JP4325192B2 - 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 - Google Patents
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Description
【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で使用される露光転写用のフォトマスク及びこれを製造するためのフォトマスクブランクに関わるものであり、特にマスクを通過する露光光間に位相差を与えることにより、転写パターンの解像度を向上させるように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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程等においては、Ｓｉウェハー上などに微細パターンを形成するためのパターン露光用のマスクとしてフォトマスクが用いられる。このフォトマスクの一種に位相シフト法を用いた位相シフトマスクがある。位相シフト法は、微細パターンを転写する際の解像度向上技術の１つである。原理的にはマスク上の隣接する領域に互いの透過光の位相差が１８０度となるように位相シフト領域を設けることにより、透過光が回折し干渉し合う境界部の光強度を弱め、その結果として転写パターンの解像度を向上させるものである。これにより通常のフォトマスクに比べて飛躍的に優れた微細パターンの解像度向上効果および焦点深度向上の効果を有する。
【０００３】
上記位相シフトマスクの１種として、ハーフトーン型位相シフトマスクの開発が盛んに行われている。
ハーフトーン型位相シフトマスクは、透明基板上に形成するマスクパターンが実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透過部と、実質的に露光に寄与しない半透過部とで構成される。このとき透過光がダイレクトに透過する透過部に対して、半透過部には透過光の位相反転作用およびレジストの感度以下の光量を付与するための遮光性を持たせることにより、前記透過部と半透過部との境界部近傍を通過した光は互いに打ち消し合う。以上の原理から光強度のエッジ形状を急峻にし、解像性や焦点深度特性を向上させると共にマスクパターンを忠実にウエハ上に転写する効果を持つ。
【０００４】
また、近年では、ウエハ上に転写されるパターンの解像性をより高めるために、半透過部における光の透過率を高めた高透過率ハーフトーンマスクも提案されている（例えば、特許文献１参照）。高透過率ハーフトーンマスクは半透過部の透過率が高く、位相が反転して透過する光の強度も強くなる。このため位相の打ち消し効果が高くなり、Ｓｉウエハへのパターン転写時における解像性が向上する。このため目的に応じて、異なった透過率のマスク作製が求められている。
【０００５】
さらに、近年の半導体パターンの微細化に伴う露光波長の短波長化に対応するため、従来よりも短波長露光に対応したハーフトーンマスクが必要とされる。短波長化に対応するためには、半透過部の透過率を高くする必要があり、より透明性の高い材料を選定し、露光波長での位相差及び透過率を所望の条件にする必要がある。
【０００６】
半透過部の構成には、単層構造と多層構造の２種類がある。
単層構造の場合は１種類の物質で位相差、透過率の制御を行う。この場合、フォトマスクブランクスの膜組成自体を、求める位相差及び透過率を持ち合わせた物質に合わせ込んで、成膜を行う必要があり、成膜条件、フォトマスクブランクスの加工条件を所望の範囲に押さえ込むのは非常に難しい。
多層構造の場合は、２種類もしくはそれ以上の層から構成されており、各層の膜厚もしくは物性を変化させることによって、位相差、透過率の制御を行っている。しかし、多層構造の場合は各層で、膜厚、物性を制御しているため、単層の場合よりも位相差、透過率の光学特性及びフォトマスクブランクスの加工条件のバラツキ範囲が広がってしまうという問題を有している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０７−１５９９８１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクおよびマスクでは、位相差、透過率の光学特性の制御が必要である。
しかしながら、従来のマスク構成では、位相差、透過率の光学特性と、フォトマスクブランクスから高精度のパターンを得るための加工条件とを合わせ込むには、各シフタ層の作製毎に位相差、透過率の光学特性と加工条件を確認しなければならず、かなりの時間と労力を必要としている。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み考案されたもので、位相差制御層及び透過率制御層からなるシフタ層の透過率制御層の屈折率を所望の値に制御することにより、位相差を変動させることなく透過率制御が容易な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。
【００１０】
本発明では上記課題を解決するために、まず請求項１においては、透明基板上に露光光に対して位相及び透過率が制御された多層膜からなるシフタ層を設けたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記シフタ層が、透過率制御層と位相制御層とで構成されており、前記透過率制御層の消衰係数k が2.0 ＜k で、かつ屈折率ｎが、0.8 ＜ｎ≦1.2 の条件を満たしており、前記透過率制御層および前記位相制御層は、Ｚｒ、Ｓｉの群から一つ以上の元素を含む化合物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。
【００１１】
これは、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクのシフタ層を透過率制御層と位相差制御層の構成にし、透過率制御層の屈折率ｎを0.8＜ｎ≦1.2の範囲に設定することにより、位相差制御層の位相差特性に影響することなく、透過率制御層の膜厚を変えるだけで透過率を制御できる。このため加工条件を変える必要が無く、安定した高精度のハーフトーン型位相シフトマスクを得ることができる。
【００１２】
また、請求項２においては、透明基板上に露光光に対して位相及び透過率が制御された多層膜からなるシフタ層を設けたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記シフタ層が、透過率制御層と位相制御層とで構成されており、前記透過率制御層の消衰係数k が1 ≦k ＜2 で、かつ屈折率ｎが、0.9 ＜ｎ≦1.1 の条件を満たしており、前記透過率制御層および前記位相制御層は、Ｚｒ、Ｓｉの群から一つ以上の元素を含む化合物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。
【００１３】
これは、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクのシフタ層を透過率制御層と位相差制御層の構成にし、透過率制御層の屈折率ｎを0.9＜ｎ≦1.1の範囲に設定することにより、位相差制御層の位相差特性に影響することなく、透過率制御層の膜厚を変えるだけで透過率を制御できるため、加工条件を変える必要が無く、安定した高精度のハーフトーン型位相シフトマスクを得ることができる。
