JP4027660B2 - ハーフトーン型位相シフトマスクブランク及びマスク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相シフターによる光の干渉作用を利用して転写パターンの解像度を向上できるようにした位相シフトマスク及びその素材としての位相シフトマスクブランク並びにそれらの製造方法等に関し、特にハーフトーン型の位相シフトマスク及びブランク並びにそれらの製造方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＲＡＭは、現在２５６Ｍｂｉｔの量産体制が確立されており、今後Ｍｂｉｔ級からＧｂｉｔ級への更なる高集積化がなされようとしている。それに伴い集積回路の設計ルールもますます微細化しており、線幅（ハーフピッチ）０．１０μｍ以下の微細パターンが要求されるのも時間の問題となってきた。
パターンの微細化に対応するための手段の一つとして、これまでに、露光光源の短波長化によるパターンの高解像度化が進められてきた。その結果、現在の光リソグラフィ法における露光光源はＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）が主に使用されている。
しかし、露光波長の短波長化は解像度を改善する反面、同時に焦点深度が減少するため、レンズをはじめとする光学系の設計への負担増大や、プロセスの安定性の低下といった悪影響を与える。
【０００３】
そのような問題に対処するため、位相シフト法が用いられるようになった。位相シフト法では、微細パターンを転写するためのマスクとして位相シフトマスクが使用される。
位相シフトマスクは、例えば、マスク上のパターン部分を形成する位相シフター部と、位相シフター部の存在しない非パターン部からなり、両者を透過してくる光の位相を１８０°ずらすことで、パターン境界部分において光の相互干渉を起こさせることにより、転写像のコントラストを向上させる。位相シフター部を通る光の位相シフト量φ（ｒａｄ）は位相シフター部の複素屈折率実部ｎと膜厚ｄに依存し、下記数式（１）の関係が成り立つことが知られている。
φ＝２πｄ（ｎ−１）／λ …（１）
ここでλは露光光の波長である。したがって、位相を１８０°ずらすためには、膜厚ｄを
ｄ＝ λ／｛２（ｎ−１）｝ …（２）
とすればよい。この位相シフトマスクにより、必要な解像度を得るための焦点深度の増大が達成され、露光波長を変えずに解像度の改善とプロセスの適用性を同時に向上させることが可能となる。
【０００４】
位相シフトマスクはマスクパターンを形成する位相シフター部の光透過特性により完全透過型（レベンソン型）位相シフトマスクと、ハーフトーン型位相シフトマスクに実用的には大別することができる。前者は、位相シフター部の光透過率が、非パターン部（光透過部）と同等であり、露光波長に対してほぼ透明なマスクであって、一般的にラインアンドスペースの転写に有効であるといわれている。一方、後者のハーフトーン型では、位相シフター部（光半透過部）の光透過率が非パターン部（光透過部）の数％から数十％程度であって、コンタクトホールや孤立パターンの作成に有効であるといわれている。
【０００５】
ハーフトーン型位相シフトマスクのうちには、主に透過率を調整する層と主に位相を調整する層からなる２層型のハーフトーン型位相シフトマスクや、構造が簡単で製造が容易な単層型のハーフトーン型位相シフトマスクがある。２層型ハーフトーン型位相シフトマスクとしては、例えば、特開平４−１４０６３５号公報記載の薄いＣｒと塗布ガラスの２層構造のハーフトーン位相シフター部を有するものがある。また単層型のハーフトーン型位相シフトマスクとしては、例えば特開平７−１９９４４７号公報記載のＳｉＯx系やＳｉＯxＮy系、特開平８−２１１５９１号公報記載のＳｉＮx系等がある。
また、特開平７−１６８３４３号公報には、検査光波長に対する透過率を低くして検出感度を上げることを目的として、ＭｏＳｉＯ又はＭｏＳｉＯＮからなる単層膜と、この単層膜との組合せにおいて透過率の波長依存性が小さい透過膜とを含むハーフトーン位相シフター部を有する位相シフトマスクが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、ＬＳＩパターンの微細化に伴い、露光光源の波長は現在のＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）から、将来的にはＦ2エキシマレーザ（１５７ｎｍ）へと短波長化が進むと予想される。また、透過率についても現在主流の６％付近からより高い透過率のものが要求されつつある。このような露光光源の短波長化又は高透過率化に伴い、単層型ハーフトーン位相シフター部の材料は、従前の波長でみた場合に光透過性の高い材料が必要があり、その結果、透明基板（通常、合成石英）と位相シフター膜とが組成的に類似する傾向となり、パターン加工の際に石英基板とのエッチング選択性が小さくなり、透明基板をオーバーエッチングしてしまい、位相差が１８０°よりも大きくなるため、位相シフトによる解像度の向上が得られないという問題が生じる。
例えば、従来の２層タイプのハーフトーン位相シフター部のように、透明基板（通常、合成石英）とのエッチング選択性が小さい塗布ガラス（ＳｉＯ2）層の下に透明基板及び塗布ガラスとのエッチング選択性が大きいＣｒを介在させることによって、位相シフター部のパターン加工の際に、Ｃｒが塗布ガラス（ＳｉＯ2）層のエッチングストッパーの役割を果たすので透明基板のオーバーエッチングを防ぐことができるので、このようなエッチングストッパー層を介在させた２層構造とすることにより上記問題点を解決することが考えられる。しかしながら、この場合、塗布ガラスと異なるエッチングガス又は液を用いてＣｒをエッチングする必要がある（２段階のエッチング工程が必要となる）ため、工程が煩雑になるという問題点があった。
本発明は、上記背景の下になされたものであり、露光光源の短波長化に伴い透明基板と位相シフター膜とが組成的に類似するかあるいは光学特性的に類似する場合におて、透明基板をオーバーエッチングをすることを防止し、かつ比較的単純な工程で製造できかつ加工が容易なハーフトーン型位相シフトマスクブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクを提供することを目的とする。
また、１４０ｎｍ〜２００ｎｍの露光波長領域、特にＦ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近、及びＡｒＦエキシマレーザの波長である１９３ｎｍ付近における高透過率品（透過率８〜３０％）で使用可能なハーフトーン型位相シフトマスク及びその素材となるハーフトーン型位相シフトマスクブランクの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の構成を有する。
（構成１）透明基板上に、露光光を透過させる光透過部と、露光光の一部を透過させると同時に透過した光の位相を所定量シフトさせる位相シフター部を有し、前記光透過部と位相シフター部の境界部近傍にて各々を透過した光が互いに打ち消し合うように光学特性を設計することで、被露光体表面に転写される露光パターン境界部のコントラストを良好に保持、改善できるようにしたハーフトーン型位相シフトマスクを製造するために用いるハーフトーン型位相シフトマスクブランクであり、透明基板上に前記位相シフター部をエッチング加工によって形成するための位相シフター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおいて、
前記位相シフター膜が、透明基板上に順次形成された第１の層及び第２の層を有し、前記第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であり、かつ前記第２の層は透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に困難又は不可能な材料であり、前記第１の層は、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能な材料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ブランク。
（構成２）前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が０．５以下であり、前記第１の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差よりも大きいことを特徴とする構成１記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
（構成３）前記位相シフター膜が、透明基板上に順次形成された第１の層および第２の層の２層構造であり、前記第１の層は主に透過率を調整する層であり、前記第２の層は主に位相を調整する層であることを特徴とする構成１又は２に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
