JP2007180479A - 位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＥＵＶ光を使用するリソグラフィにおいて、マスクによる反射光の位相を補正して分解能を向上させ、微細パターンを具現するのに適した半導体素子の位相シフトマスク及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体素子の位相シフトマスクは、基板と、該基板上に所定深さの溝を有して形成された多層薄膜と、前記溝を所定の深さに埋め込む吸収体とを備え、これにより、本発明は、従来の基板、多層薄膜及び吸収体をそのまま使用することができるので、高価なＥＵＶ露光装置を変更せず、マスク補正だけで分解能を向上させ、工程マージンを向上させて微細パターンを形成できるという効果がある。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造技術に関し、特に、極端紫外線（ＥＵＶ：Extreme ultra violet）を発生する光源を使用するリソグラフィで使用する位相シフトマスク（Phase shift mask）及びその製造方法に関する。
一般な露光技術では、ほとんど透過光学系を利用しており、特に、分解能の限界を改善する目的で位相シフトマスクを開発し、これを使用している。ここで、位相シフトマスクは、石英基板の特定部位に投射された光の位相を１８０゜反転させることができる位相シフト層を備えた構造であって、このような位相シフトマスクを使用して露光を行う場合、位相シフト層を透過する光と、そうでない光との間に位相差が生じて、これら２種類の光の間の相殺干渉効果により分解能が向上する。
図１は、従来の技術に係る半導体素子の位相シフトマスクの構造を示した断面図である。
図１に示すように、基板１上に多層薄膜４が形成され、多層薄膜４の所定領域上に吸収体５が形成されている。
基板１には、熱膨脹率の低い物質を使用し、多層薄膜４は、反射率を高めるために、一般的にモリブデン（Ｍｏ）の層２とシリコン（Ｓｉ）の層３とが、それぞれ２〜４ｎｍの範囲の厚さで、交互に蒸着されて４０余層を成すように形成されている。
吸収体５は、８０〜１５０ｎｍの範囲の厚さに形成され、エアリアルイメージ（面イメージ）を得るために必要であり、高いイメージコントラスト比のために、充分な吸収体としての役割を果たさなければならない。
しかしながら、位相シフトマスクは、透過光学系を利用する露光工程に適するように開発されたものであるため、反射光学（Reflective Optic）系を利用するＥＵＶ露光工程用マスクには適用できない。
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＥＵＶ光を使用するＥＵＶリソグラフィにおいてマスクの位相を補正し、分解能を向上させて微細パターンを具現するのに適した半導体素子の位相シフトマスク及びその製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明に係る半導体素子の位相シフトマスクは、基板と、該基板上に所定深さの溝を有して形成された多層薄膜と、前記溝を所定の深さまで埋め込む吸収体とを備える。
また、本発明に係る半導体素子の位相シフトマスクの製造方法は、基板を準備するステップと、前記基板上に溝を有する多層薄膜を形成するステップと、前記溝に所定の深さまで吸収体を埋め込むステップとを含む。
本発明によれば、従来の基板、多層薄膜及び吸収体をそのまま使用することができるので、高価なＥＵＶ露光装置を変更せず、マスク補正だけで分解能を向上させ、工程マージンを向上させて微細パターンを形成できる効果を奏する。
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施の形態をさらに詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る半導体素子の位相シフトマスクの構造を示す断面図である。
図２に示したように、本実施の形態に係る半導体素子の位相シフトマスクは、基板２１上に多層薄膜２４が、約３５〜４５の層から形成されている。ここで、多層薄膜２４は、Ｍｏ膜２２とＳｉ膜２３とが交互に積層されて形成された膜（Ｍｏ膜／Ｓｉ膜の順序）であって、Ｍｏ膜２２は２．８ｎｍ、Ｓｉ膜２３は４．２ｎｍの厚さに形成されている。
一方、多層薄膜２４は、Ｍｏ／Ｓｉの積層構造だけでなく、Ｍｏ／Ｂｅの積層構造、ＭｏＲｕ／Ｂｅの積層構造及びＲｕ／Ｂｅの積層構造からなる群の中から選択された積層構造に形成することもできる。
また、位相シフト層を形成するように、多層薄膜２４の所定領域が選択的にエッチングされて溝Ｈが形成されている。
また、溝Ｈの中に所定の深さまで吸収体２５が蒸着されている。吸収体２５には、Ａｌ、ＴａＳｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、ＮｉＳｉ及びＴａＳｉＮからなる群の中から選択されたいずれか１つの物質が使用されている。
図２に示した構造を有する位相シフトマスクを使用して露光を行えば（図３参照）、吸収体２５を介して領域間の境界部で１８０゜位相が反転された光と、そうでない光との間で消滅干渉が起きて、コントラストの低下を防止することができる。したがって、ウェーハに転写されるエアリアルイメージのコントラストを高めることができる。
次に、図２を用いて、本発明の実施形態に係る半導体素子の位相シフトマスクの製造方法を説明する。
図２に示したように、まず、基板２１上に多層薄膜２４を形成する。この時、多層薄膜２４を、Ｍｏ膜２２とＳｉ膜２３とを交互に積層して、全体で約３５〜４５層に形成し、各Ｍｏ膜２２を２．８ｎｍ、各Ｓｉ膜２３を４．２ｎｍの厚さに形成する。
一方、多層薄膜２４は、Ｍｏ／Ｓｉの積層構造だけでなく、Ｍｏ／Ｂｅの積層構造、ＭｏＲｕ／Ｂｅの積層構造及びＲｕ／Ｂｅの積層構造からなる群の中から選択された組み合せ構造として形成することもできる。