【００１４】
また、請求項３においては、請求項１または２に記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを用いてパターニング処理し、露光光に対して透明な領域と位相シフト領域を形成したことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクとしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態につき説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）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構成の一例を示す模式構成断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの構成の一例を示す模式構成断面図である。本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクは図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、透明基板１上に屈折率ｎが０．９＜ｎ≦１．１の条件を満たしている透過率制御層２と１８０度に位相制御された位相差制御層３とを形成してシフタ層４もしくはシフタ層４’を設けたものである。
ここで、透過率制御層２と位相差制御層３の成膜順序はどちらでも良く、成膜順序に合わせてシフタ層の光学特性の設計をすればよい。
【００１６】
上記透過率制御層２の屈折率ｎを０．９＜ｎ≦１．１の範囲に設定することにより、透過率制御層２の膜厚を変えて透過率を制御しても、シフタ層４の位相差はほとんど変化しない。
さらに、シフタ層４及びシフタ層４’の位相差制御層３は通常用いられているシフタ層がそのまま使用でき、所定の成膜条件、加工条件を確立すれば、透過率制御層２の膜厚を変化するだけで、シフタ層４及びシフタ層４’の位相差を変化することなく、透過率のみを変化させることができる。
ということは、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクでは、位相差制御層３を作製した後は透過率制御層２の膜厚を変化するだけで、シフタ層４の位相差を１８０±ｘ度に維持した状態で異なった透過率のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを容易に作成することができる。ここで、許容範囲ｘは、位相シフトマスクの仕様によっても異なるが、通常は３である。
【００１７】
以下、位相差制御層３に対する透過率制御層２の膜厚依存性について説明する。図３〜図１２は、位相差制御層及び透過率制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２の所定膜厚の位相差制御層に対し、所定の消衰係数ｋ、屈折率ｎを有する透過率制御層を形成した場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシミュレーションしたものである。なお、殆どの透明膜は屈折率ｎ＝１.５〜２.５、消衰係数ｋ＝０〜０.２であり、計算には代表的なｎ＝２.０、ｋ＝０.１とした。遮光膜も同様、代表的な消衰係数である、ｋ＝１.０とｋ＝２.０の２種の膜に対して行った。
【００１８】
まず、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２.０、膜厚ｄ＝９６．５ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層２を成膜してしてシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図３（ａ）に、シフタ層４’の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図３（ｂ）に、それぞれ示す。
消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９６．５ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは２３．０〜４７．５ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を満たすことができず、４０．０〜４７．５ｎｍの膜厚範囲でシフタ層４’の位相差は１８０±３度からずれた値となり、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層の組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることはできない。
【００１９】
同様にして、位相差が１８０度に位相制御された消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝１００ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．９の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図４（ａ）に、シフタ層４の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図４（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは２４．０〜４６．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができる。
【００２０】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９６．５ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図５（ａ）に、シフタ層４の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図５（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは２１．０〜４６．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができ、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を容易に得ることができる。
【００２１】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９３．３ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．１の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図６（ａ）に、シフタ層４の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図６（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは１９．０〜４５．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができ、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることができる。
