JP7154626B2 - マスクブランク、転写用マスク、及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明はまた、薄膜パターンの側壁の垂直性を高めた転写用マスクを提供することも目的とする。
本発明はさらに、この転写用マスクを用いる半導体デバイスの製造方法を提供することも目的とする。
(構成1)
基板上に、パターン形成用の薄膜を備えるマスクブランクであって、前記薄膜は、クロムを含有する材料からなり、前記薄膜は、基板側とは反対側の上部領域と、該上部領域を除く領域とからなり、前記上部領域の結晶サイズは、前記上部領域を除く領域の結晶サイズよりも大きいことを特徴とするマスクブランクである。
前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域は、いずれも多結晶構造であることを特徴とする構成1に記載のマスクブランクである。
(構成3)
電子回折法を用いて取得される前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域のそれぞれの結晶面間隔は、いずれも0.2nm以上であることを特徴とする構成1又は2に記載のマスクブランクである。
前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域は、いずれも柱状構造を有することを特徴とする構成1乃至3のいずれかに記載のマスクブランクである。
(構成5)
前記薄膜の上部領域を除く領域は、基板側から下部領域および中部領域の2つの領域からなり、前記薄膜の結晶サイズは、中部領域、下部領域、上部領域の順に大きくなっていくことを特徴とする構成1乃至4のいずれかに記載のマスクブランクである。
前記薄膜は、厚さ方向で前記クロムの含有量が変化する組成傾斜膜であることを特徴とする構成1乃至5のいずれかに記載のマスクブランクである。
(構成7)
前記薄膜は、露光光に対して3以上の光学濃度を有する遮光膜であることを特徴とする構成1乃至6のいずれかに記載のマスクブランクである。
基板上に、転写パターンを有する薄膜を備える転写用マスクであって、前記薄膜は、クロムを含有する材料からなり、前記薄膜は、基板側とは反対側の上部領域と、該上部領域を除く領域とからなり、前記上部領域の結晶サイズは、前記上部領域を除く領域の結晶サイズよりも大きいことを特徴とする転写用マスクである。
前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域は、いずれも多結晶構造であることを特徴とする構成8に記載の転写用マスクである。
(構成10)
電子回折法を用いて取得される前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域のそれぞれの結晶面間隔は、いずれも0.2nm以上であることを特徴とする構成8又は9に記載の転写用マスクである。
前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域は、いずれも柱状構造を有することを特徴とする構成8乃至10のいずれかに記載の転写用マスクである。
(構成12)
前記薄膜の上部領域を除く領域は、基板側から下部領域および中部領域の2つの領域からなり、前記薄膜の結晶サイズは、中部領域、下部領域、上部領域の順に大きくなっていくことを特徴とする構成8乃至11のいずれかに記載の転写用マスクである。
前記薄膜は、厚さ方向で前記クロムの含有量が変化する組成傾斜膜であることを特徴とする構成8乃至12のいずれかに記載の転写用マスクである。
(構成14)
前記薄膜は、露光光に対して3以上の光学濃度を有する遮光膜であることを特徴とする構成8乃至13のいずれかに記載の転写用マスクである。
構成8乃至14のいずれか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である。
また、本発明によれば、薄膜パターンの側壁の垂直性を高めた転写用マスクを提供することができる。
さらに、本発明によれば、上記の転写用マスクを用いて、良好な転写パターンを形成できる半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
[マスクブランク]
はじめに、本発明のマスクブランクについて説明する。
図1は本発明のマスクブランクの一実施形態を示す断面図である。
図1に示すマスクブランク10は、基板1上に、パターン形成用の薄膜2を備える形態のマスクブランクである。
マスクブランク10におけるパターン形成用の薄膜2は、露光光(このマスクブランク10から製造される転写用マスクが、露光装置にセットされたときに照射される露光光)に対する表面反射率が低いことが求められる。したがって、本実施形態では、上記の上部領域に反射防止機能を持たせることが望ましい。上記薄膜2の上部領域に例えば窒素を含有させることで、露光光に対する表面反射率をある程度低下させることが可能である。また、上記薄膜2の上部領域に酸素を含有させると、露光光に対する表面反射率を大幅に低下させることが可能である。したがって、上記薄膜2の上部領域は、例えば、CrO、CrON、CrOC、CrOCN等の材料が好ましく用いられる。この場合、酸素や窒素の含有量は、露光光に対する上記薄膜2の表面反射率を考慮して、適宜調節することができる。
