JPH07159971A

JPH07159971A - 光学マスクブランクと光学マスクおよびそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH07159971A
Application number: JP5305595A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Fukushima; 祐一福島
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1993-12-06
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】解像度、寸法精度に優れた光学マスク、光学
マスクブランクおよびそれらの製造方法を提供する。【構成】透明基板２２上にエッチング停止層２３、位
相シフト層２４、および遮光層２６がこの順に積層さ
れ、エッチング停止層２３を介して入射光を透過するた
めの光透過部２８と、エッチング停止層２３、および位
相シフト層２４を介して入射光を透過しつつ位相を変え
るための位相シフト部２９とが形成された位相シフトマ
スク２０において、位相シフト層２４の膜厚および屈折
率を調整することにより、光透過部２８および位相シフ
ト部２９を露光した際のそれぞれの投影光の光強度が同
等とされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の
半導体集積回路の製造工程において極めて微細なパター
ンを形成する際に、フォトファブリケーション用の原板
として使用される光学マスクブランクと光学マスクおよ
びそれらの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の半導体集積
回路の製造工程において、リソグラフィー技術には高集
積化に伴うパターンの微細化、高密度化に対する要求が
高まっている。従来、光学マスクを用いて投影露光によ
りウェハー上に微細、かつ互いに近接したパターンを転
写する際、その解像度には物理的限界があった。これ
は、回折・干渉効果によって隣接した微細パターン開口
部を通過した光がパターン境界部に回り込み、露光して
しまうことによるものである。そして、この現象は露光
波長に近い微細なパターンほど大きな影響を及ぼし、従
来の光学マスクと従来の露光光学系を用いた場合、光の
波長以下の微細パターンを解像することは原理的には不
可能であった。

【０００３】そこで、この問題を解決するために、隣接
するパターンを透過する投影光の位相を互いに反転した
ものとすることにより微細パターンの解像度を向上させ
るという、いわゆる位相シフト技術を用いた光学マスク
（以下、位相シフトマスクと称する）が開発された。

【０００４】すなわち、位相シフト技術とは、図４に示
すように、隣接する微細なパターン開口部１ａ、１ｂの
一方に透明材料からなる位相シフト層２を設けて、これ
を透過する光の位相（実線３ｂで示す）を他方を透過す
る光の位相（実線３ａで示す）に対して反転させるとい
うものである。このようにすると、隣接する透過光同士
が回折、干渉し合う際、一方の位相が反転しているため
に境界部の回折光は位相シフトマスクを用いない場合と
は逆に弱め合うことになり、位相がゼロになる部分が生
じ、光強度がゼロになる結果（破線４、４’で示す）、
境界部は露光されず転写パターンが分離解像するので、
解像度が向上するというものである。

【０００５】また、位相シフト効果を最大にするために
は、位相反転量を１８０゜（＝π／２）にすることが望
ましく、このためには次式、すなわちｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝・・・（Ｂ）の関係が成り立つように、膜厚ｄとなる位相シフト層を
形成すればよい。ただし、ここでｄは位相シフト層膜
厚、λは露光波長、ｎは位相シフト層の屈折率を示す。

【０００６】また、互いの位相が反転しているという関
係はウェハー上における焦点面の前後でも成り立ってい
るため、焦点が多少ずれていても解像度は従来法よりも
向上するので、焦点裕度が改善されるという効果も持っ
ている。上記のような位相シフト技術はＩＢＭのＬｅｖ
ｅｎｓｏｎらによって提唱され、特開昭５８−１７３７
４４号公報に示され、また原理としては特公昭６２−５
０８１１号に記載されている。

【０００７】つぎに、図５は従来の位相シフトマスクの
製造方法の一例を示したものである。まず、図５（ａ）
に示すように、透明基板５上にエッチング停止層６、位
相シフト層７、遮光層８をこの順に設ける。この段階の
積層板は、回路パターン形成前、すなわち光学マスクの
原板となるもので、光学マスクブランク９と称するもの
である。そして、この光学マスクブランク９上に電子線
レジスト層１０を塗布する。ついで、図５（ｂ）に示す
ように、所定のリソグラフィ工程により遮光パターン１
１を形成した後、残った電子線レジストを除去する。な
お、遮光層８の材質は一般にクロムの単層構成もしくは
クロムや酸化クロム・窒化クロムなどの金属あるいは金
属酸化物、金属窒化物の多層構成からなり、位相シフト
層７の材質は二酸化珪素（ＳｉＯ₂）のような透明性の
高い物質からなるものである。また、エッチング停止層
６は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）あるいは窒化珪素
（Ｓｉ₃Ｎ₄）、スピネル、酸化錫、酸化タンタル、窒化
タンタル、サイアロン、酸化インジウムリンなどの、透
明性が高くかつ位相シフト層７のエッチングを行なう条
件ではエッチングされにくい物質からなるものである。

