JP2004085759A

JP2004085759A - ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス及びハーフトーン型位相シフトマスク

Info

Publication number: JP2004085759A
Application number: JP2002244745A
Authority: JP
Inventors: Mikio Takagi; 高木　幹夫; Takashi Haraguchi; 原口　崇; Tadashi Matsuo; 松尾　正
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】位相シフトマスクとして露光光での屈折率及び消衰係数が満たされ、露光光での反射率や検査波長での透過率が制御され、正確なパターニングがされたハーフトーン型位相シフト膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクの製造に好適なハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス、及びハーフトーン型位相シフトマスクを提供すること。
【解決手段】半透明領域１０６が単層もしくは２層以上で構成されており、少なくとも１層以上がタンタル化合物膜１０２であること。半透明領域膜の１層は、タンタルを主成分としシリコンを含まない層であり、他の層は遷移金属及びシリコン及び酸素もしくは窒素を主成分とする層であること。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の高密度集積回路の製造に用いられるフォトマスク及びそのフォトマスクを製造するためのフォトマスク用ブランクスに関するものであり、特に、微細寸法の投影像が得られるハーフトーン型位相シフトマスク、及びこれを製造するためのハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフォトマスクでは微細なパターンの投影露光に際し、近接したパターンはマスクの光透過部を通過した光が回折し、干渉することによってパターン境界部での光強度を強め合いフォトレジストが感光するため、ウエハー上に転写されたパターンが分離解像しないという問題が起きていた。
この現象は露光波長に近い微細なパターンほどその傾向が強く、原理的には従来のフォトマスクと露光光学系では光の波長以下の微細なパターンを分離解像することは不可能であった。
【０００３】
そこで、隣接するパターンを透過する投影光の位相差を互いに１８０度にすることによって微細なパターンの解像力を向上させるという、位相シフト技術を使用した位相シフトマスクが開発された。
すなわち、隣接する開口部の片側に位相シフト部を設けることにより、透過光が回折し干渉し合う際、位相が反転しているために境界部の光強度は弱め合い、その結果、転写パターンは分離解像する。この関係は焦点前後でも成り立っているため、焦点が多少ずれていても解像度は従来のものより向上する。
【０００４】
上記のような位相シフト法はＩＢＭのＬｅｖｅｎｓｏｎらによって提唱され、特開昭５８−１７３７４４号公報や、原理では特公昭６２−５０８１１号公報に記載されている。
パターンを遮光層で形成する場合には、遮光パターンに隣接する開口部の片側に位相シフト部を設けて位相を反転させるが、遮光層が完全な遮光性を持たず、かつ、この半透明遮光層によって位相を反転させる場合にも、同様な解像度向上効果が得られ、この場合は特に孤立パターンの解像度向上に有効である。これをハーフトーン型位相シフトマスクという。
【０００５】
ここで、ハーフトーン型位相シフトマスクを図に従って簡単に説明する。図４は、ハーフトーン型位相シフトリソグラフィの原理を示す説明図である。また、図５は、従来法の原理を示す説明図である。
図４（ａ）及び図５（ａ）はフォトマスクの断面図、図４（ｂ）及び図５（ｂ）はフォトマスク上での光の振幅、図４（ｃ）及び図５（ｃ）はウエハー上での光の振幅、図４（ｄ）及び図５（ｄ）はウエハー上での光の強度をそれぞれ示し、４０１及び５０１は透明基板、４０２はハーフトーン型位相シフト膜、５０２は遮光膜、４０３及び５０３は入射光である。
【０００６】
ここで、ハーフトーン位相シフト膜とは、透過する露光光の位相を同光路長の空気を通る露光光の位相に対して反転し、かつその強度を減衰させる機能を持つ膜であり、単層または多層により形成される。
従来法においては図５（ａ）に示すように、石英ガラスからなる透明基板５０１上にクロム等からなる遮光層５０２を形成し、パターンの光透過部を形成してあるだけであり、ウエハー上の光強度分布は、図５（ｄ）に示すように、裾広がりとなり、解像度は劣ってしまう。一方、ハーフトーン型位相シフトリソグラフィは、半透明膜であるハーフトーン型位相シフト膜４０２を透過した光と、その開口部を透過した光とでは位相が実質上反転するので、図４（ｄ）に示すように、ウエハー上でパターン境界部の光強度が０となり、その裾広がりを抑えることができ、よって、解像度が向上する。
