JP2004085760A

JP2004085760A - ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びそれを用いたハーフトーン型位相シフトマスク、並びにパターン転写法

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Publication number: JP2004085760A
Application number: JP2002244746A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Kanayama; 金山　浩一郎; Tadashi Matsuo; 松尾　正; Takashi Haraguchi; 原口　崇; Toshihiro Ii; 伊井　稔博; Tsukasa Yamazaki; 山嵜　司; Masahide Iwakata; 岩片　政秀; Mikio Takagi; 高木　幹夫
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-08-26
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】短波長領域における透過性を上げて、半透明層（ハーフトーン膜）の膜厚を減少させた、また、スパッタリング成膜における膜欠陥を低減させたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク、及びハーフトーン型位相シフトマスク、それを用いたパターン転写法を提供すること。
【解決手段】位相差調整層２及び透過率調整層３が設けられた２層構成のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの２層はいずれも金属シリサイドもしくはその化合物からなる薄膜であり、透過率調整層が金属とシリコン及び窒素を主成分とする薄膜であること。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセス中のフォトリソグラフィ工程で使用される露光転写用のフォトマスク及びこれを製造するためのフォトマスク用ブランクに係るものであり、特に、ハーフトーン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク、及びパターン転写法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ここ数年の半導体デバイスの急激な微細化に伴い、Ｓｉウエハ上にマスクパターンを転写するリソグラフィ技術も同時に急激な進歩を遂げてきた。縮小投影露光装置（ステッパー）は解像性を向上させるために、ｉ線（波長３６５ｎｍ）以降ではＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）といった遠紫外線領域、さらにはＦ２レーザー（波長１５７ｎｍ）の真空紫外線領域へと短波長化の一途を辿っている。
【０００３】
位相シフト法はリソグラフィ技術における解像度向上技術の１つであり、開発が盛んに行われている。原理的にはマスク上の隣接する領域に互いの透過光が１８０度となるように位相シフト部を設けることにより、透過光が回折し干渉し合う際に境界部の光強度を弱め、その結果として転写パターンの解像度を向上させるものである。これにより通常のフォトマスクに比べて飛躍的に優れた微細パターンの解像度向上効果および焦点深度向上の効果を持つ。
【０００４】
上記のような位相シフトマスクとして、レベンソン型やハーフトーン型などが公知となっている。特に、ハーフトーン型位相シフトマスク（以下ハーフトーンマスクと記す）は、半透明層に透過光の位相反転作用、およびパターン内部でレジストの感度以下での遮光性の役割を持たせる事により透過光強度のエッジ形状を急峻にして解像性や焦点深度特性を向上させ、マスクパターンを忠実にウエハ上に転写する効果を有したものであり、特に、孤立パターンの解像度向上に有効である。
【０００５】
ハーフトーンマスクには、位相差（位相反転作用）と透過率（遮光性）を与える半透明層が、一種類の薄膜材料で構成された単層型ハーフトーンマスクと、位相差と透過率を与える半透明層が二種類以上の薄膜材料から構成された多層型ハーフトーンマスクとがある。
