JP2016181008A - Photomask - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photomask used in a photolithography technique having an ArF excimer laser as an exposure light source and performing exposure by oblique incident light using a pupil filter, the photomask capable of reducing an influence of a three-dimensional effect of a photomask pattern and increasing a pattern exposure tolerance of the photomask.SOLUTION: A photomask is a halftone mask 10 with a mask pattern 16 formed by disposing on a transparent substrate 11 a translucent film pattern 12 that transmits exposure light at a predetermined transmission ratio to change phases. A side wall part of the translucent film pattern 12 is covered with a side wall dimmer film 15 that dims the exposure light.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体素子のパターン形成に用いられるフォトリソグラフィ技術に使用されるフォトマスク、特に、高NA露光装置を使用し、フォトマスクパターンをウェハ上に縮小転写するフォトリソグラフィ技術に用いられる露光裕度を向上させたフォトマスクに関する。   The present invention relates to a photomask used in a photolithography technique used for pattern formation of a semiconductor element, particularly an exposure margin used in a photolithography technique that uses a high NA exposure apparatus and transfers a photomask pattern on a wafer at a reduced scale. The present invention relates to a photomask whose degree of improvement is improved.

半導体素子の高集積化・微細化は、デザインルール45nmノードから32nmノードへと進展し、さらに22nmノードの半導体素子の開発が進められている。これらの半導体素子の高集積化・微細化を実現するために、現在、露光波長193nmのArFエキシマレーザを用いた光学式の投影露光装置により、フォトマスクを用いてウェハ上にパターン転写するフォトリソグラフィ技術が行なわれている。フォトリソグラフィ技術においては、露光装置での高解像技術として、投影レンズの開口数(NA)を大きくした高NA露光技術、投影レンズと露光対象の間に高屈折率媒体を介在させて露光を行なう液浸露光技術、変形照明搭載露光技術などの開発、実用化が急速に進められている。   High integration and miniaturization of semiconductor elements have progressed from 45 nm node to 32 nm node in the design rule, and further development of semiconductor elements of 22 nm node is underway. In order to realize high integration and miniaturization of these semiconductor elements, photolithography is currently performed by using an optical projection exposure apparatus using an ArF excimer laser with an exposure wavelength of 193 nm to transfer a pattern onto a wafer using a photomask. Technology is being implemented. In the photolithography technology, as a high resolution technology in the exposure apparatus, a high NA exposure technology with a large numerical aperture (NA) of the projection lens, a high refractive index medium is interposed between the projection lens and the object to be exposed. The development and practical application of immersion exposure technology, modified illumination-mounted exposure technology, etc. are rapidly progressing.

フォトリソグラフィ技術においては、投影露光装置で転写できる最小の寸法(解像度)Rは、以下の数式(1)に示されるように、露光に用いる光の波長λに比例し、投影光学系のレンズの開口数(NA)に反比例するため、半導体素子の微細化への要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高NA化が進んでいるが、短波長化及び高NA化だけでこの要求を満足するには限界となっている。k1はプロセスに依存する定数(プロセス定数、あるいはk1ファクターとも言う。)である。
R=k1×λ/NA ・・・ (1)
In the photolithography technique, the minimum dimension (resolution) R that can be transferred by the projection exposure apparatus is proportional to the wavelength λ of the light used for exposure, as shown in the following formula (1), and the lens of the projection optical system: Since it is inversely proportional to the numerical aperture (NA), along with the demand for miniaturization of semiconductor elements, exposure light has been shortened in wavelength and projection optical system has been increased in NA, but only by shortening the wavelength and increasing NA. Satisfying this requirement is a limit. k 1 is a process-dependent constant (also referred to as a process constant or k 1 factor).
R = k 1 × λ / NA (1)

そこで解像度を上げるために、定数k1(k1=解像線幅×レンズの開口数/露光波長)の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術(RET技術:Resolution Enhancement Technique)が近年提案されている。このような超解像技術として、露光光学系の特性に応じてマスクパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えてマスクパターンを最適化する方法、あるいは変形照明法(斜入射照明法とも称する。)と呼ばれる方法などがある。変形照明法には、通常、瞳フィルタを用いた輪帯照明、二重極(ダイポール:Dipoleとも称する。)の瞳フィルタを用いた二重極照明および四重極(クォードラポール:C−quadとも称する。)の瞳フィルタを用いた四重極照明などが用いられている。 Therefore, in order to increase the resolution, a super-resolution technique (RET technique: Resolution Enhancement Technique) for miniaturization by reducing the value of constant k 1 (k 1 = resolution line width × lens numerical aperture / exposure wavelength). Has been proposed in recent years. As such a super-resolution technique, a mask pattern is optimized by giving an auxiliary pattern or a line width offset to the mask pattern in accordance with the characteristics of the exposure optical system, or a modified illumination method (also referred to as an oblique incidence illumination method). There is a method called. In the modified illumination method, usually, annular illumination using a pupil filter, dipole illumination using a dipole (also referred to as Dipole) and quadrupole (quadrapole: C-quad) are used. And quadrupole illumination using a pupil filter.

一方、フォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスク(レチクルとも称する。)における解像度向上策としては、透明基板上にクロムなどで遮光膜を形成し、光を透過させる部分と遮光する部分でパターンを構成した従来のバイナリ型のフォトマスク(以後、バイナリマスクとも記す)の微細化、高精度化とともに、光の干渉を利用した位相シフト効果により解像度向上を図るレベンソン型(渋谷・レベンソン型とも称する。)位相シフトマスク、光を透過させる部分と半透過させる部分で構成されたハーフトーン型位相シフトマスク(以後、ハーフトーンマスクとも記す。)、クロムなどの遮光層を設けないクロムレス型位相シフトマスクなどの位相シフトマスクの開発、実用化が進行している。   On the other hand, as a measure for improving the resolution of a photomask (also referred to as a reticle) used in photolithography technology, a light-shielding film is formed on a transparent substrate with chromium or the like, and a pattern is formed by a portion that transmits light and a portion that blocks light. A Levenson-type (also referred to as Shibuya-Levenson-type) phase that improves resolution by a phase shift effect using light interference along with miniaturization and high accuracy of a conventional binary-type photomask (hereinafter also referred to as a binary mask). Phases of shift masks, halftone phase shift masks (hereinafter also referred to as halftone masks) composed of light transmitting parts and semi-transmitting parts, chromeless phase shift masks not provided with a light shielding layer such as chromium Shift masks are being developed and put into practical use.

上記の各種フォトマスクの中で、ハーフトーンマスクはマスク構造が簡素で、微細化、高精度化に対応したマスクの製造が比較的容易であり、よく用いられる位相シフトマスクである。ハーフトーンマスクは、フォトマスクのパターン部に露光光を所定の透過率で透過する材料を使用し、パターン部と非パターン部を透過した露光光に位相差を180度つける構造で、これにより露光裕度を向上させている。図14は、従来のハーフトーンマスクのパターンの一例を示す断面模式図である(特許文献1参照)。透明基板141上に露光光を所定の透過率で透過する半透明膜パターン142でフォトマスクのパターン(以後、マスクパターンと言う)が形成されているマスクである。このハーフトーンマスクは、ハーフピッチ45nm以下のデザインルールを用いた半導体素子のパターン作成に用いられるようになっている。   Among the various photomasks described above, the halftone mask is a phase shift mask that is often used because it has a simple mask structure, and it is relatively easy to manufacture a mask corresponding to miniaturization and high accuracy. A halftone mask uses a material that transmits exposure light at a predetermined transmittance for the pattern portion of the photomask, and the exposure light transmitted through the pattern portion and the non-pattern portion gives a phase difference of 180 degrees. Improves light tolerance. FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing an example of a pattern of a conventional halftone mask (see Patent Document 1). This is a mask in which a photomask pattern (hereinafter referred to as a mask pattern) is formed on a transparent substrate 141 with a translucent film pattern 142 that transmits exposure light at a predetermined transmittance. This halftone mask is used for pattern formation of a semiconductor element using a design rule with a half pitch of 45 nm or less.

特開2001−56544号公報JP 2001-56544 A

しかしながら、ハーフピッチ45nm以下のデザインルールを用いた半導体素子のパターン寸法の微細化に伴い、露光波長193nmの半導体のフォトリソグラフィにおいては、パターンサイズが小さくなることにより、露光裕度が小さくなっており、従来のマスクパターンでは露光裕度が足りない状況が生じており、半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程における歩留が低下するという問題が生じている。露光裕度(EL:Exposure Latitude)は、フォトリソグラフィにおける露光量(ドーズ量)の変動に対する裕度を示す値であり、フォトレジスト膜によるレジストパターンの線幅寸法の変動量が所定の許容範囲内に入るような露光エネルギーの範囲である。露光裕度が大きければ、半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程における歩留が向上することになる。   However, along with the miniaturization of semiconductor device pattern dimensions using a design rule with a half pitch of 45 nm or less, in semiconductor photolithography with an exposure wavelength of 193 nm, the exposure size has been reduced due to the smaller pattern size. However, the conventional mask pattern has a situation in which the exposure margin is insufficient, and there is a problem that the yield in the photolithography process of manufacturing the semiconductor element is lowered. The exposure latitude (EL) is a value indicating a tolerance for variation in exposure amount (dose amount) in photolithography, and the variation amount of the line width dimension of the resist pattern due to the photoresist film is within a predetermined allowable range. The exposure energy is within a range. If the exposure margin is large, the yield in the photolithography process of manufacturing the semiconductor element is improved.

また、現在、ウェハ転写時の露光裕度の向上のために、露光機の照明系とマスクパターンを相互に最適化する手法であるSMO(Source Mask Optimization)や、マスクパターンのウェハ転写時の変形を予め補正しておくOPC(Optical Proximity Correction:光近接効果補正)などの技術においては、高速処理が可能で処理負荷を低減できる2次元シミュレーションによる設計を用いている。しかし、フォトマスクのパターン部の膜厚などの3次元構造(立体構造)の影響により、2次元シミュレーションと実際のフォトマスクの転写特性との間に乖離が見られるようになり問題となっている。したがって、設計している露光裕度と実際の露光裕度との間に差が生じてしまい、半導体ウェハの歩留まりに影響を与えているという問題が生じている。   In addition, in order to improve the exposure tolerance at the time of wafer transfer, SMO (Source Mask Optimization), which is a method for mutually optimizing the exposure system illumination system and the mask pattern, and deformation of the mask pattern at the time of wafer transfer In a technique such as OPC (Optical Proximity Correction) that corrects the image in advance, a design based on two-dimensional simulation capable of high-speed processing and reducing processing load is used. However, due to the influence of the three-dimensional structure (three-dimensional structure) such as the film thickness of the pattern portion of the photomask, a difference is observed between the two-dimensional simulation and the actual transfer characteristics of the photomask. . Therefore, a difference occurs between the designed exposure margin and the actual exposure margin, which causes a problem of affecting the yield of the semiconductor wafer.

