JP2003280168A

JP2003280168A - ハーフトーン型位相シフトマスクブランク、ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法、並びにパターン転写方法

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Publication number: JP2003280168A
Application number: JP2002082021A
Authority: JP
Inventors: Yuuki Shioda; 勇樹塩田; Jun Nozawa; 順野澤; Akira Okubo; 亮大久保; Hideaki Mitsui; 英明三ッ井
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: JP3993005B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度な転写パターンを転写することが可能
なハーフトーン型位相シフトマスクを提供する。【解決手段】透明基板上に前記ハーフトーン位相シフ
ター部を形成するためのハーフトーン位相シフター膜を
有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおい
て、ハーフトーン位相シフター膜５が、珪素、酸素、及
び窒素とから実質的になる材料からなる上層４と、タン
タル及びハフニウムとから実質的になる材料からなる下
層３とからなることを特徴とするハーフトーン型位相シ
フトマスクブランク１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハーフトーン型位
相シフトマスクブランク、ハーフトーン型位相シフトマ
スク及びその製造方法等に関し、特に、次世代の短波長
露光光源であるＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）及
びＦ2エキシマレーザ（１５７ｎｍ）に使用するに適し
たハーフトーン型位相シフトマスク及びその素材となる
ブランク等に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＲＡＭは、現在２５６Ｍｂｉｔの量産
体制が確立されており、今後Ｍｂｉｔ級からＧｂｉｔ級
への更なる高集積化がなされようとしている。それに伴
い集積回路の設計ルールもますます微細化しており、線
幅（ハーフピッチ）０．１０μｍ以下の微細パターンが
要求されるのも時間の問題となってきた。パターンの微
細化に対応するための手段の一つとして、これまでに、
露光光源の短波長化によるパターンの高解像度化が進め
られてきた。その結果、現在の光リソグラフィ法におけ
る露光光源はＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、Ａ
ｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）が主に使用されてい
る。しかし、露光波長の短波長化は解像度を改善する反
面、同時に焦点深度が減少するため、レンズをはじめと
する光学系の設計への負担増大や、プロセスの安定性の
低下といった悪影響を与える。

【０００３】そのような問題に対処するため、位相シフ
ト法が用いられるようになった。位相シフト法では、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
スクが使用される。位相シフトマスクは、例えば、マス
ク上のパターン部分を形成する位相シフター部と、位相
シフター部の存在しない非パターン部からなり、両者を
透過してくる光の位相を１８０°ずらすことで、パター
ン境界部分において光の相互干渉を起こさせることによ
り、転写像のコントラストを向上させる。位相シフター
部を通る光の位相シフト量φ（ｒａｄ）は位相シフター
部の複素屈折率実部ｎと膜厚ｄに依存し、下記数式
（１）の関係が成り立つことが知られている。 φ＝２πｄ（ｎ−１）／λ …（式１）ここでλは露光光の波長である。したがって、位相を１
８０°ずらすためには、膜厚ｄをｄ＝ λ／｛２（ｎ−１）｝ …（式２）とすればよい。この位相シフトマスクにより、必要な解
像度を得るための焦点深度の増大が達成され、露光波長
を変えずに解像度の改善とプロセスの適用性を同時に向
上させることが可能となる。

【０００４】位相シフトマスクはマスクパターンを形成
する位相シフター部の光透過特性により完全透過型（レ
ベンソン型）位相シフトマスクと、ハーフトーン型位相
シフトマスクに実用的には大別することができる。前者
は、位相シフター部の光透過率が、非パターン部（光透
過部）と同等であり、露光波長に対してほぼ透明なマス
クであって、一般的にラインアンドスペースの転写に有
効であるといわれている。一方、後者のハーフトーン型
では、位相シフター部（光半透過部）の光透過率が非パ
ターン部（光透過部）の数％から数十％程度であって、
コンタクトホールや孤立パターンの作成に有効であると
いわれている。

【０００５】ハーフトーン型位相シフトマスクのうちに
は、主に透過率を調整する層と主に位相を調整する層か
らなる２層型のハーフトーン型位相シフトマスクや、構
造が簡単で製造が容易な単層型のハーフトーン型位相シ
フトマスクがある。単層型は、加工性の容易さから現在
主流となっており、ハーフトーン位相シフター部がＭｏ
ＳｉＮあるいはＭｏＳｉＯＮからなる単層膜で構成され
ているものがほとんどである。一方２層型は、前記ハー
フトーン位相シフター部が、主に透過率を制御する層
と、主に位相シフト量を制御する層との組み合わせから
なり、透過率に代表される分光特性と、位相シフト量
（位相角）の制御を独立して行うことが可能となる。

【０００６】一方、ＬＳＩパターンの微細化に伴い、露
光光源の波長（露光光波長）は、現行のＫｒＦエキシマ
レーザ（２４８ｎｍ）から、ＡｒＦエキシマレーザ（１
９３ｎｍ）へ、さらに将来的にはＦ₂エキシマレーザ
（１５７ｎｍ）へと短波長化が進むと予想される。ま
た、現行のハーフトーン型位相シフトマスクでは、ハー
フトーン位相シフター部の露光光透過率が６％付近とな
るように膜設計がなされているものが主流であるが、さ
らなる高解像化に向けて透過率が高いものが要求されつ
つあり、将来的には１５％以上の透過率が必要とも言わ
れている。このような露光光源の短波長化や高透過率化
に伴い、所定の透過率及び位相シフト量を満足するよう
なハーフトーン位相シフター部の材料の選定の幅が狭ま
る方向にある。また、透過率の高透過率化に伴ない光透
過性の高い材料の必要性、又は露光光源の短波長化に伴
い、従前の波長でみた場合に光透過性の高い材料の必要
性により、パターン加工の際に石英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。２層以上の多層
型のハーフトーン位相シフター部は、多層膜或いは２層
膜の組合せで位相差及び透過率をコントロールでき材料
選定が容易であるという利点、及び上層のエッチングス
トッパーの役割を果たすような材料を下層として選択で
きるという利点がある。

