特許第6432636号(P6432636)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6432636フォトマスクブランク、フォトマスク及びフォトマスクの製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6432636
(24)【登録日】2018年11月16日
(45)【発行日】2018年12月5日
(54)【発明の名称】フォトマスクブランク、フォトマスク及びフォトマスクの製造方法
(51)【国際特許分類】
   G03F 1/32 20120101AFI20181126BHJP
   G03F 1/58 20120101ALI20181126BHJP
   G03F 1/80 20120101ALI20181126BHJP
【FI】
   G03F1/32
   G03F1/58
   G03F1/80
【請求項の数】8
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2017-73498(P2017-73498)
(22)【出願日】2017年4月3日
(65)【公開番号】特開2018-180015(P2018-180015A)
(43)【公開日】2018年11月15日
【審査請求日】2017年5月8日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】凸版印刷株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000062
【氏名又は名称】特許業務法人第一国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】坂本 好史
(72)【発明者】
【氏名】小嶋 洋介
(72)【発明者】
【氏名】長友 達也
【審査官】 今井 彰
(56)【参考文献】
【文献】 特開2015−111246(JP,A)
【文献】 特開2017−049573(JP,A)
【文献】 特開2003−322952(JP,A)
【文献】 特開2015−225182(JP,A)
【文献】 特開2011−107735(JP,A)
【文献】 特開2015−062048(JP,A)
【文献】 特開2016−191863(JP,A)
【文献】 特開2016−191872(JP,A)
【文献】 特表2012−528353(JP,A)
【文献】 国際公開第2015/025922(WO,A1)
【文献】 米国特許第06045954(US,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G03F 1/00−1/86
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
波長193nmの露光光が適応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、
前記フォトマスクブランクは、
透光性基板と、
該透光性基板の上に形成され、位相シフト効果をもたらす位相シフト膜と、
前記位相シフト膜の上に形成される遮光膜と、
を備え、
前記位相シフト膜は、
窒化ケイ素を用いた第1位相シフト膜と、
酸窒化ケイ素を用いた第2位相シフト膜と、
が積層されて構成されており、
前記位相シフト膜の前記露光光に対する光透過率は30%以上であり、
前記第1位相シフト膜の屈折率nは2.5以上かつ2.75以下で、前記第2位相シフト膜の屈折率nは1.55以上かつ2.20以下であり、
前記第1位相シフト膜の消衰係数kは0.2以上かつ0.4以下であり、前記第2位相シフト膜の消衰係数kは0より大きくかつ0.1以下であり、
前記位相シフト膜の総膜厚は、70nmより大きく114nm以下である、
ことを特徴とする、フォトマスクブランク。
【請求項2】
前記位相シフト膜は、前記透光性基板の上に形成された前記第1位相シフト膜の上に、
前記第2位相シフト膜が積層されてなる、
ことを特徴とする、請求項1記載のフォトマスクブランク。
【請求項3】
前記遮光膜は、フッ素系ドライエッチングでは実質的にエッチングされず、酸素を含む
塩素系ドライエッチングではエッチングが可能であり、クロム含有量が20原子%以上で
ある、
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載のフォトマスクブランク。
【請求項4】
波長193nmの露光光が適応されるフォトマスクであって、前記フォトマスクは、透光性基板と、該透光性基板の上に積層された位相シフト膜に形成されたパターンである回路パターンとを備え、
前記位相シフト膜は、
窒化ケイ素を用いた第1位相シフト膜と、
酸窒化ケイ素を用いた第2位相シフト膜と、
が積層されて構成されており、
前記位相シフト膜の前記露光光に対する光透過率は30%以上であり、
前記第1位相シフト膜の屈折率nは2.5以上かつ2.75以下で、前記第2位相シフト膜の屈折率nは1.55以上かつ2.20以下であり、
前記第1位相シフト膜の消衰係数kは0.2以上かつ0.4以下であり、前記第2位相シフト膜の消衰係数kは0より大きくかつ0.1以下であり、
前記位相シフト膜の総膜厚は、70nmより大きく114nm以下である
ことを特徴とする、フォトマスク。
【請求項5】
前記位相シフト膜は、前記第1位相シフト膜が前記透光性基板の上に形成され、さらに前記第1位相シフト膜の上に前記第2位相シフト膜が積層されてなることを特徴とする、
請求項記載のフォトマスク。
【請求項6】
前記フォトマスクは、前記回路パターンを含む有効エリアの外周部に位置する前記位相シフト膜の上に、遮光膜が積層されており、
前記遮光膜は、フッ素系ドライエッチングでは実質的にエッチングされず、酸素を含む塩素系ドライエッチングではエッチングが可能であり、クロム含有量が20原子%以上である、
ことを特徴とする請求項4または5に記載のフォトマスク。
【請求項7】
前記外周部に設けられた前記遮光膜の、前記露光光に対する光透過率は、0.1%以下である、
ことを特徴とする、請求項に記載のフォトマスク。
【請求項8】
請求項1ないしのいずれか一項に記載のフォトマスクブランクを用いた、フォトマスクの製造方法であって、
前記遮光膜に対して、酸素を含む塩素系ガスを用いるドライエッチングを行うことにより、前記遮光膜にパターンを形成する工程と、
