JP5154626B2 - マスクブランク、転写用マスク、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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Description
近年、半導体デバイスの設計仕様でいうDRAMハーフピッチ(hp)45nm〜32nm世代の開発が進められている。これはArFエキシマレーザー露光光(以下、ArF露光光)の波長193nmの約1/4〜1/6に相当している。特にhp45nm以降の世代では従来の位相シフト法、斜入射照明法や瞳フィルター法などの超解像技術(Resolution Enhancement Technology:RET)と光近接効果補正(Optical Proximity Correction : OPC)技術の適用だけでは不十分となってきており、超高NA技術(液浸リソグラフィ)が必要となってきている。
フォトマスク(レチクル)は、転写パターンを形成した領域と、その外周の領域と、を有する。この外周領域、即ちフォトマスク(レチクル)における四つの辺に沿った周縁の領域は、フォトマスク(レチクル)上の転写パターンをウェハ上の被投影領域を次々とずらしながら順次露光する際に、集積回路チップの形成数を増やす目的で、互いの外周領域が重なるようにして露光、転写される。通常、露光装置のマスクステージには、外周領域への露光光の照射を遮光するための遮蔽板が設けられている。しかし、遮蔽板による露光光の遮蔽では、位置精度の限界や光の回折現象の問題があり、外周領域へ露光光が漏れてしまう(この光を漏れ光という。)ことが避けられない。この外周領域への漏れ光がフォトマスクを透過してしまうと、ウェハ上のレジストを感光させてしまう恐れがある。このような重ね露光によるウェハ上のレジスト感光を防ぐ目的で、フォトマスクの外周領域には遮光帯(遮光体の帯、遮光体リング)をマスク加工にて作製する。また、この外周領域の遮光帯を形成する領域においては、重ね露光によるウェハ上のレジスト感光を抑制するには、通常、OD値(光学濃度)が3以上あると望ましいとされており、少なくとも2.8程度は必要とされている。
バイナリマスクの場合、遮光膜は、遮光膜の遮光性が高いため、転写パターン領域に遮光膜パターンを形成すると共に、転写パターン領域の外周の領域に遮光帯を形成する役割も有する。
遮光膜を薄膜化すると、OD値(光学濃度)が減少してしまう。クロム系の遮光膜では、一般に必要とされているOD=3 を達成するために、60nm程度のトータルの膜厚が最低限必要であり、大幅な薄膜化は困難である(例えば、特許文献1:特開2007−241136号公報の[0005]欄参照)。
また、例えば、MoSi系材料の積層構造からなる遮光膜、例えば基板側からMoSiN主遮光層/MoSiON反射防止層の積層構造からなる遮光膜等、を備えるいわゆるバイナリ型フォトマスクの場合においても、必要とされているOD=2.8を達成するために、通常60nm程度のトータルの膜厚が最低限必要であり、大幅な薄膜化は困難である(特許文献2:特開2006−78825号公報)。
まず、EMF効果の影響が小さい遮光膜であれば、TMAのシミュレーションを利用しやすくなり、EMFバイアスの補正計算の負荷を小さくすることができるということに着目した。
さらに、EMF効果の影響の小さい遮光膜について研究した結果、バイナリ型転写用マスクの場合においても、遮光膜のある遮光部を透過する露光光と遮光膜のない透光部を透過する露光光との間での位相差(以下、この位相差のことを単に位相差という。)が関係することが判明した。すなわち、遮光膜の位相差が小さくなっていくに従い、EMFバイアスが低減することがシミュレーションによって明らかになったのである。
また、遮光膜の膜厚も関係していることが判明した。すなわち、遮光膜の膜厚が、50nm未満であると、EMFバイアスの影響を補正するための転写パターンの補正計算負荷が小さくなり、転写マスク作製の負荷も小さくなる。さらに、遮光膜の膜厚が47nm以下であると、EMFバイアスがかなり低減できる。さらに、遮光膜の膜厚が40nm以下であると、より顕著な低減効果が得られることがシミュレーションによってそれぞれ判明した。
遮光膜を構成する層のうち、表面反射防止層は、反射防止機能を持たせる必要があるため、酸素や窒素をある程度以上含有させる必要があり、必然的に屈折率が高くなる。このため、表面反射防止層は、遮光膜の位相差が大きくプラスになる方向に働く。また、表面反射防止層は、反射防止機能を持たせるには、消衰係数kの小さい材料で形成する必要がある。そして、遮光層で遮光膜全体の遮光性能の大部分を確保しなければならないため、遮光層は消衰係数kの大きい材料で形成する必要がある。
これらのことを考慮した結果、まず、遮光層は、屈折率nが小さく、かつ消衰係数kが大きい材料を選定するに至った。このような特性を有する材料は、遷移金属シリサイドを含み、材料の屈折率nを上げてしまうような、あるいは消衰係数kを下げてしまうような他成分(特に、酸素や窒素)の含有量は10原子%未満に制限された遷移金属シリサイド系の材料であることを突き止めた。すなわち、遮光層を構成する材料に、遷移金属およびケイ素の合計含有量が90原子%以上の材料を選定した。
