JP2002062632A - 位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク及びこれらの製造方法 - Google Patents

位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク及びこれらの製造方法

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JP2002062632A JP2000249174A JP2000249174A JP2002062632A JP 2002062632 A JP2002062632 A JP 2002062632A JP 2000249174 A JP2000249174 A JP 2000249174A JP 2000249174 A JP2000249174 A JP 2000249174A JP 2002062632 A JP2002062632 A JP 2002062632A
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判臣 稲月
Tamotsu Maruyama
保 丸山
Hideo Kaneko
英雄 金子
Satoshi Okazaki
智 岡崎
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 透明基板上に少なくとも一層の位相シフ
ト膜を設けてなる位相シフトマスクブランクにおいて、
上記位相シフト膜が金属とシリコンを主成分とすると共
に、この位相シフト膜の膜応力が100MPa以下であ
ることを特徴とする位相シフトマスクブランク、これを
パターンニングしてなる位相シフトマスク、及びこれら
の製造方法。 【効果】 本発明によれば、位相シフト膜が金属とシリ
コンを主成分とすること、特にモリブデンシリサイド酸
化炭化物又はモリブデンシリサイド酸化窒化炭化物で形
成することにより、位相シフト膜の膜応力を100MP
a以下に低減化することができ、位相シフト膜を成膜す
る際に基板の平坦度を悪化させることがないと共に、位
相シフト膜をパターンニングした後でも良好な平坦度を
有する高品質な位相シフトマスクブランク及び位相シフ
トマスクが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路、
CCD(電荷結合素子)、LCD(液晶表示素子)用カ
ラーフィルター、及び磁気ヘッド等の微細加工を行うフ
ォトリソグラフィー工程に好適に用いられる位相シフト
マスクブランク、位相シフトマスク及びこれらの製造方
法に関し、特に、位相シフト膜によって露光波長の光の
強度を減衰させることができるハーフトーン型の位相シ
フトマスクブランク、位相シフトマスク及びこれらの製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】IC及びLSI等の半導体集積回路の製
造をはじめとして、広範囲な用途に用いられているフォ
トマスクは、基本的には透光性基板上にクロムを主成分
とした遮光膜を所定のパターンで形成したものである。
近年では半導体集積回路の高集積化などの市場要求に伴
ってパターンの微細化が急速に進み、これに対して露光
波長の短波長化を図ることにより対応してきた。
【0003】しかしながら、露光波長の短波長化は解像
度を改善する反面、焦点深度の減少を招き、プロセスの
安定性が低下し、製品の歩留まりに悪影響を及ぼすとい
う問題があった。
【0004】このような問題に対して、有効なパターン
転写法の一つとして、位相シフト法があり、微細パター
ンを転写するためのマスクとして位相シフトマスクが使
用されている。
【0005】この位相シフトマスク(ハーフトーン型位
相シフトマスク)は、例えば、図6(A),(B)に示
したようにマスク上のパターン部分を形成している位相
シフター部2aと、この位相シフター部2aの存在しな
い基板露出部1aとからなり、両者を透過してくる光の
位相差を図6(B)に示したように180度とすること
で、パターン境界部分の光の干渉により、干渉した部分
で光強度はゼロとなり、転写像のコントラストを向上さ
せることができるものである。また、位相シフト法を用
いることにより、必要な解像度を得る際の焦点深度を増
大させることが可能となり、クロム膜等からなる一般的
