JP6084391B2 - 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
近年では、モリブデンシリサイド化合物を含む材料(MoSi系材料)を遮光膜として用いたArFエキシマレーザー用のバイナリマスク等も出現している(特許文献1)。また、タンタル化合物を含む材料(タンタル系材料)を遮光膜として用いたArFエキシマレーザー用のバイナリマスク等も出現している(特許文献2)。特許文献3では、タンタル、ニオブ、バナジウム、またはタンタル、ニオブ、バナジウムの少なくとも2つを含む金属を用いた遮光膜からなるフォトマスクに対して、酸洗浄または水素プラズマによる洗浄を行った場合、遮光膜が水素脆性化することがあることについて開示されている。またその解決手段として、遮光膜にパターンを形成後、遮光膜の上面および側面を気密に覆う水素阻止膜を形成することが開示されている。
(構成1)
本発明の構成1は、転写用マスクを作製するために用いられるマスクブランクであり、透光性基板上に遮光膜とエッチングマスク膜とが順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記エッチングマスク膜は、クロムを含有する材料からなり、
前記遮光膜は、タンタルを含有する材料からなり、
前記遮光膜の透光性基板側とは反対側の表層に酸素含有量が60at%(原子%)以上である高酸化層が形成されていることを特徴とするマスクブランクである。本発明のマスクブランクを用いることにより、高精度の転写パターンを有し、光学特性が良好な遮光膜を有する転写用マスクを作製することが可能となる。
本発明の構成2は、前記高酸化層は、酸素含有量が67at%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である。高酸化層が、層中の酸素含有量が67at%以上であると、TaO2結合が主体になるだけでなく、Ta2O5の結合状態の比率も高くなると考えられる。このような酸素含有量になると、「Ta2O3」および「TaO2」の結合状態は稀に存在する程度となり、不安定な「TaO」の結合状態は存在し得なくなってくる。
本発明の構成3は、前記高酸化層のTa2O5結合の存在比率は、前記遮光膜におけるTa2O5結合の存在比率よりも高い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である。Ta2O5結合は、非常に高い安定性を有する結合状態であり、高酸化層中のTa2O5結合の存在比率を多くすることで、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングに対する耐性が大幅に高まる。
本発明の構成4は、前記遮光膜は、さらに窒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3のいずれかに記載のマスクブランクである。タンタルを含む遮光膜に窒素を含有させることで、タンタルの酸化を抑制することができる。
本発明の構成5は、前記遮光膜は、透光性基板側から下層と上層とが順に積層した構造を有し、
前記高酸化層は、前記上層の前記下層側とは反対側の表層に形成されてい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である。このような構成とすると、上層を遮光膜の露光光に対する表面反射率を制御する機能を有する膜(反射防止膜)として機能させることができる。
本発明の構成6は、前記上層の酸素含有量は、前記高酸化層の酸素含有量よりも少ないことを特徴とする構成5記載のマスクブランクである。この結果、上層で確保できる光学濃度を多くしつつ、遮光膜の全体膜厚をより薄くすることができ、遮光膜の表面反射率も低減することが可能となる。
本発明の構成7は、前記上層の酸素含有量は、50at%以上であることを特徴とする構成6記載のマスクブランクである。タンタルを含有する材料である上層に酸素を50at%以上含有させた場合、理論上、膜中のタンタルはすべて酸素と結合していることになる。このような酸素と未結合のタンタルが少ない上層は、酸素非含有の塩素系エッチングガスによるドライエッチングに対して耐性を有するようになる。
本発明の構成8は、前記高酸化層のTa2O5結合の存在比率は、前記上層におけるTa2O5結合の存在比率よりも高いことを特徴とする構成5から7のいずれかに記載のマスクブランクである。Ta2O5結合は、非常に高い安定性を有する結合状態であり、高酸化層中のTa2O5結合の存在比率を多くすることで、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングに対する耐性が大幅に高まる。
本発明の構成9は、前記下層は、酸素の含有量が10at%未満であることを特徴とする構成5から8のいずれかに記載のマスクブランクである。タンタルを含有する材料からなる下層の酸素含有量を大幅に抑えることで、酸素非含有の塩素系ガスによるドライエッチングレートを高くすることができる。
本発明の構成10は、前記下層は、窒素を含有する材料からなることを特徴とする構成5から9のいずれかに記載のマスクブランクである。タンタルを含む下層に窒素を含有させることで、タンタルの酸化を抑制することができる。
本発明の構成11は、前記エッチングマスク膜は、酸素の含有量が40at%以上であることを特徴とする構成5から10のいずれかに記載のマスクブランクである。エッチングマスク膜中の酸素含有量が40at%以上であると、酸素非含有の塩素系ガスに対するエッチングレートが所定の値以上になる。この結果、下層のドライエッチングと同時にエッチングマスク膜を除去することが容易になる。
本発明の構成12は、前記エッチングマスク膜は、膜厚が7nm以下であることを特徴とする構成11に記載のマスクブランクである。エッチングマスク膜の膜厚が、7nmまでであれば、下層のドライエッチングと同時にエッチングマスク膜を除去することが容易になる。
本発明の構成13は、構成1から12のいずれかに記載のマスクブランクを用いて製造された転写用マスクである。本発明のマスクブランクを用いることにより、高精度の転写パターンを有し、光学特性が良好な遮光膜を有する転写用マスクを得ることができる。