前記遮光膜に形成されたパターンをマスクとして、前記位相シフト膜にフッ素系ガスを用いるドライエッチングを行うことによって、前記位相シフト膜に回路パターンと該回路パターンを包含するエリアの外周部を形成する外周部パターンを形成する工程と、
前記外周部パターンの上にレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクとして、酸素を含む塩素系ガスを用いるドライエッチングを行うことによって、前記遮光膜の一部を除去する工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
を有することを特徴とする、フォトマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体デバイス等の製造において使用されるフォトマスクブランク、フォトマスク及びフォトマスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
レジスト材料に微細なパターン像を形成する技術として、フォトレジストを塗布したフォトマスクブランク上に原画パターンを描画し、露光後に熱処理を行ない、その後現像によってレジストパターンを作製する。次いでレジストパターンをマスクとして遮光膜と位相シフト膜とをエッチングするようにしたフォトマスク製造装置及び製造方法が知られている。遮光膜はたとえば、クロム膜に酸素、窒素、炭素を加えた膜であり、位相シフト膜はたとえば、ケイ素、窒素、酸素に、モリブデン等の遷移金属を加えて成る膜である。
【0003】
近年、LSIの高集積化に伴い、半導体デバイス製造で用いられる露光光源は、KrFエキシマレーザー(波長248nm)から、ArFエキシマレーザー(波長193nm)へと短波長化が進んでいる。
【0004】
光のエネルギーEと波長λの関係式E=hc/λ (h:プランク定数、cは光の速度)より、光源の短波長化はフォトン一個あたりのエネルギー増大を意味する。エネルギー状態の観点からフォトマスクがより化学反応が起きやすい状態にさらされることを意味し、露光波長248nmを使用するウエハ製造工程では問題とならなかった現象が引き起こされている。
【0005】
特に問題となっているのが、露光中のマスクパターン寸法変動である。マスク上のライン系パターンに照射される積算露光量が増えるにつれ、マスクパターンの酸化によりライン系パターン寸法が大きくなり、先端ウエハ製造プロセスに影響を及ぼすという問題が顕著になってきた。
【0006】
また、先端ウエハ製造工程においてウエハ転写特性向上のため、透光性基板を透過するArFエキシマレーザー光と、透光性基板と位相シフト膜の両方を透過するArFエキシマレーザー光の位相差(以下、単に「位相差」という。)が170度から190度かつ光透過率6%の位相シフトマスクが主流となっている。位相シフトマスク上の位相シフト膜は、光透過率6%の場合、位相差が180度付近で最も良好なウエハ転写特性を得ることができる。
【0007】
位相差が177度付近になるよう位相シフト膜の膜厚を設定し、位相シフト膜をフッ素系ガスにてドライエッチングする際、同時に透光性基板を3nm程度加工し、最終的に位相差を180度付近とする方法が知られている。
【0008】
また、ウエハ転写特性を表現する項目として、フォトマスクを透過しウエハレジスト上でパターン像を作製するための光エネルギー分布のコントラストの勾配を表現する規格化像光強度対数勾配値(NILS:Normalized Image log Slope)、安定してパターン作製可能な焦点からの距離を表わすフォーカス裕度(DOF:Depth Of Focus)、マスク上寸法の誤差がウエハ寸法で増幅される度合いを表現するマスクエラー増大因子(MEEF:Mask Error Enhancement Factor)、マスクパターンにおける電磁界効果に係るバイアス(EMFバイアス:Electro Magnetic Field バイアス)が用いられる。
【0009】
ロジック系デバイスの14nm世代以細、またはメモリ系デバイスの20nm世代以細において、透過率が6%では十分ではなく、高透過率位相シフトマスクが注目されている。
【0010】
光透過率を高くすることで、より位相シフト効果が大きくなり、良好なウエハ転写特性を得ることが可能である。
【0011】
ロジック系デバイスの14nm世代以細、またはメモリ系デバイスの20nm世代以細では、ウエハ上パターン寸法はさらなる微細化が求められ、より高いウエハ転写特性を得るために、光透過率20%以上の高透過率位相シフトマスクが望まれている。
【0012】
しかし、位相シフト膜の位相差を177度付近に維持したまま光透過率を大きくするためには、位相シフト膜厚を大きくする必要がある。
【0013】
また、フォトマスクの微細化に伴い、微細なアシストパターンが必要となるが、異物除去のための洗浄工程において、洗浄液やリンス液の衝撃によってアシストパターンが倒れ、消失する問題が存在する。これは位相シフト膜厚が大きいことに起因しており、洗浄耐性を改善するためには位相シフト膜の膜厚を小さくする必要がある。
【0014】
同時にEMFバイアスは、位相シフト膜の膜厚が小さいほうが良好なため、なるべく薄い位相シフト膜が好まれる。
【0015】
そこで位相シフト膜の光透過率が高いことによりウエハ転写特性(NILS、DOF、MEEF、EMFバイアス)が良く、露光によるパターン変動を低減させるため、位相シフト膜からモリブデン等の遷移金属を抜いた窒化ケイ素膜が着目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0016】
【特許文献1】特開2010−9038号公報
【特許文献2】特開2016−191882号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
ロジック系デバイス14nm世代以細では、ウエハ製造工程にて二重露光、四重露光が用いられ、ウエハ露光中のマスク寸法変動を小さくする必要がある。それに対して従来型のハーフトーン型位相シフトマスクは、照射耐性を向上させるために、モリブデン等遷移金属の含有量を減らし、主に窒化ケイ素により位相シフト膜を構成している。(特許文献1および2)
【0018】
また、ウエハ製造工程における良好なウエハ転写特性(NILS、DOF、MEEF、EMFバイアス)を得るために、位相シフト膜の光透過率は6%以上であることが求められている。(特許文献1および2)
【0019】
さらにフォトマスクの微細化に伴い、微細なアシストパターンが必要となるため、フォトマスクの洗浄工程において洗浄液によるパターンへの影響を低減させるために膜厚の小さな位相シフト膜が好ましい。(特許文献1および2)
