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JP2008535270A - 極紫外線マスクの漏れ吸収体 - Google Patents

極紫外線マスクの漏れ吸収体 Download PDF

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JP2008535270A JP2008504461A JP2008504461A JP2008535270A JP 2008535270 A JP2008535270 A JP 2008535270A JP 2008504461 A JP2008504461 A JP 2008504461A JP 2008504461 A JP2008504461 A JP 2008504461A JP 2008535270 A JP2008535270 A JP 2008535270A
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Abstract


本発明は、基板を提供する段階と、EUV光に対する多層ミラーを基板上に形成する段階と、EUV光に対する漏れ吸収体を多層ミラー上への形成する段階と、強く反射する第1の領域、および、弱く反射する第2の領域に漏れ吸収体をパターン化する段階と、を含む方法を開示する。本発明は、基板、基板上に位置する多層ミラー、および、第1の領域および第2の領域を有する多層ミラー、多層ミラーの第2の領域上に位置する漏れ吸収体、からなり、漏れ吸収体は、入射光の位相を180度だけシフトするEUVマスクを開示する。

Description

本発明は、半導体集積回路の製造に関し、より詳しくは、極紫外線リソグラフィ(EUVL)に用いられるマスクおよびマスクの製造方法に関する。
フォトリソグラフィの絶え間ない改良により、半導体集積回路(IC)を縮小することが可能になり、高密度化および高性能化が達成された。193ナノメータ(nm)の波長を有する深紫外線(DUV)光は、65nmのノードで光学リソグラフィに用いることができる。さらなる進歩は、45nmのノードでDUVを用いて浸漬式リソグラフィを使用することである。しかしながら、他のリソグラフィ技術が32nmのノードで必要になる。次世代リソグラフィ(NGL)にとって予想される競合技術には、ナノプリンティングおよび極紫外線リソグラフィ(EUVL)が含まれる。
EUVLは、特に高集積度ICの製作のために、NGLの最有力候補である。露出は、約10−15ナノメータの波長を有する極紫外線(EUV)光で行なわれる。EUV光は、軟X線(2−50ナノメータ)と呼ばれる電磁スペクトルの一部に入る。これに対して、DUVリソグラフィで使用される従来のマスクは融解石英から作成され、透明であるが、事実上、全ての凝縮された材料はEUV波長を強く吸収するので、反射マスクがEUVLに必要となる。
EUVステップ・スキャン・ツールは、4X縮写投影光学システムを使用することができる。ウエハ上に塗布されたフォトレジストは、ウエハ全域に亘りフィールドをステップし、各フィールドに対してEUVマスクのアーク形状の領域をスキャンすることにより露出される。EUVステップ・スキャン・ツールは、6つの結像ミラーおよび2つの集光ミラーを具備する0.35の開口数(NA)を有する。約32nmのクリティカル・ディメンジョン(CD)は、約150nmの焦点深度(DOF)を達成することができる。
CDがさらに減少するにつれて、EUVマスク上の吸収体スタックは、露出中にシャドウイング効果をもたらす可能性がある。
したがって、必要なものはシャドウイングを低減するEUVマスクであり、またこのようなEUVマスクを製作するプロセスである。
以下の説明では、本発明についての完全な理解を提供するために、特定の材料、寸法、およびプロセスのような多くの詳細事項が述べられる。しかしながら、当業者は、本発明がこれら特定の詳細事項がなくても実施できることを認識している。別言すれば、周知の半導体製造装置およびプロセスは、本発明を不明瞭にしないようにするために、特に詳細には説明されていない。
