JP6140330B2 - Mask blank manufacturing method, transfer mask manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Mask blank manufacturing method, transfer mask manufacturing method, and semiconductor device manufacturing method Download PDF

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Description

本発明は、低応力の薄膜を備えたマスクブランクの製造方法、転写用マスクの製造方法に関する。特に、薄膜の応力の経時変化を低減させたマスクブランクの製造方法、転写用マスクの製造方法に関する。また、この転写用マスクを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a mask blank having a low-stress thin film and a method for manufacturing a transfer mask. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a mask blank and a method for manufacturing a transfer mask in which a change in stress of a thin film with time is reduced. The present invention also relates to a method for manufacturing a semiconductor device using the transfer mask.

一般に、半導体装置の製造工程では、フォトリソグラフィー法を用いて微細パターンの形成が行われている。また、この微細パターンの形成には通常何枚もの転写用マスク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り、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。   In general, in a manufacturing process of a semiconductor device, a fine pattern is formed using a photolithography method. Further, a number of substrates called transfer masks are usually used for forming this fine pattern. This transfer mask is generally provided with a fine pattern made of a metal thin film on a translucent glass substrate, and the photolithographic method is also used in the production of this transfer mask.

フォトリソグラフィー法による転写用マスクの製造には、ガラス基板等の透光性基板上に転写パターン(マスクパターン)を形成するための薄膜(例えば遮光膜など)を有するマスクブランクが用いられる。このマスクブランクを用いた転写用マスクの製造は、マスクブランク上に形成されたレジスト膜に対し、所望のパターン描画を施す露光工程と、所望のパターン描画に従って前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する現像工程と、レジストパターンに従って前記薄膜をエッチングするエッチング工程と、残存したレジストパターンを剥離除去する工程とを有して行われている。上記現像工程では、マスクブランク上に形成されたレジスト膜に対し所望のパターン描画(露光)を施した後に現像液を供給して、現像液に可溶なレジスト膜の部位を溶解し、レジストパターンを形成する。また、上記エッチング工程では、このレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングまたはウェットエッチングによって、レジストパターンが形成されておらず薄膜が露出した部位を溶解し、これにより所望のマスクパターンを透光性基板上に形成する。こうして、転写用マスクが出来上がる。   In manufacturing a transfer mask by photolithography, a mask blank having a thin film (for example, a light shielding film) for forming a transfer pattern (mask pattern) on a light-transmitting substrate such as a glass substrate is used. In the manufacture of a transfer mask using this mask blank, an exposure process for drawing a desired pattern on the resist film formed on the mask blank, and developing the resist film in accordance with the desired pattern drawing, the resist pattern is developed. The development step is formed, the etching step is to etch the thin film in accordance with the resist pattern, and the step is to remove and remove the remaining resist pattern. In the developing step, a resist pattern formed on the mask blank is subjected to a desired pattern drawing (exposure), and then a developing solution is supplied to dissolve a portion of the resist film that is soluble in the developing solution. Form. Further, in the etching step, using this resist pattern as a mask, the portion where the resist pattern is not formed and the thin film is exposed is dissolved by dry etching or wet etching, whereby the desired mask pattern is formed on the translucent substrate. To form. Thus, a transfer mask is completed.

半導体装置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波長の短波長化が必要となる。半導体装置製造の際の露光光源としては、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。   When miniaturizing a 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, as an exposure light source for manufacturing semiconductor devices, the wavelength has been shortened from an KrF excimer laser (wavelength 248 nm) to an ArF excimer laser (wavelength 193 nm).

転写用マスクとしては、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有するバイナリマスクが以前より知られている。
近年では、モリブデンシリサイド化合物を含む材料(MoSi系材料)を遮光膜として用いたArFエキシマレーザー用のバイナリマスクなども出現している(特許文献1)。また、タンタル化合物を含む材料(タンタル系材料)を遮光膜として用いたArFエキシマレーザー用のバイナリマスクなども出現している(特許文献2)。特許文献3では、タンタル、ニオブ、バナジウム、またはタンタル、ニオブ、バナジウムの少なくとも2つを含む金属を用いた遮光膜からなるフォトマスクに対して、酸洗浄や水素プラズマによる洗浄を行った場合、遮光膜が水素脆性化し、遮光膜が変形することがあることについて開示されている。またその解決手段として、遮光膜にパターンを形成後、遮光膜の上面や側面を気密に覆う水素阻止膜を形成することが開示されている。
As a transfer mask, a binary mask having a light-shielding film pattern made of a chromium-based material on a translucent substrate has been known.
In recent years, a binary mask for an ArF excimer laser using a material containing a molybdenum silicide compound (MoSi-based material) as a light shielding film has also appeared (Patent Document 1). In addition, a binary mask for ArF excimer laser using a material containing a tantalum compound (tantalum-based material) as a light shielding film has appeared (Patent Document 2). In Patent Document 3, when a photomask made of a light-shielding film using a metal containing at least two of tantalum, niobium, vanadium or tantalum, niobium, and vanadium is subjected to acid cleaning or hydrogen plasma cleaning, It is disclosed that the film becomes hydrogen embrittled and the light shielding film may be deformed. Further, as a means for solving this problem, it is disclosed that after forming a pattern on the light shielding film, a hydrogen blocking film is formed that airtightly covers the upper surface and side surfaces of the light shielding film.

一方、特許文献4では、合成石英ガラスからなる真空紫外光用マスク基板の製造方法について記載されている。ここでは、合成石英ガラスの真空紫外線域の光の透過率を向上させるためには、合成石英ガラス中のOH基を低減させる必要性が示されている。その解決手段の1つとして、合成石英ガラス中のSi−H含有量やH含有量を所定値以下に低減させることが開示されている。 On the other hand, Patent Document 4 describes a manufacturing method of a mask substrate for vacuum ultraviolet light made of synthetic quartz glass. Here, in order to improve the light transmittance of the synthetic quartz glass in the vacuum ultraviolet region, the necessity of reducing the OH groups in the synthetic quartz glass is shown. As one of the solutions, it is disclosed to reduce the Si—H content or the H 2 content in the synthetic quartz glass to a predetermined value or less.

特開2006−78807号公報JP 2006-78807 A 特開2009−230112号公報JP 2009-230112 A 特開2010−192503号公報JP 2010-192503 A 特開2004−26586号公報JP 2004-26586 A

近年、転写用マスクに対するパターン位置精度の要求レベルが特に厳しくなってきている。高いパターン位置精度を実現するための1つの要素として、転写用マスクを作製するための原版となるマスクブランクの平坦度を向上させることがある。マスクブランクの平坦度を向上させるには、まず、ガラス基板の薄膜を形成する側の主表面の平坦度を向上させることが必要である。マスクブランクを製造するためのガラス基板は、特許文献4に記載のようなガラスインゴットを製造し、ガラス基板の形状に切り出すところから始まる。切り出した直後のガラス基板は、主表面の平坦度が悪く、表面状態も粗面である。このため、ガラス基板に対して、複数段階の研削工程および研磨工程を行い、高い平坦度で良好な表面粗さ(鏡面)に仕上げられる。また、研磨砥粒を用いた研磨工程後には、フッ酸溶液や珪フッ酸溶液を含む洗浄液による洗浄が行われる。また、薄膜を形成する工程の前にアルカリ溶液を含む洗浄液による洗浄が行われる場合もある。   In recent years, the required level of pattern position accuracy for a transfer mask has become particularly strict. One factor for achieving high pattern position accuracy is to improve the flatness of a mask blank that is an original for producing a transfer mask. In order to improve the flatness of the mask blank, first, it is necessary to improve the flatness of the main surface on the side where the thin film of the glass substrate is formed. The glass substrate for manufacturing the mask blank starts from manufacturing a glass ingot as described in Patent Document 4 and cutting it into the shape of the glass substrate. The glass substrate immediately after being cut out has poor main surface flatness and a rough surface. For this reason, a multi-step grinding process and polishing process are performed on the glass substrate, and the surface is finished with high flatness and good surface roughness (mirror surface). In addition, after the polishing process using the abrasive grains, cleaning with a cleaning solution containing a hydrofluoric acid solution or a silicic hydrofluoric acid solution is performed. Further, cleaning with a cleaning solution containing an alkaline solution may be performed before the step of forming a thin film.

しかし、高い平坦度のマスクブランクを製造するには、それだけでは不十分である。ガラス基板の主表面に形成するパターンを形成するための薄膜の膜応力が高いと、基板を変形させてしまい、平坦度が悪化してしまう。このため、パターンを形成するための薄膜の膜応力を低減するために、成膜時あるいは成膜後に様々な対策が行われてきている。これまで、このような対策が取られて高い平坦度になるように調整されたマスクブランクは、製造後に多少長い期間(例えば半年程度)保管してもケースに密閉収納していれば、平坦度が大きく変化するようなことはないと考えられていた。しかし、パターン形成用の薄膜にタンタルを含有する材料が用いられたマスクブランクの場合、ケースに密閉収納していても、製造から時間が経過するに従い、主表面の平坦度が悪化することが確認された。具体的には、時間の経過ともに、薄膜を形成している側の主表面の平坦度が、凸形状の傾向が強くなる方向に悪化していた。   However, it is not enough to produce a mask flat with high flatness. When the film stress of the thin film for forming the pattern formed on the main surface of the glass substrate is high, the substrate is deformed and the flatness is deteriorated. For this reason, various measures have been taken during film formation or after film formation in order to reduce the film stress of the thin film for forming the pattern. Until now, a mask blank that has been adjusted to have a high flatness by taking such measures will be flat if it is stored in a case even after being stored for a relatively long period of time (for example, about half a year). Was not expected to change significantly. However, in the case of a mask blank using a material containing tantalum for the thin film for pattern formation, it is confirmed that the flatness of the main surface deteriorates as time elapses even if it is hermetically stored in the case. It was done. Specifically, with the passage of time, the flatness of the main surface on the side where the thin film is formed has deteriorated in a direction in which the tendency of the convex shape becomes stronger.

これは、ガラス基板が原因でない場合、薄膜の膜応力が次第に圧縮応力の傾向が強くなっていることを意味する。クロム系材料やモリブデンシリサイド化合物を含む材料を用いた薄膜を有するマスクブランクの場合には、このような顕著な現象は発生していない。このことから、パターン形成用の薄膜にタンタルを含有する材料を用いたマスクブランクで生じているこの現象は、ガラス基板自体が変形しているのではなく、薄膜の圧縮応力が時間の経過とともに大きくなっていくものと推察される。一方、このような高い圧縮応力を有する薄膜のマスクブランクを用いて転写用マスクを作製した場合、パターンの形成によって膜応力から開放された薄膜の領域でパターンの大きな位置ずれが発生するという問題もある。さらに、マスクブランクを製造してから短期間で転写用マスクを作製した場合においても、作製後に時間の経過とともにパターンの位置ずれが生じるという問題もある。   This means that when the glass substrate is not the cause, the film stress of the thin film gradually increases the tendency of compressive stress. In the case of a mask blank having a thin film using a chromium-based material or a material containing a molybdenum silicide compound, such a remarkable phenomenon does not occur. For this reason, this phenomenon that occurs in mask blanks using tantalum-containing materials for pattern forming thin films is not due to the deformation of the glass substrate itself, but the compressive stress of the thin film increases with time. It is guessed that it will become. On the other hand, when a transfer mask is produced using such a thin film mask blank having a high compressive stress, there is a problem that a large positional shift of the pattern occurs in the thin film area freed from the film stress by the pattern formation. is there. Furthermore, even when a transfer mask is manufactured in a short period of time after the mask blank is manufactured, there is a problem in that pattern displacement occurs as time passes after the manufacture.

本発明は、このような状況下になされたものであり、その目的とするところは、パターン形成用の薄膜にタンタルを含有する材料を用いたマスクブランクにおいて、薄膜の膜応力が時間の経過とともに圧縮応力の傾向が強くなるという課題を解消し、平坦度が悪化することを抑制したマスクブランクの製造方法、および転写用マスクの製造方法を提供することである。また、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を目的としている。   The present invention has been made under such circumstances, and the object of the present invention is to provide a mask blank using a material containing tantalum as a thin film for pattern formation. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a mask blank and a method for manufacturing a transfer mask, which solve the problem that the tendency of compressive stress becomes strong and suppress the deterioration of flatness. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device using the transfer mask.

前記の課題を達成するため、本発明のマスクブランクの製造方法は、主表面に対して鏡面研磨を行ったガラス基板を準備する工程と、準備された前記ガラス基板に対し、加熱処理を行う工程と、加熱処理後のガラス基板の主表面上にタンタルを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料からなる薄膜を形成する工程と、を備えることを特徴している。本発明のマスクブランクの製造方法により、薄膜の膜応力が時間の経過とともに圧縮応力の傾向が強くなるという課題を解消し、平坦度が悪化することを抑制したマスクブランクの製造方法を提供することができる。   In order to achieve the above object, the mask blank manufacturing method of the present invention includes a step of preparing a glass substrate that has been mirror-polished on the main surface, and a step of performing a heat treatment on the prepared glass substrate. And a step of forming a thin film made of a material containing tantalum and substantially not containing hydrogen on the main surface of the glass substrate after the heat treatment. Disclosed is a mask blank manufacturing method according to the present invention, which eliminates the problem that the film stress of a thin film has a tendency of compressive stress to increase with time and suppresses deterioration of flatness. Can do.

また、本発明のマスクブランクの製造方法は、主表面に対して鏡面研磨を行ったガラス基板を準備する工程と、準備された前記ガラス基板に対し、加熱処理を行う工程と、加熱処理後のガラス基板を成膜室内に設置し、タンタルを含有するターゲットを用い、水素を含有しないスパッタリングガスを成膜室内に導入し、ガラス基板の主表面上にスパッタリング法によって薄膜を形成する工程と、を備えることを特徴としている。本発明のマスクブランクの製造方法において、所定のスパッタリングガスを用いることによって、薄膜の膜応力が時間の経過とともに圧縮応力の傾向が強くなるという課題を解消し、平坦度が悪化することを抑制したマスクブランクの製造方法を提供することができる。   Moreover, the manufacturing method of the mask blank of this invention is the process of preparing the glass substrate which mirror-polished with respect to the main surface, the process of heat-processing with respect to the prepared said glass substrate, and after heat processing A step of placing a glass substrate in a deposition chamber, using a tantalum-containing target, introducing a sputtering gas not containing hydrogen into the deposition chamber, and forming a thin film on the main surface of the glass substrate by a sputtering method; It is characterized by providing. In the mask blank manufacturing method of the present invention, by using a predetermined sputtering gas, the problem that the film stress of the thin film has a tendency to increase in compressive stress with the passage of time is eliminated, and deterioration of flatness is suppressed. A method for manufacturing a mask blank can be provided.

