JP6608613B2 - 位相シフトマスクブランク、位相シフトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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透光性基板上に、位相シフト膜、遮光膜及びハードマスク膜が順に積層された構造を有する位相シフトマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、ケイ素と、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有する材料からなり、且つ、前記位相シフト膜は、該位相シフト膜を透過した光と、前記透光性基板を透過した光との位相差が150°以上170°以下となるように45nm以上65nm以下の範囲で設定された膜厚を有し、
前記ハードマスク膜は、前記遮光膜上の表面に接して形成され、少なくともケイ素とタンタルの何れか一方又は両方を含有しており、
前記遮光膜は、少なくともクロムを含有する材料からなり、前記ハードマスク膜と接する前記遮光膜の上層は、クロムと、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有し、クロムの含有量が55原子%以上100原子%未満であることを特徴とする位相シフトマスクブランク。
前記遮光膜は前記上層と、前記位相シフト膜と接する下層とを有する積層構造であって、
前記上層は、前記クロムの含有量が65原子%以上であり、かつ、酸素及び窒素の合計含有量が35原子%以下であり、
前記下層は、クロムと、酸素とを含み、前記クロムの含有量が60原子%未満であり、かつ、酸素の含有量が20原子%以上であることを特徴とする構成1記載の位相シフトマスクブランク。
前記遮光膜は、前記上層と前記下層との間に中間層が形成されていることを特徴とする構成1又は2記載の位相シフトマスクブランク。
前記中間層に含まれるクロムの含有量は、前記下層に含まれるクロムの含有量よりも少ないことを特徴とする構成3記載の位相シフトマスクブランク。
前記遮光膜の膜厚は、35nm以上55nm以下であることを特徴とする構成1乃至4の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。
前記上層の膜厚は、1.5nm以上8nm以下であることを特徴とする構成1乃至5の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。
前記ハードマスク膜は、酸素を含有する材料からなることを特徴とする構成1乃至6の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。
前記ハードマスク膜の膜厚は、1.5nm以上10nm以下であることを特徴とする構成7記載の位相シフトマスクブランク。
構成1乃至8の何れか一に記載の位相シフトマスクブランクの前記ハードマスク膜上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクにして前記ハードマスク膜を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、ハードマスク膜パターンを形成する工程と、
前記ハードマスク膜パターンをマスクにして、前記遮光膜を、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、遮光膜パターンを形成する工程と、
前記遮光膜パターンをマスクにして、前記位相シフト膜を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、位相シフト膜パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
前記遮光膜パターンをマスクにして、前記透光性基板を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチング除去して、該位相シフト膜パターンを透過した透過光と、前記透光性基板を透過した透過光との位相差を所定の位相差に調整することを特徴とする構成9記載の位相シフトマスクの製造方法。
構成10に記載の転写用マスクの製造方法により製造された転写用マスクを用い、リソグラフィー法により前記転写用マスクの転写パターンを半導体基板上にパターン転写する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
本実施例は、波長193nmのArFエキシマレーザーを露光光として用いるハーフトーン型位相シフトマスクの製造に使用する位相シフトマスクブランクに関するもので、前述の第1の実施の形態に対応する実施例である。
