JP6627926B2 - Method for manufacturing phase shift mask blanks - Google Patents

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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

本発明は、半導体集積回路などの製造などに用いられる位相シフトマスクブランクスの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a phase shift mask blank used for manufacturing a semiconductor integrated circuit and the like.

半導体技術の分野では、パターンの更なる微細化のための研究開発が進められている。特に近年では、大規模集積回路の高集積化に伴い、回路パターンの微細化や配線パターンの細線化、セルを構成する層間配線のためのコンタクトホールパターンの微細化などが進行し、微細加工技術への要求はますます高くなってきている。これに伴い、微細加工の際のフォトリソグラフィ工程で用いられるフォトマスクの製造技術の分野においても、より微細で、かつ正確な回路パターン(マスクパターン)を形成する技術の開発が求められるようになってきている。   In the field of semiconductor technology, research and development for further miniaturization of patterns are being advanced. In particular, in recent years, with the integration of large-scale integrated circuits, finer circuit patterns, finer wiring patterns, and finer contact hole patterns for interlayer wiring constituting cells have been developed. Demands are becoming ever higher. Accordingly, in the field of photomask manufacturing technology used in a photolithography process at the time of microfabrication, development of a technology for forming a finer and more accurate circuit pattern (mask pattern) has been required. Is coming.

一般に、フォトリソグラフィ技術により半導体基板上にパターンを形成する際には、縮小投影が行われる。このため、フォトマスクに形成されるパターンのサイズは、半導体基板上に形成されるパターンのサイズの4倍程度となる。今日のフォトリソグラフィ技術分野においては、描画される回路パターンのサイズは、露光で使用される光の波長をかなり下回るものとなっている。このため、回路パターンのサイズを単純に4倍にしてフォトマスクパターンを形成した場合には、露光の際に生じる光の干渉などの影響によって、半導体基板上のレジスト膜に本来の形状が転写されない結果となってしまう。   Generally, when a pattern is formed on a semiconductor substrate by photolithography, reduced projection is performed. Therefore, the size of the pattern formed on the photomask is about four times the size of the pattern formed on the semiconductor substrate. In today's photolithography art, the size of a circuit pattern to be drawn is much smaller than the wavelength of light used for exposure. Therefore, when the photomask pattern is formed by simply increasing the size of the circuit pattern by four times, the original shape is not transferred to the resist film on the semiconductor substrate due to the influence of light interference generated at the time of exposure. The result is.

そこで、フォトマスクに形成するパターンを、実際の回路パターンよりも複雑な形状とすることにより、上述の光の干渉などの影響を軽減する場合もある。このようなパターン形状としては、例えば、実際の回路パターンに光学近接効果補正(OPC: Optical Proximity Correction)を施した形状がある。また、パターンの微細化と高精度化に応えるべく、変形照明、液浸技術、解像度向上技術(RET: Resolution Enhancement Technology)、二重露光(ダブルパターニングリソグラフィ)などの技術も応用されている。   Therefore, the pattern formed on the photomask may have a more complicated shape than the actual circuit pattern to reduce the influence of the above-described light interference in some cases. As such a pattern shape, for example, there is a shape in which an optical proximity effect correction (OPC: Optical Proximity Correction) is performed on an actual circuit pattern. In addition, technologies such as deformed illumination, liquid immersion technology, resolution enhancement technology (RET: Resolution Enhancement Technology), and double exposure (double patterning lithography) have been applied in order to respond to finer patterns and higher precision.

RETのひとつとして、位相シフト法が用いられている。位相シフト法はフォトマスク上に、位相を概ね180°反転させる膜のパターンを形成し、光の干渉を利用してコントラストを向上させる方法である。これを応用したフォトマスクのひとつとしてハーフトーン位相シフトマスクがある。ハーフトーン位相シフトマスクは、石英などの露光光に対して透明な基板の上に、位相を概ね180°反転させ、パターン形成に寄与しない程度の透過率を有するハーフトーン位相シフト膜のマスクパターンを形成したものである。ハーフトーン位相シフトマスクとしては、モリブテンシリサイド酸化物(MoSiO)、モリブテンシリサイド酸化窒化物(MoSiON)からなるハーフトーン位相シフト膜を有するものなどが提案されている(特開平7−140635号公報(特許文献1))。   As one of RET, a phase shift method is used. The phase shift method is a method in which a pattern of a film that inverts the phase by approximately 180 ° is formed on a photomask, and the contrast is improved using light interference. As one of photomasks to which this is applied, there is a halftone phase shift mask. The halftone phase shift mask inverts the phase by approximately 180 ° on a substrate transparent to exposure light such as quartz, and forms a mask pattern of a halftone phase shift film having a transmittance that does not contribute to pattern formation. It was formed. As a halftone phase shift mask, a mask having a halftone phase shift film made of molybdenum silicide oxide (MoSiO) or molybdenum silicide oxynitride (MoSiON) has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-140635). Reference 1)).

また、フォトリソグラフィ技術により、より微細な像を得るために、露光光源に、より短波長のものが使われるようになり、現在の最先端の実用加工工程では、露光光源は、KrFエキシマレーザー光(248nm)からArFエキシマレーザー光(193nm)に移行している。ところが、より高エネルギーのArFエキシマレーザー光を使うことにより、KrFエキシマレーザー光では見られなかったマスクダメージが生じることが判明した。そのひとつが、フォトマスクを連続使用すると、フォトマスク上に異物状の成長欠陥が発生する問題である。この成長欠陥は、ヘイズと呼ばれ、原因は、当初は、マスクパターン表面における硫酸アンモニウム結晶の成長と考えられていたが、現在では、有機物が関与するものも考えられるようになってきている。   In addition, photolithography technology has led to the use of shorter wavelength exposure light sources in order to obtain finer images. In the current state-of-the-art practical processing process, the exposure light source is a KrF excimer laser light. (248 nm) to ArF excimer laser light (193 nm). However, it has been found that the use of ArF excimer laser light of higher energy causes mask damage not seen with KrF excimer laser light. One of the problems is that when a photomask is used continuously, foreign matter-like growth defects occur on the photomask. This growth defect is called haze, and was originally thought to be caused by the growth of ammonium sulfate crystals on the surface of the mask pattern. However, it is now thought that an organic substance is involved.

ヘイズの問題の対策として、例えば、特開2008−276002号公報(特許文献2)には、フォトマスクに対してArFエキシマレーザー光を長時間照射したときに発生する成長欠陥に対し、所定の段階でフォトマスクを洗浄することにより、フォトマスクの継続使用ができることが示されている。   As a countermeasure against the haze problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-276002 (Patent Document 2) discloses that a growth defect that occurs when a photomask is irradiated with ArF excimer laser light for a long period of time is subjected to a predetermined step. It is shown that the photomask can be used continuously by cleaning the photomask with.

また、パターン転写におけるArFエキシマレーザー光の露光照射量の増加に伴い、ヘイズとは異なるダメージがフォトマスクに生じ、累積の照射エネルギー量に応じてマスクのパターン寸法が変化することが報告されている(Thomas Faure et al., “Characterization of binary mask and attenuated phase shift mask blanks for 32nm mask fabrication”, Proc. Of SPIE, vol. 7122, pp712209-1〜712209-12(非特許文献1))。これは、ArFエキシマレーザー光を長時間照射すると、累積照射エネルギー量が大きくなり、パターン材質の酸化物と考えられる物質による層が、膜パターンの外側に成長し、パターン幅が変化してしまう問題である。また、このダメージを受けたマスクは、前述のヘイズの除去に用いるアンモニア水/過酸化水素水による洗浄や、硫酸/過酸化水素水による洗浄では回復しないことが示されており、原因を全く別にすると考えられる。   In addition, it has been reported that as the exposure dose of ArF excimer laser light in pattern transfer increases, damage different from haze occurs in the photomask, and the pattern size of the mask changes according to the accumulated irradiation energy. (Thomas Faure et al., “Characterization of binary mask and attenuated phase shift mask blanks for 32 nm mask fabrication”, Proc. Of SPIE, vol. 7122, pp. 712209-1 to 712209-12 (Non-Patent Document 1)). This is because, when the ArF excimer laser beam is irradiated for a long time, the cumulative irradiation energy becomes large, and a layer made of a material which is considered to be an oxide of the pattern material grows outside the film pattern and the pattern width changes. It is. In addition, it has been shown that the damaged mask cannot be recovered by washing with ammonia water / hydrogen peroxide used for removing the above-mentioned haze or washing with sulfuric acid / hydrogen peroxide, and the cause is completely different. It is thought that.

更に、上記Thomas Faureらの報告(非特許文献1)によれば、回路のパターン露光において、焦点深度を伸ばすために有用なマスク技術であるハーフトーン位相シフトマスクでは、特に、上記ArFエキシマレーザー光の照射によるMoSi系材料膜などの遷移金属ケイ素系材料膜の変質を伴うパターン寸法変動による劣化(以下、パターン寸法変動劣化と呼ぶ)が大きいことが指摘されている。そこで、高価なフォトマスクを長時間使用するためには、ArFエキシマレーザー光の照射によるパターン寸法変動劣化への対処が必要となる。   Further, according to the report by Thomas Faure et al. (Non-Patent Document 1), in a circuit pattern exposure, a halftone phase shift mask, which is a mask technique useful for extending the depth of focus, is particularly suitable for the ArF excimer laser light. It has been pointed out that deterioration due to pattern dimensional fluctuation accompanying deterioration of a transition metal silicon-based material film such as a MoSi-based material film due to irradiation (hereinafter, referred to as pattern dimensional fluctuation deterioration) is large. Therefore, in order to use an expensive photomask for a long period of time, it is necessary to take measures against pattern dimension fluctuation deterioration due to irradiation with ArF excimer laser light.

ArFエキシマレーザー光などの短波長光の照射によるパターン寸法変動劣化は、上記Thomas Faureらの報告(非特許文献1)で明らかにされているとおり、ドライエア雰囲気で光を照射した場合には生じにくいものであり、パターン寸法変動劣化を防止するための新たな対処として、ドライエア中で露光を行う方法が考えられる。しかし、ドライエア雰囲気による制御は、付加装置を必要とする他、静電気対策などが新たに必要となるため、コストアップにつながる。そこで、湿度の完全除去を行わない、常用の雰囲気(例えば、湿度50%程度)において、長時間の露光を可能とする必要がある。   As described in the above-mentioned report by Thomas Faure et al. (Non-patent Document 1), pattern size fluctuation deterioration due to irradiation with short-wavelength light such as ArF excimer laser light hardly occurs when light is irradiated in a dry air atmosphere. As a new measure to prevent the pattern dimension fluctuation deterioration, a method of performing exposure in dry air can be considered. However, control in a dry air atmosphere requires an additional device and additionally requires measures against static electricity, which leads to an increase in cost. Therefore, it is necessary to enable long-time exposure in a normal atmosphere (for example, a humidity of about 50%) in which the humidity is not completely removed.

また、ArFエキシマレーザー光を光源とするリソグラフィーに用いるフォトマスクでは、ハーフトーン位相シフト膜においては、従来、遷移金属ケイ素系材料が用いられ、通常、モリブデンを含有するケイ素系材料が用いられている。この遷移金属ケイ素系材料の主たる構成元素は、遷移金属とケイ素であり、更に、軽元素として窒素及び/又は酸素を含有するもの(例えば、特開平7−140635号公報(特許文献1))がある。遷移金属としては、モリブデン、ジルコニウム、タンタル、タングステン、チタンなどが用いられ、特に、モリブデンが一般的に用いられる(例えば、特開平7−140635号公報(特許文献1))が、更に、第2の遷移金属が加えられる場合もある(特開2004−133029号公報(特許文献3))。また、遮光膜においても、遷移金属ケイ素系材料が用いられ、通常、モリブデンを含有するケイ素系材料が用いられる。しかし、このような遷移金属ケイ素系材料を用いたフォトマスクに高エネルギー光を多量に照射した場合、高エネルギー光の照射によるパターン寸法変動劣化が大きく、フォトマスクの使用寿命が、要求されるものより短くなってしまう。   Further, in a photomask used for lithography using an ArF excimer laser beam as a light source, a transition metal silicon-based material is conventionally used in a halftone phase shift film, and a silicon-based material containing molybdenum is usually used. . The main constituent elements of this transition metal silicon-based material are a transition metal and silicon, and those containing nitrogen and / or oxygen as light elements (for example, JP-A-7-140635 (Patent Document 1)). is there. As the transition metal, molybdenum, zirconium, tantalum, tungsten, titanium, or the like is used. In particular, molybdenum is generally used (for example, JP-A-7-140635 (Patent Document 1)). In some cases (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133029 (Patent Document 3)). Also, a transition metal silicon-based material is used for the light-shielding film, and a silicon-based material containing molybdenum is usually used. However, when a photomask using such a transition metal silicon-based material is irradiated with a large amount of high-energy light, pattern dimension fluctuation is greatly deteriorated by irradiation of the high-energy light, and the service life of the photomask is required. It will be shorter.

ArFエキシマレーザー光などの短波長光が、ハーフトーン位相シフトマスクのフォトマスクパターンに照射されることにより、露光に用いるフォトマスクパターンの線幅が変化してしまうパターン寸法変動劣化は重大な問題である。パターン幅の許容限界は、フォトマスクパターンの種類、特に適用されるパターンルールによって異なる。また、多少の変動であれば、露光条件を補正し、露光装置の照射条件を再設定して使用できる場合もあるものの、例えば、22nmのパターンルールによる半導体回路を形成するための露光では、フォトマスクパターン線幅の変動は概ね±5nm以下とする必要がある。しかし、パターン幅の変化量が大きい場合には、その変化量がフォトマスクの面内で分布を有する可能性がある。また、更なる微細化により、マスク上で100nm以下の極めて微細な補助パターンも形成される。そのため、これらマスク上でのパターン微細化と、マスクパターンの複雑化によるマスク加工コストの増加からも、パターン寸法変動劣化が極めて小さく、繰返し露光することができるハーフトーン位相シフトマスク膜が必要とされる。   Irradiation of short-wavelength light such as ArF excimer laser light onto a photomask pattern of a halftone phase shift mask changes the line width of the photomask pattern used for exposure. is there. The allowable limit of the pattern width differs depending on the type of the photomask pattern, particularly the applied pattern rule. In addition, if there is a slight variation, the exposure condition can be corrected and the exposure condition of the exposure apparatus can be reset and used in some cases. However, for example, in the exposure for forming a semiconductor circuit according to a pattern rule of 22 nm, photo exposure is required. The variation of the mask pattern line width needs to be approximately ± 5 nm or less. However, when the amount of change in the pattern width is large, the amount of change may have a distribution in the plane of the photomask. Further, with further miniaturization, an extremely fine auxiliary pattern of 100 nm or less is formed on the mask. For this reason, even with the pattern miniaturization on these masks and the increase in mask processing cost due to the complexity of the mask pattern, there is a need for a halftone phase shift mask film that has extremely small pattern dimension fluctuation deterioration and can be repeatedly exposed. You.

また、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスをハーフトーン位相シフトマスクの製造プロセスで使用する際、ハーフトーン位相シフトマスクブランクス上に異物が存在すると、異物がパターン欠陥の原因となるため、このような異物を除去するために、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスは、ハーフトーン位相シフトマスク製造過程において何度も洗浄される。更に、ハーフトーン位相シフトマスクをフォトリソグラフィ工程で使用する際、製造されたハーフトーン位相シフトマスクそのものにパターン欠陥がなくても、フォトリソグラフィ工程中に、ハーフトーン位相シフトマスクに異物が付着すると、これを用いてパターニングされた半導体基板には、パターン転写不良が生じるため、ハーフトーン位相シフトマスクもまた繰り返し洗浄される。   Further, when the halftone phase shift mask blank is used in the manufacturing process of the halftone phase shift mask, if foreign matter is present on the halftone phase shift mask blank, the foreign matter causes a pattern defect. To remove, the halftone phase shift mask blanks are cleaned many times during the halftone phase shift mask manufacturing process. Furthermore, when using a halftone phase shift mask in a photolithography process, even if there is no pattern defect in the manufactured halftone phase shift mask itself, during the photolithography process, if foreign matter adheres to the halftone phase shift mask, Since a pattern transfer failure occurs on a semiconductor substrate patterned using this, the halftone phase shift mask is also repeatedly cleaned.

ハーフトーン位相シフトマスクブランクスやハーフトーン位相シフトマスクの異物除去のためには、ほとんどの場合、硫酸過水やオゾン水、アンモニア過水などによる化学的な洗浄が施される。ここで、硫酸過水は、硫酸と過酸化水素水を混合して得られる強力な酸化作用をもった洗浄剤であり、オゾン水はオゾンを水に溶け込ませたものであり、硫酸過水の代替として用いられる。特に、アンモニア過水は、アンモニア水と過酸化水素水を混合して得られる洗浄剤で、表面に付着した有機系異物がアンモニア過水に浸漬されると、アンモニアの溶解作用と過酸化水素の酸化作用により表面から有機系異物が離脱して分離されることで洗浄される。   In most cases, chemical cleaning with a sulfuric acid peroxide solution, an ozone water solution, an ammonia peroxide solution, or the like is performed to remove foreign matter from the halftone phase shift mask blank or the halftone phase shift mask. Here, sulfuric acid / hydrogen peroxide is a cleaning agent having a strong oxidizing effect obtained by mixing sulfuric acid and hydrogen peroxide, and ozone water is obtained by dissolving ozone in water. Used as an alternative. In particular, ammonia peroxide is a cleaning agent obtained by mixing ammonia water and hydrogen peroxide solution, and when organic foreign substances adhered to the surface are immersed in ammonia peroxide solution, the dissolution action of ammonia and the hydrogen peroxide The organic foreign matter is separated from the surface by the oxidizing action and is separated and washed.

