JP2006332679A - 極紫外線露出用の反射マスク及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】極紫外線露出用の反射マスク及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板(22)と、基板(22)上に形成され、極紫外線を反射させる材料から形成される下部反射層(24)と、下部反射層(24)上に形成され、極紫外線を反射させる上部反射層(28)と、上部反射層(28)と下部反射層(24)との間に形成され、上部反射層(28)で反射した極紫外線と下部反射層(24)で反射した極紫外線とを相互に干渉して消滅させる所定パターンの位相反転層(26)と、を備える。
【選択図】図2
【解決手段】基板(22)と、基板(22)上に形成され、極紫外線を反射させる材料から形成される下部反射層(24)と、下部反射層(24)上に形成され、極紫外線を反射させる上部反射層(28)と、上部反射層(28)と下部反射層(24)との間に形成され、上部反射層(28)で反射した極紫外線と下部反射層(24)で反射した極紫外線とを相互に干渉して消滅させる所定パターンの位相反転層(26)と、を備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、極紫外線露出用の反射マスク及びその製造方法に係り、さらに詳細には、反射層と吸収層との間に極紫外線(EUV:Extreme Ultra Violet)の位相を反転させる別途の多層膜を追加してパターン形成に不要なEUVを干渉し消滅させて、高解像度のパターン形成に適したEUV露出用の反射マスク及びその製造方法に関する。
近年、半導体素子の高集積化が進められるにつれて、フォトリソグラフィ工程に使われる露光用光源の波長も短くなりつつある。
現在、パターンサイズ100nm以下を具現する露光技術のうち一つがEUV領域の波長を利用する技術である。
EUV領域では、ほとんどの物質が高い光吸収性を有するため、EUVを使用する露光技術には、従来と異なる反射マスクが使われる。一般的なEUV用の反射マスクは、EUV領域での反射率が高い反射面上にEUV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、反射面の表面が吸収体パターンに被覆された領域が吸収領域、吸収体パターンなしに反射面の表面が露出された領域が反射領域となる。すなわち、反射面から反射されたEUVが基板上のフォトレジストを露光して、吸収体パターンの通りにフォトレジストパターンを形成するフォトリソグラフィ工程がなされる。
図1は、従来の露光方法と共に、EUV露出用の反射マスクの構造を示す断面図である。
図1を参照すれば、従来の反射マスク1は、Si、ガラスなどの基板2と、基板2上に形成される反射層4と、反射層4上に形成される吸収体パターン6と、を備える。
反射層4は、MoとSi(Mo/Si)、ベリリウムとSi(Be/Si)などの異種の膜が交互に積層された反射層膜(多重反射層膜)の構造を有する。吸収体パターン6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。
このとき、前記吸収体パターンの高さは、約100nmである。したがって、吸収体パターン6の高さH1が高くて入射角(θ1)が大きくなって、反射層4から反射されるEUVが所望のパターン通りに正確にシリコンウェーハ8上のフォトレジストを露光できないシャドウ現象が発生するという問題点があった。
これは、反射マスク1を使用してEUV露光工程を行えば、吸収体パターン6の各寸法D1と、実際に、シリコンウェーハ8上の薄膜フィルム10に形成されるフォトレジストパターン12の各寸法D2とが変わるという問題点が発生する(D1>D2)。
ウェーハに供給されたフォトレジスト膜がオーバー露光されるため、フォトレジストパターン12の高さが低くなる。したがって、後続エッチング工程で十分なマスクの役割を行えないという問題点があった。
これは、吸収体パターン6がEUVを完全に吸収できず、吸収体の表面で反射されるEUVaと吸収体パターンを通過して反射面から反射されるEUVbとがシリコンウェーハ8上のフォトレジストを露光するためである。
すなわち、シャドウ現象と不要なEUVa,bとによって、シリコンウェーハ8上のフォトレジストを露光して、実際に形成しようとするパターンと異なる幅または高さのフォトレジストパターン12が形成される。したがって、フォトレジストパターン12をマスクとしてエッチング工程を実施すれば、実際に形成しようとするパターンと異なる幅または高さの薄膜パターン10がウェーハ8上に形成される。
