(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明性基板上に遮光膜パターンと開口部パターンが繰り返し存在し、一つ置きの開口部パターンに通過する透過光の位相を反転させる透明性膜をパターン形成した上シフタ型のレベンソン型位相シフトマスクにおいて、前記遮光膜パターンの屈折率ｎａと反射防止層の屈折率ｎが、ｎａ＞ｎとなる条件であり、前記透明性膜が遮光膜パターン上に形成された反射防止層の材料と同一であることを特徴とするレベンソン型位相シフトマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＳＩ製造に用いるレベンソン型位相シフトマスクに関するものであり、さらに詳しくは、従来のフォトマスクと同様に投影露光装置で用いることができ、フォトマスク面で反射する不必要な光に起因する転写精度の劣化を防止し、転写パターンの解像力を向上させることができるレベンソン型位相シフトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５（ａ）は、従来のフォトマスクの構造の一例を示す断面図である。図５（ａ）に示すように、従来のフォトマスクは、投影光に対し遮光性を有する厚さ１００ｎｍほどの遮光膜パターン（１２）が透明性基板（１１）の片面に形成されているものである。なお、ここで遮光膜パターン（１２）は表面を低反射化するため、多層構造からなる場合もある。
【０００３】
ＬＳＩの高集積化が進展していくにつれて、デザインルールは露光する光源の波長近傍の微細な線幅を含むようになり、フォトマスクの開口部パターン（１６）を通過した投影光がウェハ上で回折し、干渉し合うことによって、パターン境界部での光強度を強め合い、ウェハ上のレジストが感光して、転写されたパターンが分離解像しないという問題が生じる。
【０００４】
そこで、フォトマスクの隣接する開口部パターンを透過する投影光の位相に互いに１８０度の位相差をもたせることにより微細パターンの解像力を向上させるという、位相シフト技術がＩＢＭのＬｅｖｅｎｓｏｎらによって提唱された。（特開昭５８−１７３７４４号公報、原理では特公昭６２−５０８１１号公報に記載）
すなわち、隣接する開口部パターンの一方に位相シフト部を設けることによって、透過光が回折し、干渉し合う際、双方の位相が反転するようにし、その結果境界部の光強度を弱め合い、転写パターンは分離解像するようになる。
この関係は焦点の前後でも成り立っているため、焦点が多少ずれていても解像度は従来の露光法よりも向上し、焦点深度が改善される。
【０００５】
上記のような、隣接する開口部パターンの一方に位相シフト部を設けて透過光を位相反転させるフォトマスクは、一般にレベンソン型位相シフトマスク、またはＡｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  ｔｙｐｅ位相シフトマスクと呼ばれる。
（例えば文献１；桑原理「リソグラフィー技術の最前線（１）マスク技術」、Ｏ  ｐｌｕｓ  Ｅ、Ｎｏ．１８２、１９９５年１月号、ｐ．９２）
開口部パターンの一方に位相シフト部を設ける方法には、透明性基板に掘込み部を形成する基板掘込み型と、シフタ層と呼ばれる透過性の薄膜パターンを形成するシフタ型の２通りがある。さらにシフタ型には前記透明性基板上に前記遮光膜より先に透明性膜を成膜し、掘込み型と同様に遮光膜パターン形成後にシフタパターンを形成する下シフタ型と、予め前記透明性基板上に前記遮光膜パターンを形成した後、透明性膜を成膜し、しかる後、シフタパターンを形成する上シフタ型の２通りがある。
【０００６】
図５（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）に示す断面図は、各々レベンソン型位相シフトマスク（掘込み型）、レベンソン型位相シフトマスク（下シフタ型）、及びレベンソン型位相シフトマスク（上シフタ型）の基本構造である。
（１３）は掘込み型の位相シフタ部、（１４）は下シフタ型の位相シフタ部、（１５）は上シフタ型の位相シフタ部を示している。
尚、これらの構成要素である遮光膜パターン（１２）は表面を低反射化するため、多層構造から成る場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
フォトマスクを用いてウェハ上に投影露光する際の問題点の一つにウェハ面及びフォトマスク面で反射する不必要な光に起因する転写精度の劣化の問題がある。特に、ウェハ側のレジストの下地がＡｌなどの金属層の場合は反射率が高いために、金属層の上に反射防止膜をつける必要があり、最適な反射防止膜の選択が試みられてきた。
