JP2002296757A - ハーフトーン型位相シフトマスク及びマスクブランク - Google Patents
ハーフトーン型位相シフトマスク及びマスクブランクInfo
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Abstract
付近においてもなお利用が可能な光透過率を有し、か
つ、露光波長やマスク検査波長を含む広い波長範囲で反
射率を抑制することができ、しかもドライエッチングに
よる位相差制御を容易に行えるような多層膜構造からな
る、ハーフトーン型位相シフトマスク及びブランク等を
提供する。 【解決手段】 位相シフター膜が、4層以上の膜となっ
ており、基板側の層から順に第1層、第2層、…第n層
としたときに、奇数番目の層が、金属およびそれらの酸
化物、窒化物、酸窒化物、珪素化合物から選ばれる少な
くとも一種からなる、主に透過率を調整する機能を持っ
た高屈折率層であり、偶数番目の層が、珪素の酸化物又
は酸窒化物からなる、主に位相シフト量を調整する機能
を持った低屈折率層であることを特徴とする。
Description
る光の干渉作用を利用して転写パターンの解像度を向上
できるようにした位相シフトマスク及びその素材として
の位相シフトマスクブランク等に関し、特にハーフトー
ン型の位相シフトマスク及びブランク等に関する。
ける超解像技術の一つであり、同方法を用いることによ
り、露光波長を変えずに転写像のコントラストを向上さ
せたり、あるいは波長限界を超える微細パターンを転写
することが可能となる。位相シフト法では、微細パター
ンを転写するためのマスクとして位相シフトマスクが使
用される。位相シフトマスクは、マスク上のパターン部
分を形成する位相シフター部と、位相シフター部の存在
しない非パターン部からなり、両者を透過してくる光の
位相を通常180°ずらすことで、パターン境界部分に
おいて光の相互干渉を起こさせることにより、転写像の
コントラストを向上させる。これにより、必要な解像度
を得るための焦点深度の増大が達成され、露光波長を変
えずに解像度の改善とプロセスの適用性を同時に向上さ
せることが可能となる。位相シフトマスクの1つにハー
フトーン型位相シフトマスクがある。ハーフトーン型位
相シフトマスクでは、位相シフター部(光半透過部)の
光透過率が非パターン部(光透過部)の数%から数十%
程度であって、コンタクトホールや孤立パターンの作製
に有効であるといわれている。
の膜構成に応じ、単層型と多層型とに分類できる。単層
型の位相シフトマスクとしては、例えば特開平7−19
9447号公報記載のSiOx系やSiOxNy系、特開
平8−211591号公報記載のSiNx系等が知られ
ており、また多層型の例としては米国特許593922
7号や特表2000−511301号に記載がある。単
層のハーフトーン型位相シフトマスクは、構造が単純で
製造が比較的容易であるという利点がある。そのため、
現在量産されているハーフトーン型位相シフトマスクは
単層型が主流である。一方の多層型は、ハーフトーン型
位相シフトマスクで制御しなければならない透過率、位
相シフト量といった複数のパラメータを、独立に制御で
きるという利点がある。
法によって、LSIの更なる高集積化を図るためには、
位相シフト法等の超解像技術を利用してもなお、露光波
長の更なる短波長化が必要となる。現在、LSIの量産
ラインとして主に利用されている露光光源はKrFエキ
シマレーザ(248nm)である。そして、次世代の光
源はArFエキシマレーザ(193nm)であり、対応
するフォトマスクはすでに製品化されている。そしてさ
らに次の世代の露光光源として、F2エキシマレーザ
(157nm)が検討されている。しかし、そのような
短波長領域の光は、多くの固体材料において、光吸収の
度合いが、KrFエキシマレーザあるいはArFエキシ
マレーザ露光の場合と比べても非常に大きくなる。その
場合に、単層のハーフトーン型位相シフトマスクにおい
て、位相シフト効果が得られるほどの透過率と膜厚を同
時に制御することは困難となる。例えば位相シフター部
を透過する光の位相シフト量φ(rad)は、当該部を
形成する単層膜の屈折率をn、膜厚をd、そして透過光
波長をλとしたときに下記式(1)の関係が成り立つ
が、 φ=2πd(n−1)/λ …(1) 透過率の減少を抑えるために膜厚を小さくすると、十分
な位相シフト量が得られなくなるといったことが生じ
る。
相シフト量の調整や透過率の調整などを、構成するそれ
ぞれの膜で独立に行うことができるので、理想的な透過
特性は得やすいといえるが、前述した特許等で示されて
いる従前の膜構成では、F2エキシマレーザの波長域で
有効な透過特性を得ることが難しい。例えば、米国特許
5939227号公報に開示されている、Si3N4層及
びTaN層をこの順番に交互に4層積層したもの、及
び、特表2000−511301号に開示されている、
AlN層/MoNx層、AlN層/TiN層、又はRu
O2層/HfO2層、をこの順で交互に多層積層した膜構
成では、F2エキシマレーザの波長域で有効な光学特性
