JP2008310092A

JP2008310092A - フォトマスク

Info

Publication number: JP2008310092A
Application number: JP2007158326A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kaneko; 英雄金子
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-25
Also published as: KR20080110464A

Abstract

【課題】フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分などに起因して生じるパターン解像度の低下を抑制すること。
【解決手段】露光光に対して透明な石英やフッ化カルシウムなどの透明基板１１の主面に掘り込み形成された凹部がパターニングされており、この凹部に遮光性膜１２が設けられている。この遮光性膜１２形成領域が遮光部、遮光性膜非形成領域が透光部となる。したがって、従来構造であれば遮光性膜１２によって遮られることとなる露光光の透過光量を大幅に低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体集積回路等の製造などに用いられるフォトマスクに関する。

ＩＣ、ＬＳＩ又はＶＬＳＩ等の半導体集積回路の製造をはじめとして、広範囲な用途に用いられているフォトマスクは、例えば、透光性基板上にクロムを主成分とする遮光膜が形成されたフォトマスクブランクを用い、この遮光膜に紫外線や電子線等を露光光とするフォトリソグラフィ法により所定のパターンを形成したものである。近年では、半導体集積回路の高集積化等の市場要求に伴ってパターンの微細化が急速に進行し、露光工程でのレジスト解像度を高めるための露光波長の短波長化やレンズの開口数の増大により対応がなされてきた。

しかしながら、露光波長の短波長化は装置や材料のコスト増大を招く結果となるという問題がある。また、レンズの開口数の増大は解像度の向上という利点の反面、焦点深度の減少を招く結果、プロセスの安定性が低下し、製品の歩留まりに悪影響を及ぼすという問題がある。このような問題の解決に対して有効なパターン転写法のひとつに「位相シフトマスク」をフォトマスクとして用いる「位相シフト法」が知られている（特許文献１）。

これらのフォトマスクは、透明基板上に遮光性膜を形成したフォトマスクブランクの遮光性膜上にレジストを塗布し、当該レジストを露光・現像して所定のパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして上記遮光性膜をエッチングした後にレジストを除去することによって作製される。

従来、フォトマスクのパターンをシリコンウエーハなどの被転写基板に転写する際には、空気中での露光が行われていたが、形成すべきパターン線幅が狭くなるにつれて、より高ＮＡ(高開口数)での露光を実現するために被転写基板の上に純水や高屈折率の液体を供給して露光する方法が実用化されるようになってきた。また、更なる解像度の向上を目的として、露光装置の光源にも工夫がなされ、二重極照明や四重極照明、輪帯照明などの変形照明などが用いられるようになってきており、このような露光光源を用いた場合には、フォトマスクに入射する露光光にはフォトマスク面に非垂直入射する成分が含まれることとなる。
特開平７−１４０６３５号公報

図１に断面概略図を示したように、透明基板１上にＣｒやＭｏＳｉなどの遮光性膜２のパターンが形成されたフォトマスクの遮光部には、遮光性膜２の膜厚に相当する段差が生じている。また、パターンの微細化に伴って、パターンの幅とのパターンの段差の比は大きくなる。そして、透明基板１の屈折率は一般に、フォトマスクの露光雰囲気の屈折率（通常は１）よりも大きいために、フォトマスクに照射される光の入射角（θ）が大きくなればなるほど、フォトマスクの遮光部の段差が透過部を透過した光（の一部）を遮る現象が顕著となり、コントラスト比が低下するなどして解像度が低下してしまうという問題が生じる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分などに起因して生じるパターン解像度の低下を抑制可能なフォトマスクを提供することにある。

かかる課題を解決するために、第１の発明に係るフォトマスクは、透明基板の主面にパターニングされた凹部を備え、該凹部に遮光性膜が設けられていることを特徴とする。

また、第２の発明に係るフォトマスクは、透明基板の主面にパターニングされた遮光性膜を備え、前記透明基板主面の非遮光性膜領域には露光波長における屈折率が１より大きい透光性膜が設けられていることを特徴とする。

これらの発明において、前記遮光性膜は、実質的に露光に寄与しない程度の露光光透過率を有する光学膜とすることができる。

また、前記遮光性膜を透過した露光光と非遮光性膜領域を透過した露光光が所定の位相差を有することが好ましい。

また、前記遮光性膜中を伝播した露光光の位相変化量δφが、露光時にマスクのパターン面が接している媒質中を前記遮光性膜と同じ距離だけ伝播した光の位相変化量δφ_０よりも小さい（δφ＜δφ_０）ことが、さらに好ましい。

