JP4589918B2 - Ｅｕｖリソグラフィ用反射型半導体マスク及びその製法ならびに当該半導体マスクを用いるフォトレジストのパターニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、集積回路を反射防止コーティング（ＡＲＣ）を有するマスクを使用して形成する方法に関し、特に集積回路を多層反射防止コーティング（ＡＲＣ）を有する反射型マスクを使用して形成する方法に関する。

半導体の製造では常に、パターンサイズを微小化させる傾向が続いている。困難な技術の一つは、使用する光の利用解像度を十分に高くすることである。光源の波長はより短いものになってきている。波長が短くなると、共通に使用する材料の光学特性の変化のような他の課題が生じる。実施されてきた一つの手法は、反射型マスクを使用することであり、この反射型マスクは極紫外線（ＥＵＶ）波長のなどの短い波長にまで効果的に機能することができる。しかしながら、主要な製造工程をこれらの非常に短い波長において実施することができるようになるまでには、多くの課題を解決する必要がある。これらの課題の一つは、マスクを十分に検査して欠陥を検出する機能を実現することである。製造の関係上、マスクは露光光源に晒されるときに半導体ウェハの上に転写される欠陥を含んではならない。従って、マスクを検査してこのような欠陥を全て検出することができる必要がある。

現在も続く検査に関する難しさは、検査治具が、マスクパターンをフォトレジストに転写するためにマスクを使用している間のマスクを通過する光の波長とは異なる波長で検査を実施する必要があることである。光学特性は波長と共に変化するので、一の波長を吸収する材料は別の波長を反射する。この問題は、特に極紫外線（ＥＵＶ）に関して深刻である。通常、波長が１０〜１６ナノメートルと考えられる極紫外線（ＥＵＶ）においてマスクとして効果的であることが判明している材料は普通、検査治具が使用するこれよりも長い波長において強い反射を示す。ＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）から成る単一層が検査に関して十分なコントラストを実現するために有効であることが判明している。これに関する或る問題は、検査を一つの周波数でしか実施することができないことであるが、これは、層の厚さによって、どの波長が反射されないかが決まっていたからである。これは幾つかの理由により問題となる。一つの理由は、大きな欠陥に関して予備スクリーニングを迅速に行なうことができることが望ましく、このスクリーニングを長い波長を有する古い機器によって行なうことが望ましいからである。別の理由は、検査機器の波長が解像度を上げるために短くなってきているからである。また、ＳｉＯＮから成るこの単一層は、全ての修正が行なわれた後に、後続のエッチングによってエッチングされる。従って、最終的な厚さは実際には一定時間のエッチングによって決まり、この厚さは堆積の厚さよりも制御が難しい。

従って、半導体をより短い波長で反射型マスクを使用して形成する方法であって、反射型マスクが、特に複数の波長で効果的に検査することができるような方法が必要になる。

一の実施形態では、半導体ウェハ上のフォトレジスト層を、相当に広範囲の波長に渡って効果的な反射防止コーティング（ＡＲＣ）の積層体を有する反射型マスクを使用してパターニングする。ＡＲＣは吸収層を覆うように設けられ、この吸収層は少なくとも第１タイプの金属を有する。ＡＲＣは少なくとも３つの層を有し、これらの層の全ては第１タイ
プの金属を含む。３つの層の内の中間層は他の２つの層よりも小さい消光係数（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を有する。第１タイプの金属がタンタルの場合、本実施形態の中間層はタンタルシリコン酸化物であり、そして他の２つの層はタンタルシリコン窒化物である。任意選択の形で、誘電体層を３つの金属含有層を覆うように配置することができる。この様子は図及び次の記述を参照することにより一層深く理解することができる。

当業者であれば、これらの図の構成要素が説明を簡単かつ明瞭にするために示され、そして必ずしも寸法通りには描かれていないことを理解できるであろう。例えば、これらの図の構成要素の幾つかの寸法は他の構成要素に対して誇張して描いて本発明の実施形態を理解し易くしている。

