JP3760927B2

JP3760927B2 - Pattern transfer method

Info

Publication number: JP3760927B2
Application number: JP2003131242A
Authority: JP
Inventors: 崇原口; 正松尾; 欽司大久保
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2017-06-25
Also published as: JP2003287872A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセス中のフォトリソグラフィ工程においてパターンを形成する際に、ハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光して行うパターン転写方法に関する。
【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、干渉し合うことによって、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、ウェ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生じていた。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従来の露光光学系では光の波長以下の微細パターンを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度とすることにより微細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用い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。この関係は焦点の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法よりも向上し、焦点裕度が改善される。
【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、特許文献１や特許文献２に記載されている。マスクパターンを遮光層で形成する場合は、遮光パターンに隣接する開孔部の片側に位相シフト部を設けて位相反転させるが、マスクパターンが完全な遮光性を持たない半透明層の場合でもこの半透明層によって位相が反転され、同様な解像度向上効果が得られる。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。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１７３７４４号公報
【特許文献２】
特公昭６２−５０８１１号公報
【０００６】
図５（ａ）〜（ｃ）はハーフトーン型位相シフトマスクを使ってウエハー上に投影露光する際の転写パターンの解像性を説明するための説明図である。この図よりマスク面に対して垂直に入射した露光光のうち、露光光Ｉ及びIII は半透明遮光パターン３２を通る際に振幅が減衰するが、８％程度の光が透過する。露光光IIは透光性基板３１を１００％通過する透過光であるため、ウエハー上での露光光の振幅分布は図５（ｂ）のようになる。ここで、光の振幅の２乗が光強度に比例するという関係から、ウェハー面上に投影される露光光の強度分布は図５（ｃ）のようになり、半透明遮光パターン３２と透過部との境界部の光強度は０になる。このことからパターンエッジのコントラストが向上し、パターンの解像度は向上する。さらに、焦点の前後においても同様な効果が維持されるため、多少の焦点ズレがあっても解像度が上がり、よって焦点裕度が向上する効果が得られる。
【０００７】
このような効果を与える位相シフトマスクを一般にハーフトーン型と称する。
【０００８】
【特許文献３】
特開平７−１６８３４３号公報
【特許文献４】
特開平７−０４３８８７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ハーフトーン型位相シフトマスクでは、本来の位相シフトマスクとしての光学定数である位相反転量：１８０度及び露光波長での透過率：５〜１５％の他に、露光波長での反射率：２５％以下、検査波長での透過率：３０％以下という幾つかの光学的条件を同時に満足しなければならない。
【００１０】
この理由として、露光波長でのフォトマスクの反射率が高いと、フォトリソグラフィーを行う際に半透明膜とウェハーとの間で多重反射が起こり、パターン精度が低下してしまう。また、位相シフトマスクの検査・寸法測定では主に超高圧水銀灯のｉ線（３６５ｎｍ）やＡｒ+ レーザー光（４８８ｎｍ）等の可視光領域の光が用いられるが、この検査波長に対する透過率が３０％を超えると、透過部と半透明部のコントラストが低下し、検査・寸法測定が困難になるという問題が生じる。
【００１１】
以上のような問題点を回避するために、２層以上の膜を重ね合わせた多層の位相シフトマスクが用いられている。例えば、モリブデンシリサイドやクロム等を主体としたハーフトーン型位相シフトマスクでは、前記の光学的条件達成の難しさや、スパッタ工程での膜の制御性や再現性、エッチング工程でのパターン形状の矩形性が悪い等々の問題点が指摘されている。
【００１２】
特に短波長のエキシマレーザー光を用いた露光では、この波長での透過率と位相差が満たされても、反射率や検査波長での透過率が高くなるという問題がある。また、レジストをパターニングする電子線描画の際においては、膜の導電性が低い場合、電子がチャージアップされて正確にパターンが形成できない。または、静電気の帯電が起こり、マスクの製造工程や使用時にごみが吸着しやすくなってしまうという問題もある。
【００１３】
