JP4099836B2 - ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びその製造方法及びハーフトーン型位相シフトマスク - Google Patents

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ー工程においてパターンを形成する際の露光転写用フォトマスク及びこのフォトマスクを製造するためのフォトマスクブランクに関するものであり、特に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反転させるが、遮光層が完全な遮光性を持たない半透明遮光層の場合にも位相が反転され、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】
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解像性を説明するための図である。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は半透明膜パターン３２を通過す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、ウエ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は維持され、よって焦点裕度が向上する効果が得られる。
【０００６】
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。
【０００７】
【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（マスク用ブランクを含む）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％以下という特性を同時に満足する必要がある。
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エハーとの間で多重反射がおこり、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+イオンレーザー光（４８８ｎｍ）といった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。
【０００８】
また、半透明膜の導電性が低い場合、半透明膜上に形成された電子線レジストに電子線を露光してパターン形成する電子線描画において、電子が電子線レジスト上にチャージアップして、正確にパターンが形成できないという問題が発生する。また、静電気の帯電により、マスクの製造工程や使用時にごみが吸着し易くなってしまうという問題も生じている。
【０００９】
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、露光波長が短波長化するに従い、成膜工程での膜の制御性や再現性に問題があり、また検査波長域での透過率が高い等々の問題点が数多く指摘されている。
【００１０】
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、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、且つ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用ブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクを提供することを目的とする。
【００１１】
【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、透光性基板上に半透明膜又は透明膜と半透明膜を設けてなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記透明膜及び半透明膜が炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜（ＺｒＳｉＣＯ）からな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としたものである。
【００１２】
また、請求項２においては、透光性基板上に半透明膜又は透明膜と半透明膜を設け、該半透明膜又は透明膜と半透明膜をパターン化してなるハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記透明膜及び半透明膜が炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜からなることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクとしたものである。
【００１３】
また、請求項３においては、ジルコニウムシリサイドターゲットを用いてアルゴンと二酸化炭素の混合ガス雰囲気中で炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜を透光性基板上に成膜し、半透明膜又は透明膜と半透明膜を形成することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の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炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜からなる半透明膜又は透明膜と半透明膜をパターン化したものであり、位相シフトマスクとして満足すべき光学条件（半透明膜又は透明膜と半透明膜を透過する露光光の透過率：５〜１５％、半透明膜又は透明膜と半透明膜パターンと透明なガラス基板を透過する光との位相差：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％以下とし、さらに半透明膜にある程度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計り、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。
【００１５】
透明膜及び半透明膜はキャリアガスとしてアルゴンガスを用い、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）を含む反応性ガス雰囲気中でジルコニウムシリサイド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炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜を成膜して形成する。
透明な石英ガラス基板上に半透明膜又は透明膜と半透明膜を炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜で形成することにより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。
【００１６】
上記のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクに電子線レジストを塗布し、電子線レジスト層を形成し、電子線描画、現像、ドライエッチング、レジスト剥離等の一連のパターニングプロセスを経て、ハーフトーン型位相シフトマスクを得る。
ここで、透明膜と半透明膜は単一金属化合物からなるため、マスクパターン形成を精度良く、容易に行うことができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の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について図面を用いてより具体的に説明する。
＜実施例１＞
図１（ａ）〜（ｃ）は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を示す断面図である。尚、以下の例は単層ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及び位相シフトマスクについてのものである。
【００１８】
まず、透明な石英ガラスからなる透光性基板１上に、ＲＦスパッタ装置を用いて、チャンバー内にアルゴン（Ａｒ）ガス及び二酸化炭素（ＣＯ2 ）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て反応性スパッタを行い、位相差が１８０度となるような炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜（ＺｒＳｉＣＯ）からなる半透明膜２を形成し、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを作製した（図１（ａ）参照）。この時の半透明膜２の膜厚は１０７０Åであった。