本発明は、露出中にシャドウイングを低減する極紫外線(EUV)リソグラフィ用マスクの様々な実施例、およびそのようなEUVマスクを形成する方法について説明する。
図1は、本発明によるEUVマスク500の実施例を示す。EUVマスク500は、分布型ブラッグ反射器の原理で動作する。基板110は、2つの材料221,222からなる約20−80個のペア223の交互層である多層(ML)ミラー220を提供する。2つの材料221,222は、異なる屈折率を有する。電子密度の差を最大限にするために、一方の材料221は高い原子番号(Z)を有する一方で、他の材料222は低いZを有する。高いZの材料221は、散乱層の役割をし、照射波長で最小の厚さを有するべきである。低いZの材料222は、スペーシング層の役割をし、照射波長で最小の吸収を有するべきである。
MLミラー220に対して適切な材料および厚さ250を選択することにより、反射光415をある位相で強めることができる。例えば、モリブデン(Mo)は、42のZを有する一方で、シリコン(Si)は、14のZを有する。共振反射率(resonant reflectivity)を達成するために、MLミラー220中の各ペア223の期間は、入射光線410,420の照射波長のおよそ半分である。13.4ナノメータ(nm)のEUV波長に対して、各ペア223は、厚さ約2.7nmのMoおよび厚さ約4.0nmのSiから形成される。強め合う干渉は、約13.4nmで約60−75%のピーク法線入射反射率(peak normal incidence reflectance)となる。MLミラー220から反射された光415の帯域幅は、約1.0nmで、MLミラー220中のペア223の数が増加するにつれ、より狭くなる。しかしながら、反射率と位相シフトの両方は、約30−40のペア223を超えると飽和する。反射率の変化は、法線角411,421から0−8度の入射角412,422に対しては比較的小さい。
反射率は、MLミラー220の層混合(layer intermixing)、界面粗さ、および表面酸化により低下する。層混合は、約150℃より下の加工温度を維持することにより最小限にできる。そうでなければ、過度の加熱は、MLミラー220内の界面での化学反応に結びつくおそれがある。各ペア223の周期数が影響されるおそれがある。
界面粗さは、EUVマスク500の基板110によって影響を受けるおそれがある。基板110の表面の粗さは、0.05nmの二乗平均(RMS)未満に維持されるべきである。
モリブデンは酸化するおそれがあるので、4.0nmの厚さを具備するSiのような低い原子番号の材料のキャッピング層230が、MLミラー220の反射率を安定させるために、MLミラー220の上部表面上に設けられてもよい。
もし所望されるなら、4のZを有するベリリウムは、低いZの材料222として使用されてもよい。モリブデンとベリリウム(Mo/Be)の交互層からなるペア223を含むMLミラー220は、約11.3ナノメータでより高い反射率を達成することができる。しかしながらモリブデンとベリリウムの両方は酸化するので、キャッピング層230がステップ・スキャン・ツールの環境内で化学上に安定している材料から形成されてもよい。
もし所望されるなら、44のZを有するルテニウムは、高いZの材料221として使用されてもよい。ペア223のモリブデン−ルテニウムおよびベリリウム(MoRu/Be)の交互層からなるペア223を含むMLミラー220は、Mo/Beより固有応力(intrinsic stress)有する。
吸収体300は、約30−90nmの厚さを有する。吸収体300は、EUVマスク500が使用される光410,420の照射波長で光を吸収する。
EUV光410,420は、露出中EUVマスク500上に傾斜して入射する。本発明の実施例では、EUVマスク500上への照射光410,420の入射角412、422は、法線(90度)角411,421から約5(+/−1.5)度である。従って、吸収体300の端に沿うシャドウイング効果は、ウエハ上のパターン中の印刷変位に影響し、特徴の配置を重ねるおそれがある。過度に厚い吸収体300は、特徴のサイズ変動を増加させるおそれがある。不必要に厚い吸収体300の使用によって、傾斜した照射によるEUVマスク500中の本来的にあるあらゆる非対称性を増加させるおそれがある。
