JP2009244752A - フォトマスクブランク、フォトマスク及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透光性基板上に、モリブデンの含有量が20原子%超、40原子%以下であるモリブデンシリサイド金属からなり、層の厚さが40nm未満である遮光層12と、遮光層12に接して形成され、酸素、窒素のうち少なくとも一方を含むモリブデンシリサイド化合物からなる反射防止層13と、遮光層12の下に接して形成される低反射層11とからなる遮光膜10を備える
ことを特徴とするフォトマスクブランク。
【選択図】図1
Description
近年、半導体デバイスの設計仕様でいうハーフピッチ(hp)45nm〜32nm世代の開発が進められている。これはArFエキシマレーザー露光光の波長193nmの1/4〜1/6に相当している。特にhp45nm以降の世代では従来の位相シフト法、斜入射照明法や瞳フィルター法などの超解像技術(Resolution Enhancement Technology:RET)と光近接効果補正(Optical Proximity Correction : OPC)技術の適用だけでは不十分となってきており、超高NA技術(液浸リソグラフィ)や二重露光法(ダブルパターニング)が必要となってきている。
位相シフト法により解像性を向上させたフォトマスクとしては、石英基板をエッチング等により掘り込んでシフタ部を設ける基板掘り込みタイプと、基板上に形成した位相シフト膜をパターニングしてシフタ部を設けるタイプとがある。
基板掘り込み(彫り込み)タイプのフォトマスクとして、レベンソン型位相シフトマスク、エンハンサー型位相シフトマスク、クロムレス位相シフトマスクなどがある。クロムレス位相シフトマスクには、ライン上の遮光層を完全に除去したタイプと、ライン上の遮光層をパターニングしたタイプ(いわゆるゼブラタイプ)とがある。レベンソン型位相シフトマスクやクロムレス位相シフトマスクの転写領域の遮光層を完全に除去したタイプは、Alternative phase shifter とも称され、位相シフタを通過する露光光は100%透過されるタイプの位相シフトマスクブランクである。エンハンサー型位相シフトマスクは遮光部と、透過率制御部(位相360°反転=0°)、ガラスを掘り込んだ180°反転部が設けられる。いずれのタイプにおいても、フォトマスク(レチクル)における四つの辺に沿った周縁の領域(外周領域)には遮光帯を形成する必要がある。
基板上に形成した位相シフト膜をパターニングしてシフタ部を設けるタイプのフォトマスクとしては、ハーフトーン位相シフトマスク等がある。
一般に、フォトマスクのCDパフォーマンスの改善には、遮光膜とそれを形成するためのレジストの薄膜化が有効である。しかし、遮光膜を薄膜化すると、OD値(光学濃度)が減少してしまう。上述のCrO/Cr遮光膜では、一般に必要とされているOD=3 を達成するために、60nm程度のトータルの膜厚が最低限必要であり、大幅な薄膜化は困難である。また、遮光膜が薄膜化できないと、レジストとの選択比が原因でレジストも薄膜化することができない。したがって、大きなCDの改善を望むことができない。
この対応策として、特許文献1の方法が提案されている。この方法は、基板/Cr系第2エッチングマスク膜/MoSi系遮光膜/Cr系第1エッチングマスク膜(兼反射防止膜)のブランクを用いる(同文献[0038]欄)。そして、膜厚の薄いCr系第2エッチングマスク膜を用いることによって、基板堀込の高精度化を図る(同文献[0039]欄)。また、膜厚の薄いCr系第1エッチングマスク膜を用いることによって、レジストの薄膜化が可能となり、遮光膜のCD精度改善を図る(同文献[0049]、[0035]欄)。これと共に、遮光膜のOD=3 を確保しようとするものである(同文献[0046]欄)。
しかしながら、上記の方法は、遮光膜とエッチングマスク膜とを別材料で別の膜として構成し、レジストよりもエッチング選択性を有し、かつ膜厚の大幅に薄いエッチングマスク膜が遮光膜のエッチングマスクとなることでCDの改善を図ろうとするものであり、遮光膜自体を薄膜化しようとするものではない。
また、上記の方法は、遮光膜の熱処理耐性、遮光膜の耐薬品性(マスク洗浄耐性)、遮光膜やエッチングマスク膜など各層の膜応力、フォトマスク作製前後の基板平坦度変化(パターン位置精度)等に関し、これらの改善を図ろうとするものではない。
遮光膜自体の薄膜化や、上記の改善が図られないと、超高NA−ArFリソグラフィやダブルパターニングに適応できない。必要な解像性(hp45nmにて60nm、hp32nmにて42nmのSRAF解像性が必要。『ITRS2006より』)とCD精度を得るためにはレジスト膜厚を200nm以下、好ましくは150nm以下で加工可能な遮光膜が必要となるが、実用的な品質を有するフォトマスクブランク及びフォトマスクの提供は難しい。
また、上記したことは、例えば、MoSi系材料の積層構造からなる遮光膜、例えば基板側からMoSiN主遮光層/MoSiON反射防止層の積層構造からなる遮光膜等、を備えるいわゆるバイナリ型フォトマスクの場合においても同様である(特許文献3)。
液浸露光は、ウェハと露光装置の最下レンズとの間を液体で満たすことで、屈折率が1の空気の場合に比べて、液体の屈折率倍にNAを高められるため、解像度を向上できる露光方法である。開口数(NA:Numerical Aperture)は、NA=n×sinθで表される。θは露光装置の最下レンズの最も外側に入る光線と光軸とがなす角度、nはウェハと露光装置の最下レンズとの間における媒質の屈折率である。
しかし、開口数がNA>1の液浸露光方法を適用し、半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細なパターンの形成を行おうとした場合、期待した解像度やCD精度(リニアリティ含む)が得られない、という課題があることが判明した。
その原因としては、マスクパターンのパターン幅を露光波長より小さくしていくと、フォトマスクへの入射角度(基板の法線と入射光のなす角)が小さい場合(垂直入射に近い場合)フォトマスクから射出する±1次回折光の射出角度が大きくなり±1次回折光が有限の径のレンズに入射しなくなり解像しなくなる。これを避けるために、フォトマスクへの入射角度を大きくする(斜め入射にする)と、フォトマスクから射出する±1次回折光の射出角度が小さくなり、±1次回折光が有限の径のレンズに入射し、解像するようになる。
しかし、このようにフォトマスクへの入射角度を大きくしていくと、遮蔽効果(シャドーイング)という問題が発生し、解像度に悪影響を及ぼすものとなる。具体的には図13に示すように遮光パターンの側壁に対して露光光が斜め入射されると、遮光パターンの3次元的構造(特に高さ)から影ができる。この影によって、フォトマスク上のサイズが正確に転写されなくなり、また、光量が小さくなる(暗くなる)。
以上のように、ブランクから作製したフォトマスクを用いてウェハ等の転写対象物に対して転写する際においてもパターンの細線化の結果、パターンの側壁高さに起因する解像度の低下の課題が生じ、その解決手段として、転写パターンを薄膜化する必要性があり、このため遮光膜の薄膜化が必要性となる。
しかしながら、上記の引用文献1〜3に記載の方法は、遮光層膜とエッチングマスク膜とを別材料で別の膜として構成し、レジストよりもエッチング選択性を有し、かつ膜厚の大幅に薄い遮光膜のエッチングマスクとしてエッチングマスク膜が遮光膜のエッチングマスクとなることでCDの改善を図ろうとするものであり、遮光膜自体を薄膜化しようとするものではない。このため、転写パターンの薄膜化は十分ではない。
したがって、半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の世代、特にhp32−22nm世代に必要な遮光膜の薄膜化(ひいては転写パターンの薄膜化)を達成可能なフォトマスクブランク及びフォトマスクの提供は難しい。
また本発明は、半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の世代、特にhp32−22nm世代に必要な超高NA技術やダブルパターニングに対応できる遮光膜の薄膜化(ひいては転写パターンの薄膜化)を目的とする。
また本発明は、マスク上のパターンの解像性50nm以下を達成可能なフォトマスクブランクの提供を目的とする。
(構成1)
ArFエキシマレーザー露光用フォトマスクを作製するために用いられる透光性基板上に遮光膜を備えたフォトマスクブランクであって、前記遮光膜は、モリブデンの含有量が20原子%超、40原子%以下であるモリブデンシリサイド金属からなり、層の厚さが40nm未満である遮光層と、該遮光層の上に接して形成され、酸素、窒素のうち少なくとも一方を含むモリブデンシリサイド化合物からなる反射防止層と、前記遮光層の下に接して形成される低反射層とからなることを特徴とするフォトマスクブランク。
(構成2)
前記反射防止層は、モリブデンが0原子%超、10原子%以下含有してい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。
(構成3)
前記遮光膜の上に接して形成される層であり、クロムを主成分とする材料からなるエッチングマスク層を備える
ことを特徴とする構成1または2のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
(構成4)
前記エッチングマスク膜は、
窒化クロム、酸化クロム、窒化酸化クロム、酸化炭化窒化クロムのいずれかを主成分とする材料で形成されている
ことを特徴とする構成3に記載のフォトマスクブランク。
(構成5)
前記低反射層は、酸素、窒素のうちの少なくとも一方を含むモリブデンシリサイド化合物からなる
ことを特徴とする構成1から4のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
(構成6)
透光性基板に、透過する露光光に対して所定の位相差を生じさせる位相シフト部を設けた位相シフトマスクを作製するためのフォトマスクブランクであって、
