JP3355445B2 - 位相シフトフォトマスクブランクス生産方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大規模集積回路の生産
に用いられるフォトマスクの生産方法に係り、特に位相
シフト露光法に用いられる位相シフトフォトマスクブラ
ンクスの生産方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェハー上に微細なパターンを形成する
ためのフォトリソグラフィー技術には、一般的には縮小
投影露光法が用いられ、高圧水銀ランプから発生する波
長365nmのｉ線を露光光に用い、５倍に拡大された原画
パターンを縮小投影光学系を介して大規模集積回路基板
状に転写して、0.5μm程度のパターンを形成する量産技
術が確立されている。

【０００３】しかしながら超大規模集積回路(ＵＬＳＩ)
の生産で必要とされる0.3乃至0.35μm以下の加工精度を
要求されるパターンは、上記ｉ線の波長以下の大きさで
ある。この様な微小寸法を形成する場合には、光の回折
現象によって隣り合う明暗のパターン間で干渉効果が発
生し、これにより解像度が低下する、という不都合を生
じてしまう。

【０００４】この解像度の低下現象を、一般的な遮光型
のフォトマスクを例にとって簡単に説明する。図７(ａ)
で、ａ4は遮光型のフォトマスクであり、ガラス基板ａ1
の表面上に金属クロム等の光を遮光する材料で遮光部ａ
2が形成されて、遮光部ａ2と光透過部ａ5とで、ウェハ
ーに転写される回路パターンが構成されている。そし
て、図面上方に配置された図示しない光源から該フォト
マスクａ4に露光光ａ3を照射すると、前記フォトマスク
ａ4上の露光光の振幅分布は、前記遮光部ａ2と光透過部
ａ5とが形成する回路パターンに従って、図７(ｂ)に示
す様に、光透過部ａ5では一定振幅を持ち、遮光部ａ2で
はゼロとなって明部ａ6と暗部ａ7の分布を発生させる。

【０００５】しかしながら光透過部ａ5を透過した露光
光は回折現象を起こすので、ウェハ状の光強度分布は図
７(ｃ)の様になり、明部ａ6と暗部ａ7の境界がぼやけて
解像度が低下する。

【０００６】そこで従来より上記解像度低下を防止する
技術が求められており、エキシマレーザ等の短波長の光
を用いて回折現象の影響を回避する技術や、光の回折現
象を積極的に利用して微細パターンをウェハ上に形成す
る位相シフト露光法とが開発されていたが、従来の露光
装置やレジストをそのまま利用できるという観点からは
後者の位相シフト露光法が優れていると言われている。

【０００７】この位相シフト露光法の原理を図面を用い
て簡単に説明する。

【０００８】まず、図８(ａ)を参照して、ｂ1はガラス
基板であり、該基板上に光透過率が5%から40%程度の半
透明膜であって光の位相を180度シフトさせる位相シフ
ト膜ｂ3が成膜され、該位相シフト膜ｂ3の間に存して露
光光ｃ3を減衰させずに透過させる光透過部ｂ2とが形成
されており、前記位相シフト膜ｂ3と光透過部ｂ2とでウ
ェハに転写される集積回路の回路パターンが作られてい
る。

【０００９】そして、図面上方から照射された露光光ｃ
3は、光透過部ｂ2では減衰されないので図８(ｂ)で示す
如く、透過光の光振幅はｃ5の様に強く現れ、前記位相
シフト膜ｂ3を透過した光は減衰され且つ前記光透過部
ｂ2を透過した光とは位相が180度反転してｃ6の様に現
れる。このｃ5とｃ6で作られる露光光のパターンがウェ
ハ上に転写される際に、干渉効果によって互いに強度を
弱め合い、ウェハ上では図８(ｃ)に示す様な強度分布を
生じる。

【００１０】この様に、位相シフト露光法を用いれば、
ウェハ上で解像度の良い光強度分布を持ったパターンを
得ることができる。

【００１１】ここで、空気の屈折率を１とし、露光光の
波長をλsとすると、該λsの関数である位相シフト膜ｂ
3の分光屈折率ｎsと、前記位相シフト膜ｂ3の膜厚ｄ₀と
前記位相シフト膜ｂ3を透過した光の位相シフト量φ(λ
s)との間には次の関係が成立する。

