DE112005001588B4

DE112005001588B4 - Fotomaskenrohling, Fotomaskenherstellungsverfahren und Halbleiterbausteinherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112005001588B4
Application number: DE112005001588.2T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Kominato; Takeyuki Yamada; Minoru Sakamoto; Masahiro Hashimoto
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2025-07-09
Also published as: JP2009230151A; WO2006006540A1; JP5185888B2; TW200909997A; KR20070043828A; JP2008304956A; JP2008304955A; TW200609666A; TW200909999A; JP2009020532A; US20080305406A1; TW200909998A; DE112005001588T5; KR101302630B1; TWI446102B

Abstract

Durch Erhöhen der Ätzrate einer lichtabschirmenden Schicht kann die Trockenätzzeit verkürzt werden, so dass der Verlust einer Resistschicht vermindert wird. Dadurch kann die Dicke der Resistschicht (auf 300 nm oder weniger) vermindert werden, so dass eine Musterauflösung und eine Mustergenauigkeit (CD-Genauigkeit) verbessert werden können. Außerdem werden durch Verkürzen der Trockenätzzeit ein Fotomaskenrohling und ein Fotomaskenherstellungsverfahren bereitgestellt, durch die ein lichtabschirmendes Schichtmuster mit einer ausgezeichneten Querschnittsform ausgebildet werden kann. Ein Fotomaskenrohling mit einer lichtabschirmenden Schicht auf einem optisch transparenten Substrat ist ein Maskenrohling für einen Trockenätzprozess, der für ein Fotomaskenherstellungsverfahren zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht durch den Trockenätzprozess unter Verwendung eines auf der lichtabschirmenden Schicht ausgebildeten Resistmusters als Maske geeignet ist, wobei die lichtabschirmende Schicht aus einem Material mit einer Selektivität von mehr als 1 bezüglich des Resistmaterials im Trockenätzprozess hergestellt ist.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fotomaskenrohling und ein Fotomaskenherstellungsverfahren, in dem eine Trockenätzrate einer lichtabschirmenden Schicht (einer opaken Schicht) in einem Trockenätzprozess optimiert ist. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Fotomaskenrohling und ein Fotomaskenherstellungsverfahren zum Herstellen einer Fotomaske zur Verwendung in einer Belichtungsvorrichtung, in der Belichtungslicht mit einer kurzen Wellenlänge von 200 nm oder weniger als Belichtungslichtquelle verwendet wird.
Hintergrundtechnik
Im Allgemeinen wird in einem Halbleiterbausteinherstellungsprozess unter Verwendung eines Fotolithografieverfahrens ein Feinmuster ausgebildet. Bei der Ausbildung eines Feinmusters werden normalerweise mehrere als Fotomasken bezeichnete Substrate verwendet. Eine Fotomaske weist im Allgemeinen ein optisch transparentes Glassubstrat mit einem darauf ausgebildeten lichtabschirmenden Feinmuster auf, das aus einer dünnen Schicht aus Metall oder einem ähnlichen Material hergestellt wird. Das Fotolithografieverfahren wird auch zum Herstellen der Fotomaske verwendet.
Bei der Herstellung einer Fotomaske durch ein Fotolithografieverfahren wird ein Fotomaskenrohling mit einer lichtabschirmenden Schicht auf einem optisch transparenten Substrat verwendet, z.B. auf einem Glassubstrat. Die Herstellung der Fotomaske unter Verwendung des Fotomaskenrohlings weist auf: einen Belichtungsprozess zum Belichten eines gewünschten Musters einer auf dem Fotomaskenrohling ausgebildeten Resistschicht, einen Entwicklungsprozess zum Entwickeln der Resistschicht gemäß dem belichteten Muster, um ein Resistmuster auszubilden, einen Ätzprozess zum Ätzen der lichtabschirmenden Schicht entlang des Resistmusters und einen Prozess zum Abziehen und Entfernen des verbleibenden Resistmusters. Im Entwicklungsprozess wird ein Entwickler zugeführt, nachdem das auf dem Fotomaskenrohling ausgebildete gewünschte Resistschichtmuster belichtet worden ist, so dass ein durch den Entwickler lösbarer Abschnitt der Resistschicht gelöst wird, um das Resistmuster auszubilden. Außerdem wird im Ätzprozess unter Verwendung des Resistmusters als Maske ein freiliegender Abschnitt der lichtabschirmenden Schicht, in dem das Resistmuster nicht ausgebildet ist, durch Trockenätzen oder Nassätzen entfernt. Dadurch wird ein gewünschtes Maskenmuster auf dem optisch transparenten Substrat ausgebildet. Auf diese Weise wird eine Fotomaske erhalten.
Für eine Miniaturisierung eines Musters eines Halbleiterbausteins muss zusätzlich zu einer Miniaturisierung des auf der Fotomaske ausgebildeten Maskenmusters auch die Wellenlänge einer für den Fotolithografieprozess verwendeten Belichtungslichtquelle reduziert werden. Hinsichtlich der für die Halbleiterbausteinherstellung verwendeten Belichtungslichtquelle ist die Wellenlänge in den vergangenen Jahren von derjenigen eines KrF-Excimerlasers (Wellenlänge 248 nm) zu derjenigen eines ArF-Excimerlasers (Wellenlänge 193) und weiter bis zu derjenigen eines F2-Excimerlasers (Wellenlänge 157 nm) reduziert worden.
Andererseits sind hinsichtlich der Fotomaske und des Fotomaskenrohlings für eine Miniaturisierung des auf der Fotomaske ausgebildeten Maskenmusters eine Verminderung der Dicke der Resistschicht des Fotomaskenrohlings und ein Trockenätzprozess als Strukturierungstechnik bei der Fotomaskenherstellung erforderlich.
Durch die Verminderung der Dicke der Resistschicht und den Trockenätzprozess ergeben sich jedoch die folgenden technischen Probleme.
Ein Problem besteht darin, dass aufgrund der zunehmenden Verminderung der Dicke der Resistschicht des Fotomaskenrohlings die Verarbeitungszeit für die lichtabschirmende Schicht ein ernsthaftes Problem darstellt. Im Allgemeinen wird Chrom als ein Material der lichtabschirmenden Schicht verwendet, und ein Mischgas aus Chlorgas und Sauerstoffgas wird beim Trockenätzen des Chroms als Ätzgas verwendet. Wenn die lichtabschirmende Schicht durch Trockenätzen unter Verwendung des Resistmusters als Maske strukturiert wird, ist, weil das Resistmaterial ein organisches Material ist, das als Hauptkomponente Kohlenstoff enthält, das Resistmaterial bezüglich eines Sauerstoffplasmas, das eine Trockenätzumgebung bildet, ziemlich unbeständig. Während der Strukturierung der lichtabschirmenden Schicht durch Trockenätzen muss das auf der lichtabschirmenden Schicht ausgebildete Resistmuster eine ausreichende Dicke beibehalten. Als eine Kenngröße sollte das Resistmaterial, um eine ausgezeichnete Querschnittsform des Maskenmusters zu erhalten, eine Dicke haben, gemäß der auch dann eine Resistschicht verbleibt, wenn die Ätzzeit etwa der doppelten Soll-Ätzzeit entspricht (100% Überätzung). Weil im Allgemeinen die Ätzselektivität von Chrom als Material der lichtabschirmenden Schicht bezüglich der Resistschicht „1“ oder weniger beträgt, muss die Resistschicht eine Dicke aufweisen, die mindestens doppelt so groß ist die Dicke der lichtabschirmenden Schicht. Als Verfahren zum Verkürzen der Verarbeitungszeit der lichtabschirmenden Schicht kommt eine Verminderung der Dicke der lichtabschirmenden Schicht in Betracht. Die Verminderung der Dicke der lichtabschirmenden Schicht wird im nachstehend erwähnten Patentdokument 1 vorgeschlagen.
In Patentdokument 1 wird dargestellt, dass bei der Fotomaskenherstellung die Ätzzeit durch Vermindern der Dicke einer lichtabschirmenden Chromschicht auf einem transparenten Substrat verkürzt werden kann, so dass die Form eines Chrommusters verbessert wird. Die Patentdokumente 2 und 3 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung einer Fotomaske sowie eine Fotomaske.

Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. JP H10 - 69 055 A ;
Patentdokument 2: DE 101 46 935 A1 ;
Patentdokument 3: US 2001/0044054 A1 .

Kurze Beschreibung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem Wenn die Dicke der lichtabschirmenden Schicht vermindert wird, werden die Lichtabschirmungseigenschaften unzureichend. Daher tritt, auch wenn unter Verwendung einer derartigen Fotomaske eine Musterübertragung ausgeführt wird, ein Übertragungsmusterdefekt auf. Die lichtabschirmende Schicht muss eine vorgegebene optische Dichte aufweisen (normalerweise von 3,0 oder mehr), um ausreichende Lichtabschirmungseigenschaften zu gewährleisten. Daher tritt, auch wenn die Dicke der lichtabschirmenden Schicht wie im Patentdokument 1 dargestellt vermindert wird, unvermeidbar eine Grenze auf.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme des Stands der Technik zu lösen und eine Trockenätzrate einer lichtabschirmenden Schicht zu erhöhen, um die Trockenätzzeit zu vermindern und dadurch den Verlust einer Resistschicht zu reduzieren. Infolgedessen kann die Dicke der Resistschicht (auf bis zu 300 nm oder weniger) vermindert werden, so dass die Auflösung und die Mustergenauigkeit (CD-Genauigkeit) verbessert werden können.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fotomaskenrohling und ein Fotomaskenherstellungsverfahren bereitzustellen, durch die ein Muster einer lichtabschirmenden Schicht mit einer ausgezeichneten Querschnittsform durch Vermindern der Trockenätzzeit ausgebildet werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fotomaskenrohling und ein Fotomaskenherstellungsverfahren bereitzustellen, durch die ein Muster einer lichtabschirmenden Schicht mit einer ausgezeichneten Querschnittsform durch Vermindern der Dicke der lichtabschirmenden Schicht ausgebildet werden kann, während die Lichtabschirmungseigenschaft der lichtabschirmenden Schicht gewährleistet wird, indem der Fotomaskenrohling und das Fotomaskenherstellungsverfahren in einer Belichtungsvorrichtung verwendet werden, in der Belichtungslicht mit einer Wellenlänge von 200 nm oder weniger als Belichtungslichtquelle verwendet wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fotomaskenrohling und ein Fotomaskenherstellungsverfahren bereitzustellen, durch die die Mustergenauigkeit einer lichtabschirmenden Schicht verbessert werden.
