JP2004525423A - 多層減衰位相シフトフォトマスクブランクを製造するためのイオンビーム蒸着法 - Google Patents
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Abstract
光透過性層の少なくとも1つおよび/または光吸収性元素または化合物材料の少なくとも1つの層を周期的または非周期的な配列で含む、<400ナノメートルの選択されたリソグラフィ波長で180°の位相シフトを生じると共に少なくとも0.001の光の透過率を有することができる減衰位相シフトフォトマスクブランクを製造するための単一イオンビーム蒸着法、または複合イオンビーム蒸着法。
Description
【技術分野】
【0001】
この発明は、イオンビーム蒸着技術を用いて、減衰(埋め込み)タイプとして本技術分野に周知の、フォトリソグラフィにおける位相シフトフォトマスクブランクの製造に関する。より具体的には、この発明は、入射光に対して180°で透過された光の位相を減衰および変化させる、短い波長(すなわち、<400ナノメートル)で用いられる減衰位相シフトフォトマスクブランクに関する。更に、この発明は、ブランクの上に元素材料の単純なまたは錯化合物の多層被覆を有するフォトマスクブランクに関する。
【背景技術】
【0002】
ミクロリソグラフィは、通常、フォトマスク通して、顕微鏡的回路パターンまたは画像をシリコンウエハ上に転写する方法である。コンピュータのマイクロプロセッサおよび記憶装置の集積回路の製造において、電子回路の画像は、感光性層またはレジスト上にマスクまたはステンシルを通して、通常、電磁波供給源によって映写され、シリコンウエハに適用される。一般に、マスクは、透明な石英基板上にこれらの回路の形体(features)でパターン化された「クロム」の層である。しばしば「バイナリ」マスクと称される、「クロム」マスクは、「クロム」が除去されたパターンを通して画像形成放射線を透過する。放射線は、「クロム」層が存在している領域で阻止される。
【0003】
電子機器業界は、100nmより小さい臨界寸法まで高密度集積回路を製造するために光学リソグラフィの拡張を模索している。しかしながら、形体のサイズが小さくなるとき、光の特定の波長でウエハ上に形体の最小サイズを画像形成するための解像度が光の回折によって制限される。このため、短い波長の光、すなわち、<400nmが、より微細な形体を画像形成するために必要とされる。光学リソグラフィの次世代に目標を定めた波長には、248nm(KrFレーザー波長)、193nm(ArFレーザー波長)、および157nm(F2レーザー波長)以下、が挙げられる。しかしながら、入射光の波長が小さくなるとき、「焦点深度」(DoF)またはプロセスの許容度もまた、次の式:
DoF=k2(λ/NA2)
によって減少し、
式中、k2が、所与のリソグラフィのプロセスの定数であり、λが画像形成光の波長であり、NA=sinθが、映写レンズの開口数である。より大きいDoFは、ウエハ平面度およびフォトレジスト厚さの均一性の逸脱に対するプロセス許容度がより大きいことを意味する。
【0004】
解像度およびDoFは、破壊的な光学干渉によって、小さい回路の形体のパターン化の対比を増強する、位相シフトフォトマスクで所定の波長について改善されてもよい。このため、集積回路の形体の最小サイズが縮小し続けるとき、「位相シフトマスク」が、「バイナリ」マスクによる従来のフォトリソグラフィの適用を補い、且つ拡張するのにますます重要になる。例えば、減衰(埋め込み)位相シフトマスクにおいて、電磁放射線は、完全に阻止されるのではなく、同時に180°位相シフトされる間に、(減衰)非パターン化領域を通して洩れる。石英マスク上の「クロム」と比較して、位相シフトマスクは、微細な形体の印刷解像度および印刷方法の焦点深度を改善する。
【0005】
光を減衰させてその位相を変化させる位相シフトフォトマスクおよびフォトマスクブランクの概念は、(特許文献1)(「Pi−移相減衰器を有するリソグラフィマスク」(“Lithography Mask with a Pi−Phase Shifting Attenuator”))においてH・I・スミスによって明らかにされた。周知の減衰埋め込み位相シフトフォトマスクブランクの2つのカテゴリーには、(1)Cr、Cr−酸化物、Cr−炭化物、Cr−窒化物、Cr−フッ化物またはそれらの組合せを含有するCrベースのフォトマスクブランク、および(2)SiO2またはSi3N4をMoなどの不透明な金属でドープして酸化ケイ素モリブデン、窒化ケイ素モリブデン、またはオキシ窒化物を形成する、SiO2またはSi3N4ベースのフォトマスクブランク、がある。
【0006】
薄膜蒸着の物理的な方法が、フォトマスクブランクを製造するために好ましい。通常、真空室で行われるこれらの方法には、グロー放電スパッタ蒸着、シリンダーマグネトロンスパッタリング、平板型マグネトロンスパッタリング、およびイオンビーム蒸着法などがある。各方法の詳細な説明を、(非特許文献1)に見いだすことができる。薄膜マスクの製造方法は、ほとんど例外なく平板型マグネトロンスパッタリングである。
【0007】
平板型マグネトロンスパッタリング構成は2つの平行なプレート電極からなる。すなわち、一方の電極は、スパッタリングによって蒸着される材料を保持し、陰極と呼ばれるのに対し、第2の電極または陽極は、被覆される基板が配置される場所である。ガス(例えば、Ar)またはガスの混合物(例えば、Ar+O2)の存在下で負の陰極と正の陽極との間に印加された、RFまたはDCのどちらかの電位が、そこからイオンが移動して陰極まで加速されるプラズマ放電(正のイオン化ガス種および負に帯電した電子)をつくり、そこにおいて、それらが基板上のターゲット材料をスパッタリングするかまたは蒸着する。陰極の近くに磁界が存在することにより(マグネトロンスパッタリング)、プラズマ密度、従ってスパッタ蒸着の速度を増す。
【0008】
スパッタリングターゲットがクロム(Cr)などの金属である場合、Arなどの不活性ガスでスパッタリングすることにより、基板上にCrの金属膜を製造する。放電がO2、N2、またはCO2などの反応性ガスを含有するとき、それらは、ターゲットと結合/または成長膜表面において結合し、薄膜酸化物、窒化物、炭化物、またはそれらの組合せを基板上に形成する。
【0009】
マスクが「バイナリ」である場合も位相シフト性である場合も、マスク膜を含む材料は通常化学的に複合しており、時々、化学的性質は膜厚によって格付けられる。単純な「クロム」マスクでさえも、膜の上面において酸化物リッチであり、膜の深部内により窒化物リッチである場合があるクロムオキシ−カルボ−ニトリド(CrOxCyNz)組成物である。上面の化学的性質が反射防止特性を与えるが、他方、化学的格付け(chemical grading)が、興味深い非等方湿潤腐蝕性質を提供する。
【0010】
イオンビーム蒸着法(IBD)において、プラズマ放電は一般に、別個のチャンバー内に収容され(イオン「ガン」または供給源)、ガンの「出口孔」の一連のグリッドに印加された電位によってイオンが抽出および加速される(グリッドがない他のイオン抽出方法もまた、可能である)。基板に荷電粒子を捕捉および移動させるプラズマが、ガンに閉じ込められ、成長膜に近接しないので、IBD方法は、平板型マグネトロンスパッタリングと比較したとき、成長膜の表面により清浄なプロセス(付加された粒子がより少ない)を提供する。更に、IBD方法は、従来のマグネトロンスパッタリングプロセスの少なくとも10倍低い全ガス圧力で操作する(IBDの代表的な圧力は、〜10−4トルである)。これは、化学物質の混入レベルの低減をもたらす。例えば、酸化物含有量の最小または全く無い窒化物膜を、イオンビームプロセスによって蒸着することができる。更に、IBD方法は、蒸着フラックスおよび反応性ガスイオンフラックス(電流)およびエネルギーを独立に制御する能力を有するが、それらは、平板型マグネトロンスパッタリングにおいて独立に制御可能でない。低エネルギーであるが、高フラックスの酸素または窒素イオンで成長膜を衝撃させる単独のイオンガンで酸化物または窒化物または他の化合物を成長させる能力は、IBD方法に固有であり、広いプロセス範囲にわたって膜の化学的性質および他の膜の性質の精密な制御を提供する。更に、複合イオンビーム蒸着法において、ターゲット、基板、およびイオンガンの間の角度を調節して膜の均一性および膜の応力を最適にすることができるのに対して、マグネトロンスパッタリングの幾何学的配置は本質的に、平行プレート電極システムに制約される。
【0011】
マグネトロンスパッタリングは、あらゆる種類の被覆を再現可能に蒸着させるために電子機器業界で広く用いられるが、成長膜上に入射するイオンの方向、エネルギー、およびフラックスを調節することができないため、プラズマをスパッタリングするプロセス制御は正確ではない。多層の複雑な化学的性質を有するマスクを製造する新規な別のアプローチである、本明細書中で提案されたイオンビーム蒸着法(IBD)において、これらの蒸着パラメータの独立の制御が可能である。
【0012】
【特許文献1】
米国特許第4,890,309号明細書
【非特許文献1】
ヴォッセン(Vossen)およびカーン(Kern)編、「薄膜プロセス」(“Thin Film Processes”)、アカデミックプレス ニューヨーク、1978年)
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0013】
この発明は、400ナノメートルより小さい選択されたリソグラフィ波長で180°の位相シフトを生じることができる減衰位相シフトフォトマスクブランクを作製するための単一イオンビーム蒸着法であって、前記方法は、ガス群からイオンによってターゲットをイオンビームスパッタリングすることによって、光透過材料の少なくとも1つの層および光吸収材料の少なくとも1つの層またはそれらの組合せを基板上に蒸着することから本質的になる。
