JP5666218B2 - マスクブランク、転写用マスク、および転写用マスクセット - Google Patents
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Description
露光光を透過する部分と露光光を遮光する部分の白黒のみで転写パターンを形成するバイナリ型の転写用マスクで使用される遮光膜の場合、この漏れ光に起因する、遮光膜をわずかに透過する露光光がウェハ上のレジスト膜に4回露光されても感光しないような遮光性能が求められる。遮光性能としては、光学濃度(OD)が3.0以上(透過率 約0.1%以下)あることが望ましく、2.8以上(透過率 約0.16%以下)は必要とされている。
一方、ArFエキシマレーザ(波長193nm)を露光光とする露光技術においては、転写パターンの微細化が進み、露光光の波長よりも小さいパターン線幅に対応することが求められ、斜入射照明法、位相シフト法等の超解像技術、さらにNA=1以上の超高NA技術(液浸露光等)が開発されてきたが、それらの技術でも対応が難しいパターンピッチが要求され始めている。
この問題を解決する手段として、ダブルパターニング/ダブル露光(DP/DE)技術が開発されている。いずれの露光技術も、微細な転写パターンを2つの比較的疎なパターンに分割して2枚の転写用マスクを作製して、2枚の転写用マスク(転写用マスクセット)を用いてウェハ上のレジスト膜(転写対象物)に転写露光するものである。
この問題を解決する方法としては、単純に遮光膜の膜厚を厚くして光学濃度を上げることが考えられる。しかし、遮光膜の膜厚を厚くすると、遮光膜に転写パターンを形成するためのエッチングを行う時のマスクとなるレジストパターン(レジスト膜)の膜厚を厚くする必要が生じる。膜厚の厚いレジスト膜に微細パターンを形成する場合、レジストパターンの倒れや欠落の問題が生じやすくなる。
一方、遮光膜の膜厚が厚くなるに従い、電磁界(EMF: ElectroMagnetics Field)効果に起因するバイアスは大きくなる。EMFバイアスは、ウェハ上のレジストの転写パターン線幅のCD精度に大きな影響を与える。このため、電磁界効果のシミュレーションを行い、EMFバイアスによる影響を低減するための転写用マスクに形成する転写パターンの補正を行う。しかし、膜厚が厚くなるに従って複雑なシミュレーションが必要となり、多大な負荷がかかるという問題がある。
以上のことから、転写用マスクの少なくとも転写パターンが形成される領域については、遮光膜の膜厚を厚くすることは問題である。
本発明は、上記背景の下なされた発明であり、ダブル露光技術への対応に適したバイナリ型マスクブランクの提供を目的とする。
(構成1)
ArF露光光が適用されるバイナリ型の転写用マスクを作製するために用いられるマスクブランクであって、
透光性基板上に、基板側から、転写パターンを形成するための遮光膜と、該遮光膜との積層構造で遮光帯を形成するための補助遮光膜とを順に備え、
前記遮光膜の光学濃度が2.5以上3.1以下であり、かつ、前記補助遮光膜の光学濃度が0.5以上である、
ことを特徴とするマスクブランク。
(構成2)
ダブル露光技術が適用される転写用マスクを作製するために用いられることを特徴とする構成1に記載のマスクブランク。
(構成3)
前記遮光膜は、遮光層と表面反射防止層の積層構造を有することを特徴とする構成1または2に記載のマスクブランク。
(構成4)
前記補助遮光膜は、前記遮光膜をエッチングする際に用いられる、エッチング媒質に対しエッチング選択性を有することを特徴とする構成1から3のいずれか1項に記載のマスクブランク。
(構成5)
前記遮光膜は、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、クロムを主成分とする膜である、ことを特徴とする構成1から4のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成6)
前記遮光膜は、クロムを主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であることを特徴とする構成1から4のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成7)
前記遮光膜は、タンタルを主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、クロムを主成分とする膜である、ことを特徴とする構成1から4のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成8)
前記遮光膜と前記補助遮光膜の間に、これらの膜をエッチングする際に用いられるエッチング媒質に対してエッチング選択性を有するエッチングマスク膜を設けることを特徴とする構成1から3のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成9)
前記遮光膜、前記補助遮光膜ともに、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であり、さらにクロムを主成分とするエッチングマスク膜を有することを特徴とする構成8に記載のマスクブランク。
(構成10)
前記遮光膜、前記補助遮光膜ともに、クロムを主成分とする膜であり、さらに遷移金属とケイ素を主成分とするエッチングマスク膜を有することを特徴とする構成8に記載のマスクブランク。
(構成11)
構成1から10のいずれかに記載のマスクブランクを用いて作製される転写用マスク。
(構成12)
ArF露光光が適用されるバイナリ型の転写用マスクであって、
透光性基板上の転写パターン領域に、遮光膜で形成される転写パターンを有し、
転写パターン領域の外側の領域に、基板側から、遮光膜と、補助遮光膜との積層構造で形成される遮光帯を有し、
前記遮光膜の光学濃度が2.5以上3.1以下であり、かつ、前記補助遮光膜の光学濃度が0.5以上である、
ことを特徴とする転写用マスク。
(構成13)
ダブル露光技術が適用されることを特徴とする構成12に記載の転写用マスク。
(構成14)
前記遮光膜は、遮光層と表面反射防止層の積層構造を有することを特徴とする構成12または13に記載の転写用マスク。
(構成15)
前記補助遮光膜は、前記遮光膜をエッチングする際に用いられる、エッチング媒質に対してエッチング選択性を有することを特徴とする構成12から14に記載の転写用マスク。
(構成16)
前記遮光膜は、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、クロムを主成分とする膜である、ことを特徴とする構成12から15に記載の転写用マスク。
(構成17)
前記遮光膜は、クロムを主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であることを特徴とする構成12から15に記載の転写用マスク。
(構成18)
前記遮光膜は、タンタルを主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、クロムを主成分とする膜である、ことを特徴とする構成12から15に記載の転写用マスク。
(構成19)
前記遮光膜と前記補助遮光膜の間に、これらの膜をエッチングする際に用いられるエッチング媒質に対してエッチング選択性を有するエッチングマスク膜を設けることを特徴とする構成12から14に記載の転写用マスク。
(構成20)
前記遮光膜、前記補助遮光膜ともに、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であり、さらにクロムを主成分とするエッチングマスク膜を有することを特徴とする構成19に記載の転写用マスク。
(構成21)
前記遮光膜、前記補助遮光膜ともに、クロムを主成分とする膜であり、さらに遷移金属とケイ素を主成分とするエッチングマスク膜を有することを特徴とする構成19に記載の転写用マスク。
(構成22)
構成13から構成21のいずれかに記載の転写用マスクを2枚セットとした転写用マスクセットであって、
前記2枚の転写用マスクは、ダブル露光技術による転写露光に用いられるものであり、前記2枚の転写用マスクに形成されている各転写パターンは、転写対象物に転写露光する1つの転写パターンを2つの疎な転写パターンに分割したものである
ことを特徴とする転写用マスクセット。
また、転写パターンを形成するための遮光膜と遮光帯形成するための補助遮光膜の2層構造とし、さらに転写パターンを形成する遮光膜を2回露光でレジスト膜の感光を転写パターンに影響が生じないように抑制できるだけの遮光性能とすることにより、単純に遮光膜の膜厚を厚くしてダブル露光技術に対応する場合と比較し、転写パターン領域の遮光膜の膜厚を薄くできる。これにより、転写パターン領域の遮光膜パターンの精度を向上できる。
また、転写パターン領域の遮光膜の膜厚を厚くする必要がないので、レジストも厚くする必要がなく、レジストパターンの倒れや欠落の問題も生じにくくなる。