多層型ハーフトーンマスクのうち最も簡単な構造は、位相シフト層（位相差調整層）と透過率調整層を別々に一種類ずつの薄膜材料で制御する２層型ハーフトーンマスクである。
【０００６】
ハーフトーンマスク（以下、マスク用ブランクを含む）の半透明層は、露光波長である紫外線の透過率が一般的には５％から１５％、同じく反射率は２５％以下、検査波長での透過率が４０％以下という分光学的条件を満足しなければならない。
【０００７】
この理由は、露光波長での反射率が高いと、投影転写を行う際にマスクとウェハーとの間の多重反射によって露光精度が低下してしまうからである。また、マスクの検査、寸法測定では主に３６５ｎｍ（ｉ線）の可視光や２５７ｎｍの紫外線が用いられるが、この検査波長に対する透過率が４０％を超えると、透過部（ガラス基板）と半透明層部のコントラストが低下し、検査、寸法測定が困難になるという問題が生じてしまうからである。
【０００８】
上記のような必要条件、すなわち波長の短い紫外線領域での透過性、および可視光域までの平坦な分光特性を実現するための方策として、ハーフトーンマスクのための半透明層の材料としては、ＭｏＳｉなどの金属シリサイドやＣｒＦなどの金属弗化物が提案され、ｉ線露光やＫｒＦ露光において使用されてきた。
【０００９】
また、ハーフトーンマスクに限らず、一般に、マスク用ブランクを製造する際の成膜方法としては、ガラス基板への付着力に優れたスパッタリング法が用いられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
今後のＡｒＦ露光、さらにはＦ２露光においても同様の分光特性を実現しようとすると、さらに短波長領域における透過性を上げる必要が出てくる。このため金属シリサイドによる半透明層（ハーフトーン膜）においては、Ｓｉ（シリコン）の組成比を大きくし、吸収の小さいＳｉＯ_２成分を大きくする方法が取られる。
しかしながら一方で、膜中に占めるＳｉＯ_２成分の割合が増すことによって、膜の屈折率は基板であるガラスの屈折率に近づく為、開口部とパターン部の間で得られる位相シフトの効果が小さくなる。すなわちＳｉＯ_２成分を増やした膜において、従来と同じ位相シフトの効果を得る為には膜厚を増大させる必要があり、微細パターン解像を目的としたマスク作製のプロセス上に不都合を招く。
【００１１】
更に、半透明層（ハーフトーン膜）におけるＳｉの組成比を大きくする為、より高いＳｉ組成比を有するターゲットを用いたスパッタリング成膜を行うと、Ｓｉは不導体であることから、ターゲットにおける電荷蓄積（チャージアップ）が起こりやすくなる。
これは、スパッタリング成膜におけるターゲット近傍での異常放電（アーク）を誘発することにつながる。この異常放電が一度発生すると、ターゲット材がクラスター状にスパッタされ膜中の膜欠陥を増加させる要因となる。
【００１２】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、短波長領域における透過性を上げ、半透明層（ハーフトーン膜）の膜厚を減少させた、また、スパッタリング成膜における膜欠陥を低減させたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク、及びそれを用いたハーフトーン型位相シフトマスク、並びにそれを用いたパターン転写法を提供することを課題とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス基板上に主として位相シフト効果を有する位相差調整層、及び主として透過率に関わる透過率調整層が設けられた２層構成のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、これら２層はいずれも金属シリサイドもしくはその化合物からなる薄膜であり、このうち前記透過率調整層が金属とシリコン及び窒素を主成分とする薄膜であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクである。
【００１４】
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記金属とシリコン及び窒素を主成分とする薄膜は、金属、シリコン、窒素の全原子数に対する窒素の原子数が３０％以上を占める薄膜であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクである。