振動関係は、EUVマスク500の領域371の反射光415と、EUVマスク500の領域372の反射光との間の干渉に起因する。主要な光線間の位相差は、入射光線の波長の半分で振れる。強めあう干渉および弱め合う干渉は、波長の4分の1あるいは約3nmだけ異なる、吸収体高350のために生じるおそれがある。3nmの吸収体高350における変動は、ウエハ上のライン幅に約4nmだけ変化させるおそれがある。
本発明の実施例によれば、吸収体300は、EUVマスク500の露出中にシャドウイングを低減するために最適化される。図1中の本発明の実施例に示されるように、吸収体300は、EUVマスク500の第1の領域371上には存在せず、EUVマスク500の第2の領域372上に存在する。
本発明の実施例では、吸収体層300の厚さ350を低減するために、EUV光に対し大きな吸収係数を備える材料が吸収体300のためにまず選択される。要素について、吸収係数は、密度および原子番号、Zに比例する。次に、吸収体300の厚さ350は、第2の領域372からの反射光425が第1の領域371からの反射光415の位相から180度ずれるように選択される。
一方、吸収体300の第1の領域371上には被覆していないので、EUVマスク500の第1の領域371は、下層のMLミラー220から強く反射する。他方、EUVマスク500の第2の領域372は、被覆した吸収体300によってカバーされるにもかかわらず、吸収体に漏れがあるので、下層のMLミラー220から弱く反射する。
本発明の実施例では、第2の領域372における光の漏洩は、約0.1−0.3%の範囲から選択することができる。本発明の実施例では、第2の領域372における光の漏洩は、約0.3−1.0%の範囲から選択してもよい。本発明の実施例では、第2の領域372における光の漏洩は、約1.0−3.0%の範囲から選択してもよい。本発明の実施例では、第2の領域372における光の漏洩は、約3.0−10.0%の範囲から選択してもよい。
第1の領域371からの反射光415と第2の領域372からの反射光425との間の弱め合う干渉は周期的な現象であり、それ故、吸収体300のために様々な厚さが選択される。しかしながら、EUVマスク500の2つの領域を印刷する際に十分なコントラストが得られる吸収体300の最小の厚さが選択される。第2の考察は、EUVマスク500の2つの領域のコントラストが、線幅測定および欠陥検査を行うために十分でなければならないことである。
本発明の実施例では、第2の領域372における吸収体300の厚さは、厚さの65%に削減され、その場合でも入射光420の99.8%の吸収(無視できる漏洩)が求められるであろう。本発明の実施例では、第2の領域372における吸収体300の厚さは、厚さの50%に削減され、その場合でも入射光420の99.8%の吸収(無視できる漏洩)が求められるであろう。本発明の実施例では、第2の領域372における吸収体300の厚さは、厚さの35%に削減され、その場合でも入射光420の99.8%の吸収(無視できる漏洩)が求められるであろう。
本発明の実施例では、約46nmの厚さを有するタンタル窒化物から形成された吸収体300でUV光を使用することによって、約180度の位相遷移をもたらし、約93.0%の空中イメージ・コントラストをもって30nmのラインおよびスペースを印刷することができる。
次に、露出中にシャドウイングを低減するためのEUVマスク500を形成する方法が図2A−図2Fに示される。
図2Aは、平坦で滑らかな上部表面を備える強健な基板110を示す。EUVマスク500は、上部表面の法線(90度)角から約5(+/−1.5)度離れた入射角で使用される。EUV500の上部表面が十分に平坦でない場合、EUVマスク500のような非テレセントリック照射によって、ウエハ上の特徴である線幅および場所に明白な変化を引き起こす。照射の部分干渉性は、さらに線幅変動を起こさせるが、パターン・シフトは引き起こさないであろう。