前記の各マスクブランクの製造方法において、ガラス基板に行う前記加熱処理は、ガラス基板を300℃以上に加熱する処理であることを特徴とすることが好ましい。ガラス基板を300℃以上に加熱することにより、十分に水素を基板外に排除することができる。   In each mask blank manufacturing method, the heat treatment performed on the glass substrate is preferably a treatment of heating the glass substrate to 300 ° C. or higher. By heating the glass substrate to 300 ° C. or higher, hydrogen can be sufficiently removed out of the substrate.

前記の各マスクブランクの製造方法において、前記薄膜は、ガラス基板の主表面に接して形成されることを特徴とすることが好ましい。タンタルを含有する材料からなる薄膜が、加熱処理後のガラス基板の主表面に接して形成されている構成の場合、ガラス基板中に存在する水素等が直接薄膜に入り込む形になってしまう。このような構成の場合、加熱処理によってガラス基板からOH基、水素、水等を排除したことによる効果をより顕著に得ることができる。   In each mask blank manufacturing method, the thin film is preferably formed in contact with a main surface of a glass substrate. In the case where the thin film made of a material containing tantalum is in contact with the main surface of the glass substrate after the heat treatment, hydrogen or the like present in the glass substrate directly enters the thin film. In the case of such a configuration, the effect obtained by eliminating OH groups, hydrogen, water, and the like from the glass substrate by heat treatment can be obtained more significantly.

前記の各マスクブランクの製造方法において、前記薄膜は、タンタルと窒素とを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料からなることを特徴とすることが好ましい。タンタルに窒素を含有させることで、タンタルの酸化を抑制することができる。   In each of the mask blank manufacturing methods, it is preferable that the thin film is made of a material containing tantalum and nitrogen and substantially not containing hydrogen. By including nitrogen in tantalum, oxidation of tantalum can be suppressed.

特に、このマスクブランクの製造方法において、前記薄膜の表層に、酸素を60原子%以上含有する高酸化層が形成されていることを特徴とすることが望ましい。薄膜材料の高酸化物の被膜は結合エネルギーが高いため、マスクブランクを取り囲む気体中の水素が薄膜の表層から薄膜内へ侵入することを阻止することができる。   In particular, in this mask blank manufacturing method, it is desirable that a highly oxidized layer containing 60 atomic% or more of oxygen is formed on the surface layer of the thin film. Since the high oxide film of the thin film material has a high binding energy, hydrogen in the gas surrounding the mask blank can be prevented from entering the thin film from the surface layer of the thin film.

前記の各マスクブランクの製造方法において、前記薄膜は、ガラス基板側から下層と上層とが積層する構造を有し、前記下層は、タンタルと窒素とを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料からなり、前記上層は、タンタルと酸素とを含有する材料からなることを特徴とすることが好ましい。このような構成とすることにより、上層に薄膜の露光光に対する表面反射率を制御する機能を有する膜(反射防止膜)として機能させることができる。   In each mask blank manufacturing method, the thin film has a structure in which a lower layer and an upper layer are laminated from the glass substrate side, and the lower layer contains tantalum and nitrogen, and does not substantially contain hydrogen. The upper layer is preferably made of a material containing tantalum and oxygen. With such a configuration, the upper layer can function as a film (antireflection film) having a function of controlling the surface reflectance with respect to the exposure light of the thin film.

特に、このマスクブランクの製造方法において、前記上層の表層に、酸素を60原子%以上含有する高酸化層が形成されていることが望ましい。薄膜材料の高酸化物の被膜は結合エネルギーが高いため、薄膜の表層からの水素の薄膜内への侵入を阻止することができる。   In particular, in this mask blank manufacturing method, it is desirable that a high oxide layer containing 60 atomic% or more of oxygen be formed on the upper surface layer. Since the high oxide film of the thin film material has high binding energy, hydrogen can be prevented from entering the thin film from the surface layer of the thin film.

本発明の転写用マスクの製造方法は、前記の各マスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクを用い、前記マスクブランクの薄膜に転写パターンを形成することを特徴としている。本発明のマスクブランクの平坦度は、求められる高い水準で維持されているため、このような特性を有するマスクブランクを用いて製造された転写用マスクも、求められる高い平坦度を有することができる。   The transfer mask manufacturing method of the present invention is characterized in that a transfer pattern is formed on a thin film of the mask blank using the mask blank manufactured by the above-described mask blank manufacturing method. Since the flatness of the mask blank of the present invention is maintained at the required high level, the transfer mask manufactured using the mask blank having such characteristics can also have the required high flatness. .

特に、この転写用マスクの製造方法において、前記薄膜で形成された転写パターンの表層には、酸素を60原子%以上含有する高酸化層が形成されていることが望ましい。薄膜材料の高酸化物の被膜は結合エネルギーが高いため、転写用マスクの薄膜の表層からの水素の薄膜内への侵入を阻止することができる。そのため、転写用マスクは、より高い平坦度を有することができる。   In particular, in this transfer mask manufacturing method, it is desirable that a highly oxidized layer containing 60 atomic% or more of oxygen be formed on the surface layer of the transfer pattern formed of the thin film. Since the high oxide film of the thin film material has high binding energy, it is possible to prevent hydrogen from entering the thin film of the transfer mask from the surface layer. Therefore, the transfer mask can have higher flatness.

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転写パターンを露光転写することを特徴としている。本発明の転写用マスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写することで、高精度のパターンを有する半導体デバイスを製造することができる。   The semiconductor device manufacturing method of the present invention is characterized in that a transfer pattern is exposed and transferred onto a resist film on a semiconductor substrate using the transfer mask manufactured by the transfer mask manufacturing method. By using the transfer mask of the present invention and exposing and transferring a transfer pattern onto a resist film on a semiconductor substrate, a semiconductor device having a highly accurate pattern can be manufactured.

本発明のマスクブランクの製造方法によれば、パターン形成用の薄膜にタンタルを含有する材料が用いられたマスクブランクにおいても、薄膜の膜応力が時間の経過とともに圧縮応力の傾向が強くなることがない。これにより、マスクブランクを製造後、時間の経過とともに平坦度が悪化していくことを抑制することができる。また、本発明のマスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクは、パターン形成用の薄膜の膜応力が時間の経過とともに増大することを抑制できているため、薄膜の膜応力は製造時のレベルを維持できる。これにより、膜応力の高い薄膜を有するマスクブランクから転写用マスクを作製した場合に生じるようなパターンの大きな位置ずれを抑制できる。さらに、本発明のマスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクから転写用マスクを作製した場合には、作製後に時間の経過とともにパターンの位置ずれが生じることも抑制できる。さらに、薄膜の膜応力による主表面の平坦度の悪化が抑制され、かつ薄膜に形成されたパターンの位置ずれも抑制された転写用マスクを用いて半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを転写できる。これより、半導体基板上に微細でかつ高精度の回路パターンを有する半導体デバイスを製造することができる。   According to the mask blank manufacturing method of the present invention, even in a mask blank in which a material containing tantalum is used for a thin film for pattern formation, the film stress of the thin film tends to increase in compressive stress with time. Absent. Thereby, after manufacturing a mask blank, it can suppress that flatness deteriorates with progress of time. Moreover, since the mask blank manufactured by the mask blank manufacturing method of the present invention can suppress the increase in the film stress of the thin film for pattern formation with the passage of time, the film stress of the thin film is the level at the time of manufacture. Can be maintained. Thereby, the large position shift of the pattern which arises when a transfer mask is produced from the mask blank which has a thin film with high film | membrane stress can be suppressed. Furthermore, when a transfer mask is produced from a mask blank produced by the method for producing a mask blank of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of pattern displacement with the passage of time after production. Furthermore, the transfer pattern can be transferred to the resist film on the semiconductor substrate using a transfer mask in which deterioration of the flatness of the main surface due to the film stress of the thin film is suppressed and the positional deviation of the pattern formed on the thin film is also suppressed. . As a result, a semiconductor device having a fine and highly accurate circuit pattern on the semiconductor substrate can be manufactured.

本願発明の実施の形態にかか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 concerning embodiment of this invention. 本願発明の実施の形態にかかる転写用マスクの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the transfer mask concerning embodiment of this invention. 本願発明の実施の形態にかかるマスクブランクから転写用マスクを製造するまでの過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the process until it manufactures the transfer mask from the mask blank concerning embodiment of this invention. 実施例におけるマスクブランクのHFS/RBS分析による結果を示す図である。It is a figure which shows the result by the HFS / RBS analysis of the mask blank in an Example. 比較例におけるマスクブランクのHFS/RBS分析による結果を示す図である。It is a figure which shows the result by the HFS / RBS analysis of the mask blank in a comparative example.

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明者は、ガラス基板に成膜直後のタンタルを含有する薄膜が、時間の経過とともに、圧縮応力が増大する原因について鋭意研究を行った。まず、成膜後のマスクブランクの保管方法に原因がないかを確認するため、種々の保管ケースや保管方法で検証したが、いずれの場合も、マスクブランクの主表面の平坦度が悪化しており、明確な相関性は得られなかった。次に、主表面の平坦度が凸形状の方向に悪化したマスクブランクに対して、ホットプレートを用いて加熱処理を行ってみた。加熱処理の条件は、200℃で5分程度とした。この加熱処理を行うと、一時的には主表面の凸形状が多少良好な方向に変化した。しかし、加熱処理後、時間が経過するとマスクブランクの主表面の平坦度が再び悪化していき、根本的な解決には至らないことがわかった。
Embodiments of the present invention will be described below.
The present inventor has intensively studied the cause of the compressive stress increasing with time in a thin film containing tantalum immediately after film formation on a glass substrate. First, in order to confirm that there is no cause in the storage method of the mask blank after film formation, it was verified with various storage cases and storage methods. In either case, the flatness of the main surface of the mask blank deteriorated. Thus, no clear correlation was obtained. Next, the mask blank whose main surface flatness deteriorated in the convex direction was subjected to heat treatment using a hot plate. The heat treatment was performed at 200 ° C. for about 5 minutes. When this heat treatment was performed, the convex shape of the main surface temporarily changed in a slightly better direction. However, it was found that the flatness of the main surface of the mask blank deteriorates again as time passes after the heat treatment, and it does not lead to a fundamental solution.

次に、本発明者は、タンタルを含有する材料は、水素を取り込みやすい特性を有することが関係している可能性を検討した。すなわち、タンタルを含有する薄膜中に、時間の経過とともに徐々に水素が取り込まれ、圧縮応力が増大するという仮説を立てた。ただ、この時間経過で圧縮応力が増大する現象が生じたこのマスクブランクは、従来の知見では水素が取り込まれる要因が見当たらないものであった。このマスクブランクに使用している基板は合成石英ガラスで形成されており、合成石英インゴットの製造時には、水素が含有されることを抑制したプロセスを用いていた。また、タンタルを含有する薄膜も、基板の主表面側に、タンタルと窒素とを含有する材料からなる下層と、下層の上に形成されたタンタルに酸素を含有する材料からなる上層とを積層した構造であった。タンタルに酸素を含有する材料からなる膜は、外気からの水素の侵入を抑制する効果があるため、外気中の水素がタンタルを含有する薄膜に侵入しにくいと思われていた。   Next, the present inventor examined the possibility that the material containing tantalum is related to the property of easily taking in hydrogen. That is, it was hypothesized that hydrogen was gradually taken into the tantalum-containing thin film over time, and the compressive stress increased. However, this mask blank, in which the phenomenon that the compressive stress increases with the passage of time, has not found a factor for hydrogen incorporation in the conventional knowledge. The substrate used for the mask blank is formed of synthetic quartz glass, and a process that suppresses the inclusion of hydrogen was used when manufacturing the synthetic quartz ingot. In addition, a tantalum-containing thin film is formed by laminating a lower layer made of a material containing tantalum and nitrogen and an upper layer made of a material containing oxygen in tantalum formed on the lower layer on the main surface side of the substrate. It was a structure. Since a film made of a material containing oxygen in tantalum has an effect of suppressing the entry of hydrogen from the outside air, it has been thought that hydrogen in the outside air hardly enters the thin film containing tantalum.

タンタルを含有する薄膜中に成膜終了からの時間経過で水素が取り込まれているのかどうかを確認するため、以下の検証を行った。具体的には、タンタルを含有する材料からなる薄膜を備えるマスクブランクについて、成膜してからケースに収納して2週間程度と日数がさほど経過しておらず、薄膜の平坦度の悪化が見られないマスクブランクと、成膜してからケースに収納して4カ月が経過しており、薄膜の圧縮応力が増大して平坦度が悪化(基板主表面の中心を基準とした一辺が142mmの正方形の内側領域におけるCoordinate TIRでの平坦度において、平坦度の変化量が300nm程度)したマスクブランクのそれぞれに対して、膜組成の分析を行った。膜分析はHFS/RBS分析(水素前方散乱分析/ラザフォード後方散乱分析)を用いた。その結果、成膜してから2週間程度の薄膜中は、水素含有量が検出下限値以下であったのに対し、成膜してから4カ月経過した薄膜は、水素が6at%程度含有されていることが判明した。   In order to confirm whether hydrogen has been taken into the tantalum-containing thin film over time after the film formation, the following verification was performed. Specifically, for a mask blank including a thin film made of a material containing tantalum, the film is stored in a case after the film is formed, and about two weeks have not passed so much, and the flatness of the thin film has deteriorated. 4 months have passed since the film was formed and housed in the case after film formation, and the compressive stress of the thin film increased and the flatness deteriorated (the side on the basis of the center of the substrate main surface was 142 mm) The film composition was analyzed for each of the mask blanks in which the amount of change in flatness was about 300 nm in the flatness by Coordinate TIR in the square inner region. For the membrane analysis, HFS / RBS analysis (hydrogen forward scattering analysis / Rutherford backscattering analysis) was used. As a result, in the thin film about 2 weeks after the film formation, the hydrogen content was below the lower limit of detection, whereas in the thin film after 4 months from the film formation, about 6 at% hydrogen was contained. Turned out to be.

