JP2009086094A - マスクブランク及び転写用マスク - Google Patents
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Abstract
【解決手段】200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクであって、
基板上に転写パターンを有する転写用マスクにおいて、基板1と転写パターン3aとの間に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層(ヘイズ低減層)2を有することを特徴とする転写用マスク。
【選択図】図2
Description
現在、ArF(193nm)露光を導入した半導体メーカー各社は、フォトマスク(レチクル)のヘイズを深刻な問題として捉え、解決策を模索している(非特許文献1)。ヘイズは、使用される全てのフォトマスク(レチクル)で発生するわけではなく、一部に発生する。ヘイズの問題はKrF(248nm)リソグラフィーにおいては発生割合が少なないため重要ではなかったが、ArF(193nm)リソグラフィーにおいては発生割合が大きく深刻な問題となった(非特許文献2)。短波長ではエネルギーが大きくなるため、ヘイズの発生割合が大きくなると考えられる。
また、硫酸を使用しない洗浄(硫酸フリーの洗浄)が検討され、マスクによる転写回数の延長(レチクル寿命の延命など)に一定の効果はあるものの、ヘイズの発生を根絶できていない。
ヘイズ発生の最大の要因はマスク洗浄によるマスク基板上への硫酸イオンの残留である。残留した硫酸イオンはアンモニアなどと結合し、ArFの照射エネルギーにより硫化アンモニウムなどの結晶となると考えられる。硫酸フリーの洗浄を適用するとマスク基板上への硫酸イオンの残留は基本的になくなると考えられる。従って、硫酸フリーの洗浄を適用した場合のヘイズ発生の要因は、基本的に「マスク基板上への硫酸イオンの残留」以外の要因によるものと考えられる。
そこで、本発明者らは、硫酸フリーの洗浄を適用してもヘイズの発生を根絶できない理由は、レチクルケース、ペリクルなどの材料から発生する硫酸イオンや、その他空気中のSOXなどの硫化物イオンが原因であり、硫化物イオンの生成を低減又は阻止できれば、ヘイズの発生防止に効果的ではないかと考えた。そして、硫化物イオンの生成を低減又は阻止する手段として、光触媒の利用を考えた。その際、ArF(193nm)以降の短波長では、多くの膜材料で透過性が低下することなどの理由から、マスクのタイプ(バイナリー、位相シフト等)によらず、ガラス部(透過部)上に、光触媒膜を設けることは考えにくい。そこで、透過率等のマスク特性の低下を招くおそれの少ない遮光膜等の上に光触媒膜を設けることを考えた。尚、本願発明とは、目的を異にするが、Cr等の遮光膜パターン上にTiO2などの光触媒膜を設ける技術(特許文献1)は、公知である。
本願発明者らは、Cr等の遮光膜パターン上にTiO2などの光触媒膜を設けたマスクを作製し、このマスクにペリクルを貼り付け、ArF(193nm)リソグラフィーに適用することを試みた。しかしながら、ガラス部(透過部)上のヘイズを十分に除去できない場合があり、ヘイズ対策として不十分であることがわかった。
そこで、ガラス部(透過部)上に光触媒膜を設けたマスクを作製し、このマスクにペリクルを貼り付け、ArF(193nm)リソグラフィーに適用することを試みた。その結果、ヘイズ対策として効果的であることを見い出した。詳しくは、ガラス部(透過部)上に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層を設けたマスク等は、ヘイズ対策として効果的であることを見い出した。
Electronic Journal 2007年5月号「最前線 レチクルのヘイズ対策」 Yield Management 2007年4月号「ヘイズ欠陥がマスク寿命を制限する」
また、本発明は、ヘイズを低減し得る転写用マスク、特にガラス部(透過部)周辺のヘイズを十分に低減し得る転写用マスク及びその素材としてのマスクブランクの提供を他の目的とする。
(構成1)200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクの素材となるマスクブランクであり、透明基板の上にマスクパターンを形成するための薄膜を備えるマスクブランクであって、
