JP6528877B2 - フォトマスクブランクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＬＣＤ（液晶表示素子）用カラーフィルター、磁気ヘッド等の微細加工に用いられるフォトマスクの素材となるフォトマスクブランクの製造方法に関する。

近年、半導体加工においては、特に大規模集積回路の高集積化により、回路パターンの微細化がますます必要になってきており、回路を構成する配線パターンの細線化や、セルを構成する層間の配線のためのコンタクトホールパターンの微細化技術への要求がますます高まってきている。そのため、これら配線パターンやコンタクトホールパターンを形成する光リソグラフィーで用いられる、回路パターンが書き込まれたフォトマスクの製造においても、前記微細化に伴い、より微細かつ正確に回路パターンを書き込むことができる技術が求められている。

より精度の高いフォトマスクパターンをフォトマスク基板上に形成するためには、まず、フォトマスクブランク上に高精度のレジストパターンを形成することが必要になる。実際の半導体基板を加工する際の光リソグラフィーは縮小投影を行うため、フォトマスクパターンは実際に必要なパターンサイズの４倍程度の大きさであるが、それだけ精度が緩くなるというわけではなく、むしろ、原版であるフォトマスクには露光後のパターン精度に求められるものよりも高い精度が求められる。

更に、既に現在行われているリソグラフィーでは、描画しようとしている回路パターンは使用する光の波長をかなり下回るサイズになっており、回路の形状をそのまま４倍にしたフォトマスクパターンを使用すると、実際の光リソグラフィーを行う際に生じる光の干渉等の影響で、レジスト膜にフォトマスクパターンどおりの形状は転写されない。そこでこれらの影響を減じるため、フォトマスクパターンは実際の回路パターンより複雑な形状（いわゆるＯＰＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（光学近接効果補正）などを適用した形状）に加工する必要が生じる場合もある。そのため、フォトマスクパターンを得るためのリソグラフィー技術においても、現在、更に高精度な加工方法が求められている。リソグラフィー性能については限界解像度で表現されることがあるが、この解像限界としては、フォトマスクを使用した半導体加工工程で使用される光リソグラフィーに必要な解像限界と同等程度、又はそれ以上の限界解像精度がフォトマスク加工工程のリソグラフィー技術に求められている。

フォトマスクパターンの形成においては、通常、透明基板上に遮光膜や位相シフト膜のような光学膜を有するフォトマスクブランク上にフォトレジスト膜を形成し、電子線によるパターンの描画を行い、現像を経てレジストパターンを得、そして、得られたレジストパターンをエッチングマスクとして、光学膜をエッチングして光学膜パターンへと加工するが、光学膜パターンを微細化する場合に、レジスト膜の厚さを微細化前と同じように維持したままで加工しようとすると、パターンに対する膜厚の比、いわゆるアスペクト比が高くなって、レジストパターンの形状が劣化してパターン転写がうまく行かなくなったり、場合によってはレジストパターンが倒れや剥れを起こしたりしてしまう。そのため、微細化に伴いレジストの膜厚を薄くする必要がある。しかし、レジストの膜厚を薄くしていった場合には、光学膜のドライエッチング中にレジストパターンがダメージを受け、転写されるパターンの寸法精度の低下という問題が起こる。

より薄膜のレジスト膜を用いて高精度なフォトマスクを作製するための方法として、遮光膜やハーフトーン位相シフト膜等の光学膜とは別に、レジスト膜と光学膜の間に加工補助膜としてハードマスク膜を設け、レジストパターンを一旦ハードマスク膜に転写し、得られたハードマスク膜パターンを用いて光学膜のドライエッチングを行う方法がある。特に、より微細なパターンを形成するための使用例としては、特開２００７−２４１０６０号公報（特許文献１）に開示された方法を挙げることができ、ここでは、より微細な光リソグラフィー技術を確立するため、高精度加工用として、より薄膜でＡｒＦエキシマレーザー光を遮光することが可能な遷移金属ケイ素化合物材料による遮光膜を採用し、更に、その加工にハードマスク膜としてクロム系材料膜を用いることで、より高精度な加工が実現できることを開示している。また、特開２０１０−２３７４９９号公報（特許文献２）では、特開２００７−２４１０６０号公報（特許文献１）と同様な構成のフォトマスクにおいて、ハードマスク膜を多層としてハードマスク膜を設けた際に生じる応力を緩和し、フォトマスクの製造過程における加工精度低下の防止を試みている。

