JP6772037B2 - マスクブランク、転写用マスク、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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Description
特許文献1に開示されているように、ハーフトーン型位相シフトマスクの位相シフト膜には、モリブデンシリサイド(MoSi)系の材料が広く用いられている。この特許文献1の位相シフト膜は、耐薬性を向上させることなどを目的として、150℃以上の温度での加熱処理が行われている。
一方、特許文献2には、ArFエキシマレーザーの露光光(以下、ArF露光光という。)に対する透過率が10%以上である位相シフト膜を備えるマスクブランクが開示されている。この特許文献2の位相シフト膜は、MoSiONのようなモリブデンとケイ素とを含む材料が用いられている。また、この位相シフト膜は、反応性スパッタリングで形成されており、その反応性スパッタリングではモリブデンの含有比率が2%以上5%未満であるターゲットが用いられている。
一方、特許文献3には、遮光膜の黒欠陥部分に非励起状態の二フッ化キセノン(XeF2)ガスを供給しつつ、その部分に電子線を照射することで黒欠陥部分をエッチングして除去する欠陥修正技術(以下、このような非励起状態のフッ素系ガスを供給しつつ、電子線等の荷電粒子を照射して行う欠陥修正を単にEB欠陥修正という。)が開示されている。このEB欠陥修正は、当初、EUVリソグラフィ(Extreme Ultraviolet Lithography)用の反射型マスクの吸収体膜における黒欠陥修正に用いられていたが、近年ではMoSi系材料のハーフトーン型位相シフトマスクの黒欠陥修正においても使用されている。
このため、遷移金属シリサイド系材料で透過率10%以上の位相シフト膜を形成する場合、M/[M+Si]比率が0.07以下であることが望まれる。MSiON膜のM/[M+Si]比率を0.07以下とすることで、比較的少ない酸素含有量でArF露光光に対する透過率を10%以上にすることが可能となる。
透光性基板上に、転写パターンを形成するための薄膜を備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、金属、ケイ素および窒素を含有する材料で形成され、
前記薄膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、0.07以下であり、
前記薄膜は、前記透光性基板側とは反対側に、酸素を含有する表層を有し、
前記表層を除いた前記薄膜の内部領域に対して高分解能透過型電子顕微鏡によって顕微鏡像を取得したとき、前記顕微鏡像から特定される窒化ケイ素の微結晶構造が存在する局所構造領域の数が前記内部領域の実面積0.01μm2当たり50個以下であることを特徴とするマスクブランク。
前記薄膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、0.01以上であることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
前記薄膜における窒素および酸素の合計含有量は、30原子%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。
前記表層は、前記表層を除いた前記薄膜の内部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3のいずれかに記載のマスクブランク。
前記薄膜は、金属、ケイ素、窒素および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1から4のいずれかに記載のマスクブランク。
前記薄膜は、位相シフト膜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。
前記位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を5%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光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前記露光光との間で150度以上200度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする構成6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6または7に記載のマスクブランク。
透光性基板上に、転写パターンを有する薄膜を備えた転写用マスクであって、
前記薄膜は、金属、ケイ素および窒素を含有する材料で形成され、
前記薄膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、0.07以下であり、
前記薄膜は、前記透光性基板側とは反対側に、酸素を含有する表層を有し、
前記表層を除いた前記薄膜の内部領域に対して高分解能透過型電子顕微鏡によって顕微鏡像を取得したとき、前記顕微鏡像から特定される窒化ケイ素の微結晶構造が存在する局所構造領域の数が前記内部領域の実面積0.01μm2当たり50個以下であることを特徴とする転写用マスク。
前記薄膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、0.01以上であることを特徴とする構成9記載の転写用マスク。
前記薄膜における窒素および酸素の合計含有量は、30原子%以上であることを特徴とする構成9または10に記載の転写用マスク。
