JP2019168729A - 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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Abstract
Description
また、特許文献2、特許文献3等には、位相シフト膜を形成する材料として、SiNxの位相シフト膜が開示されている。
本発明の目的は、第2に、このマスクブランクを用いることにより、波長200nm以下の露光光に対する耐光性を大幅に改善し、長期間使用しても品質の安定した転写用マスクを提供することである。
本発明の目的は、第3に、この転写用マスクを用いて、半導体基板上のレジスト膜に高精度のパターン転写を行うことが可能な半導体デバイスの製造方法を提供することである。
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。
透光性基板上に、転写パターンを形成するための薄膜を備えたマスクブランクであって、前記薄膜は、ケイ素と窒素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成され、前記薄膜に対して、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時、前記薄膜の前記透光性基板との界面の近傍領域と前記薄膜の前記透光性基板とは反対側の表層領域を除いた内部領域における透光性基板側に向かう方向での深さ[nm]に対するケイ素の二次イオン強度[Counts/sec]の傾きが、150[(Counts/sec)/nm]未満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に記載のマスクブランク。
(構成3)
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又は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乃至3のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成5)
前記表層領域は、前記薄膜の表層領域を除いた領域よりも酸素含有量が多い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。
前記薄膜は、ケイ素、窒素および非金属元素からなる材料で形成されてい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。
(構成7)
前記薄膜における窒素含有量が50原子%以上であることを特徴とする構成6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(波長193nm)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乃至7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8に記載のマスクブランク。
(構成10)
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9に記載のマスクブランク。
構成1乃至8のいずれかに記載のマスクブランクの前記薄膜に転写パターンが設けられていることを特徴とする転写用マスク。
(構成12)
構成9又は10に記載のマスクブランクの前記位相シフト膜に転写パターンが設けられ、前記遮光膜に遮光帯を含むパターンが設けられていることを特徴とする転写用マスク。
構成11又は12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。
また、このマスクブランクを用いることにより、波長200nm以下の露光光に対する耐光性を大幅に改善し、長期間使用しても品質の安定した転写用マスクを提供することができる。
さらに、この転写用マスクを用いて、半導体基板上のレジスト膜にパターン転写を行うことにより、パターン精度の優れたデバイスパターンが形成された高品質の半導体デバイスを製造することができる。
本発明者らは、転写パターンを形成するための薄膜を形成する材料として、遷移金属を含まない、ケイ素及び窒素を含有する材料(以下、SiN系材料ということもある。)を検討するとともに、特にこの薄膜を構成するケイ素と窒素の結合状態を分析することにも着目して検討した。その結果、本発明者らは、上記課題を解決するためには、ケイ素と窒素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成された薄膜に対して、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時、この薄膜の透光性基板との界面の近傍領域とこの薄膜の透光性基板とは反対側の表層領域を除いた内部領域における透光性基板側に向かう方向での深さ[nm]に対するケイ素の二次イオン強度[Counts/sec]の傾きが、150[(Counts/sec)/nm]未満であることが良いとの結論に至り、本発明を完成するに至ったものである。
