JPS62229152A - フオトマスクおよびその製造方法 - 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） この発明は、半導体集積回路などの製造において、フォ
トリングラフイーによってウェーハに所望のパターンを
転写するために使用されるフォトマスクすなわち露光マ
スクと、その製造方法とにｊ５）する。ことでフォトマ
スクと称するものは、透明の基板の表面上に、パターン
なしで広く遮光層を付着させたいわゆるフォトマスクブ
ランクと、このフォトマスクブランクの遮光層の成るパ
ターンの部分をエツチングなどによって除去して、透明
の基板の表面上に、前記・ぐターンに相補的なパターン
の遮光層を残置するようにした狭義のフォトマスクとの
、双方を含むものとする３、（従来の技術） 第４図に示すように、フォトマスク１６１（ｄ：、一般
に、合成石英ガラス、低膨張ガラスなどの透明な基板１
０２０表面上に、適当な厚さの薄膜遮光層１０３を付着
させたものからなり、薄Ｐ、遮光層１０３としてＣｒま
たはＴａなどの層を採用したものは、古くから知られて
いる。

さらに、フォトマスクの光学的特性を改善するため、第
５図に示すように、フォトマスク］　０１の基板１０２
の表面上に付着さねた＊Ｍ遮光層１（）３の表面上に、
さらに薄膜反射防止層１０４を付着させることも、知ら
れている。例えは、Ｃｒ　　ｉたｉ−ｊ：Ｔａなどから
なる薄膜遮光層１０３に対して、Ｃｒ２Ｏ５からなる薄
膜反射防止層１０４が採用される。

かかる周知のフォトマスクの特性を改善するため、モリ
ブデンシリサイド、タングステンシリサイド、タンタル
シリサイドまた＋ｄチタンシリサイドカどの金属シリサ
イド或いはポリシリコンまたはこれに不純成分をドープ
させたポリサイドのような高屈折率物質で、例えば厚さ
５ｏｏ１程度のれＶ膜遮光層１０３を形成することが、
最近考えられている。この高屈折率物質からなる薄膜遮
光層１０３、特に金属シリサイド例えばモリブデンシリ
サイドからなる薄膜遮光層１０３は、所望のパターンを
得るためのドライエツチングが容易であり、またパター
ン作成後の洗浄工程の際に欠陥が生じることがない、と
いう点で、極めてすぐれている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、高屈折率物質からなる薄膜遮光層を採用
しようとする場合には、多くの問題点が生じる。

第１に、これら高屈折率物質は一般に反射率が高いので
、フォトリソグラフィーを行なう際に、薄膜遮光層とウ
ェーハとの間の多重反射によって、露光精度が低下する
。この欠点を除去するだめの最適の手段は、前述したよ
うに、薄膜遮光層の表面上に薄膜反射防止層を付着させ
て、反射率を低下させることである。

しかるに、薄膜反射防止層は、明らかに、博くなる程望
ましいにも拘わらず、高屈折率物質からなる薄膜遮光層
に対して必安な薄膜反射防止層は、古くから知られてい
る薄膜遮光層に対するものよりも、かなり１早くなる。

この点について、高屈折率物質であるモリブデンシリサ
イドからなる薄膜遮光層と、古くから知られているＣｒ
およびＴａからそれぞれなる薄ＪｊＨ；ｊ　遮光層とに
ついて例示すると、モリブデンシリサイド、Ｃｒおよび
Ｔａの、光の波長４３６ｎｒｎにおける光学定数は、 Ｎ（モリブデンシリサイド）　−４，７５−２，５９ｉ
Ｎ　（Ｃｒ）　　　　　　　　　　　＝　２．３８−２
．９７ｉＮ　（Ｔａ）　　　　　　　　　　　＝　２．
５５−２．９５　ｉで表わされ、Ｎの実数部で示される
屈折率ｎは、モリブデンシリサイドの場合に著しく大き
い。この光学定数から、薄膜遮光層に対して必要な薄膜
反射防止層の岸さｄを求めることができ、λを、ン′・
・Ｌｌｌ・８反射防止層を設けたときに反射率が極小値
をＩｌｌ／る光の波長、（ｎｌ）を、薄ＪＩＧ！反射防
止層の屈折率とすると、ｄは次のようになる。

