JP2009080421A - Mask blank and method for manufacturing mold for imprinting - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体等の集積回路や微細パターンにより光学的機能を付加した光学部品作製に使用するインプリント用モールドの製造方法、これらの製造に用いるマスクブランクに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an imprint mold used for manufacturing an optical component to which an optical function is added by an integrated circuit such as a semiconductor or a fine pattern, and a mask blank used for manufacturing these.
一般に、半導体装置の製造工程では、フォトリソグラフィー法を用いて微細パターンの形成が行われている。また、この微細パターンの形成には通常何枚ものフォトマスクと呼ばれている基板が使用される。このフォトマスクは、一般に透光性のガラス基板上に、金属薄膜等からなる遮光性の微細パターンを設けたものであり、このフォトマスクの製造においてもフォトリソグラフィー法が用いられている。 In general, in a manufacturing process of a semiconductor device, a fine pattern is formed using a photolithography method. In addition, a number of substrates called photomasks are usually used for forming this fine pattern. This photomask is generally provided with a light-shielding fine pattern made of a metal thin film or the like on a translucent glass substrate, and a photolithography method is also used in the production of this photomask.
このフォトマスクや、インプリント用モールドは同じ微細パターンを大量に転写するための原版となる。フォトマスク上に形成されたパターンの寸法精度は、作製される微細パターンの寸法精度に直接影響する。また、インプリント用モールドではさらにパターンの断面形状も作製される微細パターンの形状に影響する。半導体回路の集積度が向上するにつれ、パターンの寸法は小さくなり、フォトマスクやインプリント用モールドの精度もより高いものが要求される。とくに、インプリント用モールドは、等倍でのパターン転写となるため、半導体回路パターンと要求される精度は同じになるため、インプリント用モールドの方がフォトマスクよりも高精度のものが要求される。同様に、グレーチング等の微細パターンにより光学的機能を付加した部品においても、対象とする波長未満のパターン寸法とパターン精度が要求されるため、光学部品作製用のフォトマスクやインプリント用モールドにも、微細でかつ精度の高いパターンが要求される。 The photomask and imprint mold serve as a master for transferring a large amount of the same fine pattern. The dimensional accuracy of the pattern formed on the photomask directly affects the dimensional accuracy of the fine pattern to be produced. In the imprint mold, the cross-sectional shape of the pattern also affects the shape of the fine pattern to be produced. As the degree of integration of semiconductor circuits improves, the dimensions of patterns become smaller, and higher accuracy of photomasks and imprint molds is required. In particular, since the imprint mold provides pattern transfer at the same magnification, the required accuracy is the same as that of the semiconductor circuit pattern. Therefore, the imprint mold is required to have higher accuracy than the photomask. The Similarly, parts with optical functions added by fine patterns such as gratings require pattern dimensions and pattern accuracy below the target wavelength, so photomasks and imprint molds for optical parts production are also required. Therefore, a fine and highly accurate pattern is required.
従来のインプリント用モールドの作製においては、石英ガラスなどの透光性基板上にクロム等の薄膜を形成したマスクブランクが用いられ、このマスクブランク上にレジストを塗布した後、電子線露光などを用いてレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして薄膜をエッチング加工することにより薄膜パターン（マスクパターン）を形成している。 In the production of a conventional imprint mold, a mask blank in which a thin film such as chromium is formed on a light-transmitting substrate such as quartz glass is used. After applying a resist on this mask blank, electron beam exposure or the like is performed. Using the resist pattern as a mask, the thin film is etched to form a thin film pattern (mask pattern).
また、インプリント用モールドでは転写時に光を照射する目的で、薄膜パターンをマスクとして透光性基板に段差パターンを作製する場合がある。この場合にも、透光性基板のパターン寸法、精度は薄膜パターンの寸法、精度に直接影響を受ける。 In the imprint mold, a step pattern may be formed on a translucent substrate using a thin film pattern as a mask for the purpose of irradiating light during transfer. Also in this case, the pattern size and accuracy of the translucent substrate are directly affected by the size and accuracy of the thin film pattern.
例えばクロムを含む薄膜をエッチングする手段としては、硝酸第二アンモニウムセリウムを用いたウェットエッチング、もしくは塩素系と酸素の混合ガスを用いたドライエッチングが通常用いられている。 For example, as a means for etching a thin film containing chromium, wet etching using diammonium cerium nitrate or dry etching using a mixed gas of chlorine and oxygen is usually used.
従来、クロム膜のエッチング幅や深さの不均一性を改善するための、多段のエッチングを用いて複数の層からなる薄膜パターンを形成する方法（特許文献１等）や、レジストの薄膜化を可能とするための、レジストパターンをマスクとして比較的薄い膜のパターンを形成し、さらに形成した薄膜パターンをマスクとして第２層以降の薄膜パターンを形成する方法（特許文献２等）などが知られている。 Conventionally, a method of forming a thin film pattern composed of a plurality of layers by using multi-stage etching (Patent Document 1 or the like) to reduce the non-uniformity of the etching width and depth of the chromium film, and a thinning of the resist. In order to make this possible, a method of forming a relatively thin film pattern using a resist pattern as a mask, and forming a second and subsequent thin film patterns using the formed thin film pattern as a mask (Patent Document 2, etc.) is known. ing.
