JP6082421B2 - フォトマスクブランク、フォトマスクおよびフォトマスクブランクの製造方法 - Google Patents
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Description
エッチング時間(ET)は、エッチング速度(ER)、遮光膜の膜厚(d)および遮光膜パターンの断面角度調整時間(オーバーエッチング時間)(OET)によって決定される。これらの関係は以下のとおりである。
ET=d/ER+OET
=CET+OET・・・(1)
式(1)中、「CET」は、クリアエッチング(ジャストエッチング)時間であり、モニターパターン(一般に数mm角の大きな抜きパターン)のエッチングが基板または位相シフター膜等の下層膜に達する時間である。
透光性基板上に、多層構造の薄膜を有し、
前記薄膜の最上層は、クロムと、窒素、酸素および炭素のうち少なくとも一つとを含む材料からなるアモルファス構造であるフォトマスクブランク。
[2] 前記薄膜の最上層の表面粗さは、Raにおいて0.50nm以下である、[1]に記載のフォトマスクブランク。
[3] 前記薄膜の最上層は、クロムの含有量が50atm%以下、窒素と酸素の含有量の合計が40atm%以上である、[1]または[2]に記載のフォトマスクブランク。
[4] 前記薄膜は、前記透光性基板に近い側から裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層が順に積層された遮光膜を有し、
表面反射防止層が前記薄膜の最上層である、[1]ないし[3]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[5] 前記裏面反射防止層が、クロムと、窒素、酸素および炭素のうち少なくとも一つとを含む材料からなるアモルファス構造である、[4]に記載のフォトマスクブランク。
[6] 前記遮光膜における遮光層の膜厚は、遮光膜全体の膜厚の30%以下である、[4]または[5]に記載のフォトマスクブランク。
[7] 前記遮光膜における遮光層の膜厚は、裏面反射防止層の膜厚の40%以下である、[4]ないし[6]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[8] 前記薄膜は、遮光膜とエッチングマスク膜とを有し、
エッチングマスク膜が前記薄膜の最上層である、[1]ないし[3] のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[9] 前記薄膜は、位相シフター膜と遮光膜とを有し、
位相シフター膜が透光性基板と遮光膜との間に配置されている、[1]ないし[8]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[10] [1]ないし[9]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。
また、本発明のフォトマスクブランクには、レジスト膜が形成されたフォトマスクブランクもレジスト膜が形成されていないフォトマスクブランクも含まれる。したがって、本明細書の「薄膜」は、フォトマスクブランクにレジスト膜が形成されているか否かに拘わらず、レジスト膜を含むものではない。
また、本発明の好ましい態様に係るフォトマスクブランクは、金属含有量の異なる複数の層を所定の膜厚で積層する構造を有することによって、遮光膜全体としてエッチング速度(ER)は高速であり、かつ、所定の膜厚で充分な光学濃度を有する遮光膜を有するフォトマスクブランクを提供できる。
2 遮光層
3 裏面反射防止層
5 位相シフター膜
10 透光性基板
本発明の第1の態様のフォトマスクブランクは、
ArFエキシマレーザ光が適用されるフォトマスクを作製するために用いられるフォトマスクブランクであって、
透光性基板上に、多層構造の薄膜を有し、
前記薄膜の最上層は、クロムと、窒素、酸素および炭素のうち少なくとも一つとを含む材料からなるアモルファス構造であるフォトマスクブランクである。
透光性基板は透光性を有する基板であれば特に限定されないが、石英ガラス基板、アルミノシリケートガラス基板、フッ化カルシウム基板、フッ化マグネシウム基板等を用いることができる。これらの中でも、石英ガラス基板は平坦度および平滑度が高く、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が生じにくく高精度のパターン転写が行えるため好ましい。
本発明の第1の態様のフォトマスクブランクの薄膜は遮光膜を含み、任意にエッチングマスク膜、位相シフター膜等を含む膜を意味する。当該薄膜は、フォトマスクブランクにレジスト膜が形成されているか否かに拘わらず、レジスト膜を含むものではない。
したがって、薄膜の構成としては、たとえば、(1)Cr系遮光膜からなる膜、(2) 位相シフター膜とCr系遮光膜とからなる膜、(3)遮光膜とCr系エッチングマスク膜とからなる膜、 (4) 位相シフター膜とエッチングストッパー膜と遮光膜とCr系エッチングマスク膜とからなる膜が挙げられる。