前記位相シフト部は、位相シフト部を設けていない部分の透光性基板を透過する露光光に対し、所定の位相差を生じさせる掘込深さで前記透光性基板の表面から掘り込んだ掘込部であり、
前記低反射層は、透光性基板をドライエッチングで掘り込むときに使用するエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料からなり、前記透光性基板を掘り込む側の表面に接して形成される
ことを特徴とする構成1から4のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
(構成7)
透光性基板に、透過する露光光に対して所定の位相差を生じさせる位相シフト部を設けた位相シフトマスクを作製するためのフォトマスクブランクであって、
前記位相シフト部は、透過する露光光に対して所定量の位相変化を与える位相シフト膜であり、
前記低反射層は、前記位相シフト膜をドライエッチングするときに使用するエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料からなり、前記位相シフト膜の表面に接して形成される
ことを特徴とする構成1から4のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
(構成8)
前記低反射層は、
クロム、窒化クロム、酸化クロム、窒化酸化クロム、酸化炭化窒化クロム、タンタル−ハフニウム、タンタル−ジルコニウムのいずれかを主成分とする材料で形成されている
ことを特徴とする構成6または7のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
(構成9)
構成1から8のいずれかに記載のフォトマスクブランクを用いて作製される
フォトマスク。
(構成10)
構成1から構成8のいずれかに記載のフォトマスクブランクを用いるフオトマスクの製造方法。
また本発明によれば、半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の世代、特にhp32−22nm世代に必要な超高NA技術やダブルパターニングに対応できる主遮光膜の薄膜化(ひいては転写パターンの薄膜化)を達成可能なフォトマスクブランク及びフォトマスクを提供できる。
さらに本発明によれば、マスク上のパターンの解像性50nm以下を達成可能なフォトマスクブランク及びフォトマスクを提供できる。
本発明のフォトマスクブランクは、ArFエキシマレーザー露光用フォトマスクを作製するために用いられる透光性基板上に遮光膜を備えたものであって、遮光膜は、モリブデンの含有量が20原子%超、40原子%以下であるモリブデンシリサイド金属からなり、層の厚さが40nm未満である遮光層と、遮光層の上に接して形成され、酸素、窒素のうち少なくとも一方を含むモリブデンシリサイド化合物からなる反射防止層と、前記遮光層の下に接して形成される低反射層とからなることを特徴とする(構成1)。
上記構成1に係る発明によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)遮光膜の薄膜化(転写パターンの薄膜化)によって次の作用効果が得られる。
1)マスク洗浄時のマスクパターン倒れ防止が図られる。
2)遮光膜の薄膜化によって、マスクパターンの側壁高さも低くなることから、特に側壁高さ方向のパターン精度が向上し、CD精度(特にリニアリティ)を高めることができる。
3)特に高NA(液浸)世代で使用されるフォトマスクに関しては、シャドーイング対策として、マスクパターンを薄くする(マスクパターンの側壁高さを低くする)必要があるが、その要求に応えられる。
(2)遮光層のMo含有率が本発明の範囲であると、次の作用効果が得られる。
1)本発明の範囲外の組成に対して、相対的に、フッ素系ガスによるドライエッチングにおけるエッチング速度が大きい。
また、本発明において、モリブデンシリサイド金属からなる遮光層には、上記の特性、作用効果を損なわない範囲で、他の元素(炭素、ヘリウム、水素、アルゴン、キセノン等)を含んでも良い。
本発明において、遮光層は、層の厚さが30nmから40nm未満であることが望ましく、33nmから38nmであるとより望ましい。
反射防止層にモリブデンのが0原子%超、10原子%以下含有していることを特徴とする(構成2)。
上記構成2に係る発明によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)反射防止層のMo含有率が本発明の範囲であると、次の作用効果が得られる。
1)本発明の範囲外の組成に対して、相対的に、反射防止層の耐薬品性(洗浄耐性)に優れる。
2)本発明の範囲外の組成に対して、相対的に、反射防止層の熱処理耐性に優れる。具体的には、上記構成2に係る反射防止層は、加熱処理による白濁も生じず、表面反射率分布の悪化も起こらない。
また、応力制御を目的として高温で加熱処理(アニール)する際、Moの含有率が高いと膜の表面が白く曇る(白濁する)現象が生じることがわかった。これは、MoOが表面に析出するためであると考えられる。このような現象を避ける観点からは、反射防止層であるMoSiON、MoSiO、MoSiN、MoSiOC、MoSiOCN等では、反射防止層中のMoの含有率は10at%未満であることが好ましい。しかし、Mo含有率が少なすぎる場合、DCスパッタリングの際の異常放電が顕著になり、欠陥発生頻度が高まる。よって、Moは正常にスパッタできる範囲で含有していることが望ましい。他の成膜技術によってはMoを含有せずに成膜可能な場合がある。
本発明において、反射防止層は、層の厚さが5nmから15nmであることが望ましく、8nmから12nmであるとより望ましい。
これに対し、遮光層がMoSiNであると、MoSiNの膜応力が圧縮側であり、遮光層の応力調整が困難である。このため、反射防止層(例えばMoSiON)の圧縮応力と調和も取ることが困難である。
レジストの薄膜化を図るためである。
エッチングマスク膜の下に接して形成されるモリブデンシリサイド化合物からなる反射防止層や遮光層等に対するエッチング選択性が高く、不要となったエッチングマスク膜を他の層にダメージを与えず除去可能だからである。
本発明において、前記エッチングマスク膜は、例えば、クロム単体や、クロムに酸素、窒素、炭素、水素からなる元素を少なくとも1種を含むもの(Crを含む材料)、などの材料を用いることができる。エッチングマスク膜の膜構造としては、上記膜材料からなる単層とすることが多いが、複数層構造とすることもできる。また、複数層構造では、異なる組成で段階的に形成した複数層構造や、連続的に組成が変化した膜構造とすることができる。
エッチングマスク層の材料としては、上記のうちでも、酸化炭化窒化クロム(CrOCN)が、応力の制御性(低応力膜を形成可能)の観点から、好ましい。
本発明において、前記エッチングマスク膜は、膜厚が、5nmから30nmであることが好ましい。
このような構成によって、遮光性膜の裏面側(透光性基板側)の反射防止が図られる。
なお、低反射層と、遮光層は、MoとSiの含有比率が同じターゲットを用いて作製すると、作製が容易かつ低コストとなることのみならず、低反射層及び遮光層中のMoとSiとの含有比率が同じとなり、これらの層のエッチング速度も同じになるため、遮光膜のパターン側壁(断面)方向における精度向上の観点から好ましい。
前記位相シフト部は、位相シフト部を設けていない部分の透光性基板を透過する露光光に対し、所定の位相差を生じさせる掘込深さで前記透光性基板の表面から掘り込んだ掘込部であり、
前記低反射層は、透光性基板をドライエッチングで掘り込むときに使用するエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料からなり、透光性基板を掘り込む側の表面に接して形成されていることが好ましい(構成6)。
低反射層を、透光性基板をドライエッチングする際に使用するフッ素系ガス等のエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料で形成することにより、透光性基板を掘り込む際のエッチングマスクとしても機能することができる。
これにより、基板を掘り込んで形成される位相シフト部の加工精度の向上を図ることができる。
上記構成6によれば、レジスト膜厚200nm以下、更にはレジスト膜厚150nm以下をねらった世代の実用的な品質を有する、基板掘込タイプの位相シフト部を有するフォトマスクブランクを提供できる。
前記位相シフト部は、透過する露光光に対して所定量の位相変化を与える位相シフト膜であり、前記低反射層は、前記位相シフト膜をドライエッチングするときに使用するエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料からなり、前記位相シフト膜の表面に接して形成されることが好ましい(構成7)。
低反射層を、透光性基板をドライエッチングする際に使用するフッ素系ガス等のエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料で形成することにより、透光性基板を掘り込む際のエッチングマスクとしても機能することができる。
これにより、基板を掘り込んで形成される位相シフト部の加工精度の向上を図ることができる。
低反射層を、位相シフト膜をドライエッチングする際に使用するフッ素系ガス等のエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料で形成することにより、位相シフト膜を加工して形成される位相シフト部の加工精度の向上を図るためである。
上記構成7によれば、レジスト膜厚200nm以下、更にはレジスト膜厚150nm以下をねらった世代の実用的な品質を有する、位相シフト膜を加工して形成される位相シフト部を有するフォトマスクブランクを提供できる。
このような構成によれば、例えばArFエキシマレーザー露光光の波長193nm対する透過率が2%〜20%程度のハーフトーン位相シフトマスクが得られる。
