JP4466805B2 - Phase shift mask blank and phase shift mask - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ，ＶＬＳＩ等の高密度半導体集積回路、ＣＣＤ（電化結合素子），ＬＣＤ（液晶表示素子）用のカラーフィルター、磁気ヘッドなどの微細加工に用いられる位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスク、特に、位相シフト膜によって露光波長の光の強度を減衰させることができるハーフトーン型の位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ及びＬＳＩ等の半導体集積回路の製造をはじめとして、広範囲な用途に用いられているフォトマスクは、基本的には透光性基板上にクロムを主成分とした遮光膜を所定のパターンで形成したものである。近年では半導体集積回路の高集積化などの市場要求に伴ってパターンの微細化が急速に進み、これに対して露光波長の短波長化を図ることにより対応してきた。
【０００３】
しかしながら、露光波長の短波長化は解像度を改善する反面、焦点深度の減少を招き、プロセスの安定性が低下し、製品の歩留まりに悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００４】
このような問題に対して、有効なパターン転写法の一つとして、位相シフト法があり、微細パターンを転写するためのマスクとして位相シフトマスクが使用されている。
【０００５】
この位相シフトマスク（ハーフトーン型位相シフトマスク）は、例えば、図５に示したように、基板１上に位相シフター膜２をパターン形成してなるもので、位相シフター膜の存在しない基板露出部（第１光透過部）１ａとマスク上のパターン部分を形成している位相シフター部（第２光透過部）２ａとにおいて、両者を透過してくる光の位相差を１８０度とすることで、パターン境界部分の光の干渉により干渉した部分で光強度はゼロとなり、転写像のコントラストを向上させることができるものである。また、位相シフト法を用いることにより、必要な解像度を得る際の焦点深度を増大させることが可能となり、クロム膜等からなる一般的な露光パターンを持つ通常のマスクを用いた場合に比べて、解像度の改善と露光プロセスのマージンを向上させることが可能なものである。
【０００６】
上記位相シフトマスクは、位相シフター部の光透過特性によって、完全透過型位相シフトマスクと、ハーフトーン型位相シフトマスクとに、実用的には大別することができる。完全透過型位相シフトマスクは、位相シフター部の光透過率が基板と同等であり、露光波長に対しては透明なマスクである。ハーフトーン型位相シフトマスクは、位相シフター部の光透過率が基板露出部の数％〜数十％程度のものである。
【０００７】
図１にハーフトーン型位相シフトマスクブランク、図２にハーフトーン型位相シフトマスクの基本的な構造を示す。図１のハーフトーン型位相シフトマスクブランクは、露光光に対して透明な基板１上にハーフトーン位相シフト膜２を形成したものである。また、図２のハーフトーン型位相シフトマスクは、マスク上のパターン部分を形成するハーフトーン位相シフター部２ａと、位相シフト膜が存在しない基板露出部１ａを形成したものである。
【０００８】
ここで、位相シフター部２ａを透過した露光光は基板露出部１ａを透過した露光光に対して位相がシフトされる。また、位相シフター部２ａを透過した露光光が被転写基板上のレジストに対しては感光しない程度の光強度になるように、位相シフター部２ａの透過率は設定される。従って、露光光を実質的に遮光する機能を有する。
【０００９】
上記ハーフトーン型位相シフトマスクとしては、構造が簡単な単層型のハーフトーン型位相シフトマスクがある。このような単層型のハーフトーン位相シフトマスクとして、モリブデンシリサイド酸化物（ＭｏＳｉＯ）、モリブデンシリサイド酸化窒化物（ＭｏＳｉＯＮ）の材料からなる位相シフターを有するものなどが提案されている（特開平７−１４０６３５号公報）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、位相シフトマスクは透明基板上に位相シフトパターンを設け、位相シフト領域で位相差及び透過率が適切な値でないと十分な転写効果が得られない。通常位相シフト膜はスパッタリング法により成膜し、所望の屈折率や消衰係数を得るが、実際に露光をおこなう場合、位相シフトマスクは特定波長のレーザにさらされることになる。多回数におよぶレーザ照射により、位相シフター部の位相差、透過率は徐々に変化する。このため位相シフトマスクとしての機能を有する期間は限られてしまう。
【００１１】
このような光学的特性の変化を抑制する手法として位相シフト膜を形成後に熱処理などが行われているが、処理には長い時間を要し、さらに位相シフト膜が汚染されてしまうおそれがあるという問題点がある。
【００１２】
