JP5906143B2 - Mask blank, transfer mask, transfer mask manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

本発明は、マスクブランク、転写用マスク、転写用マスクの製造方法、および半導体デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a mask blank, a transfer mask, a transfer mask manufacturing method, and a semiconductor device manufacturing method.

一般に、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。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と呼ばれている基板が使用される。この転写用マスクは、一般に透光性のガラス基板上に、金属薄膜等からなる微細パターンを設けたものである。この転写用マスクの製造においてもフォトリソグラフィー法が用いられている。   Generally, in a semiconductor device manufacturing process, a fine pattern is formed using a photolithography method. For the formation of this fine pattern, usually a number of substrates called transfer masks are used. This transfer mask is generally a transparent glass substrate provided with a fine pattern made of a metal thin film or the like. A photolithography method is also used in the production of the transfer mask.

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。半導体装置製造の際に用いられる露光光源は、近年ではKrFエキシマレーザー(波長248nm)から、ArFエキシマレーザー(波長193nm)へと短波長化が進んでいる。   In order to miniaturize the pattern of a semiconductor device, it is necessary to shorten the wavelength of an exposure light source used in photolithography in addition to miniaturization of a mask pattern formed on a transfer mask. In recent years, the exposure light source used in the manufacture of semiconductor devices has been shortened from a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) to an ArF excimer laser (wavelength 193 nm).

転写用マスクの種類としては、従来の透光性基板上にクロム系材料からなる遮光膜パターンを備えたバイナリマスクの他に、ハーフトーン型位相シフトマスクが知られている。このハーフトーン型位相シフトマスクは、透光性基板上に光半透過膜パターンを備えたものである。この光半透過膜(ハーフトーン型位相シフト膜)は、実質的に露光に寄与しない強度で光を透過させ、かつその光半透過膜を透過した光に、同じ距離だけ空気中を通過した光に対して所定の位相差を生じさせる機能を有しており、これにより、いわゆる位相シフト効果を生じさせている。   As a type of transfer mask, a halftone phase shift mask is known in addition to a binary mask having a light-shielding film pattern made of a chromium-based material on a conventional translucent substrate. This halftone phase shift mask is provided with a light semi-transmissive film pattern on a light-transmitting substrate. This light semi-transmissive film (halftone phase shift film) transmits light at an intensity that does not substantially contribute to exposure, and the light that has passed through the light semi-transmissive film through the air for the same distance. Has a function of causing a predetermined phase difference, thereby producing a so-called phase shift effect.

一般に、転写用マスクにおける転写パターンが形成される領域の外周領域は、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。通常、転写用マスクの外周領域では、ODが3以上あると望ましいとされており、少なくとも2.8程度は必要とされている。しかし、ハーフトーン型位相シフトマスクの光半透過膜は、露光光を所定の透過率で透過させる機能を有しており、この光半透膜だけでは、転写用マスクの外周領域に求められている光学濃度を確保することが困難である。このため、特許文献1に開示されている位相シフトマスクブランクのように、露光光に対して所定の位相シフト量および透過率を有する半透明膜の上に遮光膜(遮光性膜)を積層し、半透明膜と遮光膜との積層構造で所定の光学濃度を確保することが行われている。   In general, the outer peripheral area of the transfer mask on which the transfer pattern is formed is affected by the exposure light transmitted through the outer peripheral area when the exposure film is exposed and transferred to the resist film on the semiconductor wafer. Therefore, it is required to secure an optical density (OD) equal to or higher than a predetermined value. Usually, it is desirable that the OD is 3 or more in the outer peripheral region of the transfer mask, and at least about 2.8 is required. However, the light semi-transmissive film of the halftone phase shift mask has a function of transmitting the exposure light with a predetermined transmittance, and this light semi-transmissive film alone is required in the outer peripheral region of the transfer mask. It is difficult to ensure the optical density. For this reason, as in the phase shift mask blank disclosed in Patent Document 1, a light shielding film (light shielding film) is laminated on a semitransparent film having a predetermined phase shift amount and transmittance with respect to exposure light. A predetermined optical density is secured by a laminated structure of a translucent film and a light shielding film.

一方、特許文献2に開示されているようなフォトマスクブランクも存在する。このフォトマスクブランクの半透明積層膜は、その膜中を透過する露光光の位相が空気中を同じ距離だけ通過した露光光の位相よりも進む特性を有する位相進行膜と、逆に、その膜中を透過する露光光の位相が遅れる特性を有する位相遅延膜とが積層したものである。このような構成にすることによって、半透明積層膜を透過する露光光は、空気中を同じ距離だけ通過した露光光との間で位相差が生じないようにすることができる。このような特性を有する半透明積層膜も、単独では転写用マスクの外周領域に求められている光学濃度を確保することが困難である。このため、特許文献2に開示されているフォトマスクブランクにおいても、半透明積層膜の上に遮光膜を積層し、半透明積層膜と遮光膜との積層構造で所定の光学濃度を確保するようにしている。   On the other hand, there is a photomask blank as disclosed in Patent Document 2. The translucent laminated film of this photomask blank has a phase advance film having a characteristic that the phase of the exposure light transmitted through the film is more advanced than the phase of the exposure light that has passed through the air by the same distance, and conversely A phase retardation film having a characteristic that the phase of exposure light transmitted therethrough is delayed is laminated. By adopting such a configuration, it is possible to prevent a phase difference between the exposure light transmitted through the translucent laminated film and the exposure light that has passed through the air by the same distance. A semitransparent laminated film having such characteristics alone is difficult to ensure the optical density required for the outer peripheral region of the transfer mask. For this reason, also in the photomask blank disclosed in Patent Document 2, a light shielding film is laminated on the semitransparent laminated film, and a predetermined optical density is ensured by a laminated structure of the semitransparent laminated film and the light shielding film. I have to.

特開2007−033469号公報JP 2007-033469 A 特開2006−215297号公報JP 2006-215297 A

特許文献1や特許文献2で開示されているような露光光を所定の透過率で透過させるような薄膜(光半透過膜)で転写パターンを形成するタイプの転写用マスクは、光半透過膜の上に遮光膜を積層したマスクブランクを用いて作製される。このマスクブランクから作製される転写用マスクでは、基板上の転写パターンが形成される領域には、遮光パッチ等を形成する必要のある特定領域を除いては、光半透過膜のパターンのみが存在する。一方、所定の光学濃度が必要な外周領域(ブラインドエリア)には、光半透過膜と遮光膜が積層した状態の層(遮光帯)が存在する。このような構成の転写用マスクを作製する必要があるため、光半透過膜と遮光膜が間に他の膜を介さずに積層する構造の場合には、光半透過膜と遮光膜とは互いにエッチング特性の異なる材料で形成する必要がある。   A transfer mask of a type that forms a transfer pattern with a thin film (light semi-transmissive film) that transmits exposure light at a predetermined transmittance as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 is a light semi-transmissive film. It is manufactured using a mask blank in which a light-shielding film is laminated on top. In the transfer mask produced from this mask blank, only the pattern of the light translucent film exists in the region where the transfer pattern on the substrate is formed, except for a specific region where a light shielding patch or the like needs to be formed. To do. On the other hand, in the outer peripheral region (blind area) where a predetermined optical density is required, there is a layer (light-shielding band) in which the light semi-transmissive film and the light-shielding film are laminated. Since it is necessary to prepare a transfer mask having such a configuration, in the case of a structure in which a light semi-transmissive film and a light-shielding film are stacked without interposing another film, the light semi-transmissive film and the light-shielding film are It is necessary to form with materials having different etching characteristics.

前記のようなマスクブランクから転写用マスクを作製する手順としては、以下の通りである。最初に、遮光膜上に光半透過膜に形成すべきパターンを有する第1のレジストパターンを設ける。次に、第1のレジストパターンをマスクとして、遮光膜をエッチングしてパターンを形成する。次に、第1のレジストパターンを除去する。次に、遮光膜のパターンをマスクとして、光半透過膜をエッチングして光半透過膜パターンを形成する。次に、遮光膜上に、遮光膜に形成すべきパターンを有する第2のレジストパターンを設ける。次に、第2のレジストパターンをマスクとして遮光膜をエッチングして遮光膜パターン(遮光帯)を形成する。最後に第2のレジストパターンを除去し、所定の洗浄工程を経て、転写用マスクが出来上がる。   The procedure for producing the transfer mask from the mask blank as described above is as follows. First, a first resist pattern having a pattern to be formed on the light semi-transmissive film is provided on the light shielding film. Next, the light shielding film is etched using the first resist pattern as a mask to form a pattern. Next, the first resist pattern is removed. Next, using the light shielding film pattern as a mask, the light semi-transmissive film is etched to form a light semi-transmissive film pattern. Next, a second resist pattern having a pattern to be formed on the light shielding film is provided on the light shielding film. Next, the light shielding film is etched using the second resist pattern as a mask to form a light shielding film pattern (light shielding band). Finally, the second resist pattern is removed, and a transfer mask is completed through a predetermined cleaning process.

光半透過膜に形成すべきパターンは、半導体ウェハ上のレジスト膜に露光転写するものであるため、非常に微細なパターンである。しかし、マスクブランクにおける光半透過膜の上には遮光膜が積層しているため、遮光膜に一度、光半透過膜に形成すべきパターンを形成しなければならない。前記のとおり、光半透過膜に対しては、露光光を所定の透過率で透過させること以外の機能を兼ね備えさせる場合が多い。そして、このような特性を光半透過膜に持たせるために、ケイ素を含有する材料や、ケイ素と遷移金属を含有する材料を適用することが多い。これらの材料からなる光半透過膜に微細パターンを形成する場合、フッ素系ガスによるドライエッチングでパターニングすることが望ましい。   The pattern to be formed on the light semi-transmissive film is a very fine pattern because it is exposed and transferred to a resist film on a semiconductor wafer. However, since the light shielding film is laminated on the light semi-transmissive film in the mask blank, a pattern to be formed on the light semi-transmissive film must be formed once on the light shielding film. As described above, the light semi-transmissive film often has a function other than transmitting exposure light at a predetermined transmittance. And in order to give such a characteristic to a light semi-transmissive film, a material containing silicon or a material containing silicon and a transition metal is often applied. When a fine pattern is formed on a light semi-transmissive film made of these materials, it is desirable to pattern by dry etching using a fluorine-based gas.

光半透過膜をフッ素系ガスによるドライエッチングでパターニングすることを前提として、前記の転写用マスクの作製プロセスを実現するには、遮光膜はフッ素系ガスによるドライエッチングに対して耐性を有する材料である必要がある。それに加え、フッ素系ガス以外のエッチングガスで、光半透過膜に形成すべき微細パターンを遮光膜に形成できることも必要である。これらの条件を同時に満たす遮光膜の材料としては、クロムを含有する材料が挙げられ、従来用いられてきている。クロムを含有する材料からなる遮光膜に微細パターンを形成するために用いられるエッチングガスは、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスである。   Assuming that the light semi-transmissive film is patterned by dry etching with a fluorine-based gas, the light-shielding film is made of a material that is resistant to dry etching with a fluorine-based gas in order to realize the transfer mask manufacturing process. There must be. In addition, it is necessary that a fine pattern to be formed on the light semi-transmissive film can be formed on the light shielding film with an etching gas other than the fluorine-based gas. A material for the light shielding film that satisfies these conditions simultaneously includes a material containing chromium, which has been conventionally used. An etching gas used for forming a fine pattern on the light-shielding film made of a material containing chromium is a mixed gas of a chlorine-based gas and an oxygen gas.

しかし、一般に使用される有機系材料で形成されるレジスト膜は、酸素ガスのプラズマに対する耐性が、ほかのガスのプラズマに対する耐性に比べて大幅に低い。このため、クロム系材料の遮光膜を塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスでドライエッチングした場合、レジスト膜の消費量(エッチング中に生じるレジスト膜の減膜量)が多くなる。ドライエッチングによって遮光膜に微細パターンを高い精度で形成するには、遮光膜のパターニング完了時に、所定以上の厚さでレジスト膜が残存している必要がある。しかし、最初にパターンを形成するレジスト膜の膜厚を厚くすると、レジストパターンの断面アスペクト比(パターン線幅に対する膜厚の比率)が大きくなり過ぎるために、レジストパターンが倒壊する現象が発生しやすくなる。この問題を解決する方法として、遮光膜の膜厚をより薄くするか、遮光膜のエッチングレートをより速くすることが考えられる。   However, a resist film formed of a commonly used organic material has significantly lower resistance to plasma of oxygen gas than that of other gases. For this reason, when the light-shielding film made of a chromium-based material is dry-etched with a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas, the consumption of the resist film (the reduction amount of the resist film generated during the etching) increases. In order to form a fine pattern on the light shielding film with high accuracy by dry etching, the resist film needs to remain with a predetermined thickness or more upon completion of patterning of the light shielding film. However, if the thickness of the resist film that forms the pattern first is increased, the cross-sectional aspect ratio of the resist pattern (the ratio of the film thickness to the pattern line width) becomes too large, so the phenomenon that the resist pattern collapses easily occurs. Become. As a method for solving this problem, it is conceivable to reduce the thickness of the light shielding film or to increase the etching rate of the light shielding film.

