WO2005124454A1 - 光半透過膜、フォトマスクブランク及びフォトマスク、並びに光半透過膜の設計方法 - Google Patents

光半透過膜、フォトマスクブランク及びフォトマスク、並びに光半透過膜の設計方法 Download PDF

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WO2005124454A1
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phase difference
layer
film
transmissive film
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PCT/JP2005/010713
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Yuki Shiota
Osamu Nozawa
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Hoya Corporation
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Definitions

  • Light semi-transmissive film photomask blank and photomask, and method of designing light semi-transmissive film
  • the present invention relates to a light semi-transmissive film having a phase difference near zero, a photomask blank and a photomask provided with the light semi-transmissive film, and a method for designing the light semi-transmissive film.
  • a light semi-transmissive film partially transmitting exposure light and having a controlled phase shift amount for example, there is a light semi-transmissive film in a halftone type phase shift mask.
  • a phase shift mask is a photomask used for one of the lithography super-resolution techniques using a photomask in the lithography process, which is one of the LSI manufacturing processes, and a part of the light transmitted through the photomask.
  • phase shift effect By changing the phase by 180 °, the pattern effect is improved by the interference effect (hereinafter, phase shift effect).
  • a halftone phase shift mask is a type of phase shift mask. Exposure light passing through an opening with a certain dimension has an intensity distribution that is wider than that dimension due to diffraction. Is canceled by the interference effect with the light that passes through the adjacent light semi-transmissive part and shifts the phase by 180 ° (interference light), thereby increasing the contrast at the boundary between the two.
  • the halftone phase shift mask is currently the mainstream of phase shift masks in KrF and ArF lithography because of its relatively easy manufacturing process.
  • a single layer thin film of Mo—Si—N is used as the film material of the phase shift film in a general halftone phase shift mask, with a transmittance of 5 to 15% and a film thickness of 60 ⁇ ! ⁇ 100 nm.
  • Patent Document 1 proposes a new phase shift mask for transferring a pattern corresponding to miniaturization of LSI.
  • This phase shift mask has a transmittance of 15% or less with respect to the exposure light and a degree (30 + 360 X m) degrees or less (30 + 360 X m) degrees or less (30 + 360 X m) degrees with the light transmitting part.
  • m is an integer
  • a light-shielding film light translucent film having a phase difference of (150 + 360 X m) degrees or more and (210 + 360 X m) degrees or less
  • Patent Document 1 JP-A-2003-21891
  • phase difference ⁇ between the phase 0 of light passing through the phase shift film and the phase ⁇ 'of light passing through the opening has passed through two lights.
  • the refractive index of the atmosphere in which the mask is placed is 1, and the refractive index and physical thickness of the single-layer film material forming the phase shift region are respectively
  • the design guidelines for the phase shift film in a conventional single-layer halftone phase shift mask are to set n and d according to the exposure wavelength so that In the case where a plurality of material layers are stacked in the phase shift region, if the refractive indices of the respective materials are ⁇ 1, ⁇ 2,.
  • Equations 1 and 3 mean that a phase difference is generated by light traveling through the phase shift region.
  • the present invention includes a light semi-transmissive film having a relatively thin film thickness having a phase shift amount near zero and a desired transmittance, for example, as described in Patent Document 1.
  • An object of the present invention is to provide a photomask blank capable of manufacturing a novel phase shift mask.
  • the present invention uses a photomask blank having a light semi-transmissive film having a phase shift amount near zero and a desired transmittance and having a relatively thin film thickness. It is intended to actually provide a novel phase shift mask as described in (1).
  • the first means as a means for solving the above-mentioned problem is:
  • the light semi-transmissive film In a light semi-transmissive film formed on a light-transmissive substrate and transmitting a part of light having a desired wavelength ⁇ , the light semi-transmissive film has a value of 0 ⁇ d ⁇ ⁇ (2 ( ⁇ 1 Having a refractive index ⁇ and a film thickness d satisfying
  • phase difference ⁇ ⁇ unit: degree
  • the light semi-transmissive film is characterized by having one more layer.
  • the second means is
  • the phase difference reducing layer When the light is transmitted through the light translucent film including the phase difference reducing layer, the phase difference reducing layer includes the phase difference reducing layer as a medium, and the light-transmitting substrate adjacent to the phase difference reducing layer.
  • Another medium is selected from other layers or atmospheres, and for a continuous phase change in the medium in these two media, the phase difference reduction layer and the other medium adjacent to the phase difference reduction layer are compared with each other.
  • a semi-transmissive film working on the first means wherein the phase difference ⁇ becomes smaller than the phase difference ⁇ due to a discontinuous phase change occurring at the interface of the first means.
  • the difference between the phase difference ⁇ and the phase difference ⁇ is 10 degrees or more.
  • the fourth means is
  • the light transflective film applied to any one of the first to third means, wherein the phase difference ⁇ is a negative value.
  • the fifth means is:
  • An extinction coefficient k and a refractive index n of the material of the retardation reduction layer are k ⁇ n, and the light semi-transmissive film is applied to any one of the first to fourth means.
  • the sixth means is
  • the seventh means is:
  • the semi-transmissive film In a semi-transmissive film formed on a transparent substrate and transmitting a part of desired exposure light, the semi-transmissive film has a refractive index satisfying 0 ⁇ d ⁇ (2 ( ⁇ 1)) n and a film thickness d, and a multilayer structure including at least one retardation reducing layer having a negative retardation ⁇ and at least one other layer different from the retardation reducing layer. It is a light translucent film that is characterized.
  • the eighth means is:
  • the light semi-transmissive film In a light semi-transmissive film formed on a light-transmissive substrate and transmitting a part of desired exposure light, the light semi-transmissive film has 0 ⁇ d ⁇ (2 ( ⁇ 1)).
  • a multilayer structure having a refractive index n and a film thickness d that satisfies and having at least one phase difference reducing layer having a negative phase difference ⁇ and at least one layer having a positive phase difference ⁇ is provided. And wherein the phase difference of the entire light semi-transmissive film is a desired phase difference in which the negative phase difference and the positive phase difference are cancelled.
  • the ninth means is
  • the phase difference reduction layer when the exposure light is transmitted through the light semi-transmissive film including the phase difference reduction layer, uses the phase difference reduction layer as a medium and is adjacent to the phase difference reduction layer.
  • Another medium is selected from a translucent substrate, another layer, or an atmosphere, and the phase difference reduction layer and the phase difference reduction layer are adjacent to each other with respect to a continuous phase change in the medium in these two media.
  • a semitransparent film that acts on the seventh or eighth means, wherein the phase difference ⁇ 0 becomes negative due to a discontinuous phase change at the interface with the other medium.
  • Seventh to ninth aspects are light semi-transmissive films operated by any means, which include an antireflection layer as the layer having a positive phase difference.
  • the wavelength of the light is a wavelength selected from 150 to 250 nm, and the reflectance of the light semi-transmissive film is 30% or less in the light of the wavelength. is there.
  • An extinction coefficient k and a refractive index n of a material of the retardation reduction layer are k ⁇ n, and the light semi-transmissive film is applied to any one of the seventh to eleventh means.
  • An extinction coefficient k of a material of the retardation reduction layer is k ⁇ 1.5, which is a light semi-transmissive film according to a twelfth means.
  • a fourteenth means is
  • An extinction coefficient k and a refractive index n of the material of the layer having a positive retardation are k ⁇ n, and the light semi-transmissive film working on any one of the seventh to thirteenth means.
  • phase difference ⁇ of the entire light semi-transmissive film is a desired phase difference selected from the range of ⁇ 30 ° to + 30 °. It is a semi-permeable membrane.
  • a seventeenth means is The light semi-transmissive film according to any one of the first to fifteenth means, wherein the light transmissive film has a transmittance of 15% or less.
  • the light semi-transmissive film is operated by any one of the first to seventeenth means, wherein the thickness of the light semi-transmissive film is in the range of 50 nm to 50 nm.
  • a photomask blank for manufacturing a photomask having a mask pattern made of a light translucent film partially transmitting desired exposure light on a light transmitting substrate In a photomask blank for manufacturing a photomask having a mask pattern made of a light translucent film partially transmitting desired exposure light on a light transmitting substrate,
  • a photomask blank wherein a light semi-transmissive film acting on any one of the first to eighteenth means is used as the light semi-transmissive film.
  • the twentieth means is
  • a photomask blank according to a nineteenth aspect wherein a light-shielding film is formed on the light translucent film.
  • a photomask blank according to a twentieth means wherein the light semi-transmissive film is made of a material containing Si or Mo and Si, and the light-shielding film is made of a material containing Cr.
  • a photomask characterized in that it has a light translucent portion formed by etching a light translucent film in a photomask blank to a desired pattern by any one of the 19th to 21st means.
  • the light semi-transmissive film includes a retardation reducing layer having a refractive index ⁇ and a film thickness d satisfying 0 ⁇ d ⁇ (2 ( ⁇ 1)),
  • a method of designing a light semi-transmissive film characterized by designing a light semi-transmissive film by adjusting the film thickness of the phase difference reducing layer so that the phase difference of the phase difference reducing layer becomes a desired phase difference.
  • the desired phase difference of the phase difference reducing layer is set so that the phase difference of the entire light semi-transmissive film is in the range of 30 ° to + 30 °, This is the design method of the permeable membrane.
  • the light semi-transmissive film has a refractive index n and a film thickness d satisfying 0 ⁇ d ⁇ ⁇ 2 (2 ( ⁇ 1)), and a phase difference ⁇ From the phase difference ⁇ ⁇ calculated from the difference
  • a photomask blank including the light semi-transmissive film
  • a photomask blank capable of manufacturing a novel phase shift mask as described in Patent Document 1 is provided. Obtainable.
  • the light semi-transmissive film according to the present embodiment is formed on a light-transmissive base material, and transmits a part of light having a desired wavelength ⁇ and transmits light. It has a function of shifting the phase by a predetermined amount, and is used for a phase shift mask and a phase shift mask blank as a material thereof.
  • the light translucent film has the following functions to reduce the phase difference. It has a layer.
  • the light translucent film according to the present invention will be described focusing on the phase difference reduction layer.
  • the film thickness d is set to be equal to or less than the film thickness expressed by the above-mentioned expression 2 where the phase difference is conventionally 180 °. In the film thickness region, a phase difference smaller than the above-mentioned phase difference ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ calculated by (Equation 1) is obtained.
  • discontinuous phase change that occurs when light passes through the interface between two media is used. This discontinuous phase change occurs when at least one of the two media is not transparent to transmitted light.
  • FIG. 1 is a diagram simply showing, as an example, a phase change of light traveling through two media.
  • FIG. 1 (a) shows a case where both media 2 are transparent. Is the case where the medium 1 is transparent and the medium 2 is opaque.
  • Fig. 1 (a) when both media 2 are transparent, the force that results in a continuous phase change in both media and at the interface between the media 2 is shown in Fig. L (b). If is opaque, a discontinuous phase change occurs at the interface between the media.
