JP4551344B2 - Photomask blank and photomask - Google Patents
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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、および磁気ヘッドなどの微細加工に用いられるフォトマスク技術に関する。 The present invention relates to a photomask technique used for microfabrication of semiconductor integrated circuits, CCDs (charge coupled devices), color filters for LCDs (liquid crystal display devices), and magnetic heads.
近年では、大規模集積回路の高集積化に伴う回路パターンの微細化要求などに応えるために、高度の半導体微細加工技術が極めて重要な要素技術となってきている。例えば、大規模集積回路の高集積化は、回路を構成する配線パターンの細線化技術や、セルを構成する層間の配線のためのコンタクトホールパターンの微細化技術を必須のものとして要求する。大規模集積回路のパターン微細化が加速されるのは、その高速動作と低消費電力化のためであり、その最も有効な方法がパターンの微細化だからである。 In recent years, advanced semiconductor microfabrication technology has become an extremely important elemental technology in order to meet the demand for circuit pattern miniaturization accompanying the high integration of large-scale integrated circuits. For example, high integration of a large scale integrated circuit requires a thinning technique for a wiring pattern constituting a circuit and a miniaturization technique for a contact hole pattern for wiring between layers constituting a cell. The reason why pattern miniaturization of large-scale integrated circuits is accelerated is because of its high-speed operation and low power consumption, and the most effective method is that of pattern miniaturization.
このような高度の微細加工の殆どはフォトマスクを用いるフォトリソグラフィ技術により施されるものであるため、フォトマスクは露光装置やレジスト材料とともに微細化技術を支える基本技術となっている。このため、上述の細線化された配線パターンや微細化されたコンタクトホールパターンを有するフォトマスクを実現する目的で、より微細且つより正確なパターンをフォトマスクブランク上に形成するための技術開発が進められてきた。 Since most of such advanced microfabrication is performed by a photolithography technique using a photomask, the photomask is a basic technique that supports the miniaturization technique together with the exposure apparatus and the resist material. For this reason, technological development for forming a finer and more accurate pattern on the photomask blank is underway for the purpose of realizing a photomask having the above-described thinned wiring pattern and miniaturized contact hole pattern. Has been.
高精度のフォトマスクパターンをフォトマスク基板上に形成するためには、フォトマスクブランク上に形成するレジストパターンを高精度でパターニングすることが前提となる。半導体基板を微細加工する際のフォトリソグラフィは縮小投影法により実行されるため、フォトマスクに形成されるパターンのサイズは半導体基板上に形成するパターンサイズの4倍程度の大きさとされるが、このことはフォトマスクに形成されるパターンの精度が緩和されることを意味するものではなく、むしろ露光後に半導体基板上に得られるパターン精度よりも高い精度でフォトマスクパターンを形成することが求められる。 In order to form a highly accurate photomask pattern on a photomask substrate, it is premised that a resist pattern formed on a photomask blank is patterned with high accuracy. Since photolithography when microfabricating a semiconductor substrate is performed by a reduction projection method, the size of the pattern formed on the photomask is about four times the size of the pattern formed on the semiconductor substrate. This does not mean that the accuracy of the pattern formed on the photomask is relaxed, but rather it is required to form the photomask pattern with higher accuracy than the pattern accuracy obtained on the semiconductor substrate after exposure.
また、現在では、フォトリソグラフィで半導体基板上に描画される回路パターンのサイズは露光光の波長よりもかなり小さなものとなってきているため、回路パターンをそのまま4倍に拡大したフォトマスクパターンが形成されたフォトマスクを使用して縮小露光を行うと、露光光の干渉などの影響により、フォトマスクパターン通りの形状をレジスト膜に転写することはできない。 At present, the size of a circuit pattern drawn on a semiconductor substrate by photolithography has become much smaller than the wavelength of exposure light, so a photomask pattern is formed by enlarging the circuit pattern four times as it is. When reduced exposure is performed using the photomask formed, the shape according to the photomask pattern cannot be transferred to the resist film due to the influence of exposure light interference or the like.
そこで、超解像マスクとして、いわゆる光近接効果補正(Optical Proximity Effect Correction : OPC)を行うことで転写特性を劣化させる光近接効果の補正技術を適用したOPCマスクや、隣り合った開口パターンの位相を180°変化させて隣接する開口パターンの中間での光振幅をゼロとする位相シフトマスクが標準的に用いられている。例えば、OPCマスクには回路パターンの1/2以下のサイズのOPCパターン(ハンマヘッドやアシストバーなど)を形成する必要がある。 Therefore, as a super-resolution mask, so-called optical proximity effect correction (OPC) is applied to the OPC mask, which uses optical proximity effect correction technology that degrades the transfer characteristics, and the phase of adjacent aperture patterns. Is normally used as a phase shift mask in which the light amplitude in the middle of adjacent aperture patterns is made zero by changing the angle 180 °. For example, it is necessary to form an OPC pattern (hammer head, assist bar, etc.) having a size of 1/2 or less of the circuit pattern on the OPC mask.
このように、半導体基板上に回路パターンを得るためのフォトリソグラフィのみならず、フォトマスクブランクにパターン形成するためのフォトリソグラフィにおいても、高精度のパターニング技術が求められている。フォトリソグラフィ性能の指標のひとつに「限界解像度」があるが、フォトマスクのパターニング工程でのフォトリソグラフィには、半導体基板上への回路パターニング工程でのフォトリソグラフィと同等もしくはそれ以上の高い限界解像度が求められることとなる。 Thus, not only photolithography for obtaining a circuit pattern on a semiconductor substrate but also photolithography for forming a pattern on a photomask blank requires a high-precision patterning technique. One of the indices of photolithography performance is “limit resolution”, but photolithography in the photomask patterning process has a high limit resolution equivalent to or higher than photolithography in the circuit patterning process on a semiconductor substrate. It will be required.
