JP6185721B2 - マスクブランク、マスクブランクの製造方法、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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透光性基板と、
前記透光性基板上に設けられたパターン形成用の薄膜とを備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、前記透光性基板側から、下層と、前記下層との間に界面を有して前記下層に接して設けられた上層とを有し、
前記下層は、遷移金属とケイ素とを含有し、さらに窒素および酸素のうち少なくともいずれかを含有し、前記下層に含まれる各元素の含有量の膜厚方向のばらつきが10原子%以下であり、
前記上層は、その屈折率nbが前記下層の屈折率naよりも低く、その消衰係数kbが前記下層の消衰係数kaよりも低い
ことを特徴とするマスクブランク。
前記薄膜は、ArFエキシマレーザ光を所定の位相差で透過させる位相シフト膜である
ことを特徴とする(1)のマスクブランク。
前記上層は、その屈折率nbと消衰係数kbとが、nb≦−0.189kb3−0.0386kb2+0.0021kb+2.13の関係を満たす
ことを特徴とする(1)または(2)のマスクブランク。
前記上層は、その屈折率nbと消衰係数kbとが前記下層側に向かって大きくなるように膜厚方向に組成が変化している
ことを特徴とする(1)から(3)の何れかのマスクブランク。
前記薄膜は、前記透光性基板と前記下層との間に、さらに下地層を有し、
前記下地層は、その屈折率ncが前記下層の屈折率naよりも低く、その消衰係数kcが前記下層の消衰係数kaよりも低い
ことを特徴とする(1)から(4)の何れかのマスクブランク。
前記薄膜は、膜応力が360MPa以下である
ことを特徴とする(1)から(5)の何れかのマスクブランク。
前記上層は、ケイ素と酸素を含有し、金属元素の含有量が1原子%以下である
ことを特徴とする(1)から(6)の何れかのマスクブランク。
前記下層および上層は、スパッタ法によって形成されたものである
ことを特徴とする(1)から(7)の何れかのマスクブランク。
(1)から(8)の何れかのマスクブランクを用いて作製された転写用マスクであって、
前記薄膜をパターニングして構成された転写パターンを有する
ことを特徴とする転写用マスク。
透光性基板上に薄膜を備えたマスクブランクの製造方法であって、
前記透光性基板上に、遷移金属とケイ素とを含有し、さらに窒素および酸素のうち少なくとも何れかを含有すると共に、含まれる各元素の含有量の膜厚方向のばらつきを10原子%以下とした下層を成膜する工程と、
前記下層に接して、屈折率nbが前記下層の屈折率naよりも低く、消衰係数kbが前記下層の消衰係数kaよりも低い上層を成膜する工程と、
前記上層を成膜した後、前記下層と前記上層とを有する薄膜の膜応力を低減するための加熱処理または光照射処理を行う工程とを有する
マスクブランクの製造方法。
前記薄膜を、ArFエキシマレーザ光を所定の位相差で透過させる位相シフト膜として形成する
ことを特徴とする(10)のマスクブランクの製造方法。
前記上層を、その屈折率nbと消衰係数kbとが、nb≦−0.189kb3−0.0386kb2+0.0021kb+2.13の関係を満たすように成膜する
ことを特徴とする(10)または(11)のマスクブランクの製造方法。
前記上層を成膜する工程は、前記上層の屈折率nbと消衰係数kbとが前記下層側に向かって大きくなるように膜厚方向に組成を変化させる
ことを特徴とする(10)から(12)の何れかのマスクブランクの製造方法。
前記下層を成膜する前に、屈折率ncが前記下層の屈折率naよりも低く、消衰係数kcが前記下層の消衰係数kaよりも低い下地層を、前記透光性基板の上部に成膜する工程を行ない、
前記下地層を含む前記薄膜を形成する
ことを特徴とする(10)から(13)の何れかのマスクブランクの製造方法。
前記加熱処理または光照射処理により、前記薄膜の膜応力を360MPa以下に低減させる
ことを特徴とする(10)から(14)の何れかのマスクブランクの製造方法。
前記上層を成膜する工程は、ケイ素と酸素を含有し、金属元素の含有量が1原子%以下となるように前記上層を成膜する
ことを特徴とする(10)から(15)の何れかのマスクブランクの製造方法。
前記下層を成膜する工程および上層を成膜する工程は、スパッタ法による成膜を行う
ことを特徴とする(10)から(16)の何れかのマスクブランクの製造方法。