これらの結果から、成膜後のタンタルを含有する薄膜に水素が取り込まれていくことで膜応力が変化していることが確認された。次に、本願発明者は水素の発生源として基板を疑った。主表面の平坦度や表面粗さをマスクブランク用の基板に求められる水準以上になるまで研磨が行われた後、さらに加熱処理を行った基板を準備し、タンタルを含有する材料からなる薄膜を成膜して前記と同様の検証を行った。その結果、加熱処理を行った基板を用いたマスクブランクの場合、成膜後4か月経過したものでも、平坦度の悪化度合いは小さく、また膜中の水素含有量も抑制されていた。   From these results, it was confirmed that the film stress was changed by hydrogen being taken into the tantalum-containing thin film after film formation. Next, the inventor suspected the substrate as a hydrogen generation source. After polishing is performed until the flatness and surface roughness of the main surface exceed the level required for the mask blank substrate, a heat-treated substrate is prepared, and a thin film made of a material containing tantalum is prepared. The film was deposited and verified in the same manner as described above. As a result, in the case of a mask blank using a substrate subjected to heat treatment, even when 4 months have elapsed after film formation, the degree of deterioration of flatness was small, and the hydrogen content in the film was also suppressed.

OH基や水素が混入しにくい製法で生成されたガラスインゴットを用いて製造されたマスクブランクのガラス基板に、水素の発生源となるOH基、水素および水等が存在する要因としては、以下の可能性が考えられる。   Factors that exist in the mask blank glass substrate produced using a glass ingot produced by a manufacturing method in which OH groups and hydrogen are less likely to be mixed, include OH groups, hydrogen, water, and the like that are sources of hydrogen. There is a possibility.

通常、マスクブランクに用いられる基板に求められる主表面の平坦度や表面粗さの条件は厳しく、ガラスインゴットからガラス基板の形状に切り出した状態のままでは、マスクブランク用のガラス基板としてはその条件を満たすことは困難である。切り出した状態のガラス基板に対して、研削工程および研磨工程を複数段階行い、主表面を高い平坦度および表面粗さに仕上げていく必要がある。また、研磨工程で使用される研磨液には、研磨材としてコロイダルシリカ砥粒が含まれている。コロイダルシリカ砥粒は基板表面に付着しやすいことから、複数の研磨工程の間や後に、基板表面をエッチングする作用を有するフッ酸や珪フッ酸を含有する洗浄液を用いて洗浄することも通常に行われている。   Usually, the conditions of the flatness and surface roughness of the main surface required for the substrate used for the mask blank are strict, and the conditions for a glass substrate for the mask blank are as it is cut out from the glass ingot into the shape of the glass substrate. It is difficult to satisfy. It is necessary to perform a grinding process and a polishing process in a plurality of stages on the cut glass substrate to finish the main surface with high flatness and surface roughness. Further, the polishing liquid used in the polishing step contains colloidal silica abrasive grains as an abrasive. Since colloidal silica abrasive grains are likely to adhere to the substrate surface, it is also usual to use a cleaning solution containing hydrofluoric acid or silicic hydrofluoric acid having an action of etching the substrate surface during or after a plurality of polishing steps. Has been done.

研削工程や研磨工程では、基板の表層に加工変質層が形成されやすく、その加工変質層にOH基や水素が取り込まれている可能性がある。また、このとき加工変質層からさらに基板の内部にOH基や水素が取り込まれている可能性がある。研磨工程間等の洗浄時において、基板表面を微小にエッチングするときにもOH基や水素が取り込まれている可能性もある。さらに、基板の表面に水和層が形成されている可能性もある。   In the grinding process or the polishing process, a work-affected layer is easily formed on the surface layer of the substrate, and there is a possibility that OH groups and hydrogen are taken into the work-affected layer. At this time, OH groups and hydrogen may be further taken into the substrate from the work-affected layer. There is a possibility that OH groups and hydrogen are taken in even when the substrate surface is finely etched during cleaning such as during the polishing process. Further, a hydration layer may be formed on the surface of the substrate.

本発明は以上のことを考慮してなされたものである。すなわち、本発明のマスクブランクの製造方法は、主表面に対して鏡面研磨を行ったガラス基板を準備する工程と、準備された前記ガラス基板に対し、加熱処理を行う工程と、加熱処理後のガラス基板の主表面上にタンタルを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料からなる薄膜を形成する工程とを備えることを特徴としている。   The present invention has been made in consideration of the above. That is, the manufacturing method of the mask blank of the present invention includes a step of preparing a glass substrate that is mirror-polished on the main surface, a step of performing a heat treatment on the prepared glass substrate, and a step after the heat treatment. Forming a thin film made of a material containing tantalum on the main surface of the glass substrate and containing substantially no hydrogen.

また、本発明のマスクブランクの製造方法は、主表面に対して鏡面研磨を行ったガラス基板を準備する工程と、準備された前記ガラス基板に対し、加熱処理を行う工程と、加熱処理後のガラス基板を成膜室内に設置し、タンタルを含有するターゲットを用い、水素を含有しないスパッタリングガスを成膜室内に導入し、ガラス基板の主表面上にスパッタリング法によって薄膜を形成する工程とを備えることを特徴としている。   Moreover, the manufacturing method of the mask blank of this invention is the process of preparing the glass substrate which mirror-polished with respect to the main surface, the process of heat-processing with respect to the prepared said glass substrate, and after heat processing A step of installing a glass substrate in a film formation chamber, using a tantalum-containing target, introducing a hydrogen-free sputtering gas into the film formation chamber, and forming a thin film on the main surface of the glass substrate by a sputtering method. It is characterized by that.

研磨工程で鏡面研磨が行われた後で、マスクブランク用基板としての条件を満たした段階のガラス基板に対し、加熱処理を行うことにより、基板の表層あるいは内部に取り込まれているOH基、水素および水等を強制的に追い出すことができる。そして、加熱処理を行った後のガラス基板に対して、タンタルを含有する薄膜を成膜することで、タンタルを含有する薄膜中に水素が取り込まれることを抑制でき、薄膜の圧縮応力の増大を抑制することができる。   After the mirror polishing is performed in the polishing step, the glass substrate in a stage satisfying the conditions as the mask blank substrate is subjected to heat treatment, so that OH groups and hydrogen incorporated in the surface layer or inside of the substrate And water can be forced out. And by forming a thin film containing tantalum on the glass substrate after the heat treatment, it is possible to suppress the incorporation of hydrogen into the thin film containing tantalum, and to increase the compressive stress of the thin film. Can be suppressed.

主表面に対して鏡面研磨を行ったガラス基板を準備する工程は、この工程後のガラス基板における主表面の中心を基準とした一辺が142mmの正方形の内部領域(以下、142mm角内領域という。)での平坦度が0.5μm以下であり、かつ一辺が1μmの正方形の内部領域における表面粗さがRq(以下、単に表面粗さRqという。)で0.2nm以下であることが望ましい。また、ガラス基板における主表面の132mm角内領域での平坦度は、0.3μm以下であることとさらに望ましい。ガラスインゴットから切り出した状態のガラス基板では、このような高い平坦度および表面粗さの条件を満たすことはできない。高い平坦度および表面粗さの条件を満たすために、少なくともガラス基板の主表面に対して鏡面研磨を行うことは必須となる。この鏡面研磨は、コロイダルシリカの研磨砥粒を含有する研磨液でガラス基板の両主表面を両面研磨で同時に研磨することが好ましい。また、切り出した状態ガラス基板に対し、研削工程および研磨工程を複数段階行うことによって、求められる平坦度および表面粗さの条件を満たす主表面に仕上げることが望ましい。この場合、少なくとも研磨工程の最終段階では、コロイダルシリカの研磨砥粒を含有する研磨液を用いる。   The step of preparing a glass substrate that has been mirror-polished on the main surface is a square inner region with a side of 142 mm on the basis of the center of the main surface of the glass substrate after this step (hereinafter referred to as a 142 mm square region). The surface roughness in the square inner region having a side of 1 μm on one side is preferably Rnm (hereinafter simply referred to as “surface roughness Rq”) of 0.2 nm or less. The flatness in the 132 mm square area of the main surface of the glass substrate is more preferably 0.3 μm or less. A glass substrate in a state of being cut out from a glass ingot cannot satisfy such high flatness and surface roughness conditions. In order to satisfy the conditions of high flatness and surface roughness, it is essential to perform mirror polishing at least on the main surface of the glass substrate. In this mirror polishing, it is preferable that both main surfaces of the glass substrate are simultaneously polished by a double-side polishing with a polishing liquid containing colloidal silica abrasive grains. Further, it is desirable to finish the main surface satisfying the required flatness and surface roughness conditions by performing a plurality of stages of grinding and polishing on the cut state glass substrate. In this case, at least in the final stage of the polishing process, a polishing liquid containing colloidal silica abrasive grains is used.

準備されたガラス基板に対して行う加熱処理は、ガラス基板を300℃以上に加熱する処理であることが好ましい。300℃未満の加熱処理では、温度が不十分なので、基板中の水素を基板外に排出させる効果が十分には得られない。前記加熱処理は、400℃以上であるとより効果が得られ、さらに500℃以上であると、加熱時間を短くしても水素を基板外に排除する十分な効果が得られる。一方、前記加熱処理は、1600℃未満であることが必要である。合成石英の軟化点は一般に1600℃であり、加熱温度が1600℃以上であると基板が軟化して変形してしまうためである。前記加熱処理は、1000℃以下であると好ましく、800℃以下であるとより望ましい。また、ガラス基板に対して行う加熱処理の処理時間は、加熱温度にもよるが、少なくとも10分以上であることが望まれる。また、ガラス基板に対して行う加熱処理の処理時間は、30分以上であることが好ましく、40分以上であることがより好ましい。   It is preferable that the heat processing performed with respect to the prepared glass substrate is a process which heats a glass substrate to 300 degreeC or more. In the heat treatment at less than 300 ° C., since the temperature is insufficient, the effect of discharging hydrogen in the substrate out of the substrate cannot be sufficiently obtained. The heat treatment is more effective when the temperature is 400 ° C. or higher. Further, when the temperature is 500 ° C. or higher, a sufficient effect of removing hydrogen from the substrate can be obtained even if the heating time is shortened. On the other hand, the heat treatment needs to be less than 1600 ° C. This is because synthetic quartz generally has a softening point of 1600 ° C., and if the heating temperature is 1600 ° C. or higher, the substrate softens and deforms. The heat treatment is preferably 1000 ° C. or lower, and more preferably 800 ° C. or lower. Moreover, although the processing time of the heat processing performed with respect to a glass substrate is based also on heating temperature, it is desirable that it is at least 10 minutes or more. Moreover, it is preferable that the processing time of the heat processing performed with respect to a glass substrate is 30 minutes or more, and it is more preferable that it is 40 minutes or more.

前記加熱処理は、ガラス基板の周囲に水素が極力排除された気体が存在する状態で行われることが好ましい。空気中には水素自体の存在量は少ないが、水蒸気は多く存在する。クリーンルーム内の空気でも湿度がコントロールされてはいるが、水蒸気は比較的多く存在する。ガラス基板に対する加熱処理をドライエア中で行うことで、水蒸気に起因する水素のガラス基板への侵入を抑制することができる。さらに、水素や水蒸気を含まない気体(窒素等の不活性ガスや希ガスなど)中でガラス基板を加熱処理することがより好ましい。   The heat treatment is preferably performed in a state where a gas from which hydrogen is excluded as much as possible exists around the glass substrate. Although the amount of hydrogen itself is small in the air, a large amount of water vapor is present. Although the humidity in the air in the clean room is controlled, a relatively large amount of water vapor is present. By performing the heat treatment on the glass substrate in dry air, hydrogen can be prevented from entering the glass substrate due to water vapor. Furthermore, it is more preferable to heat-treat the glass substrate in a gas that does not contain hydrogen or water vapor (an inert gas such as nitrogen or a rare gas).

加熱処理を行うガラス基板は、所定の洗浄工程を行うことが望ましい。研磨工程時に使用した研磨砥粒が付着した状態で加熱処理を行うと、基板の表面に固着してしまい、加熱処理後に通常の洗浄工程を行っても除去できない場合がある。特にコロイダルシリカのようなガラス基板に類似した材料である場合、ガラス基板の表面に強固に付着してしまう恐れがあるため、基板表面をエッチングする作用を有するフッ酸や珪フッ酸を含有する洗浄液で洗浄することが望ましい。   It is desirable to perform a predetermined cleaning process on the glass substrate to be heat-treated. If the heat treatment is performed in a state where the abrasive grains used in the polishing step are attached, the heat treatment may stick to the surface of the substrate and may not be removed even if a normal cleaning step is performed after the heat treatment. In particular, when the material is similar to a glass substrate such as colloidal silica, it may adhere firmly to the surface of the glass substrate, so a cleaning solution containing hydrofluoric acid or silicic acid having an action of etching the substrate surface. It is desirable to wash with.

