JP2003241363A - ハーフトーン型位相シフトマスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハーフトーン型位相シフトマスクの微小な欠
陥をも確実に検出できるようにする。 【解決手段】 ハーフトーン型位相シフトマスクは、透
明基板上に半透光膜パターンとこの半透光膜パターンの
上に形成された遮光膜パターンとを有して成る。各パタ
ーンは、波長２４８［ｎｍ］の露光光に対しては、共に
２０％以下の反射率を示す一方、波長４８８［ｎｍ］の
欠陥検査光に対しては、１０％以上の相違を示すように
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハーフトーン型の
位相シフトマスクに関し、特にハーフトーン型位相シフ
トマスクを精度良く製造する為の技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】位相シフトマスクとしては、特許文献１
に代表されるような所謂ハーフトーン型の位相シフトマ
スクがある。このハーフトーン型位相シフトマスクは、
半透光膜パターンにおいて、露光光の位相をシフトせる
機能と、露光光を実質的に遮る機能とを兼ねるので、構
成が簡素で済むと云う特徴を有していた。ところが、こ
の種のハーフトーン型位相シフトマスクにあっては、縮
小露光投影装置（ステッパ）のマスク（レチクル）とし
て繰り返し使用した場合に、被覆部材（アパーチャ）の
光透過領域とレチクルの転写領域とのズレなどに起因し
て、本来なら露光されるべきでない領域において、実質
的に露光されたのと同等の現象が起こり、パターン欠陥
その他の不都合が生じ易いと云う問題を生じていた。

【０００３】そこで、この問題を解決する技術が本出願
人によって既に出願されている（特許文献２など参
照）。これらの技術によるハーフトーン型位相シフトマ
スクは、位相シフト膜（半透光膜）パターンに加え、ク
ロムを主成分とする遮光膜パターンを更に備えており、
ステッパのレチクルとして繰り返し使用した場合でも、
露光されるべきでない領域を遮光膜パターンによって確
実に遮光できると云う効果を奏するものであった。

【特許文献１】特開平４−１３６８５４号公報（第７−
２０頁、第１図）

【特許文献２】特開平６−２８２０６３号公報（第３−
５頁、第１図）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、遮光膜パタ
ーンを具備するタイプのハーフトーン型位相シフトマス
クにおいては、当該位相シフト膜上の遮光膜をエッチン
グする際に、遮光膜が残ること等によって欠陥が生じて
しまうのが実情である。しかしながら、従来パターン欠
陥の検査として一般的に用いられる透過光を用いた検査
装置（例えば、KLA-Tencor社製のKLA-300シリーズ等）
においては、位相シフト膜（半透光膜）を遮光膜と同様
に透過率ほぼ０％と認識して検査するために、これら位
相シフト膜と遮光膜が区別できず、位相シフト膜上にお
ける遮光膜の余剰欠陥の検出が不可能であるという問題
があった。

【０００５】本発明は、以上のような背景下で成された
ものであり、ハーフトーン型位相シフトマスクの位相シ
フト膜上における遮光膜の欠陥、特に余剰欠陥について
検査できるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】ところで、パターンその
ものの欠陥ではなく、マスク上に付着したパーティクル
等の異物の有無を専ら検査する装置として、少なくとも
該マスクからの反射光を用いて検査を行う装置（例え
ば、反射光と透過光の双方を用いて検査を行うKLA-Tenc
or社製のSTARlight等）がある。本発明者は、ハーフト
ーン型位相シフトマスクの光学特性（反射特性）を制御
することで、上記装置を用いて位相シフトマスク上にお
ける遮光膜の欠陥、特に余剰欠陥について検査できるこ
とを見出し、本発明に至った。

【０００７】すなわち、本発明の第１の態様によれば、
透明基板上に、半透光膜パターンと、この半透光膜パタ
ーンの上に形成された遮光膜パターンと、を有するハー
フトーン型位相シフトマスクにおいて、欠陥検査光に対
する前記各パターンの反射率が、当該欠陥検査光をこの
マスクに照射した際の散乱光に基づいて当該欠陥を検出
できる程度の相違を示すように構成されていることを特
徴とするハーフトーン型位相シフトマスクが提供され
る。

