(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
基板と、前記基板表面に形成された多層反射層と、前記多層反射層の上に形成された吸収層とを備え、前記吸収層には回路パターンが形成され、前記回路パターン領域の外側を囲むように極端紫外光の反射率が低い遮光枠を有する反射型マスクの製造方法であって、
シールドを前記遮光枠以外の領域に設けて断熱をし、前記遮光枠の領域に対してのみ、ハロゲンランプまたはキセノンランプを用いてアニール処理を行って、前記遮光枠の領域の前記多層反射層を加熱融解し、前記遮光枠の領域における前記多層反射層の極端紫外光の反射率を前記吸収層の極端紫外光の反射率に比べて小さくする工程を含む、反射型マスクの製造方法。
【背景技術】
【0002】
(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。
【0003】
(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、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(Electron Beam;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。
【0004】
(EUVマスクの吸収層の膜厚と反射率の説明)
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、反射型マスクの原理的課題の一つである。
【0005】
このようなパターンエッジ部のぼやけや設計寸法からのずれを防ぐためには、吸収層の膜厚は小さくし、パターンの高さを低くすることが有効であるが、吸収層の膜厚が小さくなると、吸収層における遮光性が低下し、転写コントラストが低下し、転写パターンの精度低下となる。つまり吸収層を薄くし過ぎると転写パターンの精度を保つための必要なコントラストが得られなくなってしまう。つまり、吸収層の膜厚は厚すぎても薄すぎても問題になるので、現在は概ね50〜90nmの間になっており、EUV光の吸収層での反射率は0.5〜2%程度である。
【0006】
(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。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や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生じる。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る。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。
【0007】
このような問題を解決するために、反射型マスクの吸収層から多層反射層までを掘り込んだ溝を形成することや、回路パターン領域の吸収層の膜厚よりも厚い膜を形成することや、反射型マスク上にレーザ照射もしくはイオン注入することで多層反射層の反射率を低下させることにより、露光光源波長に対する遮光性の高い遮光枠を設けた反射型マスクが提案されている(特許文献1および特許文献2参照)。
【発明を実施するための形態】
【0020】
(本発明の反射型マスクの構成)
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
【0021】
まず、本発明の反射型マスクの構成について説明する。
図1(a)〜(d)は、本発明の反射型マスク100、200、300、400の断面を示している。即ち、本発明のマスクの構成は、100、200、300、400のいずれを用いてもよい。
図2(a)は、
図1(a)〜(d)の本発明の反射型マスク100、200、300、400を表面から見た図であり、
図2(b)は100、200、300、400の反射率の分布を表面から見た図である。
【0022】
反射型マスクの反射率の分布としては、次のようになる。すなわち、遮光枠領域90の外側を取り囲む形で吸収層51が残る吸収層領域80や、遮光枠領域90内側で、回路パターン領域85を取り囲む形で吸収層51が残ったままの部分と、多層反射層21を高温アニール処理して形成した遮光枠領域90と、
図1(a)〜(d)に示すように、吸収層51の一部を除去し、多層反射層21を露出させ、吸収層51および多層反射層21で形成される回路パターン領域85とにおける3種類の反射率の分布が得られる。なお、本発明では、遮光枠領域90がマスク(マスクブランク)表面からは見えないため、
図2(a)のように目視で見た場合と、
図2(b)のように反射率で見た場合で見え方が異なる。
【0023】