【０００７】さらに、作製された位相シフトマスクは、
露光光における反射率をある程度まで低減する必要があ
り、さらにパターン外観を検査する工程では、通常は露
光光波長よりも長波長の光が検査光波長として用いら
れ、通常透過型欠陥検査装置（例えばＫＬＡ３００シリ
ーズ等）を用いた検査が行われているため、検査波長
（例えば、露光波長がＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎ
ｍ）の場合、検査波長は４８８ｎｍ又は３６４ｎｍ）に
対する透過率が高すぎる（例えば４０％以上）と検査が
困難となる。特に、露光波長の短波長化に伴ない上述の
ように光透過性の高いハーフトーン位相シフター部が必
要となるが、光透過性の高い材料は、波長の長波長側へ
の変化に対する透過率の増加率が大きくなるという傾向
があるため、単層のハーフトーン位相シフターでは、検
査光波長に対する光透過率を所定の範囲に下げることが
一層難しくなってきている。、さらに、欠陥検査装置に
おいては、透過光と反射光を用いた検査方式が新たに開
発され、この方式で検査を行う場合の検査波長における
透過率は透過光のみを用いた検査を行う場合に比べて若
干高くてもよい（例えば５０〜６０％）が、検査波長に
おける反射率が透明基板とある程度の差（例えば３％以
上）となるように制御する必要がある。このような状況
のもと、ハーフトーン位相シフター部を２層以上の多層
型とすることによって、露光光と検査光における反射特
性、透過特性の制御を容易にすることができるという利
点がある。

【０００８】２層型のハーフトーン型位相シフトマスク
としては、例えば、特開平４−１４０６３５号公報記載
の薄いＣｒと塗布ガラスの２層構造のハーフトーン位相
シフター部を有するものがある（従来例１）。また、多
層構造としながら、同一装置で作成でき、同一のエッチ
ャントでエッチングすることができるハーフトーン位相
シフター部として、特開平６−８３０３４号公報に記載
されているような、同一元素を含む多層構造（例えば、
Ｓｉ層とＳｉＮ層の２層構造）からなるハーフトーン位
相シフター部を有するものがある（従来例２）。さら
に、検査光波長に対する透過率を低減させる技術とし
て、特開平７−１６８３４３号公報に記載されているよ
うな、単層型のハーフトーン位相シフターとして知られ
ているＭｏＳｉＯ又はＭｏＳｉＯＮのような単層膜と、
単層膜との組合せにおいて透過率の波長依存性が小さい
透過膜とを含む、２層構造とすることにより、露光光
（ＫｒＦエキシマレーザ）と検査光（４８８ｎｍ）の双
方に対して、所望の透過率が得られるものがある（従来
例３）。さらにまた、タンタルシリサイド系材料に注目
した多層構造の位相シフター部として、特開２００１−
１７４９７３号公報に記載のタンタル、シリコン、及び
酸素を主成分とする上層と、タンタルを主成分としてシ
リコンを含まない下層の２層構造で構成されたハーフト
ーン型位相シフター部を有するもの（従来例４）、及び
特開２００１−３３７４３６号公報に記載のタンタル、
シリコン、及び酸素を主成分とする上層と、クロム又は
クロムタンタル合金を主成分とする下層の２層構造で構
成されたハーフトーン型位相シフター部を有するもの
（従来例５）等がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来例においては、次のような問題点があった。通
常、ハーフトーン位相シフター膜上には、ハーフトーン
位相シフター膜のエッチングマスク層として用いると共
に、その後マスク上の所望の箇所に遮光部を形成するた
めに、遮光Ｃｒ層を形成するのが一般的である。従来例
１のような塗布ガラス／薄いＣｒ層／ガラス基板におい
ては、塗布ガラス上に遮光Ｃｒ層が形成されることにな
る。この場合、パターン加工の際に一般に用いられるレ
ジストパターンを転写した遮光Ｃｒ層／塗布ガラス／薄
いＣｒ層の３層構造のマスクパターンが作製され、その
後遮光Ｃｒ層を通常ウエットエッチングにて選択的に除
去するのであるが、遮光Ｃｒ層と薄いＣｒ層とは材質が
共通している点から遮光Ｃｒ層の選択的除去プロセスに
おいて薄いＣｒ層への影響が課題となる。具体的には、
薄いＣｒ層がエッチングされ、リフトオフと同様の原理
でパターンが根こそぎ取れてしまうことがあり、薄いＣ
ｒ層がサイドエッチングされるとパターンエッジ付近の
透過率が変化する等の問題が生じる。

【００１０】次に、従来例２においては、例えばＳｉ層
とＳｉＮ層は同一のスパッタリング装置で同じＳｉをタ
ーゲットとして用いて連続成膜が可能であるが、ＳｉＮ
層をＳｉターゲット及び窒素を含むスパッタリング雰囲
気を用いた反応性スパッタリングを用いて成膜を行った
場合、反応性スパッタリングによるターゲットのポイズ
ニングが発生し、再現性が取れず、生産性に問題点があ
った。さらに、ＳｉＮを用いたのでは、近年の露光波長
の短波長化に伴い透過率が低すぎてしまうという問題点
があった。

【００１１】次に、従来例３においては、単層膜（上
層）の材料としてＭｏＳｉＯ又はＭｏＳｉＯＮを用いて
いるが、金属を含有することで透過率が小さくなり近年
の露光波長の短波長化に適さず、また金属の含有量を小
さくすると屈折率が小さくなり、ハーフトーン位相シフ
ターの膜厚が厚くなり、微細加工する上で不利である。
さらに、従来例４及び従来例５においては、上層の材料
としてＴａＳｉＯを用いているが、金属を含有すること
で透過率が小さくなり近年の露光波長の短波長化に適さ
ず、また金属の含有量を小さくすると屈折率が小さくな
り、ハーフトーン位相シフターの膜厚が厚くなり、微細
加工する上で不利である。また、これらの従来例では、
下層が上層のフッ素系ガスによるドライエッチングに対
するエッチングストッパーの役割を果たし、その後塩素
系ガスによるドライエッチングにより下層のエッチング
を行っているが、従来例４のタンタルからなる下層で
は、上層のフッ素系ドライエッチングに対するエッチン
グ選択比が不充分であり、従来例５のクロムタンタル合
金では、塩素系ガスでのエッチングレートが遅く、高精
度のパターンが得られないという問題点があった。