  • the case where the phase is delayed due to a discontinuous phase change as shown in FIG. 1 (b) is called a negative phase change.
  • the amplitude of the reflected light r at the 12 interface is A> 0, the phase is ⁇ ,
  • the amplitude of the transmitted light t at the 1 2 interface is A> 0, and the phase is ⁇
  • a cos 0 2n / (n + n)> 0 ⁇ ⁇ 0
  • the phases of the incident light and the transmitted light become the same, when the light passes through the interface of the medium 1-2, a discontinuous change in the phase at the interface does not occur.
  • the reflected light r and the transmitted light t are complex numbers. Therefore, sin ⁇ does not become 0, and the phase changes discontinuously at the interface when light passes through the interface of medium 1 and 2.
  • Fig. 3 (a) shows the phase change of the passing light and plots the contour lines (refractive index n on the horizontal axis, extinction coefficient k on the vertical axis). From the same theory, the phase change ⁇ ′ when light is transmitted from the medium 2 to the medium 1 is as shown in FIG. 3 (b) (the horizontal axis is the refractive index n, and the vertical axis is the extinction coefficient k).
  • the phase of light changes discontinuously due to reflection and transmission at the interface between the two media.
  • a medium having a small refractive index n and a large extinction coefficient k has a larger negative phase change at the interface when light is transmitted from the medium 1 to the medium 2.
  • the medium 1 can correspond to the light-transmitting substrate
  • the medium 2 can correspond to the retardation reducing layer.
  • the material constituting the phase shift region corresponding to the medium 2 has a deviation such that the extinction coefficient k at the exposure wavelength is sufficiently smaller than the refractive index n and becomes zero. Since the values are close to each other, the negative phase change at the interface with the translucent substrate corresponding to the medium 1 and the positive phase change at the interface with the atmosphere (air) are small. It can be regarded as a continuous phase change as shown in Fig. 7. On the other hand, in a material having an absorption coefficient whose extinction coefficient k is large to about n ⁇ k with respect to the refractive index n, the discontinuous phase change at the interface and the phase difference expressed by the conventional (Equation 1,3) Both need to be considered.
  • the complex refractive index in the atmosphere is 1 Oi
  • the multiple reflection of light in the medium is taken into account according to the above Fresnel's law.
  • phase ⁇ corresponds to ⁇ .
  • the figure also shows the relationship between the phase difference ⁇ obtained from Equation 1 for calculating the phase difference in the conventional single-layer phase shift mask and the film thickness d (solid line).
  • the phase difference reduction layer in the light semi-transmissive film of the present embodiment is made of an absorbing film, that is, an absorbing material having a relatively large extinction coefficient k.
  • a discontinuous negative phase change occurs at the interface between the light-transmissive substrate adjacent to the reduction layer, the other layer, and the medium selected from the atmosphere, and is negligible at the interface between the substrate and the light translucent film.
  • the small negative phase change can be increased.
  • the phase difference ⁇ ⁇ ⁇ can be made smaller than ⁇ ⁇ calculated by (Equation 1), and a finite film thickness (for example, In
  • the negative phase difference ⁇ refers to a case where the phase difference takes a negative value when expressed in a range of ⁇ 180 °. In this case, for example, a phase difference of 360 degrees is used. The phase difference is described as 0 degrees.
  • the adjustment of the thickness of the phase difference reducing layer is not performed based on (Equation 1).
  • the relationship between the thickness and the phase difference as shown in FIG. It is derived from (Equations 6 and 7) and is set to a film thickness that gives the desired phase difference.
  • phase difference reduction layer having exactly zero phase difference can be obtained.
  • the phase difference can be adjusted in a range of 0 ⁇ 30 °, 0 ⁇ 10 °, 0 ⁇ 5 °, etc. By doing so, the transmittance can be adjusted.
  • the transmittance and phase difference of the light semi-transmissive film are appropriately determined by a design according to the use of the light semi-transmissive film. That is, a film material having a desired extinction coefficient k and refractive index n is selected so as to have a film thickness that satisfies the required value of the transmittance and the required value of the phase difference according to the application.
  • a transmittance and phase difference different from the transmittance and phase difference originally required when forming the light semi-transmissive film are considered. It may be designed to be.
  • the transmittance is not significantly changed even when the processing such as cleaning and heat treatment is performed. It is also possible to control the increase or decrease of the transmittance due to the treatment such as cleaning or heat treatment.
  • the larger the difference between the phase difference ⁇ ⁇ and the phase difference ⁇ is, for example, 10 degrees or more, the more the film thickness becomes.
  • phase difference ⁇ draws a broad curve, and it becomes difficult to adjust the transmittance that varies depending on the film thickness.
  • the phase difference reducing layer is a single-layer semi-transmissive film
  • the phase difference and transmittance of the light semi-transmissive film can be adjusted by adjusting the phase difference and transmittance of the phase difference reducing layer.
  • the light semi-transmissive film is not limited to the case where the phase difference reducing layer is a single layer, and may include two or more layers of the phase difference reducing layer (having the same or different characteristics) or may be combined with another layer. It may be a multilayer.
  • the light semi-transmissive film is formed as a multilayer, at least one layer having a retardation ⁇ ⁇ that is negative and at least one layer having a phase difference ⁇ that is positive are included.
  • an antireflection layer can be provided on the phase difference reduction layer. That is, since the antireflection film cannot normally sufficiently exhibit its function unless it is made of a material having a small extinction coefficient, the phase difference is positive. Therefore, by setting the phase difference in the phase difference reduction layer to be negative and canceling out the phase difference of the antireflection film having a positive phase difference, not only the antireflection function is provided, but also the phase difference of the entire light translucent film is provided. Can be adjusted near zero.
  • a relatively thin light semi-transmissive film can be obtained.
  • the rank The phase difference reduction layer has a film thickness selected from the range of 1 to 50 nm, more preferably 1 to 30 nm, and the entire light translucent film preferably has a thickness of 1 to 50 nm, more preferably 1 to 30 nm. It is preferable to do so.
  • the entire light translucent film preferably has a thickness of 1 to 50 nm, more preferably 1 to 30 nm. It is preferable to do so.
  • the photomask blank of the present embodiment is for obtaining the photomask described in Patent Document 1, for example.
  • a photomask 1 described in Patent Document 1 includes, for example, a light-transmitting substrate 4 as a phase shifter in an opening 3 provided in a light-shielding portion (light translucent portion) 2.
  • a 180 ° phase difference is provided by digging, and the light-shielding part 2 is adjusted to have a phase difference of 0 ⁇ 30 ° and a transmittance of 15% or less by the light translucent film 22 (FIG. 7) of the present embodiment.
  • the photomask blank 10 of the present embodiment has a structure in which the light transmissive film 22 is provided on the translucent substrate 4, as shown in FIG.
  • this photomask As a method for manufacturing this photomask, for example, the following method shown in FIG. 8 can be mentioned.
  • a resist film 11 is formed on the photomask blank 10 shown in FIG. 7, and a pattern is drawn on the resist film 11 by drawing with an electron beam or a laser (FIG. 8A).
  • the development of the resist film 11, the etching of the light semi-transmissive film 22, and the digging etching of the light-transmitting substrate 4 to a depth having a phase difference of 180 ° are performed (FIG. 8B).
  • the resist film 11 is peeled off (FIG. 8C).
  • a resist film 12 is applied on the entire surface, and a pattern is drawn by electron beam drawing (FIG. 8D).
  • development of the resist film 12 and etching of the light semi-transmissive film 22 are performed (FIG. 8E).
  • the resist film 12 is peeled off to obtain a photomask 1 provided with a light-shielding portion (semi-transmissive portion) 2 (FIG. 8 (f)).
  • the photomask 1 of the present embodiment can be a photomask with a light-shielding band.
  • the light-shielding band is a light-shielding film made of, for example, a chromium-based material formed at least in the periphery of the pattern region, and is provided to prevent the occurrence of transfer pattern defects due to light transmitted through the periphery of the pattern region when a photomask is used. Things.
  • FIG. 9 shows an example of a manufacturing process diagram of the photomask with a light-shielding band.
  • a light-shielding film 13 for a light-shielding band is formed on a photomask blank 10 shown in FIG. 7, a resist film 11 is formed thereon, and a non-turn drawing is performed on the resist film 11 by drawing with an electron beam or a laser.
  • FIG. 9 (a) development of the resist film 11, etching of the light shielding film 13, etching of the light semi-transmissive film 22, and digging etching of the light-transmitting substrate 4 to a depth having a phase difference of 180 ° are performed (FIG. b)).
  • the resist film 11 is peeled off (FIG.
  • a resist film 12 is applied to the entire surface (FIG. 9 (d)), a pattern is drawn by electron beam drawing, and then, the development of the resist film 12, the etching of the light shielding film 13, and the formation of the light translucent film 22 are performed. Etching is performed (Fig. 9 (e)).
  • the resist film 12 is removed (FIG. 9 (f)), and the resist film 14 is applied again on the entire surface (FIG. 9 (g)), and a resist pattern is formed so that only the region where the light-shielding band is formed remains. Thereafter (FIG. 9 (h)), the chromium in the transfer area I is etched (FIG. 9 (i)), and the remaining resist film 14 is peeled off to obtain a photomask 15 with a light-shielding band 33 (FIG. 9 (h)). 9 (j)).
  • the pattern arrangement and the manufacturing process in the photomask 1 are not limited to the above example.
  • the light-shielding portion 2 composed of the light semi-transmissive film 22 is not formed after the light-transmissive substrate 4 is dug and etched. After the light-shielding portion 2 is formed, the light-transmitting substrate 4 may be dug and etched.
  • phase shifter formed in the opening 3 may be a film for shifting the phase.
  • the photomask blank 10 is provided with a phase shifter film between the translucent substrate 4 and the light semi-transmissive film 22 or on the light semi-transmissive film 22.
  • the light semi-transmissive film 22 may be composed of a single-layer film or two or more layers. In the case of two or more layers, at least one of the layers has a phase difference that causes a negative phase change at an interface. What is necessary is just a reduction layer. For example, when the reflectance of exposure light is high only with the phase difference reducing layer, an antireflection layer can be provided on the phase difference reducing layer. That is, the antireflection film usually has a small extinction coefficient and is not made of a material and cannot exhibit its function sufficiently, so that the phase difference is positive.
  • phase difference in the phase difference reduction layer is negative and canceling out the phase difference of the antireflection film having a positive phase difference, in addition to providing an antireflection function, the phase difference of the entire light semi-transmissive film is reduced. It can be adjusted to near zero.
  • the anti-reflection film is placed on the phase difference reduction layer (photo mask) to reduce the surface reflectance of the photomask blank. If it is provided on the front side of the blank, and it is desired to reduce the backside reflectance, it is provided below the phase difference reduction layer (between the light transmitting substrate and the phase difference reduction layer), and if it is desired to reduce both the front and back sides, It can be provided on both sides of the phase difference reducing layer.
