JPH10161294A

JPH10161294A - ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びハーフトーン型位相シフトマスク及びそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH10161294A
Application number: JP32252196A
Authority: JP
Inventors: Kinji Okubo; 欽司大久保
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1996-12-03
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のハーフトーン型位相シフトマスクの欠点
を解消するために、半透明膜を単一金属化合物薄膜すな
はち酸化ジルコニウムシリサイド膜で形成したハーフト
ーン型位相シフトマスク用ブランク及びハーフトーン型
位相シフトマスク及びそれらの製造方法を提供すること
を目的とする。【解決手段】透光性基板１上にジルコニウムシリサイド
ターゲットを反応性スパッタさせて酸化ジルコニウムシ
リサイド膜からなる半透明膜２を設け、ハーフトーン型
位相シフトマスク用ブランクを作製し、該半透明膜２を
パターン化して半透明膜パターン２ａからなるハーフト
ーン型位相シフトマスクを作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
ス中のフォトリソグラフィ工程においてパターンを形成
する際の露光転写用フォトマスク及びこのフォトマスク
を製造するためのフォトマスクブランクに関するもので
あり、特にハーフトーン型位相シフトフォトマスクまた
はそのためのブランクに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフォトマスクでは微細なパターン
の投影露光に際し近接したパターンはマスクの光透過部
を通過した光が回折し、干渉し合うことによってパター
ン境界部での光強度を強め合いフォトレジストが感光す
るため、ウェハー上に転写されたパターンが分離解像し
ないという問題が生じていた。この現象は露光波長に近
い微細なパターンほどその傾向が強く、原理的には従来
のフォトマスクと従来の露光光学系では光の波長以下の
微細パターンを解像することは不可能であった。

【０００３】そこで、隣接するパターンを透過する投影
光の位相差を互いに１８０度とすることにより微細パタ
ーンの解像力を向上させるという、位相シフト技術を用
いた位相シフトマスクが開発された。すなわち、隣接す
る開口部の片側に位相シフト部を設けることにより、透
過光が回折し干渉し合う際、位相が反転しているために
境界部の光強度は弱め合い、その結果転写パターンは分
離解像する。この関係は焦点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
上し、焦点裕度が改善される。

【０００４】上記のような位相シフト法はＩＢＭのＬｅ
ｖｅｎｓｏｎらによって提唱され、特開昭５８−１７３
７４４号公報や、原理では特公昭６２−５０８１１号公
報に記載されている。パターンを遮光層で形成する場合
は、遮光パターンに隣接する開口部の片側に位相シフト
部を設けて位相反転させるが、遮光層が完全な遮光性を
持たず、かつ、この半透明遮光層によって位相が反転さ
れる場合にも、同様な解像度向上効果が得られ、この場
合は特に孤立パターンの解像度向上に有効である。

【０００５】図３（ａ）〜（ｃ）はハーフトーン型位相
シフトマスクを使ってウエハー上に投影露光する際の解
像性を説明するための図である。この図よりマスク面に
対して垂直に入射した露光光のうち、露光光Ｉ及びIII
は半透明遮光パターン１２を通る際に振幅が減衰する
が、８％程度の光が透過する。露光光IIは透光性基板１
１を１００％近く通過する透過光であるため、ウエハー
上での露光光の振幅分布は図３（ｂ）のようになる。こ
こで、光の振幅の２乗が光強度に比例するという関係か
ら、ウェハー面上に投影される露光光の強度分布は図３
（ｃ）のようになり、半透明遮光パターン１２と透過部
との境界部の光強度は０になる。このことからパターン
エッジのコントラストが向上し、パターンの解像度は向
上する。さらに、焦点の前後においても同様な効果が維
持されるため、多少の焦点ズレがあっても解像度が上が
り、よって焦点裕度が向上する効果が得られる。

