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JP6738941B2 - Mask blank, phase shift mask, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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

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JP6738941B2 JP2019116077A JP2019116077A JP6738941B2 JP 6738941 B2 JP6738941 B2 JP 6738941B2 JP 2019116077 A JP2019116077 A JP 2019116077A JP 2019116077 A JP2019116077 A JP 2019116077A JP 6738941 B2 JP6738941 B2 JP 6738941B2
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

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

半導体デバイスの製造工程では、フォトリソグラフィー法を用いて微細パターンの形成が行われている。また、この微細パターンの形成には通常何枚もの転写用マスクが使用される。半導体デバイスのパターンを微細化するに当たっては、転写用マスクに形成されるマスクパターンの微細化に加え、フォトリソグラフィーで使用される露光光源の波長の短波長化が必要となる。近年、半導体装置を製造する際の露光光源にArFエキシマレーザー(波長193nm)が適用されることが増えてきている。 In a semiconductor device manufacturing process, a fine pattern is formed by using a photolithography method. Further, a number of transfer masks are usually used for forming this fine pattern. In order to miniaturize the pattern of the semiconductor device, in addition to miniaturizing the mask pattern formed on the transfer mask, it is necessary to shorten the wavelength of the exposure light source used in photolithography. In recent years, an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) is increasingly used as an exposure light source when manufacturing a semiconductor device.

転写用マスクの一種に、ハーフトーン型位相シフトマスクがある。ハーフトーン型位相シフトマスクは、露光光を透過させる透光部と、露光光を減光して透過させる(ハーフトーン位相シフト膜の)位相シフト部を有し、透光部と位相シフト部とで透過する露光光の位相を略反転(略180度の位相差)させる。この位相差により、透光部と位相シフト部の境界の光学像のコントラストが高まるので、ハーフトーン型位相シフトマスクは、解像度の高い転写用マスクとなる。 One type of transfer mask is a halftone type phase shift mask. The halftone type phase shift mask has a light transmitting portion that transmits the exposure light and a phase shifting portion (of a halftone phase shift film) that diminishes and transmits the exposure light. The phase of the exposure light transmitted by is substantially inverted (phase difference of about 180 degrees). Due to this phase difference, the contrast of the optical image at the boundary between the light transmitting portion and the phase shift portion is increased, so that the halftone phase shift mask becomes a transfer mask with high resolution.

ハーフトーン型位相シフトマスクは、ハーフトーン位相シフト膜の露光光に対する透過率が高いほど転写像のコントラストが高まる傾向にある。このため、特に高い解像度が要求される場合を中心に、いわゆる、高透過率ハーフトーン型位相シフトマスクが用いられる。ハーフトーン型位相シフトマスクの位相シフト膜には、モリブデンシリサイド(MoSi)系の材料が広く用いられる。しかし、MoSi系膜は、ArFエキシマレーザーの露光光に対する耐性(いわゆるArF耐光性)が低いということが近年判明している。 In the halftone phase shift mask, the higher the transmittance of the halftone phase shift film with respect to the exposure light, the higher the contrast of the transferred image tends to be. For this reason, a so-called high transmittance halftone type phase shift mask is used, especially when a high resolution is required. A molybdenum silicide (MoSi)-based material is widely used for the phase shift film of the halftone phase shift mask. However, it has recently been revealed that the MoSi-based film has low resistance to exposure light of an ArF excimer laser (so-called ArF light resistance).

ハーフトーン型位相シフトマスクの位相シフト膜として、ケイ素と窒素からなるSiN系の材料も知られており、例えば、特許文献1に開示されている。また、所望の光学特性を得る方法として、Si酸化物層とSi窒化物層の周期多層膜からなる位相シフト膜を用いたハーフトーン型位相シフトマスクが特許文献2に開示されている。そこでは、Fエキシマレーザー光である157nmの波長の光に対して、透過率が5%で所定の位相差が得られることが記載されている。SiN系の材料は高いArF耐光性を有するので、位相シフト膜としてSiN系膜を用いた高透過率ハーフトーン型位相シフトマスクが注目を集めている。 A SiN-based material composed of silicon and nitrogen is also known as a phase shift film of a halftone type phase shift mask, and is disclosed in Patent Document 1, for example. Further, as a method of obtaining desired optical characteristics, Patent Document 2 discloses a halftone type phase shift mask using a phase shift film composed of a periodic multilayer film of a Si oxide layer and a Si nitride layer. It is described therein that, with respect to light having a wavelength of 157 nm, which is F 2 excimer laser light, a predetermined phase difference can be obtained with a transmittance of 5%. Since a SiN-based material has high ArF light resistance, a high transmittance halftone phase shift mask using a SiN-based film as a phase shift film has been attracting attention.

特開平7−134392号公報JP-A-7-134392 特表2002−535702号公報Japanese Patent Publication No. 2002-535702

窒化ケイ素材料からなる単層の位相シフト膜を用いる場合、ArFエキシマレーザーの露光光(以下、ArF露光光という。)に対する透過率に対して制約があり、透過率を18%より高めることは材料の光学特性上難しい。 When a single-layer phase shift film made of a silicon nitride material is used, there is a limitation on the transmittance of ArF excimer laser exposure light (hereinafter referred to as ArF exposure light), and increasing the transmittance above 18% is a material. It is difficult due to its optical characteristics.

窒化ケイ素に酸素を導入すると、透過率を高くすることができる。しかし、酸化窒化ケイ素材料からなる単層の位相シフト膜を用いると、ドライエッチングによる位相シフト膜のパターニング時に、酸化ケイ素を主成分とする材料で形成された透光性基板とのエッチング選択性が小さくなるという問題がある。 When oxygen is introduced into silicon nitride, the transmittance can be increased. However, when a single-layer phase shift film made of a silicon oxynitride material is used, etching selectivity with a translucent substrate formed of a material containing silicon oxide as a main component can be improved when patterning the phase shift film by dry etching. There is a problem of becoming smaller.

上述の問題点を解決する方法としては、例えば、位相シフト膜を、透光性基板側から順に配置された窒化ケイ素層と酸化ケイ素層からなる2層構造とする方法が考えられる。特許文献1には、透光性基板側から順に配置された窒化ケイ素層と酸化ケイ素層とからなる2層構造の位相シフト膜を備えるハーフトーン型位相シフトマスクが開示されている。 As a method for solving the above-mentioned problems, for example, a method in which the phase shift film has a two-layer structure composed of a silicon nitride layer and a silicon oxide layer which are sequentially arranged from the transparent substrate side can be considered. Patent Document 1 discloses a halftone type phase shift mask provided with a phase shift film having a two-layer structure composed of a silicon nitride layer and a silicon oxide layer, which are sequentially arranged from the transparent substrate side.

位相シフト膜を窒化ケイ素層と酸化ケイ素層からなる2層構造にすることにより、ArF露光光に対する屈折率、消衰係数及び膜厚の設計自由度が増して、その2層構造の位相シフト膜をArF露光光に対して所望の透過率と位相差を有するものにすることができる。しかしながら、詳細に検討を行った結果、窒化ケイ素層と酸化ケイ素層とからなる2層構造の位相シフト膜を備えるハーフトーン型位相シフトマスクには以下に述べる問題があることがわかった。 By using a two-layer structure composed of a silicon nitride layer and a silicon oxide layer as the phase shift film, the degree of freedom in designing the refractive index, the extinction coefficient, and the film thickness for ArF exposure light is increased, and the phase shift film having the two-layer structure is obtained. Can have a desired transmittance and phase difference for ArF exposure light. However, as a result of detailed study, it was found that the halftone phase shift mask provided with the phase shift film having a two-layer structure composed of a silicon nitride layer and a silicon oxide layer has the following problems.

窒化ケイ素層と酸化ケイ素層はともに上述のMoSi系膜に比べてArF耐光性が大幅に高い。しかし、窒化ケイ素層は、酸化ケイ素層に比べるとArF耐光性が低い。すなわち、この位相シフト膜を備えるマスクブランクから位相シフトマスクを製造し、その位相シフトマスクを露光装置にセットしてArF露光光による露光転写を繰り返し行った場合、位相シフト膜のパターンの線幅が酸化ケイ素層の部分に比べて窒化ケイ素層の部分の方が太りやすい。このため、酸化ケイ素層がArF露光光の繰り返し照射に対して太りにくいにも関わらず、ArF露光光の繰り返し照射を受けたときの位相シフト膜全体でのパターンの線幅の太りが比較的大きくなるという問題があった。 Both the silicon nitride layer and the silicon oxide layer have significantly higher ArF light resistance than the MoSi-based film described above. However, the silicon nitride layer has lower ArF light resistance than the silicon oxide layer. That is, when a phase shift mask is manufactured from a mask blank provided with this phase shift film and the phase shift mask is set in an exposure apparatus and exposure transfer by ArF exposure light is repeated, the line width of the pattern of the phase shift film is reduced. The portion of the silicon nitride layer tends to be thicker than the portion of the silicon oxide layer. Therefore, although the silicon oxide layer is unlikely to be thickened by repeated irradiation of ArF exposure light, the line width of the pattern in the entire phase shift film is relatively large when it is repeatedly irradiated with ArF exposure light. There was a problem of becoming.

また、窒化ケイ素層と酸化ケイ素層はともに上述のMoSi系膜に比べて、洗浄等に用いられる薬液に対する耐性(耐薬性)が大幅に高い。しかし、窒化ケイ素層は、酸化ケイ素層に比べると耐薬性が低い。すなわち、この位相シフト膜を備えるマスクブランクから位相シフトマスクを製造する途上や、位相シフトマスクを製造後に薬液による洗浄を繰り返し行った場合、位相シフト膜のパターンの線幅が酸化ケイ素層の部分に比べて窒化ケイ素層の部分の方が減少しやすい。このため、酸化ケイ素層の耐薬性が高いにも関わらず、薬液による洗浄を繰り返し行ったときの位相シフト膜全体でのパターンの線幅の減少量が比較的大きくなるという問題があった。 Further, both the silicon nitride layer and the silicon oxide layer have significantly higher resistance (chemical resistance) to a chemical solution used for cleaning and the like, as compared with the above-mentioned MoSi-based film. However, the silicon nitride layer has lower chemical resistance than the silicon oxide layer. That is, in the process of manufacturing a phase shift mask from a mask blank provided with this phase shift film, and when the cleaning with a chemical solution is repeatedly performed after manufacturing the phase shift mask, the line width of the pattern of the phase shift film is in the portion of the silicon oxide layer. Compared with this, the silicon nitride layer portion is more likely to decrease. Therefore, although the silicon oxide layer has high chemical resistance, there is a problem that the amount of reduction in the line width of the pattern in the entire phase shift film becomes relatively large when the cleaning with the chemical solution is repeated.

一方、上記の2層構造の位相シフト膜において、高透過層を形成する材料を酸化ケイ素から酸窒化ケイ素に代えた構成とした場合、高透過層を酸化ケイ素で形成した場合と同様の光学特性を得ることができる。しかし、この構成の位相シフト膜の場合でも、ArF耐光性および耐薬性の問題は生じる。 On the other hand, in the above-described two-layer structure phase shift film, when the material forming the high transmission layer is changed from silicon oxide to silicon oxynitride, the same optical characteristics as when the high transmission layer is formed of silicon oxide Can be obtained. However, even in the case of the phase shift film having this structure, problems of ArF light resistance and chemical resistance occur.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、透光性基板上に、窒化ケイ素層のような窒素含有層と酸化ケイ素層のような酸素含有層を少なくとも含む位相シフト膜を備えたマスクブランクにおいて、位相シフト膜の全体でのArF耐光性および耐薬性が向上されたハーフトーン型位相シフトマスク用のマスクブランクを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and a phase shift film including at least a nitrogen-containing layer such as a silicon nitride layer and an oxygen-containing layer such as a silicon oxide layer on a transparent substrate. It is an object of the present invention to provide a mask blank for a halftone type phase shift mask in which the ArF light resistance and chemical resistance of the entire phase shift film are improved.

また、本発明は、このマスクブランクを用いて製造される位相シフトマスクを提供することを目的としている。さらに、本発明は、このような位相シフトマスクを製造する方法を提供することを目的としている。そして、本発明は、このような位相シフトマスクを用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的としている。 Another object of the present invention is to provide a phase shift mask manufactured using this mask blank. Further, the present invention aims to provide a method of manufacturing such a phase shift mask. The present invention has an object to provide a method for manufacturing a semiconductor device using such a phase shift mask.

前記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.

(構成1)
透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、窒素含有層と酸素含有層を少なくとも含み、
前記酸素含有層は、ケイ素と酸素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素と酸素とケイ素とからなる材料で形成され、
前記窒素含有層は、ケイ素と窒素とからなる材料、または非金属元素および半金属元素から選ばれる1以上の元素と窒素とケイ素とからなる材料で形成され、
前記窒素含有層に対してX線光電子分光分析を行って前記窒素含有層におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを取得し、前記透光性基板に対してX線光電子分光分析を行って前記透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sを取得したとき、前記窒素含有層における最大ピークPSi_fを前記透光性基板における最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下である
ことを特徴とするマスクブランク。
(Structure 1)
A mask blank having a phase shift film on a transparent substrate,
The phase shift film includes at least a nitrogen-containing layer and an oxygen-containing layer,
The oxygen-containing layer is formed of a material composed of silicon and oxygen, or a material composed of one or more elements selected from metalloid elements and non-metal elements, and oxygen and silicon,
The nitrogen-containing layer is formed of a material consisting of silicon and nitrogen, or a material consisting of one or more elements selected from non-metal elements and metalloid elements, and nitrogen and silicon,
X-ray photoelectron spectroscopic analysis is performed on the nitrogen-containing layer to obtain a maximum peak PSi_f of photoelectron intensity of Si2p narrow spectrum in the nitrogen-containing layer, and X-ray photoelectron spectroscopic analysis is performed on the transparent substrate. A numerical value (PSi_f)/(PSi_s) obtained by dividing the maximum peak PSi_f in the nitrogen-containing layer by the maximum peak PSi_s in the nitrogen-containing layer when the maximum peak PSi_s of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate is acquired. Is 1.09 or less.

(構成2)
前記窒素含有層は、窒素の含有量が50原子%以上であることを特徴とする構成1記載のマスクブランク。
(構成3)
前記酸素含有層は、窒素および酸素の合計含有量が50原子%以上であることを特徴とする構成1または2に記載のマスクブランク。
(Configuration 2)
2. The mask blank according to Structure 1, wherein the nitrogen-containing layer has a nitrogen content of 50 atomic% or more.
(Structure 3)
3. The mask blank according to Configuration 1 or 2, wherein the oxygen-containing layer has a total content of nitrogen and oxygen of 50 atomic% or more.

(構成4)
前記酸素含有層は、酸素の含有量が15原子%以上であることを特徴とする構成1から3のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成5)
前記Si2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークは、結合エネルギーが96[eV]以上106[eV]以下の範囲での最大ピークであることを特徴とする構成1から4のいずれかに記載のマスクブランク。
(Structure 4)
The mask blank according to any one of configurations 1 to 3, wherein the oxygen-containing layer has an oxygen content of 15 atomic% or more.
(Structure 5)
The maximum peak of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum is the maximum peak in the range of the binding energy of 96 [eV] or more and 106 [eV] or less, The mask blank according to any one of configurations 1 to 4. ..

(構成6)
前記X線光電子分光分析で前記位相シフト膜に対して照射するX線は、AlKα線であることを特徴とする構成1から5のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成7)
前記窒素含有層におけるSi結合の存在数を、Si結合、Si結合(ただし、b/[a+b]<4/7)、Si−Si結合、Si−O結合およびSi−ON結合の合計存在数で除した比率が0.88以上であることを特徴とする構成1から6のいずれかに記載のマスクブランク。
(Structure 6)
6. The mask blank according to any one of Configurations 1 to 5, wherein the X-rays with which the phase shift film is irradiated by the X-ray photoelectron spectroscopy analysis are AlKα rays.
(Structure 7)
The number of Si 3 N 4 bonds present in the nitrogen-containing layer was determined to be Si 3 N 4 bonds, Si a N b bonds (where b/[a+b]<4/7), Si—Si bonds, Si—O bonds and 7. The mask blank according to any one of configurations 1 to 6, wherein a ratio divided by the total number of existing Si-ON bonds is 0.88 or more.

(構成8)
前記位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を10%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で150度以上200度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする構成1から7のいずれかに記載のマスクブランク。
(構成9)
前記位相シフト膜上に、遮光膜を備えることを特徴とする構成1から8のいずれかに記載のマスクブランク。
(Structure 8)
The phase shift film has a function of transmitting the exposure light of the ArF excimer laser with a transmittance of 10% or more, and has the same distance in the air as the thickness of the phase shift film with respect to the exposure light transmitted through the phase shift film. 8. The mask blank according to any one of configurations 1 to 7, having a function of causing a phase difference of 150 degrees or more and 200 degrees or less with the exposure light that has passed through.
(Configuration 9)
The mask blank according to any one of Configurations 1 to 8, further comprising a light-shielding film on the phase shift film.