【００１２】 φ(λs) ＝ ｄ₀・｛２π・（ｎs−１）｝／λs ……(１１) そして、スパッタリング装置を用いて上記位相シフトフ
ォトマスクブランクスを作製し、これに回路パターンを
形成してウェハに転写する場合には、ウェハ上のパター
ン解像度を向上させるためには位相シフト量φ(λs)は
π(１８０°)であることが理想であり、実用上も位相シ
フト量が１８０°±８°以内に入ることが求められてい
る。また、露光光の透過量もレジストの露光感度に応じ
た範囲内に納める必要がある。ここで、目的位相シフト
量Фsと得られた位相シフト膜の位相シフト量φ(λs)と
許容誤差ε(φ)、及び、目標分光透過率Ｔsと得られた
位相シフト膜の分光透過率Ｔ(λs)とその許容誤差ε
(Ｔ)との間には、生産管理上次の規格を満足させる必要
がある。

【００１３】 ｜ Фs−φ(λs) ｜ ＜ ε(φ) ……(１２) ｜ Ｔ(λs)−Ｔs ｜ ＜ ε(Ｔ) ……(１３) しかしながら位相シフト量の許容誤差ε(φ)は８°であ
り、これを膜厚に換算すると膜厚ｄ₀を±４．４％以内
の精度で成膜する必要がある。この様な膜厚精度は、過
去の実績から算出した成膜時間により成膜するだけでは
達成が困難であり、(１２)式で示す規格から外れた位相
シフトフォトマスクブランクスは廃棄するか、エッチン
グ又は追加成膜を行って規格範囲内のものとする必要が
あった。

【００１４】更に、位相シフト膜の膜質は、管理限界以
下の微妙な成膜条件の違いによっても変動し、これによ
り位相シフト膜の分光屈折率ｎs(λs)と分光透過率Ｔ
(λs)とが変動し、位相シフト量φ(λs)が(１２)式で示
す規格範囲内であっても、分光透過率Ｔ(λs)が(１３)
式で示す規格の範囲から外れるときがあり、この場合は
位相シフトフォトマスクブランクスは廃棄せざるを得な
かった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不利不便に鑑みて創作されたもので、その目的は目標
とする位相シフト量、及び、目標とする分光透過率をも
った位相シフト膜を安定的に成膜し、精度のよい位相シ
フトフォトマスクブランクスを生産する方法を提供する
ことにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の発明は、光透過性材料から成る基板上
に所定の位相シフト量と所定の光透過率とを有する位相
シフト膜を成膜する位相シフトフォトマスクブランクス
生産方法であって、成膜途中に、成膜途中の位相シフト
膜の位相シフト量と光透過率とを測定する測定工程と、
前記位相シフト量と前記光透過率と成膜時間とから、同
一成膜条件で所定時点まで成膜を続けたときに得られる
位相シフト膜の位相シフト量と光透過率とを予測する予
測工程と、予測した位相シフト量と光透過率とが所定の
位相シフト量及び所定の光透過率との差が許容範囲外に
なるときには、成膜条件を変更する修正工程とを備えた
ことを特徴とし、請求項２記載の発明は、前記測定工程
は、波長λ₀での位相シフト膜の屈折率ｎ₁と、正整数ｍ
と、露光光の波長λsでの分光屈折率ｎs及び消衰係数ｋ
sから、次式、 λ₀ ＝ ２・ｎ₁・λs／｛ｍ・(ｎs−１)｝ で表される波長λ₀の測定光で成膜途中の位相シフト膜
の分光反射率を測定して分光反射率が極値となる極値時
刻を算出する算出工程を含み、前記予測工程は前記極値
時刻を前記所定時点として前記位相シフト量と前記光透
過率との予測を行うことを特徴とし、請求項３記載の発
明は、前記測定工程と、前記予測工程と、前記修正工程
とを複数回繰り返すことを特徴とする。

【００１７】なお、前記成膜途中の位相シフト膜の位相
シフト量と光透過率とを求めるには、Ｒ．Ｔ．法によ
り、前記成膜途中の位相シフト膜に所定波長の照射光を
照射して、分光反射率と分光透過率とを測定して屈折率
と消衰係数とを算出して求めてもよいし、前記成膜途中
の位相シフト膜に直線偏光光を照射して偏光解析法によ
り、反射光の振幅反射率比と、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分
の位相差とを測定して屈折率と消衰係数とを算出して求
めてもよい。

【００１８】

【作用】光透過性材料から成る基板上に位相シフト膜を
成膜する際、成膜途中の位相シフト膜の位相シフト量と
光透過率とを測定すれば、同一成膜条件で所定時点まで
成膜を続けたときに得られる位相シフト膜の位相シフト
量と光透過率とを予測することができる。

