JP2022079179A - Mask blank, phase shift mask, and method for producing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マスクブランク、そのマスクブランクを用いた製造された位相シフトマスクに関するものである。また、本発明は、上記の位相シフトマスクを用いた半導体デバイスの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a mask blank and a phase shift mask manufactured by using the mask blank. The present invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor device using the above-mentioned phase shift mask.
半導体デバイスの製造工程では、フォトリソグラフィー法を用いて微細パターンの形成が行われている。また、この微細パターンの形成には通常何枚もの転写用マスクが使用される。半導体デバイスのパターンを微細化するに当たっては、転写用マスクに形成されるマスクパターンの微細化に加え、フォトリソグラフィーで使用される露光光源の波長の短波長化が必要となる。近年、半導体装置を製造する際の露光光源にArFエキシマレーザー(波長193nm)が適用されることが増えてきている。 In the manufacturing process of a semiconductor device, a fine pattern is formed by using a photolithography method. In addition, a number of transfer masks are usually used to form this fine pattern. In order to miniaturize the pattern of a semiconductor device, it is necessary to shorten the wavelength of the exposure light source used in photolithography in addition to miniaturizing the mask pattern formed on the transfer mask. In recent years, ArF excimer lasers (wavelength 193 nm) have been increasingly applied to exposure light sources for manufacturing semiconductor devices.
転写用マスクの一種に、ハーフトーン型位相シフトマスクがある。ハーフトーン型位相シフトマスクの位相シフト膜には、窒素とケイ素を含有する材料で形成されるものが知られている。例えば、特許文献1には、このような位相シフト膜を備えるマスクブランクの製造方法として、ケイ素ターゲット、または、ケイ素と半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とを含有する材料からなるターゲットを用い、窒素系ガス、クリプトンガスおよびヘリウムガスを含むスパッタリングガス中での反応性スパッタリングによって、高透過層および高透過層に比べて窒素含有量が相対的に少ない低透過層を形成して位相シフト膜を形成する位相シフト膜形成工程と、300℃以上の温度での加熱処理を行う加熱処理工程を有することが開示されている。
There is a halftone type phase shift mask as a kind of transfer mask. As a phase shift film of a halftone type phase shift mask, one formed of a material containing nitrogen and silicon is known. For example,
また、特許文献2には、このような位相シフト膜を備えるマスクブランクの製造方法として、ケイ素ターゲット、または、ケイ素と半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とを含有する材料からなるターゲットを用い、窒素系ガス、キセノンおよびヘリウムガスを含むスパッタリングガス中での反応性スパッタリングによって、高透過層および高透過層に比べて窒素含有量が相対的に少ないで低透過層を形成して位相シフト膜を形成する位相シフト膜形成工程と、180℃以上の温度での加熱処理を行う加熱処理工程を有することが開示されている。
Further, in
また、特許文献3には、X線リソグラフィー用のマスク材料として有効な窒化ケイ素膜の作成方法が開示されている。具体的には、反応性スパッタ法により窒化ケイ素薄膜を作製する方法において、窒素ガスプラズマ中に所定量のクリプトンガスを導入し、形成される薄膜の内部応力が引っ張り応力となるスパッタ条件下で窒化ケイ素薄膜を堆積する工程を少なくとも含む窒化ケイ素薄膜の作製方法が開示されている。
Further,
また、特許文献4には、低透過層および高透過層が積層した構造を含む位相シフト膜において、低透過層および高透過層は、ケイ素および窒素からなる材料、または当該材料に半金属元素、非金属元素および希ガスから選ばれる1以上の元素を含有する材料で形成され、低透過層は、高透過層に比べて窒素含有量が相対的に少なくした位相シフト膜が設けられたマスクブランクが開示されている。 Further, in Patent Document 4, in a phase shift film including a structure in which a low transmission layer and a high transmission layer are laminated, the low transmission layer and the high transmission layer are made of a material made of silicon and nitrogen, or a semimetal element in the material. A mask blank made of a material containing one or more elements selected from non-metal elements and rare gases, the low permeable layer provided with a phase shift film having a relatively low nitrogen content compared to the high permeable layer. Is disclosed.
上述のように、従来において、窒素含有量が相対的に多い高窒化層と窒素含有量が相対的に少ない低窒化層の積層構造を含む位相シフト膜を備えた位相シフトマスクが知られている。しかしながら、近年において、転写用マスクに形成されるマスクパターンの微細化や複雑化の要求が高まっている。この要求に応えるためには、位相シフト膜において要求される透過率および位相差の面内均一性をさらに良好することが望まれる。その一方で、透過率および位相差の面内均一性を高めようとすると、膜応力が過剰となり、要求される品質を満たすことが困難となることがわかった。 As described above, conventionally, a phase shift mask including a phase shift film including a laminated structure of a high nitride layer having a relatively high nitrogen content and a low nitride layer having a relatively low nitrogen content is known. .. However, in recent years, there has been an increasing demand for miniaturization and complexity of mask patterns formed on transfer masks. In order to meet this requirement, it is desired to further improve the in-plane uniformity of the transmittance and phase difference required in the phase shift film. On the other hand, it has been found that when an attempt is made to increase the in-plane uniformity of the transmittance and the phase difference, the film stress becomes excessive and it becomes difficult to satisfy the required quality.
そこで、本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、窒素含有量が相対的に多い高窒化層と窒素含有量が相対的に少ない低窒化層の積層構造を含む位相シフト膜において、透過率および位相差の面内均一性が良好であり、膜応力が許容範囲内となる位相シフト膜を備えたマスクブランクを提供することを目的としている。また、本発明は、このマスクブランクを用いて製造される位相シフトマスクを提供することを目的としている。そして、本発明は、このような位相シフトマスクを用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made to solve the conventional problems, and is a phase shift including a laminated structure of a high nitride layer having a relatively high nitrogen content and a low nitride layer having a relatively low nitrogen content. It is an object of the present invention to provide a mask blank having a phase shift film having good in-plane uniformity of transmittance and phase difference and a film stress within an allowable range. Another object of the present invention is to provide a phase shift mask manufactured by using this mask blank. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using such a phase shift mask.
前記の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)
透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、高窒化層と低窒化層を含み、
前記高窒化層と前記低窒化層は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンを含む
ことを特徴とするマスクブランク。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
(Structure 1)
A mask blank with a phase shift film on a translucent substrate.
The phase shift film includes a high nitriding layer and a low nitriding layer.
The mask blank, wherein the high nitriding layer and the low nitriding layer contain silicon, nitrogen, krypton and xenon.
(構成2)
前記高窒化層は、窒素の含有量が50原子%以上であることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
(構成3)
前記低窒化層は、窒素の含有量が50原子%未満であることを特徴とする構成1または2に記載のマスクブランク。
(Structure 2)
The mask blank according to
(Structure 3)
The mask blank according to the
(構成4)
前記高窒化層と前記低窒化層は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンの合計含有量が90原子%以上であることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
(構成5)
前記高窒化層の厚さと前記低窒化層の厚さの合計の厚さは、前記位相シフト膜の厚さの70%以上であることを特徴とする構成1から4のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成6)
前記位相シフト膜は、2以上の前記高窒化層と2以上の前記低窒化層が交互に積層した構造を含むことを特徴とする構成1から5のいずれかに記載のマスクブランク。
(Structure 4)
The mask blank according to
(Structure 5)
The mask according to any one of
(Structure 6)
The mask blank according to any one of
(構成7)
前記位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を2%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で150度以上210度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする構成1から6のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成8)
前記位相シフト膜上に、遮光膜を備えることを特徴とする構成1から7のいずれかに記載のマスクブランク。
(Structure 7)
The phase shift film has a function of transmitting the exposure light of the ArF excimer laser with a transmittance of 2% or more, and is in the air for the same distance as the thickness of the phase shift film with respect to the exposure light transmitted through the phase shift film. The mask blank according to any one of
(Structure 8)
The mask blank according to any one of
(構成9)
透光性基板上に転写パターンが形成された位相シフト膜を備えた位相シフトマスクであって、
前記位相シフト膜は、高窒化層と低窒化層を含み、
前記高窒化層と前記低窒化層は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンを含む、
ことを特徴とする位相シフトマスク。
(構成10)
前記高窒化層は、窒素の含有量が50原子%以上であることを特徴とする構成9記載の位相シフトマスク。
(Structure 9)
A phase shift mask provided with a phase shift film in which a transfer pattern is formed on a translucent substrate.
The phase shift film includes a high nitriding layer and a low nitriding layer.
The high nitriding layer and the low nitriding layer contain silicon, nitrogen, krypton and xenon.
A phase shift mask characterized by that.
(Structure 10)
The phase shift mask according to the configuration 9, wherein the highly nitrided layer has a nitrogen content of 50 atomic% or more.
(構成11)
前記低窒化層は、窒素の含有量が50原子%未満であることを特徴とする構成9または10に記載の位相シフトマスク。
(構成12)
前記高窒化層と前記低窒化層は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンの合計含有量が90原子%以上であることを特徴とする構成9から11のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(Structure 11)
The phase shift mask according to the configuration 9 or 10, wherein the low nitride layer has a nitrogen content of less than 50 atomic%.
(Structure 12)
The phase shift mask according to any one of configurations 9 to 11, wherein the high nitride layer and the low nitride layer have a total content of silicon, nitrogen, krypton and xenon of 90 atomic% or more.
(構成13)
前記高窒化層の厚さと前記低窒化層の厚さの合計の厚さは、前記位相シフト膜の厚さの70%以上であることを特徴とする構成9から12のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(構成14)
前記位相シフト膜は、2以上の前記高窒化層と2以上の前記低窒化層が交互に積層した構造を含むことを特徴とする構成9から13のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(Structure 13)
The phase according to any one of configurations 9 to 12, wherein the total thickness of the thickness of the high nitride layer and the thickness of the low nitride layer is 70% or more of the thickness of the phase shift film. Shift mask.
(Structure 14)
The phase shift mask according to any one of configurations 9 to 13, wherein the phase shift film includes a structure in which two or more high nitride layers and two or more low nitride layers are alternately laminated.
(構成15)
前記位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を2%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で150度以上210度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする構成9から14のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(Structure 15)
The phase shift film has a function of transmitting the exposure light of the ArF excimer laser with a transmission rate of 2% or more, and the exposure light transmitted through the phase shift film is in the air by the same distance as the thickness of the phase shift film. The phase shift mask according to any one of configurations 9 to 14, further comprising a function of causing a phase difference of 150 degrees or more and 210 degrees or less with the exposed light that has passed through.
(構成16)
前記位相シフト膜上に、遮光パターンが形成された遮光膜を備えることを特徴とする構成9から15のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(構成17)
構成9から16のいずれかに記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
(Structure 16)
The phase shift mask according to any one of configurations 9 to 15, wherein a light-shielding film having a light-shielding pattern formed on the phase-shift film is provided.
(Structure 17)
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of exposing and transferring a transfer pattern to a resist film on a semiconductor substrate using the phase shift mask according to any one of configurations 9 to 16.
本発明のマスクブランクは、透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、前記位相シフト膜は、高窒化層と低窒化層を含み、前記高窒化層と前記低窒化層は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンを含むことを特徴としている。このような構造のマスクブランクとすることにより、窒素含有量が多い高窒化層と窒素含有量が少ない低窒化層の積層構造を含む位相シフト膜において、透過率および位相差の面内均一性が良好であり、膜応力が許容範囲内となるようにすることができる。 The mask blank of the present invention is a mask blank provided with a phase shift film on a translucent substrate, wherein the phase shift film includes a high nitride layer and a low nitride layer, and the high nitride layer and the low nitride layer. Is characterized by containing silicon, nitrogen, krypton and xenon. By using a mask blank having such a structure, in-plane uniformity of transmittance and phase difference can be obtained in a phase shift film including a laminated structure of a high nitride layer having a high nitrogen content and a low nitride layer having a low nitrogen content. It is good and the film stress can be within the permissible range.
また、本発明の位相シフトマスクは、転写パターンを有する位相シフト膜が上記本発明のマスクブランクの位相シフト膜と同様の構成としていることを特徴としている。このような位相シフトマスクとすることにより、窒素含有量が多い高窒化層と窒素含有量が少ない低窒化層の積層構造を含む位相シフト膜において、透過率および位相差の面内均一性が良好であり、膜応力が許容範囲内となるようにすることができる。このため、本発明の位相シフトマスクは転写精度の高い位相シフトマスクとなる。 Further, the phase shift mask of the present invention is characterized in that the phase shift film having a transfer pattern has the same configuration as the phase shift film of the mask blank of the present invention. By using such a phase shift mask, in-plane uniformity of transmittance and phase difference is good in a phase shift film including a laminated structure of a high nitride layer having a high nitrogen content and a low nitride layer having a low nitrogen content. The film stress can be kept within the allowable range. Therefore, the phase shift mask of the present invention is a phase shift mask with high transfer accuracy.