クロムを含有する材料からなる薄膜は、膜中の酸素含有量が多くなるに従い、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスでドライエッチングするときのエッチングレートが速くなる傾向がある。また、一般に金属を含有する薄膜は、膜中の酸素含有量が多くなるに従い、光学濃度が低下する傾向がある。クロムを含有する材料からなる遮光膜において、薄い膜厚で所定以上の光学濃度を確保しようとすると、膜中の酸素含有量を減らす必要があるため、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスでのエッチングレートが遅くなってしまい、レジスト膜の膜厚を薄くすることが難しくなる。また、クロムを含有する材料からなる遮光膜において、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスでのエッチングレートを速くしようとすると、膜中の酸素含有量を増やす必要があるため、所定の光学濃度を確保するために必要な遮光膜の膜厚が厚くなってしまい、レジスト膜の膜厚を薄くすることが難しくなる。   A thin film made of a chromium-containing material tends to increase the etching rate when dry etching is performed with a mixed gas of a chlorine-based gas and an oxygen gas as the oxygen content in the film increases. In general, a thin film containing a metal tends to decrease in optical density as the oxygen content in the film increases. In a light-shielding film made of a material containing chromium, it is necessary to reduce the oxygen content in the film when attempting to secure an optical density higher than a predetermined value with a thin film thickness. Therefore, in a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas, The etching rate becomes slow, and it becomes difficult to reduce the thickness of the resist film. Further, in a light-shielding film made of a material containing chromium, if an attempt is made to increase the etching rate with a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas, it is necessary to increase the oxygen content in the film. The film thickness of the light-shielding film necessary for securing it becomes thick, and it becomes difficult to reduce the film thickness of the resist film.

このような問題を解決する手段として、クロムを含有する材料からなる遮光膜の上に、ケイ素を含有する材料からなるエッチングマスク膜(ハードマスク膜)を積層したマスクブランクを適用することが考えられている。しかし、このマスクブランクの場合、各層を異なるエッチングガスで交互にエッチングしていくプロセスを適用する必要があるため、転写用マスクの作製プロセスが複雑化するという問題がある。   As a means for solving such a problem, it is considered to apply a mask blank in which an etching mask film (hard mask film) made of a material containing silicon is laminated on a light shielding film made of a material containing chromium. ing. However, in the case of this mask blank, it is necessary to apply a process in which each layer is alternately etched with different etching gases, so that there is a problem that the manufacturing process of the transfer mask becomes complicated.

近年、より微細なパターンを露光転写する技術として、ダブルパターニング技術が適用され始めている。ダブルパターニング技術は、微細な1つの転写パターンを、2つの比較的疎な転写パターンに分割する技術であり、従来のArF露光光を用いたリソグラフィでは実現できなかった微細パターンを露光転写できるようになる技術である。このダブルパターニング技術を適用するリソグラフィの中には、半導体ウェハ上の同じ1つのレジスト膜に対して、ダブルパターニング技術で分割されたパターンが形成された2枚の転写用マスクを用いて順に露光転写を行うダブル露光技術がある。このダブル露光技術を用いた場合、転写用マスクの外周領域を透過する露光光が、半導体ウェハ上のレジストに照射される量は従来の2倍になる。従来は、光半透過膜に比べて光学濃度の高い遮光膜を用いた転写用マスク(バイナリマスク)の場合、転写用マスクの外周領域を透過する露光光による半導体ウェハ上のレジスト膜への影響は考慮する必要はなかった。しかし、このダブル露光技術が適用される場合、光学濃度の比較的高い遮光膜に転写パターンを形成する転写用マスクであっても、外周領域に遮光帯を形成することを考慮する必要が生じる。このため、バイナリマスクの場合であっても、ハーフトーン型位相シフトマスクの場合と同様の問題が生じる場合がある。   In recent years, a double patterning technique has begun to be applied as a technique for exposing and transferring a finer pattern. The double patterning technology is a technology that divides a fine transfer pattern into two relatively sparse transfer patterns so that a fine pattern that could not be realized by lithography using conventional ArF exposure light can be exposed and transferred. Technology. In lithography using this double patterning technology, the same resist film on a semiconductor wafer is exposed and transferred in sequence using two transfer masks on which patterns divided by the double patterning technology are formed. There is a double exposure technology that performs this. When this double exposure technique is used, the amount of exposure light that passes through the outer peripheral region of the transfer mask is irradiated onto the resist on the semiconductor wafer is twice that of the prior art. Conventionally, in the case of a transfer mask (binary mask) using a light-shielding film having a higher optical density than the light semi-transmissive film, the influence of the exposure light transmitted through the peripheral area of the transfer mask on the resist film on the semiconductor wafer Did not need to be considered. However, when this double exposure technique is applied, it is necessary to consider forming a light-shielding band in the outer peripheral region even for a transfer mask that forms a transfer pattern on a light-shielding film having a relatively high optical density. For this reason, even in the case of the binary mask, the same problem as in the case of the halftone phase shift mask may occur.

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、その目的とするところは、光半透過膜等の第1の膜上に遮光膜等の第2の膜が積層したマスクブランクにおいて、レジストパターンをマスクとして第2の膜に対し、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスでドライエッチングを行っても、微細なパターンを形成することが可能なマスクブランクを提供することである。また、このマスクブランクを用いて製造される転写用マスクおよびその製造方法を提供することである。さらに、この転写用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である。   Therefore, the present invention has been made to solve the conventional problems, and the object of the present invention is to stack a second film such as a light shielding film on a first film such as a light semi-transmissive film. By providing a mask blank capable of forming a fine pattern even if dry etching is performed on the second film with a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas using the resist pattern as a mask. is there. Moreover, it is providing the transfer mask manufactured using this mask blank, and its manufacturing method. Furthermore, it is providing the manufacturing method of the semiconductor device using this transfer mask.

前記の課題を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
(構成1)
転写用マスクを作製するために用いられるものであり、基板上に、前記基板側から第1の膜と第2の膜が順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記第1の膜は、フッ素系ガスによるドライエッチングが可能な材料からなり、
前記第2の膜は、下層と上層の積層構造からなり、
前記下層は、モリブデンまたはタングステンを含有し、ケイ素の含有量が0at%以上10at%未満である材料からなり、
前記上層は、クロムと酸素を含有し、クロムの含有量が50at%未満であり、酸素の含有量が25at%以上である材料からなることを特徴とするマスクブランク。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
(Configuration 1)
A mask blank having a structure in which a first film and a second film are sequentially laminated on a substrate from the substrate side, which is used for producing a transfer mask;
The first film is made of a material that can be dry-etched with a fluorine-based gas,
The second film has a laminated structure of a lower layer and an upper layer,
The lower layer is made of a material containing molybdenum or tungsten and having a silicon content of 0 at% or more and less than 10 at%,
The upper layer is made of a material containing chromium and oxygen, a chromium content of less than 50 at%, and an oxygen content of 25 at% or more.

(構成2)
前記下層は、モリブデンまたはタングステンを含有し、ケイ素を含有しない材料からな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)
前記下層は、さらに窒素を含有する材料からなることを特徴とする構成1または2に記載のマスクブランク。
(Configuration 2)
2. The mask blank according to Configuration 1, wherein the lower layer is made of a material containing molybdenum or tungsten and not containing silicon.
(Configuration 3)
3. The mask blank according to Configuration 1 or 2, wherein the lower layer is made of a material further containing nitrogen.

(構成4)
前記第2の膜は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングが可能な材料からなることを特徴とする構成1から3のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成5)
前記第1の膜は、ケイ素を含有する材料、またはケイ素と遷移金属を含有する材料であって、遷移金属の含有量よりもケイ素の含有量の方が多い材料からな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。
(Configuration 4)
4. The mask blank according to any one of configurations 1 to 3, wherein the second film is made of a material that can be dry-etched by a mixed gas of a chlorine-based gas and an oxygen gas.
(Configuration 5)
The first film is made of a material containing silicon, or a material containing silicon and a transition metal, wherein the silicon content is higher than the content of the transition metal. The mask blank according to any one of 1 to 4.

(構成6)
前記第1の膜は、第2の膜側の表層に酸化層が形成されていることを特徴とする構成1から5のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成7)
前記上層の表面に接してレジスト膜が100nm以下の膜厚で形成されてい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。
(Configuration 6)
6. The mask blank according to any one of configurations 1 to 5, wherein an oxide layer is formed on a surface layer on the second film side of the first film.
(Configuration 7)
7. The mask blank according to any one of configurations 1 to 6, wherein a resist film is formed with a thickness of 100 nm or less in contact with the surface of the upper layer.

(構成8)
前記第1の膜と第2の膜の積層構造は、ArF露光光に対する光学濃度が2.8以上であることを特徴とする構成1から7のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成9)
前記第1の膜は、ArF露光光に対する透過率が1%以上の光半透過膜であることを特徴とする構成1から8のいずれかに記載のマスクブランク。
(Configuration 8)
8. The mask blank according to any one of configurations 1 to 7, wherein the laminated structure of the first film and the second film has an optical density with respect to ArF exposure light of 2.8 or more.
(Configuration 9)
9. The mask blank according to any one of configurations 1 to 8, wherein the first film is a light semi-transmissive film having a transmittance with respect to ArF exposure light of 1% or more.

(構成10)
基板上に、前記基板側から第1のパターンを有する第1の膜と第2のパターンを有する第2の膜が順に積層した転写用マスクであって、
前記第1の膜は、フッ素系ガスによるドライエッチングが可能な材料からなり、
前記第2の膜は、下層と上層の積層構造からなり、
前記下層は、モリブデンまたはタングステンを含有し、ケイ素の含有量が0at%以上10at%未満である材料からなり、
前記上層は、クロムと酸素を含有し、クロムの含有量が50at%未満であり、酸素の含有量が25at%以上である材料からなることを特徴とする転写用マスク。
(Configuration 10)
A transfer mask in which a first film having a first pattern and a second film having a second pattern are sequentially stacked on a substrate from the substrate side,
The first film is made of a material that can be dry-etched with a fluorine-based gas,
The second film has a laminated structure of a lower layer and an upper layer,
The lower layer is made of a material containing molybdenum or tungsten and having a silicon content of 0 at% or more and less than 10 at%,
The transfer mask according to claim 1, wherein the upper layer is made of a material containing chromium and oxygen, a chromium content of less than 50 at%, and an oxygen content of 25 at% or more.

(構成11)
前記下層は、モリブデンまたはタングステンを含有し、ケイ素を含有しない材料からなることを特徴とする構成10記載の転写用マスク。
(構成12)
前記下層は、さらに窒素を含有する材料からなることを特徴とする構成10または11に記載の転写用マスク。
(Configuration 11)
The transfer mask according to Configuration 10, wherein the lower layer is made of a material containing molybdenum or tungsten and not containing silicon.
(Configuration 12)
The transfer mask according to Configuration 10 or 11, wherein the lower layer is made of a material further containing nitrogen.

(構成13)
前記第2の膜は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングが可能な材料からなることを特徴とする構成10から12のいずれかに記載の転写用マスク。
(構成14)
前記第1の膜は、ケイ素を含有する材料、またはケイ素と遷移金属を含有する材料であって、遷移金属の含有量よりもケイ素の含有量の方が多い材料からなることを特徴とする構成10から13のいずれかに記載の転写用マスク。
(Configuration 13)
13. The transfer mask according to any one of configurations 10 to 12, wherein the second film is made of a material that can be dry-etched by a mixed gas of a chlorine-based gas and an oxygen gas.
(Configuration 14)
The first film is made of a material containing silicon, or a material containing silicon and a transition metal, wherein the silicon content is higher than the content of the transition metal. The transfer mask according to any one of 10 to 13.

(構成15)
前記第1の膜は、第2の膜側の表層に酸化層が形成されていることを特徴とする構成10から14のいずれかに記載の転写用マスク。
(構成16)
前記第1の膜と第2の膜の積層構造は、ArF露光光に対する光学濃度が2.8以上であることを特徴とする構成10から15のいずれかに記載の転写用マスク。
(Configuration 15)
15. The transfer mask according to any one of Structures 10 to 14, wherein the first film has an oxide layer formed on a surface layer on the second film side.
(Configuration 16)
16. The transfer mask according to any one of configurations 10 to 15, wherein the laminated structure of the first film and the second film has an optical density with respect to ArF exposure light of 2.8 or more.

