JP2005077882A - Halftone phase shift mask blank, halftone phase shift mask, method for manufacturing halftone phase shift mask and method for transferring pattern - 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で使用される露光転写用のフォトマスク及びこれを製造するためのフォトマスク用ブランクに係るものであり、特に、ハーフトーン型位相シフトマスク、及びこれを製造するためのハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクに関する。 The present invention relates to a photomask for exposure transfer used in a photolithography process in a semiconductor manufacturing process and a photomask blank for manufacturing the photomask, and in particular, a halftone phase shift mask and the same. The present invention relates to a blank for a halftone type phase shift mask for manufacturing the same.
位相シフト法はシリコンウエハ上にパターンを転写する際の解像度向上技術の1つであり、開発が盛んに行われている。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、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の効果および焦点深度向上の効果を持つ。
上記のような位相シフト法は、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、及びパターン内部でレジストの感度以下での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る。
The phase shift method is one of techniques for improving the resolution when transferring a pattern onto a silicon wafer, and has been actively developed. In principle, by providing a phase shift unit in adjacent areas on the mask so that the phase difference of the transmitted light is 180 degrees, the transmitted light is diffracted and interferes with each other, reducing the light intensity at the boundary. As a result, the resolution of the transfer pattern is improved. This has the effect of improving the resolution of the fine pattern and the effect of improving the depth of focus, which are remarkably superior to those of a normal photomask.
As the phase shift method as described above, a Levenson type, a halftone type, and the like are known. In particular, the halftone phase shift mask sharpens the edge shape of transmitted light intensity by giving the semi-transparent film the role of phase inversion of transmitted light and the light shielding property within the pattern below the resist sensitivity. It has the effect of improving the resolution and depth of focus characteristics and faithfully transferring the mask pattern onto the wafer.
このハーフトーン型位相シフトマスクやハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクに用いられる膜材料は、金属(Me)とシリコン(Si)との化合物で形成されたものが多く、金属シリサイド化合物を形成する材料を用いていることが大部分である。具体的な金属としてはMoSi、TaSi、ZrSi等の材料を用いたものが提案されている。
尚、露光転写により形成するパターン寸法を所定倍率に拡大して転写用パターンを形成してあるフォトマスクを従来よりレチクルと称しているが、本発明に係る位相シフトマスクの分野に於いてもこれをレチクルと称しフォトマスクとして定義された範疇に含まれるものであるとする。
Incidentally, a photomask in which a pattern for transfer is formed by enlarging a pattern dimension formed by exposure transfer to a predetermined magnification is conventionally referred to as a reticle, but this is also used in the field of the phase shift mask according to the present invention. Is a reticle and is included in the category defined as a photomask.
半導体集積回路は集積度向上の目的から回路の微細化が進み、これに伴いマスクパターンをウエハ上に転写するステッパー(縮小投影露光装置)やスキャナーのリソグラフィー光源もKrFエキシマレーザー(波長248nm)、ArFエキシマレーザー(波長193nm)とより短波長領域に移行しており、今後はF2エキシマレーザー(波長157nm)へとより短波長へと移行している。 Semiconductor integrated circuits have been miniaturized for the purpose of improving the degree of integration, and accordingly, a stepper (reduced projection exposure apparatus) for transferring a mask pattern onto a wafer and a lithography light source for a scanner are also a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), ArF. The excimer laser (wavelength 193 nm) has shifted to a shorter wavelength region, and in the future, the F2 excimer laser (wavelength 157 nm) has shifted to a shorter wavelength.
また一方で、F2エキシマレーザー露光用のハーフトーン型位相シフトマスク材料は、157nmの波長に対応するために、従来のArF用ハーフトーン型位相シフト膜材料よりも膜中に含まれる酸素の量を多くして酸化度を高めるなどの方法により、透過率の確保をしている。このためMoSi材料などは酸化膜の薬液耐性,特にアルカリ耐性などが今後新たな課題としてあがってきている。 On the other hand, since the halftone phase shift mask material for F2 excimer laser exposure corresponds to a wavelength of 157 nm, the amount of oxygen contained in the film is smaller than that of the conventional ArF halftone phase shift film material. The transmittance is secured by increasing the degree of oxidation to increase the degree of oxidation. For this reason, the chemical resistance of oxide films, especially alkali resistance, etc. for MoSi materials has been raised as new issues in the future.
