JP5123349B2 - Multi-tone mask manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置(Liquid Crystal Display:以下、LCDと呼ぶ。)、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイなどのFPD(フラットパネルディスプレイ)デバイス製造に用いられる多階調マスクの製造方法、およびこの多階調マスクの製造方法に使用されるエッチング装置に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a multi-tone mask used for manufacturing an FPD (flat panel display) device such as a liquid crystal display (hereinafter referred to as LCD), a plasma display, an organic EL display, and the like. The present invention relates to an etching apparatus used in a method for manufacturing a gradation mask.

現在、FPDの分野において、なかでもLCDの分野においては、薄膜トランジスタ液晶表示装置(ThinFilm Transistor Liquid Crystal Display:以下、TFT−LCDと呼ぶ。)は、薄型にしやすく消費電力が低いという利点から、現在商品化が急速に進んでいる。TFT−LCDは、マトリックス状に配列された各画素にTFTが配列された構造のTFT基板と、各画素に対応して、レッド、グリーン、及びブルーの画素パターンが配列されたカラーフィルタが液晶相の介在の下に重ね合わされた概略構造を有する。TFT−LCDでは、製造工程数が多く、TFT基板だけでも5〜6枚のフォトマスクを用いて製造されていた。このような状況の下、TFT基板の製造をより少ないフォトマスクを用いて行う方法が提案されている。   At present, in the field of FPD, especially in the field of LCD, thin film transistor liquid crystal display (hereinafter referred to as TFT-LCD) is a current product due to the advantage of being thin and easy to consume. The process is progressing rapidly. A TFT-LCD includes a TFT substrate having a structure in which TFTs are arranged in pixels arranged in a matrix, and a color filter in which red, green, and blue pixel patterns are arranged corresponding to each pixel. It has a schematic structure superimposed under the intervention of. In TFT-LCD, the number of manufacturing processes is large, and the TFT substrate alone is manufactured using 5 to 6 photomasks. Under such circumstances, a method for manufacturing a TFT substrate using a smaller number of photomasks has been proposed.

この方法は、遮光部と透光部と半透光部を有するフォトマスクを用いることにより、使用するマスク枚数を低減するというものである。ここで、半透光部とは、マスクを使用してパターンを被転写体に転写する際、透過する露光光の透過量を所定量低減させ、被転写体上のフォトレジスト膜の現像後の残膜量を制御する部分をいい、そのような半透光部を、遮光部、透光部とともに備えているフォトマスクを一般にグレートーンマスクという。所定の露光光透過率を有する半透光部を、遮光部、透光部とともに備えているグレートーンマスクを用いることにより、被転写体上のフォトレジストに、3階調の残膜値の異なる部分を含む所望の転写パターンを形成することができ、また、露光光透過率の異なる複数の半透光部を、遮光部、透光部とともに備えているグレートーンマスクを用いることにより、さらに多い4階調以上の転写パターンを形成することができるので、このようなグレートーンマスクを本発明では、「多階調マスク」と呼ぶことにする。   In this method, the number of masks to be used is reduced by using a photomask having a light shielding portion, a light transmitting portion, and a semi-light transmitting portion. Here, the semi-transparent portion means that when a pattern is transferred to a transfer object using a mask, the amount of exposure light transmitted therethrough is reduced by a predetermined amount, and the photoresist film on the transfer object after development is developed. A portion that controls the amount of remaining film is referred to, and a photomask having such a semi-transparent portion together with a light-shielding portion and a translucent portion is generally called a gray tone mask. By using a gray tone mask having a semi-translucent portion having a predetermined exposure light transmittance together with a light-shielding portion and a translucent portion, the remaining film values of three gradations are different in the photoresist on the transfer target. A desired transfer pattern including a portion can be formed, and more by using a gray-tone mask having a plurality of semi-transparent portions having different exposure light transmittances together with a light-shielding portion and a translucent portion. Since a transfer pattern having four or more gradations can be formed, such a gray tone mask is referred to as a “multi-tone mask” in the present invention.

ところで、多階調マスクにおいて、上記半透光部が、多階調マスクを使用する露光機の解像限界以下の微細パターンで形成されている構造のものが知られている。多階調マスクを使用する露光機の解像限界は、多くの場合、ステッパ方式の露光機で約3μm、ミラープロジェクション方式の露光機で約4μmである。しかし、このような微細パターンタイプの半透光部は、半透光部の設計、具体的には遮光部と透光部の中間的なハーフトーン効果を持たせるための微細パターンをライン・アンド・スペースタイプにするのかドット(網点)タイプにするのか、或いはその他のパターンにするのかの選択があり、さらにライン・アンド・スペースタイプの場合、線幅をどのくらいにするのか、光が透過する部分と遮光される部分の比率をどうするか、全体の透過率をどの程度に設計するかなど、非常に多くのことを考慮して設計がなされなければならない。また、マスクの製造においても、線幅の中心値の管理、マスク内の線幅のばらつき管理など、非常に難しい生産技術が要求されていた。   By the way, a multi-tone mask having a structure in which the semi-translucent portion is formed with a fine pattern below the resolution limit of an exposure machine using the multi-tone mask is known. In many cases, the resolution limit of an exposure device using a multi-tone mask is about 3 μm for a stepper type exposure device and about 4 μm for a mirror projection type exposure device. However, such a semi-transparent part of the fine pattern type is designed to produce a semi-transparent part, specifically, a fine pattern for providing a halftone effect intermediate between the light-shielding part and the translucent part. -There is a choice between a space type, a dot (halftone dot) type, or another pattern, and in the case of the line and space type, how much the line width should be, The design must be made in consideration of a great number of things, such as what should be done with the ratio of the light-shielded portion and how much the overall transmittance should be designed. Also in the mask manufacturing, extremely difficult production techniques such as management of the center value of the line width and management of variation in the line width within the mask have been required.

そこで、半透光部を光半透過性の半透光膜で形成することが従来提案されている。この半透光膜を用いることで半透光部での露光量を低減させて露光することが出来る。半透光膜を用いる場合、設計においては全体の透過率がどのくらい必要かを検討し、マスクにおいては半透光膜の膜種(素材)であるとか膜厚を選択することでマスクの生産が可能となる。従って、多階調マスクの製造では半透光膜の膜厚制御を行うだけで足り、比較的管理が容易である。また、例えばTFTのチャンネル部を多階調マスクの半透光部で形成する場合、半透光膜であればフォトリソグラフィー工程により容易にパターニングできるので、複雑なパターン形状のTFTチャンネル部であっても高精度のパターン形成が可能であるという利点もある。   Therefore, it has been conventionally proposed to form the semi-translucent portion by a semi-translucent film that is translucent. By using this semi-transparent film, exposure can be performed while reducing the exposure amount in the semi-translucent portion. When using a semi-transparent film, consider how much the overall transmittance is necessary in the design, and in the mask, select the film type (material) of the semi-translucent film or select the film thickness to produce the mask. It becomes possible. Therefore, in the manufacture of the multi-tone mask, it is sufficient to control the thickness of the semi-translucent film, and the management is relatively easy. For example, when the TFT channel portion is formed by a semi-transparent portion of a multi-tone mask, a semi-transparent film can be easily patterned by a photolithography process. There is also an advantage that a highly accurate pattern can be formed.

多階調マスクの半透光部を半透光膜で形成する場合、半透光膜の材料として例えばモリブデン等の金属のシリサイド化合物が広く知られている。また、金属のシリサイド化合物以外の半透光膜の材料としては、例えばタンタルを主成分とする材料が従来提案されている(特許文献1、特許文献2)。特に、タンタルを主成分とする材料は、膜厚の調整によって露光光透過率の調整が容易であること、FPD用露光機で広く用いられている超高圧水銀ランプを光源とする多色露光の露光波長帯域であるi線〜g線にわたる波長領域において波長変化に対する透過率変化が小さいこと(波長依存性が小さい、フラットな分光特性を有すること)などの利点がある。   When the semi-transparent portion of the multi-tone mask is formed of a semi-transparent film, a metal silicide compound such as molybdenum is widely known as a material of the semi-transparent film. As materials for the semi-transparent film other than the metal silicide compound, for example, materials mainly composed of tantalum have been conventionally proposed (Patent Documents 1 and 2). In particular, tantalum-based materials are easy to adjust the exposure light transmittance by adjusting the film thickness, and can be used for multicolor exposure using an ultra-high pressure mercury lamp widely used in FPD exposure machines as a light source. There are advantages such as a small change in transmittance with respect to a change in wavelength in the wavelength range from the i-line to the g-line that is the exposure wavelength band (small wavelength dependence and flat spectral characteristics).

上記多階調マスクは、たとえば、合成石英ガラス等の透光性基板上に金属シリサイドやタンタルを主成分とする材料からなる半透光膜とクロムを主成分とする材料からなる遮光膜とをこの順に積層したマスクブランクを用いて、上記遮光膜および半透光膜をそれぞれ所望にパターニングし、遮光部、透光部および半透光部からなる転写パターンを形成することによって製造される。   The multi-tone mask includes, for example, a translucent film made of a material mainly containing metal silicide or tantalum and a light-shielding film made of a material mainly made of chromium on a light-transmitting substrate such as synthetic quartz glass. Using the mask blanks laminated in this order, the light-shielding film and the semi-translucent film are respectively patterned as desired to produce a transfer pattern composed of the light-shielding part, the translucent part, and the semi-translucent part.

特開2008−249950号公報JP 2008-249950 A 特開2002−196473号公報JP 2002-196473 A

上述の多階調マスクの製造方法においては、上記マスクブランクの遮光膜上に形成された透光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとして、遮光膜をエッチングすることにより、前記遮光膜に透光部のパターンを形成する工程と、前記遮光膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、前記半透光膜をエッチングすることにより透光性基板表面を露出させて透光部を形成する工程と、前記遮光膜上に形成された遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとして、遮光膜をエッチングすることにより、前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程とを有する。   In the above multi-tone mask manufacturing method, the light-shielding film is etched by using the resist film having the pattern of the light-transmitting portion formed on the light-shielding film of the mask blank as a mask. Forming a light-transmitting part by exposing the surface of the light-transmitting substrate by etching the semi-light-transmitting film using the pattern of the light-transmitting part formed on the light shielding film as a mask. And a step of forming a light shielding portion pattern on the light shielding film by etching the light shielding film using a resist film having a light shielding portion pattern formed on the light shielding film as a mask.

上記エッチング工程は、いわゆるウェットエッチングあるいはドライエッチングにより行うことができるが、近年のFPDデバイスの大型化の傾向に伴い、そのFPDデバイス製造に用いる多階調マスクについても基板サイズの大型化が進んでいるため、大型のマスク製造の際に、ドライエッチングを行おうとすると、プラズマを発生させる必要があることから、LSI用途に比べて非常に大きなサイズである大型マスクブランクの主表面の全面に対してプラズマを発生させることができるプラズマ発生装置が必要となり、非常に高価なドライエッチング装置を導入しなければならず、生産コストを考えると、ドライエッチングによる方法は現実的ではなくなってきている。   Although the etching process can be performed by so-called wet etching or dry etching, the substrate size of a multi-tone mask used for manufacturing the FPD device has been increased with the recent trend of increasing the size of the FPD device. Therefore, it is necessary to generate plasma when trying to perform dry etching when manufacturing a large mask. Therefore, it is necessary to generate plasma on the entire main surface of a large mask blank that is very large compared to LSI applications. A plasma generator capable of generating plasma is required, and a very expensive dry etching apparatus must be introduced. In view of production cost, the dry etching method has become impractical.

一方、ウェットエッチングによればこのような課題は特に生じない。クロムを主成分とする材料からなる遮光膜のエッチング液としては、通常、硝酸第2セリウムアンモニウムと過塩素酸を含むエッチング液が用いられる。また、金属シリサイドを主成分とする材料からなる半透光膜のエッチング液としては、例えば、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含むエッチング液が用いられる。さらに、タンタルを主成分とする材料からなる半透光膜のエッチング液としては、50℃以上に加熱された水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液が用いられる。   On the other hand, the wet etching does not cause such a problem. As the etching solution for the light-shielding film made of a material containing chromium as a main component, an etching solution containing ceric ammonium nitrate and perchloric acid is usually used. In addition, as an etching solution for the semi-transparent film made of a material mainly containing metal silicide, for example, an etching solution containing ammonium hydrogen fluoride and hydrogen peroxide is used. Further, as an etching solution for a semi-transparent film made of a material mainly composed of tantalum, an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide heated to 50 ° C. or higher is used.

本発明者の検討によると、タンタルを主成分とする材料からなる半透光膜の場合、アルカリ水溶液に対するエッチングレートがあまり大きくないため、アルカリ水溶液を用いたウェットエッチングによって上記半透光膜を除去すると、露出したガラス基板表面にピット状の凹部が形成されてしまうという多階調マスクとしては大きな問題が発生することが判明した。   According to the inventor's study, in the case of a semi-transparent film made of a material containing tantalum as a main component, the etching rate with respect to the alkaline aqueous solution is not so large, so the semi-transparent film is removed by wet etching using the alkaline aqueous solution. Then, it turned out that a big problem generate | occur | produces as a multi-tone mask that a pit-shaped recessed part will be formed in the exposed glass substrate surface.

