JP2011095787A - 位相シフトフォトマスクブランクス及び位相シフトフォトマスク並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 2層からなる減衰型位相シフト膜において、上層の膜の屈折率及び消衰係数を下層の膜の屈折率及び消衰係数よりも小さくして、露光波長における透過率を高くし、また、3層からなる減衰型位相シフト膜において、中間層の膜の屈折率及び消衰係数を上層及び下層の膜の屈折率よりも小さくして、欠陥検査波長における透過率を低くし、さらにまた、3層以上からなる減衰型位相シフト膜において、最上層の膜の屈折率及び消衰係数をその直下層の膜の屈折率よりも小さくして、露光波長における透過率を高くする。
【選択図】 図2
Description
(1)位相差(PS)は、PS=175〜180°であること。
(2)露光波長(λexp)における透過率(Texp)は、Texp=2〜30%であること。
(3)検査波長(λinsp)における透過率(Tinsp)は、Tinsp<約40〜50%(例えば、λexp=193nmのとき、λinsp=365nm)であること。
(4)露光波長における反射率(Rexp)は、好ましくは、Rexp<約20%であること。
(5)膜厚dは薄い方が好ましいこと。
本発明は、上記従来技術のもつ問題点を解決するものであり、短波長の露光波長に対しても十分な透過率が得られ、使用可能であると共に、欠陥検査波長に対しても適切な透過率を有し、満足すべき検査が可能となる位相シフトフォトマスク及びこのマスクを製作するための位相シフトフォトマスクブランクス、並びにこのマスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
また、本発明によれば、減衰型の位相シフト膜を3層構成とし、中間層の膜の屈折率及び消衰係数を上層及び下層の膜の屈折率及び消衰係数よりも小さくしたので、欠陥検査波長における透過率が低くなり、欠陥検査が可能になる。
さらに、本発明によれば、減衰型の位相シフト膜を3層以上の構成とし、最上層の膜の屈折率及び消衰係数をその直ぐ下の層の膜の屈折率及び消衰係数よりも小さくしたので、露光波長における透過率が高くかつ反射率が低いものが得られる。
さらにまた、本発明の位相シフトフォトマスクブランクスは、ArFエキシマレーザー露光用位相シフトフォトマスクを得るのに大変有効であり、このフォトマスクを用いて微細なパターンを有する半導体装置の製造が可能になる。
(実施例1)
本実施例では、図1〜5に基づき、本発明の2層膜及び3層膜の膜構成の最適化について従来技術と比較して説明する。
図1に示すような単層膜の場合、位相シフト膜fを透過する光Fと位相シフト膜の開口部qを透過する光Qとの位相差(PS)は次式で与えられる。
PS = 2π(n1−n0)d1 /λ (1)
PS=180°(π)になる膜厚d1 0は次式で与えられる。
d1 0 = λexp/2(n1−n0) (2)
上式中、n1は位相シフト膜の屈折率であり、n0は空気の屈折率(n0=1)であり、d1は位相シフト膜の膜厚であり、λexpは露光波長である。
図2に示すような2層膜の場合、位相シフト膜を透過する光Fと位相シフト膜の開口部を透過する光Qとの位相差(PS)は次式で与えられる。
PS = PS1+PS2 (3)
ここに、PS1及びPS2は次式で与えられる。
PS1 = 2π(n1−n0)d1 /λexp (4)
PS2 = 2π(n2−n0)d2 /λexp (5)
上式(3)、(4)、(5)からPS=πとなる条件は、次式である。
d1/d1 0+d2/d2 0 = 1 (6)
ここに、d1 0 及びd2 0 は次式で与えられる。
d1 0 = λexp /2(n1−n0) (7)
d2 0 = λexp /2(n2−n0) (8)
上式中、PS1及びPS2はそれぞれ上層及び下層の膜の位相差であり、n1及びn2はそれぞれ上層及び下層の膜の屈折率であり、d1及びd2はそれぞれ上層及び下層の膜の膜厚であり、d1 0 及びd2 0 はそれぞれ上層及び下層の膜の位相差が180°になる膜厚であり、λexpは露光波長である。
図3に示すような3層膜の場合、位相シフト膜を透過する光Fと位相シフト膜の開口部を透過する光Qとの位相差(PS)は次式で与えられる。
PS = PS1+PS2+PS3 (9)
ここに、PS1、PS2及びPS3は次式で与えられる。
PS1 = 2π(n1−n0)d1 /λexp (10)
PS2 = 2π(n2−n0)d2 /λexp (11)
PS3 = 2π(n3−n0)d3 /λexp (12)
上式(9)〜(12)からPS=πとなる条件は、次式である。
d1/d1 0+d2/d2 0+d3/d3 0 = 1 (13)
ここに、d1 0 、d2 0 及びd3 0 は次式で与えられる。
d1 0 = λexp /2(n1−n0) (14)
d2 0 = λexp /2(n2−n0) (15)
d3 0 = λexp /2(n3−n0) (16)
上式中、PS1、PS2及びPS3はそれぞれ上層、中間層及び下層の膜の位相差であり、n1、n2及びn3はそれぞれ上層、中間層及び下層の膜の屈折率であり、n0は空気の屈折率(n0=1)であり、d1、d2及びd3はそれぞれ上層、中間層及び下層の膜の膜厚であり、d1 0、d2 0及びd3 0はそれぞれ上層、中間層及び下層の膜の位相差が180°になる膜厚であり、λexpは露光波長である。
上記したように、単層膜、2層膜、3層膜の場合について、位相差πを与える条件について説明したが、以下、2層膜及び3層膜の最適化について説明する。
