JP2018120009A - 反射型フォトマスク及び反射型フォトマスクブランク - Google Patents

Abstract

【課題】基板、多層反射層、保護膜、吸収膜を備える反射型フォトマスクにおいて、吸収膜として高吸収性材料を使用した場合であっても所望の位相差及び反射率が得られ、射影効果を軽減することが可能な反射型フォトマスク及びそれを作製するための反射型フォトマスクブランクを提供する。【解決手段】基板上に多層反射層、保護膜、吸収膜層パターンをこの順に備え、前記吸収膜層パターンは第１の吸収膜パターンと第２の吸収膜パターンの２層膜構造からなり、前記第１の吸収膜パターンは波長１３．５ｎｍにおける消衰係数が０．０６以上の高吸収材料であり、前記第２の吸収膜パターンは０．０２以下の低吸収材料であり、かつ、波長１３．５ｎｍにおける位相差が１６０度〜２００度であり、反射率が１％〜４０％である。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造技術に関し，特に極端紫外線（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）を露光光とするリソグラフィで使用する反射型フォトマスク、及びそれを作製するための反射型フォトマスクブランクに関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体デバイスの微細化に伴い、フォトリソグラフィ技術の微細化に対する要求が高まっている。既に、リソグラフィの露光も従来の波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を用いた露光から、波長が１３．５ｎｍ付近のＥＵＶ領域の光を用いた露光に置き換わりつつある。

ＥＵＶ領域の光に対してほとんどの物質が高い光吸収性をもつため、ＥＵＶ露光用のフォトマスク（ＥＵＶマスク）は、従来の透過型のマスクとは異なり、ＥＵＶ光を反射する反射型のフォトマスクを用いる。例えば、特許文献１には、ガラス基板上にシリコン（Ｓｉ）膜及びモリブデン（Ｍｏ）膜を交互に積層した多層膜からなる反射層を形成し、その上に反射層を保護するための保護膜（Ｃａｐｐｉｎｇ膜）を介して、タンタル（Ｔａ）を主成分とする吸収膜により半導体回路パターン（吸収膜パターン）を形成する構造が開示されている。

同様に、ＥＵＶ光を用いる光学系では、紫外線露光の場合のような屈折光学系が使用できず、透過型のビームスプリッタを利用した偏向が不可能であることから、露光機の光学系も反射型となる。
従って、ＥＵＶマスクを用いる露光光学系では、マスクへの入射光と反射光が同軸上に設計できず、６度程度光軸を傾けてマスクへ入射した光の反射光を半導体基板（ウェハ）に導き、ウェハ上に塗布された感光性樹脂を感光させる手法が採用されている。

前記のようにＥＵＶ露光では光軸を傾斜させることから、マスクで反射する際に、マスクへの光の入射方向に依存して吸収膜パターンの一部が影となって、ウェハ上で本来の設計パターンとは異なる回路パターンが形成される現象（射影効果）が発生することが知られている。この射影効果により、吸収膜パターンの線幅、向き、ピッチ等に依存してウェハ上で線幅誤差やパターンの位置ずれが生じてしまい、転写品質を悪化させる。そしてこの射影効果による影響は、パターン線幅が微細になるほど顕著になる。

そこで、射影効果を軽減するために、吸収膜の膜厚を薄膜化して吸収膜パターンの高さを低くすることとし、薄膜化できる材料として、ＥＵＶ光の高吸収性材料を吸収膜とする提案がなされている（例えば特許文献２）。なお、現在一般的に用いられている吸収膜の膜厚は６０ｎｍ〜７０ｎｍである。

さらには、位相シフトの原理を利用することで、コントラストを維持しながら吸収膜に位相差１８０度を持たせることで、薄膜化することができると提案されている（例えば特許文献３）。この文献によれば、薄膜化による吸収膜からの吸収しきれなくなった反射光と位相差を利用して、位相シフト効果を得ている。

しかし、これらの手法では、材料によって位相差１８０度にできる膜厚が変わってしまうこと、そしてその材料によって反射率が変わってしまうため、所望の反射率を得るためには、その都度材料から選択する必要があり、その都度工程設計や加工条件の最適化をしなおす必要があるという問題があった。

特開２００９−８８１６６号公報 特許第５６０９８６５号公報 国際公開２０１１／００４８５０号公報

そこでこれらの問題を鑑み、本発明の課題とするところは、薄膜化が可能で、フォトマスクの工程設計を特段変更することなく、同じ材料を用いて、所望の位相差及び反射率が得られる反射型フォトマスク、及び反射型フォトマスクブランクを提供することにある。