【０００８】ついで、図５（ｃ）に示すように、電子線
レジスト層１２、導電性高分子層１３をこの順に設け、
所定の露光条件で電子線を用いた重ね合わせ描画１４を
行なう。この重ね合わせ描画１４は、下層にある遮光パ
ターン１１に対して重ね合わせを行なうものであり、遮
光パターン１１中に形成されたアライメントマークを描
画装置が電子線走査により読み取り、その情報に基づい
て遮光パターン１１と描画位置との位置座標のずれを補
正して位相シフトパターンの描画を行う。なお、導電性
高分子層１３は電子線描画を精度よく行うために設ける
ものであり、その作用は、電子線レジスト層１２に対し
て電子線を照射するに際し、透明基板５、エッチング停
止層６、位相シフト層７および電子線レジスト層１２の
いずれもが電気絶縁性を有するために起こる帯電現象の
発生を、導電性高分子層１３のもつ導電性によって防止
するものである。この導電性高分子層１３は一般に溶剤
または水への浸漬処理により容易に除去でき、アルカリ
性レジスト現像液でレジストとともに除去できるものも
ある。

【０００９】ついで、図５（ｄ）に示すように、所定の
方法で現像処理を行なった後、位相シフト層７をウェッ
トエッチングあるいはドライエッチングによりエッチン
グし、位相シフトパターンを形成する。最後に、図５
（ｅ）に示すように、位相シフトパターン開口部１５の
位相シフト層側壁１６をわずかにサイドエッチングした
後、残ったレジストを除去することにより、位相シフト
層７および遮光層８がエッチングにより除去された部分
が光透過部１７となり、位相シフト層７が残りかつ遮光
層８が除去された部分が位相シフト部１８となった位相
シフトマスク１９を製造することができる。

【００１０】なお、位相シフト層７をエッチングする際
のサイドエッチングにより位相シフト層側壁１６を遮光
膜パターン１１エッジの奥側へ後退させるのは、位相シ
フトマスク１９の光透過部１５においては、透過光の斜
方向成分が位相シフト層側壁１６で反射して位相変化を
生じるので、これが垂直方向成分に対して干渉するのを
防ぐためである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方法で１８０゜の位相差が得られるように設計、作
成された位相シフトマスク１９は、投影露光装置に装着
して露光した際に、光透過部１７と位相シフト部１８と
の透過率に差が生じることにより、前記位相シフト効果
が充分に得られないという欠点があった。

【００１２】すなわち、図６に示すように、露光の際に
位相シフトマスク１９を透過する入射光のうち光透過部
１７を通る光Ｐ１は透明基板５およびエッチング停止層
６のみを通過し、位相シフト部１８を通る光Ｐ２は透明
基板５、エッチング停止層６および位相シフト層７を通
過する。ところが、エッチング停止層６と位相シフト層
７とは材料が異なるため、その光学定数（屈折率）も異
なる。したがって、入射光が各層を透過する際には、光
の屈折と反射の法則から入射光は透明膜中で反射・干渉
を生じ、透過率が明らかに変化することになる。

【００１３】ここで、透過率の変化量は、膜が透明な場
合でも膜の構成や膜厚・屈折率の値により様々であり、
位相シフトマスク１９の場合、光透過部１７と位相シフ
ト部１８との透過率の差は単層膜と２層膜の違いから生
じるものであり、通常の場合、光透過部１７と位相シフ
ト部１８の透過率は一致しない。したがって、たとえ光
透過部と位相シフト部の開口幅が等しい場合であって
も、透過率に差があるために、位相シフトマスクを用い
て露光転写を行った際、それぞれの開口部の光強度にば
らつきが生じるので、レジストパターンの解像度におい
て充分な解像度向上効果が得られないばかりか、転写パ
ターン寸法のばらつきを生じさせ、位相シフトマスクを
用いない従来露光法に比べて転写精度が低下してしまう
という不具合が生じていた。

