JP3229446B2

JP3229446B2 - ハーフトーン位相シフトフォトマスク及びハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブランクス

Info

Publication number: JP3229446B2
Application number: JP17304293A
Authority: JP
Inventors: 橋本圭司; 藤川潤二; 弘毛利; 高橋正泰; 宮下裕之; 飯村幸夫
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-07-13
Filing date: 1993-07-13
Publication date: 2001-11-19
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JPH0728224A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の
高密度集積回路の製造に用いられるフォトマスク及びそ
のフォトマスクを製造するためのフォトマスクブランク
に関し、特に、微細寸法の投影像が得られるハーフトー
ン位相シフオフォトマスク及びこの位相シフオフォトマ
スクを製造するためのハーフトーン位相シフトフォトマ
スク用ブランクスに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体集積
回路は、フォトマスクを使用したいわゆるリソグラフィ
ー工程を繰り返すことによって製造されるが、特に微細
寸法の形成には、例えば、特開昭５８−１７３７４４号
公報、特公昭６２−５９２９６号公報等に示されている
ような位相シフトフォトマスクの使用が検討されてい
る。位相シフトフォトマスクには様々な構成のものが提
案されているが、その中でも、例えば米国特許第４，８
９０，３０９号等に示されるような、いわゆるハーフト
ーン位相シフトフォトマスクが早期実用化の観点から注
目を集め、特開平５−２２５９号公報、特開平５−１２
７３６１号公報等のように、製造工程数の減少による歩
留りの向上、コストの低減等が可能な構成、材料に関し
て、いくつかの提案がされてきている。

【０００３】ここで、ハーフトーン位相シフトフォトマ
スクを図面に従って簡単に説明する。図３はハーフトー
ン位相シフトリソグラフィーの原理を示す図、図４は従
来法を示す図である。図３（ａ）及び図４（ａ）はフォ
トマスクの断面図、図３（ｂ）及び図４（ｂ）はフォト
マスク上の光の振幅、図３（ｃ）及び図４（ｃ）はウエ
ーハー上の光の振幅、図３（ｄ）及び図４（ｄ）はウエ
ーハー上の光強度をそれぞれ示し、１０１及び２０１は
基板、２０２は１００％遮光膜、１０２は入射光の位相
を実質的に１８０度ずらし、かつ、透過率が１乃至５０
％である半透明膜、１０３及び２０３は入射光である。
従来法においては、図４（ａ）に示すように、石英ガラ
ス等からなる基板２０１上にクロム等からなる１００％
遮光膜２０２を形成し、所望のパターンの光透過部を形
成してあるだけであり、ウエーハー上での光強度分布は
図４（ｄ）に示すように裾広がりとなり、解像度が劣っ
てしまう。一方、ハーフトーン位相シフトリソグラフィ
ーでは、半透明膜１０２を透過した光とその開口部を透
過した光とでは位相が実質的に反転するので、図３
（ｄ）に示すように、ウエーハー上でパターン境界部で
の光強度が０になり、その裾広がりを抑えることがで
き、したがって、解像度を向上させることができる。

【０００４】ここで、注目すべき点は、ハーフトーン以
外のタイプの位相シフトリソグラフィーでは、遮光膜と
位相シフター膜とが異なるパターンであるため、最低２
回の製版工程を必要とするのに対し、ハーフトーン位相
シフトリソグラフィーでは、パターンが一つであるた
め、製版工程は本質的に１回だけでよいという点であ
り、これがハーフトーン位相シフトリソグラフィーの大
きな長所となっている。

【０００５】ところで、ハーフトーン位相シフトフォト
マスクの半透明膜１０２には、位相反転と透過率調整と
いう２つの機能が要求される。これを実現するための膜
構成としては、一つの層で両方の機能を担う単層膜と、
２つの機能を別々の層で担う多層膜とが考えられる。前
者の場合、製版工程は１回となり、上述のハーフトーン
位相シフトリソグラフィーの長所を活かせるが、後者の
場合、例えば、位相反転をする層としてスピン・オン・
グラス（ＳＯＧ）位相シフター層を、透過率調整をする
層としてクロム遮光層を使用した場合等から明らかなよ
うに、同一パターンを形成する場合においても、材質の
違いから、２回の製版工程を経なければならないため、
コストの上昇、歩留りの低下を招いていた。そこで、半
透明膜１０２としては、単層構造とするか、又は、多層
構造とする場合でも、製版工程を１回にできるような位
相シフター層材料、遮光層材料の組み合わせが必要であ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな条件を充たし、しかも、フォトマスクの作製プロセ
スの面から実質上問題なく可能な半透明膜の材料は知ら
れておらず、材料選定が非常に難しいという問題があっ
た。唯一、特開平５−１２７３６１号公報で提案されて
いる、クロム化合物を主体とする膜が上述の条件を充た
す可能性はあった。しかしながら、クロム化合物はその
組成によって光学特性が大きく変わり、実質上、ハーフ
トーン位相シフトフォトマスクの半透明膜として使用で
きない場合も多かった。

