JP2004145065A - Blank for halftone version phase shift mask, its phase shift mask and method for manufacturing semiconductor device using the mask - Google Patents

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JP2004145065A
JP2004145065A JP2002310821A JP2002310821A JP2004145065A JP 2004145065 A JP2004145065 A JP 2004145065A JP 2002310821 A JP2002310821 A JP 2002310821A JP 2002310821 A JP2002310821 A JP 2002310821A JP 2004145065 A JP2004145065 A JP 2004145065A
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mask
shift mask
blank
halftone
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Toshihiro Ii
伊井 稔博
Takashi Haraguchi
原口 崇
Tadashi Matsuo
松尾 正
Tadashi Saga
佐賀 匡
Koichiro Kanayama
金山 浩一郎
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Toppan Inc
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Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blank for a phase shift halftone mask for preventing decrease of accuracy in the measurement of the length or correction due to the decrease of the contrast of a secondary electron image which induces problems during the measuring the mask dimension by CD-SEM (critical dimension scanning electron microscope: length measuring SEM) and correcting a mask by a FIB (focused ion beam) in the process of manufacturing a photomask using a blank for a phase shift halftone mask. <P>SOLUTION: The blank for a halftone phase shift mask is produced by forming a single-layer or multilayer thin film layer which is semitransparent and has a controlled phase and transmittance for an exposure light source on a transparent glass base. The sheet resistance of the above blank measured on the surface of the thin film layer formed to control the retardation or transmittance ranges from 1×10<SP>8</SP>to 1×10<SP>14</SP>Ω/square. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造プロセス中のフォトリソグフィ工程において、縮小投影露光のパターンを形成するフォトマスク用ブランクに関するものであり、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びその位相シフトマスク及びそのマスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ここ数年の半導体デバイスの急激な微細化に伴い、半導体の基板(以下、ウエハと記す)上にマスクパターンを転写するフォトリソグラフ技術も同時に進歩を遂げてきた。縮小投影露光装置(ステッパー)は解像性を向上させるために、i線(波長λ=365nm)以降、KrFエキシマレーザ(波長λ=248nm)、ArFエキシマレーザ(波長λ=193nm)といった遠紫外線領域、更にはF2レーザ(波長λ=157nm)の真空紫外線領域へと、短波長化の一途を辿っている。
【0003】
位相シフト法は、半導体装置の製造プロセス中のフォトリソグラフ技術における解像度向上技術の1つであり、露光光源の波長以下の微細なパターンをウエハ上に形成する際に多く使われる技術である。原理的にはマスク上の隣接する領域に互いの透過光の位相差が180度となるように位相シフト部を設けることにより、双方の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。これにより通常のフォトマスクに比べて飛躍的に優れた微細パターンの解像度向上効果および焦点深度向上の効果を持つものである。
【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、特許文献1などに記載されており、位相シフト部の構造によって分類された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、半透明膜に透過光の位相反転作用および、パターンを形成する半透明膜内部でレジストの感度以下にする遮光性の役割を持たせる事により透過光強度のエッジ形状を急峻にして解像性や焦点深度特性を向上させると共にマスクパターンを忠実にウエハ上に転写する効果を有したものであり、特に孤立パターンの解像度向上に有効である。
【0005】
【特許文献1】
特開昭58−173744号
【0006】
ハーフトーン型位相シフトマスクには、位相差と透過率を与える半透明性となる単層若しくは多層の薄膜層(以下、半透明膜層と記す)が一種類の薄膜層で構成された単層型ハーフトーン型位相シフトマスクと、二種類以上の薄膜層から構成された多層型ハーフトーン型位相シフトマスクとがある。多層型ハーフトーン型位相シフトマスクのうちもっとも簡単な半透明膜層の構造は、位相をシフト調整する薄膜層と、透過率を調整する薄膜層とを別々の薄膜層で形成し、順次積層させ制御する二層型ハーフトーン型位相シフトマスクである。
