JPH07134392A - 露光用マスクとパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 露光光に対する膜表面での反射率を小さくす
ることができ、解像度コントラストの向上に寄与し得る
露光用マスクを提供すること。 【構成】 透明基板１００上に露光光に対して半透明な
領域と透明な領域を形成し、半透明な領域を通過する光
と透明な領域を通過する光との位相差及び半透明な領域
の透過率が所望値を満足するように構成された露光用マ
スクにおいて、半透明な領域はＳｉＮ_x からなる半透明
膜１０１とＳｉＯ₂ からなる反射低減化層１０２を積層
して形成され、これらの積層部を透過した光が透明な領
域を透過した光に対し１８０度の位相差を持ち、かつ積
層部の露光光に対する反射率が半透明膜１０１を単独で
用いた場合よりも小さくなるように構成されていること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造のフォトリ
ソグラフィ技術に係わり、特に位相シフタとして半透明
膜を使用した露光用マスクとこのマスクを用いたパター
ン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、微細なマスクパターンを転写する
露光装置の解像力及び焦点深度を向上させる技術の一つ
として、透明基板上に半透明な領域と透明な領域を形成
し、半透明な領域と透明な領域のそれぞれを透過する光
の位相差が実質的に１８０°になる露光用マスクを用い
る技術が提案されている。このような露光用マスクの一
例としては、ＭＩＴのスミス等によるＵＳＰ４８９０３
０９号がある。この例においては、半透明領域を特徴付
ける膜透過率と透明領域通過光に対する位相差の最適値
を、掘り下げ型の多層構造を採用することにより実現し
ている。

【０００３】一方本発明者らは、複素屈折率をある領域
で任意に変化させることができる単層半透明膜を含むマ
スクブランクスを提案した（特願平４−３２７６２３
号）。この単層半透明膜の材質の一つとして反応性スパ
ッタリング法により形成した窒化珪素薄膜があり、これ
にホールやライン等のパターンを描画したマスクを用い
て露光を行うことで、解像度及び焦点深度を向上させる
ことができた。

【０００４】しかしながら、この種の方法にあっては次
のような問題があった。即ち、半透明領域の材料として
屈折率の大きい物質を用いると、半透明膜と露光雰囲気
との界面での反射率が大きくなる。この界面（膜表面）
で反射した光は、マスク反転パターンとして縮小レンズ
を介してウェハ上に結像される。このため、本来暗部と
すべき領域で光強度を持ち、膜減り等のレジストパター
ン形状の劣化を招いていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、半透
明領域の材料として窒化珪素等の薄膜を用いると、膜表
面の反射率が大きくなり、縮小レンズとマスク間で反射
が起こり、ウェハ上での像強度コントラストが低下する
という問題があった。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、露光光に対する膜表面
での反射率を小さくすることができ、像強度コントラス
トの向上に寄与し得る露光用マスクを提供することにあ
る。

【０００７】

【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、透明基板上に露光光に対して半透
明な領域と透明な領域を有し、半透明な領域を通過する
光と透明な領域を通過する光との位相差及び半透明な領
域の透過率が所望値を満足するように構成された露光用
マスクにおいて、半透明な領域は半透明膜と反射低減化
層を積層して形成され、これらの積層部を透過した光が
透明な領域を透過した光に対し実質的に１８０度前後の
位相差を持ち、かつ該積層部の露光光に対する反射率が
半透明膜を単独で用いた場合よりも小さくなるように構
成されていることを特徴とする。

【０００８】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 半透明膜の複素屈折率の絶対値は、反射低減化層の
複素屈折率より大きいこと。 (2) 半透明膜は III族，IV族，又は遷移元素又は遷移元
素を含むシリサイドを含み、且つ反射低減化層は III
族，IV族，遷移元素，若しくは遷移元素を含むシリサイ
ドの酸化物，窒化物，又は酸窒化物であること。 (2a) III族元素がＢ，Ａｌ，Ｇａであること。この中で
も、Ａｌは安定性に優れる点から特に望ましい。 (2b) IV 族元素がＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎであること。こ
の中でも、特にＳｉが有効である。Ｓｉにおける露光光
の吸収は極めて大きく、ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＯ
Ｎにおける露光光の吸収が略０であることから、これら
の組成により半透明膜の吸収係数を容易に調整すること
ができる。 (2c)遷移元素がＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｈ
ｆ，Ｔａであること。遷移元素を用いる場合は電子の移
動が容易であり、半透明膜に導電性を持たせることが可
能となる。 (3) 反射低減化層に水素原子が添加されていること。

【０００９】また、本発明（請求項３）は、透明基板上
に露光光に対して半透明な領域と透明な領域とを形成
し、半透明な領域を通過する光と透明な領域を通過する
光との位相差が実質的に１８０度前後になる露光用マス
クにおいて、半透明な領域は複数の薄膜により構成さ
れ、これらの薄膜の屈折率は、該薄膜の積層方向に対し
て透明基板側より順次増加し極大値を経て順次減少する
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、次のものがあげられる。 (1) 半透明な領域は III族，IV族，遷移元素，又は遷移
元素を含むシリサイドを含み、且つ III族，IV族，遷移
元素，若しくは遷移元素を含むシリサイドの酸化物，窒
化物，又は酸窒化物の組成を変えることによって、半透
明膜における透過率や反射率が調整されること。 (1a) III族元素がＢ，Ａｌ，Ｇａであること。この中で
も、Ａｌは安定性に優れる点から特に望ましい。 (1b) IV 族元素がＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎであること。こ
の中でも、特にＳｉが有効である。Ｓｉにおける露光光
の吸収は極めて大きく、ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＯ
Ｎにおける露光光の吸収が略０であることから、これら
の組成により半透明膜の吸収係数を容易に調整すること
ができる。 (1c)遷移元素がＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｈ
ｆ，Ｔａであること。遷移元素を用いる場合は電子の移
動が容易であり、半透明膜に導電性を持たせることが可
能となる。 (2) 半透明な領域に水素原子が添加されていること。 (3) 半透明な領域に含まれる III族，IV族，遷移金属，
又は遷移金属を含むシリサイドのみからなる場合の消衰
係数が、反射低減化層に含まれる非金属元素により飽和
することで得られる化合物の消衰係数より大きい場合
に、段階的に光学定数が変化する膜のうち半透明な領域
と基板及び空気の界面以外の部分で半透明な領域の消衰
係数が最大となること。 (4) 半透明な領域に含まれる III族，IV族，遷移金属，
又は遷移金属を含むシリサイドのみからなる場合の屈折
率が、反射低減化層に含まれる非金属元素により飽和す
ることで得られる化合物の屈折率より大きい場合に、段
階的に光学定数が変化する膜のうち半透明な領域と基板
及び空気の界面以外の部分で半透明な領域の屈折率が最
大となること。

【００１１】また、本発明（請求項５）は、透明基板上
に露光光に対して半透明な領域と透明な領域とを形成
し、半透明な領域を通過する光と透明な領域を通過する
光との位相差が実質的に１８０度前後になる露光用マス
クにおいて、半透明な領域を構成する物質の屈折率は、
透明基板側から離れるに伴い連続的に増大して極大とな
った後、連続的に減小することを特徴とする。

【００１２】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) 半透明な領域は III族，IV族，遷移元素，又は遷移
元素を含むシリサイドを含み、且つ III族，IV族，遷移
元素，若しくは遷移元素を含むシリサイドの酸化物，窒
化物，又は酸窒化物の組成を変えることによって、半透
明膜における透過率や反射率が調整されること。 (1a) III族元素がＢ，Ａｌ，Ｇａであること。この中で
も、Ａｌは安定性に優れる点から特に望ましい。 (1b) IV 族元素がＣ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎであること。こ
の中でも、特にＳｉが有効である。Ｓｉにおける露光光
の吸収は極めて大きく、ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＯ
Ｎにおける露光光の吸収が略０であることから、これら
の組成により半透明膜の吸収係数を容易に調整すること
ができる。 (1c)遷移元素がＣｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｈ
ｆ，Ｔａであること。遷移元素を用いる場合は電子の移
動が容易であり、半透明膜に導電性を持たせることが可
能となる。 (2) 半透明な領域に水素原子が添加されていること。 (3) 半透明な領域に含まれる III族，IV族，遷移金属，
又は遷移金属を含むシリサイドのみからなる場合の消衰
係数が、反射低減化層に含まれる非金属元素により飽和
することで得られる化合物の消衰係数より大きい場合
に、連続して光学定数が変化する膜のうち半透明な領域
と基板及び空気の界面以外の部分で半透明な領域の消衰
係数が最大となること。 (4) 半透明な領域に含まれる III族，IV族，遷移金属，
又は遷移金属を含むシリサイドのみからなる場合の屈折
率が、反射低減化層に含まれる非金属元素により飽和す
ることで得られる化合物の屈折率より大きい場合に、連
続して光学定数が変化する膜のうち半透明な領域と基板
及び空気の界面以外の部分で半透明な領域の屈折率が最
大となること。

