JP2007094250A - フォトマスクブランクの製造方法及びフォトマスクの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透光性基板上にクロムを含む材料からなる遮光膜を有するフォトマスクブランクの製造方法において、遮光膜は、該遮光膜の上層部に少なくとも炭素を含む反射率調整部が形成されてなり、反射率調整部は、クロムを含むターゲットを用い、少なくとも炭化水素ガスを含む雰囲気中で、190〜300nmの波長域における表面反射率が20%未満となるように、スパッタリング成膜により形成する。
【選択図】図1
Description
その一方で、フォトマスクやフォトマスクブランクにおいては、フォトマスクに形成されるマスクパターンを微細化するに当たっては、フォトマスク製造の際のパターニング手法として、従来のウェットエッチングに替わってドライエッチング加工が必要になってきている。
尚、特許文献2には、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおける遮光膜の最上層部分を反射率調整部とし、この反射率調整部における窒素の含有量によって、遮光膜表面の露光光等の波長に対する反射率を調整することが記載されている。
しかしながら、上記特許文献2のように、遮光膜の最上層部分の反射率調整部における窒素の含有量によって、遮光膜表面の露光光波長に対する反射率を調整するといっても、露光波長193nmにおける反射率を下げられてもせいぜい20%が限度であり(たとえば特許文献の図3を参照)、十分な反射率低減効果が得られない。
(構成1)透光性基板上にクロムを含む材料からなる遮光膜を有するフォトマスクブランクの製造方法において、前記遮光膜は、該遮光膜の上層部に少なくとも炭素を含む反射率調整部が形成されてなり、前記反射率調整部は、クロムを含むターゲットを用い、少なくとも炭化水素ガスを含む雰囲気中で、190〜300nmの波長域における表面反射率が20%未満となるように、スパッタリング成膜により形成することを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。
(構成2)前記反射率調整部は、前記雰囲気中における前記炭化水素ガスの含有量、及び/又はスパッタリング成膜時の成膜圧力を調整して形成することを特徴とする構成1記載のフォトマスクブランクの製造方法。
(構成3)前記遮光膜は、更に酸素と窒素の少なくとも一方を含むことを特徴とする構成1又は2に記載のフォトマスクブランクの製造方法。
(構成4)前記透光性基板と前記遮光膜との間に、ハーフトーン型位相シフター膜を形成することを特徴とする構成1乃至3の何れか一に記載のフォトマスクブランクの製造方法。
(構成6)前記フォトマスクブランクは、前記遮光膜上に形成されるレジストパターンをマスクにしてドライエッチング処理により、前記遮光膜をパターニングするフォトマスクの作製方法に対応するドライエッチング処理用のフォトマスクブランクであることを特徴とする構成1乃至5の何れか一に記載のフォトマスクブランクの製造方法。
(構成7)構成1乃至6の何れか一に記載の製造方法により得られるフォトマスクブランクにおける前記遮光膜を、ドライエッチング処理によりパターニングする工程を有することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
(構成8)構成4又は5に記載の製造方法により得られるフォトマスクブランクにおける前記遮光膜を、ドライエッチング処理によりパターニングし、前記ハーフトーン型位相シフター膜上に遮光膜パターンを形成した後、該遮光膜パターンをマスクにして、前記ハーフトーン型位相シフター膜をドライエッチング処理によりパターニングし、前記透光性基板上にハーフトーン型位相シフター膜パターンを形成することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
このように、190〜300nmの波長域における遮光膜上層部の反射率調整部が、その表面反射率が20%未満となるように、少なくとも炭化水素ガスを含む雰囲気中でスパッタリング成膜により形成することで、効果的に190〜300nmの波長域(特に、200nm近傍)における表面反射率を充分に低減することができる。従って、半導体装置のパターンの微細化の要求に伴い短波長化の傾向にある露光光源に対しても、良好なパターンの転写精度が得られる。
