JP3262303B2

JP3262303B2 - 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: JP3262303B2
Application number: JP10520994A
Authority: JP
Inventors: 宮下裕之; 弘毛利; 高橋正泰; 直也林
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-08-17
Filing date: 1994-05-19
Publication date: 2002-03-04
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JPH07110572A

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
ン位相シフトフォトマスク、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１２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１３
は従来法を示す図である。図１２（ａ）及び図１３
（ａ）はフォトマスクの断面図、図１２（ｂ）及び図１
３（ｂ）はフォトマスク上の光の振幅、図１２（ｃ）及
び図１３（ｃ）はウエーハー上の光の振幅、図１２
（ｄ）及び図１３（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、１０
３及び２０３は入射光である。従来法においては、図１
３（ａ）に示すように、石英ガラス等からなる基板２０
１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１３（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１２（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。この中、位相反転機能に
ついては、ハーフトーン位相シフト部を透過する露光光
と、その開口部を透過する露光光との間で、位相が実質
的に反転するようになっていればよい。ここで、ハーフ
トーン位相シフト層１０２を、例えばＭ．Ｂｏｒｎ，
Ｅ．Ｗｏｌｆ著「ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆＯｐｔ
ｉｃｓ」６２８〜６３２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、により計算され、φがｎπ±π／３（ｎは奇数）の範囲
に含まれるとき、上述の位相シフト効果が得られる。な
お、式（１）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。

【０００６】一方、ハーフトーン位相シフト効果が得ら
れるための、ハーフトーン位相シフト部の露光光透過率
は、転写パターンの寸法、面積、配置、形状等によって
決定され、パターンによって異なる。実質的に、上述の
効果を得るためには、ハーフトーン位相シフト部の露光
光透過率を、パターンによって決まる最適透過率を中心
として、最適透過率±数％の範囲内に含まれるようにし
なければならない。通常、この最適透過率は、開口部を
１００％としたときに、転写パターンによって１乃至５
０％という広い範囲内で大きく変動する。すなわち、あ
らゆるパターンに対応するためには、様々な透過率を有
するハーフトーン位相シフトフォトマスクが要求され
る。

【０００７】実際には、位相反転機能と透過率調整機能
とは、基板材料とハーフトーン位相シフト膜を構成する
材料（多層の場合は、各層を構成する各材料）の複素屈
折率（屈折率と消衰係数）と厚さとによって決定され
る。つまり、ハーフトーン位相シフト膜の膜厚を調整
し、前記式（１）により求まる位相差φがｎπ±π／３
（ｎは奇数）の範囲に含まれるように基板上に成膜した
ときの露光光透過率が１乃至５０％の範囲に含まれるよ
うな材料が、ハーフトーン位相シフトフォトマスクのハ
ーフトーン位相シフト層として使える。このような材料
としては、例えば特開平５−１２７３６１号公報に示さ
れるクロム化合物を主体とする膜等が知られている。

【０００８】

【発明の解決しようとする課題】ところで、上記のクロ
ム化合物を主体する膜は、クロムの酸化物、窒化物、酸
化窒化物、酸化炭化物、酸化炭化窒化物であり、これら
の膜の露光光に対する透過率は、露光光の波長によって
大きく変わる。例えば、図１４に、クロムターゲットの
酸素雰囲気中反応性スパッタリング法により合成石英基
板上に成膜された酸化クロム膜の分光透過率曲線を示
す。ここで、酸化クロム膜の膜厚はおよそ５０ナノメー
トルである。図１４より明らかなように、酸化クロム膜
の透過率は、短波長域で急激に落ち込む。このため、こ
の酸化クロムをハーフトーン位相シフター層に用いたハ
ーフトーン位相シフトフォトマスクは、高圧水銀灯のｇ
線（４３６ナノメートル）、ｉ線（３６５ナノメート
ル）の露光には使用できるものの、より高解像度が実現
できるフッ化クリプトンエキシマレーザー（２４８ナノ
メートル）では、透過率が低すぎて使用できないという
問題があった。また、窒化クロム膜、酸化窒化クロム
膜、酸化炭化クロム膜、酸化炭化窒化クロム膜について
も、同様にフッ化クリプトンエキシマレーザー露光に使
用できないため、高解像度リソグラフィーに対応できな
いという問題があった。

【０００９】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、短波長光に対して十分な透過
率を有し、フッ化クリプトンエキシマレーザー露光等に
よる高解像度リソグラフィーに使用可能なハーフトーン
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を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題に
鑑み、フッ化クリプトンエキシマレーザー光の位相を反
転する膜厚に成膜したときに、その透過率がハーフトー
ン位相シフト層としてて使える範囲に含まれるようなハ
ーフトーン位相シフト材料を開発すべく研究の結果、完
成に到ったものである。

