JP3951704B2 - Halftone phase shift mask, blank thereof, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造プロセス中のフォトリソグラフィ工程で使用される露光転写用のフォトマスク及びこれを製造するためのフォトマスクブランク並びにそれらの製造方法に係るものであり、特にハーフトーン型位相シフトマスク（以下ハーフトーンマスクとの記述もある）またはハーフトーン型位相シフトマスクブランク（以下ハーフトーンマスクブランクまたはマスクブランクとの記述もある）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
位相シフト法はＳｉウエハ上にパターンを転写する際の解像度向上技術の１つであり、開発が盛んに行われている。原理的にはマスク上の隣接する領域に互いの透過光が１８０度となるように位相シフト部を設けることにより、透過光が回折し干渉し合う際に境界部の光強度を弱め、その結果として転写パターンの解像度を向上させるものである。これにより通常のフォトマスクに比べて飛躍的に優れた微細パターンの解像度向上効果および焦点深度向上の効果を持つ。
【０００３】
上記のような位相シフト法はＩＢＭのＬｅｖｅｎｓｏｎらによって提唱され、特開昭５８−１７３７４４号公報等に記載されており、レベンソン型やハーフトーン型などが公知となっている。特にハーフトーン型位相シフトマスクは、半透明性膜に透過光の位相反転作用および、パターン内部でレジストの感度以下での遮光性の役割を持たせる事により透過光強度のエッジ形状を急峻にして解像性や焦点深度特性を向上させると共にマスクパターンを忠実にウエハ上に転写する効果を有したものである。
【０００４】
尚、露光転写により形成するパターン寸法を所定倍率に拡大して転写用パターンを形成してあるフォトマスクのことを従来よりレチクルと称しているが、本発明に係る位相シフトマスクの分野に於いてもこれをレチクルと称し、位相シフトマスクとして定義された範疇に含まれるものであるとする。
【０００５】
ここ数年の半導体の急激な微細化に伴い、それを達成するためのリソグラフィ技術も同時に進歩を遂げてきた。マスクパターンをウエハ上に転写する縮小投影露光装置（ステッパー）は解像性を向上させるために短波長化が進みｉ線以降ではＫｒＦエキシマレーザー，ＡｒＦエキシマレーザーといった紫外光領域へ変遷している。更にＡｒＦエキシマレーザー露光の次の世代ではＦ２エキシマレーザー露光が有望視されている。
また、近年ではウエハ上に転写されるパターンの解像性をより高めるために、シフター部における光の透過率を高めた高透過率ハーフトーンマスクも注目されている。この高透過率ハーフトーンマスクはシフター膜部の透過率が高く、位相が反転して透過する光の強度も強くなる。このため位相の打ち消し効果が高くなり、Ｓｉウエハへのパターン転写時における解像性が向上するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような光のより短波長化への移行、ハーフトーンマスクの高透過率化への対応の中では、従来のフォトマスクブランクのシフター材料に代わりこれらに適した材料を用いる必要がある。
【０００７】
現在提案されているハーフトーンマスクやブランクのシフターに用いられる膜材料にはモリブデン（Ｍｏ）やタンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ），チタン（Ｔｉ）といった遷移金属とシリコンを含む材料を使用しているものが多いが、何れもＦ２エキシマレーザー露光に対応する膜材料としては難しい。これはシフターを構成する膜の透明性が不足するためであり、Ｆ２エキシマレーザー露光や高透過率化に対応したハーフトーンマスク及びブランクの形成が不可能である。則ちこのような膜でハーフトーンマスクを構成し膜の位相差を１８０度としたときは、所望の透過率を得ることが不可能となってしまう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明が提供するものは、ＡｒＦ、Ｆ２エキシマレーザー露光に対応したハーフトーン型位相シフトマスクおよびハーフトーン型位相シフトマスクブランクの材料構成および構成元素の含有比率を、光学特性や耐性等の膜特性等から鑑みて定めるものである。
【０００９】
具体的には上記で挙げたような問題点を解決するために、ハーフトーン型位相シフトマスクおよびこの製造に係るハーフトーン型位相シフトマスクブランク並びにこれらの製造方法に於いて、ガラス等の透明基板上に設けられた半透明性シフター膜として、光学特性の上からアルミニウムとシリコンを主体とする膜を提供するものである。且つそれと同時に薬液耐性等の諸特性の上からアルミニウムやシリコン，酸素などの組成比率を定めたことを特徴としている。これにより上記問題点に列挙した事柄を解決することができるものである。
【００１０】
本発明ではこのような上記記載の方法によって問題解決をはかるもので、以下にその手段を列挙する。
【００１１】
本発明の請求項１の発明は、透明基板上に露光光に対しての位相及び透過率を制御した単層若しくは多層の半透明性膜領域を設けたハーフトーン型位相シフトマスクに於いて、該半透明膜層の少なくとも一層以上が主要構成金属元素としてアルミニウム及びシリコンからなり、さらに酸素が含まれ、その元素組成比がアルミニウムが２４（ａｔｏｍ％）以上、若しくは酸素が６３（ａｔｏｍ％）以上であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクとしたものである。
【００１２】
本発明の請求項２の発明は、前記半透明膜層の少なくとも一層以上に含まれるアルミニウム、シリコン及び酸素が、窒素，ハロゲン元素の群から選択された元素との間で化合物を形成していることを特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型位相シフトマスクとしたものである。