【0014】
この発明はまた、400ナノメートルより小さい選択されたリソグラフィ波長で180°の位相シフトを生じることができる減衰位相シフトフォトマスクブランクを作製するための複合イオンビーム蒸着法に関し、前記方法は、
(a)ガス群からのイオンによって少なくとも1つの一次ターゲットをイオンビームスパッタリングすることによって、光透過材料の少なくとも1つの層および光吸収材料の少なくとも1つの層またはそれらの組合せを基板上に蒸着させる工程と、
(b)ガス群の補助供給源からの二次イオンビームを用いて光透過材料および光吸収材料の少なくとも1つの層、またはそれらの組合せを前記基板上に蒸着させる工程であって、前記層が直接、または前記補助供給源からのガスイオンと前記基板上に前記一次ターゲットから蒸着された前記材料との結合のいずれかによって形成される工程と、を含む。
【0015】
更に、本発明は、400ナノメートルより小さい選択されたリソグラフィ波長で180°の位相シフトを生じることができる減衰位相シフトフォトマスクブランクを作製するための複合イオンビーム蒸着法に関し、前記方法が、
(a)ガス群からのイオンによってターゲットをイオンビームスパッタリングすることによって、光透過材料の少なくとも1つの層および光吸収材料の少なくとも1つの層またはそれらの組合せを基板上に蒸着させる工程と、
(b)反応性ガスからのイオンを有する補助供給源からの二次イオンビームによって前記基板を衝撃させる工程であって、前記反応性ガスが、N2、O2、CO2、N2O、H2O、NH3、CF4、CHF3、F2、CH4、およびC2H2からなる群から選択された少なくとも1つのガスである工程と、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本明細書中で用いた特定の用語を以下に定義する。
【0017】
この発明において、用語「フォトマスク」(photomask)または用語「フォトマスクブランク」(photomask blank)は、パターン化および非パターン化フォトマスクブランクの両方を含める最も広い意味で本明細書中で用いられることが理解されねばならない。用語「多層」(multilayers)は、光吸収性、および/または光透過性膜の層からなるフォトマスクブランクを指すために用いられる。層は、極薄(1−2の単層)またはもっと厚くてもよい。相対的な層の厚さが、光学的性質を制御する。層状化は、周期的または非周期的であってもよく、層がすべて同じ厚さを有してもよく、またはそれらは各々、異なっていてもよい。
【0018】
「焦点深度」(Depth of Focus)の意味は、画像のデフォーカス許容度が形形の規格限度内である、映写レンズから映写された光の収束面の上および下の領域である。
【0019】
位相シフトおよび光透過性の精密な制御のほかに、減衰位相シフトマスクはまた、過酷な化学洗浄サイクルに耐えなくてはならず、画像形成放射線による損傷または変化に耐性であり、パターン化する間に腐蝕選択性を有し、光学検査をしてパターン化された形体の修復および確認を促進することができなくてはならない。精密な厚さおよび化学物質組成の柔軟度を有する光吸収性および光透過性層からなる、多層構造体、または光学超格子が、これらの要件を満たすことができる。
【0020】
単一イオンビーム蒸着法
単一イオンビーム蒸着法の代表的な構成を図2に示す。この装置は、大気ガスがバキュームポンプによって排気されたチャンバー内にあることが理解される。単一IBD方法において、電圧の印加されたイオンビーム(通常、電子供給源によって中和された)を、蒸着ガン(1)からターゲットホルダー(3)上のターゲット材料(2)に誘導する。衝撃イオンがその特定材料のスパッタリングしきいエネルギー、典型的には〜50eV、よりも高いエネルギー、を有するとき、ターゲット材料(2)がスパッタされる。蒸着ガン(1)からのイオンは通常、He、Ne、Ar、Kr、Xeなどの不活性ガス供給源から得られるが、O2、N2、CO2、F2、CH3、またはそれらの組合せなど反応性ガスもまた用いることができる。これらのイオンが不活性ガス供給源から得られるとき、ターゲット材料(2)をスパッタリングし、次いで基板ホルダー(5)の上に示された、基板(4)上に膜として蒸着させる。これらのイオンが反応性ガス供給源から得られるとき、それらはターゲット材料と結合することができ、この化学結合の生成物は、スパッタされて基板上に膜として蒸着される生成物である。
【0021】
一般に、衝撃イオンは数百eVのエネルギーを有するのがよい。200eV〜10keVの範囲が好ましい。イオンフラックスまたは流れは、実用的な蒸着速度(>0.1nm/分)を維持するために十分に高いのがよい(>1013イオン/cm2/s)。典型的には、プロセス圧力は、約10−4トルであり、好ましい範囲は、10−3〜10−5トルである。ターゲット材料は、Si、Ti、Mo、Cr、などの元素であってもよく、またはそれがMoxSiyなどの多成分であってもよく、またはそれがSiO2などの化合物であってもよい。基板を、厚さ、均一性および最小応力などの膜性質を最適にするターゲットまでの距離および向きで配置することができる。
【0022】
1つの膜性質、例えば、光学透明性を達成するためのプロセスウィンドウまたは許容度を、下に記載したように、複合イオンビーム蒸着法によって広げることができる。同様に、1つの特定の膜性質を、複合イオンビームプロセスによって性質の他の組とは独立に変化させることができる。
【0023】
複合イオンビーム蒸着法
複合イオンガンの構成を図1に図解的に示す。複合イオンビーム蒸着法(DIBD)において、上に記載したような単一イオンビーム蒸着法のプロセス設備のほかに、通常、電子供給源によって中和された、第2のまたは「補助」ガン(6)を、基板(4)上の成長膜に向けることができる。このガンからのイオンは、O2、N2、CO2、F2などの反応性ガス供給源、またはNe、Ar、Kr、Xe、またはそれらの組合せなどの不活性ガスから得ることができる。補助ガンからのイオンのエネルギーは通常、蒸着ガン(1)からのエネルギーより低い。補助ガンは、成長膜表面においてスパッタされた原子と反応する低エネルギーイオンの調節可能なフラックスを提供する。基板に達するスパッタされたSi原子は、補助ガンからの窒素イオンと反応してSiNxを形成することができ、膜中のNの、Siに対する比(x)は、成長膜表面に達するSiおよび窒素フラックスを調節することによって、独立に制御され得る。この構成の補助ガンを用いて薄膜層を直接に蒸着させることもまた、可能である。例えば、ドラズ(Druz)らは、CH4によるイオンビーム蒸着法によってダイヤモンド状炭素の蒸着について記載している(「RF誘導性結合CH4−プラズマ供給源からのダイヤモンド状炭素(diamond−like carbon)のイオンビーム蒸着法」(“Ion beam deposition of diamond−like carbon from an RF inductively coupled CH4−plasma source”)、Surface Coatings Technology 86−87、1996年、708−714ページ)。
【0024】
「補助」イオンについては、より低いエネルギー、典型的には<500eVが好ましく、ほかの場合ならイオンは膜の望ましくない腐蝕または剥離を起こすことがある。剥離速度(removal rate)の非常に高い極端な場合では、剥離速度が蓄積または成長速度を超えるため、膜の成長はごくわずかである。しかしながら、いくつかの場合、膜の直接蒸着については、または低減された応力のために、より高い補助エネルギーが成長膜に有益な性質を与えることがあり、その場合、これらのより強力なイオンの好ましいフラックスは通常、蒸着原子のフラックスより少ないことが必要とされる。
【0025】
複合IBD方法によって、これらの蒸着操作の何れかを組み合わせてより複雑な構造体を作製することができる。例えば、減衰位相シフトマスクとして有用な、SiNxおよびTiNyの多層を、膜が補助ガンからの反応性窒素イオンによって衝撃されるときに元素のSiおよびTiターゲットから交互に蒸着させることによって作製することができる。多層積層体中の層が160nmより低い紫外線で適用するための減衰位相シフトマスクとして前に提案された、SiO2/Si3N4多層におけるように酸化物から窒化物に交互に並ぶ場合、Siターゲットによる複合イオンビーム蒸着法は、従来のマグネトロンスパッタリング技術よりも有意の利点を提供する。Si原子が蒸着されるときに複合IBD内の補助供給源をO2とN2との間で急速に切り替えることができるのに対して、反応性マグネトロンスパッタリングは、窒化物層をスパッタリングするために窒化物リッチ表面を形成する前に移動させられなくてはならないターゲット表面上の酸化物層を生じる。更に、酸化物層に窒化物層を重ねることは、石英に対してパターン化フォトマスクの検査のために重要な、より長い波長での光学対比を改善することができる。金属酸化物および窒化物の光学的性質がリソグラフィ波長で等しいことがあり、従って光透過性が同じであるのに対して、金属窒化物がそれらの相応する酸化物より光学的に吸収性であるより長い波長、例えば488nmおよび365nmで扱う検査用具は、そこで、より高い光学対比、パターン化フォトマスクの検査および修復の利点を提供する。
【0026】
