(57)【要約】【課題】ウエハ上転写像のコントラストの低下を抑えて、ウエハ上転写像コントラストと反射率コントラストを両立させた反射マスクを用いることで、半導体装置の性能を向上させることを可能とする。【解決手段】極短紫外光を用いて露光する半導体装置の製造に用いられる露光用マスク１であって、極短紫外光を吸収する吸収膜１３および極短紫外光を反射する作用を有するマスクブランクス１２を具備し、前記吸収膜１３の膜厚が、当該露光用マスク１を用いてウエハ上に転写される光学像コントラストが極大となるように決定されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極短紫外光を用いて露光する半導体装置の製造に用いられる露光用マスクであって、
極短紫外光を吸収する吸収膜および極短紫外光を反射する作用を有するマスクブランクスを具備し、
前記吸収膜の膜厚が、当該露光用マスクを用いてウエハ上に転写される光学像コントラストが極大となるように決定される
ことを特徴とする露光用マスク。
【請求項２】
前記吸収膜の膜厚が、当該露光用マスクを用いてウエハ上に転写される光学像コントラストが極大となり、かつ前記吸収膜と前記マスクブランクスとの反射率コントラストが所望の値以下になるように決定される
ことを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項３】
前記吸収膜と前記マスクブランクスの反射率コントラストとの反射率コントラストが１．０％以下である
ことを特徴とする請求項２記載の露光用マスク。
【請求項４】
前記吸収膜の膜厚が、当該露光用マスクを用いてウエハ上に転写される光学像コントラストが極大となり、かつ前記吸収膜と前記マスクブランクスとの反射率コントラストが最小になるように決定される
ことを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極短紫外光を用いて露光する半導体装置の製造に用いられる露光用マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化に伴い、ウエハ基体上に塗布された光感光材料であるレジストを露光および現像して形成されるレジストパターン、および該レジストパターンをエッチングマスクとしてエッチング加工して得られる回路パターンの線幅はますます縮小化が要求されている。また、パターン幅のみならず、パターン間ピッチないしメモリーセル間ピッチのさらなる縮小化が要求されている。
【０００３】
従来、パターン幅のみならず、パターン間ピッチないしメモリーセル間ピッチのさらなる縮小化の要求に対しては、レジストの露光に用いる光の波長をより短波長にすることで解決されてきた。例えば、３５０ｎｍの設計ルールの半導体装置には３６５ｎｍの波長の露光光、２５０ｎｍから１３０ｎｍの設計ルールの半導体装置には２４８ｎｍの波長の露光光、１３０ｎｍから６５ｎｍの設計ルールの半導体装置には１９３ｎｍの波長の露光光というように短波長化され、さらには１５７ｎｍの波長の露光光や、あるいは実効的に紫外光の波長を短くする効果、あるいはレンズ開口数を大きくする効果のある液浸レンズが用いられようとしている。ある露光波長における解像度は下記（１）式で示されるレイリーの式で表されることが知られている。
【０００４】
ω＝ｋ1×(λ／ＮＡ)…（１）
【０００５】
ここでωは解像される最小の幅のパターン、ＮＡは投影光学系のレンズの開口数、λは露光光の波長である。ｋ1は、主にレジストの性能および超解像技術の選択等により決定されるプロセス定数であって、最適なレジストおよび超解像技術を用いた場合は、従来のフォトリソグラフィーにおいてk1＝０．３５程度まで選択できることが知られている。  
【０００６】
例えば１９３ｎｍの波長を用いた場合における最小のパターン幅は、ＮＡ１．４の液浸レンズを用いた場合において４８ｎｍとなる。ここで超解像技術とは、マスクを透過し、マスク上遮光パターンで回折された光の±１次回折光を選択的に用いることにより波長よりも小さなパターンを得ようとするものである。
【０００７】
