JP6058318B2 - 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。
転写用マスク(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、即ち転写用マスク(レチクル)における四つの辺に沿った周縁の領域は、転写用マスク(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転写用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、転写用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)。
特許文献2(特開2009−230112号公報)では、タンタル系材料の積層構造からなる遮光膜、例えば基板側からTaN層/TaO層の積層構造からなる遮光膜を備えるバイナリマスクブランクが示されている。タンタル系材料はクロム系材料に比べて遮光性能が高く、膜厚が60nm未満でも、一般に必要とされているOD=3を達成することが可能である。
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。
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、ある程度、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。
タンタル系材料を使用し、かつEMFバイアスが小さい遮光膜について、鋭意研究した結果、透光性基板側から、タンタルと窒素を含有する下層とタンタルと酸素を含有する上層の積層構造の遮光膜において、遮光膜の位相差を60度以下であると、その遮光膜に形成する転写パターン(ライン&スペースパターン)のピッチが転写対象物上(半導体ウェハ上のレジスト膜上)で90nmであっても、EMFバイアスが10nm以下に抑制でき、非常に有効であることを突き止めた。
また、透光性基板側から、タンタルと窒素を含有する下層とタンタルと酸素を含有する上層の積層構造の遮光膜で、光学濃度が2.8以上かつ位相差が60度以下とするには、下層の膜厚が少なくとも33nm以上とする必要があることを突き止めた。
さらに、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40%以下と緩く設定し、検討した結果、上層の膜厚は、タンタルと窒素を含有する下層との積層構造の場合、3nm以上あれば、表面反射率を40%以下に抑制することができることを突き止めた。
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、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、タンタルに窒素を含有する材料からなり、膜厚が33nm以上であり、
前記上層は、タンタルに酸素を含有する材料からなり、膜厚が3nm以上であり、
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60度以下である
ことを特徴とするマスクブランク。
(構成2)
前記下層は、屈折率nが2.0未満、かつ消衰係数kが2.0以上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)
前記上層は、消衰係数kが1.3以上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)
構成1から3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5)
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、
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、タンタルに窒素を含有する材料からなり、膜厚が33nm以上であり、
前記上層は、タンタルに酸素を含有する材料からなり、膜厚が3nm以上であり、
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60度以下である
ことを特徴とする転写用マスク。
(構成6)
前記下層は、屈折率nが2.0未満、かつ消衰係数kが2.0以上であることを特徴とする構成5記載の転写用マスク。
(構成7)
前記上層は、消衰係数kが1.3以上であることを特徴とする構成5または6のいずれかに記載の転写用マスク。
(構成8)
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45nm以降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5から7のいずれかに記載の転写用マスク。
(構成9)
構成5から8のいずれか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ことを特徴する半導体デバイスの製造方法。
(構成10)
半導体基板上のレジスト膜に転写される転写パターンには、ハーフピッチ45nm以降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9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、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、タンタルに窒素を含有する材料からなり、膜厚が33nm以上であり、
前記上層は、タンタルに酸素を含有する材料からなり、膜厚が3nm以上であり、
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60度以下である
ことを特徴とする(構成1)。
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、
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、タンタルに窒素を含有する材料からなり、膜厚が33nm以上であり、
前記上層は、タンタルに酸素を含有する材料からなり、膜厚が3nm以上であり、
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60度以下である
ことを特徴とする(構成5)。
上記の各構成によれば、タンタル系材料で形成された遮光膜であって、かつEMFバイアスが十分に低減されていることにより、転写マスク作製に係る様々な負荷を大きく軽減することができ、かつ転写用マスクを作製したときにArF露光光に対する耐光性を高めることができる。本発明によれば、さらに、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。
