JP6173765B2 - マスクブランクの製造方法および転写用マスクの製造方法 - Google Patents
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Description
位相シフト膜を有するガラス基板に対して、光加熱処理を行った場合においても、所定の許容範囲内の透過率分布や位相差分布となることが望まれていた。
前記に示すような条件、即ち、いわゆる斜入射スパッタ方式のスパッタ装置であって、酸素や窒素のような反応性ガスを透光性基板の側方又は下方から供給し、かつ、前記反応性ガスのほとんどを透光性基板に比較的近い空間で流動させる方式の装置でスパッタ成膜された位相シフト膜は、主表面の外周側(外周部)が中心側(中心部)に比べて相対的に膜厚を厚くする必要がある。これにより、酸素や窒素の含有量が比較的多い外周側の位相シフト膜と、酸素や窒素の含有量が比較的少ない中心側の位相シフト膜との間で、透過率や位相差の差を小さくすることができ、比較的バランスが取れた状態になっている(図1のHoとHcの厚さの比率で比較的バランスが取れた状態になっている)。位相シフト膜に対して、加熱処理(例えば400℃で1時間)を行うと、大気中の酸素が位相シフト膜の表層に取り込まれ、表層の膜組成が変化し、表層に酸化層が形成される。表層の酸化層はSiO2かそれに近い組成で実質的に構成されると考えられる。このとき、加熱処理前の位相シフト膜の表層の膜組成が例えばMoSiN,MoSiON、MoSiO、MoSiであるか否か、NやOの含有量が多いか少ないか、によらず、加熱処理後の位相シフト膜の表層の膜組成は、SiO2かそれに近い組成で実質的に構成されると考えられる。加熱処理後の位相シフト膜におけるこのSiO2に近い組成の表層は、加熱処理前の位相シフト膜の表層のターゲット由来の元素以外の元素の含有量が面内で相違していても加熱処理後にはほぼ同一となる(加熱処理前の位相シフト膜の表層の膜組成に影響されにくい)と考えられる。
以上の結果をもとに、鋭意研究した結果、光加熱処理において、中心側(中心部)に比べて外周側(外周部)の光の総照射量(積算照射量)を多くする照射条件とすることで、光加熱処理後の位相シフト膜が、透過率および位相差の面内均一性を所定の許容範囲内に維持できることにたどりつき、本発明(発明A)を完成するに至った。
係る発明Bにおいては、斜入射スパッタ方式、反応性ガスの側方又は下方供給方式(面内組成不均一)、中心部に比べて外周部の光の総照射量(積算照射量)を多くする照射条件、の各限定がない。
上記発明(発明C)には、光加熱処理装置による基板面内の加熱特性の相違を考慮し、光加熱処理後に透過率および位相差の面内均一性が所定の許容範囲内になるように、光加熱処理前に透過率および位相差の面内分布を制御する、発明が含まれる。これに加え、光加熱条件を面内で制御する発明も含まれる。
(構成1)
透光性基板の主表面上に、転写パターン形成用の薄膜を備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、遷移金属とケイ素を含有し、さらに酸素または窒素のうち少なくともいずれかを含有する材料からなり、
前記薄膜は、その表層に前記表層を除く領域の薄膜よりも酸素含有量が多い酸化層を有し、
前記薄膜は、主表面側における中央部の厚さよりも外周部の厚さが厚く形成されており、
前記酸化層は、主表面側における中央部の厚さよりも外周部の厚さが厚く形成されている
ことを特徴とするマスクブランク。
前記薄膜は、露光光に対して1%以上の透過率を有する半透過膜であることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
(構成3)
前記薄膜は、露光光に対して1%以上の透過率を有し、かつ、前記薄膜を透過した露光光と前記薄膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を通過した露光光との間に所定の位相差を生じさせるハーフトーン位相シフト膜であることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
前記薄膜は、前記透過率の面内分布が0.6%の範囲内であることを特徴とする構成2または3に記載のマスクブランク。
(構成5)
前記薄膜は、前記位相差の面内分布が4度の範囲内であることを特徴とする構成3に記載のマスクブランク。
構成1から5のいずれかに記載のマスクブランクを製造する方法であって、
前記透光性基板の主表面上に、遷移金属とケイ素を含有するターゲットを用い、酸素または窒素のうち少なくともいずれかを含有するスパッタリングガス中でスパッタリング法により前記薄膜を形成する薄膜形成工程と、
薄膜形成工程で形成した前記薄膜に対し、酸素を含有する気体中で光加熱処理を行い、