また、転写パターン領域の遮光膜の膜厚を厚くする必要がないので、遮光膜の膜厚が厚くなるに従い、電磁界(EMF)効果に起因するバイアスは大きくなり、膜厚が厚くなるに従って複雑なシミュレーションが必要となり、多大な負荷がかかるという問題を回避できる。
本発明によれば、ダブル露光技術で使用する転写用マスクとするマスクブランクには、重ね露光部分のウェハ上のレジスト膜を8回分露光しても転写パターンに影響が生じない程度の感光に抑えることができる光学濃度が遮光膜の最低限転写パターン領域外周のエリアで得られること、と同時に、転写パターン領域の遮光膜の膜厚を厚くすることなく対応できること、を実現できる。
本発明のマスクブランクは、
ArF露光光が適用されるバイナリ型の転写用マスクを作製するために用いられるマスクブランクであって、
透光性基板上に、基板側から、転写パターンを形成するための遮光膜と、該遮光膜との積層構造で遮光帯を形成するための補助遮光膜とを順に備え、
前記遮光膜の光学濃度が2.5以上3.1以下であり、かつ、前記補助遮光膜の光学濃度が0.5以上である、ことを特徴とする。
従来のシングル露光技術で使用されているものと同程度の特性の材料で形成されたウェハ上のレジスト膜に対し、ダブル露光技術を用い、2枚の転写用マスクで転写パターンを転写しようとする場合、以下のことを考慮する必要がある。
従来のシングル露光適用の転写用マスクの場合、4回分の漏れ光露光に相当する露光がウェハ上のレジスト膜にされても転写パターンに影響が生じないようにするには、遮光帯には最低でも光学濃度2.5が確保されている必要がある。すわなち、遮光膜は、最低でも光学濃度2.5となるようにする必要がある。
さらに、これと同程度の感度特性を有するレジスト膜に対し、転写パターンを形成するための遮光膜の光学濃度を従来のシングル露光技術適用の転写用マスクの遮光膜と同じく2.5とし、ダブル露光技術を用いて転写露光する場合、転写パターン露光2回分と漏れ光露光6回分の積算露光量が、前記のシングル露光技術を適用して光学濃度2.5の遮光膜で転写露光したときの漏れ光露光4回分の積算露光量以下となるように、遮光帯の光学濃度を選定する必要がある。この条件を満たす遮光帯の光学濃度は、3.0以上である。
よって、補助遮光膜には0.5以上の光学濃度が必要となる。
本発明では、遮光膜と、補助遮光膜は、別の膜として構成しているため、ダブル露光において、遮光帯を形成すべき領域にさらに高い光学濃度(3.3以上、更には3.5以上)が必要となった場合においても、転写パターン領域における遮光膜パターンの厚さに影響を与えることなく、補助遮光膜を厚くすることで、容易に対応できる。
一方、後述のように、補助遮光膜は、遮光膜に転写パターンを転写するときのエッチングマスクとしても機能する。この場合、レジストパターンをマスクに補助遮光膜をドライエッチングすることになるため、レジストパターンの膜厚をより薄くするには、補助遮光膜の膜厚が厚くなることは好ましくない。これらのことを考慮すると、補助遮光膜の光学濃度は、1.5以下が好ましく、1.2以下がさらに好ましい。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るマスクブランクの一例を示す。
第1の実施形態は、図1に示すように、透光性基板1上に、遮光層11と表面反射防止層12の積層構造からなる遮光膜10と、遮光膜10上に形成された補助遮光膜20と、レジスト膜100を有する。
図2は、本発明の第2の実施形態に係るマスクブランクの一例を示す。
第2の実施形態は、図2に示すように、透光性基板1上に、裏面反射防止層13と遮光層11と表面反射防止層12の積層構造からなる遮光膜10と、遮光膜10上に形成された補助遮光膜20と、レジスト膜100を有する。
チング媒質に対してエッチング選択性を有することが好ましい。
図1、図2に示す実施形態のように、遮光膜と接して補助遮光膜が形成される態様において、転写パターン領域に遮光膜のみで転写パターンが形成され、転写パターン領域の外周領域に、遮光膜と補助遮光膜の積層構造を有する遮光帯が形成された転写用マスクを作製可能とするためである。また、補助遮光膜をエッチングマスクとして、遮光膜をエッチングする構成とすることで、レジスト膜の薄膜化を図り、転写パターンを高精度に加工するためである。
フッ素系ガスのエッチングガスによるドライエッチングに対し、遷移金属とケイ素を主成分とする膜はエッチングレートが高く、クロムを主成分とする膜はエッチングレートが大幅に低く、高いエッチング選択性を有している。また、塩素と酸素の混合ガスによるドライエッチングに対し、クロムを主成分とする膜はエッチングレートが高く、遷移金属とケイ素を主成分とする膜はエッチングレートが大幅に低く、高いエッチング選択性を有している。よって、補助遮光膜は、遮光膜をドライエッチングする際のエッチングマスクとして十分に機能する。また、クロムを主成分とする膜は、レジストの濡れ性が良好であるという利点もある。
前記と同様の理由から、補助遮光膜は、遮光膜をドライエッチングする際のエッチングマスクとして十分に機能する。また、クロムを主成分とする膜は、透光性基板に対して高いエッチング選択性を有しているため、遮光膜をドライエッチングするときに基板を掘り込んでしまう恐れが非常に小さいという利点もある。
フッ素系ガスのエッチングガスによるドライエッチングに対し、タンタルを主成分とする膜はエッチングレートが高く、クロムを主成分とする膜はエッチングレートが大幅に低く、高いエッチング選択性を有している。また、塩素と酸素の混合ガスによるドライエッチングに対し、クロムを主成分とする膜はエッチングレートが高く、タンタルを主成分とする膜はエッチングレートが大幅に低く、高いエッチング選択性を有している。よって、補助遮光膜は、遮光膜をドライエッチングする際のエッチングマスクとして十分に機能する。また、クロムを主成分とする膜は、レジストの濡れ性が良好であるという利点もある。
図3は、本発明の第3の実施形態に係るマスクブランクの一例を示す。
第3の実施形態は、図3に示すように、透光性基板1上に、遮光層11と表面反射防止層12の積層構造からなる遮光膜10と、遮光膜10上に形成されたエッチングマスク膜21と、その上に形成された補助遮光膜22と、レジスト膜100を有する。
なお、補助遮光膜22に、遮光膜10をエッチングするときのエッチングガスでエッチングされる材料を選定することができる。補助遮光膜22に遮光膜10で適用したものと同じ材料を適用することができる。
本発明において、クロムを主成分とする膜としては、クロム単体や、クロムに酸素、窒素、炭素、水素、ホウ素からなる元素を少なくとも1種を含むもの(Crを含む材料)、などの材料が挙げられる。
本発明において、タンタルを主成分とする膜としては、タンタル単体や、タンタルに酸素、窒素、炭素、水素、ホウ素からなる元素を少なくとも1種を含むもの(タンタルを含む材料)、などの材料が挙げられる。
本発明において、前記遮光膜、前記補助遮光膜、前記エッチングマスク膜は、いずれも、単層、複数層構造とすることができる。複数層構造では、異なる組成で段階的に形成した複数層構造や、連続的に組成が変化した膜構造とすることができる。
遮光層11は、クロム系に比べ、光学濃度の高い、遷移金属とケイ素を含む材料、Ta系材料を用いることが好ましい。また、これらの材料について光学濃度を更に高めるべく開発された材料を用いることが好ましい。
遮光層11は、遮光性を極限まで高めた材料(高MoSi系)が好ましい。遮光層11は、Ta系材料(TaN,TaB,TaC,TaBC,TaBN,TaCN,TaBCN等)を用いることもできる。特に、遮光層11の材料としてTa系窒化物を用いる場合、遮光膜10を単層(表面反射防止層12のない構成)としても、表面反射率や裏面反射率をある程度は抑制することが可能である。これにより、表面反射率や裏面反射率の上限が緩い場合においては、遮光膜10を大幅に薄膜化することができる。
表面反射防止層12は、遮光層との積層構造で所定値以上の表面反射率が得られるのであれば、基本的にいずれの材料でも適用可能ではあるが、遮光層11と同じターゲットで成膜できる材料を用いることが好ましい。遮光層11に遷移金属とケイ素を主成分とする材料を適用した場合には、表面反射防止層12には、遷移金属(M)とケイ素(Si)を主成分とする材料(MSiO,MSiN,MSiON,MSiOC,MSiCN,MSiOCN等)が好ましい。これらのうちでも、耐薬品性、耐熱性の観点からはMSiO、MSiONが好ましく、ブランクス欠陥品質の観点からMSiONが好ましい。また、遮光層11にTa系材料を適用した場合には、表面反射防止層12には、Taを主成分とする材料(TaO,TaON,TaBO,TaBON,TaCO,TaCON,TaBCO,TaBCON等)が好ましい。