この点ではハーフトーン型位相シフトマスク材料として提案されているZrSi材料は、ZrO2若しくはZrSiO4などの化合物がアルカリなどの薬品耐性に非常に優れるなどの長所があり、今後酸化膜が半ば必須となるF2用ハーフトーン型位相シフトマスク等では非常に有望な材料である。
しかし、ZrSiは前記問題、すなわち検査波長域の光に対して透過性が高くなりやすく、検査時のコントラストが取りづらいことが問題として残されている。
In this respect, ZrSi materials proposed as halftone phase shift mask materials have the advantage that compounds such as ZrO 2 or ZrSiO 4 are extremely excellent in chemical resistance such as alkali, and in the future, an oxide film will be almost indispensable. This is a very promising material for the F2 halftone phase shift mask.
However, ZrSi is likely to be highly transmissive with respect to the above-described problem, that is, light in the inspection wavelength range, and it remains difficult to obtain contrast during inspection.
すなわち、リソグラフィー光源の短波長化の動きに比べフォトマスク検査に用いられる光源の追従は遅れており、リソグラフィー光源に比べ波長の長い光を使用している。従って、157nmや193nm等の露光波長で適性透過率(4〜20%程度)で製造されたハーフトーン型位相シフトマスクが、257nmや266nm、365nm等の検査波長域では透過率が高くなってしまい、この結果として検査時にガラス基板とのコントラストが不足するという問題があった。 That is, the tracking of the light source used for the photomask inspection is delayed as compared with the movement of the lithography light source to shorten the wavelength, and light having a longer wavelength than that of the lithography light source is used. Therefore, a halftone phase shift mask manufactured with an appropriate transmittance (about 4 to 20%) at an exposure wavelength such as 157 nm or 193 nm has a high transmittance in an inspection wavelength region such as 257 nm, 266 nm, or 365 nm. As a result, there is a problem that the contrast with the glass substrate is insufficient at the time of inspection.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、アルカリなどの薬品耐性に非常に優れたZrSi材料を用いたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクであって、検査波長域の光に対して透過性が高くならず、従って、検査時にガラス基板とのコントラストが不足することのないハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク、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課題とするものである。
また、上記ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法、並びにパターン転写方法を提供することを課題とする。
The present invention has been made to solve such problems, and is a blank for a halftone phase shift mask using a ZrSi material that is extremely excellent in chemical resistance such as alkali. It is an object of the present invention to provide a blank for a halftone phase shift mask and a halftone phase shift mask that do not have high transparency to light and therefore do not have insufficient contrast with a glass substrate during inspection. Is.
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing the halftone phase shift mask and a pattern transfer method.
本発明は、ガラス基板上に露光光に対して透明領域と、位相及び透過率を制御した単層若しくは多層の半透明膜領域を設けたハーフトーン型位相シフトマスクの製造に用いるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、該半透明膜領域の少なくとも一層以上の層の構成元素として、Zr元素及びSi元素及びZr以外の金属元素を同時に含有し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用ブランクである。 The present invention relates to a halftone type phase shift mask used for manufacturing a halftone type phase shift mask provided with a transparent region for exposure light on a glass substrate and a single-layer or multi-layer semitransparent film region with controlled phase and transmittance. A halftone phase shift mask characterized in that a Zr element, a Si element, and a metal element other than Zr are simultaneously contained as constituent elements of at least one layer of the translucent film region in the shift mask blank. Blank.
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記Zr以外の金属元素が、該Zr以外の金属元素の酸化膜をZr元素の酸化膜と比較したとき、マスク検査装置で用いられる光の波長域における消衰係数がZr元素の酸化膜の消衰係数より大きい消衰係数の酸化膜となるZr以外の金属元素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。 Further, according to the present invention, in the blank for halftone phase shift mask according to the above invention, when the metal element other than the Zr is compared with the oxide film of the metal element other than the Zr, the mask inspection apparatus For a halftone phase shift mask characterized in that the extinction coefficient in the wavelength region of the light used in the above is a metal element other than Zr which becomes an oxide film having an extinction coefficient larger than that of the oxide film of Zr element It is blank.
