TWI567478B - 反射型曝光用空白光罩及反射型曝光用光罩 - Google Patents

反射型曝光用空白光罩及反射型曝光用光罩 Download PDF

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Description

反射型曝光用空白光罩及反射型曝光用光罩
本發明，係有關於反射型曝光用光罩。
於半導體裝置之製程中，隨著半導體裝置之細微化，對於光蝕刻技術之細微化的要求趨高。作為應對光蝕刻技術之細微化的一環，於光蝕刻之曝光方式中，已逐漸從以往之使用波長為193nm之ArF準分子雷射光的曝光，置換為使用波長為13.5nm之EUV(Extreme Ultra Violet：極紫外光)區域之光的曝光。
由於大多數物質對於EUV區域之光，係具有高光吸收性，無法使用以往之透過型的光罩作為EUV曝光用之光罩，而使用反射型之光罩作為EUV曝光用之光罩(EUV光罩)(例如，參照專利文獻1)。於專利文獻1中，揭露一種技術，其係於玻璃基板上交互積層鉬(Mo)層及矽(Si)層，形成包含多層膜之光反射膜，並於其上藉由以鉭(Ta)為主成分之光吸收體形成圖案。
又，如上所述，EUV光係因為利用光之透過的折射光學系無法使用，而曝光機之光學系統亦為反射型。為此，係不可能利用透過型之分束器的偏向。因此，於反射型光罩，有無法將對光罩之入射光與反射光設計在同軸上的缺點。為此，EUV光罩，係採用將使光軸傾斜6度左右而對光罩入射之光的反射光導向半導體基板之手法。於此手法，因為將光軸傾斜，而被指謫有依存於對於光罩圖案之光的入射方向而在半導體基板上光罩之配線 圖案係成為與光罩圖案不同線寬之被稱為射影效應的問題。因而，為了抑制或減輕此射影效應，係有提案將形成有光罩圖案之吸收膜之膜厚薄膜化。
在此光吸收膜之薄膜化的手法，因為要吸收EUV光之必要的光的衰減量不足，會發生往半導體基板之反射光增加，使塗布於半導體基板上之抗蝕膜感光之問題。又，在半導體基板，係為了使晶片以多面曝光，在鄰接之晶片中係會於其邊界區域發生多重曝光。再者，EUV光源雖在13.5nm具有其放射光譜之波峰，但已知亦放射被稱為帶外(Out of Band)之13.5nm帶以外的自真空紫外線至近紅外光區域的光。此帶外係本來不必要之物，此係因為被塗布於半導體基板之抗蝕層感光，而應以濾波器等除去之不要的光。
然而，使用鉭(Ta)之光吸收膜係因為亦反射自真空紫外光起遠紫外光(Deep Ultra Violet)區域、近紅外光區域之光，如上所述，在鄰接之晶片的邊界區域附近的半導體配線部分中累計無法忽視之光量，發生影響配線圖案之尺寸的問題。
對於此問題，亦有提案一種光罩構造，其係為了減低晶片邊界之反射光而將增加EUV光之反射的多層反射膜接著形成圖案之吸收層以蝕刻等之手段除去，而具備露出基材之石英表面的遮光框(遮光帶)(參照專利文獻2)。然而，帶外光，係有透過基材之石英，於形成在與EUV光罩之圖案側相反的面上之氮化鉻(CrN)等的背面導電膜反射，而再度透過石英於半導體基板側放射，使塗布 於半導體基板之抗蝕層感光的問題。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2007-273651號公報
[專利文獻2]特開2011-044520號公報
本發明，係為了解決上述課題而進行者，其目的在於，提供一種反射型光罩，其係於在半導體基板與多重曝光之晶片的邊界區域相應之光罩區域中減低EUV及自紫外光區域至近紅外光區域之光的反射。