また、表面反射率を所定値以下に抑制するためには、表面反射防止層12の膜厚は5nmよりも大きいことが望ましい。また、より低反射率とするには、膜厚を7nm以上とすることが望ましい。さらに、生産安定性の観点や、転写用マスクを作製した後のマスク洗浄の繰り返しによる表面反射防止層12の膜減りを考慮すると、表面反射防止層12の膜厚は10nm以上あると好ましい。遮光膜10全体での薄膜化を考慮すると、遮光膜の光学濃度への寄与度の低い表面反射防止層12の膜厚は、20nm以下であることが望ましく、15nm以下であるとより望ましい。さらに、電磁界(EMF)効果に係るシミュレーション負荷をより軽減させるためには、12nm以下であることが望まれる。
裏面反射防止層13を備える3層積層構造の遮光膜10の場合、裏面反射率を所定値以下に抑制するためには、裏面反射防止層13の膜厚は5nmよりも大きいことが望ましい。また、より低反射率とするには、膜厚を7nm以上とすることが望ましい。遮光膜10全体での薄膜化を考慮すると、遮光膜の光学濃度への寄与度の低い裏面反射防止層13の膜厚は、15nm以下であることが望ましく、12nm以下であるとより望ましい。さらに、電磁界(EMF)効果に係るシミュレーション負荷をより軽減させるためには、10nm以下であることが望まれる。
遷移金属とケイ素を含有する材料は、クロムに比べて遮光性が高い。図4に、遮光膜10中に遷移金属のモリブデンとケイ素と窒素を含有する薄膜において、膜中の窒素含有量が0原子%,10原子%,20原子%,30原子%,35原子%,40原子%のそれぞれの場合について、膜中のモリブデンの含有量をモリブデンとケイ素の合計含有量で除した比率(すなわち、遮光膜中のモリブデンとケイ素の合計含有量を100としたときのモリブデンの含有量の比率を原子%で表したもの。以下、(Mo/Mo+Si)比率という。)と、単位膜厚当たりの光学濃度(ΔOD[/nm@193.4nm])との関係を示す。遮光膜10の窒素含有量が増加するに従い、単位膜厚当たりの光学濃度は低下していく。一方、(Mo/Mo+Si)比率については、所定比率までは増加するに従い、単位膜厚当たりの光学濃度も増加する関係になるが、40原子%以下で、いずれの窒素含有量の場合も頭打ちの傾向を示している。モリブデンとケイ素を含有する材料は、モリブデンの含有量が高いと、耐薬性や耐洗浄性(特に、アルカリ洗浄や温水洗浄)が低下するという問題がある。これらのことを考慮すると、転写用マスクとして使用する際の必要最低限の耐薬性、耐洗浄性を確保できるモリブデンの含有量である40原子%を上限とすることが好ましい。
また、応力制御を目的として高温で加熱処理(アニール)する際、Moの含有量が高いと膜の表面が白く曇る(白濁する)現象が生じることがわかった。これは、MoOが表面に析出するためであると考えられる。このような現象を避ける観点からは、反射防止層であるMoSiON、MoSiO、MoSiN、MoSiOC、MoSiOCN等では、反射防止層中のMoの含有量は10at%未満であることが好ましい。しかし、Moの含有量が少なすぎる場合、DCスパッタリングの際の異常放電が顕著になり、欠陥発生頻度が高まる。よって、Moは正常にスパッタできる範囲で含有していることが望ましい。他の成膜技術によってはMoを含有せずに成膜可能な場合がある。
タンタルの窒化物からなる遮光層11と、
該遮光層11の上に接して形成され、タンタルの酸化物からなる表面反射防止層12と、
からなる態様が含まれる。
遮光層11のタンタルを窒化させることによって、転写マスク作製後の遮光膜の転写パターン側壁の酸化防止が図れる。反面、高い遮光性能を確保するためには、できる限り窒素の含有量を低くすることが望まれる。これらの点を考慮すると、遮光層中の窒素含有量は、1原子%以上20原子%以下が好ましく、5原子%以上10原子%以下であるとより好ましい。
酸素を50原子%以上含有するタンタルの酸化物からなる反射防止層は、反射防止効果に優れるので好ましい。
上記のような構成によって、遮光性膜の表面側の反射防止が図られる。また、裏面反射防止層を省略した構造であっても、一定の裏面反射防止効果(例えば裏面の反射率が40%以下)が得られる。さらに、このように、裏面反射防止層を省略した構造によって、転写パターン領域における遮光膜パターンの厚さに関しより薄膜化を図ることは、転写パターン領域における遮光膜パターンの精度向上等に有効である。
遮光膜10が遷移金属とケイ素を含む材料やTa系の材料からなる場合にあっては、これらの材料は、フッ素系ガスでドライエッチング可能な材料がほとんどである。このため、補助遮光膜20にはフッ素系ガスに対して耐性を有する材料を用いることが好ましい。クロム系の材料は、フッ素系ガスに対する耐性が高く、基本的に塩素と酸素の混合ガスでドライエッチング可能な材料であるため、補助遮光膜の上層のレジスト膜に形成された転写パターンを補助遮光膜に転写するドライエッチングを行う際、下層の遮光膜をエッチングストッパとして機能させることができる。また、補助遮光膜をエッチングマスクとして、下層の遮光膜をドライエッチングして転写パターンを転写することができ、遮光膜に高い精度で転写パターンを形成することが可能となる。
本発明において、補助遮光膜20としては、例えば、クロム単体や、クロムに酸素、窒素、炭素、水素からなる元素を少なくとも1種を含むもの(Crを含む材料)、などの材料を用いることができる。なかでも、窒化クロム、酸化クロム、窒化酸化クロム、酸化炭化窒化クロムのいずれかを主成分とする材料で形成されている態様が好ましい。前記補助遮光膜の膜構造としては、上記膜材料からなる単層、複数層構造とすることができる。複数層構造では、異なる組成で段階的に形成した複数層構造や、連続的に組成が変化した膜構造とすることができる。
さらに、補助遮光膜20は、膜中のクロムの含有量が45原子%以下である態様が含まれる。膜中のクロムの含有量が45原子%以下とすることにより、補助遮光膜のエッチングレートを高めてレジスト膜厚の低減を図ることができる。
この態様において、前記エッチングマスク膜21は、クロムに、窒素、酸素のうち少なくともいずれかの成分を含み、膜中のクロムの含有量が45原子%以下である態様が含まれる。これにより、エッチングマスク膜21のエッチングレートを高めることができる。
(1)エッチングマスク膜の膜厚を単に薄くする(例えば20nm以下にする)だけではレジスト膜の膜厚を低減できない場合があること、
(2)レジスト膜の膜厚を低減する観点からは、Cr系エッチングマスク膜は、Cr成分がリッチな材料では塩素系(Cl2+O2)ドライエッチングのエッチングレートが遅いので好ましくなく、従ってこの観点からはCr系エッチングマスク膜は、Cr成分が少なく、高窒化、高酸化されたCr系材料が好ましいこと、
(3)遮光膜パターンのLER(Line Edge Roughness)を低減する観点からは、Cr系エッチングマスク膜は、Cr成分がリッチな材料の方がフッ素系ドライエッチングに対する耐性が高いので好ましく、従ってこの観点からはCr系エッチングマスク膜は、Cr成分が多いCr系材料が好ましいこと、
(4)上記(2)と(3)はトレードオフの関係にあり、それを考慮すると、Cr系エッチングマスク膜は、膜中のクロムの含有量が45原子%以下である必要があり、40原子%以下が好ましいこと、更にCr系エッチングマスク膜中のクロムの含有量は35原子%以下であることが好ましいこと、また、Cr系エッチングマスク膜中のクロムの含有量の下限は20原子%以上が好ましく、さらに好ましくは30原子%以上が好ましいこと、特に、エッチングマスク膜が酸化クロム膜の場合は33原子%以上が好ましいこと、
(5)上記(2)及び(4)に関連し(即ちCr系エッチングマスク膜のエッチング時間の短縮に関連し)、レジスト膜の膜厚を低減する観点からは、Cr系エッチングマスク膜の膜厚は20nm以下であることが好ましいこと、
(6)上記(3)及び(4)に関連し(即ちCr系エッチングマスク膜のエッチング耐性に関連し)、下層の遮光膜にマスクパターンを転写するエッチングプロセスが完了するまで、エッチングマスクがマスクパターンを維持できなければならないため、Cr系エッチングマスク膜の膜厚は5nm以上であることが好ましいこと、
を見い出した。
なお、膜の欠陥品質に優れる観点からは、酸化炭化窒化クロム、酸化炭化クロムが好ましい。また、応力の制御性(低応力膜を形成可能)の観点からは、酸化炭化窒化クロム(CrOCN)が好ましい。
本発明において、遷移金属(M)、ケイ素(Si)に加え、炭素(C)、水素(H)の少なくとも一方を含む遮光膜は、スパッタ成膜時に膜中に、酸化しづらい状態になっている、ケイ素炭化物(Si−C結合)、遷移金属炭化物(M−C結合、例えばMo−C結合)、水素化ケイ素(Si−H結合)、が形成されることにより、耐光性等に優れる。
本発明において、遷移金属(M)、ケイ素(Si)に加え、炭素(C)、水素(H)の少なくとも一方を含む遮光層は、化学結合状態として、M(遷移金属)−Si結合、Si−Si結合、M−M結合、M−C結合、Si−C結合、Si−H結合を含んでいる。