【０００７】本発明はこのような状況に鑑みてなされて
ものであり、その目的は、構造が簡単で、製版工程が短
縮でき、コストの低下、歩留りの向上が達成できるばか
りでなく、従来のクロムフォトマスクの製造ラインの大
部分がそのまま使用できるハーフトーン位相シフオフォ
トマスク及びこの位相シフトフォトマスクを製造するた
めのハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブランクス
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題に
鑑み、実用的で精度がよく、かつ、製造が容易なハーフ
トーン位相シフトフォトマスクを開発すべく研究の結
果、ある組成範囲のクロム化合物を主体とする膜を含む
構造とすることにより、位相反転と透過率調整とを共に
行うハーフトーン位相シフトフォトマスクの半透明膜
を、単層、もしくは、１回の製版工程でパターニングが
可能な多層膜にすることができることを見出し、かかる
知見に基づいて本発明を完成したものである。

【０００９】すなわち、本発明は、透明基板と、この上
に設けられる組成範囲を限定したクロム化合物を主体と
する層の単層膜、又は、この層を含む多層膜とにより構
成されたハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブラン
クスと、このブランクスの半透明膜をパターニングする
ことによって得られるハーフトーン位相シフトフォトマ
スクに関する。

【００１０】ハーフトーン位相シフトフォトマスクの半
透明膜として要求される特性として、すでに述べたよう
に、露光光の位相を反転する特性と、透過率を調整する
特性があるが、これらの特性は、半透明膜を構成する物
質（多層の場合は各層を構成する各物質）の複素屈折率
（屈折率と消衰係数）と膜厚とによって決定される。半
透明膜を、例えばＭ．Ｂｏｒｎ，Ｅ．Ｗｏｌｆ著「Ｐｒ
ｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆＯｐｔｉｃｓ」６２８〜６３
２頁に示される吸収膜として扱うと、多重干渉を無視で
きるので、垂直透過光の位相変化φは以下のように計算
される。

【００１１】ここで、φは基板上に（ｍ−２）層の多層膜が構成され
ているフォトマスクを垂直に透過する光が受ける位相変
化であり、χ^k,k+1はｋ番目の層と（ｋ＋１）番目の層
との界面で起きる位相変化、ｕ_k、ｄ_kはそれぞれｋ番
目の層を構成する材料の屈折率と膜厚、λは露光光の波
長である。ただし、ｋ＝１の層は基板、ｋ＝ｍの層は空
気とする。

【００１２】一般的に、ハーフトーン位相シフトフォト
マスクは、露光光に対して１乃至５０％透過率となるこ
とが必要であるが、上述の式（１）の計算によって求め
た膜厚で透明基板上に成膜した半透明膜がこの範囲の透
過率を示せば、そのまま単層ハーフトーン位相シフトフ
ォトマスク用として使用できる。また、透過率がこの許
容範囲よりも高い方に外れている場合（露光光をより多
く透過する場合）は、この半透明膜の他に透過率を調整
する金属クロム薄膜等からなる遮光層を設け、積層構造
とすることにより、上記の多層ハーフトーン位相シフト
フォトマスクの形態で、透過率を上記範囲内に収めるこ
とができる。

【００１３】本発明のクロム化合物を主体とする膜の特
長の一つは、上述の遮光層として例えば金属クロムを主
体とする膜を用いれば、後述の実施例に示すように、製
版１回だけで半透明膜をパターニングでき、工程数を減
らし、コストの低下、歩留りの向上を達成することがで
きる。もちろん、異なった組成のクロム化合物を主体と
する膜を２層以上積層することによって、透過率調整・
位相反転を行うこともでき、また、この際に、各層の組
成は必ずしも界面をもって不連続に変化をする必要はな
く、実質的に界面を持たずに連続的に組成変化をするよ
うにすることも可能である。ただし、この場合、位相変
化量は、上述の式（１）のシミュレーションから若干ず
れることになる。さらに、一つの層は必ずしも膜厚方向
に均一な材料である必要はなく、組成・構造等に分布が
あってもよい。また、クロム化合物を主体とする膜又は
そのような膜と金属クロムを主体とする膜とを２層以上
積層して半透明膜を構成する場合、それらの組成、組織
構造、成膜条件を相互に異ならせることによって、透過
率スペクトル分布を調整したり、エッチング加工性を向
上させることが可能となる。

【００１４】本発明のクロム化合物とは、酸化クロム、
酸化炭化クロム、酸化窒化クロム、酸化炭化窒化クロ
ム、及び、アルゴンを含むこれらの化合物であり、これ
らを主体とする膜は、その組成により光学特性が大きく
異なることが判り、また、組成を変えて成膜した膜の屈
折率と消衰係係数とを測定し、上述の通りの位相を反転
する膜厚での透過率を測定したところ、単層又は多層の
ハーフトーン位相シフトフォトマスクの半透明層として
良好に使用できる組成範囲があることが判った。以下
に、この組成範囲を決定するに当たっての根拠を具体的
に説明する。