前記のマスクブランクにおけるガラス基板の材料としては、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。特に、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いため、合成石英ガラスをガラス基板の材料として用いることが好ましい。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、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、主表面の平坦度や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。そのため、ArFエキシマレーザーを露光光に適用するためのマスクブランクおよび転写用マスクの製造のために、本発明の製造方法を用いることが特に効果的である。 Examples of the material of the glass substrate in the mask blank include synthetic quartz glass, quartz glass, aluminosilicate glass, soda lime glass, low thermal expansion glass (SiO 2 —TiO 2 glass, etc.) and the like. In particular, since synthetic quartz glass has high transmittance with respect to ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), it is preferable to use synthetic quartz glass as a material for the glass substrate. The exposure light applied to the mask blank and transfer mask of the present invention is not particularly limited, such as ArF excimer laser light, KrF excimer laser light, and i-line light. Mask blanks and transfer masks that apply ArF excimer laser to exposure light have very high required levels such as the flatness of the main surface and the positional accuracy of a transfer pattern formed of a thin film. Therefore, it is particularly effective to use the manufacturing method of the present invention for manufacturing a mask blank and a transfer mask for applying ArF excimer laser to exposure light.

鏡面研磨後のガラス基板に対する加熱処理は、タンタルを含有する材料からなる薄膜を形成する場合に特に有効である。タンタルを含有する材料は、水素を取り込みやすい性質を有するためである。タンタルは水素を取り込むと脆性化する特性を有するため、薄膜を成膜した直後の状態でも水素の含有量を抑制することが望まれる。このため、本発明では、加熱処理のガラス基板の主表面上に形成する薄膜には、タンタルを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料を選定している。「水素を実質的に含有しない」とは、薄膜中の水素含有量が少なくとも5at%以下であることをいう。薄膜中の水素含有量の好ましい範囲は、3at%以下であることが好ましく、検出下限値以下であることがより好ましい。また、同様の理由で、本発明では、薄膜を成膜する工程は、加熱処理のガラス基板を成膜室内に設置し、タンタルを含有するターゲットを用い、水素を含有しないスパッタリングガスを成膜室内に導入し、ガラス基板の主表面上にスパッタリング法によって薄膜を形成することにより行うこともできる。   The heat treatment for the glass substrate after mirror polishing is particularly effective when forming a thin film made of a material containing tantalum. This is because the material containing tantalum has a property of easily taking in hydrogen. Since tantalum has a characteristic of becoming brittle when hydrogen is taken in, it is desired to suppress the hydrogen content even immediately after the thin film is formed. For this reason, in this invention, the material which contains a tantalum and does not contain hydrogen substantially is selected for the thin film formed on the main surface of the glass substrate of heat processing. “Substantially no hydrogen” means that the hydrogen content in the thin film is at least 5 at% or less. The preferable range of the hydrogen content in the thin film is preferably 3 at% or less, and more preferably the detection lower limit value or less. For the same reason, in the present invention, in the step of forming a thin film, a heat-treated glass substrate is placed in a film formation chamber, a tantalum-containing target is used, and a hydrogen-free sputtering gas is added to the film formation chamber. And a thin film can be formed by sputtering on the main surface of the glass substrate.

前記ガラス基板上に設けられる薄膜を形成するタンタルを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料としては、例えば、タンタル金属、並びにタンタルに、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し、水素を実質的に含有しない材料などが挙げられる。例えば、タンタルを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料としては、Ta、TaN、TaON、TaBN、TaBON、TaCN、TaCON、TaBCNおよびTaBOCNなどが挙げられる。前記材料については、本発明の効果が得られる範囲で、タンタル以外の金属を含有させてもよい。   The material containing tantalum that forms a thin film provided on the glass substrate and does not substantially contain hydrogen is, for example, tantalum metal and one or more selected from tantalum, nitrogen, oxygen, boron, and carbon. Examples include materials that contain elements and do not substantially contain hydrogen. For example, examples of the material containing tantalum and substantially not containing hydrogen include Ta, TaN, TaON, TaBN, TaBON, TaCN, TaCON, TaBCN, and TaBOCN. About the said material, you may contain metals other than a tantalum in the range with which the effect of this invention is acquired.

なお、タンタル以外にも水素を取り込みやすい性質を有する金属があるが、前記薄膜の材料中のタンタルを他の水素を取り込みやすい性質を有する金属に置換した場合も、本発明と同様の効果が得られる。他の水素を取り込みやすい性質を有する金属としては、ニオブ、バナジウム、チタン、マグネシウム、ランタン、ジルコニウム、スカンジウム、イットリウム、リチウムおよびプラセオジムなどが挙げられる。また、タンタルと、前記の水素を取り込みやすい性質を有する金属群から選ばれる2以上の金属とからなる合金についても同様の効果が得られる。これらの金属または合金を含有する材料からなる薄膜をガラス基板に形成する場合にも、ガラス基板に対する加熱処理は有効である。   In addition to tantalum, there is a metal having a property of easily taking in hydrogen. However, when tantalum in the material of the thin film is replaced with another metal having a property of easily taking in hydrogen, the same effect as the present invention can be obtained. It is done. Examples of other metals having the property of easily incorporating hydrogen include niobium, vanadium, titanium, magnesium, lanthanum, zirconium, scandium, yttrium, lithium, and praseodymium. The same effect can be obtained for an alloy composed of tantalum and two or more metals selected from the metal group having the property of easily taking in hydrogen. The heat treatment for the glass substrate is also effective when a thin film made of a material containing these metals or alloys is formed on the glass substrate.

タンタルを含有する材料からなる薄膜は、酸素含有量が50at%以上であると、材料内に水素が取り込まれるのを阻止する効果がある程度得られるようになる。このため、基板主表面側における薄膜の材料が、50at%未満の酸素含有量であるタンタルを含有する材料であると、薄膜成膜前に基板を加熱処理ことによる効果がより得られることになるため、望ましい。   When the thin film made of a material containing tantalum has an oxygen content of 50 at% or more, an effect of preventing hydrogen from being taken into the material can be obtained to some extent. For this reason, when the material of the thin film on the main surface side of the substrate is a material containing tantalum having an oxygen content of less than 50 at%, an effect obtained by heat-treating the substrate before forming the thin film can be further obtained. Therefore, it is desirable.

また、タンタルを含有する材料からなる薄膜が、加熱処理後のガラス基板の主表面に接して形成されている構成の場合、ガラス基板中に存在する水素等が直接薄膜に入り込む形になってしまう。このような構成の場合、加熱処理によってガラス基板からOH基、水素、水等を排除したことによる効果をより顕著に得ることができる。   In addition, when the thin film made of a material containing tantalum is formed in contact with the main surface of the glass substrate after the heat treatment, hydrogen or the like present in the glass substrate directly enters the thin film. . In the case of such a configuration, the effect obtained by eliminating OH groups, hydrogen, water, and the like from the glass substrate by heat treatment can be obtained more significantly.

前記マスクブランクの薄膜は、タンタルと窒素とを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料で形成されることが好ましい。タンタルは自然酸化し易い材料である。タンタルは、酸化が進むと露光光に対する遮光性能(光学濃度)が低下する。また、薄膜パターンを形成する観点において、タンタルの酸化が進んでいない状態の材料は、フッ素を含有するエッチングガス(フッ素系エッチングガス)および塩素を含有しかつ酸素を含有しないエッチングガス(酸素非含有の塩素系エッチングガス)のいずれによってもドライエッチングが可能であるといえる。しかし、酸化が進んだタンタルは、薄膜パターンを形成する観点において、酸素非含有の塩素系エッチングガスではドライエッチングが困難な材料であり、フッ素系エッチングガスのみドライエッチングが可能な材料といえる。タンタルに窒素を含有させることで、タンタルの酸化を抑制することができる。また、タンタルを含有する材料からなる薄膜がガラス基板の主表面に接して形成されている場合、窒素を含有させることで露光光に対する裏面反射率を低減させつつ、酸素を含有させる場合に比べて光学濃度の低下を抑制できるため、好ましい。薄膜中の窒素含有量は、光学濃度の観点から30at%以下であることが好ましく、25at%以下であることがより好ましく、20at%以下であることがさらに好ましい。また、薄膜中の窒素含有量は、裏面反射率を40%未満とする必要がある場合には、7at%以上であることが望まれる。   The thin film of the mask blank is preferably formed of a material containing tantalum and nitrogen and substantially not containing hydrogen. Tantalum is a material that easily oxidizes naturally. As tantalum progresses, the light shielding performance (optical density) against exposure light decreases. In addition, from the viewpoint of forming a thin film pattern, a material in which oxidation of tantalum has not progressed is an etching gas containing fluorine (fluorine-based etching gas) and an etching gas containing chlorine and not containing oxygen (oxygen-free) It can be said that dry etching is possible with any of the above chlorine-based etching gases. However, tantalum that has undergone oxidation is a material that is difficult to dry etch with a chlorine-based etching gas that does not contain oxygen from the viewpoint of forming a thin film pattern, and it can be said that only a fluorine-based etching gas can be dry-etched. By including nitrogen in tantalum, oxidation of tantalum can be suppressed. Moreover, when the thin film which consists of a material containing a tantalum is formed in contact with the main surface of a glass substrate, compared with the case where oxygen is included, reducing the back surface reflectance with respect to exposure light by containing nitrogen. This is preferable because a decrease in optical density can be suppressed. The nitrogen content in the thin film is preferably 30 at% or less, more preferably 25 at% or less, and further preferably 20 at% or less from the viewpoint of optical density. In addition, the nitrogen content in the thin film is desirably 7 at% or more when the back surface reflectance needs to be less than 40%.

また、前記マスクブランクの薄膜は、その表層(基板主表面とは反対側の薄膜の表層)に、酸素を60原子%以上含有する高酸化層が形成されていることが好ましい。前記のとおり、水素は基板からだけでなく、マスクブランクを取り囲む気体中の水素も薄膜表面から内部に入り込む。薄膜材料の高酸化物の被膜は、結合エネルギーが高く、水素の薄膜内への侵入を阻止する特性を有する。また、タンタルを含有する材料の高酸化層(タンタル高酸化層)は、優れた耐薬品性、耐温水性およびArF露光光に対する耐光性も兼ね備える。   The thin film of the mask blank preferably has a highly oxidized layer containing 60 atomic% or more of oxygen on the surface layer (the surface layer of the thin film opposite to the main surface of the substrate). As described above, hydrogen enters not only from the substrate, but also hydrogen in the gas surrounding the mask blank from the surface of the thin film. A high oxide film of a thin film material has a high binding energy and a property of preventing hydrogen from entering the thin film. Moreover, the high oxidation layer (tantalum high oxidation layer) of the material containing tantalum has excellent chemical resistance, warm water resistance, and light resistance against ArF exposure light.

マスクブランクや転写用マスクにおける薄膜は、結晶構造が微結晶、好ましくは非晶質であることが望まれる。このため、薄膜内の結晶構造が単一構造にはなりにくく、複数の結晶構造が混在した状態になりやすい。すなわち、タンタル高酸化層の場合、TaO結合、Ta結合、TaO結合およびTa結合が混在する状態になりやすい。遮光膜中の所定の表層に、Ta結合の存在比率が高くなるにつれて、水素侵入を阻止する特性、耐薬品性、耐温水性およびArF耐光性がともに高くなり、TaO結合の存在比率が高くなるにつれてこれらの特性が低下する傾向がある。 The thin film in the mask blank or transfer mask is desired to have a crystal structure of microcrystals, preferably amorphous. For this reason, the crystal structure in the thin film is unlikely to be a single structure, and a plurality of crystal structures are likely to be mixed. That is, in the case of a high tantalum oxide layer, TaO bonds, Ta 2 O 3 bonds, TaO 2 bonds, and Ta 2 O 5 bonds tend to be mixed. As the abundance ratio of Ta 2 O 5 bonds increases in a predetermined surface layer in the light-shielding film, the properties of preventing hydrogen intrusion, chemical resistance, hot water resistance and ArF light resistance are all increased, and the abundance ratio of TaO bonds. These properties tend to decrease with increasing.

タンタル高酸化層において、層中の酸素含有量が60at%以上66.7at%未満であると、層中のタンタルと酸素との結合状態はTa結合が主体になる傾向が高くなると考えられる。この層中の酸素含有量の場合、一番不安定な結合であるTaO結合は、層中の酸素含有量が60at%未満の場合に比べて非常に少なくなると考えられる。タンタル高酸化層において、層中の酸素含有量が66.7at%以上であると、層中のタンタルと酸素との結合状態はTaO結合が主体になる傾向が高くなると考えられる。この層中の酸素含有量の場合、一番不安定な結合であるTaO結合およびその次に不安定な結合であるTaの結合は、ともに非常に少なくなると考えられる。 In the high tantalum oxide layer, when the oxygen content in the layer is 60 at% or more and less than 66.7 at%, the bonding state between tantalum and oxygen in the layer tends to be mainly composed of Ta 2 O 3 bonds. It is done. In the case of the oxygen content in this layer, TaO bonds, which are the most unstable bonds, are considered to be much less than when the oxygen content in the layer is less than 60 at%. In the high tantalum oxide layer, when the oxygen content in the layer is 66.7 at% or more, it is considered that the bonding state between tantalum and oxygen in the layer tends to be mainly composed of TaO 2 bonds. In the case of the oxygen content in this layer, it is considered that both the TaO bond which is the most unstable bond and the Ta 2 O 3 bond which is the next unstable bond are very few.

タンタル高酸化層が、層中の酸素含有量が68at%以上であると、TaO結合が主体になるだけでなく、Taの結合状態の比率も高くなると考えられる。このような酸素含有量になると、「Ta」や「TaO」の結合状態は稀に存在する程度となり、「TaO」の結合状態は存在し得なくなってくる。タンタル高酸化層の層中の酸素含有量が71.4at%であると、実質的にTaの結合状態だけで形成されていると考えられる。タンタル高酸化層の層中の酸素含有量が60at%以上であると、最も安定した結合状態である「Ta」だけでなく、「Ta」や「TaO」の結合状態も含まれることになる。また、層中の酸素含有量が60at%以上であることによって、少なくとも一番不安定な結合であるTaO結合が、水素侵入を阻止する特性、耐薬性、ArF耐光性を低下させるような影響を与えない程度の非常に少ない量になる。したがって、層中の酸素含有量の下限値は、60at%であると考えられる。 When the oxygen content in the tantalum highly oxidized layer is 68 at% or more, it is considered that not only TaO 2 bonds are the main component but also the ratio of Ta 2 O 5 bonding state is increased. At such an oxygen content, the “Ta 2 O 3 ” and “TaO 2 ” bonding states rarely exist, and the “TaO” bonding state cannot exist. When the oxygen content in the high tantalum oxide layer is 71.4 at%, it is considered that the tantalum high oxide layer is formed substantially only in a bonded state of Ta 2 O 5 . When the oxygen content in the high tantalum oxide layer is 60 at% or more, not only the most stable bonding state “Ta 2 O 5 ” but also bonding states of “Ta 2 O 3 ” and “TaO 2 ” Will also be included. In addition, when the oxygen content in the layer is 60 at% or more, TaO bond, which is at least the most unstable bond, has the effect of preventing hydrogen entry, chemical resistance, and ArF light resistance. The amount is very small so as not to give. Therefore, it is considered that the lower limit value of the oxygen content in the layer is 60 at%.

