JP6759486B2 - マスクブランク、位相シフトマスク及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Description
先行技術1に記載の位相シフトフォトマスクブランクに使用されるエッチングストッパー膜は、比較的波長の長い水銀灯のi線(365nm)やKrFエキシマレーザーの波長(248nm)での透過性は有している。しかしながら、より微細なパターンの形成に使用されるArFエキシマレーザーの波長においては、十分な透過率を有するものではなかった。
(構成1)
透光性基板上に、エッチングストッパー膜と位相シフト膜がこの順に積層された構造を備えるマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、
前記位相シフト膜は、波長193nmの光に対する屈折率n1が1.5以上であり、かつ波長193nmの光に対する消衰係数k1が0.1以下であり、
前記エッチングストッパー膜は、波長193nmの光に対する屈折率n2が2.6以上、かつ波長193nmの光に対する消衰係数k2が0.4以下であり、さらに前記屈折率n2および消衰係数k2が、(条件1)および(条件2)のうちのいずれかの条件を満たす
ことを特徴とするマスクブランク。
(条件1)k2≦−0.188×n2+0.879
(条件2)k2>−0.188×n2+0.879 かつ k2≦2.750×n2−6.945
前記エッチングストッパー膜は、前記屈折率n2が3.1以下であることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
前記エッチングストッパー膜は、前記消衰係数k2が0.05以上であ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。
前記位相シフト膜は、前記屈折率n1が1.6以下であ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。
前記透光性基板は、波長193nmの光に対する屈折率n3が1.5以上1.6以下であり、かつ、波長193nmの光に対する消衰係数k3が0.1以下であ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。
前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長193nmの光に対する透過率が80%以上であ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。
前記エッチングストッパー膜のみでの波長193nmの光に対する表面反射率を、前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長193nmの光に対する表面反射率で除して算出されるコントラスト比が1.5以上であ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。
前記エッチングストッパー膜は、ハフニウ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7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、前記透光性基板の主表面に接して形成さ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。
前記エッチングストッパー膜は、厚さが1nm以上4nm以下であ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。
前記位相シフト膜は、前記位相シフト膜を透過した波長193nmの光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した波長193nmの光との間で150度以上210度以下の位相差を生じさせる機能を有す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。
前記位相シフト膜上に、遮光膜を備えることを特徴とする構成1から11のいずれかに記載のマスクブランク。
前記遮光膜は、クロムを含有する材料からなることを特徴とする構成12記載のマスクブランク。
透光性基板上に、エッチングストッパー膜と、位相シフトパターンを有する位相シフト膜がこの順に積層された構造を備える位相シフトマスクであって、
前記位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、
前記位相シフト膜は、波長193nmの光に対する屈折率n1が1.5以上であり、かつ波長193nmの光に対する消衰係数k1が0.1以下であり、
前記エッチングストッパー膜は、波長193nmの光に対する屈折率n2が2.6以上、かつ波長193nmの光に対する消衰係数k2が0.4以下であり、さらに前記屈折率n2および消衰係数k2が、(条件1)および(条件2)のうちのいずれかの条件を満たす
ことを特徴とする位相シフトマスク。
(条件1)k2≦−0.188×n2+0.879
(条件2)k2>−0.188×n2+0.879 かつ k2≦2.750×n2−6.945
前記エッチングストッパー膜は、前記屈折率n2が3.1以下であることを特徴とする構成14記載の位相シフトマスク。
前記エッチングストッパー膜は、前記消衰係数k2が0.05以上であることを特徴とする構成14または15に記載の位相シフトマスク。