【００１５】
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記金属とシリコン及び窒素を主成分とする薄膜の屈折率が、１．７以上であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクである。
【００１６】
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを用いて作製したことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクである。
【００１７】
また、本発明は、上記発明によるハーフトーン型位相シフトマスクを用い、フォトリソグラフィ法による露光転写でパターン形成を行なうことを特徴とするパターン転写法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の２層構成のハーフトーンマスクの構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本発明のハーフトーンマスクは、ガラス基板１上に、位相差調整層マスクパターン２ａ、及び透過率調整層マスクパターン３ａが形成されたものである。この上下層の順序は逆であっても本発明の効果に変わりはないので上下層の順序は問わない。
【００１９】
図２は、本発明の２層構成のハーフトーンマスク用ブランクの構造を模式的に示す断面図である。図２に示すように、本発明のハーフトーンマスク用ブランクは、ガラス基板１上に、位相差調整層２、及び透過率調整層３が形成されたものであり、位相差調整層２と透過率調整層３とで半透明層（ハーフトーン膜）４を構成している。
【００２０】
本発明のハーフトーンマスク用ブランクは、本発明のハーフトーンマスクを作製するためのマスク用ブランクであり、レジスト塗布、電子線やレーザによる描画、ドライエッチングなどの工程を経て、図１に示すハーフトーンマスクとなる。上下層の順序が逆であってもよいのは図１に示すハーフトーンマスクと同様である。
尚、図２に示すハーフトーンマスク用ブランクにレジストを塗布した形態や、３色型のために位相差調整層の上に遮光膜を付けた形態もマスク用ブランクと称する場合もあるが、これらの形態も本発明のマスク用ブランクの概念に含むものとする。
【００２１】
一般に、薄膜の透過率（Ｔ）、反射率（Ｒ）は、均質な薄膜で、界面の荒れもないと仮定すれば、薄膜の光学定数（屈折率（ｎ）、消衰係数（ｋ））と膜厚（ｄ）、および透明基板の屈折率（ｎｓ）により定まる。
さらに、ハーフトーンマスクでは位相差が重要なものであるが、位相差（ＰＳ）（度）は次の一次式（数式（１））で近似することができる。
ＰＳ＝３６０×（ｎ−１）×（ｄ／λ）　・・・・・・（１）
（λ：波長）
【００２２】
数式（１）から分かるように、ハーフトーンマスクで望ましい位相差１８０度を得る際に、膜厚（ｄ）をなるべく小さくするためには、屈折率（ｎ）の大きい薄膜材料を使うことが望ましい。
さらに、消衰係数（ｋ）は主として透過率を左右するものであり、薄膜による光の吸収係数μとは次式（数式（２））の関係がある。
μ＝４πｋ／λ　　　　　　　・・・・・・・・・・・（２）
【００２３】
図３は、波長１９３ｎｍにおける各種材料の光学定数をプロットしたものである。実線はそれぞれ単層膜で位相差１８０度を持つとき、透過率５％および１５％となるための屈折率（ｎ）、消衰係数（ｋ）条件を結んだ線である。従って、両実線内にある材料は単層型ハーフトーンマスクの薄膜材料となることができる。しかし、単体金属の消衰係数は比較的安定して大きい為、単体金属にてこの範囲に入る薄膜を形成することは難しい。
このため、酸化物、窒化物とし、消衰係数（ｋ）が小さく（おおよそｋ＝０．５前後）なるように酸素および窒素の含有量を最適化するが、一般に単層型ハーフトーンマスクは検査波長での透過率が高くなりやすい。また、単層で透過率と位相差をあわせなければならない。
【００２４】
そこで、従来は２層型ハーフトーンマスクが使われ、ＭｏＳｉなどの金属シリサイドを主体とした薄膜の酸化物や、ＣｒＦなどの金属弗化物が位相シフト層（位相差調整層）として利用されてきた。しかし、弗化物は照射耐性、その他の化学的安定性が充分ではない。他方、金属シリサイドの酸化物薄膜は一般にＳｉＯ_２の成分が含まれる分だけ消衰係数を小さくすることが出来る。
