JP5317310B2 - マスクブランク及び転写用マスクの製造方法 - Google Patents
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Description
一つは、マスクブランクのレジスト膜の薄膜化を進める際、例えば遮光膜の加工時間が1つの大きな制限事項となっていることである。例えばクロム遮光膜のドライエッチング加工では、エッチングガスに塩素ガスと酸素ガスの混合ガスが用いられている。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でパターニングする際、レジストは有機膜でありその主成分は炭素であるので、ドライエッチング環境である酸素プラズマに対しては非常に弱い。遮光膜をドライエッチングでパターニングする間、その遮光膜上に形成されているレジストパターンは十分な膜厚で残っていなければならない。一つの指標として、マスクパターンの断面形状を良好にするために、ジャストエッチングタイムの2倍(100%オーバーエッチング)程度を行っても残存するようなレジスト膜厚にしなければならない。例えば、一般には、遮光膜の材料であるクロムと、レジスト膜とのエッチング選択比は1以下となっているので、レジスト膜の膜厚は、遮光膜の膜厚の2倍以上の膜厚が必要となることになる。従って、レジスト膜を薄膜化するためには、遮光膜の加工時間を短くする必要があるが、そのためには遮光膜の薄膜化が重要な課題である。
このため、パターン側壁の高さを低くする必要がある、すなわち、遮光膜の薄膜化が必要となる。
すなわち、上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
(構成1)
ArFエキシマレーザー露光光が適用される転写用マスクを作成するために用いられ、透光性基板上に、転写パターンを形成するための遮光膜を有するマスクブランクであって、前記遮光膜は、膜厚が50nm未満であり、前記透光性基板の表面に接して形成され、遷移金属及びケイ素の合計含有量が90原子%以上の材料からなる遮光層と、該遮光層の上面に形成される表面反射防止層とを有する積層構造からなり、前記遮光層は、10nmの膜厚で形成したときにおける波長600〜700nmの光に対する表面反射率が、前記透光性基板の波長600〜700nmの光に対する表面反射率よりも10%以上高い材料で形成されていることを特徴とするマスクブランクである。
前記遮光膜は、光学濃度が2.3以上であることを特徴とする構成1記載のマスクブランクである。
(構成3)
前記遮光層中の遷移金属の含有量が9原子%以上、40原子%以下であることを特徴とする構成1または2に記載のマスクブランクである。
前記遮光層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする構成1乃至3のいずれか一項に記載のマスクブランクである。
(構成5)
前記遮光層の膜厚当たりの光学濃度は、ΔOD=0.075/nm−1以上であることを特徴とする構成1乃至4のいずれか一項に記載のマスクブランクである。
前記遮光層は、膜厚が40nm未満であることを特徴とする構成1乃至5のいずれか一項に記載のマスクブランクである。
(構成7)
前記表面反射防止層は、遷移金属およびケイ素に、さらに酸素、窒素、炭素および水素のうち少なくとも1つの元素を含む材料からなることを特徴とする構成1乃至6のいずれか一項に記載のマスクブランクである。
前記表面反射防止層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする構成7に記載のマスクブランクである。
(構成9)
前記表面反射防止層は、膜厚が4nm以上であることを特徴とする構成1乃至8のいずれか一項に記載のマスクブランクである。
構成1乃至9のいずれか一項に記載のマスクブランクにおける前記遮光膜を、エッチングによりパターニングするエッチング工程を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法である。
(構成11)
前記エッチング工程において、光学式エッチング終点検出で用いられる波長600〜700nmの光を遮光膜の表面に照射したときにおける遮光膜が10nmの厚さで残存しているときの表面反射率と、エッチングにより透光性基板が露出したときの表面反射率との差が10%以上であることを特徴とする構成10に記載の転写用マスクの製造方法である。
本発明は、ArF露光光が適用される転写用マスクを作成するために用いられ、透光性基板上に、転写パターンを形成するための遮光膜を有するマスクブランクであって、前記遮光膜は、膜厚が50nm未満であり、前記透光性基板の表面に接して形成され、遷移金属及びケイ素の合計含有量が90原子%以上の材料からなる遮光層と、該遮光層の上面に形成される表面反射防止層とを有する積層構造からなり、前記遮光層は、10nmの膜厚で形成したときにおける波長600〜700nmの光に対する表面反射率が、前記透光性基板の波長600〜700nmの光に対する表面反射率よりも10%以上高い材料で形成されていることを特徴とするマスクブランクである。
上記透光性基板1は、ArFエキシマレーザーに対して透明性を有するものであれば特に制限されない。本発明では、石英基板、その他各種のガラス基板を用いることができるが、この中でも石英基板は、ArFエキシマレーザーに対する透明性が高いので、本発明には特に好適である。