半導体回路の集積度が向上するにつれ、パターンの寸法はより一層の微細化が要求されており、パターンの寸法が微細化した場合、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれのエッチング方法を用いても例えばクロムパターンのエッチングには問題が生じることが知られている。上記硝酸第二アンモニウムセリウムを用いたウェットエッチングでは、レジストの後退や消失といった問題がほとんど発生しない利点がある一方で、クロムパターンの断面形状が垂直にならない、レジストパターンに対してクロム膜がパターン断面横方向にエッチングされるエッチングバイアスの発生等の問題がある。 As the degree of integration of semiconductor circuits increases, the pattern dimensions are required to be further miniaturized. When the pattern dimensions are miniaturized, it is possible to use, for example, chromium etching regardless of wet etching or dry etching. It is known that there are problems with pattern etching. The wet etching using ceric ammonium cerium nitrate has the advantage that almost no problems such as resist receding or disappearance occur, but the cross-sectional shape of the chromium pattern does not become vertical. There is a problem such as generation of an etching bias that is etched in the lateral direction.
一方、塩素系と酸素の混合ガスを用いたドライエッチングでは、ウェットエッチングと比較して垂直なクロムパターンの断面形状が得られるが、レジストの後退や消失といった問題が発生する。また、ウェットエッチングと同様、クロム膜がパターン断面横方向にエッチングされるエッチングバイアスの発生等の問題がある。 On the other hand, in dry etching using a mixed gas of chlorine and oxygen, a vertical chrome pattern cross-sectional shape can be obtained as compared with wet etching, but problems such as receding or disappearance of the resist occur. Further, similarly to wet etching, there is a problem such as generation of an etching bias in which the chromium film is etched in the lateral direction of the pattern cross section.
特に問題となるのはいずれのエッチング方法においても、エッチング加工幅により不均一なエッチングバイアスとエッチング深さが得られることである。例えばエッチング部分が１００ｎｍ以下の細い幅と１μｍ以上の太い幅を同時に有していると、細い幅の部分が相対的に狭くなり、かつエッチング深さが浅くなる現象が生じることが知られている。エッチング加工幅によりエッチングバイアスが異なると、露光時にあらかじめ線幅を調整するデータバイアスといった補正が困難である。この問題はウェットエッチングを行った場合において、より顕著に生じる。 In particular, in any of the etching methods, a non-uniform etching bias and an etching depth can be obtained depending on the etching processing width. For example, it is known that when the etched portion has a narrow width of 100 nm or less and a thick width of 1 μm or more at the same time, the narrow width portion becomes relatively narrow and the etching depth becomes shallow. . If the etching bias differs depending on the etching processing width, it is difficult to perform correction such as data bias for adjusting the line width in advance during exposure. This problem occurs more remarkably when wet etching is performed.
また、酸素を含む塩素系ガスを用いたドライエッチングでは、レジスト厚み方向のみでなくレジスト断面横方向にもエッチングが進行するため、クロム膜をドライエッチングする間にレジストの幅が変化し、結果的にクロムパターンの幅もエッチング前のレジスト幅に対して変化する。さらにクロムパターン自身も徐々に断面横方向にエッチングされるため、クロムパターンの幅は望ましい寸法より細くなり、幅の細いパターン自体が消失してしまう場合も生じる。 In dry etching using a chlorine-based gas containing oxygen, etching proceeds not only in the resist thickness direction but also in the lateral direction of the resist cross section, so that the width of the resist changes during dry etching of the chromium film, resulting in Further, the width of the chromium pattern also changes with respect to the resist width before etching. Further, since the chrome pattern itself is gradually etched in the transverse direction of the cross section, the width of the chrome pattern becomes thinner than a desired dimension, and the narrow pattern itself may disappear.
また、パターンの寸法が微細化した場合には、クロム膜のエッチングバイアスの問題の他、レジスト膜厚にも制約が生じ、レジストの膜厚がおおむねパターン幅の３倍以上になると、レジスト露光時の解像性低下やレジストパターン形成後のパターン倒壊といった問題が発生する。酸素を含む塩素系ガスを用いたドライエッチングによりクロムパターンを形成する場合には、レジストがエッチングにより徐々に消失するため、レジスト膜厚を薄くすると、クロムパターン形成完了前にレジストが消失し、エッチングを行うべきではないクロム部分もエッチングされてしまう。酸素を含む塩素系ガスを用いたドライエッチングではクロムの厚みと同程度以上のレジストが消費され、さらにエッチング深さの不均一性をなくすために２倍以上の追加エッチングが行われ、その間もレジストの膜厚は減少する。したがって、ドライエッチングでレジストが消失しないクロム膜の厚みはレジスト膜厚の１／３程度に限定される。例えば３０ｎｍの幅を有するレジストパターンを形成する場合、パターンが倒壊しないレジスト膜厚は９０ｎｍ以下であり、エッチング後にレジストが消失しないクロム膜の厚みは約３０ｎｍ以下と、パターン幅と同程度以下に限定される。 Further, when the pattern size is miniaturized, the resist film thickness is restricted in addition to the problem of the etching bias of the chromium film. When the resist film thickness is approximately three times the pattern width or more, the resist exposure time is reduced. Problems such as degradation of resolution and pattern collapse after resist pattern formation occur. When a chromium pattern is formed by dry etching using a chlorine-based gas containing oxygen, the resist gradually disappears due to etching. Therefore, if the resist film thickness is reduced, the resist disappears before the chromium pattern formation is completed, and etching is performed. Chrome parts that should not be etched are also etched. In dry etching using a chlorine-based gas containing oxygen, a resist with a thickness equal to or greater than the thickness of chromium is consumed, and more than twice as much additional etching is performed to eliminate non-uniform etching depth. The film thickness decreases. Therefore, the thickness of the chromium film that does not lose the resist by dry etching is limited to about 1/3 of the resist film thickness. For example, when a resist pattern having a width of 30 nm is formed, the resist film thickness at which the pattern does not collapse is 90 nm or less, and the chromium film thickness at which the resist does not disappear after etching is approximately 30 nm or less, limited to the pattern width or less. Is done.