しかし、これら金属シリサイドを主体とした酸化物薄膜においてＳｉの組成比を大きくすると、ＳｉＯ_２成分の形成が助長されることにより消衰係数が小さくなるが、その一方でＳｉＯ_２成分の屈折率は小さいので、同時に薄膜の屈折率低下も伴う。この場合、所望の位相シフト量を得る為の薄膜の膜厚が従来膜に比べて増大することにつながる。
この膜厚の増大は、スパッタリング法にて行われる成膜において薄膜作製時間の増加、位相差面内均一性の低下、その後のドライエッチング等によるパターン形成時におけるプロセス制御性、安定性の問題といった点において支障となる。
【００２５】
更に、金属シリサイドの酸化物薄膜において、Ｓｉ組成比を高める場合の不具合となる点は、この薄膜をスパッタリング成膜にて作製する際、成膜後の薄膜中における膜欠陥の発生頻度が高まるということである。
すなわち、より高いＳｉ組成比を有する金属シリサイド系のターゲット、もしくはピュアＳｉターゲットを併用したスパッタリングを行う必要があるが、Ｓｉは不導体であることから、ターゲットにおける電荷蓄積（チャージアップ）が起こりやすくなる。
これは、スパッタリング成膜におけるターゲット近傍での異常放電（アーク）を誘発することにつながる。この異常放電が一度発生すると、ターゲット材がクラスター状にスパッタされ薄膜中の膜欠陥を増加させる要因となる。
【００２６】
そこで本発明は、２層構成のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの透過率のみの調整層として、金属シリサイドの窒化物薄膜を採用した透過率調整層を設けたものである。図３にみられるように、ＳｉＮ成分の屈折率が大きい為、これにより数式（１）より半透明層（ハーフトーン膜）の膜厚を低減することができる。同時に、透過率調整層を窒化物薄膜とすることで、スパッタリング成膜後における薄膜中の膜欠陥に対する抑制効果があることも判明した。
【００２７】
表１は、Ｓｉ組成比８０％のＺｒＳｉ合金ターゲットをカソードとして、Ａｒ／Ｎ_２混合ガスを成膜雰囲気としたスパッタリングにて、総流量に対するＮ_２ガス流量を変化させることで作製した薄膜中の膜欠陥数の変化を、Ｎ_２ガス流量０ｓｃｃｍ（つまりＡｒガスのみの雰囲気）にて作製した薄膜の膜欠陥数に対する比率で示したものである。
表１にみられるように、成膜雰囲気に占めるＮ_２ガス流量を増やすと膜欠陥は減少し、Ａｒのみによる成膜欠陥に比し、Ｎ_２ガスを総流量に対して５０％添加することで膜欠陥数を半分以下まで低減できる。
尚、ＳｉＮ成分の消衰係数は比較的大きい為、透明性が求められる位相シフト層に対して、この金属シリサイドの窒化物薄膜を単層ハーフトーン用または位相差調整層用に適用することは難しい。
【００２８】
【表１】

【００２９】
次に、本発明の透過率調整層の屈折率について詳細に述べる。前述の通り、半透明層（ハーフトーン膜）４の膜厚Ｄは，従来に比べ増大させないようにする必要がある。これは、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）に対し、図２に示す構成と同じ構成における従来の位相シフト層２’と本発明の透過率調整層３との和を従来の膜厚１００ｎｍ〜１３０ｎｍ以下にすることである。
【００３０】
本発明の透過率調整層３には窒化膜を利用するが、これは従来の透過率調整層に比べ屈折率が大きい。この為、従来膜と同じ膜厚でも本発明の透過率調整層の有する位相差分は増大することになる。
一方、より透明性が求められる位相差調整層２においては、前述した理由により、屈折率は低下する傾向にあるので、従来の位相シフト層２’の膜厚ではその保有する位相差分は減少することになる。この位相差の減少分を補填するには、位相差調整層２の膜厚を増大させる必要があり、これは位相差調整層２と透過率調整層３からなる半透明層（ハーフトーン膜）４の膜厚Ｄの増大につながる。
【００３１】
これを避ける為、本発明の２層構成の半透明層（ハーフトーン膜）４においては、位相差の減少分を位相差調整層２自体の膜厚で補填するのではなく、屈折率を高めた窒化膜の透過率調整層３を採用することにより、この透過率調整層にて位相差の減少分を補填する。これにより半透明層（ハーフトーン膜）４における膜厚の増大を招くことなく、所望の位相差（１８０°）を得ることが出来る。
【００３２】
