JP2010034179A - 反射型マスクおよび半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ上に形成するパターンの寸法を精度良く制御できる反射型マスクおよび半導体デバイスの製造方法を得ること。
【解決手段】照射されるＥＵＶ光をマスクパターンの形状に応じた位置で反射することによってマスクパターンの形状をウェーハ上に縮小転写するマスクにおいて、ＥＵＶ光が照射される側の面である上面側に配置されてＥＵＶ光を反射する反射膜５と、反射膜５の上面側に配置されるとともに反射膜５の全面を被覆するバッファ層３と、バッファ層３の上面側に配置されるとともに、照射されるＥＵＶ光を吸収する吸収体２によってマスクパターンが形成された非反射層と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、反射型マスクおよび半導体デバイスの製造方法に関するものである。

ＥＵＶ（Extreme UltraViolet）リソグラフィは、１３．５ｎｍ付近の非常に短い波長の光（Ｘ線）を用いた露光方法であり、従来の光露光（波長１９３ｎｍや２４３ｎｍ）よりも、微細なパターンをウェーハ上に形成する方法として期待されている。

ＥＵＶリソグラフィでウェーハ上に形成するパターンは例えば５０ｎｍよりも小さなパターンであるので、ウェーハに転写するパターンを形成するためのマスクの欠陥検査や欠陥修正に求められる技術レベルは高くなる。たとえば、４倍体のマスクを用いて３２ｎｍの幅のパターンをウェーハ上に形成するためには、１２８ｎｍのパターンをマスク上に形成しておく必要がある。そして、ウェーハ上のパターン寸法の変動を５％以内に抑えるには、マスクパターンの寸法変動を６．４ｎｍ以内に抑える必要がある。このため、６．４ｎｍ以下の精度でマスクパターンの検査を行なう必要がある。また、３２ｎｍよりも微細なパターンをウェーハ上に形成する場合には、６．４ｎｍよりも厳しいスペックでのマスクパターンの検査が必要となる。

従来、ＥＵＶ露光などに用いられる反射型マスクは、ＥＵＶ光の吸収体（Ｔａ化合物など）をマスク上に配置しておき、この吸収体を露光するパターンに応じてエッチング加工することによって作製される。このような反射型マスクには、エッチングのストップ層として、ＣｒやＣｒＮといったＣｒ化合物などで構成されるバッファ層（緩衡層）が、吸収体層の下層に配置されている（例えば、特許文献１参照）。このバッファ層は、吸収体のエッチング時のみならず、電子顕微鏡によるマスクパターンの検査時にも、吸収体との信号コントラストを得るために必要とされている。バッファ層は、マスクパターン形成時には、吸収体とＥＵＶ光を反射するＭｏ／Ｓｉ多層膜との間で、マスク全体に存在している。このようなバッファ層は、反射光の強度を下げる要因となるので、吸収体パターンの形成後は、吸収体の無い部分のみエッチング除去してＭｏ／Ｓｉ多層膜を露出させる。

しかしながら、上記従来の技術では、マスクパターンの検査はバッファ層のエッチング除去前に行なわれ、検査後にバッファ層のエッチング除去が行なわれるので、このエッチング工程で発生する欠陥については検査がなされていない。バッファ層のエッチング工程で発生する欠陥としては、バッファ層材料の部分的（局所的）なエッチング除去残りや、除去されたバッファ層材料が吸収体パターンへ再付着することによるパターン寸法変化などが挙げられる。このため、欠陥の生じたマスクによってウェーハ上にパターンが形成されることとなり、所望の寸法でウェーハ上にパターンを形成することができないという問題があった。