したがって、薄膜がCr系遮光膜からなるフォトマスクブランクでは、遮光膜の最上層がアモルファス構造である。
薄膜が位相シフター膜とCr系遮光膜とがこの順に設けられた膜からなるフォトマスクブランクでは、遮光膜の最上層がアモルファス構造である。
薄膜が遮光膜とCr系エッチングマスク膜とがこの順に設けられた膜からなるフォトマスクブランクでは、薄膜の最上層であるエッチングマスク膜がアモルファス構造である。
薄膜が位相シフター膜とエッチングストッパー膜と遮光膜とCr系エッチングマスク膜とがこの順に設けられた膜からなるフォトマスクブランクでは、薄膜の最上層であるエッチングマスク膜がアモルファス構造である。
本発明の第1の態様のフォトマスクブランクの薄膜がCr系遮光膜を含む場合について説明する。
上記Cr系遮光膜は、透光性基板に近い側から裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層が順に積層された積層構造を有することが好ましい。遮光膜は、裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層という少なくとも3層を有すればよく、さらに1層以上の層を有してもよい。
裏面反射防止層は、遮光膜を形成する層の中で、遮光層の下側(透光性基板に近い側)に設けられる層である。裏面反射防止層は、遮光膜の遮光性およびエッチング特性を制御する他、反射防止機能や位相シフター膜等との密着性を制御する構成とすること好ましい。裏面反射防止層は、遮光膜が形成された側とは反対側の透光性基板から入射される露光光が、裏面反射防止層により露光光源側に反射して転写特性に影響のない程度に裏面反射率を抑える程度であればよく、ArFエキシマレーザ光の波長に対して40%以下、好ましくは30%以下、さらに好ましくは20%以下が望ましい。
遮光層は、遮光膜を形成する層の中で、裏面反射防止層と表面反射防止層との間に設けられる層である。遮光層は、遮光膜の遮光性およびエッチング特性を制御する。また、多層膜中で最も高い遮光性を有する層であることが好ましい。
表面反射防止層は、遮光膜を形成する層の中で、遮光層の上側(透光性基板に遠い側)に設けられる層である。表面反射防止層は、遮光膜の遮光性およびエッチング特性を制御する他、フォトマスクブランクやフォトマスクにおける洗浄に対する耐薬性を制御する構成とすることが好ましい。また、表面反射防止層は、フォトマスクとして用いた場合に、半導体基板等の被転写物からの反射光が再び被転写物に戻ってパターン精度を悪化させることを防止する効果を奏するものであり、表面反射率は、ArFエキシマレーザ光の波長に対して30%以下、好ましくは25%以下、さらに好ましくは20%以下が望ましい。
すなわち、レジストパターンをマスクにしてCr系遮光膜をドライエッチングすると、レジストはO2を含むエッチングに対して耐性が低いため、レジスト膜べりが大きくなるが、前記遮光膜の表面反射防止層および/または裏面反射防止層をアモルファス構造とすることによって、遮光膜のエッチング時間を短縮することができるので、レジストを薄膜化することが可能となる。
また、遮光膜を3層構造として、表面反射防止層および/または裏面反射防止層をエッチング速度の速いアモルファス構造とすることによって、オーバーエッチング時間を短くでき、遮光膜全体のエッチング時間を短縮することができる。
さらに、表面反射防止層および/または裏面反射防止層をアモルファス構造とすることによって、遮光膜の膜応力を小さくすることが可能となる。
このようなCr系材料は、酸化した材料ほど塩素系ガスに対するエッチング速度が速くなる。また、酸化した材料ほどではないが、窒化した材料も塩素系ガスに対するエッチング速度が速くなる。
そこで、表面反射防止層および裏面反射防止層のCr含有比率を50atm%以下、より好ましくは40atm%以下、NとOの合計が40atm%以上、より好ましくは50atm%以上と高酸化または高窒化させることが好ましい。Crの含有量が50atm%を越える、もしくはNとOの含有量の合計が40atm%未満であると、遮光膜のエッチング時間が長くなってしまう場合がある。
遷移領域は、図3(1)における増加モードで35〜50sccmの領域、図3(2)における増加モードで35〜50sccmの領域、図3(3)における増加モードで43〜50sccmの領域である。
反応領域は、図3(1)における減少モードで50〜35sccmの領域、図3(2)における減少モードで50〜35sccmの領域、図3(3)における減少モードで48〜32sccmの領域である。
本発明に記載する平坦度とはTIR(Total Indicated Reading)で表される表面の反り(変形量)を表す値である。なお、本発明においては6インチ基板の中心における142×142mmのエリア内の測定値をもって平坦度とする。