次いで、位相シフト層を形成するために、多層薄膜２４の所定領域を選択的にエッチングして溝Ｈを形成する。この時、溝Ｈは、多層薄膜２４の所定領域上にフォトレジストパターンを形成し、これをエッチングバリアとして、多層薄膜２４を選択的にエッチングして形成する。この時、溝Ｈは、具現しようとする目的に応じたパターンで選択的に多層薄膜２４をエッチングして形成される。
続いて、溝Ｈを所定の深さまで満たすように、吸収体２５を蒸着する。吸収体２５は、Ａｌ、ＴａＳｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、ＮｉＳｉ及びＴａＳｉＮからなる群の中から選択されたいずれか１つの物質を使用し、具現しようとする目的に応じた厚さに形成する。
上記のように製造され、図２に示した構造を有する位相シフトマスクを使用して露光（図３参照）を行えば、多層薄膜２４及び吸収体２５によって光が反射されるが、多層薄膜２４から反射されて出力される光と、多層薄膜２４間の吸収体２５から反射されて出力される光との位相差によって分解能を向上させることができる。すなわち、多層薄膜２４と吸収体２５との間の境界部で１８０゜位相が反転された光と、そうでない光との間の消滅干渉が起きて、コントラストの低下を防止することができる。したがって、ウェーハに転写されるエアリアルイメージのコントラストを高めることができる。
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の実施の形態に係る位相シフトマスクの露光原理を示す図である。
図４Ａは、マスク上での光のエネルギー分布を示し、図４Ｂは、ウェーハ上での光のエネルギー分布を示す。図４Ｃは、位相シフト層の反射層により反射された光が位相シフトされて、パターンでない部分での照度を相殺干渉させて、コントラストを向上させることを示す。
上述したように、従来の多層薄膜上に積層される吸収体を、多層薄膜間に蒸着することにより、多層薄膜によって反射されて出力する光と、多層薄膜間の吸収体によって反射されて出力する光との位相差によって分解能を向上させることができる。
したがって、反射光学系を利用するＥＵＶリソグラフィに適用可能な位相シフトマスクを具現することができる。
本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
従来の技術に係る半導体素子の位相シフトマスクの構造を示ず断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体素子の位相シフトマスクの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体素子の位相シフトマスクの使用状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る半導体素子の位相シフトマスクの露光原理を示す図である。 本発明の実施形態に係る半導体素子の位相シフトマスクの露光原理を示す図である。 本発明の実施形態に係る半導体素子の位相シフトマスクの露光原理を示す図である。
符号の説明
２１ 基板
２２ Ｍｏ膜
２３ Ｓｉ膜
２４ 多層薄膜
２５ 吸収体

Claims (10)

  1. 基板と、
    該基板上に所定深さの溝を有して形成された多層薄膜と、
    前記溝を所定の深さまで埋め込む吸収体と
    を備えることを特徴とする半導体素子の位相シフトマスク。
  2. 前記多層薄膜が、
    下部膜と上部膜とが交互に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の位相シフトマスク。
  3. 前記多層薄膜が、Ｍｏ／Ｓｉの積層構造、Ｍｏ／Ｂｅの積層構造、ＭｏＲｕ／Ｂｅの積層構造及びＲｕ／Ｂｅの積層構造からなる群の中から選択されたいずれか１つの積層構造に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の位相シフトマスク。
  4. 前記多層薄膜が、
    前記下部膜が２．８ｎｍ、前記上部膜が４．２ｎｍの厚さに、全体で３５〜４５回交互に積層されて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の位相シフトマスク。
  5. 前記吸収体が、
    Ａｌ、ＴａＳｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、ＮｉＳｉ及びＴａＳｉＮからなる群の中から選択されたいずれか１つの物質を使用して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の位相シフトマスク。
  6. 基板を準備するステップと、
    前記基板上に溝を有する多層薄膜を形成するステップと、
    前記溝に所定の深さまで吸収体を埋め込むステップと
    を含むことを特徴とする半導体素子の位相シフトマスクの製造方法。
  7. 前記多層薄膜を、
    下部膜と上部膜とを交互に積層して形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の位相シフトマスクの製造方法。
  8. 前記多層薄膜を、Ｍｏ／Ｓｉの積層構造、Ｍｏ／Ｂｅの積層構造、ＭｏＲｕ／Ｂｅの積層構造及びＲｕ／Ｂｅの積層構造からなる群の中から選択されたいずれか１つの積層構造に形成することを特徴とする請求項７に記載の半導体素子の位相シフトマスクの製造方法。
  9. 前記多層薄膜を、
    前記下部膜を２．８ｎｍ、前記上部膜を４．２ｎｍの厚さに、全体で３５〜４５回交互に積層することによって形成することを特徴とする請求項８に記載の半導体素子の位相シフトマスクの製造方法。
  10. 前記吸収体を、
    Ａｌ、ＴａＳｉ、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、ＮｉＳｉ及びＴａＳｉＮからなる群の中なら選択されたいずれか１つの物質を使用して形成することを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の位相シフトマスクの製造方法。
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