本実施形態では、上記薄膜2の上部領域の厚さは、特に制約されないが、10nm~50nmの範囲であることが好適である。
クロム系材料の薄膜2をウェットエッチングでパターニングする場合、結晶サイズが大きい方が、薄膜内にウェットエッチング液がより浸透しやすく、ウェットエッチングレートが向上する。薄膜2の上部領域は、酸化しやすく、また表面反射防止機能を持たせるために酸素を含有させる必要がある。クロムに酸素を含有させるとウェットエッチングレートが低下することが知られている。本発明では、この上部領域の結晶サイズを、上部領域を除く領域の結晶サイズよりも大きくすることで、上部領域のウェットエッチングレートを向上させることができる。すなわち、上記薄膜2内の上部領域の結晶サイズを、上部領域を除く領域の結晶サイズよりも大きくすることにより、パターン形成用の薄膜2内の領域のウェットエッチングに対するエッチングレートは、上部領域を除く領域よりも、上部領域の方を速くすることができる。ウェットエッチングにより形成される薄膜パターンの断面形状は、膜面に対して出来るだけ垂直となる形状であることが望ましいが、上記構成とすることにより、薄膜2全体でのエッチングレートが向上するとともに、薄膜2に対してウェットエッチングでパターンを形成したときのパターン側壁の垂直性を高くすることができる。
この他の実施形態は、前述の実施形態における上記薄膜2の上部領域を除く領域が、さらに基板1側から下部領域および中部領域の2つの領域からなる態様である。つまり、この他の実施形態では、クロムを含有する材料からなる上記薄膜2は、基板1側から下部領域、中部領域、および上部領域の3つの領域からなる。この場合、上記薄膜2の結晶サイズは、中部領域、下部領域、上部領域の順に大きくなっていくことが好ましい。
上記薄膜2の中部領域は、この薄膜2の全体での露光光に対する遮光性能を高める観点から、薄膜2の上部領域および下部領域よりも酸素の含有量が少ないことが好ましく、酸素を実質的に含有しないとさらに好ましい。また、薄膜2の中部領域でのクロムの含有量は、薄膜2の上部領域および下部領域のクロム含有量よりも多いことが好ましい。薄膜2の中部領域は、例えば、Cr、CrN、CrC、CrCN等の材料が好ましく用いられる。
上記薄膜2の中部領域の厚みは、特に制約されないが、薄膜2の全体での露光光に対する遮光性能を高める観点からは、25nm~70nmの範囲であることが好適である。
上記薄膜2の下部領域の厚みは、特に制約されないが、薄膜2の裏面側の反射率を低減する観点からは、5nm~30nmの範囲であることが好適である。
他の実施形態についても、上記薄膜2は、例えば、露光光に対して3以上の光学濃度を有するクロム系材料からなる遮光膜とすることができる。この他の実施形態のマスクブランクに係るその他の事項については、前述の実施形態のマスクブランクの場合と同様である。
次に、本発明の転写用マスクについて説明する。
図2は、本発明の転写用マスクの一実施形態を示す断面図である。
図2に示される本発明の一実施形態の転写用マスク20は、基板1上に、転写パターン(薄膜パターン、以下ではパターンと略称することがある。)2aを有する薄膜2を備えている。この転写用マスク20では、上記薄膜2は、クロムを含有する材料からなる。また、この薄膜2は、基板1側とは反対側の上部領域と、該上部領域を除く領域とからなり、上部領域の結晶サイズは、上部領域を除く領域の結晶サイズよりも大きいことを特徴としている。この場合の基板1および薄膜2の構成は、上述のマスクブランク10の場合と同様である。
この他の実施形態は、上述の上記薄膜2の上部領域を除く領域が、さらに基板側から下部領域および中部領域の2つの領域からなる態様である。つまり、他の実施形態の転写用マスク20では、クロムを含有する材料からなる上記薄膜2は、基板1側から下部領域、中部領域、および上部領域の3つの領域からなる。この場合、上記薄膜2の結晶サイズは、中部領域、下部領域、上部領域の順に大きくなる構成としている。
上述したように、他の実施形態のマスクブランクでは、薄膜2の結晶サイズを、中部領域、下部領域、上部領域の順に大きくすることで、薄膜2内の各領域のウェットエッチングに対するエッチングレートは、中部領域、下部領域、上部領域の順に速くすることができる。これにより、マスクブランク10の薄膜2全体でのエッチングレートが向上するとともに、薄膜2に対してウェットエッチングでパターンを形成したときのパターン側壁の垂直性を高くすることができる。その結果、他の実施形態のマスクブランク10から製造された転写用マスク20は、パターン側壁の垂直性を高めた断面形状の良好な転写パターンが精度良く形成された転写用マスクとなっている。
次に、図1に示す本発明のマスクブランク10を用いた転写用マスク20の製造方法について説明する。
図3(a)は、図1のマスクブランク10のパターン形成用薄膜2上にレジスト膜3を形成した状態を示している。なお、レジスト材料としては、ポジ型レジスト材料でも、ネガ型レジスト材料でも用いることができるが、半導体デバイス製造に用いる転写用マスクの作製には通常、ポジ型レジスト材料が好適である。
次に、図3(c)は、所望のパターン描画後、上記レジスト膜3を現像してレジストパターン3aを形成する工程を示す。
また、本発明は、半導体デバイスの製造方法も提供する。