本發明，係一種反射型空白光罩，具備基板；與形成於基板上，將曝光光反射之多層反射膜；與形成於多層反射膜上，保護多層反射膜之保護膜；與形成於保護膜上，吸收曝光光之吸收膜；與形成於基板之與形成有多層反射膜之面相反的面上之導電膜，基板係以石英(SiO2)為主成分並以包含二氧化鈦(TiO2)之材料形成，多層反射膜係於基板上，以多層構造而形成，該多層構造係藉由將以鉬(Mo)為材料之層與以矽(Si)為材料之層重疊的層複數個重疊而構成，保護膜係形成於多層反射膜上，具有以包含釕(Ru)或矽(Si)任一者之材料而形成之單層構造，或者是於該單層構造上作為最上層更積層包含釕(Ru)之氧化物、氮化物、氮氧化物、以及矽(Si)之氧化物、氮化物、氮氧化物任一者之材料的積層構造，吸收 膜係形成於保護膜上，具有以包含鉭(Ta)及其氧化物、氮化物、氮氧化物任一者之材料而形成之單層構造，或者是於該單層構造上作為最上層更積層包含鉭(Ta)之氧化物、氮化物、氮氧化物、以及矽(Si)之氧化物、氮化物、氮氧化物任一者之材料的積層構造，導電膜係具有具有氧化銦錫(ITO)或氧化鋅(ZnO)任一者之材料的層之單層構造或積層構造。
此外，基板的材料較佳係包含錳(Mn)、銅(Cu)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銀(Ag)、鎳(Ni)、硫(S)、硒(Se)、金(Au)、釹(Nd)之氧化物中的至少一種。
此外，本發明為一種反射型光罩，係於反射型空白光罩中，以選擇性地除去吸收膜而形成電路圖案，並於電路圖案之周圍的區域，以選擇性地除去吸收膜、保護層、以及多層反射膜而形成遮光框而成。
根據本發明，可提供一種反射型光罩，其係於在半導體基板形成於與多重曝光之晶片的邊界區域相應之光罩區域的遮光框中，藉導電膜之低反射性及基板之低透過性，而減低EUV及從紫外光區至近紅外光區之光的反射。
藉由使用此種構成之反射型光罩，可較減低對半導體等之配線圖案尺寸的影響，能夠改善半導體等之製造良率。
[實施發明之形態]
關於本發明之反射型空白光罩，作為一例，係形成基板；與於該基板上形成之反射曝光光的多層反射膜；與形成於該多層反射膜上之保護多層反射膜的保護膜；與在該保護膜上形成之吸收曝光光的吸收膜；以及與該基板之多層反射膜的面相反之面上的導電膜。
於此種構成之反射型空白光罩，能夠以形成期望之圖案而製作反射型光罩。尤其是，反射型空白光罩，係可適合應用於在以波長5nm至15nm之光為曝光光的光蝕刻所使用的反射型光罩。
基板係以石英(SiO2)為材料，或是以石英為主成分且作為副成分包含二氧化鈦(TiO2)，或碳(C)之材料而形成。於此主成分，係意指以重量比至少超過50%。另外，作為副成分，亦可更包含錳(Mn)、銅(Cu)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銀(Ag)、鎳(Ni)、硫(S)、硒(Se)、金(Au)、釹(Nd)之氧化物。另外，即使基板之組成，與此等不同，只要DUV之反射率分別為一定值以下，具體而言，EUV之反射率為0.1%以下或是以光學濃度為3以上、DUV之反射率為0.3%以下，即適合使用。
多層反射膜係以多層構造而形成，該多層構造係於基板上以藉由將以鉬(Mo)為材料之層與以矽(Si)為材料之層重疊的層重疊複數個而構成。保護膜係形成於多層反射膜上，為單層構造或積層構造，以包含釕(Ru)或矽(Si)任一者之材料所形成，積層構造之情形其最上層係以包含釕(Ru)之氧化物、氮化物、氮氧化物或矽(Si)之氧化物、氮化物、氮氧化物任一者之材料所形成。
