JP2005284213A - 位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク及びパターン転写方法 - Google Patents
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Abstract
【効果】 本発明の位相シフトマスクブランクを用いて位相シフトマスクを加工する際、ドライエッチング工程において、ドライエッチング中に光吸収膜が容易に検出され、かつ基板との選択比が有利に取れるため、精度の高い加工が可能となる。またこれにより精度の高い透過率、位相シフト量を持ったマスクが得られることから、このマスクを使用したフォトリソグラフィーにおいて、より深い焦点深度を確保することが可能になる。
【選択図】 なし
Description
請求項1:
基板上に主として光吸収機能を有する膜を持ち、更にその上に1層以上の主として位相シフト機能を有する膜を有する多層型位相シフトマスクブランクであって、前記光吸収機能を有する膜が4A族に属する金属元素を有し、かつ該金属元素含量が光吸収機能膜の下部より上部の方が高いことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクブランク。
請求項2:
光吸収機能を有する膜を含有する4A族の金属元素が、ジルコニウム及び/又はハフニウムであることを特徴とする請求項1記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
請求項3:
光吸収機能を有する膜が、更に1種以上の4A族の金属元素ではない金属元素を有することを特徴とする請求項1又は2記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
請求項4:
4A族以外の金属元素が、モリブデン及び/又はタンタルであることを特徴とする請求項3記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
請求項5:
光吸収機能を有する膜が、更にケイ素を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
請求項6:
光吸収機能を有する膜が、更に酸素、窒素、又は酸素及び窒素を含有することを特徴とする請求項5記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
請求項7:
位相シフト機能を有する膜の中間に、更に基板上の光吸収機能を有する膜と同一材質又は別材質による光吸収膜が加えられていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
請求項8:
請求項1乃至7のいずれか1項記載の位相シフトマスクブランクをパターン形成してなることを特徴とする位相シフトマスク。
請求項9:
請求項8記載の位相シフトマスクを使用することを特徴とするパターン転写方法。
本発明の位相シフトマスクブランクは、図5〜図8に示したように、研磨された石英あるいはCaF2等の透明基板1上に、透過光を減衰しかつ位相をおよそ180°シフトさせる位相シフト多層膜2を積層した位相シフトマスクブランクである。位相シフト多層膜2部分は、基板1上に主に光吸収機能を有する膜8を有し、更にその上に主に位相シフト機能を有する膜9を有する(以下、それぞれ光吸収膜8、位相シフト膜9と略記する。また多層膜全体を、位相シフト多層膜2とする。)。また、検査のための透過率及び反射率をより好ましいものとするためには、図6に示すように、位相シフト膜9の中間に更に光吸収膜10を介在させる方法はより好ましい構成であるが、この途中に加えられる光吸収膜10は基板1上の光吸収膜8の構成と同一材質であっても別材質であってもよい。更に、位相シフト膜9上に薬品耐性の高い膜(耐薬品層)11を更に加えた構成(図7)は、マスクの最終的な薬品洗浄工程において、より好ましい物性を与える。通常、この位相シフト多層膜2上に、図8に示したように、更にクロム化合物による遮光膜12が成膜され、マスク加工の際の電子線照射における導電膜として作用すると共に、最終的にはフレーム部分の遮光膜、あるいはトライトーン型ハーフトーン位相シフトマスクにおいては、微細パターンの中央部に遮光膜として使用される。
。
図5の構成の位相シフト多層膜を作製した。
なお、位相シフト多層膜の成膜には、同一チャンバー内に2つのターゲットを設けた直流スパッタ装置を用いた。
その成膜工程は、以下のとおりである。