ところで、フォトマスクパターンを形成するためには、通常は、透明基板上に遮光層を設けたフォトマスクブランクの上にフォトレジスト膜を形成し、このフォトレジスト膜に電子線を照射してパターン描画を行い、フォトレジスト膜を現像してレジストパターンを得る。そして、このレジストパターンを遮光層用のエッチングマスクとして遮光層をパターニングしてフォトマスクパターンを得る。 By the way, in order to form a photomask pattern, usually, a photoresist film is formed on a photomask blank provided with a light-shielding layer on a transparent substrate, and this photoresist film is irradiated with an electron beam to draw a pattern. And developing the photoresist film to obtain a resist pattern. Then, using the resist pattern as an etching mask for the light shielding layer, the light shielding layer is patterned to obtain a photomask pattern.
フォトレジストをエッチングマスクとしてパターニングを施す場合の遮光膜材料についてはすでに多くの材料が提案されてきた。このうち、クロム化合物膜はそのエッチングに対する情報量が多く、実用上は常にクロム化合物が遮光膜材料として用いられてきており、事実上の標準加工工程として確立されている。例えば、特許文献1乃至3には、ArF露光用のフォトマスクブランクに求められる遮光特性を有する遮光膜をクロム化合物で形成したフォトマスクブランクの構成例が開示されている。
フォトマスクの製造プロセスにおいて、フォトマスクブランク上に異物が存在すると当該異物がパターン欠陥の原因となるため、このような異物を除去するために、フォトマスクブランクはフォトマスク製造過程中において何度も洗浄されることとなる。また、製造されたフォトマスクそのものにパターン欠陥がなくとも、フォトリソ工程中にフォトマスクに異物が付着すると、これを用いてパターニングされたチップにはパターン転写不良が生じるため、フォトマスクもまた繰り返しての洗浄を受けることとなる。 In the photomask manufacturing process, if a foreign substance exists on the photomask blank, the foreign substance causes a pattern defect. Therefore, in order to remove such a foreign substance, the photomask blank is repeatedly used during the photomask manufacturing process. Will be washed. Even if the manufactured photomask itself has no pattern defects, if foreign matter adheres to the photomask during the photolithography process, pattern transfer defects occur on the chip patterned using this, so the photomask is also repeated. Will receive the cleaning.
フォトマスクブランクやフォトマスクの異物除去のためには、殆どの場合、硫酸過水、アンモニア過水等による化学的な洗浄が施される。ここで、硫酸過水は、熱硫酸と過酸化水素水を混合して得られる強力な酸化作用をもった洗浄剤であり、金属や金属酸化物の無機系異物は過酸化水素と硫酸の強い酸化力によりイオン化されることでマスクの表面から溶解除去される。また、アンモニア過水は、アンモニアと過酸化水素水を混合して得られる洗浄剤であり、いわゆる「SC−1 RCA洗浄」として知られる洗浄方法で用いられる薬液である。クロムや石英などの表面に付着した有機系異物が75〜85℃に加熱されたSC−1液に浸漬されると、アンモニアの溶解作用と過酸化水素の酸化作用によりクロムや石英などの表面から有機系異物が離脱分離することで洗浄が行われる。 In order to remove foreign matter from the photomask blank or the photomask, chemical cleaning with sulfuric acid / hydrogen peroxide or ammonia is usually performed. Here, sulfuric acid / hydrogen peroxide is a cleaning agent having a strong oxidizing action obtained by mixing hot sulfuric acid and hydrogen peroxide water. Inorganic foreign substances such as metals and metal oxides are strong in hydrogen peroxide and sulfuric acid. It is dissolved and removed from the surface of the mask by being ionized by the oxidizing power. Ammonia hydrogen peroxide is a cleaning agent obtained by mixing ammonia and aqueous hydrogen peroxide, and is a chemical solution used in a cleaning method known as “SC-1 RCA cleaning”. When an organic foreign matter adhering to the surface of chromium, quartz or the like is immersed in the SC-1 solution heated to 75 to 85 ° C., from the surface of chromium, quartz or the like due to the dissolving action of ammonia and the oxidizing action of hydrogen peroxide. Cleaning is performed by separating and separating organic foreign matters.
このような薬液による化学的洗浄は、フォトマスクブランクやフォトマスクに付着したパーティクルや汚染物といった異物を除去するために必要である一方で、フォトマスクブランクやフォトマスクが備える光学膜にダメージを与えるおそれがある。例えば、多くの場合、フォトマスクブランクには、フォトマスクとして使用する際の露光光の反射を防止するためにクロム系の反射防止膜(CrONやCrOなどの膜)が形成されるが、上述したような化学的洗浄によって光学膜としての反射防止膜の表面が改質や変質してしまい、本来備えているはずの反射率特性が変化してしまうといった可能性がある。また、フォトマスクブランクやフォトマスクの化学的洗浄は繰り返し施されるものであるから、各洗浄工程で生じる特性変化(例えば、反射率変化)は、可能な限り低く抑えられることが望ましく、かつ必要とされている。 Such chemical cleaning with a chemical solution is necessary to remove foreign substances such as particles and contaminants attached to the photomask blank and the photomask, while damaging the optical film included in the photomask blank and the photomask. There is a fear. For example, in many cases, a chrome-based antireflection film (a film such as CrON or CrO) is formed on a photomask blank to prevent exposure light from being reflected when used as a photomask. There is a possibility that the surface of the antireflection film as the optical film is modified or altered by such chemical cleaning, and the reflectance characteristic that should be originally provided is changed. Also, since chemical cleaning of photomask blanks and photomasks is performed repeatedly, it is desirable and necessary to suppress characteristic changes (for example, reflectance changes) that occur in each cleaning process as low as possible. It is said that.
本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、化学的洗浄によるクロム系の反射防止膜の光学的特性(反射率)の変化を抑制可能な耐薬品性(洗浄耐性)に優れたフォトマスクブランク、およびこれを用いて得られるフォトマスクを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a background, and an object thereof is chemical resistance capable of suppressing a change in optical characteristics (reflectance) of a chromium-based antireflection film due to chemical cleaning. The object is to provide a photomask blank excellent in (cleaning resistance) and a photomask obtained using the photomask blank.