(構成17)
前記第1の膜は、ArF露光光に対する透過率が1%以上の光半透過膜であることを特徴とする構成10から16のいずれかに記載の転写用マスク。
(Configuration 17)
17. The transfer mask according to any one of configurations 10 to 16, wherein the first film is a light semi-transmissive film having a transmittance with respect to ArF exposure light of 1% or more.

(構成18)
構成1から9のいずれかに記載のマスクブランクを用いる転写用マスクの製造方法であって、
前記第2の膜の表面に接して第1のパターンを有するレジスト膜を形成し、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いるドライエッチングによって、前記第2の膜に第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のパターンを有するレジスト膜を剥離した後、第1のパターンを有する第2の膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いるドライエッチングによって、第1の膜に第1のパターンを形成する工程と、
前記第2の膜の表面に接して第2のパターンを有するレジスト膜を形成し、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いるドライエッチングによって、前記第2の膜に第2のパターンを形成する工程と
を備えることを特徴とする転写用マスクの製造方法。
(Configuration 18)
A method for manufacturing a transfer mask using the mask blank according to any one of configurations 1 to 9,
A resist film having a first pattern is formed in contact with the surface of the second film, and the first pattern is formed on the second film by dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas. And a process of
Step of forming the first pattern on the first film by removing the resist film having the first pattern and then using the second film having the first pattern as a mask by dry etching using a fluorine-based gas When,
A resist film having a second pattern is formed in contact with the surface of the second film, and a second pattern is formed on the second film by dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas. And a process for producing a transfer mask.

(構成19)
前記第1のパターンを有するレジスト膜は、膜厚が100nm以下であることを特徴とする構成18に記載の転写用マスクの製造方法。
(構成20)
構成10から17のいずれかに記載の転写用マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に第1のパターンを露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
(構成21)
構成18または19に記載の転写用マスクの製造方法で製造された転写用マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に第1のパターンを露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
(Configuration 19)
The method for manufacturing a transfer mask according to Configuration 18, wherein the resist film having the first pattern has a thickness of 100 nm or less.
(Configuration 20)
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of exposing and transferring a first pattern onto a resist film on a semiconductor substrate using the transfer mask according to any one of Structures 10 to 17.
(Configuration 21)
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of exposing and transferring a first pattern onto a resist film on a semiconductor substrate using the transfer mask manufactured by the method for manufacturing a transfer mask according to Configuration 18 or 19. Method.

本発明のマスクブランクは、基板側から第1の膜と第2の膜が順に積層した構造を有し、第1の膜が、フッ素系ガスによるドライエッチングが可能な材料からなり、第2の膜は、モリブデンまたはタングステンを含有し、ケイ素の含有量が0at%以上10at%未満である材料からなる下層と、クロムと酸素を含有し、クロムの含有量が50at%未満であり、酸素の含有量が25at%以上である材料からなる上層の積層構造を有している。このような構造のマスクブランクとすることにより、膜厚が100nm以下のレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングを適用した場合においても、第2の膜に、第1の膜に形成すべき微細パターンである第1のパターンを高精度で形成することができる。これにより、第2の膜をマスクとして、第1の膜に微細パターンである第1のパターンを高精度に形成することができる。さらに、第2の膜と第1の膜との積層構造によって転写用マスクの外周領域に求められる所定値以上の光学濃度を確保することができる。   The mask blank of the present invention has a structure in which a first film and a second film are sequentially laminated from the substrate side, and the first film is made of a material that can be dry-etched with a fluorine-based gas, The film contains molybdenum or tungsten, and a lower layer made of a material having a silicon content of 0 at% or more and less than 10 at%, chromium and oxygen, the chromium content is less than 50 at%, and contains oxygen It has a laminated structure of an upper layer made of a material whose amount is 25 at% or more. By using a mask blank having such a structure, even when dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas is applied using a resist film with a film thickness of 100 nm or less as a mask, the second film is used as the second film. The first pattern, which is a fine pattern to be formed on the first film, can be formed with high accuracy. Thus, the first pattern, which is a fine pattern, can be formed with high accuracy on the first film using the second film as a mask. Furthermore, an optical density equal to or higher than a predetermined value required for the outer peripheral region of the transfer mask can be ensured by the laminated structure of the second film and the first film.

また、このような構造のマスクブランクを用いることにより、第1の膜に微細パターンである第1のパターンが高精度に形成されており、かつ第1の膜と第2の膜との積層構造によって外周領域における光学濃度が所定値以上となっている転写用マスクを作製することができる。さらに、このような構造の転写用マスクを用いて、半導体デバイス上のレジスト膜にパターンを露光転写することにより、半導体デバイス上に高精度でパターンを形成することができる。   Further, by using the mask blank having such a structure, the first pattern, which is a fine pattern, is formed with high accuracy in the first film, and the laminated structure of the first film and the second film. Thus, a transfer mask in which the optical density in the outer peripheral region is a predetermined value or more can be manufactured. Furthermore, a pattern can be formed on a semiconductor device with high accuracy by exposing and transferring the pattern onto a resist film on the semiconductor device using the transfer mask having such a structure.

本発明の実施形態におけるマスクブランクの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the mask blank in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における転写用マスクの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the transfer mask in embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明者らは、遮光膜(第2の膜)に適用する材料として、光学濃度が高い材料であり、かつ塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスによるドライエッチングでのエッチングレートが速い材料について鋭意研究を行った。酸素を含有する材料は、光学濃度が低下することを回避することは困難である。このことから、酸素の含有量の少ないあるいは酸素を含有しない材料で、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスによるドライエッチングのエッチングレートが、酸素及びクロムを含有する材料と同等かそれ以上の速さになる材料について探索を行った。その結果、モリブデンやタングステンが前記の条件を満たすものであることが判明した。
Embodiments of the present invention will be described below.
The inventors of the present invention have earnestly studied a material having a high optical density as a material applied to the light-shielding film (second film) and having a high etching rate in dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas. I did research. It is difficult to avoid a decrease in optical density of a material containing oxygen. Therefore, the etching rate of dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas is the same or faster than that of materials containing oxygen and chromium. We searched for materials to become. As a result, it was found that molybdenum and tungsten satisfy the above conditions.

表1にクロム(Cr)を含有する材料の薄膜と、モリブデン(Mo)を含有する材料の薄膜について、検証を行った結果を示す。なお、表1における各膜中の元素含有量は、オージェ電子分光分析法(AES)による分析値である。また、検証に使用された各薄膜は、合成石英基板上にスパッタリング法(DCスパッタリング法)によって形成されたものである。   Table 1 shows the results of verification of a thin film of a material containing chromium (Cr) and a thin film of a material containing molybdenum (Mo). In addition, the element content in each film | membrane in Table 1 is an analysis value by Auger electron spectroscopy (AES). Each thin film used for verification is formed on a synthetic quartz substrate by a sputtering method (DC sputtering method).

Figure 0005906143
Figure 0005906143

この検証では、No.1〜No.9の各材料の薄膜について、塩素ガスと酸素ガスの混合ガス(ガス流量比 Cl:O=4:1)によるドライエッチングを同条件で行ったときのエッチングレートを算出した。そして、従来、エッチングレートが比較的速い膜とされているNo.1の膜(CrOCN膜)のエッチングレートを基準とした比を、No.1〜No.9の各材料についてそれぞれ算出した。
また、No.1〜No.9の各材料について光学濃度を測定し、光学濃度(OD)が1.9の薄膜を形成するのに必要な膜厚を算出した。そして、No.1の膜(CrOCN膜)の膜厚を基準とした比を、No.1〜No.9の各材料についてそれぞれ算出した。
さらに、上記で算出したOD1.9に必要な膜厚比を、上記で算出したエッチングレート比で除することで、No.1〜No.9の各材料のNo.1の膜(CrOCN膜)に対するエッチングタイムの比を算出した。
なお、No.7の膜(MoSiN膜)は、ハーフトーン位相シフト膜として適用可能な光学特性を有する膜である。
In this verification, no. 1-No. For the thin film of each material of No. 9, the etching rate when dry etching with a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas (gas flow ratio Cl 2 : O 2 = 4: 1) was performed under the same conditions was calculated. Conventionally, a film having a relatively high etching rate is No. The ratio based on the etching rate of the film No. 1 (CrOCN film) 1-No. Calculation was performed for each of the nine materials.
No. 1-No. The optical density was measured for each of the nine materials, and the film thickness necessary to form a thin film having an optical density (OD) of 1.9 was calculated. And No. No. 1 film (CrOCN film), the ratio based on the film thickness. 1-No. Calculation was performed for each of the nine materials.
Furthermore, by dividing the film thickness ratio required for OD1.9 calculated above by the etching rate ratio calculated above, No. 1-No. No. 9 of each material. The ratio of etching time to 1 film (CrOCN film) was calculated.
In addition, No. No. 7 film (MoSiN film) is a film having optical characteristics applicable as a halftone phase shift film.

表1の結果のとおり、クロムを含有する材料からなる薄膜は、塩素と酸素の混合ガスに対するエッチングレートを速くすること、及び、所定の光学濃度を確保するための膜厚を薄くすること、という2つの要求を同時に満たすことが容易ではない。これに対して、No.5とNo.6のモリブデンを含有する材料からなる薄膜は、酸素を含有させなくても、塩素と酸素の混合ガスに対するエッチングレートが、クロムを含有する材料からなる薄膜に対して同等以上となっている。加えて、No.5とNo.6のモリブデンを含有する材料からなる薄膜は、エッチングレートの向上のために酸素を含有させる必要がないため、光学濃度が高く、所定の光学濃度を確保するための膜厚も薄くすることができる。なお、No.7の薄膜に対する結果を見れば明らかだが、モリブデンのほかにケイ素を多く含有させてしまうと塩素と酸素の混合ガスに対するエッチングが困難になることも確認されている。   As shown in Table 1, a thin film made of a material containing chromium increases the etching rate with respect to a mixed gas of chlorine and oxygen, and reduces the film thickness to ensure a predetermined optical density. It is not easy to satisfy the two requirements at the same time. In contrast, no. 5 and no. Even if the thin film made of the material containing molybdenum 6 does not contain oxygen, the etching rate for the mixed gas of chlorine and oxygen is equal to or higher than that of the thin film made of the material containing chromium. In addition, no. 5 and no. Since the thin film made of the material containing molybdenum 6 does not need to contain oxygen for improving the etching rate, the optical density is high and the film thickness for securing a predetermined optical density can be reduced. . In addition, No. As is apparent from the results for the thin film No. 7, it has been confirmed that etching with a mixed gas of chlorine and oxygen becomes difficult if a large amount of silicon is contained in addition to molybdenum.

また、No.8とNo.9のタングステンを含有する材料からなる薄膜については、酸素を含有させなくても、塩素と酸素の混合ガスに対するエッチングレートが、クロムを含有する材料からなる薄膜に対して若干遅いか速いという結果が得られている。加えて、No.8とNo.9のタングステンを含有する材料からなる薄膜は、エッチングレートの向上のために酸素を含有させる必要がないため、光学濃度が高く、所定の光学濃度を確保するための膜厚も薄くすることができる。   No. 8 and no. As for the thin film made of a material containing tungsten 9, the etching rate with respect to the mixed gas of chlorine and oxygen is slightly slower or faster than the thin film made of a material containing chromium even if oxygen is not contained. Has been obtained. In addition, no. 8 and no. The thin film made of the material containing tungsten 9 does not need to contain oxygen in order to improve the etching rate, so that the optical density is high, and the film thickness for securing a predetermined optical density can be reduced. .

一方、この検証では、No.1〜No.9の各材料の薄膜について、フッ素系ガス(SFとHeの混合ガス)によるドライエッチングを同条件で行ったときのエッチングレートを算出している。従来、このエッチングガスに対するエッチングレートが比較的速い膜とされているNo.7の膜(MoSiN膜)のエッチングレートを基準とした比を、No.1〜No.9の各材料の薄膜について算出した結果も表1に示している。この結果から明らかなように、モリブデンを含有する材料からなる薄膜およびタングステンを含有する材料からなる薄膜は、フッ素系ガスに対する耐性が、クロムを含有する材料に比べて低い(No.5の薄膜は、フッ素系ガスに対するエッチングレート比がほぼゼロであるが、薄膜の表面が変質してしまうことが確認されている。)。 On the other hand, in this verification, no. 1-No. For the thin film of each material No. 9, the etching rate when dry etching with a fluorine-based gas (mixed gas of SF 6 and He) is performed under the same conditions is calculated. Conventionally, a film having a relatively high etching rate with respect to this etching gas is a film No. The ratio based on the etching rate of the film No. 7 (MoSiN film) 1-No. Table 1 also shows the results calculated for the thin films of the nine materials. As is clear from this result, the thin film made of the material containing molybdenum and the thin film made of the material containing tungsten have lower resistance to fluorine-based gas than the material containing chromium (the thin film No. 5 has It has been confirmed that the etching rate ratio to the fluorine-based gas is almost zero, but the surface of the thin film is altered.

