JP4587806B2 - ハーフトーン型位相シフトマスクブランク及びハーフトーン型位相シフトマスク - Google Patents
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Description
近年、この位相シフトマスクの一つとして、ハーフトーン型位相シフトマスクと称される位相シフトマスクが開発されている。このハーフトーン型の位相シフトマスクは、透明基板上に形成するマスクパターンを、実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる部分(以下、光透過部と称する。)と、実質的に露光に寄与しない強度の光を透過させる部分(以下、光半透過部と称する。)とで構成し、かつ、この光半透過部を通過する光の位相をシフトさせて、光半透過部を透過した光の位相が上記光透過部を透過した光の位相に対して実質的に反転する関係となるようにすることにより、光透過部と光半透過部との境界部近傍を透過した光が互いに打ち消しあうようにして境界部のコントラストを良好に保持できるようにしたものである。
下記特許文献1には、簡単な膜構成により電子線描画時の電荷蓄積や静電気による帯電を防止できるように、遷移金属と珪素と窒素とを構成要素とする光半透過膜が透明基板上に形成されたハーフトーン型位相シフトマスクブランクが記載されており、具体的には、光半透過膜のシート抵抗を5×107Ω/□以下とすることが記載されている。また、下記特許文献2には、窒素、金属及びシリコンを主たる構成要素とし、シート抵抗を1kΩ/□〜1.5MΩ/□としたハーフトーン型位相シフトマスクブランクが記載されている。
マスク製造工程やマスク使用時において、硫酸等の酸溶液や、アンモニア等のアルカリ溶液を使用した薬液処理(洗浄を含む)がなされるが、その酸溶液やアルカリ溶液により光半透過膜の膜厚変化が発生する。露光波長が短くなると薬液処理に対する同じ膜厚変化量であっても位相角のずれが大きくなるため、より薬液(酸やアルカリ)に対する耐久性を向上させる必要がある。
また、露光に用いるレーザー光の波長が短波長化になることにより、レーザー光のエネルギーが大きくなるため、露光による光半透過膜へのダメージが大きくなり、位相シフトマスクに要求される使用寿命期間内に、設定した透過率及び位相差にずれが生じてしまうことが発生する。
以上のような問題点を解決するために、以下の特許文献3で開示されているように、光半透過膜を緻密な膜にしたハーフトーン型位相シフトマスクブランクが提案されている。
これは、パターンの微細化に伴って、レジスト描画における電子線の加速電圧が50keV以上と大きくなった場合に特にこの問題が顕著になる。
(構成1)透明基板上に、金属と珪素とを含み位相シフト機能を有する位相シフト膜と、遮光膜とがこの順に形成されたハーフトーン型位相シフトマスクブランクであって、前記位相シフト膜は、該位相シフト膜に含まれる金属と珪素との原子%の比率が、金属:珪素=1:2より大きい膜で構成され、かつ、自乗平均平方根粗さ(RMS)で2nm以下となる緻密な膜であって、前記透明基板主表面上の周縁部に前記位相シフト膜の存在しない露出部が形成され、前記遮光膜は、遮光膜上に形成されるレジスト膜を電子線描画しパターニングする際にチャージアップしない程度に導電性を有する材料とし、少なくとも前記露出部及び前記位相シフト膜を覆うように形成されていることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランクである。
(構成2)前記位相シフト膜の表面抵抗率は、2.5×108Ω以上であることを特徴とする構成1記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクである。
位相シフト膜の表面抵抗率が2.5×108Ω以上である場合シート抵抗も高くなるために、本発明は特に有効である。
構成3のように、位相シフト膜の表面抵抗率が2.5×108Ω以上である場合、耐薬品性、耐光性が向上する反面、シート抵抗が非常に高くなるため、位相シフト膜を基板主表面上の周縁部に位相シフト膜の存在しない露出部を形成し、位相シフト膜上に形成する遮光膜を、レジスト膜を電子線描画しパターニングする際にチャージアップしない程度に導電性を有する材料とし、かつ、位相シフト膜を覆うように形成する。そうすることで、電子線描画機の電極端子が位相シフト膜に直接接触せずに、導電性の良い遮光膜に接触することになるので、チャージアップせず、正確なパターニングが可能となる。また、位相シフト膜を覆うように形成された遮光膜上にレジスト膜を形成するため、レジスト膜の密着性が向上し、パターンが微細化してもレジスト膜の現像時にレジストパターンが剥がれるという問題が起こらない。