特開２００７−２４１０６０号公報 特開２０１０−２３７４９９号公報 特開平７−１４０６３５号公報

ＡｒＦエキシマレーザー光を用いる光リソグラフィーは、液浸法、ダブルパターニング法等の導入により、半導体加工プロセス基準として２０ｎｍノードまでは確実に延命され、更に微細な構造に使用される可能性も否定できない。このような微細なパターンを得るためのフォトマスクは、許容される誤差が当然小さくなり、より高精度なパターン加工が必要となる。

また、デバイスの複層構造を形成するために、複数枚のフォトマスクを用いる場合には、高い重ね合わせ精度が必要になる。そして、その重ね合わせ精度は、パターンの微細化に伴ってより高いものとならざるを得ない。

しかし、遮光膜に応力が生じている場合、フォトマスクブランクから、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト剥離の各工程を経て、遮光膜のパターン形成を行う際に、遮光膜の膜応力が部分的に開放されて歪みを生じ、その結果、最終的に得られるフォトマスクパターンに歪みを生じさせることになる。フォトマスクに、このような歪みがあると、フォトマスクのパターン位置精度は低下する。

クロム系材料膜の膜応力を低減する方法としては、酸素の含有率を上げることが挙げられる。しかし、酸素の含有率を上げると、透過率が上昇する傾向がある。そのため、所望の光学濃度を得るために膜厚を厚くする必要が生じる。

膜厚を厚くした場合、パターンが細い場合は、アスペクト比が高くなってしまい、パターン倒れなどの不具合が生じてしまうため、膜厚の厚い遮光膜は、微細加工が必要なフォトマスクの製造に適さない。

本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、遮光膜等に使用されるクロム系材料膜として、単位膜厚当たりの光学濃度が高く、膜応力の小さい薄膜を有するフォトマスクブランクの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、クロム系材料膜を遮光膜とし、クロム系材料膜として、その単位膜厚当りの波長１９３ｎｍの光学濃度が０．０５０／ｎｍ以上であり、かつ１５２ｍｍ角、厚さ６．３５ｍｍの石英基板上に成膜して、１５０℃以上で１０分間以上熱処理したときの反り量が５０ｎｍ以下となる引張応力又は圧縮応力を有するものを用いることにより、クロム系材料膜の単位膜厚当たりの光学濃度を高く保ちつつ、膜応力を低減させたクロム系材料の遮光膜を有するフォトマスクブランクを提供できることを見出し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は、以下のフォトマスクブランクの製造方法を提供する。
請求項１：
２０ｎｍノード以下のリソグラフィーに使用するフォトマスク用であり、石英基板と、該石英基板上に形成された遮光膜であるクロム系材料膜を有するフォトマスクブランクであり、該クロム系材料膜が、反り量が５０ｎｍ以下となる引張応力又は圧縮応力を有するフォトマスクブランクを製造する方法であって、
１５２ｍｍ角、厚さ６．３５ｍｍの石英基板上に、ターゲットとしてクロムターゲットを用い、スパッタガスとして不活性ガスと反応性ガスとを不活性ガスに対する反応性ガスの流量比を１以上１．５以下として、単位膜厚当りの波長１９３ｎｍの光学濃度が０．０５０／ｎｍ以上であるクロム系材料膜を成膜することを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。
請求項２：
前記クロム系材料膜の膜厚が４ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
請求項３：
前記クロム系材料膜が、ＣｒＮ膜であることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
請求項４：
前記クロム系材料膜が単層膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の製造方法。
請求項５：
前記クロム系材料膜を１５０℃以上で１０分間以上熱処理することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
請求項６：
前記熱処理の温度が３００℃以下であることを特徴とする請求項５記載の製造方法。
また、本発明は、以下のフォトマスクブランクが関連する。
［１］ 石英基板と、該石英基板上に形成されたクロム系材料膜とを有するフォトマスクブランクであって、
前記クロム系材料膜が遮光膜であり、前記クロム系材料膜の単位膜厚当りの波長１９３ｎｍの光学濃度が０．０５０／ｎｍ以上であり、かつ前記クロム系材料膜が、１５２ｍｍ角、厚さ６．３５ｍｍの石英基板上に成膜して、１５０℃以上で１０分間以上熱処理したときの前記クロム系材料膜の反り量が５０ｎｍ以下となる引張応力又は圧縮応力を有することを特徴とするフォトマスクブランク。
［２］ 前記反り量が３０ｎｍ以下であることを特徴とする［１］記載のフォトマスクブランク。
［３］ 前記光学濃度が０．０５４／ｎｍ以上であることを特徴とする［１］又は［２］記載のフォトマスクブランク。
［４］ 前記クロム系材料膜の膜厚が４ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする［１］〜［３］のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
［５］ 前記熱処理の温度が３００℃以下であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
［６］ 前記クロム系材料膜が、窒素、酸素、炭素及び水素から選ばれる少なくとも一つを含有することを特徴とする［１］〜［５］のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
［７］ 前記クロム系材料膜が、ＣｒＮ膜であることを特徴とする［１］〜［６］のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
［８］ 前記クロム系材料膜が単層膜であることを特徴とする［１］〜［７］のいずれかに記載のフォトマスクブランク。