特開２００６−１３４９４号公報

本発明は、ウェーハ上に形成するパターンの寸法を精度良く制御できる反射型マスクおよび半導体デバイスの製造方法を得ることを目的とする。

本願発明の一態様によれば、照射されるＥＵＶ光をマスクパターンの形状に応じた位置で反射することによって前記マスクパターンの形状をウェーハ上に縮小転写する反射型マスクにおいて、前記ＥＵＶ光が照射される側の面に配置されて前記ＥＵＶ光を反射する反射層と、前記反射層の前記ＥＵＶ光が照射される側に配置されるとともに前記反射層の全面を被覆するバッファ層と、前記バッファ層の前記ＥＵＶ光が照射される側に配置されるとともに、照射されるＥＵＶ光を吸収する吸収体によってマスクパターンが形成された非反射層と、を備えることを特徴とする反射型マスクが提供される。

この発明によれば、ウェーハ上に形成するパターンの寸法を精度良く制御できるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る反射型マスクおよび半導体デバイスの製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るマスクの構成を示す図である。図１では、マスク１０の断面図を示している。マスク１０は、ＥＵＶ露光に用いられる反射型マスクであり、吸収体（非反射層）２、バッファ層３、キャッピング層４、反射膜（反射層）５を有している。なお、図１では、反射膜５の上面側に吸収体２が形成されているようマスク１０を図示しているが、このマスク１０を露光装置に装着する場合には、マスク１０の上下を反転させて装着してもよい。すなわち、吸収体２を上面側にしてマスク１０を露光装置に装着してもよいし、吸収体２を下面側にしてマスク１０を露光装置に装着してもよい。

マスク１０では、反射膜５がガラス基板（図示せず）上に配置されている。また、反射膜５の上側にキャッピング層４が配置され、キャッピング層４が反射膜５の全面を被覆している。また、キャッピング層４の上側には、バッファ層３が配置され、バッファ層３がキャッピング層４の全面を被覆している。さらに、バッファ層３の上側には、パターニングされた吸収体２が配置され、吸収体２がバッファ層３の一部を被覆している。マスク１０を用いてＥＵＶ露光を行なう際には、吸収体２側（表面側）からＥＵＶ光を斜め入射させる。

反射膜５は、ＥＵＶ光を反射する材質を含んで構成されている。反射膜５は、例えばＭｏ／Ｓｉ多層膜である。Ｍｏ／Ｓｉ多層膜は、モリブデン（Ｍｏ）層とシリコン（Ｓｉ）層を交互に例えば４ｎｍずつ積層した多層膜である。Ｍｏ／Ｓｉ多層膜の最上層の膜（キャッピング層４と直接接合する層）は、モリブデンであってもよいし、シリコンであってもよい。

キャッピング層４は、反射膜５をキャッピングする膜であり、例えばシリコン膜である。キャッピング層４は、反射膜５の全面を被覆することによって多層膜最上層の膜の酸化を防止する。キャッピング層４は、例えば１０ｎｍの膜厚を有している。

バッファ層３は、吸収体２をエッチング加工や欠陥修正する際のエッチストップ層であり、例えばＣｒやＣｒ化合物である。したがって、バッファ層３は、吸収体２との間でエッチング加工時の選択比が大きな材質で構成しておく。バッファ層３は例えば３ｎｍの膜厚を有している。吸収体２は、ＥＵＶ光を吸収する材質を含んで構成されている。吸収体２は、例えばＴａ化合物である。吸収体２は、例えば７０ｎｍの膜厚を有している。

マスク１０を作製するには、マスクブランクスから吸収体２をエッチングして、吸収体２をパターニングする。ここでのマスクブランクスは、反射膜５、キャッピング層４、バッファ層３、パターニングされていない吸収体２を有した基板である。さらに吸収体２の層には吸収体層加工用のレジスト材料が塗布されている場合もある。したがって、マスクブランクスは、パターニング前の吸収体２がバッファ層３の全面を被覆している基板である。この後、本実施の形態では、バッファ層３をエッチングすることなく、マスク１０の作製を完了する。したがって、本実施の形態のマスク１０は、吸収体２の存在しない箇所（吸収体２がエッチングされた箇所）と、吸収体２の存在する箇所と、の両方（キャッピング層４の全面）に、バッファ層３が存在している。

