多層コーティングはＥＵＶ放射線を反射し且つＤＵＶ放射線を反射するよう具現されるステップと、感光層の第２領域の露光に必要な放射線量を求めるステップであり、マスクの追加コーティングにより反射される放射線が感光層の第２領域に入射し、上記追加コーティングはＥＵＶ放射線を抑制し且つＤＵＶ放射線を反射するよう具現され、上記追加コーティングはＥＵＶ放射線を吸収するコーティングに通常は施されるステップと、第１領域及び第２領域の露光に必要な放射線量を比較することによりコントラスト比を求めるステップとを含む方法に関する。
マスクに関連してさらに上述したように、ＤＵＶ放射線に起因する全体的なコントラストの比率は、第１領域の露光に必要な放射線量と第２領域の露光に必要な放射線量との比較により求めることができる。
好ましい変形形態では、コントラスト比ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶは、さらに上述した次式：ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶ＝Ｄ１／Ｄ２に従って、第１領域の露光に必要な放射線量Ｄ１及び第２領域の露光に必要な放射線量Ｄ２から求められる。
本方法の一変形形態では、１４０ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは１４０ｎｍ〜３００ｎｍの波長域のＤＵＶ放射線に関する多層コーティングとして具現される追加コーティングの波長依存反射率は、多層コーティングの波長依存反射率から＋／−５％、好ましくは＋／−１％よりも大きく外れないよう選択される。
さらに上記したように、ＤＵＶ放射線に関する追加多層コーティングの波長依存反射率は、多層コーティングの波長依存反射率に理想的には対応する。このようにして、ＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比を高精度で求めることができる（下記参照）。
さらに別の変形形態では、本方法は、感光層の第３領域の露光に必要な放射線量を求めるステップであり、ＥＵＶ放射線を吸収するコーティングにより反射される放射線が感光層の第３領域に入射するステップと、第３領域の露光に必要な放射線量を考慮に入れてコントラスト比を求めるステップとをさらに含む。さらに上記したように、ＥＵＶ放射線を吸収するコーティングは、必ずしもＤＵＶ領域の放射線も吸収するとは限らず、ＤＵＶ放射線は通常は吸収コーティングでも反射される。感光層の第３領域の露光に必要な放射線量を用いて、ＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比をより正確に求めることができる。
有利な一変形形態では、コントラスト比ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶは、次式：ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶ＝（Ａ３／Ｄ３＋（Ａ１＋Ａ２）／Ｄ２）／（Ａ３／Ｄ３＋（Ａ１＋Ａ２）／Ｄ１）に従って、第１領域の露光に必要な放射線量Ｄ１、第２領域の露光に必要な放射線量Ｄ２、及び第３領域の露光に必要な放射線量Ｄ３から求められ、式中、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、多層コーティング、追加コーティング、及びＥＵＶ放射線を吸収するコーティングの表面の面積を示す。
それぞれの露光に必要な放射線量を求めるために、それぞれ異なる持続時間で、したがって異なる放射線量で、複数回の露光が通常は実行される。その際に、感光層の３つの領域全てが同時に露光され得るが、同一組成の（すなわち同一レジストの）感光層をそれぞれの露光に用いて時間的に連続して３つの領域の露光を行うことも可能である。マスクの照明及び感光層へのマスクの結像は、感光層又はウェーハの露光中にＤＵＶ放射線がもたらすコントラスト比を求めようとするＥＵＶリソグラフィ装置において通常は実行される。
本発明のさらに他の特徴及び利点は、本発明に必須の詳細を示す図面の図に基づいて、本発明の以下の例示的な実施形態の説明から、また特許請求の範囲から得られる。個々の特徴は、それぞれ単独で又は本発明の一変形形態においてまとめて任意の組み合わせで実現することができる。