【００１３】
本発明の請求項３の発明は、透明基板上に露光光に対しての位相及び透過率を制御した単層若しくは多層の半透明性膜領域を設けたハーフトーン型位相シフトマスクに於いて、該半透明膜層の少なくとも一層以上が、主要構成金属元素としてアルミニウム及びシリコンからなり、さらに酸素が含まれ、アルミニウム（Ａｌ）に対する酸素（Ｏ）の原子比率（Ｏ／Ａｌ）が２．１３以上であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクとしたものである。
【００１４】
本発明の請求項４の発明は、前記半透明膜層の少なくとも一層以上に含まれるアルミニウム、シリコン及び酸素が、窒素，ハロゲン元素の群から選択された元素との間で化合物を形成していることを特徴とする請求項３に記載のハーフトーン型位相シフトマスクとしたものである。
【００１５】
本発明の請求項５の発明は、透明基板上に露光光に対しての位相及び透過率を制御した単層若しくは多層の半透明性膜領域を設けたハーフトーン型位相シフトマスクに於いて、該半透明膜層の少なくとも一層以上が、主要構成金属元素としてアルミニウム及びシリコンからなり、さらに酸素が含まれ、シリコン（Ｓｉ）に対する酸素（Ｏ）の原子比率（Ｏ／Ｓｉ）が２．３８以上であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクとしたものである。
【００１６】
本発明の請求項６の発明は、前記半透明膜層の少なくとも一層以上に含まれるアルミニウム、シリコン及び酸素が、窒素，ハロゲン元素の群から選択された元素との間で化合物を形成していることを特徴とする請求項５に記載のハーフトーン型位相シフトマスクとしたものである。
【００１７】
本発明の請求項７の発明は、請求項１〜請求項６いずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造に係るハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクとしたものである。
【００１８】
本発明の請求項８の発明は、透明基板上に露光光に対しての位相及び透過率を制御した単層若しくは多層の半透明性膜領域を設けるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法に於いて、該半透明膜層の少なくとも一層以上が主要構成金属元素としてアルミニウム及びシリコンからなり、さらに酸素が含まれ、その元素組成比がアルミニウムが２４（ａｔｏｍ％）以上、若しくは酸素が６３（ａｔｏｍ％）以上であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法としたものである。
【００１９】
本発明の請求項９の発明は、透明基板上に露光光に対しての位相及び透過率を制御した単層若しくは多層の半透明性膜を設けるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの製造方法に於いて、該半透明膜層の少なくとも一層以上が主要構成金属元素としてアルミニウム及びシリコンからなり、さらに酸素が含まれ、その元素組成比がアルミニウムが２４（ａｔｏｍ％）以上、若しくは酸素が６３（ａｔｏｍ％）以上であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの製造方法としたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るフォトマスク、特にハーフトーン型位相シフトマスクブランクは、合成石英等の透明基板上に半透明性膜シフターを設けたものであり、ハーフトーン型位相シフトマスクは上記ハーフトーン型位相シフトマスクブランク上の半透明性膜に加工を施したものであるが、本発明ではこの半透明性膜を露光光源の短波長化や高透過率化に対応可能とするために含有元素およびその組成比を具体的に定めたものである。
【００２１】
ハーフトーン型位相シフトマスクブランクに於ける半透明性シフター膜は、その透明性（光の透過性）の確保や、屈折率等の光学特性の制御、若しくは耐性向上等の目的から酸化物や窒化物、フッ化物に代表される化合物薄膜を形成させることが多い。中でもＦ２エキシマレーザー露光領域では特に上記の透明性（光の透過性）の確保が重要となる。
この点、アルミニウムとシリコンは共に軽元素同士の組み合わせであり、この合金薄膜は酸化膜、窒化膜、フッ化膜等に依らず、いずれも光の透過性に関しては優れた特性を持つ。このため、これまでに示したハーフトーン型位相シフトマスク及びブランクの形成時における膜材料起因の透過性不足に関する問題を解決する事が可能となる材料である。
【００２２】
またアルミニウムがシリコンに添加されることで、単にシリコンのみの場合に比べ屈折率が向上する効果もある。この事はハーフトーン型位相シフトマスクおよびブランクの半透明性シフター膜の膜厚が低減されることを意味しており、膜厚低減の結果として、膜応力の低減や線幅精度等のマスク精度向上，膜欠陥数の低減，加工時間の短縮等の効果がもたらされる。
【００２３】
更にシリコンにアルミニウムを添加することで、スパッタリングターゲットに導電性が付与されることから成膜時の異常放電を低減することも可能となる。
【００２４】
組成範囲の決定に於いては、異なる２つのターゲットから同時且つ同一基板上に成膜を行う２源スパッタリング法により複数の組成の異なるシフター膜を形成し検討を行った。
以下にその詳細を記す。
【００２５】
実験にはアルミニウム（Ａｌ）ターゲットとシリコン（Ｓｉ）ターゲットとを同時にスパッタリング成膜を行い、各々のターゲットに印加する電力を制御することにより膜の組成比を変化させた。尚、成膜した膜の組成分析にはＸＰＳ分析を使用した。
