特許 6520041 ペリクル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6520041

(24)【登録日】2019年5月10日

(45)【発行日】2019年5月29日

(54)【発明の名称】ペリクル

(51)【国際特許分類】

   G03F 1/62 20120101AFI20190520BHJP

   G03F 1/24 20120101ALI20190520BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20190520BHJP

【ＦＩ】

   G03F1/62

   G03F1/24

   G03F7/20 503

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-214415(P2014-214415)

(22)【出願日】2014年10月21日

(65)【公開番号】特開2016-80967(P2016-80967A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2017年9月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(72)【発明者】

【氏名】福上 典仁

【審査官】 植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００７／０９４１９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１４２１２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／０２０００３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１１−５３０１８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０３Ｆ １／００〜１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＥＵＶマスク上に設けるペリクルであって、
ペリクル表面にＥＵＶ光源に含まれるアウトオブバンド光に対する低反射層と、
ダイヤモンド、ナノダイヤモンド（微結晶ダイヤモンド）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、窒化アルミニウム、金、銀、銅、アルミニウム、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のいずれかを含む高熱伝導層と、
を有し、
前記低反射層の材料が、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｚｒ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含むことを特徴とするペリクル。

【請求項2】

露光領域に機械的強度を保つための梁構造体を有しないことを特徴とする請求項１記載のペリクル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体デバイス等をリソグラフィ技術により製造する際に使用するフォトマスクおよびこれに取り付けられるペリクルに関する。より詳しくは、極端紫外領域の波長の光を光源としてパターン転写を行う際に適用可能な反射型フォトマスクおよびこれに取り付けられるペリクルに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体集積回路は性能及び生産性を向上させるために微細化、高集積化が進んでおり、回路パターンを形成するためのリソグラフィ技術についても、より微細なパターンを高精度に形成するための技術開発が進められている。これに伴い、パターン形成に使用される露光装置の光源についても短波長化が進められ、波長１３．５ナノメートル（ｎｍ）の極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ光。以下、「ＥＵＶ光」と称する。）を用いたパターン転写のプロセスが開発されている。

【0003】

ＥＵＶ光を用いるリソグラフィでは従来の１９３ｎｍ等の深紫外光とは異なり、あらゆる物質の屈折率が１に近い値であり、吸収係数も大きいことから、屈折を用いた透過光学系を用いた露光ができない。そこで、屈折率差の大きい材料を交互に積層した多層膜ミラーを用いた反射光学系の露光装置が用いられている。具体的にはモリブデンとシリコンの多層膜が主に用いられる。

【0004】

マスクについても同様に基板上にモリブデンとシリコンの多層膜を形成した上にＥＵＶ光を高効率で吸収する材料で露光パターンを形成する。たとえば吸収パターンの材料としてはタンタルを主成分とするものが典型的に用いられ、多層膜の最上層にはルテニウムなどを成分とする保護膜が形成されているものも使用されている。

【0005】

従来の透過型のマスクにおいてはパターンを形成した後にペリクルを取り付けてパターン形成面に直接異物が付着するのを防止し、仮にマスク上に異物が付着したとしてもペリクル表面は焦点から大きくずれているために付着した異物が解像せず欠陥にならない。

【0006】

ＥＵＶリソグラフィにおいては従来のフォトリソグラフィで使用されてきた樹脂性のペリクル膜が使用できないため、ペリクルがなくてもマスクパターン表面に異物を付着することを防止する技術が開発されてきた。

【0007】

それとともに、従来と類似した構造のＥＵＶ用ペリクルも開発されてきた。ＥＵＶ光量の損失を最小限に抑えるために膜は非常に薄くする必要があるが、上述したようにＥＵＶ光は、あらゆる材料で吸収係数が高いことから、数μｍ以下の膜厚まで薄くしなければならない。このため、ペリクル膜だけでは機械的強度が弱く、搬送中の振動などによって、容易に破壊してしまうこともあった。