これらの検証で検討している薄膜は、遮光膜(第2の膜)に用いられるものである。この遮光膜は、その直下に存在する第1の膜に対してフッ素系ガスによるドライエッチングを行って微細パターン(第1のパターン)を形成するときにエッチングマスクとしても機能する必要がある。このため、少なくとも第2の膜の第1の膜とは反対側の表面およびその近傍は、フッ素系ガスのドライエッチングに対してエッチング耐性を有することが求められる。   The thin film considered in these verifications is used for the light shielding film (second film). This light-shielding film needs to function as an etching mask when a fine pattern (first pattern) is formed by dry etching with a fluorine-based gas on the first film directly therebelow. For this reason, at least the surface of the second film opposite to the first film and the vicinity thereof are required to have etching resistance against dry etching of a fluorine-based gas.

ここで、基板上に第1の膜と第2の膜が積層したマスクブランクにおいて、第1の膜に微細パターン(第1のパターン)を形成する方法として、第2の膜の表面に接して形成された微細パターンを有するレジスト膜をマスクとして、第2の膜をエッチングしてパターニングした後、レジスト膜を残したままで第1の膜をエッチングして微細パターンを形成する方法が考えられなくもない。しかし、そのような方法を適用するには、第1の膜にパターンを形成し終えるまで、レジスト膜が所定以上の膜厚で残存している必要があり、レジスト膜の膜厚を厚くしなければならなくなる。また、第1の膜をドライエッチングするときに有機系材料のレジスト膜が存在すると、有機物に起因する欠陥が増加する要因になるため、好ましくない。また、第1の膜にパターンを形成するドライエッチングの途上でレジスト膜が消失すると、その前後でエッチングガスのプラズマの状態が変わり、第1の膜のエッチングに悪影響を与えるため、好ましくない。   Here, as a method of forming a fine pattern (first pattern) on the first film in the mask blank in which the first film and the second film are stacked on the substrate, the surface of the second film is in contact with the mask blank. A method of forming a fine pattern by etching the first film while leaving the resist film after patterning by etching the second film using the formed resist film having a fine pattern as a mask is unthinkable. Absent. However, in order to apply such a method, the resist film needs to remain with a film thickness of a predetermined thickness or more until the pattern is completely formed on the first film, and the film thickness of the resist film must be increased. I will have to. In addition, if a resist film made of an organic material is present when the first film is dry-etched, defects due to organic substances increase, which is not preferable. Further, if the resist film disappears in the course of dry etching for forming a pattern on the first film, the plasma state of the etching gas changes before and after that, which adversely affects the etching of the first film.

これらのことを鋭意検討した結果、第2の膜を上層と下層の2層構造とし、下層を塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスによるドライエッチングのエッチングレートが速く、光学濃度の高い材料であるモリブデンまたはタングステンを含有する材料で形成し、第1の膜をエッチングするときにフッ素系ガスのエッチングガスにさらされる上層をフッ素系ガスに対するエッチング耐性が高い、クロムを含有する材料で形成することで、前記の諸問題を解決することができるという発想に至った。また、この構成の場合、第2の膜の下層で薄い膜厚で高い光学濃度を確保できることから、上層を形成するクロムを含有する材料は、光学濃度に係る制約を緩めることができる。このことから、上層は、クロムの含有量を50at%未満としつつ、酸素含有量を25at%以上とすることで、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスによるエッチングレートを速くすることができた。   As a result of intensive studies, these materials have a two-layer structure of the upper layer and the lower layer, and the lower layer is a material having a high etching density and high optical density in dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas. By forming the upper layer, which is formed of a material containing molybdenum or tungsten, and is exposed to the etching gas of the fluorine-based gas when the first film is etched, by using a material containing chromium having high etching resistance to the fluorine-based gas. The idea of being able to solve the above problems has been reached. In the case of this configuration, since a high optical density can be secured with a thin film thickness in the lower layer of the second film, the material containing chromium forming the upper layer can relax restrictions on the optical density. From this, the upper layer was able to increase the etching rate by the mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas by setting the oxygen content to 25 at% or more while setting the chromium content to less than 50 at%.

さらに、モリブデンまたはタングステンを含有する材料からなる下層は、塩素系ガスと酸素ガスによるドライエッチングのエッチングレートを速くする必要がある。エッチングレートを大幅に低下させてしまう要因となるケイ素について、その影響を検討した結果、第2の膜中のケイ素の含有量が10at%未満あれば、エッチングレートに与える影響は小さいという結論に至り、本発明を完成するに至った。以上のように、本発明は、第2の膜の上層を形成する材料と下層を形成する材料の特性が大きく異なる点に特徴があり、上層と下層の積層順が重要である。この積層順が逆であれば、本発明は成り立たない。   Furthermore, the lower layer made of a material containing molybdenum or tungsten needs to increase the etching rate of dry etching using a chlorine-based gas and an oxygen gas. As a result of investigating the influence of silicon that causes a significant decrease in the etching rate, it was concluded that if the silicon content in the second film is less than 10 at%, the influence on the etching rate is small. The present invention has been completed. As described above, the present invention is characterized in that the characteristics of the material forming the upper layer of the second film and the material forming the lower layer are greatly different, and the order of stacking the upper layer and the lower layer is important. If this stacking order is reversed, the present invention does not hold.

以上のように、本発明は、転写用マスクを作製するために用いられるものであり、基板上に、前記基板側から第1の膜と第2の膜が順に積層した構造を有するマスクブランクであって、前記第1の膜は、フッ素系ガスによるドライエッチングが可能な材料からなり、前記第2の膜は、下層と上層の積層構造からなり、前記下層は、モリブデンまたはタングステンを含有し、ケイ素の含有量が0at%以上10at%未満である材料からなり、前記上層は、クロムと酸素を含有し、クロムの含有量が50at%未満であり、酸素の含有量が25at%以上である材料からなることを特徴とするマスクブランクに関するものである。   As described above, the present invention is used for manufacturing a transfer mask, and is a mask blank having a structure in which a first film and a second film are sequentially stacked on a substrate from the substrate side. The first film is made of a material that can be dry-etched with a fluorine-based gas, the second film has a laminated structure of a lower layer and an upper layer, and the lower layer contains molybdenum or tungsten, A material having a silicon content of 0 at% or more and less than 10 at%, wherein the upper layer contains chromium and oxygen, the chromium content is less than 50 at%, and the oxygen content is 25 at% or more. It is related with the mask blank characterized by comprising.

本発明のマスクブランクは、第2の膜の下層がモリブデンまたはタングステンを含有し、ケイ素を含有しない材料で形成されていることが好ましい。前記のとおり、第2の膜にケイ素を含有していると、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスによるドライエッチングのエッチングレートが低下するためである。ただし、エッチング条件によっては、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスによるドライエッチングにおける下層のエッチングレートが上層のエッチングレートに比べて速くなり過ぎてパターン側壁形状の制御が難しくなるため、このような場合においては、下層に10at%未満の範囲でケイ素を含有させてもよい。   In the mask blank of the present invention, the lower layer of the second film is preferably formed of a material containing molybdenum or tungsten and not containing silicon. As described above, when silicon is contained in the second film, the etching rate of dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas is decreased. However, depending on the etching conditions, the etching rate of the lower layer in dry etching with a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas becomes too fast compared to the etching rate of the upper layer, making it difficult to control the pattern sidewall shape. In the method, silicon may be contained in the lower layer in a range of less than 10 at%.

第2の膜の下層を形成するモリブデンまたはタングステンを含有する材料には、モリブデンとタングステンの両方を含有する材料も含まれる。エッチングレートの調整のために、第2の膜の下層を形成する材料に、クロム、ニオブ、及びバナジウムのうち一種以上を添加してもよい。この場合、少なくともモリブデンやタングステンの下層中の含有量よりも少なくする必要があり、45at%以下であると好ましく、30at%以下であるとより好ましい。また、第2の膜の下層における膜応力の調整や結晶性の調整のために、下層を形成する材料に窒素、炭素、酸素、及びホウ素のうち一種以上を含有させてもよい。特に、下層を形成する材料に窒素を含有させることにより、過度な酸化を抑制する効果がある。
なお、下層を形成する材料に酸素を含有させる場合については、光学濃度の低下の観点と、耐薬品性の低下の観点から、含有量を30at%以下とすることが好ましく、20at%以下であるとより好ましい。
The material containing molybdenum or tungsten for forming the lower layer of the second film includes a material containing both molybdenum and tungsten. In order to adjust the etching rate, one or more of chromium, niobium, and vanadium may be added to the material forming the lower layer of the second film. In this case, it is necessary to reduce the content at least in the lower layer of molybdenum or tungsten, preferably 45 at% or less, more preferably 30 at% or less. Further, in order to adjust the film stress and the crystallinity in the lower layer of the second film, the material forming the lower layer may contain one or more of nitrogen, carbon, oxygen, and boron. In particular, by containing nitrogen in the material forming the lower layer, there is an effect of suppressing excessive oxidation.
In addition, about the case where oxygen is contained in the material which forms a lower layer, it is preferable to make content 30 at% or less from a viewpoint of the fall of optical density, and a chemical-resistant fall, and it is 20 at% or less. And more preferred.

第2の膜の下層は、膜厚が5nm以上であることが好ましい。下層の膜厚が5nm未満であると、第2の膜の全体膜厚における下層の膜厚比率が低すぎて、下層を設ける効果がほとんど得られなくなる。第2の膜の下層の膜厚は、35nm以下であることが好ましい。下層の膜厚が35nmよりも大きいと、下層のみで第2の膜に求められる所定値の光学濃度を確保できてしまう。しかし、上層は下層をフッ素系ガスによるドライエッチングから保護するために必要であるため、上層を設ける分、第2の膜が必要以上の光学濃度を有することとなり、また必要以上に膜厚も厚くなるため、好ましくない。   The lower layer of the second film preferably has a thickness of 5 nm or more. If the thickness of the lower layer is less than 5 nm, the ratio of the lower layer thickness to the total thickness of the second film is too low, and the effect of providing the lower layer is hardly obtained. The thickness of the lower layer of the second film is preferably 35 nm or less. When the film thickness of the lower layer is larger than 35 nm, it is possible to secure a predetermined optical density required for the second film only in the lower layer. However, since the upper layer is necessary to protect the lower layer from dry etching with a fluorine-based gas, the second film has an optical density higher than necessary and the film thickness is larger than necessary because the upper layer is provided. Therefore, it is not preferable.

第2の膜の上層は、クロムと酸素を含有する材料で形成されるが、そのような材料の例としては、CrO、CrON、CrOCN、CrBON、CrBOCN等が挙げられる。このほか、前記の材料にスズを含有させてもよい。スズを含有させるとエッチングレートがさらに向上する効果がある。塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスに対するエッチングレートをより速めることを考慮すると、上層中のクロム含有量を45at%以下とすることが好ましく、40at%以下とするとより好ましい。他方、上層はフッ素系ガスに対する耐性が高い必要がある。この点を考慮すると、上層中のクロム含有量は、30at%以上であることが好ましく、35at%以上であるとより好ましい。また、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスに対するエッチングレートをより速めることを考慮すると、上層中の酸素含有量を35at%以上とすることが好ましく、40at%以上とするとより好ましい。   The upper layer of the second film is formed of a material containing chromium and oxygen. Examples of such a material include CrO, CrON, CrOCN, CrBON, and CrBOCN. In addition, tin may be contained in the above material. Inclusion of tin has the effect of further improving the etching rate. In consideration of further increasing the etching rate with respect to the mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas, the chromium content in the upper layer is preferably 45 at% or less, and more preferably 40 at% or less. On the other hand, the upper layer needs to have high resistance to the fluorine-based gas. Considering this point, the chromium content in the upper layer is preferably 30 at% or more, and more preferably 35 at% or more. In consideration of further increasing the etching rate with respect to the mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas, the oxygen content in the upper layer is preferably 35 at% or more, more preferably 40 at% or more.

第2の膜の上層は、第2の膜に露光光が当たったときの表面反射を低減する機能を兼ね備えることが望ましい。表面反射の低減の観点から、第2の膜の上層は、酸素含有量が30at%以上であることが好ましく、35at%以上であるとより好ましい。さらに、上層は、窒素を10at%以上含有することが好ましく、15at%以上含有するとより好ましい。   It is desirable that the upper layer of the second film also has a function of reducing surface reflection when exposure light strikes the second film. From the viewpoint of reducing surface reflection, the upper layer of the second film preferably has an oxygen content of 30 at% or more, and more preferably 35 at% or more. Furthermore, the upper layer preferably contains 10 at% or more of nitrogen, more preferably 15 at% or more.

