JP6545795B2 - マスクブランク、転写用マスク、マスクブランクの製造方法、転写用マスクの製造方法および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
(構成1)
透光性基板の主表面上にパターン形成用薄膜を備えたマスクブランクであって、
前記パターン形成用薄膜は、ケイ素を含有し、
前記透光性基板と前記パターン形成用薄膜の間にエッチングストッパー膜を有し、
前記エッチングストッパー膜は、ケイ素、アルミニウムおよび酸素を含有することを特徴とするマスクブランク。
前記エッチングストッパー膜は、酸素含有量が60原子%以上であることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
前記エッチングストッパー膜は、前記ケイ素および前記アルミニウムの合計含有量に対する前記ケイ素の含有量の原子%による比率が、4/5以下であることを特徴とする構成1または2記載のマスクブランク。
前記エッチングストッパー膜は、ケイ素、アルミニウムおよび酸素からなる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。
前記エッチングストッパー膜は、前記透光性基板の主表面に接して形成されている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。
前記エッチングストッパー膜は、厚さが3nm以上であ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。
前記パターン形成用薄膜は、ケイ素および窒素を含有す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。
前記パターン形成用薄膜は、遷移金属、ケイ素および窒素を含有す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。
前記パターン形成用薄膜は、位相シフト膜であることを特徴とする構成1から8のいずれかに記載のマスクブランク。
前記位相シフト膜は、露光光を1%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で150度以上180度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする構成9記載のマスクブランク。
前記位相シフト膜上に、遮光膜を備えることを特徴とする構成9または10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の前記パターン形成用薄膜に転写パターンを有することを特徴とする転写用マスク。
構成11記載のマスクブランクの前記位相シフト膜に転写パターンを有し、前記遮光膜に遮光帯を含むパターンを有することを特徴とする転写用マスク。
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た転写用マスクの製造方法であって、
ドライエッチングにより前記パターン形成用薄膜に転写パターンを形成する工程を備えることを特徴とする転写用マスクの製造方法。
構成11記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
ドライエッチングにより前記遮光膜に転写パターンを形成する工程と、
前記転写パターンを有する遮光膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いるドライエッチングにより前記位相シフト膜に転写パターンを形成する工程と、
ドライエッチングにより前記遮光膜に遮光帯を含むパターンを形成する工程と
を備えることを特徴とする転写用マスクの製造方法。
構成12または13に記載の転写用マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
構成14または15に記載の転写用マスクの製造方法により製造された転写用マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
[マスクブランクとその製造]
本発明の第1の実施形態に係るマスクブランクは、パターン形成用薄膜を露光光に対して所定の透過率と位相差を付与する膜である位相シフト膜としたものであり、位相シフトマスク(転写用マスク)を製造するために用いられるものである。図1に、この第1の実施形態のマスクブランクの構成を示す。この第1の実施形態に係るマスクブランク100は、透光性基板1の主表面上に、エッチングストッパー膜2、位相シフト膜(パターン形成用薄膜)3、遮光膜4、ハードマスク膜5を備えている。
この第1の実施形態に係る位相シフトマスク200(図2参照)は、マスクブランク100のエッチングストッパー膜2は透光性基板1の主表面上の全面で残され、位相シフト膜3に転写用パターン(位相シフトパターン3a)が形成され、遮光膜4に遮光帯を含むパターン(遮光パターン4b:遮光帯、遮光パッチ等)が形成されていることを特徴としている。マスクブランク100にハードマスク膜5が設けられている構成の場合、この位相シフトマスク200の作製途上でハードマスク膜5は除去される。