このような薬液による化学的洗浄は、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスやハーフトーン位相シフトマスクに付着したパーティクルや汚染物といった異物を除去するために必要である一方で、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスやハーフトーン位相シフトマスクが備えるハーフトーン位相シフト膜にダメージを与えるおそれがある。例えば、上述したような化学的洗浄によってハーフトーン位相シフト膜の表面が変質してしまい、本来備えているはずの光学特性が変化してしまう可能性があり、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスやハーフトーン位相シフトマスクの化学的洗浄は、繰り返し施されるものであるから、各洗浄工程で生じるハーフトーン位相シフト膜の特性変化(例えば、位相差変化)は、可能な限り低く抑えられることが必要である。   Chemical cleaning with such a chemical solution is necessary to remove foreign substances such as particles and contaminants adhered to the halftone phase shift mask blanks and halftone phase shift masks, while the halftone phase shift mask blanks and half There is a possibility that the halftone phase shift film provided in the tone phase shift mask may be damaged. For example, the surface of the halftone phase shift film may be deteriorated by the chemical cleaning as described above, and the optical characteristics originally provided may be changed. Since the chemical cleaning of the phase shift mask is performed repeatedly, it is necessary to suppress the characteristic change (for example, the phase difference change) of the halftone phase shift film generated in each cleaning step as low as possible. is there.

特開平7−140635号公報JP-A-7-140635 特開2008−276002号公報JP 2008-276002 A 特開2004−133029号公報JP-A-2004-133029 特開2007−33469号公報JP 2007-33469 A 特開2007−233179号公報JP 2007-233179 A 特開2007−241065号公報JP 2007-241065 A

Thomas Faure et al., “Characterization of binary mask and attenuated phase shift mask blanks for 32nm mask fabrication”, Proc. Of SPIE, vol. 7122, pp712209-1〜712209-12Thomas Faure et al., “Characterization of binary mask and attenuated phase shift mask blanks for 32nm mask fabrication”, Proc.Of SPIE, vol. 7122, pp712209-1 to 712209-12

位相シフト膜は、薄い方が、パターン形成に有利であるだけでなく、三次元効果を低減することができるため有利である。そのため、フォトリソグラフィにおいて、より微細なパターンを形成するためには、更に薄い膜が求められる。   A thin phase shift film is advantageous not only for pattern formation but also for reducing the three-dimensional effect. Therefore, in photolithography, a thinner film is required to form a finer pattern.

上述したとおり、位相シフト膜としては、モリブデン及びケイ素を含む膜が主に用いられていた(特開平7−140635号公報(特許文献1))が、遷移金属を含む膜では、波長193nmのArFエキシマレーザー光の照射により、パターン寸法変動劣化が大きく、また、マスク作製工程や、マスク使用中において、繰返し洗浄されることで、遷移金属を含む膜では洗浄による光学特性の変化が大きい。これらの問題は、位相シフト膜を、遷移金属を含まないケイ素系材料で形成することで抑えられるが、遷移金属を含まないケイ素系材料、特に、窒素を含むケイ素系材料で位相シフト膜を形成すると、膜の応力が大きく、位相シフトマスクブランクスから、位相シフト膜をパターン形成して位相シフトマスクを作製すると、位相シフト膜のパターンの形成前後で、平坦度が変化することにより、位相シフトマスク上でのパターン位置がずれ、寸法の精度が低くなってしまうという問題がある。   As described above, as the phase shift film, a film containing molybdenum and silicon has been mainly used (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-140635 (Patent Document 1)). However, in a film containing a transition metal, ArF having a wavelength of 193 nm is used. Irradiation with excimer laser light causes a large deterioration in pattern dimension fluctuation, and a film containing a transition metal causes a large change in optical characteristics due to cleaning by repeated cleaning during a mask manufacturing process and during use of the mask. These problems can be suppressed by forming the phase shift film with a silicon-based material that does not contain a transition metal.However, a phase-shift film is formed with a silicon-based material that does not contain a transition metal, particularly, a silicon-containing material that contains nitrogen. Then, when the phase shift mask is manufactured by patterning the phase shift film from the phase shift mask blanks, the flatness changes before and after the phase shift film pattern is formed. There is a problem that the above pattern position shifts and the dimensional accuracy is reduced.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、パターンの微細化に対応できる位相シフト膜として、必要な位相差を確保した上で、パターン形成や、三次元効果の低減などにおいて有利な、膜厚が薄い位相シフト膜であり、かつ位相シフト膜をパターン形成して位相シフトマスクを作製する際の、パターン位置のずれや、寸法の精度の低下が少ない、寸法制御性に優れた高品位な位相シフトマスクブランクスを与える位相シフト膜を有する位相シフトマスクブランクスを製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and as a phase shift film capable of responding to miniaturization of a pattern, while securing a necessary phase difference, in forming a pattern, reducing a three-dimensional effect, and the like. It is an advantageous phase shift film with a small thickness, and when forming a phase shift mask by patterning the phase shift film, there is little displacement of the pattern position and little decrease in dimensional accuracy, and excellent dimensional controllability. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a phase shift mask blank having a phase shift film that provides a high quality phase shift mask blank.

本発明者らは、上記課題を解決するために、位相シフト膜として必要な位相差を確保した上で、膜厚が薄く、位相シフト膜をパターン形成して位相シフトマスクを作製する際の、パターン位置のずれや、寸法の精度の低下が少ない位相シフト膜の開発を目指し、遷移金属を含まない位相シフト膜について鋭意検討を重ねた結果、位相シフト膜を、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料の層を少なくとも1層含むようにスパッタリングにより形成し、形成した位相シフト膜を400℃以上で5分間以上熱処理することにより、膜厚を70nm以下として、波長200nm以下の光に対し、位相差が150〜200°であり、透明基板上に位相シフト膜を形成する前と、透明基板上に位相シフト膜が存在する状態との間で、透明基板表面中央部の142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)が、絶対値で0.2μm以下である位相シフト膜を、また透明基板上に位相シフト膜が存在する状態と、透明基板上に存在する位相シフト膜の全てをエッチングにより剥離した後との間で、透明基板表面中央部の142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)が、絶対値で0.2μm以下である位相シフト膜を形成できることを見出した。   The present inventors, in order to solve the above problems, after securing the necessary phase difference as a phase shift film, the film thickness is small, when forming a phase shift film pattern forming a phase shift mask, Aiming for the development of a phase shift film with less pattern shift and lower dimensional accuracy, we conducted intensive studies on a phase shift film that does not contain a transition metal. Alternatively, silicon, formed by sputtering so as to include at least one layer of a silicon-based material composed of nitrogen and oxygen, and the formed phase shift film is heat-treated at 400 ° C. or more for 5 minutes or more to reduce the film thickness to 70 nm or less. The phase difference is 150 to 200 ° with respect to light having a wavelength of 200 nm or less, and the phase shift film is formed on the transparent substrate before forming the phase shift film on the transparent substrate. A phase shift film having a warpage change (ΔTIR) of 0.2 μm or less in absolute value within a 142 mm square in the central part of the transparent substrate surface between the existing state and a transparent substrate, and a phase shift film on the transparent substrate Between the existing state and the state after the entire phase shift film existing on the transparent substrate is removed by etching, the change amount (ΔTIR) of the warp within a 142 mm square at the center of the transparent substrate surface is 0 in absolute value. It was found that a phase shift film having a thickness of 0.2 μm or less can be formed.

そして、位相シフト膜をこのように構成することにより、位相シフト膜のパターンを有する位相シフトマスクを用い、シリコンウエーハなどの被加工基板の上に、波長200nm以下の露光光で、ハーフピッチ50nm以下の被転写パターンを形成するためのフォトリソグラフィにおいて必要な、幅が100〜200nm程度のメインフォトマスクパターンを有する位相シフト膜パターン有する位相シフトマスクにおいて、位相シフトマスク上でのパターンの位置ずれが少なく、寸法の精度が良好なフォトマスクを与える位相シフトマスクブランクスが得られることを見出し、本発明をなすに至った。   By configuring the phase shift film in this manner, a half-pitch of 50 nm or less can be formed on a substrate to be processed such as a silicon wafer by using exposure light having a wavelength of 200 nm or less using a phase shift mask having a pattern of the phase shift film. In a phase shift mask having a phase shift film pattern having a main photomask pattern having a width of about 100 to 200 nm, which is required in photolithography for forming a pattern to be transferred, the pattern shift on the phase shift mask is small. The present inventors have found that a phase shift mask blank that provides a photomask with good dimensional accuracy can be obtained, and the present invention has been accomplished.

従って、本発明は、以下の位相シフトマスクブランクスの製造方法を提供する。
請求項1:
152mm角、厚さ6.35mmの透明基板上に、波長200nm以下の光で、位相シフト量が150〜200°である位相シフト膜を有し、
上記位相シフト膜が、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料の層を少なくとも1層含み、透過率が3%以上12%以下であり、膜厚が70nm以下である位相シフトマスクブランクスを製造する方法であって、
(1)上記透明基板上に上記位相シフト膜をスパッタリングにより成膜する工程と、
(2)上記透明基板上に成膜された位相シフト膜を、500℃以上900℃以下6時間以上24時間以下熱処理する工程とを含み、
上記位相シフト膜を成膜する工程(1)が、
(A)透明基板上に、スパッタ装置を用いて、少なくとも1つのシリコンターゲットを用い、アルゴンガスと窒素ガスをスパッタチャンバー内に導入して、上記ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料の層を形成する工程、及び
(B)透明基板上に、スパッタ装置を用いて、少なくとも1つのシリコンターゲットを用い、アルゴンガスと、窒素ガス、酸素ガス及び酸化窒素ガスから選ばれる少なくとも1つのガスとをスパッタチャンバー内に導入して、上記ケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料の層を形成する工程
の一方又は双方の工程を含む方法により、
上記位相シフト膜として、透明基板上に位相シフト膜を形成する前と、透明基板上に位相シフト膜が存在する状態との間で、透明基板表面中央部の142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)が、絶対値で0.2μm以下であるハーフトーン位相シフト膜を形成することを特徴とする位相シフトマスクブランクスの製造方法。
請求項2:
上記波長200nm以下の光がArFエキシマレーザー光であることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
請求項3:
上記位相シフト膜を熱処理する工程(2)において、熱処理温度が700℃以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の製造方法。
請求項4:
上記位相シフト膜を熱処理する工程(2)において、熱処理時間が12時間以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の製造方法。
請求項5:
上記位相シフト膜を熱処理する工程(2)において、熱処理雰囲気が、不活性ガス雰囲気又は真空下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の製造方法。
また、本発明は、以下の位相シフトマスクブランクス、位相シフトマスク及び位相シフトマスクブランクスの製造方法が関連する。
[1] 152mm角、厚さ6.35mmの透明基板上に、波長200nm以下の光で、位相シフト量が150〜200°である位相シフト膜を有する位相シフトマスクブランクスであって、
上記位相シフト膜として、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料の層を少なくとも1層含み、膜厚が70nm以下であり、かつ透明基板上に位相シフト膜を形成する前と、透明基板上に位相シフト膜が存在する状態との間で、透明基板表面中央部の142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)が、絶対値で0.2μm以下である位相シフト膜が形成されていることを特徴とする位相シフトマスクブランクス。
[2] 152mm角、厚さ6.35mmの透明基板上に、波長200nm以下の光で、位相シフト量が150〜200°である位相シフト膜を有する位相シフトマスクブランクスであって、
上記位相シフト膜として、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料の層を少なくとも1層含み、膜厚が70nm以下であり、かつ
透明基板上に位相シフト膜が存在する状態と、透明基板上に存在する位相シフト膜の全てをエッチングにより剥離した後との間で、透明基板表面中央部の142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)が、絶対値で0.2μm以下である位相シフト膜が形成されていることを特徴とする位相シフトマスクブランクス。
[3] 上記位相シフト膜が、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料で構成され、上記波長200nm以下の光で、透過率が3%以上20%未満のハーフトーン位相シフト膜であることを特徴とする[1]又は[2]記載の位相シフトマスクブランクス。
[4] 上記位相シフト膜が、ケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料で構成され、上記波長200nm以下の光で、透過率が20%以上のハーフトーン位相シフト膜であることを特徴とする[1]又は[2]記載の位相シフトマスクブランクス。
[5] 更に、上記位相シフト膜上に、クロムを含む材料で構成された単層又は複数層からなる第2の層を有することを特徴とする[1]乃至[4]のいずれかに記載の位相シフトマスクブランクス。
[6] 上記第2の層が、遮光膜、遮光膜と反射防止膜との組み合わせ、又は上記位相シフト膜のパターン形成においてハードマスクとして機能する加工補助膜であることを特徴とする[5]記載の位相シフトマスクブランクス。
[7] 更に、上記第2の層の上に、ケイ素を含む材料で構成された単層又は複数層からなる第3の層を有することを特徴とする[5]記載の位相シフトマスクブランクス。
[8] 上記第2の層が、遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせであり、上記第3の層が、上記第2の層のパターン形成においてハードマスクとして機能する加工補助膜であることを特徴とする[7]記載の位相シフトマスクブランクス。
[9] 上記第2の層が、上記位相シフト膜のパターン形成においてハードマスクとして機能し、かつ上記第3の層のパターン形成においてエッチングストッパーとして機能する加工補助膜であり、上記第3の層が、遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせであることを特徴とする[7]記載の位相シフトマスクブランクス。
[10] 更に、上記第3の層の上に、クロムを含む材料で構成された単層又は複数層からなる第4の層を有することを特徴とする[7]記載の位相シフトマスクブランクス。
[11] 上記第2の層が、上記位相シフト膜のパターン形成においてハードマスクとして機能し、かつ上記第3の層のパターン形成においてエッチングストッパーとして機能する加工補助膜であり、上記第3の層が、遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせであり、上記第4の層が、上記第3の層のパターン形成においてハードマスクとして機能する加工補助膜であることを特徴とする[10]記載の位相シフトマスクブランクス。
[12] 上記位相シフト膜が、スパッタリングにより成膜された後、400℃以上で5分間以上熱処理された膜であることを特徴とする[1]乃至[11]のいずれかに記載の位相シフトマスクブランクス。
[13] [1]乃至[12]のいずれかに記載の位相シフトマスクブランクスを用いて形成された位相シフトマスク。
[14] 透明基板上に位相シフト膜をスパッタリングにより成膜する工程を含む位相シフトマスクブランクスの製造方法であって、
上記位相シフト膜を成膜する工程が、
(A)透明基板上に、スパッタ装置を用いて、少なくとも1つのシリコンターゲットを用い、アルゴンガスと窒素ガスをスパッタチャンバー内に導入して、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料で構成された層を形成する工程、及び
(B)透明基板上に、スパッタ装置を用いて、少なくとも1つのシリコンターゲットを用い、アルゴンガスと、窒素ガス、酸素ガス及び酸化窒素ガスから選ばれる少なくとも1つのガスとをスパッタチャンバー内に導入して、ケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料で構成された層を形成する工程
の一方又は双方の工程を含み、
上記製造方法が、更に、透明基板上に成膜された位相シフト膜を、400℃以上で5分間以上熱処理する工程を含むことを特徴とする位相シフトマスクブランクスの製造方法。
Therefore, the present invention provides the following method for producing a phase shift mask blank.
Claim 1:
On a 152 mm square, 6.35 mm thick transparent substrate, a light having a wavelength of 200 nm or less and a phase shift film having a phase shift amount of 150 to 200 ° are provided.
The phase shift film includes at least one layer of a silicon-based material including silicon and nitrogen or a silicon-based material including silicon, nitrogen, and oxygen, has a transmittance of 3% or more and 12% or less, and has a film thickness of 70 nm or less. A method for manufacturing a phase shift mask blanks,
(1) a step of forming the phase shift film on the transparent substrate by sputtering;
(2) heat-treating the phase shift film formed on the transparent substrate at 500 ° C. to 900 ° C. for 6 hours to 24 hours ,
Step (1) of forming the phase shift film includes:
(A) On a transparent substrate, an argon gas and a nitrogen gas are introduced into a sputtering chamber by using at least one silicon target by using a sputtering apparatus to form a layer of the silicon-based material including silicon and nitrogen. And (B) using a sputtering apparatus and at least one silicon target on a transparent substrate, using an argon gas and at least one gas selected from a nitrogen gas, an oxygen gas, and a nitrogen oxide gas in a sputtering chamber. Introduced into the above, silicon, by a method comprising one or both steps of forming a layer of a silicon-based material consisting of nitrogen and oxygen,
As the above-mentioned phase shift film, the amount of change in the warp within a 142 mm square at the center of the transparent substrate surface (between before the phase shift film is formed on the transparent substrate and when the phase shift film is present on the transparent substrate) ΔTIR) is a halftone phase shift film having an absolute value of not more than 0.2 μm.
Claim 2:
2. The method according to claim 1, wherein the light having a wavelength of 200 nm or less is ArF excimer laser light.
Claim 3:
3. The method according to claim 1, wherein in the step (2) of heat-treating the phase shift film, a heat treatment temperature is 700 ° C. or less.
Claim 4:
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the step (2) of heat-treating the phase shift film, the heat treatment time is 12 hours or less.
Claim 5:
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the step (2) of heat-treating the phase shift film, a heat treatment atmosphere is an inert gas atmosphere or a vacuum.
Further, the present invention relates to the following phase shift mask blank, a phase shift mask, and a method of manufacturing the phase shift mask blank.
[1] A phase shift mask blank having a phase shift film having a wavelength of 200 nm or less and a phase shift amount of 150 to 200 ° on a 152 mm square, 6.35 mm thick transparent substrate,
The phase shift film includes at least one layer of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen or a silicon-based material composed of silicon, nitrogen and oxygen, has a thickness of 70 nm or less, and has a phase shift film on a transparent substrate. Before the formation, and between the state where the phase shift film is present on the transparent substrate, the phase change amount (ΔTIR) within 142 mm square at the center of the transparent substrate surface is 0.2 μm or less in absolute value. A phase shift mask blank, wherein a shift film is formed.
[2] A phase shift mask blank having a phase shift film with a wavelength of 200 nm or less and a phase shift amount of 150 to 200 ° on a 152 mm square, 6.35 mm thick transparent substrate,
The phase shift film includes at least one layer of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen or a silicon-based material composed of silicon, nitrogen and oxygen, has a thickness of 70 nm or less, and has a phase shift film on a transparent substrate. Between the existing state and the state after the entire phase shift film existing on the transparent substrate is removed by etching, the change amount (ΔTIR) of the warp within a 142 mm square at the center of the transparent substrate surface is 0 in absolute value. A phase shift mask blank, wherein a phase shift film having a thickness of 2 μm or less is formed.
[3] The phase shift film is a halftone phase shift film made of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen and having a transmittance of 3% or more and less than 20% with the light having a wavelength of 200 nm or less. The phase shift mask blank according to [1] or [2].
[4] The phase shift film is a halftone phase shift film made of a silicon-based material including silicon, nitrogen and oxygen, and having a transmittance of 20% or more with the light having a wavelength of 200 nm or less. The phase shift mask blank according to [1] or [2].
[5] The method according to any one of [1] to [4], further comprising a second layer including a single layer or a plurality of layers made of a material containing chromium, on the phase shift film. Phase shift mask blanks.
[6] The second layer is a light-shielding film, a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film, or a processing auxiliary film functioning as a hard mask in pattern formation of the phase shift film. The described phase shift mask blanks.
[7] The phase shift mask blank according to [5], further comprising a third layer composed of a single layer or a plurality of layers made of a material containing silicon, on the second layer.
[8] The second layer is a light-shielding film or a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film, and the third layer is a processing auxiliary film functioning as a hard mask in pattern formation of the second layer. The phase shift mask blank according to [7], wherein:
[9] The second layer is a processing auxiliary film that functions as a hard mask in forming the pattern of the phase shift film and functions as an etching stopper in forming the pattern of the third layer. Is a light-shielding film or a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film.
[10] The phase shift mask blank according to [7], further comprising a fourth layer composed of a single layer or a plurality of layers made of a material containing chromium, on the third layer.
[11] The second layer is a processing auxiliary film that functions as a hard mask in forming the pattern of the phase shift film and functions as an etching stopper in forming the pattern of the third layer. Is a light-shielding film, or a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film, and the fourth layer is a processing auxiliary film that functions as a hard mask in forming the pattern of the third layer. 10] The phase shift mask blank according to the above.
[12] The phase shift according to any one of [1] to [11], wherein the phase shift film is a film formed by sputtering and then heat-treated at 400 ° C. or more for 5 minutes or more. Mask blanks.
[13] A phase shift mask formed using the phase shift mask blank according to any one of [1] to [12].
[14] A method for manufacturing a phase shift mask blank, comprising a step of forming a phase shift film on a transparent substrate by sputtering,
The step of forming the phase shift film,
(A) On a transparent substrate, an argon gas and a nitrogen gas are introduced into a sputtering chamber by using a sputtering apparatus and at least one silicon target to form a layer composed of a silicon-based material including silicon and nitrogen. Forming step, and (B) sputtering argon gas and at least one gas selected from nitrogen gas, oxygen gas and nitrogen oxide gas on the transparent substrate using at least one silicon target using a sputtering apparatus. Including one or both of steps of forming a layer composed of a silicon-based material composed of silicon, nitrogen and oxygen by introducing into a chamber,
The method for producing a phase shift mask blank, further comprising a step of subjecting the phase shift film formed on the transparent substrate to a heat treatment at 400 ° C. or more for 5 minutes or more.