図１に示すのはマスク１０であり、このマスクは、基板１２と、反射層１４と、パターン積層体１６と、パターン積層体１８と、そして積層体１６と１８との間の反射領域２０と、を有する。各積層体１６及び１８は、反射層１４に隣接する吸収積層体２２と、吸収積層体２２に隣接する第２層２４と、層２４に隣接する層２６と、層２６に隣接する層２８と、そして層２８に隣接する層３０と、を有する。基板１２はシリコン酸化物であることが好ましいが、広範囲の種類の他の材料とすることができる。この材料に関して重要なことは、応力をほとんど生じることがなく、かつ材料が必要な物理的支持体となることである。反射層はモリブデン薄膜及びシリコン薄膜が交互に重なる一連の薄膜層であることが好ましい。この構成は、ＥＵＶリソグラフィに使用することができるように設けられる反射型マスクの通常の構成である。吸収積層体２２は、下部にクロム層２１を、そしてこのクロム層２１を覆ってタンタルシリコン窒化物層２３を有することが好ましい。このタンタルシリコン窒化物層２３の組成は、窒素が約２％だけである。層２４，２８はタンタルシリコン窒化物であることが好ましいが、吸収層のタンタルシリコン窒化物に含まれる窒素よりもかなり高い濃度の窒素から成る組成を有する。これは約５倍の高濃度であることが好ましい。層２６はタンタルシリコン酸化物であることが好ましい。酸素含有量は層２４及び２８の窒素含有量とほぼ同じである。層３０はＳｉＯＮ（シリコン酸窒化物）であることが好ましい。

積層体１６，１８の高さは約１０００〜１５００オングストロームであることが好ましい。層２４〜３０を吸収層２２を覆うように設けると、かなり広範囲の波長が積層体１６及び１８によってほとんど反射されない。検査を行なうためには、これらの積層体の反射率は１０％未満である必要がある。積層体１６及び１８の反射率は５％未満であるので、効果的な検査を実施するために必要な値よりも十分に小さい。この反射率は、層３０の厚さを２８０オングストローム、そして層２４〜２８の合計厚さを２００オングストロームとすることにより得られた。層２４〜２８の各々は等しい厚さになるように形成した。ＥＵＶ波長では、これらの層２４〜３０は吸収積層体２２に含まれる材料とほぼ同じ吸光性を有する。従って、層２４〜３０によって厚さが厚くなる分だけ、吸収積層体２２の厚さを減らして所与の吸収率を得ることができる。従って、積層体１６及び１８の総合的な高さは層２４〜３０が在ることによって悪影響を受けることがない。

所望目標の１０％未満の反射率を達成するために使用されたタンタルシリコン酸化物の組成は、Ｓｐｕｔｔｅｒｅｄ Ｆｉｌｍｓ社製のＥｎｄｅａｖｏｒ ＡＴを使用して得られ、この場合、基板温度は室温にし、ターゲットはＴａ_５Ｓｉ_３を使用し、スパッタガンは低い周波数のｒｆで動作して５００ワットの電力を要し、基板は１８ＳＣＣＭのアルゴン及び６ＳＣＣＭの酸素を含有する雰囲気において２０ワットのｒｆ電源でバイアスした。タンタルシリコン窒化物の組成は、酸素に代えて窒素を用いることを除いてタンタルシリコン酸化物の組成と同じように調整した。タンタルシリコン窒化物を吸収積層体に形成
する際の窒素流量も、窒素流量が１．２ＳＣＣＭであることを除いて同じプロセスによるものであった。ＳｉＯＮはＰＥＣＶＤにより堆積させた。