本発明は、上記問題点を鑑みなされたもので、長時間使用しても光学的特性の変化が小さい高性能な位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、透明基板上に金属とシリコンとを主成分とした位相シフト膜を少なくとも一層設けてなる位相シフトマスクブランクにおいて、その最表面層に、Ｍｏ：５〜３０原子％、Ｓｉ：１５〜５０原子％、Ｎ：３０〜６０原子％であるモリブデンシリサイド窒化膜を成膜することにより、エキシマレーザ耐性が付与され、エキシマレーザを長時間照射しても光学的特性の劣化の少ない位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクが得られることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１４】
即ち、本発明は、下記の位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクを提供する。
請求項１：
透明基板上に金属とシリコンとを主成分とした位相シフト膜を少なくとも一層設けてなる位相シフトマスクブランクにおいて、上記位相シフト膜上に、Ｍｏ：５〜３０原子％、Ｓｉ：１５〜５０原子％、Ｎ：３０〜６０原子％であるモリブデンシリサイド窒化膜のキャップ層を形成したことを特徴とする位相シフトマスクブランク。
請求項２：
上記位相シフト膜をモリブデンシリサイド酸化炭化物又はモリブデンシリサイド酸化窒化炭化物で形成したことを特徴とする請求項１に記載の位相シフトマスクブランク。
請求項３：
上記キャップ層の厚さが５〜３５ｎｍである請求項１又は２に記載の位相シフトマスクブランク。
請求項４：
上記位相シフトマスクブランクにエキシマレーザをトータルエネルギーとして１０ｋＪ／ｃｍ2以上照射した時、エキシマレーザ照射前後の位相差の変化量が１度以下、透過率の変化量が０．１％以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位相シフトマスクブランク。
請求項５：
上記位相シフト膜と上記キャップ層の両膜を透過する露光光の位相を１８０±５度変換し、かつ透過率が３〜４０％である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位相シフトマスクブランク。
請求項６：
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位相シフトマスクブランクをリソグラフィ法によりパターン形成して得られることを特徴とする位相シフトマスク。
【００１５】
本発明によれば、位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクにおける位相シフト膜のエキシマレーザ耐性が付与される。その結果、エキシマレーザ光を長時間照射しても位相差、透過率等の光学的特性の変化を小さくすることができ、高品質な位相シフトマスクが得られ、露光プロセスの安定性が向上し、所望とする微細な幅のパターンを正確に形成することができ、更なる半導体集積回路の微細化、高集積化に十分対応することができるものである。
【００１６】
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の位相シフトマスクブランクは、図３に示したように、露光光が透過する基板１上に、金属とシリコンを主成分として含む位相シフト膜２を成膜し、さらにこの位相シフト膜２の上にキャップ層３を形成したことを特徴とし、これにより、長期間エキシマレーザが照射されても光学的特性の変化（劣化）が少なく、高品質な位相シフトマスクを得ることができるものである。
【００１７】
具体的には、上記位相シフト膜は、Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｖ，Ｃｏ，Ｃｒ又はＮｉ等の金属とシリコンを主成分として含み、特にモリブデンシリサイド酸化炭化物（ＭｏＳｉＯＣ）又はモリブデンシリサイド酸化窒化炭化物（ＭｏＳｉＯＮＣ）で形成したものが好ましい。
【００１８】
この位相シフト膜の上に形成されるキャップ層は、Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｖ，Ｃｏ，Ｃｒ又はＮｉ等の金属とシリコンを主成分として含み、特にモリブデン窒化物（ＭｏＳｉＮ）が好ましい。
【００１９】
また、上記位相シフト膜とキャップ層とを備えた位相シフトマスクは、両膜を透過する露光光の位相を１８０±５度変換し、かつ透過率が３〜４０％であることが好ましい。なお、上記透明基板は石英又は二酸化珪素を主成分とするものが好ましい。
【００２０】
本発明の位相シフト膜の成膜方法としては、反応性スパッタ法が好ましい。この際のスパッタリングターゲットとしては金属とシリコンとを主成分とするものを用いる。この場合、ターゲットは金属とシリコンのみからなるものでも良く、膜の組成を面内で一定に保つために、金属に酸素、窒素、炭素のいずれか、又はこれらを組み合わせて添加したターゲットを用いても構わない。なお、金属の種類としては、Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｖ，Ｃｏ，Ｃｒ又はＮｉなどが挙げられるが、これらの中でモリブデン（Ｍｏ）が好ましい。
【００２１】
スパッタリング方法としては、直流（ＤＣ）電源を用いたものでも、高周波（ＲＦ）電源を用いたものでもよく、またマグネトロンスパッタリング方式であっても、コンベンショナル方式であってもよい。なお、成膜装置は通過型でも枚葉型でも構わない。