単一イオン供給源を用いるイオンビーム蒸着法によってSi3N4などの複合的な化学的性質を有する膜を作製することが可能であるが、前記プロセスは、複合イオンビーム蒸着法についてはより制約が多い。ファング(Huang)らの「単一イオンビームスパッタ蒸着法によって蒸着された窒化ケイ素薄膜の構造および組成の研究」(Structure and composition studies for silicon nitride thin films deposited by single ion beam sputter deposition)Thin Solid Films 299(1997年)104−109は、ビーム電圧が約800Vの周囲の狭い範囲であるとき、Si3N4の性質を有する膜が形成されるにすぎないことを明らかにした。窒化物ターゲットを単一イオン供給源によって最初に用いることができるが、蒸着速度は実用的でないほどに緩慢である場合があり、窒化物ターゲットの純度は概して元素のターゲットより低い。複合イオンビームスパッタリングするときに、補助供給源からの窒素原子のフラックスを独立に調節して、広範囲のプロセス条件にわたっておよび実用的な蒸着速度で蒸着イオン供給源からの蒸着Si原子のフラックスを整合させることができる。
【0027】
この発明は、リソグラフィマスクの被覆に使用するための元素とは異なった、化合物などの複合材料を蒸着させるためのイオンビーム蒸着法に関する。かかる材料の実施例には、Si3N4、TiNの他、Si3N4/TiN、Ta2O5/SiO2、SiO2/TiN、Si3N4/SiO2またはCrF3/AlF3などの化合物材料の多層、などがあるがこれらに制限されない。
【0028】
この発明は、特定の入射波長について、約180°の位相シフトを有するフォトマスクブランクの多層膜の蒸着のための新規な技術を提供し、従って、フォトマスクを製造するために有用である。通常、前記膜は基板上に蒸着させられる。基板は、用いられた入射光の波長に対して透明である何れの機械的安定性材料であってもよい。基板はまた、反射性基板であってもよい。石英、融解シリカ(ガラス)、およびCaF2などの基板は利用度およびコストのために好ましい。
【0029】
この発明は、光吸収性層および光透過性層を有する光学減衰膜のイオンビーム蒸着法を提供する。吸収性成分は、400nmより短い波長について吸光係数k>0.1(好ましくは0.5〜3.5)を特徴とし、他方、透過性成分は、400nmより短い波長について吸光係数k<<1.0を特徴とする。吸収性成分の400nmより短い波長について屈折率は好ましくは、約0.5〜約3であり、透過性成分の屈折率は好ましくは、約1.2〜約3.5である。
【0030】
好ましいイオンビーム蒸着法材料を、二成分化合物のクラス、すなわち、AX、AX2、A2X、およびAmXz、またはそれらの組合せに属するような結晶化学構造に分類することができ、mおよびzが整数であり、Aがカチオン、Xがアニオンを表す。化学的中性を維持することで一定した、空孔(vacancies)を含めて、両方の部位(A、X)の部分的な化学置換が可能である。
【0031】
好ましくは、この発明は、SiNx/TiNyの多層のイオンビーム蒸着法を具体化し、式中、xが公称約1.0〜約1.3の範囲であり、yが約1.0である。SiNx/TiNy多層が、248nmおよび193nmでの特定の適用によるリソグラフィの減衰位相シフトマスクとして提案されている。以前には、TiN/SiN位相シフトマスクが、マグネトロンスパッタリングによって作製されていた。
【0032】
減衰膜の光透過性成分は、金属酸化物、金属窒化物、および金属フッ化物、および炭素の光透過性の形状、の群から選択されてもよい。減衰膜の酸化物ベースの光透過性成分は好ましくは、Si、Al、Ge、Ta、Nb、Hf、およびZrなどの約3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有する酸化物から選択され得る。減衰膜の窒化物ベースの光透過性成分は好ましくは、Al、Si、BおよびCの窒化物などの約3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有する窒化物材料から選択され得る。減衰膜のフッ化物ベースの光透過性成分は好ましくは、II族元素、またはランタニド元素(原子番号57−71)のフッ化物などの約3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有するフッ化物などの材料から選択され得る。光透過性炭素は、本質的に炭素から選択されてもよく、その特定の分画がsp3 C−C結合を有する炭素と称されることがある、ダイヤモンド状炭素(DLC)として本技術分野に同様に周知のダイヤモンド構造を有する。その広範囲の光学的性質のために、DLCは吸収性または透過性層のどちらかとして機能することができる。酸化物、フッ化物、窒化物、およびDLCのうちの1つ以上の組合せもまた、イオンビーム蒸着法によって蒸着することができる。
【0033】
減衰膜の光吸収性成分は、元素の金属、金属窒化物、酸化物およびそれらの組合せから選択されてもよい。減衰膜の酸化物ベースの吸収性成分は好ましくは、IIIB族、IVB族、VB族、およびVIB族の酸化物など、減衰膜の透過性成分の光学バンドギャップエネルギーより小さい光学バンドギャップエネルギーを有する材料から選択され得る。減衰膜の窒化物ベースの光吸収性成分は好ましくは、IIIB族、IVB族、VB族、およびVIB族の窒化物など、約3eVより小さい光学バンドギャップエネルギーを有する材料から選択され得る。金属、酸化物、および窒化物のうちの1つ以上の組合せもまた、イオンビーム蒸着法によって蒸着させることができる。
【0034】
前記膜の光吸収性層および前記膜の光透過性層は、周期的または非周期的な配列でイオンビーム蒸着法されてもよい。好ましくは、前記膜の光吸収性層および前記膜の光学透明層は、交互の配列で蒸着される。
【0035】
光学的性質
光学的性質(屈折率「n」および吸光係数「k」)は、光の反射および透過性のデータと共に、1.5−6.65eVのエネルギー範囲に相応する、186−800nmから3つの入射角で可変角分光楕円偏光法(variable angle spectroscopic ellipsometry)により確認された。光学的性質のスペクトル依存の知識から、180°の位相シフト、光透過率、および反射率に相応する膜厚を計算することができる。概して、O.S.ヘブンズ(O.S.Heavens)著、Optical Properties of Thin Solid Films、ニューヨーク州、ドーバー、55−62ページ、1991年(本願明細書にその内容を引用したものとする)を参照のこと。
【実施例】
【0036】
実施例1および2、SiN/TiN多層
TiN/SiN多層を、SiおよびTiターゲットから「ヴィーコ」(Veeco)IBD−210機器内で複合イオンビーム蒸着法によって作製した。TiおよびSiからの交互蒸着を、750Vの電圧および160mAのビーム電流で作動する蒸着源によって行った。6sccmのArガスを蒸着源に供給した。基板上の成長膜におけるチッ化物形成は、50Vおよび20mAの電流で作動する別個のイオン補助供給源から窒素イオンで前記膜を衝撃させることによって達成され、8sccmの窒素が補助供給源に供給された。基板は、厚さ1/4インチ、6×6インチの四角形の石英プレートであった。以下の膜組成物を、TiおよびSiターゲットから交互に蒸着させることによって合成した。
(1)15×(1.2nmのTiN+5.68nmのSiN)および
(2)15×(1.45nmのTiN+5.43nmのSiN)
【0037】
式(1)が交互のTiNおよびSiN層の多層構造に相当し、それぞれ、厚さ1.2nm(TiN)および5.68nm(SiN)である。次に、この二層構造体を15回、繰り返し、各々、厚さ1.2nmのTiN、および厚さ5.68nmのSiNの15の独立層に相当し、103.2nmの全膜厚に相当する。同じ解釈が、厚さ1.45nmのTiNおよび厚さ5.43nmのSiNを用いる、式(2)に適用される。
【0038】
(1)および(2)の両方を、次に、集積回路製造に重要なリソグラフィ波長、248nmで光の透過性および位相シフトを直接に測定する「レーザーテック」(LaserTec)MPM248用具で測定した。結果は、(1)180.4度の位相シフト、8.84%の、石英に対しての光学透過性、および(2)180.9度の位相シフト、6.5%の、石英に対しての光学透過性であった。これらの両方が、6%±0.5および9%±0.5の公称透過性を有し、248nmでの2つの一般に用いられる位相シフトマスクの光学要件を満たす。
【0039】
実施例3、4、5:SiON/TiON多層
これらの実施例において、TiON/SiON多層を、SiおよびTiターゲットから市販用具(「ヴィーコ」(Veeco)IBD−210)内で複合イオンビーム蒸着法によって作製した。オキシ窒化物、特にSiONの光吸収がSiNの光吸収より小さいので、わずかな濃度のO2を補助イオン供給源内のN2に添加することにより、193nmでの位相シフトマスクの適用について光透過性を増大させる効果を有した。位相シフトマスクのより高い透過性は、光学対比あるいは印刷の解像度を増強することができる。SiON/TiON多層を、TiおよびSiターゲットから交互に蒸着させることによって合成した。蒸着イオンビーム供給源を、750Vの電圧および160mAのビーム電流で操作し、他方、N2およびO2を有する補助供給源を、50Vおよび20mAの電流で操作した。Arの6sccmを蒸着源に供給し、他方、N2の6sccmおよび10%のO2/90%のN2混合物の2sccmを補助供給源に供給した。基板は、厚さ1/4インチ、6インチの四角形の石英プレートであった。3つの多層フィルム組成物を合成し、(3)、(4)および(5)として示した。それらは公称で、
(3)10×(0.5nmのTiON +7.0nmのSiON)
(4)10×(1.0nmのTiON +6.5nmのSiON)