本発明は、上記従来のハーフトーン型位相シフトマスクの問題を解決するために、特にエキシマレーザー光露光に対応できるもので、位相シフトマスクとしての光学定数を満たすと共に、露光光での反射率や検査波長での透過率を制御し、高いパターン形成精度を有するハーフトーン型位相シフトマスクを用い、ウェハー上の解像度を向上したパターン転写方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて上記課題を解決するために、まず請求項１においては、ハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光して行うパターン転写方法において、前記ハーフトーン型位相シフトマスクは、透光性基板上に透明膜と半透明膜を順次積層し、前記透明膜と半透明膜をパターン化して透光性基板のみからなる透明領域と透光性基板上にパターン化された透明膜と半透明膜を有する半透明領域とを形成してなるハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記透明膜と半透明膜がジルコニウム化合物膜よりなり、露光光の透過率が５〜１５％であり、露光波長での反射率が２５％以下であり、検査波長での透過率が３０％以下であることを特徴とするパターン転写方法としたものである。
【００１５】
また、請求項２においては、前記ジルコニウム化合物膜が酸化ジルコニウム膜、窒化ジルコニウム膜、酸化窒化ジルコニウム膜及びハロゲン化ジルコニウム膜からなる群から選択されたジルコニウム化合物膜からなることを特徴とする請求項１記載のパターン転写方法としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスクは透明なガラス基板上にジルコニウム化合物膜からなる透明膜及び半透明膜を設け、該透明膜及び半透明膜をパターン化したものであり、特にエキシマレーザー光露光に対応できるもので、位相シフトマスクとして満足すべき光学定数（透明膜と半透明膜を透過する露光光の透過率：５〜１５％、透明領域と半透明領域を透過する光の位相差：１８０度）の他に、露光波長での反射率を２５％以下、検査波長での透過率を３０％以下という光学的条件をも満たし、さらに上層の半透明膜に所定の導電性を付与して電子線描画時のチャージアップを防止し、パターン形成精度の向上を図り、本願発明のパターン転写方法は、トータル的に露光転写時のパターン解像度の向上を図るようにしたものである。
【００１７】
まず、窒素、酸素、ハロゲンガス等の混合ガス雰囲気中でジルコニウムまたはジルコニウム化合物ターゲットを使用したスパッタリングにて、透明な石英ガラス基板上に屈折率、消衰係数、膜厚を調節したジルコニウム化合物膜からなる透明膜及び半透明膜を成膜し、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを作製する。さらに、このハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにレジストを塗布し、電子線描画、現像、ベーク、エッチング、レジスト剥離、洗浄等の一連のパターニング処理工程を経てハーフトーン型位相シフトマスクを得る。
【００１８】
【実施例】
本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスク及びハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの実施例について図面を用いてより具体的に説明する。
＜実施例１＞実施例１はＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）露光に対応するもので、図１（ａ）〜（ｃ）は透明膜と半透明膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程及び構成を示す模式断面図である。
【００１９】
まず、ＤＣスパッタ装置を用いて、チャンバー内にアルゴン（Ａｒ）ガス：２０ＳＣＣＭと酸素（Ｏ₂ ）ガス：３ＳＣＣＭ及び窒素（Ｎ₂ ）ガス：４ＳＣＣＭを導入した混合ガス雰囲気中でジルコニウムターゲットを用いて反応性スパッタを行い、透明な石英ガラスからなる透光性基板１１上に、膜厚８５８Åの酸化窒化ジルコニウム膜からなる透明膜１２を成膜した。このときの透明膜１２の波長２４８ｎｍでの屈折率は２．２０、消衰係数は０．２１であった。
【００２０】
次に、上記と同様のＤＣスパッタ装置を用いて、チャンバ内にアルゴンガス：２０ＳＣＣＭ及び酸素ガス：２ＳＣＣＭを導入した混合ガス雰囲気中でジルコニウムターゲットを用いて反応性スパッタを行い、透明膜１２上に膜厚４８４Åの酸化ジルコニウム膜からなる半透明膜１３を成膜した。このときの半透明膜１３の波長２４８ｎｍでの屈折率は１．７９、消衰係数は０．７２であった。以上の工程で、透明な石英ガラスからなる透光性基板１１上に透明膜１２及び半透明膜１３からなるＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク１０が得られた（図１（ａ）参照）。
【００２１】
ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク１０の分光透過率特性及び分光反射率特性を図３に示す。ＫｒＦエキシマレーザーの波長である２４８ｎｍでの透過率は５％、検査波長４８８ｎｍでの透過率は１５．７％となり、検査時におけるコントラストは十分に得ることができる。また、露光光の波長２４８ｎｍにおける反射率は１２．２％であり、露光時における多重反射の影響という点からも問題のない値を得た。
【００２２】
