JP5881633B2

JP5881633B2 - Ｅｕｖ露光用の光反射型フォトマスク及びマスクブランク、並びに半導体装置の製造方法

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Publication number: JP5881633B2
Application number: JP2013039952A
Authority: JP
Inventors: 康介高居
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: JP2014168019A; US20140242499A1; US9280044B2

Description

本発明の実施形態は、ＥＵＶ露光用の光反射型フォトマスク等に関する。

半導体装置の微細化に対応するためのリソグラフィ技術として、１３．５ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ（extreme ultraviolet）光を利用する光反射型フォトマスクが提案されている。ＥＵＶ露光用の光反射型フォトマスクは通常、ガラス基板上に形成された多層反射膜と、多層反射膜上に形成された光吸収層とを有している。

上述した光反射型フォトマスクでは、シャドウイング効果と呼ばれる現象が問題となる。すなわち、光反射型フォトマスクを用いたリソグラフィでは、垂直方向からずれた方向から露光光（ＥＵＶ光）をフォトマスクに入射させる。そのため、光吸収層に形成された回路パターンの凸部によって影が生じる。このような現象がシャドウイング効果である。このシャドウイング効果は、光吸収層の厚さを薄くすることで抑制することが可能である。しかしながら、光吸収層の厚さを薄くすると、光吸収層の光吸収性が低下し、光吸収層の反射率が増加する。その結果、光吸収層からの反射光が隣接領域に影響し、リソグラフィに悪影響を与えるという問題が生じる。

このような問題に対し、回路パターン領域の外側の領域の光吸収層及び多層反射膜を除去することで、低反射率性を確保することが考えられる。

特許第４６０２４３０号公報

的確な低反射率層を有するＥＵＶ露光用の光反射型フォトマスク等を提供する。

実施形態に係る光反射型フォトマスクは、回路パターン領域及び前記回路パターン領域の外側に位置する外側領域を有するＥＵＶ露光用の光反射型フォトマスクであって、基板と、前記回路パターン領域及び前記外側領域に設けられ、前記基板上に形成され、少なくとも導電膜を含み、深紫外光に対して第１の反射率を有する低反射率層と、前記回路パターン領域に設けられ、前記低反射率層上に形成された多層反射膜と、前記回路パターン領域に設けられ、前記多層反射膜上に形成され、回路パターンを有し、深紫外光に対して第２の反射率を有する光吸収層と、を備え、前記第１の反射率は前記第２の反射率以下であり、前記低反射率層は、前記導電膜を含む積層膜で形成されている。

実施形態に係るマスクブランクの構成を模式的に示した断面図である。実施形態に係るフォトマスクの構成を模式的に示した断面図である。実施形態に係るフォトマスクを用いてパターン転写を行ったときの半導体ウェハ上の各領域を模式的に示した平面図である。実施形態のフォトマスク及び比較例のフォトマスクについて、遮光領域でのＥＵＶ光の反射率を示した図である。実施形態のフォトマスク及び比較例のフォトマスクについて、遮光領域での深紫外光の反射率を示した図である。実施形態のフォトマスク及び比較例のフォトマスクについて、回路パターン領域のエッジからの距離と、レジストＣＤとの関係を示した図である。実施形態に係る半導体装置の製造方法を示したフローチャートである。

以下、実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係るマスクブランクの構成を模式的に示した断面図である。このマスクブランクは、ＥＵＶ露光用の光反射型フォトマスクに用いられる。

マスクブランクの基板１０には、熱膨張係数の極めて小さいガラス基板が用いられる。

基板１０上には、低反射率層２０が形成されている。この低反射率層２０は、ＥＵＶ（extreme ultraviolet）光及び深紫外（ＤＵＶ：deep ultraviolet）光に対して低反射率を有している。また、低反射率層２０は、導電膜を含む積層膜で形成されている。具体的には、基板１０上に下層膜２１として導電膜が形成され、下層膜２１上に上層膜２２として酸化物膜が形成されている。例えば、下層膜２１にはタンタル窒化物膜（ＴａＮ膜）が用いられ、上層膜２２にはタンタル酸化物膜（ＴａＯ膜）が用いられる。