【００２２】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９１．１ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図７（ａ）に、シフタ層４’の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図７（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは１９．０〜４４．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができない。３５．０〜４４．０ｎｍの膜厚範囲でシフタ層４の位相差は１８０±３度からずれた値となり、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることはできない。
【００２３】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝１０２ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．７の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図８（ａ）に、シフタ層４の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図８（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは１３．０〜２６．５ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができない。２４．０〜２６．５ｎｍの膜厚範囲でシフタ層４の位相差は１８０±３度からずれた値となり、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．７の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることはできない。
【００２４】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝１００．３ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図９（ａ）に、シフタ層４’の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図９（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは１２．０〜２６．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４の位相差１８０±３度を同時に満たすことができ、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることができる。
【００２５】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９６．５ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図１０（ａ）に、シフタ層４’の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図１０（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは１０．５〜２４．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができ、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることができる。
【００２６】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９３．０ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図１１（ａ）に、シフタ層４’の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図１１（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは９．０〜２４．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４の位相差１８０±３度を同時に満たすことができ、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることができる。
【００２７】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９２．０ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．３の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図１２（ａ）に、シフタ層４の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図１２（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは９．０〜２３．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４の位相差１８０±３度を同時に満たすことができない。２０．５〜２３．０ｎｍの膜厚範囲でシフタ層４の位相差は１８０±３度からずれた値となり、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．３の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることはできない。
【００２８】
以上の結果をまとめる。位相差が１８０度に位相制御され、且つ透明性の高い消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０の所定膜厚の位相差制御層３に屈折率ｎの異なる透過率制御層２を成膜してシフタ層４を形成した場合、シフタ層４の透過率Ｔ（３〜１５％）と位相差１８０±３度を同時に満たす透過率制御層２の屈折率ｎは、消衰係数ｋ＝１.０の場合、０.９、１.０及び１．１である。また消衰係数ｋ＝２．０の場合０．８、１．０及び１．２となる。
つまり、透過率制御層２の消衰係数ｋが１.０≦ｋ＜２．０の範囲では屈折率ｎは０.９≦ｎ≦１．１、消衰係数ｋが２≦ｋでは屈折率ｎは０．８≦ｎ≦１．２の条件が満たされていれば、シフタ層４の透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たす。
【００２９】
【実施例】
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の製造方法について説明する。
図１３（ａ）〜（ｄ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の一例を示す模式構成断面図である。