まず最初に、石英基板上に光吸収膜8aを成膜した。このときのスパッタリングターゲットとしてモリブデンとジルコニウムを使用した。
まず、スパッタガスとして、Ar=30cm3/minを導入した。上記ガス導入時のスパッタチャンバー内のガス圧が0.15Paになるように設定した。
モリブデンターゲットに1000W、ジルコニウムターゲットに50Wの放電電力を印加して、基板を30rpmで回転させながらスパッタ成膜を行い、厚み15Åの金属膜Mo20Zrを設けた。
なお、ガス流量(cm3/min)の値は、全て、0℃、1013hPa(1気圧)における値である。
引き続き、光吸収膜8bを成膜した。
Ar=30cm3/min、スパッタチャンバー内のガス圧が0.15Paになるように設定した。
モリブデンターゲットに50W、ジルコニウムターゲットに1000Wの放電電力を印加して、基板を30rpmで回転させながらスパッタ成膜を行い、厚み15Åの金属膜MoZr20を設けた。
次に、位相シフト膜9を成膜した。
MoSi2ターゲットとSiターゲットを設けた別のスパッタチャンバーに上記のように光吸収膜を設けた基板をセットして成膜を行った。
MoSi2ターゲットが200W、Siターゲットが1000Wとなるようにスパッタパワーを調整し、スパッタガスをAr=5cm3/min、N2=50cm3/min、O2=1cm3/minの混合ガスに変更した。また、ガス圧力は0.1Paになるように設定した。この条件で、厚み800Å前後のモリブデンとケイ素で構成された物質の飽和金属化合物膜MoSiONを成膜した。このとき、他の成膜条件は、光吸収膜8aと同一とした。
また、位相シフト膜9の膜厚は、上記位相シフト多層膜の193nm(ArF)における位相差が180°となるように微調整した。
上記の位相シフト多層膜の評価を行った。
得られた位相シフトマスクブランクにi線レジストを塗布し、露光し、現像することによりレジストパターンを形成した。
これに、CF4をプロセスガスとするドライエッチングにより、位相シフト膜9のエッチングを行った。なお、位相シフト膜9のエッチング終点は、反射率の変化をモニタリングし、反射率変化の挙動から予測した。
次に、Cl2をプロセスガスとするドライエッチングにより、光吸収膜8bと光吸収膜8aのエッチングを行った。光吸収膜8aが消失し石英基板が露出した時点をエッチング終点とした。光吸収膜8aのエッチング終点は、上記と同様に反射率変化をモニタリングすることによって判断した。
ドライエッチング後、残存するレジストを除去して位相シフトマスクとした。
得られた位相シフトマスクの位相差面内分布を測定したところ、181.0deg±0.62degであった。
この結果から、全面にわたって均一にパターニングできていることが確認できる。
図6の構成の位相シフト多層膜を作製した。
なお、位相シフト多層膜の成膜には、同一チャンバー内に2つのターゲットを設けた直流スパッタ装置を用いた。
その成膜工程は、以下のとおりである。
まず最初に、石英基板上に光吸収膜8aを成膜した。
このときのスパッタリングターゲットとしてモリブデンとジルコニウムを使用した。
まず、スパッタガスとして、Ar=30cm3/minを導入した。上記ガス導入時のスパッタチャンバー内のガス圧が0.15Paになるように設定した。
モリブデンターゲットに1000W、ジルコニウムターゲットに50Wの放電電力を印加して、基板を30rpmで回転させながらスパッタ成膜を行い、厚み10Åの金属膜Mo20Zrを設けた。
なお、ガス流量(cm3/min)の値は、全て、0℃、1013hPa(1気圧)における値である。
引き続き、光吸収膜8bを成膜した。
Ar=30cm3/min、スパッタチャンバー内のガス圧が0.15Paになるように設定した。
モリブデンターゲットに50W、ジルコニウムターゲットに1000Wの放電電力を印加して、基板を30rpmで回転させながらスパッタ成膜を行い、厚み10Åの金属膜MoZr20を設けた。
次に、位相シフト膜9を成膜した。
MoSi2ターゲットとSiターゲットを設けた別のスパッタチャンバーに上記のように光吸収膜を設けた基板をセットして成膜を行った。
Ar=5cm3/min、N2=50cm3/min、O2=1cm3/minの混合ガスを導入し、チャンバー内のガス圧力を0.1Paに設定した。
MoSi2ターゲットが200W、Siターゲットが1000Wとなるようにスパッタパワーを調整して厚み400Å前後のモリブデンとケイ素で構成された物質の飽和金属化合物膜MoSiONを成膜した。このとき、他の成膜条件は、光吸収膜8aと同一とした。
次に、光吸収機能のある金属中間層(第2の光吸収膜)10を成膜した。