例示的な実施形態を概略図に示し、以下の説明において説明する。
マスクを照明する照明系及びマスクを感光層に結像する投影系を備えたＥＵＶリソグラフィ装置の概略図を示す。 感光層の露光時のＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比を求めるための、図１のＥＵＶリソグラフィ装置のマスクの概略図を示す。 感光層の露光時のＤＵＶ放射線に起因するコントラスト比を求めるための、図１のＥＵＶリソグラフィ装置のマスクの概略図を示す。 多層コーティング、吸収コーティング、及び追加多層コーティングを含む図２ａと類似したマスクの概略図を示す。 多層コーティング、吸収コーティング、及び追加多層コーティングを含む図２ｂと類似したマスクの概略図を示す。 ＥＵＶ波長域での図３ａ、図３ｂのマスクの多層コーティング及び追加多層コーティングの反射率を示す。 ＥＵＶ波長域での図３ａ、図３ｂのマスクの多層コーティング及び追加多層コーティングの反射率を示す。 ＤＵＶ波長域での図３ａ、図３ｂのマスクの多層コーティング及び追加多層コーティングの反射率を示す。
同一又は機能的に同一のコンポーネントについては、図面の以下の説明において同一の参照符号を用いる。
図１は、約５ｎｍ〜約２０ｎｍのＥＵＶ波長域の高エネルギー密度を有するＥＵＶ放射線を発生させるＥＵＶ光源２を備えた、ＥＵＶリソグラフィ装置１の形態の光学装置を非常に概略的に示す。ＥＵＶ光源２は、例えば、レーザ誘起プラズマを発生させるプラズマ光源の形態をとり得るか、又はシンクロトロン放射源として形成され得る。前者の場合、特に、ＥＵＶ光源２のＥＵＶ放射線を照明ビーム４に集束させ、このようにしてエネルギー密度をさらに増加させるために、図１に示すようにコレクタミラー３を用いることができる。照明ビーム４は、本例では５個の反射光学素子１２〜１６（ミラー）を含む照明系１０による反射マスクＭの照明に役立つ。
ＥＵＶ光源２が放出する波長スペクトルは、約５ｎｍ〜約２０ｎｍのＥＵＶ放射線に制限されず、ＥＵＶ光源２は、より長い波長の、特に約１００ｎｍ〜約４００ｎｍのＤＵＶ波長域の放射線、及び場合によっては可視（ＶＩＳ）領域又は赤外（ＩＲ）領域のさらにより長い波長の放射線も発生させる。
反射マスクＭは、反射領域及び非反射領域、又は少なくとも反射若しくは吸収があまり強くない領域を含むことができ、これらが結像対象構造を形成する。図示の例では、以下でより詳細に説明する特殊なマスクＭが結像に用いられる。
マスクＭは、照明ビーム４の一部を反射して投影ビーム５を形成し、投影ビーム５は投影系２０内に放射され、投影系２０は、マスクＭ又はその各部分（下記参照）の像をウェーハＷ上に生成する。ウェーハＷは、半導体材料、例えばシリコンを含み、ウェーハステージＷＳとも称されるホルダ上に配置される。投影ビーム５により露光される感光層６（レジスト又はフォトレジスト）が、ウェーハＷに施される。
本例では、マスクＭの像をウェーハＷ上に生成するために、投影系２０は６個の反射光学素子２１〜２６（ミラー）を含む。投影系２０のミラーの数は、通常は４個〜８個だが、２つのミラーのみを用いることもあり得る。
マスクＭの各物点ＯＰをウェーハＷ上又は感光層６上の各像点ＩＰに結像する際に高い結像品質を達成するために、ミラー２１〜２６の表面形態に最大の要件が課され、相互に対する、またマスクＭ及びウェーハＷに対するミラー２１〜２６の位置又は位置合わせも、ナノメートル範囲の精度を必要とする。
図２ａ、ｂは、低熱膨張率の材料、例えばＵＬＥ（登録商標）、Ｚｅｒｏｄｕｒ（登録商標）、又はＣｌｅａｒｃｅｒａｍ（登録商標）でできた基板７を含む図１のＥＵＶリソグラフィ装置１用のマスクＭの例を、平面図及び断面で示す。マスクＭは、通常は矩形の基本形態を有し、図２ｂに示す断面図はマスクＭの全体を表す。すなわち、マスクＭの構造は、図平面に対して垂直な方向では変わらない。
高屈折率の層材料及び低屈折率の層材料でできた複数の交互層９ａ、９ｂを含む多層コーティング８が、マスクＭの基板７に施される。図２に示す高屈折率及び低屈折率の層９ａ、９ｂの数は、説明の目的を果たすにすぎない。さらに、キャッピング層の図示及び拡散回避のために存在し得るバリア層の図示は、図２ｂにおける多層コーティング８の図では省いてある。