図2(b)の回路パターン領域85については、反射率が60%程度の領域(多層反射層21)と0.5%〜2%程度の領域(吸収層51)の繰り返しパターンとなっており、回路パターン領域全体としてほぼ30%程度となっている。
【0024】
図1(a)に示す反射型マスク100は、基板11の表面に、多層反射層21、吸収層51が順次形成されている。
図1(b)に示す反射型マスク200は基板11の表面に、多層反射層21、吸収層51が順次形成されていると共に、基板11の裏面に導電膜71が形成された構造となっている。
図1(c)の反射型マスク300は、基板11の表面に多層反射層21、緩衝層41、吸収層51が順次形成されている。
図1(d)の反射型マスク400は、
図1(c)の反射型マスク300の基板11の裏面に導電膜71が形成された構造となっている。
【0025】
図1(a)〜(d)の基板11上の多層反射層21には、多層反射層融解部21aを有し、通常の吸収層51領域より反射率の低い遮光枠領域25が形成されている。
図1(a)〜(d)の本発明の反射型マスク100、200、300、400を表面から見ると
図2(a)のように、通常の吸収層領域80と回路パターン領域85が形成されている。また、これらを反射率の分布として見てみると
図2(b)に示すように回路パターン領域の外周に遮光枠領域90が形成されており、その遮光枠領域のEUV光反射率については、多重露光が起きても問題にならない程度まで低減されている。
【0026】
次に、本発明の遮光枠領域25を形成するための多層反射層融解部21aを形成する方法について説明する。多層反射層21の融解には、アニール装置を用いて短い時間で効率よく遮光枠領域25にあたる多層反射層21の領域を高温アニール処理することにより実現する。
【0027】
高温アニール処理によって、遮光枠領域25を形成する方法は、マスク表面に加工などを施さないため、回路パターン領域85形成後でも形成前でもタイミングは問わない。
【0028】
回路パターン領域85形成前にマスクブランクの段階で高温アニール処理した場合の構造を
図3(a)〜(d)に示す。
図4(a)は、
図3(a)〜(d)の本発明の反射型マスクの回路パターン領域85形成前の状態101、201、301、401を表面から見た図であり、
図4(b)は101、201、301、401の反射率の分布を表面から見た図である。
【0029】
次に本発明の高温アニール処理装置について説明する。
図5に示すように高温アニール処理装置は遮光枠形成用に遮光枠領域25以外に熱が伝わらないようにシールド96が設けられており、遮光枠領域25のみに熱処理ができるようになっている。
【0030】
また、このアニールランプ95についてはハロゲンやキセノンなどが挙げられる。この高温アニール処理装置にマスクやブランク(被処理物)97を投入し、遮光枠領域に高温アニール処理を行うことで、遮光枠領域25内の多層反射層21を融解させ、遮光枠領域25の反射率を下げることができる。
【0031】
アニール処理条件は、少なくとも150度以上であれば多層反射層の融解が起きはじめるので、150度以上で、0.001秒〜0.1秒の時間で行うことができる。
【0032】
このような短い時間でアニール処理を行うため、遮光枠領域25周辺の領域に与える影響を最小限にすることが可能である。
【0033】
温度としては、150度以上であれば良いが、フォトマスク自体に影響の大きい1000度を越えないことが好ましい。これらの処理条件を調整することで、多層反射層21の融解による遮光枠を得ることができる。
【0034】
多層反射層21の融解(溶融)温度は、多層反射膜を構成する材料で変わるため、予め処理温度や処理時間などの処理条件について、最適な条件の検討を行うことが望ましい。
【0035】
また、遮光枠周辺、すなわち遮光枠以外への熱による影響を抑制するために、ある程度高温、短時間で処理することが好ましい。また、処理を連続で行うのではなく、ある処理条件を繰り返し行なったり、条件を変更しながら複数回処理を行なったりしても良い。
【0036】
シールド材としては、アルミナ、セラミック、フッ素樹脂類など、金属や高分子樹脂等、このアニール処理温度で溶融や変形などを起こさず、熱を遮蔽することができるものを使用することができる。
【0037】
(本発明の反射型マスクの構成の詳細:多層反射層)
図3(a)、(b)の多層反射層21は、13.5nm近傍の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、モリブデン(Mo)とシリコン(Si)が交互に40〜50ペア積層した積層膜で、さらに最上層はルテニウム(Ru)で構成されている。Ru層の下に隣接する層はSi層である。Moと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。多層反射層21の最上層のRuは、吸収層51の加工における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。