【００１９】そして、予測した位相シフト量と光透過率
のいずれかが、所定の位相シフト量の値、または、所定
の光透過率の値から離れており、その差が許容範囲外に
なるときにはそのまま成膜を続けても規格外の位相シフ
トフォトマスクブランクスしか得られないので、成膜条
件を変更し、位相シフト量と光透過率とが許容範囲内に
納まるようにする。

【００２０】ところで、位相シフト量の許容誤差は光透
過率の許容誤差よりも小さいので、主に位相シフト量が
目的位相シフト量となる成膜条件を探してこの条件に変
更する必要がある。そして、この場合、位相シフト膜の
分光反射率Ｒ及び分光透過率Ｔを測定し、以下に記す
Ｒ.Ｔ.法により位相シフト膜の屈折率ｎ₁と消衰係数ｋ₁
とを算出することで、次のように成膜時間を予測するこ
とができる。

【００２１】即ち、位相シフト膜の分光反射率Ｒは、位
相シフト膜の膜厚をｈ₁としたとき、 δ ＝ ４π・ｎ₁・ｈ₁／λ₀ ……(２１） なるδをパラメーターとし、係数ａ_１〜ａ₄、係数ｂ₁〜
ｂ₄及びσを定数として、次式、

【００２２】

【数１】

【００２３】で表せる。

【００２４】ここで、係数ａ₁〜ａ₄、係数ｂ₁〜ｂ₄、及
びσは、成膜時の雰囲気の屈折率をｎ₀、位相シフト膜
の屈折率をｎ₁、基板の屈折率をｎ₂、位相シフト膜の消
衰係数をｋ₁、基板の消衰係数をｋ₂、真空中の測定光の
波長をλ₀として、次式で定義される。

【００２５】

【数２】

【００２６】なお、位相シフト膜の分光透過率Ｔは、上
記係数ａ₁〜ａ₄、係数ｂ₁〜ｂ₄、及びσを使用して、次
式で表すことができる。

【００２７】

【数３】

【００２８】上記(２２)式から、位相シフト膜の分光反
射率Ｒは前記δを変数とする関数であり、その周期はπ
である。従って、 δ ＝ π・ｍ (ｍは正整数) ……(４１) で分光反射率Ｒは極値をとる。このときは、上式と(２
１)式とから、 ４π・ｎ₁・ｈ₁／λ₀ ＝ π・ｍ (＝ δ) ……(４２) が成立する。従って、上式を次のように書き換えた次
式、 ｈ₁ ＝ λ₀・ｍ／(４・ｎ₁) ……(４３) で表せる膜厚ｈ₁のときに位相シフト膜の分光反射率Ｒ
は極値をとることとなる。

【００２９】一方、目的とする位相シフト量Фと位相シ
フト膜の膜厚ｄ₁との関係は、露光光の波長をλs、その
ときの位相シフト膜の屈折率ｎsとの間で、 ｄ₁ ＝ λs・Ф／｛２π・(ｎs−１)｝ ……(４５) なる関係があるので、前記目的位相シフト量Фがπのと
きは、上式は次のように書き換えることができる。

【００３０】 ｄ₁ ＝ λs／｛２・(ｎs−１)｝ ……(４６) ここで、上式を書き換えれば、 λs ＝ ２・ｄ₁・(ｎs−１) ……(４７) となり、ｄ₁とｈ₁とが等しいとすると、上式と(４６)式
とから、 λs≒λ₀・(ｎs−１)・ｍ／(２・ｎ₁) ……(４８) 上式を書き換えると、 λ₀≒２・ｎ₁・λs／｛ｍ・(ｎs−１)｝ ……(４９) となり、上式が成立する波長λ₀の光を用いて位相シフ
ト膜の分光透過率を測定すれば、極値をとる時点の位相
シフト膜の位相シフト量はπとなる。従って、前記分光
反射率Ｒの変化率や成膜速度等から、その値が極値をる
時刻を算出すれば、位相シフト量がπとなる時点を予測
することができる。

【００３１】そして、一定時間成膜を行って、位相シフ
ト量と光透過率を測定すればそれらの変化率等から前記
予測時点での両者の値が予測できるので、それらが許容
範囲に納まらない場合には成膜条件を変更して一定時間
成膜を行って、分光反射率Ｒの変化率等から再度その値
が極値をとる時刻を算出し、成膜終了時刻を変更するこ
とができる。

