JP2018010080A - Phase shift type photomask blank - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase shift type photomask blank including a hard mask layer that has a low sheet resistance value and prevents degradation in position accuracy by charging when a pattern is formed by use of an electron beam drawing device, in a phase shift type photomask blank having a phase shift film, a light-shielding film and a hard mask layer formed on a substrate.SOLUTION: The phase shift type photomask blank includes a hard mask layer that can be dry-etched by a fluorine-based gas but substantially cannot be dry-etched by chlorine-based etching containing oxygen and that has a sheet resistance value of 200 Ω/(unit square) or less in a sheet form having a thickness of 5 nm. A fluoride in the hard mask layer has a boiling point of 250°C or lower, and an oxide and a chloride in the hard mask layer have a boiling point of 400°C or higher.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は半導体デバイス等の製造において使用される位相シフト型フォトマスクを作製するための位相シフト型フォトマスクブランクに関する。   The present invention relates to a phase shift photomask blank for producing a phase shift photomask used in the manufacture of semiconductor devices and the like.

近年の半導体素子の微細化に伴い、フォトマスクを用いた投影露光による転写パターンの解像性向上が要求されている。この解像性向上のための手法の一つに位相シフト法がある。位相シフト法とは、フォトマスク開口部の透過光の位相と、開口部に隣接した部分の透過光の位相を略180度反転するように調整することで、コントラストの高い転写パターンを得ることが出来るものである。位相シフト法に用いるフォトマスクのことを位相シフト型フォトマスクと呼ぶ。   With the recent miniaturization of semiconductor elements, there is a demand for improved transfer pattern resolution by projection exposure using a photomask. One method for improving the resolution is a phase shift method. The phase shift method can obtain a transfer pattern with high contrast by adjusting the phase of the transmitted light at the photomask opening and the phase of the transmitted light at the portion adjacent to the opening to be inverted by approximately 180 degrees. It is possible. A photomask used for the phase shift method is called a phase shift photomask.

一般的な位相シフト型フォトマスクの作製方法は、まず位相シフト型フォトマスクブランクのモリブデンシリコン(MoSi)などの位相シフト膜上のクロム系膜からなる遮光膜上にレジスト膜を形成し、電子線を用いて回路パターンを描画し、現像することによってレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターンをエッチングマスクとして、酸素含有の塩素系ガスを用いて遮光膜をエッチングして遮光膜パターンを形成し、さらに遮光膜パターンをエッチングマスクとしてフッ素系ガスを用いて位相シフト膜をエッチングすることにより、位相シフト膜パターンを形成する。   A general method for manufacturing a phase shift photomask is to first form a resist film on a light shielding film made of a chromium-based film on a phase shift film such as molybdenum silicon (MoSi) of a phase shift photomask blank, and then use an electron beam. A circuit pattern is drawn using, and developed to form a resist pattern. Next, using this resist pattern as an etching mask, the light-shielding film is etched using an oxygen-containing chlorine-based gas to form a light-shielding film pattern, and further using the fluorine-based gas as a light-shielding film pattern as an etching mask, a phase shift film Is etched to form a phase shift film pattern.

前記位相シフト膜パターンの解像度を向上させる手法として、レジストの薄膜化が挙げられる。しかし、遮光膜の膜厚はマスク外周部に形成する遮光枠の光学濃度を確保するために40〜60nm程度必要であり、遮光膜エッチング時にレジストも同時に削られて膜減りするため、薄膜化には限界がある。尚、遮光枠はマスクパターンの転写時に露光光が露光領域外に漏れてウエハを露光する現象を防ぐ役割を有するものである。   As a technique for improving the resolution of the phase shift film pattern, there is a resist thinning. However, the film thickness of the light-shielding film is required to be about 40 to 60 nm in order to ensure the optical density of the light-shielding frame formed on the outer peripheral portion of the mask. There are limits. The light shielding frame has a role of preventing a phenomenon in which exposure light leaks out of the exposure area when the mask pattern is transferred and the wafer is exposed.

そこで、遮光膜エッチング時に使用する酸素含有の塩素系ガスに対して耐性があるハードマスク層を遮光膜上に形成する手法が提案されている(特許文献1)。このハードマスク層は遮光膜のエッチング時に使用する酸素含有の塩素系ガスで膜減りすることがないため、ハードマスク層自体の薄膜化が可能である。従って、ハードマスク層上に使用するレジストの薄膜化も実現出来る。   In view of this, a technique has been proposed in which a hard mask layer that is resistant to oxygen-containing chlorine-based gas used during light-shielding film etching is formed on the light-shielding film (Patent Document 1). Since the hard mask layer is not reduced by the oxygen-containing chlorine gas used when etching the light shielding film, the hard mask layer itself can be made thin. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the resist used on the hard mask layer.