【０００８】ここに云う欠陥とは、半透光膜パターン
（位相シフト膜）上に遮光膜パターン（遮光膜）が余剰
に形成された部分（余剰欠陥）等である。前記遮光膜パ
ターンや前記半透光膜パターンの反射率は、例えば、そ
の材料及び膜厚によって制御することができる。

【０００９】また、本発明の第２の態様によれば、第１
の態様によるハーフトーン型位相シフトマスクにおい
て、前記欠陥検査光に対する前記各パターンの反射率の
差が、５％以上となるように構成されていることを特徴
とするハーフトーン型位相シフトマスクが提供される。
尚、前記各パターンの反射率の差を１０％以上とする
と、さらに確実に欠陥を検出できるようになるから好ま
しい。

【００１０】また、本発明の第３の態様によれば、第１
又は第２の態様によるハーフトーン型位相シフトマスク
において、前記欠陥検査光に対する前記遮光膜パターン
の反射率が、当該欠陥検査光に対する前記半透光膜パタ
ーンの反射率よりも大きくなるように構成されているこ
とを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクが提供
される。

【００１１】また、本発明の第４の態様によれば、第１
乃至第３の何れかの態様によるハーフトーン型位相シフ
トマスクにおいて、露光光に対しては、前記各パターン
の反射率が何れも３０パーセント以下となるように構成
されていることを特徴とするハーフトーン型位相シフト
マスクが提供される。

【００１２】ここに云う露光光とは、このハーフトーン
型位相シフトマスクへ照射される露光光のみならず、こ
のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する過程でブ
ランクに成膜されたフォトレジストへの露光光も含む。

【００１３】また、本発明の第５の態様によれば、第１
乃至第４の何れかの態様によるハーフトーン型位相シフ
トマスクを製造する為の素材として用いられるハーフト
ーン型位相シフトマスクブランクも提供される。

【００１４】また、本発明の第６の態様によれば、第１
乃至第４の何れかの態様によるハーフトーン型位相シフ
トマスクの製造方法であって、前記半透光膜パターン上
における遮光膜の余剰欠陥の有無を、少なくともこのマ
スクからの反射光に基づいて検査する検査工程を有する
ことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクの製
造方法も提供される。尚、前記検査工程においては、余
剰欠陥の有無は、このマスクからの反射光のみに基づい
て検査することもできるし、又は該反射光とこのマスク
の透過光との双方に基づいて検査することもできる。

【００１５】

【実施例】以下、図１を参照しながら実施例によるハー
フト−ン型位相シフトマスクの製造方法について説明す
る。先ず、石英からなる基板を鏡面研磨し所定の洗浄を
施すことにより、縦６インチ×横６インチ×厚み０．２
５インチの透明基板１を得た。次いで、モリブデン（Ｍ
ｏ）とシリコン（Ｓｉ）の混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ
＝２０：８０ｍｏｌ％）を用いて、アルゴン（Ａｒ）と
窒素（Ｎ₂）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：１０％、Ｎ₂：
９０％、圧力０．３Ｐａ）中で、反応性スパッタリング
を行うことにより、透明基板１の上に膜厚１００［ｎ
ｍ］のＭｏＳｉＮ系の半透光膜２を成膜した。