（構成４）前記第１の層が、Ｓｉ、ＭＳｉｘ（Ｍ：Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆの一種又は二種以上）から選ばれる一種の材料からなり、前記第２の層が、ＳｉＯx、ＳｉＯxＮy又はこれらにＭ（Ｍ：Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆの一種又は二種以上）を、Ｍ／（Ｓｉ＋Ｍ）×１００が１０原子％以下となるような範囲で含有させた材料からなることを特徴とする構成１〜３のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
（構成５）構成１〜４のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおける位相シフター膜を、所定のパターンが得られるように選択的に除去するパターニング処理を施すことにより得られた、光透過部と位相シフター部とからなるマスクパターンを有することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。
（構成６）構成５に記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用いてパターン転写を行うことを特徴とするパターン転写方法。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、位相シフター膜が、透明基板上に順次形成された第１の層及び第２の層を有し、前記第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であり、かつ前記第２の層は透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に不可能な材料であり、前記第１の層は、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に困難又は可能な材料であることを特徴とする。
透明基板上に位相シフター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクを考えた場合において、透明基板と位相シフター膜とが、組成的に類似するかあるいは光学特性的に類似する場合、位相シフター膜をエッチング加工していくときに透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に不可能となり、透明基板が過剰にオーバーエッチングされてしまう恐れがある。本発明ではこのような場合に、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に不可能な位相シフター膜と透明基板との間に、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能な層を介在させるものである。このように、本発明では、第１の層は透明基板とのエッチング終点検出が可能であるため、位相シフター膜のパターン加工においても、透明基板のオーバーエッチングを低減することができる。また本発明では、第１の層と第２の層を同じエッチング媒質で連続的にエッチングすることができる（１段階のエッチング工程でよい）ため、２層であっても単層と同様の加工容易性を維持することができ、比較的単純な工程で製造できる。
本発明において、第２層の材料としては、特に、１４０ｎｍ〜２００ｎｍの露光波長領域、とりわけＦ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近で、所望の透過率ならびに位相シフト量を与えるような材料として、ＳｉＯx、ＳｉＯxＮy又はこれらにＭ（Ｍ：Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆの一種又は二種以上）を、Ｍ／（Ｓｉ＋Ｍ）×１００が１０原子％以下となるような範囲で含有させた材料が挙げられる。これらの材料膜をエッチングする場合は、例えばＣＨＦ3やＣＦ4、ＳＦ6、Ｃ2Ｆ6等のフッ素系ガス及びその混合ガスによるドライエッチング（ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)）にて行うことができるが、その場合、上記の材料膜を直接透明基板に形成してパターン加工しようとした場合、透明基板（合成石英基板）に対するエッチング終点検出が実質的に不可能である。具体的には、前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光（例えば波長６８０ｎｍ）における屈折率差が、０．５以下、さらには０．３未満となってしまうため、エッチング終点検出光に対する反射率の差が極めて小さく、エッチング終点検出が実質的に困難又は不可能である。ここで、前記屈折率差が０．５以下である場合エッチング終点検出が困難であり、前記屈折率差が０．３以下である場合エッチング終点検出が実質的に不可能である。つまり、本発明は、前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が０．５以下、さらには０．３以下である場合に特に有効である。
【０００９】
本発明において、第１の層は、透明基板と第２の層との間に介在され、上記第２の層と同じエッチング媒質でエッチングした場合に、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能である。具体的には、前記第１の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が、前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差よりも大きく好ましくは０．５以上であるため、エッチング終点検出光に対する反射率の差を検出することができるために、エッチングの終点検出が実質的に可能である。この屈折率差が０．８以上である場合、エッチング終点検出がより容易かつ確実となる。エッチング終点検出が容易であるとエッチング加工が容易となる。
上記屈折率差の要件に加え、第１の層は、第２の層と同じエッチング媒質で連続してエッチングできることが必要である。これらの要件を満たす材料として、Ｓｉ、ＭｏＳｉx、ＴａＳｉx、ＷＳｉx、ＣｒＳｉx、ＺｒＳｉx、又はＨｆＳｉxが挙げられる。ここで、本発明においては、第１の層の透明基板に対するエッチング選択比が大きい方が、エッチング終点検出をさらに容易に行うことができるので好ましい。その理由は、透明基板に対するエッチング選択比が小さいと、第１の層のエッチングに時間がかかることでエッチング終点検出光の反射光強度の変化がなだらかとなるが、透明基板に対するエッチング選択比が大きいと、第１の層のエッチング時間が短いために急峻な反射光強度の変化が見られるためである。透明基板に対するエッチング選択比は、５倍以上が好ましく、さらには８倍以上であることが好ましい。透明基板とのエッチング選択比が大きいという観点から、第１の層はＳｉが最も好ましい。
【００１０】
本発明において、第１の層は第２の層よりも屈折率を高くすることにより、上記のような、第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が０．５以下であり、第１の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が、第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差よりも大きいという関係を満足するような膜構造が可能となるので好ましい。即ち、第１の層は第２の層よりも透過率が高く、主に透過率を調整する機能を有し、第２の層は第１の層よりも位相シフト量が大きく、主に位相シフト量を調整する機能を有することが好ましい。
本発明においては、位相シフター膜を第１の層と第２の層との２層構造、あるいは、第２の層の上にさらに１層又は複数層を積層した多層膜としてもよい。
尚、本発明における第１の層と第２の層との２層構造の位相シフター膜の位相シフト量及び透過率は、第１の層及び第２の層を含む全層の合計によって調整されるものである。
本発明において、透明基板は、一般的には合成石英基板が用いられる。他の透明基板材料としてはＣａＦ2等が挙げられる。
本発明においては、上述したような、透明基板と位相シフター膜とが、光学特性的に類似し反射光によるエッチングの終点検出が困難な場合に、反射光によるエッチングの終点検出が可能な層を透明基板と位相シフター膜との間に介在させるケースの他に、透明基板と位相シフター膜とが、組成的に類似しプラズマ発光などを利用した元素分析によるエッチングの終点検出が困難な場合に、元素分析によるエッチングの終点検出が可能な層を透明基板と位相シフター膜との間に介在させるケースが含まれる。
【００１１】
以下、上記第２の層がＳｉＯxＮy系膜である場合について説明する。
第２の層の材料が、ＳｉＯxＮy系膜である場合、１４０ｎｍ〜２００ｎｍの露光波長領域、とりわけＦ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近で、所望の透過率ならびに位相シフト量を与えるようなＳｉＯxＮy系膜は、従来得られているＳｉＯxＮy系膜とは基本的に組成範囲が異なる膜であり、しかも従来得られているＳｉＯxＮy系膜とは膜質（例えばｋなどの物性）の異なる膜である。このような組成範囲と膜質との組合せによって、Ｆ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近で３〜４０％の透過率及び１．７以上の屈折率（位相を所定の角度シフトさせる膜厚に関係する）を有し、しかも露光光照射耐性、耐薬品性が良好である位相シフター膜を実現できる。
