JPH04137717A - 位相シフトマスク、位相シフトマスクブランク及び位相シフト部材形成用ターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、投影露光装置の原画であるフォトマスクであ
って、特に微細パターン形成に好適な位相シフトマスク
に関する。

［従来の技術］ より高密度の超ＬＳＩ等を製造するには、微細パターン
の転写の際に投影露光装置の原画として用いられるフォ
トマスク（以下レチクルという）が、どれだけ微細なパ
ターンを転写できるものであるか否かが１つの重要なポ
イントとなる。ここで、転写パターンの微細化とは、レ
チクル上のパターンがウェハー上に転写された時、明暗
が分離（遮光部をはさむ光透過部の分離）できるか否か
で評価される。

この明暗の分離度合（解像力）を向上させる手法として
、遮光部をはさむ光透過部の一方に位相差を発生させる
位相シフト部材からなる位相シフト層を形成するように
したいわゆる位相シフト法が提案されている（例えば、
特公昭６２−５０８１１号公報、特開昭６２−１８９４
６８号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述の従来の位相シフト法において、解像力
を最大にするには、位相を１／２λだけシフトさせれば
よい。この条件を満足させるには、次の（１）式が成立
すればよい。

ｄ−λ／（２（ｎ−１））・・・・・・（１）ただし、 ｄ：位相シフト層の厚さ ｎ：位相シフト部材の屈折率 λ　：露光光の波長 とする。

さて、いま、露光光として波長λ＝３６５ｎｍの光（ｉ
線）を用いるものとする。

その場合において、位相シフト部材にＳ　ｉ　０２を用
いると、ｎ＝１．４５であるから、（１）式より、ａ＝
４ｏ５ｓＡとなる。ところが、Ｓ　ｉ　０２は耐電圧性
の低いことから、この厚さでは、成膜方法によっては、
電子線抽画の際にクラックあるいはカケ欠陥が生ずるお
それがでてくる。また、絶縁体であり、膜厚が厚いとい
うことから、その加工の際に同様の欠陥が発生するおそ
れもある。

加工性のみを考えた場合には、膜厚を薄くすることによ
ってそれらの欠陥を低減することは可能であるが、膜厚
を薄くすると、位相シフト部材として必要な効果そのも
のを低減させてしまうので限界がある。

そこで、位相シフト部材として、上述の波長に対する屈
折率がＳ　ｉ　０２に比較して大きい材料であるＳｉＮ
ｘを利用することが考えられる。この場合には、ｎ＝１
．８であるから、（１）式より、ｄ＝２２８１Ａとなる
。したがって、この場合には、５ｉ０２に比べ膜厚を約
１／２にすることが可能であり、それにより上述の欠陥
をある程度低減し得る。

しかしながら、ＳｉＮｘは、５ｉ０２に比較して屈折率
が高い反面、波長３６５ｎｍでの透過率がＳ　ｉ　０２
に比較して低い。このため、光透過部のシフト層の有無
によって透過率の差（露光量の差）を発生させてしまう
という新たな問題が生ずる。この露光量の差があると、
転写パターンの線幅誤差を引き起こしてしまい、著しく
好ましくない。

本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、位
相シフト法の利点を十分に生かして、より微細なパター
ンを転写できる位相シフトマスクを提供することを目的
としたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、以下の構成とすることにより、上述の課題を
解決している。

（１）光透過部と遮光部とで形成された所定のパターン
を有し、前記遮光部の両側に位置する光透過部の一方に
位相シフト部材を設けた位相シフトマスクにおいて、 前記光透過部のうち、位相シフト部材が設けられていな
い他方の光透過部に光吸収部材を設けて両側の光透過部
を透過する光の透過率差を小さくしたことを特徴とする
構成。

（２）構成（１）において、 前記光透過部と遮光部とを、透明基板の一方の主表面上
に形成された遮光膜の一部を所定のパターンに沿って除
去することにより形成するとともに、 前記光吸収部材を、前記透明基板の遮光膜が形成されて
いない他方の主表面上に形成したことを特徴とする構成
。