前記透明基板と前記薄膜との間に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層を備えることを特徴とするマスクブランク。
(構成2)前記材料からなる層の透過率が50%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。
(構成3)前記材料からなる層の膜厚が10nm以下であることを特徴とする構成1又は2記載のマスクブランク。
(構成4)前記材料からなる層が、光触媒層であることを特徴とする構成1〜3のいずれか一に記載のマスクブランク。
(構成5)200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクの素材となるマスクブランクであり、透明基板の上にマスクパターンを形成するための薄膜を備えるマスクブランクであって、
前記透明基板と前記薄膜との間に、酸化チタン層を備えることを特徴とするマスクブランク。
(構成6)200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクであって、
基板上に転写パターンを有する転写用マスクにおいて、基板と転写パターンとの間に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層を有することを特徴とする転写用マスク。
(構成7)200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクであって、
基板上に転写パターンを有する転写用マスクについて、転写パターンが形成された面に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層を表面コートした構造を有することを特徴とする転写用マスク。
本発明のマスクブランクは、200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクの素材となるマスクブランクであり、透明基板の上にマスクパターンを形成するための薄膜を備えるマスクブランクであって、
前記透明基板と前記薄膜との間に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層を備えることを特徴とする(構成1)。
また、本発明の転写用マスクは、200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクであって、
基板上に転写パターンを有する転写用マスクにおいて、基板と転写パターンとの間に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層を有することを特徴とする(構成6)。
構成1、3に係る発明では、ヘイズを低減し得る転写用マスク、特にガラス部(透過部)上のヘイズを十分に低減し得る転写用マスク(構成6)及びその素材としてのマスクブランク(構成1)を提供できる。
構成6に係る転写用マスクおいては、図2(1)に示すように、基板1と転写パターン3aとの間にパターニングされていない(即ちいわゆるべたの)「所定の材料からなる層2」を有する態様、即ち、基板1上にパターニングされていない(即ちいわゆるべたの)「所定の材料からなる層2」を有し、その上に転写パターン3aを有する態様、であることが好ましい。ガラス部(透過部)上に、ヘイズが発生及び成長することを効果的に妨げ阻止するためである。
構成6のマスクは、構成1に記載のマスクブランクを用いて、マスクパターンを形成するための薄膜をパターニングして作製できる。
構成6に係る転写用マスクは、構成1に記載のマスクブランクを用いて、マスクパターンを形成するための薄膜及びヘイズ低減層をパターニングして作製できる。
前記透明基板と前記薄膜との間に、酸化チタン層を備えることを特徴とする(構成5)。
構成5に係る発明では、ヘイズを低減し得る転写用マスク、特にガラス部(透過部)上のヘイズを十分に低減し得る転写用マスク(構成6)及びその素材としてのマスクブランク(構成5)を提供できる。
尚、化学量論的なTiO2(Ti:O=1:2(2原子%比))は、絶縁体であり、酸素欠損ができると半導体となる。酸素欠損があった方が光触媒機能が大きい。ただし、酸素欠損あると透過率下がる方向(傾向)がある。そのため、TiO2の酸化度上げて透過率を上げることが好ましい。