(透過率、位相角)を得ることができなかった。また、
多層構造の場合、マスクの検査や実際の露光プロセスの
精度を上げるために必要な、反射率の抑制を行うことも
容易ではない。さらに、多層化することによって、加工
プロセスは各層のエッチング特性を考慮しなければなら
ないので、できる限りエッチングプロセスが容易となる
膜構成にすることも重要である。特に、ドライエッチン
グの際に、基板がエッチングされることを回避でき、位
相差を正確に制御することが可能となるような膜構成に
することが重要である。
であり、140〜200nmの真空紫外の露光波長領
域、中でもF2エキシマレーザの波長である157nm
付近、においてもなお利用が可能な光透過率を有し、か
つ、露光波長やマスク検査波長を含む広い波長範囲で反
射率を抑制することができ、しかもドライエッチングに
よる位相差制御を容易に行えるような多層膜構造からな
る、ハーフトーン型位相シフトマスク及びその素材とな
るハーフトーン型位相シフトマスクブランク等の提供を
目的とする。
する。
させる光透過部と、露光光の一部を透過させると同時に
透過した光の位相を所定量シフトさせる位相シフター部
を有し、前記光透過部と位相シフター部の境界部近傍に
て各々を透過した光が互いに打ち消し合うように光学特
性を設計することで、被露光体表面に転写される露光パ
ターン境界部のコントラストを良好に保持、改善できる
ようにしたハーフトーン型位相シフトマスクを製造する
ために用いるハーフトーン型位相シフトマスクブランク
であり、透明基板上に前記位相シフター部を形成するた
めの位相シフター膜を有するハーフトーン型位相シフト
マスクブランクにおいて、前記位相シフター膜が、4層
以上の膜となっており、基板側の層から順に第1層、第
2層、…第n層としたときに、奇数番目の層が、金属
(遷移金属を含む)およびそれらの酸化物、窒化物、酸
窒化物、珪素化合物から選ばれる少なくとも一種からな
る、主に透過率を調整する機能を持った高屈折率層であ
り、偶数番目の層が、珪素の酸化物又は酸窒化物からな
る、主に位相シフト量を調整する機能を持った低屈折率
層であ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。
る多層膜における、奇数番目の層の膜厚の総和が200
オンク゛ストローム以下であることを特徴とする構成1記載のハ
ーフトーン型位相シフトマスクブランク。
2エキシマレーザの波長である157nm付近の露光光
波長範囲で使用されるものであることを特徴とする構成
1又は2に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブラ
ンク。
のハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおける位
相シフター膜を、所定のパターンが得られるように選択
的に除去するパターニング処理を施すことにより得られ
た、光透過部と位相シフター部とからなるマスクパター
ンを有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。
型位相シフトマスクを用いてパターン転写を行うことを
特徴とするパターン転写方法。
上の膜となっており、基板側の層から順に第1層、第2
層、…第n層としたときに、奇数番目の層が金属、遷移
金属およびそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物、珪素化
合物から選ばれる少なくとも一種からなる、主に透過率
を調整する機能を持った高屈折率層であり、偶数番目の
層が珪素の酸化物又は酸窒化物からなる、おもに位相シ
フト量を調整する機能を持った低屈折率層である構成と
することによって、140〜200nm真空紫外の波長
領域、中でもF2エキシマレーザの波長である157n
mにおいて、位相シフター膜(光半透過膜)の透過率が
ハーフトーン型位相シフトマスクにおいて必要とされる
3〜40%(好ましくは3〜20%)の光透過率範囲を
得ることが可能となる。また、各層の積層の順番や膜厚
等を制御することによって、マスクの検査や実際の露光
プロセスの精度を上げるために必要な、反射率の抑制
(低減)を行うことが可能となる。反射率は、140〜
200nm真空紫外の波長領域(特に157nm付近又
は193nm付近)及び248nm付近において、40
%以下(好ましくは20%以下)であることが好まし
い。上記構成1によれば、特に、基板直上の層が高屈折
率層であることによって、エッチング時に反射光による
終点検出を容易にし(基板は低屈折率であるため)、基
板がエッチングされることを回避することで位相差を正
確に制御することが可能となる。これに対し、基板直上
の層が低屈折率層であると、エッチング時に反射光によ
る終点検出が困難であり、基板直上の低屈折率層のエッ
チング完了後もエッチングが継続され、基板がエッチン
グされてしまい位相差は180度よりも大きくなるた
め、位相シフトによる解像度の向上が得られなくなって
しまう。
「低屈折率層」は、層同士を比較した場合の相対的な屈