(構成10)
透光性基板上に転写パターンが形成された位相シフト膜を備えた位相シフトマスクであって、
前記位相シフト膜は、窒素含有層と酸素含有層を少なくとも含み、
前記酸素含有層は、ケイ素と酸素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素と酸素とケイ素とからなる材料で形成され、
前記窒素含有層は、ケイ素と窒素とからなる材料、または非金属元素および半金属元素から選ばれる1以上の元素と窒素とケイ素とからなる材料で形成され、
前記窒素含有層に対してX線光電子分光分析を行って前記窒素含有層におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを取得し、前記透光性基板に対してX線光電子分光分析を行って前記透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sを取得したとき、前記窒素含有層における最大ピークPSi_fを前記透光性基板における最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下である
ことを特徴とする位相シフトマスク。
(Configuration 10)
A phase shift mask comprising a phase shift film having a transfer pattern formed on a transparent substrate,
The phase shift film includes at least a nitrogen-containing layer and an oxygen-containing layer,
The oxygen-containing layer is formed of a material composed of silicon and oxygen, or a material composed of one or more elements selected from metalloid elements and non-metal elements, and oxygen and silicon,
The nitrogen-containing layer is formed of a material consisting of silicon and nitrogen, or a material consisting of one or more elements selected from non-metal elements and metalloid elements, and nitrogen and silicon,
X-ray photoelectron spectroscopic analysis is performed on the nitrogen-containing layer to obtain a maximum peak PSi_f of photoelectron intensity of Si2p narrow spectrum in the nitrogen-containing layer, and X-ray photoelectron spectroscopic analysis is performed on the transparent substrate. A numerical value (PSi_f)/(PSi_s) obtained by dividing the maximum peak PSi_f in the nitrogen-containing layer by the maximum peak PSi_s in the nitrogen-containing layer when the maximum peak PSi_s of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate is acquired. Is 1.09 or less.

(構成11)
前記窒素含有層は、窒素の含有量が50原子%以上であることを特徴とする構成10記載の位相シフトマスク。
(構成12)
前記酸素含有層は、窒素および酸素の合計含有量が50原子%以上であることを特徴とする構成10または11に記載の位相シフトマスク。
(Configuration 11)
11. The phase shift mask according to Structure 10, wherein the nitrogen-containing layer has a nitrogen content of 50 atomic% or more.
(Configuration 12)
12. The phase shift mask according to Configuration 10 or 11, wherein the oxygen-containing layer has a total content of nitrogen and oxygen of 50 atomic% or more.

(構成13)
前記酸素含有層は、酸素の含有量が15原子%以上であることを特徴とする構成10から12のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(構成14)
前記Si2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークは、結合エネルギーが96[eV]以上106[eV]以下の範囲での最大ピークであることを特徴とする構成10から13のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(Configuration 13)
13. The phase shift mask according to any one of Configurations 10 to 12, wherein the oxygen-containing layer has an oxygen content of 15 atomic% or more.
(Configuration 14)
The maximum peak of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum is the maximum peak in the range of binding energy of 96 [eV] or more and 106 [eV] or less, The phase shift according to any one of Configurations 10 to 13. mask.

(構成15)
前記X線光電子分光分析で前記位相シフト膜に対して照射するX線は、AlKα線であることを特徴とする構成10から14のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(構成16)
前記窒素含有層におけるSi結合の存在数を、Si結合、Si結合(ただし、b/[a+b]<4/7)、Si−Si結合、Si−O結合およびSi−ON結合の合計存在数で除した比率が0.88以上であることを特徴とする構成10から15のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(Structure 15)
15. The phase shift mask according to any one of Configurations 10 to 14, wherein the X-rays that are applied to the phase shift film in the X-ray photoelectron spectroscopy analysis are AlKα rays.
(Configuration 16)
The number of Si 3 N 4 bonds present in the nitrogen-containing layer was determined to be Si 3 N 4 bonds, Si a N b bonds (where b/[a+b]<4/7), Si—Si bonds, Si—O bonds and 16. The phase shift mask according to any one of Configurations 10 to 15, wherein a ratio divided by the total number of existing Si-ON bonds is 0.88 or more.

(構成17)
前記位相シフト膜は、ArFエキシマレーザーの露光光を10%以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で150度以上200度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする構成10から16のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(構成18)
前記位相シフト膜上に、遮光パターンが形成された遮光膜を備えることを特徴とする構成10から17のいずれかに記載の位相シフトマスク。
(Configuration 17)
The phase shift film has a function of transmitting the exposure light of the ArF excimer laser with a transmittance of 10% or more, and has the same distance in the air as the thickness of the phase shift film with respect to the exposure light transmitted through the phase shift film. 17. The phase shift mask according to any one of Structures 10 to 16, having a function of producing a phase difference of 150 degrees or more and 200 degrees or less with the exposure light that has passed through.
(Structure 18)
18. The phase shift mask according to any one of configurations 10 to 17, further comprising a light blocking film having a light blocking pattern formed on the phase shift film.

(構成19)
構成10から18のいずれかに記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
(Structure 19)
19. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of exposing and transferring a transfer pattern onto a resist film on a semiconductor substrate using the phase shift mask according to any one of Structures 10 to 18.

本発明のマスクブランクは、透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、位相シフト膜は、窒素含有層と酸素含有層を少なくとも含み、酸素含有層は、ケイ素と酸素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素と酸素とケイ素とからなる材料で形成され、窒素含有層は、ケイ素と窒素とからなる材料、または非金属元素および半金属元素から選ばれる1以上の元素と窒素とケイ素とからなる材料で形成され、窒素含有層に対してX線光電子分光分析を行って窒素含有層におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを取得し、透光性基板に対してX線光電子分光分析を行って透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sを取得したとき、前記窒素含有層における最大ピークPSi_fを前記透光性基板における最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下であることを特徴としている。このような構造のマスクブランクとすることにより、位相シフト膜の全体でのArF耐光性および耐薬性を向上させることができる。 The mask blank of the present invention is a mask blank provided with a phase shift film on a transparent substrate, the phase shift film includes at least a nitrogen-containing layer and an oxygen-containing layer, the oxygen-containing layer is a silicon and oxygen. Or a material containing one or more elements selected from metalloid elements and non-metal elements, and oxygen and silicon, and the nitrogen-containing layer is a material containing silicon and nitrogen, or non-metal elements and semi-metal elements. The maximum peak PSi_f of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the nitrogen-containing layer is determined by performing X-ray photoelectron spectroscopy analysis on the nitrogen-containing layer, which is formed of a material composed of one or more elements selected from metallic elements and nitrogen and silicon. When the maximum peak PSi_s of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate is acquired by performing the X-ray photoelectron spectroscopy analysis on the transparent substrate, the maximum peak PSi_f in the nitrogen-containing layer is measured by the light transmission. The numerical value (PSi_f)/(PSi_s) divided by the maximum peak PSi_s in the flexible substrate is 1.09 or less. By using the mask blank having such a structure, ArF light resistance and chemical resistance of the entire phase shift film can be improved.

また、本発明の位相シフトマスクは、転写パターンを有する位相シフト膜が上記本発明のマスクブランクの位相シフト膜と同様の構成としていることを特徴としている。このような位相シフトマスクとすることにより、位相シフト膜の全体でのArF耐光性および耐薬性を向上させることができる。このため、本発明の位相シフトマスクは、半導体基板上のレジスト膜等の転写対象物に対して露光転写を行ったときの転写精度が高い。 In addition, the phase shift mask of the present invention is characterized in that the phase shift film having a transfer pattern has the same structure as the phase shift film of the mask blank of the present invention. By using such a phase shift mask, ArF light resistance and chemical resistance of the entire phase shift film can be improved. Therefore, the phase shift mask of the present invention has high transfer accuracy when exposure transfer is performed to a transfer target such as a resist film on a semiconductor substrate.

また、本発明の半導体デバイスの製造方法は、上記本発明の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴としている。このため、本発明の半導体デバイスの製造方法は、高い転写精度でレジスト膜への転写パターンの露光転写を行うことができる。 The semiconductor device manufacturing method of the present invention is characterized by including a step of exposing and transferring a transfer pattern to a resist film on a semiconductor substrate using the phase shift mask of the present invention. Therefore, the semiconductor device manufacturing method of the present invention can perform the exposure transfer of the transfer pattern onto the resist film with high transfer accuracy.

本発明の実施形態におけるマスクブランクの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the mask blank in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における位相シフトマスクの製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the phase shift mask in the embodiment of the present invention. 実施例1に係るマスクブランクの位相シフト膜および透光性基板に対してX線光電子分光分析を行った結果(Si2pナロースペクトル)を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a result (Si2p narrow spectrum) of an X-ray photoelectron spectroscopy analysis performed on the phase shift film and the transparent substrate of the mask blank according to Example 1. 比較例1に係るマスクブランクの位相シフト膜および透光性基板に対してX線光電子分光分析を行った結果(Si2pナロースペクトル)を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a result (Si2p narrow spectrum) of an X-ray photoelectron spectroscopy analysis performed on the phase shift film and the transparent substrate of the mask blank according to Comparative Example 1.

まず、本発明の完成に至る経緯を述べる。本発明者らは、マスクブランクの位相シフト膜を、窒化ケイ素系材料層(窒素含有層)と酸化ケイ素系材料層(酸素含有層)を含む積層構造とした場合について、位相シフト膜のArF耐光性の観点、および耐薬性の観点から研究を行った。 First, the background to the completion of the present invention will be described. In the case where the phase shift film of the mask blank has a laminated structure including a silicon nitride-based material layer (nitrogen-containing layer) and a silicon oxide-based material layer (oxygen-containing layer), the inventors of the present invention performed ArF light resistance of the phase shift film. The research was conducted from the viewpoint of sex and chemical resistance.

ケイ素系材料膜のパターンの線幅がArF露光光の照射を受けたときに太る現象が発生するのは、他の元素(別のケイ素原子を含む)と結合した状態のケイ素原子が励起してその結合を断ち切り、酸素と結合する反応が進むことで体積膨張が起こることが原因と考えられている。このため、ArF露光光の照射を受ける前の段階で既に酸素と結合したケイ素が多く存在している酸化ケイ素系材料層の場合、ArF露光光の照射を受けても体積膨張によるパターン線幅は太りにくい。また、酸素と結合したケイ素は、酸素以外の元素と結合したケイ素に比べ、薬液に対して溶解しにくい。窒化ケイ素系材料層に酸素を含有させることによって、ArF耐光性と耐薬性を高めることは可能である。しかし、窒化ケイ素系材料層に酸素を含有させると、屈折率nおよび消衰係数kが低下することが避けがたく、位相シフト膜の設計の自由度が大きく低下するため、この手段は適用しがたい。 The phenomenon that the line width of the pattern of the silicon-based material film becomes thick when irradiated with ArF exposure light occurs because the silicon atom in the state of being bound to another element (including another silicon atom) is excited. It is considered that the cause is that volume expansion occurs by breaking the bond and advancing the reaction of bonding with oxygen. Therefore, in the case of a silicon oxide-based material layer in which a large amount of silicon that has been bonded to oxygen is already present before the irradiation with ArF exposure light, the pattern line width due to volume expansion does not occur even when the ArF exposure light is irradiated. Hard to get fat. Further, silicon bonded to oxygen is less likely to dissolve in a chemical solution than silicon bonded to elements other than oxygen. By including oxygen in the silicon nitride-based material layer, ArF light resistance and chemical resistance can be enhanced. However, if oxygen is contained in the silicon nitride-based material layer, it is unavoidable that the refractive index n and the extinction coefficient k are lowered, and the degree of freedom in designing the phase shift film is greatly reduced. Therefore, this means is not applicable. It's hard.

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、窒化ケイ素系材料のうちArF露光光を照射したときにケイ素が励起しにくい窒化ケイ素系材料を位相シフト膜の窒化ケイ素系材料層に用いれば、位相シフト膜全体のArF耐光性を高めることができるのではないかという考えに至った。 As a result of earnest studies, the present inventors have found that if a silicon nitride-based material that is less likely to be excited by silicon when irradiated with ArF exposure light is used for the silicon nitride-based material layer of the phase shift film, The inventors have come to the idea that the ArF light resistance of the entire phase shift film can be improved.

本発明者らは、窒化ケイ素系材料層がArF露光光の照射を受けたときに、その層中のケイ素が励起しやすい状態であるかどうかの指標に、X線光電子分光分析(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)を応用することを思いついた。最初に、窒化ケイ素系材料層に対してX線光電子分光分析を行ってSi2pナロースペクトルを取得し、その最大ピークの相違を指標として用いることを検討した。窒化ケイ素系材料層におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークは、窒素とケイ素の結合から放出された光電子の単位時間当たりの数に相当する。光電子は、X線の照射を受けて励起して原子軌道から飛び出した電子である。X線が照射されたときに放出される光電子の数が多く励起しやすい材料は、仕事関数が小さい材料である。このような仕事関数が小さい窒化ケイ素系材料は、ArF露光光の照射を受けた時も励起しやすい材料であるといえる。 The present inventors have used X-ray photoelectron spectroscopy (XPS:XPS) as an index of whether or not silicon in a silicon nitride-based material layer is in a state of being easily excited when exposed to ArF exposure light. -Ray Photoelectron Spectroscopy) was applied. First, it was examined that X-ray photoelectron spectroscopy analysis was performed on the silicon nitride-based material layer to obtain a Si2p narrow spectrum, and that the difference between the maximum peaks was used as an index. The maximum peak of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the silicon nitride-based material layer corresponds to the number of photoelectrons emitted from the bond of nitrogen and silicon per unit time. Photoelectrons are electrons that have been excited by the irradiation of X-rays and have jumped out of the atomic orbit. A material having a large number of photoelectrons emitted when it is irradiated with X-rays and easily excited is a material having a small work function. It can be said that such a silicon nitride-based material having a small work function is easily excited even when irradiated with ArF exposure light.

しかし、X線光電子分光分析で検出される光電子の数は、同じ窒化ケイ素系材料層であっても測定条件(使用するX線の種類、照射強度等)によって変動するため、そのまま指標として使用することはできない。この問題点について研究した結果、窒化ケイ素系材料層におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークを、透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークで除した数値を指標とすればよいという考えに至った。 However, the number of photoelectrons detected by X-ray photoelectron spectroscopy varies depending on the measurement conditions (type of X-ray used, irradiation intensity, etc.) even with the same silicon nitride-based material layer, so it is used as it is as an index. It is not possible. As a result of research on this problem, the maximum peak of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the silicon nitride-based material layer divided by the maximum peak of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate may be used as an index. I came up with the idea.

透光性基板は、SiOを主成分とする比較的安定な材料で形成されている。マスクブランクに用いられる透光性基板は、光学特性のバラつきが小さい等、材料のバラつきが非常に小さいことが要求される。このため、複数の透光性基板間での各材料の仕事関数のバラつきも非常に小さい。同一測定条件の場合、異なる透光性基板間でのSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークの差が小さいため、測定条件の相違の影響がこの光電子強度の最大ピークに大きく反映される。透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークは、酸素とケイ素の結合から放出された光電子の単位時間当たりの数ではあるが、測定条件の相違による窒化ケイ素系材料層におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークの差を補正するには好適な参照値である。 The transparent substrate is formed of a relatively stable material containing SiO 2 as a main component. The translucent substrate used for the mask blank is required to have very small variation in materials such as small variation in optical characteristics. Therefore, the variation of the work function of each material among the plurality of transparent substrates is very small. Under the same measurement conditions, the difference in the maximum peak of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum between different translucent substrates is small, so the influence of the difference in the measurement conditions is largely reflected in this maximum peak of the photoelectron intensity. The maximum peak of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the translucent substrate is the number of photoelectrons emitted from the bond of oxygen and silicon per unit time. It is a preferable reference value for correcting the difference in the maximum peak of the photoelectron intensity of.

本発明者らは、さらに鋭意研究を行った結果、透光性基板上に、窒化ケイ素系材料層(窒素含有層)と酸化ケイ素系材料層(酸素含有層)を少なくとも含む位相シフト膜を備えたマスクブランクにおいて、その窒化ケイ素系材料層と透光性基板に対してX線光電子分光分析を行った場合、窒化ケイ素系材料層におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを、透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下であれば、ArF耐光性を高められるという結論に至った。 As a result of further intensive research, the present inventors have provided on a translucent substrate a phase shift film including at least a silicon nitride-based material layer (nitrogen-containing layer) and a silicon oxide-based material layer (oxygen-containing layer). In the mask blank, when the X-ray photoelectron spectroscopy analysis was performed on the silicon nitride-based material layer and the light-transmissive substrate, the maximum peak PSi_f of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the silicon nitride-based material layer was determined to be translucent. It was concluded that the ArF light resistance can be enhanced if the numerical value (PSi_f)/(PSi_s) divided by the maximum peak PSi_s of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the substrate is 1.09 or less.

一方、上記の数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下である窒化ケイ素系材料層は、ArF露光光の照射を受けた時に層中のケイ素が励起しにくい。このような窒化ケイ素系材料層は、強い結合状態の窒素とケイ素の結合の存在比率が高いといえる。この窒化ケイ素系材料層に薬液が接触した場合、窒素とケイ素の結合が切れにくく、薬液中に溶解しにくいという結論に至った。 On the other hand, in the silicon nitride-based material layer having the above numerical value (PSi_f)/(PSi_s) of 1.09 or less, it is difficult for silicon in the layer to be excited when it is irradiated with ArF exposure light. It can be said that such a silicon nitride-based material layer has a high abundance ratio of bonds between nitrogen and silicon in a strongly bonded state. It was concluded that when the chemical solution comes into contact with this silicon nitride-based material layer, the bond between nitrogen and silicon is hard to be broken, and it is difficult to dissolve in the chemical solution.