上記の位相シフト膜2のエッチング工程(図3(d)の工程)終了後の遮光膜パターンの断面形状を確認したところ、図4に示されるような断面形状であった。すなわち遮光膜の上層側壁はハードマスク膜のパターンからわずかに侵食されるものの、ハードマスク膜パターンによって画定された形状が得られ、ハードマスク膜パターンが精度良く転写されていた。なお、この時点でハードマスク膜パターン4a(Hardmask)は除去されているため、図4ではその前の状態を破線で示している。
上記遮光膜パターンをマスクとしたドライエッチングにより形成された位相シフト膜パターン(Halftone)について評価したところ、図4からも明らかなように、遮光膜上層パターンによって画定された形状が得られ、CD特性に優れたライン&スペースパターンのライン幅が40nmの位相シフト膜パターンを形成することができた。すなわち、微細パターンであっても、ハードマスク膜パターンとの寸法の乖離も少ないパターン精度の優れた転写パターンを形成することができた。
本実施例は、波長193nmのArFエキシマレーザーを露光光として用いるハーフトーン型位相シフトマスクの製造に使用する位相シフトマスクブランクに関するもので、前述の第2の実施の形態に対応する実施例である。
上記の位相シフト膜2のエッチング工程(図3(d)の工程)終了後の遮光膜パターンの断面形状を確認したところ、図5に示されるような断面形状であった。すなわち遮光膜の上層側壁はハードマスク膜のパターンからほんのわずかに侵食されるものの(実施例1よりも少ない)、ハードマスク膜パターンによって画定された形状がほぼ正確に得られ、ハードマスク膜パターンが精度良く転写されていた。これは、下層のエッチングレートが速いものの、その上の中間層のエッチングレートが遅いため、結果的にエッチングガスによるパターン側壁の侵食を効果的に抑制することができたためである。遮光膜パターンの断面形状は実施例1よりも良好であった。なお、この時点でハードマスク膜パターン4aは除去されているため、図5ではその前の状態を破線で示している。
上記遮光膜パターンをマスクとしたドライエッチングにより形成された位相シフト膜パターンについて評価したところ、図5からも明らかなように、遮光膜上層パターンによって画定された形状が得られ、CD特性に優れたライン&スペースパターンのライン幅が40nmの位相シフト膜パターンを形成することができた。すなわち、微細パターンであっても、ハードマスク膜パターンとの寸法の乖離も少ないパターン精度の優れた転写パターンを形成することができた。
位相シフト膜とハードマスク膜は実施例1と同様の膜で、遮光膜の構成のみ異なる位相シフトマスクブランクを作製した。本実施例の遮光膜は、単層構造の遮光膜で、実施例1の遮光膜における下層の成膜中の混合ガス雰囲気を調整して、以下の組成からなるCrOCN膜とした。CrOCN膜の組成は、Cr:O:C:N=55.2:22.1:11.6:11.1(原子%比)である。CrOCN膜の膜厚は46nmで、上記位相シフト膜と遮光膜の積層膜の光学濃度は、ArFエキシマレーザーの波長(193nm)において2.7以上(透過率0.2%以下)であった。
上述の実施例1と同様にハーフトーン型位相シフトマスクを製造し、遮光膜パターン、位相シフト膜パターンを評価した。
上記遮光膜パターンをマスクとしたドライエッチングにより形成された位相シフト膜パターンについて評価したところ、遮光膜上層パターンによって画定された形状が得られ、CD特性に優れたライン&スペースパターンのライン幅が45nmの位相シフト膜パターンを形成することができた。すなわち、微細パターンであっても、ハードマスク膜パターンとの寸法の乖離も少ないパターン精度の優れた転写パターンを形成することができた。
位相シフト膜と遮光膜は実施例1と同様の膜で、ハードマスク膜の構成のみ異なる位相シフトマスクブランクを作製した。本実施例のハードマスク膜は、SiO2膜とした。SiO2膜は、枚葉RFスパッタリング装置により成膜され、SiOx(x<2)のターゲットを用い、アルゴン(Ar)と酸素(O2)の混合ガス雰囲気中で、上記遮光膜の上に厚さ5nmのSiO2膜からなるハードマスク膜を形成した。
上述の実施例1と同様にハーフトーン型位相シフトマスクを製造し、遮光膜パターン、位相シフト膜パターンを評価した。
上記遮光膜パターンをマスクとしたドライエッチングにより形成された位相シフト膜パターンについて評価したところ、遮光膜上層パターンによって画定された形状が得られ、CD特性に優れたライン&スペースパターンのライン幅が45nmの位相シフト膜パターンを形成することができた。すなわち、微細パターンであっても、ハードマスク膜パターンとの寸法の乖離も少ないパターン精度の優れた転写パターンを形成することができた。
位相シフト膜とハードマスク膜は実施例1と同様の膜で、遮光膜の構成のみ異なる位相シフトマスクブランクを作製した。すなわち、本比較例の遮光膜は、単層構造の遮光膜で、実施例1の遮光膜における下層の組成と同じ組成で、光学濃度が3.0以上で、膜厚100nmの薄膜である。
