(57)【要約】【課題】低感度のレジストを使用しても、描画時のスループットを低下させることなくＬＥＲを改善し、導電膜とレジストのミキシングを防止することによって導電膜によるレジストチャージ対策を可能とするフォトマスクブランクを提供する。【解決手段】基板上に遮光膜を備える透過型フォトマスクブランク、若しくは多層反射膜と光を吸収する吸収膜とをこの順に備える反射型フォトマスクブランクであって、前記遮光膜、若しくは吸収膜上にレジスト層が形成され、前記レジスト層上にレジストトップコート層を備え、前記レジストトップコート層は、原子量４５以上の元素を１〜５０重量％含む樹脂組成物であり、前記レジストトップコート層の膜厚は１０〜５０００Åであるフォトマスクブランクとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に遮光膜を備える透過型フォトマスクブランク、若しくは多層反射膜と光を吸収する吸収膜とをこの順に備える反射型フォトマスクブランクであって、
前記遮光膜、若しくは吸収膜上にレジスト層が形成され、前記レジスト層上にレジストトップコート層を備え、
前記レジストトップコート層は、原子量４５以上の元素を１〜５０重量％含む樹脂組成物であり、
前記レジストトップコート層の膜厚は１０〜５０００Åであり、
前記樹脂組成物は、ポリアクリル酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性ウレタン、水溶性フェノール、水溶性エポキシ、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミド、及びこれらの塩からなる群より選択される１種をベースとする樹脂組成物であることを特徴とするフォトマスクブランク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造に用いるフォトマスクを作製するためのフォトマスクブランクに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体デバイスの微細化に伴い、フォトリソグラフィ技術の微細化に対する要求が高まっている。同時に寸法均一性とパターンの位置精度に対する要求も高まっている。寸法均一性、位置精度については、デバイスの製造プロセスのみならず、フォトマスクも要因のひとつであり、フォトマスクにも同様に寸法の均一性と位置精度の向上が求められている。
【０００３】
フォトマスクの一般的な製造方法は、まず基板上にＣｒ（クロム）やＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）などの遮光膜（遮光膜はその上層に、遮光膜を選択比良くエッチングするためのハードマスク層や、反射防止層を備える場合がある）を形成し、さらにその上に電子に感度を有する電子線レジスト（以下、適宜レジスト、またはレジスト層と略記）を塗布する。尚、前記基板上に遮光膜まで形成した形態、または、さらにレジスト層まで塗布した形態は通常フォトマスクブランクと呼ばれる。
【０００４】
次に、電子線描画機を用いて、形成したレジスト層に電子線を照射し、半導体集積回路に基づくパターン（以下、マスクパターンと略記）の描画を行う。その後、現像処理を行ってレジストパターンを形成し、レジストパターンをエッチングマスクとして、遮光膜のエッチング、続いてレジストパターンの剥離を行いフォトマスクが完成する（加熱工程、洗浄工程等はここでは説明を省略する）。
【０００５】
レジスト層にマスクパターンを描画して、現像し、レジストパターンを形成する工程において、レジスト層に入射した電子が、レジスト層や遮光膜内で原子核との弾性散乱や原子核の電子雲との非弾性散乱を受けて散乱電子となり、レジストパターンの精度に影響を与えることが知られている。
【０００６】
前記の散乱電子による広がりには２種類ある。１つは、電子線が入射してレジスト層内を通過しつつ散乱し、半径数ｎｍ程度に広がる前方散乱であり、もう１つは、レジスト層を通過した電子が、レジストよりも密度の高い遮光膜及び基板内で反射して散乱し、レジスト層に再入射して前方散乱よりも広い範囲に影響を及ぼす後方散乱である。前記２種の散乱のうち、レジストパターン精度に影響を与える主な要因は後方散乱である。
【０００７】
一般に、電子線描画においては、前記のように、前方散乱や後方散乱による散乱電子が生じレジストパターン精度に影響を及ぼすが、その他、レジストや遮光膜内の格子電子が入射電子や前記の散乱電子によって励起され発生する２次電子も影響を及ぼす。
【０００８】
図７は、上記の現象を、従来構造のフォトマスクブランク５００（レジスト層５３付き）に電子が入射したときの状態によって示す模式断面図である。レジスト層５３を通過して遮光膜５２に電子が入射すると、レジスト層５３内で散乱した前方散乱電子ｆ、レジスト層５３内で発生した２次電子ｓ、及び遮光膜内５２で散乱した後方散乱電子ｂがレジスト層５３にエネルギーを賦与しつつレジスト層５３を感光させる。その結果、これらの電子によるレジストパターン精度への影響が発生する。
【０００９】
フォトマスクの寸法均一性に影響する要因のひとつに、マスクパターンを形成するレジ