なお、本明細書において、表面粗さは、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定し、10nm角範囲の高さデータをもとに、Ra(中心線表面粗さ)を求めた。
そこで、遮光層の膜厚は、裏面反射防止層の膜厚の40%以下が好ましく、15%以下がさらに好ましい。
本発明の第1の態様のフォトマスクブランクの薄膜がCr系エッチングマスク膜を含む場合について説明する。
例えば、基板上に、MoSi系遮光膜とCr系エッチングマスク膜とをこの順に設けたフォトマスクブランクを用いる。そして、膜厚の薄いCr系エッチングマスク膜を用いることによって、レジストへの負担が軽減され、Cr系エッチングマスク膜にマスクパターンを転写したときの解像性の低下は改善される。この構成によって、レジスト膜を薄膜化することが可能となる。
しかしながら、レジスト膜厚を100nm以下にしようとすると、パターン形状の悪化が顕著であり、エッチングマスク膜にマスクパターンを転写したときのLERが悪化してしまうため、エッチングマスク膜のエッチング時間を短縮する必要があることを本発明者は見出した。
エッチングマスク膜の好ましい材料、組成比および成膜条件は、上述のCr系遮光膜における表面反射防止層または裏面反射防止層と同様である。
また、レジスト塗布前の加熱処理による平坦度変化を防止するため、エッチングマスク膜を成膜後、上述のCr系遮光膜と同様の条件で加熱処理を施すことが好ましい。エッチングマスク膜の場合にも、加熱処理後の平坦度は10nm以下であることが好ましい。
また、遮光膜は、Ta系の材料でもよい。
本発明者の発明者は、透光性基板上に形成された遮光膜の加工を行う際に、
(1)遮光層および表面反射防止層の2層構造では、下層の遮光層をエッチング速度が遅い材料で形成するとオーバーエッチング時間が長く必要になり、トータルエッチング時間が長くなってしまう一方、下層をエッチング速度が速い材料で形成するとクリアエッチング時間は短縮されるがローディングによってオーバーエッチング時間が長くなってしまう場合があるため、2層構造ではエッチング時間を短縮することが困難であること、
(2)オーバーエッチング時間を短くするために、裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層の3層構造とし、最下層の裏面反射防止層に遮光層よりもエッチング速度の速い材料を用いることが好ましいこと、
(3)3層構造とした場合、オーバーエッチング時間を短縮し、さらに遮光膜パターンの断面形状を良好にするために、エッチング速度の遅い中間層の膜厚を全体膜厚の30%以下に調整することが好ましいこと、
を見出し、第1の態様のフォトマスクブランクの発明を完成した。
透光性基板上に遮光膜を有し、
前記遮光膜は、透光性基板に近い側から裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層が順に積層された積層構造を有し、
遮光膜全体の膜厚が60nm以下であり、
裏面反射防止層は、金属を含有する膜からなり、第1のエッチング速度を有し、
表面反射防止層は、金属を含有する膜からなり、第3のエッチング速度を有し、
遮光層は、裏面反射防止層または表面反射防止層に含まれる金属と同じ金属を含有する膜からなり、第1のエッチング速度および第3のエッチング速度よりも遅い第2のエッチング速度を有し、
遮光層の膜厚は、遮光膜全体の膜厚の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。
そこで、第2の態様のフォトマスクブランクでは、遮光層の膜厚は、裏面反射防止層の膜厚の40%以下が好ましく、15%以下がさらに好ましい。
そこで、第2の態様のフォトマスクブランクでは、遮光層と表面反射防止層の膜厚比は、1.0:0.7〜1.0:7.0、より好ましくは1.0:2.0〜1.0:7.0であることが好ましい。このような膜厚比を有することによって、エッチングが意図されていない部分がさらにエッチングされるのを抑制できるため断面形状が良好になり、パターンの再現性を良好にすることができる。
遮光膜を構成する金属を含有する層に酸素を含有させるとエッチング速度が上昇するが、単位膜厚当りの光学濃度が小さくなるため、遮光層の膜厚が厚くなってしまう。また、縦方向にエッチング速度差の無い単一速度の膜はローディングによる断面形状バラツキが発生しやすい。
また、ArFエキシマレーザ光で露光されるフォトマスクの場合、半導体基板等の被転写物からの反射光が再び被転写物に戻ってパターン精度を悪化させるのを防止するために、裏面反射防止層および表面反射防止層を有する構成が好ましい。しかし、この積層構造で遮光膜が一定膜厚(たとえば60nm)以下の制限があるなかで膜設計を行う場合、遮光層の膜厚が厚くなると、裏面または表面反射防止層の膜厚を薄くしなければならないが、単に薄くしただけでは全体の遮光性や反射率等の光学特性が確保されなくなる。
透光性基板上に遮光膜を有し、