【００１５】上記のクロム化合物を主体とする層は、真
空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法
等の常法の薄膜形成法によって透明基板上に成膜され
る。例えば、製造法の一例であるスパッタリング法の場
合、金属クロムターゲットの反応性スパッタリング法に
より成膜することが可能である。この際、ターゲット表
面、基板表面、あるいは、スパッター空間内での反応に
よって膜内に取り込まれ、クロム化合物を形成する元素
を供給し得る反応性ガスと、必要に応じて常用のスパッ
ターガスとを混合して、基板上にクロム化合物を形成す
る。無論、反応性ガス、スパッターガス共に複数ガスの
混合ガスとすることもできる。この方法は、通常のクロ
ムフォトマスクのブランクス作製に使用しているスパッ
ター装置がそのまま使用できる点が大きな利点となって
いる。ここで、ガスの種類、混合比を変えることによっ
て、様々な組成のクロム化合物を成膜することができ
る。

【００１６】このような成膜法では、一般的に、反応性
ガスとして、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気、
窒素酸化物、亜酸化窒素ガス等の酸素源となり得るガス
の中、１種又は２種以上の混合ガスと、必要に応じて、
アルゴン、窒素、ネオン、ヘリウム、キセノン等の常用
のスパッターガスの中、１種又は２種以上の混合ガスと
を用いる。そこで、一例として、酸素源として炭酸ガス
を、スパッターガスとして窒素ガスを用いて、よく洗浄
したシリコンウエーハー上に、炭酸ガス／窒素ガスの流
量比を変化させて成膜した膜の屈折率、消衰係数を市販
の分光エリプソメーターで測定し、露光波長を高圧水銀
灯ｉ線（３６５ｎｍ）、基板を合成石英として、露光光
の位相を１８０度ずらときの膜厚を計算し、フォトマス
ク用基板上にその膜厚だけ成膜した膜の透過率を求めた
結果を図５に示す。ここで、成膜装置は通常のプレーナ
ー型直流マグネトロンスパッタリング装置であり、成膜
条件は、ガス圧３．０ミリトール、ガス流量は炭酸ガス
と窒素ガスとを合わせて１００ｓｃｃｍ、スパッター電
流密度は０．０１アンペア／平方センチメートルであ
る。この図５から明らかなように、透過率との関連から
炭酸ガス流量の割合が数％より多い領域で成膜されたも
のがハーフトーン位相シフトフォトマスク用半透明膜と
して良好に使える。

【００１７】また、これらシリコンウエーハー上に成膜
した、炭酸ガス／窒素ガス比が０／１００、１０／９
０、２０／８０、７０／３０、１００／０の膜の、Ｘ線
光電子分光法（ＸＰＳ）によるクロム、酸素、炭素、窒
素原子の組成比と炭酸ガス／窒素ガス流量比との関係を
求めた結果を図６に示す。ここで、クロム原子を１００
としたときの酸素、炭素、窒素原子の存在数を示してあ
る。また、Ｘ線光電子分光法による組成分析は、後記の
条件で行っている。図６から判るように、炭酸ガス／窒
素ガス流量比と膜組成との間の関係には、図中の点ａで
示すように、明らかな変極点がある。すなわち、点ａよ
りも炭酸ガス流量比が小さい領域では、組成は流量比に
大きく依存し、炭酸ガス流量を０から２０％へと増すに
連れて、クロム量を１００としたときの酸素原子数は約
５０から約２００以上に、窒素原子数は１００以上から
２０以下に急激に変わっている。これら酸素原子と窒素
原子とは互いに相補う関係になっており、両者合計でク
ロム原子１００に対して常に２００〜３００程度になっ
ている。一方、炭素原子数は、総量としては余り大きな
変化は示さない。ここで、図５と図６とを比較すること
によって、クロム原子、酸素原子、窒素原子の組成範囲
が明らかになる。

【００１８】同様な成膜を、スパッターガスとして一般
的なアルゴンに代え、炭酸ガス／アルゴンガス系で行っ
た結果、上述の炭酸ガス／窒素ガス系と同様な結果が得
られた。したがって、クロム原子、酸素原子、アルゴン
原子についても、上記と同様の組成範囲がハーフトーン
位相シフトフォトマスクとして有効な範囲であることが
判った。

【００１９】次に、炭素原子の役割について調べるた
め、酸素源として炭酸ガスの代わりに酸素ガスを用いた
酸素ガス／アルゴンガス系で同様な成膜を行った。この
ときも、上述と同様の結果が得られたが、膜の耐薬品性
が炭酸ガス／窒素ガス系、及び、炭酸ガス／アルゴンガ
ス系での膜に比べて劣るという結果が得られた。例え
ば、フォトマスクの洗浄に使用される、８０°Ｃに熱し
た濃硫酸：濃硝酸＝１０：１（体積）の混酸に３０分間
浸漬した後の膜減り量を図７に示す。これより、炭酸ガ
スを用いて成膜した膜が、酸素ガスを用いて成膜した膜
に比べて、洗浄に用いる混酸に対する耐性が良いことが
判る。そして、この性質は、マスクプロセスの際に使用
される他の薬品（酸、アルカリ、有機溶剤等）に対して
も同様である。また、図８に、酸素ガス／アルゴンガス
系で成膜した膜のＸ線光電子分光法により求めた組成を
示す。図８と図６とを比較すると、膜中に含まれる炭素
量が異なることが判る。これにより、上述の薬品耐性の
強さは、炭素原子が含まれることによるものと考えられ
る。なお、炭素原子の定量分析は一般的に難しく、ま
た、図６と図８において、炭素源となるガスを積極的に
導入していないときにも、膜中に炭素原子が確認される
ことから、これらの結果にはある程度のバッックグラウ
ンドが重なっていると考えられる。そこで、発明者等は
様々な成膜環境、分析環境を検討した結果、上述の効果
は、炭素原子がクロム原子に対して０．５％以上含まれ
るときに現れることを突き止めた。また、図９に、Ｘ線
光電子分光法により求めた組成の深さ方向のプロファイ
ルを示すが、多くの場合、炭素原子は表面領域に多く分
布する。表面領域にこのような炭素原子を多く含む膜
は、薬液浸漬時の耐性が向上している。