実施の形態1の半導体デバイスの製造方法は、実施の形態1の位相シフトマスク200または実施の形態1のマスクブランク100を用いて製造された位相シフトマスク200を用い、半導体基板上のレジスト膜に転写用パターンを露光転写することを特徴としている。実施の形態1の位相シフトマスク200は、位相シフトパターン3aの側壁の垂直性が高く、位相シフトパターン3aの面内のCD均一性も高い。このため、実施の形態1の位相シフトマスク200を用いて半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写すると、半導体デバイス上のレジスト膜に設計仕様を十分に満たす精度でパターンを形成することができる。
[マスクブランクとその製造]
本発明の第2の実施形態に係るマスクブランクは、パターン形成用薄膜を所定の光学濃度を有する遮光膜としたものであり、バイナリ型マスク(転写用マスク)、堀込レベンソン型位相シフトマスク(転写用マスク)、あるいはCPL(Chromeless Phase Lithography)マスク(転写用マスク)を製造するために用いられるものである。図4に、この第2の実施形態のマスクブランクの構成を示す。この第2の実施形態のマスクブランク110は、透光性基板1上に、エッチングストッパー膜2、遮光膜(パターン形成用薄膜)8、ハードマスク膜9が順に積層した構造からなるものである。なお、第1の実施形態のマスクブランクと同様の構成については同一の符号を使用し、ここでの説明を省略する。
この第2の実施形態に係る転写用マスク210(図5参照)は、マスクブランク110のエッチングストッパー膜2は透光性基板1の主表面上の全面で残され、遮光膜8に転写パターン(遮光パターン8a)が形成されていることを特徴としている。マスクブランク110にハードマスク膜9が設けられている構成の場合、この転写用マスク210の作製途上でハードマスク膜9は除去される。
実施の形態2の半導体デバイスの製造方法は、実施の形態2の転写用マスク210または実施の形態2のマスクブランク110を用いて製造された転写用マスク210を用い、半導体基板上のレジスト膜に転写用パターンを露光転写することを特徴としている。実施の形態2の転写用マスク200は、遮光パターン8aの側壁の垂直性が高く、遮光パターン8aの面内のCD均一性も高い。このため、実施の形態2の転写用マスク210を用いて半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写すると、半導体デバイス上のレジスト膜に設計仕様を十分に満たす精度でパターンを形成することができる。
(実施例1)
[マスクブランクの製造]
主表面の寸法が約152mm×約152mmで、厚さが約6.35mmの合成石英ガラスからなる透光性基板1を準備した。この透光性基板1は、端面および主表面を所定の表面粗さ以下(二乗平均平方根粗さRqで0.2nm以下)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。
次に、この実施例1のマスクブランク100を用い、以下の手順で実施例1の位相シフトマスク200を作製した。最初に、ハードマスク膜5の表面にHMDS処理を施した。続いて、スピン塗布法によって、ハードマスク膜5の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚80nmで形成した。次に、このレジスト膜に対して、位相シフト膜3に形成すべき位相シフトパターンである第1のパターンを電子線描画し、所定の現像処理を行い、第1のパターンを有する第1のレジストパターン6aを形成した(図3(A)参照)。なお、このとき電子線描画した第1のパターンには、位相シフト膜に黒欠陥が形成されるように、本来形成されるべき位相シフトパターンの他にプログラム欠陥を加えておいた。
[マスクブランクの製造]
この実施例2のマスクブランクは、エッチングストッパー膜2、位相シフト膜3、ハードマスク膜5を除いて、実施例1のマスクブランクと同様にして製造されるものである。以下、実施例1のマスクブランクと相違する箇所について説明する。
次に、この実施例2のマスクブランク100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200を作製した。作製した実施例2のハーフトーン型の位相シフトマスク200に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターン3aに黒欠陥が確認された。その黒欠陥部分に対し、電子線とXeF2ガスを用いるEB欠陥修正を行ったところ、エッチング終点を容易に検出することができ、エッチングストッパー膜2の表面へのエッチングを最小限にとどめることができた。
[マスクブランクの製造]
この実施例3のマスクブランクは、エッチングストッパー膜2を除いて、実施例2のマスクブランクと同様にして製造されるものである。この実施例3のエッチングストッパー膜2には、アルミニウム、ケイ素および酸素からなるAlSiO膜(Al:Si:O=7:28:65(原子%比))を適用し、透光性基板1の表面に接して、10nmの厚さで形成した。すなわち、このエッチングストッパー膜2のSi/[Si+Al]は、0.8である。また、このエッチングストッパー膜2の波長193nmの光における屈折率nは1.589、消衰係数kは0.000(測定下限)である。