次に、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク１０上に電子線レジストをスピナーにより塗布し、電子線レジスト層を形成し、所定のパターンを電子線描画、現像して開口部１５を有するレジストパターン１４を形成した（図１（ｂ）参照）。ここで、酸化ジルコニウム膜からなる半透明膜１３のシート抵抗は３．４３×１０3 Ω／□であったので、電子線描画の際のチャージアップはほとんど問題にならなかった。
【００２３】
次に、レジストパターン１４が形成されたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクをＳｉＣｌ₄やＳＦ₆ 、ＣＦ₄ などのハロゲンガスを用いたドライエッチングによりパターニングした後、レジストパターン１４を剥膜処理して、透明膜パターン１２ａ及び半透明膜パターン１３ａからなるＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク２０を得た（図１（ｃ）参照）。ここでのドライエッチング条件は圧力：３０ｍＴｏｒｒ、電力：３００ｗ、ＳｉＣｌ₄ ：５０ＳＣＣＭとした。
【００２４】
＜実施例２＞実施例２はＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）露光に対応するもので、図２（ａ）〜（ｃ）は透明膜と半透明膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程及び構成を示す模式断面図である。
【００２５】
実施例１と同様の装置を用いて、チャンバー内にアルゴン（Ａｒ）ガス：１４ＳＣＣＭと酸素（Ｏ₂）ガス：８ＳＣＣＭ及び窒素（Ｎ₂）ガス：８ＳＣＣＭを導入した混合ガス雰囲気中でジルコニウムターゲットを用いて反応性スパッタを行い、透明な石英ガラスからなる透光性基板２１上に、膜厚４８４Åの酸化窒化ジルコニウム膜からなる透明膜２２を成膜した。このときの透明膜２２の波長１９３ｎｍでの屈折率は２．８０、消衰係数は０．３３であった。
【００２６】
次に、上記と同様のＤＣスパッタ装置を用いて、チャンバ内にアルゴンガス：２０ＳＣＣＭ及び酸素ガス：２ＳＣＣＭを導入した混合ガス雰囲気中でジルコニウムターゲットを用いて反応性スパッタを行い、透明膜１２上に膜厚８５８Åの酸化ジルコニウム膜からなる半透明膜２３を成膜した。このときの半透明膜２３の波長１９３ｎｍでの屈折率は２．１５、消衰係数は１．０８であった。以上の工程で、透明な石英ガラスからなる透光性基板１１上に透明膜２２及び半透明膜２３からなるＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク３０が得られた（図２（ａ）参照）。
【００２７】
このＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク３０の分光透過率特性及び分光反射率特性を図４に示す。ＡｒＦエキシマレーザー波長である１９３ｎｍで半透明領域と透明領域の位相差１８０度、半透明領域の透過率が５％となり、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）露光に対応できるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクであることが確認された。
【００２８】
次に、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク３０上に電子線レジストをスピナーにより塗布し、電子線レジスト層を形成し、所定のパターンを電子線描画、現像して開口部２５を有するレジストパターン２４を形成した（図２（ｂ）参照）。ここで、酸化ジルコニウム膜からなる半透明膜２３のシート抵抗は３．４３×１０³Ω／□であったので、電子線描画の際のチャージアップはほとんど問題にならなかった。
【００２９】
次に、レジストパターン２４が形成されたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクをＳｉＣｌ₄やＳＦ₆ 、ＣＦ₄などのハロゲンガスを用いたドライエッチングによりパターニングした後、レジストパターン２４を剥膜処理して、透明膜パターン２２ａ及び半透明膜パターン２３ａからなるＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク４０を得た（図２（ｃ）参照）。ここでのドライエッチング条件は圧力：３０ｍＴｏｒｒ、電力：３００ｗ、ＳｉＣｌ₄：５０ＳＣＣＭとした。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のパターン転写方法は、本発明に係るハーフトーン型位相シフトマスクの透明膜及び半透明膜に酸化ジルコニウムなどのジルコニウム化合物膜を用いることにより、露光光としてエキシマレーザー（波長２４８、１９３ｎｍ）を使用した場合の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、露光光での多重反射の影響もなく、高いパターン形成精度が得られるパターン転写方法である。すなわち、
１）ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）の低波長のエキシマレーザー露光において、高いパターン形成精度を有し、且つパターン形状再現性に優れている。
２）Ａｒ+ レーザー光などの検査波長において透過率３０％以下を制御できるため検査時のコントラストは十分得ることができる。
３）露光波長に対しての反射率を２５％以下にできるため多重反射の悪影響を低減させるとともに、パターン精度を向上できる。
４）半透明膜が適度の導電性を有しているため電子線描画の際のチャージアップを防止できる。
