JP6165871B2 - マスクブランク、転写用マスクおよび転写用マスクの製造方法 - Google Patents
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Description
(構成1)
透光性基板の主表面上に光半透過膜と遮光膜とが積層した構造を有するマスクブランクであって、前記光半透過膜は、フッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングが可能な材料で形成され、前記遮光膜は、下層と上層の積層構造を少なくとも含み、前記下層は、タンタルを含有し、ハフニウム、ジルコニウムおよび酸素を実質的に含有しない材料で形成され、前記上層は、ハフニウムおよびジルコニウムから選ばれる1以上の元素とタンタルとを含有し、かつその表層を除いて酸素を実質的に含有しない材料で形成され、前記光半透過膜と前記下層の間に、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングに対して、前記下層との間でエッチング選択性を有する材料からなるエッチングストッパー膜が設けられていることを特徴とするマスクブランク。
前記上層は、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングが可能な材料であり、かつフッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングに対して前記光半透過膜との間でエッチング選択性を有する材料で形成されてい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)
前記下層は、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングが可能であり、フッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングが可能である材料で形成されてい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)
前記上層は、その表層を除いて非金属元素を含有しない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。
前記光半透過膜は、ケイ素と窒素とを含有する材料からな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)
前記遮光膜は、前記上層の表層に接して最上層を備え、前記最上層は、タンタルを含有し、ハフニウム、ジルコニウムを実質的に含有しない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。
前記最上層は、窒素を含有する材料からなることを特徴とする構成7記載のマスクブランク。
(構成9)
前記遮光膜の表面に接して有機系材料からなるレジスト膜が設けられてい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。
前記下層の厚さは、前記上層の厚さよりも厚いことを特徴とする構成1から9のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成11)
前記エッチングストッパー膜は、クロムを含有する材料からなることを特徴とする構成1から10のいずれかに記載のマスクブランク。
前記エッチングストッパー膜は、酸素の含有量が20原子%以下である材料で形成されていることを特徴とする構成11記載のマスクブランク。
(構成13)
前記エッチングストッパー膜は、クロムの含有量が55原子%以上である材料で形成されていることを特徴とする構成11または12に記載のマスクブランク。
前記エッチングストッパー膜は、厚さが3nm以下10nm以下であることを特徴とする構成11から13のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成15)
前記光半透過膜、前記エッチングストッパー膜および前記遮光膜の積層構造における露光光に対する光学濃度が2.8以上であることを特徴とする構成11から14のいずれかに記載のマスクブランク。
前記エッチングストッパー膜は、ケイ素および酸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10のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成17)
構成1から15のいずれかに記載のマスクブランクの前記光半透過膜に光半透過パターンが形成され、前記エッチングストッパー膜および前記遮光膜に遮光帯パターンが形成されていることを特徴とする転写用マスク。
構成16記載のマスクブランクの前記光半透過膜および前記エッチングストッパー膜に光半透過パターンが形成され、前記遮光膜に遮光帯パターンが形成されていることを特徴とする転写用マスク。
構成11から15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、
前記遮光膜上に形成された転写パターンを有する第1のレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングによって前記遮光膜に光半透過パターンを形成する工程と、
前記光半透過パターンを有する前記第1のレジスト膜または前記遮光膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングによって前記エッチングストッパー膜に前記光半透過パターンを形成する工程と、
前記光半透過パターンを有する前記遮光膜または前記エッチングストッパー膜をマスクとし、フッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングによって前記光半透過膜に前記光半透過パターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された遮光帯パターンを有する第2のレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングによって前記遮光膜に遮光帯パターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された遮光帯パターンを有する前記第2のレジスト膜または前記遮光膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングによって前記エッチングストッパー膜に遮光帯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16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、