【0007】
ハーフトーン型位相シフトマスク(以下、マスク用ブランクを含む)においては、半透明膜層は露光波長である紫外線の透過率が一般的には5〜15%、同じく反射率は0〜25%、マスクパターン検査装置の検査波長域での透過率が5〜40%という分光光学的条件(分光特性)を満足しなければならない。
【0008】
この理由として、露光波長での反射率が高いと、縮小投影露光によりウエハ上にパターン転写を行う際、ハーフトーン型位相シフトマスクとウエハとの間隙で多重反射によってパターンの転写精度が低下してしまう。また、ハーフトーン型位相シフトマスクの検査及びパターン寸法の測定では主に365nm(i線)の可視光や257nmの紫外線が用いられるが、この検査波長に対する透過率が40%を超えると、透明性ガラス基材の透過部(ガラス基材)と半透明膜層部のコントラストが低下し、パターン画像の検査及びパターン寸法の測定が困難になるという問題が生じてしまうからである。
【0009】
上記のような必要条件、すなわち波長の短い紫外線領域での透過性、および可視光域までの平坦な分光特性を実現するための方策として、ハーフトーン型位相シフトマスクのための半透明膜材料としては、MoSi(モリブデンシリサイド)などの金属シリサイドやCrF(弗化クロム)などの金属弗化物が提案され、i線露光やKrF露光において使用されてきた。
【0010】
ハーフトーン型位相シフトマスクに限らず、フォトマスク用ブランクの薄膜層の成膜方法としては、一般に透明性のガラスの基材への付着力に優れたスパッタリング法が用いられる。
【0011】
しかし、近年の露光光源の短波長化すなわちArFエキシマレーザといった遠紫外線領域、更にはF2レーザの真空紫外線領域で実用上の透過率(5から15%)を有する前記半透明膜材料をスパッタリングで成膜する場合、従来使用していた材料よりも半透明膜のシート抵抗値(表面抵抗値)が大きく増加する。
【0012】
しかしながらこの半透明膜のシート抵抗値の増加は、半透明膜材料のパターニングには問題とはならない。なぜならば、電子線描画時の電子線レジストと触れている層つまり半透明膜層表面上にクロム若しくは酸化クロムなどの金属層を配する事によって、帯電による異常なパターン形成を防ぐ対策が採用されている。なお、前記金属層はメインパターンの形成終了後、フォトリソグラフ工程によって除去し、ハーフトーン型位相シフトマスクが完成する。
【0013】
その一方で、微細化が進むことによりシート抵抗値の高い半透明膜層が、フォトマスク製造において不具合となる問題が発生した。その問題となる工程とは、CD−SEM(測長SEM)によるマスク寸法の測長する工程と、FIB修正装置(集束イオンビーム)によるマスクパターンの欠陥を修正する工程である。
【0014】
前記CD−SEMによるマスク寸法の測長は、従来の可視光を使用した測長装置よりも微細なパターン寸法の測長が可能な為、近年良く使われる技術である。CD−SEMは、パターン部の半透明膜層表面と非パターン部の透明性ガラスの基材表面に電子線を照射し、そこからでてくる二次電子像の強弱のコントラストによりパターン画像を認識し、パターンの形状の確認やパターン寸法の測長等行う。
【0015】
ここでパターン部を形成する半透明膜層表面のシート抵抗値が高い場合、照射する電子線によるパターン部の帯電により二次電子像がぶれたり、ひいては二次電子の放出効率が落ち非パターン部である透明性ガラスの基材とのコントラスト差が取れなくなる為に正確な測長ができなくなる。
【0016】
また、FIB修正装置によるマスク欠陥を修正する時にも照射する集束イオンビームによる二次電子像によりパターンの視認性を取得している為、同様な現象がおこり得る。その為、微細パターンの修正精度に重大な支障をきたす。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、縮小投影時の露光光源に対し実用上十分な透過率を有しながら一方で電子線やイオンビームによるパターンの測長や修正時の視認性が確保され、マスクパターンの欠陥修正やパターン寸法の測定が可能となるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びその位相シフトマスク及びそのマスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的としたものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明の請求項1に係る発明は、透明性ガラスの基材1上に露光光源に対して位相及び透過率を制御した半透明性となる単層若しくは多層の薄膜層(半透明膜層2)を形成したハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク10において、位相差若しくは透過率を制御する目的で形成した前記薄膜層2の表面上を計測したシート抵抗値が、1×10Ω/□〜1×1014Ω/□(□は、1cm角)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用ブランクである。
【0019】
本発明の請求項2に係る発明は、請求項1記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク10に、ハーフトーン型位相シフトマスクの製造プロセス中のフォトリソグラフ技術により、前記薄膜層2内にパターン3を設けることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクである。
【0020】
本発明の請求項3に係る発明は、前記ハーフトーン型位相シフトマスク20が、半導体装置の製造プロセス中のフォトリソグラフ技術によりArFエキシマレーザ若しくはF2エキシマレーザを照射する縮小投影露光装置に装着され、半導体装置用の基板上に縮小投影するパターン部を設けることを特徴とする請求項2記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用いた半導体装置の製造方法である。
【0021】
【作用】