【００２２】
位相シフト膜を成膜する際のスパッタリングガスの組成は、アルゴン等の不活性ガスに酸素ガスや窒素ガス、各種酸化窒素ガス、各種酸化炭素ガス等の炭素を含むガスなどを成膜される位相シフト膜が所望の組成を持つように、適宜に添加することにより成膜することができる。この場合、炭素を含むガスとして、メタン等の各種炭化水素ガス、一酸化炭素や二酸化炭素の酸化炭素ガス等が挙げられるが、二酸化炭素を用いると炭素源及び酸素源として使用できると共に、反応性が低く安定なガスであることから特に好ましい。
【００２３】
ＭｏＳｉＯＣ又はＭｏＳｉＯＮＣを成膜する際のスパッタリングガスの組成は、アルゴン等の不活性ガスに炭素源になる炭素を含む混合ガスとすることができるが、更に酸素ガスや窒素ガス、各種酸化窒素ガス等を成膜される位相シフト膜が所望の組成を持つように、適宜添加することができる。
【００２４】
具体的には、ＭｏＳｉＯＣを成膜する場合には、ターゲットとしてモリブデンシリサイドを用い、スパッタガスとしてアルゴンガスと二酸化炭素ガスで反応性スパッタリングすることが好ましい。また、ＭｏＳｉＯＮＣ膜を成膜する場合には、ターゲットとしてモリブデンシリサイドを用い、スパッタガスとしてアルゴンガスと二酸化炭素ガスと窒素ガスで反応性スパッタリングを行うことが好ましい。
【００２５】
なお、成膜される位相シフト膜の透過率を上げたい時には、膜中に酸素及び窒素が多く取り込まれるようにスパッタリングガスに添加する酸素や窒素を含むガスの量を増やす方法、スパッタリングターゲットに予め酸素や窒素を多く添加した金属シリサイドを用いる方法などにより調整することができる。
【００２６】
ここで、モリブデンシリサイド酸化炭化物（ＭｏＳｉＯＣ）膜の組成はＭｏ：５〜２５原子％、特に１０〜２５原子％、Ｓｉ：１０〜３５原子％、特に２０〜３４原子％、Ｏ：３０〜７０原子％、特に３１〜６５原子％、Ｃ：３〜２０原子％、特に３〜１５原子％であることが好ましい。モリブデンシリサイド酸化窒化炭化物（ＭｏＳｉＯＮＣ）膜の組成はＭｏ：５〜２５原子％、特に８〜２０原子％、Ｓｉ：１０〜３５原子％、特に１８〜３０原子％、Ｏ：３０〜６０原子％、特に３８〜５８原子％、Ｎ：５〜３０原子％、特に６〜２０原子％、Ｃ：３〜２０原子％、特に３〜１５原子％であることが好ましい。
【００２７】
本発明の位相シフト膜の上に形成されるキャップ層の成膜方法としては、反応性スパッタ法が好ましい。この際のスパッタリングターゲットとしては金属とシリコンとを主成分とするものを用いる。この場合、ターゲットは金属とシリコンのみからなるものでも良く、膜の組成を面内で一定に保つために、金属に窒素を組み合わせて添加したターゲットを用いても構わない。なお、金属の種類としては、Ｍｏ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｖ，Ｃｏ，Ｃｒ又はＮｉなどが挙げられるが、これらの中でモリブデン（Ｍｏ）が好ましい。
【００２８】
スパッタリング方法としては、直流（ＤＣ）電源を用いたものでも、高周波（ＲＦ）電源を用いたものでもよく、またマグネトロンスパッタリング方式であっても、コンベンショナル方式であってもよい。なお、成膜装置は通過型でも枚葉型でも構わない。
【００２９】
キャップ層を成膜する際のスパッタリングガスの組成は、アルゴン等の不活性ガスに窒素ガスを成膜されるキャップ層が所望の組成を持つように、両ガス組成を調整することにより成膜することができる。
【００３０】
モリブデン窒化膜（ＭｏＳｉＮ）を成膜する際のスパッタリングガスの組成は、アルゴン等の不活性ガスに窒素ガスを成膜されるキャップ層が所望の組成を持つように、両ガス組成を調整することにより成膜することができる。
【００３１】
具体的には、ＭｏＳｉＮを成膜する場合には、ターゲットとしてモリブデンシリサイドを用い、スパッタガスとしてアルゴンガスと窒素ガスで反応性スパッタリングすることが好ましい。
【００３２】
なお、成膜されるキャップ層の透過率を上げたい時には、膜中に窒素が多く取り込まれるようにスパッタリングガスに添加する窒素を含むガスの量を増やす方法、スパッタリングターゲットに予め窒素を多く添加した金属シリサイドを用いる方法などにより調整することができる。
【００３３】
ここで、モリブデンシリサイド窒化物（ＭｏＳｉＮ）膜の組成はＭｏ：５〜３０原子％、特に１０〜２５原子％、Ｓｉ：１５〜５０原子％、特に２５〜４５原子％、Ｎ：３０〜６０原子％、特に３５〜５５原子％であることが好ましい。
【００３４】
更に、キャップ層の厚さは５〜３５ｎｍ、特に１０〜３０ｎｍであることが好ましい。
【００３５】
最表面層にＭｏＳｉＮからなるキャップ層を設ける理由は、位相シフト膜（ＭｏＳｉＯＣ、ＭｏＳｉＯＮＣ）にエキシマレーザを照射すると、大気に接している最表面層で酸化が進み、光学的特性の位相差、透過率等が徐々に変化するため、最表面層を緻密で酸化されにくいＭｏＳｉＮ膜で位相シフト膜を覆うことにより、その下のＭｏＳｉＯＣ膜やＭｏＳｉＯＮＣ膜の酸化を防止することができる。その結果、エキシマレーザを照射しても位相差、透過率等が変化しなくなる。また、キャップ層であるＭｏＳｉＮ膜の単層膜では、所望の位相差、透過率等の光学的特性が得られ難い等の問題があるため、位相シフト膜として用いることは難しい。
