JPH09189990A

JPH09189990A - 露光用マスク

Info

Publication number: JPH09189990A
Application number: JP162696A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iwamatsu; 孝行岩松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】露光光照射に対する位相シフト膜の透過率・
位相差の変動を抑制し、マスクの光学特性の変化を抑制
する。【解決手段】透明基板４０１上に位相シフト膜４０２
からなるパターンを有する露光用マスクにおいて、位相
シフト膜４０２は、露光光照射によって光学定数に変化
が生じるＳｉＮに、露光光照射によって屈折率，消衰係
数に関する増減がＳｉＮとは相反する方向に変化するＴ
ｉを添加することで形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体産業等で用
いられているリソグラフィ技術に係わり、特に位相シフ
ト膜を用いた露光用マスクの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体産業ではＬＳＩの高集積化
に伴って、益々微細なパターンを作成していくことが要
求されている。これを実現するには、リソグラフィにお
ける分解能の向上が必要であり、その一手法として位相
シフト法が提案されている。

【０００３】また、リソグラフィの分解能が波長に比例
するため、微細なパターンを形成していくために露光光
源波長をより短くしていく方向にある。１ＧビットＤＲ
ＡＭに対しては０．２μｍ、４ＧビットＤＲＡＭに対し
ては０．１μｍ程度の微細パターンが要求されており、
これらのパターンの実現にはＫｒＦ（２４８ｎｍ）或い
はそれ以下の波長の光源を露光の際に用いる必要があ
る。

【０００４】このような露光光源の短波長化により今後
は、より多大なエネルギーが位相シフトマスクに照射さ
れる。位相シフトマスクに大きなエネルギーが照射され
ると、マスク材料（位相シフト膜）に酸化反応等が生
じ、位相シフト膜の光学特性（屈折率，消衰係数）等が
変化する。位相シフト膜の光学特性が変化すると、透過
率，位相差が変化し、焦点深度の劣化を招く。つまり、
短波長光の照射により位相シフト膜の光学特性等が変化
し、露光前に設定された所望の透過率，位相差が変化
し、焦点深度の劣化を引き起こすことが問題となってい
る。

【０００５】本発明者らは、露光時の光学特性の変化を
抑えるために光，熱，反応ガスを用いた処理を行い、位
相シフト膜を光学的に安定にする手法を提案してきた
（特開平７−１０４４５７号公報）。しかし、これらの
手法では、膜作成後に行うＵＶ光照射又は加熱処理で生
じる光学定数の変化を予め見込んで位相シフト膜を作成
する必要が生じる。このことは、最終的に所望の透過
率，位相差を持った膜であるかの判断を困難にしてい
る。また、膜作成後にＵＶ光照射を行うという新たな処
理が加わり、工程数が増加するという問題もあった。

【０００６】位相シフトマスクにおいては露光光の透過
率，位相は非常に重要なパラメータである。透過率，位
相の経時変化は、位相シフトマスクの性能を劣化させ、
焦点深度の減少やパターン寸法の変動などデバイス作成
で大きな問題となっていた。このため、上記のＵＶ光照
射処理を行わずに透過率，位相差を確認でき、かつ露光
時の位相シフト膜の光学定数を補償できる方法が望まれ
ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、位相
シフト膜を用いた位相シフトマスクにおいては、露光時
に生じる酸化反応等により位相シフト膜の光学定数が変
化し、焦点深度の劣化やパターン寸法の変動等を招く問
題があった。

【０００８】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、露光光照射に対する位
相シフト膜の透過率，位相差の変動を抑制することがで
き、焦点深度の劣化やパターン寸法の変動等を防止し得
る露光用マスクを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、透光性基板上に
少なくとも位相シフト膜からなるパターンを有する露光
用マスクにおいて、前記位相シフト膜は、露光光照射に
よって光学定数に変化が生じる第１の物質に、前記露光
光照射によって第１の物質とは異なる光学定数変化が生
じる第２の物質を添加又は混合して形成されてなること
を特徴とする。

【００１０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 第１の物質と第２の物質における光学定数の変化
は、前記露光光照射による屈折率，消衰係数に関する増
減が相反する方向であること。 (2) 第１の物質と第２の物質における光学定数の変化
は、光重合，光酸化又は光分解により引き起こされるも
のであること。 (3) 第１の物質はＳｉＮx 又はＳｉＮx Ｏy であり、第
２の物質はＴｉであること。 (4) 第１の物質に対する第２の物質の添加又は混合量
は、前記位相シフト膜の屈折率及び消衰係数の少なくと
も一方が露光光照射によっても変化しないように設定さ
れること。（作用）まず、光のエネルギーについて説明する。光の
持つエネルギーＥは、その波長λと次のような関係があ
る。

