JP6544943B2 - マスクブランク、位相シフトマスクの製造方法、位相シフトマスク、および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
透光性基板上に、当該透光性基板側から順に遮光膜およびハードマスク膜を積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記ハードマスク膜は、ケイ素およびタンタルから選ばれる少なくとも1以上の元素を含有する材料で形成され、
前記遮光膜は、クロムを含有する材料で形成され、前記透光性基板側から順に下層、中間層および上層の3層を積層した構造を有し、
前記上層は、クロムの含有量が前記遮光膜の中で最も少なく、
前記中間層は、クロムの含有量が前記遮光膜の中で最も多く、かつインジウム、スズおよびモリブデンから選ばれる少なくとも1以上の金属元素を含有している
ことを特徴とするマスクブランク。
前記上層および前記下層は、それぞれ前記金属元素の合計含有量が前記中間層よりも少ない、または前記金属元素を含有していない
ことを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
前記上層は、酸素の含有量が前記遮光膜の中で最も多い
こと特徴とする構成1または2記載のマスクブランク。
前記下層は、前記金属元素の合計含有量が前記中間層よりも少なく、
前記上層は、前記金属元素の合計含有量が前記遮光膜の中で最も少ない、または前記金属元素を含有していない
ことを特徴とする構成1から3のいずれかに記載のマスクブランク。
前記中間層は、酸素の含有量が前記遮光膜の中で最も少ない、または酸素を含有していない
ことを特徴とする構成1から4のいずれかに記載のマスクブランク。
前記ハードマスク膜は、ケイ素と酸素を含有する材料で形成されている
ことを特徴とする構成1から5のいずれかに記載のマスクブランク。
前記遮光膜は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングによってパターニングが可能である
ことを特徴とする構成1から6のいずれかに記載のマスクブランク。
前記ハードマスク膜は、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによってパターニングが可能である
ことを特徴とする構成1から7のいずれかに記載のマスクブランク。
構成1から8のいずれかに記載のマスクブランクを用いる位相シフトマスクの製造方法であって、
前記ハードマスク膜上に形成された遮光パターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記ハードマスク膜に遮光パターンを形成する工程と、
前記遮光パターンが形成されたハードマスク膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングより、前記遮光膜に遮光パターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された掘込パターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記透光性基板に掘込パターンを形成する工程と
を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
一方の主表面側に掘込パターンが形成された透光性基板における前記一方の主表面上に、遮光パターンが形成された遮光膜を積層した構造を有する位相シフトマスクであって、
前記遮光膜は、クロムを含有する材料で形成され、前記透光性基板側から順に下層、中間層および上層の3層を積層した構造を有し、
前記上層は、クロムの含有量が前記遮光膜の中で最も少なく、
前記中間層は、クロムの含有量が前記遮光膜の中で最も多く、かつインジウム、スズおよびモリブデンから選ばれる少なくとも1以上の金属元素を含有している
ことを特徴とする位相シフトマスク。
前記上層および前記下層は、それぞれ前記金属元素の合計含有量が前記中間層よりも少ない、または前記金属元素を含有していない
ことを特徴とする構成10記載の位相シフトマスク。
前記上層は、酸素の含有量が前記遮光膜の中で最も多い
こと特徴とする構成10または11記載の位相シフトマスク。
前記下層は、前記金属元素の合計含有量が前記中間層よりも少なく、
前記上層は、前記金属元素の合計含有量が前記遮光膜の中で最も少ない、または前記金属元素を含有していない
ことを特徴とする構成10から12のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記中間層は、酸素の含有量が前記遮光膜の中で最も少ない、または酸素を含有していない
ことを特徴とする構成10から13のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記遮光膜は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングによってパターニングが可能である
ことを特徴とする構成10から14のいずれかに記載の位相シフトマスク。
構成9に記載の位相シフトマスクの製造方法によって製造された位相シフトマスクを用い、リソグラフィー法により前記位相シフトマスクの転写パターンを基板上のレジスト膜に対してパターン転写する露光工程を有する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