【００２０】以上の結果から、ハーフトーン位相シフト
フォトマスクの半透明膜として使用可能なクロム化合物
を主体とする膜は、Ｘ線光電子分光法によって以下の組
成範囲〜の何れかに含まれるものに限られると考え
られる。なお、これまでは、クロムターゲットの反応性
スパッタリング法を製造法の一例としてあげて説明した
が、これは一例にすぎず、如何なる製造法においても、
以下に示す組成範囲の何れかに含まれれば、同様な特性
を示すと考えられる。

【００２１】クロム原子と酸素原子との組成比が１
００対１００乃至３００である。

【００２２】に含まれ、かつ、炭素原子がクロム
原子に対して０．５％以上含まれる。

【００２３】に含まれ、かつ、膜表面から深さ３
０Å以内の表面領域で他の領域よりも多く炭素原子が含
まれる。

【００２４】に含まれ、かつ、クロム原子を１０
０としたときに、窒素原子と酸素原子との合計が３５０
以下の割合で、窒素原子が含まれる。

【００２５】に含まれ、かつ、クロム原子を１０
０としたときに、アルゴン原子と酸素原子との合計が３
５０以下の割合で、アルゴン原子が含まれる。

【００２６】〜の何れかに含まれ、かつ、偏向
解析法により求められる露光光での屈折率を０．１以上
変化させない範囲で、クロム、酸素、炭素、窒素、アル
ゴン原子以外の不純物原子を含有する。

【００２７】なお、本発明において、Ｘ線光電子分光分
析は以下の通り行った。Ｘ線光電子分光分析装置は、英
国ＶＧＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ社製ＥＳＣＡＳＣＯＰＥ
を用いた。ＥＳＣＡＳＣＯＰＥの電子エネルギー分析器
は、１８０°同心半球型アナライザーで、６チャンネル
トロン検出器を用いて、Ｘ線光電子スペクトルを測定し
た。

【００２８】データ処理部は、ＤＥＣＭｉｃｒｏＰ
ＤＰ１１／５３で、ＶＧＳＤＡＴＡＳＹＳＴＥＭ
ＶＧＳ５２５０ＶｅｒｓｉｏｎＪａｎ１９９２の
ソフトウエアーを用いて定量計算等を行った。この装置
のＡＮＡＬＹＳＥＲＷＯＲＫＦＵＮＣＴＩＯＮは
４．５１ｅＶであった。

【００２９】この装置の基本性能は、励起線Ｘ線源とし
てＭｇＫα（１２５３．６０ｅＶ）を用い、４００Ｗで
測定したときＡｇの３ｄ５／２ピークで、次の表のよう
になる。

【００３０】測定条件は次の通りである。Ｘ線源は、ＡｌＫα線１４
８６．６０ｅＶの励起線を用い、５００Ｗで測定した。
Ｘ線の入射角は、試料法線から６０°、検出器は試料に
対して法線上に配置してある。真空度の測定は、ＭＩＬ
ＬＥＮＩＡＳＥＲＩＥＳＩＰＧＣ１を用いた。真空
度は５×１０^-10ｍｂａｒ以上１×１０^-6ｍｂａｒ以下
であった。排気系は、ｖａｒｉａｎ製イオンポンプＳｔ
ａｒＣｅｌｌｐｏｗｅｒｕｎｉｔ９２９−０１７
２（２２０ｌ／ｓ）及びＶＧＳＰＳ７ＳＵＢＬＩＭＡ
ＴＩＯＮＰＵＭＰＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲによるチタ
ンサブリメーションポンプによる。分析領域は、約１ｍ
ｍφ以下の領域を測定した。ＸＰＳスペクトルは、結合
エネルギー毎に分けて測定した。ワイドスキャンでは、
１０００ｅＶ〜０ｅＶ（Ｂ．Ｅ．）、Ｃｒ２ｐは６２
０ｅＶ〜５７０ｅＶ（Ｂ．Ｅ．）、Ｏ１ｓは５６０ｅ
Ｖ〜５２０ｅＶ（Ｂ．Ｅ．）、Ｃ１ｓは３２０ｅＶ〜
２７０ｅＶ（Ｂ．Ｅ．）、Ｎ１ｓは４３０ｅＶ〜３８
０ｅＶ（Ｂ．Ｅ．）で測定した。各測定とも、ＣＡＥモ
ードで測定し、ワイドスキャンのときは、ＰａｓｓＥ
ｎｅｒｇｙ６０ｅＶ、１ｅＶＳＴＥＰ、Ｓｃａｎ回
数は２回で、それ以外の場合は、ＰａｓｓＥｎｅｒｇ
ｙ５０ｅＶ、０．１ｅＶＳＴＥＰ、Ｓｃａｎ回数は
５回で測定した。Ｃｈａｎｎｅｌｔｉｍｅは、何れも
１００ｍｓであった。本測定ではこれらの測定条件を採
用したが、一例にすぎず、一般的な装置では、帯電量を
考慮し、分解能、感度を著しく損なわない実用上十分な
範囲で測定することが可能である。

