JP2020149049A - マスクブランク、転写用マスクの製造方法、及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特に、本発明は、高バイアスエッチング条件に適した優れた性能を有するハードマスク膜を有し、パターン形成用薄膜に形成すべきパターンのさらなる微細化およびパターン品質の向上が可能なマスクブランクを提供しようとするものである。
また、本発明は、このマスクブランクを用いることにより、パターン形成用薄膜に精度よく微細なパターンを形成することが可能な転写用マスクの製造方法を提供しようとするものである。
本発明はさらに、その転写用マスクを用いる半導体デバイスの製造方法を提供しようとするものである。
基板上に、パターン形成用薄膜とハードマスク膜がこの順に積層した構造を備えるマスクブランクであって、
前記ハードマスク膜は、ケイ素と酸素と窒素を含有する材料からなり、
前記ハードマスク膜は、窒素の含有量が2原子%以上18原子%以下であり、
前記ハードマスク膜は、X線光電子分光法で分析して得られるSi2pのナロースペクトルが103eV以上の結合エネルギーで最大ピークを有する
ことを特徴とするマスクブランク。
前記ハードマスク膜は、X線光電子分光法で分析して得られるSi2pのナロースペクトルが97eV以上100eV以下の結合エネルギーの範囲でピークを有さない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)
前記ハードマスク膜の表面をX線光電子分光法で分析して得られるSi2pのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーと、前記ハードマスク膜の内部をX線光電子分光法で分析して得られるSi2pのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーとの差が0.2eV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。
前記ハードマスク膜の表面をX線光電子分光法で分析して得られるN1sのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーと、前記ハードマスク膜の内部をX線光電子分光法で分析して得られるN1sのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーとの差が0.2eV以下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。
(構成5)
前記ハードマスク膜の表面をX線光電子分光法で分析して得られるO1sのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーと、前記ハードマスク膜の内部をX線光電子分光法で分析して得られるO1sのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーとの差が0.2eV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。
前記ハードマスク膜は、酸素の含有量が50原子%以上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。
(構成7)
前記ハードマスク膜は、ケイ素と酸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酸素と窒素と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から6のいずれかに記載のマスクブランク。
前記パターン形成用薄膜は、クロム、タンタルおよびニッケルから選ばれる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から7のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成9)
前記パターン形成用薄膜は、遮光膜であることを特徴とする構成1から8のいずれかに記載のマスクブランク。
前記基板と前記遮光膜の間に位相シフト膜を備えることを特徴とする構成9記載のマスクブランク。
(構成11)
前記基板と前記パターン形成用薄膜との間に多層反射膜を備え、前記パターン形成用薄膜は、吸収体膜または位相シフト膜であることを特徴とする構成1から7のいずれかに記載のマスクブランク。
構成1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、
前記ハードマスク膜上に形成された、転写パターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記ハードマスク膜に転写パターンを形成する工程と、
前記転写パターンが形成されたハードマスク膜をマスクとし、塩素を含有するガスを用いたドライエッチングにより、前記パターン形成用薄膜に転写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13)
