JP2003043668A

JP2003043668A - スパッタターゲット、該スパッタターゲットを用いた位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクの製造方法

Info

Publication number: JP2003043668A
Application number: JP2001236796A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Shinagawa; 勉品川; Satoshi Okazaki; 智岡崎; Sadaomi Inazuki; 判臣稲月; Hideo Kaneko; 英雄金子; Masataka Watanabe; 政孝渡辺
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【解決手段】位相シフトマスクの光半透過部を形成す
るために使用されるスパッタターゲットであって、前記
スパッタターゲットは少なくとも金属とホウケイ酸ガラ
スを含むことを特徴とするスパッタターゲット。【効果】本発明によれば、位相シフト膜をスパッタリ
ング法で製造する際、スパッタターゲットとして金属と
ホウケイ酸ガラスとを含むものを用いることで、耐薬品
性の非常に優れた光半透過膜（位相シフト膜）を有する
位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクを提供
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路及
び高密度集積回路などの製造工程において使用される位
相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクを構成す
る光半透過膜をスパッタリングにより形成するために使
用されるスパッタターゲット、及びこのターゲットを用
いて光半透過膜を形成する位相シフトマスクブランク、
位相シフトマスクの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ、ＶＬＳＩ等の高密度半導体集積
回路やＣＣＤ（電荷結合素子）、ＬＣＤ（液晶表示素
子）用のカラーフィルター及び磁気ヘッド等の微細加工
には、フォトマスクを使ったフォトリソグラフィー技術
が用いられ、このフォトマスクを制作するためにフォト
マスクブランクが使用されている。

【０００３】このフォトマスクブランクとしては、通
常、石英ガラス等の透光性基板上にクロムからなる遮光
膜を設けたものが使用されている。

【０００４】しかし、近年のさらなるパターンの微細化
の要求に応える技術として、位相シフトリソグラフィー
が注目を集めている。位相シフトリソグラフィーは光リ
ソグラフィーの解像度を上げる技術のひとつであり、フ
ォトマスクを透過する露光光間に位相差を与えることに
より、透過光相互の干渉を利用して解像度を飛躍的に向
上できるようにしたものである。

【０００５】位相シフトマスクには、レベンソン型、補
助パターン型、自己整合型などのタイプが知られてお
り、近年開発が活発に行われているが、この位相シフト
マスクの一つとしていわゆるハーフトーン型位相シフト
マスクと呼ばれる位相シフトマスクがあり、現在最も実
用化の可能性が高い位相シフトマスクとなっている。

【０００６】この位相シフトマスク（ハーフトーン型位
相シフトマスク）は、例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示
したように、基板１上に位相シフト膜２をパターン形成
してなるもので、位相シフト膜の存在しない基板露出部
（第１の光透過部）１ａとマスク上のパターン部分を形
成している位相シフター部（第２の光透過部）２ａとに
おいて、両者を透過してくる光の位相差を図４（Ｂ）に
示したように１８０度とすることで、パターン境界部分
の光の干渉により、干渉した部分で光強度はゼロとな
り、転写像のコントラストを向上させることができるも
のである。また、位相シフト法を用いることにより、必
要な解像度を得る際の焦点深度を増大させることが可能
となり、クロム膜等からなる一般的な露光パターンを持
つ通常のマスクを用いた場合に比べて、解像度の改善と
露光プロセスのマージンを向上させることが可能なもの
である。

【０００７】上記位相シフトマスクは、位相シフター部
の光透過特性によって、完全透過型位相シフトマスクと
ハーフトーン型位相シフトマスクとに実用的には大別す
ることができる。完全透過型位相シフトマスクは、位相
シフター部の光透過率が基板と同等であり、露光波長に
対し透明なマスクである。一方、ハーフトーン型位相シ
フトマスクは、位相シフター部の光透過率が基板露出部
の数％〜数十％程度のものである。

【０００８】図１にハーフトーン型位相シフトマスクブ
ランク、図２にハーフトーン型位相シフトマスクの基本
的な構造をそれぞれ示す。図１に示したハーフトーン型
位相シフトマスクブランクは、露光光に対して透明な基
板１上にハーフトーン型位相シフト膜２を形成したもの
である。また、図２に示したハーフトーン型位相シフト
マスクは、上記シフト膜２をパターニングして、マスク
上のパターン部分を形成するハーフトーン型位相シフタ
ー部２ａと、位相シフト膜が存在しない基板露出部１ａ
を形成したものである。