TiO2の結晶状態としては、例えばルチル型などが好ましい。
本発明において、酸化チタン層は透過率が50%以上であることが好ましい。
本発明において、酸化チタン層の膜厚は、透過率等の観点からは、10nm以下(好ましくは1nm〜5nm)であることが好ましい。
以上の酸化チタン層に関する事項は、構成5以外の他の発明においても同様である。
基板上に転写パターンを有する転写用マスクについて、転写パターンが形成された面に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層(「所定の材料からなる層」)を表面コートした構造を有することを特徴とする(構成7)。
構成7に係る転写用マスクでは、ヘイズを低減し得る転写用マスク、特にガラス部(透過部)周辺のヘイズを十分に低減し得る転写用マスクを提供できる。勿論、遮光部や光半透過部の周辺のヘイズも低減できる。構成7に係る転写用マスクでは、表面コート(オーバーコート)層上に、ヘイズが発生及び成長することを効果的に妨げ阻止することが可能である。
構成7に係る転写用マスクは、基板上に転写パターンを有する転写用マスクを作製後、転写パターンが形成された面に「所定の材料からなる層」の表面コート(オーバーコート)して作製できる。
構成7に係る転写用マスクの他の態様としては、図3(2)に示すように、基板1上に転写パターン3aを有する転写用マスクを作製後、転写パターン3aが形成された面に均一の高さの「所定の材料からなる層」4を形成した態様が挙げられる。
構成7に係る転写用マスクの更に他の態様としては、図3(3)に示すように、基板1上に転写パターン3aを有する転写用マスクを作製後、転写パターン3aが形成された面に転写パターン3aと同じ高さで且つ均一の高さの「所定の材料からなる層」4を形成した態様が挙げられる。
図3(2)又は(3)に示す態様のマスクは、例えば、図3(1)に示すように、転写パターン3aが形成された面に「所定の材料からなる層」4の表面コート(オーバーコート)した後、例えば化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing)などの研磨手段を適用して得ることができる。
ヘイズ低減層は、ヘイズの発生及び成長を妨げる機能を有し、更には、ヘイズの発生及び成長を阻止する機能即ちヘイズの発生を防止する機能を有することが好ましい。事前にヘイズの発生及び成長を妨げ、阻止することが最も好ましいからである。
また、ヘイズ低減層は、発生したヘイズを分解する機能を有し、更には、発生したヘイズを分解し除去する(消滅させる)機能を有することが好ましい。事後的に対処可能とするためである。
ヘイズ低減層としては、例えば上記「所定の材料からなる層」、例えば、200nm以下の露光光波長(例えば露光波長ArF(193nm)に対して、6.4eV以下のバンドギャップを有する半導体又は絶縁体の層などを使用することが好ましい。絶縁体は、例えば酸素欠損ができると半導体となる。
この理由は、ArF(193nm)の露光光は、太陽光(自然光)や蛍光灯などに含まれる紫外線に比べ、光の照射エネルギーが非常に高く、照射量も桁違いに多い。これにより、マスクを使用しパターン転写する際に、ArFの照射を受けた物質は、分解されると同時にガラス部に付着(核形成)するものも生じると考えられる。このガラス部に付着(核形成)するものが生じることを、高いバンドギャップを有するヘイズ低減層へ高エネルギーを照射することによって、妨げ、阻止する作用を強くできると考えられるからである。
このようなヘイズ低減層及び上記「所定の材料からなる層」としては、具体的には、TiO2(バンドギャップは約3.2eV)が代表例として挙げられ、CdSe(カドミウム・セレン)、などが挙げられる。
ヘイズ低減層及び上記「所定の材料からなる層」としては、光触媒層を利用できる。光触媒は、光照射によって電子−正孔対が生じるものであることが好ましい。
光触媒としては、二酸化チタン(TiO2 )の他に、例えば、Fe2 O3 、Cu2 O、In2 O3 、WO3 、Fe2 TiO3 、PbO、V2 O5 、FeTiO2 、Bi2 O2 、Nb2 O2 、SrTiO2 、ZnO、BaTiO2 、CaTiO2 、KTiO2 、SnO2 、ZrO2等を適宜使用することができる。
本発明において、ヘイズ低減層及び上記「所定の材料からなる層」の形成方法としては、スパッタリング法の他に、CVD法、真空蒸着法等の真空成膜法や、光触媒を含むコーティング剤を塗布、乾燥して成膜する方法(例えば、ソル−ゲル法)や、成膜後に焼成する方法を採用することができる。
