JP4332697B2

JP4332697B2 - スパッタターゲット

Info

Publication number: JP4332697B2
Application number: JP2002003211A
Authority: JP
Inventors: 勉品川; 智岡崎; 英雄金子; 判臣稲月
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP2003201559A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路及び高密度集積回路などの製造工程において使用される位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクの位相シフト膜の形成に用いられるスパッタターゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の高密度半導体集積回路やＣＣＤ（電荷結合素子）、ＬＣＤ（液晶表示素子）用のカラーフィルター及び磁気ヘッド等の微細加工には、フォトマスクを使ったフォトリソグラフィー技術が用いられている。そして、このフォトマスクを作製するためにフォトマスクブランクが使用され、このフォトマスクブランクとしては、通常、石英ガラス等の透光性基板上にクロムからなる遮光膜を設けたものが使用されている。
【０００３】
しかし、近年の更なるパターン微細化の要求に応えるため、露光波長の短波長化が進むと同時に位相シフトリソグラフィー技術が採用され始めている。位相シフトリソグラフィーは光リソグラフィーの解像度を上げる技術のひとつであり、フォトマスクを透過する露光光間に位相差を与えることにより透過光相互の干渉を利用して解像度を飛躍的に向上できるようにしたものである。
【０００４】
また、位相シフトマスクには、レベンソン型、補助パターン型、自己整合型などのタイプが知られており、近年研究開発が活発に行われているが、この位相シフトマスクの一つとしていわゆるハーフトーン型位相シフトマスクと呼ばれる位相シフトマスクがあり、徐々に実用化され始めている。
【０００５】
この位相シフトマスク（ハーフトーン型位相シフトマスク）は、例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、基板１上に位相シフト膜２をパターン形成してなるもので、位相シフト膜の存在しない基板露出部（第１の光透過部）１ａとマスク上のパターン部分を形成している位相シフター部（第２の光透過部）２ａとにおいて、両者を透過してくる光の位相差を図４（Ｂ）に示したように１８０度とすることで、パターン境界部分の光の干渉により、干渉した部分で光強度はゼロとなり、転写像のコントラストを向上させることができるものである。また、位相シフト法を用いることにより、必要な解像度を得る際の焦点深度を増大させることが可能となり、クロム膜等からなる一般的な露光パターンを持つ通常のマスクを用いた場合に比べて、解像度の改善と露光プロセスのマージンを向上させることが可能なものである。
【０００６】
上記位相シフトマスクは、位相シフター部の光透過特性によって、完全透過型位相シフトマスクと、ハーフトーン型位相シフトマスクとに実用的には大別することができる。完全透過型位相シフトマスクは、位相シフター部の光透過率が基板と同等であり、露光波長に対し透明なマスクである。一方、ハーフトーン型位相シフトマスクは、位相シフター部の光透過率が基板露出部の数％〜数十％程度のものである。
【０００７】
図１にハーフトーン型位相シフトマスクブランク、図２にハーフトーン型位相シフトマスクの基本的な構造をそれぞれ示す。図１に示したハーフトーン型位相シフトマスクブランクは、露光光に対して透明な基板１上にハーフトーン型位相シフト膜２を形成したものである。また、図２に示したハーフトーン型位相シフトマスクは、上記シフト膜２をパターニングして、マスク上のパターン部分を形成するハーフトーン型位相シフター部２ａと、位相シフト膜が存在しない基板露出部１ａを形成したものである。
【０００８】
ここで、位相シフター部２ａを透過した露光光は基板露出部１ａを透過した露光光に対して位相がシフトされる（図４（Ａ），（Ｂ）参照）。また、位相シフター部２ａを透過した露光光が被転写基板上のレジストに対しては感光しない程度の光強度になるように、位相シフター部２ａの透過率は設定されている。従って、位相シフター部２ａは露光光を実質的に遮光する機能を有する。
【０００９】
上記ハーフトーン型位相シフトマスクとしては、構造が簡単な単層型のハーフトーン型位相シフトマスクが提案されており、このような単層型のハーフトーン型位相シフトマスクとして、モリブデンシリサイド酸化物（ＭｏＳｉＯ）、モリブデンシリサイド酸化窒化物（ＭｏＳｉＯＮ）からなる位相シフト膜を有するものなどが提案されている（特開平７−１４０６３５号公報等）。
【００１０】
このような位相シフトマスクを作製する方法としては、位相シフトマスクブランクをリソグラフィー法によりパターン形成する方法が用いられる。このリソグラフィー法は、位相シフトマスクブランク上にレジストを塗布し、電子線又は紫外線により所望の部分のレジストを感光後に現像し、位相シフト膜表面を露出させた後、パターニングされたレジスト膜をマスクとして所望の部分の位相シフト膜をエッチングして基板を露出させる。その後、レジスト膜を剥離することにより位相シフトマスクが得られるものである。
