JP2013195719A - マスクブランク、転写用マスク、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＭＦバイアスを低減できる超薄膜化を実現できるマスクブランクを提供する。
【解決手段】合成石英ガラス基板１上に薄膜２を有するマスクブランク１０であって、転写パターン形成領域とその外側に位置する非転写パターン形成領域とを有する。転写パターン領域に対する非転写パターン形成領域のマスクブランクにおける複屈折が大きい。薄膜２の膜厚は、全体に渡って均一であり、且つ非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度が、縮小投影露光装置にセットした転写用マスクを介してパターン転写を行った時にパターン不良が防止できるような光学濃度となる最小膜厚に設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＳＩ等の半導体装置製造における微細パターン転写に用いられる転写用マスク製造用のマスクブランク、転写用マスク、及び半導体装置の製造方法に関する。

ＬＳＩ等の半導体装置の製造において、転写用マスクに描かれた微細な回路パターンをウェハ上に縮小投影して転写する露光装置が広く利用されている。回路の高集積化および高機能化に伴い、回路の微細化が進み、高解像度の回路パターンを深い焦点深度でウェハ面上に結像させることが露光装置に求められ、露光光源の短波長化が進められている。露光光源は、従来のｇ線（波長４３６ｎｍ）やｉ線（波長３６５ｎｍ）から進んで、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）が用いられている。

近年、ＡｒＦエキシマレーザーを用いて更なる高解像度を達成するために、露光装置の投影レンズとウェハとの間に液体を満たして露光する液浸露光技術が知られている。露光装置の解像度は、露光波長が短ければ短いほど、また、投影レンズのＮＡ（開口数）が大きければ大きいほど高解像度が得られ、次式で表すことができる。
解像度＝ｋ（プロセス係数）×λ（露光波長）／ＮＡ
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ

ここで、ｎは露光光が通過する媒質の屈折率を示し、従来は大気なのでｎ＝１．０であるが、この液浸露光においては媒質にｎ＝１．４４の純水を用いており、これにより、露光装置の更なる高解像度化が可能となる。

さらには、様々な偏光方位を持ったランダム偏光で構成されている従来の露光光に対して、光の偏光のうち解像度に悪影響を及ぼす偏光を抑えることで結像コントラスを高め、解像度を向上させる偏光照明技術が知られている。

このような液浸露光技術や偏光照明技術に用いられる転写用マスクには、通過する露光光に偏光性の乱れを発生させないために、低複屈折であることが要求される。そこで、複屈折を２ｎｍ／ｃｍ以下としたフォトマスク基板が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００３−５１５１９２号公報

半導体集積回路の製造では、回路の微細化に伴い、上述のように液浸露光技術や偏光照明技術を利用して超微細なパターン形成が必要となってきているが、転写用マスクを用いて半導体ウェハ上のレジスト膜に対してパターン転写を行ったときの回路パターンの解像性を確認するためのシミュレーションが行われる。通常は、転写用マスクの膜の厚さ等の３次元効果を考慮しない２次元シミュレーションが行われるが、実際のパターン転写においては転写用マスクの膜の厚さ等の３次元効果が発生する。そこで、２次元シミュレーションと上述の３次元効果が発生する実際のパターン転写との差を「ＥＭＦバイアス（ElectroMagnetic Field Bias）」というパラメータで評価することが行われている。上述のシミュレーションの精度を向上させるためには、転写パターン形成用の薄膜の膜厚が小さく、上述の３次元効果の影響が少なく、ＥＭＦバイアスを低減できることが望まれる。

しかし、例えばバイナリマスクの場合、転写パターン不良を防止するためには、一定の遮光性が必要であり、そのためには、一定の光学濃度を持たせるための膜厚が必要となる。つまり、上記ＥＭＦバイアスを低減するために、単に転写パターン形成用の薄膜の膜厚を低減するといっても一般には限界がある。

そこで本発明は、ＥＭＦバイアスを低減できる超薄膜化を実現できるマスクブランクを提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、上記マスクブランクを用いて得られる転写用マスク、及び該転写用マスクを用いて得られる半導体装置の製造方法を提供することを第２の目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するため、マスクブランクの非転写パターン形成領域における複屈折による光減衰効果に着目し、さらに鋭意研究を続けた結果、本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）
合成石英ガラス基板上に転写パターン形成用薄膜を有するＡｒＦエキシマレーザー露光用のマスクブランクであって、前記マスクブランクは、転写パターンが形成される転写パターン形成領域と、該転写パターン形成領域の外側に位置する非転写パターン形成領域とを有し、前記転写パターン領域に対する前記非転写パターン形成領域の前記マスクブランクにおける複屈折が大きく、前記薄膜の膜厚は、前記転写パターン形成領域及び前記非転写パターン形成領域に渡って均一又は略均一であって、かつ、前記非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度が、縮小投影露光装置にセットした前記マスクブランクを用いて作製した転写用マスクを介して被転写体へのパターン転写を行った時に、前記被転写体に複数回露光されることによるパターン不良が防止できる光学濃度となる最小膜厚に設定されていることを特徴とするマスクブランクである。

