JP2022029394A - 極紫外線リソグラフィ用ペリクル及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 極紫外線リソグラフィ用ペリクル及びその製造方法を提供する。【解決手段】極紫外線リソグラフィ用ペリクルは、中心層及び補強層を含むペリクル部を備える。中心層は、シリコン（Ｓｉ）を必須に含み、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）のうち少なくとも一つの物質をさらに含む。補強層は、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）のいずれか一つ以上を含む物質で形成される。ペリクルの厚さが最小化して極紫外線用露光光に対して高い透過率を維持しながら、機械的・熱的・化学的特性に富んでいる。【選択図】 図１
Description
本発明は、極紫外線リソグラフィ用ペリクル及びその製造方法に関し、特に、極紫外線露光光に対して高い透過率を有し、熱的特性及び機械的特性を改善できるペリクルに関する。
フォトリソグラフィ（Ｐｈｏｔｏ－ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる露光（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）技術の発達は、半導体集積回路の高集積化（Ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を可能にした。より微細な回路パターンをウエハー上に形成するためには、分解能と呼ばれる露光装備の解像力（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）が高くなる必要がある。解像力の限界を超える微細パターンを転写すると、光の回折（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）及び散乱（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）による光干渉が発生し、元来のマスクパターンとは異なる歪んだ像が転写される問題につながる。
現在、商用化している露光工程は、１９３ｎｍのＡｒＦ波長を用いる露光装備で転写工程を行ってウエハー上に微細パターンを形成しているが、５０ｎｍ以下の微細パターンの形成においては光の回折及び散乱による限界を示しており、空気に比べて屈折率の大きい液状媒体を用いた液浸露光技術（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、露光工程を２回行う二重露光技術（Ｄｏｕｂｌｅ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、光の位相を１８０゜反転させ、隣接する透過光と弱め合い干渉を起こさせる位相転移技術（Ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、光の干渉及び回折効果によって設計パターンサイズよりも小さくなったり端部が丸くなる現象を補正する光学位相補正（Ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）など、様々な方法が開発されている。
しかしながら、前記ＡｒＦ波長を用いる露光技術では、より微細化した３２ｎｍ以下の回路線幅が具現し難く、また生産費用及び工程複合性も増加せざるを得ない。このため、１９３ｎｍの波長に比べて非常に短波長である１３．５ｎｍ波長を主露光波長とする極紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ－Ｖｉｏｌｅｔ、以下、‘ＥＵＶ’という。）光を用いるＥＵＶリソグラフィ技術が、次世代工程として注目されている。
一方、リソグラフィ工程は、パターニングのための原版としてフォトマスク（Ｐｈｏｔｏｍａｓｋ）が用いられ、フォトマスク上のパターンがウエハー（Ｗａｆｅｒ）に転写されるが、仮に、フォトマスク上にパーティクル（Ｐａｒｔｉｃｌｅ）や異物などの不純物が付着していれば、この不純物によって露光光が吸収又は反射され、転写されたパターンが損傷することがあり、これは、半導体装置の性能や収率の低下につながる。
これによって、フォトマスクの表面に不純物が付着することを防止するために、フォトマスクにペリクル（Ｐｅｌｌｉｃｌｅ）を付着する方法が用いられている。ペリクルはフォトマスクの表面上に配置され、ペリクル上に不純物が付着しても、フォトリソグラフィ工程時に焦点はフォトマスクのパターン上に一致しているので、ペリクル上の不純物は焦点が合わず、ウエハーの表面に転写されない。最近では、回路線幅の微細化により、パターン損傷に働き得る不純物のサイズも減っているため、フォトマスクを保護するためのペリクルの役目は一層重要になりつつある。ペリクルは、ＥＵＶ露光光に対する円滑な透過の点で、基本的に１００ｎｍ以下の厚さの極薄膜（Ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ）の形態で構成される必要があり、また真空環境とステージの移動加速度に対する機械的信頼性、ＥＵＶ露光光に対する優れた透過率、長期間の露光工程にも耐えられる熱的安定性を満たす必要があり、このような要素を考慮して構成物質及び構造が決定される。