  • the reflectance can be adjusted to a value less than the allowable value at the desired wavelength on the desired surface within a range that can be adjusted in consideration of the phase difference and transmittance in the case of a single layer or a multilayer. Is adjusted to be
  • the light semi-transmissive film 22 is preferably, for example, about 150 to 500 ° C. in order to prevent a change in characteristics due to a thermal process or the like after film formation and a change in optical characteristics due to a chemical solution treatment such as cleaning. May be a film that has been subjected to heat treatment at about 250 to 500 ° C., irradiation treatment with ultraviolet light or laser, or the like.
  • the exposure wavelength of the photomask 1 includes KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), and F excimer laser light (wavelength 193 nm).
  • the exposure wavelength in the range of 150 nm to 250 nm including the wavelength of 157 nm, and in particular, the next-generation exposure wavelengths of ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) and F excimer
  • Exposure wavelengths in the range of 150nm to 200nm including laser light (wavelength 157nm) should be considered. Further, it is preferable to control the reflectance on the surface (film surface side) of the photomask blank to 30% or less at the above-mentioned exposure wavelength. In addition, it is preferable to control the thickness to 30% or less also on the back surface of the photomask blank. Further, it is preferable that the reflectance at the inspection wavelength of the photomask 1 and the photomask blank 10 is suppressed to about 40% or less. Inspection wavelengths are, for example, 257 nm, 266 nm, 364 nm, 488 nm, and 633 nm.
  • a light semi-transmissive film having a single-layered retardation reduction layer made of chromium nitride was formed to obtain a photomask blank having the structure shown in FIG. That is, a light translucent film was formed on a light transmitting substrate by sputtering a chromium target in an atmosphere of argon and nitrogen.
  • the chart in FIG. 10 shows the transmittance and phase difference of the light semi-transmissive film at the wavelength of 193 nm of the ArF excimer laser, which is the exposure wavelength when using a photomask.
  • the transmittance was measured using a spectrophotometer, and the phase difference was measured using a phase difference measuring device (MPM-193, manufactured by Lasertec).
  • the transmittance is set to fall within the range of 5 to 15%.
  • the transmittance could be kept within the range of 5 to 15% while the phase difference was suppressed to around 0 ° with a relatively thin film thickness.
  • a light semi-transmissive film having a single-layer retardation-reducing layer also made of tantalum phenol was formed on a light-transmitting substrate made of synthetic quartz glass to obtain a photomask blank shown in FIG.
  • the chart in Fig. 10 shows the results of measuring the transmittance and phase difference of the light semi-transmissive film at the wavelength of 193 nm of the ArF excimer laser, which is the exposure wavelength when using a photomask, using the same measurement method as in Example 1. Show. In this embodiment, the transmittance is set to fall within the range of 5 to 15%.
  • the transmittance could be kept within the range of 5 to 15% while the phase difference was suppressed to around 0 ° with a relatively thin film thickness.
  • a photomask blank shown in FIG. 7 was obtained by forming a light semi-transmissive film having a single-layer retardation-reducing layer also having a silicon force on a light-transmitting substrate having a synthetic quartz glass force. That is, a light semi-transmissive film was formed on a light-transmitting substrate by sputtering a silicon target in an argon atmosphere.
  • the chart in Fig. 10 shows the results of measuring the transmittance and phase difference of the light semi-transmissive film at the wavelength of 193 nm of the ArF excimer laser, which is the exposure wavelength when using a photomask, using the same measurement method as in Example 1. Show. In this embodiment, the transmittance is set to fall within the range of 5 to 15%.
  • the transmittance could be kept within the range of 5 to 15% while the phase difference was suppressed to around 0 ° with a relatively thin film thickness.
  • a photomask blank shown in Fig. 7 in which a MoSin film used for the light semi-transmissive portion is formed on a translucent substrate that also has the power of synthetic quartz glass, even in a conventional halftone phase shift mask, is used. Obtained. That is, a light semi-transmissive film was formed by sputtering a mixed target of Mo and Si (Mo: Si 1: 9 atomic ratio) in an atmosphere of argon and nitrogen. Note that MoSin does not have a film thickness region in which the phase difference is 0 ° or less in a film thickness region smaller than the minimum film thickness in which the phase difference is 180 °.
  • Comparative Example 1 the phase difference was minimized in a region where the film thickness was relatively small, but the transmittance was too high.
  • Comparative Example 2 a finite film thickness with zero phase difference was adjusted.However, the film thickness of the light semi-transmissive portion became extremely thick, 100 nm or more, and it was difficult to obtain a fine pattern force. For those who are not suitable.
  • the etching of the light translucent film Cr N in Example 1 was performed with CI + 0, and the etching of TaHf in Example 2 was performed with CI + 0.
  • etching of a translucent substrate is performed by etching CF + 0.
  • the translucent substrate has sufficient resistance to the etching of the light translucent film.
  • Example 7 The present embodiment is an example in which a photomask with a light-shielding band is manufactured using the photomask blanks of Embodiments 2 and 3.
  • Example 2 Using the photomask blanks of Example 2 and Example 3, a photomask was formed by the process shown in FIG.
  • the light-shielding film for the light-shielding band was a chromium-based material film, and the etching was performed by dry etching using CI + 0 as an etching gas.
  • Example 3 and Example 3 The etching of Example 3 and Example 3 was performed in the same manner as Example 5 and Example 6. Since the etching of the light semi-transmissive film and the etching of the light-shielding film have a high etching selectivity to each other, selective etching is possible. Further, by etching the light semi-transmissive film using the light-shielding film as a mask, further etching is performed. A good pattern shape with a small dimensional error could be obtained.
  • the photomask blank of Example 1 uses the same chromium-based material as the light-shielding film for the light-shielding band as a material of the light semi-transmissive film, and therefore it is difficult to perform selective etching.
  • phase difference reduction layer 16 made of molybdenum and silicon and an antireflection layer 17 made of molybdenum, silicon, and nitrogen are laminated on a translucent substrate 4 made of synthetic quartz glass.
  • the chart of FIG. 12 shows the film properties of Examples 9 to 11.
  • the refractive index, extinction coefficient, transmittance, reflectance and phase difference are values at a wavelength of 193 nm of an ArF excimer laser which is an exposure wavelength when using a photomask.
  • the transmittance and reflectance were measured using a spectrophotometer, and the phase difference was measured using a phase difference measuring device (MPM-193, manufactured by Lasertec). In this embodiment, the transmittance is set to fall within the range of 5 to 15%.
  • FIG. 13 shows the relationship between the thickness and the phase difference in the material of the antireflection layer used in Examples 9 to 11. From this figure, it can be seen that the antireflection layer is laminated on the retardation reducing layer. It can be seen that the phase difference of the light semi-transmissive film can be adjusted to the minus side.
  • FIG. 14 is a diagram showing the reflection spot on the surface of the photomask blank used in Examples 9 to L1.
  • Example 9- In L1, as shown in FIG. 12, it is possible to keep the phase difference in the range of 5 to 15% while suppressing the phase difference to around 0 ° with a relatively thin film thickness. did it. Further, the reflectivity at the exposure wavelength is relatively low at 30% or less, and in Example 11, as shown in FIG. 14, the reflectivity at 266 nm, which is the inspection wavelength of the photomask, is 40% or less. It was possible to suppress.
  • the SiN antireflection layer may be formed by using a silicon target having a MoSiN antireflection layer formed by using a target made of molybdenum and silicon as a sputtering target. Further, oxygen may be added to the film formation atmosphere to form an antireflection layer of MoSiO, SiO, M • SiON, SiON, or the like. Also, the molybdenum content of the antireflection layer and the Z or retardation reduction layer should be less than 30%, or the ratio of molybdenum to silicon as the sputtering target should be 0: 100 to 30:70. Also, it is preferable in consideration of the resistance to an acid washing solution.
  • a photomask blank without the anti-reflection film was prepared using only the retardation reduction layer (see the chart in FIG. 12). As a result, although the phase difference was within ⁇ 30 ° and the transmittance was within the range of 5 to 15%, the reflectance was extremely high.
  • a film As a retardation reducing layer, a film was formed of a material having a refractive index n and an extinction coefficient k satisfying n> k, and an antireflection layer was formed thereon (see the chart in FIG. 12). As a result, the transmittance was in the range of 5 to 15%, and the reflectance was reduced, but the film had a very large phase difference. I have.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the photomask blank and the photomask can be used for any application of the light semi-transmissive film requiring a phase difference near zero force as shown in the example of the photomask.
  • the transmittance is designed to be within the range of 5 to 15%.
  • the design value of the transmittance can be changed according to the design of the transfer pattern when the photomask is used.
  • a range force of 40% or less may be selected.
  • the material of the retardation reduction layer is not limited to the above-described materials, and may be at the interface between the light semi-transmissive film and the translucent substrate and at the interface between Z and the atmosphere where the light semi-transmissive film is exposed. Any material may be used so long as a negative phase change due to exposure light transmission and Z or reflection occurs.
  • the material of the retardation reduction layer may include one or more materials such as Ta, Hf, Si, Cr, Ag, Au, Cu, Al, and Mo.
  • the material of the light semi-transmissive film when used for a photomask blank, the material of the light semi-transmissive film has a phase difference reducing effect in the ultraviolet region, has resistance to an alkali cleaning solution and an acid cleaning solution, and has a pattern pattern.
  • a material having excellent performance is preferable, a material containing metal and silicon (metal: Mo, Ta, W, Cr, Zr, Hf, etc.) or silicon is preferable.
  • the material of the light semi-transmissive film is preferably a material having a large etching selectivity with respect to the chrome light-shielding film which becomes a light-shielding band when a photomask is used.
  • each layer should be made of a material that can be etched with the same etching medium. This is desirable in consideration of the simplification of the process.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a phase change of light traveling through two media.
  • FIG. 2 is a diagram showing transmitted light and reflected light at an interface between two media.
  • FIG. 3 is a diagram showing a phase change of light transmitted between two media.
  • FIG. 4 is a diagram showing transmitted light and reflected light at an interface between a light-transmitting substrate and a phase difference reduction layer.
  • [5] is a diagram showing the relationship between phase difference and film thickness.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing one embodiment of the photomask of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing one embodiment of the photomask blank of the present invention.
  • FIG. 8 is a manufacturing process diagram showing one embodiment of a method for manufacturing a photomask of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a photomask blank in Example 9-: L1 of the present invention.
  • FIG. 12 is a table showing Examples 9 to 11 of the present invention.
  • FIG. 13 is a view showing the relationship between the phase difference and the film thickness of photomask blanks in Examples 9 to 11 of the present invention.