まず、本発明の完成に至った経緯を述べる。本発明者らは、窒素含有量が相対的に多い高窒化層と窒素含有量が相対的に少ない低窒化層の積層構造を含む位相シフト膜において、透過率および位相差の面内均一性が良好であり、膜応力が許容範囲内となる位相シフト膜を備えたマスクブランクについて、鋭意研究を行った。 First, the circumstances leading to the completion of the present invention will be described. The present inventors have in-plane uniformity of transmittance and phase difference in a phase shift film including a laminated structure of a high nitride layer having a relatively high nitrogen content and a low nitride layer having a relatively low nitrogen content. A diligent study was conducted on a mask blank with a phase-shifted film that was good and the film stress was within the permissible range.
一般に、スパッタ法で金属化合物の薄膜を成膜する場合、大きく分けて以下の2つの方法がある。
1つ目の方法は、スパッターゲットを予めその薄膜と同組成の金属化合物で形成するものである。この場合、貴ガスのみをスパッタガスとするスパッタリングで基板上にスパッタ粒子を積層させ、金属化合物の薄膜を基板上に形成する。
また、2つ目の方法は、スパッターゲットを、その薄膜の金属成分と同じ金属で形成するものである。この場合、その薄膜の非金属元素を含むガス(例えば、N2ガス)と貴ガスの混合ガスをスパッタガスとする反応性スパッタリングで基板上にスパッタ粒子と非金属元素の化合物を積層させ、金属化合物の薄膜を基板上に形成する。
Generally, when a thin film of a metal compound is formed by a sputtering method, there are roughly the following two methods.
The first method is to preliminarily form a spatter target with a metal compound having the same composition as the thin film. In this case, the sputtered particles are laminated on the substrate by sputtering using only the noble gas as the sputter gas, and a thin film of the metal compound is formed on the substrate.
The second method is to form the spatter target with the same metal as the metal component of the thin film. In this case, the sputter particles and the compound of the non-metal element are laminated on the substrate by reactive sputtering using a mixed gas of a gas containing a non-metal element (for example, N 2 gas) and a noble gas in the thin film as a sputter gas, and the metal is formed. A thin film of the compound is formed on the substrate.
窒素含有量が相対的に多い高窒化層と窒素含有量が相対的に少ない低窒化層の積層構造を含む位相シフト膜において、上述した2つ目の方法で成膜する場合には、Siターゲットを用い、N2ガス(反応性ガス)とKrガスおよびHeガス(貴ガス)の混合ガスをスパッタガスとする反応性スパッタリングを用いて、スパッタガス中の窒素ガスの流量比を増減させることで、基板上に形成される各層の窒化度合いを調整することが行われている。本発明者らは、まず、スパッタガス中の各ガスの流量比、スパッタ室内のガス圧、スパッタ電力等の成膜条件を調整することを検討したが、十分に改善させることはできなかった。 In a phase shift film containing a laminated structure of a high nitride layer having a relatively high nitrogen content and a low nitride layer having a relatively low nitrogen content, the Si target is used when forming a film by the second method described above. By using reactive sputtering using a mixed gas of N2 gas (reactive gas), Kr gas and He gas (noble gas) as the sputter gas, the flow ratio of nitrogen gas in the sputter gas can be increased or decreased. , The degree of nitridement of each layer formed on the substrate is adjusted. The present inventors first examined adjusting the film forming conditions such as the flow rate ratio of each gas in the sputter gas, the gas pressure in the sputter chamber, and the sputter power, but could not sufficiently improve them.
次に、本発明者らは、スパッタガスの貴ガスからHeガスを除いて成膜する(すなわち、スパッタガスは、N2ガスとKrガスのみ。)ことを試みた。その結果、この位相シフト膜の面内での位相差の均一性と透過率の均一性は、所望の範囲内に高めることができた。しかし、この位相シフト膜の膜応力がさらに大きくなっており(基板が凸方向に大きく変形する応力を有していた。応力の絶対値は、変更前よりも大きい。)、この膜応力も同時に低減する成膜方法を見つけ出す必要があった。
本発明者がさらなる研究を重ねた結果、スパッタガスの貴ガスをKrガスとXeガスを含む混合ガスとし、反応性スパッタリングで位相シフト膜を成膜することを見出した。その成膜方法で形成した位相シフト膜は、ArF露光光に対する面内の位相差の均一性、および透過率の均一性が所定の基準を満たす高さになり、アニール処理後の膜応力も問題ない範囲になることが判明した。また、スパッターゲットを予め位相シフト膜と同組成の金属化合物で形成する方法で成膜する場合にも、スパッタガスの貴ガスをKrガスとXeガスを含む混合ガスとすることで、ArF露光光に対する面内の位相差の均一性、および透過率の均一性が所定の基準を満たす高さになり、アニール処理後の膜応力も問題ない範囲になることが判明した。
本発明者らは、スパッタガスの貴ガスをKrガスとXeガスを含む混合ガスとすることで、成膜時の成膜室内における混合ガスのプラズマ分布の拡がりが良好になり、これにより、上述した効果が得られるものと推察している。ただし、この推察は、出願時点における本発明者らの推測に基づくものであり、本発明の範囲を何ら制限するものではない。
Next, the present inventors attempted to remove the He gas from the noble gas of the sputter gas to form a film (that is, the sputter gas is only N2 gas and Kr gas). As a result, the uniformity of the phase difference and the uniformity of the transmittance in the plane of this phase shift film could be improved within a desired range. However, the film stress of this phase shift film is further increased (the substrate had a stress of large deformation in the convex direction. The absolute value of the stress is larger than that before the change), and this film stress is also at the same time. It was necessary to find a film formation method to reduce the film formation.
As a result of further research by the present inventor, it has been found that the noble gas of the sputter gas is a mixed gas containing Kr gas and Xe gas, and a phase shift film is formed by reactive sputtering. The phase shift film formed by the film forming method has a height in which the uniformity of the in-plane phase difference and the uniformity of the transmittance with respect to the ArF exposure light meet the predetermined criteria, and the film stress after the annealing treatment is also a problem. It turned out that there was no range. Further, even when the spatter target is formed in advance by a method of forming a metal compound having the same composition as the phase shift film, the noble gas of the sputter gas is a mixed gas containing Kr gas and Xe gas, so that ArF exposure light is obtained. It was found that the uniformity of the in-plane phase difference and the uniformity of the permeability with respect to the relative gas reached a height satisfying a predetermined standard, and the film stress after the annealing treatment was also within the range of no problem.
By using a mixed gas containing Kr gas and Xe gas as the noble gas of the sputter gas, the present inventors can improve the spread of the plasma distribution of the mixed gas in the film forming chamber at the time of film formation, thereby, as described above. It is presumed that the desired effect can be obtained. However, this inference is based on the inferences of the present inventors at the time of filing, and does not limit the scope of the present invention in any way.
このように、本発明のマスクブランクは、透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、位相シフト膜は、高窒化層と低窒化層を含み、高窒化層と低窒化層は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンを含むことを特徴とするものである。 As described above, the mask blank of the present invention is a mask blank provided with a phase shift film on a translucent substrate, and the phase shift film includes a high nitriding layer and a low nitriding layer, and the high nitriding layer and low nitriding layer. The layer is characterized by containing silicon, nitrogen, krypton and xenon.
次に、本発明の各実施の形態について説明する。図1は、本発明の実施形態に係るマスクブランク100の構成を示す断面図である。図1に示すマスクブランク100は、透光性基板1上に、位相シフト膜2、遮光膜3およびハードマスク膜4がこの順に積層した構造を有する。
Next, each embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the mask blank 100 according to the embodiment of the present invention. The mask blank 100 shown in FIG. 1 has a structure in which a
透光性基板1は、合成石英ガラスのほか、石英ガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、低熱膨張ガラス(SiO2-TiO2ガラス等)などで形成することができる。これらの中でも、合成石英ガラスは、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)に対する透過率が高く、マスクブランクの透光性基板を形成する材料として特に好ましい。
The
位相シフト膜2は、位相シフト効果を有効に機能させるためには、ArFエキシマレーザーの露光光(以下、ArF露光光という。)に対する透過率が1%以上であることが好ましく、2%以上であるとより好ましい。また、位相シフト膜2は、ArF露光光に対する透過率が30%以下になるように調整されていることが好ましく、20%以下であるとより好ましく、18%以下であるとさらに好ましい。
また、位相シフト膜2は、ArF露光光に対する透過率の面内分布(面内均一性)が目標値に対して絶対値で0.2%以下(±0.2%以内)であると好ましく、絶対値で0.18%以下(±0.18%以内)であるとより好ましい。
In order for the
Further, in the
位相シフト膜2は、適切な位相シフト効果を得るために、透過するArF露光光に対し、この位相シフト膜2の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した光との間で所定の位相差を生じさせる機能を有することが求められる。また、その位相差は、150度以上210度以下の範囲になるように調整されていることが好ましい。位相シフト膜2における前記位相差の下限値は、160度以上であることがより好ましく、170度以上であるとさらに好ましい。他方、位相シフト膜2における前記位相差の上限値は、200度以下であることがより好ましく、190度以下であるとさらに好ましい。
また、位相シフト膜2は、ArF露光光に対する位相差の面内分布(面内均一性)が目標値に対して絶対値で1.0度以下(±1.0度以内)であると好ましい。
In order to obtain an appropriate phase shift effect, the
Further, in the
本発明の位相シフト膜2は、高窒化層22と低窒化層21とからなる1組の積層構造を有する構造(2層構造)が少なくとも含まれる。そして、本発明の位相シフト膜2は、2以上の高窒化層22と2以上の低窒化層21が交互に積層した構造を含むことが、エッチングで位相シフト膜2をパターニングする際のパターン側壁の制御性の観点から、好ましい。図1の位相シフト膜2は、高窒化層22と低窒化層21とからなる1組の積層構造を5組備えるものである。この位相シフト膜2は、透光性基板1側から高窒化層22と低窒化層21がこの順に積層した1組の積層構造を5組備え、最上の低窒化層21の上に最上層23がさらに積層した構造を有している。
The
高窒化層22および低窒化層21は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンを含有する材料で形成される。クリプトンおよびキセノンを含む貴ガスは、反応性スパッタリングで薄膜を成膜する際に成膜室内に存在することによって成膜速度を大きくし、生産性を向上させることができる元素である。この貴ガスがプラズマ化し、ターゲットに衝突することでターゲットからターゲット構成元素が飛び出し、途中、反応性ガスを取りこみつつ、透光性基板1上に積層されて薄膜が形成される。このターゲット構成元素がターゲットから飛び出し、透光性基板に付着するまでの間に成膜室中の貴ガスがわずかに取り込まれる。上述のように、この反応性スパッタリングで必要とされる貴ガスとしてクリプトンおよびキセノンを用いることにより、透過率および位相差の面内均一性が良好であり、膜応力が許容範囲内となるように位相シフト膜2を成膜することができる。