本発明の構成14は、構成1から4のいずれかに記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
前記エッチングマスク膜上に転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンが形成されたレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで前記エッチング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レジスト膜またはエッチングマスク膜をマスクとして、
ドライエッチングで前記遮光膜に転写パターンを形成する工程と、
前記遮光膜に転写パターンを形成後、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングでエッチングマスク膜を除去する工程と
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法である。本発明の製造方法により、高精度の転写パターンを有し、光学特性が良好な遮光膜を有する転写用マスクを製造することができる。
本発明の構成15は、構成5から11のいずれかに記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
前記エッチングマスク膜上に転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで前記エッチング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レジスト膜またはエッチングマスク膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングで前記上層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レジスト膜、エッチングマスク膜または上層をマスクとして、酸素を実質的に含有しない塩素系ガスを用いたドライエッチングで前記下層に転写パターンを形成する工程と、
前記下層に転写パターンを形成後、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングでエッチングマスク膜を除去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である。本発明の製造方法により、高精度の転写パターンを有し、光学特性が良好な遮光膜を有する転写用マスクを製造することができる。
本発明の構成16は、構成12に記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
前記エッチングマスク膜上に転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで前記エッチングマスク膜に転写パターンを形成する工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と、
前記転写パターンが形成されたエッチングマスク膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングで前記上層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上層をマスクとして、酸素を実質的に含有しない塩素系ガスを用いたドライエッチングで前記下層に転写パターンを形成し、かつエッチングマスク膜を除去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である。本発明の製造方法により、高精度の転写パターンを有し、光学特性が良好な遮光膜を有する転写用マスクを製造することができる。
本発明の構成17は、構成13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とする半導体デバイスの製造方法である。本発明によれば、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線のない半導体デバイスを得ることができる。
本発明の構成18は、構成14から16のいずれかに記載の転写用マスクの製造方法で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ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。本発明によれば、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線のない半導体デバイスを得ることができる。
(構成1A)
本発明の構成1Aは、転写用マスクを作製するために用いられるマスクブランクであり、透光性基板上に遮光膜とエッチングマスク膜とが順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記エッチングマスク膜は、クロムを含有する材料からなり、
前記遮光膜は、タンタルを含有する材料からなり、
前記遮光膜の透光性基板側とは反対側の表層に高酸化層が形成されており、
前記高酸化層は、X線光電子分光分析を行ったときのTa4fのナロースペクトルが23eVよりも大きい束縛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である。本発明のマスクブランクを用いることにより、高精度の転写パターンを有し、光学特性が良好な遮光膜を有する転写用マスクを作製することが可能となる。
本発明の構成2Aは、前記高酸化層を除いた部分の遮光膜は、X線光電子分光分析を行ったときのTa4fのナロースペクトルが23eV以下の束縛エネルギーで最大ピークを有することを特徴とする構成1A記載のマスクブランクである。高酸化層を除いた部分の遮光膜におけるTa4fのナロースペクトルをこのように制御することで、高酸化層を除いた部分の遮光膜におけるTa2O5の存在比率を低減でき、遮光性能を高めることができる。
本発明の構成3Aは、前記遮光膜は、ケイ素を含有しない材料からなることを特徴とする構成1Aまたは2Aに記載のマスクブランクである。タンタルを含む遮光膜に、酸素および窒素と結合しやすい特性を有するケイ素を含有させないことで、タンタル元素の結合状態を制御しやすくなる。