構成１にあるように、転写パターン領域に対する非転写パターン形成領域のマスクブランクにおける複屈折が大きいことにより、このマスクブランクを用いて作製した転写用マスクをたとえば露光光の偏光状態を制御させる偏光子を備えた縮小投影露光装置にセットしてパターン転写を行う場合、本発明のマスクブランクにおける非転写パターン形成領域の複屈折による光減衰効果が発揮されるので、非転写パターン形成領域に必要な薄膜の膜厚が小さくて済み、前記薄膜の膜厚は、転写パターン形成領域及び非転写パターン形成領域に渡って均一又は略均一であって、かつ、非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度が、縮小投影露光装置にセットしたマスクブランクを用いて作製した転写用マスクを介して被転写体へのパターン転写を行った時に、被転写体に複数回露光されることによるパターン不良が防止できる光学濃度となる最小膜厚に設定することができる。従って、超薄膜のマスクブランクを実現できるので、ＥＭＦバイアスを大幅に低減することができる。

（構成２）
前記合成石英ガラス基板において、前記転写パターン形成領域に対する前記非転写パターン形成領域の複屈折が大きい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２のように、前記合成石英ガラス基板において、前記転写パターン形成領域に対する前記非転写パターン形成領域の複屈折が大きいことにより、前記転写パターン領域に対する前記非転写パターン形成領域のマスクブランクにおける複屈折が大きくなる。

（構成３）
前記転写パターン形成領域における複屈折の最小値と、前記非転写パターン形成領域における複屈折の最大値との差が、３０ｎｍ／ｃｍ以上６０ｎｍ／ｃｍ以下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。
構成３にあるように、特に転写パターン形成領域における複屈折の最小値と、非転写パターン形成領域における複屈折の最大値との差が、３０ｎｍ／ｃｍ以上６０ｎｍ／ｃｍ以下であることにより、本発明のマスクブランクにおける非転写パターン形成領域の複屈折による光減衰効果が有効に発揮されるので、非転写パターン形成領域に必要な薄膜の膜厚を小さくすることが可能になる。

（構成４）
前記転写パターン形成領域における複屈折は、１０ｎｍ／ｃｍ以下であ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４にあるように、転写パターン形成領域における複屈折は、通過する露光光に偏光性の乱れを発生させないために、特に１０ｎｍ／ｃｍ以下であることが好ましい。

（構成５）
前記非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度が、２．８以上である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。
縮小投影露光装置にセットした本発明のマスクブランクを用いて作製した転写用マスクを介して被転写体へのパターン転写を行った時に、被転写体に複数回露光されることによるパターン不良が防止できるためには、構成５にあるように、非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度が、２．８以上であることが好ましい。

（構成６）
前記薄膜は遮光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。
本発明は、合成石英ガラス基板上に転写パターン形成用薄膜として遮光膜を有するバイナリマスクブランクに好適である。

（構成７）
構成１乃至６のいずれかに記載のマスクブランクにおける前記薄膜をパターニングして、前記合成石英ガラス基板上の前記転写パターン形成領域に転写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７のように、本発明のマスクブランクを用いて得られる転写用マスクは、とくに解像度を向上させる偏光照明技術を適用した露光装置に好適に用いることができる。

（構成８）
構成７に記載の転写用マスクを縮小投影露光装置にセットし、半導体基板上に前記転写用マスクに形成されている前記転写パターンを転写して、半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
本発明により得られる転写用マスクを縮小投影露光装置にセットし、半導体基板上にパターン転写を行うことにより、超微細な回路パターンを有する半導体装置を製造することができる。

