JP3286103B2

JP3286103B2 - 露光用マスクの製造方法及び製造装置

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Publication number: JP3286103B2
Application number: JP2676395A
Authority: JP
Inventors: 孝行岩松; 健二川野; 信一伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 2002-05-27
Anticipated expiration: 2017-05-27
Also published as: JPH08220731A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造にお
けるリソグラフィー工程で用いられる露光用マスクの製
造技術に係わり、特に位相シフト膜の改善をはかった露
光用マスクの製造方法及び製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体産業ではＩＣの高集積化に
伴い、より微細なパターンを作成していくことが要求さ
れている。これを実現するには、リソグラフィーにおけ
る分解能の向上が必要であり、そのための手段として位
相シフト法が提案されている。また、この分野ではＬＳ
Ｉの高集積化が進むにつれ、更に微細なパターン形成技
術を達成していくために露光光源波長をより短くしてい
く方向にある。これは、リソグラフィーの分解能が波長
に比例することによる。１ＧビットＤＲＡＭに対しては
０．２μｍ、４ＧビットＤＲＡＭに対しては０．１μｍ
の微細パターンが要求されており、これらのパターンを
実現するにはＫｒＦ（２４８ｎｍ）或いはそれ以下の波
長の光源を露光の際に用いる必要がある。

【０００３】しかし、露光用光源を短波長化すると、よ
り多大なエネルギーが今後位相シフトマスクに供給され
てゆくことになる。このとき、露光光照射によりマスク
材料（位相シフト膜）の光学特性（屈折率，消衰係数）
等が変化し、露光前に設定された所望の状態が変化し、
焦点深度の劣化を引き起こすなどの問題を生じることが
予想される。

【０００４】本発明者らは、位相シフト膜の露光時の変
化を抑えるためには光，熱，反応ガスを用いた処理を行
い、位相シフト膜を光学的に安定にする手法を提案して
きた（特願平５−３０４１８６号）。しかし、これらの
処理を膜作成後、大気中に一度出した膜に対して行う
と、大気中の不純物（アンモニアや水など）により膜が
汚染された後に光学的安定性を求めることになり、プロ
セスを経て最終的に得られる光学特性に再現性が無いと
いう問題が生じた。汚染は、膜中のＳｉのダングリング
ボンドに大気中の不純物が引き寄せられ、吸着或いは結
合状態に変化が生じるために起こると考えられる。ま
た、位相シフト膜として用いるＳｉＮｘ膜はアンモニア
を引きつけ易いため、レジスト塗布の際の密着性の低下
なども問題を引き起こしていた。

【０００５】図１０に、ＤＣ反応性スパッタリング法に
より作成された位相シフト膜（ＳｉＮｘ）の膜中に含ま
れるアンモニア量の経時変化を示す。同様に、図１１に
ＳｉＮｘ膜中水分量の経時変化を示す。このように膜作
成後に大気中に放置することにより膜中アンモニア量，
水分量が変化していることが分かる。即ちこの材料を位
相シフト膜として用いる場合、成膜後から処理に至る時
間により膜特性に変化が生じるという問題があった。こ
の現象を図１２に示す。図１２は、ＳｉＮｘ膜の透過率
の経時変化を示している。大気中への放置によりＳｉＮ
ｘ膜の透過率が変化することが分かる。

【０００６】位相シフトマスクにおいては透過率，位相
は非常に重要なパラメータである。透過率，位相の経時
変化は、位相シフトマスク性能を劣化させ、焦点深度の
減少やパターン寸法の変動などデバイス作成で大きな問
題となっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、位相
シフトマスクにおいては、露光時の光照射又は時間経過
に伴い位相シフト膜の物性変動が起こり、位相シフト膜
の位相差及び透過率が所望値からずれる問題があり、こ
れが転写レジストパターン形状の劣化や焦点深度低下を
招く要因となっていた。また、特願平５−３０４１８６
号のように膜の安定化処理を行っても、一旦大気中に晒
された膜では十分な効果が得られないことが分かった。

【０００８】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、露光光の照射又は時間
経過に伴う位相シフト膜の物性変動を防止することがで
き、パターン転写精度の向上に寄与し得る露光用マスク
の製造方法及び製造装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち、本
発明（請求項１）は、透光性基板上に少なくとも位相シ
フト膜から成るパターンを有する露光用マスクの製造方
法において、前記透光性基板上に前記位相シフト膜を成
膜した後、大気に晒すことなく前記位相シフト膜の元素
組成又は光学定数（屈折率又は消衰係数）を変化させ、
所望の位相差と透過率に調整することを特徴とする。