本発明において、遷移金属(M)は、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、タングステン(W)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pb)の何れか一つ又は合金からなる。
ここで、炭化水素ガスは、例えば、メタン(CH4)、エタン(C2H6)、プロパン(C3H8)、ブタン(C4H10)等である。
炭化水素ガスを用いることにより、膜中に炭素と水素(ケイ素炭化物、遷移金属炭化物、水素化ケイ素)を導入できる。
炭素を含むターゲットを用いることにより、膜中に炭素(ケイ素炭化物、遷移金属炭化物)のみ導入できる。この場合、MoSiCターゲットを用いる態様の他、Moターゲット及びSiターゲットのいずれか一方又は双方にCを含むターゲットを用いる態様や、MoSiターゲット及びCターゲットを用いる態様、が含まれる。
この方法では、膜中に水素(水素化ケイ素)のみ導入できる。
この方法では、MoSiターゲットを用いる態様の他、Moターゲット及びSiターゲットを用いる態様、が含まれる。また、この方法においてさらに膜中に炭素(ケイ素炭化物、遷移金属炭化物)を含ませる場合には、MoSiCターゲットを用いる態様の他、Moターゲット及びSiターゲットのいずれか一方又は双方にCを含むターゲットを用いる態様や、MoSiターゲット及びCターゲットを用いる態様、が含まれる。
雰囲気ガスの圧力が低い(この場合成膜速度が遅い)と炭化物等(ケイ素炭化物や遷移金属炭化物)が形成されやすいと考えられる。また、電力(パワー)を低くすると炭化物等(ケイ素炭化物や遷移金属炭化物)が形成されやすいと考えられる。
本発明は、このように炭化物等(ケイ素炭化物や遷移金属炭化物)が形成され、上述した本発明の作用効果が得られるように、前記スパッタリング成膜時の前記雰囲気ガスの圧力及び/又は電力を調整する。
また、本発明は、スパッタ成膜時に膜中に安定的なSi−C結合及び/又は安定的な遷移金属M−C結合が形成され、上述した本発明の作用効果が得られるように、前記スパッタリング成膜時の前記雰囲気ガスの圧力及び/又は電力を調整する。
これに対し、雰囲気ガスの圧力が高い(この場合成膜速度が速い)と炭化物等(ケイ素炭化物や遷移金属炭化物)が形成されづらいと考えられる。また、電力(パワー)を低くすると炭化物等(ケイ素炭化物や遷移金属炭化物)が形成されづらいと考えられる。
水素の含有量は、1〜10原子%が好ましい。遮光膜の水素の含有量が1原子%以下の場合には、水素化ケイ素が形成されにくく、水素の含有量が10原子%以上の場合には成膜が困難になる。
これにより、上記で説明した効果を有する転写用マスクを提供できる。
透光性基板上の転写パターン領域に、遮光膜で形成される転写パターンを有し、
転写パターン領域の外側の領域(漏れ光エリア)に、基板側から、遮光膜と補助遮光膜との積層構造で形成される遮光帯を有し、
前記遮光膜の光学濃度が2.5以上3.1以下であり、かつ、前記補助遮光膜の光学濃度が0.5以上である、
ことを特徴とする。
これにより、上記で説明した効果を有する転写用マスクを提供できる。
前記2枚の転写用マスクは、ダブル露光技術による露光転写に用いられるものであり、
前記2枚の転写用マスクに形成されている各転写パターンは、転写対象物に転写露光する1つの転写パターンを2つの疎な転写パターンに分割したものである
ことを特徴とする。
これにより、ダブル露光技術に用いるのに適した転写用マスクセットを提供できる。なお、転写対象物に転写露光すべき1つの転写パターンを2つの疎な転写パターンに分割する方法であるが、これは、ダブル露光技術を用いて転写対象物に転写露光したときに、密な転写パターンが転写できるように、密な転写パターンを比較的疎な2つの転写パターンに分割する公知の技術(シミュレーション計算等)を利用するものであり、目的を達成できるのであれば、どのような技術を用いてもよい。
また、タンタル系材料の薄膜のドライエッチングには、例えば、SF6、CF4、C2F6、CHF3等の弗素系ガス、これらとHe、H2、N2、Ar、C2H4、O2等の混合ガス、或いはCl2、CH2Cl2等の塩素系のガス又は、これらとHe、H2、N2、Ar、C2H4等の混合ガスを用いることができる。
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。
本発明において、転写用マスクには、位相シフト効果を使用しないバイナリ型マスク、レチクルが含まれる。
(実施例1)
(マスクブランクの作製)
図1は、実施例1のバイナリ型マスクブランクの断面図である。
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英ガラス基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10として、MoSiN膜(遮光層11)、MoSiON膜(表面反射防止層12)、をそれぞれ形成した。
具体的には、透光性基板1上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=21原子%:79原子%)を用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)の混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:N2=25:28)で、ガス圧を0.07Pa、DC電源の電力を2.1kWとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、遮光層11(MoSiN膜:Mo:Si:N=14.7原子%:56.2原子%:29.1原子%)を47nmの膜厚で形成した。
次に、遮光層11上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=4原子%:96原子%)を用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)と窒素(N2)とヘリウム(He)の混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=6:3:11:17)で、ガス圧を0.1Pa、DC電源の電力を3.0kWとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、表面反射防止層(MoSiON膜:Mo:Si:O:N=2.6原子%:57.1原子%:15.9原子%:24.4原子%)12を10nmの膜厚で形成した。
なお、各層(薄膜)の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた。
遮光膜10の合計膜厚は57nmとした。遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて2.8であった。
次に、上記基板を450℃で30分間加熱処理(アニール処理)した。
具体的には、DCマグネトロンスパッタ装置を用い、クロムターゲットを使用し、ArとCO2とN2とHeとの混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31)、ガス圧:0.2Pa、DC電源の電力:1.8kW、で成膜を行い、CrOCN膜(膜中のCr含有率:33原子%)を22nmの膜厚で形成した。このときCrOCN膜を前記MoSi遮光膜のアニール処理温度よりも低い温度でアニールすることにより、MoSi遮光膜の膜応力に影響を与えずCrOCN膜の応力を極力低く(好ましくは膜応力が実質ゼロ)なるよう調整した。
なお、CrOCN膜(薄膜)の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた。
補助遮光膜20は、膜中のCr含有率が33原子%であるCrOCNからなり、膜厚22nmで光学濃度0.5である。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用かつダブル露光対応の遮光膜を形成したバイナリ型マスクブランクを得た。
ダブル露光技術を用いて転写対象物(ウェハ上のレジスト膜)に転写パターンを露光転写するため、1つの密な設計転写パターンを分割して対となる2つの設計転写パターンを生成した。次に、製造した2枚のバイナリ型マスクブランクを使用し、分割された対となる2つの転写パターンをそれぞれ有する2枚の転写用マスク(転写用マスクセット)を以下の手順によりそれぞれ作製した(以下、1枚の転写用マスクの製造プロセスについて説明する。)。
マスクブランクの補助遮光膜20の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト100(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100nmとなるように塗布した(図1、図5(1))。
次に、レジスト膜100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100aを形成した(図5(2))。