さらに４８ｎｍよりも小さなパターンを得ようとすると、さらに短い波長の露光光を用いなければならない。このため、１３．５ｎｍ中心の波長を用いる極短紫外光を露光光として用いることが鋭意開発されている。１５７ｎｍの波長の光までは、フッ化カルシウム（ＣａＦ2）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）というような光を透過する材料が存在するために、光を透過する構成でもってマスクおよび光学系を作製することができる。
【０００８】
しかしながら、さらに波長の短い極短紫外光（例えば、波長が５ｎｍ〜１００ｎｍの紫外線）においては、光を透過する材料がなくなるため、マスクおよび光学系は、光を反射する反射型マスクおよび反射型光学系で構成されることになる（例えば、特許文献１、２参照）。マスク面で反射された光は、マスクに入射する光と相互に干渉することなく投影光学系に導かれねばならないため、必然的にマスクに入射する光は、マスク面に対する法線に対して角度を持った斜め入射となる。この角度は、投影光学系のＮＡ、マスク倍率ｍ、照明光源の大きさσから決まり、例えばウエハ上に４倍の縮小倍率を持つマスクを用いた場合、ＮＡが０．３の露光装置においてはマスク面に対する法線に対して４．３０度よりも大きな入射角を持ってマスク上に入射しなければならない。同様に、ＮＡが０．２５の露光装置においては３．５８度以上の角度を持ってマスク上に入射しなければならない。実際の露光装置においては、ミラーから構成される光学系の空間配置の制約および設計残存収差低減の理由から、上記マスク上入射角よりも大きくなるように設計される。例えばＮＡが０．２５の露光装置においては、入射角度は６度以上になるように設計される。ＮＡが０．３０の露光装置においては７度以上になるように設計される。
【０００９】
ここで、該反射マスクの吸収パターンを形成するための吸収膜の膜厚は、従来吸収膜からの反射率と、露光光の波長でのブラッグ反射条件を満足する反射多層膜ブランクからの反射率の比、すなわち反射率コントラストが極小になる条件から得られてきた。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２８０２９１号公報
【特許文献２】特表２００５‐５０５９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
解決しようとする問題点は、反射率コントラストが極小になる吸収膜厚の条件と、ウエハ上転写像のコントラストを極大にするための吸収膜厚の条件は一致しない点である。そのため、従来方法による反射率コントラストが極小になる吸収膜厚条件を用いるとウエハ上転写像のコントラストの低下が生じてしまい、良好なウエハ上パターンが形成できないという問題点があった。
【００１２】
本発明は、ウエハ上転写像のコントラストの低下を抑えて、ウエハ上転写像コントラストと反射率コントラストを両立させた反射マスクを用いることで、半導体装置の性能を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る本発明は、極短紫外光を用いて露光する半導体装置の製造に用いられる露光用マスクであって、極短紫外光を吸収する吸収膜および極短紫外光を反射する作用を有するマスクブランクスを具備し、前記吸収膜の膜厚が、当該露光用マスクを用いてウエハ上に転写される光学像コントラストが極大となるように決定されることを特徴とする。
【００１４】
請求項１に係る本発明では、吸収膜の膜厚が、ウエハ上に転写される光学像コントラストが極大となるように決定することで、ウエハ上に転写された転写像のコントラストが極大になるので、良好な転写特性を具備する極短紫外光用の露光マスクが得られる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る本発明によれば、極短紫外光を用いる反射型の露光マスクにおいて、ウエハ上転写像コントラストと反射率コントラストを両立させたことから、この露光マスクを用いて製造される半導体装置の性能を向上させることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の露光マスクの一例として、極短紫外光を露光光に用いた反射型の露光マスクについて、図１の概略斜視図によって説明する。
【００１７】