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであり、反射マスク上のパターンがシリコンウェーハ上のフォトレジストに正確に具現することができるEUV用の反射マスク及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係るEUV用の反射マスクは、基板と、前記基板上に形成され、EUVを反射させる材料からなる下部反射層と、前記下部反射層上に形成され、EUVを反射させる上部反射層と、前記上部反射層と下部反射層との間に形成され、上部反射層で反射した極紫外線と下部反射層で反射した極紫外線とを相互に干渉して消滅させる所定パターンの位相反転層と、を備えることを特徴とする。
前記上部反射層及び下部反射層は、同じ材料であり、前記上部反射層及び下部反射層は、Mo/Siのように、屈折率が異なる二層またはそれ以上の多層が反復的に積層されて形成されることができる。
前記位相反転層は、前記下部反射層で反射したEUVと前記上部反射層で反射したEUVとの位相差が180°に形成されることが望ましい。
前記位相反転層は、単一層または多重層の構造であり、Mo単一層、Si単一層またはMo/Siから形成される多重層であることが望ましい。
前記位相反転層の厚さは、100nm以下であることが望ましい。
また、本発明に係るEUV用の反射マスクの製造方法は、基板を設ける工程と、前記基板上にEUVを反射させる材料で下部反射層を形成する工程と、前記下部反射層に所定パターンの位相反転層を形成する工程と、前記位相反転層上及び露出された下部反射層上に上部反射層を形成する工程と、を含む。
前記位相反転層を形成する工程は、前記下部反射層上に前記位相反転層を形成する工程と、前記位相反転層上にフォトレジスト層を形成する工程と、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工程と、前記レジストパターンによってエッチング工程を行う工程と、前記レジストパターンを除去する工程と、を含むことを特徴とする。
前記反射層及び位相反転層は、DC(Direct Current)マグネトロンスパッタリング法、RF(Radio Frequency)マグネトロンスパッタリング法、またはイオンビームスパッタリング法を利用して形成することが望ましい。
以上のように構成された本発明に係る極紫外線露出用の反射マスク及びその製造方法によれば、反射層の内部の所定領域に位相反転層が形成されることによって、シャドウ効果を減少させ、不要なEUVを除去する。この結果、フォトリソグラフィ工程において、マスク上に設計されたパターンをシリコンウェーハに正確に具現することができる。
また、前記位相反転層の材質が前記反射層及び吸収層の材質と同一であるので、その製造工程が容易になる。
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい一実施形態に係る極紫外線露出用(以下、「EUV用」と称する)の反射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。また、図面において、層及び領域の厚さは、本発明の理解を容易なものとするために、誇張されて示している。なお、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場合、これは、他の要素上に直接あるか、またはその要素間に中間要素が介入されても良い。
図2は、本発明に係るEUV用の反射マスクの構造を示す断面図である。
図2を参照すれば、本発明に係る反射マスク21は、Siまたはガラス基板22と、基板22上に形成される上部反射層24、下部反射層28(以下、単に「反射層」と称する場合がある)と、上部反射層24と下部反射層28との間の一部領域に所望のパターンサイズに形成される位相反転層26と、を備える。図面上の30はシリコンウェーハ基板、32は薄膜、34はフォトレジストパターンである。
上部反射層24、下部反射層28は、Mo膜とSi膜とが交互に複数積層されたものを使用する。反射層24,28の最上層は、Mo膜、Si膜のいずれでも良いが、Si表面に生成される自然酸化膜の安定性が優秀であるので、Si膜を最上層にすることが望ましい。Mo、Si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可能である。
また、位相反転層26は、Mo膜またはSi膜の単一膜、またはMo膜とSi膜とを交互に複数積層して構成する。もちろん、位相反転層26の材料は、EUVの位相を変化させることができる厚さを有するものであれば、いかなる材料でも良い。
本発明によれば、反射マスク21は、EUVの位相を反転させる位相反転層26を備える。位相反転層26は、基板30上の薄膜32上のフォトレジストパターン34の形成に不要なEUVが干渉し消滅するように構成したものである。
すなわち、反射領域Aで反射されるEUVと消滅領域Bで消滅されるEUVとが明確で、ウェーハ30上の薄膜32上のフォトレジストパターン34のサイズD4が反射マスク21上の位相反転層26のパターンサイズD3と同一に形成される(D3=D4)。