５）酸化ジルコニウムなどのジルコニウム化合物からなる透明膜及び半透明膜は膜が硬いため、位相シフトマスクを作製する工程及び検査工程での損傷や擦傷による不良を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスクブランクの実施例１の構成を示す模式断面図である。（ｂ）〜（ｃ）は、本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスクの実施例１の製造工程及び構成を示す模式断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスクブランクの実施例２の構成を示す模式断面図である。（ｂ）〜（ｃ）は、本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスクの実施例２の製造工程及び構成を示す模式断面図である。
【図３】本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクの実施例１を構成している透明膜と半透明膜の分光透過率及び分光反射率特性を示す説明図である。
【図４】本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクの実施例２を構成している透明膜と半透明膜の分光透過率及び分光反射率特性を示す説明図である。
【図５】（ａ）は、ハーフトーン型位相シフトフォトマスクを用いて投影露光する場合を示す説明図である。（ｂ）は、ウエハー上での露光光の振幅分布を示す説明図である。（ｃ）は、ウエハー上での露光光の強度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
１０、３０……ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク
１１、２１、３１……透光性基板
１２、２２……透明膜
１２ａ、２２ａ……透明膜パターン
１３、２３……半透明膜
１３ａ、２３ａ……半透明膜パターン
１４、２４……レジストパターン
１５、２５……開口部
２０、４０……ハーフトーン型位相シフトマスク
３２……半透明遮光パターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern transfer method in which exposure is performed using a halftone phase shift mask when a pattern is formed in a photolithography process in a semiconductor manufacturing process.
[0002]
[Prior art]
In a conventional photomask, the light that has passed through the light transmission part of the mask is diffracted and interferes with the adjacent pattern during projection exposure of a fine pattern, thereby increasing the light intensity at the pattern boundary and exposing the photoresist. Therefore, there has been a problem that the pattern transferred onto the wafer is not separated and resolved. This phenomenon is more likely to occur in fine patterns closer to the exposure wavelength. In principle, it was impossible to resolve a fine pattern below the wavelength of light with a conventional photomask and a conventional exposure optical system.
[0003]
In view of this, a phase shift mask using a phase shift technique has been developed in which the resolution of fine patterns is improved by setting the phase difference of projection light transmitted through adjacent patterns to 180 degrees. In other words, by providing a phase shift part on one side of the adjacent opening, when the transmitted light is diffracted and interferes with each other, the light intensity at the boundary is weakened because the phase is reversed, so that the transfer pattern is separated. Resolve. Since this relationship is established before and after the focus, even if the focus is slightly deviated, the resolution is improved as compared with the conventional method, and the focus tolerance is improved.
