JP2004226893A - ハーフトーン位相シフトマスク及びそれを用いたレジスト露光方法並びにレジスト露光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透明基板11と、この透明基板11上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜12とを有するハーフトーン位相シフトマスクにおいて、ハーフトーン膜12の側壁を覆う遮光膜14を設ける。そして、ハーフトーン膜12の側壁を覆う遮光膜14により、ハーフトーン膜2で散乱した散乱光を制限し、隣接するハーフトーン膜2で散乱した散乱光と重複しないようにする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、透明基板と、この透明基板上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜を有するハーフトーン位相シフトマスク及びそれを用いたレジスト露光方法並びにレジスト露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レジスト露光装置で用いられる一般的なマスクは、光を透過する透明基板に、光を遮断する遮光層が選択的に形成され、遮光層が形成されていない部分を光が一定位相で通過し、遮光層が形成されている部分では光が透過しない。しかし、このようなマスクは、遮光層のエッジ部分で光の破壊、干渉現象が起こり、実質的には遮光領域が減って、要望するパターンを正確に再現することができなかった。
【0003】
このような一般的なマスクの短所を解決するものとしてハーフトーン位相シフトマスクがある。このハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板と、この透明基板上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜を有する。このハーフトーン膜は、位相を180°シフトさせ、入射される光を4〜30%のみ透過するものである。ここで、基板が露出した領域が露光光をそのまま透過する透過領域であり、ハーフトーン膜が形成されている領域が露光光の位相をシフトする位相シフト領域である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図4に、ハーフトーン膜の透過率とコントラストとの関係を示す。これは、100nmの1:1ライン&スペースパターンについて波長157nmの露光光を用いた場合について行ったシミュレーション結果であり、コントラストとは透明領域と位相シフト領域との境界における光強度のコントラストのことである。この条件において、光強度のコントラストが最大となるハーフトーン膜の透過率は、10〜15%である。ところが、ハーフトーン膜の透過率が15%以上であると、透過領域と位相シフト領域との境界において、コントラストが低下してしまう。
【0005】
また、図5に、ハーフトーン膜の透過率とレジスト解像度の関係を示す。これは、100nmの1:1ライン&スペースパターンについて波長157nmの露光光を用いてレジスト転写した結果である。この条件において、レジスト解像度が最小となるハーフトーン位相シフト膜の透過率は、17.3%である。ところが、ハーフトーン膜の透過率が21.9%以上であると、レジスト解像度が低下してしまう。
【0006】
このような問題が起こる原因を説明するために、以下に、低透過率のハーフトーン膜を用いた場合と高透過率のハーフトーン膜を用いた場合の光の振幅と光強度を比較する。
【0007】
まず、図6に、低透過率のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度プロファイルを示す。ハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板1と、この透明基板上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜2を有する。そして、ハーフトーン膜2で覆われていない透過領域を透過した光4に対して、ハーフトーン膜2を透過した光及びその散乱光は逆位相となる。ここで、ハーフトーン膜2は低透過率であるため、逆位相光の光振幅5及び逆位相散乱光の光強度振幅5aは小さい。よって、これらを重ね合わせた光の光強度プロファイル6は大きくなる。
【0008】
一方、図7に、高透過率のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度プロファイルを示す。ここで、ハーフトーン膜2は高透過率であるため、逆位相光の光振幅5及び逆位相散乱光の光強度振幅5aは大きい。さらに、ハーフトーン膜2を透過した光の散乱光は、隣接するハーフトーン膜2で透過した光の散乱光と重複し、逆位相の光強度を増幅させる。よって、この増幅した逆位相散乱光の光強度振幅5aが光強度プロファイル6の低下の原因となっている。そして、これが原因となって、ハーフトーン膜の透過率が高いと、コントラスト及びレジスト解像度が低下する。