前記塩素を含有するガスを用いたドライエッチングは、塩素系ガスの比率を高めた酸素含有塩素系ガスを用い、かつ高いバイアス電圧を掛けた状態下で行われるドライエッチングであることを特徴とする構成12に記載の転写用マスクの製造方法。
(構成14)
前記塩素を含有するガスを用いたドライエッチングは、酸素を含有しない塩素系ガスを用い、かつ高いバイアス電圧を掛けた状態下で行われるドライエッチングであることを特徴とする構成12に記載の転写用マスクの製造方法。
(構成15)
構成12から14のいずれかに記載の転写用マスクの製造方法によって製造した転写用マスクを用い、半導体デバイスを形成する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。
特に、本発明によれば、高バイアスエッチング条件に適した優れた性能を有するハードマスク膜を有し、パターン形成用薄膜に形成すべきパターンのさらなる微細化およびパターン品質の向上が可能なマスクブランクを提供できる。
本発明によれば、また、このマスクブランクを用いることにより、パターン形成用薄膜に精度よく微細なパターンを形成することが可能な転写用マスクの製造方法を提供できる。
本発明によれば、さらに、その転写用マスクを用いる半導体デバイスの製造方法を提供できる。
本発明者らは、ハードマスク膜に形成されるパターンのさらなる微細化およびパターン品質の向上について研究した。その結果、以下のことが判明した。
第1に、ケイ素と酸素を含有する材料からなるハードマスク膜は、膜中にSi−N結合を有する(窒素を含有する)と、膜中にSi−N結合を有しない(窒素を含有しない)場合(SiO2)に比べ、フッ素系ガスに対するエッチングレートが大きく、ハードマスク膜が速くきれいにエッチング加工できることがわかった。ハードマスク膜のエッチング時間が短くてすむ分、レジストを薄くできる。レジストを薄くできる分だけ、より微細なレジストパターンの倒れを防止でき、より微細なレジストパターンの形成を実現できる。
特に、ある膜のエッチングレートが大幅に速くなる場合、膜厚方向のエッチングタイムが大きく短縮され、ある膜の側壁がエッチングガスに晒される時間が大幅に短くなる。これにより、ハードマスク膜のパターンの側壁ラフネスがより小さく、よりきれい(平滑)な側壁を有するパターンを形成できる。
本発明では、より微細なレジストパターンの倒れを防止でき、より微細なレジストパターンの形成を実現できる。この結果、ハードマスク膜に形成されるパターンのさらなる微細化を実現できる。
上記第1と第2の二つの効果を得るためには、ケイ素と酸素と窒素を含有する材料からなるハードマスク膜の窒素の含有量は、2原子%以上が好ましく、3原子%以上がより好ましく、4原子%以上がさらに好ましく、5原子%以上がより一層好ましい。窒素の含有量が少なすぎると、上記二つの効果が得られにくい。
なお、本発明に係るケイ素と酸素と窒素を含有する材料からなるハードマスク膜は、X線光電子分光法で分析して得られるN1sのナロースペクトルが398eV以上の結合エネルギーで最大ピークを有する。
その結果、第3に、ケイ素と酸素と窒素を含有する材料からなるハードマスク膜は、窒素が多くなるに従い、ハードマスクとしての機能が下がる(塩素系ガスに対するエッチング耐性が若干低下する)傾向にあることがわかった。そして、窒素の含有量が18原子%以下であれば、ハードマスクとしての機能低下が抑制でき、パターン転写性能の低下は避けられることがわかった。それに加え、ケイ素と酸素と窒素を含有する材料からなるハードマスク膜は、X線光電子分光法で分析して得られるSi2pのナロースペクトルが103eV以上の結合エネルギーで最大ピークを有することも必要であることもわかった。ハードマスク膜中のSiO2結合とSi−O結合の存在比率が高いことによって、ハードマスクとしての機能を確保できる。ハードマスク膜がこれらの特徴を備えることによって、上記第1と第2の二つの効果を維持しつつ、上記第3の影響を抑えることができる。
これに対し、化学反応によるエッチングは、膜厚方向へのエッチング及びパターンの側壁方向へのエッチング(サイドエッチング)のいずれにも寄与するものである。
その結果、第4に、ケイ素と酸素と窒素を含有する材料からなるハードマスク膜は、膜中にSi−Si結合を有し、X線光電子分光法で分析して得られるSi2pのナロースペクトルでSi−Si結合に対応するピークが確認できる場合、Si−Si結合が多くなるに従い、ハードマスクとしての機能が大きく下がる(塩素系ガスに対するエッチング耐性が大きく低下する)傾向にあることがわかった。このため、パターン転写性能の低下は避けられないことがわかった。この傾向は、酸素含有塩素系ガスの高バイアスエッチング条件でさらに大きくなるとがわかった。
その結果、ケイ素と酸素と窒素を含有する材料からなるハードマスク膜は、Si2pのナロースペクトルの結合エネルギー差が相対的に小さく、膜の厚さ方向(深さ方向)で結合エネルギーがより均一(好ましくは実質同じ)であることが、ハードマスク膜のエッチング加工時に高い制御性を得るためには、好ましいことがわかった。具体的には、Si2pのナロースペクトルの結合エネルギー差が0.2eV以下であることが好ましく、0.1eV以下であることがより好ましいことがわかった。