ガラス基板表面を露出させるウェットエッチングによって多階調マスクの透光部を形成するため、透光部を構成するガラス基板表面にピット状の凹部が発生してしまうと、透過率は大幅に低下してしまう。半透光膜をエッチングするパターン形状のエッチングし易さによってエッチング時間に差が生じることから、エッチング時間を厳密に調整してもピット状の凹部の発生を抑制することは難しい。このような多階調マスクを使用して被転写体のフォトレジスト膜にパターンを露光転写した場合、フォトレジスト膜を現像した後の残膜量制御の精度が低いという問題が発生する。   Since the translucent part of the multi-tone mask is formed by wet etching that exposes the surface of the glass substrate, if pit-shaped recesses are generated on the glass substrate surface constituting the translucent part, the transmittance is greatly reduced. End up. Since the etching time varies depending on the ease of etching of the pattern shape for etching the semi-transparent film, it is difficult to suppress the formation of pit-shaped recesses even if the etching time is adjusted strictly. When such a multi-tone mask is used to expose and transfer the pattern onto the photoresist film of the transfer target, there is a problem that the accuracy of the remaining film amount control after developing the photoresist film is low.

一方、金属シリサイドを主成分とする材料からなる半透光膜の場合、ガラス基板表面にピット状の凹部が発生するような問題は発生していない。しかし、半透光膜に形成するパターンの微細化が進んでおり、レジストパターンや遮光膜パターンの面内の粗密差がより大きくなってきている。半透光膜のエッチング時、疎なパターン部分ではエッチャントが入れ替わりやすくエッチングレートが速くなる傾向が生じ、密なパターン部分ではエッチャントが入れ替わりにくくエッチングレートが遅くなる傾向が生じる。この差は、エッチング後の半透光膜パターンのCD面内均一性に大きく影響する。特に、ウェットエッチングの場合、密なパターンでは、ドライエッチングのエッチングガスに比べてエッチング液の入れ替わりが悪く、半透光膜のCD面内均一性が低くなる傾向があるという問題がある。   On the other hand, in the case of a semi-transparent film made of a material containing metal silicide as a main component, there is no problem that a pit-shaped recess is generated on the glass substrate surface. However, the miniaturization of the pattern formed on the semi-transparent film is progressing, and the in-plane roughness difference between the resist pattern and the light shielding film pattern is increasing. At the time of etching the semi-transparent film, the etchant tends to be easily replaced in a sparse pattern portion, and the etching rate tends to be fast. In the dense pattern portion, the etchant is difficult to replace and the etching rate tends to be slow. This difference greatly affects the in-CD uniformity of the semi-transparent film pattern after etching. In particular, in the case of wet etching, there is a problem that in a dense pattern, the replacement of the etching solution is poor as compared with the etching gas for dry etching, and the CD in-plane uniformity of the semi-translucent film tends to be low.

一方、多階調マスクの半透光膜に適用する金属材料として、タンタル以外にも、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)などがこれまで検討されている。これらの金属材料の半透光膜をウェットエッチングするエッチング液としては、アルカリ水溶液などが検討されているが、タンタルの場合と同様、透光性基板との間で十分なエッチング選択性が得ることは難しい。また、半透光膜のCD面内均一性も良好とは言い難いという問題もある。   On the other hand, as a metal material applied to the semi-transparent film of the multi-tone mask, in addition to tantalum, hafnium (Hf), zirconium (Zr), tungsten (W), zinc (Zn), molybdenum (Mo), titanium ( Ti), vanadium (V), yttrium (Y), rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al), germanium (Ge), tin ( Sn) and the like have been studied so far. As an etching solution for wet-etching the semi-transparent film of these metal materials, an alkaline aqueous solution or the like has been studied. However, as in the case of tantalum, sufficient etching selectivity with a translucent substrate is obtained. Is difficult. In addition, there is also a problem that it is difficult to say that the in-CD uniformity of the semi-transparent film is good.

近年のFPDデバイスの低価格化競争は厳しくなる一方であり、多階調マスクの製造コストの抑制も重要な課題となっている。このような背景から、マスクブランクを用いて作製された多階調マスクにおいて修正が困難なパターン欠陥が発見された該多階調マスクを不良品としてそのまま廃棄せずに、基板上から薄膜を剥離除去して基板を再生する方法が要望されている。
このような基板表面に発生したダメージを完全に除去して基板を再生するには、再研磨し、しかも研磨取代を多く取る必要がある。成膜前のガラス基板の表面研磨は、通常、粗研磨から精密研磨に至る複数段階の研磨工程を経て行われている。再研磨する場合、上記のように研磨取代を多く取る必要があるため、複数段階の研磨工程のうちの初期段階へ戻す必要が生じ、再研磨加工に長時間を要するので、再研磨の工程負荷が大きく、コストが高くなる。つまり、上記のタンタルを主成分とする材料からなる半透光膜に対してアルカリ水溶液を用いてウェットエッチングする工程を含む製造方法によって多階調マスクを製造する場合、得られたマスクにおいて修正が困難なパターン欠陥が発見された該マスクを不良品としてそのまま廃棄せずに、基板上から遮光膜および半透光膜を前記のエッチング液で剥離除去して基板を再生する場合にコストがかかってしまう。
In recent years, competition for lowering the price of FPD devices has become more severe, and it has become an important issue to reduce the manufacturing cost of multi-tone masks. Against this background, a pattern defect that is difficult to correct in a multi-tone mask manufactured using a mask blank was found. The multi-tone mask was peeled off from the substrate without being discarded as a defective product. There is a need for a method of removing and recycling the substrate.
In order to completely remove the damage generated on the surface of the substrate and regenerate the substrate, it is necessary to re-polish and take a lot of polishing allowance. Surface polishing of a glass substrate before film formation is usually performed through a plurality of stages of polishing steps from rough polishing to precision polishing. When re-polishing, since it is necessary to take a lot of polishing allowance as described above, it is necessary to return to the initial stage of the multi-step polishing process, and the re-polishing process takes a long time, so the re-polishing process load Is large and the cost is high. In other words, when a multi-tone mask is manufactured by a manufacturing method including a step of performing wet etching using an alkaline aqueous solution on a semi-transparent film made of a material containing tantalum as a main component, the obtained mask is corrected. It is costly to regenerate the substrate by stripping and removing the light-shielding film and the semi-transparent film from the substrate with the etching solution without discarding the mask in which a difficult pattern defect is found as a defective product. End up.

また、金属およびケイ素を主成分とする材料からなる半透光膜を有する多階調マスクから基板を再生する場合においても、前記のエッチング液で剥離した基板の平坦度の悪化は避けられず、平坦度修正のために研磨取り代を多くとる必要が生じるため、基板を再生する場合にコストがかかってしまう。   Further, even when the substrate is reproduced from a multi-tone mask having a semi-transparent film made of a material mainly composed of metal and silicon, the flatness of the substrate peeled off by the etching solution is unavoidable, Since it is necessary to make a lot of polishing allowance for correcting the flatness, it is costly to regenerate the substrate.

そこで本発明は、このような従来の種々の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、大がかりで非常に高価なドライエッチング装置を必要とせず、半透光膜にパターンを形成したときのCD面内均一性がウェットエッチングの場合よりも高く、基板を再生する場合の再研磨の工程負荷が少なくなることで基板の再生コストを低減でき、特に、タンタルを主成分とする半透光膜の場合においては、マスク製造段階での基板表面にピット状の凹部が発生することを抑制できる多階調マスクの製造方法、およびこの多階調マスクの製造方法で使用するエッチング装置を提供することである。   Therefore, the present invention has been made in view of such various problems of the prior art, and the object of the present invention is to provide a pattern on a semi-transparent film without requiring a large and very expensive dry etching apparatus. The CD in-plane uniformity when formed is higher than that in the case of wet etching, and the re-grinding process load when the substrate is regenerated can reduce the regeneration cost of the substrate. In particular, tantalum is the main component. In the case of a semi-transparent film, a multi-tone mask manufacturing method capable of suppressing the formation of pit-shaped recesses on the substrate surface at the mask manufacturing stage, and an etching apparatus used in the multi-tone mask manufacturing method Is to provide.

本発明者は、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜をエッチングする際、特定のフッ素系化合物、すなわち塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、およびキセノン(Xe)のうちのいずれかの元素とフッ素(F)との化合物(以下、本発明のフッ素系化合物と呼ぶ。)を含む非励起状態の物質を用いることにより、ウェットエッチングの場合よりもエッチング後の半透光膜パターンのCD面内均一性を高くすることができることを見出した。特に、タンタルを含有する材料からなる半透光膜をエッチングする場合においては、本発明のフッ素系化合物を含む非励起状態の物質を用いることにより、半透光膜がエッチングにより除去された後の基板の表面にピット状の凹欠陥が発生することを抑制できることを見い出した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found a material containing metal and silicon, or tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tungsten (W), zinc (Zn). , Molybdenum (Mo), titanium (Ti), vanadium (V), yttrium (Y), rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al) When etching a semi-transparent film made of a material containing one or more metals selected from germanium (Ge) and tin (Sn), specific fluorine compounds, that is, chlorine (Cl), bromine (Br), iodine A non-compound containing a compound of any one of (I) and xenon (Xe) and fluorine (F) (hereinafter referred to as a fluorine-based compound of the present invention). By using the material of the raised state, than in the case of wet etching it has been found that it is possible to increase the CD-plane uniformity of the semi-transparent film pattern after etching. In particular, when etching a semi-transparent film made of a material containing tantalum, by using a non-excited substance containing the fluorine-based compound of the present invention, the semi-transparent film is removed by etching. It has been found that the occurrence of pit-like concave defects on the surface of the substrate can be suppressed.

本発明者は、以上の解明事実に基づき、さらに鋭意研究を続けた結果、本発明を完成したものである。
すなわち、上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
(構成1)
透光性基板上に、遮光部、透光部、および露光光の一部を透過する半透光部からなる転写パターンを有する多階調マスクの製造方法において、透光性基板上に、金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜と、クロム(Cr)を含有する材料からなる遮光膜とをこの順に積層したマスクブランクを用意する工程と、前記遮光膜に透光部のパターンを形成する工程と、前記遮光膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、前記半透光膜を、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、およびキセノン(Xe)のうちのいずれかの元素とフッ素(F)との化合物を含む非励起状態の物質によってエッチングする工程と、前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程とを有することを特徴とする多階調マスクの製造方法である。
(構成2)
前記遮光膜に透光部のパターンを形成する工程は、前記遮光膜上に形成された透光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとしたウェットエッチングによって行うことを特徴とする構成1に記載の多階調マスクの製造方法である。
The present inventor completed the present invention as a result of further intensive studies based on the above elucidated facts.
That is, in order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
(Configuration 1)
In a method for manufacturing a multi-tone mask having a light-transmitting portion, a light-transmitting portion, and a semi-transparent portion that transmits part of exposure light on a light-transmitting substrate, a metal is formed on the light-transmitting substrate. And silicon-containing material, or tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tungsten (W), zinc (Zn), molybdenum (Mo), titanium (Ti), vanadium (V), yttrium ( One or more metals selected from Y), rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al), germanium (Ge) and tin (Sn) A step of preparing a mask blank in which a semi-transparent film made of a material containing and a light-shielding film made of a material containing chromium (Cr) are laminated in this order; and Using the step of forming a turn and the pattern of the light-transmitting portion formed on the light-shielding film as a mask, the semi-light-transmitting film is made into chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), and xenon (Xe). A step of etching with a non-excited substance containing a compound of any one of the above elements and fluorine (F), and a step of forming a pattern of a light shielding part on the light shielding film. It is a manufacturing method of a tone mask.
(Configuration 2)
The process of forming a light-transmitting part pattern on the light-shielding film is performed by wet etching using a resist film having a light-transmitting part pattern formed on the light-shielding film as a mask. It is a manufacturing method of a multi-tone mask.

(構成3)
透光性基板上に、遮光部、透光部、および露光光の一部を透過する半透光部からなる転写パターンを有する多階調マスクの製造方法において、透光性基板上に、金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜と、クロム(Cr)を含有する材料からなる遮光膜とをこの順に積層したマスクブランクを用意する工程と、前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程と、前記遮光膜および半透光膜上に透光部のパターンを有するレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、前記半透光膜を、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、およびキセノン(Xe)のうちのいずれかの元素とフッ素(F)との化合物を含む非励起状態の物質によってエッチングする工程と、を有することを特徴とする多階調マスクの製造方法である。
(Configuration 3)
In a method for manufacturing a multi-tone mask having a light-transmitting portion, a light-transmitting portion, and a semi-transparent portion that transmits part of exposure light on a light-transmitting substrate, a metal is formed on the light-transmitting substrate. And silicon-containing material, or tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tungsten (W), zinc (Zn), molybdenum (Mo), titanium (Ti), vanadium (V), yttrium ( One or more metals selected from Y), rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al), germanium (Ge) and tin (Sn) A step of preparing a mask blank in which a semi-transparent film made of a contained material and a light shielding film made of a material containing chromium (Cr) are laminated in this order; A step of forming a turn, a step of forming a resist film having a light-transmitting portion pattern on the light-shielding film and the semi-light-transmitting film, and the pattern of the light-transmitting portion formed in the resist film as a mask. The light-transmitting film is etched with a non-excited substance containing a compound of any element of chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), and xenon (Xe) and fluorine (F). And a process for producing a multi-tone mask.