本発明においてペリクルを貼り付けたマスクは、紫外線照射下(波長、照射量(積算)、照射時間は適宜調整)で保管することが好ましい。例えば、保管時のヘイズの発生及び成長を妨げ、阻止することができるように、紫外線照射下(波長、照射量(積算)、照射時間は適宜調整)で保管することが好ましい。また、例えば、ヘイズが発生した時(好ましくはヘイズ発生の初期)に、発生したヘイズを分解し除去する(消滅させる)ことができるように、紫外線照射(波長、照射量(積算)、照射時間は適宜調整)することが好ましい。
本発明において、マスクパターンを形成するための薄膜としては、金属膜が挙げられる。金属膜としては、クロム、タンタル、モリブデン、チタン、ハフニウム、タングステンや、これらの元素を含む合金、又は上記元素や上記合金を含む材料からなる膜、例えば、上記元素や上記合金と、酸素、窒素、炭素の少なくとも一つと、を含む膜、が挙げられる。
本発明において、マスクパターンを形成するための薄膜としては、珪素を含む珪素含有膜が挙げられる。珪素含有膜としては、珪素膜や、珪素とクロム、タンタル、モリブデン、チタン、ハフニウム、タングステンの金属を含む金属シリサイド膜、さらに、珪素膜や金属シリサイド膜に、酸素、窒素、炭素の少なくとも一つを含む膜とすることができる。
また、本発明によれば、ヘイズを低減し得る転写用マスク、特にガラス部(透過部)周辺のヘイズを十分に低減し得る転写用マスク及びその素材としてのマスクブランクを提供できる。
図4は、本発明の第1の実施形態に係るマスクブランク10の一例を示す。本例において、マスクブランク10は、位相シフトマスク用のマスクブランクであり、透明基板1、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層(「所定の材料からなる層」)2、マスクパターンを形成するための薄膜3を備える。
マスクパターンを形成するための薄膜3は、位相シフト膜31、遮光性膜32で構成される。
透明基板1は、例えば、合成石英基板等の材料からなる。
所定の材料からなる層2は、例えば、TiO2、ZrO2等の材料からなる。
位相シフト膜31としては、例えば、クロム系(CrO、CrF等)、モリブデン系(MoSiON、MoSiN、MoSiO等)、タングステン系(WSiON、WSiN、WSiO等)、シリコン系(SiN、SiON等)の各種公知のハーフトーン膜を用いることができる。
遮光性膜32は、クロム単体や、クロムに酸素、窒素、炭素、水素からなる元素を少なくとも1種を含むもの(Crを含む材料)、などの材料からなる。遮光性膜13の膜構造としては、上記膜材料からなる単層、複数層構造とすることができる。また、異なる組成においては、段階的に形成した複数層構造や、連続的に組成が変化した膜構造とすることができる。
具体的な遮光性膜32は、窒化クロム膜(CrN膜)33及び炭化窒化クロム膜(CrCN膜)34からなる遮光層と、クロムに酸素及び窒素が含有されている膜(CrON膜)35からなる反射防止層との積層膜である。窒化クロム膜33は、窒化クロム(CrN)を主成分とする層であり、例えば10〜20nmの膜厚を有する。炭化窒化クロム膜34は、炭化窒化クロム(CrCN)を主成分とする層であり、例えば25〜60nmの膜厚を有する。クロムに酸素及び窒素が含有されている膜(CrON膜)35は、例えば15〜30nmの膜厚を有する。
また、本実施形態の変形例において、マスクブランク10は、バイナリ用のマスクブランクであっても良い。この場合、マスクブランク10は、例えば、透明基板1、所定の材料からなる層2、遮光性膜32をこの順で備える。
(実施例1)
透明基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英基板を用い、透明基板1上に、「所定の材料からなる層(ヘイズ低減層)2」、ハーフトーン位相シフト層31、遮光性膜32、を順次形成して、マスクブランク10を作製した(図4)。
ここで、「所定の材料からなる層(ヘイズ低減層)2」は、金属Tiのターゲットを用い、ArとO2をスパッタリングガスとして、チタン、酸素からなる膜(TiO2)を3nmの膜厚で形成した。このTiO2膜の透過率は60%であった。
