(57)【要約】減衰位相シフトマスク（１０または２０）は、基板（１２または２２）と、そして基板の上に横たわる減衰積層体（１１または２１）と、を含む。減衰積層体は、基板の上に横たわるクロム層またはルテニウム層（１４または２４）、クロム層またはルテニウム層を覆うタンタルシリコン酸化物層（１６または２６）と、そしてタンタルシリコン酸化物層を覆うタンタルシリコン窒化物層（１８または２８）と、を含む。減衰積層体はまた、基板（２２）とクロム層またはルテニウム層（２４）との間に層（３０）を含むことができる。一の実施形態では、この層は基板の一部である。減衰積層体を使用して半導体ウェハ上のフォトレジスト（５０）をパターニングする。一の実施形態では、減衰積層体に隣接する基板の各部分は、９０％超の透過率を有し、そして減衰積層体は露光波長において５〜２０％の透過率を有する。一の実施形態では、検査波長における基板と減衰積層体との間の検査コントラストは７５％超である。
2006519420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
基板の上に横たわる減衰積層体とを備え、該減衰積層体は、基板の上に横たわる第１層と、第１層を覆うタンタルシリコン酸化物層と、タンタルシリコン酸化物層を覆うタンタルシリコン窒化物層と、を備え、
第１層はクロム層またはルテニウム層の内の一つである、減衰位相シフトマスク。
【請求項２】
ウェハ上のフォトレジストを照射光を利用してパターニングするための方法であって、
基板と、基板の上に横たわる減衰積層体とからなる減衰位相シフトマスクを設ける工程であって、減衰積層体が、基板の上に横たわるクロム層またはルテニウム層と、クロム層またはルテニウム層を覆うタンタルシリコン酸化物層と、そしてタンタルシリコン酸化物層を覆うタンタルシリコン窒化物層とを備えている、減衰位相シフトマスクを設ける工程と、
ウェハ上のフォトレジスト層をマスクを使用してパターニングする工程と、を備え、パターニングする工程において、照射光を減衰位相シフトマスクを通過させてフォトレジスト層の各部分を露光する、方法。
【請求項３】
ウェハ上のフォトレジストを照射光を利用してパターニングする方法であって、
基板と、基板の上に横たわる減衰積層体とからなる減衰位相シフトマスクを設ける工程であって、前記減衰積層体が、第１層と、第２層と、及び第３層とを含み、第１層がクロムまたはルテニウムの内の一つを含み、第２層がタンタルシリコン酸化物を含み、そして第３層がタンタルシリコン窒化物を含む、減衰位相シフトマスクを設ける工程と、
ウェハ上のフォトレジスト層をマスクを使用してパターニングする工程とを備え、パターニングする工程において、照射光を減衰位相シフトマスクを通過させてフォトレジスト層の各部分を露光する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路を減衰位相シフトマスクを使用して形成する方法に関し、特に集積回路を短波長照射光源を用いる減衰位相シフトマスクを使用して形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相シフトマスク（ＰＳＭｓ）はフォトレジストのコントラストを大きくするために非常に有用なことが判明しており、コントラストを大きくする技術は、回路パターンがどんどん小さくなるにつれて益々重要になってきている。位相シフトマスクに関する課題の一つは、マスク全体に生じる位相シフトの複数の変化に起因して生じる位相矛盾であった。これは、マスクのパターンの異なる側が異なる位相を有するので生じていた。減衰ＰＳＭｓはこの問題を、位相シフトがパターン自体のみに生じるようにすることにより解決するように開発されてきた。従って、パターンを取り囲む領域は同じ位相である。減衰ＰＳＭｓに関する困難な技術の一つは、効果的な検査を実施する機能である。通常、パターンと光を透過する領域との境界による反射のコントラストがほとんどない。更に、より高いパターン密度、従ってより小さい寸法に対する要求が続くと、光源は十分なレベルの解像度を実現する必要がある。従って、フォトレジストをマスクを通過するパターニングされた光で露光する照射光源の周波数を高くし続ける要求が生じる。減衰ＰＳＭｓの場合、困難なのは、製造も可能にしながら透過率を約５％〜２０％とする所望の減衰、及び所望の位相シフトを実現する材料を見つけ出すことである。製造を可能にするための重要な要素は効果的な検査を実現する機能である。マスクは、ウェハ上のフォトレジストに転写される欠陥を含むことが許されない。
【０００３】
従って、減衰ＰＳＭｓを使用して効率的に製造することができる半導体をより短い波長で形成する方法が必要になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
本発明は例示によって示され、かつ添付の図によって制限されず、これらの図においては、同様の参照符号は同様の構成要素を指す。
当業者であれば、図の構成要素は説明を簡単に、かつ明瞭にするために示され、そして必ずしも寸法通りには描かれていないことが分かるであろう。例えば、図の構成要素の内の幾つかの寸法を他の構成要素に対して誇張して描いて本発明の実施形態を理解し易くしている。