Problemlösung
Um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, werden erfindungsgemäß ein Fotomaskenrohling gemäß Anspruch 1, ein Fotomaskenherstellungsverfahren gemäß Anspruch 13 und ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbausteins gemäß Anspruch 15 bereitgestellt. Bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Gegenstände werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Der erfindungsgemäße Fotomaskenrohling ist ein Fotomaskenrohling mit einer lichtabschirmenden Schicht auf einer Resistschicht auf einem optisch transparenten Substrat, wobei der Fotomaskenrohling ein Maskenrohling für den Trockenätzprozess ist, der für das Fotomaskenherstellungsverfahren zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht durch den Trockenätzprozess geeignet ist, in dem als Maske das auf der lichtabschirmenden Schicht ausgebildete Resistmuster verwendet wird, wobei die lichtabschirmende Schicht aus einem Material mit einer Selektivität von mehr als 1 bezüglich des Resistmaterials im Trockenätzprozess hergestellt ist.
Weil die lichtabschirmende Schicht aus einem Material mit einer Selektivität von mehr als 1 bezüglich des Resistmaterials im Trockenätzprozess hergestellt ist, wird die lichtabschirmende Schicht im Trockenätzprozess schneller entfernt als das Resistmaterial. Daher kann die Dicke der zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht verwendeten Resistschicht vermindert werden, so dass eine ausgezeichnete Mustergenauigkeit (CD-Genauigkeit) der lichtabschirmenden Schicht erhalten wird. Außerdem kann, weil die lichtabschirmende Schicht durch das Trockenätzen schneller entfernt wird als das Resistmaterial, innerhalb einer kürzeren Trockenätzzeit ein Muster der lichtabschirmenden Schicht mit einer ausgezeichneten Querschnittsform ausgebildet werden.
Der erfindungsgemäße Fotomaskenrohling gemäß der Struktur 2 ist ein Fotomaskenrohling mit einer lichtabschirmenden Schicht auf einem optisch transparenten Substrat und ein Maskenrohling für einen Trockenätzprozess, der für ein Fotomaskenherstellungsverfahren zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht durch den Trockenätzprozess unter Verwendung eines auf der lichtabschirmenden Schicht ausgebildeten Resistmusters als Maske geeignet ist, wobei die lichtabschirmende Schicht aus einem Material besteht, dessen Ätzrate im Trockenätzprozess höher ist als die Verlustrate des Resistmaterials.
Weil die lichtabschirmende Schicht aus einem Material hergestellt ist, dessen Ätzrate im Trockenätzprozess höher ist als die Ätzrate des Resistmaterials, wird die lichtabschirmende Schicht im Trockenätzprozess durch das Trockenätzen schneller entfernt als das Resistmaterial. Daher kann die Dicke der zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht verwendeten Resistschicht vermindert werden, so dass eine ausgezeichnete Mustergenauigkeit (CD-Genauigkeit) der lichtabschirmenden Schicht erhalten wird. Außerdem kann, weil die lichtabschirmende Schicht durch Trockenätzen schneller entfernt wird als das Resistmaterial, innerhalb einer kürzeren Trockenätzzeit ein Muster der lichtabschirmenden Schicht mit einer ausgezeichneten Querschnittsform ausgebildet werden.
Gemäß der Struktur 3 kann die Dicke der Resistschicht der Struktur 1 oder 2 auf 300 nm oder weniger eingestellt werden. Indem die Dicke der Resistschicht auf 300 nm oder weniger eingestellt wird, wird eine Abweichung des CD-Wertes bezüglich der Design- oder Entwurfsgröße vermindert, so dass eine ausgezeichnete CD-Linearität erhalten wird. Der untere Grenzwert der Dicke der Resistschicht wird vorzugsweise derart festgelegt, dass eine Resistschicht verbleibt, wenn die lichtabschirmende Schicht unter Verwendung des Resistmusters als Maske trockengeätzt worden ist.
Der erfindungsgemäße Fotomaskenrohling gemäß der Struktur 4 ist ein Fotomaskenrohling mit einer lichtabschirmenden Schicht auf einem optisch transparenten Substrat und ein Maskenrohling für einen Trockenätzprozess, der für ein Fotomaskenherstellungsverfahren zum Strukturieren mindestens der lichtabschirmenden Schicht durch den Trockenätzprozess unter Verwendung eines auf der lichtabschirmenden Schicht ausgebildeten Resistmusters als Maske geeignet ist, wobei die Trockenätzrate der lichtabschirmenden Schicht auf einen derart hohen Wert gesetzt wird, dass Resistmaterial auf der lichtabschirmenden Schicht verbleibt, nachdem die lichtabschirmende Schicht strukturiert wurde, auch wenn die Dicke des Resistmaterials 300 nm oder weniger beträgt.
Die Trockenätzrate der lichtabschirmenden Schicht wird derart eingestellt, dass, auch wenn während der Strukturierung der lichtabschirmenden Schicht im Trockenätzprozess ein Resistschichtverlust auftritt, zum Zeitpunkt des Abschlusses der Strukturierung der lichtabschirmenden Schicht eine Resistschicht verbleibt. Dadurch kann ein gewünschtes lichtabschirmendes Schichtmuster erhalten werden. D.h.,die Mustergenauigkeit der lichtabschirmenden Schicht wird verbessert.
Außerdem kann durch Erhöhen der Trockenätzrate der lichtabschirmenden Schicht der Verlust der Resistschicht vermindert werden. Dadurch kann die Dicke der für die Strukturierung der lichtabschirmenden Schicht erforderlichen Resistschicht auf 300 nm oder weniger vermindert werden, so dass die Mustergenauigkeit (CD-Genauigkeit) der lichtabschirmenden Schicht noch besser wird.
Außerdem kann durch Erhöhen der Trockenätzrate der lichtabschirmenden Schicht innerhalb einer kürzeren Trockenätzzeit ein lichtabschirmendes Schichtmuster mit einer ausgezeichneten Querschnittsform ausgebildet werden.
Im erfindungsgemäßen Fotomaskenrohling gemäß der Struktur 5 besteht die lichtabschirmende Schicht vorzugsweise aus einem chromhaltigen Material.
Gemäß der Struktur 6 wird durch Hinzufügen eines zusätzlichen Elements, durch das die Trockenätzrate erhöht wird, in der lichtabschirmenden Schicht und Einstellen der Menge des zusätzlichen Elements derart, dass veranlasst wird, dass die Trockenätzrate der lichtabschirmenden Schicht höher ist als die Trockenätzrate (Verlustrate) des Resistmaterials, die erfindungsgemäße Wirkung vorteilhaft erhalten.
Der erfindungsgemäße Fotomaskenrohling gemäß der Struktur 7 ist ein Fotomaskenrohling mit einer lichtabschirmenden Schicht auf einem optisch transparenten Substrat und ein Maskenrohling zum Herstellen einer Fotomaske zur Verwendung in einer Belichtungsvorrichtung, in der Belichtungslicht mit einer Wellenlänge von 200 nm oder weniger als Belichtungslichtquelle verwendet wird, wobei die lichtabschirmende Schicht aus einem Material hergestellt ist, das Chrom und das zusätzliche Element enthält, durch das veranlasst wird, dass die Trockenätzrate höher ist als diejenige für den Fall, dass die lichtabschirmende Schicht ausschließlich Chrom enthält, und wobei die Dicke der lichtabschirmenden Schicht derart eingestellt ist, dass ein gewünschtes Lichtabschirmungsvermögen bereitgestellt wird.
In der vorliegenden Erfindung kann, anders als gemäß der herkömmlichen Idee zum Minimieren der Dicke der lichtabschirmenden Schicht, die Trockenätzzeit verkürzt werden durch Ändern des Materials der lichtabschirmenden Schicht in ein Material mit einer höheren Trockenätzrate. Andererseits muss, weil das Material mit der höheren Trockenätzrate einen kleinen Adsorptionskoeffizienten bei einer Wellenlänge der i-Linie (365 nm) oder des KrF-Excimerlasers (248 nm) hat, der herkömmlich in einer Belichtungsvorrichtung verwendet wird, die Schichtdicke vergrößert werden, um die erforderliche optische Dichte zu erhalten. Daher kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Trockenätzzeit verkürzt wird. Der vorliegende Erfinder hat festgestellt, dass auch das Material mit einer höheren Ätzrate einen gewissen Adsorptionskoeffizient bei der Belichtungswellenlänge von 200 nm oder weniger aufweist, wie beispielsweise bei der Belichtungswellenlänge eines ArF-Excimerlasers (193 nm) oder eines F₂-Excimerlasers (157 nm), so dass die erforderliche optische Dichte mit einer bestimmten dünnen Schicht erhalten werden kann und die Schichtdicke nicht vergrößert werden muss.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Fotomaskenrohling zum Herstellen einer Fotomaske zur Verwendung in einer Belichtungsvorrichtung, in der Belichtungslicht mit einer Wellenlänge von 200 nm oder weniger als Belichtungslichtquelle verwendet wird. Die lichtabschirmende Schicht ist eine vorgegebene dünne Schicht aus einem Material mit einer hohen Trockenätzrate, um die Trockenätzzeit zu verkürzen. Durch Verkürzen der Trockenätzzeit kann ein lichtabschirmendes Schichtmuster mit einer ausgezeichneten Querschnittsform erhalten werden.
In der vorliegenden Erfindung ist die lichtabschirmende Schicht aus einem Material hergestellt, das Chrom und ein zusätzliches Element enthält, durch das veranlasst wird, dass die Trockenätzrate höher ist als diejenige für den Fall, dass die lichtabschirmende Schicht ausschließlich aus Chrom hergestellt ist.
Gemäß der Struktur 8 ist das in der lichtabschirmenden Schicht enthaltene zusätzliche Element zum Erhöhen der Trockenätzrate in den vorstehend erwähnten Strukturen 6 oder 7 Sauerstoff und/oder Stickstoff. Die Trockenätzrate der lichtabschirmenden Schicht, die aus einem Material hergestellt ist, das Chrom und ein derartiges zusätzliches Element enthält, ist höher als diejenige einer ausschließlich aus Chrom hergestellten lichtabschirmenden Schicht, so dass die Trockenätzzeit verkürzt werden kann. Außerdem kann durch eine lichtabschirmende Schicht, die aus einem derartigen Material auf Chrombasis hergestellt ist, die erforderliche optische Dichte auch in der Form der bestimmten dünnen Schicht erhalten werden, ohne dass die Schichtdicke vergrößert werden muss.