【0038】
図3(c)、(d)の多層反射層21は、13.5nm近傍の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、最上層はSi層で構成されている。この場合の多層反射層21の最上層のSiも、上述したRuと同様の役割を果たす。
【0039】
(本発明の反射型マスクの構成の詳細:緩衝層)
図3(c)、(d)の緩衝層41は、吸収層51のエッチングやパターン修正時に、緩衝層41の下に隣接する多層反射層21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。
【0040】
(本発明の反射型マスクの構成の詳細:吸収層)
図3(a)〜(d)の吸収層51は、13.5nm近傍の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。
【0041】
図3(a)〜(d)の吸収層51は、上層に波長190〜260nmの紫外光(DUV光)に対して反射防止機能を有する低反射層を設けた2層構造から成る吸収層であっても良い。低反射層は、マスクの欠陥検査機の検査波長に対して、コントラストを高くし、検査性を向上させるためのものである。
【0042】
(本発明の反射型マスクの構成の詳細:裏面導電膜)
図3(b)及び
図1(d)の裏面導電膜71は、一般にはCrNで構成されているが、導電性があれば良く、金属材料からなる材料であれば、これに限定されるものではない。
【0043】
(本発明の反射型マスクの説明)
本発明の反射型マスクの構成を説明する。
【0044】
図3(a)の反射型マスクブランク101から回路パターン領域85を作製した反射型マスク100を
図1(a)に示す。
図3(b)の反射型マスクブランク201から回路パターン領域85を作製した反射型マスク200を
図1(b)に示す。
図3(c)の反射型マスクブランク301から回路パターン領域85を作製した反射型マスク300を
図1(c)に示す。
図3(d)の反射型マスクブランク401から回路パターン領域85を作製した反射型マスク400を
図1(d)に示す。いずれも、多層反射層21の上部の吸収層51及び緩衝層41がある場合は緩衝層41、回路パターン領域85を有する反射型マスクが形成される。そして
図1の遮光枠領域25については、高温アニールにより多層反射層21を融解することによって形成され(21a)、回路パターン領域85を有する反射型マスクが形成される。また、
図2(a)は
図1(a)〜(d)の本発明の反射型マスク100、200、300、400を表面からみた図である。通常の吸収層領域80と回路パターン領域85から構成されている。
図2(b)は100、200、300、400の反射率の分布を表面から見た図である。通常の吸収層領域80と遮光枠領域90と回路パターン領域85から構成されている。
【0045】
このようにして、EUV光に対する反射率が吸収層領域よりも十分に小さい遮光枠領域を有する反射型マスクを得ることができる。この反射型マスクを用いれば、多重露光が起きてもチップ外周部が感光することを防止でき、個々のチップの品質に悪影響を与えないようにすることが可能となる。
【0046】
(マスクブランクから本発明のマスクを製造する方法)
次に、反射型マスクブランク及び反射型マスクの製造方法について説明する。
図3(a)、(b)に示す反射型マスクブランク101もしくは201を用意し、電子線リソグラフィによりレジストパターンを形成後、フルオロカーボンプラズマもしくは塩素プラズマ、必要な場合はその両方のプラズマより吸収層51をエッチングし、レジスト剥離洗浄することで、吸収層51に回路パターン領域85が形成された、
図1(a)、(b)に示す反射型マスク100もしくは200が得られる。
【0047】
あるいは、
図3(c)、(d)に示す反射型マスクブランク301もしくは401を用意し、電子線リソグラフィによりレジストパターンを形成後、フルオロカーボンプラズマもしくは塩素プラズマ、必要な場合はその両方のプラズマより吸収層51をエッチングし、次いで塩素プラズマにより緩衝層41をエッチングし、レジスト剥離洗浄することで、吸収層51および緩衝層41に回路パターン領域85が形成された、
図1(c)、(d)に示す反射型マスク300もしくは400が得られる。
【0048】
このようにして、EUV光に対する反射率が吸収層領域よりも十分に小さい遮光枠領域を有する反射型マスクを得ることができる。
【実施例1】
