JP2004199089A - Halftone phase shift mask blank and halftone phase shift mask - Google Patents
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Abstract
Description
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においてパターンを形成する際の露光転写用フォトマスクに関し、特に位相シフトフォトマスク及びこの位相シフトフォトマスクを製造するための位相シフトフォトマスクブランクスに関するものである。 The present invention relates to a photomask for exposure transfer when forming a pattern in a photolithography step in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a phase shift photomask and a phase shift photomask blank for manufacturing the phase shift photomask. is there.
近年の半導体の配線パターンの微細化に伴い、Si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。 With the recent miniaturization of semiconductor wiring patterns, the use of photomasks provided with a technology for improving resolution when transferring a pattern onto a Si wafer is becoming active. The phase shift method is one of the resolution improving techniques, and the transmitted light is diffracted by providing a phase shift portion on one side of the adjacent opening and making the phase difference between the projection lights transmitted through the adjacent pattern 180 degrees. When the light beams interfere with each other, the light intensity at the boundary is reduced, and as a result, the resolution of the transfer pattern is improved.
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、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。レベンソン型はパターンを遮光層で形成し、遮光パターンに隣接する開孔部の片側に位相シフト部を設けて位相反転させるもので解像性能と焦点深度は大きく向上する。(例えば、特許文献1または特許文献2を参照。)
また、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共に、且つ位相を反転させるものをハーフトーン型と呼び、同様な解像度向上効果を得ることが可能となる。この場合は特に孤立パターンの解像度向上に有効である。
In addition, a light-shielding layer that does not have complete light-shielding properties, and that allows the exposure light to pass through the translucent light-shielding layer at a resist sensitivity or lower and that inverts the phase is called a halftone type. It is possible to obtain. This case is particularly effective for improving the resolution of an isolated pattern.
然しながら、ハーフトーン型位相シフトマスクは透明基板上に半透明膜パターンを設け、半透明膜パターン領域で位相差および透過率が適切な値で無いと十分な転写効果は得られない。 However, the halftone phase shift mask has a translucent film pattern provided on a transparent substrate, and a sufficient transfer effect cannot be obtained unless the phase difference and transmittance in the translucent film pattern region are appropriate values.
通常半透明膜はスパッタリングを用いて成膜を行い、そのとき酸素や窒素ガス等の添加ガスの分量を調節することにより所望の屈折率や消衰係数を得るが、成膜後の膜は概して中間的な組成すなわち半結合状態である場合が多い。そのため成膜後の自然酸化等の経時的な変化やマスク製造工程内での加熱処理、もしくは露光時の露光光吸収により生ずる熱の影響で透過率、屈折率及び消衰係数等の光学定数が変化することはよく指摘されており、この結果として露光時のパターン転写精度に悪影響を及ぼすことが問題点として挙げられている。 Usually, a semi-transparent film is formed by sputtering, and a desired refractive index or extinction coefficient is obtained by adjusting the amount of an additional gas such as oxygen or nitrogen gas. In many cases, it has an intermediate composition, that is, a semi-bonded state. Therefore, optical constants such as transmittance, refractive index, and extinction coefficient are changed due to the change over time such as natural oxidation after film formation, heat treatment in the mask manufacturing process, or heat generated by absorption of exposure light at the time of exposure. It is often pointed out that the change occurs, and as a result, it is pointed out that the pattern transfer accuracy at the time of exposure is adversely affected.
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、熱処理工程及び特定の薬液処理工程を経ても透過率、屈折率及び消衰係数等の光学定数の変化を起こさない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を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and has no change in optical constants such as transmittance, refractive index, and extinction coefficient even after a heat treatment process and a specific chemical treatment process. And a halftone type phase shift mask.
本発明に於いて上記課題を解決するために、まず請求項1においては、透明基板上に半透明膜が形成された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、該半透明膜の最表面に80Å以上の厚さの酸化膜層を設けた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。 In order to solve the above-mentioned problems in the present invention, first, in a blank for a halftone type phase shift mask in which a translucent film is formed on a transparent substrate, the outermost surface of the translucent film has an angle of 80 °. A blank for a halftone phase shift mask, characterized in that an oxide film layer having the above thickness is provided.