本発明の構成4Aは、前記遮光膜は、さらに窒素を含有する材料からなることを特徴とする構成1Aから3Aのいずれかに記載のマスクブランクである。タンタルを含む遮光膜に窒素を含有させることで、タンタルの酸化を抑制することができる。
本発明の構成5Aは、前記遮光膜は、透光性基板側から下層と上層とが順に積層した構造を有し、
前記高酸化層は、前記上層の前記下層側とは反対側の表層に形成されていることを特徴とする構成1Aから3Aのいずれかに記載のマスクブランクである。このような構成とすると、上層を遮光膜の露光光に対する表面反射率を制御する機能を有する膜(反射防止膜)として機能させることができる。
本発明の構成6Aは、前記上層の酸素含有量は、前記高酸化層の酸素含有量よりも少ないことを特徴とする構成5A記載のマスクブランクである。この結果、上層で確保できる光学濃度を多くしつつ、遮光膜の全体膜厚をより薄くすることができ、遮光膜の表面反射率も低減することが可能となる。
前記高酸化層の酸素含有量は、67at%以上であり、前記高酸化層を除いた部分の上層における酸素含有量は、50at%以上であることを特徴とする構成6A記載のマスクブランクである。タンタルを含有する材料である高酸化層に酸素を67at%以上含有させた場合、理論上、Ta2O5の結合状態の比率が高くなる。また、タンタルを含有する材料である上層に酸素を50at%以上含有させた場合、理論上、膜中のタンタルはすべて酸素と結合していることになる。このような酸素と未結合のタンタルが少ない上層は、酸素非含有の塩素系エッチングガスによるドライエッチングに対して耐性を有するようになる。
本発明の構成8Aは、前記高酸化層のTa2O5結合の存在比率は、前記上層におけるTa2O5結合の存在比率よりも高いことを特徴とする構成5Aから7Aのいずれかに記載のマスクブランクである。Ta2O5結合は、非常に高い安定性を有する結合状態であり、高酸化層中のTa2O5結合の存在比率を多くすることで、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングに対する耐性が大幅に高まる。
本発明の構成9Aは、前記下層は、酸素の含有量が10at%未満であることを特徴とする構成5Aから8Aのいずれかに記載のマスクブランクである。タンタルを含有する材料からなる下層の酸素含有量を大幅に抑えることで、酸素非含有の塩素系ガスによるドライエッチングレートを高くすることができる。
本発明の構成10Aは、前記下層は、窒素を含有する材料からなることを特徴とする構成5Aから9Aのいずれかに記載のマスクブランクである。タンタルを含む下層に窒素を含有させることで、タンタルの酸化を抑制することができる。
本発明の構成11Aは、前記エッチングマスク膜は、酸素の含有量が40at%以上であることを特徴とする構成5Aから10Aのいずれかに記載のマスクブランクである。エッチングマスク膜中の酸素含有量が40at%以上であると、酸素非含有の塩素系ガスに対するエッチングレートが所定の値以上になる。この結果、下層のドライエッチングと同時にエッチングマスク膜を除去することが容易になる。
本発明の構成12Aは、前記エッチングマスク膜は、膜厚が7nm以下であることを特徴とする構成11Aに記載のマスクブランクである。エッチングマスク膜の膜厚が、7nmまでであれば、下層のドライエッチングと同時にエッチングマスク膜を除去することが容易になる。
本発明の構成13Aは、構成1Aから12Aのいずれかに記載のマスクブランクを用いて製造された転写用マスクである。本発明のマスクブランクを用いることにより、高精度の転写パターンを有し、光学特性が良好な遮光膜を有する転写用マスクを得ることができる。
本発明の構成14Aは、構成1Aから4Aのいずれかに記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
前記エッチングマスク膜上に転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンが形成されたレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで前記エッチング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レジスト膜またはエッチングマスク膜をマスクとして、
ドライエッチングで前記遮光膜に転写パターンを形成する工程と、
前記遮光膜に転写パターンを形成後、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングでエッチングマスク膜を除去する工程と
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法である。本発明の製造方法により、高精度の転写パターンを有し、光学特性が良好な遮光膜を有する転写用マスクを製造することができる。
本発明の構成15Aは、構成5Aから11Aのいずれかに記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
前記エッチングマスク膜上に転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで前記エッチング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レジスト膜またはエッチングマスク膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングで前記上層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レジスト膜、エッチングマスク膜または上層をマスクとして、酸素を実質的に含有しない塩素系ガスを用いたドライエッチングで前記下層に転写パターンを形成する工程と、
前記下層に転写パターンを形成後、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングでエッチングマスク膜を除去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である。本発明の製造方法により、高精度の転写パターンを有し、光学特性が良好な遮光膜を有する転写用マスクを製造することができる。