【0009】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ハーフトーン膜の透過率が高い場合でも、コントラスト及びレジスト解像度が低下しないようなハーフトーン位相シフトマスク及びそれを用いたレジスト露光方法を得るものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板と、この透明基板上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜と、このハーフトーン膜の側壁を覆う遮光膜とを有する。この発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクの製造工程を示す断面図である。まず、図1(a)に示すように、透明基板11の上にハーフトーン膜12をスパッタにより形成する。透明基板11の材料は、露光で用いる露光光の波長において、透過率80%以上の高いものでなければならない。そこで、波長157nm以上の波長を有する露光光に対して透過率85%の改良型石英ガラスが用いられる。なお、透明基板11の大きさは6インチ角、厚さは0.25インチである。一方、ハーフトーン膜12は、適用する露光光の波長において、フォトレジスト転写時にサイドローブパターンが発生することなく、かつ、透過する光の位相を180°シフトしなければならない。この条件を満たすように、ハーフトーン膜12の膜厚及び材料が選択される。このハーフトーン膜12の材料として、TaSi(タンタルシリサイド)、ZrSi(ジルコンシリサイド)、MoSi(モリブデンシリサイド)、CrF(クロムフロライド)、SiO2(シリコンオキサイド)などが用いられる。特に、ハーフトーン膜12としてTaSiを含有するものを用いた場合、F2(波長157nm)レーザ光の照射に対し、ハーフトーン膜12の膜べりが少ないという利点がある。そして、ハーフトーン膜12上に、電子レジスト13を形成し、電子ビームを選択的に照射して描画を行う。
【0012】
次に、図1(b)に示すように、電子線レジスト13の現像を行う。ここでは、電子線レジスト13としてポジレジストを適用しているため、電子ビームが照射された領域の電子線レジスト13が現像液に溶解し、ハーフトーン膜12が露出する。
【0013】
そして、図1(c)に示すように、電子線レジスト13をマスクにしてハーフトーン膜12をドライエッチングし、透明基板1を部分的に露出させる。この時、ハーフトーン膜12と透明基板11のエッチング選択比を十分高くしなければならない。そこで、ドライエッチングは、例えば透明基板11が改良型石英ガラスでハーフトーン膜12がMoSiの場合、エッチングガスとしてCF4(テトラフルオロメタン)とO2(酸素)を流量比率20:1に制御したものを用いて、平行平板型リアクティブイオンエッチング(RIE)法により行う。
【0014】
次に、図1(d)に示すように、電子線レジスト13を剥離除去する。この時に用いる剥離液に対して、露出している透明基板11とハーフトーン膜12は十分な耐性がなければならない。そこで、電子線レジスト13の剥離液としては、硫酸と過酸化水素水を3:1の比率で混ぜ合わせた混合液が用いられる。
【0015】
そして、図1(e)に示すように、スパッタまたは真空蒸着等により、露出している透明基板11とハーフトーン膜12を覆うように、遮光膜14を形成する。この遮光膜14の材料は、適用する露光光の波長に対して透過率の小さいものでなければならない。例えば、157nm以上の波長に対して透過率が0.5%以下であるCr(クロム)が用いられる。そして、遮光膜14上に、電子線レジスト15を形成し、電子ビームを選択的に照射して描画を行う。この時、電子ビームがハーフトーン膜12の側壁のある部分以外の遮光膜14上の電子線レジスト15に照射されるようにする。
【0016】
次に、図1(f)に示すように、電子線レジスト15の現像を行う。ここでは、電子線レジスト15としてポジレジストを適用しているため、電子ビームが照射された領域の電子線レジスト15は、現像液に溶解し、遮光膜14が露出する。
【0017】
そして、図1(g)に示すように、電子線レジスト15をマスクにして遮光膜14をドライエッチングし、透明基板11及びハーフトーン膜12を部分的に露出させる。このドライエッチングに対して、透明基板11及びハーフトーン膜12は十分な耐性がなければならない。そこで、ドライエッチングは、遮光膜14がCrの場合、エッチングガスとしてCCl4(テトラクロロメタン)とO2(酸素)、あるいは、CH2Cl2(ジクロロメタン)とO2(酸素)を流量比率1:3に制御したものを用いて、平行平板型リアクティブイオンエッチング(RIE)法により行う。
【0018】