前記遮光膜は、透光性基板に近い側から裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層が順に積層された積層構造を有し、
遮光膜全体の膜厚が60nm以下であり、
裏面反射防止層は、金属を含有する膜からなり、第1のエッチング速度を有し、
表面反射防止層は、金属を含有する膜からなり、第3のエッチング速度を有し、
遮光層は、裏面反射防止層または表面反射防止層に含まれる金属と同じ金属および窒素を含有する金属窒化膜からなり、第1のエッチング速度および第3のエッチング速度よりも遅い第2のエッチング速度を有することを特徴とする。
(1) 本発明の第4の態様のArFエキシマレーザ光が適用されるフォトマスクを作製するために用いられるフォトマスクブランクは、
透光性基板上に遮光膜を有し、
遮光膜は、遮光層と少なくとも一層の反射防止層とを備え、遮光膜全体の光学濃度が1.8〜3.1であり、
遮光層の光学濃度と全ての反射防止層の光学濃度の総和との比が1:5〜1:19であり、
遮光層は、金属を含有する膜からなり、
反射防止層は、遮光層に含まれる金属と同じ金属、NおよびOを含有する膜からなり、NとOの含有量の合計が40〜65atom%であることを特徴とする。
OD(遮光膜全体)=OD(表面反射防止層)+OD(遮光層)+OD(反射防止層)
また、本明細書において、「単位膜厚当りの光学濃度」は、下記の関係を満たす。
単位膜厚当りのOD(nm−1)=膜(層)のOD/膜(層)厚
前記遮光膜は、透光性基板に近い側から裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層が順に積層された積層構造を有し、
裏面反射防止層の光学濃度が1.1〜1.3であり、
遮光層の光学濃度が0.1〜0.3であり、
表面反射防止層の光学濃度が0.4〜0.6である態様が含まれる。
当該態様のフォトマスクブランクは、各層の光学濃度をこれらの範囲内にすることにより、所望の膜厚、エッチング速度および光学特性を有する遮光膜を容易に得ることができる。
裏面反射防止層の、NとOの含有量の合計が40〜55atom%であり、
遮光層のNとOの含有量の合計が30atom%以下であり、
表面反射防止層のNとOの含有量の合計が45〜65atom%である態様が含まれる。
当該態様のフォトマスクブランクは、各層のNとOの含有量を所定の範囲内にすることにより、所望の膜厚、エッチング速度および光学特性を有する遮光膜を容易に得ることができる。
本発明の第5の態様のArFエキシマレーザ光が適用されるフォトマスクを作製するために用いられるフォトマスクブランクは、
透光性基板上に遮光膜を有し、
前記遮光膜は、透光性基板に近い側から裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層が順に積層された積層構造を有し、
裏面反射防止層は、Crのターゲットを用い、不活性ガスが45〜65vol%、CO2ガスが30〜50vol%、N2ガスが1〜15vol%である混合ガス雰囲気中で形成されたCrOCN膜からなり、
遮光層は、Crのターゲットを用い、不活性ガスが70〜90vol%、N2ガスが5〜25vol%である混合ガス雰囲気中で形成されたCrN膜からなり、
表面反射防止層は、Crのターゲットを用い、不活性ガスが40〜60vol%、CO2ガスが25〜45vol%、N2ガスが5〜20vol%である混合ガス雰囲気中で形成されたCrOCN膜からなることを特徴とする。
これに対して、CO2ガスを用いた場合には、比較的ガス圧の低い状態で酸化度の制御が可能であり、膜質がもろくならない程度のガス流量下で成膜することができる。
そこで、欠陥品質を良好にするという点から、第5の態様のフォトマスクブランクは、遮光膜を構成する相を形成するために用いる雰囲気ガスとしてCO2ガスを用いることが好ましい。
(1) 本発明の第6の態様のArFエキシマレーザ光が適用されるフォトマスクを作製するために用いられるフォトマスクブランクは、
透光性基板上に遮光膜を有し、
前記遮光膜は、透光性基板に近い側から裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層が順に積層された積層構造を有し、
裏面反射防止層は、金属の含有量が25〜50atm%、NとOの含有量の合計が35〜65atm%であり、および、光学濃度が1.1〜1.3であり、
遮光層は、金属とNを含み、金属の含有量が50〜90atm%、膜厚が2〜6nm、および、光学濃度が0.1〜0.3であり、
表面反射防止層は、金属の含有量が25〜50atm%、NとOの含有量の合計が45〜65atm%であり、および、光学濃度が0.4〜0.6であることを特徴とする。
第6の態様のフォトマスクブランクの遮光層において、Nの含有量が3〜25atm%であることが好ましい。さらに、フォトマスクブランクの遮光層において、単位膜厚当たりの光学濃度が0.05〜0.06nm−1であることが好ましい。