本発明によれば、フォトマスクパターンの加工において有利な、より薄い位相シフト膜であり、かつ位相シフト膜をパターン形成して位相シフトマスクを作製する際の、パターン位置のずれや、寸法の精度の低下が少ない、寸法制御性に優れた高品位な位相シフトマスクブランクスを与える位相シフト膜であって、位相シフト膜として必要な位相差が確保された位相シフト膜を備える位相シフトマスクブランクス及び位相シフトマスクを提供できる。本発明の位相シフトマスクによれば、フォトリソグラフィにおける更なるパターンの微細化と高精度化の要求に適合した露光が可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is a thinner phase shift film | membrane which is advantageous in the processing of a photomask pattern. Phase shift mask blanks that provide a high-quality phase shift mask blank excellent in dimensional controllability with less decrease in phase shift, and a phase shift mask blank and a phase shifter that include a phase shift film in which a phase difference required as a phase shift film is secured A shift mask can be provided. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the phase shift mask of this invention, the exposure which respond | corresponds to the demand of further refinement | miniaturization of a pattern in photolithography and high precision is possible.

本発明の位相シフトマスクブランクス及び位相シフトマスクの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the phase shift mask blank of this invention, and a phase shift mask. 本発明の位相シフトマスクブランクスの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the phase shift mask blank of this invention.

以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明の位相シフトマスクブランクス(位相シフト型フォトマスクブランクス)は、石英基板などの透明基板上に形成された単層、又は多層(即ち、2層以上)からなる位相シフト膜を有する。本発明において、透明基板は、SEMI規格において規定されている、6インチ角、厚さ25ミリインチの6025基板と呼ばれる透明基板が対象とされ、SI単位系を用いた場合、通常、152mm角、厚さ6.35mmの透明基板と表記される。また、本発明の位相シフトマスク(位相シフト型フォトマスク)は、位相シフト膜のマスクパターン(フォトマスクパターン)を有する。本発明の位相シフト膜には、ハーフトーン位相シフト膜が含まれる。従って、本発明の位相シフトマスクブランクスには、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスが含まれ、本発明の位相シフトマスクには、ハーフトーン位相シフトマスクが含まれる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The phase shift mask blank (phase shift type photomask blank) of the present invention has a single layer or a multilayer (that is, two or more layers) phase shift film formed on a transparent substrate such as a quartz substrate. In the present invention, as the transparent substrate, a transparent substrate called a 6025 substrate having a size of 6 inches square and a thickness of 25 mm inches, which is defined in the SEMI standard, is targeted. Expressed as a 6.35 mm transparent substrate. Further, the phase shift mask (phase shift type photomask) of the present invention has a mask pattern (photomask pattern) of the phase shift film. The phase shift film of the present invention includes a halftone phase shift film. Therefore, the phase shift mask blank of the present invention includes a halftone phase shift mask blank, and the phase shift mask of the present invention includes a halftone phase shift mask.

図1(A)は、本発明の位相シフトマスクブランクスの一例を示す断面図であり、この位相シフトマスクブランクス100は、透明基板10と、透明基板10上に形成された位相シフト膜1とを備える。また、図1(B)は、本発明の位相シフトマスクの一例を示す断面図であり、この位相シフトマスク101は、透明基板10と、透明基板10上に形成された位相シフト膜パターン11とを備える。   FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating an example of the phase shift mask blank of the present invention. The phase shift mask blank 100 includes a transparent substrate 10 and a phase shift film 1 formed on the transparent substrate 10. Prepare. FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating an example of the phase shift mask of the present invention. The phase shift mask 101 includes a transparent substrate 10 and a phase shift film pattern 11 formed on the transparent substrate 10. Is provided.

位相シフト膜は、位相シフト膜として必要な位相差及び透過率を満たすように、単層で構成してもよいが、例えば、所定の表面反射率を満たすようにするために、反射防止機能性を有する層を含むようにし、全体として位相シフト膜として必要な位相差及び透過率を満たすように、多層で構成することも好適である。   The phase shift film may be composed of a single layer so as to satisfy the phase difference and transmittance required as a phase shift film. For example, in order to satisfy a predetermined surface reflectance, an anti-reflection function It is also preferable to include a layer having the following structure, and to constitute a multilayer so as to satisfy the phase difference and the transmittance required as a phase shift film as a whole.

単層及び多層のいずれの場合においても、各々の層は、組成が厚さ方向に連続的に変化するように形成してもよい。また、位相シフト膜を多層で構成する場合、構成元素が異なる層及び構成元素が同一で組成比が異なる層から選ばれる2層以上の組み合わせとしてよく、多層を3層以上で構成する場合は、隣接する層としなければ、同じ層を組み合わせることもできる。   In either case of a single layer or a multilayer, each layer may be formed such that the composition changes continuously in the thickness direction. In the case where the phase shift film is formed of multiple layers, a combination of two or more layers selected from layers having different constituent elements and layers having the same constituent elements and different composition ratios may be used. If they are not adjacent layers, the same layers can be combined.

本発明の位相シフト膜は、所定の膜厚において、波長200nm以下の光、特に、位相シフトマスクを用いたフォトリソグラフィにおいて用いられるArFエキシマレーザー光(波長193nm)の露光光に対して、所定の位相シフト量(位相差)と、所定の透過率とを与える膜である。   The phase shift film according to the present invention has a predetermined thickness with respect to light having a wavelength of 200 nm or less, particularly, exposure light of ArF excimer laser light (wavelength of 193 nm) used in photolithography using a phase shift mask. This film gives a phase shift amount (phase difference) and a predetermined transmittance.

本発明の位相シフト膜の全体の厚さは、薄いほど微細なパターンを形成しやすいため70nm以下とすることが好ましく、より好ましくは62nm以下である。一方、位相シフト膜の膜厚の下限は、露光波長である波長200nm以下の光に対し、必要な光学特性が得られる範囲で設定され、特に制約はないが、一般的には40nm以上となる。   The total thickness of the phase shift film of the present invention is preferably 70 nm or less, more preferably 62 nm or less, since the thinner the thinner the finer pattern is, the easier it is to form. On the other hand, the lower limit of the thickness of the phase shift film is set within a range in which necessary optical characteristics can be obtained for light having a wavelength of 200 nm or less, which is an exposure wavelength, and is not particularly limited, but is generally 40 nm or more. .

本発明の位相シフト膜の露光光に対する位相差は、位相シフト膜が存在する部分(位相シフト部)と、位相シフト膜が存在しない部分との境界部において、それぞれを通過する露光光の位相差によって露光光が干渉して、コントラストを増大させることができる位相差であればよく、位相差は150〜200°であればよい。一般的な位相シフト膜では、位相差を略180°に設定するが、上述したコントラスト増大の観点からは、位相差は略180°に限定されず、位相差を180°より小さく又は大きくすることができる。例えば、位相差を180°より小さくすれば、薄膜化に有効である。なお、より高いコントラストが得られる点から、位相差は、180°に近い方が効果的であることは言うまでもなく、160〜190°、特に175〜185°、とりわけ約180°であることが好ましい。
The phase difference of the phase shift film of the present invention with respect to the exposure light is the phase difference of the exposure light passing therethrough at the boundary between the portion where the phase shift film exists (phase shift portion) and the portion where the phase shift film does not exist. As long as the exposure light interferes to increase the contrast, the phase difference may be 150 to 200 °. In a general phase shift film, the phase difference is set to approximately 180 °, but from the viewpoint of increasing the contrast described above, the phase difference is not limited to approximately 180 °, and the phase difference is set to be smaller or larger than 180 °. Can be. For example, if the phase difference is smaller than 180 °, it is effective for thinning. In addition, from the point that a higher contrast is obtained, it is needless to say that the phase difference is more effective when the phase difference is closer to 180 °, and is preferably 160 to 190 °, particularly 175 to 185 °, and particularly preferably about 180 °. .

本発明の位相シフト膜は、透明基板上に位相シフト膜が存在する状態との間で、透明基板表面中央部の142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)が、絶対値で0.2μm以下であることが好ましい。また、本発明の位相シフト膜は、透明基板上に位相シフト膜が存在する状態と、透明基板上に存在する位相シフト膜の全てをエッチングにより剥離した後との間で、透明基板表面中央部の142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)が、絶対値で0.2μm以下であることが好ましい。位相シフト膜をこのようにそりの変化量が少ないものとすることにより、位相シフト膜をパターン形成して位相シフトマスクを作製する際の、パターン位置のずれや、寸法の精度の低下が少ない位相シフト膜を有する位相シフトマスクブランクス及び位相シフトマスクとすることができる。   In the phase shift film of the present invention, the amount of change (ΔTIR) of the warp within 142 mm square at the center of the transparent substrate surface is 0.2 μm or less in absolute value between the state where the phase shift film is present on the transparent substrate. It is preferable that Further, the phase shift film of the present invention, between the state where the phase shift film is present on the transparent substrate, and after all of the phase shift film present on the transparent substrate is removed by etching, the transparent substrate surface center portion It is preferable that the amount of change (ΔTIR) of the warp within a 142 mm square is 0.2 μm or less in absolute value. When the phase shift film has such a small amount of change in the warp, a phase shift and a decrease in dimensional accuracy at the time of forming a phase shift mask by forming a pattern of the phase shift film are small. A phase shift mask blank having a shift film and a phase shift mask can be provided.

ここで、透明基板表面中央部の142mm角内は、152mm角の透明基板の位相シフト膜が成膜される表面の周縁から5mmより内側の範囲として設定される。この範囲は、位相シフトマスクにおいて、位相シフトマスクを用いた露光に用いられるフォトマスクパターンが形成される領域である。透明基板及び位相シフト膜が成膜された透明基板のそりは、フラットネス測定器で表面の形状を測定した際のTIR(Total Indicator Reading)で規定される平坦度であり、その変化量としてのΔTIRは、基板の表面形状を測定した際の基板の中心の高さを、高さ方向の原点とし、同一基板で、基板上に膜が存在する場合と存在しない場合と間の基板平面内各座標における変化量の最大値又は最小値と定義される。このそり及びその変化量は、フラットネステスタ(例えば、CORNING製 TropelR Ultra FlatTM 200Maskなど)の市販の測定装置により測定、算出することができる。 Here, the 142 mm square in the central part of the transparent substrate surface is set as a range inside 5 mm from the periphery of the surface of the 152 mm square transparent substrate on which the phase shift film is formed. This range is an area in the phase shift mask where a photomask pattern used for exposure using the phase shift mask is formed. The warpage of the transparent substrate and the transparent substrate on which the phase shift film is formed is the flatness specified by TIR (Total Indicator Reading) when the surface shape is measured by a flatness measuring instrument, and the amount of change thereof is as follows. ΔTIR is the height of the center of the substrate at the time of measuring the surface shape of the substrate, which is defined as the origin in the height direction. It is defined as the maximum value or the minimum value of the amount of change in coordinates. The warpage and the amount of change is measured by a commercially available measuring apparatus flatness tester (e.g., such as CORNING made Tropel R Ultra Flat TM 200Mask), it can be calculated.

本発明の位相シフト膜がハーフトーン位相シフト膜である場合、その露光光に対する透過率は、3%以上、特に5%以上であることが好ましく、また、40%以下、特に30%以下であることが好ましい。   When the phase shift film of the present invention is a halftone phase shift film, its transmittance to exposure light is preferably 3% or more, particularly 5% or more, and 40% or less, particularly 30% or less. Is preferred.

特に、位相シフト膜が、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料で構成されている場合、位相シフト膜中のケイ素と窒素の量を調整することにより、波長200nm以下の光で、透過率が3%以上20%未満のハーフトーン位相シフト膜とすることができる。また、位相シフト膜が、ケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料で構成されている場合、位相シフト膜中のケイ素と窒素と酸素の量を調整することにより、波長200nm以下の光で、透過率が20%以上のハーフトーン位相シフト膜とすることができる。   In particular, when the phase shift film is made of a silicon-based material including silicon and nitrogen, by adjusting the amounts of silicon and nitrogen in the phase shift film, the transmittance is 3% for light having a wavelength of 200 nm or less. A halftone phase shift film of less than 20% can be obtained. When the phase shift film is made of a silicon-based material composed of silicon, nitrogen and oxygen, by adjusting the amounts of silicon, nitrogen and oxygen in the phase shift film, light having a wavelength of 200 nm or less can be transmitted. A halftone phase shift film having a ratio of 20% or more can be obtained.