Ｆ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍを含む波長１４０ｎｍ〜２００ｎｍの真空紫外域の露光光に対して、１８０°の位相シフト量を与えるような膜厚を有するＳｉＯxＮy系膜の複素屈折率実部ｎについてはｎ≧１．７の範囲に、そして複素屈折率虚部ｋについてはｋ≦０．４５０の範囲に調整、制御する。そうすることで、真空紫外露光に対応するハーフトーン型位相シフトマスクとしての光学特性を満たすことになる。なお、Ｆ2エキシマレーザ用では、ｋ≦０．４０の範囲が好ましく、０．０７≦ｋ≦０．３５の範囲がさらに好ましい。ＡｒＦエキシマレーザ用では、０．１０≦ｋ≦０．４５の範囲が好ましい。また、Ｆ2エキシマレーザ用では、ｎ≧２．０の範囲が好ましく、ｎ≧２．２の範囲がさらに好ましい。ＡｒＦエキシマレーザ用では、ｎ≧２．０の範囲が好ましく、ｎ≧２．５の範囲がさらに好ましい。
上記光学特性を得るため、前記ＳｉＯxＮy系膜の組成範囲を、珪素については３５〜４５原子％、酸素については１〜６０原子％、窒素については５〜６０原子％とする。すなわち、珪素が４５％より多い、あるいは窒素が６０％より多いと、膜の光透過率が不十分となり、逆に窒素が５％未満、あるいは酸素が６０％を超えると、膜の光透過率が高すぎるため、ハーフトーン型位相シフター膜としての機能が失われる。また珪素が３５％未満、あるいは窒素が６０％を上回ると膜の構造が物理的、化学的に非常に不安定となる。
なお、上記と同様の観点から、Ｆ2エキシマレーザ用では、前記ＳｉＯxＮy系膜の組成範囲を、珪素については３５〜４０原子％、酸素については２５〜６０原子％、窒素については５〜３５原子％とすることが好ましい。同様にＡｒＦエキシマレーザ用では、前記ＳｉＯxＮy系膜の組成範囲を、珪素については３８〜４５原子％、酸素については１〜４０原子％、窒素については３０〜６０原子％とすることが好ましい。
【００１２】
エッチング終点検出層である第１の層は、ＳｉＯxＮy膜中の酸素が４０原子％以上の場合に設けると特に有効である。つまり、基板に合成石英を用い、かつ位相シフター膜を構成するＳｉＯxＮy膜の酸素量が多い場合には、該ＳｉＯxＮy膜と合成石英基板との間にエッチング終点検出層である第１の層を設けることが好ましい。この場合は、位相シフター膜はＳｉＯxＮy膜と第１の層の２層構造となり、所定の位相角および透過率は、この２層構造とした上で調整される。
ここで、第１の層は、エッチングの終点検出を容易にする機能を有する材料からなる膜である。エッチングの終点検出を容易にする機能を有する第１の層に関しては、その材料が、透明基板（例えば合成石英基板）と第１の層のエッチング終点検出光（例えば６８０ｎｍ）に対する反射率の差が、透明基板とＳｉＯxＮy膜との差よりも大きくなるような膜であり、好ましくは、ＳｉＯxＮy膜及び透明基板よりも屈折率（複素屈折率実部）が高い材料であり、具体的にはＳｉＯxＮy膜とエッチング終点検出光の波長における屈折率差が０．５以上、望ましくは１以上となる材料からなる膜が好ましく、透明基板との屈折率差が０．５以上、望ましくは０．８以上、さらには１以上となる材料からなる膜が好ましい。
第１の層の膜厚は１０〜２００オングストロームであることが好ましい。すなわち、１０オングストロームより小さいと有意な反射率変化が検出できなくなる可能性が生じる。一方、等方的なエッチングの進行によるパターンの拡大は、エッチングプロセスにもよるが、最大で膜厚の２倍程度まで進行する。従って、０．１μｍ＝１０００オングストローム以下のパターン線幅を加工する際に、膜厚が２００オングストロームを超えるということは、４０％以上もの寸法誤差を生じることになり、マスクの品質に深刻な悪影響を与える。
さらに、第１の層は、透過率を調整する機能を有することが好ましい。第１の層自体の露光波長（波長１４０〜２００ｎｍ、又は１５７ｎｍ付近、又は１９３ｎｍ付近）に対する透過率は、３〜４０％とすることにより位相シフター部における透過率を保持しつつ、位相シフター部の下部に形成された第１の層によって（異なる材料の積層によって）、露光波長よりも長い検査波長の透過率を低減することが可能となる。即ち、製造プロセスにおけるマスクの検査は、現行では露光波長よりも長波長の光を用い、その透過光強度を測定する方式をとっており、現行の検査波長２００〜３００ｎｍの範囲で、光半透過部（位相シフタ一部）の光透過率が４０％以下となることが望ましいとされる。すなわち４０％以上だと、光透過部とのコントラストが取れず、検査精度が悪くなる。第１の層を遮光機能が高い材料とする場合、材料としては、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ランタン、タンタル、タングステン、シリコン、ハフニウムから選ばれる一種又は二種以上の材料からなる膜あるいはこれらの窒化物なとが挙げられる。本発明では、第１の層として、第１の層及び第２の層を同じエッチング媒質で連続してエッチングできるようにするため、これらの材料の中から、シリコン、又はシリコンと金属Ｍ（Ｍ：モリブデン、タンタル、タングステン、クロム、ジルコニウム、ジルコニア、ハフニウム）からなる材料を選択している。第１の層の膜厚は、第２の層よりも十分薄い膜厚で導入することが望ましく、２００オングストローム以下の膜厚が適当である。すなわち、２００オングストロームを上回ると、露光波長での光透過率が３％を下回る可能性が高い。この場合は、ＳｉＯxＮy膜と第１の層の２層で位相角及び透過率を調整することとなる。具体的には、第１の層自体の露光波長（波長１４０〜２００ｎｍ、又は１５７ｎｍ付近、又は１９３ｎｍ付近）に対する透過率は、３〜４０％とし、ＳｉＯxＮy膜と積層したときの透過率が３〜４０％となるように調整することが好ましい。第１の層を設ける場合、光透過部に相当する部分の表面に露出した第１の層は除去可能である必要がある。これは、第１の層が光透過部を覆ってしまうと、光透過部の透過率の減少が起こるからである。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１４】
（実施例１〜２）
実施例１〜２は、Ｆ2エキシマレーザ露光に対応したハーフトーン型位相シフトマスクの具体的態様であり、いずれも基板に合成石英基板を使用し、基板と第２の層であるＳｉＯxＮy層の間にエッチング終点検出層である第１の層を設けている。
（成膜）
まず、合成石英基板上に、エッチング終点検出層である第１の層、およびＳｉＯxＮyからなる第２の層を順に積層する。本実施例ではスパッタリング法により作製した。２層膜を構成する第１の層Ａ、第２の層Ｂの基本組成および、ターゲットやスパッタガスの種類等の条件、そして各層の膜厚は、各実施例ごと、表１に示す通りである。また、第２の層Ｂの膜組成等を表２に示す。なお、層Ａ、Ｂそれそぞの膜厚は、各層の位相シフト量の総和が波長１５７ｎｍにおいて１８０°となるよう、上述した数式（１）を利用して調整している。
（光学特性）
作製した２層膜の透過率を、真空紫外分光光度計を用いて測定したところ、Ｆ2エキシマレーザの波長１５７ｎｍにおける透過率は表３のようになり、エッチング終点検出層である第１の層を設けた場合でも、ハーフトーン位相シフトマスクとして必要十分な３〜４０％の範囲の光透過率が得られた。
また、Ｆ2エキシマレーザ露光用ハーフトーン型位相シフトマスクの検査波長は２５０ｎｍ前後とされているが、該範囲における透過率がいずれも４０％以下となっていることから、十分な検査精度が得られることが期待できる。
【００１５】
【表１】
【表２】
【表３】
【００１６】
（加工）
実施例１，２では、作製した２層膜上にレジストを塗布し、露光・現像工程を経てレジストパターンを形成する。その後、そのレジストパターンをマスクとし、ＣＦ4ガスによって２層膜の上層の第２の層Ｂ（ＳｉＯxＮy）ならびに下層の第１の層Ａをエッチングする。その際の、エッチング時間と、波長６７８ｎｍの光に対する被エッチング部分の反射光強度との関係をプロットしたところ、それぞれ図１のようになり、ある時間で、反射光強度が急激に減少することが確認された。その時点でエッチングを停止したところ、第１の層Ａ，第２の層Ｂともレジストパターンに基づいた、良好なパターン形状が得られた。すなわち、実施例１における第１の層Ａが、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能な材料であり、しかも第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であることが確認できる。なお、波長６７８ｍｍにおける屈折率（複素屈折率実部）はそれぞれ、ＱＺの屈折率（６７８ｎｍ）＝１．４５６、ＳｉＯＮの屈折率（６７８ｎｍ）＝１．６５、ＭｏＳｉxの屈折率（６７８ｎｍ）＝４．８、Ｓｉの屈折率（６７８ｎｍ）＝４．７であった。このように、第１の層Ａ（Ｓｉ）の屈折率が合成石英基板、第２の層Ｂ（ＳｉＯxＮy）と比べて１以上大きく、かつ実施例１の第１の層Ａ（Ｓｉ）の透明基板に対するエッチング選択比が約１０倍、実施例２の第１の層Ａ（ＭｏＳｉ）の透明基板に対するエッチング選択比が約５倍と大きいため、実施例１の第１の層Ａ（Ｓｉ）又は実施例２の第１の層Ａ（ＭｏＳｉ）のエッチング開始〜終了で、図１のような反射光強度の急激な変化が得られることから、終点検出が容易になる。
また、基板のオーバーエッチングによる位相シフト量の変化の影響十分に小さいこと確認した。
