JP2017161629A - フォトマスクブランクとフォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスク作製における遮光膜のエッチングの際に用いるハードマスク層において、フォトマスクブランクの生産性を悪化させること無く、高精細フォトマスク製造に適したフォトマスクブランクおよびそれを用いたフォトマスクを提供すること。【解決手段】石英からなる支持基板１１に遮光膜１７とハードマスク層１４が順に積層されたフォトマスクブランクにおいて、ハードマスク層１４が少なくともケイ素と酸素を含み、且つその含有量分布を膜厚方向の傾斜構造にて形成することで、フォトマスクブランクの製造における工程数を増加させることなく、ハードマスク層１４の成膜中に酸素含有量および酸素含有分布を任意に調節することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路等の製造に使用するフォトマスク用のフォトマスクブランクとフォトマスクの製造方法に関する。

フォトマスクの作製工程では、フォトマスクブランクにレジストを塗布し、前記レジストを例えば電子線描画機にて描画し現像処理を行いパターニングしたレジストパターンをエッチングマスクにし、遮光膜のエッチングを行っている。

レジストパターンをエッチングマスクにして遮光膜をエッチングする場合、エッチングによるレジストダメージに起因してレジストパターンのエッジが後退してしまい、微小パターンの寸法制御が困難となっている。

そのため遮光膜の上に、遮光膜のエッチングに対して選択比のあるハードマスク層を形成したフォトマスクブランクを用いて、レジストパターンをエッチングマスクとしてハードマスク層をエッチングした後、パターニングされたハードマスク層をエッチングマスクとして遮光膜を加工する手法がある。

この手法ではハードマスク層をエッチングマスクとするため、レジストパターンのエッジの後退の遮光膜に与える影響が小さくなり、微小パターンの寸法制御性の悪化を防ぐことが可能である。

しかしながら、ハードマスク層として多く用いられている酸素を含む単層構造では、表面抵抗が高い事に起因し、純水処理によるハードマスク層へのダメージが生じている。

特開２００５−６２８８４号公報

そこで本発明では、新たな膜を別途成膜することなくハードマスク層の表面状態を任意に変化させることで、フォトマスクブランクの生産性を悪化させること無く、高精細フォトマスク製造に適したフォトマスクブランクおよびそれを用いたフォトマスクの製造方法を提供することが目的である。

請求項１記載の発明は、石英からなる支持基板に遮光膜とハードマスク層が順に積層されたフォトマスクブランクにおいて、前記ハードマスク層が少なくともケイ素と酸素を含み、且つその含有量分布が膜厚方向に変化する傾斜構造になっていることを特徴とするフォトマスクブランクである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のハードマスク層が、前記遮光膜と接する面から前記遮光膜と反対側の面にかけて、酸素の含有量が減少することを特徴とするフォトマスクブランクである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のハードマスク層が、前記遮光膜と接する面から
前記遮光膜と反対側の面にかけて、ケイ素の含有量が増加することを特徴とするフォトマスクブランクである。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のハードマスク層において、前記遮光膜と反対側の面における酸素の含有量が３０％以下であることを特徴とするフォトマスクブランクである。

請求項５記載の発明は、請求項２または３記載のハードマスク層において、前記遮光膜と反対側の面における酸素の含有量が１０％以下であることを特徴とするフォトマスクブランクである。

請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の遮光膜が、透過層および遮光層とから形成され、前記透過層がウェハ露光波長に対して透過率が５％以上、４０％以下であり、且つ前記遮光層と接触した状態で透過率が１０%以下となることを特徴とする、ハーフトーンマスクが作製可能なフォトマスクブランクである。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の透過層および遮光層が、クロム、酸化クロム、モリブデン、シリコン、モリブデンシリコン、ジルコニウムおよびタンタルのうち、１つまたは複数の膜組成からなることを特徴とするフォトマスクブランクである。

請求項８記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の遮光膜が、ウェハ露光波長に対する透過率が１０%以下であることを特徴とする、バイナリマスクまたはレベンソンマスクまたはＣＰＬマスクが作製可能なフォトマスクブランクである。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の遮光膜が、クロム、酸化クロム、モリブデン、シリコン、モリブデンシリコン、ジルコニウムおよびタンタルのうち、１つまたは複数の膜組成からなることを特徴とするフォトマスクブランクである。