低反射率層２０上には、多層反射膜３０が形成されている。この多層反射膜３０は、モリブデン（Ｍｏ）及びシリコン（Ｓｉ）が交互に積層されたものであり、露光光として用いられるＥＵＶ光を反射する。モリブデン及びシリコンの層数はそれぞれ４０層程度であり、最上層にはシリコンが形成されている。この多層反射膜３０は、例えばスパッタリングによって形成される。

多層反射膜３０上には、キャッピング層４０が形成されている。このキャッピング層４０には、例えばルテニウム膜（Ｒｕ膜）が用いられる。

キャッピング層４０上には、光吸収層５０が形成されている。この光吸収層５０には、タンタル窒化物膜（ＴａＮ膜）５１と、ＴａＮ５１膜上に形成されたタンタル酸化物膜（ＴａＯ膜）５２との積層膜が用いられる。ＴａＮ膜５１は、主としてＥＵＶ光に対する吸収層として機能する。ＴａＯ膜５２は、主として検査光（例えば、波長２５０ｎｍ程度）に対する反射防止層として機能する。光吸収層５０は、シャドウイング効果を抑制するため、比較的薄い厚さを有している。そのため、光吸収層５０は、ＥＵＶ光をある程度反射する。また、本実施形態のマスクブランクは、位相シフト機能を有する反射型フォトマスクに適用される。そのため、多層反射膜３０で反射される露光光（ＥＵＶ光）の位相と、光吸収層５０で反射される露光光（ＥＵＶ光）の位相との間で、１８０度の位相差が生じるように、光吸収層５０の厚さが調整されている。また、位相シフトマスクとして用いるため、光吸収層５０はＥＵＶ光を例えば１〜１０％程度反射する。

低反射率層２０のＥＵＶ光に対する反射率は、多層反射膜３０上に形成された光吸収層５０よりも低い。低反射率層２０は深紫外光に対して第１の反射率を有し、光吸収層５０は深紫外光に対して第２の反射率を有しており、第１の反射率は第２の反射率以下である。すなわち、低反射率層２０の表面からの深紫外光の反射光の単位面積当たりの光量は、光吸収層５０の表面からの深紫外光の反射光の単位面積当たりの光量と同等以下である。なお、深紫外光の波長範囲は、一般的には、１３０ｎｍ〜３２０ｎｍ程度である。

基板１０の裏面には、静電チャック用導電膜６０として、例えばＣｒＮ膜が形成されている。

図２は、本実施形態に係るＥＵＶ露光用の光反射型フォトマスクの構成を模式的に示した断面図である。図２に示したフォトマスクは、図１に示したマスクブランクから作製される。

図２に示したフォトマスクは、回路パターン領域７０と、回路パターン領域７０の外側に位置する外側領域８０とを有している。具体的には、外側領域８０は、回路パターン領域７０を囲んでいる。なお、外側領域８０は通常、遮光領域或いは遮光枠領域と呼ばれる。そのため、以下の説明では、外側領域８０を遮光領域或いは遮光枠領域と呼ぶ場合もある。

以下、図２に示した光反射型フォトマスクの構成を説明する。

基板（ガラス基板）１０上には、低反射率層２０が形成されている。この低反射率層２０は、回路パターン領域７０及び遮光領域８０の両領域に形成されている。

低反射率層２０上には多層反射膜３０が形成され、多層反射膜３０上にはキャッピング層４０が形成され、キャッピング層４０上には光吸収層５０が形成されている。これらの多層反射膜３０、キャッピング層４０及び光吸収層５０は、回路パターン領域７０に形成され、遮光領域８０には形成されていない。また、光吸収層５０には回路パターンが形成されている。

基板１０の裏面には、静電チャック用導電膜６０が形成されている。

以下、図２に示した光反射型フォトマスクの製造方法を説明する。

まず、図１に示したマスクブランクを用意し、マスクブランクの主面上（すなわち、光吸収層５０上）にレジスト層を形成する。続いて、このレジスト層に対して、電子ビームを用いて回路パターンを描画する。続いて、レジスト層の現像を行ってレジストパターンを形成する。さらに、このレジストパターンをマスクとして用いて、プラズマエッチングによって吸収層５０をエッチングする。その後、欠陥検査工程及び欠陥修正工程を行うことで、回路パターンが得られる。

回路パターンを形成した後、遮光領域８０が形成される領域に開口パターンを有するレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして用いて、光吸収層５０、キャッピング層４０及び多層反射膜３０をエッチングする。その結果、遮光領域８０では、光吸収層５０、キャッピング層４０及び多層反射膜３０が除去され、低反射率層２０が露出する。