タンタル高酸化層のTa結合の存在比率は、高酸化層を除く薄膜におけるTa結合の存在比率よりも高いことが望ましい。Ta結合は、非常に高い安定性を有する結合状態であり、高酸化層中のTa結合の存在比率を多くすることで、水素侵入を阻止する特性や、耐薬性、耐温水性などのマスク洗浄耐性やArF耐光性が大幅に高まる。特に、タンタル高酸化層は、Taの結合状態だけで形成されていることが最も好ましい。なお、タンタル高酸化層の窒素およびその他の元素の含有量は、水素侵入を阻止する特性等の作用効果に影響のない範囲であることが好ましく、実質的に含まれないことが好ましい。 The abundance ratio of Ta 2 O 5 bonds in the high tantalum oxide layer is preferably higher than the abundance ratio of Ta 2 O 5 bonds in the thin film excluding the high oxidation layer. The Ta 2 O 5 bond is a bonded state having very high stability, and by increasing the abundance ratio of the Ta 2 O 5 bond in the high oxide layer, the characteristics of preventing hydrogen intrusion, chemical resistance, Mask cleaning resistance such as warm water and ArF light resistance are greatly increased. In particular, it is most preferable that the high tantalum oxide layer is formed only by a bonded state of Ta 2 O 5 . The content of nitrogen and other elements in the high tantalum oxide layer is preferably in a range that does not affect the operational effects such as the property of preventing hydrogen intrusion, and is preferably not substantially contained.

前記タンタル高酸化層の厚さは、1.5nm以上4nm以下であることが好ましい。1.5nm未満では薄すぎて水素侵入を阻止する効果が期待できず、4nmを超えると表面反射率に与える影響が大きくなり、所定の表面反射率(露光光に対する反射率や各波長の光に対する反射率スペクトル)を得るための制御が難しくなる。また、タンタル高酸化層は、ArF露光光に対する光学濃度が非常に低いことから、表面反射防止層で確保できる光学濃度が低下し、薄膜の膜厚を薄膜化する観点からはマイナスに働いてしまう。なお、薄膜全体の光学濃度確保の観点と、水素侵入を阻止する特性、耐薬性およびArF耐光性の向上の観点との双方のバランスを考慮すると、高酸化層の厚さは1.5nm以上3nm以下とするのがより望ましい。   The thickness of the high tantalum oxide layer is preferably 1.5 nm or more and 4 nm or less. If it is less than 1.5 nm, it is too thin to prevent the effect of blocking hydrogen penetration, and if it exceeds 4 nm, the influence on the surface reflectance increases, and a predetermined surface reflectance (reflectance for exposure light or light of each wavelength) Control for obtaining a reflectance spectrum becomes difficult. Moreover, since the optical density with respect to ArF exposure light is extremely low, the optical density that can be secured by the surface antireflection layer is lowered, and the high tantalum oxide layer works negatively from the viewpoint of reducing the thickness of the thin film. . In consideration of the balance between securing the optical density of the entire thin film and the characteristics of preventing hydrogen intrusion, chemical resistance and ArF light resistance, the thickness of the highly oxidized layer is 1.5 nm or more and 3 nm. The following is more desirable.

前記のタンタル高酸化層の形成方法は、薄膜が成膜された後のマスクブランクに対して、温水処理、オゾン含有水処理、酸素を含有する気体中での加熱処理、酸素を含有する気体中での紫外線照射処理および/またはOプラズマ処理等を行うことなどが挙げられる。なお、高酸化層は、薄膜を形成する金属の高酸化膜に限定されない。水素侵入を阻止する特性があればどの金属の高酸化膜であってもよく、薄膜の表面にその高酸化膜を積層した構成でもよい。また、薄膜への水素の侵入を阻止する特性を有する材料であれば、高酸化物でなくてもよく、薄膜の表面にその材料膜を積層した構成とすることもできる。 The method for forming the high tantalum oxide layer includes a hot water treatment, an ozone-containing water treatment, a heat treatment in a gas containing oxygen, and a gas containing oxygen on the mask blank after the thin film is formed. Performing ultraviolet irradiation treatment and / or O 2 plasma treatment, and the like. The high oxide layer is not limited to the metal high oxide film forming the thin film. Any metal high oxide film may be used as long as it has the property of preventing hydrogen intrusion, and a structure in which the high oxide film is laminated on the surface of the thin film may be used. Further, as long as the material has a property of preventing hydrogen from entering the thin film, the material may not be a high oxide, and the material film may be stacked on the surface of the thin film.

前記マスクブランクの薄膜は、ガラス基板側から下層と上層とが積層する構造を有し、前記下層は、タンタルと窒素とを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料からなり、前記上層は、タンタルと酸素とを含有する材料からなることが好ましい。このような構成とすることにより、上層に薄膜の露光光に対する表面反射率を制御する機能を有する膜(反射防止膜)として機能させることができる。   The thin film of the mask blank has a structure in which a lower layer and an upper layer are laminated from the glass substrate side, the lower layer is made of a material containing tantalum and nitrogen and substantially not containing hydrogen, and the upper layer is Preferably, it is made of a material containing tantalum and oxygen. With such a configuration, the upper layer can function as a film (antireflection film) having a function of controlling the surface reflectance with respect to the exposure light of the thin film.

さらに、上層の表層(下層側とは反対側の表層)に、酸素を60at%以上含有する高酸化層を形成することが望ましい。高酸化層やタンタルを含有する材料の高酸化層などの態様や作用効果については、前記と同様である。上層は、表面反射率特性(ArF露光光に対する反射率や各波長の光に対する反射率スペクトル)の制御し易さを考慮すると、表層部分を除いた上層中の酸素含有量は、60at%未満であることが好ましい。   Furthermore, it is desirable to form a highly oxidized layer containing 60 at% or more of oxygen on the upper surface layer (surface layer opposite to the lower layer side). The mode and effect of the high oxide layer and the high oxide layer of the material containing tantalum are the same as described above. In consideration of the ease of control of the surface reflectance characteristics (reflectance with respect to ArF exposure light and reflectance spectrum with respect to light of each wavelength), the upper layer has an oxygen content of less than 60 at% excluding the surface layer portion. Preferably there is.

上層は、タンタルに酸素を含有する材料で形成される。薄膜パターンを形成する観点において、上層(タンタルに酸素を含有する材料)のドライエッチングは、酸素非含有の塩素系エッチングガスでは困難であり、フッ素系エッチングガスによってのみドライエッチングが可能である。これに対して下層は、タンタルと窒素とを含有する材料で形成される。薄膜パターンを形成する観点において、下層(タンタルと窒素とを含有する材料)のドライエッチングは、フッ素系エッチングガスおよび酸素非含有の塩素系エッチングガスのいずれでも可能である。このため、レジストパターン(転写パターンが形成されたレジスト膜)をマスクとし、薄膜をドライエッチングしてパターン形成するとき、上層に対してフッ素系エッチングガスによるドライエッチングを行ってパターンを形成し、上層のパターンをマスクとして、下層に酸素非含有の塩素系エッチングガスによるドライエッチングを行ってパターンを形成するプロセスを使用することができる。このようなエッチングプロセスが適用できることによって、レジスト膜の薄膜化を図ることができる。   The upper layer is formed of a material containing oxygen in tantalum. From the viewpoint of forming a thin film pattern, dry etching of the upper layer (a material containing oxygen in tantalum) is difficult with a chlorine-based etching gas not containing oxygen, and can be dry-etched only with a fluorine-based etching gas. On the other hand, the lower layer is formed of a material containing tantalum and nitrogen. From the viewpoint of forming a thin film pattern, dry etching of a lower layer (a material containing tantalum and nitrogen) can be performed using either a fluorine-based etching gas or an oxygen-free chlorine-based etching gas. Therefore, when a pattern is formed by dry etching a thin film using a resist pattern (resist film on which a transfer pattern is formed) as a mask, the pattern is formed by performing dry etching with a fluorine-based etching gas on the upper layer. Using this pattern as a mask, a process of forming a pattern by performing dry etching with a chlorine-based etching gas containing no oxygen in the lower layer can be used. By applying such an etching process, the resist film can be thinned.

酸素非含有の塩素系エッチングガスによる上層のドライエッチングをより困難にするためには、上層中の、結合エネルギーの比較的高いタンタルと酸素との結合の存在量を多くするとよい。上層のドライエッチングをより困難にするためには、上層のタンタル含有量に対する酸素含有量の比率が1以上であることが好ましい。上層がタンタルおよび酸素だけで形成されている場合、上層中の酸素含有量は、50at%以上であることが好ましい。   In order to make it difficult to dry-etch the upper layer with an oxygen-free chlorine-based etching gas, it is preferable to increase the amount of bonds between tantalum and oxygen having a relatively high binding energy in the upper layer. In order to make dry etching of the upper layer more difficult, the ratio of the oxygen content to the tantalum content of the upper layer is preferably 1 or more. When the upper layer is formed only of tantalum and oxygen, the oxygen content in the upper layer is preferably 50 at% or more.

前記薄膜の下層を形成する材料については、前記のタンタルを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料に列挙したものと同様である。また、上層を形成する材料については、タンタルと酸素とを含有し、さらに窒素、ホウ素および炭素などを含有する材料が好ましい。上層を形成する材料として、例えば、TaO、TaON、TaBO、TaBON、TaCO、TaCON、TaBCOおよびTaBOCNなどが挙げられる。   About the material which forms the lower layer of the said thin film, it is the same as that of what was enumerated in the material which contains the said tantalum and does not contain hydrogen substantially. The material for forming the upper layer is preferably a material containing tantalum and oxygen, and further containing nitrogen, boron, carbon and the like. Examples of the material for forming the upper layer include TaO, TaON, TaBO, TaBON, TaCO, TaCON, TaBCO, and TaBOCN.

前記マスクブランクの薄膜は、上記の積層構造だけに限定されるものではない。3層積層構造としてもよく、単層の組成傾斜膜としてもよく、上層と下層との間で組成傾斜した膜構成としてもよい。前記マスクブランクの薄膜は、転写用マスクを作製したときに遮光パターンとして機能する遮光膜として用いられることが望ましいが、これに限定されるわけではない。前記マスクブランクの薄膜は、エッチングストッパー膜やエッチングマスク膜(ハードマスク膜)としても適用可能であり、前記の薄膜に求められている制約の範囲内であれば、ハーフトーン位相シフト膜や光半透過膜にも適用可能である。また、前記のマスクブランクは、薄膜の圧縮応力の経時変化を抑制できているため、薄膜で形成されるパターンに高い位置精度が求められるダブルパターニング技術(狭義のダブルパターニング技術(DP技術)、ダブル露光技術(DE技術)等)が適用される転写用マスクセットを作製する場合、特に好適である。   The thin film of the mask blank is not limited to the above laminated structure. A three-layer structure may be used, a single-layer composition gradient film may be used, or a film structure having a composition gradient between the upper layer and the lower layer may be employed. The thin film of the mask blank is desirably used as a light-shielding film that functions as a light-shielding pattern when a transfer mask is produced, but is not limited thereto. The mask blank thin film can also be used as an etching stopper film or an etching mask film (hard mask film). If it is within the constraints required for the thin film, a halftone phase shift film or an optical half film can be used. It can also be applied to a permeable membrane. In addition, since the mask blank can suppress the time-dependent change of the compressive stress of the thin film, a double patterning technique (a double patterning technique (DP technique) in a narrow sense, a double patterning technique) that requires high positional accuracy for a pattern formed by the thin film. This is particularly suitable when a transfer mask set to which an exposure technique (DE technique, etc.) is applied is produced.

前記マスクブランクの薄膜において、ガラス基板と前記薄膜との間に、ガラス基板および薄膜ともにエッチング選択性を有する材料(Crを含有する材料、例えば、Cr、CrN、CrC、CrO、CrONおよび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よい。さらに、ガラス基板と薄膜との間に、露光光に対して所定の位相シフト効果および透過率を有するハーフトーン位相シフト膜や、所定の透過率のみを有する光半透過膜を形成してもよい(この場合、薄膜は遮光帯や遮光パッチ等を形成するための遮光膜として用いられる。)。ただし、前記薄膜に接するこれらの膜は、基本的に水素を含有しない材料(積極的に含有させず、前記薄膜が成膜されるまでに行われる処理は、水素が極力取り込まれないような手段とする。)で形成することが必要である。   In the mask blank thin film, a material having etching selectivity between the glass substrate and the thin film (a material containing Cr, such as Cr, CrN, CrC, CrO, CrON and CrC) between the glass substrate and the thin film. An etching stopper film or an etching mask film may be formed. Further, a halftone phase shift film having a predetermined phase shift effect and transmittance with respect to exposure light, or a light semi-transmissive film having only a predetermined transmittance may be formed between the glass substrate and the thin film. (In this case, the thin film is used as a light shielding film for forming a light shielding band, a light shielding patch, or the like). However, these films in contact with the thin film are basically made of a material that does not contain hydrogen (does not contain positively, and the process performed until the thin film is formed is a means that prevents hydrogen from being taken in as much as possible. )).