上記の問題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
基板上に、多層反射層、保護膜、吸収膜層パターンをこの順に備えた反射型フォトマスクであって、前記吸収膜層パターンは、基板に遠い側から第１の吸収膜パターンと第２の吸収膜パターンの２層膜構造からなり、
前記第１の吸収膜パターンは、波長１３．５ｎｍにおける消衰係数が０．０６以上の高吸収材料であり、前記第２の吸収膜パターンは、波長１３．５ｎｍにおける消衰係数が０．０２以下の低吸収材料であり、かつ、
前記吸収膜層パターンは、波長１３．５ｎｍにおける位相差が１６０度〜２００度であり、反射率が１％〜４０％であることを特徴とする反射型フォトマスクとしたものである。

また、請求項２に記載の発明は、
前記第１の吸収膜パターンと第２の吸収膜パターンは、いずれか一方の吸収膜パターンがＳｎ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物からなる群より選択される少なくとも一種の原子または分子を主たる構成要素とし、他方の吸収膜パターンがＭｏ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物からなる群より選択される少なくとも一種の原子または分子を主たる構成要素とすることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスクとしたものである。

請求項３に記載の発明は、
基板上に多層反射層、保護膜、吸収膜層をこの順に備えた反射型フォトマスクブランクであって、
前記吸収膜層は、基板に遠い側から第１の吸収膜と第２の吸収膜の２層膜構造からなり、前記第１の吸収膜は、波長１３．５ｎｍにおける消衰係数が０．０６以上の高吸収材料であり、前記第２の吸収膜は、波長１３．５ｎｍにおける消衰係数が０．０２以下の低吸収材料であり、かつ、
前記吸収膜層は、波長１３．５ｎｍにおける位相差が１６０度〜２００度であり、反射率が１％〜４０％であることを特徴とする反射型フォトマスクブランクとしたものである。

請求項４に記載の発明は、
前記第１の吸収膜と第２の吸収膜は、いずれか一方の吸収膜がＳｎ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物からなる群より選択される少なくとも一種の原子または分子を主たる構成要素とし、他方の吸収膜がＭｏ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物からなる群より選択される少なくとも一種の原子または分子を主たる構成要素とすることを特徴とする請求項３に記載の反射型フォトマスクブランクとしたものである。

本発明の反射型フォトマスク、及びそれを作製するための反射型フォトマスクブランクによれば，吸収膜を高吸収材料と低吸収材料の２層吸収膜とするので、その２層の膜厚比率を変えることで、薄膜化が可能で、材料を特段変えることなく、所望の位相差および反射率を有する反射型フォトマスク、及び反射型フォトマスクブランクの製造が可能となる。その結果、位相シフトや反射率などによる高コントラスト化や薄膜化の効果などにより射影効果を軽減することができ、転写したウェハパターン上での線幅誤差やパターンの位置ずれを低減することが可能となる。

本発明の反射型フォトマスクブランクの実施形態に係る層構造を示す模式断面図である。 本発明の反射型フォトマスクの実施形態に係る層構造とＥＵＶ光の反射状態を説明するための模式断面図である。 (ａ)〜(ｄ)は、本発明の反射型フォトマスクの実施形態に係るマスク製造工程を説明するための模式断面図である。 本発明の反射型フォトマスクの実施形態に係る、位相差１８０度におけるＳｎＯ膜比率と反射率及び吸収膜層の総膜厚の関係を説明するための図である。

以下，本発明の実施形態に係る反射型フォトマスクブランク、及びこれを用いた反射型フォトマスクについて詳細に説明する。尚、同一の構成要素については便宜上の理由が無い限り同一の符合を付け、重複する説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じではない。

図１は、本発明の反射型フォトマスクブランク１０の実施形態に係る構造を示す模式断面図である。
本発明の反射型フォトマスクブランク１０は、基板１上に、多層反射層２、保護膜３、第２の吸収膜４、第１の吸収膜５をこの順に積層してなる。ここで、第２の吸収膜４と第１の吸収膜５とを総称して吸収膜層６とする。

本発明の反射型フォトマスクブランクは上記の実施形態に限るものではなく、例えば、別な形態として、保護膜３と第２の吸収膜４の層間に、緩衝膜（図示せず）を設けることができる。この緩衝膜は、第２の吸収膜４のエッチング停止層となり、かつ吸収膜パターン欠陥の修正時のバッファとなる膜である。

本発明の反射型フォトマスクブランク１０において、第１の吸収膜５の波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対する消衰係数は０．０６以上であり、第２の吸収膜４の前記消衰係数は０．０２以下である。すなわち、第１の吸収膜５は高吸収材料からなるものであり、第２の吸収膜４は低吸収材料からなるものである。