吸收膜係形成於保護膜上，為單層構造或積層構造，以包含鉭(Ta)及其氧化物、氮化物、氮氧化物任一者之材料所形成，積層構造之情形其最上層係以包含鉭(Ta)之氧化物、氮化物、氮氧化物或矽(Si)之氧化物、氮化物、氮氧化物任一者之材料所形成。
在與該基板之多層反射膜之面相反的面上所形成之背面導電膜，係單層構造或積層構造，以氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、鉻(Cr)及鉭(Ta)任一者之金屬、或其氧化物、氮化物、氮氧化物所形成。尤其，積層構造之情形係該基板側之層以包含鉻(Cr)或鉭(Ta)任一者之金屬或其氧化物、氮化物、氮氧化物、或氧化矽(SiOx)任一者之材料所形成。
以下，一面參照圖面，說明有關本發明之各實施形態作。各實施形態中，雖使用「膜」之用語作說明，但亦可將「膜」置換為「層」。
(第一實施形態)
首先，參照第1圖說明有關本發明之第一實施形態，。第1圖，係關於本實施形態的反射型空白光罩10之剖面圖。反射型空白光罩10，更具體而言，係於用EUV光之曝光使用的光罩用空白基板。EUV光之波長，係例如13.5nm。於基板11之一面上依序形成多層反射膜12、保護膜13、吸收膜14。基板11，係以石英(SiO2)為主成分之基板，6英吋方且厚度為6.35mm。基板11亦可更包含二氧化鈦(TiO2)。多層反射膜12係以最上層為矽之方式將鉬(Mo)4.2nm、矽(Si)2.8nm以離子束濺鍍裝置交互地積 層40對共80層而形成。其次，保護膜13，係釕(Ru)於磁控濺鍍中積層0.5nm至3nm而形成。其次，吸收膜14，於氮氣之氣體環境中混合包含以鉭(Ta)作為基材而含矽(Si)之化合物的合金，藉由磁控濺鍍堆積20nm至150nm，更於其上層，於混合氮氣、氧氣之氣體環境中混合包含以鉭(Ta)作為基材而含矽(Si)之化合物的合金，藉由磁控濺鍍堆積5nm至20nm而形成。此外，於基板11之，與多層反射膜12相反之面，作為背面導電膜15，係將氧化銦錫(ITO)藉由磁控濺鍍積層100nm而形成。
其次，參照第2圖說明有關本實施形態的曝光用反射型光罩。第2圖，係使用第1圖所示之反射型空白光罩10而製作之曝光用反射型光罩100(以下亦稱作光罩100)，其中第2圖(a)係光罩100的平面圖，第2圖(b)係光罩100的剖面圖。如第2圖(a)、(b)所示，光罩100係形成有電路圖案A與遮光框區域B之構造，其中該遮光框區域B係於電路圖案A之區域的外側，橫跨吸收膜14、保護膜13及多層反射膜12之一部分。
其次，將光罩100之製造方法示於第3圖至第5圖。於此，第3圖顯示製程的各步驟，第4圖及第5圖顯示各製程之加工狀態的剖面圖。
首先，準備第1圖所示之反射型空白光罩10，於吸收膜14形成電路圖案A與遮光框區域B。亦即，將對電子束表示反應之化學放大系或非化學放大系抗蝕層21以200nm之膜厚於吸收膜14塗布(S1)，並藉由電子束微影裝置將既定之電路圖案A與遮光框區域B微影(S2)。然後， 以鹼性溶液等進行顯影(S3)，將藉此形成之抗蝕層21的圖案作為光罩，進行藉由用氟系氣體或氯系氣體之氣體電漿之蝕刻(S4)，並將不要的抗蝕層21之圖案藉由氧電漿灰化或藉由硫酸或臭氧水等氧化藥劑溶液分解、或以有機溶劑等溶解而除去(S5)。其後，依所需，進行藉由溶解有酸鹼系藥品、臭氧氣體、或氫氣等之超純水或有機鹼系藥品、界面活性劑等之洗淨處理(S6)、與利用離心力之自旋乾燥(S7)。藉由以上之製程形成電路圖案A與遮光框區域B。