図1から、まず言えることは、いずれの位相差を有する遮光膜においても、ラインアンドスペースパターンのフルピッチが小さくなるにつれてEMFバイアスが大きくなっていることである。特に、フルピッチが120nmと110nmとの間ではEMFバイアスが急激に上昇する。このため、位相差が60度超(例えば、約74.2度(図1から推測)、81度、142度)の遮光膜の場合、フルピッチ110nmに対応するEMFバイアスが10.0nmを超えてしまう。これに対し、位相差が60度以下(例えば60度、46度、13度)の遮光膜の場合、フルピッチ110nm〜90nmに対応するEMFバイアスを10.0nm以下に抑えることができ、非常に有効である。
また、位相差の小さい遮光膜であるほど、EMFバイアスが低減されている。
さらに、パターンのピッチの幅が小さくなるほど、位相差の大きい遮光膜のEMFバイアスに対して位相差の小さい遮光膜のEMFバイアスは、EMFバイアスの低減度合は大きくなっている。特に、フルピッチが100nmと90nmとの間で、位相差の小さい遮光膜では、位相差の大きい遮光膜に対してEMFバイアスが相対的に大きく改善されている。これを言い換えると、フルピッチが100nmと90nmとの間では位相差の異なる各遮光膜間のEMFバイアスの差が拡大する。例えば、フルピッチが100nmと90nmとの間では、位相差が13度(最小)と142度(最大)である遮光膜間のEMFバイアスの差(最大値−最小値)は、約9.3nmから約12.3nmに拡大する。
上述した結果から、遮光膜の位相差を小さくすることが、EMFバイアスの低減に大きく寄与することは明らかである。
このシミュレーションでは、上層の材料を、n=2.30、k=1.32に固定し、上層の膜厚を0〜20nmの範囲で変化させた。また、下層の材料は、条件1(n=1.64、k=2.14)、条件2(n=1.91、k=2.43)にそれぞれ固定し、下層の膜厚を20〜50nmの範囲でそれぞれ変化させた。
上述したように、遮光膜の位相差が60度以下であると、その遮光膜に形成する転写パターン(ライン&スペースパターン)のフルピッチが転写対象物上(半導体ウェハ上のレジスト膜上)で90nmであっても、EMFバイアスを10nm以下に抑制でき、非常に有効である。
図2、図3から(特に図2から)、光学濃度が2.8以上かつ位相差が60度以下とするには、下層の膜厚が少なくとも33nm以上とする必要があることがわかる。
上述したように、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を40%以下と緩く設定した場合、図2、図3から、上層の膜厚は、(タンタルと窒素を含有する下層との積層構造の場合、)3nm以上あれば、表面反射率を40%以下に抑制することができることがわかる。
本発明において、前記下層(遮光層)の屈折率nは、遮光層の屈折率nが小さいほどEMFバイアスを低減できることから、1.90以下が望まれ、1.80以下でより好ましく、1.70以下であると最適である(図2、図3参照)。
本発明において、前記下層(遮光層)の消衰係数kは、光学濃度を良好に持たせる観点およびEMFバイアスを小さくする観点から、2.0以上であることが望ましい。さらに、消衰係数kは、2.1以上であることが好ましく、2.2以上、2.3以上、さらには2.4以上であることがさらに好ましい(図2、図3参照)。
反射防止機能が良好に発揮される範囲であれば、上層の消衰係数kを高めた方が、遮光膜全体で求められる所定の光学濃度を確保するために必要となる下層の膜厚をより薄くすることができるからである。
本発明において、前記上層(表面反射防止層)の消衰係数kは、反射防止機能を良好に持たせる観点から、2.0未満であることが望ましい。さらに、消衰係数kは、1.7以下であることが好ましく、1.5以下であることがさらに好ましい。
図2、図3、図4から、上層(表面反射防止層)の膜厚が薄くなるほど、遮光膜全体の位相差は小さくなる。
本発明において、前記上層(表面反射防止層)の屈折率nは、反射防止機能を良好に持たせる観点から、2.00以上であることが望ましい。さらに、屈折率nは、2.10以上、さらには、2.20以上であることが好ましい。また、上層の屈折率nは、EMFバイアスのさらなる抑制の観点からは、2.50以下、さらには、2.40以下、2.30以下であることが好ましい。(図2、図3参照)。
本発明において、前記上層(表面反射防止層)は、例えば、図2、図3から、膜厚が15nm以下であることが好ましい。EMFバイアスのさらなる抑制の観点からは、膜厚が10nm以下、さらには6nm以下、5nm以下、4nm以下、であることがより好ましい。
なお、本発明において、前記上層(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、前記上層(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形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。
遮光膜のArF露光光に対する表面反射率が40%を超えると、遮光膜からの表面反射が露光転写に与える影響が大きくなるので好ましくない。
また、本発明は、上層(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、上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、上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5に示すように、透光性基板11上に、下層(遮光層)13および上層(表面反射防止層)14の積層構造からなる遮光膜12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。
タンタルに窒素を含有する材料としては、例えば、TaN、TaON、TaCN、TaBON、TaBN、TaBCN、等が挙げられる。
下層の屈折率nを上昇させるような、あるいは消衰係数kを低下させるような元素(特に、酸素、窒素、炭素、水素、不活性ガス(ヘリウム、アルゴン、キセノン))は極力少なくすることが望ましい。なお、諸特性が大きく変わらない範囲であれば、これらのタンタルに窒素を含有する材料に、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ等の金属を含有させてもよい。
下層のタンタルを窒化させることによって、転写マスク作製後の遮光膜の転写パターン側壁の酸化防止が図れる。また、ArF露光光に対する裏面反射率(透光性基板と下層との界面での反射率)を低減することができる。反面、高い遮光性能を確保するためには、できる限り窒素の含有量を低くすることが望まれる。これらの点を考慮すると、下層中の窒素含有量は、1原子%以上20原子%以下が好ましく、5原子%以上15原子%以下であるとより好ましい。
酸素を50原子%以上含有するタンタルの酸化物からなる表面反射防止層(上層)は、反射防止効果に優れるので好ましい。また、上層を形成する材料中の酸素含有量は、55原子%以上であるとより好ましく、60原子%以上であるとさらに好ましい。