【００１３】また、本発明（請求項２，４又は６）は、
請求項１，３又は５の露光用マスクを用いたパターン形
成方法において、光軸に対し平行又は角度を持たせた照
明手段によって露光用マスクを照射し、該マスクを通過
して得られるマスクパターン像を、透過光学系又は反射
光学系を介して感光性樹脂層が形成された被露光用基板
上に投影露光し、被露光用基板上の感光量の差を利用し
て所望領域以外の感光性樹脂層を除去することを特徴と
する。

【００１４】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は、次のものがあげられる。 (1) マスクパターンに少なくとも半透明膜形成部／半透
明膜非形成部（Ｌ／Ｓ）が０．３以下或いは３以上の部
分があるときに、照明のコヒーレントファクターが０．
５以下であること。ここで、Ｌ／Ｓが０．３以下とは孤
立ラインを意味し、Ｌ／Ｓが０．３〜３とは周期パター
ンを意味し、Ｌ／Ｓが３以上とは孤立スペースを意味し
ている。 (2) マスクパターンに少なくとも半透明膜形成部／半透
明膜非形成部（Ｌ／Ｓ）が０．３〜３の部分があるとき
に、照明手段として輪帯照明を用いること。 (2a) 照明の少なくとも一部が他の部分を透過する光に
対し位相又は透過率が異なるように調整されているこ
と。 (3) マスクパターンに少なくとも半透明膜形成部／半透
明膜非形成部（Ｌ／Ｓ）が０．３〜３の部分があるとき
に、光軸に対しｎ回対称位置（ｎ＝２，４，８）に開口
部が設けられた絞りによる照射であるようにしているこ
と。 (3a) 照明の少なくとも一部が他の部分を透過する光に
対し位相又は透過率が異なるように調整されているこ
と。 (4) マスクパターンに少なくとも半透明膜形成部／半透
明膜非形成部（Ｌ／Ｓ）が０．３〜３の部分があるとき
に、光軸に対し複数組のｎ回対称位置（ｎ＝２，４，
８）に開口部が設けられた絞りによる照射であるように
していること。 (4a) 照明の少なくとも一部が他の部分を透過する光に
対し位相又は透過率が異なるように調整されているこ
と。

【００１５】また、本発明の露光用マスクは次のように
して製造される。透明基板上に反応性スパッタリング
法，蒸着法，ＣＶＤ法等により形成した半透明膜上に、
スパッタリング法，蒸着法，ＣＶＤ法，液相成長法（例
えば、ケイ弗化水素酸の水溶液にＳｉＯ₂ 粉末を飽和さ
せ、この溶液に基板を浸透させ、基板表面にＳｉＯ₂ 膜
を析出させる方法）により、露光光に対して反射防止効
果を持つような透明薄膜を形成する。又は、半透明膜表
面を酸化する、或いは半透明膜を形成する際のガス条件
を変化させ成膜することにより、露光光に対して反射防
止効果を持つような透明薄膜を形成する。

【００１６】このとき、適当なＳｉＯ₂ 、或いは組成を
変えた半透明膜の膜厚を制御することにより、透明基板
上膜側の反射率を低減させることが実現可能である。こ
のフォトマスクブランクスにピンホール，ラインやスペ
ース等のパターンを描画し、露光光に対して透明領域と
半透明領域を形成する。このとき、透明領域通過光と半
透明領域通過光との位相差は実質的に１８０°前後にな
るような膜厚及び膜質を有する構造を特徴とする。

【００１７】

【作用】一般に、物質の複素屈折率Ｎは物質の屈折率ｎ
及び消衰係数ｋを用いて、 Ｎ＝ｎ−ｉｋ … (1) と表すことができる。（ｉは虚数単位）図９のようなａ
層多層膜を考えると、第１層からの振幅反射率は、 Ｒ₁ ＝｛ｒ₂ ＋ｒ₁ ・exp （−２δ₁ ｉ）｝ ／｛１＋ｒ₂ ・ｒ₁ ・exp （−２δ₁ ｉ）｝ … (2) で表される。ここで、ｒ₁ ，ｒ₂ はそれぞれ境界面１，
境界面２のフレネル反射係数であり、それぞれ次式で与
えられる。

【００１８】 ｒ₁ ＝（Ｎ₁ −Ｎ₀ ）／（Ｎ₁ ＋Ｎ₀ ） … (3) ｒ₂ ＝（Ｎ₂ −Ｎ₁ ）／（Ｎ₂ ＋Ｎ₁ ） … (4) また、２δ₁ は薄膜における多重反射光中、隣り合う光
の間の位相差であり、 δ₁ ＝２π・Ｎ₁ ・ｄ₁ ／λ … (5) で与えられる。ここで、ｄ₁ は膜の膜厚、λは入射光の
波長である。

【００１９】第１層を (2)式で表される反射率（有効フ
レネル係数）を持つ単一境界とみなせば、第２層からの
反射率は Ｒ₂ ＝｛ｒ₃ ＋Ｒ₁ ・exp （−２δ₂ ｉ）｝ ／｛１＋ｒ₃ ・Ｒ₁ ・exp （−２δ₂ ｉ）｝ … (6) で与えられる。ここで、ｒ₃ は境界面のフレネル反射係
数であり、次式で与えられる。

【００２０】 ｒ₃ ＝（Ｎ₃ −Ｎ₂ ）／（Ｎ₃ ＋Ｎ₂ ） … (7) また、２δ₂ は第２層における多重反射光中、隣り合う
光の間の位相差であり、 δ₂ ＝２π・Ｎ₂ ・ｄ₂ ／λ … (8) で与えられる。ここで、ｄ₂ は第２層の膜厚である。

【００２１】このような手続きを最上層まで順次押し進
めていくことによって、多層膜の振幅反射率Ｒa を得る
ことができる。エネルギー反射率Ｒは、 Ｒ＝｜Ｒa ｜² … (9) で与えられるが、薄膜の光学的膜厚がλ／４に近くなる
と、このＲ値は小さくなり、反射は低減する。

【００２２】次に、露光用マスクの場合についてさらに
説明する。図１０に、透明基板８００の表面に半透明膜
８０１が形成されたマスクを示す。ここで、半透明膜８
０１と空気との境界面での振幅反射率（＝フレネル反射
係数）ｒは、 ｒ＝（Ｎ₁ −Ｎ₀ ）／（Ｎ₁ ＋Ｎ₀ ） … (10) で表される。

【００２３】強度反射率はｒ² で与えられる。このと
き、(10)式で｜Ｎ₁ −Ｎ₀ ｜が大きく｜Ｎ₁ ＋Ｎ₀ ｜が
小さい場合に反射率が大きくなる。また、逆に｜Ｎ₁ −
Ｎ₀ ｜が小さく｜Ｎ₁ ＋Ｎ₀ ｜が大きい場合に反射率が
小さくなる。一般的に、半透明膜８０１に使用されてい
る材料は空気の屈折率Ｎ₀ と比較し高い屈折率Ｎ₁ のも
のを用いるため、図１０（ａ）のような単層構造の場
合、図１０（ｂ）に示すように空気中の屈折率との差が
大きく反射率も大きくなる。反射率を抑えるには｜Ｎ₁
−Ｎ₀ ｜が小さいことが必要であり、半透明膜８０１の
屈折率を空気に近付けることが望ましい。但し、半透明
膜８０１の屈折率は位相，透過率にも関係してくるの
で、これを単純に小さくすることはできない。