前記薄膜の表層に前記酸化層を形成する光加熱処理工程とを有し、
前記光加熱処理工程は、前記薄膜に対して照射する光の積算照射量を主表面側における中央部よりも外周部の方を多くなるように制御することを特徴とするマスクブランクの製造方法。
前記薄膜形成工程は、前記基板を主表面の中心を通る回転軸で回転させ、スパッタリングターゲットのスパッタ面を、前記基板の主表面と対向し、かつ前記主表面に対して所定の角度を有する位置であり、前記基板の回転軸と、前記スパッタ面の中心を通り前記基板の回転軸に対して平行な直線とがずれた位置に配置し、スパッタリング法によって前記薄膜を形成することを特徴とする構成6記載のマスクブランクの製造方法。
(構成8)
前記光加熱処理工程は、筒状のランプを格子状に複数配置した光照射器を用い、前記薄膜に対して光加熱処理を行うことを特徴とする構成6または7のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
前記筒状のランプは、ハロゲンヒーターであることを特徴とする構成8に記載のマスクブランクの製造方法。
(構成10)
構成1から5のいずれかに記載のマスクブランクの前記薄膜に転写パターンが形成されていることを特徴とする転写用マスク。
(構成11)
構成6から9のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクの前記薄膜に転写パターンを形成するパターン形成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。
本発明のマスクブランクは、構成1にあるように、透光性基板の主表面上に、転写パターン形成用の薄膜を備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、遷移金属とケイ素を含有し、さらに酸素または窒素のうち少なくともいずれかを含有する材料からなり、
前記薄膜は、その表層に前記表層を除く領域の薄膜よりも酸素含有量が多い酸化層を有し、
前記薄膜は、主表面側における中央部の厚さよりも外周部の厚さが厚く形成されており、
前記酸化層は、主表面側における中央部の厚さよりも外周部の厚さが厚く形成されていることを特徴とする。
前記酸化層は、加熱処理(アニール)により形成されたものであり、自然酸化やマスクの使用(露光光の長時間照射)に従って経時的に生じる酸化層は含まない。
また、例えば、図2に示すように、中央部の厚さHcとして基板の中心で測定した値を使用し、外周部の厚さHoとして薄膜(基板)の端部から所定の距離Sの位置で測定した値を使用できる。このことは、他の発明(構成)においても同様である。
前記薄膜10において、中央部の厚さHcと外周部の厚さHoは、例えば、加熱処理(アニール)前に、透過率の面内均一性を所定範囲内に調整できるように調整される。
前記薄膜10において、中央部の厚さHcと外周部の厚さHoの比率は、前記薄膜の組成や、前記薄膜の透過率、前記薄膜の膜厚等との関係で一概に言えないが、例えば、Ho/Hc=1.01〜1.05の範囲が好ましい。
例えば、図3に示すように、中央部の厚さhとして、薄膜の1辺の長さをLとした場合、基板の中央で(2/3)Lを占める領域の厚さの平均値を使用し、外周部の厚さh’として、基板の外周側で各(1/6)Lを占める領域の厚さの平均値を使用することができる。このことは、他の発明(構成)においても同様である。
また、例えば、図3に示すように、中央部の厚さhとして基板の中心で測定した値を使用し、外周部の厚さh’として薄膜(基板)の端部から所定の距離Sの位置で測定した値を使用できる。このことは、他の発明(構成)においても同様である。
前記酸化層12における外周部の厚さh’と中央部の厚さhとの比率(h’/h)は、前記薄膜の組成や、前記薄膜の透過率、膜厚等との関係で一概に言えないが、1.01〜1.07程度が好ましい。
前記薄膜11において、加熱処理後の中央部の厚さHc’と外周部の厚さHo’’の比率は、前記薄膜の組成や、前記薄膜の透過率、前記薄膜の膜厚等との関係で一概に言えないが、例えば、Ho’ ’/Hc’=1.01〜1.05の範囲が好ましい。
本発明では、酸化層の厚さを外周で相対的に厚くすると、透過率、位相差に実質的に寄与する正味の薄膜11の厚さは外周で相対的に薄くなり透過率が上がるので、酸化層の厚さが同じ場合における中央部での透過率の上昇と、相殺できる。
なお、図1、図2、図3においては、透光性基板1の主表面上に、前記薄膜10が形成されている。
本発明において、遷移金属Mとしては、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、パラジウム(Pd)等の何れか一つまたは合金、などが挙げられる。