【０００９】ここで、位相シフター部２ａを透過した露
光光は基板露出部１ａを透過した露光光に対して位相が
シフトされる（図４（Ａ），（Ｂ）参照）。また、位相
シフター部２ａを透過した露光光が被転写基板上のレジ
ストに対しては感光しない程度の光強度になるように、
位相シフター部２ａの透過率は設定されている。従っ
て、位相シフター部２ａは露光光を実質的に遮光する機
能を有する。

【００１０】上記ハーフトーン型位相シフトマスクとし
ては、構造が簡単な単層型のハーフトーン型位相シフト
マスクが提案されており、このような単層型のハーフト
ーン型位相シフトマスクとして、モリブデンシリサイド
酸化物（ＭｏＳｉＯ）、モリブデンシリサイド酸化窒化
物（ＭｏＳｉＯＮ）からなる位相シフト膜を有するもの
などが提案されている（特開平７−１４０６３５号公報
等）。

【００１１】このような位相シフトマスクを作製する方
法としては、位相シフトマスクブランクをリソグラフィ
ー法によりパターン形成する方法が用いられる。このリ
ソグラフィー法は、位相シフトマスクブランク上にレジ
ストを塗布し、電子線又は紫外線により所望の部分のレ
ジストを感光後に現像し、位相シフト膜表面を露出させ
た後、パターニングされたレジスト膜をマスクとして所
望の部分の位相シフト膜をエッチングして基板を露出さ
せる。その後、レジスト膜を剥離することにより位相シ
フトマスクが得られるものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな位相シフトマスクは、その製造工程における洗浄及
びマスク使用時の洗浄等の前処理、または、一般に洗浄
液として使用される硫酸、硫酸過水（硫酸と過酸化水素
水との混合液）等の酸に対する耐薬品性が低いため、光
半透過部の膜質が変化し、洗浄後、必要な透過率、位相
差が得られなくなるという問題があった。

【００１３】低い耐薬品性に対応するために、マスクと
して使用する前に酸で処理する、保護膜を形成する等の
処置がなされてはいるが、何れも必要とされる十分な耐
薬品性を有しておらず、また工程が増える分、コストや
時間もかかるといった問題があった。

【００１４】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、耐薬品性に優れた光半透過部を有する
位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクの製造
に関して、前記光半透過部の成膜工程において使用され
るスパッタターゲット、及び前記スパッタターゲットを
用いてスパッタリングすることで、前記耐薬品性の優れ
た光半透過部を有する位相シフトマスクブランク及び位
相シフトマスクを製造する方法を提供することを目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた
結果、位相シフトマスクの光半透過膜をスパッタリング
法により形成するためのスパッタターゲットとして、金
属及びホウケイ酸ガラスを含むものを用い、不活性ガス
雰囲気下又はこれに窒素元素及び／又は酸素元素を含む
ガスを添加した雰囲気中でスパッタリングすることによ
り、位相シフトマスクに要求される遮光機能、位相シフ
ト機能を満たすだけでなく、これまで問題であった耐薬
品性に優れた位相シフトマスクブランク及び位相シフト
マスクの光半透過膜が得られることを見出し、本発明を
なすに至った。

【００１６】即ち、本発明は下記のスパッタターゲッ
ト、該スパッタターゲットを用いた位相シフトマスクブ
ランク及び位相シフトマスクの製造方法を提供する。

【００１７】請求項１：位相シフトマスクの光半透過部
を形成するために使用されるスパッタターゲットであっ
て、前記スパッタターゲットは少なくとも金属とホウケ
イ酸ガラスを含むことを特徴とするスパッタターゲッ
ト。請求項２：前記スパッタターゲット中の金属とホウケイ
酸ガラスの組成比が、金属とホウケイ酸ガラス中のシリ
コン含有量のモル比で１：０．５〜１：４である請求項
１記載のスパッタターゲット。請求項３：前記金属が、モリブデン、チタン、タンタ
ル、タングステン、クロム、ジルコニウム、ゲルマニウ
ムのうちから選ばれる一つ以上の金属であることを特徴
とする請求項１又は２記載のスパッタターゲット。請求項４：さらに、シリコン及び／又は金属シリサイド
を添加してなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
スパッタターゲット。請求項５：請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパ
ッタターゲットを用いて不活性ガス雰囲気中でスパッタ
リングすることにより光半透過膜を形成することを特徴
とする位相シフトマスクブランクの製造方法。請求項６：前記不活性ガスに反応性ガスとして窒素元素
及び／又は酸素元素を含むガスを添加した雰囲気中でス
パッタリングすることにより光半透過膜を形成する請求
項５記載の位相シフトマスクブランクの製造方法。請求項７：請求項５又は６に記載の位相シフトマスクブ
ランクをリソグラフィー法によりパターン形成してなる
ことを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。