特開2010−267836号公報JP 2010-267836 A

しかしながら、従来のハードマスク層はシリコン酸化物を主体とする材料によって形成されているためシート抵抗値が高く、電子線描画装置を用いてマスクパターンを形成する際、帯電によりパターンの位置精度が悪化するという問題がある。   However, since the conventional hard mask layer is made of a material mainly composed of silicon oxide, the sheet resistance value is high, and when the mask pattern is formed by using an electron beam drawing apparatus, the position accuracy of the pattern deteriorates due to charging. There is a problem of doing.

上述の課題を解決するために、請求項1に記載の本発明は、
露光波長に対して透明な基板と、前記基板上に形成された位相シフト膜と、前記位相シフト膜上に形成された遮光膜と、前記遮光膜上に形成されたハードマスク層を備えた位相シフト型フォトマスクブランクであって、
前記ハードマスク層はフッ素系ガスによりドライエッチング可能であり、
かつ酸素含有の塩素系エッチングにより実質的にドライエッチングされず、
かつ膜厚が5nmの時のシート抵抗値が200Ω/□以下であることを特徴とする位相シフト型フォトマスクブランクとしたものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention described in claim 1
A phase comprising a substrate transparent to an exposure wavelength, a phase shift film formed on the substrate, a light shielding film formed on the phase shift film, and a hard mask layer formed on the light shielding film. A shift type photomask blank,
The hard mask layer can be dry-etched with a fluorine-based gas,
And it is not substantially dry etched by chlorine-containing etching containing oxygen,
The sheet resistance value when the film thickness is 5 nm is 200Ω / □ or less, which is a phase shift photomask blank.

請求項2に記載の本発明は、前記ハードマスク層のフッ化物の沸点が250℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の位相シフト型フォトマスクブランクとしたものである。   The present invention according to claim 2 is the phase shift photomask blank according to claim 1, wherein the boiling point of the fluoride in the hard mask layer is 250 ° C. or less.

請求項3に記載の本発明は、前記ハードマスク層の酸化物及び塩化物の沸点が400℃以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の位相シフト型フォトマスクブランクとしたものである。   The present invention described in claim 3 is the phase shift photomask blank according to claim 1 or 2, wherein the boiling point of the oxide and chloride of the hard mask layer is 400 ° C or higher. It is.

請求項4に記載の本発明は、前記ハードマスク層はルテニウム、タンタル、チタン、バナジウム、イリジウム、タングステン、モリブデンからなる群より選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の位相シフト型フォトマスクブランクとしたものである。   The invention according to claim 4 is characterized in that the hard mask layer contains at least one selected from the group consisting of ruthenium, tantalum, titanium, vanadium, iridium, tungsten, and molybdenum. The phase-shifting photomask blank described in any one of the items is used.

請求項5に記載の本発明は、前記ハードマスク層は、さらに酸素、窒素、炭素から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項4に記載の位相シフト型フォトマスクブランクとしたものである。   The present invention according to claim 5 is the phase shift photomask blank according to claim 4, wherein the hard mask layer further contains at least one selected from oxygen, nitrogen, and carbon. It is.

本発明により、電子線描画時の帯電を防ぐことが可能であり、パターンの位置精度を向上させることが出来る。ハードマスク層を設けることによって、レジストの薄膜化が可能となり、解像度の高い回路パターンを有する位相シフト型フォトマスクを作製することが出来る。   According to the present invention, it is possible to prevent charging at the time of electron beam drawing, and it is possible to improve the positional accuracy of the pattern. By providing the hard mask layer, the resist can be thinned, and a phase shift photomask having a circuit pattern with high resolution can be manufactured.

本発明の位相シフト型フォトマスクブランクの実施形態に係る模式断面図である。It is a schematic cross section concerning an embodiment of a phase shift type photomask blank of the present invention. 本発明の位相シフト型フォトマスクブランクを用いた位相シフト型フォトマスクの作製工程のうち、レジスト塗布後から遮光膜パターン形成までを示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows from a resist application to light shielding film pattern formation among the manufacturing processes of the phase shift type photomask using the phase shift type photomask blank of this invention. 本発明の位相シフト型フォトマスクブランクを用いた位相シフト型フォトマスクの作製工程のうち、図2に続く、遮光膜パターン形成後から遮光枠形成までを示す模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a process from the formation of a light shielding film pattern to the formation of a light shielding frame, continued from FIG. 本発明の位相シフト型フォトマスクブランクを用いて作製された位相シフト型フォトマスクの模式断面図である。It is a schematic cross section of a phase shift type photomask manufactured using the phase shift type photomask blank of the present invention.