  • FIG. 14 is a reflection spectrum of a photomask blank in Example 9-: L1 of the present invention. Explanation of symbols

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Abstract

  所望の透過率を有するとともにゼロ付近の位相シフト量を有し、比較的薄い膜厚の光半透過膜、この光半透過膜を利用した新規な位相シフトマスク及びその位相シフトマスクを製造できるフォトマスクブランク、並びに上記光半透過膜の設計方法を提供する。 　透光性基材上に形成された、所望の波長λの光の一部を透過する光半透過膜であって、以下の機能を有する位相差低減層を少なくとも一層有する。すなわち、前記位相差低減層は、０＜ｄ≦λ／（２（ｎ－１））を満たす屈折率ｎ及び膜厚ｄを有し、層を通過した光の位相（以下、層透過光と呼ぶ）から層がない場合の光（以下、層参照光と呼ぶ）の位相を減じた値Δθ（以下、位相差Δθ（単位：度）と呼ぶ）が、層透過光と層参照光の光学的距離の差から算出される値Δθ０＝（３６０／λ）×（ｎ－１）×ｄ（以下、位相差Δθ０（単位：度）と呼ぶ）よりも小さくなる層である。

Description

明 細 書
光半透過膜、フォトマスクブランク及びフォトマスク、並びに光半透過膜の 設計方法
技術分野
[0001] 本発明は、位相差がゼロ付近の光半透過膜、該光半透過膜を備えたフォトマスクブ ランク及びフォトマスク、並びに上記光半透過膜の設計方法に関する。
背景技術
[0002] 露光光を部分的に透過し、かつ位相シフト量が制御された光半透過膜としては、例 えば、ハーフトーン型位相シフトマスクにおける光半透過膜がある。
位相シフトマスクとは、 LSI製造工程の 1つであるリソグラフイエ程において、フォトマ スクを用いたリソグラフィ超解像技術の 1つに用いられるフォトマスクであり、該フォトマ スクを透過する光の一部について、その位相を 180° 変化させる事で、干渉効果 (以 下、位相シフト効果)によりパターンコントラストの向上を図るものである。ハーフトーン 型位相シフトマスクは、位相シフトマスクの一種であり、ある寸法の開口部を通過する 露光光は回折によりその寸法より広がりを持った強度分布となるが、この広がった部 分の光強度を、隣接する光半透過部を通過し、位相が 180° シフトした光 (干渉光)と の干渉効果で打ち消すことで、両者の境界部分のコントラストを高めて 、る。
[0003] このハーフトーン型位相シフトマスクは、製造プロセスが比較的容易なことから、現 在 KrF, ArFリソグラフィにおける位相シフトマスクの主流を占めている。一般的なハ ーフトーン型位相シフトマスクにおける位相シフト膜の膜材料には Mo— Si— Nの単 層薄膜が用いられ、透過率は 5〜15%、膜厚は 60ηπ！〜 lOOnm程度である。
また、特許文献 1には、 LSIの微細化に対応したパターンを転写するための新たな 位相シフトマスクが提案されている。この位相シフトマスクにおいては、露光光に対し て 15%以下の透過率を持つと共に、透光部との間で（一 30 + 360 X m)度以上（30 + 360 X m)度以下 (但し mは整数)の位相差を有する遮光膜 (光半透過膜)を有し、 該遮光膜に設けられた開口部に（150 + 360 X m)度以上（210 + 360 X m)度以下 (但し mは整数)の位相差を生じる位相シフターを配置した位相シフトマスクが開示さ れている。
特許文献 1：特開 2003— 21891号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 従来の位相シフトマスクにぉ 、て、位相シフト膜を透過する光の位相 0と、開口部 を通過する光の位相 Θ 'との位相差 Δ Θ は、 2つの光が通ってきた光学的距離の差
0
ALに比例する。例えば、上述の現在主流の単層ハーフトーン型位相シフトマスクの 場合、マスクが置かれている雰囲気の屈折率を 1、位相シフト領域を構成する単層膜 材料の屈折率および物理膜厚をそれぞれ n,dとした場合に、
Δ Θ =(360/ λ)Χ AL= (2π/λ)(ηά-ά) [rad] ··· (式 1)
o
として求められる。したがって Δ 0 = π、すなわち
ά= λ/(2(η-1)) …(式 2)
となるように、露光波長えに応じて n, dを設定するのが、従来単層ハーフトーン型位 相シフトマスクにおける位相シフト膜の設計指針である。また、位相シフト領域が複数 の材料層が積層されるような場合には、それぞれの材料の屈折率を順に η1,η2，· · · njとすれば
Δ θ d-d) [rad] ··· (式 3)
Figure imgf000004_0001
となる。式 1, 3は、位相シフト領域を光が進行することによって位相差が生じているこ とを意味する。
[0005] し力しながら、特許文献 1に提案されている位相シフトマスクに用いられる光半透過 膜を上述と同様の設計思想で設計すると、（一 30 + 360 X m)度以上（30 + 360 X m)度以下 (但し mは整数)の位相差において、 m=0とする場合には膜厚 dを薄くす る必要があり、透過率が上昇してしまい、特に位相差ゼロを得ようとすると、膜厚 dを 限りなくゼロに近づけることが必要となる。また、 m=lとする場合には、膜厚が例えば lOOnm以上となって非常に厚いものとなってしまい、透過率が低くなる上、位相シフ トマスクのマスクパターン形成のために行われるエッチングの寸法精度の問題も生じ てしまう。従って、特許文献 1のような、ゼロ付近の位相シフト量を有する光半透過膜 を設計するためには、新たな設計思想が必要とされて!/、た。 [0006] 本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、ゼロ付近の位相シフト量を有し 、かつ所望の透過率を有する、比較的薄い膜厚の光半透過膜を得ること、及びこの 光半透過膜の設計方法を得ることを目的とする。
さらに、本発明は、ゼロ付近の位相シフト量を有し、かつ所望の透過率を有する、比 較的薄い膜厚の光半透過膜を備えることにより、例えば特許文献 1に記載されたよう な新規な位相シフトマスクを製造することができるフォトマスクブランクを提供すること を目的とする。
さらに、本発明は、ゼロ付近の位相シフト量を有し、かつ所望の透過率を有する、比 較的薄い膜厚の光半透過膜を備えたフォトマスクブランクを用いることにより、例えば 特許文献 1に記載されたような新規な位相シフトマスクを実際に提供することを目的と する。
課題を解決するための手段
[0007] 上述の課題を解決するための手段として第 1の手段は、
透光性基材上に形成された、所望の波長 λの光の一部を透過する光半透過膜に おいて、前記光半透過膜は、 0< d≤ λ Ζ (2 (η— 1) )を満たす屈折率 η及び膜厚 d を有し、
層を通過した光の位相（以下、層透過光と呼ぶ)から層がない場合の光（以下、層 参照光と呼ぶ）の位相を減じた値 Δ Θ (以下、位相差 Δ Θ (単位:度）と呼ぶ）が、層 透過光と層参照光の光学的距離の差力も算出される値 Δ θ = (360 λ ) Χ (η- 1
0
) X d (以下、位相差 Δ Θ (単位:度)と呼ぶ)よりも小さくなる位相差低減層を少なくと
0
も一層有することを特徴とする光半透過膜である。
[0008] 第 2の手段は、
前記位相差低減層は、当該位相差低減層を含む光半透過膜に光を透過した場合 に、前記位相差低減層を一媒質とし、当該位相差低減層に隣接する前記透光性基 材、他の層又は雰囲気から他の媒質が選ばれ、これらの 2媒質における媒質中の連 続的な位相変化に対し、前記位相差低減層と当該位相差低減層に隣接する前記他 の媒質との界面において不連続な位相変化が生じることにより、位相差 Δ Θが位相 差 Δ Θ よりも小さくなることを特徴とする第 1の手段に力かる光半透過膜である。 [0009] 第 3の手段は、
前記位相差 Δ Θと前記位相差 Δ Θ との差が、 10度以上であることを特徴とする第
0
1又は第 2の手段に力かる光半透過膜である。
[0010] 第 4の手段は、
前記位相差 Δ Θ力 負の値となることを特徴とする第 1〜第 3のいずれかの手段に 力かる光半透過膜である。
[0011] 第 5の手段は、
前記位相差低減層の材料の消衰係数 k及び屈折率 nが、 k≥nであることを特徴とす る第 1〜第 4のいずれかの手段に力かる光半透過膜である。
[0012] 第 6の手段は、
前記位相差低減層の材料の消衰係数 kが k≥ 1. 5であることを特徴とする第 5の手 段にカゝかる光半透過膜である。
[0013] 第 7の手段は、
透明基材上に形成された、所望の露光光の一部を透過する光半透過膜において、 前記光半透過膜は、 0<d< λ Ζ(2(η— 1) )を満たす屈折率 n及び膜厚 dを有し、 かつ位相差 Δ Θが負となるような位相差低減層を少なくとも一層と、この位相差低減 層とは異なる他の層を少なくとも一層含む多層構造を有することを特徴とする光半透 過膜である。
[0014] 第 8の手段は、
透光性基材上に形成された、所望の露光光の一部を透過する光半透過膜におい て、 前記光半透過膜は、 0<d< λ Ζ(2(η— 1) )を満たす屈折率 n及び膜厚 dを有 し、かつ位相差 Δ Θが負となるような位相差低減層を少なくとも一層と、位相差 Δ Θ が正となるような層を少なくとも一層含む多層構造を有し、前記光半透過膜全体の位 相差が、前記負の位相差と正の位相差が相殺された所望の位相差であることを特徴 とする光半透過膜である。
[0015] 第 9の手段は、
前記位相差低減層は、当該位相差低減層を含む光半透過膜に前記露光光を透過 した場合に、前記位相差低減層を一媒質とし、当該位相差低減層に隣接する前記 透光性基材、他の層又は雰囲気から他の媒質が選ばれ、これらの 2媒質における媒 質中の連続的な位相変化に対し、前記位相差低減層と当該位相差低減層に隣接す る前記他の媒質との界面において不連続な位相変化が生じることにより、位相差 Δ 0が負となることを特徴とする第 7又は第 8の手段に力かる光半透過膜である。
[0016] 第 10の手段は、
前記位相差が正となるような層として、反射防止層を含むことを特徴とする第 7〜第 9の 、ずれかの手段に力かる光半透過膜である。
[0017] 第 11の手段は、
前記光の波長が 150〜250nmから選ばれる波長であり、光半透過膜の反射率が 前記波長の光において 30%以下であることを特徴とする第 10の手段に力かる光半 透過膜である。
[0018] 第 12の手段は、
前記位相差低減層の材料の消衰係数 k及び屈折率 nが、 k≥ nであることを特徴と する第 7〜第 11のいずれかの手段に力かる光半透過膜である。
[0019] 第 13の手段は、