【0020】
しかし上記特許文献1または2に開示の方法では、位相シフト膜の光透過率はそれぞれ9%以上30%以下(特許文献1)、3%以上12%以下(特許文献2)であり、先端フォトマスクに求められる高透過率に対応することが困難である。
【0021】
窒素や酸素ガスを添加し、光透過率を大きくする場合、位相差177度付近を保つためには、位相シフト膜の膜厚を大きくする必要があり、洗浄によるパターン倒れの可能性が大きくなる。
【0022】
また、位相差177度付近を保ったまま、光透過率を大きくし、位相シフト膜の膜厚を最小にとどめる場合、窒化ケイ素が有効であるが、窒化ケイ素膜単層膜では光透過率18%以上大きくすることができない。
【0023】
本発明は、上記のような不具合を解決するためになされたもので、その目的は、できるだけ薄い位相シフト膜にして、良好なウエハ転写特性(NILS、DOF、MEEF、EMFバイアス)を持ち、照射耐性、かつ洗浄によるパターン倒れ耐性とを達成することができるフォトマスクブランク、フォトマスク及びフォトマスクの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0024】
本発明の一態様に係るフォトマスクブランクは、波長193nmの露光光が適応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、透光性基板と、該透光性基板の上に形成され、位相シフト効果をもたらす位相シフト膜と、この位相シフト膜の上に形成される遮光膜と、を備えるものである。位相シフト膜は、窒化ケイ素を用いた第1位相シフト膜と、酸窒化ケイ素を用いた第2位相シフト膜とが積層されて構成されている。また位相シフト膜の露光光に対する光透過率は30%以上であり、第1位相シフト膜の屈折率nは2.5以上かつ2.75以下で、第2位相シフト膜の屈折率nは1.55以上かつ2.20以下であり、第1位相シフト膜の消衰係数kは0.2以上かつ0.4以下であり、第2位相シフト膜の消衰係数kは0より大きくかつ0.1以下であり、前記位相シフト膜の総膜厚は、70nmより大きく114nm以下であることを特徴とする。
【0026】
また、このフォトマスクブランクにおける遮光膜は、フッ素系ドライエッチングでは実質的にエッチングされず、酸素を含む塩素系ドライエッチングではエッチングが可能であり、クロム含有量が20原子%以上であることが好ましい。
【0027】
また、本発明の一様態に係るフォトマスクは、波長193nmの露光光が適応されるフォトマスクであって、透光性基板と、該透光性基板の上に積層された位相シフト膜の上に形成されたパターンである回路パターンとを備える。位相シフト膜は、窒化ケイ素を用いた第1位相シフト膜と、酸窒化ケイ素を用いた第2位相シフト膜とが積層されて構成されている。また位相シフト膜の露光光に対する光透過率は30%以上であり、第1位相シフト膜の屈折率nは2.5以上かつ2.75以下で、第2位相シフト膜の屈折率nは1.55以上かつ2.20以下であり、第1位相シフト膜の消衰係数kは0.2以上かつ0.4以下であり、第2位相シフト膜の消衰係数kは0より大きくかつ0.1以下であり、前記位相シフト膜の総膜厚は、70nmより大きく114nm以下であることを特徴とする。
【0029】
また、このフォトマスクにおいて、回路パターンを含む有効エリアの外周部に位置する位相シフト膜の上に遮光膜が積層されており、この遮光膜は、フッ素系ドライエッチングでは実質的にエッチングされず、酸素を含む塩素系ドライエッチングではエッチングが可能なクロムを主成分とすることを特徴とすることが好ましい。
【0030】
また、本発明の一態様に係るフォトマスクの製造方法は、前述のフォトマスクブランクを用いるフォトマスクの製造方法であって、遮光膜に対して、酸素を含む塩素系ガスを用いるドライエッチングを行うことにより、遮光膜にパターンを形成する工程と、遮光膜に形成されたパターンをマスクとして、位相シフト膜にフッ素系ガスを用いるドライエッチングを行うことによって、位相シフト膜に回路パターンと該回路パターンを包含するエリアの外周部を形成する外周部パターンを形成する工程と、外周部パターンの上にレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとして、酸素を含む塩素系ガスを用いるドライエッチングを行うことによって、遮光膜の一部を除去する工程と、レジストパターンを除去する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、良好なウエハ転写性能を達成すると同時に、良好な照射耐性を有するフォトマスクブランクまたはフォトマスクを実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0032】
図1】第1実施形態に係るフォトマスクブランクの構造を示す模式断面図である、
図2】第2実施形態に係るフォトマスクブランクの構造を示す模式断面図である。
図3】遮光膜上にパターン加工膜を成膜したフォトマスクブランクの構造を示す模式断面図である、
図4】遮光膜上にパターン加工膜とレジスト膜を積層したフォトマスクブランクの構造を示す模式断面図である。
図5】本発明の実施形態に係るフォトマスクの構造を示す模式断面図である。
図6】本発明の実施形態に係るフォトマスクの製造方法を模式的に示した図である。
図7】本発明の実施形態に係るフォトマスクの製造方法を模式的に示した図である。
図8】遮光膜上にパターン加工膜を成膜したフォトマスクブランクを用いたフォトマスクの製造方法を模式的に示した図である。
図9】遮光膜上にパターン加工膜を成膜した本発明の実施形態に係るフォトマスクの製造方法を模式的に示した図である。
図10】位相シフト膜の膜厚と光透過率の関係を表した図である。
図11】第1位相シフト膜の膜厚D及び第2位相シフト膜の膜厚Dと、NILSとの関係を示した図である。
図12】第1位相シフト膜の膜厚D及び第2位相シフト膜の膜厚Dと、NILSとの関係をグラフ化したものである。
図13】第1位相シフト膜の膜厚D及び第2位相シフト膜の膜厚Dと、NILSとの関係を示した図である。
図14】第1位相シフト膜の膜厚D及び第2位相シフト膜の膜厚Dと、NILSとの関係をグラフ化したものである。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各図面において、同一の構成要素については同一の符号を付け、重複する説明は省略することがある。また、以下の説明で用いる図面は特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と必ずしも同じではない。