まず、ＺｒＳｉターゲット及びスパッターガスとしてアルゴン（Ａｒ）及び酸素（Ｏ2）を用い、Ａｒ：７０ｓｃｃｍ、Ｏ2：０．７ｓｃｃｍ、印加電力：２００Ｗのスパッタリング条件にて、石英基板からなる透明基板１上に屈折率ｎ＝１．０２、膜厚：１０ｎｍ、透過率：６％のジルコニウム−シリサイド化合物薄膜からなる透過率制御層２を形成した。
ここで、膜の位相差ＰＳは、ＰＳ＝３６０×（ｎ−１）×ｄ／λの一次式で近似することができる。ｎ：屈折率、ｄ：膜厚、λ：波長（１９３ｎｍ）である。上記屈折率１．０２、膜厚１０ｎｍの透過率制御層２で生ずる位相差は０．３７３度となる。さらに、上記のスパッタ条件で、スパッタ時間のみを変化させ、膜厚４４ｎｍで透過率約３％、膜厚２５ｎｍで透過率１５％のジルコニウム−シリサイド化合物薄膜を成膜した。透過率を３％から１５％変化しても位相差の変化は０．７１度であり、位相差はわずかしか変化しないことが確認された。
【００３０】
次に、ＺｒＳｉターゲット及びスパッターガスとしてアルゴン（Ａｒ）及び酸素（Ｏ2）を用い、Ａｒ：７０ｓｃｃｍ、Ｏ2：１０ｓｃｃｍ、印加電力：９００Ｗのスパッタリング条件にて、上記透過率制御層２上に消衰係数ｋが０．１以下の位相差１８０度、膜厚１００ｎｍのジルコニウム−シリサイド化合物薄膜からなる位相差制御層３を形成し、透明基板上１に透過率制御層２及び位相差制御層３からなるシフタ層４が形成されたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク１０を作製した（図１３（ａ）参照）。
【００３１】
次に、レジストを塗布し、感光層５を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、レジストパターン５を形成する（図１３（ｂ）参照）。
【００３２】
次に、ハロゲンガス、例えばフロロカーボン系ガスをエッチングガスとして用いたドライエッチングにより、レジストパターン５をマスクとして位相差制御層３及び透過率制御層２エッチング除去し（図１３（ｃ）参照）、レジストパターン５をアッシング処理等により除去して、透過率制御パターン２ａ及び位相差制御パターン３ａからなるシフタパターン４ａを形成し、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク１００を作製する（図１３（ｄ）参照）。
【００３３】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層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、透過率制御層の屈折率ｎを、０．９≦ｎ≦１．１の範囲に設定することにより、透過率制御層の膜厚を設定するだけで、所望の透過率で１８０度の位相差を有するシフタ層からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを容易に得ることができる。
また透過率制御層及び位相差制御層の成膜条件を固定できることから、加工条件を変化させることなく、シフタ層のパターン加工を行うことができ、高精度及び良好な形状を有するシフトパターンを有するハーフトーン型位相シフトマスクを容易に得ることができる。
【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例を示す模式構成断面図である。
（ｂ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの他の例を示す模式構成断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの一例を示す模式構成断面図である。
（ｂ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの他の例を示す模式構成断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９６．５ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：１００ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．９の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９６．５ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９３．３ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．１の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９１．１ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：１０２ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．７の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：１００．３ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９６．５ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９３ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９２ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．３の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の一例を示す模式構成断面図でる。
【符号の説明】
１……透明基板
２……透過率制御層
２ａ……透過率制御パターン
３……位相差制御層
３ａ……位相差制御パターン
４、４’……シフタ層
４ａ、４’ａ……シフタパターン
１０、２０……ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク
１００、２００……ハーフトーン型位相シフトマスク
【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で使用される露光転写用のフォトマスク及びこれを製造するためのフォトマスクブランクに関わるものであり、特にマスクを通過する露光光間に位相差を与えることにより、転写パターンの解像度を向上させるように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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程等においては、Ｓｉウェハー上などに微細パターンを形成するためのパターン露光用のマスクとしてフォトマスクが用いられる。このフォトマスクの一種に位相シフト法を用いた位相シフトマスクがある。位相シフト法は、微細パターンを転写する際の解像度向上技術の１つである。原理的にはマスク上の隣接する領域に互いの透過光の位相差が１８０度となるように位相シフト領域を設けることにより、透過光が回折し干渉し合う境界部の光強度を弱め、その結果として転写パターンの解像度を向上させるものである。これにより通常のフォトマスクに比べて飛躍的に優れた微細パターンの解像度向上効果および焦点深度向上の効果を有する。