遮光層は、Crの含有量が50〜90atm%、Nの含有量が3〜25atm%含み、かつ、光学濃度が0.1〜0.3であり、
表面反射防止層は、Crの含有量が30〜40atm%、NとOの含有量の合計が50〜60atm%であり、かつ、光学濃度が0.4〜0.6である態様が含まれる。
裏面反射防止層は、第1のエッチング速度を有し、
表面反射防止層は、第3のエッチング速度を有し、
遮光層は、第1のエッチング速度および第3のエッチング速度よりも遅い第2のエッチング速度を有する態様が含まれる。
7.1 エッチング速度
第1の態様の薄膜がCr系遮光膜のフォトマスクブランク、第2〜第6の態様のフォトマスクブランクにおいて、「第2のエッチング速度<第1のエッチング速度≦第3のエッチング速度」の関係であると、パターンの断面の角度が垂直に近づくため好ましい。また、第1のエッチング速度<第3のエッチング速度とすれば、さらにパターンの断面の角度が垂直に近づくため好ましい。
第1の態様の薄膜がCr系遮光膜のフォトマスクブランク、第2〜第6の態様のフォトマスクブランクにおいて、反射防止層が裏面反射防止層と表面反射防止層を含む場合、裏面反射防止層または表面反射防止層は、Crの含有量が50atm%以下であり、少なくともO、C、Nの何れかを含む層であり、遮光層は、Crの含有量が50atm%以上の膜であることが好ましい。このような構成を有することによって、第2のエッチング速度<第1または第3のエッチング速度の関係を有する膜を容易に形成することができるからである。
第1の態様の薄膜がCr系遮光膜のフォトマスクブランク、第2〜第6の態様のフォトマスクブランクにおいて、ArFエキシマレーザ光に対する遮光層の単位膜厚当たりの光学濃度が0.05nm−1以上であることが好ましい。
第1の態様の薄膜がCr系遮光膜のフォトマスクブランク、第2〜第6の態様のフォトマスクブランクにおいて、遮光膜上に膜厚が200nm以下、より好ましくは150nm以下のレジスト膜を設けてもよい。
本明細書において、「フォトマスクブランク」は、バイナリーマスクブランクおよびハーフトーン型位相シフトマスクブランクを含み、また、「フォトマスク」はバイナリーマスクおよび位相シフトマスクを含む概念である。
ハーフトーン型位相シフトマスクブランクは、位相シフター膜の透過率は、2〜40%であることが好ましい。
また、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクでは、遮光膜全体の膜厚が50nm以下であり、位相シフター膜の透過率は、2〜6%であるフォトマスクブランクが好ましい。他方、転写されるパターンの解像性を高めるためには、位相シフター膜の透過率が7〜20%であると好ましい。
本発明のフォトマスクブランクから得られるフォトマスクとその製造方法について説明する。
本発明のフォトマスクは、開口数がNA>1の露光方法および200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンの形成するパターン転写方法において使用されるマスクとして特に有用である。
(フォトマスクブランクの作製)
本実施例では、透光性基板10上に位相シフター膜5と3つの層からなる遮光膜とが設けられたハーフトーン型位相シフトマスクブランクを製造した(図1参照)。
表1にも示すように、スパッタリング(DCスパッタリング)の条件は以下のとおりであった。
スパッタターゲット:MoとSiとの混合ターゲット(Mo:Si=8:92mol%)
スパッタガス:ArとN2とHeとの混合ガス雰囲気(Ar:9sccm、N2:81sccm、He:76sccm)
放電中のガス圧:0.3Pa
印加電力:2.8kW
表面反射防止層1:Ar=21.0vol%、CO2=36.8vol%、N2=10.5vol%、He=31.6vol%
遮光層2:Ar=83.3vol%、N2=16.7vol%
裏面反射防止層3:Ar=22.0vol%、CO2=38.9vol%、N2=5.6vol%、He=33.3vol%
原子数密度=面密度/膜厚
上記手法により、表面反射防止層1の原子数密度を算出した。
このように、本実施例の遮光膜は、オゾン処理に対して高い耐薬性を有していることが確認された。
得られたフォトマスクブランク上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト(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。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を形成した。
上記遮光膜のドライエッチングにおいて、各層のエッチング速度は表1のとおりであった。遮光膜全体のクリアエッチング時間は84.5secであり、後述の比較例1と比べて8%程度の短縮が確認された。また、SEM(Scanning Electron Microscopy)を用いて遮光膜パターンを断面観察したところ、遮光膜の断面の角度が基板に対して垂直に形成され良好であった。さらに、オーバーエッチング時間を短くしても垂直な断面形状が得られ、トータルエッチング時間は比較例1と比べて20%程度短縮可能であることが確認された。