構成10から15のいずれかに記載の位相シフトマスクを用い、リソグラフィー法により前記位相シフトマスクの転写パターンを基板上のレジスト膜に対してパターン転写する露光工程を有する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
図1は、本発明の第1実施形態のマスクブランク1の要部断面図である。この図に示すように、マスクブランク1は、透光性基板10における一方の主表面S上に、主表面S側から順に遮光膜11、およびハードマスク膜13を積層した構造である。このうち、遮光膜11は、透光性基板10側から順に、下層11a、中間層11b、および上層11cの3層を積層した構造を有している。また、マスクブランク1は、ハードマスク膜13上に、必要に応じてレジスト膜15を積層させた構成であっても良い。以下、マスクブランク1の主要構成部の詳細を説明する。
透光性基板10は、リソグラフィーにおける露光工程で用いられる露光光に対して透過性が良好な材料からなる。光としてArFエキシマレーザ光(波長:約193nm)を用いる場合であれば、これに対して透過性を有する材料で構成されれば良い。このような材料としては、合成石英ガラスが用いられるが、この他にも、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、低熱膨張ガラス(SiO2−TiO2ガラス等)、その他各種のガラス基板を用いることができる。特に、合成石英ガラスを用いた石英基板は、ArFエキシマレーザ光、またはそれよりも短波長の領域で透明性が高いので、本発明のマスクブランクの透光性基板10として好適に用いることができる。
遮光膜11は、このマスクブランク1に形成される遮光パターンを構成する膜であり、リソグラフィーにおける露光工程で用いられる露光光に対して遮光性を有する膜である。このような遮光膜11は、例えばArFエキシマレーザ光に対する光学濃度(OD)が2.8以上であり、好ましくは3.0以上であることとする。また、リソグラフィーにおける露光工程において、露光光の反射による露光転写の不具合を防止するため、両側主表面においての露光光の表面反射率が低く抑えられている。特に、露光装置の縮小光学系からの露光光の反射光が当たる、遮光膜における表面側(透光性基板から最も遠い側の表面)の反射率は、例えば25%以下であることが望まれる。これは、遮光膜の表面と縮小光学系のレンズの間での多重反射で生じる迷光を抑制するためである。
ハードマスク膜13は、遮光膜11をエッチングする際に用いられるエッチングガスに対してエッチング耐性を有する材料で形成された膜である。このハードマスク膜13は、遮光膜11にパターンを形成するためのドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能することができるだけの膜の厚さがあれば十分であり、基本的に光学特性の制限を受けない。このため、ハードマスク膜13の厚さは遮光膜11の厚さに比べて大幅に薄くすることができる。
本発明のマスクブランク1において、ハードマスク膜13の表面に接して、有機系材料のレジスト膜15が100nm以下の膜厚で形成されていることが好ましい。DRAM hp32nm世代に対応する微細パターンの場合、遮光膜11に形成すべき遮光パターンに、線幅が40nmのSRAF(Sub-Resolution Assist Feature)が設けられることがある。しかし、この場合でも前述のようにハードマスク膜13を設けたことによってレジスト膜15の膜厚を抑えることができ、これによってこのレジスト膜15で構成されたレジストパターンの断面アスペクト比を1:2.5と低くすることができる。したがって、レジスト膜15の現像時、リンス時等にレジストパターンが倒壊や脱離することを抑制することができる。なお、レジスト膜15は、膜厚が80nm以下であることがより好ましい。
以上のような構成のマスクブランク1は、次のような手順で製造する。先ず、透光性基板10を用意する。この透光性基板10は、端面及び主表面Sが所定の表面粗さに研磨され、その後、所定の洗浄処理および乾燥処理を施されたものである。
図2は、本発明の第2実施形態のマスクブランク2の要部断面図である。この図に示すマスクブランク2が、第1実施形態のマスクブランクと異なるところは、遮光膜11’の構成にあり、他の構成は第1実施形態と同様である。このため、ここでは遮光膜11’の構成のみを説明し、重複する説明は省略する。
第2実施形態のマスクブランク2における遮光膜11’が、第1実施形態のマスクブランクにおける遮光膜と異なるところは、第1実施形態の遮光膜が3層構造であるのに対して、第2実施形態の遮光膜11’が下層11a’と上層11cとの2層構造であるところにあり、光学濃度(OD)および他の構成は第1実施形態と同様である。このような2層の積層構造を有する遮光膜11’は、第1実施形態の遮光膜と同様に、クロム(Cr)を含有する材料で形成され、さらにインジウム(In)、スズ(Sn)、およびモリブデン(Mo)から選ばれる少なくとも1以上の金属元素(インジウム等金属元素)を含有している。