Gemäß der Struktur 9 kann die lichtabschirmende Schicht eine Reflexionsunterdrückungsschicht aufweisen. Mit einer derartigen Reflexionsunterdrückungsschicht kann das Reflexionsvermögen bei der Belichtungswellenlänge auf einen niedrigen Wert unterdrückt werden. Dadurch kann der Einfluss einer stehenden Welle auf die Verwendung einer Fotomaske vermindert werden. Außerdem kann das Reflexionsvermögen bezüglich einer für eine Defektprüfung eines Fotomaskenrohlings oder einer Fotomaske verwendeten Wellenlänge (z.B. 257 nm, 364 nm, 488 nm, usw.) auf einen niedrigen Wert unterdrückt werden, so dass die Defekterfassungsgenauigkeit verbessert wird.
Gemäß der Struktur 10 kann, indem außerdem Kohlenstoff in der Reflexionsunterdrückungsschicht hinzugefügt wird, das Reflexionsvermögen insbesondere für die bei einer Defektprüfung verwendete Prüfwellenlänge weiter vermindert werden. Vorzugsweise wird Kohlenstoff in der Reflexionsunterdrückungsschicht in einer Menge hinzugefügt, gemäß der das Reflexionsvermögen bezüglich der Prüfwellenlänge 20% oder weniger wird.
Weil die Trockenätzrate tendenziell abnimmt, wenn Kohlenstoff in der Reflexionsunterdrückungsschicht enthalten ist, ist es bevorzugt, den Anteil der Reflexionsunterdrückungsschicht in der gesamten lichtabschirmenden Schicht auf 0,45 oder weniger einzustellen, wie bezüglich der Struktur 11 erwähnt wurde, um eine maximale erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen.
Gemäß der Struktur 12 entfaltet die erfindungsgemäße lichtabschirmende Schicht ihre Wirkung insbesondere dann, wenn der Trockenätzprozess in einem Plasma ausgeführt wird, d.h. in einer Umgebung, in der die Resistschicht einem Plasma ausgesetzt ist, so dass sie abgetragen wird.
Gemäß der Struktur 13 wird für die Strukturierung der lichtabschirmenden Schicht erfindungsgemäß vorzugsweise ein Trockenätzgas in der Form eines Gases auf Chlorbasis oder eines Mischgases verwendet, das das Gas auf Chlorbasis und Sauerstoffgas enthält. Hinsichtlich der lichtabschirmenden Schicht aus einem Material, das erfindungsgemäß Elemente, wie beispielsweise Chrom, Sauerstoff und/oder Stickstoff enthält, kann die Trockenätzzeit verkürzt werden, indem der Trockenätzprozess unter Verwendung des vorstehend erwähnten Trockenätzgases ausgeführt wird.
Gemäß der Struktur 14 kann unter Verwendung des Resistmaterials für einen Elektronenstrahlschreibvorgang als erfindungsgemäß verwendetes Resistmaterial die Dicke der Resistschicht derart vermindert werden, dass die Mustergenauigkeit (CD-Genauigkeit) der lichtabschirmenden Schicht verbessert wird.
Gemäß der Struktur 15 ist das Resistmaterial vorzugsweise ein chemisch verstärktes Resistmaterial. Unter Verwendung des chemisch verstärkten Resistmaterials als auf der lichtabschirmenden Schicht ausgebildetes Resistmaterial wird eine hohe Auflösung erhalten. Daher kann die Erfindung auch dann geeignet angewendet werden, wenn ein Feinmuster erforderlich ist, z.B. ein 65nm- oder ein 45nm-Knotenmuster gemäß der Halbleiter-Designregel. Außerdem kann, weil das chemisch verstärkte Resistmaterial eine bessere Trockenätzbeständigkeit hat als ein Polymer-Resistmaterial, die Dicke der Resistschicht weiter vermindert werden. Dadurch wird die CD-Linearität verbessert.
Im Fotomaskenrohling gemäß der Struktur 16 wird die Dicke der lichtabschirmenden Schicht derart eingestellt, dass die optische Dichte bezüglich des Belichtungslichts 3,0 oder mehr beträgt. Insbesondere ist es gemäß der Struktur 17 erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Dicke der lichtabschirmenden Schicht 90 nm oder weniger beträgt. Indem die Dicke der lichtabschirmenden Schicht auf 90 nm oder weniger eingestellt wird, kann der beim Trockenätzen durch den „Global Loading“-Effekt und den „Microloading“-Effekt (gemäß dem die Ätzrate eines Feinmusterabschnitts im Vergleich zu demjenigen eines Grobmusterabschnitts vermindert ist) verursachte Leitungsbreitenfehler reduziert werden. Außerdem kann durch die erfindungsgemäße lichtabschirmende Schicht die erforderliche optische Dichte bei einer Belichtungswellenlänge von 200 nm oder weniger auch dann erhalten werden, wenn ihre Dicke auf 90 nm oder weniger vermindert wird. Der untere Grenzwert der Dicke der lichtabschirmenden Schicht ist nicht besonders eingeschränkt. Die Dicke der lichtabschirmenden Schicht kann vermindert werden, solange die erforderliche optische Dichte erhalten werden kann.
Gemäß der Struktur 18 kann die Halbtonphasenverschiebungsschicht zwischen dem optisch transparenten Substrat und der lichtabschirmenden Schicht ausgebildet werden. In diesem Fall wird gemäß der Struktur 19 die lichtabschirmende Schicht derart ausgebildet, dass eine in Kombination mit der Halbtonphasenverschiebungsschicht erhaltene stapelförmige Struktur eine optische Dichte von 3,0 oder mehr bezüglich des Belichtungslichts aufweist. Insbesondere kann die Dicke der lichtabschirmenden Schicht gemäß der Struktur 20 auf 50 nm oder weniger eingestellt werden. Daher kann durch Einstellen der Dicke der lichtabschirmenden Schicht auf 50 nm oder weniger der während des Trockenätzens durch den „Global Loading“-Effekt und den „Microloading“-Effekt (gemäß dem die Ätzrate eines Feinmusterabschnitts im Vergleich zu derjenigen eines Grobmusterabschnitts vermindert ist) verursachte Leitungsbreitenfehler weiter vermindert werden.
Gemäß der Struktur 21 kann durch ein Fotomaskenherstellungsverfahren, das den Schritt zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht des Fotomaskenrohlings gemäß einer der Strukturen 1 bis 17 durch Trockenätzen aufweist, die Trockenätzzeit derart verkürzt werden, dass eine Fotomaske erhalten werden kann, in der ein lichtabschirmendes Schichtmuster mit einer ausgezeichneten Querschnittsform exakt ausgebildet wird.
Gemäß der Struktur 22 wird, indem der Trockenätzprozess unter Bedingungen ausgeführt wird, in denen ein Fotomaskenrohling verwendet wird, der eine lichtabschirmende Schicht aufweist, die aus einem Material besteht, das mindestens Sauerstoff in Chrom enthält, und im Trockenätzprozess das Trockenätzgas in der Form eines Mischgases verwendet wird, das aus einem Gas auf Chlorbasis und Sauerstoffgas besteht, der Anteil des Sauerstoffs im Trockenätzgas in Abhängigkeit vom Anteil des in der lichtabschirmenden Schicht des Fotomaskenrohlings enthaltenen Sauerstoffs vermindert, wodurch eine Beschädigung des Resistmusters während des Trockenätzens verhindert werden kann. Dadurch wird eine Fotomaske mit einer verbesserten Mustergenauigkeit der lichtabschirmenden Schicht erhalten.
Im Allgemeinen wird der Trockenätzprozess einer lichtabschirmenden Schicht, die aus einem Materials auf Chrombasis besteht, unter Verwendung eines Gases auf Chrombasis ausgeführt, wodurch Chromylchlorid (CrCl₂O₂) erzeugt wird. Daher erfordert ein Ätzgas grundsätzlich Sauerstoff, wobei normalerweise ein Trockenätzgas in der Form eines Gemischs aus einem Gas auf Chlorbasis und einem Sauerstoffgas verwendet wird. Es ist jedoch bekannt, dass durch Sauerstoff im Ätzgas ein Resistmuster beschädigt wird, wodurch die Mustergenauigkeit einer auszubildenden lichtabschirmenden Schicht beeinträchtigt wird. Daher kann im Fall der Verwendung eines Fotomaskenrohlings mit einer lichtabschirmenden Schicht aus einem Material, das mindestens Sauerstoff in Chrom enthält, weil durch die Reaktion von Sauerstoff und Chrom in der lichtabschirmenden Schicht mit dem Gas auf Chlorbasis Chromylchlorid erzeugt wird, die Sauerstoffmenge im Trockenätzgas vermindert oder sogar auf null gebracht werden. Dadurch wird, weil die Sauerstoffmenge, durch die das Resistmuster beeinträchtigt wird, vermindert werden kann, die Mustergenauigkeit der durch das Trockenätzen ausgebildeten lichtabschirmenden Schicht verbessert. Daher kann eine Fotomaske erhalten werden, in der ein Feinmuster insbesondere mit einer Mustergröße im Submikronbereich mit hoher Genauigkeit ausgebildet wird.
Gemäß der Struktur 23 wird unter Verwendung einer gemäß der Struktur 21 oder 22 erhaltenen Fotomaske durch ein Fotolithografieverfahren ein Halbleiterbaustein mit einem auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Schaltungsmuster mit einer ausgezeichneten Mustergenauigkeit erhalten.
Wirkung der Erfindung
Erfindungsgemäß kann durch Erhöhen der Trockenätzrate einer lichtabschirmenden Schicht die Trockenätzzeit verkürzt werden, so dass der Verlust einer Resistschicht vermindert werden kann. Dadurch kann die Dicke der Resistschicht (auf bis zu 300 nm oder weniger) vermindert werden, so dass die Musterauflösung und die Mustergenauigkeit (CD-Genauigkeit) verbessert werden können. Außerdem kann durch Verkürzen der Trockenätzzeit ein Fotomaskenrohling erhalten werden, durch den ein lichtabschirmendes Schichtmuster mit einer ausgezeichneten Querschnittsform ausgebildet werden kann. Außerdem können erfindungsgemäß ein Fotomaskenrohling und ein Fotomaskenherstellungsverfahren bereitgestellt werden, durch die ein lichtabschirmendes Schichtmuster mit einer ausgezeichneten Querschnittsform ausgebildet werden kann durch Vermindern der Dicke der lichtabschirmenden Schicht, während das für die lichtabschirmende Schicht erforderliche Lichtabschirmungsvermögen bereitgestellt wird, indem die Fotomaske in einer Belichtungsvorrichtung verwendet wird, in der Belichtungslicht mit einer Wellenlänge von 200 nm oder weniger als Belichtungslichtquelle verwendet wird.
Außerdem kann erfindungsgemäß ein Fotomaskenrohling und ein Fotomaskenherstellungsverfahren bereitgestellt werden, durch die eine Beschädigung eines Resistmusters während eines Trockenätzprozesses vermieden wird, wodurch die Mustergenauigkeit einer lichtabschirmenden Schicht verbessert wird.