以下、本発明の位相シフト型フォトマスクブランクに係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じではない。   Hereinafter, embodiments of the phase shift photomask blank of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component unless there is a reason for convenience, and the overlapping description is abbreviate | omitted. Also, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the portions that become the features may be shown in an enlarged manner, and the dimensional ratios of the respective constituent elements are not the same as the actual ones.

図1に示す位相シフト型フォトマスクブランク100は、露光波長に対して透明な基板11と、基板11上に成膜された位相シフト膜12と、位相シフト膜12上に成膜された遮光膜13と、遮光膜13上に成膜されたハードマスク層14とから構成される。以下、
構成要素ごとに説明する。
A phase shift photomask blank 100 shown in FIG. 1 includes a substrate 11 transparent to an exposure wavelength, a phase shift film 12 formed on the substrate 11, and a light shielding film formed on the phase shift film 12. 13 and a hard mask layer 14 formed on the light shielding film 13. Less than,
Each component will be described.

<基板>
露光波長に対して透明な基板11の材料は特に限定されないが、石英ガラスやアルミノシリケートガラスなどを使用することが出来る。
<Board>
The material of the substrate 11 that is transparent with respect to the exposure wavelength is not particularly limited, and quartz glass, aluminosilicate glass, or the like can be used.

<位相シフト膜>
位相シフト膜12の材料はシリコンもしくはモリブデンの酸化物、窒化物、酸窒化物、あるいはそれらを複合させたものが望ましく、含有量の比率と膜厚を調整することによって、露光波長に対する所望の透過率と位相差を得ることが出来る。透過率の値は、最終的なフォトマスク製品の仕様に合わせ2%以上40%以下とすることが望ましく、位相差の値は170度以上190度以下とすることが望ましく、膜厚は30nm以上80nm以下とすることが望ましい。また、フッ素系ガスによるエッチングが可能であり、酸素含有の塩素系ガスによるエッチング耐性を有している必要がある。何故なら、位相シフト膜12の上層である遮光膜13を酸素含有の塩素系ガスによってエッチングする際に、下層である位相シフト膜が過度に削られてしまうことを防ぐためである。
<Phase shift film>
The material of the phase shift film 12 is preferably an oxide, nitride, oxynitride of silicon or molybdenum, or a composite thereof, and the desired transmission with respect to the exposure wavelength can be achieved by adjusting the content ratio and film thickness. Rate and phase difference can be obtained. The transmittance value is desirably 2% or more and 40% or less in accordance with the specifications of the final photomask product, the retardation value is desirably 170 degrees or more and 190 degrees or less, and the film thickness is 30 nm or more. It is desirable to set it to 80 nm or less. In addition, etching with a fluorine-based gas is possible, and it is necessary to have etching resistance with an oxygen-containing chlorine-based gas. This is because when the light shielding film 13 that is the upper layer of the phase shift film 12 is etched with a chlorine-containing gas containing oxygen, the phase shift film that is the lower layer is prevented from being excessively shaved.

<遮光膜>
遮光膜13の材料はクロムの酸化物、窒化物、酸窒化物のいずれかを含むものが望ましい。遮光膜13により形成する遮光枠は、マスクパターン転写時に露光光が露光領域外に漏れてウエハを露光する現象を防ぐために、位相シフト膜と合わせて光学濃度が2以上、好ましくは3以上になるように膜厚を設定する必要がある。また、酸素含有の塩素系ガスによるエッチングが可能である必要があり、同時にフッ素系ガスによるエッチング耐性を有している必要がある。これは前述した位相シフトマスク12と同様の理由であり、上層であるハードマスク層14をフッ素系ガスによってエッチングする際に、下層である遮光膜13が過度に削られてしまうことを防ぐためである。
<Light shielding film>
The material of the light shielding film 13 preferably includes any one of chromium oxide, nitride, and oxynitride. The light shielding frame formed by the light shielding film 13 has an optical density of 2 or more, preferably 3 or more in combination with the phase shift film, in order to prevent a phenomenon in which exposure light leaks out of the exposure area during mask pattern transfer and exposes the wafer. Thus, it is necessary to set the film thickness. Moreover, it is necessary to be able to perform etching with an oxygen-containing chlorine-based gas, and at the same time, it is necessary to have etching resistance with a fluorine-based gas. This is for the same reason as the phase shift mask 12 described above, in order to prevent the light shielding film 13 as the lower layer from being excessively shaved when the hard mask layer 14 as the upper layer is etched with a fluorine-based gas. is there.

