JP2004213049A - ハーフトーン位相シフトマスク及びハーフトーン位相シフトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 超微細なパターンの形成を必要とせず、露光時の像形成に悪影響を及ぼす光強度のサブピークを抑え、かつ、素子領域の外側の多重露光される領域での透過率を下げた遮光パターンを有するハーフトーン位相シフトマスク及びハーフトーン位相シフトマスクの製造方法。
【解決手段】 透明基板１０１上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフト膜１０２を有するハーフトーン位相シフトマスクにおいて、透明基板１０１上の素子領域の外側の多重露光される領域１０７において、このハーフトーン位相シフト膜１０２の組成を、電磁波、粒子線、熱線等を照射する方法、組成を変化させたくない領域をマスキングした後に全体を活性な雰囲気に曝す方法で、変えることより、その領域の露光光に対する透過率を下げる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハーフトーン位相シフトマスクに関し、特に、超ＬＳＩ等の製造に用いられるフォトマスクの中、簡易に製造でき、かつ、微細パターンの形成が可能なハーフトーン位相シフトマスクに関する。

ハーフトーン位相シフトマスクは、微細パターンの形成には有効であるが、以下のような２つの問題があった。
（１）転写時に、ウェハー上に形成したい露光パターンの近傍に、光強度のサブピークを生じ、これが本来発生させたい露光パターンを変形してしまう、という問題があった。この問題は、特に大きな抜けパターンの近傍で顕著であり、位相シフトリソグラフィーの手法を用いずに十分解像できる大きな抜けパターンにおいては、むしろ従来型のクロムマスクよりも転写特性が劣ってしまう。

（２）ステッパーにより順に転写露光する際に、ウェハー上で隣接するショット（１回の露光で転写される範囲）同士が重なる領域が生じる。従来型のクロムマスクの場合、この多重露光領域を感光させたくない場合、マスクの周辺部を残しパターン（黒パターン）とすれば、露光光が完全に遮光され感光しなかったが、ハーフトーン位相シフトマスクにおいては、残しパターン部も半透明であるので、繰り返し多重露光されることより感光してしまう。

これらの問題への対策として、従来、以下の２つの方法が知られている。

（Ａ）露光光を実質的に透過させたくないマスク領域に、解像限界以下の超微細な繰り返しパターンを配置する方法（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１７５３４７号公報

（Ｂ）ハーフトーン位相シフト膜と、遮光膜、あるいは、高コントラストが得られる膜とを積層し、全体を所定のパターンに加工した後に、遮光膜、あるいは、高コントラストが得られる膜を必要なパターンに加工する方法。

上記の解決法（Ａ）は、１回のリソグラフィープロセスでマスクを作製できるとういう長所があったが、上述の繰り返しパターンは非常に微細なものでなければならず、これを形成することは非常に困難であった。また、解決法（Ｂ）は、パターン形成は容易であるものの、本質的に２度の製版を行う必要があり、工程が長くなってしまうという問題があった。

本発明は従来技術の上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、超微細なパターンの形成を必要とせず、露光時の像形成に悪影響を及ぼす光強度のサブピークを抑え、かつ、素子領域の外側の多重露光される領域での透過率を下げた遮光パターンを有するハーフトーン位相シフトマスクを提供することである。

上記目的を達成する本発明のハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクにおいて、前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層が、１種類以上の金属元素と、酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の中の１種類以上の元素との化合物を主成分とする層からなり、この層の一部の領域の組成は、この層の他の領域の組成を変化させた膜であることを特徴とするものである。

本発明のもう１つのハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクにおいて、前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層の一部の領域が、クロム元素と酸素元素とからなる化合物を主成分とする膜であり、この層の他の領域が、クロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜であり、前記クロム元素と酸素元素とからなる化合物を主成分とする膜は、前記クロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜の組成を変化させた膜であることを特徴とするものである。

これらにおいて、ハーフトーン位相シフトパターンの露光光に対する透過率が、透明基板の透過率を１００％としたときに、一部の領域において１％以下であり、他の領域において１から５０％である。また、望ましくは、他の領域における透過率は、５から３０％である。