(10)から(17)の何れかのマスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクにおける前記薄膜をパターニングすることによって転写パターンを形成する工程を備えた
ことを特徴とする転写用マスクの製造方法。
(9)の転写用マスクを用い、基板上のレジスト膜に対して前記転写パターンを露光転写する工程を備えた
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
(18)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、基板上のレジスト膜に対して前記転写パターンを露光転写する工程を備えた
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
1.第1実施形態(2層構造の薄膜を備えた構成)
1−1.マスクブランクおよび転写用マスクの構成
1−2.下層および上層の屈折率および消衰係数について
1−3.上層の膜厚について
1−4.上層の屈折率と消衰係数の関係について
1−5.マスクブランク、転写用マスク、半導体デバイスの製造方法
1−6.第1実施形態の効果
2.第2実施形態(上層が複数層である薄膜を備えた構成)
2−1.マスクブランクおよび転写用マスクの構成
2−2.上層の屈折率および消衰係数について
2−3.マスクブランク、転写用マスク、半導体デバイスの製造方法
2−4.第2実施形態の効果
3.第3実施形態(3層構造の薄膜を備えた構成)
3−1.マスクブランクおよび転写用マスクの構成
3−2.下地層の屈折率および消衰係数について
3−3.下地層、下層、上層の屈折率および消衰係数について
3−4.マスクブランク、転写用マスク、半導体デバイスの製造方法
3−5.第3実施形態の効果
<1−1.マスクブランクおよび転写用マスクの構成>
図1は、第1実施形態のマスクブランク1、およびこれを用いて作製された転写用マスクの構成を説明するための断面模式図である。この図を用いて説明する第1実施形態のマスクブランク1は、透光性基板11と、透光性基板11の一主面上に設けられたパターン形成用の薄膜21とを備えている。また、このマスクブランク1を用いて作製される転写用マスクは、薄膜21をパターニングして構成された転写パターンを有するものである。以下においては、代表してマスクブランク1の構成を説明する。また以下において転写用マスクとは、このマスクブランク1を用いて作製された転写用マスクであることとする。
透光性基板11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する透過性が良好な材料からなる。露光光としてArFエキシマレーザ光(波長:約193nm)を用いる場合であれば、これに対して透過性を有する材料で構成されれば良い。このような材料としては、合成石英ガラスが用いられるが、この他にもフッ化カルシウムガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、アルミノシリケートガラス、その他各種のガラス基板を用いることができる。また、透光性基板11の形状としては、対向する2つの主表面と対向する2組の端面からなる略矩形状であることが好ましい。
薄膜21は、透光性基板11側から順に、下層13aおよび上層13bを設けた2層構造である。この薄膜21は、透光性基板11上に下層13aおよび上層13bを成膜した状態において、透光性基板11と薄膜21との間に生じている膜応力が除去されたものであって、膜応力が360MPa以下であることとする。また、この膜応力は、300MPa以下であるとより好ましく、180MPa以下であるとさらに好ましい。また、薄膜21は、上層13bと下層13aとを合わせた全体として、露光光に対する所定の透過率Tを有する。さらに転写用マスクが位相シフトマスクである場合、この薄膜21は位相シフト膜として用いられるため、露光光に対する所定の位相差Pを有する。
下層13aは、透光性基板11の一主面上に設けられた層であり、透光性基板11に接して設けられていて良い。この下層13aは、遷移金属とケイ素(Si)とを含有し、さらに窒素(N)および酸素(O)のうち少なくともいずれかを含有する材料を用いて構成される。遷移金属としては、典型的にはモリブデン(Mo)が用いられ、この他にもタングステン(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)等が用いられる。また、下層13aは、ケイ素および窒素を含有し、かつ金属を含有しない材料で形成してもよい。