【００２４】そこで、膜を多層構造とし、図１１（ａ）
に示すように空気と第１の半透明膜の中間に空気の屈折
率Ｎ₀ と第１の半透明膜の屈折率Ｎ₁ の間の複素屈折率
Ｎ₂を持つ材料を第２の半透明膜とし、空気と第１の半
透明膜の間に導入する。このように半透明膜を２層構造
とすることで、反射率を減少させることができる。同様
に、空気と第２の半透明膜の間にそれらの中間的な複素
屈折率を持つ第３の半透明膜を用いることで、より反射
率を低減させることができる。このとき、第２の半透明
膜の屈折率，第３の半透明膜の屈折率が第１の半透明膜
と空気の中間的な値となるように２つの膜を調整しても
よい。

【００２５】また、基板方向に対しても同様に、複素屈
折率Ｎ₁ と基板との中間の複素屈折率を持つ第４の半透
明膜を用いることで基板側からの入射する光の反射を低
減することができ、さらに第４の半透明膜と基板の中間
の屈折率を持つ第５の半透明膜を用いることで反射率を
低減することができる。このようにした場合の例を図１
１（ｂ）に示す。即ち、半透明な領域が複数の薄膜によ
り構成され、これらの薄膜の屈折率は、該薄膜の積層方
向に対して基板側から順次大きくなり、中央部で極大と
なった後に順次小さくなっている。

【００２６】また、薄膜の層数を増やすことにより、図
１１（ｃ）に示すように屈折率の段階的な変化量を少な
くすることができる。さらに、この作業を無限回行い、
無限層の半透明膜を設けることによって、さらに反射率
を低減できる。ここで、無限層屈折率の異なる膜を設け
ることは図１１（ｃ）に破線で示すように、１つの膜中
で連続して複素屈折率を変化させることと等価と考える
ことができる。なお、断続的，連続的な変化を組み合わ
せてもよく、断続的である場合、層の数に対し必ずしも
均等に変化させる必要はない。

【００２７】このような低反射の半透明型位相シフトマ
スクを用いて露光を行うと、マスクと縮小レンズ間での
反射が低減され、マスクパターン結像時のノイズを減少
することができ、ウェハ上での像強度のコントラストが
大きくなり、解像度及び焦点深度が向上する。

【００２８】

【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）この実施例は、水銀ランプのｉ線を露光光
源に用いたマスクブランクスに関する。図１に本実施例
のマスク構造及び従来のマスク構造を示す。

【００２９】従来使用してきたマスクでは、ＳｉＯ₂ 透
明基板（透明領域）１００上に反応性スパッタリング法
により、シリコンをターゲットとして、アルゴンガス中
で反応性ガスとしての窒素の分圧を制御することによ
り、窒化珪素単層膜（半透明領域）１０５を形成する
（図１（ｃ））。この際の半透明領域１０５として、例
えばＳｉＮ_x1膜のＳｉに対する窒素の組成を変化させる
ことで、複素屈折率をＮ＝２．８−０．７ｉとした膜厚
約１００ｎｍの単層膜を用いた場合、水銀ランプｉ線
（波長３６５ｎｍ）に対するエネルギー反射率は約２７
％である。

【００３０】本実施例では、透明基板１００のみを通過
した光と半透明膜１０１及び反射低減化層１０２を通過
した光との位相差が実質的に１８０°前後で、かつ膜表
面のエネルギー反射率が１０％以下とすること（現状の
遮光マスクにおける反射率と同等）を考慮した。

【００３１】まず、図１（ａ）に示すように、前記Ｓｉ
Ｎ_x1の窒素の組成比を若干小さくすることで複素屈折率
Ｎ＝３．０−０．９ｉの窒化珪素膜（半透明膜）１０１
を膜厚８９ｎｍで形成した。次いで、図１（ｂ）に示す
ように、この上にＳｉＯ₂ 膜（反射低減化層）１０２を
膜厚４０ｎｍで成膜し、１０１，１０２を半透明領域と
して形成した。このときのエネルギー反射率は約１０％
と低減化でき、同時にエネルギー透過率は約５％、位相
差約１８０°にすることができた。

【００３２】図１（ｂ）と図１（ｃ）は従来のマスクと
本実施例の反射低減化されたマスクを比較したものであ
る。図１（ｃ）に示す従来のマスクでは強度反射率が約
２７％あったのに対し、図１（ｂ）に示す本実施例のマ
スクにより約１０％にすることができた。

【００３３】なお、反射低減化層１０２としてのＳｉＯ
₂ 膜は、スパッタリング法，蒸着法，ＣＶＤ法により形
成するか、或いは半透明膜表面を酸化することにより形
成してもよい。さらに、半透明膜成膜時のガスを窒素か
ら酸素に切り換えてもよい。また、膜質及び膜厚を本発
明の趣旨を逸脱しない範囲において適当な値にしてもよ
い。 （実施例２）図２は、第２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。まず、図２（ａ）に
示すように、第１の実施例で製作したフォトマスクブラ
ンクス（１０１＋１０２）に、電子線レジスト２１１を
膜厚０．５μｍ塗布した後、さらに導電性膜２１２を
０．２μｍ形成する。そして、導電性膜２１２上から電
子線により３μＣ／ｃｍ² で描画し、さらに現像を行う
ことにより、図２（ｂ）に示すように、レジスト２１１
にパターン２２０を形成する。

【００３４】次いで、このレジストパターン２２０をマ
スクとしてＣＦ₄ ガスによるドライエッチングにより、
図２（ｃ）に示すように、レジストパターン２２０から
露出しているＳｉＯ₂ 膜１０２をエッチング除去する。
続いて、ＣＦ₄ とＯ₂ 混合ガスによるドライエッチング
により、透明基板１００との選択比が十分な条件下で窒
化珪素膜１０１をエッチング除去する。これにより、窒
化珪素膜パターン（２０１＋２０２）を得ることができ
る。

【００３５】そして、最後にレジストパターン２２０を
除去し、図２（ｄ）に示すような窒化珪素膜パターン
（２０１＋２０２）を有する露光用マスクが完成する。
このようにして反射率が低減化された位相シフトマスク
を得ることができる。

【００３６】このようにして形成された露光用マスクを
介して、レジストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム
製）を１．０μｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投
影露光装置（ＮＡ＝０．５，σ＝０．６）を用いて露光
を行い、レジストパターンを形成した。すると、従来の
反射率が低減されていないマスクを用いた場合に比べ
て、０．３５μｍライン＆スペースパターンにおいて、
焦点深度を１．８μｍから２．０μｍに広げることがで
きた。

【００３７】さらに、前記露光用マスクを用いて、レジ
ストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム製）を１．０μ
ｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投影露光装置（Ｎ
Ａ＝０．５，σ＝０．６）と輪帯照明法を併用して露光
を行い、レジストパターンを形成した。すると、従来の
反射率が低減されていないマスクを用いた場合に比べ
て、０．３５μｍライン＆スペースパターンにおいて、
焦点深度を１．８μｍから２．４μｍに広げることがで
きた。

【００３８】さらに、前記露光用マスクを用いて、レジ
ストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム製）を１．０μ
ｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投影露光装置（Ｎ
Ａ＝０．５，σ＝０．６）と光軸に対して４回対称位置
に開口部が設けられた照明絞りによる照明方法を併用し
て露光を行い、レジストパターンを形成した。すると、
従来の反射率が低減されていないマスクを用いた場合に
比べて、０．３５μｍライン＆スペースパターンにおい
て、焦点深度を１．８μｍから２．６μｍに広げること
ができた。

【００３９】さらに、前記露光用マスクを用いて、レジ
ストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム製）を１．０μ
ｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投影露光装置（Ｎ
Ａ＝０．５，σ＝０．３）を用いて露光を行い、レジス
トパターンを形成した。すると、従来の反射率が低減さ
れていないマスクを用いた場合に比べて、ホール径０．
４５μｍ孤立ホールパターン（ホール径／隣接するホー
ルまでの距離は１／５）において、焦点深度を１．２μ
ｍから１．８μｍに広げることができた。

【００４０】なお、本実施例では半透明膜としてＳｉＮ
_x1を例に用いたが、ＣｒＯ_xi，ＳｉＯ_xi，ＡｌＯ_xi，Ｔ
ｉＯ_xi，ＳｎＯ_xi等でも同様の手法でマスクを作成する
ことが可能である。さらに、ＣａＦ_x やＭｇＦ_x 等のハ
ロゲン化物を用いることも可能である。ここで、xiは組
成比であり、必ずしも上記各材料系で同じである必要は
ない。また、反射低減化層としてＳｉＮ_x 膜の窒素の組
成比を大きくし、ＳｉＮ_4/3 とした膜を用いても構わな
い。 （実施例３）本実施例は、ＫｒＦエキシマレーザを露光
光源に用いた露光用マスクに関するものである。

