JP3219502B2 - 反射型マスクとその製造方法、並びに露光装置と半導体デバイス製造方法 - Google Patents
反射型マスクとその製造方法、並びに露光装置と半導体デバイス製造方法Info
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Description
線などの放射エネルギを反射型マスクに照射し、反射鏡
によってレジスト上に縮小投影するリソグラフィ装置な
どに用いられる反射型マスクに関するものである。
半導体デバイスを製造するため、微細なパターンを光学
的にレジストに転写するリソグラフィでは、半導体デバ
イスの高集積化・微細化に伴ってより解像度が高いX線
あるいは真空紫外線を用いる方式が用いられるようにな
ってきた。このような方式の露光装置ではシンクロトロ
ンあるいはレーザプラズマなどの光源からのX線あるい
は真空紫外線等の放射エネルギを転写パターンが形成さ
れている反射型マスクに照射し、これによって反射され
たX線あるいは真空紫外線を複数枚の反射鏡によってレ
ジスト上に縮小投影する。使用される反射型マスクは、
反射鏡の上に転写パターンに応じた吸収体あるいは反射
防止膜などが設けられる。又、反射鏡としては複数の物
質を交互に積層した多層膜が用いられる。
方法として所謂「位相シフト法」が知られているが、こ
の位相シフト法を反射型マスクにも適用することができ
る。これは反射型マスクにおいて隣り合ったパターンで
反射するX線の位相がπだけずれるような位相シフタを
形成して、マスクで反射したX線あるいは真空紫外線を
反射鏡によってレジスト上に縮小投影した場合、これら
のパターンの間でX線強度が0となるのでコントラスト
が向上するというものである。又、結像光学系の開口数
を大きくしなくても回折による転写パターンのコントラ
スト低下の影響を低減することができるので焦点深度を
深くすることができる。このためウエハの位置合わせ誤
差やウエハのそりなどによる焦点ずれの影響を受けにく
く、リソグラフィの解像度を高めることができる。
シフト反射型マスクを実現する方法としては、図7に示
すようにマスク基板51に予め段差53を設けておきこ
の上に多層膜52を成膜する方法があった。54は転写
パターンである。しかしながら、段差を作製する工程が
容易ではなく、生産性や歩止まりを向上させにくいとい
う課題を有する。
ので、位相シフト法を用いたリソグラフィ用の反射型マ
スクを高い生産性で提供することを目的とする。又、上
記マスクを用いた露光装置や半導体デバイス製造方法な
どを提供することを目的とする。
明の反射型マスクは、マスクパターンが形成される反射
領域が多層膜で構成され、膜厚周期を場所によって異な
らせて反射する放射エネルギの位相を変化させることを
特徴とするものである。
考え方は、反射領域の多層膜の膜厚周期を場所によって
変化させ位相シフタを形成することによって、反射する
X線の位相を変えるものである。多層膜の膜厚周期は多
層膜に部分的に電子ビームやイオンビームなどのエネル
ギビームを照射することによって変化させることができ
る。
の変化量をp′、使用するX線または真空紫外線の波長
をλ、入射角をθ、膜厚周期数をmとすると、多層膜最
上面の段差は、 2mp′ となるので、ここで反射したX線の位相差は、 δ = 4πmp′cos θ/ λ となる。多層膜内でのX線の屈折が小さいとき、ブラッ
グ条件から、 p=nλ/ 2 cosθ n:自然数 なので、 δ=2πmnp′/ p となる。従って反射光の位相が±πだけ変化するには、 2mnp′/ p= 1 n:0以外の整数 となる。
相変化は上面での反射だけでなく、より下層の全ての界
面での反射による寄与を考えなければならないが、高い
反射率を得るために十分な層数を積層した多層膜では上
層で反射したX線の寄与が支配的であるので、最上面で
の反射における位相変化を考慮すれば十分である。
にπでなくても 0.5〜 1.5π程度の範囲にあれば効果が
あるので、膜厚周期の変化量もそれに対応した幅をもっ
た値になる。結局、 1/2 < 2mnp′/p < 3/2 n:0以外の整数 で規定されるp′だけ膜厚周期を変化させればよい。
化させるには、多層膜を部分的に加熱する。これにより
膜を構成する物質の種類に応じて膜厚周期が数%増加ま
たは減少する。膜厚周期の変化量は加熱温度や加熱時間
によって制御することができる。この多層膜を部分的に
加熱する具体的方法としては、電子ビーム、イオンビー
ム、レーザビームなどのエネルギビームの照射が好まし
い。
マスクパターンが形成されるが、非反射部を形成するた
めにエネルギビームを照射して多層膜構造を破壊する方
法を採用する。これにより、一つのエネルギビーム照射
工程の中で照射条件を変更するだけで非反射部と位相シ
フタ部を形成することができる。
示す。石英製のマスク基板1の上にモリブデンとシリコ
ンの2種の繰り返しからなる多層膜2を、RFマグネト
ロンスパッタ法により成膜した。ここでモリブデン膜は
厚さ3nm、シリコン膜は厚さ3.7nmで、層数は2
5層対である。そして、この上に通常の光リソグラフィ
法によってマスクパターン(回路パターン)に応じた厚
さ100nmの金からなる吸収体パターン4を形成し
た。
電子ビームを照射して多層膜を局部的に加熱して位相シ
フタを形成した。その結果、加熱部分の多層膜はその周
期が約2.5%小さくなり、多層膜表面の段差は約4.