【００１２】本発明は、上記背景の下になされたもので
あり、次の〜の全てを満足するようなハーフトーン
型位相シフトマスクブランク及びハーフトーン型位相シ
フトマスクを提供することを目的とする。露光光と検査光の光学特性の制御が可能である。ハーフトーン位相シフター部を形成するためのエッチ
ングの際の微細加工性に優れる。露光光源が短波長化した場合、特に１４０ｎｍ〜２０
０ｎｍの露光波長領域、具体的には、Ｆ₂エキシマレー
ザの波長である１５７ｎｍ付近、及びＡｒＦエキシマレ
ーザの波長である１９３ｎｍ付近における高透過率品
（透過率８〜３０％）で使用可能である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＳｉＮx
は、Ｓｉ−Ｎ結合が膜のマトリックスを緻密にするた
め、露光光に対する照射耐性や洗浄液等に対する耐薬品
性が高く、また、ＳｉＯxは、短波長側においても比較
的高い透過率を有することができるという事実に基づ
き、両材料系の利点を生かしたＳｉＯxＮyに注目し、さ
らにＳｉＯxＮyにおいて、組成を制御すれば、短波長の
露光光に使用するのに適した位相シフター膜が得られる
ことを見出し、さらに、ハーフトーン位相シフター膜を
ＳｉＯxＮy膜（上層）とエッチングストッパー膜（下
層）との２層構造とすることにより、露光光照射耐性、
耐薬品性に加え、パターンの加工性が良好な位相シフタ
ー膜を実現できることについて、先に出願を行っている
（特願２００１−２６１０２５）。ここで、エッチング
ストッパー膜とは、ＳｉＯxＮy膜のエッチングの進行を
阻止する機能を有する材料からなる膜、もしくは位相シ
フター膜のエッチングの終点検出を容易にする機能、も
しくはその両方の機能を有する材料からなる膜である。
また、ハーフトーン位相シフター膜をＳｉＯxＮy膜（上
層）とエッチングストッパー膜（下層）との２層構造と
した場合のハーフトーン位相シフター膜の微細加工性に
関し、上層のフッ素系ドライエッチングに耐性を有し、
さらに塩素系ドライエッチングにて容易に除去できるエ
ッチングストッパー膜の材料群についても、先に出願を
行っている（特願２００２−４７０５１）。本発明は、
さらに本発明者らが開発を進めた結果、上記目的に最も
適したハーフトーン位相シフター膜を見出したものであ
り、下記構成を特徴とするものである。

【００１４】（構成１）透明基板上に、露光光を透過
させる光透過部と、露光光の一部を透過させると同時に
透過した光の位相を所定量シフトさせるハーフトーン位
相シフター部を有し、前記光透過部とハーフトーン位相
シフター部の境界部近傍にて各々を透過した光が互いに
打ち消し合うように光学特性を設計することで、被露光
体表面に転写される露光パターン境界部のコントラスト
を良好に保持、改善できるようにしたハーフトーン型位
相シフトマスクを製造するために用いるハーフトーン型
位相シフトマスクブランクであり、透明基板上に前記ハ
ーフトーン位相シフター部を形成するためのハーフトー
ン位相シフター膜を有するハーフトーン型位相シフトマ
スクブランクにおいて、前記ハーフトーン位相シフター
膜が、珪素、酸素、及び窒素とから実質的になる材料か
らなる上層と、タンタル及びハフニウムとから実質的に
なる材料からなる下層とからなることを特徴とするハー
フトーン型位相シフトマスクブランク。（構成２）透明基板上に、露光光を透過させる光透過
部と、露光光の一部を透過させると同時に透過した光の
位相を所定量シフトさせるハーフトーン位相シフター部
を有し、前記光透過部とハーフトーン位相シフター部の
境界部近傍にて各々を透過した光が互いに打ち消し合う
ように光学特性を設計することで、被露光体表面に転写
される露光パターン境界部のコントラストを良好に保
持、改善できるようにしたハーフトーン型位相シフトマ
スクを製造するために用いるハーフトーン型位相シフト
マスクブランクであり、透明基板上に前記ハーフトーン
位相シフター部を形成するためのハーフトーン位相シフ
ター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブラン
クにおいて、前記ハーフトーン位相シフター膜が、珪
素、酸素、及び窒素とから実質的になる材料からなる上
層と、珪素及びハフニウムとから実質的になる材料から
なる下層とからなることを特徴とするハーフトーン型位
相シフトマスクブランク。（構成３）下層におけるハフニウムの含有量は、２〜
５０原子％以上であることを特徴とする構成１又は２に
記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。（構成４）前記珪素、酸素、及び窒素とから実質的に
なる材料からなる上層は各々原子百分率において珪素を
３５〜４５％、酸素を１〜６０％、窒素を５〜６０％含
むことを特徴とする構成１〜３の何れかに記載のハーフ
トーン型位相シフトマスクブランク。（構成５）ハーフトーン位相シフター膜上にクロムを
主成分とする遮光膜が形成されていることを特徴とする
構成１〜４の何れかに記載のハーフトーン型位相シフト
マスクブランク。（構成６）構成１〜５の何れかに記載のハーフトーン
型位相シフトマスクブランクにおけるハーフトーン位相
シフター膜にエッチング加工を施すことにより、透明基
板上に光透過部と光半透過部からなるマスクパターンが
形成されたこと特徴とするハーフトーン型位相シフトマ
スク。（構成７）構成６に記載のハーフトーン型位相シフト
マスクを製造する方法において、前記上層をフッ素系
ガスを用いたドライエッチングによりエッチングし、下
層を塩素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチ
ングするハーフトーン位相シフター膜エッチング加工工
程を含むことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマ
スクの製造方法。（構成８）構成６に記載されたハーフトーン型位相シ
フトマスクを用いて、パターン転写を行うことを特徴と
するパターン転写方法。

