JPWO2009123170A1 - 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
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 Download PDFInfo
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Abstract
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。
[2] 前記遮光層の膜厚は、裏面反射防止層の膜厚の40%以下であることを特徴とする[1]に記載のフォトマスクブランク。
[3] 前記遮光層と表面反射防止層の膜厚比は、1.0:0.7〜1.0:7.0であることを特徴とする[1]または[2]に記載のフォトマスクブランク。
[4] 前記遮光層の膜厚は、前記遮光膜全体の膜厚の0.5%以上であることを特徴とする[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の厚さが23〜33nm、前記遮光層の厚さが2〜6nmおよび前記表面反射防止層の厚さが11〜17nmであることを特徴とする[1]ないし[4]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[6] 前記遮光膜全体の光学濃度が1.8〜3.1であり、
前記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、
前記反射防止層は、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[1]ないし[5]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[7] 前記反射防止層の単位膜厚当りの光学濃度は、0.04nm−1以下であり、前記遮光層の単位膜厚当りの光学濃度は、0.05nm−1以上あることを特徴とする[1]ないし[6]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[8] 前記裏面反射防止層の光学濃度が1.1〜1.3であり、
前記遮光層の光学濃度が0.1〜0.3であり、
前記表面反射防止層の光学濃度が0.4〜0.6であることを特徴とする[1]ないし[7]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[9] 前記裏面反射防止層のNとOの含有量の合計が40〜55atom%であり、
前記遮光層のNとOの含有量の合計が30atom%以下であり、
前記表面反射防止層のNとOの含有量の合計が45〜65atom%であることを特徴とする[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] 前記裏面反射防止層の単位膜厚当りの光学濃度は、0.03〜0.04nm−1であり、
前記遮光層の単位膜厚当りの光学濃度は、0.05〜0.06nm−1であることを特徴とする[1]ないし[9]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[11] 前記裏面反射防止層は、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、
前記遮光層は、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、
前記表面反射防止層は、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[1]ないし[10]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[12] 前記裏面反射防止層は、Crの含有量が30〜40atm%、NとOの含有量の合計が40〜55atm%であり、かつ、光学濃度が1.1〜1.3であり、
前記遮光層は、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、
前記表面反射防止層は、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であることを特徴とする[1]ないし[11]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[13] 前記裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層の各エッチング速度は、
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
の関係を有することを特徴とする[1]ないし[12]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[14] 前記透光性基板と遮光膜との間に位相シフター膜を有し、
前記遮光膜全体の膜厚が50nm以下であることを特徴とする[1]ないし[13]のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
[15] [1]ないし[14]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
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。
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。
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。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。
また、表面反射防止層において、金属の含有量が50atm%を超える、もしくは、NとOの含有量の合計が45atm%未満であると、表面反射率が高くなりすぎてしまい、ArFエキシマレーザ光に対して要求される20%以下程度の表面反射率が得られなくなってしまうことがある。一方、表面反射防止層において、金属の含有量が25atm%未満である、もしくは、NとOの含有量の合計が65atm%を越えると、欠陥品質が悪化する場合がある。
また、第1の態様のフォトマスクブランクにおいて、遮光層のNの含有量が3〜25atm%であると、一定の膜厚において比較的大きな光学濃度が得られるので好ましい。
また、遮光層は、金属とNを含み、かつ、金属の含有量が50〜90atm%であることが好ましく、Nの含有量が3〜25atm%であり、かつ、Crの含有量が50〜90atm%であることがさらに好ましい。
また、表面反射防止層は、金属の含有量が25〜50atm%、かつ、NとOの含有量の合計が45〜65atm%であることが好ましく、Crの含有量が30〜40atm%、かつ、NとOの含有量の合計が50〜60atm%であることがさらに好ましい。
第1の態様のフォトマスクブランクでは、エッチング速度の遅い遮光層の膜厚が全体膜厚の30%以下であるから、遮光膜全体のエッチング時間を短縮することができる。遮光層の膜厚が遮光膜全体の膜厚の30%を超えると、遮光膜の膜厚は薄膜化できるが、エッチング速度の速い裏面または表面反射防止層の割合が少なくなるため、エッチング時間を短縮できず好ましくない。