【００３１】元素組成定量計算手順は次の通りである。
バックグラウンドの差し引きは、ソフトウエアー中のＳ
ｈｉｒｌｅｙ型を用い、バックグラウンドの決定には、
主ピークのサテライトの影響等を受けないように、最も
自然なピーク形状になるように十分に考慮した。定量計
算には、同じくソフトウエアー中のＳｃｏｆｉｅｌｄの
相対感度係数を基に、測定によって得られたピーク面積
を相対感度係数で除したものから各元素の組成比を計算
した。

【００３２】構成元素の組成比は、計算された組成比が
エッチング時間に因らずほぼ一定となったときの値を採
用した。Ｓｃｏｆｉｅｌｄの相対感度係数は、炭素が
１．００、酸素が２．８５、クロムが７．６０、窒素が
１．７７、アルゴンが３．１３である。

【００３３】エッチング条件は次の通りである。イオン
銃ＥＸ０５差動排気型二段静電レンズ付き電子衝撃型イ
オン銃を用い、コントローラーとして４００ＸＧＵＮ
ＳＵＰＰＬＹユニットを用い、ＰＨＹＳＩＣＡＬＩＭ
ＡＧＥＵＮＩＴの倍率を１として用いた。試料電流の
測定には、６２６ＳＡＭＰＬＥＣＵＲＲＥＮＴＭ
ＥＴＥＲを用いた。真空度は１×１０^-7ｍｂａｒ〜１×
１０^-6ｍｂａｒの範囲で、試料電流が−０．５μＡ〜−
１．０μＡ程度の範囲でエッチングを行った。ＦＩＬＡ
ＭＥＮＴ電流は２．２Ａ、ＥＭＩＳＩＯＮＣＵＲＲＥＮ
Ｔは５〜１０ｍＡ、ＳｏｕｒｃｅＥＮＥＲＧＹは３〜
５ＫＶであった。エッチングガスとして、Ａｒ又はＮｅ
を用いた。エッチング時間は、基板のエッチングレート
により異なり、検出された元素の存在比率がほぼ一定と
みなせるまでエッチングとＸＰＳスペクトル測定を交互
に行った。電子銃を用いた帯電補正は行わなかった。

【００３４】本発明における上記測定条件、エッチング
条件は一つの実施例にすぎず、一般的に、感度、分解能
を損なわない範囲ならば、同等のスペクトル品質での測
定が可能である。

【００３５】以上説明したように、本発明のハーフトー
ン位相シフトフォトマスク及びハーフトーン位相シフト
フォトマスク用ブランクスは、透明基板上のハーフトー
ン位相シフト層がクロム化合物を主体とする層を少なく
とも１層以上含むハーフトーン位相シフトフォトマスク
において、前記クロム化合物を主体とする層に、炭素原
子がクロム原子に対して０．５％以上含まれていること
を特徴とするものである。

【００３６】この場合、クロム化合物を主体とする層の
クロム原子と酸素原子との組成比が、Ｘ線光電子分光法
によって、１００対１００乃至３００の範囲に含まれて
いるのが望ましい。また、クロム化合物を主体とする層
の膜表面より深さ３０Å以内の表面領域で他の領域より
も多く炭素原子が含有されていることが望ましい。

【００３７】また、クロム化合物を主体とする層に、ク
ロム原子を１００としたときに、窒素原子と酸素原子と
の合計が３５０以下の割合で、窒素原子が含まれている
か、アルゴン原子と酸素原子との合計が３５０以下の割
合で、アルゴン原子が含まれているのが望ましい。

【００３８】また、以上において、クロム化合物を主体
とする層が、露光光での偏向解析法により求められる屈
折率を０．１以上変化させない範囲で、クロム、酸素、
炭素、窒素、アルゴン原子以外の不純物原子を含有して
いてもよい。

【００３９】さらに、ハーフトーン位相シフト層を構成
する層が、透明基板上に以下で示す式により求まる位相
差φがｎπ±π／３ラジアン（ｎは奇数）となるように
形成されていることが望ましい。ここで、φは透明基板上に（ｍ−２）層の多層膜が構成
されているフォトマスクを垂直に透過する光が受ける位
相変化であり、χ^k,k+1はｋ番目の層と（ｋ＋１）番目
の層との界面で起きる位相変化、ｕ_k、ｄ_kはそれぞれ
ｋ番目の層を構成する材料の屈折率と膜厚、λは露光光
の波長である。ただし、ｋ＝１の層は透明基板、ｋ＝ｍ
の層は空気とする。