従来の反射型フォトマスクブランクの吸収膜は、Ｔａに代表されるように波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光に対する消衰係数が０．０４以下である。これに対し本発明の反射型フォトマスクブランクの第１の吸収膜は０．０６以上であるので吸収性が高く、そのため従来の吸収膜の膜厚７０ｎｍよりも薄膜化することができる。

従って、図２に示すような反射型フォトマスク２０としたときの吸収膜パターンによる射影効果を軽減することが可能となる。図２は、本発明の反射型フォトマスクの実施形態の層構成及びＥＵＶ光の入射及び反射の状態を示している。図２では、第１の吸収膜パターン１５及び第２の吸収膜パターン１４から構成される吸収膜層パターン１６のようにパターン形成されており、パターン開口部に入射した入射光Ｉは保護膜３を通して多層反射層２で反射光Ｒ０のように反射され、吸収層１６に入射した入射光Ｉは反射光Ｒのように反射される。

本発明の反射型フォトマスクブランク１０はさらに、第１の吸収膜５と第２の吸収膜４の膜厚比率を制御することにより、吸収膜層６の位相差１６０度〜２００度における所望の反射率を１％〜４０％の範囲内に調整することができる特性を有している。このような所望の反射率は、それぞれの膜の膜厚や屈折率、消衰係数を用いて、光学計算により求めることができる。なおこれらの計算において、ＥＵＶ光の波長を１３．５ｎｍとしている。

また、本発明の反射型フォトマスクを用いて所望の回路パターンを形成する場合においても、パターン種、寸法、ピッチに適した所望の反射率を、膜厚比率の調整のみにより容易に得ることができる。これにより、露光時に高コントラストが得られ、射影効果を軽減することが可能となる。

図３に、本発明の反射型フォトマスクブランク１０を用いた反射型フォトマスク２０のリソグラフィ技術による製造工程を示す。
図３（ａ）は、平坦な低熱膨張基板１上に多層反射層２が成膜され、その上に多層反射層２を保護する保護膜３が成膜され、さらにその上に第２の吸収膜４と第１の吸収膜５がこの順に成膜された反射型フォトマスクブランク１０上に、電子線描画またはレーザー描画用のレジスト７がコーティングされ形成された形態を示している。

次に、図３（ｂ）に示すように、電子線またはレーザーによりパターン描画を行い、現像してレジストパターン７ａを形成した後、図３（ｃ）に示すように、レジストパターン７ａをエッチングマスクとして塩素系ガス（または臭素系、ヨウ素系、フッ素系ガス）により第１の吸収膜５のドライエッチングを行い、第１の吸収膜パターン５ａを形成する。このときレジストパターン７ａは、第１の吸収膜５とのエッチング選択比に応じて膜減りして、レジストパターン７ｂとなる。

引き続き、図３（ｄ）に示すように、膜減りしたレジストパターン６ｂの及び第１の吸収膜パターン５ａをエッチングマスクとして、今度はフッ素系ガス（または塩素系ガス）により第２の吸収膜４のドライエッチングを行い、第２の吸収膜パターン４ａを形成する。この過程中にレジストパターン６ｂが消失しても、レジストパターン６ｂの消失後は、第１の吸収膜パターン５ａがエッチングマスクとして機能する。

このとき、第１の吸収膜パターン５ａは、第２の吸収膜４とのエッチング選択比に応じて膜減りするが、あらかじめ実験により膜減り量を測定しておき、膜減り量の分だけ第１の吸収膜５を厚く成膜しておけばよい。最終的に必要な第１の吸収膜パターン５ａの線幅が細り、第２の吸収膜パターン４ａが予定の線幅よりも細くなる場合は、あらかじめ実験により細り量を測定しておき、その分だけ描画パターンの線幅を太くしておけばよい。

このようにして、本発明の反射型フォトマスク２０を作製することができる。

本発明の反射型フォトマスク、及び反射型フォトマスクブランクで用いる第１の吸収膜と第２の吸収膜の材料としては、ＥＵＶ光の吸収性（消衰係数）や、ドライエッチング特性、コスト等の総合的な観点から、一方がＳｎ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物からなる群より選択される少なくとも一種の原子、及び分子を主たる構成要素とし、他方がＭｏ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物からなる群より選択される少なくとも一種の原子、及び分子を主たる構成要素とすることが好ましい。ここで、「主たる構成要素」と
は、これらの原子、及び分子を成す原子数の和が、全原子数の９０％以上であることを意味する。

