JP6666951B2 - 位相反転ブランクマスク及びフォトマスク - Google Patents
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Description
本発明は、位相反転ブランクマスク及びフォトマスクに関し、特に、ウエハー露光時に露光許容度（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｌａｔｉｔｕｄｅ）及び焦点深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）のマージン（Ｍａｒｇｉｎ）を向上させるために位相反転膜が露光波長に対して５０％以上の高透過率を有する位相反転ブランクマスク及びフォトマスクに関する。
現在、大規模集積回路の高集積化及び回路パターンの微細化の要求に伴って高度な半導体微細工程技術が非常に重要な要素となってきている。半導体集積回路の場合、低電力及び高速動作のために回路配線が微細化しつつあり、層間接続のためのコンタクトホールパターン（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｈａｌｌ Ｐａｔｔｅｒｎ）及び集積化に伴う回路構成配置などへの技術的要求がますます高まっている。
このような微細パターンの高集積化につれて、フォトマスクに要求される解像度（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、パターン整列度（Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）の規格はさらに厳しくなりつつあり、その上、複雑な多層の半導体素子の製造時に必要な露光許容度（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｌａｔｉｔｕｄｅ）及び焦点深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）のマージンの確保が半導体素子製造において核心問題として浮き彫りになっている。
上記の問題は、フォトマスク及び半導体素子の製造工程だけでなく、半導体素子製造の核心部品素材であるブランクマスクの特性にも影響を受ける。例えば、位相反転ブランクマスクから製造されたフォトマスクで半導体デバイスを製作する場合、明暗比（Ｉｍａｇｅ Ｃｏｎｔｒａｓｔ）が高くなって高解像度の具現が可能であり、焦点深度のマージンが高くなる効果がある。
最近では、より高精度で微細化した半導体デバイス素子が要求されることから、既存の６％透過率を有する位相反転膜に対比して、１２％、１８％、２４％、３０％のような高透過率の位相反転膜を有する位相反転ブランクマスクが開発されている。このような高透過率位相反転マスクは、既存の６％透過率の位相反転マスクに比べて、露光許容度及び焦点深度のマージンがさらに増加するという効果がある。
一方、高透過率の位相反転パターンを具現するための他の位相反転フォトマスク技術として、透明基板をエッチングして位相反転パターンを形成するＣＰＬ（Ｃｈｒｏｍｌｅｓｓ Ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）用の位相反転マスクが注目されている。詳細には、ＣＰＬ位相反転マスクは、透明基板上に遮光膜及びレジスト膜パターンを形成した後、エッチング工程で遮光膜パターンを形成し、遮光膜パターンをエッチングマスクとして透明基板を一部の深さでエッチングして約１００％の透過率及び１８０゜の位相反転量を有する位相反転パターンを形成して位相反転部として利用する。
しかし、上記ＣＰＬ用位相反転マスクは、位相反転パターンを形成するための透明基板のエッチング工程において下記のような問題点で活用性が制限される。
まず、ＣＰＬ用位相反転マスクは透明基板に対するエッチング終点（Ｅｔｃｈ Ｅｎｄ−Ｐｏｉｎｔ）を区分し得る薄膜層が存在しないことにより、基板エッチング時に、特定物質の検出量差がなく、エッチング終点を明確に区分し難い。一般に、薄膜のエッチング終点の検出は、薄膜中に存在する金属及び窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）を含む軽元素の検出量差を利用するが、透明基板は特定物質の変化がないためエッチング終点の検出がし難い。これによって、透明基板をエッチングして形成する位相反転部は、エッチング時間に依存して透明基板に対するエッチングを行うため、位相反転部の位相量再現性の確保及びエッチング制御がし難く、解像度が低下するなどの問題が起きる。
また、透明基板は高温熱処理工程によって形成されて硬度が高いため、透明基板のエッチング時に発生する欠陥（Ｄｅｆｅｃｔ）の修理（Ｒｅｐａｉｒ）がし難い。このため、ＣＰＬ用マスクはその特性に優れているにもかかわらず大量で生産して使用することが困難である。
本発明は、５０％以上の高透過率を有する位相反転膜が適用された位相反転ブランクマスク及びフォトマスクを提供する。
本発明は、レジスト膜の薄膜化が可能であり、解像度（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、臨界寸法（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）精密度及び線形性（Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）を向上させた位相反転ブランクマスク及びフォトマスクを提供する。
本発明は、様々な半導体素子に対して３２ｎｍ級以下、特に１４ｎｍ級以下の微細パターンの具現が可能な位相反転ブランクマスク及びフォトマスクを提供する。