【0034】
図1図2は、本発明のフォトマスクブランクを示し、図1は第1実施形態に係るフォトマスクブランクの構造を示す模式断面図、図2は第2実施形態に係るフォトマスクブランクの構造を示す模式断面図である。
【0035】
図1に示すフォトマスクブランク200は、透過型位相シフトマスクブランクであり、波長193nmの露光光(たとえばこれは、ArFエキシマレーザーのような露光光源から得られる)が適応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103と、透光性基板103の上に形成される、位相シフト効果をもたらす位相シフト膜102と、位相シフト膜102の上に接して形成される遮光膜101を備えている。
【0036】
遮光膜101は、フッ素系ドライエッチングでは実質的にエッチングされず、酸素を含む塩素系ドライエッチングではエッチングが可能な、クロムを主成分とするものであること、そしてクロム含有量が20原子%以上であると好ましい。
【0037】
位相シフト膜102は、位相差が170度から190度であり、かつ、露光光に対する光透過率が30%以上であると、露光条件に応じた位相シフト効果による転写パターンのウエハ転写特性を得られるために好ましい。位相差が180度であると、さらに良好なウエハ転写特性を得られるため特に好ましい。
【0038】
また位相シフト膜102は、第1位相シフト膜102bと第2位相シフト膜102aの二層構造になっている。二層構造にする理由は、異なる屈折率nと消衰係数kを有する二種類の膜を組み合わせることで、単層膜と比較して、膜厚および光透過率の実現可能な範囲が広くなるためである。
【0039】
位相シフト膜102に関して、露光によるパターン寸法変動を低減させるため、モリブデン等の遷移金属を含まないものとする。また、第1位相シフト膜102bの組成はSiなどの窒化ケイ素系材料から成るものとし、第2位相シフト膜102aの組成はSiON等の酸窒化ケイ素系材料から成るものとする。この理由は、位相差177度付近を保ったまま位相シフト膜を薄くするためには、窒化ケイ素の屈折率nが大きく、消衰係数kが比較的小さい窒化ケイ素を有する位相シフト膜にする必要がある。しかし、窒化ケイ素を用いた単層膜の場合、光透過率は18%程度が限界であり、これ以上の光透過率を実現することはできない。そこで消衰係数kがさらに小さい酸窒化ケイ素系材料を位相差調整膜として積層させ、酸窒化ケイ素系材料から成る膜と窒化ケイ素系材料から成る膜の二層膜とする構成が、位相シフト膜102の膜厚を薄くすることが可能であり、結果として上記したように良好なEMFバイアスを得ることが可能である。
【0040】
また、第2位相シフト膜102aをSiON等の酸窒化ケイ素系材料を用いたものとする理由は、従来位相差調整膜として用いられていた酸化ケイ素よりも屈折率nが大きく、位相シフト膜102の膜厚をより小さくすることが可能なためである。
【0041】
また、位相シフト膜102に関して、消衰係数kの比較的大きな第1位相シフト膜102bの膜厚を小さくすると同時に、第1位相シフト膜102bに比べて消衰係数kの比較的小さい第2位相シフト膜102aの膜厚を調整することで、位相差180度付近を保ったまま光透過率30%以上を実現可能である。
【0042】
第1位相シフト膜102bや第2位相シフト膜102aの屈折率nと消衰係数kは、第1位相シフト膜102bに用いられる窒素とケイ素の組成比、そして第2位相シフト膜102aに用いられる酸素と窒素とケイ素の組成比に応じて変化することが知られている。自然界に安定的に存在するケイ素窒化物のうち、Siは屈折率nが大きく消衰係数kが小さいため、第1位相シフト膜102bに用いられることに適している。また自然界に安定的に存在するケイ素酸化窒化物のうちSiONは屈折率nが大きく消衰係数kが小さいため、第2位相シフト膜102aに用いられることに適している。そのため、第1位相シフト膜102bにはSiが用いられることが好ましく、また第2位相シフト膜102aにはSiONが用いられることが好ましい。第1位相シフト膜102bにSiを、第2位相シフト膜102aにSiONを用いる場合、第1位相シフト膜102bの屈折率nは2.5以上かつ2.75以下で、第2位相シフト膜102aの屈折率nは1.55以上かつ2.20以下で、かつ第1位相シフト膜102bの消衰係数kが0.2以上かつ0.4以下で、第2位相シフト膜102aの消衰係数kが0より大きくかつ0.1以下の値をとり得る。
【0043】
なお、以下の説明では、透光性基板103の上に接する形で形成される膜を「下層膜」と呼び、下層膜の上に形成される膜を「上層膜」と呼ぶ。図1または図2に示された位相シフト膜102では、透光性基板103の上に接する形でSiなどの窒化ケイ素系材料を用いた第1位相シフト膜102bが形成され、さらにその上にSiONなどの酸窒化ケイ素系材料を用いた第2位相シフト膜102aが積層されているので、下層膜が窒化ケイ素系材料を用いた第1位相シフト膜102bであり、上層膜が酸窒化ケイ素系材料を用いた第2位相シフト膜102aである。ただし、積層の順はこれと逆でも良い。つまり位相シフト膜102は、下層膜が酸窒化ケイ素系材料を用いた第2位相シフト膜102aで、上層膜が窒化ケイ素系材料を用いた第1位相シフト膜102bである積層構造をとるものでもよい。ただし、図1または図2のように、下層膜が第1位相シフト膜102bで上層膜が第2位相シフト膜102aである積層構造をとる位相シフト膜102の場合、逆の構造(上層膜が第1位相シフト膜102bで下層膜が第2位相シフト膜102aである積層構造)のものに比べて、NILSなどのウエハ転写特性が良好になる。具体例に関しては、後述する。
【0044】
また、上層膜が第1位相シフト膜102bで下層膜が第2位相シフト膜102aである積層構造をとる位相シフト膜102の場合、位相シフト膜102をフッ素系ガスでドライエッチングする際、透光性基板103と第2位相シフト膜102aの組成が非常に近いため、プラズマ発光を用いた終点検出が困難である。また、位相シフト膜102を電子線修正機でエッチングする際、同じ理由により終点検出が困難であり、かつ、透光性基板103との選択比が小さくなるため、修正成功率は低下する。これらを考慮すると、位相シフト膜102は図1または図2のように、下層膜が第1位相シフト膜102bで上層膜が第2位相シフト膜102aである積層構造である方が好ましい。そのため、以下では特に断りのない限り、下層膜が第1位相シフト膜102bで上層膜が第2位相シフト膜102aである位相シフト膜102について説明する。