スト側面の荒れがある。これはＬｉｎｅ  Ｅｄｇｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ（ＬＥＲ）と呼ばれ、さまざまな評価がなされている（例えば特許文献１）。ＬＥＲが大きいと、個々のパターンの寸法が測定位置により変化し、その結果マスク面内の寸法均一性が悪化する。特にＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）露光では、露光光が１３．５ｎｍと極短波長のため、マスクパターンのＬＥＲがそのままウェハへ転写してしまうことが報告されている。
【００１０】
レジストパターンのＬＥＲを改善する方法としては、レジストを解像性に有利な低感度レジストにして散乱電子、及び２次電子によるＬＥＲへの影響を抑止するとともに、描画時間を長くして電子数を増やし、入射電子、及び、より垂直入射に近い電子でレジストを描画するようにする方法が一般的である。しかし、レジストを低感度化すると描画時間が長くなり、スループットが低下してしまう。さらにレジストヒーティング現象により、熱の影響でレジストパターン寸法がばらつくという問題が起こる。
【００１１】
位置精度については、電子線描画時のレジストチャージ（帯電）が位置ずれの主要因となっており、改善が必要である。位置精度の対策としては、描画機に具備されているソフトウェアにより補正する方法と、レジスト層上に導電膜を塗布しチャージを防止する２つの方法が一般的である。
【００１２】
ソフトウェアによる補正の場合、補正モデルが現実の条件と正確に一致している必要があるが、現状ではそこまで到達していない。また、補正のための描画グリッドも装置仕様で決まっており、完全な補正とはなり得ない。
【００１３】
一方、導電膜を塗布する方法では、ソフトウェアによる補正と違って物理的にチャージを逃がすことができるため、誤補正や補正グリッドを懸念する必要がない。ソフトウェアによる補正よりも導電膜による方が位置精度は良好になるという報告がなされている（非特許文献１）。
【００１４】
しかしながら、レジストチャージ対策として有効な導電膜においては、下層のレジスト層とのミキシング（成分の移行）が発生してレジストパターンの寸法や形状に悪影響を及ぼしてしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−０５７８２２号公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｔ．  Ｈｉｒｏｍａｔｓｕ，ｅｔ  ａｌ．，Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｍａｇｅ  ｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｅｒｒｏｒ  ｏｎ  ｐｈｏｔｏｍａｓｋ−ｍａｋｉｎｇ  ｆｏｒ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ，  Ｐｒｏｃ．  ＳＰＩＥ  ９０５１，  ９０５１０Ｕ  （２０１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述の通り、寸法均一性については、ＬＥＲ改善のためレジストの低感度化が有効であるが、描画のスループット低下を伴うという問題がある。位置精度については描画時のレジストチャージの対策として導電膜が有効であるが、レジスト層とミキシングを起こし、レジストパターンの寸法や形状に悪影響を及ぼすため実用化されていない。
【００１８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、低感度のレジストを使用しても、描
画時のスループットを低下させることなくＬＥＲを改善し、また、導電膜とレジスト層のミキシングを防止することによって導電膜によるレジストチャージ対策を可能とするフォトマスクブランクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、
基板上に遮光膜を備える透過型フォトマスクブランク、若しくは多層反射膜と光を吸収する吸収膜とをこの順に備える反射型フォトマスクブランクであって、
前記遮光膜、若しくは吸収膜上にレジスト層が形成され、前記レジスト層上にレジストトップコート層を備え、
前記レジストトップコート層は、原子量４５以上の元素を１〜５０重量％含む樹脂組成物であり、
前記レジストトップコート層の膜厚は１０〜５０００Åであり、
前記樹脂組成物は、ポリアクリル酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性ウレタン、水溶性フェノール、水溶性エポキシ、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミド、及びこれらの塩からなる群より選択される１種をベースとする樹脂組成物であることを特徴とするフォトマスクブランクとしたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のフォトマスクブランクは、レジスト層上にレジストトップコート層を備えており、描画時は５０ｋｅＶ以上の高加速電圧とし、レジストトップコート層の深い領域で発生する２次電子を利用することで、レジスト層に入射する電子数を増加させる。また、より垂直入射に近い（エネルギーの高い）電子を利用するので、低感度のレジストを使用しても、描画時のスループットを低下させることなくレジストパターンのＬＥＲを改善できる。また、レジストトップコート層により導電膜とレジスト層のミキシングを防止することができ、導電膜によるレジストチャージ対策が可能となり、位置精度を改善するとともに寸法・形状の劣化を防止することができる。これらの特性により本発明のフォトマスクブランクは、特に線幅５０ｎｍ以下の高解像力が求められるパターンを有するフォトマスクの作製に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のフォトマスクブランクの第１の実施形態の模式断面図。