前記遮光膜上に形成された転写パターンを有する第1のレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングによって前記遮光膜に光半透過パターンを形成する工程と、
前記光半透過パターンを有する前記第1のレジスト膜または前記遮光膜をマスクとし、フッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングによって前記エッチングストッパー膜と前記光半透過膜に前記光半透過パターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された遮光帯パターンを有する第2のレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングによって前記遮光膜に遮光帯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。
前記遮光膜の少なくとも上層に前記遮光帯パターンを形成する際に行われるドライエッチングは、前記遮光膜に前記光半透過パターンを形成する際に行われるドライエッチングよりも高バイアス状態で行われることを特徴とする構成19または20に記載の転写用マスクの製造方法。
本発明の第1の実施形態は、透光性基板の主表面上に光半透過膜と遮光膜とが積層した構造を有するマスクブランクであり、具体的には、上記構成1にあるように、光半透過膜は、フッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングが可能な材料で形成され、遮光膜は、下層と上層の積層構造を少なくとも含み、下層は、タンタルを含有し、ハフニウム、ジルコニウムおよび酸素を実質的に含有しない材料で形成され、上層は、ハフニウムおよびジルコニウムから選ばれる1以上の元素とタンタルとを含有し、その表層を除いて酸素を実質的に含有しない材料で形成され、光半透過膜と下層の間に、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングに対して、前記下層との間でエッチング選択性を有する材料からなるエッチングストッパー膜が設けられていることを特徴とするものである。
本発明の第2の実施形態は、透光性基板1の主表面上に光半透過膜2と遮光膜4とが積層した構造を有するマスクブランクであり、エッチングストッパー膜3を除き、第1の実施形態のマスクブランクと同様の構成を有する。この第2の実施形態のマスクブランクは、エッチングストッパー膜3が、ケイ素および酸素を含有する材料で形成されている点が、第1の実施形態のマスクブランクとは異なる。このケイ素および酸素を含有する材料で形成されるエッチングストッパー膜3は、下層41のパターニングする際に行われる塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングに対し、下層41との間でエッチング選択性を有する。
本発明の第3の実施形態は、第1の実施形態または第2の実施形態のマスクブランクにおける遮光膜4の上層42の上(最上層を有する構成の場合には、最上層の上)にハードマスク膜7を備えた構成とした点が、第1の実施形態および第2の実施形態のマスクブランクとは異なる(図5(a)参照)。
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、端面および主表面を所定の表面粗さに研磨され、その後、所定の洗浄処理および乾燥処理を施されたものであった。
次に、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遮光膜4(上層42)の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなる第1のレジスト膜5を膜厚80nmで形成した(図3(a)参照)。次に、第1のレジスト膜5に対して、光半透過膜2に形成すべき光半透過パターンであるDRAM hp32nm世代の転写パターン(線幅40nmのSRAFを含んだ微細パターン)を電子線描画し、所定の現像処理および洗浄処理を行い、光半透過パターンを有する第1のレジスト膜5(第1のレジストパターン5a)を形成した(図3(b)参照)。次に、第1のレジストパターン5aをマスクとし、塩素ガス(Cl2)を用いたドライエッチングを行い、光半透過パターンを有する遮光膜4a(下層41a,上層42a)を形成した。このドライエッチングにおけるエッチングバイアスは15Wであり、通常のドライエッチングで行われる範囲のドライエッチング条件であった。続いて第1のレジストパターン5aを除去した(図3(c)参照)。
作製した実施例1の転写用マスク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、パターンの短絡や断線はなく、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の転写用マスク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。
実施例1と同様の手順で、透光性基板1上に光半透過膜2を形成した。ただし、この実施例2では、光半透過膜2の膜厚を67nmとした。次に、枚葉式RFスパッタ装置内に光半透過膜2が形成された透光性基板1を設置し、二酸化ケイ素(SiO2)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)および酸素(O2)の混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、光半透過膜2の表面に接して、ケイ素および酸素からなるSiO2膜(エッチングストッパー膜3)を3nmの膜厚で形成した。MoSiN膜(光半透過膜2)とSiO2膜(エッチングストッパー膜3)の積層膜に対し、位相シフト量測定装置でArFエキシマレーザーの光の波長(約193nm)における透過率および位相差を測定したところ、透過率は5.98%、位相差が179.2度であった。
次に、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2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遮光膜4(上層42)の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなる第1のレジスト膜5を膜厚80nmで形成した(図4(a)参照)。次に、第1のレジスト膜5に対して、光半透過膜2に形成すべき光半透過パターンであるDRAM hp32nm世代の転写パターン(線幅40nmのSRAFを含んだ微細パターン)を電子線描画し、所定の現像処理および洗浄処理を行い、光半透過パターンを有する第1のレジスト膜5(第1のレジストパターン5a)を形成した(図4(b)参照)。次に、第1のレジストパターン5aをマスクとし、塩素ガス(Cl2)を用いたドライエッチングを行い、光半透過パターンを有する遮光膜4a(下層41a,上層42a)を形成した。このドライエッチングにおけるエッチングバイアスは15Wであり、通常のドライエッチングで行われる範囲のドライエッチング条件であった。続いて第1のレジストパターン5aを除去した(図4(c)参照)。