【0008】

上記の点を考慮して金属ワイヤーで構成した網状の構造の上に薄膜を形成したものや、シリコン単結晶を研磨したものなどがＥＵＶマスク用のペリクル（以下ＥＵＶペリクルと呼ぶ）として考案され、中でもＳＯＩ基板を用いることによってシリコンの梁構造と薄膜（以下メンブレンとも呼ぶ）からなるペリクルがたとえば特許文献１に開示されている。この梁構造によって、機械的強度が保つことが出来るようになっている。これは電子線露光用のステンシルマスクにおいて電子線を透過するパターンが形成されていないものと類似の構造である。これはたとえば特許文献２に開示されているようなものである。両者の差異は前記メンブレン構造にパターン加工が行われているか否かにあり、ペリクルはステ
ンシルマスクにパターンを付与する前のステンシルマスクブランクと非常に類似した構造である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１０−２５６４３４号公報

【特許文献2】特開２０１１−２１１２５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

このような梁構造とメンブレンから成るＥＵＶペリクルは、特に梁部分でのＥＵＶ光量の損失が大きくなるため、半導体転写パターンに光強度ムラを誘発し、半導体パターンの寸法均一性を低下させる問題が発生する。さらに、梁構造部からの異物の発生も多く、問題となっている。また、ＥＵＶ露光機の光源に含まれるアウトオブバンド光（ＥＵＶ光以外の光という意味でＯｕｔ ｏｆ ｂａｎｄ光と呼ばれている）がペリクル表面に当たって反射してしまうために、半導体パターンの品質を劣化させる問題や、ＥＵＶ光の高いエネルギー照射によってペリクルが温度上昇することによる劣化、その輻射熱がマスク表面の温度上昇を誘発し、ＥＵＶマスクを劣化（ＥＵＶ光の反射率の低下や膜応力変化によるパターン位置精度の低下等）させる問題もあった。

【0011】

本発明のペリクルは、このような問題を解決するもので、半導体パターンの高品質化、またペリクルやマスクの長寿命化が実現できるペリクルを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、係る課題に鑑みなされたもので、請求項１に記載の発明は、ＥＵＶマスク上に設けるペリクルであって、
ペリクル表面にＥＵＶ光源に含まれるアウトオブバンド光に対する低反射層と、
ダイヤモンド、ナノダイヤモンド（微結晶ダイヤモンド）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、窒化アルミニウム、金、銀、銅、アルミニウム、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のいずれかを含む高熱伝導層と、
を有し、
低反射層の材料が、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｚｒ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含むことを特徴とするものである。

【0018】

本発明の請求項２に記載の発明は、
露光領域に機械的強度を保つための梁構造体を有しないことを特徴とする請求項１記載のペリクルである。

【発明の効果】

【0019】

本発明を実施することにより、ＥＵＶ光を使用するリソグラフィに使用するＥＵＶマスクのパターン表面に異物が付着するのを防止するペリクルとして、ＥＵＶ光源に含まれるアウトオブバンド光の反射を低減でき、半導体パターンの劣化を防ぐことが出来る。また、ペリクルの温度上昇を抑制することが可能となるため、ペリクル自体の劣化やその輻射熱に起因するＥＵＶマスクの劣化を防ぐことが出来る。さらに、本発明のペリクルのうち、梁構造の無いタイプを用いれば、梁構造部でのＥＵＶ光量損失が無いために、従来見られていた半導体パターンの寸法均一性の低下は起こらない。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】従来のＥＵＶマスク用ペリクルの構造断面図である。

【図2】本発明のＥＵＶマスク用ペリクルの梁を有しない実施形態例の構造断面図である。

【図3】本発明のＥＵＶマスク用ペリクルの梁を有しない他の実施形態例の構造断面図である。

【図4】本発明のＥＵＶマスク用ペリクルの梁を有する実施形態例の構造断面図である。

【図5】本発明のＥＵＶマスク用ペリクルの梁を有する実施形態例の構造断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