前記位相差低減層の材料の消衰係数 kが k≥ 1. 5であることを特徴とする第 12の 手段にカゝかる光半透過膜である。
[0020] 第 14の手段は、
前記正の位相差を有する層の材料の消衰係数 k及び屈折率 n力 k< nであること を特徴とする第 7〜第 13のいずれかの手段に力るる光半透過膜である。
[0021] 第 15の手段は、
前記光半透過膜全体の位相差 Δ Θがー 30° 〜+ 30° の範囲から選ばれた所望 の位相差であることを特徴とする第 1〜第 14のいずれかの手段に力かる光半透過膜 である。
[0022] 第 16の手段は、
前記光半透過膜の透過率が 40%以下であることを特徴とする第 1〜第 15のいず れかの手段にカゝかる光半透過膜である。
[0023] 第 17の手段は、 前記光半透過膜の透過率が 15%以下であることを特徴とする第 1〜第 15のいず れかの手段にカゝかる光半透過膜である。
[0024] 第 18の手段は、
前記光半透過膜の膜厚力 〜 50nmの範囲であることを特徴とする第 1〜第 17のい ずれかの手段に力かる光半透過膜である。
[0025] 第 19の手段は、
透光性基板上に、所望の露光光を部分的に透過する光半透過膜からなるマスクパ ターンを有する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おいて、
前記光半透過膜に、第 1〜第 18のいずれかの手段に力かる光半透過膜を用いた ことを特徴とするフォトマスクブランクである。
[0026] 第 20の手段は、
前記光半透過膜上に、遮光膜が形成されたことを特徴とする第 19の手段にかかる フォトマスクブランクである。
[0027] 第 21の手段は、
前記光半透過膜が Si、又は Mo及び Siを含む材料からなり、遮光膜が Crを含む材 料力もなることを特徴とする第 20の手段に力かるフォトマスクブランクである。
[0028] 第 22の手段は、
第 19〜第 21のいずれかの手段に力かるフォトマスクブランクにおける光半透過膜 を所望のパターンにエッチング加工して形成された光半透過部を有することを特徴と するフォトマスクである。
[0029] 第 23の手段は、
透光性基材上に形成された、所望の波長 λの光の一部を透過する光半透過膜の 設計方法において、
前記光半透過膜が、 0< d≤ λ Ζ (2 (η— 1) )を満たす屈折率 η及び膜厚 dを有する 位相差低減層を含み、
当該光半透過膜に光を透過した場合に前記位相差低減層と、当該位相差低減層 に隣接する前記透光性基材、他の層又は雰囲気力 選ばれる媒質との界面におい て生ずる不連続な負の位相変化を考慮し、 前記位相差低減層の位相差が所望の位相差となるように当該位相差低減層の膜 厚を調整して光半透過膜を設計することを特徴とする光半透過膜の設計方法である
[0030] 第 24の手段は、
前記位相差低減層の所望の位相差は、光半透過膜全体の位相差が 30° 〜+ 3 0° の範囲となるように設定することを特徴とする第 23の手段に力かる光半透過膜の 設計方法である。
[0031] 第 25の手段は、
前記位相差低減層は、消衰係数 k及び屈折率 nが、 k≥nである材料から選択した ものであることを特徴とする第 23又は第 24の手段に力かる光半透過膜の設計方法 である。
発明の効果
[0032] 本発明によれば、前記光半透過膜は、 0< d≤ λ Ζ(2 (η— 1) )を満たす屈折率 n 及び膜厚 dを有し、位相差 Δ Θが、光学的距離の差カゝら算出される位相差 Δ Θ より
0 も小さくなる位相差低減層を少なくとも一層有することにより、ゼロ付近の位相シフト 量を有し、かつ所望の透過率を有する、比較的薄い膜厚の光半透過膜を得ることが できる。
さらに、本発明によれば、上記光半透過膜を備えたフォトマスクブランクとすることに より、例えば特許文献 1に記載されたような新規な位相シフトマスクを製造することが できるフォトマスクブランクを得ることができる。
さらに、本発明によれば、上記フォトマスクブランクを用いてフォトマスクを製造する ことにより、例えば特許文献 1に記載されたような新規な位相シフトマスクを実際に得 ることがでさる。
発明を実施するための最良の形態
[0033] 本実施形態にカゝかる光半透過膜は、透光性基材上に形成されたものであって、所 望の波長 λの光の一部を透過するとともに、通過する光の位相を所定量シフトさせる 機能を有するもので、位相シフトマスクやその素材である位相シフトマスクブランクに 利用されるものである。そして、この光半透過膜は、以下の機能を有する位相差低減 層を有することを特徴とする。以下、この位相差低減層を中心に本発明にかかる光半 透過膜を説明する。
[0034] まず、上記位相差低減層は、 0< d≤ λ Ζ (2 (η— 1) )を満たす屈折率 n及び膜厚 d を有する層を 1層以上有する。また、この層を通過した光の位相（以下、層透過光と 呼ぶ)から層がない場合の光 (以下、層参照光と呼ぶ)の位相を減じた値 Δ Θ (以下 、位相差 Δ Θ (単位:度)と呼ぶ)が、層透過光と層参照光の光学的距離の差カも算 出される値 Δ 0 = (3607ぇ）>< (11 1) (1(以下、位相差厶 0 (単位:度）と呼ぶ）
0 0
、即ち前述の式 1で算出される値よりも小さくなるようにしている。またその膜厚 dを、従 来位相差が 180° となる前述の式 2で示した膜厚以下になるようにしている。当該膜 厚領域において、（式 1)でも算出される上記位相差 Δ Θ よりも小さな位相差を得るた
0
めに、本実施形態では、 2つの媒質界面を光が透過する際に生じる不連続な位相変 化を利用している。この不連続な位相変化は、 2つの媒質のうち少なくとも一方が透 過する光に対して透明でない場合におこる。
[0035] 図 1は、例として、 2つの媒質を進行する光の位相変化を簡易的に示す図であり、 図 1 (a)は、媒質 媒質 2共に透明である場合、図 1 (b)は、媒質 1が透明、媒質 2が 不透明である場合である。図 1 (a)に示されるように、媒質 媒質 2が共に透明である 場合には、両媒質内及び媒質間の界面において連続的な位相変化となる力 図 l (b )のように媒質 2が不透明の場合には、媒質間の界面において不連続な位相変化が 生ずる。図 1 (b)のように、不連続な位相変化により位相が遅れる場合を負の位相変 化と称する。
[0036] 以下、上述の不連続な位相変化が起こる原因について、詳しく説明する。
図 2に示すように、 2媒質界面を光が反射、透過する過程を考える。媒質 1の屈折率 を n、その消衰係数を k、媒質 2の屈折率を n、その消衰係数を kとしたとき、
1 1 2 2
媒質 1の複素屈折率を N =n— ik 、
1 1 1
媒質 2の複素屈折率を N =n— ik 、
2 2 2
反射光 rの 1 2界面における振幅を A >0,位相を φ 、
透過光 tの 1 2界面における振幅を A >0,位相を φ
で表現し、かつ媒質 1から媒質 2へと入射する光の 1 2界面における振幅を 1、位相 を 0で規定すると、垂直入射の場合、 Fresnelの法則より、 r=A xp(—i (^) = A (c os -isin ) = (N1 -N2)/(N1+N2) · · · (式 4)
t= Α Θχρ(-ί ) = A (cos -isin ) = 2N1/(N1 +N2) · · · (式 5) となる。媒質 1, 2がいずれも透明媒質である場合、つまり k =k =0のような場合は反
1 2
射光 r，透過光 tは実数となる。従って式 4,5より
sm φ = sm φ =0
A cos φ =m— n )Z (n +n )→ φ =— π， π (n < n ) 0m >n
r r 1 2 1 2 r 1 2 1 2
A cos 0 = 2n /(n +n )>0 → φ 0
t t 1 1 2 t
となり、入射光と透過光の位相が同じになるので、媒質 1—2界面を光が通過する際 、界面での不連続な位相の変化はおこらない。ところが、媒質 1,2のいずれかが吸収 を持つような媒質では反射光 r,透過光 tは複素数となる。したがって sin φは 0とはな らず、媒質 1 2界面を光が通過する際、界面で位相が不連続に変化することになる
[0037] 媒質 1の屈折率 n、消衰係数 kをそれぞれ n = 1, k =0(空気あるいは真空）とし、 (
1 1 1 1
式 2)をもとに、媒質 2の屈折率 n，消衰係数 kが変化したときに媒質 1から媒質 2へ透
2 2
過する光の位相変化 を求め、等高線をプロットすると図 3(a)のとおりとなる (横軸が 屈折率 n、縦軸が消衰係数 k)。また、同様の理論から、媒質 2から媒質 1へ光が透過 する際の位相変化 Φ 'は図 3(b)のようになる (横軸が屈折率 n、縦軸が消衰係数 k)。
[0038] 図 3 (a)及び (b)から分力るように、光の位相は 2媒質界面での反射、透過によって 不連続に変化する。具体的には、
'媒質 1から媒質 2へ光が透過する際、消衰係数 kが k>0の領域で負の位相変化と なり、
•媒質 2から媒質 1へ光が透過する際、消衰係数 kが k>0の領域で正の位相変化と なり、
•媒質 1と媒質 2の界面における位相の変化は屈折率 nだけでなぐ消衰係数 kにも 依存し、
•屈折率 nが小さぐ消衰係数 kが大きい媒質の方が、媒質 1から媒質 2へ光が透過 する際の界面での負の位相変化が負に大きくなる。 本実施形態においては、光半透過膜が単層の位相差低減層からなる場合、媒質 1 を透光性基材、媒質 2を位相差低減層に該当させることができる。
[0039] 従来のハーフトーン型位相シフトマスクでは、媒質 2に相当する位相シフト領域を構 成する材料は 、ずれも、露光波長における消衰係数 kが屈折率 nに比べて十分小さ く 0に近い値をとることから、媒質 1に相当する透光性基材との界面での負の位相変 化や、雰囲気 (空気)との界面での正の位相変化は小さぐ図 1(a)に示すような連続 的な位相変化と見なすことができる。一方、消衰係数 kが屈折率 nに対して n≤k程度 まで大きぐ吸収のある材料では、界面での不連続な位相変化と、従来の（式 1,3)で 示される位相差との両方を考慮する必要がある。
[0040] 図 4に示すように、透光性基板上の一部に複素屈折率 N=n— ikからなる位相差低 減層を膜厚 dで積層し、該基板の裏面 (位相差低減層の無い面)側カゝら垂直に波長 λ の光を入射させたときに、位相差低減層の層透過光 tの位相 Θ と、層参照光 t'の位 相 Θ 'を算出する。雰囲気中の複素屈折率を 1 Oi、透光性基材の複素屈折率を N =n -Oi,とし、前述の Fresnelの法則にカ卩え、媒質中の光の多重反射を考慮する
S S
と、透過光 t， t，は t = (t Xt Xexp(-iS)) /(1+r Xr Xexp(-2iS) …（式 6) s i s i