本発明において、前記転写パターン形成用の薄膜は、上記の成分に加え、炭素、水素、不活性ガス(ヘリウム,ネオン,アルゴン,クリプトン,キセノンなどの希ガス等)等を含有する材料からなる場合が含まれる。
本発明(構成1〜11)において、前記薄膜は、単層構造、多層構造を含む。前記薄膜は、反射防止層を含む態様であってもよい。前記薄膜は、組成傾斜膜を含む。
本発明(構成1〜11)において、前記半透過膜は、単層構造、低透過率層と高透過率層とからなる2層構造、多層構造を含む。
本発明(構成1〜11)において、前記薄膜は、位相シフトマスクやエンハンサーマスクにおける半透過膜又は、バイナリマスクにおける遮光膜、とすることができる。
前述したように、MoSiNやMoSiON等の材料からなる薄膜は、比較的大きな圧縮応力を有する傾向があり、圧縮応力を低減させるためには加熱処理が有効であり、本願課題が特に顕著になるからである。
本発明(構成1〜11)において、前記転写パターン形成用の薄膜としては、例えば、モリブデンシリサイド(MoSi)、モリブデンシリサイド窒化物(MoSiN)、モリブデンシリサイド窒化酸化物(MoSiNO)、モリブデンシリサイド酸化物(MoSiO)、モリブデンシリサイド窒化炭化物(MoSiCN)、モリブデンシリサイド酸化炭化物(MoSiOC)、モリブデンシリサイド酸化窒化炭化物(MoSiOCN)などが挙げられる。
本発明(構成1〜11)において、前記薄膜としては、例えば、露光光に対して1%以上の透過率を有する半透過膜が挙げられる(構成2)。このような半透過膜としては、例えば、エンハンサーマスク作製用の位相差ゼロの半透過膜や、半透過膜のみでは位相シフト効果を生じさせるだけの位相差は得られないが、透光部の基板表面から所定深さだけ掘り込むことで位相シフト効果を生じさせる位相差が得られる位相シフトマスクを作製するための半透過膜が挙げられる。
本発明(構成1〜11)において、前記薄膜としては、露光光に対して1%以上の透過率を有し、かつ、前記薄膜を透過した露光光と前記薄膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を通過した露光光との間に位相シフト効果を生じさせる所定の位相差が得られるハーフトーン位相シフト膜が挙げられる(構成3)。
本発明(構成1〜11)において、前記酸化層の厚さは、1.0〜3.5nmであることが好ましく、1.5〜2.5nmであることがさらに好ましい。前記酸化層の厚さがこの範囲内にあると、自然酸化やマスクの使用(露光光の長時間照射)に従って経時的に生じる酸化層と区別できる。
本発明(構成1〜11)において、前記薄膜は、透過率の目標値に対して面内各所の透過率(透過率の最大値および最小値)が±0.3%の範囲内にあることが、さらに好ましい。
本発明(構成1〜11)において、透過率の面内均一性が所定の許容範囲内になる場合としては、透過率の目標値に対して面内各所の透過率(透過率の最大値および最小値)が±0.3%の範囲内にある場合が好ましい。
本発明(構成1〜11)において、前記薄膜は、位相差の目標値に対して面内各所の位相差(位相差の最大値および最小値)が±2度の範囲内にあることが、さらに好ましい。
本発明(構成1〜11)において、位相差の面内均一性が所定の許容範囲内になる場合としては、位相差の目標値に対して面内各所の位相差(位相差の最大値および最小値)が±2度の範囲内にある場合が好ましい。
前記透光性基板の主表面上に、遷移金属とケイ素を含有するターゲットを用い、酸素または窒素のうち少なくともいずれかを含有するスパッタリングガス中でスパッタリング法により前記薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程で形成した前記薄膜に対し、酸素を含有する気体中で光加熱処理を行い、前記薄膜の表層に前記酸化層を形成する光加熱処理工程とを有し、
前記光加熱処理工程は、前記薄膜に対して照射する光の積算照射量を主表面側における中央部よりも外周部の方を多くなるように制御することを特徴とする(構成6)。
係る発明においては、斜入射スパッタ方式、側方又は下方供給方式(面内組成不均一)、中心部に比べて外周部の光の総照射量(積算照射量)を多くする照射条件、の各限定がない。
面内における光の強度(したがって面内における被照射部の温度)を異ならせて制御する方法は、被照射部の熱が周囲に伝導されるため被照射部の温度制御を高度に行う必要がある。
本発明において、「面内均一性の高い加熱条件」には、例えば外周縁の4辺に沿って配置(4辺近傍に配置)されたランプの出力を大きくする態様が含まれる。
係る構成(いわゆる斜入射スパッタ)によって、基板の中心部の膜厚が相対的に厚くなることを抑制でき、かつパーティクルに起因する欠陥を低減することができる。