本発明によれば、クロム系材料膜の単位膜厚当たりの光学濃度を高く保ちつつ、膜応力を低減させたクロム系材料の薄膜を有するフォトマスクブランクを提供することができ、これにより、高精度なクロム系材料膜のパターン作製が可能となる。そして、本発明のフォトマスクブランクを用いてフォトマスクへの加工を行うことにより、特に２０ｎｍノード以下のリソグラフィーに使用するフォトマスクの信頼性を向上させることができる。

以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明のフォトマスクブランクは、石英基板と、石英基板上に形成された遮光膜を有し、この遮光膜は、クロム系材料膜である。そして、このクロム系材料膜は、
（ｉ）クロム系材料膜の単位膜厚当りの波長１９３ｎｍの光学濃度が０．０５０／ｎｍ以上、好ましくは０．０５４／ｎｍ以上であり、かつ
（ｉｉ）クロム系材料膜が、１５２ｍｍ角、厚さ６．３５ｍｍの石英基板上に成膜して、１５０℃以上、好ましくは１５０℃以上３００℃以下で、１０分間以上熱処理したときのクロム系材料膜の反り量が５０ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以下となる引張応力又は圧縮応力を有する
という特徴を備える。

フォトマスクブランクの加工を行う際、膜応力が大きい場合、パターン形成を行う際に、膜応力が部分的に開放され、最終的に得られるフォトマスクに歪みを生じさせる。この歪みによりフォトマスクのパターン位置精度は低下してしまう。

また、単位膜厚当たりの光学濃度が低い場合、所望の光学濃度を得るために必要な膜厚が厚くなってしまい、パターン形成時にパターン倒れなどの不具合が生じてしまう。パターン倒れなどが生じると下方の薄膜に所望のパターンを形成することができない。

本発明のフォトマスクブランクは、単位膜厚当たりの光学濃度を高くし、膜応力を低減したクロム系材料膜を成膜したフォトマスクブランクであり、クロム系材料膜のパターン位置精度が向上した、より薄いクロム系材料膜を有するフォトマスクブランクである。

クロム系材料膜は、多層膜でもよいが、単層膜であることがより好ましい。また、クロム系材料膜の膜厚は４ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。