【００１７】
なお、実施例１において、第１の層であるＳｉ膜と第２の層であるＳｉＯＮ膜はともにＳｉターゲットを用いているため、同一ターゲットによる連続成膜も可能であるが、プロセス上はそれぞれの層に対し別のＳｉターゲットを用いることが望ましい。同一のＳｉターゲットを用いて連続成膜した場合、第２の層であるＳｉＯＮを成膜した後に、ターゲット表面に酸化層ないし窒化層が生じるため、次に２層膜を成膜する際に、第１の層であるＳｉ膜中に酸素や窒素が含まれることになり、その結果、光学特性等に悪影響を及ぼすことになる。また同様の理由から、第１の層であるＳｉの成膜と、第２の層であるＳｉＯＮの成膜は、別々のチヤンバーで行うことが望ましい。すなわち、本発明には以下の構成が含まれる。
（構成８）透明基板上に第１の層及び第２の層を順次形成して少なくとも第１の層及び第２の層を含む位相シフター膜を形成する際に、前記第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であり、かつ前記第２の層は透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に困難又は不可能な材料であり、前記第１の層は、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能な材料を選択する工程と、
前記第１の層と第２の層を別々のターゲットを用いて成膜することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法。
（構成９） 前記第１の層と第２の層の成膜を別々のチャンバーで行うことを特徴とする構成８記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法。
（構成１０）透明基板上に第１の層及び第２の層を順次形成して少なくとも第１の層及び第２の層を含む位相シフター膜を形成する際に、前記第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であり、かつ前記第２の層は透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に困難又は不可能な材料であり、前記第１の層は、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能な材料を選択する工程と、
前記第１の層と第２の層を同じエッチング媒質で連続的にエッチングする工程と、
前記第１の層の透明基板に対するエッチング終点検出後、エッチングを終了する工程と、を有することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、露光光源の短波長化に伴い透明基板と位相シフター膜とが組成的に類似するかあるいは光学特性的に類似する場合におて、透明基板をオーバーエッチングをすることを防止し、かつ比較的単純な工程で製造できかつ加工が容易なハーフトーン型位相シフトマスクブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクを提供できる。
また、１４０ｎｍ〜２００ｎｍの露光波長領域、特にＦ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近、及びＡｒＦエキシマレーザの波長である１９３ｎｍ付近における高透過率品（透過率８〜３０％）で使用可能なハーフトーン型位相シフトマスク及びその素材となるハーフトーン型位相シフトマスクブランクを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で作製した試料のエッチング時間と反射光強度との関係を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相シフターによる光の干渉作用を利用して転写パターンの解像度を向上できるようにした位相シフトマスク及びその素材としての位相シフトマスクブランク並びにそれらの製造方法等に関し、特にハーフトーン型の位相シフトマスク及びブランク並びにそれらの製造方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＲＡＭは、現在２５６Ｍｂｉｔの量産体制が確立されており、今後Ｍｂｉｔ級からＧｂｉｔ級への更なる高集積化がなされようとしている。それに伴い集積回路の設計ルールもますます微細化しており、線幅（ハーフピッチ）０．１０μｍ以下の微細パターンが要求されるのも時間の問題となってきた。
パターンの微細化に対応するための手段の一つとして、これまでに、露光光源の短波長化によるパターンの高解像度化が進められてきた。その結果、現在の光リソグラフィ法における露光光源はＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）が主に使用されている。
しかし、露光波長の短波長化は解像度を改善する反面、同時に焦点深度が減少するため、レンズをはじめとする光学系の設計への負担増大や、プロセスの安定性の低下といった悪影響を与える。
【０００３】
そのような問題に対処するため、位相シフト法が用いられるようになった。位相シフト法では、微細パターンを転写するためのマスクとして位相シフトマスクが使用される。
位相シフトマスクは、例えば、マスク上のパターン部分を形成する位相シフター部と、位相シフター部の存在しない非パターン部からなり、両者を透過してくる光の位相を１８０°ずらすことで、パターン境界部分において光の相互干渉を起こさせることにより、転写像のコントラストを向上させる。位相シフター部を通る光の位相シフト量φ（ｒａｄ）は位相シフター部の複素屈折率実部ｎと膜厚ｄに依存し、下記数式（１）の関係が成り立つことが知られている。
φ＝２πｄ（ｎ−１）／λ …（１）
ここでλは露光光の波長である。したがって、位相を１８０°ずらすためには、膜厚ｄを
ｄ＝ λ／｛２（ｎ−１）｝ …（２）
とすればよい。この位相シフトマスクにより、必要な解像度を得るための焦点深度の増大が達成され、露光波長を変えずに解像度の改善とプロセスの適用性を同時に向上させることが可能となる。
【０００４】
位相シフトマスクはマスクパターンを形成する位相シフター部の光透過特性により完全透過型（レベンソン型）位相シフトマスクと、ハーフトーン型位相シフトマスクに実用的には大別することができる。前者は、位相シフター部の光透過率が、非パターン部（光透過部）と同等であり、露光波長に対してほぼ透明なマスクであって、一般的にラインアンドスペースの転写に有効であるといわれている。一方、後者のハーフトーン型では、位相シフター部（光半透過部）の光透過率が非パターン部（光透過部）の数％から数十％程度であって、コンタクトホールや孤立パターンの作成に有効であるといわれている。
【０００５】
ハーフトーン型位相シフトマスクのうちには、主に透過率を調整する層と主に位相を調整する層からなる２層型のハーフトーン型位相シフトマスクや、構造が簡単で製造が容易な単層型のハーフトーン型位相シフトマスクがある。２層型ハーフトーン型位相シフトマスクとしては、例えば、特開平４−１４０６３５号公報記載の薄いＣｒと塗布ガラスの２層構造のハーフトーン位相シフター部を有するものがある。また単層型のハーフトーン型位相シフトマスクとしては、例えば特開平７−１９９４４７号公報記載のＳｉＯx系やＳｉＯxＮy系、特開平８−２１１５９１号公報記載のＳｉＮx系等がある。
また、特開平７−１６８３４３号公報には、検査光波長に対する透過率を低くして検出感度を上げることを目的として、ＭｏＳｉＯ又はＭｏＳｉＯＮからなる単層膜と、この単層膜との組合せにおいて透過率の波長依存性が小さい透過膜とを含むハーフトーン位相シフター部を有する位相シフトマスクが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一方、ＬＳＩパターンの微細化に伴い、露光光源の波長は現在のＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）から、将来的にはＦ2エキシマレーザ（１５７ｎｍ）へと短波長化が進むと予想される。また、透過率についても現在主流の６％付近からより高い透過率のものが要求されつつある。このような露光光源の短波長化又は高透過率化に伴い、単層型ハーフトーン位相シフター部の材料は、従前の波長でみた場合に光透過性の高い材料が必要があり、その結果、透明基板（通常、合成石英）と位相シフター膜とが組成的に類似する傾向となり、パターン加工の際に石英基板とのエッチング選択性が小さくなり、透明基板をオーバーエッチングしてしまい、位相差が１８０°よりも大きくなるため、位相シフトによる解像度の向上が得られないという問題が生じる。
例えば、従来の２層タイプのハーフトーン位相シフター部のように、透明基板（通常、合成石英）とのエッチング選択性が小さい塗布ガラス（ＳｉＯ2）層の下に透明基板及び塗布ガラスとのエッチング選択性が大きいＣｒを介在させることによって、位相シフター部のパターン加工の際に、Ｃｒが塗布ガラス（ＳｉＯ2）層のエッチングストッパーの役割を果たすので透明基板のオーバーエッチングを防ぐことができるので、このようなエッチングストッパー層を介在させた２層構造とすることにより上記問題点を解決することが考えられる。しかしながら、この場合、塗布ガラスと異なるエッチングガス又は液を用いてＣｒをエッチングする必要がある（２段階のエッチング工程が必要となる）ため、工程が煩雑になるという問題点があった。
