JP4335729B2 - フォトマスクブランク及びフォトマスクブランクの反射率調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＬＣＤ（液晶表示素子）用カラーフィルター、及び磁気ヘッド等の微細加工に好適に用いられるフォトマスクブランクに関するものである。

ＬＳＩ，ＶＬＳＩ等の高密度半導体集積回路や、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＬＣＤ（液晶表示素子）用のカラーフィルターや磁気ヘッド等の微細加工には、フォトマスクを使ったフォトリソグラフィー技術が用いられている。

上記フォトマスクとしては、石英ガラス、アルミノシリケートガラス等の透明な基板の上に、一般的にはクロム（Ｃｒ）から成る遮光膜をスパッタ法もしくは真空蒸着法等で形成したフォトマスクブランクを用い、この遮光膜に所定のパターンを形成したものをフォトマスクとして用いている。

このようなフォトマスクは、基板上に遮光膜を形成したフォトマスクブランクに、フォトレジストや電子線レジストを塗布した後に所定のパターンに選択的に露光し、現像、リンスおよび乾燥の各工程を経てレジストパターンを形成する。次いでこのレジストパターンをマスクにして、硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合水溶液からなるエッチング液を用いてウエットエッチングを行うか、または塩素系ガスを用いたドライエッチングを行い、マスクされていない部分のクロム膜を除去した後にレジストを除去することによって、遮光部と透光部とから成る所定のパターンが形成されたフォトマスクを製造することができる。

このようなフォトマスクをリソグラフィー法に使用した場合、Ｃｒ系の遮光膜は反射率が大きく、被露光物であるシリコンウエーハ等で反射した光が、投影レンズを通ってフォトマスクで反射し、再びシリコンウエーハに戻る多重反射を防止するため、通常、遮光膜には反射防止膜を形成している。

このような反射防止膜を有するフォトマスクブランクおよびフォトマスクとしては、透明基板上に形成されたＣｒ遮光膜の表面側に反射防止膜としてＣｒＯＮＣ膜を形成し、Ｃｒ遮光膜と透明基板の境界層にも反射防止膜を形成したフォトマスクブランクが提案されている（例えば特許文献１参照）。また、これらの反射防止膜にはＣｒＯＮを用いたもの（例えば特許文献２および特許文献３参照）やＣｒＮ（例えば特許文献４および特許文献５参照）を用いることが開示されている。
また、遮光膜にはＣｒ（例えば特許文献２参照）やＣｒＣ（例えば特許文献５参照）等を用いることが知られている。

また、解像度をあげるためにハーフトーン膜を形成した上にＣｒ膜を形成したマスクブランクも実用化されている。

特公昭６２−３７３８５号公報 特許第１５６５２４３号明細書 特許第１４８９６１３号明細書 特許第１４２００９４号明細書 特許第１４２００９５号明細書

フォトマスクブランクの反射率は、前述したフォトマスクと半導体基板等の被露光物の間の多重反射を防止するため、露光波長で低いことが求められている。それと同時に、欠陥検査を行う３６５ｎｍや４８８ｎｍなどの露光波長より長波長である検査波長において十分な感度を得るために、所定の反射率であることも要求されている。ところが、近年では半導体集積回路の高集積化等の市場要求に伴いフォトマスクのパターンの微細化が急速に進み、これに対して露光波長を２４８，１９３ｎｍ，１５７ｎｍと短波長化するにしたがって、フォトマスクブランクの反射率を露光波長で低反射率にするのと同時に、検査波長で十分な検査感度が得られる反射率になるよう調整することが困難であるという問題が生じてきた。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、露光波長と検査波長の両方において所定の反射率を有するフォトマスクブランク、及びこのようなフォトマスクブランクの反射率調整方法を提供する。

上記目的を達成するための本発明は、フォトマスクブランクであって、少なくとも基板上に、遮光膜と、反射防止膜と、遮光膜と反射防止膜の間に反射率調整層を含むことを特徴とするフォトマスクブランクである。

このように、遮光膜と反射防止膜の間に反射率調整層を設けることにより、フォトマスクブランクの反射率が、露光波長で低くなりフォトマスクと被露光物間の多重反射を防止でき、かつ検査波長で充分な感度が得られる。

この場合、遮光膜、反射率調整層、反射防止膜が同じ金属元素を含むことが好ましい。

このように、遮光膜、反射率調整層、反射防止膜が同じ金属元素を含んでいれば、露光後のエッチング工程で同一のエッチングガスまたはエッチング液で処理することができるため有利である。