また、クロム系材料膜は、窒素、酸素、炭素及び水素から選ばれる少なくとも一つを含有するクロム系材料膜であることが好ましいが、特に、クロム及び窒素からなるＣｒＮ膜であることが好ましい。この場合、クロムの含有率は７０原子％以上９０原子％以下、窒素の含有率は１０原子％以上３０原子％以下であることが好ましい。

クロム系材料膜の酸素含有率を高くすると、膜応力を低減することができるが、単位膜厚当たりの光学濃度が低くなり、膜厚が厚くなってしまう。一方、クロムの含有率を高くすると、単位膜厚当たりの光学濃度は高くなり、膜厚は薄くなるが、膜応力が大きくなる傾向がある。本発明のフォトマスクブランクのクロム系材料膜は、成膜時の条件、軽元素の含有率を設定することにより、所望の光学濃度と膜応力を有するクロム系材料膜を成膜する。

本発明に用いるクロム系材料膜の成膜は、スパッタリング法により行うことができる。スパッタリング方法はＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリングのいずれでもよく、例えば、特開平７−１４０６３５号公報（特許文献３）等に示されており、公知のいずれの方法を用いてもよい。また、ターゲットは典型的にはクロムターゲットが用いられるが、窒素を含有するクロムターゲットを用いることもできる。

スパッタリングは、反応性スパッタリングが好ましく、スパッタガスとしては、公知の不活性ガスと反応性ガスとが用いられ、具体的には、不活性ガスとしてアルゴンガス（Ａｒガス）等と、反応性ガスとして窒素ガス（Ｎ₂ガス）、酸化窒素ガス（Ｎ₂Ｏガス、ＮＯ₂ガス）、酸素ガス（Ｏ₂ガス）、酸化炭素ガス（ＣＯガス、ＣＯ₂ガス）等との組み合わせによって、特に、ＣｒＮ膜を成膜する場合は、不活性ガスとしてアルゴンガス（Ａｒガス）と、反応性ガスとして窒素ガス（Ｎ₂ガス）との組み合わせによって、目的の組成が得られるように調整することが好ましい。また、多層膜とするために、段階的又は連続的に組成が変化する膜を得る方法としては、例えば、用いるスパッタガスの組成を段階的又は連続的に変化させながら成膜する方法が挙げられる。

成膜時のガス圧は、膜の応力、耐薬品性、洗浄耐性などを考慮して適宜設定すればよく、通常０．０１〜１Ｐａ、特に０．０３〜０．３Ｐａとすることで、耐薬品性が向上する。また、各ガス流量は、所望の組成となるように適宜設定すればよく、通常０．１〜１００ｓｃｃｍとすればよい。この場合、不活性ガスに対する反応性ガスの流量比が１以上であることが好ましく、２以下であることがより好ましい。更に、スパッタターゲットに投入する電力はターゲットの大きさ、冷却効率、成膜のコントロールのし易さなどによって適宜設定すればよく、通常、ターゲットのスパッタ面の面積当たりの電力として、０．１〜１０Ｗ／ｃｍ²とすればよい。

本発明のフォトマスクブランクは、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）を露光波長とするフォトリソグラフィに用いられるフォトマスクを製造するための素材として好適である。

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、以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
ＤＣスパッタ装置を用いて、ＣｒＮからなるクロム系材料膜（厚さ４４ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしては、アルゴンガスと窒素ガスを、流量比でＡｒ：Ｎ₂＝１：１（モル比）として用い、チャンバー内のガス圧が０．０４Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、Ｃｒを用い、基板を３０ｒｐｍで回転させながら成膜した。

得られたクロム系材料膜について、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）における透過率をＬａｓｅｒｔｅｃ社製ＭＰＭ１９３により測定し、単位膜厚当りの光学濃度を求めた。表１に単位膜厚当りの光学濃度を示す。

また、得られたクロム系材料膜を１５０℃で、１０分間熱処理し、クロム系材料膜成膜前の透明基板の反り量を基準として、熱処理後のクロム系材料膜の反り量を求めた。反り量はＴＲＯＰＥＬ社製ＵｌｔｌａＦｌａｔにより測定した。表１に反り量を示す。反り量の値が、正の場合は、応力が引張応力による反り、負の場合は、応力が圧縮応力による反りであることを示す。