本発明の位相シフト膜においては、単層で構成する場合は、単層全体において、また、多層で構成する場合は、多層を構成する層の1層以上、特に、後述する表面酸化層を設ける場合はこの表面酸化層を除き、多層全体において、露光光に対する屈折率nが2.4以上、特に2.5以上、とりわけ2.6以上であることが好ましい。位相シフト膜の酸素の含有率を低くすること、好ましくは酸素を含有させないこと又は遷移金属を含有させないことによって、所定の透過率で、膜の屈折率nを高くすることができ、また、位相シフト膜として必要な位相差を確保した上で、膜の厚さをより薄くすることができる。屈折率nは、酸素の含有率が低いほど高くなり、屈折率nが高いほど、薄い膜で必要な位相差を得ることができる。   In the phase shift film of the present invention, when it is composed of a single layer, it is provided on the entire single layer, and when it is composed of multiple layers, one or more layers constituting the multilayer, particularly a surface oxide layer described later is provided. In this case, except for the surface oxide layer, the refractive index n to the exposure light in the entire multilayer is preferably 2.4 or more, particularly 2.5 or more, especially 2.6 or more. By lowering the oxygen content of the phase shift film, preferably by not including oxygen or by including a transition metal, it is possible to increase the refractive index n of the film at a predetermined transmittance, The thickness of the film can be further reduced while securing the phase difference required for the shift film. The lower the oxygen content, the higher the refractive index n. The higher the refractive index n, the more the required retardation can be obtained with a thin film.

本発明の位相シフト膜においては、単層で構成する場合は、単層全体において、また、多層で構成する場合は、多層を構成する層の1層以上、特に、後述する表面酸化層を設ける場合はこの表面酸化層を除き、多層全体において、露光光に対する消衰係数kが0.1以上、特に0.2以上で、0.7以下、特に0.65以下であることが好ましい。   In the phase shift film of the present invention, when it is composed of a single layer, it is provided on the entire single layer, and when it is composed of multiple layers, one or more layers constituting the multilayer, particularly a surface oxide layer described later is provided. In this case, it is preferable that the extinction coefficient k for exposure light is 0.1 or more, especially 0.2 or more, 0.7 or less, especially 0.65 or less in the whole multilayer except for the surface oxide layer.

本発明の位相シフト膜は、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料の層を少なくとも1層含む。ケイ素系材料は、ケイ素及び窒素を含有し、酸素を含有していてもよい。これら以外の元素の含有は、不純物量であれば許容されるが、特に、遷移金属(例えば、モリブデン、ジルコニウム、タングステン、チタン、ハフニウム、クロム、タンタルなど)は含有していないことが好ましい。遷移金属を含むケイ素系材料におけるパターン寸法変動劣化の問題は、このようなケイ素系材料を用いることにより改善することができ、また、このようなケイ素系材料を用いることにより、化学的洗浄に対する耐薬品性が向上する。   The phase shift film of the present invention includes at least one layer of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen or a silicon-based material composed of silicon, nitrogen and oxygen. The silicon-based material contains silicon and nitrogen, and may contain oxygen. The inclusion of elements other than these is permissible as long as the amount is an impurity, but it is particularly preferable that transition metals (eg, molybdenum, zirconium, tungsten, titanium, hafnium, chromium, tantalum, etc.) are not contained. The problem of pattern size fluctuation deterioration in a silicon-based material containing a transition metal can be improved by using such a silicon-based material, and by using such a silicon-based material, resistance to chemical cleaning can be improved. Improves chemical properties.

位相シフト膜を多層で構成する場合、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料で構成された層の厚さ(該層が2層以上の場合はそれらの合計の厚さ)が、位相シフト膜全体の厚さの60%以上、特に80%以上であることが好ましく、特に、後述する表面酸化層を設ける場合はこの表面酸化層を除き、多層全体が、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料で構成された層であることが好ましい。更に、位相シフト膜を多層で構成する場合、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料で構成された層を、透明基板側、透明基板側から離間する側、厚さ方向の中央部のいずれに設けてもよい。   When the phase shift film is composed of multiple layers, the thickness of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen or a layer composed of a silicon-based material composed of silicon, nitrogen and oxygen (when the number of layers is two or more, the total Is preferably 60% or more, more preferably 80% or more of the thickness of the entire phase shift film. In particular, when a surface oxide layer described later is provided, the entire multilayer except for the surface oxide layer is formed by: It is preferable that the layer is made of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen or a silicon-based material composed of silicon, nitrogen and oxygen. Furthermore, when the phase shift film is composed of a multilayer, a silicon-based material composed of silicon and nitrogen or a layer composed of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen and oxygen, the transparent substrate side, the side separated from the transparent substrate side, It may be provided at any of the central portions in the thickness direction.

本発明の位相シフト膜は、単層で構成する場合は、単層全体のケイ素系材料において、また、多層で構成する場合は、多層を構成する層の1層以上のケイ素系材料、特に、後述する表面酸化層を設ける場合はこの表面酸化層を除き、多層全体のケイ素系材料において、ケイ素系材料に含まれるケイ素の含有率が30原子%以上、特に40原子%以上、とりわけ44原子%以上で、55原子%以下、特に50原子%以下であることが好ましい。特に、位相シフト膜が低透過率(例えば、3%以上20%未満、特に3%以上12%以下、とりわけ3%以上10%未満)のハーフトーン位相シフト膜の場合は、ケイ素系材料に含まれるケイ素の含有率が40原子%以上、特に44原子%以上で、55原子%以下、特に50原子%以下であることが好ましく、また、位相シフト膜が高透過率(例えば、20%以上30%以下)のハーフトーン位相シフト膜の場合は、ケイ素系材料に含まれるケイ素の含有率が30原子%以上、特に40原子%以上で、55原子%以下、特に45原子%以下であることが好ましい。   When the phase shift film of the present invention is composed of a single layer, the silicon-based material of the entire single layer, and when composed of multiple layers, one or more silicon-based materials of the layers constituting the multilayer, in particular, When a surface oxide layer described below is provided, the silicon content of the silicon-based material in the entire multilayer is 30 atomic% or more, particularly 40 atomic% or more, and especially 44 atomic%, excluding this surface oxide layer. As described above, the content is preferably 55 atomic% or less, particularly preferably 50 atomic% or less. In particular, when the phase shift film is a halftone phase shift film having a low transmittance (for example, 3% or more and less than 20%, particularly 3% or more and 12% or less, particularly 3% or more and less than 10%), it is included in the silicon-based material. The content of silicon is preferably at least 40 at%, particularly at least 44 at%, and is at most 55 at%, especially at most 50 at%, and the phase shift film has a high transmittance (for example, 20 to 30 at%). % Or less), the content of silicon contained in the silicon-based material may be 30 atomic% or more, particularly 40 atomic% or more, and 55 atomic% or less, particularly 45 atomic% or less. preferable.

本発明の位相シフト膜は、単層で構成する場合は、単層全体のケイ素系材料において、また、多層で構成する場合は、多層を構成する層の1層以上のケイ素系材料、特に、後述する表面酸化層を設ける場合はこの表面酸化層を除き、多層全体のケイ素系材料において、ケイ素系材料に含まれる窒素の含有率が10原子%以上、特に40原子%以上、とりわけ50原子%以上で、60原子%以下、特に55原子%以下であることが好ましい。特に、位相シフト膜が低透過率(例えば、3%以上20%未満、特に3%以上12%以下、とりわけ3%以上10%未満)のハーフトーン位相シフト膜の場合は、ケイ素系材料に含まれる窒素の含有率が44原子%以上で、60原子%以下、特に56原子%以下であることが好ましく、また、位相シフト膜が高透過率(例えば、20%以上30%以下)のハーフトーン位相シフト膜の場合は、ケイ素系材料に含まれる窒素の含有率が10原子%以上、特に40原子%以上で、60原子%以下、特に55原子%以下であることが好ましい。   When the phase shift film of the present invention is composed of a single layer, the silicon-based material of the entire single layer, and when composed of multiple layers, one or more silicon-based materials of the layers constituting the multilayer, in particular, When a surface oxide layer to be described later is provided, the content of nitrogen contained in the silicon material is 10 atomic% or more, particularly 40 atomic% or more, and especially 50 atomic% in the silicon-based material of the entire multilayer except for this surface oxide layer. As described above, the content is preferably at most 60 atomic%, particularly preferably at most 55 atomic%. In particular, when the phase shift film is a halftone phase shift film having a low transmittance (for example, 3% or more and less than 20%, particularly 3% or more and 12% or less, particularly 3% or more and less than 10%), it is included in the silicon-based material. The nitrogen content is preferably at least 44 at% and at most 60 at%, particularly preferably at most 56 at%, and the phase shift film has a high transmittance (for example, 20 to 30%) halftone. In the case of a phase shift film, the content of nitrogen contained in the silicon-based material is preferably at least 10 at%, particularly at least 40 at%, and is at most 60 at%, especially at most 55 at%.

本発明の位相シフト膜は、単層で構成する場合は、単層全体のケイ素系材料において、また多層で構成する場合は、多層を構成する層の1層以上のケイ素系材料、特に、後述する表面酸化層を設ける場合はこの表面酸化層を除き、多層全体のケイ素系材料において、ケイ素系材料に含まれる酸素の含有率が50原子%以下、特に20原子%以下、とりわけ6原子%以下であることが好ましい。特に、ハーフトーン位相シフト膜が低透過率(例えば、3%以上20%未満、特に3%以上12%以下、とりわけ3%以上10%未満)の場合は、ケイ素系材料に含まれる酸素の含有率が0原子%以上で、6原子%以下、特に3.5%以下、とりわけ1%以下であることが好ましく、また、ハーフトーン位相シフト膜が高透過率(例えば、20%以上30%以下)の場合は、ケイ素系材料に含まれる酸素の含有率が50原子%以下、特に20原子%以下であることが好ましく、特に、ケイ素系材料に含まれる酸素の含有率が0原子%以上、特に1原子%以上の層が1層以上含まれることが好ましい。   When the phase shift film of the present invention is composed of a single layer, it is composed of a single-layer silicon-based material. When a surface oxidized layer is provided, the content of oxygen contained in the silicon-based material is 50 atomic% or less, particularly 20 atomic% or less, particularly 6 atomic% or less in the silicon-based material of the entire multilayer except for the surface oxidized layer. It is preferable that In particular, when the halftone phase shift film has a low transmittance (for example, 3% or more and less than 20%, particularly 3% or more and 12% or less, particularly 3% or more and less than 10%), the content of oxygen contained in the silicon-based material is reduced. It is preferably at least 0 atomic% and at most 6 atomic%, particularly preferably at most 3.5%, particularly preferably at most 1%, and the halftone phase shift film has a high transmittance (for example, at least 20% and at most 30%). In the case of), the content of oxygen contained in the silicon-based material is preferably 50 atomic% or less, particularly preferably 20 atomic% or less, and particularly, the oxygen content contained in the silicon-based material is 0 atomic% or more, In particular, it is preferable that one or more layers contain 1 atomic% or more.

ケイ素系材料として具体的には、ケイ素及び窒素のみからなるケイ素系材料(即ち、ケイ素窒化物(SiN))、ケイ素、窒素及び酸素のみからなるケイ素系材料(即ち、ケイ素酸化窒化物(SiON))が挙げられる。   Specific examples of the silicon-based material include a silicon-based material consisting of only silicon and nitrogen (that is, silicon nitride (SiN)) and a silicon-based material consisting of only silicon, nitrogen and oxygen (that is, silicon oxynitride (SiON)). ).

更に、位相シフト膜の薄膜化のためには、酸素の含有率が低い方が好ましく、酸素を含んでいないことがより好ましい。この観点から、位相シフト膜をケイ素及び窒素からなるケイ素系材料で構成された層を含むようにすることが好ましい。そのためには、位相シフト膜を、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料で構成された単層で形成することが有効であり、また、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料で構成された層を1層以上含む多層、特に、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料で構成された層を1層以上と、ケイ素、窒素及び酸素からなる層を1層以上とを含む多層で形成することも有効である。   Furthermore, in order to reduce the thickness of the phase shift film, it is preferable that the oxygen content is low, and it is more preferable that the phase shift film does not contain oxygen. From this viewpoint, it is preferable that the phase shift film include a layer composed of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen. For that purpose, it is effective to form the phase shift film with a single layer composed of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen, and to form a single layer composed of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen. It is also effective to form a multilayer including the above, particularly a multilayer including at least one layer composed of silicon-based material composed of silicon and nitrogen and at least one layer composed of silicon, nitrogen and oxygen.

本発明の位相シフト膜は、公知の成膜手法を適用して成膜することができるが、均質性に優れた膜が容易に得られるスパッタ法により成膜することが好ましく、DCスパッタ、RFスパッタのいずれの方法をも用いることができる。ターゲットとスパッタガスは、層構成や組成に応じて適宜選択される。ターゲットとしては、ケイ素ターゲット、窒化ケイ素ターゲット、ケイ素と窒化ケイ素の双方を含むターゲットなどを使用すればよい。窒素と酸素の含有量は、スパッタガスに、反応性ガスとして、窒素を含むガス、酸素を含むガス、窒素及び酸素を含むガス、必要に応じて炭素を含むガスなどを用い、導入量を適宜調整して反応性スパッタすることで、調整することができる。反応性ガスとして具体的には、窒素ガス(N2ガス)、酸素ガス(O2ガス)、窒素酸化物ガス(N2Oガス、NOガス、NO2ガス)などを用いることができる。更に、スパッタガスには、希ガスとして、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスなどを用いることが、そりの変化量(ΔTIR)の低減の観点で有利である。 The phase shift film of the present invention can be formed by applying a known film forming method, but is preferably formed by a sputtering method capable of easily obtaining a film having excellent homogeneity. Any method of sputtering can be used. The target and the sputtering gas are appropriately selected according to the layer configuration and composition. As a target, a silicon target, a silicon nitride target, a target containing both silicon and silicon nitride, or the like may be used. The contents of nitrogen and oxygen are appropriately adjusted by using a sputtering gas, a reactive gas, a gas containing nitrogen, a gas containing oxygen, a gas containing nitrogen and oxygen, and a gas containing carbon as necessary. It can be adjusted by adjusting and performing reactive sputtering. Specifically, a nitrogen gas (N 2 gas), an oxygen gas (O 2 gas), a nitrogen oxide gas (N 2 O gas, NO gas, NO 2 gas) or the like can be used as the reactive gas. Further, it is advantageous to use a helium gas, a neon gas, an argon gas, or the like as a rare gas as the sputtering gas from the viewpoint of reducing the amount of change in warpage (ΔTIR).

本発明の位相シフトマスクブランクスは、透明基板上に、位相シフト膜を、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料の層を少なくとも1層含むようにスパッタリングにより形成し、形成した位相シフト膜を400℃以上で5分間以上熱処理することにより形成することが好ましい。   The phase shift mask blank of the present invention forms a phase shift film on a transparent substrate by sputtering so as to include at least one layer of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen or a silicon-based material composed of silicon, nitrogen and oxygen. Then, it is preferable to form the phase shift film by performing a heat treatment at 400 ° C. or more for 5 minutes or more.

透明基板上に位相シフト膜をスパッタリングにより成膜する工程は、(A)透明基板上に、スパッタ装置を用いて、少なくとも1つのシリコンターゲットを用い、アルゴンガスと窒素ガスをスパッタチャンバー内に導入して、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料で構成された層を形成する工程、及び(B)透明基板上に、スパッタ装置を用いて、少なくとも1つのシリコンターゲットを用い、アルゴンガスと、窒素ガス、酸素ガス及び酸化窒素ガスから選ばれる少なくとも1つのガスとをスパッタチャンバー内に導入して、ケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料で構成された層を形成する工程の一方又は双方の工程を含むことが好ましい。スパッタリングの際には、得られる位相シフト膜が、位相シフトマスクブランクスにおいて、反りの変化量(ΔTIR)が少なくなるように、位相シフト膜の成膜時のスパッタガスの導入量を調節することが好ましい。   In the step of forming a phase shift film on a transparent substrate by sputtering, (A) an argon gas and a nitrogen gas are introduced into a sputtering chamber on a transparent substrate using at least one silicon target by using a sputtering apparatus. Forming a layer composed of a silicon-based material composed of silicon and nitrogen, and (B) using a sputtering apparatus and at least one silicon target on a transparent substrate, using an argon gas, a nitrogen gas, Including at least one gas selected from an oxygen gas and a nitrogen oxide gas into a sputtering chamber to form one or both of a step of forming a layer composed of a silicon-based material including silicon, nitrogen, and oxygen Is preferred. At the time of sputtering, the amount of sputter gas introduced during the formation of the phase shift film may be adjusted so that the obtained phase shift film has a small amount of change in warpage (ΔTIR) in the phase shift mask blank. preferable.