本発明は、上記背景の下になされたものであり、露光光源の短波長化に伴い透明基板と位相シフター膜とが組成的に類似するかあるいは光学特性的に類似する場合におて、透明基板をオーバーエッチングをすることを防止し、かつ比較的単純な工程で製造できかつ加工が容易なハーフトーン型位相シフトマスクブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクを提供することを目的とする。
また、１４０ｎｍ〜２００ｎｍの露光波長領域、特にＦ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近、及びＡｒＦエキシマレーザの波長である１９３ｎｍ付近における高透過率品（透過率８〜３０％）で使用可能なハーフトーン型位相シフトマスク及びその素材となるハーフトーン型位相シフトマスクブランクの提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の構成を有する。
（構成１）透明基板上に、露光光を透過させる光透過部と、露光光の一部を透過させると同時に透過した光の位相を所定量シフトさせる位相シフター部を有し、前記光透過部と位相シフター部の境界部近傍にて各々を透過した光が互いに打ち消し合うように光学特性を設計することで、被露光体表面に転写される露光パターン境界部のコントラストを良好に保持、改善できるようにしたハーフトーン型位相シフトマスクを製造するために用いるハーフトーン型位相シフトマスクブランクであり、透明基板上に前記位相シフター部をエッチング加工によって形成するための位相シフター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおいて、
前記位相シフター膜が、透明基板上に順次形成された第１の層及び第２の層を有し、前記第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であり、かつ前記第２の層は透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に困難又は不可能な材料であり、前記第１の層は、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能な材料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ブランク。
（構成２）前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が０．５以下であり、前記第１の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差よりも大きいことを特徴とする構成１記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
（構成３）前記位相シフター膜が、透明基板上に順次形成された第１の層および第２の層の２層構造であり、前記第１の層は主に透過率を調整する層であり、前記第２の層は主に位相を調整する層であることを特徴とする構成１又は２に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
（構成４）前記第１の層が、Ｓｉ、ＭＳｉｘ（Ｍ：Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆの一種又は二種以上）から選ばれる一種の材料からなり、前記第２の層が、ＳｉＯx、ＳｉＯxＮy又はこれらにＭ（Ｍ：Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆの一種又は二種以上）を、Ｍ／（Ｓｉ＋Ｍ）×１００が１０原子％以下となるような範囲で含有させた材料からなることを特徴とする構成１〜３のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
（構成５）構成１〜４のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおける位相シフター膜を、所定のパターンが得られるように選択的に除去するパターニング処理を施すことにより得られた、光透過部と位相シフター部とからなるマスクパターンを有することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。
（構成６）構成５に記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用いてパターン転写を行うことを特徴とするパターン転写方法。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、位相シフター膜が、透明基板上に順次形成された第１の層及び第２の層を有し、前記第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であり、かつ前記第２の層は透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に不可能な材料であり、前記第１の層は、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に困難又は可能な材料であることを特徴とする。
透明基板上に位相シフター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクを考えた場合において、透明基板と位相シフター膜とが、組成的に類似するかあるいは光学特性的に類似する場合、位相シフター膜をエッチング加工していくときに透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に不可能となり、透明基板が過剰にオーバーエッチングされてしまう恐れがある。本発明ではこのような場合に、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に不可能な位相シフター膜と透明基板との間に、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能な層を介在させるものである。このように、本発明では、第１の層は透明基板とのエッチング終点検出が可能であるため、位相シフター膜のパターン加工においても、透明基板のオーバーエッチングを低減することができる。また本発明では、第１の層と第２の層を同じエッチング媒質で連続的にエッチングすることができる（１段階のエッチング工程でよい）ため、２層であっても単層と同様の加工容易性を維持することができ、比較的単純な工程で製造できる。
本発明において、第２層の材料としては、特に、１４０ｎｍ〜２００ｎｍの露光波長領域、とりわけＦ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近で、所望の透過率ならびに位相シフト量を与えるような材料として、ＳｉＯx、ＳｉＯxＮy又はこれらにＭ（Ｍ：Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆの一種又は二種以上）を、Ｍ／（Ｓｉ＋Ｍ）×１００が１０原子％以下となるような範囲で含有させた材料が挙げられる。これらの材料膜をエッチングする場合は、例えばＣＨＦ3やＣＦ4、ＳＦ6、Ｃ2Ｆ6等のフッ素系ガス及びその混合ガスによるドライエッチング（ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)）にて行うことができるが、その場合、上記の材料膜を直接透明基板に形成してパターン加工しようとした場合、透明基板（合成石英基板）に対するエッチング終点検出が実質的に不可能である。具体的には、前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光（例えば波長６８０ｎｍ）における屈折率差が、０．５以下、さらには０．３未満となってしまうため、エッチング終点検出光に対する反射率の差が極めて小さく、エッチング終点検出が実質的に困難又は不可能である。ここで、前記屈折率差が０．５以下である場合エッチング終点検出が困難であり、前記屈折率差が０．３以下である場合エッチング終点検出が実質的に不可能である。つまり、本発明は、前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が０．５以下、さらには０．３以下である場合に特に有効である。
【０００９】
本発明において、第１の層は、透明基板と第２の層との間に介在され、上記第２の層と同じエッチング媒質でエッチングした場合に、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能である。具体的には、前記第１の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が、前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差よりも大きく好ましくは０．５以上であるため、エッチング終点検出光に対する反射率の差を検出することができるために、エッチングの終点検出が実質的に可能である。この屈折率差が０．８以上である場合、エッチング終点検出がより容易かつ確実となる。エッチング終点検出が容易であるとエッチング加工が容易となる。