以上の鋭意研究の結果、本発明のマスクブランクを導き出した。すなわち、本発明のマスクブランクは、透光性基板上に位相シフト膜を備えており、その位相シフト膜は、窒素含有層(窒化ケイ素系材料層)と酸素含有層(酸化ケイ素系材料層)を少なくとも含み、酸素含有層は、ケイ素と酸素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素と酸素とケイ素とからなる材料で形成され、窒素含有層は、ケイ素と窒素とからなる材料、または非金属元素および半金属元素から選ばれる1以上の元素と窒素とケイ素とからなる材料で形成され、窒素含有層に対してX線光電子分光分析を行って窒素含有層におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを取得し、透光性基板に対してX線光電子分光分析を行って透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sを取得したとき、窒素含有層における最大ピークPSi_fを透光性基板における最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下であることを特徴とするものである。 As a result of the above-mentioned intensive studies, the mask blank of the present invention was derived. That is, the mask blank of the present invention includes a phase shift film on a transparent substrate, and the phase shift film includes a nitrogen-containing layer (silicon nitride-based material layer) and an oxygen-containing layer (silicon oxide-based material layer). At least, the oxygen-containing layer is formed of a material composed of silicon and oxygen, or a material composed of one or more elements selected from metalloid elements and non-metal elements, and oxygen and silicon, and the nitrogen-containing layer is composed of silicon. Formed of a material consisting of nitrogen and silicon, or a material consisting of one or more elements selected from non-metal elements and semi-metal elements, nitrogen and silicon, and nitrogen-containing layers being subjected to X-ray photoelectron spectroscopy analysis. When the maximum peak PSi_f of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the layer is obtained, and the maximum peak PSi_s of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate is obtained by performing X-ray photoelectron spectroscopy analysis on the transparent substrate. The numerical value (PSi_f)/(PSi_s) obtained by dividing the maximum peak PSi_f in the nitrogen-containing layer by the maximum peak PSi_s in the translucent substrate is 1.09 or less.

次に、本発明の各実施の形態について説明する。本発明のマスクブランクは、位相シフトマスクを作成するためのマスクブランクに適用可能なものである。以降では、ハーフトーン型位相シフトマスクを製造するためのマスクブランクについて説明する。図1は、本発明の実施形態に係るマスクブランク100の構成を示す断面図である。図1に示すマスクブランク100は、透光性基板1上に、位相シフト膜2、遮光膜3およびハードマスク膜4がこの順に積層した構造を有する。 Next, each embodiment of the present invention will be described. The mask blank of the present invention can be applied to a mask blank for producing a phase shift mask. Hereinafter, a mask blank for manufacturing a halftone type phase shift mask will be described. FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a mask blank 100 according to an embodiment of the present invention. The mask blank 100 shown in FIG. 1 has a structure in which a phase shift film 2, a light shielding film 3, and a hard mask film 4 are laminated in this order on a transparent substrate 1.

透光性基板1は、合成石英ガラスのほか、石英ガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、低熱膨張ガラス(SiO−TiOガラス等)などのガラス材料で形成することができる。これらの中でも、合成石英ガラスは、ArFエキシマレーザー光(波長193nm)に対する透過率が高く、マスクブランクの透光性基板を形成する材料として特に好ましい。 The translucent substrate 1 can be formed of a glass material such as quartz glass, aluminosilicate glass, soda lime glass, and low thermal expansion glass (SiO 2 —TiO 2 glass) in addition to synthetic quartz glass. Among these, synthetic quartz glass has a high transmittance for ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) and is particularly preferable as a material for forming a transparent substrate of a mask blank.

位相シフト膜2は、位相シフト効果を有効に機能させることが可能な透過率を有することが求められる。位相シフト膜2は、ArF露光光に対する透過率が1%以上であることが少なくとも求められる。位相シフト膜2は、ArF露光光に対する透過率が10%以上であると好ましく、15%以上であるとより好ましく、20%以上であるとさらに好ましい。
また、位相シフト膜2は、ArF露光光に対する透過率が40%以下になるように調整されていることが好ましく、30%以下であるとより好ましい。
The phase shift film 2 is required to have a transmittance that allows the phase shift effect to effectively function. The phase shift film 2 is required to have at least a transmittance of 1% or more for ArF exposure light. The phase shift film 2 preferably has a transmittance for ArF exposure light of 10% or more, more preferably 15% or more, and further preferably 20% or more.
Further, the phase shift film 2 is preferably adjusted so that the transmittance for ArF exposure light is 40% or less, and more preferably 30% or less.

近年、半導体基板(ウェハ)上のレジスト膜に対する露光・現像プロセスとしてNTD(Negative Tone Development)が用いられるようになってきていて、そこではブライトフィールドマスク(パターン開口率が高い転写用マスク)がよく用いられる。ブライトフィールドの位相シフトマスクでは、位相シフト膜の露光光に対する透過率を10%以上とすることにより、透光部を透過した光の0次光と1次光のバランスがよくなる。このバランスがよくなると、位相シフト膜を透過した露光光が0次光に干渉して光強度を減衰させる効果がより大きくなって、レジスト膜上でのパターン解像性が向上する。このため、位相シフト膜2のArF露光光に対する透過率が10%以上であると好ましい。ArF露光光に対する透過率が15%以上である場合は、位相シフト効果による転写像(投影光学像)のパターンエッジ強調効果がより高まる。一方、位相シフト膜2のArF露光光に対する透過率が40%を超えると、サイドローブの影響が強くなりすぎるため、好ましくない。 In recent years, NTD (Negative Tone Development) has come to be used as an exposure/development process for a resist film on a semiconductor substrate (wafer), in which a bright field mask (transfer mask having a high pattern aperture ratio) is often used. Used. In the bright field phase shift mask, by setting the transmittance of the phase shift film to the exposure light to be 10% or more, the balance between the 0th order light and the 1st order light of the light transmitted through the light transmitting portion becomes good. When this balance is improved, the effect of the exposure light transmitted through the phase shift film interfering with the 0th-order light and attenuating the light intensity is further increased, and the pattern resolution on the resist film is improved. Therefore, the transmittance of the phase shift film 2 for ArF exposure light is preferably 10% or more. When the transmittance for ArF exposure light is 15% or more, the pattern edge enhancement effect of the transfer image (projection optical image) due to the phase shift effect is further enhanced. On the other hand, if the transmittance of the phase shift film 2 for ArF exposure light exceeds 40%, the influence of side lobes becomes too strong, which is not preferable.

位相シフト膜2は、適切な位相シフト効果を得るために、透過するArF露光光に対し、この位相シフト膜2の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した光との間で所定の位相差を生じさせる機能を有することが求められる。また、その位相差は、150度以上200度以下の範囲になるように調整されていることが好ましい。位相シフト膜2における前記位相差の下限値は、160度以上であることがより好ましく、170度以上であるとさらに好ましい。他方、位相シフト膜2における前記位相差の上限値は、190度以下であることがより好ましい。 In order to obtain an appropriate phase shift effect, the phase shift film 2 provides a predetermined phase difference between the transmitted ArF exposure light and the light that has passed through the air by the same distance as the thickness of the phase shift film 2. It is required to have a function to generate. Further, the phase difference is preferably adjusted so as to fall within a range of 150 degrees or more and 200 degrees or less. The lower limit value of the phase difference in the phase shift film 2 is more preferably 160 degrees or more, and further preferably 170 degrees or more. On the other hand, the upper limit value of the phase difference in the phase shift film 2 is more preferably 190 degrees or less.

位相シフト膜2は、厚さが90nm以下であることが好ましく、80nm以下であるとより好ましい。一方、位相シフト膜2は、厚さが40nm以上であることが好ましい。位相シフト膜2の厚さが40nm未満であると、位相シフト膜として求められる所定の透過率と位相差が得られない恐れがある。 The phase shift film 2 preferably has a thickness of 90 nm or less, and more preferably 80 nm or less. On the other hand, the phase shift film 2 preferably has a thickness of 40 nm or more. If the thickness of the phase shift film 2 is less than 40 nm, there is a possibility that the predetermined transmittance and phase difference required for the phase shift film may not be obtained.

位相シフト膜2は、窒素含有層(窒化ケイ素系材料層)と酸素含有層(酸化ケイ素系材料層)を少なくとも含む2層以上の積層膜となっている。位相シフト膜2は、窒素含有層と酸素含有層を少なくとも1層ずつ有していればよく、窒素含有層や酸素含有層をさらに1層以上有していてもよい。例えば、位相シフト膜2は、窒素含有層と酸素含有層とからなる1組の積層構造を2組以上有する構造(4層以上の積層構造)としてもよく、2つの窒素含有層の間に酸素含有層が設けられた構造としてもよい。位相シフト膜2は、本発明の効果が得られる範囲であれば、窒素含有層および酸素含有層以外の材料層を備えてもよい。 The phase shift film 2 is a laminated film of two or more layers including at least a nitrogen-containing layer (silicon nitride material layer) and an oxygen-containing layer (silicon oxide material layer). The phase shift film 2 may have at least one nitrogen-containing layer and at least one oxygen-containing layer, and may further have one or more nitrogen-containing layers and oxygen-containing layers. For example, the phase shift film 2 may have a structure having two or more sets of a laminated structure including a nitrogen-containing layer and an oxygen-containing layer (a laminated structure of four or more layers), and oxygen between the two nitrogen-containing layers. The structure may be such that a containing layer is provided. The phase shift film 2 may include material layers other than the nitrogen-containing layer and the oxygen-containing layer as long as the effects of the present invention can be obtained.

窒素含有層は、ケイ素と窒素とからなる材料、または非金属元素および半金属元素から選ばれる1以上の元素と窒素とケイ素とからなる材料で形成されることが好ましい。窒素含有層は、ケイ素に加え、いずれの半金属元素を含有してもよい。この半金属元素の中でも、ホウ素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルから選ばれる1以上の元素を含有させると、スパッタリングターゲットとして用いるケイ素の導電性を高めることが期待できるため、好ましい。 The nitrogen-containing layer is preferably formed of a material composed of silicon and nitrogen, or a material composed of one or more elements selected from non-metal elements and metalloid elements, and nitrogen and silicon. The nitrogen-containing layer may contain any metalloid element in addition to silicon. Among these semi-metal elements, it is preferable to contain one or more elements selected from boron, germanium, antimony and tellurium because the conductivity of silicon used as a sputtering target can be expected to be increased.

窒素含有層は、窒素に加え、いずれの非金属元素を含有してもよい。この場合の非金属元素は、狭義の非金属元素(窒素、炭素、酸素、リン、硫黄、セレン)、ハロゲンおよび貴ガスを含むものをいう。この非金属元素の中でも、炭素、フッ素及び水素から選ばれる1以上の元素を含有させると好ましい。窒素含有層は、酸素の含有量が10原子%以下であることが好ましく、5原子%以下であることがより好ましく、積極的に酸素を含有させることをしない(X線光電子分光分析等による組成分析を行ったときに検出下限値以下。)ことがさらに好ましい。窒素含有層の酸素の含有量が多いと、酸素含有層との間で光学特性の差が小さくなり、位相シフト膜の設計自由度が小さくなる。 The nitrogen-containing layer may contain any non-metal element in addition to nitrogen. In this case, the non-metal element includes a non-metal element in a narrow sense (nitrogen, carbon, oxygen, phosphorus, sulfur, selenium), halogen and noble gas. Among these non-metal elements, it is preferable to contain one or more elements selected from carbon, fluorine and hydrogen. The nitrogen-containing layer preferably has an oxygen content of 10 atom% or less, more preferably 5 atom% or less, and does not positively contain oxygen (composition by X-ray photoelectron spectroscopy or the like). It is more preferable that the lower limit of detection is not exceeded when the analysis is performed. When the oxygen content of the nitrogen-containing layer is large, the difference in optical characteristics between the nitrogen-containing layer and the oxygen-containing layer is small, and the degree of freedom in designing the phase shift film is small.

窒素含有層は、貴ガスを含有してもよい。貴ガスは、反応性スパッタリングで窒素含有層を成膜する際に成膜室内に存在することによって成膜速度を大きくし、生産性を向上させることができる元素である。この貴ガスがプラズマ化し、ターゲットに衝突することでターゲットからターゲット構成元素が飛び出し、途中、反応性ガスを取りこみつつ、透光性基板1上に窒素含有層が形成される。このターゲット構成元素がターゲットから飛び出し、透光性基板1に付着するまでの間に成膜室中の貴ガスがわずかに取り込まれる。この反応性スパッタリングで必要とされる貴ガスとして好ましいものとしては、アルゴン、クリプトン、キセノンが挙げられる。また、窒素含有層の応力を緩和するために、原子量の小さいヘリウム、ネオンを薄膜に積極的に取りこませることができる。 The nitrogen-containing layer may contain a noble gas. The noble gas is an element capable of increasing the film forming rate and improving the productivity by existing in the film forming chamber when forming the nitrogen-containing layer by reactive sputtering. When the noble gas is turned into plasma and collides with the target, target constituent elements fly out from the target, and a nitrogen-containing layer is formed on the translucent substrate 1 while taking in the reactive gas. A slight amount of the noble gas in the film forming chamber is taken in until the target constituent element jumps out of the target and adheres to the transparent substrate 1. Preferred noble gases required for this reactive sputtering include argon, krypton, and xenon. Further, in order to relieve the stress in the nitrogen-containing layer, helium or neon having a small atomic weight can be positively incorporated into the thin film.

窒素含有層は、窒素の含有量が50原子%以上であることが好ましい。ケイ素系膜はArF露光光に対する屈折率nが非常に小さく、ArF露光光に対する消衰係数kが大きい(以降、単に屈折率nと表記されている場合、ArF露光光に対する屈折率nのことをいい、単に消衰係数kと表記されている場合、ArF露光光に対する消衰係数kのことをいう。)。ケイ素系膜中の窒素の含有量が多くなるに従い、屈折率nが大きくなっていき、消衰係数kが小さくなっていく傾向がある。位相シフト膜2に求められる所定の透過率を確保しつつ、より薄い厚さで位相差を確保することを考慮すると、窒素含有層の窒素の含有量を50原子%以上とすることが好ましく、51原子%以上であるとより好ましく、52原子%以上であるとさらに好ましい。また、窒素含有層の窒素の含有量は、57原子%以下であると好ましく、56原子%以下であるとより好ましい。窒素含有層に、窒素をSiの混合比よりも多く含有させようとすると、窒素含有層をアモルファスや微結晶構造にすることが困難になる。また、窒素含有層の表面粗さが大幅に悪化する。 The nitrogen-containing layer preferably has a nitrogen content of 50 atomic% or more. The silicon-based film has a very small refractive index n with respect to ArF exposure light and a large extinction coefficient k with respect to ArF exposure light (hereinafter, simply referred to as a refractive index n, means the refractive index n with respect to ArF exposure light). In other words, when simply referred to as an extinction coefficient k, it means the extinction coefficient k for ArF exposure light.). As the content of nitrogen in the silicon-based film increases, the refractive index n tends to increase and the extinction coefficient k tends to decrease. Considering securing the phase difference with a smaller thickness while securing the predetermined transmittance required for the phase shift film 2, it is preferable that the nitrogen content of the nitrogen-containing layer is 50 atomic% or more, It is more preferably 51 atomic% or more and even more preferably 52 atomic% or more. The nitrogen content of the nitrogen-containing layer is preferably 57 atom% or less, and more preferably 56 atom% or less. If it is attempted to make the nitrogen-containing layer contain more nitrogen than the mixing ratio of Si 3 N 4 , it becomes difficult to make the nitrogen-containing layer have an amorphous or microcrystalline structure. Moreover, the surface roughness of the nitrogen-containing layer is significantly deteriorated.

窒素含有層は、ケイ素の含有量が35原子%以上であることが好ましく、40原子%以上であるとより好ましく、45原子%以上であるとさらに好ましい。 The nitrogen-containing layer preferably has a silicon content of 35 atomic% or more, more preferably 40 atomic% or more, and further preferably 45 atomic% or more.

窒素含有層は、ケイ素及び窒素からなる材料で形成することが好ましい。なお、この場合のケイ素及び窒素からなる材料は、貴ガスを含有する材料も包含しているとみなすことができる。 The nitrogen-containing layer is preferably formed of a material composed of silicon and nitrogen. The material composed of silicon and nitrogen in this case can be regarded as including a material containing a noble gas.

窒素含有層は、X線光電子分光分析を行って窒素含有層におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを取得し、透光性基板1に対してX線光電子分光分析を行って透光性基板1におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sを取得したとき、窒素含有層における最大ピークPSi_fを透光性基板1における最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下であることが好ましい。数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下である窒素含有層は、上述のとおり、ArF露光光の照射を受けたときにも励起しにくい。このような窒素含有層とすることで、ArF耐光性を高めることができる。また、この窒素含有層は、上述のとおり、強い結合状態の窒素とケイ素の結合の存在比率が高い。また、このような窒素含有層とすることで、耐薬性を高めることができる。数値(PSi_f)/(PSi_s)は、1.085以下であると好ましく、1.08以下であるとより好ましい。 The nitrogen-containing layer is subjected to X-ray photoelectron spectroscopic analysis to obtain the maximum peak PSi_f of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the nitrogen-containing layer, and the translucent substrate 1 is subjected to X-ray photoelectron spectroscopic analysis to obtain translucency. When the maximum peak PSi_s of the photoelectron intensity of the Si 2p narrow spectrum in the substrate 1 is acquired, the numerical value (PSi_f)/(PSi_s) obtained by dividing the maximum peak PSi_f in the nitrogen-containing layer by the maximum peak PSi_s in the transparent substrate 1 is 1.09. The following is preferable. As described above, the nitrogen-containing layer whose numerical value (PSi_f)/(PSi_s) is 1.09 or less is difficult to be excited even when it is irradiated with ArF exposure light. With such a nitrogen-containing layer, ArF light resistance can be improved. Further, in the nitrogen-containing layer, as described above, the existence ratio of the bond between nitrogen and silicon in the strongly bonded state is high. Moreover, chemical resistance can be improved by using such a nitrogen-containing layer. The numerical value (PSi_f)/(PSi_s) is preferably 1.085 or less, and more preferably 1.08 or less.

一方、位相シフト膜2のパターニングの際に行われるSF等のフッ素系ガスによるドライエッチングの場合、窒素含有層は酸素含有層に比べてエッチングレートが速い。このため、位相シフト膜2に対してドライエッチングでパターニングを行ったときに、パターンの側壁に段差が発生しやすい傾向がある。 On the other hand, in the case of dry etching using a fluorine-based gas such as SF 6 performed when patterning the phase shift film 2, the nitrogen-containing layer has a faster etching rate than the oxygen-containing layer. Therefore, when the phase shift film 2 is patterned by dry etching, a step tends to occur on the side wall of the pattern.