上層13bは、下層13aに直接接して設けられた層であり、下層13aとの間に明確な界面Sを有して設けられた層であるところが特徴的である。すなわち上層13bは、下層13aとは異なる組成を有し、下層13a上に直接成膜された層として設けられている。
下記表1〜5に示すように、転写用マスクとして、ArFエキシマレーザ用のハーフトーン位相シフトマスクを作製することを想定した各層構造の薄膜を有するマスクブランクについて、EMFバイアスを算出する光学シミュレーションを行った。EMFバイアスは、TMA(Thin Mask Analysis)による光学シミュレーションで算出されたバイアス(補正量)と、EMF効果を考慮したシミュレーションで算出されたバイアス(補正量)との差として算出した。尚、TMAは、転写用マスクの薄膜が、膜厚がゼロで所定の透過率を有しているという理想上の膜であると仮定して、補正パターンの形状やパターン線幅の補正量を計算するシミュレーションである。
下記表6に示すように、上層13bの膜厚を変動させた各薄膜を有するマスクブランクについて、EMFバイアスを算出する光学シミュレーションを、上述と同様に行った。
下記表7に示すように、下層13aの屈折率naおよび消衰係数kbを変動させた各薄膜を有するマスクブランクについて、EMFバイアスを算出する光学シミュレーションを、上述と同様に行った。
以上説明した積層構造のマスクブランク1、このマスクブランク1を用いた転写用マスクの製造、および半導体デバイスの製造は、次のように行う。
先ず、透光性基板11を用意し、この上部に屈折率naおよび消衰係数kaの下層13aを成膜する。このような下層13aの成膜は、例えばスパッタ法によって行う。次に、下層13aの上部に、屈折率nb(<na)および消衰係数kb(<kb)の上層13bを成膜する。このような上層13bの成膜は、例えばスパッタ法によって行う。
以上のようにして作製したマスクブランク1の上部に、例えば電子線リソグラフィーを適用してレジストパターンを形成する。その後、レジストパターンをマスクにして薄膜21をエッチングする。これにより、薄膜21をパターニングしてなる露光用の転写パターンを備えた転写用マスクを作製する。この転写パターンは、上述したEMFバイアスも考慮したパターン形状および線幅で形成されている。
以上のようにして得られた転写用マスクを用いた半導体デバイスの製造は、次の工程を有する。
以上説明したように、本第1実施形態のマスクブランク1および、このマスクブランク1の薄膜21をパターニングして得られた転写用マスクによれば、薄膜21の位相差を低く抑えることなく、EMFバイアスを低く抑えることが可能となる。
<2−1.マスクブランクおよび転写用マスクの構成>
図6は、第2実施形態のマスクブランク2、およびこれを用いて作製された転写用マスクの構成を説明するための断面模式図である。この図を用いて説明する第2実施形態のマスクブランク2が、第1実施形態のマスクブランクと異なるところは、上層13b’が第1上層13baと第2上層13bbとの積層構造であって、これにより薄膜22が3層構造となっているところにある。他の構成は第1実施形態と同様である。このため、第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
すなわちマスクブランク2における上層13b’は、下層13aの上部に、下層13a側から順に第1上層13ba、第2上層13bbが積層された2層構造であり、この点のみが第1実施形態における上層とは異なるところである。したがって、第1上層13baの屈折率nbaと消衰係数kbaは、下層13aの屈折率naおよび消衰係数kaよりも低く、[nba<na]であり[kba<ka]である。同様に、第2上層13bbの屈折率nbbと消衰係数kbbは、下層13aの屈折率naおよび消衰係数kaよりも低く、[nbb<na]であり[kbb<ka]である。
下記表8に示すように、第2上層13bbの屈折率nbbを変動させた各薄膜を有するマスクブランクについて、EMFバイアスを算出する光学シミュレーションを、上述と同様に行った。
以上説明した積層構造のマスクブランク2、およびこのマスクブランク2を用いた転写用マスクの製造は、第1実施形態で説明した製造方法において、下層13aを成膜した後、この上部に第1上層13ba、第2上層13bbを順次成膜すれば良い。
以上説明したように、本第2実施形態のマスクブランク2、およびこのマスクブランク2の薄膜22をパターニングして得られた転写用マスクによれば、薄膜22の位相差を低く抑えることなく、EMFバイアスを低く抑えることが可能となる。これにより、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