レジスト膜は、電子線描画する際に使用する電子線描画機の電極端子が遮光膜の周縁部で接触できるように、周縁部にレジスト膜の存在しない露出部を設けることにより、電極端子が確実に遮光膜に接触させることができ、接触不良を防止することができる。
位相シフト膜が、金属、珪素、窒素及び/又は酸素を主たる構成要素とする材料はシート抵抗が高いので本発明は特に有効である。
遮光膜の材料が、クロム、窒素、及び炭素を含むクロム炭化窒化物を含むことにより、レジスト膜の電子線描画の際の電子線加速電圧が50keV以上であってもチャージアップせず導電性が良好となるとともに、位相シフト膜との膜付着力が良好になるので特に好ましい。
構成1乃至6の何れか一に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクの遮光膜及び位相シフト膜をパターニングして、微細な位相シフトパターンが正確に形成された位相シフトマスクが得られる。
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクブランクは、透明基板上に、金属と珪素とを含み位相シフト機能を有する位相シフト膜と、遮光膜とがこの順に形成されたハーフトーン型位相シフトマスクブランクであって、この位相シフト膜は、位相シフト膜に含まれる金属と珪素との原子%の比率が、金属:珪素=1:2より大きい膜で構成され、かつ、自乗平均平方根粗さ(RMS)で2nm以下となる緻密な膜であって、透明基板主表面上の周縁部に位相シフト膜の存在しない露出部が形成され、上記遮光膜は、遮光膜上のレジスト膜を電子線描画しパターニングする際にチャージアップしない程度に導電性を有する材料とし、少なくとも上記露出部及び位相シフト膜を覆うように形成されている。
本発明では、位相シフト膜が、金属、珪素、窒素を主たる構成要素とする場合の窒素の含有率は30〜70原子%とすることが好ましい。窒素の含有率は主に透過率や位相差の光学特性、及びエッチング特性に影響を与える。窒素の含有率が30原子%未満であると、露光波長が200nm以下の短波長域において、所望の光学特性(透過率)が得られなくなり、70原子%を超えると、エッチングレートが極端に速くなるためCDコントロールが難しくなる。また、位相シフト膜が、金属、珪素、酸素を主たる構成要素とする場合の酸素の含有率は30〜60原子%とすることが好ましい。酸素の含有率は主に透過率や位相差の光学特性、及び耐薬品性に影響を与える。酸素の含有率が30原子%未満であると、露光波長が200nm以下の短波長域において、所望の光学特性(透過率)が得られなくなり、60原子%を超えると耐薬品性が低下する。また、位相シフト膜が金属と珪素に加えて、窒素と酸素の両方を含む場合の窒素と酸素の含有率は、両方合わせて30〜60原子%とすることが好ましく、この場合の窒素と酸素との比率は1:0.1〜1:0.5であることが好適である。
また、本発明における位相シフト膜は、自乗平均平方根粗さ(RMS)で2nm以下となる緻密な膜である。位相シフト膜に含まれる金属と珪素との原子%の比率が、金属:珪素=1:2より大きい材料で構成され、かつ自乗平均平方根粗さ(RMS)で2nm以下となる緻密な膜である場合、シート抵抗が非常に高くなるため、レジスト膜を電子線描画してパターニングする際にチャージアップせずに正確なパターン描画ができる本発明は特に有効である。位相シフト膜表面の自乗平均平方根粗さ(RMS)の値は、位相シフト膜の緻密度を間接的に示す指標であり、位相シフト膜表面の自乗平均平方根粗さ(RMS)の値が小さくなるに従って、位相シフト膜のシート抵抗の値は大きくなる。
また、位相シフト膜の表面抵抗率が2.5×108Ω以上である場合、シート抵抗は極めて高くなるために、本発明は特に有効である。なおここで、表面抵抗率は、日本工業規格JIS K6911で定められた測定方法に基づき測定される値である。
d=(φ/360)×[λ/(n−1)] (1)
(1)式における位相シフト量φは、180度であることが解像度向上の観点から最も望ましいが、実用的には160度〜200度程度であってもよい。