上記のフッ素系ガスによるドライエッチングで窒素含有層をパターニングする場合、励起状態のフッ素ガスが窒素とケイ素の結合を切って、比較的低沸点のケイ素のフッ化物を生成して揮発することで、窒素含有層にパターンが形成される。数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下である窒素含有層は、窒素とケイ素の結合が切れにくいことから、フッ素系ガスに対するドライエッチングのエッチングレートが遅くなるといえる。これにより、位相シフト膜2の窒素含有層と酸素含有層のエッチングレート差が小さくなり、ドライエッチングで位相シフト膜2に形成されるパターンの側壁の段差を低減することができる。 When patterning the nitrogen-containing layer by dry etching with the fluorine-based gas described above, the fluorine gas in the excited state cuts the bond between nitrogen and silicon, and produces a fluoride of silicon having a relatively low boiling point to volatilize, A pattern is formed in the nitrogen-containing layer. In the nitrogen-containing layer having a numerical value (PSi_f)/(PSi_s) of 1.09 or less, it can be said that the etching rate of dry etching with respect to the fluorine-based gas becomes slow because the bond between nitrogen and silicon is hard to break. Thereby, the etching rate difference between the nitrogen-containing layer and the oxygen-containing layer of the phase shift film 2 becomes small, and the step difference on the side wall of the pattern formed on the phase shift film 2 by dry etching can be reduced.

他方、ハーフトーン型位相シフトマスクのマスク欠陥修正技術として、位相シフト膜の黒欠陥部分に対して、二フッ化キセノン(XeF)ガスを供給しつつ、その部分に電子線を照射することでその黒欠陥部分を揮発性のフッ化物に変化させてエッチング除去する欠陥修正技術(以下、このような電子線等の荷電粒子を照射して行う欠陥修正を単にEB欠陥修正という。)が用いられることがある。転写パターンが形成された後の位相シフト膜2に対してEB欠陥修正を行う場合、窒素含有層の修正レートは酸素含有層の修正レートに比べて速い傾向を有する。それに加えてEB欠陥修正の場合、側壁が露出した状態の位相シフト膜2のパターンに対してエッチングを行うことから、パターンの側壁方向に進行するエッチングであるサイドエッチングが特に窒素含有層に入りやすい。このため、EB欠陥修正後のパターン形状が窒素含有層と酸素含有層とで段差を作る段差形状となりやすい傾向がある。 On the other hand, as a mask defect correction technique for a halftone type phase shift mask, by supplying xenon difluoride (XeF 2 ) gas to the black defect portion of the phase shift film while irradiating the portion with an electron beam. A defect repair technique of changing the black defect portion into a volatile fluoride and removing it by etching (hereinafter, such defect repair performed by irradiating charged particles such as an electron beam is simply referred to as EB defect repair) is used. Sometimes. When EB defect correction is performed on the phase shift film 2 after the transfer pattern is formed, the correction rate of the nitrogen-containing layer tends to be faster than the correction rate of the oxygen-containing layer. In addition, in the case of EB defect correction, since the pattern of the phase shift film 2 in which the sidewall is exposed is etched, the side etching, which is the etching that proceeds in the sidewall direction of the pattern, is particularly likely to enter the nitrogen-containing layer. .. Therefore, the pattern shape after the EB defect correction tends to be a step shape that creates a step between the nitrogen-containing layer and the oxygen-containing layer.

EB欠陥修正で用いられるXeFガスは、ケイ素系材料に対して等方性エッチングを行うときの非励起状態のエッチングガスとして知られている。そのエッチングは、ケイ素系材料への非励起状態のXeFガスの表面吸着、XeとFに分離、ケイ素の高次フッ化物の生成、揮発というプロセスで行われる。ケイ素系材料の薄膜パターンに対するEB欠陥修正では、薄膜パターンの黒欠陥部分に対してXeFガス等の非励起状態のフッ素系ガスを供給し、黒欠陥部分の表面にそのフッ素系ガスを吸着させてから、黒欠陥部分に対して電子線を照射する。これにより、黒欠陥部分のケイ素原子は励起してフッ素との結合が促進され、電子線を照射しない場合よりも大幅に速くケイ素の高次フッ化物となって揮発する。X線が照射されたときに放出される光電子の数が少なく励起しにくい窒素含有層は、電子線の照射を受けた時も励起しにくい材料であるといえる。 XeF 2 gas used for EB defect correction is known as an etching gas in a non-excited state when performing isotropic etching on a silicon-based material. The etching is performed by a process of surface adsorption of a non-excited state XeF 2 gas on a silicon-based material, separation into Xe and F, generation of a higher fluoride of silicon, and volatilization. In the EB defect correction for a thin film pattern of a silicon-based material, a non-excited fluorine-based gas such as XeF 2 gas is supplied to the black defect portion of the thin film pattern, and the fluorine-based gas is adsorbed on the surface of the black defect portion. Then, the black defect portion is irradiated with an electron beam. As a result, the silicon atom in the black defect portion is excited to promote the bond with fluorine, and volatilizes into a higher fluoride of silicon much faster than in the case where the electron beam is not irradiated. It can be said that the nitrogen-containing layer, which has a small number of photoelectrons emitted when irradiated with X-rays and is hard to be excited, is a material which is hard to be excited even when it is irradiated with an electron beam.

上記の数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下である窒素含有層は、電子線の照射に対して励起しにくく、EB欠陥修正が行われたときの修正レートを遅くすることができる。これにより、位相シフト膜2の窒素含有層と酸素含有層のEB欠陥修正における修正レート差が小さくなり、位相シフト膜2のEB欠陥修正を行った箇所のパターンの側壁の段差を低減することができる。 The nitrogen-containing layer having the above numerical value (PSi_f)/(PSi_s) of 1.09 or less is hard to be excited by electron beam irradiation, and the correction rate when EB defect correction is performed can be delayed. .. As a result, the difference in correction rate between the nitrogen-containing layer and the oxygen-containing layer of the phase shift film 2 in the EB defect correction becomes small, and the step difference on the side wall of the pattern at the position where the EB defect correction of the phase shift film 2 is performed can be reduced. it can.

上記のX線光電子分光分析において、透光性基板1や窒素含有層に対して照射するX線としては、AlKα線およびMgKα線のいずれも適用可能であるが、AlKα線を用いることが好ましい。なお、本明細書ではAlKα線のX線を用いたX線光電子分光分析を行う場合について述べている。 In the above X-ray photoelectron spectroscopic analysis, as the X-rays with which the transparent substrate 1 and the nitrogen-containing layer are irradiated, both AlKα rays and MgKα rays can be applied, but AlKα rays are preferably used. In this specification, the case of performing X-ray photoelectron spectroscopic analysis using AlKα X-rays is described.

透光性基板1や窒素含有層に対してX線光電子分光分析を行ってSi2pナロースペクトルを取得する方法は、一般的には以下の手順で行われる。すなわち、最初に、幅広い結合エネルギーのバンド幅で光電子強度(X線を照射した測定対象物からの単位時間当たりの光電子の放出数)を取得するワイドスキャンを行ってワイドスペクトルを取得し、その透光性基板1や窒素含有層の構成元素に由来する全てのピークを特定する。その後、ワイドスキャンよりも高分解能であるが取得できる結合エネルギーのバンド幅が狭いナロースキャンを注目するピーク(Si2p)の周囲のバンド幅で行うことで各ナロースペクトルを取得する。一方、本発明でX線光電子分光分析を用いる測定対象物である透光性基板1や窒素含有層は構成元素があらかじめ分かっている。また、本発明で必要となるナロースペクトルはSi2pナロースペクトルに限られる。このため、本発明の場合、ワイドスペクトルの取得の工程を省略して、Si2pナロースペクトルを取得してもよい。 The method of performing the X-ray photoelectron spectroscopy analysis on the transparent substrate 1 and the nitrogen-containing layer to acquire the Si2p narrow spectrum is generally performed by the following procedure. That is, first, a wide spectrum is acquired by performing a wide scan to acquire the photoelectron intensity (the number of photoelectrons emitted from the measurement object irradiated with X-rays per unit time) with a wide band of binding energy, and the transmission spectrum is acquired. All peaks derived from the constituent elements of the optical substrate 1 and the nitrogen-containing layer are identified. Then, each narrow spectrum is acquired by performing a narrow scan, which has a higher resolution than the wide scan but has a narrow band width of the binding energy that can be acquired, with a band width around the peak (Si2p) of interest. On the other hand, the constituent elements of the transparent substrate 1 and the nitrogen-containing layer, which are the objects to be measured using X-ray photoelectron spectroscopy in the present invention, are known in advance. Further, the narrow spectrum required in the present invention is limited to the Si2p narrow spectrum. Therefore, in the case of the present invention, the step of acquiring the wide spectrum may be omitted and the Si2p narrow spectrum may be acquired.

透光性基板1や窒素含有層に対してX線光電子分光分析を行って取得されるSi2pナロースペクトルにおける光電子強度の最大ピーク(PSi_f、PSi_s)は、結合エネルギーが96[eV]以上106[eV]以下の範囲での最大ピークであることが好ましい。この結合エネルギーの範囲外のピークは、Si−N結合やSi−O結合から放出された光電子ではない恐れがあるためである。 The maximum peak (PSi_f, PSi_s) of the photoelectron intensity in the Si2p narrow spectrum obtained by performing the X-ray photoelectron spectroscopy analysis on the transparent substrate 1 and the nitrogen-containing layer has a binding energy of 96 [eV] or more and 106 [eV] or more. ] It is preferable that the maximum peak is in the following range. This is because the peak outside the range of the binding energy may not be the photoelectrons emitted from the Si—N bond or the Si—O bond.

窒素含有層は、Si結合の存在数を、Si結合、Si結合(ただし、b/[a+b]<4/7)、Si−Si結合、Si−O結合およびSi−ON結合の合計存在数で除した比率が0.88以上であることが好ましい。安定した結合の存在比率が高い窒素含有層は、ArF耐光性や耐薬性が高い。上記の各結合の中でSi−O結合が最も安定した結合であるが、上記の制約から窒素含有層に酸素を多く含有させることは難しい。酸素以外のケイ素との結合の中では、Si結合が最も安定した結合であり、上記のようなSi結合の存在比率が高い窒素含有層は、ArF耐光性や耐薬性が高い。 In the nitrogen-containing layer, the number of Si 3 N 4 bonds present is changed to Si 3 N 4 bonds, Si a N b bonds (where b/[a+b]<4/7), Si—Si bonds, Si—O bonds and The ratio divided by the total number of Si-ON bonds present is preferably 0.88 or more. The nitrogen-containing layer in which the existence ratio of stable bonds is high has high ArF light resistance and chemical resistance. Among the above bonds, the Si—O bond is the most stable bond, but it is difficult to make the nitrogen-containing layer contain a large amount of oxygen because of the above restrictions. Among the bonds with silicon other than oxygen, the Si 3 N 4 bond is the most stable bond, and the nitrogen-containing layer having a high Si 3 N 4 bond ratio as described above has ArF light resistance and chemical resistance. high.

位相シフト膜2に設けられている全ての窒素含有層の合計膜厚は、30nm以上であることが好ましい。この全ての窒素含有層の合計膜厚が30nm未満であると、位相シフト膜として求められる所定の透過率(40%以下)と位相差(150度以上200度以下)が得られない恐れがある。この全ての窒素含有層の合計膜厚は、35nm以上であるとより好ましく、40nm以上であるとさらに好ましい。一方、位相シフト膜2に設けられている全ての窒素含有層の合計膜厚は、60nm以下であることが好ましく、55nm以下であるとより好ましい。 The total thickness of all the nitrogen-containing layers provided in the phase shift film 2 is preferably 30 nm or more. If the total film thickness of all the nitrogen-containing layers is less than 30 nm, the predetermined transmittance (40% or less) and phase difference (150 degrees or more and 200 degrees or less) required for the phase shift film may not be obtained. .. The total film thickness of all the nitrogen-containing layers is more preferably 35 nm or more, further preferably 40 nm or more. On the other hand, the total film thickness of all the nitrogen-containing layers provided in the phase shift film 2 is preferably 60 nm or less, and more preferably 55 nm or less.

酸素含有層は、ケイ素と酸素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素と酸素とケイ素とからなる材料で形成されることが好ましい。酸素含有層は、ケイ素に加え、いずれの半金属元素を含有してもよい。この半金属元素の中でも、ホウ素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルから選ばれる1以上の元素を含有させると、スパッタリングターゲットとして用いるケイ素の導電性を高めることが期待できるため、好ましい。 The oxygen-containing layer is preferably formed of a material composed of silicon and oxygen, or a material composed of one or more elements selected from metalloid elements and non-metal elements, and oxygen and silicon. The oxygen-containing layer may contain any metalloid element in addition to silicon. Among these semi-metal elements, it is preferable to contain one or more elements selected from boron, germanium, antimony and tellurium because the conductivity of silicon used as a sputtering target can be expected to be increased.

酸素含有層は、酸素に加え、いずれの非金属元素を含有してもよい。この場合の非金属元素は、狭義の非金属元素(窒素、炭素、酸素、リン、硫黄、セレン)、ハロゲンおよび貴ガスを含むものをいう。この非金属元素の中でも、炭素、フッ素及び水素から選ばれる1以上の元素を含有させると好ましい。酸素含有層は、窒素含有層と同様の理由から貴ガスを含有してもよい。 The oxygen-containing layer may contain any non-metal element in addition to oxygen. In this case, the non-metal element includes a non-metal element in a narrow sense (nitrogen, carbon, oxygen, phosphorus, sulfur, selenium), halogen and noble gas. Among these non-metal elements, it is preferable to contain one or more elements selected from carbon, fluorine and hydrogen. The oxygen-containing layer may contain a noble gas for the same reason as the nitrogen-containing layer.

酸素含有層は、窒素および酸素の合計含有量が50原子%以上であることが好ましい。位相シフト膜2の設計自由度(特に透過率)を高めることを考慮すると、酸素含有層の窒素および酸素の合計含有量を50原子%以上とすることが好ましく、55原子%以上とすることがより好ましく、60原子%以上とすることがさらに好ましい。また、酸素含有層の窒素および酸素の合計含有量は、66原子%以下であると好ましい。窒素含有層に、窒素および酸素をSiOやSiの混合比よりも多く含有させようとすると、酸素含有層をアモルファスや微結晶構造にすることが困難になる。また、酸素含有層の表面粗さが大幅に悪化する。 The oxygen-containing layer preferably has a total content of nitrogen and oxygen of 50 atomic% or more. Considering increasing the degree of freedom in designing the phase shift film 2 (particularly the transmittance), the total content of nitrogen and oxygen in the oxygen-containing layer is preferably 50 atomic% or more, and 55 atomic% or more. More preferably, it is more preferably 60 atomic% or more. The total content of nitrogen and oxygen in the oxygen-containing layer is preferably 66 atom% or less. If the nitrogen-containing layer is made to contain nitrogen and oxygen in an amount larger than the mixing ratio of SiO 2 and Si 3 N 4 , it becomes difficult to make the oxygen-containing layer have an amorphous or microcrystalline structure. Moreover, the surface roughness of the oxygen-containing layer is significantly deteriorated.

酸素含有層は、ケイ素、窒素及び酸素からなる材料で形成することが好ましい。特に、位相シフト膜の設計自由度を透過率が高い領域で広げる場合、酸素含有層は、ケイ素及び酸素からなる材料で形成してもよい。なお、これらの場合のケイ素、窒素及び酸素からなる材料やケイ素及び酸素からなる材料は、貴ガスを含有する材料も包含しているとみなすことができる。 The oxygen-containing layer is preferably formed of a material composed of silicon, nitrogen and oxygen. In particular, when the degree of freedom in designing the phase shift film is widened in a region having high transmittance, the oxygen-containing layer may be formed of a material composed of silicon and oxygen. It should be noted that the material composed of silicon, nitrogen and oxygen and the material composed of silicon and oxygen in these cases can be regarded as including a material containing a noble gas.

酸素含有層は、酸素の含有量が15原子%以上であることが好ましい。ケイ素系膜は、酸素の含有量が多くなるに従い、窒素の含有量を多くする場合に比べて消衰係数kが大幅に小さくなる。位相シフト膜の設計自由度を透過率が高い領域で広げる場合、酸素含有層の酸素の含有量は、15原子%以上であることが好ましく、20原子%以上であるとより好ましく、25原子%以上であるとさらに好ましい。 The oxygen-containing layer preferably has an oxygen content of 15 atomic% or more. The extinction coefficient k of the silicon-based film becomes significantly smaller as the content of oxygen increases, as compared with the case of increasing the content of nitrogen. When the degree of design freedom of the phase shift film is widened in a region having high transmittance, the oxygen content of the oxygen-containing layer is preferably 15 atom% or more, more preferably 20 atom% or more, and 25 atom% or more. It is more preferable that it is above.

位相シフト膜2に設けられている全ての酸素含有層の合計膜厚は、10nm以上であることが好ましく、15nm以上であるとより好ましく、20nm以上であるとさらに好ましい。一方、位相シフト膜2に設けられている全ての酸素含有層の合計膜厚は、50nm以下であることが好ましく、45nm以下であるとより好ましい。 The total film thickness of all oxygen-containing layers provided in the phase shift film 2 is preferably 10 nm or more, more preferably 15 nm or more, and further preferably 20 nm or more. On the other hand, the total film thickness of all oxygen-containing layers provided in the phase shift film 2 is preferably 50 nm or less, and more preferably 45 nm or less.

