JP6866246B2 - マスクブランク、転写用マスクの製造方法及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
Description
透光性基板上に、転写パターンを形成するための遮光膜を備えたマスクブランクであって、
前記遮光膜は、ケイ素と窒素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成され、
前記遮光膜は、前記透光性基板の主表面に接して設けられ、
前記遮光膜は、ArFエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が2.5以上であり、
前記遮光膜の前記透光性基板との界面の近傍領域と前記透光性基板とは反対側の表層領域を除いた内部領域におけるケイ素の含有量[原子%]を窒素の含有量[原子%]で除した比率が2.4以上4.0以下であり、
前記内部領域は、ケイ素および窒素の合計含有量が97原子%以上であることを特徴とするマスクブランク。
前記遮光膜の前記表層領域を除いた領域は、酸素含有量が3原子%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。
前記表層領域は、前記遮光膜における前記透光性基板とは反対側の表面から前記透光性基板側に向かって5nmの深さまでの範囲にわたる領域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。
前記近傍領域は、前記透光性基板の界面から前記表層領域側に向かって5nmの深さまでの範囲にわたる領域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。
前記遮光膜は、ケイ素、窒素および非金属元素からなる材料で形成されてい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。
前記表層領域は、前記遮光膜の表層領域を除いた領域よりも酸素含有量が多い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。
前記遮光膜は、ArFエキシマレーザーの露光光に対する消衰係数kが2.00以上2.40以下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。
前記遮光膜は、ArFエキシマレーザーの露光光に対する屈折率nが1.25以上1.55以下であ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。
構成1から8のいずれかに記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、ドライエッチングにより前記遮光膜に転写パターンを形成する工程を備えることを特徴とする転写用マスクの製造方法。
構成9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、半導体基板上のレジスト膜に転写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。
本発明は、以上の鋭意検討の結果、完成されたものである。
図1は、本発明の実施形態に係るマスクブランク100の構成を示す断面図である。
図1に示すマスクブランク100は、透光性基板1上に、遮光膜2およびハードマスク膜3がこの順に積層された構造を有する。
透光性基板1は、ケイ素と酸素を含有する材料からなり、合成石英ガラス、石英ガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、低熱膨張ガラス(SiO2−TiO2ガラス等)などのガラス材料で形成することができる。これらの中でも、合成石英ガラスは、ArF露光光に対する透過率が高く、マスクブランクの透光性基板を形成する材料として特に好ましい。
遮光膜2は、窒化ケイ素系材料で形成された単層膜である。本発明における窒化ケイ素系材料は、ケイ素と窒素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料である。また、単層膜とすることにより、製造工程数が少なくなって生産効率が高くなるとともに欠陥を含む製造時の品質管理が容易になる。また、遮光膜2は、窒化ケイ素系材料で形成されるため、ArF耐光性が高い。
また、遮光膜2の上部には、反射防止膜が積層されていてもよい。反射防止膜は、表面から取り込まれた酸素を含み、遮光膜2よりも酸素を多く含有するため、EB欠陥修正時の平面視での除去量の不均一は生じにくい。
遮光膜2を備えるマスクブランク100において、遮光膜2の上に遮光膜2をエッチングするときに用いられるエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料で形成されたハードマスク膜3をさらに積層させた構成としてもよい。遮光膜2は、所定の光学濃度を確保する必要があるため、その厚さを低減するには限界がある。ハードマスク膜3は、その直下の遮光膜2にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能することができるだけの膜の厚さがあれば十分であり、基本的に光学特性の制限を受けない。このため、ハードマスク膜3の厚さは遮光膜2の厚さに比べて大幅に薄くすることができる。そして、有機系材料のレジスト膜は、このハードマスク膜3にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能するだけの膜の厚さがあれば十分であるので、従来よりも大幅にレジスト膜の厚さを薄くすることができる。このため、レジストパターン倒れなどの問題を抑制することができる。