本発明に係る位相反転ブランクマスクは、透明基板上に設けられた位相反転膜を含み、上記位相反転膜は、上記透明基板のエッチング物質と同じ物質にエッチングされ、上記透明基板に対比してエッチング終点検出が可能な物質を含んでなる。
上記位相反転膜は露光光に対して５０％以上の透過率を有する。
上記位相反転膜はシリコン（Ｓｉ）又はシリコン（Ｓｉ）化合物からなる。
上記エッチング終点検出が可能な物質は窒素（Ｎ）である。
上記位相反転膜上に設けられた遮光膜をさらに含む。
上記遮光膜は、クロム（Ｃｒ）、クロム（Ｃｒ）化合物、モリブデンクロム（ＭｏＣｒ）、又はモリブデンクロム（ＭｏＣｒ）化合物のうち一つからなる。
上記順次に積層された位相反転膜及び遮光膜上に設けられたハードマスク膜をさらに含む。
上記ハードマスク膜は、上記位相反転膜とエッチング特性が同一であり、上記遮光膜とエッチング選択比を有する物質からなる。
上記位相反転膜の上部に設けられたレジスト膜及び上記レジスト膜上に設けられたチャージング防止膜をさらに含む。
上記チャージング防止膜は、自己トープされた水溶性伝導性重合体（Ｓｅｌｆ−ｄｏｐｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる。
本発明は、露光波長に対して５０％以上の高透過率を有する位相反転膜が設けられた位相反転フォトマスクを利用することによって、半導体素子製造のためのウエハー露光時に、高解像度だけでなく、露光許容度及び焦点深度のマージンを広くし、最終的に工程収率を向上させることができる。
本発明は、パターン形成のためにハードマスク膜（Ｈａｒｄｍａｓｋ）を利用することによってレジスト膜の薄膜化が可能であり、これによって、解像度（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、臨界寸法（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）精密度及び線形性（Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）を向上させることができる。
本発明は、高透過率位相反転ブランクマスクを用いて半導体素子、例えば、ディーラム（ＤＲＡＭ）、フラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ）、ロジックデバイス（Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）などの様々な半導体素子製造時に工程ウィンドウ（Ｗｉｎｄｏｗ）を増加させ、最終的に工程収率を向上させることができる。
以下では、図面を参照しつつ本発明の実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、実施例は、単に本発明の例示及び説明をするための目的で用いるもので、意味の限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために用いるものではない。したがって、本発明の技術分野における通常の知識有する者であれば、実施例から様々な変形及び均等な他の実施例が可能であるという点が理解できるだろう。したがって、本発明の真の技術力保護範囲は特許請求の範囲の技術的事項によって定められるべきである。
図１は、本発明の第１構造による高透過率位相反転ブランクマスクを示す断面図である。図１を参照すると、本発明に係る位相反転ブランクマスク１００は、透明基板１０２、透明基板１０２上に順次に形成された位相反転膜１０４、遮光膜１０６及びレジスト膜１１０を含む。
透明基板１０２は、石英ガラス、合成石英ガラス、フッ素ドープ石英ガラスで構成される。透明基板１０２の平坦度（Ｆｌａｔｎｅｓｓ）は、上部に形成されるいずれか一つの薄膜、例えば、位相反転膜１０４、遮光膜１０６などの平坦度に影響を及ぼし、ウエハー露光時に焦点深度のマージンに影響を及ぼすようになるため、成膜される面の平坦度をＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ Ｒｅａｄｉｎｇ）値で定義するとき、その値は１４２ｍｍ２の測定領域において１，０００ｎｍ、好ましくは５００ｎｍ、より好ましくは３００ｎｍ以下に制御されるのがよい。
位相反転膜１０４を構成する物質は、シリコン（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオビウム（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）、セレニウム（Ｓｅ）、銅（Ｃｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）のうちの１種以上の物質を含んでなるか、又は、上記物質に窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、水素（Ｈ）を含む軽元素のうちの１種以上の物質からなる。
特に、位相反転膜１０４は高透過率の具現のために、シリコン（Ｓｉ）を含む化合物形態で構成されることが好ましい。詳細には、位相反転膜１０４は、シリコン（Ｓｉ）、又はシリコン（Ｓｉ）に酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）のうち一つ以上の軽元素を含むＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯ、ＳｉＮＯ、ＳｉＣＯＮ、ＳｉＢ、ＳｉＢＮ、ＳｉＢＣ、ＳｉＢＯ、ＳｉＢＣＮ、ＳｉＢＣＯ、ＳｉＢＮＯ、ＳｉＢＣＯＮの中から選ばれる１種以上が含まれるシリコン（Ｓｉ）化合物で構成されることが好ましい。