マスク１０に照射されたＥＵＶ光のうち、吸収体２の近傍に照射されたＥＵＶ光は吸収体２で吸収され、吸収体２以外の位置（バッファ層３）に照射されたＥＵＶ光はバッファ層３およびその下層の反射膜５で反射される。これにより、バッファ層３およびその下層の反射膜５で反射されたＥＵＶ光のみがウェーハ（図示せず）側へ送られることとなる。そして、吸収体２のパターンに対応するパターンがウェーハ上に縮小転写される。なお、ここではキャッピング層４と反射膜５とをそれぞれ別々の構成としたが、キャッピング層４と反射膜５とを一体に形成してもよい。

ウェーハにパターンを形成するために必要な露光量（ドーズ量）やコントラストは、バッファ層３の厚さによって変化する。このため、本実施の形態では、所定のコントラストを確保しつつ、所定のドーズ量となる適切な膜厚のバッファ層３をマスク１０上に形成しておく。

ここで、ウェーハに照射されるＥＵＶ光のコントラストと、バッファ層３の膜厚との関係、およびウェーハ上にパターンを形成するために必要となるドーズ量とバッファ層３の膜厚との関係について説明する。ここでは、ウェーハへの転写パターンが３２ｎｍの間隔で並ぶライン＆スペース（３２ｎｍ幅で１：１の等間隔配列）である場合について説明する。

図２は、バッファ層の膜厚と露光条件との関係を説明するための図である。図２では、コントラストの計算結果と、最適ドーズ量の計算結果を示している。コントラストは、マスク１０を介してウェーハに照射されるＥＵＶ光のコントラストである。コントラストは、例えばウェーハに照射されるＥＵＶ光の光強度の最大値（ｍａｘ）および最小値（ｍｉｎ）を用いて算出される。ここでのコントラストＣは、Ｃ＝（ｍａｘ−ｍｉｎ）／（ｍａｘ＋ｍｉｎ）によって算出した値である。最適ドーズ量は、ウェーハ上にパターンを形成するために必要となる露光量であり、ここでは規格化している。

図２では、従来のマスクでＥＵＶ露光した場合の計算結果と、本実施の形態のマスク１０でＥＵＶ露光した場合の計算結果と、を示している。なお、従来のバッファ層の膜厚は、吸収体２の下部にあるバッファ層３の膜厚である。コントラストＣ１が、従来のマスクでＥＵＶ露光した場合のコントラストであり、コントラストＣ２が、本実施の形態のマスク１０でＥＵＶ露光した場合のコントラストである。また、ドーズ量Ｄ１が、従来のマスクでＥＵＶ露光した場合の最適ドーズ量であり、ドーズ量Ｄ２が、本実施の形態のマスク１０でＥＵＶ露光した場合の最適ドーズ量である。

ここで、従来のマスクの構成について説明する。図３は、従来のマスクの構成を示す図である。図３では、従来のマスク６０の断面図を示している。従来のマスク６０は、マスク６０からバッファ層６３の一部（吸収体２の下部以外）がエッチングされて吸収体２の下部以外のバッファ層６３が除去されている。したがって、吸収体２が形成されている位置以外の箇所ではキャッピング層４が露出している。具体的には、マスク６０では、反射膜５がガラス基板上に配置されている。また、反射膜５の上側にキャッピング層４が配置され、キャッピング層４が反射膜５の全面を被覆している。また、キャッピング層４の上側には、パターニングされたバッファ層６３が配置され、バッファ層６３がキャッピング層４の一部を被覆している。さらに、バッファ層６３の上側には、パターニングされた吸収体２が配置され、吸収体２がバッファ層６３の一部を被覆している。マスク６０では、バッファ層６３と吸収体２が同じ形状でパターニングされている。

