| 【発明の名称】 |
反射型マスクおよびそれを用いたデバイスの製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】老泉 博昭
【氏名】伊東 昌昭
【氏名】山梨 弘将
【氏名】鳥海 実
【氏名】寺澤 恒男
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| 【要約】 |
【課題】マスクパターンの近接効果補正の設計を容易にする。
【解決手段】反射部のパターンに応じて少なくとも部分的に反射率を変化させることにより、非反射部である遮光部または吸収体のマスクパターンの変更が必ずしも必要でなくなり、マスクパターンの光近接効果補正の設計が容易となる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】反射部と非反射部からなるパターンを有する反射型マスクであって、反射部のパターンに応じて少なくとも反射部のパターンの一部分の反射率が変化していることを特徴とする反射型マスク。
【請求項２】請求項１記載の反射型マスクであって、原版として上記パターンに応じて光源から真空紫外線あるいは極紫外線あるいは軟Ｘ線を反射するための多層膜が形成され、露光対象に上記パターンを投影するために使用されることを特徴とする反射型マスク。
【請求項３】請求項２記載の反射型マスクであって、上記多層膜の少なくとも一部において、上記多層膜を被覆する層の厚さが変化していることを特徴とする反射型マスク。
【請求項４】請求項２記載の反射型マスクであって、上記多層膜の少なくとも一部において、上記多層膜にイオン注入された物質の密度が変化していることを特徴とする反射型マスク。
【請求項５】反射部と非反射部からなるパターンを有する反射型マスクの作製方法であって、反射部のパターンに応じて少なくともパターンの一部分の反射率が変化しているようにパターンを形成することを特徴とする反射型マスクの作製方法。
【請求項６】請求項１から請求項４のいずれか記載の反射型マスクを用い、ウェハにパターンを露光し、転写する工程を少なくとも有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項７】請求項６記載の製造方法によって製造されたことを特徴とするデバイス。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は紫外線，真空紫外線または極紫外線の露光あるいは照射により、像形成を行わせるために使用する光学素子の製造または検査に係り、特に微細パターンの転写に用いて好適な反射型マスクおよびその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの固体素子の集積度および動作速度を向上するため、回路パターンの微細化が進んでいる。現在これらのパターンの形成には、露光光源を紫外線とする縮小投影露光法が広く用いられている。この方法の解像度は露光波長λに比例し投影光学系のウェハ側の開口数ＮＡに反比例する。解像限界の向上は開口数ＮＡを大きくとることにより行われてきた。しかし、この方法は焦点深度の減少と屈折光学系（レンズ）設計および製造技術の困難から限界に近づきつつある。
【０００３】このため、露光波長λを短くする方法が進められている。例えば水銀ランプのｇ線(λ＝４３５.８ｎｍ）からｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、さらにＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ），ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）等である。露光波長の短波長化により、解像度は向上する。
【０００４】また、いわゆる超解像露光と呼ばれる手法により、露光に用いる波長よりも小さい寸法のパターンが形成可能となってきた。しかし露光に用いる紫外線の波長の大きさからくる原理的な限界から、０.１μｍ(１００ｎｍ）以下の解像度を種々のパターンに対して得ることはかなり困難となる。
【０００５】また、露光に用いる紫外線の波長の大きさに近いパターンを形成しようとすると、マスクに形成されたパターンの形状と転写されたパターンの形状が相違する現象が顕著になる光近接効果により、転写用原版となるマスクパターンに対してその寸法に補正を加えて設計，配置等を行う必要がある。
