説明

反射型マスクおよび反射型マスクの製造方法

【課題】露光対象となっている回路パターン領域以外から光が反射することなく、精度よく露光転写ができる反射型マスクを提供する。
【解決手段】基板上に多層反射膜、保護膜、吸収膜、裏面導電膜が形成された反射型マスクブランクに、回路パターンと、回路パターン形成領域外の遮光枠領域とを設けて、反射型マスクを構成する。遮光枠領域内の吸収膜と、保護膜と、多層反射膜とを除去して溝を形成し、この溝の内部に不要な波長の光を吸収する樹脂層を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、反射型マスクおよび反射型マスクの製造方法に関し、より詳細には極端紫外線を光源として露光を行う半導体デバイスの製造装置などに利用される反射型マスクおよび反射型マスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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(フッ化アルゴン)エキシマレーザー光を用いた露光から、波長が13.5nmのEUV(Extreme Ultra Violet:極端紫外線)領域の光を用いた露光に置き換わりつつある。
【0003】
EUV露光用のマスクは、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、従来の透過型のマスクとは異なり、反射型のマスクが用いられる(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、ガラス基板上にモリブデン(Mo)層及びシリコン(Si)層を交互に積層して多層膜からなる光反射膜を形成し、その上にタンタル(Ta)を主成分とする光吸収体により、マスクパターンを形成する技術が開示されている。
【0004】
また、EUV光を利用する露光機では、前記の理由から光の透過を利用する屈折光学系が使用できないため、露光機の光学系も反射型となる。このため、透過型のビームスプリッターを利用した偏向が不可能である。従って、反射型マスクへの入射光の光路と反射型マスクからの反射光の光路とが同軸上となるような設計ができないという欠点がある。このため、EUV光を利用する露光機では、反射型マスクの垂線に対して6度程度光軸を傾けてマスクへ入射させた光の反射光を、半導体基板に導く手法が採用されている。
【0005】
ただし、この手法では、反射型マスクの垂線に対して光軸が傾斜していることから、マスクパターンに対する光の入射方向に依存して、半導体基板上でマスクの配線パターンがマスクパターンとは異なる線幅となる射影効果と呼ばれる問題が生じる。そこで、この射影効果を抑制ないし軽減するためにマスクパターンを形成している吸収膜の膜厚を薄膜化する提案がなされている。
【0006】
この薄膜化の手法では、EUV光を吸収するのに必要な光の減衰能力が不足するため、半導体基板への反射光が増加し、半導体基板上に塗布されたレジスト膜の露光不要な箇所までを感光させてしまうという問題が発生する。
【0007】
また、半導体基板では、チップを多面付で露光するために、隣接するチップにおいてはその境界領域において多重露光が発生する。そこで、チップの境界領域にあるレジストが不必要に感光されてしまうことを防止するため、反射型マスクに設けられるマスクパターンの周辺部に相対的に反射率の低い遮光枠領域を設けることが提案されている。例えば、遮光枠領域の反射率を低下させるために、反射型マスクの吸収膜から光反射膜まで掘り込んだ溝を設けた構成が知られている(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2007−273651号公報
【特許文献2】特開2009−212220号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
EUV光源は13.5nmにその放射スペクトルのピークを有するが、アウトオブバンド(Out of Band)と呼ばれる13.5nm帯以外の真空紫外線領域から近赤外線領域の光も放射することが知られている。このアウトオブバンド光は、半導体基板に塗布されたレジストを感光する。
【0010】
タンタル(Ta)を用いた光吸収膜は、真空紫外線から遠紫外線(Deep Ultra Violet:遠紫外線)領域の光も反射するため、マスクパターンの形成領域に入射したアウトオブバンド光によって問題が生じることはない。しかしながら、光吸収膜及び反射膜を除去した遮光枠領域に入射したアウトオブバンド光は、基板を透過し、基板の裏面に設けられた導電膜によって反射され、基板に照射されてしまう。上述の通り、隣接したチップの境界領域近傍の半導体配線部分となる領域は複数回露光されるため、反射したアウトバンド光の光量積算値は無視できない大きさとなり、配線パターンの寸法に影響を与えてしまうという問題が発生する。
【0011】
また、マスクパターン作製後の多層反射層の掘り込みには、例えば、シリコン(Si)とモリブデン(Mo)の合計80層を加工する必要があり、加工面からのパーティクル発生は避けられず、マスク品質の低下を招いてしまう。
