JP2014106451A - フォトマスクおよびフォトマスク製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の透過率および位相シフト効果を有するフォトマスクにおいて、斜め入射光１６によるノイズを減少した、ウェハ転写性の向上を実現するフォトマスクおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】位相シフト効果を有する位相シフト膜１２からなる位相シフトパターン１４の両側面に、位相シフト効果を有する位相シフト膜１２とは異なる材料にて側壁膜１５が設けられ、側壁膜１５が、ウェハ露光波長光に対して屈折率が１．２以下であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、任意の透過性および位相シフト効果を利用するフォトマスクにおいて、ウェハ転写の際に転写性悪化の原因となる、所定の位相シフト量以外の光を遮断または減少させることで、ウェハ転写性の向上を実現するフォトマスクおよびフォトマスク製造方法に関する。

位相シフト効果を有するフォトマスクには、支持基板である石英基板をエッチングにより、所定の深さまで掘り込んだシフターを有するレベンソンマスクや、支持基板上に所定量の透過率を有する位相シフト膜からなるパターンを形成することで、位相シフト効果を利用するハーフトーンマスクなどがある。

またウェハ転写の際に用いられる照明系において、液浸露光などを利用して開口数ＮＡが１．３５と高開口数のものが多く用いられており、図４に示すように任意の位相シフト量以外の斜め入射光がノイズとなり、位相シフト効果を用いたフォトマスクにおいて、前記位相シフト効果が十分に得られなくなってしまい、ウェハ転写に影響を及ぼしている。

図４は、従来の位相シフト形のフォトマスクの例の一部分を、断面で見た説明図である。図４のフォトマスクは、基板１１に位相シフト膜１２のみがパターン状に形成された位相シフトパターン２１と、位相シフト膜１２上に遮光膜１３が形成された遮光部２０とを有する。このようなフォトマスクに、基板１１側から斜め方向に光１６が入射した場合、位相シフト膜に照射される光１６のうち、位相シフトパターン２１の外側に反射、あるいは透過して基板１１の反対側に出射する光が発生し、ノイズとなる。このためシフト効果が十分には、得られなくなってしまう。

またレベンソンマスクのように、石英基板をエッチングにより任意の深さまで掘り込んだシフターを有するフォトマスクについては、シフター内側壁に遮光膜を設けることで、斜め入射光によるノイズを遮断または軽減可能なフォトマスクがある。

特許第３７５０３１２号

しかしながら後者のような、支持基板上に所定量の透過率を有する位相シフト膜からなる位相シフトパターンを形成することで、位相シフト効果を利用するハーフトーンマスクにおいては、斜め入射光に対する有効な解決法は提案されていない。

そこで、本発明は、所定の透過率および位相シフト効果を有するハーフトーンマスクにおいて、斜め入射光によるノイズを減少した、ウェハ転写性の向上を実現するフォトマスクおよびその製造方法を提供することを課題とする。

本発明のフォトマスクは、かかる課題に鑑みなされたもので、請求項１記載の発明は、所定の透過率および位相シフト効果を有するフォトマスクにおいて、位相シフト効果を有する位相シフト膜からなる位相シフトパターンの両側面に、位相シフト効果を有する位相
シフト膜とは異なる材料にて側壁膜が設けられていることを特徴とするフォトマスクである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の側壁膜が、ウェハ露光波長光に対して屈折率が１．２以下であることを特徴とするフォトマスクである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の側壁膜が、ウェハ露光波長光に対して屈折率が１．２以下、且つ消衰係数が１以上であることを特徴とするフォトマスクである。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の側壁膜が、ウェハ露光波長に対して３０％以下の反射率を有することを特徴とするフォトマスクである。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の側壁膜の膜厚が、２nm以上であることを特徴とするフォトマスクである。

請求項６記載の発明は、請求項1から５のいずれかに記載の側壁膜が、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸窒化クロム、ジルコニウム、酸化ジルコニウム、インジウム、酸化インジウム、酸化インジウムスズまたはタンタルのうち、１つまたは複数の材料を含み、且つ混合または積層された膜を有するフォトマスクである。