（例えば文献３；ＵＬＳＩリソグラフィ技術の革新（サイエンスフォーラム）、１９９４、ｐ．６０）
【０００８】
しかるに、フォトマスク面で反射する光に対する上記のような反射防止膜の検討は十分でなく、今後のパターン線幅の微細化や位相シフトマスクなどの通常と異なる形態のフォトマスクまで対応できる反射防止技術が必要である。
またこの際は、反射防止膜を新たに設けることで、膜欠陥を増加させたり、製造プロセスを複雑にしてしまうおそれがあるので、反射防止膜を新たに設けることがフォトマスクの欠陥増加や、製造プロセスを複雑にする要因とならない構造及び材料を選定する必要がある。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、レベンソン型位相シフトマスクの製造に際しては、製造プロセスを複雑にすることなく、また、欠陥が増加する要因を増やすことなく、また、製造されたレベンソン型位相シフトマスクは、フォトマスク面で反射する不必要な光に起因する転写精度の劣化を防止し、転写パターンの解像力を向上させることができるレベンソン型位相シフトマスクを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明性基板上に遮光膜パターンと開口部パターンが繰り返し存在し、一つ置きの開口部パターンに通過する透過光の位相を反転させる透明性膜をパターン形成した上シフタ型のレベンソン型位相シフトマスクにおいて、前記遮光膜パターンの屈折率ｎａと反射防止層の屈折率ｎが、ｎａ＞ｎとなる条件であり、前記透明性膜が遮光膜パターン上に形成された反射防止層の材料と同一であることを特徴とするレベンソン型位相シフトマスクである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を一実施の形態に基づいて以下に説明する。
図１は、本発明によるレベンソン型位相シフトマスクの一実施例を示す断面図である。図１に示すように、本発明によるレベンソン型位相シフトマスクは、透明性基板（１）上に遮光膜パターン（２ａ）と開口部パターン（４ａ）が繰り返し存在し、一つ置きの開口部パターン（４ａ）には、その通過する透過光の位相を反転させる透明性膜が位相シフタ部（３ａ）として設けられ、また、遮光膜パターン（２ａ）上には、反射防止層（３ｂ）が設けられたものである。
【００１３】
本発明は、透明性基板上に遮光膜パターン（２ａ）と開口部パターンが繰り返し存在し、一つ置きの開口部パターンに通過する透過光の位相を反転させる透明性膜をパターン形成した上シフタ型のレベンソン型位相シフトマスクにおいて、前記遮光膜パターンの屈折率ｎａと反射防止層の屈折率ｎが、ｎａ＞ｎとなる条件であり、前記透明性膜が遮光膜パターン上に形成された反射防止層の材料と同一であることを特徴とするものである。反射防止層の材料を透明性膜の材料と同一にすることで、成膜の回数を減らすことができるため、製造プロセスを簡略にでき、成膜時に膜欠陥が発生する要因を低減することができる。
【００１４】
以下に、本発明によるレベンソン型位相シフトマスクに形成されている薄膜の屈折率、膜厚、及びその関連について説明する。
一般に、透明性基板上に成膜された薄膜に対する光の透過率や反射率は、この膜の光学定数（屈折率、消衰係数）と膜厚、及び基板、露光雰囲気（通常は空気）の屈折率に依存し、膜内での多重干渉の結果として定まる。
【００１５】
透明性基板上に形成された、遮光膜と反射防止層からなる遮光性２層膜の反射率を０にするための条件、すなわち反射防止条件は、例えば、垂直入射を仮定し、透明性基板を含めた３層構造を考えたとき、反射防止層、遮光膜、透明性基板及び空気の屈折率をそれぞれｎ、ｎａ  、ｎｓ  およびｎ０  とすると、
ｎａ  ／ｎ＝√（ｎｓ  ／ｎ０  ）                        ・・・・（１）
かつ、反射防止層及び遮光膜の膜厚をそれぞれｄ、ｄａ  とすると
ｄ  ＝（２ｍ＋１）λ／８ｎ  （ｍ＝０、１、２、・・・）
ｄａ  ＝（２ｍ＋１）λ／８ｎａ  （ｍ＝０、１、２、・・・）
・・・・・・・・・・（２）
λ：露光波長
である。
【００１６】
上記数式（１）、及び（２）が満たされれば反射率は０となる。同様に遮光膜が金属性の膜である場合においては、数式（１）、及び（２）を完全には満たさなくとも、ｎ０  ＜ｎａ  ／ｎ＜ｎｓ  となるように成膜すれば、ある程度の反射防止効果を得ることができる。
【００１７】