ところで、フォトマスクにおいては、薄膜（遮光膜）パターンの厚みが減少すると十分な遮光性能が得られない。例えばＡｒＦエキシマレーザーの波長である１９３ｎｍで光学濃度３以上（透過率０．１％以下）を得ようとする場合、例えばクロムからなるパターンの厚みは少なくとも４５ｎｍ以上必要である。パターンの厚みのみを考慮したパターン寸法の限界は４５ｎｍであるが、前述のようにクロムパターン形成時にはレジストおよびクロムパターンの後退が発生するため、精度よく作製できるパターン寸法の限界は４５ｎｍより大きくなる。 By the way, in the photomask, when the thickness of the thin film (light-shielding film) pattern decreases, sufficient light-shielding performance cannot be obtained. For example, when an optical density of 3 or more (transmittance of 0.1% or less) is to be obtained at 193 nm, which is the wavelength of an ArF excimer laser, for example, the thickness of the pattern made of chromium needs to be at least 45 nm. The limit of the pattern dimension considering only the thickness of the pattern is 45 nm. However, as described above, the resist and the chromium pattern recede when the chromium pattern is formed, so that the limit of the pattern dimension that can be accurately manufactured becomes larger than 45 nm.
実際のフォトマスクでは、反射防止膜の存在、レジストの後退、パターン断面横方向へのエッチング進行、線幅によるエッチング深さの不均一性、マスク全面における均一性などの制約により、露光波長１９３ｎｍで光学濃度３以上となる厚み４５ｎｍのクロム膜を精度よく作製できるパターン寸法の限界はおおむねパターン寸法の２倍程度である。従って、従来技術によりパターンの微細化を達成するには限界がある。 In an actual photomask, the exposure wavelength is 193 nm due to restrictions such as the presence of an antireflection film, resist receding, etching progress in the lateral direction of the pattern cross section, non-uniform etching depth due to line width, and uniformity across the entire mask. The limit of the pattern dimension that can accurately produce a 45 nm thick chromium film having an optical density of 3 or more is about twice the pattern dimension. Therefore, there is a limit to achieve pattern miniaturization by the conventional technique.
なお、クロム膜のエッチング幅や深さの不均一性を解決する方法として、前記特許文献１に開示されたような、多段のエッチングを用いて複数の層からなる薄膜パターンを形成する方法が知られている。この方法ではエッチングストッパーによりエッチング深さの不均一性は改善されるが、エッチング幅の不均一性をもたらすレジスト幅の後退を防止する方法や、微細パターンを形成する上で必要なレジストの薄膜化を可能にする方法等についての開示はなく、微細パターンを実現する上での従来技術の問題を十分に解決するに到っていない。 As a method of solving the non-uniformity of the etching width and depth of the chromium film, a method of forming a thin film pattern composed of a plurality of layers using multi-stage etching as disclosed in Patent Document 1 is known. It has been. In this method, the etching stopper improves the non-uniformity of the etching depth, but the method of preventing the resist width from retreating which causes the non-uniformity of the etching width and the thinning of the resist necessary for forming a fine pattern There is no disclosure of a method or the like that makes it possible to solve this problem, and it has not yet fully solved the problems of the prior art in realizing a fine pattern.
また、ドライエッチング時のレジスト幅の変化によるパターン幅への影響を軽減し、レジストの薄膜化を可能とする方法としては、前記特許文献２に開示されたような、レジストパターンをマスクとして比較的薄い膜のパターンを形成し、さらに形成した薄膜パターンをマスクとして第２層以降の薄膜パターンを形成する方法が知られている。この方法では、レジストパターンをマスクとして薄膜をエッチングする際に用いるエッチングガスに、酸素含有の塩素系ガスを用いているが、ドライエッチング中にレジストパターンが後退するため、良好なパターン精度が得られないという問題がある。 Further, as a method for reducing the influence on the pattern width due to the change in the resist width during dry etching and enabling the thinning of the resist, as disclosed in Patent Document 2, the resist pattern is used as a mask. A method is known in which a thin film pattern is formed, and a thin film pattern in the second and subsequent layers is formed using the formed thin film pattern as a mask. In this method, a chlorine-based gas containing oxygen is used as an etching gas for etching a thin film using the resist pattern as a mask. However, since the resist pattern recedes during dry etching, good pattern accuracy can be obtained. There is no problem.
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、第１に、インプリント用モールドの製造において微細パターンを高いパターン精度で形成することができるマスクブランクを提供することであり、第２に、このマスクブランクを用いて高精度の微細パターンが形成されたインプリント用モールドの製造方法を提供することである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the object is to firstly form a fine pattern with high pattern accuracy in the manufacture of an imprint mold. It is to provide a mask blank, and secondly, to provide a method for manufacturing an imprint mold in which a high-precision fine pattern is formed using the mask blank.