（３）構成（１）において、 前記光透過部と遮光部とを、透明基板の一方の主表面の
上に形成される遮光膜の一部を所定のパターンに沿って
除去することにより形成するとともに、 前記遮光膜を、前記位相シフト部材の上に形成したこと
を特徴とする構成。

（４）　ｍ成（１）ないしく３）のいずれかにおいて、
前記光吸収部材をＡＯｘ　　（ただし、ＡはＣｒまたは
Ｎｉとする）で構成し、 このＡＯＸのＸの値を選定することにより、光透過部の
光透過率差を小さく設定したことを特徴とする構成。

［作用］ 上述の構成（１）によれば、位相シフト部材として、仮
に、露光光に対して透過率が低いものを使用した場合に
おいても、各光透過部間で透過率の差が所定以上に大き
くなることを防止できる。それゆえ、位相シフト部材と
して採用できる材料の選択の幅が広がり、より適切な材
料を選定することが可能となる。これによって、実質的
により微細なパターンを転写できる位相シフトマスクを
得ることが可能となる。この位相シフトマスクは、具体
的には、構成（２）ないしく４）によって比較的容易に
得ることができる。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例に係る位相シフトマスクの
縦断面図、第２図は第１図に示した位相シフトマスクの
製造工程の説明図である。

第１図において、符号１０は位相シフトマスク、符号１
は透明基板、符号２は遮光膜、符号３は透明導電膜、符
号４ａは位相シフト層、符号５ａは光吸収層、符号６及
び８は光透過部である。

第１図に示されるように、位相シフトマスク１０は、透
明基板１上に透明導電膜３が全面にわたって形成され、
また、この透明導電膜３上に、遮光膜（Ｃｒ膜）２が形
成され、さらに、この遮光膜２の一部が所定のパターン
に沿って除去されて、光透過部６及び８が形成されてい
る。そして、−方の光透過部６に該光透過部６を覆うよ
うに位相シフト層４ａが形成され、他方の光透過部８に
光吸収層５ａが形成されているものである。

すなわち、このように、位相シフト層４ａを形成するこ
とにより、位相シフト層４ａを透過し、光透過部６を通
じて透明基板１の裏面に通過していく光Ｌ１と、光透過
部８を通じ、光吸収層５ａを通過して透明基板１の裏面
に通過していく光Ｌ２どの間で位相差πを生ずるように
している。

同時に、光吸収層５ａの光吸収率を適宜設定して位相シ
フト層４ａを通過する光Ｌ１と光吸収層５ａを通過する
光Ｌ２どの透過率が実質的に等しくなるようにしている
ものである。

次に、上述した、透明基板１、遮光膜２、透明導電膜３
、位相シフト層４ａ、光吸収層５ａについて詳述する。

透明基板１は、主表面を鏡面研磨した石英ガラスからな
り、縦１２７ｍｍｘ横１２７ｍｍＸ厚さ２．２９ｍｍの
外形をなしている。

透明導電膜３は、酸化スズにアンチモンを５ｗｔ％含有
させたアンチ・スタティック膜であり、５００人の膜厚
を有している。この透明導電膜３を設けることにより、
製造工程にて使用するレジストに電子線抽画する際のチ
ャージ・アップを防止することかできると共に、光透過
部６に形成された位相シフト層４ａをエツチングすると
きのエツチング・ストッパーとしての作用を得ている。

遮光膜２は、透光性基板１の主表面上にクロムをスパッ
タ・ターゲットとし、スパッタリングによりクロム膜を
成膜し、このクロム膜を公知のフォトリソグラフィー法
によりパターン化したものである。この遮光膜２の膜厚
は１０００人である。

位相シフト層４ａは、光透過部６に形成されており、５
ｉ３Ｎ４（屈折率＝１．８６＞からなる。

この位相シフト層４ａの膜厚を２２８１人に選定するこ
とにより、この位相シフト層４ａを通過する露光光（ｉ
線＝３６５ｎｍ）に対してπの位相差を生じさせること
ができる（上述の（１）式を参照）。

光吸収層５ａは、位相シフト層４ａを形成した光透過部
６と隣合う光透過部８に形成されており、Ｃｒ２Ｏ３か
らなる。この光吸収層５の膜厚は１００人である。この
膜厚は、位相シフト層４ａを通過する光Ｌ１の透過率が
約７８％であるので、この透過率に等しくなるように選
定したものである。

