JP2002296758A - ハーフトーン型位相シフトマスクブランク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ブランク及びハーフトーン型位相シフトマスク

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JP2002296758A
JP2002296758A JP2001101754A JP2001101754A JP2002296758A JP 2002296758 A JP2002296758 A JP 2002296758A JP 2001101754 A JP2001101754 A JP 2001101754A JP 2001101754 A JP2001101754 A JP 2001101754A JP 2002296758 A JP2002296758 A JP 2002296758A
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JP2001101754A
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Yuuki Shioda
勇樹 塩田
Jun Nozawa
順 野澤
Hideaki Mitsui
英明 三ッ井
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Hoya Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、特
に、実際の露光プロセスの精度を上げるために必要な露
光光に対する反射率を抑制することができる、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、主に透過率を調整す
る機能を持った高屈折率層と、主に位相シフト量を調整
する機能を持った低屈折率層とを交互に積層した4層以
上の膜からなり、低屈折率層のうち少なくとも一層が、
少なくとも露光光に対する反射防止機能を有するように
設計されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、位相シフターによ
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。
【0002】
【従来の技術】位相シフト法は、光リソグラフィーにお
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。
【0003】また位相シフトマスクは、位相シフター部
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SiOxy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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】今後光リソグラフィー
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。
【0005】一方、単層ではなく多層構造にすれば、位
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。特に、多層構造の
場合、実際の露光プロセスの精度を上げるために必要な
露光光に対する反射率の抑制を行うことが容易ではな
い。また、マスクの検査光に対する反射率の抑制を行う
ことが容易ではない。また、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も
重要である。
【0006】本発明は上述した背景の下になされたもの
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、特
に、実際の露光プロセスの精度を上げるために必要な露
光光に対する反射率を抑制することができる、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。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は以下の構成を有
する。
【0008】(構成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、主に
透過率を調整する機能を持った高屈折率層と、主に位相
シフト量を調整する機能を持った低屈折率層とを交互に
積層した4層以上の膜からなり、低屈折率層のうち少な
くとも一層が、少なくとも露光光に対する反射防止機能
を有するように設計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ブランク。
【0009】(構成2) 透明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
高屈折率層であり、偶数番目の層が低屈折率層であるこ
とを特徴とする構成1に記載のハーフトーン型位相シフ
トマスクブランク。
【0010】(構成3) 高屈折率層の材料が、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り、低屈折
率層の材料が、珪素の酸化物又は酸窒化物からなること
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。
【0011】(構成4) 高屈折率層の膜厚の総和が2
00オンク゛ストローム以下であることを特徴とする構成1〜3
のいずれかに記載の記載のハーフトーン型位相シフトマ
スクブランク。
【0012】(構成5) 露光光が、F2エキシマレー
ザの波長である157nm付近の波長の光であることを
特徴とする構成1〜4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。
【0013】(構成6) 構成1〜5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。
【0014】(構成7) 前記位相シフトマスクが、F
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
6に記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
【0015】(構成8) 構成6又は7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。
【0016】
【作用】上記構成1によれば、位相シフター膜が、主に
透過率を調整する機能を持った高屈折率層と、主に位相
シフト量を調整する機能を持った低屈折率層とを交互に
積層した4層以上の膜からなり、低屈折率層のうち少な
くとも一層が、少なくとも露光光に対する反射防止機能
を有するように設計されていることによって、位相シフ
トマスクにおける表面(膜側)及び裏面(基板側)から
入射される少なくとも露光光に対する反射防止機能の向
上を図ることが可能となる。ここで、「露光光に対する
反射防止機能を有するように設計されている」とは、理
想的には各低屈折率層を構成する膜の屈折率をn、その
厚さをdとしたとき、nd=λ/4×奇数(λ/4の奇
数倍)の関係を満たすことを言うが、この式を完全に満
たさなければ反射防止機能がまったく得られないという
訳ではないので、ndがλ/4×奇数の近傍(±15
%)の範囲であれば構わない。なお、低屈折率層のうち
少なくとも一層が、検査光等に対しても反射防止機能を
有するものであることが好ましい。
【0017】なお、少なくとも最も透明基板側の低屈折
率層が、前記露光光に対する反射防止機能を有すること
によって、特に位相シフトマスクの裏面(透明基板側)
の反射率を低減するのに効果的である。なお、裏面の反
射率を低減することによって、位相シフトマスクを用い
てパターン転写を行う際、透明基板側から入射される露
光光の反射を防止することができる。この場合、「最も
透明基板側の低屈折率層」は、透明基板側の層から順に
第1層、第2層、…第n層としたときに、最も透明基板
側に近い低屈折率層を指し、第1層であっても、第2層
であっても構わないが、後述する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と
いう観点からは、第2層であることが好ましい。
【0018】また、少なくとも最も表面側の低屈折率層
が、前記露光光に対する反射防止機能を有することによ
って、特に位相シフトマスクの表面の反射率を低減する
のに効果的である。なお、表面の反射率を低減すること
によって、位相シフトマスクを用いてパターン転写を行
う際、被転写基板側からの反射光が位相シフトマスク上
で再反射することを防止することができる。この場合、
「最も表面側の低屈折率層」は、多層膜における最上層
側に最も近い低屈折率層を指し、最上層であっても、最
上層より下層であっても構わないが、最上層であること
が好ましい。これは、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。
【0019】上記構成2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。
【0020】上記構成3によれば、高屈折率層の材料
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
り、低屈折率層の材料が、珪素の酸化物又は酸窒化物か