作製した実施例2の転写用マスク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、パターンの短絡や断線はなく、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2の転写用マスク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。
実施例2と同様の手順で、透光性基板1上に光半透過膜2、エッチングストッパー膜3および遮光膜4の下層41と上層42をそれぞれ形成した。次に、枚葉式RFスパッタ装置内に、光半透過膜2、遮光膜4が積層した透光性基板1を設置し、二酸化ケイ素(SiO2)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)および酸素(O2)の混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、遮光膜4の上層42の表面に接して、ケイ素および酸素からなるSiO2膜(ハードマスク膜7)を5nmの膜厚で形成した。さらに所定の洗浄処理を施し、実施例3のマスクブランク101を得た。
次に、実施例3のマスクブランク101を用い、以下の手順で実施例3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ハードマスク膜7の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなる第1のレジスト膜5を膜厚80nmで形成した(図5(a)参照)。次に、第1のレジスト膜5に対して、光半透過膜2に形成すべき光半透過パターンであるDRAM hp32nm世代の転写パターン(線幅40nmのSRAFを含んだ微細パターン)を電子線描画し、所定の現像処理および洗浄処理を行い、光半透過パターンを有する第1のレジスト膜5(第1のレジストパターン5a)を形成した(図5(b)参照)。次に、第1のレジストパターン5aをマスクとし、フッ素系ガス(CHF3)を用いたドライエッチングを行い、光半透過パターンを有するハードマスク膜7aを形成した(図5(b)参照)。
作製した実施例3の転写用マスク201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、パターンの短絡や断線はなく、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3の転写用マスク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]
遮光膜4とエッチングストッパー膜3を除き、実施例1の場合と同様の手順で、マスクブランクを製造した。この比較例1のマスクブランクは、実施例1のマスクブランク100とは、遮光膜4として、タンタルおよびハフニウムからなるTaHf膜(TaHf膜 Ta:86.4at%,Hf:13.5at%)のみを33nmの膜厚で形成した点と、エッチングストッパー膜3として、クロム、酸素、炭素および窒素からなるCrOCN膜(Cr:37at%,O:38at%,C:16at%,N:9at%)を10nmの膜厚で形成した点が異なる。
次に、実施例1の転写用マスクの製造の手順と同様の手順で、比較例1のマスクブランクを用いて比較例1の転写用マスクを製造した。
作製した比較例1の転写用マスクに対し、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、パターンが短絡している箇所や断線している箇所が多く発生しており、設計仕様を満たしていなかった。この結果から、この比較例1の転写用マスク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場合、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ないといえる。また、この比較例1の転写用マスクは、パターンの短絡箇所や断線箇所が多数あり、マスク欠陥修正装置での欠陥修正は実務上困難であった。
2 光半透過膜
2a 光半透過パターンを有する光半透過膜
3 エッチングストッパー膜
3a 光半透過パターンを有するエッチングストッパー膜
3b 遮光帯パターンを有するエッチングストッパー膜
4 遮光膜
41 下層
42 上層
4a 光半透過パターンを有する遮光膜
4b 遮光帯パターンを有する遮光膜
5,6 レジスト膜
5a 第1のレジストパターン(光半透過パターンを有するレジスト膜)
6b 第2のレジストパターン(遮光帯パターンを有するレジスト膜)
7 ハードマスク膜
7a 光半透過パターンを有するハードマスク膜
100,101 マスクブランク
200,201 転写用マスク
Claims (20)
- 透光性基板の主表面上に光半透過膜と遮光膜とが積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記光半透過膜は、フッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングが可能な材料で形成され、
前記遮光膜は、下層と上層の積層構造を少なくとも含み、
前記下層は、タンタルを含有し、ハフニウム、ジルコニウムおよび酸素を実質的に含有しない材料で形成され、
前記上層は、ハフニウムおよびジルコニウムから選ばれる1以上の元素とタンタルとを含有し、かつその表層を除いて酸素を含有しない材料で形成され、
前記光半透過膜と前記下層の間に、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングに対して、前記下層との間でエッチング選択性を有する材料からなるエッチングストッパー膜が設けられていることを特徴とするマスクブランク。 - 前記上層は、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングが可能な材料であり、フッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングに対して前記光半透過膜との間でエッチング選択性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項1記載のマスクブランク。