位相シフト膜の成膜後の熱処理は、位相シフト膜を透明基板上に成膜した状態で、400℃以上、特に450℃以上で、5分間以上、特に30分間以上加熱することが好ましい。従来、位相シフト膜として用いられている遷移金属を含む膜では、このような高温で熱処理を行うと、表面に析出物が形成されて欠陥となってしまうため、このような高温を適用できないが、本発明のケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料の層を少なくとも1層含む位相シフト膜は、このような高温を適用しても、遷移金属を含む膜のような問題は生じない。熱処理温度は、900℃以下、特に700℃以下が好ましく、熱処理時間は24時間以下、特に12時間以下が好ましい。熱処理は、スパッタチャンバー内で実施してもよく、また、スパッタチャンバーとは異なる熱処理炉に移して実施してもよい。熱処理の雰囲気は、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気、真空下であっても、後述する表面酸化層が最表面に形成されるが、酸素ガス雰囲気などの酸素存在雰囲気であってもよい。   In the heat treatment after the formation of the phase shift film, it is preferable to heat at 400 ° C. or more, particularly 450 ° C. or more, for 5 minutes or more, particularly for 30 minutes or more in a state where the phase shift film is formed on the transparent substrate. Conventionally, in a film containing a transition metal used as a phase shift film, when heat treatment is performed at such a high temperature, a precipitate is formed on the surface and becomes a defect. The phase shift film of the present invention comprising at least one layer of a silicon-based material comprising silicon and nitrogen or a silicon-based material comprising silicon, nitrogen and oxygen is a film containing a transition metal even when such a high temperature is applied. Such a problem does not occur. The heat treatment temperature is preferably 900 ° C. or less, particularly 700 ° C. or less, and the heat treatment time is preferably 24 hours or less, particularly preferably 12 hours or less. The heat treatment may be performed in the sputter chamber, or may be performed by transferring to a heat treatment furnace different from the sputter chamber. The atmosphere of the heat treatment may be an inert gas atmosphere such as a helium gas or an argon gas, even under vacuum, or a surface oxide layer described later may be formed on the outermost surface, but may be an oxygen-containing atmosphere such as an oxygen gas atmosphere. Good.

位相シフト膜を多層とした場合、位相シフト膜の膜質変化を抑えるために、その表面側(透明基板と離間する側)の最表面部の層として、表面酸化層を設けることができる。この表面酸化層の酸素含有率は20原子%以上であってよく、更には50原子%以上であってもよい。表面酸化層を形成する方法として、具体的には、大気酸化(自然酸化)による酸化の他、強制的に酸化処理する方法としては、ケイ素系材料の膜をオゾンガスやオゾン水により処理する方法や、酸素ガス雰囲気などの酸素存在雰囲気中で、オーブン加熱、ランプアニール、レーザー加熱などにより、300℃以上に加熱する方法などを挙げることができる。この表面酸化層の厚さは10nm以下、特に5nm以下、とりわけ3nm以下であることが好ましく、通常、1nm以上で酸化層としての効果が得られる。表面酸化層は、スパッタ工程で酸素量を増やして形成することもできるが、欠陥のより少ない層とするためには、前述した大気酸化や、酸化処理により形成することが好ましい。   When the phase shift film has a multilayer structure, a surface oxide layer can be provided as the outermost surface layer on the surface side (the side separated from the transparent substrate) in order to suppress a change in the film quality of the phase shift film. The oxygen content of this surface oxide layer may be 20 atom% or more, and may be 50 atom% or more. As a method of forming a surface oxide layer, specifically, in addition to oxidation by atmospheric oxidation (natural oxidation), as a method of forcibly oxidizing, a method of treating a silicon-based material film with ozone gas or ozone water, And a method of heating to 300 ° C. or more in an oxygen-containing atmosphere such as an oxygen gas atmosphere by oven heating, lamp annealing, laser heating, or the like. The thickness of the surface oxide layer is preferably 10 nm or less, particularly 5 nm or less, and particularly preferably 3 nm or less. Usually, when the thickness is 1 nm or more, the effect of the oxide layer can be obtained. The surface oxide layer can be formed by increasing the amount of oxygen in the sputtering step, but is preferably formed by the above-described atmospheric oxidation or oxidation treatment in order to reduce the number of defects.

本発明の位相シフトマスクブランクスの位相シフト膜の上には、単層又は多層からなる第2の層を設けることができる。第2の層は、通常、位相シフト膜に隣接して設けられる。この第2の層として具体的には、遮光膜、遮光膜と反射防止膜との組み合わせ、位相シフト膜のパターン形成においてハードマスクとして機能する加工補助膜などが挙げられる。また、後述する第3の層を設ける場合、この第2の層を、第3の層のパターン形成においてエッチングストッパーとして機能する加工補助膜(エッチングストッパー膜)として利用することもできる。第2の層の材料としては、クロムを含む材料が好適である。   On the phase shift film of the phase shift mask blank of the present invention, a second layer consisting of a single layer or multiple layers can be provided. The second layer is usually provided adjacent to the phase shift film. Specific examples of the second layer include a light-shielding film, a combination of a light-shielding film and an antireflection film, and a processing auxiliary film functioning as a hard mask in forming a pattern of a phase shift film. When a third layer described later is provided, the second layer can be used as a processing auxiliary film (etching stopper film) that functions as an etching stopper in forming a pattern of the third layer. As a material of the second layer, a material containing chromium is preferable.

このような位相シフトマスクブランクスとして具体的には、図2(A)に示されるものが挙げられる。図2(A)は、本発明の位相シフトマスクブランクスの一例を示す断面図であり、この位相シフトマスクブランクス100は、透明基板10と、透明基板10上に形成された位相シフト膜1と、位相シフト膜1上に形成された第2の層2とを備える。   FIG. 2A specifically illustrates such a phase shift mask blank. FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating an example of the phase shift mask blank of the present invention. The phase shift mask blank 100 includes a transparent substrate 10, a phase shift film 1 formed on the transparent substrate 10, A second layer 2 formed on the phase shift film 1.

本発明の位相シフトマスクブランクスには、位相シフト膜の上に、第2の層として、遮光膜を設けることができる。また、第2の層として、遮光膜と反射防止膜とを組み合わせて設けることもできる。遮光膜を含む第2の層を設けることにより、位相シフトマスクに、露光光を完全に遮光する領域を設けることができる。この遮光膜及び反射防止膜は、エッチングにおける加工補助膜としても利用可能である。遮光膜及び反射防止膜の膜構成及び材料については多数の報告(例えば、特開2007−33469号公報(特許文献4)、特開2007−233179号公報(特許文献5)など)があるが、好ましい遮光膜と反射防止膜との組み合わせの膜構成としては、例えば、クロムを含む材料の遮光膜を設け、更に、遮光膜からの反射を低減させるクロムを含む材料の反射防止膜を設けたものなどが挙げられる。遮光膜及び反射防止膜は、いずれも単層で構成しても、多層で構成してもよい。遮光膜や反射防止膜のクロムを含む材料としては、クロム単体、クロム酸化物(CrO)、クロム窒化物(CrN)、クロム炭化物(CrC)、クロム酸化窒化物(CrON)、クロム酸化炭化物(CrOC)、クロム窒化炭化物(CrNC)、クロム酸化窒化炭化物(CrONC)等のクロム化合物などが挙げられる。   In the phase shift mask blank of the present invention, a light shielding film can be provided as a second layer on the phase shift film. Further, as the second layer, a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film can be provided. By providing the second layer including the light-blocking film, a region for completely blocking exposure light can be provided in the phase shift mask. The light-shielding film and the antireflection film can also be used as a processing auxiliary film in etching. There are many reports (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-33469 (Patent Document 4) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-233179 (Patent Document 5)) on the film configuration and material of the light shielding film and the antireflection film. As a preferable film configuration of a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film, for example, a light-shielding film of a material containing chromium is provided, and further, an anti-reflection film of a material containing chromium that reduces reflection from the light-shielding film is provided. And the like. Each of the light-shielding film and the antireflection film may be composed of a single layer or a multilayer. Materials containing chromium for the light shielding film and the antireflection film include chromium alone, chromium oxide (CrO), chromium nitride (CrN), chromium carbide (CrC), chromium oxynitride (CrON), and chromium oxycarbide (CrOC). ), Chromium nitrided carbide (CrNC), chromium oxynitride carbide (CrONC) and the like.

第2の層が遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせである場合、遮光膜のクロム化合物中のクロムの含有率は40原子%以上、特に60原子%以上で、100原子%未満、特に99原子%以下、とりわけ90原子%以下であることが好ましい。酸素の含有率は0原子%以上で、60原子%以下、特に40原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。窒素の含有率は0原子%以上で、50原子%以下、特に40原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。炭素の含有率は0原子%以上で、20原子%以下、特に10原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。この場合、クロム、酸素、窒素及び炭素の合計の含有率は95原子%以上、特に99原子%以上、とりわけ100原子%であることが好ましい。   When the second layer is a light-shielding film or a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film, the chromium content in the chromium compound of the light-shielding film is at least 40 atomic%, particularly at least 60 atomic% and less than 100 atomic%. It is preferably at most 99 atomic%, particularly preferably at most 90 atomic%. The oxygen content is 0 atomic% or more, preferably 60 atomic% or less, particularly preferably 40 atomic% or less, and when the etching rate needs to be adjusted, it is preferably 1 atomic% or more. The nitrogen content is 0 atomic% or more, preferably 50 atomic% or less, particularly preferably 40 atomic% or less. When it is necessary to adjust the etching rate, it is preferably 1 atomic% or more. The carbon content is 0 atomic% or more, preferably 20 atomic% or less, particularly preferably 10 atomic% or less. When it is necessary to adjust the etching rate, it is preferably 1 atomic% or more. In this case, the total content of chromium, oxygen, nitrogen and carbon is preferably at least 95 atomic%, more preferably at least 99 atomic%, particularly preferably 100 atomic%.

また、第2の層が遮光膜と反射防止膜との組み合わせである場合、反射防止膜はクロム化合物であることが好ましく、クロム化合物中のクロムの含有率は30原子%以上、特に35原子%以上で、70原子%以下、特に50原子%以下であることが好ましい。酸素の含有率は60原子%以下であることが好ましく、1原子%以上、特に20原子%以上であることがより好ましい。窒素の含有率は50原子%以下、特に30原子%以下であることが好ましく、1原子%以上、特に3原子%以上であることがより好ましい。炭素の含有率は0原子%以上で、20原子%以下、特に5原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。この場合、クロム、酸素、窒素及び炭素の合計の含有率は95原子%以上、特に99原子%以上、とりわけ100原子%であることが好ましい。   When the second layer is a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film, the anti-reflection film is preferably a chromium compound, and the chromium content in the chromium compound is 30 atomic% or more, particularly 35 atomic%. As described above, the content is preferably 70 atomic% or less, particularly preferably 50 atomic% or less. The oxygen content is preferably at most 60 atomic%, more preferably at least 1 atomic%, particularly preferably at least 20 atomic%. The nitrogen content is preferably at most 50 at%, particularly at most 30 at%, more preferably at least 1 at%, particularly preferably at least 3 at%. The carbon content is 0 atomic% or more, preferably 20 atomic% or less, particularly preferably 5 atomic% or less, and when the etching rate needs to be adjusted, it is preferably 1 atomic% or more. In this case, the total content of chromium, oxygen, nitrogen and carbon is preferably at least 95 atomic%, more preferably at least 99 atomic%, particularly preferably 100 atomic%.

第2の層が遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせである場合、第2の層の膜厚は、通常20〜100nm、好ましくは40〜70nmである。また、波長200nm以下の露光光に対する位相シフト膜と第2の層との合計の光学濃度が2.0以上、特に2.5以上、とりわけ3.0以上となるようにすることが好ましい。   When the second layer is a light-shielding film or a combination of a light-shielding film and an antireflection film, the thickness of the second layer is usually 20 to 100 nm, preferably 40 to 70 nm. Further, it is preferable that the total optical density of the phase shift film and the second layer with respect to the exposure light having a wavelength of 200 nm or less is 2.0 or more, particularly 2.5 or more, especially 3.0 or more.

本発明の位相シフトマスクブランクスの第2の層の上には、単層又は多層からなる第3の層を設けることができる。第3の層は、通常、第2の層に隣接して設けられる。この第3の層として具体的には、第2の層のパターン形成においてハードマスクとして機能する加工補助膜、遮光膜、遮光膜と反射防止膜との組み合わせなどが挙げられる。第3の層の材料としては、ケイ素を含む材料が好適であり、特に、クロムを含まないものが好ましい。   A third layer consisting of a single layer or multiple layers can be provided on the second layer of the phase shift mask blank of the present invention. The third layer is usually provided adjacent to the second layer. Specific examples of the third layer include a processing auxiliary film functioning as a hard mask in forming a pattern of the second layer, a light-shielding film, and a combination of a light-shielding film and an antireflection film. As the material of the third layer, a material containing silicon is preferable, and a material containing no chromium is particularly preferable.

このような位相シフトマスクブランクスとして具体的には、図2(B)に示されるものが挙げられる。図2(B)は、本発明の位相シフトマスクブランクスの一例を示す断面図であり、この位相シフトマスクブランクス100は、透明基板10と、透明基板10上に形成された位相シフト膜1と、位相シフト膜1上に形成された第2の層2と、第2の層2上に形成された第3の層3とを備える。   Specific examples of such a phase shift mask blank include those shown in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating an example of the phase shift mask blank of the present invention. The phase shift mask blank 100 includes a transparent substrate 10, a phase shift film 1 formed on the transparent substrate 10, The semiconductor device includes a second layer 2 formed on the phase shift film 1 and a third layer 3 formed on the second layer 2.

第2の層が遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせである場合、第3の層として、第2の層のパターン形成においてハードマスクとして機能する加工補助膜(エッチングマスク膜)を設けることができる。また、後述する第4の層を設ける場合、この第3の層を、第4の層のパターン形成においてエッチングストッパーとして機能する加工補助膜(エッチングストッパー膜)として利用することもできる。この加工補助膜は、第2の層とエッチング特性が異なる材料、例えば、クロムを含む材料のエッチングに適用される塩素系ドライエッチングに耐性を有する材料、具体的には、SF6やCF4などのフッ素系ガスでエッチングできるケイ素を含む材料とすることが好ましい。ケイ素を含む材料として具体的には、ケイ素単体、ケイ素と、窒素及び酸素の一方又は双方とを含む材料、ケイ素と遷移金属とを含む材料、ケイ素と、窒素及び酸素の一方又は双方と、遷移金属とを含む材料等のケイ素化合物などが挙げられ、遷移金属としては、モリブデン、タンタル、ジルコニウムなどが挙げられる。 When the second layer is a light-shielding film or a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film, a processing auxiliary film (etching mask film) functioning as a hard mask in forming a pattern of the second layer is used as the third layer. Can be provided. When a fourth layer described later is provided, the third layer can be used as a processing auxiliary film (etching stopper film) that functions as an etching stopper in forming a pattern of the fourth layer. This processing auxiliary film is made of a material having etching characteristics different from those of the second layer, for example, a material having resistance to chlorine-based dry etching applied to etching of a material containing chromium, specifically, SF 6 or CF 4 It is preferable to use a silicon-containing material which can be etched with a fluorine-based gas. Specifically as a material containing silicon, silicon alone, a material containing silicon and one or both of nitrogen and oxygen, a material containing silicon and a transition metal, silicon and one or both of nitrogen and oxygen, Silicon compounds such as materials containing metals and the like are mentioned, and transition metals include molybdenum, tantalum, zirconium and the like.

第3の層が加工補助膜である場合、加工補助膜はケイ素化合物であることが好ましく、ケイ素化合物中のケイ素の含有率は20原子%以上、特に33原子%以上で、95原子%以下、特に80原子%以下であることが好ましい。窒素の含有率は0原子%以上で、50原子%以下、特に30原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。酸素の含有率は0原子%以上、特に20原子%以上で、70原子%以下、特に66原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。遷移金属の含有率は0原子%以上で、35原子%以下、特に20原子%以下であることが好ましく、遷移金属を含有する場合は、1原子%以上であることが好ましい。この場合、ケイ素、酸素、窒素及び遷移金属の合計の含有率は95原子%以上、特に99原子%以上、とりわけ100原子%であることが好ましい。   When the third layer is a processing auxiliary film, the processing auxiliary film is preferably a silicon compound, and the silicon content in the silicon compound is 20 atomic% or more, particularly 33 atomic% or more, and 95 atomic% or less, In particular, it is preferably at most 80 atomic%. The nitrogen content is preferably at least 0 atomic% and at most 50 atomic%, particularly preferably at most 30 atomic%. When it is necessary to adjust the etching rate, it is preferably at least 1 atomic%. The oxygen content is 0 atomic% or more, particularly 20 atomic% or more, preferably 70 atomic% or less, particularly preferably 66 atomic% or less, and when the etching rate needs to be adjusted, it is 1 atomic% or more. Is preferred. The content of the transition metal is 0 atomic% or more, preferably 35 atomic% or less, particularly preferably 20 atomic% or less. When the transition metal is contained, it is preferably 1 atomic% or more. In this case, the total content of silicon, oxygen, nitrogen and transition metal is preferably at least 95 atomic%, more preferably at least 99 atomic%, particularly preferably 100 atomic%.