半導体デバイスの急激な微細化に伴い、半導体装置を製造するフォトリソグラフ技術に用いる縮小投影露光装置(ステッパー)の照射光はArFエキシマレーザ(波長λ=193nm)更にはF2レーザ(波長λ=157nm)と、短波長化の一途を辿っている。本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクでは、位相差若しくは透過率を制御する目的で形成した薄膜層が短波長化する照射光に対し実用上十分な位相差若しくは透過率を有しながら、且つ薄膜層表面上のシート抵抗値が、1×10Ω/□〜1×1014Ω/□に制御したことにより、照射する電子線やイオンビームによるパターンの測長や欠陥修正時の視認性の確保を可能となるため、マスクパターン寸法の測定や、マスクパターンの欠陥修正が正確に精度良くできる。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1(a)は、本発明におけるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの一実施例の側断面図である。ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク10は、透明なガラス基材1上に透過率を調整し位相を変調する半透明膜層2を有したものである。上記の特徴を有する半透明膜層2は、層数に制限はなく、表面にブランク製造時に自然若しくは構造安定化の為に熱処理した際に形成される膜厚数十Å程度の酸素原子多い領域即ち酸化層を含んでいてもかまわない。
【0023】
一方、半透明膜層2は、ウエハ上にパターンを形成する際にパターンエッジ部に位相シフト効果が現れ、且つパターン部は光を透過し過ぎない透過率を有していることが必要である。実用的に、透過率5から15%であり、位相差に関しては、フォトマスクのパターン上において半透明膜層の材料の存在しない非パターン部と半透明膜層の材料の存在するパターン部との差が理想的には180度のシフト量が好ましいが、実用上は180±5度であれば良い。
【0024】
半透明膜層2の材料は、金属シリサイド系材料が挙げられる。つまり、金属シリサイドから派生する酸化物である金属シリケート、窒化物である金属シリコンナイトライド、またこの中間である金属シリコンオキシナイトライドである。これらの金属化合物は、単一、混合物いずれでもかまわない。
【0025】
半透明膜層2の材料を基材1上に形成するには、金属シリサイドもしくは金属とシリコンからなるターゲットを使用したスパッタリング法により片側の基材1上に半透明膜層2を形成する。その際に、使用するガスは希ガスと反応性ガスの混合ガスであるが、希ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、反応性ガスとしては、酸素、窒素、酸化窒素、一酸化二窒素、二酸化窒素などがある。
【0026】
前記基材1は、特に制限するものはないが、露光光源に対し透過率が出来るだけ高いもの、例えば石英ガラスやフッ化カルシウム(蛍石)等の材料が特に好ましい。
【0027】
また、本発明におけるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク上にフォトマスクパターン形成時の帯電対策の為、前記半透明膜層2表面に導通性を有するクロム等の遷移金属を含む金属層を設けてもよい。
【0028】
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの半透明膜層2上に、スピンコート法により所定の感光性のレジストを塗布し電子線レジスト層を形成する。次に、電子線描画法により電子線レジスト層にパターンを描画形成する。次に、現像処理により電子線レジストパターンを形成する。次に、ドライエッチング処理により半透明膜層2内にパターンを形成する。次に、電子線レジスト層3を剥膜処理により剥離後、ハーフトーン型位相シフトマスクが完成する。
【0029】
図1(b)は、本発明におけるハーフトーン型位相シフトマスクの一実施例の側断面図である。本発明におけるハーフトーン型位相シフトマスク20は、基材1上の半透明膜層2からなるマスクパターン3が形成されている。マスクパターン3部と非マスクパターン部を透過する透過光は位相差が180度となり、且つマスクパターン3部は透過率を最適化するため、半導体装置の製造プロセス中のフォトリソグフィ工程において縮小投影露光のパターンを形成する際、被転写体のウエハ上のフォトレジストに感光されずに解像度向上効果及び焦点深度向上の効果が得られるように決定される。すなわち、前記マスクパターン3部と非マスクパターン部の透過光は、回折、干渉し合う境界部で光強度を弱めてエッジ形状を形成する。
【0030】
半導体装置の製造では、露光装置である縮小投影露光装置(ステッパー)が用いられる。ハーフトーン型位相シフトマスクは縮小投影露光装置のマスクとして使用する。前記縮小投影露光装置は、前記ハーフトーン型位相シフトマスクを露光光線で縮小投影して半導体装置の基板(ウエハ)上に結像させてパターンを転写する装置である。通常、半導体装置の製造方法では、被写体である基板(ウエハ)上にハーフトーン型位相シフトマスクを装着した縮小投影露光装置により縮小投影するパターンを転写形成する工程がある。前記パターンの転写工程は、パターン形状の正確性が求られ、その微細なパターンの再現性が重要な要素として要求されている。本発明の半導体装置の製造方法は、縮小投影露光装置に装着するマスクに本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを用いる方法である。すなわち、公知である半導体装置を製造するプロセス中のフォトリソグラフィ工程で使用する縮小投影露光転写用のフォトマスクを本発明のハーフトーン型位相シフトマスクに変更する製造方法である。
【0031】
〈実施例1〉
まず、DCスパッタリング装置を用いて、アルゴン(Ar)ガス及び窒素(N2)ガスを条件によってガス比を設定してチャンバ内に導入し、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石英ガラス基材上に膜厚が800Å、193nmの波長に対して位相差180度となるようにジルコニウムシリコンナイトライド(ZrSiN)の半透明膜層を成膜した。
【0032】
これらの膜をJIS−K6911−1995に準拠した絶縁抵抗率計でシート抵抗を計測した。その際の成膜ガス条件に対するシート抵抗値の結果を表1(条件1〜条件9)に示す。表1は、実施例1におけるジルコニウムシリコンナイトライド形成条件を示す。
【0033】
【表1】

Figure 2004145065
【0034】
上記に示す条件1〜9のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの片側の半透明膜層上に金属層の酸化クロム及びクロム層形成した後、スピンコート法により電子線レジスト層を形成し、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを作成した。
【0035】
更に、前記ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクに電子線描画機により電子線レジスト上にパターニングを行った。続いて金属層のクロム層のエッチング処理し、半透明膜層のエッチング処理後、電子線レジスト及び金属層のクロム層は剥離処理を行い除去し、ハーフトーン型位相シフトマスク、条件1〜9を作成した。
