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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