しかしながら、3次元シミュレーションは高精度で、マスクの立体構造にも対応できるという利点はあるが、たとえ今後のシミュレーション装置の処理能力向上を考慮したとしても、LSIのフルチップ全てに3次元シミュレーションを採用するということは、パラメータの増加と膨大な処理時間を必要とするために不可能に近いという問題がある。   However, although 3D simulation has the advantage of being highly accurate and capable of dealing with the three-dimensional structure of the mask, even if the processing capability of future simulation equipment is taken into consideration, 3D simulation is adopted for all LSI full chips. In other words, there is a problem that it is almost impossible because it requires an increase in parameters and enormous processing time.

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ArFエキシマレーザを露光光源とし、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクにおいて、フォトマスクのパターンの膜厚などの3次元効果の影響を低減させ、半導体素子のフォトリソグラフィ工程における露光裕度を向上させることができるフォトマスクを提供することである。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a three-dimensional effect such as a film thickness of a photomask pattern in a photomask used in a photolithography technique in which an ArF excimer laser is used as an exposure light source and exposure is performed with oblique incident light using a pupil filter. It is an object of the present invention to provide a photomask that can reduce the influence and improve the exposure margin in a photolithography process of a semiconductor element.

上記の課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の発明に係るフォトマスクは、ArFエキシマレーザを露光光源とし、露光光の波長をλ、投影レンズの開口数をNA、ウェハ上に転写される最小のパターン寸法をR、定数をk1としたときに、R=k1×λ/NAの関係が成り立ち、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクにおいて、前記フォトマスクが、透明基板上に前記露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜パターンを設けてマスクパターンを形成したハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記半透明膜パターンの側壁が、前記露光光を減光する側壁減光膜で覆われており、前記側壁減光膜が、前記半透明膜パターンを構成する材料の酸化膜または窒化膜であることを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a photomask according to the first aspect of the present invention uses an ArF excimer laser as an exposure light source, the wavelength of the exposure light is λ, the numerical aperture of the projection lens is NA, and on the wafer When the minimum pattern size transferred to R is R and the constant is k 1 , the relationship of R = k 1 × λ / NA is established, and this is used in the photolithography technique in which exposure is performed with oblique incident light using a pupil filter. In the photomask, the photomask is a halftone phase shift mask in which a mask pattern is formed by providing a translucent film pattern that changes the phase by transmitting the exposure light at a predetermined transmittance on a transparent substrate, A side wall of the translucent film pattern is covered with a side wall dimming film that attenuates the exposure light, and the side wall dimming film is an oxide film or nitridation of a material constituting the translucent film pattern It is characterized in that it.

本発明の請求項2に記載の発明に係るフォトマスクは、ArFエキシマレーザを露光光源とし、露光光の波長をλ、投影レンズの開口数をNA、ウェハ上に転写される最小のパターン寸法をR、定数をk1としたときに、R=k1×λ/NAの関係が成り立ち、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクにおいて、前記フォトマスクが、透明基板上に前記露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜パターンを設けてマスクパターンを形成したハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記半透明膜パターンの側壁が、前記露光光を減光する側壁減光膜で覆われており、前記側壁減光膜が、タンタルを含む材料から構成されていることを特徴とするものである。 The photomask according to the second aspect of the present invention uses an ArF excimer laser as an exposure light source, sets the wavelength of the exposure light to λ, the numerical aperture of the projection lens to NA, and the minimum pattern size to be transferred onto the wafer. R, when the constant is k 1 , the relationship of R = k 1 × λ / NA is established, and in the photomask used in the photolithography technique in which exposure is performed with oblique incident light using a pupil filter, the photomask includes: A halftone phase shift mask in which a mask pattern is formed by providing a translucent film pattern that changes the phase by transmitting the exposure light at a predetermined transmittance on a transparent substrate, and the side wall of the translucent film pattern has the side wall It is covered with a side wall dimming film for dimming exposure light, and the side wall dimming film is made of a material containing tantalum.

本発明の請求項3に記載の発明に係るフォトマスクは、請求項1または請求項2に記載のフォトマスクにおいて、前記側壁減光膜の前記半透明膜パターンの側壁からの厚さが1nm〜60nmの範囲であり、前記側壁減光膜における前記露光光の透過率が0%以上で50%以下の範囲であることを特徴とするものである。   A photomask according to a third aspect of the present invention is the photomask according to the first or second aspect, wherein the thickness of the side wall dimming film from the side wall of the translucent film pattern is 1 nm to The transmittance of the exposure light in the sidewall light-reducing film is in the range of 60% to 50%.

本発明のハーフトーンマスクによれば、マスクパターンの側壁に側壁減光膜を設けることで、マスクパターンに入射した露光光に対して、マスクパターンの側壁を透過して射出する露光光を減光し、フォトマスクのパターンの膜厚などによる立体的な3次元効果の影響を低減させ、フォトマスクの3次元構造と2次元構造の転写特性シミュレーションの差であるEMFバイアス(Electro Magnetic Field Bias)を小さくし、シミュレーションと実際の露光結果とを近づける効果を示す。また、本発明のハーフトーンマスクは、ラインバイアスの値を小さくすることができ、フォトマスクの製造が容易になる。本発明の側壁減光膜を設けたハーフトーンマスクは、側壁減光膜を設けていない従来のハーフトーンマスクあるいは従来のバイナリマスクよりも高い露光裕度(コントラスト)を示し、半導体素子のフォトリソグラフィ工程における歩留まりを向上させる効果を奏する。   According to the halftone mask of the present invention, by providing a side wall light-reducing film on the side wall of the mask pattern, the exposure light incident on the mask pattern is transmitted through the side wall of the mask pattern and dimmed. Then, the influence of the three-dimensional effect due to the film thickness of the photomask pattern is reduced, and an EMF bias (Electro Magnetic Field Bias) which is the difference between the transfer characteristic simulation of the three-dimensional structure and the two-dimensional structure of the photomask is reduced. This shows the effect of reducing the size and bringing the simulation closer to the actual exposure result. In addition, the halftone mask of the present invention can reduce the value of the line bias, and the photomask can be easily manufactured. The halftone mask provided with the sidewall light-reducing film of the present invention exhibits a higher exposure latitude (contrast) than a conventional halftone mask or a conventional binary mask not provided with the sidewall light-reducing film. There is an effect of improving the yield in the process.

本発明のハーフトーンマスクの製造方法によれば、比較的簡単な工程によりマスクパターンの側壁に側壁減光膜を設けて、露光裕度を向上させたハーフトーンマスクを得ることができる。   According to the halftone mask manufacturing method of the present invention, it is possible to obtain a halftone mask with improved exposure tolerance by providing a side wall darkening film on the side wall of the mask pattern by a relatively simple process.

本発明のハーフトーンマスクの一例を示すマスクパターンの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the mask pattern which shows an example of the halftone mask of this invention. 図1に示した本発明のハーフトーンマスクの製造工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the manufacturing process of the halftone mask of this invention shown in FIG. 図2に続く図1に示した本発明のハーフトーンマスクの製造工程を示す部分断面図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a manufacturing process of the halftone mask of the present invention shown in FIG. 1 following FIG. 2. 図1及び図2における本発明のハーフトーンマスクの製造方法における側壁減光膜の形成方法の一方法を説明する工程断面図である。FIG. 3 is a process cross-sectional view illustrating one method for forming a side wall darkening film in the method for manufacturing a halftone mask of the present invention in FIGS. 1 and 2. 図1に示す本発明のハーフトーンマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。It is light intensity sectional drawing of the pattern by simulation of the halftone mask of this invention shown in FIG. 従来のハーフトーンマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。It is light intensity sectional drawing of the pattern by simulation of the conventional halftone mask. 従来のクロムバイナリマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。It is light intensity sectional drawing of the pattern by the simulation of the conventional chromium binary mask. 本発明のハーフトーンマスクの側壁減光膜の厚さを変えたときのウェハ上のパターンのピッチにおけるEMFバイアスを示す図である。It is a figure which shows the EMF bias in the pitch of the pattern on a wafer when the thickness of the side wall attenuation film of the halftone mask of this invention is changed. 本発明のハーフトーンマスクの側壁減光膜の厚さを変えたときのウェハ上のパターンのピッチにおけるNILSの2次元と3次元のシミュレーション差を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional and three-dimensional simulation difference of NILS in the pitch of the pattern on a wafer when the thickness of the side wall attenuation film of the halftone mask of this invention is changed. 本発明のハーフトーンマスクの側壁減光膜の厚さを変えたときのウェハ上のパターンのピッチにおけるMEEFの2次元と3次元のシミュレーション差を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional and three-dimensional simulation difference of MEEF in the pitch of the pattern on a wafer when the thickness of the side wall attenuation film of the halftone mask of this invention is changed. 本発明の側壁減光膜を追加したハーフトーンマスクと従来のハーフトーンマスクとクロムバイナリマスクのラインバイアスを変えたときのコントラストを示す図である。It is a figure which shows the contrast when the line bias of the halftone mask which added the side wall attenuation film of this invention, the conventional halftone mask, and the chromium binary mask was changed. バイアスを説明するための従来のハーフトーンマスクのパターンの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the pattern of the conventional halftone mask for demonstrating a bias. 本発明においてマスクの転写特性評価に用いた四重極(C―quad)の瞳フィルタの平面模式図である。FIG. 6 is a schematic plan view of a quadrupole (C-quad) pupil filter used for evaluating the transfer characteristics of a mask in the present invention. 従来のハーフトーン型位相シフトマスクの一例を示すマスクパターンの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the mask pattern which shows an example of the conventional halftone type phase shift mask.

上記のように、半導体素子の微細化に伴い、半導体製造のフォトリソグラフィにおいて、開口レンズの高NA化が進み、マスクに入射する照明光の入射角度が大きくなって斜入射光が用いられ、瞳フィルタを用いた変形照明法によるフォトリソグラフィ技術が一般的に用いられるようになっている。   As described above, with the miniaturization of semiconductor elements, in the photolithography of semiconductor manufacturing, the NA of aperture lenses advances, the incident angle of illumination light incident on the mask increases, and oblique incident light is used. A photolithography technique based on a modified illumination method using a filter is generally used.