（構成９）
前記縮小投影露光装置は、前記転写用マスクに露光光を照射する照明光学系と、前記半導体基板上に前記転写用マスクからの露光光を縮小投影させるための縮小投影光学系とを有し、該縮小投影光学系には、前記露光光の偏光状態を制御させる偏光子を備えていることを特徴とする構成８に記載の半導体装置の製造方法である。
従来の照明光学系に偏光子を設けることに加えて、転写パターンのコントラストのさらなる向上を目的として縮小投影光学系にも偏光子を設けた縮小投影露光装置を用いる場合、本発明のマスクブランクにおける非転写パターン形成領域の複屈折による光減衰効果がさらに大きくなるので、非転写パターン形成領域に必要な薄膜の膜厚が小さくて済む超薄膜のマスクブランクを実現できる。

本発明によれば、転写パターン領域に対する非転写パターン形成領域のマスクブランクにおける複屈折が大きいことにより、このマスクブランクを用いて作製した転写用マスクをたとえば露光光の偏光状態を制御させる偏光子を備えた縮小投影露光装置にセットしてパターン転写を行う場合、本発明のマスクブランクにおける非転写パターン形成領域の複屈折による光減衰効果が発揮されるので、非転写パターン形成領域に必要な薄膜の膜厚が小さくて済む超薄膜のマスクブランクを実現でき、ＥＭＦバイアスを低減することができる。

また、本発明のマスクブランクを用いて得られる転写用マスクは、とくに解像度を向上させる偏光照明技術を適用した露光装置に好適に用いることができる。
また、本発明により得られる転写用マスクを縮小投影露光装置にセットし、半導体基板上にパターン転写を行うことにより、超微細な回路パターンを有する半導体装置を製造することができる。

本発明に係るマスクブランクの一実施形態の構成例を示す断面図である。 ガラス基板主表面の転写パターン形成領域を説明するためのガラス基板の平面図である。 ガラス基板主表面の転写パターン形成領域を説明するためのガラス基板の平面図である。 縮小投影露光装置の概略構成を示す斜視図である。 実施例の合成石英ガラス基板の複屈折分布を示す図である。 比較例の合成石英ガラス基板の複屈折分布を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を詳述する。
［マスクブランク］
まず、本発明に係るマスクブランクについて説明する。
本発明に係るマスクブランクは、上記構成１にあるように、合成石英ガラス基板上に転写パターン形成用薄膜を有するＡｒＦエキシマレーザー露光用のマスクブランクであって、前記マスクブランクは、転写パターンが形成される転写パターン形成領域と、該転写パターン形成領域の外側に位置する非転写パターン形成領域とを有し、前記転写パターン領域に対する前記非転写パターン形成領域の前記マスクブランクにおける複屈折が大きく、前記薄膜の膜厚は、前記転写パターン形成領域及び前記非転写パターン形成領域に渡って均一又は略均一であって、かつ、前記非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度が、縮小投影露光装置にセットした前記マスクブランクを用いて作製した転写用マスクを介して被転写体へのパターン転写を行った時に、前記被転写体に複数回露光されることによるパターン不良が防止できる光学濃度となる最小膜厚に設定されていることを特徴とするものである。

図１は、本発明に係るマスクブランクの一実施形態の構成例を示しており、合成石英ガラス基板１の主表面上に、転写パターンとなる転写パターン形成用薄膜２を形成したマスクブランク１０である。
本発明では、合成石英ガラス基板を用いるが、この合成石英ガラス基板は、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）又はそれよりも短波長の領域で透明性が高いので、近年の半導体装置の回路パターンの微細化、高解像度化に対応できるマスクブランク用基板として好適である。

上記合成石英ガラス基板１の主表面上に、薄膜２として遮光膜を形成することによりバイナリマスクブランクが得られる。また、上記合成石英ガラス基板１の主表面上に、薄膜２として位相シフト膜、あるいは位相シフト膜及び遮光膜を形成することにより、位相シフト型マスクブランクが得られる。

上記遮光膜は、単層でも複数層（例えば遮光層と反射防止層との積層構造）としてもよい。また、遮光膜を遮光層と反射防止層との積層構造とする場合、この遮光層を複数層からなる構造としてもよい。また、上記位相シフト膜についても、単層でも複数層としてもよい。

このようなマスクブランクとしては、例えば、クロム（Ｃｒ）を含有する材料により形成されている遮光膜を備えるバイナリマスクブランク、遷移金属とケイ素（Ｓｉ）を含有する材料により形成されている遮光膜を備えるバイナリマスクブランク、タンタル（Ｔａ）を含有する材料により形成されている遮光膜を備えるバイナリマスクブランク、ケイ素（Ｓｉ）を含有する材料、あるいは遷移金属とケイ素（Ｓｉ）を含有する材料により形成されている位相シフト膜を備える位相シフト型マスクブランクなどが挙げられる。