【0045】
また、NILSなどのウエハ転写特性を考慮すると、位相シフト膜102は、第1位相シフト膜102bの膜厚Dと第2位相シフト膜102aの膜厚D
>−0.5・D+45かつ
<−0.5・D+75
の関係を満足させることが好ましい。
【0046】
図2に示すフォトマスクブランク250は、基本構成は図1に示すフォトマスクブランク200と同様であるが、遮光膜101の上にさらにレジスト膜104を備えている点で相違している。
【0047】
このレジスト膜104の膜厚は、70nm以上150nm以下であることが、微細パターン形成時にレジストパターン倒れを発生させないために好ましい。
【0048】
位相シフトマスクブランクは、図1(または図2)のような構造が一般的であるが、上で説明した以外の膜が積層されていてもよい。たとえば図1に示されたフォトマスクブランクの上に、さらに別の膜(以下ではこの膜を「パターン加工膜」と呼ぶ)が積層されたものでもよい。以下に、そのような構成の位相シフトマスクブランクの例を説明する。
【0049】
図3は、図1を用いて説明したフォトマスクブランク200の遮光膜101上に、パターン加工膜を成膜した構造の、フォトマスクブランクの模式断面図を示している。図3のフォトマスクブランク500において、遮光膜101や位相シフト膜102などの特性(膜厚や組成など)は、図1図2の説明において述べたものと同じである。そして遮光膜101上に形成されているパターン加工膜107は、フッ素系ドライエッチングにてドライエッチング可能な素材、たとえばケイ素系材料を用いて形成された膜である。
【0050】
一方図4に示すフォトマスクブランク550は、図3のフォトマスクブランク500のパターン加工膜107の上にさらにレジスト膜108を積層したフォトマスクブランク550の構造を示す模式断面図である。フォトマスクブランク550は、レジスト膜108が積層されている点以外はフォトマスクブランク500と同じである。
【0051】
フォトマスクブランクを図3図4のような構造にすることで、レジスト膜108の膜厚を薄くすることができ、結果として現像工程中のレジスト倒れを軽減することができる。なお、このレジスト膜108の膜厚は、70nm以上100nm以下であることが、微細パターン形成時にレジストパターン倒れを発生させないために好ましい。
【0052】
図5は、本発明の実施形態に係るフォトマスクの構造を示す模式断面図である。図5に示すフォトマスク300は、図1(または図2)に示すフォトマスクブランク200(または250)、あるいは図3(または図4)に示すフォトマスクブランク500(または550)を用いて作製される透過型位相シフトマスクである。図5に示すフォトマスク300は、波長193nmの露光光が適応されるフォトマスクであって、少なくとも、透光性基板103と、透光性基板103上の位相シフト膜102をエッチングすることで形成された回路パターンとを備える。この位相シフト膜102は先に述べたとおり、第1位相シフト膜102bと第2位相シフト膜102aが積層されて構成された膜である。
【0053】
図5において、符号105で示される領域は、有効エリア105と呼ばれ、この有効エリア105は回路パターンを包含する領域(回路パターンの配置される領域)である。また、この有効エリア105の外周部には、位相シフト膜102及びその上に積層された遮光膜101からなる外周部パターン106が設けられている。以下では、位相シフト膜102のうち、回路パターンと外周部パターンを構成する部分のことを、「位相シフト膜パターン102c」と呼ぶ。
【0054】
なお、外周部パターン106の露光光に対する光透過率は、0.1%以下であることが好ましい。この理由は、所望の露光光以外がウエハに照射されることを防ぐためである。通常ウエハ上レジストへマスクパターン転写するためにステッパーと称する露光装置を用い、機械的なシャッターにて露光領域を設定しステップアンドリピートして縮小投影露光するが、外周部パターン106によって、各ステップ露光の境界部の重なり露光光を防いでいる。外周部パターンの露光波長に対する透過率が0.1%以上である場合、上記重なり露光光がパターンを生成してしまうためである。
【0055】
続いて、本発明の実施形態に係るフォトマスクの製造方法を説明する。図6および図7は、レジスト膜104を形成した図2に示すフォトマスクブランク250の形態から、フォトマスクを製造する手順のフローを示している。
【0056】
まず、フォトマスクブランク250の遮光膜101の上に形成された、第1のレジストパターン104a(これはレジスト膜104に回路パターン等を描画し現像を行うことで得られる)をマスクとして、遮光膜101に対して酸素を含む塩素系ガスを用いるドライエッチングを行うことにより、遮光膜101にエッチングマスクパターン101aを形成する工程(図6<S−1>、<S−2>、<S−3>)が行われる。次に、遮光膜101に形成されたエッチングマスクパターン101aをマスクとして、位相シフト膜102にフッ素系ガスを用いるドライエッチングを行うことによって、位相シフト膜102に位相シフト膜パターン102cを形成する工程(図6<S−4>)が行われる。
【0057】
続いて、エッチングマスクパターン101a上に残った第1のレジストパターン104aを除去する工程(図6<S−5>)が行われる。そしてその上に、レジスト膜104bを塗布する工程(図6<S−6>)と、レジスト膜104bに描画、現像を行うことで外周部上に第2のレジストパターン104cを形成する工程(図6<S−7>)が行われる。次に、外周部上に形成された第2のレジストパターン104cをマスクとして、酸素を含む塩素系ガスを用いるドライエッチングを行うことによって、遮光膜101(エッチングマスクパターン101a)の一部を除去する工程(図6<S−8>)が行われる。最後に、外周部上に形成された第2のレジストパターン104cを除去して外周部パターン(位相シフト膜パターン102c及び位相シフト膜パターン102cの上に積層された遮光膜101(エッチングマスクパターン101a)からなる)を形成する工程(図7<S−9>)が行われることで、フォトマスク400が作製される。レジストパターンの除去は、硫酸加水洗浄を用いることができる。またパターンの描画には、レーザー描画機を用いることができる。