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、基板に掘り込み部を形成して位相シフト効果を生じさせる掘り込みレベンソン型位相シフトマスクも含まれる。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。
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。
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できる。
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が好ましい。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できる。
また、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45nm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8)。
上記本発明の転写用マスクによれば、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、本発明の転写マスクは、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。
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45nm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10)。
本発明の転写用マスクは、ハーフピッチ45nm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45nm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)
(マスクブランクの製造)
図5に示すように、透光性基板11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11上に、遮光膜12として、TaN膜(下層:遮光層13)、TaO膜(上層:表面反射防止層14)、をそれぞれ形成した。
具体的には、透光性基板11上に、Taターゲットを用い、キセノン(Xe)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、下層(TaN膜)13を42.5nmの膜厚で形成した。
次に、下層13上に、Taターゲットを用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)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、上層(TaO膜)14を5.5nmの膜厚で形成した。
遮光膜12の合計膜厚は48nmとした。遮光膜12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3.02であった。
遮光膜12は、波長193nmにおいて表面反射率が30.5%であり、裏面反射率が38.8%であった。光学濃度(透過率)及び反射率の測定は、分光光度計を用いて行った。
TaN膜(下層13)は、屈折率n:1.64、消衰係数k:2.14、であった。
TaO膜(上層14)は、屈折率n:2.30、消衰係数k:1.32、であった。
上記遮光膜12に対して、上記遮光膜12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49度であった。
図2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。
また、図2から、例えば、遮光膜の光学濃度が2.8以上、遮光膜の位相差が60度以下、かつ、遮光膜の表面反射率が40%以下、の条件を満たした上で、遮光膜の位相差を相対的に小さくできる上層膜厚および下層膜厚(これらの和からトータル膜厚が算出できる)を容易に導き出すことができ、非常に有用である。
また、図2から、例えば、遮光膜の位相差が最小となり(例えば約30度)、したがって、EMFバイアスが最小となるときの、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、表面反射率を容易に導き出すことができ、非常に有用である。
(マスクブランクの製造)
図5に示すように、透光性基板11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11上に、遮光膜12として、TaN膜(下層:遮光層13)、TaO膜(上層:表面反射防止層14)、をそれぞれ形成した。
具体的には、透光性基板11上に、Taターゲットを用い、キセノン(Xe)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、下層(TaN膜)13を44nmの膜厚で形成した。
次に、下層13上に、Taターゲットを用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)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、上層(TaO膜)14を15nmの膜厚で形成した。
遮光膜12の合計膜厚は59nmとした。遮光膜12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3.54であった。
遮光膜12は、波長193nmにおいて表面反射率が21.6%であった。光学濃度(透過率)及び反射率の測定は、分光光度計を用いて行った。
TaN膜(下層13)は、屈折率n:1.64、消衰係数k:2.14、であった。
TaO膜(上層14)は、屈折率n:2.30、消衰係数k:1.32、であった。
上記遮光膜12に対して、上記遮光膜12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71度であった。
(マスクブランクの製造)
図5に示すように、透光性基板11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11上に、遮光膜12として、TaN膜(下層:遮光層13)、TaO膜(上層:表面反射防止層14)、をそれぞれ形成した。
具体的には、透光性基板11上に、Taターゲットを用い、キセノン(Xe)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、下層(TaN膜)13を42.0nmの膜厚で形成した。
次に、下層13上に、Taターゲットを用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)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、上層(TaO膜)14を3.0nmの膜厚で形成した。
遮光膜12の合計膜厚は45nmとした。遮光膜12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3.01であった。
