JP2006191076A - 反射フォトマスク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＵＶの吸収物質のパターンに設計された形状をシリコンウェーハに正確に具現させる反射フォトマスクを提供する。
【解決手段】基板11と、基板上に形成され、超紫外線を反射させうる材料からなる反射層12と、反射層に超紫外線に対する吸収物質のイオンがイオン注入法によって注入されて所定パターンをなすイオン部20と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射フォトマスク及びその製造方法に係り、さらに詳細には、半導体製造工程において、超紫外線（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）を使用した高解像度のフォトリソグラフィ技術に使用するのに適した反射フォトマスク及びその製造方法に関する。

半導体製造工程のフォトリソグラフィ工程において、１００ｎｍ以下の描画サイズを実現する露光技術のうちの一つがＥＵＶ領域の露光波長を利用した技術である。

ＥＵＶ領域では、ほとんどの物質が高い吸光性を有するため、ＥＵＶを使用する露光技術には、反射フォトマスクが使われる。一般的なＥＵＶ用フォトマスクは、ＥＵＶ領域での反射率が高い鏡（反射鏡）上にＥＵＶ光を吸収できる吸収体からなるパターンを形成したものである。したがって、反射鏡の表面が吸収体パターンで被覆された領域が吸収領域、吸収体パターンなしに反射鏡の表面が露出された領域が反射領域となる。

図１は、従来の反射フォトマスクの構造を示す断面図である。

図１を参照すれば、従来の反射フォトマスク１は、シリコン、ガラスなどの基板２と、前記基板２上に形成される反射層３と、前記反射層３上に形成される吸収体パターン４と、を備える。図面上の５は、シリコンウェーハである。

前記反射層３は、モリブデンとシリコン（Ｍｏ／Ｓｉ）、ベリリウムとシリコン（Ｂｅ／Ｓｉ）などの異種の膜が交互に積層された多層膜構造を有する。前記吸収体パターン４は、ＥＵＶを吸収できる窒化タンタル（ＴａＮ）膜からなり、所定のパターンになってＥＵＶに対する吸収領域を構成する。

前記フォトマスク１がＥＵＶに露光されれば、前記吸収体パターン４の各寸法と実際に前記シリコンウェーハ５に形成されるパターンの各寸法とが変わるが、これは、下記の数式を用いて説明することができる。下記の数式１は、前記吸収体パターン４の各パターン間の長さ（Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ））と、前記シリコンウェーハ５に形成される対応パターン間の長さ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ）との関係を表す式である。下記の数式２は、前記吸収体パターン４の一つのパターンの長さ（Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ）と、前記シリコンウェーハ５に形成される対応パターンの長さ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ）との関係を表す式である。

Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ＝Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ＋２ｄ×ｔａｎθ×Ｍ （数式１）
Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ＝Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ＋２ｄ×ｔａｎθ×Ｍ （数式２）
ここで、ｄは、前記反射層３の上側に突出した前記吸収体パターン４の部分の厚さであり、θは、前記吸収体パターン４の側面を基準とした前記ＥＵＶの入射角度であり、Ｍは、換算因子である。

半導体製造工程のフォトリソグラフィ工程において、前記吸収体パターン４の側面が垂直面であるので、前記θは、所定の角度を有することになり、前記数式１及び数式２の２ｄ×ｔａｎθ×Ｍ項は所定の値を有する。したがって、前記吸収体パターン４の各パターン間の長さ（Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ）と前記シリコンウェーハ５に形成される対応パターン間の長さ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ）とが異なり、前記吸収体パターン４の一つのパターンの長さ（Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ）と前記シリコンウェーハ５に形成される対応パターンの長さ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ）も異なる。前記のような差によって、前記吸収体パターン４に設計された形状が前記シリコンウェーハ５に正確に具現できなくなる。

本発明は、前記のような点を改善するためのものであって、フォトリソグラフィ技術において、ＥＵＶの吸収物質のパターンに設計された形状をシリコンウェーハに正確に具現させる反射フォトマスク及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明による反射フォトマスクは、基板と、前記基板上に形成され、ＥＵＶを反射させうる材料からなる反射層と、前記反射層に前記ＥＵＶに対する吸収物質のイオンがイオン注入法によって注入されて所定パターンをなすイオン部と、を備える。