【００１０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものが上げられる。 (1) 位相シフト膜の安定化処理を行い所望の位相差と透
過率に調整した後に、位相シフト膜上に感光性樹脂膜を
形成し、次いで感光性樹脂膜を放射線又は荷電粒子線に
より露光して感光性樹脂パターンを形成し、次いで感光
性樹脂パターンをマスクに前記位相シフト膜の露出して
いる部分を除去し、しかるのち感光性樹脂パターンを除
去すること。 (2) 位相シフト膜の光学定数を変化させる工程は、真空
中，希ガス中又は反応ガス中にて光，熱，電磁波又は粒
子線を用いることにより成されること。 (3) 光源として重水素ランプ，Ｘｅランプ，エキシマレ
ーザ光源を単独若しくは組み合わせて用いること。ま
た。反応ガスとしては水素，窒素，酸素，フッ素，オゾ
ンやそれらのラジカルを用いること。 (4) 位相シフト膜は、半透明膜であること。

【００１１】また、本発明（請求項５）は、位相シフト
膜を有する露光用マスクの製造装置において、透光性基
板上に位相シフト膜を形成する成膜室と、この成膜室と
ゲートバルブを介して連設され、前記位相シフト膜の形
成された透光性基板を大気に晒すことなく搬入して、該
位相シフト膜の安定化処理を行う処理室とを具備してな
り、前記処理室では、前記位相シフト膜の元素組成又は
光学定数を変化させて所望の位相差と透過率に調整する
ことを特徴とする。

【００１２】

【作用】半透明な位相シフト膜では殆どの場合、所望の
光学定数を得るため、中間的な組成のアモルファス膜に
せざるを得ない。そして、作成された膜の結合状態は非
常に複雑になっている。例えば、アモルファスＳｉの場
合ではスパッタリングによりＳｉ−Ｓｉの結合以外に不
安定な結合手が多数形成され、この部分で反応性があり
不安定な要因になっている。この問題を解決するには、
例えばＳｉの場合、水素を添加することによりＳｉ−Ｈ
の結合を形成しダングリングボンドを減少させることが
良く知られている。このダングリングボンドは光，熱，
反応ガスによっても減らすことが可能である。

【００１３】光の場合、光の持つエネルギーＥは、その
波長λと次の関係がある。Ｅ＝ｈｃ／λ ‥‥（１）ｈ：プランク定数（6.626 ×１０^-26Ｊ・sec ）ｃ：光速（2.998 ×１０¹⁰cm/ sec ）例えば、波長３６５ｎｍの光のエネルギーは約７８ｋｃ
ａｌ／ｍｏｌであり、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマ
レーザーでは約１１５ｋｃａｌ／ｍｏｌ、波長１９３ｎ
ｍでは約１４８ｋｃａｌ／ｍｏｌとなる。このように、
現在又は将来ＬＳＩを作成するために用いられる光源は
非常に高いエネルギーを有することが分かる。また、元
素の化学結合エネルギーを下記の（表１）に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】殆どの結合エネルギーはランプで放出され
る光のエネルギー以下であるため、大半の弱い結合につ
いて上記の光照射により解離され、より強い結合状態へ
と再結合することが可能である。従って、物質に高エネ
ルギー光を照射することによって、より強い結合を形成
することができ、これにより露光光に対してその物質の
結合状態をより安定にすることができる。但し、実際の
化合物等では、その物質の結晶構造などによって中間的
な結合を有するため、様々な結合状態が化合物中に存在
している。このため、ある結合状態又は中間的な結合状
態のみを選択的に変化させることができ、それにより光
学定数を所望値に調整することが可能である。

【００１６】それには、その結合の吸収スペクトルに相
当するエネルギーを与えればよい。その物質の吸収スペ
クトルがブロードである場合は、そのエネルギーに相当
する範囲内で適当なエネルギーを選択すればよい（望ま
しくは吸収極大より短波長の光を照射するとよい）。

【００１７】また、反応ガスを併用することにより、上
記の反応を効率良く行うことができる。例えば、雰囲気
中に反応ガスとして酸素分子がある場合、これはランプ
からの紫外線（波長１８４．９ｎｍ）により酸素ラジカ
ルＯ（¹ Ｄ）や（³ Ｐ）に分解される。また、同時に２
次反応によりオゾン（Ｏ₃ ）が生成される。このオゾン
は、低圧水銀ランプ又はＸｅランプからの紫外線照射
（波長２５３．７ｎｍ）により分解され、酸素ラジカル
となる。この２重光励起により有効に酸素ラジカルＯ（
¹ Ｄ）を生成することができる。これを化学式で書く
と、以下のようになる。

【００１８】Ｏ₂ Ｅ（λ＝１８４．９ｎｍ）＋０→Ｏ₃ ‥‥（２）Ｏ₃ Ｅ（λ＝２５３．７ｎｍ） →Ｏ₂ ＋Ｏ^* ‥‥（３）このとき発生する酸素ラジカルＯ（¹ Ｄ）は、他の酸素
ラジカルに対して活性であり、酸化反応に有効に働く。
これを、例えば位相シフトマスク材料であるＳｉＮｘに
適用すると、膜作成後にこれらの処理を行うことで、窒
素の孤立電子対を酸素ラジカルが酸化し強い結合を作る
ため、短波長光で露光する際の光学定数変化を防止する
ことができる。このように、幾つかの手法を組み合わせ
て活性な結合種を安定なエネルギー準位にすることで、
より安定な位相シフト膜材料を得ることが可能となる。