その結果、ケイ素と酸素と窒素を含有する材料からなるハードマスク膜は、N1sのナロースペクトルの結合エネルギー差が相対的に小さく、膜の厚さ方向(深さ方向)で結合エネルギーがより均一(好ましくは実質同じ)であることが、ハードマスク膜のエッチング加工時に高い制御性を得るためには、好ましいことがわかった。具体的には、N1sのナロースペクトルの結合エネルギー差が0.2eV以下であることが好ましく、0.1eV以下であることがより好ましいことがわかった。
その結果、ケイ素と酸素と窒素を含有する材料からなるハードマスク膜は、O1sのナロースペクトルの結合エネルギー差が相対的に小さく、膜の厚さ方向(深さ方向)で結合エネルギーがより均一(好ましくは実質同じ)であることが、ハードマスク膜のエッチング加工時に高い制御性を得るためには、好ましいことがわかった。具体的には、O1sのナロースペクトルの結合エネルギー差が0.2eV以下であることが好ましく、0.1eV以下であることがより好ましいことがわかった。
[マスクブランクとその製造]
〈マスクブランク〉
図1に、本発明に係るマスクブランクの第1の実施形態の概略構成を示す。図1に示すマスクブランク100は、透光性基板1における一方の主表面上に、位相シフト膜2、遮光膜3(パターン形成用薄膜)、及び、ハードマスク膜4がこの順に積層された構成である。また、マスクブランク100は、ハードマスク膜4上に、必要に応じてレジスト膜を積層させた構成であってもよい。以下、マスクブランク100の主要構成部の詳細を説明する。
透光性基板1は、リソグラフィーにおける露光工程で用いられる露光光に対して透過性が良好な材料からなる。このような材料としては、合成石英ガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、低熱膨張ガラス(SiO2−TiO2ガラス等)、その他各種のガラス基板を用いることができる。特に、合成石英ガラスを用いた基板は、ArFエキシマレーザー光(波長:約193nm)に対する透過性が高いので、マスクブランク100の透光性基板1として好適に用いることができる。
位相シフト膜2は、露光転写工程で用いられる露光光に対して所定の透過率を有し、かつ位相シフト膜2を透過した露光光が、位相シフト膜2の厚さと同じ距離だけ大気中を通過した露光光に対して、所定の位相差を持つような光学特性を有する。
このうち、半金属元素は、ケイ素に加え、いずれの半金属元素であってもよい。非金属元素は、窒素に加え、いずれの非金属元素であってもよく、例えば酸素(O)、炭素(C)、フッ素(F)及び水素(H)から選ばれる一以上の元素を含有させると好ましい。金属元素は、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)、コバルト(Co)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)、スズ(Sn)、ホウ素(B)、ゲルマニウム(Ge)が例示される。
遮光膜3は、クロムおよびタンタル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が好ましい。遮光膜3の膜構造は、単層構造および2層以上の積層構造のいずれでもよい。積層構造の場合は、露光光あるいは欠陥検査を行うときの検査光に対して反射率低減を行う反射低減効果をもたせることができる。また、単層構造の遮光膜および2層以上の積層構造の遮光膜の各層は、膜または層の厚さ方向でほぼ同じ組成である構成であってもよいし、層の厚さ方向で組成傾斜した構成であってもよい。クロムおよびタンタルから選ばれる少なくとも1以上の元素を含有する膜は、酸素含有塩素系ガス、あるいは実質的に酸素ガスを含まない塩素系ガスを用いるドライエッチングでパターニングができる膜である。
ハードマスク膜4は、ケイ素と酸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酸素と窒素とからなる材料で形成されている。この場合のハードマスク膜4には、いずれの半金属元素を含有してもよい。半金属元素の中でも、ホウ素、ゲルマニウム、アンチモンおよびテルルから選ばれる1以上の元素を含有させると、ハードマスク膜4をスパッタリング法で成膜するときにターゲットとして用いるケイ素の導電性を高めることが期待できるため、好ましい。非金属元素としては、炭素(C)、フッ素(F)および水素(H)を挙げることができる。
スパッタリングにおけるターゲットの材料は、ケイ素が主成分であればよく、ケイ素単体からなるターゲットや、ケイ素と酸素を含むターゲットを用いることができる。
マスクブランク100において、ハードマスク膜4の表面に接して、有機系材料のレジスト膜が100nm以下の膜厚で形成されていることが好ましい。DRAM hp32nm世代に対応する微細パターンの場合、遮光膜3に形成すべき遮光パターンに、線幅が40nmのSRAF(Sub-Resolution Assist Feature)が設けられることがある。しかし、この場合でも上述のようにハードマスク膜4を設けたことによってレジスト膜の膜厚を抑えることができ、これによってこのレジスト膜で構成されたレジストパターンの断面アスペクト比を1:2.5と低くすることができる。したがって、レジスト膜の現像時、リンス時等にレジストパターンが倒壊や脱離することを抑制することができる。なお、レジスト膜は、膜厚が80nm以下であることがより好ましい。レジスト膜は、電子線描画露光用のレジストであると好ましく、さらにそのレジストが化学増幅型であるとより好ましい。