【００４０】さらにまた、ハーフトーン位相シフト層を
構成する層が、透明基板上に露光光に対する透過率が１
乃至５０％になるような膜厚で形成されていることが望
ましい。

【００４１】

【作用】本発明によるハーフトーン位相シフトフォトマ
スク及びそのためのブランクスは、構造が簡単で、製版
工程が短縮でき、コストの低下、歩留りの向上を達成す
ることができるばかりでなく、従来のクロムフォトマス
クの製造ラインの大部分がそのまま使用できるため、実
用化が極めて容易となる。そして、クロム化合物を主体
とする層に、炭素原子がクロム原子に対して０．５％以
上含まれているので、洗浄に用いる混酸、マスクプロセ
スの際に使用される他の薬品（酸、アルカリ、有機溶剤
等）に対して耐性の高いものとなる。

【００４２】

【実施例】以下、本発明のハーフトーン位相シフトフォ
トマスク及びハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブ
ランクスの実施例について説明する。〔実施例１〕単層ハーフトーン位相シフトフォトマスク
の実施例を図１の製造工程を説明するための図を参照に
して説明する。図１（ａ）に示すように、鏡面研磨され
たシリコンウエーハー８０１上に、スパッタリング法
で、以下に示す通りの条件でクロム化合物膜８０２を約
５０ｎｍの厚さに成膜し、偏光解析用サンプル８０７を
得た。

【００４３】成膜装置：プレーナー型ＤＣマグ
ネトロンスパッター装置ターゲット：金属クロムガス及び流量：炭酸ガス７０ｓｃｃｍ＋窒素ガス３
０ｓｃｃｍスパッター圧力：３ミリトールスパッター電流：６アンペア次に、市販の分光エリプソメーター（ソプラ社製ＥＳ−
４Ｇ）でこのサンプル８０７を水銀灯ｉ線波長（３６５
ｎｍ）での屈折率ｕ及び消衰係数ｋを測定したところ、
それぞれｕ＝２．５８０、ｋ＝０．３７４であった。こ
れを前記のＭ．Ｂｏｒｎ，Ｅ．Ｗｏｌｆ著「Ｐｒｉｎｃ
ｉｐｌｅｓｏｆＯｐｔｉｃｓ」６２８〜６３２頁に
示される金属膜として扱い、フォトマスク基板として使
われる高純度合成石英上に成膜したときに、３６５ｎｍ
の波長の透過光の位相を１８０度ずらすために必要な膜
厚を計算したところ、１１８ｎｍであった。

【００４４】そこで、図１（ｂ）に示すように、光学研
磨され、よく洗浄された高純度合成石英基板８０３上に
上述の成膜条件でクロム化合物膜８０４を約１２０ｎｍ
成膜したところ、波長３６５ｎｍの光の透過率はおよそ
１５％である、本発明の単層のハーフトーン位相シフト
フォトマスク用ブランクス８０８を得た。

【００４５】次に、図１（ｃ）に示すように、このブラ
ンクス８０８上に常法の電子線リソグラフィー法又はフ
ォトリソグラフィー法により、有機物を主成分とする所
望のレジストパターン８０５を得て、次いで、図１
（ｄ）に示すように、レジストパターン８０５から露出
された半透明膜８０４を、ＣＨ₂Ｃｌ₂：Ｏ₂＝１：
２．５の混合ガス、圧力０．３トルの条件で、高周波プ
ラズマ中にさらすことによって、選択的にドライエッチ
ングを行い、所望の半透明膜パターン８０６を得た。最
後に、残ったレジストを常法により剥離し、図１（ｅ）
に示すような本発明の単層のハーフトーン位相シフトフ
ォトマスク８０９を得た。

【００４６】この単層ハーフトーン位相シフトフォトマ
スクは、除去された部分の寸法精度、断面形状、膜厚分
布、透過率分布、膜の基板への密着性等、全て実用に供
することができるものであった。

【００４７】〔実施例２〕多層ハーフトーン位相シフト
フォトマスクの実施例を図２の製造工程を説明するため
の図を参照にして説明する。実施例１と同様な方法で、
予め偏光解析用サンプルを作製し、屈折率及び消衰係数
を測定し、それより、波長３６５ｎｍの光を１８０度ず
らすために必要な膜厚を計算した後、図２（ａ）に示す
ように、実際に高純度合成石英基板９０１上に、以下の
条件でクロム化合物９０２を、計算された膜厚で成膜し
たところ、波長３６５ｎｍの光の透過率は約２０％とな
った。

【００４８】成膜装置：プレーナー型ＤＣマグ
ネトロンスパッター装置ターゲット：金属クロムガス及び流量：炭酸ガス２０ｓｃｃｍ＋窒素ガス８
０ｓｃｃｍスパッター圧力：３ミリトールスパッター電流：６アンペア次に、このクロム化合物９０２上に、以下の条件で金属
クロム９０３を約１０ｎｍ成膜したところ、波長３６５
ｎｍの光の透過率が約１２％である本発明の多層のハー
フトーン位相シフトフォトマスク用ブランクス９０６を
得た。