次に、遮光膜の全体膜厚が45nm以下、かつ露光光に対する光学濃度が2.8以上、かつ位相差が30度以下の3つの条件を同時に満たす膜構成を検討した。遮光膜全体の膜厚が45nm以下であり、光学濃度の低い表面反射防止層との積層構造で光学濃度2.8以上を確保するには、前記の材料で形成される遮光層は30nmの膜厚が少なくとも必要であることを突き止めた。この膜厚の遮光層になると、遮光膜の位相差が小幅のマイナスになる方向程度しか働かない。このため、表面反射防止層の膜厚を従来のような厚さにすると、遮光膜全体での位相差がプラス30度を大きく超えてしまう。また、近年の露光装置の進歩により、遮光膜からの表面反射が露光転写に与える影響が小さくなってきており、従来よりも表面反射率が多少大きくても許容されやすい傾向がある。これらのことを考慮し、遮光膜の表面反射率が50%未満と緩く設定し、検討した結果、表面反射防止層の膜厚は、選定した遮光層の材料であれば、3nm以上あれば、表面反射率を50%未満にすることができることが判明した。また、表面反射防止層の膜厚が6nm以下であれば、遮光膜全体での位相差を30度以内に抑制できることも突き止めた。
以上の多方面からの検討結果を総合的に考慮し、本発明を完成するに至った。
(構成1)
ArFエキシマレーザー露光光が適用されるバイナリ型マスクを作成するために用いられ、透光性基板上に、転写パターンを形成するための遮光膜を有するマスクブランクであって、
前記遮光膜は、遮光層および表面反射防止層の積層構造からなり、前記露光光に対する光学濃度が2.8以上、かつ膜厚が45nm以下であり、
前記遮光層は、遷移金属およびケイ素の合計含有量が90原子%以上である材料からなり、膜厚が30nm以上であり、
前記表面反射防止層は、膜厚が3nm以上6nm以下であり、
前記遮光膜を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差が30度以下である
ことを特徴とするマスクブランク。
(構成2)
前記遮光層中の遷移金属の含有量を遷移金属とケイ素の合計含有量で除した比率が42%以下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)
前記遮光層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする構成1または2のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成4)
ArFエキシマレーザー露光光が適用されるバイナリ型マスクを作成するために用いられ、透光性基板上に、転写パターンを形成するための遮光膜を有するマスクブランクであって、
前記遮光膜は、遮光層および表面反射防止層の積層構造からなり、前記露光光に対する光学濃度が2.8以上、かつ膜厚が45nm以下であり、
前記遮光層は、屈折率nが2.00未満、かつ消衰係数kが2.37以上の材料からなり、膜厚が30nm以上であり、
前記表面反射防止層は、膜厚が3nm以上6nm以下であり、
前記遮光膜を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差が30度以下である
ことを特徴とするマスクブランク。
(構成5)
前記表面反射防止層は、屈折率nが2.00以上、かつ消衰係数kが1.00以下の材料からな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。
(構成6)
前記遮光層は、膜厚が42nm以下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)
前記表面反射防止層は、遷移金属およびケイ素に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つの元素を含有する材料、ケイ素に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つの元素を含有する材料、又は、遷移金属に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つの元素を含有する材料を主成分とす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。
(構成8)
前記表面反射防止層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする構成7に記載のマスクブランク。
(構成9)
構成1から8のいずれかに記載のマスクブランクにおける前記遮光膜を、エッチングによりパターニングするエッチング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10)
ArFエキシマレーザー露光光が適用されるバイナリ型の転写用マスクであって、
前記転写用マスクは、透光性基板上に、転写パターンを有する遮光膜を有してなり、
前記遮光膜は、遮光層および表面反射防止層の積層構造からなり、前記露光光に対する光学濃度が2.8以上、かつ膜厚が45nm以下であり、
前記遮光層は、遷移金属およびケイ素の合計含有量が90原子%以上である材料からなり、膜厚が30nm以上であり、
前記表面反射防止層は、膜厚が3nm以上6nm以下であり、
前記遮光膜を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差が30度以下である
ことを特徴とする転写用マスク。
(構成11)
ArFエキシマレーザー露光光が適用されるバイナリ型の転写用マスクであって、
前記転写用マスクは、透光性基板上に、転写パターンを有する遮光膜を有してなり、
前記遮光膜は、遮光層および表面反射防止層の積層構造からなり、前記露光光に対する光学濃度が2.8以上、かつ膜厚が45nm以下であり、
前記遮光層は、屈折率nが2.00未満、かつ消衰係数kが2.37以上の材料からなり、膜厚が30nm以上であり、