【００１９】上記のことをＳｉＮｘ膜を用いて説明す
る。スパッタリング等で作成されたＳｉＮｘ膜は、Ｓｉ
のダングリングボンドを含むため大気中放置により光学
定数に経時変化が生じる。これを防ぐために光照射によ
ってこのダングリングボンドをより安定な結合にするこ
とで、経時変化を抑えることができる。またこの場合、
ＳｉＮｘ膜中に含まれる窒素の孤立電子対を同時に減少
させることができるため、大気中のアミン等がこの孤立
電子対に引き付けられることにより生じるレジストとの
密着性が悪いという問題を解決することができる。

【００２０】従って、大気中に出す前に上記処理を行う
ことでダングリングボンドを減少させることが可能であ
ると共に、膜中の孤立電子対をも同時に減少させること
で成膜後に大気中でのアミンの付着を抑えることによ
り、レジストとの密着性を向上させることも可能とな
る。これは、ＳｉＮｘに限らずＣｒＦｘなど孤立電子対
を有するものに適用可能である。

【００２１】また、上記ＳｉＮｘではＳｉのダングリン
グボンドを例として取り上げたが、他にもＭｏ，Ｃｒ，
Ｆｅ，Ｈｆのように配位子を有する遷移元素又はこれの
シリサイドの酸化物，窒化物，水素化物，炭化物，ハロ
ゲン化物及びこれらの混合物などに対しても、上記処理
により結合をより安定にすることが可能である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１）図１は、本発明の第１の実施例に係わる露
光用マスクの製造装置を説明するためのもので、（ａ）
は基本構成を示す図、（ｂ）は安定化処理部の構成を示
す図である。この装置は、図１（ａ）に示すように、透
明基板に位相シフト膜を形成するための成膜部１０と、
この成膜部１０に連通して設けられ、位相シフト膜が形
成された露光用マスク基板に安定化処理を施すための処
理部２０とから構成されている。また、成膜部１０には
基板を搬入するための基板搬入部３０が接続され、処理
部２０には基板を搬出するための基板搬出部４０が設け
られている。そして、各部３０と１０、１０と２０、２
０と４０の間には、ゲートバルブ５１，５２，５３がそ
れぞれ設置されている。

【００２３】成膜部１０は、通常のスパッタ装置と同様
に構成され、位相シフト膜物質をターゲットとし、スパ
ッタにより基板表面に位相シフト膜を蒸着させるものと
なっている。

【００２４】処理部２０は、図１（ｂ）に示すように構
成されている。即ち、チャンバ２１内に基板２２を支持
する回転可能なテーブル２３が設置され、チャンバ２１
の上方には基板２２の表面に光を照射する光照射部２４
が設けられてる。さらに、チャンバ２１の下方には基板
２２に光を照射する透過率測定光照射部２５が設けら
れ、チャンバ２１の上方には透過率測定部２６が設けら
れている。

【００２５】図２は、処理部２０のより具体的構成を示
す図である。この装置は、露光用マスクに露光光を照射
する部分と、露光用マスク基板の透過率を測定する部分
から構成されている。

【００２６】露光用マスク２００には、デバイスパター
ン２０１と透過率モニタエリア２０２が形成されてい
る。光照射装置（第１の光源）２１１から放射された光
は直線偏光フィルタ（偏光板）２１２を介し、露光用マ
スク２００に照射される。なお、光照射装置２１１の光
源には低圧水銀ランプ，高圧水銀ランプ，Ｘｅ−Ｈｇラ
ンプ，重水素ランプ等が用いられ、これらを露光用マス
ク２００の位相シフト膜の吸収帯に合うよう選択すれば
よい。このとき、照射される方向は透明基板から位相シ
フト膜の方向となるように、露光用マスク２００は設置
されている。

【００２７】また、露光用マスク２００は４端支持によ
りその中心部を回転の軸としてモータ２１３により回転
されており、これにより光照射装置２１１からの光の均
一照射が可能となっている。ここで、本実施例では露光
用マスク２００の４端を固定するようにしているが、周
辺を保持するものであればこれに限るものではない。本
実施例では同心円状で回転するものとしているが、偏心
して回転するものでもよく、さらに偏心と自転運動を同
時に行ってもかまわない。また、均一照射の観点から
は、マスク側ではなく光照射装置側を回転させるように
してもよい。