【００１１】すなわち、本発明は、ハーフトーン位相シ
フト層として、少なくともフッ素原子を含むクロム化合
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に関する。フッ素原子を含む
クロム化合物を主体とする膜は、従来のフッ素原子を含
まない酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化
炭化クロム、酸化炭化窒化クロムを主体とする膜に比べ
て、短波長域の透過率が優れるため、透明基板上にフッ
化クリプトンエキシマレーザー光の位相を反転する膜厚
だけ成膜しても、ハーフトーン位相シフター膜として十
分使用できる透過率を得ることが可能となる。

【００１２】ハーフトーン位相シフトリソグラフィーで
は、ハーフトーン位相シフト層を構成する膜の露光光で
の屈折率と消衰係数を、例えば偏光解析法等により求め
て、上記式（１）により求まる、露光光の位相反転する
のに必要な膜厚だけ、透明基板上に成膜したときの透過
率が、前記の転写パターン等から決定される最適透過率
となることが求められる。フッ化クリプトンエキシマレ
ーザー露光を想定した場合、従来のフッ素原子を含まな
い酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化炭化
クロム、酸化炭化窒化クロムを主体とする膜では、位相
を反転する膜厚での透過率が低すぎて、ハーフトーン位
相シフト層として使用できないのに対し、本発明のフッ
素原子を含むクロム化合物は、含まれるフッ素原子やそ
の他の原子の割合によって、屈折率、消衰係数が変動
し、位相反転するときの膜厚での露光光に対する透過率
が、要求される最適透過率となるように組成を調整する
ことができる。この場合、単層でハーフトーン位相シフ
ト層として用いることができるが、露光光に対する透過
率を要求される透過率よりも高くなるように成膜してお
いてから、位相反転機能を損なわない範囲内で透過率を
調整する遮光層を積層することもできる。

【００１３】また、本発明のフッ素原子を含むクロム化
合物をハーフトーン位相シフト層として用いたハーフト
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、作製後に空気中又は真
空中等で１５０℃以上に加熱することにより、露光光に
対する透過率を変えることもできる。また、空気、水蒸
気等の酸化性雰囲気、あるいは、水素等の還元性雰囲気
にさらすことによっても、露光光に対する透過率を変え
ることができる。これらの場合、特にこれらのガスのプ
ラズマにさらすことが効果が高い。

【００１４】本発明のフッ素原子を含むクロム化合物を
形成するためには、従来の薄膜形成技術である、スパッ
タリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が
利用できる。

【００１５】スパッタリング法によって本発明のフッ素
原子を含むクロム化合物を得るためには、金属クロム又
は表面をフッ素化させた金属クロムを主体とするターゲ
ットを用い、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウム、
窒素等のスパッターガス単独、又は、これらのスパッタ
ーガスとフッ素、四フッ化炭素、六フッ化硫黄、三フッ
化窒素、三フッ化塩素等のフッ素源となるガスとを組み
合わせた雰囲気中で、直流又は高周波放電によりスパッ
ター成膜する。このとき、必要に応じて、酸素、窒素、
炭酸ガス等の酸素源、窒素源、炭素源となるガスを混合
することもできる。ここで、雰囲気ガスの組成、圧力、
スパッター電力等の成膜条件を変えることにより、膜の
組成、組織、構造等を変え、屈折率、消衰係数を調整す
ることができる。

【００１６】真空蒸着法によって本発明のフッ素原子を
含むクロム化合物膜を得るためには、タングステン製バ
スケット、タングステンメッキされたコイル又はボー
ト、カーボンるつぼ等による抵抗加熱法、又は、電子線
照射によるいわゆるＥＢ蒸着法により、金属クロム、又
は、予めフッ素化させたクロムを蒸着源として用いる。
この際、フッ素、四フッ化炭素及びその他のフッ化炭素
化合物、六フッ化硫黄及びその他のフッ化硫黄化合物、
三フッ化窒素、三フッ化塩素等のフッ素源となるガス
と、必要に応じて、酸素、窒素、炭酸ガス等の酸素源、
窒素源、炭素源となるガスとの混合ガスを雰囲気とする
ことができる。この場合も、蒸着条件を変えることによ
り、膜の組成、組織、構造等を変え、屈折率、消衰係数
を調整することができる。