また、本発明による反射フォトマスクの製造方法は、基板を設けるステップと、前記基板上にＥＵＶを反射させうる材料で反射層を形成するステップと、前記反射層に前記ＥＵＶに対する吸収物質のイオンをイオン注入法によって注入してイオン部を形成するステップと、を含む。

本発明による反射フォトマスク及びその製造方法によれば、反射層にイオン部が形成されることによって、フォトリソグラフィ技術において、設計された形状をシリコンウェーハに正確に具現させうる。

また、前記反射フォトマスク及びその製造方法によれば、イオン部の注入層数が増加するほどコントラストが増加し、前記反射フォトマスクは、フォトリソグラフィ技術でマスクとして向上した機能を有しうる。

また、前記反射フォトマスク及びその製造方法によれば、ＥＵＶに対する吸収物質層の蒸着、エッチング工程なしにもＥＵＶに対する吸収部を形成できて、その製造工程が簡単になる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態による反射フォトマスク及びその製造方法を詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を表す。図面で、層及び領域の厚さは、明瞭性のために誇張されている。そして、層、領域または基板のような要素が他の要素上にあると言及されるとき、それは、他の要素上に直接存在してもよく、その要素間に中間要素が介入されてもよい。

図２は、本発明による反射フォトマスクの構造を示す断面図である。

図２を参照すれば、本発明による反射フォトマスク１０は、シリコン、ガラスなどの基板１１と、前記基板１１上に形成される反射層１２と、前記反射層１２に形成されるイオン部２０と、を備える。図面上の３０は、シリコンウェーハである。

前記反射層１２は、モリブデン（Ｍｏ）膜とシリコン（Ｓｉ）膜とが交互に複数個積層されたものを使用する。前記反射層１２の最上層は、モリブデン膜、シリコン膜の何れでも良いが、シリコン表面に生成される自然酸化膜の安定性に優れるので、シリコン膜を最上層とすることが望ましい。モリブデン、シリコン単層の膜厚は、数ｎｍほど、積層数は、数十層ほどの値で任意に設定することが可能である。

前記反射層１２を構成する膜としては、前記モリブデン及びシリコンの代りに珪化モリブデン、炭化モリブデン、ベリリウム、炭素、炭化ボロン、酸化シリコンなどが使用されうる。

本発明によれば、前記反射フォトマスク１０は、ＥＵＶに対する吸収領域として前記イオン部２０を備える。前記イオン部２０は、ＥＵＶに対する吸収物質が所定のパターンを形成して、ＥＵＶに対する吸収領域を構成したものである。

前記イオン部２０は、イオン注入法によって形成されるが、これについては、図３Ａないし図３Ｆを通じて後述する。

前記反射フォトマスク１０は、その上側がＥＵＶに露光されるので、前記ＥＵＶが円滑に吸収されるように、前記イオン部２０は、前記ＥＵＶに直接露光される部分である前記反射層１２の上部の表面に形成されることが望ましい。前記イオン部２０をなす吸収物質としては、ＥＵＶに対する吸収力に優れた酸素が利用されうる。ここでは、吸収物質として酸素を例示したが、本発明は、これに制限されるものではなく、前記酸素以外にも、ＥＵＶに対する吸収力に優れた物質ならば、前記イオン部２０をなす物質として使うことができる。

前記のように形成されれば、前記フォトマスク１０がＥＵＶに露光されるとき、前記イオン部２０に形成されたパターンの各寸法と実際に前記シリコンウェーハ３０に形成されるパターンの各寸法とが同一になるが、これは、下記の数式で説明することができる。下記の数式３は、前記イオン部２０の各パターン間の長さ（Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ）と前記シリコンウェーハ３０に形成される対応パターン間の長さ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ）との関係を表す式である。下記の数式４は、前記イオン部２０の一つのパターンの長さ（Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ）と前記シリコンウェーハ３０に形成される対応パターンの長さ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ）との関係を表す式である。

Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ＝Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ （数式３）
Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ＝Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ （数式４）
本発明で、前記イオン部２０は、前記反射層１２の上部の表面に注入される。それにより、前記イオン部２０は、前記反射層１２の上部に突出する部分を有さずに、従来の吸収体パターンの厚さｄに該当する部分がないので、従来の吸収体パターンに対する数式１及び数式２の２ｄ×ｔａｎθ×Ｍ項が消去される。したがって、前記イオン部２０の各パターン間の長さ（Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ）と前記シリコンウェーハ３０に形成される対応パターン間の長さ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｓｐａｃｅ ＣＤ）とが同一になり、前記イオン部２０の一つのパターンの長さ（Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ）と前記シリコンウェーハ３０に形成される対応パターンの長さ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｌｉｎｅ ＣＤ）とも同一になる。したがって、前記イオン部２０に設計された形状が前記シリコンウェーハ３０に正確に具現されうる。

図３Ａないし図３Ｆは、本発明による反射フォトマスクの製造方法を説明するための工程図である。ここでは、ＥＵＶに対する吸収物質として酸素が利用される。

まず、図３Ａのように、基板１１を設ける。その後、図３Ｂのように、前記基板１１上にモリブデン／シリコン多層膜からなる反射層１２を形成する。このとき、成膜法としてＲＦマグネトロンスパッタリング法やイオンビームスパッタリング法を使用できる。そして、スパッタリング条件は、使用する装置によって変わる。

次いで、図３Ｃのように、前記反射層１２上にフォトレジスト層１３を成膜する。

次いで、図３Ｄのように、前記フォトレジスト層１３をエネルギー、例えば、電子ビームに露出させて、所定のフォトレジストパターン１４を形成する。前記フォトレジストパターン１４は、前記イオン部２０に所定のパターンを形成するためのマスクである。

次いで、図３Ｅのように、前記反射層１２に前記イオン部２０を形成する。このとき、前記イオン部２０は、イオン注入法によって形成される。これを詳細に説明すれば、前記酸素をイオン状態に変換した後、イオン注入装置を利用して、前記酸素イオンを数十ないし数百ｋｅＶで加速させる。前記のように加速された酸素イオンでイオンビームを形成し、前記反射層１２の上部の表面に照射する。それにより、前記反射層１２の上部の表面に前記酸素イオンが注入されて、前記イオン部２０が形成される。

次いで、図３Ｆのように、エッチングによって前記フォトレジストパターン１４を除去する。それにより、本発明による反射フォトマスクの製造が完了する。

図４は、本発明による反射フォトマスクについての実験例を示すグラフである。

本実験例では、それぞれその単層の膜厚さが４.１ｎｍであるシリコンと２.８ｎｍであるモリブデンとで構成された反射層１２が使われる。イオン注入法によって形成されたイオン部２０は、前記シリコンとモリブデンとがそれぞれ酸素イオンと結合されたＳｉＯ_２層、ＭｏＯ層からなる。本実験例で、前記ＳｉＯ_２及び前記ＭｏＯに対するその単層の膜厚さは、それぞれ５.２ｎｍ及び３.１ｎｍである。前記のようになされる反射層１２の総層数は、４０層になり、前記反射層１２の一部にイオン部２０が形成され、そのイオン部２０の注入層数は、１ないし１０層とする。

図４を参照すれば、前記イオン部２０の注入層数による反射率、コントラストの変化が示される。ここで、前記反射率は、前記イオン部２０から反射されるＥＵＶと前記イオン部２０に向かうＥＵＶとの光量比の％値を表し、前記コントラストは、次の数式５の結果を表す。

Ｃｏｎｔｒａｓｔ＝（Ｒ_ＭＬ−Ｒ_Ａｂ）／Ｒ_ＭＬ （数式５）
ここで、前記Ｒ_ＭＬは、前記反射層１２の反射率の％値であり、前記Ｒ_Ａｂは、前記イオン部２０の反射率の％値である。グラフで、４１は、前記イオン部２０の注入層数によるその反射率の％値の変化を表し、４２は、前記イオン部２０の注入層数によるそのコントラストの変化を表す。