本発明の構成16Aは、構成12Aに記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
前記エッチングマスク膜上に転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで前記エッチングマスク膜に転写パターンを形成する工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と、
前記転写パターンが形成されたエッチングマスク膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングで前記上層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上層をマスクとして、酸素を実質的に含有しない塩素系ガスを用いたドライエッチングで前記下層に転写パターンを形成し、かつエッチングマスク膜を除去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である。本発明の製造方法により、高精度の転写パターンを有し、光学特性が良好な遮光膜を有する転写用マスクを製造することができる。
本発明の構成17Aは、構成13A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とする半導体デバイスの製造方法である。本発明によれば、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線のない半導体デバイスを得ることができる。
本発明の構成18Aは、構成14Aから16Aのいずれかに記載の転写用マスクの製造方法で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ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。本発明によれば、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線のない半導体デバイスを得ることができる。
本発明者らは、タンタルを含有する材料からなる遮光膜上に、クロムを含有する材料からなるエッチングマスク膜が積層したマスクブランクを用いて、転写用マスクを作製する場合に生じる問題を解決すべく、鋭意研究を行った。その問題とは、エッチングマスク膜を除去するときに行われる塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングによって、遮光膜のエッチングマスク膜側の表面が影響を受け、遮光膜の光学特性(表面反射率および光学濃度等)が悪化すること、および遮光膜のパターンエッジ部分に丸まりが発生し、パターンのラインエッジラフネスが悪化することである。その研究の結果、タンタルを含有する材料は、材料中の酸素含有量が少なくとも60at%(原子%)以上であれば、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングに対する耐性が十分に高めることができ、この材料で形成された遮光膜は光学特性への影響およびパターンエッジの丸まりを抑制することができることが判明した。しかし、遮光膜は、所定値以上の光学濃度(例えば、光学濃度2.5以上等)を確保する必要がある。一方、転写パターンの微細化が進んできていることから、遮光膜の膜厚を薄くすることが求められている。遮光膜全体をそのような酸素含有量の高い材料で形成すると、所定値以上の光学濃度を確保するために遮光膜の膜厚を厚くする必要が生じる。
[マスクブランクの製造]
縦横の寸法が約152mm×約152mmで、厚さが約6.25m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、端面および主表面を所定の表面粗さ(自乗平均平方根粗さRqで0.2nm以下)に研磨し、所定の洗浄処理および乾燥処理を施した後、透光性基板の表層から水素を排除する加熱処理(500℃、40分)を行った。
次に、実施例1のマスクブランク101を用い、以下の手順で実施例1の転写用マスク201を作製した。最初に、スピン塗布法によって、エッチングマスク膜3上に電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜4を膜厚60nmで形成した(図4(b)参照)。次に、レジスト膜4に対して、転写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、レジストパターン4aを形成した(図4(c)参照)。なお、電子線描画を行った転写パターンは、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したものの一方を用いた。次に、レジストパターン4aをマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、エッチングマスク膜3に転写パターン(エッチングマスクパターン3a)を形成した(図4(d)参照)。続いて、レジストパターン4aを除去した後、エッチングマスクパターン3aをマスクとし、フッ素系ガス(CF4)を用いたドライエッチングを行い、遮光膜2の高酸化層242を含む上層24に転写パターン(上層パターン24a)を形成した(図4(e)参照)。このとき、下層23の上側も多少エッチングされた。さらに、エッチングマスクパターン3aまたは上層パターン24aをマスクとし、塩素系ガス(Cl2)を用いたドライエッチングを行い、遮光層の下層23に転写パターン(下層パターン23a)を形成した(図4(f)参照)。最後に、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、エッチングマスクパターン3aを除去した(図4(g)参照)。以上の手順により、転写用マスク201(バイナリマスク)を得た。