バッファ層３，６３の厚さを１５ｎｍから徐々に薄くしていくと、コントラストＣ１，Ｃ２が少しだけ変化していることがわかる。バッファ層３をＥＵＶ光の反射部（吸収体２の無い箇所）に残している場合（コントラストＣ２）と、バッファ層６３をエッチング除去した場合（コントラストＣ１）とを比べても、両者に大きな差はない。

従来、バッファ層の膜厚は１０〜１５ｎｍであり、この膜厚ではコントラストＣ２よりもコントラストＣ１の方が大きい。バッファ層３を反射部上に残している場合のコントラストＣ２であっても、従来のコントラストＣ１よりも大きなコントラストが得られるバッファ層３の膜厚条件が存在する。例えば、バッファ層３の膜厚が５〜６ｎｍのときは、バッファ層３をエッチング除去しなくても、充分なコントラストが得られることがわかる。

また、反射光の強度が小さくなると、所望のパターンをウェーハ上に形成するために必要なＥＵＶ光の露光量（ドーズ量）が大きくなる。露光量を大きくするためには露光時間を長くする必要があるので、露光のスループットを低下させてしまうこととなる。そこで、本実施の形態では、露光のスループットを低下させないようなドーズ量でウェーハ上にパターン形成できる膜厚のバッファ層３を用いる。

図２では、バッファ層をエッチング除去した場合であってバッファ層の膜厚が１５ｎｍの場合に必要なドーズ量を基準にして、ドーズ量Ｄ１，Ｄ２を算出した場合を示している。ドーズ量Ｄ１に示すように、バッファ層６３をエッチング除去した場合はバッファ層の膜厚によらず略一定のドーズ量が必要となる。一方、ドーズ量Ｄ２に示すように、バッファ層３をエッチング除去せず、反射部にバッファ層３を残している場合には、バッファ層３の膜厚が薄くなるにしたがって、必要なドーズ量も小さくなる。

ドーズ量Ｄ２の場合、バッファ層３の厚さが３ｎｍ以下になると、バッファ層６３をエッチング除去した場合とほぼ同等のドーズ量でウェーハ上にパターンを形成できる。なお、若干のドーズ量の増加を許容するとすれば、バッファ層３が４〜５ｎｍの膜厚の場合であってもバッファ層３のエッチング除去を省略することが可能となる。

このように、バッファ層３のエッチング除去を行なわないマスク構造（反射部にもバッファ層が残っているマスク構造）であっても、充分なコントラストを得ることができるとともに許容範囲内のドーズ量でＥＵＶ露光することができるバッファ層３の膜厚が存在することがわかる。

本実施の形態では、例えばバッファ層３の膜厚として例えば３ｎｍ以下の膜厚を適用することによってバッファ層３の膜厚を最適化する。このように最適なバッファ層３の膜厚を決定することによって、ＥＵＶ用反射型マスク製造プロセスにおいて、バッファ層３のエッチング除去プロセスを省略することができる。このようにして作製されたマスク１０をＥＵＶ露光処理に用いることよって、半導体デバイス（半導体装置）が作製される。

なお、本実施の形態では、３２ｎｍの間隔で並ぶライン＆スペースをＥＵＶ露光する場合について説明したが、ＥＵＶ露光するパターンの形状や大きさは、何れの形状や大きさであってもよい。また、ＥＵＶ露光するパターンに複数種類のパターンが含まれている場合には、最も小さなパターン形状に対して最適化した膜厚を適用する。

また、本実施の形態では、マスク１０がキャッピング層４を有している場合について説明したが、マスクはキャッピング層４を有していなくてもよい。図４は、第１の実施の形態に係るマスクの他の構成例を示す図である。図４では、マスク１１の断面図を示している。マスク１１は、吸収体２、バッファ層３、反射膜５を有している。