第2の膜の上層は、膜厚が3nm以上であることが好ましい。上層の膜厚が3nm未満であると、第1の膜をフッ素系ガスでドライエッチングしている間に微小にエッチングされることで生じる表面反射率の変化量が大きくなるためである。第2の膜の上層の膜厚は、30nm以下であることが好ましい。上層の膜厚が30nmよりも大きいと、第2の膜の全体膜厚における下層の膜厚の比率が相対的に低下してしまう。これにより、第2の膜全体における塩素系ガスと酸素ガスによるドライエッチングに対するエッチングレートが相対的に低下してしまい、好ましくない。   The upper layer of the second film preferably has a thickness of 3 nm or more. This is because if the thickness of the upper layer is less than 3 nm, the amount of change in the surface reflectance that occurs when the first film is finely etched while being dry-etched with a fluorine-based gas is increased. The thickness of the upper layer of the second film is preferably 30 nm or less. If the thickness of the upper layer is larger than 30 nm, the ratio of the thickness of the lower layer to the total thickness of the second film is relatively lowered. As a result, the etching rate for dry etching with chlorine-based gas and oxygen gas in the entire second film is relatively lowered, which is not preferable.

本発明のマスクブランクにおいて、第2の膜の下層は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングが可能な材料であることが好ましい。前記の下層に好適な材料として挙げられるものは、いずれも塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングで十分に速いエッチングレートが得られるものである。   In the mask blank of the present invention, the lower layer of the second film is preferably made of a material that can be dry-etched with a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas. As materials suitable for the lower layer, all can be obtained by a sufficiently high etching rate by dry etching using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas.

本発明のマスクブランクにおいて、第1の膜はフッ素を含有するエッチングガスによるドライエッチングが可能な材料で形成される。第1の膜は、ハーフトーン型位相シフト膜や、半透明積層膜のような露光光を所定の透過率で透過させる機能を有する膜であることが好ましい。第1の膜がこれらの機能を有する転写用マスクの場合、外周領域に遮光帯を形成する必要があり、本発明の機能を有する第2の膜が必要になるためである。第1の膜がハーフトーン型位相シフト膜や半透明積層膜のような光半透過膜である場合、露光光に対する透過率が1%以上であることが好ましい。また、露光光に対する透過率が1〜20%の範囲になるように調整されているとより好ましい。また、第1の膜は、所定値以上の光学濃度を有する遮光膜であってもよい。特に、前記のダブル露光技術が適用される転写用マスクの場合、外周領域に遮光帯を形成する場合があるため、本発明の機能を有する第2の膜が必要になるためである。第1の膜がバイナリマスク用の遮光膜であり、かつ、露光光にArFエキシマレーザーが適用される場合には、その波長(約193nm)において、第1の膜の光学濃度(OD)が2.3以上になるように調整されている必要があり、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。   In the mask blank of the present invention, the first film is formed of a material that can be dry-etched with an etching gas containing fluorine. The first film is preferably a film having a function of transmitting exposure light at a predetermined transmittance, such as a halftone phase shift film or a translucent laminated film. This is because when the first film is a transfer mask having these functions, it is necessary to form a light-shielding band in the outer peripheral region, and the second film having the functions of the present invention is required. When the first film is a light semi-transmissive film such as a halftone phase shift film or a semi-transparent laminated film, the transmittance for exposure light is preferably 1% or more. Further, it is more preferable that the transmittance with respect to the exposure light is adjusted to be in the range of 1 to 20%. Further, the first film may be a light shielding film having an optical density equal to or higher than a predetermined value. In particular, in the case of a transfer mask to which the double exposure technique is applied, a light-shielding band may be formed in the outer peripheral region, so that the second film having the function of the present invention is required. When the first film is a light shielding film for a binary mask and an ArF excimer laser is applied to the exposure light, the optical density (OD) of the first film is 2 at the wavelength (about 193 nm). It is necessary to adjust so that it may become 3 or more, it is preferable that it is 2.5 or more, and it is more preferable that it is 2.8 or more.

本発明のマスクブランクにおいて、第1の膜は、ケイ素を含有する材料、またはケイ素と遷移金属を含有する材料であって、遷移金属(M)の含有量[at%]よりもケイ素(Si)の含有量[at%]の方が多い材料からなることが好ましい。この場合の遷移金属としては、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)等のうちいずれか1つ以上の金属またはこれらの金属の合金が挙げられる。また、第1の膜の材料には、これらの金属に加え、窒素(N)、酸素(O)、炭素(C)、水素(H)、ホウ素(B)等の元素が含まれてもよい。また、第1の膜の材料には、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)等の不活性ガスが含まれてもよい。   In the mask blank of the present invention, the first film is a material containing silicon or a material containing silicon and a transition metal, and silicon (Si) is more than the content [at%] of the transition metal (M). It is preferable that it consists of a material with much content [at%]. Transition metals in this case include molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), chromium (Cr), hafnium (Hf), nickel (Ni), vanadium (V), zirconium ( Zr), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), niobium (Nb), palladium (Pd), etc., any one or more metals or alloys of these metals. In addition to these metals, the material of the first film may include elements such as nitrogen (N), oxygen (O), carbon (C), hydrogen (H), and boron (B). . In addition, the material of the first film may include an inert gas such as helium (He), argon (Ar), krypton (Kr), or xenon (Xe).

これらの材料は、フッ素系ガスに対するエッチングレートが速く、光半透過膜に求められる諸特性を得られやすい。特に、これらの材料は、第1の膜を透過する露光光の位相を厳密に制御する必要があるハーフトーン型位相シフト膜や、位相遅延膜と位相進行膜が積層する半透明積層膜を形成する材料として望ましい。第1の膜がハーフトーン型位相シフト膜や半透明積層膜の場合、膜中の遷移金属(M)の含有量[at%]を、遷移金属(M)とケイ素(Si)の合計含有量[at%]で除して算出した百分率[%](以下、M/M+Si比率という。)が、35%以下であることが好ましく、25%以下であるとより好ましく、20at%以下であるとさらに好ましい。遷移金属は、ケイ素に比べて消衰係数は高いが、屈折率も高い元素である。第1の膜を形成する材料の屈折率が高すぎると、膜厚変動による位相の変化量が大きくなり、位相と透過率の両方を制御することが難しくなる。   These materials have a high etching rate with respect to the fluorine-based gas, and easily obtain various characteristics required for the light semi-transmissive film. In particular, these materials form halftone phase shift films that require the phase of exposure light passing through the first film to be strictly controlled, and semitransparent laminated films in which a phase retardation film and a phase advance film are laminated. It is desirable as a material to be used. When the first film is a halftone phase shift film or a translucent laminated film, the content [at%] of the transition metal (M) in the film is the total content of the transition metal (M) and silicon (Si). The percentage [%] calculated by dividing by [at%] (hereinafter referred to as M / M + Si ratio) is preferably 35% or less, more preferably 25% or less, and 20 at% or less. Further preferred. Transition metals are elements that have a high extinction coefficient but also a high refractive index compared to silicon. If the refractive index of the material forming the first film is too high, the amount of phase change due to film thickness variation becomes large, and it becomes difficult to control both the phase and the transmittance.

このほか、第1の膜を形成する材料として、タンタルを含有する材料も好適である。タンタルを含有する材料は、フッ素系ガスに対するエッチングレートが速く、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングに対する耐性が比較的高い材料であり、第1の膜に求められるエッチング特性を満たすことができる。第1の膜に適用可能なタンタルを含有する材料の例としては、タンタル金属や、タンタルに、窒素、酸素、ホウ素および炭素から選ばれる一以上の元素を含有させた材料などが挙げられる。例えば、Ta、TaN、TaON、TaBN、TaBON、TaCN、TaCON、TaBCN、TaBOCNなどが挙げられる。なお、前記のタンタルを含有する材料に、第1の膜に求められるエッチング特性を損なわない範囲であれば、タンタル以外の金属をさらに含有させてもよい。   In addition, a material containing tantalum is also suitable as a material for forming the first film. A material containing tantalum has a high etching rate with respect to a fluorine-based gas, and has a relatively high resistance to dry etching with a mixed gas of a chlorine-based gas and an oxygen gas, and satisfies the etching characteristics required for the first film. be able to. Examples of the material containing tantalum that can be applied to the first film include tantalum metal and a material in which tantalum contains one or more elements selected from nitrogen, oxygen, boron, and carbon. For example, Ta, TaN, TaON, TaBN, TaBON, TaCN, TaCON, TaBCN, TaBOCN and the like can be mentioned. The material containing tantalum may further contain a metal other than tantalum as long as the etching characteristics required for the first film are not impaired.

第1の膜が、ダブル露光技術が適用される転写用マスクにおける遮光膜である場合、単層膜、複数層の積層膜などの構成が適用できる。積層膜の場合、基板側から光学濃度の高い材料で形成される遮光層と、光学濃度の比較的低い材料で形成され、表面反射を低減する機能を有する低反射層とが積層した積層構造とすることが好ましい。遮光層を形成する材料は、光学濃度の高いことが求められるため、前記の第1の膜として好適な各材料から、酸素含有量が10at%未満であり、窒素含有量が25at%以下である材料を選択することが好ましい。また、低反射層は、表面反射を低減するために、露光光をある程度透過させる必要がある。このため、低反射層を形成する材料は、前記の第1の膜として好適な各材料から、酸素含有量が15at%以上である材料、あるいは窒素含有量が30at%以上である材料を選択することが好ましい。   In the case where the first film is a light-shielding film in a transfer mask to which the double exposure technique is applied, configurations such as a single layer film and a multi-layer film can be applied. In the case of a laminated film, a laminated structure in which a light shielding layer formed of a material having a high optical density from the substrate side and a low reflective layer formed of a material having a relatively low optical density and having a function of reducing surface reflection are laminated. It is preferable to do. Since the material for forming the light shielding layer is required to have a high optical density, the oxygen content is less than 10 at% and the nitrogen content is 25 at% or less from each material suitable as the first film. It is preferable to select the material. The low reflection layer needs to transmit exposure light to some extent in order to reduce surface reflection. For this reason, as the material for forming the low reflection layer, a material having an oxygen content of 15 at% or more or a material having a nitrogen content of 30 at% or more is selected from the materials suitable for the first film. It is preferable.

第1の膜を形成する材料は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングに対して耐性を有することが好ましい。第1の膜に微細パターン(第1のパターン)を形成した後、第2の膜に第2のパターンを形成するときに、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングが行われる。このとき、第1の膜が塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングに対する耐性が低いと、第1の膜の表面やパターン側壁がダメージを受ける恐れがある。ケイ素を含有する材料や、ケイ素と遷移金属を含有する材料であって、遷移金属の含有量よりもケイ素の含有量の方が多い材料は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングに対して耐性が高い。   The material forming the first film is preferably resistant to dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas. After the fine pattern (first pattern) is formed on the first film, when the second pattern is formed on the second film, dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas is performed. At this time, if the first film has low resistance to dry etching by a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas, the surface of the first film and the pattern side wall may be damaged. Dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas is a material containing silicon or a material containing silicon and a transition metal that contains more silicon than the transition metal. High resistance to

本発明のマスクブランクにおいて、前記第1の膜は、第2の膜側の表層に酸化層が形成されていることが好ましい。酸化層を設けることにより、第2の膜をドライエッチングする際に用いられる塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるエッチングに対する耐性を高めることができる。第1の膜に、ケイ素を含有する材料、又はケイ素と遷移金属を含有する材料が適用される場合、その表層にケイ素の酸化層が形成されていると、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるエッチングに対する耐性が大幅に向上する。ケイ素の酸化層は、酸素含有量が45at%以上であると好ましく、50at%であるとより好ましい。また、第1の膜にタンタルを含有する材料が適用される場合、その表層にタンタルの酸化層が形成されていると、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるエッチングに対する耐性が大幅に向上する。タンタルの酸化層は、膜中のTa結合の存在比率が高いほどよい。また、タンタルの酸化膜は、膜中の酸素含有量が60at%以上であることが望まれ、66.7at%以上であると好ましく、71.4at%以上であるとより好ましい。 In the mask blank of the present invention, it is preferable that the first film has an oxide layer formed on the surface layer on the second film side. By providing the oxide layer, resistance to etching by a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas used when dry etching the second film can be enhanced. When a material containing silicon or a material containing silicon and a transition metal is applied to the first film, if a silicon oxide layer is formed on the surface layer, a mixture of chlorine-based gas and oxygen gas is used. Resistance to etching by gas is greatly improved. The silicon oxide layer preferably has an oxygen content of 45 at% or more, and more preferably 50 at%. Further, when a material containing tantalum is applied to the first film, if a tantalum oxide layer is formed on the surface layer, the resistance to etching by a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas is greatly improved. To do. The higher the tantalum oxide layer, the better the proportion of Ta 2 O 5 bonds in the film. The tantalum oxide film is desired to have an oxygen content of 60 at% or more in the film, preferably 66.7 at% or more, and more preferably 71.4 at% or more.