次に、図1(h)に示すように、電子線レジスト15を剥離除去する。この時に用いる剥離液に対して、露出している透明基板11とハーフトーン膜12は十分な耐性がなければならない。そこで、電子線レジスト15の剥離液としては、硫酸と過酸化水素水を3:1の比率で混ぜ合わせた混合液が用いられる。
【0019】
以上のようにして形成された本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクは、透明基板11と、この透明基板11上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜12と、このハーフトーン膜12の側壁を覆う遮光膜14とを有する。
【0020】
図2に、本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度プロファイルを示す。ハーフトーン膜12で覆われていない透過領域を透過した光4に対して、ハーフトーン膜12を透過した光及びその散乱光は逆位相となる。ここで、ハーフトーン膜12の側壁を覆う遮光膜14により、ハーフトーン膜12を透過した光の散乱光は制限され、隣接するハーフトーン膜12で散乱した光の散乱光とは重複しない。これにより、逆位相散乱光の光強度振幅5aの増幅を防ぐことができ、光強度プロファイル6のうち、透明領域を透過した光の光強度プロファイルを大きくすることができる。よって、ハーフトーン膜12の透過率が高い場合でも、コントラスト及びレジスト解像度の低下を防ぐことができる。
【0021】
図3に、本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクを有するレジスト露光装置を示す。このレジスト露光装置において、露光光源30から発する露光光が、ハーフトーン位相シフトマスク31を透過し、露光投影系レンズ32に入射され、この露光投影系レンズ32の内部で収束され、ウェハー等の基体33上に形成されたレジスト34に照射される。また、本実施の形態のレジスト露光方法は、本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスク31を用いて、基体33上に形成されたレジスト34を露光する。
【0022】
このような本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクを有するレジスト露光装置及びレジスト露光方法により、ハーフトーン膜の透過率が高い場合でも、コントラスト及びレジスト解像度の低下を防ぐことができる。
【0023】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、ハーフトーン膜の透過率が高い場合でも、コントラスト及びレジスト解像度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクの製造工程を示す断面図である。
【図2】本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度プロファイルを示す図である。
【図3】本実施の形態のハーフトーン位相シフトマスクを有するレジスト露光装置の技術概念を示す図である。
【図4】ハーフトーン膜の透過率とコントラストとの関係を示す図である。
【図5】ハーフトーン膜の透過率とレジスト解像度の関係を示す図である。
【図6】低透過率のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度プロファイルを示す図である。
【図7】高透過率のハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合の光の振幅と光強度を示す図である。
【符号の説明】
1 透明基板
2 ハーフトーン膜
4 光振幅
5 逆位相光の光振幅
5a 逆位相散乱光の光強度振幅
6 光強度プロファイル
11 透明基板
12 ハーフトーン膜
13 電子線レジスト
14 遮光膜
15 電子線レジスト
30 露光光源
31 ハーフトーン位相シフトマスク
32 露光投影系レンズ
33 基体
34 レジスト
Claims (4)
- 透明基板と、この透明基板上に所望パターンに形成されたハーフトーン膜と、このハーフトーン膜の側壁を覆う遮光膜とを有することを特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
- 前記ハーフトーン膜は少なくともTaSiを含有することを特徴とする請求項1記載のハーフトーン位相シフトマスク。
- 請求項1記載のハーフトーン位相シフトマスクを用いて、基体上に形成されたレジストを露光することを特徴とするレジスト露光方法。
- 請求項1記載のハーフトーン位相シフトマスクを有することを特徴とするレジスト露光装置。
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