従来反射防止膜の組成の設計は、反射防止機能や、検査光に対する検出感度に基づき設計されてきた。しかし、上記の要求を満たす材料の製造とその歩留まりの検討を行ったところ、表面層については化学的安定性に特化した設計を導入することで、良好な品質を確保できることを見出した。 Conventionally, the composition of the antireflection film has been designed based on the antireflection function and the detection sensitivity to the inspection light. However, as a result of studying the production and yield of materials that satisfy the above requirements, it was found that good quality can be ensured by introducing a design that specializes in chemical stability for the surface layer.
すなわち、本発明は上記のような課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、フォトマスクブランクであって、透明基板上に遮光膜と反射防止膜とが順次積層されており、前記反射防止膜はクロム酸化窒化物(CrON)を主成分とする膜であって、該反射防止膜の表面領域の組成は、窒素(N)の含有率が3〜30atom%、かつ、窒素(N)と酸素(O)の含有率の和が50〜65atom%であることを特徴とする。 That is, in order to solve the problems as described above, the present invention is a photomask blank, in which a light shielding film and an antireflection film are sequentially laminated on a transparent substrate, The antireflection film is a film mainly composed of chromium oxynitride (CrON), and the composition of the surface region of the antireflection film has a nitrogen (N) content of 3 to 30 atom% and nitrogen ( The sum of the content ratios of N) and oxygen (O) is 50 to 65 atom%.
請求項2に記載の発明は、請求項1記載のフォトマスクブランクにおいて、表面領域の深さが3nm以上であることを特徴とする。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項2記載のフォトマスクブランクにおいて、表面領域の深さが5nm以上であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the photomask blank according to the second aspect, the depth of the surface region is 5 nm or more.
表面領域の深さは3nm以上、より好ましくは5nm以上とすることで、マスクブランクの良好な化学的安定性が確保される。 By setting the depth of the surface region to 3 nm or more, more preferably 5 nm or more, good chemical stability of the mask blank is ensured.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れか1項に記載のフォトマスクブランクにおいて、前記反射防止膜は、該膜中の軽元素(酸素、窒素、炭素)濃度が前記透明基板側から表面側にかけて漸次増大するように設計されており、当該反射防止膜は前記透明基板側から表面側にかけて漸次減少する消衰係数kのプロファイルを有することを特徴とする。
The invention according to
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れか1項に記載のフォトマスクブランクにおいて、前記遮光膜はクロムまたは珪素を主成分とする膜であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the photomask blank according to any one of the first to fourth aspects, the light shielding film is a film containing chromium or silicon as a main component.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載のフォトマスクブランクにおいて、前記遮光膜はクロムを主成分とする膜であり、前記反射防止膜は該前記遮光膜との界面領域のクロムが不飽和状態にある膜であることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the photomask blank according to
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6の何れか1項に記載のフォトマスクブランクにおいて、前記反射防止膜と前記遮光膜の少なくとも一方は多層構造を有することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the photomask blank according to any one of the first to sixth aspects, at least one of the antireflection film and the light shielding film has a multilayer structure.
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7の何れか1項に記載のフォトマスクブランクにおいて、前記反射防止膜または前記遮光膜は半透過性(ハーフトーン)材料で構成されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8の何れか1項に記載のフォトマスクブランクにおいて、前記透明基板と前記遮光膜との間に光学膜を備えていることを特徴とする。 A ninth aspect of the present invention is the photomask blank according to any one of the first to eighth aspects, wherein an optical film is provided between the transparent substrate and the light shielding film.
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載のフォトマスクブランクにおいて、前記光学膜はハーフトーン位相シフト膜であることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the photomask blank according to the ninth aspect, the optical film is a halftone phase shift film.
請求項11に記載の発明は、請求項1乃至10の何れか1項に記載のフォトマスクブランクにおいて、前記反射防止膜と前記遮光膜もしくは前記反射防止膜と前記遮光膜と前記光学膜の露光光に対する光学濃度の総和は2.5以上であることを特徴とする。
The invention according to
請求項12に記載の発明は、請求項1乃至11の何れか1項に記載のフォトマスクブランクを用いて製造されたフォトマスクである。
The invention according to
本発明のフォトマスクブランクは、クロム系反射防止膜の表面領域の窒素の含有率が3〜30atom%、窒素と酸素の含有率の和が50〜65atom%と組成選択されているので、酸洗浄やアルカリ洗浄を施した場合の反射率の変化が1%以下に抑制される。このため、反射防止膜としての光学的特性と化学的洗浄に対する耐性(薬品耐性)とを兼ね備えた膜を得ることが可能となり、製造プロセス中に施される化学的洗浄によっても光学的特性の変化が抑制されるフォトマスクブランクおよびこれを用いて製造されるフォトマスクを提供することが可能となる。 In the photomask blank of the present invention, the content of nitrogen in the surface region of the chromium-based antireflection film is selected from 3 to 30 atom%, and the sum of the contents of nitrogen and oxygen is selected from 50 to 65 atom%. And the change in reflectance when alkali cleaning is performed is suppressed to 1% or less. For this reason, it is possible to obtain a film that has both optical properties as an anti-reflective coating and resistance to chemical cleaning (chemical resistance), and changes in optical properties are also caused by chemical cleaning performed during the manufacturing process. It is possible to provide a photomask blank in which the suppression is suppressed and a photomask manufactured using the same.
上述したように、多くの場合、フォトマスクブランクには、露光光の反射を防止するためのクロム系反射防止膜(CrONやCrOなどの膜)が形成されるが、これらのクロム系反射防止膜は薬品を用いた化学的洗浄によってその表面が変質(改質)して反射率特性が変化してしまい易いという問題がある。本発明者らは、この問題について検討した結果、このような膜変質の原因がクロムの平均価数(酸化度)に依存したクロム元素の化学的不安定性にあるのではないかと考えて本発明に至った。 As described above, in many cases, a chrome-based antireflection film (a film such as CrON or CrO) for preventing reflection of exposure light is formed on a photomask blank. However, there is a problem that the reflectivity characteristic is likely to change due to the surface alteration (modification) by chemical cleaning using chemicals. As a result of studying this problem, the present inventors have considered that the cause of such film alteration is the chemical instability of chromium element depending on the average valence (oxidation degree) of chromium. It came to.
