JP2019082737A - マスクブランク、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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Abstract
Description
(構成1)
透光性基板上にパターン形成用の薄膜を備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、金属、ケイ素および窒素を含有する材料からなり、
前記薄膜における前記金属の含有量[原子%]を前記金属およびケイ素の合計含有量[原子%]で除した比率は、15%以下であり、
前記薄膜に対し、二次イオン質量分析法による分析を行ってケイ素の二次イオン強度の深さ方向の分布を取得したとき、前記薄膜の透光性基板とは反対側の表層領域における前記ケイ素の二次イオン強度の最大ピーク[Counts/sec]を、前記薄膜における前記透光性基板の界面との近傍領域と前記表層領域を除いた領域である内部領域の深さ方向における前記ケイ素の二次イオン強度の平均値[Counts/sec]で除した比率が1.6以下である
ことを特徴とするマスクブランク。
前記表層領域は、前記薄膜における前記透光性基板とは反対側の表面から前記透光性基板側に向かって10nmの深さまでの範囲にわたる領域であることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
前記近傍領域は、前記透光性基板との界面から前記表層領域側に向かって20nmの深さまでの範囲にわたる領域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。
前記ケイ素の二次イオン強度の深さ方向の分布は、一次イオン種がCs+、一次加速電圧が2.0kV、一次イオンの照射領域を一辺が120μmである四角形の内側領域とした測定条件で取得されるもの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。
前記薄膜に対し、二次イオン質量分析法による分析を行って酸素の二次イオン強度の深さ方向の分布も取得したとき、前記内部領域の深さ方向における前記酸素の二次イオン強度の平均値が2000[Counts/sec]以下であ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。
前記薄膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を1%以上の透過率で透過させる機能と、前記薄膜を透過した前記露光光に対して前記薄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190度以下の位相差を生じさせる機能とを有する位相シフト膜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6記載のマスクブランク。
前記遮光膜は、クロム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。
透光性基板上にパターン形成用の薄膜を備えたマスクブランクの製造方法であって、
前記透光性基板上に、金属、ケイ素および窒素を含有する材料であり、前記金属の含有量[原子%]を前記金属およびケイ素の合計含有量[原子%]で除した比率が15%以下である材料からなる前記薄膜を形成する工程と、
前記薄膜に対し、酸素を含む気体中で300℃未満の温度で加熱処理を行う第1加熱処理工程と、
前記第1加熱処理工程後の前記薄膜に対し、酸素を含む気体中で300℃以上の温度で加熱処理を行う第2加熱処理工程と
を有することを特徴とするマスクブランクの製造方法。
前記薄膜は、二次イオン質量分析法による分析を行ってケイ素の二次イオン強度の前記薄膜における深さ方向の分布を取得したとき、前記薄膜の透光性基板とは反対側の表層領域における前記ケイ素の二次イオン強度の最大ピーク[Counts/sec]を、前記薄膜における前記透光性基板の界面との近傍領域と前記表層領域を除いた領域である内部領域の深さ方向における前記ケイ素の二次イオン強度の平均値[Counts/sec]で除した比率が1.6以下であることを特徴とする構成9記載のマスクブランクの製造方法。
前記表層領域は、前記薄膜における前記透光性基板とは反対側の表面から前記透光性基板側に向かって10nmの深さまでの範囲にわたる領域であることを特徴とする構成10記載のマスクブランクの製造方法。
前記近傍領域は、前記透光性基板との界面から前記表層領域側に向かって20nmの深さまでの範囲にわたる領域であることを特徴とする構成10または11に記載のマスクブランクの製造方法。
前記ケイ素の二次イオン強度の深さ方向の分布は、一次イオン種がCs+、一次加速電圧が2.0kV、一次イオンの照射領域を一辺が120μmである四角形の内側領域とした測定条件で取得されるものであることを特徴とする構成10から12のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
前記薄膜に対し、二次イオン質量分析法による分析を行って酸素の二次イオン強度の深さ方向の分布も取得したとき、前記内部領域の深さ方向における前記酸素の二次イオン強度の平均値が2000[Counts/sec]以下であることを特徴とする構成10から13のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
前記薄膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を1%以上の透過率で透過させる機能と、前記薄膜を透過した前記露光光に対して前記薄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190度以下の位相差を生じさせる機能とを有する位相シフト膜であることを特徴とする構成9から14のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
前記第2加熱処理工程を行った後の位相シフト膜である薄膜上に、遮光膜を形成する工程を有することを特徴とする構成15記載のマスクブランクの製造方法。
前記遮光膜は、クロムを含有する材料により形成されることを特徴とする構成16記載のマスクブランクの製造方法。