【００３２】ところで、前記(２２)式と(４０)式におい
て、分光反射率Ｒと分光透過率Ｔとが、位相シフト膜の
屈折率ｎ₁と消衰係数ｋ₁、及び位相シフト膜の膜厚ｈ₁
を変数とする関数であると見ることもできる。そして、
波長λ₀の光を用いて分光反射率と分光透過率を測定す
ると共に、該波長λ₀とは異なる波長λ₀’を用いて分光
反射率と分光透過率とを測定すると、これら２波長にお
ける測定値を用いて発明者の一人が先に提案した真空蒸
着装置における光学定数と膜厚の測定方法と装置に関す
る資料（特開平４−３０１５０６）に記載の方法によ
り、前記位相シフト膜の屈折率ｎ₁と消衰係数ｋ₁、及び
位相シフト膜の膜厚ｈ₁を算出することができる。そし
て、そのときの位相シフト量φは算出した屈折率ｎ₁か
ら、次式、 φ ＝ ｈ₁・｛２π・(ｎ₁−１)｝／λ₀ ……(５１) により求めることができる。また、光透過率は前記測定
した分光透過率の値を用いてもよいが、算出した屈折率
ｎ₁と消衰係数ｋ₁とを(４０)式に代入して求めた分光透
過率Ｔの値を用いてもよい。

【００３３】そして、目的とする位相シフト量Фを与え
る膜厚Ｄは、前記屈折率ｎ₁を用いて、 Ｄ ＝ Ф・λ₁／｛２π・(ｎ₁−１)｝ ……(５２) と表せるので、前記算出した膜厚ｈ₁と成膜時間とから
成膜速度を求めれば、位相シフト量Фが得られる所定時
点を予測することができる。

【００３４】なお、前記位相シフト膜の膜厚ｈ₁は水晶
振動子等のレイトモニターを用いれば別途測定すること
ができるので、その場合には前記波長λ₀’の光を用い
ることなく、波長λ₀の光を用いて測定した分光反射率
Ｒと分光透過率Ｔの値から前記位相シフト膜の屈折率ｎ
₁と消衰係数ｋ₁を算出することもできる。

【００３５】一方、分光反射率Ｒと分光透過率Ｔを測定
するＲ.Ｔ.法ではなく、偏光法により直線偏光光を位相
シフト膜に照射して、楕円偏光光である反射光を得て、
そのＰ成分とＳ成分の位相差及び振幅反射率比とを測定
して位相シフト膜の屈折率ｎ₁と消衰係数ｋ₁を求めるこ
とも可能である。

【００３６】これを簡単に説明すると、位相シフト膜と
基板の全体の面の振幅反射率を、Ｐ偏光成分に対してＲ
P、Ｓ偏光成分に対してＲSとし、成膜雰囲気と位相シフ
ト膜の界面、位相シフト膜と基板の界面におけるＰ偏光
成分とＳ偏光成分の振幅反射率をそれぞれ、ｒ1P、ｒ2
P、ｒ1S、ｒ2Sとすると、それらの間には、

【００３７】

【数４】

【００３８】なる関係が成立する。

【００３９】ここで、ξは位相シフト膜内で入射光が一
往復して生じる位相差であって、膜内の屈折角θ、入射
光の真空中での波長λ₀から、次式で表される量であ
る。

【００４０】 ξ ＝ ４π・ｎ₁・ｈ₁・ｃｏｓ(θ)／λ₀ ……(６３) そして、反射光のＰ偏光成分の位相δPとＳ偏光成分の
位相δSの位相差Δと振幅反射率比 ｔａｎ(ψ) と、前
記ＲP、ＲSとの間には次の関係が成立する。

【００４１】 Δ ＝ −(δP−δS) ……(６４) ＲP／ＲS ＝ ｔａｎ(ψ)・ｅｘｐ(ｉ・Δ) ……(６５) 成膜雰囲気の光学定数をＮ₁、位相シフト膜の光学定数
をＮ₂、基板の光学定数をＮ₃とすると、 Ｎ₁ ＝ ｎ₀−ｋ₀・ｉ ……(６６) Ｎ₂ ＝ ｎ₁−ｋ₁・ｉ ……(６７) Ｎ₃ ＝ ｎ₂−ｋ₂・ｉ ……(６８) であり、上記振幅反射率ｒ1P、ｒ2P、ｒ1S、ｒ2Sは、入
射光が位相シフト膜へ入射する入射角をθ₁、基板へ入
射する入射角をθ₂、基板内での屈折角をθ₃とすると、