すなわち、上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）透光性基板上にパターンを形成するための薄膜を有するマスクブランクにおいて、該マスクブランクは、酸素を実質的に含まないエッチングガスを用いたドライエッチング処理により前記薄膜及び前記基板をエッチング加工するインプリント用モールドの作製方法に対応するドライエッチング処理用のマスクブランクであって、前記薄膜は、少なくとも上層と下層の積層膜よりなり、前記上層は、クロム（Ｃｒ）と酸素を含む材料で形成され、前記下層は、タンタル（Ｔａ）またはその化合物を含み、且つ、弗素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工が可能な材料で形成されていることを特徴とするマスクブランクである。
That is, in order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
(Configuration 1) In a mask blank having a thin film for forming a pattern on a light-transmitting substrate, the mask blank is formed by subjecting the thin film and the substrate to a dry etching process using an etching gas substantially free of oxygen. A mask blank for dry etching treatment corresponding to a method for producing an imprint mold for etching, wherein the thin film is composed of a laminated film of at least an upper layer and a lower layer, and the upper layer contains chromium (Cr) and oxygen A mask blank characterized in that the lower layer is formed of a material containing tantalum (Ta) or a compound thereof and capable of being etched by a dry etching process using a fluorine-based gas. is there.
（構成２）前記薄膜の上層と下層との間に酸化膜を形成することを特徴とする構成１に記載のマスクブランクである。
（構成３）前記薄膜の上層の膜厚が、３ｎｍ〜１２ｎｍであり、前記下層の膜厚が、５ｎｍ〜４０ｎｍであることを特徴とする構成１又は２に記載のマスクブランクである。
（構成４）前記薄膜上に形成するレジスト膜の膜厚が、９０ｎｍ以下であることを特徴とする構成１乃至３のいずれか一に記載のマスクブランクである。
(Structure 2) The mask blank according to Structure 1, wherein an oxide film is formed between an upper layer and a lower layer of the thin film.
(Configuration 3) The mask blank according to Configuration 1 or 2, wherein the upper layer has a thickness of 3 nm to 12 nm and the lower layer has a thickness of 5 nm to 40 nm.
(Structure 4) The mask blank according to any one of Structures 1 to 3, wherein a film thickness of a resist film formed on the thin film is 90 nm or less.
（構成５）構成１乃至４のいずれかに記載のマスクブランクにおける前記薄膜の上層を、酸素を実質的に含まない塩素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工し、続いて前記薄膜の下層及び前記基板を、弗素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工することを特徴とするインプリント用モールドの製造方法である。 (Structure 5) The upper layer of the thin film in the mask blank according to any one of Structures 1 to 4 is etched by a dry etching process using a chlorine-based gas substantially not containing oxygen, and then the lower layer of the thin film And a method of manufacturing an imprint mold, wherein the substrate is etched by a dry etching process using a fluorine-based gas.
構成１にあるように、本発明のマスクブランクは、透光性基板上にパターンを形成するための薄膜を有するマスクブランクにおいて、該マスクブランクは、酸素を実質的に含まないエッチングガスを用いたドライエッチング処理により前記薄膜及び前記基板をエッチング加工するインプリント用モールドの作製方法に対応するドライエッチング処理用のマスクブランクであって、前記薄膜は、少なくとも上層と下層の積層膜よりなり、前記上層は、クロム（Ｃｒ）と酸素を含む材料で形成され、前記下層は、タンタル（Ｔａ）またはその化合物を含み、且つ、弗素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工が可能な材料で形成されていることを特徴としている。 As in Configuration 1, the mask blank of the present invention is a mask blank having a thin film for forming a pattern on a light-transmitting substrate, and the mask blank uses an etching gas substantially free of oxygen. A mask blank for dry etching treatment corresponding to a method for producing an imprint mold for etching the thin film and the substrate by dry etching treatment, wherein the thin film comprises at least an upper layer and a lower layer laminated film, and the upper layer Is made of a material containing chromium (Cr) and oxygen, and the lower layer is made of a material containing tantalum (Ta) or a compound thereof and capable of being etched by a dry etching process using a fluorine-based gas. It is characterized by having.
本発明のマスクブランクによれば、インプリント用モールド等の製造において微細パターンを高いパターン精度で形成することができる。また、本発明のマスクブランクを用いて上記遮光性パターンを高精度な微細パターンとすることができるため、この遮光性パターンをマスクとしてエッチングにより形成される透光性基板のパターンについても高精度の微細パターンを形成することができる。 According to the mask blank of the present invention, a fine pattern can be formed with high pattern accuracy in the manufacture of an imprint mold or the like. In addition, since the light-shielding pattern can be made into a highly accurate fine pattern using the mask blank of the present invention, the light-transmitting substrate pattern formed by etching using the light-shielding pattern as a mask is also highly accurate. A fine pattern can be formed.
ここで、透光性基板としては、石英基板等のガラス基板が一般的である。ガラス基板は、平坦度及び平滑度に優れるため、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等が生じないで高精度のパターン転写を行える。 Here, as the translucent substrate, a glass substrate such as a quartz substrate is generally used. Since the glass substrate is excellent in flatness and smoothness, when pattern transfer onto a semiconductor substrate using a photomask is performed, highly accurate pattern transfer can be performed without causing distortion of the transfer pattern.
本発明のマスクブランクは、酸素を実質的に含まないエッチングガスを用いたドライエッチング処理により、少なくとも前記薄膜をパターニングするインプリント用モールド等の作製方法に対応するドライエッチング処理用のマスクブランクである。
微細なパターン、例えばハーフピッチ３２ｎｍ未満のパターンを精度よく形成するためには、レジストを薄膜化する、レジストパターン断面横方向のエッチング進行（レジストの後退）を抑制する、薄膜パターン断面横方向のエッチング進行（エッチングの等方性）を抑制する、といった課題があるが、薄膜パターンをウェットエッチングで形成した場合には、薄膜パターン断面横方向のエッチング進行が本質的に発生するため、微細パターンの形成には本発明のようにドライエッチングが好適である。
The mask blank of the present invention is a mask blank for a dry etching process corresponding to a method for producing an imprint mold or the like for patterning at least the thin film by a dry etching process using an etching gas substantially free of oxygen. .