以上のようにして、図２に示すような光反射型フォトマスクが得られる。

図３は、図２のフォトマスクを用いてパターン転写を行ったときの半導体ウェハ上の各領域を模式的に示した平面図である。図３では、図２に示したフォトマスクのパターン転写を９ショット行ったときの、半導体ウェハ上の状態を示している。図３の領域７１及び８１がそれぞれ、図２の領域７０及び８０に対応している。

上述したように、本実施形態に係るフォトマスク及びマスクブランクでは、低反射率層２０の深紫外光に対する反射率は、光吸収層５０の深紫外光に対する反射率以下である。このように、本実施形態では、低反射率層２０の深紫外光に対する反射率が低いため、低反射率層２０が露出している遮光領域８０において深紫外光に対する反射率が低くなる。その結果、遮光領域８０での深紫外光の反射による半導体ウェハ上で隣接する回路パターン領域７１への悪影響を抑制することができる。以下、この点について説明を加える。

ＥＵＶ露光を行う場合、ＥＵＶ光源からはＥＵＶ光の他に深紫外光も発生する。また、回路パターン領域７０を露光する際に、隣接する遮光領域８０にも露光光が照射される。従来は、遮光領域８０でのＥＵＶ光の反射率については考慮されていたかもしれないが、深紫外光の反射率については考慮されていなかった。そのため、遮光領域８０で反射した深紫外光が半導体ウェハ上で隣接する回路パターン領域７１に悪影響を及ぼし、的確な露光を行うことができないおそれがあった。

本実施形態では、低反射率層２０の反射率が、ＥＵＶ光のみならず深紫外光に対しても低い。そのため、ＥＵＶ光のみならず深紫外光についても、遮光領域８０での反射光による隣接回路パターン領域７１への悪影響を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、的確な低反射率層を有する光反射型フォトマスクを用いて、良好なリソグラフィを行うことができる。

また、本実施形態では、従来と同様に、低反射率層２０が少なくとも導電膜を含んでいる。具体的には、低反射率層２０が導電膜を含む積層膜で形成されている。そのため、フォトマスク検査時のチャージアップ等を有効に防止することができる。

また、本実施形態では、従来と同様に、光吸収層の厚さを薄くすることができるため、シャドウイング効果を抑制することができる。また、光吸収層の厚さを薄くすることができるため、多層反射膜３０で反射される露光光（ＥＵＶ光）の位相と、光吸収層５０で反射される露光光（ＥＵＶ光）の位相との間で、１８０度の位相差が生じるようにすることで、良好な位相シフトマスクを得ることができる。

図４は、本実施形態のフォトマスク及び比較例のフォトマスクについて、遮光領域でのＥＵＶ光の反射率を示したものである。図５は、本実施形態のフォトマスク及び比較例のフォトマスクについて、遮光領域での深紫外光の反射率を示したものである。本実施形態のフォトマスクでは、遮光領域はＴａＮ及びＴａＮ上のＴａＯの積層構造であり、比較例のフォトマスクでは、遮光領域はＴａＮの単層構造である。

図４に示されるように、本実施形態のＥＵＶ光の反射率は、比較例のＥＵＶ光の反射率とほぼ同等であり、両者ともに低い。これに対して、図５に示されるように、本実施形態の深紫外光の反射率は、比較例の深紫外光の反射率よりも大幅に低くなっている。

図６は、本実施形態のフォトマスク及び比較例のフォトマスクについて、図３の回路パターン領域７１のエッジ（回路パターン領域７１と領域８１との境界）からの距離と、レジストＣＤとの関係を示したものである。本実施形態のフォトマスクでは、遮光領域はＴａＮ及びＴａＮ上のＴａＯの積層構造であり、比較例のフォトマスクでは、遮光領域はＴａＮの単層構造である。

図６からわかるように、比較例では、エッジ近傍でレジストＣＤが悪化している。これに対して、本実施形態では、レジストＣＤの悪化はほとんどない。これは、比較例では、遮光領域８０での深紫外光の反射によって、半導体ウェハ上で隣接する回路パターン領域７１が悪影響を受けているのに対し、本実施形態では、そのような問題が抑制されているためであると考えられる。したがって、本実施形態のマスクブランク及びフォトマスクを用いることで、良好なリソグラフィを行うことができ、製造歩留まりの向上をはかることが可能である。