前記表面反射防止層は、膜厚が3nm以上6nm以下であり、
前記遮光膜を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差が30度以下である
ことを特徴とする転写用マスク。
(構成12)
前記遮光膜に形成されている転写パターンには、ハーフピッチ40nm以下のラインアンドスペースパターンが含まれていることを特徴とする構成10または11のいずれかに記載の転写用マスク。
(構成13)
構成10から12のいずれかに記載の転写用マスクを用い、半導体ウェハ上に回路パターンを形成することを特徴する半導体デバイスの製造方法。
(構成14)
半導体ウェハ上に形成される回路パターンには、ハーフピッチ40nm以下のラインアンドスペースパターンが含まれていることを特徴する構成13に記載の半導体デバイスの製造方法。
本発明のマスクブランクは、
ArFエキシマレーザー露光光が適用されるバイナリ型マスクを作成するために用いられ、透光性基板上に、転写パターンを形成するための遮光膜を有するマスクブランクであって、
前記遮光膜は、遮光層および表面反射防止層の積層構造からなり、前記露光光に対する光学濃度が2.8以上、かつ膜厚が45nm以下であり、
前記遮光層は、遷移金属およびケイ素の合計含有量が90原子%以上である材料からなり、膜厚が30nm以上であり、
前記表面反射防止層は、膜厚が3nm以上6nm以下であり、
前記遮光膜を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差が30度以下である
ことを特徴とする。
また、本発明のマスクブランクは、
ArFエキシマレーザー露光光が適用されるバイナリ型マスクを作成するために用いられ、透光性基板上に、転写パターンを形成するための遮光膜を有するマスクブランクであって、
前記遮光膜は、遮光層および表面反射防止層の積層構造からなり、前記露光光に対する光学濃度が2.8以上、かつ膜厚が45nm以下であり、
前記遮光層は、屈折率nが2.00未満、かつ消衰係数kが2.37以上の材料からなり、膜厚が30nm以上であり、
前記表面反射防止層は、膜厚が3nm以上6nm以下であり、
前記遮光膜を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差が30度以下である。
上記の各構成によれば、EMFバイアスが低減された遮光膜を実現し提供することができ、これにより転写マスク作製に係る様々な負荷が大きく軽減される。さらに、このEMFバイアスが低減された遮光膜は、重ね露光による漏れ光によって、ウェハ上のレジスト膜が露光することを抑制できるだけの光学濃度(2.8以上)を前記遮光膜に確保するという条件も同時に満たすことができる。
また、本発明は、表面反射防止層により生じる位相差が小さくなるよう設計することにより、EMFバイアスを抑制しようとする発明である。
また、本発明は、表面反射防止層により生じる位相差を従前に比べ大きく抑制することにより、EMFバイアスを抑制しようとする発明である。
また、本発明は、表面反射防止層の膜厚を従前に比べかなり小さくすることにより、EMFバイアスを抑制しようとする発明である。
本発明のマスクブランクは、例えば、図13に示すように、透光性基板1上に、遮光層11および表面反射防止層12の積層構造からなる遮光膜10を備える。
本発明において、裏面反射防止層を有しない構造によって、より薄膜化を図ることは、電磁界(EMF)効果の課題改善に有効である。
本発明において、前記遮光膜は、遮光層および表面反射防止層に加え、他の層(例えば裏面反射防止層)を有する構造とすることができる。
本発明において、前記表面反射防止層は、膜厚が6nm以下である必要がある。EMFバイアスのさらなる抑制の観点からは、膜厚が5nm以下、さらには4nm以下であることがより好ましい。
本発明において、前記表面反射防止層の屈折率nは、反射防止機能を持たせる観点から、2.00以上である必要がある。さらに、屈折率nは、2.10以上であることが好ましく、2.20以上であることがさらに好ましい。
本発明において、前記表面反射防止層の消衰係数kは、反射防止機能を持たせる観点から、1.00以下である必要がある。さらに、消衰係数kは、0.90以下であることが好ましく、0.80以下であることがさらに好ましい。
なお、本発明において、前記表面反射防止層は、表面反射防止を目的として成膜によって形成される層である。本発明において、前記表面反射防止層は、表面酸化処理によって前記遮光膜の表面に成された皮膜のみの構成や、加熱処理によって前記遮光膜の表面に形成された皮膜のみの構成、などは含まれない。
本発明において、前記遮光層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)であることが好ましい。
本発明においては、ケイ素に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つの元素を含有する材料を主成分とする前記表面反射防止層は、SiO,SiN,SiON,SiOC,SiCN,SiOCN等で構成できる。
本発明においては、遷移金属(M)に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つの元素を含有する材料を主成分とする前記表面反射防止層は、MO,MN,MON,MOC,MCN,MOCN等で構成できる。
前記表面反射防止層には、Taを主成分とする材料(TaO,TaON,TaBO,TaBON等)が好ましい。