位相シフト膜の露光光に対する光透過率(遮光性能)は、半導体素子等のパターン形成の際に用いるレジストの感度にもよるが、一般的には2〜20%程度が好ましい。この範囲内においては、光透過率は、透過率が高い方が位相効果が高いので、高い方が好ましい。但し、ライン・アンド・スペースパターンの場合は光透過率が低い方が好ましく、またホール系のパターンの場合は光透過率が高い方が好ましい。位相シフト膜の光透過率は、位相シフト膜の膜組成を調整することで制御することが出来る。
なお、遮光膜は、単一層に限らず、異なる材料の積層膜としてもよい。
先ず、ハーフトーン型位相シフトマスクブランク(前述の図1(b)に示すマスクブランク10B)のレジスト膜4に対して電子線描画機を用いて所定のパターン描画を行い、現像処理してレジストパターン4aを形成する(図2(a)参照)。
次に、残存する上記レジストパターン4aを除去してから、再度全面にレジスト膜を形成し、上述と同様にして描画、現像処理、エッチングして、位相シフト膜パターン2a上に所望の遮光膜パターン3bを形成することにより、ハーフトーン型位相シフトマスク20Aを得る(図2(d)参照)。
なお、以上においては、位相シフト膜が単一層で位相シフト機能と遮光機能を兼ね備える場合を主に説明したが、位相シフト膜は専ら位相シフト機能を受け持ち、遮光機能は遮光膜が受け持つようにしてもよい。位相シフト膜は露光光に対する光透過率が比較的高い材質を選択することが出来る。この場合は、位相シフトパターン上には遮光膜パターンを形成しておく。
(実施例1)
図5に示すようなDCマグネトロンスパッタリング装置30を用い、ArFエキシマレーザー露光用ハーフトーン型位相シフトマスクブランクを作製した。なお、図5に示すDCマグネトロンスパッタリング装置30において、31は真空チャンバー、32はマグネトロンカソード、33は基板ホルダー、34はパッキングプレート、35はスパッタリングターゲット、36は排気口、37はガス導入口、38はDC電源、39は圧力計である。
具体的には、モリブデン(Mo)と珪素(Si)との混合ターゲット(Mo:Si=9mol%:91mol%)を用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)との混合ガス雰囲気(Ar:N2=10%:90%、圧力0.1Pa)で、反応性スパッタリングにより、基板主表面の周縁部(基板端面から3mm)を除いた合成石英ガラス基板上に、窒化されたモリブデン及び珪素(MoSiN)の位相シフト膜(膜厚:69nm)を形成した。この窒化されたモリブデン及び珪素の組成比は、原子%でそれぞれ、Mo:4.3原子%、Si:35.7原子%、N:60.0原子%であった。この組成比は、ラザフォード後方散乱分析法(RBS)にて測定した。
次に、得られたハーフトーン型位相シフトマスクブランクを電子線描画機にセットし、電子線描画機の電極端子を露出した遮光膜と接触させてレジスト膜に対して所定のパターン描画(電子線加速度:50keV)を行い、現像処理してレジストパターンを形成した。
次に、残存している上記レジストパターンを除去した後、露出している位相シフト膜及び遮光膜を含む表面全面に再度レジスト膜を形成し、上述と同様にして描画、現像処理、エッチングして位相シフト膜パターン上に所望の遮光膜パターンを形成して本実施例のハーフトーン型位相シフトマスクを得た。
合成石英ガラス基板上に形成された位相シフト膜パターン、遮光膜パターンの寸法検査をしたところ、設計値どおりのパターンが形成されていることが確認された。
次に、実施例1における位相シフト膜成膜時の混合ガス雰囲気の圧力を0.4〜0.8Paと変化させて、位相シフト膜の緻密さを変化させた以外は実施例1と同様にして2種類のハーフトーン型位相シフトマスクブランクを作製した。得られた位相シフト膜の表面粗さ(自乗平均平方根粗さRMS)は、実施例2では1.3nm、実施例3では2nmであった。また、実施例1と同様にして位相シフト膜の表面抵抗率を測定したところ、実施例2では、5.1×109Ω、実施例3では、2.5×108Ωであった。
また、得られたハーフトーン型位相シフトマスクブランクを用いて実施例1と同様にしてハーフトーン型位相シフトマスクを作製した。上述と同様に、得られたハーフトーン型位相シフトマスクの位相シフト膜パターン、遮光膜パターンの寸法検査を行ったところ、設計値どおりのパターンが形成されており寸法精度は良好であることが確認された。
以上の実施例で示すように、位相シフト膜の表面抵抗率が高い場合であっても、形成されたパターンの寸法精度の非常に良好な結果となった。
次に、上述の実施例3において、遮光膜を形成しなかったこと以外は実施例3と同様にしてハーフトーン型位相シフトマスクブランク、ハーフトーン型位相シフトマスクを作製した。