請求項１０記載の発明は、請求項６記載のフォトマスクブランクにレジストを塗布し、電子線描画機にて描画後、現像処理を行うことでレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをエッチングマスクにハードマスク層をエッチングした後に、前記ハードマスク層をエッチングマスクに遮光層および透過層をエッチングすることを特徴とするフォトマスクの製造方法である。

請求項１１記載の発明は、請求項８記載のフォトマスクブランクにレジストを塗布し、電子線描画機にて描画後、現像処理を行うことでレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをエッチングマスクにハードマスク層をエッチングしてパターン形成後に、前記ハードマスク層をエッチングマスクに遮光膜のエッチングを行うことを特徴とするフォトマスクの製造方法である。

本発明によれば、フォトマスクブランクの生産性を維持しつつ、ハードマスク層の表面抵抗およびハードマスクパターンの断面形状の制御が可能である。表面抵抗の制御は、フォトマスクの位置精度の悪化防止、純水処理による膜ダメージの低減につながる。また、断面形状の制御により微細パターンの解像力向上につながる。これらの効果により、高精細なフォトマスクを安定して供給することができる。

本発明請求項１記載のフォトマスクブランクであって、請求項６記載のハーフトーンマスクが作製可能なフォトマスクブランク断面図の一例である。 本発明請求項１記載のフォトマスクブランクであって、請求項８記載のバイナリマスクまたはレベンソンマスクまたはＣＰＬマスクが作製可能なフォトマスクブランク断面図の一例である。 本発明請求項６記載のフォトマスクブランクを用いたハーフトーンマスクの作製方法の一例である。 本発明請求項８記載のフォトマスクブランクを用いたバイナリマスクの作製方法の一例である。 ハードマスク層の表面酸素含有量と致命欠陥数の関係を示したものである。 ハードマスク層の致命欠陥分布を示したものである。

請求項１の発明によれば、石英からなる支持基板（１１）に遮光膜（１７）とハードマスク層（１４）が順に積層されたフォトマスクブランクにおいて、ハードマスク層（１４）が少なくともケイ素と酸素を含み、且つその含有量分布が膜厚方向に変化する傾斜構造にすることで、フォトマスクブランクの製造における工程数を増加させることなく、ハードマスク層（１４）の成膜中にケイ素および酸素の含有量を任意に調節することができる。これにより、ハードマスク層（１４）の膜厚方向に所望のケイ素および酸素の含有分布を設けることが可能となる。例えば、スパッタリング中にガス成分比を変化させることによって傾斜構造を作ることができる。

請求項２の発明によれば、請求項１記載のハードマスク層（１４）の、前記遮光膜（１７）と接する面（１５）から前記遮光膜（１７）と反対側の面（１６）の方向に酸素の含有量を減少させることで、ハードマスク層（１４）に形成されたパターンの断面形状を改善することができる。

ハードマスク層（１４）をエッチングする際には、レジストがダメージを受け、レジストパターンのエッジが後退するとともにハードマスク層（１４）のエッジも後退する。このハードマスク層（１４）への影響はレジストと接する面で顕著に現れる。膜厚方向に均一な組成にてハードマスク層を形成した場合、エッチング後のハードマスク層のパターンは裾広がりの台形型の断面形状となり、レジストパターンとの接触面が小さくなることでレジストパターン倒れが生じやすくなる。

これに対してハードマスク層（１４）を、レジストと接する面側の酸素含有量が少ない傾斜構造または酸素を含まない傾斜構造とすることで、ハードマスク層（１４）のレジストと接する面側におけるエッチング耐性が向上して断面形状が改善され、レジストパターン倒れを抑制することが可能となる。

また、ハードマスク層（１４）の遮光膜（１７）と反対側の面（１６）における酸素の含有量が少ないことにより表面抵抗は低下させ、その結果、純水処理によるハードマスク層（１４）へのダメージを防ぐことや、パターン位置精度の悪化を防ぐことができる。