ｄ（モリブデンシリサイド）＝０．２１λ／（ｎｌ）ｄ
　（Ｃｒ）　　　　　　　　　　　＝　０．１５λ／（
ｎｌ）ｄ　（Ｔａ）　　　　　　　　　　　−〇、１５
５λ／（ｎｌ）従って、λおよび（ｎｌ）が等しいとす
れば、モリブデンシリサイドからなる薄膜遮光層に対し
て必要なれｊ膜反射防止層の厚さｄ（モリブデンシリサ
イド）ｄ−１ＣｒおよびＴａからそれぞれ々る薄膜遮光
層に対して必髪な薄膜反射防止層の厚さｄ（Ｃｒ）およ
びｄ（Ｔａ）より約４０％犬になる。ｄの値について例
示すれば、λが通常選択されるように４００−４３６ｎ
ｍであり、薄膜反射防止層が、従来から知られているよ
うに、Ｃｒ２０５−その光学定数ＮＣＣｒ２０ｓ）　＝
　２．５５−０．２２　ｉ　−からなる場合には、ｄ（
モリブデンシリサイド）＝３５９Ａｄ（Ｃｒ）　　　　
　　　　　　　−２５６Ａｄ　（Ｔａ）　　　　　　　
　　　　−２６５Ａになる。

従って、高屈折率物質からなる薄膜遮光層に対しては、
特に、薄膜反射防止層が屈折率の大きい物質からなるこ
とが、望ましくかつ一般に必要である。

第２の問題点として、薄膜反射防止層は、フォトマスク
ブランクから前述した狭義のフォトマスクを作る際に、
薄膜遮光層と同じドライエツチング条件でエツチングで
きることが望ましい。かかる特性も、薄膜反射防止層に
対して要望され、または要求される。

上述した点以外に、薄膜反射防止層は、耐酸性および耐
アルカリ性のすぐれた物質からなることも、望ましく若
しくは必要である。

この発明は、前述したような高力■（折率物質からなる
薄膜遮光層に関する間鵬点全解決することを、その主な
目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上述した問題点を解決するため、この発明によれば、透
明の基板の表面上に句着するように、’／”ｒ膜遮光層
を形成し、この薄膜遮光層の表面上（７日着するように
、薄膜反射防止層を形成することからなるフォトマスク
製造方法において、或いはこの製造方法に従って製造さ
れたフォトマスクにおいて、薄膜遮光層は、モリブデン
シリサイド、タングステンシリサイド、タンタルシリサ
イド、チタンシリサイド、ポリシリコンまたはポリサイ
ドのような高Ｊｉｎ折率物質からなシ、薄膜反射防止層
は、酸化タンタル、窒化タンタルまたはこれらの混合物
を主成分とする。

実施例によれば、基板の表面上に薄膜遮光層が付着形成
され、その上に、上述したような材料の薄膜反射防止層
が付着形成される。

薄ｈｌす反射防止層の形成は、マグネトロンスパッタリ
ングによって達成することが望ましい。このマグネトロ
ンスパッタリングで、特に望ましいのけ、タンタルをタ
ーゲットとし、Ａｒ、０２．Ｎ２のうちの少くとも二つ
を含む混合ガスを反応ガスとする、反応性マグネトロン
スパッタリングである。

マグネトロンスパッタリングの際に、基板の温度は、望
ましくけ、５０℃と２５０℃の間の一定値に実質上維持
される。

薄膜遮光層の形成は、望筐しくｄ［、直流マグネトロン
スパッタリングによって達成される。

（作　用） 上述したような構成のこの発明によれば、高屈折率物質
例えばモリブデンシリサイドからなる薄膜遮光層に対し
て、薄膜反射防止層の１早さを４００Ａ以下に押さえて
も、通常のフォトリソグラフィーに使用される遠紫外か
らの５０（ｌｎｍｔでの波長域の光について、反射率が
３０％以下、特に４００−４３６ｎｍの波長域の光につ
いて、反射率が５−１５％の、すぐれた光学特性を市゛
するフォは、薄膜遮光層と同じドライエツチング条件で
、ドライエツチングできる。

さらに、このフォトマスクは、耐酸性および耐アルカリ
性のすぐれたものである。

かくして、この発明によって得られたフォトマスクによ
れば、この発明に従うような薄膜遮光ｈ’６に、これに
従う薄膜反射防止層を設けたことによって、博刀泉遮光
ＪｔＪのパターンをフォトリソグラフィーによってウェ
ーハに転写する際のパターン転写精度が改善される。