【００１５】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
おいては、透明基板上に形成されたハーフトーン位相シ
フター層の内、透明基板側の膜を下層、下層の上に形成
されている膜を上層とする。上層の材料としては、珪
素、酸素、及び窒素とから実質的になる材料からなる。
即ち、上層は、珪素、酸素、及び窒素を主構成要素とす
る膜からなる。この材料は、露光光が短波長化した場合
でも、下層との組み合わせにおいて、所望の透過率及び
位相差を制御でき、かつ、露光光に対する照射耐性や洗
浄液等に対する耐薬品性が高い。さらに、屈折率を比較
的大きくすることができるため、所望の位相差を得るた
めのハーフトーン位相シフター膜全体の膜厚を抑えるこ
とができ、ハーフトーン位相シフター膜の微細加工性に
優れている。上記上層材料については、複素屈折率実部
ｎについてはｎ≧１．７の範囲に、そして複素屈折率虚
部ｋについてはｋ≦０．４５０の範囲に調整、制御する
ことが好ましい。そうすることで、露光光の単波長化に
伴なうハーフトーン型位相シフトマスクとしての光学特
性を満たすのに有利である。なお、Ｆ₂エキシマレーザ
用では、ｋ≦０．４０の範囲が好ましく、０．０７≦ｋ
≦０．３５の範囲がさらに好ましい。ＡｒＦエキシマレ
ーザ用では、０．１０≦ｋ≦０．４５の範囲が好まし
い。また、Ｆ₂エキシマレーザ用では、ｎ≧２．０の範
囲が好ましく、ｎ≧２．２の範囲がさらに好ましい。Ａ
ｒＦエキシマレーザ用では、ｎ≧２．０の範囲が好まし
く、ｎ≧２．５の範囲がさらに好ましい。

【００１６】上記光学特性を得るため、前記構成元素の
組成範囲を、珪素については３５〜４５原子％、酸素に
ついては１〜６０原子％、窒素については５〜６０原子
％とした。すなわち、珪素が４５％より多い、あるいは
窒素が６０％より多いと、膜の光透過率が不十分とな
り、逆に窒素が５％未満、あるいは酸素が６０％を超え
ると、膜の光透過率が高すぎるため、ハーフトーン型位
相シフター膜としての機能が失われる。また珪素が３５
％未満、あるいは窒素が６０％を上回ると膜の構造が物
理的、化学的に非常に不安定となる。なお、上記と同様
の観点から、Ｆ₂エキシマレーザ用では、前記構成元素
の組成範囲を、珪素については３５〜４０原子％、酸素
については２５〜６０原子％、窒素については５〜３５
原子％とすることが好ましい。同様にＡｒＦエキシマレ
ーザ用では、前記構成元素の組成範囲を、珪素について
は３８〜４５原子％、酸素については１〜４０原子％、
窒素については３０〜６０原子％とすることが好まし
い。尚、上記組成の他に、微量の不純物（金属、炭素、
フッ素等）を含んでも良い。本発明による上層は、シリ
コンから実質的になるターゲットを用い、希ガス及び窒
素及び酸素を含む反応性ガスを用いたスパッタリング雰
囲気を用いた反応性スパッタリングを用いて成膜するこ
とができる。シリコンから実質的になるターゲットは、
金属シリサイド等の混合ターゲットを用いた場合に比
べ、数密度や純度が高い安定したターゲットが得られる
ため、得られた膜のパーティクル発生率が少なくなると
いう利点がある。

【００１７】また、本発明における下層の材料として
は、タンタル及びハフニウムとから実質的になる材料
（構成１）、又は珪素及びハフニウム（構成２）とから
実質的になる材料からなる。本発明においては、検査波
長における上層の膜の屈折率が下層の膜の屈折率よりも
小さい。そのため、検査光に対する反射率を調整可能と
することができる。また露光波長においても上層の膜の
屈折率が下層の膜の屈折率よりも小さくなる。そのた
め、露光光に対する反射率も要求値以下となるように調
整可能とすることができる。具体的には、露光光の透過
率は、３〜２０％、好ましくは６〜２０％、露光光反射
率は３０％、好ましくは２０％とすることがパターン転
写上好ましい。また、検査光透過率は４０％以下とする
ことがマスクの透過光を用いた欠陥検査を行う上で好ま
しく、検査光透過率を６０％以下及び検査光反射率を１
２％以上とすることにより、マスクの透過光と反射光を
用いた欠陥検査を行う上で好ましい。本発明のハーフト
ーン型位相シフトマスクを用いる際の露光光としては、
特に１４０ｎｍ〜２００ｎｍの露光波長領域、具体的に
は、Ｆ₂エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近、
及びＡｒＦエキシマレーザの波長である１９３ｎｍ付近
を用いることができる。ハーフトーン位相シフター部を
高透過率に設定（透過率８〜３０％）した高透過率品も
作製することができる。