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記Zr以外の金属元素が、該Zr以外の金属元素の窒化膜をZr元素の窒化膜と比較したとき、マスク検査装置で用いられる光の波長域における消衰係数がZr元素の窒化膜の消衰係数より大きい消衰係数の窒化膜となるZr以外の金属元素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。 Further, according to the present invention, in the blank for a halftone phase shift mask according to the present invention, when a metal element other than Zr is compared with a nitride film of a metal element other than Zr, a mask inspection apparatus For a halftone phase shift mask characterized in that it is a metal element other than Zr that becomes a nitride film having an extinction coefficient larger than the extinction coefficient of the nitride film of Zr element. It is blank.
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記Zr以外の金属元素が、該Zr以外の金属元素の酸窒化膜をZr元素の酸窒化膜と比較したとき、マスク検査装置で用いられる光の波長域における消衰係数がZr元素の酸窒化膜の消衰係数より大きい消衰係数の酸窒化膜となるZr以外の金属元素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。 Further, the present invention provides a blank for a halftone phase shift mask according to the above invention, wherein the metal element other than the Zr is compared with the oxynitride film of the metal element other than the Zr when compared with the oxynitride film of the Zr element. Halftone type characterized by being a metal element other than Zr which becomes an oxynitride film having an extinction coefficient larger than the extinction coefficient of the oxynitride film of Zr element in the wavelength region of light used in the inspection apparatus This is a blank for a phase shift mask.
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記Zr以外の金属元素が、Mo、Ta、Nb、W、Tiの群から選択される元素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。 In the halftone phase shift mask blank according to the present invention, the metal element other than the Zr is an element selected from the group of Mo, Ta, Nb, W, and Ti. This is a blank for a halftone phase shift mask.
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記Zr元素及び前記Zr以外の金属元素の含有量の合計が、原子比10%以下の組成比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。 In the blank for a halftone phase shift mask according to the present invention, the total content of the Zr element and the metal elements other than the Zr is a composition ratio having an atomic ratio of 10% or less. This is a blank for a halftone phase shift mask.
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを用いて製造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である。 Further, the present invention is a halftone phase shift mask manufactured using the blank for a halftone phase shift mask according to the above invention.
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを用いて製造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の製造方法である。 Moreover, this invention is manufactured using the blank for halftone type phase shift masks by the said invention, It is a manufacturing method of the halftone type phase shift mask characterized by the above-mentioned.
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスクを用い、フォトリソグラフィ法による露光転写でパターン形成を行うことを特徴とするパターン転写方法である。 The present invention is also a pattern transfer method characterized in that a pattern is formed by exposure transfer by a photolithography method using the halftone phase shift mask according to the above invention.
本発明は、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、半透明膜領域の少なくとも一層以上の層の構成元素として、Zr元素及びSi元素及びZr以外の金属元素を同時に含有しているので、アルカリなどの薬品耐性に非常に優れ、且つ検査波長域の光に対して透過性が高くならず、従って、検査時にガラス基板とのコントラストが不足することのないハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクとなる。
また、上記ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを用いているので、アルカリなどの薬品耐性に非常に優れ、且つ検査波長域の光に対して透過性が高くならず、従って、検査時にガラス基板とのコントラストが不足することのないハーフトーン型位相シフトマスク、及びその製造方法となる。
In the blank for a halftone phase shift mask according to the present invention, since it contains simultaneously a Zr element, a Si element, and a metal element other than Zr as a constituent element of at least one layer of the translucent film region, an alkali or the like Therefore, it is a halftone phase shift mask blank that does not have high transparency with respect to light in the inspection wavelength range and does not have insufficient contrast with the glass substrate during inspection.
In addition, since the blank for the halftone phase shift mask is used, it is extremely excellent in chemical resistance such as alkali and does not have high transparency to light in the inspection wavelength range. This is a halftone phase shift mask and a method of manufacturing the same.
以下に、本発明を実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments.