【０００６】このような効果を与える位相シフトマスク
を一般にハーフトーン型と称する。この技術は半透明膜
と位相シフト層を積層する２層ハーフトーン型位相シフ
トマスクと、半透明層マスクに位相シフト効果も持たせ
る単層ハーフトーン型位相シフトマスクの２種類があ
る。ここで作製プロセスの少なさでは単層ハーフトーン
型位相シフトマスクが有利である。本技術は、例えば第
３８回春季応用物理学会予稿集第２分冊ｐ５３５、２９
ｐ−ｚｃ−３（１９９１）に述べられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ハーフトーン型位相シ
フトマスク（マスク用ブランクを含む）では、本来の位
相シフトマスクとしての光学的条件である位相反転量：
１８０度及び露光波長での透過率：５〜１０％の他に、
露光波長での反射率：２５％以下、検査波長での透過
率：３０％以下という特性を同時に満足する必要があ
る。この理由として、露光波長でのフォトマスクの反射
率が高いと、フォトリソグラフィーを行う際に半透明膜
とウェハーとの間の多重反射がおこり、パターン精度が
低下してしまう。また、位相シフトマスクの検査・寸法
測定では主に超高圧水銀灯のｅ線（５４６ｎｍ）やアル
ゴンイオンレーザー光（４８８ｎｍ）といった可視光領
域の光が用いられるが、この検査波長に対する透過率が
３０％を超えると、透過部と半透明部のコントラスト低
下のため検査・寸法測定が困難になるという問題が生じ
てしまう。

【０００８】また、半透明膜をパターニングする際電子
線レジストを露光する電子線描画において、半透明膜の
導電性が低い場合、電子がチャージアップして、正確に
パターンが形成できない。または、静電気の帯電によ
り、マスクの製造工程や使用時にごみが吸着し易くなっ
てしまうという問題も生じている。

【０００９】以上のような問題点を回避するために、露
光光に対する反射率を抑え、若しくは膜表面の導電性を
付与するために、二層以上の膜を重ね合わせた位相シフ
トマスクがある。例えばモリブデンシリサイドやクロム
を用いたものなどが挙げられる。しかしながら、露光波
長が短波長化するに従い、これら各膜はスパッタ工程で
の膜の制御性や再現性が悪く、パターニングの際のエッ
チング断面形状が２段になるという問題もあった。その
うえ、モリブデンシリサイドを用いた単層膜と上記に示
した材料でも検査波長域での透過率が高い等々の問題点
が数多く指摘されている。

【００１０】本発明は、上記従来のハーフトーン型位相
シフトマスクの問題点を解消するために、半透明膜を単
一金属化合物薄膜で形成することにより、高いパターン
形成精度を有し、且つ、位相シフトマスクとしての光学
定数を満たすと共に、露光光での反射率や検査波長での
透過率を制御でき、且つ導電性を兼ね備えた半透明膜を
有するハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及び
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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に於いて上記課題
を解決するために、まず請求項１においては、透光性基
板上に半透明膜を有するハーフトーン型位相シフトマス
ク用ブランクにおいて、前記半透明膜がジルコニウムシ
リサイド化合物薄膜よりなることを特徴とするハーフト
ーン型位相シフトマスク用ブランクとしたものである。

【００１２】また、請求項２においては、前記ジルコニ
ウムシリサイド化合物薄膜が酸化ジルコニウムシリサイ
ド膜よりなることを特徴とする請求項１記載のハーフト
ーン型位相シフトマスク用ブランクとしたものである。

【００１３】また、請求項３においては、透光性基板上
に半透明膜を設け、該半透明膜をパターン化してなるハ
ーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記半透明膜
がジルコニウムシリサイド化合物薄膜よりなることを特
徴とする単層ハーフトーン型位相シフトマスクとしたも
のである。

【００１４】また、請求項４においては、前記ジルコニ
ウムシリサイド化合物薄膜が酸化ジルコニウムシリサイ
ド膜からなることを特徴とする請求項３記載の単層ハー
フトーン型位相シフトマスクとしたものである。

【００１５】また、請求項５においては、前記半透明膜
として、ジルコニウムシリサイドターゲットを用いてア
ルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で反応性スパッタによ
り酸化ジルコニウムシリサイド膜を形成することをを特
徴とする請求項１または２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としたものである。