【0012】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、半導体基板上において多重露光される、チップの境界領域に対応するマスク領域からの遠紫外線の反射を防止することができし、かつ、パーティクルの発生が低減された反射型マスクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明に係る反射型マスクは、基板と、基板表面に形成された反射膜と、反射膜の上に形成された保護膜と、保護膜の上に形成された吸収膜と、基板の裏面に形成された裏面導電膜とを具備する。吸収膜に設けられる回路パターン領域の外側の少なくとも一部に、吸収膜および保護膜および多層反射膜が部分的に除去された遮光枠領域が設けられており、遮光枠領域に樹脂膜が形成されている。
【0014】
また、本発明に係る反射型マスクの製造方法は、反射型マスクに塗布した樹脂に対し、電子線、紫外光、可視光もしくは赤外光を照射して樹脂を硬化させることにより、遮光枠領域に選択的に樹脂膜を形成するものである。この製造方法において、反射型マスクに塗布した樹脂に対し、基板の側面から紫外光、可視光もしくは赤外光を照射して樹脂を硬化させることにより、遮光枠領域に選択的に樹脂膜を形成しても良い。
【0015】
また、本発明に係る反射型マスクの製造方法は、反射型マスクに対し、遮光枠領域に選択的に樹脂膜を塗布することにより樹脂膜を形成するものである。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、遮光枠領域に設けた樹脂層に不要な紫外線を吸収させることができるので、基板を透過して裏面導電膜で反射された紫外線が露光対象の基板へと照射されることを抑制できる。また、吸収膜、保護膜、多層反射膜が除去された遮光枠領域に樹脂層が形成されていることによって、パーティクルの発生が低減される。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施形態に係る反射型マスクブランクの断面図
【図2】本発明の実施形態に係る反射型マスクの平面図及び断面図
【図3】本発明の実施形態に係る反射型マスクの製造方法を説明する工程図
【図4A】本発明の実施形態に係る反射型マスクの製造工程での加工状態を示す断面図
【図4B】図4Aに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4C】図4Bに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4D】図4Cに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4E】図4Dに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4F】図4Eに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4G】図4Fに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4H】図4Gに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4I】図4Hに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4J】図4Iに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4K】図4Jに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4L】図4Kに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図4M】図4Lに続く製造工程での加工状態を示す断面図
【図5】本発明の実施形態に係る反射型マスクの断面図
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、「膜」という用語を用いているが、この「膜」という用語を「層」と読み替えてもよい。
【0019】
図1は、実施形態に係る反射型マスクブランク10の断面図である。より具体的には、EUV光を用いた露光に使用するマスク用のブランクである。EUV光の波長は、例えば13.5nmである。基板11の一方面上に、多層反射膜12、保護膜13、吸収膜14がこの順に形成されている。基板11の他方面、すなわち、多層反射膜12が設けられている面とは反対側の面には、裏面導電膜15を積層して形成する。多層反射膜12、保護膜13、吸収膜14、及び裏面導電膜15は、公知のスパッタリング法を用いて形成することができる。
【0020】
次に、図2は、図1で示した反射型マスクブランク10を用いて作製した露光用反射型マスク100を示す図である。より詳細には、図2(a)は、反射型マスク100の平面図であり、図2(b)は、反射型マスク100の断面図である。
【0021】