【０００７】
さて、一般的に、ハーフトーン型位相シフトマスクの位相差に関しては１８０度が最適値になるが、透過率に関しても、適正値は２％〜２０％（開口部１００％）の範囲にあり、転写するパターン、転写する条件等によって最適値が決まる。ハーフトーン型位相シフトマスクに関しては、位相差、透過率共にその適正値に作製することが要求され、適正値からずれた場合には、最適露光量等が変化し、寸法精度の低下、焦点裕度の低下等に至ってしまう。したがって、ハーフトーン型位相シフト膜を形成する単層及び多層の膜の屈折率、消衰係数及び、膜厚の精度、安定性は重要である。
【０００８】
また、ハーフトーン型位相シフトマスクにおいては、露光波長での反射率も、フォトリソグラフィの工程でのマスクとレンズ間での多重散乱等の影響を抑えるため、低反射であることが望まれ２０％以下が適正値である。さらに、マスク上に形成されるパターンの外観、位置精度等を保証するために、マスク製造工程で使用される各種の検査、測定装置で使用する波長での透過率は３５％以下が適正値である。
【０００９】
ところで、ハーフトーン型位相シフト膜の成膜は、金属系材料をターゲットとして用いた反応性スパッタで行う場合が多い。膜の屈折率、消衰係数、膜厚の精度、安定性は基本的に成膜工程で決定される。次に、位相シフトマスクのパターニング工程で実際に位相シフト膜をエッチングする工程には、主にリアクティブイオンエッチング等のドライエッチングが用いられる。さらに、近年形成されるパターンの微細化に伴い、エッチングによるパターニングのより厳しい寸法精度が要求されるが、それを満たすためにはハーフトーン型位相シフト膜の膜厚は薄いほうが好ましい。
【００１０】
また、位相シフトマスクの製造工程では、その清浄度を向上させるため、洗浄が繰り返し行われる。この時、膜質の洗浄薬液に対する耐性が必要となる。
【００１１】
以上、ハーフトーン型位相シフトマスクに使用するハーフトーン型位相シフト膜は、最適な位相差、透過率が実現でき、かつ安定な屈折率、消衰係数を有し、さらに、膜厚を薄くすることが出来、洗浄液耐性のある材料の開発が要求される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の要求を鑑みなされたものであり、位相シフトマスクとして露光光での屈折率及び消衰係数が満たされ、かつ露光光での反射率や検査波長での透過率が制御され、さらにエッチングによって正確なパターニングがされたハーフトーン型位相シフト膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクの製造に好適なハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス、及びそれを用いて製造したハーフトーン型位相シフトマスクを提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明基板上に露光光に対して透明領域と半透明領域が存在するハーフトーン型位相シフトマスクの製造に用いるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、該半透明領域が単層もしくは２層以上で構成されており、少なくとも１層以上がタンタル化合物膜であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスである。
【００１４】
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記半透明領域の透過率が２％〜２０％の範囲にあることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスである。
【００１５】
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記半透明領域膜の１層は、タンタルを主成分としシリコンを含まない層であり、他の層は遷移金属及びシリコン及び酸素もしくは窒素を主成分とする層であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスである。
【００１６】
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記タンタルを主成分としシリコンを含まない層が、酸素もしくは窒素を含むことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスである。
【００１７】
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記タンタルを主成分としシリコンを含まない層が、酸素は１５〜４０ａｔｏｍｉｃ％もしくは窒素は２０〜３０ａｔｏｍｉｃ％であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスである。