またこの場合、透過率調整層３に求められる屈折率であるが、まず数式（１）より単層ハーフトーンにて１．７〜２．０程度の屈折率を有する膜を採用すれば、従来の半透明層（ハーフトーン膜）の膜厚の１００ｎｍ〜１３０ｎｍ程度にて所望の位相差が得られる。
従って、位相差調整層２と透過率調整層３からなる、本発明の２層構成の半透明層（ハーフトーン膜）を、従来の半透明層（ハーフトーン膜）と同等の膜厚で形成するには、各々の層における屈折率の平均値が１．７以上であることが必要となることから、透過率調整層３は屈折率１．７以上の膜であることが好ましい。但し、位相差調整層２と透過率調整層３の屈折率の平均が１．７以上であれば良いから、位相差調整層２に屈折率が１．７より十分大きな膜を採用すればこの限りではない。　しかし、今後の動向として位相差調整層２においては一層の透明化の要求から、屈折率の低下が予想される。この為、透過率調整層３を形成する薄膜としては少なくとも１．７程度の屈折率を有するものが適当である。
【００３３】
また、Ｎ_２ガス比２５％のＡｒ／Ｎ_２混合ガス雰囲気において、Ｓｉ組成比８０％のＺｒＳｉ系合金ターゲットをカソードとしたスパッタリングにより作製した薄膜の組成分析を行った結果、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｎの全原子数に対するＮの原子数は３０．２％であった。
一方、これとは別に波長１９３ｎｍにおける光学定数（屈折率（ｎ）、消衰係数（ｋ））をＲＴ法により求めたところ、屈折率（ｎ）は１．８７であり、半透明層（ハーフトーン膜）の膜厚に対する制限から要求される屈折率の下限値１．７よりわずかに大きい値を有する膜であった。一般に、膜の窒化度が進むとＳｉＮ成分の形成促進に起因した屈折率（ｎ）の増大を生じることから、窒化物の金属シリサイド薄膜をＺｒにて形成する場合、その膜中に占めるＮの原子数の比が少なくとも３０％程度であることが要求される。
【００３４】
更に、図４（ａ）は、フッ素系のガスによるドライエッチングにてパターン形成を行う場合、各種被エッチング薄膜中におけるＳｉ組成比に対してエッチングレートが変化していく様子を示すものである。
Ｓｉ組成比の異なるＺｒＳｉ系合金ターゲットをカソードとし、Ａｒ／Ｎ_２もしくはＡｒ／Ｎ_２ＯもしくはＡｒ／Ｏ_２各々の混合ガスによる、反応性スパッタリング成膜を行い、組成比の変化したＺｒ_ａＳｉ_ｂＯ_ｃＮ_ｄ薄膜を成膜した。これら薄膜のフッ素系ガスに対するエッチングレートは、図４（ａ）にみられるように、金属シリサイドの窒化物薄膜では特に、この薄膜中のＳｉ組成比を大きくした場合に酸化膜よりエッチングレートが向上する。
【００３５】
更に、図４（ｂ）は、塩素系ガスによるＺｒＳｉ系窒化物薄膜のエッチング特性を示すものである。
このようにＢＣｌ_３とＣｌ_２を適量混合することによりガラス基板（ＱＺ）に対する選択比が向上する。図４（ａ）、（ｂ）にみられるように、金属の種類や目的に応じ、金属とＳｉの組成比、透過率調整層と位相差調整層の上下の成膜順序、ドライエッチングガスを適宜選択することにより位相差調整層との選択比及びガラス基板との選択比を確保することができ、パターン精度、位相差精度の高いハーフトーンマスクを作製することができる。
尚、金属シリサイド薄膜を構成する金属としては、上記したＺｒの他、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒなどが挙げられ、これら金属を単独に用いても、組み合わせて用いても良い。
【００３６】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により詳細に説明する。
＜実施例１＞
ここでは、本発明のハーフトーンマスクのうち透過率調整層の主要元素がＺｒ、Ｓｉ、Ｎであるハーフトーン膜を用いて、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）露光用の２層構成のハーフトーンマスクを作製した実施例について説明する。
【００３７】
初めに、Ｓｉ組成比８０％のＺｒＳｉ合金ターゲットをカソードとし、ＡｒにＮ_２を加えた、反応性スパッタリング成膜実験を行い、組成比の変化したＺｒ_ｘＳｉ_ｙＮ_ｚ膜を数種類成膜した。組成比はＡｒ／Ｎ_２流量比により変化させた。
ターゲット　：ＺｒＳｉ　合金ターゲット（Ｓｉ組成比８０％）