第2の層が遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせ、第3の層が加工補助膜である場合、第2の層の膜厚は、通常20〜100nm、好ましくは40〜70nmであり、第3の層の膜厚は、通常1〜30nm、好ましくは2〜15nmである。また、波長200nm以下の露光光に対する位相シフト膜と第2の層との合計の光学濃度が2.0以上、特に2.5以上、とりわけ3.0以上となるようにすることが好ましい。   When the second layer is a light-shielding film or a combination of a light-shielding film and an antireflection film, and the third layer is a processing auxiliary film, the thickness of the second layer is usually 20 to 100 nm, preferably 40 to 70 nm. The thickness of the third layer is usually 1 to 30 nm, preferably 2 to 15 nm. Further, it is preferable that the total optical density of the phase shift film and the second layer with respect to the exposure light having a wavelength of 200 nm or less is 2.0 or more, particularly 2.5 or more, especially 3.0 or more.

また、第2の層が加工補助膜である場合、第3の層として、遮光膜を設けることができる。また、第3の層として、遮光膜と反射防止膜とを組み合わせて設けることもできる。この場合、第2の層は、位相シフト膜のパターン形成においてハードマスクとして機能する加工補助膜(エッチングマスク膜)であり、第3の層のパターン形成においてエッチングストッパーとして機能する加工補助膜(エッチングストッパー膜)として利用することもできる。加工補助膜の例としては、特開2007−241065号公報(特許文献6)で示されているようなクロムを含む材料で構成された膜が挙げられる。加工補助膜は、単層で構成しても、多層で構成してもよい。加工補助膜のクロムを含む材料としては、クロム単体、クロム酸化物(CrO)、クロム窒化物(CrN)、クロム炭化物(CrC)、クロム酸化窒化物(CrON)、クロム酸化炭化物(CrOC)、クロム窒化炭化物(CrNC)、クロム酸化窒化炭化物(CrONC)等のクロム化合物などが挙げられる。   When the second layer is a processing auxiliary film, a light-shielding film can be provided as the third layer. Further, as the third layer, a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film can be provided. In this case, the second layer is a processing auxiliary film (etching mask film) that functions as a hard mask in forming the pattern of the phase shift film, and a processing auxiliary film (etching) that functions as an etching stopper in forming the pattern of the third layer. (Stopper film). As an example of the processing auxiliary film, there is a film made of a material containing chromium as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-241065 (Patent Document 6). The processing auxiliary film may be composed of a single layer or a multilayer. Materials containing chromium for the processing auxiliary film include chromium alone, chromium oxide (CrO), chromium nitride (CrN), chromium carbide (CrC), chromium oxynitride (CrON), chromium oxycarbide (CrOC), chromium Chromium compounds such as nitrided carbide (CrNC) and chromium oxynitride carbide (CrONC).

第2の層が加工補助膜である場合、第2の層中のクロムの含有率は40原子%以上、特に50原子%以上で、100原子%以下、特に99原子%以下、とりわけ90原子%以下であることが好ましい。酸素の含有率は0原子%以上で、60原子%以下、特に55原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。窒素の含有率は0原子%以上で、50原子%以下、特に40原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。炭素の含有率は0原子%以上で、20原子%以下、特に10原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。この場合、クロム、酸素、窒素及び炭素の合計の含有率は95原子%以上、特に99原子%以上、とりわけ100原子%であることが好ましい。   When the second layer is a processing auxiliary film, the content of chromium in the second layer is 40 atom% or more, especially 50 atom% or more, 100 atom% or less, particularly 99 atom% or less, especially 90 atom% or less. The following is preferred. The oxygen content is 0 atomic% or more, preferably 60 atomic% or less, particularly preferably 55 atomic% or less, and when the etching rate needs to be adjusted, it is preferably 1 atomic% or more. The nitrogen content is 0 atomic% or more, preferably 50 atomic% or less, particularly preferably 40 atomic% or less. When it is necessary to adjust the etching rate, it is preferably 1 atomic% or more. The carbon content is 0 atomic% or more, preferably 20 atomic% or less, particularly preferably 10 atomic% or less. When it is necessary to adjust the etching rate, it is preferably 1 atomic% or more. In this case, the total content of chromium, oxygen, nitrogen and carbon is preferably at least 95 atomic%, more preferably at least 99 atomic%, particularly preferably 100 atomic%.

一方、第3の層の遮光膜及び反射防止膜は、第2の層とエッチング特性が異なる材料、例えば、クロムを含む材料のエッチングに適用される塩素系ドライエッチングに耐性を有する材料、具体的には、SF6やCF4などのフッ素系ガスでエッチングできるケイ素を含む材料とすることが好ましい。ケイ素を含む材料として具体的には、ケイ素単体、ケイ素と、窒素及び酸素の一方又は双方とを含む材料、ケイ素と遷移金属とを含む材料、ケイ素と、窒素及び酸素の一方又は双方と、遷移金属とを含む材料等のケイ素化合物などが挙げられ、遷移金属としては、モリブデン、タンタル、ジルコニウムなどが挙げられる。 On the other hand, the light-shielding film and the antireflection film of the third layer are made of a material having etching characteristics different from those of the second layer, for example, a material having resistance to chlorine-based dry etching applied to etching of a material containing chromium. It is preferable to use a material containing silicon that can be etched with a fluorine-based gas such as SF 6 or CF 4 . Specifically as a material containing silicon, silicon alone, a material containing silicon and one or both of nitrogen and oxygen, a material containing silicon and a transition metal, silicon and one or both of nitrogen and oxygen, Silicon compounds such as materials containing metals and the like are mentioned, and transition metals include molybdenum, tantalum, zirconium and the like.

第3の層が遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせである場合、遮光膜及び反射防止膜はケイ素化合物であることが好ましく、ケイ素化合物中のケイ素の含有率は10原子%以上、特に30原子%以上で、100原子%未満、特に95原子%以下であることが好ましい。窒素の含有率は0原子%以上で、50原子%以下、特に40原子%以下、とりわけ20原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。酸素の含有率は0原子%以上で、60原子%以下、特に30原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。遷移金属の含有率は0原子%以上で、35原子%以下、特に20原子%以下であることが好ましく、遷移金属を含有する場合は、1原子%以上であることが好ましい。この場合、ケイ素、酸素、窒素及び遷移金属の合計の含有率は95原子%以上、特に99原子%以上、とりわけ100原子%であることが好ましい。   When the third layer is a light-shielding film or a combination of a light-shielding film and an antireflection film, the light-shielding film and the antireflection film are preferably a silicon compound, and the content of silicon in the silicon compound is 10 atomic% or more. It is preferably at least 30 atomic% and less than 100 atomic%, particularly preferably at most 95 atomic%. The nitrogen content is 0 atomic% or more, 50 atomic% or less, particularly preferably 40 atomic% or less, particularly preferably 20 atomic% or less, and when the etching rate needs to be adjusted, it is 1 atomic% or more. Is preferred. The oxygen content is preferably at least 0 atomic% and at most 60 atomic%, particularly preferably at most 30 atomic%. When it is necessary to adjust the etching rate, it is preferably at least 1 atomic%. The content of the transition metal is 0 atomic% or more, preferably 35 atomic% or less, particularly preferably 20 atomic% or less. When the transition metal is contained, it is preferably 1 atomic% or more. In this case, the total content of silicon, oxygen, nitrogen and transition metal is preferably at least 95 atomic%, more preferably at least 99 atomic%, particularly preferably 100 atomic%.

第2の層が加工補助膜、第3の層が遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせである場合、第2の層の膜厚は、通常1〜20nm、好ましくは2〜10nmであり、第3の層の膜厚は、通常20〜100nm、好ましくは30〜70nmである。また、波長200nm以下の露光光に対する位相シフト膜と第2の層と第3の層との合計の光学濃度が2.0以上、特に2.5以上、とりわけ3.0以上となるようにすることが好ましい。   When the second layer is a processing auxiliary film and the third layer is a light-shielding film or a combination of a light-shielding film and an antireflection film, the thickness of the second layer is usually 1 to 20 nm, preferably 2 to 10 nm. The thickness of the third layer is usually 20 to 100 nm, preferably 30 to 70 nm. The total optical density of the phase shift film, the second layer, and the third layer with respect to exposure light having a wavelength of 200 nm or less is adjusted to 2.0 or more, particularly 2.5 or more, and particularly 3.0 or more. Is preferred.

本発明の位相シフトマスクブランクスの第3の層の上には、単層又は多層からなる第4の層を設けることができる。第4の層は、通常、第3の層に隣接して設けられる。この第4の層として具体的には、第3の層のパターン形成においてハードマスクとして機能する加工補助膜などが挙げられる。第4の層の材料としては、クロムを含む材料が好適である。   On the third layer of the phase shift mask blank of the present invention, a fourth layer composed of a single layer or multiple layers can be provided. The fourth layer is usually provided adjacent to the third layer. Specific examples of the fourth layer include a processing auxiliary film that functions as a hard mask in forming a pattern of the third layer. As the material of the fourth layer, a material containing chromium is preferable.

このような位相シフトマスクブランクスとして具体的には、図2(C)に示されるものが挙げられる。図2(C)は、本発明の位相シフトマスクブランクスの一例を示す断面図であり、この位相シフトマスクブランクス100は、透明基板10と、透明基板10上に形成された位相シフト膜1と、位相シフト膜1上に形成された第2の層2と、第2の層2上に形成された第3の層3と、第3の層3上に形成された第4の層4とを備える。   Specific examples of such a phase shift mask blank include those shown in FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view illustrating an example of the phase shift mask blank of the present invention. The phase shift mask blank 100 includes a transparent substrate 10, a phase shift film 1 formed on the transparent substrate 10, A second layer 2 formed on the phase shift film 1, a third layer 3 formed on the second layer 2, and a fourth layer 4 formed on the third layer 3 Prepare.

第3の層が遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせである場合、第4の層として、第3の層のパターン形成においてハードマスクとして機能する加工補助膜(エッチングマスク膜)を設けることができる。この加工補助膜は、第3の層とエッチング特性が異なる材料、例えば、ケイ素を含む材料のエッチングに適用されるフッ素系ドライエッチングに耐性を有する材料、具体的には、酸素を含有する塩素系ガスでエッチングできるクロムを含む材料とすることが好ましい。クロムを含む材料として具体的には、クロム単体、クロム酸化物(CrO)、クロム窒化物(CrN)、クロム炭化物(CrC)、クロム酸化窒化物(CrON)、クロム酸化炭化物(CrOC)、クロム窒化炭化物(CrNC)、クロム酸化窒化炭化物(CrONC)等のクロム化合物などが挙げられる。   When the third layer is a light-shielding film or a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film, a processing auxiliary film (etching mask film) functioning as a hard mask in forming a pattern of the third layer is used as the fourth layer. Can be provided. This processing auxiliary film is made of a material having etching characteristics different from that of the third layer, for example, a material having resistance to fluorine-based dry etching applied to etching of a material containing silicon, specifically, a chlorine-based material containing oxygen. It is preferable to use a material containing chromium that can be etched by gas. Specific examples of the material containing chromium include chromium alone, chromium oxide (CrO), chromium nitride (CrN), chromium carbide (CrC), chromium oxynitride (CrON), chromium oxycarbide (CrOC), and chromium nitride. Chromium compounds such as carbide (CrNC) and chromium oxynitride carbide (CrONC) are exemplified.

第4の層が加工補助膜である場合、第4の層中のクロムの含有率は40原子%以上、特に50原子%以上で、100原子%以下、特に99原子%以下、とりわけ90原子%以下であることが好ましい。酸素の含有率は0原子%以上で、60原子%以下、特に40原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。窒素の含有率は0原子%以上で、50原子%以下、特に40原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。炭素の含有率は0原子%以上で、20原子%以下、特に10原子%以下であることが好ましく、エッチング速度を調整する必要がある場合は、1原子%以上であることが好ましい。この場合、クロム、酸素、窒素及び炭素の合計の含有率は95原子%以上、特に99原子%以上、とりわけ100原子%であることが好ましい。   When the fourth layer is a processing auxiliary film, the chromium content in the fourth layer is at least 40 atomic%, particularly at least 50 atomic%, and at most 100 atomic%, particularly at most 99 atomic%, especially at least 90 atomic%. The following is preferred. The oxygen content is 0 atomic% or more, preferably 60 atomic% or less, particularly preferably 40 atomic% or less, and when the etching rate needs to be adjusted, it is preferably 1 atomic% or more. The nitrogen content is 0 atomic% or more, preferably 50 atomic% or less, particularly preferably 40 atomic% or less. When it is necessary to adjust the etching rate, it is preferably 1 atomic% or more. The carbon content is 0 atomic% or more, preferably 20 atomic% or less, particularly preferably 10 atomic% or less. When it is necessary to adjust the etching rate, it is preferably 1 atomic% or more. In this case, the total content of chromium, oxygen, nitrogen and carbon is preferably at least 95 atomic%, more preferably at least 99 atomic%, particularly preferably 100 atomic%.

第2の層が加工補助膜、第3の層が遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせ、第4の層が加工補助膜である場合、第2の層の膜厚は、通常1〜20nm、好ましくは2〜10nmであり、第3の層の膜厚は、通常20〜100nm、好ましくは30〜70nmであり、第4の層の膜厚は、通常1〜30nm、好ましくは2〜20nmである。また、波長200nm以下の露光光に対する位相シフト膜と第2の層と第3の層との合計の光学濃度が2.0以上、特に2.5以上、とりわけ3.0以上となるようにすることが好ましい。   When the second layer is a processing auxiliary film, the third layer is a light shielding film, or a combination of a light shielding film and an antireflection film, and the fourth layer is a processing auxiliary film, the thickness of the second layer is usually 1 to 20 nm, preferably 2 to 10 nm, the thickness of the third layer is usually 20 to 100 nm, preferably 30 to 70 nm, and the thickness of the fourth layer is usually 1 to 30 nm, preferably 2 to 20 nm. The total optical density of the phase shift film, the second layer, and the third layer with respect to exposure light having a wavelength of 200 nm or less is adjusted to 2.0 or more, particularly 2.5 or more, and particularly 3.0 or more. Is preferred.

第2の層及び第4の層のクロムを含む材料で構成された膜は、クロムターゲット、クロムに酸素、窒素及び炭素から選ばれるいずれか1種又は2種以上を添加したターゲットなどを用い、Ar、He、Neなどの希ガスに、成膜する膜の組成に応じて、酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭素含有ガスなどから選ばれる反応性ガスを適宜添加したスパッタガスを用いた反応性スパッタにより成膜することができる。   The second layer and the fourth layer made of a chromium-containing material are formed using a chromium target, a target in which chromium is added with one or more selected from oxygen, nitrogen, and carbon, and the like. Reactivity using a sputtering gas in which a reactive gas selected from an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a carbon-containing gas, or the like is appropriately added to a rare gas such as Ar, He, or Ne according to the composition of a film to be formed. It can be formed by sputtering.

一方、第3の層のケイ素を含む材料で構成された膜は、ケイ素ターゲット、窒化ケイ素ターゲット、ケイ素と窒化ケイ素の双方を含むターゲット、遷移金属ターゲット、ケイ素と遷移金属との複合ターゲットなどを用い、Ar、He、Neなどの希ガスに、成膜する膜の組成に応じて、酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭素含有ガスなどから選ばれる反応性ガスを適宜添加したスパッタガスを用いた反応性スパッタにより成膜することができる。   On the other hand, the third layer made of a material containing silicon is formed using a silicon target, a silicon nitride target, a target containing both silicon and silicon nitride, a transition metal target, a composite target of silicon and a transition metal, or the like. A reaction using a sputtering gas in which a reactive gas selected from an oxygen-containing gas, a nitrogen-containing gas, a carbon-containing gas, or the like is appropriately added to a rare gas such as Ar, He, Ne, or the like according to the composition of a film to be formed. Can be formed by reactive sputtering.

本発明の位相シフトマスクは、位相シフトマスクブランクスから、常法により製造することができる。例えば、位相シフト膜の上に、第2の層として、クロムを含む材料の膜が形成されている位相シフトマスクブランクスでは、例えば、下記の工程で位相シフトマスクを製造することができる。   The phase shift mask of the present invention can be manufactured from a phase shift mask blank by an ordinary method. For example, in a phase shift mask blank in which a film of a material containing chromium is formed as a second layer on the phase shift film, the phase shift mask can be manufactured by, for example, the following steps.