以上の構成のマスクブランク100は、次のような手順で製造する。先ず、透光性基板1を用意する。この透光性基板1は、端面及び主表面が所定の表面粗さ(例えば、一辺が1μmの四角形の内側領域内において自乗平均平方根粗さRqが0.2nm以下)に研磨され、その後、所定の洗浄処理及び乾燥処理を施されたものである。
次に、図2を参照して、本実施形態における位相シフトマスク(転写用マスク)の製造方法を、図1に示す構成のマスクブランク100を用いた、ハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法を例に説明する。
次に、遮光パターン3a上にレジスト膜をスピン塗布法によって形成する。そのレジスト膜に対して、遮光膜3に形成すべき第2のパターン(遮光パターン)を電子線で露光描画する。その後、現像処理等の所定の処理を行い、第2のパターン(遮光パターン)を有するレジスト膜(レジストパターン6b)を形成する(図2(e)参照)。
さらに、レジストパターン6bを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、位相シフトマスク200を得る(図2(g)参照)。
これに加え、本発明では、高バイアスエッチング条件に適した優れた性能を有するハードマスク膜4を適用することによって、ハードマスク膜4に形成すべきパターンのさらなる微細化およびパターン品質の向上が可能となる。この結果、遮光膜3に形成すべきパターンのさらなる微細化およびパターン品質の向上が可能となる。
次に、上述の製造方法により作製された位相シフトマスクを転写用マスクとして用いる半導体デバイスの製造方法について説明する。半導体デバイスの製造方法は、上述の製造方法によって作製されたハーフトーン型の位相シフトマスク200を用いて、基板上のレジスト膜に対して位相シフトマスク200の転写パターン(位相シフトパターン2a)を露光転写することを特徴としている。このような半導体デバイスの製造方法は、次のように行う。
[マスクブランクとその製造]
本発明の第2の実施形態に係るマスクブランクは、パターン形成用薄膜が遮光膜であるバイナリマスク(転写用マスク)を製造するために用いられるマスクブランクである。但し、この第2の実施形態に係るマスクブランクは、掘込レベンソン型位相シフトマスク、あるいはCPL(Chromeless Phase Lithography)マスクを製造するためのマスクブランクとしても用いることができる。
本発明の第2の実施形態に係るマスクブランクは、図1で説明した第1の実施形態に係るマスクブランクにおける位相シフト膜2を除いた態様である。ただし、この第2の実施形態に係る遮光膜3は、その遮光膜3のみで、第1の実施形態の位相シフト膜2と遮光膜3の積層構造で求められていた光学濃度(OD)を満たすことが求められる。
本発明の第2の実施形態に係るマスクブランクの製造方法は、第1の実施形態に係るマスクブランクにおける位相シフト膜2の製造工程および加工工程(エッチング工程)を除いた態様である。
本発明の第2の実施形態に係るマスクブランクにおいて、基板1、遮光膜3、及び、ハードマスク膜4等のすべての構成は、上記第1の実施形態に係るマスクブランクに関して記載したすべての構成と同様である。
[マスクブランクとその製造]
本発明の第3の実施形態に係るマスクブランクは、パターン形成用薄膜が吸収体膜(位相シフト機能を有する位相シフト膜として作用する場合を含む)である反射型マスク(転写用マスク)を製造するために用いられるマスクブランクである。
基板11としては、EUV光による露光時の熱による吸収体パターンの歪みを防止するため、0±5ppb/℃の範囲内の低熱膨張係数を有する素材が好ましく用いられる。この範囲の低熱膨張係数を有する素材として、例えば、SiO2−TiO2系ガラス、多成分系ガラスセラミックス等を用いることができる。
多層反射膜12は、後述する反射型マスク400(図7(e))において、EUV光を反射する機能を付与するものである。多層反射膜12は、屈折率の異なる元素を主成分とする各層が周期的に積層された多層膜の構成を有する。
保護膜13は、後述する反射型マスク400(図7(e))の製造工程におけるドライエッチング及び洗浄から多層反射膜12を保護するために、多層反射膜12の上に形成される。また、電子線(EB)を用いた位相シフトパターンの黒欠陥修正の際に、保護膜13によって多層反射膜12を保護することができる。保護膜13は、単層あるいは2層以上の多層の積層構造とすることができる。保護膜13の材料としては、ルテニウム(Ru)を主成分として含む材料、例えばRu金属単体、Ruにチタン(Ti)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、ホウ素(B)、ランタン(La)、コバルト(Co)、レニウム(Re)などの金属を少なくとも1つ含有したRu合金を用いることができる。