な露光パターンを持つ通常のマスクを用いた場合に比べ
て、解像度の改善と露光プロセスのマージンを向上させ
ることが可能なものである。
【0006】上記位相シフトマスクは、位相シフター部
の光透過特性によって、完全透過型位相シフトマスク
と、ハーフトーン型位相シフトマスクとに、実用的には
大別することができる。完全透過型位相シフトマスク
は、位相シフター部の光透過率が基板と同等であり、露
光波長に対し透明なマスクである。一方、ハーフトーン
型位相シフトマスクは、位相シフター部の光透過率が基
板露出部の数%〜数十%程度のものである。
【0007】図1にハーフトーン型位相シフトマスクブ
ランク、図2にハーフトーン型位相シフトマスクの基本
的な構造をそれぞれ示す。図1に示したハーフトーン型
位相シフトマスクブランクは、露光光に対して透明な基
板1上にハーフトーン型位相シフト膜2を形成したもの
である。また、図2に示したハーフトーン型位相シフト
マスクは、マスク上のパターン部分を形成するハーフト
ーン型位相シフター部2aと、位相シフト膜が存在しな
い基板露出部1aをパターンニングしたものである。
【0008】ここで、位相シフター部2aを透過した露
光光は基板露出部1aを透過した露光光に対して位相が
シフトされる(図6(A),(B)参照)。また、位相
シフター部2aを透過した露光光が被転写基板上のレジ
ストに対しては感光しない程度の光強度になるように、
位相シフター部2aの透過率は設定されている。従っ
て、位相シフター部2aは露光光を実質的に遮光する機
能を有する。
【0009】上記ハーフトーン型位相シフトマスクとし
ては、構造が簡単な単層型のハーフトーン型位相シフト
マスクが提案されており、このような単層型のハーフト
ーン型位相シフトマスクとして、モリブデンシリサイド
酸化物(MoSiO)、モリブデンシリサイド酸化窒化
物(MoSiON)からなる位相シフト膜を有するもの
などが提案されている(特開平7−140635号公報
等)。
【0010】このような位相シフトマスクを作製する方
法としては、位相シフトマスクブランクをリソグラフィ
法によりパターン形成する方法が用いられる。このリソ
グラフィ法は、位相シフトマスクブランク上にレジスト
を塗布し、電子線又は紫外線により所望の部分のレジス
トを感光後に現像し、位相シフト膜表面を露出させた
後、パターンニングされたレジスト膜をマスクとして所
望の部分の位相シフト膜をエッチングして基板を露出さ
せる。その後、レジスト膜を剥離することにより位相シ
フトマスクが得られるものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクにお
いて位相シフト膜の膜応力が必要以上に大きいと、平坦
な基板を準備しても、この基板上に位相シフト膜を成膜
した後で基板に反りが生じて、位相シフトマスクブラン
クとしての平坦度が悪化してしまう。また、位相シフト
膜の膜応力により反りが生じた基板を、パターンニング
することにより部分的に位相シフト膜が除去され、その
部分において膜応力が開放され、基板の反りが変化する
結果、パターンニング前後において基板の平坦度が変化
してしまうという問題がある。
【0012】一方、位相シフト膜の膜応力を予め考慮し
ておき、位相シフトマスクブランクとしての平坦度が良
好になるように基板の反りを調整しておいたとしても、
パターンニングによる膜応力の開放の度合いはパターン
密度やパターン形状に大きく左右され、一概に規定でき
るものではないため、いくら反り量を予測したとして
も、結局、平坦な位相シフトマスクを得ることは極めて
困難である。
【0013】そして、このような膜応力の高い位相シフ
ト膜を有する位相シフトマスクブランク及びこれをパタ
ーンニングしてなる位相シフトマスクを用いて実際に回
路パターンの転写を行うと、マスクの反りによりマスク
位置が露光装置内で設計された所望の位置よりずれてし
まい、フォーカス位置のずれが生じる。また、マスクが
反ることにより基板中心部とマスクの外周部でもマスク
面の位置が異なるため、マスク上の位置により最適な露
光条件が異なり、露光パターン面内でもフォーカスのず
れが生じてパターンの面内不均一が生じ、結果として、
露光マージンが悪化し、安定的に面内均一性が高い露光
プロセスに適応できる位相シフトマスクを製造すること
は困難であり、その改善が強く望まれていた。