作製した実施例1の転写用マスクセットを用い、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置を用い、ダブルパターニング技術を適用し、半導体デバイス上のレジスト膜に22nmノードの微細パターンを露光転写した。露光後の半導体デバイス上のレジスト膜に所定の現像処理を行い、レジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、下層膜をドライエッチングし、回路パターンを形成した。半導体デバイスに形成した回路パターンを確認したところ、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線はなかった。
[マスクブランクの製造]
エッチングマスク膜3の材料をCrO(Cr:46at%,O:54at%)に、膜厚を6nmにそれぞれ変えたこと以外は、実施例1と同様の手順で実施例2のマスクブランクを製造した。
次に、実施例2のマスクブランク101を用い、以下の手順で実施例2の転写用マスク201を作製した。最初に、スピン塗布法によって、エッチングマスク膜3上に電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜4を膜厚60nmで形成した(図4(b)参照)。次に、レジスト膜4に対して、転写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、レジストパターン4aを形成した(図4(c)参照)。なお、電子線描画を行った転写パターンは、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したものの一方を用いた。次に、レジストパターン4aをマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、エッチングマスク膜3に転写パターン(エッチングマスクパターン3a)を形成した(図4(d)参照)。続いて、レジストパターン4aを除去した後、エッチングマスクパターン3aをマスクとし、フッ素系ガス(CF4)を用いたドライエッチングを行い、遮光膜2の高酸化層242を含む上層24に転写パターン(上層パターン24a)を形成した(図4(e)参照)。このとき、下層23の上側も多少エッチングされた。さらに、上層パターン24aをマスクとし、塩素系ガス(Cl2)を用いたドライエッチングを行い、遮光層の下層23に転写パターン(下層パターン23a)を形成した。このとき、エッチングマスクパターン3aも塩素系ガス(Cl2)を用いたドライエッチングによってすべて除去された(図4(g)参照)。以上の手順により、転写用マスク201(バイナリマスク)を得た。
作製した実施例2の転写用マスクセットを用い、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置を用い、ダブルパターニング技術を適用し、半導体デバイス上のレジスト膜に22nmノードの微細パターンを露光転写した。露光後の半導体デバイス上のレジスト膜に所定の現像処理を行い、レジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、下層膜をドライエッチングし、回路パターンを形成した。半導体デバイスに形成した回路パターンを確認したところ、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線はなかった。
[マスクブランクの製造]
遮光膜2の上層24に高酸化層241を形成するプロセスを温水処理に代えて、オゾン水処理によって行うこと以外は、実施例1と同様の手順で実施例3のマスクブランクを製造した。オゾン水処理(表面処理)は、オゾン濃度が50ppmで温度が25℃のオゾン含有水を適用し、処理時間15分の条件で行った。
次に、実施例3のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、実施例3の転写用マスクを作製した。作製した実施例3の転写用マスクは、遮光膜の表面側における反射率(表面反射率)がArF露光光(波長 193nm)において25.3%であり、遮光膜2を成膜した段階のマスクブランクで測定した反射率と比べてほとんど変化はなかった。また、ラインエッジラフネスを測定したところ、十分に小さかった。さらに、遮光膜パターン2aの側壁部分に対して断面TEM観察を行ったところ、上層パターン24aのエッジ部分の丸まりは許容範囲内であり、良好な結果であった。同様の手順で、この実施例3のマスクブランクを用いて、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したもののうちのもう一方の転写パターンを有する転写用マスクを作製した。以上の手順により、2枚の転写用マスクを用いてダブルパターニング技術で露光転写することで、22nmノードの微細なパターンを転写対象物に転写可能な実施例3の転写用マスクセットを得た。
作製した実施例3の転写用マスクセットを用い、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置を用い、ダブルパターニング技術を適用し、半導体デバイス上のレジスト膜に22nmノードの微細パターンを露光転写した。露光後の半導体デバイス上のレジスト膜に所定の現像処理を行い、レジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、下層膜をドライエッチングし、回路パターンを形成した。半導体デバイスに形成した回路パターンを確認したところ、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線はなかった。
[マスクブランクの製造]
遮光膜2の上層24に高酸化層241を形成するプロセスを温水処理に代えて、加熱処理によって行うこと以外は、実施例1と同様の手順で実施例4のマスクブランクを製造した。加熱処理(表面処理)は、大気中で140℃の加熱温度で、処理時間30分の条件で行った。
