JPWO2016147518A1 - マスクブランク、転写用マスク、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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Abstract
Description
(構成1)
透光性基板上に、光半透過膜、エッチングマスク膜および遮光膜がこの順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記光半透過膜は、ケイ素を含有する材料からなり、
前記エッチングマスク膜は、クロムを含有する材料からなり、
前記遮光膜は、クロムおよび酸素を含有する材料からなり、
酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングにおける前記エッチングマスク膜のエッチングレートに対する前記遮光膜のエッチングレートの比率が3以上12以下であることを特徴とするマスクブランク。
前記エッチングマスク膜は、クロムを含有し、さらに炭素およびケイ素から選ばれる少なくとも1以上の元素を含有する材料からなることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
(構成3)
前記エッチングマスク膜は、酸素および窒素の合計含有量が5原子%以下であることを特徴とする構成1または2に記載のマスクブランク。
前記遮光膜は、酸素の含有量が10原子%以上であ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。
前記遮光膜は、ケイ素を実質的に含有しない材料からな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。
(構成6)
前記光半透過膜は、ケイ素および窒素を含有する材料からな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。
透光性基板上に、エッチングマスク膜および遮光膜がこの順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記エッチングマスク膜は、クロムを含有する材料からなり、
前記遮光膜は、クロムおよび酸素を含有する材料からなり、
酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングにおける前記エッチングマスク膜のエッチングレートに対する前記遮光膜のエッチングレートの比率が3以上12以下であることを特徴とするマスクブランク。
前記エッチングマスク膜は、クロムを含有し、さらに炭素およびケイ素から選ばれる少なくとも1以上の元素を含有する材料からなることを特徴とする構成7記載のマスクブランク。
(構成9)
前記エッチングマスク膜は、酸素および窒素の合計含有量が5原子%以下であることを特徴とする構成7または8に記載のマスクブランク。
前記遮光膜は、酸素の含有量が10原子%以上であることを特徴とする構成7から9のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成11)
前記遮光膜は、ケイ素を実質的に含有しない材料からなることを特徴とする構成7から10のいずれかに記載のマスクブランク。
構成1から6のいずれかに記載のマスクブランクの前記光半透過膜に転写パターンを含む第1のパターンが形成され、前記エッチングマスク膜および前記遮光膜に遮光帯パターンを含む第2のパターンが形成されていることを特徴とする転写用マスク。
(構成13)
構成7から11のいずれかに記載のマスクブランクの前記透光性基板に掘込パターンからなる転写パターンを含む第3のパターンが形成され、前記エッチングマスク膜および前記遮光膜に遮光帯パターンを含む第4のパターンが形成されていることを特徴とする転写用マスク。
構成1から6のいずれかに記載のマスクブランクを用いる転写用マスクの製造方法であって、
前記転写用マスクは、前記光半透過膜に転写パターンを含む第1のパターンを有し、前記エッチングマスク膜および前記遮光膜に遮光帯パターンを含む第2のパターンを有するものであり、
前記遮光膜上に形成された前記第2のパターンを有する第1のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記遮光膜に前記第2のパターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜上および前記遮光膜上に形成された前記第1のパターンを有する第2のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に前記第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のパターンを有するエッチングマスク膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記光半透過膜に前記第1のパターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された前記第2のパターンを有する第3のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に前記第2のパターンを形成する工程と
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。
構成7から11のいずれかに記載のマスクブランクを用いる転写用マスクの製造方法であって、
前記転写用マスクは、前記透光性基板に掘込パターンからなる転写パターンを含む第3のパターンを有し、前記エッチングマスク膜および前記遮光膜に遮光帯パターンを含む第4のパターンを有するものであり、
前記遮光膜上に形成された前記第4のパターンを有する第4のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記遮光膜に前記第4のパターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜上および前記遮光膜上に形成された前記第3のパターンを有する第5のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に前記第3のパターンを形成する工程と、
前記第3のパターンを有するエッチングマスク膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記透光性基板の表面から掘り込んで前記第3のパターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された前記第4のパターンを有する第6のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に前記第4のパターンを形成する工程と
を有す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、リソグラフィー法により前記転写用マスクの転写パターンを半導体基板上に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17)
構成14または15に記載の転写用マスクの製造方法によって製造された転写用マスクを用い、リソグラフィー法により前記転写用マスクの転写パターンを半導体基板上に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。
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(自乗平均平方根粗さ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った。
次に、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の転写用マスク200を作製した。最初に、スピン塗布法によって遮光膜4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第1のレジスト膜を膜厚100nmで形成した。次に、第1のレジスト膜に対して、遮光帯パターンを含む第2のパターンを電子線描画し、所定の現像処理および洗浄処理を行い、第2のパターンを有する第1のレジスト膜(レジストパターン)5bを形成した(図3(A)参照)。