上記屈折率差の要件に加え、第１の層は、第２の層と同じエッチング媒質で連続してエッチングできることが必要である。これらの要件を満たす材料として、Ｓｉ、ＭｏＳｉx、ＴａＳｉx、ＷＳｉx、ＣｒＳｉx、ＺｒＳｉx、又はＨｆＳｉxが挙げられる。ここで、本発明においては、第１の層の透明基板に対するエッチング選択比が大きい方が、エッチング終点検出をさらに容易に行うことができるので好ましい。その理由は、透明基板に対するエッチング選択比が小さいと、第１の層のエッチングに時間がかかることでエッチング終点検出光の反射光強度の変化がなだらかとなるが、透明基板に対するエッチング選択比が大きいと、第１の層のエッチング時間が短いために急峻な反射光強度の変化が見られるためである。透明基板に対するエッチング選択比は、５倍以上が好ましく、さらには８倍以上であることが好ましい。透明基板とのエッチング選択比が大きいという観点から、第１の層はＳｉが最も好ましい。
【００１０】
本発明において、第１の層は第２の層よりも屈折率を高くすることにより、上記のような、第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が０．５以下であり、第１の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が、第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差よりも大きいという関係を満足するような膜構造が可能となるので好ましい。即ち、第１の層は第２の層よりも透過率が高く、主に透過率を調整する機能を有し、第２の層は第１の層よりも位相シフト量が大きく、主に位相シフト量を調整する機能を有することが好ましい。
本発明においては、位相シフター膜を第１の層と第２の層との２層構造、あるいは、第２の層の上にさらに１層又は複数層を積層した多層膜としてもよい。
尚、本発明における第１の層と第２の層との２層構造の位相シフター膜の位相シフト量及び透過率は、第１の層及び第２の層を含む全層の合計によって調整されるものである。
本発明において、透明基板は、一般的には合成石英基板が用いられる。他の透明基板材料としてはＣａＦ2等が挙げられる。
本発明においては、上述したような、透明基板と位相シフター膜とが、光学特性的に類似し反射光によるエッチングの終点検出が困難な場合に、反射光によるエッチングの終点検出が可能な層を透明基板と位相シフター膜との間に介在させるケースの他に、透明基板と位相シフター膜とが、組成的に類似しプラズマ発光などを利用した元素分析によるエッチングの終点検出が困難な場合に、元素分析によるエッチングの終点検出が可能な層を透明基板と位相シフター膜との間に介在させるケースが含まれる。
【００１１】
以下、上記第２の層がＳｉＯxＮy系膜である場合について説明する。
第２の層の材料が、ＳｉＯxＮy系膜である場合、１４０ｎｍ〜２００ｎｍの露光波長領域、とりわけＦ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近で、所望の透過率ならびに位相シフト量を与えるようなＳｉＯxＮy系膜は、従来得られているＳｉＯxＮy系膜とは基本的に組成範囲が異なる膜であり、しかも従来得られているＳｉＯxＮy系膜とは膜質（例えばｋなどの物性）の異なる膜である。このような組成範囲と膜質との組合せによって、Ｆ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近で３〜４０％の透過率及び１．７以上の屈折率（位相を所定の角度シフトさせる膜厚に関係する）を有し、しかも露光光照射耐性、耐薬品性が良好である位相シフター膜を実現できる。
Ｆ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍを含む波長１４０ｎｍ〜２００ｎｍの真空紫外域の露光光に対して、１８０°の位相シフト量を与えるような膜厚を有するＳｉＯxＮy系膜の複素屈折率実部ｎについてはｎ≧１．７の範囲に、そして複素屈折率虚部ｋについてはｋ≦０．４５０の範囲に調整、制御する。そうすることで、真空紫外露光に対応するハーフトーン型位相シフトマスクとしての光学特性を満たすことになる。なお、Ｆ2エキシマレーザ用では、ｋ≦０．４０の範囲が好ましく、０．０７≦ｋ≦０．３５の範囲がさらに好ましい。ＡｒＦエキシマレーザ用では、０．１０≦ｋ≦０．４５の範囲が好ましい。また、Ｆ2エキシマレーザ用では、ｎ≧２．０の範囲が好ましく、ｎ≧２．２の範囲がさらに好ましい。ＡｒＦエキシマレーザ用では、ｎ≧２．０の範囲が好ましく、ｎ≧２．５の範囲がさらに好ましい。
上記光学特性を得るため、前記ＳｉＯxＮy系膜の組成範囲を、珪素については３５〜４５原子％、酸素については１〜６０原子％、窒素については５〜６０原子％とする。すなわち、珪素が４５％より多い、あるいは窒素が６０％より多いと、膜の光透過率が不十分となり、逆に窒素が５％未満、あるいは酸素が６０％を超えると、膜の光透過率が高すぎるため、ハーフトーン型位相シフター膜としての機能が失われる。また珪素が３５％未満、あるいは窒素が６０％を上回ると膜の構造が物理的、化学的に非常に不安定となる。
なお、上記と同様の観点から、Ｆ2エキシマレーザ用では、前記ＳｉＯxＮy系膜の組成範囲を、珪素については３５〜４０原子％、酸素については２５〜６０原子％、窒素については５〜３５原子％とすることが好ましい。同様にＡｒＦエキシマレーザ用では、前記ＳｉＯxＮy系膜の組成範囲を、珪素については３８〜４５原子％、酸素については１〜４０原子％、窒素については３０〜６０原子％とすることが好ましい。
【００１２】
エッチング終点検出層である第１の層は、ＳｉＯxＮy膜中の酸素が４０原子％以上の場合に設けると特に有効である。つまり、基板に合成石英を用い、かつ位相シフター膜を構成するＳｉＯxＮy膜の酸素量が多い場合には、該ＳｉＯxＮy膜と合成石英基板との間にエッチング終点検出層である第１の層を設けることが好ましい。この場合は、位相シフター膜はＳｉＯxＮy膜と第１の層の２層構造となり、所定の位相角および透過率は、この２層構造とした上で調整される。
ここで、第１の層は、エッチングの終点検出を容易にする機能を有する材料からなる膜である。エッチングの終点検出を容易にする機能を有する第１の層に関しては、その材料が、透明基板（例えば合成石英基板）と第１の層のエッチング終点検出光（例えば６８０ｎｍ）に対する反射率の差が、透明基板とＳｉＯxＮy膜との差よりも大きくなるような膜であり、好ましくは、ＳｉＯxＮy膜及び透明基板よりも屈折率（複素屈折率実部）が高い材料であり、具体的にはＳｉＯxＮy膜とエッチング終点検出光の波長における屈折率差が０．５以上、望ましくは１以上となる材料からなる膜が好ましく、透明基板との屈折率差が０．５以上、望ましくは０．８以上、さらには１以上となる材料からなる膜が好ましい。
第１の層の膜厚は１０〜２００オングストロームであることが好ましい。すなわち、１０オングストロームより小さいと有意な反射率変化が検出できなくなる可能性が生じる。一方、等方的なエッチングの進行によるパターンの拡大は、エッチングプロセスにもよるが、最大で膜厚の２倍程度まで進行する。従って、０．１μｍ＝１０００オングストローム以下のパターン線幅を加工する際に、膜厚が２００オングストロームを超えるということは、４０％以上もの寸法誤差を生じることになり、マスクの品質に深刻な悪影響を与える。
さらに、第１の層は、透過率を調整する機能を有することが好ましい。第１の層自体の露光波長（波長１４０〜２００ｎｍ、又は１５７ｎｍ付近、又は１９３ｎｍ付近）に対する透過率は、３〜４０％とすることにより位相シフター部における透過率を保持しつつ、位相シフター部の下部に形成された第１の層によって（異なる材料の積層によって）、露光波長よりも長い検査波長の透過率を低減することが可能となる。即ち、製造プロセスにおけるマスクの検査は、現行では露光波長よりも長波長の光を用い、その透過光強度を測定する方式をとっており、現行の検査波長２００〜３００ｎｍの範囲で、光半透過部（位相シフタ一部）の光透過率が４０％以下となることが望ましいとされる。すなわち４０％以上だと、光透過部とのコントラストが取れず、検査精度が悪くなる。第１の層を遮光機能が高い材料とする場合、材料としては、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ランタン、タンタル、タングステン、シリコン、ハフニウムから選ばれる一種又は二種以上の材料からなる膜あるいはこれらの窒化物なとが挙げられる。本発明では、第１の層として、第１の層及び第２の層を同じエッチング媒質で連続してエッチングできるようにするため、これらの材料の中から、シリコン、又はシリコンと金属Ｍ（Ｍ：モリブデン、タンタル、タングステン、クロム、ジルコニウム、ジルコニア、ハフニウム）からなる材料を選択している。第１の層の膜厚は、第２の層よりも十分薄い膜厚で導入することが望ましく、２００オングストローム以下の膜厚が適当である。すなわち、２００オングストロームを上回ると、露光波長での光透過率が３％を下回る可能性が高い。この場合は、ＳｉＯxＮy膜と第１の層の２層で位相角及び透過率を調整することとなる。具体的には、第１の層自体の露光波長（波長１４０〜２００ｎｍ、又は１５７ｎｍ付近、又は１９３ｎｍ付近）に対する透過率は、３〜４０％とし、ＳｉＯxＮy膜と積層したときの透過率が３〜４０％となるように調整することが好ましい。第１の層を設ける場合、光透過部に相当する部分の表面に露出した第１の層は除去可能である必要がある。これは、第１の層が光透過部を覆ってしまうと、光透過部の透過率の減少が起こるからである。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１４】