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薄膜にドライエッチングで転写パターンを形成する工程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9から17のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法により製造したマスクブランクの前記薄膜にドライエッチングで転写パターンを形成する工程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有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
本発明者らは、金属、ケイ素および窒素を含有する材料からなるパターン形成用の薄膜において、高い耐薬性を有し、かつ塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスによるドライエッチングに対する高い耐性を有するような構成について、鋭意研究を行った。薄膜全体を結晶質とすることや薄膜の表層を結晶質の層(二酸化ケイ素の結晶構造の層)とすることで、薄膜の耐薬性やドライエッチング耐性を高めることは可能である。しかし、薄膜に結晶質の層が存在すると、その薄膜にパターンを形成したときのパターン側壁のラインエッジラフネス(LER)が悪く、微細パターンを備える転写用マスクに求められる条件を満たすことができない。パターン形成用薄膜は、アモルファス構造あるいは微結晶構造とする必要がある。
図1は、本発明の実施形態に係る位相シフトマスクを製造するためのマスクブランク100の構成を示す断面図である。図1に示すマスクブランク100は、位相シフトマスクを製造するためのものであり、透光性基板1上に、位相シフト膜(パターン形成用の薄膜)2、遮光膜3およびハードマスク膜4がこの順に積層された構造を有する。
(実施例1および比較例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4枚準備した。この透光性基板1は、端面及び主表面を所定の表面粗さに研磨され、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、この実施例1のマスクブランク100と比較例1のマスクブランクを用い、以下の手順で実施例1の位相シフトマスク200と比較例1の位相シフトマスクをそれぞれ製造した。最初に、ハードマスク膜4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2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、所定の現像処理および洗浄処理を行い、第1のパターンを有する第1のレジストパターン5aを形成した(図2(a)参照)。
上記の洗浄工程を行った後の実施例1の位相シフトマスク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、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、上記の洗浄工程を行った後の実施例1の位相シフトマスク200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。
[マスクブランクの製造]
この比較例2および比較例3のマスクブランクは、位相シフト膜2以外については、実施例1および比較例1のマスクブランクと同様の手順で製造した。この比較例1の位相シフト膜2は、ターゲットのMo/[Mo+Si]比率を変えた点が実施例1および比較例1の位相シフト膜2とは大きく異なる。具体的には、枚葉式DCスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)との混合焼結ターゲット(Mo:Si=21原子%:79原子%)を用い、アルゴン(Ar)、窒素(N2)およびヘリウム(He)の混合ガスをスパッタリングガスとする反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、モリブデン、ケイ素および窒素酸素からなる位相シフト膜2を93nmの厚さで形成した。この4枚の位相シフト膜2を備える透光性基板1(以下、薄膜付き基板という。)の内、2枚を比較例2のマスクブランクの製造に用い、残りの2枚を比較例3のマスクブランクの製造に用いる。
次に、この比較例2および比較例3のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、比較例2および比較例3の位相シフトマスクを作製した。
上記の洗浄工程を行った後の比較例2および比較例3の各位相シフトマスクに対し、AIMS248(Carl Zeiss社製)を用いて、波長248nm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、位相シフトパターン2aの膜減り量が大きいことが転写不良の発生要因と推察される。この結果から、この比較例2および比較例3の位相シフト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箇所が発生してしまうといえる。
2 位相シフト膜(パターン形成用の薄膜)
2a 位相シフトパターン
3 遮光膜
3a,3b 遮光パターン
4 ハードマスク膜
4a ハードマスクパターン
5a 第1のレジストパターン
6b 第2のレジストパターン
100 マスクブランク
200 位相シフトマスク
Claims (20)
- 透光性基板上にパターン形成用の薄膜を備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、金属、ケイ素および窒素を含有する材料からなり、
前記薄膜における前記金属の含有量[原子%]を前記金属およびケイ素の合計含有量[原子%]で除した比率は、15%以下であり、
前記薄膜に対し、二次イオン質量分析法による分析を行ってケイ素の二次イオン強度の深さ方向の分布を取得したとき、前記薄膜の透光性基板とは反対側の表層領域における前記ケイ素の二次イオン強度の最大ピーク[Counts/sec]を、前記薄膜における前記透光性基板の界面との近傍領域と前記表層領域を除いた領域である内部領域の深さ方向における前記ケイ素の二次イオン強度の平均値[Counts/sec]で除した比率が1.6以下である