In order to accurately form a fine pattern, for example, a pattern having a half pitch of less than 32 nm, the resist is thinned, the etching progress in the lateral direction of the resist pattern cross section (resist retreat) is suppressed, and the lateral etching of the thin film pattern cross section is suppressed. Although there is a problem of suppressing the progress (isotropicity of etching), when a thin film pattern is formed by wet etching, the etching progresses in the lateral direction of the thin film pattern cross section, so that a fine pattern is formed. For this, dry etching is suitable as in the present invention.
ドライエッチングで薄膜パターンを形成する場合に、レジストを薄膜化するためには、レジストのエッチング速度を小さくする、レジストパターンをマスクとしてパターニングする薄膜のエッチング時間を短縮する、といった方法がある。 When forming a thin film pattern by dry etching, there are methods of reducing the resist etching speed and shortening the etching time of the thin film that is patterned using the resist pattern as a mask in order to reduce the resist thickness.
インプリント用モールドのドライエッチング加工においては、エッチングガスとして、従来は塩素と酸素の混合ガスが一般的に用いられているが、本発明のマスクブランクは、酸素を実質的に含まないエッチングガスを用いたドライエッチング処理用のマスクブランクである。特に酸素を実質的に含まない塩素系ガスによるドライエッチングでは、レジストパターン断面横方向へのエッチング進行が酸素を含む塩素系ガスエッチングと比較して小さく、レジストの寸法変化を抑制することができるため、本発明においては、マスクブランクにおける前記薄膜の上層のドライエッチングとしては、酸素を実質的に含まない塩素系ガスによるドライエッチングが最も好ましい。なお、酸素を実質的に含まないとは、酸素を全く含まない場合の他、エッチング装置内で発生する酸素を含む場合であってもその含有量が５％以下であることをいうものとする。 In dry etching processing of an imprint mold, conventionally, a mixed gas of chlorine and oxygen is generally used as an etching gas. However, the mask blank of the present invention uses an etching gas that does not substantially contain oxygen. It is the mask blank for the dry etching process used. In particular, in dry etching using a chlorine-based gas that does not substantially contain oxygen, the progress of etching in the lateral direction of the resist pattern cross section is smaller than that of chlorine-based gas etching containing oxygen, and it is possible to suppress dimensional changes in the resist. In the present invention, the dry etching of the upper layer of the thin film in the mask blank is most preferably dry etching using a chlorine-based gas that does not substantially contain oxygen. Note that “substantially free of oxygen” means that the content is 5% or less even when oxygen is not contained at all or even when oxygen is generated in the etching apparatus. .
また、薄膜のエッチング時間を短縮するためには、パターンを形成する薄膜のドライエッチング速度を大きくする方法と、パターンを形成する薄膜の厚みを小さくする方法がある。とくに露光用マスクにおいては露光波長における遮光性を確保する観点から薄膜は一定以上の膜厚が必要となるため、薄膜の厚みを小さくするには限界がある。そこで、ドライエッチング速度の大きい材料を薄膜（パターン形成層）として選択する必要がある。本発明のマスクブランクにおいては、前記薄膜は、少なくとも上層と下層の積層膜よりなり、前記上層は、クロム（Ｃｒ）と酸素を含む材料で形成されており、酸素を実質的に含まない例えば塩素系ガスエッチングで大きなドライエッチング速度が得られ、しかも露光用マスク作製工程におけるアンモニア水や過水硫酸などを用いた洗浄に対して十分な耐性を有する。また、前記薄膜の下層においても、酸素を実質的に含まない例えば弗素系ガスエッチングで大きなドライエッチング速度が得られ、上述の洗浄に対して十分な耐性を有する材料で形成されることが望ましく、このような材料としては、タンタル（Ｔａ）またはその化合物を含み、且つ、弗素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工が可能な材料が挙げられるが、本発明においては、例えばＴａ単体、ＴａとＢ，Ｇｅ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｃ，Ｎから選ばれる少なくとも一種の元素を含む化合物が好適である。また、これらのＴａまたはその化合物からなる下層は、マスク製造の際の電子線描画時にチャージアップを防止するために必要な導電性を持たせることができ、またアライメント時のコントラストを大きくとることができる。 In order to shorten the etching time of the thin film, there are a method of increasing the dry etching rate of the thin film forming the pattern and a method of decreasing the thickness of the thin film forming the pattern. In particular, in the case of an exposure mask, the thin film needs to have a certain thickness or more from the viewpoint of ensuring the light shielding property at the exposure wavelength, and there is a limit to reducing the thickness of the thin film. Therefore, it is necessary to select a material having a high dry etching rate as a thin film (pattern forming layer). In the mask blank of the present invention, the thin film is composed of at least an upper layer and a lower layer film, and the upper layer is formed of a material containing chromium (Cr) and oxygen, and does not substantially contain oxygen, for example, chlorine. A high dry etching rate can be obtained by the system gas etching, and it has sufficient resistance to cleaning using ammonia water or perhydrosulfuric acid in the exposure mask manufacturing process. Also, it is desirable that the lower layer of the thin film is formed of a material that does not substantially contain oxygen, for example, a high dry etching rate can be obtained by fluorine-based gas etching and has sufficient resistance to the above-described cleaning, Examples of such a material include a material containing tantalum (Ta) or a compound thereof and capable of being etched by a dry etching process using a fluorine-based gas. In the present invention, for example, Ta alone, Ta And a compound containing at least one element selected from B, Ge, Nb, Si, C, and N is preferable. In addition, the lower layer made of these Ta or a compound thereof can have conductivity necessary to prevent charge-up at the time of electron beam drawing at the time of mask manufacturing, and can increase the contrast at the time of alignment. it can.