このように数式（１）、及び（２）が満たされれば、反射率は低く抑えられるが、本発明のように、透明性基板として合成石英を用いた場合、その屈折率は、露光波長でｎｓ  ≒１．５程度であるので、
ｎａ  ／ｎ＝√ｎｓ  ＝１．２２
となり、ｎａ  ＞ｎとなることが必要条件となる。
【００１８】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１９】
＜実施例１＞
実施例１では図１のレベンソン型位相シフトマスクを作製する場合を、図２（ａ）〜（ｄ）に沿って説明する。
露光波長λ＝１９３ｎｍに対する屈折率ｎｓ  ＝１．５６、消衰係数ｋｓ  ＝０の光学定数を有する石英基板からなる透明性基板（１）上に、遮光膜（２）として窒化タンタル膜（ＴａＮ）をアルゴン（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ２  ）ガスによる反応性スパッタリング法により成膜し、フォトマスク用ブランクを作製した（図２（ａ））。
窒化タンタル膜は所定の膜厚を持つようにした。ここで、窒化タンタル膜の光学定数はあらかじめ予備実験により確認してあり、露光波長１９３ｎｍに対して、屈折率ｎａ  ＝２．０６、消衰係数ｋａ  ＝１．５５であった。
【００２０】
次に、通常の電子線リソグラフィ工程により、上記フォトマスク用ブランク上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして遮光膜（２）を４フッ化炭素（ＣＦ４  ）及び酸素（Ｏ２  ）をエッチングガスとしてドライエッチングした後、レジストパターンを除去して遮光膜パターン（２ａ）を有するフォトマスクを作製した（図２（ｂ））。
【００２１】
次に、アルゴン（Ａｒ）ガスに酸素（Ｏ２  ）ガス及び窒素（Ｎ２  ）ガスを適量添加した反応性スパッタリング法により酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜を反射防止層及び位相シフタ部となる透明性膜（３）として成膜した。
この酸化窒化シリコン膜の光学定数は、あらかじめ予備実験により確認してあり、屈折率ｎ＝１．９０９、消衰係数ｋ＝０．００９６であった。また、膜厚は１０６．２ｎｍとした。次に、通常の電子線リソグラフィ工程により、上記透明性膜上に、位相シフタ部のパターニングに用いるレジストパターン（４）を形成した（図２（ｃ））。
【００２２】
次に、この透明性膜を４フッ化炭素（ＣＦ４  ）ガスにてドライエッチングを行った後、レジストパターン（４）を除去した。この際に、透明性膜が遮光膜パターン（２ａ）上の反射防止層となるべく、時間制御により遮光膜パターン（２ａ）上に膜厚１６．０ｎｍ残るようにエッチングを行ない、位相シフタ部（３ａ）および反射防止層（３ｂ）をもつ透明性膜（３’）に形成した。
次に、通常の電子線リソグラフィ工程により、上記透明性膜（３’）上に、透明性基板上に直接形成されている透明性膜部分（３ｃ）を取り除くためのレジストパターン（５）を形成した（図２（ｄ））。
【００２３】
次に、この透明性基板上に直接形成されている透明性膜部分（３ｃ）を４フッ化炭素（ＣＦ４  ）ガスにてドライエッチングを行った後、レジストパターン（５）を除去し、本発明のレベンソン型位相シフトマスクを作製した（図１）。
【００２４】
図３に、実施例１で得られた本発明のレベンソン型位相シフトマスクの反射防止層の膜厚に対する反射率を示す。
波長１９３ｎｍにおける遮光膜パターンの反射率は、従来の場合２３．０％であったのに対し、本発明の場合、０．３３％と極めて低くなった。また、欠陥検査においても致命的な欠陥の存在は認められなかった。このようにして、低反射の遮光膜パターンをもつレベンソン型位相シフトマスクが得られた。
【００２５】
＜実施例２＞
実施例２では図１のレベンソン型位相シフトマスクを、実施例１と異なる材料により作製する例を説明する。
実施例１と同様に、露光波長λ＝１９３ｎｍに対する屈折率ｎｓ  ＝１．５６、消衰係数ｋｓ  ＝０の光学定数を有する石英基板からなる透明性基板（１）上に、遮光膜（２）として窒化ニオブ膜（ＮｂＮ）をアルゴン（Ａｒ）ガスと窒素（Ｎ２  ）ガスによる反応性スパッタリング法により成膜し、フォトマスク用ブランクを作製した（図２（ａ））。
窒化ニオブ膜は所定の膜厚を持つようにした。ここで、窒化ニオブ膜の光学定数はあらかじめ予備実験により確認してあり、露光波長１９３ｎｍに対して、屈折率ｎａ  ＝１．９０、消衰係数ｋａ  ＝１．７３であった。
【００２６】