【００１７】さらに、イオンプレーティング法によって
本発明のフッ素原子を含むクロム化合物膜を得るために
は、金属クロム、又は、予めフッ素化させたクロムを蒸
発源として用い、フッ素、四フッ化炭素、六フッ化硫
黄、三フッ化窒素、三フッ化塩素等のフッ素源となるガ
スと、必要に応じて、酸素、窒素、炭酸ガス等の酸素
源、窒素源、炭素源となるガスとの混合ガスを雰囲気と
すればよい。この場合も、成膜条件により、屈折率、消
衰係数を調整することができる。

【００１８】ここで、一例として、金属クロムをターゲ
ットに用いて、アルゴンガスとフッ素源となる四フッ化
炭素ガスとの混合ガスによる反応性直流（ＤＣ）スパッ
タリング法により、本発明のフッ素原子を含むクロム化
合物膜を成膜する場合について、詳細に説明する。

【００１９】よく洗浄したシリコンウエーハー上に、ア
ルゴンガスと四フッ化炭素ガスとの流量比を変化させて
成膜した膜の屈折率と消衰係数とを、市販の分光エリプ
ソメーターで測定し、例えば、露光光としてフッ化クリ
プトンエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）、基板を
合成石英として、露光光の位相を１８０度ずらすときの
膜厚を計算する。実際に、フォトマスク用合成石英基板
上にこの膜厚だけ成膜したときの露光光の透過率が１か
ら５０％の範囲に含まれていれば、ハーフトーン位相シ
フト膜として使用できることになる。

【００２０】ここで、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を用い、ガス圧を４ミリトー
ル、ガス流量を、アルゴンガスと四フッ化炭素ガスと併
せて１００ｓｃｃｍとし、スパッター電流密度を０．０
１アンペア／平方センチメートルとしたときの、アルゴ
ンガス：四フッ化炭素ガス流量比を、１００：０、９
０：１０、８０：２０、７８：２２、７６：２４、７
４：２６、７２：２８、６５：３５での、２５０ｎｍ波
長における屈折率と消衰係数の測定結果を図８に示す。
なお、ここで、分光エリプソメーターは、ソプラ社製Ｅ
Ｓ−４Ｇを用い、光学定数の計算には、同社製ソフトウ
エアーＭＯＳＳを用いた。また、図９に、各ガス流量比
の膜について、前記の式（１）により求まる２５０ｎｍ
の露光光の位相を１８０度ずらすために必要な膜厚を示
す。この必要な膜厚はガス流量比によって変るものの、
１２０から２２０ｎｍの膜厚で波長２５０ｎｍの露光光
の位相が反転することが分かる。

【００２１】一方、図１０に、各ガス流量比の膜を９０
ミル厚のフォトマスク用合成石英基板上に約１７０ｎｍ
成膜したときの２５０ｎｍ光の透過率を示す。透過率測
定には、分光光度計（ヒューレットパッカード社製ＨＰ
８４５０Ａ）を用い、空気をレファレンスとした。図９
と図１０から、ハーフトーン位相シフト膜として使用可
能なフッ素原子を含むクロム化合物は、前記の成膜条件
の場合、アルゴンガスと四フッ化炭素ガスとの流量比
が、少なくとも９０：１０よりも四フッ化炭素ガスが多
い領域であることが分かる。

【００２２】次に、各流量比で成膜した膜の、Ｘ線光電
子分光法（ＸＰＳ）によるクロム、フッ素、炭素、酸素
の組成比を図１１に示す。ここで、膜中に含まれる元素
として分析されるのは、クロム、フッ素、炭素、酸素で
あった。そこで、クロム原子を１００としたときの、フ
ッ素原子の存在数を図１１（ａ）に、炭素原子の存在数
を図１１（ｂ）に、酸素原子の存在数を図１１（ｃ）に
それぞれ示す。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た。図１１、及び、図９、図１０に
示される通り、膜中のフッ素原子の含有量が増すにつれ
て、位相反転するときの露光光透過率は上昇する。一般
的に、ハーフトーン位相シフト効果を得るためには、１
から５０％の露光光透過率が要求されるが、本発明のク
ロム化合物が適正なハーフトーン位相シフト材料となる
ためには、特に、膜中のフッ素原子の含有量を、クロム
原子１００に対して１００以上にする必要があることが
分かる。クロム原子１００に対して、フッ素原子が１０
０未満である場合、図１０、図１１より明らかなよう
に、膜は金属膜に近い遮光膜となってしまい、露光光の
位相を反転する膜厚だけ成膜すると、露光光をほとんど
透過しなくなってしまい、ハーフトーン位相シフトの効
果が得られなくなってしまう。また、クロム原子１００
に対して、フッ素原子を３５０以上含む膜は、そのまま
ではハーフトーン位相シフト効果が得られないものの、
位相変化量を大きく変えない範囲で遮光性の高い膜と積
層すれば、ハーフトーン位相シフト膜として使用でき
る。