t'= 2n/(n +1) exp(-i6 ') …(式 7)
s s
但し
t =2n /(n +N) t =2N/(N+1)
s s s 1
r =(n -N)/(n +N) r =(n— l)/(n + 1)
s s s i s s
δ =(2π/λ)Νά
δ ' ={2π/λ)ά
で表現される。ここで、位相 Θ ，は δ，に相当する。また、位相 Θ tは式 6を t=Aexp( — ix)の形に変形することで、 χ= Θより求められる (Aは実定数)。
[0041] 図 5は、図 4における n、 n、えのそれぞれを n =1. 56, η=2. 0, λ =193.4(η s s
m)とし、 k=0. 6(点線)、 k=2. 0(—点鎖線）、 k=2. 5(破線)のときのそれぞれの位 相差 Δ θ t= ( θ t— 0 t，）を、膜厚 d[d(A)の関数としてプロットしたものである。また、 図中には、従来の単層位相シフトマスクにおける位相差の算出式 1から得られる位相 差 Δ Θ と膜厚 dの関係も示した (実線)。 [0042] 図 5から分力るように、 k=0. 6すなわち消衰係数 kが屈折率 nよりも小さい膜の位 相差と膜厚の関係は (式 1)の関係と類似するが、 k= 2. 0及び k= 2. 5、すなわち吸 収のある膜の場合は (式 1)の関係力も大きく乖離し、位相差が低減している。そして n <k= 2. 5のときには Δ Θく 0となる膜厚領域が生じている。これは、消衰係数 kが屈 折率 nよりも大きい事によって、透光性基材と位相差低減層の界面で生じる負の位相 変化の影響が生じたためである。
[0043] このように、本実施形態の光半透過膜における位相差低減層は、吸収のある膜、即 ち消衰係数 kが比較的大きな吸収のある材料カゝらなるので、この位相差低減層に隣 接する前記透光性基材、他の層、又は雰囲気から選ばれる媒質との界面において 不連続な負の位相変化が生じ、基材と光半透過膜の界面において従来無視できる ほど小さかった負の位相変化を大きくすることができる。その結果、位相差 Δ Θを (式 1)で算出した Δ Θ よりも小さくすることができ、有限の膜厚 (実用的には、例えば In
0
m以上）を有しながら、 0° 近傍の位相差 Δ 0、例えば 0± 30° となるような位相差 Δ Θを有する位相差低減層を得ることができる。また、負の位相変化をより大きくすれ ば、（式 2)で算出されるように位相差 Δ Θ が Δ Θ = 180° となる膜厚よりも薄い膜厚
0
領域において、位相差 Δ Θが厳密に 0° 、又は負になるような光半透過膜 (位相差低 減層)を形成する事ができる。尚、本実施形態においては、負の値の位相差 Δ Θとは 、位相差を ± 180° の範囲で表記したときに負の値となる場合を指し、この場合は、 例えば 360度の位相差は 0度と表記される。
[0044] 本実施形態にぉ ヽては、位相差低減層の膜厚調整は、（式 1)を元におこなうので はなぐ例えば図 5で示したような膜厚と位相差の関係を予め（式 6,7)より導出し、所 望の位相差を与える膜厚になるよう設定する。特に、図 5で示した k= 2. 0や k= 2. 5 のように、膜厚 dと位相差 Δ Θを変化させた場合、 d=0の時の Δ Θ =0から、膜厚の 増加と共に Δ θ < 0, Δ Θ =0、 Δ Θ >0へと順次変化する関係を有する材料の場合 、位相差としては、位相差が負から正へ変化するときに通過するゼロ点を選択すれば 、位相差が厳密にゼロの位相差低減層を得られる。但し、位相差低減層に要求され る透過率と許容される位相差との兼ね合いで、位相差を 0± 30° 、 0± 10° 、 0± 5 ° 等の範囲力 調整可能な膜厚とすることにより、透過率を調整することができる。 [0045] 尚、光半透過膜の透過率及び位相差は、光半透過膜の用途に応じた設計により適 宜決定されるものである。即ち、用途に応じた透過率の要求値及び位相差の要求値 を満足するような膜厚となるように、所望の消衰係数 k及び屈折率 nを有する膜材料 を選定する。また、光半透過膜の洗浄、熱処理等の処理に伴う透過率や位相差の変 動を見越して、光半透過膜成膜時に本来必要な透過率及び位相差と異なる透過率 及び位相差となるように設計してもよい。さらに、光半透過膜の洗浄、熱処理等の処 理に伴う透過率変化と反射率変化とのバランスを利用して、前記洗浄、熱処理等の 処理を行っても透過率がさほど変化しないようにしたり、あるいは当該洗浄、熱処理 等の処理による透過率の増減をコントロールすることも可能である。
[0046] 尚、位相差 Δ Θと位相差 Δ Θ との差が、例えば 10度以上と大きくなる程、膜厚に
0
対する位相差 Δ Θの関係がブロードな曲線を描くようになり、膜厚によって変動する 透過率の調整がしゃすくなる。位相差低減層が単層の光半透過膜の場合は、位相 差低減層の位相差及び透過率を調整することによって、光半透過膜の位相差及び 透過率の調整を行うことができる。
[0047] 光半透過膜は、位相差低減層が単層の場合のみならず、位相差低減層（同じ特性 又は異なる特性)を 2層以上の多層備えてもよぐ又他の層と組み合わせた多層であ つてもよい。
[0048] 光半透過膜を多層とした例として、位相差 Δ Θが負となるような位相差低減層を少 なくとも一層と、位相差 Δ Θが正となるような層を少なくとも一層含む多層構造を有し 、前記光半透過膜全体の位相差が、前記負の位相差と正の位相差が相殺されて所 望の位相差を有する光半透過膜を挙げることができる。
例えば、位相差低減層のみでは露光光の反射率が高い場合に、位相差低減層の 上に反射防止層を設けることができる。即ち、反射防止膜は通常、消衰係数が小さい 材料でないとその機能を充分発揮することができないため、位相差が正となる。従つ て、位相差低減層における位相差を負とし、正の位相差を有する反射防止膜の位相 差と相殺することにより、反射防止機能を備える上に、全体の光半透過膜の位相差を ゼロ近傍に調整することが可能である。
[0049] 本実施形態によれば、比較的薄い光半透過膜を得ることができる。そのために、位 相差低減層は、 l〜50nmの範囲、より好ましくは l〜30nmカゝら選択された膜厚であ ることが好ましぐ光半透過膜全体でも l〜50nm、より好ましくは l〜30nmとすること が好ましい。このように、比較的薄い膜とすることによって、フォトマスクに用いる場合 等のように光半透過膜のパターン力卩ェが必要な場合に、微細なパターン寸法の加工 が可能となる。
[0050] 次に、本実施形態のフォトマスクブランク及びフォトマスクについて説明する。
本実施形態のフォトマスクブランクは、例えば、特許文献 1に記載のフォトマスクを 得るためのものである。
特許文献 1に記載のフォトマスク 1は、図 6に示されるように、例えば、遮光部（光半 透光部） 2に設けられた開口部 3に、位相シフタ一として透光性基板 4を掘り込むこと により 180° の位相差を設け、上記遮光部 2としては本実施形態の光半透過膜 22( 図 7)により、位相差が 0± 30° 、透過率が 15%以下に調整されたものを用いたもの である。従って、本実施形態のフォトマスクブランク 10は、図 7に示されるように、透光 性基板 4上に光半透過膜 22を備えた構造を有する。
[0051] このフォトマスクの製造方法としては、例えば図 8に示す次の方法が挙げられる。
即ち、図 7に示すフォトマスクブランク 10に、レジスト膜 11を形成し、該レジスト膜 11 に、電子線又はレーザによる描画にてパターン描画を施す（図 8 (a) )。次に、 レジスト膜 11の現像、光半透過膜 22のエッチング、及び透光性基板 4を 180° の位 相差となる深さの掘り込みエッチングを行う（図 8 (b) )。次に、レジスト膜 11を剥離す る（図 8 (c) )。次いで、レジスト膜 12を全面に塗布し、電子線描画にてパターン描画 を施す（図 8 (d) )。次に、レジスト膜 12の現像、光半透過膜 22のエッチングを行う（図 8 (e) )。最後にレジスト膜 12を剥離して、遮光部 (光半透過部) 2を備えたフォトマスク 1を得ることができる（図 8 (f) )。
また、本実施形態のフォトマスク 1は、遮光帯付のフォトマスクとすることもできる。 尚、遮光帯とは、少なくともパターン領域周辺部に形成する例えばクロム系材料から なる遮光膜であり、フォトマスク使用時にパターン領域周辺部の透過光による転写パ ターン欠陥の発生を防止するために設けるものである。
[0052] 図 9に、上記遮光帯付フォトマスクの製造工程図の一例を示す。 まず、図 7に示すフォトマスクブランク 10に、遮光帯用の遮光膜 13を形成し、その 上に、レジスト膜 11を形成し、該レジスト膜 11に、電子線又はレーザによる描画にて ノターン描画を施す（図 9 (a) )。次に、レジスト膜 11の現像、遮光膜 13のエッチング 、光半透過膜 22のエッチング、及び透光性基板 4に 180° の位相差となる深さの掘 り込みエッチングを行う（図 9 (b) )。次に、レジスト膜 11を剥離する（図 9 (c) )。次いで 、レジスト膜 12を全面に塗布し (図 9(d))、電子線描画にてパターン描画を施し、次に 、レジスト膜 12の現像、遮光膜 13のエッチング、及び光半透過膜 22のエッチングを 行う（図 9 (e) )。次に、レジスト膜 12を除去し（図 9 (f) )、再度レジスト膜 14を全面に塗 布し（図 9 (g) )、遮光帯を形成する領域のみが残るようにレジストパターンを形成後（ 図 9 (h) )、転写領域 I内のクロムをエッチングし（図 9 (i) )、残存したレジスト膜 14を剥 離して、遮光帯 33付フォトマスク 15を得ることができる（図 9 (j) )。
尚、フォトマスク 1におけるパターン配置や、製造工程は、上述の例に限るものでは ない。例えば、製造工程においては、上述の方法のように、透光性基板 4の掘り込み エッチングを行った後に光半透過膜 22からなる遮光部 2の形成を行うのではなぐ光 半透過膜 22からなる遮光部 2を形成した後に、透光性基板 4の掘り込みエッチングを 行ってもよい。
また、開口部 3に形成された位相シフタ一は、位相をシフトさせる膜であってもよい。 その場合は、フォトマスクブランク 10としては、透光性基板 4と光半透過膜 22との間 又は光半透過膜 22の上に、位相シフター用膜を備えたものとなる。