次に、第２図（ａ）〜（ｉ＞を参照して、本実施例の位
相シフトマスクの製造方法について説明する。

第」二亘程 透明基板１上に、透明導電膜３を、酸化スズと酸化アン
チモンからなるスパッタ・ターゲットを用いてＡｒガス
雰囲気中にてスパッタリングにより成膜し、更に遮光膜
をＣｒをスパッタ・ターゲットとしＡｒガス雰囲気中で
スパッタリングにより成膜する。次に、この遮光膜を公
知のフォトリソグラフィー法によりその一部が所定のパ
ターンに沿って除去された遮光Ｍ２を形成する。次いで
、Ｓｉ３Ｎ４をスパッタ・ターゲットとしてスパッタリ
ングにより位相シフト用の層４を形成する（第２図（ａ
）参照）。

策λ工丘 前記第１工程で得られたフォトマスクブランクス１００
の位相シフト用の層４上に、レジスト膜１１（膜厚５０
００人）を形成する（第２図（ｂ）参照）。このレジス
ト膜は、ノボラック系レジスト液（ヘキスト社製＋ＡＺ
−１３５０）を滴下し、スピンコード法によってこの滴
下したレジスト液を全面に広げたものである。

策ユニ程 次に、位相シフト用の層４の上面部分に、最終的に得る
べき位相シフト膜４ａのパターンに沿ってレジストパタ
ーンｌｌａを形成する（第２図（Ｃ）　’Ｊ照）。この
レジストパターンｌｌａの形成は、レジスト層１１にお
ける、位相シフト層４ａと反転対応する部分を電子線に
より露光し、その後、レジスト層１１の露光領域を現像
、リンス処理し、レジスト層１１の未露光領域（レジス
トパターン１１ａ）のみを残したものである。尚、現像
及びリンス処理は、ＭＩＢＫ系の現像液及び■ＰＡから
なるリンス液を、所定時間、間隔を置いて逐次レジスト
層１１上に滴下させ、双方の液をスピンコード法に広げ
て行なう。

策生工程 次に、第３工程で得たレジストパターンｌｌａをマスク
として、位相シフト層４の露出部分をエツチングして、
パターン化された位相シフト膜４ａを形成する。このエ
ツチングは下記の条件のプラズマ放電によるドライ・エ
ツチングにより行なう（第２図（ｄ）参照）。

・雰囲気ガス・・・ＣＦ４と０２との混合ガス（ガス圧
カニ　３Ｐａ） ・高周波出力・・・４００Ｗ 策ｉ工程 次に、前記第４工程のエツチングの際に使用したレジス
トパターンｌｌａを剥離する（第２図（ｅ）参照）。

このレジストパターンｌｌａの剥離は、レジストパター
ンｌｌａを高温に加熱した濃硫酸に接触させて行なった
。

！旦工丘 前記第５工程により得られた位相シフトマスク１０５の
表面にクロムをスパッタ・ターゲットとして酸素ガス雰
囲気中にてスパッタリングしてＣｒ２Ｏ３膜５を、膜厚
１００人で成膜する（第１図（ｆ）参照）。このときの
スパッタ条件はＤＣマグネトロンスパッタ出力が０．９
５Ｗ、ガス圧が１．８Ｘ１０−３Ｔｏｒｒとする。

策ヱエ丘 次に、前記第６エ程で形成したＣｒ２Ｏ３膜５上にレジ
スト膜１７を膜厚５０００人で成膜する（第１図（０）
参照）。このレジスト膜１７は、第２工程と同様、ノボ
ラック系レジスト液をスピンコード法により形成したも
のである。

第旦工程 次に、第７エ程で形成したレジスト膜における光透過部
６に形成された光吸収層５ａに反転対応する領域１７ａ
を電子線Ｅにより選択的に露光する（第２図（ｈ）参照
）。