【００１６】次いで、同一のチャンバ内に複数のクロム
（Ｃｒ）ターゲットが配置されたインラインスパッタリ
ング装置を用いて、半透光膜２の上に遮光膜３を成膜し
た。詳細には、先ず、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂）
との混合ガス雰囲気（Ａｒ：７２体積％、Ｎ２：２８体
積％、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリン
グを行うことにより、透明基板１の上に、膜厚２０［ｎ
ｍ］のＣｒＮ膜を成膜した。続けて、アルゴン（Ａｒ）
とメタン（ＣＨ₄）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：９６．
５体積％、ＣＨ₄：３．５体積％、圧力０．３［Ｐ
ａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、
ＣｒＮ膜の上に、膜厚３７［ｎｍ］のＣｒＣ膜を成膜し
た。続けて、アルゴン（Ａｒ）と一酸化窒素（ＮＯ）と
の混合ガス雰囲気（Ａｒ：８７．５体積％、ＮＯ：１
２．５体積％、圧力０．３［Ｐａ］）で、反応性スパッ
タリングを行うことにより、ＣｒＮ膜の上に、膜厚１５
［ｎｍ］のＣｒＯＮ膜を成膜した。なお、ＣｒＯＮ膜は
反射防止機能を発揮するものであり、このＣｒＯＮ膜の
膜厚を制御することによって遮光膜３の反射率を制御す
ることもできる。

【００１７】以上のＣｒＮ膜、ＣｒＣ膜、及びＣｒＯＮ
膜は、インラインスパッタリング装置を用いて連続的に
成膜されたものであり、これらＣｒＮ、ＣｒＣ、及びＣ
ｒＯＮを含んでなる遮光膜３は、その厚み方向に向かっ
て当該成分が連続的に変化して構成されている。

【００１８】次いで、遮光膜３の上に、ポジ型電子線レ
ジスト（ＺＥＰ７０００：日本ゼオン社製）４をスピン
コート法により膜厚が５００［ｎｍ］となるように塗布
した（図１（ａ）参照）。次いで、ポジ型電子線レジス
ト４に対し、所望のパターンをＥＴＥＣ社製のＭＥＢＥ
Ｓによって電子線描画し、現像して第１レジストパター
ン４１を形成した（図１（ｂ）参照）。次いで、第１レ
ジストパターン４１をマスクにして、遮光膜３を、塩素
と酸素を使用したドライエッチングによってパターニン
グすることにより、第１遮光膜パターン３１を形成した
（図１（ｃ）参照）。

【００１９】次いで、第１レジストパターン４１及び第
１遮光膜パターン３１をマスクにして半透光膜２を、Ｃ
Ｆ₄／Ｏ₂の混合ガスを用い、圧力：０．４Ｔｏｒｒ、Ｒ
Ｆパワー：１００Ｗの条件でドライエッチングして、半
透光膜パターン２１を形成した（図１（ｄ））。次い
で、第１レジストパターン４１を剥離して第１段階まで
パターンニングされたハーフト−ン型位相シフトマスク
が完成した（図１（ｅ）参照）。

【００２０】次いで、フォトレジスト（ＡＺ１３５０：
クラリアント社製）５をスピンコート法により膜厚５０
０［ｎｍ］塗布してベークした（図１（ｆ））。次い
で、余剰な遮光膜パターンとなるプログラム欠陥をＥＴ
ＥＣ社製のＡＬＴＡ３０００にて重ねて露光し、現像し
て第２レジストパターン５１を形成した（図１（ｇ）参
照）。次いで、第２レジストパターン５１をマスクにし
て、第１遮光膜パターン３１を硝酸第２セリウムアンモ
ニウムと過塩素酸からなるエッチング液を用いてエッチ
ングして、第２遮光膜パターン３１１を完成した（図１
（ｈ）参照）。次いで、第２レジストパターン５１を剥
離し、しかる後、所定の洗浄を施してハーフトーン位相
シフトマスク１０を得た。

【００２１】そして、得られたハーフト−ン位相シフト
マスク１０に光を照射して、半透光膜パターン２１と、
第２遮光膜パターン３１１との光学特性を測定した。測
定結果は、図２に示されている。同図において、縦軸は
反射率（％）を示し、横軸は照射光の波長［ｎｍ］を示
す。また、符号Ａは、照射光の波長と半透光膜パターン
２１（又は半透光膜２、以下同じ。）の反射率との関係
を示し、符号Ｂは、照射光の波長と第２遮光膜パターン
３１１（又は遮光膜３、以下同じ。）の反射率との関係
を示すグラフである。