【００４１】従来使用してきたマスクでは、ＳｉＯ₂ 透
明基板（透明領域）上に反応性スパッタリング法によ
り、シリコンをターゲットとし、アルゴンガス中で反応
ガスとしての窒素の分圧を制御することにより、窒化珪
素単層膜（半透明領域）を形成する。この際の半透明領
域として、例えばＳｉＮ_x2膜のＳｉに対する窒素の組成
を変化させることで、複素屈折率をＮ＝２．２８−０．
５７ｉとした膜厚約１００ｎｍの単層膜を用いた場合、
ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）に対するエ
ネルギー反射率は約１６％である。

【００４２】本実施例では、透明基板１００のみを通過
した光と半透明膜１０１と反射低減化層１０２を通過し
た光との位相差が実質的に１８０°前後で、かつ膜表面
のエネルギー反射率が１０％以下とすること（現状の遮
光マスクにおける反射率と同等）を考慮した。

【００４３】まず、前記ＳｉＮ_x2の窒素の組成比を若干
小さくすることで、複素屈折率Ｎ＝２．３−０．６ｉの
窒化珪素膜の膜厚９５ｎｍを形成した。この上にＳｉＯ
₂ （反射低減化層）を膜厚１５ｎｍで成膜し半透明領域
として形成した。このときのエネルギー反射率は約１０
％と低減でき、同時にエネルギー透過率は約５％、位相
差約１８０°にすることができた。

【００４４】なお、このＳｉＯ₂ 膜は、スパッタリング
法，蒸着法，ＣＶＤ法により形成されるか、或いは半透
明膜表面を酸化することにより形成してもよい。さら
に、半透明膜成膜時のガスを窒素から酸素に切り換えて
もよい。また、膜質及び膜厚を本発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で適当な値にしてもよい。 （実施例４）第３の実施例で製作したフォトマスクブラ
ンクスに、電子線レジストを膜厚０．５μｍで塗布した
後、さらに導電性膜を０．２μｍ形成する。この導電性
膜上から電子線により３μＣ／ｃｍ² で描画し、さらに
現像を行い、レジストパターンを形成する。

【００４５】このレジストパターンをマスクとしてＣＦ
₄ ガスによるドライエッチングにより、レジストパター
ンから露出しているＳｉＯ₂ をエッチング除去した。そ
の後、ＣＦ₄ とＯ₂ の混合ガスによるドライエッチング
により、透明基板との選択比が十分な条件下で窒化珪素
膜をエッチング除去する。

【００４６】そして、最後にレジストパターンを除去
し、窒化珪素パターンを得ることができる。このように
して反射率が低減化された位相シフトマスクを得ること
ができる。

【００４７】このようにして形成された露光用マスクを
介して、レジストＳＮＲ（シプレー社製）を塗布した基
板に、ＫｒＦエキシマレーザ用１／５縮小投影露光装置
（ＮＡ＝０．４５，σ＝０．５）を用いて露光を行いレ
ジストパターンを形成した。すると、従来の反射率が低
減化されていないマスクを用いた場合に比べて、０．３
０μｍライン＆スペースパターンにおいて、焦点深度を
０．７μｍから０．９μｍに広げることができた。

【００４８】なお、本実施例では半透明膜としてＳｉＮ
_x2膜を例に用いたが、ＣｒＯ_xi，ＳｉＯ_xi，ＡｌＯ_xi，
ＴｉＯ_xi，ＳｎＯ_xi等でも同様の手法でマスクを作成す
ることが可能である。また、反射低減化層としてＳｉＮ
_x 膜の窒素の組成比を大きくし、ＳｉＮ_4/3 とした膜を
用いても構わない。 （実施例５）本実施例は、水銀ランプのｇ線を露光光源
に用いた露光用マスクに関する。

【００４９】従来使用してきたマスクでは、ＳｉＯ₂ 透
明基板（透明領域）上に反応性スパッタリング法によ
り、シリコンをターゲットとし、アルゴンガス中で珪素
単層膜（半透明領域）を形成する。この際の半透明領域
として、例えば複素屈折率をＮ＝４．７−１．５ｉとし
た膜厚約５９ｎｍの単層膜を用いた場合、水銀ランプｇ
線（波長４３６ｎｍ）に対するエネルギー反射率は約４
５％である。

【００５０】本実施例では、まずＳｉＯ₂ 膜も含めた半
透明膜と反射低減化層を通過した光との位相差が実質的
に１８０°前後で、かつ膜表面のエネルギー反射率が望
ましくは１０％以下とすることを考慮した。

【００５１】まず、例えばＳｉ成膜時に若干の窒素を導
入することで、複素屈折率Ｎ＝４．４−１．４ｉの窒化
珪素膜の膜厚６０ｎｍを形成した。この上にＳｉＯ₂ 膜
厚６５ｎｍで成膜し半透明領域として形成した。このと
きのエネルギー反射率は約１５％と低減化でき、同時に
エネルギー透過率は約５％、位相差約１８０°にするこ
とができた。

【００５２】なお、このＳｉＯ₂ 膜は、スパッタリング
法，蒸着法，ＣＶＤ法により形成されるか、或いは半透
明膜表面を酸化して形成してもよい。さらに、半透明膜
成膜時のガスを窒素から酸素に切り換えてもよい。ま
た、膜質及び膜厚を本発明の趣旨を逸脱しない範囲にお
いて適当な値にしてもよい。 （実施例６）第５の実施例で製作したフォトマスクブラ
ンクスに、電子線レジストを膜厚０．５μｍで塗布した
後、さらに導電性膜を０．２μｍ形成する。この導電性
膜上から電子線により３μＣ／ｃｍ² で描画しさらに現
像を行い、レジストパターンを形成する。

【００５３】このレジストパターンをマスクとしてＣＦ
₄ ガスによるドライエッチングにより、レジストパター
ンから露出しているＳｉＯ₂ 膜をエッチング除去した。
その後、ＣＦ₄ とＯ₂ 混合ガスにより、透明基板との選
択比が十分な条件下で窒化珪素膜をエッチング除去し
た。

【００５４】そして、最後にレジストパターンを除去
し、窒化珪素膜パターンを得ることができる。このよう
にして反射率が低減化された位相シフトマスクを得るこ
とができる。

【００５５】このようにして形成された露光用マスクを
介して、レジストＰＦＲ７７５０（日本合成ゴム製）を
１．５μｍ塗布した基板に、ｇ線用１／５縮小投影露光
装置（ＮＡ＝０．５４，σ＝０．５）を用いて露光を行
いレジストパターンを形成した。すると、従来の反射率
が低減化されていないマスクを用いた場合に比べて、フ
ォーカスマージンを０．４５μｍライン＆スペースパタ
ーンにおいて、０．７μｍから１．１μｍに広げること
ができた。

【００５６】なお、本実施例では半透明膜ＳｉＯ₂ を例
に用いたが、ＣｒＯ_xi，ＳｉＯ_xi，ＡｌＯ_xi，Ｔｉ
Ｏ_xi，ＳｎＯ_xi等でも同様の手法でマスクを作成するこ
とが可能である。また、反射低減化層としてＳｉＮ_x 膜
の窒素の組成比を大きくし、ＳｉＮ_4/3 とした膜を用い
ても構わない。 （実施例７）本実施例は、ＡｒＦエキシマレーザ光を露
光光源に用いたマスクブランクスに関する。図３に本実
施例のマスク構造及び従来のマスク構造を示す。

【００５７】従来使用してきたマスクでは、ＳｉＯ₂ 透
明基板（透明領域）３００上に反応性スパッタリング法
により、シリコンをターゲットとして、アルゴンガス中
で反応性ガスとしての酸素の分圧を制御することによ
り、酸化珪素単層膜（半透明領域）３０５を形成する
（図３（ｃ））。この際の半透明領域３０５として、例
えばＳｉＯ_x3膜のＳｉに対する酸素の組成を変化させる
ことにより、屈折率をｎ＝１．５８として膜厚約１６６
ｎｍの単層膜を用いた場合、ＡｒＦエキシマレーザ光
（波長１９３ｎｍ）に対するエネルギー反射率は約６％
である。