（実施例１〜２）
実施例１〜２は、Ｆ2エキシマレーザ露光に対応したハーフトーン型位相シフトマスクの具体的態様であり、いずれも基板に合成石英基板を使用し、基板と第２の層であるＳｉＯxＮy層の間にエッチング終点検出層である第１の層を設けている。
（成膜）
まず、合成石英基板上に、エッチング終点検出層である第１の層、およびＳｉＯxＮyからなる第２の層を順に積層する。本実施例ではスパッタリング法により作製した。２層膜を構成する第１の層Ａ、第２の層Ｂの基本組成および、ターゲットやスパッタガスの種類等の条件、そして各層の膜厚は、各実施例ごと、表１に示す通りである。また、第２の層Ｂの膜組成等を表２に示す。なお、層Ａ、Ｂそれそぞの膜厚は、各層の位相シフト量の総和が波長１５７ｎｍにおいて１８０°となるよう、上述した数式（１）を利用して調整している。
（光学特性）
作製した２層膜の透過率を、真空紫外分光光度計を用いて測定したところ、Ｆ2エキシマレーザの波長１５７ｎｍにおける透過率は表３のようになり、エッチング終点検出層である第１の層を設けた場合でも、ハーフトーン位相シフトマスクとして必要十分な３〜４０％の範囲の光透過率が得られた。
また、Ｆ2エキシマレーザ露光用ハーフトーン型位相シフトマスクの検査波長は２５０ｎｍ前後とされているが、該範囲における透過率がいずれも４０％以下となっていることから、十分な検査精度が得られることが期待できる。
【００１５】
【表１】
（加工）
実施例１，２では、作製した２層膜上にレジストを塗布し、露光・現像工程を経てレジストパターンを形成する。その後、そのレジストパターンをマスクとし、ＣＦ4ガスによって２層膜の上層の第２の層Ｂ（ＳｉＯxＮy）ならびに下層の第１の層Ａをエッチングする。その際の、エッチング時間と、波長６７８ｎｍの光に対する被エッチング部分の反射光強度との関係をプロットしたところ、それぞれ図１のようになり、ある時間で、反射光強度が急激に減少することが確認された。その時点でエッチングを停止したところ、第１の層Ａ，第２の層Ｂともレジストパターンに基づいた、良好なパターン形状が得られた。すなわち、実施例１における第１の層Ａが、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能な材料であり、しかも第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であることが確認できる。なお、波長６７８ｍｍにおける屈折率（複素屈折率実部）はそれぞれ、ＱＺの屈折率（６７８ｎｍ）＝１．４５６、ＳｉＯＮの屈折率（６７８ｎｍ）＝１．６５、ＭｏＳｉxの屈折率（６７８ｎｍ）＝４．８、Ｓｉの屈折率（６７８ｎｍ）＝４．７であった。このように、第１の層Ａ（Ｓｉ）の屈折率が合成石英基板、第２の層Ｂ（ＳｉＯxＮy）と比べて１以上大きく、かつ実施例１の第１の層Ａ（Ｓｉ）の透明基板に対するエッチング選択比が約１０倍、実施例２の第１の層Ａ（ＭｏＳｉ）の透明基板に対するエッチング選択比が約５倍と大きいため、実施例１の第１の層Ａ（Ｓｉ）又は実施例２の第１の層Ａ（ＭｏＳｉ）のエッチング開始〜終了で、図１のような反射光強度の急激な変化が得られることから、終点検出が容易になる。
また、基板のオーバーエッチングによる位相シフト量の変化の影響十分に小さいこと確認した。
【００１７】
なお、実施例１において、第１の層であるＳｉ膜と第２の層であるＳｉＯＮ膜はともにＳｉターゲットを用いているため、同一ターゲットによる連続成膜も可能であるが、プロセス上はそれぞれの層に対し別のＳｉターゲットを用いることが望ましい。同一のＳｉターゲットを用いて連続成膜した場合、第２の層であるＳｉＯＮを成膜した後に、ターゲット表面に酸化層ないし窒化層が生じるため、次に２層膜を成膜する際に、第１の層であるＳｉ膜中に酸素や窒素が含まれることになり、その結果、光学特性等に悪影響を及ぼすことになる。また同様の理由から、第１の層であるＳｉの成膜と、第２の層であるＳｉＯＮの成膜は、別々のチヤンバーで行うことが望ましい。すなわち、本発明には以下の構成が含まれる。
（構成８）透明基板上に第１の層及び第２の層を順次形成して少なくとも第１の層及び第２の層を含む位相シフター膜を形成する際に、前記第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であり、かつ前記第２の層は透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に困難又は不可能な材料であり、前記第１の層は、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能な材料を選択する工程と、
前記第１の層と第２の層を別々のターゲットを用いて成膜することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法。
（構成９） 前記第１の層と第２の層の成膜を別々のチャンバーで行うことを特徴とする構成８記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法。
（構成１０）透明基板上に第１の層及び第２の層を順次形成して少なくとも第１の層及び第２の層を含む位相シフター膜を形成する際に、前記第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であり、かつ前記第２の層は透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に困難又は不可能な材料であり、前記第１の層は、透明基板に対するエッチング終点検出が実質的に可能な材料を選択する工程と、
前記第１の層と第２の層を同じエッチング媒質で連続的にエッチングする工程と、
前記第１の層の透明基板に対するエッチング終点検出後、エッチングを終了する工程と、を有することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランクの製造方法。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、露光光源の短波長化に伴い透明基板と位相シフター膜とが組成的に類似するかあるいは光学特性的に類似する場合におて、透明基板をオーバーエッチングをすることを防止し、かつ比較的単純な工程で製造できかつ加工が容易なハーフトーン型位相シフトマスクブランク及びハーフトーン型位相シフトマスクを提供できる。
また、１４０ｎｍ〜２００ｎｍの露光波長領域、特にＦ2エキシマレーザの波長である１５７ｎｍ付近、及びＡｒＦエキシマレーザの波長である１９３ｎｍ付近における高透過率品（透過率８〜３０％）で使用可能なハーフトーン型位相シフトマスク及びその素材となるハーフトーン型位相シフトマスクブランクを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で作製した試料のエッチング時間と反射光強度との関係を示す図である。
Claims (24)
- 透明基板上に、露光光を透過させる光透過部と、露光光の一部を透過させると同時に透過した光の位相を所定量シフトさせる位相シフター部を有し、前記光透過部と位相シフター部の境界部近傍にて各々を透過した光が互いに打ち消し合うように光学特性を設計することで、被露光体表面に転写される露光パターン境界部のコントラストを良好にしたハーフトーン型位相シフトマスクを製造するために用いるハーフトーン型位相シフトマスクブランクであり、
透明基板上に前記位相シフター部をエッチング加工によって形成するための位相シフター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおいて、
前記位相シフター膜が、透明基板上に順次形成された第１の層及び第２の層を有し、前記第１の層と第２の層は同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能であり、かつ、
前記第１の層が、Ｓｉ、ＭＳｉｘ（Ｍ：Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆの一種又は二種以上）から選ばれる一種の材料からなり、
前記第２の層が、ＳｉＯ x Ｎ y 又はこれにＭ（Ｍ：Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆの一種又は二種以上）を、Ｍ／（Ｓｉ＋Ｍ）×１００が１０原子％以下となるような範囲で含有させた材料からなるものであり、
前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が０．５以下であり、前記第１の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差よりも大きいことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランク。 - 前記位相シフター膜が、透明基板上に順次形成された第１の層および第２の層の２層構造であり、前記第１の層は主に透過率を調整する層であり、前記第２の層は主に位相を調整する層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ブランク。