本発明においては、ArFエキシマレーザを露光光源とし、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクにおいて、上記のフォトマスクが、透明基板上に露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜を設けてマスクパターンを形成したハーフトーンマスクであって、マスクパターンの側壁部が露光光を減光する側壁減光膜で覆われているハーフトーンマスクである。以後、本発明のハーフトーンマスクを、側壁減光膜追加ハーフトーンマスク(側壁減光膜追加HTマスク)とも呼ぶ。   In the present invention, in the photomask used for the photolithography technique in which the ArF excimer laser is used as the exposure light source and the pupil filter is used to expose with oblique incident light, the above-described photomask transmits the exposure light on the transparent substrate in a predetermined manner. A halftone mask in which a mask pattern is formed by providing a translucent film that changes the phase by changing the phase, and the side wall of the mask pattern is covered with a side wall darkening film that reduces exposure light. is there. Hereinafter, the halftone mask of the present invention is also referred to as a side wall dimming film additional halftone mask (side wall dimming film additional HT mask).

本発明のハーフトーンマスクを用いた場合の露光裕度(EL)を調べるために、NILS(Normalized Image Log−Slope:正規化画像対数勾配)を指標とし、マスクパターンの転写特性を評価した。さらに、MEEF(Mask Error Enhancement Factor:マスク誤差増大因子)についても評価した。   In order to examine the exposure latitude (EL) when using the halftone mask of the present invention, the transfer characteristics of the mask pattern were evaluated using NILS (Normalized Image Log-Slope) as an index. Further, MEEF (Mask Error Enhancement Factor) was also evaluated.

NILSは、下記の数式(2)で表される。NILSの値が大きいと、光学像は急峻となりレジストパターンの寸法制御性は向上する。一般的に、NILSは2以上が好ましいが、半導体素子の微細化に伴い、NILSが1.0程度以上でも解像するようなレジストプロセスが求められてきている。ここで、Iは光強度、xは位置を示し、(dI/dx)は空間像の勾配、Wは所望のパターン寸法、IthはWを与える光強度の閾値(Threshold)である。
NILS=(dI/dx)/(W×Ith) ・・・ (2)
NILS is expressed by the following mathematical formula (2). When the value of NILS is large, the optical image becomes steep and the dimensional controllability of the resist pattern is improved. In general, NILS is preferably 2 or more, but with the miniaturization of semiconductor elements, a resist process that can resolve even with NILS of about 1.0 or more has been demanded. Here, I indicates the light intensity, x indicates the position, (dI / dx) is the gradient of the aerial image, W is the desired pattern dimension, and I th is the threshold value (Threshold) of the light intensity giving W.
NILS = (dI / dx) / (W × I th ) (2)

NILSと露光裕度(EL)は、下記の数式(3)の一次関数で関連付けられる。なお、定数aとbはレジストプロセスなどによって変わる値である。数式(3)が示すように、NILSの値が大きいほど露光裕度は向上する。
EL(%)=a×(NILS−b) ・・・ (3)
NILS and exposure latitude (EL) are related by a linear function of the following formula (3). The constants a and b are values that vary depending on the resist process. As Equation (3) shows, the exposure margin increases as the NILS value increases.
EL (%) = a × (NILS−b) (3)

MEEFは、下記の数式(4)で表されており、マスク寸法変化量(ΔマスクCD)に対するウェハ上のパターン寸法変化量(ΔウェハCD)の比で示される。CDはマスクやウェハの重要な寸法(Critical Dimension)を示す。数式(4)の数値4はマスクの縮小比であり、一般的な4倍マスクを用いた場合を例示している。数式(4)が示すように、MEEFの値は小さい方が、マスクパターンがウェハパターンに忠実に転写されることになり、MEEFの値が小さくなればウェハ製造歩留りが向上する。また、その結果として、ウェハ製造に用いるマスク製造歩留りも向上することになる。
MEEF=ΔウェハCD/ΔマスクCD/4 ・・・ (4)
MEEF is expressed by the following mathematical formula (4), and is represented by the ratio of the pattern dimension variation (Δwafer CD) on the wafer to the mask dimension variation (Δmask CD). CD indicates a critical dimension of a mask or wafer. Numerical value 4 in the formula (4) is a reduction ratio of the mask, and exemplifies a case where a general 4 × mask is used. As Equation (4) shows, the smaller the MEEF value, the more faithfully transferred the mask pattern onto the wafer pattern, and the lower the MEEF value, the better the wafer manufacturing yield. As a result, the production yield of masks used for wafer production is also improved.
MEEF = Δwafer CD / Δmask CD / 4 (4)

(シミュレーション条件)
本発明においては、側壁減光膜追加ハーフトーンマスクの露光裕度を見積もるために、側壁減光膜追加ハーフトーンマスクが効果を示す条件をシミュレーションにより求めた。シミュレーション・ソフトウェアとして、EM−Suite Version v6.00(商品名:Panoramic Technology社製)を用い、3次元(3Dとも記す)シミュレーション条件としては、シミュレーション・モードには3次元電磁界シミュレーションのTEMPEST(EM−Suiteオプション)によるFDTD法(時間領域差分法、有限差分時間領域法とも称する。)を用い、グリッドサイズは1nm(4倍マスクにおいて)とした。2次元(2Dとも記す)シミュレーション条件としては、シミュレーション・モードにキルヒホッフ(Kirchhoff)法を用いた。
(Simulation conditions)
In the present invention, in order to estimate the exposure tolerance of the halftone mask with added side wall light-reducing film, the conditions under which the halftone mask with added side wall light-reducing film is effective were obtained by simulation. As simulation software, EM-Suite Version v6.00 (trade name: manufactured by Panoramic Technology) was used, and as a three-dimensional (also referred to as 3D) simulation condition, the simulation mode includes TEMPEST (EM -The FDTD method (also referred to as a time domain difference method or a finite difference time domain method) by Suite option) was used, and the grid size was 1 nm (in a quadruple mask). As a two-dimensional (also referred to as 2D) simulation condition, the Kirchhoff method was used for the simulation mode.

(リソグラフィ条件)
2次元及び3次元シミュレーションにおけるリソグラフィ条件として、露光光源はArFエキシマレーザで露光波長は193nm、投影レンズの開口数(NA)は本実施形態では1.35とし、純水を用いた液浸露光とした。照明系は瞳フィルタを用いた斜入射光による露光とし、図3に示す四重極(C−quad)の瞳フィルタを用いた四重極照明を設定した。C−quadの4つの光透過部は、XY軸上に瞳中心からの開口角が30度の扇型(ポーラリゼーションはXY)をなし、瞳フィルタの半径を1としたとき、瞳中心からの距離の外径(外σ)を0.98、内径(内σ)を0.81とした。半透明膜よりなるマスクパターンは1対1のライン&スペースで、ウェハ上に転写したときのピッチは40nm〜500nmの間で13点の値をとり、ターゲットとするラインCDはウェハ上で40nmとした。ハーフトーンマスクの半透明膜は単層とし、露光光透過率6%のモリブデンシリサイド(MoSi)膜を想定した。露光光の斜入射光によるフォトマスクへの入射角度は16度とした。
(Lithography conditions)
As lithography conditions in the two-dimensional and three-dimensional simulations, the exposure light source is an ArF excimer laser, the exposure wavelength is 193 nm, the numerical aperture (NA) of the projection lens is 1.35 in this embodiment, and immersion exposure using pure water. did. The illumination system was exposure by obliquely incident light using a pupil filter, and quadrupole illumination using a quadrupole (C-quad) pupil filter shown in FIG. 3 was set. The four light transmission parts of the C-quad form a fan shape with an aperture angle of 30 degrees from the center of the pupil on the XY axis (polarization is XY), and when the pupil filter radius is 1, the pupil transmission center The outer diameter (outer σ) was 0.98 and the inner diameter (inner σ) was 0.81. The mask pattern made of a translucent film is a one-to-one line & space, and the pitch when transferred onto the wafer takes a value of 13 points between 40 nm and 500 nm, and the target line CD is 40 nm on the wafer. did. The semi-transparent film of the halftone mask was a single layer, and a molybdenum silicide (MoSi) film having an exposure light transmittance of 6% was assumed. The incident angle to the photomask by the oblique incident light of the exposure light was 16 degrees.

本実施形態において、投影レンズの開口数(NA)1.35は、微細な半導体デバイス用のマスクパターン転写に用いられていることにより、一例として用いたものであり、もとより本発明はそれに限定されることはなく、他の開口数のレンズを用いることが可能である。   In this embodiment, the numerical aperture (NA) of 1.35 of the projection lens is used as an example because it is used for mask pattern transfer for fine semiconductor devices, and the present invention is originally limited thereto. It is possible to use lenses with other numerical apertures.

また、本実施形態の照明系として四重極照明を用いたのは、四重極照明は縦・横のパターンが同時に解像でき、普遍性が高くて一般的なマスクパターン転写に適用できるからである。ただし、四重極照明は実施形態の好ましい一例として用いたものであり、本発明のバイナリ型のフォトマスクにおいては、四重極照明以外の他の変形照明系、例えば、輪帯照明、二重極照明などにおいても同様に露光裕度の改善効果が得られるものである。   In addition, the quadrupole illumination is used as the illumination system of the present embodiment because the quadrupole illumination can resolve the vertical and horizontal patterns at the same time and has high universality and can be applied to general mask pattern transfer. It is. However, the quadrupole illumination is used as a preferred example of the embodiment. In the binary type photomask of the present invention, other modified illumination systems other than the quadrupole illumination, such as annular illumination, double illumination, etc. The effect of improving the exposure margin can be obtained similarly in polar illumination.

(フォトマスク)
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るハーフトーンマスクについて詳細に説明する。
(Photomask)
Hereinafter, a halftone mask according to an embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings.

図1は、本発明のハーフトーンマスクの一例を示すマスクパターンの部分断面図である。図1に示すように、露光光を透過する透明基板11の一主面上に露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜パターン12を設けてマスクパターン16を形成したハーフトーンマスク10であって、マスクパターン16の側壁部が、該側壁部から射出される露光光を減光する側壁減光膜15で覆われているフォトマスクである。   FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a mask pattern showing an example of the halftone mask of the present invention. As shown in FIG. 1, a halftone in which a mask pattern 16 is formed by providing a translucent film pattern 12 that transmits exposure light at a predetermined transmittance and changes phase on one main surface of a transparent substrate 11 that transmits the exposure light. The mask 10 is a photomask in which a side wall portion of the mask pattern 16 is covered with a side wall light-reducing film 15 that reduces exposure light emitted from the side wall portion.