また、本発明によれば、従来の吸収層による段差H1に対応する位相反転層26の厚さH2が薄く、EUVの入射角θ2が小さくなって、さらに、精密にマスク上のパターンがウェーハ30上の薄膜32上のフォトレジストに投影される。
位相反転層26を備える前記反射マスク21の製造方法は、図7A〜図7Fを通じて後述する。
位相反転層26は、下部反射層24で反射したEUVと上部反射層28で反射したEUVとの位相差が180°に形成される。
位相反転層26は、単一層または多重層の構造に形成することができ、例えば、Mo単一層、Si単一層、またはMo/Siからなる多重層で形成することができる。
このとき、位相反転層26の厚さは、100nm以下であることが望ましい。
上部反射層28は、Mo膜/Si膜対の積層回数が位相反転層24の厚さによって異なる。
次に、本発明に係るEUV用の反射マスクの製造方法を図面を参照しながら詳細に説明する。
図7A〜図7Fは、本発明に係る反射マスクの製造方法を説明するための工程図である。
まず、図7Aのように、基板22を設ける。その後、図7Bのように、基板22上にMo/Si多層膜からなる下部反射層24を形成する。このとき、薄膜形成法として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することができる。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。
次に、図7Cのように、下部反射層24上にMoまたはSi膜の位相反転層26を形成する。
次に、位相反転層26上にフォトレジスト層27を形成する。
次に、図7Dのように、フォトレジスト層27を電子ビームに露出させて、位相反転層26上に所定のフォトレジストパターン27’を形成する。
次に、図7Eのように、フォトレジストパターン27’をマスクでエッチング工程を行って、所定パターンの位相反転層26を形成させる。
次に、図7Fのように、前記位相反転層26及び前記下部反射層24上にMo/Si多層膜からなる上部反射層28を形成する。これにより、位相反転層26を備えたEUV用の反射マスク21の製造が完了する。
以下、本発明に係る極紫外線露出用の反射マスク及びその製造方法を一実施例に基づき詳細に説明する。なお、以下の実施例は発明の理解を容易にするために記載したものであって、本発明の技術的範囲はこの実施例の記載に限定されるものではない。
まず、位相反転層26を形成した。位相反転層26として、Mo膜が7.42nmである場合、上部反射層28のMo膜/Si膜対の総反復蒸着回数は13回であり、位相反転層26としてSi膜が8.31nmである場合、Mo膜/Si膜対の総反復蒸着回数は14回であった。
図3A〜図6Hは、本発明に係る図2の反射マスク21についての実施例を示すグラフである。
本実例では、下部反射層24は、厚さが4.1nmであるSi膜と2.8nmであるMo膜とで構成され、総反復回数は40回であった。
図3Aは、位相反転層26としてMo膜の厚さ(tmo)の変化による上部反射層28のMo膜/Si膜対の積層回数を表すものである。そして、下記の表1は、6個のサンプルのMo膜の厚さ別の積層数及び反射率Rの変化を表すものである。
例えば、前記Moの厚さがそれぞれ7.42nm、14.73nmであるとき、上部反射層28の積層回数は、それぞれ13回、12回である。
図3Bを参照すれば、前記Mo膜の厚さが7.42nmである場合、上部反射層28の蒸着回数が13回である時に、上部反射層28の表面でのEUVの反射量が‘0’に近いということが分かる。
図4A〜図4Hを参照すれば、前記と同様に、位相反転層26のMoの厚さ(7.42nm)を固定し、上部反射層28の積層回数を変化させたデータであって、その積層回数が13回である時に、上部反射層28の表面でのEUVの反射量は‘0’に近いということが分かる。
図5A〜図6Hは、位相反転層26をSiで適用した場合のデータである。
図5Aは、位相反転層26でSi膜の厚さ(tsi)の変化による上部反射層28のMo膜/Si膜対の積層回数を表すものである。
そして、下記の表2は、6個のサンプルのSi膜の厚さ別の積層数及び反射率Rの変化を表すものである。
例えば、前記Si膜の厚さがそれぞれ8.31nm、15.03nmであるとき、上部反射層28の積層回数は、それぞれ14回、13回である。
図5Bを参照すれば、前記Si膜の厚さが8.31nmである場合、上部反射層28の蒸着回数が14回であるとき、上部反射層28の表面でのEUVの反射量が‘0’に近いということが分かる。
図6A〜図6Hを参照すれば、前記と同様に、位相反転層26のSi膜の厚さ(8.31nm)を固定し、上部反射層28の積層回数を変化させたデータであって、その積層回数が14回である時に、上部反射層28の表面でのEUIの反射量が‘0’に近いということが分かる。