酸素を50原子%以上含有するタンタルの酸化物からなる前記表面反射防止層は、反射防止効果に優れるので好ましい。
前記遮光層中の遷移金属がモリブデン(Mo)である場合に、前記遮光層と同じターゲットを用いて前記表面反射防止層を成膜できるなどの利点があるからである。
また、応力制御を目的として高温で加熱処理(アニール)する際、Moの含有量が多いと膜の表面が白く曇る(白濁する)現象が生じることがわかった。これは、MoOが表面に析出するためであると考えられる。このような現象を避ける観点からは、前記表面反射防止層であるMoSiON、MoSiO、MoSiN、MoSiOC、MoSiOCN等では、表面反射防止層中のMoの含有量は10原子%未満であることが好ましい。しかし、Mo含有量が少なすぎる場合、DCスパッタリングの際の異常放電が顕著になり、欠陥発生頻度が高まる。よって、Moは正常にスパッタできる範囲で含有していることが望ましい。他の成膜技術によってはMoを含有せずに成膜可能な場合がある。
なお、ダブルパターニングとは、ウェハに対するレジスト塗布、露光、現像、レジスト剥離の一連の工程を2回行い、パターニングを行う方法をいう。つまり、ウェハ上のレジストに対しては、従来のシングル露光と同じく、1回の転写パターンの露光が行われるものであり、漏れ光による重なり露光部分では最大4回分の露光となる。
ダブル露光(DE:Double Exposure)技術は、ウェハ上のレジスト膜に、1枚目の転写用マスクによる転写パターンの露光を行った後、さらに同じレジスト膜に対して2枚目の転写用マスクによる転写パターンの露光を行うものである。
また、本発明の転写用マスクは、
ArFエキシマレーザー露光光が適用されるバイナリ型の転写用マスクであって、
前記転写用マスクは、透光性基板上に、転写パターンを有する遮光膜を有してなり、
前記遮光膜は、遮光層および表面反射防止層の積層構造からなり、前記露光光に対する光学濃度が2.8以上、かつ膜厚が45nm以下であり、
前記遮光層は、遷移金属およびケイ素の合計含有量が90原子%以上である材料からなり、膜厚が30nm以上であり、
前記表面反射防止層は、膜厚が3nm以上6nm以下であり、
前記遮光膜を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差が30度以下である
ことを特徴とする。
また、本発明の転写用マスクは、
ArFエキシマレーザー露光光が適用されるバイナリ型の転写用マスクであって、
前記転写用マスクは、透光性基板上に、転写パターンを有する遮光膜を有してなり、
前記遮光膜は、遮光層および表面反射防止層の積層構造からなり、前記露光光に対する光学濃度が2.8以上、かつ膜厚が45nm以下であり、
前記遮光層は、屈折率nが2.00未満、かつ消衰係数kが2.37以上の材料からなり、膜厚が30nm以上であり、
前記表面反射防止層は、膜厚が3nm以上6nm以下であり、
前記遮光膜を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差が30度以下である
ことを特徴とする。
さらに、本発明の転写用マスクは、前記遮光膜に形成されている転写パターンには、ハーフピッチ40nm以下のラインアンドスペースパターンが含まれていることを特徴とする。 上記構成によれば、EMFバイアスが低減された遮光膜を有するマスクブランクを用いることにより、転写マスク作製に係る様々な負荷が大きく軽減される。さらに、得られた転写マスクは、重ね露光による漏れ光によって、ウェハ上のレジスト膜が露光することを抑制できるだけの光学濃度を遮光膜に確保するという条件も同時に満たすことができる。
なお、本発明の転写用マスクは、シングル露光、ダブルパターニング、ダブル露光に用いられる転写マスクに適用できる。
本発明は、レジスト膜厚100nm以下、レジスト膜厚75nm以下、更にはレジスト膜厚50nmをねらった世代のマスクブランクに適用する。
本発明において、レジストは電子線描画用のレジストであること好ましい。高精度の加工に適するためである。
本発明は、電子線描画によりレジストパターンを形成する電子線描画用のマスクブランクに適用する。
本発明において、転写マスクには、位相シフト効果を使用しないバイナリ型マスク、レチクルが含まれる。本発明においては、エンハンサマスク、位相シフトマスクは含まれない。
また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、半導体ウェハ上に形成される回路パターンには、ハーフピッチ40nm以下のラインアンドスペースパターンが含まれていることを特徴する。
本発明の転写用マスクは、ハーフピッチ40nm以下のラインアンドスペースのパターン転写精度に優れており、この転写用マスクを用いて、ハーフピッチ40nm以下のラインアンドスペースパターンを有する回路パターンを半導体ウェハ上に形成するのに最適である。
(実施例1)
(マスクブランクの作製)
図13に示すように、透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英ガラス基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10として、MoSiN膜(遮光層11)、MoSiON膜(表面反射防止層12)、をそれぞれ形成した。
具体的には、透光性基板1上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=21原子%:79原子%)を用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)の混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、遮光層11(MoSiN膜,N=約5原子%)を35nmの膜厚で形成した。