次に、レジストパターン100aをマスクとして、補助遮光膜20のドライエッチングを行い、補助遮光膜パターン20aを形成した(図5(3))。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100aを薬液により剥離除去した。
次いで、補助遮光膜パターン20aをマスクにして、遮光膜10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10aを形成した(図5(4))。
次に、電子線描画(露光)用ポジレジスト(FEP171:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)のレジスト膜110をスピンコート法により膜厚が100nmとなるように塗布した(図5(5))。
次に、レジスト膜110に対し、電子線描画装置を用いて遮光部(遮光帯)のパターンを描画露光し、所定の現像液で現像して、レジストパターン110bを形成し(図5(6))、このレジストパターン110bをマスクとして、補助遮光膜パターン20aをCl2とO2の混合ガス(Cl2:O2=4:1)でドライエッチングによってエッチングし、補助遮光膜パターン20bを形成した(図5(7))。
次に、レジストパターン110bを剥離し、所定の洗浄を施して、補助遮光膜パターン20bとその下部にある遮光膜パターン10aの部分とで構成される遮光部(遮光帯)80を有するバイナリ型転写用マスクを得た(図5(8))。
上記のようにして、実施例1のマスクブランクから転写用マスクを2枚作製し、ダブル露光技術対応のバイナリ型転写用マスクセットを作製した。
(マスクブランクの作製)
実施例1と同様にして、透光性基板1上に、遮光膜10として、MoSiN膜(遮光層11)を厚さ50nmで、MoSiON膜(表面反射防止層12)を厚さ10nmで、それぞれ形成した(図1)。
次に遮光膜10上に、膜中のCr含有量が50原子%であるCrNからなるエッチングマスク膜を厚さ10nmで形成した(図1の補助遮光膜20をエッチングマスク膜に代えた構成。以下、エッチングマスク膜20として説明。)。
遮光膜10の合計膜厚は60nmであり、遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて2.8であった。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用の遮光膜を形成したバイナリ型マスクブランクを得た。
実施例2と同様のプロセスで、エッチングマスク膜で補助遮光膜パターン20bに当たるものを作製し、その下部にある遮光膜パターン10aの部分とで構成される遮光部(遮光帯)80を有するバイナリ型転写用マスクを得た(図5(8))。
上記のようにして、比較例1のマスクブランクから転写用マスクを2枚作製し、バイナリ型転写用マスクセットを作製した。
(マスクブランクの作製)
比較例1と同様にして、透光性基板1上に、遮光膜10として、MoSiN膜(遮光層11)、MoSiON膜(表面反射防止層12)、をそれぞれ形成した(図1)。このとき、MoSiN膜(遮光層11)の膜厚を、50nmから60nmに変えた。
遮光膜10の合計膜厚は70nmとした。遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3.3であった。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用の遮光膜を形成したバイナリ型マスクブランクを得た。
比較例1と同様にして、遮光膜パターン10aを形成した後(図5(4))、エッチングマスクパターン20aをCl2とO2の混合ガスのドライエッチングによって剥離し、補助遮光膜パターン20bに当たるものは形成しない構成のバイナリ型転写用マスクを得た。
上記のようにして、比較例2のマスクブランクから転写用マスクを2枚作製し、バイナリ型転写用マスクセットを作製した。
(マスクブランクの作製)
図2は、実施例2のバイナリ型マスクブランクの断面図である。
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英ガラス基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10として、MoSiN膜(裏面反射防止層13)、MoSiCH膜(遮光層11)、MoSiON膜(表面反射防止層12)、をそれぞれ形成した。
具体的には、透光性基板1上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=4原子%:96原子%)を用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)とヘリウム(He)の混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:N2:He=6:11:16)で、ガス圧を0.1Pa、DC電源の電力を3.0kWとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、裏面反射防止層(MoSiN膜:Mo:Si:N=2.3原子%:56.5原子%:41.2原子%)13を12nmの膜厚で形成した。
次に、裏面反射防止層13上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=21原子%:79原子%)を用い、アルゴン(Ar)とメタン(CH4)とヘリウム(He)の混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:CH4:He=10:1:50)で、ガス圧を0.3Pa、DC電源の電力を2.0kWとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、遮光層(MoSiCH膜:Mo:Si:C:H=19.2原子%:77.3原子%、C:2.0原子%、H:1.5原子%)11を29nmの膜厚で形成した。
次に、遮光層11上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=4原子%:96原子%)を用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)と窒素(N2)とヘリウム(He)の混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:O2:N2:He=6:5:11:16)で、ガス圧を0.1Pa、DC電源の電力を3.0kWとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、表面反射防止層(MoSiON膜:Mo:Si:O:N=2.6原子%:57.1原子%:15.9原子%:24.4原子%)12を15nmの膜厚で形成した。
なお、各層(薄膜)の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた。
遮光膜10の合計膜厚は56nmとした。遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて2.8であった。
次に、上記基板を450℃で30分間加熱処理(アニール処理)した。
具体的には、DCマグネトロンスパッタ装置を用い、クロムターゲットを使用し、ArとCO2とN2とHeとの混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31)、ガス圧:0.2Pa、DC電源の電力:1.8kWで成膜を行い、CrOCN膜(膜中のCr含有率:33原子%)を21nmの膜厚で形成した。このときCrOCN膜を前記MoSi遮光膜のアニール処理温度よりも低い温度でアニールすることにより、MoSi遮光膜の膜応力に影響を与えずCrOCN膜の応力を極力低く(好ましくは膜応力が実質ゼロ)なるよう調整した。
なお、CrOCN膜(薄膜)の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた。
補助遮光膜20は、膜中のCr含有率が33原子%であるCrOCNからなり、膜厚25nmで光学濃度0.7である。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用かつダブル露光技術対応の遮光膜を形成したバイナリ型マスクブランクを得た。
実施例2のバイナリ型マスクブランクを用い、上記実施例1と同様にして、実施例2のバイナリ型転写用マスクを作製した。
上記のようにして、実施例2のマスクブランクからダブル露光用の転写用マスクセットを作製した。
(マスクブランクの作製)
図3は、実施例3のバイナリ型マスクブランクの断面図である。