保護膜13の上に、EUV光を吸収するための吸収体膜14が形成される。吸収体膜14の材料としては、EUV光を吸収する機能を有し、酸素含有塩素系ガス、あるいは酸素ガスを含まない塩素系ガスを用いるドライエッチングにより加工が可能な材料を用いる。酸素含有塩素系ガスを用いるドライエッチングでパターニングする場合に好適な吸収体膜14の材料としては、例えば、第1の実施形態の遮光膜3を形成する材料で用いられたクロム(Cr)を含有する材料が挙げられる。一方、酸素を含まない塩素系ガスを用いるドライエッチングでパターニングする場合に好適な吸収体膜14の材料としては、例えば、タンタル(Ta)を含有する材料、ニッケル(Ni)を含有する材料、コバルト(Co)を含有する材料が挙げられる。
吸収体膜14上にはハードマスク膜15が形成される。ハードマスク膜15の材料、膜厚等のすべての内容は、上記第1の実施形態で説明したハードマスク膜4の材料、膜厚等のすべての内容と同様である。
これに加え、本発明に係るケイ素と酸素と窒素を含む材料からなるハードマスク膜15は従来に比べより性能に優れる。本発明では、高バイアスエッチング条件に適した優れた性能を有するハードマスク15膜を適用することによって、ハードマスク膜15に形成すべきパターンのさらなる微細化およびパターン品質の向上が可能となる。この結果、吸収体膜14に形成すべきパターンのさらなる微細化およびパターン品質の向上が可能となる。
基板11の第2主表面(裏面)側(多層反射膜12形成面の反対側)には、一般的に、静電チャック用の裏面導電膜16が形成される。静電チャック用の裏面導電膜16に求められる電気的特性は通常100Ω/square以下である。裏面導電膜16は、例えばマグネトロンスパッタリング法又はイオンビームスパッタリング法により、クロム、タンタル等の金属及び合金のターゲットを使用して形成することができる。代表的な裏面導電膜16の材料は、光透過型マスクブランクなどのマスクブランク製造でよく用いられるCrN及びCrである。裏面導電膜16の厚さは、静電チャック用としての機能を満足する限り特に限定されないが、通常10nmから200nmである。また、裏面導電膜16はマスクブランク300の第2主表面側の応力調整も兼ね備えている。裏面導電膜16は、第1主表面側に形成された各種膜からの応力とバランスをとって、平坦な反射型マスクブランク300が得られるように調整されている。
本第3の実施形態の反射型マスクブランク300(図6)を使用して、反射型マスク400(図7(e))を製造することができる。図7を参照して、以下にその一例について説明する。
次に、このレジスト膜17に所望のパターンを描画(露光)し、更に現像、リンスすることによって、所定のレジストパターン17aを形成する(図7(b))。
次に、レジストパターン17aをアッシング及びレジスト剥離液などで除去する。その後、このエッチングマスクパターン15aをマスクにしてドライエッチングを行うことにより、吸収体膜14がエッチングされ、吸収体パターン14aが形成される(図7(d))。
その後、エッチングマスクパターン15aをドライエッチングによって除去する(図7(e))。最後に、酸性の水溶液を用いた洗浄、およびアルカリ性の水溶液を用いた洗浄のうち少なくとも一方の洗浄を行う。
本実施形態の反射型マスク400を使用してEUV露光を行うことにより、半導体基板上に、反射型マスク400上の吸収体パターン14aに基づく所望の転写パターン形成することができる。
[マスクブランクの製造]
図1を参照して、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、端面及び主表面が所定の表面粗さ(Rqで0.2nm以下)に研磨され、その後、所定の洗浄処理及び乾燥処理が施されている。
また、最表面(0.00min)のSi2pナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置と、膜内部(1.00min)のSi2pナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置との間で、差はほとんどない(0.1eV未満)ことがわかる。このことに関し、ハードマスク膜4のエッチング加工時に高い制御性を得るためには、好ましいことがわかった。
また、最表面(0.00min)のN1sナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置と、膜内部(1.00min)のN1sナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置との間で、差はない(0.05eV未満)ことがわかる。このことに関し、ハードマスク膜のエッチング加工時に高い制御性を得るためには、好ましいことがわかった。
また、最表面(0.00min)のO1sナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置と、膜内部(1.00min)のO1sナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置との間で、差はほとんどない(0.1eV未満)ことがわかる。このことに関し、ハードマスク膜のエッチング加工時に高い制御性を得るためには、好ましいことがわかった。
次に、この実施例1のマスクブランク100を用い、以下の手順で実施例1のハーフトーン型の位相シフトマスク200を製造した。最初に、ハードマスク膜4の表面にHMDS処理を施した。