【００４２】

【数５】

【００４３】なる関係が成立する。ここで、Ｙ₁〜Ｙ₃及
びＺ₁〜Ｚ₃は、

【００４４】

【数６】

【００４５】で表せるので、(６１)式から(７０)式を用
い、振幅反射率比 ｔａｎ(ψ) とＰ偏光成分とＳ偏光成
分の位相差Δを２波長の光を用いて測定すれば、位相シ
フト膜の屈折率ｎ₂と消衰係数ｋ₂を算出することができ
る。

【００４６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の処理手順を示す
フローチャートであり、図２(ａ)は本発明の実施に用い
るられる装置及び分光透過率と分光反射率を測定する場
合の光学系の一例を示す図である。

【００４７】図１、図２(ａ)を参照して、Ｓ1は初期成
膜ステップであり、直流マグネトロンスパッタリング装
置２を用い、モリブデンシリサイドのターゲット板３を
導入ガスでスパッタリングして回転台６に保持された基
板５上にモリブデンシリサイドのハーフトーン位相シフ
ト膜を成膜する作業を開始する。

【００４８】この成膜作業は次の第１成膜条件下で行わ
れた。

【００４９】即ち、チャンバー１０内にはガス導入口４
から酸素(Ｏ₂)ガスを制御部１３で制御されるマスフロ
ーコントローラー８で１３sccmの流量に制御して導入す
ると共に、アルゴンガス(Ａｒ)を５６．６sccmの流量で
図示しないガス導入口から導入した。また、チャンバー
１０内のガスは排気系９と圧力計１２及び制御部１３で
制御して２．８mTorrに保ち、基板の温度は図示しない
加熱装置で１１０℃に保ち、スパッタリング電圧は４７
０Ｖ、スパッタリング電流は１．５Ａにした。また、成
膜中は制御部１３で制御されるモーター１１により前記
回転台６を２ｒｐｍの回転速度で回転させ、位相シフト
膜の膜質が均一になるようにした。

【００５０】なお、制御部１３はＲＡＭ等の記憶装置を
備える演算手段１４に接続されており、前記ガス流量等
の諸条件は入力手段１５によって表示装置１６で確認し
ながら前記演算手段１４に入力されるので、前記制御部
１３に諸条件を与えられるようになっている。

【００５１】上記第１成膜条件では、成膜開始時点から
３５分後に目的とする位相シフト量πが得られ、目的と
する光透過率１０％が±１．５％の許容範囲内で得られ
ることがわかっているので、成膜終了時点ｔEを３５分
に設定した。

【００５２】そして、上記成膜条件で２０分間成膜を行
った後、処理をＳ2に移行させた。

【００５３】Ｓ2は測定ステップであり、基板５上に成
膜途中の位相シフト膜の位相シフト量と光透過率とを測
定光学系２１により測定し、処理をＳ3に移行させる。

【００５４】ここで、前記測定光学系２１は、光源３１
と、モノクロメーター３２と、ハーフミラー３３と、第
１受光器３５と、第２受光器３６とを備えており、前記
光源３１から照射された光４１は前記モノクロメーター
３２ににより単色光４２とされ、前記ハーフミラー３３
と、チャンバー１０の底板に図３に示す如く、前記ター
ゲット３から離間させて形成した第１の窓４５と回転台
６に設けられた第２の窓４６とを介して成膜途中の基板
５に照射される。

【００５５】前記基板５に照射された光の一部は該基板
５を透過し、チャンバー１０の上板に設けられた第３の
窓４７を介して、前記第２受光器３６で受光される。ま
た、前記基板５に照射された光の他の一部は該基板５で
反射され、前記第１の窓４５を介して前記ハーフミラー
３３に入射し、そこで反射されて前記第１の受光器３５
で受光される。

【００５６】測定光には波長が３６５ｎｍのものを用
い、前記受光器３６で透過光を受光して分光透過率Ｔ(3
65)を測定し、前記受光器３５で反射光を受光して分光
反射率Ｒ(365)を測定する。このときは、図４(ａ)のＰ₁
とＰ₂で示す点の値を得た。また、膜厚は、別途設けた
レイトモニターで測定した。

【００５７】Ｓ3は算出ステップであり、前記分光反射
率Ｒ(365)と分光透過率Ｔ(365)と、前記膜厚ｈ₁とか
ら、図４(ｂ)に示すように成膜途中の位相シフト膜の屈
折率ｎ₁と消衰係数ｋ₁とを算出して、図４(ｃ)で示すグ
ラフのように、位相シフト量φ(ｈ₁)を算出してＳ4に処
理を移行させる。

【００５８】このときの光透過率Ｔ(ｈ₁)は、前記分光
透過率Ｔ(365)の値をそのまま用いても、前記屈折率
ｎ₁、消衰係数ｋ₁、膜厚ｈ₁の値を(４０)式に代入して
求めてもよい。