本発明の製造方法により製造される転写用マスクは、前記の製造方法で製造されたマスクブランクを用い、前記マスクブランクの薄膜に転写パターンを形成することで作製されることが好ましい。製造されてから一定期間以上経過したマスクブランクは、時間経過による薄膜の圧縮応力の増大が抑制されているため、マスクブランクの平坦度は求められている高い水準で維持されている。このような特性を有するマスクブランクを用いれば、出来上がった転写用マスクは求められる高い平坦度とすることができる。また、薄膜の圧縮応力が抑制されているため、転写マスクを作製するエッチングプロセス後に、周りの圧縮応力から解放された薄膜の各パターンが起こす主表面上における位置ずれ量を抑制することもできる。   The transfer mask produced by the production method of the present invention is preferably produced by forming a transfer pattern on the thin film of the mask blank using the mask blank produced by the production method. Since the mask blank that has been produced for a certain period of time or more after being manufactured is suppressed from increasing in compressive stress of the thin film over time, the flatness of the mask blank is maintained at the required high level. If a mask blank having such characteristics is used, the completed transfer mask can have the required high flatness. Further, since the compressive stress of the thin film is suppressed, it is also possible to suppress the amount of displacement on the main surface caused by each pattern of the thin film released from the surrounding compressive stress after the etching process for producing the transfer mask.

一方、製造されてから時間が経過していないマスクブランクを用いて、転写用マスクを作製した場合、従来の製造方法によって作製した直後の転写用マスク(従来の転写用マスク)は、求められる高い平坦度となっている。しかし、従来の転写用マスクは、その後、使用せずにマスクケースに収納して保管していた場合や露光装置にセットして継続使用した場合、薄膜の圧縮応力が増大することで、平坦度が悪化してしまうため、薄膜の各パターンが大きく位置ずれを起こしてしまう恐れがある。本発明の製造方法で製造されたマスクブランクを用いて作製した本発明の転写用マスクを用いるならば、時間経過による薄膜の圧縮応力の増大を抑制できるため、作製後に使用せずにマスクケースに収納して保管していた場合や露光装置にセットして継続使用した場合でも、求められる高い平坦度を維持し続けることができ、薄膜の各パターンの位置ずれも抑制できる。   On the other hand, when a transfer mask is produced using a mask blank that has not been manufactured for a long time, a transfer mask (conventional transfer mask) immediately after being produced by a conventional production method is required to be high. It has flatness. However, when a conventional transfer mask is stored and stored in a mask case without being used, or when it is continuously used after being set in an exposure apparatus, the compressive stress of the thin film increases. As a result, the pattern of the thin film may be largely displaced. If the transfer mask of the present invention produced using the mask blank produced by the production method of the present invention is used, an increase in the compressive stress of the thin film over time can be suppressed, so that the mask case can be used without being used after production. Even when stored and stored or when it is set and continuously used in an exposure apparatus, the required high flatness can be maintained, and the positional deviation of each pattern of the thin film can be suppressed.

さらに、この転写用マスクの薄膜で形成された転写パターンの表層には、酸素を60原子%以上含有する高酸化層が形成されていることが望ましい。高酸化層やタンタルを含有する材料の高酸化層などの態様や作用効果については、前記と同様である。   Further, it is desirable that a highly oxidized layer containing 60 atomic% or more of oxygen is formed on the surface layer of the transfer pattern formed by the thin film of the transfer mask. The mode and effect of the high oxide layer and the high oxide layer of the material containing tantalum are the same as described above.

前記の転写用マスクは、バイナリ型マスクとして使用可能であり、特に露光光にArFエキシマレーザー光が適用される場合に特に好適である。また、掘り込みレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、エンハンサ型位相シフトマスクおよびクロムレス位相シフトマスク(CPLマスク)などにも適用可能である。また、前記の転写用マスクは、パターン位置精度に優れるため、ダブルパターニング技術(DP技術、DE技術等)が適用される転写用マスクセットに特に好適である。   The transfer mask can be used as a binary mask, and is particularly suitable when ArF excimer laser light is applied to exposure light. The present invention is also applicable to a digging Levenson type phase shift mask, a halftone phase shift mask, an enhancer type phase shift mask, a chromeless phase shift mask (CPL mask), and the like. The transfer mask is excellent in pattern position accuracy, and is particularly suitable for a transfer mask set to which a double patterning technique (DP technique, DE technique, etc.) is applied.

前記の転写用マスクを作製する際にマスクブランクに対して行われるエッチングとしては、微細パターンの形成に有効なドライエッチングが好適に用いられる。前記のフッ素を含有するエッチングガスによる薄膜に対するドライエッチングには、例えば、SF、CF、CおよびCHF等のフッ素系ガスを用いることができる。また、前記の塩素を含有しかつ酸素を含有しないエッチングガスによる薄膜に対するドライエッチングには、ClおよびCHCl等の塩素系のガス、または、これらの塩素系のガスの少なくとも一つと、He、H、N、Arおよび/またはC等との混合ガスを用いることができる。 As etching performed on the mask blank when the transfer mask is manufactured, dry etching effective for forming a fine pattern is preferably used. For dry etching of the thin film with the etching gas containing fluorine, fluorine-based gas such as SF 6 , CF 4 , C 2 F 6, and CHF 3 can be used. For dry etching of the thin film with the etching gas containing chlorine and not containing oxygen, a chlorine-based gas such as Cl 2 and CH 2 Cl 2 , or at least one of these chlorine-based gases, A mixed gas with He, H 2 , N 2 , Ar and / or C 2 H 4 or the like can be used.

前記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転写パターンを露光転写することで、高精度のパターンを有する半導体デバイスを製造することができる。前記の転写用マスクは、作製時において求められる高い平坦度およびパターン位置精度を有しているためである。また、前記の転写用マスクは、作製後に使用せずにマスクケースに収納して一定期間保管した後に露光装置にセットして露光転写に使用し始めたときや、マスク作製後、時間を置かずに露光装置にセットして露光転写に使用していたときにおいても、求められる高い平坦度を維持し続けることができ、薄膜の各パターンの位置ずれも抑制できているためである。   A semiconductor device having a highly accurate pattern can be manufactured by exposing and transferring a transfer pattern to a resist film on a semiconductor substrate using the transfer mask manufactured by the above manufacturing method. This is because the transfer mask has high flatness and pattern position accuracy required during production. In addition, the transfer mask is not used after production, but is stored in a mask case and stored for a certain period, and then set in an exposure apparatus and used for exposure transfer. This is because, even when it is set in an exposure apparatus and used for exposure transfer, the required high flatness can be maintained and positional deviation of each pattern of the thin film can be suppressed.

図1に示されるように、本実施の形態にかかるマスクブランクは、合成石英からなるガラス基板1上に、厚さ42.5nmのタンタルと窒素とを主成分とする下層(遮光層)2が形成され、この下層2の上に、厚さ5.5nmのタンタルと酸素とを主成分とする上層(反射防止層)3が形成され、この上層3の表層にタンタル高酸化層4が形成されてなるものである。なお、下層2と、タンタル高酸化層4を含む上層3とで遮光膜30を構成する。   As shown in FIG. 1, in the mask blank according to the present embodiment, a lower layer (light-shielding layer) 2 mainly composed of tantalum and nitrogen having a thickness of 42.5 nm is formed on a glass substrate 1 made of synthetic quartz. An upper layer (antireflection layer) 3 mainly composed of tantalum and oxygen having a thickness of 5.5 nm is formed on the lower layer 2, and a tantalum highly oxidized layer 4 is formed on the surface layer of the upper layer 3. It will be. The light shielding film 30 is composed of the lower layer 2 and the upper layer 3 including the tantalum high oxide layer 4.

また、本実施の形態にかかる転写用マスクは、図2に示されるように、図1に示されるマスクブランクの遮光膜30をパターニングすることにより、ガラス基板1上に、遮光膜30を残存させた遮光部30aと、除去した透光部30bとから構成される微細パターンを形成したものである。遮光膜パターン(薄膜パターン)30aの表層には、タンタル高酸化層4aが形成されている。また、遮光膜パターン30aの側壁においては、上層3のパターン3aの側壁の表層にタンタル高酸化層4bが形成され、下層2のパターン2aの側壁の表層にタンタル高酸化層4cが形成されている。なお、下層2および上層3の各パターン2a、3aの側壁にタンタル高酸化層4b、4cを形成する方法は、前記のマスクブランクにおけるタンタル高酸化層の形成方法と同様である。   Further, as shown in FIG. 2, the transfer mask according to this embodiment causes the light shielding film 30 to remain on the glass substrate 1 by patterning the light shielding film 30 of the mask blank shown in FIG. The light-shielding part 30a and the removed light-transmitting part 30b form a fine pattern. A high tantalum oxide layer 4a is formed on the surface layer of the light shielding film pattern (thin film pattern) 30a. Further, on the side wall of the light shielding film pattern 30a, a tantalum high oxide layer 4b is formed on the surface layer of the pattern 3a of the upper layer 3, and a tantalum high oxide layer 4c is formed on the surface layer of the pattern 2a of the lower layer 2. . The method for forming the high tantalum oxide layers 4b and 4c on the side walls of the patterns 2a and 3a of the lower layer 2 and the upper layer 3 is the same as the method for forming the high tantalum oxide layer in the mask blank.

次に、図3を参照しながら本実施の形態にかかるマスクブランクおよび転写用マスクを製造した例を実施例として説明する。
(実施例1)
[マスクブランクの製造]
従来から使用されている製造方法(スート法)で製造された合成石英インゴットに対し、1000℃以上で2時間以上、加熱処理を行った。次に、加熱処理後の合成石英インゴットから、縦・横の寸法が、約152mm×152mmで、厚さが6.85mmの合成石英からなるガラス基板を切り出し、面取り面を適宜形成した。
Next, an example of manufacturing a mask blank and a transfer mask according to the present embodiment will be described as an example with reference to FIG.
Example 1
[Manufacture of mask blanks]
A synthetic quartz ingot manufactured by a conventionally used manufacturing method (soot method) was subjected to heat treatment at 1000 ° C. or more for 2 hours or more. Next, a glass substrate made of synthetic quartz having a length and width of about 152 mm × 152 mm and a thickness of 6.85 mm was cut out from the synthetic quartz ingot after the heat treatment, and a chamfered surface was appropriately formed.

切り出されたガラス基板に対し、主表面および端面に対して研削を行った。研削後のガラス基板の主表面に対し、粗研磨工程および精密研磨工程を順に行った。具体的には、キャリアに支持されたガラス基板を上下各定盤面に研磨パッド(硬質ポリッシャ)を備える両面研磨装置の上下定盤の間に挟み、酸化セリウムの研磨砥粒(粒径 粗研磨工程:2〜3μm、精密研磨工程:1μm)を含む研磨液を定盤面に流入させながら、ガラス基板を遊星歯車運動させた。各工程後のガラス基板は、洗浄槽に浸漬(超音波印加)し、付着する研磨砥粒を除去する洗浄を行った。   The main surface and the end face were ground on the cut glass substrate. A rough polishing process and a precision polishing process were sequentially performed on the main surface of the ground glass substrate. Specifically, a glass substrate supported by a carrier is sandwiched between upper and lower surface plates of a double-side polishing apparatus having polishing pads (hard polishers) on the upper and lower surface plates, and cerium oxide abrasive grains (grain size coarse polishing step) : The glass substrate was moved in a planetary gear while a polishing liquid containing 2 to 3 μm and a precision polishing step: 1 μm was introduced into the surface of the platen. The glass substrate after each process was immersed in a cleaning tank (applied with ultrasonic waves) and cleaned to remove the attached abrasive grains.

洗浄後のガラス基板のガラス基板の主表面に対し、超精密研磨工程および最終研磨工程を行った。具体的には、キャリアに支持されたガラス基板を上下各定盤面に研磨パッド(超軟質ポリッシャ)を備える両面研磨装置の上下定盤の間に挟み、コロイダルシリカの研磨砥粒(粒径 超精密研磨工程:30〜200nm、最終研磨工程:平均80nm)を含む研磨液を定盤面に流入させながら、ガラス基板を遊星歯車運動させた。超精密研磨工程後のガラス基板に対し、フッ酸とケイフッ酸とを含む洗浄槽に浸漬(超音波印加)し、研磨砥粒を除去する洗浄を行った。   An ultraprecision polishing step and a final polishing step were performed on the main surface of the glass substrate after the cleaning. Specifically, a glass substrate supported by a carrier is sandwiched between upper and lower surface plates of a double-side polishing apparatus having a polishing pad (ultra-soft polisher) on each upper and lower surface plate, and colloidal silica abrasive grains (particle size ultra-precision) The glass substrate was moved in a planetary gear while a polishing liquid containing a polishing step: 30 to 200 nm and a final polishing step: 80 nm on average was allowed to flow into the surface plate surface. The glass substrate after the ultra-precision polishing step was immersed in a cleaning tank containing hydrofluoric acid and silicic hydrofluoric acid (ultrasonic application) to perform cleaning to remove the abrasive grains.

最終研磨工程後のガラス基板は、厚さが6.35mm、主表面の中心を基準とした142mmの正方形の内部領域(以下、142mm角内領域という。)の平坦度が0.3μm以下、表面粗さRqが0.2nm以下であり、22nmノードのマスクブランクで使用するガラス基板として十分な水準であった。   The glass substrate after the final polishing step has a thickness of 6.35 mm and a flatness of a 142 mm square inner region (hereinafter referred to as a 142 mm square inner region) with reference to the center of the main surface is 0.3 μm or less. The roughness Rq was 0.2 nm or less, which was a sufficient level as a glass substrate used in a 22 nm node mask blank.

次に、このガラス基板を加熱炉に設置し、炉内の気体を炉外と同じ気体(クリーンルーム内の空気)とし、加熱温度500℃で40分間の加熱処理を行った。さらに、加熱処理後のガラス基板に対し、洗剤による洗浄と純水とによるリンス洗浄を行い、さらに、大気中でXeエキシマランプを照射し、紫外線と、その紫外線によって発生するOとによって主表面の洗浄を行った。 Next, this glass substrate was placed in a heating furnace, and the gas in the furnace was changed to the same gas as outside the furnace (air in the clean room), and a heat treatment was performed at a heating temperature of 500 ° C. for 40 minutes. Furthermore, the glass substrate after the heat treatment is rinsed with a detergent and rinsed with pure water, and further irradiated with a Xe excimer lamp in the atmosphere. The main surface is irradiated with ultraviolet rays and O 3 generated by the ultraviolet rays. Was washed.