その後、残存するレジストパターンを剥離して、再度レジスト膜を塗布し、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、該レジスト膜を現像してレジストパターンを形成した。次いで、ウェットエッチングを行って、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、フォトマスクを得た。
得られたフォトマスクに対して、解像性評価を行った。レジスト膜の解像性は良好であり、遮光膜パターンの解像性は60nm(DRAM hp32nmに相当)未満であった。
本実施例では、透光性基板10上に3つの層からなる遮光膜が設けられたバイナリーマスクブランクを製造した(図2参照)。
すなわち、スパッタリングの条件を表1に示すとおりに設定した以外は実施例1と同じ条件で反応性スパッタリングを行った。
表面反射防止層1:Ar=21.0vol%、CO2=36.8vol%、N2=10.5vol%、He=31.6vol%
遮光層2:Ar=30.8vol%、NO=23.1vol%、He=46.2vol%
裏面反射防止層3:Ar=23.5vol%、CO2=29.4vol%、N2=11.8vol%、He=35.3vol%
このように、本実施例の遮光膜は、オゾン処理に対して高い耐薬性を有していることが確認された。
上記遮光膜のドライエッチングにおいて、各層のエッチング速度は表1のとおりであった。また、実施例1と同様に遮光膜パターンを観察したところ、ややテーパーがあるが、遮光膜の断面の角度が基板に対して垂直に形成され良好であった。さらに、オーバーエッチング時間を短くしても垂直な断面形状が得られ、トータルエッチング時間を比較例2と比べて25%程度短縮可能であることが確認された。
得られたフォトマスクに対して、解像性評価を行った。レジスト膜の解像性は良好であり、遮光膜パターンの解像性は70nm(DRAM hp45nmに相当)未満であった。
本実施例では、実施例2において、遮光層2の成膜条件および膜厚、裏面反射防止層の膜厚を変更する以外は、実施例2と同様のバイナリーマスクブランクを製造した。
すなわち、スパッタリングの条件を表1に示すとおりに設定した以外は実施例2と同じ条件で反応性スパッタリングを行った。
表面反射防止層1:Ar=21.0vol%、CO2=36.8vol%、N2=10.5vol%、He=31.6vol%
遮光層2:Ar=27.2vol%、NO=18.2vol%、He=54.5vol%
裏面反射防止層3:Ar=23.5vol%、CO2=29.4vol%、N2=11.8vol%、He=35.3vol%
その結果、遮光膜の膜厚はオゾン水の噴霧によって変化しなかった。また、表面反射率は、波長193nmの光では−0.02%変化した。遮光膜の光学濃度は、−0.06変化した。
このように、本実施例の遮光膜は、オゾン処理に対して高い耐薬性を有していることが確認された。
上記遮光膜のドライエッチングにおいて、各層のエッチング速度は表1のとおりであった。また、実施例1と同様に遮光膜パターンを観察したところ、遮光膜の断面の角度が基板に対して垂直に形成され良好であった。さらに、オーバーエッチング時間を短くしても垂直な断面形状が得られ、トータルエッチング時間を比較例2と比べて25%程度短縮可能であることが確認された。
得られたフォトマスクに対して、解像性評価を行った。レジスト膜の解像性は良好であり、遮光膜パターンの解像性は70nm(DRAM hp45nmに相当)未満であった。
本比較例では、2つの層からなる遮光膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクを製造した。
具体的には、インライン型スパッタ装置を用い、実施例1と同様の位相シフター膜上に、遮光層を形成した。スパッタリング(DCスパッタリング)の条件は以下のとおりであった。
スパッタターゲット:Cr
スパッタガス:ArとN2とHeとの混合ガス雰囲気(Ar:30sccm、N2:30sccm、He:40sccm)
放電中のガス圧:0.2Pa
印加電力:0.8kW
スパッタターゲット:クロム(Cr)
スパッタガス:アルゴン(Ar)とメタン(CH4)との混合ガス(CH4:3.5体積%)、NOおよびHeが混合されたガス(Ar+CH4:65sccm、NO:3sccm、He:40sccm)
放電中のガス圧:0.3Pa
印加電力:0.3kW
その結果、表面反射防止層(膜厚24nm)の膜組成は、Crが34atom%、Оが32atom%およびNが23atom%であった。また、表面反射防止層のクロム比は、О/Crが0.9およびN/Crが0.7であった。さらに、表面反射防止層の原子数密度は、7.4×1022atms/cm3であった。