【0058】
図8および図9は、図4に示されたフォトマスクブランク550からフォトマスクを製造する時の工程のフローを示した図である。
【0059】
まず、フォトマスクブランク550のパターン加工膜107の上に形成された、第1のレジストパターン108a(これはレジスト膜108に回路パターン等を描画し現像を行うことで得られる)をマスクとして、パターン加工膜107に対してフッ素系ガスを用いるドライエッチングを行うことにより、パターン加工膜107にパターン加工パターン107aを形成する工程(図8<T−1>、<T−2>、<T−3>)が行われる。次に遮光膜101に対して酸素を含む塩素系ガスを用いるドライエッチングを行うことにより、遮光膜101にエッチングマスクパターン101aを形成する工程(図8<T−4>)が行われる。
【0060】
続いて、エッチングマスクパターン101a上に残った第1のレジストパターン108aを除去する工程(図8<T−5>)が行われる。
【0061】
次に、遮光膜101に形成されたエッチングマスクパターン101aをマスクとして、位相シフト膜102にフッ素系ガスを用いるドライエッチングを行うことによって、位相シフト膜102に位相シフト膜パターン102cを形成する工程(図8<T−6>)が行われる。ここでパターン加工パターン107aは、フッ素系ガスによって位相シフト膜102と同時にエッチングされ除去される。
【0062】
これ以降の工程は、図6図7を用いて説明した工程(図6<S−6>〜図7<S−9>)と同様である。まず図8<T−7>に示すように、レジスト膜104bを塗布する工程が行われ、続いてレジスト膜104bに描画、現像を行うことで外周部上に第2のレジストパターン104cを形成する工程(図8<T−8>)が行われる。次に、外周部上に形成された第2のレジストパターン104cをマスクとして、酸素を含む塩素系ガスを用いるドライエッチングを行うことによって、遮光膜101(エッチングマスクパターン101a)の一部を除去する工程(図9<T−9>)が行われる。最後に、外周部上に形成された第2のレジストパターン104cを除去して外周部パターン(位相シフト膜パターン102c及び位相シフト膜パターン102cの上に積層された遮光膜101(エッチングマスクパターン101a)からなる)を形成する工程(図9<T−10>)が行われることで、フォトマスク400が作製される。レジストパターンの除去は、硫酸加水洗浄を用いることができる。またパターンの描画には、レーザー描画機を用いることができる。
【0063】
パターン加工膜の組成は先にも述べたが、フッ素系ガスでエッチング可能なケイ素系材料が好ましい。また、パターン加工膜の膜厚は、5nm以上10nm以下であると、図9<T−6>に示す工程において位相シフト膜102のエッチング時間内にパターン加工パターン107aを完全にエッチングすることが可能なので望ましい。
【実施例】
【0064】
実施例では、本発明のフォトマスクブランク、及びそれを用いたフォトマスクの製造方法の有効性を検証するため、ウエハ転写特性をウエハ転写シミュレーションによって評価した。
【0065】
シミュレーション評価は、Synopsys社S−Lithoを使用して計算することによって求められる。
【0066】
<シミュレーション評価条件>
・NA: 1.35
・sigma:QS X−0deg BL:32deg/Y−90deg BL:37deg
・polarization:Azimuthally polarizaion
・Target: 52nm 密集HOLE(Negative tone develop)
・Pitch:100nm
・第1位相シフト膜102bの屈折率n:2.60
・第1位相シフト膜102bの消衰係数k:0.35
・第2位相シフト膜102aの屈折率n:1.85
・第2位相シフト膜102aの消衰係数k:0.004
【0067】
また本発明のフォトマスクブランクの有効性を検証するために、比較例として、従来からある位相シフト膜、つまりケイ素、モリブデン、酸素、窒素から成る位相シフト膜についてもウエハ転写シミュレーションを行った。比較例に係る位相シフト膜の特性は以下の通りである。
<比較例>
透過率:6%
膜厚:75nm
位相差:177.0度
屈折率n:2.3
消衰係数k:0.55
組成はモリブデン含有量10原子%、ケイ素含有量30原子%、酸素含有量10原子%、窒素含有量50原子%である。
【0068】
比較例に係る位相シフト膜についてのウエハ転写シミュレーションの結果を表1に示す。
【0069】
【表1】
【0070】
(1) 膜厚と光透過率の評価
まず、窒化ケイ素系材料を用いた第1位相シフト膜102b及び酸窒化ケイ素系材料を用いた第2位相シフト膜102aの膜厚と、光透過率との関係について評価を行う。本実施例では、位相シフト膜102の透過率が、30%、40%、50%、60%を実現可能な第1位相シフト膜102b及び第2位相シフト膜102aの組み合わせを計算により求め、上で述べた比較例との比較を行う。以下では、透過率が30%、40%、50%、60%である位相シフト膜102で、下層膜に第1位相シフト膜102bを、そして上層膜に第2位相シフト膜102aを用いた位相シフト膜をそれぞれ、「実施例1の位相シフト膜102」、「実施例2の位相シフト膜102」、「実施例3の位相シフト膜102」、「実施例4の位相シフト膜102」と呼ぶ。
【0071】
実施例1〜4の位相シフト膜102を構成する第1位相シフト膜102b及び第2位相シフト膜102aの膜厚を求めるにあたって、ArFエキシマレーザー露光光の波長における位相差が177度付近とした場合に、位相シフト膜102の各光透過率における総膜厚が最小となるような第1位相シフト膜102bの膜厚、および第2位相シフト膜102aの膜厚を計算により求めた。下記の表2に、求められた結果(実施例1〜4の位相シフト膜102を構成する第1位相シフト膜102b及び第2位相シフト膜102aの膜厚)を示す。
【0072】
【表2】
【0073】
表2から分かる通り、位相シフト膜102の光透過率を上げるにつれて、第1位相シフト膜102bの膜厚は小さくなり、かつ第2位相シフト膜102aの膜厚は大きくなる。また位相シフト膜102の光透過率を上げるにつれて位相シフト膜102の総膜厚は大きくなっていくが、本発明の実施形態に係る位相シフト膜102は、たとえば光透過率が30%の場合の位相シフト膜102(実施例1の位相シフト膜102)の総膜厚は71nmで、比較例の位相シフト膜よりも薄く、且つ高い光透過率を実現できることがわかる。