- 前記エッチング終点検出光は、波長６８０ｎｍの光であることを特徴とする請求項１又は２に記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記第１の層と前記透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が０．８以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記第１の層の膜厚は、１０〜２００オングストロームであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記第１の層の、１４０〜２００ｎｍの露光波長に対する透過率は、３〜４０％であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記位相シフター膜は、１４０〜２００ｎｍの露光波長に対する透過率が３〜４０％であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記位相シフター膜は、１４０〜２００ｎｍの露光波長に対する透過率が８〜４０％であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記第１の層及び前記第２の層は、エッチング媒質としてフッ素系ガスによってドライ エッチングされる材料であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記第１の層は、Ｓｉ、ＭｏＳｉｘ、ＴａＳｉｘ、ＷＳｉｘ、ＣｒＳｉｘ、ＺｒＳｉｘ、又はＨｆＳｉｘからなることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記第１の層は、Ｓｉからなることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記第２の層がＳｉＯｘＮｙからなり、酸素が４０原子％以上であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 前記第２の層は、前記第１の層より露光光に対する位相シフト量が大きいことを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
- 請求項１〜１３のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおける位相シフター膜を、所定のパターンが得られるように選択的に除去するパターニング処理を施すことにより得られた、光透過部と位相シフター部とからなるマスクパターンを有する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１４に記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用いてパターン転写を行うことを特徴とするパターン転写方法。
- 透明基板上に、露光光を透過させる光透過部と、露光光の一部を透過させると同時に透過した光の位相を所定量シフトさせる位相シフター部を有し、前記光透過部と位相シフター部の境界部近傍にて各々を透過した光が互いに打ち消し合うように光学特性を設計することで、被露光体表面に転写される露光パターン境界部のコントラストを良好にしたハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、
透明基板上に、前記位相シフター部をエッチング加工によって形成するための位相シフター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクであって、
前記シフター膜は、透明基板上に順次形成され、同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能な第１の層及び第２の層を有し、
前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が０．５以下であり、かつ
前記第１の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差が前記第２の層と透明基板とのエッチング終点検出光における屈折率差よりも大きい、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクを用意し、
前記第１の層、及び前記第２の層からなる２層膜上にレジストを塗布し、露光及び現像工程によってレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンをマスクとし、前記２層膜の上層である前記第２の層、及び下層である前記第１の層を、同じ媒質で連続的にエッチングし、
前記エッチングの際、被エッチング部分のエッチング終点検出光に対する反射光強度の変化によって、エッチング終点を検出し、それによってエッチングを停止することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。 - 透明基板上に、露光光を透過させる光透過部と、露光光の一部を透過させると同時に透過した光の位相を所定量シフトさせる位相シフター部を有し、前記光透過部と位相シフター部の境界部近傍にて各々を透過した光が互いに打ち消し合うように光学特性を設計することで、被露光体表面に転写される露光パターン境界部のコントラストを良好にしたハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、
透明基板上に、前記位相シフター部をエッチング加工によって形成するための位相シフター膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクブランクであって、
前記シフター膜は、透明基板上に順次形成され、同じエッチング媒質で連続的にエッチングが可能な第１の層及び第２の層を有し、
前記第１の層が、Ｓｉ、ＭＳｉｘ（Ｍ：Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆの一種又は二種以上）から選ばれる一種の材料からなり、
前記第２の層が、ＳｉＯｘ、ＳｉＯxＮy又はこれらにＭ（Ｍ：Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆの一種又は二種以上）を、Ｍ／（Ｓｉ＋Ｍ）×１００が１０原子％以下となるような範囲で含有させた材料からなるものである、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクを用意し、
前記第１の層、及び前記第２の層からなる２層膜上にレジストを塗布し、露光及び現像工程によってレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンをマスクとし、前記２層膜の上層である前記第２の層、及び下層である前記第１の層を、同じ媒質で連続的にエッチングし、
前記エッチングの際、被エッチング部分のエッチング終点検出光に対する反射光強度の変化によって、エッチング終点を検出し、それによってエッチングを停止することを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。 - 前記第１の層と前記透明基板との、前記エッチング終点検出の際に用いるエッチング終点検出光における屈折率差が０．８以上であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
- 前記第１の層及び前記第２の層をエッチングするエッチング媒質として、フッ素を含むガスを用いることを特徴とする請求項１６から１８のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
- 前記エッチング媒質は、ＣＨＦ ３ 、ＣＦ ４ 、ＳＦ ６ 、Ｃ ２ Ｆ ６ 、又はその混合ガスであることを特徴とする請求項１９に記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
- 前記第１の層は、前記第２の層より露光光に対する透過率が高く、前記第２の層は、前記第１の層より位相シフト量が大きいことを特徴とする請求項１６から２０のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
- 前記位相シフター膜は、１４０〜２００ｎｍの露光波長に対する透過率が３〜４０％であることを特徴とする請求項１６から２１のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
- 前記位相シフター膜は、１４０〜２００ｎｍの露光波長に対する透過率が８〜４０％であることを特徴とする請求項１６から２２のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
- 前記ハーフトーン位相シフトマスクの検査波長を２５０ｎｍとしたとき、前記位相シフター膜の透過率が４０％以下であることを特徴とする請求項１６から２３のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
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