其次，形成遮光框區域B之保護膜13與多層反射膜12之部分。首先，於吸收膜14塗布對紫外線或電子束表示反應之抗蝕層21(S8)。然後，使遮光框區域B曝光或以電子束微影(S9)。與上述(S3)-(S7)相同地，進行顯影(S10)、蝕刻(S11)、抗蝕層之除去(S12)、洗淨(S13)、乾燥(S14)，完成遮光框區域B。在蝕刻製程(S11)中，首先保護膜13之除去使用氟系氣體電漿，多層反射膜12同保護膜13以交互使用氟系氣體電漿或氯氣系電漿之方法進行，形成遮光框區域B。藉以上製程完成反射型光罩100。
僅形成遮光框區域B，係無法將一旦透過基板11而從背面導電膜15反射再度返回之光成分完全除去。在第6圖，顯示使用鉻(Cr)作為以往之背面導電膜材料之一例的情況，與使用本實施形態之背面導電膜材料的ITO之情況的反射率光譜之比較。用於測定之反射光，係從吸收膜14側入射於遮光框區域B，透過基板11反射背面導電膜15而再度透過基板11從吸收膜14側射出之光，於反射率 的測定使用反射率計。測定之結果，於波長250nm至850nm之範圍中，相對於以往之鉻(Cr)的平均之反射率42.1%，本實施形態之ITO的平均之反射率為13.5%，反射率係減低。此外，ITO之薄膜電阻係90歐姆/cm2(亦記為歐姆/□)。此外，薄膜電阻，係意指JIS規格K6911-1995中所定義之表面電阻率。
根據本發明，係藉由使用確保導電性而同時提升透明性之材料作為背面導電膜，入射於遮光框區域B之帶外光不會因反射而被導向半導體基板側，可迴避在半導體基板上所塗布之抗蝕層的感光。此外，亦可使用氧化鋅(ZnO)作為背面導電膜的材料。
(第二實施形態)
說明關於本發明之第二實施形態。有關本實施形態的反射型空白光罩20之剖面圖，係同第1圖所示者，於基板11上，利用周知的磁控濺鍍法而形成多層反射膜12、保護膜13、吸收膜14、及背面導電膜15。
基板11係以石英(SiO2)作為主成分，且作為副成分，包含二氧化鈦(TiO2)，或是碳(C)之材料而形成。作為副成分，更包含錳(Mn)、銅(Cu)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銀(Ag)、鎳(Ni)、硫(S)、硒(Se)、金(Au)、釹(Nd)之氧化物中的至少一種。
利用以石英(SiO2)為主之高純度石英或低熱膨脹玻璃作為基板11之情況，基板，係由於使DUV至近紅外光區之光透過，而此光係在背面導電膜15反射，成為使在半導體基板所塗布之抗蝕層不必要感光之帶外光。關 於本實施形態的基板11，係因為藉由上述之組成而至少吸收DUV至近紅外光區的光，在可抑制帶外光之反射，防止抗蝕層之不必要的感光之同時，可降低熱膨脹率。
作為如此地為了使反射率成為如不變高之基板11的具體組成比(重量比)，較佳為含有SiO2 84~96%，TiO2 3~15%，更包含至少一種由上述之Mn、Cu、Co、Cr、Fe、Ag、Ni、S、Se、Au、Nd之氧化物的構成。尤其若TiO2之組成比在此範圍，則因為容易獲得帶外光之低減效果及低熱膨脹率之效果，而較佳。
本實施形態之基板11，只要具有對於帶外光為在光學上不透明之波長選擇性即可，能以肉眼確認或無法確認有著色皆可。
作為基板11，可使用依照JIS-R-3208規格具備特定波長之吸收性的遠紅外線吸收平板玻璃。作為此種遠紅外線吸收平板玻璃，有旭硝子公司之Sun Yuro(製品名)等。此種基板，係因為吸收或不易反射遠紅外線以外，還有EUV或DUV光，可減低帶外之問題。
多層反射膜12，係較佳為使用在同一成膜裝置內所準備之鉬(Mo)與矽(Si)的兩個靶材，而以離子束濺鍍法，分別以約3nm、約4nm交互地堆積而形成。