窒素含有層および酸素含有層は、エッチングでパターンを形成したときのパターンエッジラフネスが良好になるなどの理由からアモルファス構造であることが最も好ましい。窒素含有層や酸素含有層がアモルファス構造にすることが難しい組成である場合は、アモルファス構造と微結晶構造が混在した状態であることが好ましい。 It is most preferable that the nitrogen-containing layer and the oxygen-containing layer have an amorphous structure because, for example, the pattern edge roughness becomes good when a pattern is formed by etching. When the nitrogen-containing layer and the oxygen-containing layer have a composition that makes it difficult to form an amorphous structure, it is preferable that the amorphous structure and the microcrystalline structure are mixed.

窒素含有層は、屈折率nが2.3以上であることが好ましく、2.4以上であるとより好ましい。また、窒素含有層は、ArF露光光に対する消衰係数kが0.5以下であることが好ましく、0.4以下であるとより好ましい。一方、窒素含有層は、屈折率nが3.0以下であることが好ましく、2.8以下であるとより好ましい。また、窒素含有層は、消衰係数kが0.16以上であることが好ましく、0.2以上であるとより好ましい。 The refractive index n of the nitrogen-containing layer is preferably 2.3 or more, more preferably 2.4 or more. Further, the nitrogen-containing layer preferably has an extinction coefficient k for ArF exposure light of 0.5 or less, and more preferably 0.4 or less. On the other hand, the nitrogen-containing layer preferably has a refractive index n of 3.0 or less, more preferably 2.8 or less. The extinction coefficient k of the nitrogen-containing layer is preferably 0.16 or more, more preferably 0.2 or more.

酸素含有層は、屈折率nが1.5以上であることが好ましく、1.8以上であるとより好ましい。また、酸素含有層は、ArF露光光に対する消衰係数kが0.15以下であることが好ましく、0.1以下であるとより好ましい。一方、酸素含有層は、屈折率nが2.2以下であることが好ましく、1.9以下であるとより好ましい。また、酸素含有層は、消衰係数kが0以上であると好ましい。 The oxygen-containing layer preferably has a refractive index n of 1.5 or more, and more preferably 1.8 or more. The oxygen-containing layer preferably has an extinction coefficient k for ArF exposure light of 0.15 or less, and more preferably 0.1 or less. On the other hand, the oxygen-containing layer preferably has a refractive index n of 2.2 or less, and more preferably 1.9 or less. The extinction coefficient k of the oxygen-containing layer is preferably 0 or more.

薄膜の屈折率nおよび消衰係数kは、その薄膜の組成だけで決まるものではない。その薄膜の膜密度および結晶状態なども、屈折率nおよび消衰係数kを左右する要素である。このため、反応性スパッタリングで薄膜を成膜するときの諸条件を調整して、その薄膜が所望の屈折率nおよび消衰係数kとなるように成膜する。窒素含有層および酸素含有層を、所望の屈折率nおよび消衰係数kの範囲にするには、反応性スパッタリングで薄膜を成膜する際に、貴ガスと反応性ガスの混合ガスの比率を調整することだけに限られない。反応性スパッタリングで薄膜を成膜する際における成膜室内の圧力、ターゲットに印加する電力、ターゲットと透光性基板との間の距離等の位置関係など多岐にわたる。また、これらの成膜条件は成膜装置に固有のものであり、形成される薄膜が所望の屈折率nおよび消衰係数kになるように適宜調整されるものであある。 The refractive index n and the extinction coefficient k of a thin film are not determined only by the composition of the thin film. The film density and crystal state of the thin film are also factors that influence the refractive index n and the extinction coefficient k. Therefore, various conditions for forming a thin film by reactive sputtering are adjusted so that the thin film has a desired refractive index n and extinction coefficient k. In order to make the nitrogen-containing layer and the oxygen-containing layer within the desired ranges of the refractive index n and the extinction coefficient k, when forming a thin film by reactive sputtering, the ratio of the mixed gas of noble gas and reactive gas is set. It is not limited to adjusting. The pressure in the film forming chamber when forming a thin film by reactive sputtering, the power applied to the target, the positional relationship such as the distance between the target and the transparent substrate, and the like are wide-ranging. Further, these film forming conditions are peculiar to the film forming apparatus and are appropriately adjusted so that the formed thin film has a desired refractive index n and extinction coefficient k.

窒素含有層および酸素含有層は、スパッタリングによって形成されるが、DCスパッタリング、RFスパッタリングおよびイオンビームスパッタリングなどのいずれのスパッタリングも適用可能である。導電性が低いターゲット(ケイ素ターゲット、半金属元素を含有しないあるいは含有量の少ないケイ素化合物ターゲットなど)を用いる場合においては、RFスパッタリングやイオンビームスパッタリングを適用することが好ましいが、成膜レートを考慮すると、RFスパッタリングを適用することがより好ましい。 The nitrogen-containing layer and the oxygen-containing layer are formed by sputtering, but any sputtering such as DC sputtering, RF sputtering and ion beam sputtering can be applied. In the case of using a target having low conductivity (silicon target, a silicon compound target that does not contain a metalloid element or has a small content), it is preferable to apply RF sputtering or ion beam sputtering, but the film formation rate is taken into consideration. Then, it is more preferable to apply RF sputtering.

位相シフト膜2の膜応力が大きいと、マスクブランクから位相シフトマスクを製造した時に位相シフト膜2に形成される転写パターンの位置ずれが大きくなるという問題が生じる。位相シフト膜2の膜応力は、275MPa以下であると好ましく、165MPa以下であるとより好ましく、110MPa以下であるとさらに好ましい。上記のスパッタリングで形成された位相シフト膜2は、比較的大きな膜応力を有する。このため、スパッタリングで形成された後の位相シフト膜2に対して、加熱処理やフラッシュランプ等による光照射処理などを行って、位相シフト膜2の膜応力を低減させることが好ましい。 When the film stress of the phase shift film 2 is large, there arises a problem that the position shift of the transfer pattern formed on the phase shift film 2 becomes large when the phase shift mask is manufactured from the mask blank. The film stress of the phase shift film 2 is preferably 275 MPa or less, more preferably 165 MPa or less, and further preferably 110 MPa or less. The phase shift film 2 formed by the above-mentioned sputtering has a relatively large film stress. Therefore, it is preferable to reduce the film stress of the phase shift film 2 by subjecting the phase shift film 2 formed by sputtering to heat treatment, light irradiation treatment using a flash lamp or the like.

マスクブランク100において、位相シフト膜2上に遮光膜3を備えることが好ましい。一般に、位相シフトマスク200(図2(F)参照)では、転写パターンが形成される領域(転写パターン形成領域)の外周領域は、露光装置を用いて半導体ウェハ上のレジスト膜に露光転写した際に外周領域を透過した露光光による影響をレジスト膜が受けないように、所定値以上の光学濃度(OD)を確保することが求められている。位相シフトマスク200の外周領域では、光学濃度が2.0よりも大きいことが少なくとも求められている。上記の通り、位相シフト膜2は所定の透過率で露光光を透過する機能を有しており、位相シフト膜2だけでは上記の光学濃度を確保することは困難である。このため、マスクブランク100を製造する段階で位相シフト膜2の上に、不足する光学濃度を確保するために遮光膜3を積層しておくことが望まれる。このようなマスクブランク100の構成とすることで、位相シフト膜2を製造する途上で、位相シフト効果を使用する領域(基本的に転写パターン形成領域)の遮光膜3を除去すれば、外周領域に上記の光学濃度が確保された位相シフトマスク200を製造することができる。なお、マスクブランク100は、位相シフト膜2と遮光膜3の積層構造における光学濃度が2.5以上であると好ましく、2.8以上であるとより好ましい。また、遮光膜3の薄膜化のため、位相シフト膜2と遮光膜3の積層構造における光学濃度は4.0以下であると好ましい。 In the mask blank 100, the light shielding film 3 is preferably provided on the phase shift film 2. Generally, in the phase shift mask 200 (see FIG. 2F), the outer peripheral area of the area where the transfer pattern is formed (transfer pattern forming area) is exposed and transferred to a resist film on a semiconductor wafer by using an exposure device. It is required to secure an optical density (OD) of a predetermined value or more so that the resist film is not affected by the exposure light transmitted through the outer peripheral region. At least in the outer peripheral region of the phase shift mask 200, the optical density is required to be higher than 2.0. As described above, the phase shift film 2 has a function of transmitting exposure light at a predetermined transmittance, and it is difficult to secure the above optical density only with the phase shift film 2. For this reason, it is desired that the light-shielding film 3 be laminated on the phase shift film 2 at the stage of manufacturing the mask blank 100 in order to secure the insufficient optical density. With such a structure of the mask blank 100, when the phase shift film 2 is manufactured, the light-shielding film 3 in the region where the phase shift effect is used (basically the transfer pattern forming region) is removed. In addition, the phase shift mask 200 in which the above optical density is secured can be manufactured. In the mask blank 100, the optical density in the laminated structure of the phase shift film 2 and the light shielding film 3 is preferably 2.5 or more, more preferably 2.8 or more. In order to reduce the thickness of the light shielding film 3, it is preferable that the laminated structure of the phase shift film 2 and the light shielding film 3 has an optical density of 4.0 or less.

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

遮光膜3は、位相シフト膜2との間に別の膜を介さない場合においては、位相シフト膜2にパターンを形成する際に用いられるエッチングガスに対して十分なエッチング選択性を有する材料を適用する必要がある。この場合、遮光膜3は、クロムを含有する材料で形成することが好ましい。この遮光膜3を形成するクロムを含有する材料としては、クロム金属のほか、クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素およびフッ素から選ばれる1以上の元素を含有する材料が挙げられる。 The light-shielding film 3 is made of a material having sufficient etching selectivity with respect to an etching gas used when forming a pattern on the phase shift film 2 when another film is not interposed between the light-shielding film 3 and the phase shift film 2. Need to apply. In this case, the light shielding film 3 is preferably made of a material containing chromium. As a material containing chromium forming the light-shielding film 3, in addition to chromium metal, a material containing one or more elements selected from oxygen, nitrogen, carbon, boron and fluorine in chromium can be mentioned.

一般に、クロム系材料は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスでエッチングされるが、クロム金属はこのエッチングガスに対するエッチングレートがあまり高くない。塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスのエッチングガスに対するエッチングレートを高める点を考慮すると、遮光膜3を形成する材料としては、クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素およびフッ素から選ばれる1以上の元素を含有する材料を用いることが好ましい。また、遮光膜3を形成するクロムを含有する材料に、モリブデンおよびスズのうち1以上の元素を含有させてもよい。モリブデンおよびスズのうち1以上の元素を含有させることで、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスに対するエッチングレートをより高くすることができる。 Generally, chromium-based materials are etched with a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas, but chromium metal has a not very high etching rate for this etching gas. Considering the point of increasing the etching rate of the mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas with respect to the etching gas, the material for forming the light-shielding film 3 is chromium, and one or more selected from oxygen, nitrogen, carbon, boron, and fluorine. It is preferable to use a material containing an element. Further, the material containing chromium forming the light shielding film 3 may contain one or more elements of molybdenum and tin. By containing at least one element of molybdenum and tin, the etching rate for a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas can be further increased.

一方、マスクブランク100において、遮光膜3と位相シフト膜2との間に別の膜を介する構成とする場合においては、前記のクロムを含有する材料でその別の膜(エッチングストッパ兼エッチングマスク膜)を形成し、ケイ素を含有する材料で遮光膜3を形成する構成とすることが好ましい。クロムを含有する材料は、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによってエッチングされるが、有機系材料で形成されるレジスト膜は、この混合ガスでエッチングされやすい。ケイ素を含有する材料は、一般にフッ素系ガスや塩素系ガスでエッチングされる。これらのエッチングガスは基本的に酸素を含有しないため、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスによってエッチングする場合よりも、有機系材料で形成されるレジスト膜の減膜量が低減できる。このため、レジスト膜の膜厚を低減することができる。 On the other hand, in the mask blank 100, when another film is interposed between the light-shielding film 3 and the phase shift film 2, the other film (etching stopper/etching mask film) made of the above-mentioned material containing chromium is used. ) Is formed, and the light-shielding film 3 is formed of a material containing silicon. A material containing chromium is etched by a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas, but a resist film formed of an organic-based material is easily etched by this mixed gas. A material containing silicon is generally etched with a fluorine-based gas or a chlorine-based gas. Since these etching gases basically do not contain oxygen, the reduction amount of the resist film formed of an organic material can be reduced as compared with the case of etching with a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas. Therefore, the thickness of the resist film can be reduced.

遮光膜3を形成するケイ素を含有する材料には、遷移金属を含有させてもよく、遷移金属以外の金属元素を含有させてもよい。これは、このマスクブランク100から位相シフトマスク200を作製した場合、遮光膜3で形成されるパターンは、基本的に外周領域の遮光帯パターンであり、転写パターン形成領域に比べてArF露光光が照射される積算量が少ないことや、この遮光膜3が微細パターンで残っていることは稀であり、ArF耐光性が低くても実質的な問題は生じにくいためである。また、遮光膜3に遷移金属を含有させると、含有させない場合に比べて遮光性能が大きく向上し、遮光膜の厚さを薄くすることが可能となるためである。遮光膜3に含有させる遷移金属としては、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、ハフニウム(Hf)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、ニオブ(Nb)、パラジウム(Pd)等のいずれか1つの金属またはこれらの金属の合金が挙げられる。 The material containing silicon forming the light-shielding film 3 may contain a transition metal or a metal element other than the transition metal. This is because when the phase shift mask 200 is manufactured from this mask blank 100, the pattern formed by the light-shielding film 3 is basically a light-shielding band pattern in the outer peripheral region, and the ArF exposure light is higher than that in the transfer pattern forming region. This is because the integrated amount of irradiation is small and the light-shielding film 3 rarely remains in a fine pattern, and even if the ArF light resistance is low, a substantial problem hardly occurs. Further, when the light-shielding film 3 contains a transition metal, the light-shielding performance is greatly improved as compared with the case where the light-shielding film 3 is not contained, and the thickness of the light-shielding film can be reduced. The transition metal contained in the light-shielding film 3 includes molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), chromium (Cr), hafnium (Hf), nickel (Ni), vanadium (V). Examples thereof include any one metal of zirconium (Zr), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), niobium (Nb), palladium (Pd), and alloys of these metals.

一方、遮光膜3を形成するケイ素を含有する材料として、ケイ素及び窒素からなる材料、またはケイ素および窒素からなる材料に半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素を含有する材料を適用してもよい。 On the other hand, as the silicon-containing material forming the light-shielding film 3, a material containing silicon and nitrogen, or a material containing one or more elements selected from semi-metal elements and non-metal elements in the material containing silicon and nitrogen is applied. You may.

上記の位相シフト膜2に積層して遮光膜3を備えるマスクブランク100において、遮光膜3の上に遮光膜3をエッチングするときに用いられるエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料で形成されたハードマスク膜4をさらに積層した構成とするとより好ましい。遮光膜3は、所定の光学濃度を確保する機能が必須であるため、その厚さを低減するには限界がある。ハードマスク膜4は、その直下の遮光膜3にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能することができるだけの膜の厚さがあれば十分であり、基本的に光学上の制限を受けない。このため、ハードマスク膜4の厚さは遮光膜3の厚さに比べて大幅に薄くすることができる。そして、有機系材料のレジスト膜は、このハードマスク膜4にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能するだけの膜の厚さがあれば十分であるので、従来よりも大幅にレジスト膜の厚さを薄くすることができる。 In the mask blank 100 including the light shielding film 3 laminated on the phase shift film 2, the mask blank 100 is formed of a material having etching selectivity with respect to the etching gas used when the light shielding film 3 is etched on the light shielding film 3. More preferably, the hard mask film 4 is further laminated. Since the light-shielding film 3 has an essential function of ensuring a predetermined optical density, there is a limit in reducing the thickness thereof. It suffices for the hard mask film 4 to have a film thickness that can function as an etching mask until the dry etching for forming a pattern on the light-shielding film 3 immediately below the hard mask film 4 is completed. Not subject to the restrictions of. Therefore, the thickness of the hard mask film 4 can be made significantly smaller than the thickness of the light shielding film 3. Since the resist film made of an organic material needs to have a film thickness sufficient to function as an etching mask until the dry etching for forming a pattern on the hard mask film 4 is completed, it is more than conventional. The thickness of the resist film can be greatly reduced.

このハードマスク膜4は、遮光膜3がクロムを含有する材料で形成されている場合は、前記のケイ素を含有する材料で形成されることが好ましい。なお、この場合のハードマスク膜4は、有機系材料のレジスト膜との密着性が低い傾向があるため、ハードマスク膜4の表面をHMDS(Hexamethyldisilazane)処理を施し、表面の密着性を向上させることが好ましい。なお、この場合のハードマスク膜4は、SiO、SiN、SiON等で形成されることがより好ましい。また、遮光膜3がクロムを含有する材料で形成されている場合におけるハードマスク膜4の材料として、前記のほか、タンタルを含有する材料も適用可能である。この場合におけるタンタルを含有する材料としては、タンタル金属のほか、タンタルに窒素、酸素、ホウ素および炭素から選ばれる1以上の元素を含有させた材料などが挙げられる。その材料として、たとえば、Ta、TaN、TaON、TaBN、TaBON、TaCN、TaCON、TaBCN、TaBOCNなどが挙げられる。一方、このハードマスク膜4は、遮光膜3がケイ素を含有する材料で形成されている場合は、上記のクロムを含有する材料で形成されることが好ましい。 When the light-shielding film 3 is made of a material containing chromium, the hard mask film 4 is preferably made of the above-mentioned material containing silicon. Since the hard mask film 4 in this case tends to have low adhesiveness to the resist film of an organic material, the surface of the hard mask film 4 is subjected to HMDS (Hexamethyldisilane) treatment to improve the adhesiveness of the surface. It is preferable. The hard mask film 4 in this case is more preferably formed of SiO 2 , SiN, SiON, or the like. Further, as the material of the hard mask film 4 in the case where the light-shielding film 3 is formed of a material containing chromium, a material containing tantalum is also applicable in addition to the above. Examples of the material containing tantalum in this case include tantalum metal, and materials containing tantalum containing one or more elements selected from nitrogen, oxygen, boron and carbon. Examples of the material include Ta, TaN, TaON, TaBN, TaBON, TaCN, TaCON, TaBCN, TaBOCN and the like. On the other hand, when the light-shielding film 3 is made of a material containing silicon, the hard mask film 4 is preferably made of the above-mentioned material containing chromium.