【００１４】本発明は前記の課題を解決するためになさ
れたものであって、レジストパターンの解像において充
分な解像度向上効果が得られ、従来露光法と同等の寸法
精度を得ることができる光学マスク、その原板となる光
学マスクブランクおよびそれらの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の光学マスクブランクは、位相シフ
ト層の材料がＳｉＯ₂、ＳｉＯのいずれか、あるいはこ
れらの混合組成物からなり、露光波長（λ）において、
位相シフト層の膜厚（ｄ）および位相シフト層材料の屈
折率（ｎ）が、下記の（Ａ）式および（Ｂ）式を同時に
満足することを特徴とするものである。ｄ＝ｍλ／（２ｎ）・・・（Ａ）ｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝・・・（Ｂ）［ｍは正整数］

【００１６】また、請求項２記載の光学マスクブランク
は、位相シフト層の膜厚（ｄ）が、前記露光波長
（λ）、前記位相シフト層材料の屈折率（ｎ）、および
位相差の許容範囲（Δｐ）を用いた下記の（Ｃ）式を満
足する膜厚許容範囲（Δｄ）を有していることを特徴と
するものである。 Δｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝×（±Δｐ／１８０）・・・（Ｃ）

【００１７】また、請求項３記載の光学マスクブランク
は、位相シフト層材料の屈折率（ｎ）が、前記露光波長
（λ）、前記位相シフト層の膜厚（ｄ）、および位相差
の許容範囲（Δｐ）を用いた下記の（Ｄ）式を満足する
屈折率許容範囲（Δｎ）を有していることを特徴とする
ものである。 Δｎ＝λ／（２ｄ）×（±Δｐ／１８０）・・・（Ｄ）

【００１８】また、請求項４記載の光学マスクブランク
の製造方法は、前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）式
を満足させるために、前記位相シフト層材料の成膜条件
の調整に基づく屈折率調整と、前記位相シフト層の膜厚
調整を組み合わせて行なうことにより、これら位相シフ
ト層の膜厚および屈折率を最適化することを特徴とする
ものである。

【００１９】また、請求項５記載の光学マスクは、請求
項１ないし３のいずれかに記載の光学マスクブランクが
原板とされ、入射光を遮断するための遮光部と、入射光
を透過するための光透過部と、入射光を前記光透過部に
おける透過光と異なる位相に変換するための位相シフト
部が形成された光学マスクであって、前記（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）式がそれぞれ満足されたことに
より、前記光透過部および前記位相シフト部を露光した
際の前記光透過部、位相シフト部それぞれの投影光の光
強度が同等とされていることを特徴とするものである。

【００２０】また、請求項６記載の光学マスクの製造方
法は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光学マスク
ブランクを原板として、前記遮光層および前記位相シフ
ト層のパターニングを行なうことにより製造することを
特徴とするものである。

【００２１】以下、本発明の原理をさらに詳しく説明す
る。図１（ａ）は本発明の製造方法により得られる位相
シフトマスク（光学マスク）２０の構成を示した図、図
１（ｂ）は本発明による光学マスクブランク２１の構成
を示した図である。その構成とは、図１（ａ）の位相シ
フトマスク２０では、透明基板２２上にエッチング停止
層２３が形成され、その上に位相シフト層２４により位
相シフトパターン２５が形成され、さらにその上に遮光
層２６により遮光パターン２７が形成されている。ま
た、図１（ｂ）の光学マスクブランク２１では、透明基
板２２上にエッチング停止層２３、位相シフト層２４、
遮光層２６がこの順に積層されている。

【００２２】光学薄膜の理論によれば、透明単層膜の膜
厚が露光波長の２分の１の整数倍に等しいときには、膜
の干渉による反射が見かけ上なくなり、光学的に膜がな
い状態と同じになるため、その透過率は基板のみの場合
の透過率と等しくなる。前記（Ａ）式はこの関係を表わ
したものである。したがって、逆に言えば、位相シフト
層２４の膜厚を前記（Ａ）式に合うように設定すれば、
位相シフト層２４は光学的にはあたかもそれ自体存在し
ないかのように振る舞う。すなわち、エッチング停止層
２３と位相シフト層２４とが基板２２上に重なって存在
する場合でも、その透過率はエッチング停止層２３のみ
の場合の透過率と同じになる。ここで、光透過部２８の
構成は基板２２とエッチング停止層２３とからなり、位
相シフト部２９は基板２２とエッチング停止層２３と位
相シフト層２４とからなることを考慮すると、位相シフ
ト層２４の条件を（Ａ）式のように設定することで、前
記光透過部２８と位相シフト部２４との透過率の差をな
くすことが可能となる。