また、請求項2においては、前記半透明膜はジルコニウムもしくはジルコニウム及び珪素を含んだ化合物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用ブランクスとしたものである。 According to a second aspect of the present invention, the translucent film is made of zirconium or a compound containing zirconium and silicon.
さらにまた、請求項3においては、前記酸化膜層は前記半透明膜の成膜工程後200℃以上の加熱処理により熱酸化された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用ブランクスとしたものである。 Furthermore, in the third aspect, the oxide film layer is thermally oxidized by a heat treatment at 200 ° C. or more after the step of forming the translucent film. This is a blank for a halftone phase shift mask.
さらにまた、請求項4においては、前記酸化膜層は金属と酸素の元素比率が金属1に対して酸素が2以上であることを特徴とする請求項1ないし3のうちいずれか一項に記載の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。 Furthermore, according to claim 4, the oxide film layer has an element ratio of metal to oxygen of 2 or more relative to metal 1 according to any one of claims 1 to 3. Of the half-tone type phase shift mask.
さらにまた、請求項5においては、前記酸化膜層はその下部に形成された前記半透明膜の酸化度の高い膜であることを特徴とする請求項1ないし4のうちいずれか一項に記載の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。 Furthermore, in claim 5, the oxide film layer is a film having a high degree of oxidation of the translucent film formed thereunder, wherein the oxide film layer is a film having a high degree of oxidation. Of the half-tone type phase shift mask.
さらにまた、請求項6においては、請求項1ないし5のうちいずれか一項に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。 Furthermore, in claim 6, a halftone type phase shift mask is formed by using the blank for a halftone type phase shift mask according to any one of claims 1 to 5. This is a shift mask.
本発明が提供するものは、透明基板上に形成された半透明膜の最表面に加熱処理して80Å以上の厚さで酸化膜層を形成することにより、マスク作製プロセスでの熱処理工程や薬液洗浄工程により生ずる半透明膜の透過率等の光学定数の変化を抑えることができるようにしたものである。 The present invention provides a heat treatment step in a mask manufacturing process and a chemical solution by forming an oxide film layer with a thickness of 80 ° or more by heating the outermost surface of a translucent film formed on a transparent substrate. This is to suppress changes in optical constants such as transmittance of the translucent film caused by the washing step.
本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを使ってハーフトーン型位相シフトマスクを作製する際作製工程中の熱処理、薬液処理に対して透過率、屈折率及び消衰係数等の光学定数の変化を起こさない、安定したハーフトーン型位相シフトマスクマスクを得ることができる。 Changes in optical constants such as transmittance, refractive index and extinction coefficient with respect to heat treatment and chemical treatment during the manufacturing process when manufacturing a halftone type phase shift mask using the blank for a halftone type phase shift mask of the present invention. A stable halftone type phase shift mask which does not cause a problem can be obtained.
さらに、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクマスクを使って、半導体製造プロセス中のフォトリソグラフィ工程に適用した際、位相シフトマスクとしての光学特性が維持されて、露光転写時のパターン解像度の向上を図ることができる。 Furthermore, when the halftone type phase shift mask of the present invention is applied to a photolithography step in a semiconductor manufacturing process, the optical characteristics of the phase shift mask are maintained, and the pattern resolution during exposure transfer is improved. Can be planned.
