説明

パターン転写方法およびフォトマスク

【課題】フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分などに起因して生じるパターン解像度の低下を抑制すること。
【解決手段】透明基板11の主面の、遮光性膜12の非形成領域(透光部)を充填するように、屈折率が1よりも大きな高屈折率媒質13が設けられている。ここで、高屈折率媒質13は、SOG、酸化ケイ素、窒化珪素、酸窒化珪素などである。このような高屈折率媒質13を設けると、透明基板11と高屈折率媒質13との界面での屈折角が従来に比較して小さくなり、遮光性膜12によって遮られる露光光量を低減させることができる。この効果は、露光光の透明基板11への入射角(θ)が大きいほど顕著となる。その結果、フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分などに起因して生じるパターン解像度の低下を抑制することが可能となる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体集積回路等の製造などで用いられるパターン転写方法およびフォトマスクに関する。
【背景技術】
【0002】
IC、LSI又はVLSI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、例えば、透光性基板上にクロムを主成分とする遮光膜が形成されたフォトマスクブランクを用い、この遮光膜に紫外線や電子線等を露光光とするフォトリソグラフィ法により所定のパターンを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等の市場要求に伴ってパターンの微細化が急速に進行し、露光工程でのレジスト解像度を高めるための露光波長の短波長化やレンズの開口数の増大により対応がなされてきた。
【0003】
しかしながら、露光波長の短波長化は装置や材料のコスト増大を招く結果となるという問題がある。また、レンズの開口数の増大は解像度の向上という利点の反面、焦点深度の減少を招く結果、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る。このような問題の解決に対して有効なパターン転写法のひとつに「位相シフトマスク」をフォトマスクとして用いる「位相シフト法」が知られている(特許文献1)。
【0004】
これらのフォトマスクは、透明基板上に遮光性膜を形成したフォトマスクブランクの遮光性膜上にレジストを塗布し、当該レジストを露光・現像して所定のパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして上記遮光性膜をエッチングした後にレジストを除去することによって作製される。
【0005】
従来、フォトマスクのパターンをシリコンウエーハなどの被転写基板に転写する際には、空気中での露光が行われていたが、形成すべきパターン線幅が狭くなるにつれて、より高NA(高開口数)での露光を実現するために被転写基板の上に純水や高屈折率の液体を供給して露光する方法が実用化されるようになってきた。また、更なる解像度の向上を目的として、露光装置の光源にも工夫がなされ、二重極照明や四重極照明、輪帯照明などの変形照明などが用いられるようになってきており、このような露光光源を用いた場合には、フォトマスクに入射する露光光にはフォトマスク面に非垂直入射する成分が含まれることとなる。また、フォトマスクのパターン面にはパターン面へのパーティクルの付着を防止するためにペリクル膜を設けられる。
【特許文献1】特開平7−140635号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
図1に断面概略図を示したように、透明基板1上にCrやMoSiなどの遮光性膜2のパターンが形成されたフォトマスクの遮光部には、遮光性膜2の膜厚に相当する段差が生じている。また、パターンの微細化に伴って、パターンの幅とのパターンの段差の比は大きくなる。そして、透明基板1の屈折率は一般に、フォトマスクの露光雰囲気の屈折率(通常は1)よりも大きいために、フォトマスクに照射される光の入射角(θ)が大きくなればなるほど、フォトマスクの遮光部の段差が透過部を透過した光(の一部)を遮る現象が顕著となり、コントラスト比が低下するなどして解像度が低下してしまうという問題が生じる。
