JP5736900B2

JP5736900B2 - 反射型露光用マスク

Info

Publication number: JP5736900B2
Application number: JP2011075616A
Authority: JP
Inventors: 陽坂田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012208415A

Description

本発明は、反射型露光用マスクに関する。

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。

ＥＵＶ露光用のマスク（ＥＵＶ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に、従来の透過型のマスクとは異なり、反射型のマスクである（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、パターンを形成する技術が開示されている。

また、ＥＵＶ光は、前記の通り、光の透過を利用する屈折光学系を使用できないことから、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、反射型マスクでは、マスクへの入射光と反射光が同軸上に設計できないという欠点があった。ここで、ＥＵＶマスクは、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に導く手法が採用されている。この手法では、光軸を傾斜することから、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指摘されている。
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。

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量が不足する。このため、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を感光させてしまうという問題が発生する。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。さらに、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は本来不必要なものであり、これは半導体基板に塗布されたレジストを感光してしまうことから、フィルターなどで除去すべき不要な光である。

しかしながら、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ことから、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において無視できない光量が積算され、配線パターンの寸法に影響を与えるという問題が発生する。

特開２００７−２７３６５１号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、半導体基板で多重露光されるチップの境界領域に相応するマスク領域からＥＵＶおよびＤＵＶの反射を除去した反射型露光用マスクを提供することにある。

本発明に従った反射型露光用マスクは、
基板と、
該基板上に形成された露光光を反射する多層反射膜と、
該多層反射膜上に形成された多層反射膜を保護する保護膜と、
該保護膜上に形成された露光光を吸収する吸収膜と、
該基板の多層反射膜とは反対面上に形成された裏面導電膜を有した、
波長５から１５ｎｍの光を露光光とするリソグラフィで用いられる反射型露光用マスクであって、
前記基板は石英(ＳｉＯ_２)を主成分とし、酸化チタン（ＴｉＯ_２)を含む材料で形成され、
前記多層反射膜は前記基板上にモリブデン(Ｍｏ)を材料とする層と珪素(Ｓｉ)を材料とする層とが重ねられた層が複数重ねられることで構成された多層構造で形成され、
前記保護膜は前記多層反射膜上に形成され、単層構造もしくは積層構造となっており、ルテニウム(Ｒｕ)またはシリコン（Ｓｉ）のいずれかを含む材料で形成され、積層構造の場合はその最上層がルテニウム（Ｒｕ）の酸化物、窒化物、酸窒化物や珪素（Ｓｉ）の酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含む材料で形成され、
前記吸収膜は、前記保護膜上に形成され、単層構造もしくは積層構造となっており、タンタル（Ｔａ）及びその酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含む材料で形成され、積層構造の場合はその最上層がタンタル（Ｔａ）の酸化物、窒化物、酸窒化物や珪素(Ｓｉ)の酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含む材料で形成され、
前記基板の多層反射膜とは反対面上に形成された裏面導電膜は、単層構造もしくは積層構造となっており、クロム(Ｃｒ)またはタンタル(Ｔａ）のいずれかの金属もしくはその酸化物、窒化物、酸窒化物で形成され、積層構造の場合はその基板側の層はクロム(Ｃｒ)またはタンタル(Ｔａ）のいずれかの金属もしくはその酸化物、窒化物、酸窒化物、または酸化珪素(ＳｉＯｘ)のいずれかを含む材料で形成されている。

本発明に従った反射型露光用マスクはさらに、前記吸収膜を選択的に除去することで回路パターンが形成され、前記回路パターンを除く前記回路パターンの周囲の部分に、前記吸収膜と前記保護膜と前記多層反射膜とを選択的に除去した枠状の領域が形成され、前記基板に対して対向位置の裏面導電膜の一部が前記枠状の領域と同形状を選択的に除去した枠状の領域が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、ＥＵＶおよびＤＵＶの反射を除去する手段として、半導体基板で多重露光されるチップの境界領域に相応するマスク領域の吸収層、保護層および多層反射膜の一部を選択的に除去して枠状の領域を形成し、また、基板に対して対向位置の裏面導電膜の一部を除去し、前記枠状の領域と略同形状の枠状領域を形成することを特徴とするフォトマスクを提供できる。