【００５８】本実施例では、まずＳｉＯ₂ 膜も含めた半
透明膜と反射低減化層を通過した光との位相差が実質的
に１８０°前後で、かつ膜表面のエネルギー反射率が１
０％以下とすること（現状の遮光マスクにおける反射率
と同等）を考慮した。

【００５９】前記従来型マスクの反射率は十分低反射で
あるが、このマスクの反射率をより抑えようとしたと
き、例えばＳｉＯ_x3の酸素の組成比を若干大きくするこ
とで、図３（ａ）に示すように、屈折率ｎ＝１．６１の
酸化珪素膜（半透明膜）３０１の膜厚１５０ｎｍを形成
した。次いで、図３（ｂ）に示すように、この上にＳｉ
Ｏ₂ 膜（反射低減化層）３０２を膜厚１０ｎｍで成膜
し、３０１，３０２を半透明領域として形成した。この
ときのエネルギー反射率は約３％と低減でき、同時にエ
ネルギー透過率は約３．５％、位相差約１８０°にする
ことができた。

【００６０】図３（ｂ）と図３（ｃ）において、従来型
のマスクと本実施例の反射低減化されたマスクを比較す
る。図３（ｃ）に示す従来のマスクの強度透過率は約６
％であったのに対し、図３（ｂ）に示す本実施例のマス
クにより約３％にすることができた。

【００６１】なお、反射低減化層としてのＳｉＯ₂ 膜
は、スパッタリング法，蒸着法，ＣＶＤ法により形成さ
れるか、或いは半透明膜表面を酸化することにより形成
してもよい。また、膜質及び膜厚を本発明の趣旨を逸脱
しない範囲において適当な値にしてもよい。 （実施例８）図４は、第８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。まず、図４（ａ）に
示すように、第７の実施例で製作したフォトマスクブラ
ンクス（３０１＋３０２）に、電子線レジスト４１１を
膜厚０．５μｍ塗布した後、さらに導電性膜４１２を
０．２μｍ形成する。そして、導電性膜４１２上から電
子線により３μＣ／ｃｍ² で描画し、さらに現像を行う
ことにより、図４（ｂ）に示すように、レジストパター
ン４２０を形成する。

【００６２】次いで、このレジストパターンをマスクと
してＣＦ₄ ガスによるドライエッチングにより、図４
（ｃ）に示すように、レジストパターン４２０から露出
しているＳｉＯ₂ 膜３０２をエッチング除去する。続い
て、ＣＦ₄ とＯ₂ 混合ガスにより、透明基板４００との
選択比が十分な条件下でＳｉＯ_x3膜３０１をエッチング
除去する。

【００６３】そして、最後にレジストパターン４２０を
除去し、図４（ｄ）に示すような酸化珪素膜パターン
（４０１＋４０２）を有する露光用マスクが完成する。
このようにして反射率が低減化された位相シフトマスク
を得ることができる。

【００６４】このようにして形成された露光用マスクを
介して、レジストを塗布した基板に、ＡｒＦエキシマレ
ーザ光用１／５縮小投影露光装置（ＮＡ＝０．５４，σ
＝０．５）を用いて露光を行い、レジストパターンを形
成した。すると、従来の反射率が低減化されていないマ
スクを用いた場合に比べて、フォーカスマージンを０．
２０μｍライン＆スペースにおいて、０．４μｍから
０．６μｍに広げることができた。

【００６５】なお、本実施例では半透明膜ＳｉＯ_x3を例
に用いたが、ＣｒＯ_xi，ＡｌＯ_xi，ＴｉＯ_xi，ＳｎＯ_xi
等でも同様の手法でマスクを作成することが可能であ
る。 （実施例９）次に、本発明の第９の実施例について、図
５を参照して説明する。

【００６６】ＳｉＯ₂ 等の透明基板５００上に半透明層
が形成されている。この半透明層は５０１，５０２，５
０３、のそれぞれ異なった光学定数を持つ膜の３層の積
層構造となっている。即ち、膜５０１は本マスクがハー
フトーンマスクとして十分な効果が得られるよう屈折率
ｎと消衰係数ｋを最適化した半透明膜である。膜５０
２，５０３は、半透明膜の反射率を低減するために用い
ており、これらの膜の屈折率，消衰係数は反射率を抑え
るように設定し、さらに５０１，５０２，５０３の膜の
全てを透過しかつ多重反射を考慮して隣接する開口部を
通過する光に対して位相が１８０度でかつ振幅透過率が
２２％となるようにした。

【００６７】次に、図５に示すマスク構造を具体的な材
料を示しながら説明する。なお、本実施例において使用
する露光光源はｉ線（λ＝３６５ｎｍ）とした。勿論、
適用される露光波長が変われば本発明のハーフトーンマ
スクの膜自体も変わるが、本発明で述べる基本的概念は
変わらないことはいうまでもない。透明基板５００の材
料としては石英基板を用いた。半透明膜５０１はＳｉＮ
_x4膜（ｎ＝３．４，ｋ＝１．２）とした。

【００６８】半透明膜５０１のみで作成したハーフトー
ンマスクではＳｉＮx4と基板及び露光雰囲気（空気）と
の屈折率，消衰係数の差が大きく、半透明膜を形成して
いない面での反射率、ＳｉＮ_x4表面での強度反射率がそ
れぞれ１６％，２７％と高い。そこで本実施例では、Ｓ
ｉＮ_x4表面での反射を小さくしかつ半透明膜を形成して
いない面での反射率を小さくするために、ＳｉＯ₂ とＳ
ｉＮ膜或いはＳｉＮ膜と露光雰囲気の中間的な屈折率，
消衰係数を持ったＳｉＮ_y 膜をそれぞれの境界に５０２
膜，５０３膜として形成した。これにより、本実施例に
おける各層毎の屈折率は図５（ｂ）に示す通りとした。

【００６９】ｉ線（λ＝３６５ｎｍ）を用いる場合にお
ける、３層からなる半透明膜の形成方法を図６に示す。
成膜装置としては、反応容器６００内にＳｉターゲット
６０１と基板ホルダー６０２を対向配置したスパッタ装
置を用いた。容器６０１内には、ガス導入口からＡｒガ
ス及びＮ₂ ガスがそれぞれ流量制御されて導入される。
また、基板ホルダー６０２上には、前記透明基板５００
が配置される。

【００７０】まず、アルゴンガスの雰囲気中にＮ₂ ガス
を混入し、その流量を調整しながらＳｉをスパッタし、
図６（ａ）に示すように、透明基板５００上にＳｉＮ_y
膜５０２を形成する。このときのＳｉＮ_y 膜５０２の光
学定数は屈折率ｎ＝２．４、消衰係数ｋ＝０．６で、膜
厚を０．０３５μｍ形成する。

【００７１】次いで、屈折率ｎ＝３．４となるようにガ
ス中のＮ₂ 流量を制御し、図６（ｂ）に示すように、Ｓ
ｉＮ_y 膜５０２上にＳｉＮ_x4膜５０１を０．０３３μｍ
形成する。このときの消衰係数ｋ＝１．２であった。

【００７２】次いで、屈折率ｎ＝２．４、消衰係数０．
６となるようにガス中のＮ₂ を制御し、ＳｉＮ_x4膜５０
１上にＳｉＮ_y 膜５０３を０．０３８μｍ形成する。こ
のように段階的に膜の屈折率と消衰係数を変化させるこ
とで、半透明膜の界面での反射率を低減し反射を抑える
ことができる。

【００７３】本実施例のようにｎ＝２．４，ｋ＝０．６
のＳｉＮ_y 膜をＳｉＮ_x4／ＳｉＯ₂間とＳｉＮ_x4／半透
明膜表面間に設けることにより、半透明領域での強度反
射率が２７％から３．６％となり大幅に低減した。

【００７４】本実施例で示した半透明位相シフトマスク
を用い、ｉ線露光装置（λ＝３６５ｎｍ，ＮＡ＝０．
６，σ＝０．５）でｉ線用ポジレジストを膜厚１．０μ
ｍで形成したものに転写することで、０．３５μｍのラ
イン＆スペースパターンで焦点深度２．２０μｍが達成
できた。なお、反射防止処理を施さない場合には焦点深
度１．８μｍしか達成できなかった。 （実施例１０）次に、本発明の第１０の実施例であるマ
スクの構造について説明する。透明基板上に半透明膜が
形成されている。この半透明膜は第９の実施例と同様に
それぞれ異なった光学定数を持つ膜の３層の積層構造と
なっている。