位相シフト膜9と同一の成膜チャンバー内において、Ar=30cm3/min、スパッタチャンバー内のガス圧が0.15Paになるように設定した。MoSi2ターゲットが200W、Siターゲットが1000Wとなるようにスパッタパワーを調整し、厚み20Åのモリブデンシリサイド膜を成膜した。このとき、他の成膜条件は、光吸収膜8aと同一とした。
次に、再び位相シフト膜9を成膜した。
上記と同一の成膜チャンバー内において、Ar=5cm3/min、N2=50cm3/min、O2=1cm3/minの混合ガスを導入し、ガス圧力を0.1Paになるように設定した。MoSi2ターゲットが200W、Siターゲットが1000Wとなるようにスパッタパワーを設定し、厚み400Å前後のモリブデンとケイ素で構成された物質の飽和金属化合物膜MoSiONを成膜した。このとき、他の成膜条件は、光吸収膜8aと同一とした。
また、位相シフト膜9の膜厚は、上記位相シフト多層膜の193nm(ArF)における位相差が180°となるように微調整した。
上記の位相シフト多層膜の評価を行った。
得られた位相シフトマスクブランクにi線レジストを塗布し、露光し、現像することによりレジストパターンを形成した。
これに、CF4をプロセスガスとするドライエッチングにより、位相シフト膜9のエッチングを行った。なお、位相シフト膜9のエッチング終点は、反射率の変化をモニタリングし、反射率変化の挙動から予測した。
次に、Cl2をプロセスガスとするドライエッチングにより、光吸収膜8bと光吸収膜8aのエッチングを行った。光吸収膜8aが消失し石英基板が露出した時点をエッチング終点とした。光吸収膜8aのエッチング終点は、上記と同様に反射率変化をモニタリングすることによって判断した。
ドライエッチング後、残存するレジストを除去して位相シフトマスクとした。
得られた位相シフトマスクの位相差面内分布を測定したところ、180.7deg±0.48degであった。
この結果から、全面にわたって均一にパターニングできていることが確認できる。
図7の構成の位相シフト多層膜を作製した。
位相シフト多層膜の成膜には、同一チャンバー内に2つのターゲットを設けた直流スパッタ装置を用いた。
その成膜工程は、以下のとおりである。
まず最初に、石英基板上に光吸収膜8aを成膜した。
このときのスパッタリングターゲットとしてMoSi9とZrSi9を使用した。
まず、スパッタガスとして、Ar=30cm3/min、N2=5cm3/minのガスを導入した。上記ガス導入時のスパッタチャンバー内のガス圧が0.15Paになるように設定した。
MoSi9ターゲットに1000W、ZrSi9ターゲットに50Wの放電電力を印加して、基板を30rpmで回転させながらスパッタ成膜を行い、厚み30Åの不飽和金属化合物膜MoZrSiNを設けた。
なお、ガス流量(cm3/min)の値は、全て、0℃、1013hPa(1気圧)における値である。
引き続き、光吸収膜8bを成膜した。
Ar=30cm3/min、N2=5cm3/min、スパッタチャンバー内のガス圧が0.15Paになるように設定した。
MoSi9ターゲットに50W、ZrSi9ターゲットに1000Wの放電電力を印加して、基板を30rpmで回転させながらスパッタ成膜を行い、厚み30Åの不飽和金属化合物膜MoZrSiNを設けた。
次に、位相シフト膜9を成膜した。
同一チャンバー内において、Ar=5cm3/min、N2=50cm3/min、O2=1cm3/minの混合ガスを導入し、チャンバー内ガス圧力を0.1Paに設定した。
MoSi9ターゲットが1000W、ZrSi9ターゲットが200Wとなるようにスパッタパワーを調整して厚み300Å前後のモリブデンとジルコニウムとケイ素で構成された物質の飽和金属化合物膜MoZrSiONを成膜した。このとき、他の成膜条件は、光吸収膜8aと同一とした。
次に、光吸収機能のある金属中間層(第2の光吸収膜)10を成膜した。
スパッタガスとして、Ar=30cm3/min、N2=5cm3/minのガスを導入した。上記ガス導入時のスパッタチャンバー内のガス圧が0.15Paになるように設定した。
MoSi9ターゲットに1000W、ZrSi9ターゲットに200Wの放電電力を印加して、基板を30rpmで回転させながらスパッタ成膜を行い、厚み30Åの不飽和金属化合物膜MoZrSiNを設けた。このとき、他の成膜条件は、光吸収膜8aと同一とした。
更に、位相シフト膜9を成膜した。
上記と同一の成膜チャンバー内において、Ar=5cm3/min、N2=50cm3/min、O2=1cm3/minの混合ガスを導入し、ガス圧力を0.1Paになるように設定した。MoSi9ターゲットが1000W、ZrSi9ターゲットが200Wとなるようにスパッタパワーを設定し、厚み300Å前後のモリブデンとケイ素で構成された物質の飽和金属化合物膜MoZrSiONを成膜した。このとき、他の成膜条件は、光吸収膜8aと同一とした。