なお、上述した実施形態では、低反射率層２０にタンタル（Ｔａ）を含んだ膜を用いたが、低反射率層２０は、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）及びルテニウム（Ｒｕ）から選択された少なくとも１つ以上の元素を含むものであってもよい。例えば、低反射率層２０の下層膜２１として、上記元素で構成される導電膜或いは上記元素の窒化膜で構成される導電膜を用い、低反射率層２０の上層膜２２として、上記元素の酸化膜を用いることが可能である。

また、上述した実施形態で示したマスクブランク及びフォトマスクは、半導体装置の製造方法に適用することが可能である。図７は、半導体装置の製造方法を示したフローチャートである。

まず、上述した実施形態で示した反射型フォトマスクを用意し、反射型フォトマスクを用いて半導体ウェハ（半導体基板）上のフォトレジストに回路パターンを転写する（Ｓ１１）。次に、フォトレジストを現像して、フォトレジストパターンを形成する（Ｓ１２）。次に、フォトレジストパターンをマスクとして用いてエッチングを行い、半導体ウェハ上に回路パターンを形成する（Ｓ１３）。

このように、本実施形態のマスクブランク及びフォトマスクを用いることで、半導体基板上に的確な回路パターンを形成することが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…基板
２０…低反射率層２１…下層膜２２…上層膜
３０…多層反射膜４０…キャッピング層
５０…光吸収層５１…タンタル窒化物膜５２…タンタル酸化物膜
６０…静電チャック用導電膜
７０…回路パターン領域７１…対応領域
８０…外側領域（遮光領域）８１…対応領域

Claims

回路パターン領域及び前記回路パターン領域の外側に位置する外側領域を有するＥＵＶ露光用の光反射型フォトマスクであって、
基板と、
前記回路パターン領域及び前記外側領域に設けられ、前記基板上に形成され、少なくとも導電膜を含み、深紫外光に対して第１の反射率を有する低反射率層と、
前記回路パターン領域に設けられ、前記低反射率層上に形成された多層反射膜と、
前記回路パターン領域に設けられ、前記多層反射膜上に形成され、回路パターンを有し、深紫外光に対して第２の反射率を有する光吸収層と、
を備え、
前記第１の反射率は前記第２の反射率以下であり、
前記低反射率層は、前記導電膜を含む積層膜で形成され、
前記低反射率層は、タンタル（Ｔａ），シリコン（Ｓｉ），クロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ）及びルテニウム（Ｒｕ）から選択された少なくとも１つ以上の元素を含む
ことを特徴とする光反射型フォトマスク。
回路パターン領域及び前記回路パターン領域の外側に位置する外側領域を有するＥＵＶ露光用の光反射型フォトマスクであって、
基板と、
前記回路パターン領域及び前記外側領域に設けられ、前記基板上に形成され、少なくとも導電膜を含み、深紫外光に対して第１の反射率を有する低反射率層と、
前記回路パターン領域に設けられ、前記低反射率層上に形成された多層反射膜と、
前記回路パターン領域に設けられ、前記多層反射膜上に形成され、回路パターンを有し、深紫外光に対して第２の反射率を有する光吸収層と、
を備え、
前記第１の反射率は前記第２の反射率以下であり、
前記低反射率層は、前記導電膜を含む積層膜で形成されている
ことを特徴とする光反射型フォトマスク。
前記低反射率層は、タンタル（Ｔａ），シリコン（Ｓｉ），クロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ）及びルテニウム（Ｒｕ）から選択された少なくとも１つ以上の元素を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の光反射型フォトマスク。
基板と、
前記基板上に形成され、少なくとも導電膜を含み、深紫外光に対して第１の反射率を有する低反射率層と、
前記低反射率層上に形成された多層反射膜と、
前記多層反射膜上に形成され、深紫外光に対して第２の反射率を有する光吸収層と、
を備え、
前記第１の反射率は前記第２の反射率以下であり、
前記低反射率層は、前記導電膜を含む積層膜で形成されている
ことを特徴とするＥＵＶ露光用の光反射型フォトマスクに用いるマスクブランク。
請求項２の光反射型フォトマスクに形成されたパターンを、半導体基板上のフォトレジストにＥＵＶ光を用いて転写する工程を備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。