前記薄膜のうち、クロム（Ｃｒ）と酸素を含む材料で形成される上層は、主に遮光性を持たせ、また酸素を実質的に含まない例えば塩素系ガスエッチングで例えばハーフピッチ３２ｎｍ未満の微細なラインアンドスペースパターンを形成するのに必要な膜厚となるように膜厚を最適化することが望ましい。このような観点から、本発明においては、上層の膜厚が、３〜１２ｎｍの範囲であることが好適である。
また、前記薄膜のうち、Ｔａまたはその化合物を含み、且つ、弗素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工が可能な材料で形成される下層は、主に導電性を持たせる観点から、本発明においては、膜厚が、５〜４０ｎｍの範囲であることが好適である。
Of the thin film, the upper layer formed of a material containing chromium (Cr) and oxygen mainly has a light shielding property, and does not substantially contain oxygen. It is desirable to optimize the film thickness so as to obtain a film thickness necessary for forming a simple line and space pattern. From such a viewpoint, in the present invention, it is preferable that the film thickness of the upper layer is in the range of 3 to 12 nm.
Of the thin films, the lower layer formed of a material containing Ta or a compound thereof and capable of being etched by a dry etching process using a fluorine-based gas is mainly from the viewpoint of providing conductivity. In the invention, the film thickness is preferably in the range of 5 to 40 nm.
また、薄膜パターン断面横方向のエッチングを抑制するためには、ドライエッチングの進行にイオンの衝撃が必要な材料を選択する方法と、パターン側壁に堆積物を生じるようなエッチングガスを添加する方法がある。酸素を実質的に含まない例えば塩素系ガスエッチングではレジストのエッチング速度が小さいため、薄膜パターン側壁のエッチングを抑制する堆積性ガス（たとえば炭素、シリコンの少なくとも一方と、塩素もしくはフッ素を含むガス）を用いると、追加エッチング（オーバーエッチング）時やレジストの表面積によっては、パターン表面および側壁に除去できない異物が堆積する場合がある。そのため、酸素を実質的に含まないガスエッチングでは堆積性のガスを添加しないほうが好ましい。 In addition, in order to suppress the etching in the lateral direction of the thin film pattern cross section, there are a method of selecting a material that requires ion bombardment in the progress of dry etching and a method of adding an etching gas that generates a deposit on the pattern side wall. is there. For example, chlorine-based gas etching that does not substantially contain oxygen has a low resist etching rate, and therefore a deposition gas (for example, a gas containing at least one of carbon and silicon and a gas containing chlorine or fluorine) that suppresses etching of the sidewall of the thin film pattern is used. When used, foreign matter that cannot be removed may be deposited on the pattern surface and the side wall depending on the additional etching (over-etching) and the surface area of the resist. Therefore, it is preferable not to add a deposition gas in the gas etching substantially not containing oxygen.
上記マスクブランクにおける前記薄膜は、その上層は、クロム（Ｃｒ）と酸素を含む材料で形成され、その下層は、タンタル（Ｔａ）またはその化合物を含み、且つ、弗素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工が可能な材料で形成されているが、上記Ｔａまたはその化合物を含む下層は、その上にＣｒと酸素を含む上層の成膜時に酸素を添加することから、表面酸化されるので、上記下層表面には酸化層が形成される。さらにレジスト塗布工程におけるベーク処理によって、下層の表面酸化が進行する。この酸化層は、酸素を実質的に含まない例えば塩素系ガスエッチングによるエッチング速度を大きく減少させるため、本発明では、Ｃｒと酸素を含む上層を、酸素を実質的に含まない例えば塩素系ガスエッチングする際のエッチングストッパーとして利用することができる。 The thin film of the mask blank has an upper layer formed of a material containing chromium (Cr) and oxygen, a lower layer containing tantalum (Ta) or a compound thereof, and a dry etching process using a fluorine-based gas. The lower layer containing Ta or a compound thereof is surface oxidized because oxygen is added during the formation of the upper layer containing Cr and oxygen thereon, so that the surface is oxidized. An oxide layer is formed on the lower surface. Furthermore, the surface oxidation of the lower layer proceeds by the baking treatment in the resist coating process. In order to greatly reduce the etching rate by, for example, chlorine-based gas etching which does not substantially contain oxygen, the oxide layer substantially does not contain oxygen, for example, chlorine-based gas etching. It can be used as an etching stopper when performing.
このように、マスクブランク製造工程における例えば上記薄膜の上層成膜工程や、レジスト塗布工程によって、上記薄膜の下層表面に酸化層が形成されうるが、本発明では、薄膜の上層と下層との間に酸化膜を形成する工程を別途設けてもよい。
また、Ｃｒと酸素を含む材料で形成される薄膜の上層にはパターン検査に用いる波長の反射率を制御する目的で窒素が含まれていてもよい。
As described above, an oxide layer can be formed on the lower layer surface of the thin film by, for example, the upper film forming step of the thin film or the resist coating process in the mask blank manufacturing process. A step of forming an oxide film may be separately provided.
Moreover, nitrogen may be contained in the upper layer of the thin film formed of a material containing Cr and oxygen for the purpose of controlling the reflectance of the wavelength used for pattern inspection.
