JP6502143B2 - Mask blank, phase shift mask, method of manufacturing phase shift mask, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Mask blank, phase shift mask, method of manufacturing phase shift mask, and method of manufacturing semiconductor device Download PDF

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本発明は、マスクブランク、そのマスクブランクを用いて製造された位相シフトマスクおよびその製造方法に関するものである。また、本発明は、上記の位相シフトマスクを用いた半導体デバイスの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a mask blank, a phase shift mask manufactured using the mask blank, and a method of manufacturing the same. The present invention also relates to a method of manufacturing a semiconductor device using the above phase shift mask.

一般に、半導体デバイスの製造工程では、フォトリソグラフィ法を用いて微細パターンの形成が行われている。また、この微細パターンの形成には、通常何枚もの転写用マスクが使用される。半導体デバイスのパターンを微細化するに当たっては、転写用マスクに形成されるマスクパターンの微細化に加え、フォトリソグラフィで使用される露光光源の波長の短波長化が必要となる。半導体デバイス製造の際に用いられる露光光源は、近年ではKrFエキシマレーザー(波長248nm)から、ArFエキシマレーザー(波長193nm)へと短波長化が進んでいる。   In general, in the process of manufacturing a semiconductor device, formation of a fine pattern is performed using a photolithography method. In addition, a number of transfer masks are usually used to form this fine pattern. In order to miniaturize the pattern of the semiconductor device, in addition to the refinement of the mask pattern formed on the transfer mask, it is necessary to shorten the wavelength of the exposure light source used in photolithography. In recent years, the exposure light source used at the time of semiconductor device manufacture has been shortened in wavelength from a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) to an ArF excimer laser (wavelength 193 nm).

転写用マスクの種類には、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備えたバイナリマスクの他に、ハーフトーン型位相シフトマスクがある。ハーフトーン型位相シフトマスクの位相シフト膜には、モリブデンシリサイド(MoSi)系の材料が広く用いられる。しかし、特許文献1に開示されている通り、MoSi系膜は、ArFエキシマレーザーの露光光に対する耐性(いわゆるArF耐光性)が低いということが近年判明している。特許文献1では、パターンが形成された後のMoSi系膜に対し、プラズマ処理、UV(Ultraviolet)光照射処理、または加熱処理を行い、MoSi系膜のパターンの表面に不動態膜を形成することで、ArF耐光性が高められている。   As a type of transfer mask, in addition to a binary mask provided with a light shielding film pattern made of a chromium-based material on a light transmitting substrate, there is a halftone phase shift mask. A molybdenum silicide (MoSi) based material is widely used for the phase shift film of the halftone phase shift mask. However, as disclosed in Patent Document 1, it has recently been found that the MoSi-based film has low resistance to exposure light of an ArF excimer laser (so-called ArF light resistance). In Patent Document 1, a MoSi-based film after a pattern is formed is subjected to plasma treatment, UV (ultraviolet) light irradiation treatment, or heat treatment to form a passivation film on the surface of the MoSi-based film pattern. ArF light resistance is enhanced.

特許文献2には、遮光膜の黒欠陥部分に対して、二フッ化キセノン(XeF)ガスを供給しつつ、その部分に電子線を照射することで黒欠陥部をエッチングして除去する欠陥修正技術(以下、このような電子線等の荷電粒子を照射して行う欠陥修正を単にEB欠陥修正という。)が開示されている。このEB欠陥修正は、当初、EUVリソグラフィ(Extreme Ultraviolet Lithography)用の反射型マスクの吸収体膜における黒欠陥修正に用いられていたが、近年ではMoSiハーフトーンマスクの黒欠陥修正においても使用されている。 Patent Document 2 discloses a defect in which a black defect portion is etched and removed by supplying an electron beam to the black defect portion of the light shielding film while supplying xenon difluoride (XeF 2 ) gas. A correction technique (hereinafter, such defect correction performed by irradiating charged particles such as electron beams is simply referred to as EB defect correction) is disclosed. Although this EB defect correction was originally used for black defect correction in the absorber film of a reflective mask for EUV lithography (Extreme Ultraviolet Lithography), it is also used in recent years for black defect correction of MoSi halftone masks. There is.

特開2010−217514号公報JP, 2010-217514, A 特表2004−537758号公報Japanese Patent Publication No. 2004-537758

ArFエキシマレーザー光を露光光(以下ArF露光光とも呼ぶ。)としたフォトリソグラフィで用いられるハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、ハーフトーン位相シフト膜(以下、単に「位相シフト膜」という。)には、ArF露光光を所定の透過率で透過する機能と、位相シフト膜を透過するArF露光光に対し、その位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した光との間で所定の位相差(位相シフト量)を生じさせる機能が同時に求められる。これまでは、ArF露光光に対する透過率が10%よりも低い特性を有する位相シフト膜が広く用いられており、位相シフト量については180度前後とすることが一般的であった。単層構造(表層の酸化が避けられない領域を含んでいる単層構造。以下、特に表層の酸化領域について言及している場合を除き、単層構造は、表層に酸化領域を含んでいるものとする。)の位相シフト膜であり、上記のようなArF露光光に対する透過率と位相シフト量の条件を同時に満たしつつ、より薄い膜厚で形成することが可能な材料は、比較的限られている。モリブデンシリサイド窒化物(MoSiN)からなる材料は、これらの条件を満たすものであり、これまで広く用いられてきている。   In a halftone phase shift mask used in photolithography in which ArF excimer laser light is used as exposure light (hereinafter also referred to as ArF exposure light), a halftone phase shift film (hereinafter, simply referred to as “phase shift film”) is used. And a function of transmitting ArF exposure light with a predetermined transmittance, and a predetermined power between ArF exposure light transmitted through the phase shift film and light passing through the air by the same distance as the thickness of the phase shift film. The function of causing a phase difference (phase shift amount) is simultaneously determined. Heretofore, phase shift films having characteristics in which the transmittance to ArF exposure light is lower than 10% have been widely used, and it has been general that the phase shift amount be around 180 degrees. Single-layer structure (a single-layer structure including an area where surface oxidation can not be avoided; hereinafter, the single-layer structure includes an oxidation area in the surface layer except when mentioning in particular to the surface oxidation area) Of the phase shift film), and materials which can be formed with a thinner film thickness while satisfying simultaneously the conditions for the transmittance to the ArF exposure light as described above and the phase shift amount are relatively limited. ing. Materials made of molybdenum silicide nitride (MoSiN) satisfy these conditions and have been widely used.

近年、ハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、パターンエッジ近傍を透過する透過光に対してより高い位相シフト効果を得ることなどを狙って、透過率の高い位相シフト膜(透過率が10%以上の位相シフト膜)への要求が高まってきている。従来のMoSiNからなる単層構造の位相シフト膜の場合、所定の位相差を確保しつつ透過率が10%以上となるようにするには、位相シフト膜のモリブデンの含有量を少なくする、例えば、位相シフト膜中のモリブデンの含有量[原子%]をモリブデン(Mo)とケイ素(Si)の合計含有量[原子%]で除した比率[%](以下、この比率を「Mo/[Mo+Si]比率」という。)を4%以下とする必要がある。しかし、位相シフト膜のモリブデンの含有量を少なくすると、膜の導電性が低下するという問題が生じる。また、位相シフト膜のモリブデンの含有量が少なくなると、位相シフト膜の黒欠陥に対して前記のEB欠陥修正を行う時のエッチングレートが低下するという問題もある。   In recent years, in a halftone phase shift mask, a phase shift film with a high transmittance (a phase with a transmittance of 10% or more) for the purpose of obtaining a higher phase shift effect for transmitted light passing near the pattern edge. The demand for shift film is increasing. In the case of the conventional phase shift film having a single layer structure made of MoSiN, the content of molybdenum in the phase shift film is reduced, for example, in order to obtain a transmittance of 10% or more while securing a predetermined phase difference. A ratio [%] obtained by dividing the content [atomic%] of molybdenum in the phase shift film by the total content [atomic%] of molybdenum (Mo) and silicon (Si) (hereinafter, this ratio is “Mo / [Mo + Si The ratio must be 4% or less. However, when the content of molybdenum in the phase shift film is reduced, there arises a problem that the conductivity of the film is reduced. In addition, when the content of molybdenum in the phase shift film decreases, there is also a problem that the etching rate at the time of performing the above-mentioned EB defect correction on the black defect of the phase shift film is lowered.

位相シフト膜に用いられる材料として、モリブデンシリサイド酸窒化物(MoSiON)がある。このMoSiONからなる単層構造の位相シフト膜は、MoSiNからなる単層構造の位相シフト膜よりも膜厚が厚くはなるが、モリブデン含有量を比較的多くしても(例えば、Mo/[Mo+Si]比率が5%以上)、所定の位相差を確保しつつ透過率を10%以上とすることができる。しかし、MoSiONからなる単層構造の位相シフト膜を備えるマスクブランクの場合、以下の問題があることが明らかとなった。
マスクブランクから位相シフトマスクを作製する時のマスク検査で位相シフト膜に黒欠陥が見つかった場合、EB欠陥修正で修正することが多い。MoSiONからなる単層構造の位相シフト膜の黒欠陥に対し、EB欠陥修正で修正を行う場合、位相シフト膜と透光性基板との境界を検出するためのエッチング終点の検出が、MoSiNからなる単層構造の位相シフト膜に比べて難しくなるということが新たに判明した。
A material used for the phase shift film is molybdenum silicide oxynitride (MoSiON). The single-layer phase shift film made of MoSiON is thicker than the single-layer phase shift film made of MoSiN, but even if the molybdenum content is relatively large (for example, Mo / [Mo + Si The transmittance can be 10% or more while securing a predetermined phase difference. However, in the case of the mask blank provided with the phase shift film of the single layer structure which consists of MoSiON, it became clear that there are the following problems.
When a black defect is found in a phase shift film in mask inspection when producing a phase shift mask from a mask blank, it is often corrected by EB defect correction. When a black defect of a phase shift film of a single layer structure made of MoSiON is corrected by EB defect correction, the detection of the etching end point for detecting the boundary between the phase shift film and the light transmitting substrate is made of MoSiN It has been newly found that it becomes more difficult than a single phase phase shift film.

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、透光性基板上に高透過率の位相シフト膜を備えたマスクブランクにおいて、その位相シフト膜が所定の位相差を確保しつつ透過率を10%以上とする光学特性を有するものであっても、EB欠陥修正時における位相シフト膜と透光性基板との境界を検出するためのエッチング終点の検出が比較的容易であり、これにより精度の高いEB欠陥修正を行えるマスクブランクを提供することを目的としている。また、このマスクブランクを用いて製造される、黒欠陥の少ない高透過率型の位相シフトマスクを提供することを目的としている。さらに、このような位相シフトマスクを製造する方法を提供することを目的としている。そして、本発明は、このような位相シフトマスクを用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and in a mask blank provided with a high-transmittance phase shift film on a translucent substrate, the phase shift film secures a predetermined phase difference. However, even if it has an optical characteristic that makes the transmittance 10% or more, detection of the etching end point for detecting the boundary between the phase shift film and the light transmitting substrate at the time of EB defect correction is relatively easy. It aims at providing a mask blank which can perform EB defect correction with high accuracy by this. Another object of the present invention is to provide a high transmittance phase shift mask with few black defects, which is manufactured using this mask blank. Furthermore, it aims at providing a method of manufacturing such a phase shift mask. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using such a phase shift mask.

前記の課題を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
(構成1)
透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を10%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で150度以上190度以下の位相差を生じさせる機能とを有し、
前記位相シフト膜は、金属、ケイ素、窒素および酸素を含有する材料からなる組成傾斜膜であり、
前記位相シフト膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、5%以上であり、
前記位相シフト膜の基板側領域における酸素含有量は10原子%以下であり、
前記位相シフト膜の前記基板側領域以外の領域における酸素含有量は、前記基板側領域における酸素含有量よりも多いことを特徴とするマスクブランク。
In order to achieve the above-mentioned subject, the present invention has the following composition.
(Configuration 1)
A mask blank comprising a phase shift film on a light transmitting substrate,
The phase shift film has a function of transmitting exposure light of ArF excimer laser with a transmittance of 10% or more, and the same distance as the thickness of the phase shift film with respect to the exposure light transmitted through the phase shift film. And the function of causing a phase difference of not less than 150 degrees and not more than 190 degrees with the exposure light having passed through
The phase shift film is a composition gradient film made of a material containing metal, silicon, nitrogen and oxygen,
The ratio of the content of the metal to the total content of the metal and silicon in the phase shift film is 5% or more.
The oxygen content in the substrate side region of the phase shift film is 10 atomic% or less,
A mask blank, wherein the oxygen content in the region other than the substrate side region of the phase shift film is larger than the oxygen content in the substrate side region.

(構成2)
前記基板側領域は、前記位相シフト膜における前記透光性基板側の表面から反対側の表面に向かって10nmの厚さまでの範囲にわたる領域であることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
(Configuration 2)
The mask blank according to Configuration 1, wherein the substrate side region is a region ranging from the surface on the light transmitting substrate side to the opposite surface in the phase shift film to a thickness of 10 nm.

(構成3)
前記位相シフト膜は、全体の1/2の厚さの領域における酸素含有量が10原子%以上であることを特徴とする構成1または2に記載のマスクブランク。
(Configuration 3)
The mask blank according to Configuration 1 or 2, wherein the phase shift film has an oxygen content of 10 atomic% or more in a 1/2 thickness region of the whole.

(構成4)
前記位相シフト膜の基板側領域における窒素含有量は40原子%以上であることを特徴とする構成1から3のいずれかに記載のマスクブランク。
(Configuration 4)
4. The mask blank according to any one of constitutions 1 to 3, wherein the nitrogen content in the substrate side region of the phase shift film is 40 atomic% or more.