厚さは反射されない特定の範囲の波長に基づいて選択される。この場合、通常の検査機器の波長は１５０〜５００ナノメートルの範囲となる。所与の光学特性及び厚さを有する複数の層から成る積層体に関する波長の反射を求める計算方法は公知である。このプロセスのタンタルシリコン窒化物及びタンタルシリコン酸化物の光学特性を測定した。次にこれらの特性を計算に使用して反射率を求めた。層３０の厚さをまず、当該層単独による反射が、反射を生じないことが望ましい波長範囲の中間ポイントにおいて最小になる厚さを計算することにより選択した。次に、次のステップでは、層２４〜３０による合計の反射を計算したが、この場合、３つの層を合わせた特定の合計膜厚に関する層２４〜２８の膜厚比を種々の値に設定した。これによって膜厚比及び合計膜厚に基づいた或る範囲の低反射率が得られた。次に、当該範囲内で、少ない反復回数を計算した。また、かなり小さい反射率を示すことが分かっていた層２４〜２８の所与の厚さに対して、層３０の厚さの変化の計算値を使用して反射率を更に小さくすることができることを証明した。１０％未満の目標反射率は、所望の波長範囲の全体に渡って５％未満となることによって容易に達成することができたので、最小反射率そのものを求める必要はなかった。コントラスト比は７０％超であることが好ましい。コントラスト比は、この場合は反射領域２０であるバックグランドによる反射からパターンによる反射を差し引いた反射の、バックグランド及びパターンによる反射の合計に対する比である。本実施形態では、７０％超のコントラスト比が容易に得られる。通常、コントラスト比は約９０％である。

層２４〜２８を使用するだけで大きな利点が得られることが判明した。反射率が５％未満となる波長範囲は狭くなるが、（反射を生じないことが望ましい波長範囲の）中間ポイントは同じ膜厚に関して依然として同じままである。層３０が無い場合の（利用可能な波長）範囲は約１９０ナノメートル〜２７０ナノメートルであることが判明した。これは関連する検査治具の波長を使用することができる十分に広い範囲である。層３０を使用しない場合、使用するＥＵＶ波長において同じ吸収率を実現するために吸収積層体の厚さを増やすことになる。層３０を使用しないことによってプロセスの複雑さを低減する。更にこれによって、積層体１６及び１８を形成した後にエッチングを行なうことにより生じる幾つかのプロセス問題を無くすことができる。このようなエッチングを行なう場合、このエッチングによって層３０もエッチングされる。従って、層３０の厚さが薄くなる。従ってこのようなエッチングは注意深く制御する必要があるが、このような制御は堆積の制御よりも難しい。従って、層３０の所望の厚さを実現する操作は、層２４〜２８だけの場合よりも難しい。タンタルシリコン窒化物層２８は、後続の工程で行なわれるエッチングによって大きく影響を受けるということはない、というのは、このエッチングはタンタルシリコン窒化物のエッチングが非常に遅い化学反応であるからである。

タンタル以外の他の金属を吸収積層体に使用することができる。このような場合、シリコン酸化物及びシリコン窒化物、または他の化学物質を反射防止層２４〜２８の吸収積層体に使用する金属と同じタイプの金属と組み合わせて使用すると便利である。一例としてタングステンを挙げることができる。タングステンシリコン窒化物を吸収積層体２２のクロムまたはルテニウムを覆う形で使用するとした場合、層２４〜２８はそれぞれ、タングステンシリコン窒化物、タングステンシリコン酸化物、及びタングステンシリコン窒化物とすることにより利点が得られる。また、クロムのみを吸収体として使用するとした場合、これらの層はそれぞれ、クロム窒化物、クロム酸化物、及びクロム窒化物とすることにより利点が得られる。

しかしながらタンタルはクロム及びタングステンの両方に優る利点を提供する。クロムの場合は、クロムをエッチングするとエッチングにかなり大きな偏りが生じる傾向にあり
、クロムはタンタルよりも横方向にずっと大きくエッチングされる。これによってパターンサイズを維持することが難しくなる。タングステンは、不所望の応力を生じさせるという問題がある。タングステン膜の応力を制御するために多大な労力が費やされているが、ほとんどの目的に関して十分な成果が得られていない。