【００２８】また、露光用マスクの透過率を測定する部
分は、次のように構成されている。即ち、露光波長のみ
発する透過率モニタ用光源（第２の光源）２１４から発
せられた光は、直線偏光フィルタ２１２と直交する方向
を持つ直線偏光フィルタ２１５を介して透過率モニタエ
リア２０２に照射される。そして、モニタエリア２０２
を通過した光は、直線偏光フィルタ２１５と同方向の直
線偏光フィルタ２１６を介して透過率受光部２１７に入
射される。この透過率受光部２１７はフォトダイオード
等の受光素子からなるもので、従ってモニタ用光源２１
４の発光強度を一定にしておけば、フォトダイオードの
出力からモニタエリア２０２の透過率が測定される。な
お、透過率モニタ用光源側の直線偏光フィルタ２１５は
特に設けなくてもよい。

【００２９】透過率受光部２１７の測定結果は光照射装
置２１１に供給されており、測定結果に応じて照射制御
部２１８を介し光照射装置２１１を制御するものとなっ
ている。具体的には、透過率受光部２１７により最適透
過率が得られた時点で、光照射装置２１１の放射を終了
するものとなっている。

【００３０】このような構成であれば、光照射装置２１
１からの光照射によって、露光用マスク２００の透明基
板と位相シフト膜との境界部分に前述した安定化層を形
成、又は位相シフト膜に安定化領域を形成することがで
き、露光光照射に伴う位相シフト膜の光学定数変動を防
止することができる。また、本実施例では透過率を測定
する機構を設けているが、直線偏光フィルタ２１２，２
１５，２１６を設け、光照射装置２１１からの光とモニ
タ用光源からの光を分離しているので、露光用マスク２
００の透過率を正確に測定することができる。さらに、
測定された透過率情報を光照射装置２１１にフィードバ
ックしているので、露光用マスク２００の最適透過率が
得られる時点で光の照射を停止できる利点がある。（実施例２）図３は、本発明の第２の実施例に係わる露
光用マスクの製造装置の処理部の具体的構成を示す図で
ある。基本的な構成は第１の実施例と同様であるが、こ
の実施例では安定化のための光と透過率測定のための光
とを区別するために、直線偏光フィルタを用いる代わり
に波長の違いを利用している。

【００３１】露光用マスク３００には、デバイスパター
ン３０１と透過率モニタエリア３０２が形成されてい
る。光照射装置（第１の光源）３１１から放射された光
は波長限定するためのフィルタ３１２を介し、位相シフ
ト膜の赤外吸収帯の少なくとも一部を含む波長を持つ光
が露光用マスク３００に照射される。なお、光照射装置
３１１の光源には低圧水銀ランプ，高圧水銀ランプ，Ｘ
ｅ−Ｈｇランプ，重水素ランプ等が用いられ、これらを
露光用マスク３００の位相シフト膜の吸収帯に合うよう
選択すればよい。この際、照射される方向は透明基板か
ら位相シフト膜の方向となるように、露光用マスク３０
０は設置されている。

【００３２】また、露光用マスク３００は４端支持によ
りその中心部を回転の軸としてモータ３１３により回転
されており、これにより光照射装置３１１からの光の均
一照射が可能となっている。ここで、本実施例では露光
用マスク３００の４端を固定するようにしているが、周
辺を固定するものであればこれに限るものではなく、第
１の実施例で説明したように種々の変形が可能である。

【００３３】また、露光用マスクの透過率を測定する部
分は、次のように構成されている。即ち、露光波長のみ
発する透過率モニタ用光源（第２の光源）３１４から発
せられた光は、透過率モニタエリア３０２に照射され、
このモニタエリア３０２を通過した光は透過率受光部３
１７に入射される。この透過率受光部３１７は光センサ
からなるもので、従ってモニタ用光源３１４の発光強度
を一定にしておけば、光センサの出力からモニタエリア
３０２の透過率が測定される。

【００３４】ここで、透過率受光部３１７は、光照射装
置３１１からの光とモニタ用光源３１４からの光とを区
別するために、波長選択性を有するものが望ましい。具
体的には、分光機能が付加されたフォトマルチプライヤ
或いはフォトダイオードを用いればよい。また、波長選
択性を有しない光センサを用いる場合、光センサの入力
側に光照射装置３１１からの光をカットしモニタ用光源
３１４からの光を透過するフィルタを配置すればよい。

【００３５】透過率受光部３１７の測定結果は光照射装
置３１１に供給されており、測定結果に応じて照射制御
部３１８を介し光照射装置３１１を制御するものとなっ
ている。具体的には、透過率受光部３１７により最適透
過率が得られた時点で、光照射装置３１１の放射を終了
するものとなっている。

【００３６】このような構成であれば、光照射装置３１
１からの光照射によって、露光用マスク３００の透明基
板と位相シフト膜との境界部分に前述した安定化層を形
成、又は位相シフト膜に安定化領域を形成することがで
き、露光光照射に伴う位相シフト膜の光学定数変動を防
止することができる。また、本実施例では透過率を測定
する機構を設けているが、波長の違いを利用して安定化
用の光と透過率モニタ用の光とを分離しているので、露
光用マスク３００の透過率を正確に測定することができ
る。さらに、測定された透過率情報を光照射装置３１１
にフィードバックしているので、露光用マスク３００の
最適透過率が得られる時点で光の照射を停止できる利点
がある。（実施例３）図４は、本発明の第３の実施例に係わる露
光用マスクの製造装置の処理部の具体的構成を示す図で
ある。基本的な構成は第２の実施例と同様であるが、こ
の実施例では安定化のための光と透過率測定のための光
とを区別するために、各々の光を照射する時間をずらし
ている。