前記位相シフト膜は、前記屈折率n1が1.6以下であることを特徴とする構成14から16のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記透光性基板は、波長193nmの光に対する屈折率n3が1.5以上1.6以下であり、かつ、波長193nmの光に対する消衰係数k3が0.1以下であることを特徴とする構成14から17のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長193nmの光に対する透過率が80%以上であることを特徴とする構成14から18のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記エッチングストッパー膜のみでの波長193nmの光に対する表面反射率を、前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長193nmの光に対する表面反射率で除して算出されるコントラスト比が1.5以上であることを特徴とする構成14から19のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記エッチングストッパー膜は、ハフニウ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14から20のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記エッチングストッパー膜は、前記透光性基板の主表面に接して形成されていることを特徴とする構成14から21のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記エッチングストッパー膜は、厚さが1nm以上4nm以下であることを特徴とする構成14から22のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記位相シフト膜は、前記位相シフト膜を透過した波長193nmの光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した波長193nmの光との間で150度以上210度以下の位相差を生じさせる機能を有することを特徴とする構成14から23のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記位相シフト膜上に、遮光帯を含む遮光パターンを有する遮光膜を備えることを特徴とする構成14から24のいずれかに記載の位相シフトマスク。
前記遮光膜は、クロムを含有する材料からなることを特徴とする構成25記載の位相シフトマスク。
構成14から26のいずれかに記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に位相シフトマスク上のパターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
(条件1)k2≦−0.188×n2+0.879
(条件2)k2>−0.188×n2+0.879 かつ k2≦2.750×n2−6.945
この発明によれば、193nmの波長を有するArF露光光に対して高い透過率を有するとともに、193nmの波長を有する検査光に対して高いコントラスト比を得ることのできるエッチングストッパー膜を備えた位相シフトマスク用のマスクブランクを提供することができる。このように、波長193nmの光には、ArF露光光と、このArF露光光と同等の193nmの波長を有する検査光が含まれる。
図4および図6中に示される、エッチングストッパー膜の最大膜厚dが2.5nm、3.0nmであるときの、透過率80%を満たすエッチングストッパー膜の屈折率n2および消衰係数k2のそれぞれの関係式は、以下のようになる。
k2=−0.156n2+0.859 (最大膜厚d=2.5nmの場合)
k2=−0.188n2+0.879 (最大膜厚d=3.0nmの場合)
このように、透過率80%を満たすエッチングストッパー膜について、屈折率n2および消衰係数k2とには負の相関関係があることを見出した。
k2=−0.188×n2+0.879
の関係を満たすk2の値およびこの値を下回るk2の値であれば、透過率とコントラスト比のそれぞれの条件を両立させることを見出した(なお、ここでは説明の便宜上k2の値に着目したが、n2の値についても同様のことが言える)。すなわち、エッチングストッパー膜の屈折率n2および消衰係数k2が、
(条件1)k2≦−0.188×n2+0.879
を満たすとき、透過率とコントラスト比のそれぞれの条件を両立させられることを見出した。
k2>−0.188×n2+0.879
となる領域は、最大膜厚dが3.0nm未満となる領域である。一方、図4および図6に示すd=3.0nm(表面反射コントラスト比1.5)で示した近似曲線よりも左側となる領域では、最小膜厚dが3.0nmを超える領域となる。したがって、図4および図6においてこれらの領域が重なる領域(ハッチングした領域B)では、それぞれの条件を両立させることができないことが分かった。そこで、この領域を除外するため、最小膜厚d=3.0nmの近似曲線と(条件1)の式との交点を求め、この交点より上側の近似曲線に対して直線近似を行い、以下の式を得た。
k2=2.750×n2−6.945
すなわち、
エッチングストッパー膜の屈折率n2および消衰係数k2が、
(条件2)k2>−0.188×n2+0.879 かつ k2≦2.750×n2−6.945
を満たすとき、透過率とコントラスト比のそれぞれの条件を両立させられることを見出した。
[マスクブランクとその製造]
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明を行う。
この第1の実施形態に係る位相シフトマスク200(図2参照)では、マスクブランク100のエッチングストッパー膜2は透光性基板1の主表面上の全面で残され、位相シフト膜3に位相シフトパターン3aが形成され、遮光膜4に遮光パターン4bが形成されていることを特徴としている。なお、この位相シフトマスク200の作製途上でハードマスク膜5は除去される(図3参照)。
まず、マスクブランク100におけるハードマスク膜5に接して、レジスト膜をスピン塗布法によって形成する。次に、レジスト膜に対して、位相シフト膜3に形成すべきパターンを電子線で描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行うことによって第1のレジストパターン6aを形成する(図3(a)参照)。続いて、第1のレジストパターン6a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を行い、ハードマスク膜5にハードマスクパターン5aを形成する(図3(b)参照)。