モリブデンが9原子%以上であると、ΔOD=0.075nm−1(波長193.4nmにおける)以上にできる。モリブデンが15原子%以上であると、ΔOD=0.08nm−1(波長193.4nmにおける)以上にできるのでより好ましい。モリブデンが20原子%以上であると、ΔOD=0.082nm−1(波長193.4nmにおける)以上にできるのでさらに好ましい。
モリブデンとケイ素を含有する材料は、モリブデンの含有量が高いと、耐薬性や耐洗浄性(特に、アルカリ洗浄や温水洗浄)が低下するという問題がある。フォトマスクとして使用する際の必要最低限の耐薬性、耐洗浄性を確保できるモリブデンの含有量である40原子%以下とすることが好ましい。また、図11でも明らかなように遮光性能は、モリブデン含有比率を増やしていくと所定値で頭打ちとなる。モリブデンは、モリブデンシリサイドの化学量論的に安定な比率にある程度の幅を持たせた程度である40原子%までが上限として好ましく、それ以上の比率でモリブデンを含有させると耐薬性や耐洗浄性が低下する。
また、遮光層のモリブデン含有量が9原子%以上、40原子%以下の範囲であると、こ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ので好ましい。
また、C及び/又はH(ケイ素炭化物、遷移金属炭化物、水素化ケイ素)の存在によりエッチングレートは速くなるため、レジスト膜を厚膜化することなく、解像性や、パターン精度が悪化することはない。また、エッチング時間を短縮することができるので、遮光膜上にエッチングマスク膜を有する構成の場合、エッチングマスク膜のダメージを少なくすることができ、高精細のパターニングが可能となる。
この場合のエッチングは、微細パターンの形成に有効なドライエッチングが好適に用いられる。
従来、光学的エッチング終点検出法で用いる照射光は、波長600nm〜700nmの赤色レーザー光である。赤色レーザー光による光学式エッチング終点検出でエッチング終点検出が十分に可能とされているクロム系遮光膜では、膜厚10nmから透光性基板が露出するまでの間の表面反射率の変化量が10%である。本発明の遮光膜は、膜厚10nmから透光性基板が露出するまでの間の表面反射率の変化量が10%以上であり、光学式エッチング終点検出が十分に可能な膜である。
(実施例1−1)
石英ガラスからなる透光性基板1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(原子%比 Mo:Si=21:79)を用い、アルゴンとヘリウムとの混合ガス雰囲気(ガス圧0.3Pa,ガス流量比 Ar:He=20:120)で、DC電源の電力を2.0kWとし、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、MoSi膜(遮光層)を膜厚33nmで成膜し、引き続いて、Mo/Siターゲット(原子%比 Mo:Si=4:96)を用い、アルゴン(Ar)と酸素と窒素とヘリウムとの混合ガス雰囲気(ガス圧0.1Pa,ガス流量比 Ar:O2:N2:He=6:5:11:16)で、DC電源の電力を3.0kWとし、MoSiON膜(表面反射防止層)を膜厚10nmで成膜することにより、MoSi膜(膜組成比 Mo:21原子%,Si:79原子%,屈折率n:2.42,消衰係数k:2.89)とMoSiON膜(膜組成比 Mo:1.6原子%,Si:38.8原子%,O:18.8原子%,N:41.1原子%,屈折率n:2.36,消衰係数k:1.20)との積層からなるArFエキシマレーザー(波長193nm)用遮光膜2(総膜厚43nm)を形成した。なお、遮光膜2の各層の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた(以下、各実施例、比較例とも同じ)。
まず、上記フォトマスクブランク10上に、電子線描画用化学増幅型ポジレジスト膜3(富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製 PRL009)を形成した(図2(a)参照)。
次に上記レジスト膜3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(同図(b)参照)、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(同図(c)参照)。
実施例(1−2)は、遮光層の膜厚を30nmとしたことを除き、実施例(1−1)と同様にマスクブランク10を製造し、バイナリ転写用マスク20を作製した。
得られたバイナリ転写用マスク20に対して、実施例(1−1)と同様に光学特性の測定を行った。その結果、遮光膜2のArF露光光に対する光学濃度は2.81であり、バイナリ転写用マスクとしては使用可能な遮光性能であった。また、ArF露光光に対する遮光膜2の表面反射率が25.2%、裏面反射率が39.0%であり、表裏ともパターン転写に影響のない反射率であった。
実施例(1−3)は、遮光層の膜厚を26nmとしたことを除き、実施例(1−1)と同様にマスクブランク10を製造し、バイナリ転写用マスク20を作製した。