(構成4)
前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程は、前記遮光膜上に形成された遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとしたウェットエッチングによって行うことを特徴とする構成1乃至3のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法である。
(Configuration 4)
The step of forming a light shielding portion pattern on the light shielding film is performed by wet etching using a resist film having a light shielding portion pattern formed on the light shielding film as a mask. It is a manufacturing method of the multi-tone mask of one term.

(構成5)
前記非励起状態の物質は、ClFガスであることを特徴とする構成1乃至4のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法である。
(構成6)
前記半透光膜中の金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする構成1乃至5のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法である。
(Configuration 5)
5. The multi-tone mask manufacturing method according to any one of Structures 1 to 4, wherein the non-excited substance is ClF 3 gas.
(Configuration 6)
6. The multi-tone mask manufacturing method according to any one of Structures 1 to 5, wherein the metal in the semi-transparent film is molybdenum (Mo).

(構成7)
前記遮光膜は、さらに窒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のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法である。
(構成8)
前記透光性基板は合成石英ガラスからなることを特徴とする構成1乃至7のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法である。
(構成9)
構成1乃至8のいずれかに記載の多階調マスクの製造方法で用いられるエッチング装置であって、前記マスクブランクを設置するステージを有するチャンバーと、前記チャンバー内に非励起状態の物質を供給する非励起物質供給機と、前記チャンバー内から気体を排出する気体排出機とからなることを特徴とするエッチング装置である。
(Configuration 7)
The multi-tone mask manufacturing method according to any one of Structures 1 to 6, wherein the light shielding film is made of a material further containing nitrogen.
(Configuration 8)
The multi-tone mask manufacturing method according to any one of Structures 1 to 7, wherein the translucent substrate is made of synthetic quartz glass.
(Configuration 9)
An etching apparatus used in the method for manufacturing a multi-tone mask according to any one of Structures 1 to 8, wherein a chamber having a stage on which the mask blank is placed and a non-excited substance is supplied into the chamber An etching apparatus comprising: a non-excited substance supply machine; and a gas discharge machine for discharging gas from the chamber.

本発明の多階調マスクの製造方法によれば、金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜は、本発明のフッ素系化合物を含む非励起状態の物質に対してエッチングレートが高く、透光性基板の材料であるガラスは、この非励起状態のフッ素系化合物の物質に対するエッチングレートが大幅に低く、前記金属を含有する材料からなる半透光膜との間で高いエッチング選択性が得られる。これにより、この非励起状態のフッ素系化合物の物質で多階調マスクの透光部となる部分の半透光膜をエッチング除去して多階調マスクを作製した場合、半透光膜パターンのCD面内均一性をウェットエッチングの場合に比べて、向上させることができる。
特に、タンタルを含有する材料からなる半透光膜の場合においては、半透光膜をエッチング除去後、基板表面に発生するピット状の凹欠陥を抑制することができる。これにより、透光部の露光光透過率の面内均一性を高くすることができ、この多階調マスクを用いて被転写体のフォトレジスト膜にパターンを露光転写した場合におけるフォトレジスト膜現像後の残膜量も高い精度で制御することができる。
本発明によれば、フッ素系化合物を含む非励起状態の物質によるエッチングを適用しているため、エッチングを行うチャンバー内はある程度の低圧にできれば十分機能する。このため、ドライエッチング装置のような高真空用の大型チャンバーや、基板主表面全面にプラズマを発生させるための大掛かりなプラズマ発生装置が不要となり、大幅な生産コスト低減を図ることができる。また、高品質の基板を低コストで再生することができるので、特に高付加価値を備えた高価な基材を用いた多階調マスクの基板再生に好適である。
さらに、本発明のエッチング装置を用いることにより、上記の多階調マスクの製造方法を容易に実現できる。
According to the method for manufacturing a multi-tone mask of the present invention, a material containing metal and silicon, or tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tungsten (W), zinc (Zn), molybdenum ( Mo), titanium (Ti), vanadium (V), yttrium (Y), rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al), germanium ( A semi-transparent film made of a material containing one or more metals selected from Ge) and tin (Sn) has a high etching rate with respect to a non-excited substance containing the fluorine-based compound of the present invention, and is translucent. Glass, which is the material of the substrate, has a significantly low etching rate with respect to this non-excited fluorine-based compound material, and is a semi-translucent material made of a material containing the metal. High etch selectivity is obtained between the. As a result, when the multi-tone mask is manufactured by etching away the semi-transparent film of the portion that becomes the translucent portion of the multi-tone mask with this non-excited fluorine-based compound substance, CD in-plane uniformity can be improved as compared with wet etching.
In particular, in the case of a semi-transparent film made of a material containing tantalum, pit-shaped concave defects generated on the substrate surface after the semi-transparent film is removed by etching can be suppressed. This makes it possible to increase the in-plane uniformity of the exposure light transmittance of the light-transmitting portion, and develop the photoresist film when the pattern is exposed and transferred to the photoresist film of the transfer object using this multi-tone mask. The amount of remaining film can be controlled with high accuracy.
According to the present invention, etching using a non-excited substance containing a fluorine-based compound is applied, so that the chamber in which etching is performed functions sufficiently if the pressure in the chamber can be reduced to a certain level. For this reason, a large chamber for high vacuum such as a dry etching apparatus and a large-scale plasma generation apparatus for generating plasma over the entire main surface of the substrate are not required, and the production cost can be greatly reduced. Further, since a high-quality substrate can be reproduced at a low cost, it is particularly suitable for the reproduction of a multi-tone mask substrate using an expensive base material with high added value.
Furthermore, by using the etching apparatus of the present invention, the above multi-tone mask manufacturing method can be easily realized.

多階調マスクを用いたパターン転写方法を説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the pattern transfer method using a multi-tone mask. 多階調マスクの製造工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of a multi-tone mask. 多階調マスクの製造工程の別の形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows another form of the manufacturing process of a multi-tone mask. 半透光膜のエッチング工程に用いるエッチング装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the etching apparatus used for the etching process of a semi-translucent film.

以下、本発明の実施の形態を詳述する。
図1は、多階調マスクを用いたパターン転写方法を説明するための概略断面図である。図1に示す本発明の多階調マスク20は、例えば液晶表示装置(LCD)の薄膜トランジスタ(TFT)やカラーフィルタ、またはプラズマディスプレイパネル(PDP)などのFPDデバイスを製造するために用いられるものであり、この多階調マスク20を用いて、図1に示す被転写体30上へパターン転写を行うことにより、膜厚が段階的または連続的に異なるレジストパターン33を形成するものである。なお、図1中において符号32A、32Bは、被転写体30において基板31上に積層された膜を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a pattern transfer method using a multi-tone mask. The multi-tone mask 20 of the present invention shown in FIG. 1 is used for manufacturing an FPD device such as a thin film transistor (TFT) or a color filter of a liquid crystal display device (LCD) or a plasma display panel (PDP). A resist pattern 33 having different film thicknesses is formed stepwise or continuously by performing pattern transfer onto the transfer target 30 shown in FIG. 1 using the multi-tone mask 20. In FIG. 1, reference numerals 32 </ b> A and 32 </ b> B denote films stacked on the substrate 31 in the transfer target 30.

上記多階調マスク20は、具体的には、当該多階調マスク20の使用時に露光光を遮光(透過率が略0%)させる遮光部21と、透光性基板1の表面が露出した露光光を透過させる透光部22と、透光部の露光光透過率を100%としたとき透過率を10〜80%、好ましくは20〜60%程度に低減させる半透光部23とを有して構成される。半透光部23は、ガラス基板等の透光性基板1上に光半透過性の半透光膜2が形成されて構成される。また、遮光部21は、透光性基板1上に上記半透光膜2および遮光膜3が積層されて構成される。なお、図1に示す遮光部21、透光部22、及び半透光部23のパターン形状はあくまでも代表的な一例であって、本発明をこれに限定する趣旨ではないことは勿論である。   Specifically, the multi-tone mask 20 exposes the light-shielding portion 21 that shields the exposure light (transmittance is approximately 0%) and the surface of the translucent substrate 1 when the multi-tone mask 20 is used. A translucent portion 22 that transmits exposure light, and a semi-translucent portion 23 that reduces the transmittance to 10 to 80%, preferably about 20 to 60% when the exposure light transmittance of the translucent portion is 100%. It is configured. The translucent part 23 is configured by forming a translucent semi-transparent film 2 on a translucent substrate 1 such as a glass substrate. The light shielding part 21 is configured by laminating the semi-transparent film 2 and the light shielding film 3 on the light transmissive substrate 1. Note that the pattern shapes of the light shielding portion 21, the light transmitting portion 22, and the semi-light transmitting portion 23 shown in FIG. 1 are merely representative examples, and it is needless to say that the present invention is not limited thereto.

本発明においては、上記半透光膜2としては、金属およびケイ素(Si)を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料が用いられ、上記遮光膜3としては、クロム(Cr)を含有する材料が用いられる。
上記遮光部21は、遮光膜3および半透光膜2のそれぞれの膜材質と膜厚との選定によって、好ましくは遮光膜3と半透光膜2の積層構造での光学濃度(OD)を2.8以上(露光光に対する透過率が約0.16%以下)に設定される。また、遮光膜3と半透光膜2の積層構造での光学濃度(OD)を3.0以上(露光光に対する透過率が0.1%以下)に設定すると最適である。上記半透光部23の透過率は、半透光膜2の膜材質と膜厚との選定によって設定される。
In the present invention, the translucent film 2 is made of a material containing metal and silicon (Si), or tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tungsten (W), zinc (Zn). , Molybdenum (Mo), titanium (Ti), vanadium (V), yttrium (Y), rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al) In addition, a material containing one or more metals selected from germanium (Ge) and tin (Sn) is used, and the light shielding film 3 is made of a material containing chromium (Cr).
The light-shielding portion 21 preferably has an optical density (OD) in a laminated structure of the light-shielding film 3 and the semi-transparent film 2 by selecting the film materials and film thicknesses of the light-shielding film 3 and the semi-transparent film 2. 2.8 or more (transmittance to exposure light is about 0.16% or less). Further, it is optimal that the optical density (OD) in the laminated structure of the light shielding film 3 and the semi-transparent film 2 is set to 3.0 or more (transmittance for exposure light is 0.1% or less). The transmittance of the semi-translucent portion 23 is set by selecting the film material and the film thickness of the semi-transparent film 2.

なお、多階調マスク20を用いた露光転写の露光光として超高圧水銀ランプの多色光を光源に使用される場合においては、遮光部21、半透光部23等の光学濃度や透過率は、少なくとも露光光のピーク波長であるi線(波長365nm)、h線(波長405nm)およびg線(波長436nm)のうち少なくとも1つの波長で前記所定の光学濃度や透過率になるように調整する必要がある。また、i線、h線およびg線のいずれの波長においても所定の光学濃度や所定範囲の透過率を満たすように調整することがより望ましい。   In the case where multi-color light from an ultra-high pressure mercury lamp is used as the light source as exposure light for exposure transfer using the multi-tone mask 20, the optical density and transmittance of the light shielding part 21, the semi-transparent part 23, etc. are as follows. And at least one of the peak wavelengths of exposure light, i-line (wavelength 365 nm), h-line (wavelength 405 nm), and g-line (wavelength 436 nm), so that the predetermined optical density and transmittance are adjusted. There is a need. Further, it is more desirable to adjust so as to satisfy a predetermined optical density and a predetermined range of transmittance at any wavelength of i-line, h-line, and g-line.

上述のような多階調マスク20を使用したときに、遮光部21では露光光が実質的に透過せず、半透光部23では露光光が低減されるため、被転写体30上に形成したレジスト膜(例えばポジ型レジスト膜)は、転写後、現像を経たとき遮光部21に対応する部分で膜厚が厚くなり、半透光部23に対応する部分で膜厚がそれよりも薄くなり、透光部22に対応する部分では残膜が実質的に生じない3階調のレジストパターン33を形成する(図1を参照)。このレジストパターン33において、半透光部23に対応する部分で膜厚が薄くなる効果をグレートーン効果という。なお、ネガ型レジストを用いた場合には、遮光部と透光部に対応するレジスト膜厚が逆転することを考慮した設計を行う必要がある。   When the multi-tone mask 20 as described above is used, the exposure light is not substantially transmitted through the light shielding portion 21 and the exposure light is reduced at the semi-transparent portion 23. The resist film (for example, a positive resist film) is thicker at the portion corresponding to the light-shielding portion 21 and is thinner at the portion corresponding to the semi-transparent portion 23 when developed after transfer. Thus, a three-tone resist pattern 33 in which a remaining film does not substantially occur in a portion corresponding to the light transmitting portion 22 is formed (see FIG. 1). In the resist pattern 33, the effect of reducing the film thickness at the portion corresponding to the semi-transparent portion 23 is called a gray tone effect. In the case where a negative resist is used, it is necessary to design in consideration that the resist film thickness corresponding to the light shielding portion and the light transmitting portion is reversed.

そして、図1に示すレジストパターン33の膜のない部分で、被転写体30における例えば膜32A及び32Bに第1エッチングを実施し、レジストパターン33の膜の薄い部分をアッシング等によって除去しこの部分で、被転写体30における例えば膜32Bに第2エッチングを実施する。このようにして、1枚の多階調マスク20を用いて従来のフォトマスク2枚分の工程が実施されることになり、マスク枚数が削減される。   Then, first etching is performed on, for example, the films 32A and 32B of the transfer target 30 in the portion where the resist pattern 33 shown in FIG. 1 is not formed, and the thin portion of the resist pattern 33 is removed by ashing or the like. Then, the second etching is performed on, for example, the film 32 </ b> B in the transfer target 30. In this way, a process for two conventional photomasks is performed using one multi-tone mask 20, and the number of masks is reduced.