【0036】
CD−SEM(加速電圧25kV)により前記ハーフトーン型位相シフトマスクのジルコニウムシリコンナイトライドで形成したパターンを観察し、半透明膜層と石英ガラスの基材よりの二次電子像のコントラストが取れるかどうか確認した。その結果を表2(条件1〜条件9)に示す。表2は、実施例1におけるハーフトーン型位相シフトマスクのCD−SEMにおけるコントラストの有無を示す。
【0037】
【表2】
Figure 2004145065
【0038】
尚、位相差の測定にはレーザーテック社製MPM−193を使用した。
【0039】
〈実施例2〉
DCスパッタリング装置を用いて、チャンバ内にアルゴン(Ar)ガス及び酸素(O2)ガスを条件によってガス比を設定して導入し、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まず石英ガラス基材上にジルコニウムシリケート(ZrSiO)を200Å積層した。この層をA層とする。
【0040】
続いて、A層の上にA層よりも透明性の高いジルコニウムシリケート層をArとO2ガスの反応性スパッタにより800Å積層し、この層をB層とする。すなわち、基材上にA層、B層の半透明膜層を形成した。A層とB層のガス条件を表3の条件項目に示す。また、表3(条件10〜条件13)は、実施例2におけるジルコニウムシリケート形成条件及びシート抵抗値を示す。
【0041】
【表3】
Figure 2004145065
【0042】
前記の半透明膜層をJIS−K6911−1995に準拠した絶縁抵抗率計でシート抵抗を計測した。そのシート抵抗値の結果を上記の表3の結果項に示す。
【0043】
更に、前記半透明膜層の193nm及び157nmの光線での透過率をJ.A.Woollam製VUV−Baseで測定を行った。その結果を図4(条件10〜条件13)に示す。表4は、実施例2におけるジルコニウムシリケートの透過率を示す。
【0044】
【表4】
Figure 2004145065
【0045】
次に、前記基材上の半透明膜層表面に金属層の酸化クロム及びクロム層を形成した後、その全面に電子線レジスト層を形成し、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを作成した。
【0046】
更に、前記ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクに電子線描画機により電子線レジスト上にパターニングを行った。続いて金属層のエッチング、位相シフターとなる半透明膜層層をエッチングし、パターン形成後、電子線レジストと金属層を剥離処理しハーフトーン型位相シフトマスク(条件10〜13)を作成した。
【0047】
CD−SEM(加速電圧25kV)によりジルコニウムシリコンナイトライドで形成した前記ハーフトーン型位相シフトマスクのパターンを観察し、半透明膜層層の表面と石英ガラス基材の表面とを二次電子像のコントラストが取れるかどうか確認した。その結果を表5に示す。表5は、実施例2におけるハーフトーン型位相シフトマスクのCD−SEMにおけるコントラストの有無を示す。
【0048】
【表5】
Figure 2004145065
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク若しくはマスクとそれらの製造方法によれば、本来のハーフトーン型位相シフトマスクの役割である位相差及び透過率を変調し、パターン解像力の向上という特徴と併せ、シート抵抗を最適化することにより、フォトマスク作製時に二次電子の利用が可能である為、本発明のブランクで作製したフォトマスクはCD−SEMによる測長が可能であり、本発明のブランクで作製したフォトマスクはFIBによる修正時の視認性確保が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】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それを用いた位相シフトマスクの一実施例の側断面図で、(a)は、位相シフトマスク用ブランクであり、(b)は、位相シフトマスク。
【符号の説明】
1…(透明ガラスの)基材
2…半透明性の薄膜(半透明膜層)
3…(マスクの)パターン
10…ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク
20…ハーフトーン型位相シフトマスク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photomask blank for forming a pattern of reduced projection exposure in a photolithography step in a semiconductor device manufacturing process, and relates to a halftone type phase shift mask blank and its phase shift mask and its mask. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device used.
[0002]
[Prior art]
With the rapid miniaturization of semiconductor devices in recent years, photolithographic technology for transferring a mask pattern onto a semiconductor substrate (hereinafter, referred to as a wafer) has also made progress. In order to improve the resolution, the reduction projection exposure apparatus (stepper) uses a deep ultraviolet region such as a KrF excimer laser (wavelength λ = 248 nm) and an ArF excimer laser (wavelength λ = 193 nm) after i-line (wavelength λ = 365 nm). Further, the wavelength has been steadily shortened to a vacuum ultraviolet region of an F2 laser (wavelength λ = 157 nm).