【０００６】以上のような背景をもとに、近年、波長がおよそ５ｎｍから５０ｎｍである極紫外線（ＥＵＶ）を露光光源としたＥＵＶリソグラフィが注目を浴びている。例えば、ジャーナル オブ バキューム サイエンス アンド テクノロジー（Journal of Vacuum Science and Technology），Ｂ９巻６号，１９９１年，３１８９ページから３１９２ページに記載されている。
【０００７】図１はＥＵＶリソグラフィの露光光学系の例を示すものである。ＥＵＶ４を露光光源とし、入射角θで斜めに入射して反射型マスク８１を照明する。入射角θは種々の光学系で異なるが、およそ１°から１５°程度である。反射型マスク８１はＥＵＶを正反射することができる多層膜２が形成されている。反射型マスク８１には所定のパターンが形成されている。反射型マスクから反射したＥＵＶは凸ミラー９２で反射し、さらに凹ミラー９１で反射し、ウェハ８２上で結像する。凸ミラー９２，凹ミラー９１には反射鏡用多層膜７がミラー全面に形成されている。ここで反射型マスク等の光学素子として使用する基板１には、高い反射率を得るために粗さの無い超平滑基板が必要である。
【０００８】従来のＥＵＶ用反射型マスクは、例えばJournal of Vacuum Science and Technology，Ｂ９巻６号，１９９１年，３１７６ページから３１８３ページに記載のように、反射率が高い領域を多層膜が存在する部分、反射率が低いまたは反射率のない領域を多層膜または多層膜構造が存在しない部分として形成される。
【０００９】図２は反射型マスクの構造を示す断面図である。図２（ａ）に示すマスクは、集束イオンビーム５によって基板１上の多層膜２を、基板に対して垂直方向に変質して反射率の低い領域または非反射部３を形成し、反射率の高い領域２にパターンを形成するものである。また、図２（ｂ）のように多層膜２の所定の部分を除去して、多層膜がない部分、すなわち非反射部３を形成するものもある。また、図２（ｃ）のように超平滑基板１に直接付着した多層膜２の上に所定の厚さおよび形を有する吸収体３５のパターンを形成し、非反射部とする反射型マスクの例もある。
【００１０】露光あるいは照射に用いる真空紫外線またはＸ線の波長が小さくなる場合、真空紫外線またはＸ線に対する多層膜の反射率を大きくするには、多層膜の積層数を増やす必要がある。例えば高い反射率を得るには、Ｘ線の波長１３ｎｍでは５０層対以上、１０ｎｍでは１００層対以上、７ｎｍでは１５０層対以上程度が必要となる。
【００１１】反射型マスクの典型的な製造方法を図３に示す。まず高い反射率を得るために粗さがほとんどない超平滑基板１に多層膜２を形成する（図３（ａ））。この超平滑基板１に多層膜２を形成したものを一般に多層膜ブランクマスク（または多層膜ブランクス）と呼ぶ。多層膜の形成には通常、イオンビームスパッタリング蒸着法，マグネトロンスパッタリング蒸着法等の物理的蒸着法や化学気相成長蒸着法（ＣＶＤ）や原子層成長法（ＡＬＥ）が用いられる。
【００１２】次に反射型マスクの非反射部となる吸収体３５を形成する（図３（ｂ））。吸収体３５の形成には通常、多層膜の形成と同様にイオンビームスパッタリング蒸着法，マグネトロンスパッタリング蒸着法等の物理的蒸着法や化学気相成長蒸着法（ＣＶＤ）などが用いられる。吸収体の材料としてはＷ，Ｔａ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｇｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の金属，半金属，半導体材料の単体もしくは化合物が用いられる。