【００１１】
上述したように、近年の更なるパターンの微細化の要求に応えるためのハーフトーン型位相シフトマスクとして、主にＭｏＳｉＯＮやＭｏＳｉＯを主成分とする位相シフト膜用いられている。しかしながら、上記位相シフト膜は、膜応力が大きいために、成膜前後及びその後のプロセスを経たパターン形成前後でのマスク基板の平坦度（フラットネス）が大きく変化し、微細化を達成できる高精度なハーフトーン型位相シフトマスクを製造することは難しかった。
【００１２】
また、位相シフト膜としては、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素等を主成分とする位相シフト膜も知られている（特許第３１７２５２７号公報）が、この場合、位相シフト膜の形成には、絶縁体である窒化ケイ素をターゲットとして用いるため、スパッタリング方法としてＲＦ（高周波）スパッタリング法を適用しなければならないが、ＲＦスパッタリング法では、ＤＣスパッタリング法に比べて成膜速度が遅いために、位相シフトマスクブランク製造のスループットが悪くなるだけでなく、ターゲット近傍のプラズマ空間がＤＣスパッタリングの場合と比較して大きくなるため、ターゲット近傍の内壁部からパーティクルが発生し、このパーティクルが成膜途中の位相シフト膜中に混入し、欠陥が多くなるという問題もあった。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、成膜前後又はパターン形成前後の平坦度（フラットネス）の変化が小さい位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスク、即ち、膜応力の小さい位相シフト膜を有する位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクを製造するため用いられるスパッタターゲットを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、位相シフトマスクの位相シフト膜を形成するためのスパッタターゲットとして、絶縁体である窒化ケイ素にモリブデン及びジルコニウムから選ばれる一つ以上の遷移金属を添加して導電性を持たせてやると、パルスＤＣスパッタリングのスパッタターゲットとして適用でき、更に上記遷移金属の添加量が０．０１〜４％（原子比）であるスパッタターゲットを用いてスパッタリングすることにより、膜応力が十分軽減した位相シフト膜が形成できることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１５】
即ち、本発明は、下記のスパッタターゲットを提供する。
請求項１：
パルスＤＣスパッタリング（周波数２５〜２５０ｋＨｚ）により位相シフトマスクブランクの位相シフト膜を形成するためのスパッタターゲットであって、窒化ケイ素にモリブデン及びジルコニウムから選ばれる一つ以上の遷移金属を添加してなり、窒化ケイ素を主成分とし、モリブデン及びジルコニウムから選ばれる一つ以上の遷移金属を０．０１〜４％（原子比）含有し、比抵抗が１０Ωｃｍ以下であることを特徴とするスパッタターゲット。
【００１６】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明のスパッタターゲットは窒化ケイ素を主成分とし、微量の遷移金属を含有するものであり、例えば、窒化ケイ素粉末と遷移金属粉末とを所定の組成になるように混合し焼結することにより作製することができる。
【００１７】
上記遷移金属としては、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、ジルコニウム及びハフニウムの中から選ばれる１つ以上を添加することが好ましく、特にモリブデン、ジルコニウムが好ましい。
【００１８】
また、上記遷移金属の添加量は、０．０１〜４％（原子比）、好ましくは０．１〜３％（原子比）である。遷移金属の添加量が０．０１％未満であるとターゲットの導電性が不十分となり、放電が不安定となる。また、遷移金属の添加量が５％を超えると形成した位相シフト膜の膜応力が大きくなり、成膜前後又はパターン形成前後における基板の平坦度が大きく変化するため、高精度な位相シフトマスクを製造することができなくなる。
【００１９】
更に、本発明のスパッタターゲットは、比抵抗が１０Ωｃｍ以下のものである。比抵抗が１０Ωｃｍを超えると、ターゲットの導電性が不十分で放電が起こらなかったり、放電が不安定になったりする。
【００２０】
本発明においては、上述のスパッタターゲットを用い、パルスＤＣスパッタリングにより透明基板上に位相シフト膜を形成して位相シフトマスクブランクを製造する。
【００２１】
この場合、パルスＤＣスパッタリングの周波数は２５〜２５０ｋＨｚ、好ましくは５０〜２００ｋＨｚである。また、上記周波数以外のパルスＤＣスパッタリング条件は特に限定されないが、位相シフト膜を成膜する際に用いるスパッタリングガスとして、アルゴン等の不活性ガスのみ、或いは窒素原子及び／又は酸素原子を含むガス、炭素原子を含むガス及びフッ素原子を含むガスから選ばれる１種以上の反応性ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることが好ましい。