マスク１１では、反射膜５がガラス基板上に配置されている。また、反射膜５の上側にバッファ層３が配置され、バッファ層３が反射膜５の全面を被覆している。また、バッファ層３の上側には、パターニングされた吸収体２が配置され、吸収体２がバッファ層３の一部を被覆している。

マスク１１のように構成することによって、バッファ層３がキャッピング層として機能することとなる。このように、マスク１１がキャッピング層４を有していないので、マスク１１はマスク１０よりも簡易な構成のマスクとなる。また、マスク１１はキャッピング層４を有していないので、マスク１１の反射部はマスク１０の反射部よりも大きな反射率でＥＵＶ光を反射することが可能となる。

また、本実施の形態では、バッファ層３やキャッピング層４をエッチングしないので、バッファ層３とキャッピング層４との間のエッチング選択比は小さくてもよい。したがって、キャッピング層４をシリコンとは異なる別の材料で構成してもよい。

また、マスク１０の反射部に異物などが付着した場合であっても、反射部の上部をバッファ層３が被覆しているので、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）などの電子ビームやＡＦＭ（Atomic Force Microscope）による異物除去（吸収体２の欠陥修正）の際にキャッピング層４や反射膜５に与えるダメージを防止できる。これにより、マスク１０の位相欠陥を低減できる。また、バッファ層３のエッチングを行なわないので、バッファ層３の除去残りに起因する欠陥の発生を防止できる。また、バッファ層３のエッチングを行なわないので、吸収体２に異物が堆積することを防止できる。このように、マスク１０の作製工程を少なくすることができるので、寸法制御性を劣化させる要因になりうる工程も少なくなる。したがって、設計通りの寸法でウェーハ上にパターンを形成することが可能となる。これにより、マスク１０を用いて半導体デバイスを作製する際の歩留まりが向上する。また、欠陥の発生を防止した微細なパターンを形成することが可能となるので、性能の良い半導体デバイスを作製することが可能となる。

また、バッファ層３のエッチング除去プロセスを省略することができるので、低コストでマスク１０を作製できるとともに、短期間でマスク１０を作製することが可能となる。すなわち、マスク製造工程の工程数削減によってマスク製造ＴＡＴ（Turn Around Time）を短縮できるとともに製造コストを削減できる。この結果、マスク１０やマスク１０を用いて作製された半導体デバイスを市場に出すタイミングが早くなり、機会損失を低減することが可能となる。

このように第１の実施の形態によれば、マスク１０，１１のバッファ層３がエッチングされることなく反射膜５の上部側に配置されているので、マスク１０，１１によってウェーハにパターン形成する場合のパターンの寸法制御性が高くなる。

（第２の実施の形態）
つぎに、図５および図６を用いてこの発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態ではバッファ層３を所定の膜厚だけエッチングして所望の膜厚を有したバッファ層３をマスク内に形成する。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係るマスクの構成を示す図である。図５では、マスク１２の断面図を示している。図５の各構成要素のうち図１に示す第１の実施の形態のマスク１０と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

マスク１２は、反射膜５がガラス基板（図示せず）上に配置されている。また、反射膜５の上側にキャッピング層４が配置され、キャッピング層４が反射膜５の全面を被覆している。また、キャッピング層４の上側には、バッファ層３が配置され、バッファ層３がキャッピング層４の全面を被覆している。本実施の形態のバッファ層３は、マスクブランクスから所定の膜厚だけエッチングされている。したがって、マスク１２の反射部と非反射部（吸収体２の下部）とでは、バッファ層３の膜厚が異なる。バッファ層３の上側には、パターニングされた吸収体２が非反射部として配置され、吸収体２がバッファ層３の一部を被覆している。