【００１８】以下、本発明について更に詳しく説明す
る。

【００１９】本発明のスパッタターゲットは、金属とホ
ウケイ酸ガラス、又はこれにシリコン、金属シリサイド
を添加したものから構成される。ホウケイ酸ガラスの組
成は、主に金属、酸化ホウ素、酸化ケイ素、アルミナ等
からなり、耐薬品性、耐熱性に非常に優れた理化学用ガ
ラス（パイレックス（登録商標））として広く一般に用
いられている。例えば、ターゲットを作製するには、
（ｉ）金属とホウケイ酸ガラス粉末を所定の組成になる
ように混合し焼結する。また、（ｉｉ）金属、ホウケイ
酸ガラス粉末及びシリコン、（ｉｉｉ）金属、ホウケイ
酸ガラス粉末及び金属シリサイド、又は（ｉｖ）金属、
ホウケイ酸ガラス粉末、シリコン及び金属シリサイドを
所定の組成になるように混合し、ホットプレス又はＨＩ
Ｐで焼結させて作製してもよい。

【００２０】なお、スパッタターゲット中の金属として
はモリブデン、チタン、タンタル、タングステン、クロ
ム、ジルコニウム、ゲルマニウムなどが挙げられるが、
特に、モリブデン、チタン、ジルコニウムが好ましい。

【００２１】また、金属シリサイドとしては、上記した
金属のシリサイド化合物が挙げられるが、特に、モリブ
デンシリサイド、チタンシリサイド、ジルコニウムシリ
サイドが好ましい。

【００２２】前記ターゲット中の金属とホウケイ酸ガラ
スの組成比は、金属とホウケイ酸ガラス中のシリコンと
のモル比を１：０．５〜１：４、特に１：２〜１：３．
５とすることが好ましい。そのモル比が１：０．５未満
であると、形成された膜は位相シフト膜として機能する
ための透過率を確保できなく、１：４を超えると、ＤＣ
スパッタリングにおいて放電が不安定になり、膜に欠陥
等が発生したり、また形成された膜の導電性が低下する
という問題がある。

【００２３】また、金属、ホウケイ酸ガラス、シリコン
及び金属シリサイドを含むターゲットにおいて、ターゲ
ット中の総金属と総シリコンのモル比を、１：２〜１：
５、特に１：２〜１：４とすることが好ましい。

【００２４】金属シリサイドの金属種は上記した金属か
ら選び、配合する金属と同一の金属種である必要はな
い。

【００２５】上記ホウケイ酸ガラスと金属とを含むター
ゲットは、導電性を帯びているので、ＤＣスパッタリン
グの際に放電が安定し、形成された光半透過膜（位相シ
フト膜）は均一で耐薬品性に非常に優れた特性を有し、
さらに導電性も併せ持つことから、ＥＢ露光時における
チャージアップを防止でき、良好な描画を行うことがで
きる。

【００２６】上記選択した金属とホウケイ酸ガラスとを
含むスパッタターゲットを用い、不活性ガス雰囲気中で
スパッタリングすることにより、光半透過膜（位相シフ
ト膜）が形成される。成膜された光半透過膜の屈折率
は、その膜厚から要求される屈折率よりも低い場合が多
い。その場合には、上記スパッタターゲットに適当な量
のシリコン及び／又は金属シリサイドを添加したスパッ
タターゲットを用い、不活性ガスと反応性ガスとして窒
素を含む混合ガスの雰囲気中でスパッタリングすること
により、薄膜中に窒化ケイ素成分が含有されるようにな
り、屈折率の向上が図られ、所望とする屈折率に調整す
ることができる。