【００５９】なお、前記屈折率ｎ₁と消衰係数ｋ₁とを算
出する際、分光透過率と分光反射率とを２つの異なる波
長の光を用いて測定しておけば、前記膜厚ｈ₁も同時に
算出することが可能である。

【００６０】更に、前記測定ステップＳ2において、振
幅反射率比 ｔａｎ(ψ) とＰ偏光成分とＳ偏光成分の位
相差を測定し、これにより前記屈折率ｎ₁と消衰係数ｋ₁
とを算出してもよい。その場合に用いられる光学系の一
例を図２(ｂ)に示す。光源５１から射出された光は送光
光学系５２で直線偏光光に偏光され、チャンバー１０’
に設けられた窓４５’を介して基板５’に照射され、反
射光は窓４７’を介して、受光光学系５３を介して光検
出器５４に入射して前記振幅反射率比 ｔａｎ(ψ) とＰ
偏光成分とＳ偏光成分の位相差が測定される。

【００６１】Ｓ4は予測ステップであり、前記位相シフ
ト量φ(ｈ₁)及び光透過率と成膜時間ｔ( ＝２０分)とか
ら成膜終了時点( ＝３５分)での膜厚ｈ₁’を、次式、 ｈ₁’ ＝ ｈ₁＋(ｈ₁／ｔ)・(ｔE−ｔ) ……(８１) により求め、成膜終了時点ｔEでの位相シフト量φEを、
次式、 φE ＝ ｈ₁’・｛２π・(ｎ₁−１)｝／λ₀ ……(８２) により算出した。

【００６２】また、成膜終了時点ｔEでの光透過率ＴE
は、(２１)式と(３９)式の変数ｈ₁に、前記膜厚ｈ₁’の
値を代入し、(４０)式から ＴE ＝ １３．８％ と算出し、処理をＳ5に移行させた。

【００６３】Ｓ5は誤差量判断ステップであり、前記位
相シフト量φEと前記光透過率ＴEのいずれもが許容範囲
内にあり、成膜条件を変更する必要がないか、あるか否
かを判断する。許容範囲内にあり、変更の必要がないと
きは判断結果をＮｏとして処理をＳ6に移行させ、許容
範囲外であり変更の必要があれば判断結果をＹｅｓとし
て処理をＳ7に移行させる。

【００６４】ここで、前記光透過率ＴEの許容範囲は
８．５〜１１．５％であり、１３．８％はこの範囲を逸
脱する。従って、判断結果はＹｅｓとなるので、処理は
Ｓ7に移行された。

【００６５】Ｓ7は成膜条件修正ステップであり、目的
とする位相シフト量Фsと時刻ｔにおける位相シフト量
φ(ｈ₁)との差、及び、目的とする光透過率Ｔsと時刻ｔ
における光透過率Ｔ(ｈ₁)との差を修正するために最適
な成膜条件を選択して、前記第１成膜条件を変更した。

【００６６】変更後の成膜条件下で成膜を行って、成膜
終了時点ｔEでの位相シフト量を変えないで、光透過率
の値を下げる必要がある。そこで、酸素ガス流量を１２
sccm、スパッタ電圧を４６７Ｖに変更し、窒素ガス
(Ｎ₂)を別途３sccmの流量で導入する第２成膜条件を採
用した。なお、アルゴンガス流量、圧力、スパッタ電流
は第１成膜条件と同じである。この条件下で成膜される
位相シフト膜の屈折率ｎ₁’は２．１８９であり、消衰
係数ｋ₁’は０．４２、成膜速度は４．４１nm／minであ
る。

【００６７】そして、第２条件下で成膜を続行し、処理
をＳ2に戻した。

【００６８】一定時間経過後、測定ステップＳ2で再度
成膜途中の位相シフト膜の位相シフト量と光透過率を測
定し、算出ステップＳ3に処理が移行される。ここで２
層目の光学定数は１層目の光学定数と異なるため次式に
より近似的に２層目の光学定数ｎ₂−ｉｋ₂を求め、この
値に基づいて位相シフト膜の位相シフト量を求めた。