(構成5)
前記位相シフト膜の酸素含有量は、前記透光性基板側の表面から反対側の表面に向かって増加していることを特徴とする構成1から4のいずれかに記載のマスクブランク。
(Configuration 5)
4. The mask blank according to any one of the constitutions 1 to 4, wherein the oxygen content of the phase shift film increases from the surface on the translucent substrate side to the opposite surface.

(構成6)
前記位相シフト膜のケイ素含有量は、前記透光性基板側の表面から反対側の表面に向かって減少していることを特徴とする構成1から5のいずれかに記載のマスクブランク。
(Configuration 6)
5. The mask blank according to any one of the constitutions 1 to 5, wherein the silicon content of the phase shift film decreases from the surface on the light transmitting substrate side to the opposite surface.

(構成7)
前記位相シフト膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、15%以下であることを特徴とする構成1から6のいずれかに記載のマスクブランク。
(Configuration 7)
The mask blank according to any one of the configurations 1 to 6, wherein the ratio of the content of the metal to the total content of the metal and silicon in the phase shift film is 15% or less.

(構成8)
前記位相シフト膜は、前記透光性基板の表面に接して形成されていることを特徴とする構成1から7のいずれかに記載のマスクブランク。
(Configuration 8)
7. The mask blank according to any one of the configurations 1 to 7, wherein the phase shift film is formed in contact with the surface of the light transmitting substrate.

(構成9)
前記位相シフト膜は、厚さが90nm以下であることを特徴とする構成1から8のいずれかに記載のマスクブランク。
(Configuration 9)
8. The mask blank according to any one of the configurations 1 to 8, wherein the phase shift film has a thickness of 90 nm or less.

(構成10)
前記位相シフト膜上に、遮光膜を備えることを特徴とする構成1から9のいずれかに記載のマスクブランク。
(Configuration 10)
The mask blank according to any one of the configurations 1 to 9, further comprising a light shielding film on the phase shift film.

(構成11)
構成10記載のマスクブランクの前記位相シフト膜に転写用パターンが形成され、前記遮光膜に遮光帯パターンが形成されていることを特徴とする位相シフトマスク。
(Configuration 11)
10. A phase shift mask, wherein a transfer pattern is formed on the phase shift film of the mask blank according to Configuration 10, and a light shielding zone pattern is formed on the light shielding film.

(構成12)
構成10記載のマスクブランクを用いた位相シフトマスクの製造方法であって、
ドライエッチングにより前記遮光膜に転写用パターンを形成する工程と、
前記転写用パターンを有する遮光膜をマスクとするドライエッチングにより前記位相シフト膜に転写用パターンを形成する工程と、
遮光帯パターンを有するレジスト膜をマスクとするドライエッチングにより前記遮光膜に遮光帯パターンを形成する工程と
を備えることを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
(Configuration 12)
A method of manufacturing a phase shift mask using the mask blank according to Configuration 10, wherein
Forming a transfer pattern on the light shielding film by dry etching;
Forming a transfer pattern on the phase shift film by dry etching using a light shielding film having the transfer pattern as a mask;
Forming a light shielding zone pattern on the light shielding film by dry etching using a resist film having the light shielding zone pattern as a mask.

(構成13)
構成11記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写用パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
(Configuration 13)
11. A method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of exposing and transferring a transfer pattern onto a resist film on a semiconductor substrate using the phase shift mask according to Structure 11.

(構成14)
構成12記載の位相シフトマスクの製造方法により製造された位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写用パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
(Configuration 14)
A method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of exposing and transferring a transfer pattern onto a resist film on a semiconductor substrate using the phase shift mask manufactured by the method of manufacturing a phase shift mask according to Structure 12.

本発明のマスクブランクは、透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、その位相シフト膜は、金属、ケイ素、窒素および酸素を含有する材料からなる単層の組成傾斜膜であり、該膜における金属とケイ素の合計含有量に対する金属の含有量の比率は5%以上、基板側領域における酸素含有量は10原子%以下、かつ基板側領域以外の領域での酸素含有量はそれより多い膜とする。このような構造のマスクブランクとすることにより、この位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を10%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した露光光に対して位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した露光光との間で150度以上190度以下の位相差を生じさせる機能とを同時に確保することができる。それに加え、この位相シフト膜は、EB欠陥修正を行った時に、位相シフト膜と透光性基板との境界を検出するためのエッチング終点の検出が容易になり、欠陥修正が不十分な状態となることや、透光性基板を意図せず掘り込んでしまうことを回避することができ、EB欠陥修正の精度が向上する。   The mask blank of the present invention is a mask blank provided with a phase shift film on a translucent substrate, and the phase shift film is a single-layer composition gradient film made of a material containing metal, silicon, nitrogen and oxygen. The ratio of the metal content to the total content of metal and silicon in the film is 5% or more, the oxygen content in the substrate side region is 10 atomic% or less, and the oxygen content in the region other than the substrate side region Is more than that. By forming a mask blank of such a structure, this phase shift film has a function of transmitting exposure light of ArF excimer laser with a transmittance of 10% or more, and a phase with respect to the exposure light transmitted through the phase shift film. A function to generate a phase difference of 150 degrees or more and 190 degrees or less with the exposure light having passed through the air by the same distance as the thickness of the shift film can be secured simultaneously. In addition, when this phase shift film is subjected to EB defect correction, detection of the etching end point for detecting the boundary between the phase shift film and the light transmitting substrate becomes easy, and the state of defect correction is insufficient. And it is possible to prevent the transparent substrate from being unintentionally dug up, and the accuracy of the EB defect correction is improved.

本発明の実施形態におけるマスクブランクの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the mask blank in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における位相シフトマスクの製造工程を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the manufacturing process of the phase shift mask in embodiment of this invention.

以下、本発明の各実施の形態について説明する。
[マスクブランクとその製造]
本発明者らは、MoSiONに代表される金属シリサイド酸窒化物からなる単層構造の高透過率型の位相シフト膜において、EB欠陥修正で修正を行った時に実用上十分な加工速度を得ながら、位相シフト膜と透光性基板との境界を検出するためのエッチング終点の検出が容易で、その結果、高い精度でEB欠陥修正が行える位相シフト膜やその組成について、鋭意研究を行った。本発明の各実施の形態において対象とする位相シフト膜は、露光光(ArFエキシマレーザー光)に対して所定の位相差(150度以上190度以下)と10%以上の高い透過率を確保することが可能な膜である。この位相シフト膜が有する光学的性質により、高いパターンエッジ強調効果が得られ、それにより、この位相シフトマスクを用いて転写を行った時の解像度や焦点裕度が向上する。また、単層構造の位相シフト膜とすることで、2層以上の積層構造の位相シフト膜に比して、ドライエッチングで位相シフトパターンを形成した時の側壁形状がよくなる。さらに、単層構造の位相シフト膜とすることで、2層以上の積層構造の位相シフト膜に比して、製造工程の工数を削減できるとともに成膜時の工程数を少なくできることから、欠陥の発生を抑制できる。このため、欠陥修正対象箇所を少なくすることができる。
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described.
[Mask blank and its manufacture]
The inventors of the present invention have obtained a practically sufficient processing speed when EB defect correction is performed on a high transmittance type phase shift film of a single layer structure made of metal silicide oxynitride represented by MoSiON. Since the detection of the etching end point for detecting the boundary between the phase shift film and the light transmitting substrate is easy, as a result, intensive research has been conducted on the phase shift film and its composition which can correct EB defects with high accuracy. The phase shift film targeted in each embodiment of the present invention secures a predetermined phase difference (150 degrees or more and 190 degrees or less) and a high transmittance of 10% or more with respect to exposure light (ArF excimer laser light). Is a membrane that can The optical properties possessed by this phase shift film provide a high pattern edge enhancement effect, thereby improving the resolution and focus latitude when performing transfer using this phase shift mask. Further, by using a phase shift film having a single layer structure, the sidewall shape when forming a phase shift pattern by dry etching becomes better than a phase shift film having a laminated structure of two or more layers. Furthermore, by using a phase shift film having a single layer structure, the number of manufacturing steps can be reduced and the number of steps during film formation can be reduced as compared to a phase shift film having a laminated structure of two or more layers. The occurrence can be suppressed. For this reason, the defect correction target portion can be reduced.

まず、本発明に求められる位相シフト膜の光学的要求値について理由を含めて述べ、そして、その光学的要求値を満たしつつ高精度なEB欠陥修正(欠陥修正時の終点検出を高精度に行えるEB欠陥修正)を可能とする位相シフト膜の材料組成について述べる。   First, the optical requirement of the phase shift film required for the present invention will be described including the reason, and EB defect correction with high accuracy (end point detection at defect repair can be performed with high accuracy while satisfying the optical requirement) The material composition of the phase shift film which enables EB defect correction) will be described.

位相シフト膜には、波長193nmのArFエキシマレーザー光源によるArF露光光に対する透過率が10%以上であることが求められる。これにより、従来のハーフトーン型位相シフトマスクに比べ、パターンエッジ部近傍がより強調された光強度分布が得られるため、この位相シフト膜を用いて製造された位相シフトマスクの解像度や焦点裕度等の転写性能が向上する。   The phase shift film is required to have a transmittance of 10% or more to ArF exposure light from an ArF excimer laser light source having a wavelength of 193 nm. As a result, since a light intensity distribution in which the vicinity of the pattern edge portion is more emphasized can be obtained compared to the conventional halftone phase shift mask, the resolution and focus latitude of the phase shift mask manufactured using this phase shift film Etc. transfer performance is improved.

なお、転写用パターンからの回折光と転写用パターン以外の部分からなるフィールド部を透過してくる光との干渉によって生じるサブピークと呼ばれる意図しない光強度分布が発生するが、位相シフト膜の透過率が高くなりすぎると、この意図しない光強度分布が発生するサブピーク部の光強度が強くなり、これが欠陥となって転写される(これを「サブピーク転写」と呼ぶ)。この意図しないサブピーク転写を抑制する観点から、位相シフト膜のArF露光光に対する透過率は、20%以下であることが好ましい。また、サブピーク転写を防止するためのパターンレイアウトの制限を緩和するためには、位相シフト膜のArF露光光に対する透過率は、15%以下であることが好ましい。   Although an unintended light intensity distribution called a subpeak is generated due to the interference between the diffracted light from the transfer pattern and the light transmitted through the field portion consisting of portions other than the transfer pattern, the transmittance of the phase shift film is generated. Is too high, the light intensity of the subpeak portion where this unintended light intensity distribution is generated becomes strong, and this becomes a defect and is transferred (this is called “subpeak transfer”). From the viewpoint of suppressing unintended subpeak transfer, the transmittance of the phase shift film to ArF exposure light is preferably 20% or less. Moreover, in order to ease the restriction of the pattern layout for preventing subpeak transfer, the transmittance of the phase shift film to ArF exposure light is preferably 15% or less.

さらに、位相シフト膜は、適切な位相シフト効果を得るために、透過するArF露光光に対し、この位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した光との間で生じる位相差が150度以上190度以下の範囲になるように調整されていることが求められる。位相シフト膜における前記位相差の上限値は、180度以下であることがより好ましい。これは、位相シフト膜にパターンを形成する時のドライエッチング時に、透光性基板が微小にエッチングされることによる位相差の増加の影響を小さくするためである。また、近年の露光装置による位相シフトマスクへのArF露光光の照射方式が、位相シフト膜の膜面の垂直方向に対して所定角度で傾斜した方向からArF露光光を入射させるものが増えてきているためでもある。   Furthermore, in order to obtain an appropriate phase shift effect, the phase shift film has a phase difference of 150 with the light which has passed through the air by the same distance as the thickness of the phase shift film, for the transmitted ArF exposure light. It is required to be adjusted to be within the range of not less than 190 degrees. The upper limit value of the phase difference in the phase shift film is more preferably 180 degrees or less. This is to reduce the influence of the increase in the phase difference due to minute etching of the light-transmissive substrate during dry etching when forming a pattern on the phase shift film. In addition, more and more exposure systems of ArF exposure light to the phase shift mask by the exposure apparatus in recent years are increasing the incidence of ArF exposure light from a direction inclined at a predetermined angle with respect to the vertical direction of the film surface It is also because

金属シリサイド酸窒化物からなる位相シフト膜のEB欠陥修正では、金属シリサイド酸窒化物のエッチングレートと、それと透光性基板とのエッチングレート差、およびエッチング終点検出精度の3要素が、高精度にEB欠陥修正を行う上で実用上重要である。そして、これらの特性が、前述の位相シフト膜に求められる透過率と位相差を生む要件を損なわずに満たされる必要がある。   In EB defect correction of a phase shift film made of metal silicide oxynitride, the three factors of the etching rate of metal silicide oxynitride and the etching rate difference between it and the light transmitting substrate and the etching end point detection accuracy are highly accurate. It is practically important in performing EB defect correction. Then, these characteristics need to be satisfied without losing the requirements for the transmittance and the phase difference required for the phase shift film described above.

ここで、金属シリサイド酸窒化物における金属元素としては、遷移金属元素が好ましい。位相シフト膜に含有される遷移金属元素としてモリブデン(Mo)がこれまで広く用いられているが、これに限られない。位相シフト膜に含有される遷移金属元素としては、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、亜鉛(Zn)、ニオブ(Nb)およびパラジウム(Pd)のうちいずれか1つ以上の金属元素が挙げられる。また、遷移金属元素以外の金属元素としては、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、スズ(Sn)およびガリウム(Ga)などが挙げられる。   Here, as a metal element in the metal silicide oxynitride, a transition metal element is preferable. Although molybdenum (Mo) is widely used as a transition metal element contained in the phase shift film, it is not limited thereto. As a transition metal element contained in the phase shift film, tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), chromium (Cr), hafnium (Hf), nickel (Ni), vanadium (V), zirconium ( And Zr), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), zinc (Zn), niobium (Nb) and palladium (Pd), and any one or more metal elements can be mentioned. Moreover, as a metal element other than the transition metal element, aluminum (Al), indium (In), tin (Sn), gallium (Ga), etc. may be mentioned.