実施例1と同様に、透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英ガラス基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10として、MoSiN膜(遮光層11)、MoSiON膜(表面反射防止層12)、をそれぞれ形成した。
次に、遮光膜10上に、エッチングマスク膜21を形成した(図3)。
具体的には、実施例1の補助遮光膜20の形成と同様の成膜条件で、CrOCN膜(膜中のCr含有率:33原子%)を10nmの膜厚で形成した。
具体的には、実施例3の補助遮光膜20の形成と同様の成膜条件で、補助遮光膜22(MoSiN膜:Mo:Si:N=14.7原子%:56.2原子%:29.1原子%)を15nmの膜厚で形成した。
エッチングマスク膜21は、膜中のCr含有率が33原子%であるCrOCNからなり、補助遮光膜22は、膜中のMo含有量が14.7原子%であるMoSiNからなり、エッチングマスク膜21と補助遮光膜22の積層構造で、合計膜厚25nmで光学濃度0.7である。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用かつダブル露光対応の遮光膜を形成したバイナリ型マスクブランクを得た。
実施例1と同様に、ダブル露光技術を適用し、1つの密な設計転写パターンを対となる
2つの転写パターンに分割し、製造した2枚のバイナリ型マスクブランクを使用して対となる2つの転写パターンをそれぞれ有する2枚の転写用マスク(転写用マスクセット)を以下の手順によりそれぞれ作製した。
マスクブランクの補助遮光膜20の表面に、窒素ガスを用いて蒸散させたHMDS(ヘキサメチルジシラザン)を接触させ、HMDS層からなるごく薄い層の密着性向上層を形成した。HMDS層は疎水性表面層であり、レジストの密着性が向上する。(図3、図6(1))。
マスクブランクの密着性向上層の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト100(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75nmとなるように塗布した(図3、図6(1))。
次に、レジスト膜100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100aを形成した(図6(2))。
次に、レジストパターン100aをマスクとして、補助遮光膜22のドライエッチングを行い、補助遮光膜パターン22aを形成した(図6(3))。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。
次いで、残留したレジストパターン100aを薬液により剥離除去した。このとき、密着性向上層も同時に剥離除去される。
次に、補助遮光膜パターン22aをマスクとして、エッチングマスク膜21のドライエッチングを行い、エッチングマスクパターン21aを形成した(図6(4))。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。
次に、上記基板上に、電子線描画(露光)用ポジレジスト(FEP171:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)のレジスト膜110をスピンコート法により膜厚が100nmとなるように塗布した(図6(5))。
次に、レジスト膜110に対し、電子線描画装置を用いて遮光部(遮光帯)のパターンを描画露光し、所定の現像液で現像して、レジストパターン110bを形成した(図6(6))。
次に、エッチングマスクパターン21aをマスクにして、遮光膜10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10aを形成した(図6(7))。これと同時に、レジストパターン110bをマスクとして、補助遮光膜パターン22aがドライエッチングによってエッチングされ、補助遮光膜パターン22bが形成された(図6(7))。
次に、レジストパターン110b及び補助遮光膜パターン22bをマスクとして、エッチングマスクパターン21aをCl2とO2の混合ガス(Cl2:O2=4:1)でドライエッチングによってエッチングし、エッチングマスクパターン21bを形成した(図6(8))。
次に、レジストパターン110bを剥離し、所定の洗浄を施して、補助遮光膜パターン22b、エッチングマスクパターン21bおよび遮光膜パターン10aの部分で構成される遮光部(遮光帯)80を有する転写用マスクを得た(図6(9))。
上記のようにして、実施例3のマスクブランクから転写用マスクを2枚作製し、ダブル露光対応の転写用マスクセットを作製した。
(マスクブランクの作製)
図6(1)は、実施例5のバイナリ型マスクブランクの断面図である。
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英ガラス基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10として、CrOCN膜(裏面反射防止層13)、CrON膜(遮光層11)、CrOCN膜(表面反射防止層12)、をそれぞれ形成した(図2参照)。
具体的には、透光性基板1上に、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)と二酸化炭素(CO2)と窒素(N2)とヘリウム(He)の混合ガス雰囲気(ガス流量比Ar:CO2:N2:He=24:29:12:35)で、ガス圧0.2Pa、DC電源の電力を1.7kWとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、裏面反射防止層(CrOCN膜)13を31nmの膜厚で成膜した。
次に、裏面反射防止層13上に、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)と一酸化窒素(NO)とヘリウム(He)の混合ガス雰囲気(ガス流量比Ar:NO:He=27:18:55)とし、ガス圧0.1Pa、DC電源の電力を1.7kWとして、反応性スパッリング(DCスパッタリング)により、遮光層(CrON膜)11を15nmの膜厚に成膜した。
次に、遮光層11上に、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)と二酸化炭素(CO2)と窒素(N2)とヘリウム(He)の混合ガス雰囲気(ガス流量比Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31)とし、ガス圧0.2Pa、DC電源の電力を1.8kWとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、表面反射防止層(CrOCN膜)12を14nmの膜厚に成膜した。
なお、各層(薄膜)の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた。
遮光膜10の合計膜厚は60nmとした。遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて2.5であった。
具体的には、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=4原子%:96原子%)を用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)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、エッチングマスク膜21(MoSiN膜:Mo:Si:N=2.9原子%:67.5原子%:29.6原子%)を5nmの膜厚で形成した。
具体的には、実施例1の補助遮光膜20の形成と同様の成膜条件で、補助遮光膜22(CrOCN膜)を20nmの膜厚で形成した。
エッチングマスク膜21は、膜中のMo含有量が14.7原子%であるMoSiNからなり、補助遮光膜22は、膜中のCr含有率が33原子%であるCrOCNからなり、エッチングマスク膜21と補助遮光膜22の積層構造で、合計膜厚25nmで光学濃度0.6である。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用かつダブル露光対応の遮光膜を形成したバイナリ型マスクブランクを得た。
実施例1と同様に、ダブル露光技術を適用し、1つの密な設計転写パターンを対となる2つの転写パターンに分割し、製造した2枚のバイナリ型マスクブランクを使用して対となる2つの転写パターンをそれぞれ有する2枚の転写用マスク(転写用マスクセット)を以下の手順によりそれぞれ作製した。
マスクブランクの補助遮光膜22の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト100(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75nmとなるように塗布した(図6(1))。