上記クロム（Ｃｒ）を含有する材料としては、クロム単体、クロム系材料（CrO，CrN，CrC，CrON，CrCN，CrOC，CrOCN等）が挙げられる。
上記タンタル（Ｔａ）を含有する材料としては、タンタル単体のほかに、タンタルと他の金属元素（例えば、Ｈｆ、Ｚｒ等）との化合物、タンタルにさらに窒素、酸素、炭素及びホウ素のうち少なくとも１つの元素を含む材料、具体的には、TaN、TaO，TaC，TaB，TaON，TaCN，TaBN，TaCO，TaBO，TaBC，TaCON，TaBON，TaBCN，TaBCONを含む材料などが挙げられる。

上記ケイ素（Ｓｉ）を含有する材料としては、ケイ素に、さらに窒素、酸素及び炭素のうち少なくとも１つの元素を含む材料、具体的には、ケイ素の窒化物、酸化物、炭化物、酸窒化物（酸化窒化物）、炭酸化物（炭化酸化物）、あるいは炭酸窒化物（炭化酸化窒化物）を含む材料が好適である。

また、上記遷移金属とケイ素（Ｓｉ）を含有する材料としては、遷移金属とケイ素を含有する材料のほかに、遷移金属及びケイ素に、さらに窒素、酸素及び炭素のうち少なくとも１つの元素を含む材料が挙げられる。具体的には、遷移金属シリサイド、または遷移金属シリサイドの窒化物、酸化物、炭化物、酸窒化物、炭酸化物、あるいは炭酸窒化物を含む材料が好適である。遷移金属には、モリブデン、タンタル、タングステン、チタン、クロム、ハフニウム、ニッケル、バナジウム、ジルコニウム、ルテニウム、ロジウム、ニオブ等が適用可能である。この中でも特にモリブデンが好適である。

上記遮光膜等の薄膜を形成するための成膜方法は特に制約されない。例えばスパッタリング法、イオンビームデボジション（ＩＢＤ）法、ＣＶＤ法などが好ましく挙げられる。

上記マスクブランク１０は、転写パターンが形成される転写パターン形成領域と、該転写パターン形成領域の外側に位置する非転写パターン形成領域とを有する。上記転写パターン形成領域は、図２に示すように、マスクブランク用基板が例えば６インチ角（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ）のガラス基板の場合、一般に１３２ｍｍ×１３２ｍｍの範囲のＡ領域である。また、図３に示すように、１３２ｍｍ×１０４ｍｍの範囲のＢ領域、または１０４ｍｍ×１３２ｍｍの範囲のＣ領域を転写パターン形成領域とすることもある。勿論、これらは一例であって、マスクに応じて適宜設定することができる。

本発明のマスクブランクにおいては、前記転写パターン領域に対する前記非転写パターン形成領域の複屈折が大きい。たとえば、上記合成石英ガラス基板１において、前記転写パターン形成領域に対する前記非転写パターン形成領域の複屈折が大きいことにより、前記転写パターン領域に対する前記非転写パターン形成領域のマスクブランクにおける複屈折が大きくなる。

上記合成石英ガラス基板１の複屈折は、半導体装置を製造する際の露光光波長、つまりパターン転写に用いる縮小投影露光装置の露光光源波長における複屈折の測定が可能な、複屈折測定装置を用いて測定することができる。例えば、露光光がＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）の場合、複屈折測定装置の光源としては重水素ランプや、Ｈｅ−Ｎｅレーザー（波長６３２．８ｎｍ）等を使用して上記合成石英ガラス基板の複屈折を測定することができる。

上記合成石英ガラス基板主表面の転写パターン形成領域と非転写パターン形成領域を含む領域における複屈折の測定ポイントは任意に設定することができるが、測定ポイントを多くする方が望ましい。例えば上記の１３２ｍｍ×１０４ｍｍの転写パターン形成領域と非転写パターン形成領域を含む１３２ｍｍ×１３２ｍｍの領域において少なくとも１００点（１０×１０点）以上とすることが好適である。特に１２１点（１１×１１点）以上とすることが望ましい。