低い熱膨脹係数(CTE)を備えるガラス、セラミック、あるいは、複合材料は、EUVマスク500で印刷している間のあらゆるイメージ変移エラーを最小限にするために、基板110に対して使用される。低CTEガラスの例はULE(商標)であり、約7%の二酸化チタン(TiO)でドープされたアモルファスの二酸化シリコン(SiO)で形成される。ULEは、米国コーニング社の登録商標である。低CTEガラス−セラミックの例は、Zerodur(商標)である。Zerodurは、ドイツ国Schott
Glaswerk社の登録商標である。
図2Bは、2つの材料221,222からなる交互層を20−80のペア223を有する多層(ML)ミラー220を備えたマスク・ブランク200を示し、約13.4nmの照射波長で高い反射率を達成する。反射材料221は、約2.7nmの厚さを有するモリブデン(Mo)のような高Z材料から形成される。透過性材料222は、約4.0nmの厚さを有するシリコン(Si)のような低Z材料から形成される。
MLミラー220は、イオンビーム蒸着(IBD)あるいはDCマグネトロン・スパッタリングを使用して、基板110上に形成される。厚さの均等性は、300mmのシリコン・ウエハから形成された基板110の全域で0.8%より良くすべきである。
一方で、イオンビーム蒸着によって、MLミラー220の上部表面に少数の欠陥をもたらすが、基板110上のどんな欠陥も交互蒸着中に元素の目標物から滑らかにされる傾向がある。その結果、MLミラー220の上部層は、攪乱されない。
他方で、DCマグネトロン・スパッタリングは、より適合しており、それにより、より等質な厚さを生み出すが、基板110上のどんな欠陥もMLミラー220を通ってその上部表面へ伝播する。
図2Eに示されるように、MLミラー220の反射領域371は、修復するのが困難であるので、マスク・ブランク200は非常に低レベルの欠陥にすべきである。特に、マスク・ブランク200のどんな欠陥もEUV光の振幅あるいは位相のいずれかに影響するが、所望しない歪を印刷する結果となる。
MLミラー220中の反射性高Z材料221および透過性低Z材料222の両方は、通常、大部分がアモルファス、あるいは部分的な多結晶質である。高Z材料221と低Z材料222との間の界面は、マスク製作中およびマスク露出中化学上に安定したままであるべきである。最小の相互拡散が界面で生じるおそれがある。MLミラー220の光学特性の最適化は、個別の層221,222が滑らかであり、異なる材料間の遷移が急峻であり、また、各層全域にわたる厚さ変動が約0.01nmより小さいことを必要とする。
図2Cに示されるように、キャッピング層230は、マスク・ブランク200中のMLミラー220上に形成され、環境によるMLミラー220の酸化を防止する。キャッピング層230は、約20−80nmの厚さを有する。
緩衝層(図示せず)は、キャッピング層230より上に形成される。緩衝層は、被覆吸収体300のパターニングのために、後にエッチング停止層の役割をする。更に、緩衝層は、後に吸収体300の欠陥の集束イオンビーム(FIB)修復のための犠牲層として役立つ。
緩衝層は、約20−60nmの厚さを有する。緩衝層は、二酸化シリコン(SiO2)から形成される。低温酸化(LTO)は、プロセス温度を最小にするためにしばしば使用され、それにより、MLミラー220中の交替層の間における材料の相互拡散を低減する。シリコン・オキシナイトライド(SiOxNy)のような同様の特性を備える他の材料が緩衝層のために選択されてもよい。緩衝層は、RFマグネトロン・スパッタリングによって蒸着される。もし所望するなら、アモルファス・シリコンあるいはカーボン(図示せず)の層が緩衝層の蒸着に先立って堆積されてもよい。
図2Dは、緩衝層(図示せず)およびキャッピング層230上に蒸着される吸収体300を示す。吸収体300は、EUV光を減衰させ、EUV光の露出中化学上に安定させ、マスク製作プロセスと互換性をもつべきである。
吸収体300は、約20−90nmの厚さを有する。吸収体300は、DCマグネトロン・スパッタリングで蒸着される。吸収体300は様々な材料から形成される。