位相反転膜１０４は１９３ｎｍの露光波長に対して５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上の透過率を有する。本発明の目的にかなう位相反転膜１０４は、５０％以上の高透過率を有するためにシリコン（Ｓｉ）化合物の中でも特に酸素（Ｏ）を含むシリコン（Ｓｉ）化合物形態で構成されることが好ましい。シリコン（Ｓｉ）化合物に含まれる酸素（Ｏ）含有量の増加は位相反転膜の屈折率（ｎ）及び消滅係数（ｋ）を減少させ、最終的に位相反転膜の透過率及び厚さを増加させる。
しかし、位相反転膜１０４の透過率増加は、ウエハー露光時に、パターンの周縁における相殺干渉を向上させる作用をするが、厚さの増加は、フォトマスク製造時にパターン縦横比（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ）を大きくし、最終的にパターン崩れ（Ｃｏｌｌａｐｓｅ）の原因になる。このため、位相反転膜１０４に含まれる酸素（Ｏ）含有量を適切に制御することによって位相反転膜の透過率及び厚さを制御することができる。例えば、１００ｎｍドット（Ｄｏｔ）パターンの形成のために高透過率位相反転マスクの製造時に、２以下のパターン縦横比を維持するとともに９０％以上の高透過率を具現するために酸素（Ｏ）の含有量を増加させて２００ｎｍ厚さに設計可能である。また、７０ｎｍドット（Ｄｏｔ）パターンの形成時にパターン縦横比（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ）を同様に２以下に維持するために薄膜は１４０ｎｍ以下の厚さを有しなければならない。このとき、位相量制御のためには相対的に酸素（Ｏ）の含有量を減少させたり、又は窒素（Ｎ）の含有量を増加させ、７０％の透過率を有する位相反転膜を製造することができる。
さらに、上述した位相反転膜１０４に含まれる酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）の含有量はエッチング時にエッチング終点（Ｅｔｃｈ Ｅｎｄ Ｐｏｉｎｔ）の確認のための目的にも用いられるので、適切に制御される必要がある。例えば、位相反転膜１０４の酸素（Ｏ）含有量が高い場合、下部の透明基板１０２に対してエッチング終点（Ｅｔｃｈ Ｐｏｉｎｔ）の確認がし難いという問題点がある。したがって、位相反転膜１０４のエッチング終点の確認のために酸素（Ｏ）の他にも、軽元素、例えば、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）などを含むことができ、好ましくは、窒素（Ｎ）を含む場合にエッチング終点の確認が容易である。しかし、位相反転膜１０４中の窒素（Ｎ）の含有量が高いと、露光波長に対する位相反転膜１０４の透過率が減少する。したがって、位相反転膜１０６が高透過率を有するとともにエッチング終点を容易に判断するためには、酸素（Ｏ）の含有量及び窒素（Ｎ）などの軽元素の含有量を適切に制御する必要がある。
上記の特性を満たすために、位相反転膜１０４は、シリコン（Ｓｉ）が１０ａｔ％〜４０ａｔ％、軽元素（Ｎ、Ｏ、Ｃなどの合計）の含有量が６０ａｔ％〜９０ａｔ％である組成比を有することが好ましい。特に、位相反転膜１０４に含まれる軽元素のうち窒素（Ｎ）の含有量は、１ａｔ％〜２０ａｔ％、好ましくは３ａｔ％〜２０ａｔ％の含有量を有するものがよい。窒素（Ｎ）の含有量が１ａｔ％以下であれば、下部の透明基板１０２に対比してエッチング終点の確認がし難く、２０ａｔ％以上であれば、位相反転膜１０６の高透過率の確保が難しい。
位相反転膜１０４に含まれる軽元素のうち酸素（Ｏ）の含有量は５０ａｔ％〜９０ａｔ％であることが好ましい。上記酸素（Ｏ）の含有量が５０ａｔ％以下であれば、位相反転膜１０６の高透過率の確保が難しく、９０ａｔ％以上であれば、下部の透明基板１０２に対比してエッチング終点の確認がし難い。
位相反転膜１０４はスパッタリング工程（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ）によって形成され、上記スパッタリング工程は、シリコン（Ｓｉ）ターゲット又はスパッタリング電気伝導度を高めるために、ボロン（Ｂ）がドープされたシリコン（Ｓｉ）ターゲットを用いて形成することができる。このとき、ボロン（Ｂ）がドープされたシリコンターゲットの比抵抗（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）は、１．０Ｅ−０４Ω・ｃｍ〜１．０Ｅ＋０１Ω・ｃｍ、好ましくは１．０Ｅ−０３Ω・ｃｍ〜１．０Ｅ−０２Ω・ｃｍであるのがよい。上記ターゲットの比抵抗が高いとスパッタリング時にアーク（Ａｒｃ）のような異常放電現象が発生し、これは薄膜の特性及び欠陥を発生させる要因として働く。
位相反転膜１０４に含まれる酸素（Ｏ）は、スパッタリング時に反応性ガスである一酸化窒素（ＮＯ）、二酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）などから選ばれる１種以上のガス（Ｇａｓ）を用いて形成することができる。
また、位相反転膜１０４の形成のためのシリコン（Ｓｉ）ターゲットは、柱状晶又は単結晶方法を適用して製造することができる。