The
低窒化層21および高窒化層22には、ArF露光光に対する耐光性の観点から、遷移金属の含有量が1原子%未満であることが好ましく、遷移金属は含有しないようにすることがより好ましい。また、高窒化層22および低窒化層21には、遷移金属を除く金属元素についても、ArF露光光に対する耐光性の観点から、含有させないことが望ましい。高窒化層22および低窒化層21は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンとからなる材料で形成することが好ましい。高窒化層22および低窒化層21は、ケイ素に加え、いずれの半金属元素を含有してもよい。この半金属元素の中でも、ホウ素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルから選ばれる1以上の元素を含有させると、スパッタリングターゲットとして用いるケイ素の導電性を高めることが期待できるため、好ましい。
From the viewpoint of light resistance to ArF exposure light, the
高窒化層22および低窒化層21は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンに加え、いずれの非金属元素を含有してもよい。ここで、本発明における非金属元素は、狭義の非金属元素(窒素、炭素、酸素、リン、硫黄、セレン)、ハロゲンおよびクリプトンおよびキセノン以外の貴ガスを含むものをいう。この非金属元素の中でも、炭素、フッ素及び水素から選ばれる1以上の元素を含有させると好ましい。高窒化層22および低窒化層21は、酸素の含有量を10原子%以下に抑えることが好ましく、5原子%以下とすることがより好ましく、積極的に酸素を含有させることをしない(X線光電子分光法等による組成分析を行ったときに検出下限値以下。)ことがさらに好ましい。窒化ケイ素系材料膜に酸素を含有させると、消衰係数kが大きく低下する傾向があり、位相シフト膜2の全体の厚さが厚くなってしまう。
高窒化層22および低窒化層21は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンの合計含有量が90原子%以上であることが好ましく、95原子%以上であるとより好ましく、98原子%以上であるとさらに好ましく、99原子%以上であるとより一層好ましい。
The
The
透光性基板は、合成石英ガラス等のSiO2を主成分とする材料で形成されていることが一般的である。高窒化層22および低窒化層21のいずれかが透光性基板1の表面に接して形成される場合、その層が酸素を含有すると、酸素を含む窒化ケイ素系材料膜の組成とガラスの組成との差が小さくなり、位相シフト膜2にパターンを形成するときに行われるフッ素系ガスによるドライエッチングにおいて、透光性基板1に接する層(高窒化層22または低窒化層21)と透光性基板1との間でエッチング選択性が得られにくくなるという問題が生じることがある。
The translucent substrate is generally made of a material containing SiO 2 as a main component, such as synthetic quartz glass. When either the
高窒化層22および低窒化層21は、クリプトンおよびキセノン以外の貴ガスを含有してもよい。しかしながら、膜応力の緩和やの面内均一性の観点からは、クリプトンおよびキセノン以外の貴ガスは積極的に含有させないことが好ましい。すなわち、貴ガスは、クリプトンおよびキセノンのみとすることが好ましい。
The
高窒化層22の窒素含有量は、50原子%以上であることが好ましい。ケイ素系膜はArF露光光に対する屈折率nが非常に小さく、ArF露光光に対する消衰係数kが大きい(以降、単に屈折率nと表記されている場合、ArF露光光に対する屈折率nのことをいい、単に消衰係数kと表記されている場合、ArF露光光に対する消衰係数kのことをいう。)。ケイ素系膜中の窒素含有量が多くなるに従い、屈折率nが大きくなっていき、消衰係数kが小さくなっていく傾向がある。位相シフト膜2に求められる透過率を確保しつつ、より薄い厚さで求められる位相差も確保するには、高窒化層22の窒素含有量を50原子%以上とすることが望まれる。高窒化層22の窒素含有量は、52原子%以上であると好ましい。また、高窒化層22の窒素含有量は、57原子%以下であると好ましく、55原子%以下であるとより好ましい。
The nitrogen content of the
低窒化層21の窒素含有量は、50原子%未満であることが好ましい。低窒化層21の窒素含有量は、48原子%以下であると好ましく、45原子%以下であるとより好ましい。また、低窒化層21の窒素含有量は、20原子%以上であると好ましく、25原子%以上であるとより好ましい。位相シフト膜2に求められる透過率を確保しつつ、より薄い厚さで求められる位相差も確保するには、低窒化層21の窒素含有量を20原子%以上とすることが望まれる。
The nitrogen content of the
高窒化層22および低窒化層21は、同じ構成元素からなることが好ましい。高窒化層22および低窒化層21のいずれかが異なる構成元素を含んでおり、これらが接して積層している状態で加熱処理または光照射処理が行われた場合やArF露光光の照射が行われた場合、その異なる構成元素がその構成元素を含んでいない側の層に移動して拡散するおそれがある。そして、高窒化層22および低窒化層21の光学特性が、成膜当初から大きく変わってしまうおそれがある。また、特にその異なる構成元素が半金属元素である場合、高窒化層22および低窒化層21を異なるターゲットを用いて成膜する必要が生じる。
本実施形態における高窒化層22は、低窒化層21よりもArF露光光に対する透過率が高いものであることが好ましい。この場合において、高窒化層22は高透過層と、低窒化層21は低透過層として機能することになる。
The
The
高窒化層22および低窒化層21は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンからなる材料で形成することが好ましい。なお、クリプトンおよびキセノンといった貴ガスは、薄膜に対してRBS(Rutherford Back-Scattering Spectrometry)やXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)のような組成分析を行っても検出することが困難な元素である。高窒化層22および低窒化層21は、クリプトンおよびキセノンがHR-RBS(高分解能ラザフォード後方散乱分析法)によって検出されるレベルで含有されていることが好ましい。さらに、高窒化層22および低窒化層21は、クリプトンおよびキセノンが通常のRBSまたはXPSの組成分析によって検出されるレベルで含有されていることがより好ましい。
The
高窒化層22は、エッチングで高窒化層22をパターニングする際のパターン側壁の制御性等の観点から、厚さが20nm以下であることが好ましい。高窒化層22の厚さは、15nm以下であると好ましく、10nm以下であるとより好ましい。一方、高窒化層22の厚さは、3nm以上であることが好ましく、4nm以上であるとより好ましく、5nm以上であるとさらに好ましい。高窒化層22の厚さが3nm未満であると、後述の通り、低窒化層21はそれよりも薄くする必要が生じる。そのような薄い低窒化層21は、低透過層の構成元素と高透過層の構成元素が混在する混合領域(0.1~2nm程度)のみになってしまい、低窒化層21に求められる所望の光学特性が得られなくなる恐れがある。なお、ここでの高窒化層22の厚さには上記の混合領域が含まれるものとする。
The thickness of the
低窒化層21は、その厚さが高窒化層22の厚さよりも薄いことが好ましい。低窒化層21の厚さが高窒化層22の厚さ以上であると、そのような位相シフト膜2は求められる透過率と位相差が得られにくくなくなる。低窒化層21は、厚さが15nm以下であると好ましく、10nm以下であるとより好ましい。また、低窒化層21は、厚さが2nm以上であると好ましく、3nm以上であるとより好ましい。
The thickness of the
低窒化層21は、その厚さが高窒化層22の厚さの1/2以下であると好ましい。低窒化層21は、高窒化層22よりもArF露光光に対する屈折率nが小さく、かつArF露光光に対する消衰係数kが大きい。このため、低窒化層の合計膜厚が、高窒化層の合計膜厚の1/2よりも大きくなると、位相シフト膜2を所望の透過率と位相差に調整することが難しくなる。
The thickness of the
位相シフト膜2における高窒化層22と低窒化層21とからなる積層構造の組数は、2組(合計4層)以上であることが好ましく、4組(合計8層)以上であるとより好ましい。また、位相シフト膜2における高窒化層22と低窒化層21とからなる積層構造の組数は、10組(合計20層)以下であると好ましく、9組(合計18層)以下であるとより好ましく、8組(合計16層)以下であるとさらに好ましい。位相シフト膜2における高窒化層22と低窒化層21は、他の膜を介さずに、直接互いに接して積層する構造であることが好ましい。
The number of sets of the laminated structure composed of the
位相シフト膜2に対するEB欠陥修正(この「EB欠陥修正」は、薄膜パターンの黒欠陥部分に対し、XeF2等のフッ素を含有するガスを供給しつつ電子線を照射して黒欠陥を除去する欠陥修正のことをいう。)の終点検出精度の観点からは、高窒化層22と低窒化層21とからなる積層構造は、透光性基板1側から高窒化層22と低窒化層21がこの順に積層していることが好ましい。
EB defect correction for the phase shift film 2 (This "EB defect correction" removes black defects by irradiating the black defect portion of the thin film pattern with an electron beam while supplying a gas containing fluorine such as XeF2. From the viewpoint of the end point detection accuracy of defect correction), the laminated structure composed of the
透光性基板1は、酸化ケイ素を主成分とする材料で形成されている。位相シフト膜2の透光性基板1と接する側の層は、窒素含有量が多い高窒化層22を配置したほうが、EB欠陥修正時の終点検出に有利である。
The
一方、窒化ケイ素系材料の位相シフト膜2にドライエッチングでパターンを形成する際、SF6のような透光性基板1に対するドライエッチングのエッチングレートが比較的小さいフッ素系ガスが用いられるのが一般的である。SF6のようなフッ素系ガスによるドライエッチングに対しては、窒素含有量が少ない低窒化層21の方が透光性基板1との間でのエッチング選択性を高くすることができる。位相シフト膜2に対するドライエッチングの観点では、高窒化層22と低窒化層21とからなる積層構造は、透光性基板1側から低窒化層21と高窒化層22がこの順に積層していることが好ましい。
On the other hand, when forming a pattern on the
高窒化層22は、ArF露光光に対する屈折率nが2.5以上(好ましくは2.6以上)であり、消衰係数kが1.0未満(好ましくは0.9以下、より好ましくは0.7以下、さらに好ましくは0.5以下)である材料で形成されていることが好ましい。また、低窒化層21は、屈折率nが2.5未満(好ましくは2.4以下、より好ましくは2.2以下)であり、かつ消衰係数kが1.0以上(好ましくは1.1以上、より好ましくは1.4以上)である材料で形成されていることが好ましい。6層以上の積層構造で位相シフト膜2を構成した場合に、位相シフト膜2として求められる光学特性であるArF露光光に対する所定の位相差と所定の透過率を満たすには、高窒化層22および低窒化層21は、それぞれ上記の屈折率nと消衰係数kの範囲になければ実現が困難であるためである。
The
薄膜の屈折率nおよび消衰係数kは、その薄膜の組成だけで決まるものではない。その薄膜の膜密度および結晶状態なども、屈折率nおよび消衰係数kを左右する要素である。このため、反応性スパッタリングで薄膜を成膜するときの諸条件を調整して、その薄膜が所望の屈折率nおよび消衰係数kとなるように成膜する。高窒化層22および低窒化層21を、上記の屈折率nおよび消衰係数kの範囲にするには、反応性スパッタリングで成膜する際に、貴ガスと反応性ガスの混合ガスの比率を調整することだけに限られない。反応性スパッタリングで成膜する際における成膜室内の圧力、ターゲットに印加する電力、ターゲットと透光性基板との間の距離等の位置関係など多岐にわたる。また、これらの成膜条件は成膜装置に固有のものであり、形成される薄膜が所望の屈折率nおよび消衰係数kになるように適宜調整されるものである。
The refractive index n and the extinction coefficient k of the thin film are not determined only by the composition of the thin film. The film density and crystal state of the thin film are also factors that influence the refractive index n and the extinction coefficient k. Therefore, various conditions for forming a thin film by reactive sputtering are adjusted so that the thin film has a desired refractive index n and an extinction coefficient k. In order to make the
高窒化層22および低窒化層21は、スパッタリングによって形成されるが、DCスパッタリング、RFスパッタリングおよびイオンビームスパッタリングなどのいずれのスパッタリングも適用可能である。導電性が低いターゲット(ケイ素ターゲット、半金属元素を含有しないあるいは含有量の少ないケイ素化合物ターゲットなど)を用いる場合においては、RFスパッタリングやイオンビームスパッタリングを適用することが好ましいが、成膜レートを考慮すると、RFスパッタリングを適用することがより好ましい。
Although the
高窒化層22の厚さと低窒化層21の厚さの合計の厚さは、位相シフト膜2の厚さの70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。また、高窒化層22の厚さと低窒化層21の厚さの合計の厚さは、後述の最上層を設けることを考慮すると、位相シフト膜2の厚さの95%以下であることが好ましい。なお、位相シフト膜2中に高窒化層22および/または低窒化層21が複数層ある場合、上記の高窒化層22の厚さと低窒化層21の厚さの合計の厚さは、位相シフト膜2中の全ての高窒化層22の厚さを合わせた厚さと、位相シフト膜2中の全ての低窒化層21の厚さを合わせた厚さとの合計の厚さとして算出するものとする。一方、位相シフト膜2の厚さは、50nm以上であることが好ましい。また、位相シフト膜2の厚さは、90nm以下であることが好ましく、80nm以下であるとより好ましく、70nm以下であるとさらに好ましい。
The total thickness of the
マスクブランク100を製造する方法は、ケイ素ターゲットまたは半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素とからなるターゲットを用い、窒素系ガスと貴ガスを含むスパッタリングガス中での反応性スパッタリングによって、透光性基板1上に高窒化層22を形成する高窒化層形成工程と、ケイ素ターゲットまたは半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素とからなるターゲットを用い、窒素系ガスと貴ガスを含むスパッタリングガスであり、高窒化層形成工程のときよりも窒素系ガスの混合比率が低いスパッタリングガス中での反応性スパッタリングによって、透光性基板1上に低窒化層21を形成する低窒化層形成工程と、を有することが好ましい。
The method for producing the mask blank 100 uses a silicon target or a target composed of one or more elements selected from semi-metal elements and non-metal elements and silicon, and is reactive in a sputtering gas containing a nitrogen-based gas and a noble gas. Using a high nitride layer forming step of forming the
また、このマスクブランク100の製造方法は、高窒化層形成工程で使用されるスパッタリングガスが、成膜が不安定になる傾向を有する遷移モードとなる窒素ガスの混合比率の範囲よりも多い窒素ガスの混合比率、いわゆるポイズンモード(反応モード)に選定され、低窒化層形成工程で使用されるスパッタリングガスが、遷移モードとなる窒素系ガスの混合比率の範囲よりも少ない窒素系ガスの混合比率、いわゆるメタルモードに選定されることが好ましい。 Further, in the method for manufacturing the mask blank 100, the sputtering gas used in the high nitride layer forming step has a nitrogen gas larger than the range of the mixing ratio of the nitrogen gas in the transition mode in which the film formation tends to be unstable. The mixing ratio of nitrogen-based gas, which is selected as the so-called poison mode (reaction mode) and the sputtering gas used in the low nitride layer forming step is less than the range of the mixing ratio of nitrogen-based gas in the transition mode, It is preferable to select the so-called metal mode.