本発明(構成1〜11)において、前記薄膜形成工程は、基板を回転させながら行うことが好ましい。基板を回転させない場合に比べ、薄膜の膜厚等を均一に成膜するためである。
本発明(構成1〜11)において、前記薄膜形成工程は、DCスパッタ法が好ましい。成膜速度が大きく、量産性に優れるためである。
本発明において、前記光加熱処理工程は、前記薄膜を200℃以上に加熱する照射条件で処理することが好ましく、より好ましくは300℃以上に加熱する照射条件であり、さらに好ましくは400℃以上に加熱する照射条件で処理するとよい。また、前記光加熱処理工程は、前記薄膜を1000℃以下に加熱する照射条件で処理することが好ましく、800℃以下に加熱する照射条件で処理するとなおよい。
ハロゲンヒーターは、ハロゲンランプが放射する光を熱として利用するヒーターである。ハロゲンヒーターは、例えば、筒状の石英管内にタングステンフィラメントなどのフィラメントを石英管の一端から他端まで連続的又は断続的(各フィラメントは電気的に接続されている)設置し、石英管の両端部をシールした構造を有する。
ハロゲンヒーターは、例えば、マスクブランク表面の温度を、常温から800℃まで昇温するのに要する時間が20秒程度であり、マスクブランク表面の温度を、常温から400℃から150℃まで降温するのに要する時間が2分程度であることが、好ましい。
なお、光加熱装置におけるマスクブランク(基板)20の光加熱処理を酸素を含有する気体中で行う態様は、常圧下(大気中)又は減圧下(例えば1.0〜1.0×105Pa)で、大気中に含まれる酸素を利用する態様に加え、常圧下(大気中)又は減圧下(例えば1.0〜1.0×105Pa)で酸素ガス(O2)を供給し酸素(O2)濃度の高い雰囲気下で加熱処理を行う態様が含まれる。
スパッタ装置としてDCマグネトロンスパッタ装置が好ましく挙げられるが、本発明はこの成膜装置に限定されるわけではない。RFマグネトロンスパッタ装置等、他の方式のスパッタ装置を使用してもよい。
本発明において、レジストは電子線描画用のレジストであることが好ましい。高精度の加工に適するためである。
本発明は、電子線描画によりレジストパターンを形成する電子線描画用のマスクブランクに適用する。
位相シフトマスクには、ハーフトーン型(トライトーン型)等の位相シフトマスク、エンハンサーマスクが含まれる。
例えば、前記半透過膜の上又は下に遮光膜を有する形態の場合には、前記半透過膜の材料が遷移金属シリサイドを含むので、遮光膜の材料は、前記半透過膜に対してエッチング選択性を有する(エッチング耐性を有する)クロムや、クロムに酸素、窒素、炭素などの元素を添加したクロム化合物で構成することができる。これにより、半透過膜パターンの上又は下に遮光膜パターンを形成できる。
本発明において、クロムを含有する材料としては、クロム単体(Cr)の他、クロム(Cr)に窒素(N)、酸素(O)、炭素(C)、水素(H)、ヘリウム(He)などの元素を一以上含有する材料が含まれる。例えば、Cr、CrN、CrO、CrNO、CrNC、CrCONなどや、これらに加え水素(H)、ヘリウム(He)をそれぞれ含有する材料が含まれる。
本発明において、ドライエッチングに用いる塩素系ガスとしては、例えば、Cl2、SiCl4、HCl、CCl4、CHCl3等が挙げられる。
(実施例1、比較例1、2)
本実施例および比較例においては、図4に示す、いわゆる斜入射スパッタ方式で枚葉処理方式のDCスパッタリング装置を使用した。また、酸素や窒素のような反応性ガスを透光性基板の側方から供給し、かつ、前記反応性ガスを透光性基板に比較的近い空間だけで流動させる方式(図示せず)の装置を採用した。基板は回転させた。
具体的には、モリブデン(Mo)とシリコン(Si)との混合ターゲット(Mo:Si=4mol%:96mol%)を用い、アルゴン(Ar)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、モリブデン、シリコン及び窒素からなるMoSiN膜(位相シフト膜)を形成した。
このMoSiN膜(位相シフト膜)は、ArFエキシマレーザーの波長(193nm)において、透過率は4.5%、位相差が174.4度となっていた。
このMoSiN膜の中央部(基板主表面の中心上に形成されたMoSiN膜)について、XPS(X線光電子分光法)分析した結果、このMoSiN膜の組成は、中央部でMo:3.2原子%,Si:44.4原子%,N:51.6原子%であった。同様に、MoSiN膜の外周部についても、XPS(X線光電子分光法)分析した結果、外周部の窒素含有量は、中央部の窒素含有量よりも3原子%程度多いことが確認された。なお、中央部および外周部の測定領域に関しては、下記の測定領域と同様である。