様々な金属および合金が吸収体300を形成するために適切である。例には、アルミニウム(Al)、アルミニウム−銅(AlCu)、クロミウム(Cr)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、およびタングステン(W)を含む。
吸収体300は、また、ある金属のホウ化物、炭化物、窒化物、あるいは珪化物から、全体的にあるいは部分的に形成される。例には、珪化ニッケル(NiSi)、ホウ化タンタル(TaB)、窒化タンタル(TaN)、珪化タンタル(TaSi)、タンタル窒化ケイ素(TaSiN)、および窒化チタン(TiN)を含む。
図2Dは、さらにフォトレジスト400のような放射感応層を示し、それは吸収体300上を覆い、開口471を作成するために露出され、現像される。フォトレジスト400は、約90−270nmの厚さを有する。化学増幅のレジスト(CAR)が使用されてもよい。深紫外線(DUV)光あるいは電子ビーム(e−ビーム)がフォトレジスト400中の特徴をパターン化するために使用されてもよい。
フォトレジスト400中の開口471を測定した後、図2E示されるように、フォトレジスト400から吸収体300中の領域371へパターンが転写される。反応性イオン・エッチング(RIE)が使用されてもよい。例えば、タンタル(Ta)吸収体300は、ClとBClのような塩素を含むガスでドライ・エッチングされてもよい。ある場合には、酸素(O)が含まれることもある。
エッチング速度およびエッチング選択性は、反応槽内の電力、圧力、および基板温度に依存する。必要な場合、ハード・マスク・プロセスが、パターンをフォトレジスト400からハード・マスク(図示せず)に、その後吸収体300に転写するために使用されてもよい。
キャッピング層230上の緩衝層(図示せず)は、エッチング停止層として作用し、被覆吸収体300中のよいエッチング輪郭を形成する。緩衝層は、また下層のキャッピング層230およびMLミラー220をエッチング損傷から保護する。
フォトレジスト400を取り除いた後、パターン化された特徴の線幅および配置精度が測定される。その後、欠陥検査が行われ、吸収体300の欠陥修理が、必要な場合、実行される。緩衝層は、さらに吸収体300に関連した透明および不透明な欠陥を集束イオンビーム(FIB)で修復するための犠牲層として作用する。
緩衝層は、露出中にEUVマスク500のMLミラー220中の回析を増加させる。生じた減少は、対照的にウエハ上に印刷された特徴のCD制御を劣化させる。従って、緩衝層は、ドライ・エッチング、ウェット・エッチング、あるいはこれら2つのプロセスの組み合わせによって、取り除かれる。例えば、緩衝層は、CFまたはCのようなフッ素を含むガスでエッチングされる。アルゴン(Ar)のような酸素(O)およびキャリヤガスが含まれてもよい。
吸収体400のどんなアンダーカットも小さいので、緩衝層が非常に薄い場合、ウェット・エッチングされる。例えば、二酸化けい素で形成された緩衝層は、約3−5%のフッ化水素(HF)酸の水溶液でエッチングされる。緩衝層を削除するために選択されたウェット・エッチングまたはウェット・エッチングは、吸収体300、キャッピング層230、あるいはMLミラー220に損傷を与えてはならない。
多くの実施例および多数の詳細事項が本発明についての完全な理解を提供するために上述された。当業者は、一実施例中の多くの特徴が他の実施例に等しく適用可能であることを認識するであろう。当業者は、またここに記述されたこれら特定の材料、プロセス、寸法、濃度などに対する様々均等な代替物を作成する能力を理解するであろう。本発明の詳細な説明は、例示であり、制限的でないことを理解すべきであり、本発明の範囲は、以下の請求項によって定義される
以上のように、露出中のシャドウイングを低減するEUVマスク、およびこのようなEUVマスクを作成するプロセスについて説明した。
本発明の一実施例による露出中のシャドウイングを低減する吸収層を備えるEUVマスクの横断面図である。 本発明の一実施例による露出中のシャドウイングを低減する吸収層を備えるEUVマスクを形成する方法を示す図である。 本発明の一実施例による露出中のシャドウイングを低減する吸収層を備えるEUVマスクを形成する方法を示す図である。 本発明の一実施例による露出中のシャドウイングを低減する吸収層を備えるEUVマスクを形成する方法を示す図である。 本発明の一実施例による露出中のシャドウイングを低減する吸収層を備えるEUVマスクを形成する方法を示す図である。 本発明の一実施例による露出中のシャドウイングを低減する吸収層を備えるEUVマスクを形成する方法を示す図である。