【００１３】次に吸収体をパターニングし、所望の吸収体パターンを形成するため、前記吸収体の上にレジスト３８を形成し（図３（ｃ））、ｉ線露光，ＫｒＦエキシマレーザ露光，電子線ビーム描画，等倍露光Ｘ線，イオンビーム露光，ＥＵＶ露光等によるリソグラフィ技術でレジストパターン３９を形成する（図３（ｄ））。次にレジストパターン３９をマスクとして吸収体を反応性イオンエッチングなどにより加工し、吸収体３５のパターンを形成する（図３（ｅ））。次にレジストパターンを除去する（図３（ｆ））。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、投影型リソグラフィを用いる場合においては、たとえ露光波長が短波長となるＥＵＶリソグラフィの場合でも、転写用原版となるマスクのパターンの寸法を光近接効果による補正を加えて設計，配置等を行う必要がある。図４（ａ）ないし図４（ｃ）および図５（ａ），図５（ｂ）に示すように、ある遮光部パターンの端で寸法を太くしたり、別の遮光部パターンの一部を細くしさらにその端を太くするような近接効果補正をする必要があり、任意のパターンの補正を含めた設計に多大な時間と労力がかかる問題があった。また、上記近接効果補正はマスクの遮光部となる吸収体パターンと明光部または反射部となる部分の面積比を２次元に変えるのみであったため、上記近接効果補正の仕方に限界があった。
【００１５】本発明は、マスクパターンの近接効果補正の設計を容易にする反射型マスクおよびその製作方法、およびそれを用いて作製したデバイスを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明である反射型マスクは、反射部のパターンに応じて少なくとも部分的に反射率が変化していることを特徴とする。図６（ａ）に本発明である反射型マスクの上面図、図６（ａ）のＡとＢ間における断面図を図６（ｂ）に示す。また、本発明である反射型マスクの別の構造を図６（ｃ）および図６（ｄ）に示す。また、本発明である反射型マスクのパターンの別の例を図７，図８（ａ）ないし図８（ｃ）に示す。本発明である反射型マスクは、反射部となるパターン内に反射率が高い領域２１と上記反射率が高い領域２１よりもやや反射率が低い領域２２および上記領域２２よりもやや反射率が低い領域２３を有し、非反射部である遮光部または吸収体のマスクパターンの寸法変更が必ずしも必要でないことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】図９に多層膜ブランクス作製，検査を含めた本発明における反射型マスク製造工程の一例を示す。
【００１８】石英からなる超平滑基板１に１００ｎｍの厚さのアルミニウム薄膜１１９をイオンビームスパッタリング法で蒸着する。次に、イオンビームスパッタリング法で多層膜２１を蒸着し、多層膜ブランクス６０１（図１５）を形成した。多層膜２１は１層あたり膜厚が２.６ｎｍのＭｏ層と、１層あたり膜厚が４.１ｎｍのＳｉ層を交互に６０層対形成した（図９（ａ））。
【００１９】次に、図１５に示すように、多層膜ブランクス６０１のチップ領域７０３内にデバイスパターン等を形成する有効エリア７０１の周囲にマーク７０２を形成し、多層膜ブランクスの欠陥検査を行う。
【００２０】多層膜ブランクス中に欠陥がないことを確認した後、多層膜２１の上層に、イオンビームスパッタリング法でＳｉＯ2 からなる８０ｎｍ厚の保護膜１２０を形成した。次に反射型マスクの非反射部となる吸収体３５を形成した（図９（ｂ))。吸収体３５の形成には多層膜の形成と同様にイオンビームスパッタリング蒸着法を用いた。吸収体としては１２０ｎｍ厚のＣｒ膜を形成した。
【００２１】次に吸収体３５をパターニングし、所望の吸収体パターンを形成するため、前記吸収体３５の上にポジ型レジスト３８を塗布し（図９（ｃ））、図１５に示すマーク７０２を基準にして、電子線ビーム描画によるリソグラフィ技術でレジストパターン３９，３７，３６を形成した（図９（ｄ））。ここでレジストパターン３７およびレジストパターン３７を形成するため、ポジ型レジスト３８が現像後、除去されるのに必要な電子線ビーム量よりも少ない描画量で描画し現像している。
【００２２】次にレジストパターン３９，３６，３７をマスクとして吸収体３５および保護膜１２０を反応性イオンエッチングにより加工し、吸収体３５のパターンと保護膜のパターン１２１を形成した（図９（ｅ））。次にレジストパターン３９を除去した（図９（ｆ））。作製した反射型マスクの外観検査を行い、形成した吸収体パターンに欠陥がないことを確認した。