なお、図1に示す多階調マスク20は、透光性基板1上に、遮光部21、透光部22、および所定の露光光透過率を有する1つの半透光部23からなる転写パターンを有する3階調マスクであるが、露光光透過率の異なる複数の半透光部を、遮光部、透光部とともに備えることにより、さらに多い4階調以上のマスクとすることができる。   The multi-tone mask 20 shown in FIG. 1 has a transfer pattern comprising a light-shielding portion 21, a light-transmitting portion 22, and one semi-transparent portion 23 having a predetermined exposure light transmittance on the light-transmitting substrate 1. However, if a plurality of semi-transparent portions having different exposure light transmittances are provided together with the light-shielding portion and the light-transmitting portion, the mask can be further increased to four or more gradations.

次に、本発明の多階調マスクの製造方法について説明する。
図2は、多階調マスクの製造工程を工程順に示す概略断面図である。
本実施の形態では、上述の図1に示すような遮光部、透光部および半透光部を備えた3階調マスクを例として説明する。
本実施の形態に使用するマスクブランク10は、透光性基板1上に、金属およびケイ素(Si)を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜2と、クロム(Cr)を含有する材料からなる遮光膜3がこの順に積層され、その上にレジストを塗布してレジスト膜4が形成されている(図2(a)参照)。本実施の形態においては、製造される3階調マスクにおける遮光部の透過率は、上記遮光膜3と半透光膜2の積層によって決定され、それぞれの膜材質と膜厚との選定によって、総和として光学濃度2.8以上に設定されるのが好ましく、3.0以上に設定すると最適である。また、3階調マスクにおける半透光部の透過率は、上記半透光膜2の膜材質と膜厚との選定によって設定され、要求される設計値にもよるが、通常、透光部の露光光透過率を100%としたとき、透過率は例えば10〜80%、好ましくは20〜60%程度に設定されるのが好適である。
Next, the manufacturing method of the multi-tone mask of this invention is demonstrated.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the multi-tone mask in the order of steps.
In this embodiment, a three-tone mask provided with a light shielding portion, a light transmitting portion, and a semi-light transmitting portion as shown in FIG. 1 will be described as an example.
The mask blank 10 used in the present embodiment has a material containing metal and silicon (Si), tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tungsten (W ), Zinc (Zn), molybdenum (Mo), titanium (Ti), vanadium (V), yttrium (Y), rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium (Pd), iron (Fe) ), Aluminum (Al), germanium (Ge), and tin (Sn), a semi-transparent film 2 made of a material containing one or more metals, and a light-shielding film 3 made of a material containing chromium (Cr). The resist film 4 is formed by laminating in this order and applying a resist thereon (see FIG. 2A). In the present embodiment, the transmittance of the light-shielding portion in the manufactured three-tone mask is determined by the lamination of the light-shielding film 3 and the semi-transparent film 2, and by selecting the respective film materials and film thicknesses, The total sum is preferably set to an optical density of 2.8 or higher, and optimally set to 3.0 or higher. Further, the transmissivity of the semi-translucent portion in the three-tone mask is set by the selection of the film material and film thickness of the semi-transparent film 2, and usually depends on the required design value. When the exposure light transmittance is set to 100%, the transmittance is preferably set to about 10 to 80%, preferably about 20 to 60%.

上記マスクブランク用の透光性基板1は、使用する露光波長に対して透明性を有するものであれば特に制限されず、合成石英基板、その他各種のガラス基板(例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス等)が用いられるが、この中でも合成石英基板が特に好ましく用いられる。また、多階調マスクブランクで用いられる透光性基板1は、一般的に一辺が500mm以上である。現状では、基板の短辺×長辺が500mm×800mm〜2140mm×2460mmの範囲の様々なサイズがあり、厚さも10mm〜15mmの範囲のサイズがある。   The translucent substrate 1 for the mask blank is not particularly limited as long as it is transparent to the exposure wavelength to be used, and is a synthetic quartz substrate or other various glass substrates (for example, soda lime glass, aluminosilicate). Among them, a synthetic quartz substrate is particularly preferably used. Moreover, the translucent substrate 1 used in the multi-tone mask blank generally has a side of 500 mm or more. At present, there are various sizes in which the short side × long side of the substrate is in the range of 500 mm × 800 mm to 2140 mm × 2460 mm, and the thickness is in the range of 10 mm to 15 mm.

上記半透光膜2に、金属およびケイ素(Si)を含有する材料を用いる場合、適用可能な金属としては、Mo、Hf、Zr、Ge、Sn、W、Zn、Ni、Y、Ti、V、Rh、Nb、La、Pd、Fe、Ge、Al等が挙げられる。特に、Mo、Hf、Zr、W、Ti、V、Nb、Alを適用した場合、半透光膜を本発明のフッ素系化合物を含む非励起状態の物質によってエッチングする際のエッチングレートを上げることができ、また半透光膜の露光光透過率の波長依存性(特にi線〜g線の波長領域)を小さくすることができ、好ましい。これらの材料の半透光膜2における金属(M)とケイ素(Si)の比率は、M:Si=1:2〜1:19の範囲が好ましい。上記半透光膜2は、遷移金属およびケイ素を含有する材料であると、遷移金属シリサイドを形成するためより望ましい。特に、遷移金属の中でもモリブデン(Mo)が好適である。半透光膜2に、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)を含有する材料の半透光膜2におけるモリブデン(Mo)とケイ素(Si)の比率は、Mo:Si=1:2〜1:19の範囲が好ましい。   When a material containing a metal and silicon (Si) is used for the semi-transparent film 2, applicable metals include Mo, Hf, Zr, Ge, Sn, W, Zn, Ni, Y, Ti, and V. , Rh, Nb, La, Pd, Fe, Ge, Al and the like. In particular, when Mo, Hf, Zr, W, Ti, V, Nb, and Al are applied, the etching rate when the semi-transparent film is etched with a non-excited substance containing the fluorine-based compound of the present invention is increased. In addition, the wavelength dependency of the exposure light transmittance of the translucent film (especially the wavelength region of i-line to g-line) can be reduced, which is preferable. The ratio of metal (M) to silicon (Si) in the semi-transparent film 2 of these materials is preferably in the range of M: Si = 1: 2 to 1:19. The semi-transparent film 2 is more preferably a material containing a transition metal and silicon in order to form a transition metal silicide. In particular, molybdenum (Mo) is preferable among the transition metals. The ratio of molybdenum (Mo) to silicon (Si) in the semi-transparent film 2 made of a material containing molybdenum (Mo) and silicon (Si) in the semi-transparent film 2 is Mo: Si = 1: 2 to 1: A range of 19 is preferred.

金属およびケイ素(Si)を含有する材料を用いる半透光膜2は、さらに窒素を含有する材料としてもよい。窒素を含有させることで、膜の結晶粒径が微細化され、膜応力が低減され、透光性基板1との密着性が向上する効果がある。金属およびケイ素(Si)を含有する材料に、窒素や炭素等の元素を含有させる場合、これらの元素の含有量は、40原子%以下、さらには30原子%以下とすることが好ましい。これにより、半透光膜2を本発明のフッ素系化合物を含む非励起状態の物質によってエッチングする際のエッチングレートを上げることができる。   The translucent film 2 using a material containing metal and silicon (Si) may be a material further containing nitrogen. By containing nitrogen, the crystal grain size of the film is refined, the film stress is reduced, and the adhesiveness with the translucent substrate 1 is improved. When a material containing metal and silicon (Si) contains elements such as nitrogen and carbon, the content of these elements is preferably 40 atomic% or less, more preferably 30 atomic% or less. Thereby, the etching rate at the time of etching the semi-transparent film 2 with the non-excited substance containing the fluorine-based compound of the present invention can be increased.

上記半透光膜2にタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料を適用する場合、これらの金属単体や合金のほかに、その金属単体や合金の窒化物、酸化物、酸窒化物などが挙げられる。また、前記に示された金属のうち、Ta、Mo、Hf、Zr、W、Ti、V、Nb、Alのいずれかの金属単体やこれらから選ばれる金属の合金を、半透光膜2に含有させる金属として適用した場合、半透光膜2を本発明のフッ素系化合物を含む非励起状態の物質によってエッチングする際のエッチングレートをさらに上げることができ、好ましい。   Tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tungsten (W), zinc (Zn), molybdenum (Mo), titanium (Ti), vanadium (V), yttrium (Y ), Rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al), germanium (Ge) and tin (Sn) In addition to these simple metals and alloys, nitrides, oxides, oxynitrides, and the like of the simple metals and alloys can be used. Further, among the metals shown above, a single metal of Ta, Mo, Hf, Zr, W, Ti, V, Nb, or Al or an alloy of a metal selected from these metals is used for the semi-transparent film 2. When applied as a metal to be contained, it is preferable because the etching rate when the semi-transparent film 2 is etched with a non-excited substance containing the fluorine-based compound of the present invention can be further increased.

本発明においては、半透光膜2の材料として、タンタル(Ta)を含有する材料が特に好ましい。タンタル単体のほかに、タンタル窒化物(TaN)、タンタル酸化物(TaO)、タンタル酸窒化物(TaNO)などが挙げられる。また、本発明においては、タンタルと、ケイ素およびホウ素から選ばれる1以上の元素を含有する材料も好ましい。具体的には、タンタルとケイ素を含む材料として、TaSi、TaSiN、TaSiO、TaSiONなど、タンタルとホウ素を含む材料として、TaB、TaBN、TaBO、TaBONなど、タンタルとケイ素とホウ素を含む材料として、TaSiB、TaSiBN、TaSiBO、TaSiBONなどが挙げられる。   In the present invention, a material containing tantalum (Ta) is particularly preferable as the material of the semi-transparent film 2. In addition to tantalum alone, tantalum nitride (TaN), tantalum oxide (TaO), tantalum oxynitride (TaNO), and the like can be given. In the present invention, a material containing tantalum and one or more elements selected from silicon and boron is also preferable. Specifically, as a material containing tantalum and silicon, TaSi, TaSiN, TaSiO, TaSiON, etc. As a material containing tantalum and boron, TaB, TaBN, TaBO, TaBON, etc. As a material containing tantalum, silicon, and boron, TaSiB , TaSiBN, TaSiBO, TaSiBON and the like.

タンタルを含有する材料中に、ホウ素を含有することにより、半透光膜における露光光透過率の波長依存性(とくにi線〜g線の波長領域)が小さくなる。この場合、ホウ素の含有量は、40原子%以下であることが好ましい。   By containing boron in the tantalum-containing material, the wavelength dependency of the exposure light transmittance in the semi-transparent film (particularly, the wavelength range of i-line to g-line) is reduced. In this case, the boron content is preferably 40 atomic% or less.

また、タンタルを含有する材料中に、さらに窒素や炭素等の元素を含有する場合、これらの元素の含有量は、40原子%以下、さらには30原子%以下とすることが好ましい。これにより、半透光膜2を本発明のフッ素系化合物を含む非励起状態の物質によってエッチングする際のエッチングレートを上げることができる。   Moreover, when elements, such as nitrogen and carbon, are further contained in the material containing tantalum, the content of these elements is preferably 40 atomic% or less, more preferably 30 atomic% or less. Thereby, the etching rate at the time of etching the semi-transparent film 2 with the non-excited substance containing the fluorine-based compound of the present invention can be increased.

上記遮光膜3は、クロム(Cr)を含有する材料からなるが、クロム単体のほかに、クロムに窒素、酸素、炭素等の元素を含有する材料、例えば、CrN、CrO、CrC、CrON、CrCN、CrOC、CrOCNなどが挙げられる。とりわけ、クロムを含有する材料中に窒素を含有することが好ましい。窒素を含有することにより遮光膜をウェットエッチングする際に用いられるエッチャントに対するエッチングレートが速くなり、遮光膜上に形成された遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとして、遮光膜をウェットエッチングする際に、遮光膜と半透光膜とのエッチング選択性をより高められ、遮光膜の下の半透光膜のダメージをより抑制することができる。クロムを含有する遮光膜中に窒素を含有させる場合、窒素の含有量は、15〜60原子%の範囲が好ましい。窒素の含有量が15原子%未満であると、上述の効果が十分に得られない。一方、60原子%を超える含有量であると、超高圧水銀ランプを露光光の光源とする場合、i線からg線にわたる波長帯域で、所定の光学濃度とするには膜厚を厚くする必要が生じ、遮光部のパターンを形成するときのCD精度が低下するという問題が生じる。さらに、この遮光膜をエッチングマスクとして半透光部のパターンを形成するときのCD精度も低下してしまう。   The light-shielding film 3 is made of a material containing chromium (Cr). In addition to chromium alone, the light-shielding film 3 is made of a material containing elements such as nitrogen, oxygen, and carbon in chromium, for example, CrN, CrO, CrC, CrON, CrCN. , CrOC, CrOCN and the like. In particular, nitrogen is preferably contained in the material containing chromium. Nitrogen increases the etching rate for the etchant used when wet-shielding the light-shielding film, and when the light-shielding film is wet-etched using a resist film having a light-shielding portion pattern formed on the light-shielding film as a mask. In addition, the etching selectivity between the light shielding film and the semi-transparent film can be further enhanced, and damage to the semi-transparent film under the light shielding film can be further suppressed. When nitrogen is contained in the light-shielding film containing chromium, the nitrogen content is preferably in the range of 15 to 60 atomic%. When the nitrogen content is less than 15 atomic%, the above-described effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when the content exceeds 60 atomic%, when an ultrahigh pressure mercury lamp is used as a light source for exposure light, it is necessary to increase the film thickness in order to obtain a predetermined optical density in the wavelength band from i-line to g-line. This causes a problem that the CD accuracy is lowered when forming the pattern of the light shielding portion. Further, the CD accuracy when the pattern of the semi-transparent portion is formed using the light shielding film as an etching mask is also lowered.