本発明において、透明基板11の露光光透過領域の光の透過率を100%としたとき、半透明膜パターン12は、露光光の透過率が1〜85%の範囲にあるのが好ましく、通常は透過率6%の半透明膜パターン12がよく用いられる。半透明膜パターン12の露光光の透過率が高い方が、側壁減光膜15の効果はより大きくなる。   In the present invention, when the light transmittance of the exposure light transmission region of the transparent substrate 11 is 100%, the translucent film pattern 12 preferably has a transmittance of exposure light in the range of 1 to 85%. A translucent film pattern 12 having a transmittance of 6% is often used. The higher the exposure light transmittance of the translucent film pattern 12, the greater the effect of the side wall darkening film 15.

本発明者は、マスクパターンの側壁を側壁減光膜で覆うことによる光強度の変化について比較した。図5は、図1に示す本発明のハーフトーンマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。図6は、従来のハーフトーンマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。図7は、従来のクロムバイナリマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。図6、図7において、図5と共通している同じ個所は同じ符号を用いている。図5〜図7のいずれの図においても、(a)がマスクパターンの部分断面図、(b)がマスク断面のマスクパターン、及びマスクパターン周辺のパターンの存在しないスペース部の露光光の光強度を示す。光強度は規格化してあり、グレースケールの黒濃度が高い方は光強度が小さいことを示す。   The inventor compared the change in light intensity caused by covering the side wall of the mask pattern with a side wall dimming film. FIG. 5 is a light intensity cross-sectional view of a pattern obtained by simulation of the halftone mask of the present invention shown in FIG. FIG. 6 is a light intensity cross-sectional view of a pattern obtained by simulation of a conventional halftone mask. FIG. 7 is a light intensity cross-sectional view of a pattern obtained by simulation of a conventional chromium binary mask. 6 and 7, the same portions as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. 5A to 7B, (a) is a partial cross-sectional view of a mask pattern, (b) is a light intensity of exposure light in a space portion where there is no mask pattern in the mask cross-section, and a pattern around the mask pattern. Indicates. The light intensity is standardized, and a higher gray scale black density indicates a lower light intensity.

図5(b)に示すように、半透明膜の側面を側壁減光膜で覆った本発明の側壁減光膜追加ハーフトーンマスク(以後、「側壁減光膜追加HTマスク」とも記す)は、図6(b)に示す従来のハーフトーンマスク(「従来HTマスク」とも記す)及び図7(b)に示す従来のクロムバイナリマスク(「Cr−BIM」とも記す)と比べ、マスクパターン周辺のスペース部の光強度の低下が少ない。   As shown in FIG. 5B, the side wall light-reducing film additional halftone mask (hereinafter also referred to as “side wall light-reducing film additional HT mask”) of the present invention in which the side surface of the translucent film is covered with the side wall light-reducing film is Compared to the conventional halftone mask (also referred to as “conventional HT mask”) shown in FIG. 6B and the conventional chrome binary mask (also referred to as “Cr-BIM”) shown in FIG. There is little decrease in light intensity in the space part.

本発明者は、透明基板11側からフォトマスクのパターン部の半透明膜パターン12に入射した露光光に対して、側壁減光膜追加HTマスクに設けられた側壁減光膜15が、ハーフトーンマスクの半透明膜パターン12の側壁から射出される位相のずれた光が半透明膜パターン12の周辺のスペース部の露光光と干渉するのを防ぐもしくは低減しているため、スペース部の光強度の低下が少なくなり、ハーフトーンマスクにおける3次元構造の露光光への悪影響を減少させているものと推測している。   The inventor of the present invention has developed that the side wall light-reducing film 15 provided on the side wall light-reducing film additional HT mask is halftone with respect to the exposure light incident on the translucent film pattern 12 of the pattern portion of the photomask from the transparent substrate 11 side. Since the phase-shifted light emitted from the side wall of the translucent film pattern 12 of the mask is prevented or reduced from interfering with the exposure light in the space area around the translucent film pattern 12, the light intensity in the space area is reduced. It is presumed that the decrease in the decrease is reduced and the adverse effect on the exposure light of the three-dimensional structure in the halftone mask is reduced.

本発明において、図1に示す側壁減光膜15の半透明膜パターン12の側壁からの厚さt(nm)は、後述するように、1nm〜60nmの範囲が好ましく、特に20nm〜40nmの範囲がより好ましい。したがって、マスクパターン16の寸法は、半透明膜12の寸法に側壁減光膜15の厚さ(2×t)を加えた値となる。   In the present invention, the thickness t (nm) from the side wall of the translucent film pattern 12 of the side wall dimming film 15 shown in FIG. 1 is preferably in the range of 1 nm to 60 nm, particularly in the range of 20 nm to 40 nm, as will be described later. Is more preferable. Therefore, the dimension of the mask pattern 16 is a value obtained by adding the thickness (2 × t) of the side wall darkening film 15 to the dimension of the semitransparent film 12.

本発明において、側壁減光膜15は、パターン部の半透明膜12に入射した露光光に対して、パターン側壁から射出される光を転写に悪影響を与えないように減光できればよい。本発明では、側壁減光膜15の露光光の透過率の上限を50%としている。側壁減光膜15の露光光の透過率が50%を超えると、側壁減光膜15の厚さtを厚くする必要が生じ、パターン寸法の調整が困難となるからである。一方、側壁減光膜15は、パターン側壁から射出される光を100%遮光(透過率は0%)してもよい。したがって、本発明では、側壁減光膜15の露光光の透過率は、0%以上で50%以下を好ましい範囲としている。ここで、透過率0%は、波長193nmの露光光が1回の露光で側壁から射出されないことを意味するものである。   In the present invention, the side wall light-reducing film 15 only needs to be able to reduce the light emitted from the pattern side wall with respect to the exposure light incident on the translucent film 12 of the pattern portion so as not to adversely affect the transfer. In the present invention, the upper limit of the transmittance of the exposure light of the sidewall light reducing film 15 is set to 50%. This is because if the transmittance of the exposure light of the side wall dimming film 15 exceeds 50%, it is necessary to increase the thickness t of the side wall dimming film 15 and it becomes difficult to adjust the pattern dimension. On the other hand, the side wall darkening film 15 may block 100% of light emitted from the pattern side wall (transmittance is 0%). Accordingly, in the present invention, the exposure light transmittance of the side wall light-reducing film 15 is preferably in the range of 0% to 50%. Here, the transmittance of 0% means that exposure light having a wavelength of 193 nm is not emitted from the side wall in one exposure.

(側壁減光膜の膜厚を変えたときの転写特性)
本発明のハーフトーンマスクの転写特性を評価する手順として、側壁減光膜15の膜厚tを変えたときの転写特性として、EMFバイアス、NILSの3次元シミュレーションと2次元シミュレーションによる相違、及びMEEFの3次元シミュレーションと2次元シミュレーションによる相違を評価した。
(Transfer characteristics when changing the thickness of the side wall attenuation film)
As a procedure for evaluating the transfer characteristic of the halftone mask of the present invention, the transfer characteristic when the film thickness t of the side wall darkening film 15 is changed, the difference between the EMF bias, the NILS three-dimensional simulation and the two-dimensional simulation, and MEEF The difference between 3D simulation and 2D simulation was evaluated.

図8は、上記のシミュレーション条件、リソグラフィ条件により、本発明のハーフトーンマスクの側壁減光膜15の厚さtを変えたときのウェハ上のパターンのピッチ40nm〜500nmにおけるEMFバイアスを示す図である。厚さt(nm)は、0nm(側壁減光膜がない場合)〜60nmまで、10nmごとに変えてウェハ上のEMFバイアスを求めた。上記のように、EMFバイアスは3次元構造(3D)と2次元構造(2D)の転写特性シミュレーションの差を示す。   FIG. 8 is a diagram showing an EMF bias at a pattern pitch of 40 nm to 500 nm on the wafer when the thickness t of the side wall attenuating film 15 of the halftone mask of the present invention is changed according to the above simulation conditions and lithography conditions. is there. The thickness t (nm) was changed every 10 nm from 0 nm (in the case where there is no side wall dimming film) to 60 nm to obtain the EMF bias on the wafer. As described above, the EMF bias indicates a difference in the transfer characteristic simulation between the three-dimensional structure (3D) and the two-dimensional structure (2D).

図8に示されるように、ウェハ上のパターンのピッチ40nm〜500nmにおいて、側壁減光膜15を設けることにより、側壁減光膜がない場合(側壁0nm)に比べて、EMFバイアスはより小さな値を示し、側壁減光膜15の厚さtが10nm〜60nmの範囲では、ウェハ上のEMFバイアスが、ほぼ±2nm以内に入ることが示されている。本発明者は、側壁減光膜15の厚さtが1nmと極めて薄い場合でも、側壁が減光膜で覆われていれば、EMFバイアスの値を低下させる効果があることを確認した。さらに、側壁減光膜15の厚さtが20nm〜40nmの範囲では、ウェハ上のEMFバイアスは±1nm以内に入り、ほぼ一定しており、シミュレーションと実際の露光結果とを近づける効果が大きいことが示されている。したがって、本発明では、側壁減光膜15の厚さtは、1nm〜60nmの範囲が好ましく、特に20nm〜40nmの範囲がより好ましい。   As shown in FIG. 8, the EMF bias is smaller by providing the sidewall light-reducing film 15 at a pattern pitch of 40 nm to 500 nm on the wafer than when no sidewall light-reducing film is provided (side wall 0 nm). It is shown that the EMF bias on the wafer falls within approximately ± 2 nm when the thickness t of the sidewall light-reducing film 15 is in the range of 10 nm to 60 nm. The present inventor has confirmed that even when the thickness t of the side wall dimming film 15 is as thin as 1 nm, the EMF bias value can be reduced if the side wall is covered with the dimming film. Further, when the thickness t of the sidewall light-reducing film 15 is in the range of 20 nm to 40 nm, the EMF bias on the wafer is within ± 1 nm and is almost constant, and the effect of bringing the simulation close to the actual exposure result is great. It is shown. Therefore, in the present invention, the thickness t of the side wall light-reducing film 15 is preferably in the range of 1 nm to 60 nm, and more preferably in the range of 20 nm to 40 nm.

図9は、上記のシミュレーション条件、リソグラフィ条件により、本発明のハーフトーンマスクの側壁減光膜15の厚さtを変えたときのウェハ上のパターンのピッチ40nm〜500nmにおけるNILSの3次元(3D)と2次元(2D)のシミュレーション差を示す図である。上記のように、NILSは数式(2)で表され、転写パターンの光学像の評価指標である。   FIG. 9 shows three-dimensional (3D) of NILS at a pitch of 40 nm to 500 nm of the pattern on the wafer when the thickness t of the sidewall darkening film 15 of the halftone mask of the present invention is changed according to the above simulation conditions and lithography conditions. And 2D (2D) simulation difference. As described above, NILS is expressed by Equation (2) and is an evaluation index of the optical image of the transfer pattern.