平板型直流マグネトロン装置を用いて、特開平6−220627号公報、特開平8−127870号公報、及びN.Motegi, Y.Kashimoto, K.Nagatani et al., J. Vacuum Sci. Technol., Vol. B13(4),1995,pp.1906-1909 等に記載され、示されたいわゆるLTS(ロングスロースパッタリング)法に従って透明基板上にモリブデンシリサイド酸化窒化膜を形成した。すなわち、この装置内にMoSi2ターゲットを設置し、圧力0.0533〜0.107Pa(4〜8×10−4Torr)の下、ArガスとN2Oガスとを表4に示す流量及び流量比で用いる反応性スパッタリングによって、6インチ(152.4mm)角の厚さ0.25インチ(6.35mm)の6025石英基板の上にMoSiON膜を形成した。成膜後、350℃で3時間の熱処理を施して2層膜及び3層膜のMoSiON膜を位相シフト膜とする位相シフトフォトマスクブランクスを製作した。この膜構成は表1及び表2に記載された本発明の膜構成とした。製作されたMoSiON系スパッター膜に関し、反応ガス流量比(N2O/Ar+N2O、vol%)と光学定数との間の関係は図6及び表4に示す通りであった。図6及び表4から明らかなように、反応ガス流量比が大きい程、屈折率nと消衰係数kは小さくなることがわかる。すなわち、MoSiON膜の酸窒化度が高い程、屈折率n及び消衰係数kは小さくなる。
実施例2で得た位相シフトフォトマスクブランクス上に電子ビーム用レジスト(例えば、日本ゼオン株式会社製のZEP−810S等)を塗布し、約5000オングストローム厚さのレジスト膜を形成した。次いで、パターン露光、現像、ドライエッチング、洗浄等の一連の周知のパターン形成処理を施して、位相シフト膜の一部をエッチング除去し、開口部と位相シフト膜とで、ホール或いはドット等のパターンの形成された位相シフトフォトマスクを製作した。この際のドライエッチングは、平行平板型のRFイオンエッチング装置を用い、電極間距離60mm、作動圧力40Pa(0.3Torr)で、CF4+O2混合ガスを用いて、それぞれの流量比を約95容量%及び5容量%で実施した。このようにして微細なパターンを有するフォトマスクの製作が可能であった。
実施例3で得られた位相シフトフォトマスクを用いて、露光光としてArFエキシマレーザー光を使用した露光を行い、感光材の塗布されたウェハー基板上にフォトマスクの所定のパターンを転写し、次いで現像してこの所定のパターンをウェハー上に形成した。以下、公知の製造工程に従って半導体装置を製造した。かくして得られた半導体装置は微細なパターンを有していた。
F 位相シフト膜を通過する光
q 位相シフト膜の開口部
Q 位相シフト膜の開口部を透過する光
n0 空気の屈折率
d1、d2、d3 位相シフト膜の各層の膜厚
n1−ik1、n2−ik2、n3−ik3 位相シフト膜の各層の膜の複素屈折率
ns 基板の屈折率
k1、k2、k3 位相シフト膜の各層の膜の消衰係数
Claims (11)
- ハーフトーン位相シフト膜が2層からなり、波長193nmに対する上層の膜の屈折率及び消衰係数が下層の膜の屈折率及び消衰係数よりも小さく、波長365nmに対する透過率を34.36%〜72.12%とし、波長193nmに対する透過率を3.91〜8.66%とし、波長193nmに対する位相差175.0〜178.5°とすることを特徴とする位相シフトフォトマスクブランクス。
- 上層及び下層の合計膜厚を834〜1321Åとすることを特徴とする請求項1に記載の位相シフトフォトマスクブランクス。
- ハーフトーン位相シフト膜が3層からなり、波長193nmに対する中間層の膜の屈折率及び消衰係数が上層及び下層の膜の屈折率及び消衰係数よりも小さいことを特徴とする位相シフトフォトマスクブランクス。
- ハーフトーン位相シフト膜が3層からなり、波長193nmに対する上層の膜の屈折率及び消衰係数が中間層の膜の屈折率及び消衰係数よりも小さいことを特徴とする位相シフトフォトマスクブランクス。
- 各層の合計膜厚を1095〜1258Åとすることを特徴とする請求項3又は4に記載の位相シフトフォトマスクブランクス。
- ハーフトーン位相シフト膜が4層以上からなり、波長193nmに対する最上層の膜の屈折率及び消衰係数がその直下層の膜の屈折率及び消衰係数よりも小さいことを特徴とする位相シフトフォトマスクブランクス。
- 前記ハーフトーン位相シフト膜がMoSiON系の膜であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の位相シフトフォトマスクブランクス。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の位相シフトフォトマスクブランクスにウエハー基板に転写すべきパターンが形成されてなることを特徴とする位相シフトフォトマスク。
- 請求項8記載の位相シフトフォトマスクを用いて露光を行い、微細なパターンを有する半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 露光光としてArFエキシマレーザー光を使用することを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 波長193nmに対する上層の膜の屈折率及び消衰係数が下層の膜の屈折率及び消衰係数よりも小さいハーフトーン位相シフト膜であって、ウェハー基板に転写すべきパターンが形成された位相シフトフォトマスクに、ArFエキシマレーザーによる露光を行い、微細なパターンを有する半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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