【００２３】また、図１０には本発明における別の製造方法の一部を示す。基板１上に薄膜１１９を形成し、次いで前記実施例と同様に多層膜２１，保護膜１２０，吸収体３５を形成し、さらにレジスト膜３８を形成後（図１０（ａ））、図１５に示すマーク７０２を基準にして電子線ビーム描画によるリソグラフィ技術でレジストパターン３９を形成する（図１０（ｂ））。ただし、保護膜１２０の厚さは４０ｎｍである。次にレジストパターン３９をマスクとして吸収体３５を反応性イオンエッチングにより加工し、吸収体３５のパターンを形成した（図１０（ｃ))。次にレジストパターンを除去後、再度レジスト膜３８を形成した（図１０（ｄ))。次に電子線ビーム描画によるリソグラフィ技術でレジストパターン２５を形成した（図１０（ｅ））。ここでレジストパターン２５を形成するため、ポジ型レジスト３８が現像後、除去されるのに必要な電子線ビーム量よりも少ない描画量で描画し現像している。次にレジストパターン２５を検査し、欠陥がないことを確認後、レジストパターン２５をマスクにしてイオンビーム２４により、イオン注入を行い、反射部２１よりも反射率がやや低い領域２２および上記反射部２２よりもさらに反射率がやや低い領域２３を形成する（図１０（ｆ））。次にレジストパターン２５を除去した（図１０（ｇ））。
【００２４】また、図１１には本発明におけるさらに別の製造方法の一部を示す。図１０と同様の積層膜上にレジストパターン３８を形成後、レジストパターン３９を形成した（図１１（ａ））。上記レジストパターン３９をマスクとして吸収体３５を反応性イオンエッチングにより加工し、吸収体３５のパターンを形成した（図１１（ｂ））。ただし、保護膜の厚さは４０ｎｍである。次にレジストパターン３９を除去後、図１５に示すマーク７０２を基準にして、集束イオンビーム２６により、局部にイオン注入を行い（図１１（ｃ））、上記反射部２１よりも反射率がやや低い領域２２および上記反射部２２よりもさらに反射率がやや低い領域２３を形成する（図１１（ｄ））。
【００２５】また、本発明である反射型マスクに、図６ないし図８に示される反射部となるパターン内に反射率が高い領域２１と上記反射率が高い領域２１よりもやや反射率が低い領域２２、および上記領域２２よりもやや反射率が低い領域２３を形成し、かつ、吸収体３５の面積を２次元的に変化させて光近接効果補正を行っても本発明が実施可能なのは言うまでもない。本発明の場合、従来技術での単に吸収体３５の面積を２次元的に変化させるのみの光近接効果補正に比べて、吸収体３５の面積を２次元的に変化させる度合いを減少できるので、パターンの設計や配置の仕方に裕度がある。
【００２６】上記で作製した反射型マスクを用いてデバイス作製を行った。図１３にデバイス作製工程のフローを示す。まずステップ１００１の酸化工程ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１００２のＣＶＤ工程ではウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１００３の配線工程ではウェハに電極となる配線材料を蒸着法により形成する。ステップ１００４のインプラ工程ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１００５のレジスト膜形成工程では、ウェハにレジストを塗布し、プリベークという加熱処理をする。ステップ１００６の露光工程では図１２に示すデバイス作製装置の一部であるＥＵＶ露光装置によって上記で作製した反射型マスクの回路パターンをウェハに転写露光する。ステップ１００７の現像工程ではウェハを現像する。ステップ１００８のエッチング工程では現像して残ったレジスト像以外の部分をドライエッチングを用いて除去する。ステップ１００９のレジスト除去工程ではレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多層の回路パターンが形成される。ここで、デバイス作製に用いた本発明の反射型マスクにはそれぞれ、図６（ａ）に示すストーリッジノードパターン、図７に示すコンタクトホールパターン、図８（ａ）に示す素子分離パターン、図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すパターンの内、少なくとも一つを有している。
【００２７】本発明によれば、従来パターンの設計や配置が困難で完全な光近接効果補正ができなかったために製造が困難で歩留まりが低かった高集積半導体デバイスを歩留まり高く製造することができる。