図9に示されるように、ウェハ上のパターンのピッチ40nm〜500nmにおいて、側壁減光膜15を設けることにより、側壁減光膜がない場合(側壁0nm)に比べて、NILSの3次元(3D)と2次元(2D)のシミュレーション差(3D−2D)はより小さな値を示し、側壁減光膜15の厚さtが10nm〜60nmの範囲では、NILSのシミュレーション差が、ほぼ0〜−0.2以内に入ることが示されている。また、側壁減光膜15の厚さtが1nmと極めて薄い場合でも、側壁が減光膜で覆われていれば、NILSの3Dと2Dのシミュレーション差を低下させる効果があることを確認した。さらに、側壁減光膜15の厚さtが20nm〜40nmの範囲では、NILSの3Dと2Dのシミュレーション差がほぼ0〜−0.1以内と一定しており、2Dシミュレーションと3Dシミュレーションとの間の乖離を低減する効果が大きい。したがって、本発明では、側壁減光膜15の厚さtは、1nm〜60nmの範囲が好ましく、特に20nm〜40nmの範囲がより好ましい。これは、ハーフトーンマスクの半透明膜パターンの側壁に厚さ1nm〜60nmの範囲、より好ましくは20nm〜40nmの範囲の側壁減光膜を設けることにより、マスクパターンによる3次元効果を抑制し、2Dシミュレーションと実際のマスクパターン転写(3D)との差を低減することで、高精度かつ短時間で解像力を向上させるRET技術を実現することが可能となることを示している。   As shown in FIG. 9, by providing the sidewall light-reducing film 15 at a pattern pitch of 40 nm to 500 nm on the wafer, the three-dimensional (3D) of NILS is compared with the case where there is no sidewall light-reducing film (sidewall 0 nm). ) And the two-dimensional (2D) simulation difference (3D-2D) show smaller values, and when the thickness t of the side wall dimming film 15 is in the range of 10 nm to 60 nm, the NILS simulation difference is approximately 0 to −0. It is shown to be within 2. In addition, even when the thickness t of the side wall dimming film 15 is as thin as 1 nm, it has been confirmed that if the side wall is covered with the dimming film, there is an effect of reducing the simulation difference between 3D and 2D of NILS. Further, when the thickness t of the side wall light-reducing film 15 is in the range of 20 nm to 40 nm, the simulation difference between 3D and 2D of NILS is substantially within 0 to −0.1, and the difference between the 2D simulation and the 3D simulation. The effect of reducing the deviation is large. Therefore, in the present invention, the thickness t of the side wall light-reducing film 15 is preferably in the range of 1 nm to 60 nm, and more preferably in the range of 20 nm to 40 nm. This suppresses the three-dimensional effect due to the mask pattern by providing a side wall dimming film with a thickness in the range of 1 nm to 60 nm, more preferably in the range of 20 nm to 40 nm on the side wall of the translucent film pattern of the halftone mask, This shows that by reducing the difference between the 2D simulation and the actual mask pattern transfer (3D), it is possible to realize the RET technique that improves the resolving power with high accuracy and in a short time.

図10は、上記のシミュレーション条件、リソグラフィ条件により、本発明のハーフトーンマスク10の側壁減光膜の厚さtを変えたときのウェハ上のパターンのピッチ40nm〜500nmにおけるMEEFの3次元(3D)と2次元(2D)のシミュレーション差を示す図である。上記のように、MEEFは数式(4)で表され、マスクパターンの転写特性を示す。   FIG. 10 shows the three-dimensional (3D) of MEEF at a pitch of 40 nm to 500 nm of the pattern on the wafer when the thickness t of the side wall attenuating film of the halftone mask 10 of the present invention is changed according to the above simulation conditions and lithography conditions. And 2D (2D) simulation difference. As described above, MEEF is expressed by Equation (4) and indicates the transfer characteristic of the mask pattern.

図10に示されるように、ウェハ上のパターンのピッチ40nm〜500nmにおいて、側壁減光膜15を設けることにより、側壁減光膜がない場合(側壁0nm)に比べて、MEEFの3次元(3D)と2次元(2D)のシミュレーション差(3D−2D)はより小さな値を示し、側壁減光膜15の厚さtが10nm〜60nmの範囲では、MEEFのシミュレーション差は、−0.1〜0.5以内に入ることが示されている。また、側壁減光膜15の厚さtが1nmと極めて薄い場合でも、側壁が減光膜で覆われていれば、MEEFの3Dと2Dのシミュレーション差を低下させる効果があることを確認した。さらに、側壁減光膜15の厚さtが20nm〜40nmの範囲では、MEEFの3Dと2Dのシミュレーション差がほぼ小さい値で推移しており、2Dシミュレーションと3Dシミュレーションとの間の乖離を低減する効果が大きい。したがって、上記と同様に、ハーフトーンマスクの半透明膜パターンの側壁に厚さ1nm〜60nmの範囲、より好ましくは20nm〜40nmの範囲の側壁減光膜を設けることにより、マスクパターンによる3次元効果を抑制し、2Dシミュレーションと実際のマスクパターン転写(3D)との差を低減することで、マスクパターンがウェハパターンに忠実に転写されることが示される。   As shown in FIG. 10, by providing the sidewall light-reducing film 15 at a pattern pitch of 40 nm to 500 nm on the wafer, the three-dimensional (3D) of MEEF is compared with the case where there is no sidewall light-reducing film (sidewall 0 nm). ) And the two-dimensional (2D) simulation difference (3D-2D) show smaller values, and in the range where the thickness t of the side wall attenuating film 15 is 10 nm to 60 nm, the MEEF simulation difference is -0.1 to 0.1. It is shown to be within 0.5. In addition, even when the thickness t of the side wall dimming film 15 is as extremely thin as 1 nm, it was confirmed that if the side wall was covered with the dimming film, there was an effect of reducing the simulation difference between 3D and 2D of MEEF. Further, when the thickness t of the side wall light-reducing film 15 is in the range of 20 nm to 40 nm, the simulation difference between the 3D and 2D of MEEF is almost small, and the difference between the 2D simulation and the 3D simulation is reduced. Great effect. Therefore, in the same manner as described above, a three-dimensional effect by the mask pattern is provided by providing a side wall dimming film having a thickness in the range of 1 nm to 60 nm, more preferably in the range of 20 nm to 40 nm on the side wall of the semitransparent film pattern of the halftone mask. By suppressing the difference between the 2D simulation and the actual mask pattern transfer (3D), it is shown that the mask pattern is faithfully transferred to the wafer pattern.

(側壁減光膜の作用効果)
次に、本発明のハーフトーンマスク10における側壁減光膜15の作用効果について説明する。
図11は、図5に示す本発明の側壁減光膜15を追加したハーフトーンマスク10と、図6に示す従来のハーフトーンマスクと、図7に示す従来のクロムバイナリマスクのラインバイアスを変えたときのコントラストを示す図である。
(Functional effects of side wall dimming film)
Next, the function and effect of the side wall darkening film 15 in the halftone mask 10 of the present invention will be described.
11 changes the line bias of the halftone mask 10 to which the sidewall light reducing film 15 of the present invention shown in FIG. 5 is added, the conventional halftone mask shown in FIG. 6, and the conventional chrome binary mask shown in FIG. FIG.

ここで、本発明で用いているバイアスについて、図12に示す従来のハーフトーンマスクのパターンの断面模式図を例にして説明する。図12では、透明基板121上に半透明膜122よりなるマスクパターンが示されている。通常、マスクは4倍体のレチクルが用いられるので、マスクパターンのライン部の寸法(ラインCD(Critical Dimension)と称する)は、目標とするウェハ上の線幅寸法(ターゲットCDと称する)の4倍の数値x(nm)に、補正値であるバイアスd(nm)を加えた値として示される(x=ターゲットCD×4)。
バイアス(d)=2×a
図12において、バイアスdの値が+の場合はラインCDが広がる方向であり、dの値が−の場合はラインCDが狭くなる方向を意味する。ただし、+の場合には特に+の表示はしていない。本発明においては、マスクパターンのラインCDのバイアスをラインバイアスと称する。
Here, the bias used in the present invention will be described with reference to a cross-sectional schematic diagram of a conventional halftone mask pattern shown in FIG. In FIG. 12, a mask pattern made of a semitransparent film 122 is shown on the transparent substrate 121. Usually, a tetraploid reticle is used for the mask, so the dimension of the line portion of the mask pattern (referred to as line CD (Critical Dimension)) is 4 of the target line width dimension (referred to as target CD) on the wafer. It is shown as a value obtained by adding a correction value bias d (nm) to a double numerical value x (nm) (x = target CD × 4).
Bias (d) = 2 × a
In FIG. 12, when the value of the bias d is +, the line CD is widened, and when the value of d is-, the line CD is narrowed. However, in the case of +, there is no particular indication of +. In the present invention, the bias of the line CD of the mask pattern is referred to as a line bias.

コントラストは従来ウェハ上の光強度の頂点をItop、光強度の底の値をIbottomとして、下記の数式(5)で表される。コントラストが高いと(max.1)、露光量裕度が広くなり、転写されるパターンのラインのエッジ・ラフネスが良化し、フォトリソグラフィ工程の歩留まりが改善される。
コントラスト=(Itop−Ibottom)/(Itop+Ibottom) …(5)
The contrast is represented by the following formula (5), where I top is the top of the light intensity on the conventional wafer and I bottom is the bottom value of the light intensity. When the contrast is high (max. 1), the exposure tolerance is widened, the edge roughness of the transferred pattern line is improved, and the yield of the photolithography process is improved.
Contrast = (I top −I bottom ) / (I top + I bottom ) (5)

図11に示すラインバイアスを変えたときのコントラストにおいて、実線が本発明の側壁減光膜追加ハーフトーン(HT)マスク、点線が従来のハーフトーンマスク(HT)、一点鎖線が従来のクロムバイナリマスク(Cr−BIM)を示す。   In contrast when the line bias shown in FIG. 11 is changed, the solid line is the halftone (HT) mask added with the side wall light-reducing film of the present invention, the dotted line is the conventional halftone mask (HT), and the alternate long and short dash line is the conventional chrome binary mask. (Cr-BIM) is shown.