このような構成によれば、例えば、基板堀り込み無しで、高透過率タイプのハーフトーン位相シフトマスクを得ることが可能となる。
ここで、透過率調整層の材料としては、金属及びシリコンのうちから選ばれる一種又は二種以上からなる膜、あるいはそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物等を用いることができ、具体的には、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ランタン、タンタル、タングステン、シリコン、ハフニウムから選ばれる一種又は二種以上の材料からなる膜あるいはこれらの窒化物、酸化物、酸窒化物、炭化物なとが挙げられる。また、位相調整層としては、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素など珪素を母体とした薄膜が紫外領域での露光光に対して、比較的高い透過率を得やすいという点から好ましい。
本発明において、前記位相シフト膜は、例えば、シリコン酸化物またはシリコン酸化窒化物を主成分とする材料で形成される位相調整層と、タンタルまたはタンタル−ハフニウム合金を主成分とする透過率調整層と、からなる態様とすることができる。
加工精度に優れるためである。また、低反射層の上下に接して形成される層に対するエッチング選択性が高く、不要となったエッチングマスク膜を他の層にダメージを与えず除去可能だからである。
本発明において、前記低反射層は、例えば、クロム単体や、クロムに酸素、窒素、炭素、水素からなる元素を少なくとも1種を含むもの(Crを含む材料)、などの材料を用いることができる。第2エッチングマスク層の膜構造としては、上記膜材料からなる単層とすることが多いが、複数層構造とすることもできる。また、複数層構造では、異なる組成で段階的に形成した複数層構造や、連続的に組成が変化した膜構造とすることができる。
また、低反射層は、タンタル−ハフニウム、タンタル−ジルコニウムを主成分とする材料を用いることもできる。これらの材料は、酸素を実質的に含まない塩素系ガスでドライエッチングされるが、フッ素系ガスで実質的にドライエッチングされない材料であり、フッ素系ガスでドライエッチングされる反射防止層、遮光層、透光性基板に対して、エッチング選択性を有する。
低反射層の材料としては、上記のうちでも、酸化炭化窒化クロム(CrOCN)が、応力制御の観点から、特に好ましい。また、上層の遮光層や反射防止層との間で膜応力を容易に相殺できるという観点では、窒化クロム(CrN)も好ましい。さらに、位相シフト膜を有するフォトマスクブランクの場合においては、反射防止機能よりもエッチングマスクとしての機能(エッチング選択性)が特に重要であり、この観点からは窒化クロム(CrN)が特に好ましい。
本発明において、前記低反射層は、層の厚さが、10nmから30nmであることが好ましい。
これにより、上記構成1〜8に記載したのと同様の効果が得られる。
これにより、上記構成1〜8に記載したのと同様の効果が得られる。
本発明において、フォトマスクには、位相シフト効果を使用しないバイナリ型フォトマスク、位相シフトマスクが含まれる。フォトマスクにはレチクルが含まれる。位相シフトマスクには、位相シフタが基板の堀り込みによって形成される場合を含む。
(実施例1)
(フォトマスクブランクの作製)
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英基板を用い、透光性基板1上に、遮光性膜10として、MoSiON膜11(低反射層)、MoSi(遮光層)12、MoSiON膜(反射防止層)13、をそれぞれ形成した(図1)。
詳しくは、Mo:Si=21:79(原子%比)のターゲットを用い、ArとO2とN2とHeをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を3.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を7nmの膜厚で形成し、次いで、同じターゲットを用い、Arをスパッタリングガス圧0.1Paとし、DC電源の電力を2.0kWで、モリブデン及びシリコンからなる膜(MoSi膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を35nmの膜厚で形成し、次いで、Mo:Si=4:96(原子%比)のターゲットを用い、ArとO2とN2とHeをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を3.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は約4:96)を10nmの膜厚で形成した。遮光性膜10の合計膜厚は52nmとした。遮光性膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3であった。
次に、上記基板を400℃で30分間加熱処理(アニール処理)した。
次に、遮光膜10上に、エッチングマスク膜20を形成した(図1)。具体的には、クロムターゲットを使用し、ArとCO2とN2とHeをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31)とし、DC電源の電力を
1.8kWで、CrOCNを15nmの膜厚で形成した。このときCrOCN膜を前記MoSi遮光膜のアニール処理温度よりも低い温度でアニールすることにより、MoSi遮光膜の膜応力に影響を与えずCrOCN膜の応力を極力低く(好ましくは膜応力が実質ゼロ)なるよう調整した。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用の遮光膜を形成したフォトマスクブランクを得た。
(フォトマスクの作製)
フォトマスクブランクのエッチングマスク膜20の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト50(PRL009:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が150nmとなるように塗布した(図1、図5(1))。
次に、レジスト膜50に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン50aを形成した(図5(2))。
次に、レジストパターン50aをマスクとして、エッチングマスク膜20のドライエッチングを行った(図5(3))。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。
次いで、残留したレジストパターン50aを薬液により剥離除去した。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aをマスクにして、遮光膜10を、SF6とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、遮光膜パターン10aを形成した(図5(4))。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aを、それぞれ、Cl2とO2の混合ガスでドライエッチングによって剥離し(図5(5))、所定の洗浄を施してフォトマスク100を得た。
このフォトマスクの作製例では、エッチングマスク膜パターン20aを形成後、レジストパターン50aを剥離除去したが、これは、その次のプロセスで遮光膜10に遮光膜パターン10aを形成する際、マスクパターンの側壁高さ(=エッチングマスク膜パターン20aの側壁高さ)が低い方が、CD精度をより高く、マイクロローディングをより小さくすることができ、より加工精度に優れるためである。なお、そこまでの加工精度が要求されないフォトマスクを作製する場合やエッチングマスク膜にも露光光に対する反射防止の役割を持たせたい場合においては、レジストパターン50aを遮光膜パターン10aが形成された後に剥離除去するようにしてもよい。
(フォトマスクブランクの作製)
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英基板を用い、透光性基板1上に、遮光性膜10として、MoSiON膜11(低反射層)、MoSi膜(遮光層)12、MoSiON膜(反射防止層)13、をそれぞれ形成した(図10)。
詳しくは、Mo:Si=21:79(原子%比)のターゲットを用い、ArとO2とN2とHeをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を3.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を7nmの膜厚で形成し、次いで、同じターゲットを用い、Arをスパッタリングガス圧0.1Paとし、DC電源の電力を2.0kWで、モリブデン及びシリコンからなる膜(MoSi膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を35nmの膜厚で形成し、次いで、同じターゲットを用い、ArとO2とN2とHeをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を3.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を10nmの膜厚で形成した。遮光性膜10の合計膜厚は52nmとした。遮光性膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3であった。
次に、上記基板を400℃で30分間加熱処理(アニール処理)した。
次に、遮光膜10上に、エッチングマスク膜20を形成した(図10)。具体的には、クロムターゲットを使用し、N2をスパッタリングガス圧0.2Paとし、DC電源の電力を1.8kWで、CrNを15nmの膜厚で形成した。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用の遮光膜を形成したフォトマスクブランクを得た。