本発明に係る半導体デバイスの製造方法は、上記の転写用マスク20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している。
本発明によれば、本発明の転写用マスクを用いて、高精細な転写パターンを形成した半導体デバイスを製造することができる。
また、本発明によれば、薄膜パターン側壁の垂直性を高めた転写用マスクを提供することができる。
さらに、本発明によれば、本発明の転写用マスクを用いて、良好な転写パターンを形成できる半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
(実施例1)
実施例1のマスクブランク10は、透光性基板1上にパターン形成用の薄膜(遮光膜)2を備える構造のものである。このマスクブランク10は、以下のようにして作製した。
まず、スパッタ室に、透光性基板1の搬送方向に複数のクロム(Cr)ターゲットを設置したインラインスパッタ装置を準備した。そのスパッタ室内で透光性基板1を搬送しつつ、アルゴン(Ar)及び窒素(N2)の混合ガス(流量比 Ar:N2=22:4、圧力=3.0×10-4Pa)の雰囲気で、電流値0.8Aの定電流制御でCrターゲットに電圧を印加し、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)を行うことにより、上記透光性基板1上に遮光膜2の下部領域を形成した。
また、図7は、実施例1のマスクブランク10における遮光膜2の断面TEM像である。
図5に示す遮光膜2の中部領域の電子回折像では、結晶性が小さく、回折像があまり明瞭ではない。中部領域は、3つの領域の中では最も結晶粒が小さい。
図6に示す遮光膜2の下部領域の電子回折像では、図5の中部領域に比べて格子点が見られ、中部領域に比べて結晶粒がやや大きいことがわかる。
まず、上記マスクブランク10の上面に、スピン塗布法によって、レーザー描画用のポジ型レジスト(東京応化工業製 TMHR-iP3500)を塗布し、所定のベーク処理を行って、膜厚300nmのレジスト膜3を形成した(図3(a)参照)。
実施例2のマスクブランク10は、以下のようにして作製した。
実施例1と同様、合成石英ガラスからなる透光性基板1(大きさ約152mm×152mm×厚さ約6.35mm)を3枚準備した。この透光性基板は、主表面及び端面が所定の表面粗さ(例えば主表面は二乗平均平方根粗さRqで0.2nm以下)に研磨されている。
まず、スパッタ室に、透光性基板1の搬送方向に複数のクロム(Cr)ターゲットを設置したインラインスパッタ装置を準備した。そのスパッタ室内で透光性基板1を搬送しつつ、アルゴン(Ar)及び窒素(N2)の混合ガス(流量比 Ar:N2=9:4、圧力=3.0×10-4Pa)の雰囲気で、電流値1.6Aの定電流制御でCrターゲットに電圧を印加し、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)を行うことにより、透光性基板1上に遮光膜2の下部領域を形成した。
また、図11は、実施例2のマスクブランクにおける遮光膜の断面TEM像を示す。
図9に示す遮光膜2の中部領域の電子回折像では、結晶性が小さく、回折像があまり明瞭ではない。中部領域は、3つの領域の中では最も結晶粒が小さい。
図10に示す遮光膜2の下部領域の電子回折像では、図9の中部領域に比べて格子点が明瞭に見られ、中部領域に比べて結晶粒が大きいことがわかる。
実施例のマスクブランクは、以下のようにして作製した。
実施例1と同様、合成石英ガラスからなる透光性基板1(大きさ約152mm×152mm×厚さ約6.35mm)を3枚準備した。この透光性基板1は、主表面及び端面が所定の表面粗さ(例えば主表面はRqで0.2nm以下)に研磨されている。
まず、スパッタ室に、透光性基板1の搬送方向に複数のクロム(Cr)ターゲットを設置したインラインスパッタ装置を準備した。そのスパッタ室内で透光性基板1を搬送しつつ、アルゴン(Ar)及び窒素(N2)の混合ガス(流量比 Ar:N2=4:1、圧力=4.0×10-4Pa)の雰囲気で、電力値0.5Wの定電圧制御でCrターゲットに電圧を印加し、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)を行うことにより、上記透光性基板1上に遮光膜2の下部領域を形成した。
また、図15は、実施例3のマスクブランク10における遮光膜2の断面TEM(透過型電子顕微鏡)像を示す。
図13に示す遮光膜2の中部領域の電子回折像では、図14の下部領域に比べて格子点がやや明瞭に見られ、下部領域に比べて結晶粒がやや大きいことがわかる。
図14に示す遮光膜2の下部領域の電子回折像では、結晶性が小さく、回折像があまり明瞭ではない。下部領域は、3つの領域の中では最も結晶粒が小さい可能性もあるが、図13の中部領域との差異は小さいと考えられる。
比較例1のマスクブランクは、以下のようにして作製した。
実施例1と同様、合成石英ガラスからなる透光性基板(大きさ約152mm×152mm×厚さ約6.35mm)を3枚準備した。この透光性基板は、主表面及び端面が所定の表面粗さ(例えば主表面はRqで0.2nm以下)に研磨されている。