【０００３】
上記位相シフトマスクの１種として、ハーフトーン型位相シフトマスクの開発が盛んに行われている。
ハーフトーン型位相シフトマスクは、透明基板上に形成するマスクパターンが実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透過部と、実質的に露光に寄与しない半透過部とで構成される。このとき透過光がダイレクトに透過する透過部に対して、半透過部には透過光の位相反転作用およびレジストの感度以下の光量を付与するための遮光性を持たせることにより、前記透過部と半透過部との境界部近傍を通過した光は互いに打ち消し合う。以上の原理から光強度のエッジ形状を急峻にし、解像性や焦点深度特性を向上させると共にマスクパターンを忠実にウエハ上に転写する効果を持つ。
【０００４】
また、近年では、ウエハ上に転写されるパターンの解像性をより高めるために、半透過部における光の透過率を高めた高透過率ハーフトーンマスクも提案されている（例えば、特許文献１参照）。高透過率ハーフトーンマスクは半透過部の透過率が高く、位相が反転して透過する光の強度も強くなる。このため位相の打ち消し効果が高くなり、Ｓｉウエハへのパターン転写時における解像性が向上する。このため目的に応じて、異なった透過率のマスク作製が求められている。
【０００５】
さらに、近年の半導体パターンの微細化に伴う露光波長の短波長化に対応するため、従来よりも短波長露光に対応したハーフトーンマスクが必要とされる。短波長化に対応するためには、半透過部の透過率を高くする必要があり、より透明性の高い材料を選定し、露光波長での位相差及び透過率を所望の条件にする必要がある。
【０００６】
半透過部の構成には、単層構造と多層構造の２種類がある。
単層構造の場合は１種類の物質で位相差、透過率の制御を行う。この場合、フォトマスクブランクスの膜組成自体を、求める位相差及び透過率を持ち合わせた物質に合わせ込んで、成膜を行う必要があり、成膜条件、フォトマスクブランクスの加工条件を所望の範囲に押さえ込むのは非常に難しい。
多層構造の場合は、２種類もしくはそれ以上の層から構成されており、各層の膜厚もしくは物性を変化させることによって、位相差、透過率の制御を行っている。しかし、多層構造の場合は各層で、膜厚、物性を制御しているため、単層の場合よりも位相差、透過率の光学特性及びフォトマスクブランクスの加工条件のバラツキ範囲が広がってしまうという問題を有している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０７−１５９９８１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクおよびマスクでは、位相差、透過率の光学特性の制御が必要である。
しかしながら、従来のマスク構成では、位相差、透過率の光学特性と、フォトマスクブランクスから高精度のパターンを得るための加工条件とを合わせ込むには、各シフタ層の作製毎に位相差、透過率の光学特性と加工条件を確認しなければならず、かなりの時間と労力を必要としている。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑み考案されたもので、位相差制御層及び透過率制御層からなるシフタ層の透過率制御層の屈折率を所望の値に制御することにより、位相差を変動させることなく透過率制御が容易な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。
【００１０】
本発明では上記課題を解決するために、まず請求項１においては、透明基板上に露光光に対して位相及び透過率が制御された多層膜からなるシフタ層を設けたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記シフタ層が、透過率制御層と位相制御層とで構成されており、前記透過率制御層の消衰係数k が2.0 ＜k で、かつ屈折率ｎが、0.8 ＜ｎ≦1.2 の条件を満たしており、前記透過率制御層および前記位相制御層は、Ｚｒ、Ｓｉの群から一つ以上の元素を含む化合物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。
【００１１】
これは、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクのシフタ層を透過率制御層と位相差制御層の構成にし、透過率制御層の屈折率ｎを0.8＜ｎ≦1.2の範囲に設定することにより、位相差制御層の位相差特性に影響することなく、透過率制御層の膜厚を変えるだけで透過率を制御できる。このため加工条件を変える必要が無く、安定した高精度のハーフトーン型位相シフトマスクを得ることができる。
【００１２】
また、請求項２においては、透明基板上に露光光に対して位相及び透過率が制御された多層膜からなるシフタ層を設けたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記シフタ層が、透過率制御層と位相制御層とで構成されており、前記透過率制御層の消衰係数k が1 ≦k ＜2 で、かつ屈折率ｎが、0.9 ＜ｎ≦1.1 の条件を満たしており、前記透過率制御層および前記位相制御層は、Ｚｒ、Ｓｉの群から一つ以上の元素を含む化合物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。
【００１３】
これは、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクのシフタ層を透過率制御層と位相差制御層の構成にし、透過率制御層の屈折率ｎを0.9＜ｎ≦1.1の範囲に設定することにより、位相差制御層の位相差特性に影響することなく、透過率制御層の膜厚を変えるだけで透過率を制御できるため、加工条件を変える必要が無く、安定した高精度のハーフトーン型位相シフトマスクを得ることができる。
【００１４】
また、請求項３においては、請求項１または２に記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを用いてパターニング処理し、露光光に対して透明な領域と位相シフト領域を形成したことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクとしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態につき説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）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構成の一例を示す模式構成断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの構成の一例を示す模式構成断面図である。本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクは図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、透明基板１上に屈折率ｎが０．９＜ｎ≦１．１の条件を満たしている透過率制御層２と１８０度に位相制御された位相差制御層３とを形成してシフタ層４もしくはシフタ層４’を設けたものである。