【００２７】スパッタリング法としては、直流（ＤＣ）
電源を用いたものでも、高周波（ＲＦ）電源を用いたも
のでもよく、またマグネトロンスパッタリング方式であ
っても、コンベンショナル方式であってもよい。なお、
成膜装置は通過型でも枚葉型でも構わない。

【００２８】本発明に係る位相シフト膜は、透明基板上
に、スパッタターゲットとして金属とホウケイ酸ガラス
とを含むターゲットを用いてスパッタリング法により成
膜され、露光光における透過率が数％〜数十％（特に３
％〜４０％であることが好ましい）を有し、位相シフタ
ー部を透過した光の位相が透明基板のみを透過した光に
対して１８０±５度の位相差を有することが好ましい。
なお、透明基板は、使用する露光波長に対して透明な基
板であれば特に制限はない。透明基板としては、石英基
板、蛍石、その他各種ガラス基板（例えば、ソーダライ
ムガラス、アルミノシリケートガラス等）等が挙げられ
る。

【００２９】位相シフト膜を成膜する際に用いるスパッ
タリングガスの組成は、アルゴンなどの不活性ガスに酸
素ガスや窒素ガス、各種酸化窒素ガス、各種酸化炭素ガ
ス等の炭素を含むガスなどを、成膜される位相シフト膜
が所望の組成を持つように、適宜添加したものとするこ
とができる。なお、成膜される位相シフト膜の透過率を
上げたいときには、膜中に酸素及び窒素が多く取り込ま
れるようにスパッタリングガスに添加する酸素や窒素を
含むガス量を増やす方法で調整することができる。

【００３０】次に、本発明の位相シフトマスクブランク
を用いて図２に示したような位相シフトマスクを製造す
る場合は、図３（Ａ）に示したように、透明基板１上に
位相シフト膜２を形成した後、位相シフト膜２上にレジ
スト膜３を形成し、図３（Ｂ）に示したように、レジス
ト膜３をパターニングし、更に、図３（Ｃ）に示したよ
うに、位相シフト膜２をエッチングした後、図３（Ｄ）
に示したように、レジスト膜３を剥離する方法が採用し
得る。この場合、レジスト膜の塗布、パターニング（露
光、現像）、レジスト膜の除去は、公知の方法によって
行うことができる。

【００３１】このようにして得られる位相シフト膜は、
位相シフト膜としての機能（透過率、屈折率等の光学特
性）を有するだけでなく、これまで問題であった耐薬品
性に優れた特性を有する。さらに導電性を有することか
ら、良好なＥＢ描画を行うことができる。

【００３２】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるも
のではない。

【００３３】［実施例１］モリブデンとパイレックス
（登録商標）の粉末をＭｏ：Ｓｉのモル比が１：２．３
になるように混合したものを焼結してスパッタターゲッ
トを作製し、これを用いて光半透過膜を形成した。

【００３４】具体的には、６”の角形石英基板上に上記
スパッタターゲットを用いて、スパッタリングガスとし
てアルゴンと窒素の流量比が１：５である混合ガスを用
い、放電中のガス圧０．２Ｐａ、２００Ｗ、成膜温度１
２０℃でスパッタリング法により位相シフト膜（膜厚１
２１ｎｍ）を得た。なお、膜厚は位相差が１８０度にな
るように調整した。

【００３５】上記薄膜上に電子線レジスト膜を形成し、
パターン露光、現像によりレジスト膜を形成した。次
に、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、薄
膜部分を除去し、位相シフト薄膜のＬ＆Ｓパターンを得
た。レジスト膜を剥離後、８０℃の濃硫酸に１５分間浸
漬して洗浄、純水でリンスして位相シフトマスクを得
た。なお、電子線描画の際のチャージアップは殆ど問題
にならなかった。

【００３６】得られた位相シフトマスクを８０℃の硫酸
過水（硫酸と過酸化水素水との混合液Ｈ₂ＳＯ₄：Ｈ₂
Ｏ₂＝１：４〈重量比〉）に２時間浸漬し、浸漬前後の
位相差、透過率を測定し、その変化量から耐薬品性を評
価した。