EB欠陥修正のエッチング終点検出は、黒欠陥に対して電子線を照射した時に、照射を受けた部分から放出されるオージェ電子、2次電子、特性X線、後方散乱電子の少なくともいずれか1つを検出することによって行われている。例えば、電子線の照射を受けた部分から放出されるオージェ電子を検出する場合には、オージェ電子分光法(AES)によって、主に材料組成の変化を見ている。また、2次電子を検出する場合には、SEM像から主に表面形状の変化を見ている。さらに、特性X線を検出する場合には、エネルギー分散型X線分光法(EDX)や波長分散X線分光法(WDX)によって、主に材料組成の変化を見ている。後方散乱電子を検出する場合には、電子線後方散乱回折法(EBSD)によって、主に材料の組成や結晶状態の変化を見ている。   The etching end point detection of EB defect correction is at least one of Auger electrons, secondary electrons, characteristic X-rays, and backscattered electrons emitted from the irradiated portion when the electron beam is irradiated to the black defect. It is done by detecting. For example, in the case of detecting Auger electrons emitted from a portion irradiated with an electron beam, a change in material composition is mainly observed by Auger electron spectroscopy (AES). In addition, when detecting secondary electrons, a change in surface shape is mainly seen from the SEM image. Furthermore, when detecting characteristic X-rays, changes in material composition are mainly observed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) or wavelength dispersive X-ray spectroscopy (WDX). In the case of detecting backscattered electrons, changes in material composition and crystal state are mainly observed by electron backscattering diffraction (EBSD).

金属シリサイド酸窒化物からなる位相シフト膜のEB欠陥修正では、位相シフト膜の黒欠陥部分に対して、非励起状態のフッ素系ガス(XeF、XeF、XeF、XeOF、XeOF、XeO、XeO、XeO、ClF、ClF、BrF、BrF、IF、IF等が適用可能であり、特にXeFが好適。)を供給しつつ、その部分に電子線を照射することで黒欠陥部をエッチングして除去する。この時のエッチングレートは、金属(M)の含有量[原子%]を金属とケイ素(Si)の合計含有量[原子%]で除した比率[%](以下、この比率を「M/[M+Si]比率」という。)に依存するが、この比率に対するエッチングレートを詳細に調べたところ、金属シリサイド酸窒化物からなる位相シフト膜のM/[M+Si]比率を5%以上とすることで実用上十分なエッチングレートが確保されることがわかった。加えて、酸化ケイ素を主成分とする透光性基板との間のエッチング選択性も十分確保できることがわかった。 In EB defect correction of the phase shift film made of metal silicide oxynitride, fluorine-based gas (XeF 2 , XeF 4 , XeF 6 , XeOF 2 , XeOF 4 , XeO 2 F 2 , XeO 3 F 2 , XeO 2 F 4 , ClF 3 , ClF, BrF 5 , BrF, IF 3 , IF 5 etc. can be applied, and in particular, XeF 2 is supplied, while The black defect portion is etched and removed by irradiating the portion with an electron beam. The etching rate at this time is a ratio [%] (hereinafter, this ratio is “M / [,” the content [atomic%] of the metal (M) divided by the total content [atomic%] of the metal and silicon (Si). When the etching rate to this ratio is examined in detail, it depends on M + Si] ratio, and the M / [M + Si] ratio of the phase shift film consisting of metal silicide oxynitride is 5% or more. It was found that a sufficient etching rate was secured. In addition, it has been found that the etching selectivity with respect to the light-transmitting substrate containing silicon oxide as a main component can be sufficiently secured.

位相シフト膜のM/[M+Si]比率を5%以上としながらも、ArF露光光に対する透過率が10%以上という光学特性を持たせるには、酸素を所定量以上含有させることが有効である。一方で、合成石英等の透光性基板もケイ素と酸素を主成分としており、位相シフト膜と透光性基板の両方の構成元素が比較的近い状態にある。このため、EB欠陥修正において前記のいずれのエッチング終点検出方法を用いても、エッチング終点の検出が難しいという問題を抱えている。   It is effective to contain a predetermined amount or more of oxygen in order to give an optical characteristic that the transmittance to ArF exposure light is 10% or more while setting the M / [M + Si] ratio of the phase shift film to 5% or more. On the other hand, a translucent substrate such as synthetic quartz also contains silicon and oxygen as main components, and the constituent elements of both the phase shift film and the translucent substrate are in a relatively close state. Therefore, there is a problem that it is difficult to detect the etching end point even if any of the above-described etching end point detection methods is used in EB defect correction.

この問題を解決するため、本実施の形態では、位相シフト膜中の酸素含有量を、透光性基板側では少なくし、透光性基板とは反対側の表面側で多くする、組成傾斜構造とする。この酸素含有量の組成傾斜としては、位相シフト膜内において、位相シフト膜の底部である透光性基板側から位相シフト膜の表面側に向けて酸素含有量が増加する分布、特に酸素含有量が単調に増加する分布(表層部付近で酸素含有量の増加が飽和する場合を含む)が、位相シフト膜全体としての酸素含有量を高めることができるので好ましい。位相シフト膜中の酸素含有量と、酸素含有量分布について詳細に検討したところ、位相シフト膜の基板側領域(位相シフト膜が透光性基板と接する底辺部および底辺部近傍領域であり、以下「基板側領域」と呼ぶ。)における酸素含有量を10原子%以下、よりEB欠陥修正のエッチング終点を高精度に検出するためには、好ましくは5原子%以下、さらに好ましくは検出下限値以下とし、位相シフト膜の基板側領域以外の領域においては、基板側領域における酸素含有量以上とすればよいことが判明した。ここで、エッチング終点を高精度に検出しつつ位相シフト膜の膜厚を薄くするという観点から、酸素含有量が10原子%以下の領域を定義する基準となる基板側領域の厚さは、10nmであると好ましく、15nmであるとより好ましく、20nmであると一層好ましい。位相シフト膜の膜厚を薄くすると、フォトマスク上での微細パターン形成や電磁界効果に係わるバイアス(EMFバイアス)の低減に効果があり、また、マスク上のパターン倒壊による不良が抑制され、位相シフトマスクの歩留まりが向上する。ここで、基板側領域における酸素含有量とは、基板側領域全域に渡る酸素含有量の最大値を指す。   In order to solve this problem, in the present embodiment, the composition gradient structure in which the oxygen content in the phase shift film is decreased on the light transmitting substrate side and is increased on the surface side opposite to the light transmitting substrate. I assume. The compositional gradient of the oxygen content is a distribution in which the oxygen content increases from the light transmitting substrate side which is the bottom of the phase shift film toward the surface side of the phase shift film in the phase shift film, particularly the oxygen content A monotonously increasing distribution (including the case where the increase in oxygen content is saturated near the surface layer portion) is preferable because it can increase the oxygen content of the phase shift film as a whole. When the oxygen content in the phase shift film and the oxygen content distribution were examined in detail, the substrate side region of the phase shift film (the base side portion and the base portion near the base portion where the phase shift film is in contact with the light transmitting substrate) 10 atomic% or less, preferably 5 atomic% or less, and more preferably less than the detection lower limit in order to detect the etching end point of EB defect correction with high accuracy. In the region other than the substrate side region of the phase shift film, it was found that the oxygen content in the substrate side region should be equal to or more than that. Here, from the viewpoint of reducing the film thickness of the phase shift film while detecting the etching end point with high accuracy, the thickness of the substrate side region serving as a reference for defining the region having an oxygen content of 10 atomic% or less is 10 nm. Is preferable, 15 nm is more preferable, and 20 nm is more preferable. When the film thickness of the phase shift film is made thin, it is effective in the formation of fine patterns on the photomask and in the reduction of bias (EMF bias) related to the electromagnetic field effect, and also defects due to pattern collapse on the mask are suppressed. The yield of the shift mask is improved. Here, the oxygen content in the substrate side region refers to the maximum value of the oxygen content across the entire substrate side region.

この構造とすることにより、EB欠陥修正におけるエッチング終点の判定時には、位相シフト膜中の基板側領域の酸素含有量は少ないため、酸素含有量が多い透光性基板と明確な差が出てエッチング終点を検出することができるようになる。一方、エッチング終点の判定に影響を与えない基板側領域以外の部分の位相シフト膜には酸素を多く含有させることで、ArF露光光に対して高い透過率で、所望の位相差を満たす位相シフト膜とすることが可能となる。   With this structure, when determining the etching end point in EB defect correction, the oxygen content in the substrate side region in the phase shift film is small, so there is a clear difference from the light transmitting substrate having a high oxygen content. It becomes possible to detect the end point. On the other hand, a large amount of oxygen is contained in the phase shift film of a portion other than the substrate side region which does not affect the determination of the etching end point, whereby a phase shift satisfying a desired phase difference with high transmittance to ArF exposure light. It becomes possible to make a film.

位相シフト膜中のケイ素(Si)の含有量に関しては、透光性基板側では多く、透光性基板とは反対側の表面側に向かって減少、特に単調に減少(表面近傍で飽和する場合を含む)する組成傾斜を持った構造とすることが望ましい。位相シフト膜の基板側領域におけるSiとOの比率が、透光性基板におけるSiとOの比率と大幅に異なっていると、EB欠陥修正におけるエッチング終点の判定が容易になる。また、従来のように、位相シフト膜の全体に渡ってケイ素(Si)の含有量が多いと、ArF露光光の吸収が大きくなってしまい、透過率10%以上で所望の位相差を持つ位相シフト膜を構成することが困難になる。一方、本実施の形態では、透光性基板側から表面側に向かってケイ素(Si)の含有量を少なくしており、これにより全体としてはケイ素の含有量を抑えることができるので、ArF露光光に対して10%以上という高い透過率を得ることが可能になる。   The content of silicon (Si) in the phase shift film is large on the side of the light transmitting substrate, and decreases toward the surface side opposite to the light transmitting substrate, particularly monotonically decreasing (when saturated near the surface) It is desirable to have a structure having a composition gradient to If the ratio of Si to O in the substrate side region of the phase shift film is significantly different from the ratio of Si to O in the light transmitting substrate, the determination of the etching end point in EB defect correction becomes easy. Also, as in the prior art, when the content of silicon (Si) is large throughout the phase shift film, the absorption of ArF exposure light becomes large, and the phase having a desired phase difference with a transmittance of 10% or more. It becomes difficult to construct a shift film. On the other hand, in the present embodiment, the content of silicon (Si) is decreased from the light transmitting substrate side toward the surface side, and as a whole, the content of silicon can be suppressed. It is possible to obtain a high transmittance of 10% or more for light.

位相シフト膜は、全体の1/2の厚さの領域で酸素含有量が10原子%以上であることが好ましい。この構造にすることにより、位相シフト膜に露光光の透過率の低い基板側領域を設けても、位相シフト膜全体で露光光に対する透過率が10%以上であり、かつ露光光に対して150度以上190度以下の範囲の位相差を生じさせる機能を持たせやすくなる。位相シフト膜における酸素含有量が10原子%以上である領域は、位相シフト膜の全体の厚さの3/5であるとより好ましく、2/3であるとさらに好ましい。位相シフト膜における酸素含有量が10原子%以上の領域は、透光性基板とは反対側の表面側からの厚さで設定することが望ましい。なお、この領域における酸素含有量とは、この領域全域に渡る酸素含有量の最小値を指す。   The phase shift film preferably has an oxygen content of 10 atomic% or more in the area of a half thickness of the whole. With this structure, even if the phase shift film is provided with a substrate side region with low transmittance of exposure light, the transmittance of the entire phase shift film to exposure light is 10% or more, and 150 for exposure light. It becomes easy to give the function to produce the phase difference within the range of not less than 190 degrees. The region of the phase shift film in which the oxygen content is 10 atomic% or more is more preferably 3⁄5, and more preferably 2⁄3 of the total thickness of the phase shift film. It is desirable to set the region in which the oxygen content in the phase shift film is 10 atomic% or more by the thickness from the surface side opposite to the light transmitting substrate. The oxygen content in this region refers to the minimum value of the oxygen content across the entire region.

位相シフト膜をできるだけ薄膜化して、露光光に対する透過率と位相差を所望の値に制御するためには、位相シフト膜の露光光に対する消衰係数kと屈折率nが、酸素(O)のみを含有させた時よりも大きくなるように、窒素(N)を含有させることが有効である。特に、位相シフト膜の基板側領域では、窒素(N)の含有量を40原子%以上、より好ましくは45原子%以上と高めて、酸素(O)含有量を下げる成分調整をすることが好ましい。さらに、このように基板側領域で窒素(N)の含有量が多いと、EB欠陥修正時のエッチング終点の検出が容易になる。また、基板側領域以外の領域では、基板側領域よりも窒素(N)の含有量を少なくすることが好ましい。   In order to make the phase shift film as thin as possible and control the transmittance and the phase difference to the exposure light to desired values, the extinction coefficient k and the refractive index n of the phase shift film to the exposure light are only oxygen (O). It is effective to contain nitrogen (N) so as to be larger than when containing. In particular, in the substrate side region of the phase shift film, it is preferable to adjust the component to lower the oxygen (O) content by increasing the content of nitrogen (N) to 40 atomic% or more, more preferably 45 atomic% or more. . Furthermore, when the content of nitrogen (N) in the substrate side region is large as described above, detection of the etching end point at the time of EB defect correction becomes easy. Further, in the region other than the substrate side region, the content of nitrogen (N) is preferably smaller than that in the substrate side region.