ここで、透過率制御層２と位相差制御層３の成膜順序はどちらでも良く、成膜順序に合わせてシフタ層の光学特性の設計をすればよい。
【００１６】
上記透過率制御層２の屈折率ｎを０．９＜ｎ≦１．１の範囲に設定することにより、透過率制御層２の膜厚を変えて透過率を制御しても、シフタ層４の位相差はほとんど変化しない。
さらに、シフタ層４及びシフタ層４’の位相差制御層３は通常用いられているシフタ層がそのまま使用でき、所定の成膜条件、加工条件を確立すれば、透過率制御層２の膜厚を変化するだけで、シフタ層４及びシフタ層４’の位相差を変化することなく、透過率のみを変化させることができる。
ということは、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクでは、位相差制御層３を作製した後は透過率制御層２の膜厚を変化するだけで、シフタ層４の位相差を１８０±ｘ度に維持した状態で異なった透過率のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを容易に作成することができる。ここで、許容範囲ｘは、位相シフトマスクの仕様によっても異なるが、通常は３である。
【００１７】
以下、位相差制御層３に対する透過率制御層２の膜厚依存性について説明する。図３〜図１２は、位相差制御層及び透過率制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２の所定膜厚の位相差制御層に対し、所定の消衰係数ｋ、屈折率ｎを有する透過率制御層を形成した場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシミュレーションしたものである。なお、殆どの透明膜は屈折率ｎ＝１.５〜２.５、消衰係数ｋ＝０〜０.２であり、計算には代表的なｎ＝２.０、ｋ＝０.１とした。遮光膜も同様、代表的な消衰係数である、ｋ＝１.０とｋ＝２.０の２種の膜に対して行った。
【００１８】
まず、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２.０、膜厚ｄ＝９６．５ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層２を成膜してしてシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図３（ａ）に、シフタ層４’の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図３（ｂ）に、それぞれ示す。
消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９６．５ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは２３．０〜４７．５ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を満たすことができず、４０．０〜４７．５ｎｍの膜厚範囲でシフタ層４’の位相差は１８０±３度からずれた値となり、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層の組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることはできない。
【００１９】
同様にして、位相差が１８０度に位相制御された消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝１００ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．９の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図４（ａ）に、シフタ層４の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図４（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは２４．０〜４６．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができる。
【００２０】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９６．５ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図５（ａ）に、シフタ層４の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図５（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは２１．０〜４６．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができ、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を容易に得ることができる。
【００２１】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９３．３ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．１の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図６（ａ）に、シフタ層４の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図６（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは１９．０〜４５．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができ、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることができる。
【００２２】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９１．１ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図７（ａ）に、シフタ層４’の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図７（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは１９．０〜４４．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができない。３５．０〜４４．０ｎｍの膜厚範囲でシフタ層４の位相差は１８０±３度からずれた値となり、消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることはできない。