（実施例） 以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の実
施例について説明する。

第１実施例として、十分に研岸した合成石英ガラスの基
板の表面上に、直流マグネトロン方式によるスパッタリ
ングによって、厚さ８００Ａのモリブデンシリサイド薄
膜遮光層を形成した。その除に、スパッタリングターゲ
ットとしては、モリブデンとシリコンの真空焼結体を使
用した。！、た、スパッタリング条件は、次の通シであ
った。

スパッタリングガス　：　１００％アルゴン、ガス圧力
　：　　３ｘｌＯトール、 基板とターゲットの間の距１ｉｄ：６ｃＩｎ基板温度　
：　１００℃１ スパッタリング時間　：　２０秒、 使用電力　：　　０．６　ＫＶＡ　０ 次に、〃・くして形成されたモリブデンシリサイド薄膜
遮光層の表面上に、反応性向流マグネトロンス・七ツタ
リングによって、Ｆｔ’−さ２８０Ａの酸化タンタルお
よび窒化タンタルを主成分とする傳）俣反射防止層を形
成した。その際に、スパッタリングターゲットとしては
、タンタルを使用した。また、スパッタリング条件は、
次の通シであった。

スパッタリングガス：　Ａｒ（８０％）＋０２（１０％
）　＋Ｎ２（１，０係〕の混合ガス、 ガス圧力　　：　４．５Ｘ１０トール、使用電力　　：
　０．５ＫＶＡ　。

スパッタリング速度：　８５０Ａ／分、薄膜遮光層を形
成し た基板とターゲット の間の距離　　　　＝１１０、 基板の温度　　ニスバッタリングの際に２００６Ｃ±１
０１１Ｃに制御。

上述のようにして形成された薄膜反射防止層において、
Ｔａ　：　Ｎ　：　Ｏの組成比（原子数比）は、１：　
（１，４２：　０．４２　であった。

かくしてイＵられたフォトマスクブランクは、第１図に
示すような構成である。この図に示すように、フォトマ
スクブランク１１は、合成石英ガラスの基板１２と、基
板１２０表面上に付着する、モリブデンシリサイドの薄
膜遮光層１３と、このＮ膜遮遮光層１３宍 ルおよび置化タンタルを主成分とする薄膜反射防止層１
４とからなる。

このフォトマスタブ２フ２１１０反射率は、Ｈｙ　−　
１１’線に対して９％、その光学濃度は、はぼ３であっ
た。また薄膜反射防止層の光学定数Ｎは、Ｎ＝３−０．
６ｉであった。

第１図に示すような第１実施例によるフォトマスクブラ
ンク１１と、第４図に図示されたような従来のフォトマ
スクブラング１０１（合成石英ガラスの基板１０２０表
面上に、第１実施例の場合と同ｔ×に厚さ５ｏｏＸのモ
リブデンシリサイド薄膜遮光Ｍ　１　０　３を形成した
もの一薄膜反射防止層なしつとについて、分光反射率を
測定した。その結果は、第２図に示す通シであシ、この
図で、横軸はｎｍ単位で表わした光の波長を示し、＃Ｅ
軸はチで衣わした反射率を示す。また、Ｕは、第１実施
例によるフォトマスクブランク１１の分光反射率を示す
曲線、■は、従来のフォトマスクブランク１０１の分光
反射率を示す曲線である。第２図から明らかなように、
第１実施例によるフォトマスクブランクは、従来のもの
に比べて反射率が大幅に低減し、波長３００−５００ｎ
ｍの範囲で望ましい反射率５−１５％の範囲内に十分納
まる。

次いで、前述した第１実施例のフォトマスクブランク上
例フォトレジスト画像を形成し、ＣＣＩ，＋（８０％）
＋０２（２０％）の混合ガスを使用して、ドライエツチ
ングを行ない、フォトマスク（狭義の）を得た。この際
に、極間距離７．５ｃｒｎの平行平板文ｊ向電極型エツ
チング装置を使用し、０．４Ｗ／ａｎ２の電力密度で、
６分間のエツチング処理を遂行した。