次に、遮光層11上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=4原子%:96原子%)を用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)と窒素(N2)の混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、表面反射防止層12(MoSiON膜)を4nmの膜厚で形成した。
遮光膜10の合計膜厚は39nmとした。遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3.03であった。
遮光膜10は、表面反射率が41.9%であった。透過率及び反射率の測定は、分光光度計を用いて行った。
MoSiN膜(遮光層11)は、屈折率n:1.50、消衰係数k:3.06、であった。
MoSiON膜(表面反射防止層12)は、屈折率n:2.28、消衰係数k:0.92、であった。
(成膜後加熱処理)
次に、上記基板を450℃で30分間加熱処理(アニール処理)した。
(評価)
上記遮光膜10に対して、上記遮光膜10を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差(位相角)を調べたところ、位相差は13度であった。
図11から、上層膜厚、下層膜厚、トータル膜厚、トータル位相シフト量、トータルOD、表面反射率、を総合的に検討、考慮する必要があることがわかる。
(マスクブランクの作製)
図13に示すように、透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英ガラス基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10として、MoSiN膜(遮光層11)、MoSiON膜(表面反射防止層12)、をそれぞれ形成した。
具体的には、透光性基板1上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=9.5原子%:89.5原子%)を用い、アルゴン(Ar)ガス雰囲気で、スパッタリング(DCスパッタリング)により、遮光層11(MoSi膜)を38nmの膜厚で形成した。
次に、遮光層11上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=4原子%:96原子%)を用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)と窒素(N2)の混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、表面反射防止層12(MoSiON膜)を4nmの膜厚で形成した。
遮光膜10の合計膜厚は42nmとした。遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3.0であった。
遮光膜10は、表面反射率が39.6%であった。透過率及び反射率の測定は、分光光度計を用いて行った。
MoSiN膜(遮光層11)は、屈折率n:1.24、消衰係数k:2.77、であった。
MoSiON膜(表面反射防止層12)は、屈折率n:2.28、消衰係数k:0.92、であった。
(成膜後加熱処理)
次に、上記基板を450℃で30分間加熱処理(アニール処理)した。
(評価)
上記遮光膜10に対して、上記遮光膜10を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差(位相角)を調べたところ、位相差は1.1度であった。
図12から、上層膜厚、下層膜厚、トータル膜厚、トータル位相シフト量、トータルOD、表面反射率、を総合的に検討、考慮する必要があることがわかる。
(マスクブランクの作製)
図13に示すように、透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英ガラス基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10として、MoSiN膜(遮光層11)、MoSiON膜(表面反射防止層)、をそれぞれ形成した。
具体的には、透光性基板1上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=9.5原子%:89.5原子%)を用い、アルゴン(Ar)ガス雰囲気で、スパッタリング(DCスパッタリング)により、遮光層11(MoSi膜)を39nmの膜厚で形成した。
次に、遮光層11上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=4原子%:96原子%)を用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)と窒素(N2)の混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、表面反射防止層12(MoSiON膜)を6nmの膜厚で形成した。
遮光膜10の合計膜厚は45nmとした。遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3.04であった。
遮光膜10は、表面反射率が29.8%であった。透過率及び反射率の測定は、分光光度計を用いて行った。