第1の膜の表層に形成される酸化層は、厚さが1nm以上4nm以下であることが好ましい。1nm未満では薄すぎて、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるエッチングに対する耐性向上の効果が小さい。4nmを超えると、第1の膜の光学特性(露光光に対する透過率、位相シフト量、光学濃度、EMFバイアス等)に与える影響が大きくなり、好ましくない。酸化層の厚さは、1nm以上3nm以下であることがより好ましい。   The oxide layer formed on the surface layer of the first film preferably has a thickness of 1 nm to 4 nm. If it is less than 1 nm, it is too thin, and the effect of improving resistance to etching by a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas is small. If it exceeds 4 nm, the influence on the optical characteristics of the first film (transmittance to exposure light, phase shift amount, optical density, EMF bias, etc.) becomes large, which is not preferable. The thickness of the oxide layer is more preferably 1 nm or more and 3 nm or less.

本発明のマスクブランクにおいて、前記上層の表面に接してレジスト膜が100nm以下の膜厚で形成されていることが好ましい。本発明の第1の膜と第2の膜の積層構造を備えるマスクブランクであれば、レジスト膜が100nmの膜厚であっても、第1の膜に微細パターンである第1のパターンを形成することができる。DRAM hp32nm世代に対応する微細パターンの場合、第1の膜に形成すべき第1のパターンに、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を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できる。なお、レジスト膜は、膜厚が80nm以下であるとより好ましい。   In the mask blank of the present invention, it is preferable that the resist film is formed with a thickness of 100 nm or less in contact with the surface of the upper layer. In the case of a mask blank having a laminated structure of the first film and the second film of the present invention, a first pattern which is a fine pattern is formed on the first film even if the resist film has a thickness of 100 nm. can do. In the case of a fine pattern corresponding to the DRAM hp32 nm generation, SRAF (Sub-Resolution Assist Feature) having a line width of 40 nm may be provided in the first pattern to be formed in the first film. However, even in this case, since the cross-sectional aspect ratio of the resist pattern can be reduced to 1: 2.5, it is possible to suppress the resist pattern from collapsing or detaching during development or rinsing of the resist film. The resist film is more preferably 80 nm or less in thickness.

本発明のマスクブランクは、前記第1の膜と第2の膜の積層構造を有している。この積層構造は、ArFエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が2.8以上であることが好ましい。このマスクブランクを用いて転写用マスクを作製する際、その転写用マスクの外周領域に遮光帯を設けることができる。この遮光帯を前記第1の膜と第2の膜の積層構造で形成することによって、遮光帯の光学濃度を2.8以上とすることができる。このような転写用マスクであれば、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ときに、外周領域を透過した露光光によって、半導体ウェハ上のレジスト膜が影響を受けることを抑制できる。また、前記第1の膜と第2の膜の積層構造の、ArFエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が3.0以上であればより好ましい。さらに、ダブル露光技術が適用される転写用マスクを作製するために用いられるマスクブランクの場合、前記第1の膜と第2の膜の積層構造の、ArFエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が3.3以上であるとより好ましい。   The mask blank of the present invention has a laminated structure of the first film and the second film. This laminated structure preferably has an optical density of 2.8 or higher with respect to the exposure light of the ArF excimer laser. When a transfer mask is produced using this mask blank, a light shielding band can be provided in the outer peripheral region of the transfer mask. By forming the light shielding band with a laminated structure of the first film and the second film, the optical density of the light shielding band can be 2.8 or more. With such a transfer mask, it is possible to prevent the resist film on the semiconductor wafer from being affected by the exposure light transmitted through the outer peripheral area when the exposure apparatus is exposed and transferred to the resist film on the semiconductor wafer. it can. Further, it is more preferable that the optical density of the laminated structure of the first film and the second film with respect to the exposure light of the ArF excimer laser is 3.0 or more. Further, in the case of a mask blank used for producing a transfer mask to which the double exposure technique is applied, the optical density of the laminated structure of the first film and the second film with respect to the exposure light of the ArF excimer laser is 3 .3 or more is more preferable.

本発明のマスクブランクにおいて、基板の材料の例としては、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(SiO−TiOガラス等)などが挙げられる。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、マスクブランクの基板(透光性基板)を形成する材料として特に好ましい。なお、本発明のマスクブランクおよび転写用マスクに適用される露光光については、ArFエキシマレーザー光、KrFエキシマレーザー光、i線光等を用いることが可能であり、特に制約はない。ArFエキシマレーザーを露光光に適用するマスクブランクや転写用マスクは、薄膜で形成される転写パターンの位置精度などの要求レベルが非常に高いため、特に効果的である。 In the mask blank of the present invention, examples of the material of the substrate include synthetic quartz glass, quartz glass, aluminosilicate glass, soda lime glass, low thermal expansion glass (SiO 2 —TiO 2 glass, etc.) and the like. Synthetic quartz glass has a high transmittance with respect to ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), and is particularly preferable as a material for forming a mask blank substrate (translucent substrate). The exposure light applied to the mask blank and transfer mask of the present invention can be ArF excimer laser light, KrF excimer laser light, i-line light, or the like, and is not particularly limited. Mask blanks and transfer masks that apply an ArF excimer laser to exposure light are particularly effective because they have a very high level of demand, such as the positional accuracy of a transfer pattern formed by a thin film.

基板と第1の膜との間に、基板および第1の膜に対するエッチング選択性を有する材料(Cr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やエッチングマスク膜を形成してもよい。   Etching made of a material (Cr-containing material such as Cr, CrN, CrC, CrO, CrON, CrC, etc.) having an etching selectivity with respect to the substrate and the first film between the substrate and the first film A stopper film or an etching mask film may be formed.

本発明の転写用マスクは、本発明のマスクブランクを用いて作製されるものである。このため、転写用マスクにおける基板、第1の膜、第2の膜に係る諸特性は、本発明のマスクブランクに関して記載した事項と同様である。   The transfer mask of the present invention is produced using the mask blank of the present invention. For this reason, the various characteristics relating to the substrate, the first film, and the second film in the transfer mask are the same as those described for the mask blank of the present invention.

本発明のマスクブランクを用いた転写用マスクの製造方法は、第2の膜の表面に接して第1のパターンを有するレジスト膜を形成し、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いるドライエッチングによって、第2の膜に第1のパターンを形成する工程と、第1のパターンを有するレジスト膜を剥離した後、第1のパターンを有する第2の膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いるドライエッチングによって、第1の膜に第1のパターンを形成する工程と、第2の膜の表面に接して第2のパターンを有するレジスト膜を形成し、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いるドライエッチングによって、第2の膜に第2のパターンを形成する工程とを備えることを特徴としている。   In the method for manufacturing a transfer mask using the mask blank of the present invention, a resist film having a first pattern is formed in contact with the surface of the second film, and a dry gas using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas is used. A step of forming a first pattern on the second film by etching, and after removing the resist film having the first pattern, a fluorine-based gas is used with the second film having the first pattern as a mask. A step of forming the first pattern on the first film by dry etching, a resist film having the second pattern in contact with the surface of the second film, and a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas And a step of forming a second pattern on the second film by dry etching using

図1は、本発明におけるマスクブランク100の構成を示す断面図である。また、図2は、そのマスクブランク100を用いた転写用マスク200の製造工程を示す断面図である。このマスクブランク100は、基板1上に、第1の膜2と第2の膜3が積層した構成となっている。第1の膜2は、基板1側とは反対側(第2の膜3側)の表層に酸化層22が形成された構成(酸化層22を除いた第1の膜2は、本体部21)となっている。また、第2の膜3は、下層31と上層32が積層した構成を有している。マスクブランク100の各構成の詳細については、前記のとおりである。以下、図2に示す製造工程にしたがって、転写用マスクの製造方法を説明する。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a mask blank 100 according to the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the transfer mask 200 using the mask blank 100. The mask blank 100 has a structure in which a first film 2 and a second film 3 are laminated on a substrate 1. The first film 2 has a structure in which an oxide layer 22 is formed on the surface layer opposite to the substrate 1 side (second film 3 side) (the first film 2 excluding the oxide layer 22 has a main body 21. ). The second film 3 has a configuration in which a lower layer 31 and an upper layer 32 are laminated. Details of each configuration of the mask blank 100 are as described above. Hereinafter, according to the manufacturing process shown in FIG. 2, the manufacturing method of the transfer mask will be described.

まず、マスクブランク100における第2の膜3の上層32の表面に接して、レジスト膜4を成膜する(図2(a)参照)。次に、レジスト膜4に対して、第1の膜2に形成すべき転写パターン(微細パターン)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、第1のパターンを有するレジスト膜4(第1のレジストパターン4a)を形成する(図2(b)参照)。続いて、第1のレジストパターン4aをマスクとして、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、第2の膜3(上層32と下層31)に第1のパターンを形成(エッチングマスクパターン3a)する。続いて、第1のレジストパターン4aを除去する(図2(c)参照)。   First, the resist film 4 is formed in contact with the surface of the upper layer 32 of the second film 3 in the mask blank 100 (see FIG. 2A). Next, a first pattern, which is a transfer pattern (fine pattern) to be formed on the first film 2, is exposed and drawn on the resist film 4, and a predetermined process such as a development process is further performed. A resist film 4 having a pattern (first resist pattern 4a) is formed (see FIG. 2B). Subsequently, dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas is performed using the first resist pattern 4a as a mask to form the first pattern on the second film 3 (upper layer 32 and lower layer 31) ( Etching mask pattern 3a). Subsequently, the first resist pattern 4a is removed (see FIG. 2C).

次に、エッチングマスクパターン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、第1の膜2に第1のパターンを形成(第1の膜パターン2a)する(図2(d)参照)。次に、第2の膜3の上層32に接して、レジスト膜5を成膜する。次に、レジスト膜5に対して、第2の膜3に形成すべき転写パターンである第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、第2のパターンを有するレジスト膜5(第2のレジストパターン5a)を形成する(図2(e)参照)。第2のレジストパターン5aをマスクとして、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、第2の膜3(上層32と下層31)に第2のパターンを形成(第2の膜パターン3b)する(図2(f)参照)。そして、第2のレジストパターン5aを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、転写用マスク200を得る(図2(g)参照)。   Next, dry etching using a fluorine-based gas is performed using the etching mask pattern 3a as a mask to form a first pattern (first film pattern 2a) on the first film 2 (see FIG. 2D). ). Next, a resist film 5 is formed in contact with the upper layer 32 of the second film 3. Next, the resist film 5 is exposed and drawn with a second pattern, which is a transfer pattern to be formed on the second film 3, and further subjected to a predetermined process such as a development process, whereby a resist having the second pattern is formed. A film 5 (second resist pattern 5a) is formed (see FIG. 2E). Using the second resist pattern 5a as a mask, dry etching using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas is performed to form a second pattern on the second film 3 (upper layer 32 and lower layer 31) (second Film pattern 3b) (see FIG. 2F). Then, the second resist pattern 5a is removed, and a transfer mask 200 is obtained through a predetermined process such as cleaning (see FIG. 2G).

前記のドライエッチングで使用される塩素系ガスは、Clが含まれるガスであればよく、特に制限はない。塩素系ガスの例として、Cl、SiCl、CHCl、CHCl、CCl、BCl等があげられる。また、前記のドライエッチングで使用されるフッ素系ガスは、Fが含まれるガスであればよく、特に制限はない。フッ素系ガスの例として、CHF、CF、C、C、SF等があげられる。特に、Cを含まないフッ素系ガスは、ガラス基板に対するエッチングレートが比較的低いため、ガラス基板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 dry etching is not particularly limited as long as it contains Cl. Examples of the chlorine-based gas include Cl 2 , SiCl 2 , CHCl 3 , CH 2 Cl 2 , CCl 4 , BCl 3 and the like. Moreover, the fluorine-type gas used by the said dry etching should just be a gas containing F, and there is no restriction | limiting in particular. 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 not containing C has a relatively low etching rate with respect to the glass substrate, damage to the glass substrate can be further reduced.

なお、前記の転写用マスクの製造方法では、第1のレジストパターン4aをマスクとして、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングを行うことで、第2の膜の上層32と下層31に第1のパターンを形成している。しかし、これに限らず、第2の膜の上層32のみ、または下層31の膜厚方向の途中まで塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングを行うに留めてもよい。この場合、第1のレジストパターン4aを除去後、第2の膜の上層32に形成された第1のパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングを行い、第2の膜の下層31に第1のパターンを形成し、さらに第1の膜に第1のパターンを形成する。このようなプロセスを行うことにより、第1のレジストパターン4aをマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングを行う時間をより短縮することができるため、第1のレジストパターン4aの膜厚をより薄くする(例えば、50nm以下)ことができる。   In the method for manufacturing the transfer mask, the upper layer 32 and the lower layer of the second film are formed by performing dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas using the first resist pattern 4a as a mask. A first pattern is formed on 31. However, the present invention is not limited to this, and dry etching using a mixed gas of a chlorine-based gas and an oxygen gas may be performed only in the upper layer 32 of the second film or in the middle of the lower layer 31 in the film thickness direction. In this case, after removing the first resist pattern 4a, dry etching using a fluorine-based gas is performed using the first pattern formed in the upper layer 32 of the second film as a mask, and the lower layer 31 of the second film. A first pattern is formed, and a first pattern is formed on the first film. By performing such a process, it is possible to further shorten the time for performing dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas using the first resist pattern 4a as a mask. The film thickness of 4a can be made thinner (for example, 50 nm or less).