【0007】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分などに起因して生じるパターン解像度の低下を抑制可能なパターン転写方法およびフォトマスクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
かかる課題を解決するために、本発明は、フォトマスクを用いたパターン転写方法において、前記フォトマスクのパターン形成面を屈折率が1よりも大きな媒質としての固体で覆った状態で、前記フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分を有する変形照明により露光する。
【0009】
好ましくは、前記固体がSOG、酸化ケイ素、窒化珪素、酸窒化珪素の何れかである。
【0010】
また、本発明は、フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分を有する変形照明を用いて露光するパターン転写方法に用いるフォトマスクであって、透明基板の主面に遮光性膜がパターニングされており、該遮光膜の非形成領域に屈折率が1よりも大きな媒質としての固体が充填されている。
【0011】
好ましくは、前記固体は、SOG、酸化ケイ素、窒化珪素、酸窒化珪素の何れかである。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、屈折率が1よりも大きな媒質(高屈折率媒質)により、透明基板と高屈折率媒質との界面での屈折角が従来に比較して小さくなるので、遮光性膜によって遮られる露光光量を低減させることができる。この効果は、露光光の透明基板への入射角が大きいほど顕著となる。
【0013】
その結果、フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分などに起因して生じるパターン解像度の低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】従来のフォトマスクの構造を説明するための断面概略図である。
【図2】本発明のフォトマスクの構造を説明するための断面概略図である。
【図3】本発明のパターン転写方法を説明するための図である。
【図4】本発明のフォトマスクの製造プロセスを説明するための図である。
【図5】本発明のパターン転写方法を従来のパターン転写方法と比較して示すための図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して本発明のフォトマスクの構造について説明する。
【0016】
[本発明のフォトマスク]:図2は、本発明のフォトマスクの構造を説明するための断面概略図で、露光光に対して透明な石英やフッ化カルシウムなどの透明基板11の主面にパターニングされた遮光性膜12が設けられている。そして、透明基板11の主面全面が、遮光性膜12を覆うように、屈折率が1よりも大きな(n>1)高屈折率媒質13で被覆されている。このフォトマスクでは、遮光性膜12形成領域が遮光部、遮光性膜非形成領域が透光部となる。なお、高屈折率媒質13は、透光部を埋める(充填する)ように設けられている必要があるが、必ずしも遮光性膜12を覆う必要はない。
【0017】
一般に、露光光の出射面が接することとなる媒質(フォトマスクのパターン面が接している媒質)は空気や窒素であってその屈折率は1(n=1)であるから、図1に図示した構造の従来のフォトマスクでは、遮光部の段差が透光部を透過した光(の一部)を遮って解像度が低下してしまうという問題が生じる。しかし、本発明のように、屈折率が1よりも大きな高屈折率媒質13を設けた場合には、透明基板11と高屈折率媒質13との界面での屈折角が従来に比較して小さくなり、その結果、遮光性膜12によって遮られる露光光量を低減させることができる。この効果は、露光光の透明基板11への入射角(θ)が大きいほど顕著となる。
【0018】