尚、図10に示す参考例1は、図1に示す実施例1において、MoSiON膜(反射防止層)13中のMoとSiの原子%比を約4:96から21:79に変え、また、エッチングマスク膜20をCrOCNからCrNに変えたこと、を除き実施例1と同様である。
(フォトマスクの作製)
実施例1の説明で用いた図5を代用して説明する。
フォトマスクブランクのエッチングマスク膜20の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト50(PRL009:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が150nmとなるように塗布した(図9、図5(1))。
次に、レジスト膜50に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン50aを形成した(図5(2))。
次に、レジストパターン50aをマスクとして、エッチングマスク膜20のドライエッチングを行った(図5(3))。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。
次いで、残留したレジストパターン50aを薬液により剥離除去した。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aをマスクにして、遮光膜10を、SF6とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、遮光膜パターン10aを形成した(図5(4))。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aを、それぞれ、Cl2とO2の混合ガスでドライエッチングによって剥離し(図5(5))、所定の洗浄を施してフォトマスク100を得た。
(フォトマスクブランクの作製)
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英基板を用い、透光性基板1上に、遮光性膜10として、MoSiON膜11(低反射層)、MoSi膜(遮光層)12、MoSiON膜(反射防止層)13、をそれぞれ形成した(図12)。
詳しくは、Mo:Si=21:79(原子%比)のターゲットを用い、ArとO2とN2とHeをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を3.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を7nmの膜厚で形成し、次いで、Mo:Si=10:90(原子%比)のターゲットを用い、Arをスパッタリングガス圧0.2Paとし、DC電源の電力を2.0kWで、モリブデン及びシリコンからなる膜(MoSi膜:膜中のMoとSiの原子%比は10:90)を44nmの膜厚で形成し、次いで、同じターゲットを用い、ArとO2とN2:Heをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を3.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は10:90)を10nmの膜厚で形成した。遮光性膜10の合計膜厚は61nmとした。遮光性膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3であった。
次に、上記基板を400℃で30分間加熱処理(アニール処理)した。
次に、遮光膜10上に、エッチングマスク膜20を形成した(図12)。具体的には、クロムターゲットを使用し、N2をスパッタリングガス圧0.2Paとし、DC電源の電力を1.8kWで、CrNを15nmの膜厚で形成した。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用の遮光性膜を形成したフォトマスクブランクを得た。
尚、図12に示す比較例1は、図1に示す実施例1において、MoSiON膜(反射防止膜)13と遮光層12の各膜中のMoとSiの原子%比を約21:79から10:90に変え、また、エッチングマスク膜20をCrOCNからCrNに変えたこと、を除き実施例1と同様である。
(フォトマスクの作製)
実施例1の説明で用いた図5を代用して説明する。
フォトマスクブランクのエッチングマスク膜20の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト50(PRL009:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が150nmとなるように塗布した(図12、図5(1))。
次に、レジスト膜50に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン50aを形成した(図5(2))。
次に、レジストパターン50aをマスクとして、エッチングマスク膜20のドライエッチングを行った(図5(3))。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。
次いで、残留したレジストパターン50aを薬液により剥離除去した。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aをマスクにして、遮光膜10を、SF6とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、遮光膜パターン10aを形成した(図5(4))。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aを、それぞれ、Cl2とO2の混合ガスでドライエッチングによって剥離し(図5(5))、所定の洗浄を施してフォトマスク100を得た。
(フォトマスクブランクの作製)
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10の低反射層であり、エッチングマスクとしても機能するCrN膜30を形成した(図2)。具体的には、クロムターゲットを使用し、ArとN2をスパッタリングガス圧0.1Pa(ガス流量比 Ar:N2=4:1)とし、DC電源の電力を1.3kWで、CrNを20nmの膜厚で形成した。
次に、CrN膜(低反射層)30上に、遮光性膜10として、MoSi膜(遮光層)12、MoSiON膜(反射防止層)13、を形成した(図2)。
詳しくは、Mo:Si=21:79(原子%比)のターゲットを用い、Arをスパッタリングガス圧0.1Paとし、DC電源の電力を2.0kWで、モリブデン及びシリコンからなる膜(MoSi膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を25nmの膜厚で形成し、次いで、Mo:Si=4:96(原子%比)のターゲットを用い、ArとO2とN2とHeをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を3.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は約4:96)を10nmの膜厚で形成した。遮光膜10の合計膜厚は55nmとした。
次に、上記基板を250℃で5分間加熱処理(アニール処理)した。
次に、遮光膜10上に、エッチングマスク膜20を形成した(図2)。具体的には、クロムターゲットを使用し、CO2とN2をスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 CO2:N2=7:2)とし、DC電源の電力を1.8kWで、CrOCNを18nmの膜厚で形成した。このときCrOCN膜の膜応力は極力低く(好ましくは膜応力が実質ゼロ)となるよう調整した。
遮光性膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光の波長193nmにおいて3であった。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用の遮光性膜を形成したフォトマスクブランクを得た。
(フォトマスクの作製)
フォトマスクブランクのエッチングマスク膜20の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト50(PRL009:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が150nmとなるように塗布した(図2、図6(1))。
次に、レジスト膜50に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン50aを形成した(図6(2))。
次に、レジストパターン50aをマスクとして、エッチングマスク膜20のドライエッチングを行った(図6(3))。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。
次いで、残留したレジストパターン50aを薬液により剥離除去した。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aをマスクにして、MoSi膜(遮光層)12およびMoSiON膜(反射防止層)13を、SF6とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、膜パターン12a,13aを形成した(図6(4))。
次に、膜パターン12a,13a等をマスクとして、CrN膜(低反射層)30のドライエッチングを行い、膜パターン30aを形成した。このとき、同時にCrOCNからなるエッチングマスク膜パターン20aもエッチング除去される(図6(5))。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。
次いで、再度、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト51(FEP171:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が300nmとなるように塗布した(図6(6))。