[0004]
The above phase shift method was proposed by IBM's Levenson et al. And described in Patent Document 1 and Patent Document 2. When the mask pattern is formed of a light shielding layer, a phase shift portion is provided on one side of the opening portion adjacent to the light shielding pattern to invert the phase. However, even if the mask pattern is a semi-transparent layer having no light shielding properties, The phase is inverted by the translucent layer, and the same resolution improvement effect is obtained. This is particularly effective for improving the resolution of isolated patterns.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 58-173744 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 62-50811 [0006]
FIGS. 5A to 5C are explanatory diagrams for explaining the resolution of a transfer pattern when projection exposure is performed on a wafer using a halftone phase shift mask. From this figure, of the exposure light incident perpendicularly to the mask surface, the exposure light I and III attenuates the amplitude when passing through the translucent light-shielding pattern 32, but transmits about 8% of the light. Since the exposure light II is transmitted light that passes 100% through the translucent substrate 31, the amplitude distribution of the exposure light on the wafer is as shown in FIG. Here, from the relationship that the square of the light amplitude is proportional to the light intensity, the intensity distribution of the exposure light projected on the wafer surface is as shown in FIG. The light intensity at the boundary between is zero. For this reason, the contrast of the pattern edge is improved, and the resolution of the pattern is improved. Furthermore, since the same effect is maintained before and after the focal point, the resolution can be improved even if there is a slight focal shift, and the focal margin can be improved.
[0007]
A phase shift mask that provides such an effect is generally called a halftone type.
[0008]
[Patent Document 3]
JP-A-7-168343 [Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-043887
[Problems to be solved by the invention]
In the halftone phase shift mask, in addition to the phase inversion amount which is an optical constant as the original phase shift mask: 180 degrees and the transmittance at the exposure wavelength: 5 to 15%, the reflectance at the exposure wavelength: 25% Hereinafter, several optical conditions of transmittance at the inspection wavelength: 30% or less must be satisfied at the same time.
[0010]
For this reason, if the reflectance of the photomask at the exposure wavelength is high, multiple reflection occurs between the translucent film and the wafer during photolithography, resulting in a decrease in pattern accuracy. In the inspection and dimension measurement of the phase shift mask, light in the visible light region such as i-line (365 nm) and Ar + laser light (488 nm) of an ultrahigh pressure mercury lamp is mainly used, and the transmittance for this inspection wavelength is 30. If it exceeds 50%, the contrast between the transmissive part and the translucent part is lowered, and there arises a problem that inspection / dimension measurement becomes difficult.
[0011]
In order to avoid the above problems, a multi-layer phase shift mask in which two or more layers are superposed is used. For example, with a halftone phase shift mask mainly composed of molybdenum silicide, chromium, etc., it is difficult to achieve the above optical conditions, the controllability and reproducibility of the film in the sputtering process, and the rectangularity of the pattern shape in the etching process. The problem of being bad is pointed out.
[0012]
In particular, the exposure using short-wave excimer laser light has a problem that the reflectance and the transmittance at the inspection wavelength increase even if the transmittance and phase difference at this wavelength are satisfied. Also, in electron beam drawing for patterning a resist, if the conductivity of the film is low, electrons are charged up and a pattern cannot be formed accurately. There is also a problem that electrostatic charging occurs and dust is easily adsorbed during the mask manufacturing process and use.
[0013]
In order to solve the above-described problems of the conventional halftone phase shift mask, the present invention is particularly applicable to excimer laser light exposure, satisfies the optical constant as a phase shift mask, and reflects the reflectance with exposure light. An object of the present invention is to provide a pattern transfer method in which the transmittance on the inspection wavelength is controlled and the resolution on the wafer is improved by using a halftone phase shift mask having high pattern formation accuracy.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems in the present invention, first, in claim 1, in a pattern transfer method performed by exposure using a halftone phase shift mask, the halftone phase shift mask has translucency. A transparent film and a semi-transparent film are sequentially laminated on a substrate, and the transparent film and the semi-transparent film are patterned to form a transparent region composed only of a light-transmitting substrate, and a transparent film and a semi-transparent patterned on the light-transmitting substrate A halftone phase shift mask formed with a translucent region having a film, wherein the transparent film and the translucent film are made of a zirconium compound film, and the exposure light transmittance is 5 to 15%. The pattern transfer method is characterized in that the reflectance at a wavelength is 25% or less and the transmittance at an inspection wavelength is 30% or less.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, the zirconium compound film comprises a zirconium compound film selected from the group consisting of a zirconium oxide film, a zirconium nitride film, a zirconium oxynitride film, and a zirconium halide film. The pattern transfer method described is used.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The halftone phase shift mask according to the pattern transfer method of the present invention is a transparent glass substrate provided with a transparent film and a semitransparent film made of a zirconium compound film, and the transparent film and the semitransparent film are patterned. Particularly suitable for excimer laser light exposure, optical constants to be satisfied as a phase shift mask (transmittance of exposure light transmitting through transparent film and translucent film: 5 to 15%, transmitting through transparent area and translucent area) In addition to the optical phase difference of 180 degrees, the optical condition of 25% or less of the reflectance at the exposure wavelength and 30% or less of the transmittance at the inspection wavelength is also satisfied. Improves pattern formation accuracy by imparting conductivity to prevent charge-up during electron beam drawing, and the pattern transfer method of the present invention improves the overall pattern resolution during exposure transfer. It is obtained by way.
