JP6293841B2 - マスクブランク、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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- H01L21/0337—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane characterised by the process involved to create the mask, e.g. lift-off masks, sidewalls, or to modify the mask, e.g. pre-treatment, post-treatment
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Description
(構成1)
透光性基板上に、光半透過膜、エッチングストッパー膜、遮光膜およびエッチングマスク膜がこの順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記光半透過膜は、フッ素系ガスでのドライエッチングが可能な材料からなり、
前記エッチングストッパー膜および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、フッ素系ガスでのドライエッチングが可能な材料からなり、
前記エッチングストッパー膜の厚さをDs、前記エッチングストッパー膜の酸素含有塩素系ガスに対するエッチングレートをVs、前記エッチングマスク膜の厚さをDm、前記エッチングマスク膜の酸素含有塩素系ガスに対するエッチングレートをVmとしたとき、以下の式(1)の関係を満たすことを特徴とするマスクブランク。
(Dm/Vm)>(Ds/Vs)・・・式(1)
以下の式(2)の関係を満たすことを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
Dm−2・Ds・(Vm/Vs)≧2[nm]・・・式(2)
(構成3)
前記エッチングストッパー膜は、クロム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または2に記載のマスクブランク。
前記エッチングマスク膜は、クロム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3のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成5)
前記エッチングマスク膜の厚さは、前記エッチングストッパー膜の厚さよりも厚い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。
前記遮光膜は、タンタル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、前記透光性基板側から下層および上層がこの順に積層した構造を含み、前記上層は、タンタルに酸素を含有する材料で形成されていることを特徴とする構成6記載のマスクブランク。
前記遮光膜は、遷移金属およびケイ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5のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成9)
前記遮光膜は、前記透光性基板側から下層および上層がこの順に積層した構造を含み、前記上層は、遷移金属、ケイ素および窒素を含有する材料で形成されていることを特徴とする構成8記載のマスクブランク。
前記光半透過膜は、ケイ素および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9のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成11)
構成1から10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転写パターンとアライメントマークパターンを含む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遮光膜に遮光帯パターンとアライメントマークパターンを含む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1から10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、
前記エッチングマスク膜上に、光半透過膜に形成すべき転写パターンとアライメントマークパターンを含む第1のパターンを有する第1のレジスト膜を形成する工程と、
前記第1のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に前記第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のレジスト膜を除去後、前記第1のパターンを有するエッチングマスク膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記遮光膜に前記第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のパターンを有する遮光膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記第1のパターンを有するエッチングマスク膜を残存させつつ、前記エッチングストッパー膜に前記第1のパターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜上に、遮光膜に形成すべき遮光帯パターンを含む第2のパターンを有する第2のレジスト膜を形成する工程と、
前記第2のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に第2のパターンを形成する工程と、
前記第2のレジスト膜を除去後、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記第1のパターンを有するエッチングストッパー膜をマスクとして前記光半透過膜に前記第1のパターンを形成するとともに、前記第2のパターンを有するエッチングマスク膜をマスクとして前記遮光膜に前記第2のパターンを形成する工程と、
酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜を除去するとともに、遮光膜が残存していない領域のエッチングストッパー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。
前記光半透過膜に前記第1のパターンを形成する工程は、炭素を含有しないフッ素系ガスを用いたドライエッチングが行われることを特徴とする構成12記載の転写用マスクの製造方法。
(構成14)
前記遮光膜に前記第1のパターンを形成する工程は、炭素を含有するフッ素系ガスを用いたドライエッチングが行われることを特徴とする構成13記載の転写用マスクの製造方法。
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エッチングマスク膜5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のレジスト膜を膜厚80nmで形成した。次に、第1のレジスト膜に対して、第1の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、第1のパターンを有する第1のレジスト膜(第1のレジストパターン)6aを形成した(図3(A)参照)。この第1のパターンは、転写パターン形成領域(132mm×104mmの内側領域)に光半透過膜2に形成すべき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)が配置され、転写パターン形成領域の外側領域であり、かつ遮光帯が形成される領域(転写用マスク200の完成時に遮光膜4が残される領域。)にアライメントマークのパターンが配置されたものであった。
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200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。また、アライメントマークのコントラストも、光半透過パターン2a、エッチングストッパーパターン3b、および遮光パターン4bの間での位置ずれもなく、アライメントマーク検出器の検出光に対しても高いコントラストが得ることができていた。