<ハードマスク層>
本発明の位相シフト型フォトマスクブランク100で用いるハードマスク層14は、フッ素系ガスによりエッチング可能であり、下層であるクロムを主体とした遮光膜をエッチングするための酸素含有の塩素系ガスによって実質的にエッチングされない材料である。同時に、電子線描画装置による回路パターン描画時の帯電を防ぐために、膜厚が5nmの時のシート抵抗値が200Ω/□以下の材料である。ここで、薄膜の電気抵抗率をρ(Ω・m)、膜厚をt(m)とすればシート抵抗Rs(Ω/□)は次式(1)のように記述される。
Rs=ρ/t・・・(1)
通常、極薄膜の構造は膜厚によって変化するため、シート抵抗は膜厚に依存する。
<Hard mask layer>
The hard mask layer 14 used in the phase shift photomask blank 100 of the present invention can be etched with a fluorine-based gas, and substantially with an oxygen-containing chlorine-based gas for etching a light shielding film mainly composed of chromium as a lower layer. This material is not etched. At the same time, in order to prevent charging at the time of drawing a circuit pattern by the electron beam drawing apparatus, the sheet resistance value when the film thickness is 5 nm is a material having a resistance of 200Ω / □ or less. Here, if the electrical resistivity of the thin film is ρ (Ω · m) and the film thickness is t (m), the sheet resistance Rs (Ω / □) is described as the following equation (1).
Rs = ρ / t (1)
Usually, since the structure of an ultrathin film changes with film thickness, sheet resistance is dependent on film thickness.

ハードマスク層14の材料としては、従来酸化シリコンを主体とするものが主流となっていたが、この材料はシート抵抗値が高い。具体的には酸化シリコンの膜厚が5nmの時のシート抵抗値は2.0×1013Ω/□以上となる。そのため、電子線描画時において帯電が発生しやすく、マスクパターンの位置精度が悪化する。 As a material for the hard mask layer 14, a material mainly composed of silicon oxide has been mainstream, but this material has a high sheet resistance value. Specifically, the sheet resistance value when the thickness of the silicon oxide film is 5 nm is 2.0 × 10 13 Ω / □ or more. For this reason, charging is likely to occur during electron beam drawing, and the positional accuracy of the mask pattern deteriorates.

本発明の位相シフト型フォトマスクブランク100で用いるハードマスク層14は、膜厚が5nmの時のシート抵抗値が200Ω/□以下であるとともに、フッ素系ガスを用いてエッチング可能であり、酸素含有の塩素系ガスによって実質的にエッチングされない材料であるために、フッ化物の沸点が250℃以下であり、酸化物及び塩化物の沸点が400℃以上であることが好ましい。尚、フッ化物、酸化物、塩化物の形態(化学式)は一種類とは限らないが、本発明では、少なくとも一種のフッ化物の沸点が250℃以下であり、化学量論的にとり得るすべての形態の酸化物および塩化物の沸点が400℃以上であることを意味する。   The hard mask layer 14 used in the phase shift photomask blank 100 of the present invention has a sheet resistance value of 200 Ω / □ or less when the film thickness is 5 nm, can be etched using a fluorine-based gas, and contains oxygen. Therefore, it is preferable that the fluoride has a boiling point of 250 ° C. or lower and the oxides and chlorides have a boiling point of 400 ° C. or higher. In addition, although the form (chemical formula) of fluoride, oxide, and chloride is not necessarily one kind, in the present invention, the boiling point of at least one kind of fluoride is 250 ° C. or less, and all stoichiometrically possible It means that the boiling point of the oxide and chloride in the form is 400 ° C. or higher.

ドライエッチングは、プラズマ中で導入ガスが電子と衝突し、活性ラジカルや種々の形に解離した反応性イオンが発生してエッチングを引き起こすが、エッチング表面に低沸点の揮発性生成物を形成するほどエッチングされやすく、その指標となるのは、被エッチング材料と導入ガスによる反応生成物の沸点や蒸気圧である。   In dry etching, the introduced gas collides with electrons in the plasma, and active radicals and reactive ions dissociated into various forms are generated to cause etching. However, low-boiling volatile products are formed on the etching surface. It is easy to etch, and the index is the boiling point and vapor pressure of the reaction product by the material to be etched and the introduced gas.