まず、位相シフトマスクブランクスの第2の層上に、電子線レジスト膜を成膜し、電子線によるパターン描画を行った後、所定の現像操作によってレジストパターンを得る。次に、得られたレジストパターンをエッチングマスクとして、酸素を含有する塩素系ドライエッチングにより、第2の層にレジストパターンを転写して、第2の層のパターンを得る。次に、得られた第2の層のパターンをエッチングマスクとして、フッ素系ドライエッチングにより、位相シフト膜に第2の層のパターンを転写して、位相シフト膜パターンを得る。ここで、第2の層の一部を残す必要がある場合は、その部分を保護するレジストパターンを、第2の層の上に形成した後、酸素を含有する塩素系ドライエッチングにより、レジストパターンで保護されていない部分の第2の層を除去する。そして、レジストパターンを常法により除去して、位相シフトマスクを得ることができる。   First, an electron beam resist film is formed on the second layer of the phase shift mask blank, a pattern is drawn by an electron beam, and a resist pattern is obtained by a predetermined developing operation. Next, using the obtained resist pattern as an etching mask, the resist pattern is transferred to the second layer by chlorine-based dry etching containing oxygen to obtain a pattern of the second layer. Next, using the obtained second layer pattern as an etching mask, the pattern of the second layer is transferred to the phase shift film by fluorine-based dry etching to obtain a phase shift film pattern. Here, if it is necessary to leave a part of the second layer, a resist pattern for protecting the part is formed on the second layer, and then the resist pattern is formed by chlorine-containing dry etching containing oxygen. Remove the portion of the second layer not protected. Then, the resist pattern is removed by an ordinary method to obtain a phase shift mask.

また、位相シフト膜の上に、第2の層として、クロムを含む材料の遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせが形成され、第2の層の上に、第3の層として、ケイ素を含む材料の加工補助膜が形成されている位相シフトマスクブランクスでは、例えば、下記の工程で位相シフトマスクを製造することができる。   A light-shielding film of a material containing chromium or a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film is formed as a second layer on the phase shift film, and a third layer is formed on the second layer as a third layer. In a phase shift mask blank in which a processing auxiliary film of a material containing silicon is formed, for example, a phase shift mask can be manufactured by the following steps.

まず、位相シフトマスクブランクスの第3の層の上に、電子線レジスト膜を成膜し、電子線によるパターン描画を行った後、所定の現像操作によってレジストパターンを得る。次に、得られたレジストパターンをエッチングマスクとして、フッ素系ドライエッチングにより、第3の層にレジストパターンを転写して、第3の層のパターンを得る。次に、得られた第3の層のパターンをエッチングマスクとして、酸素を含有する塩素系ドライエッチングにより、第2の層に第3の層のパターンを転写して、第2の層のパターンを得る。次に、レジストパターンを除去した後、得られた第2の層のパターンをエッチングマスクとして、フッ素系ドライエッチングにより、位相シフト膜に第2の層のパターンを転写して、位相シフト膜パターンを得ると同時に、第3の層のパターンを除去する。次に、第2の層を残す部分を保護するレジストパターンを、第2の層の上に形成した後、酸素を含有する塩素系ドライエッチングにより、レジストパターンで保護されていない部分の第2の層を除去する。そして、レジストパターンを常法により除去して、位相シフトマスクを得ることができる。   First, an electron beam resist film is formed on the third layer of the phase shift mask blank, a pattern is drawn by an electron beam, and a resist pattern is obtained by a predetermined developing operation. Next, using the obtained resist pattern as an etching mask, the resist pattern is transferred to the third layer by fluorine-based dry etching to obtain a pattern of the third layer. Next, using the obtained pattern of the third layer as an etching mask, the pattern of the third layer is transferred to the second layer by chlorine-containing dry etching containing oxygen, and the pattern of the second layer is formed. obtain. Next, after removing the resist pattern, the pattern of the second layer is transferred to the phase shift film by fluorine-based dry etching using the obtained pattern of the second layer as an etching mask to form a phase shift film pattern. At the same time, the pattern of the third layer is removed. Next, after forming a resist pattern for protecting the portion where the second layer is to be left on the second layer, the second portion of the portion not protected by the resist pattern is subjected to chlorine-containing dry etching containing oxygen. Remove the layer. Then, the resist pattern is removed by an ordinary method to obtain a phase shift mask.

一方、位相シフト膜の上に、第2の層として、クロムを含む材料の加工補助膜が形成され、第2の層の上に、第3の層として、ケイ素を含む材料の遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせが形成されている位相シフトマスクブランクスでは、例えば、下記の工程で位相シフトマスクを製造することができる。   On the other hand, a processing aid film of a material containing chromium is formed as a second layer on the phase shift film, and a light-shielding film of a material containing silicon as a third layer on the second layer, or In a phase shift mask blank in which a combination of a light shielding film and an antireflection film is formed, for example, a phase shift mask can be manufactured by the following steps.

まず、位相シフトマスクブランクスの第3の層の上に、電子線レジスト膜を成膜し、電子線によるパターン描画を行った後、所定の現像操作によってレジストパターンを得る。次に、得られたレジストパターンをエッチングマスクとして、フッ素系ドライエッチングにより、第3の層にレジストパターンを転写して、第3の層のパターンを得る。次に、得られた第3の層のパターンをエッチングマスクとして、酸素を含有する塩素系ドライエッチングにより、第2の層に第3の層のパターンを転写して、位相シフト膜を除去する部分の第2の層が除去された第2の層のパターンを得る。次に、レジストパターンを除去し、第3の層を残す部分を保護するレジストパターンを、第3の層の上に形成した後、得られた第2の層のパターンをエッチングマスクとして、フッ素系ドライエッチングにより、位相シフト膜に第2の層のパターンを転写して、位相シフト膜パターンを得ると同時に、レジストパターンで保護されていない部分の第3の層を除去する。次に、レジストパターンを常法により除去する。そして、酸素を含有する塩素系ドライエッチングにより、第3の層が除去された部分の第2の層を除去して、位相シフトマスクを得ることができる。   First, an electron beam resist film is formed on the third layer of the phase shift mask blank, a pattern is drawn by an electron beam, and a resist pattern is obtained by a predetermined developing operation. Next, using the obtained resist pattern as an etching mask, the resist pattern is transferred to the third layer by fluorine-based dry etching to obtain a pattern of the third layer. Next, by using the obtained third layer pattern as an etching mask, the third layer pattern is transferred to the second layer by oxygen-containing chlorine-based dry etching to remove the phase shift film. To obtain a second layer pattern from which the second layer is removed. Next, a resist pattern for removing the resist pattern and protecting a portion where the third layer is left is formed on the third layer, and then using the obtained second layer pattern as an etching mask, a fluorine-based resist pattern is formed. The pattern of the second layer is transferred to the phase shift film by dry etching to obtain a phase shift film pattern, and at the same time, the portion of the third layer not protected by the resist pattern is removed. Next, the resist pattern is removed by a conventional method. Then, the portion of the second layer from which the third layer has been removed is removed by chlorine-containing dry etching containing oxygen, so that a phase shift mask can be obtained.

更に、位相シフト膜の上に、第2の層として、クロムを含む材料の加工補助膜が形成され、第2の層の上に、第3の層として、ケイ素を含む材料の遮光膜、又は遮光膜と反射防止膜との組み合わせが形成され、更に、第3の層の上に、第4の層として、クロムを含む材料の加工補助膜が形成されている位相シフトマスクブランクスでは、例えば、下記の工程で位相シフトマスクを製造することができる。   Furthermore, a processing auxiliary film of a material containing chromium is formed as a second layer on the phase shift film, and a light-shielding film of a material containing silicon as a third layer on the second layer, or In a phase shift mask blank in which a combination of a light-shielding film and an anti-reflection film is formed, and a processing assistance film of a material containing chromium is formed as a fourth layer on the third layer, for example, A phase shift mask can be manufactured by the following steps.

まず、位相シフトマスクブランクスの第4の層の上に、電子線レジスト膜を成膜し、電子線によるパターン描画を行った後、所定の現像操作によってレジストパターンを得る。次に、得られたレジストパターンをエッチングマスクとして、酸素を含有する塩素系ドライエッチングにより、第4の層にレジストパターンを転写して、第4の層のパターンを得る。次に、得られた第4の層のパターンをエッチングマスクとして、フッ素系ドライエッチングにより、第3の層に第4の層のパターンを転写して、第3の層のパターンを得る。次に、レジストパターンを除去し、第3の層を残す部分を保護するレジストパターンを、第4の層の上に形成した後、得られた第3の層のパターンをエッチングマスクとして、酸素を含有する塩素系ドライエッチングにより、第2の層に第3の層のパターンを転写して第2の層のパターンを得ると同時に、レジストパターンで保護されていない部分の第4の層を除去する。次に、第2の層のパターンをエッチングマスクとして、フッ素系ドライエッチングにより、位相シフト膜に第2の層のパターンを転写して、位相シフト膜パターンを得ると同時に、レジストパターンで保護されていない部分の第3の層を除去する。次に、レジストパターンを常法により除去する。そして、酸素を含有する塩素系ドライエッチングにより、第3の層が除去された部分の第2の層と、レジストパターンが除去された部分の第4の層を除去して、位相シフトマスクを得ることができる。   First, an electron beam resist film is formed on the fourth layer of the phase shift mask blank, and a pattern is drawn by an electron beam, and then a resist pattern is obtained by a predetermined developing operation. Next, by using the obtained resist pattern as an etching mask, the resist pattern is transferred to the fourth layer by chlorine-containing dry etching containing oxygen to obtain a pattern of the fourth layer. Next, the pattern of the fourth layer is transferred to the third layer by fluorine-based dry etching using the obtained pattern of the fourth layer as an etching mask to obtain a pattern of the third layer. Next, after removing the resist pattern and forming a resist pattern for protecting a portion where the third layer is left on the fourth layer, oxygen is added using the obtained third layer pattern as an etching mask. The pattern of the third layer is transferred to the second layer by chlorine-containing dry etching to obtain the pattern of the second layer, and at the same time, the portion of the fourth layer that is not protected by the resist pattern is removed. . Next, using the pattern of the second layer as an etching mask, the pattern of the second layer is transferred to the phase shift film by fluorine-based dry etching to obtain a phase shift film pattern, and at the same time, protected by a resist pattern. The portion of the third layer that is not present is removed. Next, the resist pattern is removed by a conventional method. Then, the phase shift mask is obtained by removing the second layer in the portion where the third layer has been removed and the fourth layer in the portion where the resist pattern has been removed by chlorine-containing dry etching containing oxygen. be able to.

本発明の位相マスクは、被加工基板にハーフピッチ50nm以下、特に30nm以下、とりわけ20nm以下のパターンを形成するためのフォトリソグラフィにおいて、被加工基板上に形成したフォトレジスト膜に、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)、F2レーザー光(波長157nm)などの波長200nm以下の露光光でパターンを転写する露光において特に有効である。 The phase mask of the present invention is used for photolithography for forming a pattern having a half pitch of 50 nm or less, particularly 30 nm or less, especially 20 nm or less on a substrate to be processed, by applying an ArF excimer laser beam to a photoresist film formed on the substrate to be processed. (wavelength 193 nm), F 2 laser beam (wavelength 157 nm) is particularly effective in the exposure of transferring the following pattern with the exposure light wavelength 200nm, such as.

本発明のパターン露光方法では、位相シフトマスクブランクスから製造された位相シフトマスクを用い、位相シフト膜のパターンを含むフォトマスクパターンに、露光光を照射して、被加工基板上に形成したフォトマスクパターンの露光対象であるフォトレジスト膜に、フォトマスクパターンを転写する。露光光の照射は、ドライ条件による露光でも、液浸露光でもよいが、本発明のパターン露光方法は、実生産において比較的短時間に累積照射エネルギー量が上がってしまう、液浸露光により、特に、300mm以上のウェハーを被加工基板として液浸露光により、フォトマスクパターンを露光する際に、特に有効である。   In the pattern exposure method of the present invention, using a phase shift mask manufactured from a phase shift mask blank, a photomask formed on a substrate to be processed by irradiating a photomask pattern including a pattern of a phase shift film with exposure light. A photomask pattern is transferred to a photoresist film to be exposed to the pattern. Irradiation of exposure light may be exposure under dry conditions, or immersion exposure, but the pattern exposure method of the present invention, in which the amount of cumulative irradiation energy increases in a relatively short time in actual production, particularly by immersion exposure, It is particularly effective when exposing a photomask pattern by immersion exposure using a wafer having a size of 300 mm or more as a substrate to be processed.

以下、実施例及び比較例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

[実施例1]
スパッタ装置のチャンバー内に、152mm角、厚さ6.35mmの6025石英基板を設置し、スパッタターゲットとしてケイ素ターゲット、スパッタガスとしてアルゴンガス及び窒素ガスを用い、ターゲットに印加する電力を1,900W、アルゴンガスの流量を17sccm、窒素ガスの流量を40sccmとして、SiNからなるハーフトーン位相シフト膜を成膜した。このハーフトーン位相シフト膜を成膜する前と成膜した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)を、CORNING製 フラットネステスタ TropelR Ultra FlatTM 200Maskで測定(以下のそりの変化量の測定において同じ)したところ、その絶対値は0.22μmであった。その後、熱処理炉にて、窒素ガス及び酸素ガスを大気分圧と同程度とした雰囲気中、500℃で6時間の熱処理を行って、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスを得た。ハーフトーン位相シフト膜を成膜する前と熱処理した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.10μmであった。この熱処理後のハーフトーン位相シフト膜の位相差は177°、透過率は19%、膜厚は60nmであった。また、この膜の組成をXPS(X線光電子分光分析法、以下同じ)で測定したところ、原子比でSi:N=46:53であった。
[Example 1]
In a chamber of the sputtering apparatus, a 152 mm square, 6.35 mm thick 6025 quartz substrate was installed, a silicon target was used as a sputter target, argon gas and nitrogen gas were used as a sputter gas, and power applied to the target was 1,900 W. At a flow rate of argon gas of 17 sccm and a flow rate of nitrogen gas of 40 sccm, a halftone phase shift film made of SiN was formed. The halftone phase shift film after film formation and before forming the amount of change warping of the substrate surface central portion 142mm inside angle (? TIR), measured by CORNING made flatness tester Tropel R Ultra Flat TM 200Mask (hereinafter (The same applies to the measurement of the amount of change in warp), and the absolute value was 0.22 μm. Thereafter, in a heat treatment furnace, heat treatment was performed at 500 ° C. for 6 hours in an atmosphere in which nitrogen gas and oxygen gas were at about the same as atmospheric partial pressure, to obtain a halftone phase shift mask blank. The absolute value of the amount of change (ΔTIR) of the warpage within the 142 mm square at the center of the substrate surface before forming the halftone phase shift film and after heat treatment was 0.10 μm. After the heat treatment, the halftone phase shift film had a phase difference of 177 °, a transmittance of 19%, and a thickness of 60 nm. When the composition of this film was measured by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy, the same applies hereinafter), the atomic ratio was Si: N = 46: 53.

次に、得られたハーフトーン位相シフトマスクブランクスの石英基板上のハーフトーン位相シフト膜の全てをフッ素系ドライエッチングにて剥離した。ハーフトーン位相シフト膜を剥離する前と剥離した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.07μmであった。   Next, the entire halftone phase shift film on the quartz substrate of the obtained halftone phase shift mask blank was peeled off by fluorine-based dry etching. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) within a 142 mm square of the central part of the substrate surface before and after the halftone phase shift film was peeled was 0.07 μm.

また、同じ条件で成膜したSiNからなるハーフトーン位相シフト膜上に、Crを含む第2の層を形成した位相シフトマスクブランクスの第2の層上に、電子線レジスト膜を成膜し、電子線によるパターン描画を行った後、所定の現像操作によってレジストパターンを得た後、得られたレジストパターンをエッチングマスクとして、酸素を含有する塩素系ドライエッチングにより、第2の層にレジストパターンを転写して、第2の層のパターンを形成し、得られた第2の層のパターンをエッチングマスクとして、フッ素系ドライエッチングにより、位相シフト膜に第2の層のパターンを転写して、位相シフト膜パターンを得、レジストパターン及び第2の層を常法により除去して、位相シフトマスクを得ることができた。また、得られた位相シフトマスクは、電子線を用いる修正装置による修正が可能であった。   An electron beam resist film is formed on a second layer of a phase shift mask blank in which a second layer containing Cr is formed on a halftone phase shift film made of SiN formed under the same conditions, After performing a pattern drawing by an electron beam, a resist pattern is obtained by a predetermined developing operation, and the obtained resist pattern is used as an etching mask to dry-etch the resist pattern on the second layer by chlorine-containing dry etching containing oxygen. The pattern of the second layer is transferred to form a pattern of the second layer. The pattern of the second layer is transferred to the phase shift film by fluorine-based dry etching using the obtained pattern of the second layer as an etching mask. A shift film pattern was obtained, and the resist pattern and the second layer were removed by a conventional method, thereby obtaining a phase shift mask. Further, the obtained phase shift mask could be corrected by a correction device using an electron beam.