【0014】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、位相シフト膜の膜応力を小さくすることにより、位
相シフト膜の成膜前後及びパターンニング前後での基板
の反り量の変化が小さくし得、高い平坦度を有する高品
質な位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク及び
これらの製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結
果、露光波長に対して透明な基板上に少なくとも一層の
位相シフト膜を設けてなる位相シフトマスクブランクに
おいて、位相シフト膜が金属とシリコンを主成分とする
こと、特にモリブデンシリサイド酸化炭化物(MoSi
OC)又はモリブデンシリサイド酸化窒化炭化物(Mo
SiONC)で形成することにより、位相シフト膜の膜
応力を100MPa以下に低減化することができ、位相
シフト膜を成膜する際に基板の平坦度を悪化させること
がないと共に、位相シフト膜をパターンニングした後で
も良好な平坦度を有する位相シフトマスクブランク及び
位相シフトマスクが得られることを見出し、本発明をな
すに至った。
【0016】即ち、本発明は、下記の位相シフトマスク
ブランク、位相シフトマスク及びこれらの製造方法を提
供する。 請求項1:透明基板上に少なくとも一層の位相シフト膜
を設けてなる位相シフトマスクブランクにおいて、上記
位相シフト膜が金属とシリコンを主成分とすると共に、
この位相シフト膜の膜応力が100MPa以下であるこ
とを特徴とする位相シフトマスクブランク。 請求項2:上記位相シフト膜をモリブデンシリサイド酸
化炭化物又はモリブデンシリサイド酸化窒化炭化物で形
成した請求項1記載の位相シフトマスクブランク。 請求項3:上記位相シフト膜が、透過する露光光の位相
を180±5度変換し、かつ透過率が3〜40%である
請求項1又は2記載の位相シフトマスクブランク。 請求項4:請求項1乃至3のいずれか1項記載の位相シ
フトマスクブランクをリソグラフィ法によりパターン形
成して得られることを特徴とする位相シフトマスク。 請求項5:透明基板上に少なくとも一層の位相シフト膜
を設けてなる位相シフトマスクブランクの製造方法にお
いて、モリブデン及びシリコンを主成分として含むター
ゲットを用いると共に、炭素を含むスパッタガスを用い
て反応性スパッタリングを行うことにより、膜応力が1
00MPa以下である位相シフト膜を成膜することを特
徴とする位相シフトマスクブランクの製造方法。 請求項6:上記位相シフト膜がモリブデンシリサイド酸
化炭化物又はモリブデンシリサイド酸化窒化炭化物であ
る請求項5記載の位相シフトマスクブランクの製造方
法。 請求項7:上記炭素を含むスパッタガスとして二酸化炭
素を用いて反応性スパッタリングを行う請求項5又は6
記載の位相シフトマスクブランクの製造方法。 請求項8:上記位相シフト膜が、透過する露光光の位相
を180±5度変換し、かつ透過率が3〜40%である
請求項5,6又は7記載の位相シフトマスクブランクの
製造方法。 請求項9:請求項5乃至8のいずれか1項記載の方法に
より製造された位相シフトマスクブランクに対してリソ
グラフィ法によりパターンニングを行うことを特徴とす
る位相シフトマスクの製造方法。
【0017】本発明によれば、ハーフトーン型位相シフ
トマスクブランク及びハーフトーン位相シフトマスクに
おける位相シフト膜の膜応力を100MPa以下に低減
させることできる。その結果、位相シフトマスクブラン
ク製造時の位相シフト膜の成膜前後での基板の反り量の
変化が小さいと共に、位相シフトマスクブランクから位
相シフトマスクを製造時のパターン形成前後での基板の
反り量の変化を小さくすることができ、高い平坦度を有
する高品質な位相シフトマスクブランク及び位相シフト
マスクが得られ、露光プロセスの安定性が向上し、所望
とする微細な幅のパターンを正確に形成することがで
き、更なる半導体集積回路の微細化、高集積化に十分対
応することができるものである。
【0018】以下、本発明について更に詳しく説明す
る。本発明の位相シフトマスクブランクは、図1に示し
たように、露光光が透過する基板1上に、金属とシリコ
ンを主成分とした位相シフト膜2を成膜したものであ
り、この位相シフト膜2の膜応力が100MPa以下で