次に、この実施例3のマスクブランク100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200を作製した。作製した実施例3のハーフトーン型の位相シフトマスク200に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターン3aに黒欠陥が確認された。その黒欠陥部分に対し、電子線とXeF2ガスを用いるEB欠陥修正を行ったところ、エッチング終点を容易に検出することができ、エッチングストッパー膜2の表面へのエッチングを最小限にとどめることができた。
[マスクブランクの製造]
この実施例4のマスクブランクは、エッチングストッパー膜2を除いて、実施例2のマスクブランクと同様にして製造されるものである。この実施例4のエッチングストッパー膜2には、アルミニウム、ケイ素および酸素からなるAlSiO膜(Al:Si:O=31:8:61(原子%比))を適用し、透光性基板1の表面に接して、10nmの厚さで形成した。すなわち、このエッチングストッパー膜2のSi/[Si+Al]は、0.205である。また、このエッチングストッパー膜2の波長193nmの光における屈折率nは1.720、消衰係数kは0.032である。
次に、この実施例4のマスクブランク100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200を作製した。作製した実施例4のハーフトーン型の位相シフトマスク200に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターン3aに黒欠陥が確認された。その黒欠陥部分に対し、電子線とXeF2ガスを用いるEB欠陥修正を行ったところ、エッチング終点を容易に検出することができ、エッチングストッパー膜2の表面へのエッチングを最小限にとどめることができた。
[マスクブランクの製造]
この実施例5のマスクブランクは、バイナリ型マスク(転写用マスク)を製造するためのものであり、図4に示すように、透光性基板1上に、エッチングストッパー膜2、下層および上層の積層構造からなる遮光膜8、ハードマスク膜9が積層した構造を備える。以下、実施例1のマスクブランクと相違する箇所について説明する。
次に、この実施例5のマスクブランク110を用い、以下の手順で実施例5の転写用マスク210を作製した。最初に、スピン塗布法によってハードマスク膜9の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚80nmで形成した。次に、このレジスト膜に対して、遮光膜8に形成すべき転写パターンを電子線描画し、所定の現像処理を行い、レジストパターン10aを形成した(図6(A)参照)。なお、このとき電子線描画したパターンには、遮光膜8に黒欠陥が形成されるように、本来形成されるべき転写パターンの他にプログラム欠陥を加えておいた。
[マスクブランクの製造]
比較例1のマスクブランクは、エッチングストッパー膜2をアルミニウムと酸素からなる材料で形成したことを除き、実施例1のマスクブランクと同様の構成を備える。この比較例1のエッチングストッパー膜2は、透光性基板1の表面に接して、アルミニウムおよび酸素からなるエッチングストッパー膜2(AlO膜)を10nmの厚さで形成した。具体的には、枚葉式RFスパッタリング装置内に透光性基板1を設置し、Al2O3ターゲットを用い、アルゴン(Ar)ガスをスパッタリングガスとするスパッタリング(RFスパッタリング)によって、エッチングストッパー膜2を形成した。別の透光性基板上に同条件で形成したエッチングストッパー膜に対してX線光電子分光法による分析を行った結果、Al:O=42:58(原子%比)であった。すなわち、このエッチングストッパー膜2のSi/[Si+Al]は0である。また、このエッチングストッパー膜の波長193nmの光における屈折率nは1.864、消衰係数kは0.069である。
次に、この比較例1のマスクブランク100を用い、実施例1と同様の手順で比較例1の位相シフトマスク200を作製した。作製した比較例1のハーフトーン型の位相シフトマスク200に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥以外の欠陥が多数検出された。各欠陥箇所を調べたところ、位相シフトパターン3aが脱落していることに起因する欠陥がほとんどであった。なお、プログラム欠陥を配置していた箇所の黒欠陥部分に対し、電子線とXeF2ガスを用いるEB欠陥修正を行ったところ、エッチング終点を容易に検出することができ、エッチングストッパー膜2の表面へのエッチングを最小限にとどめることはできた。
2 エッチングストッパー膜
3 位相シフト膜(パターン形成用薄膜)
3a 位相シフトパターン(転写パターン)
4 遮光膜
4a,4b 遮光パターン
5,9 ハードマスク膜
5a,9a ハードマスクパターン
6a 第1のレジストパターン
7b 第2のレジストパターン
8 遮光膜(パターン形成用薄膜)
8a 遮光パターン(転写パターン)
10a レジストパターン
100,110 マスクブランク
200 位相シフトマスク(転写用マスク)
210 転写用マスク
Claims (21)
- 透光性基板上に、エッチングストッパー膜およびパターン形成用薄膜がこの順に積層された構造を備えたマスクブランクであって、
前記パターン形成用薄膜は、ケイ素を含有し、