本発明に係るマスクブランクは、透光性基板上に、転写パターンを形成するためのSiN系材料からなる薄膜を備えたマスクブランクであって、位相シフトマスクブランク、バイナリマスクブランク、その他の各種マスクを作製するためのマスクブランクに適用されるものである。特に、本発明の効果、すなわちArFエキシマレーザー等の短波長の露光光に対する耐光性の大幅な改善効果が十分発揮される点で、位相シフトマスクブランクに好ましく適用される。そこで、以下では、本発明を位相シフトマスクブランクに適用した場合について説明するが、上記のとおり、本発明はこれに限定されるものではない。
図1に示されるとおり、本発明の一実施形態に係るマスクブランク10は、透光性基板1上に、転写パターンを形成するための薄膜である位相シフト膜2、遮光帯パターンなどを形成するための遮光膜3およびハードマスク膜4がこの順に積層した構造を備える位相シフトマスクブランクである。
本実施形態では、上記遮光膜3は、遮光帯等の遮光パターンを形成する目的、およびアライメントマーク等の各種マークを形成する目的に設けられている。遮光膜3は、上記ハードマスク膜4のパターンを出来るだけ忠実に位相シフト膜2に転写する機能も兼ね備えている。上記遮光膜3は、SiN系材料で形成されている上記位相シフト膜2とのエッチング選択性を確保するため、クロムを含有する材料で形成される。
上記クロムを含有する材料としては、例えばクロム(Cr)単体、あるいはクロムに酸素、窒素、炭素などの元素を添加したクロム化合物(例えばCrN、CrC、CrO、CrON、CrCN、CrOC、CrOCNなど)が挙げられる。
なお、上記ハードマスク膜4を省くことも可能であるが、レジストパターンの薄膜化を実現するためには、本実施形態のように、上記ハードマスク膜4を設ける構成とすることが望ましい。
また、上記のマスクブランク10の表面にレジスト膜を有する形態のものも本発明のマスクブランクに含まれる。
図2は、本発明に係る転写用マスクの一実施形態の断面概略図であり、図3は、本発明に係るマスクブランクを用いた転写用マスクの製造工程を示す断面概略図である。
図2に示す一実施形態の転写用マスク20(位相シフトマスク)では、上記マスクブランク10の位相シフト膜2に位相シフト膜パターン2a(転写パターン)が形成され、上記マスクブランク10の遮光膜3に遮光膜パターン3b(遮光帯を含むパターン)が形成されている。
マスクブランク10の表面に、スピン塗布法により、電子線描画用のレジスト膜を所定の膜厚で形成し、このレジスト膜に対して、所定のパターンを電子線描画し、描画後、現像することにより、所定のレジストパターン5aを形成する(図3(a)参照)。このレジストパターン5aは最終的な転写パターンとなる位相シフト膜2に形成されるべき所望のデバイスパターンを有する。
(実施例1)
本実施例1は、波長193nmのArFエキシマレーザーを露光光として用いる転写用マスク(位相シフトマスク)の製造に使用するマスクブランク及び転写用マスクの製造に関する。
本実施例1に使用するマスクブランク10は、図1に示すような、透光性基板1上に、位相シフト膜2、遮光膜3およびハードマスク膜4をこの順に積層した構造のものである。このマスクブランク10は、以下のようにして作製した。
図5に示す結果から、最小二乗法(一次関数をモデルとする。)を適用して、上記位相シフト膜2の内部領域における透光性基板側に向かう方向での深さ[nm]に対するケイ素の二次イオン強度[Counts/sec]の増加する度合い(増加の傾き)を求めたところ、105.3[(Counts/sec)/nm]であった。
次いで、枚葉式DCスパッタ装置内に、この位相シフト膜2が形成された透光性基板1を設置し、上記位相シフト膜2上に、単層構造のクロム系材料の遮光膜3を形成した。クロムからなるターゲットを用い、アルゴン(Ar)、二酸化炭素(CO2)及びヘリウム(He)の混合ガス(流量比 Ar:CO2:He=18:33:28、圧力=0.15Pa)をスパッタリングガスとし、DC電源の電力を1.8kW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、上記位相シフト膜2上に、クロム、酸素及び炭素を含有するCrOC膜からなる遮光膜3を56nmの厚さで形成した。
上記位相シフト膜2と上記遮光膜3の積層膜の光学濃度は、ArFエキシマレーザーの波長(193nm)において3.0以上であった。
まず、上記マスクブランク10の上面に、HMDS処理を施した後、スピン塗布法によって、電子線描画用の化学増幅型レジスト(富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製 PRL009)を塗布し、所定のベーク処理を行って、膜厚80nmのレジスト膜を形成した。電子線描画機を用いて、上記レジスト膜に対して所定のデバイスパターン(位相シフト膜2に形成すべき転写パターンに対応するパターン)を描画した後、レジスト膜を現像してレジストパターン5aを形成した(図3(a)参照)。
なお、上記位相シフト膜パターン2aの露光光透過率および位相差はマスクブランク製造時と変化はなかった。
得られた上記転写用マスク20に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行った結果、設計値から許容範囲内で微細パターンが形成されていることが確認できた。
本実施例2に使用するマスクブランク10は、以下のようにして作製した。
実施例1で使用したものと同じ合成石英ガラスからなる透光性基板1(大きさ約152mm×152mm×厚み約6.35mm)を準備した。