剃ｕ１ 前記第８工程で選択的に露光した露光済のレジスト膜１
７を現像・リンス処理して、露光したレジスト膜領域１
７ａを溶出し、光吸収膜５ａ上にレジストパターン１７
ｂを形成する（第２図ｍ参照）。この工程における現像
・リンス処理は前述した第３工程と同じ条件で行なう。

！よ旦工程 次に、前記第９工程で得たレジスト膜領域１７ｂをマス
クとして、遮光２上のＣｒ２Ｏ３膜５ｂをエツチングし
、しかる後、残存しているレジスト膜１７ｂを濃硫酸に
よって剥離し、光透過部８に光吸収層５ａを形成した位
相シフトマスク１０を得た（第２図（ｊ）参照）。尚、
Ｃｒ２Ｏ３膜５ｂのエツチング処理はＣ，ｒ２０３膜５
ｂの下地たる遮光膜２とのエツチングレート差（５倍）
を大きくするため、硝酸セリウムアンモンを水で希釈し
たエツチング溶液を用いてエツチング処理した。

このようにして製作した位相シフトマスクを用いてパタ
ーン転写をしたところ、得られた転写パターンの線幅誤
差がほとんど発生していないことが確認できた。

又、本実施例では光吸収層５ａの膜厚を１００人とした
が、膜厚は８０〜２００人程度が好ましい。１００Å以
下になると、光吸収作用が十分でなく２００Å以上だと
、この吸収層５ａにおける位相差の影響が大きくなるた
めである。

上述した実施例においては、光吸収層３を透過する光Ｌ
２と位相シフト層４ａを透過する光Ｌ１の透過率を実質
的に等しく（７８％）したが、必ずしも一致させなくて
も透過率差を所定の範囲内に収めれば線幅誤差を低減さ
せることができる。

従って光吸収層の透過率を要求に応じて変えることもあ
り得る。この場合、光吸収層の膜厚を変えるか、又は、
上述した実施例のように酸化クロムをその素材としてい
るときは、酸化度を変えれば所望の透過率の光吸収層を
得ることができる。

第３図はＣｒ２Ｏ３の膜厚と透過率との関係を示す図で
ある。なお、膜厚を変えるには第３図に示すようにスパ
ッタリングのＤＣマグネトロンスパッタ出力（図中、各
白丸に数字示した）を変えれば容易に行なえる。

又、第４図は酸化クロムの酸化度と透過率との関係を示
す図である。図において曲線ａはＣｒ０１．５　、ｂは
Ｃｒｏｌ、３　、ＣはＣｒ０１．２　、ｄはＣｒ０１．
ｏの線図である。図から明らかな通り、酸化度が高いほ
ど、同じ透過率を得るには膜厚が厚くなる。膜厚があま
り薄いとエツチング制御が困難になるので、エツチング
制御の観点からは酸化クロムの酸化度が高い方が好まし
い。

また、上述した実施例においては光吸収層をＣｒ２Ｏ３
により構成したが酸化度を変えることにより、Ｃｒ２Ｏ
３とＣｒとの混合物としても良い。

さらに、酸化クロムの代わりに酸化ニッケルを使用して
も良い。これら、Ｃｒ２Ｏ３とＣｒとの混合物、及び酸
化ニッケルを使用した場合の膜厚と透過率との関係を第
５図に示す。なお、第５図において、曲線ｅがＣｒ０Ｘ
のＸを１．５とした場合、曲線ｆがＣｒ０ＸのＸを１．
２とした場合であり、曲線ｇがＮ　ｉ　ｏｘの場合であ
る。

また、酸化クロムでなくとも単体のクロムを、例えば３
０八以下の膜厚にすることにより光学密度を減少させて
透過性を有する光吸収層として使用することもできる。

さらに、本実施例の光吸収層は酸化クロムで構成したが
、エツチングプロファイルを整えるため、この酸化クロ
ムにチッ素及び／又は炭素を含有させてもよい。

また、上述した光吸収層の材料以外に、珪素、モリブデ
ンシリサイド、酸化タンタル、酸化チタン、チッ化タン
タル、（酸化チタン＋チッ化タンタル）、酸化ゲルマニ
ウム、チッ化ゲルマニウム、カドニウムテルル、ゲルマ
ニウム酸化鉄等が使用゛できる。