【図２】本発明のフォトマスクブランクの第２の実施形態の模式断面図。
【図３】本発明のフォトマスクブランクに電子が入射したときの状態を示す模式断面図。
【図４】本発明のフォトマスクブランクを使用したフォトマスクの製造工程フロー図。
【図５】本発明のフォトマスクブランクを使用したフォトマスクの製造工程例の一部を示す模式断面図。
【図６】本発明のフォトマスクブランクを使用したフォトマスクの製造工程例の、図５に続く工程を示す模式断面図。
【図７】従来構造のフォトマスクブランク（レジスト層付き）に電子が入射したときの状態を示す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明のフォトマスクブランクの実施形態について説明する。尚、同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じではない。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態のフォトマスクブランク１００の模式断面図である。基板１１の一面上に遮光膜１２、レジスト層１３、レジストトップコート層１４がこの順に形成されている。基板１１は例えば石英基板である。遮光膜１２は、透過型フォトマスクの場合、Ｃｒ膜でもよく、ＭｏＳｉからなる遮光膜でも良く、また、ＭｏＳｉからなる膜とＣｒ膜が積層された遮光膜でも良い。
【００２４】
あるいは別の実施形態として、ＥＵＶ露光用などの反射型フォトマスクブランク（図示せず）の場合、遮光膜１２はＥＵＶなどの露光光の吸収膜であり、基板１１と前記吸収膜の層間にＭｏとＳｉなどからなる多層反射膜を備え、さらに前記多層反射膜と前記吸収膜の層間に前記多層反射膜の保護膜を備えていてもよい。反射型フォトマスクにおいても、本発明では、吸収膜の上にレジスト層、さらにその上にレジストトップコート層を備える。
【００２５】
図２は、本発明の第２の実施形態のフォトマスクブランク２００の模式断面図であり、レジストトップコート層１４の上に導電膜１５を備えている。通常、レジスト層上に導電膜を塗布すると、レジスト層と導電膜がミキシングを起こしてしまい、レジストの感度や解像性が変化し、マスク面内の寸法均一性や形状が悪化するなどの問題が起こる。本発明では、レジストトップコート層１４が存在することによりレジスト層１３と導電膜１５が接することがないので、前述のミキシングは起こらない。従って、本発明のフォトマスクブランク２００によれば、導電膜１５は電子線描画時のレジストチャージを低減することが出来、マスクパターンの位置精度を大幅に向上する。
【００２６】
本発明では、反射型フォトマスクブランクの場合も、上記の透過型フォトマスクブランクと同様、レジストトップコート層の上に導電膜を備える形態であってもよい。
【００２７】
以下、本発明の特徴であるレジストトップコート層に関して説明する。
【００２８】
図３は、本発明のフォトマスクブランク１００に電子が入射したときの状態を示す模式断面図である。本発明のフォトマスクブランク１００はレジストトップコート層１４を備えているため、レジスト層１３内で散乱した前方散乱電子ｆ、レジスト層１３内で発生した２次電子ｓに加えて、レジストトップコート層１４内で散乱した前方散乱電子Ｆ、及びレジストトップコート層１４で発生する２次電子Ｔ１、Ｔ２のうちレジストトップコート層１４の深い領域で発生しレジスト層１３に入射する２次電子Ｔ２がレジストにエネルギーを賦与し感光させる。
【００２９】
ここで、２次電子の発生効率は概ね原子量が大きくなるとともに大きくなることが知られている。また、前記のようにレジストトップコート層１４の深い領域で発生する２次電子Ｔ２の割合を多くするには、電子線描画時の加速電圧を高くすることが望ましい。
【００３０】
一方、レジストトップコート層１４内で散乱する後方散乱電子Ｂ（図３参照）はレジスト層１３に入射することはない。後方散乱電子も２次電子同様、概ね原子量が大きくなるとともに大きくなることが知られている。しかしながら、電子線描画時の加速電圧を高くすることで、後方散乱電子Ｂを減らし、前方散乱電子Ｆを増やすことができる。
【００３１】
本発明のフォトマスクブランク１００では、描画時は５０ｋｅＶ以上の高加速電圧とし、レジストトップコート層１４の深い領域で発生する２次電子Ｔ２を利用することで、レジスト層１３に入射する電子数を増加させる。また、より垂直入射に近い（エネルギーの高い）電子を利用するので、低感度のレジストを使用してもスループットを低下させずに、レジストパターンのＬＥＲを改善する。また、レジストトップコート層１４の存在により、遮光膜１２に入射する電子は減少するとともに、低感度のレジストを使用することで、遮光膜１２からの後方散乱電子がレジストを感光する割合は低くなる。
【００３２】