【００４９】成膜装置：プレーナー型ＤＣマグ
ネトロンスパッター装置ターゲット：金属クロムガス及び流量：アルゴンガス１００ｓｃｃｍスパッター圧力：３ミリトールスパッター電流：６アンペア次に、図２（ｂ）に示すように、このブランクス９０６
上に常法の電子線リソグラフィー法又はフォトリソグラ
フィー法により、有機物を主成分とする所望のレジスト
パターン９０４を得て、次いで、図２（ｃ）に示すよう
に、レジストパターン９０４から露出された半透明膜
を、ＣＨ₂Ｃｌ₂：Ｏ₂＝１：２．５の混合ガス、圧力
０．３トルの条件で、高周波プラズマ中にさらすことに
よって、選択的にドライエッチングを一気に行い、所望
の半透明膜パターン９０５を得た。最後に、残ったレジ
ストを常法により剥離し、図２（ｄ）に示すような本発
明の多層のハーフトーン位相シフトフォトマスク９０７
を得た。

【００５０】クロム化合物を主体とする層９０２と金属
クロム膜９０３とは同じクロム原子を母体としているた
め、エッチング特性はほとんど同じであるので、この多
層ハーフトーン位相シフトフォトマスク９０７のパター
ン加工特性は、実施例１に示すような単層ハーフトーン
位相シフトフォトマスクとほぼ同じである。

【００５１】この多層ハーフトーン位相シフトフォトマ
スクも、寸法精度、断面形状、膜厚分布、透過率分布、
膜の基板への密着性等、全て実用に供することができる
ものであった。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によるハーフトーン位相シフトフォトマスク及びそのた
めのブランクスは、構造が簡単で、製版工程が短縮で
き、コストの低下、歩留りの向上を達成することができ
るばかりでなく、従来のクロムフォトマスクの製造ライ
ンの大部分がそのまま使用できるため、実用化が極めて
容易となる。そして、クロム化合物を主体とする層に、
炭素原子がクロム原子に対して０．５％以上含まれてい
るので、洗浄に用いる混酸、マスクプロセスの際に使用
される他の薬品（酸、アルカリ、有機溶剤等）に対して
耐性の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の単層ハーフトーン位相シフ
トフォトマスクの製造工程を説明するための図である。