本発明のマスクブランクにおいては、転写パターン形成領域における複屈折の最小値と、非転写パターン形成領域における複屈折の最大値との差が、３０ｎｍ／ｃｍ以上６０ｎｍ／ｃｍ以下であることが好ましい。これにより、本発明のマスクブランクにおける非転写パターン形成領域の複屈折による露光光の光減衰効果が有効に発揮されるので、非転写パターン形成領域に必要な薄膜の膜厚を小さくすることが可能になる。上記複屈折の差が３０ｎｍ／ｃｍ未満の場合、非転写パターン形成領域の複屈折による光減衰効果があまり発揮されない（小さい）ので、非転写パターン形成領域に必要な薄膜の膜厚の低減効果が小さく、ＥＭＦバイアス低減の効果が少ない。一方、上記複屈折の差が６０ｎｍ／ｃｍを超える場合、マスクブランクの機械的耐久性が低下し、マスクブランク製造時等の段階で破壊の可能性もある。

本発明のマスクブランクにおいては、転写パターン形成領域における複屈折は、通過する露光光に偏光性の乱れを発生させないために、１０ｎｍ／ｃｍ以下であることが好ましい。特に好ましくは５ｎｍ／ｃｍ以下であり、更に好ましくは２ｎｍ／ｃｍ以下である。

本発明のマスクブランクにおいて、上記薄膜２の膜厚は、転写パターン形成領域及び非転写パターン形成領域に渡って均一又は略均一であって、かつ、非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度が、縮小投影露光装置にセットした本発明のマスクブランクを用いて作製した転写用マスクを介して被転写体へのパターン転写を行った時に、被転写体に複数回露光されることによるパターン不良が防止できる光学濃度となる最小膜厚に設定されている。

上記非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度は、２．８以上であることが好ましい。光学濃度が２．８未満である場合、被転写体に複数回露光されることによるパターン不良が発生する場合がある。

また、本発明は、合成石英ガラス基板上に転写パターン形成用薄膜として遮光膜を有するバイナリマスクブランクに好適である。

以上説明したように、本発明に係るマスクブランクは、転写パターン領域に対する非転写パターン形成領域のマスクブランクにおける複屈折が大きいことにより、このマスクブランクを用いて作製した転写用マスクをたとえば露光光の偏光状態を制御させる偏光子を備えた縮小投影露光装置にセットしてパターン転写を行う場合、本発明のマスクブランクにおける非転写パターン形成領域の複屈折による露光光の光減衰効果が発揮されるので、非転写パターン形成領域に必要な薄膜の膜厚が小さくて済む。そのため、前記薄膜の膜厚は、転写パターン形成領域及び非転写パターン形成領域に渡って均一又は略均一であって、かつ、非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度が、縮小投影露光装置にセットしたマスクブランクを用いて作製した転写用マスクを介して被転写体へのパターン転写を行った時に、被転写体に複数回露光されることによるパターン不良が防止できる光学濃度となる最小膜厚に設定することができる。従って、本発明により超薄膜のマスクブランクを実現できるので、ＥＭＦバイアスを大幅に低減することができる。

［転写用マスク］
本発明は、上記構成のマスクブランクにおける前記薄膜をパターニングして転写パターンを形成してなる転写用マスクについても提供する。
すなわち、本発明に係る転写用マスクは、上記本発明のマスクブランクにおける前記薄膜をパターニングして、前記合成石英ガラス基板上の前記転写パターン形成領域に転写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である。
本発明のマスクブランクを用いて得られる転写用マスクは、とくに解像度を向上させる偏光照明技術を適用した露光装置に好適に用いることができる。

上記マスクブランクにおける転写パターンとなる薄膜をパターニングする方法としては、精度の高いフォトリソグラフィ法が最も好適である。例えば、上述のバイナリマスクブランクにおける遮光膜をパターニングすることにより、遮光膜パターンを備えるバイナリマスクが得られる。また、上述の合成石英ガラス基板の主表面に、位相シフト膜、あるいは位相シフト膜及び遮光膜を備える構造の位相シフト型マスクブランクにおいても、転写パターンとなる薄膜をパターニングすることにより、位相シフト型マスクが得られる。

［半導体装置の製造方法］
本発明は、上記構成の転写用マスクを用いたパターン転写により半導体装置を製造する方法についても提供する。
すなわち、本発明は、上記本発明に係る転写用マスクを縮小投影露光装置にセットし、半導体基板上に前記転写用マスクに形成されている前記転写パターンを転写して、半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法である。