次に、洗浄後のガラス基板をDCマグネトロンスパッタ装置に導入した。スパッタ装置内にXeとNとの混合ガスを導入し、タンタルターゲットを用いたスパッタリング法で、ガラス基板1の主表面に接して膜厚42.5nmのTaN層(下層)2を成膜した(図3(a)参照)。さらに、スパッタ装置内のガスをArとOとの混合ガスに入れ替え、同じくタンタルターゲットを用いたスパッタリング法で、膜厚5.5nmのTaO層(上層)3を成膜した(図3(a)参照)。この成膜直後の段階で、遮光膜30を備えるマスクブランクに対して、基板主表面上の遮光膜30の表面における平坦度を平坦度測定装置UltraFLAT 200M(Corning TOROPEL社製)で測定した。また、同条件で製造したマスクブランクに対して、HFS/RBS分析を行った結果、TaN膜中の水素含有量は検出下限値以下であった。 Next, the cleaned glass substrate was introduced into a DC magnetron sputtering apparatus. A mixed gas of Xe and N 2 was introduced into the sputtering apparatus, and a TaN layer (lower layer) 2 having a thickness of 42.5 nm was formed in contact with the main surface of the glass substrate 1 by a sputtering method using a tantalum target. (See FIG. 3 (a)). Further, the gas in the sputtering apparatus was replaced with a mixed gas of Ar and O 2, and a TaO layer (upper layer) 3 having a thickness of 5.5 nm was formed by sputtering using a tantalum target (FIG. 3A )reference). Immediately after the film formation, the flatness on the surface of the light shielding film 30 on the main surface of the substrate was measured with a flatness measuring device UltraFLAT 200M (manufactured by Corning Toropel) for the mask blank including the light shielding film 30. Moreover, as a result of performing HFS / RBS analysis with respect to the mask blank manufactured on the same conditions, the hydrogen content in a TaN film | membrane was below the detection lower limit.

次に、TaN層(下層)2とTaO層(上層)3との積層構造の遮光膜30が形成されたガラス基板を加熱炉に設置し、炉内の気体を窒素に置換し、加熱温度300℃で1時間の加熱処理を行い、基板中の水素を強制的に遮光膜に取り込ませる加速試験を行った。加速試験後の遮光膜30を備えるマスクブランクに対して、基板主表面上の遮光膜30の表面における平坦度を平坦度測定装置UltraFLAT 200M(Corning TOROPEL社製)で測定した。加速試験後に測定した平坦度と、加速試験前に測定した平坦度との差は、142mm角内領域の平坦度差で30nm(加速試験後に表面形状が凸方向に変化)であった。この平坦度差の数値は測定誤差の範囲内であり、加熱処理の前後で平坦度には変化がほとんど見られなかった。また、加速試験後の遮光膜30を備えるマスクブランクに対して、HFS/RBS分析を行った結果を、図4に示す。図4の結果から、TaN層に水素が2at%程度含有しているといえる。この結果から、加熱炉内は窒素雰囲気であるため、TaN層に取り込まれた水素の供給源は、ガラス基板であるということがいえる。また、加速試験前後の平坦度差から、TaN層中に水素が2at%程度取り込まれる程度では、主表面の平坦度にはほとんど影響しないこともわかる。   Next, the glass substrate on which the light-shielding film 30 having a laminated structure of the TaN layer (lower layer) 2 and the TaO layer (upper layer) 3 is formed is placed in a heating furnace, the gas in the furnace is replaced with nitrogen, and a heating temperature of 300 An accelerated test was performed in which heat treatment was performed at 1 ° C. for 1 hour to forcibly incorporate hydrogen in the substrate into the light-shielding film. With respect to the mask blank including the light shielding film 30 after the acceleration test, the flatness of the surface of the light shielding film 30 on the main surface of the substrate was measured with a flatness measuring apparatus UltraFLAT 200M (Corning TOROPEL). The difference between the flatness measured after the acceleration test and the flatness measured before the acceleration test was 30 nm (the surface shape changed in a convex direction after the acceleration test) in the 142 mm square area. The numerical value of the flatness difference is within the measurement error range, and almost no change was observed in the flatness before and after the heat treatment. Moreover, the result of having performed the HFS / RBS analysis with respect to the mask blank provided with the light shielding film 30 after an acceleration test is shown in FIG. From the result of FIG. 4, it can be said that the TaN layer contains about 2 at% of hydrogen. From this result, it can be said that since the inside of the heating furnace is a nitrogen atmosphere, the supply source of hydrogen taken into the TaN layer is a glass substrate. In addition, it can be seen from the flatness difference before and after the acceleration test that the flatness of the main surface is hardly affected as long as about 2 at% of hydrogen is taken into the TaN layer.

次に、前記と同条件で、ガラス基板1の主表面に接してTaN層2とTaO層3との積層構造の遮光膜30を形成したマスクブランクを製造した。このマスクブランクをホットプレートに設置し、大気中で300℃の加熱処理を行い、TaO層3内の表層にタンタルの高酸化層4を形成した(図3(b)参照)。高酸化層4を形成した後のマスクブランクに対し、HFS/RBS分析を行ったところ、TaO層3の表面から2nmの深さまで酸素含有量の多い高酸化層4が形成されていることが確認された。また、XPS分析(X線光電子分光分析)を行ったところ、遮光膜30の最表層のナロースペクトルに、Taの束縛エネルギー(25.4eV)の位置で高いピークが見られた。また、遮光膜30の表面から深さ1nmの深さの層におけるナロースペクトルでは、Taの束縛エネルギー(25.4eV)の位置でのピークとTaの束縛エネルギー(21.0eV)との間であり、Taよりにピークが見られた。これらの結果から、TaO層3の表層にTa結合を有する高酸化層4が形成されているということがいえる。以上のようにして、ガラス基板1の主表面上に、TaN層2と、表層にタンタルの高酸化層4を含むTaO層3との積層構造の遮光膜30を備える実施例1のマスクブランクを得た。 Next, under the same conditions as described above, a mask blank was manufactured in which a light shielding film 30 having a laminated structure of TaN layer 2 and TaO layer 3 was formed in contact with the main surface of glass substrate 1. This mask blank was placed on a hot plate and heat-treated at 300 ° C. in the atmosphere to form a highly oxidized tantalum layer 4 on the surface layer in the TaO layer 3 (see FIG. 3B). HFS / RBS analysis was performed on the mask blank after forming the high oxide layer 4, and it was confirmed that the high oxide layer 4 having a high oxygen content was formed from the surface of the TaO layer 3 to a depth of 2 nm. It was done. Further, when XPS analysis (X-ray photoelectron spectroscopy) was performed, a high peak was observed at the position of the binding energy (25.4 eV) of Ta 2 O 5 in the narrow spectrum of the outermost layer of the light shielding film 30. Further, in the narrow spectrum in the layer having a depth of 1 nm from the surface of the light-shielding film 30, the peak at the position of the binding energy of Ta 2 O 5 (25.4 eV) and the binding energy of Ta (21.0 eV) A peak was observed from Ta 2 O 5 . From these results, it can be said that the highly oxidized layer 4 having Ta 2 O 5 bonds is formed on the surface layer of the TaO layer 3. As described above, the mask blank of Example 1 including the light-shielding film 30 having the stacked structure of the TaN layer 2 and the TaO layer 3 including the tantalum high oxide layer 4 on the surface layer is formed on the main surface of the glass substrate 1. Obtained.

以上のように製造した遮光膜30の膜面における反射率(表面反射率)は、ArF露光光(波長193nm)において30.5%であった。ガラス基板1の遮光膜を形成していない面の反射率(裏面反射率)は、ArF露光光において38.8%であった。また、ArF露光光における光学濃度は、3.02であった。   The reflectance (surface reflectance) at the film surface of the light shielding film 30 manufactured as described above was 30.5% in ArF exposure light (wavelength 193 nm). The reflectance (back surface reflectance) of the surface of the glass substrate 1 on which the light-shielding film was not formed was 38.8% in ArF exposure light. The optical density in ArF exposure light was 3.02.

[転写用マスクの作製]
次に、得られたマスクブランクを用いて、以下の手順で実施例1の転写用マスクを作製した。
[Preparation of transfer mask]
Next, using the obtained mask blank, a transfer mask of Example 1 was produced by the following procedure.

最初に、スピンコート法で膜厚100nmの電子線描画用化学増幅型レジスト5を塗布し(図3(c)参照)、電子線描画および現像を行い、レジストパターン5aを形成した(図3(d)参照)。なお、電子線描画を行ったパターンは、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したものの一方を用いた。   First, a 100 nm-thickness chemically amplified resist 5 for electron beam drawing was applied by spin coating (see FIG. 3C), and electron beam drawing and development were performed to form a resist pattern 5a (FIG. 3 ( d)). In addition, the pattern which performed the electron beam drawing used one of what divided | segmented the fine pattern of 22 nm node into two comparatively sparse transfer patterns using the double patterning technique.

次に、フッ素系(CF)ガスを用いたドライエッチングを行い、高酸化層4を含むTaO層(上層)3のパターン3aを作製した(図3(e)参照)。続いて、塩素系(Cl)ガスを用いたドライエッチングを行いTaN層(下層)2のパターン2aを作製し、基板1上に遮光膜パターン30aを作製した(図3(f)参照)。続いて、遮光膜パターン30a上のレジストを除去し、転写用マスクとしての機能を有する遮光膜パターン30aを得た(図3(g)参照)。以上により、転写用マスク(バイナリマスク)を得た。 Next, dry etching using a fluorine-based (CF 4 ) gas was performed to produce a pattern 3a of the TaO layer (upper layer) 3 including the highly oxidized layer 4 (see FIG. 3E). Subsequently, dry etching using a chlorine-based (Cl 2 ) gas was performed to produce a TaN layer (lower layer) 2 pattern 2a, and a light-shielding film pattern 30a was produced on the substrate 1 (see FIG. 3F). Subsequently, the resist on the light shielding film pattern 30a was removed to obtain a light shielding film pattern 30a having a function as a transfer mask (see FIG. 3G). Thus, a transfer mask (binary mask) was obtained.

次に、作製した転写用マスクについて、自然酸化が進行する前(例えば成膜後1時間以内)に、または成膜後自然酸化が進行しない環境下で保管した後に、90℃の脱イオン水(DI water)に120分間浸漬し、温水処理(表面処理)を実施した。これにより、実施例1の転写用マスクを得た。   Next, with respect to the produced transfer mask, before natural oxidation proceeds (for example, within 1 hour after film formation) or after storage in an environment in which natural oxidation does not proceed after film formation, It was immersed in DI water for 120 minutes, and warm water treatment (surface treatment) was performed. Thereby, the transfer mask of Example 1 was obtained.

この実施例1の転写用マスクでは、遮光膜パターン30aの表層に、図2に模式的に示すようなタンタルの高酸化層4a、4bおよび4cの形成が確認された。具体的には、走査透過電子顕微鏡(STEM:scanning transmission electron microscope)による断面観察によって、厚さ3nmの高酸化層4a、4bおよび4cが確認された。また、遮光膜パターン30aの遮光膜のある部分に対してHFS/RBS分析を行った。遮光膜の深さ方向プロファイルの分析結果によると、TaO層3の表層のタンタルの高酸化層4aは、酸素含有量が71.4〜67at%であることが確認された。一方、パターン側壁部分(4bおよび4c)についてはHFS/RBS分析による酸素含有量の確認が困難である。このため、STEMによる観察の際にEDX(エネルギー分散型X線分光)分析を用い、先に分析した遮光膜パターン30aの表層の高酸化層4aのHFS/RBS分析の結果と比較し、高酸化層4aと、高酸化層4bおよび4cとで酸素含有量が同じであることが確認された。   In the transfer mask of this Example 1, formation of highly oxidized tantalum layers 4a, 4b and 4c as schematically shown in FIG. 2 was confirmed on the surface layer of the light shielding film pattern 30a. Specifically, high-oxide layers 4a, 4b, and 4c having a thickness of 3 nm were confirmed by cross-sectional observation using a scanning transmission electron microscope (STEM). Further, HFS / RBS analysis was performed on a portion of the light shielding film pattern 30a where the light shielding film is present. According to the analysis result of the profile in the depth direction of the light shielding film, it was confirmed that the tantalum highly oxidized layer 4a as the surface layer of the TaO layer 3 has an oxygen content of 71.4 to 67 at%. On the other hand, for the pattern side wall portions (4b and 4c), it is difficult to confirm the oxygen content by HFS / RBS analysis. For this reason, EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy) analysis is used in the observation with the STEM, and compared with the result of HFS / RBS analysis of the highly oxidized layer 4a on the surface layer of the light shielding film pattern 30a analyzed earlier, It was confirmed that the oxygen content was the same in the layer 4a and the highly oxidized layers 4b and 4c.

作製した実施例1の転写用マスクに対し、マスクブランクに対して行ったのと同条件(炉内の気体を窒素に置換し、加熱温度300℃、1時間の加熱処理)で加速試験を行った。なお、加速試験の前後で、転写用マスクの面内所定部分におけるパターン幅およびスペース幅をそれぞれ測定していた。加速試験の前後における、パターン幅やスペース幅の変動幅は、いずれも許容範囲内であった。同様の手順で、この実施例1のマスクブランクを用い、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したもののうちのもう一方の転写パターンを有する転写用マスクを作製した。以上の手順により、2枚の転写用マスクを用いてダブルパターニング技術で露光転写することで22nmノードの微細なパターンを転写対象物に転写可能な転写用マスクセットを得た。   An acceleration test was performed on the produced transfer mask of Example 1 under the same conditions as those for the mask blank (replacement of the gas in the furnace with nitrogen and heat treatment at 300 ° C. for 1 hour). It was. In addition, before and after the acceleration test, the pattern width and the space width at a predetermined portion in the surface of the transfer mask were measured. The variation widths of the pattern width and the space width before and after the acceleration test were all within an allowable range. In the same procedure, using the mask blank of the first embodiment, transfer having the other transfer pattern of the 22 nm node fine pattern divided into two relatively sparse transfer patterns using the double patterning technique A mask was prepared. Through the above procedure, a transfer mask set capable of transferring a fine pattern of 22 nm node to a transfer object was obtained by exposure transfer using a double patterning technique using two transfer masks.