この場合、遮光膜がクロムを含むことが好ましい。

このように、遮光膜がクロムを含んでいれば、耐久性の高い遮光膜とすることが可能である。

この場合、露光波長において反射率が２０％以下であることが好ましい。

このように、露光波長において反射率が２０％以下であれば、例えば、前述のフォトマスクとシリコンウェーハなどの被露光物との間の多重反射を十分に防止することができる。

この場合、露光波長が２４８ｎｍ以下であることが好ましく、さらに、１９３ｎｍ以下であることがより好ましい。

このように、本発明のフォトマスクブランクは、短波長の露光波長において、反射率を低いものとすることができるため、フォトリソグラフィーに用いた場合に、フォトマスクと被露光物間の多重反射を防いで、所望の微細な幅のパターンを正確に形成することができ、半導体集積回路装置などにおける高集積化、微細化に十分対応することができるものである。

この場合、検査波長において反射率が１０〜２０％であることが好ましい。

このように、検査波長での反射率が１０〜２０％であれば、欠陥検査を行う検査波長において十分な検査感度を得ることができ、精度良くフォトマスクブランクの欠陥検査を行うことが可能となる。

そして本発明によれば、少なくとも基板上に、遮光膜と、反射防止膜とを有するフォトマスクブランクにおいて、遮光膜と反射防止膜との間に反射率調整層を設け、反射防止膜と反射率調整層とで露光波長及び検査波長におけるフォトマスクブランクの反射率を所定の範囲内に調整することを特徴とするフォトマスクブランクの反射率調整方法が提供される。

このように、遮光膜と反射防止膜との間に反射率調整層を設け、反射防止膜と反射率調整層とで露光波長及び検査波長におけるフォトマスクブランクの反射率を所定の範囲内に調整することで、得られるフォトマスクブランクの反射率を、露光波長で低くし且つ検査波長で十分な感度を有する値とすることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、露光波長で反射率が小さく、検査波長で所定の範囲内の反射率を有するフォトマスクブランクを得ることができる。また、露光波長と検査波長の両方においてフォトマスクブランクの反射率を所望の範囲内に調整することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明者が検討した結果、遮光膜と反射防止膜との間に反射率調整層を設けることによって、露光波長と検査波長の両方においてフォトマスクブランクの反射率を調整でき、露光波長において反射率が低く、且つ欠陥検査を行う検査波長において十分な感度を得るために必要な反射率を有するフォトマスクブランクを得ることができることを見出し、本発明を完成させた。

図１は、本発明のフォトマスクブランクの構造の一例を示す図である。本発明のフォトマスクブランク１０では、基板１上に順に遮光膜２、反射率調整層３、反射防止膜４が形成されている。基板１には、石英などの透明基板を用いることができる。

一般に、反射防止膜４は、多重反射の干渉効果を利用して特定の波長での反射率を低減するものである。フォトマスクブランクについて露光波長領域の光の反射率を低減させるには、フォトマスクブランクを構成する各層からの多重反射する光の干渉効果を大きくする必要があり、そのためには反射防止膜４を透明にする必要がある。しかし、反射防止膜４を透明にしフォトマスクブランクの露光波長領域で所望の反射率に低減させたとしても、露光波長領域以外の波長領域、例えば検査波長領域では反射率が大きくなったり、逆に小さくなり過ぎたりして所定範囲内に反射率を調整することは困難である。一方、反射防止膜４の光透過率を低くすると、多重反射による反射防止効果が小さくなり、露光波長領域におけるフォトマスクブランクの反射率を低減させることはできない。また、遮光膜２もフォトマスクブランクの反射率に寄与しているが、遮光膜２は光を十分に遮光する必要があるため、遮光膜２自体の特性を大きく変化させることはできない。

そこで、本発明者は遮光膜２と反射防止膜４との間に反射率調整層３を形成することによって、検査波長から露光波長までの広い波長領域で反射率を調整することを発想した。反射防止膜４と異なり、反射率調整層３を光透過率の低い膜とすることで、反射率調整層３と反射防止膜４との界面で反射する光のみが反射防止膜４内で多重反射するので、実質上反射率調整層３と反射防止膜４とでフォトマスクブランクの反射率を制御できる。反射防止膜４と組み合わせて、特定の波長、すなわち露光波長及び検査波長におけるフォトマスクブランクの反射率が所定の範囲内となるように反射率調整層３と反射防止膜４との界面での反射率を調整する。したがって、本発明の反射率調整層３の露光波長及び検査波長における消衰係数の値は、反射防止膜４の消衰係数と遮光膜２の消衰係数の間の値である。このように、屈折率と消衰係数が反射防止膜４と遮光膜２の間の値となる反射率調整層３を設けることによって、種々の波長に対して適宜反射率を調整できる。