前記表層は、前記表層を除いた前記薄膜の内部領域よりも酸素含有量が多いことを特徴とする構成9から11のいずれかに記載の転写用マスク。
前記薄膜は、金属、ケイ素、窒素および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9から12のいずれかに記載の転写用マスク。
前記薄膜は、位相シフト膜であることを特徴とする構成9から13のいずれかに記載の転写用マスク。
前記位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を5%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光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前記露光光との間で150度以上200度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする構成14記載の転写用マスク。
前記位相シフト膜上に、遮光帯パターンを含む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または15に記載の転写用マスク。
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薄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から16のいずれかに記載の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。
構成17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。
本発明者らは、マスクブランクのガラス基板上に設けられたMoSiONからなる薄膜において、Mo/[Mo+Si]比率が0.07以下の場合であっても、薄膜パターンの黒欠陥部分に対してEB欠陥修正を行った際に、ガラス基板の表面に、ダメージや局所的な掘り込みが生じにくく、かつ、黒欠陥部分に隣接する、本来除去すべきではない薄膜のパターンに側壁方向のエッチングが生じにくいものを得ることを目的として、鋭意検討を行った。
マスクブランク100は、透光性基板1上に、転写パターンを形成するための薄膜である位相シフト2、遮光膜3およびハードマスク膜4がこの順に積層された構造を有する。位相シフト膜2は、金属、ケイ素および窒素を含有する材料で形成され、位相シフト膜2における金属およびケイ素の合計含有量に対する金属の含有量の比率は、0.07以下である。また、位相シフト膜2は、透光性基板1側とは反対側に、酸素を含有する表層を有し、表層を除いた位相シフト膜2の内部領域に対して高分解能透過型電子顕微鏡によって顕微鏡像を取得したとき、顕微鏡像から特定される窒化ケイ素の微結晶構造が存在する局所構造領域の数が上記内部領域の実面積0.01μm2当たり50個以下であることを特徴とする。
位相シフト膜2に含まれる金属として、遷移金属が好ましい。位相シフト膜2に含まれる遷移金属として、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、亜鉛(Zn)、ニオブ(Nb)およびパラジウム(Pd)などが挙げられる。遷移金属以外の金属として、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、スズ(Sn)およびガリウム(Ga)などが挙げられる。位相シフト膜2は2種類以上の金属を含有していてもよい。位相シフト膜2は、ケイ素に加え、いずれの半金属元素を含有してもよい。
金属、ケイ素および窒素を含有する材料で形成される位相シフト膜のパターンの黒欠陥部分のEB欠陥修正では、黒欠陥部分に非励起状態のフッ素系ガスを供給しつつ、その部分に電子線を照射することで黒欠陥部分をエッチングして除去する。EB欠陥修正で使用するフッ素系ガスとして、XeF2、XeF4、XeF6、XeOF2、XeOF4、XeO2F2、XeO3F2、XeO2F4、ClF3、ClF、BrF5、BrF、IF3、IF5などが挙げられ、特にXeF2が好適である。
表面酸化層(表層)は、位相シフト膜2の上に遮光膜3等の他の膜が形成される前にその位相シフト膜2に対して酸素含有雰囲気中での加熱処理を行うことで形成されることが好ましい。成膜後の加熱処理により、位相シフト膜2の膜応力を低減することもできる。表面酸化層は、その他の種々の酸化処理により形成することもできる。この酸化処理としては、例えば、酸素を含有する気体中におけるフラッシュランプ等による光照射処理、オゾンや酸素プラズマを最上層に接触させる処理などが挙げられる。フラッシュランプ等による光照射処理では、位相シフト膜2の膜応力を低減することもできる。位相シフト膜2の表面酸化層は、厚さが1nm以上であると好ましく、1.5nm以上であるとより好ましい。また、位相シフト膜2の表面酸化層は、厚さが5nm以下であると好ましく、3nm以下であるとより好ましい。表面酸化層の厚さは、表面酸化層を除いた位相シフト膜2の内部領域の厚さより非常に小さいので、表面酸化層がEB欠陥修正に与える影響を考慮する必要はない。