【００１６】さらにまた、請求項６においては、ジルコ
ニウムシリサイドターゲットを用いてアルゴンと酸素の
混合ガス雰囲気中で反応性スパッタにより酸化ジルコニ
ウムシリサイド膜からなる半透明膜を形成し、該半透膜
をパターン化してなることを特徴とする請求項３または
４記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法と
したものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の単層ハーフトーン型位相
シフトマスクは、酸化ジルコニウムシリサイド膜からな
る半透明膜を使用しているため、位相シフトマスクとし
て満足すべき光学的条件（半透明膜を透過する露光光の
透過率：５〜１０％、透光性領域を通過する光との位相
差：１８０度）のほかに、露光光での反射率を２５％以
下、検査波長での透過率を３０％以下とし、さらに半透
明膜にある程度の導電性を付与して電子線描画時のチャ
ージアップを防止し、パターン形成精度の向上を計り、
トータル的に露光転写時のパターン解像度の向上を計る
ものである。

【００１８】まず、キャリアガスとしてハロゲンガスを
用い、酸素（Ｏ₂）を含む反応性ガス雰囲気中でジルコ
ニウムシリサイドターゲットを使用したスパッタリング
にて、透明な石英ガラス基板上に酸化ジルコニウムシリ
サイド膜を成膜することによってハーフトーン型位相シ
フトマスク用ブランクを得る。ここで、酸化ジルコニウ
ムシリサイド膜は、酸化ジルコニウムシリサイド膜の屈
折率と消衰係数で規定され、ハーフトーンマスクとして
の光学的な条件を満たす膜厚になるように成膜する。

【００１９】このハーフトーン型位相シフトマスク用ブ
ランクに電子線レジストを塗布し、電子線描画、現像、
ベーク、エッチング、レジスト剥離等の一連のパターニ
ングプロセスを経て、単層ハーフトーン型位相シフトマ
スクを得る。ここで、半透明膜は単一金属化合物からな
るため、マスクパターン形成を精度良く、且つ、容易に
行うことができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の位相シフトマスク用ブランク
及び位相シフトマスクの実施例について図面を用いてよ
り具体的に説明する。図１（ａ）〜（ｃ）に位相シフト
マスク用ブランク及び位相シフトマスクの製造工程の断
面図を示す。尚、以下の例は単層ハーフトーン型位相シ
フトマスク用ブランク及び位相シフトマスクについての
ものであり、半透明膜には酸化ジルコニウムシリサイド
を使用している。

【００２１】まず、透明な石英ガラスからなる透光性基
板１上に、ＤＣスパッタ装置を用いて、チャンバー内に
アルゴン（Ａｒ）ガス及び酸素（Ｏ₂）ガスを導入し、
ジルコニウムシリサイドターゲットを反応性スパッタさ
せて、位相差１８０度となるような酸化ジルコニウムシ
リサイド膜からなる半透明膜２を形成し、位相シフトマ
スク用ブランクを作製した（図１（ａ）参照）。この時
の半透明膜２の膜厚は１４００Åであった。成膜条件電力：４００Ｗ圧力：０．４１ＰａＡｒ流量：２１ＳＣＣＭＯ₂流量：４．０ＳＣＣＭ

【００２２】上記成膜条件で成膜した酸化ジルコニウム
シリサイド膜からなる位相シフトマスク用ブランクの位
相差πの時の分光透過率特性及び分光反射率特性を図２
に示す。ｉ線の波長である３６５ｎｍにおける分光透過
率は８．０％を示し、検査波長４８８ｎｍでの透過率は
２０．９％となり、検査時におけるコントラストは十分
に得ることができる。また、露光光の波長３６５ｎｍに
おける反射率は１６．２％であり、ｉ線露光時における
多重反射の影響という点からも満足する値を得た。

【００２３】次に、透光性基板１上に酸化ジルコニウム
シリサイド膜からなる半透明膜２が形成された位相シフ
トマスク用ブランク上に電子線レジストをスピナーによ
り塗布し、電子線レジスト層を形成し、所定のパターン
を電子線描画、現像して開口部４を有するレジストパタ
ーン３を形成した（図１（ｂ）参照）。ここで、上記成
膜条件で成膜した酸化ジルコニウムシリサイド膜のシー
ト抵抗は５．５２×１０⁶Ω／□であったので、電子線
描画の際のチャージアップはほとんど問題にならなかっ
た。