遮光性膜12の膜厚や組成は、いわゆる「遮光膜」として用いるときは光学濃度で3以上となるようにし、ハーフトーン型の遮光性膜とする場合には、所定の透過率(例えば、1〜50%)の透過率となるように膜厚や組成を決める。このような遮光性膜12としては、クロムやモリブデンシリサイド、ジルコニアシリサイド、タングステンシリサイドなどの金属シリサイドやこれらに窒素や酸素を含んだ膜が例示される。また、透過率は0.1%以下などとして遮光性の高い膜としてもよいし、ハーフトーン型位相シフト膜として用いる場合などでは、実質的に露光に寄与しない程度(例えば、1〜30%程度)の透過率の膜であってもよい。なお、遮光性膜12の形成は、スパッタ法、蒸着法、CVD法などの公知の手法によることができる。
【0019】
透明基板11として石英を用いた場合、遮光性膜12としてクロムを主成分とする膜を用いると、エッチングを行う際に透明基板11との間でエッチング選択性をもたせることができるという利点がある。
【0020】
露光波長が200nm以下(例えば、193nmなど)の場合には、金属シリサイドを主成分とする膜(酸素や窒素を含ませることもできる)を用いると、反射率を所定の値まで低減させること、遮光性膜の薄膜化、パターン微細化のために有利なフッ素系エッチングが可能、といった利点がある。
【0021】
また、遮光性膜12に適度な透過率(例えば、1〜30%)をもたせ、透光部を透過した露光光と遮光部を透過した露光光との位相の差を所定の値(例えば、180度)とすることによって、位相シフト効果をもたせることができる。この場合、通常のハーフトーン型位相シフトマスクと同様に遮光部の位相変化を透光部の位相変化よりも大きくすることもできるが、これとは逆に、透光部における位相変化を遮光部の位相変化よりも大きくすることもできる。特に、高屈折率媒質の屈折率が大きいときには、遮光部の厚みを薄くすることができるため、透光部における位相変化の方を遮光部よりも大きくする構成の方が好ましい。
【0022】
高屈折率媒質13としては、SOG、酸化ケイ素、窒化珪素、酸窒化珪素などを用いる。その厚みは、例えば1mm以上とすれば、ぺリクル膜が必要でなくなるという利点がある。また、遮光性膜12の上に設けられる高屈折率媒質の厚みが10〜40nmとなるように高屈折率媒質13を形成して反射防止膜としての機能をもたせたり、遮光性膜12に対する保護膜として機能させるようにしてもよい。
【0023】
[本発明のパターン転写方法]:図3は本発明のパターン転写方法を説明するための図で、ここで用いるフォトマスクは、図1で示したものと同様の従来型のフォトマスクで、透明基板11の主面に遮光性膜12が設けられている。
【0024】
このフォトマスクのパターン形成面が高屈折率媒体13で覆われるようにした状態で、レジスト14が塗布された被転写基板15にパターン焼付けのための露光を行う。図3に示した高屈折率媒体13は、通常の露光環境である空気や窒素よりも屈折率が高い(屈折率が1よりも大きな)液体(例えば、純水)で、図3(A)には、この高屈折率媒体13中に被転写基板15も一緒に浸漬させた状態で露光を行う状態が図示されているが、フォトマスクのパターン形成面(遮光性膜12)と被転写基板15(上のレジスト14)が共に高屈折率媒体13中にある必要はなく、フォトマスクのパターン形成面が高屈折率媒体13に接していればよい。
【0025】
例えば、フォトマスク(のパターン形成面)のみを高屈折率媒体13に浸漬してもよく(図3(B))、あるいは、フォトマスクのパターン形成面側にレンズなどの光学素子16を設けてこれらの間を高屈折率媒体13で充填させたり(図3(C))、さらには、フォトマスク(のパターン形成面)と被転写基板(上のレジスト14)を別々の高屈折率媒体に浸漬させたり、フォトマスク(のパターン形成面)のみを高屈折率媒体に浸漬させた状態で通常の液浸露光機のように被転写基板の露光部分のみを液浸させるなどの構成にしてもよい。
【0026】
また、高屈折率媒体13は、フォトマスクのパターン形成面を覆ってさえいればよく、パターン形成面を薄く覆う程度でもよい。なお、高屈折率媒体13は液体である必要はなく、SOG、酸化ケイ素、窒化珪素、酸窒化珪素などの固体であってもよく、この場合にも、当該固体の薄膜がパターン上を覆っていればよい。
【0027】
このようなパターン転写方法の場合には、従来のフォトマスクを用いた場合にも、透明基板11と高屈折率媒質13との界面での屈折角が従来法でパターン転写する場合に比較して小さくなり、その結果、遮光性膜12によって遮られる露光光量を低減させることができる。また、この効果は、露光光の透明基板11への入射角(θ)が大きいほど顕著となる。