上記ターゲットは、薄膜を形成するスパッタリング工程時に欠陥発生を最小化するために、ターゲットに含まれる不純物の含有量を制御することが好ましい。そのために、シリコン（Ｓｉ）ターゲットに含まれる不純物の含有量、特に、炭素（Ｃ）及び酸素（Ｏ）の含有量は３０ｐｐｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは５．０ｐｐｍ以下が適切である。上記炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）以外の不純物、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｎａ、Ｋは１．０ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．０５ｐｐｍ以下であるのがよい。また、このような不純物の調節によるターゲットの純度は４Ｎ以上、好ましくは５Ｎ以上にするのが欠陥制御率において優れる。
位相反転膜１０４は、均一な組成を有する単層、組成又は組成比が連続的に変わる単層連続膜、組成又は組成比が互いに異なる一つ以上の膜がそれぞれ１層以上積層された多層膜のうちいずれか一つの構造を有する。
位相反転膜１０４は、１，０００Å〜２，０００Åの厚さ、好ましくは１，１００Å〜１，８００Åの厚さを有し、１９３ｎｍ波長の露光光に対して１７０゜〜２４０゜、好ましくは１８０゜〜２３０゜、より好ましくは１９０゜〜２２０゜の位相量を有する。また、位相反転膜１０４は１９０ｎｍ〜１，０００ｎｍ波長全体において２０％以下の反射率を有する。
位相反転膜１０４は、薄膜形成時に発生する薄膜ストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）を緩和（Ｒｅｌｅａｓｅ）させるために１００℃〜１，０００℃の温度で熱処理（Ｈｅａｔ−Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）をすることが好ましい。上記熱処理工程は、真空急速熱処理（Ｖａｃｕｕｍ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓ）装置、ファーネス（Ｆｕｒａｎｃｅ）、ホットプレート（Ｈｏｔ−ｐｌａｔｅ）を使う方法を利用することができる。また、上記熱処理工程は、酸素（Ｏ）又は窒素（Ｎ）を含むガス雰囲気で進行することによって薄膜表面特性、例えば、洗浄時に使われる薬品に対する耐性を向上させることができる。
位相反転膜１０４は薄膜ストレス（Ｓｔｒｅｓｓ）をＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ Ｒｅａｄｉｎｇ）で定義するとき、成膜前／後のＴＩＲ変化率が３００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下であるのがよい。
遮光膜１０６は、位相反転膜１０４上に単層、連続膜、第１遮光層及び第２遮光層を含む２層以上の多層膜などの様々な形態にすることができ、位相反転膜１０４に対する乾式エッチング時に１０以上のエッチング選択比（Ｅｔｃｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を有する物質で形成する。
遮光膜１０６は、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオビウム（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）、セレニウム（Ｓｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）のうちの１種以上の物質を含んでなるか、又は、上記物質に窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）のうちの１種以上の軽元素を含んでなる。特に、遮光膜１０６は、クロム（Ｃｒ）を含む金属化合物からなることが好ましい。遮光膜１０６がクロム（Ｃｒ）化合物で形成される場合、クロム（Ｃｒ）が３０ａｔ％〜７０ａｔ％、窒素（Ｎ）が１０ａｔ％〜４０ａｔ％、酸素（Ｏ）が０〜５０ａｔ％、炭素（Ｃ）が０〜３０ａｔ％である組成比を有する。
遮光膜１０６は、クロム（Ｃｒ）及びモリブデン（Ｍｏ）を含んでなる化合物で構成することができ、モリブデン（Ｍｏ）を含有することによって、エッチ速度（Ｅｔｃｈ−ｒａｔｅ）及び消滅係数を増加させ、遮光膜１０６の薄膜化が可能である。このとき、上記化合物は、モリブデン（Ｍｏ）が２ａｔ％〜３０ａｔ％、クロム（Ｃｒ）が３０ａｔ％〜６０ａｔ％、窒素（Ｎ）が１０ａｔ％〜４０ａｔ％、酸素（Ｏ）が０〜５０ａｔ％、炭素（Ｃ）が０〜３０ａｔ％である組成比を有するモリブデンクロム（ＭｏＣｒ）化合物のいずれか一つからなる。
遮光膜１０６は、５００Å〜１，０００Åの厚さを有し、好ましくは、５００Å〜８００Åの厚さを有する。
なお、図示してはいないが、遮光膜１０６上には露光光の反射を抑制する反射防止膜がさらに設けられてもよく、上記反射防止膜は、遮光膜１０６と同じエッチング特性を有する物質で形成したり、エッチング選択比を有する物質で形成することができる。
位相反転膜１０４及び遮光膜１０６が積層された薄膜は、１９３ｎｍ波長の露光光に対して２．５〜３．５の光学密度（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を有し、好ましくは２．７〜３．２の光学密度を有し、１０％〜４０％、好ましくは２０％〜３５％の表面反射率を有する。
遮光膜１０６は、選択的に熱処理を施すことができ、この時、熱処理温度は下部の位相反転膜１０４の熱処理温度に比べて同等又は低い条件で施すことができる。
図２は、本発明の第２構造による高透過率位相反転ブランクマスクを示す断面図である。図２を参照すると、本発明に係る高透過率位相反転ブランクマスク２００は、透明基板２０２、透明基板２０２上に順次に設けられた位相反転膜２０４、遮光膜２０６、ハードマスク膜２０８及びレジスト膜２１０を含む。ここで、透明基板２０２、位相反転膜２０４及び遮光膜２０６は、上述した本発明の第１構造で説明されたとおりである。