折率の高低を表している。本発明において、奇数番目の
層のそれぞれの膜の材料及び組成は同じであっても構わ
ないし、異なってもよい。偶数番目の層についても同様
である。例えば、第1番目の高屈折率層をその直上の低
屈折率層のエッチングに対するエッチングストッパーと
して機能する材料及び組成で構成し、第3番目以上の高
屈折率層をエッチングが容易な材料及び組成で構成する
ことができる。また、多層膜におけるいずれか一以上の
高屈折率層を2以上の高屈折率層からなる多層構成とす
ることができ、この場合、2以上の高屈折率層における
各層は、同一材料又は異なる材料とすることができ、同
一組成又は異なる組成とすることもできる。低屈折率層
についても同様である。多層膜における最上層は、低屈
折率層とすることが好ましい。最上層が高屈折率層であ
ると、最上層で1次反射してしまい、反射率を低減でき
ないからである。本発明において、奇数番目の高屈折率
層材料としては、例えば、タンタル、クロム、チタン、
アルミニウム、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モ
リブデン、ランタン、タングステン、シリコンから選ば
れる一種又は二種以上の材料からなる膜、あるいはこれ
らの窒化物、酸窒化物、酸化物、珪素化合物なとが挙げ
られる。これらのうち、成膜や加工の制御の観点から
は、Ti、Cr、Ta、Al、Zrや、TaNx、Cr
Nx、TiNx、AlNx、、ZrNxなどが特に好まし
い。本発明において、偶数番目の低屈折率層は、SiO
xNy、又はSiOxであるが、これらは微量金属や微量
元素を含むものであってもよい。なお、本発明のハーフ
トーン型位相シフトマスクにおいては、位相シフター膜
以外の膜(例えば遮光膜)等を有する構成とすることも
できる。
成する多層膜における、奇数番目の層の膜厚の総和が2
00オンク゛ストローム以下である構成とすることによって、1
40〜200nm真空紫外の波長領域、中でもF2エキ
シマレーザの波長である157nmにおいて、3%以上
の光透過率を得ることができる。多層膜における奇数番
目の層の膜厚の総和が200オンク゛ストローム以上である場
合、特にF2エキシマレーザの波長である157nmに
おいて、3%以上の光透過率を得ることができない。第
1層の膜厚は50オンク゛ストローム以上であることが好まし
い。50オンク゛ストロームより薄いと基板のエッチングを完全
に阻止できなかったり、有意な反射率変化が検出できな
かったりするため好ましくない。
法により、基板側からTaNx層、およびSiOxNy層
(屈折率n=2.0)をこの順で交互に4層積層した。
この際、TaNx層は、ターゲットにTaを、スパッタ
ガスとしてAr、N2を用いて成膜した。またSiOxN
y層は、Siターゲットを用い、Ar、N2、O2をスパ
ッタガスとして成膜した。実施例3では、実施例1、2
のSiOxNy層の代わりにSiOx層を採用し、基板側
からTaNx層、およびSiOx層(屈折率n=1.6
6)をこの順で交互に4層積層した。SiOx層は、S
iO2ターゲットを用い、Arをスパッタガスとして成
膜した。実施例4では、実施例1、2のTaNx層の代
わりにTa層を採用し、基板側からTa層、およびSi
OxNy層をこの順で交互に4層積層した。この際、Ta
層は、ターゲットにTaを、スパッタガスとしてArを
用いて成膜した。実施例5では、実施例1、2のTaN
x層の代わりにCrNx層を採用し、基板側からCrNx
層、およびSiOxNy層をこの順で交互に4層積層し
た。この際、CrNx層は、ターゲットにCrを、スパ
ッタガスとしてAr、N2を用いて成膜した。比較例1
では、実施例1における積層の順番を替え、基板側から
SiOxNy層、およびTaNx層をこの順で交互に4層
積層したこと以外は、実施例1と同様として作製した。
上記実施例、比較例における各層の膜厚は、表1に示す
とおりである。なお、各層の位相シフト量の総和は、F
2エキシマレーザの波長157nmにおいて180°と
なるよう、上述した式(1)を各層に適用して調整して
いる。
光光度計を用いて試料の透過率、反射率を測定した。波
長157nm、193nm、248nmにおける測定値
を表2に示す。
57nmにおいてハーフトーン型位相シフトマスクに必
要十分な3〜40%の透過率を満たすことが確認でき
る。また膜厚を適宜変化させることで、露光波長(15
7nm付近又は193nm付近)や現行の検査波長であ
る248nm付近の反射率を抑制できることが確認でき
る。比較例1では、積層の順番を替え、基板側からSi
OxNy層、およびTaNx層をこの順で交互に4層積層
しているので、157nm〜248nmの広い波長範囲
で反射率を抑制できず、特に、193nm、248nm
における反射率が高い。
を、上記実施例1、2と同一条件で成膜した。それらの
試料および石英基板についてリアクティブイオンエッチ
ング(RIE)によるエッチングを行った。エッチング
ガスとしては、Cl2を用い、得られた各単層膜のエッ
チングレートから、膜と石英基板とのエッチング選択比