【００２３】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝１０２ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．７の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図８（ａ）に、シフタ層４の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図８（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは１３．０〜２６．５ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができない。２４．０〜２６．５ｎｍの膜厚範囲でシフタ層４の位相差は１８０±３度からずれた値となり、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．７の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることはできない。
【００２４】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝１００．３ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図９（ａ）に、シフタ層４’の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図９（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは１２．０〜２６．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４の位相差１８０±３度を同時に満たすことができ、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることができる。
【００２５】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９６．５ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図１０（ａ）に、シフタ層４’の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図１０（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは１０．５〜２４．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４’の位相差１８０±３度を同時に満たすことができ、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることができる。
【００２６】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９３．０ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図１１（ａ）に、シフタ層４’の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図１１（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは９．０〜２４．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４の位相差１８０±３度を同時に満たすことができ、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることができる。
【００２７】
同様にして、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚ｄ＝９２．０ｎｍからなる位相差制御層３に、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．３の透過率制御層２を成膜してシフタ層４’を形成した場合シフタ層４’の透過率Ｔが３〜１５％を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａと透過率Ｔの関係曲線を図１２（ａ）に、シフタ層４の位相差１８０±３度を満たす膜厚ｄａと位相差の関係曲線を図１２（ｂ）にそれぞれ示す。
シフタ層４’の透過率Ｔ（３〜１５％）を満たす透過率制御層２の膜厚ｄａは９．０〜２３．０ｎｍとなり、この膜厚範囲ではシフタ層４の位相差１８０±３度を同時に満たすことができない。２０．５〜２３．０ｎｍの膜厚範囲でシフタ層４の位相差は１８０±３度からずれた値となり、消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．３の透過率制御層との組み合わせでは透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たすシフタ層を得ることはできない。
【００２８】
以上の結果をまとめる。位相差が１８０度に位相制御され、且つ透明性の高い消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０の所定膜厚の位相差制御層３に屈折率ｎの異なる透過率制御層２を成膜してシフタ層４を形成した場合、シフタ層４の透過率Ｔ（３〜１５％）と位相差１８０±３度を同時に満たす透過率制御層２の屈折率ｎは、消衰係数ｋ＝１.０の場合、０.９、１.０及び１．１である。また消衰係数ｋ＝２．０の場合０．８、１．０及び１．２となる。
つまり、透過率制御層２の消衰係数ｋが１.０≦ｋ＜２．０の範囲では屈折率ｎは０.９≦ｎ≦１．１、消衰係数ｋが２≦ｋでは屈折率ｎは０．８≦ｎ≦１．２の条件が満たされていれば、シフタ層４の透過率Ｔ（３〜１５％）、位相差１８０±３度を同時に満たす。
【００２９】
【実施例】
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の製造方法について説明する。
図１３（ａ）〜（ｄ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の一例を示す模式構成断面図である。
まず、ＺｒＳｉターゲット及びスパッターガスとしてアルゴン（Ａｒ）及び酸素（Ｏ2）を用い、Ａｒ：７０ｓｃｃｍ、Ｏ2：０．７ｓｃｃｍ、印加電力：２００Ｗのスパッタリング条件にて、石英基板からなる透明基板１上に屈折率ｎ＝１．０２、膜厚：１０ｎｍ、透過率：６％のジルコニウム−シリサイド化合物薄膜からなる透過率制御層２を形成した。
ここで、膜の位相差ＰＳは、ＰＳ＝３６０×（ｎ−１）×ｄ／λの一次式で近似することができる。ｎ：屈折率、ｄ：膜厚、λ：波長（１９３ｎｍ）である。上記屈折率１．０２、膜厚１０ｎｍの透過率制御層２で生ずる位相差は０．３７３度となる。さらに、上記のスパッタ条件で、スパッタ時間のみを変化させ、膜厚４４ｎｍで透過率約３％、膜厚２５ｎｍで透過率１５％のジルコニウム−シリサイド化合物薄膜を成膜した。透過率を３％から１５％変化しても位相差の変化は０．７１度であり、位相差はわずかしか変化しないことが確認された。
【００３０】
次に、ＺｒＳｉターゲット及びスパッターガスとしてアルゴン（Ａｒ）及び酸素（Ｏ2）を用い、Ａｒ：７０ｓｃｃｍ、Ｏ2：１０ｓｃｃｍ、印加電力：９００Ｗのスパッタリング条件にて、上記透過率制御層２上に消衰係数ｋが０．１以下の位相差１８０度、膜厚１００ｎｍのジルコニウム−シリサイド化合物薄膜からなる位相差制御層３を形成し、透明基板上１に透過率制御層２及び位相差制御層３からなるシフタ層４が形成されたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク１０を作製した（図１３（ａ）参照）。