マスク１０を作製するには、マスクブランクスから吸収体２をエッチングして、吸収体２をパターニングする。さらに、本実施の形態では、バッファ層３の膜厚が所定の膜厚（例えば３ｎｍ）となるよう、所定の厚さだけバッファ層３をエッチングする。これにより、マスク１２に所定の厚さのバッファ層３を形成してマスク１２の作製を完了する。したがって、本実施の形態のマスク１２は、吸収体２の存在しない箇所と、吸収体２の存在する箇所と、の両方に、バッファ層３が存在している。

マスク１２の非反射部におけるバッファ層３の膜厚は、図２で説明した第１の実施の形態と同様の算出方法によって求めた膜厚（例えば３ｎｍ以下）とする。これにより、第１の実施の形態のマスク１０と同様の効果を有したマスク１２を得ることができる。

なお、本実施の形態では、マスク１２がキャッピング層４を有している場合について説明したが、マスクはキャッピング層４を有していなくてもよい。図６は、第２の実施の形態に係るマスクの他の構成例を示す図である。図６では、マスク１３の断面図を示している。マスク１３は、吸収体２、バッファ層３、反射膜５を有している。

マスク１３では、反射膜５がガラス基板上に配置されている。また、反射膜５の上側にバッファ層３が配置され、バッファ層３が反射膜５の全面を被覆している。また、バッファ層３の上側には、パターニングされた吸収体２が配置され、吸収体２がバッファ層３の一部を被覆している。

マスク１３のように構成することによって、バッファ層３がキャッピング層として機能することとなる。このように、マスク１３はキャッピング層４を有していないので、マスク１３はマスク１２よりも簡易な構成のマスクとなる。また、マスク１３はキャッピング層４を有していないので、マスク１３の反射部はマスク１２の反射部よりも大きな反射率でＥＵＶ光を反射することが可能となる。

このように第２の実施の形態によれば、マスク１２，１３のバッファ層３が所定の膜厚となるようエッチングされてバッファ層３の膜厚を最適化しているので、マスク１２，１３によってウェーハにパターン形成する場合のパターンの寸法制御性が高くなる。

また、バッファ層３をエッチングしているので、露光条件に応じた所望の膜厚を有したバッファ層３を容易に形成することができる。また、バッファ層３の膜厚を最適化しているので、最適ドーズ量を増加させることなくウェーハ上にパターンを形成することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係るマスクの構成を示す図である。 バッファ層の膜厚と露光条件との関係を説明するための図である。 従来のマスクの構成を示す図である。 第１の実施の形態に係るマスクの他の構成例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るマスクの構成を示す図である。 第２の実施の形態に係るマスクの他の構成例を示す図である。

符号の説明

２ 吸収体、３ バッファ層、４ キャッピング層、５ 反射膜、１０〜１３ マスク

Claims (5)

1. 照射されるＥＵＶ光をマスクパターンの形状に応じた位置で反射することによって前記マスクパターンの形状をウェーハ上に縮小転写する反射型マスクにおいて、
   前記ＥＵＶ光が照射される側の面に配置されて前記ＥＵＶ光を反射する反射層と、
   前記反射層の前記ＥＵＶ光が照射される側に配置されるとともに前記反射層の全面を被覆するバッファ層と、
   前記バッファ層の前記ＥＵＶ光が照射される側に配置されるとともに、照射されるＥＵＶ光を吸収する吸収体によってマスクパターンが形成された非反射層と、
   を備えることを特徴とする反射型マスク。
2. 前記バッファ層のうち前記非反射層が存在する場所に位置するバッファ層の膜厚は、前記バッファ層のうち前記バッファ層の前記ＥＵＶ光が照射される側に前記非反射層が形成されていない位置の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の反射型マスク。
3. 前記反射層は、モリブデンとシリコンとを交互に積層したＭＯ／Ｓｉ多層膜であり、
   前記反射層の最上層と前記バッファ層とが直接接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型マスク。
4. 前記バッファ層は、ＣｒまたはＣｒ化合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の反射型マスク。
5. 請求項１〜４の何れか１つに記載の反射型マスクを用いて半導体デバイスを作製することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

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