アルミニウムとシリコンの組成比および反応性を変えて成膜した種々の試料について各種薬品耐性試験を行った。薬液には以下の薬液を使用し１時間の浸漬による変化量を測定した。結果として記載した表１では位相差変化量１ｄｅｇ．以内を◎，３ｄｅｇ．以内を○，５ｄｅｇ．以内を△，５ｄｅｇ．以上若しくは膜が消失した場合を×で表した。（透過率変化量は膜厚による干渉の状態が影響してしまうため、測定値の記載を省略する）
＜使用薬液＞
濃硫酸，７０℃，１時間浸漬
２％−アンモニア水，室温，１時間浸漬
アンモニア水（４０％）・過酸化水素水・水の混合液（混合比１：１：３０），４０℃，１時間浸漬
【００２７】
【表１】
この結果より、ハーフトーンマスクおよびブランクとしての薬液耐性を有する条件はある一定量以下のアルミニウム比率であるか若しくは反応性（酸素比率）が高い条件で成膜された膜である。
【００２９】
表２には擦傷性試験の結果を示す。市販の布性のワイパを使用し擦傷痕発生の有無で判定を行った。○は異常なし、×は擦傷痕発生である。結果は前記記載の薬液耐性試験の結果と同様な箇所が不良領域となった。
【００３０】
【表２】
則ち表１，表２の結果よりハーフトーンマスクまたはブランクの膜材料として適用可能である条件は、アルミニウムの印加電力比率（＝Ａｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）×１００）が２０［％］以下，若しくは成膜時のＯ２のガス流量がＡｒ／Ｏ２＝３５／５ ［ＳＣＣＭ］以上である場合である。
【００３２】
以上まででハーフトーンマスクおよびブランクとして適用不可能な膜の周辺条件、つまり適用可能な最低条件範囲について、元素組成比をＸＰＳにより調べた結果が表３である。（Ａｌ＋Ｓｉ＋Ｏ＝１００ ［ａｔｏｍ％］）
【００３３】
【表３】
この結果より上記（段落＜００２５＞）記載の、主要構成金属元素にアルミニウム及びシリコン，さらに酸素が含まれている場合のハーフトーンマスクまたはブランクの膜材料として適用可能である条件は、組成比条件として、アルミニウムが２４（ａｔｏｍ％）以上、若しくは酸素が６３（ａｔｏｍ％）以上であると言い改めることが可能となる。
【００３５】
またハーフトーンマスクまたはブランクの膜材料として適用可能である組成比条件は、この表よりＡｌ／（Ａｌ＋Ｓｉ）×１００＝４０［％］以下となるときのＡｌ／Ｓｉは１．８７以下，さらにＡｒ／Ｏ２＝４０／５［ＳＣＣＭ］以上の酸素条件となるときのＯ／Ａｌは２．１３以上で、Ｏ／Ｓｉは２．３８以上となる。
【００３６】
尚、この範囲内の種々の膜についての光学定数を表４に示す。屈折率は、膜の透過率、反射率、膜厚等を測定し、算出した。表４よりアルミニウム比率を高めることで屈折率の向上が確認される。このことからアルミニウム添加は単なるシリコン薄膜の場合に比較して膜厚の低減に対する効果が確認できる。
【００３７】
【表４】
【実施例】
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクおよびブランク並びにその製造方法を実施例により説明する。
【００３９】
本実施例では、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクの成膜には反応性スパッタリングを用いて行った。スパッタリング装置にはマグネトロンスパッタリング装置を使用し、アルゴンガスおよび反応性ガスの雰囲気中でアルミニウムおよびシリコンの化合物をガラス基板上に成膜した。尚、導入ガスを適宜変更することにより、酸化膜や窒化膜や弗化膜等の薄膜を得ることも可能である。
【００４０】
使用ターゲットはアルミニウムとシリコンの個別ターゲットを用いて、ハーフトーン型位相シフトマスクおよびブランクの半透明膜層の形成を行ったが、アルミニウムとシリコンを混合したターゲットを用いることも可能である。
【００４１】
＜実施例１＞
本実施例１ではアルミニウムとシリコンを主要構成元素し、且つＡｒＦエキシマレーザー露光に対応した高透過率型のハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法について説明を行う。ターゲットには前述のようにアルミニウムとシリコンの個別ターゲットを使用し、各々の印加電力により組成を調整し成膜を行った。
成膜装置にはマグネトロンスパッタリング装置を使用し、成膜ガスにはアルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ2）を使用した。本実施例では膜の構成は２層膜構成とし、その合成石英基板上の第１層膜とその上層に設けた第２層膜とではＯ2の流量を変更して成膜を行った。
【００４２】
露光波長である１９３ｎｍに対する透過率は２０％，位相差１８０度のハーフトーン型位相シフトマスクブランクを形成したときの各層の成膜条件及び１９３ｎｍに対する光学定数と膜厚を以下に示す。
【００４３】
【表５】
また、このとき作製されたハーフトーンマスクブランク分光特性は以下の表６の様な値となった。
【表６】
若しくは別構成にてハーフトーンマスクブランクを形成した場合が表７である。
【００４６】
【表７】
このときのハーフトーンマスクブランクの分光特性は表８のようになった。
【表８】
次にこうして得た位相シフトフォトマスクブランクに、電子線レジスト塗布，所定パターン状に電子線描画，現像等のレジストプロセスを経てドライエッチングを行うことによりパターンを形成した。ドライエッチング条件は以下の通りであった。ドライエッチング装置にはＲＩＥ装置を使用し、エッチングガスとしては塩素ガスを使用した。
エッチング装置：平行平板型ＲＩＥ装置
エッチングガス：塩素ガス
圧力 ：５．０［Ｐａ］
電力 ：３００［Ｗ］
尚、エッチングガスはこの他のガスを使った場合でもエッチングは可能である。
【００４９】
＜実施例２＞
本実施例２ではＦ２エキシマレーザー露光に対応したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法について説明を行う。ターゲットには＜実施例１＞同様にアルミニウムとシリコンの個別ターゲットを使用し、各々の印加電力により組成を調整し成膜を行った。膜の構成は２層膜構成とし、露光波長である１５７ｎｍに対する透過率は６％，位相差は１８０度のハーフトーン型位相シフトマスクブランクを形成した。各々の成膜条件，光学定数，膜厚は表９により説明する。