【００３６】
上記したように透明基板の上に位相シフト膜、キャップ層と順次積層して構成された位相シフトマスクは、エキシマレーザをトータルエネルギーとして１０ｋＪ／ｃｍ2以上照射した時、エキシマレーザ照射前後の位相差の変化量が１度以下、透過率の変化量が０．１％以下であることが好ましい。
【００３７】
次に、本発明の位相シフトマスクブランクを用いて図２に示したような位相シフトマスクを製造する場合は、図４（Ａ）に示したように、透明基板１上に位相シフト膜２を形成した後、位相シフト膜２上にキャップ層３を形成し、レジスト膜４を形成し、図４（Ｂ）に示したように、レジスト膜４をパターニングし、更に、図４（Ｃ）に示したように、位相シフト膜２及びキャップ層３をエッチングした後、図４（Ｄ）に示したように、レジスト膜４を剥離する方法が採用し得る。この場合、レジスト膜の塗布、パターニング（露光、現像）、レジスト膜の除去は、公知の方法によって行うことができる。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３９】
［実施例１］
６”の石英基板上にモリブデンシリサイドターゲットを用いて、スパッタガスとしてＡｒを２０ｓｃｃｍ、反応性スパッタガスとしてＣＯ2を３５．０ｓｃｃｍ、Ｎ2を３５．０ｓｃｃｍ流して、放電中のガス圧０．３Ｐａ、４．９ｗ／ｃｍ2、ＤＣスパッタ法にてＭｏＳｉＯＣＮを１３８ｎｍ成膜した。
【００４０】
この位相シフト膜（ＭｏＳｉＯＣＮ膜）上にモリブデンシリサイドをターゲットにして、Ａｒを５ｓｃｃｍ、Ｎ2を６０ｓｃｃｍ流して、放電中のガス圧０．３Ｐａ、４．９ｗ／ｃｍ2、ＤＣスパッタ法にてＭｏＳｉＮをキャップ層として３０ｎｍ成膜した。
【００４１】
得られた膜のエキシマレーザ（パワー：８ｍＪ／ｃｍ2／Ｐｕｌｓｅ トータル１０ｋＪ／ｃｍ2）照射前後の位相差・透過率をＭＰＭ−２４８（ＬＡＳＥＲＴＥＣ社製）を用いて測定したところ、照射前の位相差１８３．５度、透過率５．５％、照射後の位相差１８３．０度、透過率５．６％であった。その結果を表１に示す。
【００４２】
［比較例１］
６”の石英基板上にモリブデンシリサイドターゲットを用いて、スパッタガスとしてＡｒを２０ｓｃｃｍ、反応性スパッタガスとしてＣＯ2を２７．０ｓｃｃｍ、Ｎ2を２７．０ｓｃｃｍ流して、放電中のガス圧０．３Ｐａ、４．９ｗ／ｃｍ2、ＤＣスパッタ法にてＭｏＳｉＯＣＮを１４５ｎｍ成膜した。
【００４３】
得られた膜のエキシマレーザ（パワー：８ｍＪ／ｃｍ2／Ｐｕｌｓｅ トータル１０ｋＪ／ｃｍ2）照射前後の位相差、透過率をＭＰＭ−２４８（ＬＡＳＥＲＴＥＣ社製）を用いて測定したところ、照射前の位相差１８６．２度、透過率５．２％、照射後の位相差１８４．２度、透過率５．７％であった。その結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
表から明らかに、キャップ層を形成した位相シフトマスクの方がレーザ照射前後の位相差・透過率の変化量が小さい膜構成といえる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、キャップ層を持つ位相シフトマスクは、エキシマレーザ耐性が付与され、エキシマレーザを長時間照射しても光学的特性が変化しない高品質な位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の位相シフトマスクブランクの断面図である。
【図２】従来の位相シフトマスクの断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る位相シフトマスクブランクの断面図である。
【図４】本発明の位相シフトマスクの製造工程の一例を説明する断面図であり、（Ａ）はレジスト膜を形成した状態、（Ｂ）はレジスト膜をパターニングした状態、（Ｃ）はエッチングを行った状態、（Ｄ）はレジスト膜を除去した状態である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は位相シフトマスクの原理を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 位相シフト膜
３ キャップ層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a phase shift mask blank and a phase shift mask used for microfabrication of high-density semiconductor integrated circuits such as LSI and VLSI, color filters for CCD (electrically coupled devices), LCD (liquid crystal display devices), and magnetic heads. In particular, the present invention relates to a halftone phase shift mask blank and a phase shift mask in which the intensity of light having an exposure wavelength can be attenuated by a phase shift film.