また、構成6にあるように、前記フォトマスクブランクは、前記遮光膜上に形成されるレジストパターンをマスクにしてドライエッチング処理により、前記遮光膜をパターニングするフォトマスクの作製方法に対応するドライエッチング処理用のフォトマスクブランクであることが好適である。
また、構成8にあるように、構成4又は5のフォトマスクブランクにおける遮光膜を、ドライエッチング処理によりパターニングし、ハーフトーン型位相シフター膜上に遮光膜パターンを形成した後、遮光膜パターンをマスクにして、ハーフトーン型位相シフター膜をドライエッチング処理によりパターニングし、透光性基板上にハーフトーン型位相シフター膜パターンを形成するフォトマスクの製造方法によれば、パターンの微細化に対応した、良好なパターン転写精度が得られるフォトマスクを得ることができる。
また、本発明によれば、遮光膜のドライエッチング速度を高めることで、ドライエッチング時間が短縮でき、レジスト膜の膜減りを低減することができる。その結果、レジスト膜の薄膜化が可能となり、パターンの解像性、パターン精度(CD精度)を向上することができる。更に、ドライエッチング時間の短縮化により、断面形状の良好な遮光膜パターンが形成できるフォトマスクブランク及びフォトマスクの製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、遮光膜に必要な遮光性能を有しつつ、遮光膜の薄膜化により、断面形状の良好な遮光膜のパターンが形成することができるフォトマスクブランク及びフォトマスクの製造方法を提供することができる。
図1は本発明により得られるフォトマスクブランクの第一の実施の形態を示す断面図である。
図1のフォトマスクブランク10は、透光性基板1上に遮光膜2を有するバイナリマスク用フォトマスクブランクの形態のものである。
上記フォトマスクブランク10は、前記遮光膜2上に形成されるレジストパターンをマスクにしてドライエッチング処理により、前記遮光膜2をパターニングするフォトマスクの作製方法に対応するドライエッチング処理用のマスクブランクである。
ここで、透光性基板1としては、ガラス基板が一般的である。ガラス基板は、平坦度及び平滑度に優れるため、フォトマスクを使用して半導体基板上へのパターン転写を行う場合、転写パターンの歪み等が生じないで高精度のパターン転写を行える。
遮光膜2中に酸素を含む場合の酸素の含有量は、5〜80原子%の範囲が好適である。酸素の含有量が5原子%未満であると、クロム単体よりもドライエッチング速度が速くなる効果が得られ難い。一方、酸素の含有量が80原子%を超えると、波長200nm以下の例えばArFエキシマレーザー(波長193nm)においての吸収係数が小さくなるため、所望の光学濃度(例えば2.5以上)を得るためには膜厚を厚くする必要が生じてしまう。また、ドライエッチングガス中の酸素の量を低減するという観点からは、遮光膜2中の酸素の含有量は特に60〜80原子%の範囲とするのが好ましい。
また、遮光膜2中に酸素と窒素の両方を含んでもよい。その場合の含有量は、酸素と窒素の合計が10〜80原子%の範囲とするのが好適である。また、遮光膜2中に酸素と窒素の両方を含む場合の酸素と窒素の含有比は、特に制約はされず、吸収係数等の兼ね合いで適宜決定される。
本発明では、この反射率調整部に炭素を含有し、反射率調整部における炭素の含有量によって、前記遮光膜の190〜300nmの短波長域(特に200nm近傍)における表面反射率が調整されている。この炭素を含む反射率調整部を設けることによって、190〜300nmの短波長域(特に200nm近傍)における遮光膜の表面反射率を例えば20%未満に低減することができる。好ましくは15%以下に抑えることができるので、マスクパターンを被転写体に転写するときに、投影露光面との間での多重反射を抑制し、結像特性の低下を抑制することができる。さらに、フォトマスクブランクやフォトマスクの欠陥検査に用いる波長(例えば257nm、364nm、488nm等)に対する反射率を例えば30%以下とすることが、欠陥を高精度で検出する上で望ましい。特に、反射率調整部として炭素を含む膜とすることにより、上述のように短波長域の露光波長に対する反射率を低減させ、且つ、上記検査波長(特に257nm)に対する反射率が20%以下とすることができるので望ましい。