【００５０】
【表９】
また、このとき作製されたハーフトーンブランク分光特性は以下の表１０の様な値となった。
【００５２】
【表１０】
この結果、アルミニウム及びシリコンを主体とする材料を使用することにより波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザーに対応したハーフトーン型位相シフトマスクブランクを形成する事が可能であった。またこの材料を用いたハーフトーン型位相シフトマスクブランクは１５７ｎｍに対して透過性を満足すると共に、良好な分光特性も有した。
上記ハーフトーン型位相シフトマスクブランクをマスクとして加工するためには上記と同様な工程により作製した。
【００５４】
本発明の実施の形態としては実施例記載以外の方法若しくは構成を用いた場合でも同様の効果を得ることが可能である。則ち膜の構成としては２層膜以外にも単層膜でも２層膜以上の多層膜でも構わない。また反応性スパッタリングの有無や反応性ガスを変更することによりＡｌやＳｉを酸化物以外の化合物としても構わない。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のフォトマスク、特にハーフトーン型位相シフトマスクおよびハーフトーン型位相シフトマスクブランクは合成石英等の透明基板上にパターニングされた半透明性膜シフター材料としてアルミニウムおよびシリコン、若しくはその化合物が含まれていることを大きな特徴とするものである。
【００５６】
アルミニウムとシリコンは共に軽元素同士の組み合わせであり、この合金薄膜は光の透過性に関しては非常に優れたものである。このため従来提案されているハーフトーンマスク及びブランクに比較して透過性を高めやすいという利点がある。このため本発明は波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレザー露光で高透過率型のハーフトーンマスク及びブランクを形成することが可能である他、波長１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザー露光へ適応を充分可能とするものである。
【００５７】
またアルミニウムとシリコンの組み合わせは、単にシリコンのみの場合に比較してアルミニウムを添加することで屈折率の向上、則ちハーフトーン型位相シフトマスクおよびブランクの半透明性シフター膜の膜厚低減効果がある。例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の屈折率は波長１５７ｎｍにおいて１．７０６，同様に１９３ｎｍにおいて１．５６０，２４８ｎｍにおいて１．５０８であるのに対して、アルミニウムを添加した場合の屈折率では波長１５７ｎｍにおいて１．８９５，同様に１９３ｎｍにおいて１．７０２，２４８ｎｍにおいて１．６２９となり、アルミニウムを添加した場合には屈折率が向上する。
各波長における位相差１８０度のハーフトーン型位相シフトマスクを形成した場合における両者の膜厚をこの値から大まかなに比較を行うといずれの波長でも、アルミニウムを添加した場合の膜厚は、添加しない場合に比べ約８０％の膜厚となる。則ち約２０％の膜厚低減が可能となる。
この膜厚低減により、膜応力の低減や線幅精度等のマスク精度向上，膜欠陥数の低減，加工時間の短縮等の効果がもたらされることから、アルミニウムの添加は有効である。
【００５８】
更にターゲット中にアルミニウムが添加されることでターゲット材料に導電性が付与され、異常放電が抑制されるという効果もある。
更には各種組成比を具体的に限定することで十分な薬品耐性をも満たす事も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハーフトーン型位相シフトマスク
【符号の説明】
１…ガラス基板（合成石英）
２…半透明膜領域＝シフター膜層
３…レジスト
４…パターン開口部＝透明領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photomask for exposure transfer used in a photolithography process in a semiconductor manufacturing process, a photomask blank for manufacturing the photomask, and a manufacturing method thereof, and more particularly to a halftone phase shift mask ( The following description relates to a halftone mask and a halftone phase shift mask blank (hereinafter also referred to as a halftone mask blank or a mask blank).
[0002]
[Prior art]
The phase shift method is one of the techniques for improving the resolution when transferring a pattern onto a Si wafer, and has been actively developed. In principle, by providing a phase shift portion so that the transmitted light is 180 degrees in adjacent areas on the mask, the light intensity at the boundary is weakened when the transmitted light is diffracted and interferes with each other. As a result, the resolution of the transfer pattern is improved. As a result, it has the effect of improving the resolution and the depth of focus of a fine pattern that is remarkably superior to that of a normal photomask.