得られたバイナリ転写用マスク20に対して、実施例(1−1)と同様に光学特性の測定を行った。その結果、遮光膜2のArF露光光に対する光学濃度は2.5であり、バイナリ転写用マスクとしては使用可能な遮光性能であった。また、ArF露光光に対する遮光膜2の表面反射率が25.2%、裏面反射率が39.2%であり、表裏ともパターン転写に影響のない反射率であった。
石英ガラスからなる透光性基板1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(原子%比 Mo:Si=21:79)を用い、アルゴンとメタンとヘリウムとの混合ガス雰囲気(ガス圧0.3Pa,ガス流量比 Ar:CH4:He=10:1:50)で、DC電源の電力を2.0kWとし、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、MoSiCH膜(遮光層)を膜厚35nmで成膜し、引き続いて、Mo/Siターゲット(原子%比 Mo:Si=4:96)を用い、アルゴン(Ar)と酸素と窒素とヘリウムとの混合ガス雰囲気(ガス圧0.1Pa,ガス流量比 Ar:O2:N2:He=6:5:11:16)で、DC電源の電力を3.0kWとし、MoSiON膜(表面反射防止層)を膜厚10nmで成膜することにより、MoSiCH膜(膜組成比 Mo:19.8原子%,Si:78.8原子%,C:2.0原子%,H:1.5原子%,屈折率n:1.99,消衰係数k:2.79)とMoSiON膜(膜組成比 Mo:1.6原子%,Si:38.8原子%,O:18.8原子%,N:41.1原子%,屈折率n:2.36,消衰係数k:1.20)との積層からなるArFエキシマレーザー(波長193nm)用遮光膜2(総膜厚45nm)を形成した。
得られたバイナリ転写用マスク20に対して、実施例(1−1)と同様に光学特性の測定を行った。その結果、遮光膜2のArF露光光に対する光学濃度は3.1であり、バイナリ転写用マスクとしては十分な遮光性能であった。また、ArF露光光に対する遮光膜2の表面反射率が22.7%、裏面反射率が40.3%であり、表裏ともパターン転写に影響のない反射率であった。
実施例(2−2)は、遮光層の膜厚を31nmとしたことを除き、実施例(2−1)と同様にマスクブランク10を製造し、バイナリ転写用マスク20を作製した。
得られたバイナリ転写用マスク20に対して、実施例(1−1)と同様に光学特性の測定を行った。その結果、遮光膜2のArF露光光に対する光学濃度は2.8であり、バイナリ転写用マスクとしては使用可能な遮光性能であった。また、ArF露光光に対する遮光膜2の表面反射率が22.8%、裏面反射率が40.4%であり、表裏ともパターン転写に影響のない反射率であった。
実施例(2−3)は、遮光層の膜厚を28nmとしたことを除き、実施例(2−1)と同様にマスクブランクを製造し、バイナリ転写用マスクを作製した。
得られたバイナリ転写用マスク20に対して、実施例(1−1)と同様に光学特性の測定を行った。その結果、遮光膜2のArF露光光に対する光学濃度は2.5であり、バイナリ転写用マスクとしては使用可能な遮光性能であった。また、ArF露光光に対する遮光膜2の表面反射率が22.8%、裏面反射率が40.7%であり、表裏ともパターン転写に影響のない反射率であった。
石英ガラスからなる透光性基板1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シリコン(Si)ターゲットを用い、アルゴンガス雰囲気で、Si膜(遮光層)を膜厚39nmで成膜し、引き続いて、Mo/Siターゲット(原子%比 Mo:Si=4:96)を用い、アルゴン(Ar)と酸素と窒素とヘリウムとの混合ガス雰囲気(ガス圧0.1Pa,ガス流量比 Ar:O2:N2:He=6:5:11:16)で、DC電源の電力を3.0kWとし、MoSiON膜(表面反射防止層)を膜厚10nmで成膜することにより、Si膜(屈折率n:0.98,消衰係数k:2.83)とMoSiON膜(膜組成比 Mo:1.6原子%,Si:38.8原子%,O:18.8原子%,N:41.1原子%,屈折率n:2.36,消衰係数k:1.20)との積層からなるArFエキシマレーザー(波長193nm)用遮光膜2(総膜厚49nm)を形成した。
得られたバイナリ転写用マスク20に対して、分光光度計U−4100(日立ハイテクノロジーズ社製)で光学特性の測定を行った。その結果、遮光膜2のArF露光光に対する光学濃度は2.88であり、バイナリ転写用マスクとしては使用可能な遮光性能であった。しかし、ArF露光光に対する遮光膜2の裏面反射率が58.9%であり、フレアやゴースト等への対策の取られていない露光装置では、ウェハへのパターン転写時に大きな問題となる裏面反射率であった。
石英ガラスからなる透光性基板1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)ターゲットを用い、アルゴンガス雰囲気で、Mo膜(遮光層)を膜厚39nmで成膜し、引き続いて、Mo/Siターゲット(原子%比 Mo:Si=4:96)を用い、アルゴン(Ar)と酸素と窒素とヘリウムとの混合ガス雰囲気(ガス圧0.1Pa,ガス流量比 Ar:O2:N2:He=6:5:11:16)で、DC電源の電力を3.0kWとし、MoSiON膜(表面反射防止層)を膜厚10nmで成膜することにより、Mo膜(屈折率n:0.79,消衰係数k:2.35)とMoSiON膜(膜組成比 Mo:1.6原子%,Si:38.8原子%,O:18.8原子%,N:41.1原子%,屈折率n:2.36,消衰係数k:1.20)との積層からなるArFエキシマレーザー(波長193nm)用遮光膜2(総膜厚49nm)を形成した。