【００２２】図２から、第２遮光膜パターン３１１の反
射率は、露光波長（例えば、２４８［ｎｍ］）の場合よ
りも、欠陥検査波長（例えば、４８８［ｎｍ］）の場合
の方が、反射率が高くなるように構成されているのが分
かる。

【００２３】また、同図から分かるように、このハーフ
ト−ン位相シフトマスク１０は、半透光膜パターン２１
と第２遮光膜パターン３１１との反射率の差が、５パー
セント以上となるような第１の波長域が存在するように
構成されている。各パターンの反射率の差が５パーセン
ト以上であれば、少なくともこのマスクからの反射光に
基づいて欠陥検査を行う欠陥検査装置において、当該各
パターンのコントラストの差を大きくとることができ、
欠陥検出の感度を向上できるので、微小な欠陥をも確実
に検出できる。

【００２４】前記第１の波長域は、波長が略３５０［ｎ
ｍ］以上の領域である。従って、この場合、欠陥検査光
としては、３５０［ｎｍ］以上の波長を有する光を使用
することができる。更に、前記第１の波長域の中でも、
略４００［ｎｍ］以上の範囲においては、各パターンの
反射率の差が２０パーセント以上となっている。その中
でも特に、照射光の波長が４８８［ｎｍ］の場合には、
第２遮光膜パターン３１１の反射率が、半透光膜パター
ン２１の反射率の２倍以上となっており、欠陥検査光と
しては波長４８８［ｎｍ］の光を使用するのが好ましい
と云える。

【００２５】また、同図から分かるように、このハーフ
ト−ン位相シフトマスク１０は、前記第１の波長域にお
いては、第２遮光膜パターン３１１の方が、半透光膜パ
ターン２１よりも高い反射率を示すように構成されてお
り、これによって、クロム残り等の余剰欠陥の検査に特
に好適となっている。

【００２６】また、同図に示すように、このハーフト−
ン位相シフトマスク１０は、半透光膜パターン２１と第
２遮光膜パターン３１１との反射率が、共に３０パーセ
ント以下となるような第２の波長域が更に存在するよう
に構成されている。各パターンの反射率が３０パーセン
ト以下であれば、露光光に対する迷光の発生が防止され
て、転写パターンの精度を向上できるだけでなく、ハー
フトーン型位相シフトマスク１０そのものの寸法精度を
向上できるようになる。また、このハーフトーン型位相
シフトマスク１０をレチクルとして使用した場合でも、
ステッパによる露光時に光の乱反射による悪影響が抑え
られる。

【００２７】なお、ここに云う露光光とは、このハーフ
トーン位相シフトマスク１０を用いてパターン転写を行
う際の露光光のみならず、前述したポジ型電子線レジス
ト４に対する電子線描画などに使用する露光光をも含
む。

【００２８】前記第２の波長域は、３６５［ｎｍ］以下
の領域である。従って、この場合、露光光としては、波
長３６５［ｎｍ］のｉ線及びそれよりも波長の短い光を
使用できる。その中でも特に、照射光の波長が２４８
［ｎｍ］の場合に、第２遮光膜パターン３１１と、半透
光膜パターン２１との反射率が共に、略２０［％］とな
っており、露光光としては、波長２４８［ｎｍ］の光
（ＫｒＦレーザ）を使用するのが好ましいと云える。