高窒化層形成工程および低窒化層形成工程で用いられる窒素系ガスは、窒素を含有するガスであればいずれのガスも適用可能である。上記の通り、高窒化層22および低窒化層21は、酸素含有量を低く抑えることが好ましいため、酸素を含有しない窒素系ガスを適用することが好ましく、窒素ガス(N2ガス)を適用することがより好ましい。また、高窒化層形成工程および低窒化層形成工程で用いられる貴ガスは、クリプトンおよびキセノンを含むものであることが好ましく、クリプトンおよびキセノンのみであることがより好ましい。
As the nitrogen-based gas used in the high nitride layer forming step and the low nitride layer forming step, any gas containing nitrogen can be applied. As described above, since it is preferable to keep the oxygen content of the
位相シフト膜2は、透光性基板1から最も離れた位置に、ケイ素および酸素を含有する材料で形成された最上層23を備えることが好ましい。酸素を積極的に含有させず、かつ窒素を含有させたケイ素系材料膜は、ArF露光光に対する耐光性は高いが、酸素を積極的に含有させたケイ素系材料膜に比べて耐薬性が低い傾向にある。また、位相シフト膜2の透光性基板1側とは反対側の最上層23として、酸素を積極的に含有させず、かつ窒素を含有させた高窒化層22または低窒化層21を配置したマスクブランク100の場合、そのマスクブランク100から作製した位相シフトマスク200に対してマスク洗浄を行うことや大気中での保管を行うことによって、位相シフト膜2の表層が酸化していくことを回避することは難しい。そのような構成の位相シフト膜2の場合、その表層が酸化すると、薄膜の成膜時の光学特性から大きく変わってしまう。特に、位相シフト膜2の最上層23として低窒化層21を設けた構成の場合には、低窒化層21が酸化することによる透過率の上昇幅は大きくなってしまう。位相シフト膜2を、高窒化層22および低窒化層21の積層構造の上に、さらに、ケイ素および酸素を含有する材料で形成された最上層23を設けることで、高窒化層22および低窒化層21の表面酸化を抑制することができる。
The
一方、最上層23は、ケイ素、酸素、クリプトンおよびキセノンを含有する材料で形成してもよい。最上層23は、ArF露光光に対する耐光性の観点から、遷移金属の含有量が1原子%未満であることが好ましく、遷移金属は含有しないようにすることがより好ましい。また、最上層23は、遷移金属を除く金属元素についても、ArF露光光に対する耐光性の観点から、含有しないことが望ましい。最上層23は、さらに窒素を含有するとより好ましい。このような構成とすることにより、高窒化層22および低窒化層21の表面酸化を抑制しつつ、位相シフト膜2の全体の厚さを薄くすることができる。
On the other hand, the
最上層23は、ケイ素、窒素、酸素、クリプトンおよびキセノンからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素、窒素、酸素、クリプトンおよびキセノンとなららなる材料で形成することが好ましい。最上層23は、ケイ素に加え、いずれの半金属元素を含有してもよい。半金属元素および非金属元素の事項については、上記の高窒化層22および低窒化層21の場合と同様である。最上層23は、ケイ素、窒素、酸素、クリプトンおよびキセノンの合計含有量が90原子%以上であることが好ましく、95原子%以上であるとより好ましく、98原子%以上であるとさらに好ましく、99原子%以上であるとより一層好ましい。
The
最上層23の厚さは、15nm以下であると好ましく、10nm以下であるとより好ましい。一方、最上層23の厚さは、2nm以上であることが好ましく、3nm以上であるとより好ましく、4nm以上であるとさらに好ましい。最上層23は、スパッタリングによって形成されるが、DCスパッタリング、RFスパッタリングおよびイオンビームスパッタリングなどのいずれのスパッタリングも適用可能である。導電性が低いターゲット(ケイ素ターゲット、半金属元素を含有しないあるいは含有量の少ないケイ素化合物ターゲットなど)を用いる場合においては、RFスパッタリングやイオンビームスパッタリングを適用することが好ましいが、成膜レートを考慮すると、RFスパッタリングを適用することがより好ましい。
The thickness of the
位相シフト膜2は、位相シフト膜2が形成される前の透光性基板1の主表面の表面形状と、その透光性基板1上に位相シフト膜2が形成され、さらにアニール処理(加熱処理)が行われた後の位相シフト膜2の表面形状との間の差分形状から算出される平坦度変化量の絶対値が、0.2μm以下になるような膜応力に収まっていることが好ましく、0.15μm以下になるような膜応力に収まっていることがより好ましい。
In the
マスクブランク100において、位相シフト膜2上に遮光膜3を備えることが好ましい。一般に、位相シフトマスク200(図2参照)では、転写パターンが形成される領域(転写パターン形成領域)の外周領域は、露光装置を用いて半導体ウェハ上のレジスト膜に露光転写した際に外周領域を透過した露光光による影響をレジスト膜が受けないように、所定値以上の光学濃度(OD)を確保することが求められている。位相シフトマスク200の外周領域では、光学濃度が2.0よりも大きいことが少なくとも求められている。上記の通り、位相シフト膜2は所定の透過率で露光光を透過する機能を有しており、位相シフト膜2だけでは上記の光学濃度を確保することは困難である。このため、マスクブランク100を製造する段階で位相シフト膜2の上に、不足する光学濃度を確保するために遮光膜3を積層しておくことが望まれる。このようなマスクブランク100の構成とすることで、位相シフト膜2を製造する途上で、位相シフト効果を使用する領域(基本的に転写パターン形成領域)の遮光膜3を除去すれば、外周領域に上記の光学濃度が確保された位相シフトマスク200を製造することができる。なお、マスクブランク100は、位相シフト膜2と遮光膜3の積層構造における光学濃度が2.5以上であると好ましく、2.8以上であるとより好ましい。また、遮光膜3の薄膜化のため、位相シフト膜2と遮光膜3の積層構造における光学濃度は4.0以下であると好ましい。
In the mask blank 100, it is preferable to provide the light-shielding
遮光膜3は、単層構造および2層以上の積層構造のいずれも適用可能である。また、単層構造の遮光膜3および2層以上の積層構造の遮光膜3の各層は、膜または層の厚さ方向でほぼ同じ組成である構成であってもよく、層の厚さ方向で組成傾斜した構成であってもよい。
As the light-shielding
遮光膜3は、位相シフト膜2との間に別の膜を介さない場合においては、位相シフト膜2にパターンを形成する際に用いられるエッチングガスに対して十分なエッチング選択性を有する材料を適用する必要がある。この場合、遮光膜3は、クロムを含有する材料で形成することが好ましい。この遮光膜3を形成するクロムを含有する材料としては、クロム金属のほか、クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素およびフッ素から選ばれる1以上の元素を含有する材料が挙げられる。
The light-shielding
一般に、クロム系材料は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスでエッチングされるが、クロム金属はこのエッチングガスに対するエッチングレートがあまり高くない。塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスのエッチングガスに対するエッチングレートを高める点を考慮すると、遮光膜3を形成する材料としては、クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素およびフッ素から選ばれる1以上の元素を含有する材料を用いることが好ましい。また、遮光膜3を形成するクロムを含有する材料に、モリブデンおよびスズのうち1以上の元素を含有させてもよい。モリブデンおよびスズのうち1以上の元素を含有させることで、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスに対するエッチングレートをより高くすることができる。
Generally, a chromium-based material is etched with a mixed gas of a chlorine-based gas and an oxygen gas, but a chromium metal does not have a very high etching rate with respect to this etching gas. Considering the point of increasing the etching rate of the mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas with respect to the etching gas, the material for forming the light-shielding
一方、マスクブランク100において、遮光膜3と位相シフト膜2との間に別の膜を介する構成とする場合においては、前記のクロムを含有する材料でその別の膜(エッチングストッパ兼エッチングマスク膜)を形成し、ケイ素を含有する材料で遮光膜3を形成する構成とすることが好ましい。クロムを含有する材料は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによってエッチングされるが、有機系材料で形成されるレジスト膜は、この混合ガスでエッチングされやすい。ケイ素を含有する材料は、一般にフッ素系ガスや塩素系ガスでエッチングされる。これらのエッチングガスは基本的に酸素を含有しないため、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによってエッチングする場合よりも、有機系材料で形成されるレジスト膜の減膜量が低減できる。このため、レジスト膜の膜厚を低減することができる。
On the other hand, in the case of the mask blank 100, in the case where another film is interposed between the light-shielding
遮光膜3を形成するケイ素を含有する材料には、遷移金属を含有させてもよく、遷移金属以外の金属元素を含有させてもよい。これは、このマスクブランク100から位相シフトマスク200を作製した場合、遮光膜3で形成されるパターンは、基本的に外周領域の遮光帯パターンであり、転写パターン形成領域に比べてArF露光光が照射される積算量が少ないことや、この遮光膜3が微細パターンで残っていることは稀であり、ArF耐光性が低くても実質的な問題は生じにくいためである。また、遮光膜3に遷移金属を含有させると、含有させない場合に比べて遮光性能が大きく向上し、遮光膜の厚さを薄くすることが可能となるためである。遮光膜3に含有させる遷移金属としては、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、パラジウム(Pd)等のいずれか1つの金属またはこれらの金属の合金が挙げられる。
The silicon-containing material forming the light-shielding
一方、遮光膜3を形成するケイ素を含有する材料として、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料を適用してもよい。
On the other hand, as the material containing silicon forming the light-shielding
上記の位相シフト膜2に積層して遮光膜3を備えるマスクブランク100において、遮光膜3の上に遮光膜3をエッチングするときに用いられるエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料で形成されたハードマスク膜4をさらに積層させた構成とするとより好ましい。遮光膜3は、所定の光学濃度を確保する機能が必須であるため、その厚さを低減するには限界がある。ハードマスク膜4は、その直下の遮光膜3にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能することができるだけの膜の厚さがあれば十分であり、基本的に光学の制限を受けない。このため、ハードマスク膜4の厚さは遮光膜3の厚さに比べて大幅に薄くすることができる。そして、有機系材料のレジスト膜は、このハードマスク膜4にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能するだけの膜の厚さがあれば十分であるので、従来よりも大幅にレジスト膜の厚さを薄くすることができる。
In the mask blank 100 provided with the light-shielding
このハードマスク膜4は、遮光膜3がクロムを含有する材料で形成されている場合は、前記のケイ素を含有する材料で形成されることが好ましい。なお、この場合のハードマスク膜4は、有機系材料のレジスト膜との密着性が低い傾向があるため、ハードマスク膜4の表面をHMDS(Hexamethyldisilazane)処理を施し、表面の密着性を向上させることが好ましい。なお、この場合のハードマスク膜4は、SiO2、SiN、SiON等で形成されることがより好ましい。また、遮光膜3がクロムを含有する材料で形成されている場合におけるハードマスク膜4の材料として、前記のほか、タンタルを含有する材料も適用可能である。この場合におけるタンタルを含有する材料としては、タンタル金属のほか、タンタルに窒素、酸素、ホウ素および炭素から選ばれる1以上の元素を含有させた材料などが挙げられる。その材料として、たとえば、Ta、TaN、TaON、TaBN、TaBON、TaCN、TaCON、TaBCN、TaBOCNなどが挙げられる。一方、このハードマスク膜4は、遮光膜3がケイ素を含有する材料で形成されている場合は、上記のクロムを含有する材料で形成されることが好ましい。
When the light-shielding
マスクブランク100において、透光性基板1と位相シフト膜2との間に、透光性基板1および位相シフト膜2ともにエッチング選択性を有する材料(上記のクロムを含有する材料、たとえば、Cr、CrN、CrC、CrO、CrON、CrC等)からなるエッチングストッパー膜を形成してよい。なお、このエッチングストッパー膜はアルミニウムを含有する材料で形成してもよい。
In the mask blank 100, a material having etching selectivity in both the
マスクブランク100において、上記ハードマスク膜4の表面に接して、有機系材料のレジスト膜が100nm以下の膜厚で形成されていることが好ましい。DRAM hp32nm世代に対応する微細パターンの場合、ハードマスク膜4に形成すべき転写パターン(位相シフトパターン)に、線幅が40nmのSRAF(Sub-Resolution Assist Feature)が設けられることがある。しかし、この場合でも、レジストパターンの断面アスペクト比が1:2.5と低くすることができるので、レジスト膜の現像時、リンス時等にレジストパターンが倒壊や脱離することを抑制することができる。なお、レジスト膜は、膜厚が80nm以下であることがより好ましい。 In the mask blank 100, it is preferable that the resist film of the organic material is formed with a film thickness of 100 nm or less in contact with the surface of the hard mask film 4. In the case of a fine pattern corresponding to the DRAM hp 32 nm generation, SRAF (Sub-Resolution Assist Feature) having a line width of 40 nm may be provided in the transfer pattern (phase shift pattern) to be formed on the hard mask film 4. However, even in this case, since the cross-sectional aspect ratio of the resist pattern can be as low as 1: 2.5, it is possible to prevent the resist pattern from collapsing or detaching during development, rinsing, etc. of the resist film. can. It is more preferable that the resist film has a film thickness of 80 nm or less.