本発明によれば、透明基板の主面に掘り込み形成された凹部に遮光性膜を設ける、及び／又は、透明基板の主面にパターニングされた遮光性膜を形成し非遮光性膜領域に露光波長における屈折率が１より大きい透光性膜を設けることとしたので、従来構造のフォトマスクであれば遮光性膜によって遮られることとなっていた露光光の透過光量を大幅に低減することができる。その結果、フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分などに起因して生じるパターン解像度の低下を抑制することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明のフォトマスクの構造について説明する。

［第１の態様］：図２は、第１の発明に係るフォトマスクの構造を説明するための断面概略図で、露光光に対して透明な石英やフッ化カルシウムなどの透明基板１１の主面に掘り込み形成された凹部がパターニングされており、この凹部に遮光性膜１２が設けられている。この遮光性膜１２形成領域が遮光部、遮光性膜非形成領域が透光部となる。したがって、従来構造であれば遮光性膜１２によって遮られることとなる露光光の透過光量を大幅に低減することができる。

遮光性膜１２としては、クロムやモリブデンシリサイド、ジルコニアシリサイド、タングステンシリサイドなどの金属シリサイドやこれらに窒素や酸素を含んだ膜が例示される。また、透過率は０．１％以下などとして遮光性の高い膜としてもよいし、実質的に露光に寄与しない程度（例えば、１〜３０％程度）の透過率の膜であってもよい。なお、遮光性膜１２の形成は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などの公知の手法によることができる。

透明基板１１として石英を用いた場合、遮光膜１２としてクロムを主成分とする膜を用いると、エッチングを行う際に透明基板１１との間でエッチング選択性をもたせることができるという利点がある。

露光波長が２００ｎｍ以下（例えば、１９３ｎｍなど）の場合には、金属シリサイドを主成分とする膜（酸素や窒素を含ませることもできる）を用いると、反射率を所定の値まで低減させること、遮光性膜の薄膜化、パターン微細化のために有利なフッ素系エッチングが可能、といった利点がある。

遮光部を形成する凹部の基板掘込量は、少なくとも遮光性膜１２の厚みの深さあればよいが、露光光の出射面を平坦にするためには、遮光性膜１２の厚みと同程度の深さであることが好ましい。

また、遮光性膜１２に適度な透過率（例えば、１〜３０％）をもたせ、透光部を透過した露光光と遮光部を透過した露光光との位相の差を所定の値（例えば、１８０度）とすることによって、位相シフト効果をもたせることができる。

さらに、位相シフト効果をもたせる場合、遮光性膜１２中を伝播した露光光の位相変化量δφが、露光時にマスクのパターン面が接している媒質中を遮光性膜１２と同じ距離（厚み）だけ伝播した光の位相変化量δφ_０よりも小さく（δφ＜δφ_０）なるように膜設計すると、基板掘込量を低く抑えることができる。

［第２の態様］：図３は、第２の発明に係るフォトマスクの構造を説明するための断面概略図で、同じく透明基板１１の主面に、パターニングされた遮光性膜１２が形成されており、透明基板主面の非遮光性膜領域に、露光波長における屈折率が１より大きい透光性膜１３が設けられている。遮光性膜１２形成領域が遮光部となり、透光性膜１３領域が透光部となる。この場合も、従来構造であれば遮光性膜１２によって遮られることとなる露光光の透過光量を大幅に低減することができる。

この態様のフォトマスクの場合、透光性膜１３の屈折率を透明基板材料よりも大きくすると、第１の態様のフォトマスクに比較して、フォトマスクのパターン形成面側での光の屈折角を更に小さくすることができ、その結果、コントラストを改善することができる。

遮光性膜１２は、第１の態様のものと同様に、クロムやモリブデンシリサイド、ジルコニアシリサイド、タングステンシリサイドなどの金属シリサイドやこれらに窒素や酸素を含んだ膜が例示される。また、透過率は０．１％以下などとして遮光性の高い膜としてもよいし、実質的に露光に寄与しない程度（例えば、１〜３０％程度）の透過率の膜であってもよい。なお、遮光性膜１２の形成は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などの公知の手法によることができる。

透光性膜１３は、上述の遮光性膜１２よりも透過率の高い膜であればよく、光透過度の高い膜として、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜などが例示される。特に、窒化珪素膜は屈折率が大きいので好ましい。なお、露光波長が短くなると透過率が減少するため、その場合には適度に酸素を添加し、酸化窒化珪素膜とするとよい。

透光性膜１３の厚みは遮光性膜１２と同程度以上であればよいが、露光光の出射面を平坦にするためには、遮光性膜１２の厚みと同程度の膜厚であることが好ましい。

また、透光性膜１３の膜厚を調整し、かつ、遮光性膜１２に適度な透過率（例えば、１〜３０％）をもたせ、透光部を透過した露光光と遮光部を透過した露光光との位相の差を所定の値（例えば、１８０度）とすることによって、位相シフト効果をもたせることができる。