請求項３の発明のようにハードマスク層（１４）が、前記遮光膜（１７）と接する面（１５）から前記遮光膜（１７）と反対側の面（１６）方向に、ケイ素の含有量が増加することでも、同様の効果が得られる。

また、請求項４および５の発明のように、請求項２または３記載のハードマスク層（１４）において、遮光膜（１７）と反対側の面（１６）の酸素の含有量が３０％以下であれば、図５に示すように純水処理によるダメージに起因した致命欠陥の発生数が許容レベルとなり、更には１０％以下であれば致命欠陥は発生しない。

請求項６の発明によれば、遮光膜が透過層（１２）および遮光層（１３）とから形成され、透過層（１２）がウェハ露光波長に対して透過率が５％以上、４０％以下であり、且つ遮光層（１３）と接触した状態で透過率が１０%以下とすることで、図１のようなハーフトーンマスクが作製可能なフォトマスクブランクを提供する。

請求項８の発明によれば、遮光膜（１７）が、ウェハ露光波長に対する透過率が１０%以下とすることで、図２のようなバイナリマスクまたはレベンソンマスクまたはＣＰＬマスクが作製可能なフォトマスクブランクを提供する。

請求項９の発明のように、請求項８記載の遮光膜（１７）が、クロム、酸化クロム、モリブデン、シリコン、モリブデンシリコン、ジルコニウムおよびタンタルのうち、１つまたは複数の膜組成から構成されていてもよい。

請求項７の発明のように、請求項６記載の透過層（１２）および遮光層（１３）が、クロム、酸化クロム、モリブデン、シリコン、モリブデンシリコン、ジルコニウムおよびタンタルのうち、１つまたは複数の膜組成から構成されていてもよい。

請求項１０のフォトマスクの製造方法の一例を図３を用いて説明する。まず、フォトマスクブランクにレジストを塗布し、電子線露光機で描画し、現像処理を行うことでレジストパターンを形成する。次に、前記レジストパターンをエッチングマスクとしてハードマスク層（１４）のエッチングを行うと図３−（ａ）の状態になる。さらに、遮光層（１３）のエッチングを行うことで図３−（ｂ）の状態になる。ここで、レジスト剥離を行い｛図３−（ｃ）｝、透過層（１２）のエッチングを行うと図３−（ｄ）となる。ここで、再度レジストを塗布し｛図３−（ｅ）｝、露光、現像、エッチングを行うことで遮光層（１３）のパターン形成を行い、レジストを剥離することでフォトマスクのパターン形成が完了する｛図３−（ｆ）｝。

なお、上記で透過層（１２）のエッチング前に行ったレジスト剥離は遮光層（１３）エッチング前に行ってもよい。

請求項１１のフォトマスクの製造方法の一例を図４を用いて説明する。まず、フォトマスクブランクにレジストを塗布し、電子線露光機で描画し、現像処理を行うことでレジストパターンを形成する。次に、前記レジストパターンをエッチングマスクとしてハードマスク層（１４）のエッチングを行うと図４−（ａ）の状態になる。さらに、遮光膜（１７）のエッチングを行うことで図４−（ｂ）の状態になる。ここで、レジスト剥離を行いフォトマスクのパターン形成が完了する｛図４−（ｃ）｝。

なお、レジスト剥離は遮光膜（１７）のエッチング前に行ってもよい。

本発明の実施例および比較例を下記に示す。

＜実施例１＞
〈フォトマスクブランク〉
支持基板に透過層、遮光層、ハードマスク層が順次積層された、縦６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）×横６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）×厚さ２．３ｍｍのハーフトーンマスクが作製可能なフォトマスクブランク。

〈透過層〉
組成：ＭｏＳｉ
膜厚：７２ｎｍ

〈遮光層〉
組成：Ｃｒ
膜厚：５０ｎｍ

〈ハードマスク層〉
組成：（遮光膜側）ＳｉＯＮ、（遮光膜と反対側）Ｓｉ
膜厚：１０ｎｍ
表面酸素含有量：０％

〈レジスト〉
化学増幅型ネガレジスト

〈レジスト膜厚〉
８０ｎｍ

〈レジストコート〉
使用装置：ＡＣＴ Ｍ（東京エレクトロン社製）

〈欠陥検査方法〉
使用装置：Ｍ２３５０（レーザーテック社製）

図１は本発明のフォトマスクブランクの一例を示した断面図である。請求項６記載のフォトマスクブランクにレジストをコートして欠陥検査を実施した後、図３記載の作製方法にてハーフトーンマスクの作製を行った。