[0003]
The phase shift method is one of the resolution improving techniques in the photolithographic technique during the manufacturing process of a semiconductor device, and is a technique often used when forming a fine pattern having a wavelength equal to or less than the wavelength of an exposure light source on a wafer. In principle, by providing a phase shift section in adjacent regions on the mask so that the phase difference between the transmitted lights becomes 180 degrees, the light intensity at the boundary portion when both transmitted lights are diffracted and interfere with each other. , Thereby improving the resolution of the transfer pattern. As a result, the resolution of fine patterns and the depth of focus can be significantly improved as compared with ordinary photomasks.
[0004]
The above-described phase shift method is proposed by IBM's Levenson et al. And described in Patent Document 1 and the like, and a Levenson type, a halftone type, and the like classified according to the structure of the phase shift unit are known. In particular, the halftone phase shift mask has a function of inverting the phase of transmitted light in the semi-transparent film and having a light-shielding role within the semi-transparent film forming the pattern to reduce the sensitivity of the resist to less than the edge of the transmitted light intensity. It has a steep shape to improve resolution and depth of focus characteristics and has the effect of faithfully transferring a mask pattern onto a wafer, and is particularly effective in improving the resolution of an isolated pattern.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-58-173744 [0006]
The halftone type phase shift mask has a single-layer structure in which a single-layer or multi-layer thin-film layer (hereinafter, referred to as a semi-transparent film layer) that provides a phase difference and transmittance is formed of one type of thin-film layer. Type halftone phase shift masks and multilayer halftone type phase shift masks composed of two or more types of thin film layers. The simplest structure of the translucent film layer of the multi-layer halftone type phase shift mask is that the thin film layer for adjusting the phase shift and the thin film layer for adjusting the transmittance are formed as separate thin film layers and laminated sequentially. This is a two-layer halftone phase shift mask to be controlled.
[0007]
In a halftone type phase shift mask (hereinafter, including a mask blank), the translucent film layer generally has a transmittance of 5 to 15% for ultraviolet light which is an exposure wavelength, and also has a reflectance of 0 to 25%. Spectral optical conditions (spectral characteristics) that the transmittance in the inspection wavelength range of the mask pattern inspection apparatus is 5 to 40% must be satisfied.
[0008]
The reason for this is that if the reflectance at the exposure wavelength is high, when pattern transfer is performed on the wafer by reduced projection exposure, the transfer accuracy of the pattern decreases due to multiple reflections in the gap between the halftone phase shift mask and the wafer. I will. In addition, in the inspection of the halftone phase shift mask and the measurement of the pattern dimension, visible light of 365 nm (i-line) or ultraviolet light of 257 nm is mainly used. This is because the contrast between the transmissive part (glass base material) of the glass base material and the translucent film layer part is reduced, which causes a problem that it becomes difficult to inspect a pattern image and measure a pattern dimension.
[0009]
As a measure for achieving the above requirements, that is, transmittance in the ultraviolet region of short wavelength, and flat spectral characteristics up to the visible light region, as a translucent film material for a halftone type phase shift mask Metallicides such as MoSi (molybdenum silicide) and metal fluorides such as CrF (chromium fluoride) have been proposed, and have been used in i-line exposure and KrF exposure.
[0010]
In addition to the halftone phase shift mask, as a method of forming a thin film layer of a photomask blank, a sputtering method that is excellent in adhesion of a transparent glass to a substrate is generally used.
[0011]
However, in recent years, the translucent film material having a practical transmittance (5 to 15%) in a deep ultraviolet region such as an ArF excimer laser, and further in a vacuum ultraviolet region of an F2 laser has been formed by sputtering. When a film is formed, the sheet resistance value (surface resistance value) of the translucent film is greatly increased as compared with a conventionally used material.
[0012]
However, this increase in the sheet resistance of the translucent film does not pose a problem in the patterning of the translucent film material. This is because, by arranging a metal layer such as chromium or chromium oxide on the layer that is in contact with the electron beam resist at the time of electron beam writing, that is, on the surface of the translucent film layer, measures are taken to prevent abnormal pattern formation due to charging. ing. After the formation of the main pattern is completed, the metal layer is removed by a photolithography process to complete a halftone phase shift mask.
[0013]
On the other hand, as the miniaturization progresses, there arises a problem that a translucent film layer having a high sheet resistance value becomes a problem in photomask production. The problematic steps are a step of measuring a mask dimension by a CD-SEM (length measuring SEM) and a step of correcting a defect in a mask pattern by an FIB correcting apparatus (a focused ion beam).
[0014]
The length measurement of the mask dimension by the CD-SEM is a technique that is often used in recent years because it is possible to measure a finer pattern dimension than a conventional length measuring apparatus using visible light. The CD-SEM irradiates the surface of the semi-transparent film layer in the pattern portion and the surface of the transparent glass substrate in the non-pattern portion with an electron beam, and recognizes the pattern image based on the contrast of the secondary electron image generated from the electron beam. Then, the shape of the pattern is checked and the length of the pattern is measured.