【００２２】
上記、反応性ガスとしては、例えば窒素、酸素、二酸化窒素、一酸化窒素、亜酸化窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、弗化ケイ素などが挙げられる。
【００２３】
また、得られる位相シフト膜は、露光波長（ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー等)に対して位相を１８０度反転させ、かつ所望の膜厚および透過率を達成できるような屈折率及び吸収係数となる膜組成を持つように、適宜添加ガス種及びその流量を調整することで所望の位相シフト膜が形成される。
【００２４】
なお、成膜される位相シフト膜の透過率を上げたいときには膜中に酸素及び窒素が多く取り込まれるようにスパッタリングガスに添加する酸素や窒素を含むガス量を増やす方法で調整することができる。
【００２５】
本発明に係る位相シフト膜は、露光光における透過率が数％〜数十％（特に３％〜４０％であることが好ましい）であり、位相シフター部を透過した光の位相が透明基板のみを透過した光に対して１８０±５度の位相差を有することが好ましい。なお、透明基板は、使用する露光波長に対して透明な基板であれば特に制限はない。透明基板としては、石英基板、蛍石、その他各種ガラス基板（例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス等）などが挙げられる。
【００２６】
次に、本発明の位相シフトマスクブランクを用いて図２に示したような位相シフトマスクを製造する場合は、図３（Ａ）に示したように、透明基板１上に位相シフト膜２を形成した後、位相シフト膜２上にレジスト膜３を形成し、図３（Ｂ）に示したように、レジスト膜３をパターニングし、更に、図３（Ｃ）に示したように、位相シフト膜２をエッチングした後、図３（Ｄ）に示したように、レジスト膜３を剥離する方法が採用し得る。この場合、レジスト膜の塗布、パターニング（露光、現像）、レジスト膜の除去は、公知の方法によって行うことができる。
【００２７】
上記方法により形成された位相シフト膜は、特に２００ｎｍ以下の露光波長に対する屈折率および吸収係数特性から、ＡｒＦエキシマレーザー用のハーフトーン型位相シフトマスクとして優れた特性を有する。
【００２８】
また、本発明の上記位相シフトマスクブランクの位相シフト膜の膜応力は５００ＭＰａ以下、特に３００ＭＰａ以下であることから、これから得られる位相シフトマスクは、低欠陥であるばかりでなく、低膜応力を反映し高精度なものである。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【００３０】
［実施例１］
６インチ角形石英基板上に、ケイ素と窒素のモル比が３：４である窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄からなる粉末に対して原子比が０．５％となるようにモリブデンを添加したものをスパッタターゲットとし、スパッタリングガスとしてアルゴンガスを用い、放電中のガス圧０．２５Ｐａ、投入電力２００Ｗ、成膜温度１２０℃、周波数１００ｋＨｚでのパルスＤＣスパタリング法により、位相差が約１８０度になるように位相シフト膜（膜厚６５ｎｍ）を形成し、ＳｉＮを主成分とし、微量のＭｏを含む位相シフト膜を有する位相シフトマスクブランクを得た。
【００３１】
得られた位相シフトマスクブランクの透過率は波長１９３ｎｍの光に対して１７．３％であり、ハーフトン型位相シフトマスクとして要求される数％〜数十％の範囲を十分に満たしていた。
また、成膜前後の基板の平坦度変化から算出される位相シフト膜の膜応力は２１１ＭＰａであった。結果を表１に示す。
【００３２】
なお、波長１９３ｎｍにおける位相差及び透過率は、レーザーテック社製ＭＰＭ−１９３で測定し、基板の平坦度はニデック社製ＦＴ−９００で測定した（以下の実施例、比較例において同じ）。
【００３３】
次に、上記薄膜上に電子線レジスト膜を形成し、パターン露光、現像によりレジスト膜を形成後、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、薄膜部分を除去し、位相シフト薄膜のＬ＆Ｓパターンを得た。レジストを剥離後、８０℃の濃硫酸に１５分間浸漬して洗浄、純水でリンスして位相シフトマスクを得た。この位相シフト膜のＬ＆ＳパターンをＳＥＭにて観察したところ良好なパターンが形成されていた。
【００３４】
［実施例２］
モリブデンの添加量を１．０％とした以外は実施例１と同様に位相シフト膜（膜厚６７ｎｍ）を形成し、ＳｉＮを主成分とし、微量のＭｏを含む位相シフト膜を有する位相シフトマスクブランクを得た。
【００３５】
得られた位相シフトマスクブランクの透過率は波長１９３ｎｍの光に対して１３．８％であり、ハーフトン型位相シフトマスクとして要求される数％〜数十％の範囲を十分に満たしていた。
また、成膜前後のマスク基板の平坦度変化から算出される位相シフト膜の膜応力は２０３ＭＰａであった。結果を表１に示す。
【００３６】