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクブランクス及びハーフトーン型位相シフトマスクは図1(b)及び図1(d)に示すような構成をしており、透明基板11上に形成された半透明膜12の最表面に加熱処理して酸化膜層13を設けることにより、マスク作成工程中での加熱処理又は露光時の露光光吸収により生ずる熱の影響による半透明膜パターン12aの透過率、屈折率及び消衰係数等の光学定数の変化を抑えることができ、位相シフトマスクとしての光学特性が維持されて、露光転写時のパターン解像度の向上を図るようにしたものである。
The halftone type phase shift mask blank and the halftone type phase shift mask of the present invention have a configuration as shown in FIGS. 1B and 1D, and a semitransparent film formed on a
まず、窒素、酸素、ハロゲンガス等の雰囲気中でジルコニウム又はジルコニウムシリサイドターゲットを使用したスパッタリングにて、石英ガラスからなる透明基板11上に屈折率、消衰係数及び膜厚を調節したジルコニウム又はジルコニウム化合物膜からなる半透明膜12を成膜する(図1(a)参照)。ここで、半透明膜12はジルコニウム又はジルコニウム化合物膜の単層膜か、2層以上の多層膜のいずれでも良い。
First, a zirconium or zirconium compound whose refractive index, extinction coefficient and film thickness are adjusted on a
次に、半透明膜12が形成された透明基板11を大気又は酸化性雰囲気中で、オーブン又はホットプレートにて200℃以上の温度にて加熱して、半透明膜12上に酸化膜層13を形成し、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクブランクス10を作製する(図1(b)参照)。
Next, the
上記ジルコニウム又はジルコニウム化合物からなる半透明膜12は成膜後自然酸化により50〜80Åの表面酸化膜層が形成されるが、この状態ではまだ熱に対して安定した膜になっておらず、加熱処理して熱酸化することにより半透明膜12上に80Å以上の酸化膜層が形成されて、半透明膜12は安定した膜になる。熱酸化のための加熱温度は200℃以上が必要で、好ましくは250℃前後である。この表面酸化膜層をESCAにて分析した結果金属(この場合にはZr及びSi)と酸素の組成比は金属1に対し酸素が2以上であった。
The
ここで、加熱処理により半透明膜の光学定数(特に透過率)が変化するため、あらかじめ加熱処理による変化を見込んで、初期の半透明膜の光学定数を設計する必要がある。 Here, since the optical constant (particularly, transmittance) of the translucent film changes due to the heat treatment, it is necessary to design the initial optical constant of the translucent film in advance in consideration of the change due to the heat treatment.
上記ハーフトーン型位相シフトマスクブランクス10にレジストを塗布し、電子線描画、現像、ベーク等の一連のパターニング処理を施して開口部15を有するレジストパターン14を形成する(図1(c)参照)。さらに、レジストパターン14をマスクにしてドライエッチングにて半透明膜12及び酸化膜層13を除去して半透明膜パターン12a及び酸化膜層パターン13aを形成し、レジスト剥離、洗浄の工程を経てマスクパターン16を有する本発明のハーフトーン型位相シフトマスク20を得る(図1(d)参照)。
A resist is applied to the halftone phase shift mask blanks 10 and subjected to a series of patterning processes such as electron beam drawing, development, and baking to form a
本発明の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を実施例により詳細に説明する。 Examples The blanks for a halftone type phase shift mask and the halftone type phase shift mask of the present invention will be described in more detail with reference to examples.
まず、DCスパッタ装置を用いて、チャンバー内にアルゴン(Ar)ガス及び酸素(O2)ガスを導入し、ジルコニウムシリサイド(ZrSi2)ターゲットを用いた反応性スパッタにより、合成石英ガラスからなる透明基板11上にシフタとなる2層膜構成の半透明膜12を成膜した。成膜条件は電力400Wで1層目成膜時のガス条件をAr/O2=28/2SCCM、2層目のガス条件をAr/O2=25/5SCCMとした。また、このとき得られた膜のn(屈折率)及びk(消衰係数)はそれぞれ1層目の膜がn=1.92、k=1.06、2層目の膜がn=1.95、k=0.204であった。
First, using a DC sputtering apparatus, an argon (Ar) gas and an oxygen (O 2 ) gas are introduced into a chamber, and a transparent substrate made of synthetic quartz glass is subjected to reactive sputtering using a zirconium silicide (ZrSi 2 ) target. A
次に、オーブンにて250℃1時間の熱処理を行い酸化膜層13を形成し、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクブランクス10を得た。
Next, heat treatment was performed at 250 ° C. for 1 hour in an oven to form an
次に、上記ハーフトーン型位相シフトマスクブランクス10上に電子線レジストをスピナーにより塗布してレジスト層を形成し、電子線描画、現像して開口部15を有するレジストパターン14を形成した。
Next, an electron beam resist was applied on the halftone phase shift mask blanks 10 by a spinner to form a resist layer, and electron beam drawing and development were performed to form a
次に、レジストパターン14をマスクにしてドライエッチングにて半透明膜12及び酸化膜層13をパターニングした後レジストパターン14を剥膜処理して、マスクパターン16からなるハーフトーン型位相シフトマスク20を得た。
Next, after patterning the
上記ハーフトーン型位相シフトマスクブランクス10及びハーフトーン型位相シフトマスク20の耐熱性及び耐薬品性試験を行った。
The halftone phase shift mask blanks 10 and the halftone
耐熱性については、250℃1時間の熱処理に対して透過率、屈折率及び消衰係数等の光学定数の変化は認められなかった。 Regarding heat resistance, there was no change in optical constants such as transmittance, refractive index, and extinction coefficient after heat treatment at 250 ° C. for 1 hour.