例えばレニウムは、膜厚5nmのレニウムのシート抵抗値は約67.6Ω/□、フッ素化合物の沸点は約33.8℃であり、これらは本発明のハードマスク層の材料に要求されている条件を十分満たしている。一方で、酸素化合物の沸点が約250℃であるため、遮光膜エッチング時の塩素ガスに添加する酸素によって容易にエッチングされてしまう。従って、レニウムは本発明のハードマスク層には適さないということになる。   For example, for rhenium, the sheet resistance value of rhenium with a film thickness of 5 nm is about 67.6 Ω / □, and the boiling point of the fluorine compound is about 33.8 ° C. These are the conditions required for the material of the hard mask layer of the present invention. Is enough. On the other hand, since the boiling point of the oxygen compound is about 250 ° C., the oxygen compound is easily etched by oxygen added to the chlorine gas at the time of etching the light shielding film. Therefore, rhenium is not suitable for the hard mask layer of the present invention.

以上を鑑みた上で、本発明におけるハードマスク層の条件に見合う金属を選択すると、ルテニウム、タンタル、チタン、バナジウム、イリジウム、タングステン、モリブデンが例示できる。これらからなる群より選択される少なくとも一種の金属を含む材料、または、さらに酸素、窒素、炭素から選択される少なくとも一種を含む材料も使用できる。   In view of the above, when a metal that meets the conditions of the hard mask layer in the present invention is selected, examples include ruthenium, tantalum, titanium, vanadium, iridium, tungsten, and molybdenum. A material containing at least one metal selected from the group consisting of these, or a material containing at least one selected from oxygen, nitrogen, and carbon can also be used.

酸素及び/または窒素を含有するとき、シート抵抗を低くするには、酸素や窒素の含有量は少ない方が良いが、洗浄液耐性を高くするには、通常酸素や窒素の含有量は多い方が良い。一般に、化学量論比の金属酸化物、金属窒化物は酸素や窒素の含有量が多くシート抵抗が高い場合が多いため、化学量論比よりも金属を多めに含有した金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物がハードマスク層には好ましい。   When oxygen and / or nitrogen is contained, the lower the sheet resistance, the better the content of oxygen and nitrogen, but the higher the resistance to the cleaning solution, the higher the oxygen and nitrogen content. good. In general, metal oxides and metal nitrides with stoichiometric ratios often have high oxygen and nitrogen contents and high sheet resistance, so metal oxides and metal nitridings that contain more metal than stoichiometric ratios. And metal oxynitrides are preferred for the hard mask layer.

ここでハードマスク層の材料としてイリジウムを例に挙げると、厚さ5nmの場合のシート抵抗値は約9.4Ω/□である。イリジウムのフッ素化合物の沸点は約53℃であり、塩素ガス及び酸素ガスとは反応しないため、本発明のハードマスク層に要求される条件を全て満たしている。   Here, taking iridium as an example of the material of the hard mask layer, the sheet resistance value when the thickness is 5 nm is about 9.4Ω / □. The boiling point of the fluorine compound of iridium is about 53 ° C. and does not react with chlorine gas and oxygen gas, so that all the conditions required for the hard mask layer of the present invention are satisfied.

ハードマスク層14は高い解像性を実現するために、すなわちレジストの薄膜化のために膜厚は15nm以下が望ましく、遮光膜エッチングの際に僅かにエッチングされる可能性もあるため、5nm以上であることが望ましい。   The hard mask layer 14 is desirably 15 nm or less in order to realize high resolution, that is, to make the resist thin, and may be slightly etched during etching of the light shielding film. It is desirable that

<本発明の位相シフト型フォトマスクブランクを用いた位相シフト型フォトマスクの作製方法>
図2は図4に示した位相シフト型フォトマスク101の作製工程のうち、位相シフト膜12上に遮光膜パターン13aのみを有する形態とするまでの工程の断面図である。まず、位相シフト型フォトマスクブランク100を準備し、ハードマスク層14の表面に電子線に反応する化学増幅型あるいは非化学増幅型のネガレジスト15aを塗布する(図2(a))。その後、所望の回路パターンを形成するように電子線を照射し、電子線を照射しない部分のレジストをアルカリ現像液などで除去することにより、図2(b)に示すようなレジストパターン15cを形成する。尚、ポジレジストを使用した場合は、電子線を照射した部分のレジストを現像により除去する。
<Method for Producing Phase Shift Photomask Using Phase Shift Photomask Blank of the Present Invention>
FIG. 2 is a cross-sectional view of the steps up to the step of forming only the light-shielding film pattern 13a on the phase shift film 12 in the process of manufacturing the phase shift photomask 101 shown in FIG. First, a phase shift photomask blank 100 is prepared, and a chemically amplified or non-chemically amplified negative resist 15a that reacts with an electron beam is applied to the surface of the hard mask layer 14 (FIG. 2A). Then, an electron beam is irradiated so as to form a desired circuit pattern, and a resist pattern 15c as shown in FIG. 2B is formed by removing a portion of the resist not irradiated with the electron beam with an alkali developer or the like. To do. If a positive resist is used, the resist exposed to the electron beam is removed by development.

