JP4300622B2 - ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス及びハーフトーン型位相シフトマスク - Google Patents
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Description
【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スに係るものであり、特にハーフトーン型位相シフトマスク及びハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の半導体の微細化に伴い、Si(シリコン)ウエハ上にパターンを転写する際に解像度を向上させる技術を施したフォトマスクの利用は盛んになりつつある。位相シフト法はこの解像度向上技術の1つであり、隣接する開口部の片側に位相シフト部を設け隣接するパターンを透過する投影光の位相差を互いに180度とすることにより、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。
【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号公報や、原理では特公昭62−50811号公報に記載されており、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、遮光層に完全な遮光性を持たせず、この半透明遮光層によって露光光をレジスト感度以下で透過させるとともに位相を反転させるものをハーフトーン型と呼び、解像度向上に有効である。この中で特願平9−169143号公報や特願平9−274429号公報ではハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス(以下、ハーフトーンブランクスと称す)の膜材料として、分光特性など優れた点を有することからZr(ジルコニウム)やZrSi(ジルコニウムシリサイド)化合物薄膜を使用したものを提案している。
【0004】
ZrやZrSiまたはSiの化合物を主要材料とするハーフトーンブランクスをドライエッチングでパターン加工する際エッチングガスとしてSiCl4などのハロゲンガスを使用することが多い。しかし、ハーフトーンブランクスの膜が2層以上の多層膜で構成されている場合には膜中に含まれる含有元素比が各膜層毎に異なるため、エッチングレートにはかなりの差が生じる。特に酸化膜の場合は同条件下でエッチングした場合エッチングレートは酸素の含有量等によって異なり、その差は10倍程度にもなる。
【0005】
この結果、ガラス基板上の第1層の化合物薄膜のエッチングレートがその上に形成されている第2層の化合物薄膜のエッチングレートより遅くなることによる様々な問題が生じる。
【0006】
上記エッチング過程で、第2層の化合物薄膜のエッチングが進み、第1層の化合物薄膜に到達するとその段階で急にエッチングレートが下がり第1層の化合物薄膜がエッチングされ難くなる為、エッチング後のパターン断面形状は垂直とはならず、テーパー形状となってしまう。その結果としてこのマスクを用いてSiウエハへ露光・転写した場合悪影響を及ぼす。
また、ガラス基板上の第1層の化合物薄膜のエッチングレートが小さいことによってガラスとの選択比も悪くなる。これは結果的にパターン形成後における位相差精度の確保に支障をきたすこととなり、これらのことがマスクを加工する上で問題であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、ハーフトーンブランクスの多層膜の各層のエッチングレートを制御することで、ドライエッチング加工後のマスクパターンのテーパー形状の改善や位相差精度の向上を図ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて上記問題を解決するために、まず請求項1においては、透明基板上にジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記多層膜は前記透明基板上に最初に設けられた1層目の前記化合物薄膜の酸素含有量がそれ以降に設けられる2層目以降の前記化合物薄膜の酸素含有量よりも低い値になるように形成されており、1層目のエッチングレートがそれ以降に設けられる2層目以降のエッチングレートよりも高い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スとしたものである。
【0009】
透明基板上にジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記多層膜は前記透明基板上に最初に設けられた1層目の前記化合物薄膜の消衰係数がそれ以降に設けられる2層目以降の前記化合物薄膜の消衰係数よりも高い値になるように形成されており、1層目のエッチングレートがそれ以降に設けられる2層目以降のエッチングレートよりも高い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ス。
【0010】
また、請求項3においては、請求項1又は2記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを用いて、位相シフトマスクを形成した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。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明では、フォトマスク、特にハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、ガラス基板上に形成されたジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーンブランクスの多層膜の各層のエッチングレートを制御することで、エッチング後のテーパー形状の改善や位相差精度の向上を図るようにしたものである。
【0012】
具体的には、ZrSi化合物薄膜のエッチングレートは膜中に含まれる酸素等の含有比率によって左右され、酸素の含有比率が低い程エッチングレートは高くなることが確認されている。すなわち、ガラス基板上に多層膜を形成する場合第1層の化合物薄膜の酸素含有量をO1、第2層の化合物薄膜の酸素含有量をO2、以下同様に第n層の化合物薄膜の酸素含有量をOnとした場合、以下の式1の関係を満たす膜構成とする。
O1<O2<………<On‐‐‐‐‐‐‐(式1)
【0013】
また、化合物薄膜の消衰係数についてみると消衰係数の値が大きい程エッチングレートは高くなる。そこで上記同様にガラス基板上の第1層の化合物薄膜の消衰係数をk1、第2層の化合物薄膜の消衰係数をk2、以下同様に第n層の化合物薄膜の消衰係数をknとした場合、以下の式2の関係を満たす膜構成とする。