【００６９】一層目の光学定数と膜層をｎ₁−ｉｋ₁，ｈ
₁、二層目の光学定数の期待値と膜厚をｎ₂−ｉｋ₂，ｈ₂
とし、全体の膜を単層と考えてＲ、Ｔから求めた光学定
数をｎ−ｉｋとして次式、 ｎ≒（ｎ₁・ｈ₁＋ｎ₂・ｈ₂）／（ｈ₁＋ｈ₂） …（９０） ｋ≒（ｋ₁・ｈ₁＋ｋ₂・ｈ₂）／（ｈ₁＋ｈ₂） …（９１） より、 ｎ₂≒｛ｎ・（ｈ₁＋ｈ₂）−ｎ₁・ｈ₁｝／ｈ₁ …（９２） ｋ₂≒｛ｋ・（ｈ₁＋ｈ₂）−ｋ₁・ｈ₁｝／ｈ₂ …（９３） を得てｎ₂、ｋ₂を求めた。ここで膜厚ｈ₂としては ｈ₂＝ ｑ₂・（ｔ−２０min） …（９４） の値を用いた。ｑ₂はレイトモニターで求めた成膜速度
（ｑ₂＝４．４１nm/min）である。

【００７０】求めた結果はｎ₂〜ｎ₁′、ｋ₂〜ｋ₁′であ
り、図４（ｂ）に示したようになった。

【００７１】このような近似法を用いなくても、２層以
上の多層膜において順次形成される多層膜の最外層を除
く各層の光学定数と膜厚とから最外層の光学定数を求め
る手段が存在する場合には、最外層の光学定数と膜厚と
から全体の位相角φを次式により求めることができる。

【００７２】

【数７】 φｉ＝２π・（ｎｉ−１）・ｈｉ／λ ₀ …（９６） ここにｎｉはｉ層目の屈折率、ｈｉはｉ層目の膜厚であ
る。

【００７３】この場合は、光学定数の近似値で示し、よ
り精度の高い値を用いて位相シフト量を求めることがで
きる。

【００７４】そして、予測ステップＳ4を経て、誤差量
判断ステップＳ5で、第２成膜条件の変更の必要の有無
がＮｏと判断されたので、処理はＳ6に移行された。

【００７５】Ｓ6は、成膜終了時刻判断ステップであ
り、成膜終了時点ｔEになったか否かを判断する。ここ
では、未だ成膜終了時点に達していなかったので、判断
結果はＮｏとされ、処理はＳ2に戻されて、ステップＳ2
からＳ6の一連の処理が、成膜終了時点ｔEに達し、判断
がＹｅｓとされるまで繰り返される。

【００７６】本発明の他の実施例であって、クロム（Ｃ
ｒ）金属ターゲット板を用いて、基板上にクロムハーフ
トーン位相シフト膜を成膜する際の処理手順を図６に示
す。

【００７７】Ｓ11は初期成膜ステップであり、Ａｒガス
流量を８４．５sccm、Ｏ₂ガス流量を１５．５sccm、チ
ャンバー１０内の圧力を４mTorr、基板温度を１１０℃
に設定し、ステップＳ12にて成膜作業を開始した。そし
て、Ｓ12で所定時間成膜を行った後、処理をＳ13に移行
させた。

【００７８】Ｓ13は測定ステップであり、(４９)式に基
いて波長４００nmを算出し、その波長の光を用いて一定
時間分光反射率の測定を行った。また、波長３６５nmの
光を用いて、一定時間位相シフト膜の分光透過率と分光
反射率を測定し、Ｒ.Ｔ.法により屈折率ｎ₁と消衰係数
ｋ₁を算出したところ、 ｎ₁−ｉ・ｋ₁ ＝ ２．５１４−０．４８１４・ｉ であった。このときの各測定値は、図６(ａ)において、
波長４００nmにおける分光反射率を曲線１０１で、波長
３６５nmにおける分光透過率を曲線１０２、分光反射率
を曲線１０３で示す。また、屈折率ｎ₁、消衰係数ｋ₁、
及び成膜速度ｑの変化を図６(ｂ)に示す。

【００７９】Ｓ14は終点算出ステップであり、前記波長
４００nmにおける分光反射率から、(４９)式のｍが３の
時点の２２分で目的位相シフト量πを得られると予測し
て、その時点を成膜終了時刻に設定し、処理をＳ15に移
行させる。

【００８０】Ｓ15では、成膜作業を行うと共に上記実施
例のＳ2のステップと同様に、位相シフト量と光透過率
の測定を行い、処理をＳ16に移行させる。

【００８１】Ｓ16は成膜条件変更ステップであり、前記
ステップＳ15での測定結果に基づいて、成膜終了時刻に
おける位相シフト量と光透過率を算出して、その値が目
標位相シフト量及び目標光透過率の許容範囲内に納まる
ように成膜条件の変更を行う。但し本実施例では、図６
(ｃ)で示されるように、位相シフト量φは成膜終了時点
において許容範囲内に納まるので、特に成膜条件の変更
は行わずに処理をＳ17に移行させる。