【００２３】次に、図１１（ｂ）、（ｃ）に示す通り、
炭素原子、酸素原子は、フッ素原子のようなハーフトー
ン位相シフト機能とのはっきりとした相関はない。上記
の条件で成膜されるクロム化合物は、図１１に示される
通り、クロム原子１００に対し炭素原子を２５０以下、
酸素原子を１５０以下含有しているが、これらの含有量
は、上記のフッ素原子の含有量のようにハーフトーン位
相シフト膜に要求される特性と明確な関連は見出せな
い。ここで、炭素原子は、スパッタリングの際の四フッ
化炭素ガスから供給されていることが考えられるが、同
時に、成膜雰囲気、分析中の雰囲気等からのコンタミネ
ーションである可能性が考えられる。特に、真空中で
は、真空ポンプ等による汚染は十分に考えられる。ま
た、酸素原子は、上記条件の場合、スパッタリング中に
積極的に供給していないので、成膜装置のリーク、ある
いは、成膜後、分析中の酸化が考えられる。何れにして
も、図８〜図１１から明らかなように、炭素原子、酸素
原子の含有量がクロム原子１００に対して、それぞれ、
２５０以下、１５０以下であれば、ハーフトーン位相シ
フト膜として十分に使用できる。

【００２４】また、ここで示す成膜条件では、ハーフト
ーン位相シフト膜として使用できるフッ素原子を含むク
ロム化合物は、上記の通り、アルゴンガス：四フッ化炭
素ガス流量比が、少なくとも９０：１０よりも四フッ化
炭素ガスが多い領域であるが、これは、成膜条件、成膜
装置により、一般的に異なる。しかしながら、どのよう
な成膜条件、成膜装置を使っても、特にクロム原子とフ
ッ素原子との組成比が、クロム原子を１００としたとき
に、フッ素原子が１００以上であるときだけ、ハーフト
ーン位相シフト効果が得られる化合物膜が得られる。ま
た、同様に、アルゴン／四フッ化炭素混合ガス以外のガ
スを用いたスパッタリング成膜の場合においても、ま
た、スパッタリング以外の成膜法による場合において
も、クロム原子とフッ素原子とが上記の組成範囲に含ま
れれば、ハーフトーン位相シフト層に適応できる。ま
た、炭素原子、酸素原子は、クロム原子１００に対し
て、それぞれ２５０以下、１５０以下であれば問題がな
い。

【００２５】さらに、以上は、露光光としてフッ化クリ
プトンエキシマレーザーを想定した場合について述べた
が、この他の遠紫外波長域の露光光の場合も同様であ
る。また、上記の組成範囲に含まれれば、水銀灯のｇ線
（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）等、紫外から可視
域の波長の露光にも使用できる。

【００２６】ここで、本発明において、上記のＸ線光電
子分光分析は以下の通り行った。

【００２７】Ｘ線光電子分光装置は、ＶＧＳＣＩＥＮ
ＴＩＦＩＣ社製ＥＳＣＡＬＡＢ２１０を用いた。ＥＳＣ
ＡＬＡＢ２１０の電子エネルギー分析器は１５０度同心
半球型アナライザーで、５チャンネルトロンを用いて、
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
ＶＧＳ５２５０ＶｅｒｓｉｏｎＪａｎ．１９９２の
ソフトウエアーを用いて定量計算等を行った。

【００２９】この装置のＡＮＡＬＹＺＥＲＷＯＲＫ
ＦＵＮＣＴＩＯＮは、４．６３ｅＶであった。この装置
の基本性能は、励起Ｘ線源としてＭｇＫα（１２５３．
６０ｅＶ）を用い、４００Ｗで測定したとき、Ａｇの３
ｄ５／２ピークで次の表のようになる。

【００３０】測定条件は、以下の通りである。

【００３１】Ｘ線源は、ＡｌＫα線１４８６．６０ｅＶ
の励起線を用い、３００Ｗで測定した。Ｘ線の入射角
は、試料法線から約６０度、検出器は試料に対して法線
上に配置してある。

【００３２】真空度の測定は、ＭＩＬＬＥＮＩＡＳＥ
ＲＩＥＳＩＰＧＣ１を用いた。真空度は５×１０^-10
ｍｂａｒ以上１×１０^-6ｍｂａｒ以下であった。排気系
は、Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ製イオンポンプ２０７−
０２３０（２２０ｌ／ｓ）、及び、ＤＩＧＩＴＥＬ５０
０コントローラーによる。