遮光層(膜厚24nm)の膜組成は、Crが59atom%およびNが39atom%であった。また、遮光層のクロム比は、N/Crが0.7であった。
なお、インライン型スパッタ装置を用いたため、遮光層および表面反射防止層は各々膜厚方向に組成が傾斜した傾斜膜であった。したがって、上記膜組成は平均値である。
その結果、遮光膜の膜厚はオゾン水の噴霧によって、膜厚が5.8nm減少した。また、表面反射率は、波長193nmの光では+2.72%変化した。遮光膜の光学濃度は、−0.38変化した。
その結果、波長193nmの光では+2.5%(19.8%→22.3%)、257nmの光では+9.1%(16.4%→25.5%)、365nmでは+13.9%(19.9%→33.8%)、488nmでは+11.0%(29.9%→40.9%)変化した。
これにより、実施例1と2に比べて、本比較例の遮光膜は、オゾン処理に対して耐薬性が低いことが確認された。
上記遮光膜のドライエッチングにおいて、エッチング速度は実施例1よりも遅かった。遮光膜全体のクリアエッチング時間は92.0secであった。また、実施例1と同様に遮光膜パターンを観察したところ、遮光膜の断面の角度が基板に対して垂直に形成されなかった。このため、位相シフター膜パターンの断面形状も良好ではなかった。
得られたフォトマスクに対して、解像性評価を行った。レジスト膜の解像性は悪く、エッチング不良により、遮光膜パターンの解像性は80nm以上であった。
本比較例では、遮光膜を2つの層からなる遮光膜を有するバイナリーマスクブランクを製造した。
具体的には、インライン型スパッタ装置を用い、透光性基板上に、遮光層を形成した。スパッタリング(DCスパッタリング)の条件は以下のとおりであった。
スパッタターゲット:Cr
スパッタガス:ArとN2とHeとの混合ガス雰囲気(Ar:72sccm、N2:28sccm)
放電中のガス圧:0.3Pa
印加電力:0.6kW
スパッタターゲット:クロム(Cr)
スパッタガス:アルゴン(Ar)とメタン(CH4)との混合ガス(CH4:8体積%)、NOおよびHeが混合されたガス(Ar+CH4:105sccm、NO:3sccm)
放電中のガス圧:0.3Pa
印加電力:1.1kW
その結果、表面反射防止層の膜組成は、Crが48atom%、ОおよびNの合計が50atom%であった。遮光層2の膜組成は、Crが60atom%、ОおよびNの合計が30atom%であった。なお、インライン型スパッタ装置を用いたため、遮光層および表面反射防止層は各々膜厚方向に組成が傾斜した傾斜膜であった。したがって、上記膜組成は平均値である。
その結果、当該フォトマスクブランクの遮光膜の膜厚はオゾン水の噴霧によって、膜厚が4.2nm減少した。また、表面反射率は、波長193nmの光では+5.30%変化した。遮光膜の光学濃度は、−2.60変化した。
上記遮光膜のドライエッチングにおいて、エッチング速度は実施例2よりも遅かった。また、実施例1と同様に遮光膜パターンを観察したところ、実施例2に比べて、遮光膜の断面の角度が基板に対して垂直に形成されなかった。
得られたフォトマスクに対して、解像性評価を行った。レジスト膜の解像性は悪く、エッチング不良により、遮光膜パターンの解像性は80nm以上であった。
本実施例では、遮光膜をCr系からMoSi系に変え、該遮光膜上にCr系エッチングマスク膜が設けられたバイナリーマスクブランクを製造した。遮光膜として、MoSiON膜(裏面反射防止層)、MoSi膜(遮光層)、MoSiON膜(表面反射防止層)を、エッチングマスク膜としてCrOCN膜を、それぞれ形成した。
次いで、Mo:Si=21mol%:79mol%のターゲットを用い、Arをスパッタリングガス圧0.1Pa、DC電源の電力を2.0kWで、モリブデンおよびシリコンからなる膜(Mo:21.0atm%、Si:79.0atm%)を30nmの膜厚で形成し、MoSi膜(遮光層)を形成した。
遮光膜の合計膜厚は52nmとした。遮光膜の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザ露光光の波長193nmにおいて3.0であった。
その後、実施例1の表面反射防止層と同じ条件で、CrOCN(Cr:34atm%、C:11atm%、O:39atm%、N:16atm%)からなるエッチングマスク膜を膜厚15nmで形成した。
以上のようにして、本実施例のフォトマスクブランクを作製した。
次に、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を形成した。次に、レジストパターンをマスクとして、エッチングマスク膜のドライエッチングを行った。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をマスクにして、遮光膜を、SF6とHeの混合ガスを用い、ドライエッチングを行い、遮光膜パターンを形成した。
次いで、エッチングマスク膜パターンを、Cl2とO2の混合ガスでドライエッチングによって剥離し、所定の洗浄を施してフォトマスクを得た。