前記エッチングストッパー膜は、ケイ素、アルミニウムおよび酸素を含有する単層膜であることを特徴とするマスクブランク。 - 前記エッチングストッパー膜は、酸素含有量が60原子%以上であることを特徴とする請求項1記載のマスクブランク。
- 前記エッチングストッパー膜は、前記ケイ素および前記アルミニウムの合計含有量に対する前記ケイ素の含有量の原子%による比率が、4/5以下であることを特徴とする請求項1または2記載のマスクブランク。
- 前記エッチングストッパー膜は、厚さ方向における各構成元素の含有量の差が5原子%以内である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。
- 前記エッチングストッパー膜は、ケイ素および酸素の結合と、アルミニウムおよび酸素の結合とを含む状態のアモルファス構造を有する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。
- 前記エッチングストッパー膜は、ケイ素、アルミニウムおよび酸素からな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。
- 前記エッチングストッパー膜は、Al 2 O 3 とSiO 2 を混合させた材料からなることを特徴とする請求項6記載のマスクブランク。
- 前記エッチングストッパー膜は、前記透光性基板の主表面に接して形成されてい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。
- 前記エッチングストッパー膜は、厚さが3nm以上であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記パターン形成用薄膜は、ケイ素および窒素を含有することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記パターン形成用薄膜は、遷移金属、ケイ素および窒素を含有することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記パターン形成用薄膜は、位相シフト膜であることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記位相シフト膜は、露光光を1%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で150度以上180度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする請求項12記載のマスクブランク。
- 前記位相シフト膜上に、遮光膜を備えることを特徴とする請求項12または13に記載のマスクブランク。
- 請求項1から11のいずれかに記載のマスクブランクの前記パターン形成用薄膜に転写パターンを有することを特徴とする転写用マスク。
- 請求項14記載のマスクブランクの前記位相シフト膜に転写パターンを有し、前記遮光膜に遮光帯を含むパターンを有することを特徴とする転写用マスク。
- 透光性基板上に、エッチングストッパー膜およびパターン形成用薄膜がこの順に積層された構造を備えるマスクブランクの製造方法であって、
成膜室内に、ケイ素を含有するターゲットとアルミニウムを含有するターゲットを配置し、基板ステージに前記透光性基板を配置し、前記ケイ素を含有するターゲットと前記アルミニウムを含有するターゲットの双方に対して電圧を印加するスパッタリングを行うことによって、ケイ素、アルミニウムおよび酸素を含有する材料からなる単層膜である前記エッチングストッパー膜を形成する工程と、
前記エッチングストッパー膜の上に、ケイ素を含有する材料からなる前記パターン形成用薄膜を形成する工程と
を有することを特徴とするマスクブランクの製造方法。 - 請求項1から11のいずれかに記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
ドライエッチングにより前記パターン形成用薄膜に転写パターンを形成する工程を備えることを特徴とする転写用マスクの製造方法。 - 請求項14記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
ドライエッチングにより前記遮光膜に転写パターンを形成する工程と、
前記転写パターンを有する遮光膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いるドライエッチングにより前記位相シフト膜に転写パターンを形成する工程と、
ドライエッチングにより前記遮光膜に遮光帯を含むパターンを形成する工程と
を備えることを特徴とする転写用マスクの製造方法。 - 請求項15または16に記載の転写用マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
- 請求項18または19に記載の転写用マスクの製造方法により製造された転写用マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備え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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