[0003]
The phase shift method as described above was proposed by Levenson et al. Of IBM and described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-173744, and the Levenson type and the halftone type are known. In particular, the halftone phase shift mask makes the edge shape of transmitted light steep by giving the translucent film the role of phase inversion of transmitted light and the function of shielding light within the pattern below the sensitivity of the resist. It has the effect of improving the resolution and depth of focus characteristics and faithfully transferring the mask pattern onto the wafer.
[0004]
Incidentally, a photomask in which a pattern for transfer is formed by enlarging a pattern dimension formed by exposure transfer to a predetermined magnification is conventionally referred to as a reticle, but in the field of the phase shift mask according to the present invention. This is also called a reticle, and is included in the category defined as a phase shift mask.
[0005]
Along with the rapid miniaturization of semiconductors over the past few years, lithography technology to achieve this has also progressed at the same time. Reduction projection exposure apparatuses (steppers) for transferring a mask pattern onto a wafer have been shortened to improve resolution, and have changed to ultraviolet light regions such as KrF excimer laser and ArF excimer laser after the i-line. Further, in the next generation of ArF excimer laser exposure, F2 excimer laser exposure is promising.
In recent years, a high-transmittance halftone mask with increased light transmittance in a shifter unit has been attracting attention in order to further improve the resolution of a pattern transferred onto a wafer. This high transmittance halftone mask has a high transmittance of the shifter film portion, and the intensity of light transmitted with the phase reversed is also increased. For this reason, the phase canceling effect is enhanced, and the resolution at the time of pattern transfer to the Si wafer is improved.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In response to the shift to shorter wavelengths of light as described above and higher transmittance of halftone masks, it is necessary to use materials suitable for them instead of the shifter materials of conventional photomask blanks.