図2に、本発明の実施形態であるマスクブランク100から位相シフトマスク200を製造する工程の断面模式図を示す。
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a process of manufacturing a
本発明の位相シフトマスク200は、透光性基板1上に、転写パターンを有する位相シフト膜2(位相シフトパターン2a)を備えた位相シフトマスク200であって、位相シフト膜2は、高窒化層22と低窒化層21を含み、高窒化層22と低窒化層21は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンを含むことを特徴とするものである。
The
この位相シフトマスク200は、マスクブランク100と同様の技術的特徴を有している。位相シフトマスク200における透光性基板1、位相シフト膜2の高窒化層22および低窒化層21並びに遮光膜3に関する事項については、マスクブランク100と同様である。このため、透過率および位相差の面内均一性が良好であり、膜応力が許容範囲内となる転写パターンを有する位相シフト膜2(位相シフトパターン2a)を備えた位相シフトマスク200を提供することができる。
The
また、本発明の位相シフトマスク200の製造方法は、上記のマスクブランク100を用いるものであって、後工程で位相シフト膜2に形成する転写パターンをドライエッチングにより遮光膜3に形成する工程と、転写パターンを有する遮光膜3(遮光パターン3a)をマスクとするドライエッチングにより位相シフト膜2に転写パターンを形成する工程と、遮光帯を含むパターンを有するレジスト膜(レジストパターン6b)をマスクとするドライエッチングにより遮光膜3(遮光パターン3a)に遮光帯を含むパターン(遮光パターン3b)を形成する工程とを備えることを特徴とするものである。
Further, the method for manufacturing the
以下、図2に示す製造工程にしたがって、位相シフトマスク200の製造方法の一例を説明する。なお、この例では、遮光膜3にはクロムを含有する材料を適用し、ハードマスク膜4にはケイ素を含有する材料を適用している。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the
まず、マスクブランク100におけるハードマスク膜4に接して、レジスト膜をスピン塗布法によって形成した。次に、レジスト膜に対して、位相シフト膜2に形成すべき転写パターン(位相シフトパターン)である第1のパターンを露光描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行い、位相シフトパターンを有する第1のレジストパターン5aを形成した(図2(a)参照)。続いて、第1のレジストパターン5aをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングを行い、ハードマスク膜4に第1のパターン(ハードマスクパターン4a)を形成した(図2(b)参照)。
First, a resist film was formed by a spin coating method in contact with the hard mask film 4 of the
次に、レジストパターン5aを除去してから、ハードマスクパターン4aをマスクとして、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第1のパターン(遮光パターン3a)を形成する(図2(c)参照)。続いて、遮光パターン3aをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングを行い、位相シフト膜2に第1のパターン(位相シフトパターン2a)を形成し、かつ同時にハードマスクパターン4aも除去した(図2(d)参照)。
Next, after removing the resist
次に、マスクブランク100上にレジスト膜をスピン塗布法によって形成した。次に、レジスト膜に対して、遮光膜3に形成すべきパターン(遮光パターン)である第2のパターンを露光描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行い、遮光パターンを有する第2のレジストパターン6bを形成した。続いて、第2のレジストパターン6bをマスクとして、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第2のパターン(遮光パターン3b)を形成した(図2(e)参照)。さらに、第2のレジストパターン6bを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、位相シフトマスク200を得た(図2(f)参照)。
Next, a resist film was formed on the mask blank 100 by a spin coating method. Next, a second pattern, which is a pattern to be formed on the light-shielding film 3 (light-shielding pattern), is exposed and drawn on the resist film, and further subjected to a predetermined process such as a development process to have a light-shielding pattern. A resist
上記のドライエッチングで使用される塩素系ガスとしては、Clが含まれていれば特に制限はない。たとえば、塩素系ガスとして、Cl2、SiCl2、CHCl3、CH2Cl2、CCl4、BCl3等が挙げられる。また、上記のドライエッチングで使用されるフッ素系ガスとしては、Fが含まれていれば特に制限はない。たとえば、フッ素系ガスとして、CHF3、CF4、C2F6、C4F8、SF6等が挙げられる。特に、Cを含まないフッ素系ガスは、ガラス材料の透光性基板1に対するエッチングレートが比較的低いため、透光性基板1へのダメージをより小さくすることができる。
The chlorine-based gas used in the above dry etching is not particularly limited as long as it contains Cl. For example, examples of the chlorine-based gas include Cl 2 , NaCl 2 , CHCl 3 , CH 2 Cl 2 , CCl 4 , BCl 3 , and the like. Further, the fluorine-based gas used in the above dry etching is not particularly limited as long as F is contained. For example, examples of the fluorine-based gas include CHF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , SF 6 , and the like. In particular, since the fluorine-based gas containing no C has a relatively low etching rate of the glass material with respect to the
さらに、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記の位相シフトマスク200または前記のマスクブランク100を用いて製造された位相シフトマスク200を用い、半導体基板上のレジスト膜にパターンを露光転写することを特徴としている。本発明の位相シフトマスク200やマスクブランク100は、上記の通りの効果を有するため、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置のマスクステージに、本発明の位相シフトマスク200をセットし、半導体基板上のレジスト膜に位相シフトパターン2aを露光転写する際も、半導体基板上のレジスト膜に設計仕様を十分に満たす精度でパターンを転写することができる。このため、このレジスト膜のパターンをマスクとして、その下層膜をドライエッチングして回路パターンを形成した場合、精度不足に起因する配線短絡や断線のない高精度の回路パターンを形成することができる。
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a pattern is exposed and transferred to a resist film on a semiconductor substrate by using the
以下、実施例により、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。
(実施例1)
[マスクブランクの製造]
主表面の寸法が約152mm×約152mmで、厚さが約6.25mmの合成石英ガラスからなる透光性基板1を準備した。この透光性基板1は、端面及び主表面が所定の表面粗さに研磨され、その後、所定の洗浄処理および乾燥処理を施されたものであった。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
(Example 1)
[Manufacturing of mask blank]
A
次に、枚葉式RFスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、および窒素(N2)の混合ガス(流量比 Kr:Xe:N2=4:3:10,圧力=0.13Pa)をスパッタリングガスとし、RF電源の電力を2.8kWとし、反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、透光性基板1上に、ケイ素および窒素からなる高窒化層22(Si:N=44原子%:56原子%)を8.0nmの厚さで形成した。別の透光性基板の主表面に対して、同条件で高窒化層22のみを形成し、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M-2000D)を用いてこの高窒化層22の光学特性を測定したところ、波長193nmにおける屈折率nが2.64、消衰係数kが0.36であった。
Next, a
次に、枚葉式RFスパッタ装置内に、高窒化層22が積層された透光性基板1を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、および窒素(N2)の混合ガス(流量比 Kr:He:N2=5:4:4,圧力=0.11Pa)をスパッタリングガスとし、RF電源の電力を2.8kWとし、反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、高窒化層22上に、ケイ素および窒素からなる低窒化層21(Si:N=62原子%:38原子%)を3.5nmの厚さで形成した。別の透光性基板の主表面に対して、同条件で低窒化層21のみを形成し、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M-2000D)を用いてこの低窒化層21の光学特性を測定したところ、波長193nmにおける屈折率nが2.20、消衰係数kが1.54であった。
Next, a
以上の手順により、透光性基板1の表面に接して、高窒化層22と低窒化層21がこの順に積層した1組の積層構造を形成した。次に、この1組の積層構造が形成された透光性基板1の低窒化層21の表面に接して、同様の手順で高窒化層22と低窒化層21の積層構造をさらに4組形成した。さらに、高窒化層22を形成するときと同じ成膜条件で、透光性基板1側から最も遠い低窒化層21の表面に接して最上層23を8.0nmの厚さで形成した。以上の手順により、合計11層の積層構造を備える位相シフト膜2を形成した。
By the above procedure, a set of laminated structures in which the
次に、この位相シフト膜2に対し、位相シフト量および透過率の面内分布をそれぞれ測定した。また、別の透光性基板上に、実施例1における位相シフト膜中の全ての高窒化層と最上層との合計膜厚に相当する厚さで高窒化SiN単層膜を成膜したものと、実施例1における位相シフト膜中の全ての低窒化層の合計膜厚に相当する厚さで構成される低窒化SiN単層膜を成膜したものを用意した。そして、高窒化SiN単層膜および低窒化SiN単層膜のそれぞれに対しても、位相シフト量および透過率の面内分布をそれぞれ測定した。その結果を図3および図4に示す。
図3に示されるように、実施例1における、高窒化SiN単層膜のみ、そして、低窒化SiN単層膜のみを成膜したものについて、位相シフト量の面内分布は、いずれも目標値の基準に対して絶対値で1.0度を上回っていた。しかしながら、高窒化層22と低窒化層21を積層した実施例1における位相シフト膜2について、位相シフト量の面内分布は、目標値に対して0.91度であり、絶対値で1.0度以下の基準を満たしていた。
Next, the in-plane distribution of the phase shift amount and the transmittance was measured for the
As shown in FIG. 3, the in-plane distribution of the phase shift amount is the target value for the film formed only with the high-nitriding SiN single-layer film and only with the low-nitriding SiN single-layer film in Example 1. The absolute value exceeded 1.0 degree with respect to the standard of. However, for the
また、図4に示されるように、実施例1における、高窒化SiN単層膜のみ、そして、低窒化SiN単層膜のみを成膜したものについて、透過率の面内分布は、いずれも目標値に対して絶対値で0.2%を上回っていた。しかしながら、高窒化層22と低窒化層21を積層した実施例1における位相シフト膜2について、透過率の面内分布は、目標値に対して0.16%であり、絶対値で0.2%以下の基準を満たしていた。
このように、実施例1における位相シフト膜2は、透過率および位相差の面内均一性が良好なものであった。この結果は、高窒化層22と低窒化層21との積層構造により、高窒化層22の部分と低窒化層21の部分とのそれぞれの面内分布が互いに相殺し合い、全体として改善されものと推察される。また、高窒化層22と低窒化層21との多重反射も良好に作用したためであると推察される。
Further, as shown in FIG. 4, the in-plane distribution of the transmittance is targeted for the film formed only with the high-nitriding SiN single-layer film and only with the low-nitriding SiN single-layer film in Example 1. The absolute value was more than 0.2% with respect to the value. However, for the
As described above, the
また、実施例1における位相シフト膜2について、あらかじめ測定しておいた位相シフト膜2が形成される前の透光性基板1の主表面の表面形状と、位相シフト膜2が形成された後の位相シフト膜2の表面形状との差分形状を導出し、さらに平坦度変化量を算出したところ、0.241μmであった(算出領域:基板の中心から142mm×142mm。以下の実施例2、比較例1、2においても同じ)。そして、この位相シフト膜2について、大気中において加熱温度500℃、処理時間1時間の条件で加熱処理を行った。この加熱処理後の位相シフト膜2に対し、上記の位相シフト膜2が形成される前の透光性基板1の主表面の表面形状と、加熱処理後の位相シフト膜2の表面形状との差分形状を導出し、さらに平坦度変化量を算出したところ、0.103μmであり、0.15μm以内の基準を満たす良好なものとなった。
また、加熱処理後の位相シフト膜2に対し、位相シフト量測定装置(レーザーテック社製 MPM-193)でArFエキシマレーザーの光の波長(約193nm)における透過率および位相差を測定したところ、透過率は6.19%、位相差が180.98度であった。
Further, regarding the
Further, when the transmittance and the phase difference at the light wavelength (about 193 nm) of the ArF excima laser were measured with the phase shift amount measuring device (MPM-193 manufactured by Lasertech) for the
次に、枚葉式DCスパッタ装置内に加熱処理後の位相シフト膜2が形成された透光性基板1を設置し、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)およびヘリウム(He)の混合ガス(流量比 Ar:CO2:N2:He=22:39:6:33,圧力=0.2Pa)をスパッタリングガスとし、DC電源の電力を1.9kWとし、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、位相シフト膜2の表面に接して、CrOCNからなる遮光膜3の最下層を30nmの厚さで形成した。
Next, a
次に、同じクロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)および窒素(N2)の混合ガス(流量比 Ar:N2=83:17,圧力=0.1Pa)をスパッタリングガスとし、DC電源の電力を1.4kWとし、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、遮光膜3の最下層上に、CrNからなる遮光膜3の下層を4nmの厚さで形成した。
Next, using the same chromium (Cr) target, a mixed gas of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) (flow ratio Ar: N 2 = 83: 17, pressure = 0.1 Pa) was used as the sputtering gas, and a DC power supply was used. A light-shielding
次に、同じクロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)およびヘリウム(He)の混合ガス(流量比 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31,圧力=0.2Pa)をスパッタリングガスとし、DC電源の電力を1.9kWとし、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、遮光膜3の下層上に、CrOCNからなる遮光膜3の上層を14nmの厚さで形成した。以上の手順により、位相シフト膜2側からCrOCNからなる最下層、CrNからなる下層、CrOCNからなる上層の3層構造からなるクロム系材料の遮光膜3を合計膜厚48nmで形成した。