クロムを含有する材料を遮光膜に用いた場合は、遮光膜2の膜厚が相対的に厚いので、遮光膜2のドライエッチングの際にサイドエッチングの問題が生じるが、ハードマスク膜3としてクロムを含有する材料を用いた場合は、ハードマスク膜3の膜厚が相対的に薄いので、サイドエッチングに起因する問題は生じにくい。
クロム系材料は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスでエッチングされるが、クロム金属はこのエッチングガスに対するエッチングレートがあまり高くない。クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素およびフッ素から選ばれる1以上の元素を含有させることによって、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスのエッチングガスに対するエッチングレートを高めることが可能になる。
図2に、本発明の実施形態であるマスクブランク100から転写用マスク(バイナリマスク)200を製造する工程の断面模式図を示す。
次に、アッシングやレジスト剥離液を用いてレジストパターン4aを除去する(図2(d)参照)。
(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、端面及び主表面が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。
また、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M−2000D)を用いて、波長193nmにおける加熱処理後の遮光膜2の屈折率nと消衰係数kを測定した。波長193nmにおける屈折率nは1.29、消衰係数kは2.39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の転写用マスク(バイナリマスク)200を製造した。
まず、実施例1のマスクブランク100(図2(a)参照)を準備し、ハードマスク膜3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、遮光膜2に形成すべき転写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、レジストパターン4aを形成した(図2(b)参照)。なお、このとき、電子線描画したレジストパターン4aには、遮光膜2に黒欠陥が形成されるように、本来形成されるべき遮光膜パターンのほかにプログラム欠陥を加えておいた。
[マスクブランクの製造]
実施例2のマスクブランクは、遮光膜を下記のようにした以外は、実施例1のマスクブランク100と同様の手順で製造された。
枚葉式RFスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、窒素(N2)およびヘリウム(He)の混合ガスをスパッタリングガスとし、RF電源による反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、透光性基板1上に、ケイ素および窒素からなる遮光膜2を50.0nmの厚さで形成した。
また、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M−2000D)を用いて、波長193nmにおける加熱処理後の遮光膜2の屈折率nと消衰係数kを測定した。波長193nmにおける屈折率nは1.40、消衰係数kは2.25であった。
その後、実施例1と同様の手順で、透光性基板1上に、遮光膜2およびハードマスク膜3が積層した構造を備えるマスクブランク100を製造した。
次に、この実施例2のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、実施例2の転写用マスク(バイナリマスク)を製造した。
製造した実施例1の転写用マスク200に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の遮光膜パターン2aに黒欠陥の存在が確認された。その黒欠陥部分に対してEB欠陥修正を行ったところ、透光性基板1に対する遮光膜パターン2aの修正レート比が十分に高く、透光性基板1の表面へのエッチングを最小限にとどめることができた。
このEB欠陥修正後の実施例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、設計仕様を十分に満たしていた。また、EB欠陥修正を行った部分の転写像は、それ以外の領域の転写像に比べてそん色のないものであった。この結果から、実施例2の転写用マスク200に対し、遮光膜パターン2aの黒欠陥部分に対してEB欠陥修正を行った場合に、透光性基板1の表面荒れの発生を抑制でき、かつ遮光膜パターン2aに自発性エッチングが発生することを抑制できるといえる。また、EB欠陥修正を行った後の実施例2の転写用マスク200を露光装置のマスクステージをセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した場合でも、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。このため、実施例2の転写用マスクの製造方法で製造された転写用マスク200は転写精度の高い転写用マスクとなるといえる。
[マスクブランクの製造]
実施例3のマスクブランクは、遮光膜を下記のようにした以外は、実施例1のマスクブランク100と同様の手順で製造された。
枚葉式RFスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、窒素(N2)およびヘリウム(He)の混合ガスをスパッタリングガスとし、RF電源による反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、透光性基板1上に、ケイ素および窒素からなる遮光膜2を52.4nmの厚さで形成した。