[実施例2]
スパッタ装置のチャンバー内に、152mm角、厚さ6.35mmの6025石英基板を設置し、スパッタターゲットとしてケイ素ターゲット、スパッタガスとしてアルゴンガス、窒素ガス及び酸素ガスを用い、ターゲットに印加する電力を1,900W、アルゴンガスの流量を15sccm、窒素ガスの流量を40sccm、酸素ガスの流量を2sccmとして、SiONからなるハーフトーン位相シフト膜を成膜した。その後、熱処理炉にて、窒素ガス及び酸素ガスを大気分圧と同程度とした雰囲気中、500℃で6時間の熱処理を行って、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスを得た。ハーフトーン位相シフト膜を成膜する前と熱処理した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.15μmであった。この熱処理後のハーフトーン位相シフト膜の位相差は175°、透過率は24%、膜厚は63nmであった。また、この膜の組成をXPSで測定したところ、原子比でSi:N:O=43:48:8であった。
[Example 2]
A 152 mm square, 6.35 mm thick 6025 quartz substrate was placed in a chamber of a sputtering apparatus, a silicon target was used as a sputtering target, argon gas, nitrogen gas, and oxygen gas were used as sputtering gases, and power applied to the target was 1 unit. , 900 W, an argon gas flow rate of 15 sccm, a nitrogen gas flow rate of 40 sccm, and an oxygen gas flow rate of 2 sccm, to form a halftone phase shift film made of SiON. Thereafter, in a heat treatment furnace, heat treatment was performed at 500 ° C. for 6 hours in an atmosphere in which nitrogen gas and oxygen gas were at about the same as atmospheric partial pressure, to obtain a halftone phase shift mask blank. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) in the central 142 mm square of the substrate surface before the formation of the halftone phase shift film and after the heat treatment was 0.15 μm. After the heat treatment, the halftone phase shift film had a phase difference of 175 °, a transmittance of 24%, and a thickness of 63 nm. When the composition of this film was measured by XPS, the atomic ratio was Si: N: O = 43: 48: 8.

次に、得られたハーフトーン位相シフトマスクブランクスの石英基板上のハーフトーン位相シフト膜の全てをフッ素系ドライエッチングにて剥離した。ハーフトーン位相シフト膜を剥離する前と剥離した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.18μmであった。   Next, the entire halftone phase shift film on the quartz substrate of the obtained halftone phase shift mask blank was peeled off by fluorine-based dry etching. The absolute value of the amount of change (ΔTIR) of the warpage within the 142 mm square at the center of the substrate surface before and after the halftone phase shift film was peeled was 0.18 μm.

[実施例3]
スパッタ装置のチャンバー内に、152mm角、厚さ6.35mmの6025石英基板を設置し、スパッタターゲットとしてケイ素ターゲット、スパッタガスとしてアルゴンガス、窒素ガス及び酸素ガスを用い、ターゲットに印加する電力を1,900W、アルゴンガスの流量を15sccm、窒素ガスの流量を40sccmとして、SiNからなる層を形成した後、続けて、ターゲットに印加する電力を1,900W、アルゴンガスの流量を10sccm、窒素ガスの流量を40sccm、酸素ガスの流量を10sccmとして、SiONからなる層を形成して、SiNからなる層とSiONからなる層を積層したハーフトーン位相シフト膜を成膜した。その後、熱処理炉にて、窒素ガス及び酸素ガスを大気分圧と同程度とした雰囲気中、500℃で6時間の熱処理を行って、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスを得た。ハーフトーン位相シフト膜を成膜する前と熱処理した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.17μmであった。この熱処理後のハーフトーン位相シフト膜の位相差は177°、透過率は29%、膜厚は66nmであった。また、この膜の組成をXPSで測定したところ、SiNからなる層は、原子比でSi:N=45:54、SiONからなる層は、原子比でSi:N:O=38:20:41であった。
[Example 3]
A 152 mm square, 6.35 mm thick 6025 quartz substrate was placed in a chamber of a sputtering apparatus, a silicon target was used as a sputtering target, argon gas, nitrogen gas, and oxygen gas were used as sputtering gases, and power applied to the target was 1 unit. , 900 W, a flow rate of argon gas of 15 sccm and a flow rate of nitrogen gas of 40 sccm, after forming a layer made of SiN, subsequently applying power to the target at 1,900 W, a flow rate of argon gas of 10 sccm, and a flow rate of nitrogen gas. At a flow rate of 40 sccm and an oxygen gas flow rate of 10 sccm, a layer made of SiON was formed, and a halftone phase shift film in which a layer made of SiN and a layer made of SiON were stacked was formed. Thereafter, in a heat treatment furnace, heat treatment was performed at 500 ° C. for 6 hours in an atmosphere in which nitrogen gas and oxygen gas were at about the same as atmospheric partial pressure, to obtain a halftone phase shift mask blank. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) within a 142 mm square center portion of the substrate surface before forming the halftone phase shift film and after heat treatment was 0.17 μm. After the heat treatment, the halftone phase shift film had a phase difference of 177 °, a transmittance of 29%, and a thickness of 66 nm. When the composition of this film was measured by XPS, the layer of SiN was Si: N = 45: 54 in atomic ratio, and the layer of SiON was Si: N: O = 38: 20: 41 in atomic ratio. Met.

次に、得られたハーフトーン位相シフトマスクブランクスの石英基板上のハーフトーン位相シフト膜の全てをフッ素系ドライエッチングにて剥離した。ハーフトーン位相シフト膜を剥離する前と剥離した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.19μmであった。   Next, the entire halftone phase shift film on the quartz substrate of the obtained halftone phase shift mask blank was peeled off by fluorine-based dry etching. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) within the 142 mm square of the central part of the substrate surface before and after peeling the halftone phase shift film was 0.19 μm.

[実施例4]
スパッタ装置のチャンバー内に、152mm角、厚さ6.35mmの6025石英基板を設置し、スパッタターゲットとしてケイ素ターゲット、スパッタガスとしてアルゴンガス及び窒素ガスを用い、ターゲットに印加する電力を1,900W、アルゴンガスの流量を17sccm、窒素ガスの流量を30sccmとして、SiNからなるハーフトーン位相シフト膜を成膜した。このハーフトーン位相シフト膜を成膜する前と成膜した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.41μmであった。その後、熱処理炉にて、窒素ガス及び酸素ガスを大気分圧と同程度とした雰囲気中、500℃で6時間の熱処理を行って、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスを得た。ハーフトーン位相シフト膜を成膜する前と熱処理した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.06μmであった。この熱処理後のハーフトーン位相シフト膜の位相差は179°、透過率は7%、膜厚は61nmであった。また、この膜の組成をXPSで測定したところ、原子比でSi:N=47:52であった。
[Example 4]
In a chamber of the sputtering apparatus, a 152 mm square, 6.35 mm thick 6025 quartz substrate was installed, a silicon target was used as a sputter target, argon gas and nitrogen gas were used as a sputter gas, and power applied to the target was 1,900 W. With a flow rate of argon gas of 17 sccm and a flow rate of nitrogen gas of 30 sccm, a halftone phase shift film made of SiN was formed. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) within a 142 mm square at the center of the substrate surface before and after forming the halftone phase shift film was 0.41 μm. Thereafter, in a heat treatment furnace, heat treatment was performed at 500 ° C. for 6 hours in an atmosphere in which nitrogen gas and oxygen gas were at about the same as atmospheric partial pressure, to obtain a halftone phase shift mask blank. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) within the 142 mm square at the center of the substrate surface before forming the halftone phase shift film and after heat treatment was 0.06 μm. After the heat treatment, the halftone phase shift film had a phase difference of 179 °, a transmittance of 7%, and a thickness of 61 nm. When the composition of this film was measured by XPS, the atomic ratio was Si: N = 47: 52.

次に、得られたハーフトーン位相シフトマスクブランクスの石英基板上のハーフトーン位相シフト膜の全てをフッ素系ドライエッチングにて剥離した。ハーフトーン位相シフト膜を剥離する前と剥離した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.08μmであった。   Next, the entire halftone phase shift film on the quartz substrate of the obtained halftone phase shift mask blank was peeled off by fluorine-based dry etching. The absolute value of the amount of change (ΔTIR) of the warpage in the 142 mm square at the center of the substrate surface before and after the halftone phase shift film was peeled was 0.08 μm.

[比較例1]
スパッタ装置のチャンバー内に、152mm角、厚さ6.35mmの6025石英基板を設置し、スパッタターゲットとしてケイ素ターゲット、スパッタガスとして窒素ガスを用い、ターゲットに印加する電力を1,900W、窒素ガスの流量を50sccmとして、SiNからなるハーフトーン位相シフト膜を成膜した。その後、熱処理炉にて、窒素ガス及び酸素ガスを大気分圧と同程度とした雰囲気中、500℃で6時間の熱処理を行って、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスを得た。ハーフトーン位相シフト膜を成膜する前と熱処理した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.44μmであった。この熱処理後のハーフトーン位相シフト膜の位相差は175°、透過率は18%、膜厚は60nmであった。また、この膜の組成をXPSで測定したところ、原子比でSi:N=45:54であった。
[Comparative Example 1]
A 152 mm square, 6.35 mm thick 6025 quartz substrate was placed in a chamber of a sputtering apparatus, a silicon target was used as a sputtering target, a nitrogen gas was used as a sputtering gas, and power applied to the target was 1,900 W. At a flow rate of 50 sccm, a halftone phase shift film made of SiN was formed. Thereafter, in a heat treatment furnace, heat treatment was performed at 500 ° C. for 6 hours in an atmosphere in which nitrogen gas and oxygen gas were at about the same as atmospheric partial pressure, to obtain a halftone phase shift mask blank. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) within a 142 mm square at the center of the substrate surface before forming the halftone phase shift film and after heat treatment was 0.44 μm. After the heat treatment, the halftone phase shift film had a phase difference of 175 °, a transmittance of 18%, and a thickness of 60 nm. When the composition of this film was measured by XPS, the atomic ratio was Si: N = 45: 54.

次に、得られたハーフトーン位相シフトマスクブランクスの石英基板上のハーフトーン位相シフト膜の全てをフッ素系ドライエッチングにて剥離した。ハーフトーン位相シフト膜を剥離する前と剥離した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.45μmであった。   Next, the entire halftone phase shift film on the quartz substrate of the obtained halftone phase shift mask blank was peeled off by fluorine-based dry etching. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) within the 142 mm square at the center of the substrate surface before and after peeling the halftone phase shift film was 0.45 μm.

[比較例2]
スパッタ装置のチャンバー内に、152mm角、厚さ6.35mmの6025石英基板を設置し、スパッタターゲットとしてケイ素ターゲット、スパッタガスとしてアルゴンガス及び窒素ガスを用い、ターゲットに印加する電力を1,900W、アルゴンガスの流量を17sccm、窒素ガスの流量を30sccmとして、SiNからなるハーフトーン位相シフト膜を成膜した。このハーフトーン位相シフト膜を成膜する前と成膜した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.41μmであった。その後、熱処理炉にて、窒素ガス及び酸素ガスを大気分圧と同程度とした雰囲気中、300℃で6時間の熱処理を行って、ハーフトーン位相シフトマスクブランクスを得た。ハーフトーン位相シフト膜を成膜する前と熱処理した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.24μmであった。この熱処理後のハーフトーン位相シフト膜の位相差は179°、透過率は7%、膜厚は61nmであった。また、この膜の組成をXPSで測定したところ、原子比でSi:N=47:52であった。
[Comparative Example 2]
In a chamber of the sputtering apparatus, a 152 mm square, 6.35 mm thick 6025 quartz substrate was installed, a silicon target was used as a sputter target, argon gas and nitrogen gas were used as a sputter gas, and power applied to the target was 1,900 W. With a flow rate of argon gas of 17 sccm and a flow rate of nitrogen gas of 30 sccm, a halftone phase shift film made of SiN was formed. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) within a 142 mm square at the center of the substrate surface before and after forming the halftone phase shift film was 0.41 μm. Thereafter, in a heat treatment furnace, a heat treatment was performed at 300 ° C. for 6 hours in an atmosphere in which nitrogen gas and oxygen gas were substantially equal to the atmospheric partial pressure, to obtain a halftone phase shift mask blank. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) within a 142 mm square at the center of the substrate surface before forming the halftone phase shift film and after heat treatment was 0.24 μm. After the heat treatment, the halftone phase shift film had a phase difference of 179 °, a transmittance of 7%, and a thickness of 61 nm. When the composition of this film was measured by XPS, the atomic ratio was Si: N = 47: 52.

次に、得られたハーフトーン位相シフトマスクブランクスの石英基板上のハーフトーン位相シフト膜の全てをフッ素系ドライエッチングにて剥離した。ハーフトーン位相シフト膜を剥離する前と剥離した後の、基板表面中央部142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)の絶対値は0.27μmであった。   Next, the entire halftone phase shift film on the quartz substrate of the obtained halftone phase shift mask blank was peeled off by fluorine-based dry etching. The absolute value of the amount of change in warpage (ΔTIR) within a 142 mm square central portion of the substrate surface before and after peeling the halftone phase shift film was 0.27 μm.

1 位相シフト膜
2 第2の層
3 第3の層
4 第4の層
10 透明基板
11 位相シフト膜パターン
100 位相シフトマスクブランクス
101 位相シフトマスク
REFERENCE SIGNS LIST 1 phase shift film 2 second layer 3 third layer 4 fourth layer 10 transparent substrate 11 phase shift film pattern 100 phase shift mask blanks 101 phase shift mask

Claims (5)

152mm角、厚さ6.35mmの透明基板上に、波長200nm以下の光で、位相シフト量が150〜200°である位相シフト膜を有し、
上記位相シフト膜が、ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料又はケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料の層を少なくとも1層含み、透過率が3%以上12%以下であり、膜厚が70nm以下である位相シフトマスクブランクスを製造する方法であって、
(1)上記透明基板上に上記位相シフト膜をスパッタリングにより成膜する工程と、
(2)上記透明基板上に成膜された位相シフト膜を、500℃以上900℃以下6時間以上24時間以下熱処理する工程とを含み、
上記位相シフト膜を成膜する工程(1)が、
(A)透明基板上に、スパッタ装置を用いて、少なくとも1つのシリコンターゲットを用い、アルゴンガスと窒素ガスをスパッタチャンバー内に導入して、上記ケイ素及び窒素からなるケイ素系材料の層を形成する工程、及び
(B)透明基板上に、スパッタ装置を用いて、少なくとも1つのシリコンターゲットを用い、アルゴンガスと、窒素ガス、酸素ガス及び酸化窒素ガスから選ばれる少なくとも1つのガスとをスパッタチャンバー内に導入して、上記ケイ素、窒素及び酸素からなるケイ素系材料の層を形成する工程
の一方又は双方の工程を含む方法により、
上記位相シフト膜として、透明基板上に位相シフト膜を形成する前と、透明基板上に位相シフト膜が存在する状態との間で、透明基板表面中央部の142mm角内のそりの変化量(ΔTIR)が、絶対値で0.2μm以下であるハーフトーン位相シフト膜を形成することを特徴とする位相シフトマスクブランクスの製造方法。
On a 152 mm square, 6.35 mm thick transparent substrate, a light having a wavelength of 200 nm or less and a phase shift film having a phase shift amount of 150 to 200 ° are provided.
The phase shift film includes at least one layer of a silicon-based material including silicon and nitrogen or a silicon-based material including silicon, nitrogen, and oxygen, has a transmittance of 3% or more and 12% or less, and has a film thickness of 70 nm or less. A method for manufacturing a phase shift mask blanks,
(1) a step of forming the phase shift film on the transparent substrate by sputtering;
(2) heat-treating the phase shift film formed on the transparent substrate at 500 ° C. to 900 ° C. for 6 hours to 24 hours ,
Step (1) of forming the phase shift film includes:
(A) On a transparent substrate, an argon gas and a nitrogen gas are introduced into a sputtering chamber by using at least one silicon target by using a sputtering apparatus to form a layer of the silicon-based material including silicon and nitrogen. And (B) using a sputtering apparatus and at least one silicon target on a transparent substrate, using an argon gas and at least one gas selected from a nitrogen gas, an oxygen gas, and a nitrogen oxide gas in a sputtering chamber. Introduced into the above, silicon, by a method comprising one or both steps of forming a layer of a silicon-based material consisting of nitrogen and oxygen,
As the above-mentioned phase shift film, the amount of change in the warp within a 142 mm square at the center of the transparent substrate surface (between before the phase shift film is formed on the transparent substrate and when the phase shift film is present on the transparent substrate) ΔTIR) is a halftone phase shift film having an absolute value of not more than 0.2 μm.
上記波長200nm以下の光がArFエキシマレーザー光であることを特徴とする請求項1記載の製造方法。   2. The method according to claim 1, wherein the light having a wavelength of 200 nm or less is ArF excimer laser light. 上記位相シフト膜を熱処理する工程(2)において、熱処理温度が700℃以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の製造方法。 3. The method according to claim 1, wherein in the step (2) of heat-treating the phase shift film, a heat treatment temperature is 700 ° C. or less. 上記位相シフト膜を熱処理する工程(2)において、熱処理時間が12時間以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the step (2) of heat-treating the phase shift film, the heat treatment time is 12 hours or less. 上記位相シフト膜を熱処理する工程(2)において、熱処理雰囲気が、不活性ガス雰囲気又は真空下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の製造方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein in the step (2) of heat-treating the phase shift film, a heat treatment atmosphere is an inert gas atmosphere or a vacuum.
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