ハードマスク膜２０８は、遮光膜２０６上に形成されて遮光膜２０６パターンの形成時にエッチングマスクの役割を果たし、このため、ハードマスク膜２０８は、下部の遮光膜２０６に対するエッチング選択比（Ｅｔｃｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）が１０以上であることが好ましい。
ハードマスク膜２０８はフォトマスク製造工程の単純化のために位相反転膜２０４と同じエッチング特性を有する物質からなることが好ましく、位相反転膜２０４のパターンを形成するためのエッチング工程時にパターン形態のハードマスク膜２０８は共に除去される。
これによって、ハードマスク膜２０８は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）に酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）のうち一つ以上の軽元素を含むＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯ、ＳｉＮＯ、ＳｉＣＯＮ、ＳｉＢ、ＳｉＢＮ、ＳｉＢＣ、ＳｉＢＯ、ＳｉＢＣＮ、ＳｉＢＣＯ、ＳｉＢＮＯ、ＳｉＢＣＯＮのようなシリコン（Ｓｉ）化合物、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）、又はＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＣ、ＭｏＳｉＯ、ＭｏＳｉＣＮ、ＭｏＳｉＣＯ、ＭｏＳｉＮＯ、ＭｏＳｉＣＯＮを含むモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）化合物のうちの一つからなる。
ハードマスク膜２０８は、２０Å〜２００Åの厚さを有し、好ましくは５０Å〜１５０Åの厚さを有する。ハードマスク膜２０８は１０Å／ｓｅｃ以下のエッチ速度を有する。
ハードマスク膜２０８上に形成されるレジスト膜２１０にはポジティブ（Ｐｏｓｉｔｉｖｉｅ）又はネガティブ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ）化学増幅型レジスト（Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｒｅｓｉｓｔ）を使用することができる。レジスト膜２１０は４００Å〜１，５００Åの厚さを有し、好ましくは、６００Å〜１，２００Åの厚さを有する。
図示してはいないが、レジスト膜２１０と下部の薄膜との間には、レジスト膜２１０と下部の薄膜との接着力（Ａｄｈｅｓｉｏｎ）を向上させるためにＨＭＤＳを選択的に形成することができる。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第３構造による高透過率位相反転ブランクマスクを示す断面図である。
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、本発明に係る高透過率位相反転ブランクマスク３００は、上述した第１構造及び第２構造のレジスト膜１１０，２１０上に設けられたチャージ防止膜（Ｃｈａｒｇｅ Ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ；ＣＤＬ）１１２，２１２を含む。ここで、透明基板１０２，２０２、位相反転膜１０４，２０４、遮光膜１０６，２０６及びハードマスク膜２０８は、上述した本発明の第１及び第２構造で説明されたとおりである。
チャージ防止膜１１２，２１２は、選択的に上記レジスト膜の上部に形成することができ、超純水（ＤＩ−ｗａｔｅｒ）に溶解する特性を有する自己トープされた水溶性伝導性重合体（Ｓｅｌｆ−ｄｏｐｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒ）で形成することができる。これによって、露光時に電子（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ）のチャージアップ（Ｃｈａｒｇｅ−ｕｐ）現象を防止し、チャージアップ現象によるレジスト膜１１０，２１０の熱的変形を防止する。
チャージ防止膜１１２，２１２は、５ｎｍ〜６０ｎｍ、好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍの厚さを有する。
以上のように、本発明は、露光波長に対して５０％以上の高透過率を有する位相反転膜が設けられた位相反転フォトマスクを利用することによって、半導体素子の製造のためのウエハー露光時に、高解像度を得るだけでなく、露光許容度及び焦点深度のマージンを広くし、最終的に工程収率を向上させることができる。
また、本発明は、パターン形成のためにハードマスク膜（Ｈａｒｄｍａｓｋ）を利用することによって、レジスト膜の薄膜化が可能であり、これによって、解像度（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）、臨界寸法（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）精密度及び線形性（Ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）を向上させることができる。
なお、本発明は、高透過率位相反転ブランクマスクを用いて半導体素子、例えば、ディーラム（ＤＲＡＭ）、フラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ）、ロジックデバイス（Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）などの様々な半導体素子の製造時に工程ウィンドウ（Ｗｉｎｄｏｗ）を増加させ、最終的に工程収率を向上させることができる。