次に、実施例4のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、実施例4の転写用マスクを作製した。作製した実施例4の転写用マスクは、遮光膜の表面側における反射率(表面反射率)がArF露光光(波長 193nm)において25.3%であり、遮光膜2を成膜した段階のマスクブランクで測定した反射率と比べてほとんど変化はなかった。また、ラインエッジラフネスを測定したところ、十分に小さかった。さらに、遮光膜パターン2aの側壁部分に対して断面TEM観察を行ったところ、上層パターン24aのエッジ部分の丸まりは許容範囲内であり、良好な結果であった。同様の手順で、この実施例4のマスクブランクを用いて、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したもののうちのもう一方の転写パターンを有する転写用マスクを作製した。以上の手順により、2枚の転写用マスクを用いてダブルパターニング技術で露光転写することで、22nmノードの微細なパターンを転写対象物に転写可能な実施例4の転写用マスクセットを得た。
作製した実施例4の転写用マスクセットを用い、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置を用い、ダブルパターニング技術を適用し、半導体デバイス上のレジスト膜に22nmノードの微細パターンを露光転写した。露光後の半導体デバイス上のレジスト膜に所定の現像処理を行い、レジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、下層膜をドライエッチングし、回路パターンを形成した。半導体デバイスに形成した回路パターンを確認したところ、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線はなかった。
[マスクブランクの製造]
遮光膜2の上層24に高酸化層241を形成するプロセスを温水処理に代えて、紫外線照射処理によって行うこと以外は、実施例1と同様の手順で実施例5のマスクブランクを製造した。紫外線照射処理(表面処理)は、50mJ/cm2のArFエキシマレーザー光を1cm/秒の走査速度で全面走査することで行った。
次に、実施例5のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、実施例5の転写用マスクを作製した。作製した実施例5の転写用マスクは、遮光膜の表面側における反射率(表面反射率)がArF露光光(波長 193nm)において25.2%であり、遮光膜2を成膜した段階のマスクブランクで測定した反射率と比べてほとんど変化はなかった。また、ラインエッジラフネスを測定したところ、十分に小さかった。さらに、遮光膜パターン2aの側壁部分に対して断面TEM観察を行ったところ、上層パターン24aのエッジ部分の丸まりは許容範囲内であり、良好な結果であった。同様の手順で、この実施例5のマスクブランクを用いて、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したもののうちのもう一方の転写パターンを有する転写用マスクを作製した。以上の手順により、2枚の転写用マスクを用いてダブルパターニング技術で露光転写することで、22nmノードの微細なパターンを転写対象物に転写可能な実施例5の転写用マスクセットを得た。
作製した実施例5の転写用マスクセットを用い、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置を用い、ダブルパターニング技術を適用し、半導体デバイス上のレジスト膜に22nmノードの微細パターンを露光転写した。露光後の半導体デバイス上のレジスト膜に所定の現像処理を行い、レジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、下層膜をドライエッチングし、回路パターンを形成した。半導体デバイスに形成した回路パターンを確認したところ、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線はなかった。
[マスクブランクの製造]
遮光膜2の上層24に高酸化層241を形成するプロセスを温水処理に代えて、酸素プラズマ処理によって行うこと以外は、実施例1と同様の手順で実施例6のマスクブランクを製造した。酸素プラズマ処理(表面処理)は、酸素プラズマアッシングを行うためのレジスト剥離装置にマスクブランク101を導入し、処理時間5分の条件で行った。
次に、実施例6のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、実施例6の転写用マスクを作製した。作製した実施例6の転写用マスクは、遮光膜の表面側における反射率(表面反射率)がArF露光光(波長 193nm)において25.3%であり、遮光膜2を成膜した段階のマスクブランクで測定した反射率と比べてほとんど変化はなかった。また、ラインエッジラフネスを測定したところ、十分に小さかった。さらに、遮光膜パターン2aの側壁部分に対して断面TEM観察を行ったところ、上層パターン24aのエッジ部分の丸まりは許容範囲内であり、良好な結果であった。同様の手順で、この実施例6のマスクブランクを用いて、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したもののうちのもう一方の転写パターンを有する転写用マスクを作製した。以上の手順により、2枚の転写用マスクを用いてダブルパターニング技術で露光転写することで、22nmノードの微細なパターンを転写対象物に転写可能な実施例6の転写用マスクセットを得た。
作製した実施例6の転写用マスクセットを用い、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置を用い、ダブルパターニング技術を適用し、半導体デバイス上のレジスト膜に22nmノードの微細パターンを露光転写した。露光後の半導体デバイス上のレジスト膜に所定の現像処理を行い、レジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、下層膜をドライエッチングし、回路パターンを形成した。半導体デバイスに形成した回路パターンを確認したところ、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線はなかった。
[マスクブランクの製造]
縦横の寸法が152mm×152mmで、厚さが6.25m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、端面および主表面を所定の表面粗さ(自乗平均平方根粗さRqで0.2nm以下)に研磨し、所定の洗浄処理および乾燥処理を施した後、透光性基板の表層から水素を排除する加熱処理(500℃、40分)を行った。