【００３３】分析領域は、約１ｍｍφ以下の領域とし
た。ＸＰＳスペクトルは、結合エネルギー毎に分けて測
定した。ワイドスキャンは１１００ｅＶ〜０ｅＶ（Ｂ．
Ｅ．）、Ｃｒ２ｐは６２０〜５７０ｅＶ（Ｂ．Ｅ．）、
Ｆ１ｓは６７０〜７１０ｅＶ（Ｂ．Ｅ．）、Ｏ１ｓは５
６０〜５２０ｅＶ（Ｂ．Ｅ．）、Ｃ１ｓは３２０〜２７
０ｅＶ（Ｂ．Ｅ．）で測定した。

【００３４】各測定とも、ＣＡＥモードで測定し、ワイ
ドスキャンのときは、ＰａｓｓＥｎｅｒｇｙ１００ｅ
Ｖ、１ｅＶステップ、スキャン回数３で、それ以外の場
合は、ＰａｓｓＥｎｅｒｇｙ２０ｅＶ、０．１ｅＶス
テップ、スキャン回数３で測定した。Ｃｈａｎｎｅｌ
Ｔｉｍｅは何れも５０ｍｓであった。

【００３５】本測定では、これらの測定条件を採用した
が、これは一例にすぎず、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。

【００３６】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Ｓｈｉｒｌｅｙ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Ｓｃｏｆｉｅｌ
ｄ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。構成元素の組成比は、計算された組成比が
エッチング時間によらずほぼ一定となったときの値を採
用した。Ｓｃｏｆｉｅｌｄ相対感度係数は、フッ素が
４．２６、炭素が１．００、酸素が２．８５、クロムが
７．６０である。

【００３７】エッチング条件は、次の通りである。イオ
ン銃ＥＸＯ５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４００ＸＧＵ
ＮＳＵＰＰＬＹユニットを用い、ＰＨＹＳＩＣＡＬ
ＩＭＡＧＥＵＮＩＴの倍率を１として用いた。試料電
流の測定には、６２６ＳＡＭＰＬＥＣＵＲＲＥＮＴ
ＭＥＴＥＲを用いた。

【００３８】真空度は１×１０^-7ｍｂａｒ〜１×１０^-6
ｍｂａｒの範囲で、試料電流が−０．５μＡ〜−１．５
μＡ程度の範囲でエッチングを行った。ＦＩＬＡＭＥＮ
Ｔ電流は約２．４Ａ、ＥＭＩＳＳＩＯＮ電流は５〜１０
ｍＡ、ＳＯＵＲＣＥＥＮＥＲＧＹは３〜５ｋＶであっ
た。エッチングガスとしてアルゴンガスを用いた。

【００３９】エンチング時間は、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。
本発明における上記測定条件、エッチング条件は一例に
すぎず、一般的に、感度、分解能を損なわない範囲内な
らば、同等のスペクトル品質での測定が可能である。

【００４０】さて、本発明の説明に戻って、本発明のフ
ッ素原子を含むクロム化合物を単層でハーフトーン位相
シフト層とした場合、クロム原子を母材としているため
に、従来型のフォトマスクの遮光膜とほとんど同じ方法
でパターニングができ、また、多層膜でハーフトーン位
相シフト層を構成する場合も、透過率を調整する遮光層
として、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化ク
ロム、酸化炭化クロム、酸化炭化窒化クロム等を用いる
と、従来とほぼ同じ方法で１回のパターニング工程で製
版できる。このため、歩留りの向上、コストの低減が実
現できる。

【００４１】以上説明したように、本発明に関係するハ
ーフトーン位相シフトフォトマスクは、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、前記クロム化合物が、クロム原子の
他に少なくともフッ素原子を含む化合物であることを特
徴とするものである。

【００４２】この場合、クロム化合物が、クロム原子及
びフッ素原子の他に、酸素、炭素、硫黄、窒素、水素の
中、少なくとも１つの原子を含む化合物であってもよ
い。さらに、クロム化合物を主体とする層が、露光光で
の偏光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、フッ素、酸素、炭素、硫黄、
窒素、水素原子以外の不純物原子を含有していてもよ
い。また、ハーフトーン位相シフト層が、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）の範囲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。

【００４３】また、ハーフトーン位相シフト層の露光光
に対する透過率が、その露光光に対するハーフトーン位
相シフト層の開口部透過率を１００％としたときに、１
乃至５０％であることが望ましい。そして、本発明のハ
ーフトーン位相シフトフォトマスクは、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、前記クロム化合物が、クロム原子の
他に少なくともフッ素原子を含む化合物であり、前記ハ
ーフトーン位相シフト層が、少なくともフッ素を含むク
ロム化合物からなる層と、クロム、酸化クロム、窒化ク
ロム、酸化窒化クロム、酸化炭化クロム、酸化炭化窒化
クロムの中の何れか１つからなる層とを含むことを特徴
とするものである。