以下では、本発明の実施例に係る位相反転ブランクマスクを詳しく説明する。
（実施例）
実施例１：ブランクマスク及びフォトマスク製造方法（透過率約７０％ＰＳＭ）
本実施例は、本発明の第２構造による高透過率位相反転ブランクマスク及びフォトマスクの製造方法を説明するために図４を参照して説明する。
実施例１：ブランクマスク及びフォトマスク製造方法（透過率約７０％ＰＳＭ）
本実施例は、本発明の第２構造による高透過率位相反転ブランクマスク及びフォトマスクの製造方法を説明するために図４を参照して説明する。
図４Ａを参照すると、透明基板２０２上に順次に位相反転膜２０４、遮光膜２０６、ハードマスク膜２０８及びレジスト膜２１０を形成する。
透明基板２０２は凹んだ形態を有し、平坦度をＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ Ｒｅａｄｉｎｇ）で定義するとき、その値が−８２ｎｍを有するものを使用した。
位相反転膜２０４は、柱状晶工法を用いて製造し、純度が６Ｎであり、ボロン（Ｂ）がドープされたシリコン（Ｓｉ）ターゲットを装着した枚葉式構造のＤＣマグネトロンスパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）装置に工程ガスをＡｒ：Ｎ２：ＮＯ＝５ｓｃｃｍ：５ｓｃｃｍ：５．３ｓｃｃｍ注入し、１．０ｋＷの工程パワーを印加して、１２５ｎｍ厚さを有するＳｉＯＮ膜とした。
位相反転膜２０４は、透過率及び位相量をｎ＆ｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ ３７００ＲＴ装備を用いて測定した結果、１９３ｎｍ波長に対して透過率中心値は６８％、位相量中心値は２０５゜を示し、平坦度を測定した結果、膨らんだ形態で＋８０ｎｍを示した。また、位相反転膜２０４の組成比をＡＥＳ装備を用いて分析した結果、シリコン（Ｓｉ）：窒素（Ｎ）：酸素（Ｏ）＝１６．３ａｔ％：１５．６ａｔ％：６８．１ａｔ％を示した。
その後、真空急速熱処理装置を用いて５００℃の温度で４０分間位相反転膜２０４に平坦度の改善のための熱処理を施した。位相反転膜２０４のストレスを測定した結果、膨らんだ形態の＋３０ｎｍであり、全体の位相反転膜２０４のストレス変化量（Ｄｅｌｔａ Ｓｔｒｅｓｓ）は＋１１２ｎｍを示し、熱処理過程によるストレス緩和現象を確認することができた。
遮光膜２０６は、クロム（Ｃｒ）ターゲットを装着した枚葉式構造のＤＣマグネトロンスパッタリング装置に工程ガスをＡｒ：Ｎ２：ＣＨ４＝５ｓｃｃｍ：１２ｓｃｃｍ：０．８ｓｃｃｍ注入し、１．４ｋＷの工程パワーを印加して４３ｎｍの厚さを有するＣｒＣＮ膜からなる下層膜を形成した。その後、工程ガスをＡｒ：Ｎ２：ＮＯ＝３ｓｃｃｍ：１０ｓｃｃｍ：５．７ｓｃｃｍ注入し、０．６２ｋＷの工程パワーを印加して１６ｎｍの厚さを有するＣｒＯＮ膜からなる上層膜を形成し、２層構造で製造した。
その後、遮光膜２０６に対して光学密度及び反射率を測定した結果、遮光膜２０６は、１９３ｎｍ波長の露光光に対して光学密度は３．１０を示し、反射率は２９．６％を示し、遮光膜２０６として使用するのに問題がないことを確認した。
ハードマスク膜２０８は、シリコン（Ｓｉ）ターゲットを装着した枚葉式構造のＤＣマグネトロンスパッタリング装置に工程ガスをＡｒ：Ｎ２：ＮＯ＝７ｓｃｃｍ：７ｓｃｃｍ：５ｓｃｃｍ注入し、０．７ｋＷの工程パワーを印加して、１０ｎｍの厚さを有するＳｉＯＮ膜とした。
その後、ハードマスク膜２０８上にＨＭＤＳ工程を施した後、ネガティブ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ）化学増幅型レジストをスピンコーティング設備を用いて１００ｎｍ厚に形成し、これで位相反転ブランクマスクの製造を完了した。
上記のように製造されたブランクマスクに露光工程を施した後、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）を１００℃で１０分実施し、現像して、レジスト膜パターン２１０ａを形成した。
その後、レジスト膜パターン２１０ａをエッチングマスクとして下部のハードマスク膜をフッ素（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ）ガスに基づいて乾式エッチングしてハードマスク膜パターン２０８ａを形成した。この時、上記ハードマスク膜のエッチング時間終点は、ＥＰＤ（Ｅｎｄ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）システムを用いて測定した結果、１７秒を示した。
図４Ｂを参照すると、上記レジスト膜パターンを除去した後、ハードマスク膜パターン２０８ａをエッチングマスクとして下部の遮光膜をエッチングして遮光膜パターン２０６ａを形成した。一方、上記遮光膜はレジスト膜及びハードマスク膜をエッチングマスクとしてエッチングしても構わない。
図４Ｃを参照すると、ハードマスク膜パターン２０８ａ及び遮光膜パターン２０６ａをエッチングマスクとして下部の位相反転膜をフッ素ガスに基づいて乾式エッチングして位相反転膜パターン２０４ａを形成した。
この時、位相反転膜パターン２０４ａは、ＥＰＤシステムを用いてエッチング終点を分析した結果、下部の透明基板２０２に対比して窒素（Ｎ）ピーク（Ｐｅａｋ）を利用することによってエッチング終点の区別が可能であることを確認した。ここで、ハードマスク膜パターン２０８ａは、位相反転膜パターン２０４ａの形成のためのエッチング時に全て除去された。