また、位相シフト膜を形成する材料におけるM/[M+Si]比率は、少なくとも15%以下であることが求められる。位相シフト膜のM/[M+Si]比率を15%よりも大きくすると、位相シフト膜の消衰係数が高くなりすぎて、ArF露光光に対する位相シフト膜の透過率を10%以上にすることが難しくなる。また、位相シフト膜のArF耐性(ArF露光光に対する積算照射量耐性)も低下する。   Further, the M / [M + Si] ratio in the material forming the phase shift film is required to be at least 15% or less. If the M / [M + Si] ratio of the phase shift film is larger than 15%, the extinction coefficient of the phase shift film becomes too high, making it difficult to set the transmittance of the phase shift film to ArF exposure light to 10% or more Become. In addition, the ArF resistance of the phase shift film (the integrated irradiation amount resistance to ArF exposure light) also decreases.

なお、位相シフト膜は、材料中に金属、ケイ素、窒素および酸素に加え、これらの主構成元素以外の元素を含有させた場合であっても、位相シフト膜における主構成元素以外の元素の合計含有量が10原子%以下の範囲であれば、許容できる。この範囲であれば、位相シフト膜の光学的な諸特性やEB欠陥修正に関連する諸特性に対する影響は小さいためである。   The phase shift film is a total of elements other than the main constituent elements in the phase shift film even when the material contains, in addition to metals, silicon, nitrogen and oxygen, elements other than these main constituent elements. It is acceptable if the content is in the range of 10 atomic% or less. Within this range, the optical characteristics of the phase shift film and the characteristics related to EB defect correction are small.

次に、マスクブランクの全体構成を、図1を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るマスクブランク100の構成を示す断面図である。図1に示す本発明のマスクブランク100は、透光性基板1上に、位相シフト膜2、遮光膜3およびハードマスク膜4がこの順に積層された構造を有する。
Next, the entire configuration of the mask blank will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a mask blank 100 according to an embodiment of the present invention. The mask blank 100 of the present invention shown in FIG. 1 has a structure in which a phase shift film 2, a light shielding film 3 and a hard mask film 4 are laminated in this order on a light transmitting substrate 1.

透光性基板1は、合成石英ガラスの他、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)などで形成することができる。これらの中でも、合成石英ガラスは、ArF露光光に対する透過率が高く、変形を起こしにくい十分な剛性も有するため、マスクブランクの透光性基板を形成する材料として特に好ましい。 The translucent substrate 1 can be formed of quartz glass, aluminosilicate glass, soda lime glass, low thermal expansion glass (SiO 2 -TiO 2 glass, etc.), etc. in addition to synthetic quartz glass. Among these, synthetic quartz glass is particularly preferable as a material for forming a light-transmissive substrate of a mask blank because it has high transmittance to ArF exposure light and sufficient rigidity not to cause deformation.

位相シフト膜2は、透光性基板1の表面に接して形成されていることが好ましい。EB欠陥修正時において、透光性基板1と位相シフト膜2の間にEB欠陥修正がしにくい材料からなる膜(例えば、クロム系材料の膜)がない方が好ましいためである。   The phase shift film 2 is preferably formed in contact with the surface of the translucent substrate 1. This is because it is preferable that there is no film (for example, a film of a chromium-based material) made of a material which is difficult to correct for the EB defect between the light transmitting substrate 1 and the phase shift film 2 at the EB defect correction.

位相シフト膜2の材料は、前記組成比を有する金属シリサイド酸窒化物である。
また、位相シフト膜2の膜厚は、少なくとも90nm以下にすることが好ましい。薄膜化を行うと、EMFバイアスを小さくすることができるためである。このため、位相シフト膜2の厚さは、85nm以下であることがさらに好ましく、80nm以下であるとより好ましい。また、位相シフト膜の膜厚をこのような薄膜にすることにより、マスク上のパターン倒壊による不良が抑制され、位相シフトマスクの歩留まりが向上する。
The material of the phase shift film 2 is a metal silicide oxynitride having the above composition ratio.
The film thickness of the phase shift film 2 is preferably at least 90 nm or less. This is because EMF bias can be reduced by thinning the film. Therefore, the thickness of the phase shift film 2 is more preferably 85 nm or less, and more preferably 80 nm or less. Further, by making the film thickness of the phase shift film such a thin film, defects due to the pattern collapse on the mask are suppressed, and the yield of the phase shift mask is improved.

位相シフト膜2の屈折率や消衰係数は、組成傾斜の材料であるため、一般的に、膜厚方向に対して分布を持つが、位相シフト膜2が前記の光学特性と膜の厚さに係る諸条件を満たすようにするためには、屈折率と消衰係数を膜厚方向に対する平均値で表して、その値を所定の範囲に収めることが望ましい。ここでは、その膜厚方向に対して単純平均を取った屈折率や消衰係数を、平均屈折率naveおよび平均消衰係数kaveと呼ぶことにすると、位相シフト膜2の露光光(ArF露光光)に対する平均屈折率naveは、下限値として1.9以上であると好ましく、2.0以上であるとより好ましい。また、位相シフト膜2の平均屈折率naveの上限値としては、3.1以下であると好ましく、2.7以下であるとより好ましい。位相シフト膜2のArF露光光に対する平均消衰係数kaveの下限値は、0.26以上であると好ましく、0.29以上であるとより好ましい。また、位相シフト膜2の平均消衰係数kaveの上限値は、0.62以下であると好ましく、0.54以下であるとより好ましい。 The refractive index and extinction coefficient of the phase shift film 2 generally have a distribution in the film thickness direction because they are materials with compositional gradients, but the phase shift film 2 has the above-described optical characteristics and film thickness. In order to satisfy the various conditions, it is desirable that the refractive index and the extinction coefficient be represented by an average value in the film thickness direction, and the values be within a predetermined range. Here, when the refractive index and extinction coefficient obtained by taking a simple average in the film thickness direction are referred to as average refractive index n ave and average extinction coefficient k ave , the exposure light of the phase shift film 2 (ArF The average refractive index n ave for the exposure light) is preferably 1.9 or more as a lower limit value, and more preferably 2.0 or more. The upper limit value of the average refractive index n ave of the phase shift film 2 is preferably 3.1 or less, and more preferably 2.7 or less. The lower limit value of the average extinction coefficient k ave of the phase shift film 2 to ArF exposure light is preferably 0.26 or more, and more preferably 0.29 or more. The upper limit value of the average extinction coefficient k ave of the phase shift film 2 is preferably 0.62 or less, and more preferably 0.54 or less.

位相シフト膜2を含む薄膜の屈折率と消衰係数は、その薄膜の組成だけで決まるものではない。その薄膜の膜密度や結晶状態なども屈折率や消衰係数を左右する要素である。このため、反応性スパッタリングで薄膜を成膜する時の諸条件を調整して、その薄膜が所望の屈折率および消衰係数となるように成膜する。位相シフト膜2を、上記の屈折率naveと消衰係数kaveの範囲にするには、反応性スパッタリングで成膜する際に、希ガスと反応性ガス(酸素ガス、窒素ガス等)の混合ガスの比率を調整することが有効であるが、それだけに限られることではない。反応性スパッタリングで成膜する際における成膜室内の圧力、スパッタターゲットに印加する電力、ターゲットと透光性基板1との間の距離等の位置関係など多岐に渡る。また、これらの成膜条件は成膜装置に固有のものであり、形成される位相シフト膜2が所望の屈折率naveおよび消衰係数kaveになるように適宜調整されるものである。 The refractive index and extinction coefficient of the thin film including the phase shift film 2 are not determined only by the composition of the thin film. The film density and crystalline state of the thin film are also factors that influence the refractive index and extinction coefficient. Therefore, the conditions for forming a thin film by reactive sputtering are adjusted, and the thin film is formed to have a desired refractive index and extinction coefficient. In order to make the phase shift film 2 have a range of the above-mentioned refractive index n ave and extinction coefficient k ave , when forming a film by reactive sputtering, a rare gas and a reactive gas (oxygen gas, nitrogen gas, etc.) It is effective to adjust the ratio of mixed gas, but it is not limited thereto. When forming a film by reactive sputtering, the pressure, the electric power applied to the sputtering target, the positional relationship such as the distance between the target and the light-transmitting substrate 1, etc., are diverse. Further, these film forming conditions are specific to the film forming apparatus, and are appropriately adjusted so that the phase shift film 2 to be formed has desired refractive index n ave and extinction coefficient k ave .

位相シフト膜2は、スパッタリング法によって形成されるが、反応性ガスなどの添加ガスの流量を適宜時間的に変化させてスパッタリングを行って、形成される位相シフト膜2に前述の組成傾斜を持たせる。ここで、スパッタリング法としては、DCスパッタリング、RFスパッタリングおよびイオンビームスパッタリングなどのいずれのスパッタリング法も適用可能である。傾斜組成の制御性の観点からは、DCスパッタリングを適用することが望ましく、導電性が低いターゲットを用いる場合においては、RFスパッタリングやイオンビームスパッタリングを適用することが好ましい。成膜レートを考慮した場合には、RFスパッタリングを適用することが好ましい。   The phase shift film 2 is formed by sputtering, but sputtering is performed by appropriately changing the flow rate of an additive gas such as a reactive gas temporally, and the phase shift film 2 to be formed has the above-described composition inclination. Let Here, as the sputtering method, any sputtering method such as DC sputtering, RF sputtering and ion beam sputtering can be applied. From the viewpoint of controllability of the gradient composition, it is desirable to apply DC sputtering, and in the case of using a target with low conductivity, it is preferable to apply RF sputtering or ion beam sputtering. When the deposition rate is considered, it is preferable to apply RF sputtering.

位相シフト膜2は、表層にその表層を除いた部分の位相シフト膜よりも酸素含有量が多い層(以下、単に「表面酸化層」という。)を有することが望ましい。表層に酸素含有量が多い層を有する位相シフト膜2は、マスク作製プロセス時の洗浄工程や位相シフトマスクの繰り返し使用時に行われるマスク洗浄で使用される洗浄液に対する耐性が高い。位相シフト膜2の表面酸化層を形成する方法としては、種々の酸化処理が適用可能である。この酸化処理としては、例えば、大気中などの酸素を含有する気体中における加熱処理、酸素を含有する気体中におけるフラッシュランプ等による光照射処理、オゾンや酸素プラズマを最上層に接触させる処理などが挙げられる。特に、位相シフト膜2の膜応力を低減する作用も同時に得られる加熱処理やフラッシュランプ等による光照射処理を用いて、位相シフト膜2に表面酸化層を形成することが好ましい。位相シフト膜2の表面酸化層は、厚さが1nm以上であることが好ましく、1.5nm以上であるとより好ましい。また、位相シフト膜2の表面酸化層は、厚さが5nm以下であることが好ましく、3nm以下であるとより好ましい。   It is desirable that the phase shift film 2 has a layer having a higher oxygen content than the phase shift film of the portion excluding the surface layer (hereinafter, simply referred to as “surface oxide layer”). The phase shift film 2 having a layer with a high oxygen content in the surface layer is highly resistant to the cleaning process used in the mask manufacturing process and the mask cleaning used in the repeated use of the phase shift mask. Various oxidation treatments can be applied as a method of forming the surface oxide layer of the phase shift film 2. As this oxidation treatment, for example, heat treatment in a gas containing oxygen such as in the atmosphere, light irradiation treatment with a flash lamp or the like in a gas containing oxygen, treatment to bring ozone or oxygen plasma into contact with the uppermost layer, etc. It can be mentioned. In particular, it is preferable to form a surface oxide layer on the phase shift film 2 by using a heat treatment which simultaneously obtains an effect of reducing the film stress of the phase shift film 2 and a light irradiation process using a flash lamp or the like. The surface oxide layer of the phase shift film 2 preferably has a thickness of 1 nm or more, and more preferably 1.5 nm or more. The surface oxide layer of the phase shift film 2 preferably has a thickness of 5 nm or less, more preferably 3 nm or less.

マスクブランク100は、位相シフト膜2上に遮光膜3を備える。一般に、バイナリ型の転写用マスクでは、転写用パターンが形成される領域(転写用パターン形成領域)の外周領域は、露光装置を用いて半導体ウェハ上のレジスト膜に露光転写した際に外周領域を透過した露光光による影響をレジスト膜が受けないように、所定値以上の光学濃度(OD)を確保することが求められている。この点については、位相シフトマスクの場合も同じである。通常、位相シフトマスクを含む転写用マスクの外周領域では、ODが3.0以上あると望ましいとされており、少なくとも2.8以上は必要とされている。位相シフト膜2は所定の透過率で露光光を透過する機能を有しており、位相シフト膜2だけでは外周領域で要求される所定値の光学濃度を確保することは困難である。このため、マスクブランク100を製造する段階で、位相シフト膜2の上に不足する光学濃度を確保するための遮光膜3を積層しておくことが必要である。このようなマスクブランク100の構成とすることで、位相シフトマスク200(図2参照)を製造する途上で、位相シフト効果を使用する領域(基本的に転写用パターン形成領域)の遮光膜3を除去すれば、外周領域に所定値の光学濃度が確保された位相シフトマスク200を製造することができる。
なお、光学濃度ODは、対象とする膜に入射する光の強度をI、その膜を透過してきた光の強度をIとした時に、
OD=−log10(I/I
で定義される。
The mask blank 100 includes the light shielding film 3 on the phase shift film 2. Generally, in the case of a binary transfer mask, the outer peripheral area of the area (transfer pattern forming area) where the transfer pattern is formed is exposed and transferred to a resist film on a semiconductor wafer using an exposure apparatus. It is required to secure an optical density (OD) equal to or greater than a predetermined value so that the resist film is not affected by the transmitted exposure light. In this respect, the same applies to the phase shift mask. Generally, in the outer peripheral region of the transfer mask including the phase shift mask, it is desirable that the OD be 3.0 or more, and at least 2.8 or more is required. The phase shift film 2 has a function of transmitting exposure light with a predetermined transmittance, and it is difficult to secure an optical density of a predetermined value required in the outer peripheral area by the phase shift film 2 alone. For this reason, it is necessary to laminate the light shielding film 3 for securing the insufficient optical density on the phase shift film 2 at the stage of manufacturing the mask blank 100. With such a configuration of the mask blank 100, while manufacturing the phase shift mask 200 (see FIG. 2), the light shielding film 3 in the area (basically the transfer pattern formation area) using the phase shift effect is used. If removed, it is possible to manufacture the phase shift mask 200 in which the optical density of the predetermined value is secured in the outer peripheral region.
The optical density OD is the intensity of light incident on the film in question when the I 0, the intensity of light having passed through the membrane was I,
OD = −log 10 (I / I 0 )
Defined by

遮光膜3は、単層構造および2層以上の積層構造のいずれも適用可能である。また、単層構造の遮光膜および2層以上の積層構造の遮光膜の各層は、膜または層の厚さ方向でほぼ同じ組成である構成であっても、層の厚さ方向で組成傾斜した構成であってもよい。   The light shielding film 3 may have any one of a single layer structure and a laminated structure of two or more layers. In addition, each layer of the light-shielding film having a single-layer structure and the light-shielding film having a laminated structure of two or more layers has a composition inclination in the thickness direction of the layer even if it has substantially the same composition in the thickness direction of the film or layer It may be a configuration.

