(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光して行うパターン転写方法において、前記ハーフトーン型位相シフトマスクは、
透光性基板上に透明膜と半透明膜を順次積層し、前記透明膜と半透明膜をパターン化して透光性基板のみからなる透明領域と透光性基板上にパターン化された透明膜と半透明膜を有する半透明領域とを形成してなるハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記透明膜と半透明膜がジルコニウム化合物膜よりなり、露光光の透過率が５〜１５％であり、露光波長での反射率が２５％以下であり、検査波長での透過率が３０％以下であることを特徴とするパターン転写方法。
【請求項２】
前記ジルコニウム化合物膜が酸化ジルコニウム膜、窒化ジルコニウム膜、酸化窒化ジルコニウム膜及びハロゲン化ジルコニウム膜からなる群から選択されたジルコニウム化合物膜からなることを特徴とする請求項１記載のパターン転写方法。
【発明の詳細な説明】
【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においてパターンを形成する際に、ハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光して行うパターン転写方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフォトマスクでは微細なパターンの投影露光に際し近接したパターンはマスクの光透過部を通過した光が回折し、干渉し合うことによって、パターン境界部での光強度を強め合いフォトレジストが感光するため、ウェハー上に転写されたパターンが分離解像しないという問題が生じていた。この現象は露光波長に近い微細なパターンほどその傾向が強く、原理的には従来のフォトマスクと従来の露光光学系では光の波長以下の微細パターンを解像することは不可能であった。
【０００３】
そこで、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微細パターンの解像力を向上させるという位相シフト技術を用いた位相シフトマスクが開発された。すなわち、隣接する開口部の片側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、位相が反転しているために境界部の光強度は弱め合い、その結果転写パターンは分離解像する。この関係は焦点の前後でも成り立っているため、焦点が多少ずれていても解像度は従来法よりも向上し、焦点裕度が改善される。
【０００４】
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、特許文献１や特許文献２に記載されている。マスクパターンを遮光層で形成する場合は、遮光パターンに隣接する開孔部の片側に位相シフト部を設けて位相反転させるが、マスクパターンが完全な遮光性を持たない半透明層の場合でもこの半透明層によって位相が反転され、同様な解像度向上効果が得られる。この場合は特に孤立パターンの解像度向上に有効である。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１７３７４４号公報
【特許文献２】
特公昭６２−５０８１１号公報
【０００６】
図５（ａ）〜（ｃ）はハーフトーン型位相シフトマスクを使ってウエハー上に投影露光する際の転写パターンの解像性を説明するための説明図である。この図よりマスク面に対して垂直に入射した露光光のうち、露光光Ｉ及びIII は半透明遮光パターン３２を通る際に振幅が減衰するが、８％程度の光が透過する。露光光IIは透光性基板３１を１００％通過する透過光であるため、ウエハー上での露光光の振幅分布は図５（ｂ）のようになる。ここで、光の振幅の２乗が光強度に比例するという関係から、ウェハー面上に投影される露光光の強度分布は図５（ｃ）のようになり、半透明遮光パターン３２と透過部との境界部の光強度は０になる。このことからパターンエッジのコントラストが向上し、パターンの解像度は向上する。さらに、焦点の前後においても同様な効果が維持されるため、多少の焦点ズレがあっても解像度が上がり、よって焦点裕度が向上する効果が得られる。
【０００７】
このような効果を与える位相シフトマスクを一般にハーフトーン型と称する。
【０００８】
【特許文献３】
特開平７−１６８３４３号公報
【特許文献４】
特開平７−０４３８８７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ハーフトーン型位相シフトマスクでは、本来の位相シフトマスクとしての光学定数である位相反転量：１８０度及び露光波長での透過率：５〜１５％の他に、露光波長での反射率：２５％以下、検査波長での透過率：３０％以下という幾つかの光学的条件を同時に満足しなければならない。
【００１０】