一般に、酸化物中でのクロム元素は2、3、4または6の何れかの価数を取り得ると考えられているが、その最安定価数は3価であるとされている。したがって、クロム系反射防止膜の表面領域のクロム元素の価数を3価(すなわちCr2O3)とすれば反射防止膜の耐薬品性は高くなることが予想され、事実、本発明者らの実験によっても、極めて高い耐薬品性を示す「反射防止膜」が得られている。 In general, it is considered that the chromium element in the oxide can take any valence of 2, 3, 4 or 6, but the most stable valence is said to be trivalent. Therefore, if the valence of chromium element in the surface region of the chromium-based antireflection film is trivalent (that is, Cr 2 O 3 ), it is expected that the chemical resistance of the antireflection film will be high. Also in this experiment, an “antireflection film” exhibiting extremely high chemical resistance was obtained.
しかしながら、このような表面をもつ膜はその耐薬品性が高すぎてパターニングの際のエッチングレートが極端に低下し、全くドライエッチングされなかったり、ウエットエッチングにおいても反射防止膜の表面領域のエッチングが進行しないために断面からのエッチングが先行してしまい「かさ」をはった庇状のパターン形状となってしまうという現象が確認されている。また、当然のことながら、「反射防止膜」が反射防止膜として機能するためには、所定の光学的特性(特に反射率)を備えていなければならない。 However, the film having such a surface has too high chemical resistance, and the etching rate at the time of patterning is extremely lowered, so that the dry etching is not performed at all, or the surface region of the antireflection film is etched even in the wet etching. It has been confirmed that etching does not proceed and etching from the cross-section precedes, resulting in a “crowded” bowl-like pattern shape. Further, as a matter of course, in order for the “antireflection film” to function as an antireflection film, it must have predetermined optical characteristics (particularly reflectance).
本発明者らの検討によれば、反射防止膜として機能するためには適度な酸素量が必要であり、耐薬品性を向上させるためにはクロム酸化物中に窒素を含有させることが必要でこの場合の窒素含有量が所定の範囲内にないと耐薬品性が優れずに洗浄工程前後での反射率変化を十分に抑制することができないことが明らかとなった。また、反射防止膜表面領域における酸素と窒素の含有量の和が小さすぎると耐薬品性が低い一方、これらの含有量和が大きすぎるとパターニングを施した際のパターン断面形状が低下する(庇状パターン形状)ということも明らかとなった。 According to the study by the present inventors, an appropriate amount of oxygen is necessary to function as an antireflection film, and in order to improve chemical resistance, it is necessary to contain nitrogen in the chromium oxide. If the nitrogen content in this case is not within the predetermined range, it was revealed that the chemical resistance is not excellent and the change in reflectance before and after the cleaning process cannot be sufficiently suppressed. Further, if the sum of the oxygen and nitrogen contents in the antireflection film surface region is too small, the chemical resistance is low, whereas if the sum of these contents is too large, the pattern cross-sectional shape at the time of patterning decreases (庇It also became clear that the shape of the shape of the pattern).
本発明者らは、このような知見に基づいて、クロム系反射防止膜の表面領域の組成検討を行い、窒素の含有率を3〜30atom%とし、窒素と酸素の含有率の和を50〜65atom%とすると、酸洗浄やアルカリ洗浄を施した場合の反射率の変化を1%以下に抑えることができることを見出したのである。 Based on such knowledge, the present inventors have studied the composition of the surface region of the chromium-based antireflection film, set the nitrogen content to 3 to 30 atom%, and the sum of the nitrogen and oxygen content to 50 to 50%. It has been found that, when it is 65 atom%, the change in reflectance when acid cleaning or alkali cleaning is performed can be suppressed to 1% or less.
なお、ここでいう「表面領域」とは反射防止膜の最表面部分をいい、特に表面から3nm、より好ましくは5nmの深さを持っている。化学的に安定な表面層の厚さは、それよりもかなり小さな厚さで良いものと思われるが、製品の歩留まりを確保するためには、このような深さをもつことが好ましい。このような深さを持つことで、表面のラフネスに由来し、規定の組成を持つ膜の厚さが局所的に小さくなった場合にも、その部分から欠陥を生じてしまうことを防止することができる。 Here, the “surface region” refers to the outermost surface portion of the antireflection film, and particularly has a depth of 3 nm, more preferably 5 nm from the surface. Although the thickness of the chemically stable surface layer may be much smaller than that, it is preferable to have such a depth in order to secure the yield of the product. By having such a depth, even when the thickness of the film having the specified composition is locally reduced due to the roughness of the surface, it is possible to prevent the occurrence of defects from that part. Can do.