【００１１】Ｅ＝ｈｃ／λ ｈ：プランク定数（６．６２６×10^-26 Ｊ・sec ）ｃ：光速（２．９９８×１０¹⁰ｃｍ／ｓｅｃ）例えば、波長３６５ｎｍの光のエネルギーは約７８ kca
l/mol であり、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ
では約１１５ kcal/mol 、波長１９３ｎｍでは約１４８
kcal/mol となる。このように現在又は将来ＬＳＩを作
成するために用いられる光源は非常に高いエネルギーを
有していることが分る。

【００１２】特に、短波長光による照射時は、雰囲気中
に酸素分子がある場合、この光により酸素分子が酸素ラ
ジカルＯ（ ¹Ｄ）やＯ（ ³Ｐ）に分解される。また同時
に、２次元反応によりオゾン（Ｏ₃ ）が生成されるた
め、酸化による位相シフト膜の物質変化が起きやすい。
この発生した酸素ラジカルＯ（ ¹Ｄ）は、他の酸素ラジ
カルに対して活性であり、酸化反応に有効に働く。

【００１３】次に、元素の化学結合エネルギーを、下記
の（表１）に示す。殆どの結合エネルギーはランプで放
出される光のエネルギー以下であるため、大半の弱い結
合について上記の光照射により解離され、より強い結合
状態へと再結合することが可能である。このため、光源
の短波長に伴い、酸化反応等による位相シフト膜の光学
定数変化が起こる。

【００１４】

【表１】

【００１５】例えば、位相シフト膜の材料であるＳｉＮ
x 膜の場合、窒素の孤立電子対を酸素ラジカルが酸化し
新たな強い結合を作るために、短波長光での露光の最、
光学定数が変化する。このときの上記ＳｉＮx の酸化に
よる光学定数の変化は、ＫｒＦエキシマレーザ波長（２
４８ｎｍ）において屈折率，消衰係数共に酸化により減
少することが分っている。

【００１６】上記のような光学定数の変動を抑制するに
は、このような位相シフト膜の光学定数変化とは逆の変
化をするような物質を位相シフト膜中に添加又は混合し
て、全体としての光学定数の変化を補償すればよい。こ
のことを、図１に示す。この図では、互いに相殺しあう
２つの物質を第１の化合物、第２の化合物と称してい
る。このように、例えば波長２４８ｎｍで屈折率・消衰
係数が例えば酸化によって減少する物質（第１の化合
物）に、同じ波長で屈折率・消衰係数が例えば酸化によ
って増加するような物質（第２の化合物）を添加するこ
とで、露光時における透過率，位相差の変化を抑制する
ことが可能である。

【００１７】また、互いに光学定数を相殺し合う組み合
わせを図２に示す。図２中の（ａ）は消衰係数ｋは一定
で屈折率ｎが変化する例、（ｂ）は消衰係数ｋは一定で
屈折率ｎが変化する例、（ｃ）（ｄ）は消衰係数ｋ及び
屈折率ｎが共に変化する例である。ここで、図１及び図
２では露光前後の光学定数変化を直線的に示したが、こ
れは曲線でもよく途中の経過は問わない。

【００１８】上記の一例は、ＳｉＮx 中にＴｉを均一に
添加することで達成される。具体的な光学定数の変化を
図３に示す。ＳｉＮx 膜中におけるＳｉの光酸化で生じ
るＳｉＯ₂ への光学定数の変化は図中丸印で示すよう
に、消衰係数ｋ，屈折率ｎ共に減少する方向であるが、
Ｔｉの光酸化で生じるＴｉＯへの光学定数の変化は図中
三角印で示すように、消衰係数ｋ，屈折率ｎ共に増加す
る方向である。従って、ＳｉＮx 中にＴｉを添加するこ
とにより、露光前後における光学定数（屈折率，消衰係
数）の変動が抑制される。ＳｉＮx の代わりにＳｉＮx
Ｏy を用いても同様である。

【００１９】例えば、ＳｉＮx にＴｉを１１％（θ＝
０．１１）ドープして作成したＳｉＮx Ｏy Ｔｉz 膜
（ｘ＝０．８７，ｙ＝０．０１，ｚ＝０．１１）では、
波長２４８ｎｍの光照射前後での光学定数は以下のよう
になった。但し、膜厚は１０４．７ｎｍで作成した。即
ち、照射前：２．２１３−０．５８５ｉ照射後：２．２１２−０．５５７ｉこのとき、光照射前後での透過率変化は３．９４％から
４．５９％、位相の変化は１７９．９度から１８０．０
度であった。