【００８２】Ｓ17は時間監視ステップであり、前記成膜
終了時刻になったか否かを判断する。前記成膜終了時刻
になっていた場合にはＳ19に処理を移行させて位相シフ
トフォトマスクの生産を終了する。成膜終了時刻になっ
ていない場合には処理をＳ15に戻し、成膜終了時刻にな
るまで、Ｓ15、Ｓ16、Ｓ17の各ステップの処理が繰り返
し行われる。

【００８３】なお、ターゲット板の管理や基板取り出し
時の雰囲気の管理が充分に行われれば膜質は安定するよ
うになる。そして、光透過率の許容範囲は位相シフト量
の許容範囲に比べて広いので、位相シフト膜の位相シフ
ト量が許容範囲に納まればその光透過率も許容範囲内に
納まる成膜条件を設定することが可能となる。

【００８４】その場合には、成膜中に分光反射率を測定
し、その値が極値を示した時点で成膜作業を終了するよ
うにしてもよい。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば、目的とする位相シフト
量と光透過率をもった位相シフトフォトマスクブランク
スを簡単に得ることができ、従来の様に規格外の不良品
が発生することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の処理手順を示すフローチ
ャート

【図２】 (ａ)本発明に用いられる装置とＲ.Ｔ.法によ
る測定を行う場合の光学系の一例を示す図、(ｂ)偏光法
による測定を行う場合の光学系の一例

【図３】 図２(ａ)の装置のIII−III’断面図

【図４】 (ａ)分光透過率と分光反射率の測定値の一
例、(ｂ)位相シフト膜の屈折率と消衰係数と成膜速度の
測定値、及び、期待値、(ｃ)位相シフト量の測定値

【図５】 本発明の他の実施例の処理手順を示すフロー
チャート

【図６】 (ａ)分光反射率と分光透過率の測定値の一
例、(ｂ)その測定値から、屈折率、消衰係数、成膜速度
を算出した例、(ｃ)位相シフト量と膜厚を算出した例

【図７】 一般的な遮光型のフォトマスクで露光する場
合の原理図

【図８】 位相シフトフォトマスクで露光する場合の原
理図

【符号の説明】

３……ターゲット ５、５’……基板 ６……回転台 １３……制御部 ２１……測定光学系 ４５、４５’……第１の窓 ４６……第２の窓 ４７、４７’……第３の窓 Ｔ……分光透過率 Ｒ……分光反射率 ｈ₁……膜厚 φ……位相シフト
量 ｎ₁……位相シフト膜の屈折率 ｋ₁……位相シフ
ト膜の消衰係数 φE……成膜終了時点での位相シフト量の算出値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−162039（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−78640（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光透過性材料から成る基板上に所定の位相
   シフト量と所定の光透過率とを有する位相シフト膜を成
   膜する位相シフトフォトマスクブランクス生産方法であ
   って、 成膜途中に、成膜途中の位相シフト膜の位相シフト量と
   光透過率とを測定する測定工程と、 前記位相シフト量と前記光透過率と成膜時間とから、同
   一成膜条件で所定時点まで成膜を続けたときに得られる
   位相シフト膜の位相シフト量と光透過率とを予測する予
   測工程と、 予測した位相シフト量と光透過率とが所定の位相シフト
   量及び所定の光透過率との差が許容範囲外になるときに
   は、成膜条件を変更する修正工程とを備えたことを特徴
   とする位相シフトフォトマスクブランクス生産方法。
2. 【請求項２】前記測定工程は、波長λ0での位相シフト
   膜の屈折率ｎ1と、正整数ｍと、露光光の波長λsでの分
   光屈折率ｎs及び消衰係数ｋsから、次式、 λ0 ＝ ２・ｎ1・λs／｛ｍ・(ｎs−１)｝ で表される波長λ0の測定光で成膜途中の位相シフト膜
   の分光反射率を測定して分光反射率が極値となる極値時
   刻を算出する算出工程を含み、 前記予測工程は前記極値時刻を前記所定時点として前記
   位相シフト量と前記光透過率との予測を行うことを特徴
   とする請求項１に記載の位相シフトフォトマスクブラン
   クス生産方法。
3. 【請求項３】前記測定工程と、前記予測工程と、前記修
   正工程とを複数回繰り返すことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載の位相シフトフォトマスクブランクス
   生産方法。