最後に、耐薬品層11を成膜した。
上記と同一成膜チャンバー内において、Ar=5cm3/min、N2=50cm3/min、O2=1cm3/minの混合ガスを導入し、ガス圧力を0.1Paになるように設定した。MoSi9ターゲットが200W、ZrSi9ターゲットが1000Wとなるようにスパッタパワーを設定し、厚み100Å前後のモリブデンとジルコニウムとケイ素で構成された物質の飽和金属化合物膜MoZrSiONを成膜した。
なお、位相シフト膜9の膜厚を微調整することによって、上記位相シフト多層膜の193nm(ArF)における位相差が180°となるように設定した。
上記の位相シフト多層膜の評価を行った。
得られた位相シフトマスクブランクにi線レジストを塗布し、露光し、現像することによりレジストパターンを形成した。
これに、CF4をプロセスガスとするドライエッチングにより、位相シフト多層膜2のエッチングを行った。なお、位相シフト多層膜2のエッチング終点は、反射率の変化をモニタリングし、反射率変化の挙動から予測した。
ドライエッチング後、残存するレジストを除去して位相シフトマスクとした。
得られた位相シフトマスクの位相差面内分布を測定したところ、181.2deg±0.72degであった。
この結果から、全面にわたって均一にパターニングできていることが確認できる。
図12の構成の位相シフト多層膜を作製した。
なお、位相シフト多層膜の成膜には、同一チャンバー内に2つのターゲットを設けた直流スパッタ装置を用いた。
その成膜工程は、以下のとおりである。
まず最初に、石英基板上に光吸収膜8を成膜した。
このときのスパッタリングターゲットとしてモリブデンとジルコニウムを使用した。
まず、スパッタガスとして、Ar=30cm3/minを導入した。上記ガス導入時のスパッタチャンバー内のガス圧が0.15Paになるように設定した。
モリブデンターゲットに50W、ジルコニウムターゲットに1000Wの放電電力を印加して、基板を30rpmで回転させながらスパッタ成膜を行い、厚み30Åの金属膜MoZr20を設けた。
なお、ガス流量(cm3/min)の値は、全て、0℃、1013hPa(1気圧)における値である。
次に、位相シフト膜9を成膜した。
MoSi2ターゲットとSiターゲットを設けた別のスパッタチャンバーに上記のように光吸収膜を設けた基板をセットして成膜を行った。
MoSi2ターゲットが200W、Siターゲットが1000Wとなるようにスパッタパワーを調整し、スパッタガスをAr=5cm3/min、N2=50cm3/min、O2=1cm3/minの混合ガスに変更した。また、ガス圧力は0.1Paになるように設定した。この条件で、厚み800Å前後のモリブデンとケイ素で構成された物質の飽和金属化合物膜MoSiONを成膜した。このとき、他の成膜条件は、光吸収膜8と同一とした。
また、位相シフト膜9の膜厚は、上記位相シフト多層膜の193nm(ArF)における位相差が180°となるように微調整した。
上記の位相シフト多層膜の評価を行った。
得られた位相シフトマスクブランクにi線レジストを塗布し、露光し、現像することによりレジストパターンを形成した。
これに、CF4をプロセスガスとするドライエッチングにより、位相シフト膜9のエッチングを行った。なお、位相シフト膜9のエッチング終点は、反射率の変化をモニタリングし、反射率変化の挙動から予測した。
次に、Cl2をプロセスガスとするドライエッチングにより、光吸収膜8のエッチングを行った。光吸収膜8が消失し石英基板が露出した時点をエッチング終点とした。光吸収膜8のエッチング終点は、上記と同様に反射率変化をモニタリングすることによって判断した。
ドライエッチング後、残存するレジストを除去して位相シフトマスクとした。
得られた位相シフトマスクの位相差面内分布を測定したところ、182.3deg±1.79degであった。
このように位相差分布が大きくなった原因として、光吸収膜8のドライエッチレートが低く、基板との選択比が十分に得られなかったためと考えられる。
図12の構成の位相シフト多層膜を作製した。
なお、位相シフト多層膜の成膜には、同一チャンバー内に2つのターゲットを設けた直流スパッタ装置を用いた。
その成膜工程は、以下のとおりである。
まず最初に、石英基板上に光吸収膜8を成膜した。
このときのスパッタリングターゲットとしてモリブデンとジルコニウムを使用した。