[0002]
[Prior art]
Photomasks used in a wide range of applications, including the manufacture of semiconductor integrated circuits such as ICs and LSIs, basically form a light-shielding film with chromium as the main component on a translucent substrate in a predetermined pattern. It is a thing. In recent years, along with market demands such as higher integration of semiconductor integrated circuits, pattern miniaturization has rapidly progressed, and this has been dealt with by shortening the exposure wavelength.
[0003]
However, while shortening the exposure wavelength improves the resolution, there is a problem in that the depth of focus is reduced, process stability is lowered, and product yield is adversely affected.
[0004]
In order to solve such a problem, there is a phase shift method as an effective pattern transfer method, and a phase shift mask is used as a mask for transferring a fine pattern.
[0005]
This phase shift mask (halftone phase shift mask) is formed by patterning the
[0006]
The phase shift mask can be practically roughly classified into a full transmission type phase shift mask and a halftone type phase shift mask depending on the light transmission characteristics of the phase shifter portion. The complete transmission type phase shift mask is a mask that has the light transmittance of the phase shifter portion equivalent to that of the substrate and is transparent to the exposure wavelength. In the halftone phase shift mask, the light transmittance of the phase shifter portion is about several percent to several tens percent of the substrate exposed portion.
[0007]
FIG. 1 shows a basic structure of a halftone phase shift mask blank, and FIG. 2 shows a basic structure of the halftone phase shift mask. The halftone phase shift mask blank of FIG. 1 is obtained by forming a halftone
[0008]
Here, the phase of the exposure light transmitted through the
[0009]
As the halftone phase shift mask, there is a single-layer halftone phase shift mask having a simple structure. As such a single layer type halftone phase shift mask, a mask having a phase shifter made of a material of molybdenum silicide oxide (MoSiO) or molybdenum silicide oxynitride (MoSiON) has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 7-2017). No. 140635).