本発明の実施例の反射型露光用マスクの為のマスクブランクスを説明する断面図。本発明の実施例の反射型露光用マスクを説明する平面図。本発明の実施例の反射型露光用マスクの製造方法を説明する工程図。本発明の実施例の反射型露光用マスクの製造方法の各工程での断面図。本発明の実施例の反射型露光用マスクの製造方法の各工程での断面図。本発明の実施例の反射型露光用マスクの製造方法の各工程での断面図。本発明の実施例の反射型露光用マスクの製造方法を説明する工程図。

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。本発明ではその説明のため、膜と記載しているが、膜を層と理解してもよい。
先ず、本発明の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、反射型露光用マスクの為のマスクブランクス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スである。ＥＵＶ光の波長は、例えば１３．５ｎｍである。
基板１１の一面上に、多層反射膜１２、保護膜１３、吸収膜１４を、この順に形成する。基板１１の、多層反射膜１２とは反対側面には裏面導電膜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。吸収膜１４は、図１（ａ）で示す単層１４ａの場合と、図１（ｂ）で示す積層１４ｂの場合がある。また、裏面導電膜１５についても図１（ａ）で示す単層１５ａの場合と図１（ｂ）で示す積層１５ｂの場合がある。

次に、本発明の実施形態について、図２を参照して説明する。図２は、図１で示したマスクブランクス１０を用いた反射型露光用マスク１００であって、図２（ａ）はその反射型露光用マスク１００の平面図、図２（ｂ）はその反射型露光用マスク１００の断面図である。
この図２（ａ）（ｂ）に示すように、回路パターンＡの領域の外側に位置して、吸収膜１４、保護膜１３及び多層反射膜１２の一部にわたり遮光枠領域Ｂを形成した構造である。また、裏面導電膜１５には上記遮光枠領域Ｂに対向して一部重なる遮光枠領域Ｃを形成する。この遮光枠領域Ｃは遮光枠領域Ｂ以上の幅で形成する。

次に、本マスクの製造方法を図３乃至図６に示す。ここで、図３は工程のステップを示し、図４乃至図６は各工程での加工状態の断面図を示す。
まず、図１のマスクブランクス１０を用意し、吸収膜１４に回路パターンＡと領域Ｂを形成する。つまり、電子線に反応を示す化学増幅系や非化学増幅系レジスト２１を吸収膜１４に塗布し(Ｓ１)、所定の回路パターンＡと遮光枠領域Ｂを描画する(Ｓ２)、その後に、アルカリ溶液などで現像を行い(Ｓ３)、これにより形成したレジスト２１のパターンをマスクにして、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(Ｓ４)、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や硫酸やオゾン水などの酸化薬液による分解ないしは有機溶剤などで溶解除去する(Ｓ５)。その後、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と遮光枠領域Ｂが形成される。

次に、遮光枠領域Ｂの保護膜１３と多層反射膜１２の部分を形成する。まず、上記のマスク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(Ｓ８)。この後、遮光枠領域Ｂを露光または電子線で描画する(Ｓ９)。前記同様、現像(Ｓ１０)、エッチング(Ｓ１１)、レジストの除去(Ｓ１２)、洗浄(Ｓ１３）、乾燥(Ｓ１４)を行い、領域Ｂを完成する。エッチング工程(Ｓ１１)では、まず、保護膜１３の除去を、フッ素系ガスプラズマを用い、多層反射膜１２は保護膜１３と同じく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る方法で行ない、遮光枠領域Ｂを形成する。

