JP6136445B2 - 反射型位相シフトマスク及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、反射型位相シフトマスク、特に極端紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ
Ｖｉｏｌｅｔ；以下「ＥＵＶ」と表記する）を光源とし、半導体製造装置などに利用されるＥＵＶリソグラフィ用反射型位相シフトマスク及び製造方法に関する。

＜ＥＵＶリソグラフィ＞
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶを光源に用いたＥＵＶリソグラフィが提案されている。ＥＵＶリソグラフィは光源波長が短く光吸収性が非常に高いため、真空中で行う必要がある。

またＥＵＶの波長領域においては、ほとんどの物質の屈折率は、１よりもわずかに小さい値である。ＥＵＶ（１３．５ｎｍの短波長光）では、従来から用いられてきた透過型の屈折光学系を使用することができず、反射光学系となる。

原版となるフォトマスク（以下、マスクと呼ぶ）も、従来の透過型のマスクは使用できないため、反射型のマスクとする必要があり、透過型のマスクにおける「透過部／遮光部」が、反射型であるＥＵＶマスクでの「反射層／光吸収層」に相当する。

＜ＥＵＶマスクの構造＞
図２に、従来の反射型マスクであるＥＵＶマスクの構造を示す。基板１の上に、露光光源波長に対して高い反射率を示す多層反射膜２と、露光光源波長を吸収する光吸収膜４とが順次形成されており、更に基板の裏面には露光機内における静電チャックのための裏面導電膜３が形成されている。また、多層反射膜と光吸収膜４の間に、反射膜を保護するため保護膜６を有する構造を持つＥＵＶマスクもある。

反射形マスクブランクから反射形マスクへ加工する際には、ＥＢリソグラフィとエッチング技術とにより光吸収膜４を部分的に除去し、光吸収部と反射部とからなる回路パターンを形成する。このように作製された反射型マスクによって反射された光像が反射光学系を経て半導体基板上に転写される（非特許文献１）。

＜微細加工の必要性＞
また、大規模集積回路の高集積化は、回路を構成する配線パターンの細線化技術を必須のものとして要求する。大規模集積回路のパターン微細化が加速されるのは、その高速動作と低消費電力化のためであり、その最も有効な手段がパターンの微細化だからである。このため、上述の細線化された配線パターンを有するマスクを実現する目的で、より微細なパターンをマスク基板上に形成する必要がある。

しかし、図２に示すように、微細なパターンをマスク基板上に形成すると、パターンのアスペクト比（パターンの高さと幅の比）が大きくなってしまう。一般的にパターンのアスペクト比が大きくなると、パターンの一部が倒れたり剥離を起こしてパターン抜けが生じたりすることが起こり、マスク品質が低下する。

＜位相シフトマスク法＞
ところで、ＥＵＶリソグラフィ技術においても、位相シフトマスク法による高解像度化が可能である。反射型マスクにおいても位相シフトマスクの構造がいくつか提案されており、図３に示すように、基板１と、該基板上に所定の深さの溝部８を有して形成された多層反射膜２と、前記溝部８を所定の深さに埋め込む光吸収膜４とを備えた構造が報告されている。

図５はハーフトーン型位相シフトマスクの説明図である。遮光膜にハーフトーン膜を用い、前記ハーフトーン膜を透過する光と、そうでない光との間の位相差を１８０度反転させ、これら２種類の光の間の相殺干渉効果により分解能が向上する。

光吸収層でのＥＵＶ反射率＝１００％だと全く無意味であるが、反射率＝０％であっても、バイナリー（１／０）になってしまい、パターンが微細化した場合に、図５（左側）の示すように解像度が不足した露光パターンとなる。

よって、ハーフトーンの透過率の光吸収層として、反射層からの反射光／光吸収層からの反射光との間で１８０°の位相差を持たせることで、図５（右側）に示す露光パターンとする。

この構造では、光吸収率は厚さで制御する。反射層からの反射光／光吸収層を通過して底部の反射層から戻って再度光吸収層を通過して戻る光との間での位相差は、段差（溝部８の深さｄ）と光吸収膜の膜厚，屈折率差（溝部の空気）とを厳密に制御せねばならない。

即ち、空気層／光吸収層を通過する光の速度の違いにより、それぞれの反射光の位相差が半波長（６．７５ｎｍ）だけ異なるように設計することになるが、かなり難しいと言える。

この構造であれば、マスクパターンの剥がれが軽減する。しかし、光吸収膜を透過した反射光と、そうでない反射光の位相差を１８０度反転させるためには、多層反射膜２に形成される溝部の深さｄと、前記溝に埋め込まれる光吸収膜４の膜厚を共に制御する必要がある。

また、光吸収膜を透過した反射光の反射率を調整するためには、光吸収膜４の膜厚を制御する必要がある。よって、位相差と反射率の制御項目が重複していることから互いに影響し合い、位相差と反射率をコントロールすることが困難である（特許文献１）。