本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記の転写用マスクまたは前記のマスクブランクを用いて製造された転写用マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に第1のパターンを露光転写することを特徴としている。ここで使用される転写用マスクの第1の膜には、微細パターンである第1のパターンが高精度で形成されているため、高い転写精度で半導体基板上のレジスト膜に第1のパターンを形成することができる。   The semiconductor device manufacturing method of the present invention is characterized in that the first pattern is exposed and transferred onto a resist film on a semiconductor substrate using the transfer mask or the transfer mask manufactured using the mask blank. It is said. Since the first pattern, which is a fine pattern, is formed with high accuracy on the first film of the transfer mask used here, the first pattern is applied to the resist film on the semiconductor substrate with high transfer accuracy. Can be formed.

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6.25mの合成石英ガラスからなる基板1を準備した。この基板1は、端面及び主表面を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, the embodiment of the present invention will be described more specifically with reference to examples.
(Example 1)
[Manufacture of mask blanks]
A substrate 1 made of synthetic quartz glass having a main surface dimension of about 152 mm × about 152 mm and a thickness of about 6.25 m was prepared. This substrate 1 had its end face and main surface polished to a predetermined surface roughness and then subjected to a predetermined cleaning process and drying process.

次に、枚葉式DCスパッタ装置内に基板1を設置し、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)との混合ターゲット(Mo:Si=12at%:88at%)を用い、アルゴン(Ar)、窒素(N)およびヘリウム(He)との混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、基板1上に、モリブデン、ケイ素および窒素からなる第1の膜2(MoSiN膜 Mo:12at%,Si:39at%,N:49at%)を69nmの膜厚で形成した。なお、MoSiN膜の組成は、オージェ電子分光分析(AES)によって得られた結果である。以下、他の膜に関しても同様である。 Next, the substrate 1 is placed in a single-wafer DC sputtering apparatus, and a mixed target (Mo: Si = 12 at%: 88 at%) of molybdenum (Mo) and silicon (Si) is used, and argon (Ar), nitrogen is used. A first film 2 (MoSiN film Mo: 12 at%, Si) made of molybdenum, silicon and nitrogen is formed on the substrate 1 by reactive sputtering (DC sputtering) in a mixed gas atmosphere of (N 2 ) and helium (He). : 39 at%, N: 49 at%) with a film thickness of 69 nm. The composition of the MoSiN film is a result obtained by Auger electron spectroscopy (AES). The same applies to other films.

次いで、上記MoSiN膜(第1の膜2)が形成された基板1に対して、第1の膜2の表層に酸化層22を形成する処理を施した。具体的には、加熱炉(電気炉)を用いて、大気中で加熱温度を450℃、加熱時間を1時間として、加熱処理を行った。加熱処理後の第1の膜2をオージェ電子分光分析(AES)で分析したところ、第1の膜2の表面から約1.5nm程度の厚さで酸化層22が形成されていることが確認され、その酸化層22の酸素含有量は42at%であった。加熱処理後のMoSiN膜(第1の膜2)に対し、位相シフト量測定装置でArFエキシマレーザーの光の波長(約193nm)における透過率と位相差を測定したところ、透過率は6.07%、位相差が177.3度であった。   Next, a treatment for forming an oxide layer 22 on the surface layer of the first film 2 was performed on the substrate 1 on which the MoSiN film (first film 2) was formed. Specifically, using a heating furnace (electric furnace), heat treatment was performed in the atmosphere at a heating temperature of 450 ° C. and a heating time of 1 hour. When the first film 2 after the heat treatment is analyzed by Auger electron spectroscopy (AES), it is confirmed that the oxide layer 22 is formed with a thickness of about 1.5 nm from the surface of the first film 2. The oxygen content of the oxide layer 22 was 42 at%. When the transmittance and phase difference of the ArF excimer laser light at the wavelength (about 193 nm) were measured with respect to the MoSiN film (first film 2) after the heat treatment, the transmittance was 6.07. % And the phase difference was 177.3 degrees.

次に、枚葉式DCスパッタ装置内に基板1を設置し、モリブデン(Mo)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)と窒素(N)との混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、第1の膜2の表面に接して、モリブデンおよび窒素からなる第2の膜3の下層31(MoN膜 Mo:64at%,N:36at%)を16nmの膜厚で形成した。 Next, the substrate 1 is installed in a single-wafer DC sputtering apparatus, using a molybdenum (Mo) target, and reactive sputtering (DC sputtering) in a mixed gas atmosphere of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ). In contact with the surface of the first film 2, a lower layer 31 (MoN film Mo: 64 at%, N: 36 at%) made of molybdenum and nitrogen was formed to a thickness of 16 nm.

次に、枚葉式DCスパッタ装置内に基板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(CO)、窒素(N)およびヘリウム(He)の混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、第2の膜3の下層31の表面に接して、クロム、酸素、炭素および窒素からなる第2の膜3の上層32(CrOCN膜 Cr:34at%,O:39at%,C:11at%,N:16at%)を23nmの膜厚で形成した。 Next, the substrate 1 is placed in a single-wafer DC sputtering apparatus, and a mixed gas of argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ), and helium (He) is used using a chromium (Cr) target. The upper layer 32 of the second film 3 made of chromium, oxygen, carbon and nitrogen (CrOCN film Cr: 34 at%, in contact with the surface of the lower layer 31 of the second film 3 by reactive sputtering (DC sputtering) in an atmosphere. O: 39 at%, C: 11 at%, N: 16 at%) was formed with a film thickness of 23 nm.

[転写用マスクの製造]
次に、実施例1のマスクブランク100を用い、以下の手順で実施例1の転写用マスク200を作製した。最初に、スピン塗布法によって第2の膜3の上層32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4を膜厚80nmで形成した(図2(a)参照)。次に、レジスト膜4に対して、DRAM hp32nm世代の転写パターン(線幅40nmのSRAFを含んだ微細パターン)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レジスト膜4(第1のレジストパターン4a)を形成した(図2(b)参照)。次に、第1のレジストパターン4aをマスクとし、塩素と酸素の混合ガス(ガス流量比 Cl:O=4:1)を用いたドライエッチングを行い、第2の膜3に第1のパターン(エッチングマスクパターン3a)を形成した。続いて、第1のレジストパターン4aを除去した(図2(c)参照)。
[Manufacture of transfer masks]
Next, using the mask blank 100 of Example 1, the transfer mask 200 of Example 1 was produced according to the following procedure. First, a resist film 4 made of a chemically amplified resist for electron beam drawing was formed to a thickness of 80 nm in contact with the surface of the upper layer 32 of the second film 3 by a spin coating method (see FIG. 2A). Next, a transfer pattern of DRAM hp 32 nm generation (a fine pattern including SRAF with a line width of 40 nm) is drawn on the resist film 4 by electron beam, predetermined development processing and cleaning processing are performed, and the first pattern is obtained. A resist film 4 (first resist pattern 4a) was formed (see FIG. 2B). Next, using the first resist pattern 4a as a mask, dry etching using a mixed gas of chlorine and oxygen (gas flow ratio Cl 2 : O 2 = 4: 1) is performed, and the second film 3 is subjected to the first etching. A pattern (etching mask pattern 3a) was formed. Subsequently, the first resist pattern 4a was removed (see FIG. 2C).

次に、エッチングマスクパターン3aをマスクとし、フッ素系ガス(SF+He)を用いたドライエッチングを行い、第1の膜(ハーフトーン位相シフト膜)2に第1のパターンを形成(第1の膜パターン2a)した(図2(d)参照)。次に、第2の膜3の上層32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5を膜厚80nmで形成した(図2(e)参照)。 Next, using the etching mask pattern 3a as a mask, dry etching using a fluorine-based gas (SF 6 + He) is performed to form a first pattern on the first film (halftone phase shift film) 2 (the first pattern Film pattern 2a) (see FIG. 2D). Next, a resist film 5 made of a chemically amplified resist for electron beam drawing was formed to a thickness of 80 nm in contact with the upper layer 32 of the second film 3 (see FIG. 2E).

次に、レジスト膜5に対して、第2の膜3に形成すべき転写パターンである第2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2のパターンを有するレジスト膜5(第2のレジストパターン5a)を形成した(図2(e)参照)。次に、第2のレジストパターン5aをマスクとして、塩素と酸素の混合ガス(ガス流量比 Cl:O=4:1)を用いたドライエッチングを行い、第2の膜3(上層32と下層31)に第2のパターンを形成(第2の膜パターン3b)した(図2(f)参照)。最後に、第2のレジストパターン5aを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、転写用マスク(ハーフトーン型位相シフトマスク)200を得た(図2(g)参照)。作製した実施例1の転写用マスク(ハーフトーン型位相シフトマスク)200に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、設計値から許容範囲内で微細パターンが形成されていることが確認できた。 Next, a second pattern, which is a transfer pattern to be formed on the second film 3, is drawn on the resist film 5 by electron beam, a predetermined development process and a cleaning process are performed, and the resist having the second pattern A film 5 (second resist pattern 5a) was formed (see FIG. 2E). Next, dry etching using a mixed gas of chlorine and oxygen (gas flow ratio Cl 2 : O 2 = 4: 1) is performed using the second resist pattern 5a as a mask, and the second film 3 (the upper layer 32 and A second pattern (second film pattern 3b) was formed on the lower layer 31) (see FIG. 2F). Finally, the second resist pattern 5a was removed, and after a predetermined process such as cleaning, a transfer mask (halftone phase shift mask) 200 was obtained (see FIG. 2G). When the mask pattern was inspected by the mask inspection apparatus on the transfer mask (halftone type phase shift mask) 200 of Example 1 produced, it was found that a fine pattern was formed within the allowable range from the design value. It could be confirmed.

[半導体デバイスの製造]
作製した実施例1の転写用マスク(ハーフトーン型位相シフトマスク)200を、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セットし、半導体デバイス上のレジスト膜に第1の膜パターン2aを露光転写した。露光後の半導体デバイス上のレジスト膜に所定の現像処理を行い、レジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして、下層膜をドライエッチングし、回路パターンを形成した。半導体デバイスに形成した回路パターンを確認したところ、精度不足に起因する回路パターンの配線短絡や断線はなかった。
[Manufacture of semiconductor devices]
The produced transfer mask (halftone phase shift mask) 200 of Example 1 is set on a mask stage of an exposure apparatus using an ArF excimer laser as exposure light, and a first film pattern 2a is formed on a resist film on a semiconductor device. Was transferred by exposure. A predetermined development process was performed on the resist film on the semiconductor device after exposure to form a resist pattern, and the lower layer film was dry-etched using the resist pattern as a mask to form a circuit pattern. When the circuit pattern formed in the semiconductor device was confirmed, there was no wiring short circuit or disconnection of the circuit pattern due to insufficient accuracy.

(比較例1)
[マスクブランクの製造]
実施例1の場合と同様の手順で、主表面の寸法が約152mm×約152mmで、厚さが約6.25mの合成石英ガラスからなる基板を準備した。次に、実施例1の場合と同様の手順で、基板上にMoSiN膜(実施例1の第1の膜2に対応する膜)を形成し、加熱処理を行いMoSiN膜の表層に酸化層を形成した。
(Comparative Example 1)
[Manufacture of mask blanks]
A substrate made of synthetic quartz glass having a main surface dimension of about 152 mm × about 152 mm and a thickness of about 6.25 m was prepared in the same procedure as in Example 1. Next, a MoSiN film (film corresponding to the first film 2 of Example 1) is formed on the substrate in the same procedure as in Example 1, and heat treatment is performed to form an oxide layer on the surface of the MoSiN film. Formed.