この理由として、露光波長でのフォトマスクの反射率が高いと、フォトリソグラフィーを行う際に半透明膜とウェハーとの間で多重反射が起こり、パターン精度が低下してしまう。また、位相シフトマスクの検査・寸法測定では主に超高圧水銀灯のｉ線（３６５ｎｍ）やＡｒ+ レーザー光（４８８ｎｍ）等の可視光領域の光が用いられるが、この検査波長に対する透過率が３０％を超えると、透過部と半透明部のコントラストが低下し、検査・寸法測定が困難になるという問題が生じる。
【００１１】
以上のような問題点を回避するために、２層以上の膜を重ね合わせた多層の位相シフトマスクが用いられている。例えば、モリブデンシリサイドやクロム等を主体としたハーフトーン型位相シフトマスクでは、前記の光学的条件達成の難しさや、スパッタ工程での膜の制御性や再現性、エッチング工程でのパターン形状の矩形性が悪い等々の問題点が指摘されている。
【００１２】
特に短波長のエキシマレーザー光を用いた露光では、この波長での透過率と位相差が満たされても、反射率や検査波長での透過率が高くなるという問題がある。また、レジストをパターニングする電子線描画の際においては、膜の導電性が低い場合、電子がチャージアップされて正確にパターンが形成できない。または、静電気の帯電が起こり、マスクの製造工程や使用時にごみが吸着しやすくなってしまうという問題もある。
【００１３】
本発明は、上記従来のハーフトーン型位相シフトマスクの問題を解決するために、特にエキシマレーザー光露光に対応できるもので、位相シフトマスクとしての光学定数を満たすと共に、露光光での反射率や検査波長での透過率を制御し、高いパターン形成精度を有するハーフトーン型位相シフトマスクを用い、ウェハー上の解像度を向上したパターン転写方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて上記課題を解決するために、まず請求項１においては、ハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光して行うパターン転写方法において、前記ハーフトーン型位相シフトマスクは、透光性基板上に透明膜と半透明膜を順次積層し、前記透明膜と半透明膜をパターン化して透光性基板のみからなる透明領域と透光性基板上にパターン化された透明膜と半透明膜を有する半透明領域とを形成してなるハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記透明膜と半透明膜がジルコニウム化合物膜よりなり、露光光の透過率が５〜１５％であり、露光波長での反射率が２５％以下であり、検査波長での透過率が３０％以下であることを特徴とするパターン転写方法としたものである。
【００１５】
また、請求項２においては、前記ジルコニウム化合物膜が酸化ジルコニウム膜、窒化ジルコニウム膜、酸化窒化ジルコニウム膜及びハロゲン化ジルコニウム膜からなる群から選択されたジルコニウム化合物膜からなることを特徴とする請求項１記載のパターン転写方法としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスクは透明なガラス基板上にジルコニウム化合物膜からなる透明膜及び半透明膜を設け、該透明膜及び半透明膜をパターン化したものであり、特にエキシマレーザー光露光に対応できるもので、位相シフトマスクとして満足すべき光学定数（透明膜と半透明膜を透過する露光光の透過率：５〜１５％、透明領域と半透明領域を透過する光の位相差：１８０度）の他に、露光波長での反射率を２５％以下、検査波長での透過率を３０％以下という光学的条件をも満たし、さらに上層の半透明膜に所定の導電性を付与して電子線描画時のチャージアップを防止し、パターン形成精度の向上を図り、本願発明のパターン転写方法は、トータル的に露光転写時のパターン解像度の向上を図るようにしたものである。
【００１７】
まず、窒素、酸素、ハロゲンガス等の混合ガス雰囲気中でジルコニウムまたはジルコニウム化合物ターゲットを使用したスパッタリングにて、透明な石英ガラス基板上に屈折率、消衰係数、膜厚を調節したジルコニウム化合物膜からなる透明膜及び半透明膜を成膜し、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを作製する。さらに、このハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにレジストを塗布し、電子線描画、現像、ベーク、エッチング、レジスト剥離、洗浄等の一連のパターニング処理工程を経てハーフトーン型位相シフトマスクを得る。
【００１８】
【実施例】
本発明のパターン転写方法に係る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の実施例について図面を用いてより具体的に説明する。
＜実施例１＞実施例１はＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）露光に対応するもので、図１（ａ）〜（ｃ）は透明膜と半透明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及びハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程及び構成を示す模式断面図である。