また、上記遮光膜2は、表層部の反射率調整部以外の層(遮光層)中に炭素を含有してもよい。この場合、反射率調整部に含まれる炭素を含め、遮光膜全体の炭素の含有量は、20原子%以下とすることが好ましい。炭素の含有量が20原子%超の場合、ドライエッチング速度が低下し、遮光膜をドライエッチングによりパターニングする際に要するドライエッチング時間が長くなり、レジスト膜を薄膜化することが困難となるので好ましくない。また、反射率調整部として炭素を含む場合、炭素の含有量が多いとドライエッチング速度が低下する傾向にあるので、ドライエッチング時間を短縮できるためには、遮光膜全体に占める反射率調整部の割合を0.45以下、さらに好ましくは0.30以下、さらに好ましくは0.20以下とすることが望ましい。
また、上記遮光膜2は、クロムと、酸素、窒素、炭素等の元素の含有量が深さ方向で異なり、表層部の反射率調整部と、それ以外の層(遮光層)で段階的、又は連続的に組成傾斜した組成傾斜膜としても良い。このような遮光膜を組成傾斜膜とするためには、例えば前述のスパッタリング成膜時のスパッタガスの種類(組成)を成膜中に適宜切替える方法が好適である。
このフォトマスクブランク10を用いたフォトマスクの製造方法は、フォトマスクブランク10の遮光膜2を、ドライエッチングを用いてパターニングする工程を有し、具体的には、フォトマスクブランク10上に形成されたレジスト膜に対し、所望のパターン露光(パターン描画)を施す工程と、所望のパターン露光に従って前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンに沿って前記遮光膜をエッチングする工程と、残存したレジストパターンを剥離除去する工程とを有する。
図2(a)は、図1のフォトマスクブランク10の遮光膜2上にレジスト膜3を形成した状態を示している。尚、レジスト材料としては、ポジ型レジスト材料でも、ネガ型レジスト材料でも用いることができる。
次に、図2(b)は、フォトマスクブランク10上に形成されたレジスト膜3に対し、所望のパターン露光(パターン描画)を施す工程を示す。パターン露光は、電子線描画装置などを用いて行われる。上述のレジスト材料は、電子線又はレーザーに対応する感光性を有するものが使用される。
次に、図2(c)は、所望のパターン露光に従ってレジスト膜3を現像してレジストパターン3aを形成する工程を示す。該工程では、フォトマスクブランク10上に形成したレジスト膜3に対し所望のパターン露光を施した後に現像液を供給して、現像液に可溶なレジスト膜の部位を溶解し、レジストパターン3aを形成する。
このドライエッチングには、塩素系ガス、又は、塩素系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスからなるドライエッチングガスを用いることが本発明にとって好適である。本発明におけるクロムと酸素、窒素等の元素とを含む材料からなる遮光膜2に対しては、上記のドライエッチングガスを用いてドライエッチングを行うことにより、ドライエッチング速度を高めることができ、ドライエッチング時間の短縮化を図ることができるので、断面形状の良好な遮光膜パターンを形成することができる。ドライエッチングガスに用いる塩素系ガスとしては、例えば、Cl2,SiCl4,HCl、CCl4、CHCl3等が挙げられる。
尚、本発明は以上説明した実施の形態には限定されない。即ち、透光性基板上に遮光膜を形成した、所謂バイナリマスク用フォトマスクブランクに限らず、例えば、ハーフトーン型位相シフトマスクの製造に用いるためのフォトマスクブランクであってもよい。この場合、後述する第二の実施の形態に示すように、透光性基板上のハーフトーン位相シフター膜上に遮光膜が形成される構造となり、ハーフトーン位相シフター膜と遮光膜とを合わせて所望の光学濃度(例えば2.5以上)が得られればよいため、遮光膜自体の光学濃度は例えば2.5よりも小さい値とすることもできる。
図3(a)のフォトマスクブランク30は、透光性基板1上に、ハーフトーン型位相シフター膜4とその上の遮光層5と反射率調整部6とからなる遮光膜2を有する形態のものである。透光性基板1、遮光膜2については、上記第1の実施の形態で説明したので省略する。
上記ハーフトーン型位相シフター膜4は、実質的に露光に寄与しない強度の光(例えば、露光波長に対して1%〜30%)を透過させるものであって、所定の位相差を有するものである。このハーフトーン型位相シフター膜4は、該ハーフトーン型位相シフター膜4をパターニングした光半透過部と、ハーフトーン型位相シフター膜4が形成されていない実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる光透過部とによって、光半透過部を透過して光の位相が光透過部を透過した光の位相に対して実質的に反転した関係になるようにすることによって、光半透過部と光透過部との境界部近傍を通過し回折現象によって互いに相手の領域に回りこんだ光が互いに打ち消しあうようにし、境界部における光強度をほぼゼロとし境界部のコントラスト即ち解像度を向上させるものである。