【0074】
次いで、第1位相シフト膜102bと第2位相シフト膜102aを、実施例1から4の位相シフト膜102とは逆に積層した場合の位相シフト膜102についても評価を行った。以下では、透過率が30%、40%、50%、60%である位相シフト膜102で、上層膜に第1位相シフト膜102bを、そして下層膜に第2位相シフト膜102aを用いた位相シフト膜をそれぞれ、「実施例5の位相シフト膜102」、「実施例6の位相シフト膜102」、「実施例7の位相シフト膜102」、「実施例8の位相シフト膜102」と呼ぶ。実施例1〜4の位相シフト膜102と同様に、実施例5〜8の位相シフト膜102を構成する第1位相シフト膜102b及び第2位相シフト膜102aの膜厚を求める際には、ArFエキシマレーザー露光光の波長における位相差が177度付近とした場合に、位相シフト膜102の各光透過率における総膜厚が最小となるような第1位相シフト膜102bの膜厚、および第2位相シフト膜102aの膜厚を計算により求めた。その結果を、下記の表3に示す。
【0075】
【表3】
【0076】
実施例1〜4の位相シフト膜102と同様に実施例5〜8の位相シフト膜102も、位相シフト膜102の光透過率を上げるにつれて、第1位相シフト膜102bの膜厚は小さくなり、かつ第2位相シフト膜102aの膜厚が大きくなることが分かった。また実施例5(光透過率が30%)の位相シフト膜102の総膜厚は73nmであるから、本発明の実施形態に係る位相シフト膜102は、比較例の位相シフト膜と同程度の膜厚で、高い光透過率を実現可能であることがわかる。
【0077】
また、光透過率を30%から100%まで変化させた時の、位相シフト膜の膜厚の変化を計算した。その結果を図10に示す。図10の下段に示す表は、光透過率が30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%の時の、第2位相シフト膜の膜厚、第1位相シフト膜の膜厚、位相シフト膜の総膜厚(これは第1位相シフト膜の膜厚と第2位相シフト膜の膜厚の和である)を示したもので、これをグラフ化したものが上段のグラフである。なお、図10の結果は、実施例1〜4の位相シフト膜102と同様に、下層膜に第1位相シフト膜102bを、そして上層膜に第2位相シフト膜102aを用いた場合の計算結果である。
【0078】
図10から分かるように、30%以上の光透過率を実現するためには位相シフト膜の総膜厚を70nmより大きく114nm以下にすれば良いことが分かる。
【0079】
また、表2と表3から、下層膜に第1位相シフト膜102bを用い、上層膜に第2位相シフト膜102aを用いる構造の方(実施例1から4)が、実施例5〜8の位相シフト膜102よりも薄膜化が可能であることがわかる。
【0080】
(2) ウエハ転写特性の評価
次いで、実施例1〜4の位相シフト膜102を用いたフォトマスク400、および比較例の位相シフト膜102を用いたフォトマスク400について、ArFエキシマレーザー露光光の波長における各光透過率に対して、NILS、DOF、MEEF、EMFバイアスを計算により求め、また各実施例の比較例に対する改善率、各実施例の改善率の平均をまとめた結果を表4に示す。また、この評価においては、より良好な転写特性を実現するため、フォトマスク400の位相差は180度であるとして評価を行った。
【0081】
【表4】
【0082】
この結果、実施例1から4の位相シフト膜102を用いたフォトマスク400は、比較例の位相シフト膜を用いたものよりも、すべての項目において改善することが分かった。したがって、本発明のフォトマスクは、高いウエハ転写特性を実現するために有効である。
【0083】
また、実施例1の位相シフト膜102を用いたフォトマスク400が最も良好な結果となった。
【0084】
次いで、実施例5〜8の位相シフト膜102を用いて作製されたフォトマスク400について、NILS、DOF、MEEF、EMFバイアスを評価する。この評価においても、フォトマスク400の位相差を180度として評価を行っている。
【0085】
実施例5〜8及び比較例の位相シフト膜102を用いたフォトマスク400について、ArFエキシマレーザー露光光の波長における光透過率に対して、NILS、DOF、MEEF、EMFバイアスを計算により求め、また各実施例の比較例に対する改善率、各実施例の改善率の平均をまとめた結果を表5に示す。
【0086】
表5の改善率に関して、−は悪化したことを表わしている。
【0087】
【表5】
【0088】
この結果、実施例1から8のいずれも、比較例より良好なウエハ転写特性を得ることが可能であり、ウエハ製造に有効であることが分かる。ただし、実施例5から8に関しては、改善の平均値においては比較例より改善は見られるが、実施例5および6ではMEEFが悪化することが分かる。
【0089】
また、実施例5から8の位相シフト膜102を用いたフォトマスクは、実施例1から4のものに比べると、改善率も少ない。したがって、実施例1から4のように、下層膜に第1位相シフト膜102bを用い、上層膜に第2位相シフト膜102aを用いる構造の方が、より良好なウエハ転写特性を得ることが可能であり、好ましい。
【0090】
続いて、第1位相シフト膜102bの膜厚D及び第2位相シフト膜102aの膜厚Dを変化させた時のNILSの値を調べた。図11は、下層膜に第1位相シフト膜102bを用い、上層膜に第2位相シフト膜102aを用いた位相シフト膜102について、ウエハ転写シミュレーションを用いて、Dを5nm〜65nmの範囲で変化させ、またDを20nm〜80nmの範囲で変化させた時のNILSの値であり、図12はこの結果をグラフ化したものである。一方図13は、下層膜に第2位相シフト膜102aを用い、上層膜に第1位相シフト膜102bを用いた位相シフト膜102について、膜厚DとDを変化させた時のNILSの値を示しており、図14はこの結果をグラフ化したものである。
【0091】
シミュレーション評価は、上の実施例と同じく、Synopsys社S−Lithoを使用して計算することによって求めたもので、評価条件も上の実施例と同じである。
【0092】
表1に示されるように、比較例に係る位相シフト膜のNILSは1.79である。そして図11図14から分かるとおり、NILSが比較例より改善する第1位相シフト膜102bの膜厚Dと第2位相シフト膜102aの膜厚Dの関係は、以下の式
>−0.5・D+45かつ
<−0.5・D+75
を満たす領域である。このことから転写特性の観点では、DとDが上の式を満たす範囲にあることが好ましいといえる。