反射多層コーティング８の通常の周期的設計（概して厚さが同一の層９ａ、９ｂの対を有する）は、（例えば、１３．５ｎｍの使用波長λＢでの）ｎｍ範囲の波長を有する短波長ＥＵＶ放射線の反射を容易にする。一般的に、使用波長λＢが１３．５ｎｍである場合、高屈折率の材料でできた層９ａはシリコンでできており、低屈折率の材料でできた層９ｂはモリブデンでできている。ＥＵＶ波長域の使用波長に応じて、他の材料の組合せ、例えばモリブデン及びベリリウム、ルテニウム及びベリリウム、又はランタン及びＢ４Ｃ等も同様に可能である。
多層コーティング８は、基板７に面しておらず、多層コーティング８が露出した表面８ａを含む。多層コーティング８は、部分８ｂを含み、図２ａ、ｂに示す例ではその上に吸収コーティング１７が施されている。図示の例では、吸収コーティング１７は、金属材料、例えばクロム、酸化クロム、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル等を有する単層からなる。必要であれば、ここには図示しないバリア層を吸収層１７と多層コーティング８との間に施してもよい。図２ａ、ｂに示すマスクＭでは、吸収層１７が多層コーティング８の全域に施されており、すなわち吸収層１７は部分８ｂを完全に覆う。
図２ａ、ｂに示すマスクＭにおけるアルミニウムの単層からなる追加コーティング１８が、吸収コーティング１７の部分１７ｂに施されている。アルミニウムは、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの波長域の入射ＥＵＶ放射線２７に関して事実上０％の反射率を有するが、ＤＵＶ放射線２８、すなわち約１００ｎｍ〜約４００ｎｍ、したがって１４０ｎｍ〜４００ｎｍ又は３００ｎｍの波長域の放射線に関しては事実上１００％の反射率を有する。マスクＭに入射したＥＵＶ放射線２７及びマスクＭに入射したＤＵＶ放射線２８の両方が、図１に示す照明ビーム４の一部である。
図２ａにおいて識別できるように、多層コーティング８の露出表面８ａは、マスクＭの第１表面領域Ａ１を形成し、追加コーティングの露出表面１８ａは、マスクＭの第２表面領域Ａ２を形成し、吸収コーティング１７の露出表面１７ａは、マスクＭの第３表面領域Ａ３を形成する。
図３ａ、ｂは、追加コーティングが追加多層コーティング１８として具現されている点で図２に示すマスクＭとは特に異なるマスクＭのさらに別の実施形態を示す。さらに、図３ａ、ｂに示すマスクＭでは、吸収コーティング１７が基板７の全域に直接施される。多層コーティング８及び追加多層コーティング１８は、２つの異なる部分１７ｂ、１７ｃで吸収コーティング１７に施され、上記多層コーティング及び追加多層コーティングの表面８ａ、１８ａは、マスクＭの第１表面領域Ａ１及び第２表面領域Ａ２を形成し、上記表面領域は、吸収コーティング１７の露出表面１７ａにより形成された第３表面領域Ａ３で囲まれる。追加多層コーティング１８が設けられたマスクＭが、代替的に図２ａ、ｂに示すような実施形態を有してもよいことを理解されたい。
追加多層コーティング１８は、高屈折率の層材料及び低屈折率の層材料でできた複数の交互層２９ａ、２９ｂを含み、「高屈折率」及び「低屈折率」という用語は、２つの層材料２９ａ、２９ｂの相互に対する屈折率に関する。すなわち、高屈折率の層材料２９ａは、低屈折率の層材料２９ｂよりも高い屈折率を有する。
図示の例では、高屈折率の層２９ａの材料はシリコンであり、低屈折率の層２９ｂの材料はモリブデンである。すなわち、追加多層コーティング１８の層材料は多層コーティング８の層材料に対応する。しかしながら、多層コーティング８の層９ａ、８ｂの層厚と追加多層コーティング１８の層２９ａ、２９ｂの層厚とは相互に異なり、正確には、多層コーティング８が約１３．５ｎｍの使用波長λＢで最大の反射率Ｒを有する一方で、追加多層コーティング１８は使用波長λＢ＋／−０．５ｎｍの波長域で０．３％未満の反射率を有するようになっており、これは、多層コーティング８の反射率Ｒ１及び追加多層コーティング１８の反射率Ｒ２に関して図４ａ、ｂに示す２つの反射率曲線に基づいて識別できる。
したがって、多層コーティング８は、約１３．５ｎｍの使用波長λＢのＥＵＶ放射線２７に関して高反射性のコーティングだが、追加多層コーティング１８は、使用波長λＢ付近にある波長域のＥＵＶ放射線２７の反射を抑制するよう具現される。追加多層コーティング１８、より正確には層材料２９ａ、２９ｂの層厚は、ＤＵＶ波長域で、すなわち１００ｎｍ〜４００ｎｍ、好ましくは１４０ｎｍ〜３００ｎｍの波長で追加多層コーティング１８が多層コーティング８の反射率Ｒをできる限り正確に再現するよう選択される。これは、層２９ａ、２９ｂの層厚及び追加多層コーティング１８の層数を適切に選択することにより同じく達成することができ、最適化は通常は数値計算を用いて実行される。