次に、上記マスクブランク10を用いた多階調(3階調)マスクの製造工程を説明する。
まず、1度目の描画を行う。描画には、本実施の形態ではレーザー光(例えば400〜450nmの範囲内の所定波長光)を用いる。レジストとしてはポジ型レジストを使用する。遮光膜3上のレジスト膜4に対し、所定のデバイスパターン(透光部のパターン、すなわち遮光部および半透光部に対応する領域にレジストパターンを形成するような描画パターン)を描画し、描画後に現像を行うことにより、透光部のパターンを有するレジストパターン4aを形成する(図2(b)参照)。
Next, a manufacturing process of a multi-tone (three-tone) mask using the mask blank 10 will be described.
First, drawing is performed for the first time. In the present embodiment, laser light (for example, light having a predetermined wavelength within a range of 400 to 450 nm) is used for drawing. A positive resist is used as the resist. A predetermined device pattern (a pattern of a light-transmitting portion, that is, a drawing pattern that forms a resist pattern in a region corresponding to the light-shielding portion and the semi-light-transmitting portion) is drawn on the resist film 4 on the light-shielding film 3. By performing development later, a resist pattern 4a having a pattern of a light transmitting portion is formed (see FIG. 2B).

次に、上記レジストパターン4aをマスクとして、遮光膜3をエッチングすることにより、透光部の領域に対応する半透光膜2を露出させ、遮光膜3に透光部のパターンを形成する(図2(c)参照)。クロムを含有する材料からなる遮光膜3を用いた場合、エッチング手段としては、ドライエッチングもしくはウェットエッチングのどちらでも可能であるが、本実施の形態ではウェットエッチングを用いた。特に大型基板サイズのマスク製造においては、ウェットエッチングが好適である。ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、たとえば、硝酸第2セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液などが用いられる。残存するレジストパターン4aは除去する(図2(d)参照)。   Next, the light-shielding film 3 is etched using the resist pattern 4a as a mask to expose the semi-transparent film 2 corresponding to the region of the light-transmitting part, and a pattern of the light-transmitting part is formed on the light-shielding film 3 ( (Refer FIG.2 (c)). When the light-shielding film 3 made of a material containing chromium is used, the etching means can be either dry etching or wet etching, but in this embodiment, wet etching is used. In particular, wet etching is suitable for manufacturing a mask having a large substrate size. As an etchant used for wet etching, for example, a mixed solution of ceric ammonium nitrate and perchloric acid is used. The remaining resist pattern 4a is removed (see FIG. 2D).

次いで、上記遮光膜3に形成された透光部のパターンをマスクとして、露出した透光部領域上の半透光膜2をエッチングして、透光部を形成する(図2(e)参照)。
かかる半透光膜2のエッチング工程においては、上記遮光膜3に形成された透光部のパターンをエッチングマスクとして用いるため、半透光膜2のエッチングに用いるエッチャントに対する遮光膜3と半透光膜2との間のエッチング選択性が必要であり、なお且つ、半透光膜2が除去された後の基板(ガラス基板)表面のダメージを少なくするためには、半透光膜2のエッチングに用いるエッチャントに対する半透光膜2と透光性基板1との間のエッチング選択性も必要になってくる。
Next, the translucent film 2 on the exposed translucent part region is etched using the pattern of the translucent part formed on the light shielding film 3 as a mask to form a translucent part (see FIG. 2E). ).
In the etching process of the semi-transparent film 2, since the pattern of the translucent part formed in the light-shielding film 3 is used as an etching mask, the light-shielding film 3 and the semi-transparent light to the etchant used for etching the semi-transparent film 2 are used. In order to reduce the damage on the surface of the substrate (glass substrate) after the semi-transparent film 2 is removed, etching selectivity with the film 2 is necessary. Etching selectivity between the semi-transparent film 2 and the translucent substrate 1 with respect to the etchant used for the above is also required.

本発明においては、半透光膜2のエッチングに用いるエッチャントとして、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、およびキセノン(Xe)のうちのいずれかの元素とフッ素(F)との化合物(本発明のフッ素系化合物と呼ぶ。)を含む非励起状態の物質を適用することが特徴である。
非励起状態の本発明のフッ素系化合物の物質に対しては、クロムを含有する材料からなる上記遮光膜3と金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる上記半透光膜2との間で高いエッチング選択性を得ることができる。
また、透光性基板1として用いるガラス基板は、ドライエッチングで用いられる励起状態であるフッ素系ガスのプラズマにはエッチングされやすいが、非励起状態の本発明のフッ素系化合物の物質に対してはエッチングされにくい特性を有している。従って、非励起状態の本発明のフッ素系化合物の物質に対しては、ガラス基板と上記半透光膜2との間で高いエッチング選択性を得ることができる。
In the present invention, any one of chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), and xenon (Xe) as an etchant used for etching the translucent film 2 and fluorine (F) It is characterized in that a non-excited substance including the above compound (referred to as the fluorine-based compound of the present invention) is applied.
For the non-excited fluorine compound of the present invention, the light-shielding film 3 made of a material containing chromium and a material containing metal and silicon, or tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium ( Zr), tungsten (W), zinc (Zn), molybdenum (Mo), titanium (Ti), vanadium (V), yttrium (Y), rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium ( High etching selectivity between the translucent film 2 made of a material containing one or more metals selected from Pd), iron (Fe), aluminum (Al), germanium (Ge) and tin (Sn) Can be obtained.
Further, the glass substrate used as the translucent substrate 1 is easily etched by the fluorine-based gas plasma in the excited state used in dry etching. It has a characteristic that it is difficult to be etched. Therefore, it is possible to obtain high etching selectivity between the glass substrate and the semi-transparent film 2 for the non-excited fluorine-based compound of the present invention.

上記本発明のフッ素系化合物としては、例えば、ClF、ClF、BrF、BrF、IF、IF、又はXeF等の化合物を好ましく用いることができる。この中でも、本発明においては特にClFを好ましく用いることができる。
この非励起状態のフッ素系化合物の物質は、流体の状態で接触させるとよく、特にガス状態で接触させることが好ましい。
As the fluorine compound of the present invention, for example, a compound such as ClF 3 , ClF, BrF 5 , BrF, IF 3 , IF 5 , or XeF 2 can be preferably used. Of these, ClF 3 can be particularly preferably used in the present invention.
The non-excited fluorine-based compound material is preferably brought into contact in a fluid state, and is preferably brought into contact in a gas state.

上記半透光膜2のエッチング工程において、半透光膜2を本発明のフッ素系化合物を含む非励起状態の物質に接触させる方法としては、例えばチャンバー内に処理基板(つまり、図2(d)に示す状態の基板を説明の便宜上、「処理基板」と呼ぶことにする。)を設置し、該チャンバー内に本発明のフッ素系化合物を含む物質をガス状態で導入してチャンバー内を該ガスで置換する方法が好ましく挙げられる。   In the etching step of the semi-transparent film 2, as a method of bringing the semi-transparent film 2 into contact with a non-excited substance containing the fluorine-based compound of the present invention, for example, a processing substrate (that is, FIG. The substrate in the state shown in FIG. 4 is referred to as a “processed substrate” for convenience of explanation.) Is installed, and a substance containing the fluorine-based compound of the present invention is introduced into the chamber in a gaseous state, A method of replacing with gas is preferred.

本発明において、本発明のフッ素系化合物を含む物質をガス状態で使用する場合、本発明のフッ素系化合物と窒素ガス、あるいはアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、ラドン(Rn)等(以下、単にアルゴン(Ar)等という。)の希ガスとの混合ガスを好ましく用いることができる。
処理基板の半透光膜2を、本発明のフッ素系化合物を含む非励起のガス状態の物質に接触させる場合の処理条件、例えばガス流量、ガス圧力、温度、処理時間については特に制約する必要はないが、本発明の作用を好ましく得る観点からは、半透光膜および遮光膜の材料や膜厚によって適宜選定するのが望ましい。
In the present invention, when the substance containing the fluorine compound of the present invention is used in a gas state, the fluorine compound of the present invention and nitrogen gas, or argon (Ar), helium (He), neon (Ne), krypton (Kr) ), Xenon (Xe), radon (Rn) and the like (hereinafter, simply referred to as argon (Ar) and the like) and a mixed gas can be preferably used.
The processing conditions when the semi-transparent film 2 of the processing substrate is brought into contact with the non-excited gaseous substance containing the fluorine compound of the present invention, for example, gas flow rate, gas pressure, temperature, and processing time must be particularly restricted. However, from the viewpoint of preferably obtaining the action of the present invention, it is desirable to select appropriately according to the materials and film thicknesses of the semi-translucent film and the light-shielding film.

ガス流量については、例えば本発明のフッ素系化合物とアルゴン等との混合ガスを用いる場合、本発明のフッ素系化合物が流量比で1%以上混合されていることが好ましい。本発明のフッ素系化合物の流量が上記流量比よりも少ないと、半透光膜2のエッチングの進行が遅くなり、結果として処理時間が長くなり、サイドエッチ量が大きくなる。   Regarding the gas flow rate, for example, when a mixed gas of the fluorine-based compound of the present invention and argon or the like is used, it is preferable that the fluorine-based compound of the present invention is mixed at a flow rate ratio of 1% or more. When the flow rate of the fluorine-based compound of the present invention is less than the above flow rate ratio, the progress of the etching of the semi-transparent film 2 is slowed, resulting in a longer processing time and a larger side etch amount.

また、ガス圧力については、例えば、100〜760Torrの範囲で適宜選定することが好ましい。ガス圧力が上記範囲よりも低いと、チャンバー内の本発明のフッ素系化合物のガス量自体が少なすぎて半透光膜2のエッチングの進行が遅くなり、結果として処理時間が長くなり、サイドエッチ量が大きくなる。一方、ガス圧力が上記範囲よりも高い(大気圧以上である)と、ガスがチャンバーの外に流出する恐れがあり、本発明のフッ素系化合物には毒性の高いガスも含まれるため、好ましくない。   The gas pressure is preferably selected as appropriate in the range of 100 to 760 Torr, for example. If the gas pressure is lower than the above range, the gas amount of the fluorine-based compound of the present invention in the chamber is too small, and the progress of the etching of the semi-translucent film 2 is slowed. The amount increases. On the other hand, if the gas pressure is higher than the above range (above atmospheric pressure), the gas may flow out of the chamber, and the fluorine compound of the present invention includes highly toxic gas, which is not preferable. .

また、ガスの温度については、例えば、50〜250℃の範囲で適宜選定することが好ましい。温度が上記範囲よりも低いと、半透光膜2のエッチングの進行が遅くなり、結果として処理時間が長くなり、サイドエッチ量が大きくなる。一方、温度が上記範囲よりも高いと、エッチングが早く進行し、処理時間は短縮できるものの、半透光膜と基板との選択性が得られにくくなり、基板ダメージがやや大きくなる恐れがある。   Moreover, it is preferable to select suitably about the temperature of gas in the range of 50-250 degreeC, for example. When the temperature is lower than the above range, the progress of the etching of the semi-transparent film 2 is delayed, and as a result, the processing time becomes longer and the side etching amount becomes larger. On the other hand, if the temperature is higher than the above range, the etching progresses quickly and the processing time can be shortened, but it becomes difficult to obtain the selectivity between the semi-transparent film and the substrate, and the substrate damage may be slightly increased.

さらに、処理時間については、基本的には半透光膜2のエッチングが完了するのに十分な時間であればよい。本発明の場合、上述のガス流量、ガス圧力、温度によっても、或いは半透光膜の材料、膜厚によっても多少異なるが、概ね20秒〜300秒の範囲で本発明の作用が好ましく得られる。   Further, the processing time may be basically a time sufficient for completing the etching of the semi-transparent film 2. In the case of the present invention, the action of the present invention is preferably obtained in the range of approximately 20 seconds to 300 seconds, although it varies somewhat depending on the gas flow rate, gas pressure, and temperature described above or depending on the material and film thickness of the semi-translucent film. .