Claims (18)

  1. 基板を提供する段階と、
    EUV光のための多層ミラーを前記基板上に形成する段階と、
    EUV光のための漏れ吸収体を前記多層ミラー上への形成する段階と、
    強く反射する第1の領域、および、弱く反射する第2の領域に前記漏れ吸収体をパターン化する段階と、
    を含むことを特徴とするマスクを形成する方法。
  2. キャッピング層が、前記第1の領域および前記第2の領域中の前記多層ミラー上にさらに形成されることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 緩衝層が、前記第2の領域中の前記キャッピング層上にさらに形成されることを特徴とする請求項2記載の方法。
  4. 前記多層ミラーは、散乱層およびスペーシング層を含むことを特徴とする請求項1記載の方法。
  5. 基板を提供する段階と、
    前記基板上にミラーを形成する段階であって、前記ミラー形成する段階は、
    反射材料および透過材料の層を交互に配置する段階、
    前記ミラー上に漏れ吸収体を形成する段階であって、前記漏れ吸収体は、入射光の位相を180度だけシフトする、段階、および
    第1の領域中の前記漏れ吸収体を取り除き、前記ミラーを暴露する段階、
    を含む段階と、
    から構成されることを特徴とするEUVマスクを形成する方法。
  6. キャッピング層が、前記ミラー上にさらに形成されることを特徴とする請求項5記載の方法。
  7. 緩衝層が、前記漏れ吸収体より下にさらに形成されることを特徴とする請求項5記載の方法。
  8. 前記漏れ吸収体は、入射光の約1.0−3.0%を反射することを特徴とする請求項5記載の方法。
  9. 基板と、
    前記基板上に配置された多層ミラーであって、前記多層ミラーは、第1の領域および第2の領域を有する、多層ミラーと、
    前記多層ミラーの前記第2の領域上に配置された漏れ吸収体であって、前記漏れ吸収体は、入射光の位相を180度だけシフトする、漏れ吸収体と、
    を含むことを特徴とするEUVマスク。
  10. キャッピング層が、前記第1の領域および前記第2の領域中の前記多層ミラー上にさらに配置されることを特徴とする請求項9記載のマスク。
  11. 緩衝層が、前記漏れ吸収体より下にさらに配置されることを特徴とする請求項9記載のマスク。
  12. 前記第2の領域は、入射光の約1.0−3.0%を反映することを特徴とする請求項9記載のマスク。
  13. 傾斜した入射光用の反射マスクにおいて、
    基板と、
    前記基板上に配置された多層ミラーであって、前記多層ミラーは、第1の領域および第2の領域を有する、多層ミラーと、
    前記多層ミラーの前記第2の領域上に配置された吸収体であって、前記吸収体は、前記多層ミラーが前記傾斜した入射光の約1.0−3.0%を180度の位相シフトを伴って反映する、吸収体と、
    を含むことを特徴とする傾斜した入射光線用の反射マスク。
  14. キャッピング層が、前記第1の領域および前記第2の領域中の前記多層ミラー上にさらに形成されることを特徴とする請求項13記載のマスク。
  15. 緩衝層が、前記吸収体より下にさらに形成されることを特徴とする請求項13記載のマスク。
  16. 傾斜した入射光用の前記反射マスクは、シャドウイングを低減することを特徴とする請求項13記載のマスク。
  17. 前記吸収体は、約46nmの厚さを備えたタンタル窒化物を含むことを特徴とする請求項13記載のマスク。
  18. 30nmのラインおよびスペースが印刷されることを特徴とする請求項13記載のマスク。
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