以下に、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態を実施例により説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(フォトマスクブランクの基本構造)
図1(a)は、本発明のフォトマスクブランクの基本構造例を説明するための断面概略図で、このフォトマスクブランクの基本構造は、図1(a)に図示したように、光学的に透明な基板11の一方主面に、遮光膜13と反射防止膜14を順次積層させて構成されている。基板11としては、石英ガラスやCF2あるいはアルミノシリケートガラスなどの一般的な透明基板を用いることができる。
(Basic structure of photomask blank)
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the basic structure of the photomask blank of the present invention. The basic structure of the photomask blank is optically optical as shown in FIG. The
この反射防止膜14はクロム含有化合物からなり、少なくとも、酸素および窒素を含有し、必要に応じて炭素が含まれる。
The
反射防止膜14の表面領域は、軽元素として酸素および窒素を含んでいる。適度な量の酸素および窒素を含むことにより、反射防止膜としての機能を有する。反射防止膜14の表面領域における酸素および窒素の含有率は、以下のように制御されている。すなわち、窒素の含有率が3〜30atom%、かつ、窒素と酸素の含有率の合計が50〜65atom%とされている。窒素の含有率を3〜30atom%とし、かつ窒素と酸素の含有率の合計を50atom%以上とすることにより、反射防止膜14の表面の薬品耐性を向上させることができる。また、窒素と酸素の含有率の合計が65atom%を超えると、パターニング時にひさしが出てきて断面形状が悪くなるので、窒素と酸素の含有率を65%以下とし、パターニング時に生じ得る断面形状の悪化を抑制している。
The surface region of the
この反射防止膜14の露光光に対する光学濃度は、後述の遮光膜13と反射防止膜14との露光光に対する光学濃度の総和が所定の値以上となるように設計され、好ましくは2.5以上となるように膜設計される。また、反射防止膜14の厚みは、検査に用いる光の波長に応じて適切に設計がなされるが、通常は10〜50nmの膜厚とすることにより反射防止効果が得られる。なお、ArF露光用フォトマスクの作製に用いるフォトマスクブランクの場合には、反射防止膜14の厚みを10〜35nmとすることが好ましい。本実施例においては、反射防止膜14の厚みは、30nmである。
The optical density of the
反射防止膜14の露光波長での消衰係数kのプロファイルは、好ましくは、基板11側から表面側にかけて漸次減少するように設計される。このようなプロファイルは、反射防止膜14の材料であるクロム含有化合物中での遷移金属濃度を変化させることで実現できる。具体的には、遷移金属濃度を高めると消衰係数kは大きくなり、逆に、遷移金属濃度を低くすることで消衰係数kを小さくすることができる。つまり、基板11側から表面側にかけて膜中の遷移金属濃度が漸次低くなるように組成設計すればよい。
The profile of the extinction coefficient k at the exposure wavelength of the
また、クロム含有化合物中での軽元素(酸素、窒素、炭素)濃度を変化させることによっても上記の消衰係数kのプロファイルを実現できる。具体的には、軽元素濃度を高めると消衰係数kは小さくなり、逆に、軽元素濃度を低くすることで消衰係数kを大きくすることができる。つまり、基板11側から表面側にかけて膜中の軽元素濃度が漸次高くなるように組成設計すればよい。
The above-described extinction coefficient k profile can also be realized by changing the concentration of light elements (oxygen, nitrogen, carbon) in the chromium-containing compound. Specifically, when the light element concentration is increased, the extinction coefficient k decreases, and conversely, the extinction coefficient k can be increased by decreasing the light element concentration. In other words, the composition may be designed so that the light element concentration in the film gradually increases from the
このような消衰係数プロファイルとすると、反射防止膜14の遮光性が高まり、遮光膜13の膜厚設計の自由度を高めることができる。これにより、パターニング時の遮光膜13のサイドエッチ量が制御可能となることに加え、反射率の波長特性を改善することが可能となる。
With such an extinction coefficient profile, the light shielding property of the
また、遮光膜13がクロムを主成分とする膜である場合には、遮光膜13との界面領域における反射防止膜14中のクロムが不飽和状態となるように組成設計すると、遮光膜13との密着性を向上させることができる。さらに、反射防止膜14の表面側の組成を本発明の組成となるように設計すると、短波長域での反射率低減化を図ることが可能となって半導体基板上へのパターン転写特性が向上することに加え、薬品耐性も向上する。
Further, when the
遮光膜13はクロムまたは珪素を主成分とする膜であり、例えば、金属クロム、クロム酸化物、クロム窒化物、クロム酸窒化物、クロム酸化炭化物、クロム窒化炭化物、またはクロム酸窒化炭化物を主成分とする。例えば、遮光膜13の組成は、クロムが50〜100atom%、酸素が0〜30atom%、窒素が0〜40atom%、炭素が0〜20atom%、の範囲となるように設定される。
The
この遮光膜13の露光光に対する光学濃度は、上述したように、反射防止膜14との露光光に対する光学濃度の総和が所定の値以上となるように膜設計されるが、本実施例の遮光膜13の膜厚は70nmである。
As described above, the optical density of the
本実施例においては、基板11上に、遮光膜13および反射防止膜14が積層された例について説明しているが、これらを一体的に「遮光性膜」12と呼んでもよい。例えば、基板11上にクロム含有化合物を積層する際に、連続的に酸素や窒素の含有量を高めて基板11に近い側に主として遮光性機能を持たせ、基板11から離れた側に主として反射防止機能を持たせた遮光性膜を生成してもよい。
In the present embodiment, an example in which the
また、本発明のフォトマスクブランクを構成する遮光膜13および反射防止膜14は、それぞれを単一の層で構成することは勿論のこと、これらの膜の双方もしくは一方を複数の層を積層させた多層膜とするようにしてもよい。
In addition, the
さらに、多層構造とする代わりに、膜組成を傾斜的に変化させる(傾斜構造とする)こととしてもよい。このような傾斜構造を反射防止膜14に採用すると、検査に用いる光に対して好ましい反射率が得られる波長領域を広げることができる。加えて、遮光膜13の基板11側の10nm程度の領域の軽元素含有率を高めてクロム含有率を低くすることで、パターニング時に施されるエッチングの面内ばらつきを抑制することができる。
Furthermore, instead of the multilayer structure, the film composition may be changed in an inclined manner (an inclined structure). When such an inclined structure is employed in the
また、図1(b)に図示したように、基板11の主面上に遮光膜13を直接設けるのではなく、基板11と遮光膜13との間に別の光学膜15を設けるようにしてもよい。このような光学膜15としては、例えば、エッチングストッパ膜や半透明膜あるいは位相シフト膜などがあり得る。このような光学膜15を設ける構造とする場合には、この光学膜15と遮光膜13と反射防止膜14の露光光に対する光学濃度の総和が2.5以上となるように膜設計がなされる。なお、複数の光学膜を設けるようにすることも可能であることはいうまでもない。
Further, as shown in FIG. 1B, the
この光学膜15をハーフトーンの位相シフト層(ハーフトーン位相シフト層)とする場合があり得る。光学膜15の成膜材料としては、例えば、珪素の酸化物、窒化物、または酸化窒化物、もしくは珪素と遷移金属の酸化物、窒化物、または酸化窒化物などが好適に選択される。
The
遮光膜13および反射防止膜14は、クロム(もしくはクロム化合物)をターゲットとした公知の反応性スパッタリングにより形成される。これらの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)電源を用いてもよく、マグネトロン方式あるいはその他の方式であってもよい。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される。例えば、CrOを成膜するときにはO2などの酸素を含むガスを用い、CrONを成膜するときにはN2、NO2、N2O、NOなどの窒素を含むガスとO2、N2O、NO、NO2などの酸素を含むガスを混合して用い、CrCONを成膜するときにはCO、CO2、CH4などの炭素を含むガスとN2、NO2、N2O、NOなどの窒素を含むガスとO2、N2O、NO、NO2、CO2などの酸素を含むガスを混合して用いる。
The
(フォトマスクブランクの製造プロセス)
本実施例では、実施例1で説明した構成の本発明のフォトマスクブランクを得るための製造プロセスを説明する。
(Photomask blank manufacturing process)
In this example, a manufacturing process for obtaining the photomask blank of the present invention having the configuration described in Example 1 will be described.