(5)10×(1.5nmのTiON +6.0nmのSiON)
であった。
【0040】
分光計を用いて193nmでの光透過性を測定すると、(3)14.3%、(4)8.7%、および(5)6.0%であった。透過性は空気に対してであり、それらは、193nmでの実用的な位相シフトマスクのために必要とされる透過性の全範囲に及ぶ。これらの組成物の193nmでの位相シフトの推定値(248nmでの直接測定値による)は、170〜165度、あるいは約2.27〜2.20度/nmの範囲である。従って、これらの多層の全膜厚を約5nm増大させることにより、193nmでの位相シフトマスクの適用に有用な、12.7%〜5%の範囲の計算された透過性について約180度の位相シフトを生じる。コアー電子エネルギーのX線光電子分光分析と組み合わせたオキシ窒化物膜の深さ方向のプロファイル(Arイオンによるスパッタリング)により、単独層の化学組成を確認すると、Ti0.48O.12N.40およびSi.48O.08N.44であった。
【0041】
単一イオン供給源を用いるイオンビーム蒸着法によって、Si3N4などの複合的な化学的性質を有する膜を作製することが可能であるが、そのプロセスは複合イオンビーム蒸着法のプロセスより制約が多い。「単一イオンビームスパッタ蒸着によって蒸着された窒化ケイ素薄膜の構造および組成の研究(“Structure and composition studies for silicon nitride thin films deposited by single ion beam sputter deposition ”)」Thin Solid Films 299(1997年)104−109においてハング(Huang)らは、ビーム電圧が約800Vの周囲の狭い範囲であるとき、Si3N4の性質を有する膜が形成されるだけであることを示した。窒化物ターゲットを単一イオン供給源と共に最初に用いてプロセス許容度が改善することができるが、蒸着速度は実用的でないほどに緩慢である場合があり、窒化物ターゲットの純度は概して、元素のターゲットより低い。複合イオンビームスパッタリングするときに、補助供給源からの窒素原子のフラックスを独立に調節して、広範囲のプロセス条件にわたっておよび実用的な蒸着速度で蒸着イオン供給源からの蒸着Si原子のフラックスを整合させることができる。
【0042】
193nmでのマスクの適用にそれを魅力的にするSiNの1つの性質は、その相対的に低い光吸収である。具体的には0.45より小さい、好ましくは0.4より小さい吸光係数(k)が、位相シフトマスクの適用に必要とされる。次の4つの実施例(実施例6、7、8、9)において、低および高ビーム電圧で単一イオン供給源および複合イオンビーム供給源からイオンビーム蒸着されたSiN膜の光学的性質の比較がなされる。注目すべきことは、単一イオン供給源から低電圧で蒸着されたSiNだけが十分に低い光吸収(吸光係数)を有するのに対して、低い吸収が複合イオンビームプロセスによって低および高ビーム電圧で達成でき、そこにおいて、より高い蒸着速度が可能である。
【0043】
実施例6:単一イオンビーム供給源(700V)によるSiN
窒化ケイ素膜を、700Vのビーム電圧および25mAのビーム電流で操作する3cmの市販(コモンウェルス社(Commonwealth, Inc.))イオンビーム供給源を用いて、1.5インチ×1.0インチ×0.25インチの石英基板上にSiターゲットから蒸着した。蒸着ガスは、6sccmのN2および1.37sccmのArであった。2時間の蒸着が、位相シフトマスクの適用に好ましい、吸光係数k=0.39に相応する、193nmでの光透過性が15.7%、厚さ580Aの膜(4.83A/分)を生じた。
【0044】
実施例7:単一イオンビーム供給源(1300V)によるSiN
窒化ケイ素膜を、1300Vのビーム電圧および25mAのビーム電流で操作する3cmの市販(コモンウェルス社(Commonwealth, Inc.))単一イオンビーム供給源を用いて、1.5インチ×1.0インチ×0.25インチの石英基板上にSiターゲットから蒸着した。蒸着ガスは、6sccmのN2および1.37sccmのArであった。2時間の蒸着が、位相シフトマスクの適用には大きすぎる、吸光係数k=0.71に相応する、193nmでの光透過性が1.4%にすぎない、厚さ875Aの膜(7.29A/分)を生じた。
【0045】
実施例8:複合イオンビーム供給源(1500V/50V)によるSiN
この実施例において、窒化ケイ素膜を、Siターゲットから市販用具(「ヴィーコ」(Veeco)IBD−210)内で複合イオンビーム蒸着法によって作製した。50Vおよび30mAの電流で操作する、第2の補助イオンビーム供給源からの窒素イオンで成長膜を窒化しながら、Siからの蒸着を、1500Vの電圧および200mAのビーム電流で操作する一つのイオンビーム蒸着源によって実施した。Arの6sccmを蒸着源に供給し、他方、8sccmのN2を補助供給源に供給した。基板は、厚さ1/4インチ、6インチの四角形の石英プレートであった。15分の蒸着が、位相シフトマスクの適用に好ましい、吸光係数k=0.428に相応する、193nmでの光透過性が8.2%、厚さ795Aの窒化ケイ素膜(53A/分)を生じた。
【0046】
実施例9:複合イオンビーム供給源(600V/50V)によるSiN
この実施例において、窒化ケイ素膜を、Siターゲットから市販用具(「ヴィーコ」(Veeco)IBD−210)内で複合イオンビーム蒸着法によって作製した。50Vおよび15mAの電流で操作する、第2の補助イオンビーム供給源からの窒素イオンで成長膜を窒化しながら、Siからの蒸着を、600Vの電圧および140mAのビーム電流で操作する一つのイオンビーム蒸着源によって実施した。Arの6sccmを蒸着源に供給し、他方、8sccmのN2を補助供給源に供給した。基板は、厚さ1/4インチ、6インチの四角形の石英プレートであった。40分の蒸着が、位相シフトマスクの適用に好ましい、吸光係数k=0.406に相応する、193nmでの光透過性が3.7%、厚さ1215Aの窒化ケイ素膜(30.4A/分)を生じた。
【0047】
実施例8および9は、SiおよびNの蒸着フラックスが単独の供給源によって独立に制御され得るので、位相シフトマスクの適用のために必要とされた、低光吸収SiNは、複合イオンビーム蒸着法によって広いプロセス範囲にわたって維持され得ることを検証する。単一供給源(実施例6および8)をSiおよびNのフラックス両方に用いられたとき、好ましい光学的性質を有する窒化ケイ素膜を製造する狭い範囲の操作条件があるにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】複合イオンビーム蒸着法の略図である。
【図2】単一イオンビーム蒸着法の略図である。
【0001】
この発明は、イオンビーム蒸着技術を用いて、減衰(埋め込み)タイプとして本技術分野に周知の、フォトリソグラフィにおける位相シフトフォトマスクブランクの製造に関する。より具体的には、この発明は、入射光に対して180°で透過された光の位相を減衰および変化させる、短い波長(すなわち、<400ナノメートル)で用いられる減衰位相シフトフォトマスクブランクに関する。更に、この発明は、ブランクの上に元素材料の単純なまたは錯化合物の多層被覆を有するフォトマスクブランクに関する。
【背景技術】
【0002】
ミクロリソグラフィは、通常、フォトマスク通して、顕微鏡的回路パターンまたは画像をシリコンウエハ上に転写する方法である。コンピュータのマイクロプロセッサおよび記憶装置の集積回路の製造において、電子回路の画像は、感光性層またはレジスト上にマスクまたはステンシルを通して、通常、電磁波供給源によって映写され、シリコンウエハに適用される。一般に、マスクは、透明な石英基板上にこれらの回路の形体(features)でパターン化された「クロム」の層である。しばしば「バイナリ」マスクと称される、「クロム」マスクは、「クロム」が除去されたパターンを通して画像形成放射線を透過する。放射線は、「クロム」層が存在している領域で阻止される。
【0003】
電子機器業界は、100nmより小さい臨界寸法まで高密度集積回路を製造するために光学リソグラフィの拡張を模索している。しかしながら、形体のサイズが小さくなるとき、光の特定の波長でウエハ上に形体の最小サイズを画像形成するための解像度が光の回折によって制限される。このため、短い波長の光、すなわち、<400nmが、より微細な形体を画像形成するために必要とされる。光学リソグラフィの次世代に目標を定めた波長には、248nm(KrFレーザー波長)、193nm(ArFレーザー波長)、および157nm(F2レーザー波長)以下、が挙げられる。しかしながら、入射光の波長が小さくなるとき、「焦点深度」(DoF)またはプロセスの許容度もまた、次の式:
DoF=k2(λ/NA2)
によって減少し、
式中、k2が、所与のリソグラフィのプロセスの定数であり、λが画像形成光の波長であり、NA=sinθが、映写レンズの開口数である。より大きいDoFは、ウエハ平面度およびフォトレジスト厚さの均一性の逸脱に対するプロセス許容度がより大きいことを意味する。
【0004】
解像度およびDoFは、破壊的な光学干渉によって、小さい回路の形体のパターン化の対比を増強する、位相シフトフォトマスクで所定の波長について改善されてもよい。このため、集積回路の形体の最小サイズが縮小し続けるとき、「位相シフトマスク」が、「バイナリ」マスクによる従来のフォトリソグラフィの適用を補い、且つ拡張するのにますます重要になる。例えば、減衰(埋め込み)位相シフトマスクにおいて、電磁放射線は、完全に阻止されるのではなく、同時に180°位相シフトされる間に、(減衰)非パターン化領域を通して洩れる。石英マスク上の「クロム」と比較して、位相シフトマスクは、微細な形体の印刷解像度および印刷方法の焦点深度を改善する。