【００３１】
次に、レジストを塗布し、感光層５を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、レジストパターン５を形成する（図１３（ｂ）参照）。
【００３２】
次に、ハロゲンガス、例えばフロロカーボン系ガスをエッチングガスとして用いたドライエッチングにより、レジストパターン５をマスクとして位相差制御層３及び透過率制御層２エッチング除去し（図１３（ｃ）参照）、レジストパターン５をアッシング処理等により除去して、透過率制御パターン２ａ及び位相差制御パターン３ａからなるシフタパターン４ａを形成し、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク１００を作製する（図１３（ｄ）参照）。
【００３３】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層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、透過率制御層の屈折率ｎを、０．９≦ｎ≦１．１の範囲に設定することにより、透過率制御層の膜厚を設定するだけで、所望の透過率で１８０度の位相差を有するシフタ層からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを容易に得ることができる。
また透過率制御層及び位相差制御層の成膜条件を固定できることから、加工条件を変化させることなく、シフタ層のパターン加工を行うことができ、高精度及び良好な形状を有するシフトパターンを有するハーフトーン型位相シフトマスクを容易に得ることができる。
【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例を示す模式構成断面図である。
（ｂ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの他の例を示す模式構成断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの一例を示す模式構成断面図である。
（ｂ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの他の例を示す模式構成断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９６．５ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：１００ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝０．９の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９６．５ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９３．３ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．１の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９１．１ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝１．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：１０２ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．７の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：１００．３ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝０．８の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９６．５ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．０の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９３ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．２の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は、透過率制御層及び位相差制御層からなるシフタ層の位相差許容範囲を１８０±３度、透過率の設計値を３〜１５％とした場合の透過率制御層の膜厚に対するシフタ層の透過率変化及び位相差変化をシュミレーションした説明図であり、消衰係数ｋ＝０．１、屈折率ｎ＝２．０、膜厚：９２ｎｍの位相差制御層と消衰係数ｋ＝２．０、屈折率ｎ＝１．３の透過率制御層の組み合わせの場合。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の一例を示す模式構成断面図でる。
【符号の説明】
１……透明基板
２……透過率制御層
２ａ……透過率制御パターン
３……位相差制御層
３ａ……位相差制御パターン
４、４’……シフタ層
４ａ、４’ａ……シフタパターン
１０、２０……ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク
１００、２００……ハーフトーン型位相シフトマスク
Claims (3)
- 透明基板上に露光光に対して位相及び透過率が制御された多層膜からなるシフタ層を設けたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、
前記シフタ層が、透過率制御層と位相制御層とで構成されており、
前記透過率制御層の消衰係数k が2.0 ＜k で、かつ屈折率ｎが、0.8 ＜ｎ≦1.2 の条件を満たしており、
前記透過率制御層および前記位相制御層は、Ｚｒ、Ｓｉの群から一つ以上の元素を含む化合物よりなること
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。 - 透明基板上に露光光に対して位相及び透過率が制御された多層膜からなるシフタ層を設けたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記シフタ層が、透過率制御層と位相制御層とで構成されており、
前記透過率制御層の消衰係数k が1 ≦k ＜2 で、かつ屈折率ｎが、0.9 ＜ｎ≦1.1 の条件を満たしており、
前記透過率制御層および前記位相制御層は、Ｚｒ、Ｓｉの群から一つ以上の元素を含む化合物よりなること
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１または２に記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを用いてパターニング処理し、
露光光に対して透明な領域と位相シフト領域を形成したこと
を特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。
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