らな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157nm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、実際の露光
プロセスの精度を上げるために必要な露光光に対する反
射率の抑制(低減)を行うことが可能となる。また、各
層の積層の順番や膜厚を制御することによって、マスク
の検査光に対する反射率の抑制(低減)を行うことも可
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。
【0021】上記構成4によれば、高屈折率層の膜厚の
膜厚の総和が200オンク゛ストローム以下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157nmにお
いて、3%以上の光透過率を得ることができる。高屈折
率層の膜厚の総和が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。透明基
板直上(第1層)の高屈折率層の膜厚は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。
【0022】上記構成5によれば、上記構成1〜6を満
たすことによって、F2エキシマレーザの波長である1
57nm付近の露光波長に対し、ハーフトーン型位相シ
フトマスクとして必要な、反射率、透過率、位相シフト
量等の諸特性を満たすハーフトーン型位相シフトマスク
ブランクが得られる。
【0023】なお、本発明において、「高屈折率層」、
「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、複数ある高
屈折率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。低屈折率層についても
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。多層化の態様は、低屈折率層と高
屈折率層とを交互に積層する態様の他、低屈折率層又は
高屈折率層が2層以上直接積層された部分を多層膜中に
含む態様なども含まれる。本発明において、高屈折率層
の材料としては、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
x、TiNx、AlNx、、ZrNxなどが特に好まし
い。本発明において、低屈折率層の材料としては、Si
xy、又はSiOxなどが特に好ましい。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。
【0024】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0025】(実施例1〜6、比較例1)成膜 実施例1、2では、透明基板上に、RFスパッタリング
法により、基板側からTaNx層、およびSiOxy
(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SiOx
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SiOxy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
xy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SiOxy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。実施例6
では、実施例1における積層の順番を替え、基板側から
SiOxy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。
比較例1では、実施例1における低屈折率層を構成する
第2層と第4層の膜厚を変えたこと以外は、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、F2エキシマレーザの波長157n
m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。また、実施例1〜3、5で
は低屈折率層を構成する第2層、実施例2では低屈折率
層を構成する第4層、における各層の屈折率をn、その
厚さをdとしたとき、ndがλ/4×奇数の近傍(±1
5%)の範囲となるよう、膜厚、膜質、膜組成等をそれ
ぞれ調整した。同様に、比較例1では、低屈折率層を構
成する第2層と第4層の各膜の屈折率をn、その厚さを
dとしたとき、ndがλ/4×奇数の近傍(±15%)
の範囲外となるよう、膜厚等を変化させた。
【0026】
【表1】
【0027】光学特性 上記実施例、比較例で作製した試料について真空紫外分
光光度計を用いて試料の透過率、表面反射率を測定し
た。波長157nm、193nm、248nmにおける
測定値を表2に示す。また、実施例1について同様に裏
面反射率を測定した。その測定値を表3に示す。
【0028】
【表2】
【表3】
【0029】表2から、実施例1〜6では各試料とも1
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157
nm付近の反射率を、許容値の20%以下を下回る値が
得られた。また、実施例1〜5については、193nm
付近の波長及び現行の検査波長である248nm付近の
波長における反射率についても抑制できることが確認で
きる。また、実施例1と実施例2を比較すると、実施例
2のように表面側の低屈折率層において、ndをλ/4
×奇数の近傍に制御した場合の方が、表面反射率が低く
抑えられることが判る。さらに、表3から、透明基板側
の低屈折率層において、ndをλ/4×奇数の近傍に制
御した場合、裏面反射率の小さいものが得られたことが
確認できる。比較例1では、反射率を考慮して低屈折率
層を構成する第2層と第4層の膜厚を規定していないの
で、露光波長である157nm付近の反射率を抑制でき
ない。
【0030】本発明は上述した実施例の範囲に限定され
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
6、C26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。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
140〜200nmの真空紫外の露光波長領域、中でも
2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、特に、実際の
露光プロセスの精度を上げるために必要な露光光に対す
る反射率を抑制することができる、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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三ッ井 英明 東京都新宿区中落合2丁目7番5号 ホー ヤ株式会社内 Fターム(参考) 2H095 BB03 BC13 BC24

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、主に透過率を調整する機能を持
    った高屈折率層と、主に位相シフト量を調整する機能を
    持った低屈折率層とを交互に積層した4層以上の膜から
    なり、低屈折率層のうち少なくとも一層が、少なくとも
    露光光に対する反射防止機能を有するように設計されて
    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
    ブランク。
  2. 【請求項2】 透明基板側の層から順に、第1層、第2
    層、…第n層としたときに、奇数番目の層が高屈折率層
    であり、偶数番目の層が低屈折率層であることを特徴と
    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。
  3. 【請求項3】 高屈折率層の材料が、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り、低屈折率層の材料
    が、珪素の酸化物又は酸窒化物からなることを特徴とす
    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。
  4. 【請求項4】 高屈折率層の膜厚の総和が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1〜3のいずれ
    かに記載の記載のハーフトーン型位相シフトマスクブラ
    ンク。
  5. 【請求項5】 露光光が、F2エキシマレーザの波長で
    ある157nm付近の波長の光であることを特徴とする
    請求項1〜4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。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5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。
  7. 【請求項7】 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6に記載
    のハーフトーン型位相シフトマスク。
  8. 【請求項8】 請求項6又は7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。
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