【００２８】ここで、図１２に示した縮小率１／４のＥＵＶ露光装置１１０３を説明する。反射型マスク８１とウェハ８２は、それぞれマスクステージ８３とウェハステージ８４に搭載されている。まず、マスク８１とウェハ８２との相対位置をアライメント装置８５を用いて検出し、制御装置８６により駆動装置８７，８８を介して両者の位置合せを行う。ＥＵＶ光源８９から放射されたＥＵＶを照明光学系９０および、円弧状のアパーチャー９８，長波長カットフィルター９７を介し、有効エリアの全面にレジストパターンを形成した多層膜ブランクス上の円弧領域を照明する。ここで、ＥＵＶ光源として、例えばガスジェットＸｅターゲットにレーザ光を照射しＥＵＶを発生させるレーザプラズマ光源やシンクロトロン放射光光源（ＳＲ）等を用いることができる。図１２の照明光学系９０では反射鏡が１面のみ図示してあるが、これに限定されるものではなく、光源の種類，照明の均一性，入射ＮＡの均一化，作業領域の確保などの必要に応じて複数の照明光学系用反射鏡を設置してもよい。
【００２９】マスク８１から反射されたＥＵＶは、波長１３nm近傍のＥＵＶからなり、反射鏡９１，９２，９３および９４からなる結像光学系９５により、ウェハ上に倍率１／４で結像する。反射鏡９１，９２，９３および９４は、多層膜ブランクスと同様なＭｏ／Ｓｉ系多層膜を蒸着し、各多層膜の周期長は反射ＥＵＶの波長が一致するように調節されている。多層膜ブランクスとウェハを倍率に応じて同期走査して、マスクパターンをウェハ８２に塗布されたレジストに転写する。
【００３０】図１４にシンクロトロン放射光光源１１０１を用いたＥＵＶマスク検査装置１１０２ならびにデバイスを作製するためのＥＵＶ露光装置１１０３を含む露光システムを示す。シンクロトロン放射光光源をＥＵＶ光源に用いると、マスク検査装置の光源とデバイス作製用露光装置の光源が共有できる。ＥＵＶマスク検査装置１１０２を用いて多層膜ブランクス６０１を検査する。
【００３１】以上の実施例では、多層膜で用いた材料としてＭｏ／Ｓｉ系多層膜の場合を説明したが、本発明は多層膜の材料に制限されることなく、例えば、ＮｉＣｒ／Ｃ，Ｎｉ／Ｖ，Ｎｉ／Ｔｉ，Ｗ／Ｃ，Ｒｕ／Ｃ，Ｒｈ／Ｃ，Ｒｕ／ＢＮ，Ｒｈ／ＢＣ，ＲｈＲｕ／ＢＮ，Ｒｕ／ＢＣ，Ｍｏ／ＳｉＣ，Ｐｄ／ＢＮ，Ａｇ／ＢＮ，Ｍｏ／ＳｉＮ，Ｍｏ／ＢＣ，Ｍｏ／Ｃ，Ｒｕ／Ｂｅ，Ｍｏ／Ｂｅ，Ｎｂ／Ｂｅ，Ｚｒ／Ｂｅ，Ｒｈ／Ｂｅ，Ｙ／Ｂｅなどの多層膜の形成可能な材料であれば、実施可能である。
【００３２】また前記実施例では、ＥＵＶリソグラフィでの多層膜を用いた反射型マスクの例を説明したが、本発明はＥＵＶリソグラフィ用の多層膜を用いた反射型マスクに制限されるものではない。例えば、光源が波長１５７ｎｍのＦ２レーザや123ｎｍのＡｒ２レーザを用いたＤＵＶリソグラフィ用の反射型マスクに、本発明である反射部のパターンに応じて少なくとも部分的に反射率が変化している反射型マスクを適用できることは言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明である反射型マスクは、反射部のパターンに応じて少なくとも部分的に反射率が変化していることにより、非反射部である遮光部または吸収体のマスクパターンの変更が必ずしも必要でなくなり、マスクパターンの光近接効果補正の設計が容易となる。また、本発明である反射型マスクの作製方法を用いると、より完全に近い光近接効果補正が可能な反射型マスクを容易に作製できる。また、本発明のデバイスの製造方法によれば、より完全に近い光近接効果補正が可能な反射型マスクを用いることで、従来では製造が困難で歩留まりが低かった高集積半導体デバイスを歩留まり高く製造することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成１０年７月１４日（１９９８．７．１４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８５０４
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３１０２１（Ｐ２０００−３１０２１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１月２８日（２０００．１．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１９８３５５ |
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