この場合、この一部の領域は、ハーフトーン位相シフトマスクの転写時の多重露光部に対応する領域を含むマスク周辺部であっても、また、ハーフトーン位相シフト効果によらなくても解像可能なパターンの周辺部であってもよい。

本発明のハーフトーン位相シフトマスクの製造方法は、透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクの製造方法において、前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層を、１種類以上の金属元素と、酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の中の１種類以上の元素との化合物を主成分とする層から形成し、このパターンの一部の領域に、電磁波、又は粒子線、又は熱線を照射し、この照射領域の前記化合物の酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の含有量を他の領域での含有量と異ならせたことを特徴とするものである。

また、透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクの製造方法において、前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層をクロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜で形成し、このパターンの一部の領域に、電磁波、又は粒子線、又は熱線を照射し、この照射領域の前記クロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜の組成を変化させて、クロム元素と酸素元素とからなる化合物を主成分とする膜にしたことを特徴とするものである。

本発明の別のハーフトーン位相シフトマスクの製造方法は、透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクの製造方法において、前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層を、１種類以上の金属元素と、酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の中の１種類以上の元素との化合物を主成分とする層から形成し、前記ハーフトーン位相シフトマスクの一部の領域をマスキングした後、ハーフトーン位相シフトマスク全体を活性な雰囲気に曝し、マスキングをしない領域の前記化合物の酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の含有量を、マスキングした領域の含有量と異ならせたことを特徴とするものである。

また、透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクの製造方法において、前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層をクロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜で形成し、前記ハーフトーン位相シフトマスクの一部の領域をマスキングした後、ハーフトーン位相シフトマスク全体を活性な雰囲気に曝し、マスキングをしない領域の前記クロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜の組成を変化させて、クロム元素と酸素元素とからなる化合物を主成分とする膜にしたことを特徴とするものである。

以下、本発明の作用を含めて補足的に説明する。透明基板上に、単層又は多層であって、これを構成する層の中の少なくとも１層は、１種類以上の金属元素と、酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の中の１種類以上の元素との化合物を主成分とする層であるハーフトーン位相シフトパターンを備えたハーフトーン位相シフトマスクを、転写露光の際に隣接するショット同士で繰り返し露光される領域や、必ずしもハーフトーン位相シフト効果を使わずとも十分に転写形成できるパターンの一部又は全ての領域等において、上記の層の化合物の酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の中の１種類以上の元素の含有量を変えることにより、その領域での露光光に対する透過率を下げることによって前記の問題点を解決することができる。

具体的には、ハーフトーン位相シフトパターンが、透明基板の透過率を１００％としたときに、透過率が１から５０％であったものを、１％以下に下げることによって、前記の問題点を解決することができる。

上述のハーフトーン位相シフトパターンを構成する層の組成の変化は、ある特定の層の厚み方向全体に均一に変化させてもよく、また、層の一部だけを変化させてもよい。また、ハーフトーン位相シフトパターンが多層からなる場合、もちろん複数の層の組成を同時に変えることも可能である。

また、上記の従来の解決法（Ａ）、（Ｂ）と併用することも可能である。また、上記の問題点となっている領域に限らず、その他の理由により透過率を下げる必要が生じたときにも、本発明の方法をとることができる。

上述の化合物の組成を変える方法は、例えば、大気中、真空中、又は、活性な雰囲気中等で、特定な領域に電磁波、粒子線、熱線等を照射する方法、又は、組成を変化させたくない領域をマスキングした後に、全体を活性な雰囲気に曝す方法等が可能である。これにより、解像限界以下の超微細なパターンを形成せず、かつ、基本的に１回のリソグラフィープロセスにより、上記の問題点を解決することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明においては、ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層を、１種類以上の金属元素と、酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の中の１種類以上の元素との化合物を主成分とする層から構成し、透過率を低くしたい一部の領域において、この化合物の酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の含有量を他の領域での含有量と異ならせるだけで、超微細なパターンの形成を必要とせず、露光時の像形成に悪影響を及ぼす光強度のサブピークを抑え、かつ、素子領域の外側の多重露光される領域での透過率を下げたいわゆる遮光帯を有するハーフトーン位相シフトマスクが容易に得られる。