［実施例２］
ＤＣスパッタ装置を用いて、ＣｒＮからなるクロム系材料膜（厚さ４５ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしては、アルゴンガスと窒素ガスとを、流量比でＡｒ：Ｎ₂＝１：１．５（モル比）として用い、チャンバー内のガス圧が０．０５Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、Ｃｒを用い、基板を３０ｒｐｍで回転させながら成膜した。得られたクロム系材料膜について、実施例１と同様にして、単位膜厚当りの光学濃度と、反り量を求めた。結果を表１に示す。

［比較例１］
ＤＣスパッタ装置を用いて、ＣｒＮからなるクロム系材料膜（厚さ４３ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしては、アルゴンガスと窒素ガスを、流量比でＡｒ：Ｎ₂＝２．５：２（モル比）として用い、チャンバー内のガス圧が０．０７Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、Ｃｒを用い、基板を３０ｒｐｍで回転させながら成膜した。得られたクロム系材料膜について、実施例１と同様にして、単位膜厚当りの光学濃度と、反り量を求めた。結果を表１に示す。

［比較例２］
ＤＣスパッタ装置を用いて、ＣｒＯＮからなるクロム系材料膜（厚さ４４ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしては、アルゴンガスと窒素ガスと酸素ガスを、流量比でＡｒ：Ｎ₂：Ｏ₂＝２．５：７．５：４（モル比）として用い、チャンバー内のガス圧が０．１３Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、Ｃｒを用い、基板を３０ｒｐｍで回転させながら成膜した。得られたクロム系材料膜について、実施例１と同様にして、単位膜厚当りの光学濃度と、反り量を求めた。結果を表１に示す。

比較例１の場合、クロム系材料膜成膜時に、不活性ガスに対する反応性ガスの流量比を低くしたことにより、単位膜厚当たりの光学濃度が高くなるが、反りが大きくなってしまう。一方、比較例２の場合、クロム系材料膜成膜時に、不活性ガスに対する反応性ガスの流量比を高くしたことにより、反りは小さくなるが、単位膜厚当たりの光学濃度が低くなってしまう。これらに対して、実施例１，２では、単位膜厚当たりの光学濃度及び反り量の双方が、実用上好適なクロム系材料膜となっている。

実施例１及び実施例２のクロム系材料膜は、単位膜厚当たりの光学濃度を高く保ちつつ、膜応力を低減させたクロム系材料の薄膜を有するフォトマスクブランクを提供することを可能とする。これにより、従来よりも高精度なクロム系材料膜のパターン作製が可能となる。そして、本発明のフォトマスクブランクを用いてフォトマスクへの加工を行うことにより、特に２０ｎｍノード以下のリソグラフィーに使用するフォトマスクの信頼性を向上させることができる。

Claims (6)

1. ２０ｎｍノード以下のリソグラフィーに使用するフォトマスク用であり、石英基板と、該石英基板上に形成された遮光膜であるクロム系材料膜を有するフォトマスクブランクであり、該クロム系材料膜が、反り量が５０ｎｍ以下となる引張応力又は圧縮応力を有するフォトマスクブランクを製造する方法であって、
   １５２ｍｍ角、厚さ６．３５ｍｍの石英基板上に、ターゲットとしてクロムターゲットを用い、スパッタガスとして不活性ガスと反応性ガスとを不活性ガスに対する反応性ガスの流量比を１以上１．５以下として、単位膜厚当りの波長１９３ｎｍの光学濃度が０．０５０／ｎｍ以上であるクロム系材料膜を成膜することを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。
2. 前記クロム系材料膜の膜厚が４ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
3. 前記クロム系材料膜が、ＣｒＮ膜であることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
4. 前記クロム系材料膜が単層膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の製造方法。
5. 前記クロム系材料膜を１５０℃以上で１０分間以上熱処理することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
6. 前記熱処理の温度が３００℃以下であることを特徴とする請求項５記載の製造方法。