図4は、以上の半透光膜のエッチング工程に用いるのに好適なエッチング装置の概略構成図である。
このエッチング装置では、ガス充填容器43,44、流量制御器45,46、噴出ノズル47およびこれらの接続配管で、非励起ガス供給機が構成されている。処理基板(マスクブランク)41は、処理装置のチャンバー40内のステージ42上に設置される。そして、例えば2種類のガス充填容器43,44内のガスがそれぞれ流量制御器45,46で流量が調節された後、混合され、噴出ノズル47から噴出されチャンバー40内に導入される。また、チャンバー40内のガスは、排気管48を通って排気ポンプ(気体排出機)49で適宜排気される。
上記2種類のガスは、本発明のフッ素系化合物を含む物質をガス状態で使用する場合、本発明のフッ素系化合物と窒素ガス、あるいはアルゴン(Ar)等の希ガスである。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an etching apparatus suitable for use in the above semi-transparent film etching process.
In this etching apparatus, the gas filling containers 43 and 44, the flow rate controllers 45 and 46, the ejection nozzle 47 and their connection pipes constitute a non-excited gas supply machine. A processing substrate (mask blank) 41 is placed on a stage 42 in a chamber 40 of the processing apparatus. Then, for example, the gas in the two kinds of gas filling containers 43 and 44 is mixed after the flow rate is adjusted by the flow rate controllers 45 and 46, and then mixed, ejected from the ejection nozzle 47 and introduced into the chamber 40. Further, the gas in the chamber 40 is appropriately exhausted by an exhaust pump (gas exhauster) 49 through an exhaust pipe 48.
When the substance containing the fluorine-based compound of the present invention is used in a gas state, the above two types of gases are the fluorine-based compound of the present invention and nitrogen gas, or a rare gas such as argon (Ar).

なお、この工程の前の遮光膜3のエッチング工程を終えた段階において、レジストパターン4aを除去したが、残したままで半透光膜2のエッチング工程を行ってもよい。この場合、遮光膜3の表面が非励起状態のフッ素系化合物の物質にさらされることから保護できる。他方、レジストパターン4aを除去する場合においては、非励起状態のフッ素系化合物の物質が主表面内でより均一に供給されるため、パターン精度をより高くすることができる。   Although the resist pattern 4a is removed at the stage where the etching process of the light shielding film 3 before this process is completed, the etching process of the semi-translucent film 2 may be performed with the resist pattern 4a remaining. In this case, the surface of the light-shielding film 3 can be protected from being exposed to a non-excited fluorine-based compound substance. On the other hand, in the case of removing the resist pattern 4a, the non-excited fluorine compound substance is more uniformly supplied within the main surface, so that the pattern accuracy can be further increased.

次に、上述の半透光膜2のエッチング工程を終えた基板全面に前記と同じレジスト膜を形成し(レジストパターン4aを除去しなかった場合は、レジスト膜形成前に除去する)、2度目の描画を行う。2度目の描画では、遮光部領域上にレジストパターンが形成されるように所定のパターンを描画する。描画後、現像を行うことにより、遮光部に対応する領域上にレジストパターン4bを形成する(図2(f)参照)。   Next, the same resist film as described above is formed on the entire surface of the substrate after the etching process of the semi-transparent film 2 described above (if the resist pattern 4a is not removed, it is removed before forming the resist film). Draw. In the second drawing, a predetermined pattern is drawn so that a resist pattern is formed on the light shielding portion region. After the drawing, development is performed to form a resist pattern 4b on the region corresponding to the light shielding portion (see FIG. 2F).

次いで、上記レジストパターン4bをマスクとして、露出した半透光部領域上の遮光膜3をエッチングして、遮光膜3に遮光部に対応するパターンを形成する。この場合のエッチング手段としては、前と同じくウェットエッチングが好適である。そしてこれにより、半透光部領域上の半透光膜2が露出し、半透光部が形成される(図2(g)参照)。そして、残存するレジストパターン4bは除去する。
こうして、透光性基板1上に、半透光膜2と遮光膜3との積層膜によりなる遮光部21、透光性基板1が露出する透光部22、及び半透光膜2によりなる半透光部23を有する3階調マスク20が出来上がる(図2(h)参照)。
Next, using the resist pattern 4b as a mask, the light shielding film 3 on the exposed semi-transparent portion is etched to form a pattern corresponding to the light shielding portion on the light shielding film 3. As the etching means in this case, wet etching is preferable as before. As a result, the semi-transparent film 2 on the semi-transparent part region is exposed, and a semi-transparent part is formed (see FIG. 2G). Then, the remaining resist pattern 4b is removed.
Thus, on the translucent substrate 1, the light-shielding portion 21 made of a laminated film of the semi-transparent film 2 and the light-shielding film 3, the translucent portion 22 from which the translucent substrate 1 is exposed, and the semi-transparent film 2 are formed. A three-tone mask 20 having a semi-translucent portion 23 is completed (see FIG. 2H).

以上説明した本発明の多階調マスクの製造方法によれば、金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜は、本発明のフッ素系化合物を含む非励起状態(好ましくは非励起でガス状態)の物質に対してエッチングレートが高く、透光性基板の材料であるガラスは、この非励起状態のフッ素系化合物の物質に対するエッチングレートが大幅に低く、上記材料からなる半透光膜との間で高いエッチング選択性が得られる。これにより、この非励起状態のフッ素系化合物の物質で多階調マスクの透光部となる部分の半透光膜をエッチング除去して多階調マスクを作製した場合、半透光膜パターンのCD面内均一性をウェットエッチングの場合に比べて、向上させることができる。
特に、タンタルを含有する材料からなる半透光膜の場合においては、半透光膜をエッチング除去後、基板表面に発生するピット状の凹欠陥を抑制することができる。これにより、透光部の露光光透過率の面内均一性を高くすることができ、この多階調マスクを用いて被転写体のフォトレジスト膜にパターンを露光転写した場合におけるフォトレジスト膜現像後の残膜量も高い精度で制御することができる。
According to the method for manufacturing a multi-tone mask of the present invention described above, a material containing metal and silicon, or tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tungsten (W), zinc (Zn). , Molybdenum (Mo), titanium (Ti), vanadium (V), yttrium (Y), rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al) A semi-transparent film made of a material containing one or more metals selected from germanium (Ge) and tin (Sn) is in a non-excited state (preferably non-excited and gas state) containing the fluorine-based compound of the present invention. The etching rate for materials is high, and the glass that is the material of the light-transmitting substrate has a significantly higher etching rate for these non-excited fluorine-based compounds. Ku, high etch selectivity between the semi-transparent film made of the material is obtained. As a result, when the multi-tone mask is manufactured by etching away the semi-transparent film of the portion that becomes the translucent portion of the multi-tone mask with this non-excited fluorine-based compound substance, CD in-plane uniformity can be improved as compared with wet etching.
In particular, in the case of a semi-transparent film made of a material containing tantalum, pit-shaped concave defects generated on the substrate surface after the semi-transparent film is removed by etching can be suppressed. This makes it possible to increase the in-plane uniformity of the exposure light transmittance of the light-transmitting portion, and develop the photoresist film when the pattern is exposed and transferred to the photoresist film of the transfer object using this multi-tone mask. The amount of remaining film can be controlled with high accuracy.

また、本発明のフッ素系化合物を含む非励起状態の物質によるエッチングを適用しているため、エッチングを行うチャンバー内はある程度の低圧にできれば十分機能する。このため、ドライエッチング装置のような高真空用の大型チャンバーや、基板主表面全面にプラズマを発生させるための大掛かりなプラズマ発生装置が不要となり、大幅な生産コスト低減を図ることができる。
さらに、半透光膜がエッチングにより除去された後の基板のダメージを少なくすることができる。そのため、もし基板を再生する場合にも、再研磨の工程負荷が少なくなることで、基板の再生コストを低減することができる。本発明によれば、高品質の基板を低コストで再生することができるので、特に高付加価値を備えた高価な基材を用いた多階調マスクの基板を再生するのに好適である。
また、前述の本発明のエッチング装置を用いることにより、上記の多階調マスクの製造方法を容易に実現できる。
In addition, since etching using a non-excited substance containing a fluorine-based compound of the present invention is applied, the chamber in which etching is performed functions sufficiently if the pressure is reduced to a certain level. For this reason, a large chamber for high vacuum such as a dry etching apparatus and a large-scale plasma generation apparatus for generating plasma over the entire main surface of the substrate are not required, and the production cost can be greatly reduced.
Furthermore, damage to the substrate after the semi-transparent film is removed by etching can be reduced. Therefore, even when the substrate is regenerated, the re-polishing process load is reduced, so that the substrate regeneration cost can be reduced. According to the present invention, since a high-quality substrate can be reproduced at low cost, it is particularly suitable for reproducing a multi-tone mask substrate using an expensive base material with high added value.
In addition, the above-described multi-tone mask manufacturing method can be easily realized by using the above-described etching apparatus of the present invention.

次に、本発明の多階調マスクの製造方法の別の形態について説明する。
図3は、図2で示したものとは異なる工程である多階調マスクの製造工程について、工程順に示している概略断面図である。図2(h)の3階調マスクと図3(f)の3階調マスクとは基本的に同じ構成となっているが、製造プロセスが一部異なっている。
図2の多階調マスクの製造方法と異なる点は、1度目のレジスト膜4への描画および現像で、遮光部のパターンを有するレジストパターン4bを形成すること(図3(b)参照)、そのレジストパターン4bをマスクとして、遮光膜3をエッチングすることによって、遮光部のパターンを形成すること(図3(c)参照)、さらに遮光膜3に遮光部のパターンを形成後、遮光膜3および半透光膜2上にレジスト膜を形成し、2度目の描画および現像で透光部のパターンを有するレジストパターン4aを形成すること(図3(d)参照)、そして、そのレジストパターン4aをマスクとして、半透光膜2をエッチングすることによって、透光部のパターンを形成すること(図3(e)参照)である。
Next, another embodiment of the method for manufacturing a multi-tone mask of the present invention will be described.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a multi-tone mask manufacturing process, which is a process different from that shown in FIG. The three-tone mask shown in FIG. 2 (h) and the three-tone mask shown in FIG. 3 (f) have basically the same configuration, but the manufacturing process is partially different.
2 is different from the manufacturing method of the multi-tone mask of FIG. 2 in that a resist pattern 4b having a light-shielding portion pattern is formed by the first drawing and development on the resist film 4 (see FIG. 3B). Using the resist pattern 4b as a mask, the light shielding film 3 is etched to form a light shielding portion pattern (see FIG. 3C). After the light shielding portion pattern is formed on the light shielding film 3, the light shielding film 3 is formed. A resist film is formed on the semi-transparent film 2, and a resist pattern 4a having a translucent pattern is formed by the second drawing and development (see FIG. 3D), and the resist pattern 4a The pattern of the translucent part is formed by etching the semi-transparent film 2 using as a mask (see FIG. 3E).

この図3に示す多階調マスクの製造工程の場合、遮光膜3を一度エッチングするだけで遮光部を形成することができるというメリットがある。ただし、有機系材料のレジストパターン4aをマスクとして、半透光膜2に透光部のパターンをエッチング形成するため、図2の製造工程のように金属系材料の遮光膜3をマスクとして、半透光膜2に透光部のパターンをエッチング形成する場合に比べて、パターン精度が若干下がる。   In the manufacturing process of the multi-tone mask shown in FIG. 3, there is a merit that the light shielding portion can be formed only by etching the light shielding film 3 once. However, since the pattern of the translucent portion is etched and formed in the semi-transparent film 2 using the resist pattern 4a of the organic material as a mask, the light-shielding film 3 of the metal material is used as a mask as in the manufacturing process of FIG. Compared with the case where the pattern of the translucent part is formed by etching in the translucent film 2, the pattern accuracy is slightly lowered.

以下、実施例により、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。併せて、実施例に対する比較例についても説明する。
(実施例1)
合成石英ガラスからなる透光性基板(1220mm×1400mm×13mm)上に、スパッタ装置を用いて、スパッタターゲットにモリブデン(Mo)とケイ素(Si)の混合焼結ターゲット(Mo:Si=20:80,原子%比)を用い、アルゴン(Ar)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、MoSi半透光膜を成膜した。なお、i線(365nm)の波長において透過率が40%となるように膜厚は5nmとした。
Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, a comparative example for the embodiment will be described.
Example 1
A sputter target is used on a translucent substrate (1220 mm × 1400 mm × 13 mm) made of synthetic quartz glass, and a mixed sintered target (Mo: Si = 20: 80) of molybdenum (Mo) and silicon (Si) as a sputter target. , Atomic% ratio) was used to form a MoSi 4 semi-transparent film by reactive sputtering (DC sputtering) in an argon (Ar) gas atmosphere. The film thickness was 5 nm so that the transmittance was 40% at the wavelength of i-line (365 nm).

次に、上記半透光膜の上に、スパッタターゲットにクロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)と窒素(N)と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、膜厚15nmのCrN層を成膜し、次いで、アルゴン(Ar)とメタン(CH)と窒素(N)と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、膜厚65nmのCrCN層を成膜し、次いで、アルゴン(Ar)と一酸化窒素(NO)と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、膜厚25nmのCrON層を成膜し、合計膜厚105nmのクロム系遮光膜を形成した。この遮光膜は、各層が組成傾斜した構造の膜であり、上記半透光膜との積層構造でi線(365nm)の波長において光学濃度3.0となるように調整されている。
以上のようにして、透光性基板上にモリブデンシリサイド系半透光膜とクロム系遮光膜をこの順に積層したマスクブランクを作製した。
Next, a film is formed on the semi-transparent film by reactive sputtering (DC sputtering) in a mixed gas atmosphere of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) using a chromium (Cr) target as a sputtering target. A CrN layer having a thickness of 15 nm is formed, and then a CrCN layer having a thickness of 65 nm is formed by reactive sputtering (DC sputtering) in a mixed gas atmosphere of argon (Ar), methane (CH 4 ), and nitrogen (N 2 ). Next, a CrON layer having a film thickness of 25 nm is formed by reactive sputtering (DC sputtering) in a mixed gas atmosphere of argon (Ar) and nitrogen monoxide (NO), and a total film thickness of 105 nm is formed. A chromium-based light shielding film was formed. This light shielding film is a film having a structure in which each layer has a composition gradient, and is adjusted to have an optical density of 3.0 at a wavelength of i-line (365 nm) in a laminated structure with the above-described semi-transparent film.
As described above, a mask blank was prepared in which a molybdenum silicide semi-transparent film and a chromium-based light-shielding film were laminated in this order on a translucent substrate.