【００１８】また、本発明においては、上層が主に位相
シフト量を調整する機能を果たす層（位相調整層）と
し、下層が主に透過率を調整する機能を果たす層（透過
率調整層）となるように膜設計が行われる。即ち、上層
（位相調整層）を通過する、波長λの露光光の位相シフ
ト量φ（ｄｅｇ）をφとすると、位相調整層の膜厚ｄ
は、ｄ＝（φ／３６０）×λ／（ｎ−１） …（式３）で表される。ここで、ｎは波長λの光に対する位相調整
層の屈折率である。ハーフトーン位相シフター部の位相
シフト量Φは、下層（透過率調整層）の位相シフト量を
φ’としたときに、 Φ＝φ＋φ’＝１８０° となるように設計する必要がある。φ’の値は、概ね−
２０°≦φ’≦２０°の範囲である。すなわちこの範囲
の外だと下層の膜厚が厚すぎて、露光光の透過率を大き
くすることができない。したがって、上層の膜厚ｄは０．４４×λ／（ｎ−１）≦ｄ≦０．５６×λ／（ｎ−１） …（式４）の範囲で設計される。具体的には、下層の膜厚は１〜２
０nmとすることができ、さらに好ましくは１〜１５nmと
することができ、その結果、ハーフトーン位相シフター
膜の層膜厚を１２０nm以下、さらに好ましくは１００nm
以下に抑えることが可能である。尚、ハーフトーン位相
シフター膜の位相シフト量は、理想的には１８０°であ
るが、実用上は１８０°±５°の範囲に入ればよい。ま
た、本発明における透明基板としては、合成石英基板等
を用いることができ、特にＦ₂エキシマレーザを露光光
として用いる場合は、Ｆドープ合成石英基板、フッ化カ
ルシウム基板等を用いることができる。

【００１９】また、本発明における下層材料は、フッ素
系ドライエッチングガスに対し耐性を有し、かつ塩素系
ドライエッチングガスによって除去できるものである。
これにより、ハーフトーン位相シフト膜の加工方法（エ
ッチング方法）として、上層をフッ素系ガスを用いたド
ライエッチングによりエッチングし、下層を塩素系ガス
を用いたドライエッチングにより行うことができる。具
体的には、タンタル又は珪素は、単体でも透明基板に対
しダメージを与えない塩素系ガスを用いたドライエッチ
ングを用いてエッチング可能な材料であるが、上層のフ
ッ素系ガスを用いたドライエッチングに対する耐性につ
いてはさほど優れていない。一方、ハフニウム単体は、
上層のフッ素系ガスを用いたドライエッチングに対する
耐性に優れ、かつ塩素系ガスを用いたドライエッチング
を用いてエッチング可能な材料であり、タンタル又は珪
素にハフニウムを添加することで、添加する前よりもフ
ッ素系ガスを用いたドライエッチングに対する耐性を向
上することができ、かつ塩素系ガスに対してエッチング
特性を保持又は向上した材料となる。タンタル又は珪素
へのハフニウムの添加量は、２原子％以上とすること
が、フッ素系ドライエッチングガスへの耐性を得るとい
う観点から好ましい。

【００２０】尚、下層がフッ素系ガスに対する耐性を有
することによって、上層をフッ素系ガスを用いてドライ
エッチング加工を進めていき下層表面が露出しても下層
の膜減りが遅いため、パターン疎密差等で生ずるエッチ
ング分布から生じる上層の残膜の除去を考慮した十分な
上層のオーバーエッチング時間を設定することができ
る。その結果、マスクパターンに忠実なパターン形成が
可能となり、寸法精度の向上が見込める。下層の上層に
対するフッ素系ドライエッチングガスに対するエッチン
グ選択比は、０．５以下であることが好ましく、さらに
は０．３以下であることが好ましい。また、下層が塩素
系ガスを用いたドライエッチングを用いてエッチング可
能な（塩素系ガスに対してある程度のエッチングレート
を有するような）材料であることによって、下層を例え
ば塩素系ガスを用いてドライエッチング加工を進めてい
き透明基板表面が露出しても透明基板表層の掘り込みが
殆どない。したがって、基板表層の掘り込みによる位相
差変動及びエッチングばらつきによる面内位相差ばらつ
きを回避でき、高い位相差制御性を得ることができる。
これは位相シフトマスクの基板として多く用いられる石
英基板は下層材料に比べて下層除去のドライエッチング
に対してエッチングレートが小さいためである。下層は
透明基板に対して塩素系ドライエッチングガスに対する
エッチング選択比は３以上であることが好ましく、さら
には５以上であることが好ましい。

【００２１】ここで、フッ素系ガスとしては、例えばＣ
xＦy（例えば、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈）、ＣＨＦ₃、Ｓ
Ｆ₆これらの混合ガス又はこれらに添加ガスとしてＯ₂、
希ガス（Ｈｅ，Ａｒ，Ｘｅ）を含むもの等が挙げられ
る。塩素系ガスとしては、Ｃｌ ₂、ＢＣｌ₃、ＨＣｌ、こ
れらの混合ガス又はこれらに添加ガスとして希ガス（Ｈ
ｅ，Ａｒ，Ｘｅ）を含むもの等が挙げられる。尚、フッ
素とフッ素以外のガスを同時に含むガスを用いることも
できるがその場合は、プラズマ中の活性種における励起
種の割合が多い方を優位とし、フッ素励起種が多い場合
はフッ素系ガスと規定し、塩素励起種が多い場合は塩素
系ガスと規定する。また、単体ガス組成においてフッ素
とそれ以外のハロゲン元素を含む場合（例えばＣｌＦ₃
等）については、フッ素系ガスとする。

【００２２】また、本発明においては、下層に含まれる
ハフニウムの添加量は５０原子％以下とすることが好ま
しい。その理由は、タンタル又は珪素からなる光半透過
膜は、露光波長における透過率と検査波長における透過
率との差があまりないか、露光波長における透過率より
も検査波長における透過率の方が大きく、光学特性（露
光光と検査光の透過率及び／又は反射率）を設計する上
で適しているため、タンタル又は珪素を十分含ませるこ
とで、光学特性の設計が行い易いからである。本発明の
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
ーン型位相シフトマスクにおいては、ハーフトーン位相
シフター膜の成膜後に熱処理又はレーザアニールを施し
たものであってもよい。熱処理を行うことで、膜応力の
緩和、耐薬性及び照射耐性の向上、透過率の微調整等の
効果が得られる。熱処理温度は２００℃以上、好ましく
は３８０℃以上とすることが好ましい。