Next, using the same chromium (Cr) target, a mixed gas of argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ) and helium (He) (flow ratio Ar: CO 2 : N 2 : He = 21:37:11:31, pressure = 0.2Pa) is used as the sputtering gas, the power of the DC power supply is set to 1.9 kW, and by reactive sputtering (DC sputtering), light-shielding composed of CrOCN is performed on the lower layer of the light-shielding
さらに、枚葉式RFスパッタ装置内に、位相シフト膜2および遮光膜3が積層された透光性基板1を設置し、二酸化ケイ素(SiO2)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)ガス(圧力=0.03Pa)をスパッタリングガスとし、RF電源の電力を1.5kWとし、RFスパッタリングにより遮光膜3上に、ケイ素および酸素からなるハードマスク膜4を5nmの厚さで形成した。以上の手順により、透光性基板1上に、11層構造の位相シフト膜2、遮光膜3およびハードマスク膜4が積層した構造を備える実施例1のマスクブランク100を製造した。
Further, a
[位相シフトマスクの製造]
次に、この実施例1のマスクブランク100を用い、以下の手順で実施例1の位相シフトマスク200を作製した。最初に、ハードマスク膜4の表面にHMDS処理を施した。続いて、スピン塗布法によって、ハードマスク膜4の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚80nmで形成した。次に、このレジスト膜に対して、位相シフト膜2に形成すべき位相シフトパターンである第1のパターンを電子線描画し、所定の現像処理および洗浄処理を行い、第1のパターンを有する第1のレジストパターン5aを形成した(図2(a)参照)。
[Manufacturing of phase shift mask]
Next, using the
次に、第1のレジストパターン5aをマスクとし、CF4ガスを用いたドライエッチングを行い、ハードマスク膜4に第1のパターン(ハードマスクパターン4a)を形成した(図2(b)参照)。
Next, using the first resist
次に、第1のレジストパターン5aを除去した。続いて、ハードマスクパターン4aをマスクとし、塩素と酸素との混合ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第1のパターン(遮光パターン3a)を形成した(図2(c)参照)。
Next, the first resist
次に、遮光パターン3aをマスクとし、フッ素系ガス(SF6とHeの混合ガス)を用いたドライエッチングを行い、位相シフト膜2に第1のパターン(位相シフトパターン2a)を形成し、かつ同時にハードマスクパターン4aを除去した(図2(d)参照)。
Next, using the light-
次に、遮光パターン3a上に、スピン塗布法によって、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚150nmで形成した。次に、レジスト膜に対して、遮光膜3に形成すべきパターン(遮光パターン)である第2のパターンを露光描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行い、遮光パターンを有する第2のレジストパターン6bを形成した。続いて、第2のレジストパターン6bをマスクとして、塩素と酸素との混合ガス(ガス流量比 Cl2:O2=4:1)を用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第2のパターン(遮光パターン3b)を形成した(図2(e)参照)。さらに、第2のレジストパターン6bを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、位相シフトマスク200を得た(図2(f)参照)。
Next, a resist film made of a chemically amplified resist for electron beam writing was formed on the light-
次に、この実施例1の位相シフトマスク200に対し、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体基板上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。
Next, for the
このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、実施例1の位相シフトマスク200を露光装置のマスクステージをセットし、半導体基板上のレジスト膜に露光転写した場合でも、最終的に半導体基板上に形成される回路パターンは高精度で形成できるといえる。
When the exposure transfer image of this simulation was verified, the design specifications were fully satisfied. From this result, even when the
(実施例2)
[マスクブランクの製造]
実施例2のマスクブランク100は、位相シフト膜2を変更した以外は、実施例1のマスクブランク100と同様の手順で製造された。具体的には、実施例2の位相シフト膜2は、以下のように製造された。
枚葉式RFスパッタ装置内に実施例1と同様の透光性基板1を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、および窒素(N2)の混合ガス(流量比 Kr:Xe:N2=2:1:4,圧力=0.13Pa)をスパッタリングガスとし、RF電源の電力を2.8kWとし、反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、透光性基板1上に、ケイ素および窒素からなる高窒化層22(Si:N=44原子%:56原子%)を8.0nmの厚さで形成した。別の透光性基板の主表面に対して、同条件で高窒化層22のみを形成し、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M-2000D)を用いてこの高窒化層22の光学特性を測定したところ、波長193nmにおける屈折率nが2.64、消衰係数kが0.36であった。
(Example 2)
[Manufacturing of mask blank]
The
A
次に、枚葉式RFスパッタ装置内に、高窒化層22が積層された透光性基板1を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)、および窒素(N2)の混合ガス(流量比 Kr:Xe:N2=7:3:4,圧力=0.11Pa)をスパッタリングガスとし、RF電源の電力を2.8kWとし、反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、高窒化層22上に、ケイ素および窒素からなる低窒化層21(Si:N=62原子%:38原子%)を3.5nmの厚さで形成した。別の透光性基板の主表面に対して、同条件で低窒化層21のみを形成し、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M-2000D)を用いてこの低窒化層21の光学特性を測定したところ、波長193nmにおける屈折率nが2.20、消衰係数kが1.54であった。
Next, in a single-wafer RF sputtering apparatus, a
以上の手順により、透光性基板1の表面に接して、高窒化層22と低窒化層21がこの順に積層した1組の積層構造を形成した。次に、この1組の積層構造が形成された透光性基板1の低窒化層21の表面に接して、同様の手順で高窒化層22と低窒化層21の積層構造をさらに4組形成した。さらに、高窒化層22を形成するときと同じ成膜条件で、透光性基板1側から最も遠い低窒化層21の表面に接して最上層23を8.0nmの厚さで形成した。以上の手順により、合計11層の積層構造を備える実施例2における位相シフト膜2を形成した。
By the above procedure, a set of laminated structures in which the
次に、この位相シフト膜2に対し、位相シフト量および透過率の面内分布をそれぞれ測定した。また、別の透光性基板上に、実施例2における位相シフト膜中の全ての高窒化層と最上層との合計膜厚に相当する厚さで高窒化SiN単層膜を成膜したものと、実施例2における位相シフト膜中の全ての低窒化層の合計膜厚に相当する厚さで低窒化SiN単層膜を成膜したものを用意した。そして、高窒化SiN単層膜および低窒化SiN単層膜のそれぞれに対しても、位相シフト量および透過率の面内分布をそれぞれ測定した。その結果を図3および図4に示す。
図3に示されるように、実施例2における、高窒化SiN単層膜のみ、そして、低窒化SiN単層膜のみを成膜したものについて、位相シフト量の面内分布は、いずれも目標値に対して絶対値で1.0度を上回っていた。しかしながら、高窒化層22と低窒化層21を積層した実施例2における位相シフト膜2について、位相シフト量の面内分布は、目標値に対して0.92度であり、絶対値で1.0度以下の基準を満たしていた。
Next, the in-plane distribution of the phase shift amount and the transmittance was measured for the
As shown in FIG. 3, the in-plane distribution of the phase shift amount is the target value for the film formed only with the high-nitriding SiN single-layer film and only with the low-nitriding SiN single-layer film in Example 2. The absolute value was higher than 1.0 degree. However, for the
また、図4に示されるように、実施例2における、高窒化SiN単層膜のみ、そして、低窒化SiN単層膜のみを成膜したものについて、透過率の面内分布は、いずれも目標値に対して絶対値で0.2%を上回っていた。しかしながら、高窒化層22と低窒化層21を積層した実施例2における位相シフト膜2について、透過率の面内分布は、目標値に対して0.12%であり、絶対値で0.2%以下の基準を満たしていた。
このように、実施例2における位相シフト膜2は、透過率および位相差の面内均一性が良好なものであった。この結果は、高窒化層22と低窒化層21との積層構造により、高窒化層22の部分と低窒化層21の部分とのそれぞれの面内分布が相殺し合い、全体として改善されものと推察される。また、高窒化層22と低窒化層21との多重反射も良好に作用したためであると推察される。
Further, as shown in FIG. 4, the in-plane distribution of the transmittance is targeted for the film formed only with the high-nitriding SiN single-layer film and only with the low-nitriding SiN single-layer film in Example 2. The absolute value was more than 0.2% with respect to the value. However, for the
As described above, the
また、実施例2における位相シフト膜2について、あらかじめ測定しておいた位相シフト膜2が形成される前の透光性基板1の主表面の表面形状と、位相シフト膜2が形成された後の位相シフト膜2の表面形状との差分形状を導出し、さらに平坦度変化量を算出したところ、0.324μmであった。そして、この位相シフト膜2について、大気中において加熱温度500℃、処理時間1時間の条件で加熱処理を行った。この加熱処理後の位相シフト膜2に対し、上記の位相シフト膜2が形成される前の透光性基板1の主表面の表面形状と、加熱処理後の位相シフト膜2の表面形状との差分形状を導出し、さらに平坦度変化量を算出したところ、0.128μmであり、0.15μm以内の基準を満たす良好なものとなった。
また、加熱処理後の位相シフト膜2に対し、位相シフト量測定装置(レーザーテック社製 MPM-193)でArFエキシマレーザーの光の波長(約193nm)における透過率および位相差を測定したところ、透過率は6.19%、位相差が181.82度であった。
Further, regarding the
Further, when the transmittance and the phase difference at the light wavelength (about 193 nm) of the ArF excima laser were measured with the phase shift amount measuring device (MPM-193 manufactured by Lasertech) for the
また、別の透光性基板1に対し、実施例2における位相シフト膜2を形成し、HR-RBS分析法(高分解能ラザフォード後方散乱分析法)により測定した。図5は、本発明の実施例2における、HR-RBSの観測結果を示すグラフである。より具体的には、図5は、観測データと、この観測データに対してシミュレーションフィッティングを行った結果を示すグラフである。図5に示されるように、実施例2における位相シフト膜2において、シリコンおよび窒素に加えて、クリプトンおよびキセノンが検出された。また、この実施例2における位相シフト膜2について、デプスプロファイルを調べたところ、高窒化層22と低窒化層21のいずれにおいても、クリプトンおよびキセノンの存在が確認された。
また、この結果により、キセノンガスの流量が実施例2よりも多く、そのキセノンガスの流量よりもクリプトンガスの流量が多い実施例1の位相シフト膜2においても、クリプトンおよびキセノンが存在していることが推定される。
Further, the
Further, according to this result, krypton and xenon are also present in the
そして、実施例1と同様の手順により、透光性基板1上に、位相シフト膜2、遮光膜3およびハードマスク膜4が積層した構造を備える実施例2のマスクブランク100を製造した。
Then, by the same procedure as in Example 1, the
[位相シフトマスクの製造]
次に、この実施例2のマスクブランク100を用い、実施例1と同様の手順で、実施例2の位相シフトマスク200を製造した。
[Manufacturing of phase shift mask]
Next, using the
次に、この実施例2の位相シフトマスク200の位相シフトパターン2aに対して、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体基板上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。
Next, when the
このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、実施例2の位相シフトマスク200を露光装置のマスクステージをセットし、半導体基板上のレジスト膜に露光転写した場合でも、最終的に半導体基板上に形成される回路パターンは高精度で形成できるといえる。
When the exposure transfer image of this simulation was verified, the design specifications were fully satisfied. From this result, even when the
(比較例1)
[マスクブランクの製造]
比較例1のマスクブランクは、位相シフト膜を変更した以外は、実施例1のマスクブランク100と同様の手順で製造された。具体的には、比較例1の位相シフト膜は、以下のように製造された。
枚葉式RFスパッタ装置内に実施例1と同様の透光性基板を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、クリプトン(Kr)、窒素(N2)およびヘリウム(He)の混合ガス(流量比 Kr:N2:He=3:4:20,圧力=0.29Pa)をスパッタリングガスとし、RF電源の電力を2.8kWとし、反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、透光性基板上に、ケイ素および窒素からなる高窒化層(Si:N=44原子%:56原子%)を8.0nmの厚さで形成した。別の透光性基板の主表面に対して、同条件で高窒化層のみを形成し、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M-2000D)を用いてこの高窒化層の光学特性を測定したところ、波長193nmにおける屈折率nが2.64、消衰係数kが0.36であった。
(Comparative Example 1)
[Manufacturing of mask blank]
The mask blank of Comparative Example 1 was manufactured in the same procedure as the
A translucent substrate similar to that in Example 1 is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, a silicon (Si) target is used, and a mixed gas (flow rate) of krypton (Kr), nitrogen ( N2 ) and helium (He) is used. Ratio Kr: N 2 : He = 3: 4: 20, pressure = 0.29 Pa) was used as the sputtering gas, the power of the RF power supply was set to 2.8 kW, and reactive sputtering (RF sputtering) was performed on the translucent substrate. , A highly nitrided layer (Si: N = 44 atomic%: 56 atomic%) composed of silicon and nitrogen was formed with a thickness of 8.0 nm. Only the high-nitriding layer is formed on the main surface of another translucent substrate under the same conditions, and the optical characteristics of this high-nitriding layer are measured using a spectroscopic ellipsometer (M-2000D manufactured by JA Woollam). As a result of measurement, the refractive index n at a wavelength of 193 nm was 2.64, and the extinction coefficient k was 0.36.