その結果、各測定点で測定した水の接触角の平均値は、59.7度(deg)であった。
ハードマスクパターン4aを走査型電子顕微鏡(SEM)で観測したところ、側壁の表面は滑らかであった。
なお、オーバーエッチング終了後のハードマスクパターン4aを走査型電子顕微鏡(SEM)で観測したところ、パターンの側壁と表面(パターンの底面と対向する側の面(パターンの上面))の間のエッジはシャープ(角が丸まっていない)であった。また、ハードマスクパターン4aの側壁の表面は滑らかであった。
続いて、レジストパターン6bをマスクとして、塩素ガス(Cl2)と酸素ガス(O2)の混合ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第2のパターン(遮光パターン3b)を形成した(図2(f)参照)。
さらに、レジストパターン6bを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、位相シフトマスク200を得た(図2(g)参照)。
以上の手順を得て作製された位相シフトマスク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、この実施例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]
比較例1は、ハードマスク膜4の成膜条件以外は実施例1と同じである。以下、図2を援用して、実施例1と相違する箇所について説明する。
また、この比較例1のハードマスク膜4は、103〜104eVの間の結合エネルギーほどではないが、97〜100eVの間の結合エネルギーで明確なピークを有している。この結果は、この比較例1のハードマスク膜4にSi−Si結合が一定比率以上で存在していることを意味している。
さらに、最表面(0.00min)のSi2pナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置と、膜内部(1.00min)のSi2pナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置との間で、0.4eV程度の差があることがわかった。
また、最表面(0.00min)のN1sナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置と、膜内部(1.00min)のN1sナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置との間で、0.3eV程度の差があることがわかった。
また、最表面(0.00min)のO1sナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置と、膜内部(1.00min)のO1sナロースペクトルの最大ピークが存在する結合エネルギーの位置との間で、0.3eV程度の差があることがわかった。
次に、この比較例1のマスクブランク100を用い、実施例1と同様にしてハーフトーン型の位相シフトマスク200を製造した。最初に、ハードマスク膜4の表面にHMDS処理を施した。
各測定点で測定した水の接触角の平均値は、53.6度であった。
なお、オーバーエッチング終了後のハードマスクパターン4aを走査型電子顕微鏡(SEM)で観測したところ、パターンの側壁と表面(上面)の間のエッジは若干角が丸味を帯びていた。
[マスクブランクの製造]
比較例2は、ハードマスク膜4を酸化ケイ素で形成して、マスクブランクの製造および転写用マスクの製造を行ったものであり、ハードマスク膜4の材料とその成膜方法以外は実施例1と同じである。以下、実施例1と相違する箇所について説明する。
次に、この比較例2のマスクブランク100を用い、実施例1と同様にしてハーフトーン型の位相シフトマスク200を製造した。最初に、ハードマスク膜4の表面にHMDS処理を施した。
各測定点で測定した水の接触角の平均値は、49.7度であった。
なお、形成直後のハードマスクパターン4aを走査型電子顕微鏡(SEM)で観測したところ、側壁のラインエッジラフネスが悪く、フッ素系ガスに対するエッチング加工の制御性が悪くなることがわかった。このため、ハードマスク膜のエッチング加工精度が悪く、パターン転写性能の低下は避けられないことがわかった。
また、遮光膜3形成後のハードマスクパターン4aを走査型電子顕微鏡(SEM)で観測したところ、ハードマスクとしての機能が大きく下がる(塩素系ガスに対するエッチング耐性が大きく低下する)傾向にあることがわかった。このため、パターン転写性能の低下は避けられないことがわかった。
2 位相シフト膜
2a 位相シフトパターン
3 遮光膜(パターン形成用薄膜)
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 レジストパターン
6b レジストパターン
11 基板
12 多層反射膜
13 保護膜
14 吸収体膜(位相シフト膜)
15 ハードマスク膜
16 裏面導電膜
100 マスクブランク
200 位相シフトマスク(転写用マスク)
300 反射型マスクブランク
400 反射型マスク
Claims (15)