[0017]
First, from a zirconium compound film whose refractive index, extinction coefficient, and film thickness are adjusted on a transparent quartz glass substrate by sputtering using a zirconium or zirconium compound target in a mixed gas atmosphere such as nitrogen, oxygen, or halogen gas. A transparent film and a semi-transparent film are formed to produce a blank for a halftone phase shift mask. Further, a resist is applied to the blank for halftone phase shift mask, and a halftone phase shift mask is obtained through a series of patterning processes such as electron beam drawing, development, baking, etching, resist peeling, and washing.
[0018]
【Example】
Embodiments of a halftone phase shift mask and a halftone phase shift mask blank according to the pattern transfer method of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.
Example 1 Example 1 corresponds to KrF excimer laser (wavelength 248 nm) exposure, and FIGS. 1A to 1C show a halftone phase shift mask blank comprising a transparent film and a semitransparent film, and FIGS. It is a schematic cross section which shows the manufacturing process and structure of a halftone type phase shift mask.
[0019]
First, using a DC sputtering apparatus, a zirconium target was used in a mixed gas atmosphere in which argon (Ar) gas: 20 SCCM, oxygen (O ₂ ) gas: 3 SCCM, and nitrogen (N ₂ ) gas: 4 SCCM were introduced into the chamber. Reactive sputtering was performed, and a transparent film 12 made of a zirconium oxynitride film having a thickness of 858 mm was formed on a transparent substrate 11 made of transparent quartz glass. At this time, the refractive index of the transparent film 12 at a wavelength of 248 nm was 2.20, and the extinction coefficient was 0.21.
[0020]
Next, using the same DC sputtering apparatus as described above, reactive sputtering is performed on the transparent film 12 using a zirconium target in a mixed gas atmosphere in which argon gas: 20 SCCM and oxygen gas: 2 SCCM are introduced into the chamber. A translucent film 13 made of a zirconium oxide film having a thickness of 484 mm was formed. At this time, the refractive index of the translucent film 13 at a wavelength of 248 nm was 1.79, and the extinction coefficient was 0.72. Through the above steps, a blank 10 for a halftone phase shift mask corresponding to KrF excimer laser (248 nm) exposure comprising a transparent film 12 and a semitransparent film 13 on a transparent substrate 11 made of transparent quartz glass was obtained. (See FIG. 1 (a)).
[0021]
FIG. 3 shows spectral transmittance characteristics and spectral reflectance characteristics of the halftone phase shift mask blank 10. The transmittance at 248 nm, which is the wavelength of the KrF excimer laser, is 5%, and the transmittance at the inspection wavelength of 488 nm is 15.7%, so that sufficient contrast at the time of inspection can be obtained. Further, the reflectance of the exposure light at a wavelength of 248 nm was 12.2%, and a value having no problem was obtained from the viewpoint of the influence of multiple reflection during exposure.
[0022]
Next, an electron beam resist is applied onto the halftone phase shift mask blank 10 by a spinner, an electron beam resist layer is formed, a predetermined pattern is drawn with an electron beam, developed, and a resist pattern 14 having openings 15. (See FIG. 1B). Here, since the sheet resistance of the translucent film 13 made of the zirconium oxide film was 3.43 × 10 3 Ω / □, the charge-up during the electron beam drawing hardly caused any problem.