マスクブランク100において、上記ハードマスク膜4の表面に接して、有機系材料のレジスト膜が100nm以下の膜厚で形成されていることが好ましい。DRAM hp32nm世代に対応する微細パターンの場合、ハードマスク膜4に形成すべき転写パターン(位相シフトパターン)に、線幅が40nmのSRAF(Sub-Resolution Assist Feature)が設けられることがある。しかし、この場合でも、レジストパターンの断面アスペクト比が1:2.5と低くすることができるので、レジスト膜の現像時、リンス時等にレジストパターンが倒壊や脱離することを抑制することができる。なお、レジスト膜は、膜厚が80nm以下であることがより好ましい。 In the mask blank 100, it is preferable that a resist film of an organic material having a film thickness of 100 nm or less is formed in contact with the surface of the hard mask film 4. In the case of a fine pattern corresponding to the DRAM hp 32 nm generation, a transfer pattern (phase shift pattern) to be formed on the hard mask film 4 may be provided with SRAF (Sub-Resolution Assist Feature) having a line width of 40 nm. However, even in this case, since the cross-sectional aspect ratio of the resist pattern can be made as low as 1:2.5, it is possible to prevent the resist pattern from being collapsed or detached at the time of developing or rinsing the resist film. it can. It is more preferable that the resist film has a film thickness of 80 nm or less.

図2に、本発明の実施形態であるマスクブランク100から位相シフトマスク200を製造する工程の断面模式図を示す。 FIG. 2 shows a schematic sectional view of a step of manufacturing the phase shift mask 200 from the mask blank 100 according to the embodiment of the present invention.

本発明の位相シフトマスク200は、透光性基板1上に転写パターンが形成された位相シフト膜2を備えた位相シフトマスク200であって、位相シフト膜2(位相シフトパターン2a)は、窒素含有層と酸素含有層を少なくとも含み、酸素含有層は、ケイ素と酸素とからなる材料、または半金属元素および非金属元素から選ばれる1以上の元素と酸素とケイ素とからなる材料で形成され、窒素含有層は、ケイ素と窒素とからなる材料、または非金属元素および半金属元素から選ばれる1以上の元素と窒素とケイ素とからなる材料で形成され、窒素含有層に対してX線光電子分光分析を行って窒素含有層におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを取得し、透光性基板1に対してX線光電子分光分析を行って透光性基板1におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sを取得したとき、窒素含有層における最大ピークPSi_fを透光性基板における最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下であることを特徴とするものである。 A phase shift mask 200 of the present invention is a phase shift mask 200 including a phase shift film 2 having a transfer pattern formed on a transparent substrate 1, and the phase shift film 2 (phase shift pattern 2a) is nitrogen. At least a containing layer and an oxygen-containing layer, the oxygen-containing layer is formed of a material composed of silicon and oxygen, or a material composed of one or more elements selected from metalloid elements and non-metal elements, and oxygen and silicon, The nitrogen-containing layer is formed of a material composed of silicon and nitrogen, or a material composed of one or more elements selected from non-metal elements and metalloid elements, and nitrogen and silicon. X-ray photoelectron spectroscopy is applied to the nitrogen-containing layer. The maximum peak PSi_f of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the nitrogen-containing layer is obtained by performing an analysis, and the X-ray photoelectron spectroscopy analysis is performed on the transparent substrate 1 to obtain the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate 1. Is obtained by dividing the maximum peak PSi_f in the nitrogen-containing layer by the maximum peak PSi_s in the light-transmissive substrate when the maximum peak PSi_s is obtained (PSi_f)/(PSi_s) is 1.09 or less. is there.

この位相シフトマスク200は、マスクブランク100と同様の技術的特徴を有している。位相シフトマスク200における透光性基板1、位相シフト膜2および遮光膜3に関する事項については、マスクブランク100と同様である。このような位相シフトマスク200は、位相シフト膜2(位相シフトパターン2a)の全体のArF耐光性が向上しており、耐薬性も向上している。このため、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置のマスクステージにこの位相シフトマスク200をセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に位相シフトパターン2aを露光転写する際も、半導体デバイス上のレジスト膜に設計仕様を十分に満たす精度でパターンを転写することができる。 The phase shift mask 200 has the same technical characteristics as the mask blank 100. The matters relating to the transparent substrate 1, the phase shift film 2 and the light shielding film 3 in the phase shift mask 200 are the same as those in the mask blank 100. In such a phase shift mask 200, the ArF light resistance of the entire phase shift film 2 (phase shift pattern 2a) is improved, and the chemical resistance is also improved. Therefore, even when the phase shift mask 200 is set on the mask stage of an exposure apparatus that uses ArF excimer laser as exposure light and the phase shift pattern 2a is exposed and transferred to the resist film on the semiconductor device, the resist film on the semiconductor device is also transferred. In addition, it is possible to transfer the pattern with sufficient accuracy to meet the design specifications.

以下、図2に示す製造工程にしたがって、位相シフトマスク200の製造方法の一例を説明する。なお、この例では、遮光膜3にはクロムを含有する材料を適用し、ハードマスク膜4にはケイ素を含有する材料を適用している。 An example of a method of manufacturing the phase shift mask 200 will be described below according to the manufacturing process shown in FIG. In this example, the light-shielding film 3 is made of a material containing chromium, and the hard mask film 4 is made of a material containing silicon.

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

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

次に、マスクブランク100上にレジスト膜をスピン塗布法によって形成した。次に、レジスト膜に対して、遮光膜3に形成すべきパターン(遮光パターン)である第2のパターンを露光描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行い、遮光パターンを有する第2のレジストパターン6bを形成した。続いて、第2のレジストパターン6bをマスクとして、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第2のパターン(遮光パターン3b)を形成した(図2(E)参照)。さらに、第2のレジストパターン6bを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、位相シフトマスク200を得た(図2(F)参照)。 Next, a resist film was formed on the mask blank 100 by a spin coating method. Next, a second pattern, which is a pattern (light-shielding pattern) to be formed on the light-shielding film 3, is exposed and drawn on the resist film, and a predetermined process such as a developing process is further performed to form a second light-shielding pattern. A resist pattern 6b was formed. Then, using the second resist pattern 6b as a mask, dry etching was performed using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas to form a second pattern (light-shielding pattern 3b) on the light-shielding film 3 (FIG. 2). (See (E)). Further, the second resist pattern 6b was removed, and predetermined processing such as cleaning was performed to obtain a phase shift mask 200 (see FIG. 2F).

上記のドライエッチングで使用される塩素系ガスとしては、Clが含まれていれば特に制限はない。たとえば、塩素系ガスとして、Cl、SiCl、CHCl、CHCl、CCl、BCl等が挙げられる。また、上記のドライエッチングで使用されるフッ素系ガスとしては、Fが含まれていれば特に制限はない。たとえば、フッ素系ガスとして、CHF、CF、C、C、SF等が挙げられる。特に、Cを含まないフッ素系ガスは、ガラス材料の透光性基板1に対するエッチングレートが比較的低いため、透光性基板1へのダメージをより小さくすることができる。 The chlorine-based gas used in the above dry etching is not particularly limited as long as it contains Cl. For example, examples of chlorine-based gas include Cl 2 , SiCl 2 , CHCl 3 , CH 2 Cl 2 , CCl 4 , BCl 3 and the like. Further, the fluorine-based gas used in the above dry etching is not particularly limited as long as it contains F. For example, a fluorine-based gas, CHF 3, CF 4, C 2 F 6, C 4 F 8, SF 6 , and the like. In particular, since the fluorine-based gas containing no C has a relatively low etching rate of the glass material with respect to the transparent substrate 1, the damage to the transparent substrate 1 can be further reduced.

さらに、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記のマスクブランク100を用いて製造された位相シフトマスク200を用い、半導体基板上のレジスト膜にパターンを露光転写することを特徴としている。本発明のマスクブランク100およびそのマスクブランク100を用いて製造された位相シフトマスク200は、上記の通りの効果を有するため、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置のマスクステージに、位相シフトマスク200をセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に位相シフトパターン2aを露光転写する際も、半導体デバイス上のレジスト膜に設計仕様を十分に満たす精度でパターンを転写することができる。 Further, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is characterized in that the pattern is exposed and transferred onto a resist film on a semiconductor substrate by using the phase shift mask 200 manufactured by using the mask blank 100. Since the mask blank 100 of the present invention and the phase shift mask 200 manufactured using the mask blank 100 have the effects as described above, the phase shift mask is used for the mask stage of the exposure apparatus using ArF excimer laser as the exposure light. Even when 200 is set and the phase shift pattern 2a is exposed and transferred to the resist film on the semiconductor device, the pattern can be transferred to the resist film on the semiconductor device with sufficient accuracy to meet design specifications.

一方、本発明と関連する別の実施形態として、以下の構成のマスクブランクを挙げることができる。すなわち、その別の実施形態のマスクブランクは、透光性基板上に位相シフト膜を備えており、位相シフト膜は、透光性基板とは反対側の表面及びその近傍の領域に酸素の含有量が増加した組成傾斜部を有する単層膜であり、位相シフト膜は、ケイ素と窒素とからなる材料、または非金属元素および半金属元素から選ばれる1以上の元素と窒素とケイ素とからなる材料で形成され、位相シフト膜に対してX線光電子分光分析を行って位相シフト膜におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを取得し、透光性基板に対してX線光電子分光分析を行って透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sを取得したとき、位相シフト膜における最大ピークPSi_fを透光性基板における最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下であることを特徴とするものである。 On the other hand, as another embodiment related to the present invention, a mask blank having the following configuration can be given. That is, the mask blank of the another embodiment is provided with a phase shift film on a transparent substrate, and the phase shift film contains oxygen on the surface on the side opposite to the transparent substrate and the region in the vicinity thereof. The phase shift film is a single layer film having a compositionally graded portion in which the amount is increased, and the phase shift film is made of a material composed of silicon and nitrogen, or one or more elements selected from a non-metal element and a metalloid element, and nitrogen and silicon. X-ray photoelectron spectroscopy analysis is performed on the phase shift film formed of a material to obtain the maximum peak PSi_f of photoelectron intensity of Si2p narrow spectrum in the phase shift film, and X-ray photoelectron spectroscopy analysis is performed on the transparent substrate. When the maximum peak PSi_s of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate is obtained by performing the calculation, the maximum peak PSi_f in the phase shift film is divided by the maximum peak PSi_s in the transparent substrate (PSi_f)/(PSi_s). It is characterized by being 1.09 or less.

位相シフト膜の組成傾斜部を除く領域は、本発明の位相シフト膜の窒素含有層と同様の特徴を有している。また、位相シフト膜の組成傾斜部は、酸素の含有量が多くなっていることからArF耐光性および耐薬性がともに高い。このため、この別の実施形態のマスクブランクは、従来の単層構造の窒化ケイ素系材料からなる位相シフト膜を備えるマスクブランクに比べて、位相シフト膜の全体でのArF耐光性が高く、耐薬性も高い。なお、この別の実施形態の位相シフト膜に関するその他の事項については、本発明の実施形態の位相シフト膜における窒素含有層と同様である。 The region of the phase shift film excluding the composition gradient portion has the same characteristics as the nitrogen-containing layer of the phase shift film of the present invention. Further, the compositionally graded portion of the phase shift film has high ArF light resistance and chemical resistance because the oxygen content is large. Therefore, the mask blank of this another embodiment has a higher ArF light resistance as a whole of the phase shift film and a higher chemical resistance than the mask blank including the phase shift film made of the conventional silicon nitride-based material having a single-layer structure. It is also very popular. Note that other matters regarding the phase shift film of the other embodiment are the same as those of the nitrogen-containing layer in the phase shift film of the embodiment of the present invention.

また、上記の別の実施形態のマスクブランクと同様の特徴を備える別の実施形態の位相シフトマスクも挙げることができる。すなわち、その別の実施形態の位相シフトマスクは、透光性基板上に転写パターンが形成された位相シフト膜を備えており、位相シフト膜は、透光性基板とは反対側の表面及びその近傍の領域に酸素の含有量が増加した組成傾斜部を有する単層膜であり、位相シフト膜は、ケイ素と窒素とからなる材料、または非金属元素および半金属元素から選ばれる1以上の元素と窒素とケイ素とからなる材料で形成され、位相シフト膜に対してX線光電子分光分析を行って位相シフト膜におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを取得し、透光性基板に対してX線光電子分光分析を行って透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sを取得したとき、位相シフト膜における最大ピークPSi_fを透光性基板における最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下であることを特徴とするものである。 Further, a phase shift mask of another embodiment having the same characteristics as the mask blank of the other embodiment described above can also be mentioned. That is, the phase shift mask of the another embodiment includes a phase shift film having a transfer pattern formed on a transparent substrate, and the phase shift film includes a surface opposite to the transparent substrate and its surface. The phase shift film is a single-layer film having a composition gradient portion with an increased oxygen content in a nearby region, and the phase shift film is a material composed of silicon and nitrogen, or one or more elements selected from non-metal elements and metalloid elements. X-ray photoelectron spectroscopy analysis is performed on the phase shift film, which is formed of a material composed of nitrogen, silicon and silicon, and the maximum peak PSi_f of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the phase shift film is obtained. When the maximum peak PSi_s of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate was obtained by performing X-ray photoelectron spectroscopy analysis, the maximum peak PSi_f in the phase shift film was divided by the maximum peak PSi_s in the transparent substrate ( It is characterized in that PSi_f)/(PSi_s) is 1.09 or less.

上記の別の実施形態のマスクブランクの場合と同様、この別の実施形態の位相シフトマスクは、従来の単層構造の窒化ケイ素系材料からなる位相シフト膜を備える位相シフトマスクに比べて、位相シフト膜の全体でのArF耐光性が高く、耐薬性も高い。また、ArFエキシマレーザーを露光光とする露光装置のマスクステージにこの別の実施形態の位相シフトマスクをセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に位相シフトパターンを露光転写する際も、半導体デバイス上のレジスト膜に設計仕様を十分に満たす精度でパターンを転写することができる。 As in the case of the mask blank of the above-described another embodiment, the phase shift mask of this other embodiment has a phase shift mask as compared with the phase shift mask including the phase shift film made of the silicon nitride-based material of the conventional single layer structure. The ArF light resistance of the entire shift film is high and the chemical resistance is high. Also, when the phase shift mask of this other embodiment is set on the mask stage of the exposure apparatus using ArF excimer laser as the exposure light and the phase shift pattern is exposed and transferred to the resist film on the semiconductor device, the phase shift mask on the semiconductor device is also exposed. The pattern can be transferred onto the resist film with sufficient accuracy to meet the design specifications.

以下、実施例により、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。
(実施例1)
[マスクブランクの製造]
主表面の寸法が約152mm×約152mmで、厚さが約6.25mmの合成石英ガラスからなる透光性基板1を準備した。この透光性基板1は、端面及び主表面が所定の表面粗さに研磨され、その後、所定の洗浄処理および乾燥処理を施されたものであった。
Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described more specifically by way of examples.
(Example 1)
[Manufacture of mask blanks]
A translucent substrate 1 made of synthetic quartz glass having a main surface dimension of about 152 mm×about 152 mm and a thickness of about 6.25 mm was prepared. The light-transmissive substrate 1 had its end face and main surface polished to a predetermined surface roughness, and then subjected to a predetermined cleaning treatment and drying treatment.

次に、透光性基板1上に、窒素含有層と酸素含有層が積層した2層構造の位相シフト膜2を以下の手順で形成した。まず、枚葉式RFスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、ケイ素(Si)ターゲットを用い、クリプトン(Kr)、ヘリウム(He)および窒素(N)の混合ガスをスパッタリングガスとし、RF電源による反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、透光性基板1上に、ケイ素および窒素からなる位相シフト膜2の窒素含有層(窒化ケイ素層)を58nmの厚さで形成した。 Next, a phase shift film 2 having a two-layer structure in which a nitrogen-containing layer and an oxygen-containing layer were laminated was formed on the transparent substrate 1 by the following procedure. First, the translucent substrate 1 is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, a silicon (Si) target is used, and a mixed gas of krypton (Kr), helium (He), and nitrogen (N 2 ) is used as a sputtering gas, A nitrogen-containing layer (silicon nitride layer) of the phase shift film 2 made of silicon and nitrogen was formed to a thickness of 58 nm on the transparent substrate 1 by reactive sputtering (RF sputtering) with an RF power source.

続いて、枚葉式RFスパッタ装置内に透光性基板1を設置し、二酸化ケイ素(SiO)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)ガスをスパッタリングガスとし、RF電源による反応性スパッタリング(RFスパッタリング)により、窒素含有層の上に、ケイ素および酸素からなる位相シフト膜2の酸素含有層(酸化ケイ素層)を11nmの厚さで形成した。 Subsequently, the translucent substrate 1 is set in a single-wafer RF sputtering apparatus, a silicon dioxide (SiO 2 ) target is used, and argon (Ar) gas is used as a sputtering gas, and reactive sputtering (RF sputtering) is performed by an RF power source. Thus, the oxygen-containing layer (silicon oxide layer) of the phase shift film 2 made of silicon and oxygen was formed on the nitrogen-containing layer to a thickness of 11 nm.