図２に示すのは、半導体ウェハ５６上のフォトレジスト層５８をパターニングするために使用されるリソグラフィシステム５０である。リソグラフィシステム５０はレーザ５１と、プラズマ光源５３と、集光光学系５４と、反射型マスク１０と、縮小光学系５２と、そして半導体ウェハ５６と、を含む。多種多様な光源によってリソグラフィシステム５０におけるＥＵＶ照射を行なうことができるが、レーザ励起プラズマ光源５３を示している。この光源は、Ｎｄ：ＹＡＧのような高出力パルスレーザ５１を使用してキセノンガス噴流のような超音波ガス噴流を生成する。キセノン原子クラスターを高温に加熱してプラズマ光源５３を形成する。プラズマ光源５３からＥＵＶ領域の波長を有するコリメート光が放出され、そして集光光学系５４によってマスク１０上に集光される。コリメート光はマスク１０上に、通常、マスク１０の垂直軸に対して約５度の角度に投影され、そして反射される。半導体ウェハ５６に衝突する前に、反射光は縮小光学系５２を通過し、この縮小光学系５２はマスク１０上のパターンが縮小されるように光を反射する。通常、縮小光学系５２はマスク１０のパターンを１／４〜１／５に縮小する。縮小光学系５２からコリメート光によって、半導体基板５６を覆って形成されるフォトレジスト層５８を照射する。

これまでの明細書では、本発明について特定の実施形態を参照しながら記載してきた。しかしながら、この技術分野の当業者であれば、種々の変形及び変更を、以下の請求項に示す本発明の技術範囲から逸脱しない範囲において加え得ることが分かるであろう。例えば、幾つかの場合においては、タンタルシリコン窒化物層をタンタルシリコン酸化物層と入れ換えると効果的である。追加層を付け加えることも望ましい。例えば、幾つかの場合においては、層２８または層１８に隣接する別の層を設けることが望ましい。従って、明細書及び図は本発明を制限するという意味ではなく、例示として捉えられるべきであり、そしてこのような変形の全ては本発明の技術範囲に含まれるべきものである。

効果、他の利点、及び問題解決法について、特定の実施形態に関して上に記載してきた。しかしながら、効果、利点、問題解決法、及びこのような効果、利点、または問題解決法をもたらし、またはさらに顕著にさせるすべての要素（群）が、いずれかの請求項または全ての請求項の必須の、必要な、または基本的な特徴、或いは要素であると考えられるべきではない。本明細書で使用されるように、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語、または他のすべてのこれらの変形は包括的な意味で用いられるものであり、一連の要素を備えるプロセス、方法、製品、または装置がこれらの要素のみを含む、ということではなく、明らかには挙げられていない、またはそのようなプロセス、方法、製品、または装置に固有の他の要素を含むことができる。

本発明の一の実施形態によるマスクを示す断面図。 図１のマスクを使用して半導体ウェハ上のフォトレジストをパターニングする装置を示す模式図。

Claims (4)