この第2の実施の形態における上記遮光膜2は、ハーフトーン型位相シフト膜と遮光膜とを合わせた積層構造において、露光光に対して光学濃度が2.5以上となるように設定する。そのように設定される遮光膜2の膜厚は、50nm以下であることが好ましい。その理由は、上記第1の実施の形態と同様であって、ドライエッチング時のパターンのマイクロローディング現象等によって、微細パターンの形成が困難となる場合が考えられるからである。また、本実施の形態において、上記反射率調整部6上に形成するレジスト膜の膜厚は、250nm以下が好ましい。さらに好ましくは、200nm以下、さらに好ましくは150nm以下とすることが望ましい。レジスト膜の膜厚の下限は、レジストパターンをマスクにして遮光膜をドライエッチングしたときに、レジスト膜が残存するように設定される。また、前述の実施の形態の場合と同様、高い解像度を得るために、レジスト膜の材料はレジスト感度の高い化学増幅型レジストが好ましい。
(実施例1)
主表面及び端面が精密研磨された合成石英ガラスからなる透光性基板上に、以下のようにして遮光膜を形成し、バイナリマスク用のフォトマスクブランクを作製した。
上記基板上に、インライン型スパッタ装置を用いて、スパッタターゲットにクロムターゲットを使用し、アルゴンと窒素とヘリウムの混合ガス(Ar:30体積%、N2:30体積%、He:40体積%)雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことによって、遮光層を形成した。尚、この遮光層成膜時、スパッタ装置の全ガス圧は0.17パスカル(Pa)に調整した。次に、スパッタ装置の全ガス圧を0.52パスカル(Pa)に調整して、アルゴンとメタンとヘリウムの混合ガス(Ar:48.75体積%、CH4:11.25体積%、He:40体積%)雰囲気中で反応性スパッタリングを行い、引続き、アルゴンと一酸化窒素との混合ガス(Ar:90体積%、NO:10体積%)雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことによって、反射率調整部(反射防止層)を形成した。尚、上記反射率調整部形成時、雰囲気中のメタンガス添加量は11.25体積%とし、混合ガス中のアルゴンとメタンガスの分圧は0.52パスカル(Pa)に調整した。このようにして、総膜厚が68nmの遮光層及び反射率調整部からなる遮光膜が形成されたフォトマスクブランクを得た。
本実施例の遮光膜は、光学濃度が3.0であった。また、この遮光膜のArFエキシマレーザー(波長193nm)に対する表面反射率は16.2%と非常に低く抑えることができた。さらに、フォトマスクの欠陥検査波長である257nm又は364nmに対しては、それぞれ15.4%、25.1%となり、検査する上でも問題とならない反射率となった。
次にフォトマスクブランク10上に形成されたレジスト膜に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターン描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン3aを形成した。
残存するレジストパターンを剥離して、フォトマスク20を得た。得られたフォトマスク20は、露光波長193nmにおける遮光膜パターンの表面反射率が16.2%と非常に低反射率を維持していた。
図3は、本実施例に係るフォトマスクブランク及びこのフォトマスクブランクを用いたフォトマスクの製造工程を示す断面図である。本実施例のフォトマスクブランク30は、同図(a)に示すように、透光性基板1上に、ハーフトーン型位相シフター膜4とその上の遮光層5と反射率調整部6とからなる遮光膜2からなる。
このフォトマスクブランク30は、次のような方法で製造することができる。