作製した実施例1の転写用マスク200に対し、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、パターンの短絡や断線はなく、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、この実施例1の転写用マスクを露光装置のマスクステージにセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したとしても、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンは高精度で形成できるといえる。
実施例2のマスクブランク100は、エッチングマスク膜3をCrSiで形成したこと以外は、実施例1と同様の手順で製造した。具体的には、エッチングマスク膜3は、枚葉式DCスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、クロム(Cr)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Cr:Si=97原子%:3原子%)を用い、アルゴン(Ar)ガス雰囲気でのスパッタリング(DCスパッタリング)により、光半透過膜2の表面に接して、クロムおよびケイ素からなるエッチングマスク膜3(CrSi膜)を4nmの膜厚で形成した。
次に、実施例2のマスクブランク100を用い、実施例1の場合と同様の手順で実施例2の転写用マスク200を作製した。この実施例2における転写用マスク200の作製においても、レジストパターン5bをマスクとし、酸素含有塩素系ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを遮光膜4に対して行い、第2のパターンを有する遮光膜(遮光パターン)4bを形成している。
作製した実施例2の転写用マスク200に対し、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、パターンの短絡や断線はなく、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、この実施例2の転写用マスクを露光装置のマスクステージにセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したとしても、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンは高精度で形成できるといえる。
実施例1の場合と同様に透光性基板1を準備した。次に、枚葉式DCスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)およびメタン(CH4)の混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、透光性基板1の表面に接して、クロムおよび炭素からなるエッチングマスク膜13(CrC膜 Cr:95原子%,C:5原子%)を8nmの膜厚で形成した。なお、このエッチングマスク膜13と後述の遮光膜14の各膜組成は、X線光電子分光分析法(ESCA、RBS補正有)によって取得されたものである。
次に、実施例3のマスクブランク110を用い、以下の手順で実施例3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遮光膜14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第4のレジスト膜を膜厚100nmで形成した。次に、第4のレジスト膜に対して、遮光帯パターンを含む第4のパターンを電子線描画し、所定の現像処理および洗浄処理を行い、第4のパターンを有する第4のレジスト膜(レジストパターン)15bを形成した(図6(A)参照)。
作製した実施例3の転写用マスク210に対し、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、パターンの短絡や断線はなく、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、この実施例3の転写用マスクを露光装置のマスクステージにセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したとしても、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンは高精度で形成できるといえる。
実施例4のマスクブランク110は、エッチングマスク膜13をCrSiで形成したこと以外は、実施例3と同様の手順で製造した。具体的には、エッチングマスク膜13は、枚葉式DCスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、クロム(Cr)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Cr:Si=97原子%:3原子%)を用い、アルゴン(Ar)ガス雰囲気でのスパッタリング(DCスパッタリング)により、透光性基板1の表面に接して、クロムおよびケイ素からなるエッチングマスク膜13(CrSi膜)を7nmの膜厚で形成した。
次に、実施例4のマスクブランク110を用い、実施例3の場合と同様の手順で実施例4の転写用マスク210を作製した。この実施例4における転写用マスク210の作製においても、レジストパターン15bをマスクとし、酸素含有塩素系ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを遮光膜14に対して行い、第4のパターンを有する遮光膜(遮光パターン)14bを形成している。
作製した実施例4の転写用マスク210に対し、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、パターンの短絡や断線はなく、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、この実施例4の転写用マスクを露光装置のマスクステージにセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したとしても、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンは高精度で形成できるといえる。
比較例1のマスクブランク100は、エッチングマスク膜3をCr金属で形成したこと以外は、実施例1と同様の手順で製造した。具体的には、エッチングマスク膜3は、枚葉式DCスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)ガス雰囲気でのスパッタリング(DCスパッタリング)により、光半透過膜2の表面に接して、クロムからなるエッチングマスク膜3(Cr膜)を8nmの膜厚で形成した。
次に、比較例1のマスクブランク100を用い、実施例1の場合と同様の手順で比較例1の転写用マスク200を作製した。この比較例1における転写用マスク200の作製においても、レジストパターン5bをマスクとし、酸素含有塩素系ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを遮光膜4に対して行い、第2のパターンを有する遮光膜(遮光パターン)4bを形成している。この工程によって、遮光膜4が除去される領域のエッチングマスク膜3が表面からエッチングされていた。遮光膜4のエッチング後における比較例1のエッチングマスク膜3は、面内での最も薄くなっている領域(最もエッチングされた領域)で.2.8nmの厚さで残存させることができていた。しかし、このエッチングマスク膜3の面内における膜厚分布の差は、最大5.2nmであり、5nm以上になってしまっていた。
作製した比較例1の転写用マスク200に対し、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、転写不良が確認された。これは、転写用マスク200を作製する際、遮光膜4に第2のパターンを形成するときのドライエッチングでエッチングマスク膜3の面内の膜厚分布が5nm以上に拡大されてしまい、エッチングマスク膜3に第1のパターンを高精度に形成することができず、最終的に光半透過膜2に第1のパターンを高精度に形成することができなかったことが原因と推察される。この結果から、この比較例1の転写用マスクを露光装置のマスクステージにセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した場合、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンに不良個所が発生してしまうといえる。