次に、この位相シフト膜2が形成された透光性基板1を電気炉内に設置し、大気中において加熱温度550℃、処理時間1時間の条件で加熱処理を行った。電気炉は、特開2002−162726号公報の図5に開示されている縦型炉と同様の構造のものを使用した。電気炉での加熱処理は、炉内にケミカルフィルタを通した大気を導入した状態で行った。電気炉での加熱処理後、電気炉に冷媒を注入して、上記基板に対し所定温度(250℃前後)までの強制冷却を行った。この強制冷却は、炉内に冷媒の窒素ガスを導入した状態(実質的に窒素ガス雰囲気)で行った。この強制冷却後、電気炉から上記基板を取り出して、大気中で常温(25℃以下)に低下するまで自然冷却を行った。 Next, the translucent substrate 1 on which the phase shift film 2 was formed was placed in an electric furnace and heat-treated in the atmosphere under the conditions of a heating temperature of 550° C. and a treatment time of 1 hour. The electric furnace used had the same structure as the vertical furnace disclosed in FIG. 5 of JP-A-2002-162726. The heat treatment in the electric furnace was carried out in a state where the atmosphere passed through the chemical filter was introduced into the furnace. After the heat treatment in the electric furnace, a coolant was injected into the electric furnace to perform forced cooling to the predetermined temperature (about 250° C.) on the substrate. This forced cooling was performed in a state where nitrogen gas as a refrigerant was introduced into the furnace (substantially a nitrogen gas atmosphere). After the forced cooling, the substrate was taken out of the electric furnace and naturally cooled in the atmosphere until the temperature dropped to room temperature (25° C. or lower).

加熱処理後の位相シフト膜2に対し、位相シフト量測定装置(レーザーテック社製 MPM−193)でArFエキシマレーザーの光の波長(約193nm)における透過率および位相差を測定したところ、透過率は21%、位相差が177度であった。また、別の透光性基板の主表面に対して、同条件で位相シフト膜を形成し、さらに同条件で加熱処理を行った後に、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M−2000D)を用いてこの位相シフト膜の光学特性を測定した。その結果、窒素含有層は、波長193nmにおける屈折率nが2.56、消衰係数kが0.35であり、酸素含有層は、波長193nmにおける屈折率nが1.59、消衰係数kが0.00であった。 The transmittance and the phase difference at the wavelength of the light of the ArF excimer laser (about 193 nm) and the phase difference were measured with respect to the phase shift film 2 after the heat treatment with a phase shift amount measuring device (MPM-193 manufactured by Lasertec Corporation). 21% and the phase difference was 177 degrees. In addition, after forming a phase shift film on the main surface of another transparent substrate under the same conditions and further performing heat treatment under the same conditions, a spectroscopic ellipsometer (M-2000D manufactured by JA Woollam Co., Ltd.). ) Was used to measure the optical characteristics of this phase shift film. As a result, the nitrogen-containing layer has a refractive index n of 2.56 at a wavelength of 193 nm and an extinction coefficient k of 0.35, and the oxygen-containing layer has a refractive index n of 1.59 at a wavelength of 193 nm and an extinction coefficient k. Was 0.00.

次に、別の透光性基板の主表面上に、上記の実施例1の位相シフト膜2と同じ成膜条件で別の位相シフト膜を形成し、さらに同じ条件で加熱処理を行った。次に、その加熱処理後の別の透光性基板と位相シフト膜に対して、X線光電子分光分析を行った。このX線光電子分光分析では、位相シフト膜(また透光性基板)の表面に対してX線(AlKα線:1486eV)を照射してその位相シフト膜から放出される光電子の強度を測定し、Arガススパッタリングで位相シフト膜(また透光性基板)の表面を所定時間(約0.7nmの深さ)だけ掘り込み、掘り込んだ領域の位相シフト膜(また透光性基板)に対してX線を照射してその掘り込んだ領域の位相シフト膜から放出される光電子の強度を測定するというステップを繰り返すことで、Si2pナロースペクトルを位相シフト膜と透光性基板のそれぞれについて取得した。なお、取得されたSi2pナロースペクトルは、透光性基板1が絶縁体であるため、導電体上で分析する場合のスペクトルに対してエネルギーが低めに変位している。この変位を修正するため、導電体であるカーボンのピークに合わせた修正を行っている。また、このX線光電子分光分析では、X線にAlKα線(1486.6eV)を用い、光電子の検出領域は、200μmφ、取り出し角度が45degの条件で行った(以降の比較例も同様。)。 Next, another phase shift film was formed on the main surface of another translucent substrate under the same film forming conditions as those of the phase shift film 2 of Example 1 above, and heat treatment was further performed under the same conditions. Next, X-ray photoelectron spectroscopy analysis was performed on the other transparent substrate and the phase shift film after the heat treatment. In this X-ray photoelectron spectroscopy analysis, the surface of the phase shift film (also the transparent substrate) is irradiated with X-rays (AlKα ray: 1486 eV) to measure the intensity of photoelectrons emitted from the phase shift film, The surface of the phase shift film (or the translucent substrate) is dug by Ar gas sputtering for a predetermined time (about 0.7 nm depth), and the phase shift film (or the translucent substrate) in the dug region is etched. The Si2p narrow spectrum was acquired for each of the phase shift film and the transparent substrate by repeating the step of irradiating the X-ray and measuring the intensity of the photoelectrons emitted from the phase shift film in the engraved region. The acquired Si2p narrow spectrum has a lower energy than the spectrum when analyzed on a conductor because the transparent substrate 1 is an insulator. In order to correct this displacement, correction is made according to the peak of carbon, which is a conductor. In this X-ray photoelectron spectroscopic analysis, AlKα rays (1486.6 eV) were used as X-rays, the photoelectron detection region was 200 μmφ, and the extraction angle was 45 deg (the same applies to the following Comparative Examples).

図3にその位相シフト膜の窒素含有層(窒化ケイ素層)と透光性基板の各Si2pナロースペクトルを示す。このX線光電子分光分析の結果から、位相シフト膜の窒素含有層におけるSi2pナロースペクトルの最大ピークPSi_fを、透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの最大ピークPSi_sで除した値(PSi_f)/(PSi_s)を算出したところ、1.077であった。 FIG. 3 shows the Si2p narrow spectra of the nitrogen-containing layer (silicon nitride layer) of the phase shift film and the transparent substrate. From the result of this X-ray photoelectron spectroscopy analysis, a value obtained by dividing the maximum peak PSi_f of the Si2p narrow spectrum in the nitrogen-containing layer of the phase shift film by the maximum peak PSi_s of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate (PSi_f)/(PSi_s) Was calculated to be 1.077.

この取得した窒素含有層のSi2pナロースペクトルには、Si結合、Si結合(b/[a+b]<4/7)、Si−O結合およびSi−ON結合のピークがそれぞれ含まれている。そして、Si結合、Si結合およびSi−O結合およびSi−ON結合のそれぞれのピーク位置(ただし、Si−O結合およびSi−ON結合は、同じピーク位置。)と、半値全幅FWHM(full width at half maximum)を固定して、ピーク分離を行った。具体的には、Si結合のピーク位置を100.4eVとし、Si結合のピーク位置を102.0eVとし、Si−O結合およびSi−ON結合のピーク位置を103.3eVとし、それぞれの半値全幅FWHMを2.06として、ピーク分離を行った(以降の比較例1も同様。)。 The Si2p narrow spectrum of the obtained nitrogen-containing layer, containing Si 3 N 4 bond, Si a N b binding (b / [a + b] <4/7), a peak of Si-O bonds and Si-ON bond, respectively Has been. Then, the peak positions of the Si 3 N 4 bond, the Si a N b bond, the Si—O bond, and the Si—ON bond (however, the Si—O bond and the Si—ON bond are the same peak position) and the half value. Peak separation was carried out while fixing the full width at half maximum (FWHM). Specifically, the peak position of the Si a N b bond is 100.4 eV, the peak position of the Si 3 N 4 bond is 102.0 eV, and the peak positions of the Si—O bond and the Si—ON bond are 103.3 eV. The peak separation was performed with the full width at half maximum FWHM of each set to 2.06 (the same applies to Comparative Example 1 below).

さらに、ピーク分離されたSi結合と、Si結合と、Si−O結合およびSi−ON結合のそれぞれのスペクトルについて、分析装置が備えている公知の手法のアルゴリズムにより算出されたバックグラウンドを差し引いた面積をそれぞれ算出し、算出されたそれぞれの面積に基づき、Si結合の存在数の比率と、Si結合の存在数の比率と、の存在数の比率をそれぞれ算出した。その結果、Si結合の存在数の比率が0.092、Si結合の存在数の比率が0.884、Si−O結合およびSi−ON結合の存在数の比率が0.024であった。すなわち、窒素含有層は、Si結合の存在数を、Si結合、Si結合、Si−O結合およびSi−ON結合の合計存在数で除した比率が0.88以上という条件を満たす(0.884で満たす。)ものであった。なお、このX線光電子分光分析の結果から、この位相シフト膜の窒素含有層の組成は、Si:N:O=43.6原子%:55.2原子%:1.2原子%であり、酸素含有層の組成は、Si:O=33.8原子%:66.2原子%であることがわかった。 Further, the peak-separated spectra of Si a N b bond, Si 3 N 4 bond, and Si—O bond and Si—ON bond were calculated by an algorithm of a known method provided in the analyzer. The areas subtracted from the background were calculated, and the ratio of the number of Si a N b bonds present and the ratio of the number of Si 3 N 4 bonds present were calculated based on the calculated areas. Each was calculated. As a result, the abundance ratio of Si a N b bonds was 0.092, the abundance ratio of Si 3 N 4 bonds was 0.884, and the abundance ratio of Si—O bonds and Si—ON bonds was 0. It was 024. That is, the nitrogen-containing layer, the existence number the Si 3 N 4 bond, Si 3 N 4 bond, Si a N b binding ratio obtained by dividing the total number of existing Si-O bond and Si-ON bond 0.88 The above conditions were satisfied (satisfied with 0.884). From the result of this X-ray photoelectron spectroscopy analysis, the composition of the nitrogen-containing layer of this phase shift film was Si:N:O=43.6 atom%:55.2 atom%:1.2 atom %, It was found that the composition of the oxygen-containing layer was Si:O=33.8 atomic%:66.2 atomic %.

次に、枚葉式DCスパッタ装置内に加熱処理後の位相シフト膜2が形成された透光性基板1を設置し、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)、二酸化炭素(CO)、およびヘリウム(He)の混合ガス(流量比 Ar:CO:He=18:33:28,圧力=0.15Pa)をスパッタリングガスとし、DC電源の電力を1.8kWとし、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、位相シフト膜2の表面に接して、CrOCからなる遮光膜3を56nmの厚さで形成した。 Next, the translucent substrate 1 on which the phase shift film 2 after the heat treatment is formed is placed in a single-wafer type DC sputtering apparatus, and a chromium (Cr) target is used, and argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ) And helium (He) mixed gas (flow ratio Ar:CO 2 :He=18:33:28, pressure=0.15 Pa) was used as the sputtering gas, the power of the DC power supply was set to 1.8 kW, and the reactive sputtering was performed. By (DC sputtering), a light shielding film 3 made of CrOC was formed in a thickness of 56 nm in contact with the surface of the phase shift film 2.

さらに、枚葉式RFスパッタ装置内に、位相シフト膜2および遮光膜3が積層された透光性基板1を設置し、二酸化ケイ素(SiO)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)ガス(圧力=0.03Pa)をスパッタリングガスとし、RF電源の電力を1.5kWとし、RFスパッタリングにより、遮光膜3上に、ケイ素および酸素からなるハードマスク膜4を5nmの厚さで形成した。以上の手順により、透光性基板1上に、位相シフト膜2、遮光膜3およびハードマスク膜4が積層した構造を備えるマスクブランク100を製造した。 Further, the translucent substrate 1 on which the phase shift film 2 and the light shielding film 3 are stacked is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, a silicon dioxide (SiO 2 ) target is used, and an argon (Ar) gas (pressure= 0.03 Pa) was used as the sputtering gas, the power of the RF power source was set to 1.5 kW, and the hard mask film 4 made of silicon and oxygen was formed to a thickness of 5 nm on the light shielding film 3 by RF sputtering. By the above procedure, the mask blank 100 having a structure in which the phase shift film 2, the light shielding film 3, and the hard mask film 4 were laminated on the transparent substrate 1 was manufactured.

[位相シフトマスクの製造]
次に、この実施例1のマスクブランク100を用い、以下の手順で実施例1の位相シフトマスク200を作製した。最初に、ハードマスク膜4の表面にHMDS処理を施した。続いて、スピン塗布法によって、ハードマスク膜4の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚80nmで形成した。次に、このレジスト膜に対して、位相シフト膜2に形成すべき位相シフトパターンである第1のパターンを電子線描画し、所定の現像処理および洗浄処理を行い、第1のパターンを有する第1のレジストパターン5aを形成した(図2(A)参照)。
[Manufacture of phase shift mask]
Next, using the mask blank 100 of Example 1, the phase shift mask 200 of Example 1 was manufactured by the following procedure. First, the surface of the hard mask film 4 was subjected to HMDS treatment. Subsequently, a resist film made of a chemically amplified resist for electron beam drawing having a film thickness of 80 nm was formed in contact with the surface of the hard mask film 4 by a spin coating method. Then, a first pattern, which is a phase shift pattern to be formed on the phase shift film 2, is electron beam-drawn on the resist film, and a predetermined developing process and cleaning process are performed to obtain a first pattern having the first pattern. A resist pattern 5a of No. 1 was formed (see FIG. 2A).

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

次に、第1のレジストパターン5aを除去した。続いて、ハードマスクパターン4aをマスクとし、塩素と酸素との混合ガス(ガス流量比 Cl:O=4:1)を用いたドライエッチングを行い、遮光膜3に第1のパターン(遮光パターン3a)を形成した(図2(C)参照)。 Next, the first resist pattern 5a was removed. Then, using the hard mask pattern 4a as a mask, dry etching is performed using a mixed gas of chlorine and oxygen (gas flow rate ratio Cl 2 :O 2 =4:1), and the first pattern (light shielding film) is formed on the light shielding film 3. A pattern 3a) was formed (see FIG. 2C).

次に、遮光パターン3aをマスクとし、フッ素系ガス(SFとHeの混合ガス)を用いたドライエッチングを行い、位相シフト膜2に第1のパターン(位相シフトパターン2a)を形成し、かつ同時にハードマスクパターン4aを除去した(図2(D)参照)。 Next, using the light shielding pattern 3a as a mask, dry etching is performed using a fluorine-based gas (mixed gas of SF 6 and He) to form a first pattern (phase shift pattern 2a) on the phase shift film 2, and At the same time, the hard mask pattern 4a was removed (see FIG. 2D).

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

製造した実施例1のハーフトーン型の位相シフトマスク200の位相シフトパターン2aに対して、ArFエキシマレーザー光を積算照射量40kJ/cmで間欠照射する処理を行った。この照射処理の前後における位相シフトパターン2aのCD変化量は、最大1.2nmであり、位相シフトマスク200として高い転写精度を確保できるCD変化量であった。 The phase shift pattern 2a of the manufactured halftone phase shift mask 200 of Example 1 was subjected to intermittent irradiation with ArF excimer laser light at an integrated irradiation amount of 40 kJ/cm 2 . The CD change amount of the phase shift pattern 2a before and after the irradiation process was 1.2 nm at the maximum, which was a CD change amount capable of ensuring high transfer accuracy as the phase shift mask 200.

また、同様の手順で実施例1のハーフトーン型の位相シフトマスク200を別に製造し、その位相シフトマスク200に対し、薬液による洗浄処理を行った。具体的には、位相シフトマスク200に対し、最初にSPM洗浄(洗浄液:HSO+H)を行い、次にDI(DeIonized)水によるリンス洗浄を行い、次にAPM洗浄(洗浄液:NHOH+H+HO)を行い、最後にDI水によるリンス洗浄を行う洗浄工程を1サイクルとし、これを20サイクル繰り返した。この洗浄処理後の位相シフトマスク200の位相シフトパターン2aを断面TEM(Transmission Electron Microscope)で観察した。その結果、位相シフトパターン2aの側壁形状は良好であることが確認でき、窒化ケイ素層と酸化ケイ素層との間で目立った段差は見当たらなかった。 Further, the halftone type phase shift mask 200 of Example 1 was separately manufactured by the same procedure, and the phase shift mask 200 was subjected to cleaning treatment with a chemical solution. Specifically, the phase shift mask 200 is first subjected to SPM cleaning (cleaning liquid: H 2 SO 4 +H 2 O 2 ), then rinsed with DI (DeIonized) water, and then to APM cleaning (cleaning liquid. : NH 4 OH+H 2 O 2 +H 2 O), and finally a rinse step of rinsing with DI water was set as one cycle, and this cycle was repeated 20 cycles. The phase shift pattern 2a of the phase shift mask 200 after this cleaning process was observed with a cross-section TEM (Transmission Electron Microscope). As a result, the sidewall shape of the phase shift pattern 2a was confirmed to be good, and no conspicuous step was found between the silicon nitride layer and the silicon oxide layer.

次に、ArFエキシマレーザー光による積算照射処理後の実施例1の位相シフトマスク200に対し、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、ArFエキシマレーザー光による積算照射処理後の実施例1の位相シフトマスク200を露光装置のマスクステージをセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した場合でも、最終的に半導体デバイス上に回路パターンを高精度で形成できるといえる。 Next, AIMS 193 (manufactured by Carl Zeiss) is used to expose and transfer the resist film on the semiconductor device to the resist film on the semiconductor device using AIMS 193 (manufactured by Carl Zeiss Co., Ltd.) with respect to the phase shift mask 200 of Example 1 after the integrated irradiation treatment with ArF excimer laser light. The simulation of the transferred image at that time was performed. When the exposure transfer image of this simulation was verified, the design specifications were sufficiently satisfied. From this result, even when the phase shift mask 200 of Example 1 after the integrated irradiation processing with ArF excimer laser light is set on the mask stage of the exposure apparatus and transferred to the resist film on the semiconductor device by exposure, the semiconductor device is finally obtained. It can be said that the circuit pattern can be formed on the top with high accuracy.