次に、枚葉式RFスパッタ装置内に、高窒化層が積層された透光性基板を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、クリプトン(Kr)、窒素(N2)およびヘリウム(He)の混合ガス(流量比 Kr:N2:He=5:2:25,圧力=0.27Pa)をスパッタリングガスとし、RF電源の電力を2.8kWとし、反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、高窒化層上に、ケイ素および窒素からなる低窒化層(Si:N=62原子%:38原子%)を3.5nmの厚さで形成した。別の透光性基板の主表面に対して、同条件で低窒化層のみを形成し、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M-2000D)を用いてこの低窒化層の光学特性を測定したところ、波長193nmにおける屈折率nが2.20、消衰係数kが1.54であった。 Next, a translucent substrate on which a high nitride layer was laminated was installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and a silicon (Si) target was used to use krypton (Kr), nitrogen (N 2 ) and helium (He). Mixing gas (flow ratio Kr: N 2 : He = 5: 2: 25, pressure = 0.27Pa) is used as the sputtering gas, the power of the RF power supply is set to 2.8 kW, and high by reactive sputtering (RF sputtering). A low nitrided layer (Si: N = 62 atomic%: 38 atomic%) composed of silicon and nitrogen was formed on the nitrided layer to a thickness of 3.5 nm. Only the low nitride layer is formed on the main surface of another translucent substrate under the same conditions, and the optical characteristics of this low nitride layer are measured using a spectroscopic ellipsometer (M-2000D manufactured by JA Woollam). As a result of measurement, the refractive index n at a wavelength of 193 nm was 2.20, and the extinction coefficient k was 1.54.
以上の手順により、透光性基板の表面に接して、高窒化層と低窒化層がこの順に積層した1組の積層構造を形成した。次に、この1組の積層構造が形成された透光性基板の低窒化層の表面に接して、同様の手順で高窒化層と低窒化層の積層構造をさらに4組形成した。さらに、高窒化層を形成するときと同じ成膜条件で、透光性基板側から最も遠い低窒化層の表面に接して最上層を8.0nmの厚さで形成した。以上の手順により、合計11層の積層構造を備える比較例1における位相シフト膜を形成した。 By the above procedure, a set of laminated structures in which the high nitriding layer and the low nitriding layer were laminated in this order was formed in contact with the surface of the translucent substrate. Next, in contact with the surface of the low nitride layer of the translucent substrate on which this one set of laminated structures was formed, four more sets of laminated structures of the high nitride layer and the low nitride layer were formed by the same procedure. Further, under the same film forming conditions as when the high nitride layer was formed, the uppermost layer was formed with a thickness of 8.0 nm in contact with the surface of the low nitride layer farthest from the translucent substrate side. By the above procedure, the phase shift film in Comparative Example 1 having a laminated structure of 11 layers in total was formed.
次に、この比較例1における位相シフト膜に対し、位相シフト量および透過率の面内分布をそれぞれ測定した。また、別の透光性基板上に、比較例1における位相シフト膜中の全ての高窒化層と最上層との合計膜厚に相当する厚さで高窒化SiN単層膜を成膜したものと、比較例1における位相シフト膜中の全ての低窒化層の合計膜厚に相当する厚さで低窒化SiN単層膜を成膜したものを用意した。そして、高窒化SiN単層膜および低窒化SiN単層膜のそれぞれに対しても、位相シフト量および透過率の面内分布をそれぞれ測定した。その結果を図3および図4に示す。
図3に示されるように、比較例1における、高窒化SiN単層膜のみ、そして、低窒化SiN単層膜のみを成膜したものについて、位相シフト量の面内分布は、いずれも目標値に対して絶対値で1.0度を上回っていた。そして、高窒化層と低窒化層を積層した比較例1における位相シフト膜2について、位相シフト量の面内分布は、目標値に対して2.59度であり、絶対値で1.0度以下の基準を満たすものではなかった。
Next, the in-plane distribution of the phase shift amount and the transmittance was measured for the phase shift film in Comparative Example 1, respectively. Further, a high-nitriding SiN single-layer film having a thickness corresponding to the total thickness of all the high-nitriding layers and the uppermost layer in the phase shift film in Comparative Example 1 is formed on another translucent substrate. And, a film having a low nitride SiN single layer film formed with a thickness corresponding to the total thickness of all the low nitride layers in the phase shift film in Comparative Example 1 was prepared. Then, the in-plane distributions of the phase shift amount and the transmittance were measured for each of the high nitride SiN single layer film and the low nitride SiN single layer film. The results are shown in FIGS. 3 and 4.
As shown in FIG. 3, the in-plane distribution of the phase shift amount is the target value for both the high-nitriding SiN single-layer film and the low-nitriding SiN single-layer film formed in Comparative Example 1. The absolute value was higher than 1.0 degree. The in-plane distribution of the phase shift amount of the
また、図4に示されるように、比較例1における、高窒化SiN単層膜のみ、そして、低窒化SiN単層膜のみを成膜したものについて、透過率の面内分布は、いずれも目標値に対して絶対値で0.2%を上回っていた。そして、高窒化層と低窒化層を積層した比較例1における位相シフト膜について、透過率の面内分布は、目標値に対して0.21%であり、絶対値で0.2%以下の基準を満たすものではなかった。
このように、比較例1における位相シフト膜2は、透過率および位相差の面内均一性のいずれについても、基準を満たすものではなかった。
Further, as shown in FIG. 4, the in-plane distribution of the transmittance is targeted for the film formed only with the high-nitriding SiN single-layer film and only with the low-nitriding SiN single-layer film in Comparative Example 1. The absolute value was more than 0.2% with respect to the value. The in-plane distribution of the transmittance of the phase shift film in Comparative Example 1 in which the high nitride layer and the low nitride layer are laminated is 0.21% with respect to the target value, and the absolute value is 0.2% or less. It did not meet the criteria.
As described above, the
また、比較例1における位相シフト膜について、あらかじめ測定しておいた位相シフト膜が形成される前の透光性基板1の主表面の表面形状と、位相シフト膜が形成された後の位相シフト膜の表面形状との差分形状を導出し、さらに平坦度変化量を算出したところ、0.169μmであった。そして、この位相シフト膜について、大気中において加熱温度500℃、処理時間1時間の条件で加熱処理を行った。この加熱処理後の位相シフト膜に対し、上記の位相シフト膜が形成される前の透光性基板1の主表面の表面形状と、加熱処理後の位相シフト膜の表面形状との差分形状を導出し、さらに平坦度変化量を算出したところ、-0.181μmであり、0.2μm以内の基準は満たすものの、0.15μm以内の基準を満たすものではなかった。
また、加熱処理後の比較例1の位相シフト膜に対し、位相シフト量測定装置(レーザーテック社製 MPM-193)でArFエキシマレーザーの光の波長(約193nm)における透過率および位相差を測定したところ、透過率は6.35%、位相差が179.54度であった。
Further, regarding the phase shift film in Comparative Example 1, the surface shape of the main surface of the
Further, for the phase shift film of Comparative Example 1 after the heat treatment, the transmittance and the phase difference at the light wavelength (about 193 nm) of the ArF excima laser were measured with a phase shift amount measuring device (MPM-193 manufactured by Lasertech). However, the transmittance was 6.35% and the phase difference was 179.54 degrees.
そして、実施例1と同様の手順により、透光性基板上に、位相シフト膜、遮光膜およびハードマスク膜が積層した構造を備える比較例1のマスクブランクを製造した。 Then, by the same procedure as in Example 1, a mask blank of Comparative Example 1 having a structure in which a phase shift film, a light-shielding film, and a hard mask film were laminated on a translucent substrate was manufactured.
[位相シフトマスクの製造]
次に、この比較例1のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、比較例1の位相シフトマスクを製造した。
[Manufacturing of phase shift mask]
Next, using the mask blank of Comparative Example 1, a phase shift mask of Comparative Example 1 was manufactured by the same procedure as in Example 1.
次に、この比較例1の位相シフトマスクの位相シフトパターンに対して、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体基板上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。 Next, for the phase shift pattern of the phase shift mask of Comparative Example 1, a transfer image when exposure transfer was performed on a resist film on a semiconductor substrate with exposure light having a wavelength of 193 nm using AIMS193 (manufactured by Carl Zeiss). Was simulated.
このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を十分に満たすものではなく、転写不良が発生するレベルのものであった。この結果から、比較例1の位相シフトマスクを露光装置のマスクステージをセットし、半導体基板上のレジスト膜に露光転写した場合、最終的に半導体基板上に形成される回路パターンには、回路パターンの断線や短絡が発生することが予想される。 When the exposure transfer image of this simulation was verified, it did not fully meet the design specifications and was at a level where transfer defects occurred. From this result, when the phase shift mask of Comparative Example 1 is exposed and transferred to the resist film on the semiconductor substrate by setting the mask stage of the exposure apparatus, the circuit pattern finally formed on the semiconductor substrate is a circuit pattern. It is expected that disconnection and short circuit will occur.