を算出した。その結果を表3に示す。
対するエッチング選択比は十分高い。したがって、石英
基板までエッチングされにくく位相シフト量が変化しに
くい。その上、エッチング終点検出波長633nmにお
けるTaNxの反射率は15%以上、石英基板の反射率
は6%程度であるので、エッチング時の反射率の時間変
動が大きくなり、終点検出が容易にできる。一方、基板
直上の層が、SiOxNy(比較例1の場合)又はSiO
xである場合、石英基板に対するエッチング選択比が低
いため、石英基板までエッチングされてしまい位相シフ
ト量が変化してしまう。その上、エッチング終点検出波
長633nmにおけるSiOxNyの反射率は10%程
度、SiOxの反射率は6%程度、石英基板の反射率は
6%程度であるので、エッチング時の反射率の時間変動
がほとんどなく、終点検出が容易でない。
ない。例えば、各層を成膜する際のスパッタガスとして
は、窒素、酸素、一酸化窒素、二酸化窒素、一酸化二窒
素等の各種窒素源、酸素源と、アルゴンあるいはキセノ
ン等の不活性ガスを適宜混合したスパッタガスを用いる
ことが可能である。また、スパッタリング法の方式や、
スパッタ装置の電力印加方式(RF、DCなど)、スパ
ッタ出力、ガス圧、基板加熱の有無等に関しては、用い
るターゲット及びガスの種類、また目的とする膜特性に
応じて適宜選択することが可能である。また、各層のエ
ッチング方法は、同じであっても構わないし、異なって
いてもよい。エッチングには、CHF3やCF4、S
F6、C2F6等のフッ素系ガス及びその混合ガス等を適
宜用いることが可能である。基板材料は、CaF2など
を適宜用いることが可能である。
140〜200nmの真空紫外の露光波長領域、中でも
F2エキシマレーザの波長である157nm付近、にお
いてもなお利用が可能な光透過率を有し、かつ、露光波
長やマスク検査波長を含む広い波長範囲で反射率を抑制
することができ、しかもドライエッチングによる位相差
制御を容易に行えるような多層膜構造からなる、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
トマスクブランクを提供をできる。
Claims (5)
- 【請求項1】 透明基板上に、露光光を透過させる光透
過部と、露光光の一部を透過させると同時に透過した光
の位相を所定量シフトさせる位相シフター部を有し、前
記光透過部と位相シフター部の境界部近傍にて各々を透
過した光が互いに打ち消し合うように光学特性を設計す
ることで、被露光体表面に転写される露光パターン境界
部のコントラストを良好に保持、改善できるようにした
ハーフトーン型位相シフトマスクを製造するために用い
るハーフトーン型位相シフトマスクブランクであり、透
明基板上に前記位相シフター部を形成するための位相シ
フター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブラ
ンクにおいて、 前記位相シフター膜が、4層以上の膜となっており、基
板側の層から順に第1層、第2層、…第n層としたとき
に、奇数番目の層が、金属およびそれらの酸化物、窒化
物、酸窒化物、珪素化合物から選ばれる少なくとも一種
からなる、主に透過率を調整する機能を持った高屈折率
層であり、偶数番目の層が、珪素の酸化物又は酸窒化物
からなる、主に位相シフト量を調整する機能を持った低
屈折率層であ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。 - 【請求項2】 前記位相シフター膜を構成する多層膜に
おける、奇数番目の層の膜厚の総和が200オンク゛ストローム
以下であることを特徴とする請求項1記載のハーフトー
ン型位相シフトマスクブランク。 - 【請求項3】 前記位相シフトマスクが、F2エキシマ
レーザの波長である157nm付近の露光光波長範囲で
使用されるものであることを特徴とする請求項1又は2
に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載のハーフ
トーン型位相シフトマスクブランクにおける位相シフタ
ー膜を、所定のパターンが得られるように選択的に除去
するパターニング処理を施すことにより得られた、光透
過部と位相シフター部とからなるマスクパターンを有す
ることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。 - 【請求項5】 請求項4に記載のハーフトーン型位相シ
フトマスクを用いてパターン転写を行うことを特徴とす
るパターン転写方法。
Priority Applications (3)
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JP2001101529A JP2002296757A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | ハーフトーン型位相シフトマスク及びマスクブランク |
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