遮光膜12は、波長193nmにおいて表面反射率が38.2%であった。光学濃度(透過率)及び反射率の測定は、分光光度計を用いて行った。
TaN膜(下層13)は、屈折率n:1.91、消衰係数k:2.43、であった。
TaO膜(上層14)は、屈折率n:2.30、消衰係数k:1.32、であった。
上記遮光膜12に対して、上記遮光膜12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58度であった。
図3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。
また、図3から、例えば、遮光膜の光学濃度が2.8以上、遮光膜の位相差が60度以下、かつ、遮光膜の表面反射率が40%以下、の条件を満たした上で、遮光膜の位相差を相対的に小さくできる上層膜厚および下層膜厚(これらの和からトータル膜厚が算出できる)を容易に導き出すことができ、非常に有用である。
また、図3から、例えば、遮光膜の位相差が最小となり(約52度)、したがって、EMFバイアスが最小となるときの、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、表面反射率を容易に導き出すことができ、非常に有用である。
なお、図2と図3の比較から、図2では、遮光膜の光学濃度が2.8以上、遮光膜の位相差が60度以下、かつ、遮光膜の表面反射率が40%以下、の条件を満たす上層膜厚および下層膜厚の範囲が図3に比べ広く、上層膜厚および下層膜厚を変化させることによって、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調整でき、有用である。
(マスクブランクの製造)
図5に示すように、透光性基板11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11上に、遮光膜12として、TaN膜(下層:遮光層13)、TaO膜(上層:表面反射防止層14)、をそれぞれ形成した。
具体的には、透光性基板11上に、Taターゲットを用い、キセノン(Xe)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、下層(TaN膜)13を44nmの膜厚で形成した。
次に、下層13上に、Taターゲットを用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)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、上層(TaO膜)14を9nmの膜厚で形成した。
遮光膜12の合計膜厚は53nmとした。遮光膜12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3.36であった。
遮光膜12は、波長193nmにおいて表面反射率が25.4%であった。光学濃度(透過率)及び反射率の測定は、分光光度計を用いて行った。
TaN膜(下層13)は、屈折率n:1.91、消衰係数k:2.43、であった。
TaO膜(上層14)は、屈折率n:2.30、消衰係数k:1.32、であった。
上記遮光膜12に対して、上記遮光膜12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79度であった。
次に、前記のTa系遮光膜マスクブランクを用いた転写用マスクの作製について説明する。
図6(a)に示すように、遮光膜12の上にレジスト膜(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)23をスピンコートにより塗布する。
次に、図6(b)および(c)に示すように、レジスト膜23に対して、所望のパターンを露光した後、所定の現像液で現像してレジストパターン23aを形成する。
次に、図6(d)に示すように、上記レジストパターン23aをマスクとして、遮光膜12について、上層14に対してはフッ素系ガス(CHF3等)を用いたドライエッチングを行い(このとき、下層13の表面も多少エッチングされる。)、下層13に対しては塩素ガス(Cl2等)を用いたドライエッチングを行い、遮光膜パターン12aを形成する。
最後に、図6(e)に示すように、残存するレジストパターンを剥離して転写用マスク20を得る。
12 遮光膜
12a 遮光膜パターン
13 下層(遮光層)
14 上層(表面反射防止層)
20 転写用マスク
23 レジスト膜
23a レジストパターン
Claims (10)
- 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、タンタルに窒素を含有する材料からなり、膜厚が33nm以上であり、
前記上層は、タンタルに酸素を含有する材料からなり、消衰係数kが1.3以上であり、膜厚が3nm以上であり、
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60度以下である
ことを特徴とするマスクブランク。 - 前記下層は、屈折率nが2.0未満、かつ消衰係数kが2.0以上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。
- 前記上層は、消衰係数kが2.0未満であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のマスクブランク。
- 請求項1から3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、
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、タンタルに窒素を含有する材料からなり、膜厚が33nm以上であり、
前記上層は、タンタルに酸素を含有する材料からなり、消衰係数kが1.3以上であり、膜厚が3nm以上であり、
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60度以下である
ことを特徴とする転写用マスク。 - 前記下層は、屈折率nが2.0未満、かつ消衰係数kが2.0以上であることを特徴とする請求項5記載の転写用マスク。
- 前記上層は、消衰係数kが2.0未満であることを特徴とする請求項5または6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45nm以降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5から7のいずれかに記載の転写用マスク。
- 請求項5から8のいずれか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ことを特徴する半導体デバイスの製造方法。
- 半導体基板上のレジスト膜に転写される転写パターンには、ハーフピッチ45nm以降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9に記載の半導体デバイスの製造方法。
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