レジストコート時における純水処理による欠陥の発生状況を確認するため、レジストコート後に検査を行った。図６（ｂ）のように致命欠陥となりうる欠陥は新規に検出されなかった。純水処理は２３℃で６０ｓｅｃ行った。

また、電子線描画機にて描画を行い、レジストパターンをエッチングマスクにハードマスク層および遮光層をエッチング後、レジストを剥膜してから透過層のエッチングを行った。

なお、レジスト剥膜は、ハードマスク層をエッチングした後、遮光層をエッチングする前に行ってもよい。

次に、再度レジストを塗布し、遮光層を残すエリアのみにレジストを残すように描画し、現像を行った後、レジストが除去されたエリアの遮光層の除去を行った。

作製したフォトマスクにおいてパターンの解像性を確認したところ、孤立Ｌｉｎｅ最小寸法（設計値）＝４４ｎｍであった。また、位置精度を測定したところ、３ｓｉｇｍａ（３σ）＝３．４ｎｍであった。

＜実施例２＞
〈フォトマスクブランク〉
支持基板に遮光膜、ハードマスク層が順次積層された、縦６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）×横６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）×厚さ２．３ｍｍのバイナリマスクまたはレベンソンマスクまたはＣＰＬマスクが作製可能なフォトマスクブランク。

〈遮光膜〉
組成：Ｃｒ
膜厚：６８ｎｍ

〈ハードマスク層〉
組成：（遮光膜側）ＳｉＯＮ、（遮光膜と反対側）Ｓｉ
膜厚：１０ｎｍ
表面酸素含有量：０％

〈レジスト〉
化学増幅型ネガレジスト

〈レジスト膜厚〉
８０ｎｍ

〈レジストコート〉
使用装置：ＡＣＴ Ｍ（東京エレクトロン社製）

〈欠陥検査方法〉
使用装置：Ｍ２３５０（レーザーテック社製）

図２は本発明のフォトマスクブランクの一例を示した断面図である。請求項８記載のフォトマスクブランクにレジストをコートして欠陥検査を実施した後、図４記載の作製方法にてバイナリマスクの作製を行った。

レジストコート時における純水処理による欠陥の発生状況を確認するためレジストコート後に検査を行った。致命欠陥となりうる欠陥は新規に検出されなかった。純水処理は２３℃で６０ｓｅｃ行った。

また電子線描画機にて描画を行い、レジストパターンをエッチングマスクにハードマスク層および遮光膜をエッチング後にレジストの剥膜を行った。

またレジスト剥膜は、ハードマスク層をエッチング後、遮光膜をエッチングする前に行ってもよい。

作製したフォトマスクにおいてパターンの解像性を確認したところ、孤立Ｌｉｎｅ最小寸法（設計値）＝４５ｎｍであった。

また、位置精度を測定したところ、３ｓｉｇｍａ（３σ）＝３．３ｎｍであった。

＜比較例１＞
ハードマスク層の膜厚方向の組成を、酸素含有量が５０％で均一にした以外は実施例１と同様なフォトマスクブランクを用い、同様にレジストコート後の欠陥検査、解像性及び位置精度の評価を実施した。

レジストコート後に欠陥検査を行った結果、レジストコート時における純水処理によって、図６−（ａ）に示したように致命欠陥が多数発生した。

作製したフォトマスクにおいてパターンの解像性を確認したところ、孤立Ｌｉｎｅ最小寸法（設計値）＝５６ｎｍであった。また、位置精度を測定したところ、３ｓｉｇｍａ（３σ）＝４．０ｎｍであった。

＜比較例２＞
ハードマスク層の膜厚方向の組成を、酸素含有量が５０％で均一にした以外は実施例２と同様なフォトマスクブランクを用い、同様にレジストコート後の欠陥検査、解像性及び位置精度の評価を実施した。