【０００５】
一の実施形態では、半導体ウェハ上のフォトレジスト層は減衰位相シフトマスク（減衰ＰＳＭ）を使用してパターニングされ、この減衰位相シフトマスクは、透明基板に隣接するクロム層またはルテニウム層、ルテニウム層またはクロム層に隣接するタンタルシリコン酸化物層、及びタンタルシリコン酸化物層に隣接するタンタルシリコン窒化物層を有する減衰積層体を使用する。この積層体は３つの異なる層を提供し、これらの３つの異なる層は、所望の減衰を実現し、必要な１８０度位相シフトを実現し、そして効果的な検査が行なえるように調整することができる。別の構成として、透明基板の材料を更に調整して積層体において必要な位相シフトが得られるように積層体の近傍の透明基板をエッチングすることができる。この様子は、図及び次の記述を参照することにより一層良く理解できる。
【０００６】
図１に示すのはマスク１０であり、このマスクは基板１２及び減衰積層体１１を有する。減衰積層体１１は、基板に隣接し、かつクロムまたはルテニウムのいずれかである第１
層１４と、第１層に隣接するタンタルシリコン酸化物層１６と、そして層１６に隣接するタンタルシリコン窒化物層１８と、を含む。積層体１１はマスク１０上のパターンであり、このパターンは、マスク１０上の積層体１１の位置に対応するウェハ上の位置のウェハ上のフォトレジストの露光をほぼ阻止するためのものである。タンタルシリコン窒化物層１８の正確な組成は変えることができる。同様に、タンタルシリコン酸化物層１６の正確な組成も変えることができる。更に、第１層１４は純クロムまたは純ルテニウムである必要はない。例えば、層１４には、窒素または酸素のような材料を添加して層が露光波長を反射しないようにする。添加濃度は、反射量が露光波長の入射光の１０％未満となるように調整する必要がある。基板はフッ素添加シリコン酸化物であることが好ましい。他の材料も使用することができる。このような材料は露光波長において少なくとも９０％の透過率を有する必要がある。
【０００７】
層１４，１６及び１８の正確な厚さは実験により決定して所望の減衰、必要な検査コントラスト、及び必要な１８０度の位相シフトを実現する。１５７ナノメートル波長の光源の場合、層１４〜１８の各々の好適な厚さは約２５〜１５０オングストロームである。７．５％の透過率を実現するために、約１２９．８オングストロームの厚さのクロム層１４、約３８．５オングストロームの厚さの層１６、及び約１２９．８オングストロームの厚さの層１８を使用した。別の例では、１０．３％の透過率が、それぞれ８３．４オングストローム、７９．５オングストローム、８３．４オングストロームの厚さの層１４，１６及び１８により得られた。これらは、利用可能なマスク作製プロセスにより比較的容易に得られる寸法である。これらの結果に関して、タンタルシリコン窒化物の組成は、約５７％のタンタル、約４１％のシリコン及び約２％の窒素であり、そしてタンタルシリコン酸化物の組成は、約５７％のタンタル、約４１％のシリコン及び約２％の酸素であった。
【０００８】
ルテニウムまたはクロムの第１層１４は、これらの層のいずれの層の所与の厚さに関しても最大の減衰を実現する。この層１４はまた、マスク１０の製造においてエッチング停止層として機能する。層１６及び１８は、基板１２もエッチングする化学薬品によりエッチングされる。酸素を含有しない塩素系エッチャントはタンタルシリコン酸化物及びタンタルシリコン窒化物のエッチングに有用であることが知られているが、フッ素添加シリコン酸化物を含むシリコン酸化物をエッチングすることも知られている。これらの塩素系エッチャントはクロムまたはルテニウムと反応しない。従って、クロムまたはルテニウムは、クロム及びルテニウムと強く反応するがシリコン酸化物とは反応しない、酸素と組み合わせた塩素のような他の化学薬品によりエッチングする。従って、クロムまたはルテニウムは、エッチングを停止し、かつ大きな減衰を実現するために重要である。しかしながら、クロム及びルテニウムは反射率が高く、半導体ウェハとマスクとの間の投影光学系における迷光の問題を生じる。従って、クロム及びルテニウムを単独で使用するのは望ましくない。
【０００９】
タンタルシリコン酸化物及びタンタルシリコン窒化物の層１６及び層１８は、検査波長である２５７ナノメートルでの反射率がかなり低い層となる。また、生じる反射による破壊的干渉を調整するためにこれらの層の厚さを変えることができる。検査において望ましいのは、検査周波数では、減衰積層体１１のようなパターン群、すなわち減衰積層体群による反射が起きず、かつ反射の全てが露光される基板からのものである、ということである。これによって高いコントラストが得られる。従って、これらの２つの層１６及び１８の厚さは、７５％超の検査コントラストが効果的な検査を行なうために十分な大きさとなってほとんど反射が生じないように選択することができる。層２８、すなわちタンタルシリコン窒化物層が検査光を直接受けることが望ましい、というのは、この層はタンタルシリコン酸化物よりも高い吸収率を有するからである。従って、層２８の露光表面が反射する光を除く光の全てが高い吸収率の層を通過する。
【００１０】