Außerdem wird erfindungsgemäß durch ein Fotolithografieverfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Fotomaske ein Halbleiterbaustein mit einem auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Schaltungsmuster mit einer ausgezeichneten Mustergenauigkeit ausgebildet.
Beste Technik zum Implementieren der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fotomaskenrohlings.
Der Fotomaskenrohling 10 in 1 weist eine lichtabschirmende Schicht 2 auf einem optisch transparenten Substrat 1 auf. Hierbei wird als optisch transparentes Substrat 1 allgemein ein Glassubstrat verwendet. Weil das Glassubstrat eine ausgezeichnete Ebenheit und Glattheit aufweist, kann, wenn unter Verwendung einer Fotomaske eine Musterübertragung auf ein Halbleitersubstrat ausgeführt wird, eine hochgradig exakte Musterübertragung ausgeführt werden, ohne dass Spannungen oder ähnliche Belastungen bezüglich eines Übertragungsmusters verursacht werden.
Die Dicke einer Resistschicht und die Trockenätzrate der lichtabschirmenden Schicht 2 werden derart eingestellt, dass, auch wenn während der Strukturierung der lichtabschirmenden Schicht 2 durch Trockenätzen unter Verwendung einer darauf ausgebildeten Resistschicht als Maske ein Resistschichtverlust auftritt, nach Abschluss der Strukturierung der lichtabschirmenden Schicht noch immer eine Resistschicht verbleibt. Die lichtabschirmende Schicht 2besteht insbesondere aus einem Material, das Chrom und ein zusätzliches Element (Elemente) enthält, durch das (die) die Trockenätzrate im Vergleich zu dem Fall, in dem die lichtabschirmende Schicht ausschließlich Chrom enthält, erhöht wird. Wenn Sauerstoff in der lichtabschirmenden Schicht 2 enthalten ist, beträgt der Sauerstoffanteil vorzugsweise 5 bis 80 Atom-%. Wenn der Sauerstoffanteil kleiner ist als 5 Atom-%, ist es schwierig, eine Trockenätzrate zu erhalten, die höher ist als in dem Fall, in dem die lichtabschirmende Schicht ausschließlich Chrom enthält. Wenn der Sauerstoffanteil 80 Atom-% überschreitet, nimmt dagegen der Absorptionskoeffizient bei einer Wellenlänge von 200 nm oder weniger, z.B. bei der Wellenlänge eines ArF-Excimerlasers (Wellenlänge 193 nm) , ab. Daher muss die Dicke der Schicht erhöht werden, um die erforderliche optische Dichte zu erhalten. Hinsichtlich der Verminderung des Sauerstoffanteils in einem Trockenätzgas ist es bevorzugt, wenn der Sauerstoffanteil in der lichtabschirmenden Schicht 2 auf einen Bereich von 60 bis 80 Atom-% eingestellt wird.
Wenn Stickstoff in der lichtabschirmenden Schicht 2 enthalten ist, liegt der Stickstoffanteil vorzugsweise im Bereich von 20 bis 80 Atom-%. Wenn der Stickstoffanteil kleiner ist als 20 Atom-%, ist es schwierig, eine Trockenätzrate zu erhalten, die höher ist als in dem Fall, in dem die lichtabschirmende Schicht ausschließlich Chrom enthält. Andererseits nimmt, wenn der Stickstoffanteil größer ist als 80 Atom-%, der Absorptionskoeffizient bei einer Wellenlänge von 200 nm oder weniger, z.B. bei der Wellenlänge eines ArF-Excimerlasers (Wellenlänge 193 nm), ab. Daher muss die Schichtdicke erhöht werden, um die erforderliche optische Dichte zu erhalten.
In der lichtabschirmenden Schicht 2 können sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff enthalten sein. In diesem Fall liegt die Gesamtmenge von Sauerstoff und Stickstoff vorzugsweise im Bereich von 10 bis 80 Atom-%. Wenn sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff in der lichtabschirmenden Schicht 2 enthalten sind, ist das Mengenverhältnis von Sauerstoff und Stickstoff nicht besonders eingeschränkt, es wird jedoch hinsichtlich des Adsorptionskoeffizienten und anderer Parameter geeignet festgelegt.
Die Sauerstoff und/oder Stickstoff enthaltende lichtabschirmende Schicht 2 kann ferner ein weiteres Element enthalten, wie beispielsweise Kohlenstoff oder Wasserstoff.
Ein Verfahren zum Herstellen der lichtabschirmenden Schicht 2 ist nicht besonders eingeschränkt, vorzugsweise wird jedoch ein Sputterverfahren zum Ausbilden der Schicht verwendet. Weil durch das Sputterverfahren eine gleichmäßige Schicht mit einer konstanten Dicke hergestellt werden kann, ist es erfindungsgemäß geeignet. Wenn die lichtabschirmende Schicht 2 durch ein Sputterverfahren auf das optisch transparente Substrat 1 aufgebracht wird, wird als Sputtertarget ein Chrom(Cr)target verwendet, und wird als in eine Kammer einzuleitendes Sputtergas ein Gas verwendet, das durch Beimischen eines Gases, wie beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlendioxid, in Argongas erhalten wird. Wenn ein Sputtergas verwendet wird, das durch Mischen von Sauerstoffgas oder Kohlendioxidgas in Argongas erhalten wird, kann eine lichtabschirmende Schicht erhalten werden, die Sauerstoff in Chrom enthält. Wenn ein Sputtergas verwendet wird, das durch Mischen von Stickstoffgas in Argongas erhalten wird, kann eine lichtabschirmende Schicht hergestellt werden, die Stickstoff in Chrom enthält.
Die Dicke der lichtabschirmenden Schicht 2 beträgt vorzugsweise 90 nm oder weniger. Der Grund hierfür ist, dass, um die in den letzten Jahren realisierte Musterminiaturisierung auf eine Mustergröße im Submikronbereich zu handhaben, wenn die Schichtdicke größer ist als 90 nm, es aufgrund des „Microloading-Effektes und ähnlicher Effekte während des Trockenätzprozesse schwierig ist, ein Feinmuster herzustellen. Durch Vermindern der Schichtdicke auf ein vorgegebenes Maß kann eine Verminderung des Aspektverhältnisses eines Musters (das Verhältnis einer Mustertiefe zu einer Musterbreite) erzielt werden. Daher kann der durch den „Global Loading“-Effekt und den Microloading-Effekt verursachte Leitungsbreitenfehler vermindert werden. Außerdem kann durch Vermindern der Schichtdicke auf ein vorgegebenes Maß eine Beschädigung (z.B. Zusammenfallen) eines Musters verhindert werden, insbesondere eines Musters mit einer Mustergröße im Submikronbereich. Durch die erfindungsgemäße lichtabschirmende Schicht 2 kann eine erforderliche optische Dichte (von normalerweise mindestens 3,0) bei einer Belichtungswellenlänge von 200 nm oder weniger auch dann erhalten werden, wenn die Schichtdicke auf 90 nm oder weniger vermindert wird. Daher besteht kein unterer Grenzwert der Dicke der lichtabschirmenden Schicht 2, solange die erforderliche optische Dicke erhalten werden kann.
Außerdem ist die lichtabschirmende Schicht 2 nicht auf eine einzelne Schicht beschränkt, sondern kann aus einer mehrschichtigen Struktur bestehen, in der jede Schichtlage vorzugsweise Sauerstoff und/oder Stickstoff enthält. Beispielsweise kann die lichtabschirmende Schicht 2 in einem Oberflächenschichtabschnitt (oberen Schichtabschnitt) eine Reflexionsunterdrückungsschicht aufweisen. In diesem Fall wird für die Reflexionsunterdrückungsschicht vorzugsweise ein Material wie beispielsweise CrO, CrCO, CrNO oder CrCON verwendet. Um den Einfluss einer stehenden Welle auf die Verwendung einer Fotomaske zu vermindern, wird durch Bereitstellen der Reflexionsunterdrückungsschicht das Reflexionsvermögen vorzugsweise auf 20% oder weniger und noch bevorzugter auf 15% oder weniger unterdrückt. Außerdem ist es, um einen Defekt mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen, bevorzugt, das Reflexionsvermögen bezüglich einer Wellenlänge (von z.B. 257 nm, 364 nm, 488 nm, usw.), die für eine Defektprüfung eines Fotomaskenrohlings oder einer Fotomaske verwendet wird, auf beispielsweise 30% oder weniger zu unterdrücken. Insbesondere kann unter Verwendung einer Schicht, die Kohlenstoff enthält, als Reflexionsunterdrückungsschicht das Reflexionsvermögen bezüglich der Belichtungswellenlänge (insbesondere 257 nm) vorteilhaft auf 20% oder weniger vermindert werden. Insbesondere wird der Kohlenstoffanteil vorzugsweise auf 5 bis 20 Atom-% festgelegt. Wenn der Kohlenstoffanteil kleiner ist als 5 Atom-%, wird der Effekt der Verminderung des Reflexionsvermögens herabgesetzt. Andererseits nimmt, wenn der Kohlenstoffanteil 20 Atom-% überschreitet, die Trockenätzrate ab, wodurch die für die Strukturierung der lichtabschirmenden Schicht durch Trockenätzen erforderliche Trockenätzzeit zunimmt. Dadurch wird es nachteilig schwierig, die Dicke der Resistschicht zu vermindern. Weil die Trockenätzrate tendenziell abnimmt, wenn Kohlenstoff in der Reflexionsunterdrückungsschicht enthalten ist, wird vorzugsweise der Anteil der Reflexionsunterdrückungsschicht bezüglich der gesamten lichtabschirmenden Schicht auf 0,45 oder weniger, vorzugsweise 0,30 oder weniger, und noch vorteilhafter auf 0,20 oder weniger festgelegt, um die maximale erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen. Die Reflexionsunterdrückungsschicht kann auch auf der Rückseite (Glasoberflächenseite) aufgebracht werden. Außerdem kann die lichtabschirmende Schicht 2 als Zusammensetzungsgradientenschicht ausgebildet sein, in der die Reflexionsunterdrückungsschicht am Oberflächenschichtabschnitt und die andere Schicht/Schichten bezüglich ihrer Zusammensetzung einen stufenförmigen oder kontinuierlichen Gradient bilden.
Andererseits kann auf der lichtabschirmenden Schicht 2 eine chromfreie Reflexionsunterdrückungsschicht ausgebildet werden. Eine derartige Reflexionsunterdrückungsschicht kann beispielsweise SiO₂, SiON, MSiO oder MSiON aufweisen (wobei M ein chromfreies Metall ist, wie beispielsweise Molybdän).