例えば、位相シフト膜2が、遷移金属、ケイ素、窒素および酸素を含有する材料で形成される場合、遷移金属シリサイドターゲットまたは遷移金属シリサイドに半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素を含有する材料からなるターゲットを用い、窒素ガスと酸素ガスと貴ガスとを含むスパッタリングガスまたは一酸化窒素ガスと貴ガスとを含むスパッタリングガス中での反応性スパッタリングによって形成される。また、例えば、位相シフト膜2が、遷移金属、ケイ素および窒素を含有する材料で形成される場合、遷移金属シリサイドターゲットまたは遷移金属シリサイドに半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素を含有する材料からなるターゲットを用い、窒素ガスと貴ガスとを含むスパッタリングガス中での反応性スパッタリングによって形成される。
スパッタリングガスとして用いる貴ガスの種類に制限はないが、アルゴン、クリプトン、キセノンを用いることが好ましい。また、位相シフト膜2の応力を緩和するために、原子量の小さいヘリウム、ネオンを位相シフト膜2に積極的に取りこませることができる。
遮光膜3を形成するケイ素を含有する材料には、遷移金属を含有させてもよく、遷移金属以外の金属元素を含有させてもよい。遮光膜3に遷移金属を含有させると、含有させない場合に比べて遮光性能が大きく向上し、遮光膜の厚さを薄くすることが可能となる。遮光膜3に含有させる遷移金属としては、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、パラジウム(Pd)等のいずれか1つの金属またはこれらの金属の合金が挙げられる。
一方、遮光膜3を形成するケイ素を含有する材料として、ケイ素および窒素からなる材料、またはケイ素および窒素からなる材料に半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素を含有する材料を適用してもよい。
転写用マスク200は、透光性基板1上に、転写パターンを有する薄膜である位相シフト2と、遮光帯を含むパターンを有する遮光膜3がこの順に積層された構造を有する。転写用マスク200は、透光性基板1上に、転写パターンを有する位相シフト膜2(位相シフトパターン2a)を備え、位相シフト膜2は、金属、ケイ素および窒素を含有する材料で形成され、位相シフト膜2における金属およびケイ素の合計含有量に対する金属の含有量の比率は、0.07以下であり、位相シフト膜2は、透光性基板1側とは反対側に、酸素を含有する表層を有し、表層を除いた位相シフト膜2の内部領域に対して高分解能透過型電子顕微鏡によって顕微鏡像を取得したとき、顕微鏡像から特定される窒化ケイ素の微結晶構造が存在する局所構造領域の数が上記内部領域の実面積0.01μm2当たり50個以下であることを特徴とする。
[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6.25mm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、端面および主表面が所定の表面粗さ(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が施されたものであった。
また、非加熱処理品の位相シフト膜をX線回折(XRD:X−ray Diffraction)による分析を行ったところ、格子面間隔dは4.361オングストロームであった。
また、XPSによる分析で非加熱処理品の位相シフト膜の各結合状態の存在比率を測定したところ、SiN結合が12.96%、Si3N4結合が82.58%、SiOまたはSiONのどちらかと認められる結合が4.45%であった。
また、非加熱処理品と同様に低温加熱処理品の位相シフト膜の各結合状態の存在比率をXPSによる分析で測定したところ、SiN結合が11.16%、Si3N4結合が82.75%、SiOまたはSiONのどちらかと認められる結合が6.09%であった。低温加熱処理品のSi3N4結合の割合は非加熱処理品の場合より大きいため、低温加熱処理品の方が非加熱処理品より位相シフト膜の結晶化が進んでいると考えられる。低温加熱処理品のSi3N4結合の割合は後述する高温加熱処理品の場合より小さいため、低温加熱処理品の方が高温加熱処理品より位相シフト膜の結晶化が進んでいないと考えられる。
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200を作製した。
[マスクブランクの製造]
比較例1のマスクブランクは、位相シフト膜の加熱処理の加熱温度を変更した以外は、実施例1のマスクブランク100と同様の手順で作製された。
また、非加熱処理品と同様に高温加熱処理品の位相シフト膜の格子面間隔dをXRDによる分析で測定したところ、格子面間隔dは4.104オングストロームであった。高温加熱処理品の格子面間隔dは非加熱処理品および低温加熱処理品の場合より小さいため、高温加熱処理品の方が非加熱処理品および低温加熱処理品より位相シフト膜の結晶化が進んでいると考えられる。
また、非加熱処理品と同様に高温加熱処理品の位相シフト膜の各結合状態の存在比率をXPSによる分析で測定したところ、SiN結合が10.86%、Si3N4結合が84.19%、SiOまたはSiONのどちらかと認められる結合が4.95%であった。高温加熱処理品のSi3N4結合の割合は非加熱処理品および低温加熱処理品の場合より大きいため、高温加熱処理品の方が非加熱処理品および低温加熱処理品より位相シフト膜の結晶化が進んでいると考えられる。
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の転写用マスクを作製した。
2 位相シフト膜
2a 位相シフトパターン
3 遮光膜
3a,3b 遮光パターン
4 ハードマスク膜
4a ハードマスクパターン
5a 第1のレジストパターン
6b 第2のレジストパターン
100 マスクブランク
200 転写用マスク
Claims (19)