遮光膜２、反射率調整層３及び反射防止膜４は、それぞれ異なる金属元素で構成されていても良いが、エッチング工程を考慮すると同一金属元素を含むことが好ましい。本発明の場合、エッチング工程は公知のドライエッチングあるいはウェットエッチングから選択することができるが、遮光膜２、反射率調整層３及び反射防止膜４が異なる金属元素で構成されていると、金属元素ごとにエッチングガスやエッチング液を適宜選択する必要が生じ、工程が煩雑化してしまう。同一金属元素を含めば、同じエッチングガスあるいはエッチング液を使用することができ、エッチング工程が簡略化するので有利である。

本発明に用いられる遮光膜２は、耐久性の観点からＣｒ系膜であることが好ましく、特にＣｒ膜であることが好ましい。そのため、本発明の反射率調整層３及び反射防止膜４としてＣｒ系材料が用いられ、具体的にはＣｒＯ、ＣｒＯＮ、ＣｒＯＮＣ等である。反射率調整層３と反射防止膜４は、異なる組成であっても良く、同一組成であっても良い。同一組成の物質を使用する場合は、構成元素の比率を変化させて光学特性を異なるものにすることができる。

本発明のフォトマスクブランクで使用できる露光波長には特に制限はないが、近年用いられる短波長である波長２４８ｎｍ以下、特に波長１９３ｎｍ以下とすることができる。マスクとシリコンウエーハ等の被露光物の間における多重反射を低減するため、フォトマスクブランクの露光波長での反射率は小さければ小さいほど好ましく、例えば、反射率２０％以下とすれば多重反射の影響を十分に低減することができる。

一方、欠陥検査等の検査波長は、一般に露光に用いられる波長よりも長い波長が用いられ、例えば露光波長を１９３ｎｍや２４８ｎｍとする場合では、３６５ｎｍ及び４８８ｎｍが用いられる。この検査波長において十分な感度を得るためには、フォトマスクブランクの反射率を１０〜２０％にする必要がある。

本発明のフォトマスクブランクは、反応性スパッタリング法などにより遮光膜２、反射率調整層３、反射防止膜４を順次成膜することにより製造することができる。反応性スパッタリングの場合、反応性ガスの種類、ガス流量、成膜圧力などをパラメーターとして、所望の組成や物性を有する膜を成膜することが可能である。

スパッタリング方式としては、直流（ＤＣ）電源を用いても高周波（ＲＦ）電源を用いても良く、マグネトロン方式あるいはその他の方式であっても良い。また、成膜装置としては、通過式でも枚葉式でも構わない。

ターゲットとしては金属クロムの他、目標の組成に合わせてクロムを主成分とし酸素、窒素、炭素等を添加したターゲットであっても良い。

スパッタリングガスとしては、Ａｒ、Ｎｅなどの不活性ガスを用いることができる。また、反応性ガスは、目的の組成に合わせて適宜選択する。例えば、ＣｒＯを成膜する時にはＯ_２等の酸素を含むガスを用い、ＣｒＯＮを成膜する時にはＮ_２、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ等の窒素を含むガスとＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ_２等の酸素を含むガスを混合して用い、ＣｒＯＮＣを成膜する時にはＣＯ、ＣＯ_２、ＣＨ_４等の炭素を含むガスとＮ_２、ＮＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ等の窒素を含むガスとＯ_２、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ_２、ＣＯ_２等の酸素を含むガスを混合して用いる。

具体的には、Ｃｒから成る遮光膜２を成膜する際には、基板１上に、ＣｒをターゲットとしスパッタリングガスとしてＡｒを用いて成膜する。エッチング特性を考慮して、スパッタリングガスに、少なくともＮ、Ｏ、Ｃのいずれかの元素を含むガスを加えても良い。