Wie in 2 (a) dargestellt ist, kann der Fotomaskenrohling eine auf einer lichtabschirmenden Schicht 2 ausgebildete Resistschicht 3 aufweisen. Die Dicke der Resistschicht 3 ist vorzugsweise so gering wie möglich, um eine ausgezeichnete Mustergenauigkeit (CD-Genauigkeit) der lichtabschirmenden Schicht zu erhalten. Insbesondere beträgt die Dicke der Resistschicht 3 im Fall eines in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehenen Fotomaskenrohlings für eine sogenannte Binärmaske vorzugsweise 300 nm oder weniger, bevorzugter 200 nm oder weniger und noch bevorzugter 150 nm oder weniger. Der untere Grenzwert der Dicke der Resistschicht wird derart festgelegt, dass auch dann eine Resistschicht verbleibt, wenn die lichtabschirmende Schicht unter Verwendung eines Resistmusters als Maske trockengeätzt worden ist. Um eine hohe Auflösung zu erhalten, ist das Material der Resistschicht 3 vorzugsweise ein chemisch verstärktes Resistmaterial mit einer hohen Resistempfindlichkeit. Das chemisch verstärkte Resistmaterial hat eine bessere Trockenätzbeständigkeit als ein Polymerresist, das allgemein für Elektronenstrahl(EB)schreibprozesse verwendet worden ist. Dadurch kann die Dicke der Resistschicht weiter vermindert werden. Dadurch wird die CD-Linearität verbessert. Außerdem beträgt das mittlere Molekulargewicht des Polymerresistmaterials 100000 oder mehr, und ein Resistmaterial mit einem derart hohen Molekulargewicht weist während des Trockenätzprozesses ein großes Molekulargewichtminderungsverhältnis auf. Daher ist seine Trockenätzbeständigkeit schlecht. Daher wird vorzugsweise ein Resistmaterial mit einem mittleren Molekulargewicht von weniger als 100000 und vorzugsweise von weniger als 50000 verwendet, weil dadurch die Trockenätzbeständigkeit verbessert werden kann.
Außerdem besteht die erfindungsgemäße lichtabschirmende Schicht aus einem Material mit einer Selektivität von mehr als 1 bezüglich des Resistmaterials im Trockenätzprozess. Die Selektivität ist bezüglich des Trockenätzprozesses durch ein Verhältnis zwischen einem Verlustwert des Resistmaterials und einem Verlustwert der lichtabschirmenden Schicht gegeben (Verlustwert der lichtabschirmenden Schicht/Verlustwert des Resistmaterials). Hinsichtlich der Vermeidung einer Qualitätsabnahme der Querschnittsform des lichtabschirmenden Schichtmusters und einer Unterdrückung des „Global Loading“-Effekts wird die Selektivität der lichtabschirmenden Schicht bezüglich des Resistmaterials vorzugsweise auf einen Wert gesetzt, der größer als 1 und kleiner gleich 10 und bevorzugter größer als 1 und kleiner oder gleich 5 ist.
Ähnlicherweise besteht die erfindungsgemäße lichtabschirmende Schicht aus einem Material, dessen Ätzrate im Trockenätzprozess höher ist als die Verlustrate des Resistmaterials. Hinsichtlich einer Qualitätsabnahme der Querschnittsform des lichtabschirmenden Schichtmusters und einer Unterdrückung des „Global Loading“-Effekts wird das Verhältnis der Verlustrate des Resistmaterials und der Ätzrate der lichtabschirmenden Schicht (Resistverlustrate/Ätzrate der lichtabschirmenden Schicht) auf ein Verhältnis gesetzt, das größer ist als 1:1 und kleiner oder gleich 1:10 und bevorzugter größer als 1:1 und kleiner oder gleich 1:5.
Nachstehend wird ein Fotomaskenherstellungsverfahren unter Verwendung des in 1 dargestellten Fotomaskenrohlings beschrieben.
Das Fotomaskenherstellungsverfahren unter Verwendung des Fotomaskenrohlings 10 weist auf: einen Prozess zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht 2 des Fotomaskenrohlings 10 durch Trockenätzen und insbesondere einen Belichtungsprozess zum Anwenden einer gewünschten Musterbelichtung auf eine auf dem Fotomaskenrohling 10 ausgebildeten Resistschicht, einen Entwicklungsprozess zum Entwickeln der Resistschicht gemäß der gewünschten Musterbelichtung zum Ausbilden eines Resistmusters, einen Ätzprozess zum Ätzen der lichtabschirmenden Schicht entlang des Resistmusters und einen Prozess zum Abziehen und Entfernen des übrigen Resistmusters.
2 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen einer Folge von Arbeitsschritten des Fotomaskenherstellungsprozesses unter Verwendung des Fotomaskenrohlings 10.
2(a) zeigt den Zustand, in dem die Resistschicht 3 auf der lichtabschirmenden Schicht 2 des Fotomaskenrohlings 10 von 1 ausgebildet ist. Als Resist kann entweder ein Positiv- oder ein Negativresist verwendet werden.
2(b) zeigt den Belichtungsprozess zum Anwenden der gewünschten Musterbelichtung auf die auf dem Fotomaskenrohling 10 ausgebildete Resistschicht 3. Die Musterbelichtung wird unter Verwendung einer Elektronenstrahlschreibvorrichtung,
einer Laserschreibvorrichtung, usw. ausgeführt. Als das vorstehend erwähnte Resistmaterial wird ein Material mit einer für einen Elektronen- oder Laserstrahl geeigneten Lichtempfindlichkeit verwendet.
2(c) zeigt den Entwicklungsprozess zum Entwickeln der Resistschicht 3 gemäß der gewünschten Musterbelichtung zum Ausbilden eines Resistmusters 3a. Im Entwicklungsprozess wird ein Entwickler zugeführt, nachdem die gewünschte Musterbelichtung bezüglich der auf dem Fotomaskenrohling 10 ausgebildeten Resistschicht 3 angewendet wurde, und ein im Entwickler lösbarer Abschnitt der Resistschicht wird gelöst, um das Resistmuster 3a auszubilden.
2(d) zeigt den Ätzprozess zum Ätzen der lichtabschirmenden Schicht 2 entlang des Resistmusters 3a. In der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein Trockenätzprozess verwendet. Im Trockenätzprozess wird unter Verwendung des Resistmusters 3a als Maske ein freiliegender Abschnitt der lichtabschirmenden Schicht 2, in dem das Resistmuster 3a nicht ausgebildet ist, durch Trockenätzen gelöst. Dadurch wird ein gewünschtes lichtabschirmendes Schichtmuster 2a (Maskenmuster) auf dem optisch transparenten Substrat 1 ausgebildet.
In diesem Trockenätzprozess wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein Trockenätzgas in der Form eines Gases auf Chlorbasis oder eines Mischgases verwendet, das ein Gas auf Chlorbasis und ein Sauerstoffgas enthält. Hinsichtlich der lichtabschirmenden Schicht 2, die erfindungsgemäß aus einem Material hergestellt ist, das Elemente wie beispielsweise Chrom, Sauerstoff und/oder Stickstoff, usw. enthält, kann durch Ausführen des Trockenätzprozesses unter Verwendung des vorstehend erwähnten Trockenätzgases die Trockenätzrate erhöht, die Trockenätzzeit verkürzt und ein lichtabschirmendes Schichtmuster nit einer ausgezeichneten Querschnittsform hergestellt werden. Als zur Verwendung im Trockenätzprozess geeignetes Gas auf Chlorbasis werden beispielsweise Cl₂, SiCl₄, HCl, CCl₄, CHCl₃ oder ähnliche verwendet.
Im Fall einer lichtabschirmenden Schicht, die aus einem Material hergestellt ist, das mindestens Sauerstoff in Chrom aufweist, wird durch die Reaktion von Sauerstoff und Chrom in der lichtabschirmenden Schicht mit dem Gas auf Chlorbasis Chromylchlorid erzeugt. Daher kann, wenn im Trockenätzprozess ein Trockenätzgas in der Form eines Mischgases verwendet wird, das ein Gas auf Chlorbasis und Sauerstoffgas enthält, der Sauerstoffanteil im Trockenätzgas in Abhängigkeit vom Sauerstoffanteil in der lichtabschirmenden Schicht vermindert werden. Durch Ausführen eines Trockenätzprozesses unter Verwendung des Trockenätzgases mit dem gemäß der vorstehenden Beschreibung verminderten Sauerstoffanteil, kann die Sauerstoffmenge, die das Resistmuster nachteilig beeinflusst, vermindert werden, wodurch eine Beschädigung des Resistmusters während des Trockenätzprozesses vermieden werden kann. Dadurch wird eine Fotomaske mit einer verbesserten Mustergenauigkeit der lichtabschirmenden Schicht erhalten. In Abhängigkeit vom Sauerstoffanteil der lichtabschirmenden Schicht kann ein Trockenätzgas verwendet werden, dessen Sauerstoffanteil null beträgt, d.h. das kein Sauerstoff enthält.
2(e) zeigt eine Fotomaske 20, die durch Abziehen und Entfernen des restlichen Resistmusters 3a erhalten wird. Auf diese Weise wird eine Fotomaske erhalten, in der das lichtabschirmende Schichtmuster mit einer ausgezeichneten Querschnittsform exakt ausgebildet ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. D.h., sie ist nicht auf den Fotomaskenrohling für die sogenannte Binärmaske mit der auf dem optisch transparenten Substrat ausgebildeten lichtabschirmenden Schicht beschränkt, sondern der Fotomaskenrohling kann auch ein Fotomaskenrohling beispielsweise zum Herstellen einer Halbtonphasenverschiebungsmaske oder einer Levenson-Phasenverschiebungsmaske sein. In diesem Fall wird, wie in Verbindung mit einer später beschriebenen zweiten Ausführungsform dargestellt wird, eine lichtabschirmende Schicht auf einer Halbtonphasenverschiebungsschicht auf einem optisch transparenten Substrat ausgebildet. In dieser Struktur kann, weil es ausreichend ist, wenn eine erforderliche optische Dichte (von vorzugsweise 3,0 oder mehr) durch eine Kombination aus der Halbtonphasenverschiebungsmaske und der lichtabschirmenden Schicht erhalten wird, die optische Dichte der lichtabschirmenden Schicht selbst auf einen Wert von beispielsweise kleiner als 3,0 gesetzt werden.
Nachstehend wird die zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fotomaskenrohlings unter Bezug auf 4(a) beschrieben.