【００２４】次に、レジストパターン３が形成された位
相シフトマスク用ブランクをフッ素系ガスを用いたドラ
イエッチングによりパターニングした後、レジストパタ
ーン３を剥膜処理して、半透明膜パターン２ａからなる
単層ハーフトーン型位相シフトマスクを得た（図１
（ｃ）参照）。

【００２５】

【発明の効果】ハーフトーン型位相シフトマスク用ブラ
ンク及び位相シフトマスクにおいて、その半透明膜に酸
化ジルコニウムシリサイドなどのジルコニウムシリサイ
ド化合物薄膜を用いることにより、位相シフトマスクと
しての光学定数のほかに露光光での反射率や検査波長で
の透過率を容易に制御できる。また、単一の金属化合物
であるため、高いパターン形成精度を有し、且つ、パタ
ーン形状再現性に優れている。さらに、膜自体が適度の
導電性を有しているため電子描画の際のチャージアップ
を問題にしなくてすむ。すなわち、（１）上記半透明膜２の位相差πの時の分光透過率特性
は図２に示すように、露光波長（３６５ｎｍ）に対して
透過率５〜１０％、検査に使用する光源、高圧水銀灯ｅ
線（５４６ｎｍ）またはアルゴンイオンレーザー光（４
８８ｎｍ）などの検査波長において透過率３０％以下と
なる。このため検査時のコントラストは十分に得られ、
透過率調整膜等は必要としない。（２）上記半透明膜２の位相差πの時の分光反射率特性
は図２に示すように、露光波長（３６５ｎｍ）に対して
の反射率が２５％未満であり、多重反射の影響を受けな
いため、反射防止膜を必要としない。（３）十分な導電性（一般にチャージアップによる影響
が発生するといわれるシート抵抗５×１０⁷Ω／□より
充分に小さいシート抵抗）を有するため、電子線描画の
際のチャージアップを防止することができる。（４）上記半透明膜２は、Ｃｒ系やＭｏＳｉ系に比べ膜
が硬いため、位相シフトマスクを作製する工程または検
査工程での損傷や擦傷によるの不良の発生を抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明のハーフトーン型位相シフト
マスク用ブランクの一実施例の構成を示す断面図であ
る。（ｂ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマス
クの一実施例の製造工程を示す断面図である。（ｃ）
は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの一実施
例の構成を示す断面図である。

【図２】本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブ
ランク及びハーフトーン型位相シフトマスクを構成して
いる半透明膜の位相差πの時の分光透過率特性及び分光
反射率特性を示す説明図である。

【図３】（ａ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクを
用いて投影露光する場合を示す説明図である。（ｂ）
は、ウエハー上での露光光の振幅分布を示す説明図であ
る。（ｃ）は、ウエハー上での露光光の強度分布を示す
説明図である。

【符号の説明】

１、１１……透光性基板２……半透明膜２ａ、１２……半透明膜パターン３……レジストパターン４……開口部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性基板上に半透明膜を形成してなるハ
ーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前
記半透明膜がジルコニウムシリサイド化合物薄膜よりな
ることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク用
ブランク。
【請求項２】前記ジルコニウムシリサイド化合物薄膜が
酸化ジルコニウムシリサイド膜からなることを特徴とす
る請求項１記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブ
ランク。
【請求項３】透光性基板上に半透明膜を設け、該半透明
膜をパターン化してなるハーフトーン型位相シフトマス
クにおいて、前記半透明膜がジルコニウムシリサイド化
合物薄膜よりな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４】前記ジルコニウムシリサイド化合物薄膜が
酸化ジルコニウムシリサイド膜からなることを特徴とす
る請求項３記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
【請求項５】前記半透明膜として、ジルコニウムシリサ
イドターゲットを用いてアルゴンと酸素の混合ガス雰囲
気中で反応性スパッタにより酸化ジルコニウムシリサイ
ド膜を形成することをを特徴とする請求項１または２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。
【請求項６】ジルコニウムシリサイドターゲットを用い
てアルゴンと酸素の混合ガス雰囲気中で反応性スパッタ
により酸化ジルコニウムシリサイド膜からなる半透明膜
を形成し、該半透膜をパターン化してなることを特徴と
する請求項３または４記載のハーフトーン型位相シフト
マスクの製造方法。