次に、前述の図2の工程に従い、このマスクブランクを用いて3階調マスクを作製した。
まず、レーザー光(波長412nm)を用いて1度目の描画を行った。レジストとしてはポジ型レジストを使用した。遮光膜上に塗布したレジスト膜に対し、所定のデバイスパターンを描画し、描画後に現像を行うことにより、透光部のパターンを有するレジストパターンを形成した(図2(b)参照)。
Next, a three-tone mask was produced using this mask blank according to the process of FIG.
First, drawing was performed for the first time using laser light (wavelength 412 nm). A positive resist was used as the resist. A predetermined device pattern was drawn on the resist film applied on the light-shielding film, and development was performed after the drawing, thereby forming a resist pattern having a light-transmitting portion pattern (see FIG. 2B).

次に、上記レジストパターンをマスクとして、遮光膜をウェットエッチングすることにより、透光部の領域に対応する半透光膜を露出させ、遮光膜に透光部のパターンを形成した(図2(c)参照)。エッチング液には、硝酸第2セリウムアンモニウムと過塩素酸を含むエッチング液を常温で使用した。エッチング後、残存するレジストパターン4aを除去した(図2(d)参照)。   Next, by using the resist pattern as a mask, the light-shielding film is wet-etched to expose the semi-transparent film corresponding to the region of the light-transmitting part, and the pattern of the light-transmitting part is formed on the light-shielding film (FIG. 2 ( c)). As an etchant, an etchant containing ceric ammonium nitrate and perchloric acid was used at room temperature. After the etching, the remaining resist pattern 4a was removed (see FIG. 2D).

次いで、上記遮光膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、露出した透光部領域上の半透光膜をエッチングして、基板表面が露出した透光部を形成した(図2(e)参照)。
この半透光膜のエッチングは、前述の図4に示すエッチング装置を用いて行った。すなわち、チャンバー内に上記遮光膜に透光部のパターンを形成した状態の基板を設置し、該チャンバー内に、ClFとArの混合ガス(流量比 ClF:Ar=0.2:1.8(SLM))を導入してチャンバー内を該ガスで置換することにより、上記透光部領域上に露出した半透光膜を非励起状態の上記混合ガスに接触させるようにした。この時のガス圧力は488〜502Torr、温度は195〜202℃に調節し、処理時間(エッチング時間)は36秒とした。
Next, using the pattern of the light-transmitting portion formed on the light-shielding film as a mask, the semi-light-transmitting film on the exposed light-transmitting region is etched to form a light-transmitting portion with the substrate surface exposed (FIG. 2 ( e)).
Etching of the semi-translucent film was performed using the etching apparatus shown in FIG. That is, a substrate having a light-transmitting pattern formed on the light-shielding film is placed in the chamber, and a mixed gas of ClF 3 and Ar (flow rate ratio ClF 3 : Ar = 0.2: 1.8 (SLM)) is placed in the chamber. ) To replace the inside of the chamber with the gas, so that the semi-transparent film exposed on the translucent region is brought into contact with the non-excited mixed gas. At this time, the gas pressure was adjusted to 488 to 502 Torr, the temperature was adjusted to 195 to 202 ° C., and the processing time (etching time) was set to 36 seconds.

次に、上述の半透光膜のエッチング工程を終えた基板全面に前記と同じポジ型レジスト膜を形成し、2度目の描画を行った。2度目の描画では、遮光部領域上にレジストパターンが形成されるように所定のパターンを描画し、描画後、現像を行うことにより、遮光部に対応する領域上にレジストパターンを形成した(図2(f)参照)。   Next, the same positive resist film as that described above was formed on the entire surface of the substrate after the above-described semi-transparent film etching step, and a second drawing was performed. In the second drawing, a predetermined pattern is drawn so that a resist pattern is formed on the light shielding portion region, and after the drawing, development is performed to form a resist pattern on the region corresponding to the light shielding portion (see FIG. 2 (f)).

次いで、上記レジストパターンをマスクとして、露出した半透光部領域上の遮光膜をウェットエッチングして、遮光膜に遮光部に対応するパターンを形成した。この場合のエッチング液は上記と同じエッチング液を用いた。これにより、半透光部領域上の半透光膜が露出し、半透光部が形成された(図2(g)参照)。そして、残存するレジストパターンを前と同じ方法で除去した。
こうして、ガラス基板上に、半透光膜と遮光膜との積層膜によりなる遮光部、ガラス基板が露出する透光部、及び半透光膜によりなる半透光部を有する3階調マスクを作製した(図2(h)参照)。
Next, using the resist pattern as a mask, the light shielding film on the exposed semi-transparent part region was wet etched to form a pattern corresponding to the light shielding part on the light shielding film. In this case, the same etchant as described above was used as the etchant. Thereby, the semi-transparent film on the semi-transparent part region was exposed, and a semi-transparent part was formed (see FIG. 2G). The remaining resist pattern was removed by the same method as before.
Thus, a three-tone mask having a light-shielding portion made of a laminated film of a semi-light-transmitting film and a light-shielding film, a light-transmitting portion from which the glass substrate is exposed, and a semi-light-transmitting portion made of a semi-light-transmitting film is formed on the glass substrate. It produced (refer FIG.2 (h)).

作製した3階調マスクについて、エッチングにより半透光膜を除去した透光部領域のガラス基板の表面を電子顕微鏡にて観察したところ、半透光膜の残渣や、白濁などの変質層の発生は確認されなかった。透光部領域のガラス基板の表面反射率(200〜700nm)を測定したが、成膜前の基板と変化はなく、ピット状の凹欠陥も発見されなかった。基板の表面粗さに起因する露光光透過率の低下も少なく、面内の露光光透過率分布の均一性も高かった。半透光部(半透光膜パターン)のCD面内均一性も良好であることが確認できた。
また、作製した3階調マスクを用いて被転写体のフォトレジスト膜に超高圧水銀ランプを露光光源とし、パターンの露光転写を行ったところ、フォトレジスト膜現像後の残膜量も高い精度で制御することができていることが確認できた。
また、作製した3階調マスクの透光部における基板主表面の表面粗さは、この3階調マスクの基板を再生する場合、基板表面を再精密研磨(通常の研磨工程のうちの最終段階)することによって容易に表面粗さを回復することができるレベルであった。
When the surface of the glass substrate in the translucent part region where the semi-transparent film was removed by etching was observed with an electron microscope, the semi-transparent film produced was subjected to generation of residues of the semi-transparent film and altered layers such as white turbidity. Was not confirmed. The surface reflectance (200 to 700 nm) of the glass substrate in the light-transmitting region was measured, but there was no change from the substrate before film formation, and no pit-shaped concave defect was found. There was little decrease in the exposure light transmittance due to the surface roughness of the substrate, and the uniformity of the in-plane exposure light transmittance distribution was also high. It was confirmed that the CD in-plane uniformity of the semi-transparent part (semi-transparent film pattern) was also good.
In addition, when the pattern was exposed and transferred to the photoresist film of the transfer object using an ultra-high pressure mercury lamp as an exposure light source using the produced three-tone mask, the amount of the remaining film after developing the photoresist film was also highly accurate. It was confirmed that control was possible.
Further, the surface roughness of the main surface of the substrate in the light-transmitting part of the manufactured three-tone mask is determined by re-precise polishing of the substrate surface (the final stage of the normal polishing process) when the substrate of the three-tone mask is reproduced. ), The surface roughness can be easily recovered.

(実施例2)
合成石英ガラスからなる透光性基板(1220mm×1400mm×13mm)上に、スパッタ装置を用いて、スパッタターゲットにタンタル(Ta)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)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、Ta半透光膜を成膜した。なお、i線(365nm)の波長において透過率が40%となるように膜厚は4nmとした。
(Example 2)
A reactive sputtering (DC sputtering) is performed on a translucent substrate (1220 mm × 1400 mm × 13 mm) made of synthetic quartz glass, using a sputtering apparatus, using a tantalum (Ta) target as a sputtering target, and in an argon (Ar) gas atmosphere. ) To form a Ta semi-transparent film. The film thickness was 4 nm so that the transmittance was 40% at the wavelength of i-line (365 nm).

次に、上記半透光膜の上に、スパッタターゲットにクロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)と窒素(N)と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、膜厚15nmのCrN層を成膜し、次いで、アルゴン(Ar)とメタン(CH)と窒素(N)と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、膜厚65nmのCrCN層を成膜し、次いで、アルゴン(Ar)と一酸化窒素(NO)と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、膜厚25nmのCrON層を成膜し、合計膜厚105nmのクロム系遮光膜を形成した。この遮光膜は、各層が組成傾斜した構造の膜であり、上記半透光膜との積層構造でi線(365nm)の波長において光学濃度3.0となるように調整されている。
以上のようにして、透光性基板上にタンタル系半透光膜とクロム系遮光膜をこの順に積層したマスクブランクを作製した。
Next, a film is formed on the semi-transparent film by reactive sputtering (DC sputtering) in a mixed gas atmosphere of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) using a chromium (Cr) target as a sputtering target. A CrN layer having a thickness of 15 nm is formed, and then a CrCN layer having a thickness of 65 nm is formed by reactive sputtering (DC sputtering) in a mixed gas atmosphere of argon (Ar), methane (CH 4 ), and nitrogen (N 2 ). Next, a CrON layer having a film thickness of 25 nm is formed by reactive sputtering (DC sputtering) in a mixed gas atmosphere of argon (Ar) and nitrogen monoxide (NO), and a total film thickness of 105 nm is formed. A chromium-based light shielding film was formed. This light shielding film is a film having a structure in which each layer has a composition gradient, and is adjusted to have an optical density of 3.0 at a wavelength of i-line (365 nm) in a laminated structure with the above-described semi-transparent film.
As described above, a mask blank was produced in which a tantalum semi-translucent film and a chromium-based light-shielding film were laminated in this order on a translucent substrate.

次に、前述の図2の工程に従い、このマスクブランクを用いて3階調マスクを作製した。
まず、レーザー光(波長412nm)を用いて1度目の描画を行った。レジストとしてはポジ型レジストを使用した。遮光膜上に塗布したレジスト膜に対し、所定のデバイスパターンを描画し、描画後に現像を行うことにより、透光部のパターンを有するレジストパターンを形成した(図2(b)参照)。
Next, a three-tone mask was produced using this mask blank according to the process of FIG.
First, drawing was performed for the first time using laser light (wavelength 412 nm). A positive resist was used as the resist. A predetermined device pattern was drawn on the resist film applied on the light-shielding film, and development was performed after the drawing, thereby forming a resist pattern having a light-transmitting portion pattern (see FIG. 2B).

次に、上記レジストパターンをマスクとして、遮光膜をウェットエッチングすることにより、透光部の領域に対応する半透光膜を露出させ、遮光膜に透光部のパターンを形成した(図2(c)参照)。エッチング液には、硝酸第2セリウムアンモニウムと過塩素酸を含むエッチング液を常温で使用した。エッチング後、残存するレジストパターン4aを除去した(図2(d)参照)。   Next, by using the resist pattern as a mask, the light-shielding film is wet-etched to expose the semi-transparent film corresponding to the region of the light-transmitting part, and the pattern of the light-transmitting part is formed on the light-shielding film (FIG. 2 ( c)). As an etchant, an etchant containing ceric ammonium nitrate and perchloric acid was used at room temperature. After the etching, the remaining resist pattern 4a was removed (see FIG. 2D).

次いで、上記遮光膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、露出した透光部領域上の半透光膜をエッチングして、基板表面が露出した透光部を形成した(図2(e)参照)。
この半透光膜のエッチングは、前述の図4に示すエッチング装置を用いて行った。すなわち、チャンバー内に上記遮光膜に透光部のパターンを形成した状態の基板を設置し、該チャンバー内に、ClFとArの混合ガス(流量比 ClF:Ar=0.2:1.8(SLM))を導入してチャンバー内を該ガスで置換することにより、上記透光部領域上に露出した半透光膜を非励起状態の上記混合ガスに接触させるようにした。この時のガス圧力は488〜502Torr、温度は110〜120℃に調節し、処理時間(エッチング時間)は32秒とした。
Next, using the pattern of the light-transmitting portion formed on the light-shielding film as a mask, the semi-light-transmitting film on the exposed light-transmitting region is etched to form a light-transmitting portion with the substrate surface exposed (FIG. 2 ( e)).
Etching of the semi-translucent film was performed using the etching apparatus shown in FIG. That is, a substrate having a light-transmitting pattern formed on the light-shielding film is placed in the chamber, and a mixed gas of ClF 3 and Ar (flow rate ratio ClF 3 : Ar = 0.2: 1.8 (SLM)) is placed in the chamber. ) To replace the inside of the chamber with the gas, so that the semi-transparent film exposed on the translucent region is brought into contact with the non-excited mixed gas. At this time, the gas pressure was adjusted to 488 to 502 Torr, the temperature was adjusted to 110 to 120 ° C., and the processing time (etching time) was 32 seconds.