Ein Fotomaskenrohling 30 von 4(a) hat die Form einer Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 auf einem optisch transparenten Substrat 1 und einer auf der Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 ausgebildeten lichtabschirmenden Schicht 2, die aus einer Abschirmungsschicht 5 und einer Reflexionsunterdrückungsschicht 6 besteht. Weil das optisch transparente Substrat 1 und die lichtabschirmende Schicht 2 in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform erläutert worden sind, werden sie nicht näher beschrieben.
Die Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 transmittiert Licht mit einer Intensität, die nicht wesentlich zur Belichtung beiträgt (z.B. 1% bis 20% bezüglich einer Belichtungswellenlänge) und hat eine vorgegebene Phasendifferenz. Unter Verwendung eines teilweise lichtdurchlässigen Abschnitts in der Form einer strukturierten Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 und eines lichtdurchlässigen Abschnitts, in dem die Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 nicht ausgebildet ist, die Licht mit einer Intensität transmittiert, die wesentlich zur Belichtung beiträgt, wird durch die Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 eine Beziehung bereitgestellt, gemäß der die Phase des durch den teilweise lichtdurchlässigen Abschnitt transmittierten Lichts bezüglich der Phase des durch den lichtdurchlässigen Abschnitt transmittierten Lichts im wesentlichen invertiert wird. Daher löschen sich die Lichtkomponenten, die durch die Umgebung eines Grenzabschnitts zwischen dem teilweise lichtdurchlässigen Abschnitt und dem lichtdurchlässigen Abschnitt transmittiert werden und durch Brechung oder Beugung in andere Bereiche abgelenkt werden, gegenseitig aus. Dadurch wird die Lichtintensität am Grenzabschnitt auf null eingestellt, wodurch der Kontrast, d.h. die Auflösung, am Grenzabschnitt erhöht wird.
Die Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 besteht vorzugsweise aus einem Material mit Ätzeigenschaften, die von denjenigen der darauf ausgebildeten lichtabschirmenden Schicht 2 verschieden sind. Beispielsweise wird für die Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 ein Material verwendet, das als Hauptkomponenten ein Metall, wie beispielsweise Molybdän, Wolfram oder Tantal, Silizium und Sauerstoff und/oder Stickstoff enthält. Die Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 kann aus einer einzelnen Schichtlage oder aus mehreren Schichtlagen bestehen.
In der zweiten Ausführungsform wird die lichtabschirmende Schicht 2 derart festgelegt, dass die stapelförmige Struktur in Form einer Kombination aus der Halbtonphasenverschiebungsschicht und der lichtabschirmenden Schicht eine optische Dichte von 3,0 oder mehr bezüglich des Belichtungslichts aufweist. Die Dicke der lichtabschirmenden Schicht 2 beträgt vorzugsweise 50 nm oder weniger. Der Grund hierfür ist, dass, ähnlich wie in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform, es aufgrund des Microloading-Effekts und aus ähnlichen Gründen vermutlich schwierig ist, durch den Trockenätzprozess ein Feinmuster auszubilden. Außerdem beträgt die Dicke der auf der Reflexionsunterdrückungsschicht 6 ausgebildeten Resistschicht in der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise 250 nm oder weniger, bevorzugter 200 nm oder weniger und noch bevorzugter 150 nm oder weniger. Der untere Grenzwert der Dicke der Resistschicht wird derart festgelegt, dass auch dann eine Resistschicht verbleibt, wenn die lichtabschirmende Schicht unter Verwendung des Resistmusters als Maske trockengeätzt worden ist. Außerdem ist, ähnlich wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, das Material der Resistschicht vorzugsweise ein chemisch verstärktes Resistmaterial mit einer hohen Resistempfindlichkeit, um eine hohe Auflösung zu erzielen.
Nachstehend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf Beispiele ausführlicher beschrieben. Außerdem wird ein Vergleichsbeispiel dargestellt.
(Beispiele 1 bis 10, Vergleichsbeispiel 1)
Eine lichtabschirmende Schicht wurde unter Verwendung einer Einzelwafer-Sputtervorrichtung auf einem Quarzglassubstrat ausgebildet. Als Sputtertarget wurde ein Chromtarget verwendet. Die Zusammensetzung des Sputtergases wurde gemäß den in Tabelle 1 dargestellten Gasdurchflussratenverhältnissen geändert. Auf diese Weise wurden Fotomaskenrohlinge (Beispiele 1 bis 10, Vergleichsbeispiel 1) mit lichtabschirmenden Schichten mit verschiedenen Zusammensetzungen erhalten. Die Zusammensetzungen der lichtabschirmenden Schichten der erhaltenen Fotomaskenrohlinge sind in Tabelle 1 dargestellt. Außerdem ist die Dicke jeder lichtabschirmenden Schicht in Tabelle 1 dargestellt, wobei die Dicke auf einen Wert festgelegt wurde, gemäß dem die optische Dichte (OD) bei einer Wellenlänge von 193 nm 3,0 betrug.
Dann wurde eine Elektronenstrahl-Resistschicht (CAR-FEP171, hergestellt von Fuji Film Arch (FFA)) als chemisch verstärktes Resistmaterial auf jedem Fotomaskenrohling ausgebildet. Die Resistschicht wurde durch Spin-Coating unter Verwendung einer Spin-Coating-Vorrichtung aufgebracht. Nachdem die Resistschicht aufgebracht war, wurde eine vorgegebene Heißluft-Trocknungsbehandlung unter Verwendung eines Heißlufttrockners ausgeführt.
Daraufhin wurde unter Verwendung einer Elektronenstrahlschreibvorrichtung ein gewünschter Musterschreibvorgang bezüglich der auf jedem Fotomaskenrohling ausgebildeten Resistschicht ausgeführt. Dann wurde unter Verwendung eines vorgegebenen Entwicklers ein Entwicklungsprozess ausgeführt, um ein Resistmuster auszubilden.

Daraufhin wurde die lichtabschirmende Schicht entlang des auf jedem Fotomaskenrohling ausgebildeten Resistmusters trockengeätzt. Als Trockenätzgas wurde ein Mischgas aus Cl₂ und O₂ (Cl₂:O₂ = 4:1) verwendet. Die Soll-Ätzzeit (die für einen Ätzvorgang bis zum Erreichen des Substrats erforderliche Zeitdauer) im Trockenätzprozess ist in Tabelle 1 dargestellt.

	Gasdurchflussratenverhältnis (%)				Elementanteil (%)				Dicke (Å) (*)	Ätzzeit (s) (**)	Ätzrate (Å/s)
	Ar	N₂	O₂	CO₂	Cr	N	O	c	Dicke (Å) (*)	Ätzzeit (s) (**)	Ätzrate (Å/s)
Beispiel 1	93		7		92	0	8	0	531	240	2.2
Beispiel 2	73		27		40	0	60	0	772	231	3.3
Beispiel 3	36		64		25	0	75	0	1165	135	8.6
Beispiel 4	82			18	52	0	18	30	648	69	9.4
Beispiel 5	64			36	34	0	42	24	823	207	4.0
Beispiel 6	36			64	27	0	73	0	963	161	6.0
Beispiel 7	36	64			52	47	1	0	645	174	3.7
Beispiel 8	36	57		7	41	32	14	13	735	185	4.0
Beispiel 9	36	48		18	36	22	32	10	850	141	6.0
Beispiel 10	36	32		32	30	4	66	0	913	152	6.0
Vergleichsbeispiel 1	100				100				530	257	2.1
(*) Dicke, bei der die optische Dichte (OD) bei einer Wellenlänge von 193 nm den Wert 3 hat
(**) Soll-Ätzzeit

Anhand von Tabelle 1 ist ersichtlich, dass, im Vergleich zur lichtabschirmenden Schicht des Vergleichsbeispiels, die lichtabschirmenden Schichten der Beispiele jeweils nur eine geringere Ätzzeit erfordern, obwohl ihre Dicke jeweils derjenigen des Vergleichsbeispiels gleicht oder größer ist. Dadurch kann die Ätzzeit verkürzt werden.
Die Verlustrate jeder auf der lichtabschirmenden Schicht ausgebildeten Resistschicht beträgt 2,1 Ä/s, so dass die Trockenätzrate jeder der lichtabschirmenden Schichten der Beispiele 1 bis 10 erhöht ist. D.h., die Selektivität bezüglich des Resistmaterials ist größer als 1.
Auf diese Weise wurde durch Trockenätzen auf jedem Substrat ein Muster der lichtabschirmenden Schicht ausgebildet, und dann wurde das übrige Resistmuster unter Verwendung von heißer konzentrierter Schwefelsäure abgezogen und entfernt. Dadurch wurde eine Fotomaske erhalten.
Für eine Referenz sind in 3 Spektralkurven der lichtabschirmenden Schichten der jeweiligen Beispiele zusammen dargestellt. Die Abszissenachse stellt die Wellenlänge und die Ordinatenachse den Adsorptionskoeffizient dar. Wenn die Wellenlänge beispielsweise derjenigen eines KrF-Excimerlasers (248 nm) gleicht oder größer ist, nimmt der Adsorptionskoeffizient ab. Daher wird erwartet, dass in diesem Wellenlängenbereich die Dicke jeder Schicht, durch die die gleiche optische Dichte (z.B. 3,0) erhalten wird, größer ist.
Beispiel 11
Bezüglich eines Fotomaskenrohlings, der demjenigen von Beispiel 2 glich, wurde ein Trockenätzprozess auf die gleiche Weise ausgeführt, außer dass nach der Ausbildung eines Resistmusters ein Mischgas aus Cl₂ und O₂ (Cl₂:O₂ = 20:1) als Trockenätzgas verwendet wurde.
Dadurch betrug, obwohl die Ätzzeit derjenigen von Beispiel 2 entsprach, der CD-Verlust (CD-Fehler) (Differenz einer gemessenen Leitungsbreite bezüglich einer geplanten Leitungsbreite) eines ausgebildeten lichtabschirmenden Schichtmusters 20 nm und war damit im Vergleich zu einem CD-Verlust (CD-Fehler) von 80 nm des gemäß Beispiel 2 ausgebildeten Musters wesentlich kleiner. D.h., die CD-Linearität war verbessert. Dies hat seine Ursache vermutlich darin, dass eine Beschädigung des Resistmusters durch eine Verminderung des Sauerstoffanteils im Trockenätzgas vermindert werden konnte.
Beispiel 12
4 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen eines Fotomaskenrohlings gemäß Beispiel 12 und eines Fotomaskenherstellungsprozesses unter Verwendung dieses Fotomaskenrohlings. Wie in 4(a) dargestellt ist, weist ein Fotomaskenrohling 30 dieses Beispiels eine Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 auf einem optisch transparenten Substrat 1 und eine auf der Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 ausgebildete lichtabschirmende Schicht 2 auf, die aus einer Abschirmungsschicht 5 und einer Reflexionsunterdrückungsschicht 6 besteht.