保護膜13，係堆積Ru合金2nm至3nm而形成。
吸收膜14，係由2層所構成，下層係為了使以鉭(Ta)為主成分之靶材獲得期望值的成膜應力而導入氮氣並堆積30nm至70nm而形成。下層之堆積量，較佳為未滿70nm 。70nm以上之堆積在半導體圖案中，係有發生上述被稱為射影效應的光學影響之虞。藉由使下層之堆積量未滿70nm，可更確實抑制射影效應。作為遮光性性能，較佳為下層之膜厚一般而言係對於EUV波長之光學濃度為3以上之膜厚。
吸收膜14之上層係使用與下層相同之靶材，進一步導入氧氣，堆積氧化鉭(TaOx)或氮氧化鉭(TaOxNy)膜2nm至15nm而形成。上層之膜厚一般而言係選擇對於光學式圖案檢查機所採用之光源波長193nm、199nm、257nm可達成既定之低反射率的膜厚。
背面導電膜15係將氮氣導入以鉻(Cr)為主成分之靶材，將氮化鉻約10nm至100nm成膜而形成。導電性較佳為以薄膜電阻值100歐姆/□以下。藉由使背面導電膜15之膜厚為10nm以上，薄膜電阻係成為100歐姆/□以下，而可獲得較佳之導電性。
其次說明有關，關於本實施形態的曝光用反射型光罩200(以下亦稱作光罩200)，係使用反射型空白光罩20而製作。光罩200，係形成電路圖案A與遮光框區域B之構造，該遮光框區域B係在電路圖案A之區域的外側，橫跨吸收膜14、保護膜13及多層反射膜12之一部分，該構造的平面圖及剖面圖係與第2圖所示者相同。
光罩200之製造，係藉由對於反射型空白光罩20，與第一實施形態樣相同地實施步驟(S1)-(S14)而進行。此外，(S1)、(S8)中之抗蝕層的塗布，可將例如信越化學公司製的FEP171藉由3000nm旋塗法而進行。此外，(S2)中之 微影，可藉由例如NuFlare Technologies公司製的EBM6000電子束微影裝置而進行。
於本實施形態，係藉由使用染色或著色之基板11，而可減低入射於遮光框區域B、暫時透過基板11、在背面導電膜15反射而再度透過基板11返回之光的光量。本實施形態，係不將不必要的帶外光導至半導體基板側，而可迴避在半導體基板上所塗布之抗蝕層的感光。
另外，基板11之組成係不受上述所限定。只要EUV及DUV之反射率分別為一定值以下，具體而言，只要EUV之反射率為0.1%以下或以光學濃度3以上、DUV之反射率為0.3%以下，即可獲得同樣的效果。基板之EUV之反射率能以EUV Technology公司製之反射率計；DUV之反射率能以Hitachi High Technologies公司製分光光度計U4100來測定。
測定以上述方法所製作之光罩200的各部位之EUV及DUV之反射率。於測定，係使用上述之反射率計及分光光度計。將光罩200上之測定部位示於第7圖。
將第7圖所示之吸收膜部、反射部、遮光部之分別的EUV反射率與DUV反射率之測定結果示於表1。
另外，於第8圖，顯示各測定部之波長13nm至14nm(由130埃至140埃)之EUV區的反射光譜。吸收膜部、反射部、遮光部之波長13.5nm的EUV光之反射率分別為61.7%、1.48%、0%。由此遮光部之反射率為0%，可確認反射少至無法測定之程度。
另外，於第9圖圖示各測定部之波長由190nm至760nm之遠紫外光(DUV)、可見光(BIS)、近紅外光(NIR)區域之反射光譜。吸收膜部、反射部、遮光部之波長199nm的光之反射率分別為20.4%、47.6%、0%，波長257nm的光之反射率為5.9%、52.7%、0%。在任一波長中遮光部之反射率皆為0%，可確認反射少至無法測定之程度。
本發明，係可利用於藉由曝光而形成圖案之細微加工或半導體製造。