以上のような構成のマスクブランク2の製造手順は、研磨後、洗浄処理および乾燥処理が施された透光性基板10を準備する工程までは、第1実施形態と同様である。次に、透光性基板10上に、スパッタ法によって下層11a’を成膜する。このとき、下層11a’の透光性基板10側領域から上層11c側領域に向かってインジウム等金属元素の含有量が増加する組成傾斜膜となるように成膜装置を制御する。具体的には、まず、クロムターゲットとインジウム等金属元素を含有するターゲット(インジウム等金属元素のみのターゲットあるいはクロムとインジウム等金属元素の両方を元素からなるターゲット)の2つのターゲットが配置されたスパッタ室内の回転テーブルに、透光性基板10を設置する。そして、スパッタ室内に、成膜ガスを導入し、さらに2つのターゲットの両方に電圧を印加し、透光性基板10上に下層11a’の透光性基板10側領域をスパッタ成膜する。
本発明の位相シフトマスクの製造方法は、図1を用いて説明した第1実施形態のマスクブランクを用いた位相シフトマスクの製造方法、または図2を用いて説明した第2実施形態のマスクブランクを用いた位相シフトマスクの製造方法である。以下に、図3および図4に基づき、位相シフトマスクの製造方法を説明する。なお、図3および図4においては、図1を用いて説明した第1実施形態のマスクブランクを図示するが、これらの図3および図4を用いて説明する製造方法は、図2を用いて説明した第2実施形態のマスクブランクを用いた場合にも同様に適用される。
本発明の半導体デバイスの製造方法は、先に説明した位相シフトマスクまたは位相シフトマスクの製造方法によって製造された位相シフトマスク3を用い、基板上のレジスト膜に対して位相シフトマスクの転写パターン(位相シフトパターン)を露光転写することを特徴としている。このような半導体デバイスの製造方法は、次のように行う。
[マスクブランクの製造]
図1を用いて説明した構成に係る実施例1のマスクブランク1を以下のように製造した。先ず、一方の主表面Sの寸法が約152mm×約152mmで、厚さが約6.25mmの合成石英ガラスからなる透光性基板10を準備した。この透光性基板10は、端面及び主表面Sが所定の表面粗さに研磨され、その後、所定の洗浄処理および乾燥処理を施されたものである。
作製した実施例1のマスクブランク1を用い、以下の手順で実施例1の位相シフトマスク3を作製した。先ず、図3Aを参照し、レジスト膜15に対して、ハードマスク膜13に形成すべき遮光パターンを電子線描画し、その後所定の現像処理および洗浄処理を行い、遮光パターンとアライメントパターン(以下、これらのパターンをまとめて遮光パターン等という。)を形成した。
以上の手順を得て作製された実施例1の位相シフトマスク3において、遮光パターン11aaの断面形状を確認した。この結果、図5に示すように、遮光パターン11aaの上層11cおよび下層11aにおけるエッチング側壁の著しい減退は見られなかった(サイドエッチング量は小さかった)。また、遮光パターン11aaの断面は、パターニングされたハードマスク膜13の寸法に対する減退は小さかった。
レジスト膜31と遮光パターン11aaとをマスクとした透光性基板10のエッチングによって形成した掘込パターン10aaについて、その形状を評価したところ、パターニングされたハードマスク膜の平面形状に対して乖離の少ないパターン形状が得られていることが確認された。
[マスクブランクの製造]
図2を用いて説明した第2実施形態のマスクブランク2に係る実施例2のマスクブランクを実施例1のマスクブランクと同様の手順で作製した。ただし、遮光膜11’のスパッタ成膜に関しては、成膜室内にクロム(Cr)ターゲットとインジウム(In)ターゲットの2つのターゲットが設けられ、かつその2つのターゲットに同時に電圧を印加することが可能なDCスパッタリング方式の枚葉式成膜装置を用いた。下層11a’は、クロムターゲットにのみ電圧を印加した状態で下層の11a’のスパッタ成膜を開始し、徐々にインジウムターゲットに印加する電圧を上げていく方法で行われた。なお、このときのスパッタガスには、アルゴン、ヘリウム、窒素および二酸化炭素の混合ガスが用いられた。これにより、下層11a’は、透光性基板10側(組成 Cr:O:C:N=47:11:28:14 原子%比)から上層11c側(組成 Cr:In:O:C:N=73:10:5:8:4 原子%比)にかけて組成傾斜する層構造に成膜された。
作製した実施例2のマスクブランク2を用い、実施例1と同様の手順で実施例2の位相シフトマスク3’を作製した。なお、このときの遮光膜11’の各層におけるドライエッチングのエッチングレートは、上層11cのエッチングレートを1としたときの下層11a’のエッチングレートの比率は、0.6であった。
以上の手順を得て作製された実施例2の位相シフトマスク3’において、遮光パターン11aa’の断面形状を確認した。この結果、図6に示すように、遮光パターン11aa’の上層11cおよび下層11a’におけるエッチング側壁の著しい減退は見られなかった(サイドエッチング量は小さかった)。また、遮光パターン11aa’の断面は、パターニングされたハードマスク膜13の寸法に対する減退は小さかった。
レジスト膜31と遮光パターン11aa’とをマスクとした透光性基板10のエッチングによって形成した掘込パターン10aaについて、その形状を評価したところ、パターニングされたハードマスク膜の平面形状に対して乖離の少ないパターン形状が得られていることが確認された。