さらに、光半透過膜 22は単層膜あるいは 2層以上の膜から構成されてもよぐ 2層 以上の場合はその中の少なくとも 1層力 界面での負の位相変化を生じるような位相 差低減層であれば良い。例えば、位相差低減層のみでは露光光の反射率が高い場 合に、位相差低減層の上に反射防止層を設けることができる。即ち、反射防止膜は 通常、消衰係数が小さ 、材料でな 、とその機能を充分発揮することができな 、ため、 位相差が正となる。従って、位相差低減層における位相差を負とし、正の位相差を有 す反射防止膜の位相差と相殺することにより、反射防止機能を備える上に、全体の 光半透過膜の位相差をゼロ近傍に調整することが可能である。反射防止膜は、フォト マスクブランクの表面反射率を低減したい場合には、位相差低減層の上 (フォトマス クブランクの表面側）に設け、裏面反射率を低減したい場合には、位相差低減層の 下 (透光性基板と位相差低減層の間）に設け、表面裏面両方を低減したい場合には 、位相差低減層の両側の面に設けることができる。反射率は、膜設計により、一層の 場合又は多層の場合の位相差及び透過率を考慮した上で調整可能な範囲におい て、所望の面において、所望の波長における許容値以下の反射率が得られるように 調整される。
さらにまた、上記光半透過膜 22は、成膜後の熱プロセス等による特性変動の防止 や、洗浄等の薬液処理による光学特性の変動を防止するために、例えば 150〜500 °C程、好ましくは 250〜500°C程度の熱処理、紫外線やレーザーによる照射処理等 を施した膜であってもよい。
[0054] 尚、本実施形態の光半透過膜 22をフォトマスクブランク 10として用いる場合、フォト マスク 1が使用される露光装置の露光波長に対して光学特性 (透過率、反射率、位 相差）を合わせる必要がある。フォトマスク 1の露光波長としては、 KrFエキシマレー ザ光（波長 248nm)、 ArFエキシマレーザ光（波長 193nm)、 Fエキシマレーザ光（
2
波長 157nm)を含む 150nm〜250nmの範囲の露光波長を考慮することが好ましく 、特に、次世代の露光波長である ArFエキシマレーザ光（波長 193nm)、 Fエキシマ
2 レーザ光（波長 157nm)を含む 150nm〜200nmの範囲の露光波長を考慮すること が望ましい。また、フォトマスクブランクの表面 (膜面側）の反射率については、上記露 光波長において、 30%以下に制御することが好ましい。また、フォトマスクブランクの 裏面においても、 30%以下に制御することが好ましい。さらに、フォトマスク 1やフォト マスクブランク 10の検査波長においても反射率は 40%以下程度に抑えることが好ま し ヽ。検査波長としては、 ί列えば、 257nm、 266nm, 364nm、 488nm、 633nm等力 S ある。
さらに、光半透過膜 22の洗浄液に対する耐性や、パターンカ卩ェ性などについても 考慮に入れなくてはならな 、事項である。
実施例
[0055] 以下、実施例及び比較例として、フォトマスクブランク及びフォトマスクを例に挙げて 、本発明をさらに具体的に説明する。 (実施例 1)
合成石英ガラスカゝらなる透光性基板上に、窒化クロムカゝらなる単層の位相差低減層 を備えた光半透過膜を形成して、図 7に示す構造のフォトマスクブランクを得た。即ち 、透光性基板上に、クロムターゲットを、アルゴンと窒素の雰囲気中でスパッタリング することによって光半透過膜を形成した。
図 10の図表に、フォトマスクを用いる際の露光波長である ArFエキシマレーザの波 長 193nmにおける光半透過膜の透過率および位相差を示す。尚、透過率の測定は 分光光度計を用いて行!、、位相差の測定は位相差測定装置 (レーザテック社製 MP M— 193)を用いて行った。尚、本実施例においては、透過率を 5〜15%の範囲に 収めるようにしている。
本実施例においては、比較的薄い膜厚で、位相差を 0° 付近に抑えつつ、 5〜15 %の透過率範囲に収めることができた。
[0056] (実施例 2)
合成石英ガラス力もなる透光性基板上に、タンタルノヽフニゥムカもなる単層の位相 差低減層を備えた光半透過膜を形成して、図 7に示すフォトマスクブランクを得た。即 ち、透光性基板上に、タンタルハフニウム (Ta:Hf =8 : 2)ターゲットを、アルゴン雰囲 気中でスパッタリングすることによって光半透過膜を形成した。
図 10の図表に、フォトマスクを用いる際の露光波長である ArFエキシマレーザの波 長 193nmにおける光半透過膜の透過率および位相差を、実施例 1と同様の測定手 段で測定した結果を示す。尚、本実施例においては、透過率を 5〜15%の範囲に収 めるようにしている。
本実施例においては、比較的薄い膜厚で、位相差を 0° 付近に抑えつつ、 5〜15 %の透過率範囲に収めることができた。
[0057] (実施例 3)
合成石英ガラス力もなる透光性基板上に、シリコン力もなる単層の位相差低減層を 備えた光半透過膜を形成して、図 7に示すフォトマスクブランクを得た。即ち、透光性 基板上に、シリコンターゲットを、アルゴン雰囲気中でスパッタリングすることによって 光半透過膜を形成した。 図 10の図表に、フォトマスクを用いる際の露光波長である ArFエキシマレーザの波 長 193nmにおける光半透過膜の透過率および位相差を、実施例 1と同様の測定手 段で測定した結果を示す。尚、本実施例においては、透過率を 5〜15%の範囲に収 めるようにしている。
本実施例においては、比較的薄い膜厚で、位相差を 0° 付近に抑えつつ、 5〜15 %の透過率範囲に収めることができた。
[0058] (比較例 1、 2)
合成石英ガラス力もなる透光性基板上に、従来のハーフトーン位相シフトマスクに おいても、光半透過部に用いられる MoSin膜の光半透過膜を形成した図 7に示すフ オトマスクブランクを得た。即ち、 Moと Siの混合ターゲット（Mo : Si= 1:9原子比）をァ ルゴンと窒素の雰囲気中でスパッタリングすることによって光半透過膜を形成した。 尚、 MoSinは、位相差が 180° となる最小膜厚よりも薄い膜厚領域において位相 差が 0° 以下となるような膜厚領域を有しない。従って、比較例 1においては、膜厚が 比較的薄い領域で位相差を極力小さくしたが、透過率が高すぎてしまった。また、比 較例 2では、位相差をゼロの有限の膜厚を調整したものであるが、光半透過部の膜 厚が lOOnm以上と非常に厚くなつてしまい、微細なパターン力卩ェに適さないもので めつに。
[0059] (実施例 4〜6)
実施例 1〜3のフォトマスクブランクを用いて、上記図 8に示した工程によりフォトマス クを形成した。
尚、実施例 1の光半透過膜 Cr Nのエッチングは CI +0、実施例 2の TaHfのェ
2 2
ツチングは C1、実施例 3の Siのエッチングは CFをそれぞれエッチングガスとして用
2 4
いたドライエッチングにて行った。また、透光性基板のエッチングは、 CF +0をエツ
4 2 チングガスとして用いたドライエッチングにて行った。尚、光半透過膜のエッチングに 対して、透光性基板は充分耐性を有する。
実施例 1〜3に対応した実施例 4〜6の各フォトマスクにおいては、微小パターンに 対して寸法誤差の小さ!/ヽ、良好なパターン形状が得られた。
[0060] (実施例 7、 8) 本実施例は、実施例 2及び実施例 3のフォトマスクブランクを用いて、遮光帯付のフ オトマスクを製造する例である。
実施例 2及び実施例 3のフォトマスクブランクを用いて、図 9に示した工程によりフォ トマスクを形成した。尚、遮光帯用の遮光膜は、クロム系材料膜を用い、エッチングに は、 CI +0をエッチングガスとして用いたドライエッチングにて行った。実施例 2及
2 2
び実施例 3のエッチングは、実施例 5及び実施例 6と同様に行った。これら光半透過 膜のエッチングと遮光膜のエッチングはお互いにエッチング選択性が高 、ため、選 択エッチングが可能であり、遮光膜をマスクに光半透過膜のエッチングを行うことによ つて、さらに寸法誤差の小さい良好なパターン形状を得ることができた。
尚、実施例 1のフォトマスクブランクは、光半透過膜の材料として遮光帯用の遮光膜 と同じクロム系材料を用いているため、選択エッチングを行うことは困難である。
[0061] (実施例 9〜： L 1)
図 11に示すように、合成石英ガラス力 なる透光性基板 4上に、モリブデンとシリコ ンカもなる位相差低減層 16と、モリブデン、シリコン、及び窒素からなる反射防止層 1 7を積層させて光半透過膜 22としたフォトマスクブランク 18を得た。即ち、透光性基 板 4上に、モリブデンとシリコン力 なるターゲット（Mo： Si= 1： 9原子比）をアルゴン 等の不活性ガス雰囲気中でスパッタリングすることによって位相差低減層 16を形成し 、次 、でモリブデンとシリコン (Mo： Si = 1： 9原子比）をアルゴンと窒素を含む雰囲気 中でスパッタリングすることによって MoSiN反射防止層 17を形成することにより、二 層構造の光半透過膜 22を形成した。
[0062] 図 12の図表に、各実施例 9〜11の膜特性を示す。尚、屈折率、消衰係数、透過率 、反射率及び位相差は、フォトマスクを用いる際の露光波長である ArFエキシマレー ザの波長 193nmにおける値である。尚、透過率及び反射率の測定は、分光光度計 を用いて行 、、位相差の測定は位相差測定装置（レーザテック社製 MPM— 193)を 用いて行った。尚、本実施例においては、透過率を 5〜15%の範囲に収めるようにし ている。
また、図 13は、本実施例 9〜11で用いた反射防止層の材料における膜厚と位相差 の関係を示すものである。この図から、反射防止層を位相差低減層に積層させること で、光半透過膜の位相差をマイナス側へ調整可能であることが判る。
さらに、図 14は、本実施例 9〜： L 1で用いたフォトマスクブランク表面の反射スぺタト ルを示す図である。
[0063] 本実施例 9〜： L 1においては、図 12に示すように、比較的薄い膜厚で、位相差を 0 ° 付近に抑えつつ、 5〜15%の透過率範囲に収めることができた。さらに、露光波長 における反射率も 30%以下と比較的低い値となり、実施例 11においては、図 14に 示すように、フォトマスクの検査波長である 266nmにお 、て反射率を 40%以下に抑 えることが可能であった。
また、本実施例 9〜11は、光半透過膜に MoS係の材料を使用していることから、 実施例 7、 8と同様に遮光帯付フォトマスクを製造する際に、光半透過膜のエッチング と遮光膜のエッチングはお互いにエッチング選択性が高 、ため、選択エッチングが 可能であり、遮光膜をマスクに光半透過膜のエッチングを行うことによって、寸法誤差 の小さい良好なパターン形状を得ることができる。
[0064] 尚、実施例 9〜： L 1においては、スパッタリングターゲットにモリブデンとシリコンから なるターゲットを用いて MoSiN反射防止層を形成した力 シリコンターゲットを用いて SiN反射防止層としてもよい。さらに、成膜雰囲気中に酸素を加え、 MoSiO、 SiO、 M ◦SiON、 SiON等の反射防止層としてもよい。また、反射防止層及び Z又は位相差低 減層のモリブデンの含有量は 30%未満とする力、或いはスパッタリングターゲットとし てのモリブテンとシリコンの割合を 0 : 100〜30： 70とすること力 アルカリ及び酸洗浄 液に対する耐性を考慮する点で好まし ヽ。