1. 基板と、
   極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ用反射型半導体マスクによって光を反射させるために基板を覆う反射層と、
   前記反射層の上に選択的に形成され、複数の層からなる吸収積層体と、前記吸収積層体のうちの１つは、タンタル、タングステン又はクロムから選択される所定の金属を含有することと、
   前記吸収積層体のうち、前記反射層から最も離隔した位置に設けられる上部層を覆う複数の反射防止層とを備え、前記反射防止層のうちの第１の層は前記所定の金属がタンタル又はタングステンの場合には前記所定の金属のシリサイドに窒素を取り込んだ組成を有し、前記所定の金属がクロムの場合には窒化クロムからなり、第２の層は前記所定の金属がタンタル又はタングステンの場合には前記所定の金属のシリサイドに酸素を取り込んだ組成を有し、前記所定の金属がクロムの場合には酸化クロムからなり、及び第３の層は前記所定の金属がタンタル又はタングステンの場合には前記所定の金属のシリサイドに窒素を取り込んだ組成を有し、前記所定の金属がクロムの場合には窒化クロムからなる、ＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスク。
2. 半導体ウェハ上のフォトレジストをパターニングするための方法であって、
   半導体基板を設ける工程と、
   極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ用反射型半導体マスクを形成する工程であって、前記ＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスクは、
   マスク基板と、
   ＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスクによって光を反射させるためにマスク基板を覆う反射層と、
   前記反射層の上に選択的に形成され、複数の層からなる吸収積層体と、前記吸収積層体のうちの１つは、タンタル、タングステン又はクロムから選択される所定の金属を含有することと、
   前記吸収積層体のうち、前記反射層から最も離隔した位置に設けられる上部層を覆う複数の反射防止層とを備え、前記反射防止層のうちの第１の層は前記所定の金属がタンタル又はタングステンの場合には前記所定の金属のシリサイドに窒素を取り込んだ組成を有し、前記所定の金属がクロムの場合には窒化クロムからなり、第２の層は前記所定の金属がタンタル又はタングステンの場合には前記所定の金属のシリサイドに酸素を取り込んだ組成を有し、前記所定の金属がクロムの場合には酸化クロムからなり、及び第３の層は前記所定の金属がタンタル又はタングステンの場合には前記所定の金属のシリサイドに窒素を取り込んだ組成を有し、前記所定の金属がクロムの場合には窒化クロムからなる、ＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスクの形成工程と、
   入射照射光を前記ＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスクに投影する工程と、
   前記ＥＵＶリソグラフィ用反射型マスクの反射部分が反射する入射光を反射照射光として反射させる工程と、
   半導体ウェハ上のフォトレジストを反射照射光により照射する工程とを備える、パターニング方法。
3. 極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ用反射型半導体マスクを形成するための方法であって、
   基板を設ける工程と、
   ＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスクによって光を反射させるために基板を覆う反射層を形成する工程と、
   前記反射層の上に選択的に形成され、複数の層からなる吸収積層体と、前記吸収積層体のうちの１つは、タンタル、タングステン又はクロムから選択される所定の金属を含有する、前記吸収積層体を形成する工程と、
   前記吸収積層体のうち、前記反射層から最も離隔した位置に設けられる上部層を覆う複数の反射防止層を形成する工程とを備え、前記反射防止層のうちの第１の層は前記所定の金属がタンタル又はタングステンの場合には前記所定の金属のシリサイドに窒素を取り込んだ組成を有し、前記所定の金属がクロムの場合には窒化クロムからなり、第２の層は前記所定の金属がタンタル又はタングステンの場合には前記所定の金属のシリサイドに酸素を取り込んだ組成を有し、前記所定の金属がクロムの場合には酸化クロムからなり、及び第３の層は前記所定の金属がタンタル又はタングステンの場合には前記所定の金属のシリサイドに窒素を取り込んだ組成を有し、前記所定の金属がクロムの場合には窒化クロムからなる、極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ用反射型半導体マスクの製造方法。
4. 半導体ウェハ上のフォトレジストをパターニングするための方法であって、
   半導体基板を設ける工程と、
   極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ用反射型半導体マスクを形成する工程であって、前記ＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスクは、
   マスク基板と、
   ＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスクによって光を反射させるためにマスク基板を覆う反射層と、
   前記反射層の上に選択的に形成され、複数の層からなる吸収積層体と、前記吸収積層体のうちの１つは、タンタルシリサイドからなることと、
   吸収積層体の上部層を覆う少なくとも３層からなる反射防止層であって、前記３層はそれぞれ窒素、酸素、及び窒素をタンタルシリサイドに取り込むことにより設けられる、反射防止層とを備えるＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスクの形成工程と、
   入射照射光をＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスクに投影する工程と、
   ＥＵＶリソグラフィ用反射型半導体マスクの反射部分が反射する入射光を反射照射光として反射させる工程と、
   半導体ウェハ上のフォトレジストを反射照射光により照射する工程とを備える、パターニング方法。

Images