JP2000250196A - 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 - Google Patents

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

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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】多層膜ハーフトーンブランクスの各層のエッチ
ングレートを制御することで、ドライエッチング加工後
のマスクパターンのテーパー形状の改善や位相差精度の
向上を図ることを目的とする。 【解決手段】合成石英ガラスからなる透明基板11上に
ZrSiの化合物ターゲットを用いてスAr及びO2
スを使用した反応性スパッタリング成膜を行い、ZrS
iの化合物薄膜からなる第1層膜12及び第2層膜13
を有する2層膜のハーフトーン型位相シフトマスク用ブ
ランクス10を作製し、感光層形成、電子線描画、現像
等の一連のパターニングプロセスを経てレジストパター
ン14を形成し、レジストパターン14をマスクにして
エッチングガスSiCl4を用いたドライエッチング加
工して、マスクパターン12a及び13aを有するハー
フトーン型位相シフトマスク20を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造プロセス
中のフォトリソグラフィ工程で使用される露光転写用の
フォトマスク及びこれを製造するためのフォトマスクブ
ランクスに係るものであり、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
ンクスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体の微細化に伴い、Si(シ
リコン)ウエハ上にパターンを転写する際に解像度を向
上させる技術を施したフォトマスクの利用は盛んになり
つつある。位相シフト法はこの解像度向上技術の1つで
あり、隣接する開口部の片側に位相シフト部を設け隣接
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、透過光が回折し干渉し合う際に境
界部の光強度を弱め、その結果として転写パターンの解
像度を向上させるものである。
【0003】上記のような位相シフト法はIBMのLeve
nson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
されており、レベンソン型やハーフトーン型などが公知
となっている。特にハーフトーン型位相シフトマスク
は、遮光層に完全な遮光性を持たせず、この半透明遮光
層によって露光光をレジスト感度以下で透過させるとと
もに位相を反転させるものをハーフトーン型と呼び、解
像度向上に有効である。この中で特願平9−16914
3号公報や特願平9−274429号公報ではハーフト
ーン型位相シフトマスク用ブランクス(以下、ハーフト
ーンブランクスと称す)の膜材料として、分光特性など
優れた点を有することからZr(ジルコニウム)やZr
Si(ジルコニウムシリサイド)化合物薄膜を使用した
ものを提案している。
【0004】ZrやZrSiまたはSiの化合物を主要
材料とするハーフトーンブランクスをドライエッチング
でパターン加工する際エッチングガスとしてSiCl4
などのハロゲンガスを使用することが多い。しかし、ハ
ーフトーンブランクスの膜が2層以上の多層膜で構成さ
れている場合には膜中に含まれる含有元素比が各膜層毎
に異なるため、エッチングレートにはかなりの差が生じ
る。特に酸化膜の場合は同条件下でエッチングした場合
エッチングレートは酸素の含有量等によって異なり、そ
の差は10倍程度にもなる。
【0005】この結果、ガラス基板上の第1層の化合物
薄膜のエッチングレートがその上に形成されている第2
層の化合物薄膜のエッチングレートより遅くなることに
よる様々な問題が生じる。
【0006】上記エッチング過程で、第2層の化合物薄
膜のエッチングが進み、第1層の化合物薄膜に到達する
とその段階で急にエッチングレートが下がり第1層の化
合物薄膜がエッチングされ難くなる為、エッチング後の
パターン断面形状は垂直とはならず、テーパー形状とな
ってしまう。その結果としてこのマスクを用いてSiウ
エハへ露光・転写した場合悪影響を及ぼす。また、ガラ
ス基板上の第1層の化合物薄膜のエッチングレートが小
さいことによってガラスとの選択比も悪くなる。これは
結果的にパターン形成後における位相差精度の確保に支
障をきたすこととなり、これらのことがマスクを加工す
る上で問題であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み考案されたもので、ハーフトーンブランクスの多
層膜の各層のエッチングレートを制御することで、ドラ
イエッチング加工後のマスクパターンのテーパー形状の
改善や位相差精度の向上を図ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に於いて上記問題