本実験例の結果によれば、前記イオン部の注入層数が１となれば、前記イオン部２０の反射率は、約５８％となり、そのコントラストは、約２５％となる。そして、前記イオン部２０の注入層数が１０となれば、前記イオン部２０の反射率は、約６％となり、そのコントラストは、約９０％より大きい値となる。すなわち、前記イオン部２０の注入層数が増加するほど、前記イオン部２０の反射率は低減し、前記イオン部２０のコントラストは増加する。したがって、前記イオン部２０の注入層数が増加するほど、ＥＵＶに対する反射領域と吸収領域とが明確に区分されるので、前記反射フォトマスク１０は、フォトリソグラフィ技術でマスクとして向上した機能を有する。

本発明は、図面に示された実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならない。

本発明は、半導体製造工程に関連した技術分野に適用可能である。

従来の反射フォトマスクの構造を示す断面図である。 本発明による反射フォトマスクの構造を示す断面図である。 本発明による反射フォトマスクの製造方法を説明するための工程図である。 本発明による反射フォトマスクの製造方法を説明するための工程図である。 本発明による反射フォトマスクの製造方法を説明するための工程図である。 本発明による反射フォトマスクの製造方法を説明するための工程図である。 本発明による反射フォトマスクの製造方法を説明するための工程図である。 本発明による反射フォトマスクの製造方法を説明するための工程図である。 本発明による反射フォトマスクについての実験例を示すグラフである。

符号の説明

１０ 反射フォトマスク、
１１ 基板、
１２ 反射層、
２０ イオン部、
３０ シリコンウェーハ。

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に形成され、超紫外線を反射させうる材料からなる反射層と、
   前記反射層に前記超紫外線に対する吸収物質のイオンが、イオン注入法によって注入されて所定パターンをなすイオン部と、を備えることを特徴とする反射フォトマスク。
2. 前記イオン部は、前記反射層の上部の表面に注入されることを特徴とする請求項１に記載の反射フォトマスク。
3. 前記超紫外線に対する吸収物質は、酸素を含んで超紫外線を吸収し、イオン注入法によって注入されうる物質であることを特徴とする請求項１に記載の反射フォトマスク。
4. 前記イオン部は多層膜からなり、前記イオン部には、前記イオンが所定層数まで注入されることを特徴とする請求項１に記載の反射フォトマスク。
5. 前記イオンは、８層以上に注入されることを特徴とする請求項４に記載の反射フォトマスク。
6. 基板を設けるステップと、
   前記基板上に超紫外線を反射させうる材料で反射層を形成するステップと、
   前記反射層に前記超紫外線に対する吸収物質のイオンを、イオン注入法によって注入してイオン部を形成するステップと、を含むことを特徴とする反射フォトマスクの製造方法。
7. 前記イオン部を形成するステップは、前記反射層上にフォトレジスト層を形成するステップと、前記フォトレジスト層をパターニングしてレジストパターンを形成するステップと、前記レジストパターンを利用して、前記吸収物質のイオンをイオン注入法によって前記反射層に注入するステップと、前記レジストパターンを除去するステップと、を含むことを特徴とする請求項６に記載の反射フォトマスクの製造方法。
8. 前記イオン部を形成するステップは、前記吸収物質のイオンを前記反射層の上部の表面に注入するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の反射フォトマスクの製造方法。
9. 前記イオン部を形成するステップは、前記超紫外線に対する吸収物質として酸素を利用することを特徴とする請求項６に記載の反射フォトマスク。
10. 前記イオン部を形成するステップは、多層膜からなるイオン部に前記イオンを所定層数まで注入するステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の反射フォトマスクの製造方法。
11. 前記イオンを所定層数で注入するステップは、前記イオンを８層以上注入することを特徴とする請求項１０に記載の反射フォトマスクの製造方法。

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