- 前記下層は、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングが可能であり、フッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングが可能である材料で形成されてい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1から3のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記上層は、その表層を除いて非金属元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から4のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記光半透過膜は、ケイ素と窒素と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5のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、前記上層の表層に接して最上層を備え、前記最上層は、タンタルを含有し、ハフニウム、ジルコニウムを実質的に含有しない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。
- 前記遮光膜の表面に接して有機系材料からなるレジスト膜が設けられてい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。
- 前記下層の厚さは、前記上層の厚さよりも厚い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。
- 前記エッチングストッパー膜は、クロム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9のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記エッチングストッパー膜は、酸素の含有量が20原子%以下である材料で形成されていることを特徴とする請求項10記載のマスクブランク。
- 前記エッチングストッパー膜は、クロムの含有量が55原子%以上である材料で形成されていることを特徴とする請求項10または11に記載のマスクブランク。
- 前記エッチングストッパー膜は、厚さが3nm以上8nm以下であることを特徴とする請求項10から12のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記光半透過膜、前記エッチングストッパー膜および前記遮光膜の積層構造における露光光に対する光学濃度が2.8以上であ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マスクブランク。
- 前記エッチングストッパー膜は、ケイ素および酸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9のいずれかに記載のマスクブランク。
- 請求項1から14のいずれかに記載のマスクブランクの前記光半透過膜に光半透過パターンが形成され、前記エッチングストッパー膜および前記遮光膜に遮光帯パターンが形成されていることを特徴とする転写用マスク。
- 請求項15記載のマスクブランクの前記光半透過膜および前記エッチングストッパー膜に光半透過パターンが形成され、前記遮光膜に遮光帯パターンが形成されていることを特徴とする転写用マスク。
- 請求項10から14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、
前記遮光膜上に形成された転写パターンを有する第1のレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングによって前記遮光膜に光半透過パターンを形成する工程と、
前記光半透過パターンを有する前記第1のレジスト膜または前記遮光膜をマスクとし、
塩素系ガスと酸素ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングによって前記エッチングストッパー膜に前記光半透過パターンを形成する工程と、
前記光半透過パターンを有する前記遮光膜または前記エッチングストッパー膜をマスクとし、フッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングによって前記光半透過膜に前記光半透過パターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された遮光帯パターンを有する第2のレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングによって前記遮光膜に遮光帯パターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された遮光帯パターンを有する前記第2のレジスト膜または前記遮光膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングによって前記エッチングストッパー膜に遮光帯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。 - 請求項15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、
前記遮光膜上に形成された転写パターンを有する第1のレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングによって前記遮光膜に光半透過パターンを形成する工程と、
前記光半透過パターンを有する前記第1のレジスト膜または前記遮光膜をマスクとし、フッ素系ガスを含有するエッチングガスでのドライエッチングによって前記エッチングストッパー膜と前記光半透過膜に前記光半透過パターンを形成する工程と、
前記遮光膜上に形成された遮光帯パターンを有する第2のレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有し、かつ酸素ガスを含有しないエッチングガスでのドライエッチングによって前記遮光膜に遮光帯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。 - 前記遮光膜の少なくとも上層に前記遮光帯パターンを形成する際に行われるドライエッチングは、前記遮光膜に前記光半透過パターンを形成する際に行われるドライエッチングよりも高バイアス状態で行われることを特徴とする請求項18または19に記載の転写用マスクの製造方法。
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