【0005】
光を減衰させてその位相を変化させる位相シフトフォトマスクおよびフォトマスクブランクの概念は、(特許文献1)(「Pi−移相減衰器を有するリソグラフィマスク」(“Lithography Mask with a Pi−Phase Shifting Attenuator”))においてH・I・スミスによって明らかにされた。周知の減衰埋め込み位相シフトフォトマスクブランクの2つのカテゴリーには、(1)Cr、Cr−酸化物、Cr−炭化物、Cr−窒化物、Cr−フッ化物またはそれらの組合せを含有するCrベースのフォトマスクブランク、および(2)SiO2またはSi3N4をMoなどの不透明な金属でドープして酸化ケイ素モリブデン、窒化ケイ素モリブデン、またはオキシ窒化物を形成する、SiO2またはSi3N4ベースのフォトマスクブランク、がある。
【0006】
薄膜蒸着の物理的な方法が、フォトマスクブランクを製造するために好ましい。通常、真空室で行われるこれらの方法には、グロー放電スパッタ蒸着、シリンダーマグネトロンスパッタリング、平板型マグネトロンスパッタリング、およびイオンビーム蒸着法などがある。各方法の詳細な説明を、(非特許文献1)に見いだすことができる。薄膜マスクの製造方法は、ほとんど例外なく平板型マグネトロンスパッタリングである。
【0007】
平板型マグネトロンスパッタリング構成は2つの平行なプレート電極からなる。すなわち、一方の電極は、スパッタリングによって蒸着される材料を保持し、陰極と呼ばれるのに対し、第2の電極または陽極は、被覆される基板が配置される場所である。ガス(例えば、Ar)またはガスの混合物(例えば、Ar+O2)の存在下で負の陰極と正の陽極との間に印加された、RFまたはDCのどちらかの電位が、そこからイオンが移動して陰極まで加速されるプラズマ放電(正のイオン化ガス種および負に帯電した電子)をつくり、そこにおいて、それらが基板上のターゲット材料をスパッタリングするかまたは蒸着する。陰極の近くに磁界が存在することにより(マグネトロンスパッタリング)、プラズマ密度、従ってスパッタ蒸着の速度を増す。
【0008】
スパッタリングターゲットがクロム(Cr)などの金属である場合、Arなどの不活性ガスでスパッタリングすることにより、基板上にCrの金属膜を製造する。放電がO2、N2、またはCO2などの反応性ガスを含有するとき、それらは、ターゲットと結合/または成長膜表面において結合し、薄膜酸化物、窒化物、炭化物、またはそれらの組合せを基板上に形成する。
【0009】
マスクが「バイナリ」である場合も位相シフト性である場合も、マスク膜を含む材料は通常化学的に複合しており、時々、化学的性質は膜厚によって格付けられる。単純な「クロム」マスクでさえも、膜の上面において酸化物リッチであり、膜の深部内により窒化物リッチである場合があるクロムオキシ−カルボ−ニトリド(CrOxCyNz)組成物である。上面の化学的性質が反射防止特性を与えるが、他方、化学的格付け(chemical grading)が、興味深い非等方湿潤腐蝕性質を提供する。
【0010】
イオンビーム蒸着法(IBD)において、プラズマ放電は一般に、別個のチャンバー内に収容され(イオン「ガン」または供給源)、ガンの「出口孔」の一連のグリッドに印加された電位によってイオンが抽出および加速される(グリッドがない他のイオン抽出方法もまた、可能である)。基板に荷電粒子を捕捉および移動させるプラズマが、ガンに閉じ込められ、成長膜に近接しないので、IBD方法は、平板型マグネトロンスパッタリングと比較したとき、成長膜の表面により清浄なプロセス(付加された粒子がより少ない)を提供する。更に、IBD方法は、従来のマグネトロンスパッタリングプロセスの少なくとも10倍低い全ガス圧力で操作する(IBDの代表的な圧力は、〜10−4トルである)。これは、化学物質の混入レベルの低減をもたらす。例えば、酸化物含有量の最小または全く無い窒化物膜を、イオンビームプロセスによって蒸着することができる。更に、IBD方法は、蒸着フラックスおよび反応性ガスイオンフラックス(電流)およびエネルギーを独立に制御する能力を有するが、それらは、平板型マグネトロンスパッタリングにおいて独立に制御可能でない。低エネルギーであるが、高フラックスの酸素または窒素イオンで成長膜を衝撃させる単独のイオンガンで酸化物または窒化物または他の化合物を成長させる能力は、IBD方法に固有であり、広いプロセス範囲にわたって膜の化学的性質および他の膜の性質の精密な制御を提供する。更に、複合イオンビーム蒸着法において、ターゲット、基板、およびイオンガンの間の角度を調節して膜の均一性および膜の応力を最適にすることができるのに対して、マグネトロンスパッタリングの幾何学的配置は本質的に、平行プレート電極システムに制約される。
【0011】
マグネトロンスパッタリングは、あらゆる種類の被覆を再現可能に蒸着させるために電子機器業界で広く用いられるが、成長膜上に入射するイオンの方向、エネルギー、およびフラックスを調節することができないため、プラズマをスパッタリングするプロセス制御は正確ではない。多層の複雑な化学的性質を有するマスクを製造する新規な別のアプローチである、本明細書中で提案されたイオンビーム蒸着法(IBD)において、これらの蒸着パラメータの独立の制御が可能である。
【0012】
【特許文献1】
米国特許第4,890,309号明細書
【非特許文献1】
ヴォッセン(Vossen)およびカーン(Kern)編、「薄膜プロセス」(“Thin Film Processes”)、アカデミックプレス ニューヨーク、1978年)
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0013】
この発明は、400ナノメートルより小さい選択されたリソグラフィ波長で180°の位相シフトを生じることができる減衰位相シフトフォトマスクブランクを作製するための単一イオンビーム蒸着法であって、前記方法は、ガス群からイオンによってターゲットをイオンビームスパッタリングすることによって、光透過材料の少なくとも1つの層および光吸収材料の少なくとも1つの層またはそれらの組合せを基板上に蒸着することから本質的になる。
【0014】
この発明はまた、400ナノメートルより小さい選択されたリソグラフィ波長で180°の位相シフトを生じることができる減衰位相シフトフォトマスクブランクを作製するための複合イオンビーム蒸着法に関し、前記方法は、
(a)ガス群からのイオンによって少なくとも1つの一次ターゲットをイオンビームスパッタリングすることによって、光透過材料の少なくとも1つの層および光吸収材料の少なくとも1つの層またはそれらの組合せを基板上に蒸着させる工程と、
(b)ガス群の補助供給源からの二次イオンビームを用いて光透過材料および光吸収材料の少なくとも1つの層、またはそれらの組合せを前記基板上に蒸着させる工程であって、前記層が直接、または前記補助供給源からのガスイオンと前記基板上に前記一次ターゲットから蒸着された前記材料との結合のいずれかによって形成される工程と、を含む。
【0015】
更に、本発明は、400ナノメートルより小さい選択されたリソグラフィ波長で180°の位相シフトを生じることができる減衰位相シフトフォトマスクブランクを作製するための複合イオンビーム蒸着法に関し、前記方法が、
(a)ガス群からのイオンによってターゲットをイオンビームスパッタリングすることによって、光透過材料の少なくとも1つの層および光吸収材料の少なくとも1つの層またはそれらの組合せを基板上に蒸着させる工程と、
(b)反応性ガスからのイオンを有する補助供給源からの二次イオンビームによって前記基板を衝撃させる工程であって、前記反応性ガスが、N2、O2、CO2、N2O、H2O、NH3、CF4、CHF3、F2、CH4、およびC2H2からなる群から選択された少なくとも1つのガスである工程と、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本明細書中で用いた特定の用語を以下に定義する。
【0017】
この発明において、用語「フォトマスク」(photomask)または用語「フォトマスクブランク」(photomask blank)は、パターン化および非パターン化フォトマスクブランクの両方を含める最も広い意味で本明細書中で用いられることが理解されねばならない。用語「多層」(multilayers)は、光吸収性、および/または光透過性膜の層からなるフォトマスクブランクを指すために用いられる。層は、極薄(1−2の単層)またはもっと厚くてもよい。相対的な層の厚さが、光学的性質を制御する。層状化は、周期的または非周期的であってもよく、層がすべて同じ厚さを有してもよく、またはそれらは各々、異なっていてもよい。
【0018】
「焦点深度」(Depth of Focus)の意味は、画像のデフォーカス許容度が形形の規格限度内である、映写レンズから映写された光の収束面の上および下の領域である。
【0019】
位相シフトおよび光透過性の精密な制御のほかに、減衰位相シフトマスクはまた、過酷な化学洗浄サイクルに耐えなくてはならず、画像形成放射線による損傷または変化に耐性であり、パターン化する間に腐蝕選択性を有し、光学検査をしてパターン化された形体の修復および確認を促進することができなくてはならない。精密な厚さおよび化学物質組成の柔軟度を有する光吸収性および光透過性層からなる、多層構造体、または光学超格子が、これらの要件を満たすことができる。
【0020】
単一イオンビーム蒸着法