まず、スパッタ室に透光性基板1を置く回転ステージとクロム(Cr)ターゲットを備える枚葉式スパッタ装置を準備した。そのスパッタ室内の回転ステージに上記透光性基板を設置し、アルゴン(Ar)、窒素(N2)、二酸化炭素(CO2)、及びヘリウム(He)の混合ガス(流量比 Ar:N2:CO2:He=4:3:6:8、圧力=1.0×10-4Pa)の雰囲気で、Crターゲットに印加するDC電力を2.0kW(定電流制御)とし、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)を行うことにより、上記透光性基板上に遮光膜の下部領域を形成した。
また、図19は、比較例1のマスクブランクにおける遮光膜の断面TEM像を示す。
図17に示す遮光膜の中部領域の電子回折像では、結晶性が小さく、回折像があまり明瞭ではない。
図18に示す遮光膜の下部領域の電子回折像では、図17の中部領域に比べて格子点がやや明瞭に見られ、中部領域に比べて結晶粒がやや大きいことがわかる。
2 パターン形成用の薄膜
3 レジスト膜
2a 薄膜パターン(転写パターン、遮光膜パターン)
3a レジストパターン
10 マスクブランク
20 転写用マスク
Claims (15)
- 基板上に、パターン形成用の薄膜を備えるマスクブランクであって、
前記薄膜は、クロムを含有する材料からなり、
前記薄膜は、基板側とは反対側の上部領域と、該上部領域を除く領域とからなり、
前記上部領域の結晶サイズは、前記上部領域を除く領域の結晶サイズよりも大きく、
硝酸第二セリウムアンモニウムを含むエッチング液を用いた場合、前記上部領域のエッチングレートは、前記上部領域を除く領域のエッチングレートよりも速いことを特徴とするマスクブランク。 - 前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域は、いずれも多結晶構造であることを特徴とする請求項1に記載のマスクブランク。
- 電子回折法を用いて取得される前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域の各結晶面間隔は、いずれも0.2nm以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のマスクブランク。
- 前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域は、いずれも柱状構造を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記薄膜の上部領域を除く領域は、基板側から下部領域および中部領域の2つの領域からなり、
前記薄膜の結晶サイズは、中部領域、下部領域、上部領域の順に大きくなっていくことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のマスクブランク。 - 前記薄膜は、厚さ方向で前記クロムの含有量が変化する組成傾斜膜であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記薄膜は、露光光に対して3以上の光学濃度を有する遮光膜であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のマスクブランク。
- 基板上に、転写パターンを有する薄膜を備える転写用マスクであって、
前記薄膜は、クロムを含有する材料からなり、
前記薄膜は、基板側とは反対側の上部領域と、該上部領域を除く領域とからなり、
前記上部領域の結晶サイズは、前記上部領域を除く領域の結晶サイズよりも大きく、
硝酸第二セリウムアンモニウムを含むエッチング液を用いた場合、前記上部領域のエッチングレートは、前記上部領域を除く領域のエッチングレートよりも速いことを特徴とする転写用マスク。 - 前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域は、いずれも多結晶構造であることを特徴とする請求項8に記載の転写用マスク。
- 電子回折法を用いて取得される前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域の各結晶面間隔は、いずれも0.2nm以上であることを特徴とする請求項8又は9に記載の転写用マスク。
- 前記薄膜の上部領域と上部領域を除く領域は、いずれも柱状構造を有することを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記薄膜の上部領域を除く領域は、基板側から下部領域および中部領域の2つの領域からなり、
前記薄膜の結晶サイズは、中部領域、下部領域、上部領域の順に大きくなっていくことを特徴とする請求項8乃至11のいずれかに記載の転写用マスク。 - 前記薄膜は、厚さ方向で前記クロムの含有量が変化する組成傾斜膜であることを特徴とする請求項8乃至12のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記薄膜は、露光光に対して3以上の光学濃度を有する遮光膜であることを特徴とする請求項8乃至13のいずれかに記載の転写用マスク。
- 請求項8乃至14のいずれか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。
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