[0015]
Here, when the sheet resistance of the surface of the translucent film layer forming the pattern portion is high, the secondary electron image is blurred due to the charging of the pattern portion by the irradiating electron beam, and the secondary electron emission efficiency is reduced, and the non-pattern portion is reduced. Since the difference in contrast with the transparent glass base material cannot be obtained, accurate length measurement cannot be performed.
[0016]
A similar phenomenon can also occur when correcting the mask defect by the FIB correcting device because the visibility of the pattern is obtained by the secondary electron image by the focused ion beam applied. For this reason, the accuracy of correcting the fine pattern is seriously affected.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a blank for a halftone phase shift mask, which has a practically sufficient transmittance to an exposure light source at the time of reduction projection, while at the same time measuring and correcting a pattern by an electron beam or an ion beam. It is an object of the present invention to provide a blank for a halftone type phase shift mask capable of correcting a defect of a mask pattern and measuring a pattern dimension while ensuring visibility, a phase shift mask thereof, and a method of manufacturing a semiconductor device using the mask. It is what it was.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 of the present invention provides a single-layer or multi-layer semi-transparent film having a phase and transmittance controlled with respect to an exposure light source on a transparent glass substrate 1. In the blank 10 for a halftone type phase shift mask on which a thin film layer (semi-transparent film layer 2) is formed, the sheet resistance measured on the surface of the thin film layer 2 formed for the purpose of controlling the phase difference or transmittance is: This is a blank for a halftone phase shift mask, which has a density of 1 × 10 8 Ω / □ to 1 × 10 14 Ω / □ (□ is a 1 cm square).
[0019]
The invention according to claim 2 of the present invention provides a method for forming a pattern in the thin film layer 2 on the blank for a halftone type phase shift mask 10 by photolithography during the manufacturing process of the halftone type phase shift mask. 3 is a halftone type phase shift mask,
[0020]
The invention according to claim 3 of the present invention is characterized in that the halftone phase shift mask 20 is mounted on a reduction projection exposure apparatus that irradiates an ArF excimer laser or an F2 excimer laser by a photolithographic technique during a semiconductor device manufacturing process, 3. A method of manufacturing a semiconductor device using a halftone type phase shift mask according to claim 2, wherein a pattern portion to be reduced and projected is provided on a substrate for the semiconductor device.
[0021]
[Action]
With the rapid miniaturization of semiconductor devices, irradiation light of a reduction projection exposure apparatus (stepper) used for photolithography technology for manufacturing semiconductor devices is irradiated with an ArF excimer laser (wavelength λ = 193 nm) and an F2 laser (wavelength λ = 157 nm). The wavelength is being shortened. In the blank for a halftone type phase shift mask of the present invention, the thin film layer formed for the purpose of controlling the phase difference or transmittance has a practically sufficient phase difference or transmittance for irradiation light whose wavelength is shortened, In addition, by controlling the sheet resistance value on the surface of the thin film layer to 1 × 10 8 Ω / □ to 1 × 10 14 Ω / □, the length of the pattern by the irradiation of the electron beam or the ion beam and the visual recognition at the time of defect correction. Therefore, measurement of the mask pattern dimension and defect correction of the mask pattern can be accurately and accurately performed.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1A is a side sectional view of one embodiment of a blank for a halftone type phase shift mask according to the present invention. The blank for a halftone type phase shift mask 10 has a translucent film layer 2 for adjusting the transmittance and modulating the phase on a transparent glass substrate 1. The translucent film layer 2 having the above characteristics is not limited in the number of layers, and has a region on the surface where the number of oxygen atoms is as large as about several tens of millimeters, which is formed when the blank is manufactured by heat treatment for natural or structural stabilization. That is, an oxide layer may be included.
[0023]
On the other hand, the translucent film layer 2 needs to have a phase shift effect at the pattern edge when a pattern is formed on the wafer, and the pattern must have a transmittance that does not transmit light too much. . Practically, the transmittance is 5 to 15%, and the phase difference between the non-pattern portion where the material of the translucent film layer does not exist on the pattern of the photomask and the pattern portion where the material of the translucent film layer exists does not exist. The difference is ideally a shift amount of 180 degrees, but in practice, it may be 180 ± 5 degrees.
[0024]
The material of the translucent film layer 2 includes a metal silicide-based material. That is, metal silicate, which is an oxide derived from metal silicide, metal silicon nitride, which is a nitride, and metal silicon oxynitride, which is an intermediate between them. These metal compounds may be single or a mixture.
[0025]
In order to form the material of the translucent film layer 2 on the substrate 1, the translucent film layer 2 is formed on one side of the substrate 1 by a sputtering method using a target made of metal silicide or a metal and silicon. At this time, the gas used is a mixed gas of a rare gas and a reactive gas, but the rare gas is argon, helium, neon, krypton, xenon, and the reactive gas is oxygen, nitrogen, nitrogen oxide, There are nitrous oxide and nitrogen dioxide.