図2(a)及び(b)に示すように、反射型マスク100の中央部には回路パターンAが設けられている。回路パターンAの形成領域の外側を取り囲むように、遮光枠領域Bが形成されている。図2(b)に示すように、遮光枠領域Bは、吸収膜14、保護膜13及び多層反射膜12が部分的に除去された領域である。更に、本実施形態では、遮光枠領域Bの吸収膜14、保護膜13及び多層反射膜12を除去して形成された溝の内部に樹脂層23が設けられている。
【0022】
次に、本実施形態に係る反射型マスクの製造方法を図3及び図4A〜4Mに示す。ここで、図3は、製造工程を示す工程図であり、図4A〜4Mは、各工程での加工状態を示す断面図である。
【0023】
まず、図4Aに示すブランクを用意し(ステップS0)、吸収膜14に回路パターンAと領域Bを形成する。より詳細には、電子線に反応を示す化学増幅系レジストや非化学増幅系レジスト等のレジスト21を吸収膜14に塗布し(ステップS1、図4B)、所定の回路パターンAを描画する(ステップS2、図4C)。次に、アルカリ溶液などで現像を行い(ステップS3、図4D)、これにより形成されたレジスト21のパターンをマスクとして、フッ素系ガスや塩素系ガスを用いたガスプラズマによるエッチングを行い、吸収膜14をパターニングする(ステップS4、図4E)。次に、不要なレジスト21のパターンを、酸素プラズマによる灰化、硫酸やオゾン水などの酸化薬液による分解、あるいは、有機溶剤などによる溶解等の処理を行うことによって除去する(ステップS5)。次に、必要に応じて、酸・アルカリ系薬品やオゾンガスや水素ガスなどを溶解した超純水や有機アルカリ系薬品、界面活性剤などによる洗浄処理(S6)と、遠心力を利用したスピン乾燥(S7)を行う。以上の工程により回路パターンAが形成される(図4F)。
【0024】
次に、遮光枠領域Bを形成する。より詳細には、回路パターンAが形成された吸収膜14上に、紫外線または電子線に反応を示すレジスト21を塗布する(ステップS8、図4G)。次に、遮光枠領域Bのパターンを露光または電子線で描画する(ステップS9、図4H)。その後、現像(ステップS10、図4I)、エッチング(ステップS11)、レジスト21の除去(ステップS12)、洗浄・乾燥(ステップS13)を行い、遮光枠領域Bを形成する(図4J)。エッチング工程(ステップS11)では、フッ素系ガスプラズマもしくは塩素ガス系プラズマを交互に用いて、吸収層14、保護膜13、多層反射膜12の一部が除去される。
【0025】
次に、回路パターンA及び遮光枠領域Bが形成された基板上に、感光性のポリイミド、ノボラック、ポリヒドロキシスチレン、アクリル樹脂等の樹脂を塗布する(ステップS14、図4K)。樹脂の塗布は、スピンコート法など、公知の方法で行なっても良いし、必要な部分だけを選んで塗布しても良い。
【0026】
感光性樹脂としては、真空中におけるEUV光や紫外光の露光に対し、アウトガスを出さないもの、樹脂の破壊が起きないものが望ましい。また、感光性樹脂に、酸発生剤、クエンチャー、溶解抑止剤などを添加することにより、アウトオブバンド光に対する吸光度を調節してもよい。
【0027】
また、樹脂を硬化させる手段としては、樹脂の種類や硬化剤により、可視光、紫外光、赤外光などの電磁波や、加熱、圧力、硬化剤の添加など、公知の方法を採用することができる。
【0028】
次に、塗布した樹脂のうち、遮光枠領域Bの部分にある樹脂22を選択的に硬化させる(ステップS15)。ここで、ステップS15で行う樹脂の硬化方法を例示する。ただし、本発明に適用可能な樹脂硬化方法は、以下に挙げる方法に限定されるものではない。例えば、下記の通常描画による方法において、選択塗布による方法で使用されている、熱硬化性の樹脂を用いることも可能である。また、必要とする樹脂膜の厚さや製造工程等により、使用する樹脂・硬化方法を適宜選択することができる。尚、図4L及び4Mにおいて、符号23が付された黒塗り部分が硬化した樹脂を表す。
【0029】
<1.通常露光または通常描画による方法>
図4Lにおいて矢印で示すように、基板11の上面から遮光枠領域Bにのみ電子線または紫外光を照射して、遮光枠領域Bの感光性樹脂22を選択的に硬化させる。
【0030】
<2.横面露光による方法>
図4Mに示すように、基板11の側面から波長150から400nmの露光光を入射させる。基板11の表面に多層反射膜12が形成されている部分では露光光は反射し、基板11上のレジスト21を感光させることがない。一方、遮光枠領域Bでは多層反射膜12が形成されていないため、入射した露光光によりレジスト21の感光が行われ、樹脂膜23が形成される。
【0031】
<3.選択塗布による方法>
上記の項目1及び2で説明した方法に代えて、インクジェット方式などにより、遮光枠領域Bだけに選択的に樹脂を塗布し、加熱などにより樹脂を硬化させることによって、樹脂膜23を形成してもよい。この場合、使用する樹脂に感光性は不要であり、加熱などにより硬化するものであればよい。
【0032】
その後、現像処理を行って未硬化の樹脂22を除去すると(ステップS16)、図5(a)または(b)に示す反射型マスク100が完成する。図5(a)に示す反射型マスク100では、樹脂膜23は、基板11の上面から吸収膜14の表面に達するように形成され、その厚みは遮光枠領域Bに形成された溝の深さとほぼ等しい。一方、図5(b)に示す反射マスク10では、樹脂膜23は、基板11の上面から吸収膜14の表面より低い位置まで達するように形成されており、その高さは遮光枠領域Bに形成された溝の深さより小さい。