[0023]
Next, the blank for a halftone phase shift mask on which the resist pattern 14 is formed is patterned by dry etching using a halogen gas such as SiCl ₄ , SF ₆ , CF _4, and then the resist pattern 14 is stripped. Thus, a halftone phase shift mask 20 corresponding to the KrF excimer laser (248 nm) exposure composed of the transparent film pattern 12a and the semitransparent film pattern 13a was obtained (see FIG. 1C). The dry etching conditions here were pressure: 30 mTorr, power: 300 w, SiCl ₄ : 50 SCCM.
[0024]
<Example 2> Example 2 corresponds to ArF excimer laser (wavelength 193 nm) exposure, and FIGS. 2A to 2C show a halftone phase shift mask blank comprising a transparent film and a semitransparent film, and FIGS. It is a schematic cross section which shows the manufacturing process and structure of a halftone type phase shift mask.
[0025]
Using the same apparatus as in Example 1, a zirconium target was placed in a mixed gas atmosphere in which argon (Ar) gas: 14 SCCM and oxygen (O ₂ ) gas: 8 SCCM and nitrogen (N ₂ ) gas: 8 SCCM were introduced into the chamber. Using this, reactive sputtering was performed, and a transparent film 22 made of a zirconium oxynitride film having a thickness of 484 mm was formed on a transparent substrate 21 made of transparent quartz glass. At this time, the refractive index of the transparent film 22 at a wavelength of 193 nm was 2.80, and the extinction coefficient was 0.33.
[0026]
Next, using the same DC sputtering apparatus as described above, reactive sputtering is performed on the transparent film 12 using a zirconium target in a mixed gas atmosphere in which argon gas: 20 SCCM and oxygen gas: 2 SCCM are introduced into the chamber. A translucent film 23 made of a zirconium oxide film having a thickness of 858 mm was formed. At this time, the semitransparent film 23 had a refractive index of 2.15 and an extinction coefficient of 1.08 at a wavelength of 193 nm. Through the above steps, a halftone phase shift mask blank 30 corresponding to ArF excimer laser (wavelength 193 nm) exposure comprising a transparent film 22 and a semitransparent film 23 is obtained on a transparent substrate 11 made of transparent quartz glass. (See FIG. 2 (a)).
[0027]
FIG. 4 shows the spectral transmittance characteristics and spectral reflectance characteristics of the halftone phase shift mask blank 30 corresponding to this ArF excimer laser (wavelength 193 nm) exposure. A halftone phase shift mask blank that can be used for ArF excimer laser (193 nm) exposure with an ArF excimer laser wavelength of 193 nm, a phase difference of 180 degrees between the translucent area and the transparent area, and a transmissivity of the translucent area of 5%. It was confirmed that there was.
[0028]
Next, an electron beam resist is applied onto the halftone phase shift mask blank 30 by a spinner, an electron beam resist layer is formed, a predetermined pattern is drawn with an electron beam, developed, and a resist pattern 24 having openings 25. (See FIG. 2B). Here, since the sheet resistance of the translucent film 23 made of the zirconium oxide film was 3.43 × 10 ³ Ω / □, the charge-up during the electron beam drawing hardly caused a problem.
[0029]
Next, the blank for a halftone phase shift mask on which the resist pattern 24 is formed is patterned by dry etching using a halogen gas such as SiCl ₄ , SF ₆ , CF ₄ , and the resist pattern 24 is then stripped. Thus, a halftone phase shift mask 40 corresponding to ArF excimer laser (wavelength 193 nm) exposure comprising the transparent film pattern 22a and the semitransparent film pattern 23a was obtained (see FIG. 2C). The dry etching conditions here were pressure: 30 mTorr, power: 300 w, SiCl ₄ : 50 SCCM.
[0030]
【The invention's effect】
The pattern transfer method of the present invention uses an excimer laser (wavelength 248, 193 nm) as exposure light by using a zirconium compound film such as zirconium oxide for the transparent film and the semitransparent film of the halftone phase shift mask according to the present invention. In addition to optical constants as a phase shift mask when used, the reflectance at the exposure light and the transmittance at the inspection wavelength can be easily controlled, and there is no influence of multiple reflections at the exposure light, resulting in high pattern formation accuracy. Pattern transfer method. That is,
1) It has high pattern formation accuracy and excellent pattern shape reproducibility in low wavelength excimer laser exposure of KrF (wavelength 248 nm) and ArF (wavelength 193 nm).