図11に示されるように、本発明の側壁減光膜追加ハーフトーンマスクは、従来のハーフトーンマスク及び従来のクロムバイナリマスクと比べ、コントラストがより高くなり、転写特性に向上が見られる。   As shown in FIG. 11, the halftone mask with added sidewall reduction film of the present invention has higher contrast and improved transfer characteristics as compared with the conventional halftone mask and the conventional chrome binary mask.

また、図11に示されるコントラストのピーク位置におけるラインバイアスの値は、点線で示す従来のハーフトーンマスクは−10nm付近のマイナス側を示し、一点鎖線で示す従来のクロムバイナリマスクは10nm付近のプラス側を示しているのに対し、本発明の側壁減光膜追加ハーフトーンマスクは、コントラストのピーク位置におけるラインバイアスが、0nm付近の値を示している。   Further, the line bias value at the contrast peak position shown in FIG. 11 shows a minus side near −10 nm for the conventional halftone mask indicated by the dotted line, and a plus value around 10 nm for the conventional chromium binary mask indicated by the alternate long and short dash line. On the other hand, in the side-wall light-reducing film-added halftone mask of the present invention, the line bias at the contrast peak position shows a value in the vicinity of 0 nm.

従来のハーフトーンマスクや従来のクロムバイナリマスクは、ある程度の大きさのラインバイアスを入れてマスクパターンを作成しないと、ウェハ上で設計通りの寸法が得られなかった。そのため、パターンの微細化に伴い、マイナス側のバイアスの場合には、透明基板に接する残しパターンの表面積が減少して密着不良によるパターン剥離を生じ、一方、プラス側のバイアスの場合には、バイアスのためのスペース部が小さくなってマスク製造が困難になるという問題が生じていた。   Conventional halftone masks and conventional chrome binary masks cannot obtain the designed dimensions on the wafer unless a mask pattern is created with a certain amount of line bias applied. Therefore, as the pattern becomes finer, in the case of negative bias, the surface area of the remaining pattern in contact with the transparent substrate is reduced, resulting in pattern peeling due to poor adhesion, while in the case of positive bias, As a result, a problem arises in that the space for the mask becomes small and mask manufacturing becomes difficult.

これに対して、上記のように、本発明の側壁減光膜追加ハーフトーンマスクは、従来のハーフトーンマスクや従来のクロムバイナリマスクに比較して、ラインバイアスが少なくなる方向へシフトしている。したがって、本発明の側壁減光膜追加ハーフトーンマスクは、マスクパターンの設計において、補正値であるバイアスの値は従来のハーフトーンマスクやクロムバイナリマスクに比べて、小さくてよいことになる。その結果、ウェハへのマスクパターン転写特性の向上とともに、マスクパターン設計及びマスク製造がより容易になるという効果が得られる。   On the other hand, as described above, the side wall dimming film-added halftone mask of the present invention is shifted in a direction in which the line bias is reduced as compared with the conventional halftone mask and the conventional chrome binary mask. . Therefore, in the halftone mask added with the sidewall light-reducing film of the present invention, the bias value as a correction value may be smaller than that of the conventional halftone mask or chrome binary mask in designing the mask pattern. As a result, the mask pattern transfer characteristics to the wafer can be improved and the mask pattern design and mask manufacturing can be facilitated.

(フォトマスク構成材料)
次に、本発明のフォトマスクを構成する材料について説明する。図1に示す本発明のハーフトーンマスク10を構成する透明基板11としては、従来公知の露光光を高透過率で透過する光学研磨された合成石英ガラス、蛍石、フッ化カルシウムなどを用いることができるが、通常、多用されており品質が安定している合成石英ガラスがより好ましい。
(Photomask constituent materials)
Next, materials constituting the photomask of the present invention will be described. As the transparent substrate 11 constituting the halftone mask 10 of the present invention shown in FIG. 1, optically polished synthetic quartz glass, fluorite, calcium fluoride or the like that transmits a conventionally known exposure light with a high transmittance is used. However, synthetic quartz glass that is frequently used and stable in quality is more preferable.

図1に示す本発明のハーフトーンマスク10を構成する半透明膜パターン12は、露光光を所定の透過率で透過し位相を変える薄膜であり、単層あるいは2層以上の多層で形成され、ハーフトーンマスク用の半透明膜として用いられる従来公知の材料が適用できる。例えば、半透明膜パターン12としては、クロム(Cr)、タンタル(Ta)などの金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物を主成分とする薄膜、あるいはモリブデンシリサイド(MoSi)、窒化モリブデンシリサイド(MoSiON)などのモリブデンシリサイド化合物の薄膜、酸化窒化シリコン(SiON)の薄膜などが挙げられる。   The translucent film pattern 12 constituting the halftone mask 10 of the present invention shown in FIG. 1 is a thin film that changes the phase by transmitting exposure light at a predetermined transmittance, and is formed of a single layer or a multilayer of two or more layers, A conventionally known material used as a semitransparent film for a halftone mask can be applied. For example, as the translucent film pattern 12, a thin film mainly composed of nitride, oxide, or oxynitride of a metal element such as chromium (Cr) or tantalum (Ta), or molybdenum silicide (MoSi) or molybdenum nitride. A thin film of a molybdenum silicide compound such as silicide (MoSiON), a thin film of silicon oxynitride (SiON), or the like can be given.

半透明膜パターン12における露光光の透過率は、透明基板11の露光光透過領域の光の透過率を100%としたとき、1%〜85%の範囲にあるのが好ましい。半透明膜パターン12の膜厚は、従来公知のハーフトーンマスクの半透明膜パターンの膜厚が適用でき、例えば50nm〜100nmの範囲で用いることができるが、膜厚が厚くなると上記の立体効果による障害が大きくなるので薄い方が好ましい。   The transmittance of the exposure light in the semi-transparent film pattern 12 is preferably in the range of 1% to 85% when the light transmittance of the exposure light transmission region of the transparent substrate 11 is 100%. The film thickness of the semi-transparent film pattern 12 can be the film thickness of a semi-transparent film pattern of a conventionally known halftone mask, and can be used, for example, in the range of 50 nm to 100 nm. The thinner one is preferable because of the increase of the obstacles.

図1に示す本発明のハーフトーンマスク10を構成する側壁減光膜15は、金属膜、金属酸化膜、金属窒化膜、金属酸化窒化膜のうちのいずれかの膜で形成されており、露光光の透過率が50%以下である薄膜層であり、側壁減光膜15の側壁の厚さtは、上記のように、1nm〜60nmの範囲が好ましく、特に20nm〜40nmの範囲がより好ましい。   The side wall darkening film 15 constituting the halftone mask 10 of the present invention shown in FIG. 1 is formed of any one of a metal film, a metal oxide film, a metal nitride film, and a metal oxynitride film, and is exposed. It is a thin film layer having a light transmittance of 50% or less, and the side wall thickness d of the side wall dimming film 15 is preferably in the range of 1 nm to 60 nm, and more preferably in the range of 20 nm to 40 nm. .

例えば、側壁減光膜15として、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)などから選択された金属元素のいずれか1種を主成分とする薄膜、あるいは上記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかを主成分とする薄膜、あるいはモリブデンシリサイド(MoSi)薄膜などが挙げられる。   For example, the sidewall light-reducing film 15 is mainly composed of any one of metal elements selected from chromium (Cr), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), titanium (Ti), zirconium (Zr), and the like. Examples include a thin film, a thin film mainly containing any one of the nitride, oxide, and oxynitride of the above metal element, and a molybdenum silicide (MoSi) thin film.

(フォトマスクの製造方法)
次に、本発明のフォトマスクの製造方法について図面を用いて説明する。
(Photomask manufacturing method)
Next, the manufacturing method of the photomask of this invention is demonstrated using drawing.

本発明のフォトマスクの製造方法は、ArFエキシマレーザを露光光源とし、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクの製造方法であり、上記のフォトマスクがハーフトーン型位相シフトマスクであって、主要な製造工程として、透明基板上に前記露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜を形成する工程と、上記の半透明膜パターンの側壁に側壁減光膜を形成する工程とを含むものである。   The photomask manufacturing method of the present invention is a photomask manufacturing method used in a photolithography technique in which an ArF excimer laser is used as an exposure light source and exposure is performed with oblique incident light using a pupil filter, and the photomask is a halftone. As a main manufacturing process, a step of forming a translucent film that changes the phase by transmitting the exposure light with a predetermined transmittance on a transparent substrate, and a side wall of the translucent film pattern Forming a side wall light-reducing film.

図2及びそれに続く図3は、本発明のフォトマスクの製造方法の一例を示す工程断面図である。先ず、図2(a)に示すように、透明基板11上に露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜12aを真空成膜法で形成し、次に、上記の半透明膜12a上に金属薄膜13aを形成する。次に、上記の金属薄膜13a上にレジスト膜14aを塗布形成する。金属薄膜13aは、レジストパターンだけでは半透明膜12aのドライエッチング耐性が不十分なので、レジストパターンを金属薄膜パターンに転換するために設けられる。   FIG. 2 and subsequent FIG. 3 are process cross-sectional views showing an example of the photomask manufacturing method of the present invention. First, as shown in FIG. 2A, a semi-transparent film 12a that transmits exposure light at a predetermined transmittance and changes phase is formed on a transparent substrate 11 by a vacuum film forming method, and then the above-described semi-transparent film is formed. A metal thin film 13a is formed on the film 12a. Next, a resist film 14a is applied and formed on the metal thin film 13a. The metal thin film 13a is provided to convert the resist pattern into a metal thin film pattern because the dry etching resistance of the translucent film 12a is insufficient only with the resist pattern.

上記の金属薄膜12aとしては、半透明膜12aのエッチング時に半透明膜12aとエッチング選択比が十分にとれる材料が好ましく、例えば、クロム(Cr)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)等の金属、あるいは窒化クロム(CrN)、酸化クロム(CrO)、酸窒化クロム(CrNO)等のクロム系化合物、酸化タンタル(TaO)、酸窒化タンタル(TaNO)、酸化硼化タンタル(TaBO)、酸窒化硼化タンタル(TaBNO)等のタンタル化合物等が、膜厚数nm〜数10nm程度の範囲で用いられる。これらの中で、クロムは、半透明膜にモリブデンシリサイド(MoSi)を用いた時にドライエッチングに使用するフッ素系ガスのプラズマに対して強い耐性をもち、またウェットエッチングが容易であり、好ましい材料である。   The metal thin film 12a is preferably a material having a sufficient etching selection ratio with the semitransparent film 12a when the semitransparent film 12a is etched. For example, a metal such as chromium (Cr), titanium (Ti), or tantalum (Ta). Or chromium compounds such as chromium nitride (CrN), chromium oxide (CrO), chromium oxynitride (CrNO), tantalum oxide (TaO), tantalum oxynitride (TaNO), tantalum boride (TaBO), boron oxynitride A tantalum compound such as tantalum nitride (TaBNO) is used in a thickness range of several nm to several tens of nm. Among these, chromium is a preferred material because it has strong resistance to the fluorine-based gas plasma used for dry etching when molybdenum silicide (MoSi) is used for the translucent film, and is easy to wet etching. is there.