次に、レジスト膜51に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン51aを形成した(図6(7))。ここで、レジストパターン51aは、基板の外周領域に遮光帯を形成する目的や、大面積の遮光部パッチ、透過率制御を行うためのゼブラパターンを形成する目的で形成される。
次に、レジストパターン51aをマスクとして、膜パターン12a,13aをドライエッチングによって剥離した(図6(8))。このときドライエッチングガスとして、比較的モリブデンシリサイドを主成分とする膜パターン12a,13aと透光性基板1との間で選択比が得られるSF6とHeの混合ガスを用いた。
次に、レジストパターン51aと膜パターン30aをマスクにして、透光性基板1を、CHF3とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、基板堀込タイプの位相シフトパターンを形成した(図6(9))。このとき、180°の位相差が得られる深さ(約170nm)に基板を堀込んだ。
次に、レジストパターン51aをマスクとして、膜パターン30aをドライエッチングによって剥離した(図6(10))。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。
次いで、薄く残ったレジストパターン51aの剥離し(図6(11))、所定の洗浄を施してフォトマスク100を得た。
このフォトマスクの作製例では、エッチングマスク膜パターン20aを全て除去しているが、エッチングマスク膜パターン20aを遮光膜10の反射防止層13とともにあるいはエッチングマスク膜パターン20a単独で露光光に対する反射防止の役割を持たせるためにその該当部分をフォトマスクに残存させたい場合においては、エッチングマスク膜パターン20aを形成後(図6(3)のプロセスと(4)のプロセスの間)、レジストパターン50aを剥離せずに残した状態で膜パターン30aを形成するよい。ただし、この場合、レジストパターン51aを形成後、塩素と酸素の混合ガスによるドライエッチングでレジストパターン51aに保護されている部分以外のエッチングマスク膜パターン20aを除去するプロセスを追加(図6(7)のプロセスと(8)のプロセスの間)する必要がある。
(フォトマスクブランクの作製)
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10の低反射層であり、エッチングマスクとしても機能するCrN膜30を形成した(図11)。具体的には、クロムターゲットを使用し、ArとN2をスパッタリングガス(ガス流量比 Ar:N2=4:1)とし、DC電源の電力を1.3kWで、CrNを20nmの膜厚で形成した。
次に、CrN膜(低反射層)30上に、遮光性膜10として、MoSi膜(遮光層)12、MoSiON膜(反射防止層)13、をそれぞれ形成した(図11)。
詳しくは、Mo:Si=21:79(原子%比)のターゲットを用い、Arをスパッタリングガス圧0.1Paとし、DC電源の電力を2.0kWで、モリブデン及びシリコンからなる膜(MoSi膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を25nmの膜厚で形成し、次いで、同じターゲットを用い、ArとO2とN2とHeをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を3.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を10nmの膜厚で形成した。遮光膜10の合計膜厚は55nmとした。
次に、上記基板を250℃で5分間加熱処理(アニール処理)した。
次に、遮光膜10上に、エッチングマスク膜20を形成した(図11)。具体的には、クロムターゲットを使用し、N2をスパッタリングガス圧0.2Paとし、DC電源の電力を1.8kWで、CrNを18nmの膜厚で形成した。
遮光性膜10の積層膜の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3であった。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用の遮光性膜を形成したフォトマスクブランクを得た。
尚、図11に示す参考例2は、図2に示す実施例2において、MoSiON膜(反射防止膜)13中のMoとSiの原子%比を約4:96から21:79に変え、また、エッチングマスク膜20をCrOCNからCrNに変えたこと、を除き実施例2と同様である。
(フォトマスクの作製)
実施例2の説明で用いた図6を代用して説明する。
フォトマスクブランクのエッチングマスク膜20の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト50(PRL009:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が150nmとなるように塗布した(図11、図6(1))。
次に、レジスト膜50に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン50aを形成した(図6(2))。
次に、レジストパターン50aをマスクとして、エッチングマスク膜20のドライエッチングを行った(図6(3))。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。
次いで、残留したレジストパターン50aを薬液により剥離除去した。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aをマスクにして、MoSi膜(遮光層)12およびMoSiON膜(反射防止層)13を、SF6とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、膜パターン12a,13aを形成した(図6(4))。
次に、膜パターン12a,13a等をマスクとして、CrN膜(低反射層)30のドライエッチングを行い、膜パターン30aを形成した。このとき、同時にCrNからなるエッチングマスク膜パターン20aもエッチング除去される(図6(5))。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。
次いで、再度、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト51(FEP171:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が300nmとなるように塗布した(図6(6))。
次に、レジスト膜51に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン51aを形成した(図6(7))。ここで、レジストパターン51aは、基板の外周領域に遮光帯を形成する目的や、大面積の遮光部パッチ、透過率制御を行うためのゼブラパターンを形成する目的で形成される。
次に、レジストパターン51aをマスクとして、膜パターン12a,13aをドライエッチングによって剥離した(図6(8))。このときドライエッチングガスとして、比較的モリブデンシリサイドを主成分とする膜パターン12a,13aと透光性基板1との間で選択比が得られるSF6とHeの混合ガスを用いた。
次に、レジストパターン51aをマスクにして、透光性基板1を、CHF3とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、基板堀込タイプの位相シフトパターンを形成した(図6(9))。このとき、180°の位相差が得られる深さ(約170nm)に基板を堀込んだ。
次に、レジストパターン51aをマスクとして、膜パターン30aをドライエッチングによって剥離した(図6(10))。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。
次いで、薄く残ったレジストパターン51aの剥離し(図6(11))、所定の洗浄を施してフォトマスク100を得た。
(フォトマスクブランクの作製)
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英基板を用い、透光性基板1上に、MoSiN系のハーフトーン位相シフト膜40を形成した。具体的には、Mo:Si=10:90(原子%比)のターゲットを用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)をスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:N2=10:90)とし、DC電源の電力を3.0kWで、膜厚69[nm]のMoSiN系の半透光性の位相シフト膜40を成膜した(図3)。このとき、ハーフトーン位相シフト膜40の厚さは、露光波長193nmに対して180°の位相差が得られる厚さとした。ハーフトーン位相シフト膜40の透過率は、露光波長193nmに対して6%であった。
次に、ハーフトーン位相シフト膜40上にCrN膜(低反射層)30を形成した(図3)。具体的には、クロムターゲットを使用し、ArとN2をスパッタリングガス(ガス流量比 Ar:N2=4:1)とし、DC電源の電力を1.3kWで、CrNを15nmの膜厚で形成した。
次に、CrN膜30上に、遮光性膜10として、MoSi膜(遮光層)12、MoSiON膜(反射防止層)13、をそれぞれ形成した(図3)。
詳しくは、Mo:Si=21:79(原子%比)のターゲットを用い、Arをスパッタリングガス圧0.1Paとし、DC電源の電力を2.0kWで、モリブデン及びシリコンからなる膜(MoSi膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を11nmの膜厚で形成し、次いで、Mo:Si=4:96(原子%比)のターゲットを用い、ArとO2とN2:Heをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を3.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は約4:96)を10nmの膜厚で形成した。遮光膜10の合計膜厚は36nmとした。