本発明は、露光光に対して高い透過率を有し、熱的特性及び機械的強度に優れた極紫外線リソグラフィ用ペリクル及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る極紫外線リソグラフィ用ペリクルは、中心層及び補強層を含んで構成されるペリクル部を備える。前記中心層は、シリコン（Ｓｉ）を必須に含み、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）のうち少なくとも一つの物質をさらに含むか、この物質に、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）のいずれか一つ以上をさらに含む化合物で形成される。前記補強層は、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）のいずれか一つ以上を含む物質で形成される。
前記中心層は、１００ｎｍ以下の厚さを有する。
前記中心層は、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）のいずれか一つ以上の物質のイオン又はガスを用いたイオン注入又は拡散工程によって表面処理され得る。
前記補強層は、５０ｎｍ以下の厚さを有する。
前記中心層の上部及び下部の少なくとも一方には単層構造又は多層構造のキャッピング層が形成される。
前記キャッピング層は、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオビウム（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）のいずれか一つ以上の物質、又はこの物質に窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）のいずれか一つ以上が含まれた化合物で構成され得る。
前記キャッピング層は、５０ｎｍ以下の厚さを有する。
本発明によれば、厚さが最小化して極紫外線用露光光に対して高い透過率を維持しながら、機械的・熱的・化学的特性に優れた極紫外線リソグラフィ用ペリクルを提供することができる。
以下、添付の図面を参照して本発明を具体的に説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係る極紫外線リソグラフィ用ペリクルを示す断面図である。
本発明に係る極紫外線リソグラフィ用ペリクルは、支持部１００とペリクル部２００で構成されている。ペリクル部２００は支持部１００の上部に置かれ、支持部１００はペリクル部２００を支持する機能を有する。
支持部１００は、支持層パターン１１０ａとエッチング阻止層パターン１２０ａを含んで構成される。支持部１００は補強層パターン２１０ａをさらに含むことができ、後述するように、補強層パターン２１０ａは必要によって除去されてもよい。
後述するように、支持層パターン１１０ａは、支持層１１０をエッチングして形成し、エッチング阻止層パターン１２０ａは、エッチング阻止層１２０をエッチングして形成する。湿式エッチングによって支持層パターン１１０ａを形成する時、エッチング領域の縁が中央領域に比べて速くエッチングされることがある。このため、ペリクル部２００の縁が先に露出されながら、支持層パターン１１０ａの形成が完了する前にペリクル部２００の縁領域が過度にエッチングされて破壊されることがある。このような問題を解決するとともに、薄膜の厚さを正確に制御するために、本発明ではエッチング阻止層１２０を形成する。
支持層パターン１１０ａは、エッチング阻止層１２０に対してエッチング選択比に優れた物質で構成され、具体的には、単結晶、無結晶及び多結晶のいずれか一つ以上の状態を含むシリコン、クロム（Ｃｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）のいずれか一つ以上、又はこれら物質に酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）のいずれか１種以上が含まれた化合物で構成できる。支持層パターン１１０ａは、１ｕｍ以下、好ましくは５０～２００ｎｍの厚さを有する。
ペリクル部２００は、補強層２１０と中心層２２０を含んで構成される。
中心層２２０は、極紫外線を透過させる機能を担い、高いエネルギーを持つＥＵＶによってペリクル部２００に蓄積された熱エネルギーを外部に放出できるように、熱放射能力に優れた物質で構成される。具体的には、中心層２２０は、シリコン（Ｓｉ）を含んで構成され、さらに、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）のうち少なくとも一つの物質を含んで構成される。また、中心層２２０は、この物質に窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）のいずれか一つ以上が含まれた化合物で形成されてもよい。中心層２２０に含まれるシリコンは、ペリクルに要求される透過率を確保する機能を有する。中心層２２０に含まれる前記金属物質は、中心層２２０の熱特性を改善する機能を有する。
中心層２２０は、１００ｎｍ以下、好ましくは１０～３０ｎｍの厚さを有する。ペリクル部２００に要求される透過率が９０％以上である場合、中心層２２０は、極力薄い１０ｎｍの厚さを有し、要求される透過率が８０％以上である場合、中心層２２０は３０ｎｍの厚さを有することができる。中心層２２０は、単層又は多層で構成できる。
中心層２２０は、熱的、機械的、化学的特性を改善するために、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）のいずれか一つ以上の物質のイオン又はガスを用いたイオン注入又は拡散工程によって表面処理することができる。
補強層２１０は、極紫外線用露光光に対して高い透過率を維持しながら、中心層２２０の機械的強度を向上させ且つ化学的安定性を確保する機能を有する。補強層２１０はシリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）のいずれか一つ以上を含む物質で構成される。一例として、補強層２１０は、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ｂ４Ｃ、ＢＮ、ＺｒＮで構成できる。このような物質は、ペリクルが用いられる環境に存在する水素（Ｈ）ラジカルとの反応が少ないため、化学的安定性を確保し、また機械的安定性を確保する機能を有する