さらに、位相シフト効果をもたせる場合、遮光性膜１２中を伝播した露光光の位相変化量δφが、露光時にマスクのパターン面が接している媒質中を遮光性膜１２と同じ距離（厚み）だけ伝播した光の位相変化量δφ_０よりも小さく（δφ＜δφ_０）なるように膜設計すると、透光性膜１３の膜厚を薄くすることができる。

なお、第１の態様と第２の態様を組み合わせて透光部遮光部を形成するようにしてもよい。

図４は、第１の発明に係るフォトマスクの製造プロセスを説明するための図で、本実施例で得られるフォトマスクは、遮光性膜としてＭｏＳｉＮの遮光層（６０ｎｍ）と反射防止層（４０ｎｍ）を積層させたバイナリマスクである。なお、遮光層および反射防止層の膜厚はそれぞれ、３０〜６０ｎｍおよび１０〜４０ｎｍなどとするようにしてもよい。

先ず、石英基板１１の主面にレジスト１４を塗布する（図４（Ａ））。レジスト１４は、電子線用でもＫｒＦ線用でもＡｒＦ線用でもよく、ポジ型でもネガ型でもよい。また、化学増幅型であってもなくてもよい。本実施例では、電子線用の化学増幅型ポジレジストを用いている。

このレジスト１４に、ＥＢ描画装置で所定のパターンを露光し、現像して、所定のレジストパターン１４を得る（図４（Ｂ））。

このレジストパターン１４をマスクとして、石英基板１１をエッチングして凹部１５を形成する（図４（Ｃ））。このエッチングは、ウエット系、ドライ系のどちらでも可能であるが、微細なパターンを形成するにはドライエッチングが好ましく、本実施例では、ＣＦ４（四フッ化炭素）やＳＦ６（六フッ化硫黄）といったフッ素を含んだエッチングガスを用いてエッチングを行っている。なお、このようなエッチングガスには、ＨｅやＡｒなどの不活性ガスを含んでいてもよい。

エッチング深さは、バイナリマスクとする場合は、遮光性膜が所定の遮光度となる厚みと同程度に形成すればよい。本実施例でのエッチング深さは概ね１００ｎｍである。

形成した凹部１５に、遮光性膜１２として、ＣｒやＭｏＳｉなどの金属シリサイド、またはこれらに酸素または窒素を含ませたものを成膜する（図４（Ｄ）））。本実施例では、遮光性膜としてＭｏＳｉＮの遮光層（６０ｎｍ）と反射防止層（４０ｎｍ）を積層させている。その成膜は、Ａｒガス中に窒素ガスを添加させた雰囲気中で金属ターゲットをスパッタすることで行っている。

なお、遮光性膜１２は、上記の２層積層膜に、さらに石英基板１１側に反射防止層や密着改善層を形成して３層以上の積層構造としてもよい。また、膜中の組成を厚み方向に徐々に変化させて膜表面の酸化度や窒化度を高めることにより、反射率を低減させるようにしてもよい。

そして、遮光性膜の形成後にレジストマスク１４を除去すると、石英基板１１の主面にパターニングされた遮光性膜を備えたフォトマスクが得られる（図４（Ｅ））。

本実施例では、レジストをマスクとして用いたが、金属膜（パターン補助膜）をマスクとして用いてもよい。その場合の金属膜は、Ｃｒ膜などを、例えば１０乃至１００ｎｍ形成したものをパターニングして得ることができる。

図５は、第２の発明に係るフォトマスクの製造プロセスを説明するための図で、本実施例で得られるフォトマスクも実施例１と同様に、遮光性膜としてＭｏＳｉＮの遮光層（６０ｎｍ）と反射防止層（４０ｎｍ）を積層させたバイナリマスクである。なお、遮光層および反射防止層の膜厚はそれぞれ、３０〜６０ｎｍおよび１０〜４０ｎｍなどとするようにしてもよい。

先ず、石英基板１１の主面にレジスト１４を塗布する（図５（Ａ））。本実施例でも、電子線用の化学増幅型ポジレジストを用いている。

このレジスト１４に、ＥＢ描画装置で所定のパターンを露光し、現像して、所定のレジストパターン１４を得る（図５（Ｂ））。

このレジスト１４をマスクとし、石英基板１１の露出部分に、遮光性膜１２としてＭｏＳｉＮの遮光層（６０ｎｍ）と反射防止層（４０ｎｍ）を積層させる。この成膜も、Ａｒガス中に窒素ガスを添加させた雰囲気中で金属ターゲットをスパッタすることで行っている。