【００２９】〔比較例〕比較のために、同一のチャンバ
内に複数のクロム（Ｃｒ）ターゲットが配置されたイン
ラインスパッタリング装置を用い、ＣｒＮはアルゴン
（Ａｒ）と窒素（Ｎ₂）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：８
０体積％、Ｎ₂：２０体積％、圧力０．３［Ｐａ］）中
で、ＣｒＣはアルゴン（Ａｒ）とメタン（ＣＨ₄）とヘ
リウム（Ｈｅ）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：３０体積
％、ＣＨ₄：１０体積％、Ｈｅ：６０体積％、圧力０．
３［Ｐａ］）中で、ＣｒＯＮはアルゴン（Ａｒ）と一酸
化窒素（ＮＯ）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：８０体積
％、ＮＯ：１２０体積％、圧力０．３［Ｐａ］）中で、
それぞれ反応性スパッタリングを行うことにより、Ｃｒ
Ｎ、ＣｒＣ、及びＣｒＯＮからなる遮光膜を、透明基板
上の半透光膜の上に成膜した。成膜の過程で、スパッタ
パワーを調整することにより、ＣｒＮ膜の膜厚を１５
［ｎｍ］とし、ＣｒＣ膜の膜厚を６０［ｎｍ］とし、Ｃ
ｒＯＮ膜の膜厚を２５［ｎｍ］とした。これ以外の工程
は、前述した実施例と同様にしてハーフト−ン位相シフ
トマスクを得た。

【００３０】得られたハーフト−ン位相シフトマスクに
光を照射して、比較例による遮光膜パターンの反射率を
測定した。図２中、符号Ｃが、照射光の波長［ｎｍ］
と、比較例による遮光膜パターンの反射率との関係を示
すグラフである。同図に示すように、比較例による遮光
膜パターンは、波長２００［ｎｍ］〜８００［ｎｍ］に
わたり半透光膜パターンと同様に良好な低反射機能を発
揮しているが、当該全ての波長域において、半透光膜パ
ターンよりも充分に高い反射性を示すところがなく、欠
陥検査においては、遮光膜パターンの欠陥を確実に検出
し得ない懸念のあることが判明した。特に、検査波長
（４８８［ｎｍ］）においては、比較例による遮光膜パ
ターンの反射率が半透光膜パターンの反射率を上回って
いるものの、その差は数パーセントであり、このような
場合には、欠陥検査装置において欠陥を充分に検出でき
ないことが本発明者の研究によって判明している。

【００３１】なお、本実施例で採用した各構成や条件な
どは一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜
に設計変更可能である。例えば、前述した露光光や欠陥
検査光は、その波長が特に限定されるものではない。ま
た、遮光膜パターンや半透光膜パターンの材料なども特
に実施例に限定されるものではない。遮光膜パターンや
半透光膜パターンの反射率は、その膜厚によって制御で
きるが、その材料によって反射率を制御することもでき
る。また、ハーフトーン型位相シフトマスクは、欠陥検
査光に対する各パターンの反射率の差が５パーセント以
上あれば、当該欠陥検査光に対して何れのパターンの方
が高い反射率を示すかは限定されない。従って、欠陥検
査光に対して半透光膜パターンの方が遮光膜パターンよ
りも反射率が高くなるように構成してもよい。

【００３２】半透光膜としては、単層の場合、金属、シ
リコン、酸素及び／又は窒素を主たる構成要素とするこ
とができ、窒化されたモリブデン及びシリコン（ＭｏＳ
ｉＮ系材料）の他にも、例えば、酸化されたモリブデン
及びシリコン（ＭｏＳｉＯ系材料）、酸化及び窒化され
たモリブデン及びシリコン（ＭｏＳｉＯＮ系材料）、酸
化されたタンタル及びシリコン（ＴａＳｉＯ系材料）、
窒化されたタンタル及びシリコン（ＴａＳｉＮ系材
料）、酸化及び窒化されたタンタル及びシリコン（Ｔａ
ＳｉＯＮ系材料）、酸化されたタングステン及びシリコ
ン（ＷＳｉＯ系材料）、窒化されたタングステン及びシ
リコン（ＷＳｉＮ系材料）、酸化及び窒化されたタング
ステン及びシリコン（ＷＳｉＯＮ系材料）、酸化された
チタン及びシリコン（ＴｉＳｉＯ系材料）、窒化された
チタン及びシリコン（ＴｉＳｉＮ系材料）、酸化及び窒
化されたチタン及びシリコン（ＴｉＳｉＯＮ系材料）、
酸化されたクロム及びシリコン（ＣｒＳｉＯ系材料）、
窒化されたクロム及びシリコン（ＣｒＳｉＮ系材料）、
酸化及び窒化されたクロム及びシリコン（ＣｒＳｉＯＮ
系材料）、フッ化されたクロム及びシリコン（ＣｒＳｉ
Ｆ系材料）などが挙げられる。さらに、これらの物質
は、ハーフトーン材料膜としての機能を損なわない範囲
で、これらの化合物、又はこれらの物質との化合物とし
て、炭素、水素、フッ素、或いはヘリウムその他の従来
一般的に表記されている物質を適量含んでもよい。