まず、スパッタガスとして、Ar=30cm3/minを導入した。上記ガス導入時のスパッタチャンバー内のガス圧が0.15Paになるように設定した。
モリブデンターゲットに1000W、ジルコニウムターゲットに50Wの放電電力を印加して、基板を30rpmで回転させながらスパッタ成膜を行い、厚み30Åの金属膜Mo20Zrを設けた。
なお、ガス流量(cm3/min)の値は、全て、0℃、1013hPa(1気圧)における値である。
次に、位相シフト膜9を成膜した。
MoSi2ターゲットとSiターゲットを設けた別のスパッタチャンバーに上記のように光吸収膜を設けた基板をセットして成膜を行った。
MoSi2ターゲットが200W、Siターゲットが1000Wとなるようにスパッタパワーを調整し、スパッタガスをAr=5cm3/min、N2=50cm3/min、O2=1cm3/minの混合ガスに変更した。また、ガス圧力は0.1Paになるように設定した。この条件で、厚み800Å前後のモリブデンとケイ素で構成された物質の飽和金属化合物膜MoSiONを成膜した。このとき、他の成膜条件は、光吸収膜8と同一とした。
また、位相シフト膜9の膜厚は、上記位相シフト多層膜の193nm(ArF)における位相差が180°となるように微調整した。
上記の位相シフト多層膜の評価を行った。
得られた位相シフトマスクブランクにi線レジストを塗布し、露光し、現像することによりレジストパターンを形成した。
これに、CF4をプロセスガスとするドライエッチングにより、位相シフト多層膜2のエッチングを行った。なお、位相シフト多層膜2のエッチング終点は、反射率の変化をモニタリングし、反射率変化の挙動から予測した。
ドライエッチング後、残存するレジストを除去して位相シフトマスクとした。
得られた位相シフトマスクの位相差面内分布を測定したところ、182.6deg±2.72degであった。
このように位相差分布が大きくなった原因として、光吸収膜8のドライエッチレートが速く、エッチングストッパーとしての機能に乏しいためと考えられる。
1a 基板露出部
2 位相シフト膜
2a 位相シフター部
3 金属薄膜
4 透明膜
5 半透過膜
6 金属膜
7 位相シフト機能を有する膜
8 光吸収膜
8a 光吸収膜の透明基板側
8b 光吸収膜の位相シフト膜側
9 位相シフト膜
10 光吸収膜
11 耐薬品層
12 遮光膜
13,13’ 反射防止膜
14 レジスト膜
Claims (9)
- 基板上に主として光吸収機能を有する膜を持ち、更にその上に1層以上の主として位相シフト機能を有する膜を有する多層型位相シフトマスクブランクであって、前記光吸収機能を有する膜が4A族に属する金属元素を有し、かつ該金属元素含量が光吸収機能膜の下部より上部の方が高いことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクブランク。
- 光吸収機能を有する膜を含有する4A族の金属元素が、ジルコニウム及び/又はハフニウムであることを特徴とする請求項1記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
- 光吸収機能を有する膜が、更に1種以上の4A族の金属元素ではない金属元素を有することを特徴とする請求項1又は2記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
- 4A族以外の金属元素が、モリブデン及び/又はタンタルであることを特徴とする請求項3記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
- 光吸収機能を有する膜が、更にケイ素を含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
- 光吸収機能を有する膜が、更に酸素、窒素、又は酸素及び窒素を含有することを特徴とする請求項5記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
- 位相シフト機能を有する膜の中間に、更に基板上の光吸収機能を有する膜と同一材質又は別材質による光吸収膜が加えられていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載のハーフトーン位相シフトマスクブランク。
- 請求項1乃至7のいずれか1項記載の位相シフトマスクブランクをパターン形成してなることを特徴とする位相シフトマスク。
- 請求項8記載の位相シフトマスクを使用することを特徴とするパターン転写方法。
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