そこで、第1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1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。
本明細書において、光学濃度(OD)は、下記の関係を満たす。
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
ここで、前記遮光層の光学濃度に対する反射防止層の光学濃度の比の値が1/5を越えると反射防止層のエッチング速度が遅くなる一方、上記比の値が1/19未満では反射防止層の膜厚が厚くなり過ぎる。また、反射防止層のN含有量とO含有量との合計が65atom%を超えると膜厚が厚くなる一方、上記合計が40atom%未満ではエッチング速度が遅くなる。
また、遮光層の光学濃度が0.1未満の場合には遮光膜全体の光学濃度が不足するため、各層何れかの膜厚を厚くする必要が生じると共に、遮光層での反射が低下するため十分に干渉効果が得られなくなる。その結果、表面反射率が高くなり所望の反射率が得られない。また、遮光層の該光学濃度が0.3を超える場合にはエッチング時間が長くなり、レジスト薄膜化が困難となる。
さらに、表面反射防止層の光学濃度が0.4未満の場合には反射率が低くなりすぎると共に全体膜厚が厚くなり、該光学濃度が0.6を超える場合には反射率が高くなり過ぎる。
そこで、第1の態様のフォトマスクブランクは、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。
(1) 低い光学濃度の遮光膜
高ERで単位膜厚当りOD=0.036nm−1である単層の遮光膜を形成する場合、遮光膜の膜厚は53nmとなる。このとき、クリアエッチング時間は最短となるが、オーバーエッチング時間は長くなり、垂直な形状が得られない場合がある。
(2) 高い光学濃度の遮光膜
低ERで単位膜厚当りOD=0.05nm−1である単層の遮光膜を形成する場合、膜厚は38nmとなる。このとき、クリアエッチング時間は最長となり、オーバーエッチング時間も長くなり、垂直な形状が得られない場合がある。
(3) 高い光学濃度の層と低い光学濃度の層とを組み合わせた3層構造の遮光膜
低い光学濃度の層(単位膜厚当りOD=0.039nm−1)、高い光学濃度の層(単位膜厚当りOD=0.05nm−1)及び低い光学濃度の層(単位膜厚当りOD=0.036nm−1)の3層で遮光膜を形成する場合、たとえば、各層の膜厚をそれぞれ30nm、4nm及び14nmとすることによって、実現できる。このとき、クリアエッチング時間は上記(1)の遮光膜と(2)の遮光膜との中間程度の時間となり、オーバーエッチング時間は最適となる。
第1の態様のフォトマスクブランクでは、第1のエッチング速度(裏面反射防止層のエッチング速度)および第3のエッチング速度(表面反射防止層のエッチング速度)よりも遅い第2のエッチング速度(遮光層のエッチング速度)を有する。エッチング速度は、たとえば、金属膜に酸素を含有させることによって上昇させることができる。
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3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。
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、
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4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、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5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。
6.1 エッチング速度
第1〜第5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〜第5の態様のフォトマスクブランクにおいて、反射防止層(裏面反射防止層、表面反射防止層等)または遮光層に含有される金属としては、Cr、Mo、W、Ta等の遷移金属が好ましいが、Crは塩素系および酸素系でドライエッチングを行うので、ガラス基板またはハーフトーン型位相シフター膜との選択比がとれるので特に好ましい。また、Crはドライエッチングだけでなく、ウェットエッチングも可能となるため、他の金属と比較してより好ましい。
また、遮光層は、CrN、CrON、CrO、CrC、CrCOまたはCrOCNからなり、CrNまたはCrONがより好ましい。
第1〜第5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〜第5の態様のフォトマスクブランクにおいて、成膜前後のフラットネス変化量が0.05μm以下であることが好ましい。
第1〜第5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。
実施例4は、実施例1において、遮光層の膜厚を薄く、裏面反射防止層の膜厚を厚く変更した以外は、実施例1と同様である。
実施例4で製造したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの構成および得られたハーフトーン型位相シフトマスクの解像性および断面形状は表2に示すとおりであった。
なお、表2において、膜厚割合の欄における数値は、上から「遮光層の遮光層の膜厚を1としたときの表面反射防止層の膜厚比」(例えば、実施例4では7.0)、「遮光膜の全体膜厚に対する遮光層の膜厚割合(%)」(例えば、実施例4では4%)および「裏面反射防止層の膜厚に対する遮光層の膜厚割合(%)」(例えば、実施例4では6%)を示す。
実施例5は、実施例1において、遮光層の膜厚を厚く、裏面反射防止層の膜厚を薄く変更した以外は、実施例1と同様である。
実施例5で製造したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの構成および得られたハーフトーン型位相シフトマスクの解像性および断面形状は表2に示すとおりであった。
比較例3は、実施例5において、遮光層の膜厚を厚く、裏面反射防止層の膜厚を薄く変更した以外は、実施例5と同様である。
比較例3で製造したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの構成および得られたハーフトーン型位相シフトマスクの解像性は表2に示すとおりであった。
実施例6は、実施例1において、裏面反射防止層のCr含有量を少なく、かつNとOの合計含有量を多く、遮光層の膜厚を厚く変更した以外は、実施例1と同様である。
実施例6で製造したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの構成および得られたハーフトーン型位相シフトマスクの解像性および断面形状は表3に示すとおりであった。
なお、表3において、膜厚割合の欄における数値は、表2と同様のものを示す。
実施例7は、実施例1において、裏面反射防止層のCr含有量を多く、かつNとOの合計含有量を多くし、遮光層の膜厚を薄く、かつ裏面反射防止層の膜厚を厚く変更した以外は、実施例1と同様である。
実施例7で製造したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの構成および得られたハーフトーン型位相シフトマスクの解像性および断面形状は表3に示すとおりであった。