図４は、縮小投影露光装置の一例の概略構成を示す斜視図である。
上記縮小投影露光装置は、転写用マスクに露光光を照射する照明光学系と、半導体基板上に前記転写用マスクからの露光光を縮小投影させるための縮小投影光学系とを有している。上記露光装置のマスクステージに転写用マスク（レチクル）２０がセットされる。この転写用マスク２０に対して上方に配置された照明光学系２１によって露光光が照射される。そして、転写用マスク２０からの露光光は、縮小投影光学系２２によって、ウェハステージ２４にセットされた半導体基板（ウェハ）２３上に縮小投影される。なお、図４中、符号２５はＴＴＲ顕微鏡、符号２６はフォーカス・レベリング検出系、符号２７はウェハ観察顕微鏡である。

従来、転写パターンのコントラスト向上等を目的として、縮小投影露光装置における照明光学系に露光光の偏光状態を制御させる偏光子を設けることが行われている。そして、今後ダブル・パターニング、トリプル・パターニング、クアトロ・パターニングによる転写パターン技術において、さらなる転写パターンのコントラスト向上を目的として、従来の照明光学系に偏光子を設けることに加えて、縮小投影光学系にも偏光子を設けた縮小投影露光装置を用いることが好適である。このような縮小投影露光装置を用いる場合、本発明のマスクブランクにおける非転写パターン形成領域の複屈折による露光光の光減衰効果がさらに大きくなるので、非転写パターン形成領域に必要な薄膜の膜厚がさらに小さくて済む超薄膜のマスクブランクを実現でき、ＥＭＦバイアスがさらに低減できるようになる。また、超薄膜の転写パターン実現により、マスク自体での露光光吸収による熱消費を低減できることから、マスク自体の熱膨張に起因する転写パターンの位置ずれを低減できるようになる。

以上のように、本発明により得られる転写用マスクを縮小投影露光装置にセットし、半導体基板上にパターン転写を行うことにより、転写パターンのコントラストを向上させ、超微細な回路パターンを有する半導体装置を製造することができる。

以下、実施例により、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。
（実施例１）
本実施例では、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）露光対応の超薄膜バイナリマスクブランクについて説明する。
本実施例のバイナリマスクブランクは、合成石英ガラス基板（サイズ６インチ角、厚さ０．２５インチ）の主表面上に、転写パターン形成用薄膜としての遮光膜が形成されている。
本実施例のバイナリマスクブランクの上記合成石英ガラス基板の主表面は、二乗平均平方根粗さＲｍｓで０．２ｎｍ以下となるように鏡面研磨されている。

また、上記合成石英ガラス基板の複屈折は、主表面の転写パターン形成領域（１３２ｍｍ×１０４ｍｍ領域）と非転写パターン形成領域を含む、１３２ｍｍ×１３２ｍｍの１２１点（１１×１１点）で測定した結果、図５の複屈折分布を有している。なお、複屈折の測定は、ＨＩＮＤＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製高精度複屈折測定装置（Ｅｘｉｃｏｒ）を使用し測定した。

本実施例の図５の複屈折分布を持った合成石英ガラス基板では、転写パターン形成領域における複屈折の最小値は、０．２ｎｍ／ｃｍで、非転写パターン形成領域における複屈折の最大値は、４７．４ｎｍ／ｃｍであった。

また、上記遮光膜は、ＴａＮ膜（下層：遮光層）とＴａＯ膜（上層：表面反射防止層）の積層膜である。遮光膜の形成は以下のようにして行った。
上記合成石英ガラス基板上に、ターゲットにタンタル（Ｔａ）ターゲットを用い、キセノン（Ｘｅ）と窒素（Ｎ_２）の混合ガス雰囲気（ガス圧０．０７６Ｐａ、ガス流量比 Ｘｅ：Ｎ_２＝１１sccm：１５sccm）で、ＤＣ電源の電力を１．５ｋＷとし、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、ＴａＮ膜を膜厚４０．０ｎｍで成膜した。引き続いて、Ｔａターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ_２）の混合ガス雰囲気（ガス圧０．３Ｐａ、ガス流量比 Ａｒ：Ｏ_２＝５８sccm：３２．５sccm）で、ＤＣ電源の電力を０．７ｋＷとし、ＴａＯ膜を膜厚７．８ｎｍで成膜することにより、ＴａＮ膜とＴａＯ膜の積層からなる合計膜厚４７．８ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）用遮光膜を形成して、バイナリマスクブランクを作製した。

作製したバイナリマスクブランクの転写パターン形成領域におけるＡｒＦエキシマレーザーに対する遮光膜の光学濃度は２．７５で、非転写パターン形成領域における上記光学濃度は２．８０であった。また、上記遮光膜の波長１９３ｎｍにおける表面反射率は２５．３％であった。なお、これら光学濃度及び反射率の測定は分光光度計を用いて行った。