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the phase shift mask has a phase shift pattern on a transparent substrate, and a sufficient transfer effect cannot be obtained unless the phase difference and transmittance are appropriate values in the phase shift region. Usually, the phase shift film is formed by sputtering to obtain a desired refractive index and extinction coefficient. However, when actual exposure is performed, the phase shift mask is exposed to a laser having a specific wavelength. Due to the laser irradiation many times, the phase difference and transmittance of the phase shifter part gradually change. For this reason, the period which has a function as a phase shift mask will be limited.
[0011]
Heat treatment is performed after the phase shift film is formed as a technique for suppressing such a change in optical characteristics, but the process takes a long time, and the phase shift film may be further contaminated. There is a problem.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-performance phase shift mask blank and a phase shift mask that have a small change in optical characteristics even when used for a long time.
[0013]
Means for Solving the Problem and Embodiment of the Invention
As a result of intensive studies to achieve the above object, the inventor of the present invention, in a phase shift mask blank in which at least one phase shift film mainly composed of metal and silicon is provided on a transparent substrate, its outermost surface layer Further, by forming a molybdenum silicide nitride film with Mo: 5 to 30 atomic%, Si: 15 to 50 atomic%, and N: 30 to 60 atomic% , excimer laser resistance is imparted, and the excimer laser is operated for a long time. It has been found that a phase shift mask blank and a phase shift mask with little deterioration in optical characteristics can be obtained even when irradiated, and the present invention has been made.
[0014]
That is, the present invention provides the following phase shift mask blank and phase shift mask.
Claim 1:
In a phase shift mask blank comprising at least one phase shift film composed mainly of metal and silicon on a transparent substrate , Mo: 5 to 30 atomic%, Si: 15 to 50 atomic% on the phase shift film A phase shift mask blank, wherein a cap layer of molybdenum silicide nitride film of N: 30 to 60 atomic% is formed.
Claim 2 :
2. The phase shift mask blank according to
Claim 3 :
The phase shift mask blank according to claim 1 or 2 , wherein the cap layer has a thickness of 5 to 35 nm.
Claim 4 :
When the excimer laser is irradiated at 10 kJ / cm 2 or more as a total energy on the phase shift mask blank, the amount of change in phase difference before and after excimer laser irradiation is 1 degree or less, and the amount of change in transmittance is 0.1% or less.
Claim 5 :
The phase shift film and the phase of exposure light transmitting through both membranes of the cap layer converts 180 ± 5 degrees, and the transmittance is 3-40
Claim 6 :
Phase shift mask, characterized in that it is obtained by patterning by lithography a phase shift mask blank according to any one of
[0015]
According to the present invention, excimer laser resistance of the phase shift film in the phase shift mask blank and the phase shift mask is imparted. As a result, even if excimer laser light is irradiated for a long time, changes in optical characteristics such as phase difference and transmittance can be reduced, and a high-quality phase shift mask can be obtained, improving the stability of the exposure process. Therefore, it is possible to accurately form a pattern with a desired fine width, and to sufficiently cope with further miniaturization and higher integration of a semiconductor integrated circuit.
[0016]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
In the phase shift mask blank of the present invention, as shown in FIG. 3, a
[0017]
Specifically, the phase shift film includes a metal such as Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr, or Ni as a main component, and in particular molybdenum silicide oxycarbide (MoSiOC) or Those formed of molybdenum silicide oxynitride carbide (MoSiONC) are preferable.
[0018]
The cap layer formed on the phase shift film includes a metal such as Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr, or Ni as a main component, and in particular molybdenum nitride (MoSiN). ) Is preferred.
[0019]
The phase shift mask including the phase shift film and the cap layer preferably converts the phase of exposure light transmitted through both films by 180 ± 5 degrees and has a transmittance of 3 to 40%. The transparent substrate is preferably composed mainly of quartz or silicon dioxide.
[0020]
As the film formation method of the phase shift film of the present invention, a reactive sputtering method is preferable. As a sputtering target at this time, a sputtering target containing metal and silicon as main components is used. In this case, the target may be composed only of metal and silicon, and in order to keep the composition of the film constant in the plane, a target added with any of oxygen, nitrogen, carbon, or a combination thereof to the metal is used. It doesn't matter. In addition, as a kind of metal, Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr, Ni, etc. are mentioned, Among these, molybdenum (Mo) is preferable.
[0021]
As a sputtering method, a method using a direct current (DC) power source or a method using a radio frequency (RF) power source may be used, and a magnetron sputtering method or a conventional method may be used. The film forming apparatus may be a passing type or a single wafer type.