かくして得られた（狭義の）フォトマスクにおいて、１
μｍ幅の画像寸法に対して、その寸法偏差は０．０５μ
ｍ以下であった。

次ぎに、前述したようにして得られた（狭義の）フォト
マスクに対して、Ｈ２ＳＯ４・ＪｌｏｏＣ・６０分の熱
値Ｋ　１１ｉｔ　隈試験および５％ＮａＯＨ・２５℃・
ｆｉＯ分の１１ｉ（アルカリ試験を行った。これらの試
験のいずれにおいても、フォトマスクの特性に対して問
題となるような反射率の変化、光学濃度の変化および欠
陥の発生などは、全く見られなかった。

第２実施例として、低膨張ガラスの基板の表面上に、第
１実施例の駅舎と同一の方法および条件で、モリブデン
シリサイドの薄膜遮光層を形成し、次いで、この薄膜遮
光層の表面上に、基板の温度全それぞれ］ＯＯ’Ｃ，１
５０℃，２５０℃および３００℃に設定した以外は第１
実施例の場合と同一の方法および条件で、酸化タンタル
および窒化タンクルを主成分とする薄膜反射防止層を形
成し／こ０ 上記、の種々の基板温度条件でそれぞれ得られた計４棟
類のフォトマスクブランクについて、ドライエツチング
性、光学的性質、耐酸性および耐アルカリ性に関する試
験を行なった。

その結果によれば、第２実施例で得られたフォトマスク
ブランクの反射率、光学濃度、耐酸性および耐アルカリ
性は、前記基板温度に拘わりなく、第１実施例の場合と
実質上回じてあった。

しかしながら、第１実施例の場合と同じエツチング条件
でエツチングを行なった場合に、例えば前記基板温度が
１００℃１２００℃および３００℃の場合に、エツチン
グ速度がそれぞれ１２０．９０および６０Ａ／分になる
ように、薄膜反射防止層の形成のだめのスパッタリング
の際の基板設定温度が高くなると、ドライエツチング性
が低下するという結果が得られた。

第３実施例として、薄膜反射防止層を形成するだめのス
パッタリングにおいて、スパッタリングガスとしてＡｒ
（１５％）　十Ｎ２（８５％）、Ａｒ（７５％）＋０２
（２５チ〕およびＮ２（９５％）＋０２（５％）の混合
カスをそれぞれ採用したことを除いて、第２実施例の場
合と全く同一の方法および条件でフォトマスクブランク
を製作し、これに対して種々の試験を行なった。

その結果によれば、この第３実施例の場合にも、淘’　
Ｉｌｋ反射防止層の形成のためのスパッタリングの際の
基板設定温度が高くなると、エツチング速度が低下した
。

上述した実施例以外に、次のような種々の変型がイ）シ
、これら変型はいずれも、実験によって確認されたとこ
ろによれば、前述したようなこの発明の目的を達成し、
この発明のすぐれた作用が得られる。

（１）薄膜反射防止層を形成するのに、第１実施例では
、タンタルをターゲットとする反応性マグネトロンスパ
ッタリングが採用されているが、その代りに、酸化タン
タルおよび窒化タンタルの混合物の焼結体をスパッタリ
ングターゲットとし、アルゴンをスパッタリングガスと
する、ＲＦマグネトロン方式のスパッタリングを採用す
る。

（２）　フォトマスクブランク１１を第３図に示すよう
に構成する。このフォトマスクブランク１１は、前述し
た実施例の場合と同様な基板１２、薄膜遮光層１３およ
び薄膜反射防止層１４以外に、基板１２と薄膜遮光ｊ曽
１３の間に、第２薄膜反射防止層１５を有する。この変
型において、第２薄膜反射防止層１５は、薄膜反射防止
層１４と同様に、酸化タンタル、窒化クンタルまたはこ
れらの混合物を主成分とする。また、薄膜遮光層１３、
薄膜反射防止層１４および第２薄膜反射防止層１５の厚
さは、例えば、それぞれ約６５０Ａ、、約４００（３）
前述した実施例では、満膜遮光層としてモリブデンシリ
サイドが使用されているが、その代りに、モリブデンシ
リサイド以外の高屈折率物質も薄膜遮光層に使用できる
。こ装置Ｍｌ折率物質の例としては、タングステンシリ
サイド、タンタルシリサイドおよびチタンシリサイドな
どの金属シリサイド並びにポリシリコンおよびポリサイ
ド（不純成分をドープしたポリシリコン）が存する。