次に、レジスト膜14aを電子ビーム等でパターン描画し、現像して、図2(b)に示すように、金属薄膜12a上にレジストパターン14を形成する。   Next, a pattern is drawn on the resist film 14a with an electron beam and developed, and a resist pattern 14 is formed on the metal thin film 12a as shown in FIG.

次に、図2(c)に示すように、レジストパターン14をマスクにして金属薄膜13aをエッチングして金属薄膜パターン13を形成する。   Next, as shown in FIG. 2C, the metal thin film 13a is etched using the resist pattern 14 as a mask to form the metal thin film pattern 13.

次に、レジストパターン14を酸素プラズマなどで除去し、図2(d)に示すように、上記の金属薄膜パターン13をマスクにして半透明膜12aをエッチングし、透明基板11上に半透明膜パターン12を形成する。   Next, the resist pattern 14 is removed with oxygen plasma or the like, and the semitransparent film 12a is etched using the metal thin film pattern 13 as a mask as shown in FIG. A pattern 12 is formed.

次に、図3(e)に示すように、半透明膜パターン12の側壁に側壁減光膜15を形成し、上記の金属薄膜パターン13を除去し、図3(f)に示すように、半透明膜パターン12の側壁に側壁減光膜15を設けたマスクパターン16を有する本発明のハーフトーンマスク10を形成する。   Next, as shown in FIG. 3E, a side wall light-reducing film 15 is formed on the side wall of the translucent film pattern 12, the metal thin film pattern 13 is removed, and as shown in FIG. The halftone mask 10 of the present invention having the mask pattern 16 in which the side wall light-reducing film 15 is provided on the side wall of the translucent film pattern 12 is formed.

ここで、上記の本発明のフォトマスクの製造方法における側壁減光膜15の形成方法について、2つの方法を説明する。   Here, two methods for forming the sidewall light-reducing film 15 in the above-described photomask manufacturing method of the present invention will be described.

(側壁減光膜形成の第1の方法)
側壁減光膜形成の第1の方法は、側壁減光膜15の形成にALD法を用いる方法である。図4は、図2及び図3における本発明のハーフトーンマスクの製造方法における側壁減光膜の形成方法の一方法を説明する工程断面図である。図4において、図2及び図3と同じ個所を示す場合には、同じ符号を用いている。
(First Method for Forming Side Wall Dimming Film)
The first method for forming the side wall light-reducing film is a method using the ALD method for forming the side wall light-reducing film 15. FIG. 4 is a process cross-sectional view for explaining one method of forming a side wall light-reducing film in the method of manufacturing a halftone mask of the present invention shown in FIGS. In FIG. 4, the same reference numerals are used to indicate the same parts as those in FIGS.

図4(a)は、図2(d)と同じ図であり、透明基板11上に金属薄膜パターン13をマスクにしてエッチングして形成された半透明膜パターン12が設けられている。   FIG. 4A is the same view as FIG. 2D, and a translucent film pattern 12 formed by etching using the metal thin film pattern 13 as a mask is provided on the transparent substrate 11.

次に、図4(b)に示すように、半透明膜パターン12の側壁、及び金属薄膜パターン13、並びに透明基板11の上面を覆うようにALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて被覆膜15aを形成する。   Next, as shown in FIG. 4B, a coating film is formed by using an ALD (Atomic Layer Deposition) method so as to cover the side wall of the translucent film pattern 12, the metal thin film pattern 13, and the upper surface of the transparent substrate 11. 15a is formed.

被覆膜15aとしては、半透明膜パターン12に損傷を与えずに低温で成膜することができる材料が好ましい。被覆膜15aは側壁減光膜として用いるものであり、その材料としては、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ハフニウム(Hf)、シリコン(Si)等の金属の薄膜、及びそれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、ホウ素窒化物が挙げられる。例えば、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)等のシリコン系、酸化ハフニウム(HfO)等のハフニウム系、窒化チタン(TiN)等のチタン系、窒化タンタル(TaN)、酸化タンタル(TaO)、酸窒化タンタル(TaON)、ホウ素窒化タンタル(TaBN)等の材料が挙げられる。被覆膜15aの膜厚は、必要とする側壁減光膜15の露光光透過率に依存するが、例えば、数nm〜50nm程度の範囲で用いられる。被覆膜15aを成膜するときの温度は、マスクパターンのピッチ等に影響を与えない温度範囲、例えば、100℃以下が好ましい。 As the coating film 15a, a material that can be formed at a low temperature without damaging the translucent film pattern 12 is preferable. The coating film 15a is used as a side wall dimming film, and as a material thereof, a thin film of a metal such as chromium (Cr), tantalum (Ta), titanium (Ti), hafnium (Hf), silicon (Si), And oxides, nitrides, oxynitrides, and boron nitrides thereof. For example, silicon type such as silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), hafnium type such as hafnium oxide (HfO), titanium type such as titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN) ), Tantalum oxide (TaO), tantalum oxynitride (TaON), boron tantalum nitride (TaBN), and the like. The film thickness of the coating film 15a depends on the exposure light transmittance of the side wall light-reducing film 15 required, but is used in the range of several nm to 50 nm, for example. The temperature at which the coating film 15a is formed is preferably a temperature range that does not affect the pitch of the mask pattern, for example, 100 ° C. or less.

次に、図4(c)に示すように、成膜した被覆膜15aをエッチバックして、金属薄膜パターン13及び透明基板11を露出させるとともに、半透明膜パターン12の側壁に被覆膜15aを残して側壁減光膜15とする。   Next, as shown in FIG. 4C, the formed coating film 15 a is etched back to expose the metal thin film pattern 13 and the transparent substrate 11, and the coating film is formed on the side wall of the semitransparent film pattern 12. The side wall light-reducing film 15 is formed leaving 15a.

エッチバックは、被覆膜15aの材料に応じて適切なエッチングガスを用いて行われる。例えば、金属薄膜パターン13がクロムで形成され、被覆膜15aが窒化硼化タンタル(TaBN)で形成されている場合には、フッ素系のCF4 、CHF3 、C26等のガス、あるいは塩素ガスがエッチングガスとして用いられる。クロムは上記のエッチングガスに対して強い耐性を有しているので、エッチングされずエッチング選択比は十分にとることができる。透明基板が石英基板である時には、塩素ガスを用いれば、クロムと石英基板の損傷を防ぐことができる。 The etch back is performed using an appropriate etching gas according to the material of the coating film 15a. For example, when the metal thin film pattern 13 is formed of chromium and the coating film 15a is formed of tantalum boride (TaBN), a fluorine-based gas such as CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , Alternatively, chlorine gas is used as the etching gas. Since chromium has a strong resistance to the above etching gas, it is not etched and a sufficient etching selectivity can be obtained. When the transparent substrate is a quartz substrate, the use of chlorine gas can prevent the chromium and the quartz substrate from being damaged.

もしも、被覆膜15aが透明基板11と同じ系統の材料で形成されており、エッチング選択比が十分に取れない場合には、金属薄膜パターン13上の被覆膜15aを除去したときを被覆膜15aのエッチバックの終点とすればよい。また、本発明のフォトマスクの製造方法においては、半透明膜13aと透明基板11の間に、あらかじめ透明のエッチング停止層(図示せず)を設けておくことも可能である。   If the coating film 15a is formed of the same material as that of the transparent substrate 11 and the etching selectivity is not sufficient, the coating film 15a on the metal thin film pattern 13 is removed. The end point of the etch back of the film 15a may be used. Moreover, in the photomask manufacturing method of the present invention, a transparent etching stop layer (not shown) can be provided between the translucent film 13a and the transparent substrate 11 in advance.

図4(c)は、図3(e)と同じ図であり、半透明膜パターン12の側壁に側壁減光膜15が形成され、半透明膜パターン12の上には金属薄膜パターン13が設けられている。
次に、金属薄膜パターン13をエッチングして除去し、図3(f)に示すように、半透明膜パターン12の側壁に側壁減光膜15を設けた本発明のハーフトーンマスク10が形成される。
FIG. 4C is the same view as FIG. 3E, in which a side wall light-reducing film 15 is formed on the side wall of the semitransparent film pattern 12, and a metal thin film pattern 13 is provided on the translucent film pattern 12. It has been.
Next, the metal thin film pattern 13 is removed by etching, and as shown in FIG. 3 (f), the halftone mask 10 of the present invention in which the side wall darkening film 15 is provided on the side wall of the semitransparent film pattern 12 is formed. The

金属薄膜パターン13はエッチバックにより露出されているので、エッチングによる除去は容易であり、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれかの方法が用いられる。例えば、金属薄膜パターン13がクロム(Cr)またはクロムを含む化合物の場合には、硝酸第2セリウムアンモニウム水溶液によるウェットエッチング、あるいはエッチングガスに酸素と塩素との混合ガスを用いたドライエッチングで除去することができる。   Since the metal thin film pattern 13 is exposed by etching back, it can be easily removed by etching, and either wet etching or dry etching is used. For example, when the metal thin film pattern 13 is chromium (Cr) or a compound containing chromium, the metal thin film pattern 13 is removed by wet etching using a ceric ammonium nitrate aqueous solution or dry etching using a mixed gas of oxygen and chlorine as an etching gas. be able to.

(側壁減光膜形成の第2の方法)
側壁減光膜形成の第2の方法は、図2(d)の工程の後に、酸素ガスまたは窒素ガス雰囲気下で半透明膜パターン12の側壁部を加熱もしくは光照射し、側壁部を変質させて、側壁部に半透明膜材料の酸化膜または窒化膜よりなる側壁減光膜15を形成する方法である。
(Second Method for Forming Side Wall Dimming Film)
In the second method for forming the sidewall light-reducing film, after the step of FIG. 2D, the sidewall portion of the translucent film pattern 12 is heated or irradiated with light in an oxygen gas or nitrogen gas atmosphere to alter the sidewall portion. Thus, the side wall light-reducing film 15 made of an oxide film or nitride film made of a translucent film material is formed on the side wall portion.