続けて図2(c)に示すように、レジストパターン15cをエッチングマスクとして、フッ素系エッチングガス16aを用いてハードマスク層14をドライエッチングする。その後、図2(d)のように、酸素含有の塩素系エッチングガス16bを用いて遮光膜13をドライエッチングする。この途中でレジストパターン15cは概ね消失し、その後はハードマスク層パターン14aがエッチングマスクとなる。   Subsequently, as shown in FIG. 2C, the hard mask layer 14 is dry etched using the fluorine-based etching gas 16a using the resist pattern 15c as an etching mask. Thereafter, as shown in FIG. 2D, the light shielding film 13 is dry-etched using a chlorine-based etching gas 16b containing oxygen. In the middle of this, the resist pattern 15c generally disappears, and thereafter, the hard mask layer pattern 14a becomes an etching mask.

さらに図2(e)に示すように、残存したレジストパターン15cを完全除去し、その後ハードマスク層パターン14aを剥離除去することにより、図2(f)に示すような、位相シフト膜12上に遮光膜パターン13aを有する形態が形成される。   Further, as shown in FIG. 2E, the remaining resist pattern 15c is completely removed, and then the hard mask layer pattern 14a is peeled and removed, whereby the phase shift film 12 as shown in FIG. A form having the light shielding film pattern 13a is formed.

図3は図4に示した位相シフト型フォトマスク101の作製工程のうち、図2に続く、遮光膜パターン13a形成後の工程の断面図である。図3(a)に示すように、遮光膜パターン13aをエッチングマスクとして、フッ素系エッチングガス16cを用いて位相シフト膜12をドライエッチングする。これによって、図3(b)のような位相シフト膜パターン12aを形成する。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the process after the formation of the light shielding film pattern 13a following FIG. 2 in the manufacturing process of the phase shift photomask 101 shown in FIG. As shown in FIG. 3A, the phase shift film 12 is dry-etched using a fluorine-based etching gas 16c using the light-shielding film pattern 13a as an etching mask. Thereby, a phase shift film pattern 12a as shown in FIG. 3B is formed.

次に、図3(c)に示すように、図3(b)の形態の表面に、ポジレジスト(またはネガレジスト)15bを塗布する。その後、マスク外周部のみレジストが残るように電子線照射(またはレーザー照射、もしくは光露光)することで図3(d)に示すようなレジストパターン15dを形成する。このような形態にする理由は、最終的にマスク外周部に遮光枠13cを形成するためである。遮光枠13cの領域以外の遮光膜パターン13aはエッチングによって除去し、図3(e)のような形態にする。最後に余剰なレジストパターン15dを剥離除去することによって、位相シフト型フォトマスク101が完成する。   Next, as shown in FIG. 3C, a positive resist (or negative resist) 15b is applied to the surface in the form of FIG. 3B. Thereafter, a resist pattern 15d as shown in FIG. 3D is formed by electron beam irradiation (or laser irradiation or light exposure) so that the resist remains only in the outer peripheral portion of the mask. The reason for adopting such a configuration is to finally form the light shielding frame 13c on the outer periphery of the mask. The light-shielding film pattern 13a other than the region of the light-shielding frame 13c is removed by etching, and a form as shown in FIG. Finally, the excessive resist pattern 15d is peeled and removed, whereby the phase shift photomask 101 is completed.

以下、本発明の位相シフト型フォトマスクブランク、及びそれを用いて位相シフト型フォトマスクを製造した実施例について説明する。   Hereinafter, the phase shift type photomask blank of the present invention and an embodiment in which a phase shift type photomask is manufactured using the same will be described.

まず、従来のシリコン酸化物主体のハードマスク層と、本実施例で使用する酸化イリジウムを用いたハードマスク層とで、シート抵抗にどの程度の差があるかを調べた。いずれのハードマスク層も膜厚は5nmとした。従来のハードマスク層のシート抵抗は4端子法シート抵抗測定機では測定不能(1.0x10Ω/□以上)であったのに対し、本発明のハードマスク層のシート抵抗は200Ω/□と改善が見られた。 First, the difference in sheet resistance between the conventional hard mask layer mainly composed of silicon oxide and the hard mask layer using iridium oxide used in this example was examined. All the hard mask layers had a thickness of 5 nm. While the sheet resistance of the conventional hard mask layer was not measurable with a four-terminal method sheet resistance measuring machine (1.0 × 10 9 Ω / □ or more), the sheet resistance of the hard mask layer of the present invention was 200 Ω / □. An improvement was seen.