成膜雰囲気　：Ａｒ＋Ｎ_２＝４０［ＳＣＣＭ］（反応性スパッタリング）
Ｎ_２＝１，３，５，７，１０，２０［ＳＣＣＭ］
（Ｎ_２／（Ａｒ＋Ｎ_２）^＊１００＝２．５％〜５０．０％）
成膜圧力　　：０．２５［Ｐａ］
印加電力　　：ＤＣ３００［Ｗ］
ターゲット−基板間距離　　：２００［ｍｍ］
【００３８】
上記のように作製した膜の波長１９３ｎｍにおける光学定数（屈折率（ｎ）、消衰係数（ｋ））をＲＴ法により求めた。その結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】

【００４０】
表２にみられるように、消衰係数（ｋ）はＮ_２流量１０［ＳＣＣＭ］の膜まで１より大きく、Ｎ_２流量２０［ＳＣＣＭ］の膜にて初めて１より小さくなる。このように窒化膜は、概ね安定した消衰係数（ｋ）の値を有する膜であることから、遮光性の透過率調整層として適用しやすい。
一方、屈折率（ｎ）はＮ_２ガス流量（膜の窒素組成比）の増大とともに大きくなり、Ｎ_２ガス流量１０［ＳＣＣＭ］の膜にて１．７以上の値となる。すなわち、Ａｒに対してＮ_２ガスを流量比２５％以上混合したスパッタリング条件にて、本発明の要求を満たすｎ≧１．７である膜を得ることができる。
この予備実験を受けて、今回はＮ_２ガス比２５％のＡｒ／Ｎ_２混合ガスより窒化を進めたＮ_２ガス比６６％のＡｒ／Ｎ_２混合ガスを透過率調整層のスパッタリングによる成膜ガス条件とした。Ｎ_２ガス比６６％のＡｒ／Ｎ_２混合ガスを用いて作製した膜における光学定数は、屈折率（ｎ）＝２．３３、消衰係数（ｋ）＝０．６８である。
【００４１】
また、上記Ｎ_２ガス比６６％のＡｒ／Ｎ_２混合ガスを用いたスパッタリングにより作製した膜のＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）による組成分析を実施した。その結果、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｎの全原子数に対するＮの原子数は４０．２％であり、本発明の要求を満たしていた。
【００４２】
次に、位相差調整層に適用される膜の組成を決める為、やはりまず予備実験を行った。位相差調整層においては透明性が求められる為、この際のスパッタリングにはＯ_２ガスを用いたＯ_２／Ｎ_２混合ガスを使用し酸化窒化膜とすることにした。ここで行った予備実験におけるガス条件は、Ｏ_２／Ｎ_２＝２／２０、４／２０［ＳＣＣＭ］の２種類である。
【００４３】
この２種類の膜における光学定数を調べたところ、Ｏ_２／Ｎ_２＝２／２０［ＳＣＣＭ］の膜の場合、屈折率（ｎ）＝１．５０、消衰係数（ｋ）＝０．０５２、また、Ｏ_２／Ｎ_２＝４／２０［ＳＣＣＭ］の膜では、屈折率（ｎ）＝１．７７、消衰係数（ｋ）＝０．０３３であった。これ以上、酸素の流量を増やすと、ＳｉＯ_２が増加することによる屈折率（ｎ）の低下がみられた。この結果を受けて、屈折率（ｎ）はより大きいこと、消衰係数（ｋ）はより小さいことが好ましいことから、Ｏ_２／Ｎ_２＝４／２０［ＳＣＣＭ］の膜を位相差調整層に適用することとした。
【００４４】
上述のように、比較的遮光性の透過率調整層の成膜には、Ｎ_２ガス比６６％のＡｒ／Ｎ_２混合ガスを用い、比較的透明性の位相差調整層においては、Ｏ_２／Ｎ_２＝４／２０［ＳＣＣＭ］の膜を選定した。
まず、透明な合成石英基板１上に透過率調整層３を、その後位相差調整層２を各々２４．１６ｎｍ、５９．２１ｎｍの膜厚にてそれぞれ成膜して本発明の２層構成のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを得た。
さらに、このブランク上に電子線レジストを塗布し、ベーキングを行った。然る後に、通常の電子線描画を行い、現像してレジストパターンを作製した。その後、このレジストパターンをマスクにしたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行うが、まずフッ素系ガスによる位相差調整層のエッチングを、次いで塩素系ガスによる透過率調整層のエッチングを行い、それぞれ位相差調整層パターン２ａ、及び透過率調整層パターン３ａを得た。最後にレジストを剥離して、本発明のハーフトーンマスクが完成した。
【００４５】