【0033】
図5(b)のように、遮光枠として掘り込んだ部分の一部に樹脂膜23を形成する場合、裏面導電膜15で反射したアウトオブバンド光が露光対象であるウェハ側(すなわち、反射型マスク100の吸収膜14側)に届いたとしても、半導体基板上に塗布されたレジスト21の感光を避けることができる程度になるように、樹脂膜23の吸光度や膜厚を調整することが好ましい。
【0034】
樹脂塗布膜厚や露光量、現像条件を適宜設定することによって、遮光枠領域Bに形成する樹脂膜23は、アウトオブバンド光の吸光度が0.5以上となるように形成される。これにより、反射型マスク100を用いた露光時時に、遮光枠領域32からの不必要なアウトオブバンド光を、従来の10%以下に抑えることができ、半導体基板上に塗布されたレジスト21の不要箇所の感光を避けることが可能となる。尚、ここでいう吸光度は、ある物体を光が通った際に、強度がどの程度弱まるかを示す無次元量であり、分光光度計等、通常利用される機器で測定することができる。
【0035】
従来の基板は遮光枠領域Bの形成だけでは基板11を一旦透過して裏面導電膜15から反射して再度戻ってくる光成分を除去しきれなかった。これに対して、本発明では遮光枠領域Bに紫外光を吸収する樹脂膜を形成することで、不必要なアウトオブバンド光が半導体基板側に導かれず、半導体基板上に塗布されたレジストの感光を避けることが可能となった。また、遮光枠領域Bの堀り込み部分に樹脂膜23を設けることによって、パーティクルの発生を低減することが可能となる。
【0036】
本発明は前記実施形態そのままに限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、変形して具体化できる。また、明細書に示される事項の適宜の組み合わせによって種々の発明を想定できるものである。
【0037】
一例として、上述した実施形態では、多層反射膜12と吸収膜14との間に保護膜13を設けてあるが、保護膜13を設けず、多層反射膜12の上に直接、吸収膜14を設けてもよい。また、多層反射膜12と吸収膜14との間、または、保護膜13と吸収膜14との間に緩衝膜を設けてもよい。またさらに、基板11と多層反射膜12との間に、露光の際のチャージアップを防止するための導電膜を設けるようにしてもよい。
【実施例】
【0038】
以下、本発明の反射型マスク100の製造方法の実施例を説明する。
【0039】
まず、反射型マスクブランク10を用意した。この反射型マスクブランク10は、基板の上に、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の40ペアの多層反射膜12と、2.5nm厚のRuの保護層13と、70nm厚のTaSiからなる吸収層14とを、基板11の上に順次形成したものである。
【0040】
この反射型マスクブランク10に対し、ポジ型化学増幅レジスト(FEP171:富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ)を300nmの膜厚で塗布し、電子線描画機機(JBX9000:日本電子)によって描画後、110度、10分のPEB(Post Exposure Bake:露光後の焼きしめ)およびスプレー現像(SFG3000:シグマメルテック)によりレジストパターンを形成した。
【0041】
次いで、ドライエッチング装置を用いて、CF4プラズマとCl2(塩素ガス)プラズマにより、吸収膜14をエッチングし、レジスト剥離洗浄することで、評価パターンを有する反射型マスクを作製した。評価パターンは、マスクの欠陥品質をマスク検査機によって評価できるように、寸法200nmの1:1のライン&スペースパターンをマスク中心に配置した。パターン領域の大きさは、10x10cmとした。
【0042】
次いで、上記評価パターンを有する反射型マスクのパターン領域に対して、遮光枠を形成する工程を行った。反射型マスクにi線レジストを500nmの膜厚で塗布し、そこへi線描画機(ALTA)により描画、現像を行うことにより、後に遮光枠となる領域を抜いたレジストパターンを形成した。このときレジストパターンの開口幅は5mmとし、マスク中心部に10x10cmのメインパターン領域から3mmの距離に配置した。
【0043】
次いで、ドライエッチング装置を用いてCF4プラズマにより、上記レジストの開口部の多層反射層をエッチングし、硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水により、レジスト剥離・洗浄を実施し、ドライエッチングで残ったレジストを除去した。
【0044】
次いで、上記のように加工した多層反射層の掘り込み部を有する反射型マスクのパターン面上に、ネガ型化学増幅レジスト(FEN271:富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ)を500nmの膜厚で塗布した。そして、基板11の横面より、波長254nmのUV光を入射させ、前記レジストを、遮光枠領域のみ選択的に硬化させて、110度、10分のPEBおよびスプレー現像(SFG3000:シグマメルテック)により樹脂膜23を形成した。これにより、図5(b)で示す形態の樹脂膜23を形成することができた。膜厚は約250nmであった。