請求項７記載の発明は、支持基板上に、所定の透過性および位相シフト効果を有する位相シフト膜と、位相シフト膜上に積層された遮光膜と、が形成されるフォトマスクの製造において、支持基板上に位相シフト膜と遮光膜が積層されたマスクブランクにパターン形成した後、レジストを塗布して、描画および現像を行うことでレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクに遮光膜をエッチングによって除去して位相シフトパターンと遮光膜パターンとを形成し、酸素プラズマエッチングによって遮光膜パターンの側壁に残余した前記レジストを除去し、側壁膜となる材料を成膜し、異方性エッチングにて前記位相シフトパターンの側壁および前記遮光パターンの側壁を除き前記材料を除去した後、前記レジストの残りの部分を除去することを特徴とするフォトマスクの製造方法である。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の材料を、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法によって成膜することを特徴とするフォトマスク製造方法である。

本発明のフォトマスクは以上に述べたように、所定の透過率および位相シフト効果を有するハーフトーンマスクにおいて、位相シフト効果を有する位相シフト膜からなる位相シフトパターンの両側面に、位相シフト効果を有する位相シフト膜とは異なる材料にて側壁膜が設けられている構成をしている。このような構成、特に位相シフト効果を有する位相シフト膜とは異なる材料によって側壁膜が設けられていることで、ウェハ転写の際に転写性悪化の原因となる、所定の位相シフト量以外の斜め入射光を遮断または減少させ、ノイズを減少させたフォトマスクとすることができる。

本発明のフォトマスクの実施形態例の一部分を断面で見た説明図である。 本発明のフォトマスクの製造方法のフローの一例を断面で見た説明図である。 本発明のフォトマスクの実施形態例を用いたシミュレーションによる計算例で、（ａ）ＮＩＬＳの結果であり、（ｂ）ＤＯＦの結果である。 従来の位相シフト形のフォトマスクの例の一部分を、断面で見た説明図である。

本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図1は、本発明のフォトマスクの実施形態例の一部分を断面で見た説明図である。本実施形態では、図で、石英からなる支持基板（１１）と所定の透過性および位相シフト効果を有する位相シフト膜（１２）と位相シフト膜と接触した状態で透過率が１０％以下となる遮光膜（１３）から構成されるハーフトーンマスクを前提とする。図１（ａ）に示すように、位相シフト効果を有する位相シフト膜からなるパターン（１４）の両側面に、位相シフト効果を有する位相シフト膜とは異なる材料によって側壁膜（１５）が設けられている。これから、図１（ｂ）に示すように、斜め入射光（１６）によりウェハ転写する際に、転写性悪化の原因となる所定の位相シフト量以外の光を、遮断または減少させることが可能となり、ウェハ転写性の向上を実現することができる。側壁膜（１５）が形成されていない従来の構造では、図４のように所定の位相シフト量以外の斜め入射光（１６）を遮断できず、ノイズとしてウェハ転写に影響を及ぼしている。

側壁膜（１５）としては、ウェハ露光波長光に対して屈折率が１．２以下であることが好ましい。屈折率が１．２を超えると、ＤＯＦの悪化が見られる。このようにして、パターン側面からの露光光の反射を抑えることができ、より効果的に任意の位相シフト量以外の斜め入射光（１６）を遮断または減少させることが可能となる。

また、側壁膜（１５）が、ウェハ露光波長光に対して屈折率が１．２以下、且つ消衰係数が１以上であることで、パターン側面からの露光光の反射を抑えると共に、前記露光光の遮光効果も得ることができ、より効果的に任意の位相シフト量以外の斜め入射光（１６）を遮断または減少させることが可能となる。

さらに、側壁膜（１５）が、ウェハ露光波長に対して３０％以下の反射率を有し、側壁膜（１５）からの反射を低減させることで、パターン間またはパターン内での乱反射を防ぐことができ、より安定したウェハ転写性を実現することが可能である。

側壁膜（１５）の膜厚は、２ｎｍ以上とすることで、より安定した遮光効果を得ることが可能となる。

側壁膜の材料としては、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸窒化クロム、ジルコニウム、酸化ジルコニウム、インジウム、酸化インジウム、酸化インジウムスズおよびタンタルのうち、１つまたは複数膜組成の材料を含む膜を例示できる。

図２は、本発明のフォトマスクの製造方法のフローの一例を断面で示した説明図である。

本実施の形態では、石英からなる支持基板（１１）と、任意の透過性および位相シフト効果を有する位相シフト膜（１２）と、前記位相シフト膜と接触した状態で透過率が１０％以下となる遮光膜（１３）から構成されるハーフトーンマスクの製造方法であることを前提とする。