【００２３】また、本発明においては、ハーフトーン位
相シフター膜上にクロムを主成分とする遮光膜を形成す
ることができる。この遮光膜は、ハーフトーン位相シフ
ター膜のエッチングマスク層として用い、その後選択的
に除去することにより、ハーフトーン型位相シフトマス
ク上の所望の箇所又は領域に遮光部を形成することがで
きる。クロムを主成分とする遮光膜としては、クロム、
クロムの他に酸素、窒素、炭素、フッ素等を含有する一
層又は多層（連続的な組成傾斜のある膜を含む）構造の
膜が挙げられる。尚、表層部に酸素を含む反射防止膜
（露光波長における反射防止）を設けることが好まし
い。ハーフトーン型位相シフトマスクのハーフトーン位
相シフター膜上にクロムを主成分とする遮光膜を形成す
る場合は、転写領域の外周に遮光帯として形成された遮
光膜、アライメントマーク等のマークのコントラストを
増加させるためにマークの形成箇所に形成された遮光
膜、位相シフト効果を得た上でサイドローブ光を低減す
るために、光半透過部の境界近傍を除く領域に形成され
た遮光膜等を形成することができる。

【００２４】

【作用】本発明のハーフトーン位相シフトマスクブラン
クによれば、ハーフトーン位相シフター膜の上層の材料
にＳｉＯxＮy膜を用いて、下層の材料に、タンタル及び
ハフニウムとから実質的になる材料、又は珪素及びハフ
ニウムとから実質的になる材料を用いているので、上層
と下層それぞれの組成及び膜厚の制御を行うことによ
り、露光光に対する位相シフト量、透過率、及び反射
率、検査光に対する透過率、必要な場合に反射率につい
て所定の値に制御することが可能である。しかも、上層
及び下層を異なるターゲットを用いてスパッタリング成
膜を行うことができることから、再現性も良好である。

【００２５】また、本発明のハーフトーン位相シフトマ
スクブランクによれば、ハーフトーン位相シフター膜を
上記のような材料としているので、ハーフトーン位相シ
フト膜の膜厚を薄くすることができ、かつハーフトーン
位相シフト膜のエッチング特性も良好であり、かつ下層
材料がハーフトーン位相シフト膜上の遮光Ｃｒ層と異な
る材料であるために遮光Ｃｒ層のエッチングにより下層
がダメージを受けることも防止できることから、ハーフ
トーン位相シフト膜の微細加工性に有利である。

【００２６】さらに、本発明のハーフトーン位相シフト
マスクブランクによれば、ハーフトーン位相シフター膜
を上記のような材料としているので、露光光源が短波長
化した場合、特に１４０ｎｍ〜２００ｎｍの露光波長領
域、具体的には、Ｆ₂エキシマレーザの波長である１５
７ｎｍ付近、及びＡｒＦエキシマレーザの波長である１
９３ｎｍ付近における高透過率品（透過率８〜３０％）
に対応可能なハーフトーン型位相シフトマスクを作製す
ることができる。また、本発明のハーフトーン型位相シ
フトマスクによれば、本発明のハーフトーン型位相シフ
トマスクブランクを素材として用いることによって、位
相シフトマスクとしての要求光学特性を満たし、検査が
可能で、高精度なパターンを有し、Ｆ₂エキシマレー
ザ、ＡｒＦエキシマレーザ等短波長の露光光源にも対応
できるため、高精度な転写パターンを転写することが可
能である。さらに、本発明のパターン転写方法によれ
ば、特にＦ₂エキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等
短波長の露光光源を用いるための位相シフトマスクとし
ての要求光学特性を満たし、高精度なパターンを有し、
確実な検査工程を経ることができた本発明のハーフトー
ン型位相シフトマスクを用いることによって、高精度な
転写パターンを転写することができる。

【００２７】

【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限定される
ものではない。実施例１〜３、６及び比較例１〜２は、
露光光にＦ₂エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）、検査
光に波長２５７ｎｍの光を用いることを前提に作製した
位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクであ
る。実施例４及び５は、露光光にＡｒＦエキシマレーザ
（波長１９３ｎｍ）、検査光に波長３６４ｎｍの光を用
いることを前提に作製した位相シフトマスクブランク及
び位相シフトマスクである。

【００２８】図１（１）は、上記実施例及び比較例によ
るハーフトーン型位相シフトマスクブランク、図１
（２）は、上記実施例及び比較例によるハーフトーン型
位相シフトマスクの断面を示す。図１（１）において、
ハーフトーン型位相シフトマスクブランク１は、透明基
板２とその上に、下層３及び下層の直上に形成された上
層４とからなるハーフトーン位相シフター膜５とにより
構成されている。図１（２）において、ハーフトーン型
位相シフトマスク１’は、透明基板２上に、下層部３’
及び下層部３’の直上に形成された上層部４’からなる
ハーフトーン位相シフター部５’とにより構成されてお
り、ハーフトーン位相シフター部が形成されている光半
透過部６とハーフトーン位相シフター部が形成されてい
ない光透過部７とからなるマスクパターン８が形成され
ている。ハーフトーン位相シフター膜５及びハーフトー
ン位相シフター膜５’は、露光光に対して所望の透過率
を有し、かつ位相シフト角が略１８０度とされている。
また、検査波長における透過率、又は透過率と反射率が
所望の範囲となるように設計されている。