本実施例は、遮光膜に関し、MoSiON膜(裏面反射防止層)を形成しなかったこと、遮光膜におけるMoSi膜(遮光層)及びMoSiON膜(表面反射防止層)に関し、下記条件で成膜を行い、MoSi膜(遮光層)をMoSiN膜(遮光層)に変え、その膜厚及び膜中のSi含有率を変化させたこと、MoSiON膜(表面反射防止層)の膜厚を変化させたこと、遮光膜の合計膜厚を変化させたこと、を除き、実施例4と同様である。
遮光膜におけるMoSiN膜(遮光層)は、モリブデン、シリコンおよび窒素からなる膜(Mo:7.1atm%、Si:71.7atm%、N:18.2atm%)を52nmの膜厚で形成した。また、遮光膜におけるMoSiON膜(表面反射防止層)は、モリブデン、シリコン、酸素、窒素からなる膜(Mo:2.6atm%、Si:57.1atm%、O:15.9atm%、N:24.1atm%)を8nmの膜厚で形成した。
遮光膜の合計膜厚は60nmとした。遮光膜の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザ露光光の波長193nmにおいて3.0であった。
以上のようにして、本実施例のバイナリーマスクブランクを作製した。
実施例4と同様にして、フォトマスクを得た。得られたフォトマスクに対して、解像性評価を行った。レジスト膜の解像性は良好であり、また、エッチングマスク膜のLERも良好であり、得られたフォトマスクにおける遮光膜パターンの解像性は40nm(DRAM hp22nmに相当)未満であった。
本比較例は、エッチングマスク膜をCrNに変えたことを除き、実施例5と同様である。すなわち、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0.2Pa(ガス流量比 Ar:N2:He=18:18:32)とし、DC電源の電力を1.8kWで、CrN膜(膜中のCr含有率:90原子%)からなるエッチングマスク膜を15nmで形成した。
また、得られたフォトマスクブランクの断面をTEM(透過型電子顕微鏡)およびX線回折装置(XRD)で観察したところ、表面反射防止層は密度の低いポーラス状柱状構造であった。原子間力顕微鏡(AFM)を用いて表面粗さを測定したところ、Ra=0.70nmであった。
実施例4と同様にして、フォトマスクを得た。得られたフォトマスクに対して、解像性評価を行った。レジスト膜の解像性は悪く、また、エッチングマスク膜のLERも大きく、得られたフォトマスクにおける遮光膜パターンの解像性は70nm以上であった。
Claims (7)
- ArFエキシマレーザ光が適用されるフォトマスクを作製するために用いられるフォトマスクブランクであって、
透光性基板上に、多層構造の薄膜を有し、
前記薄膜は、遮光膜とエッチングマスク膜とを有し、
前記遮光膜は、前記透光性基板に近い側から少なくとも裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層がこの順に形成され、前記遮光膜全体の膜厚が60nm以下であり、
前記遮光層は、クロムおよび窒素を含み、クロムの含有量が50atm%以上であり、前記遮光層の膜厚が前記遮光膜全体の膜厚の20%以下であり、
前記表面反射防止層は、クロム、窒素および酸素を含む材料からなるアモルファス構造であり、クロムの含有量が34atm%以下であり、窒素と酸素の含有量の合計が50atm%以上であり、前記表面反射防止層の膜厚が11〜17nmであり、
前記裏面反射防止層の膜厚が23nm以上であり、
前記エッチングマスク膜は、SiON、SiN、SiO2、MoSiONもしくはMoSiNを含む膜からなる、または、Siを20%以上含有する有機膜からなるフォトマスクブランク。 - 前記遮光層は、Cr−Cr結合成分が主体である、請求項1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の膜厚は5〜20nmである、請求項1または2に記載のフォトマスクブランク。
- 前記薄膜は、位相シフター膜を有し、
前記位相シフター膜は、前記透光性基板と前記遮光膜との間に配置されている、請求項1ないし3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上にレジスト膜を有する、請求項1ないし4のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
- 請求項1ないし5のいずれか1つに記載のフォトマスクブランクを準備し、
前記フォトマスクブランクにおける遮光膜をエッチングすることにより遮光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。 - 請求項6に記載のフォトマスクの製造方法により作製されたフォトマスクを用いて半導体基板上にパターン転写を行う半導体集積回路の製造方法。
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