(比較例2)
[マスクブランクの製造]
比較例2のマスクブランクは、位相シフト膜を変更した以外は、実施例1のマスクブランク100と同様の手順で製造された。具体的には、比較例2の位相シフト膜は、以下のように製造された。
枚葉式RFスパッタ装置内に実施例1と同様の透光性基板を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、クリプトン(Kr)および窒素(N2)の混合ガス(流量比 Kr:N2=3:4,圧力=0.13Pa)をスパッタリングガスとし、RF電源の電力を2.8kWとし、反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、透光性基板1上に、ケイ素および窒素からなる高窒化層(Si:N=44原子%:56原子%)を8.0nmの厚さで形成した。別の透光性基板の主表面に対して、同条件で高窒化層のみを形成し、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M-2000D)を用いてこの高窒化層の光学特性を測定したところ、波長193nmにおける屈折率nが2.64、消衰係数kが0.36であった。
(Comparative Example 2)
[Manufacturing of mask blank]
The mask blank of Comparative Example 2 was manufactured in the same procedure as the
A translucent substrate similar to that in Example 1 was installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, a silicon (Si) target was used, and a mixed gas of krypton (Kr) and nitrogen (N 2 ) (flow ratio Kr: N 2 ). = 3: 4, pressure = 0.13Pa) is used as the sputtering gas, the power of the RF power supply is set to 2.8 kW, and high nitriding composed of silicon and nitrogen is performed on the
次に、枚葉式RFスパッタ装置内に、高窒化層が積層された透光性基板を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、クリプトン(Kr)および窒素(N2)の混合ガス(流量比 Kr:N2=20:7,圧力=0.11Pa)をスパッタリングガスとし、RF電源の電力を2.8kWとし、反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、高窒化層上に、ケイ素および窒素からなる低窒化層(Si:N=62原子%:38原子%)を3.5nmの厚さで形成した。別の透光性基板の主表面に対して、同条件で低窒化層のみを形成し、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M-2000D)を用いてこの低窒化層の光学特性を測定したところ、波長193nmにおける屈折率nが2.20、消衰係数kが1.54であった。 Next, a translucent substrate on which a high nitride layer was laminated was installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and a mixed gas (flow rate) of krypton (Kr) and nitrogen (N 2 ) was used using a silicon (Si) target. The ratio Kr: N 2 = 20: 7, pressure = 0.11 Pa) was used as the sputtering gas, the power of the RF power supply was set to 2.8 kW, and reactive sputtering (RF sputtering) was performed on the high nitride layer from silicon and nitrogen. A low nitride layer (Si: N = 62 atomic%: 38 atomic%) was formed with a thickness of 3.5 nm. Only the low nitride layer is formed on the main surface of another translucent substrate under the same conditions, and the optical characteristics of this low nitride layer are measured using a spectroscopic ellipsometer (M-2000D manufactured by JA Woollam). As a result of measurement, the refractive index n at a wavelength of 193 nm was 2.20, and the extinction coefficient k was 1.54.
以上の手順により、透光性基板の表面に接して、高窒化層と低窒化層がこの順に積層した1組の積層構造を形成した。次に、この1組の積層構造が形成された透光性基板の低窒化層の表面に接して、同様の手順で高窒化層と低窒化層の積層構造をさらに4組形成した。さらに、高窒化層を形成するときと同じ成膜条件で、透光性基板側から最も遠い低窒化層の表面に接して最上層を8.0nmの厚さで形成した。以上の手順により、合計11層の積層構造を備える比較例2の位相シフト膜を形成した。 By the above procedure, a set of laminated structures in which the high nitriding layer and the low nitriding layer were laminated in this order was formed in contact with the surface of the translucent substrate. Next, in contact with the surface of the low nitride layer of the translucent substrate on which this one set of laminated structures was formed, four more sets of laminated structures of the high nitride layer and the low nitride layer were formed by the same procedure. Further, under the same film forming conditions as when the high nitride layer was formed, the uppermost layer was formed with a thickness of 8.0 nm in contact with the surface of the low nitride layer farthest from the translucent substrate side. By the above procedure, the phase shift film of Comparative Example 2 having a laminated structure of 11 layers in total was formed.
次に、この比較例2の位相シフト膜に対し、位相シフト量および透過率の面内分布をそれぞれ測定した。また、別の透光性基板上に、比較例2における位相シフト膜中の全ての高窒化層と最上層との合計膜厚に相当する厚さで高窒化SiN単層膜を成膜したものと、比較例2における位相シフト膜中の全ての低窒化層の合計膜厚に相当する厚さで低窒化SiN単層膜を成膜したものを用意した。そして、高窒化SiN単層膜および低窒化SiN単層膜のそれぞれに対しても、位相シフト量および透過率の面内分布をそれぞれ測定した。その結果を図3および図4に示す。
図3に示されるように、比較例2における、高窒化SiN単層膜のみ、そして、低窒化SiN単層膜のみを成膜したものについて、位相シフト量の面内分布は、いずれも目標値に対して絶対値で1.0度の基準を上回っていた。ただし、高窒化層と低窒化層を積層した比較例2における位相シフト膜について、位相シフト量の面内分布は、目標値に対して0.64度であり、絶対値で1.0度以下の基準を満たすものではあった。
Next, the in-plane distribution of the phase shift amount and the transmittance was measured for the phase shift film of Comparative Example 2, respectively. Further, a high-nitriding SiN single-layer film having a thickness corresponding to the total thickness of all the high-nitriding layers and the uppermost layer in the phase shift film in Comparative Example 2 is formed on another translucent substrate. And, a film having a low nitride SiN single layer film formed with a thickness corresponding to the total thickness of all the low nitride layers in the phase shift film in Comparative Example 2 was prepared. Then, the in-plane distributions of the phase shift amount and the transmittance were measured for each of the high nitride SiN single layer film and the low nitride SiN single layer film. The results are shown in FIGS. 3 and 4.
As shown in FIG. 3, the in-plane distribution of the phase shift amount is the target value for both the high-nitriding SiN single-layer film and the low-nitriding SiN single-layer film formed in Comparative Example 2. The absolute value was higher than the standard of 1.0 degree. However, for the phase shift film in Comparative Example 2 in which the high nitride layer and the low nitride layer are laminated, the in-plane distribution of the phase shift amount is 0.64 degrees with respect to the target value, and the absolute value is 1.0 degree or less. It met the criteria of.
また、図4に示されるように、比較例2における、高窒化SiN単層膜のみ、そして、低窒化SiN単層膜のみを成膜したものについて、透過率の面内分布は、いずれも目標値に対して絶対値で0.2%の基準を上回っていた。ただし、高窒化層と低窒化層を積層した比較例2における位相シフト膜について、透過率の面内分布は、目標値に対して0.18%であり、絶対値で0.2%以下の基準を満たすものではあった。 Further, as shown in FIG. 4, the in-plane distribution of the transmittance is targeted for both the high-nitrided SiN single-layer film and the low-nitrided SiN single-layer film formed in Comparative Example 2. The absolute value of the value exceeded the standard of 0.2%. However, for the phase shift film in Comparative Example 2 in which the high nitride layer and the low nitride layer are laminated, the in-plane distribution of the transmittance is 0.18% with respect to the target value, and the absolute value is 0.2% or less. It met the criteria.
しかしながら、比較例2における位相シフト膜について、あらかじめ測定しておいた位相シフト膜が形成される前の透光性基板1の主表面の表面形状と、位相シフト膜が形成された後の位相シフト膜の表面形状との差分形状を導出し、さらに平坦度変化量を算出したところ、0.490μmであった。そして、この位相シフト膜について、大気中において加熱温度500℃、処理時間1時間の条件で加熱処理を行った。この加熱処理後の位相シフト膜に対し、上記の位相シフト膜が形成される前の透光性基板1の主表面の表面形状と、加熱処理後の位相シフト膜の表面形状との差分形状を導出し、さらに平坦度変化量を算出したところ、0.246μmであり、0.15μm以内の基準はもとより、0.2μm以内の基準を満たすものではなかった。
また、加熱処理後の比較例2の位相シフト膜に対し、位相シフト量測定装置(レーザーテック社製 MPM-193)でArFエキシマレーザーの光の波長(約193nm)における透過率および位相差を測定したところ、透過率は6.25%、位相差が180.77度であった。
However, regarding the phase shift film in Comparative Example 2, the surface shape of the main surface of the
Further, for the phase shift film of Comparative Example 2 after the heat treatment, the transmittance and the phase difference at the light wavelength (about 193 nm) of the ArF excima laser were measured with a phase shift amount measuring device (MPM-193 manufactured by Lasertech). However, the transmittance was 6.25% and the phase difference was 180.77 degrees.
また、別の透光性基板に対し、比較例2における位相シフト膜を形成し、HR-RBS分析法(高分解能ラザフォード後方散乱分析法)により測定した。図6は、本発明の比較例2における、HR-RBSの観測結果を示すグラフである。より具体的には、図6は、観測データと、この観測データに対してシミュレーションフィッティングを行った結果を示すグラフである。図6に示されるように、比較例2における位相シフト膜において、シリコンおよび窒素に加えて、クリプトンが検出されたが、キセノンは検出されていないことが確認された。 Further, a phase shift film in Comparative Example 2 was formed on another translucent substrate, and the measurement was performed by the HR-RBS analysis method (high resolution Rutherford backscatter analysis method). FIG. 6 is a graph showing the observation results of HR-RBS in Comparative Example 2 of the present invention. More specifically, FIG. 6 is a graph showing the observation data and the result of performing simulation fitting on the observation data. As shown in FIG. 6, in the phase shift film in Comparative Example 2, it was confirmed that krypton was detected in addition to silicon and nitrogen, but xenon was not detected.
そして、実施例1と同様の手順により、透光性基板上に、位相シフト膜、遮光膜およびハードマスク膜が積層した構造を備える比較例2のマスクブランクを製造した。 Then, by the same procedure as in Example 1, a mask blank of Comparative Example 2 having a structure in which a phase shift film, a light-shielding film, and a hard mask film were laminated on a translucent substrate was manufactured.
[位相シフトマスクの製造]
次に、この比較例2のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、比較例2の位相シフトマスクを製造した。
[Manufacturing of phase shift mask]
Next, using the mask blank of Comparative Example 2, a phase shift mask of Comparative Example 2 was manufactured by the same procedure as in Example 1.
次に、この比較例2の位相シフトマスクの位相シフトパターンに対して、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体基板上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。 Next, for the phase shift pattern of the phase shift mask of Comparative Example 2, a transfer image when exposure transfer was performed on a resist film on a semiconductor substrate with exposure light having a wavelength of 193 nm using AIMS193 (manufactured by Carl Zeiss). Was simulated.
このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、位相シフト膜の膜応力に起因するものとみられるパターンの位置ずれが発生しており、設計仕様を十分に満たすものではなく、転写不良が発生するレベルのものであった。この結果から、比較例2の位相シフトマスクを露光装置のマスクステージをセットし、半導体基板上のレジスト膜に露光転写した場合、最終的に半導体基板上に形成される回路パターンには、回路パターンの断線や短絡が発生することが予想される。 When the exposure transfer image of this simulation was verified, the position shift of the pattern, which seems to be caused by the film stress of the phase shift film, did not fully meet the design specifications, and the transfer defect occurred at the level. It was a thing. From this result, when the phase shift mask of Comparative Example 2 is exposed and transferred to the resist film on the semiconductor substrate by setting the mask stage of the exposure apparatus, the circuit pattern finally formed on the semiconductor substrate is a circuit pattern. It is expected that disconnection and short circuit will occur.
1 透光性基板
2 位相シフト膜
2a 位相シフトパターン
21 低窒化層
22 高窒化層
23 最上層
3 遮光膜
3a,3b 遮光パターン
4 ハードマスク膜
4a ハードマスクパターン
5a 第1のレジストパターン
6b 第2のレジストパターン
100 マスクブランク
200 位相シフトマスク
1
Claims (17)
前記位相シフト膜は、高窒化層と低窒化層を含み、
前記高窒化層と前記低窒化層は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンを含む
ことを特徴とするマスクブランク。 A mask blank with a phase shift film on a translucent substrate.
The phase shift film includes a high nitriding layer and a low nitriding layer.
The mask blank, wherein the high nitriding layer and the low nitriding layer contain silicon, nitrogen, krypton and xenon.
前記位相シフト膜は、高窒化層と低窒化層を含み、
前記高窒化層と前記低窒化層は、ケイ素、窒素、クリプトンおよびキセノンを含む、
ことを特徴とする位相シフトマスク。 A phase shift mask provided with a phase shift film in which a transfer pattern is formed on a translucent substrate.
The phase shift film includes a high nitriding layer and a low nitriding layer.
The high nitriding layer and the low nitriding layer contain silicon, nitrogen, krypton and xenon.
A phase shift mask characterized by that.
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2020
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