図1に記載のマスクブランク100は、位相シフト膜2の上に、他の膜を介さずに遮光膜3を積層した構成となっている。この構成の場合の遮光膜3では、位相シフト膜2にパターンを形成する際に用いられるエッチングガスに対して十分なエッチング選択性を有する材料を適用する必要がある。   The mask blank 100 described in FIG. 1 has a configuration in which the light shielding film 3 is laminated on the phase shift film 2 without passing another film. In the light shielding film 3 in this configuration, it is necessary to apply a material having sufficient etching selectivity to the etching gas used when forming a pattern on the phase shift film 2.

この場合の遮光膜3は、クロムを含有する材料で形成することが好ましい。遮光膜3を形成するクロムを含有する材料としては、クロム金属の他、クロム(Cr)に酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)、ホウ素(B)およびフッ素(F)から選ばれる1つ以上の元素を含有する材料が挙げられる。一般に、クロム系材料は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスでエッチングされるが、クロム金属はこのエッチングガスに対するエッチングレートがあまり高くない。塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスのエッチングガスに対するエッチングレートを高める点を考慮すると、遮光膜3を形成する材料としては、クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素およびフッ素から選ばれる1つ以上の元素を含有する材料が好ましい。また、遮光膜を形成するクロムを含有する材料にモリブデン(Mo)、インジウム(In)およびスズ(Sn)のうち1つ以上の元素を含有させてもよい。モリブデン、インジウムおよびスズのうち1つ以上の元素を含有させることで、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスに対するエッチングレートをより速くすることができる。   In this case, the light shielding film 3 is preferably formed of a material containing chromium. In addition to chromium metal, chromium (Cr) is selected from oxygen (O), nitrogen (N), carbon (C), boron (B) and fluorine (F) as a material containing chromium which forms the light shielding film 3 And materials containing one or more elements. Generally, chromium-based materials are etched with a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas, but chromium metal does not have a very high etching rate for this etching gas. In view of enhancing the etching rate of the mixed gas of chlorine gas and oxygen gas to the etching gas, as a material for forming the light shielding film 3, one or more selected from chromium, oxygen, nitrogen, carbon, boron and fluorine Materials containing elements are preferred. In addition, one or more elements of molybdenum (Mo), indium (In) and tin (Sn) may be contained in the chromium-containing material forming the light shielding film. By containing one or more elements of molybdenum, indium and tin, the etching rate to the mixed gas of chlorine gas and oxygen gas can be made faster.

なお、本発明のマスクブランクは、図1に示したものに限定されるものではなく、位相シフト膜2と遮光膜3の間に別の膜(エッチングストッパ膜)を介するように構成してもよい。この場合においては、前記のクロムを含有する材料でエッチングストッパ膜を形成し、ケイ素を含有する材料で遮光膜3を形成する構成とすることが好ましい。   The mask blank of the present invention is not limited to the one shown in FIG. 1, and another film (etching stopper film) may be interposed between the phase shift film 2 and the light shielding film 3. Good. In this case, it is preferable that the etching stopper film is formed of the above-described chromium-containing material, and the light shielding film 3 is formed of the silicon-containing material.

遮光膜3を形成するケイ素を含有する材料には、遷移金属を含有させてもよく、遷移金属以外の金属元素を含有させてもよい。遮光膜3に形成されるパターンは、基本的に外周領域の遮光帯パターンであり、転写用パターン領域に比べてArF露光光の積算照射量が少ないことや、この外周領域に微細パターンが配置されていることは稀であり、ArF耐光性が低くても実質的な問題が生じにくいためである。また、遮光膜3に遷移金属を含有させると、含有させない場合に比べて遮光性能が大きく向上し、遮光膜3の厚さを薄くすることが可能となるためである。遮光膜3に含有させる遷移金属としては、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、パラジウム(Pd)等のいずれか1つの金属またはこれらの金属の合金が挙げられる。   The material containing silicon that forms the light shielding film 3 may contain a transition metal or may contain a metal element other than the transition metal. The pattern formed on the light shielding film 3 is basically the light shielding zone pattern of the outer peripheral area, and the integrated irradiation amount of ArF exposure light is smaller than that of the transfer pattern area, and the fine pattern is arranged in the outer peripheral area. Is rare, and even if ArF light resistance is low, no substantial problems occur. Further, when a transition metal is contained in the light shielding film 3, the light shielding performance is largely improved as compared with the case where the transition metal is not contained, and the thickness of the light shielding film 3 can be reduced. As a transition metal to be contained in the light shielding film 3, molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), chromium (Cr), hafnium (Hf), nickel (Ni), vanadium (V) And any one metal such as zirconium (Zr), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), niobium (Nb), palladium (Pd) or an alloy of these metals.

本実施の形態では、遮光膜3の上に積層したハードマスク膜4を、遮光膜3をエッチングする時に用いられるエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料で形成している。これにより、以下に述べるように、レジスト膜を遮光膜3のマスクとして直接用いる場合よりもレジストの膜の厚さを大幅に薄くすることができる。   In the present embodiment, the hard mask film 4 stacked on the light shielding film 3 is formed of a material having etching selectivity to an etching gas used when the light shielding film 3 is etched. Thus, as described below, the thickness of the resist film can be made significantly thinner than when the resist film is used directly as a mask for the light shielding film 3.

遮光膜3は、所定の光学濃度を確保して十分な遮光機能を有する必要があるため、その厚さの低減には限界がある。一方、ハードマスク膜4は、その直下の遮光膜3にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能することができるだけの膜厚があれば十分であり、基本的に光学面での制限を受けない。このため、ハードマスク膜4の厚さは遮光膜3の厚さに比べて大幅に薄くすることができる。そして、有機系材料のレジスト膜は、このハードマスク膜4にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能するだけの膜厚があれば十分であるので、レジスト膜を遮光膜3のマスクとして直接用いる場合よりもレジスト膜の厚さを大幅に薄くすることができる。このようにレジスト膜を薄膜化できるため、レジスト解像度を向上できるとともに、形成されるパターンの倒壊を防止することができる。このように、遮光膜3上に積層したハードマスク膜4を上述の材料で形成することが好ましいが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、マスクブランク100において、遮光膜3上にレジストパターンを直接形成し、そのパターンをマスクにして遮光膜3のエッチングを直接行うようにしてもよい。   Since the light shielding film 3 needs to have a sufficient light shielding function by securing a predetermined optical density, there is a limit to the reduction of the thickness. On the other hand, it is sufficient for the hard mask film 4 to have a film thickness that can function as an etching mask until dry etching for forming a pattern in the light shielding film 3 immediately below it is completed, basically the optical surface Not subject to Therefore, the thickness of the hard mask film 4 can be made much thinner than the thickness of the light shielding film 3. The resist film of the organic material only needs to have a film thickness enough to function as an etching mask until dry etching for forming a pattern on the hard mask film 4 is completed. The thickness of the resist film can be made much thinner than in the case of using it directly as the third mask. Thus, since the resist film can be thinned, resist resolution can be improved and collapse of the formed pattern can be prevented. Thus, although it is preferable to form the hard mask film 4 laminated on the light shielding film 3 using the above-mentioned material, the present invention is not limited to this embodiment, and in the mask blank 100, the light shielding film A resist pattern may be directly formed on the surface 3 and the light shielding film 3 may be directly etched using the pattern as a mask.

このハードマスク膜4は、遮光膜3がクロムを含有する材料で形成されている場合は、前記のケイ素を含有する材料で形成されることが好ましい。ここで、この場合のハードマスク膜4は、有機系材料のレジスト膜との密着性が低い傾向があるため、ハードマスク膜4の表面をHMDS(Hexamethyldisilazane)処理を施し、表面の密着性を向上させることが好ましい。なお、この場合のハードマスク膜4は、SiO、SiN、SiON等で形成されるとより好ましい。 When the light shielding film 3 is formed of a material containing chromium, the hard mask film 4 is preferably formed of the above-described material containing silicon. Here, since the hard mask film 4 in this case tends to have low adhesion to the resist film of an organic material, the surface of the hard mask film 4 is subjected to HMDS (hexamethyldisilazane) treatment to improve the surface adhesion. It is preferable to The hard mask film 4 in this case is more preferably formed of SiO 2 , SiN, SiON or the like.

また、遮光膜3がクロムを含有する材料で形成されている場合におけるハードマスク膜4の材料として、前記の他、タンタルを含有する材料も適用可能である。この場合におけるタンタルを含有する材料としては、タンタル金属の他、タンタルに窒素、酸素、ホウ素および炭素から選らばれる1つ以上の元素を含有させた材料などが挙げられる。例えば、Ta、TaN、TaO、TaON、TaBN、TaBO、TaBON、TaCN、TaCO、TaCON、TaBCN、TaBOCNなどが挙げられる。
また、ハードマスク膜4は、遮光膜3がケイ素を含有する材料で形成されている場合、前記のクロムを含有する材料で形成されることが好ましい。
In addition to the above, a material containing tantalum is also applicable as the material of the hard mask film 4 in the case where the light shielding film 3 is formed of a material containing chromium. The material containing tantalum in this case includes, in addition to tantalum metal, a material in which tantalum contains one or more elements selected from nitrogen, oxygen, boron and carbon. For example, Ta, TaN, TaO, TaON, TaBN, TaBO, TaBON, TaCN, TaCO, TaCON, TaBCN, TaBOCN etc. may be mentioned.
When the light shielding film 3 is formed of a material containing silicon, the hard mask film 4 is preferably formed of the above-described material containing chromium.

マスクブランク100において、ハードマスク膜4の表面に接して、有機系材料のレジスト膜が100nm以下の膜厚で形成されていることが好ましい。DRAM hp32nm世代に対応する微細パターンの場合、ハードマスク膜4に形成すべき転写用パターン(位相シフトパターン)に、線幅が40nmのSRAF(Sub−Resolution Assist Feature)が設けられることがある。このような場合でも、レジストパターンの断面アスペクト比は1:2.5と低くなるので、レジスト膜の現像時、リンス時等でレジストパターンが倒壊することや剥がれることが抑制される。なお、レジスト膜の膜厚は、80nm以下であると、レジストパターンの倒壊や剥がれがさらに抑制されるため、より好ましい。   In the mask blank 100, it is preferable that a resist film of an organic material be formed in a film thickness of 100 nm or less in contact with the surface of the hard mask film 4. In the case of a fine pattern corresponding to the DRAM hp 32 nm generation, a transfer pattern (phase shift pattern) to be formed on the hard mask film 4 may be provided with SRAF (Sub-Resolution Assist Feature) having a line width of 40 nm. Even in such a case, since the cross-sectional aspect ratio of the resist pattern is as low as 1: 2.5, collapse or peeling of the resist pattern at the time of development, rinse, etc. of the resist film is suppressed. In addition, since the film thickness of a resist film is 80 nm or less, since collapse and peeling of a resist pattern are further suppressed, it is more preferable.

[位相シフトマスクとその製造]
この実施形態の位相シフトマスク200は、マスクブランク100の位相シフト膜2に転写用パターン(位相シフトパターン)が形成され、遮光膜3に遮光帯パターンが形成されていることを特徴としている。マスクブランク100にハードマスク膜4が設けられている構成の場合、この位相シフトマスク200の作製途上でハードマスク膜4は除去される。
[Phase shift mask and its manufacture]
The phase shift mask 200 of this embodiment is characterized in that a transfer pattern (phase shift pattern) is formed on the phase shift film 2 of the mask blank 100 and a light shielding band pattern is formed on the light shielding film 3. In the case of the configuration in which the hard mask film 4 is provided on the mask blank 100, the hard mask film 4 is removed during the production of the phase shift mask 200.

本発明に係る位相シフトマスクの製造方法は、前記のマスクブランク100を用いるものであり、ドライエッチングにより遮光膜3に転写用パターンを形成する工程と、転写用パターンを有する遮光膜3をマスクとするドライエッチングにより位相シフト膜2に転写用パターンを形成する工程と、遮光帯パターンを有するレジスト膜6bをマスクとするドライエッチングにより遮光膜3に遮光帯パターンを形成する工程とを備えることを特徴としている。以下、図2に示す製造工程にしたがって、本発明の位相シフトマスク200の製造方法を説明する。なお、ここでは、遮光膜3の上にハードマスク膜4が積層したマスクブランク100を用いた位相シフトマスク200の製造方法について説明する。また、遮光膜3にはクロムを含有する材料を適用し、ハードマスク膜4にはケイ素を含有する材料を適用している場合について説明する。   The method for producing a phase shift mask according to the present invention uses the mask blank 100 described above, and the step of forming a transfer pattern on the light shielding film 3 by dry etching, and the light shielding film 3 having the transfer pattern Forming a transfer pattern on the phase shift film 2 by dry etching, and forming a light shielding zone pattern on the light shielding film 3 by dry etching using the resist film 6b having the light shielding zone pattern as a mask. And Hereinafter, the method for manufacturing the phase shift mask 200 of the present invention will be described according to the manufacturing steps shown in FIG. Here, a method of manufacturing the phase shift mask 200 using the mask blank 100 in which the hard mask film 4 is stacked on the light shielding film 3 will be described. Further, the case where a material containing chromium is applied to the light shielding film 3 and a material containing silicon is applied to the hard mask film 4 will be described.