ことを特徴とするマスクブランク。 - 前記表層領域は、前記薄膜における前記透光性基板とは反対側の表面から前記透光性基板側に向かって10nmの深さまでの範囲にわたる領域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。
- 前記近傍領域は、前記透光性基板との界面から前記表層領域側に向かって20nmの深さまでの範囲にわたる領域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。
- 前記ケイ素の二次イオン強度の深さ方向の分布は、一次イオン種がCs+、一次加速電圧が2.0kV、一次イオンの照射領域を一辺が120μmである四角形の内側領域とした測定条件で取得されるもの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。
- 前記薄膜に対し、二次イオン質量分析法による分析を行って酸素の二次イオン強度の深さ方向の分布を取得したとき、前記内部領域の深さ方向における前記酸素の二次イオン強度の平均値が2000[Counts/sec]以下であ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。
- 前記薄膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を1%以上の透過率で透過させる機能と、前記薄膜を透過した前記露光光に対して前記薄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190度以下の位相差を生じさせる機能とを有する位相シフト膜であ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6記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、クロム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。
- 透光性基板上にパターン形成用の薄膜を備えたマスクブランクの製造方法であって、
前記透光性基板上に、金属、ケイ素および窒素を含有する材料であり、前記金属の含有量[原子%]を前記金属およびケイ素の合計含有量[原子%]で除した比率が15%以下である材料からなる前記薄膜を形成する工程と、
前記薄膜に対し、酸素を含む気体中で300℃未満の温度で加熱処理を行う第1加熱処理工程と、
前記第1加熱処理工程後の前記薄膜に対し、酸素を含む気体中で300℃以上の温度で加熱処理を行う第2加熱処理工程と
を有することを特徴とするマスクブランクの製造方法。 - 前記薄膜は、二次イオン質量分析法による分析を行ってケイ素の二次イオン強度の前記薄膜における深さ方向の分布を取得したとき、前記薄膜の透光性基板とは反対側の表層領域における前記ケイ素の二次イオン強度の最大ピーク[Counts/sec]を、前記薄膜における前記透光性基板の界面との近傍領域と前記表層領域を除いた領域である内部領域の深さ方向における前記ケイ素の二次イオン強度の平均値[Counts/sec]で除した比率が1.6以下であることを特徴とする請求項9記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記表層領域は、前記薄膜における前記透光性基板とは反対側の表面から前記透光性基板側に向かって10nmの深さまでの範囲にわたる領域であることを特徴とする請求項10記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記近傍領域は、前記透光性基板との界面から前記表層領域側に向かって20nmの深さまでの範囲にわたる領域であることを特徴とする請求項10または11に記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記ケイ素の二次イオン強度の深さ方向の分布は、一次イオン種がCs+、一次加速電圧が2.0kV、一次イオンの照射領域を一辺が120μmである四角形の内側領域とした測定条件で取得されるものであることを特徴とする請求項10から12のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記薄膜に対し、二次イオン質量分析法による分析を行って酸素の二次イオン強度の深さ方向の分布も取得したとき、前記内部領域の深さ方向における前記酸素の二次イオン強度の平均値が2000[Counts/sec]以下であることを特徴とする請求項10から13のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記薄膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を1%以上の透過率で透過させる機能と、前記薄膜を透過した前記露光光に対して前記薄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190度以下の位相差を生じさせる機能とを有する位相シフト膜であることを特徴とする請求項9から14のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記第2加熱処理工程を行った後の位相シフト膜である薄膜上に、遮光膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項15記載のマスクブランクの製造方法。
- 前記遮光膜は、クロムを含有する材料により形成されることを特徴とする請求項16記載のマスクブランクの製造方法。
- 請求項1から8のいずれかに記載のマスクブランクの前記薄膜にドライエッチングで転写パターンを形成する工程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9から17のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法により製造したマスクブランクの前記薄膜にドライエッチングで転写パターンを形成する工程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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