得られたバイナリ転写用マスク20に対して、分光光度計U−4100(日立ハイテクノロジーズ社製)で光学特性の測定を行った。その結果、遮光膜2のArF露光光に対する光学濃度は2.7であり、バイナリ転写用マスクとしては使用可能な遮光性能であった。しかし、ArF露光光に対する遮光膜2の裏面反射率が56.1%であり、フレアやゴースト等への対策の取られていない露光装置では、ウェハへのパターン転写時に大きな問題となる裏面反射率であった。
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(原子%比 Mo:Si=10:90)を用い、アルゴンと窒素とヘリウムとの混合ガス雰囲気(ガス圧0.3Pa,ガス流量比 Ar:N2:He=5:49:46)で、DC電源の電力を2.0kWとし、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、位相シフト膜としてMoSiN膜を膜厚69nmで成膜し、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクを作成した。なお、この遮光膜は、ArFエキシマレーザー(波長193nm)において、光学濃度は1.2程度であり、バイナリ転写用マスクには適用できないものである。
石英ガラスからなる透光性基板1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クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴンと一酸化窒素とヘリウムとの混合ガス雰囲気(ガス圧0.1Pa,ガス流量比 Ar:NO:He=27:18:55)で、DC電源の電力を1.7kWとし、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、CrON膜(遮光層)を膜厚47nmで成膜し、引き続いて、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)と二酸化炭素と窒素とヘリウムとの混合ガス雰囲気(ガス圧0.2Pa,ガス流量比 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31)で、DC電源の電力を1.8kWとし、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、CrOCN膜(表面反射防止層)を膜厚10nmで成膜することにより、CrON膜(膜組成比 Cr:21原子%,O:79原子%,N:79原子%,屈折率n:1.45,消衰係数k:1.92)とCrOCN膜(膜組成比 Cr:1.6原子%,O:38.8原子%,C:18.8原子%,N:41.1原子%,屈折率n:2.03,消衰係数k:1.21)との積層からなるArFエキシマレーザー(波長193nm)用遮光膜2(総膜厚57nm)を形成した。なお、この遮光膜は、ArFエキシマレーザー(波長193nm)において、光学濃度は2.82程度であるが、膜厚が50nm以上あるため、特にEMFバイアスに係る課題を解決することは困難である。
石英ガラスからなる透光性基板1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(原子%比 Mo:Si=21:79)を用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)との混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、MoSiN膜(遮光層)を膜厚35nmで成膜し、引き続いて、Mo/Siターゲット(原子%比 Mo:Si=4:96)を用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)と窒素(N2)とヘリウム(He)との混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、MoSiON膜(表面反射防止層)を膜厚4nmで成膜することにより、MoSiN膜(膜組成比 Mo:20原子%,Si:76原子%,N:4原子%,屈折率n:1.50,消衰係数k:3.06)とMoSiON膜(膜組成比 Mo:3原子%,Si:57原子%,O:16原子%,N:24原子%,屈折率n:2.28,消衰係数k:0.92)との積層からなるArFエキシマレーザー(波長193nm)用遮光膜2(総膜厚39nm)を形成した。なお、遮光膜2の各層の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた。
得られたバイナリ転写用マスク20に対して、実施例(1−1)と同様に光学特性の測定を行った。その結果、遮光膜2のArF露光光に対する光学濃度は3.1であり、バイナリ転写用マスクとしては十分な遮光性能であった。また、ArF露光光に対する遮光膜2の表面反射率が39.4%であり、パターン転写に影響のない反射率であった。