レジストコート後に欠陥検査を行った結果、レジストコート時における純水処理によって、多数の致命欠陥が発生した。

作製したフォトマスクにおいてパターンの解像性を確認したところ、孤立Ｌｉｎｅ最小寸法（設計値）＝５８ｎｍであった。また、位置精度を測定したところ、３ｓｉｇｍａ（３σ）＝４．０ｎｍであった。

（欠陥数と酸素含有量の評価）
ハードマスク層のレジストを塗布する側の面における酸素含有量を５％、１０％、２０％、３０％、４０％と変え、それに応じて膜厚方向の組成の傾斜が変化する以外は実施例１と同様のフォトマスクブランクを用い、実施例１と同様にレジストコート後の欠陥の評価を行った。

図５に示すように、レジストコート時の純水処理により新規に発生する致命欠陥が、前記酸素含有量に依存する結果となった。酸素含有量０％と５０％の結果はそれぞれ、実施例１、比較例１の結果である。欠陥数は酸素含有量が３０％以下で好ましく、１０％以下がより好ましい。

１１…石英からなる支持基板
１２…透過層
１３…遮光層
１４…ハードマスク層
１５…遮光膜と接する面
１６…遮光膜と反対側の面
１７…遮光膜
１８…レジスト
１９…レジスト（再塗布）

Claims (11)

1. 石英からなる支持基板に遮光膜とハードマスク層が順に積層されたフォトマスクブランクにおいて、前記ハードマスク層が少なくともケイ素と酸素を含み、且つその含有量分布が膜厚方向に変化する傾斜構造になっていることを特徴とするフォトマスクブランク。
2. 請求項１記載のハードマスク層が、前記遮光膜と接する面から前記遮光膜と反対側の面にかけて、酸素の含有量が減少することを特徴とするフォトマスクブランク。
3. 請求項１記載のハードマスク層が、前記遮光膜と接する面から前記遮光膜と反対側の面にかけて、ケイ素の含有量が増加することを特徴とするフォトマスクブランク。
4. 請求項２または３記載のハードマスク層において、前記遮光膜と反対側の面における酸素の含有量が３０％以下であることを特徴とするフォトマスクブランク。
5. 請求項２または３記載のハードマスク層において、前記遮光膜と反対側の面における酸素の含有量が１０％以下であることを特徴とするフォトマスクブランク。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の遮光膜が、透過層および遮光層とから形成され、前記透過層がウェハ露光波長に対して透過率が５％以上、４０％以下であり、且つ前記遮光層と接触した状態で透過率が１０%以下となることを特徴とする、ハーフトーンマスクが作製可能なフォトマスクブランク。
7. 請求項６記載の透過層および遮光層が、クロム、酸化クロム、モリブデン、シリコン、モリブデンシリコン、ジルコニウムおよびタンタルのうち、１つまたは複数の膜組成からなることを特徴とするフォトマスクブランク。
8. 請求項1から５のいずれかに記載の遮光膜が、ウェハ露光波長に対する透過率が１０%以下であることを特徴とする、バイナリマスクまたはレベンソンマスクまたはＣＰＬマスクが作製可能なフォトマスクブランク。
9. 請求項８記載の遮光膜が、クロム、酸化クロム、モリブデン、シリコン、モリブデンシリコン、ジルコニウムおよびタンタルのうち、１つまたは複数の膜組成からなることを特徴とするフォトマスクブランク。
10. 請求項６記載のフォトマスクブランクにレジストを塗布し、電子線描画機にて描画後、現像処理を行うことでレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをエッチングマスクにハードマスク層をエッチングした後に、前記ハードマスク層をエッチングマスクに遮光層および透過層をエッチングすることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
11. 請求項８記載のフォトマスクブランクにレジストを塗布し、電子線描画機にて描画後、現像処理を行うことでレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをエッチングマスクにハードマスク層をエッチングしてパターン形成後に、前記ハードマスク層をエッチングマスクに遮光膜のエッチングを行うことを特徴とするフォトマスクの製造方法。