図6に示す結果から、最小二乗法(一次関数をモデルとする。)を適用して、上記位相シフト膜2の内部領域における透光性基板側に向かう方向での深さ[nm]に対するケイ素の二次イオン強度[Counts/sec]の増加する度合い(増加の傾き)を求めたところ、145.7[(Counts/sec)/nm]であった。
上記位相シフト膜2と上記遮光膜3の積層膜の光学濃度は、ArFエキシマレーザーの波長(193nm)において3.0以上であった。
なお、上記位相シフト膜パターン2aの露光光透過率および位相差はマスクブランク製造時と変化はなかった。
得られた上記転写用マスク20に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行った結果、設計値から許容範囲内で微細パターンが形成されていることが確認できた。
比較例に使用するマスクブランク10は、以下のようにして作製した。
実施例1で使用したものと同じ合成石英ガラスからなる透光性基板1(大きさ約152mm×152mm×厚み約6.35mm)を準備した。
上記位相シフト膜2と上記遮光膜3の積層膜の光学濃度は、ArFエキシマレーザーの波長(193nm)において3.0以上であった。
なお、上記位相シフト膜パターン2aの露光光透過率および位相差はマスクブランク製造時と変化はなかった。
得られた本比較例の転写用マスク20に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行った結果、設計値から許容範囲内で微細パターンが形成されていることが確認できた。
2 位相シフト膜
3 遮光膜
4 ハードマスク膜
5a、6a レジストパターン
10 マスクブランク
20 転写用マスク(位相シフトマスク)
Claims (15)
- 透光性基板上に、転写パターンを形成するための薄膜を備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、窒素含有層と酸素含有層を含み、
前記酸素含有層は、ケイ素と酸素を含有する材料で形成され、
前記窒素含有層は、ケイ素と窒素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成され、
前記窒素含有層に対して、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時、前記窒素含有層の前記透光性基板との界面の近傍領域と前記窒素含有層の前記透光性基板とは反対側の表層領域を除いた内部領域における透光性基板側に向かう方向での深さ[nm]に対するケイ素の二次イオン強度[Counts/sec]の傾きが、150[(Counts/sec)/nm]未満であり、
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マスクブランク。 - 前記表層領域は、前記窒素含有層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に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又は2に記載のマスクブランク。
- 前記窒素含有層は、ケイ素、窒素および非金属元素からなる材料で形成されてい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。
- 前記窒素含有層の窒素含有量は、50原子%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。
- 前記窒素含有層の酸素含有量は、10原子%以下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。
- 前記酸素含有層は、ケイ素と酸素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素と酸素とからなる材料で形成されてい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。
- 前記酸素含有層の酸素含有量は、40原子%以上であることを特徴とする請求項7に記載のマスクブランク。
- 前記酸素含有層は、ケイ素と窒素と酸素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素と窒素と酸素とからなる材料で形成されてい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。
- 前記酸素含有層の窒素および酸素の合計含有量は、40原子%以上であることを特徴とする請求項9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(波長193nm)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乃至10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11に記載のマスクブランク。
- 請求項1乃至10のいずれかに記載のマスクブランクの前記薄膜に転写パターンが設けられていることを特徴とする転写用マスク。
- 請求項12に記載のマスクブランクの前記位相シフト膜に転写パターンが設けられ、前記遮光膜に遮光帯を含むパターンが設けられていることを特徴とする転写用マスク。
- 請求項13又は14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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