次に、上記薄膜上に電子線レジスト膜を形成し、パターン露光、現像によりレジスト膜を形成後、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、薄膜部分を除去し、位相シフト薄膜のＬ＆Ｓパターンを得た。レジストを剥離後、８０℃の濃硫酸に１５分間浸漬して洗浄、純水でリンスして位相シフトマスクを得た。この位相シフト膜のＬ＆ＳパターンをＳＥＭにて観察したところ良好なパターンが形成されていた。
【００３７】
［実施例３］
窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄に対し、モリブデンの代わりにジルコニウムを原子比で４％となるように加えたこと以外は実施例１と同様に位相シフト膜（膜厚６３ｎｍ）を形成し、ＳｉＮを主成分とし、微量のＺｒを含む位相シフト膜を有する位相シフトマスクブランクを得た。
【００３８】
得られた位相シフトマスクブランクの透過率は波長１９３ｎｍの光に対して１１．４％であり、ハーフトン型位相シフトマスクとして要求される数％〜数十％の範囲を十分に満たしていた。
また、成膜前後のマスク基板の平坦度変化から算出される膜応力は１９２ＭＰａであった。結果を表１に示す。
【００３９】
次に、上記薄膜上に電子線レジスト膜を形成し、パターン露光、現像によりレジスト膜を形成後、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、薄膜部分を除去し、位相シフト薄膜のＬ＆Ｓパターンを得た。レジストを剥離後、８０℃の濃硫酸に１５分間浸漬して洗浄、純水でリンスして位相シフトマスクを得た。この位相シフト膜のＬ＆ＳパターンをＳＥＭにて観察したところ良好なパターンが形成されていた。
【００４０】
［比較例１］
窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄に対し、原子比で４０％のモリブデンを添加し、スパッタリングガスに更に反応性ガスとして酸素を添加した以外は実施例１と同様に位相シフト膜（膜厚８２ｎｍ）を形成し、ＭｏＳｉＯＮの位相シフト膜を有する位相シフトマスクブランクを得た。
【００４１】
得られた位相シフトマスクブランクの透過率は波長１９３ｎｍの光に対して２．３％であり、また、成膜前後のマスク基板の平坦度変化から算出される膜応力は６７２ＭＰａであり、成膜前後におけるマスク基板の平坦度が大きく変化した。結果を表１に示す。
【００４２】
次に、上記薄膜上に電子線レジスト膜を形成し、パターン露光、現像によりレジスト膜を形成後、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、薄膜部分を除去し、位相シフト薄膜のＬ＆Ｓパターンを得た。レジストを剥離後、８０℃の濃硫酸に１５分間浸漬して洗浄、純水でリンスして位相シフトマスクを得た。この位相シフトマスクの平坦度を測定したところ、平坦度は前記成膜後の値と比較して更に変化していた。
【００４３】
【表１】

【００４４】
上記より、比較例では膜応力が大きく、微細なパターンにおいては大きな寸法変動が生じるものであるのに対し、実施例の位相シフト膜は、応力が比較例の３分の１程度であり、寸法精度の高い位相シフトマスクを与える位相シフトマスクブランクであることがわかる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、位相シフト膜をスッパタリング法で製造する際、スパッタターゲットとして窒化ケイ素を主成分とし、微量の遷移金属を添加したスパッタターゲットを用いることにより、パルスＤＣスパッタリングの適用が可能となり、上記スパッタターゲットを用い、パルスＤＣスパッタリングにて位相シフト膜を成膜することで、低欠陥、高スループットであるだけでなく、従来に比べて膜応力の小さい位相シフト膜を形成でき、高精度な位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る位相シフトマスクブランクの断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る位相シフトマスクの断面図である。
【図３】位相シフトマスクの製造法を示した説明図であり、（Ａ）はレジスト膜を形成した状態、（Ｂ）はレジスト膜をパターンニングした状態、（Ｃ）は位相シフト膜のエッチングを行った状態、（Ｄ）はレジスト膜を除去した状態の概略断面図である。
【図４】（Ａ），（Ｂ）はハーフトーン型位相シフトマスクの原理を説明する図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ部の部分拡大図である。
【符号の説明】
１基板
１ａ基板露出部
２位相シフト膜
２ａ位相シフター部
３レジスト膜

Claims

パルスＤＣスパッタリング（周波数２５〜２５０ｋＨｚ）により位相シフトマスクブランクの位相シフト膜を形成するためのスパッタターゲットであって、窒化ケイ素にモリブデン及びジルコニウムから選ばれる一つ以上の遷移金属を添加してなり、窒化ケイ素を主成分とし、モリブデン及びジルコニウムから選ばれる一つ以上の遷移金属を０．０１〜４％（原子比）含有し、比抵抗が１０Ωｃｍ以下であることを特徴とするスパッタターゲット。