次に、レジスト膜100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100aを形成した(図6(2))。
次に、レジストパターン100aをマスクとして、補助遮光膜22のドライエッチングを行い、補助遮光膜パターン22aを形成した(図6(3))。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100aを薬液により剥離除去した。
次に、補助遮光膜パターン22aをマスクとして、エッチングマスク膜21のドライエッチングを行い、エッチングマスク膜のパターン21aを形成した(図6(4))。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。
次に、上記基板上に、電子線描画(露光)用ポジレジスト(FEP171:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)のレジスト膜110をスピンコート法により膜厚が100nmとなるように塗布した(図6(5))。
次に、レジスト膜110に対し、電子線描画装置を用いて遮光部(遮光帯)のパターンを描画露光し、所定の現像液で現像して、レジストパターン110bを形成した(図6(6)参照)。
次に、エッチングマスク膜のパターン21aをマスクにして、遮光膜10を、Cl2とO2の混合ガス(Cl2:O2=4:1)を用い、ドライエッチングを行い、遮光膜パターン10aを形成した(図6(7)参照)。これと同時に、レジストパターン110bをマスクとして、補助遮光膜パターン22aがドライエッチングによってエッチングされ、補助遮光膜パターン22bが形成された(図6(7)参照)。
次に、レジストパターン110b及び補助遮光膜パターン22bをマスクとして、エッチングマスク膜のパターン21aをSF6とHeの混合ガスでドライエッチングによってエッチングし、エッチングマスク膜のパターン21bを形成した(図6(8)参照)。
次に、レジストパターン110bを剥離し、所定の洗浄を施して、補助遮光膜パターン20bとその下部にある遮光膜パターン10aの部分とで構成される遮光部(遮光帯)80を有する転写用マスクを得た(図6(9)参照)。
上記のようにして、実施例4のマスクブランクから転写用マスクを2枚作製し、ダブル露光対応の転写用マスクセットを作製した。
(マスクブランクの作製)
図1は、実施例5のバイナリ型マスクブランクの断面図である。
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英ガラス基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10として、窒化タンタル(TaN)膜(遮光層11)、酸化タンタル(TaO)膜(表面反射防止層12)、をそれぞれ形成した。
具体的には、DCマグネトロンスパッタ装置を用い、Taターゲットを使用し、導入ガス及びその流量:Ar=39.5sccm、N2=3sccm、DC電源の電力:1.5kWの条件で、膜厚41nmの窒化タンタル(TaN)からなる膜(Ta:93原子%、N:7原子%)を形成した。次に、同じTaターゲットを使用し、導入ガス及びその流量:Ar=58sccm、O2=32.5sccm、DC電源の電力:0.7kWの条件で、膜厚11nmの酸化タンタル(TaO)からなる膜(Ta:42原子%、O:58原子%)を形成した。
遮光膜10の合計膜厚は52nmとした。遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3.0であった。
具体的には、DCマグネトロンスパッタ装置を用い、クロムターゲットを使用し、ArとCO2とN2とHeとの混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31)、ガス圧:0.2Pa、DC電源の電力:1.8kWで成膜を行い、CrOCN膜(膜中のCr含有率:33原子%)を22nmの膜厚で形成した。このときCrOCN膜を前記MoSi遮光膜のアニール処理温度よりも低い温度でアニールすることにより、MoSi遮光膜の膜応力に影響を与えずCrOCN膜の応力を極力低く(好ましくは膜応力が実質ゼロ)なるよう調整した。
なお、各層(薄膜)の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた。
補助遮光膜20は、膜中のCr含有率が33原子%であるCrOCNからなり、膜厚22nmで光学濃度0.5である。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用かつダブル露光技術対応の遮光膜を形成したバイナリ型マスクブランクを得た。
実施例1と同様に、ダブル露光技術を適用し、1つの密な設計転写パターンを対となる2つの転写パターンに分割し、製造した2枚のバイナリ型マスクブランクを使用して対となる2つの転写パターンをそれぞれ有する2枚の転写用マスク(転写用マスクセット)を以下の手順によりそれぞれ作製した。
マスクブランクの補助遮光膜20の上に、電子線描画(露光)用化学増幅型ポジレジスト100(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100nmとなるように塗布した(図1、図5(1))。
次に、レジスト膜100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100aを形成した(図5(2))。
次に、レジストパターン100aをマスクとして、補助遮光膜20のドライエッチングを行い、補助遮光膜パターン20aを形成し(図5(3))。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100aを薬液により剥離除去した。
次いで、補助遮光膜パターン20aをマスクにして、遮光膜10のドライエッチングを行い、遮光膜パターン10aを形成した(図5(4))。このとき、酸化タンタル(TaO)層12のドライエッチングガスとして、CHF3とHeの混合ガスを用いた。窒化タンタル(TaN)層11のドライエッチングガスとして、Cl2ガスを用いた。
次に、電子線描画(露光)用ポジレジスト(FEP171:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)のレジスト膜110をスピンコート法により膜厚が200nmとなるように塗布した(図5(5))。
次に、レジスト膜110に対し、電子線描画装置を用いて遮光部(遮光帯)のパターンを描画露光し、所定の現像液で現像して、レジストパターン110bを形成し(図5(6))、このレジストパターン110bをマスクとして、補助遮光膜パターン20aをCl2とO2の混合ガス(Cl2:O2=4:1)でドライエッチングによってエッチングし、補助遮光膜パターン20bを形成した(図5(7))。
次に、レジストパターン110bを剥離し、所定の洗浄を施して、補助遮光膜パターン20bとその下部にある遮光膜パターン10aの部分とで構成される遮光部(遮光帯)80を有するバイナリ型転写用マスクを得た(図5(8))。
上記のようにして、実施例5のマスクブランクから転写用マスクを2枚作製し、ダブル露光技術対応の転写用マスクセットを作製した。
(マスクブランクの作製)
図1は、実施例6のバイナリ型マスクブランクの断面図である。
透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英ガラス基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10として、MoSiN膜(遮光層11)、MoSiN膜(表面反射防止層12)、をそれぞれ形成した。
具体的には、DCマグネトロンスパッタ装置を用い、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=13原子%:87原子%)を使用し、アルゴン(Ar)と窒素(N2)の混合ガス雰囲気で、膜厚44nmのMoSiNからなる膜(Mo:10.2原子%、Si:64.7原子%、N:25.1原子%)を形成した。次に、同じモリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=13原子%:87原子%)を使用し、アルゴン(Ar)と窒素(N2)の混合ガス雰囲気で、膜厚13nmのMoSiNからなる膜(Mo:7.5原子%、Si:50.1原子%、N:42.4原子%)を形成した。
遮光膜10の合計膜厚は57nmとした。遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて2.8であった。
なお、各層(薄膜)の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた。
補助遮光膜20は、膜中のCr含有率が80原子%であるCrNからなり、膜厚9nmで光学濃度0.5である。