図４Ｄ及び図４Ｅを参照すると、位相反転膜パターン２０４ａが形成された透明基板２０２上に２次レジスト膜パターン２１４ａを形成した後、外周領域以外の露出したメイン領域（Ｍａｉｎ Ａｒｅａ）の遮光膜パターン２０６ａを除去し、これで位相反転フォトマスクの製造を完了した。
上記のように製造された位相反転フォトマスクに対して位相反転膜パターンの純粋な透過率及び位相量をＭＰＭ−１９３装備を用いて測定した。その結果、１９３ｎｍ波長で透過率は７２．３％を示し、位相量は２１５゜を示した。また、パターンプロファイルをＴＥＭを用いて観察した結果、８６゜を示した。
実施例２：ブランクマスク及びフォトマスクの製造方法（透過率約１００％ＰＳＭ）
本実施例では、実施例１に比べて位相反転膜パターンの透過率が高い位相反転フォトマスクを製造した。
本実施例では、実施例１に比べて位相反転膜パターンの透過率が高い位相反転フォトマスクを製造した。
まず、実施例１と同一にスパッタリングターゲット及び装置を準備した後、工程ガスをＡｒ：Ｎ２：ＮＯ＝５ｓｃｃｍ：５ｓｃｃｍ：７．１ｓｃｃｍ注入し、１．０ｋＷの工程パワーを印加して、１６０ｎｍの厚さを有するＳｉＯＮ膜を形成した。
上記形成された位相反転膜１０４の透過率及び位相量をｎ＆ｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ ３７００ＲＴ装備を用いて測定した結果、１９３ｎｍ波長に対して透過率は８７％、位相量は２０４゜を示した。上のように製造された位相反転膜の組成比をＡＥＳ装備を用いて分析した結果、シリコン（Ｓｉ）：窒素（Ｎ）：酸素（Ｏ）＝２１．２ａｔ％：４．０ａｔ％：７４．８ａｔ％を示した。
また、順次に実施例１と同一に遮光膜、ハードマスク、レジストを積層した後、フォトマスク工程によって製造された後、ＭＰＭ−１９３を用いて位相反転膜パターンの純粋な透過率及び位相量を測定した結果、透過率は９７．２％、位相量は２１３゜を示した。
比較例：基板エッチング型位相反転ブランクマスクの製造
この比較例は、実施例１と対比するために、基板エッチング型位相反転ブランクマスク及びフォトマスクを製造した。
この比較例は、実施例１と対比するために、基板エッチング型位相反転ブランクマスク及びフォトマスクを製造した。
上記基板エッチング型ブランクマスクは、まず、透明基板上に、クロム（Ｃｒ）ターゲットを装着した枚葉式構造のＤＣマグネトロンスパッタリング装置に工程ガスをＡｒ：Ｎ２：ＣＨ４＝５ｓｃｃｍ：５ｓｃｃｍ：０．８ｓｃｃｍ注入し、１．４ｋＷの工程パワーを印加して、４３ｎｍの厚さを有するＣｒＣＮ膜からなる下層膜を形成した。その後、工程ガスをＡｒ：Ｎ２：ＮＯ＝３ｓｃｃｍ：１０ｓｃｃｍ：５．７ｓｃｃｍ注入し、０．６２ｋＷの工程パワーを印加して、１６ｎｍの厚さを有するＣｒＯＮ膜からなる上層膜を形成することで、２層構造とした。
ここで、上記遮光膜に対して光学密度及び反射率を測定した結果、遮光膜は、１９３ｎｍ波長の露光光に対して、光学密度は３．０５を示し、反射率は３１．２％を示した。
その後、ハードマスク膜上にネガティブ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ）化学増幅型レジストをスピンコーティング設備を用いて１７０ｎｍ厚に形成し、これで位相反転ブランクマスクの製造を完了した。
その後、レジスト膜パターンを形成した後、レジスト膜パターンをエッチングマスクとして下部の遮光膜をエッチングして遮光膜パターンを形成した。続いて、上記レジスト膜を除去した後、遮光膜パターンをエッチングマスクとして下部の露出した透明基板部分をフッ素（Ｆ）ガスに基づいてエッチングした。
このとき、上記透明基板のエッチングはエッチング時間を指定して施し、エッチングされた透明基板の厚さは２００ｎｍ、位相量は２２０゜を示した。
一方、上記実施例１による位相反転フォトマスクの位相反転部と比較例のように製造された基板エッチング型位相反転フォトマスクの位相反転部に対する均一度を測定した結果は、下記の表１のとおりだった。
上記のような透過率及び位相量に対して、実施例１及び比較例による位相反転フォトマスクを各５枚ずつ製作し、その中心値を測定する再現性評価工程を行い、その結果を下記の表２に示した。
較例は１３゜を示し、位相量制御が相対的にし難いことを確認した。
以上、本発明を最も好ましい実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記の実施例に記載された範囲に限定されない。上記の実施例に様々な変更又は改良を加えることが可能であるということは、当該技術の分野における一般的な技術者であれば容易に理解できるだろう。このような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るということが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
Claims (20)
- 透明基板上に設けられた位相反転膜を有する位相反転ブランクマスクであって、
上記位相反転膜が少なくとも酸素（Ｏ）を含み、
ＡｒＦ露光光に対して５０％より高い透過率を有するように、上記酸素（Ｏ）は５０ａｔ％より多い含有量を有し、
上記位相反転膜は、シリコン（Ｓｉ）が１０ａｔ％〜４０ａｔ％、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）及び炭素（Ｃ）が６０ａｔ％〜９０ａｔ％である組成比のシリコン（Ｓｉ）化合物を有し、