まず、従来のＥＵＶマスク用ペリクル（以下ＥＵＶペリクルと呼ぶ）の形態について図を用いて説明する。図１は、従来のＥＵＶマスク用ペリクルの構造断面図である。ペリクルの基材としては市販のＳＯＩウェハを用いることができ、前記特許文献２と同様に電子線露光用ステンシルマスクブランクを作成すれば、ペリクルの基本構造となる。外枠部０１とペリクル膜０２と梁部０３が基本的な構造であるが、ペリクル膜の両面に酸化防止膜０４ａ、０４ｂが形成されている。さらにペリクルフレーム３０が外枠部０１の下部に接着されている。

【0022】

次に、本発明のＥＵＶペリクルの実施の形態例について図を用いて説明する。本実施形態例のＥＵＶペリクルの構造は、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）、図２（ｅ）、図３（ｆ）、図３（ｇ）、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）、図５（ｆ）、図５（ｇ）である。

【0023】

図２（ａ〜ｅ）、図３（ｆ、ｇ）は、いずれも外枠部０１とメンブレン部１０とペリクルフレーム３０から成る。図２（ａ）のメンブレン部１０は、ペリクル膜０２と低反射層０６の２層構造となっている。図２（ｂ）のメンブレン部は、ペリクル膜０２の両面が熱伝導層０７ａ、０７ｂによって挟まれた構造となっている。尚、図では例示していないが、この熱伝導層は、ペリクル膜の両面ではなく、少なくとものどちらか一方の面だけにあっても良い。図２（ｃ）のメンブレン部１０は、熱伝導層０７の両面がペリクル膜０２ａ、０２ｂによって挟まれた構造となっている。図２（ｄ）のメンブレン部１０は、熱伝導層０７の材料によってペリクル膜が出来ている。図２（ｅ）は、図２（ｂ）のメンブレン部１０の最表面に低反射層０６が形成されている。図３（ｆ）は、図２（ｃ）のメンブレン部１０の最表面に低反射層０６が形成されている。図３（ｇ）は、図２（ｄ）のメンブレン部１０の最表面に低反射層０６が形成されている。

【0024】

なお、ＥＵＶリソグラフィにおいて、パターン転写精度に重大な問題を招く上記弊害（
ＥＵＶ光量の損失，光強度ムラ，異物の発生）を解消し、技術的な優位性の高い「梁構造を持たないメンブレン部」を具備するペリクルの採用も、ＥＵＶマスクの搬送時の取扱いに注意することで、実用上の影響が少ないことが確認されている。本発明は、梁構造を持つ構造／持たない構造の双方への適用が可能であり、以後、梁構造を持つ場合について説明する。

【0025】

図４（ａ〜ｅ）、図５（ｆ、ｇ）は、いずれも外枠部０１とメンブレン部１０と梁構造部０３とペリクルフレーム３０から成る。図４（ａ）のメンブレン部１０は、ペリクル膜０２と低反射層０６の２層構造となっている。図４（ｂ）のメンブレン部は、ペリクル膜０２の両面が熱伝導層０７ａ、０７ｂによって挟まれた構造となっている。尚、図にはでは例示していないが、この熱伝導層は、ペリクル膜の両面ではなく、少なくとものどちらか一方の面だけにあっても良い。図４（ｃ）のメンブレン部１０は、熱伝導層０７の両面がペリクル膜０２ａ、０２ｂによって挟まれた構造となっている。図４（ｄ）のメンブレン部１０は、熱伝導層０７の材料によってペリクル膜が出来ている。図４（ｅ）は、図４（ｂ）のメンブレン部１０の最表面に低反射層０６が形成されている。図５（ｆ）は、図４（ｃ）のメンブレン部１０の最表面に低反射層０６が形成されている。図５（ｇ）は、図４（ｄ）のメンブレン部１０の最表面に低反射層０６が形成されている。