〔遮光膜〕
図2は、本発明のフォトマスクブランクが備える遮光膜13の成膜に用いたスパッタリング装置の構成を説明するための概略断面図で、この図において、11は152mm角の石英基板である透明基板、101はチャンバ、102はターゲット、103はスパッタガス導入口、104はガス排気口、105は基板回転台、106はそれぞれ、第1および第2のターゲットにバイアスを印加するための電源である。
[Light-shielding film]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a sputtering apparatus used for forming the
本実施例ではターゲット102としてクロムターゲットを用い、クロム含有化合物からなる遮光膜13を成膜している。スパッタリングガスとしては、アルゴンガスを10−20sccmの流量でチャンバ101内に導入するとともに、窒素ガスを0.5−1sccm、酸化炭素ガスを1−2sccmの流量で導入してチャンバ内ガス圧が約0.1Paになるように設定した。そして、成膜前の基板加熱温度を120℃とし、Crターゲットに放電電力を印加してスパッタにて、基板11を回転させながら膜厚70nmのCrCON膜を成膜し、これを遮光膜13とした。
In this embodiment, a chromium target is used as the
〔反射防止膜〕
図2に図示した構成のスパッタリング装置を用いて、遮光膜13上に反射防止膜14を成膜した。ここでは、遮光膜13を生成したときと同様に、スパッタリングガスとしてはアルゴンガスを10−20sccm、窒素ガスを1−5sccm、酸化窒素ガスを5−20sccmの流量でチャンバ101内に導入した。そして、スパッタリング工程中のガスの流量をコントロールして、酸素と窒素の膜中濃度が厚み方向で変化するように反射防止膜14を成膜した。その結果、反射防止膜14の表面領域では、窒素の含有率が3〜30atom%、かつ、窒素と酸素の含有率の合計が50〜65atom%となるように制御されている。この反射防止膜14の表面領域の酸素および窒素の濃度は、X線光電子分光分析装置(ESCA)で測定した値である。
[Antireflection film]
An
〔光学膜〕
光学膜15の成膜も、遮光膜13および反射防止膜14と同様に、図2に図示した構成のスパッタリング装置を用いて行う。この光学膜15をハーフトーン位相シフト層とする場合には、珪素の酸化物、窒化物、または酸化窒化物、もしくは珪素と遷移金属の酸化物、窒化物、または酸化窒化物で成膜することが好ましい。したがって、ハーフトーン位相シフト層をどの化合物で形成するかに応じてスパッタリング用のターゲットが適当に選択され、上記の反射防止膜14と概ね同様の条件下で成膜がなされる。
[Optical film]
The
なお、ハーフトーン位相シフト層を、互いに異なる組成の膜を積層させた複合膜とすることもできる。このようなハーフトーン位相シフト層は、上記で列挙した材料からなる単層膜あるいは多層膜の透過率が2〜40%、位相シフト量が約180°となるように膜組成が設計される。具体的な成膜例は以下のとおりである。 Note that the halftone phase shift layer may be a composite film in which films having different compositions are laminated. The film composition of such a halftone phase shift layer is designed so that the transmittance of a single layer film or multilayer film made of the materials listed above is 2 to 40% and the phase shift amount is about 180 °. Specific film formation examples are as follows.
先ず、ターゲット102としてSi単結晶とMoZrSi4焼結体の2つのターゲットを使用し、MoZrSi4ターゲットに560W、Siターゲットに1000Wの放電電力を同時に印加して、基板11を30rpmで回転させながらスパッタ成膜を行い、基板11上に10nmの厚みの光学調整層を成膜した。スパッタガスは、流量8sccmのAr、流量20sccmのN2、および流量5sccmのO2の混合ガスとした。また、スパッタ時のチャンバ内ガス圧力は0.15Paに設定した。
First, two targets of a Si single crystal and a MoZrSi 4 sintered body are used as the
次に、放電電力をMoZrSi4ターゲットが430W、Siターゲットが1000Wとなるように変更し、スパッタガスを15sccmのAr、100sccmのN2、および1sccmのO2の混合ガスに変更し、基板11を30rpmで回転させながら、ガス圧力0.25Paにて厚み40nmの低応力層を成膜した。
Next, the discharge power is changed so that the MoZrSi 4 target is 430 W and the Si target is 1000 W, the sputtering gas is changed to a mixed gas of 15 sccm of Ar, 100 sccm of N 2 , and 1 sccm of O 2 , and the
更に、放電電力をMoZrSi4ターゲットが100W、Siターゲットが1000Wとなるように変更し、スパッタガスを5sccmのAr、50sccmのN2、および5sccmのO2の混合ガスに変更し、基板11を30rpmで回転させながら、ガス圧力0.1Paにて20nmに示される厚みの表面層を成膜した。このように、ハーフトーン位相シフト層を、光学調整層と低応力層と表面層の3層からなる積層構造として構成した。
Further, the discharge power was changed so that the MoZrSi 4 target was 100 W and the Si target was 1000 W, the sputtering gas was changed to a mixed gas of 5 sccm of Ar, 50 sccm of N 2 , and 5 sccm of O 2 , and the
〔化学的安定性(薬品耐性)〕