【００４４】また、上記のクロム化合物は、Ｘ線光電子
分光法による分析値として、クロム原子を１００とした
ときに、フッ素原子を１００以上含む化合物であること
が望ましく、また、１５０以下の割合で酸素原子を含む
化合物であることが望ましく、さらには、２５０以下の
割合で炭素原子を含む化合物であることが望ましい。

【００４５】また、本発明に関係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
マスク用ブランクスにおいて、前記クロム化合物が、ク
ロム原子の他に少なくともフッ素原子を含む化合物であ
ることを特徴とするものである。

【００４６】この場合、クロム化合物が、クロム原子及
びフッ素原子の他に、酸素、炭素、硫黄、窒素、水素の
中、少なくとも１つの原子を含む化合物であってもよ
い。さらに、クロム化合物を主体とする層が、露光光で
の偏光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、フッ素、酸素、炭素、硫黄、
窒素、水素原子以外の不純物原子を含有していてもよ
い。また、ハーフトーン位相シフト層が、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）の範囲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用ブランクスを垂直に透過する
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。

【００４７】また、ハーフトーン位相シフト層の露光光
に対する透過率が、その露光光に対する透明基板の透過
率を１００％としたときに、１乃至５０％となるような
膜厚で、透明基板上に形成されていることが望ましい。
そして、本発明の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用ブランクス
において、前記クロム化合物が、クロム原子の他に少な
くともフッ素原子を含む化合物であり、前記ハーフトー
ン位相シフト層が、少なくともフッ素を含むクロム化合
物からなる層と、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸
化窒化クロム、酸化炭化クロム、酸化炭化窒化クロムの
中の何れか１つからなる層とを含むことを特徴とするも
のである。

【００４８】また、上記のクロム化合物は、Ｘ線光電子
分光法による分析値として、クロム原子を１００とした
ときに、フッ素原子を１００以上含む化合物であること
が望ましく、また、１５０以下の割合で酸素原子を含む
化合物であることが望ましく、さらには、２５０以下の
割合で炭素原子を含む化合物であることが望ましい。

【００４９】

【作用】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
においては、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層以上含み、そのクロム
化合物が、クロム原子の他に少なくともフッ素原子を含
む化合物であり、ハーフトーン位相シフト層が、少なく
ともフッ素を含むクロム化合物からなる層と、クロム、
酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化炭化ク
ロム、酸化炭化窒化クロムの中の何れか１つからなる層
とを含むので、短波長露光でも所定以上の透過率が得ら
れ、フッ化クリプトンエキシマレーザー露光等にも使用
できるため、高解像度リソグラフィーが実現できる。ま
た、従来型フォトマスクとほとんど同じ方法でマスク化
できるため、歩留りの向上、コストの低減が実現でき
る。

【００５０】

【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〕本発明の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を図１に従って説明する。同
図（ａ）に示すように、鏡面研磨されたシリコンウエー
ハー４０１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４０２を約３０ｎｍの厚さに
成膜し、偏光解折用サンプル４０７を得た。

【００５１】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７６sccm＋六フッ化硫
黄ガス２４sccm スパッター圧力：約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４０７のＫｒＦエキシマレーザ
ー波長（２４８ｎｍ）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＝１．９９６、ｋ＝０．４３
７であった。これを、前記のＭ．Ｂｏｒｎ，Ｅ．Ｗｏｌ
ｆ著「ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆＯｐｔｉｃｓ」６
２８〜６３２頁に示される金属膜として扱い、フォトマ
スクの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、２４８ｎｍ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、１３０ｎｍで
あった。

【００５２】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４０３上に
上述の成膜条件でクロム化合物膜４０４を約１３０ｎｍ
成膜したところ、波長２４８ｎｍの光の透過率がおよそ
５％である本発明のハーフトーン位相シフトフォトマス
ク用ブランクス４０８を得た。このブランクスの分光透
過率曲線を図５に示す。