【００２０】一方、Ｔｉを添加しないＳｉＮx Ｏy （ｘ
＝０．５７，ｙ＝０．２５）の場合、照射前後での屈折
率，消衰係数は以下のようになった。但し、膜厚は１０
１．７ｎｍで作成した。即ち、照射前：２．２５−０．６０ｉ照射後：２．１５−０．４５ｉこれにより、ＳｉＮx Ｏy では照射前に透過率３．９５
％、位相差１８０度であったものが、照射後に透過率
８．７８％、位相差１６６．１度と大きく変化してい
た。従って、ＳｉＮx Ｏy にＴｉをドープすることによ
り、光照射前後での透過率，位相差の変動を大幅に小さ
くすることができた。

【００２１】また、上記ではＳｉＮx Ｏy を例として取
り上げたが、他にもＭｏ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｈｆ等の遷移元
素又はこれらのシリサイドの酸化物，窒化物，水素化
物，炭化物，ハロゲン化物，及びこれらの混合物などに
対しても上記手法により露光時の透過率，位相差の変動
を抑制することが可能である。

【００２２】また、上記では酸化に伴う位相シフト膜の
光学定数変化を相殺するよう調整したが、これに限らず
他のガス等による光学定数変化を相殺するように添加す
る材料を選択することも可能である。以下に、第１の化
合物と第２の化合物の具体的な組み合わせについて示
す。

【００２３】第１の化合物としては、ＳｉＮx ，ＳｉＯ
x ，ＳｉＮx Ｏy ，ＭｏＳｉＯx ，ＭｏＳｉＮx ，Ｍｏ
ＳｉＮx Ｏy ，ＣｒＯx ，ＣｒＦx ，ＣｒＮx ，ＣｒＮ
x Ｏy があり、第２の化合物としてはＴｉ若しくはＴｉ
を含む化合物がある。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。本実施形態では、ＫｒＦエキシ
マレーザ露光に用いるＳｉＮx Ｏy Ｔｉz 位相シフト膜
について説明する。図４は、本発明の一実施形態に係わ
る露光用マスクの製造工程を示す断面図である。

【００２５】図４（ａ）に示すように、石英等からなる
透明基板（透光性基板）４０１をスパッタ装置のチャン
バ内に導入し、ＳｉにＴｉを１２％ドープしたターゲッ
トを用いて、ＡｒとＮ₂ ガス中で反応性スパッタリング
法により、基板上４０１に膜厚が１０２．４ｎｍのＳｉ
Ｎx （ＴｉＮ）z 膜４０２（位相シフト膜：ｘ＝０．８
８，ｚ＝０．１２）を形成した。このとき、位相シフト
膜の透過率，位相差は、波長２４８ｎｍで５．２３％，
１７９．８度であった。

【００２６】なお、本実施形態における位相シフト膜
は、第１の物質としてのＳｉＮに第２の物質としてのＴ
ｉＮを添加したものであるが、実質的にはＳｉＮにＴｉ
を添加したものである。また、成膜時のＳｉＮx （Ｔｉ
Ｎ）z 膜４０２の屈折率，消衰係数，及び膜厚は露光時
の酸化反応等により所望の透過率，位相差になるよう
に、予め屈折率，消衰係数の変化量を見込んで設定し
た。

【００２７】ここで、マスク完成後の実際の露光時の酸
化反応によりＳｉＮx （ＴｉＮ）zは、ＳｉＮx Ｏy Ｔ
ｉz （ｘ＝０．８８，ｙ＝０．０１，ｚ＝０．１２）と
変化した。波長２４８ｎｍでの照射前後における光学定
数の変化は以下のようになっていた。このとき、最終的
な透過率は６．０９％、位相差は１８０度となってい
た。即ち、照射前（ＳｉＮx （ＴｉＮ）z ）：２．２１−０．５３
２ｉ照射後（ＳｉＮx Ｏy Ｔｉz ）：２．２１−０．５０４
ｉマスク作成工程は、図４（ｂ）に示すように、位相シフ
ト膜であるＳｉＮx （ＴｉＮ）z 膜４０２上にＥＢレジ
スト４０３を塗布し、さらにＥＢ描画時に生じるチャー
ジアップを防止するために、導電性の膜４０４をＥＢレ
ジスト４０３上に形成した。その後、図４（ｃ）に示す
ように、ＥＢ描画により所望のレジストパターンを形成
した。

【００２８】次いで、図４（ｄ）に示すように、レジス
ト４０３のパターンをマスクとしてＳｉＮx （ＴｉＮ）
z 膜４０２を選択エッチングすることにより、ＳｉＮx
（ＴｉＮ）z 膜４０２のパターニングを行った。このと
きのエッチングにはＣＤＥ（Chemical Dry Etching）や
ＲＩＥ等を用いればよい。