図５は、約１４０ｎｍ〜約４００ｎｍの波長域での多層コーティング８の反射率Ｒ１及び追加多層コーティング１８の反射率Ｒ２を示す。図５では、この波長域で多層コーティング８の反射率Ｒ１と追加多層コーティング１８の反射率Ｒ２との間に識別できる差は事実上ない。概して、最適化により達成できるのは、１４０ｎｍ〜４００ｎｍの波長域のＤＵＶ放射線２８に関する追加多層コーティング１８の波長依存反射率Ｒ２が、多層コーティング８の波長依存反射率Ｒから＋／−５％、好ましくは＋／−１％よりも大きく外れないことである。
図４ａ、ｂ及び図５に示す波長依存反射率Ｒ１又はＲ２をもたらす追加多層コーティングの層設計を、以下に記載する。以下の周期的設計を多層コーティング８に用いた：真空／６０×（３ｎｍ Ｍｏ／４ｎｍ ａ−Ｓｉ）／基板。追加多層コーティング１８の非周期的設計は、以下の表から得ることができる。
図２ａ、ｂ及び図３ａ、ｂに示すマスクＭは、図１のＥＵＶリソグラフィ装置１での感光層６へのマスクＭの結像時のＤＵＶ放射線２８に起因するコントラスト比ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶを、以下で説明する方法により求めるのに役立つ。
露光又は結像の目的で、図３ａ、ｂのマスクＭをＥＵＶリソグラフィ装置１に位置決めして光源２を起動し、ＥＵＶ放射線２７及びＤＵＶ放射線２８の両方を含む照明ビーム４をマスクＭに入射させる。結像中、多層コーティング８を有する第１表面領域Ａ１を感光層６（図１参照）の第１領域Ｂ１に結像させ、追加多層コーティング１８を有する第２表面領域Ａ２を感光層６の第２領域Ｂ２に結像させ、吸収コーティング１７が露出している第３表面領域１７を感光層６の第３領域Ｂ３に結像させる。
したがって、追加多層コーティング１８はＥＵＶ放射線２７の反射を抑制するよう具現されるので、多層コーティング８で反射されたＥＵＶ放射線２７及びＤＵＶ放射線２８は第１領域Ｂ１に入射するが、ＤＵＶ放射線２８のみが第２領域Ｂ２に入射する。ＥＵＶ光源２は、所定時間の経過後に消される。感光層６が第１領域Ｂ１で露光された第１放射線量Ｄ１（「ドーズ・トゥ・クリア」）及び感光層６が第２領域Ｂ２で露光された第２放射線量Ｄ２が求められるまで、ＥＵＶ光源２の起動時間の長さを増やしながら上述した手順を繰り返す。
放射線量Ｄ１、Ｄ２が達成されたか否かを確かめるために、感光層６又はウェーハＷをＥＵＶリソグラフィ装置１から取り外して光化学的手段により現像する。通常、持続時間を変えて複数回の露光を同じ感光層６の隣接表面領域で行う。すなわち、露光毎に感光層６を取り替える必要がない。
ＥＵＶ放射線２７及びＤＵＶ放射線２８の両方が第１領域Ｂ１に入射するので、第１領域Ｂ１の露光に必要な放射線量Ｄ１は、第２領域Ｂ２の露光に必要な放射線量Ｄ２よりも少なく、すなわちＤ１＜Ｄ２である。コントラスト比ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶは、２つの放射線量Ｄ１、Ｄ２の比に対応し、すなわち以下が当てはまる。
Ｄ１／Ｄ２＝ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶ
さらに、感光層６の第３領域Ｂ３の露光に必要な第３放射線量Ｄ３も、図２ａ、ｂ及び図３ａ、ｂに示すマスクＭにおいて求めることができる。ＥＵＶ放射線２７を吸収するコーティング１７により反射される放射線、特にＤＵＶ放射線２８が、感光層６の第３領域Ｂ３に入射するのは、上記吸収コーティングがこの波長域の放射線の反射の十分な抑制を促さない場合である。ＥＵＶリソグラフィ装置１での半導体の製造に用いられるマスクは、構造化吸収コーティング１７を有し、多層コーティング８のコーティングされた領域がコーティングされていない領域と交互になっているので、吸収コーティング１７の表面積Ａ３が既知である場合、又は結像対象のマスクＭの全表面Ａ１＋Ａ２＋Ａ３の吸収コーティング１７の比率が既知である場合、第３領域Ｂ３の露光に必要な第３放射線量Ｄ３の測定により、ＤＵＶコントラスト比を精緻に求めることができる。