この高い検査コントラストを実現する厚さによって、位相シフト及び減衰量も実現する。これらの材料によって、３つの重要な課題、すなわち１５７ナノメートルでの５〜２０％の透過率に相当する減衰及び１８０度の位相シフト、及び２５７ナノメートルでの高い検査コントラストの課題が解決する。各材料の各々の厚さによって、これらの課題の各々が異なる態様で解決される。タンタル含有層２６及び２８の組成によって、これらの材料の屈折率及び消光係数が決まる。所与のマスク構成に関して、各実験には同じ組成を使用し、かつ厚さのみを変えることが好ましい。他方、組成を変えてこれらの層、従って積層体１１の特性を変更することも確かに可能である。１５７ナノメートルよりも短い波長に対しては同様な方法で対処した。組成を変える方法は、少なくとも１５０ナノメートルまでは有効に作用する必要がある。
【００１１】
図２に示すのはマスク１０と同様なマスク２０であり、このマスクは基板２２及び積層体２１を有する。積層体２１は、図１の積層体１１のように、クロム層またはルテニウム層２４、タンタルシリコン酸化物層２６、及びタンタルシリコン窒化物層２８から成る連続層を有する。しかしながら積層体２１は、基板２２の一部である追加層３０を有する。層３０は、基板２２をマスクとして機能する層２４，２６，及び２８から成る積層体と一緒にエッチバックすることにより形成される。このエッチバックを制御して所望の追加の厚さを有するフッ素添加シリコン酸化物が得られるが、この厚さは積層体のアスペクト比が大きくなり過ぎるのを回避するために１０００オングストロームを超えてはならない。層３０を設けることによって、層２４〜２８の厚さを層１４〜１８に比べて薄くすることができる。基板自体に食い込む形のエッチングに代えて、別の層をまず基板の上に堆積させ、次に積層体を形成した後にこれらの層にエッチバックを施すことができる。層３０の材料は消光係数がゼロである、すなわち照射波長において減衰がないことが好ましい。この追加層３０によって、課題である検査コントラスト及び減衰に、あるとすれば、最小限の効果を及ぼしつつ必要な位相シフトを生じさせる便利な方法が得られる。マスク製造業者が利用することができるこの第４の可変要素によって、高い検査コントラスト、透過率の大きさが５〜２０％の範囲に選択される所望の減衰、及び１８０度の位相シフトという目標を達成するために大きな自由度が得られる。
【００１２】
図３に示すのは、マスク２０を使用して半導体ウェハ４８上のフォトレジスト５０をパターニングするための構成４０である。光源４２は所望波長、この場合好適には１５７ナノメートルの波長の照射光をマスク２０に供給し、このマスクはこのような光を、マスク２０の積層体２１のような積層体群が形成する所望のパターンに従ってブロックする。次に、マスク２０を通過するパターニングされた光は光学系４４が処理し、次にこの光をフォトレジスト５０が受ける。本例では、通常の場合のように、光学系４４は縮小を行なう縮小光学系である。従ってフォトレジスト５０はマスク２０に含まれるパターンに従って露光される。
【００１３】
これまでの明細書では、本発明について特定の実施形態を参照しながら記載してきた。しかしながら、この技術分野の当業者であれば、種々の変形及び変更を、以下の請求項に示す本発明の技術範囲から逸脱しない範囲において加え得ることが分かるであろう。例えば、幾つかの場合では、タンタルシリコン窒化物層とタンタルシリコン酸化物層とを入れ替えると効果的である。追加層を付け加えることも望ましい。例えば、層２８または層１８に隣接する別の層が或る場合においては望ましい。従って、明細書及び図は本発明を制限するという意味ではなく、例示として捉えられるべきであり、そしてこのような変形の全ては本発明の技術範囲に含まれるべきものである。
【００１４】
効果、他の利点、及び問題解決法について、特定の実施形態に関して上に記載してきた。しかしながら、効果、利点、問題解決法、及びこのような効果、利点、または問題解決法をもたらし、またはさらに顕著にさせるすべての要素（群）が、いずれかの請求項また
は全ての請求項の必須の、必要な、または基本的な特徴、或いは要素であると考えられるべきではない。本明細書で使用されるように、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語、または他のすべてのこれらの変形は包括的な意味で用いられるものであり、一連の要素を備えるプロセス、方法、製品、または装置がこれらの要素のみを含む、ということではなく、明らかには挙げられていない、またはそのようなプロセス、方法、製品、または装置に固有の他の要素を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態によるマスクを示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態によるマスクを示す断面図。
【図３】図２のマスクを使用して半導体ウェハ上のフォトレジストをパターニングする装置を示す模式図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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