さらに、位相シフト層としては、Ｓｉ３Ｎ４の他に酸素
を含有させた５ｉＮＹＯｘとしても良い。

また、透明導電膜としては（酸化スズ＋酸化アンチモン
）、（酸化スズ＋カドニウム）、酸化スズ、酸化インジ
ウム、（酸化スズ＋酸化インジウム）、酸化チタン、酸
化ジルコニウム等を用いてもよい。そして、この透明導
電膜は、チャージアップの防止、並びにエツチングスト
ッパーとして設けたが、本発明における必須要件ではな
い。

また、光吸収層は上述した実施例のように透明導電膜上
に必ず設ける必要はなく、第６図にその変形例を示した
ように、透明基板１の裏面であって位相シフト層４ａを
設けた光透過部に隣り合う光透過部８に対応する位置に
設けてもよい。このような形態の位相シフトマスク２０
を形成するには上述した実施例において、第５工程の後
に、透明基板の裏面に酸化クロム膜を成膜し、次に、こ
の酸化クロムの所定の領域を除去することにより容易に
製作することができる。

さらに、位相シフト層４ａが第７図に示すように、遮光
膜２の下地層となっている形態の位相シフトマスク（詳
しくは特開昭６２−６７５１４号公報参照）の場合は、
位相シフト層４ａと４ａとの間隔に光吸収層５ａを設け
れば同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明によれば、位相シフト層が
設けられた光透過部と遮光膜を挟んで設けられた光透過
部に光吸収層が形成されているので、位相シフト部材と
して、仮に、露光光に対して透過率が低いものを使用し
た場合においても、各光透過部間で透過率の差が所定以
上に大きくなることを防止できる。それゆえ、位相シフ
ト部材として採用できる材料の選択の幅が広がり、より
適切な材料を選定することが可能となる。

これによって、実質的により微細なパターンを転写でき
る位相シフトマスクを得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る位相シフトマスクの縦
断面図、第２図は第１図に示した位相シフトマスクの製
造工程の説明図、第３図はＣｒ２Ｏ３の膜厚と透過率と
の関係を示す図、第４図は酸化クロムの酸化度と透過率
との関係を示す図、第５図はＣｒＯｘ及びＮｉＯｘの膜
厚と透過率との関係を示す図、第６図は一実施例の変形
例を示す図、第７図は一実施例の他の変形例を示す図で
ある。 １０・・・位相シフトマスク、 １・・・透明基板、 ２・・・遮光膜、 ３・・・透明導電膜、 ４ａ・・・位相シフト層、 ５ａ・・・光吸収層、 ６．８・・・光透過部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光透過部と遮光部とで形成された所定のパターン
   を有し、前記遮光部の両側に位置する光透過部の一方に
   位相シフト部材を設けた位相シフトマスクにおいて、 前記光透過部のうち、位相シフト部材が設けられていな
   い他方の光透過部に光吸収部材を設けて両側の光透過部
   を透過する光の透過率差を小さくしたことを特徴とする
   位相シフトマスク。
2. （２）請求項（１）に記載の位相シフトマスクにおいて
   、 前記光透過部と遮光部とを、透明基板の一方の主表面上
   に形成された遮光膜の一部を所定のパターンに沿って除
   去することにより形成するとともに、 前記光吸収部材を、前記透明基板の遮光膜が形成されて
   いない他方の主表面上に形成したことを特徴とする位相
   シフトマスク。
3. （３）請求項（１）に記載の位相シフトマスクにおいて
   、 前記光透過部と遮光部とを、透明基板の一方の主表面の
   上に形成される遮光膜の一部を所定のパターンに沿って
   除去することにより形成するとともに、 前記遮光膜を、前記位相シフト部材の上に形成したこと
   を特徴とする位相シフトマスク。（４）請求項（１）な
   いし（３）のいずれかに記載の位相シフトマスクにおい
   て、 前記光吸収部材をＡＯｘ（ただし、ＡはＣｒまたはＮｉ
   とする）で構成し、 このＡＯｘのｘの値を選定することにより、光透過部の
   光透過率差を小さく設定したことを特徴とする位相シフ
   トマスク。