この場合、次式を用いてコントラスト比ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶを求めることができる。
ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＤＵＶ＝（Ａ３／Ｄ３＋（Ａ１＋Ａ２）／Ｄ２）／（Ａ３／Ｄ３＋（Ａ１＋Ａ２）／Ｄ１）
式中、Ａ１、Ａ２、Ａ３は、多層コーティング８、追加コーティング１８、及びＥＵＶ放射線２７を吸収するコーティング１７の表面８ａ、１８ａ、１７ａの面積を示す。
放射線量Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の判定を単純化するために、図２ａ、ｂ及び図３ａ、ｂに示すマスクＭの場合のように、吸収コーティング１７がマスクＭの全表面Ａ１＋Ａ２＋Ａ３の約３０％〜４０％以下の連続表面領域Ａ３を形成すれば有利である。多層コーティング８及び追加多層コーティング１８それぞれが、マスクＭの全表面Ａ１＋Ａ２＋Ａ３の３０％以上にそれぞれ及ぶ連続表面領域Ａ１、Ａ２を形成すれば、同様に有利である。これにより、感光層６の第１領域Ｂ１、第２領域Ｂ２、及び第３領域Ｂ３がほぼ同じサイズを有する、すなわち３つの領域Ｂ１〜Ｂ３のそれぞれが感光層６の露出領域の約１／３をそれぞれ提供することができる。
さらに上述したように、ＥＵＶ放射線２７に加えて、感光層６の露光に寄与するＤＵＶ放射線２８のコントラスト比を正確に求めることが可能である。通常、感光層６は、長波長の、すなわち可視又は赤外波長域の放射線に敏感でないので、これらの波長の放射線は、コントラストに寄与しないか又は無視できる程度にしか寄与しない。

Claims (12)

  1. ＥＵＶリソグラフィ用マスク（Ｍ）であって、
    基板（７）と、
    ＥＵＶ放射線（２７）を反射するよう具現された多層コーティング（８）の、前記基板（７）に面しない表面（８ａ）により形成された第１表面領域（Ａ１）と、
    ＤＵＶ放射線（２８）を反射し且つＥＵＶ放射線（２７）の反射を抑制するよう具現された追加コーティング（１８）の、前記基板（７）に面しない表面（１８ａ）により形成され、前記追加コーティングは追加多層コーティング（１８）である第２表面領域（Ａ２）と
    を備え、
    １４０ｎｍ〜４００ｎｍの波長域のＤＵＶ放射線（２８）に関する前記追加多層コーティング（１８）の波長依存反射率（Ｒ）は、前記多層コーティング（８）の波長依存反射率（Ｒ）から＋／−５％、好ましくは＋／−１％よりも大きく外れない、ＥＵＶリソグラフィ用マスク。
  2. 請求項１に記載のマスクにおいて、ＥＵＶ放射線（２７）を吸収するコーティング（１７）の、前記基板（７）に面しない表面（１７ａ）により形成された第３表面領域（Ａ３）をさらに備えたマスク。
  3. 請求項１または２に記載のマスクにおいて、前記追加コーティング（１８）の反射率（Ｒ）は、前記多層コーティング（８）の反射率（Ｒ）が最大である前記ＥＵＶ放射線（２７）の使用波長（λＢ）で０．３％未満、好ましくは０．１％未満であるマスク。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のマスクにおいて、前記多層コーティング（８）は、高屈折率の層材料及び低屈折率の層材料でできた複数の交互層（９ａ、９ｂ）を含むマスク。
  5. 請求項４に記載のマスクにおいて、前記多層コーティング（８）及び前記追加多層コーティング（１８）の前記交互層（９ａ、９ｂ）の前記層材料は同一であるマスク。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のマスクにおいて、前記多層コーティング（８）の前記表面（８ａ）は、前記マスク（Ｍ）の連続した第１表面領域（Ａ１）を形成し、該第１表面領域は、結像用に設けられた前記マスク（Ｍ）の前記表面（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３）の３０％以上に及ぶマスク。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のマスクにおいて、前記追加多層コーティング（１８）の前記表面（１８ａ）は、前記マスク（Ｍ）の連続した第２表面領域（Ａ２）を形成し、該第２表面領域は、結像用に設けられた前記マスク（Ｍ）の前記表面（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３）の３０％以上に及ぶマスク。