MoSiN膜(遮光層11)は、屈折率n:1.24、消衰係数k:2.77、であった。
MoSiON膜(表面反射防止層12)は、屈折率n:2.28、消衰係数k:0.92、であった。
(成膜後加熱処理)
次に、上記基板を450℃で30分間加熱処理(アニール処理)した。
(評価)
上記遮光膜10に対して、上記遮光膜10を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差(位相角)を調べたところ、位相差は9.5度であった。
(マスクブランクの作製)
図13に示すように、透光性基板1としてサイズ6インチ角、厚さ0.25インチの合成石英ガラス基板を用い、透光性基板1上に、遮光膜10として、MoSiN膜(遮光層11)、MoSiON膜(表面反射防止層12)、をそれぞれ形成した。
具体的には、透光性基板1上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=21原子%:79原子%)を用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)の混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、遮光層11(MoSiN膜)を50nmの膜厚で形成した。
次に、遮光層11上に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合ターゲット(Mo:Si=4原子%:96原子%)を用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)と窒素(N2)の混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、表面反射防止層12(MoSiON膜)を10nmの膜厚で形成した。
なお、上記各層の元素分析は、ラザフォード後方散乱分析法を用いた。
遮光膜10の合計膜厚は60nmとした。遮光膜10の光学濃度(OD)はArFエキシマレーザー露光光の波長193nmにおいて3.0であった。
遮光膜10は、表面反射率が21.3%であった。透過率及び反射率の測定は、分光光度計を用いて行った。
MoSiN膜(遮光層11)は、屈折率n:2.42、消衰係数k:1.91、であった。
MoSiON膜(表面反射防止層12)は、屈折率n:2.31、消衰係数k:1.00、であった。
(成膜後加熱処理)
次に、上記基板を450℃で30分間加熱処理(アニール処理)した。
(評価)
上記遮光膜10に対して、上記遮光膜10を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差(位相角)を調べたところ、位相差は143度であった。
上記実施例1〜3で得られたマスクブランク上に、エッチングマスク膜20を形成した。具体的には、遮光膜10(表面反射防止層12)上にクロムターゲットを用い、アルゴン(Ar)と二酸化炭素(CO2)と窒素(N2)とヘリウム(He)の混合ガス雰囲気で、スパッタリング(DCスパッタリング)により、エッチングマスク膜20(CrOCN膜,Cr:35原子%)を10nmの膜厚で形成した。さらに、エッチングマスク膜20を遮光膜10のアニール温度よりも低い温度でアニールすることにより、遮光膜10の膜応力に影響を与えずに、エッチングマスク膜20の応力を極力小さく(好ましくは膜応力が実質ゼロに)なるように調整した。
次に、レジスト膜100に対し、電子線描画装置を用いてDRAMハーフピッチ(hp)40nmのL&Sを含む転写パターンの描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン100aを形成した(図14(2)参照)。
次に、レジストパターン100aをマスクとして、エッチングマスク膜20のドライエッチングを行って、エッチングマスク膜パターン20aを形成した(図14(3)参照)。このとき、CrOCNからなるエッチングマスク膜20のドライエッチングガスとして、塩素と酸素の混合ガス(Cl2:O2=4:1)を用いた。
次に、上記エッチングマスク膜パターン20aをマスクとして、遮光膜10のドライエッチングを行って遮光膜パターン10aを形成した(図14(5)参照)。このとき、MoSi系遮光膜10(遮光層11および表面反射防止層12)のドライエッチングガスとして、SF6とHeの混合ガスを用いた。
最後に、塩素と酸素の混合ガス(Cl2:O2=4:1)を用いてエッチングマスク膜パターン20aを除去し、バイナリ型転写用マスクを得た(図14(6)参照)。
100 レジスト膜
10 遮光膜
11 遮光層
12 表面反射防止層
20 エッチングマスク膜
Claims (20)
- ArFエキシマレーザー露光光が適用されるバイナリ型マスクを作成するために用いられ、透光性基板上に、転写パターンを形成するための遮光膜を有するマスクブランクであって、
前記遮光膜は、下層および上層の積層構造からなり、前記露光光に対する光学濃度が2.8以上であり、
前記下層は、遷移金属およびケイ素を含有し、屈折率nが1.80以下、かつ消衰係数kが2.37以上である材料からなり、膜厚が30nm以上であり、
前記上層は、屈折率nが2.00以上、かつ消衰係数kが1.00以下である材料からなり、膜厚が3nm以上6nm以下であり、
前記遮光膜を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差が30度以下である
