JPH08202016A - ハーフトーン型位相シフトマスク及びレジスト露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】多重干渉効果に起因した光透過領域と半遮光領
域とを通過する光の位相差の変動を効果的に抑制し得る
ハーフトーン型位相シフトマスクを提供する。 【構成】ハーフトーン型位相シフトマスクは、基板１０
の表面側に光透過領域１２と半遮光領域１４が形成さ
れ、基板１０の裏面に単層若しくは多層の多重干渉防止
膜１６が形成されている。あるいは又、両面が平行な基
板の一方の面に、光透過領域と半遮光領域と単層若しく
は多層の多重干渉防止膜が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の製
造における各種パターン形成技術等に用いられるハーフ
トーン型位相シフトマスク、及びかかるハーフトーン型
位相シフトマスクを用いたレジスト露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造におけるパターン転写
工程、所謂リソグラフィ工程で使用されるフォトマスク
は、フォトマスク上のパターン形状を例えばウエハ上に
形成されたレジスト材料に転写するために用いられる。
半導体装置等におけるパターン加工の寸法は年々微細化
している。そして、遮光領域と光透過領域とから構成さ
れた従来型のフォトマスクでは、リソグラフィ工程で使
用する露光装置の露光光の波長程度の解像度を得ること
ができず、半導体装置等の製造において要求される解像
度を得ることが困難になりつつある。そこで、近年、こ
のような従来型のフォトマスクに替わって、光の位相を
異ならせる位相シフト領域を具備した、所謂位相シフト
マスクが用いられるようになってきている。位相シフト
マスクを用いることによって、従来型のフォトマスクで
は形成不可能な微細パターンの形成が可能とされてい
る。

【０００３】従来の位相シフトマスクは、光透過領域、
光を遮光する遮光領域、及び光透過領域を通過する光の
位相と異なる位相の光を透過させる光透過物質から成る
位相シフト領域から構成されている。典型的な従来のエ
ッジ強調型位相シフトマスクの模式的な一部切断図を図
２６の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。図中、１００
は基板、１１２は光透過領域、１１６は遮光領域、１１
８は位相シフト領域、１２２は光透過物質層、１２４は
遮光層である。光透過物質層１２２を設けることによっ
て、あるいは又、基板１００に凹部１１２Ａを形成する
ことによって、光透過領域１１２を通過した光の位相
と、位相シフト領域１１８を通過した光の位相を、例え
ば１８０度相違させることができる。

【０００４】従来の位相シフトマスクにおいては、位相
シフト領域の形状あるいは位置を精確に制御しないと微
細なパターンの形成ができない。また、パターン形状に
よっては、位相シフト領域が、光の干渉を本来受けては
ならない他の光透過領域にまで光の干渉を生じさせる場
合がある。このような場合には、位相シフト領域を形成
することができない。

【０００５】このような従来の位相シフトマスクの問題
点を解決するための位相シフトマスクの一種に、半遮光
領域と光透過領域とから構成され、半遮光領域を通過し
た光の位相と光透過領域を通過した光の位相とが例えば
１８０度異なるハーフトーン型位相シフトマスクがあ
る。半遮光領域には、光透過率が数％〜数１０％の僅か
に露光光を透過させる例えばＣｒから成る半遮光層が形
成されている。

【０００６】ハーフトーン型位相シフトマスクにおいて
は、光透過領域を除く全面に半遮光領域が形成されてい
る。ハーフトーン型位相シフトマスクを用いてレジスト
材料を露光する方法は、コンタクトホールパターンのよ
うな孤立パターンの解像度や焦点深度を向上させるため
に極めて有効な方法である。そして、ハーフトーン型位
相シフトマスクは、上述の従来の位相シフトマスクの問
題点を解決できる。しかも、従来の位相シフトマスクに
おいて要求される光透過物質層の形成及び遮光領域の形
成といった２回の形成工程の代わりに、半遮光領域の形
成という１回の形成工程で済むために、ＣＡＤ工程及び
ハーフトーン型位相シフトマスクの作製工程が容易とな
り、しかも、マスク作製時に欠陥が生成される度合も低
いという利点を有する。