【００３７】露光用マスク４００には、デバイスパター
ン４０１と透過率モニタエリア４０２が形成されてい
る。光照射装置（第１の光源）４１１から放射された光
はシャッタ４１２を介し、周期的に露光用マスク４００
に照射される。なお、光照射装置４１１の光源には低圧
水銀ランプ，高圧水銀ランプ，Ｘｅ−Ｈｇランプ，重水
素ランプ等が用いられ、これらを露光用マスク４００の
位相シフト膜の吸収帯に合うよう選択すればよい。ま
た、光照射装置に周期的に発光するレーザ、例えばＫｒ
Ｆエキシマレーザなどを用いればシャッタ４１２は不要
である。この際、照射される方向は透明基板から位相シ
フト膜の方向となるように、露光用マスク４００は設置
されている。

【００３８】また、露光用マスク４００は４端支持によ
りその中心部を回転の軸としてモータ４１３により回転
されており、これにより光照射装置４１１からの光の均
一照射が可能となっている。ここで、本実施例では露光
用マスク４００の４端を固定するようにしているが、周
辺を固定するものであればこれに限るものではなく、第
１の実施例で説明したように種々の変形が可能である。

【００３９】また、露光用マスクの透過率を測定する部
分は、次のように構成されている。即ち、露光波長のみ
発する透過率モニタ用光源（第２の光源）４１４から発
せられた光は、シャッタ４１５を介して周期的に透過率
モニタエリア４０２に照射され、このモニタエリア４０
２を通過した光は透過率受光部４１７に入射される。こ
のとき、光照射装置４１４から光が照射されない時期に
透過率モニタ用光源４１４からの光が透過率モニタエリ
ア４０２に照射されるようにシャッタ４１５は制御され
ている。なお、透過率モニタ用光源４１４に周期的に発
光するレーザ、例えばＫｒＦエキシマレーザなどを用
い、かつ光照射装置４１１の照射時期からずらした時期
に透過率モニタ用光源から照射できればシャッタ４１５
は不要である。透過率受光部４１７は光センサからなる
もので、従ってモニタ用光源４１４の発光強度を一定に
しておけば、光センサの出力からモニタエリア４０２の
透過率が測定される。

【００４０】透過率受光部４１７の測定結果は光照射装
置４１１に供給されており、測定結果に応じて照射制御
部４１８を介し光照射装置４１１を制御するものとなっ
ている。具体的には、透過率受光部４１７により最適透
過率が得られた時点で、光照射装置４１１の放射を終了
するものとなっている。

【００４１】このような構成であれば、光照射装置４１
１からの光照射によって、露光用マスク４００の透明基
板と位相シフト膜との境界部分に前述した安定化層を形
成、又は位相シフト膜に安定化領域を形成することがで
き、露光光照射に伴う位相シフト膜の光学定数変動を防
止することができる。

【００４２】また、本実施例では透過率を測定する機構
を設けているが、シャッタ４１２，４１５を設け光照射
の時期をずらすことにより、安定化用の光と透過率モニ
タ用の光とを分離しているので、露光用マスク４００の
透過率を正確に測定することができる。さらに、測定さ
れた透過率情報を光照射装置４１１にフィードバックし
ているので、露光用マスク４００の最適透過率が得られ
る時点で光の照射を停止できる利点がある。

【００４３】なお、本実施例では位相シフト膜の透過率
をモニタする機構が設けられているが、この代わりに分
光エリプソにより反射光をモニタし得られる位相シフト
膜の屈折率ｎ、消衰係数ｋ，膜厚ｄから透過率及び位相
差を求め終点判別を行う機構が設置されていてもよい。（実施例４）図５は、本発明の第３の実施例に係わる露
光用マスクの製造工程を示す断面図である。本実施例
は、ＡｒＦエキシマレーザ露光に用いるＳｉＮｘ位相シ
フト膜の製造方法に関する。製造装置としては、前記図
１及び図２に示したものを用いた。

【００４４】図６に本実施例における屈折率ｎ，消衰係
数ｋの推移を示す。曲線ＡはＳｉＮｘをスパッタ法によ
り成膜したときの組成比に対する（ｎ，ｋ）曲線、曲線
ＢはＰ１点のＳｉＮｘ組成を固定し更に酸素を添加した
ときの添加量に対する（ｎ，ｋ）曲線、曲線ＣはＰ２点
におけるＳｉＮｘＯｙ組成に対し、更に光照射によりタ
ングリングボンドを減少させて得られる（ｎ，ｋ）曲線
である。