支持基板１１上に位相シフト膜と遮光膜が積層されたマスクブランクに、位相シフト膜および遮光膜からなるパターン（２０）形成後、図２（ａ）の様にレジスト（１７）を塗
布する。

次に、描画および現像を行うことでレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクに前記遮光膜をエッチングによって除去を行う。この時点では図２（ｂ）のように、前記位相シフト膜および遮光膜からなるパターン（２０）の側面にレジスト（１８）が残っている為、酸素プラズマエッチングを用いて（図２（ｃ））、前記レジスト（１８）の除去を行う（図２（ｄ））。但し、前記位相シフト膜および遮光膜からなるパターン（２０）の側面に付着したレジスト（１８）は除去されるが、前記遮光膜上に付着したレジスト（１９）はすべて除去されていない。

次に図２（ｅ）のように、側壁膜となる材料を、前記位相シフト効果を有する位相シフト膜からなるパターン（１４）と、前記位相シフト膜および遮光膜からなるパターン（２０）上に成膜する。次に異方性エッチングにて前記位相シフト膜および透過部に成膜された前記材料を除去した後、前記レジストの除去を行うことで、図２（ｆ）に示すように側壁膜を形成することが可能となる。

材料の成膜は、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法によって成膜されていてもよい。

本発明請求項１の構造の一例を下記に示す。
（フォトマスク構造およびシミュレーション条件）
位相シフト膜 ：６％ハーフトーン膜
位相シフト膜厚 ：７２０Å
側壁膜屈折率 ：１．０
側壁膜消衰係数 ：１．７
側壁膜厚 ：１６０Å
マスクパターン寸法：１６０ｎｍ（側壁膜含む）
マスクパターンピッチ寸法：３２０ｎｍ
露光波長 ：１９３ｎｍ
ＮＡ ：１．３５（液浸露光）
照明系 ：Ｄｉｐｌｅ
σ(In/Out) ：０．８５/０．９７
露光倍率 ：×４
偏光 ：ＴＥ偏光

シミュレーターは、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（Ｐａｎｏｒａｍｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を使用した。グリッドは１ｎｍ（マスク上寸法）とし、Ａｅｒｉａｌにて評価を行っている。Ａｅｒｉａｌの計算において、Ｈｏｐｋｉｎｓ（近軸近似）を用いないＮｏｎ Ｈｏｐｋｉｎｓにて計算を行っており、これによって精度の高い転写シミュレーションが可能となる。

図１（ａ）は請求項１記載のフォトマスクを示している。側壁膜（１５）を１６０Åとすることで、側壁から透過してくる任意の位相シフト量以外の斜め入射光（１６）を減少させることが可能である。

図３（a）に示すシミュレーションによる結果から、請求項１記載のフォトマスクを用いることで、側壁膜なしの構造と比較してＮＩＬＳにおいて１１％の改善が確認された。

本発明のマスクを用いてウェハ上にレジストパターンを形成した例を示す。シリコン基板上に、反射防止膜、レジストを塗布し、露光装置を用いてレジストの露光を行った。露
光条件は以下の通りである。
遮光膜 ：酸化クロムおよびクロム（多層）
遮光膜厚 ：４４０Å
側壁膜材料 ：酸化クロム
側壁膜厚 ：１００Å
レジスト ：化学増幅型ポジ型レジスト
レジスト膜厚 ：１５００Å
露光波長 ：１９３ｎｍ
ＮＡ ：１．３５（液浸露光）
σ(In/Out) ：０．８５/０．９７
露光倍率 ：×４
偏光 ：ＴＥ偏光

支持基板上に位相シフト膜と遮光膜が積層されたマスクブランクにパターン形成した後、レジストを塗布して、描画及び現像を行うことでレジストパターンを形成した。前記レジストパターンをマスクにして遮光膜をエッチングによって除去を行った後、酸素プラズマエッチングによって位相シフト膜及び遮光膜の側壁に付着したレジストの除去を行った。つぎに、側壁膜となる材料を前記レジスト上に成膜し、異方性エッチングにて前記位相シフト膜および前記透過部に成膜された材料を除去した後、レジストを除去することで、請求項１記載のフォトマスクを製造した。