本発明のハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクにおいて、この層の一部の領域において、このハーフトーン位相シフト層の組成を変えることより、その領域の露光光に対する透過率を変えたものである。以下、この発明のハーフトーン位相シフトマスクを製造方法の実施例に基づいて説明する。

〔実施例１〕以下に、本発明による転写時の多重露光部の感光を防ぐいわゆる遮光帯を形成する実施例を図１の工程図に従って説明する。図１（ａ）に示すように、６インチ角、厚さ０．２５インチのフォトマスク用合成石英基板１０１上に、以下の条件で遠紫外線（ＤＵＶ）露光用ハーフトーン位相シフト膜１０２を成膜し、ＤＵＶ露光用ハーフトーン位相シフトマスクブランク１０３を得た。

成膜方法 ：ＤＣマグネトロンスパッタリング
ターゲット ：金属クロム
成膜ガス及び流量：アルゴン７５ｓｃｃｍ＋四フッ化炭素２５ｓｃｃｍ
成膜圧力 ：約４ｍＴｏｒｒ
電流 ：５アンペア
なお、この膜１０２の波長２５０ｎｍにおける屈折率及び消衰係数は、それぞれ１．７及び０．２７であり、したがって、ＤＵＶ露光用位相シフト膜として要求される膜厚（空気に対して位相を１８０°遅らせる厚さ）は約１８５ｎｍである。また、上述の膜１０２を石英基板１０１上に約１８５ｎｍ成膜したとき、その透過率は、透明基板を１００％としたとき、約１０％であった。

次に、図１（ｂ）に示すように、このブランク１０３の上に電子線レジスト１０４を塗布し、通常の電子線リソグラフィー法によりこれをパターニングし、図１（ｃ）に示すようなレジストパターン１０５を得た。このレジストパターン１０５をマスクとし、表面の露出しているハーフトーン位相シフト膜１０２を以下の条件でドライエッチングした。

エッチング方式 ：高周波反応性イオンエッチング
ガス及び流量 ：ジクロロメタン２０ｓｃｃｍ＋酸素５０ｓｃｃｍ
圧力 ：約３００ｍＴｏｒｒ
電力 ：２５０Ｗ
上記エッチング終了後、レジストパターン１０５を除去して、図１（ｄ）に示すようなＤＵＶ露光用ハーフトーン位相シフトマスク１０６を得た。

次に、遮光帯を作製するため、レーザー照射装置を用いて、図１（ｅ）に示すように、パターニングされているハーフトーン位相シフト膜の外周の符号１０７に示される領域を照射し、この領域１０７の波長２５０ｎｍにおける透過率を下げた。なお、このレーザー照射装置は、通常、クロムマスクの黒欠陥（クロム残し欠陥）を修正するときに使用される装置を改良して使用した。レーザーは、Ｑスイッチを有するＮｂ：ＹＡＧ（波長１．０６μｍ）を用い、ＹＡＧロッドから集光光学系に入る手前にアッテネータを設置し、照射量をクロム欠陥を修正する際の露光強度の約１／１０が所定領域に照射されるように設定した。また、クロム化合物ハーフトーン位相シフト膜のダメージと高調波（第二高調波：波長０．５３μｍ、第四高調波：波長０．２７μｍ）との関係を調べたが、波長が長くなる程位相シフト膜の透過率が上がるため、高調波を用いない方がダメージを与えない条件設定に余裕を持たせることが可能であった。さらに、パルス波とＣＷ波では、パルス波の方が位相シフト膜にダメージを与えず、透過率を下げることが可能であった。

そこで、図４、図５にそれぞれ１．０６μｍのパルス波レーザー照射の前後のハーフトーン位相シフト膜のＸ線光電子分光法による分析結果を示す。また、図６にフッ素に関してレーザー照射の前後の分析結果を対比して示す。また、Ｘ線光電子分光法に基づいたレーザー照射の前後のハーフトーン位相シフト膜の組成の検出結果を次の表に示す。