- 透光性基板上に、転写パターンを形成するための薄膜を備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、金属、ケイ素および窒素を含有する材料で形成され、
前記薄膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、0.07以下であり、
前記薄膜は、前記透光性基板側とは反対側に、酸素を含有する表層を有し、
前記表層を除いた前記薄膜の内部領域に対して高分解能透過型電子顕微鏡によって顕微鏡像を取得したとき、前記顕微鏡像から特定される窒化ケイ素の微結晶構造が存在する局所構造領域の数が前記内部領域の実面積0.01μm2当たり50個以下であることを特徴とするマスクブランク。 - 前記薄膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、0.01以上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。
- 前記薄膜における窒素および酸素の合計含有量は、30原子%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。
- 前記表層は、前記表層を除いた前記薄膜の内部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。
- 前記薄膜は、金属、ケイ素、窒素および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4のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記薄膜は、位相シフト膜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。
- 前記位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を5%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光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前記露光光との間で150度以上200度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする請求項6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6または7に記載のマスクブランク。
- 透光性基板上に、転写パターンを有する薄膜を備えた転写用マスクであって、
前記薄膜は、金属、ケイ素および窒素を含有する材料で形成され、
前記薄膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、0.07以下であり、
前記薄膜は、前記透光性基板側とは反対側に、酸素を含有する表層を有し、
前記表層を除いた前記薄膜の内部領域に対して高分解能透過型電子顕微鏡によって顕微鏡像を取得したとき、前記顕微鏡像から特定される窒化ケイ素の微結晶構造が存在する局所構造領域の数が前記内部領域の実面積0.01μm2当たり50個以下であることを特徴とする転写用マスク。 - 前記薄膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、0.01以上であることを特徴とする請求項9記載の転写用マスク。
- 前記薄膜における窒素および酸素の合計含有量は、30原子%以上であることを特徴とする請求項9または10に記載の転写用マスク。
- 前記表層は、前記表層を除いた前記薄膜の内部領域よりも酸素含有量が多いことを特徴とする請求項9から11のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記薄膜は、金属、ケイ素、窒素および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9から12のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記薄膜は、位相シフト膜であることを特徴とする請求項9から13のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を5%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光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前記露光光との間で150度以上200度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする請求項14記載の転写用マスク。
- 前記位相シフト膜上に、遮光帯パターンを含む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または15に記載の転写用マスク。
- 請求項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薄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9から16のいずれかに記載の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。
- 請求項17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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