また、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M−2000D)を用いて、波長193nmにおける加熱処理後の遮光膜2の屈折率nと消衰係数kを測定した。波長193nmにおける屈折率nは1.52、消衰係数kは2.09であった。
その後、実施例1と同様の手順で、透光性基板1上に、遮光膜2およびハードマスク膜3が積層した構造を備えるマスクブランク100を製造した。
次に、この実施例3のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、実施例3の転写用マスク(バイナリマスク)を製造した。
製造した実施例3の転写用マスク200に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の遮光膜パターン2aに黒欠陥の存在が確認された。その黒欠陥部分に対してEB欠陥修正を行ったところ、透光性基板1に対する遮光膜パターン2aの修正レート比が十分に高く、透光性基板1の表面へのエッチングを最小限にとどめることができた。
このEB欠陥修正後の実施例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、設計仕様を十分に満たしていた。また、EB欠陥修正を行った部分の転写像は、それ以外の領域の転写像に比べてそん色のないものであった。この結果から、実施例3の転写用マスク200に対し、遮光膜パターン2aの黒欠陥部分に対してEB欠陥修正を行った場合に、透光性基板1の表面荒れの発生を抑制でき、かつ遮光膜パターン2aに自発性エッチングが発生することを抑制できるといえる。また、EB欠陥修正を行った後の実施例3の転写用マスク200を露光装置のマスクステージをセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した場合でも、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。このため、実施例3の転写用マスクの製造方法で製造された転写用マスク200は転写精度の高い転写用マスクとなるといえる。
[マスクブランクの製造]
実施例4のマスクブランクは、遮光膜を下記のようにした以外は、実施例1のマスクブランク100と同様の手順で製造された。
枚葉式RFスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、窒素(N2)およびヘリウム(He)の混合ガスをスパッタリングガスとし、RF電源による反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、透光性基板1上に、ケイ素および窒素からなる遮光膜2を45.1nmの厚さで形成した。
また、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M−2000D)を用いて、波長193nmにおける加熱処理後の遮光膜2の屈折率nと消衰係数kを測定した。波長193nmにおける屈折率nは1.54、消衰係数kは2.05であった。
その後、実施例1と同様の手順で、透光性基板1上に、遮光膜2およびハードマスク膜3が積層した構造を備えるマスクブランク100を製造した。
次に、この実施例4のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、実施例4の転写用マスク(バイナリマスク)を製造した。
製造した実施例1の転写用マスク200に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の遮光膜パターン2aに黒欠陥の存在が確認された。その黒欠陥部分に対してEB欠陥修正を行ったところ、透光性基板1に対する遮光膜パターン2aの修正レート比が十分に高く、透光性基板1の表面へのエッチングを最小限にとどめることができた。
このEB欠陥修正後の実施例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、設計仕様を十分に満たしていた。また、EB欠陥修正を行った部分の転写像は、それ以外の領域の転写像に比べてそん色のないものであった。この結果から、実施例4の転写用マスク200に対し、遮光膜パターン2aの黒欠陥部分に対してEB欠陥修正を行った場合に、透光性基板1の表面荒れの発生を抑制でき、かつ遮光膜パターン2aに自発性エッチングが発生することを抑制できるといえる。また、EB欠陥修正を行った後の実施例4の転写用マスク200を露光装置のマスクステージをセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した場合でも、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。このため、実施例4の転写用マスクの製造方法で製造された転写用マスク200は転写精度の高い転写用マスクとなるといえる。
[マスクブランクの製造]
比較例1のマスクブランクは、遮光膜を下記のようにした以外は、実施例1のマスクブランク100と同様の手順で製造された。
枚葉式RFスパッタ装置内に透光性基板を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、窒素(N2)およびヘリウム(He)の混合ガスをスパッタリングガスとし、RF電源による反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、透光性基板上に、ケイ素および窒素からなる遮光膜を52.8nmの厚さで形成した。
また、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M−2000D)を用いて、波長193nmにおける加熱処理後の遮光膜の屈折率nと消衰係数kを測定した。波長193nmにおける屈折率nは1.58、消衰係数kは1.99であった。