耐薬品性試験については、次の手順で行った。
(1)酸処理として70℃の濃硫酸に1時間浸漬する。
(2)アルカリ処理として50℃に加熱された30wt%のKOH溶液に1時間浸漬する。
(3)洗浄液処理として35℃に加熱されたAPM洗浄液(NH4OH:H2O2:H20=1:3:5)に1時間浸漬する。
The chemical resistance test was performed according to the following procedure.
(1) Immerse in concentrated sulfuric acid at 70 ° C. for 1 hour as an acid treatment.
(2) Immerse in a 30 wt% KOH solution heated to 50 ° C. for 1 hour as an alkali treatment.
(3) As a cleaning liquid treatment, the substrate is immersed in an APM cleaning liquid (NH 4 OH: H 2 O 2 : H 20 = 1: 3: 5) heated to 35 ° C. for 1 hour.
上記(1)〜(3)の処理を行った前後の分光透過率変化を測定した結果、測定波長193nm〜365nmの範囲で、0.2%未満の変化しかなく、実用上問題のない値であった。 As a result of measuring the change in the spectral transmittance before and after performing the above-described processes (1) to (3), the change was less than 0.2% within the measurement wavelength range of 193 nm to 365 nm, and was a value at which there was no practical problem. there were.
さらに、参考までに熱処理を施していない従来のブランクス及びマスクの耐熱性及び耐薬品性試験を行った。 Further, for reference, heat resistance and chemical resistance tests were performed on conventional blanks and masks that were not subjected to heat treatment.
耐熱性については、250℃1時間の熱処理で半透明膜の透過率が193nmの波長で0.4%、248nm波長で1.7%変化した。 As for the heat resistance, the transmittance of the translucent film changed by 0.4% at the wavelength of 193 nm and 1.7% at the wavelength of 248 nm by the heat treatment at 250 ° C. for 1 hour.
耐薬品性試験については、上記(1)〜(3)の条件で処理した前後の波長193、248及び365nmでの分光透過率の変化率を測定した結果を表1に示す。 In the chemical resistance test, Table 1 shows the results of measuring the rates of change in the spectral transmittance at wavelengths of 193, 248 and 365 nm before and after the treatment under the conditions (1) to (3).
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクブランクス10及びハーフトーン型位相シフトマスク20の半透明膜はジルコニウムシリサイド等のジルコニウム化合物以外にも、クロムやその化合物、モリブデンシリサイドといった薄膜にも適用可能である。
The translucent films of the halftone type phase shift mask blanks 10 and the halftone type
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においてパターンを形成する際の露光転写用フォトマスクに関し、特に位相シフトフォトマスク及びこの位相シフトフォトマスクを製造するための位相シフトフォトマスクブランクスに利用できる。 The present invention relates to a photomask for exposing and transferring when forming a pattern in a photolithography step in a semiconductor manufacturing process, and more particularly to a phase shift photomask and a phase shift photomask blank for manufacturing the phase shift photomask. .
(b)は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスの構成を示す模式断面図である。 (B) is a schematic sectional view showing a configuration of a blank for a halftone phase shift mask of the present invention.
(c)〜(d)は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法の一例を工程順に示す模式断面図である。 4C to 4D are schematic cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a halftone phase shift mask of the present invention in the order of steps.
(d)は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの構成を示す模式断面図である。 (D) is a schematic sectional view showing the configuration of the halftone type phase shift mask of the present invention.
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……半透明膜
13……酸化膜層
14……レジストパターン
15……開口部
16……マスクパターン
20……ハーフトーン型位相シフトマスク
10 blanks for halftone
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