<3−1.マスクブランクおよび転写用マスクの構成>
図7は、第3実施形態のマスクブランク3、およびこれを用いて作製された転写用マスクの構成を説明するための断面模式図である。この図を用いて説明する第3実施形態のマスクブランク3が、第1実施形態のマスクブランクと異なるところは、透光性基板11と下層13aとの間に下地層13cを設け、これにより薄膜23が3層構造となっているところにある。他の構成は第1実施形態と同様である。このため、第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
すなわちマスクブランク3における下地層13cは、透光性基板11と下層13aとの間に設けられた薄膜であり、この下地層13cを設けた点のみが第1実施形態とは異なる。この下地層13cは、下層13aとの間に明確な界面S1を有して設けられた層であり、下層13aとは異なる組成を有している。このような下地層13cは、ケイ素(Si)と酸素(O)とを含有する。ケイ素を含有する材料は、屈折率nが低い傾向があり、さらに、酸素を含有させることで消衰係数kも低くすることができる。屈折率nおよび消衰係数kが低い材料からなる下地層13cは、薄膜21全体におけるEMFバイアスの低減に寄与することができる。また下地層13cには、さらに窒素(N)や他の金属元素が含有されていても良く、含有されている場合であればその金属元素の合計含有量が1原子%以下である。材料中に金属元素を含有させると、その材料の屈折率nおよび消衰係数kが上がる傾向があるためである。この上層13bに含有される金属元素としては、例えばモリブデン(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。
下記表9に示すように、下地層13cと下層13aとの2層構造において下地層13cの屈折率ncおよび消衰係数kcを変動させた各薄膜を有するマスクブランクについて、EMFバイアスを算出する光学シミュレーションを、上述と同様に行った。
下記表10に示すように、下地層13cの屈折率ncおよび消衰係数kcを、図8に示したEMFバイアスが14.50−14.60nmの最も低い値に抑えられる範囲で変動させた3層構造のマスクブランクについて、EMFバイアスを算出する光学シミュレーションを、上述と同様に行った。
以上説明した積層構造のマスクブランク3、およびこのマスクブランク3を用いた転写用マスクの製造は、第1実施形態で説明した製造方法において、下層13aを成膜する前に、透光性基板11上に下地層13cを成膜する工程を行い、この上部に下層13aを成膜すれば良い。またこの転写用マスクを用いた半導体デバイスの製造方法は、第1実施形態で説明した方法と同様に行われる。
以上説明したように、本第3実施形態のマスクブランク3、およびこのマスクブランク3の薄膜23をパターニングして得られた転写用マスクによれば、薄膜23の位相差を低く抑えることなく、EMFバイアスを低くすることが可能となる。これにより、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
11…透光性基板
13a…下層
13b,13b’…上層
13ba…第1上層
13bb…第2上層
13c…下地層
21,22,23…薄膜
S…界面
n…屈折率(薄膜)
na…屈折率(下層)
nb…屈折率(上層)
nba…屈折率(第1上層)
nbb…屈折率(第2上層)
nc…屈折率(下地層)
k…消衰係数(薄膜)
ka…消衰係数(下層)
kb…消衰係数(上層)
kba…消衰係数(第1上層)
kbb…消衰係数(第2上層)
kc…消衰係数(下地層)
Claims (19)
- 透光性基板と、
前記透光性基板上に設けられたパターン形成用の薄膜とを備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、前記透光性基板側から、下層と、前記下層との間に界面を有して前記下層に接して設けられた上層とを有し、
前記下層は、遷移金属とケイ素とを含有し、さらに窒素および酸素のうち少なくともいずれかを含有し、前記下層に含まれる各元素の含有量の膜厚方向のばらつきが10原子%以下であり、
前記上層は、その屈折率nbが前記下層の屈折率naよりも低く、その消衰係数kbが前記下層の消衰係数kaよりも低く、ケイ素と酸素を含有し、金属元素の含有量が1原子%以下であり、その屈折率nbと消衰係数kbとが、nb≦−0.189kb 3 −0.0386kb 2 +0.0021kb+2.13の関係を満たす
ことを特徴とするマスクブランク。 - 前記薄膜は、ArFエキシマレーザ光を所定の位相差で透過させる位相シフト膜である