【０００７】従来のハーフトーン型位相シフトマスクの
模式的な一部切断図を図２７の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）
及び（Ｄ）に示す。図中、参照番号１０は基板、１２は
光透過領域、１４は半遮光領域である。図２７の（Ａ）
及び（Ｂ）に示したハーフトーン型位相シフトマスクに
おいては、半遮光領域１４は、半遮光層２０及び位相シ
フト層２２から構成されている。位相シフト層２２は、
光透過領域１２を通過した光の位相と半遮光領域１４を
通過した光の位相を異ならせるための光透過物質から成
る。あるい又、図２７の（Ｃ）に示すハーフトーン型位
相シフトマスクは、所謂基板掘り込み型である。基板１
０に凹部１２Ａを形成することによって、光透過領域１
２を通過した光の位相と半遮光領域１４を通過した光の
位相を異ならせることができる。更には、図２７の
（Ｄ）に示すハーフトーン型位相シフトマスクは、半遮
光領域１４に、単層で位相シフトと光透過率制御を同時
に担えるような薄膜２０Ａが成膜されている、所謂単層
型のハーフトーン型位相シフトマスクである。

【０００８】ハーフトーン型位相シフトマスクにおいて
は、半遮光領域１４の振幅透過率は、０より大きく且つ
レジスト材料を解像させない程度、例えば２０〜４５％
程度である。尚、光強度透過率で表現すると、４〜２０
％程度である。従来、半遮光領域１４の光強度透過率
は、マスク全面において、一様な値に設定されている。
そして、ハーフトーン型位相シフトマスクに設けられた
パターン形状を例えばウエハ上に形成されたレジスト材
料に転写するために、所定の光強度透過率及び位相を有
する半遮光領域１４を通過した光と、半遮光領域１４と
は例えば１８０度位相が異なる光透過領域１２を通過し
た光の干渉を利用する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】例えば、図２７の
（Ｃ）に示した基板堀込み型のハーフトーン型位相シフ
トマスクにおいて、石英から成る基板１０そのものの厚
さが変化した場合の、光透過領域１２を通過した光の位
相と半遮光領域１４を通過した光の位相との差である位
相差の変化の計算結果を図２８に示す。図２８におい
て、横軸は基板１０の厚さ（単位：μｍ）であり、縦軸
は位相差｜θ₁−θ₂｜（単位：度）である。尚、図２７
の（Ｃ）に示すように、位相θ₁は、光透過領域１２を
通過した光の位相であり、位相θ₂は、半遮光領域１４
を通過した光の位相である。以下においても同様であ
る。

【００１０】基板１０の厚さが変化する理由としては、
基板間の製造ばらつきや基板内の平坦度ばらつきを挙げ
ることができる。図２８から明らかなように、位相差は
基板の厚さ変化に応じて激しく変化する。位相差の最大
値と最小値との差を「位相差の振幅」と定義する。位相
差の振幅を求めた結果、約１７度であった。

【００１１】基板間の製造ばらつきは５インチウエハ露
光用の基板で約１６０μｍと報告されている。このこと
は、どんなに基板１０に形成すべき凹部１２Ａの深さを
正確に制御しても、基板間で位相差は約±８．５度も変
化してしまうことを意味する。また、同一基板内での面
内厚さばらつきもこれに準ずる値を取ることが知られて
おり、同様の理由で位相差の基板面内ばらつきも約±
８．５度に及んでしまうことになる。ハーフトーン型位
相シフトマスクの位相差の変化はベストフォーカスのシ
フトや焦点深度の低下を引き起こし、このままでは実用
上極めて問題である。例えば、位相差が１０度変化した
場合、ベストフォーカスは０．５μｍ程度シフトし、焦
点深度も０．５μｍ程度変化することがある。