【００１８】
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記タンタルを主成分としシリコンを含まない層の屈折率が、１．５以上であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスである。
【００１９】
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスをパターン化して、透明基板上に露光光に対して透明領域と半透明領域を存在させたことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを用いて製造したハーフトーン型位相シフトマスクの一実施例の断面図である。また、図１（ｂ）は、他の例の断面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、ハーフトーン型位相シフトマスクは、透明基板１０１上に露光光に対して透明領域１０５と半透明領域１０６を有し、半透明領域１０６はタンタル化合物膜１０２の単層である。
また、図１（ｂ）は、半透明領域１０６が３層で、タンタル化合物膜１０２が遷移金属シリサイド化合物膜１０３と遷移金属シリサイド化合物膜１０４との間に形成されたものである。タンタル化合物膜１０２は、図１（ｂ）に示す位置に限らず、最上層もしくは透明基板１０１に接した最下層であってもよい。
【００２２】
タンタル化合物膜１０２としては、例えば、タンタル・酸素の化合物、タンタル・窒素の化合物、タンタル・酸素・窒素の化合物、タンタル・ハロゲン元素の化合物、タンタル・酸素・ハロゲン化合物の化合物、タンタル・窒素・ハロゲン元素の化合物、タンタル・酸素・窒素・ハロゲン元素の化合物からなる膜を挙げることができる。
【００２３】
透過率に関しては２％〜２０％に最適値があり、この範囲外の場合には適正露光量等が変化し、寸法精度、焦点裕度の低下等が起こってしまう。従って、最適値を達成するために、ハーフトーン位相シフト膜を形成する単層又は多層の膜の屈折率、消衰係数及び膜厚に基づいて最適な膜設計を行う。
また、成膜にはスパッタリング法を用いることが多いが、シリコンを含まないことで成膜時にピンホール、パーティクルといった膜欠陥を減らすことができる。
また、酸素もしくは窒素を含むことによって、膜の屈折率を大きくすることができ膜厚をより薄くすることが可能である。
【００２４】
上記のように、本発明においては、半透明領域を透過する露光光の透過率は２％〜２０％、半透明領域を透過する露光光の反射率は２０％以下、透明領域を通過する光との位相差は１８０度といった、ハーフトーン型位相シフトマスクとして満足すべき光学定数の他に、検査波長での透過率３５％以下とし、露光転写時のパターン解像度の向上とマスクの欠陥及び寸法検査の向上を図ることが出来る。
【００２５】
また、本発明は、タンタルを主成分とし実質的にシリコンを含まない層の屈折率が、１．５以上であることを特徴とするものである。タンタル化合物膜の屈折率を１．５以上にすることにより、ハーフターン型位相シフト膜の膜厚を加工精度上問題にならない１００ｎｍ以下にすることが出来、マスクの寸法精度の向上が図られる。
【００２６】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。
本発明を提案するにあたり、タンタル窒化膜及びタンタル酸化膜の屈折率、消衰係数、薬液に対する耐性、組成を調べた。
まず、ＤＣスパッタリング装置を用いて、チャンバー内にアルゴンガス及び窒素ガスを導入し、金属タンタルターゲットを用いたスパッタリングにより、透明石英ガラスからなる透明基板上にタンタル窒化膜を成膜した。この時の成膜条件を表１に示す。また、これら試料Ａ０〜Ａ５のＡｒＦエキシマレーザーでの波長（１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザーでの波長（２４８ｎｍ）、検査波長（３６５ｎｍ）での屈折率、消衰係数を表２に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
次に、ＤＣスパッタリング装置を用いて、チャンバー内にアルゴンガス及び酸素ガスを導入し、金属タンタルターゲットを用いたスパッタリングにより、透明石英ガラスからなる透明基板上にタンタル酸化膜を成膜した。
この時の成膜条件を表３に示す。また、これら試料Ｂ１〜Ｂ４のＡｒＦエキシマレーザーでの波長（１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザーでの波長（２４８ｎｍ）、検査波長（３６５ｎｍ）での屈折率、消衰係数を表４に示す。
【００３０】
【表３】