【００７５】半透明膜をＳｉ膜（ｎ＝４．６，ｋ＝１．
４）のみで作成したハーフトーンマスクではＳｉと基板
及び露光雰囲気（空気）との屈折率，消衰係数の差が大
きく、半透明膜を形成していない面での反射率、Ｓｉ表
面での強度反射率がそれぞれ３１％，４６％と高い。そ
こで本実施例では、Ｓｉ表面での反射を小さくしかつ半
透明膜を形成していない面での反射率を小さくするた
め、ＳｉＯ₂ とＳｉ膜或いはＳｉ膜と露光雰囲気の中間
的な屈折率，消衰係数を持ったＳｉＮ膜をそれぞれの境
界に形成した。

【００７６】ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）を用いる場合にお
ける、３層からなる半透明膜の形成方法を示す。まず、
アルゴンガスの雰囲気中に、その流量を調節しながらガ
ス中のＮ₂ 流量を制御し、ＳｉＮ_x5膜を透明基板上に
０．０１４μｍ形成する。このとき、屈折率ｎ＝３．
０、消衰係数ｋ＝０．７であった。次いで、Ｓｉをスパ
ッタし、Ｓｉ膜を形成する。このときのＳｉ膜の光学定
数は屈折率ｎ＝４．６、ｋ＝１．４で膜厚を０．０５３
μｍ形成する。次いで、それから屈折率ｎ＝３．０，消
衰係数ｋ＝０．７となるようにガス中のＮ₂ を制御し、
ＳｉＮ_x5膜を０．００９μｍ形成する。このように段階
的に膜の屈折率を抑えることができる。

【００７７】本実施例で示したように、ｎ＝４．６，ｋ
＝１．４のＳｉ膜をＳｉ／ＳｉＯ₂間とＳｉ／半透明膜
表面間に設けることにより、半透明領域の強度反射率が
４６％から１７％となり大幅に低減した。

【００７８】本実施例で示した半透明位相シフトマスク
を用い、ｇ線露光装置（λ＝４３６ｎｍ，ＮＡ＝０．５
４，σ＝０．５）でｇ線用ポジレジストを膜厚１．０μ
ｍで形成したものに転写することで、０．５０μｍのラ
イン＆スペースでの焦点深度１．８μｍが達成できた。
なお、反射処理を施さない場合には焦点深度１．４μｍ
しか達成できなかった。 （実施例１１）この実施例は、水銀ランプのｉ線を露光
光源に用いたマスクブランクスに関する。図７に本実施
例のマスク構造及び従来のマスク構造を示す。

【００７９】ＳｉＯ₂ 透明基板（透明領域）９００上
に、屈折率が１．４３のＳＯＧ（SpinOn Glass ）膜９
０４と複素屈折率が１．９８−２．６ｉ程度、膜厚約２
１ｎｍの酸化クロム膜９０３の２層膜構造（図７
（ｃ））で構成された位相シフトマスクにおいては、水
銀ランプｉ線（３６５ｎｍ）に対する強度反射率は約４
０％である。

【００８０】本実施例では、まずＳｉＯ₂ 膜も含めた半
透明膜と反射低減化層を通過した光との位相差が実質的
に１８０°前後で、かつ膜表面のエネルギー反射率が１
０％以下とすること（現状の遮光マスクにおける反射率
と同等）を考慮した。

【００８１】まず、図７（ａ）に示すように、酸化クロ
ムの酸素の組成を調整することで、反応性スパッタリン
グ法により透明基板９００上に、複素屈折率Ｎ＝２．２
−１．１ｉの酸化クロム膜（半透明膜）９０１を膜厚８
０ｎｍで形成した。次いで、図７（ｂ）に示すように、
この上にＳｉＯ₂ 膜（反射低減化層）９０２をスパッタ
リング法により膜厚１８８ｎｍで成膜し、酸化クロム膜
９０１との２層構造による半透明領域を形成した。

【００８２】このときのエネルギー反射率は約７％と低
減化でき、同時にエネルギー透過率は約５％、位相差約
１８０°にすることができた。図７（ｂ）と図７（ｃ）
は、本実施例の反射低減化されたマスクと従来のマスク
とを比較したものである。図７（ｃ）に示す従来の酸化
クロムとＳＯＧの２層膜構造の位相シフトマスクでは強
度反射率が約４０％あったのに対し、図７（ｂ）に示す
本実施例のマスクにより強度反射率を約７％にすること
ができた。

【００８３】なお、反射低減化層９０２としてのＳｉＯ
₂ 膜は、スパッタリング法，蒸着法，ＣＶＤ法により形
成するか、或いは半透明膜表面を酸化することにより形
成してもよい。さらに、半透明膜成膜時のガスを窒素か
ら酸素に切り換えてもよい。また、膜質及び膜厚を本発
明の趣旨を逸脱しない範囲において適当な値にしてもよ
い。 （実施例１２）図８は、第１２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。まず、図８
（ａ）に示すように、第１１の実施例で製作したフォト
マスクブランクス（９０１＋９０２）に、電子線レジス
ト１０１１を膜厚０．５μｍ塗布した後、さらに導電性
膜１０１２を０．２μｍ形成する。そして、導電性膜１
０１２上から電子線により３μＣ／ｃｍ² で描画し、さ
らに現像を行うことにより、図８（ｂ）に示すように、
レジスト１０１１にパターン１０２０を形成する。

【００８４】次いで、このレジストパターン１０２０を
マスクとしてＣＦ₄ ガスによるドライエッチングによ
り、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン１０２
０から露出しているＳｉＯ₂ 膜９０２をエッチング除去
する。続いて、透明基板９００との選択比が十分な条件
下で、ドライエッチングにより酸化クロム膜９０１をエ
ッチング除去する。

【００８５】そして、最後にレジストパターン１０２０
を除去することによって、図８（ｄ）に示すような２層
構造による半透明膜パターン（９０１＋９０２）を有す
る露光用マスクが完成する。このようにして反射率が低
減化された位相シフトマスクを得ることができる。

【００８６】このようにして形成された露光用マスクを
介して、レジストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム
製）を１．０μｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投
影露光装置（ＮＡ＝０．５，σ＝０．６）を用いて露光
を行い、レジストパターンを形成した。すると、従来の
反射率が低減されていないマスクを用いた場合に比べ
て、０．３５μｍライン＆スペースパターンにおいて、
焦点深度を１．７μｍから２．１μｍに広げることがで
きた。

【００８７】なお、本実施例では半透明膜としてＳｉ０
₂ と酸化クロムの２層構造を例に説明したが、ＳｉＯ₂
の代わりにＳｉＮ_4/3 を、また酸化クロムの代わりにＳ
ｉＮ_xi，ＳｉＯ_yiＮ_xi，ＣｒＯ_xiＮ_yi，ＳｉＯ_xi，Ａｌ
Ｏ_xi，ＭｏＳｉＯ_xi，ＭｏＳｉＯ_xiＮ_yi，ＴｉＯ_xi，Ｓ
ｎＯ_xi等でも同様の手法でマスクを作成することが可能
である。ここで、xi，yiは組成比であり、上記の各材料
系で同じである必要はない。 （実施例１３）この実施例は、水銀ランプのｉ線を露光
光源に用いたマスクブランクスに関する。

【００８８】従来使用してきたマスクでは、ＳｉＯ₂ 透
明基板（透明領域）上に反応性スパッタリング法によ
り、クロムをターゲットとして、アルゴンガス中で反応
性ガスとしての酸素と窒素の分圧を制御することによ
り、酸窒化クロム単層膜（半透明領域）を形成してい
た。この際の半透明領域として、例えばＣｒＯ_x5Ｎ_y5膜
のＣｒに対する酸素と窒素の組成を各々変化させること
で、複素屈折率をＮ＝２．８−０．５５ｉとした膜厚約
１０５ｎｍの単層膜を用いた場合、水銀ランプｉ線（波
長３６５ｎｍ）に対するエネルギー反射率は約２７％で
ある。

【００８９】本実施例では、透明基板のみを通過した光
と半透明膜及び反射低減化層を通過した光との位相差が
実質的に１８０°前後で、かつ膜表面のエネルギー反射
率が２７％より低下することを考慮した。