このように作製した２層構成のハーフトーンマスクの透過率は波長１９３ｎｍにて６．２％、位相差は１７９°であり、波長２４８ｎｍでは透過率２４．０％であった。また、実施例１の透過率調整層及び位相差調整層の２層からなる半透明層（ハーフトーン膜）の膜厚は８３．４ｎｍであった。
【００４６】
＜比較例１＞
ここで、透過率調整層を先の実施例１にて示したＮ_２ガス比６６％のＡｒ／Ｎ_２混合ガス使用膜ではなく、Ａｒガスのみの使用によるスパッタリングにて成膜を行った場合の２層からなる半透明層（ハーフトーン膜）の膜厚、及びそのときの膜欠陥数を比較例１として挙げる。但し、位相差調整層に関しては先の実施例１にて適用された組成の膜をここでも採用した。
この場合、波長１９３ｎｍにて透過率６％を有する２層からなる半透明層（ハーフトーン膜）の膜厚は１６１．３ｎｍとなり、実施例１と比べると、その膜厚はほぼ倍である。更にまた膜欠陥数についても調べたところ、実施例１と比べるとその数はほぼ３倍であった。
この様に、本発明によれば２層からなる半透明層（ハーフトーン膜）の膜厚が従来組成膜のほぼ半分まで低減され、成膜時の膜厚面内均一性や制御性、ドライエッチングにより形成されるパターン精度向上、及びプロセス時間短縮等に有効であるとともに、ハーフトーン薄膜中の膜欠陥も低減される。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の２層構成のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク、及びそれを用いたハーフトーン型位相シフトマスクでは、主に位相シフト効果を有する比較的透明性の位相差調整層と、主に透過率制御に関わる比較的遮光性の透過率調整層を有し、このうち透過率を制御する性質をもつ遮光性の透過率調整層を窒化物の金属シリサイドとし、所定の窒素含有量及び屈折率をもつことによりハーフトーン膜厚の低減が可能となる結果、成膜時の膜厚面内均一性や制御性、ドライエッチングにより形成されるパターン精度向上、及びプロセス時間短縮等に有効であるとともに、ハーフトーン薄膜中の膜欠陥も低減されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２層構成のハーフトーンマスクの構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の２層構成のハーフトーンマスク用ブランクの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】波長１９３ｎｍにおける各種材料の光学定数をプロットした説明図である。
【図４】（ａ）は、フッ素系のガスによるエッチングレートの説明図である。（ｂ）は、塩素系ガスによるＺｒＳｉ系窒化物薄膜のエッチング特性の説明図
【符号の説明】
１…ガラス基板
２…位相差調整層
２’…従来の位相シフト層
３…透過率調整層
２ａ…位相差調整層パターン
３ａ…透過率調整層パターン
４…半透明層（ハーフトーン膜）

Claims

ガラス基板上に主として位相シフト効果を有する位相差調整層、及び主として透過率に関わる透過率調整層が設けられた２層構成のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、これら２層はいずれも金属シリサイドもしくはその化合物からなる薄膜であり、このうち前記透過率調整層が金属とシリコン及び窒素を主成分とする薄膜であることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク。
前記金属とシリコン及び窒素を主成分とする薄膜は、金属、シリコン、窒素の全原子数に対する窒素の原子数が３０％以上を占める薄膜であることを特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク。
前記金属とシリコン及び窒素を主成分とする薄膜の屈折率が、１．７以上であることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを用いて作製したことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。
請求項４に記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用い、フォトリソグラフィ法による露光転写でパターン形成を行なうことを特徴とするパターン転写法。