（発明の効果） この発明は、モリブデンシリサイドのような前屈折率物
質からなる薄膜遮光層に対して、１１１ｔ酸性および耐
アルカリ性が強くかつ屈折率が大きい酸化タンタル、窒
化タンタルまたはこれらの混合物を主成分とする薄膜反
射防止層を選択１〜だので、フォトマスクとして望まし
くない薄膜反射防止層の１早さの増大を押ざえながら、
光学的特性、ドライエツチング性、１ｌｌＩｔ酸性およ
び耐アルカリ性にすぐれ、従ってフォトリソグラフィー
の際のノ々ターン転写精度が高いフォトマスクを得るこ
とができる。

また、この発明による方法において、特に薄膜反射防止
１ｉの形成を、スパッタリングによって、望ましくけＡ
ｒ　＋　０２　＋　Ｎ２のうちの少くとも二つを含む混
合ガスを反応ガスとする反応性マグネトロンスパッタリ
ングによって、達成するようにすれは、フォトマスクが
量産できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明によるフォトマスクの一実施例の図
解的断面図である。第２図は、第１１図のフォトマスク
と従来のフォトマスクの分光反射率を示す線図である。 第３図は、第１図のフォトマスクの変型を示す、第１図
と同様の図である。第４図および第５図は、従来のフォ
トマスクを示す、第１図と同様の図である。 図面において、１１はフォトマスク、　１２は基板、　
１３はＮ爬遮光ＩＮ、１４／′ｉ薄ｈ′り反射防止層、
　１５は第２薄膜反射防止層を示す。 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透明の基板と、前記基板の表面上に直接または間接
   に付着する、モリブデンシリサイド、タングステンシリ
   サイド、タンタルシリサイド、チタンシリサイド、ポリ
   シリコンまたはポリサイドのような高屈折率物質からな
   る薄膜遮光層と、前記遮光層の表面上に直接付着する、
   酸化タンタル、窒化タンタルまたはこれらの混合物を主
   成分とする薄膜反射防止層とによつて構成されたフォト
   マスク。 ２、前記基板と前記遮光層との間に、酸化タンタル、窒
   化タンタルまたはこれらの混合物を主成分とする第２の
   薄膜反射防止層が介在する、特許請求の範囲第１項に記
   載のフォトマスク。 ３、透明の基板の表面上に、モリブデンシリサイド、タ
   ングステンシリサイド、タンタルシリサイド、チタンシ
   リサイド、ポリシリコンまたはポリサイドのような高屈
   折率物質からなる薄膜遮光層を、直接または間接に形成
   し、前記遮光層の表面上に、酸化タンタル、窒化タンタ
   ルまたはこれらの混合物を主成分とする薄膜反射防止層
   を直接に形成することを特徴とするフォトマスクの製造
   方法。 ４、前記基板の表面上に、酸化タンタル、窒化タンタル
   またはこれらの混合物を主成分とする第２薄膜反射防止
   層を直接形成し、前記第２薄膜反射防止層の表面上に、
   前記遮光層を直接形成する、特許請求の範囲第３項に記
   載の製造方法。 ５、前記反射防止層の形成をマグネトロンスパッタリン
   グによつて達成する、特許請求の範囲第３項に記載の製
   造方法。 ６、前記両反射防止層またはそのいずれかの形成を、マ
   グネトロンスパッタリングによつて達成する、特許請求
   の範囲第４項に記載の製造方法。 ７、前記マグネトロンスパッタリングが、タンタルをタ
   ーゲットとし、Ａｒ、Ｏ＿２、Ｎ＿２のうちの少くとも
   二つを含む混合ガスを反応ガスとする、反応性マグネト
   ロンスパッタリングである、特許請求の範囲第５項また
   は第６項に記載の製造方法。 ８、前記マグネトロンスパッタリングの際に、前記基板
   の温度を、５０℃と２５０℃の間の一定値に実質上維持
   する、特許請求の範囲第５項から第７項のいずれか１項
   に記載の製造方法。 ９、前記遮光層の形成を、直流マグネトロンスパッタリ
   ングによつて達成する、特許請求の範囲第３項から第８
   項のいずれか１項に記載の製造方法。