Der Fotomaskenrohling 30 kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden.
Unter Verwendung einer Einzelwafer-Sputtervorrichtung wurde unter Verwendung eines Mischtargets aus Molybdän (Mo) und Silizium (Si) (Mo:Si = 8:92 Mol-%) als Sputtertarget ein reaktiver Sputterprozess (DC-Sputterprozess) in einer Mischgasatmosphäre aus Argon (Ar) und Stickstoff (N₂) ausgeführt (Ar:N₂ = 10 Vol.-%:90 Vol.-%). Dadurch wurde auf einem optisch transparenten Substrat aus Quarzglas eine Halbtonphasenverschiebungsschicht für einen ArF-Excimerlaser (Wellenlänge 193 nm) in der Form einer Einzelschicht ausgebildet, die als Hauptkomponenten Molybdän, Silizium und Stickstoff enthält. Die Halbtonphasenverschiebungsschicht weist bei der Wellenlänge des ArF-Excimerlasers (Wellenlänge 193 nm) einen Lichtdurchlassgrad von 5,5% und einen Phasenverschiebungswert von etwa 180° auf.
Dann wurde unter Verwendung einer In-line-Sputtervorrichtung ein reaktiver Sputterprozess in einer Mischgasatmosphäre aus Argon und Stickstoff (Ar: 50 Vol.-%, N₂: 50 Vol.-%) unter Verwendung eines Chromtargets als Sputtertarget ausgeführt, und dann wurde ein reaktiver Sputterprozess in einer Atmosphäre aus Argon und Methan (Ar: 89 Vol.%, CH₄: 11 Vol.%) ausgeführt. Dadurch wurde eine lichtabschirmende Schicht mit einer Dicke von 39 nm ausgebildet. Anschließend wurde ein reaktiver Sputterprozess in einer Mischgasatmosphäre aus Argon und Stickstoffmonoxid ausgeführt (Ar: 86 Vol.-%, NO: 3 Vol.-%). Dadurch wurde eine Reflexionsunterdrückungsschicht mit einer Dicke von 7 nm ausgebildet. Weil der vorstehend erwähnte reaktive Sputterprozess unter Verwendung von Methan und der vorstehend erwähnte reaktive Sputterprozess unter Verwendung von Stickstoffmonoxid in der gleichen Kammer ausgeführt wurden, bestand die Kammeratmosphäre schließlich aus 100 Vol.-% Ar+N₂+NO. Hierdurch wurde die Abschirmungsschicht eine Zusammensetzungsgradientenschicht, die Chrom, Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff enthielt, der zum Ausbilden der Reflexionsunterdrückungsschicht verwendet wurde und geringfügig der Abschirmungsschicht beigemischt war. Außerdem wurde die Reflexionsunterdrückungsschicht eine Zusammensetzungsgradientenschicht, die Chrom, Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff enthielt, der zum Ausbilden der Abschirmungsschicht verwendet wurde und geringfügig der Reflexionsunterdrückungsschicht beigemischt war. Auf diese Weise wurde eine lichtabschirmende Schicht hergestellt, die aus der Abschirmungsschicht und der Reflexionsunterdrückungsschicht bestand und eine Gesamtdicke von 46 nm hatte. Das Verhältnis der Dicke der Reflexionsunterdrückungsschicht bezüglich der Gesamtdicke der lichtabschirmenden Schicht betrug 0,15. Die lichtabschirmende Schicht, die in Kombination mit der Halbtonphasenverschiebungsschicht eine stapelförmige Struktur hatte, wies eine optische Dichte (OD) von 3,0 auf. 5 zeigt eine Kurve des Reflexionsvermögens an der Oberfläche der lichtabschirmenden Schicht. Wie in 5 dargestellt ist, konnte das Reflexionsvermögen bei der Belichtungswellenlänge von 193 nm auf einen niedrigen Wert von 13,5% unterdrückt werden. Außerdem nahm das Reflexionsvermögen bezüglich den Fotomaskendefektprüfungswellenlängen von 257 nm und 364 nm die Werte 19,9% bzw. 19,7% an, bei denen keinerlei Probleme bei der Prüfung verursacht werden.
Dann wurde eine Elektronenstrahl-Resistschicht (CAR-FEP171, hergestellt von Fuji Film Arch (FFA)) als chemisch verstärktes Resistmaterial auf jedem Fotomaskenrohling ausgebildet. Die Resistschicht wurde durch Spin-Coating unter Verwendung einer Spin-Coating-Vorrichtung aufgebracht. Nachdem die Resistschicht aufgebracht war, wurde eine vorgegebene Heißluft-Trocknungsbehandlung unter Verwendung eines Heißlufttrockners ausgeführt.
Daraufhin wurde unter Verwendung einer Elektronenstrahlschreibvorrichtung ein gewünschter Musterschreibvorgang bezüglich der auf dem Fotomaskenrohling 30 ausgebildeten Resistschicht ausgeführt, und dann wurde unter Verwendung eines vorgegebenen Entwicklers ein Entwicklungsprozess ausgeführt, um ein Resistmuster 7 auszubilden (vgl. 4(b)).
Dann wurde ein Trockenätzprozess bezüglich der aus der Abschirmungsschicht 5 und der Reflexionsunterdrückungsschicht 6 bestehenden lichtabschirmenden Schicht 2 entlang des Resistmusters 7 ausgeführt, um ein lichtabschirmendes Schichtmuster 2a zu erzeugen (vgl. 4(c)). Als Trockenätzgas wurde ein Mischgas aus Cl₂ und O₂ (Cl₂:O₂ = 4:1) verwendet. In diesem Fall betrug die Soll-Ätzzeit 129 s, und die Ätzrate, die durch das Verhältnis (Gesamtdicke der lichtabschirmenden Schicht)/Ätzzeit gegeben ist, betrug 3,6 Å/s und war damit sehr hoch. Ähnlich wie in den vorstehend erwähnten Beispielen 1 bis 10 betrug die Verlustrate der Resistschicht 2,1 Å/s und das Verhältnis Resistverlustrate:Trockenätzrate der lichtabschirmenden Schicht betrug 1:1,7. Daher betrug die Selektivität der lichtabschirmenden Schicht bezüglich des Resistmaterials 1,7. Weil auf diese Weise die Selektivität der lichtabschirmenden Schicht bezüglich des Resistmaterials größer als 1 war (die Ätzrate der lichtabschirmenden Schicht war höher als die Verlustrate des Resistmaterials, und die lichtabschirmende Schicht 2 hatte eine geringe Dicke und ferner eine höhere Ätzrate), war auch die Ätzzeit kurz. Daher wurde die Querschnittsform des lichtabschirmenden Schichtmusters 2a senkrecht und damit ausgezeichnet. Die Resistschicht verbleibt auf dem lichtabschirmenden Schichtmuster 2a.
Dann wurde unter Verwendung des lichtabschirmenden Schichtmusters 2a und des Resistmusters 7 als Maske ein Ätzvorgang bezüglich der Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 ausgeführt, um ein Halbtonphasenverschiebungsschichtmuster 4a auszubilden (vgl. 4(d)). Der Ätzvorgang der Halbtonphasenverschiebungsschicht 4 wird durch die Querschnittsform des lichtabschirmenden Schichtmusters 2a beeinflusst. Weil die Querschnittsform des lichtabschirmenden Schichtmusters 2a ausgezeichnet war, wurde auch die Querschnittsform des Halbtonphasenverschiebungsschichtmusters 4a ausgezeichnet.
Dann wurde, nachdem das restliche Resistmuster 7 abgezogen (abgestreift) wurde, erneut eine Resistschicht 8 aufgebracht, und nachdem ein Musterbelichtungsprozess zum Entfernen des unnötigen lichtabschirmenden Schichtmusters im Übertragungsbereich ausgeführt wurde, wurde die Resistschicht 8 entwickelt, um ein Resistmuster 8a auszubilden (vergleiche 4(e) und (f)). Dann wurde ein Ätzprozess ausgeführt, um das unnötige lichtabschirmende Schichtmuster zu entfernen, und das übrige Resistmuster wurde abgezogen. Dadurch wurde eine Fotomaske 40 erhalten (vgl. 4(g)).
In diesem Beispiel ist hauptsächlich Stickstoff in einer großen Menge in der Abschirmungsschicht 5 enthalten, um die Ätzrate der gesamten lichtabschirmenden Schicht 2 zu erhöhen. Durch in der lichtabschirmenden Schicht 5 und in der Reflexionsunterdrückungsschicht 6 enthaltenen Kohlenstoff wird vermutlich das Reflexionsvermögen vermindert, die Schichtspannung vermindert, die Ätzrate eines zum Entfernen des unnötigen lichtabschirmenden Schichtmusters verwendeten Nassätzprozesses erhöht und werden ähnliche Effekte erzielt.
Beispiel 13
Im vorstehenden Beispiel 12 wurden lichtabschirmende Schichtmuster durch Ändern der Dicke eines Elektronenstrahlresists als chemisch verstärktes Resistmaterial auf 300 nm, 250 nm und 200 nm ausgebildet. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen lichtabschirmenden Schicht kann, auch wenn das lichtabschirmende Schichtmuster unter Verwendung des Resistmusters auf der lichtabschirmenden Schicht als Maske ausgebildet wird, eine Resistschicht auf dem ausgebildeten lichtabschirmenden Schichtmuster verbleiben. Dadurch kann eine ausgezeichnete Mustergenauigkeit (CD-Genauigkeit) der lichtabschirmenden Schicht erhalten werden. Zum Bewerten der CD-Linearität wurden ein 1:1-Leitungs- und Abstandsmuster (1:1-L/S) und ein 1:1-Kontaktierungslochmuster (1:1-C/H) als Maskenmuster ausgebildet. Das 1:1-L/S-Muster- und das 1:1-C/H-Muster wurden in der Form eines 400nm-L/S-Musters bzw. eines 400nm-C/H-Musters bewertet. Die Bewertung des CD-Abweichungsmaßes bezüglich der Designgröße zeigte, dass im Fall eines 1:1-L/S-Musters das CD-Abweichungsmaß bei einer Wellenlänge von 300 nm 23 nm, bei einer Wellenlänge von 250 nm 17 nm und bei einer Wellenlänge von 200 nm 12 nm betrug. Andererseits betrug das CD-Abweichungsmaß im Fall des 1:1-C/H-Musters bei einer Wellenlänge von 300 nm 23 nm, bei einer Wellenlänge von 250 nm 21 nm und bei einer Wellenlänge von 200 nm 19 nm. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Dicke der Resistschicht in Kombination mit der erfindungsgemäßen lichtabschirmenden Schicht vermindert werden, und die CD-Linearität wird wesentlich verbessert. Außerdem wurden für den Fall, dass die Dicke des Resistmaterials 200nm betrug, ein 80nm-Leitungs- und Abstandsmuster (80nm-L/S) und ein 300 nm Kontaktierungslochmuster (300nm-C/H), die durch die 65nm-Halbleiter-Designregel erforderlich sind, exakt aufgelöst, und es wurde eine ausgezeichnete Querschnittsform der jeweiligen Muster erhalten. Daher war, weil die Querschnittsform jedes lichtabschirmenden Schichtmusters ausgezeichnet war, auch die Querschnittsform jeder unter Verwendung des lichtabschirmenden Schichtmusters als Maske ausgebildeten Halbtonphasenverschiebungsschicht ausgezeichnet.