を解決するために、まず請求項1においては、透明基板
上にジルコニウムまたはシリコンを構成元素とする化合
物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマス
ク用ブランクスにおいて、前記多層膜は前記透明基板上
に最初に設けられた1層目の前記化合物薄膜の酸素含有
量がそれ以降に設けられる2層目以降の前記化合物薄膜
の酸素含有量よりも低い値になるように形成されている
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
ランクスとしたものである。
【0009】また、請求項2においては、透明基板上に
ジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合
物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマス
ク用ブランクスにおいて、前記多層膜は前記透明基板上
に最初に設けられた1層目の前記化合物薄膜の消衰係数
がそれ以降に設けられる2層目以降の前記化合物薄膜の
消衰係数よりも高い値になるように形成されていること
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
クスとしたものである。
【0010】らにまた、請求項3においては、請求項1
又は2記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブラン
クスを用いて、位相シフトマスクを形成したことを特徴
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。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明では、フォトマスク、特に
ハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、ガラス基板
上に形成されたジルコニウムまたはジルコニウムを構成
元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーンブ
ランクスの多層膜の各層のエッチングレートを制御する
ことで、エッチング後のテーパー形状の改善や位相差精
度の向上を図るようにしたものである。
【0012】具体的には、ZrSi化合物薄膜のエッチ
ングレートは膜中に含まれる酸素等の含有比率によって
左右され、酸素の含有比率が低い程エッチングレートは
低くなることが確認されている。すなわち、ガラス基板
上に多層膜を形成する場合第1層の化合物薄膜の酸素含
有量をO1、第2層の化合物薄膜の酸素含有量をO2、以
下同様に第n層の化合物薄膜の酸素含有量をOnとした
場合、以下の式1の関係を満たす膜構成とする。 O1<O2<………<On‐‐‐‐‐‐‐(式1)
【0013】また、化合物薄膜の消衰係数についてみる
と消衰係数の値が大きい程エッチングレートは低くな
る。そこで上記同様にガラス基板上の第1層の化合物薄
膜の消衰係数をk1、第2層の化合物薄膜の消衰係数を
2、以下同様に第n層の化合物薄膜の消衰係数をkn
した場合、以下の式2の関係を満たす膜構成とする。 k1<k2<………<kn‐‐‐‐‐‐‐(式2)
【0014】上記のような膜構成のハーフトーンブラン
クスにすることにより、ドライエッチングによるパター
ニング処理においてパターン形状の優れた高精度のハー
フトーン型位相シフトマスクが得られる。
【0015】
【実施例】以下実施例により本発明を詳細に説明する。
図1(a)〜(c)は、本発明の一実施例を示すハーフ
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の製造工程を工程順に示す模式断
面図である。
【0016】まず、合成石英ガラスからなる透明基板1
1上にZrSiの化合物ターゲットを用いてスAr及び
2ガスを使用した反応性スパッタリング成膜を行い、
ZrSiの化合物薄膜からなる第1層膜12及び第2層
膜13を有する2層膜のハーフトーン型位相シフトマス
ク用ブランクス10を作製した。
【0017】ここで、ハーフトーン型位相シフトマスク
用ブランクス10の第1層膜12及び第2層膜13の各
層の物性を測定するため、別途合成石英ガラス基板上に
ZrSiの化合物薄膜からなる単層膜を作製し、測定評
価を行った。以下に第1層膜12及び第2層膜13の各
層の成膜条件及び光学定数を示す。
【0018】 第1層膜 成膜条件 導入ガス:Ar/O2=27/3SCCM 供給電力:DC400W 膜厚:488Å 膜物性 屈折率n:1.9 消衰係数k:1.06
【0019】 第2層膜 成膜条件 導入ガス:Ar/O2=24/6SCCM 供給電力:RF400W 膜厚:839Å 膜物性 屈折率n:2.1 消衰係数k:0.09
【0020】膜中酸素含有率=第1層膜<第2層膜
(ESCA分析)
【0021】ここで、上記別途合成石英ガラス基板上に
単層で成膜した化合物薄膜をRIEドライエッチング装
置を用いて、エッチングガスとしてSiCl4を使用
し、RF電力:150W、ガス流量:50SCCM、圧