まず、マスクブランク100におけるハードマスク膜4に接して、レジスト膜をスピン塗布法によって形成する。次に、レジスト膜に対して、位相シフト膜に形成すべき転写用パターン(位相シフトパターン)である第1のパターンを電子線で露光描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行い、位相シフトパターンを有する第1のレジストパターン5aを形成する(図2(a)参照)。続いて、第1のレジストパターン5aをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングを行い、ハードマスク膜4に第1のパターン(ハードマスクパターン4a)を形成する(図2(b)参照)。   First, a resist film is formed by spin coating in contact with the hard mask film 4 in the mask blank 100. Next, a first pattern, which is a transfer pattern (phase shift pattern) to be formed on the phase shift film, is exposed and drawn on the resist film with an electron beam, and further predetermined processing such as development processing is performed, A first resist pattern 5a having a shift pattern is formed (see FIG. 2A). Subsequently, dry etching using a fluorine-based gas is performed using the first resist pattern 5a as a mask to form a first pattern (hard mask pattern 4a) on the hard mask film 4 (see FIG. 2B). .

次に、レジストパターン5aを除去してから、ハードマスクパターン4aをマスクとして、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第1のパターン(遮光パターン3a)を形成する(図2(c)参照)。続いて、遮光パターン3aをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングを行い、位相シフト膜2に第1のパターン(位相シフトパターン2a)を形成し、かつ同時にハードマスクパターン4aも除去する(図2(d)参照)。   Next, after the resist pattern 5a is removed, dry etching using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas is performed using the hard mask pattern 4a as a mask to form a first pattern (light shielding pattern 3a) on the light shielding film 3. (See FIG. 2 (c)). Subsequently, dry etching using a fluorine-based gas is performed using the light shielding pattern 3a as a mask to form a first pattern (phase shift pattern 2a) on the phase shift film 2 and simultaneously remove the hard mask pattern 4a See FIG. 2 (d)).

次に、マスクブランク100上にレジスト膜をスピン塗布法によって形成する。その後、レジスト膜に対して、遮光膜3に形成すべきパターン(遮光帯パターンあるいは遮光帯を含む遮光パターン)である第2のパターンを電子線で露光描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行い、遮光パターンを有する第2のレジストパターン6bを形成する(図2(e)参照)。ここで、第2のパターンは比較的大きなパターンなので、電子線を用いた露光描画に換えて、スループットの高いレーザー描画装置によるレーザー光を用いた露光描画とすることも可能である。   Next, a resist film is formed on the mask blank 100 by spin coating. Thereafter, on the resist film, a second pattern, which is a pattern to be formed on the light shielding film 3 (a light shielding zone pattern or a light shielding pattern including a light shielding zone) is exposed and drawn with an electron beam, and further predetermined processing such as development processing To form a second resist pattern 6b having a light shielding pattern (see FIG. 2E). Here, since the second pattern is a relatively large pattern, instead of exposure drawing using an electron beam, it is possible to use exposure drawing using a laser beam by a laser drawing apparatus with high throughput.

続いて、第2のレジストパターン6bをマスクとして、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第2のパターン(遮光パターン3b)を形成する(図2(f)参照)。さらに、第2のレジストパターン6bを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、位相シフトマスク200を得る(図2(g)参照)。   Subsequently, dry etching using a mixed gas of chlorine gas and oxygen gas is performed using the second resist pattern 6b as a mask to form a second pattern (light shielding pattern 3b) on the light shielding film 3 (FIG. f) see). Further, the second resist pattern 6b is removed, and after predetermined processing such as cleaning, the phase shift mask 200 is obtained (see FIG. 2 (g)).

前記のドライエッチングで使用される塩素系ガスとしては、塩素(Cl)が含まれていれば特に制限はない。例えば、Cl、SiCl、CHCl、CHCl、BCl等が挙げられる。また、前記のドライエッチングで使用されるフッ素系ガスとしては、フッ素(F)が含まれていれば特に制限はない。例えば、CHF、CF、C、C、SF等が挙げられる。特に、Cを含まないフッ素系ガスは、ガラス基板に対するエッチングレートが比較的低いため、ガラス基板へのダメージをより小さくすることができる。 The chlorine-based gas used in the above-mentioned dry etching is not particularly limited as long as it contains chlorine (Cl). For example, Cl 2, SiCl 2, CHCl 3, CH 2 Cl 2, BCl 3 and the like. The fluorine-based gas used in the above-mentioned dry etching is not particularly limited as long as it contains fluorine (F). For example, CHF 3 , CF 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , SF 6 and the like can be mentioned. In particular, a fluorine-based gas not containing C has a relatively low etching rate to the glass substrate, and thus damage to the glass substrate can be further reduced.

本発明の位相シフトマスク200は、前記のマスクブランク100を用いて作製されたものである。このため、転写用パターンが形成された位相シフト膜(位相シフトパターン)はArF露光光に対する透過率が10%以上であり、かつ位相シフトパターンを透過した露光光と位相シフトパターンの厚さと同じ距離だけ空気中を通過した露光光との間における位相差が150度以上190度の範囲内となっており、高い位相シフト効果を生じさせることができる。それに加え、位相シフトマスク200の製造工程の途上で行われるマスク検査で発見された黒欠陥に対するEB欠陥修正時において、エッチング終点を比較的容易に検出することができる。   The phase shift mask 200 of the present invention is manufactured using the mask blank 100 described above. Therefore, the phase shift film (phase shift pattern) on which the transfer pattern is formed has a transmittance of 10% or more to ArF exposure light, and the same distance as the thickness of the phase shift pattern and the exposure light transmitted through the phase shift pattern. The phase difference between the exposure light passing through the air and the exposure light is in the range of 150 degrees to 190 degrees, and a high phase shift effect can be produced. In addition, the etching end point can be detected relatively easily at the time of EB defect correction for the black defect found in the mask inspection performed in the process of manufacturing the phase shift mask 200.

[半導体デバイスの製造]
本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記の位相シフトマスク200または前記のマスクブランク100を用いて製造された位相シフトマスク200を用い、半導体基板上のレジスト膜に転写用パターンを露光転写することを特徴としている。本発明の位相シフトマスク200は高い位相シフト効果を生じさせるため、本発明の位相シフトマスク200を用いて半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写すると、半導体デバイス上のレジスト膜に設計仕様を十分に満たす精度でパターンを形成することができる。また、その製造途上で黒欠陥部分をEB欠陥修正で修正した位相シフトマスクを用いて半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した場合においても、その位相シフトマスクの黒欠陥が存在していたパターン部分に対応する半導体デバイス上のレジスト膜に転写不良が発生することを防止できる。このため、このレジストパターンをマスクとして、被加工膜をドライエッチングして回路パターンを形成した場合、精度不足や転写不良に起因する配線短絡や断線のない高精度で歩留まりの高い回路パターンを形成することができる。
[Manufacturing of semiconductor devices]
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a transfer pattern is exposed and transferred onto a resist film on a semiconductor substrate using the phase shift mask 200 manufactured using the phase shift mask 200 described above or the mask blank 100 described above. It is characterized by Since the phase shift mask 200 of the present invention produces a high phase shift effect, when the exposure transfer to the resist film on the semiconductor device is carried out using the phase shift mask 200 of the present invention, the design specification is sufficient for the resist film on the semiconductor device The pattern can be formed with the accuracy of filling. In addition, even when the black defect portion is exposed and transferred onto the resist film on the semiconductor device using the phase shift mask in which the black defect portion is corrected by EB defect correction in the process of manufacture, the pattern portion where the black defect of the phase shift mask existed. Can be prevented from occurring in the resist film on the semiconductor device corresponding to. Therefore, when the circuit pattern is formed by dry etching the film to be processed using this resist pattern as a mask, a highly accurate and high yield circuit pattern is formed without wiring shorts or disconnections caused by insufficient accuracy or transfer defects. be able to.

以下、実施例により、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。
(実施例1)
[マスクブランクの製造]
主表面の寸法が約152mm×約152mmで、厚さが約6.35mmの合成石英ガラスからなる透光性基板1を準備した。この透光性基板1は、端面および主表面を所定の表面粗さ以下(一辺が1μmの四角形の内側領域で算出される自乗平均平方根粗さRqで0.2nm以下)になるように研磨され、その後、所定の洗浄処理および乾燥処理を施されたものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be more specifically described by way of examples.
Example 1
[Manufacturing of mask blanks]
A translucent substrate 1 made of synthetic quartz glass having dimensions of the main surface of about 152 mm × about 152 mm and a thickness of about 6.35 mm was prepared. This light-transmissive substrate 1 is polished so that the end face and the main surface have a predetermined surface roughness or less (0.2 nm or less at the root-mean-square roughness Rq calculated in the inner region of one side of 1 μm). , And then subjected to predetermined cleaning treatment and drying treatment.

次に、枚葉式DCスパッタリング装置内に透光性基板1を設置し、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)との混合ターゲット(Mo:Si=8原子%:92原子%)を用い、アルゴン(Ar)、窒素(N)、酸素(O)およびヘリウム(He)の混合ガスをスパッタリングガスとする反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、透光性基板1上に、モリブデン、ケイ素、窒素および酸素からなる位相シフト膜2(MoSiON膜)を74nmの厚さで形成した。ここで、位相シフト膜2が、所望の組成傾斜を持った膜になるように、酸素ガスの流量を時間的に変化させた。以上の手順により、透光性基板1の表面に接して組成傾斜を持つ単層の位相シフト膜2を74nmの厚さで形成した。 Next, the translucent substrate 1 is placed in a single-wafer DC sputtering apparatus, and a mixed target of molybdenum (Mo) and silicon (Si) (Mo: Si = 8 atomic%: 92 atomic%) is used, and argon is used. Molybdenum, silicon, nitrogen on the light-transmissive substrate 1 by reactive sputtering (DC sputtering) using a mixed gas of (Ar), nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ) and helium (He) as a sputtering gas And a phase shift film 2 (MoSiON film) made of oxygen with a thickness of 74 nm. Here, the flow rate of oxygen gas was temporally changed such that the phase shift film 2 became a film having a desired compositional gradient. According to the above-described procedure, a single-layer phase shift film 2 having a composition gradient is formed in contact with the surface of the light-transmissive substrate 1 to a thickness of 74 nm.

次に、この位相シフト膜2が形成された透光性基板1に対して、位相シフト膜2の膜応力を低減するため、および表層に洗浄耐性の高い酸化層を形成するための加熱処理を行った。具体的には、加熱炉(電気炉)を用いて、大気中で加熱温度を450℃、加熱時間を1時間として、加熱処理を行った。別の透光性基板1の主表面に対して、同条件で位相シフト膜2を成膜し、加熱処理を行ったものを準備した。
位相シフト量測定装置(レーザーテック社製 MPM193)を用いて、その位相シフト膜2の波長193nmの光に対する透過率と位相差を測定したところ、透過率が12%、位相差が176.2度(deg)であった。また、この位相シフト膜2に対して、STEM(Scanning Transmission Electron Microscope)とEDXで分析したところ、位相シフト膜2の表面から約2nm程度の厚さで酸化層が形成されていることが確認された。
Next, heat treatment is performed on the light-transmissive substrate 1 on which the phase shift film 2 is formed in order to reduce the film stress of the phase shift film 2 and to form an oxide layer having high cleaning resistance in the surface layer. went. Specifically, heat treatment was performed using a heating furnace (electric furnace) with the heating temperature set to 450 ° C. and the heating time set to 1 hour in the air. The phase shift film 2 was formed on the main surface of another light transmitting substrate 1 under the same conditions, and a heat treatment was performed.
The transmittance and phase difference of the phase shift film 2 for light of wavelength 193 nm were measured using a phase shift amount measuring apparatus (MPM 193 manufactured by Lasertec Corporation). The transmittance was 12%, and the phase difference was 176.2 degrees ( deg). Further, when the phase shift film 2 is analyzed by STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) and EDX, it is confirmed that an oxide layer is formed with a thickness of about 2 nm from the surface of the phase shift film 2. The

さらに、この位相シフト膜2に対し、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M−2000D)を用いて光学特性を測定した。膜厚方向に対して屈折率nや消衰係数kは分布を持つが、膜厚方向に対して単純平均を取った平均値で表して、波長193nmに対して屈折率naveは2.31、消衰係数kaveは0.41であった(以降に記載の各薄膜の屈折率および消衰係数は、同じ分光エリプソメーターで測定。)。 Furthermore, the optical characteristics of the phase shift film 2 were measured using a spectroscopic ellipsometer (M-2000D manufactured by JA Woollam). Although the refractive index n and the extinction coefficient k have a distribution with respect to the film thickness direction, the refractive index n ave is 2.31 for a wavelength of 193 nm, represented by an average value obtained by taking a simple average with respect to the film thickness direction. The extinction coefficient k ave was 0.41 (the refractive index and the extinction coefficient of each thin film described hereinafter were measured by the same spectroscopic ellipsometer).

上記と同様の手順で別の透光性基板1上に位相シフト膜2を形成したものを準備し、その位相シフト膜2の膜組成をXPS(X−ray Photoelectron Spectroscopy:X線光電子分光法)で測定し、その測定結果をRBS(Rutherford Backscattering Spectrometry:ラザフォード後方散乱分光法)の測定結果に相当するように補正(較正)した。   A phase shift film 2 is formed on another light transmitting substrate 1 in the same procedure as above, and the film composition of the phase shift film 2 is XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). The measurement result was corrected (calibrated) to correspond to the measurement result of RBS (Rutherford Backscattering Spectrum).