次に、図1に示す位相シフト型フォトマスクブランク100を作製した。すなわち、石英の基板11の上に位相シフト膜12として膜厚72nmのモリブデンシリコンを成膜し、波長193nmのArF露光光に対して透過率が6%程度、マスク化後の位相差が180度となるようにした。さらにその上に遮光膜13として膜厚50nmの酸窒化クロムを成膜し、位相シフト膜12と合わせた光学濃度が3程度になるようにした。また、その上にハードマスク層14として膜厚5nmの前記イリジウム化合物を形成し、位相シフト型フォトマスクブランク100を作製した(図1)。   Next, the phase shift photomask blank 100 shown in FIG. 1 was produced. That is, a molybdenum silicon film having a film thickness of 72 nm is formed on the quartz substrate 11 as the phase shift film 12, the transmittance is about 6% with respect to ArF exposure light having a wavelength of 193 nm, and the phase difference after masking is 180 degrees. It was made to become. Further, a 50 nm-thick chromium oxynitride film was formed thereon as the light-shielding film 13 so that the optical density combined with the phase shift film 12 was about 3. Further, the iridium compound having a film thickness of 5 nm was formed thereon as the hard mask layer 14 to prepare a phase shift photomask blank 100 (FIG. 1).

次に、回路パターンを形成するために、位相シフト型フォトマスクブランク100の表面に化学増幅型ネガレジスト15a(FEN271:富士フイルムエレクトロニクスマテリアル製)を84nmの膜厚で塗布した(図2(a))。電子線描画機(JBX9000:日本電子製)を用いて所望の回路パターンを描画し、その後110℃で10分間のベーク処理を行い、現像処理を実施することにより、レジストパターン15cを形成した(図2(b))。   Next, in order to form a circuit pattern, a chemically amplified negative resist 15a (FEN271: manufactured by Fuji Film Electronics Material) was applied to the surface of the phase shift photomask blank 100 with a film thickness of 84 nm (FIG. 2A). ). A desired circuit pattern was drawn using an electron beam drawing machine (JBX9000: manufactured by JEOL), and then a baking process was performed at 110 ° C. for 10 minutes, followed by a development process, thereby forming a resist pattern 15c (FIG. 2 (b)).

続いて、ドライエッチング装置を用いてCFプラズマを用いてハードマスク層14をエッチングした(図2(c))。さらに同じ装置内において真空状態を保ったまま、連続してOガスを含有したClプラズマを用いて遮光膜13をエッチングした(図2(d))。そして、余剰のレジストパターン15cを剥離液(フッ化水素、有機溶媒、及び水を含む処理液)によって除去し(図2(e))、余剰のハードマスク層パターン14aをSFにArを添加したドライエッチングによって剥離することで位相シフト膜12上に遮光膜パターン13aを有する回路パターンを形成した(図2(f))。 Subsequently, the hard mask layer 14 was etched using CF 4 plasma using a dry etching apparatus (FIG. 2C). Further, while maintaining the vacuum state in the same apparatus, the light shielding film 13 was continuously etched using Cl 2 plasma containing O 2 gas (FIG. 2D). Then, the surplus resist pattern 15c is removed with a stripping solution (treatment solution containing hydrogen fluoride, organic solvent, and water) (FIG. 2E), and the surplus hard mask layer pattern 14a is added to SF 6 with Ar. The circuit pattern which has the light shielding film pattern 13a on the phase shift film 12 was formed by peeling by the dry etching performed (FIG. 2F).