[0026]
The substrate 1 is not particularly limited, but a material having a transmittance as high as possible to an exposure light source, for example, a material such as quartz glass or calcium fluoride (fluorite) is particularly preferable.
[0027]
Further, in order to prevent charging when forming a photomask pattern on a blank for a halftone phase shift mask in the present invention, a metal layer containing a transition metal such as chromium having conductivity is provided on the surface of the translucent film layer 2. Is also good.
[0028]
On the translucent film layer 2 of the halftone phase shift mask of the present invention, a predetermined photosensitive resist is applied by a spin coating method to form an electron beam resist layer. Next, a pattern is drawn and formed on the electron beam resist layer by an electron beam drawing method. Next, an electron beam resist pattern is formed by a development process. Next, a pattern is formed in the translucent film layer 2 by dry etching. Next, after stripping the electron beam resist layer 3 by a stripping process, a halftone phase shift mask is completed.
[0029]
FIG. 1B is a side sectional view of one embodiment of a halftone type phase shift mask according to the present invention. In the halftone type phase shift mask 20 of the present invention, a mask pattern 3 composed of a translucent film layer 2 on a substrate 1 is formed. The transmitted light transmitted through the mask pattern portion 3 and the non-mask pattern portion has a phase difference of 180 degrees, and the mask pattern 3 portion has a reduced projection exposure in a photolithography step in a semiconductor device manufacturing process in order to optimize the transmittance. Is determined such that the effect of improving the resolution and the effect of improving the depth of focus can be obtained without being exposed to the photoresist on the wafer of the transfer-receiving object. That is, the transmitted light of the mask pattern 3 portion and the non-mask pattern portion forms an edge shape by weakening the light intensity at the boundary portion where diffraction and interference occur.
[0030]
In the manufacture of semiconductor devices, a reduction projection exposure apparatus (stepper), which is an exposure apparatus, is used. The halftone phase shift mask is used as a mask of a reduction projection exposure apparatus. The reduction projection exposure apparatus is an apparatus for transferring a pattern by reducing and projecting the halftone phase shift mask with an exposure light beam to form an image on a substrate (wafer) of a semiconductor device. Normally, in a method of manufacturing a semiconductor device, there is a step of transferring and forming a pattern to be reduced and projected by a reduction projection exposure apparatus equipped with a halftone type phase shift mask on a substrate (wafer) as a subject. In the pattern transfer process, accuracy of the pattern shape is required, and reproducibility of the fine pattern is required as an important factor. The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention is a method of using the halftone phase shift mask of the present invention as a mask to be mounted on a reduction projection exposure apparatus. That is, this is a known manufacturing method in which a photomask for reduction projection exposure transfer used in a photolithography step in a process of manufacturing a semiconductor device is changed to the halftone type phase shift mask of the present invention.
[0031]
<Example 1>
First, using a DC sputtering apparatus, an argon (Ar) gas and a nitrogen (N2) gas are introduced into a chamber with a gas ratio set according to conditions, and the quartz sputtering is performed on a quartz glass substrate by reactive sputtering using a zirconium silicide target. Then, a semi-transparent film layer of zirconium silicon nitride (ZrSiN) was formed to have a thickness of 800 ° and a phase difference of 180 ° with respect to a wavelength of 193 nm.
[0032]
These films were measured for sheet resistance using an insulation resistivity meter based on JIS-K6911-1995. Table 1 (Conditions 1 to 9) shows the results of the sheet resistance values with respect to the film forming gas conditions at that time. Table 1 shows conditions for forming zirconium silicon nitride in Example 1.
[0033]
[Table 1]
Figure 2004145065
[0034]
After forming a metal layer of chromium oxide and a chromium layer on the semitransparent film layer on one side of the halftone phase shift mask blank under the conditions 1 to 9 described above, an electron beam resist layer is formed by spin coating, A blank for a tone-type phase shift mask was prepared.
[0035]
Further, the blank for the halftone type phase shift mask was patterned on an electron beam resist by an electron beam drawing machine. Subsequently, the chromium layer of the metal layer is etched, and after the etching process of the translucent film layer, the electron beam resist and the chromium layer of the metal layer are peeled off and removed. Created.
[0036]
By observing a pattern formed of zirconium silicon nitride of the halftone type phase shift mask by CD-SEM (acceleration voltage: 25 kV), can a contrast of a secondary electron image from the semitransparent film layer and the quartz glass substrate be obtained? I checked. The results are shown in Table 2 (conditions 1 to 9). Table 2 shows the presence or absence of contrast in the CD-SEM of the halftone phase shift mask in Example 1.
[0037]
[Table 2]
Figure 2004145065
[0038]
In addition, MPM-193 made by Lasertec was used for the measurement of the phase difference.
[0039]
<Example 2>
Using a DC sputtering apparatus, an argon (Ar) gas and an oxygen (O2) gas are introduced into a chamber at a set gas ratio depending on conditions, and are first deposited on a quartz glass substrate by reactive sputtering using a zirconium silicide target. Zirconium silicate (ZrSiO) was laminated at 200 °. This layer is referred to as layer A.