[0007]
The film materials used for the half-tone masks and blank shifters currently proposed use transition metals such as molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), and silicon. Many of them are difficult as film materials for F2 excimer laser exposure. This is because the film constituting the shifter is insufficiently transparent, and it is impossible to form a halftone mask and a blank corresponding to F2 excimer laser exposure and high transmittance. That is, when a halftone mask is formed of such a film and the phase difference of the film is 180 degrees, it becomes impossible to obtain a desired transmittance.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a material structure and a content ratio of constituent elements of a halftone phase shift mask and a halftone phase shift mask blank corresponding to ArF and F2 excimer laser exposure. It is determined in view of film characteristics such as characteristics and resistance.
[0009]
Specifically, in order to solve the above-described problems, a halftone phase shift mask, a halftone phase shift mask blank according to the manufacturing method, and a method of manufacturing the same, a transparent substrate such as glass As a translucent shifter film provided on the top, a film mainly composed of aluminum and silicon is provided in view of optical characteristics. At the same time, the composition ratio of aluminum, silicon, oxygen, etc. is determined from various characteristics such as chemical resistance. As a result, the matters listed in the above problems can be solved.
[0010]
In the present invention, problems are solved by the above-described method, and the means are listed below.
[0011]
The invention of
[0012]
The invention of
[0013]
The invention according to
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, aluminum, silicon and oxygen contained in at least one of the semitransparent film layers form a compound with an element selected from the group of nitrogen and halogen elements. The halftone phase shift mask according to
[0015]
The invention according to claim 5 of the present invention is a halftone phase shift mask in which a single layer or a multilayer translucent film region in which a phase and transmittance with respect to exposure light are controlled is provided on a transparent substrate. At least one or more of the semi-transparent film layers are made of aluminum and silicon as main constituent metal elements , further contain oxygen , and the atomic ratio (O / Si) of oxygen (O) to silicon (Si) is 2.38 or more. it is obtained by the features and to Ruha Futon phase shift mask that is.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, aluminum, silicon and oxygen contained in at least one or more of the translucent film layers form a compound with an element selected from the group of nitrogen and halogen elements. A halftone phase shift mask according to claim 5 is provided .
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a blank for a halftone phase shift mask according to any one of the first to sixth aspects.
[0018]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a halftone phase shift mask in which a single layer or a multilayer translucent film region having a controlled phase and transmittance with respect to exposure light is provided on a transparent substrate. And at least one of the translucent film layers is made of aluminum and silicon as main constituent metal elements, and further contains oxygen, the elemental composition ratio of which is 24 (atom%) or more for aluminum, or 63 (atom%) for oxygen. This is a method for manufacturing a halftone phase shift mask characterized by the above.
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a blank for a halftone phase shift mask in which a single layer or a multilayer translucent film having a controlled phase and transmittance with respect to exposure light is provided on a transparent substrate. In this case, at least one of the translucent film layers is composed of aluminum and silicon as main constituent metal elements, and further contains oxygen, and the elemental composition ratio thereof is aluminum (24% atom%) or more, or oxygen 63 (atom). %) Or more, which is a method for producing a blank for a halftone phase shift mask.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A photomask according to the present invention, particularly a halftone phase shift mask blank, is provided with a translucent film shifter on a transparent substrate such as synthetic quartz, and the halftone phase shift mask is the halftone phase shift mask. The translucent film on the mask blank is processed. In the present invention, the element contained in the translucent film and its composition in order to make the translucent film suitable for shortening the wavelength and increasing the transmittance of the exposure light source. The ratio is specifically determined.
[0021]
The translucent shifter film in the halftone phase shift mask blank is an oxide or nitride for the purpose of ensuring its transparency (light transmission), controlling optical properties such as refractive index, or improving resistance. In many cases, a compound thin film represented by an oxide or fluoride is formed. In particular, in the F2 excimer laser exposure region, it is particularly important to ensure the above-described transparency (light transmission).
In this respect, both aluminum and silicon are a combination of light elements, and the alloy thin film does not depend on an oxide film, a nitride film, a fluoride film, or the like, and all have excellent characteristics with respect to light transmittance. For this reason, it is a material that can solve the problems related to insufficient transparency caused by the film material at the time of forming the halftone phase shift mask and the blank described above.
[0022]
In addition, the addition of aluminum to silicon also has the effect of improving the refractive index compared to the case of using only silicon. This means that the film thickness of the halftone phase shift mask and the blank translucent shifter film is reduced. As a result of the film thickness reduction, mask accuracy such as reduction of film stress and line width accuracy is achieved. Effects such as improvement, reduction in the number of film defects, and reduction in processing time are brought about.