【００９０】まず、前記Ｃｒ０_x5Ｎ_y5の酸素と窒素の組
成比を調整することで複素屈折率Ｎ＝２．８−０．５５
ｉの酸窒化クロム膜ＣｒＯ_x6Ｎ_y6（半透明膜）を膜厚６
２ｎｍで形成した。次いで、この上に酸素と窒素の組成
比を調整することで、複素屈折率Ｎ＝２．５−０．５０
ｉの酸窒化クロム膜ＣｒＯ_x7Ｎ_y7を膜厚５０．４ｎｍで
成膜し、半透明領域として形成した。このときのエネル
ギー反射率は約２１％と低減化でき、同時にエネルギー
透過率は１０％、位相差約１８０°にすることができ
た。

【００９１】なお、（x6，x7，y6，y7）の組み合わせ
は、他の組み合わせを用いても、膜表面のエネルギー反
射率を２７％以下にすることができる。また、膜質及び
膜厚を本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適当な値
にしてもよい。

【００９２】さらに、本実施例は、ｉ線を露光光源に用
いたマスクブランクスに関して示しているが、酸素と窒
素の組成を変えた同様の方法により、ＫｒＦを露光光源
としたマスクブランクスも製作可能である。 （実施例１４）第１３の実施例で製作したフォトマスク
ブランクスに、電子線レジストを膜厚０．５μｍで塗布
した後、さらに導電性膜を０．２μｍ形成する。そし
て、この導電性膜上から電子線により３μＣ／ｃｍ² で
描画し、さらに現像を行い、レジストパターンを形成す
る。

【００９３】このレジストパターンをマスクとして、塩
素と酸素の混合ガス比を調整しながらも、基板との選択
比が十分な条件下において、レジストパターンから露出
している酸窒化クロム膜ＣｒＯ_x7Ｎ_y7とＣｒＯ_x6Ｎ_y6を
エッチング除去する。

【００９４】そして、最後にレジストパターンを除去
し、酸窒化クロムパターンを得ることができる。このよ
うにして反射率が低減化された位相シフトマスクを得る
ことができる。

【００９５】このようにして形成された露光用マスクを
介して、レジストＰＦＲ−ＩＸ５０（日本合成ゴム製）
を１．０μｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小型露光
装置（ＮＡ＝０．５，σ＝０．６）を用いて露光を行
い、レジストパターンを形成した。すると、従来の反射
率が低減化されていないマスクを用いた場合に比べて、
０．３０μｍライン＆スペースパターンにおいて、焦点
深度を１．８μｍから１．９μｍに広げることができ
た。

【００９６】さらに、前記露光用マスクを用いて、レジ
ストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム製）を１．０μ
ｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投影露光装置（Ｎ
Ａ＝０．５，σ＝０．６）と輪帯照明法を併用して露光
を行い、レジストパターンを形成した。すると、従来の
反射率が低減されていないマスクを用いた場合に比べ
て、０．３５μｍライン＆スペースパターンにおいて、
焦点深度を１．８μｍから２．３μｍに広げることがで
きた。

【００９７】さらに、前記露光用マスクを用いて、レジ
ストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム製）を１．０μ
ｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投影露光装置（Ｎ
Ａ＝０．５，σ＝０．６）と光軸に対して４回対称位置
に開口部が設けられた照明絞りによる照明方法を併用し
て露光を行い、レジストパターンを形成した。すると、
従来の反射率が低減されていないマスクを用いた場合に
比べて、０．３５μｍライン＆スペースパターンにおい
て、焦点深度を１．８μｍから２．５μｍに広げること
ができた。

【００９８】さらに、前記露光用マスクを用いて、レジ
ストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム製）を１．０μ
ｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投影露光装置（Ｎ
Ａ＝０．５，σ＝０．３）を用いて露光を行い、レジス
トパターンを形成した。すると、従来の反射率が低減さ
れていないマスクを用いた場合に比べて、ホール径０．
４５μｍ孤立ホールパターン（ホール径／隣接するホー
ルまでの距離は１／５）において、焦点深度を１．２μ
ｍから１．９μｍに広げることができた。

【００９９】なお、本実施例では酸窒化クロムを用いた
が、ＣｒとＣｒＯ_xi、ＣｒとＣｒＯ_xiＮ_yi、ＣｒＯ_xiと
ＣｒＯ_yi、ＣｒＯ_xiとＣｒＯ_yjＮ_yi、ＣｒＮ_xiとＣｒＮ
_yi、ＣｒＮ_xiとＣｒＯ_yi、ＣｒＮ_xiとＣｒＯ_xiＮ_yiの組
み合わせを用いてもよい。場合によっては水素を添加し
てもよい。 （実施例１５）この実施例は、水銀ランプのｉ線を露光
光源に用いたマスクブランクスに関する。

【０１００】従来使用してきたマスクでは、ＳｉＯ₂ 透
明基板（透明領域）上に反応性スパッタリング法によ
り、ＭｏＳｉをターゲットとして、アルゴンガス中で反
応性ガスとしての酸素の分圧を制御することにより、Ｍ
ｏＳｉＯ_x8単層膜（半透明領域）を形成していた。この
際の半透明領域として、例えばＭｏＳｉＯ_x8膜のＭｏＳ
ｉに対する酸素の組成を変化させることで、複素屈折率
をＮ＝２．０−０．４５ｉとした膜厚約１８５．６ｎｍ
の単層膜を用いた場合、水銀ランプｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）に対するエネルギー反射率は約１２．５％である。

【０１０１】本実施例では、透明基板のみを通過した光
と半透明膜及び反射低減化層を通過した光との位相差が
実質的に１８０°前後で、かつ膜表面のエネルギー反射
率が１２．５％より低下することを考慮した。

【０１０２】まず、前記ＭｏＳｉＯ_X8の酸素量を調整す
ることで複素屈折率Ｎ＝２．０−０．４５ｉのＭｏＳｉ
Ｏ_x9（半透明膜）を膜厚１０３．９ｎｍで形成した。次
いで、この上に、酸素量を調整することで複素屈折率Ｎ
＝１．８５−０．３９５ｉのＭｏＳｉＯ_x10 を膜厚９
５．８ｎｍで成膜し、半透明領域として形成した。この
ときのエネルギー反射率は約１０．８％と低減化でき、
同時にエネルギー透過率は５％、位相差約１８０°にす
ることができた。

【０１０３】なお、（x9，x10 ）の組み合わせは、他の
組み合わせを用いても、膜表面のエネルギー反射率を１
２．５％以下にすることができる。また、膜質及び膜厚
を本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適当な値にし
てもよい。

【０１０４】さらに、本実施例は、ｉ線を露光光源に用
いたマスクブランクスに関して示しているが、酸素の量
を変えた同様の方法により、ＫｒＦを露光光源としたマ
スクブランクスも製作可能である。（実施例１６）第１
５の実施例で製作したフォトマスクブランクスに、電子
線レジストを膜厚０．５μｍで塗布した後、さらに導電
性膜を０．２μｍ形成する。そして、この導電性膜上か
ら電子線により３μＣ／ｃｍ² で描画し、さらに現像を
行い、レジストパターンを形成する。

【０１０５】このレジストパターンをマスクとして、Ｃ
Ｆ₄ と酸素の混合ガス比を各々調整しながら、基板との
選択比が十分な条件下において、レジストパターンから
露出しているＭｏＳｉＯ_x9とＭｏＳｉＯ_x10 をエッチン
グ除去する。

【０１０６】そして、最後にレジストパターンを除去
し、酸化モリブデンシリサイドパターンを得ることがで
きる。このようにして反射率が低減化された位相シフト
マスクを得ることができる。

【０１０７】このようにして形成された露光用マスクを
介して、レジストＰＦＲ−ＩＸ５０（日本合成ゴム製）
を１．０μｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小型露光
装置（ＮＡ＝０．５，σ＝０．６）を用いて露光を行
い、レジストパターンを形成した。すると、従来の反射
率が低減化されていないマスクを用いた場合に比べて、
０．３０μｍライン＆スペースパターンにおいて、焦点
深度を１．９μｍから２．０μｍに広げることができ
た。

【０１０８】さらに、前記露光用マスクを用いて、レジ
ストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム製）を１．０μ
ｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投影露光装置（Ｎ
Ａ＝０．５，σ＝０．６）と輪帯照明法を併用して露光
を行い、レジストパターンを形成した。すると、従来の
反射率が低減されていないマスクを用いた場合に比べ
て、０．３５μｍライン＆スペースパターンにおいて、
焦点深度を１．９μｍから２．４μｍに広げることがで
きた。