【００２３】一般に、透明基板および透明多層膜から構
成される場合の透過率あるいは反射率は、それらの膜
厚、光学定数をパラメータとして計算により求めること
ができる。その一例として、図３はその計算理論に基づ
き、前記図１（ａ）の光透過部２８および位相シフト部
２９の層構成において、エッチング停止層２３の膜厚と
透過率の関係を計算した例を図示したものである。図３
（ａ）は、パラメータとして、露光波長３６５ｎｍ、エ
ッチング停止層２３の屈折率１．７８、位相シフト層２
４の屈折率１．４８、位相シフト層２４の膜厚は３８０
ｎｍ（（Ｂ）式の解に相当する）と設定した。この図か
ら光透過部２８（破線で示す）と位相シフト部２９（実
線で示す）の透過率はエッチング停止層２３の膜厚によ
って変化することがわかる。そして、光透過部と位相シ
フト部の曲線の交点に該当するエッチング停止層２３の
膜厚を作り込めば、両者の透過率として全く同一のもの
が得られることがわかる。

【００２４】また、図３（ｂ）は、（ａ）と同様の関係
を示す図であるが、パラメータのうち、位相シフト層２
４の膜厚のみを３７０ｎｍ（（Ａ）式の解に相当する）
と変更し、他のパラメータは（ａ）と同一とした。その
結果、エッチング停止層２３の膜厚にかかわらず光透過
部２８と位相シフト部２９の透過率が一致し、その差が
なくなることがわかる。したがって、（Ａ）式の条件が
成立するときには、光透過部２８と位相シフト部２９の
透過率の差がなくなることが実証された。

【００２５】さらに、前述したように、位相シフトマス
ク２０においては位相シフト効果を得るために位相差条
件を満足する必要があるが、（Ｂ）式は位相シフト量を
１８０゜とするための条件であり、位相差が１８０゜か
ら外れるにつれて位相シフト効果は減少してしまう。

【００２６】そこで、光透過部２８と位相シフト部２９
の透過率の差をなくすと同時に、位相シフト効果を最大
とするためには、（Ａ）式と（Ｂ）式を同時に満足する
条件を求めればよいことになる。（Ａ）式と（Ｂ）式か
ら膜厚ｄを消去して屈折率ｎについて解くと次式（Ｅ）
となり、正整数ｍと屈折率ｎの関係式となる。ｎ＝ｍ／（ｍ−１）・・・（Ｅ）ここで、ｍは正整数であるため屈折率ｎの解の個数は無
限にあるが、実際には、屈折率ｎの実用的範囲としてｎ
を１．２以上と限定すると、解はｎ＝１．２、１．２
５、１．３３３、１．５、２．０の５個が得られる。こ
の結果から、位相シフト層２４の材料屈折率がこの５個
の解のいずれかを満たし、かつ位相シフト層膜厚が前記
（Ａ）式および（Ｂ）式を満たすとき、透過率の差がな
くなり、かつ位相差が１８０゜となって最大の位相シフ
ト効果が得られる。

【００２７】（Ｅ）式の５個の解のうち位相シフト層２
４に用いる材料の屈折率に最も近いのは１．５である。
ところが、位相シフト層材料として実際に用いるＳｉＯ
₂の屈折率は、ｉ線波長（３６５ｎｍ）で１．４８、Ｋ
ｒＦエキシマレーザー波長（２４８ｎｍ）で１．５１
と、１．５からはやや外れているので、これを使用する
露光波長においてできるだけ１．５に近づけることが望
ましいことになる。

【００２８】そこで、本発明で提案する手段として、位
相シフト層２４の成膜条件の調整により膜の露光波長に
おける屈折率を制御することが可能である。具体的に
は、例えば反応性スパッタリング法によりＳｉＯ₂膜を
成膜する場合には、添加する酸素ガス流量の調整、ある
いは印加電圧等の調整により生成した薄膜の組成がＳｉ
Ｏｘ（ｘ≧１）に変化し、屈折率は１．４５〜１．５５
程度まで変えられることを利用すればよい。このときＳ
ｉＯｘ膜は、実際にはＳｉＯ、ＳｉＯ₂の混合組成とな
る。