次に、実施例7のマスクブランク100を用い、以下の手順で実施例7の転写用マスク200を作製した。最初に、スピン塗布法によって、エッチングマスク膜3上に電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜4を膜厚60nmで形成した(図2(b)参照)。次に、レジスト膜4に対して、転写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、レジストパターン4aを形成した(図2(c)参照)。なお、電子線描画を行った転写パターンは、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したものの一方を用いた。次に、レジストパターン4aをマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、エッチングマスク膜3に転写パターン(エッチングマスクパターン3a)を形成した(図2(d)参照)。続いて、レジストパターン4aを除去した後、エッチングマスクパターン3aをマスクとし、塩素系ガス(Cl2)を用いたドライエッチングを行い、高酸化層22を含む遮光膜2に転写パターン(遮光膜パターン2a)を形成した(図2(e)参照)。最後に、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、エッチングマスクパターン3aを除去した(図2(f)参照)。以上の手順により、転写用マスク200(バイナリマスク)を得た。
作製した実施例7の転写用マスクセットを用い、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置を用い、ダブルパターニング技術を適用し、半導体デバイス上のレジスト膜に22nmノードの微細パターンを露光転写した。露光後の半導体デバイス上のレジスト膜に所定の現像処理を行い、レジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、下層膜をドライエッチングし、回路パターンを形成した。半導体デバイスに形成した回路パターンを確認したところ、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線はなかった。
[マスクブランクの製造]
遮光膜2の上層24を形成後、すぐにエッチングマスク膜3を形成した(高酸化層241を形成するプロセスを行わなかった)こと以外は、実施例1と同様の手順で比較例1のマスクブランクを製造した。
次に、比較例1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1の転写用マスクを作製した。作製した比較例1の転写用マスクは、遮光膜2の表面側における反射率(表面反射率)がArF露光光(波長 193nm)において28.5%であり、同条件の実施例1において遮光膜2を成膜した段階のマスクブランクで測定した反射率と比べると、反射率の変化が大きかった。遮光膜2の面内での反射率分布についても悪化していることが確認された。また、ラインエッジラフネスを測定したところ、22nmノードで許容範囲を超えていた。遮光膜パターン2aの側壁部分に対して断面TEM観察を行ったところ、上層パターン24aのエッジ部分の丸まりについても許容範囲を超えていた。同様の手順で、この比較例1のマスクブランクを用いて、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したもののうちのもう一方の転写パターンを有する転写用マスクを作製した。以上の手順により、2枚の転写用マスクを用いてダブルパターニング技術で露光転写することで、22nmノードの微細なパターンを転写対象物に転写する比較例1の転写用マスクセットを得た。
作製した比較例1の転写用マスクセットを用い、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置を用い、ダブルパターニング技術を適用し、半導体デバイス上のレジスト膜に22nmノードの微細パターンを露光転写した。露光後の半導体デバイス上のレジスト膜に所定の現像処理を行い、レジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、下層膜をドライエッチングし、回路パターンを形成した。半導体デバイスに形成した回路パターンを確認したところ、重ね合わせ精度不足に起因する回路パターンの配線短絡および断線がところどころ発生した。したがって、比較例1の転写用マスクセットは、22nmノードの微細なパターンを転写対象物に転写することができているとはいえない。
2 遮光膜
2a 遮光膜パターン
3 エッチングマスク膜
3a エッチングマスクパターン
4 レジスト膜
4a レジストパターン
21 遮光膜本体
22,242 高酸化層
22a,242a 高酸化層パターン
23 下層
23a 下層パターン
24 上層
24a 上層パターン
241 上層本体
241a 上層本体パターン
100,101 マスクブランク
200,201 転写用マスク
Claims (18)
- 転写用マスクを作製するために用いられるマスクブランクであり、透光性基板上に遮光膜とエッチングマスク膜とが順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記エッチングマスク膜は、クロムを含有する材料からなり、
前記遮光膜は、タンタルを含有する材料からなり、
前記遮光膜の透光性基板側とは反対側の表層に高酸化層が形成されており、
前記高酸化層は、X線光電子分光分析を行ったときのTa4fのナロースペクトルが23eVよりも大きい束縛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。 - 前記高酸化層を除いた部分の遮光膜は、X線光電子分光分析を行ったときのTa4fのナロースペクトルが23eV以下の束縛エネルギーで最大ピークを有することを特徴とする請求項1記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、ケイ素を含有しない材料からな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。