石英ガラスからなる透光性基板1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(原子%比 Mo:Si=9.5:90.5)を用い、アルゴン(Ar)ガス雰囲気で反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、MoSi膜(遮光層)を膜厚38nmで成膜し、引き続いて、Mo/Siターゲット(原子%比 Mo:Si=4:96)を用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)と窒素(N2)とヘリウム(He)との混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、MoSiON膜(表面反射防止層)を膜厚4nmで成膜することにより、MoSi膜(膜組成比 Mo:9.3原子%,Si:90.7原子%,屈折率n:1.24,消衰係数k:2.77)とMoSiON膜(膜組成比 Mo:3原子%,Si:57原子%,O:16原子%,N:24原子%,屈折率n:2.28,消衰係数k:0.92)との積層からなるArFエキシマレーザー(波長193nm)用遮光膜2(総膜厚42nm)を形成した。なお、遮光膜2の各層の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた。
得られたバイナリ転写用マスク20に対して、実施例(1−1)と同様に光学特性の測定を行った。その結果、遮光膜2のArF露光光に対する光学濃度は3.1であり、バイナリ転写用マスクとしては十分な遮光性能であった。また、ArF露光光に対する遮光膜2の表面反射率が39.3%であり、パターン転写に影響のない反射率であった。
2 遮光膜
3 レジスト膜
10 マスクブランク
20 転写用マスク
Claims (13)
- ArFエキシマレーザー露光光が適用される転写用マスクを作成するために用いられ、透光性基板上に、転写パターンを形成するための遮光膜を有するマスクブランクであって、
前記遮光膜は、膜厚が50nm未満であり、前記透光性基板の表面に接して形成され、遷移金属及びケイ素を含む材料からなる遮光層と、該遮光層の上面に形成される表面反射防止層とを有する積層構造からなり、
前記遮光層の波長600〜700nmの光に対する屈折率nと消衰係数kは、下記の式(1)の条件を満たす範囲であることを特徴とするマスクブランク。
式(1) n≧−0.12k 3 +0.14k 2 −0.35k+3.44 - 前記遮光層は、10nmの膜厚で形成したときにおける波長600〜700nmの光に対する表面反射率が、前記透光性基板の波長600〜700nmの光に対する表面反射率よりも10%以上高い材料で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のマスクブランク。
- 前記遮光層は、遷移金属及びケイ素の合計含有量が90原子%以上の材料からなることを特徴とする請求項1または2に記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、光学濃度が2.3以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のマスクブランク。
- 前記遮光層中の遷移金属の含有量が9原子%以上、40原子%以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のマスクブランク。
- 前記遮光層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のマスクブランク。
- 前記遮光層の膜厚当たりの光学濃度は、ΔOD=0.075/nm−1以上であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のマスクブランク。
- 前記遮光層は、膜厚が40nm未満であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のマスクブランク。
- 前記表面反射防止層は、遷移金属およびケイ素に、さらに酸素、窒素、炭素および水素のうち少なくとも1つの元素を含む材料からなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のマスクブランク。
- 前記表面反射防止層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする請求項9に記載のマスクブランク。
- 前記表面反射防止層は、膜厚が4nm以上であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載のマスクブランク。
- 請求項1乃至11のいずれか一項に記載のマスクブランクにおける前記遮光膜を、エッチングによりパターニングするエッチング工程を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。
- 前記エッチング工程において、
光学式エッチング終点検出で用いられる波長600〜700nmの光を遮光膜の表面に照射したときにおける遮光膜が10nmの厚さで残存しているときの表面反射率と、エッチングにより透光性基板が露出したときの表面反射率との差が10%以上であることを特徴とする請求項12に記載の転写用マスクの製造方法。
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