次に、上記基板を250℃で5分間加熱処理(アニール処理)した。
次に、遮光膜10上に、エッチングマスク膜20を形成した(図3)。具体的には、クロムターゲットを使用し、CO2とN2をスパッタリングガス(ガス流量比 CO2:N2=7:2)とし、DC電源の電力を1.8kWで、CrOCNを15nmの膜厚で形成した。このときCrOCN膜の膜応力は極力低く(好ましくは膜応力が実質ゼロ)となるよう調整した。
ハーフトーン位相シフト膜40、遮光性膜10の積層膜の光学濃度(OD)は、ArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3であった。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用の遮光性膜を形成したフォトマスクブランクを得た。
(フォトマスクの作製)
フォトマスクブランクのエッチングマスク膜20の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト50(PRL009:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が150nmとなるように塗布した(図3、図7(1))。
次に、レジスト膜50に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン50aを形成した(図7(2))。
次に、レジストパターン50aをマスクとして、エッチングマスク膜20のドライエッチングを行った(図7(3))。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。
次いで、残留したレジストパターン50aを薬液により剥離除去した。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aをマスクにして、MoSi膜(遮光層)12およびMoSiON膜(反射防止層)13を、SF6とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、膜パターン12a,13aを形成した(図7(4))。
次に、膜パターン12a,13a等をマスクとして、CrN膜(低反射層)30のドライエッチングを行い、膜パターン30aを形成した。このとき、同時にCrOCNからなるエッチングマスク膜パターン20aもエッチング除去される(図7(5))。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。
次いで、再度、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト51(FEP171:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が300nmとなるように塗布した(図7(6))。
次に、レジスト膜51に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン51aを形成した(図7(7))。ここで、レジストパターン51aは、基板の外周領域に遮光帯を形成する目的で形成される。
次に、膜パターン30aをマスクにして、ハーフトーン位相シフト膜40を、SF6とHeの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、ハーフトーン位相シフト膜パターン40aを形成した。このとき、同時にMoSiおよびMoSiONからなる膜パターン12a,13aがエッチング除去される(図7(8))。
次に、レジストパターン51aをマスクとして、膜パターン30aをドライエッチングによって剥離した(図7(9))。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。
次いで、薄く残ったレジストパターン51aの剥離し(図7(10))、所定の洗浄を施してフォトマスク100を得た。
このフォトマスクの作製例では、エッチングマスク膜パターン20aを全て除去しているが、エッチングマスク膜パターン20aを遮光膜10の反射防止層13とともにあるいはエッチングマスク膜パターン20a単独で露光光に対する反射防止の役割を持たせるためにその該当部分をフォトマスクに残存させたい場合においては、エッチングマスク膜パターン20aを形成後(図7(3)のプロセスと(4)のプロセスの間)、レジストパターン50aを剥離せずに残した状態で膜パターン30aを形成するよい。ただし、この場合、レジストパターン51aを形成後、塩素と酸素の混合ガスによるドライエッチングでレジストパターン51aに保護されている部分以外のエッチングマスク膜パターン20aを除去するプロセスを追加(図6(7)のプロセスと(8)のプロセスの間)する必要がある。
(フォトマスクブランクの作製)
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英基板を用い、透光性基板1上に、TaHfからなる透過率調整層41とSiONからなる位相調整層42の積層膜からなる高透過率タイプのハーフトーン位相シフト膜40を形成した。具体的には、Ta:Hf=80:20(原子%比)のターゲットを用い、Arをスパッタリングガスとして、TaHf膜(透過率調整層:膜中のTaとHfの原子%比は約80:20)41を12nmの膜厚で形成し、次いで、Siターゲットを用い、アルゴン(Ar)と一酸化窒素(NO)をスパッタガス(ガス流量比 Ar:NO=20:80)とし、DC電源の電力を2.0kWで、膜厚112nmのSiON膜(位相調整層)42を成膜した(図4)。このとき、ハーフトーン位相シフト膜40は、露光波長193nmに対して180°の位相差が得られるように、各層の厚さを調整した。ハーフトーン位相シフト膜40の透過率は、ArFエキシマレーザー露光光の波長193nmに対して20%で高透過率であった。
次に、SiON膜42上にCrN膜(低反射層)30を形成した(図4)。具体的には、クロムターゲットを使用し、ArとN2をスパッタリングガス圧0.1Pa(ガス流量比 Ar:N2=4:1)とし、DC電源の電力を1.3kWで、CrNを20nmの膜厚で形成した。
次に、CrN膜(低反射層)30上に、遮光性膜10として、MoSi膜(遮光層)12、MoSiON膜(反射防止層)13、をそれぞれ形成した(図4)。
詳しくは、Mo:Si=21:79(原子%比)のターゲットを用い、Arをスパッタリングガス圧0.1Paとし、DC電源の電力を2.0kWで、モリブデン及びシリコンからなる膜(MoSi膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を14nmの膜厚で形成し、次いで、Mo:Si=4:96(原子%比)のターゲットを用い、ArとO2とN2:Heをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を3.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は約4:96)を10nmの膜厚で形成した。遮光性10の合計膜厚は44nmとした。
次に、上記基板を250℃で5分間加熱処理(アニール処理)した。
次に、遮光膜10上に、エッチングマスク膜20を形成した(図4)。具体的には、クロムターゲットを使用し、CO2とN2をスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 CO2:N2=7:2)とし、DC電源の電力を1.8kWで、CrOCNを18nmの膜厚で形成した。このときCrOCN膜の膜応力は極力低く(好ましくは膜応力が実質ゼロ)となるよう調整した。
ハーフトーン位相シフト膜40、遮光性膜10の積層膜の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3.0であった。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用の遮光性膜を形成したフォトマスクブランクを得た。
(フォトマスクの作製)
フォトマスクブランクのエッチングマスク膜20の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト50(PRL009:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が150nmとなるように塗布した(図4、図8(1))。
次に、レジスト膜50に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン50aを形成した(図8(2))。
次に、レジストパターン50aをマスクとして、エッチングマスク膜20のドライエッチングを行った(図8(3))。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。
次いで、残留したレジストパターン50aを薬液により剥離除去した。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aをマスクにして、MoSi膜(遮光層)12およびMoSiON膜(反射防止層)13を、SF6とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、膜パターン12a,13aを形成した(図8(4))。
次に、膜パターン12a,13a等をマスクとして、CrN膜(低反射膜)30のドライエッチングを行い、膜パターン30aを形成した。このとき、同時にCrOCNからなるエッチングマスク膜パターン20aもエッチング除去される(図8(5))。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。