[0023]
Further, by adding aluminum to silicon, conductivity is imparted to the sputtering target, so that abnormal discharge during film formation can be reduced.
[0024]
In determining the composition range, a plurality of shifter films having different compositions were formed by a two-source sputtering method in which films were formed simultaneously from two different targets on the same substrate.
The details are described below.
[0025]
In the experiment, an aluminum (Al) target and a silicon (Si) target were simultaneously formed by sputtering, and the composition ratio of the film was changed by controlling the power applied to each target. XPS analysis was used for the composition analysis of the deposited film.
Various chemical resistance tests were performed on various samples formed by changing the composition ratio and reactivity of aluminum and silicon. The following chemical solutions were used as the chemical solutions, and the amount of change due to immersion for 1 hour was measured. In Table 1 described as a result, the phase difference change amount is 1 deg. Within ◎, 3 deg. Within 5 deg. Within Δ, 5 deg. The above or the case where the film disappeared was represented by x. (The transmittance change amount is affected by the state of interference due to the film thickness, so the description of the measured value is omitted.)
<Used chemical solution>
Concentrated sulfuric acid, 70 ° C, 1
[Table 1]
From this result, the conditions having chemical resistance as a halftone mask and a blank are films formed under conditions where the aluminum ratio is a certain amount or less or the reactivity (oxygen ratio) is high.
[0029]
Table 2 shows the results of the scratch test. A commercially available cloth-type wiper was used to determine whether or not scratch marks were generated. ○ indicates no abnormality, and × indicates scratch marks. As a result, the same area as the result of the chemical resistance test described above was a defective area.
[0030]
[Table 2]
That is, from the results of Tables 1 and 2, the conditions applicable to the halftone mask or blank film material are that the applied power ratio of aluminum (= Al / (Al + Si) × 100) is 20% or less, or This is a case where the O2 gas flow rate during film formation is Ar / O2 = 35/5 [SCCM] or more.
[0032]
Table 3 shows the results of examining the elemental composition ratio by XPS for the peripheral conditions of the film that cannot be applied as the halftone mask and blank, that is, the applicable minimum condition range. (Al + Si + O = 100 [atom%])
[0033]
[Table 3]
From this result, the conditions applicable as a halftone mask or blank film material when the main constituent metal elements described above (paragraph <0025>) contain aluminum, silicon, and oxygen are the composition ratio conditions. In other words, it can be rephrased that aluminum is 24 (atom%) or more, or oxygen is 63 (atom%) or more.
[0035]
The composition ratio conditions that can be applied as a halftone mask or blank film material are Al / (Al + Si) × 100 = 40 [%] or less from this table, Al / Si is 1.87 or less, and Ar When the oxygen condition is / O2 = 40/5 [SCCM] or more, O / Al is 2.13 or more, and O / Si is 2.38 or more.
[0036]
Table 4 shows optical constants of various films within this range. The refractive index was calculated by measuring the transmittance, reflectance, film thickness, etc. of the film. From Table 4, the improvement of the refractive index is confirmed by increasing the aluminum ratio. From this, it can be confirmed that the addition of aluminum has an effect on the reduction of the film thickness as compared with the case of a simple silicon thin film.
[0037]
[Table 4]
【Example】
The halftone phase shift mask and blank of the present invention and the manufacturing method thereof will be described with reference to examples.
[0039]
In this example, reactive sputtering was used to form the halftone phase shift mask blank. A magnetron sputtering apparatus was used as the sputtering apparatus, and an aluminum and silicon compound was formed on a glass substrate in an atmosphere of argon gas and reactive gas. It is also possible to obtain a thin film such as an oxide film, a nitride film, or a fluoride film by appropriately changing the introduced gas.
[0040]
The target used was an aluminum and silicon individual target, and a halftone phase shift mask and a blank semi-transparent film layer were formed. However, a target in which aluminum and silicon are mixed can also be used.
[0041]
<Example 1>
In the first embodiment, a manufacturing method of a high transmittance type halftone phase shift mask blank corresponding to ArF excimer laser exposure using aluminum and silicon as main constituent elements will be described. As described above, individual targets of aluminum and silicon were used as described above, and the film was formed by adjusting the composition with each applied power.
A magnetron sputtering apparatus was used as the film forming apparatus, and argon (Ar) and oxygen (O 2 ) were used as the film forming gas. In this embodiment, the film has a two-layer structure, and the first layer film on the synthetic quartz substrate and the second layer film provided thereon are formed by changing the flow rate of O 2 .