【００５３】〔実施例２〕本発明のハーフトーン位相シ
フトフォトマスクの実施例を図２の製造工程図に従って
説明する。図２（ａ）に示すように、実施例１で得たブ
ランクス５０１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５０２を得た。次に、同図
（ｂ）に示すように、レジストパターンから露出された
半透明膜を、ＣＨ₂Ｃｌ₂：Ｏ₂＝１：２．５の混合ガ
ス、圧力０．３トー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５０３を得た。最後に、残ったレ
ジスト５０４を常法により剥離し、同図（ｃ）に示すよ
うに、ハーフトーン位相シフト部の波長２４８ｎｍ光の
透過率が５％であるハーフトーン位相シフトフォトマス
ク５０５を得た。なお、このハーフトーン位相シフトフ
ォトマスク５０５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。

【００５４】〔実施例３〕本発明のハーフトーン位相シ
フトフォトマスクの別の実施例を以下に説明する。実施
例２と同様にして得られたハーフトーン位相シフトフォ
トマスクを、空気雰囲気の対流式オーブン中で２００℃
で１時間加熱したところ、ハーフトーン位相シフト部の
波長２４８ｎｍ光透過率は約５％から約８％へと変わっ
た。このハーフトーン位相シフトフォトマスクも、透過
率変化のどの過程においても、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。

【００５５】〔実施例４〕本発明の単層ハーフトーン位
相シフトフォトマスクのさらに別の実施例を図３の製造
工程図に従って説明する。図３（ａ）に示すように、鏡
面研磨されたシリコンウエーハー１４０１上に、スパッ
タリング法で、以下に示す通りの条件で、フッ素原子を
含むクロム化合物膜１４０２を約５０ｎｍの厚さに成膜
し、偏光解折用サンプル１４０７を得た。

【００５６】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７６sccm＋四フッ化炭
酸ガス２４sccm スパッター圧力：約４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１４０７の波長２５０ｎｍ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
＝１．６７８、ｋ＝０．１６９であった。これを、前記
のＭ．Ｂｏｒｎ，Ｅ．Ｗｏｌｆ著「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
ｓｏｆＯｐｔｉｃｓ」６２８〜６３２頁に示される
金属膜として扱い、フォトマスクの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、２５０ｎｍ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、１８５ｎｍであった。

【００５７】そこで、図３（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１４０３上
に上述の成膜条件でクロム化合物膜１４０４を約１８０
ｎｍ成膜したところ、波長２５０ｎｍの光の透過率がお
よそ１０．５％である本発明の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１４０８を得た。このブ
ランクスの分光透過率曲線を図６に示す。

【００５８】このブランクス上に、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、同図
（ｃ）に示すように、有機物を主成分とする所望のレジ
ストパターン１４０５を得た。次に、同図（ｄ）に示す
ように、レジストパターン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トー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１４０６を得た。このとき、クロム化合物膜の
エッチング速度は、約０．６ｎｍ／ｓｅｃであった。最
後に、残ったレジストを常法により剥離し、同図（ｅ）
に示すように、本発明の単層ハーフトーン位相シフトフ
ォトマスク１４０９を得た。

【００５９】この単層ハーフトーン位相シフトフォトマ
スクも、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。

【００６０】〔実施例５〕本発明の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４の製造工程図に従
って説明する。図４（ａ）に示すように、フォトマスク
用合成石英基板１６０１上に、スパッタリング法で、以
下に示す通りの条件で、金属クロム膜１６０２を約４０
ｎｍの厚さに成膜した。

【００６１】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：約３ミリトールスパッター電流：６アンペア次に、この上に、実施例４と同条件、同膜厚のフッ素原
子を含むクロム化合物膜１６０３を成膜し、本発明の多
層ハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブランクス１
６０４を得た。このブランクスの分光透過率曲線を図７
に示す。このブランクスの波長２４８ｎｍにおける透過
率は５．５％であった。

【００６２】このブランクス上に、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、同図
（ｂ）に示すように、有機物を主成分とする所望のレジ
ストパターン１６０５を得た。次に、同図（ｃ）に示す
ように、レジストパターンから露出された多層ハーフト
ーン位相シフト膜を、ＣＨ₂Ｃｌ₂：Ｏ₂＝１：２．５
の混合ガス、圧力０．３トー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１６０６を得た。
最後に、残ったレジストを常法により剥離し、同図
（ｄ）に示すように、本発明の多層ハーフトーン位相シ
フトフォトマスク１６０７を得た。

【００６３】フッ素原子を含むクロム化合物層１６０３
は、金属クロム膜１６０２とは同じクロム原子を母体と
しているので、エッチング特性はほとんど同じであるた
め、この多層ハーフトーン位相シフトフォトマスクのパ
ターン加工特性は、実施例４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。