【００４５】まず、図５（ａ）に示すように、石英等か
らなる透明基板５０１をチャンバに導入し、この基板５
０１上にスパッタ法により膜厚が８７ｎｍのＳｉＮｘ膜
５０２（位相シフト膜）を形成した。このとき、位相シ
フト膜５０２の振幅透過率は１９３ｎｍで１７．６％で
あった（図６Ｐ１点）。

【００４６】次いで、この位相シフト膜５０２の表面の
経時変化を防止するため、基板上に作成した膜を外気に
晒すことなく引き続きチャンバ内でオゾン雰囲気にて酸
化させ、膜中の孤立電子対及びＳｉのタングリングボン
ドを減少させた。これにより、位相シフト膜５０２の振
幅透過率は２０．１％となった（図６Ｐ２点）。さら
に、低圧水銀ランプにより２５４ｎｍ近傍の波長を持つ
遠紫外線を透明基板５０１から位相シフト膜５０２方向
に基板に対し均一に照射させＳｉＮｘ膜５０２の改質を
行った。このとき、改質により位相シフト膜５０２の振
幅透過率は２４．５％となった（図６Ｐ３点）。

【００４７】これらの処理後、基板５０１をチャンバ外
に取り出した。なお、成膜時のＳｉＮｘ膜５０２の屈折
率，消衰係数，膜厚は、酸化反応及び紫外線照射後に所
望の透過率，位相差になるように、予め酸化反応及び紫
外線照射での屈折率，消衰係数，膜厚の変化量を見込ん
で設定した。

【００４８】次いで、図５（ｂ）に示すようにＳｉＮｘ
膜５０２上にＥＢレジスト５０３を塗布し、さらにＥＢ
描画時に生じるチャージアップを防止するために導電性
の膜５０４をＥＢレジスト５０３上に形成した。その
後、図５（ｃ）に示すように、ＥＢ描画により所望のレ
ジストパターンを形成した。

【００４９】次いで、図５（ｄ）に示すように、このパ
ターンをマスクとしてＳｉＮｘ膜５０２を選択エッチン
グすることにより、ＳｉＮｘ膜５０２のパターニングを
行った。このときのエッチングにはＣＤＥ（chemical D
ry Etching）や、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等
を用いればよい。その後、レジストパターンを除去する
ことで、図５（ｅ）に示すようなＳｉＮｘ半透明位相シ
フトパターンが得られた。

【００５０】図７に、本実施例により作成した半透明位
相シフト膜の露光光照射量に対する透過率変化を示す。
このように本実施例方法によれば、露光光照射で膜質が
変化することなく、安定した光学性能を維持でき、実際
の露光に使用しても、露光光照射に伴う位相シフト膜の
物性変動を生じるはことなく、パターン転写精度の向上
に寄与することができる。

【００５１】本実施例方法により得られた振幅透過率２
４．５％、位相差１８０度のハーフトーン型位相シフト
マスクを、露光光源にＡｒＦレーザを用いて０．１８μ
ｍのホールパターンの転写結果を評価したところ１．０
μｍの焦点深度を得ることができた。また、同一マスク
を１００ロットを照射した時点で再度転写結果を評価し
たところ、焦点深度は１．０μｍとマスク作成時の性能
をそのまま維持することができた。一方、従来の方法で
作成したマスクは１００ロットを照射した時点で露光光
照射並びに経時変化により成膜時の振幅透過率２４．５
％、位相差１８０度から振幅透過率２７．５％、位相差
１６５度へと大きく変動し、この結果焦点深度は０．３
μｍとマスク作成時の性能を大幅に劣化させていること
が分かった。

【００５２】また、上記と同様にしてＫｒＦレーザ露光
に用いるＳｉＮｘ位相シフト膜を形成し、得られた振幅
透過率２４．５％、位相差１８０度のハーフトーン型位
相シフトマスクを、露光光源にＫｒＦレーザを用いて
０．３μｍのホールパターンの転写結果を評価したとこ
ろ１．５μｍの焦点深度を得ることができた。また、同
一マスクを５００ロットを照射した時点で再度転写結果
を評価したところ、焦点深度は１．５μｍとマスク作成
時の性能をそのまま維持することができた。一方、従来
の方法で作成したマスクは５００ロットを照射した時点
で露光光照射並びに経時変化により成膜時の振幅透過率
２４．５％、位相差１８０℃から振幅透過率２６．５
％、位相差１７０度へと大きく変動し、この結果焦点深
度は０．８μｍとマスク作成時の性能を大幅に劣化させ
ていることが分かった。この結果、本実施例記載の製造
装置並びに製造方法により作成されたハーフトーン型位
相シフトマスクを用いることでデバイスへの適用範囲が
大きく広がった。