図１に示すように、本発明の露光マスク１は、ガラス基板１１上に、モリブデン（Ｍｏ）層とシリコン（Ｓｉ）層とを多層に積層させた反射多層膜からなるマスクブランクス１２を備え、このマスクブランクス１２上に極短紫外光を吸収する吸収膜１３が、例えばタンタル（Ｔａ）膜で形成されている。上記吸収膜１３は所望のパターン形状に形成されている。
【００１８】
上記吸収膜１３の膜厚は、当該露光用マスク１を用いてウエハ（図示せず）上に転写される光学像コントラストが極大（できうれば最大）となるように決定される。また、上記吸収膜１３の膜厚は、当該露光用マスク１を用いてウエハ（図示せず）上に転写される光学像コントラストが極大となり、かつ上記吸収膜１３と上記マスクブランクス１２との反射率コントラストが所望の値以下、例えば１．０％以下となるように設定されている。もしくは、上記反射率コントラストが極小（できうれば最小）になるように設定されている。当然のことながら、このときの光学像コントラストは極大（できうれば最大）となるように決定されている。
【００１９】
一方、従来の極短紫外光用の露光マスクにおける吸収膜の膜厚は以下の条件で得ていた。すなわち、吸収膜からの反射率をＲａとし、露光波長１３．５ｎｍに適したブラッグ反射条件を具現できるＭｏ／Ｓｉ反射多層膜からの反射率をＲｂとして、その比を反射率コントラストＲｒとして、Ｒｒ＝Ｒａ／Ｒｂ…（１）式が最小となる条件で得てきた。
【００２０】
図２は、極短紫外光を吸収する吸収膜がタンタル（Ｔａ）材料の場合において、露光マスク上、斜め入射角度が６．６°の条件での、吸収膜（Ｔａ膜）の膜厚と反射率コントラストとの関係を示す図である。
【００２１】
図２に示すように、反射率コントラストが極小になる吸収膜（Ｔａ膜）の膜厚は、５７ｎｍ、６４ｎｍ、７１ｎｍ、７９ｎｍ、８６ｎｍ、９３ｎｍ、１００ｎｍおよび１０８ｎｍであることがわかる。
【００２２】
また、図３のウエハ上パターン位置とウエハ上の光強度との関係に示すように、ウエハ上での光学像コントラストは、規格化イメージログスロープ（ＮＩＬＳ：Normalized Image Log-Slope）から得る。これは、所望の線幅を得るための光学像エッジでの勾配のログスロープ（対数勾配）から定義され、（２）式で与えられる。
【００２３】
ＮＩＬＳ＝Ｗ・［ｄｌｎ｛Ｉ（ｘ）｝／ｄｘ］…（２）
【００２４】
ここで、ｘはパターン座標、Ｉ（ｘ）は位置ｘでの光強度、ｗはウエハ上での所望の線幅である。
【００２５】
吸収膜の膜厚に対する規格化イメージログスロープ（以下、ＮＩＬＳという）を前記図１に示す構成の露光マスク１で得る。すなわち、吸収膜１３のラインアンドスペースパターン辺に対して、マスク上の斜め入射光ベクトルのマスク上表面への射影ベクトルが直交する場合である。ここで、マスク上の吸収膜１３のパターン幅は、ウエハ上での転写線幅が、マスク上斜め入射光ベクトルのマスク上表面への射影ベクトルが平行になる場合と略同一になるように、あらかじめ細らせるバイアス補正を行っている。
【００２６】
ここでは、以下の３通りのラインアンドスペースパターンについてＮＩＬＳを求める。いずれもウエハ上転写像での寸法である。なおＣＤとはCritical Dimensionであり、転写線幅を意味する、
ＣＤ２２ｎｍ／パターンピッチ４４ｎｍ、
ＣＤ２２ｎｍ／パターンピッチ８８ｎｍ、
ＣＤ４４ｎｍ／パターンピッチ８８ｎｍ。
【００２７】
次に、図４にＣＤ２２ｎｍ／パターンピッチ４４ｎｍでの吸収膜（タンタル膜）の膜厚とＮＩＬＳとの関係を示し、図５にＣＤ２２ｎｍ／パターンピッチ８８ｎｍでの吸収膜（タンタル膜）の膜厚とＮＩＬＳとの関係を示し、図６にＣＤ４４ｎｍ／パターンピッチ８８ｎｍでの吸収膜（タンタル膜）の膜厚とＮＩＬＳとの関係を示す。ここで、露光光が入射する側のエッジとは前記図１に示した吸収膜１３のパターン左側エッジに対応している。また、露光光が入射しない側のエッジとは前記図１に示した吸収膜１３のパターン右側エッジに対応している。
【００２８】
ＮＩＬＳが極大となる吸収膜１３の膜厚は、図４〜図６のどのプロットでも略同一であることがわかる。
【００２９】
表１に、前記図２に示した反射率コントラストの極小値および前記図４〜図６に示したＮＩＬＳの極大値から求めた、各条件での吸収膜（タンタル膜）の最適な膜厚を示した。
【００３０】
【表１】
2008205338.tif 000003
【００３１】