上述した条件で成膜した反射防止膜14を備えたフォトマスクブランクを用いて、化学的安定性(薬品耐性)の確認を行った。具体的には、95℃の硫酸過水(硫酸:31%過酸化水素水=10:1(容量比))に30分間浸漬した後、リンスし、続いて、アンモニア過水(アンモニア水:31%過酸化水素水:水=1:1:100(容量比))に室温で5分間浸漬した後、リンスし、乾燥させた。以上の化学洗浄を行った後の反射率の変化量を島津製作所製の分光光度計により測定した。
[Chemical stability (chemical resistance)]
The chemical stability (chemical resistance) was confirmed using a photomask blank provided with the
図3は、反射防止膜14の表面の窒素の含有量と化学的洗浄を施した前後での反射率の差(反射率変化量)ΔReとの関係を示すグラフである。横軸は窒素の含有量を示し、縦軸は反射率変化量ΔReを示す。グラフ中には、248nm、365nm、436nm、488nmのそれぞれの波長における反射率変化量ΔReがプロットされている。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the nitrogen content on the surface of the
図3に示すように、反射防止膜14の表面領域の窒素の含有量が3%を下回ると、365nm、436nm、488nmの波長における反射率変化量ΔReが3.5%程度になる。これに対し、窒素の含有量が3%の場合には、いずれの波長に対しても反射率変化量ΔReは1%未満の範囲に抑えられている。また、反射防止膜14の表面領域の窒素の含有率が37%程度においては、365nm、436nm、488nmの波長における反射率変化量ΔReが2.5%以上になる。これに対し、窒素の含有量が30%弱の場合には、いずれの波長に対しても反射率変化量ΔReは1.5%未満の範囲に抑えられている。このように、反射防止膜14の表面領域の窒素の含有率を3〜30atom%とすることにより、化学的洗浄の前後における反射率変化量ΔReを低減できる。
As shown in FIG. 3, when the nitrogen content in the surface region of the
図4は、反射防止膜14の表面の窒素と酸素の含有量の合計と反射率変化量ΔReとの関係を示すグラフである。横軸は窒素と酸素の含有量の合計を示し、縦軸は反射率変化量ΔReを示す。グラフ中には、248nm、365nm、436nm、488nmのそれぞれの波長における反射率変化量ΔReがプロットされている。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the total content of nitrogen and oxygen on the surface of the
図4に示すように、反射防止膜14の表面の窒素と酸素の含有量の合計が46%の場合には、365nm、436nm、488nmの波長における反射率変化量ΔReが2.7%程度となり、窒素と酸素の含有率の合計が34%の場合には、365nm、436nm、488nmの波長における反射率変化量ΔReが3.5%程度となる。これに対し、窒素と酸素の含有量の合計が53%、62%の場合には、いずれの波長に対しても反射率変化量ΔReは1.5%未満の範囲に抑えられている。このように、反射防止膜14の表面の窒素と酸素の含有率の合計を50atom%以上とすることにより、化学洗浄による反射率変化量ΔReを低減できる。ただし、窒素と酸素の含有率の合計が65atom%を超えると、パターニング時に断面形状が悪化するという問題が生じるため、酸素と窒素の含有率の合計を65atom%以下としている。
As shown in FIG. 4, when the total content of nitrogen and oxygen on the surface of the
以上の結果より、反射防止膜14の表面における窒素の含有率が3〜30atom%、かつ、窒素と酸素の含有率の合計が50〜65atom%である場合に、化学的洗浄による反射率変化量ΔReを低減することができることがわかる。また、この組成比であれば、パターニング時に生じ得る断面形状の劣化が抑制されると共に、反射防止膜としての機能を保持させることができる。
From the above results, when the nitrogen content on the surface of the
(バイナリーフォトマスクの製造プロセス)
本実施例では、本発明のフォトマスクブランクを使用してフォトマスクを得るための製造プロセスを説明する。ここでは、フォトマスクがバイナリーマスクであるものとして説明する。
(Binary photomask manufacturing process)
In this example, a manufacturing process for obtaining a photomask using the photomask blank of the present invention will be described. Here, description will be made assuming that the photomask is a binary mask.
図5は、バイナリーフォトマスクの製造プロセスを説明するための図で、先ず、基板11に設けた反射防止膜14の上にフォトレジスト膜16を塗布して(図5(a))、このフォトレジスト16に回路パターン描画用のレジストパターン17を形成する(図5(b))。なお、フォトレジスト膜16を塗布する前に基板の表面エネルギを下げるための表面処理を施しておいてもよい。これは、その後のプロセスにおいて、微細なパターンが形成されたレジストマスクが剥がれたり倒れたりすることを防止するための処理である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the manufacturing process of the binary photomask. First, a
用いるフォトレジストは、フォトマスクパターンの作製に使用する描画装置に応じて適切なものが選択されるが、より微細なパターンが形成されるフォトマスクの作製には、化学増幅型レジストを用いることが好ましい。 As the photoresist to be used, an appropriate one is selected according to a drawing apparatus used for producing a photomask pattern. However, a chemically amplified resist is used for producing a photomask on which a finer pattern is formed. preferable.