[0040]
Subsequently, a zirconium silicate layer having a higher transparency than the A layer is laminated on the A layer by reactive sputtering of Ar and O 2 gas at 800 °, and this layer is used as a B layer. That is, the translucent film layers A and B were formed on the substrate. Table 3 shows the gas conditions of the A layer and the B layer. Table 3 (Conditions 10 to 13) shows zirconium silicate formation conditions and sheet resistance values in Example 2.
[0041]
[Table 3]
Figure 2004145065
[0042]
The sheet resistance of the translucent film layer was measured with an insulation resistivity meter based on JIS-K6911-1995. The results of the sheet resistance are shown in the results section of Table 3 above.
[0043]
Further, the transmittance of the translucent film layer in the light of 193 nm and 157 nm was determined by J. Org. A. The measurement was performed using Woollam's VUV-Base. The results are shown in FIG. 4 (conditions 10 to 13). Table 4 shows the transmittance of zirconium silicate in Example 2.
[0044]
[Table 4]
Figure 2004145065
[0045]
Next, after a chromium oxide and a chromium layer of a metal layer were formed on the surface of the translucent film layer on the base material, an electron beam resist layer was formed on the entire surface thereof, thereby producing a blank for a halftone phase shift mask.
[0046]
Further, the blank for the halftone type phase shift mask was patterned on an electron beam resist by an electron beam drawing machine. Subsequently, the metal layer was etched, the translucent film layer serving as a phase shifter was etched, and after pattern formation, the electron beam resist and the metal layer were peeled off to prepare a halftone phase shift mask (conditions 10 to 13).
[0047]
By observing the pattern of the halftone type phase shift mask formed of zirconium silicon nitride by CD-SEM (acceleration voltage: 25 kV), the surface of the semitransparent film layer and the surface of the quartz glass substrate were compared with the secondary electron image. We checked whether contrast could be obtained. Table 5 shows the results. Table 5 shows the presence or absence of contrast in the CD-SEM of the halftone type phase shift mask in Example 2.
[0048]
[Table 5]
Figure 2004145065
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the blank or mask for a halftone phase shift mask of the present invention and the method for manufacturing the same, the phase difference and transmittance, which are the roles of the original halftone phase shift mask, are modulated, and the pattern is modulated. By optimizing the sheet resistance in combination with the feature of improving the resolving power, secondary electrons can be used at the time of photomask fabrication. Therefore, photomasks fabricated using the blank of the present invention can be measured by CD-SEM. Thus, the photomask manufactured by using the blank of the present invention has an effect that the visibility at the time of repair by the FIB can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of an embodiment of a halftone phase shift mask blank and a phase shift mask using the same according to the present invention, wherein (a) is a blank for a phase shift mask, and (b) is a blank. , Phase shift mask.
[Explanation of symbols]
1 ... substrate (of transparent glass) 2 ... translucent thin film (semi-transparent film layer)
3 ... pattern (of mask) 10 ... blank for halftone type phase shift mask 20 ... halftone type phase shift mask

Claims (3)

透明性ガラスの基材上に露光光源に対して位相及び透過率を制御した半透明性となる単層若しくは多層の薄膜層を形成したハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、位相差若しくは透過率を制御する目的で形成した前記薄膜層の表面上を計測したシート抵抗値が、1×10Ω/□〜1×1014Ω/□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用ブランク。The phase difference or transmittance of a blank for a halftone type phase shift mask in which a single-layer or multi-layer thin film layer which is semi-transparent and whose phase and transmittance are controlled with respect to an exposure light source on a transparent glass substrate is formed. A sheet resistance value measured on the surface of the thin film layer formed for the purpose of controlling the thickness of the thin film layer is 1 × 10 8 Ω / □ to 1 × 10 14 Ω / □. blank. 請求項1記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクに、ハーフトーン型位相シフトマスクの製造プロセス中のフォトリソグラフ技術により、前記薄膜層内にパターン部を設けることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。2. The halftone phase shift mask according to claim 1, wherein a pattern portion is provided in the thin film layer by a photolithographic technique during a manufacturing process of the halftone phase shift mask. mask. 前記ハーフトーン型位相シフトマスクが、半導体装置の製造プロセス中のフォトリソグラフ技術によりArFエキシマレーザ若しくはF2エキシマレーザを照射する縮小投影露光装置に装着され、半導体装置用の基板上に縮小投影するパターン部を設けることを特徴とする請求項2記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用いた半導体装置の製造方法。The halftone type phase shift mask is mounted on a reduction projection exposure apparatus that irradiates an ArF excimer laser or an F2 excimer laser by a photolithographic technique during a semiconductor device manufacturing process, and a pattern unit that performs reduction projection on a substrate for a semiconductor device. 3. A method for manufacturing a semiconductor device using a halftone phase shift mask according to claim 2, wherein:
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