単一イオンビーム蒸着法の代表的な構成を図2に示す。この装置は、大気ガスがバキュームポンプによって排気されたチャンバー内にあることが理解される。単一IBD方法において、電圧の印加されたイオンビーム(通常、電子供給源によって中和された)を、蒸着ガン(1)からターゲットホルダー(3)上のターゲット材料(2)に誘導する。衝撃イオンがその特定材料のスパッタリングしきいエネルギー、典型的には〜50eV、よりも高いエネルギー、を有するとき、ターゲット材料(2)がスパッタされる。蒸着ガン(1)からのイオンは通常、He、Ne、Ar、Kr、Xeなどの不活性ガス供給源から得られるが、O2、N2、CO2、F2、CH3、またはそれらの組合せなど反応性ガスもまた用いることができる。これらのイオンが不活性ガス供給源から得られるとき、ターゲット材料(2)をスパッタリングし、次いで基板ホルダー(5)の上に示された、基板(4)上に膜として蒸着させる。これらのイオンが反応性ガス供給源から得られるとき、それらはターゲット材料と結合することができ、この化学結合の生成物は、スパッタされて基板上に膜として蒸着される生成物である。
【0021】
一般に、衝撃イオンは数百eVのエネルギーを有するのがよい。200eV〜10keVの範囲が好ましい。イオンフラックスまたは流れは、実用的な蒸着速度(>0.1nm/分)を維持するために十分に高いのがよい(>1013イオン/cm2/s)。典型的には、プロセス圧力は、約10−4トルであり、好ましい範囲は、10−3〜10−5トルである。ターゲット材料は、Si、Ti、Mo、Cr、などの元素であってもよく、またはそれがMoxSiyなどの多成分であってもよく、またはそれがSiO2などの化合物であってもよい。基板を、厚さ、均一性および最小応力などの膜性質を最適にするターゲットまでの距離および向きで配置することができる。
【0022】
1つの膜性質、例えば、光学透明性を達成するためのプロセスウィンドウまたは許容度を、下に記載したように、複合イオンビーム蒸着法によって広げることができる。同様に、1つの特定の膜性質を、複合イオンビームプロセスによって性質の他の組とは独立に変化させることができる。
【0023】
複合イオンビーム蒸着法
複合イオンガンの構成を図1に図解的に示す。複合イオンビーム蒸着法(DIBD)において、上に記載したような単一イオンビーム蒸着法のプロセス設備のほかに、通常、電子供給源によって中和された、第2のまたは「補助」ガン(6)を、基板(4)上の成長膜に向けることができる。このガンからのイオンは、O2、N2、CO2、F2などの反応性ガス供給源、またはNe、Ar、Kr、Xe、またはそれらの組合せなどの不活性ガスから得ることができる。補助ガンからのイオンのエネルギーは通常、蒸着ガン(1)からのエネルギーより低い。補助ガンは、成長膜表面においてスパッタされた原子と反応する低エネルギーイオンの調節可能なフラックスを提供する。基板に達するスパッタされたSi原子は、補助ガンからの窒素イオンと反応してSiNxを形成することができ、膜中のNの、Siに対する比(x)は、成長膜表面に達するSiおよび窒素フラックスを調節することによって、独立に制御され得る。この構成の補助ガンを用いて薄膜層を直接に蒸着させることもまた、可能である。例えば、ドラズ(Druz)らは、CH4によるイオンビーム蒸着法によってダイヤモンド状炭素の蒸着について記載している(「RF誘導性結合CH4−プラズマ供給源からのダイヤモンド状炭素(diamond−like carbon)のイオンビーム蒸着法」(“Ion beam deposition of diamond−like carbon from an RF inductively coupled CH4−plasma source”)、Surface Coatings Technology 86−87、1996年、708−714ページ)。
【0024】
「補助」イオンについては、より低いエネルギー、典型的には<500eVが好ましく、ほかの場合ならイオンは膜の望ましくない腐蝕または剥離を起こすことがある。剥離速度(removal rate)の非常に高い極端な場合では、剥離速度が蓄積または成長速度を超えるため、膜の成長はごくわずかである。しかしながら、いくつかの場合、膜の直接蒸着については、または低減された応力のために、より高い補助エネルギーが成長膜に有益な性質を与えることがあり、その場合、これらのより強力なイオンの好ましいフラックスは通常、蒸着原子のフラックスより少ないことが必要とされる。
【0025】
複合IBD方法によって、これらの蒸着操作の何れかを組み合わせてより複雑な構造体を作製することができる。例えば、減衰位相シフトマスクとして有用な、SiNxおよびTiNyの多層を、膜が補助ガンからの反応性窒素イオンによって衝撃されるときに元素のSiおよびTiターゲットから交互に蒸着させることによって作製することができる。多層積層体中の層が160nmより低い紫外線で適用するための減衰位相シフトマスクとして前に提案された、SiO2/Si3N4多層におけるように酸化物から窒化物に交互に並ぶ場合、Siターゲットによる複合イオンビーム蒸着法は、従来のマグネトロンスパッタリング技術よりも有意の利点を提供する。Si原子が蒸着されるときに複合IBD内の補助供給源をO2とN2との間で急速に切り替えることができるのに対して、反応性マグネトロンスパッタリングは、窒化物層をスパッタリングするために窒化物リッチ表面を形成する前に移動させられなくてはならないターゲット表面上の酸化物層を生じる。更に、酸化物層に窒化物層を重ねることは、石英に対してパターン化フォトマスクの検査のために重要な、より長い波長での光学対比を改善することができる。金属酸化物および窒化物の光学的性質がリソグラフィ波長で等しいことがあり、従って光透過性が同じであるのに対して、金属窒化物がそれらの相応する酸化物より光学的に吸収性であるより長い波長、例えば488nmおよび365nmで扱う検査用具は、そこで、より高い光学対比、パターン化フォトマスクの検査および修復の利点を提供する。
【0026】
単一イオン供給源を用いるイオンビーム蒸着法によってSi3N4などの複合的な化学的性質を有する膜を作製することが可能であるが、前記プロセスは、複合イオンビーム蒸着法についてはより制約が多い。ファング(Huang)らの「単一イオンビームスパッタ蒸着法によって蒸着された窒化ケイ素薄膜の構造および組成の研究」(Structure and composition studies for silicon nitride thin films deposited by single ion beam sputter deposition)Thin Solid Films 299(1997年)104−109は、ビーム電圧が約800Vの周囲の狭い範囲であるとき、Si3N4の性質を有する膜が形成されるにすぎないことを明らかにした。窒化物ターゲットを単一イオン供給源によって最初に用いることができるが、蒸着速度は実用的でないほどに緩慢である場合があり、窒化物ターゲットの純度は概して元素のターゲットより低い。複合イオンビームスパッタリングするときに、補助供給源からの窒素原子のフラックスを独立に調節して、広範囲のプロセス条件にわたっておよび実用的な蒸着速度で蒸着イオン供給源からの蒸着Si原子のフラックスを整合させることができる。
【0027】
この発明は、リソグラフィマスクの被覆に使用するための元素とは異なった、化合物などの複合材料を蒸着させるためのイオンビーム蒸着法に関する。かかる材料の実施例には、Si3N4、TiNの他、Si3N4/TiN、Ta2O5/SiO2、SiO2/TiN、Si3N4/SiO2またはCrF3/AlF3などの化合物材料の多層、などがあるがこれらに制限されない。
【0028】
この発明は、特定の入射波長について、約180°の位相シフトを有するフォトマスクブランクの多層膜の蒸着のための新規な技術を提供し、従って、フォトマスクを製造するために有用である。通常、前記膜は基板上に蒸着させられる。基板は、用いられた入射光の波長に対して透明である何れの機械的安定性材料であってもよい。基板はまた、反射性基板であってもよい。石英、融解シリカ(ガラス)、およびCaF2などの基板は利用度およびコストのために好ましい。
【0029】
この発明は、光吸収性層および光透過性層を有する光学減衰膜のイオンビーム蒸着法を提供する。吸収性成分は、400nmより短い波長について吸光係数k>0.1(好ましくは0.5〜3.5)を特徴とし、他方、透過性成分は、400nmより短い波長について吸光係数k<<1.0を特徴とする。吸収性成分の400nmより短い波長について屈折率は好ましくは、約0.5〜約3であり、透過性成分の屈折率は好ましくは、約1.2〜約3.5である。
【0030】
好ましいイオンビーム蒸着法材料を、二成分化合物のクラス、すなわち、AX、AX2、A2X、およびAmXz、またはそれらの組合せに属するような結晶化学構造に分類することができ、mおよびzが整数であり、Aがカチオン、Xがアニオンを表す。化学的中性を維持することで一定した、空孔(vacancies)を含めて、両方の部位(A、X)の部分的な化学置換が可能である。
【0031】
好ましくは、この発明は、SiNx/TiNyの多層のイオンビーム蒸着法を具体化し、式中、xが公称約1.0〜約1.3の範囲であり、yが約1.0である。SiNx/TiNy多層が、248nmおよび193nmでの特定の適用によるリソグラフィの減衰位相シフトマスクとして提案されている。以前には、TiN/SiN位相シフトマスクが、マグネトロンスパッタリングによって作製されていた。
【0032】