【００２９】つぎに、製造工程上の問題として、実際に
は膜厚や屈折率にバラツキが生じるため、位相シフトマ
スクとしての性能を保持し得るバラツキの許容範囲を求
める。図１に示すマスク構造の場合では、位相差は位相
シフト層２４の膜厚と屈折率によって決まる。位相差の
許容範囲を±Δｐ（°）で表わした場合、前記（Ｂ）式
を用いて許容範囲を求めることができ、膜厚ｄおよび屈
折率ｎの許容範囲をそれぞれΔｄ、Δｎとすると、前記
（Ｃ）式、（Ｄ）式のように表わされる。一般に、位相
シフトマスク２０における位相差の許容範囲±Δｐは±
１０°であり、この値に基づき個々のケースに応じて位
相シフト層２４の膜厚と屈折率の許容範囲を求める。

【００３０】具体的には、図３（ａ）における各パラメ
ータの値を用いた場合、膜厚の許容範囲Δｄは（Ｃ）式
より、 Δｄ＝３８０×（±１０／１８０）＝±２１（ｎｍ）となり、同様に屈折率の許容範囲Δｎは（Ｄ）式より、 Δｎ＝３６５／（２×３８０）×（±１０／１８０）＝±０．０２７となる。このように膜厚や屈折率の許容範囲は露光波長
等のパラメータに依存するものであるが、膜厚や屈折率
をこの許容範囲内で管理すれば、実用上において最大の
位相シフト効果を得ることができる。

【００３１】

【作用】請求項１記載の光学マスクブランクは、露光波
長における位相シフト層材料の屈折率および位相シフト
層の膜厚が前記（Ａ）式および（Ｂ）式を同時に満足す
るように構成されているので、位相シフト部において、
位相シフト層は光学的にはあたかもそれ自体存在しない
のと同様な状態となり、光透過部と位相シフト部との透
過率が一致するとともに、位相シフト量が１８０゜とな
り、双方があいまって最大の位相シフト効果が得られる
光学マスクを提供することができる。

【００３２】また、請求項２記載の光学マスクブランク
は、位相シフト層の膜厚が、前記（Ｃ）式を満足する膜
厚許容範囲を有しているので、製造工程において位相シ
フト層の膜厚がバラツキを有する場合でも、膜厚をこの
膜厚許容範囲内に管理すれば、充分な位相シフト効果が
得られる光学マスクを提供することができる。

【００３３】また、請求項３記載の光学マスクブランク
は、位相シフト層材料の屈折率が、（Ｄ）式を満足する
屈折率許容範囲を有しているので、製造工程において位
相シフト層の屈折率がバラツキを有する場合でも、屈折
率をこの屈折率許容範囲内に管理すれば、充分な位相シ
フト効果が得られる光学マスクを提供することができ
る。

【００３４】また、請求項４記載の光学マスクブランク
の製造方法は、前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）式
をそれぞれ満足させるために、前記位相シフト層材料の
成膜条件の調整に基づく屈折率調整と、前記位相シフト
層の膜厚調整を組み合わせて行なうので、位相シフト層
材料の成膜条件の調整を行なうことにより、膜の組成を
変化させ、それに伴って屈折率を前記式を満足するよう
に調整することができる。さらに、それと組み合わせて
位相シフト層の膜厚調整を前記複数の式を同時に満足す
るように調整することができる。その結果として、製造
された光学マスクブランクからは最大の位相シフト効果
を得ることができる光学マスクを提供することができ
る。

【００３５】また、請求項５記載の光学マスクは、請求
項１ないし３のいずれかに記載の光学マスクブランクが
原板とされ、光透過部および位相シフト部を露光した際
のこれら光透過部、位相シフト部それぞれの投影光の光
強度が同等とされているので、光透過部と位相シフト部
とのパターン境界部において互いに弱め合う光強度も同
等となり、最大の位相シフト効果を得ることができる。