補強層２１０は、５０ｎｍ以下、好ましくは２～５ｎｍの厚さを有する。２ｎｍ以下の厚さでは、補強層２１０の機能が発現できず、５ｎｍ以上の厚さでは、ペリクル部２００に要求される最小限の透過率、例えば８０％以上の透過率が確保し難い。補強層２１０は、単層又は多層で構成できる。
補強層２１０は、５０ｎｍ以下、好ましくは２～５ｎｍの厚さを有する。２ｎｍ以下の厚さでは、補強層２１０の機能が発現できず、５ｎｍ以上の厚さでは、ペリクル部２００に要求される最小限の透過率、例えば８０％以上の透過率が確保し難い。補強層２１０は、単層又は多層で構成できる。
図２～図８は、図１における極紫外線リソグラフィ用ペリクルの製作工程を順次に示す図である。
図２を参照すると、本発明に係る極紫外線リソグラフィ用ペリクルの製造のための下地となる支持層１１０としてシリコン又は石英ウエハー基板を準備する。
図３を参照すると、支持層１１０上にエッチング阻止層１２０が形成される。エッチング阻止層１２０は、熱酸化蒸着（Ｔｈｅｒｍａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）、プラズマ化学気相蒸着（Ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング蒸着（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、原子層蒸着（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、イオンビーム蒸着（Ｉｏｎ ｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法によって形成される。エッチング阻止層１２０が蒸着によって形成されることにより、エッチング阻止層１２０は支持層１１０の両面、すなわち上面及び下面の両方に形成される。
図４を参照すると、エッチング阻止層１２０上に補強層２１０及び中心層２２０が順次に形成される。補強層２１０は上部及び下部のエッチング阻止層１２０の外面にそれぞれ形成される。補強層２１０と中心層２２０は、化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）、スパッタリング蒸着（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、電子ビーム蒸着（Ｅ－ｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、原子層蒸着（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、イオンビーム蒸着（Ｉｏｎ ｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法によって形成される。中心層２２０の蒸着後、中心層２２０はリン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）のいずれか一つ以上の物質のイオン又はガスを用いたイオン注入又は拡散工程によって表面処理される。
図５を参照すると、中心層２２０の上部に上部エッチングマスク層２４０を形成し、支持層１１０の下部に、上部エッチングマスク層２４０と同じ物質を蒸着して下部エッチングマスク層１３０を形成する。上部エッチングマスク層２４０と下部エッチングマスク層１３０は一つの工程で同時に形成されてもよい。
上部エッチングマスク層２４０は、支持層１１０をエッチングして支持層パターン１１０ａを形成する時、エッチング溶液からペリクル部２００を保護する機能を有する。そのために、上部エッチングマスク層２４０は、支持層１１０のエッチング溶液に対してエッチング選択比に優れた物質で構成される。上部エッチングマスク層２４０は、単結晶、無結晶、多結晶のいずれか一つ以上の状態を含むシリコン、クロム（Ｃｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）のいずれか一つ以上の物質、又はこの物質に酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）のうちの１種以上を含む化合物で構成することができる。上部エッチングマスク層２４０は、１ｕｍ以下の厚さを有することが好ましい。下部エッチングマスク層１３０は、上部エッチングマスク層２４０と同一又は類似の組成及び厚さを有するように構成できる。
図６を参照すると、下部エッチングマスク層１３０上にフォトレジスト膜を形成した後にパターニングしてレジストパターン１４０ａを形成する。その後、レジストパターン１４０ａをエッチングマスクにして下部エッチングマスク層１３０を乾式又は湿式エッチングしてパターニングすることによって、下部補強層２１０の一部を露出させる下部エッチングマスク層パターン１３０ａを形成する。その後、レジストパターン１４０ａ及び下部エッチングマスク層パターン１３０ａをエッチングマスクにして下部の補強層２１０及び下部のエッチング阻止層１２０をエッチングして補強層パターン２１０ａ及び下部エッチング阻止層パターン１２０ａを形成する。
図７を参照すると、レジストパターン１４０ａを除去した後、下部エッチングマスク層パターン１３０ａ、補強層パターン２１０ａ、及び下部エッチング阻止層パターン１２０ａをエッチングマスクにして乾式エッチング、又はＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ＥＤＰなどの溶液を用いた湿式エッチング工程によって支持層１１０をエッチングする。これによって、支持層１１０の上部のエッチング阻止層１２０を露出させる支持層パターン１１０ａが形成される。乾式エッチング時には等方性エッチング又は異方性エッチングを組み合わせることができる。