[マスクブランクの製造]
図1を用いて説明した第1実施形態のマスクブランク1に係る別の実施例として、実施例3のマスクブランクを実施例1のマスクブランクと同様の手順で作製した。ただし、遮光膜11の中間層11bに関しては、スパッタリングターゲットとしてCrSn混合ターゲット(Cr:Sn=90:10 原子%比)を用い、Ar、NO及びHeの混合ガスをスパッタリングガスとしたDCスパッタリングにより、中間層11bとしてCrSnON膜(膜組成 Cr:Sn:O:N=75:10:8:7 原子%比)を15nmの膜厚に成膜した。
作製した実施例3のマスクブランク1を用い、実施例1と同様の手順で実施例3の位相シフトマスク3を作製した。なお、このときの遮光膜11の各層におけるドライエッチングのエッチングレートは、上層11cのエッチングレートを1としたときの中間層11bのエッチングレートの比率は、0.5であった。また、上層11cのエッチングレートを1としたときの下層11aのエッチングレートの比率は、0.6であった。
以上の手順を得て作製された実施例3の位相シフトマスク3において、遮光パターン11aaの断面形状を確認した。この結果、図5に示すように、遮光パターン11aaの上層11cおよび下層11aにおけるエッチング側壁の著しい減退は見られなかった(サイドエッチング量は小さかった)。また、遮光パターン11aaの断面は、パターニングされたハードマスク膜13の寸法に対する減退は小さかった。
レジスト膜31と遮光パターン11aaとをマスクとした透光性基板10のエッチングによって形成した掘込パターン10aaについて、その形状を評価したところ、パターニングされたハードマスク膜の平面形状に対して乖離の少ないパターン形状が得られていることが確認された。
[マスクブランクの製造]
図2を用いて説明した第2実施形態のマスクブランク2に係る別の実施例として、実施例4のマスクブランクを実施例2のマスクブランクと同様の手順で作製した。ただし、遮光膜11’の下層11a’のスパッタ成膜に関しては、成膜室内にクロム(Cr)ターゲットとスズ(Sn)ターゲットの2つのターゲットが設けられ、かつその2つのターゲットに同時に電圧を印加することが可能なDCスパッタリング方式の枚葉式成膜装置を用いた。下層11a’は、クロムターゲットにのみ電圧を印加した状態で下層の11a’のスパッタ成膜を開始し、徐々にスズターゲットに印加する電圧を上げていく方法で行われた。なお、このときのスパッタガスには、アルゴン、ヘリウム、窒素および二酸化炭素の混合ガスが用いられた。これにより、下層11a’は、透光性基板10側(組成 Cr:O:C:N=47:12:27:14 原子%比)から上層11c側(組成 Cr:Sn:O:C:N=71:11:6:8:4 原子%比)にかけて組成傾斜する層構造に成膜された。
作製した実施例4のマスクブランク2を用い、実施例1と同様の手順で実施例4の位相シフトマスク3’を作製した。なお、このときの遮光膜11’の各層におけるドライエッチングのエッチングレートは、上層11cのエッチングレートを1としたときの下層11a’のエッチングレートの比率は、0.6であった。
以上の手順を得て作製された実施例4の位相シフトマスク3’において、遮光パターン11aa’の断面形状を確認した。この結果、図6に示すように、遮光パターン11aa’の上層11cおよび下層11a’におけるエッチング側壁の著しい減退は見られなかった(サイドエッチング量は小さかった)。また、遮光パターン11aa’の断面は、パターニングされたハードマスク膜13の寸法に対する減退は小さかった。
レジスト膜31と遮光パターン11aa’とをマスクとした透光性基板10のエッチングによって形成した掘込パターン10aaについて、その形状を評価したところ、パターニングされたハードマスク膜の平面形状に対して乖離の少ないパターン形状が得られていることが確認された。
[マスクブランクの製造]
実施例1の作製手順において、3層構造の遮光膜における中間層をCrN膜(膜組成 Cr:N=85:15 原子%比)で17nmの膜厚に変更したこと以外は、実施例1と同様の手順でマスクブランクを作製した。
作製したマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で遮光パターンおよび掘込パターンを形成した。
実施例1と同様に遮光パターンの断面形状を確認した。この結果、図7に示すように、遮光パターン50aaの断面形状は、上層50cにおいて特にハードマスク膜13側のエッチング側壁の減退が大きく、下層50aにおいても透光性基板10側の減退が見られた。
レジスト膜31と遮光パターン50aaとをマスクとした透光性基板10のエッチングによって形成した掘込パターンについて、その形状を評価したところ、パターニングされたハードマスク膜13の寸法に対する減退量が大きく、開口幅が広がっていた。
Claims (17)
- 透光性基板上に、当該透光性基板側から順に遮光膜およびハードマスク膜を積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記ハードマスク膜は、ケイ素およびタンタルから選ばれる少なくとも1以上の元素を含有する材料で形成され、
前記遮光膜は、クロムを含有する材料で形成され、前記透光性基板側から順に下層、中間層および上層の3層を積層した構造を有し、