[0065] (参考例 1)
位相差低減層のみで反射防止膜を有しないフォトマスクブランクを作成した（図 12 の図表参照）。その結果、位相差は ± 30° 、透過率は 5〜 15%の範囲に納まったも のの、反射率が非常に高い値となってしまった。
[0066] (比較例 3)
位相差低減層として、屈折率 nと消衰係数 kが n>kとなるような材料の膜を形成し、 その上に反射防止層を形成した（図 12の図表参照)。その結果、透過率は 5〜 15% の範囲に納まり、反射率も低減することができたが、位相差が非常に大きい膜となつ てしまった。
[0067] 尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例においては、フォトマスクブランク及びフォトマスクの例を示した力 ゼロ 付近の位相差を必要とする光半透過膜のあらゆる用途に用いることが可能である。
[0068] また、上記実施例においては、透過率を 5〜15%の範囲に納めるように設計したが
、フォトマスク使用時の転写パターンの設計に応じて透過率の設計値も変更すること ができる。透過率の設計値としては、例えば 40%以下の範囲力 選択された値とす ることがでさる。
[0069] さらに、位相差低減層の材料は、上記材料に限らず、前記光半透過膜と前記透光 性基材との界面及び Z又は前記光半透過膜が露出する雰囲気との界面における露 光光の透過及び Z又は反射による負の位相変化が生じるような材料力 なるもので あればよい。具体的には、位相差低減層の材料は、 Ta, Hf, Si, Cr, Ag, Au, Cu , Al, Mo,等の材料を一種又は二種以上含むものとすることができる。
例えば、光半透過膜をフォトマスクブランクに用いる場合には、当該光半透過膜の 材料は、紫外領域において位相差低減効果を有し、アルカリ洗浄液及び酸洗浄液 に対する耐性を有し、パターンカ卩ェ性が優れているものが好ましぐそのような観点か ら、金属とシリコンを含む材料 (金属： Mo, Ta, W, Cr, Zr, Hf等）又はシリコンとする ことが好ましい。さらに、光半透過膜の材料は、フォトマスクとした際に遮光帯となるク ロム遮光膜とのエッチング選択比が大きい材料とすることがマスク製造の観点力 好 ましぐ例えば透光性基板のエッチングカ卩ェ時において、光半透過膜がエッチングさ れない材料を含むことにより、透光性基板部分の寸法精度を向上させることが可能と なる。
[0070] また、例えば位相差低減層と反射防止層を含む多層構造の光半透過膜をパターン 加工する場合は、それぞれの層が、同じエッチング媒質でエッチング加工できる材料 とすることが、マスク製造工程の簡略ィ匕を考慮する上で望ましい。
図面の簡単な説明
[0071] [図 1]2つの媒質を進行する光の位相変化を模式的に示す図である。
[図 2] 2媒質界面の透過光及び反射光を示す図である。 圆 3]2媒質間を透過する光の位相変化を示す図である。
[図 4]透光性基板と位相差低減層の界面の透過光及び反射光を示す図である。 圆 5]位相差と膜厚の関係を示す図である。
圆 6]本発明のフォトマスクの一実施形態を示す断面図である。
圆 7]本発明のフォトマスクブランクの一実施形態を示す断面図である。
圆 8]本発明のフォトマスクを製造する方法の一実施形態を示す製造工程図である。 圆 9]本発明のフォトマスクを製造する方法の他の実施形態を示す製造工程図である 圆 10]本発明の実施例 1〜3を示す図表である。
[図 11]本発明の実施例 9〜： L 1におけるフォトマスクブランクを示す断面図である。
[図 12]本発明の実施例 9〜11を示す図表である。
[図 13]本発明の実施例 9〜11におけるフォトマスクブランクの位相差と膜厚の関係を 示す図である。
[図 14]本発明の実施例 9〜： L 1におけるフォトマスクブランクの反射スペクトルである。 符号の説明
1 フォトマスク
2 遮光部
3 開口部
4 透光性基板
10 フォトマスクブランク
11、 12、 14 レジス卜膜
13 遮光膜
15 遮光帯付フォトマスク
16 位相差低減層
17 反射防止層
18 フォトマスクブランク
22 光半透過膜
33 遮光

Claims

請求の範囲
[1] 透光性基材上に形成された、所望の波長 λの光の一部を透過する光半透過膜に おいて、 前記光半透過膜は、 0< d≤ λ Ζ (2 (η— 1) )を満たす屈折率 η及び膜厚 d を有し、
層を通過した光の位相（以下、層透過光と呼ぶ)から層がない場合の光（以下、層 参照光と呼ぶ）の位相を減じた値 Δ Θ (以下、位相差 Δ Θ (単位:度）と呼ぶ）が、層 透過光と層参照光の光学的距離の差力も算出される値 Δ θ = (360 λ ) Χ (η- 1
0
) X d (以下、位相差 Δ Θ (単位:度)と呼ぶ)よりも小さくなる位相差低減層を少なくと
0
も一層有することを特徴とする光半透過膜。
[2] 前記位相差低減層は、当該位相差低減層を含む光半透過膜に光を透過した場合 に、前記位相差低減層を一媒質とし、当該位相差低減層に隣接する前記透光性基 材、他の層又は雰囲気から他の媒質が選ばれ、これらの 2媒質における媒質中の連 続的な位相変化に対し、前記位相差低減層と当該位相差低減層に隣接する前記他 の媒質との界面において不連続な位相変化が生じることにより、位相差 Δ Θが位相 差 Δ Θ よりも小さくなることを特徴とする請求項 1に記載の光半透過膜。
0
[3] 前記位相差 Δ Θと前記位相差 Δ Θ との差が、 10度以上であることを特徴とする請
0
求項 1又は 2に記載の光半透過膜。
[4] 前記位相差 Δ Θ力 負の値となることを特徴とする請求項 1〜3の何れか一項に記 載の光半透過膜。
[5] 前記位相差低減層の材料の消衰係数 k及び屈折率 ηが、 k≥nであることを特徴と する請求項 1〜4の何れか一項に記載の光半透過膜。
[6] 前記位相差低減層の材料の消衰係数 kが k≥l . 5であることを特徴とする請求項 5 に記載の光半透過膜。
[7] 透明基材上に形成された、所望の露光光の一部を透過する光半透過膜において、 前記光半透過膜は、 0< d< λ Ζ (2 (η— 1) )を満たす屈折率 n及び膜厚 dを有し、 かつ位相差 Δ Θが負となるような位相差低減層を少なくとも一層と、この位相差低減 層とは異なる他の層を少なくとも一層含む多層構造を有することを特徴とする光半透 過膜。
[8] 透光性基材上に形成された、所望の露光光の一部を透過する光半透過膜におい て、
前記光半透過膜は、 0< d< λ Ζ (2 (η— 1) )を満たす屈折率 n及び膜厚 dを有し、 かつ位相差 Δ Θが負となるような位相差低減層を少なくとも一層と、位相差 Δ Θが正 となるような層を少なくとも一層含む多層構造を有し、前記光半透過膜全体の位相差 力 前記負の位相差と正の位相差が相殺された所望の位相差であることを特徴とす る光半透過膜。
[9] 前記位相差低減層は、当該位相差低減層を含む光半透過膜に前記露光光を透過 した場合に、前記位相差低減層を一媒質とし、当該位相差低減層に隣接する前記 透光性基材、他の層又は雰囲気から他の媒質が選ばれ、これらの 2媒質における媒 質中の連続的な位相変化に対し、前記位相差低減層と当該位相差低減層に隣接す る前記他の媒質との界面において不連続な位相変化が生じることにより、位相差 Δ 0が負となることを特徴とする請求項 7又は 8に記載の光半透過膜。
[10] 前記位相差が正となるような層として、反射防止層を含むことを特徴とする請求項 7 〜9の何れか一項に記載の光半透過膜。
[11] 前記光の波長が 150〜250nmから選ばれる波長であり、光半透過膜の反射率が 前記波長の光において 30%以下であることを特徴とする請求項 10に記載の光半透 過膜。
[12] 前記位相差低減層の材料の消衰係数 k及び屈折率 nが、 k≥nであることを特徴と する請求項 7〜： L 1の何れか一項に記載の光半透過膜。
[13] 前記位相差低減層の材料の消衰係数 kが k≥l. 5であることを特徴とする請求項 1
2に記載の光半透過膜。
[14] 前記正の位相差を有する層の材料の消衰係数 k及び屈折率 n力 k<nであること を特徴とする請求項 7〜 13の何れか一項に記載の光半透過膜。
[15] 前記光半透過膜全体の位相差 Δ Θがー 30° 〜+ 30° の範囲から選ばれた所望 の位相差であることを特徴とする請求項 1〜14の何れか一項に記載の光半透過膜。
[16] 前記光半透過膜の透過率が、 40%以下であることを特徴とする請求項 1〜15の何 れか一項に記載の光半透過膜。
[17] 前記光半透過膜の透過率が 15%以下であることを特徴とする請求項 1〜15の何 れか一項に記載の光半透過膜。
[18] 前記光半透過膜の膜厚力 〜 50nmの範囲であることを特徴とする請求項 1〜17 の何れか一項に記載の光半透過膜。
[19] 透光性基板上に、所望の露光光を部分的に透過する光半透過膜からなるマスクパ ターンを有する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おいて、
前記光半透過膜に、請求項 1〜18の何れか一項に記載の光半透過膜を用いたこ とを特徴とするフォトマスクブランク。
[20] 前記光半透過膜上に、遮光膜が形成されたことを特徴とする請求項 19に記載のフ オトマスクブランク。
[21] 前記光半透過膜が Si、又は Mo及び Siを含む材料からなり、遮光膜が Crを含む材 料力 なることを特徴とする請求項 20に記載のフォトマスクブランク。
[22] 請求項 19〜21の何れか一項に記載のフォトマスクブランクにおける光半透過膜を 所望のパターンにエッチング加工して形成された光半透過部を有することを特徴とす るフォトマスク。
[23] 透光性基材上に形成された、所望の波長 λの光の一部を透過する光半透過膜の 設計方法において、
前記光半透過膜が、 0< d≤ λ Ζ (2 (η— 1) )を満たす屈折率 η及び膜厚 dを有する 位相差低減層を含み、
当該光半透過膜に光を透過した場合に前記位相差低減層と、当該位相差低減層 に隣接する前記透光性基材、他の層又は雰囲気力 選ばれる媒質との界面におい て生ずる不連続な負の位相変化を考慮し、
前記位相差低減層の位相差が所望の位相差となるように当該位相差低減層の膜 厚を調整して光半透過膜を設計することを特徴とする光半透過膜の設計方法。
[24] 前記位相差低減層の所望の位相差は、光半透過膜全体の位相差が— 30° 〜+ 3 0° の範囲となるように設定することを特徴とする請求項 23に記載の光半透過膜の 設計方法。
[25] 前記位相差低減層は、消衰係数 k及び屈折率 nが、 k≥ nである材料から選択した ものであることを特徴とする請求項 23又は 24に記載の光半透過膜の設計方法。
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