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とエッチングストッパー膜3を順に形成した。続いて、枚葉式DCスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)との混合ターゲット(Mo:Si=13原子%:87原子%)を用い、窒素(N2)およびアルゴン(Ar)ガス雰囲気でのスパッタリング(DCスパッタリング)により、エッチングストッパー膜3の表面に接して、モリブデン、ケイ素および窒素からなる遮光膜4の下層41(MoSiN膜 Mo:9.2原子%,Si:68.3原子%,N:22.5原子%)を35nmの膜厚で形成した。続いて、窒素(N2)およびアルゴン(Ar)ガス雰囲気でのスパッタリング(DCスパッタリング)により、モリブデン、ケイ素および窒素からなる遮光膜4の上層42(MoSiN膜 Mo:5.8原子%,Si:64.4原子%,N:27.7原子%)を4nmの膜厚で形成し、合計の厚さが39nmのMoSi系遮光膜4を形成した。
次に、実施例2のマスクブランク100を用い、実施例1の場合と同様の手順で実施例2の転写用マスク200を作製した。ただし、エッチングマスクパターン5aをマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングを遮光膜4の上層42と下層41に対して行う工程に関しては、フッ素系ガスにSF6とHeの混合ガスを適用した。なお、遮光パターン4aをマスクとし、塩素と酸素との混合ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを行い、第1のパターンを有するエッチングストッパー膜(エッチングストッパーパターン)3aを形成する工程において、同時に、塩素と酸素との混合ガスによってエッチングマスクパターン5aも表面からエッチングされてしまうが、6nm程度の厚さで残すことができていた。
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200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。また、アライメントマークのコントラストも、光半透過パターン2a、エッチングストッパーパターン3b、および遮光パターン4bの間での位置ずれもなく、アライメントマーク検出器の検出光に対しても高いコントラストが得ることができていた。
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を形成した。次に、枚葉式DCスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、窒素(N2)、二酸化炭素(CO2)、およびヘリウム(He)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、光半透過膜2の表面に接して、クロム、酸素、炭素および窒素からなるエッチングストッパー膜3(CrOCN膜 Cr:48.9原子%,O:26.4原子%,C:10.6原子%,N:14.1原子%)を5nmの膜厚で形成した。
次に、実施例3のマスクブランク100を用い、実施例2の場合と同様の手順で実施例3の転写用マスク200を作製した。なお、遮光パターン4aをマスクとし、塩素と酸素との混合ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを行い、第1のパターンを有するエッチングストッパー膜(エッチングストッパーパターン)3aを形成する工程において、同時に、塩素と酸素との混合ガスによってエッチングマスクパターン5aも表面からエッチングされてしまうが、3nm程度の厚さで残すことができていた。
作製した実施例3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3の転写用マスク200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。また、アライメントマークのコントラストも、光半透過パターン2a、エッチングストッパーパターン3b、および遮光パターン4bの間での位置ずれもなく、アライメントマーク検出器の検出光に対しても高いコントラストが得ることができていた。
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を形成した。次に、枚葉式DCスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、クロム(Cr)とインジウム(In)との混合ターゲット(Cr:In=87原子%:13原子%)を用い、アルゴン(Ar)および窒素(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、光半透過膜2の表面に接して、クロム、インジウムおよび窒素からなるエッチングストッパー膜3(CrInN膜 Cr:73.1原子%,In:10.6原子%,N:16.3原子%)を4nmの膜厚で形成した。
次に、実施例4のマスクブランク100を用い、実施例2の場合と同様の手順で実施例4の転写用マスク200を作製した。なお、遮光パターン4aをマスクとし、塩素と酸素との混合ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを行い、第1のパターンを有するエッチングストッパー膜(エッチングストッパーパターン)3aを形成する工程において、同時に、塩素と酸素との混合ガスによってエッチングマスクパターン5aも表面からエッチングされてしまうが、5nm程度の厚さで残すことができていた。
作製した実施例4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4の転写用マスク200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。また、アライメントマークのコントラストも、光半透過パターン2a、エッチングストッパーパターン3b、および遮光パターン4bの間での位置ずれもなく、アライメントマーク検出器の検出光に対しても高いコントラストが得ることができていた。
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を形成した。次に、枚葉式DCスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)および窒素(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、光半透過膜2の表面に接して、クロムおよび窒素からなるエッチングストッパー膜3(CrN膜 Cr:72原子%,N:28原子%)を3nmの膜厚で形成した。
次に、実施例5のマスクブランク100を用い、実施例2の場合と同様の手順で実施例5の転写用マスク200を作製した。なお、遮光パターン4aをマスクとし、塩素と酸素との混合ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを行い、第1のパターンを有するエッチングストッパー膜(エッチングストッパーパターン)3aを形成する工程において、同時に、塩素と酸素との混合ガスによってエッチングマスクパターン5aも表面からエッチングされてしまうが、5nm程度の厚さで残すことができていた。
作製した実施例5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5の転写用マスク200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。また、アライメントマークのコントラストも、光半透過パターン2a、エッチングストッパーパターン3b、および遮光パターン4bの間での位置ずれもなく、アライメントマーク検出器の検出光に対しても高いコントラストが得ることができていた。
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を形成した。次に、枚葉式DCスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、クロム(Cr)とインジウム(In)との混合ターゲット(Cr:In=87原子%:13原子%)を用い、アルゴン(Ar)、窒素(N2)、二酸化炭素(CO2)、およびヘリウム(He)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、光半透過膜2の表面に接して、クロム、インジウム、酸素、炭素および窒素からなるエッチングマスク膜5(CrInOCN膜 Cr:41.5原子%,In:5.8原子%,O:8.1原子%,C:17.2原子%,N:27.4原子%)を5nmの膜厚で形成した。