【０１０９】さらに、前記露光用マスクを用いて、レジ
ストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム製）を１．０μ
ｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投影露光装置（Ｎ
Ａ＝０．５，σ＝０．６）と光軸に対して４回対称位置
に開口部が設けられた照明絞りによる照明方法を併用し
て露光を行い、レジストパターンを形成した。すると、
従来の反射率が低減されていないマスクを用いた場合に
比べて、０．３５μｍライン＆スペースパターンにおい
て、焦点深度を１．９μｍから２．６μｍに広げること
ができた。

【０１１０】さらに、前記露光用マスクを用いて、レジ
ストＰＦＲ−ＩＸ５００（日本合成ゴム製）を１．０μ
ｍ塗布した基板に、ｉ線用１／５縮小投影露光装置（Ｎ
Ａ＝０．５，σ＝０．３）を用いて露光を行い、レジス
トパターンを形成した。すると、従来の反射率が低減さ
れていないマスクを用いた場合に比べて、ホール径０．
４５μｍ孤立ホールパターン（ホール径／隣接するホー
ルまでの距離は１／５）において、焦点深度を１．３μ
ｍから２．０μｍに広げることができた。

【０１１１】なお、本実施例ではＭｏＳｉＯ_xiとＭｏＳ
ｉＯ_yiを例に用いたが、ＭｏＳｉＮ_xiとＭｏＳｉＯ_yi、
ＭｏＳｉＮ_xiとＭｏＳｉＮ_yi、ＭｏＳｉＮ_xiとＭｏＳｉ
Ｏ_yiＮ_xj、ＭｏＳｉＯ_xiとＭｏＳｉＯ_xjＮ_yi、ＭｏＳｉ
Ｏ_xiＮ_yiとＭｏＳｉＯ_xjＮ_yjの組み合わせを用いてもよ
い。場合によっては水素を添加してもよい。

【０１１２】また、ＷＳｉ，ＴｉＳｉ，ＴａＳｉ，Ｎｉ
Ｓｉ，ＣｕＳｉ，ＡｌＳｉの酸・窒化物についても、Ｍ
ｏＳｉの酸窒化物と同様の組み合わせで用いることが可
能である。

【０１１３】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。半透明領域を形成する各膜は、全体
として透過率が所望値になればよく、一部が透明であっ
てもよい。また、半透明領域の各膜の材質や厚みは、所
望する透過率，必要とする位相差（１８０度）等の条件
に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を
逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。

【０１１４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、半
透明領域を半透明膜と反射低減化層の積層構造とするこ
とにより、露光光に対する半透明領域での反射率を低減
して、マスクと縮小レンズ間での反射を低減化すること
ができ、解像度コントラストの向上をはかることができ
る。これにより、フォーカスマージンを広げられる可能
性があり、マスクパターン転写時の焦点ずれの影響を低
減することが可能性となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わるマスクブランクスの構成
を示す図。

【図２】第２の実施例に係わる露光用マスクの製造工程
を示す図。

【図３】第７の実施例に係わるマスクブランクスの構成
を示す図。

【図４】第８の実施例に係わる露光用マスクの製造工程
を示す図。

【図５】第９の実施例に係わる露光用マスクの構成及び
屈折率分布を示す図。

【図６】第９の実施例における半透明膜の製造工程を示
す図。

【図７】第１１の実施例に係わるマスクブランクスの構
成を示す図。

【図８】第１２の実施例に係わる露光用マスクの製造工
程を示す図。

【図９】本発明の作用を説明するためのもので、多層膜
を形成した例を示す図。

【図１０】従来技術による露光用マスクの構成及び屈折
率分布を示す図。

【図１１】本発明構造における露光用マスクの屈折率分
布を示す図。

【符号の説明】

１００，２００，３００，４００，５００，９００…透
明基板 １０１，１０５，３０１，４０１，５０１，９０１…半
透明膜 １０２，２０２，３０２，４０２，５０２，５０３，９
０２…反射低減化層 ２１１，４１１，１０１１…電子線レジスト ２１２，４１２，１０１２…導電性膜 ２２０，４２０，１０２０…レジストパターン ６００…反応容器 ６０１…Ｓｉターゲット ６０２…基板ホルダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027 (72)発明者 井上 壮一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 田中 聡 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 橋本 耕治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 川野 健二 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 岩松 孝行 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板上に露光光に対して半透明な領域
   と透明な領域を有し、半透明な領域を通過する光と透明
   な領域を通過する光との位相差及び半透明な領域の透過
   率が所望値を満足するように構成された露光用マスクに
   おいて、 前記半透明な領域は半透明膜と反射低減化層を積層して
   形成され、これらの積層部を透過した光が前記透明な領
   域を透過した光に対し実質的に１８０度前後の位相差を
   持ち、且つ該積層部の露光光に対する反射率が半透明膜
   を単独で用いた場合よりも小さくなるように構成されて
   いることを特徴とする露光用マスク。
2. 【請求項２】透明基板上に露光光に対して半透明な領域
   と透明な領域を有し、半透明な領域は半透明膜と反射低
   減化層を積層して形成され、これらの積層部を透過した
   光が透明な領域を透過した光に対し実質的に１８０度前
   後の位相差を持ち、且つ該積層部の露光光に対する反射
   率が半透明膜を単独で用いた場合よりも小さくなるよう
   に構成され、半透明な領域を通過する光と透明な領域を
   通過する光との位相差及び半透明な領域の透過率が所望
   値を満足するように構成された露光用マスクを用い、 光軸に対し平行又は角度を持たせた照明手段によって前
   記露光用マスクを照射し、該マスクを通過して得られる
   マスクパターン像を、透過光学系又は反射光学系を介し
   て感光性樹脂層が形成された被露光用基板上に投影露光
   し、前記被露光用基板上の感光量の差を利用して所望領
   域以外の感光性樹脂層を除去することを特徴とするパタ
   ーン形成方法。
3. 【請求項３】透明基板上に露光光に対して半透明な領域
   と透明な領域とを形成し、半透明な領域を通過する光と
   透明な領域を通過する光との位相差を実質的に１８０度
   前後に設定した露光用マスクにおいて、 前記半透明な領域は複数の薄膜により構成され、これら
   の薄膜の屈折率は、該薄膜の積層方向に対して前記透明
   基板側から順次増大し、極大値を経て順次減小すること
   を特徴とする露光用マスク。
4. 【請求項４】透明基板上に露光光に対して半透明な領域
   と透明な領域とが形成され、半透明な領域を通過する光
   と透明な領域を通過する光との位相差が実質的に１８０
   度前後に設定され、半透明な領域は複数の薄膜により構
   成され、これらの薄膜の屈折率が該薄膜の積層方向に対
   して透明基板側から順次増大し極大値を経て順次減小す
   るように設定された露光用マスクを用い、 光軸に対し平行又は角度を持たせた照明手段によって前
   記露光用マスクを照射し、該マスクを通過して得られる
   マスクパターン像を、透過光学系又は反射光学系を介し
   て感光性樹脂層が形成された被露光用基板上に投影露光
   し、前記被露光用基板上の感光量の差を利用して所望領
   域以外の感光性樹脂層を除去することを特徴とするパタ
   ーン形成方法。
5. 【請求項５】透明基板上に露光光に対して半透明な領域
   と透明な領域とを形成し、半透明な領域を通過する光と
   透明な領域を通過する光との位相差を実質的に１８０度
   前後に設定した露光用マスクにおいて、 前記半透明な領域を構成する物質の屈折率は、前記透明
   基板側から離れるに伴い連続的に増大して極大となった
   後、連続的に減小することを特徴とする露光用マスク。
6. 【請求項６】透明基板上に露光光に対して半透明な領域
   と透明な領域とが形成され、半透明な領域を通過する光
   と透明な領域を通過する光との位相差が実質的に１８０
   度前後に設定され、半透明な領域を構成する物質の屈折
   率が透明基板側から離れるに伴い連続的に増大して極大
   となった後に連続的に減小するように設定された露光用
   マスクを用い、 光軸に対し平行又は角度を持たせた照明手段によって前
   記露光用マスクを照射し、該マスクを通過して得られる
   マスクパターン像を、透過光学系又は反射光学系を介し
   て感光性樹脂層が形成された被露光用基板上に投影露光
   し、前記被露光用基板上の感光量の差を利用して所望領
   域以外の感光性樹脂層を除去することを特徴とするパタ
   ーン形成方法。