次に、通常の電子線リソグラフィ工程により、上記フォトマスク用ブランク上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして遮光膜（２）を４フッ化炭素（ＣＦ４  ）をエッチングガスとしてドライエッチングした後、レジストパターンを除去して遮光膜パターン（２ａ）を有するフォトマスクを作製した（図２（ｂ））。
【００２７】
次に、アルゴン（Ａｒ）ガスに酸素（Ｏ２  ）ガスを適量添加した反応性スパッタリング法により酸化ジルコニウムシリコン（ＺｒＳｉＯ）膜を反射防止層及び位相シフタ部となる透明性膜（３）として成膜した。この酸化ジルコニウムシリコン膜の光学定数は、あらかじめ予備実験により確認してあり、屈折率ｎ＝１．７８１、消衰係数ｋ＝０．０４１８であった。また、膜厚は１２３．６ｎｍとした。次に、通常の電子線リソグラフィ工程により、上記透明性膜上に、位相シフタ部のパターニングに用いるレジストパターン（４）を形成した（図２（ｃ））。
【００２８】
次に、この透明性膜を３塩化ホウ素（ＢＣｌ３  ）ガスにてドライエッチングを行った後、レジストパターン（４）を除去した。この際に、透明性膜が遮光膜パターン（２ａ）上の反射防止層となるべく、時間制御により遮光膜パターン（２ａ）上に膜厚１８．５ｎｍ残るようにエッチングを行ない、位相シフタ部（３ａ）および反射防止層（３ｂ）をもつ透明性膜（３’）に形成した。
次に、通常の電子線リソグラフィ工程により、上記透明性膜（３’）上に、透明性基板上に直接形成されている透明性膜部分（３ｃ）を取り除くためのレジストパターン（５）を形成した（図２（ｄ））。
【００２９】
次に、この透明性基板上に直接形成されている透明性膜部分（３ｃ）を３塩化ホウ素（ＢＣｌ３  ）ガスにてドライエッチングを行った後、レジストパターン（５）を除去し、本発明のレベンソン型位相シフトマスクを作製した（図１）。
【００３０】
図４に、実施例２で得られた本発明のレベンソン型位相シフトマスクの反射防止層の膜厚に対する反射率を示す。
波長１９３ｎｍにおける遮光膜パターンの反射率は、従来の場合３３．３％であったのに対し、本発明の場合、１．６１％と極めて低くなった。また、欠陥検査においても致命的な欠陥の存在は認められなかった。このようにして、低反射の遮光膜パターンをもつレベンソン型位相シフトマスクが得られた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、上シフタ型のレベンソン型位相シフトマスクにおいて、反射防止層の屈折率ｎと遮光膜パターンの屈折率ｎａがｎａ＞ｎとなる条件であるので、フォトマスク面で反射する不必要な光に起因する転写精度の劣化を防止し、転写パターンの解像力を向上させることができるレベンソン型位相シフトマスクとなる。また、本発明は、前記上シフタ型のレベンソン型位相シフトマスクにおいて、前記透明性膜が遮光膜パターン上に形成された反射防止層の材料と同一であるので、その製造に際して、従来と変わらぬ工程で製造することができ、製造プロセスを複雑にすることなく、また、欠陥が増加する要因を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレベンソン型位相シフトマスクの一実施例を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、レベンソン型位相シフトマスクを作製する工程の説明図である。
【図３】実施例１で得られた本発明のレベンソン型位相シフトマスクの反射率の説明図である。
【図４】実施例２で得られた本発明のレベンソン型位相シフトマスクの反射率の説明図である。
【図５】（ａ）は、従来のフォトマスクの構造の一例を示す断面図である。
（ｂ）は、レベンソン型位相シフトマスク（掘込み型）の基本構造図である。
（ｃ）は、レベンソン型位相シフトマスク（下シフタ型）の基本構造図である。
（ｄ）は、レベンソン型位相シフトマスク（上シフタ型）の基本構造図である。
【符号の説明】
１、１１…透明性基板
２…遮光膜
２ａ、１２…遮光膜パターン
３…透明性膜
３’…位相シフタ部、反射防止層、透明性膜部分で構成される透明性膜
３ａ…位相シフタ部（透明性膜）
３ｂ…反射防止層
３ｃ…透明性基板上に直接形成されている透明性膜部分
４、５…レジストパターン
４ａ、１６…開口部パターン
１３…掘込み型の位相シフタ部
１４…下シフタ型の位相シフタ部
１５…上シフタ型の位相シフタ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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