次に、実施例6のマスクブランク100を用い、実施例2の場合と同様の手順で実施例6の転写用マスク200を作製した。なお、遮光パターン4aをマスクとし、塩素と酸素との混合ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを行い、第1のパターンを有するエッチングストッパー膜(エッチングストッパーパターン)3aを形成する工程において、同時に、塩素と酸素との混合ガスによってエッチングマスクパターン5aも表面からエッチングされてしまうが、5nm程度の厚さで残すことができていた。
作製した実施例6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6の転写用マスク200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。また、アライメントマークのコントラストも、光半透過パターン2a、エッチングストッパーパターン3b、および遮光パターン4bの間での位置ずれもなく、アライメントマーク検出器の検出光に対しても高いコントラストが得ることができていた。
2 光半透過膜
2a 第1の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 第1のパターンを有するエッチングストッパー膜
3b 第2のパターンおよびアライメントマーク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 第1のパターンを有する遮光膜
4b 第2のパターンおよびアライメントマークパターンを有する遮光膜
5 エッチングマスク膜
6a 第1のレジストパターン(第1のパターンを有するレジスト膜)
7b 第2のレジストパターン(第2のパターンを有するレジスト膜)
100 マスクブランク
200 転写用マスク
Claims (14)
- 透光性基板上に、光半透過膜、エッチングストッパー膜、遮光膜およびエッチングマスク膜がこの順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記光半透過膜は、ケイ素および窒素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、並びに、遷移金属およびケイ素を含有する材料の少なくとも一方からなり、
前記遮光膜は、前記透光性基板側から下層および上層がこの順に積層した構造を有し、
前記上層は、前記遮光膜の表面反射を低減する機能を有し、
前記エッチングマスク膜および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り、
前記エッチングストッパー膜は、前記エッチングマスク膜よりもインジウム、スズおよびモリブデンから選ばれる少なくとも1以上の金属元素とクロムの合計含有量が多く、
前記エッチングストッパー膜は、前記エッチングマスク膜よりも前記金属元素とクロムの合計含有量に対する前記金属元素の比率が高く、
前記エッチングストッパー膜は、前記エッチングマスク膜よりも酸素の含有量が少なく、
前記エッチングマスク膜の厚さは、前記エッチングストッパー膜の厚さよりも厚い
ことを特徴とするマスクブランク。 - 前記エッチングマスク膜と前記エッチングストッパー膜の厚さの差は、3nm以上15nm以下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。
- 前記エッチングマスク膜と前記エッチングストッパー膜との間における前記金属元素とクロムの合計含有量の差は、10原子%以上45原子%以下であ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。
- 前記エッチングマスク膜と前記エッチングストッパー膜との間における前記金属元素とクロムの合計含有量に対する前記金属元素の比率の差は、3%以上45%以下であ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。
- 前記エッチングストッパー膜は、前記金属元素とクロムの合計含有量が30原子%以上70原子%以下であ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。
- 前記エッチングマスク膜は、前記金属元素とクロムの合計含有量が35原子%以上90原子%以下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。
- 前記エッチングストッパー膜は、酸素の含有量が30原子%以上60原子%以下であ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。
- 前記エッチングマスク膜は、酸素の含有量が10原子%以上50原子%以下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。
- 前記上層は、タンタルに酸素を含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から8のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記上層の表層に、酸素の含有量が60原子%以上の酸化層を備えることを特徴とする請求項9記載のマスクブランク。
- 前記上層は、遷移金属、ケイ素および窒素を含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から8のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記上層の表層に、遷移金属の含有量が4原子%以下であり、かつ酸素の含有量が30原子%以上である酸化層を備えることを特徴とする請求項11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る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、光半透過膜に形成すべき転写パターンとアライメントマークパターンを含む第1のパターンを有する第1のレジスト膜を形成する工程と、
前記第1のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に前記第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のレジスト膜を除去後、前記第1のパターンを有するエッチングマスク膜をマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記遮光膜に前記第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のパターンを有する遮光膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記第1のパターンを有するエッチングマスク膜を残存させつつ、前記エッチングストッパー膜に前記第1のパターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜上に、遮光膜に形成すべき遮光帯パターンを含む第2のパターンを有する第2のレジスト膜を形成する工程と、
前記第2のレジスト膜をマスクとし、酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜に第2のパターンを形成する工程と、
前記第2のレジスト膜を除去後、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記第1のパターンを有するエッチングストッパー膜をマスクとして前記光半透過膜に前記第1のパターンを形成するとともに、前記第2のパターンを有するエッチングマスク膜をマスクとして前記遮光膜に前記第2のパターンを形成する工程と、
酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、前記エッチングマスク膜を除去するとともに、遮光膜が残存していない領域のエッチングストッパー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記載の転写用マスクの製造方法によって製造された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を行う工程を有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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