減衰膜の光透過性成分は、金属酸化物、金属窒化物、および金属フッ化物、および炭素の光透過性の形状、の群から選択されてもよい。減衰膜の酸化物ベースの光透過性成分は好ましくは、Si、Al、Ge、Ta、Nb、Hf、およびZrなどの約3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有する酸化物から選択され得る。減衰膜の窒化物ベースの光透過性成分は好ましくは、Al、Si、BおよびCの窒化物などの約3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有する窒化物材料から選択され得る。減衰膜のフッ化物ベースの光透過性成分は好ましくは、II族元素、またはランタニド元素(原子番号57−71)のフッ化物などの約3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有するフッ化物などの材料から選択され得る。光透過性炭素は、本質的に炭素から選択されてもよく、その特定の分画がsp3 C−C結合を有する炭素と称されることがある、ダイヤモンド状炭素(DLC)として本技術分野に同様に周知のダイヤモンド構造を有する。その広範囲の光学的性質のために、DLCは吸収性または透過性層のどちらかとして機能することができる。酸化物、フッ化物、窒化物、およびDLCのうちの1つ以上の組合せもまた、イオンビーム蒸着法によって蒸着することができる。
【0033】
減衰膜の光吸収性成分は、元素の金属、金属窒化物、酸化物およびそれらの組合せから選択されてもよい。減衰膜の酸化物ベースの吸収性成分は好ましくは、IIIB族、IVB族、VB族、およびVIB族の酸化物など、減衰膜の透過性成分の光学バンドギャップエネルギーより小さい光学バンドギャップエネルギーを有する材料から選択され得る。減衰膜の窒化物ベースの光吸収性成分は好ましくは、IIIB族、IVB族、VB族、およびVIB族の窒化物など、約3eVより小さい光学バンドギャップエネルギーを有する材料から選択され得る。金属、酸化物、および窒化物のうちの1つ以上の組合せもまた、イオンビーム蒸着法によって蒸着させることができる。
【0034】
前記膜の光吸収性層および前記膜の光透過性層は、周期的または非周期的な配列でイオンビーム蒸着法されてもよい。好ましくは、前記膜の光吸収性層および前記膜の光学透明層は、交互の配列で蒸着される。
【0035】
光学的性質
光学的性質(屈折率「n」および吸光係数「k」)は、光の反射および透過性のデータと共に、1.5−6.65eVのエネルギー範囲に相応する、186−800nmから3つの入射角で可変角分光楕円偏光法(variable angle spectroscopic ellipsometry)により確認された。光学的性質のスペクトル依存の知識から、180°の位相シフト、光透過率、および反射率に相応する膜厚を計算することができる。概して、O.S.ヘブンズ(O.S.Heavens)著、Optical Properties of Thin Solid Films、ニューヨーク州、ドーバー、55−62ページ、1991年(本願明細書にその内容を引用したものとする)を参照のこと。
【実施例】
【0036】
実施例1および2、SiN/TiN多層
TiN/SiN多層を、SiおよびTiターゲットから「ヴィーコ」(Veeco)IBD−210機器内で複合イオンビーム蒸着法によって作製した。TiおよびSiからの交互蒸着を、750Vの電圧および160mAのビーム電流で作動する蒸着源によって行った。6sccmのArガスを蒸着源に供給した。基板上の成長膜におけるチッ化物形成は、50Vおよび20mAの電流で作動する別個のイオン補助供給源から窒素イオンで前記膜を衝撃させることによって達成され、8sccmの窒素が補助供給源に供給された。基板は、厚さ1/4インチ、6×6インチの四角形の石英プレートであった。以下の膜組成物を、TiおよびSiターゲットから交互に蒸着させることによって合成した。
(1)15×(1.2nmのTiN+5.68nmのSiN)および
(2)15×(1.45nmのTiN+5.43nmのSiN)
【0037】
式(1)が交互のTiNおよびSiN層の多層構造に相当し、それぞれ、厚さ1.2nm(TiN)および5.68nm(SiN)である。次に、この二層構造体を15回、繰り返し、各々、厚さ1.2nmのTiN、および厚さ5.68nmのSiNの15の独立層に相当し、103.2nmの全膜厚に相当する。同じ解釈が、厚さ1.45nmのTiNおよび厚さ5.43nmのSiNを用いる、式(2)に適用される。
【0038】
(1)および(2)の両方を、次に、集積回路製造に重要なリソグラフィ波長、248nmで光の透過性および位相シフトを直接に測定する「レーザーテック」(LaserTec)MPM248用具で測定した。結果は、(1)180.4度の位相シフト、8.84%の、石英に対しての光学透過性、および(2)180.9度の位相シフト、6.5%の、石英に対しての光学透過性であった。これらの両方が、6%±0.5および9%±0.5の公称透過性を有し、248nmでの2つの一般に用いられる位相シフトマスクの光学要件を満たす。
【0039】
実施例3、4、5:SiON/TiON多層
これらの実施例において、TiON/SiON多層を、SiおよびTiターゲットから市販用具(「ヴィーコ」(Veeco)IBD−210)内で複合イオンビーム蒸着法によって作製した。オキシ窒化物、特にSiONの光吸収がSiNの光吸収より小さいので、わずかな濃度のO2を補助イオン供給源内のN2に添加することにより、193nmでの位相シフトマスクの適用について光透過性を増大させる効果を有した。位相シフトマスクのより高い透過性は、光学対比あるいは印刷の解像度を増強することができる。SiON/TiON多層を、TiおよびSiターゲットから交互に蒸着させることによって合成した。蒸着イオンビーム供給源を、750Vの電圧および160mAのビーム電流で操作し、他方、N2およびO2を有する補助供給源を、50Vおよび20mAの電流で操作した。Arの6sccmを蒸着源に供給し、他方、N2の6sccmおよび10%のO2/90%のN2混合物の2sccmを補助供給源に供給した。基板は、厚さ1/4インチ、6インチの四角形の石英プレートであった。3つの多層フィルム組成物を合成し、(3)、(4)および(5)として示した。それらは公称で、
(3)10×(0.5nmのTiON +7.0nmのSiON)
(4)10×(1.0nmのTiON +6.5nmのSiON)
(5)10×(1.5nmのTiON +6.0nmのSiON)
であった。
【0040】
分光計を用いて193nmでの光透過性を測定すると、(3)14.3%、(4)8.7%、および(5)6.0%であった。透過性は空気に対してであり、それらは、193nmでの実用的な位相シフトマスクのために必要とされる透過性の全範囲に及ぶ。これらの組成物の193nmでの位相シフトの推定値(248nmでの直接測定値による)は、170〜165度、あるいは約2.27〜2.20度/nmの範囲である。従って、これらの多層の全膜厚を約5nm増大させることにより、193nmでの位相シフトマスクの適用に有用な、12.7%〜5%の範囲の計算された透過性について約180度の位相シフトを生じる。コアー電子エネルギーのX線光電子分光分析と組み合わせたオキシ窒化物膜の深さ方向のプロファイル(Arイオンによるスパッタリング)により、単独層の化学組成を確認すると、Ti0.48O.12N.40およびSi.48O.08N.44であった。
【0041】
単一イオン供給源を用いるイオンビーム蒸着法によって、Si3N4などの複合的な化学的性質を有する膜を作製することが可能であるが、そのプロセスは複合イオンビーム蒸着法のプロセスより制約が多い。「単一イオンビームスパッタ蒸着によって蒸着された窒化ケイ素薄膜の構造および組成の研究(“Structure and composition studies for silicon nitride thin films deposited by single ion beam sputter deposition ”)」Thin Solid Films 299(1997年)104−109においてハング(Huang)らは、ビーム電圧が約800Vの周囲の狭い範囲であるとき、Si3N4の性質を有する膜が形成されるだけであることを示した。窒化物ターゲットを単一イオン供給源と共に最初に用いてプロセス許容度が改善することができるが、蒸着速度は実用的でないほどに緩慢である場合があり、窒化物ターゲットの純度は概して、元素のターゲットより低い。複合イオンビームスパッタリングするときに、補助供給源からの窒素原子のフラックスを独立に調節して、広範囲のプロセス条件にわたっておよび実用的な蒸着速度で蒸着イオン供給源からの蒸着Si原子のフラックスを整合させることができる。
【0042】
193nmでのマスクの適用にそれを魅力的にするSiNの1つの性質は、その相対的に低い光吸収である。具体的には0.45より小さい、好ましくは0.4より小さい吸光係数(k)が、位相シフトマスクの適用に必要とされる。次の4つの実施例(実施例6、7、8、9)において、低および高ビーム電圧で単一イオン供給源および複合イオンビーム供給源からイオンビーム蒸着されたSiN膜の光学的性質の比較がなされる。注目すべきことは、単一イオン供給源から低電圧で蒸着されたSiNだけが十分に低い光吸収(吸光係数)を有するのに対して、低い吸収が複合イオンビームプロセスによって低および高ビーム電圧で達成でき、そこにおいて、より高い蒸着速度が可能である。
【0043】
実施例6:単一イオンビーム供給源(700V)によるSiN
窒化ケイ素膜を、700Vのビーム電圧および25mAのビーム電流で操作する3cmの市販(コモンウェルス社(Commonwealth, Inc.))イオンビーム供給源を用いて、1.5インチ×1.0インチ×0.25インチの石英基板上にSiターゲットから蒸着した。蒸着ガスは、6sccmのN2および1.37sccmのArであった。2時間の蒸着が、位相シフトマスクの適用に好ましい、吸光係数k=0.39に相応する、193nmでの光透過性が15.7%、厚さ580Aの膜(4.83A/分)を生じた。