【0026】

これまで説明してきたように、本発明のＥＵＶペリクルの形態は、従来のＥＵＶペリクルには無い、低反射層もしくは熱伝導層もしくはその両方を有していることに特徴がある。

【0027】

本実施形態例のＥＵＶペリクルは、ペリクル膜を特に限定するものではない。

【0028】

本発明のＥＵＶペリクルの低反射層は、ＥＵＶ光源に含まれるアウトオブバンド光（波長１５０〜４００ｎｍ）に対して、低反射性を持たせる必要があるため、材料としてＳｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｚｒ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含み、膜厚１０〜２００ｎｍのである。

【0029】

本発明のＥＵＶペリクルの熱伝導層は、熱伝導率の高い材料（概ね100 W・m^−１・K^−１)以上）である必要があるため、ダイヤモンド、ナノダイヤモンド（微結晶ダイヤモンド）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、グラファイト、ＣＮＴ（カーボンナノチューブ）、窒化アルミニウム、金、銀、銅、アルミニウム、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）のいずれかを含む材料から成る。熱伝導層の膜厚は、厚ければ厚いほど熱を逃がす能力を高く出来るので、ＥＵＶペリクルの温度上昇を抑制できるが、ＥＵＶ光量の損失が多くなってしまうため、必要な露光量に応じて、膜厚を設定すればよい。

【0030】

本発明のＥＵＶペリクルでは、ペリクル膜が熱伝導層に挟まれた構造と、熱伝導層がペリクル膜に挟まれた構造の両方があるが、露光機内でマスクのクリーニングに使用されるガス（一般には水素や酸素が使われる）との反応性を考慮して、反応し難い材料を選択するのがよい。

【0031】

本発明において、ＥＵＶペリクルの製造方法を限定するものではないが、例えば製造方法の一つとして、電子線露光用ステンシルマスクブランクの製造工程を応用することで作製可能である。例えば、ＳＯＩウェハを元に、ステンシルマスクと同様の製造工程にて、Ｓｉメンブレンと外枠部（必要に応じて梁構造部も）からなる構造体を予め製造し、次いで、Ｓｉメンブレンの表面に低反射層となる材料を形成したり、Ｓｉメンブレンの両面に熱伝導層となる材料を形成したり、あるいはその両方を形成したりすることで、本発明のＥＵＶペリクルを作ることが出来る。

【0032】

また、これら低反射層や熱伝導層をＳＯＩウェハに直接形成してから、メンブレン部と外枠部（必要に応じて梁構造部も）からなる構造体を製造することも可能である。
これら、低反射層や熱伝導層の形成には、ＣＶＤ法（化学蒸着法）、ＰＶＤ法（物理蒸着法）、イオン注入法、拡散法、熱酸化など、様々な方法が可能である。

【0033】

本発明のＥＵＶペリクルにより、ＥＵＶ光源に含まれるアウトオブバンド光に対しての低反射性を有し、また露光中の温度上昇を防ぐことが可能となるため、ペリクルやマスクの長寿命化、半導体パターンの高品質化が実現できる。

【実施例1】

【0034】

以下、ＳＯＩ基板を用いたＥＵＶペリクルの製造工程を例にとり、実施例の詳細を示す。まず直径２００ｍｍ（８インチ）のＳＯＩ基板を用意した。このＳＯＩ基板の層構成はシリコン薄膜層、ＢＯＸ層、支持基板層の厚さがそれぞれ２μｍ、１μｍ、７２５μｍである。

【0035】

次に支持基板層上にスパッタリングにより窒化クロム層を形成し、パターン有効領域（露光領域に相当する領域）の窒化クロム層をフォトリソグラフィ法と塩素系ガスを用いたＲＩＥドライエッチング法により除去した。