【0045】
このように、遮光枠領域(部分)を樹脂膜で覆うことにより、波長130nmから300nmの光に対する吸光度が0.5以上となり、光の影響を軽減することができた。また、遮光枠領域32の溝内部の少なくとも一部樹脂膜23で覆うことにより、パーティクルなどの発生を低減することができた。
【産業上の利用可能性】
【0046】
本発明は、EUV領域の光を利用して露光を行う際の反射型マスク及びその製造方法として利用できる。
【符号の説明】
【0047】
10 反射型マスクブランク
11 基板
12 多層反射膜
13 保護膜
14 吸収膜
15 裏面導電膜
21 レジスト
22 感光性樹脂
23 樹脂膜
31 回路パターン
32 遮光枠領域
101 反射型マスク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
反射型マスクであって、
基板と、
前記基板表面に形成された反射膜と、
前記反射膜の上に形成された保護膜と、
前記保護膜の上に形成された吸収膜と、
前記基板の裏面に形成された裏面導電膜とを具備し、
前記吸収膜に設けられる回路パターン領域の外側の少なくとも一部に、前記吸収膜および前記保護膜および前記多層反射膜が部分的に除去された遮光枠領域が設けられており、
前記遮光枠領域に樹脂膜が形成されている、反射型マスク。
【請求項2】
前記樹脂膜の、波長130nmから300nmの光に対する吸光度が0.5以上であることを特徴とする、請求項1に記載の反射型マスク。
【請求項3】
前記樹脂膜が、波長130nmから300nmの光に対する吸光度が0.5以上となる膜厚を有することを特徴とする、請求項1に記載の反射型マスク。
【請求項4】
前記樹脂膜の材料は、少なくともポリイミド、ポリヒドロキシスチレン、ノボラック、アクリル樹脂のいずれかであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の反射型マスク。
【請求項5】
前記樹脂膜は、電子線、紫外光、可視光もしくは赤外光を用いて硬化することにより、遮光枠領域に選択的に形成されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の反射型マスク。
【請求項6】
請求項1〜4のいずれかに記載の反射型マスクの製造方法であって、
該反射型マスクに塗布した樹脂に対し、電子線、紫外光、可視光もしくは赤外光を用いて樹脂を硬化させることにより、前記遮光枠領域に選択的に前記樹脂膜を形成することを特徴とする、反射型マスクの製造方法。
【請求項7】
請求項1〜4のいずれかに記載の反射型マスクの製造方法であって、
該反射型マスクに塗布した樹脂に対し、前記基板の側面から紫外光、可視光もしくは赤外光を照射して樹脂を硬化させることにより、前記遮光枠領域に選択的に前記樹脂膜を形成することを特徴とする、反射型マスクの製造方法。
【請求項8】
請求項1〜4のいずれかに記載の反射型マスクの製造方法であって、
該反射型マスクに対し、前記遮光枠領域に選択的に樹脂膜を塗布することにより前記樹脂膜を形成することを特徴とする、反射型マスクの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4A】
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【図4B】
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【図4C】
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【図4D】
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【図4E】
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【図4F】
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【図4G】
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【図4H】
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【図4I】
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【図4J】
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【図4K】
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【図4L】
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【図4M】
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【図5】
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