[0042]
The transmittance for 193 nm, which is the exposure wavelength, is 20%, and the film formation conditions of each layer and the optical constant and film thickness for 193 nm when a halftone phase shift mask blank having a phase difference of 180 degrees are formed are shown below.
[0043]
[Table 5]
Further, the halftone mask blank spectral characteristics produced at this time were as shown in Table 6 below.
[Table 6]
Alternatively, Table 7 shows the case where a halftone mask blank is formed in another configuration.
[0046]
[Table 7]
The spectral characteristics of the halftone mask blank at this time are as shown in Table 8.
[Table 8]
Next, the phase shift photomask blank thus obtained was subjected to dry etching through a resist process such as electron beam resist coating, electron beam drawing and development in a predetermined pattern, thereby forming a pattern. The dry etching conditions were as follows. An RIE apparatus was used as the dry etching apparatus, and chlorine gas was used as the etching gas.
Etching apparatus: Parallel plate RIE apparatus Etching gas: Chlorine gas pressure: 5.0 [Pa]
Electric power: 300 [W]
It should be noted that the etching gas can be etched even when other gases are used.
[0049]
<Example 2>
In the second embodiment, a method for manufacturing a halftone phase shift mask blank corresponding to F2 excimer laser exposure will be described. In the same manner as in <Example 1>, aluminum and silicon individual targets were used as targets, and the film was formed by adjusting the composition with each applied power. The film structure was a two-layer film structure, and a halftone phase shift mask blank having a transmittance of 6% for the exposure wavelength of 157 nm and a phase difference of 180 degrees was formed. Each film forming condition, optical constant, and film thickness will be described with reference to Table 9.
[0050]
[Table 9]
The halftone blank spectral characteristics produced at this time were as shown in Table 10 below.
[0052]
[Table 10]
As a result, it was possible to form a halftone phase shift mask blank corresponding to an F2 excimer laser having a wavelength of 157 nm by using a material mainly composed of aluminum and silicon. Further, the halftone phase shift mask blank using this material satisfied the transmittance with respect to 157 nm and had good spectral characteristics.
In order to process the halftone phase shift mask blank as a mask, it was produced by the same process as described above.
[0054]
In the embodiment of the present invention, even when a method or configuration other than those described in the examples is used, the same effect can be obtained. In other words, the structure of the film may be a single-layer film or a multilayer film of two or more layers in addition to the two-layer film. Moreover, Al or Si may be used as a compound other than an oxide by changing the presence or absence of reactive sputtering or the reactive gas.
[0055]
【The invention's effect】
The photomasks of the present invention, particularly halftone phase shift masks and halftone phase shift mask blanks, contain aluminum and silicon or a compound thereof as a translucent film shifter material patterned on a transparent substrate such as synthetic quartz. This is a major feature.
[0056]
Both aluminum and silicon are a combination of light elements, and this alloy thin film is very excellent in terms of light transmittance. For this reason, there is an advantage that the transparency can be easily improved as compared with the conventionally proposed halftone mask and blank. Therefore, the present invention can form a high transmittance type halftone mask and a blank by ArF excimer leather exposure at a wavelength of 193 nm, and can sufficiently be applied to F2 excimer laser exposure at a wavelength of 157 nm. .
[0057]
In addition, the combination of aluminum and silicon can improve the refractive index by adding aluminum compared to the case of silicon alone, that is, the effect of reducing the film thickness of the halftone phase shift mask and blank translucent shifter film. is there. For example, the refractive index of a silicon oxide film (SiO 2 ) is 1.706 at a wavelength of 157 nm, 1.560 at 193 nm, and 1.508 at 248 nm, whereas the refractive index when aluminum is added is 157 nm. 1.895 at 1.93 and 1.629 at 248 nm at 193 nm, and the refractive index is improved when aluminum is added.
When a half-tone phase shift mask with a phase difference of 180 degrees at each wavelength is formed, the film thicknesses of both layers are roughly compared from this value. The film thickness is about 80% as compared with the case of not using it. In other words, the film thickness can be reduced by about 20%.
The reduction of the film thickness brings about effects such as reduction of film stress, improvement of mask accuracy such as line width accuracy, reduction of the number of film defects, shortening of processing time, and the like, and therefore the addition of aluminum is effective.
[0058]
Furthermore, the addition of aluminum in the target provides the target material with conductivity, and has the effect of suppressing abnormal discharge.
Furthermore, it is possible to satisfy sufficient chemical resistance by specifically limiting various composition ratios.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 Halftone phase shift mask [Explanation of symbols]
1 ... Glass substrate (synthetic quartz)
2 ... translucent film region =
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