【００２９】次に図２及び図３を参照しながら、本発明
の製造工程について説明する。まず合成石英からなる透
明基板２上に、表３に示した組成のターゲット（但し、
比較例１及び３については、それぞれタンタル及び珪素
単体）、及び希ガス（アルゴンガス）をスパッタリング
ガスとして用いて、ＤＣマグネトロンスパッタリング装
置を用いて下層３を成膜した。次に、Ｓｉをターゲット
とし、Ａｒ，Ｏ₂，Ｎ₂をスパッタガスとした反応性スパ
ッタリング法によりＳｉＯＮ膜を下層３の直上にＤＣマ
グネトロンスパッタリング装置を用いて上層４を成膜し
た（図２（１））。次に、上記で得られたハーフトーン
型位相シフトマスクブランクを４００℃で１時間の熱処
理を行った。

【００３０】次に、上記２層膜の上にクロムを主成分と
する遮光膜９、電子線描画レジスト１０を順に積層した
（図２（２））。そしてレジスト上に電子線によるパタ
ーン描画を行なった後、浸漬法による現像及びベークを
行うことで、レジストパターン１０’を形成した（図２
（３））。続いて、そのレジストパターンをマスクと
し、Ｃｌ₂＋Ｏ₂ガスでのドライエッチングにより、遮光
帯膜パターン９’形成を行った。さらに、ガスを変え
て、ハーフトーン位相シフター部のパターン形成を行っ
た。その際、上層４のエッチングにはＳＦ₆＋Ｈｅ、下
層３のエッチングにはＣｌ₂ガスを用いた（図２
（４））。但し、比較例３については、下層もＳＦ₆＋
Ｈｅでエッチングされてしまったため、Ｃｌ₂ガスを用
いたエッチングは行わなかった。次に、形成されたパタ
ーン上のレジストを剥離し（図３（１））、再度全面に
レジスト１１を塗布（図３（２））した後、レーザ描画
・現像プロセスを経て、レジストパターン１１’を形成
した（図３（３））。そして、ウエットエッチングによ
り、転写領域Ｉを除く非転写領域に遮光帯１２を形成し
た。次いで、レジストパターンを剥離して、ハーフトー
ン型位相シフトマスクを得た（図３（４））。尚、透明
基板材料、上層の組成、膜厚、露光光及び検査光の光学
特性、エッチング特性等については、表１〜表４に示す
通りである。尚、下層の組成については、ターゲットの
組成と実質的に同じである。

【００３１】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【００３２】図４及び図５は、それぞれ実施例１及び実
施例２の波長に対する透過率曲線及び反射率曲線を示す
ものである。実施例１、２においては、露光光（Ｆ₂エ
キシマレーザ）に対する透過率としてそれぞれ標準品
（６％）付近、及び高透過率品（９％付近）を実現した
ものであり、かつ露光光の反射率が低く、要求範囲（２
０％以下）を満たすものであった。また、検査光の透過
率も要求値の上限よりも低く（４０％以下）、十分検査
に対応できるものであった。

【００３３】また、実施例３においては、露光光（Ｆ₂
エキシマレーザ）に対する高透過率（１５％付近）を実
現したものであり、かつ露光波長の反射率が低く、要求
範囲（２０％以下）を満たすものであった。また、検査
波長の透過率についてはやや高かったが、透過光と反射
光を用いた検査を行うための要求値（透過率６０％以
下、反射率が１０％以上）を満足するため、透過光と反
射光を用いた検査には、十分検査に対応できるものであ
った。

【００３４】また、実施例４においては、露光光（Ａｒ
Ｆエキシマレーザ）に対する高透過率（１５％付近）を
実現したものであり、かつ露光波長の反射率が低く、要
求範囲（２０％以下）を満たすものであった。また、検
査光の透過率も要求値の上限よりも低く（４０％以
下）、十分検査に対応できるものであった。また、実施
例５及び実施例６は、下層の材料を、上記実施例１〜４
のＴａＨｆではなく、ＨｆＳｉとしたものであり、実施
例５は、露光光（ＡｒＦエキシマレーザ）に対する高透
過率（１５％付近）、実施例６は、露光光（Ｆ₂エキシ
マレーザ）に対する高透過率品（１１％付近）を実現
し、かつ露光波長の反射率が低く、要求範囲（３０％以
下）を満たすものであった。また、検査光の透過率も要
求値の上限よりも低く（４０％以下）、十分検査に対応
できるものであった。

【００３５】また、上記実施例１〜６の何れの実施例に
おいても、下層は上層に対してＳＦ ₆＋Ｈｅドライエッ
チングガスに対するエッチング選択比は小さく、上層の
エッチングに対し下層が十分な耐性を有し、かつ下層は
透明基板に対してＣｌ₂ドライエッチングガスに対する
エッチング選択比が大きいことから、下層の除去の際に
透明基板へのダメージが少なくて済むので、極めて良好
な断面形状でかつ透明基板のオーバーエッチングによる
光学特性の変化が極力抑えられたハーフトーン型位相シ
フトマスクを形成することができた。

【００３６】尚、比較例１及び比較例３は、それぞれ、
下層材料としてハフニウムを含まない、タンタル単体及
び珪素単体とした場合の例である。これらの比較例では
下層は上層に対してＳＦ₆＋Ｈｅドライエッチングガス
に対するエッチング選択比が大きく、上層をフッ素系ガ
スを用いてドライエッチング加工を進めていき下層表面
が露出しても下層の膜減りが速く、パターン疎密差等で
生ずるエッチング分布から生じる上層の残膜の除去を考
慮した十分なオーバーエッチング時間の設定が困難であ
る。即ち、十分なオーバーエッチングを行わない場合
は、良好な断面形状のパターンを形成することができ
ず、十分なオーバーエッチングを行った場合は、下層も
エッチングされた上に透明基板も掘り込まれて光学特性
が変化してしまう。比較例１においては、上層の十分な
オーバーエッチングを行わなかった結果、良好な断面形
状のパターンが得られなかった。比較例３においては、
下層の上層に対するＳＦ₆＋Ｈｅドライエッチングガス
に対するエッチング選択比が非常に大きく、上層の十分
なオーバーエッチングを行った結果、透明基板も掘り込
まれてしまい、位相シフト量が変化してしまった。ま
た、比較例２は、Ｃｌ₂ドライエッチングガスに対する
エッチング選択比が小さいことから、下層除去の際の基
板へのダメージが大きく、光学特性が変化してしまっ
た。