エッチング終点が窒素（Ｎ）で検出可能であるように、前記シリコン（Ｓｉ）化合物において窒素（Ｎ）は１ａｔ％〜２０ａｔ％の含有量を有することを特徴とする位相反転ブランクマスク。 - 上記位相反転膜は、シリコン（Ｓｉ）ターゲット又はボロン（Ｂ）がドープされたシリコン（Ｓｉ）ターゲットを用いて形成され、上記ターゲットの比抵抗は、１．０Ｅ−０４Ω・ｃｍ〜１．０Ｅ＋０１Ω・ｃｍであることを特徴とする、請求項１に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記位相反転膜は、均一な組成を有する単層、組成又は組成比が連続的に変わる単層連続膜、組成又は組成比が互いに異なる一つ以上の膜が一つ以上の層として積層された多層膜のうち一つの構造を有することを特徴とする、請求項１に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記位相反転膜は１，０００Å〜２，０００Åの厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記位相反転膜は１９３ｎｍ波長の露光光に対して１７０゜〜２４０゜の位相量を有することを特徴とする、請求項１に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記位相反転膜上に設けられた遮光膜をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記遮光膜は、クロム（Ｃｒ）、クロム（Ｃｒ）が３０ａｔ％〜７０ａｔ％、窒素（Ｎ）が１０ａｔ％〜４０ａｔ％、酸素（Ｏ）が０〜５０ａｔ％、炭素（Ｃ）が０〜３０ａｔ％である組成比を有するクロム（Ｃｒ）化合物、モリブデンクロム（ＭｏＣｒ）、及びモリブデン（Ｍｏ）が２ａｔ％〜３０ａｔ％、クロム（Ｃｒ）が３０ａｔ％〜６０ａｔ％、窒素（Ｎ）が１０ａｔ％〜４０ａｔ％、酸素（Ｏ）が０〜５０ａｔ％、炭素（Ｃ）が０〜３０ａｔ％である組成比を有するモリブデンクロム（ＭｏＣｒ）化合物のいずれか一つを有することを特徴とする、請求項６に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記遮光膜は５００Å〜１，０００Åの厚さを有することを特徴とする、請求項６に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記遮光膜上に設けられた反射防止膜をさらに含み、上記反射防止膜は遮光膜と同じエッチング特性又は同じエッチング選択比を有する物質を有することを特徴とする、請求項１に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記遮光膜、又は位相反転膜に遮光膜が積層された構造が、露光光に対して２．５〜３．５の光学密度を有することを特徴とする、請求項６に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記位相反転膜と遮光膜との間の積層部分は１０％〜４０％の表面反射率を有することを特徴とする、請求項６に記載の位相反転ブランクマスク。
- 順次に積層された前記位相反転膜及び遮光膜上に設けられたハードマスク膜をさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記ハードマスク膜は上記位相反転膜と同じエッチング特性、及び上記遮光膜と同じエッチング選択比を有する物質を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記ハードマスク膜は、シリコン（Ｓｉ）；ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯ、ＳｉＮＯ、ＳｉＣＯＮ、ＳｉＢ、ＳｉＢＮ、ＳｉＢＣ、ＳｉＢＯ、ＳｉＢＣＮ、ＳｉＢＣＯ、ＳｉＢＮＯ、及びＳｉＢＣＯＮ等の、シリコン（Ｓｉ）に一つ以上の軽元素を加えたシリコン（Ｓｉ）化合物；モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）；及びＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＣ、ＭｏＳｉＯ、ＭｏＳｉＣＮ、ＭｏＳｉＣＯ、ＭｏＳｉＮＯ、及びＭｏＳｉＣＯＮ等のモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）化合物のいずれか一つを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記ハードマスク膜は１０Å／ｓｅｃ以下のエッチ速度を有することを特徴とする、請求項１２に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記ハードマスク膜は２０Å〜２００Åの厚さを有することを特徴とする、請求項１２に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記位相反転膜上に設けられたレジスト膜及び上記レジスト膜上に設けられたチャージ防止膜をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記チャージ防止膜は、自己ドープされた水溶性伝導性重合体（Ｓｅｌｆ−ｄｏｐｅｄ Ｗａｔｅｒ Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒ）を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の位相反転ブランクマスク。
- 上記チャージ防止膜は５ｎｍ〜６０ｎｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１７に記載の位相反転ブランクマスク。
- 請求項１〜１９のいずれかに記載の位相反転ブランクマスクを用いて製造された位相反転フォトマスク。
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