【００３３】また、本発明では、例えば、モリブデンシ
リサイドの酸化物、モリブデンシリサイドの窒化物、モ
リブデンシリサイドの酸化窒化物、タンタルシリサイド
の酸化物、タンタルシリサイドの窒化物、タンタルシリ
サイドの酸化窒化物、タングステンシリサイドの酸化
物、タングステンシリサイドの窒化物、タングステンシ
リサイドの酸化窒化物、チタンシリサイドの酸化物、チ
タンシリサイドの窒化物、チタンシリサイドの酸化窒化
物、或いはこれらの物質の１種以上と窒化ケイ素及び／
又は金属窒化物との混合物などの物質もハーフトーン材
料膜を構成する材料として使用できる。また、ハーフト
ーン材料膜は２層以上の積層膜としてもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、ハーフトーン型位相シ
フトマスクの位相シフト膜上における遮光膜の欠陥、特
に余剰欠陥について検査できるようになる。また、本発
明によれば、ハーフトーン型位相シフトマスクの微小な
欠陥をも確実に検出できるようになる。また、本発明に
よれば、ハーフトーン型位相シフトマスクの欠陥検査
を、自動欠陥検査装置を用いてなお一層厳格にしかも容
易に行えるようになる。その結果、歩留まりよく不安定
してハーフトーン型位相シフトマスクを提供できるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例によるハーフトーン型位相シフトマスク
の製造方法を説明する為の図。

【図２】実施例によるハーフトーン型位相シフトマスク
の光学特性を示す図。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２１ 半透光膜パターン ３１１ 第２遮光膜パターン（遮光膜パターン） １０ ハーフトーン型位相シフトマスク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板上に、半透光膜パターンと、この
   半透光膜パターンの上に形成された遮光膜パターンと、
   を有するハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、 欠陥検査光に対する前記各パターンの反射率が、当該欠
   陥検査光をこのマスクに照射した際の散乱光に基づいて
   当該欠陥を検出できる程度の相違を示すように構成され
   ていることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマス
   ク。
2. 【請求項２】前記欠陥検査光に対する前記各パターンの
   反射率の差が、５パーセント以上となるように構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載のハーフトーン型
   位相シフトマスク。
3. 【請求項３】前記欠陥検査光に対する前記遮光膜パター
   ンの反射率が、当該欠陥検査光に対する前記半透光膜パ
   ターンの反射率よりも大きくなるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のハーフトーン型
   位相シフトマスク。
4. 【請求項４】露光光に対しては、前記各パターンの反射
   率が何れも３０パーセント以下となるように構成されて
   いることを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載のハ
   ーフトーン型位相シフトマスク。
5. 【請求項５】請求項１乃至４の何れか記載のハーフトー
   ン型位相シフトマスクを製造する為の素材として用いら
   れるハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
6. 【請求項６】請求項１乃至４の何れか記載のハーフトー
   ン型位相シフトマスクの製造方法であって、 前記半透光膜パターン上における遮光膜の余剰欠陥の有
   無を、少なくともこのマスクからの反射光に基づいて検
   査する検査工程を有することを特徴とするハーフトーン
   型位相シフトマスクの製造方法。