【００３６】また、請求項６記載の光学マスクの製造方
法は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光学マスク
ブランクを用いて、遮光層および位相シフト層のパター
ニングを行なうことにより製造するので、最大の位相シ
フト効果が得られる光学マスクを確実に製造することが
できる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の一実施例である光学マスクブ
ランク、光学マスクおよびそれらの製造方法について図
１および図２を参照して説明する。なお、ここで称する
光学マスクとは、半導体集積回路の主要な製造装置の一
つである投影露光装置もしくは縮小投影露光装置（一般
にはステッパーと称する）に装着して使用される露光用
原版を表わし、光学マスクブランクとは、光学マスクを
製造する前、すなわち回路パターンを形成する前段階の
光学マスクの原版を表わすものである。

【００３８】図１は本実施例の位相シフトマスク（光学
マスク）２０の構成を示した図である。この位相シフト
マスク２０は、透明基板２２上の全面にエッチング停止
層２３が形成され、その上に位相シフト層２４により位
相シフトパターン２５が形成され、その上に遮光層２６
により遮光パターン２７が形成されるとともに、位相シ
フト層側壁３０が遮光膜パターン２７エッジの奥側へ後
退した構造のものであり、この構造自体は図５（ｅ）で
示した従来のマスク構造と変わりないが、本実施例では
位相シフト層２４の膜厚と屈折率の最適な条件を求め、
その条件に従って製造されたものである。

【００３９】図２（ａ）〜（ｄ）は本実施例のマスクブ
ランク２１、位相シフトマスク２０の製造工程を示すも
のである。まず、図２（ａ）に示すように、合成石英よ
りなる透明基板（屈折率１．４７）２２上に、エッチン
グ停止層２３としてアルミナ膜（膜厚３０ｎｍ、屈折率
１．７８）、位相シフト層２４としてＳｉＯｘ膜（膜厚
３６５ｎｍ、屈折率１．５）をこの順に設け、さらに、
遮光層２６として酸化クロム膜・金属クロム膜・酸化ク
ロム膜をこの順に積層した低反射クロム遮光膜（膜厚約
１１０ｎｍ）を設けて、マスクブランク２１を作製す
る。

【００４０】ここで、このマスクブランク２１から製造
する位相シフトマスク２０はｉ線に対応することを前提
とし、ｉ線の波長３６５ｎｍの値を用いたときの（Ａ）
式および（Ｂ）式を同時に満足する解として、位相シフ
ト層２４の膜厚および屈折率の値をそれぞれ３６５ｎ
ｍ、１．５と設定する。

【００４１】そして、位相シフト層２４の形成において
は、反応性スパッタリング装置を用いて、ＳｉＯ₂ター
ゲットを使用し、スパッタリング時に酸素ガスを反応さ
せて酸化度を調整することにより、露光波長３６５ｎｍ
で膜屈折率が１．５となるような酸素ガス流量および酸
素ガス圧等の成膜条件を予め実験的に求めておき、その
成膜条件で形成する。

【００４２】なお、エッチング停止層２３、位相シフト
層２４、遮光層２６の膜形成方法は、それぞれ公知の薄
膜形成法を用いればよく、例えばスパッタリング法、蒸
着法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法などの気相成
長法、あるいは液層成長法などの形成方法があるが、特
にこれらに限定されるものではない。

【００４３】ついで、図２（ａ）に示すように、このマ
スクブランク２１の上面に電子線レジスト層３１として
ポジ型レジスト（東亜合成化学製、商品名ＴＴＣＲ、膜
厚５００ｎｍ）を塗布形成し、所定のプリベーク処理を
行なう。

【００４４】ついで、前記レジスト３１を塗布したマス
クブランクを用いて、ベクタースキャン型電子線描画装
置により加速電圧２０ｋＶ、ドーズ量約１０μＣ／ｃｍ
²の条件にて所定のパターンを描画し、所定の現像処
理、ポストベーク処理後、遮光膜をクロム用エッチング
液（硝酸第二セリウムアンモニウム）を用いてウェット
エッチングを行ない、図２（ｂ）に示すように、遮光パ
ターン２７を形成した後、レジスト剥離液を用いてレジ
スト３１を剥離する。

【００４５】ついで、図２（ｃ）に示すように、基板２
２上の全面に電子線レジスト層３２としてポジ型レジス
ト（東亜合成化学製、商品名ＴＴＣＲ、膜厚５００ｎ
ｍ）および導電性高分子層３３（昭和電工製、商品名Ｅ
ＳＰＡＣＥＲ１００、膜厚約３０ｎｍ）をこの順に塗布
形成し、所定のプリベーク処理後ベクタースキャン型電
子線描画装置を用いて、加速電圧２０ｋＶ、ドーズ量約
１０μＣ／ｃｍ²の描画条件にて重ね合わせ描画３４を
行なう。