- 基板上に、パターン形成用薄膜とハードマスク膜がこの順に積層した構造を備えるマスクブランクであって、
前記ハードマスク膜は、ケイ素と酸素と窒素を含有する材料からなり、
前記ハードマスク膜は、窒素の含有量が2原子%以上18原子%以下であり、
前記ハードマスク膜は、X線光電子分光法で分析して得られるSi2pのナロースペクトルが103eV以上の結合エネルギーで最大ピークを有する
ことを特徴とするマスクブランク。 - 前記ハードマスク膜は、X線光電子分光法で分析して得られるSi2pのナロースペクトルが97eV以上100eV以下の結合エネルギーの範囲でピークを有さないことを特徴とする請求項1に記載のマスクブランク。
- 前記ハードマスク膜の表面をX線光電子分光法で分析して得られるSi2pのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーと、前記ハードマスク膜の内部をX線光電子分光法で分析して得られるSi2pのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーとの差が0.2eV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。
- 前記ハードマスク膜の表面をX線光電子分光法で分析して得られるN1sのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーと、前記ハードマスク膜の内部をX線光電子分光法で分析して得られるN1sのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーとの差が0.2eV以下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。
- 前記ハードマスク膜の表面をX線光電子分光法で分析して得られるO1sのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーと、前記ハードマスク膜の内部をX線光電子分光法で分析して得られるO1sのナロースペクトルで最大ピークとなる結合エネルギーとの差が0.2eV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。
- 前記ハードマスク膜は、酸素の含有量が50原子%以上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。
- 前記ハードマスク膜は、ケイ素と酸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酸素と窒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から6のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記パターン形成用薄膜は、クロム、タンタルおよびニッケルから選ばれる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から7のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記パターン形成用薄膜は、遮光膜であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記基板と前記遮光膜の間に位相シフト膜を備えることを特徴とする請求項9に記載のマスクブランク。
- 前記基板と前記パターン形成用薄膜との間に多層反射膜を備え、前記パターン形成用薄膜は、吸収体膜または位相シフト膜であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のマスクブランク。
- 請求項1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、
前記ハードマスク膜上に形成された、転写パターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記ハードマスク膜に転写パターンを形成する工程と、
前記転写パターンが形成されたハードマスク膜をマスクとし、塩素を含有するガスを用いたドライエッチングにより、前記パターン形成用薄膜に転写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。 - 前記塩素を含有するガスを用いたドライエッチングは、塩素系ガスの比率を高めた酸素含有塩素系ガスを用い、かつ高いバイアス電圧を掛けた状態下で行われるドライエッチングであることを特徴とする請求項12に記載の転写用マスクの製造方法。
- 前記塩素を含有するガスを用いたドライエッチングは、酸素を含有しない塩素系ガスを用い、かつ高いバイアス電圧を掛けた状態下で行われるドライエッチングであることを特徴とする請求項12に記載の転写用マスクの製造方法。
- 請求項12から14のいずれかに記載の転写用マスクの製造方法によって製造した転写用マスクを用い、半導体デバイスを形成する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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