表１に示すように、ＮＩＬＳの極大値で得た吸収膜の最適膜厚は、どの条件でも略同一である。ところがこれらの最適値は反射率コントラストで得た吸収膜の最適膜厚とは一致しない。すなわち、従来方法のように反射率コントラストで吸収膜の最適膜厚を決定しても、それは最適な光学像コントラストを与えるとは限らない。
【００３２】
そこで、ウエハ上の転写像コントラストが極大になる条件を加える。まずウエハ上の転写像コントラストが極大になる吸収膜の膜厚を選択し、このときの吸収膜の膜厚が反射率コントラストの所望範囲を満たすようにする。この条件は、ＮＩＬＳから得た吸収膜の最適膜厚（ｎｍ）での反射率コントラストをまとめた表２から得られる。
【００３３】
【表２】
2008205338.tif 000004
【００３４】
表２に示すように、例えば反射率コントラストの範囲として０．０１（１．０％）を許容すれば、吸収膜の膜厚は７４ｎｍ以上であれば良い。また、反射率コントラストの範囲として０．００５（０．５％）を許容すれば、吸収膜の膜厚は８８ｎｍ以上であれば良い。本発明によれば、このようにウエハ上転写像コントラストと反射率コントラストを両立させることができる。そして、吸収膜とマスクブランクスとの反射率コントラストは最小になるように決定されることが好ましい。
【００３５】
上記反射率コントラストの範囲として、０．０１（１．０％）を許容するとしたのは、反射率コントラストが１．０％よりも低下すると、ウエハ上の転写像のコントラストが低下して良好なウエハ上レジスト像が得られなくなるからである。しかしながら、１．０％を境に急激に悪化するわけではなく、徐々に劣化する。フォトマスクを例にとると、従来は０．１％の規格でフォトマスクが作られていたが、最近は１％程度までコントラストを低下させている。そこで現在のフォトマスクの動向から上限を、１．０％を目安に設定した。
【００３６】
次に、ウエハ上転写像コントラストと反射率コントラストを両立させる方法を以下に説明する。
【００３７】
ウエハ上転写像コントラストが極大になる吸収膜の膜厚と、光学像コントラストが極小となる吸収膜の膜厚とが一致する条件を求める。この条件は前記表１に示したウエハ上転写像コントラストが極大になる吸収膜の膜厚、および前記図２から得られる光学像コントラストが極小になる吸収膜の膜厚(５７，６４，７１，７９，８６，９３，１００，１０７ｎｍ)を比較することで容易に得ることができる。吸収膜の膜厚が１０８ｎｍでウエハ上転写像コントラストが極大になり、かつ光学像コントラストが略極小になる。このようにウエハ上転写像コントラストと反射率コントラストを両立させることができる。
【００３８】
本発明の露光マスクに適用される極短紫外光は、通常、半導体製造のリソグラフィ分野ではＥＵＶ(Extreme ultra violet)光と呼ばれるもので、少なくとも波長が５ｎｍから１００ｎｍの範囲を含む紫外線である。通常、紫外線（真空紫外線を含めて）は、波長が１ｎｍ程度以上３８０ｎｍ程度以下と定義されている。したがって、上記極短紫外光は、５ｎｍ以下の紫外線を含めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の露光マスクの一例を示した概略斜視図である。
【図２】極短紫外光を吸収する吸収膜がタンタル（Ｔａ）材料の場合における、露光マスク上の斜め入射角度が６．６°での、吸収膜（Ｔａ膜）の膜厚と反射率コントラストとの関係を示した図である。
【図３】ウエハ上パターン位置とウエハ上の光強度との関係を示した図である。
【図４】ＣＤ２２ｎｍ／パターンピッチ４４ｎｍでの吸収膜（タンタル膜）の膜厚とＮＩＬＳとの関係を示した図である。
【図５】ＣＤ２２ｎｍ／パターンピッチ８８ｎｍでの吸収膜（タンタル膜）の膜厚とＮＩＬＳとの関係を示した図である。
【図６】ＣＤ４４ｎｍ／パターンピッチ８８ｎｍでの吸収膜（タンタル膜）の膜厚とＮＩＬＳとの関係を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…露光マスク、１２…マスクブランクス、１３…吸収膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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