【0028】
なお、高屈折率媒質13の屈折率は、1よりも大きく、かつ、遮光性膜12のそれよりも大きいことが好ましく、さらには、透明基板11の屈折率よりも大きいと、より好ましい。
【実施例1】
【0029】
図4は、フォトマスクのパターン面を高屈折率の固体で覆う場合の本発明のフォトマスクの製造プロセスを説明するための図で、本実施例で得られるフォトマスクは、遮光性膜としてMoSiNの遮光層(60nm)と反射防止層(40nm)を積層させたバイナリマスクである。本実施例では、遮光層と反射防止層の厚みをそれぞれ上記の値としているが、これらの膜厚はそれぞれ、30〜60nmおよび10〜40nmなどとするようにしてもよい。
【0030】
先ず、石英基板11の主面に遮光性膜12を備えたフォトマスクブランクを準備する(図4(A))。本実施例の遮光性膜12は、MoSiNの遮光層(60nm)と反射防止層(40nm)を積層させたものであるが、一般的には、CrやMoSiなどの金属シリサイド、またはこれらに酸素または窒素を含ませた膜などであり、その成膜は、Arガス中に窒素ガスを添加させた雰囲気中で金属ターゲットをスパッタすることで行われる。
【0031】
なお、膜中に酸素を含ませる場合にはArガス中に酸素ガスを添加させた雰囲気中で、また、酸素と窒素を含ませるときにはArガス中に酸素(含有)ガスと窒素(含有)ガスを添加させた雰囲気中でスパッタ成膜を行う。さらに、膜中に炭素を含ませる場合には、炭素含有ガスを添加させた雰囲気中でスパッタ成膜を行う。このような酸素(含有)ガスや窒素(含有)ガス或いは炭素含有ガスとしては、O2、N2、NO、N2O、CO、CO2、CH4、などが例示される。
【0032】
また、遮光性膜12は遮光層と反射防止層の2層構造にしてもよいし、さらに石英基板11側に反射防止層や密着改善層を形成した3層以上の構成としてもよい。また、膜中での組成を徐々に変化させることによって、表面の酸化度や窒化度をあげることで反射率を低減させるようにしてもよい。さらに、パターン形成の補助膜となるエッチングマスク層や、エッチングストッパを形成してもよい。これら多層は単一元素から多層を形成しても、異元素を含む層を形成してもよい。
【0033】
次に、遮光性膜12の上からレジスト14を塗布し(図4(B))、EB描画装置で所定のパターンを露光・現像して、所定のレジストパターン14を得る(図4(C))。レジスト14は、電子線用でもKrF線用でもArF線用でもよく、ポジ型でもネガ型でもよい。なお、化学増幅型である必要はないが、本実施例では、電子線用の化学増幅型ポジレジストを用いている。
【0034】
このレジストパターン14をマスクとして、遮光性膜12をエッチングしてパターニングを行う(図4(D))。この場合のエッチングは、ウエット、ドライどちらの手法でも可能であるが、微細なパターンを形成するにはドライエッチングが好ましい。
【0035】
本実施例では、遮光性膜12は金属シリサイド膜であるので、CF4やSF6などのフッ素を含んだエッチングガスを用いてドライエッチングを行っている。遮光性膜12としてCr膜を用いた場合には、塩素ガスと酸素ガスを混合したものをエッチングガスとして用いることができる。また、なお、このようなエッチングガスには、HeやArなどの不活性ガスを含んでいてもよい。
【0036】
なお、遮光性膜12は、上述の2層積層膜に、さらに石英基板11側に密着改善層などを形成して3層以上の積層構造としてもよい。また、膜中の組成を厚み方向に徐々に変化させて膜表面の酸化度や窒化度を高めることにより、反射率を低減させるようにしてもよい。さらに、パターン形成の補助膜となるエッチングマスク層やエッチングストッパを形成してもよい。
【0037】
そして、遮光性膜12のパターニング後にレジストマスク14を除去すると、石英基板11の主面にパターニングされた遮光性膜を備えた従来型のフォトマスクが得られる(図4(E))。
【0038】
これに続いて、遮光性膜12を覆うように、屈折率が1よりも大きな高屈折率媒質13であるSOG膜(n=1.4)を透明基板11の主面全面に形成する(図4(F))。SOG膜の厚みは約130nmである。
【0039】