力:30〜150mTorrの条件でエッチング加工を
行い、各層のエッチングレートを求めた。第1層膜及び
第2層膜のエッチングレートの測定結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1の結果からも分かるように、第1層膜
12のエッチングレートは第2層膜13のそれよりも数
倍早いことが確認された。ガス圧力によって若干異なる
が150mTorrの場合その差は6.6倍にもなっ
た。
【0024】次に、ハーフトーン型位相シフトマスク用
ブランクス10に電子線レジストを塗布・乾燥して感光
層を形成し、電子線描画、現像等の一連のパターニング
プロセスを経てレジストパターン14を形成した。
【0025】さらに、レジストパターン14をマスクに
してRIEドライエッチング装置を用いて、エッチング
ガスとしてSiCl4を使用し、RF電力:150W、
ガス流量:50SCCM、圧力:150mTorrの条
件でエッチング加工を行い、ArFエキシマレーザー
(λ=193nm)対応のハーフトーン型位相シフトマ
スク20を得た。
【0026】ここで、上記のハーフトーン型位相シフト
マスク20について、マスクパターンの断面形状をSE
M観察した結果従来のエッチングレートを制御しないで
作製した多層膜のハーフトーン型位相シフトマスクに比
べてパターン断面形状の垂直性は改善され、特にガラス
基板付近の膜のテーパー形状に効果が認められた。ま
た、終点制御性(=位相差精度)についても向上してい
ることが確認された。
【0027】上記実施例ではZrSiの化合物薄膜を用
いた多層膜のハーフトーンブランクスについて記述した
が、この他にもZrの化合物薄膜やSi(シリサイド)
化合物薄膜なども適用できる。さらに、エッチングガス
としてCl2やSiCl4など塩素化合物を用いる場合に
於いて有効である。
【0028】
【発明の効果】本発明は、透明基板上にジルコニウムま
たはシリコンを構成元素とする化合物薄膜の多層膜から
なるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを形
成し、多層膜の各層の酸素含有率及び消衰係数を制御す
ることにより、ドライエッチング加工時のパターン形状
(特にテーパー形状)が改善され、パターン形状の優れ
た高精度のハーフトーン型位相シフトマスクが得られ
る。さらに、今後微細化パターンが要求されるハーフト
ーン型位相シフトマスクの膜設計・加工に於いては有効
な手段となる。また、ガラス基板と化合物薄膜のエッチ
ングレートの差を大きくすることが出来る為、エッチン
グ終了後の位相差の制御性をについても向上を図ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は、本発明の一実施例を示すハ
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の製造工程を工程順に示す模
式断面図である。
【符号の説明】
10……ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス 11……透明基板 12……第1層膜 12a……第1層膜のマスクパターン 13……第2層膜 13a……第2層膜のマスクパターン 14……レジストパターン 20……ハーフトーン型位相シフトマスク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板上にジルコニウムまたはシリコン
    を構成元素とする化合物薄膜の多層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スにおいて、前記多
    層膜は前記透明基板上に最初に設けられた1層目の前記
    化合物薄膜の酸素含有量がそれ以降に設けられる2層目
    以降の前記化合物薄膜の酸素含有量よりも低い値になる
    ように形成されてい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。
  2. 【請求項2】透明基板上にジルコニウムまたはジルコニ
    ウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハー
    フトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前
    記多層膜は前記透明基板上に最初に設けられた1層目の
    前記化合物薄膜の消衰係数がそれ以降に設けられる2層
    目以降の前記化合物薄膜の消衰係数よりも高い値になる
    ように形成されてい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。
  3. 【請求項3】請求項1又は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を用いて、位相シフトマスク
    を形成したことを特徴とするハーフトーン型位相シフト
    マスク。
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