図４〜図６及び上記の表より、レーザー照射によりフッ素含有量が減り、酸素含有量が増えていることが分かる。

また、図７にレーザー照射の前後のハーフトーン位相シフト膜の分光透過率曲線を示す。この図から、露光光付近の波長（２５０ｎｍ）での透過率がレーザー照射により略０％となり、良好な遮光膜となっていることが分かる。

〔実施例２〕以下に、本発明によるサブピークの影響を低減したハーフトーン位相シフトフォトマスクの実施例を図２を参照にして説明する。実施例１と同様な方法で作成された図２（ａ）に断面を示すようなハーフトーン位相シフトマスク２０１において、ハーフトーン位相シフト効果を利用しなくとも十分解像できる大きなハーフトーン位相シフト膜のパターンの周辺２０２（図（ｂ））を、実施例１と同じレーザー照射装置で照射し、この部分の透過率を下げた。なお、このレーザー照射装置は、通常、フォトスマクの欠陥修正に使用するものであり、したがって、照射位置精度、照射面積の制御性等、フォトマスク上の任意のパターンの周辺を照射して透過率を下げるのに十分なものである。本実施例では、透過率を下げる領域を、パターン端から約１μｍとした。

これより、図２（ｂ）に断面を示すよう、通常、フォトマスクでは解像困難な微細パターンでは、ハーフトーン位相シフト効果を利用し、ハーフトーン位相シフト効果を利用せずに解像できる大きなパターンでは、ハーフトーン位相シフトマスクの欠点であるいわゆるサブピークを低減したハーフトーン位相シフトマスクを得ることができた。

〔実施例３〕以下に、本発明による遮光帯を形成する別の実施例について説明する。図８に、本実施例で使用する遮光帯形成装置の構成を示す。図中、６０１はマスクのホルダーであり、この上にハーフトーン位相シフトマスク６０７をセットする。なお、このホルダー６０１は、循環する冷媒６０２により冷却できるようになっている。６０３は赤外線ヒーターで、これによりハーフトーン位相シフトマスク６０７のハーフトーン位相シフト膜を加熱する。この際、遮光帯としない領域は、赤外線遮光マスク６０４によって赤外線を遮るようになっている。赤外線遮光マスク６０４も必要に応じて循環する冷媒６０５により冷却することができる。また、赤外線遮光マスク６０４は、支柱６０６から取り外し可能になっており、赤外線遮光マスク６０４を交換して遮光マスク形状を変えることにより、遮光帯パターンを任意に変えることができる。

以下に、図３を参照にして、図８の遮光帯形成装置を用いて遮光帯を形成する方法を説明する。実施例１と同様な方法で作成された図３（ａ）に断面を示すようなハーフトーン位相シフトマスク３０１を、図３（ｂ）に示すように、遮光帯形成装置のホルダー６０１上にセットする。この際、雰囲気は大気のままとする。次に、必要な形状の赤外線遮光マスク６０４を支柱６０６に取り付け、赤外線遮光マスク６０４がハーフトーン位相シフトマスク３０１のハーフトーン位相シフト膜の表面に接しない範囲で、ハーフトーン位相シフトマスク３０１表面に近接させる。続いて、赤外線ヒーター６０３を点灯し、また、マスクホルダー６０１及び赤外線遮光マスク６０４に冷却水を適量流すことにより、赤外線遮光マスク６０４により遮られない領域の表面温度を約４５０℃に、遮られる領域の表面温度を約２５０℃とし、この状態を６０分間保つことにより、図３（ｃ）に示すような所望の遮光帯３０５が得られる。この方法により得られた遮光帯は、実施例１に示されたものと略同様なものであった。