そして、SOG膜13を平坦化処理して、透光部と遮光部とを備えた、本発明のフォトマスクを得た(図4(G))。なお、上述のように、遮光性膜12の厚みは約100nmであり、SOG膜13の塗布厚は約130nmであるから、遮光性膜12の上には約30nmの高屈折率媒質が設けられることとなる。この部分は、反射防止膜として、また、遮光性膜12に対する保護膜として、機能することとなる。
【実施例2】
【0040】
石英基板上にCrONからなる厚さ70nmの遮光膜と厚さ30nm反射防止膜を積層した遮光部をもち、0.2μm幅の孤立透過部(遮光膜と反射防止膜が形成されていない部分)をもつフォトマスクを、フォトマスクへの入射角(θ)が45度となる2極照明を光源とするArFエキシマレーザ露光装置にセットする。そして、当該フォトマスクと被露光物(被転写シリコン基板:不図示)側の光学系までの空間を純水(屈折率1.44)で満たして露光を行う(図5(A))。なお、比較のため、フォトマスクと被露光物側の光学系までの空間を窒素雰囲気(屈折率1)とした状態での露光も行う(図5(B))。
【0041】
フォトマスクのパターン形成面を被露光物であるシリコン基板側に向けて、フォトマスクに45度の角度で光を入射させると、フォトマスクの被露光物側の光学系との間の空間が窒素(屈折率1)である場合(図5(B))、マスク基板から被露光物側の空間に出る光の角度が45度となることから、減衰作用をうける領域を計算すると透過パターンに入ってきた光の幅のうち0.1μm分の光量は遮光膜及び反射防止膜により減衰作用を受けることになる。この場合、マスクの透光部に入射する光の幅(0.2μm)を100%とすると、透過パターンを透過する光の幅の50%に相当する部分だけが減衰作用を受けずに透過できることになり、減衰を受ける50%の幅に相当する部分はコントラスト低下の原因となる。
【0042】
これに対して、フォトマスクの被露光物側の光学系とフォトマスクの間を純水(屈折率1.44)で満たした場合(図5(A))、フォトマスクから被露光物側の空間に出る光の角度が約30度となるため、減衰作用を受ける透過パターンの幅は0.06μmとなり、0.14μm分の光(即ち、70%の光の幅に相当する光量)は減衰作用を受けずに透過できることになり、コントラスト低下の原因となる減衰を受ける光の幅の割合が30%に低下する。つまり、本発明の場合には、コントラスト低下の原因となる減衰を受ける光の幅の割合を50%から30%に減少させることができる。
【符号の説明】
【0043】
1、11 基板
2、12 遮光性膜
13 高屈折率媒体
14 レジスト
15 被転写基板
16 光学素子

【特許請求の範囲】
【請求項1】
フォトマスクを用いたパターン転写方法において、前記フォトマスクのパターン形成面を屈折率が1よりも大きな媒質としての固体で覆った状態で、前記フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分を有する変形照明により露光する、パターン転写方法。
【請求項2】
前記固体がSOG、酸化ケイ素、窒化珪素、酸窒化珪素の何れかである請求項1に記載のパターン転写方法。
【請求項3】
フォトマスク面に非垂直入射する露光光成分を有する変形照明を用いて露光するパターン転写方法に用いるフォトマスクであって、
透明基板の主面に遮光性膜がパターニングされており、該遮光膜の非形成領域に屈折率が1よりも大きな媒質としての固体が充填されている、フォトマスク。
【請求項4】
前記固体は、SOG、酸化ケイ素、窒化珪素、酸窒化珪素の何れかである請求項3に記載のフォトマスク。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2011−253209(P2011−253209A)
【公開日】平成23年12月15日(2011.12.15)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−205702(P2011−205702)
【出願日】平成23年9月21日(2011.9.21)
【分割の表示】特願2007−158327(P2007−158327)の分割
【原出願日】平成19年6月15日(2007.6.15)
【出願人】(000002060)信越化学工業株式会社 (3,361)
【Fターム(参考)】