【0093】
以上、実施例により本発明のフォトマスクブランクおよびこれを用いて作製されるフォトマスクについて説明したが、上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0094】
また、位相シフト膜102上に反射防止膜を追加するなど、これらの実施例を変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【0095】
最後に、具体的なフォトマスク400、及び位相シフト膜102の製造方法について説明する。上記実施例1から8に係る位相シフト膜は、光学研磨した6インチ角、0.25インチ膜の透光性を有する合成石英基板上に、DCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、第1位相シフト膜102bを、ターゲットにケイ素を用い、スパッタガスとして窒素およびアルゴンを用い成膜し、第2位相シフト膜102aを、ターゲットにケイ素を用い、スパッタガスとして窒素、酸素およびアルゴンを用い成膜することで、作製できる。
【0096】
次に、位相シフト膜102上に、DCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、遮光膜101を、ターゲットにクロムを用い、スパッタガスとして窒素および酸素を用い成膜する。これにより、マスクブランクを作製できる。もちろん、図3等で説明したマスクブランクを作製するために、遮光膜101の上にパターン加工膜を製膜するなどの手順を加えてもよい。
【0097】
続いて、具体的なフォトマスク400の製造方法について説明する。
【0098】
本発明の第1実施形態である図1に示すフォトマスクブランク200を準備した。ここで、位相シフト膜102と遮光膜101は以下のものにした。
【0099】
位相シフト膜102は総膜厚70nm、透過率30%、第1位相シフト膜102bの膜厚48nm、第2位相シフト膜102aの膜厚22nmの二層構造である。第1位相シフト膜102bは、窒化ケイ素であり、第2位相シフト膜102aは酸窒化ケイ素である。
【0100】
遮光膜101は膜厚70nm、クロム含有量50原子%、炭素含有量20%、窒素含有量30原子%の単層膜であり、位相シフト膜102と遮光膜101を合わせ、波長193nmに対する透過率は0.1%以下である。
【0101】
このフォトマスクブランク200上に、ネガ型化学増幅型電子線レジストSEBN2014(信越化学工業製)を膜厚150nmにスピンコートしてレジスト膜104を形成し、第2の実施形態である図2に示すフォトマスクブランク250とした(図6<S−1>)。
【0102】
次に、ドーズ量35μC/cm2で、評価パターンを描画し、その後、熱処理装置にて110℃で10分間熱処理(PEB=Post exposure bake)を行った。次に、パドル現像で90秒間現像を行い、第1のレジストパターン104aを形成した(図6<S−2>)。
【0103】
次に、遮光膜101に対して酸素を含む塩素系ガスを用いて下記の条件でドライエッチングを行った(図6<S−3>)。このとき、エッチングの抜け不良は発生しなかった。
【0104】
<遮光膜101のドライエッチング条件1>
装置:ICP(Inductively Coupled Plasma=誘導結合プラズマ)方式
ガス:Cl2+O2+He、ガス圧力:6mTorr
ICP電力:400W
バイアスパワー:15W
【0105】
<遮光膜101のドライエッチング条件2>
装置:ICP(Inductively Coupled Plasma=誘導結合プラズマ)方式
ガス:Cl2+O2+He、ガス圧力:6mTorr
ICP電力:400W
バイアスパワー:30W
【0106】
次に、位相シフト膜102に対してフッ素系ガスを用いて下記の条件でドライエッチングを行った(図6<S−4>)。
【0107】
<位相シフト膜102のドライエッチング条件>
装置:ICP
ガス:SF6+O2、ガス圧力:5mTorr
ICP電力:325W
【0108】
次に、第1のレジストパターン104aを硫酸加水洗浄によって剥膜した(図6<S−5>)。
【0109】
次に、レジスト膜104bをコートし(図6<S−6>)、レーザー描画装置によって描画を行った。その後、現像を行い、第2のレジストパターン104cを形成した(図6<S−7>)。
【0110】
次に、エッチングマスクパターン101aに対して酸素を含む塩素系ガスを用いて下記の条件でドライエッチングを行った(図6<S−8>)。
【0111】
<エッチングマスクパターン101aのドライエッチング条件1>
装置:ICP(Inductively Coupled Plasma=誘導結合プラズマ)方式
ガス:Cl2+O2+He、ガス圧力:8mTorr
ICP電力:500W
バイアスパワー:10W
【0112】
次に、第2のレジストパターン104cを硫酸加水洗浄によって剥離し、本発明のフォトマスクブランクを用いたフォトマスク400を作製した(図7<S−9>)。
【産業上の利用可能性】
【0113】
本発明のフォトマスクブランク及びそれを用いたフォトマスクの製造方法は、ロジック系デバイス14nm世代以細、またはメモリ系デバイス20nm世代以細の先端フォトマスクにおいて、良好なウエハ転写特性(NILS、DOF、MEEF、EMFバイアス)、照射耐性、および洗浄によるパターン倒れ耐性を有する位相シフトマスクを作製するための位相シフトマスクブランク、及び位相シフトマスクの製造方法として適用可能である。
【符号の説明】
【0114】
101…遮光膜
101a…エッチングマスクパターン
102…位相シフト膜
102a…第2位相シフト膜
102b…第1位相シフト膜
102c…位相シフト膜パターン
103…透光性基板
104…レジスト膜
104a…第1のレジストパターン
104b…レジスト膜
104c…第2のレジストパターン
105…有効エリア
106…外周部パターン
107…パターン加工膜
107a…パターン加工パターン
108…レジスト膜
108a…第1のレジストパターン
200、250、500、550…フォトマスクブランク
300…フォトマスク
400…フォトマスク
図1
図2
図3
図4
図5
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図7
図8
図9
図10
図11
図12
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図14