反射率調整層３あるいは反射防止膜４に適用可能なＣｒＯＣＮを成膜する際には、Ｃｒをターゲットとし、スパッタリングガスとしてのＡｒと反応性ガスとしてのＣＯ、ＣＨ_４、ＣＯ_２、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、ＮＯ、ＮＯ_２等のＣ、Ｎ、Ｏのいずれか一種以上を含むガスを混合したガスを用いて成膜する。反射率調整層が光吸収膜となり、且つ露光波長及び検査波長における反射率調整層の消衰係数が反射防止膜の消衰係数と遮光膜の消衰係数の間の値になるよう、スパッタされるＣｒ原子に対する反応性ガス量を適宜制御しながら成膜する。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
６インチの角形石英基板上に、ＣｒをターゲットとしてスパッタリングガスとしてＡｒを用い、成膜圧力０．３Ｐａ、投入電力２５０Ｗ、成膜前加熱温度１２０℃でＤＣスパッタリング法にて、膜厚７０ｎｍのＣｒ遮光膜を形成した。次に、このＣｒ遮光膜上にＣｒをターゲットにして、スパッタリングガスとしてＡｒ、反応性ガスとしてＣＯ_２、Ｎ_２を用い、成膜圧力０．３Ｐａ、投入電力２５０ＷでＤＣスパッタリング法にて、膜厚１０ｎｍのＣｒＯＮＣからなる反射率調整層を形成した。さらにこの反射率調整層の上に、ＣｒをターゲットとしてスパッタリングガスとしてＡｒ、反応性ガスとしてＣＯ_２、Ｎ_２を用い、成膜圧力０．３Ｐａ、投入電力２５０ＷでＤＣスパッタリング法にて、膜厚２０ｎｍのＣｒＯＮＣから成る反射防止膜を形成し、フォトマスクブランクを得た。

得られたフォトマスクブランクの反射率を、波長１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３６５ｎｍ、４８８ｎｍで測定した。その結果、波長１９３ｎｍでの反射率が１２％、波長２４８ｎｍでの反射率が１２％、波長３６５ｎｍでの反射率が１０％、波長４８８ｎｍでの反射率が１４％であった。
このように、本発明の実施例のフォトマスクブランクは、露光波長及び検査波長の両方で所望の反射率範囲内であることが判る。

（比較例１）
６インチの角形石英基板上に、実施例１と同様の条件で膜厚７０ｎｍのＣｒ遮光膜を形成した。次に、反射率調整層を形成することなく、このＣｒ遮光膜上に実施例１と同様の条件で膜厚２０ｎｍのＣｒＯＮから成る反射防止膜を形成し、フォトマスクブランクを得た。

得られたフォトマスクブランクの反射率を、波長１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、３６５ｎｍ、４８８ｎｍで測定した。その結果、波長１９３ｎｍでの反射率は１６％、波長２４８ｎｍでの反射率が１４％、波長３６５ｎｍでの反射率が８％、波長４８８ｎｍでの反射率が２３％であった。

このように、比較例のフォトマスクブランクは、露光波長では所望の範囲内の反射率を有し十分な反射防止効果が得られるが、検査波長では所望の反射率から外れるため欠陥検査で十分な感度を得ることはできない。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、上記では、遮光層上に反射率調整層と反射防止膜とを設けているが、反射防止膜は遮光膜上に積層する場合に限られず、遮光膜を挟んで上下に設けるようにしてもよい。

本発明のフォトマスクブランクの構造の一例を示す図である。

符号の説明

１…基板、 ２…遮光膜、 ３…反射率調整層、 ４…反射防止膜、
１０…フォトマスクブランク。

Claims (7)

1. フォトマスクブランクであって、少なくとも基板上に、遮光膜と、反射防止膜と、遮光膜と反射防止膜の間に反射率調整層を含み、
   前記遮光膜、反射率調整層、反射防止膜は同じ金属元素を含み、
   前記反射率調整層は、露光波長及び検査波長における消衰係数の値が、前記反射防止膜の消衰係数と前記遮光膜の消衰係数の間の値であるものであり、
   前記反射防止膜は、前記反射率調整層と前記反射防止膜との界面で反射する光を多重反射して、露光波長及び検査波長における前記フォトマスクブランクの反射率を所定の範囲内に調整するものであることを特徴とするフォトマスクブランク。
2. 前記遮光膜がクロムを含む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。
3. 前記露光波長において反射率が２０％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトマスクブランク。
4. 前記露光波長が２４８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフォトマスクブランク。
5. 前記露光波長が１９３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のフォトマスクブランク。
6. 前記検査波長において反射率が１０〜２０％であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のフォトマスクブランク。
7. 少なくとも基板上に、遮光膜と、反射防止膜とを有するフォトマスクブランクにおいて、前記遮光膜と前記反射防止膜との間に反射率調整層を設け、前記遮光膜、反射率調整層、反射防止膜が同じ金属元素を含むように構成し、前記反射率調整層として、露光波長及び検査波長における消衰係数の値が、前記反射防止膜の消衰係数と前記遮光膜の消衰係数の間の値であるものを使用し、前記反射防止膜と前記反射率調整層との界面で反射する光を多重反射して露光波長及び検査波長におけるフォトマスクブランクの反射率を所定の範囲内に調整することを特徴とするフォトマスクブランクの反射率調整方法。

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