その結果、位相シフト膜2の元素構成は、以下の通りであった。位相シフト膜2の透光性基板1との界面近傍の領域(基板側領域)で、Moが2.8原子%、Siが47.3原子%、Oが1.8原子%、そしてNが48.1原子%であった。位相シフト膜2の透光性基板1側から反対側の表面に向かって9nmの位置にある領域(基板側領域)で、Moが2.8原子%、Siが46.3原子%、Oが5.0原子%、そしてNが45.9原子%であった。位相シフト膜2の透光性基板1側から反対側の表面に向かって40nmの位置にある領域(基板側領域以外の領域)で、Moが2.8原子%、Siが43.0原子%、Oが15.2原子%、そしてNが39.0原子%であった。位相シフト膜2の自然酸化による表層を除いた位置にある領域(透光性基板1側から反対側の表面に向かって70nmの位置にある領域、基板側領域以外の領域)では、Moが2.7原子%、Siが39.8原子%、Oが24.9原子%、そしてNが32.6原子%であった。   As a result, the elemental configuration of the phase shift film 2 was as follows. In the region (substrate side region) in the vicinity of the interface with the light-transmissive substrate 1 of the phase shift film 2, Mo is 2.8 atomic%, Si is 47.3 atomic%, O is 1.8 atomic%, and N is It was 48.1 atomic%. Mo is 2.8 at%, Si is 46.3 at%, O is in a region (substrate side region) located at a position of 9 nm from the light-transmissive substrate 1 side of the phase shift film 2 to the opposite surface (substrate side region) It was 5.0 atomic percent and N was 45.9 atomic percent. Mo is 2.8 at% and Si is 43.0 at% in a region (region other than the substrate side region) at a position of 40 nm from the light-transmissive substrate 1 side of the phase shift film 2 toward the opposite surface , O at 15.2 atomic percent and N at 39.0 atomic percent. In the region at the position excluding the surface layer due to the natural oxidation of the phase shift film 2 (the region at the position of 70 nm from the translucent substrate 1 side to the opposite surface, regions other than the substrate side region) .7 atomic percent, 39.8 atomic percent Si, 24.9 atomic percent O, and 32.6 atomic percent N;

なお、位相シフト膜2の基板側領域と上面部(表層部を除いた最表面部)の間では、組成は連続的に傾斜していた。位相シフト膜2の基板側領域は、全領域で酸素の含有量が10原子%以下であった。また、位相シフト膜2の透光性基板1側から反対側の表面から位相シフト膜2の全体厚さの1/2の深さまでの領域(すなわち、酸化層が形成されている側の表面から37nmの深さまでの領域)は、全領域で酸素の含有量が10原子%以上であった。位相シフト膜2のMo/(Mo+Si)は、自然酸化による表層を除いた位相シフト膜2のすべての領域で5%を超えていた。   The composition was continuously inclined between the substrate side region and the top surface portion (the outermost surface portion excluding the surface layer portion) of the phase shift film 2. The substrate side region of the phase shift film 2 had an oxygen content of 10 at% or less in the entire region. Also, a region from the surface on the opposite side of the light transmitting substrate 1 side of the phase shift film 2 to a depth of 1⁄2 of the total thickness of the phase shift film 2 (that is, from the surface on the side on which the oxide layer is formed) In the region up to the depth of 37 nm, the oxygen content was 10 atomic% or more in the entire region. Mo / (Mo + Si) of the phase shift film 2 exceeded 5% in all regions of the phase shift film 2 excluding the surface layer due to natural oxidation.

次に、枚葉式DCスパッタリング装置内に位相シフト膜2が形成された透光性基板1を設置し、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、二酸化炭素(CO)、窒素(N)およびヘリウム(He)の混合ガスをスパッタリングガスとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)を行って、位相シフト膜2上にCrOCNからなる遮光膜3の最下層を16nmの厚さで形成した。この最下層は、波長193nmの光に対する屈折率nが2.29、消衰係数kが1.00であった。次に、同じクロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、二酸化炭素(CO)、窒素(N)およびヘリウム(He)の混合ガスをスパッタリングガスとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)を行って、遮光膜3の最下層上にCrOCNからなる遮光膜3の下層を41nmの厚さで形成した。この下層は、波長193nmの光に対する屈折率nが1.80、消衰係数kが1.22であった。 Next, the light transmitting substrate 1 on which the phase shift film 2 is formed is placed in a single-wafer DC sputtering apparatus, and a chromium (Cr) target is used, and argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen ( Reactive sputtering (DC sputtering) was performed using a mixed gas of N 2 ) and helium (He) as a sputtering gas to form the bottom layer of the light shielding film 3 made of CrOCN with a thickness of 16 nm on the phase shift film 2 . The lowermost layer had a refractive index n of 2.29 and an extinction coefficient k of 1.00 for light of wavelength 193 nm. Next, reactive sputtering (DC sputtering) is performed using the same chromium (Cr) target and a mixed gas of argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ) and helium (He) as sputtering gas. The lower layer of the light shielding film 3 made of CrOCN was formed to a thickness of 41 nm on the lowermost layer of the light shielding film 3. This lower layer had a refractive index n of 1.80 and a extinction coefficient k of 1.22 for light of wavelength 193 nm.

次に、同じクロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)および窒素(N)の混合ガスをスパッタリングガスとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)を行って、遮光膜3の下層上にCrNからなる遮光膜3の上層を6nmの厚さで形成した。この上層は、波長193nmの光に対する屈折率nが1.51、消衰係数kが1.60であった。以上の方法により、位相シフト膜2側からCrOCNからなる最下層、CrOCNからなる下層、CrNからなる上層の3層構造からなるクロム系材料の遮光膜3を合計膜厚63nmで形成した。なお、この位相シフト膜2と遮光膜3の積層構造における波長193nmの光学濃度(OD)を測定したところ、3.0以上であった。 Next, reactive sputtering (DC sputtering) is performed using the same chromium (Cr) target and a mixed gas of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) as the sputtering gas to form CrN on the lower layer of the light shielding film 3. The upper layer of the light shielding film 3 was formed to a thickness of 6 nm. This upper layer had a refractive index n of 1.51 and a extinction coefficient k of 1.60 for light of wavelength 193 nm. By the above method, a light shielding film 3 of chromium based material having a three-layer structure of the lowermost layer composed of CrOCN, the lower layer composed of CrOCN, and the lower layer composed of CrOCN from the phase shift film 2 side was formed in a total film thickness of 63 nm. The optical density (OD) at a wavelength of 193 nm in the laminated structure of the phase shift film 2 and the light shielding film 3 was 3.0 or more.

さらに、枚葉式RFスパッタリング装置内に、位相シフト膜2および遮光膜3が積層された透光性基板1を設置し、二酸化ケイ素(SiO)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)ガスをスパッタリングガスとして、RFスパッタリングを行って、遮光膜3の上にケイ素および酸素からなるハードマスク膜4を5nmの厚さで形成した。以上の方法により、透光性基板1上に、単層の位相シフト膜2、3層構造の遮光膜3およびハードマスク膜4が積層された構造のマスクブランク100を製造した。 Furthermore, the light transmitting substrate 1 on which the phase shift film 2 and the light shielding film 3 are stacked is placed in a single wafer type RF sputtering apparatus, and a sputtering gas of argon (Ar) gas is used using a silicon dioxide (SiO 2 ) target. Then, RF sputtering was performed to form a hard mask film 4 made of silicon and oxygen with a thickness of 5 nm on the light shielding film 3. By the above method, a mask blank 100 having a structure in which a single-layer phase shift film 2, 3 and a light shielding film 3 and a hard mask film 4 are laminated on a light transmitting substrate 1 was manufactured.

[位相シフトマスクの製造]
次に、この実施例1のマスクブランク100を用い、以下の手順で実施例1の位相シフトマスク200を作製した。最初に、ハードマスク膜4の表面にHMDS処理を施した。続いて、スピン塗布法によって、ハードマスク膜4の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚80nmで形成した。次に、このレジスト膜に対して、位相シフト膜2に形成すべき位相シフトパターンである第1のパターンを電子線描画し、所定の現像処理を行い、第1のパターンを有する第1のレジストパターン5aを形成した(図2(a)参照)。なお、この時電子線描画した第1のパターンには、位相シフト膜に黒欠陥が形成されるように、本来形成されるべき位相シフトパターンの他にプログラム欠陥を加えておいた。
[Production of phase shift mask]
Next, using the mask blank 100 of Example 1, the phase shift mask 200 of Example 1 was manufactured in the following procedure. First, the surface of the hard mask film 4 was subjected to HMDS processing. Subsequently, a resist film made of a chemically amplified resist for electron beam lithography was formed in a film thickness of 80 nm in contact with the surface of the hard mask film 4 by spin coating. Next, a first pattern which is a phase shift pattern to be formed on the phase shift film 2 is drawn on the resist film by electron beam, a predetermined development process is performed, and a first resist having the first pattern is formed. A pattern 5a was formed (see FIG. 2 (a)). At this time, in addition to the phase shift pattern to be originally formed, a program defect is added to the first pattern drawn by the electron beam so that a black defect is formed in the phase shift film.

次に、第1のレジストパターン5aをマスクとし、CFガスを用いたドライエッチングを行い、ハードマスク膜4に第1のパターン(ハードマスクパターン4a)を形成した(図2(b)参照)。 Next, dry etching using CF 4 gas was performed using the first resist pattern 5a as a mask to form a first pattern (hard mask pattern 4a) on the hard mask film 4 (see FIG. 2 (b)). .

次に、第1のレジストパターン5aをアッシングや剥離液などにより除去した。続いて、ハードマスクパターン4aをマスクとし、塩素と酸素の混合ガス(ガス流量比 Cl:O=4:1)を用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第1のパターン(遮光パターン3a)を形成した(図2(c)参照)。
次に、遮光パターン3aをマスクとし、フッ素系ガス(SF+He)を用いたドライエッチングを行い、位相シフト膜2に第1のパターン(位相シフトパターン2a)を形成し、かつ同時にハードマスクパターン4aを除去した(図2(d)参照)。
Next, the first resist pattern 5a was removed by ashing or a peeling solution. Then, using the hard mask pattern 4a as a mask, dry etching is performed using a mixed gas of chlorine and oxygen (gas flow ratio Cl 2 : O 2 = 4: 1) to form a first pattern (light shielding pattern) on the light shielding film 3 3a) were formed (see FIG. 2 (c)).
Next, using light blocking pattern 3a as a mask, dry etching using fluorine-based gas (SF 6 + He) is performed to form a first pattern (phase shift pattern 2a) on phase shift film 2, and at the same time a hard mask pattern 4a was removed (see FIG. 2 (d)).

次に、遮光パターン3a上に、スピン塗布法によって、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚150nmで形成した。次に、レジスト膜に対して、遮光膜に形成すべきパターン(遮光帯パターンを含む遮光パターン)である第2のパターンを露光描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行い、遮光パターンを有する第2のレジストパターン6bを形成した(図2(e)参照)。続いて、第2のレジストパターン6bをマスクとして、塩素と酸素の混合ガス(ガス流量比 Cl:O=4:1)を用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第2のパターン(遮光パターン3b)を形成した(図2(f)参照)。さらに、第2のレジストパターン5bを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、位相シフトマスク200を得た(図2(g)参照)。 Next, a resist film made of a chemically amplified resist for electron beam writing was formed to a film thickness of 150 nm on the light shielding pattern 3a by spin coating. Next, a second pattern, which is a pattern to be formed on the light shielding film (a light shielding pattern including a light shielding zone pattern), is exposed and drawn on the resist film, and further predetermined processing such as development processing is performed. A second resist pattern 6b is formed (see FIG. 2 (e)). Subsequently, dry etching is performed using a mixed gas of chlorine and oxygen (gas flow ratio Cl 2 : O 2 = 4: 1) using the second resist pattern 6b as a mask to form a second pattern (a light shielding film 3). A light shielding pattern 3b) was formed (see FIG. 2 (f)). Furthermore, the second resist pattern 5b was removed, and after predetermined processing such as washing, a phase shift mask 200 was obtained (see FIG. 2 (g)).

作製した実施例1のハーフトーン型の位相シフトマスク200に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターン2aに黒欠陥が確認された。その黒欠陥部分に対し、電子線とXeFガスを用いるEB欠陥修正を行ったところ、エッチング終点を容易に検出することができ、透光性基板1の表面へのエッチングを最小限にとどめることができた。 When the mask pattern was inspected using the mask inspection apparatus with respect to the halftone phase shift mask 200 of Example 1 produced, black defects were confirmed in the phase shift pattern 2 a of the portion where the program defect was arranged. . When EB defect correction using an electron beam and XeF 2 gas is performed on the black defect portion, the etching end point can be easily detected and etching on the surface of the light transmitting substrate 1 is minimized. It was possible.

EB欠陥修正を行った後の実施例1のハーフトーン型位相シフトマスク200に対し、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した時における転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を十分に満たしていた。また、EB欠陥修正を行った部分の転写像は、それ以外の領域の転写像に比べて遜色のないものであった。
この結果から、EB欠陥修正を行った後の実施例1の位相シフトマスクを露光装置のマスクステージにセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したとしても、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンを高精度に形成できると言える。
When the halftone phase shift mask 200 of Example 1 after EB defect correction is exposed and transferred onto a resist film on a semiconductor device with exposure light of wavelength 193 nm using AIMS 193 (manufactured by Carl Zeiss) The simulation of the transferred image in When the exposure transfer image of this simulation was verified, the design specification was sufficiently satisfied. Also, the transferred image of the portion subjected to the EB defect correction was comparable to the transferred image of the other area.
From this result, even if the phase shift mask of Example 1 after EB defect correction is set on the mask stage of the exposure apparatus and exposure transfer is performed on the resist film on the semiconductor device, it is finally formed on the semiconductor device It can be said that the circuit pattern to be formed can be formed with high accuracy.