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、その屈折率nbと消衰係数kbとが前記下層側に向かって大きくなるように膜厚方向の組成が変化している
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。 - 前記薄膜は、前記透光性基板と前記下層との間に、さらに下地層を有し、
前記下地層は、その屈折率ncが前記下層の屈折率naよりも低く、その消衰係数kcが前記下層の消衰係数kaよりも低い
ことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のマスクブランク。 - 前記薄膜は、膜応力が360MPa以下である
ことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載のマスクブランク。 - 前記下層および上層は、スパッタ法によって形成されたものである
ことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載のマスクブランク。 - 前記上層は、膜厚が7nm以下である
ことを特徴とする請求項1から6の何れかに記載のマスクブランク。 - 前記下層は、膜厚が40nm以上90nm以下である
ことを特徴とする請求項1から7の何れかに記載のマスクブランク。 - 透光性基板上に薄膜を備えたマスクブランクの製造方法であって、
前記透光性基板上に、遷移金属とケイ素とを含有し、さらに窒素および酸素のうち少なくとも何れかを含有すると共に、含まれる各元素の含有量の膜厚方向のばらつきを10原子%以下とした下層を成膜する工程と、
前記下層に接して、屈折率nbが前記下層の屈折率naよりも低く、消衰係数kbが前記下層の消衰係数kaよりも低く、ケイ素と酸素を含有し、金属元素の含有量が1原子%以下となり、その屈折率nbと消衰係数kbとが、nb≦−0.189kb 3 −0.0386kb 2 +0.0021kb+2.13の関係を満たすように上層を成膜する工程と、
前記上層を成膜した後、前記下層と前記上層とを有する薄膜の膜応力を低減するための加熱処理または光照射処理を行う工程とを有する
マスクブランクの製造方法。 - 前記薄膜を、ArFエキシマレーザ光を所定の位相差で透過させる位相シフト膜として形成する
ことを特徴とする請求項9記載のマスクブランクの製造方法。 - 前記上層を成膜する工程は、前記上層の屈折率nbと消衰係数kbとが前記下層側に向かって大きくなるように膜厚方向に組成を変化させる
ことを特徴とする請求項9または10に記載のマスクブランクの製造方法。 - 前記下層を成膜する前に、屈折率ncが前記下層の屈折率naよりも低く、消衰係数kcが前記下層の消衰係数kaよりも低い下地層を、前記透光性基板の上部に成膜する工程を行ない、
前記下地層を含む前記薄膜を形成する
ことを特徴とする請求項9から11の何れかに記載のマスクブランクの製造方法。 - 前記加熱処理または光照射処理により、前記薄膜の膜応力を360MPa以下に低減させる
ことを特徴とする請求項9から12の何れかに記載のマスクブランクの製造方法。 - 前記下層を成膜する工程および上層を成膜する工程は、スパッタ法による成膜を行う
ことを特徴とする請求項9から13の何れかに記載のマスクブランクの製造方法。 - 前記上層を成膜する工程は、7nm以下の膜厚で前記上層を成膜する
ことを特徴とする請求項9から14の何れかに記載のマスクブランクの製造方法。 - 前記下層を成膜する工程は、40nm以上90nm以下の膜厚で前記下層を成膜する
ことを特徴とする請求項9から15の何れかに記載のマスクブランクの製造方法。 - 請求項1から8の何れかに記載のマスクブランクにおける前記薄膜をパターニングすることによって転写パターンを形成する工程を備えた
ことを特徴とする転写用マスクの製造方法。 - 請求項9から16の何れかに記載のマスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクにおける前記薄膜をパターニングすることによって転写パターンを形成する工程を備えた
ことを特徴とする転写用マスクの製造方法。 - 請求項17または18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、基板上のレジスト膜に対して前記転写パターンを露光転写する工程を備えた
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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