実施例1と同じ合成石英ガラスからなる透光性基板上に、枚葉式スパッタ装置を用いて、スパッタターゲットにモリブデン(Mo)とシリコン(Si)との混合ターゲット(Mo:Si=8:92mol%)を用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)との混合ガス雰囲気(Ar:N2=10体積%:90体積%)で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、モリブデン、シリコン、及び窒素を主たる構成要素とする単層で構成されたArFエキシマレーザー(波長193nm)用ハーフトーン型位相シフター膜を膜厚69nmに形成した。尚、このハーフトーン型位相シフター膜は、ArFエキシマレーザー(波長193nm)でおいて、透過率は5.5%、位相シフト量が略180°となっている。
上記フォトマスクブランク30上に、化学増幅型レジストである電子線レジスト膜(富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製CAR-FEP171)を形成した。レジスト膜の形成は、スピンナー(回転塗布装置)を用いて、回転塗布した。なお、上記レジスト膜を塗布後、加熱乾燥装置を用いて所定の加熱乾燥処理を行った。
次にフォトマスクブランク30上に形成されたレジスト膜に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターン描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン7を形成した(図3(b)参照)。
次に、上記レジストパターン7に沿って、遮光層5と反射防止層6とからなる遮光膜2のドライエッチングを行って遮光膜パターン2aを形成した(同図(c)参照)。ドライエッチングガスとして、Cl2とO2の混合ガス(Cl2:O2=4:1)を用いた。このときのエッチング速度は、遮光膜の総膜厚/エッチング時間で3.6Å/秒であり、非常に速いものであった。このように、遮光膜2は膜厚が薄い上にエッチング速度が速く、エッチング時間も速いことから、遮光膜パターン2aの断面形状も垂直形状となり良好となった。また、遮光膜2のパターン精度も良好であった。また、遮光膜パターン2a上にはレジスト膜が残存していた。
次に、残存するレジストパターン7を剥離後、再度レジスト膜8を塗布し、転写領域内の不要な遮光膜パターンを除去するためのパターン露光を行った後、該レジスト膜8を現像してレジストパターン8aを形成した(同図(e)、(f)参照)。次いで、ウェットエッチングを用いて不要な遮光膜パターンを除去し、残存するレジストパターンを剥離して、フォトマスク40を得た(同図(g)参照)。
実施例1と同じ合成石英ガラスからなる透光性基板上に、枚葉式スパッタ装置を用いて、スパッタターゲットにタンタル(Ta)とハフニウム(Hf)との混合ターゲット(Ta:Hf=90:10at%)を用い、アルゴン(Ar)ガス雰囲気中で、DCマグネトロンスパッタリングにより、膜厚75ÅのTaHf膜を形成し、次に、Siターゲットを用い、アルゴンと酸素と窒素の混合ガス雰囲気中で、反応性スパッタリングにより、膜厚740ÅのSiON膜(Si:O:N=40:27:33at%)を形成した。つまり、TaHf膜を下層とし、SiON膜を上層とする二層で構成されたArFエキシマレーザー(波長193nm)用ハーフトーン型位相シフター膜を形成した。尚、このハーフトーン型位相シフター膜は、ArFエキシマレーザー(波長193nm)でおいて、透過率は15.0%と高透過率を有し、位相シフト量が略180°となっている。
このようにして得られたハーフトーン型位相シフトマスク用のフォトマスクブランクを用いて、実施例2の工程に倣い、図4に示すハーフトーン型位相シフトマスクを作製した。得られたフォトマスク20は、露光波長193nmにおける遮光膜パターンの表面反射率が16.2%と非常に低反射率を維持していた。
図4に示すハーフトーン型位相シフトマスクは、位相シフター膜のマスクパターンが形成されている領域にあって、マスクパターンにおける光透過部(マスクパターンが形成されておらず透明基板が露出している部分)との境界部を除く部分に遮光膜を形成させておくことによって、本来は完全に遮光されることが望ましい部分の遮光をより完全にするようにしたものである。すなわち、マスクパターンが形成されている領域内にあっては、マスクパターンである位相シフター膜に本来要求される機能は、光透過部との境界部のみで位相をシフトさせた光を通過させればよく、他の大部分(上記境界部を除く部分)は、むしろ完全に遮光することが望ましいからである。本実施例のように、露光光に対する透過率が高い位相シフター膜を備える場合には、本実施例のフォトマスクの形態は特に好適である。