【図２】実施例２の多層ハーフトーン位相シフトフォト
マスクの製造工程を説明するための図である。

【図３】ハーフトーン位相シフトリソグラフィーの原理
を示す図である。

【図４】従来法を示す図である。

【図５】炭酸ガス／窒素ガスの流量比を変化させて成膜
したクロム化合物膜が位相反転するときの透過率を示す
図である。

【図６】図５の膜のＸ線光電子分光法による組成分析結
果を示す図である。

【図７】酸素源ガスの違いによって薬品浸漬による膜減
り量が異なる様子を示す図である。

【図８】酸素ガス／窒素ガスの流量比を変化させて成膜
したクロム化合物膜のＸ線光電子分光法による組成分析
結果を示す図である。

【図９】Ｘ線光電子分光法により求めた組成の深さ方向
のプロファイルを示す図である。

【符号の説明】

１０１、２０１…基板１０２…位相反転半透明膜１０３及び２０３…入射光２０２…１００％遮光膜８０１…シリコンウエーハー８０２…クロム化合物膜８０３…高純度合成石英基板８０４…クロム化合物膜（半透明膜）８０５…レジストパターン８０６…半透明膜パターン８０７…偏光解析用サンプル８０８…単層ハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブ
ランクス８０９…単層ハーフトーン位相シフトフォトマスク９０１…高純度合成石英基板９０２…クロム化合物９０３…金属クロム９０４…レジストパターン９０５…半透明膜パターン９０６…多層ハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブ
ランクス９０７…多層ハーフトーン位相シフトフォトマスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者毛利弘東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内 (72)発明者高橋正泰東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内 (72)発明者宮下裕之東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内 (72)発明者飯村幸夫東京都新宿区市谷加賀町一丁目１番１号大日本印刷株式会社内 (56)参考文献特開平５−127361（ＪＰ，Ａ) 特開平７−134392（ＪＰ，Ａ) 特開平６−250375（ＪＰ，Ａ) 特開平６−83034（ＪＰ，Ａ) 特開平５−197131（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上のハーフトーン位相シフト層
がクロム化合物を主体とする層を少なくとも１層以上含
むハーフトーン位相シフトフォトマスクにおいて、前記
クロム化合物を主体とする層に、炭素原子がクロム原子
に対して０．５％以上含まれていることを特徴とするハ
ーフトーン位相シフトフォトマスク。
【請求項２】請求項１において、前記クロム化合物を
主体とする層のクロム原子と酸素原子との組成比が、Ｘ
線光電子分光法によって、１００対１００乃至３００の
範囲に含まれていることを特徴とするハーフトーン位相
シフトフォトマスク。
【請求項３】請求項１又は２において、前記クロム化
合物を主体とする層の膜表面より深さ３０Å以内の表面
領域で他の領域よりも多く炭素原子が含有されているこ
とを特徴とするハーフトーン位相シフトフォトマスク。
【請求項４】請求項２において、前記クロム化合物を
主体とする層に、クロム原子を１００としたときに、窒
素原子と酸素原子との合計が３５０以下の割合で、窒素
原子が含まれていることを特徴とするハーフトーン位相
シフトフォトマスク。
【請求項５】請求項２において、前記クロム化合物を
主体とする層に、クロム原子を１００としたときに、ア
ルゴン原子と酸素原子との合計が３５０以下の割合で、
アルゴン原子が含まれていることを特徴とするハーフト
ーン位相シフトフォトマスク。
【請求項６】請求項１から５の何れか１項において、
前記クロム化合物を主体とする層が、露光光での偏向解
析法により求められる屈折率を０．１以上変化させない
範囲で、クロム、酸素、炭素、窒素、アルゴン原子以外
の不純物原子を含有することを特徴とするハーフトーン
位相シフトフォトマスク。
【請求項７】請求項１から６の何れか１項において、
ハーフトーン位相シフト層を構成する層が、透明基板上
に以下で示す式により求まる位相差φがｎπ±π／３ラ
ジアン（ｎは奇数）となるように形成されていることを
特徴とするハーフトーン位相シフトフォトマスク。ここで、φは前記透明基板上に（ｍ−２）層の多層膜が
構成されているフォトマスクを垂直に透過する光が受け
る位相変化であり、χ^k,k+1はｋ番目の層と（ｋ＋１）
番目の層との界面で起きる位相変化、ｕ_k、ｄ_kはそれ
ぞれｋ番目の層を構成する材料の屈折率と膜厚、λは露
光光の波長である。ただし、ｋ＝１の層は前記透明基
板、ｋ＝ｍの層は空気とする。
【請求項８】請求項１から７の何れか１項において、
ハーフトーン位相シフト層を構成する層が、前記透明基
板上に露光光に対する透過率が１乃至５０％になるよう
な膜厚で形成されていることを特徴とするハーフトーン
位相シフトフォトマスク。
【請求項９】透明基板上のハーフトーン位相シフト層
がクロム化合物を主体とする層を少なくとも１層以上含
むハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブランクスに
おいて、前記クロム化合物を主体とする層に、炭素原子
がクロム原子に対して０．５％以上含まれていることを
特徴とするハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブラ
ンクス。
【請求項１０】請求項９において、前記クロム化合物
を主体とする層のクロム原子と酸素原子との組成比が、
Ｘ線光電子分光法によって、１００対１００乃至３００
の範囲に含まれていることを特徴とするハーフトーン位
相シフトフォトマスク用ブランクス。
【請求項１１】請求項９又は１０において、前記クロ
ム化合物を主体とする層の膜表面より深さ３０Å以内の
表面領域で他の領域よりも多く炭素原子が含有されてい
ることを特徴とするハーフトーン位相シフトフォトマス
ク用ブランクス。
【請求項１２】請求項１０において、前記クロム化合
物を主体とする層に、クロム原子を１００としたとき
に、窒素原子と酸素原子との合計が３５０以下の割合
で、窒素原子が含まれていることを特徴とするハーフト
ーン位相シフトフォトマスク用ブランクス。
【請求項１３】請求項１０において、前記クロム化合
物を主体とする層に、クロム原子を１００としたとき
に、アルゴン原子と酸素原子との合計が３５０以下の割
合で、アルゴン原子が含まれていることを特徴とするハ
ーフトーン位相シフトフォトマスク用ブランクス。
【請求項１４】請求項９から１３の何れか１項におい
て、前記クロム化合物を主体とする層が、露光光での偏
向解析法により求められる屈折率を０．１以上変化させ
ない範囲で、クロム、酸素、炭素、窒素、アルゴン原子
以外の不純物原子を含有することを特徴とするハーフト
ーン位相シフトフォトマスク用ブランクス。
【請求項１５】請求項９から１４の何れか１項におい
て、ハーフトーン位相シフト層を構成する層が、透明基
板上に以下で示す式により求まる位相差φがｎπ±π／
３ラジアン（ｎは奇数）となるように形成されているこ
とを特徴とするハーフトーン位相シフトフォトマスク用
ブランクス。ここで、φは前記透明基板上に（ｍ−２）層の多層膜が
構成されているフォトマスクを垂直に透過する光が受け
る位相変化であり、χ^k,k+1はｋ番目の層と（ｋ＋１）
番目の層との界面で起きる位相変化、ｕ_k、ｄ_kはそれ
ぞれｋ番目の層を構成する材料の屈折率と膜厚、λは露
光光の波長である。ただし、ｋ＝１の層は前記透明基
板、ｋ＝ｍの層は空気とする。
【請求項１６】請求項９から１５の何れか１項におい
て、ハーフトーン位相シフト層を構成する層が、前記透
明基板上に露光光に対する透過率が１乃至５０％になる
ような膜厚で形成されていることを特徴とするハーフト
ーン位相シフトフォトマスク用ブランクス。