1a 掘込部
2 光半透過膜(位相シフト膜)
2a 光半透過パターン(第1のパターンを有する光半透過膜)
3,13 エッチングマスク膜
3a 第1のパターンを有するエッチングマスク膜
3b エッチングマスクパターン(第2のパターンを有するエッチングマスク膜)
4,14 遮光膜
4b 遮光パターン(第2のパターンを有する遮光膜)
5b レジストパターン(第2のパターンを有する第1のレジスト膜)
6a レジストパターン(第1のパターンを有する第2のレジスト膜)
7b レジストパターン(第2のパターンを有する第3のレジスト膜)
8,18 転写パターン
13a 第3のパターンを有するエッチングマスク膜
13b 第4のパターンを有するエッチングマスク膜
14b 第4のパターンを有する遮光膜
15b レジストパターン(第4のパターンを有する第4のレジスト膜)
16a レジストパターン(第3のパターンを有する第5のレジスト膜)
17b レジストパターン(第4のパターンを有する第6のレジスト膜)
100,110 マスクブランク
200,210 転写用マスク
Claims (17)
- 透光性基板上に、光半透過膜、エッチングマスク膜および遮光膜がこの順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記光半透過膜は、ケイ素を含有する材料からなり、
前記エッチングマスク膜は、クロムを含有する材料からなり、
前記遮光膜は、クロムおよび酸素を含有する材料からなり、
酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングにおける前記エッチングマスク膜のエッチングレートに対する前記遮光膜のエッチングレートの比率が3以上12以下であることを特徴とするマスクブランク。 - 前記エッチングマスク膜は、クロムを含有し、さらに炭素およびケイ素から選ばれる少なくとも1以上の元素を含有する材料からなることを特徴とする請求項1記載のマスクブランク。
- 前記エッチングマスク膜は、酸素および窒素の合計含有量が5原子%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、酸素の含有量が10原子%以上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。
- 前記遮光膜は、ケイ素を実質的に含有しない材料からな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。
- 前記光半透過膜は、ケイ素および窒素を含有する材料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。
- 透光性基板上に、エッチングマスク膜および遮光膜がこの順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記エッチングマスク膜は、クロムを含有する材料からなり、
前記遮光膜は、クロムおよび酸素を含有する材料からなり、
酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングにおける前記エッチングマスク膜のエッチングレートに対する前記遮光膜のエッチングレートの比率が3以上12以下であることを特徴とするマスクブランク。 - 前記エッチングマスク膜は、クロムを含有し、さらに炭素およびケイ素から選ばれる少なくとも1以上の元素を含有する材料からなることを特徴とする請求項7記載のマスクブランク。
- 前記エッチングマスク膜は、酸素および窒素の合計含有量が5原子%以下であることを特徴とする請求項7または8に記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、酸素の含有量が10原子%以上であることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、ケイ素を実質的に含有しない材料からなることを特徴とする請求項7から10のいずれかに記載のマスクブランク。
- 請求項1から6のいずれかに記載のマスクブランクの前記光半透過膜に転写パターンを含む第1のパターンが形成され、前記エッチングマスク膜および前記遮光膜に遮光帯パターンを含む第2のパターンが形成されていることを特徴とする転写用マスク。
- 請求項7から11のいずれかに記載のマスクブランクの前記透光性基板に掘込パターンからなる転写パターンを含む第3のパターンが形成され、前記エッチングマスク膜および前記遮光膜に遮光帯パターンを含む第4のパターンが形成されていることを特徴とする転写用マスク。
- 請求項1から6のいずれかに記載のマスクブランクを用いる転写用マスクの製造方法であって、
前記転写用マスクは、前記光半透過膜に転写パターンを含む第1のパターンを有し、前記エッチングマスク膜および前記遮光膜に遮光帯パターンを含む第2のパターンを有するものであり、
前記遮光膜上に形成された前記第2のパターンを有する第1のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記遮光膜に前記第2のパターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜上および前記遮光膜上に形成された前記第1のパターンを有する第2のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に前記第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のパターンを有するエッチングマスク膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記光半透過膜に前記第1のパターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された前記第2のパターンを有する第3のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に前記第2のパターンを形成する工程と
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。 - 請求項7から11のいずれかに記載のマスクブランクを用いる転写用マスクの製造方法であって、
前記転写用マスクは、前記透光性基板に掘込パターンからなる転写パターンを含む第3のパターンを有し、前記エッチングマスク膜および前記遮光膜に遮光帯パターンを含む第4のパターンを有するものであり、
前記遮光膜上に形成された前記第4のパターンを有する第4のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記遮光膜に前記第4のパターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜上および前記遮光膜上に形成された前記第3のパターンを有する第5のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に前記第3のパターンを形成する工程と、
前記第3のパターンを有するエッチングマスク膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記透光性基板の表面から掘り込んで前記第3のパターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された前記第4のパターンを有する第6のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に前記第4のパターンを形成する工程と
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。 - 請求項12または13に記載の転写用マスクを用い、リソグラフィー法により前記転写用マスクの転写パターンを半導体基板上に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14または15に記載の転写用マスクの製造方法によって製造された転写用マスクを用い、リソグラフィー法により前記転写用マスクの転写パターンを半導体基板上に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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