基板上にパターンを形成するための上記薄膜を形成する方法は、特に制約する必要はないが、なかでもスパッタリング成膜法が好ましく挙げられる。スパッタリング成膜法によると、均一で膜厚の一定な膜を形成することが出来るので好適である。スパッタリング成膜法によって上記薄膜の下層として例えばＴａＢＮ膜を成膜する場合、スパッタターゲットとしてＴａＢ合金からなるターゲットを用い、チャンバー内に導入するスパッタガスは、アルゴンガスやヘリウムガス、キセノンガスなどの不活性ガスに窒素を混合したものを用いる。また、スパッタリング成膜法によって上記薄膜の上層としてクロム酸化膜を成膜する場合、スパッタターゲットとしてクロム（Ｃｒ）ターゲットを用い、チャンバー内に導入するスパッタガスは、アルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガスに酸素を混合したものを用いる。 The method for forming the thin film for forming the pattern on the substrate is not particularly limited, but a sputtering film forming method is particularly preferable. The sputtering film forming method is preferable because a uniform film having a constant film thickness can be formed. When a TaBN film, for example, is formed as a lower layer of the thin film by a sputtering film formation method, a target made of TaB alloy is used as a sputtering target, and the sputtering gas introduced into the chamber is an inert gas such as argon gas, helium gas, or xenon gas. An active gas mixed with nitrogen is used. When a chromium oxide film is formed as an upper layer of the thin film by sputtering film formation, a chromium (Cr) target is used as a sputtering target, and the sputtering gas introduced into the chamber is an inert gas such as argon gas or helium gas. A gas mixed with oxygen is used.
また、本発明のマスクブランクは、後述する実施の形態にあるように、上記薄膜の上に、レジスト膜を形成した形態であっても構わない。 Moreover, the mask blank of this invention may be a form which formed the resist film on the said thin film so that it may exist in embodiment mentioned later.
本発明は、構成５にあるように、本発明のマスクブランクにおける前記薄膜の上層を、酸素を実質的に含まない塩素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工し、続いて前記薄膜の下層及び前記基板を、弗素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工するインプリント用モールドの製造方法を提供する。 According to the present invention, as described in Structure 5, the upper layer of the thin film in the mask blank of the present invention is etched by dry etching using a chlorine-based gas substantially free of oxygen, and subsequently the lower layer of the thin film And a method of manufacturing an imprint mold, in which the substrate is etched by a dry etching process using a fluorine-based gas.
本発明では、たとえばインプリント用モールドの作製においては、マスクブランク上のレジストパターンをマスクとして、前記薄膜の上層を、酸素を実質的に含まない塩素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工し、続いて該上層のパターンをマスクとして、前記薄膜の下層及び前記基板を、弗素系ガスを用いたドライエッチング処理により一度にエッチング加工するため、マスクブランク上に形成されるレジストパターンをマスクとしたドライエッチングの対象物が前記薄膜の上層だけとなるため、レジスト膜の膜厚を従来より薄くしても、レジストの膜厚不足を生じることなく、微細パターンの形成が可能となる。
本発明では、例えばハーフピッチ３２ｎｍ未満の微細パターンを形成する観点からは、前記薄膜上に形成するレジスト膜の膜厚を、９０ｎｍ以下とすることが可能であり、特に４０〜８０ｎｍの範囲とすることが好適である。
In the present invention, for example, in the production of an imprint mold, the upper layer of the thin film is etched by a dry etching process using a chlorine-based gas substantially free of oxygen, using the resist pattern on the mask blank as a mask. Subsequently, using the upper layer pattern as a mask, the lower layer of the thin film and the substrate are etched at once by a dry etching process using a fluorine-based gas, so that the resist pattern formed on the mask blank is used as a mask. Since the object of dry etching is only the upper layer of the thin film, it is possible to form a fine pattern without causing a shortage of the resist film thickness even if the resist film is made thinner than before.
In the present invention, for example, from the viewpoint of forming a fine pattern with a half pitch of less than 32 nm, the film thickness of the resist film formed on the thin film can be 90 nm or less, particularly in the range of 40 to 80 nm. Is preferred.
本発明によれば、インプリント用モールドの製造において微細パターンを高いパターン精度で形成することができるマスクブランクを提供することができる。
また、本発明によれば、このマスクブランクを用いて高精度の微細パターンが形成されたインプリント用モールドの製造方法を提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the mask blank which can form a fine pattern with high pattern precision in manufacture of the mold for imprint can be provided.
Moreover, according to this invention, the manufacturing method of the mold for imprint in which the highly accurate fine pattern was formed using this mask blank can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施の形態は、インプリント用モールドである。図１は本実施の形態にかかるモールド製造用のマスクブランク、図２インプリント用モールドの製造工程を説明するための断面概略図である。
本実施の形態に使用するマスクブランク５０は、図１に示すように、透光性基板５１上に、導電性膜（下層）５２と遮光性膜（上層）５３の積層膜、及びレジスト膜５４を順に有する構造のものである。このマスクブランク５０は、以下のようにして作製される。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
The present embodiment is an imprint mold. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of a mask blank for mold manufacture according to the present embodiment and an imprint mold of FIG.