比較例4は、実施例7において、裏面反射防止層のCr含有量を多く、かつNとOの合計含有量を少なくし、遮光層の膜厚を薄く、かつ裏面反射防止層の膜厚を薄く変更した以外は、実施例7と同様である。
比較例4で製造したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの構成および得られたハーフトーン型位相シフトマスクの解像性は表3に示すとおりであった。
比較例5は、実施例6において、裏面反射防止層のCr含有量を少なく、かつNとOの合計含有量を多くし、遮光層の膜厚を厚く、かつ裏面反射防止層の膜厚を薄く変更した以外は、実施例6と同様である。
比較例5で製造したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの構成および得られたハーフトーン型位相シフトマスクの解像性は表3に示すとおりであった。
実施例8は、実施例1において、遮光層のCr含有量を多く、かつN含有量を多くし、遮光層の膜厚を薄く、かつ裏面反射防止層の膜厚を厚く変更した以外は、実施例1と同様である。
実施例8で製造したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの構成および得られたハーフトーン型位相シフトマスクの解像性および断面形状を表4に示す。
なお、表4において、膜厚割合の欄における数値は、表2と同様のものを示す。
実施例9は、実施例1において、遮光層のCr含有量を多く、かつN含有量を多く変更した以外は、実施例1と同様である。
実施例9で製造したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの構成および得られたハーフトーン型位相シフトマスクの解像性および断面形状を表4に示す。
比較例6は、実施例1において、遮光層のCr含有量を少なく、かつN含有量を多く変更した以外は、実施例1と同様である。
比較例6で製造したハーフトーン型位相シフトマスクブランクの構成および得られたハーフトーン型位相シフトマスクの解像性を表4に示す。
これに対して、比較例3および比較例5では、特に遮光層の膜厚が厚すぎることに起因して、エッチング時間が短縮されなかったため、レジストの解像性は悪く、遮光膜パターンの解像性60nmは実現できなかった。
比較例4では、特に裏面反射防止層のエッチング速度が遅いことに起因して、エッチング時間が短縮されなかったため、レジストの解像性は悪く、遮光膜パターンの解像性60nmは実現できなかった。
比較例6では、特に遮光層が薄すぎることに起因して、ローディングによる速度差が生じ、エッチング時間が短縮されなかったため、レジストの解像性は悪く、遮光膜パターンの解像性60nmは実現できなかった。
Claims (15)
- 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。 - 前記遮光層の膜厚は、裏面反射防止層の膜厚の40%以下であることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスクブランク。
- 前記遮光層と表面反射防止層の膜厚比は、1.0:0.7〜1.0:7.0であることを特徴とする請求項1または2に記載のフォトマスクブランク。
- 前記遮光層の膜厚は、前記遮光膜全体の膜厚の0.5%以上であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
- 前記裏面反射防止層の厚さが23〜33nm、前記遮光層の厚さが2〜6nmおよび前記表面反射防止層の厚さが11〜17nmであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
- 前記遮光膜全体の光学濃度が1.8〜3.1であり、
前記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、
前記反射防止層は、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請求項1ないし5のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 前記反射防止層の単位膜厚当りの光学濃度は、0.04nm−1以下であり、前記遮光層の単位膜厚当りの光学濃度は、0.05nm−1以上あることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
- 前記裏面反射防止層の光学濃度が1.1〜1.3であり、
前記遮光層の光学濃度が0.1〜0.3であり、
前記表面反射防止層の光学濃度が0.4〜0.6であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 前記裏面反射防止層のNとOの含有量の合計が40〜55atom%であり、
前記遮光層のNとOの含有量の合計が30atom%以下であり、
前記表面反射防止層のNとOの含有量の合計が45〜65atom%であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 前記裏面反射防止層の単位膜厚当りの光学濃度は、0.03〜0.04nm−1であり、
前記遮光層の単位膜厚当りの光学濃度は、0.05〜0.06nm−1であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 前記裏面反射防止層は、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、
前記遮光層は、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、
前記表面反射防止層は、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請求項1ないし10のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 前記裏面反射防止層は、Crの含有量が30〜40atm%、NとOの含有量の合計が40〜55atm%であり、かつ、光学濃度が1.1〜1.3であり、
前記遮光層は、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、
前記表面反射防止層は、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であることを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 前記裏面反射防止層、遮光層および表面反射防止層の各エッチング速度は、
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
の関係を有することを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載のフォトマスクブランク。 - 前記透光性基板と遮光膜との間に位相シフター膜を有し、
前記遮光膜全体の膜厚が50nm以下であることを特徴とする請求項1ないし13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14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。
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