ことを特徴とするマスクブランク。 - 前記上層は、遷移金属およびケイ素に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つの元素を含有する材料、ケイ素に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つの元素を含有する材料、又は、遷移金属に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つ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記載のマスクブランク。
- 前記上層は、遷移金属およびケイ素を含有し、さらに窒素および酸素のうち少なくとも1つ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記載のマスクブランク。
- 前記上層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする請求項2または3に記載のマスクブランク。
- 前記下層は、遷移金属およびケイ素の合計含有量が90原子%以上である材料からな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。
- 前記下層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)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。
- 前記下層中におけるモリブデンの含有量をモリブデンとケイ素の合計含有量で除した比率が、2%以上35%以下であることを特徴とする請求項6記載のマスクブランク。
- 前記上層は、前記下層とは屈折率nおよび消衰係数kが異なるようにスパッタリング法で形成されたもの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8のいずれかに記載のマスクブランクにおける前記遮光膜を、エッチングによりパターニングするエッチング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。
- ArFエキシマレーザー露光光が適用されるバイナリ型の転写用マスクであって、
前記転写用マスクは、透光性基板上に、転写パターンを有する遮光膜を有してなり、
前記遮光膜は、下層および上層の積層構造からなり、前記露光光に対する光学濃度が2.8以上であり、
前記下層は、遷移金属およびケイ素を含有し、屈折率nが1.80以下、かつ消衰係数kが2.37以上である材料からなり、膜厚が30nm以上であり、
前記上層は、屈折率nが2.00以上、かつ消衰係数kが1.00以下である材料からなり、膜厚が3nm以上6nm以下であり、
前記遮光膜を透過した露光光と前記遮光膜の膜厚と同じ距離だけ空気中を透過した露光光との間での位相差が30度以下である
ことを特徴とする転写用マスク。 - 前記上層は、遷移金属およびケイ素に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つの元素を含有する材料、ケイ素に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つの元素を含有する材料、又は、遷移金属に、さらに酸素、窒素のうち少なくとも1つ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10記載の転写用マスク。
- 前記上層は、遷移金属およびケイ素を含有し、さらに窒素および酸素のうち少なくとも1つ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10記載の転写用マスク。
- 前記上層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする請求項11または12に記載の転写用マスク。
- 前記下層は、遷移金属およびケイ素の合計含有量が90原子%以上である材料からな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転写用マスク。
- 前記下層中の遷移金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする請求項10から14のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記下層中におけるモリブデンの含有量をモリブデンとケイ素の合計含有量で除した比率が、2%以上35%以下であることを特徴とする請求項15記載の転写用マスク。
- 前記上層は、前記下層とは屈折率nおよび消衰係数kが異なるようにスパッタリング法で形成されたものであることを特徴とする請求項10から16のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜に形成されている転写パターンには、ハーフピッチ40nm以下のラインアンドスペースパターンが含まれていることを特徴とする請求項10から17のいずれかに記載の転写用マスク。
- 請求項10から18のいずれかに記載の転写用マスクを用い、半導体ウェハ上に回路パターンを形成することを特徴する半導体デバイスの製造方法。
- 半導体ウェハ上に形成される回路パターンには、ハーフピッチ40nm以下のラインアンドスペースパターンが含まれていることを特徴する請求項19に記載の半導体デバイスの製造方法。
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