製造した請求項１記載のフォトマスク及びレジストが塗布されたシリコン基板を露光装置に装着し、露光を行った。

ウェハ転写においても、シミュレーション同様にＮＩＬＳの改善が確認された。

本発明請求項１の構造の一例を下記に示す。
（フォトマスク構造他）
位相シフト膜 ：６％ハーフトーン膜
位相シフト膜厚 ：７２０Å
側壁膜屈折率 ：１．０
側壁膜消衰係数 ：２．２
側壁膜厚 ：１６０Å
マスクパターン寸法：１６０ｎｍ（側壁膜含む）
マスクパターンピッチ寸法：６４０ｎｍ
露光波長 ：１９３ｎｍ
ＮＡ ：１．３５（液浸露光）
照明系 ：Ｄｉｐｌｅ
σ(In/Out) ：０．８５/０．９７
露光倍率 ：×４
偏光 ：ＴＥ偏光

図１（ａ）は請求項１記載のフォトマスクを示している。側壁膜（１５）の酸化クロムを１６０Åとすることで、側壁から透過してくる任意の位相シフト量以外の斜め入射光（１６）を減少させることが可能である。

図３（ｂ）に示すシミュレーションによる結果から、請求項１記載のフォトマスクを用いることで、側壁膜なしの構造と比較してＤＯＦにおいて６％の改善が確認された。

本発明のマスクを用いてウェハ上にレジストパターンを形成した例を示す。シリコン基板上に、反射防止膜、レジストを塗布し、露光装置を用いてレジストの露光を行った。露光条件は以下の通りである。
遮光膜 ：酸化クロムおよびクロム（多層）
遮光膜厚 ：４４０Å
側壁膜材料 ：酸化クロム
レジスト ：化学増幅型ポジ型レジスト
レジスト膜厚 ：１５００Å
露光波長 ：１９３ｎｍ
ＮＡ ：１．３５（液浸露光）
σ(In/Out) ：０．８５/０．９７
露光倍率 ：×４
偏光 ：ＴＥ偏光
ウェハ転写においても、シミュレーション同様の改善効果が確認された。

１１…支持基板
１２…位相シフト膜
１３…位相シフト膜と接触した状態で透過率が１０%以下となる遮光膜
１４…位相シフト効果を有する位相シフト膜からなるパターン
１５…側壁膜
１６…任意の位相シフト量以外の斜め入射光
１７…レジスト
１８…位相シフト膜および遮光膜からなるパターンの側面に付着したレジスト
１９…遮光膜上に付着したレジスト
２０…位相シフト膜および遮光膜からなるパターン
２１…任意の位相シフト量の斜め入射光

Claims (8)

1. 所定の透過率および位相シフト効果を有するフォトマスクにおいて、位相シフト効果を有する位相シフト膜からなる位相シフトパターンの両側面に、位相シフト効果を有する位相シフト膜とは異なる材料にて側壁膜が設けられていることを特徴とするフォトマスク。
2. 請求項１記載の側壁膜が、ウェハ露光波長光に対して屈折率が１．２以下であることを特徴とするフォトマスク。
3. 請求項１記載の側壁膜が、ウェハ露光波長光に対して屈折率が１．２以下、且つ消衰係数が１以上であることを特徴とするフォトマスク。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の側壁膜が、ウェハ露光波長に対して３０％以下の反射率を有することを特徴とするフォトマスク。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の側壁膜の膜厚が、２nm以上であることを特徴とするフォトマスク。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の側壁膜が、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸窒化クロム、ジルコニウム、酸化ジルコニウム、インジウム、酸化インジウム、酸化インジウムスズまたはタンタルのうち、１つまたは複数の材料を含み、且つ混合または積層された膜を有するフォトマスク。
7. 支持基板上に、所定の透過性および位相シフト効果を有する位相シフト膜と、位相シフト膜上に積層された遮光膜と、が形成されるフォトマスクの製造方法において、支持基板上に位相シフト膜と遮光膜が積層されたマスクブランクにパターン形成した後、レジストを塗布して、描画および現像を行うことでレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクに遮光膜をエッチングによって除去して位相シフトパターンと遮光膜パターンとを形成し、酸素プラズマエッチングによって遮光膜パターンの側壁に残余した前記レジストを除去し、側壁膜となる材料を成膜し、異方性エッチングにて前記位相シフトパターンの側壁および前記遮光パターンの側壁を除き前記材料を除去した後、前記レジストの残りの部分を除去することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
8. 請求項７記載の材料を、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法によって成膜することを特徴とするフォトマスク製造方法。

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