  8. ＥＵＶリソグラフィ装置（１）であって、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマスク（Ｍ）を備えたＥＵＶリソグラフィ装置。
  9. 感光層（６）へのマスク（Ｍ）の結像時のＤＵＶ放射線（２８）に起因するコントラスト比（ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶ）を求める方法であって、
    前記マスク（Ｍ）を放射線（２７、２８）で照明して前記マスク（Ｍ）を前記感光層（６）に結像するステップと、
    前記感光層（６）の第１領域（Ｂ１）の露光に必要な放射線量（Ｄ１）を求めるステップであり、前記マスク（Ｍ）の多層コーティング（８）で反射される放射線（２７、２８）が前記感光層（６）の前記第１領域（Ｂ１）に入射し、前記多層コーティング（８）はＥＵＶ放射線（２７）を反射し且つＤＵＶ放射線（２８）を反射するよう具現されるステップと、
    前記感光層（６）の第２領域（Ｂ２）の露光に必要な放射線量（Ｄ２）を求めるステップであり、前記マスク（Ｍ）の追加コーティング（１８）により反射される放射線（２８）が前記感光層の前記第２領域（Ｂ２）に入射し、前記追加コーティング（１８）はＥＵＶ放射線（２７）を抑制し且つＤＵＶ放射線（２８）を反射するよう具現され、前記追加コーティングは好ましくは多層コーティング（１８）として具現されるステップと、
    前記第１領域（Ｂ１）及び前記第２領域（Ｂ２）の露光に必要な放射線量（Ｄ１、Ｄ２）を比較することにより前記コントラスト比（ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶ）を求めるステップと
    を含み、
    １４０ｎｍ〜４００ｎｍの波長域のＤＵＶ放射線に関する多層コーティング（１８）として具現される前記追加コーティングの波長依存反射率（Ｒ）を、前記多層コーティング（８）の波長依存反射率（Ｒ）から＋／−５％、好ましくは＋／−１％よりも大きく外れないよう選択する、方法。
  10. 請求項９に記載の方法において、前記コントラスト比ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶを、次式：
    ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶ＝Ｄ１／Ｄ２
    に従って、前記第１領域（Ｂ１）の露光に必要な前記放射線量Ｄ１及び前記第２領域（Ｂ２）の露光に必要な前記放射線量Ｄ２から求める方法。
  11. 請求項９または１０に記載の方法において、前記感光層（６）の第３領域（Ｂ３）の露光に必要な放射線量（Ｄ３）を求めるステップであり、ＥＵＶ放射線（２７）を吸収するコーティング（１７）により反射される放射線（２８）が前記感光層（６）の前記第３領域（Ｂ３）に入射するステップと、前記第３領域（Ｂ３）の露光に必要な前記放射線量（Ｄ３）を考慮に入れて前記コントラスト比（ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶ）を求めるステップとをさらに含む方法。
  12. 請求項１１に記載の方法において、前記コントラスト比ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶを、次式：
    ＫＤＵＶ／ＫＤＵＶ＋ＥＵＶ＝（Ａ３／Ｄ３＋（Ａ１＋Ａ２）／Ｄ２）／（Ａ３／Ｄ３＋（Ａ１＋Ａ２）／Ｄ１）
    に従って、前記第１領域（Ｂ１）の露光に必要な前記放射線量（Ｄ１）、前記第２領域（Ｂ２）の露光に必要な前記放射線量（Ｄ２）、及び前記第３領域（Ｂ３）の露光に必要な前記放射線量Ｄ３から求める方法。但し、式中のＡ１、Ａ２、Ａ３は、前記多層コーティング（８）、前記追加コーティング（１８）、及びＥＵＶ放射線（２７）を吸収する前記コーティング（１７）の表面（８ａ、１８ａ、１７ａ）の面積を示す。
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