そして、遮光性膜の形成後にレジストマスク１４を除去すると、石英基板１１の主面にパターニングされた遮光性膜１２が得られる（図５（Ｄ））。

上述した手法により、遮光性膜１２上にレジストパターン１４を形成し（図５（Ｅ））、石英基板１１の露出部分に酸化ケイ素膜を約１００ｎｍの厚みでスパッタ成膜して透光性膜１３を得る（図５（Ｆ））。なお、この酸化ケイ素膜に代えて、窒化珪素膜や酸化窒化珪素膜であってもよいことは上述のとおりである。

そして最後に、レジストマスク１４を除去すると、石英基板１１の主面に、パターニングされた遮光性膜１２と透光性膜１３を備えたフォトマスクが得られる（図５（Ｇ））。

なお、本実施例では遮光性膜１２を先に形成する例を示したが、透光性膜１３を先に形成するようにしてもよい。

図６は、第２の発明に係るフォトマスクの製造プロセスの他の例を説明するための図で、本実施例で得られるフォトマスクも実施例１および２と同様に、遮光性膜としてＭｏＳｉＮの遮光層（６０ｎｍ）と反射防止層（４０ｎｍ）を積層させたバイナリマスクである。なお、遮光層および反射防止層の膜厚はそれぞれ、３０〜６０ｎｍおよび１０〜４０ｎｍなどとするようにしてもよい。

まず、石英基板１１の主面上に、遮光性膜１２としてＭｏＳｉＮの遮光層（６０ｎｍ）と反射防止層（４０ｎｍ）を積層させたフォトマスクブランクを準備し（図６（Ａ））、遮光性膜１２の上にレジスト１４を塗布する（図６（Ｂ））。なお、本実施例においても、遮光性膜１２の成膜はＡｒガス中に窒素ガスを添加させた雰囲気中で金属ターゲットをスパッタすることで行っている。また、用いたレジストは電子線用の化学増幅型ポジレジストである。

さらに、遮光性膜１２は、上記の２層積層膜に、さらに石英基板１１側に反射防止層や密着改善層を形成して３層以上の積層構造としてもよく、膜中の組成を厚み方向に徐々に変化させて膜表面の酸化度や窒化度を高めることにより反射率を低減させるようにしてもよいことも、実施例１および２と同様である。

このレジスト１４に、ＥＢ描画装置で所定のパターンを露光し、現像して、所定のレジストパターン１４を得る（図６（Ｃ））。

次に、レジストパターン１４をマスクとして、遮光性膜１２の露出部分をエッチングしてパターニングを行う（図６（Ｄ））。このときのエッチングは、ＳＦ６やＣＦ４などのフッ素を含んだエッチングガスを用いたドライエッチングである。なお、エッチングガスにはさらに、ＨｅやＡｒなどの不活性ガスを含ませるようにしてもよいことは上述のとおりである。

続いて、遮光性膜１２のエッチングにより現れた石英基板１１の露出部分に、酸化ケイ素膜を約１００ｎｍの厚みでスパッタ成膜して透光性膜１３を得る（図６（Ｅ））。なお、この酸化ケイ素膜に代えて、窒化珪素膜や酸化窒化珪素膜であってもよいことは上述のとおりである。

そして最後に、レジストマスク１４を除去すると、石英基板１１の主面に、パターニングされた遮光性膜１２と透光性膜１３を備えたフォトマスクが得られる（図６（Ｆ））。

従来のフォトマスクの構造を説明するための断面概略図である。第１の発明に係るフォトマスクの構造を説明するための断面概略図である。第２の発明に係るフォトマスクの構造を説明するための断面概略図である。第１の発明に係るフォトマスクの製造プロセスを説明するための図である。第２の発明に係るフォトマスクの製造プロセスを説明するための図である。第２の発明に係るフォトマスクの製造プロセスの他の例を説明するための図である。

符号の説明

１、１１基板
２、１２遮光性膜
１３透光性膜
１４レジスト
１５凹部

Claims

透明基板の主面にパターニングされた凹部を備え、該凹部に遮光性膜が設けられていることを特徴とするフォトマスク。
透明基板の主面にパターニングされた遮光性膜を備え、前記透明基板主面の非遮光性膜領域には露光波長における屈折率が１より大きい透光性膜が設けられていることを特徴とするフォトマスク。
前記遮光性膜は、実質的に露光に寄与しない程度の露光光透過率を有する光学膜である請求項１または２に記載のフォトマスク。
前記遮光性膜を透過した露光光と非遮光性膜領域を透過した露光光が所定の位相差を有する請求項１乃至３の何れか１項に記載のフォトマスク。
前記遮光性膜中を伝播した露光光の位相変化量δφが、露光時にマスクのパターン面が接している媒質中を前記遮光性膜と同じ距離だけ伝播した光の位相変化量δφ_０よりも小さい（δφ＜δφ_０）ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のフォトマスク。