特開２００７−１８０４７９号公報

レジストプロセスの最適化テクニック、株式会社情報機構（第４章 露光工程の手法及びレジスト・パターンへの影響）、２０１１、ｐ１２８〜１２９

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、反射型位相シフトマスクにおいて、位相差と反射率の制御が容易で、微細パターンを具現するのに適した反射型位相シフトマスクおよびその製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、基板と、該基板上に所定深さの溝部を有して形成された第一の多層反射膜と、前記溝部を所定の深さまで埋め込む光吸収膜とを備えた半導体製造用の位相シフトマスクであって、前記光吸収膜上および前記溝部以外の第一の多層反射膜上に、第二の多層反射膜を有することを特徴とする反射型位相シフトマスクである。

また、請求項２に記載の発明は、前記第一の多層反射膜と第二の多層反射膜とが、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、前記第一の多層反射膜と第二の多層反射膜の合計が、３５〜４５単位の積層膜から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型位相シフトマスクである。

また、請求項３に記載の発明は、前記第二の多層反射膜が、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、２〜７単位の積層膜から形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の反射型位相シフトマスクである。

また、請求項４に記載の発明は、前記光吸収膜が、Ｔａ、Ａｌ、ＴａＳｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、ＮｉＳｉ及びこれら物質の酸化物や窒化物のいずれかの薄膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反射型位相シフトマスクである。

また、請求項５に記載の発明は、基板上に、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、２８〜４３単位の積層膜からなる第一の多層反射膜を設け、ホトリソ法により所定深さの溝部を形成し、前記溝部に光吸収膜を設け、さらに全面にＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし２〜７単位の積層膜からなる第二の多層反射膜を設け、前記溝部を形成した部分以外の部分での前記第一の多層反射膜と第二の多層反射膜の合計が、３５〜４５単位の積層膜となるように積層させることを特徴とする反射型位相シフトマスクの製造方法である。

従来の、基板上に所定の深さの溝部を有して形成された多層反射膜と、溝部を所定の深さまで埋め込む光吸収膜とを備えた半導体素子の位相シフトマスクでは、位相差を制御するのに、溝部に充填する光吸収膜の厚みの制御が必要であったが、光吸収膜上に第二の多層反射膜を積層する本発明では、位相差と反射率の制御がそれぞれ独立しており、コントロールが容易となったことにより、溝部の深さと多層反射膜の厚みにより、位相差の制御が可能となり、位相差と反射率の制御が容易となり、微細パターンを具現するのに適した反射型位相シフトマスク及びその製造方法を提供することが可能となった。

本発明の反射型位相シフトマスクの構造を説明する側断面概念図である。 従来の反射型マスクの構造を説明する側断面概念図である。 従来の反射型位相シフトマスクの構造を説明する側断面概念図である。 本発明の反射型位相シフトマスクの製造方法を説明する工程概念図である。 ハーフトーン型位相シフトマスクの説明図である。

以下本発明を実施するための形態および工程を、図面を用いて詳細に説明する。図４は、この発明の実施の形態における反射型位相シフトマスクの製造方法を説明する工程概念図である。

図４（ａ）に示すように、基板１の一方表面から第一の多層反射膜２を積層し、もう一方側の表面に裏面導電膜３を成膜する。

図４（ｂ）に示すように、第一の多層反射膜２の上にレジスト７を塗布する。第一の多層反射膜２としては、Ｍｏ／Ｓｉの積層膜、Ｍｏ／Ｂｅの積層膜、ＭｏＲｕ／Ｂｅの積層
膜、Ｒｕ／Ｂｅの積層を挙げることができる。レジスト７の上に導電膜を塗布しても良い。裏面導電膜３としては、ＣｒＮ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｉ等、導電性を有する物質が使用できる。

図４（ｃ）に示すように、レジスト７をパターニングする。

図４（ｄ）に示すように、パターニングしたレジスト７をマスクとして、第一の多層反射膜２をエッチングして、第一の多層反射膜２に所定のマスクパターンの逆パターンを形成する。

なお、第一の多層反射膜２をエッチングする際、第一の多層反射膜２を完全に除去しなくても良く、後程形成される光吸収膜４のマスクパターンが、露光光源波長を充分吸収するに足る膜厚を確保でき、完成した反射型位相シフトマスクにおける露光光源波長の反射光が、光吸収膜４上とそうでない所で、位相を反転させるに足る段差が確保できるような深さで、多層反射膜がエッチングされていれば良い。

図４（ｅ）に示すように、レジスト７を剥離する。

図４（ｆ）に示すように、パターニングされた第一の多層反射膜２の表面に、光吸収膜４を成膜する。光吸収膜を形成する材料としては、Ｔａ、Ａｌ、ＴａＳｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、ＮｉＳｉ及びこれら物質の酸化物や窒化物のいずれかの物質を使用して形成される。