ハーフトーン位相シフト層31は、Mo:Si=10:90(原子%比)のターゲットを用い、ArとN2をスパッタリングガスとして、モリブデン、シリコン、窒素からなる膜(MoSiN)を7nmの膜厚で形成した。
遮光性膜32は、遮光層として、窒化クロム膜33及び炭化窒化クロム膜34をそれぞれスパッタリング法で形成した。続いて、反射防止層として、酸化窒化クロム膜35を形成した。遮光性膜32は、膜厚方向の略全域に窒素を含むものであった。遮光性膜32の膜厚は68nmとした。
次に、上記で作製したマスクブランク上に、化学増幅型レジスト膜として、電子線露光用化学増幅型ポジレジスト(FEP171:富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製)を回転塗布法で厚さ300nm塗布し、その後、ホットプレートで130℃で10分熱処理して、化学増幅型レジスト膜を乾燥させ、ArFエキシマレーザー露光用のレジスト膜付きフォトマスクブランクであるマスクブランクを得た。
「所定の材料からなる層(ヘイズ低減層)2」を形成しなかった以外は実施例1と同様にして、比較例1に係るマスクブランクを得た。
上記で作製したマスクにペリクルを貼り付け、ArFエキシマレーザーによる露光を一定間隔で繰り返し実施した。
その結果、実施例1に係るマスク(図2(1)参照)を使用した場合、ヘイズ対策として効果的(ヘイズ発生はマスク10枚中0枚)であることがわかった。比較例1に係るマスクを使用した場合、ヘイズ対策として不十分(ヘイズ発生はマスク10枚中2枚)であった。
「所定の材料からなる層(ヘイズ低減層)2」を形成せず、その代わりにマスク作成後「所定の材料からなる層(ヘイズ低減層)4」をオーバーコートした以外は実施例1と同様にして、実施例2に係るマスクを得た(図3(2)参照)。
上記で作製したマスクにペリクルを貼り付け、ArFエキシマレーザーによる露光を一定間隔で繰り返し実施した。
その結果は、実施例1と同様であった。
2 所定の材料からなる層(ヘイズ低減層)
3 マスクパターンを形成するための薄膜
3a 転写パターン
4 所定の材料からなる層(ヘイズ低減層)
10 マスクブランク
Claims (7)
- 200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクの素材となるマスクブランクであり、透明基板の上にマスクパターンを形成するための薄膜を備えるマスクブランクであって、
前記透明基板と前記薄膜との間に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層を備えることを特徴とするマスクブランク。 - 前記材料からなる層の透過率が50%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。
- 前記材料からなる層の膜厚が10nm以下であることを特徴とする請求項1又は2記載のマスクブランク。
- 前記材料からなる層が、光触媒層であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のマスクブランク。
- 200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクの素材となるマスクブランクであり、透明基板の上にマスクパターンを形成するための薄膜を備えるマスクブランクであって、
前記透明基板と前記薄膜との間に、酸化チタン層を備えることを特徴とするマスクブランク。 - 200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクであって、
基板上に転写パターンを有する転写用マスクにおいて、基板と転写パターンとの間に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層を有することを特徴とする転写用マスク。 - 200nm以下の露光光波長を利用して半導体デザインルールにおけるDRAMハーフピッチ(hp)45nm以降の微細パターンを形成する際に使用される転写用マスクであって、
基板上に転写パターンを有する転写用マスクについて、転写パターンが形成された面に、200nm以下の露光光波長に対して6.4eV以下のバンドギャップを有する材料からなる層を表面コートした構造を有することを特徴とする転写用マスク。
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