遮光膜3のパターニング工程(図3(c)の工程)終了後の遮光膜パターンの断面形状を確認したところ、図6に示されるような断面形状であった。すなわち遮光膜はパターンの壁面にエッチングの侵食によって大きくえぐれた形状になっていた。また、ハードマスク膜のパターンよりもライン幅が細くなっており、ハードマスク膜パターンとの寸法の乖離が大きい傾向となった。
2 位相シフト膜
3 遮光膜
31 遮光膜の下層
32 遮光膜の中間層
33 遮光膜の上層
4 ハードマスク膜
5 レジストパターン
10,20 位相シフトマスクブランク
30 位相シフトマスク
Claims (11)
- 透光性基板上に、位相シフト膜、遮光膜及びハードマスク膜が順に積層された構造を有する位相シフトマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、ケイ素と、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有する材料からなり、且つ、前記位相シフト膜は、該位相シフト膜を透過した光と、前記透光性基板を透過した光との位相差が150°以上170°以下となるように45nm以上65nm以下の範囲で設定された膜厚を有し、
前記ハードマスク膜は、前記遮光膜上の表面に接して形成され、少なくともケイ素とタンタルの何れか一方又は両方を含有しており、
前記遮光膜は、少なくともクロムを含有する材料からなり、前記ハードマスク膜と接する前記遮光膜の上層は、クロムと、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有し、クロムの含有量が55原子%以上100原子%未満であることを特徴とする位相シフトマスクブランク。 - 前記遮光膜は前記上層と、前記位相シフト膜と接する下層とを有する積層構造であって、
前記上層は、前記クロムの含有量が65原子%以上であり、かつ、酸素及び窒素の合計含有量が35原子%以下であり、
前記下層は、クロムと、酸素とを含み、前記クロムの含有量が60原子%未満であり、かつ、酸素の含有量が20原子%以上であることを特徴とする請求項1記載の位相シフトマスクブランク。 - 前記遮光膜は、前記上層と前記下層との間に中間層が形成されていることを特徴とする請求項2記載の位相シフトマスクブランク。
- 前記下層に含まれるクロムの含有量は、前記中間層に含まれるクロムの含有量よりも少ないことを特徴とする請求項3記載の位相シフトマスクブランク。
- 前記遮光膜の膜厚は、35nm以上55nm以下であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。
- 前記上層の膜厚は、1.5nm以上8nm以下であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。
- 前記ハードマスク膜は、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乃至6の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。
- 前記ハードマスク膜の膜厚は、1.5nm以上10nm以下であることを特徴とする請求項7記載の位相シフトマスクブランク。
- 請求項1乃至8の何れか一に記載の位相シフトマスクブランクの前記ハードマスク膜上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクにして前記ハードマスク膜を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、ハードマスク膜パターンを形成する工程と、
前記ハードマスク膜パターンをマスクにして、前記遮光膜を、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、遮光膜パターンを形成する工程と、
前記遮光膜パターンをマスクにして、前記位相シフト膜を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、位相シフト膜パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。 - 前記遮光膜パターンをマスクにして、前記透光性基板を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチング除去して、該位相シフト膜パターンを透過した透過光と、前記透光性基板を透過した透過光との位相差を所定の位相差に調整することを特徴とする請求項9記載の位相シフトマスクの製造方法。
- 請求項10に記載の転写用マスクの製造方法により製造された転写用マスクを用い、リソグラフィー法により前記転写用マスクの転写パターンを半導体基板上にパターン転写する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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