レジストトップコート層１４を、プロセス適性の観点から見れば、描画後に剥離しやすく、また導電膜１５を使用する第２の実施形態では、導電膜１５と選択性を有している必要がある。このために好適な方法として、レジストトップコート層１４を水溶性、導電膜１５を非水溶性とすることが望ましい。
【００３３】
前記条件に適う水溶性のレジストトップコート層１４は、ポリアクリル酸、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性ウレタン、水溶性フェノール、水溶性エポキシ、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミド、及びこれらの塩からなる群より選択される１種をベースとし、２次電子の発生効率の大きい元素を含む樹脂組成物であることが好ましい。
【００３４】
レジストトップコート層１４の膜厚は薄い方がレジスト層１３に入射する２次電子の角度や幅を小さくすることができるため好ましい。しかし一般に、塗工法で樹脂組成物の膜を形成する場合、１０Å以下の薄さで塗ることは難しい。逆に、レジストトップコート層１４を厚くした場合、レジスト層１３に入射する２次電子の角度や幅が大きくなってしまい、マスクパターンとして照射した領域よりも線幅が太くなってしまう。同様に、レジストトップコート層１４を厚くすると、レジストトップコート層１４を構成する樹脂による前方散乱も大きくなり、マスクパターンとして照射した領域よりも線幅が太くなってしまう。電子線照射シミュレーションによると、５０００Å以上の膜厚になると、前方散乱の影響だけでも無視できないマスクパターンの太りが発生する。
【００３５】
以上のような、２次電子の発生効率を大きくする元素と、その樹脂組成物中の組成比（重量％）、及びレジストトップコート層１４の膜厚の好適な条件は、電子線照射シミュレーションによって求めることができる。発明者は、レジストトップコート層１４は、原子量４５以上の元素（例えばＴｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｂｒ、Ｉ）を１から５０重量％含んでいること、及びレジストトップコート層の膜厚は１０Åから５０００Åが望ましいことを見出した。
【００３６】
図４は、本発明のフォトマスクブランクを使用した透過型フォトマスクの製造工程を、基板に遮光膜を形成した形態から示すフロー図である。具体的な内容は、実施例において説明する。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明のフォトマスクブランクを用いたフォトマスクの製造の実施例を、図５、図６を用いて説明する。
【００３８】
透過型フォトマスクブランクとしては、基板１１の上に、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光に対して透過率が０．１％程度以下となるように設計されたＣｒ遮光膜１２が形成され、その上に膜厚１５００Åの電子線用ネガ型レジスト（ＦＥＮ２７１：富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）層１３が形成されているものを用いた（Ｓ１）。
【００３９】
次に、前記フォトマスクブランクのＣｒ遮光膜１２面上に、ヨウ素（Ｉ：原子量１２６．９）を２０重量％含有したレジストトップコート層１４を２０００Åの膜厚で塗布し、本発明のフォトマスクブランク１００の形態とした（Ｓ２）。さらにレジストトップコート層１４の上に有機溶媒系の導電膜１５を２００Åの膜厚で塗布し、本発明のフォトマスクブランク２００の形態とした（Ｓ３）。次に電子線描画機（ＪＢＸ３０４０：日本電子社製）によって加速電圧１００ｋｅＶで、５０ｎｍ以下の線幅を有するマスクパターンを描画（Ｓ４）した後、１１０℃、１０分のＰＥＢ（Ｐｏｓｔ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｂａｋｅ＝露光後ベーク）を行った（Ｓ５）。
【００４０】
次に導電膜１５を除去し（Ｓ６）、水にて水溶性のレジストトップコート層１４を除去した（Ｓ７）。
【００４１】
次にスプレー現像機（ＳＦＧ３０００：シグマメルテック）を用いてアルカリ系現像液により現像を行い、レジストパターン１３ｂを形成した（Ｓ８）。
【００４２】
次に、ドライエッチング装置を用いて、ＣＦ４プラズマとＣｌ２プラズマにより、Ｃｒ遮光膜１２をエッチングし（Ｓ９）、レジスト剥離（Ｓ１０）、洗浄（Ｓ１１）を行うことで、線幅５０ｎｍ以下のパターン（遮光膜パターン１２ａ）を有するフォトマスク３００を作製した。
【符号の説明】
【００４３】
１１、５１・・・・基板
１２、５２・・・・遮光膜
１２ａ・・・遮光膜パターン
１３、５３・・・・レジスト層
１３ａ・・・電子線照射されたレジスト
１３ｂ・・・レジストパターン
１４・・・・レジストトップコート層
１５・・・・導電膜
２０・・・・電子線
ｆ、Ｆ・・・前方散乱電子
ｂ、Ｂ・・・後方散乱電子
ｓ、Ｔ1、Ｔ２・・・２次電子
１００、２００、５００・・・フォトマスクブランク
３００・・・フォトマスク
【図１】
2018017968.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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