As shown in FIG. 1, the mask blank 50 used in this embodiment includes a laminated film of a conductive film (lower layer) 52 and a light-shielding film (upper layer) 53, and a resist
透光性基板５１として合成石英基板（大きさ１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×厚み６．３５ｍｍ）をスパッタリング装置に導入し、タンタル（Ｔａ）とボロン（Ｂ）の合金（タンタル：ボロン＝８０：２０原子比）からなるターゲットをアルゴンガスでスパッタリングし、１０ｎｍの厚みのタンタル−ボロン合金からなる導電性膜５２を成膜した後、大気放置は行わず、クロムターゲットをアルゴンと酸素の混合ガスでスパッタリングし、酸化クロム（クロム：酸素＝３５：６５原子比）の薄膜（遮光性膜）５３を５ｎｍの厚みで成膜した。こうしてタンタル−ボロン合金膜と酸化クロム膜の積層膜を形成した石英基板上に、電子線描画用のレジスト膜（日本ゼオン社製ＺＥＰ５２０Ａ）５４を５０ｎｍの厚みに塗布し、本実施の形態に使用するマスクブランク５０を得た。
A synthetic quartz substrate (size 152 mm × 152 mm × thickness 6.35 mm) is introduced into the sputtering apparatus as the
次に、電子線描画機を用いて、上記マスクブランク５０のレジスト膜５４にハーフピッチ２０ｎｍのラインアンドスペースパターンを描画した後、レジスト膜５４を現像してレジストパターン５４ａを形成し、モールド作製用ブランクを得た。
Next, a line and space pattern having a half pitch of 20 nm is drawn on the resist
次に、レジストパターン５４ａを形成したモールド作製用ブランクを、ドライエッチング装置に導入し、酸素を含まない塩素ガスエッチングを行うことにより、図２（ａ）に示すように酸化クロム膜（遮光性膜５３）からなるパターンを形成した。この時のエッチング終点は、プラズマ発光をモニターすることで判別した。
Next, the blank for mold production in which the resist
続いて、同じドライエッチング装置内で、フッ素系（ＣＨＦ3）ガスを用いたドライエッチングを行うことにより、上記レジストパターン５４ａおよび酸化クロム膜のパターンをマスクとして上述のタンタル−ボロン合金膜（導電性膜５２）及び石英基板５１を一度にエッチング加工して、図２（ｂ）に示す石英パターン５６を形成した。この時、石英パターン５６の深さが７０ｎｍになるようエッチング時間を調整した。ここでパターンの断面形状を確認するため、上記と同様に作製した評価用のブランクを破断し、走査型電子顕微鏡によるパターン断面の観察を行ったところ、レジストパターンが消失し酸化クロムの表面が露出していた。酸化クロムの膜厚はエッチング前の５ｎｍに対して、約３ｎｍに減少していたが、石英パターン５６の幅が、上記タンタル−ボロン合金膜と酸化クロム膜の積層膜からなるパターン５５の幅とほとんど同じであること、および石英パターン５６の深さが均一であることを確認した。
Subsequently, by performing dry etching using a fluorine-based (CHF 3 ) gas in the same dry etching apparatus, the above-described tantalum-boron alloy film (conductivity) using the resist
次に、上記石英パターン５６を形成したモールド作製用ブランク上にフォトレジスト（東京応化社製 ｉＰ３５００）を４６０ｎｍの厚さに塗布し、紫外光による露光と現像を行い、図２（ｃ）に示す台座構造用のレジストパターン５７を形成した。
Next, a photoresist (iP3500, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is applied to a thickness of 460 nm on the blank for mold production in which the
次に、上記レジストパターン５７を形成したモールド作製用ブランクについて、フッ化水素酸とフッ化アンモニウムの混合液（ＨＦ濃度４．６ｗｔ％、ＮＨ4Ｆ濃度３６．４ｗｔ％）にてウェットエッチングを行い、さらに所定の酸洗浄によりレジストを除去することで、図２（ｄ）に示すように深さが例えば１５μｍ程度の台座構造５８を作製した。さらに塩素ガスを用いたドライエッチングにより前記積層膜パターン５５を除去し、図２（ｅ）に示す構造のインプリント用モールドを得た。
得られたインプリント用モールドは、上記積層膜パターン５５の断面形状が垂直形状となり良好であり、且つ積層膜パターン５５のパターン精度も良好であったため、石英パターン５６についても寸法、精度の良好なパターンが得られた。
なお、上記導電性膜５２として、上記タンタル−ボロン合金の代わりに、タンタル単体、あるいはタンタル−ボロン−窒素合金を用いてもよい。
Next, the mold blank with the resist
The obtained imprint mold is good because the cross-sectional shape of the
As the
５０ マスクブランク
５１ 基板
５４ レジスト膜
５５ 積層膜パターン
５２ 導電性膜
５３ 遮光性膜
50 mask blank 51
Claims (5)
該マスクブランクは、酸素を実質的に含まないエッチングガスを用いたドライエッチング処理により前記薄膜及び前記基板をエッチング加工するインプリント用モールドの作製方法に対応するドライエッチング処理用のマスクブランクであって、
前記薄膜は、少なくとも上層と下層の積層膜よりなり、前記上層は、クロム（Ｃｒ）と酸素を含む材料で形成され、前記下層は、タンタル（Ｔａ）またはその化合物を含み、且つ、弗素系ガスを用いたドライエッチング処理によりエッチング加工が可能な材料で形成されていることを特徴とするマスクブランク。 In a mask blank having a thin film for forming a pattern on a translucent substrate,
The mask blank is a mask blank for a dry etching process corresponding to a method for producing an imprint mold in which the thin film and the substrate are etched by a dry etching process using an etching gas containing substantially no oxygen. ,
The thin film is composed of a laminated film of at least an upper layer and a lower layer, the upper layer is formed of a material containing chromium (Cr) and oxygen, the lower layer contains tantalum (Ta) or a compound thereof, and a fluorine-based gas A mask blank, which is formed of a material that can be etched by a dry etching process using a metal.
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