【００５３】なお、本実施例の短波長光照射の代わりに
加熱処理を行ってもよい。また、短波長光照射と加熱処
理を同時に行い反応をより促進させて行ってもよい。ま
た、照射光光源に低圧水銀ランプを用いているが、他の
光源、例えば重水素ランプ、キセノンランプ、カットオ
フフィルタを併用して用いてもよい。また、ここでは位
相シフト膜としてＳｉＮｘ膜を用いたが、ＳｉＮｘ膜に
限らず他の薄膜、例えばＳｉ，Ｃｒ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｔ
ａ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｈｆなどの金属やＡｌＳｉ，ＭｏＳ
ｉ、ＷＳｉ，ＮｉＳｉ，ＡｌＣｕＳｉなどの金属シリサ
イド膜、カーボン、或いはこれらの酸化物，窒化物，炭
化物，水素化物，ハロゲン化物の単体又はこれらの混合
物を用いても同様の効果が得られる。また他の露光光
源、例えば水銀ランプのｇ，ｉ線やＡｒＦ、ＫｒＦレー
ザ光などを対象とした位相シフト膜に対し適用可能であ
る。

【００５４】また、本実施例では酸化処理として酸素と
オゾンを用いたが、他にも酸化作用の強いもの、例えば
発煙硝酸を用いてもよい。また、ＣＶＤ法、光励起ＣＶ
Ｄ法などによって酸化膜を形成してもよい。また、酸素
濃度が膜内で勾配を持つように成膜条件、改質条件を調
整してもよい。また、位相シフト膜の膜厚を本発明の趣
旨を逸脱しない範囲において適当な厚さにしてもよい。
また、導電性膜を位相シフト膜上に形成する代わりに基
板に予め帯電防止の役割をする膜が形成されているもの
を用いてもよい。（実施例５）図８は、本発明の第５の実施例に係わる露
光用マスクの製造工程を示す断面図である。本実施例
は、水銀ランプのｉ線露光に用いるＳｉＮｘ位相シフト
膜の製造方法に関する。製造装置としては、前記図１及
び図２に示したものを用いた。

【００５５】図９に本実施例における屈折率ｎ、消衰係
数ｋの推移を示す。曲線ＡはＳｉＮｘをスパッタ法によ
り成膜したときの組成比に対する（ｎ，ｋ）曲線、曲線
ＢはＰ１点のＳｉＮｘ組成を固定し光照射と酸化を同時
に生じさせた時の酸素濃度増加とダングリングボント数
を減少させて得られる（ｎ，ｋ）曲線である。

【００５６】まず、図８（ａ）に示すように透明基板８
０１をチャンバ内に導入し、透明基板８０１上にスパッ
タ法により膜厚が９７ｎｍのＳｉＮｘ膜８０２（位相シ
フト膜）を形成する。このとき、位相シフト膜８０２の
振幅透過率は２０．０％であった（図９Ｐ１）。

【００５７】次いで、チャンバ内に酸素を導入しＳｉＮ
ｘ膜８０２形成後に酸素を含む雰囲気チャンバ内に設置
された低圧水銀ランプにより１８５ｎｍ並びに２５４ｎ
ｍに波長を持つ遠紫外線を透明基板８０１から位相シフ
ト膜８０２方向及び、位相シフト膜８０２から透明基板
８０１方向に均一に照射させる。この際、１８５ｎｍの
遠紫外線はチャンバ内の酸素に吸収されオゾンを発生す
る。このオゾンにより位相シフト膜８０２が酸化され
る。一方、オゾンが酸素に脱励起される際に３００ｎｍ
近傍の波長を有する光を発する。また、このオゾンに２
５４ｎｍの遠紫外線が吸収されると励起酸素原子が生成
され、これも位相シフト膜の酸化に寄与する。この処理
により位相シフト膜８０２の振幅透過率は２１．９％に
変化した（図９Ｐ２）。

【００５８】これらの処理後、基板をチャンバ外に取り
出した。なお、成膜時のＳｉＮｘ膜の屈折率，消衰係
数，膜厚はオゾン並びに励起酸素原子による酸化反応及
び紫外線照射後に透過率，位相差になるように、予めオ
ゾン並びに励起酸素原子による酸化反応及び紫外線照射
での屈折率，消衰係数，膜厚の変化量を見込んで設定し
た。

【００５９】次いで、図８（ｂ）に示すように、ＳｉＮ
膜上８０２にＥＢレジスト８０３を塗布し、さらにＥＢ
描画時に生じるチャージアップを防止するために導電性
の膜８０４をＥＢレジスト８０３上に形成する。その
後、図８（ｃ）に示すように、ＥＢ描画により所望のレ
ジストパターンを形成する。

【００６０】次いで、図８（ｄ）に示すように、レジス
トパターンをマスクとしてＳｉＮｘ膜８０２の選択エッ
チングすることにより、ＳｉＮｘ膜８０２のパターニン
グを行う。エッチングにはＣＤＥや、ＲＩＥ等を用いれ
ばよい。そして、このエッチングによりＳｉＮｘ膜パタ
ーンを形成したのちレジストパターンを除去することに
よって、図８（ｅ）に示すような露光用マスクが得られ
る。ここで、処理は光照射により行われているが、高温
加熱処理を同時に行い反応をより促進させて行ってもよ
い。