【００４６】ついで、所定の現像処理を行ないレジスト
パターンを形成した後、図２（ｄ）に示すように、レジ
ストパターンおよびその下の遮光パターン２７をエッチ
ング用マスクパターンとして、ＳｉＯｘ膜のドライエッ
チングを平行平板型反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）
装置を用いて行なう。ついで、希薄緩衝フッ酸溶液中に
１分間浸漬して、光透過部２８の位相シフト層側壁３０
をわずかにサイドエッチングした後、残ったレジストを
剥離液にて除去して、所望の位相シフトマスク２０を作
製する。

【００４７】なお、このときのＳｉＯｘ膜のドライエッ
チング条件は、ガス混合比をＣ₂Ｆ₆：ＣＨＦ₃＝５：
５、印加電圧を３００Ｗ、ガス圧を０．０３Ｔorr、エ
ッチング時間を約１５分とする。そして、エッチング方
法は上記の例に限るものではなく、ドライエッチング、
ウェットエッチングのどちらでもよいが、下層にあるエ
ッチング停止層２３が耐久性のあるものが望ましい。ま
た、位相シフト層側壁３０のサイドエッチング量は約５
０ｎｍとする。

【００４８】本実施例の位相シフトマスクを用いて、従
来用いている縮小投影露光装置（露光波長３６５ｎｍ）
でウェハー上に露光しレジストパターンを形成したとこ
ろ、最小約０．３μｍのラインアンドスペースパターン
が寸法再現性よく得られ、かつチップ内の寸法均一性も
±０．０５μｍ以内と良好であり、従来の位相シフトマ
スクを用いた場合の寸法精度±０．１５μｍと比べ、高
い精度を得ることができた。また、レジストパターン中
で光透過部パターンと位相シフト部パターンに相当する
スペースパターンの寸法差は±０．０１μｍ以内であ
り、大幅に寸法精度を向上させることができた。また、
焦点裕度についても±１μｍが確保でき、従来の位相シ
フトマスクを用いた場合の±０．４μｍと比べて大きく
向上させることができた。

【００４９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
記載の光学マスクブランクは、露光波長における位相シ
フト層材料の屈折率および位相シフト層の膜厚が前記
（Ａ）式および（Ｂ）式を同時に満足するように構成さ
れているので、位相シフト部において、位相シフト層は
光学的にはあたかもそれ自体存在しないのと同様な状態
となり、光透過部と位相シフト部との透過率が一致する
とともに、位相シフト量が１８０゜となることにより、
最大の位相シフト効果を有する光学マスクを提供するこ
とができる。

【００５０】また、請求項２記載の光学マスクブランク
は、位相シフト層の膜厚が、前記（Ｃ）式を満足する膜
厚許容範囲を有しているので、製造工程において位相シ
フト層の膜厚がバラツキを有する場合でも、膜厚をこの
膜厚許容範囲内に調整することにより、実用上充分な位
相シフト効果を有する光学マスクを提供することができ
る。

【００５１】また、請求項３記載の光学マスクブランク
は、位相シフト層材料の屈折率が、（Ｄ）式を満足する
屈折率許容範囲を有しているので、製造工程において位
相シフト層の屈折率がバラツキを有する場合でも、屈折
率をこの屈折率許容範囲内に調整することにより、実用
上充分な位相シフト効果を有する光学マスクを提供する
ことができる。

【００５２】また、請求項４記載の光学マスクブランク
の製造方法は、前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）式
を満足させるために、前記位相シフト層材料の成膜条件
の調整に基づく屈折率調整と、前記位相シフト層の膜厚
調整を組み合わせて行なうので、位相シフト層材料の成
膜条件の調整を行なうことにより、膜の組成を変化さ
せ、それに伴って屈折率を前記式を満足するように調整
することができる。さらに、それと組み合わせて位相シ
フト層の膜厚調整を前記式を同時に満足するように調整
することができる。その結果として、製造した光学マス
クブランクからは最大の位相シフト効果を得ることがで
きる光学マスクを提供することができる。