第1の実施形態の半導体デバイスの製造方法は、第1の実施形態の位相シフトマスク200または第1の実施形態のマスクブランク100を用いて製造された位相シフトマスク200を用い、半導体基板上のレジスト膜に転写用パターンを露光転写することを特徴としている。このため、第1の実施形態の位相シフトマスク200を用いて半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写すると、半導体デバイス上のレジスト膜に設計仕様を十分に満たす精度でパターンを形成することができる。
(実施例1)
[マスクブランクの製造]
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以下(二乗平均平方根粗さRqで0.2nm以下)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る。分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M−2000D)を用いてこの透光性基板1の各光学特性を測定したところ、波長193nmの光における屈折率n3は1.556、消衰係数k3は0.00(測定下限)であった。
次に、この実施例1のマスクブランク100を用い、以下の手順で実施例1の位相シフトマスク200を作製した。最初に、ハードマスク膜5の表面にHMDS処理を施した。続いて、スピン塗布法によって、ハードマスク膜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レジスト膜を膜厚80nmで形成した。次に、このレジスト膜に対して、位相シフト膜3に形成すべきパターンを電子線描画し、所定の現像処理を行い、第1のレジストパターン6aを形成した(図3(a)参照)。ここで、第1のレジストパターン6aには、位相シフト膜3に欠陥が形成されるように、本来形成されるべき位相シフトパターンのほかにプログラム欠陥を加えておいた。
次に、残存する第1のレジストパターン6aをTMAHにより除去した。続いて、ハードマスクパターン5aをマスクとして、塩素と酸素の混合ガス(ガス流量比 Cl2:O2=20:1)を用いた高バイアス条件でのドライエッチングを行い、遮光膜4に遮光パターン4aを形成した(図3(c)参照)。
[マスクブランクの製造]
この実施例2のマスクブランク100は、エッチングストッパー膜2の構成を除いて、実施例1のマスクブランク100と同様にして製造した。具体的には、この実施例2のマスクブランク100では、エッチングストッパー膜2に、波長193nmの光における屈折率n2は2.70、消衰係数k2は0.40である材料を用い、2.8nmの膜厚で形成した。したがって、透光性基板1上にエッチングストッパー膜2、位相シフト膜3および遮光膜4がこの順に積層されたマスクブランク100の構造と、透光性基板1、位相シフト膜3、遮光膜4の材料や製法は実施例1と同じものである。
次に、実施例1と同様の手順で、実施例2のマスクブランク100を用い、実施例2の位相シフトマスク200を作製した。作製した実施例2の位相シフトマスク200に対し、波長193nmの光が検査光に用いられているマスク検査装置(KLA−Tencor社製 Teron640)によってマスクパターンの検査を行った。その結果、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターン3aに欠陥を検出することができた。
[マスクブランクの製造]
この比較例1のマスクブランクは、エッチングストッパー膜の構成を除いて、実施例1のマスクブランク100と同様にして製造した。具体的には、この比較例1のマスクブランクでは、エッチングストッパー膜に、波長193nmの光における屈折率n2は2.60、消衰係数k2は0.40である材料を用い、2.9nmの膜厚で形成した。したがって、透光性基板上にエッチングストッパー膜、位相シフト膜および遮光膜がこの順に積層されたマスクブランクの構造と、透光性基板、位相シフト膜、遮光膜の材料や製法は実施例1と同じものである。
次に、実施例1と同様の手順で、比較例1のマスクブランクを用い、比較例1の位相シフトマスクを作製した。作製した比較例1の位相シフトマスクに対し、波長193nmの光が検査光に用いられているマスク検査装置(KLA−Tencor社製 Teron640)によってマスクパターンの検査を行った。その結果、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターンに欠陥を検出することができなかった。
2…エッチングストッパー膜
3…位相シフト膜
3a…位相シフトパターン
4…遮光膜
4a、4b…遮光パターン
5…ハードマスク膜
5a…ハードマスクパターン
6a…第1のレジストパターン
7b…第2のレジストパターン
100…マスクブランク
200…位相シフトマスク
101…転写パターン形成領域
102…遮光帯形成領域
Claims (27)
- 透光性基板上に、エッチングストッパー膜と位相シフト膜がこの順に積層された構造を備えるマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、
前記位相シフト膜は、波長193nmの光に対する屈折率n1が1.5以上であり、かつ波長193nmの光に対する消衰係数k1が0.1以下であり、
前記エッチングストッパー膜は、波長193nmの光に対する屈折率n2が2.6以上、かつ波長193nmの光に対する消衰係数k2が0.4以下であり、さらに前記屈折率n2および消衰係数k2が、(条件1)および(条件2)のうちのいずれかの条件を満たす
ことを特徴とするマスクブランク。
(条件1)k2≦−0.188×n2+0.879
(条件2)k2>−0.188×n2+0.879 かつ k2≦2.750×n2−6.945 - 前記エッチングストッパー膜は、前記屈折率n2が3.1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。
- 前記エッチングストッパー膜は、前記消衰係数k2が0.05以上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。
- 前記位相シフト膜は、前記屈折率n1が1.6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。