次に、上記バイナリマスクブランクを用いて、露光光としてＡｒＦエキシマレーザーを適用し、半導体デバイスの設計仕様でいうＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍのラインアンドスペースパターンを含む転写パターンを有するバイナリ転写マスクを作製するにあたり、ＥＭＦバイアスを調べるシミュレーションを行った。その結果、ＥＭＦバイアスは、輪帯照明（Annular Illumination）の場合、７．９５ｎｍであった。

次に、このバイナリマスクブランクを用いたバイナリ転写マスクの作製について説明する。
まず、上記バイナリマスクブランク上に電子線描画用化学増幅型レジストＰＲＬ００９（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）をスピンコーティング法により塗布、ベーキングしてレジスト膜を形成した。
次に、上記レジスト膜に対して電子線により所望のマスクパターンを描画し、現像を行い、レジストパターンを形成した。

このレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガス（ＣＦ_４ガス等）により上層のＴａＯ膜を、塩素系ガス（Ｃｌ_２ガス等）により下層のＴａＮ膜をそれぞれドライエッチングして、遮光膜パターンを形成した。
さらに、遮光膜パターン上に残ったレジストパターンを熱硫酸で除去し、転写用バイナリマスクを得た。
なお、本実施例の遮光膜がタンタル系材料からなるバイナリマスクは、例えば遮光膜がモリブデンシリサイド系材料からなるバイナリマスクに比べ、ＡｒＦエキシマレーザーが適用される露光光に対して耐久性がある。従って、マスク寸法変化が小さく、寿命が長く高い信頼性を得ることができる。

次に、上記のようにして得られたバイナリ転写用マスクを用いて、転写対象物である半導体ウェハ上のレジスト膜に対して、転写パターンを露光転写する工程を行った。縮小投影露光装置には、ＡｒＦエキシマレーザーを光源とする輪帯照明（Annular Illumination）が用いられた液浸方式のものを使用した。具体的には、上記露光装置のマスクステージに、本実施例で得られた上記バイナリ転写用マスクをセットし、半導体ウェハ上のＡｒＦ液浸露光用のレジスト膜に対して、露光転写を行った。露光後のレジスト膜に対して所定の現像処理を行い、レジストパターンを形成した。
さらにこのレジストパターンを用いて、半導体ウェハ上にＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍのラインアンドスペースパターンを含む回路パターンを形成した。

得られた半導体ウェハ上の回路パターンを電子顕微鏡（ＴＥＭ）で確認したところ、ＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍのラインアンドスペースパターンの仕様を十分に満たしていた。すなわち、本実施例で得られたバイナリ転写用マスクは、輪帯照明（Annular Illumination）を光源とする露光方式であっても、半導体ウェハ上にＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍのラインアンドスペースパターンを含む回路パターンを転写することが十分に可能であることが確認できた。

（比較例（参考例））
本比較例では、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）露光対応のバイナリマスクブランクについて説明する。
本比較例のバイナリマスクブランクは、上記実施例１と同様、合成石英ガラス基板（サイズ６インチ角、厚さ０．２５インチ）の主表面上に、転写パターン形成用薄膜としての遮光膜が形成されている。
本比較例のバイナリマスクブランクの上記合成石英ガラス基板の主表面は、二乗平均平方根粗さＲｍｓで０．２ｎｍ以下となるように鏡面研磨されている。

また、上記合成石英ガラス基板の複屈折は、主表面の転写パターン形成領域（１３２ｍｍ×１０４ｍｍ領域）と非転写パターン形成領域を含む、１３２ｍｍ×１３２ｍｍの１２１点（１１×１１点）で測定した結果、図６の複屈折分布を有している。なお、複屈折の測定は、実施例１と同様に、ＨＩＮＤＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製高精度複屈折測定装置（Ｅｘｉｃｏｒ）を使用し測定した。

本比較例の図６の複屈折分布を持った合成石英ガラス基板では、転写パターン形成領域における複屈折の最小値は、０．２ｎｍ／ｃｍで、非転写パターン形成領域における複屈折の最大値は、５．２ｎｍ／ｃｍであった。