【００３７】その位相差の変化量は１．９度、透過率の
変化量は０．８２％であった。結果を表１に示す。

【００３８】なお、位相差及び透過率の測定は、波長２
４８ｎｍでレーザーテック社製ＭＰＭ−２４８で測定し
た。

【００３９】［比較例１］スパッタターゲットにＭｏ：
Ｓｉのモル比が１：２．３になるようにモリブデンとシ
リコンの粉末を焼結したターゲットを作製し、上記実施
例１と同様の手法でスパッタリングガスとしてアルゴン
と窒素と酸素を流量比１：５：２の混合ガスを用い、放
電中のガス圧０．２５Ｐａ、２００Ｗ、成膜温度１２０
℃で、ＭｏＳｉＮＯからなる位相シフト膜（膜厚１０２
ｎｍ）を得た。なお、膜厚は位相差が１８０度になるよ
うに調整した。

【００４０】上記実施例１と同様の手法でレジストパタ
ーンを得た後、これを剥離し、位相シフトマスクを作製
した。得られた位相シフトマスクについて実施例１と同
様に耐薬品性を評価した。

【００４１】その位相差の変化量は５．０度、透過率の
変化量は２．１１％であった。結果を表１に示す。

【００４２】なお、位相差及び透過率は実施例１と同様
に測定した。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、位相シフト膜をスパッ
タリング法で製造する際、スパッタターゲットとして金
属とホウケイ酸ガラスとを含むものを用いることで、耐
薬品性の非常に優れた光半透過膜（位相シフト膜）を有
する位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るフォトマスクブランク
の断面図である。

【図２】本発明の一実施例に係るフォトマスクの断面図
である。

【図３】位相シフトマスクブランクより位相シフトマス
クを製造する工程を説明するもので、（Ａ）は位相シフ
トマスクブランクの位相シフト膜上にレジスト膜を形成
した状態、（Ｂ）はレジスト膜をパターニングした状
態、（Ｃ）は位相シフト膜をドライエッチング又はウェ
ットエッチングによりパターンニングした状態、（Ｄ）
はレジスト膜を除去して位相シフトマスクを形成した状
態を示す断面図である。

【図４】（Ａ）、（Ｂ）はハーフトーン型位相シフトマ
スクの原理を説明する図であり、（Ｂ）はＸ部の拡大図
である。

【符号の説明】

１透明基板１ａ透明基板露出部２位相シフト膜２ａ位相シフター部３レジスト膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡崎智新潟県中頸城郡頸城村大字西福島28−１信越化学工業株式会社新機能材料技術研究所内 (72)発明者稲月判臣新潟県中頸城郡頸城村大字西福島28−１信越化学工業株式会社新機能材料技術研究所内 (72)発明者金子英雄新潟県中頸城郡頸城村大字西福島28−１信越化学工業株式会社新機能材料技術研究所内 (72)発明者渡辺政孝新潟県中頸城郡頸城村大字西福島28−１信越化学工業株式会社新機能材料技術研究所内Ｆターム(参考） 2H095 BB03 BB25 BC05 BC08 4K029 BA50 BC08 BD00 CA05 DC03 DC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位相シフトマスクの光半透過部を形成す
るために使用されるスパッタターゲットであって、前記
スパッタターゲットは少なくとも金属とホウケイ酸ガラ
スを含むことを特徴とするスパッタターゲット。
【請求項２】前記スパッタターゲット中の金属とホウ
ケイ酸ガラスの組成比が、金属とホウケイ酸ガラス中の
シリコン含有量のモル比で１：０．５〜１：４である請
求項１記載のスパッタターゲット。
【請求項３】前記金属が、モリブデン、チタン、タン
タル、タングステン、クロム、ジルコニウム、ゲルマニ
ウムのうちから選ばれる一つ以上の金属である請求項１
又は２記載のスパッタターゲット。
【請求項４】さらに、シリコン及び／又は金属シリサ
イドを添加してなる請求項１乃至３のいずれか１項に記
載のスパッタターゲット。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
スパッタターゲットを用いて不活性ガス雰囲気中でスパ
ッタリングすることにより光半透過膜を形成することを
特徴とする位相シフトマスクブランクの製造方法。
【請求項６】前記不活性ガスに反応性ガスとして窒素
元素及び／又は酸素元素を含むガスを添加した雰囲気中
でスパッタリングすることにより光半透過膜を形成する
請求項５記載の位相シフトマスクブランクの製造方法。
【請求項７】請求項５又は６に記載の位相シフトマス
クブランクをリソグラフィー法によりパターン形成して
なることを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。