- 前記透光性基板は、波長193nmの光に対する屈折率n3が1.5以上1.6以下であり、かつ、波長193nmの光に対する消衰係数k3が0.1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。
- 前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長193nmの光に対する透過率が80%以上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のみでの波長193nmの光に対する表面反射率を、前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長193nmの光に対する表面反射率で除して算出されるコントラスト比が1.5以上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。
- 前記エッチングストッパー膜は、ハフニウ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。
- 前記エッチングストッパー膜は、前記透光性基板の主表面に接して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。
- 前記エッチングストッパー膜は、厚さが1nm以上4nm以下であ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。
- 前記位相シフト膜は、前記位相シフト膜を透過した波長193nmの光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した波長193nmの光との間で150度以上210度以下の位相差を生じさせる機能を有することを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記位相シフト膜上に、遮光膜を備えることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、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12記載のマスクブランク。
- 透光性基板上に、エッチングストッパー膜と、位相シフトパターンを有する位相シフト膜がこの順に積層された構造を備える位相シフトマスクであって、
前記位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、
前記位相シフト膜は、波長193nmの光に対する屈折率n1が1.5以上であり、かつ波長193nmの光に対する消衰係数k1が0.1以下であり、
前記エッチングストッパー膜は、波長193nmの光に対する屈折率n2が2.6以上、かつ波長193nmの光に対する消衰係数k2が0.4以下であり、さらに前記屈折率n2および消衰係数k2が、(条件1)および(条件2)のうちのいずれかの条件を満たす
ことを特徴とする位相シフトマスク。
(条件1)k2≦−0.188×n2+0.879
(条件2)k2>−0.188×n2+0.879 かつ k2≦2.750×n2−6.945 - 前記エッチングストッパー膜は、前記屈折率n2が3.1以下であることを特徴とする請求項14記載の位相シフトマスク。
- 前記エッチングストッパー膜は、前記消衰係数k2が0.05以上であることを特徴とする請求項14または15に記載の位相シフトマスク。
- 前記位相シフト膜は、前記屈折率n1が1.6以下であることを特徴とする請求項14から16のいずれかに記載の位相シフトマスク。
- 前記透光性基板は、波長193nmの光に対する屈折率n3が1.5以上1.6以下であり、かつ、波長193nmの光に対する消衰係数k3が0.1以下であることを特徴とする請求項14から17のいずれかに記載の位相シフトマスク。
- 前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長193nmの光に対する透過率が80%以上であることを特徴とする請求項14から18のいずれかに記載の位相シフトマスク。
- 前記エッチングストッパー膜のみでの波長193nmの光に対する表面反射率を、前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長193nmの光に対する表面反射率で除して算出されるコントラスト比が1.5以上であることを特徴とする請求項14から19のいずれかに記載の位相シフトマスク。
- 前記エッチングストッパー膜は、ハフニウ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請求項14から20のいずれかに記載の位相シフトマスク。
- 前記エッチングストッパー膜は、前記透光性基板の主表面に接して形成されていることを特徴とする請求項14から21のいずれかに記載の位相シフトマスク。
- 前記エッチングストッパー膜は、厚さが1nm以上4nm以下であることを特徴とする請求項14から22のいずれかに記載の位相シフトマスク。
- 前記位相シフト膜は、前記位相シフト膜を透過した波長193nmの光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した波長193nmの光との間で150度以上210度以下の位相差を生じさせる機能を有することを特徴とする請求項14から23のいずれかに記載の位相シフトマスク。
- 前記位相シフト膜上に、遮光帯を含む遮光パターンを有する遮光膜を備えることを特徴とする請求項14から24のいずれかに記載の位相シフトマスク。
- 前記遮光膜は、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25記載の位相シフトマスク。
- 請求項14から26のいずれかに記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に位相シフトマスク上のパターンを露光転写する工程を備え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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