次に、上述の半透光膜のエッチング工程を終えた基板全面に前記と同じポジ型レジスト膜を形成し、2度目の描画を行った。2度目の描画では、遮光部領域上にレジストパターンが形成されるように所定のパターンを描画し、描画後、現像を行うことにより、遮光部に対応する領域上にレジストパターンを形成した(図2(f)参照)。   Next, the same positive resist film as that described above was formed on the entire surface of the substrate after the above-described semi-transparent film etching step, and a second drawing was performed. In the second drawing, a predetermined pattern is drawn so that a resist pattern is formed on the light shielding portion region, and after the drawing, development is performed to form a resist pattern on the region corresponding to the light shielding portion (see FIG. 2 (f)).

次いで、上記レジストパターンをマスクとして、露出した半透光部領域上の遮光膜をウェットエッチングして、遮光膜に遮光部に対応するパターンを形成した。この場合のエッチング液は上記と同じエッチング液を用いた。これにより、半透光部領域上の半透光膜が露出し、半透光部が形成された(図2(g)参照)。そして、残存するレジストパターンを前と同じ方法で除去した。
こうして、ガラス基板上に、半透光膜と遮光膜との積層膜によりなる遮光部、ガラス基板が露出する透光部、及び半透光膜によりなる半透光部を有する3階調マスクを作製した(図2(h)参照)。
Next, using the resist pattern as a mask, the light shielding film on the exposed semi-transparent part region was wet etched to form a pattern corresponding to the light shielding part on the light shielding film. In this case, the same etchant as described above was used as the etchant. Thereby, the semi-transparent film on the semi-transparent part region was exposed, and a semi-transparent part was formed (see FIG. 2G). The remaining resist pattern was removed by the same method as before.
Thus, a three-tone mask having a light-shielding portion made of a laminated film of a semi-light-transmitting film and a light-shielding film, a light-transmitting portion from which the glass substrate is exposed, and a semi-light-transmitting portion made of a semi-light-transmitting film is formed on the glass substrate. It produced (refer FIG.2 (h)).

作製した3階調マスクについて、エッチングにより半透光膜を除去した透光部領域のガラス基板の表面を電子顕微鏡にて観察したところ、半透光膜の残渣や、白濁などの変質層の発生は確認されなかった。また、透光部領域のガラス基板の表面反射率(200〜700nm)を測定したが、成膜前の基板と変化はなく、ピット状の凹欠陥も発見されなかった。基板の表面粗さに起因する露光光透過率の低下も少なく、面内の露光光透過率分布の均一性も高かった。半透光部(半透光膜パターン)のCD面内均一性も良好であることが確認できた。
また、作製した3階調マスクを用いて被転写体のフォトレジスト膜に超高圧水銀ランプを露光光源とし、パターンの露光転写を行ったところ、フォトレジスト膜現像後の残膜量も高い精度で制御することができていることが確認できた。
また、作製した3階調マスクの透光部における基板主表面の表面粗さは、この3階調マスクの基板を再生する場合、基板表面を再精密研磨(通常の研磨工程のうちの最終段階)することによって容易に表面粗さを回復することができるレベルであった。
When the surface of the glass substrate in the translucent part region where the semi-transparent film was removed by etching was observed with an electron microscope, the semi-transparent film produced was subjected to generation of residues of the semi-transparent film and altered layers such as white turbidity. Was not confirmed. Further, the surface reflectance (200 to 700 nm) of the glass substrate in the light-transmitting region was measured, but there was no change from the substrate before film formation, and no pit-shaped concave defect was found. There was little decrease in the exposure light transmittance due to the surface roughness of the substrate, and the uniformity of the in-plane exposure light transmittance distribution was also high. It was confirmed that the CD in-plane uniformity of the semi-transparent part (semi-transparent film pattern) was also good.
In addition, when the pattern was exposed and transferred to the photoresist film of the transfer object using an ultra-high pressure mercury lamp as an exposure light source using the produced three-tone mask, the amount of the remaining film after developing the photoresist film was also highly accurate. It was confirmed that control was possible.
Further, the surface roughness of the main surface of the substrate in the light-transmitting part of the manufactured three-tone mask is determined by re-precise polishing of the substrate surface (the final stage of the normal polishing process) when the substrate of the three-tone mask is reproduced. ), The surface roughness can be easily recovered.

(比較例1)
実施例2と同じマスクブランクを用いて3階調マスクを作製した。但し、前述の遮光膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、露出した透光部領域上の半透光膜をエッチングする工程においては、水酸化ナトリウム溶液(濃度40wt%、温度70℃)をエッチング液として用いた。処理時間(エッチング時間)は10分であった。
これ以外の工程は実施例1と同様にして行い、3階調マスクを作製した。
(Comparative Example 1)
A three-tone mask was produced using the same mask blank as in Example 2. However, in the step of etching the semi-transparent film on the exposed translucent part region using the pattern of the translucent part formed on the light-shielding film as a mask, a sodium hydroxide solution (concentration 40 wt%, temperature 70 ° C.) ) Was used as an etchant. The processing time (etching time) was 10 minutes.
The other steps were performed in the same manner as in Example 1 to produce a three-tone mask.

作製した3階調マスクにおける透光部領域のガラス基板の表面を電子顕微鏡にて観察したところ、半透光膜の残渣はとくに観察されなかった。また、基板の表面反射率(200〜700nm)を測定したが、成膜前の基板と比べると反射率が全体的に若干低下していた。透光部領域の基板の表面粗さを原子間力顕微鏡(AFM)にて観察したところ、透光部の基板表面にピット状の凹部が多数形成されていることが確認された。半透光部(半透光膜パターン)のCD面内均一性は、実施例2よりも低いことが確認できた。   When the surface of the glass substrate in the translucent region of the produced three-tone mask was observed with an electron microscope, no residue of the semi-translucent film was observed. Further, the surface reflectance (200 to 700 nm) of the substrate was measured, but the reflectance was slightly lowered as a whole as compared with the substrate before film formation. When the surface roughness of the substrate in the light transmitting portion region was observed with an atomic force microscope (AFM), it was confirmed that many pit-shaped concave portions were formed on the substrate surface of the light transmitting portion. It was confirmed that the CD in-plane uniformity of the semi-translucent portion (semi-transparent film pattern) was lower than that of Example 2.

また、作製した3階調マスクを用いて被転写体のフォトレジスト膜に超高圧水銀ランプを露光光源とし、パターンの露光転写を行ったところ、特にピット状の凹部が形成されている部分での露光光透過光量の低下が大きく、フォトレジスト膜現像後の残膜量の制御もできているとは言い難い結果であった。
また、この3階調マスクの透光部における基板主表面の表面粗さは、この3階調マスクの基板を再生する場合、基板表面を再研磨によりピット状の凹部を除去し、良好な表面粗さを回復させるためには、通常の成膜前の基板研磨工程のうちの最初の段階から再研磨を行う必要があり、再研磨の工程負荷が大きくなる。
Further, when the pattern was exposed and transferred to the photoresist film of the transfer object using an ultra-high pressure mercury lamp as an exposure light source using the produced three-tone mask, particularly in a portion where a pit-shaped recess was formed. It was a result that it was difficult to say that the amount of exposure light transmitted was greatly reduced and the amount of remaining film after development of the photoresist film could be controlled.
In addition, the surface roughness of the main surface of the substrate in the light transmitting portion of the three-tone mask is such that when the substrate of the three-tone mask is regenerated, the pit-like recesses are removed by repolishing the substrate surface. In order to restore the roughness, it is necessary to perform re-polishing from the first stage in the normal substrate polishing process before film formation, which increases the process load of re-polishing.

なお、実施例1および実施例2で作製した3階調マスクを、前記の図3に示した別の形態の工程を有する製造方法でも作製したところ、実施例1および実施例2で作製した3階調マスクほど半透光部のCD面内均一性は高くはないが、比較例1で作製した3階調マスクに比べると、半透光部のCD面内均一性は高いことが確認できた。また、透光部の基板表面にピット状の凹欠陥も発見されず、基板の表面粗さに起因する露光光透過率の低下も少なく、面内の露光光透過率分布の均一性も高いことが確認された。   The three-tone mask produced in Example 1 and Example 2 was also produced by the manufacturing method having the process of another form shown in FIG. Although the in-CD uniformity of the semi-transparent portion is not as high as that of the gradation mask, it can be confirmed that the in-CD uniformity of the semi-transparent portion is higher than that of the three-tone mask manufactured in Comparative Example 1. It was. Also, no pit-like concave defects are found on the substrate surface of the light transmitting part, the exposure light transmittance is not decreased due to the surface roughness of the substrate, and the uniformity of the in-plane exposure light transmittance distribution is high. Was confirmed.

1 透光性基板
2 半透光膜
3 遮光膜
4 レジスト膜
10 マスクブランク
20 多階調マスク
21 遮光部
22 透光部
23 半透光部
30 被転写体
31 基板
32A,32B 膜
33 レジストパターン
40 チャンバー
41 処理基板
42 ステージ
43,44 ガス充填容器
45,46 流量制御器
47 噴出ノズル
48 排気管
49 排気ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Translucent substrate 2 Semi-transparent film 3 Light-shielding film 4 Resist film 10 Mask blank 20 Multi-tone mask 21 Light-shielding part 22 Light-transmitting part 23 Semi-translucent part 30 Transfer object 31 Substrate 32A, 32B Film 33 Resist pattern 40 Chamber 41 Processing substrate 42 Stages 43 and 44 Gas filling containers 45 and 46 Flow rate controller 47 Ejection nozzle 48 Exhaust pipe 49 Exhaust pump

Claims (8)

ガラス基板上に、遮光部、透光部、および露光光の一部を透過する半透光部からなる転写パターンを有する多階調マスクの製造方法において、
ガラス基板上に、金属およびケイ素を含有する材料、またはタンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、タングステン(W)、亜鉛(Zn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、イットリウム(Y)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、ランタン(La)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)から選ばれる1以上の金属を含有する材料からなる半透光膜と、クロム(Cr)を含有する材料からなる遮光膜とをこの順に積層したマスクブランクを用意する工程と、
前記遮光膜に透光部のパターンを形成する工程と、
前記遮光膜に形成された透光部のパターンをマスクとして、前記半透光膜を、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)、およびキセノン(Xe)のうちのいずれかの元素とフッ素(F)との化合物を含む非励起状態の物質によってエッチングする工程と、
前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程と
を有することを特徴とする多階調マスクの製造方法。
In a method for manufacturing a multi-tone mask having a transfer pattern comprising a light-shielding part, a light-transmitting part, and a semi-light-transmitting part that transmits part of exposure light on a glass substrate,
A material containing metal and silicon on a glass substrate, or tantalum (Ta), hafnium (Hf), zirconium (Zr), tungsten (W), zinc (Zn), molybdenum (Mo), titanium (Ti), vanadium (V), yttrium (Y), rhodium (Rh), niobium (Nb), lanthanum (La), palladium (Pd), iron (Fe), aluminum (Al), germanium (Ge) and tin (Sn) Preparing a mask blank in which a semi-transparent film made of a material containing one or more metals and a light-shielding film made of a material containing chromium (Cr) are laminated in this order;
Forming a light-transmitting portion pattern on the light-shielding film;
Using the pattern of the light-transmitting portion formed on the light-shielding film as a mask, the semi-transparent film is made of any element of chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), and xenon (Xe) Etching with a non-excited substance comprising a compound of benzene and fluorine (F);
Forming a pattern of a light-shielding portion on the light-shielding film.
前記遮光膜に透光部のパターンを形成する工程は、前記遮光膜上に形成された透光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとしたウェットエッチングによって行うことを特徴とする請求項1に記載の多階調マスクの製造方法。   2. The step of forming a light transmitting portion pattern on the light shielding film is performed by wet etching using a resist film having a light transmitting portion pattern formed on the light shielding film as a mask. Of manufacturing a multi-tone mask. 前記遮光膜に遮光部のパターンを形成する工程は、前記遮光膜上に形成された遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとしたウェットエッチングによって行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の多階調マスクの製造方法。   3. The step of forming a light shielding part pattern on the light shielding film is performed by wet etching using a resist film having a light shielding part pattern formed on the light shielding film as a mask. Of manufacturing a multi-tone mask. 前記非励起状態の物質は、ClFガスであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法。 4. The method of manufacturing a multi-tone mask according to claim 1, wherein the non-excited substance is ClF 3 gas. 5. 前記半透光膜は、タンタル(Ta)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4のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法。   5. The method for manufacturing a multi-tone mask according to claim 1, wherein the semi-translucent film is made of a material containing tantalum (Ta). 6. 前記半透光膜中の金属は、モリブデン(Mo)であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法。   The method for manufacturing a multi-tone mask according to claim 1, wherein the metal in the semi-transparent film is molybdenum (Mo). 前記遮光膜は、さらに窒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のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法。   The method for manufacturing a multi-tone mask according to claim 1, wherein the light shielding film is made of a material further containing nitrogen. 前記ガラス基板は合成石英ガラスからなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の多階調マスクの製造方法。   The method for manufacturing a multi-tone mask according to any one of claims 1 to 7, wherein the glass substrate is made of synthetic quartz glass.
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