また、このとき、中央部の酸化層の膜厚hは20Å、外周部の酸化層の膜厚h’は21Åであった。なお、図3に示すように、中央部の厚さhとして、薄膜の1辺の長さをLとした場合、基板の中央で(2/3)Lを占める領域の厚さの平均値を使用し、外周部の厚さh’として、基板の外周側で各(1/6)Lを占める領域の厚さの平均値を使用した。
上記実施例1で作製した位相シフトマスクブランクの位相シフト膜上に、クロムを含有する材料からなる遮光膜を成膜し、遮光膜を有する位相シフトマスクブランクを作製した。成膜した遮光膜は、位相シフト膜側からCrCON膜(膜厚30nm)、CrN膜(膜厚4nm)、CrOCN膜(膜厚14nm)が順に積層した構造とした。このMoSiNからなる位相シフト膜とCr系材料からなる遮光膜の積層構造で、ArFエキシマレーザーの波長(193nm)に対する光学濃度は3.1であった。
続いて、上記レジストパターンをマスクとして、遮光膜のエッチングを行って遮光膜パターンを形成した。ドライエッチングガスとして、Cl2とO2の混合ガスを用いた。
次に、上記レジストパターンまたは遮光膜パターンをマスクとして、位相シフト膜のエッチングを行って位相シフトパターンを形成した。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。
11 表層を除く領域の薄膜
12 酸化層
Claims (9)
- 透光性基板の主表面上に、転写パターン形成用の薄膜を備えたマスクブランクを製造する方法であって、
前記透光性基板の主表面上に、遷移金属とケイ素を含有するターゲットを用い、酸素または窒素のうち少なくともいずれかを含有するスパッタリングガス中でスパッタリング法により前記薄膜を主表面側における中央部の厚さよりも外周部の厚さが厚くなるように形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程で形成した前記薄膜に対し、酸素を含有する気体中で光加熱処理を行い、前記薄膜の表層にその表層を除く領域の薄膜よりも酸素含有量が多い酸化層を形成する光加熱処理工程とを有し、
前記光加熱処理工程は、前記薄膜に対して照射する光の積算照射量を主表面側における中央部よりも外周部の方を多くなるように制御し、前記酸化層を主表面側における中央部の厚さよりも外周部の厚さが厚くなるように形成する
ことを特徴とするマスクブランクの製造方法。 - 前記薄膜は、露光光に対して1%以上の透過率を有する半透過膜であることを特徴とする請求項1記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記薄膜は、露光光に対して1%以上の透過率を有し、かつ、前記薄膜を透過した露光光と前記薄膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を通過した露光光との間に所定の位相差を生じさせるハーフトーン位相シフト膜であることを特徴とする請求項1記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記薄膜は、前記透過率の面内分布が0.6%の範囲内であることを特徴とする請求項2または3に記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記薄膜は、前記位相差の面内分布が4度の範囲内であることを特徴とする請求項3に記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記薄膜形成工程は、前記基板を主表面の中心を通る回転軸で回転させ、スパッタリングターゲットのスパッタ面を、前記基板の主表面と対向し、かつ前記主表面に対して所定の角度を有する位置であり、前記基板の回転軸と、前記スパッタ面の中心を通り前記基板の回転軸に対して平行な直線とがずれた位置に配置し、スパッタリング法によって前記薄膜を形成することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記光加熱処理工程は、筒状のランプを格子状に複数配置した光照射器を用い、前記薄膜に対して光加熱処理を行うことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記筒状のランプは、ハロゲンヒーターであることを特徴とする請求項7に記載のマスクブランクの製造方法。
- 請求項1から8のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクの前記薄膜に転写パターンを形成するパターン形成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。
Priority Applications (1)
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