実施例1と同じ合成石英ガラスからなる透光性基板上に、インライン型スパッタ装置を用いて、スパッタターゲットにクロムターゲットを使用し、アルゴンと窒素の混合ガス(Ar:80体積%、N2:20体積%、ガス圧:0.3パスカル)雰囲気中で反応性スパッタリングを行い、次にアルゴンとメタンとヘリウムの混合ガス(Ar:32体積%、CH4:8体積%、He:60体積%、ガス圧:0.3パスカル)雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことによって、遮光層を形成した。引続き、アルゴンと一酸化窒素の混合ガス(Ar:90体積%、NO:10体積%、ガス圧:0.3パスカル)雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことによって、反射率調整部を形成した。このようにして、総膜厚が68nmの遮光層及び反射率調整部からなる遮光膜が形成された。
本比較例の遮光膜は、光学濃度が3.0であった。また、この遮光膜の露光波長193nmにおける表面反射率は24.2%であった。尚、上記反射率調整部の成膜時、雰囲気中の一酸化窒素の割合を増加させたり、或いは一酸化窒素の流量を増加させたりしたが、表面反射率が最も小さくなる極小点を効果的に短波長側、低反射側に変化させても、遮光膜の露光波長193nmにおける表面反射率は20.0%より低下しなかった。
2 遮光膜
3 レジスト膜
4 ハーフトーン型位相シフター膜
5 遮光層
6 反射防止層
2a 遮光膜のパターン
3a レジストパターン
10、30 フォトマスクブランク
20、40 フォトマスク
Claims (8)
- 透光性基板上にクロムを含む材料からなる遮光膜を有するフォトマスクブランクの製造方法において、
前記遮光膜は、該遮光膜の上層部に少なくとも炭素を含む反射率調整部が形成されてなり、
前記反射率調整部は、クロムを含むターゲットを用い、少なくとも炭化水素ガスを含む雰囲気中で、190〜300nmの波長域における表面反射率が20%未満となるように、スパッタリング成膜により形成することを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。 - 前記反射率調整部は、前記雰囲気中における前記炭化水素ガスの含有量、及び/又はスパッタリング成膜時の成膜圧力を調整して形成することを特徴とする請求項1記載のフォトマスクブランクの製造方法。
- 前記遮光膜は、更に酸素と窒素の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載のフォトマスクブランクの製造方法。
- 前記透光性基板と前記遮光膜との間に、ハーフトーン型位相シフター膜を形成することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一に記載のフォトマスクブランクの製造方法。
- 前記ハーフトーン型位相シフター膜の150〜200nmの短波長域における透過率が、10%以上40%以下であることを特徴とする請求項4記載のフォトマスクブランクの製造方法。
- 前記フォトマスクブランクは、前記遮光膜上に形成されるレジストパターンをマスクにしてドライエッチング処理により、前記遮光膜をパターニングするフォトマスクの作製方法に対応するドライエッチング処理用のフォトマスクブランクであることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一に記載のフォトマスクブランクの製造方法。
- 請求項1乃至6の何れか一に記載の製造方法により得られるフォトマスクブランクにおける前記遮光膜を、ドライエッチング処理によりパターニングする工程を有することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
- 請求項4又は5に記載の製造方法により得られるフォトマスクブランクにおける前記遮光膜を、ドライエッチング処理によりパターニングし、前記ハーフトーン型位相シフター膜上に遮光膜パターンを形成した後、該遮光膜パターンをマスクにして、前記ハーフトーン型位相シフター膜をドライエッチング処理によりパターニングし、前記透光性基板上にハーフトーン型位相シフター膜パターンを形成することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
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