成膜条件
電 力：２００Ｗ
圧 力：０．４０Ｐａ
Ａｒ流量：１３ＳＣＣＭ
ＣＯ₂ 流量：１．４ＳＣＣＭ
【００１９】
上記成膜条件で成膜した炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜（ＺｒＳｉＣＯ）からなる半透明膜２の分光透過率特性及び分光反射率特性を図３に示す。露光光であるｉ線の波長３６５ｎｍにおける分光透過率は７．３％、反射率は２４．８％を示し、位相シフトマスクとしての光学条件とｉ線露光時における多重反射の影響という点からも満足する値を得た。
さらに、検査波長４８８ｎｍでの透過率は２１．３％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。
【００２０】
次に、上記ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク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４を有するレジストパターン３を形成した（図１（ｂ）参照）。ここで、上記成膜条件で成膜した炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜（ＺｒＳｉＣＯ）のシート抵抗は５．５×１０⁵ 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。
【００２１】
次に、レジストパターン３が形成された位相シフトマスク用ブランクを塩素系ガス及びフッ素系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３を剥膜処理して、半透明膜パターン２ａからなる単層ハーフトーン型位相シフトマスクを得た（図１（ｃ）参照）。
【００２２】
＜実施例２＞
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を示す断面図である。尚、以下の例は２層ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及び位相シフトマスクについてのものである。
【００２３】
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）ガス及び二酸化炭素（ＣＯ₂ ）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反応性スパッタリングにより、透明な石英ガラスからなる透光性基板２１上に、位相差１８０度で透過率が６％となるような炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜からなる透明膜２２と半透明膜２３を形成し、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを作製した（図２（ａ）参照）。この時の透明膜２２と半透明膜２３を合わせた膜厚は１２２０Åであった。
成膜条件
下層（透明膜）の成膜条件
電 力：２００Ｗ
圧 力：０．４４Ｐａ
Ａｒ／ＣＯ₂ （％）：８７／１３
上層（半透明膜）の成膜条件
電 力：２００Ｗ
圧 力：０．４２Ｐａ
Ａｒ／ＣＯ₂ （％）：９１／９
【００２４】
上記成膜条件で成膜した透明膜２２と半透明膜２３からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの分光透過率特性及び分光反射率特性を図４に示す。ＫｒＦエキシマレーザーの波長である２４８ｎｍにおける分光透過率は５．９％、反射率は２４．０％を示し、位相シフトマスクとしての光学条件と露光時における多重反射の影響の低減という点からも問題ない値を得た。
さらに、検査波長４８８ｎｍでの透過率は３０．７％、検査波長３６５ｎｍでの透過率は１７．３％であり、検査時のコントラストは十分に得ることができる。
【００２５】
また、この透明膜はほとんど光吸収がないので半透明膜の厚さを変えることで容易に露光波長での透過率の異なるブランクを作製できる。このとき位相差は透明膜の厚さによって調整すればよい。
【００２６】
上記位相シフトマスクブランクを洗浄後電子線レジストをスピナーにより塗布して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、上記成膜条件で成膜した２層炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜のシート抵抗は、１０．３５ｋΩ／□であり、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。
【００２７】
次に、レジストパターン２４が形成された位相シフトマスク用ブランクを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と半透明膜パターン２３ａからなる２層ハーフトーン型位相シフトマスクを得た（図２（ｃ）参照）。
【００２８】
【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及び位相シフトマスクの透明膜及び半透明膜に炭化酸化ジルコニウムシリサイド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ほか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。すなはち、
１）単一の金属化合物であるため、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）膜自体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。
３）上記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。
４）洗浄工程において使用される熱濃硫酸には充分な耐性を持つので安心して使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの実施例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、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの実施例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を構成している半透明膜の分光透過率特性及び分光反射率特性を示す説明図である。
【図４】 本発明の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からなる２層膜の分光透過率特性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】
１、１１……透光性基板
２、２３……半透明膜
２ａ、２３ａ……半透明膜パターン
３、２４………レジストパターン
４、２５………開口部
２２……透明膜
２２ａ…透明膜パターン
３１……透光性基板
３２……半透明膜パターン

Claims (3)

1. 透光性基板上に半透明膜又は透明膜と半透明膜を設けてなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記透明膜及び半透明膜が炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜（ＺｒＳｉＣＯ）からな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。
2. 透光性基板上に半透明膜又は透明膜と半透明膜を設け、該半透明膜又は透明膜と半透明膜をパターン化してなるハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記透明膜及び半透明膜が炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜からなることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。
3. ジルコニウムシリサイドターゲットを用いてアルゴン（Ａｒ）と二酸化炭素（ＣＯ₂ ）の混合ガス雰囲気中で炭化酸化ジルコニウムシリサイド膜を透光性基板上に成膜し、半透明膜又は透明膜と半透明膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法。

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