[半導体デバイスの製造]
作製した転写用マスクセットを用い、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置を用い、ダブルパターニング技術を適用し、半導体デバイス上のレジスト膜に22nmノードの微細パターンを露光転写した。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、重ね合わせ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]
Using the produced transfer mask set, an exposure apparatus using ArF excimer laser as exposure light was applied, and a double patterning technique was applied to expose and transfer a 22 nm node fine pattern onto the resist film on the semiconductor device. 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 on the semiconductor device was confirmed, there was no wiring short circuit or disconnection of the circuit pattern due to insufficient overlay accuracy.

(比較例1)
[マスクブランクの製造]
実施例1と同様の手順により、最終研磨工程後のガラス基板を準備した。このガラス基板に対し、実施例1のような加熱処理は行わずに、洗剤による洗浄と、純水によるリンス洗浄とを行い、さらに、大気中でXeエキシマランプを照射し、紫外線と、その紫外線によって発生するOとによって主表面の洗浄を行った。洗浄後のガラス基板に、実施例1と同様の成膜条件で、遮光膜30を成膜した。成膜直後の段階で、遮光膜30を備えるマスクブランクに対して、基板主表面上の遮光膜30の表面における平坦度を平坦度測定装置UltraFLAT 200M(Corning TOROPEL社製)で測定した。また、同条件で製造したマスクブランクに対して、HFS/RBS分析を行った結果、TaN膜中の水素含有量は検出下限値以下であった。
(Comparative Example 1)
[Manufacture of mask blanks]
A glass substrate after the final polishing step was prepared by the same procedure as in Example 1. The glass substrate is not subjected to the heat treatment as in Example 1, but is washed with a detergent and rinsed with pure water. Further, the glass substrate is irradiated with a Xe excimer lamp, and ultraviolet rays and ultraviolet rays thereof are irradiated. The main surface was cleaned with O 3 generated by. A light shielding film 30 was formed on the cleaned glass substrate under the same film forming conditions as in Example 1. Immediately after the film formation, the flatness on the surface of the light shielding film 30 on the main surface of the substrate was measured with a flatness measuring device UltraFLAT 200M (Corning TOROPEL) for the mask blank including the light shielding film 30. Moreover, as a result of performing HFS / RBS analysis with respect to the mask blank manufactured on the same conditions, the hydrogen content in a TaN film | membrane was below the detection lower limit.

次に、TaN層(下層)2とTaO層(上層)3との積層構造の遮光膜30を形成しガラス基板を加熱炉に設置し、炉内の気体を窒素に置換し、加熱温度300℃で1時間の加熱処理を行い、基板中の水素を強制的に遮光膜に取り込ませる加速試験を行った。加速試験後の遮光膜30を備えるマスクブランクに対して、基板主表面上の遮光膜30の表面における平坦度を平坦度測定装置UltraFLAT 200M(Corning TOROPEL社製)で測定した。加速試験後に測定した平坦度と、加速試験前に測定した平坦度との差は、142mm角内領域の平坦度差で219nm(加速試験後に表面形状が凸方向に変化)であり、平坦度が大きく変化した。この平坦度差は、少なくとも22nmノード用のマスクブランクでは許容できないものであった。また、加速試験後の遮光膜30を備えるマスクブランクに対して、HFS/RBS分析を行った結果を、図5に示す。図5の結果から見ると、TaN層に水素が6.5at%程度含有している。この結果から、加熱炉内は窒素雰囲気であるため、TaN層に取り込まれた水素の供給源は、ガラス基板であるということがいえる。また、加速試験前後の平坦度差から、TaN層中に水素が6.5at%程度取り込まれてしまうと、主表面の平坦度が大きく悪化することがわかった。   Next, a light-shielding film 30 having a laminated structure of TaN layer (lower layer) 2 and TaO layer (upper layer) 3 is formed, the glass substrate is placed in a heating furnace, the gas in the furnace is replaced with nitrogen, and the heating temperature is 300 ° C. Then, an acceleration test was performed in which heat treatment for 1 hour was performed to forcibly incorporate hydrogen in the substrate into the light-shielding film. With respect to the mask blank including the light shielding film 30 after the acceleration test, the flatness of the surface of the light shielding film 30 on the main surface of the substrate was measured with a flatness measuring apparatus UltraFLAT 200M (Corning TOROPEL). The difference between the flatness measured after the acceleration test and the flatness measured before the acceleration test is 219 nm (the surface shape changes in a convex direction after the acceleration test) in the 142 mm square region, and the flatness is It changed a lot. This flatness difference was unacceptable with a mask blank for at least 22 nm node. Moreover, the result of having performed the HFS / RBS analysis with respect to the mask blank provided with the light shielding film 30 after an acceleration test is shown in FIG. From the results shown in FIG. 5, the TaN layer contains about 6.5 at% hydrogen. From this result, it can be said that since the inside of the heating furnace is a nitrogen atmosphere, the supply source of hydrogen taken into the TaN layer is a glass substrate. Further, from the difference in flatness before and after the acceleration test, it was found that when about 6.5 at% of hydrogen was taken into the TaN layer, the flatness of the main surface was greatly deteriorated.

次に、前記と同条件で、ガラス基板1の主表面に接してTaN層2とTaO層3との積層構造の遮光膜30を形成したマスクブランクを製造した。このマスクブランクを、実施例1と同様に、ホットプレートに設置して大気中で300℃の加熱処理を行い、TaO層3内の表層にタンタルの高酸化層4を形成した(図3(b)参照)。以上のようにして、ガラス基板1の主表面上に、TaN層2と、表層にタンタルの高酸化層4を含むTaO層3との積層構造の遮光膜30を備える比較例1のマスクブランクを得た。   Next, under the same conditions as described above, a mask blank was manufactured in which a light shielding film 30 having a laminated structure of TaN layer 2 and TaO layer 3 was formed in contact with the main surface of glass substrate 1. The mask blank was placed on a hot plate and heat-treated at 300 ° C. in the atmosphere in the same manner as in Example 1 to form a highly oxidized tantalum layer 4 on the surface layer in the TaO layer 3 (FIG. 3B). )reference). As described above, the mask blank of Comparative Example 1 including the light-shielding film 30 having the laminated structure of the TaN layer 2 and the TaO layer 3 including the highly oxidized tantalum layer 4 on the surface layer is formed on the main surface of the glass substrate 1. Obtained.

[転写用マスクの作製]
次に、得られたマスクブランクを用いて、実施例1と同様の手順で比較例1の転写用マスクを作製した。作製した比較例1の転写用マスクに対し、マスクブランクに対して行ったのと同条件(炉内の気体を窒素に置換し、加熱温度300℃、1時間の加熱処理)で加速試験を行った。なお、加速試験の前後で、転写用マスクの面内所定部分におけるパターン幅およびスペース幅をそれぞれ測定していた。加速試験の前後における、パターン幅やスペース幅の変動幅は、いずれも大きく、少なくとも22nmノード用のダブルパターニング技術が適用される転写用マスクでは明らかに許容範囲外であった。このため、同様の手順で、ダブルパターニング技術を用いて22nmノードの微細なパターンを2つの比較的疎な転写パターンに分割したもののうちのもう一方の転写パターンを有する転写用マスクを作製して転写用マスクセットを作製したとしても、重ね合わせ精度が低く、ダブルパターニング用の転写用マスクセットとしては使用できない。
[Preparation of transfer mask]
Next, using the obtained mask blank, a transfer mask of Comparative Example 1 was produced in the same procedure as in Example 1. An acceleration test was performed on the produced transfer mask of Comparative Example 1 under the same conditions as in the mask blank (replace the gas in the furnace with nitrogen and heat treatment at 300 ° C. for 1 hour). It was. In addition, before and after the acceleration test, the pattern width and the space width at a predetermined portion in the surface of the transfer mask were measured. The variation widths of the pattern width and the space width before and after the acceleration test were both large, and it was clearly outside the allowable range in the transfer mask to which the double patterning technology for at least 22 nm node was applied. For this reason, in the same procedure, a transfer mask having the other transfer pattern, which is obtained by dividing a fine pattern of 22 nm node into two relatively sparse transfer patterns using double patterning technology, is transferred. Even if a mask set for use is produced, the overlay accuracy is low and cannot be used as a transfer mask set for double patterning.

また、前記の加速試験を行った後のマスクブランクを用いて、実施例1と同様の手順で比較例1の転写用マスクを作製してみた。その結果、マスクブランクの状態ですでに平坦度が大きく悪化していたため、露光装置のマスクステージにチャックしたときに、パターンの主表面上の移動が著しく、少なくとも22nmノード用のダブルパターニング技術が適用される転写用マスクでは明らかに許容範囲外であった。また、遮光膜の圧縮応力が著しく大きいため、ドライエッチング後の遮光膜のパターンは、電子製描画パターンからのずれが大きかった。   Moreover, the mask for transfer of the comparative example 1 was produced in the procedure similar to Example 1 using the mask blank after performing the said acceleration test. As a result, since the flatness has already deteriorated greatly in the mask blank state, the movement on the main surface of the pattern is remarkable when chucked on the mask stage of the exposure apparatus, and the double patterning technology for at least 22 nm node is applied. It was clearly out of the acceptable range for the transfer mask. Further, since the compressive stress of the light shielding film was remarkably large, the pattern of the light shielding film after the dry etching was largely deviated from the electronic drawing pattern.

1 ガラス基板
2 下層(TaN層)
2a 下層パターン
3 上層(TaO層)
3a 上層パターン
4,4a,4b,4c タンタル高酸化層
5 レジスト膜
30 遮光膜
30a 遮光部
30b 透光部
1 Glass substrate 2 Lower layer (TaN layer)
2a Lower layer pattern 3 Upper layer (TaO layer)
3a Upper layer pattern 4, 4a, 4b, 4c High tantalum oxide layer 5 Resist film 30 Light shielding film 30a Light shielding part 30b Light transmitting part

Claims (11)

ガラス基板を300℃以上に加熱する加熱処理を行う工程と、
前記加熱処理後のガラス基板に対し、リンス洗浄を行う工程と、
前記リンス洗浄後のガラス基板の主表面上にタンタル、ニオブ、バナジウム、チタン、マグネシウム、ランタン、ジルコニウム、スカンジウム、イットリウム、リチウムおよびプラセオジムから選ばれる1以上の金属を含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料からなる薄膜を形成する工程と、
を備えることを特徴とするマスクブランクの製造方法。
A step of performing a heat treatment for heating the glass substrate to 300 ° C. or higher ;
A step of rinsing and cleaning the glass substrate after the heat treatment;
The main surface of the glass substrate after the rinse cleaning contains one or more metals selected from tantalum, niobium, vanadium, titanium, magnesium, lanthanum, zirconium, scandium, yttrium, lithium and praseodymium , and substantially contains hydrogen. Forming a thin film made of a material that does not contain;
A method for manufacturing a mask blank, comprising:
前記加熱処理は、ドライエア中、または水素および水蒸気を含まない気体中でガラス基板を加熱する処理であることを特徴とする請求項1記載のマスクブランクの製造方法。  2. The method of manufacturing a mask blank according to claim 1, wherein the heat treatment is a treatment of heating the glass substrate in dry air or in a gas not containing hydrogen and water vapor. 前記薄膜は、ガラス基板の主表面に接して形成され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の製造方法。 The thin film manufacturing method of the mask blank according to claim 1 or 2, characterized in that it is formed in contact with the main surface of the glass substrate. 前記薄膜は、タンタルと窒素とを含有し、かつ水素を実質的に含有しな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の製造方法。 The thin film is tantalum containing nitrogen, and method for producing a mask blank according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it consists substantially free material hydrogen. 前記薄膜の表層に、酸素を60原子%以上含有する高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の製造方法。 The surface layer of the thin film, the mask blank manufacturing method according to any one of claims 1 4, characterized in that highly oxidized layer is formed containing oxygen 60 atom% or more. 前記薄膜は、ガラス基板側から下層と上層とが積層する構造を有し、前記下層は、タンタルと窒素とを含有し、かつ水素を実質的に含有しない材料からなり、前記上層は、タンタルと酸素とを含有する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の製造方法。 The thin film has a structure in which a lower layer and an upper layer are laminated from the glass substrate side, the lower layer is made of a material containing tantalum and nitrogen and substantially free of hydrogen, and the upper layer is made of tantalum. The mask blank manufacturing method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the mask blank is made of a material containing oxygen. 前記上層の表層に、酸素を60原子%以上含有する高酸化層が形成されていることを特徴とする請求項に記載のマスクブランクの製造方法。 The method for manufacturing a mask blank according to claim 6 , wherein a highly oxidized layer containing 60 atomic% or more of oxygen is formed on the upper surface layer. 前記ガラス基板と前記薄膜の間にクロムを含有する材料からなるエッチングストッパー膜を形成する工程をさらに備え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の製造方法。  The method for manufacturing a mask blank according to claim 1, further comprising a step of forming an etching stopper film made of a material containing chromium between the glass substrate and the thin film. 請求項1から8のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクを用い、前記マスクブランクの薄膜に転写パターンを形成することを特徴とする転写用マスクの製造方法。   9. A method for producing a transfer mask, comprising: using a mask blank produced by the method for producing a mask blank according to claim 1; and forming a transfer pattern on a thin film of the mask blank. 前記薄膜で形成された転写パターンの表層には、酸素を60原子%以上含有する高酸化層が形成されていることを特徴とする請求項9に記載の転写用マスクの製造方法。   10. The method for manufacturing a transfer mask according to claim 9, wherein a highly oxidized layer containing 60 atomic% or more of oxygen is formed on a surface layer of the transfer pattern formed of the thin film. 請求項9または10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転写パターンを露光転写することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。   A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: transferring and transferring a transfer 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 9.
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