Beispiel 14
Im vorstehend beschriebenen Beispiel 12 wurden Fotomasken hergestellt durch Ändern des Anteils der Reflexionsunterdrückungsschicht 6 in der gesamten lichtabschirmenden Schicht 2 und der Dicke einer auf der lichtabschirmenden Schicht 2 ausgebildeten Resistschicht, während die optischen Eigenschaften der lichtabschirmenden Schicht 2 beibehalten wurden.
Hinsichtlich zwei Arten von Fotomaskenrohlingen, in denen die Anteile der Reflexionsunterdrückungsschichten 6 in den gesamten lichtabschirmenden Schichten 2 (Dicke der Reflexionsunterdrückungsschicht/Dicke der lichtabschirmenden Schicht) auf 0,45, 0,30 und 0,20 festgelegt wurden, wurden Resistschichten mit verschiedenen Dicken von 300 nm, 250 nm und 200 nm auf den lichtabschirmenden Schichten 2 ausgebildet. Dann wurde, nachdem jede lichtabschirmende Schicht unter Verwendung eines Resistmusters als Maske durch Trockenätzen strukturiert wurde, die auf der lichtabschirmenden Schicht verbleibende Resistschicht beurteilt.
Dabei wurde festgestellt, dass, wenn der Anteil der Reflexionsunterdrückungsschicht in der gesamten lichtabschirmenden Schicht 0,45 beträgt, die minimale erforderliche Dicke der Resistschicht 250 nm beträgt, damit auch nach der Ausbildung des lichtabschirmenden Schichtmusters eine Resistschicht auf dem lichtabschirmenden Schichtmuster verbleibt, um eine gemäß der 65nm-Knoten-Halbleiter-Designregel erforderliche Mustergenauigkeit der lichtabschirmenden Schicht zu erreichen. Wenn dagegen der Anteil der Reflexionsunterdrückungsschicht in der gesamten lichtabschirmenden Schicht 0,30 oder 0,20 betrug, verblieb eine Resistschicht auf einem lichtabschirmenden Schichtmuster, und die gemäß der 65nm-Knoten-Halbleiter-Designregel erforderliche Mustergenauigkeit der lichtabschirmenden Schicht konnte auch dann erreicht werden, wenn die Dicke der Resistschicht 200 nm betrug.
Der Grund, warum die erforderliche Mustergenauigkeit nicht erreicht werden konnte, wenn die Dicke der Resistschicht 200 nm beträgt, für den Fall, dass der Anteil der Reflexionsunterdrückungsschicht in der gesamten lichtabschirmenden Schicht 0,45 beträgt, liegt vermutlich darin, dass, wenn Kohlenstoff in der Reflexionsunterdrückungsschicht enthalten ist, die Trockenätzrate tendenziell abnimmt, so dass die zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht erforderliche Ätzzeit zunimmt und damit der Resistschichtverlust fortschreitet.
In den vorstehend beschriebenen Beispielen 1 bis 11 ist eine Reflexionsunterdrückungsschicht mit einer Reflexionsunterdrückungsfunktion nicht an einer Oberflächenlage der lichtabschirmenden Schicht ausgebildet. Es kann jedoch eine lichtabschirmende Schicht mit einer Reflexionsunterdrückungsschicht an ihrer Oberflächenlage verwendet werden, indem der an der Oberflächenlage der lichtabschirmenden Schicht enthaltene Anteil von Sauerstoff oder ähnlichen Elementen geeignet eingestellt wird.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fotomaskenrohlings;
2 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen eines Fotomaskenherstellungsprozesses unter Verwendung eines Fotomaskenrohlings;
3 zeigt ein Diagramm zum Darstellen von Spektralkurven lichtabschirmender Schichten für jeweilige Beispiele;
4 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen eines Fotomaskenrohlings gemäß Beispiel 12 und eines Fotomaskenherstellungsprozesses unter Verwendung dieses Fotomaskenrohlings; und
5 zeigt ein Diagramm zum Darstellen einer Kurve des Oberflächenreflexionsvermögens für eine lichtabschirmende Schicht gemäß Beispiel 12.

Bezugszeichenliste

1: optisch transparentes Substrat
2: lichtabschirmende Schicht
3: Resistschicht
4: Halbtonphasenverschiebungsschicht
5: Abschirmungsschicht
6: Reflexionsunterdrückungsschicht
2a: lichtabschirmendes Schichtmuster
3a: Resistmuster
10,30: Fotomaskenrohling
20,40: Fotomaske

Claims

Fotomaskenrohling (10; 30) mit einer lichtabschirmenden Schicht (2) und einer Resistschicht (3) auf einem optisch transparenten Substrat (1), wobei: der Fotomaskenrohling (10; 30) ein Maskenrohling für einen Trockenätzprozess ist, der für ein Fotomaskenherstellungsverfahren zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht (2) durch den Trockenätzprozess unter Verwendung eines auf der lichtabschirmenden Schicht (2) ausgebildeten Resistmusters (3a) der Resistschicht (3) als Maske geeignet ist; die Resistschicht (3) eine Dicke von 200 nm oder weniger hat; die lichtabschirmende Schicht (2) eine Dicke von 90 nm oder weniger hat; die lichtabschirmende Schicht (2) auf ihrem Oberflächenschichtabschnitt eine Reflexionsunterdrückungsschicht (6) aufweist, wobei das Verhältnis, das die Reflexionsunterdrückungsschicht in der gesamten lichtabschirmenden Schicht einnimmt, 0,20 oder weniger beträgt; die lichtabschirmende Schicht (2) aus einem Material, das Chrom und Stickstoff enthält, mit einer Selektivität von mehr als 1 bezüglich der Resistschicht (3) im Trockenätzprozess hergestellt ist, wobei ein Mischgas von Cl₂ und O₂ mit Cl₂:O₂ = 4:1 als Trockenätzgas verwendet wird.
Fotomaskenrohling (10; 30) mit einer lichtabschirmenden Schicht (2) und einer Resistschicht (3) auf einem optisch transparenten Substrat (1), wobei: der Fotomaskenrohling (10; 30) ein Maskenrohling für einen Trockenätzprozess ist, der für ein Fotomaskenherstellungsverfahren zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht (2) durch den Trockenätzprozess unter Verwendung eines auf der lichtabschirmenden Schicht (2) ausgebildeten Resistmusters (3a) der Resistschicht (3) als Maske geeignet ist; die Resistschicht (3) eine Dicke von 200 nm oder weniger hat; die lichtabschirmende Schicht (2) eine Dicke von 90 nm oder weniger hat; die lichtabschirmende Schicht (2) auf ihrem Oberflächenschichtabschnitt eine Reflexionsunterdrückungsschicht (6) aufweist, wobei das Verhältnis, das die Reflexionsunterdrückungsschicht in der gesamten lichtabschirmenden Schicht einnimmt, 0,20 oder weniger beträgt; und die lichtabschirmende Schicht (2) aus einem Material, das Chrom und Stickstoff enthält, hergestellt ist, dessen Ätzrate im Trockenätzprozess höher ist als eine Verlustrate der Resistschicht (3).
Fotomaskenrohling (10;30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die lichtabschirmende Schicht (2) zusätzlich Sauerstoff enthält.
Fotomaskenrohling (10; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Oberflächenschichtabschnitt Sauerstoff enthält.
Fotomaskenrohling (10; 30) nach Anspruch 4, wobei die Reflexionsunterdrückungsschicht (6) ferner Kohlenstoff enthält.
Fotomaskenrohling (10; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Trockenätzprozess in einem Plasma ausgeführt wird.
Fotomaskenrohling (10; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Resistschicht (3) eine Resistschicht für einen Elektronenstrahlschreibprozess ist.
Fotomaskenrohling (10; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Resistschicht (3) eine chemisch verstärkte Resistschicht ist.
Fotomaskenrohling (10; 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Dicke der lichtabschirmenden Schicht (2) derart festgelegt ist, dass eine optische Dichte bezüglich des Belichtungslichts mindestens 3,0 beträgt.
Fotomaskenrohling (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zwischen dem optisch transparenten Substrat (1) und der lichtabschirmenden Schicht (2) eine Halbtonphasenverschiebungsschicht (4) ausgebildet ist.
Fotomaskenrohling (30) nach Anspruch 10, wobei die lichtabschirmende Schicht (2) derart ausgebildet ist, dass eine in Kombination mit der Halbtonphasenverschiebungsschicht (4) erhaltene stapelförmige Struktur bezüglich Belichtungslicht eine optische Dichte von 3,0 oder mehr aufweist.
Fotomaskenrohling (30) nach Anspruch 11, wobei die Dicke der lichtabschirmenden Schicht (2) 50 nm oder weniger beträgt.
Fotomaskenherstellungsverfahren mit einem Schritt zum Strukturieren der lichtabschirmenden Schicht (2) des Fotomaskenrohlings (10; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durch Trockenätzen.
Fotomaskenherstellungsverfahren nach Anspruch 13 mit einem Schritt zum Ausführen des Trockenätzprozesses unter Bedingungen, gemäß denen, wenn als Fotomaskenrohling der Fotomaskenrohling (10; 30) mit der lichtabschirmenden Schicht (2) verwendet wird, die aus einem Material hergestellt ist, das mindestens Sauerstoff und Chrom enthält, und im Trockenätzprozess das Trockenätzgas in der Form eines Mischgases aus einem Gas auf Chlorbasis und Sauerstoff verwendet wird, der Sauerstoffanteil im Trockenätzgas in Abhängigkeit vom Sauerstoffanteil in der lichtabschirmenden Schicht (2) des Fotomaskenrohlings (10; 30) vermindert wird.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbausteins mit einem Schritt zum Ausbilden eines Schaltungsmusters auf einem Halbleitersubstrat durch ein Fotolithografieverfahren unter Verwendung einer Fotomaske (20; 40), die durch ein Fotomaskenherstellungsverfahren nach Anspruch 13 oder 14 erhalten wird.