図４（ｇ）に示すように、成膜された光吸収膜４を、後程形成される反射膜５が光吸収膜４上に形成される所とそうでない所の露光波長の位相差を反転させる段差になるようにエッチングする。

図４（ｈ）に示すように、光吸収膜４が形成されている所で、露光波長にて所望の反射率が得られるよう、第一の多層反射膜２と光吸収膜４表面に、第二の多層反射膜５を成膜する。さらに第二の多層反射膜５の表面に、保護膜（例えば、スパッタによりＲｕを膜厚２．５ｎｍ）を成膜しても良い。第二の多層反射膜５は、第一の多層反射膜と同じ構成材料が好適である。

以下、本発明の反射型位相シフトマスクの製造方法について、実施例により説明する。

図４（ａ）に示されるように、基板１の一方側表面にＭｏ（２．８ｎｍ）とＳｉ（４．２ｎｍ）１単位７ｎｍを、交互に４０ペア積層して第一の多層反射膜２（膜厚２８０ｎｍ）を成膜し、もう一方側の表面にＣｒＮをスパッタし、裏面導電膜３（膜厚２０ｎｍ）を成膜した。

図４（ｂ）に示されるように、第一の多層反射膜２の上にレジスト７（富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製：ＦＥＰ１７１）膜厚２００ｎｍを塗布した。

図４（ｃ）に示されるように、レジスト７に対して電子線描画機を用いてマスクパターンとなる部分を描画し、ポストベーク（１１０℃１０分）および現像（２．３８％水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）を施し、レジストをパターニングした。

図４（ｄ）に示されるように、パターニングしたレジストをマスクとして、ドライエッチング装置を用いたＣＨＦ_３プラズマ（３フッ化メタン）により、膜厚２８０ｎｍの多層反射膜２を深さ１００ｎｍエッチングした。

図４（ｅ）に示されるように、レジスト７を硫酸系の剥離液とアンモニア過酸化水素水を用いて剥離した。

図４（ｆ）に示されるように、パターニングされた第一の多層反射膜２の表面にＴａをスパッタし、さらに電解メッキを用いてＴａをメッキし、光吸収膜４（膜厚２００ｎｍ）を成膜した。

図４（ｇ）に示されるように、第一の多層反射膜２の表面と光吸収膜４の表面の段差が２３．６ｎｍになるように、光吸収膜４をエッチングし、洗浄した。

図４（ｈ）に示されるように、多層反射膜１０と光吸収膜４の表面に、Ｍｏ（２．８ｎｍ）とＳｉ（４．２ｎｍ）を交互に３ペア積層して第二の多層反射膜５（膜厚２１ｎｍ）を成膜した。

本実施例にて、位相差と反射率の制御が容易で、微細パターンを具現するのに適した反射型位相シフトマスクが作成できた。

全面に反射膜を形成することで、溝部内の反射層５までの深さを制御することのみで位相差の制御は可能となる。

１・・・基板
２・・・第一の多層反射膜
３・・・裏面導電膜
４・・・光吸収膜
５・・・第二の多層反射膜
６・・・保護膜
７・・・レジスト
８・・・溝部

Claims (5)

1. 基板と、該基板上に所定深さの溝部を有して形成された第一の多層反射膜と、前記溝部を所定の深さまで埋め込む光吸収膜とを備えた半導体製造用の位相シフトマスクであって、前記光吸収膜上および前記溝部以外の第一の多層反射膜上に、第二の多層反射膜を有することを特徴とする反射型位相シフトマスク。
2. 前記第一の多層反射膜と第二の多層反射膜とが、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、前記第一の多層反射膜と第二の多層反射膜の合計が、３５〜４５単位の積層膜から形
   成されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型位相シフトマスク。
3. 前記第二の多層反射膜が、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、２〜７単位の積層膜から形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の反射型位相シフトマスク。
4. 前記光吸収膜が、Ｔａ、Ａｌ、ＴａＳｉ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、ＮｉＳｉ及びこれら物質の酸化物や窒化物のいずれかの薄膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の反射型位相シフトマスク。
5. 基板上に、ＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし、２８〜４３単位の積層膜からなる第一の多層反射膜を設け、ホトリソ法により所定深さの溝部を形成し、前記溝部に光吸収膜を設け、さらに全面にＳｉとＭｏからなる２層膜を１単位とし２〜７単位の積層膜からなる第二の多層反射膜を設け、前記溝部を形成した部分以外の部分での前記第一の多層反射膜と第二の多層反射膜の合計が、３５〜４５単位の積層膜となるように積層させることを特徴とする反射型位相シフトマスクの製造方法。

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