【００３１】
【表４】

【００３２】
また、試料Ａ０〜Ａ５及び試料Ｂ１〜Ｂ４について薬液に対する耐性を調べた。使用した薬液は、▲１▼硫酸：９６％、７０℃、▲２▼アンモニア水：２％、室温である。これらに１時間浸漬させ、その前後での透過率変化値（１９３ｎｍ）を調べた。その結果を表５に示す。この結果からはタンタル化合物膜が十分な薬液にたいする耐性を示す。
【００３３】
【表５】

【００３４】
また、試料Ａ０〜Ａ５及び試料Ｂ１〜Ｂ４の組成について調べた。その結果を表６に示す。
【００３５】
【表６】

【００３６】
次に、シミュレーションによってハーフトーン型位相シフト膜の光学設計を行った。図２に示すように、膜は透明基板２０１上の２層構成のハーフトーン型位相シフト膜２０２で、下層に前記タンタル化合物膜（試料Ａ０〜Ａ５及び試料Ｂ１〜Ｂ４のいずれか）２０３を、上層にジルコニウムシリサイド化合物膜（Ｃ１）２０４を用いた。
上層に用いたジルコニウムシリサイド化合物膜Ｃ１のＡｒＦレーザーの露光波長である１９３ｎｍにおける屈折率ｎは２．０８０、消衰係数ｋは０．１９３である。
【００３７】
光学設計は１９３ｎｍにおいて２層膜で透過率６％、位相差１８０度の条件で行った。その結果を表６及び表７に示す。Ｔ，Ｒはそれぞれの波長での透過率、反射率である。表６、表７及び表８から分かるように総膜厚が１００ｎｍ以下とするためにはタンタル化合物膜の組成が、酸素は１５〜４０ａｔｏｍｉｃ％もしくは窒素は２０〜３０ａｔｏｍｉｃ％であり、屈折率は１．５以上であることが望ましい。（表２中、Ａ３、Ａ４、Ａ５、及び表４中、Ｂ３、Ｂ４、参照）
【００３８】
【表７】

【００３９】
【表８】

【００４０】
＜実施例１＞
表６中、Ｄ３を実施例１とし、図２に示すようなブランクスを作製した。まず、ＤＣスパッタリング装置を用いて、チャンバー内にアルゴンガス及び窒素ガスを導入し、金属タンタルターゲットを用いたスパッタリングにより、透明石英ガラスからなる透明基板２０１上にタンタル窒化膜２０３（試料Ａ３）を成膜した。つぎに、チャンバー内にアルゴンガス及び窒素ガスを導入し、ジルコニウムシリサイドターゲットを用いたスパッタリングにより、タンタル窒化膜２０３上にジルコニウムシリサイド化合物膜（Ｃ１）２０４を成膜し、ブランクスを作製した。
【００４１】
この時の成膜条件は以下のものであった。
・タンタル窒化膜
電力：４００Ｗ
圧力：０．３８Ｐａ
ガス及び流量：アルゴンガス１５ｓｃｃｍ、窒素ガス５　ｓｃｃｍ
・ジルコニウムシリサイド化合物膜
電力：４００Ｗ
圧力：０．４０Ｐａ
ガス及び流量：アルゴンガス３０ｓｃｃｍ、窒素ガス１０ｓｃｃｍ
【００４２】
上記成膜条件で成膜した位相シフトマスク用ブランクスのの分光透過率特性及び分光反射率特性を測定した。ＡｒＦエキシマレーザーの露光波長である１９３ｎｍにおける透過率は６．３％を示し、検査波長３６５ｎｍでの透過率は２２．９％となって、検査時のコントラストは十分に得ることが出来る。
また、露光光の波長１９３ｎｍにおける反射率は１９．８％であり、露光時の多重反射の影響を防止できる。
【００４３】
次に、上記ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを用いてフォトマスクを製造した。図３（ａ）に示すように、透明基板３０１上にハーフトーン型位相シフト膜３０２を形成した上記ブランクスに電子線レジスト膜３０５を塗布し、電子線描画した後、図３（ｂ）に示すように現像を行い、電子線レジスト膜３０５をパターニングし、図３（ｃ）に示すようにジルコニウムシリサイド化合物膜３０４、タンタル窒化膜３０３をエッチングした後、さらに図３（ｄ）に示すように電子線レジスト膜３０５を剥膜する一連のパタ−ニングプロセスを経て本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを得た。
【００４４】
＜実施例２＞
表７中、Ｅ３を実施例２とし、図２に示すようなブランクスを作製した。まず、ＤＣスパッタリング装置を用いて、チャンバー内にアルゴンガス及び酸素ガスを導入し、金属タンタルターゲットを用いたスパッタリングにより、透明石英ガラスからなる透明基板２０１上にタンタル酸化膜（試料Ｂ３）２０３を成膜した。つぎに、チャンバー内にアルゴンガス及び窒素ガスを導入し、ジルコニウムシリサイドターゲットを用いたスパッタリングにより、タンタル酸化膜２０３上にジルコニウムシリサイド化合物膜２０４を成膜し、ブランクスを作製した。
【００４５】
この時の成膜条件は以下のものであった。
・タンタル窒化膜
電力：４００Ｗ
圧力：０．３８Ｐａ
ガス及び流量：アルゴンガス１５ｓｃｃｍ、窒素ガス５　ｓｃｃｍ
・ジルコニウムシリサイド化合物膜
電力：４００Ｗ
圧力：０．４０Ｐａ
ガス及び流量：アルゴンガス３０ｓｃｃｍ、窒素ガス１０ｓｃｃｍ
【００４６】
上記成膜条件で成膜した位相シフトマスク用ブランクスのの分光透過率特性及び分光反射率特性を測定した。ＡｒＦエキシマレーザーの露光波長である１９３ｎｍにおける透過率は６．２％を示し、検査波長３６５ｎｍでの透過率は２３．７％となって、検査時のコントラストは十分に得ることが出来る。
また、露光光の波長１９３ｎｍにおける反射率は１６．８％であり、露光時の多重反射の影響を防止できる。