2nmとなった。
入射させたところ、膜厚周期を変化させた部分2aと膜
厚周期を変化させない部分2bの反射率は共に60%で
あっが、反射するX線の位相は互いに0.95πだけ異
なっていた。
光装置の例を示す。波長13nmの軟X線を発生する放
射源であるアンジュレ−タ6からのビ−ムを2枚の反射
鏡7、8で拡大して、上記説明した反射型マスク9を照
明する。反射型マスク9によって強度と位相が変化した
軟X線は2枚の反射鏡10、11よりなる結像光学系に
よって縮小され、ウエハ12に塗布されたレジスト上に
投影されマスクパターンが露光転写される。ここで縮小
率は10分の1、開口数は0.06であり、シュワルツ
シルド光学系を構成している。この装置を使用して縮小
露光の実験を行なったところ、線幅90nmのパターン
まで解像できた。
示す。シリコンカーバイド製のマスク基板の上にタング
ステンと炭素の2種の繰り返しからなる多層膜を、イオ
ンビームスパッタ法により成膜した。ここでタングステ
ン膜は厚さ0.49nm、炭素膜は厚さ1.91nm
で、層数は250層対である。
ターン)に応じた部分22cにイオンビームを照射して
多層膜を局部的に加熱し多層構造を破壊した。破壊され
た部分の周辺22bでは多層膜が加熱され、その周期が
2.40nmから約0.2%大きくなり、多層膜表面の
段差は約1.2nmとなった。
を入射角20°で照射して反射率を測定したところ、イ
オンビームを照射しなかった部分22aでは35%、破
壊された部分22cではX線の反射率は0.1%以下、
その周辺部22bでは32%であった。又、22bと2
2aから反射するX線の位相は、互いに0.9πだけ異
なっていた。
装置の例を示す。波長4.5nmの軟X線を発生する放
射源であるレーザプラズマX線源33からのビ−ムを2
枚の反射鏡27、28で集光して、上記説明した反射型
マスク29を照明する。反射型マスク29によって強度
と位相が変化した軟X線は、2枚の反射鏡30、31よ
りなる結像光学系によって縮小され、ウエハ32に塗布
されたレジスト上に投影されマスクパターンが露光転写
される。ここで縮小率は5分の1、開口数は0.02で
あり、シュワルツシルド光学系を構成している。この装
置を使用数て縮小露光の実験を行なったところ、線幅1
20nmのパターンまで解像できた。
と位相シフタ部を形成することができるのでマスクのパ
ターン位置精度、生産性、歩留まりをより一層向上させ
ることができる。
利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明す
る。図5は半導体デバイス(ICやLSI等の半導体チ
ップ、あるいは液晶パネルやCCD等)の製造のフロー
を示す。ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの
回路設計を行なう。ステップ2(マスク製作)では設計
した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、
ステップ3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用い
てウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は
前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用い
て、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を
形成する。次のステップ5(組み立て)は後工程と呼ば
れ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシ
ング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ
5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久
性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体
デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
を示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン
打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ
17(現像)では露光したウエハを現像する。ステップ
18(エッチング)では現像したレジスト像以外の部分
を削り取る。ステップ19(レジスト剥離)ではエッチ
ングが済んで不要となったレジストを取り除く。これら
のステップを繰り返し行なうことによってウエハ上に回
路パターンが多重形成される。
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とができる。
スクを提供することができる。又、本発明を露光装置や
半導体デバイス製造方法に適用すれば、従来は難しかっ
た高集積度デバイスを製造することができる。
成図である。
成図である。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 マスクパターンが形成される反射領域が
多層膜で構成され、膜厚周期を場所によって異ならせて
反射する放射エネルギの位相を変化させることを特徴と
する反射型マスク。 - 【請求項2】 膜厚周期をp、膜厚周期の差をp′、膜
厚周期数をmとしたとき、 1/2 < 2mnp′/p < 3/2 n:0以外の整数 の条件を満たすことを特徴とする請求項1の反射型マス
ク。 - 【請求項3】 請求項1の反射型マスクを、多層膜に部
分的にエネルギビームを照射することで膜厚周期を変化
させた部分を形成することを含む製法で製造することを
特徴とする反射型マスクの製造方法。 - 【請求項4】 請求項1の反射型マスクを、多層膜に部
分的にエネルギビームを照射することで膜厚周期を変化
させた部分と反射率を低下させた部分とを形成すること
を含む製法で製造することを特徴とする反射型マスクの
製造方法。 - 【請求項5】 放射源からの放射エネルギを転写パター
ンが形成されている反射型マスクに照射し、反射された
放射エネルギを反射鏡によって基板上に縮小投影して露
光転写する露光装置において、前記反射型マスクはマス
クパターンが形成される反射領域が多層膜で構成され、
膜厚周期を場所によって異ならせて反射する放射エネル
ギの位相を変化させたことを特徴とする露光装置。 - 【請求項6】 半導体デバイス製造用の転写パターンが
形成される反射領域が多層膜で構成され、膜厚周期を場
所によって異ならせて反射する放射エネルギの位相を変
化させた反射型マスクを用意するステップ、 放射源からの放射エネルギを前記反射型マスクに照射
し、反射された放射エネルギを反射鏡によって基板上に
縮小投影して露光転写するステップを有することを特徴
とする半導体デバイス製造方法。 - 【請求項7】 請求項6の製造方法で製造されたことを
特徴とする半導体デバイス。
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