その後、実施例1と同様の手順で、透光性基板上に、遮光膜およびハードマスク膜が積層した構造を備えるマスクブランクを製造した。
次に、この比較例1のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、比較例1の転写用マスク(バイナリマスク)を製造した。
製造した比較例1の転写用マスクに対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の遮光膜パターンに黒欠陥の存在が確認された。その黒欠陥部分に対してEB欠陥修正を行ったところ、透光性基板に対する遮光膜パターンの修正レート比が低く、透光性基板の表面へのエッチング(表面荒れ)が進んでいた。
[マスクブランクの製造]
比較例2のマスクブランクは、遮光膜を下記のようにした以外は、実施例1のマスクブランク100と同様の手順で製造された。
枚葉式RFスパッタ装置内に透光性基板を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、窒素(N2)およびヘリウム(He)の混合ガスをスパッタリングガスとし、RF電源による反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、透光性基板上に、ケイ素および窒素からなる遮光膜を48.0nmの厚さで形成した。
また、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M−2000D)を用いて、波長193nmにおける加熱処理後の遮光膜の屈折率nと消衰係数kを測定した。波長193nmにおける屈折率nは1.23、消衰係数kは2.48であった。
その後、実施例1と同様の手順で、透光性基板上に、遮光膜およびハードマスク膜が積層した構造を備えるマスクブランクを製造した。
次に、この比較例2のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、比較例2の転写用マスク(バイナリマスク)を製造した。
製造した比較例2の転写用マスクに対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の遮光膜パターンに黒欠陥の存在が確認された。その黒欠陥部分に対してEB欠陥修正を行ったところ、修正レートが速すぎてアンダーカットが発生していた。さらに、黒欠陥部分の周囲の遮光膜パターンの側壁がEB修正時に供給される非励起状態のXeF2ガスが接触することによってエッチングされる現象、すなわち自発性エッチングが進んでいた。
2 遮光膜
2a 遮光膜パターン
21 基板近傍領域
22 内部領域
23 表層領域
3 ハードマスク膜
3a ハードマスクパターン
4a レジストパターン
100 マスクブランク
200 転写用マスク(バイナリマスク)
Claims (8)
- 透光性基板上に、転写パターンを形成するための遮光膜を備えたマスクブランクであって、
前記遮光膜は、ケイ素と窒素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成され、
前記遮光膜は、前記透光性基板の主表面に接して設けられ、
前記遮光膜は、ArFエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が2.5以上であり、
前記遮光膜の前記透光性基板との界面の近傍領域と前記透光性基板とは反対側の表層領域を除いた内部領域におけるケイ素の含有量[原子%]を窒素の含有量[原子%]で除した比率が2.4以上4.0以下であり、
前記内部領域は、ケイ素および窒素の合計含有量が97原子%以上であり、
前記表層領域は、前記遮光膜における前記透光性基板とは反対側の表面から前記透光性基板側に向かって5nmの深さまでの範囲にわたる領域であり、
前記近傍領域は、前記透光性基板の界面から前記表層領域側に向かって5nmの深さまでの範囲にわたる領域であることを特徴とするマスクブランク。 - 前記遮光膜の前記表層領域を除いた領域は、酸素含有量が3原子%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。
- 前記遮光膜は、ケイ素、窒素および非金属元素からな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。
- 前記表層領域は、前記遮光膜の表層領域を除いた領域よりも酸素含有量が多い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。
- 前記遮光膜は、ArFエキシマレーザーの露光光に対する消衰係数kが2.00以上2.40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。
- 前記遮光膜は、ArFエキシマレーザーの露光光に対する屈折率nが1.25以上1.55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。
- 請求項1から6のいずれかに記載のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法であって、ドライエッチングにより前記遮光膜に転写パターンを形成する工程を備えることを特徴とする転写用マスクの製造方法。
- 請求項7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、半導体基板上のレジスト膜に転写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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