[0022]
The composition of the sputtering gas when forming the phase shift film is a phase in which an inert gas such as argon is used to form a gas containing carbon such as oxygen gas, nitrogen gas, various nitrogen oxide gases, and various carbon oxide gases. It can form into a film by adding suitably so that a shift film may have a desired composition. In this case, examples of the gas containing carbon include various hydrocarbon gases such as methane, carbon monoxide and carbon dioxide such as carbon dioxide. When carbon dioxide is used, it can be used as a carbon source and an oxygen source. Is particularly preferable because it is a low and stable gas.
[0023]
The composition of the sputtering gas when depositing MoSiOC or MoSiONC can be a mixed gas containing carbon as a carbon source in an inert gas such as argon, but also oxygen gas, nitrogen gas, various nitrogen oxide gases, etc. Can be added as appropriate so that the phase shift film to be formed has a desired composition.
[0024]
Specifically, when forming a MoSiOC film, it is preferable to use molybdenum silicide as a target and to perform reactive sputtering with argon gas and carbon dioxide gas as sputtering gases. Further, when forming a MoSiONC film, it is preferable to use molybdenum silicide as a target and perform reactive sputtering using argon gas, carbon dioxide gas, and nitrogen gas as sputtering gases.
[0025]
When it is desired to increase the transmittance of the phase shift film to be formed, a method of increasing the amount of oxygen or nitrogen containing gas added to the sputtering gas so that a large amount of oxygen and nitrogen is taken into the film, It can be adjusted by a method using metal silicide to which a large amount of oxygen or nitrogen is added.
[0026]
Here, the composition of the molybdenum silicide oxide carbide (MoSiOC) film is Mo: 5 to 25 atomic%, particularly 10 to 25 atomic%, Si: 10 to 35 atomic%, particularly 20 to 34 atomic%, and O: 30 to 70 atoms. %, Particularly 31 to 65 atomic%, C: 3 to 20 atomic%, particularly 3 to 15 atomic%. The composition of the molybdenum silicide oxynitride carbide (MoSiONC) film is Mo: 5 to 25 atomic%, particularly 8 to 20 atomic%, Si: 10 to 35 atomic%, particularly 18 to 30 atomic%, O: 30 to 60 atomic%, In particular, it is preferable that they are 38-58 atomic%, N: 5-30 atomic%, especially 6-20 atomic%, C: 3-20 atomic%, especially 3-15 atomic%.
[0027]
As a film formation method of the cap layer formed on the phase shift film of the present invention, a reactive sputtering method is preferable. As a sputtering target at this time, a sputtering target containing metal and silicon as main components is used. In this case, the target may be composed only of metal and silicon, and a target obtained by adding a combination of nitrogen to metal may be used in order to keep the composition of the film constant in the plane. In addition, as a kind of metal, Mo, Ti, Ta, Zr, Hf, Nb, V, Co, Cr, Ni, etc. are mentioned, Among these, molybdenum (Mo) is preferable.
[0028]
As a sputtering method, a method using a direct current (DC) power source or a method using a radio frequency (RF) power source may be used, and a magnetron sputtering method or a conventional method may be used. The film forming apparatus may be a passing type or a single wafer type.
[0029]
The composition of the sputtering gas when forming the cap layer is adjusted by adjusting both gas compositions so that the cap layer in which nitrogen gas is formed on an inert gas such as argon has a desired composition. be able to.
[0030]
The composition of the sputtering gas when forming the molybdenum nitride film (MoSiN) should be adjusted so that the cap layer on which the nitrogen gas is deposited on an inert gas such as argon has the desired composition. Can be formed.
[0031]
Specifically, when forming a MoSiN film, it is preferable to use molybdenum silicide as a target and to perform reactive sputtering with argon gas and nitrogen gas as sputtering gases.
[0032]
When increasing the transmittance of the cap layer to be formed, a method of increasing the amount of nitrogen-containing gas added to the sputtering gas so that a large amount of nitrogen is taken into the film, a large amount of nitrogen is added to the sputtering target in advance. It can be adjusted by a method using metal silicide.
[0033]
Here, the composition of the molybdenum silicide nitride (MoSiN) film is Mo: 5 to 30 atomic%, particularly 10 to 25 atomic%, Si: 15 to 50 atomic%, particularly 25 to 45 atomic%, and N: 30 to 60 atoms. %, Particularly 35 to 55 atomic%.