【００１９】
まず、ＤＣスパッタ装置を用いて、チャンバー内にアルゴン（Ａｒ）ガス：２０ＳＣＣＭと酸素（Ｏ2 ）ガス：３ＳＣＣＭ及び窒素（Ｎ2 ）ガス：４ＳＣＣＭを導入した混合ガス雰囲気中でジルコニウムターゲットを用いて反応性スパッタを行い、透明な石英ガラスからなる透光性基板１１上に、膜厚８５８Åの酸化窒化ジルコニウム膜からなる透明膜１２を成膜した。このときの透明膜１２の波長２４８ｎｍでの屈折率は２．２０、消衰係数は０．２１であった。
【００２０】
次に、上記と同様のＤＣスパッタ装置を用いて、チャンバ内にアルゴンガス：２０ＳＣＣＭ及び酸素ガス：２ＳＣＣＭを導入した混合ガス雰囲気中でジルコニウムターゲットを用いて反応性スパッタを行い、透明膜１２上に膜厚４８４Åの酸化ジルコニウム膜からなる半透明膜１３を成膜した。このときの半透明膜１３の波長２４８ｎｍでの屈折率は１．７９、消衰係数は０．７２であった。以上の工程で、透明な石英ガラスからなる透光性基板１１上に透明膜１２及び半透明膜１３からなるＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク１０が得られた（図１（ａ）参照）。
【００２１】
ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク１０の分光透過率特性及び分光反射率特性を図３に示す。ＫｒＦエキシマレーザーの波長である２４８ｎｍでの透過率は５％、検査波長４８８ｎｍでの透過率は１５．７％となり、検査時におけるコントラストは十分に得ることができる。また、露光光の波長２４８ｎｍにおける反射率は１２．２％であり、露光時における多重反射の影響という点からも問題のない値を得た。
【００２２】
次に、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク１０上に電子線レジストをスピナーにより塗布し、電子線レジスト層を形成し、所定のパターンを電子線描画、現像して開口部１５を有するレジストパターン１４を形成した（図１（ｂ）参照）。ここで、酸化ジルコニウム膜からなる半透明膜１３のシート抵抗は３．４３×１０3 Ω／□であったので、電子線描画の際のチャージアップはほとんど問題にならなかった。
【００２３】
次に、レジストパターン１４が形成されたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクをＳｉＣｌ4 やＳＦ6 、ＣＦ4 などのハロゲンガスを用いたドライエッチングによりパターニングした後、レジストパターン１４を剥膜処理して、透明膜パターン１２ａ及び半透明膜パターン１３ａからなるＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク２０を得た（図１（ｃ）参照）。ここでのドライエッチング条件は圧力：３０ｍＴｏｒｒ、電力：３００ｗ、ＳｉＣｌ4 ：５０ＳＣＣＭとした。
【００２４】
＜実施例２＞実施例２はＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）露光に対応するもので、図２（ａ）〜（ｃ）は透明膜と半透明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及びハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程及び構成を示す模式断面図である。
【００２５】
実施例１と同様の装置を用いて、チャンバー内にアルゴン（Ａｒ）ガス：１４ＳＣＣＭと酸素（Ｏ2 ）ガス：８ＳＣＣＭ及び窒素（Ｎ2 ）ガス：８ＳＣＣＭを導入した混合ガス雰囲気中でジルコニウムターゲットを用いて反応性スパッタを行い、透明な石英ガラスからなる透光性基板２１上に、膜厚４８４Åの酸化窒化ジルコニウム膜からなる透明膜２２を成膜した。このときの透明膜２２の波長１９３ｎｍでの屈折率は２．８０、消衰係数は０．３３であった。
【００２６】
次に、上記と同様のＤＣスパッタ装置を用いて、チャンバ内にアルゴンガス：２０ＳＣＣＭ及び酸素ガス：２ＳＣＣＭを導入した混合ガス雰囲気中でジルコニウムターゲットを用いて反応性スパッタを行い、透明膜１２上に膜厚８５８Åの酸化ジルコニウム膜からなる半透明膜２３を成膜した。このときの半透明膜２３の波長１９３ｎｍでの屈折率は２．１５、消衰係数は１．０８であった。以上の工程で、透明な石英ガラスからなる透光性基板１１上に透明膜２２及び半透明膜２３からなるＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク３０が得られた（図２（ａ）参照）。
【００２７】
このＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク３０の分光透過率特性及び分光反射率特性を図４に示す。ＡｒＦエキシマレーザー波長である１９３ｎｍで半透明領域と透明領域の位相差１８０度、半透明領域の透過率が５％となり、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）露光に対応できるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクであることが確認された。