これに引き続き、裏面導電膜１５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(Ｓ１５)。
次に、遮光枠領域Ｃを露光または電子線で描画する(Ｓ１６)。前記と同じく現像(Ｓ１７)、エッチング(Ｓ１８)、レジストの除去(Ｓ１９)、洗浄(Ｓ２０）、乾燥(Ｓ２１)を行い、遮光枠領域Ｃを完成させる。
以上の工程により反射型露光用マスク１００が完成する。

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い。しかし、本発明では、裏面導電膜を単層型もしくは積層型とし、基板１１側をアウトオブバンド光に対する反射防止膜としているが、裏面導電膜１５にさらに遮光枠領域Ｃを設けることにより、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。

本発明の別の実施形態について図７を引用して説明する。前記実施形態では回路パターンＡの形成後に遮光枠領域Ｂ，Ｃを形成したが、必ずしも、この順番である必要はない。本実施例では、遮光枠領域Ｃを最初に形成し、次に、領域Ａを、その次に遮光枠領域Ｂを形成する工程を示す。これらの工程を説明する図面は図４乃至図６を引用し、図７にその工程フローを示す。各工程の説明は図４乃至図６の場合と同じであるために省略する。

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、本発明の要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。

１０マスクブランクス
１１基板
１２多層反射膜
１３保護膜
１４ａ吸収膜
１４ｂ吸収膜
１５ａ裏面導電膜
１５ｂ裏面導電膜
２１レジスト（パターン）
１００反射型露光用マスク

Claims

基板と、
該基板上に形成された露光光を反射する多層反射膜と、
該多層反射膜上に形成された多層反射膜を保護する保護膜と、
該保護膜上に形成された露光光を吸収する吸収膜と、
該基板の多層反射膜とは反対面上に形成された裏面導電膜を有した、
波長５から１５ｎｍの光を露光光とするリソグラフィで用いられる反射型露光用マスクであって、
前記基板は石英(ＳｉＯ_２)を主成分とし、酸化チタン（ＴｉＯ_２)を含む材料で形成され、
前記多層反射膜は前記基板上にモリブデン(Ｍｏ)を材料とする層と珪素(Ｓｉ)を材料とする層とが重ねられた層が複数重ねられることで構成された多層構造で形成され、
前記保護膜は前記多層反射膜上に形成され、単層構造もしくは積層構造となっており、ルテニウム(Ｒｕ)またはシリコン（Ｓｉ）のいずれかを含む材料で形成され、積層構造の場合はその最上層がルテニウム（Ｒｕ）の酸化物、窒化物、酸窒化物や珪素（Ｓｉ）の酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含む材料で形成され、
前記吸収膜は、前記保護膜上に形成され、単層構造もしくは積層構造となっており、タンタル（Ｔａ）及びその酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含む材料で形成され、積層構造の場合はその最上層がタンタル（Ｔａ）の酸化物、窒化物、酸窒化物や珪素(Ｓｉ)の酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含む材料で形成され、
前記基板の多層反射膜とは反対面上に形成された裏面導電膜は、単層構造もしくは積層構造となっており、クロム(Ｃｒ)またはタンタル(Ｔａ）のいずれかの金属もしくはその酸化物、窒化物、酸窒化物で形成され、積層構造の場合はその基板側の層はクロム(Ｃｒ)またはタンタル(Ｔａ）のいずれかの金属もしくはその酸化物、窒化物、酸窒化物、または酸化珪素(ＳｉＯｘ)のいずれかを含む材料で形成され、
前記吸収膜を選択的に除去することで回路パターンが形成され、前記回路パターンを除く前記回路パターンの周囲の部分に、前記吸収膜と前記保護膜と前記多層反射膜とを選択的に除去した枠状の領域が形成され、前記基板に対して対向位置の裏面導電膜の一部が前記枠状の領域と同形状を選択的に除去した枠状の領域が形成されることを特徴とする反射型露光用マスク。
前記裏面導電膜の一部を選択的に除去した前記枠状の領域が、前記吸収膜と前記保護膜と前記多層反射膜とを選択的に除去した前記枠状の領域以上の幅で形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の反射型露光用マスク。