【００２９】その後、レジスト４０３のパターンを除去
することで、図４（ｅ）に示すようなＳｉＮx Ｔｉz 半
透明位相シフトパターンを得た。このように本実施形態
によれば、露光光照射で生じる位相シフト膜の光学定数
変化を抑制し安定した光学性能を維持できるため、パタ
ーン転写精度の向上に寄与することができる。

【００３０】本実施形態の製造装置並びに製造方法によ
り得られた透過率６．０９％、位相差１８０度のハーフ
トーン型位相シフトマスクを使用し、露光光源にＫｒＦ
エキシマレーザを用いて０．３μｍのホールパターンの
転写結果を評価したところ、１．５μｍの焦点深度を得
ることができた。また、同一マスクを５００ロット照射
した時点で再度転写結果を評価したところ、焦点深度は
１．５μｍとマスク作成時の性能をそのまま維持するこ
とでできた。

【００３１】一方、ＴｉをドープしないＳｉＮx のみで
作成したマスクは５００ロット照射後の０．３μｍのホ
ールパターンの転写評価で焦点深度が０．８μｍとマス
ク作成時の性能を大幅に劣化させていることが分った。

【００３２】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態では、位相シフト膜として
ＳｉＮx Ｏy Ｔｉz 膜を用いたが、これに限らず他の薄
膜、例えばＳｉ，Ｃｒ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｔａ，Ａｌ，Ｓ
ｎ，Ｈｆなどの金属やＡｌＳｉ，ＭｏＳｉ，ＷＳｉ，Ｎ
ｉＳｉ，ＡｌＣｕＳｉなどの金属シリサイド膜、カーボ
ン、或いはこれらの酸化物，窒化物，炭化物，水素化
物，ハロゲン化物の単体又はこれらの混合物を用いても
同様の効果が得られる。

【００３３】また、他の露光光源、例えば水銀ランプの
ｉ線やＫｒＦ，ＡｒＦエキシマレーザ光などを対象とし
た位相シフト膜に対しても適用可能である。また、膜形
成にはスパッタリング法を用いたが、これに限らずＣＶ
Ｄ法、光励起ＣＶＤ法、蒸着法、など他の成膜法によっ
て膜形成を行ってもよい。また、酸素濃度が膜内で勾配
を持つように成膜条件，改質条件を調整してもよい。

【００３４】また、本実施形態は酸化に伴う位相シフト
膜の光学定数変化を相殺するように調整したが、これに
限らず他の反応による光学定数変化を相殺するように添
加する材料を選択してもよい。また、位相シフト膜の膜
厚を本発明の要旨を逸脱しない範囲において適当な厚さ
にしてもよい。また、導電性膜を位相シフト膜上に形成
する代わりに、基板に予め帯電防止の役割を果たす膜が
形成されたものを用いてもよい。

【００３５】また、本発明は透明基板上に位相シフト膜
を形成した位相シフトマスクに限らず、これ以外に遮光
膜を形成したレベンソン型にも適用できる。その他、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施する
ことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、位
相シフト膜中に露光時に生じる酸化反応等による光学定
数変化を相殺するように適当な元素を添加することで、
露光光照射に対する位相シフト膜の透過率，位相差の変
動を抑制することが可能となった。これにより、マスク
作成が容易になると共に、マスク特性変化を抑えること
ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】露光前後おける第１，第２の化合物の光学定数
変化を示す図。

【図２】露光前後での透過率，位相差変化を相殺するよ
うな光学定数変化の組み合わせを示す図。

【図３】波長２４８ｎｍでのＳｉＮx とＴｉの酸化によ
る光学定数変化を示す図。

【図４】第１の実施形態に係わる露光用マスクの製造工
程を示す図。

【符号の説明】

４０１…石英製透明基板（透光性基板）４０２…Ｔｉ添加のＳｉＮ膜（位相シフト膜）４０３…ＥＢレジスト４０４…導電膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性基板上に少なくとも位相シフト膜か
らなるパターンを有する露光用マスクにおいて、前記位相シフト膜は、露光光照射によって光学定数に変
化が生じる第１の物質に、前記露光光照射によって第１
の物質とは異なる光学定数変化が生じる第２の物質を添
加又は混合して形成されてなることを特徴とする露光用
マスク。
【請求項２】第１の物質と第２の物質における光学定数
の変化は、前記露光光照射による屈折率，消衰係数に関
する増減が相反する方向であることを特徴とする請求項
１記載の露光用マスク。
【請求項３】第１の物質と第２の物質における光学定数
の変化は、光重合，光酸化又は光分解により引き起こさ
れるものであることを特徴とする請求項１記載の露光用
マスク。
【請求項４】第１の物質はＳｉＮx 又はＳｉＮx Ｏy で
あり、第２の物質はＴｉであることを特徴とする請求項
１又は２記載の露光用マスク。