【００６４】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。

【００６５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、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によると、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層以上含み、そのクロム化合物が、クロム
原子の他に少なくともフッ素原子を含む化合物であり、
ハーフトーン位相シフト層が、少なくともフッ素を含む
クロム化合物からなる層と、クロム、酸化クロム、窒化
クロム、酸化窒化クロム、酸化炭化クロム、酸化炭化窒
化クロムの中の何れか１つからなる層とを含むので、短
波長露光でも所定以上の透過率が得られ、フッ化クリプ
トンエキシマレーザー露光等にも使用できるため、高解
像度リソグラフィーが実現できる。また、従来型フォト
マスクとほとんど同じ方法でマスク化できるため、歩留
りの向上、コストの低減が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１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得る過程を説明するための図
である。

【図２】実施例２のハーフトーン位相シフトフォトマス
クの製造工程図である。

【図３】実施例４のハーフトーン位相シフトフォトマス
クの製造工程図である。

【図４】実施例５のハーフトーン位相シフトフォトマス
クの製造工程図である。

【図５】実施例１のハーフトーン位相シフトフォトマス
ク用ブランクスの分光透過率曲線を示す図である。

【図６】実施例４のハーフトーン位相シフトフォトマス
ク用ブランクスの分光透過率曲線を示す図である。

【図７】実施例５のハーフトーン位相シフトフォトマス
ク用ブランクスの分光透過率曲線を示す図である。

【図８】スパッタリングガス流量比を変えたときの屈折
率と消衰係数の測定値を示す図である。

【図９】スパッタリングガス流量比を変えたときの位相
反転する膜厚を示す図である。

【図１０】スパッタリングガス流量比を変えたときの透
過率を示す図である。

【図１１】スパッタリングガス流量比を変えたときのフ
ッ素原子、炭素原子、酸素原子のクロム原子に対しての
相対存在数を示す図である。

【図１２】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１３】従来法を示す図である。

【図１４】酸化クロム膜の分光透過率曲線を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０１、２０１…基板１０２…位相反転半透明膜１０３、２０３…入射光２０２…遮光膜４０１…シリコンウエーハー４０２…クロム化合物膜４０３…高純度合成石英基板４０４…クロム化合物膜４０７…偏光解折用サンプル４０８…ハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブラン
クス５０１…ブランクス５０２…レジストパターン５０３…半透明膜パターン５０４…レジスト５０５…ハーフトーン位相シフトフォトマスク１４０１…シリコンウエーハー１４０２…クロム化合物膜１４０３…高純度合成石英基板１４０４…クロム化合物膜１４０５…レジストパターン１４０６…半透明膜パターン１４０７…偏光解折用サンプル１４０８…ハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブラ
ンクス１４０９…ハーフトーン位相シフトフォトマスク１６０１…フォトマスク用合成石英基板１６０２…金属クロム膜１６０３…クロム化合物膜１６０４…ハーフトーン位相シフトフォトマスク用ブラ
ンクス１６０５…レジストパターン１６０６…半透明膜パターン１６０７…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)発明者林直也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６−167803（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、前記クロム化合物が、クロム原子の他に少なくともフッ
素原子を含む化合物であり、前記ハーフトーン位相シフト層が、少なくともフッ素を
含むクロム化合物からなる層と、クロム、酸化クロム、
窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化炭化クロム、酸化炭
化窒化クロムの中の何れか１つからなる層とを含むこと
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
が、Ｘ線光電子分光法による分析値として、クロム原子
を１００としたときに、フッ素原子を１００以上含む化
合物であ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
合物が、Ｘ線光電子分光法による分析値として、クロム
原子を１００としたときに、１５０以下の割合で酸素原
子を含む化合物であ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１から３の何れか１項において、
前記クロム化合物が、Ｘ線光電子分光法による分析値と
して、クロム原子を１００としたときに、２５０以下の
割合で炭素原子を含む化合物であ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】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、前記クロム化合物が、クロム原子の他に少なくともフッ
素原子を含む化合物であり、前記ハーフトーン位相シフト層が、少なくともフッ素を
含むクロム化合物からなる層と、クロム、酸化クロム、
窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化炭化クロム、酸化炭
化窒化クロムの中の何れか１つからなる層とを含むこと
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６】請求項５において、前記クロム化合物
が、Ｘ線光電子分光法による分析値として、クロム原子
を１００としたときに、フッ素原子を１００以上含む化
合物であ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７】請求項５又は６において、前記クロム化
合物が、Ｘ線光電子分光法による分析値として、クロム
原子を１００としたときに、１５０以下の割合で酸素原
子を含む化合物であ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８】請求項５から７の何れか１項において、
前記クロム化合物が、Ｘ線光電子分光法による分析値と
して、クロム原子を１００としたときに、２５０以下の
割合で炭素原子を含む化合物であ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。