次いで、再度、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト51(FEP171:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が300nmとなるように塗布した(図8(6))。
次に、レジスト膜51に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン51aを形成した(図8(7))。ここで、レジストパターン51aは、基板の外周領域に遮光帯を形成する目的で形成される。
次に、レジストパターン51aをマスクとして、膜パターン12a,13aをドライエッチングによって剥離した(図8(8))。ドライエッチングガスとして、SF6とHeの混合ガスを用いた。
次に、膜パターン30aをマスクにして、SiON膜(位相調整層)42をフッ素系ガス(CHF3とHeの混合ガス)でドライエッチングし、膜パターン42aを形成した(図8(9))。
次に、膜パターン30a、42aをマスクにして、TaHf膜(透過率調整層)41を酸素を実質的に含まない塩素系ガス(Cl2ガス)でドライエッチングし、膜パターン41aを形成した(図8(10))。
次に、レジストパターン51aをマスクとして、膜パターン30aをドライエッチングによって剥離した(図8(11))。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。
次いで、薄く残ったレジストパターン51aの剥離し(図8(12))、所定の洗浄を施してフォトマスク100を得た。
このフォトマスクの作製例では、エッチングマスク膜パターン20aを全て除去しているが、エッチングマスク膜パターン20aを遮光膜10の反射防止層13とともにあるいはエッチングマスク膜パターン20a単独で露光光に対する反射防止の役割を持たせるためにその該当部分をフォトマスクに残存させたい場合においては、エッチングマスク膜パターン20aを形成後(図8(3)のプロセスと(4)のプロセスの間)、レジストパターン50aを剥離せずに残した状態で膜パターン30aを形成するよい。ただし、この場合、レジストパターン51aを形成後、塩素と酸素の混合ガスによるドライエッチングでレジストパターン51aに保護されている部分以外のエッチングマスク膜パターン20aを除去するプロセスを追加(図8(7)のプロセスと(8)のプロセスの間)する必要がある。
また、このフォトマスクの作製例では、SF6とHeの混合ガスでMoSiおよびMoSiONからなる膜パターン12a,13aをドライエッチングを行い(図8(8))、さらに、SiON膜(位相調整層)42をCHF3とHeの混合ガスでドライエッチングを行い、膜パターン42aを形成したが(図8(9))、CHF3とHeの混合ガスでSiON膜(位相調整層)42とMoSiおよびMoSiONからなる膜パターン12a,13aを同時にドライエッチングするようにしてもよい。
(フォトマスクブランクの作製)
実施例3の説明で用いた図3を代用して説明する。
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英基板を用い、透光性基板1上に、MoSiN系のハーフトーン位相シフト膜40を形成した。具体的には、Mo:Si=10:90(原子%比)のターゲットを用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)とヘリウム(He)をスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:N2:He=5:50:45)とし、DC電源の電力を3.0kWで、膜厚40[nm]のMoSiN系の半透光性の位相シフト膜40を成膜した(図3)。透過率が20%になるように調整した。
次に、CrN膜(低反射膜)30を形成した(図3)。具体的には、クロムターゲットを使用し、ArとN2をスパッタリングガス圧0.1Pa(ガス流量比 Ar:N2=4:1)とし、DC電源の電力を1.3kWで、CrNを20nmの膜厚で形成した。
次に、CrN膜(低反射膜)30上に、遮光性膜10として、MoSi膜(遮光層)12、MoSiON膜(反射防止層)13、をそれぞれ形成した(図3)。
詳しくは、Mo:Si=21:79(原子%比)のターゲットを用い、Arをスパッタリングガス圧0.1Paとし、DC電源の電力を2.0kWで、モリブデン及びシリコンからなる膜(MoSi膜:膜中のMoとSiの原子%比は約21:79)を14nmの膜厚で形成し、次いで、Mo:Si=4:96(原子%比)のターゲットを用い、ArとO2とN2:Heをスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)とし、DC電源の電力を2.0kWで、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(MoSiON膜:膜中のMoとSiの原子%比は約4:96)を10nmの膜厚で形成した。遮光膜10の合計膜厚は44nmとした。
次に、上記基板を250℃で5分間加熱処理(アニール処理)した。
次に、遮光膜10上に、エッチングマスク膜20を形成した(図3)。具体的には、クロムターゲットを使用し、COとN2をスパッタリングガス圧0.2Pa(ガス流量比 CO2:N2=7:2)とし、DC電源の電力を1.8kWで、CrOCNを15nmの膜厚で形成した。このときCrOCN膜の膜応力は極力低く(好ましくは膜応力が実質ゼロ)となるよう調整した。
ハーフトーン位相シフト膜40、遮光性膜10、エッチングマスク膜20の積層膜の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3であった。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用の遮光性膜を形成したフォトマスクブランクを得た。
(フォトマスクの作製)
フォトマスクブランクのエッチングマスク膜20の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト50(PRL009:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が150nmとなるように塗布した(図3、図9(1))。
次に、レジスト膜50に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン50aを形成した(図9(2))。
次に、レジストパターン50aをマスクとして、エッチングマスク膜20のドライエッチングを行った(図9(3))。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。
次いで、残留したレジストパターン50aを薬液により剥離除去した。
次いで、エッチングマスク膜パターン20aをマスクにして、MoSi膜(遮光層)12およびMoSiON膜(反射防止層)13を、SF6とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、膜パターン12a,13aを形成した(図9(4))。
次に、膜パターン12a,13a等をマスクとして、CrN膜(低反射層)30のドライエッチングを行い、膜パターン30aを形成した。このとき、同時にCrOCNからなるエッチングマスク膜パターン20aもエッチング除去される(図9(5))。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。
次いで、再度、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト51(FEP171:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)をスピンコート法により膜厚が300nmとなるように塗布した(図9(6))。
次に、レジスト膜51に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン51aを形成した(図9(7))。ここで、レジストパターン51aは、大面積の遮光部パッチ、透過率調整パターン、基板の外周領域に遮光帯を形成する目的で形成される。
次に、をマスクとして、膜パターン12a,13aをドライエッチングによって剥離した(図9(9))。ドライエッチングガスとして、SF6とHeの混合ガスを用いた。
次に、膜パターン30aをマスクにして、ハーフトーン位相シフト膜40、並びに、透光性基板1を、CHF3とHeの混合ガスを用い、順次、ドライエッチングを行い、ハーフトーン位相シフト膜パターン40a、並びに、基板堀込タイプの位相シフトパターンを形成した(図9(8))。このとき、ハーフトーン位相シフト膜パターン40aと基板堀込とを合わせて180°の位相差が得られる深さ(透光性基板1の掘り込み深さが約70nm)に基板を堀込んだ。また、このとき、同時にMoSiおよびMoSiONからなる膜パターン12a,13aがエッチング除去される。
次に、レジストパターン51aをマスクとして、膜パターン30aをドライエッチングによって剥離した(図9(9))。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。
次いで、薄く残ったレジストパターン51aの剥離し(図9(12))、所定の洗浄を施してフォトマスク100を得た。
このフォトマスクの作製例では、エッチングマスク膜パターン20aを全て除去しているが、エッチングマスク膜パターン20aを遮光膜10の反射防止層13とともにあるいはエッチングマスク膜パターン20a単独で露光光に対する反射防止の役割を持たせるためにその該当部分をフォトマスクに残存させたい場合においては、エッチングマスク膜パターン20aを形成後(図9(3)のプロセスと(4)のプロセスの間)、レジストパターン50aを剥離せずに残した状態で膜パターン30aを形成するよい。ただし、この場合、レジストパターン51aを形成後、塩素と酸素の混合ガスによるドライエッチングでレジストパターン51aに保護されている部分以外のエッチングマスク膜パターン20aを除去するプロセスを追加(図9(7)のプロセスと(8)のプロセスの間)する必要がある。