【００３７】ハーフトーン型位相シフトマスクのハーフ
トーン位相シフター部上に遮光膜を形成した他の例とし
ては、図６に示すように、光半透過部６光透過部７との
境界近傍を除く所望の領域に遮光層１３形成したものが
ある。このように遮光膜１３を形成することによって、
位相シフト効果を得た上でサイドローブ光を低減するこ
とができる。ハーフトーン位相シフター部の透過率が高
い場合にサイドローブ光の影響が懸念されるため、この
構造は、特に高透過率品（ハーフトーン位相シフター部
の透過率が８〜３０％）の場合に有効である。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、次の〜の全てを満
足するようなハーフトーン型位相シフトマスクブランク
及びハーフトーン型位相シフトマスクを得ることができ
る。露光光と検査光の透過率及び／又は反射率の制御が可
能である。ハーフトーン位相シフター部を形成するためのエッチ
ングの際の微細加工性に優れる。露光光源が短波長化した場合、特に１４０ｎｍ〜２０
０ｎｍの露光波長領域、具体的には、Ｆ₂エキシマレー
ザの波長である１５７ｎｍ付近、及びＡｒＦエキシマレ
ーザの波長である１９３ｎｍ付近における高透過率品
（透過率８〜３０％）で使用可能である。その結果、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを
用いることにより、高精度な転写パターンを転写するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る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型位相シフトマスク
の断面図である。

【図２】本発明の実施例に係る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型ハーフトーン型位
相シフトマスクの製造工程図である。

【図３】本発明の実施例に係る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型ハーフトーン型位
相シフトマスクの製造工程図（続き）である。

【図４】本発明の実施例１に係るハーフトーン型位相シ
フトマスクブランクの光学特性のスペクトル図である。

【図５】本発明の実施例２に係るハーフトーン型位相シ
フトマスクブランクの光学特性のスペクトル図である。

【図６】本発明の実施例に係る変形例を示す図である。

【符号の説明】

１ハーフトーン型位相シフトマスクブランク１’ ハーフトーン型位相シフトマスク２透明基板３下層４上層５ハーフトーン位相シフター膜６光半透過部７光透過部９遮光膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大久保亮東京都新宿区中落合２丁目７番５号ホーヤ株式会社内 (72)発明者三ッ井英明東京都新宿区中落合２丁目７番５号ホーヤ株式会社内Ｆターム(参考） 2H095 BA01 BB03 BB16 BB31 BC05 BC24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、露光光を透過させる光透
過部と、露光光の一部を透過させると同時に透過した光
の位相を所定量シフトさせるハーフトーン位相シフター
部を有し、前記光透過部とハーフトーン位相シフター部
の境界部近傍にて各々を透過した光が互いに打ち消し合
うように光学特性を設計することで、被露光体表面に転
写される露光パターン境界部のコントラストを良好に保
持、改善できるようにしたハーフトーン型位相シフトマ
スクを製造するために用いるハーフトーン型位相シフト
マスクブランクであり、透明基板上に前記ハーフトーン
位相シフター部を形成するためのハーフトーン位相シフ
ター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブラン
クにおいて、前記ハーフトーン位相シフター膜が、珪素、酸素、及び
窒素とから実質的になる材料からなる上層と、タンタル
及びハフニウムとから実質的になる材料からなる下層と
からなることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマ
スクブランク。
【請求項２】透明基板上に、露光光を透過させる光透
過部と、露光光の一部を透過させると同時に透過した光
の位相を所定量シフトさせるハーフトーン位相シフター
部を有し、前記光透過部とハーフトーン位相シフター部
の境界部近傍にて各々を透過した光が互いに打ち消し合
うように光学特性を設計することで、被露光体表面に転
写される露光パターン境界部のコントラストを良好に保
持、改善できるようにしたハーフトーン型位相シフトマ
スクを製造するために用いるハーフトーン型位相シフト
マスクブランクであり、透明基板上に前記ハーフトーン
位相シフター部を形成するためのハーフトーン位相シフ
ター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブラン
クにおいて、前記ハーフトーン位相シフター膜が、珪素、酸素、及び
窒素とから実質的になる材料からなる上層と、珪素及び
ハフニウムとから実質的になる材料からなる下層とから
なることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク
ブランク。
【請求項３】下層におけるハフニウムの含有量は、２
〜５０原子％以上であることを特徴とする請求項１又は
２に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
【請求項４】前記珪素、酸素、及び窒素とから実質的
になる材料からなる上層は各々原子百分率において珪素
を３５〜４５％、酸素を１〜６０％、窒素を５〜６０％
含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のハ
ーフトーン型位相シフトマスクブランク。
【請求項５】ハーフトーン位相シフター膜上にクロム
を主成分とする遮光膜が形成されていることを特徴とす
る請求項１〜４の何れかに記載のハーフトーン型位相シ
フトマスクブランク。
【請求項６】請求項１〜５の何れかに記載のハーフト
ーン型位相シフトマスクブランクにおけるハーフトーン
位相シフター膜にエッチング加工を施すことにより、透
明基板上に光透過部と光半透過部からなるマスクパター
ンが形成されたこと特徴とするハーフトーン型位相シフ
トマスク。
【請求項７】請求項６に記載のハーフトーン型位相シ
フトマスクを製造する方法において、前記上層をフッ素系ガスを用いたドライエッチングによ
りエッチングし、下層を塩素系ガスを用いたドライエッ
チングによりエッチングするハーフトーン位相シフター
膜エッチング加工工程を含むことを特徴とするハーフト
ーン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項８】請求項６に記載されたハーフトーン型位
相シフトマスクを用いて、パターン転写を行うことを特
徴とするパターン転写方法。