あることを特徴とし、これにより、位相シフトマスクブ
ランク製造時の位相シフト膜の成膜前後での基板の反り
量の変化を小さくすることができると共に、位相シフト
マスク製造時のパターン形成前後での基板の反り量の変
化を小さくすることができ、高い平坦度を有する高品質
な位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクを得
ることができるものである。
【0019】上記のように位相シフト膜の膜応力を10
0MPa以下、好ましくは80MPa以下とする手段と
しては、位相シフト膜の成膜条件を調整する方法、位相
シフト膜の膜組成を調整する方法などが考えられるが、
位相シフト膜は、その光学的特性が成膜条件により大き
く影響されるため、成膜条件を変化させることは好まし
くない。従って本発明においては、位相シフト膜の光学
的特性を損うことなく、膜応力を小さくすることができ
る元素を加えて膜組成を適正化することにより、光学的
特性を損なうことなく膜応力を低減化することができる
ものである。
【0020】具体的には、位相シフト膜としては、金属
とシリコンを主成分とするもの、特にモリブデンシリサ
イド酸化炭化物(MoSiOC)又はモリブデンシリサ
イド酸化窒化炭化物(MoSiONC)で形成したもの
が好ましい。この場合、位相シフト膜の膜応力を100
MPa以下、好ましくは80MPa以下とするため、モ
リブデンシリサイド酸化炭化物(MoSiOC)膜の組
成はMo:5〜25原子%、Si:10〜35原子%、
O:30〜60原子%、C:3〜20原子%であること
が好ましい。モリブデンシリサイド酸化窒化炭化物(M
oSiONC)膜の組成はMo:5〜25原子%、S
i:10〜35原子%、O:30〜60原子%、N:5
〜30原子%、C:3〜20原子%であることが好まし
い。
【0021】また、上記位相シフト膜は、透過する露光
光の位相を180±5度変換し、かつ透過率が3〜40
%であることが好ましい。なお、上記透明基板は石英、
又は二酸化珪素を主成分とするものが好ましい。
【0022】本発明において位相シフト膜は単層のみで
はなく、図3,4に示したように位相シフト膜2上に遮
光膜4を形成した位相シフトマスク及び位相シフトマス
クブランクとしても構わない。この場合、遮光膜として
はCrO,CrN,CrON,CrCON等のCr系膜
を用いることが好ましい。
【0023】本発明の位相シフト膜の成膜方法として
は、反応性スパッタ法が好ましい。この際のスパッタリ
ングターゲットとしては金属とシリコンとを主成分とす
るものを用いる。この場合、ターゲットは金属とシリコ
ンのみからなるものでも良く、膜の組成を面内で一定に
保つために、金属に酸素、窒素、炭素のいずれか、又は
これらを組み合わせて添加したターゲットを用いても構
わない。なお、金属の種類としてはW、Mo、Ti、T
a、Zr、Hf、Nb、V、Co、Cr又はNiなどが
挙げられるが、これらの中でもモリブデン(Mo)が好
ましい。
【0024】スパッタリング方法としては、直流(D
C)電源を用いたものでも、高周波(RF)電源を用い
たものでもよく、またマグネトロンスパッタリング方式
であっても、コンベンショナル方式であってもよい。な
お、成膜装置は通過型でも枚葉型でも構わない。
【0025】位相シフト膜を成膜する際のスパッタガス
の組成は、アルゴン等の不活性ガスに酸素ガス、窒素ガ
ス、各種酸化窒素ガス、各種酸化炭素ガス等の炭素を含
むガスなどを成膜される位相シフト膜が所望の組成及び
膜応力を持つように、適宜に添加することにより成膜す
ることができる。この場合、炭素を含むガスとしては、
メタン等の各種炭化水素ガス、一酸化炭素、二酸化炭素
の酸化炭素ガスなどが挙げられるが、二酸化炭素は炭素
源及び酸素源として使用できると共に、反応性が低く安
定なガスであることから特に好ましい。
【0026】MoSiOC又はMoSiONCを成膜す
る際のスパッタガスの組成は、アルゴン等の不活性ガス
に炭素を含む混合ガスが好適に用いられるが、これら以
外にも酸素ガス、窒素ガス、各種酸化窒素ガス等を成膜
される位相シフト膜が所望の組成及び膜応力を持つよう
に、適宜添加することができる。
【0027】具体的には、MoSiOCを成膜する場合
には、ターゲットとしてモリブデンシリサイドを用い、
スパッタガスとしてアルゴンガスと二酸化炭素ガスとを