上記により、ArFエキシマレーザー露光用かつダブル露光技術対応の遮光膜を形成したバイナリ型マスクブランクを得た。
実施例1と同様に、ダブル露光技術を適用し、1つの密な設計転写パターンを対となる2つの転写パターンに分割し、製造した2枚のバイナリ型マスクブランクを使用して対となる2つの転写パターンをそれぞれ有する2枚の転写用マスク(転写用マスクセット)をそれぞれ作製した。
以上のようにして、実施例6のマスクブランクから転写用マスクを2枚作製し、ダブル露光技術対応の転写用マスクセットを作製した。
実施例1〜6で得られたダブル露光技術対応のバイナリ型転写用マスクセットを用いて、ArF露光光で、ダブル露光によりウェハ上のレジスト膜に転写パターンを転写すると、8回露光される部分でレジスト膜の感光が転写パターンに影響が生じない程度に抑制できていることが確認された。
これに対し、比較例1で得られたバイナリ型フォトマスクセット(光学濃度(OD)2.8の遮光膜から、転写パターン領域の遮光膜パターンを形成し、遮光膜とエッチングマスク膜の積層構造から、転写パターン領域の外側の領域の遮光帯を形成した)を用いて、ArF露光光で、ダブル露光により、ウェハ上のレジスト膜に転写パターンを転写すると、8回露光される部分でレジスト膜が感光されてしまっており、転写パターンに影響が生じていることが確認された。すなわち、従来の遮光膜10に転写パターンを転写するマスクとしての役割のみで考慮された膜厚のエッチングマスクでは光学濃度が不足する(エッチングマスクの役割の観点では、ドライエッチングで遮光膜10にパターンが転写し終えるまでマスクとして機能する範囲でより薄い膜厚が好ましく、光学濃度の確保とは相反する関係である。)ことが明らかとなった。
また、転写パターン領域の遮光膜の膜厚を薄くできるので、転写パターン領域の遮光膜パターンの精度を比較例2に比べ向上できた。
さらに、遮光膜の膜厚が厚くなるに従い、電磁界(EMF)効果に起因するバイアスは大きくなり、膜厚が厚くなるに従って複雑なシミュレーションが必要となり、多大な負荷がかかるという問題を回避できた。
これに対し、比較例2で得られたバイナリ型フォトマスクセット(単純に遮光膜の膜厚を厚くしてダブル露光技術に対応する場合で、光学濃度(OD)3.3の遮光膜から、転写パターン領域の遮光膜パターンおよび転写パターン領域の外側の領域の遮光帯を形成した)を用いて、ArF露光光で、ダブル露光により、ウェハ上のレジスト膜に転写パターンを転写すると、転写パターン領域に対応する2回露光される部分や、転写パターン領域の外側の領域で8回露光される部分でレジスト膜の感光が転写パターンに影響が生じない程度に抑制できているものの、転写パターン領域の遮光膜の膜厚が厚くなるので、転写パターン領域の遮光膜パターンの精度の低下が確認された。
さらに、遮光膜の膜厚が厚くなるに従い、電磁界(EMF)効果に起因するバイアスは大きくなり、膜厚が厚くなるに従って複雑なシミュレーションが必要となり、比較例2の場合、他の実施例と比較して、多大な負荷がかかるという問題があることが確認された。
10 遮光膜
11 遮光層
12 表面反射防止層
13 裏面反射防止層
20 補助遮光膜
21 エッチングマスク膜
22 補助遮光膜
100 レジスト膜
110 レジスト膜
Claims (20)
- ArF露光光が適用されるバイナリ型の転写用マスクを作製するために用いられるマスクブランクであって、
透光性基板上に、基板側から、遮光膜と、補助遮光膜とをこの順に備え、
前記遮光膜は、遮光層と表面反射防止層の積層構造を有し、
前記遮光膜は、転写パターンを形成するためのものであり、
前記補助遮光膜は、遮光帯パターンを形成するためのものであり、かつ前記遮光膜との積層構造で遮光帯を形成するためのものであり、
前記遮光膜の光学濃度が2.5以上3.1以下であり、かつ、前記補助遮光膜の光学濃度が0.5以上1.5以下である、
ことを特徴とするマスクブランク。 - ダブル露光技術が適用される転写用マスクを作製するために用いられることを特徴とする請求項1に記載のマスクブランク。
- 前記補助遮光膜は、前記遮光膜をエッチングする際に用いられる、エッチング媒質に対してエッチング選択性を有することを特徴とする請求項1または2に記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、クロムを主成分とする膜である、ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、クロムを主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、タンタルを主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、クロムを主成分とする膜である、ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜と前記補助遮光膜の間に、これらの膜をエッチングする際に用いられるエッチング媒質に対してエッチング選択性を有するエッチングマスク膜を設けることを特徴とする請求項1または2に記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜、前記補助遮光膜ともに、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であり、さらにクロムを主成分とするエッチングマスク膜を有することを特徴とする請求項7に記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜、前記補助遮光膜ともに、クロムを主成分とする膜であり、さらに遷移金属とケイ素を主成分とするエッチングマスク膜を有することを特徴とする請求項7に記載のマスクブランク。
- 請求項1から9のいずれか1項に記載のマスクブランクを用いて作製される転写用マスク。
- ArF露光光が適用されるバイナリ型の転写用マスクであって、
透光性基板上の転写パターン領域に、遮光膜で形成される転写パターンを有し、
転写パターン領域の外側の領域に、基板側から、前記遮光膜と遮光帯パターンを有する補助遮光膜との積層構造で形成される遮光帯を有し、
前記遮光膜は、遮光層と表面反射防止層の積層構造を有し、
前記遮光膜の光学濃度が2.5以上3.1以下であり、かつ、前記補助遮光膜の光学濃度が0.5以上1.5以下である、
ことを特徴とする転写用マスク。 - ダブル露光技術が適用されることを特徴とする請求項11に記載の転写用マスク。
- 前記補助遮光膜は、前記遮光膜をエッチングする際に用いられる、エッチング媒質に対してエッチング選択性を有することを特徴とする請求項11または12に記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、クロムを主成分とする膜である、ことを特徴とする請求項11から13のいずれか1項に記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、クロムを主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であることを特徴とする請求項11から13のいずれか1項に記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、タンタルを主成分とする膜であり、前記補助遮光膜は、クロムを主成分とする膜である、ことを特徴とする請求項11から13のいずれか1項に記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜と前記補助遮光膜の間に、これらの膜をエッチングする際に用いられるエッチング媒質に対してエッチング選択性を有するエッチングマスク膜を設けることを特徴とする請求項11または12に記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜、前記補助遮光膜ともに、遷移金属とケイ素を主成分とする膜であり、さらにクロムを主成分とするエッチングマスク膜を有することを特徴とする請求項17に記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜、前記補助遮光膜ともに、クロムを主成分とする膜であり、さらに遷移金属とケイ素を主成分とするエッチングマスク膜を有することを特徴とする請求項17に記載の転写用マスク。
- 請求項12から19のいずれか1項に記載の転写用マスクを2枚セットとした転写用マスクセットであって、
前記2枚の転写用マスクは、ダブル露光技術による転写露光に用いられるものであり、
前記2枚の転写用マスクに形成されている各転写パターンは、転写対象物に転写露光する1つの転写パターンを2つの疎な転写パターンに分割したものであることを特徴とする転写用マスクセット。
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