その結果、位相シフト膜の表面抵抗率が2.5×108Ω以上であることにより、レジスト膜に対して電子線描画する際、チャージアップし、位相シフト膜パターンの寸法精度が大きく悪化する結果となった。
2 位相シフト膜
3 遮光膜
4 レジスト膜
10A、10B ハーフトーン型位相シフトマスクブランク
20A、20B、20C ハーフトーン型位相シフトマスク
Claims (9)
- 透明基板上に、金属と珪素とを含み位相シフト機能を有する位相シフト膜と、遮光膜とがこの順に形成されたハーフトーン型位相シフトマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、該位相シフト膜に含まれる金属と珪素との原子%の比率が、金属:珪素=1:2より大きい膜で構成され、かつ、自乗平均平方根粗さ(RMS)で2nm以下となる緻密な膜であって、
前記遮光膜上に形成されるレジスト膜を電子線描画する際に使用する電子線描画機の電極端子が前記位相シフト膜には接触せず、前記遮光膜の周縁部に接触するように、前記透明基板主表面上の周縁部に前記位相シフト膜の存在しない露出部が形成され、
前記遮光膜は、遮光膜上に形成されるレジスト膜を電子線描画しパターニングする際にチャージアップしない程度に導電性を有する材料とし、少なくとも前記露出部及び前記位相シフト膜を覆うように形成されていることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランク。 - 前記位相シフト膜の表面抵抗率は、2.5×108Ω以上であることを特徴とする請求項1記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 透明基板上に、金属と珪素とを含み位相シフト機能を有する位相シフト膜と、遮光膜とがこの順に形成されたハーフトーン型位相シフトマスクブランクであって、
前記位相シフト膜の表面抵抗率は、2.5×108Ω以上であって、
前記遮光膜上に形成されるレジスト膜を電子線描画する際に使用する電子線描画機の電極端子が前記位相シフト膜には接触せず、前記遮光膜の周縁部に接触するように、前記透明基板主表面上の周縁部に前記位相シフト膜の存在しない露出部が形成され、
前記遮光膜は、遮光膜上に形成されるレジスト膜を電子線描画しパターニングする際にチャージアップしない程度に導電性を有する材料とし、少なくとも前記露出部及び前記位相シフト膜を覆うように形成されていることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランク。 - 前記遮光膜上に形成されたレジスト膜は、電子線描画する際に使用する電子線描画機の電極端子が前記遮光膜の周縁部で接触できるように、周縁部にレジスト膜の存在しない露出部が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記位相シフト膜は、露光波長に対し所定の透過率を有し、金属、珪素、窒素及び/又は酸素を主たる構成要素とする膜であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記遮光膜は、クロム、窒素、及び炭素を含むクロム炭化窒化物を含むことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記位相シフト膜に含まれる金属と珪素との原子%の比率が、金属:珪素=1:4〜1:19の範囲であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか一に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記位相シフト膜の位相シフト量が160度〜200度、露光光に対する光透過率が2%〜20%であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 請求項1乃至8の何れか一に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクの前記遮光膜及び前記位相シフト膜をパターニングして位相シフトパターンが形成されてなることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。
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