含むスパッタガスで反応性スパッタリングすることが好
ましい。また、MoSiONC膜を成膜する場合には、
ターゲットとしてモリブデンシリサイドを用い、アルゴ
ンガスと二酸化炭素ガスと窒素ガスとを含むスパッタガ
スで反応性スパッタリングを行うことが好ましい。
【0028】なお、成膜される位相シフト膜の透過率を
上げたい時には、膜中に酸素及び窒素が多く取り込まれ
るようにスパッタガスに添加する酸素や窒素を含むガス
の量を増やす方法、スパッタリングターゲットに予め酸
素や窒素を多く添加した金属シリサイドを用いる方法な
どにより調整することができる。
【0029】次に、本発明の位相シフトマスクブランク
を用いて図2に示したような位相シフトマスクを製造す
る場合は、図5(A)に示したように、透明基板11上
に位相シフト膜12を形成した後、位相シフト膜12上
にレジスト膜13を形成し、図5(B)に示したよう
に、レジスト膜13をパターンニングし、更に、図5
(C)に示したように、位相シフト膜12をドライエッ
チング又はウエットエッチングした後、図5(D)に示
したように、レジスト膜13を剥離する方法が採用し得
る。この場合、レジスト膜の塗布、パターンニング(露
光、現像)、レジスト膜の除去及びエッチングは、公知
の方法により行うことができる。
【0030】このようにして得られる本発明の位相シフ
トマスクは、位相シフト膜の膜応力が小さく、このた
め、パターンニング前後における基板の反り量の変化が
小さく、平坦度の高いマスクを製造することができ、露
光プロセスの安定性が向上し、更なる半導体集積回路の
微細化、高集積化に十分対応することができるものであ
る。
【0031】
【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限される
ものではない。
【0032】〔実施例1〕スパッタリング装置を用い
て、石英基板上にMoSiONC膜を膜厚140nmに
成膜した。この際、ターゲットとしてモリブデンシリサ
イドを用い、スパッタガスとしてアルゴンガスと二酸化
炭素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いて、反応性スパ
ッタを行った。
【0033】このようにして作製したサンプルの248
nmでの光学的特性として位相差と透過率を測定した結
果、位相差182度、透過率8.3%の位相シフト膜が
得られた。このサンプルの膜の組成をX線光電子分光法
(XPS)により分析した結果、モリブデンが14原子
%、シリコンが23原子%、酸素が46原子%、窒素が
10原子%、炭素が8原子%含まれていた。
【0034】得られた152mm×152mm×6.3
5mmの基板における144mm角内でのMoSiON
C膜を成膜前後の平坦度の変化量をNIDEKのFT−
900により測定したところ0.38μmであった。こ
のときの膜応力を計算すると77MPaであり、応力の
方向としては圧縮応力であった。結果を表1に示す。
【0035】〔比較例1〕二酸化炭素ガスの代わりに酸
素ガスを用いた以外は実施例1と同様にして、石英基板
上にMoSiON膜を膜厚130nmに成膜し、248
nmでの位相差が182度、透過率が7.0%の位相シ
フト膜を得た。このサンプルの膜の組成をX線光電子分
光法(XPS)により分析した結果、モリブデンが13
原子%、シリコンが26原子%、酸素が47原子%、窒
素が14原子%、炭素が定量下限値以下含まれていた。
【0036】得られた152mm×152mm×6.3
5mmの基板における144mm角内でのMoSiON
膜成膜前後の平坦度の変化量を同様に測定したところ
0.59μmであった。このときの膜応力を計算すると
125MPaであり、応力の方向としては圧縮応力であ
った。結果を表1に示す。
【0037】
【表1】 表1の結果から、実施例1のMoSiONC膜は比較例
1のMoSiON膜に比べて膜応力が小さく、基板の平
坦度の悪化を少なくすることができると共に、パターン
ニング前後での平坦度の変化も少なくすることができる
ものである。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、位相シフト膜が金属と
シリコンを主成分とすること、特にモリブデンシリサイ
ド酸化炭化物又はモリブデンシリサイド酸化窒化炭化物
で形成することにより、位相シフト膜の膜応力を100