- 前記遮光膜は、さらに窒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3のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、透光性基板側から下層と上層とが順に積層した構造を有し、
前記高酸化層は、前記上層の前記下層側とは反対側の表層に形成されてい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。 - 前記上層の酸素含有量は、前記高酸化層の酸素含有量よりも少ないことを特徴とする請求項5記載のマスクブランク。
- 前記高酸化層の酸素含有量は、67at%以上であり、前記高酸化層を除いた部分の上層における酸素含有量は、50at%以上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。
- 前記高酸化層のTa2O5結合の存在比率は、前記上層におけるTa2O5結合の存在比率よりも高いことを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記下層は、酸素の含有量が10at%未満であることを特徴とする請求項5から8のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記下層は、窒素を含有する材料からなることを特徴とする請求項5から9のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記エッチングマスク膜は、酸素の含有量が40at%以上であることを特徴とする請求項5から10のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記エッチングマスク膜は、膜厚が7nm以下であ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から12のいずれかに記載のマスクブランクを用いて製造された転写用マスク。
- 請求項1から4のいずれかに記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
前記エッチングマスク膜上に転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンが形成されたレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで前記エッチング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レジスト膜またはエッチングマスク膜をマスクとして、ドライエッチングで前記遮光膜に転写パターンを形成する工程と、
前記遮光膜に転写パターンを形成後、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングでエッチングマスク膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。 - 請求項5から11のいずれかに記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
前記エッチングマスク膜上に転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで前記エッチング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レジスト膜またはエッチングマスク膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングで前記上層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レジスト膜、エッチングマスク膜または上層をマスクとして、酸素を実質的に含有しない塩素系ガスを用いたドライエッチングで前記下層に転写パターンを形成する工程と、
前記下層に転写パターンを形成後、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングでエッチングマスク膜を除去する工程と
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。 - 請求項12に記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、
前記エッチングマスク膜上に転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで前記エッチングマスク膜に転写パターンを形成する工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と、
前記転写パターンが形成されたエッチングマスク膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングで前記上層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上層をマスクとして、酸素を実質的に含有しない塩素系ガスを用いたドライエッチングで前記下層に転写パターンを形成し、かつエッチングマスク膜を除去する工程と
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。 - 請求項13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とする半導体デバイスの製造方法。
- 請求項14から16のいずれかに記載の転写用マスクの製造方法で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ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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