【００４７】
次に、上記ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを用いてフォトマスクを製造した。図３（ａ）に示すように、透明基板３０１上にハーフトーン型位相シフト膜３０２を形成した上記ブランクスに電子線レジスト膜３０５を塗布し、電子線描画した後、図３（ｂ）に示すように現像を行い、電子線レジスト膜３０５をパターニングし、図３（ｃ）に示すようにジルコニウムシリサイド化合物膜３０４、タンタル窒化膜３０３をエッチングした後、さらに図３（ｄ）に示すように電子線レジスト膜３０５を剥膜する一連のパタ−ニングプロセスを経て本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを得た。
【００４８】
【発明の効果】
ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス及び位相シフトマスクにおいて、半透明領域に金属タンタル化合物膜を用いることにより、位相シフトマスクとしての光学定数の他に露光光での反射率や検査波長での透過率を容易に制御できる。すなわち、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクはエキシマレーザー露光時においても位相シフトマスクとして適応が可能であり、さらに長波長での透過率が抑えられているため検査波長において透過率３５％以下を示し、検査時のコントラストは十分得られる。
また、半透明領域は露光波長に対して反射率は低く、多重反射の影響を受けないため、反射防止層は必要ない。さらに、露光光での屈折率を１．５以上にすることで薄膜化することにより高いパターン形成精度を有し、かつパターン形状再現性に優れている。さらに、洗浄工程において十分な耐性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを用いて製造したハーフトーン型位相シフトマスクの一実施例の断面図である。（ｂ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクの他の例の断面図である。
【図２】実施例における２層構成のハーフトーン型位相シフト膜の断面図である。
【図３】実施例におけるハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、ハーフトーン型位相シフトリソグラフィの原理を示す説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、従来法の原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１・・・透明基板
１０２・・・タンタル化合物膜
１０３、１０４・・・遷移金属シリサイド化合物膜
１０５・・・透明領域
１０６・・・半透明領域
２０１、３０２、４０２・・・ハーフトーン型位相シフト膜
２０３、３０３・・・タンタル化合物膜（タンタル酸化膜またはタンタル窒化膜）
２０４、３０４・・・ジルコニウムシリサイド化合物膜
３０５・・・電子線レジスト膜
４０３、５０３・・・入射光
５０２・・・遮光膜

Claims

透明基板上に露光光に対して透明領域と半透明領域が存在するハーフトーン型位相シフトマスクの製造に用いるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、該半透明領域が単層もしくは２層以上で構成されており、少なくとも１層以上がタンタル化合物膜であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス。
前記半透明領域の透過率が２％〜２０％の範囲にあることを特徴とする請求項１記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス。
前記半透明領域膜の１層は、タンタルを主成分としシリコンを含まない層であり、他の層は遷移金属及びシリコン及び酸素もしくは窒素を主成分とする層であることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス。
前記タンタルを主成分としシリコンを含まない層が、酸素もしくは窒素を含むことを特徴とする請求項３記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス。
前記タンタルを主成分としシリコンを含まない層が、酸素は１５〜４０ａｔｏｍｉｃ％もしくは窒素は２０〜３０ａｔｏｍｉｃ％であることを特徴とする請求項４記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス。
前記タンタルを主成分としシリコンを含まない層の屈折率が、１．５以上であることを特徴とする請求項３、請求項４、又は請求項５記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスをパターン化して、透明基板上に露光光に対して透明領域と半透明領域を存在させたことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。