本發明並非受限於上述之實施形態之原樣者，只要不超出本發明之主旨，可變化而具體化。另外，藉由說明書所示之事項的適當組合係可設想各種發明。例如，藉由組合第一實施形態中之背面導電膜與第二實施形態中之基板，可更確實地迴避在半導體基板上所塗布之抗蝕層的感光。
[產業上之可利用性]
本發明，係有用於在藉由曝光形成圖案之細微加工或半導體製造中所使用的反射型曝光用光罩等。
10、20‧‧‧反射型空白光罩
11‧‧‧基板
12‧‧‧多層反射膜
13‧‧‧保護膜
14‧‧‧吸收膜
15‧‧‧背面導電膜
21‧‧‧抗蝕層(圖案)
100、200‧‧‧反射型光罩
第1圖係關於本發明之實施形態的反射型空白光罩之剖面圖。
第2圖係關於本發明之實施形態的反射型光罩的平面圖及剖面圖。
第3圖係表示關於本發明之實施形態的反射型光罩之製造方法的步驟圖。
第4圖係於關於本發明之實施形態的反射型光罩之製造方法之各步驟中之剖面圖。
第5圖係於關於本發明之實施形態的反射型光罩之製造方法之各步驟中之剖面圖。
第6圖係表示關於本發明之第一實施形態的背面導電膜與以往之背面導電膜之光學特性的圖。
第7圖係表示關於本發明之第二實施形態的反射型光罩之反射率的測定點之圖。
第8圖係表示測定關於本發明之第二實施形態的反射型光罩之反射率的結果之圖。
第9圖係表示測定關於本發明之第二實施形態的反射型光罩之反射率的結果之圖。
100(200)‧‧‧反射型光罩
B‧‧‧遮光框區域
A‧‧‧電路圖案
11‧‧‧基板
12‧‧‧多層反射膜
13‧‧‧保護膜
14‧‧‧吸收膜
15‧‧‧背面導電膜

Claims (2)

  1. 一種反射型空白光罩，係具備：基板；多層反射膜，其係形成於前述基板上，反射曝光光；保護膜，其係形成於前述多層反射膜上，保護前述多層反射膜；吸收膜，其係形成於前述保護膜上，吸收曝光光；與導電膜，其係形成於前述基板之與形成有前述多層反射膜之面相反的面上，前述基板，係藉由以石英(SiO2)為主成分並包含二氧化鈦(TiO2)之材料形成，前述基板的材料，係更包含錳(Mn)、銅(Cu)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銀(Ag)、鎳(Ni)、硫(S)、硒(Se)、金(Au)、釹(Nd)之氧化物的至少一種，前述多層反射膜，係於前述基板上，以多層構造而形成，該多層構造係藉由將以鉬(Mo)為材料之層與以矽(Si)為材料之層重疊的層複數個重疊而構成，前述保護膜係形成於前述多層反射膜上，具有以包含釕(Ru)或矽(Si)之任一者的材料而形成之單層構造，或者是於該單層構造作為最上層進一步積層了包含釕(Ru)之氧化物、氮化物、氮氧化物、及矽(Si)之氧化物、氮化物、氮氧化物任一者之材料的積層構造，前述吸收膜，係形成於前述保護膜上，具有以包 含鉭(Ta)及其氧化物、氮化物、氮氧化物任一者之材料而形成之單層構造，或者是於該單層構造作為最上層更積層包含鉭(Ta)之氧化物、氮化物、氮氧化物、以及矽(Si)之氧化物、氮化物、氮氧化物任一者之材料的積層構造，前述導電膜，係具有單層構造或積層構造，該單層構造或積層構造係具有氧化銦錫(ITO)或氧化鋅(ZnO)任一者之材料的層。
  2. 一種反射型光罩，其係於如申請專利範圍第1之反射型空白光罩中，藉由選擇性地除去前述吸收膜而形成電路圖案，並於前述電路圖案之周圍的區域，藉由選擇性地除去前述吸收膜、前述保護膜、以及前述多層反射膜而形成遮光框而成。
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