【0044】
実施例7:単一イオンビーム供給源(1300V)によるSiN
窒化ケイ素膜を、1300Vのビーム電圧および25mAのビーム電流で操作する3cmの市販(コモンウェルス社(Commonwealth, Inc.))単一イオンビーム供給源を用いて、1.5インチ×1.0インチ×0.25インチの石英基板上にSiターゲットから蒸着した。蒸着ガスは、6sccmのN2および1.37sccmのArであった。2時間の蒸着が、位相シフトマスクの適用には大きすぎる、吸光係数k=0.71に相応する、193nmでの光透過性が1.4%にすぎない、厚さ875Aの膜(7.29A/分)を生じた。
【0045】
実施例8:複合イオンビーム供給源(1500V/50V)によるSiN
この実施例において、窒化ケイ素膜を、Siターゲットから市販用具(「ヴィーコ」(Veeco)IBD−210)内で複合イオンビーム蒸着法によって作製した。50Vおよび30mAの電流で操作する、第2の補助イオンビーム供給源からの窒素イオンで成長膜を窒化しながら、Siからの蒸着を、1500Vの電圧および200mAのビーム電流で操作する一つのイオンビーム蒸着源によって実施した。Arの6sccmを蒸着源に供給し、他方、8sccmのN2を補助供給源に供給した。基板は、厚さ1/4インチ、6インチの四角形の石英プレートであった。15分の蒸着が、位相シフトマスクの適用に好ましい、吸光係数k=0.428に相応する、193nmでの光透過性が8.2%、厚さ795Aの窒化ケイ素膜(53A/分)を生じた。
【0046】
実施例9:複合イオンビーム供給源(600V/50V)によるSiN
この実施例において、窒化ケイ素膜を、Siターゲットから市販用具(「ヴィーコ」(Veeco)IBD−210)内で複合イオンビーム蒸着法によって作製した。50Vおよび15mAの電流で操作する、第2の補助イオンビーム供給源からの窒素イオンで成長膜を窒化しながら、Siからの蒸着を、600Vの電圧および140mAのビーム電流で操作する一つのイオンビーム蒸着源によって実施した。Arの6sccmを蒸着源に供給し、他方、8sccmのN2を補助供給源に供給した。基板は、厚さ1/4インチ、6インチの四角形の石英プレートであった。40分の蒸着が、位相シフトマスクの適用に好ましい、吸光係数k=0.406に相応する、193nmでの光透過性が3.7%、厚さ1215Aの窒化ケイ素膜(30.4A/分)を生じた。
【0047】
実施例8および9は、SiおよびNの蒸着フラックスが単独の供給源によって独立に制御され得るので、位相シフトマスクの適用のために必要とされた、低光吸収SiNは、複合イオンビーム蒸着法によって広いプロセス範囲にわたって維持され得ることを検証する。単一供給源(実施例6および8)をSiおよびNのフラックス両方に用いられたとき、好ましい光学的性質を有する窒化ケイ素膜を製造する狭い範囲の操作条件があるにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】複合イオンビーム蒸着法の略図である。
【図2】単一イオンビーム蒸着法の略図である。
Claims (19)
- 400ナノメートルより小さい選択されたリソグラフィ波長で180°の位相シフトを生じることができる減衰位相シフトフォトマスクブランクを作製するための複合イオンビーム蒸着法であって、
(a)ガス群からのイオンによって少なくとも1つの一次ターゲットをイオンビームスパッタリングすることによって、光透過材料の少なくとも1つの層および光吸収材料の少なくとも1つの層またはそれらの組合せを基板上に蒸着させる工程と、
(b)ガス群の補助供給源からの二次イオンビームによって光透過材料および光吸収材料の少なくとも1つの層、またはそれらの組合せを前記基板上に蒸着させる工程であって、前記層が直接に、または前記補助供給源からのガスイオンと前記基板上に前記一次ターゲットから蒸着された前記材料との結合によって、形成される、工程と、を含む複合イオンビーム蒸着法。 - 400ナノメートルより小さい選択されたリソグラフィ波長で180°の位相シフトを生じることができる減衰埋込み位相シフトフォトマスクブランクを作製するための複合イオンビーム蒸着法であって、
(a)ガス群からのイオンによってターゲットをイオンビームスパッタリングすることによって、光透過材料の少なくとも1つの層および光吸収材料の少なくとも1つの層またはそれらの組合せを基板上に蒸着させる工程と、
(b)ガス群からのイオンを有する補助供給源からの二次イオンビームによって前記基板を衝撃させる工程であって、少なくとも1つのガスが、He、Ne、Ar、Kr、Xe、O2、CO2、N2O、H2O、N2、NH3、F2、CF4、CHF3、CH4、およびC2H2からなる群から選択される、工程と、を含む、複合イオンビーム蒸着法。 - 前記光透過材料が、
(a)約3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有する酸化物、
(b)約3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有する窒化物、および
(c)3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有するフッ化物、からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。 - 前記光透過材料が、
(a)Si、Al、Zr、Hf、Ta、またはGeの酸化物、
(b)Al、Si、B、Cの窒化物、
(c)Al、Cr、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、またはLuのフッ化物、および
(d)ダイヤモンド状炭素構造を有する炭素、からなる群から選択される、請求項3に記載の方法。 - 前記光吸収材料が、元素の金属、元素周期表のIIIB族、IVB族、VB族、およびVIB族の金属酸化物および窒化物、およびダイヤモンド状構造を有する炭素、からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記光透過性成分が、SiOx、Si3N4−y、およびCrFzからなる群から選択され、
xが約1.5〜約2の範囲であり、
yが約0〜約1の範囲であり、
zが約1〜約3の範囲である、請求項4に記載の方法。 - 前記ガス群が、He、Ne、Kr、Ar、Xe、N2、O2、CO2、N2O、H2O、NH3、F2、CF4、CHF3、CH4、およびC2H2、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 光吸収材料の少なくとも1つの層および光透過材料の少なくとも1つの層を含む、請求項1に記載のように作製されたフォトマスクブランク。
- 光吸収材料層および光透過材料層の交互層からなる少なくとも1対の層を含む、請求項1に記載のように作製されたフォトマスクブランク。
- 前記選択されたリソグラフィ波長が、157nm、193nm、248nm、および365nmからなる群から選択される、請求項1に記載のように作製されたフォトマスクブランク。
- 400ナノメートルより小さい選択されたリソグラフィ波長で180°の位相シフトを生じることができる減衰埋込み位相シフトフォトマスクブランクを作製するための単一イオンビーム蒸着法であって、ガス群からのイオンによってターゲットをイオンビームスパッタリングすることによって、光透過材料の少なくとも1つの層および光吸収材料の少なくとも1つの層またはそれらの組合せを基板上に蒸着することを含む、方法。
- 前記光透過材料が、
(a)約3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有する酸化物
(b)約3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有する窒化物、および
(c)3eVより大きい光学バンドギャップエネルギーを有するフッ化物、からなる群から選択される、請求項11に記載の方法。 - 前記光透過材料が、
(a)Hf、Zr、Ta、Al、Si、またはGeの酸化物、
(b)Al、Si、B、Cの窒化物、
(c)Al、Cr、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、またはLuのフッ化物、
(d)ダイヤモンド状炭素構造を有する炭素、からなる群から選択される、請求項12に記載の方法。 - 前記光吸収材料が、元素の金属、及び元素周期表のIIIB族、IVB族、VB族、およびVIB族の金属酸化物および窒化物、およびダイヤモンド状構造を有する炭素、からなる群から選択される、請求項11に記載の方法。
- 前記光透過性成分が、SiOx、Si3N4−y、又はCrFzからなる群から選択され、
x=1.5〜2、
y=0〜1、
z=1〜3、である、請求項11に記載の方法。 - ガス群が、He、Ne、Kr、Ar、Xe、N2、O2、CO2、F2、N2O、H2O、NH3、CF4、CHF3、CH4、およびC2H2、およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項10に記載の方法。
- 光吸収材料の少なくとも1つの層および光透過材料の少なくとも1つの層を含む、請求項11に記載のように作製されたフォトマスクブランク。
- 光吸収材料層および光透過材料層の交互層からなる少なくとも1対の層を含む、請求項11に記載のように作製されたフォトマスクブランク。
- 前記選択されたリソグラフィ波長が、157nm、193nm、248nm、および365nmからなる群から選択される、請求項11に記載のように作製されたフォトマスクブランク。
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