次に、枚葉式DCスパッタ装置内に基板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(CO)および窒素(N)の混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、第1の膜2の表面に接して、クロム、酸素、炭素および窒素からなるCrOCN膜(Cr:37at%,O:38at%,C:16at%,N:9at%)を30nmの膜厚で形成した。続いて、アルゴン(Ar)および窒素(N)の混合ガス雰囲気で反応性スパッタリングにより、クロムおよび窒素からなるCrN膜(Cr:79at%,N:21at%)を4nmの膜厚で形成した。最後に、アルゴン(Ar)、二酸化炭素(CO)および窒素(N)の混合ガス雰囲気で反応性スパッタリングにより、クロム、酸素、炭素および窒素からなるCrOCN膜(Cr:35at%,O:38at%,C:10at%,N:17at%)を14nmの膜厚で形成した。以上の手順により、第1の膜2の表面に接して、CrOCN膜、CrN膜およびCrOCN膜が順に積層したCr系積層膜(実施例1の第2の膜3に対応する膜)を備えた比較例1のマスクブランクを製造した。 Next, the substrate 1 is installed in a single-wafer DC sputtering apparatus, and a reactive sputtering is performed in a mixed gas atmosphere of argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), and nitrogen (N 2 ) using a chromium (Cr) target. A CrOCN film (Cr: 37 at%, O: 38 at%, C: 16 at%, N: 9 at%) made of chromium, oxygen, carbon and nitrogen is in contact with the surface of the first film 2 by (DC sputtering). The film was formed with a thickness of 30 nm. Subsequently, a CrN film (Cr: 79 at%, N: 21 at%) made of chromium and nitrogen was formed to a thickness of 4 nm by reactive sputtering in a mixed gas atmosphere of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ). Finally, a CrOCN film (Cr: 35 at%, O: 38 at) made of chromium, oxygen, carbon and nitrogen is formed by reactive sputtering in a mixed gas atmosphere of argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), and nitrogen (N 2 ). %, C: 10 at%, N: 17 at%) with a film thickness of 14 nm. By the above procedure, a Cr-based laminated film (a film corresponding to the second film 3 of Example 1) in which a CrOCN film, a CrN film, and a CrOCN film are sequentially laminated is provided in contact with the surface of the first film 2. The mask blank of Comparative Example 1 was manufactured.

[転写用マスクの製造]
次に、比較例1のマスクブランクを用い、以下の手順で比較例1の転写用マスクを作製した。最初に、スピン塗布法によってCr系積層膜の表面に接して、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、レジスト膜に対して、DRAM hp32nm世代の転写パターン(線幅40nmのSRAFを含んだ微細パターン)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レジスト膜(第1のレジストパターン)を形成した。次に、第1のレジストパターンをマスクとし、塩素と酸素の混合ガス(ガス流量比 Cl:O=4:1)を用いて、Cr系積層膜に第1のパターン(エッチングマスクパターン)を形成するためのドライエッチングを行った。しかし、Cr系積層膜をエッチングしている途中で第1のレジストパターンが消失してしまい、第1のパターンを形成することができなかった。このため、第1のパターンをMoSiN膜に形成することもできなかった。
[Manufacture of transfer masks]
Next, using the mask blank of Comparative Example 1, a transfer mask of Comparative Example 1 was produced according to the following procedure. First, a resist film made of a chemically amplified resist for electron beam drawing was formed with a thickness of 80 nm in contact with the surface of the Cr-based laminated film by spin coating. Next, a transfer pattern of DRAM hp 32 nm generation (a fine pattern including SRAF with a line width of 40 nm) is drawn on the resist film by electron beam, predetermined development processing and cleaning processing are performed, and the resist having the first pattern A film (first resist pattern) was formed. Next, using the first resist pattern as a mask, a mixed gas of chlorine and oxygen (gas flow ratio Cl 2 : O 2 = 4: 1) is used to form the first pattern (etching mask pattern) on the Cr-based laminated film. Dry etching was performed to form. However, the first resist pattern disappeared while the Cr-based laminated film was being etched, and the first pattern could not be formed. For this reason, the first pattern could not be formed on the MoSiN film.

1 基板
2 第1の膜
21 本体部
22 酸化層
2a 第1の膜パターン
3 第2の膜
31 下層
32 上層
3a エッチングマスクパターン
3b 第2の膜パターン
4,5 レジスト膜
4a 第1のレジストパターン
5a 第2のレジストパターン
100 マスクブランク
200 転写用マスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 1st film | membrane 21 Main-body part 22 Oxide layer 2a 1st film | membrane pattern 3 2nd film | membrane 31 Lower layer 32 Upper layer 3a Etching mask pattern 3b 2nd film | membrane pattern 4, 5 Resist film 4a 1st resist pattern 5a Second resist pattern 100 Mask blank 200 Transfer mask

Claims (23)

転写用マスクを作製するために用いられるものであり、基板上に、前記基板側から第1の膜と第2の膜が順に積層した構造を有するマスクブランクであって、
前記第1の膜は、フッ素系ガスによるドライエッチングが可能な材料からなり、
前記第2の膜は、下層と上層の積層構造からなり、
前記下層は、モリブデンおよびタングステンの少なくとも一方を含有し、ケイ素の含有量が0at%以上10at%未満である材料からなり、
前記上層は、クロムと酸素を含有し、クロムの含有量が50at%未満であり、酸素の含有量が25at%以上である材料からなることを特徴とするマスクブランク。
A mask blank having a structure in which a first film and a second film are sequentially laminated on a substrate from the substrate side, which is used for producing a transfer mask;
The first film is made of a material that can be dry-etched with a fluorine-based gas,
The second film has a laminated structure of a lower layer and an upper layer,
The lower layer is made of a material containing at least one of molybdenum and tungsten and having a silicon content of 0 at% or more and less than 10 at%,
The upper layer is made of a material containing chromium and oxygen, a chromium content of less than 50 at%, and an oxygen content of 25 at% or more.
前記下層は、モリブデンおよびタングステンの少なくとも一方を含有し、ケイ素を含有しない材料からなることを特徴とする請求項1記載のマスクブランク。 The mask blank according to claim 1, wherein the lower layer is made of a material containing at least one of molybdenum and tungsten and not containing silicon. 前記下層は、さらに窒素を含有する材料からなることを特徴とする請求項1または2に記載のマスクブランク。   The mask blank according to claim 1, wherein the lower layer is made of a material further containing nitrogen. 前記下層は、酸素の含有量が30at%以下である材料からなることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のマスクブランク。The mask blank according to any one of claims 1 to 3, wherein the lower layer is made of a material having an oxygen content of 30 at% or less. 前記第2の膜は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングが可能な材料からなることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The second film, the mask blank according to any one of claims 1 to 4, characterized in that dry etching using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas formed of a material as possible. 前記第1の膜は、ケイ素を含有する材料、またはケイ素と遷移金属を含有する材料であって、遷移金属の含有量よりもケイ素の含有量の方が多い材料からなることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The first film is made of a material containing silicon, or a material containing silicon and a transition metal, wherein the silicon content is higher than the transition metal content. Item 6. A mask blank according to any one of Items 1 to 5 . 前記第1の膜は、第2の膜側の表層に酸化層が形成されていることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The first film is a mask blank according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the oxide layer in the surface layer of the second film side. 前記上層の表面に接してレジスト膜が100nm以下の膜厚で形成されていることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The mask blank according to any one of claims 1 to 7 , wherein a resist film is formed with a thickness of 100 nm or less in contact with the surface of the upper layer. 前記第1の膜と第2の膜の積層構造は、ArF露光光に対する光学濃度が2.8以上であることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The laminated structure of the first film and the second film, the mask blank according to any one of claims 1 to 8, the optical density with respect to the ArF exposure light, characterized in that 2.8 or more. 前記第1の膜は、ArF露光光に対する透過率が1%以上の光半透過膜であることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The first film is a mask blank according to any one of claims 1-9, wherein the transmittance to ArF exposure light is a light semi-transmitting film of 1% or more. 基板上に、前記基板側から第1のパターンを有する第1の膜と第2のパターンを有する第2の膜が順に積層した転写用マスクであって、
前記第1の膜は、フッ素系ガスによるドライエッチングが可能な材料からなり、
前記第2の膜は、下層と上層の積層構造からなり、
前記下層は、モリブデンおよびタングステンの少なくとも一方を含有し、ケイ素の含有量が0at%以上10at%未満である材料からなり、
前記上層は、クロムと酸素を含有し、クロムの含有量が50at%未満であり、酸素の含有量が25at%以上である材料からなることを特徴とする転写用マスク。
A transfer mask in which a first film having a first pattern and a second film having a second pattern are sequentially stacked on a substrate from the substrate side,
The first film is made of a material that can be dry-etched with a fluorine-based gas,
The second film has a laminated structure of a lower layer and an upper layer,
The lower layer is made of a material containing at least one of molybdenum and tungsten and having a silicon content of 0 at% or more and less than 10 at%,
The transfer mask according to claim 1, wherein the upper layer is made of a material containing chromium and oxygen, a chromium content of less than 50 at%, and an oxygen content of 25 at% or more.
前記下層は、モリブデンおよびタングステンの少なくとも一方を含有し、ケイ素を含有しない材料からなることを特徴とする請求項11記載の転写用マスク。 12. The transfer mask according to claim 11 , wherein the lower layer is made of a material containing at least one of molybdenum and tungsten and not containing silicon. 前記下層は、さらに窒素を含有する材料からなることを特徴とする請求項11または12に記載の転写用マスク。 The lower layer, transfer mask according to claim 11 or 12, characterized in that it consists of a material further containing nitrogen. 前記下層は、酸素の含有量が30at%以下である材料からなることを特徴とする請求項11から13のいずれかに記載の転写用マスク。The transfer mask according to claim 11, wherein the lower layer is made of a material having an oxygen content of 30 at% or less. 前記第2の膜は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによるドライエッチングが可能な材料からなることを特徴とする請求項11から14のいずれかに記載の転写用マスク。 The second film, transfer mask according to any of claims 11 to 14, characterized in that dry etching using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas formed of a material as possible. 前記第1の膜は、ケイ素を含有する材料、またはケイ素と遷移金属を含有する材料であって、遷移金属の含有量よりもケイ素の含有量の方が多い材料からなることを特徴とする請求項11から15のいずれかに記載の転写用マスク。 The first film is made of a material containing silicon, or a material containing silicon and a transition metal, wherein the silicon content is higher than the transition metal content. Item 16. A transfer mask according to any one of Items 11 to 15 . 前記第1の膜は、第2の膜側の表層に酸化層が形成されていることを特徴とする請求項11から16のいずれかに記載の転写用マスク。 The first film is transfer mask according to any one of claims 11 16, characterized in that the oxide layer in the surface layer of the second film side. 前記第1の膜と第2の膜の積層構造は、ArF露光光に対する光学濃度が2.8以上であることを特徴とする請求項11から17のいずれかに記載の転写用マスク。 The laminated structure of the first film and the second film, transfer mask according to any one of claims 11 to 17, the optical density with respect to the ArF exposure light, characterized in that 2.8 or more. 前記第1の膜は、ArF露光光に対する透過率が1%以上の光半透過膜であることを特徴とする請求項11から18のいずれかに記載の転写用マスク。 The first film is transfer mask according to any one of claims 11 18, wherein the transmittance to ArF exposure light is a light semi-transmitting film of 1% or more. 請求項1から10のいずれかに記載のマスクブランクを用いる転写用マスクの製造方法であって、
前記第2の膜の表面に接して第1のパターンを有するレジスト膜を形成し、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いるドライエッチングによって、前記第2の膜に第1のパターンを形成する工程と、
前記第1のパターンを有するレジスト膜を剥離した後、第1のパターンを有する第2の膜をマスクとして、フッ素系ガスを用いるドライエッチングによって、第1の膜に第1のパターンを形成する工程と、
前記第2の膜の表面に接して第2のパターンを有するレジスト膜を形成し、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いるドライエッチングによって、前記第2の膜に第2のパターンを形成する工程と
を備えることを特徴とする転写用マスクの製造方法。
A method for manufacturing a transfer mask using the mask blank according to any one of claims 1 to 10 ,
A resist film having a first pattern is formed in contact with the surface of the second film, and the first pattern is formed on the second film by dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas. And a process of
Step of forming the first pattern on the first film by removing the resist film having the first pattern and then using the second film having the first pattern as a mask by dry etching using a fluorine-based gas When,
A resist film having a second pattern is formed in contact with the surface of the second film, and a second pattern is formed on the second film by dry etching using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas. And a process for producing a transfer mask.
前記第1のパターンを有するレジスト膜は、膜厚が100nm以下であることを特徴とする請求項20に記載の転写用マスクの製造方法。 21. The method of manufacturing a transfer mask according to claim 20 , wherein the resist film having the first pattern has a thickness of 100 nm or less. 請求項11から19のいずれかに記載の転写用マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に第1のパターンを露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 Using the transfer mask according to any of claims 11 19, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by comprising the step of exposing and transferring a first pattern to the resist film on a semiconductor substrate. 請求項20または21に記載の転写用マスクの製造方法で製造された転写用マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に第1のパターンを露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 A process for exposing and transferring a first pattern onto a resist film on a semiconductor substrate using the transfer mask manufactured by the method for manufacturing a transfer mask according to claim 20 or 21 . Production method.
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