次に、遮光膜パターン13aをエッチングマスクとして、CFプラズマを用いて位相シフト膜12をエッチングした(図3(b))。次に、表面にポジ型i線レジスト15b(AR80:東京応化工業製)を膜厚500nmで塗布した(図3(c))。次にレーザー描画機(ALTA3100:アプライドマテリアル社製)を用いて、遮光枠を形成する領域以外を描画し、現像処理することでレジストパターン15dを形成した(図3(d))。次に、Oガスを含有したClプラズマを用いて遮光枠13cとなる領域以外の遮光膜パターン13aを除去して遮光膜パターン13bとし(図3(e))、最後にレジストパターン15dを剥離液(フッ化水素、有機溶媒、及び水を含む処理液)によって剥離除去することにより遮光枠13cを形成して、位相シフト型フォトマスク101を作製した(図3(f))。 Next, the phase shift film 12 was etched using CF 4 plasma using the light shielding film pattern 13a as an etching mask (FIG. 3B). Next, positive i-line resist 15b (AR80: manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to the surface with a film thickness of 500 nm (FIG. 3C). Next, using a laser drawing machine (ALTA3100: manufactured by Applied Materials), a region other than the region where the light shielding frame is to be formed was drawn and developed to form a resist pattern 15d (FIG. 3D). Next, by using Cl 2 plasma containing O 2 gas, the light shielding film pattern 13a other than the region that becomes the light shielding frame 13c is removed to form the light shielding film pattern 13b (FIG. 3E), and finally the resist pattern 15d is formed. The light shielding frame 13c was formed by peeling and removing with a peeling liquid (treatment liquid containing hydrogen fluoride, an organic solvent, and water), and the phase shift photomask 101 was manufactured (FIG. 3F).

本発明の位相シフト型フォトマスクブランクでは、ハードマスク層のシート抵抗が200Ω/□と低かったため、従来のハードマスク層を用いた位相シフト型フォトマスクに比べて電子線描画時の帯電による位置ずれが抑制され、位置精度が向上した。   In the phase shift photomask blank of the present invention, since the sheet resistance of the hard mask layer was as low as 200 Ω / □, the positional deviation due to charging at the time of electron beam drawing compared to the phase shift photomask using the conventional hard mask layer Was suppressed and the positional accuracy was improved.

11 基板
12 位相シフト膜
12a 位相シフト膜パターン
13 遮光膜
13a、13b 遮光膜パターン
13c 遮光枠
14 ハードマスク層
14a ハードマスク層パターン
15a、15b レジスト
15c、15d レジストパターン
16a〜16c エッチングガス
100 位相シフト型フォトマスクブランク
101 位相シフト型フォトマスク
11 Substrate 12 Phase shift film 12a Phase shift film pattern 13 Light shielding film 13a, 13b Light shielding film pattern 13c Light shielding frame 14 Hard mask layer 14a Hard mask layer pattern 15a, 15b Resist 15c, 15d Resist pattern 16a-16c Etching gas 100 Phase shift type Photomask blank 101 Phase shift type photomask

Claims (5)

露光波長に対して透明な基板と、前記基板上に形成された位相シフト膜と、前記位相シフト膜上に形成された遮光膜と、前記遮光膜上に形成されたハードマスク層を備えた位相シフト型フォトマスクブランクであって、
前記ハードマスク層はフッ素系ガスによりドライエッチング可能であり、
かつ酸素含有の塩素系エッチングにより実質的にドライエッチングされず、
かつ膜厚が5nmの時のシート抵抗値が200Ω/□以下であることを特徴とする位相シフト型フォトマスクブランク。
A phase comprising a substrate transparent to an exposure wavelength, a phase shift film formed on the substrate, a light shielding film formed on the phase shift film, and a hard mask layer formed on the light shielding film. A shift type photomask blank,
The hard mask layer can be dry-etched with a fluorine-based gas,
And it is not substantially dry etched by chlorine-containing etching containing oxygen,
A phase shift photomask blank having a sheet resistance value of 200 Ω / □ or less when the film thickness is 5 nm.
前記ハードマスク層のフッ化物の沸点が250℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の位相シフト型フォトマスクブランク。   The phase shift photomask blank according to claim 1, wherein the boiling point of the fluoride in the hard mask layer is 250 ° C or lower. 前記ハードマスク層の酸化物及び塩化物の沸点が400℃以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の位相シフト型フォトマスクブランク。   The phase shift photomask blank according to claim 1 or 2, wherein the boiling point of the oxide and chloride of the hard mask layer is 400 ° C or higher. 前記ハードマスク層はルテニウム、タンタル、チタン、バナジウム、イリジウム、タングステン、モリブデンからなる群より選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の位相シフト型フォトマスクブランク。   The phase shift type according to any one of claims 1 to 3, wherein the hard mask layer includes at least one selected from the group consisting of ruthenium, tantalum, titanium, vanadium, iridium, tungsten, and molybdenum. Photomask blank. 前記ハードマスク層は、さらに酸素、窒素、炭素から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項4に記載の位相シフト型フォトマスクブランク。   The phase shift photomask blank according to claim 4, wherein the hard mask layer further includes at least one selected from oxygen, nitrogen, and carbon.
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