k1 >k2 >………>kn‐‐‐‐‐‐‐(式2)
【0014】
上記のような膜構成のハーフトーンブランクスにすることにより、ドライエッチングによるパターニング処理においてパターン形状の優れた高精度のハーフトーン型位相シフトマスクが得られる。
【0015】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
図1(a)〜(c)は、本発明の一実施例を示すハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス及びハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程を工程順に示す模式断面図である。
【0016】
まず、合成石英ガラスからなる透明基板11上にZrSiの化合物ターゲットを用いてスAr及びO2ガスを使用した反応性スパッタリング成膜を行い、ZrSiの化合物薄膜からなる第1層膜12及び第2層膜13を有する2層膜のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス10を作製した。
【0017】
ここで、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス10の第1層膜12及び第2層膜13の各層の物性を測定するため、別途合成石英ガラス基板上にZrSiの化合物薄膜からなる単層膜を作製し、測定評価を行った。以下に第1層膜12及び第2層膜13の各層の成膜条件及び光学定数を示す。
【0018】
【0019】
【0020】
膜中酸素含有率=第1層膜<第2層膜 (ESCA分析)
【0021】
ここで、上記別途合成石英ガラス基板上に単層で成膜した化合物薄膜をRIEドライエッチング装置を用いて、エッチングガスとしてSiCl4を使用し、RF電力:150W、ガス流量:50SCCM、圧力:30〜150mTorrの条件でエッチング加工を行い、各層のエッチングレートを求めた。
第1層膜及び第2層膜のエッチングレートの測定結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
表1の結果からも分かるように、第1層膜12のエッチングレートは第2層膜13のそれよりも数倍早いことが確認された。ガス圧力によって若干異なるが150mTorrの場合その差は6.6倍にもなった。
【0024】
次に、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス10に電子線レジストを塗布・乾燥して感光層を形成し、電子線描画、現像等の一連のパターニングプロセスを経てレジストパターン14を形成した。
【0025】
さらに、レジストパターン14をマスクにしてRIEドライエッチング装置を用いて、エッチングガスとしてSiCl4を使用し、RF電力:150W、ガス流量:50SCCM、圧力:150mTorrの条件でエッチング加工を行い、ArFエキシマレーザー(λ=193nm)対応のハーフトーン型位相シフトマスク20を得た。
【0026】
ここで、上記のハーフトーン型位相シフトマスク20について、マスクパターンの断面形状をSEM観察した結果従来のエッチングレートを制御しないで作製した多層膜のハーフトーン型位相シフトマスクに比べてパターン断面形状の垂直性は改善され、特にガラス基板付近の膜のテーパー形状に効果が認められた。また、終点制御性(=位相差精度)についても向上していることが確認された。
【0027】
上記実施例ではZrSiの化合物薄膜を用いた多層膜のハーフトーンブランクスについて記述したが、この他にもZrの化合物薄膜なども適用できる。さらに、エッチングガスとしてCl2やSiCl4など塩素化合物を用いる場合に於いて有効である。
【0028】
【発明の効果】
本発明は、透明基板上にジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを形成し、多層膜の各層の酸素含有率及び消衰係数を制御することにより、ドライエッチング加工時のパターン形状(特にテーパー形状)が改善され、パターン形状の優れた高精度のハーフトーン型位相シフトマスクが得られる。さらに、今後微細化パターンが要求されるハーフトーン型位相シフトマスクの膜設計・加工に於いては有効な手段となる。また、ガラス基板と化合物薄膜のエッチングレートの差を大きくすることが出来る為、エッチング終了後の位相差の制御性についても向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は、本発明の一実施例を示すハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス及びハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程を工程順に示す模式断面図である。
【符号の説明】
10……ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス
11……透明基板
12……第1層膜
12a……第1層膜のマスクパターン
13……第2層膜
13a……第2層膜のマスクパターン
14……レジストパターン
20……ハーフトーン型位相シフトマスク
Claims (3)
- 透明基板上にジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記多層膜は前記透明基板上に最初に設けられた1層目の前記化合物薄膜の酸素含有量がそれ以降に設けられる2層目以降の前記化合物薄膜の酸素含有量よりも低い値になるように形成されており、1層目のエッチングレートがそれ以降に設けられる2層目以降のエッチングレートよりも高い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ス。
- 透明基板上にジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記多層膜は前記透明基板上に最初に設けられた1層目の前記化合物薄膜の消衰係数がそれ以降に設けられる2層目以降の前記化合物薄膜の消衰係数よりも高い値になるように形成されており、1層目のエッチングレートがそれ以降に設けられる2層目以降のエッチングレートよりも高い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ス。
- 請求項1又は2記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを用いて、位相シフトマスクを形成したことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。
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