【００５３】また、請求項５記載の光学マスクは、請求
項１ないし３のいずれかに記載の光学マスクブランクが
原板とされ、光透過部および位相シフト部を露光した際
のこれら光透過部、位相シフト部それぞれの投影光の光
強度が同等とされているので、パターン境界部において
互いに弱め合う光強度も同等となり、最大の位相シフト
効果を得ることができ、従来以上にパターンの解像度を
向上させることができるとともに、パターンの寸法精度
を大幅に向上させることができる。

【００５４】また、請求項６記載の光学マスクの製造方
法は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光学マスク
ブランクを用いて、遮光層および位相シフト層のパター
ニングを行なうことにより製造するので、最大の位相シ
フト効果が得られることにより、解像度、寸法精度に優
れた光学マスクを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である（ａ）位相シフトマス
ク、（ｂ）マスクブランクの構造を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例であるマスクブランク、位相
シフトマスクの製造工程を順を追って示す断面図であ
る。

【図３】本発明の原理を示すエッチング停止層膜厚と光
透過部および位相シフト部の透過率との関係を示す図で
ある。

【図４】光学マスクにおける位相シフト効果の原理を示
す図である。

【図５】従来の位相シフトマスクの製造工程を順を追っ
て示す断面図である。

【図６】位相シフトマスクの光透過部と位相シフト部に
おけるそれぞれの光の透過の状態を説明する図である。

【符号の説明】

２、７、２４…位相シフト層５、２２…透明基板６、２３…エッチング停止層８、２６…遮光層９、２１…光学マスクブランク１１、２７…遮光パターン１７、２８…光透過部１８、２９…位相シフト部１９、２０…位相シフトマスク（光学マスク）２５…位相シフトパターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、エッチング停止層、位相
シフト層、および遮光層をこの順に形成した光学マスク
ブランクにおいて、該位相シフト層の材料がＳｉＯ₂ 、ＳｉＯのいずれか、
あるいはこれらの混合組成物からなり、露光波長（λ）
において、位相シフト層の膜厚（ｄ）および位相シフト
層材料の屈折率（ｎ）が、下記の（Ａ）式および（Ｂ）
式を同時に満足することを特徴とする光学マスクブラン
ク。ｄ＝ｍλ／（２ｎ）・・・（Ａ）ｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝・・・（Ｂ）［ｍは正整数］
【請求項２】請求項１記載の光学マスクブランクにお
いて、前記位相シフト層の膜厚（ｄ）が、前記露光波長
（λ）、前記位相シフト層材料の屈折率（ｎ）、および
位相差の許容範囲（Δｐ）を用いた下記の（Ｃ）式を満
足する膜厚許容範囲（Δｄ）を有していることを特徴と
する光学マスクブランク。 Δｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝×（±Δｐ／１８０）・・・（Ｃ）
【請求項３】請求項１記載の光学マスクブランクにお
いて、前記位相シフト層材料の屈折率（ｎ）が、前記露光波長
（λ）、前記位相シフト層の膜厚（ｄ）、および位相差
の許容範囲（Δｐ）を用いた下記の（Ｄ）式を満足する
屈折率許容範囲（Δｎ）を有していることを特徴とする
光学マスクブランク。 Δｎ＝λ／（２ｄ）×（±Δｐ／１８０）・・・（Ｄ）
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の光
学マスクブランクを製造する方法であって、前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）式を満足させるた
めに、前記位相シフト層材料の成膜条件の調整に基づく
屈折率調整と、前記位相シフト層の膜厚調整を組み合わ
せて行なうことにより、これら位相シフト層の膜厚およ
び屈折率を最適化することを特徴とする光学マスクブラ
ンクの製造方法。
【請求項５】請求項１ないし３のいずれかに記載の光
学マスクブランクが原板とされ、入射光を遮断するため
の遮光部と、入射光を透過するための光透過部と、入射
光を前記光透過部における透過光と異なる位相に変換す
るための位相シフト部が形成された光学マスクであっ
て、前記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）式がそれぞれ満足
されたことにより、前記光透過部および前記位相シフト
部を露光した際の前記光透過部、位相シフト部それぞれ
の投影光の光強度が同等とされていることを特徴とする
光学マスク。
【請求項６】請求項１ないし３のいずれかに記載の光
学マスクブランクを原板として、前記遮光層および前記
位相シフト層のパターニングを行なうことにより製造す
ることを特徴とする光学マスクの製造方法。