【0049】
以下、本発明の反射型マスクの製造方法の実施例を説明する。
【0050】
(マスクブランク製造方法の実施例)
図6(a)に本実施例で用意した低熱膨張ガラス基板111を示す。その後裏面に静電チャッキング用の導電膜171をスパッタリング装置により
図6(b)のように形成した。ガラス基板111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との40ペア反射層(多層反射層)121を、
図6(c)のように積層した。続いてスパッタリング装置を用いて、TaNからなる吸収層151を形成した(
図6(d))。このときの吸収層151の膜厚は50nmとした。次いで、フラッシュランプ方式の遮光枠用シールドを有する高温アニール装置(
図5)に基板を入れ、150度以上で高温アニール処理をすることで多層反射層121の一部を融解した層121aを形成することによって、反射率が吸収層領域よりも十分に小さい遮光枠領域125を有する、
図7に示した本発明の反射型マスクブランク202が完成した。
【0051】
(マスクブランクへのパターニングの実施例)
実施例1にて作製した
図7に示す反射型マスクブランク202から反射型マスク203を作製した(
図8)。その作製方法を示す。反射型マスクブランク202に電子線リソグラフィ、PEB(Post Exposure Bake:描画後ベーク)処理、現像、ドライエッチングなどのプロセス処理、レジスト剥離洗浄を行い、吸収層151に回路パターン185を形成し、本発明の遮光枠を有する反射型マスク203を作製した。電子線リソグラフィには、化学増幅型ポジレジストFEP171(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ製)を用いて、描画機JBX9000(日本電子製)によってドーズ量設定15μC/cmにて描画した後に、PEB処理を100度で行い、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)2.38%現像液を用いて現像処理し、レジストパターンを形成した。吸収層151のエッチングにはCl
2ガスの誘導結合型プラズマ(ICP)を適用した。以上より、回路パターン領域185を有し、反射率が十分に小さい遮光枠領域125を有する本発明の反射型マスク203が完成した。(表1)
【実施例2】
【0052】
以下、本発明の反射型マスクの製造方法の他の実施例について説明する。
【0053】
(マスクブランク製造方法の実施例)
図9(a)に本実施例で用意した低熱膨張ガラス基板111を示す。その後裏面に静電チャッキング用の導電膜171をスパッタリング装置により
図9(b)のように形成した。ガラス基板111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との40ペア反射層121を
図9(c)のように積層した。続いてTaNからなる吸収層151をスパッタリング装置により形成した(
図9(d))。このときの吸収層151の膜厚は50nmとした。こうして、本発明の反射型マスクブランク205が完成した。
【0054】
(マスクブランクへのパターニングの実施例)
実施例2にて作製した
図9(d)反射型マスクブランク205から反射型マスク206を作製した(
図10(a))。その作製方法を示す。反射型マスクブランク205に電子線リソグラフィ、PEB処理、現像、ドライエッチングなどのプロセス処理、レジスト剥離洗浄を行い、吸収層151に回路パターン185を形成した。(
図10(b))電子線リソグラフィには、化学増幅型ポジレジストFEP171(富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ製)を用いて、描画機JBX9000(日本電子製)によってドーズ量設定15μC/cm描画した後に、PEB処理を100度で行い、TMAH2.38%現像液を用いて現像処理し、レジストパターンを形成した。吸収層151のエッチングにはCl
2ガスの誘導結合型プラズマを適用した。
【0055】
回路パターン領域185形成後に、この反射型マスクをフラッシュランプ方式の遮光枠用シールドを有する高温アニール処理装置(
図5)に入れ、遮光枠領域を150度以上で高温アニール処理し、多層反射層121を融解した層121aを形成することによって、反射率が吸収層151領域よりも十分に小さい遮光枠領域125を有する、本発明の反射型マスク206(
図10(a))が完成した。
【0056】
表1に本発明実施例1と2で得た、マスクについて遮光枠領域と吸収層(非遮光枠領域)の反射率を比較した結果を示す。遮光枠領域の反射率が吸収層領域の反射率よりも十分に小さいことが確認できた。
【0057】
【表1】