【００２８】
次に、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク３０上に電子線レジストをスピナーにより塗布し、電子線レジスト層を形成し、所定のパターンを電子線描画、現像して開口部２５を有するレジストパターン２４を形成した（図２（ｂ）参照）。ここで、酸化ジルコニウム膜からなる半透明膜２３のシート抵抗は３．４３×１０3 Ω／□であったので、電子線描画の際のチャージアップはほとんど問題にならなかった。
【００２９】
次に、レジストパターン２４が形成されたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクをＳｉＣｌ4 やＳＦ6 、ＣＦ4 などのハロゲンガスを用いたドライエッチングによりパターニングした後、レジストパターン２４を剥膜処理して、透明膜パターン２２ａ及び半透明膜パターン２３ａからなるＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク４０を得た（図２（ｃ）参照）。ここでのドライエッチング条件は圧力：３０ｍＴｏｒｒ、電力：３００ｗ、ＳｉＣｌ4 ：５０ＳＣＣＭとした。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のパターン転写方法は、本発明に係るハーフトーン型位相シフトマスクの透明膜及び半透明膜に酸化ジルコニウムなどのジルコニウム化合物膜を用いることにより、露光光としてエキシマレーザー（波長２４８、１９３ｎｍ）を使用した場合の位相シフトマスクとしての光学定数の他に露光光での反射率や検査波長での透過率を容易に制御でき、露光光での多重反射の影響もなく、高いパターン形成精度が得られるパターン転写方法である。すなわち、
１）ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）の低波長のエキシマレーザー露光において、高いパターン形成精度を有し、且つパターン形状再現性に優れている。
２）Ａｒ+ レーザー光などの検査波長において透過率３０％以下を制御できるため検査時のコントラストは十分得ることができる。
３）露光波長に対しての反射率を２５％以下にできるため多重反射の悪影響を低減させるとともに、パターン精度を向上できる。
４）半透明膜が適度の導電性を有しているため電子線描画の際のチャージアップを防止できる。
５）酸化ジルコニウムなどのジルコニウム化合物からなる透明膜及び半透明膜は膜が硬いため、位相シフトマスクを作製する工程及び検査工程での損傷や擦傷による不良を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスクブランクの実施例１の構成を示す模式断面図である。（ｂ）〜（ｃ）は、本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスクの実施例１の製造工程及び構成を示す模式断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスクブランクの実施例２の構成を示す模式断面図である。（ｂ）〜（ｃ）は、本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスクの実施例２の製造工程及び構成を示す模式断面図である。
【図３】本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクの実施例１を構成している透明膜と半透明膜の分光透過率及び分光反射率特性を示す説明図である。
【図４】本発明のパターン転写方法に係るハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクの実施例２を構成している透明膜と半透明膜の分光透過率及び分光反射率特性を示す説明図である。
【図５】（ａ）は、ハーフトーン型位相シフトフォトマスクを用いて投影露光する場合を示す説明図である。（ｂ）は、ウエハー上での露光光の振幅分布を示す説明図である。（ｃ）は、ウエハー上での露光光の強度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
１０、３０……ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク
１１、２１、３１……透光性基板
１２、２２……透明膜
１２ａ、２２ａ……透明膜パターン
１３、２３……半透明膜
１３ａ、２３ａ……半透明膜パターン
１４、２４……レジストパターン
１５、２５……開口部
２０、４０……ハーフトーン型位相シフトマスク
３２……半透明遮光パターン
【図１】
0003760927.tif 000002
【図２】
0003760927.tif 000003
【図３】
0003760927.tif 000004
【図４】
0003760927.tif 000005
【図５】
0003760927.tif 000006