2) Since a transmittance of 30% or less can be controlled at an inspection wavelength such as Ar + laser light, a sufficient contrast at the time of inspection can be obtained.
3) Since the reflectance with respect to the exposure wavelength can be 25% or less, the adverse effect of multiple reflection can be reduced and the pattern accuracy can be improved.
4) Since the translucent film has moderate conductivity, it is possible to prevent charge-up during electron beam drawing.
5) Since a transparent film and a semitransparent film made of a zirconium compound such as zirconium oxide are hard, defects due to damage or scratches in the process of producing the phase shift mask and the inspection process can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a first embodiment of a halftone phase shift mask blank according to a pattern transfer method of the present invention. (B)-(c) is a schematic cross section which shows the manufacturing process and structure of Example 1 of the halftone type phase shift mask based on the pattern transfer method of this invention.
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a second embodiment of a halftone phase shift mask blank according to a pattern transfer method of the present invention. (B)-(c) is a schematic cross section which shows the manufacturing process and structure of Example 2 of the halftone type phase shift mask based on the pattern transfer method of this invention.
FIG. 3 shows spectral transmittance and spectral reflectance of a transparent film and a semitransparent film constituting Embodiment 1 of a halftone phase shift mask blank and a halftone phase shift mask according to a pattern transfer method of the present invention. It is explanatory drawing which shows a characteristic.
FIG. 4 is a spectral transmittance and a spectral reflectance of a transparent film and a semitransparent film constituting Example 2 of a blank for a halftone phase shift mask and a halftone phase shift mask according to a pattern transfer method of the present invention; It is explanatory drawing which shows a characteristic.
FIG. 5A is an explanatory diagram showing a case where projection exposure is performed using a halftone phase shift photomask. (B) is explanatory drawing which shows amplitude distribution of the exposure light on a wafer. (C) is explanatory drawing which shows intensity distribution of the exposure light on a wafer.
[Explanation of symbols]
10, 30... Halftone phase shift mask blanks 11, 21, 31... Translucent substrates 12, 22... Transparent films 12 a, 22 a ...... Transparent film patterns 13, 23. ...... Semi-transparent film patterns 14 and 24... Resist patterns 15 and 25... Openings 20 and 40... Halftone phase shift mask 32.

Claims

ハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光して行うパターン転写方法において、前記ハーフトーン型位相シフトマスクは、
透光性基板上に透明膜と半透明膜を順次積層し、前記透明膜と半透明膜をパターン化して透光性基板のみからなる透明領域と透光性基板上にパターン化された透明膜と半透明膜を有する半透明領域とを形成してなるハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記透明膜と半透明膜がジルコニウム化合物膜よりなり、露光光の透過率が５〜１５％であり、露光波長での反射率が２５％以下であり、検査波長での透過率が３０％以下であることを特徴とするパターン転写方法。In the pattern transfer method performed by exposing using a halftone phase shift mask, the halftone phase shift mask is:
A transparent film and a translucent film are sequentially laminated on a translucent substrate, and the transparent film and the translucent film are patterned to form a transparent region composed only of the translucent substrate and a transparent film patterned on the translucent substrate. And a semi-transparent region having a semi-transparent film, wherein the transparent film and the semi-transparent film are made of a zirconium compound film, and the exposure light transmittance is 5 to 15%. A pattern transfer method characterized by having a reflectance of 25% or less at an exposure wavelength and a transmittance of 30% or less at an inspection wavelength.

前記ジルコニウム化合物膜が酸化ジルコニウム膜、窒化ジルコニウム膜、酸化窒化ジルコニウム膜及びハロゲン化ジルコニウム膜からなる群から選択されたジルコニウム化合物膜からなることを特徴とする請求項１記載のパターン転写方法。2. The pattern transfer method according to claim 1, wherein the zirconium compound film comprises a zirconium compound film selected from the group consisting of a zirconium oxide film, a zirconium nitride film, a zirconium oxynitride film, and a zirconium halide film.