[0034]
Furthermore, the thickness of the cap layer is preferably 5 to 35 nm, particularly 10 to 30 nm.
[0035]
The reason why a cap layer made of MoSiN is provided on the outermost surface layer is that when an excimer laser is irradiated to the phase shift film (MoSiOC, MoSiONC), oxidation proceeds on the outermost surface layer in contact with the atmosphere, and the phase difference and transmission of optical characteristics Since the rate and the like are gradually changed, it is possible to prevent the underlying MoSiOC film and the MoSiONC film from being oxidized by covering the phase shift film with the MoSiN film that is dense and hardly oxidized. As a result, even if the excimer laser is irradiated, the phase difference, the transmittance and the like do not change. In addition, a single-layer film of MoSiN film that is a cap layer has a problem that it is difficult to obtain optical characteristics such as a desired phase difference and transmittance, so that it is difficult to use it as a phase shift film.
[0036]
As described above, the phase shift mask formed by sequentially laminating the phase shift film and the cap layer on the transparent substrate has a phase difference before and after the excimer laser irradiation when the excimer laser is irradiated with a total energy of 10 kJ / cm 2 or more. It is preferable that the amount of change in the transmittance is 1 degree or less and the amount of change in the transmittance is 0.1% or less.
[0037]
Next, when the phase shift mask as shown in FIG. 2 is manufactured using the phase shift mask blank of the present invention, the
[0038]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not restrict | limited to the following Example.
[0039]
[Example 1]
Using a molybdenum silicide target on a 6 ″ quartz substrate, Ar is 20 sccm as sputtering gas, 35.0 sccm of CO 2 and 35.0 sccm of N 2 are flowed as reactive sputtering gas, and the gas pressure during discharge is 0.3 Pa. A MoSiOCN film having a thickness of 138 nm was formed by a DC sputtering method at 4.9 w / cm 2 .
[0040]
On this phase shift film (MoSiOCN film), molybdenum silicide is used as a target, Ar is flowed at 5 sccm, N 2 is flowed at 60 sccm, and the gas pressure during discharge is 0.3 Pa, 4.9 w / cm 2 . Was formed as a cap layer.
[0041]
When the phase difference / transmittance of the obtained film before and after irradiation with an excimer laser (power: 8 mJ / cm 2 / Pulse total 10 kJ / cm 2 ) was measured using MPM-248 (manufactured by LASERTEC), the level before irradiation was measured. The phase difference was 183.5 degrees, the transmittance was 5.5%, the phase difference after irradiation was 183.0 degrees, and the transmittance was 5.6%. The results are shown in Table 1.
[0042]
[Comparative Example 1]
Using a molybdenum silicide target on a 6 ″ quartz substrate, Ar is 20 sccm as a sputtering gas, 27.0 sccm as CO 2 and 27.0 sccm as N 2 as a reactive sputtering gas, and the gas pressure during discharge is 0.3 Pa. A MoSiOCN film having a thickness of 145 nm was formed by DC sputtering at 4.9 w / cm 2 .
[0043]
When the phase difference and the transmittance before and after the irradiation of the excimer laser (power: 8 mJ / cm 2 / Pulse total 10 kJ / cm 2 ) of the obtained film were measured using MPM-248 (manufactured by LASERTEC), the level before irradiation was measured. The phase difference was 186.2 degrees, the transmittance was 5.2%, the phase difference after irradiation was 184.2 degrees, and the transmittance was 5.7%. The results are shown in Table 1.
[0044]
[Table 1]
From the table, it can be said that the phase shift mask formed with the cap layer has a smaller amount of change in phase difference and transmittance before and after laser irradiation.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, a phase shift mask having a cap layer is provided with excimer laser resistance, and a high-quality phase shift mask blank and phase shift mask that do not change optical characteristics even when irradiated with an excimer laser for a long time are obtained. It is done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional phase shift mask blank.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional phase shift mask.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a phase shift mask blank according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing process of a phase shift mask of the present invention, where FIG. 4A is a state where a resist film is formed, FIG. 4B is a state where the resist film is patterned, and FIG. (D) shows a state where the resist film is removed.
5A and 5B are diagrams for explaining the principle of a phase shift mask, and FIG. 5B is a partially enlarged view of FIG.
[Explanation of symbols]
1
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