(比較例1)
[マスクブランクの製造]
比較例1のマスクブランクは、位相シフト膜2の膜組成を実施例1から変更した例であって、位相シフト膜2以外については、実施例1と同様の方法で製造した。この比較例1の位相シフト膜2を構成する元素は実施例1と同じで、モリブデン、ケイ素、窒素および酸素からなり、また実施例1と同様に単層構造の膜(MoSiON膜)である。但し、成膜条件を変えて膜の成分比率(膜組成)を変更するとともに、膜厚方向に対して組成傾斜を持たない均一な分布の単層膜とした。具体的には、枚葉式DCスパッタリング装置内に透光性基板1を設置し、モリブデン(Mo)とケイ素(Si)との混合焼結ターゲット(Mo:Si=4原子%:96原子%)を用い、アルゴン(Ar)、窒素(N)、酸素(O)およびヘリウム(He)の混合ガスをスパッタリングガスとする反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、モリブデン、ケイ素、窒素および酸素からなる位相シフト膜2を66nmの厚さで形成した。位相シフト膜2の材料組成は、ガス流量などを実施例1の時とは変えることによって調整した。
(Comparative example 1)
[Manufacturing of mask blanks]
The mask blank of Comparative Example 1 is an example in which the film composition of the phase shift film 2 is changed from that of Example 1, and was manufactured by the same method as that of Example 1 except for the phase shift film 2. The elements constituting the phase shift film 2 of Comparative Example 1 are the same as in Example 1, and consist of molybdenum, silicon, nitrogen and oxygen, and are films of a single layer structure (MoSiON film) as in Example 1. However, the film forming conditions were changed to change the component ratio (film composition) of the film, and a single layer film having uniform distribution without composition inclination in the film thickness direction was obtained. Specifically, the translucent substrate 1 is placed in a single wafer type DC sputtering apparatus, and a mixed sintering target of molybdenum (Mo) and silicon (Si) (Mo: Si = 4 atomic%: 96 atomic%) Consisting of molybdenum, silicon, nitrogen and oxygen by reactive sputtering (DC sputtering) using a mixed gas of argon (Ar), nitrogen (N 2 ), oxygen (O 2 ) and helium (He) as sputtering gas The phase shift film 2 was formed to a thickness of 66 nm. The material composition of the phase shift film 2 was adjusted by changing the gas flow rate etc. from that in the first embodiment.

また、実施例1と同様の処理条件で、この位相シフト膜2に対しても加熱処理を行った。別の透光性基板1の主表面に対して、同条件でこの比較例1の位相シフト膜2を成膜し、加熱処理を行ったものを準備した。位相シフト量測定装置(レーザーテック社製 MPM193)を用いて、その位相シフト膜2の波長193nmの光における透過率と位相差を測定したところ、透過率が12.1%、位相差が177.1度(deg)であった。また、位相シフト膜2に対して、STEMとEDXで分析したところ、位相シフト膜2の表面から約1.7nm程度の厚さで酸化層が形成されていることが確認された。さらに、この位相シフト膜2に対し、分光エリプソメーターを用いて位相シフト膜2の各光学特性を測定したところ、波長193nmの光において屈折率nが2.48、消衰係数kが0.45であった。   Further, the heat treatment was also performed on the phase shift film 2 under the same processing conditions as in Example 1. The phase shift film 2 of Comparative Example 1 was formed on the main surface of another light-transmissive substrate 1 under the same conditions, and a heat treatment was performed. The transmittance and phase difference of the light of wavelength 193 nm of the phase shift film 2 were measured using a phase shift amount measuring apparatus (MPM 193 manufactured by Lasertec Co., Ltd.). The transmittance was 12.1%, and the phase difference 177.1. Degree (deg). Further, when the phase shift film 2 was analyzed by STEM and EDX, it was confirmed that an oxide layer was formed with a thickness of about 1.7 nm from the surface of the phase shift film 2. Furthermore, when each optical characteristic of the phase shift film 2 was measured using a spectral ellipsometer for the phase shift film 2, the refractive index n is 2.48 and the extinction coefficient k is 0.45 for light of wavelength 193 nm. Met.

上記と同様の手順で別の透光性基板上に位相シフト膜を形成したものを準備し、その位相シフト膜の膜組成をXPSで測定し、その測定結果をRBS測定結果に相当するように補正(較正)した。その結果、表層の酸化層を除いた部分の位相シフト膜の組成は、Moが1.9原子%、Siが47.1原子%、Oが16.1原子%、そしてNが34.9原子%であった。したがって、位相シフト膜2のMo/(Mo+Si)は3.9%、Si/Oは2.9である。また、位相シフト膜の表層の酸化層を除いた部分では、膜厚方向での組成傾斜は特に認められなかった。   Prepare a phase shift film formed on another translucent substrate in the same procedure as above, measure the film composition of the phase shift film by XPS, and make the measurement result correspond to the RBS measurement result Corrected (calibrated). As a result, the composition of the phase shift film in the portion excluding the surface oxide layer is 1.9 atomic% of Mo, 47.1 atomic% of Si, 16.1 atomic% of O, and 34.9 atomic% of N. %Met. Therefore, Mo / (Mo + Si) of the phase shift film 2 is 3.9%, and Si / O is 2.9. Also, no compositional gradient in the film thickness direction was observed in the portion of the phase shift film except for the oxidized layer.

以上の手順により、透光性基板1(合成石英ガラス)上に、膜厚方向に均一な組成の単層のMoSiON膜からなる位相シフト膜2、遮光膜3およびハードマスク膜4が積層された構造を備える比較例1のマスクブランクを製造した。   According to the above procedure, the phase shift film 2, the light shielding film 3 and the hard mask film 4 consisting of a single layer MoSiON film having a uniform composition in the film thickness direction are laminated on the light transmitting substrate 1 (synthetic quartz glass). The mask blank of Comparative Example 1 provided with the structure was manufactured.

[位相シフトマスクの製造]
次に、この比較例1のマスクブランク100を用い、実施例1と同様の方法で、比較例1の位相シフトマスク200を作製した。
[Production of phase shift mask]
Next, using the mask blank 100 of Comparative Example 1, a phase shift mask 200 of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1.

作製した比較例1のハーフトーン型の位相シフトマスク200に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターン2aに黒欠陥が確認された。その黒欠陥部分に対してEB欠陥修正を行ったところ、エッチング終点を検出することが難しく、透光性基板1の表面からエッチングが進んでしまった。   When the mask pattern inspection was performed on the halftone phase shift mask 200 of Comparative Example 1 by a mask inspection apparatus, black defects were confirmed in the phase shift pattern 2 a of the portion where the program defect was arranged. . When EB defect correction was performed on the black defect portion, it was difficult to detect the etching end point, and the etching progressed from the surface of the translucent substrate 1.

EB欠陥修正を行った後の比較例1のハーフトーン型位相シフトマスク200に対し、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した時における転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、EB欠陥修正を行った部分以外では、概ね設計仕様を十分に満たしていた。しかし、EB欠陥修正を行った部分の転写像は、透光性基板1へのエッチングの影響等に起因して転写不良が発生するレベルのものであった。この結果から、EB欠陥修正を行った後の比較例1の位相シフトマスクを露光装置のマスクステージにセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した場合、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンには、回路パターンの断線や短絡が発生することが予想される。   When the halftone phase shift mask 200 of Comparative Example 1 after EB defect correction is exposed and transferred onto a resist film on a semiconductor device with exposure light of wavelength 193 nm using AIMS 193 (manufactured by Carl Zeiss) The simulation of the transferred image in When the exposure transfer image of this simulation was verified, the design specifications were generally satisfied sufficiently except for the portion where the EB defect correction was performed. However, the transferred image of the portion subjected to the EB defect correction was of a level at which a transfer failure occurs due to the influence of the etching on the translucent substrate 1 or the like. From this result, when the phase shift mask of Comparative Example 1 after EB defect correction is set on the mask stage of the exposure apparatus and exposed and transferred onto the resist film on the semiconductor device, it is finally formed on the semiconductor device. It is expected that disconnection or short circuit of the circuit pattern will occur in the circuit pattern.

1 透光性基板
2 位相シフト膜
2a 位相シフトパターン
3 遮光膜
3a,3b 遮光パターン
4 ハードマスク膜
4a ハードマスクパターン
5a 第1のレジストパターン
6b 第2のレジストパターン
100 マスクブランク
200 位相シフトマスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 translucent substrate 2 phase shift film 2 a phase shift pattern 3 light shielding film 3 a, 3 b light shielding pattern 4 hard mask film 4 a hard mask pattern 5 a first resist pattern 6 b second resist pattern 100 mask blank 200 phase shift mask

Claims (12)

透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、
前記透光性基板は、合成石英ガラス、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、およびSiO −TiO ガラスから選ばれるいずれかのガラスで形成され、
前記位相シフト膜は、前記透光性基板の表面に接して形成され、
前記位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を10%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で150度以上190度以下の位相差を生じさせる機能とを有し、
前記位相シフト膜は、金属、ケイ素、窒素および酸素を含有する材料からなる組成傾斜膜であり、
前記位相シフト膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、5%以上であり、
前記位相シフト膜の基板側領域における酸素含有量は10原子%以下であり、
前記位相シフト膜の前記基板側領域以外の領域における酸素含有量は、前記基板側領域における酸素含有量よりも多く、
前記基板側領域は、前記位相シフト膜における前記透光性基板側の表面から反対側の表面に向かって10nmの厚さまでの範囲にわたる領域であることを特徴とするマスクブランク。
A mask blank comprising a phase shift film on a light transmitting substrate,
The translucent substrate is formed of any glass selected from synthetic quartz glass, quartz glass, aluminosilicate glass, soda lime glass, and SiO 2 -TiO 2 glass,
The phase shift film is formed in contact with the surface of the light transmitting substrate,
The phase shift film has a function of transmitting exposure light of ArF excimer laser with a transmittance of 10% or more, and the same distance as the thickness of the phase shift film with respect to the exposure light transmitted through the phase shift film. And the function of causing a phase difference of not less than 150 degrees and not more than 190 degrees with the exposure light having passed through
The phase shift film is a composition gradient film made of a material containing metal, silicon, nitrogen and oxygen,
The ratio of the content of the metal to the total content of the metal and silicon in the phase shift film is 5% or more.
The oxygen content in the substrate side region of the phase shift film is 10 atomic% or less,
The oxygen content in the region other than the substrate-side region of the phase shift film, rather multi than the oxygen content in the substrate-side region,
The mask blank , wherein the substrate side region is a region ranging from a surface on the light transmitting substrate side in the phase shift film to a surface on the opposite side to a thickness of 10 nm .
前記位相シフト膜は、全体の1/2の厚さの領域における酸素含有量が10原子%以上であることを特徴とする請求項記載のマスクブランク。 Wherein the phase shift film, a mask blank according to claim 1, wherein the oxygen content in the area of the entire half thickness is 10 atomic% or more. 前記位相シフト膜の基板側領域における窒素含有量は40原子%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のマスクブランク。 3. The mask blank according to claim 1, wherein a nitrogen content in the substrate side region of the phase shift film is 40 atomic% or more. 前記位相シフト膜の酸素含有量は、前記透光性基板側の表面から反対側の表面に向かって増加していることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The mask blank according to any one of claims 1 to 3 , wherein the oxygen content of the phase shift film increases from the surface on the translucent substrate side to the opposite surface. 前記位相シフト膜のケイ素含有量は、前記透光性基板側の表面から反対側の表面に向かって減少していることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The mask blank according to any one of claims 1 to 4 , wherein the silicon content of the phase shift film decreases from the surface on the light transmitting substrate side to the opposite surface. 前記位相シフト膜における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率は、15%以下であることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The mask blank according to any one of claims 1 to 5 , wherein a ratio of a content of the metal to a total content of the metal and silicon in the phase shift film is 15% or less. 前記位相シフト膜は、厚さが90nm以下であることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The mask blank according to any one of claims 1 to 6 , wherein the phase shift film has a thickness of 90 nm or less. 前記位相シフト膜上に、遮光膜を備えることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のマスクブランク。 The mask blank according to any one of claims 1 to 7 , further comprising a light shielding film on the phase shift film. 請求項記載のマスクブランクの前記位相シフト膜に転写用パターンが形成され、前記遮光膜に遮光帯パターンが形成されていることを特徴とする位相シフトマスク。 A phase shift mask, wherein a transfer pattern is formed on the phase shift film of the mask blank according to claim 8, and a light shield zone pattern is formed on the light shield film. 請求項記載のマスクブランクを用いた位相シフトマスクの製造方法であって、
ドライエッチングにより前記遮光膜に転写用パターンを形成する工程と、
前記転写用パターンを有する遮光膜をマスクとするドライエッチングにより前記位相シフト膜に転写用パターンを形成する工程と、
遮光帯パターンを有するレジスト膜をマスクとするドライエッチングにより前記遮光膜に遮光帯パターンを形成する工程と
を備えることを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
A method of manufacturing a phase shift mask using the mask blank according to claim 8 , wherein
Forming a transfer pattern on the light shielding film by dry etching;
Forming a transfer pattern on the phase shift film by dry etching using a light shielding film having the transfer pattern as a mask;
Forming a light shielding zone pattern on the light shielding film by dry etching using a resist film having the light shielding zone pattern as a mask.
請求項記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写用パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of exposing and transferring a transfer pattern onto a resist film on a semiconductor substrate using the phase shift mask according to claim 9 . 請求項10記載の位相シフトマスクの製造方法により製造された位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写用パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of exposing and transferring a transfer pattern on a resist film on a semiconductor substrate using the phase shift mask manufactured by the method of manufacturing a phase shift mask according to claim 10 .
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