前記上層は、クロムの含有量が前記遮光膜の中で最も少なく、
前記中間層は、クロムの含有量が前記遮光膜の中で最も多く、かつインジウムを含有している
ことを特徴とするマスクブランク。 - 前記上層および前記下層は、それぞれ前記インジウムの含有量が前記中間層よりも少ない、または前記インジウムを含有していない
ことを特徴とする請求項1記載のマスクブランク。 - 前記上層は、酸素の含有量が前記遮光膜の中で最も多い
こと特徴とする請求項1または2記載のマスクブランク。 - 前記下層は、前記インジウムの含有量が前記中間層よりも少なく、
前記上層は、前記インジウムの含有量が前記遮光膜の中で最も少ない、または前記インジウムを含有していない
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のマスクブランク。 - 前記中間層は、酸素の含有量が前記遮光膜の中で最も少ない、または酸素を含有していない
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のマスクブランク。 - 前記ハードマスク膜は、ケイ素と酸素を含有する材料で形成されている
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のマスクブランク。 - 前記遮光膜は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングによってパターニングが可能である
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のマスクブランク。 - 前記ハードマスク膜は、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによってパターニングが可能である
ことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のマスクブランク。 - 請求項1から8のいずれかに記載のマスクブランクを用いる位相シフトマスクの製造方法であって、
前記ハードマスク膜上に形成された遮光パターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記ハードマスク膜に遮光パターンを形成する工程と、
前記遮光パターンが形成されたハードマスク膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングより、前記遮光膜に遮光パターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された掘込パターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記透光性基板に掘込パターンを形成する工程と
を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。 - 一方の主表面側に掘込パターンが形成された透光性基板における前記一方の主表面上に、遮光パターンが形成された遮光膜を積層した構造を有する位相シフトマスクであって、
前記遮光膜は、クロムを含有する材料で形成され、前記透光性基板側から順に下層、中間層および上層の3層を積層した構造を有し、
前記上層は、クロムの含有量が前記遮光膜の中で最も少なく、
前記中間層は、クロムの含有量が前記遮光膜の中で最も多く、かつインジウムを含有している
ことを特徴とする位相シフトマスク。 - 前記上層および前記下層は、それぞれ前記インジウムの含有量が前記中間層よりも少ない、または前記インジウムを含有していない
ことを特徴とする請求項10記載の位相シフトマスク。 - 前記上層は、酸素の含有量が前記遮光膜の中で最も多い
こと特徴とする請求項10または11記載の位相シフトマスク。 - 前記下層は、前記インジウムの含有量が前記中間層よりも少なく、
前記上層は、前記インジウムの含有量が前記遮光膜の中で最も少ない、または前記インジウムを含有していない
ことを特徴とする請求項10から12のいずれかに記載の位相シフトマスク。 - 前記中間層は、酸素の含有量が前記遮光膜の中で最も少ない、または酸素を含有していない
ことを特徴とする請求項10から13のいずれかに記載の位相シフトマスク。 - 前記遮光膜は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングによってパターニングが可能である
ことを特徴とする請求項10から14のいずれかに記載の位相シフトマスク。 - 請求項9に記載の位相シフトマスクの製造方法によって製造された位相シフトマスクを用い、リソグラフィー法により前記位相シフトマスクの転写パターンを基板上のレジスト膜に対してパターン転写する露光工程を有する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 - 請求項10から15のいずれかに記載の位相シフトマスクを用い、リソグラフィー法により前記位相シフトマスクの転写パターンを基板上のレジスト膜に対してパターン転写する露光工程を有する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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