次に本発明の反射型フォトマスクブランクを最適化すべく検討した実施例を示す。

まず、ＥＵＶ波長（１３．５ｎｍ）における各種材料の光学定数（屈折率：ｎ、消衰係数：ｋ）を表１に示す。

表１の数値を基に、本発明の反射型フォトマスクブランクの実施例として、第１の吸収膜をＳｎＯ、第２の吸収膜をＭｏとしたときの、位相差１８０度における第１及び第２の吸収膜の総膜厚に占めるＳｎＯ膜の比率を横軸として、ＥＵＶ反射率と、吸収膜層の総膜厚を計算した結果を、図４に示す。
尚、これらの計算において、保護膜は厚さ２．５ｎｍのＲｕ膜、多層反射層はＳｉとＭｏによる４０対の多層膜として計算している。

図４から、第１の吸収膜すなわち高吸収材料であるＳｎＯ膜において、総膜厚におけるＳｎＯ膜厚の比率を変えることで、高反射率では３７．５％、低反射率では３．１％と、広範囲に反射率の調整が可能であり、所望の反射率が得られることがわかった。
またこのとき、吸収膜層の膜厚は４４〜４５ｎｍであり、従来の吸収膜の膜厚が６０〜７０ｎｍであることに比べると薄膜化できている。

このように本発明の反射型フォトマスクブランクにおいては、上記のような２層の吸収膜の構造であれば、第１の吸収膜と第２の吸収膜の膜厚比率を調整するだけで所望の反射率を得ることができ、さらには従来の膜厚よりも薄膜化することができる。

例えば、高反射率とすれば射影効果の軽減が、そして低反射率とすれば高コントラストが見込まれる。これにより、所望の回路パターンのパターン種、寸法、ピッチに応じて最適構造を選択することで、射影効果の軽減、高コントラストなどの特性を得ることができ、転写したウェハ上で線幅誤差やパターンの位置ずれを低減することが可能となる。

１・・・・基板
２・・・・多層反射層
３・・・・保護膜
４・・・・第２の吸収膜
４ａ・・・第２の吸収膜パターン
５・・・・第１の吸収膜
５ａ・・・第１の吸収膜パターン
６・・・・吸収膜層
７・・・・レジスト
７ａ・・・レジストパターン
７ｂ・・・膜減りしたレジストパターン
１０・・・反射型フォトマスクブランク
１４・・・第２の吸収膜パターン
１５・・・第１の吸収膜パターン
１６・・・吸収膜層パターン
２０・・・反射型フォトマスク
Ｉ・・・入射光
Ｒ・・・吸収層における反射光
Ｒ０・・・多層反射層＋保護層における反射光

Claims (4)

1. 基板上に、多層反射層、保護膜、吸収膜層パターンをこの順に備えた反射型フォトマスクであって、前記吸収膜層パターンは、基板に遠い側から第１の吸収膜パターンと第２の吸収膜パターンの２層膜構造からなり、
   前記第１の吸収膜パターンは、波長１３．５ｎｍにおける消衰係数が０．０６以上の高吸収材料であり、前記第２の吸収膜パターンは、波長１３．５ｎｍにおける消衰係数が０．０２以下の低吸収材料であり、かつ、
   前記吸収膜層パターンは、波長１３．５ｎｍにおける位相差が１６０度〜２００度であり、反射率が１％〜４０％であることを特徴とする反射型フォトマスク。
2. 前記第１の吸収膜パターンと第２の吸収膜パターンは、いずれか一方の吸収膜パターンがＳｎ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物からなる群より選択される少なくとも一種の原子または分子を主たる構成要素とし、他方の吸収膜パターンがＭｏ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物からなる群より選択される少なくとも一種の原子または分子を主たる構成要素とすることを特徴とする請求項１に記載の反射型フォトマスク。
3. 基板上に多層反射層、保護膜、吸収膜層をこの順に備えた反射型フォトマスクブランクであって、
   前記吸収膜層は、基板に遠い側から第１の吸収膜と第２の吸収膜の２層膜構造からなり、前記第１の吸収膜は、波長１３．５ｎｍにおける消衰係数が０．０６以上の高吸収材料であり、前記第２の吸収膜は、波長１３．５ｎｍにおける消衰係数が０．０２以下の低吸収材料であり、かつ、
   前記吸収膜層は、波長１３．５ｎｍにおける位相差が１６０度〜２００度であり、反射率が１％〜４０％であることを特徴とする反射型フォトマスクブランク。
4. 前記第１の吸収膜と第２の吸収膜は、いずれか一方の吸収膜がＳｎ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物からなる群より選択される少なくとも一種の原子または分子を主たる構成要素とし、他方の吸収膜がＭｏ及びそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物からなる群より選択される少なくとも一種の原子または分子を主たる構成要素とすることを特徴とする請求項３に記載の反射型フォトマスクブランク。