MPa以下に低減化することができ、位相シフト膜を成
膜する際に基板の平坦度を悪化させることがないと共
に、位相シフト膜をパターンニングした後でも良好な平
坦度を有する高品質な位相シフトマスクブランク及び位
相シフトマスクが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る位相シフトマスクブラ
ンクの断面図である。
【図2】同位相シフトマスクの断面図である。
【図3】同別の位相シフトマスクの断面図である。
【図4】同別の位相シフトマスクブランクの断面図であ
る。
【図5】位相シフトマスクの製造法を示した説明図であ
り、(A)はレジスト膜を形成した状態、(B)はレジ
スト膜をパターンニングした状態、(C)はエッチング
を行った状態、(D)はレジスト膜を除去した状態の概
略断面図である。
【図6】(A),(B)はハーフトーン型位相シフトマ
スクの原理を説明する図であり、(B)は(A)のX部
の部分拡大図である。
【符号の説明】
1 11 基板 1a 基板露出部 2 12 位相シフト膜 2a 位相シフター部 13 レジスト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 英雄 新潟県中頸城郡頸城村大字西福島28−1 信越化学工業株式会社精密機能材料研究所 内 (72)発明者 岡崎 智 新潟県中頸城郡頸城村大字西福島28−1 信越化学工業株式会社精密機能材料研究所 内 Fターム(参考) 2H095 BB03 BB37 BC08 4K029 AA08 BA52 BA54 BD01 CA05 DC05

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明基板上に少なくとも一層の位相シフ
    ト膜を設けてなる位相シフトマスクブランクにおいて、
    上記位相シフト膜が金属とシリコンを主成分とすると共
    に、この位相シフト膜の膜応力が100MPa以下であ
    ることを特徴とする位相シフトマスクブランク。
  2. 【請求項2】 上記位相シフト膜をモリブデンシリサイ
    ド酸化炭化物又はモリブデンシリサイド酸化窒化炭化物
    で形成した請求項1記載の位相シフトマスクブランク。
  3. 【請求項3】 上記位相シフト膜が、透過する露光光の
    位相を180±5度変換し、かつ透過率が3〜40%で
    ある請求項1又は2記載の位相シフトマスクブランク。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項記載の位
    相シフトマスクブランクをリソグラフィ法によりパター
    ン形成して得られることを特徴とする位相シフトマス
    ク。
  5. 【請求項5】 透明基板上に少なくとも一層の位相シフ
    ト膜を設けてなる位相シフトマスクブランクの製造方法
    において、モリブデン及びシリコンを主成分として含む
    ターゲットを用いると共に、炭素を含むスパッタガスを
    用いて反応性スパッタリングを行うことにより、膜応力
    が100MPa以下である位相シフト膜を成膜すること
    を特徴とする位相シフトマスクブランクの製造方法。
  6. 【請求項6】 上記位相シフト膜がモリブデンシリサイ
    ド酸化炭化物又はモリブデンシリサイド酸化窒化炭化物
    である請求項5記載の位相シフトマスクブランクの製造
    方法。
  7. 【請求項7】 上記炭素を含むスパッタガスとして二酸
    化炭素を用いて反応性スパッタリングを行う請求項5又
    は6記載の位相シフトマスクブランクの製造方法。
  8. 【請求項8】 上記位相シフト膜が、透過する露光光の
    位相を180±5度変換し、かつ透過率が3〜40%で
    ある請求項5,6又は7記載の位相シフトマスクブラン
    クの製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項5乃至8のいずれか1項記載の方
    法により製造された位相シフトマスクブランクに対して
    リソグラフィ法によりパターンニングを行うことを特徴
    とする位相シフトマスクの製造方法。
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