半透明膜パターンの上部は金属薄膜パターン13により保護されているので、酸化膜または窒化膜は形成されず、半透明膜パターンの側壁部のみに選択的に半透明膜材料の酸化膜または窒化膜が形成される。   Since the upper part of the translucent film pattern is protected by the metal thin film pattern 13, an oxide film or a nitride film is not formed, and an oxide film or a nitride film of a semitransparent film material is selectively formed only on the side wall portion of the translucent film pattern. Is formed.

側壁減光膜15を形成した後は、金属薄膜パターン13をエッチングして除去し、図3(f)に示すように、半透明膜パターン12の側壁に側壁減光膜15を設けた本発明のハーフトーンマスク10が形成される。
次に、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
After the sidewall light-reducing film 15 is formed, the metal thin film pattern 13 is removed by etching, and the sidewall light-reducing film 15 is provided on the sidewall of the semitransparent film pattern 12 as shown in FIG. The halftone mask 10 is formed.
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

光学研磨された大きさ6インチ角(厚さ0.25インチ)の合成石英基板の一方の主面上に、DCマグネトロンスパッタ法により、MoSiのターゲットを用いてArガス雰囲気下で、MoSi膜を成膜して半透明膜を形成した。エリプソメータ(ジェー・エー・ウーラム社製VUV−VASE)の測定より得たMoSiの半透明膜は、膜厚68nm、屈折率2.4、消衰係数0.6、ArF露光光(193nm)の透過率5.93%、位相差175.5°であった。   A MoSi film is formed on one main surface of a 6-inch square (0.25-inch thick) optically polished synthetic quartz substrate in an Ar gas atmosphere using a MoSi target by a DC magnetron sputtering method. A semi-transparent film was formed by film formation. The translucent film of MoSi obtained from the measurement of an ellipsometer (VUV-VASE manufactured by JA Woollam Co., Ltd.) has a film thickness of 68 nm, a refractive index of 2.4, an extinction coefficient of 0.6, and transmission of ArF exposure light (193 nm). The rate was 5.93% and the phase difference was 175.5 °.

次に、MoSiの半透明膜上に、DCマグネトロンスパッタ法により、Crターゲットを用いて、金属薄膜としてクロム膜を50nmの厚さに成膜し、マスクブランクスを形成した。   Next, a chromium film was formed as a metal thin film to a thickness of 50 nm on a MoSi translucent film by a DC magnetron sputtering method using a Cr target to form a mask blank.

次に、このマスクブランクスを用い、金属薄膜上に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置でパターン描画し、現像して、ウェハ上に転写されたときにハーフピッチ40nmのライン/スペースパターンとなるレジストパターンを形成した。   Next, using this mask blank, an electron beam resist is coated on a metal thin film, a pattern is drawn with an electron beam drawing apparatus, developed, and transferred to a wafer with a half pitch 40 nm line / space pattern. A resist pattern was formed.

次に、レジストパターンをマスクにして、クロムの金属薄膜を塩素と酸素の混合ガスを用いてドライエッチングし、クロムの金属薄膜パターンを形成し、次いで、レジストパターンを酸素プラズマで除去した。   Next, using the resist pattern as a mask, the chromium metal thin film was dry-etched using a mixed gas of chlorine and oxygen to form a chromium metal thin film pattern, and then the resist pattern was removed with oxygen plasma.

次に、クロム金属薄膜パターンをマスクにしてCF4ガスを用いて、MoSiの半透明膜をドライエッチングし、半透明膜パターンを形成した。 Next, using the chromium metal thin film pattern as a mask, the MoSi translucent film was dry etched using CF 4 gas to form a translucent film pattern.

次いで、半透明膜パターンの側壁、及びクロム金属薄膜パターン、並びに石英基板の上面を覆うようにALD法を用いてTaBNの被覆膜を形成した。   Next, a TaBN coating film was formed using the ALD method so as to cover the side wall of the translucent film pattern, the chromium metal thin film pattern, and the upper surface of the quartz substrate.

次に、CF4ガスを用いて、TaBNの被覆膜をエッチバックして、クロム金属薄膜パターン及び石英基板を露出させるとともに、MoSiの半透明膜パターンの側壁にTaBNの側壁減光膜を形成し、側壁からの側壁減光膜の厚さを20nmとした。 Next, using a CF 4 gas, formed by etching back the coating film of TaBN, to expose a chromium metal thin film pattern and a quartz substrate, a sidewall dimming film TaBN the side walls of the semi-transparent film pattern MoSi The thickness of the side wall attenuating film from the side wall was set to 20 nm.

次に、クロム金属薄膜パターンを硝酸第2セリウムアンモニウム水溶液でウェットエッチングして除去し、MoSiの半透明膜パターンの側壁部が、露光光を減光するTaBNの側壁減光膜で覆われているハーフトーンマスクを形成した。   Next, the chromium metal thin film pattern is removed by wet etching with an aqueous solution of ceric ammonium nitrate, and the side wall portion of the MoSi translucent film pattern is covered with a side wall darkening film of TaBN that reduces exposure light. A halftone mask was formed.

次に、上記の側壁減光膜追加ハーフトーンマスクを用いてフォトレジストを塗布したシリコンウェハに、波長193nmのArFエキシマレーザを露光光源とし、投影レンズの口径NAが1.35で、図13に示した四重極瞳フィルタを用いて斜入射により液浸露光し、現像し、ウェハ上にピッチ80nm(ハーフピッチ40nm)、ターゲットCD40nmのレジストパターンを形成した。   Next, an ArF excimer laser with a wavelength of 193 nm is used as an exposure light source on a silicon wafer coated with a photoresist using the above-mentioned halftone mask for adding a side wall dimming film, and the projection lens has an aperture NA of 1.35. Using the shown quadrupole pupil filter, immersion exposure was performed by oblique incidence, development was performed, and a resist pattern having a pitch of 80 nm (half pitch of 40 nm) and a target CD of 40 nm was formed on the wafer.

本実施例のハーフトーンマスクを用いることにより、従来の石英基板上にMoSiによる半透明膜を設けたハーフトーンマスクによる転写露光に比べ、露光時の露光裕度を示すコントラストが向上し、ラインバイアスも少なくてよい方向へシフトした。さらに、フォトマスクの3次元構造と2次元構造の転写特性シミュレーションの差であるEMFバイアスは小さくなり、フォトマスクの3次元効果の影響が低減され、ウェハのフォトリソグラフィ工程の歩留が高められた。   By using the halftone mask of the present embodiment, the contrast indicating the exposure tolerance at the time of exposure is improved and the line bias is improved as compared with the transfer exposure by the halftone mask in which a translucent film made of MoSi is provided on a conventional quartz substrate. It shifted to the direction where it may be less. Furthermore, the EMF bias, which is the difference between the 3D structure of the photomask and the transfer characteristics simulation of the 2D structure, is reduced, the effect of the 3D effect of the photomask is reduced, and the yield of the wafer photolithography process is increased. .

10 ハーフトーンマスク
11 透明基板
12 半透明膜パターン
12a 半透明膜
13 金属薄膜パターン
13a 金属薄膜
14 レジストパターン
14a レジスト膜
15 側壁減光膜
16 マスクパターン
72 遮光膜
121、141 透明基板
122、142 半透明膜パターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Halftone mask 11 Transparent substrate 12 Semi-transparent film pattern 12a Semi-transparent film 13 Metal thin film pattern 13a Metal thin film 14 Resist pattern 14a Resist film 15 Side wall dimming film 16 Mask pattern 72 Light-shielding films 121 and 141 Transparent substrates 122 and 142 Translucent Membrane pattern

Claims (3)

ArFエキシマレーザを露光光源とし、露光光の波長をλ、投影レンズの開口数をNA、ウェハ上に転写される最小のパターン寸法をR、定数をk1としたときに、R=k1×λ/NAの関係が成り立ち、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクにおいて、
前記フォトマスクが、透明基板上に前記露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜パターンを設けてマスクパターンを形成したハーフトーン型位相シフトマスクであって、
前記半透明膜パターンの側壁が、前記露光光を減光する側壁減光膜で覆われており、
前記側壁減光膜が、前記半透明膜パターンを構成する材料の酸化膜または窒化膜であることを特徴とするフォトマスク。
When an ArF excimer laser is used as an exposure light source, the wavelength of the exposure light is λ, the numerical aperture of the projection lens is NA, the minimum pattern size transferred onto the wafer is R, and the constant is k 1 , R = k 1 × In the photomask used in the photolithographic technique in which the relationship of λ / NA is established and the pupil filter is used to expose with oblique incident light,
The photomask is a halftone phase shift mask in which a mask pattern is formed by providing a translucent film pattern that changes the phase by transmitting the exposure light at a predetermined transmittance on a transparent substrate,
A side wall of the translucent film pattern is covered with a side wall light-reducing film that attenuates the exposure light;
The photomask according to claim 1, wherein the sidewall light-reducing film is an oxide film or a nitride film of a material constituting the translucent film pattern.
ArFエキシマレーザを露光光源とし、露光光の波長をλ、投影レンズの開口数をNA、ウェハ上に転写される最小のパターン寸法をR、定数をk1としたときに、R=k1×λ/NAの関係が成り立ち、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクにおいて、
前記フォトマスクが、透明基板上に前記露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜パターンを設けてマスクパターンを形成したハーフトーン型位相シフトマスクであって、
前記半透明膜パターンの側壁が、前記露光光を減光する側壁減光膜で覆われており、
前記側壁減光膜が、タンタルを含む材料から構成されていることを特徴とするフォトマスク。
When an ArF excimer laser is used as an exposure light source, the wavelength of the exposure light is λ, the numerical aperture of the projection lens is NA, the minimum pattern size transferred onto the wafer is R, and the constant is k 1 , R = k 1 × In the photomask used in the photolithographic technique in which the relationship of λ / NA is established and the pupil filter is used to expose with oblique incident light,
The photomask is a halftone phase shift mask in which a mask pattern is formed by providing a translucent film pattern that changes the phase by transmitting the exposure light at a predetermined transmittance on a transparent substrate,
A side wall of the translucent film pattern is covered with a side wall light-reducing film that attenuates the exposure light;
2. The photomask according to claim 1, wherein the sidewall light-reducing film is made of a material containing tantalum.
前記側壁減光膜の前記半透明膜パターンの側壁からの厚さが1nm〜60nmの範囲であり、前記側壁減光膜における前記露光光の透過率が0%以上で50%以下の範囲であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフォトマスク。   The thickness of the sidewall light-reducing film from the sidewall of the translucent film pattern is in the range of 1 nm to 60 nm, and the exposure light transmittance in the sidewall light-reducing film is in the range of 0% to 50%. The photomask according to claim 1, wherein the photomask is a photomask.
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