図８を参照すると、上部エッチングマスク層２４０及び下部エッチングマスク層パターン１３０ａを除去し、エッチング阻止層１２０をエッチングすることによって、支持層パターン１１０ａの上部にペリクル部２００を露出させる上部エッチング阻止層パターン１２０ａを形成する。これでペリクルの製造が完了する。支持層パターン１１０ａの下部における補強層パターン２１０ａとエッチング阻止層パターン１２０ａは必要によって除去されてもよく、除去されない状態で残っていてもよい。
図９は、本発明の第２実施例に係る極紫外線リソグラフィ用ペリクルを示す断面図である。
本実施例では、第１実施例の構成においてペリクル部２００がキャッピング層２３０をさらに備えている。図１の状態で、ペリクル部２００の上部及び下部に、それぞれ、中心層２２０及び補強層２１０を覆うキャッピング層２３０をさらに形成することによって、図９に示すような構造のペリクルを作製することができる。キャッピング層２３０はペリクル部２００の上部及び下部のいずれか一方にのみ形成されてもよく、それぞれのキャッピング層２３０は単層構造又は２層以上の多層構造を有することができる。ペリクル部２００の上部のキャッピング層２３０は、図４の状態において図５の工程を行う前に、すなわち、上部エッチングマスク層２４０を形成する前にキャッピング層２３０を形成することができる。ペリクル部２００の下部のキャッピング層２３０は、図８の状態でキャッピング層２３０を形成することができる。キャッピング層２３０は、ペリクル部２００の機械的特性を改善し、化学的安定性を向上させる機能を有する。
キャッピング層２３０は、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオビウム（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）のうち少なくとも一つの物質、又はこの物質に窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）のうち少なくとも一つが含まれた化合物で構成される。キャッピング層２３０は５０ｎｍ以下、好ましくは２～５ｎｍ厚を有する。
以上、図面を参照し、本発明の構造を用いて本発明を具体的に説明したが、これは、本発明の例示及び説明をするための目的で用いられたもので、意味限定又は特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために用いられたものではない。したがって、本発明の技術分野における通常の知識を有する者であれば、構造から様々な変形及び均等な別の構造が可能である点が理解できよう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的事項によって定められるべきであろう。
Claims (7)
- 中心層及び補強層を含んで構成されるペリクル部を備え、
前記中心層は、シリコン（Ｓｉ）を必須に含み、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、モリブデン（Ｍｏ）のうち少なくとも一つの物質をさらに含むか、この物質に窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）のいずれか一つ以上をさらに含む化合物で形成され、
前記補強層は、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）のいずれか一つ以上を含む物質で形成されることを特徴とする極紫外線リソグラフィ用ペリクル。 - 前記中心層は、１００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の極紫外線リソグラフィ用ペリクル。
- 前記中心層は、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）のいずれか一つ以上の物質のイオン又はガスを用いたイオン注入又は拡散工程によって表面処理されることを特徴とする、請求項１に記載の極紫外線リソグラフィ用ペリクル。
- 前記補強層は、５０ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の極紫外線リソグラフィ用ペリクル。
- 前記中心層の上部及び下部の少なくとも一方に形成される単層構造又は多層構造のキャッピング層をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の極紫外線リソグラフィ用ペリクル。
- 前記キャッピング層は、シリコン（Ｓｉ）、ホウ素（Ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオビウム（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）のいずれか一つ以上の物質、又はこの物質に窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）のいずれか一つ以上が含まれた化合物で構成されることを特徴とする、請求項５に記載の極紫外線リソグラフィ用ペリクル。
- 前記キャッピング層は、５０ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする、請求項６に記載の極紫外線リソグラフィ用ペリクル。
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