【００６１】このように本実施例方法によれば位相シフ
ト膜の膜質が露光により変化することなく安定した性能
を維持することができ、第４の実施例と同様の効果が得
られる。また、本実施例においても、第４の実施例で説
明したように各種の変化が可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば。大
気に晒すことなく位相シフト膜の安定化処理を行い、露
光光照射に対する位相シフト膜の不安定さを光エネルギ
ー等を外部から与えることによって、透過率変動を防ぐ
と共にレジストとの密着性を向上させることが可能とな
った。これにより、マスク作成が容易になると共に、マ
スク特性変化を抑えることができた。従って、長期にわ
たって同一のマスクを安定に使用することが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わる露光用マスクの製造装置
を示す基本構成図。

【図２】第１の実施例の製造装置の処理部の具体的構成
を示す図。

【図３】第２の実施例の製造装置の処理部の具体的構成
を示す図。

【図４】第３の実施例の製造装置の処理部の具体的構成
を示す図。

【図５】第４の実施例に係わる露光用マスクの製造工程
を示す断面図。

【図６】第４の実施例における安定化処理前後の複素屈
折率変化を示す図。

【図７】第４の実施例における位相シフト膜の透過率変
化を示す図。

【図８】第５の実施例に係わる露光用マスクの製造工程
を示す断面図。

【図９】第５の実施例における安定化処理前後の複素屈
折率変化を示す図。

【図１０】ＳｉＮｘ膜中のアンモニア濃度の変化を示す
図。

【図１１】ＳｉＮｘ膜中の水分量の変化を示す図。

【図１２】ＳｉＮｘ膜作成後の透過率変化を示す図。

【符号の説明】

１０…成膜部２０…処理部３０…基板搬入部４０…基板搬出部２１…チャンバ２２…基板２３…テーブル２４…光照射部２５…透過率測定光照射部２６…透過率測定部２００，３００，４００…露光用マスク２０１，３０１，４０１…デバイスパターン２０２，３０２，４０２…モニタエリア２１１，３１１，４１１…光照射装置（第１の光源）２１２，２１５，２１６，３１２，４１２，４１５…直
線偏光フィルタ２１３，３１３，４１３…モータ２１４，３１４，４１４…透過率モニタ用光源（第２の
光源）２１７，３１７，４１７…透過率受光部２１８，３１８，４１８…照射制御部５０１，８０１…透明基板５０２，８０２…ＳｉＮ膜（位相シフト膜）５０３，８０３…ＥＢレジスト５０４，８０４…導電膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平７−43887（ＪＰ，Ａ) 特開平８−62822（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】透光性基板上に少なくとも位相シフト膜か
ら成るパターンを有する露光用マスクの製造方法におい
て、前記透光性基板上に前記位相シフト膜を成膜した後、大
気に晒すことなく前記位相シフト膜の元素組成又は光学
定数を変化させ、所望の位相差と透過率に調整すること
を特徴とする露光用マスクの製造方法。
【請求項２】透光性基板上に位相シフト膜を形成する工
程と、前記位相シフト膜の元素組成又は光学定数を変化させて
所望の位相差と透過率に調整する工程と、前記位相シフト膜上に感光性樹脂膜を形成する工程と、前記感光性樹脂膜を放射線又は荷電粒子線により露光し
て感光性樹脂パターンを形成する工程と、前記感光性樹脂パターンをマスクに前記位相シフト膜の
露出している部分を除去する工程と、前記感光性樹脂パターンを除去する工程とを含む露光用
マスクの製造方法であって、前記位相シフト膜を形成する工程終了後から前記所望の
位相差と透過率に調整する工程開始までの間において、前記位相シフト膜が大気に晒されること無く行われるこ
とを特徴とする露光用マスクの製造方法。
【請求項３】前記位相シフト膜の光学定数を変化させる
工程は、真空中，希ガス中又は反応ガス中にて光，熱，
電磁波又は粒子線を用いることにより成されることを特
徴とする請求項１又は２に記載の露光用マスクの製造方
法。
【請求項４】透光性基板上に位相シフト膜を形成する手
段と、前記位相シフト膜の形成された透光性基板を大気
に晒すことなく、前記位相シフト膜の元素組成又は光学
定数を変化させて所望の位相差と透過率に調整する手段
とを具備してなることを特徴とする露光用マスクの製造
装置。
【請求項５】透光性基板上に位相シフト膜を形成する成
膜室と、この成膜室とゲートバルブを介して連設され、前記位相シフト膜の形成された透光性基板を大気に晒す
ことなく搬入して、前記位相シフト膜の元素組成又は光
学定数を変化させて所望の位相差と透過率に調整する処
理室とを具備してなることを特徴とする露光用マスクの
製造装置。