また、上記遮光膜は、ＴａＮ膜（下層：遮光層）とＴａＯ膜（上層：表面反射防止層）の積層膜である。遮光膜の形成は以下のようにして行った。
上記合成石英ガラス基板上に、ターゲットにタンタル（Ｔａ）ターゲットを用い、キセノン（Ｘｅ）と窒素（Ｎ_２）の混合ガス雰囲気（ガス圧０．０７６Ｐａ、ガス流量比 Ｘｅ：Ｎ_２＝１１sccm：１５sccm）で、ＤＣ電源の電力を１．５ｋＷとし、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、ＴａＮ膜を膜厚４１．２ｎｍで成膜した。引き続いて、Ｔａターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ_２）の混合ガス雰囲気（ガス圧０．３Ｐａ、ガス流量比 Ａｒ：Ｏ_２＝５８sccm：３２．５sccm）で、ＤＣ電源の電力を０．７ｋＷとし、ＴａＯ膜を膜厚７．８ｎｍで成膜することにより、ＴａＮ膜とＴａＯ膜の積層からなる合計膜厚４９．０ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）用遮光膜を形成して、バイナリマスクブランクを作製した。

作製したバイナリマスクブランクの転写パターン形成領域におけるＡｒＦエキシマレーザーに対する遮光膜の光学濃度は２．８０で、非転写パターン形成領域における上記光学濃度は２．８０であった。また、上記遮光膜の波長１９３ｎｍにおける表面反射率は２５．６％であった。なお、これら光学濃度及び反射率の測定は実施例１と同じ分光光度計を用いて行った。

次に、上記バイナリマスクブランクを用いて、露光光としてＡｒＦエキシマレーザーを適用し、半導体デバイスの設計仕様でいうＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍのラインアンドスペースパターンを含む転写パターンを有するバイナリ転写マスクを作製するにあたり、ＥＭＦバイアスを調べるシミュレーションを行った。その結果、ＥＭＦバイアスは、輪帯照明（Annular Illumination）の場合、１１．２ｎｍであり、上記実施例１よりも大きくなった。

次に、実施例１と同様にして、このバイナリマスクブランクを用いてバイナリ転写マスクを作製した。
次に、実施例１と同様にして、上記のようにして得られたバイナリ転写用マスクを用いて、転写対象物である半導体ウェハ上のレジスト膜に対して、転写パターンを露光転写する工程を行った。
得られた半導体ウェハ上の回路パターンを電子顕微鏡（ＴＥＭ）で確認したところ、ＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍのラインアンドスペースパターンの仕様を満たさない部分があった。

１ 合成石英ガラス基板
２ 薄膜
１０ マスクブランク
２０ レチクル
２１ 照明光学系
２２ 縮小投影光学系
２３ 半導体ウェハ

Claims (9)

1. 合成石英ガラス基板上に転写パターン形成用薄膜を有するＡｒＦエキシマレーザー露光用のマスクブランクであって、
   前記マスクブランクは、転写パターンが形成される転写パターン形成領域と、該転写パターン形成領域の外側に位置する非転写パターン形成領域とを有し、
   前記転写パターン領域に対する前記非転写パターン形成領域の前記マスクブランクにおける複屈折が大きく、
   前記薄膜の膜厚は、前記転写パターン形成領域及び前記非転写パターン形成領域に渡って均一又は略均一であって、かつ、前記非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度が、縮小投影露光装置にセットした前記マスクブランクを用いて作製した転写用マスクを介して被転写体へのパターン転写を行った時に、前記被転写体に複数回露光されることによるパターン不良が防止できる光学濃度となる最小膜厚に設定されていることを特徴とするマスクブランク。
2. 前記合成石英ガラス基板において、前記転写パターン形成領域に対する前記非転写パターン形成領域の複屈折が大きいことを特徴とする請求項１に記載のマスクブランク。
3. 前記転写パターン形成領域における複屈折の最小値と、前記非転写パターン形成領域における複屈折の最大値との差が、３０ｎｍ／ｃｍ以上６０ｎｍ／ｃｍ以下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。
4. 前記転写パターン形成領域における複屈折は、１０ｎｍ／ｃｍ以下であ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。
5. 前記非転写パターン形成領域における露光光に対する光学濃度が、２．８以上である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。
6. 前記薄膜は遮光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。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のマスクブランクにおける前記薄膜をパターニングして、前記合成石英ガラス基板上の前記転写パターン形成領域に転写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。
8. 請求項７に記載の転写用マスクを縮小投影露光装置にセットし、半導体基板上に前記転写用マスクに形成されている前記転写パターンを転写して、半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記縮小投影露光装置は、前記転写用マスクに露光光を照射する照明光学系と、前記半導体基板上に前記転写用マスクからの露光光を縮小投影させるための縮小投影光学系とを有し、該縮小投影光学系には、前記露光光の偏光状態を制御させる偏光子を備えていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
   
   

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