フォトレジスト膜16は、パターン形状が良好に得られ、且つエッチングマスクとしての機能を果たし得る範囲の膜厚とされる。特に、微細なパターン形成が求められるArF露光用フォトマスクを作製する場合のフォトレジスト膜16はアスペクト比が大きくならないように比較的薄膜であることが必要であり、350nm以下であることが好ましく、より好ましくは250nm以下とされる。
The
一方、フォトレジスト膜16の膜厚下限は用いるレジスト材料のエッチング耐性などの条件を総合的に考慮して決定されるが、一般的なレジスト材料を用いた場合には75nm以上であることが好ましく、より好ましくは100nm以上とされる。なお、シリコーン系樹脂を使用したレジストと芳香族系樹脂を使用した下層膜の組み合わせによる「多層レジスト法」や、芳香族系化学増幅型レジストとシリコーン系表面処理剤を組み合わせた「表面イメージング法」を採用する場合には、フォトレジスト膜16の層厚を上記値よりも薄くすることが可能となる。なお、当然のことであるが、フォトレジストの塗布条件や乾燥方法は、用いるレジストに応じて適当なものが選択される。
On the other hand, the lower limit of the film thickness of the
フォトレジスト膜16への描画は光照射による方法で行うことも可能であるが、一般には、微細パターンを形成するために好ましい方法であるEB照射による方法が採用される。例えば、レジストとして化学増幅型のものを使用してこれをEB照射により描画する場合には、通常3〜30μC/cm2のエネルギ密度範囲の電子ビームで描画を行い、この描画の後に加熱処理および現像処理してレジストパターン17が得られる。こうして得られたレジストパターン17をマスクとして、反射防止膜14のパターニングを行う(図5(c))。
Drawing on the
次に、パターニングされたフォトレジスト17と反射防止膜14とをエッチングマスクとして、遮光膜13を酸素含有塩素系((Cl+O)系)ドライエッチングしてパターニングする(図5(d))。ここで、酸素含有塩素系ドライエッチングの条件に特別な制限はなく、従来よりクロム化合物膜をドライエッチングする際に用いられてきた公知のものとしてよい。例えば、塩素ガスと酸素ガスの混合比(Cl2ガス:O2ガス)を体積流量比で1:2〜20:1とし、必要に応じてヘリウムなどの不活性ガスを混合する。
Next, using the patterned
このようにして遮光膜13のパターニングが完了し、反射防止膜14上に残存しているレジストパターン17が剥離され(図5(e))、硫酸と過酸化水素水の混合液やアンモニア水と過酸化水素水の混合液などの洗浄液で最終洗浄してバイナリーフォトマスクが完成する。
In this way, the patterning of the
(位相シフトマスクの製造プロセス)
本実施例では、本発明のフォトマスクブランクを使用して位相シフトマスクを得るための製造プロセスを説明する。
(Phase shift mask manufacturing process)
In this embodiment, a manufacturing process for obtaining a phase shift mask using the photomask blank of the present invention will be described.
図6は、位相シフトマスクの製造プロセスを説明するための図で、先ず、基板11に位相シフト層15および遮光膜13を介して設けられた反射防止膜14の上に第1のフォトレジスト膜18を塗布して(図6(a))、このフォトレジスト膜18に回路パターン描画用の第1のレジストパターン19を形成する(図6(b))。また、ここで用いられるフォトレジストの好ましい選択や膜厚も上述したとおりである。こうして得られた第1のレジストパターン19をマスクとして、反射防止膜14のパターニングを行い(図6(c))、続けて遮光膜のパターニングを行う(図6(d))。
FIG. 6 is a diagram for explaining a manufacturing process of the phase shift mask. First, a first photoresist film is formed on the
そして、フッ素系ドライエッチングにより位相シフト層15のパターニングが施され、クロム系材料からなる遮光膜13を実効的なエッチングマスクとして位相シフト層15にパターンが転写される(図6(f))。この状態で第1のレジストパターン19を剥離し(図6(f))、新たに第2のフォトレジスト膜を塗布してパターニングを施して第2のレジストパターン20を形成する(図6(g))。遮光膜13として不要となった遮光膜13はクロム系材料の一般的なエッチング条件のもとで除去され(図6(h))、最後に、反射防止膜14上に残存している第2のレジストパターン20が剥離され(図6(i))、硫酸と過酸化水素水の混合液やアンモニア水と過酸化水素水の混合液などの洗浄液で最終洗浄して位相シフトマスクが完成する。
Then, the
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。これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内にあり、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。 As mentioned above, although the photomask blank of this invention and the photomask produced using this were demonstrated by the Example, the said Example is only an example for implementing this invention, This invention is limited to these. It is not a thing. It is obvious from the above description that various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention, and that various other embodiments are possible within the scope of the present invention.
また、実施例では、反射防止膜14の表面の窒素および酸素の含有率を制御する例について説明したが、本発明の膜組成選択を、反射防止膜14のみならず、導電層、遮光膜または補助膜などに適用することも可能である。これらの層が、洗浄薬剤が塗布される最も表層に位置する場合には、これらの層の酸素および窒素の含有率を制御することにより、薬品耐性を高めたフォトマスクブランクを提供できる。
Further, in the examples, the example of controlling the nitrogen and oxygen content on the surface of the
本発明は、化学的洗浄によるクロム系の反射防止膜の光学的特性の変化を抑制可能な耐薬品性に優れたフォトマスクブランクを提供し、微細なフォトマスクパターンが高精度で形成されたフォトマスクを提供する。 The present invention provides a photomask blank excellent in chemical resistance capable of suppressing changes in the optical characteristics of a chromium-based antireflection film due to chemical cleaning, and a photo in which a fine photomask pattern is formed with high accuracy. Provide a mask.
11 基板
12 遮光性膜
13 遮光膜
14 反射防止膜
15 光学膜(位相シフト膜)
16 フォトレジスト膜
17 レジストパターン
18 第1のフォトレジスト膜
19 第1のレジストパターン
20 第2のレジストパターン
101 チャンバ
102 ターゲット
103 スパッタガス導入口
104 ガス排気口
105 基板回転台
106 バイアス印加用電源
11
16
Claims (11)
前記反射防止膜は、クロム酸化窒化物(CrON)を主成分とし、
該反射防止膜の表面領域の組成は、窒素(N)の含有率が3〜30atom%、かつ、窒素(N)と酸素(O)の含有率の和が50〜65atom%であり、
該反射防止膜中の軽元素(酸素、窒素、炭素)濃度は、前記透明基板側から表面側にかけて漸次増大するように設計されており、当該反射防止膜は前記透明基板側から表面側にかけて漸次減少する消衰係数kのプロファイルを有することを特徴とするフォトマスクブランク。 A photomask blank in which a light shielding film and an antireflection film are sequentially laminated on a transparent substrate,
The antireflection film is a chromium oxide nitride (CrON) as a main component,
The composition of the surface region of the antireflective coating, 3~30Atom% the content of nitrogen (N), and the sum of the content of nitrogen (N) and oxygen (O) is Ri 50~65Atom% der,
The light element (oxygen, nitrogen, carbon) concentration in the antireflection film is designed to gradually increase from the transparent substrate side to the surface side, and the antireflection film gradually increases from the transparent substrate side to the surface side. A photomask blank having a decreasing extinction coefficient k profile .
The photomask manufactured using the photomask blank of any one of Claims 1 thru | or 10 .
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