また、このフォトマスクの作製例では、CHF3とHeの混合ガスで、ハーフトーン位相シフト膜パターン40a、基板堀込タイプの位相シフトパターンを形成、並びにMoSiおよびMoSiONからなる膜パターン12a,13aの除去を順次行ったが、ハーフトーン位相シフト膜パターン40aの形成や膜パターン12a,13aの除去をSF6とHeの混合ガスによるドライエッチングで同時にあるいは順番に行ってもよい。
上記で得られたフォトマスクを評価した。その結果を以下に示す。
(薄膜化) 主に、位相シフト効果を使用しないバイナリ型フォトマスクの作製に使用されるタイプのフォトマスクブランクである実施例1、参考例1および比較例1のフォトマスクブランクについて最初に比較する。
比較例1のフォトマスクブランクでは、遮光膜10の膜厚がOD3以上を達成するために60nm以上必要であった。また、遮光層12の厚さは44nm以上必要であった。
これに対し、実施例1や参考例1のフォトマスクブランクでは、遮光膜10の膜厚を55nm以下にできる(具体的には52nmにできている)。また、遮光層12の厚さについても40nm未満にできる(具体的には35nmにできている)。
次に、主に、基板掘り込み型の位相シフトマスクの作製に使用されるタイプのフォトマスクブランクである実施例2、参考例2のフォトマスクブランクと比較例1のフォトマスクブランクと比較する。
(加熱処理耐性改善)
遮光膜10を成膜後に加熱処理を行うが、この加熱処理に対する遮光膜10の耐性について比較を行った。具体的には、反射防止膜13のモリブデン含有比率が異なる以外は、同条件の遮光膜10である、実施例1と参考例1のフォトマスクブランクの比較、実施例2と参考例2のフォトマスクブランクの比較を行った。
図15に、実施例1のフォトマスクに対して加熱処理を行った後における遮光膜の表面反射率分布を示す(実施例2の遮光膜は、実施例1の遮光膜と同じ構成であるのでこれに代える。)。また、図16に、参考例1のフォトマスクに対して加熱処理を行った後における遮光膜の表面反射率分布を示す(参考例2の遮光膜は、実施例1の遮光膜と同じ構成であるのでこれに代える。)。
参考例1、2のフォトマスクブランクの遮光膜10は、いずれも加熱処理によって表面にMoOが析出し、白濁してしまっていた。
さらに、図15に示すとおり、これに起因する表面反射率分布の悪化を引き起こしている。(表面反射率の最も高い部分と最も低い部分との差が2.2%)
これに対し、実施例1、2のフォトマスクブランクの遮光膜10では、いずれも加熱処理による白濁はなく、表面反射率分布の悪化も起きていない(表面反射率の最も高い部分と最も低い部分との差が0.86%と許容範囲内)。
(マスク洗浄耐性)
フォトマスクブランクから作製したフォトマスクに対して薬品洗浄や温水洗浄を行った場合における遮光膜10の洗浄耐性について比較を行った。具体的には、反射防止膜13のモリブデン含有比率が異なる以外は、同条件の遮光膜10である、実施例1と参考例1のフォトマスクブランクの比較、実施例2と参考例2のフォトマスクブランクの比較を行った。なお、薬品洗浄に対する比較では、アンモニア過水(薬液混合比<体積比> NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5)を用いて洗浄し、温水洗浄に対する比較では、90℃の温水を用いて洗浄を行った。
参考例1、2では、薬品洗浄、温水洗浄のいずれの場合でも、モリブデン含有比率が多いことに起因して、マスク洗浄によって、表面反射防止層が溶解し、光学特性変化、CD変化、断面形状変化の許容範囲を超える悪化が見られた。
これに対し、実施例1、2では、モリブデン含有比率を最小限としたことから、薬品洗浄、温水洗浄のいずれの場合でも、マスク洗浄による表面反射防止層の溶解は、最小限に抑えられ、光学特性変化、CD変化、断面形状変化のいずれも許容範囲内であった。
(位置精度改善)
遮光膜10の上面に形成されるエッチングマスク膜20の膜組成によるフォトマスク作製後の位置精度の違いについて、比較を行った。具体的には、エッチングマスク膜20の膜組成が異なる以外は、概ね同条件である実施例1と参考例1のフォトマスクブランクの比較、実施例2と参考例2のフォトマスクブランクの比較を行った。
参考例1、2のフォトマスクブランクでは、CrNからなるエッチングマスク膜20の膜応力(引張)が比較的大きいため、フォトマスク作製後、エッチングマスク膜20を剥離することによって基板平坦度の変化がおよそ0.1μm発生し、hp45nm以降のダブルパターンで要求される位置精度の達成が困難であることがわかった。
これに対し、実施例1、2では、CrOCNからなるエッチングマスク膜の膜応力はCrNに比べて大幅に小さくすることができるため、フォトマスク作製後、CrOCN層20を剥離することによる基板平坦度変化は0.05μm程度に抑制できており、hp45nm以降のダブルパターンで要求される位置精度を達成できている。
(膜応力調整)
反射防止層13、遮光層12および低反射層11からなる遮光膜10の各層間での膜応力調整の容易性について、比較を行った。具体的には、実施例1と参考例1のフォトマスクブランクの比較、実施例2と参考例2のフォトマスクブランクで比較を行った。
MoSiONからなる反射防止層13や低反射層11は、圧縮側の応力を有している。比較例1のフォトマスクブランクは、遮光層12がMoSiNからなり、膜応力が圧縮側であることから、圧縮側の反射防止層13や低反射層11とは、圧縮応力同士となり、遮光膜内の応力の調整が困難である。
これに対し、実施例1のフォトマスクブランクでは、遮光層12がMoSiからなり、の膜応力が引張側であるため、圧縮側の応力を有する反射防止層13や低反射層11との間で応力の相殺が比較的容易であり、遮光膜10全体での膜応力の大幅な低減が図れた。
また、MoSiからなる遮光層12は、スパッタ成膜時のArガス圧とHeガス圧の調整や、成膜後の加熱処理の調整によって引張応力と圧縮応力を自由に制御可能である。
また、マスク上に形成される転写パターンの解像性に関しては、50nmの転写パターンの解像が可能となった。
10 遮光膜
11 低反射層
12 遮光層
13 反射防止層
20 エッチングマスク膜
30 低反射層
40 位相シフト膜
50 レジスト膜
100 フォトマスク
Claims (10)
- ArFエキシマレーザー露光用フォトマスクを作製するために用いられる透光性基板上に遮光膜を備えたフォトマスクブランクであって、
前記遮光膜は、
モリブデンの含有量が20原子%超、40原子%以下であるモリブデンシリサイド金属からなり、層の厚さが40nm未満である遮光層と、
該遮光層の上に接して形成され、酸素、窒素のうち少なくとも一方を含むモリブデンシリサイド化合物からなる反射防止層と、
前記遮光層の下に接して形成される低反射層と
からなることを特徴とするフォトマスクブランク。 - 前記反射防止層は、モリブデンが0原子%超、10原子%以下含有している
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。 - 前記遮光膜の上に接して形成される膜であり、クロムを主成分とする材料からなるエッチングマスク膜を備える
ことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 前記エッチングマスク膜は、
窒化クロム、酸化クロム、窒化酸化クロム、酸化炭化窒化クロムのいずれかを主成分とする材料で形成されている
ことを特徴とする請求項3記載のフォトマスクブランク。 - 前記低反射層は、
酸素、窒素のうちの少なくとも一方を含むモリブデンシリサイド化合物からなる
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 透光性基板に、透過する露光光に対して所定の位相差を生じさせる位相シフト部を設けた位相シフトマスクを作製するためのフォトマスクブランクであって、
前記位相シフト部は、位相シフト部を設けていない部分の透光性基板を透過する露光光に対し、所定の位相差を生じさせる掘込深さで前記透光性基板の表面から掘り込んだ掘込部であり、
前記低反射層は、透光性基板をドライエッチングで掘り込むときに使用するエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料からなり、前記透光性基板を掘り込む側の表面に接して形成される
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 透光性基板に、透過する露光光に対して所定の位相差を生じさせる位相シフト部を設けた位相シフトマスクを作製するためのフォトマスクブランクであって、
前記位相シフト部は、透過する露光光に対して所定量の位相変化を与える位相シフト膜であり、
前記低反射層は、前記位相シフト膜をドライエッチングするときに使用するエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料からなり、前記位相シフト膜の表面に接して形成される
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 前記低反射層は、
クロム、窒化クロム、酸化クロム、窒化酸化クロム、酸化炭化窒化クロム、タンタル−ハフニウム、タンタル−ジルコニウムのいずれかを主成分とする材料で形成されている
ことを特徴とする請求項6または7のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 請求項1から8のいずれかに記載のフォトマスクブランクを用いて作製されるフォトマスク。
- 請求項1から請求項8のいずれかに記載のフォトマスクブランクを用いるフオトマスクの製造方法。
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