(比較例1)
[マスクブランクの製造]
比較例1のマスクブランクは、位相シフト膜に対する加熱処理の条件を変更した以外は、実施例1のマスクブランク100と同様の手順で製造された。具体的には、比較例1の位相シフト膜2が形成された透光性基板1をホットプレートに設置し、大気中において、加熱温度280℃、処理時間30分の条件で加熱処理を行った。加熱処理後、冷媒を用いて常温(25℃以下)に低下するまで強制冷却を行った。
(Comparative Example 1)
[Manufacture of mask blanks]
The mask blank of Comparative Example 1 was manufactured by the same procedure as the mask blank 100 of Example 1, except that the conditions of the heat treatment for the phase shift film were changed. Specifically, the transparent substrate 1 on which the phase shift film 2 of Comparative Example 1 was formed was placed on a hot plate and heat-treated in the atmosphere under the conditions of a heating temperature of 280° C. and a treatment time of 30 minutes. .. After the heat treatment, forced cooling was performed using a refrigerant until the temperature dropped to room temperature (25° C. or lower).

加熱処理後の位相シフト膜に対し、位相シフト量測定装置(レーザーテック社製 MPM−193)でArFエキシマレーザーの光の波長(約193nm)における透過率および位相差を測定したところ、透過率は21%、位相差が177度であった。また、実施例1の場合と同様に、この位相シフト膜の光学特性を測定した。その結果、窒素含有層は、波長193nmにおける屈折率nが2.58、消衰係数kが0.39であり、酸素含有層は、波長193nmにおける屈折率nが1.59、消衰係数kが0.00であった。 When the transmittance and the phase difference at the wavelength of the light of ArF excimer laser (about 193 nm) and the phase difference were measured with respect to the phase shift film after the heat treatment with a phase shift amount measuring device (MPM-193 manufactured by Lasertec Corporation), the transmittance was 21. %, the phase difference was 177 degrees. Further, as in the case of Example 1, the optical characteristics of this phase shift film were measured. As a result, the nitrogen-containing layer has a refractive index n of 2.58 and an extinction coefficient k of 0.39 at a wavelength of 193 nm, and the oxygen-containing layer has a refractive index n of 1.59 and an extinction coefficient of k at a wavelength of 193 nm. Was 0.00.

実施例1の場合と同様に、別の透光性基板の主表面上に、比較例1の位相シフト膜と同じ成膜条件で別の位相シフト膜を形成し、さらに同じ条件で加熱処理を行った。次に、その加熱処理後の別の透光性基板と位相シフト膜に対して、実施例1と同様のX線光電子分光分析を行った。 Similar to the case of Example 1, another phase shift film was formed on the main surface of another translucent substrate under the same film forming conditions as the phase shift film of Comparative Example 1, and heat treatment was performed under the same conditions. went. Next, the same X-ray photoelectron spectroscopy analysis as in Example 1 was performed on the other transparent substrate and the phase shift film after the heat treatment.

図4に比較例1の位相シフト膜の窒素含有層(窒化ケイ素層)と透光性基板の各Si2pナロースペクトルを示す。このX線光電子分光分析の結果から、位相シフト膜の窒素含有層におけるSi2pナロースペクトルの最大ピークPSi_fを、透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの最大ピークPSi_sで除した値(PSi_f)/(PSi_s)を算出したところ、1.096であった。 FIG. 4 shows the respective Si2p narrow spectra of the nitrogen-containing layer (silicon nitride layer) of the phase shift film of Comparative Example 1 and the transparent substrate. From the result of this X-ray photoelectron spectroscopy analysis, a value obtained by dividing the maximum peak PSi_f of the Si2p narrow spectrum in the nitrogen-containing layer of the phase shift film by the maximum peak PSi_s of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate (PSi_f)/(PSi_s) Was calculated to be 1.096.

実施例1の場合と同様に、この比較例1の窒素含有層のSi2pナロースペクトルに対し、Si結合、Si結合(b/[a+b]<4/7)、Si−O結合およびSi−ON結合のピーク分離を行い、各結合の存在数の比率を算出した。その結果、Si結合の存在数の比率が0.093、Si結合の存在数の比率が0.873、Si−O結合およびSi−ON結合の存在数の比率が0.034であった。すなわち、この比較例1の窒素含有層は、Si結合の存在数を、Si結合、Si結合、Si−O結合およびSi−ON結合の合計存在数で除した比率が0.88以上という条件を満たさない(0.873で満たさない。)ものであった。なお、このX線光電子分光分析の結果から、この比較例1の位相シフト膜の窒素含有層の組成は、Si:N:O=43.8原子%:54.5原子%:1.7原子%であり、酸素含有層の組成は、Si:O=33.9原子%:66.1原子%であることがわかった。 As in Example 1, Si2p narrow spectrum of the nitrogen-containing layer of this Comparative Example 1 with respect to, Si 3 N 4 bond, Si a N b binding (b / [a + b] <4/7), Si-O The peaks of the bond and the Si-ON bond were separated, and the ratio of the number of each bond present was calculated. As a result, the abundance ratio of Si a N b bonds was 0.093, the abundance ratio of Si 3 N 4 bonds was 0.873, and the abundance ratio of Si—O bonds and Si—ON bonds was 0. It was 034. That is, the nitrogen-containing layer of this Comparative Example 1, the existence number the Si 3 N 4 bond, Si 3 N 4 bond, Si a N b binding was divided by the total number of existing Si-O bond and Si-ON bond The condition that the ratio was 0.88 or more was not satisfied (0.873 was not satisfied). From the result of the X-ray photoelectron spectroscopy analysis, the composition of the nitrogen-containing layer of the phase shift film of Comparative Example 1 was Si:N:O=43.8 atomic%:54.5 atomic%:1.7 atomic. %, and the composition of the oxygen-containing layer was found to be Si:O=33.9 atomic%:66.1 atomic %.

次に、実施例1の場合と同様に、透光性基板の位相シフト膜上に、遮光膜およびハードマスク膜を形成した。以上の手順により、透光性基板上に、位相シフト膜、遮光膜およびハードマスク膜が積層した構造を備える比較例1のマスクブランクを製造した。 Next, as in the case of Example 1, a light-shielding film and a hard mask film were formed on the phase shift film of the translucent substrate. Through the above procedure, a mask blank of Comparative Example 1 having a structure in which a phase shift film, a light shielding film, and a hard mask film were laminated on a transparent substrate was manufactured.

[位相シフトマスクの製造]
次に、この比較例1のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、比較例1の位相シフトマスクを製造した。さらに、実施例1と同様、製造した比較例1のハーフトーン型の位相シフトマスクの位相シフトパターンに対して、ArFエキシマレーザー光を積算照射量40kJ/cmで間欠照射する処理を行った。この照射処理の前後における位相シフトパターン2aのCD変化量は、最大3.5nmであり、位相シフトマスクとして高い転写精度を確保できるCD変化量には至らなかった。
[Manufacture of phase shift mask]
Next, using the mask blank of Comparative Example 1, a phase shift mask of Comparative Example 1 was manufactured in the same procedure as in Example 1. Further, similarly to Example 1, the phase shift pattern of the manufactured halftone type phase shift mask of Comparative Example 1 was subjected to intermittent irradiation with ArF excimer laser light at an integrated irradiation amount of 40 kJ/cm 2 . The maximum CD change amount of the phase shift pattern 2a before and after this irradiation process was 3.5 nm, which did not reach the CD change amount that can ensure high transfer accuracy as a phase shift mask.

また、この比較例1のマスクブランクを用い、実施例1と同様の手順で、比較例1のハーフトーン型の位相シフトマスクを別に製造し、その位相シフトマスクに対し、薬液による洗浄処理を行った。この洗浄処理後の位相シフトマスクの位相シフトパターンを断面TEM(Transmission Electron Microscope)で観察した。その結果、位相シフトパターンの側壁形状は、窒化ケイ素層と酸化ケイ素層との間で段差が発生していた。 Further, using the mask blank of Comparative Example 1, a halftone phase shift mask of Comparative Example 1 is manufactured separately in the same procedure as in Example 1, and the phase shift mask is subjected to cleaning treatment with a chemical solution. It was The phase shift pattern of the phase shift mask after this cleaning treatment was observed with a cross-section TEM (Transmission Electron Microscope). As a result, the sidewall shape of the phase shift pattern had a step between the silicon nitride layer and the silicon oxide layer.

次に、ArFエキシマレーザー光による積算照射処理後の比較例1の位相シフトマスクに対し、AIMS193(Carl Zeiss社製)を用いて、波長193nmの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、微細なパターンの部分で設計仕様を満たすことができていなかった。この結果から、ArFエキシマレーザー光による積算照射処理後の比較例1の位相シフトマスクを露光装置のマスクステージをセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した場合、最終的に半導体デバイス上に回路パターンを高精度で形成することは困難といえる。 Next, with respect to the phase shift mask of Comparative Example 1 after the integrated irradiation treatment with ArF excimer laser light, AIMS193 (manufactured by Carl Zeiss) was used to perform exposure transfer to a resist film on a semiconductor device with exposure light having a wavelength of 193 nm. The transfer image at that time was simulated. When the exposure and transfer image of this simulation was verified, the design specifications could not be satisfied in the fine pattern portion. From this result, when the phase shift mask of Comparative Example 1 after the integrated irradiation treatment with ArF excimer laser light is set on the mask stage of the exposure apparatus and exposed and transferred to the resist film on the semiconductor device, it finally appears on the semiconductor device. It can be said that it is difficult to form a circuit pattern with high accuracy.

1 透光性基板
2 位相シフト膜
2a 位相シフトパターン
3 遮光膜
3a,3b 遮光パターン
4 ハードマスク膜
4a ハードマスクパターン
5a 第1のレジストパターン
6b 第2のレジストパターン
100 マスクブランク
200 位相シフトマスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Translucent substrate 2 Phase shift film 2a Phase shift pattern 3 Light-shielding film 3a, 3b Light-shielding pattern 4 Hard mask film 4a Hard mask pattern 5a First resist pattern 6b Second resist pattern 100 Mask blank 200 Phase shift mask

Claims (15)

透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、前記透光性基板とは反対側の表面及びその近傍の領域に酸素の含有量が増加した組成傾斜部を有する単層膜であり、
前記位相シフト膜は、非金属元素および半金属元素から選ばれる1以上の元素と窒素とケイ素とからなる材料で形成され、
前記位相シフト膜に対してX線光電子分光分析を行って前記位相シフト膜におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを取得し、前記透光性基板に対してX線光電子分光分析を行って前記透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sを取得したとき、前記位相シフト膜における最大ピークPSi_fを前記透光性基板における最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下である
ことを特徴とするマスクブランク。
A mask blank having a phase shift film on a transparent substrate,
The phase shift film is a single layer film having a composition gradient portion with an increased oxygen content in the surface on the side opposite to the translucent substrate and in the vicinity thereof,
The phase shift film is formed of a material consisting of one or more elements selected from non-metal elements and semi-metal elements, nitrogen and silicon,
X-ray photoelectron spectroscopy analysis is performed on the phase shift film to obtain a maximum peak PSi_f of photoelectron intensity of Si2p narrow spectrum in the phase shift film, and X-ray photoelectron spectroscopy analysis is performed on the transparent substrate. A number (PSi_f)/(PSi_s) obtained by dividing the maximum peak PSi_f of the phase shift film by the maximum peak PSi_s of the transparent substrate when the maximum peak PSi_s of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate is acquired. Is 1.09 or less.
前記位相シフト膜の組成傾斜部を除く領域は、窒素の含有量が50原子%以上であることを特徴とする請求項1に記載のマスクブランク。 The mask blank according to claim 1, wherein the region of the phase shift film excluding the compositionally graded portion has a nitrogen content of 50 atomic% or more. 前記位相シフト膜の組成傾斜部を除く領域は、ケイ素の含有量が35原子%以上であることを特徴とする請求項1または2に記載のマスクブランク。 3. The mask blank according to claim 1, wherein the region of the phase shift film excluding the composition gradient portion has a silicon content of 35 atomic% or more. 前記位相シフト膜の組成傾斜部を除く領域は、酸素の含有量が10原子%以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のマスクブランク。 The mask blank according to claim 1, wherein the region of the phase shift film excluding the composition gradient portion has an oxygen content of 10 atomic% or less. 前記Si2pナロースペクトルでの光電子強度の最大ピークは、結合エネルギーが96[eV]以上106[eV]以下の範囲での最大ピークであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のマスクブランク。 The maximum peak of photoelectron intensity in the Si2p narrow spectrum is a maximum peak in a range of binding energy of 96 [eV] or more and 106 [eV] or less. Mask blank. 前記X線光電子分光分析で前記位相シフト膜に対して照射するX線は、AlKα線であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のマスクブランク。 The mask blank according to any one of claims 1 to 5, wherein the X-rays irradiated to the phase shift film in the X-ray photoelectron spectroscopy analysis are AlKα rays. 前記位相シフト膜の組成傾斜部を除く領域におけるSi結合の存在数を、Si結合、Si結合(ただし、b/[a+b]<4/7)、Si−Si結合、Si−O結合およびSi−ON結合の合計存在数で除した比率が0.88以上であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のマスクブランク。 The number of Si 3 N 4 bonds existing in the region of the phase shift film excluding the compositionally graded portion is determined as Si 3 N 4 bonds, Si a N b bonds (where b/[a+b]<4/7), Si-Si. The mask blank according to any one of claims 1 to 6, wherein a ratio divided by the total number of bonds, Si-O bonds, and Si-ON bonds is 0.88 or more. 透光性基板上に転写パターンが形成された位相シフト膜を備えた位相シフトマスクであって、
前記位相シフト膜は、前記透光性基板とは反対側の表面及びその近傍の領域に酸素の含有量が増加した組成傾斜部を有する単層膜であり、
前記位相シフト膜は、非金属元素および半金属元素から選ばれる1以上の元素と窒素とケイ素とからなる材料で形成され、
前記位相シフト膜に対してX線光電子分光分析を行って前記位相シフト膜におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_fを取得し、前記透光性基板に対してX線光電子分光分析を行って前記透光性基板におけるSi2pナロースペクトルの光電子強度の最大ピークPSi_sを取得したとき、前記位相シフト膜における最大ピークPSi_fを前記透光性基板における最大ピークPSi_sで除した数値(PSi_f)/(PSi_s)が1.09以下である
ことを特徴とする位相シフトマスク。
A phase shift mask comprising a phase shift film having a transfer pattern formed on a transparent substrate,
The phase shift film is a single layer film having a composition gradient portion with an increased oxygen content in the surface on the side opposite to the translucent substrate and in the vicinity thereof,
The phase shift film is formed of a material consisting of one or more elements selected from non-metal elements and semi-metal elements, nitrogen and silicon,
X-ray photoelectron spectroscopy analysis is performed on the phase shift film to obtain a maximum peak PSi_f of photoelectron intensity of Si2p narrow spectrum in the phase shift film, and X-ray photoelectron spectroscopy analysis is performed on the transparent substrate. A number (PSi_f)/(PSi_s) obtained by dividing the maximum peak PSi_f of the phase shift film by the maximum peak PSi_s of the transparent substrate when the maximum peak PSi_s of the photoelectron intensity of the Si2p narrow spectrum in the transparent substrate is acquired. Is 1.09 or less.
前記位相シフト膜の組成傾斜部を除く領域は、窒素の含有量が50原子%以上であることを特徴とする請求項8に記載の位相シフトマスク。 9. The phase shift mask according to claim 8, wherein the region of the phase shift film excluding the composition gradient portion has a nitrogen content of 50 atomic% or more. 前記位相シフト膜の組成傾斜部を除く領域は、ケイ素の含有量が35原子%以上であることを特徴とする請求項8または9に記載の位相シフトマスク。 The phase shift mask according to claim 8 or 9, wherein a silicon content is 35 atom% or more in a region of the phase shift film excluding the composition gradient portion. 前記位相シフト膜の組成傾斜部を除く領域は、酸素の含有量が10原子%以下であることを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の位相シフトマスク。 11. The phase shift mask according to claim 8, wherein the region of the phase shift film excluding the compositionally graded portion has an oxygen content of 10 atomic% or less. 前記Si2pナロースペクトルでの光電子強度の最大ピークは、結合エネルギーが96[eV]以上106[eV]以下の範囲での最大ピークであることを特徴とする請求項8から11のいずれかに記載の位相シフトマスク。 12. The maximum peak of photoelectron intensity in the Si2p narrow spectrum is the maximum peak in the range of binding energy of 96 [eV] or more and 106 [eV] or less, according to any one of claims 8 to 11. Phase shift mask. 前記X線光電子分光分析で前記位相シフト膜に対して照射するX線は、AlKα線であることを特徴とする請求項8から12のいずれかに記載の位相シフトマスク。 The phase shift mask according to any one of claims 8 to 12, wherein the X-rays irradiated to the phase shift film in the X-ray photoelectron spectroscopy analysis are AlKα rays. 前記位相シフト膜の組成傾斜部を除く領域におけるSi結合の存在数を、Si結合、Si結合(ただし、b/[a+b]<4/7)、Si−Si結合、Si−O結合およびSi−ON結合の合計存在数で除した比率が0.88以上であることを特徴とする請求項8から13のいずれかに記載の位相シフトマスク。 The number of Si 3 N 4 bonds existing in the region of the phase shift film excluding the compositionally graded portion is determined as Si 3 N 4 bond, Si a N b bond (where b/[a+b]<4/7), Si-Si. The phase shift mask according to any one of claims 8 to 13, wherein the ratio divided by the total number of existing bonds, Si-O bonds, and Si-ON bonds is 0.88 or more. 請求項8から14のいずれかに記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of exposing and transferring a transfer pattern onto a resist film on a semiconductor substrate using the phase shift mask according to claim 8.
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