以上、本発明のハーフトーン位相シフトマスクをいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明の実施例１のハーフトーン位相シフトマスクを形成する工程図である。 実施例２のハーフトーン位相シフトマスクを形成する工程図である。 実施例３のハーフトーン位相シフトマスクを形成する工程図である。 実施例１においてレーザー照射前のハーフトーン位相シフト膜のＸ線光電子分光法による分析結果を示す図である。 実施例１においてレーザー照射後のハーフトーン位相シフト膜のＸ線光電子分光法による分析結果を示す図である。 実施例１においてレーザー照射前後のフッ素に関しての分析結果を対比して示す図である。 実施例１のハーフトーン位相シフト膜のレーザー照射前後の分光透過率スペクトルを示す図である。 実施例３で使用する遮光帯形成装置の構成を説明する図である。

符号の説明

１０１…フォトマスク用合成石英基板
１０２…ハーフトーン位相シフト膜
１０３…ハーフトーン位相シフトマスクブランク
１０４…電子線レジスト
１０５…レジストパターン
１０６、２０１、３０１、６０７…ハーフトーン位相シフトマスク
１０７…外周領域
２０２…大きなハーフトーン位相シフト膜パターンの周辺
３０５…遮光帯
６０１…マスクのホルダー
６０２、６０５…冷媒
６０３…赤外線ヒーター
６０４…赤外線遮光マスク
６０６…支柱

Claims (9)

1. 透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクにおいて、
   前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層が、１種類以上の金属元素と、酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の中の１種類以上の元素との化合物を主成分とする層からなり、この層の一部の領域の組成は、この層の他の領域の組成を変化させた膜であることを特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
2. 透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクにおいて、
   前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層の一部の領域が、クロム元素と酸素元素とからなる化合物を主成分とする膜であり、この層の他の領域が、クロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜であり、前記クロム元素と酸素元素とからなる化合物を主成分とする膜は、前記クロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜の組成を変化させた膜であることを特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
3. ハーフトーン位相シフトパターンの露光光に対する透過率が、透明基板の透過率を１００％としたときに、一部の領域において１％以下であり、他の領域において１から５０％であることを特徴とする請求項１又は２記載のハーフトーン位相シフトマスク。
4. 前記の一部の領域が、ハーフトーン位相シフトマスクの転写時の多重露光部に対応する領域を含むマスク周辺部であることを特徴とする請求項３記載のハーフトーン位相シフトマスク。
5. 前記の一部の領域が、ハーフトーン位相シフト効果によらなくても解像可能なパターンの周辺部であることを特徴とする請求項３記載のハーフトーン位相シフトマスク。
6. 透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクの製造方法において、
   前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層を、１種類以上の金属元素と、酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の中の１種類以上の元素との化合物を主成分とする層から形成し、このパターンの一部の領域に、電磁波、又は粒子線、又は熱線を照射し、この照射領域の前記化合物の酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の含有量を他の領域での含有量と異ならせたことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクの製造方法。
7. 透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクの製造方法において、
   前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層をクロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜で形成し、このパターンの一部の領域に、電磁波、又は粒子線、又は熱線を照射し、この照射領域の前記クロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜の組成を変化させて、クロム元素と酸素元素とからなる化合物を主成分とする膜にしたことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクの製造方法。
8. 透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクの製造方法において、
   前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層を、１種類以上の金属元素と、酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の中の１種類以上の元素との化合物を主成分とする層から形成し、前記ハーフトーン位相シフトマスクの一部の領域をマスキングした後、ハーフトーン位相シフトマスク全体を活性な雰囲気に曝し、マスキングをしない領域の前記化合物の酸素、フッ素、炭素、窒素、塩素の含有量を、マスキングした領域の含有量と異ならせたことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクの製造方法。
9. 透明基板上に単層又は２層以上の層からなるハーフトーン位相シフトパターンを有するハーフトーン位相シフトマスクの製造方法において、
   前記ハーフトーン位相シフトパターンの中の少なくとも１層をクロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜で形成し、前記ハーフトーン位相シフトマスクの一部の領域をマスキングした後、ハーフトーン位相シフトマスク全体を活性な雰囲気に曝し、マスキングをしない領域の前記クロム元素とフッ素元素とからなる化合物を主成分とする膜の組成を変化させて、クロム元素と酸素元素とからなる化合物を主成分とする膜にしたことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスクの製造方法。
   
   

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