本発明は、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク等のマスクブランクにおいて、ZrSiの特徴を生かしつつ課題を克服するために、上記元素に検査波長域の消衰係数より選ばれた特定の第3元素を添加、すなわち、Zr元素及びSi元素及びZr以外の特定金属元素の3元素を同時に含有することを具体的に定めるものである。
この材料の組み合わせを用いることで、薬品耐性に優れ且つ検査時のコントラストをも向上させること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が得られる。
The present invention provides a specific third element selected from an extinction coefficient in the inspection wavelength region in order to overcome the problems while utilizing the characteristics of ZrSi in a mask blank such as a blank for a halftone phase shift mask. In other words, it is specifically determined that Zr element, Si element, and three specific metal elements other than Zr are contained simultaneously.
By using this combination of materials, it is possible to obtain a halftone phase shift mask blank that is excellent in chemical resistance and can improve the contrast at the time of inspection.
以下に、実施例により具体的に説明する。
[各種金属窒化物の検査波長域における消衰係数の比較]
表1に各種金属窒化物膜の検査波長域における消衰係数を比較した。比較に際しては単一金属の酸化物若しくは窒化物ではなく、実際のハーフトーン型位相シフトマスクの実状に近い形として金属とSiとを同時に含んだ膜について消衰係数を比較した。尚、比較の際に各膜でSiに対する金属の比率は統一しているため、この比較がすなわち各金属間での消衰係数の大小の比較となる。
Hereinafter, specific examples will be described.
[Comparison of extinction coefficients of various metal nitrides in the inspection wavelength range]
Table 1 compares the extinction coefficients of various metal nitride films in the inspection wavelength region. In comparison, extinction coefficients were compared for films containing both metal and Si at the same time as actual halftone phase shift masks instead of single metal oxides or nitrides. In the comparison, the ratio of metal to Si is uniform in each film, so this comparison is a comparison of the extinction coefficients between the metals.
り検査コントラストの上で有利である。
[各種金属酸化物の検査波長域における消衰係数の比較]
次に、表2に各種金属酸化物膜の検査波長域における消衰係数を比較した。前記表1と同様、比較に際しては単一金属の酸化物若しくは窒化物ではなく、実際のハーフトーン型位相シフトマスクの実状に近い形として金属とSiとを同時に含んだ膜について消衰係数を比較した。尚、比較の際に各膜でSiに対する金属の比率は、やはり前記窒化膜の場合と同様に統一している。
[Comparison of extinction coefficients of various metal oxides in the inspection wavelength range]
Next, Table 2 compares extinction coefficients of various metal oxide films in the inspection wavelength region. As in Table 1, the extinction coefficient is compared for a film that contains both metal and Si at the same time as the actual halftone phase shift mask, rather than an oxide or nitride of a single metal. did. In the comparison, the ratio of metal to Si in each film is the same as in the nitride film.
すなわち、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを構成する場合に検査波長での透過率に関して、Zrを用いた場合の酸化膜よりも低く抑えることが可能となり検査コントラストの上で有利である。
[膜中の金属/シリコン比率の比較]
表3は、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにパターンニング加工を施し、フォトマスクとして加工する際に行うドライエッチングプロセスにおいて、膜中に占める金属比率に対するエッチングレートの特性について調べた結果である。加工は以下の条件にて行った。
That is, when forming a halftone phase shift mask blank, the transmittance at the inspection wavelength can be suppressed to be lower than that of the oxide film using Zr, which is advantageous in terms of inspection contrast.
[Comparison of metal / silicon ratio in film]
Table 3 shows the results of examining the characteristics of the etching rate with respect to the metal ratio in the film in a dry etching process performed when patterning is performed on a blank for a halftone phase shift mask and processing as a photomask. Processing was performed under the following conditions.
・エッチングガス:C2 F6 =50SCCM
・圧力:5mTorr
・レジスト:ZEP700
・印加電力:RF=150W、IPC300W
Etching gas: C 2 F 6 = 50 SCCM
・ Pressure: 5mTorr
・ Resist: ZEP700
・ Applied power: RF = 150W, IPC300W
[ハーフトーン型位相シフトマスクの作製]
本実施例1ではZr及びSi及びZr以外の金属元素としてMoが含有された膜について、検査波長域での消衰係数の検討を行い、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクの作製を行った。
[Fabrication of halftone phase shift mask]
In Example 1, a film containing Mo as a metal element other than Zr, Si, and Zr is examined for an extinction coefficient in an inspection wavelength region, and a blank for a halftone phase shift mask and a halftone phase shift A mask was prepared.
ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの成膜は反応性スパッタリングを用いて行った。スパッタリング装置にはマグネトロンスパッタリング装置を使用し、酸化膜はArおよびO2ガスの雰囲気中、窒化膜はArおよびN2雰囲気中でガラス基板上に成膜している。
尚、導入ガスを適宜変更することにより、同様に弗化等がなされた薄膜を得ることも可能である。
The halftone phase shift mask blank was formed by reactive sputtering. A magnetron sputtering apparatus is used as the sputtering apparatus. The oxide film is formed on the glass substrate in an atmosphere of Ar and O 2 gas, and the nitride film is formed in an atmosphere of Ar and N 2 .
It is also possible to obtain a thin film that has been similarly fluorinated by appropriately changing the introduced gas.
ターゲットとして、Zr及びSi及びMoが表4の割合で含有されている焼結ターゲット1〜4を用いて成膜を行った。表5は、その結果を示すものであるが、Moの含有により波長193nm以降の検査波長域の消衰係数が大きくなることが確認される。 Film formation was performed using sintered targets 1 to 4 containing Zr, Si, and Mo in the proportions shown in Table 4 as targets. Table 5 shows the results. It is confirmed that the extinction coefficient in the inspection wavelength region after the wavelength of 193 nm is increased by the inclusion of Mo.
・上層膜膜厚:534[Å]
・下層膜膜厚:260[Å]
・位相差:180度、 露光波長157nmでの透過率:6%
この結果、分光特性に優れ且つ薬液に対しても耐性を有するハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを得た。
・ Upper layer film thickness: 534 [Å]
・ Under film thickness: 260 [mm]
-Phase difference: 180 degrees, transmittance at an exposure wavelength of 157 nm: 6%
As a result, a halftone phase shift mask blank having excellent spectral characteristics and resistance to chemicals was obtained.
次に、こうして得たハーフトーン型位相シフトフォトマスク用ブランクに、レジスト塗布、露光、現像等のレジストプロセス、及びドライエッチングを行うことによりパターンを形成した。ドライエッチング条件は以下の通りである。ドライエッチング装置にはICPドライエッチング装置を使用した。 Next, a pattern was formed on the thus obtained blank for halftone phase shift photomask by performing a resist process such as resist coating, exposure and development, and dry etching. The dry etching conditions are as follows. An ICP dry etching apparatus was used as the dry etching apparatus.
・エッチングガス:C2 F6 =50SCCM
・圧力:5mTorr
・印加電力:RF=150W、IPC300W
尚、エッチングガスはこの他のガスを使った場合でもエッチングは可能である。
Etching gas: C 2 F 6 = 50 SCCM
・ Pressure: 5mTorr
・ Applied power: RF = 150W, IPC300W
It should be noted that the etching gas can be etched even when other gases are used.
実施例1では、Zrよりも検査波長域において消衰係数が高い金属を含有した場合のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクについて述べたが、Zr以外の金属を含有せずにハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを比較例1として作製し、以下に両者の比較を行った。作製方法は上記実施例1の場合と同じである。 In the first embodiment, the halftone phase shift mask blank in the case of containing a metal having a higher extinction coefficient in the inspection wavelength region than Zr has been described, but the halftone phase shift without containing any metal other than Zr. A mask blank was produced as Comparative Example 1, and a comparison was made below. The manufacturing method is the same as in the case of Example 1 above.
・上層膜膜厚:567[Å]
・下層膜膜厚:247[Å]
表6は、実施例1の各波長における透過率と実施例2の各波長における透過率を対比したものである。表6に示すように、実施例1においては透過率の低下が認められる。
・ Upper layer film thickness: 567 [Å]
・ Under film thickness: 247 [Å]
Table 6 compares the transmittance at each wavelength in Example 1 with the transmittance at each wavelength in Example 2. As shown in Table 6, in Example 1, a decrease in transmittance is observed.
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