【0036】

続いてフッ素系ガスを用いてＩＣＰプラズマエッチング装置にて支持基板層をエッチング処理した。エッチングストッパーとなるＢＯＸ層が露出するのをエッチング面の光反射率の変化から検出した。あらかじめ窒化クロム層を付与した領域（パターン有効領域以外の部分）は、フッ素系ガスによってエッチングされないため、エッチングマスクとして充分に機能し、エッチング処理後も残存した。

【0037】

次にＢＯＸ層をフッ酸水溶液によりエッチング除去し、超純水でリンスして清浄なシリコン薄膜層が露出した構造とした。こうして、パターン有効領域がシリコン薄膜層（メンブレン）の構造体が得られた。

【0038】

次に、シリコン薄膜層の表面のほぼ全領域に、ＳｉＯ_２膜をスパッタリングにより膜厚２５ｎｍの低反射層を形成した。これにより、図２（ａ）に相当するＥＵＶペリクルを得た。

【0039】

本実施例のＥＵＶペリクルのメンブレン部について、アウトオブバンド光である波長１５０〜４００ｎｍの平均反射率を測定したところ１７％となり、低反射層を形成しなかった場合の反射率４０％と比べて、充分な低反射機能を有していることが分かった。

【実施例2】

【0040】

本発明の別の形態を示す。実施例と同様にＳＯＩ基板を元に、パターン有効領域がシリコン薄膜層の構造体を形成するまでの工程は同じである。

【0041】

次に、シリコン薄膜層の両面にマイクロ波プラズマＣＶＤにより、ダイヤモンド薄膜を約２０ｎｍの膜厚で形成し、熱伝導層とした。これにより、図２（ｂ）に相当するＥＵＶペリクルを得た。

【0042】

本実施例のＥＵＶペリクルのメンブレン部の熱伝導を、レーザーフラッシュ法熱定数測定装置にて測定したところ、３３２W・m^−１・K^−１となり、熱伝導層を形成しなかった場合の熱伝導率１３４W・m^−１・K^−１と比べて、高い熱伝導性を有していることが分かった。

【実施例3】

【0043】

本発明の別の形態を示す。実施例と同様にＳＯＩ基板を元に、パターン有効領域がシリコン薄膜層の構造体を形成するまでの工程は同じである。

【0044】

実施例２と同様の方法で熱伝導層を形成したメンブレン部を製造した後、さらに実施例１と同様の方法で熱伝導層の上層に低反射層を形成した。これにより、図２（ｅ）に相当するＥＵＶペリクルを得た。
本実施例のＥＵＶペリクルのメンブレン部について、波長１５０〜４００ｎｍの平均反射率を測定したところ、１２％となり、充分な低反射性を有することが分かった。また、熱伝導率を測定したところ、３０８W・m^−１・K^−１となり、高い熱伝導性を有していることが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明を実施することにより、ＥＵＶ光を使用するリソグラフィに使用するＥＵＶマスクのパターン表面に異物が付着するのを防止するペリクルとして、ＥＵＶ光源に含まれるアウトオブバンド光の反射を低減でき、半導体パターンの劣化を防ぐことが出来る。また、ペリクルの温度上昇を抑制することが可能となるため、ペリクル自体の劣化やその輻射熱に起因するＥＵＶマスクの劣化を防ぐことが出来る。さらに、本発明のペリクルのうち、梁構造の無いタイプを用いれば、梁構造部でのＥＵＶ光量損失が無いために、従来見られていた半導体パターンの寸法均一性の低下は起こらない。

【符号の説明】

【0046】

０１…外枠部
０２、０２ａ、０２ｂ…ペリクル膜
０３…梁構造部
０４ａ、０４ｂ…酸化防止膜
０５…絶縁体層
０６…低反射層
０７、０７ａ、０７ｂ…熱伝導層
１０…メンブレン部
３０…ペリクルフレーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】