本発明によれば、下部反射層24で反射されて位相反転層26を通過したEUVと上部反射層28の表面で反射したEUVとが相互に干渉して消滅され、図2に示したように、反射マスク21上のパターンが基板30上のフォトレジストに正確に具現することができる。
また、位相反転層26の厚さH2が低く、従来の高い吸収層によって発生したシャドウ現象が消えて、さらに精密なフォトレジストパターンを形成することができる。
すなわち、EUVに対する反射領域と干渉消滅領域とが明確に区分されるので、フォトレジストパターン34が所望のパターンに形成されて、反射マスク21は、フォトリソグラフィ工程でマスクとして優秀な機能を有する。
本発明は、図面に示された実施形態を参照して説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者であるならば、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。したがって、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。
本発明は、半導体素子関連の技術分野に適用可能である。
21 反射マスク、
22 基板、
24 下部反射層、
26 位相反転層、
28 上部反射層、
30 シリコンウェーハ、
32 薄膜、
34 フォトレジストパターン。
22 基板、
24 下部反射層、
26 位相反転層、
28 上部反射層、
30 シリコンウェーハ、
32 薄膜、
34 フォトレジストパターン。
Claims (12)
- 基板と、
前記基板上に形成され、極紫外線を反射させる材料から形成される下部反射層と、
前記下部反射層上に形成され、極紫外線を反射させる上部反射層と、
前記上部反射層と前記下部反射層との間に形成され、上部反射層で反射した極紫外線と下部反射層で反射した極紫外線とを相互に干渉して消滅させる所定パターンの位相反転層と、
を備えることを特徴とする極紫外線露光用の反射マスク。 - 前記上部反射層及び前記下部反射層は、Mo/Siのように、屈折率の異なる二層またはそれ以上の層が反復的に積層されることを特徴とする請求項1に記載の極紫外線露光用の反射マスク。
- 前記位相反転層は、前記下部反射層で反射した極紫外線と前記上部反射層で反射した極紫外線との位相差が180°なるように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の極紫外線露光用の反射マスク。
- 前記位相反転層は、単一層または多重層構造であることを特徴とする請求項3に記載の極紫外線露出用の反射マスク。
- 前記位相反転層は、Mo単一層、Si単一層またはMo/Siから形成される多重層であることを特徴とする請求項4に記載の極紫外線露光用の反射マスク。
- 前記位相反転層の厚さは、100nm以下であることを特徴とする請求項4に記載の極紫外線露出用の反射マスク。
- 基板を設ける工程と、
前記基板上に極紫外線を反射させる材料で下部反射層を形成する工程と、
前記下部反射層に所定パターンの位相反転層を形成する工程と、
前記位相反転層上及び露出された下部反射層上に上部多重反射層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする極紫外線露出用の反射マスクの製造方法。 - 所定パターンの前記位相反転層を形成する工程は、
前記下部反射層上に前記位相反転層を形成する工程と、
前記位相反転層上にフォトレジスト層を形成する工程と、
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工程と、
前記レジストパターンによってエッチング工程を行う工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の極紫外線露出用の反射マスクの製造方法。 - 前記上部反射層及び前記下部反射層の材料は、Mo膜とSi膜とが交互に反復蒸着して形成されることを特徴とする請求項7に記載の極紫外線露出用の反射マスクの製造方法。
- 前記位相反転層の材料は、MoまたはSi単一膜で形成されることを特徴とする請求項8に記載の極紫外線露出用の反射マスクの製造方法。
- 前記位相反転層の材料は、Mo膜とSi膜とが交互に反復蒸着されて形成されることを特徴とする請求項8に記載の極紫外線露出用の反射マスクの製造方法。
- 前記反射層及び前記位相反転層は、DCマグネトロンスパッタリング法、RFマグネトロンスパッタリング法、及びイオンビームスパッタリング法のうちのいずれか一つの方法を利用して形成することを特徴とする請求項7に記載の極紫外線露出用の反射マスクの製造方法。
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