【００１２】図２８に示したように、ハーフトーン型位
相シフトマスクにおいては、基板１０の厚さの変化によ
り位相差が激しく振動する。この原因は、主に、ハーフ
トーン型位相シフトマスク内で生じる光の多重干渉効果
にあると考えられている。

【００１３】一般に、透明な単層材料から成る基板を波
長λの光が通過した場合の位相の変化θは、基板を構成
する材料の屈折率をｎ_S、基板の厚さをｄ_Sとした場合、
次式で与えられる。 θ＝２π・ｎ_S・ｄ_S／λ 式（１）

【００１４】ところが、この基板の表面に例えばＣｒの
ような半遮光層が形成されている場合の位相の変化θ
は、半遮光層を構成する材料の屈折率をｎ_H、半遮光層
の厚さをｄ_Hとすると、次式で与えられる。 θ＝２π・ｎ_S・ｄ_S／λ＋２π・ｎ_H・ｄ_H／λ＋θ_th＋θ_b 式（２）

【００１５】ここで、θ_thは多重干渉効果による位相の
変化を表す項であり、基板の厚さｄ_Sが（ｍλ／２ｎ_S）
のピッチで変化すると、 Ｔ＝λ／２ｎ_S 式（３） の周期で振動する。また、θ_bは、半遮光層と基板の境
界面での位相変化量であり、半遮光層の光吸収率が増す
ほど大きくなる。

【００１６】図２８の計算をする際には、図２７の
（Ｃ）に示した構造のハーフトーン型位相シフトマスク
を用いた。尚、計算に用いた各パラメータを以下に示
す。 λ ＝２４８ｎｍ ｄ_S＝２２３０μｍ前後の値 ｎ_S＝１．５１ ｋ_S＝０ ｄ_H＝０．０５μｍ ｎ_H＝１．７ ｋ_H＝２．０ 尚、ｎ_S及びｎ_Hは複素屈折率の実数部の値であり、ｋ_S
及びｋ_Hは複素屈折率の虚数部の値である。尚、これら
の計算及び以下の計算においては、多層膜シミュレータ
ーを用いている。多層膜シミュレーターに関しては、例
えば、文献 "Modeling Projection Printing of Positi
ve Photoresists", F.H. Dill, et al., IEEE TRANSACT
IONS ON ELECTRON DEVICES, Vol. ED-22, No. 7, July
1975, pp456-464 を参照のこと。

【００１７】図２９に、図２７の（Ｃ）に示した各々の
光路の位相θ₁，θ₂の、基板１０の厚さ変化に対する変
化を示す。図２９中、矢印で示したこの２つの位相
θ₁，θ₂の差が、ハーフトーン型位相シフトマスクにお
ける位相差である。図２９に示した計算は、基板の厚さ
を０．０１μｍピッチで変化させて行っている。

【００１８】つまり図２９の２つの位相θ₁，θ₂を示す
点線及び実線が常に等間隔で変化すれば問題はないので
あるが、図２９を注意深く見ると、点線及び実線は直線
ではない。即ち、式（２）の項θ_th（多重干渉効果によ
る位相の変化を表す項）が基板の厚さ変化に応じて正負
に変化するので、位相θ₁，θ₂の変化は単純な右下がり
の直線にはならない。この点線及び実線で示した位相θ
₁，θ₂のそれぞれの差分（θ₁及びθ₂のそれぞれのデー
タ間の差分）を計算した結果を、図３０に示す。図３０
に示した値は、基板の厚さが０．０１μｍ変化したと
き、各々の位相θ₁，θ₂が何度変化するかの変化分を示
している。図３０の横軸の１単位は０．０１μｍであ
り、縦軸はかかる１単位分に相当する位相の変化分（Δ
θ₁，Δθ₂）である。もしも多重干渉効果がなければ
（言い換えれば、θ_th＝０ならば）、これらのΔθ₁，
Δθ₂値は、式（１）にｄ_S＝０．０１μｍを代入した
値、 Δθ₁又はθ₂＝２１．９度 式（４） となり、一定値を取るはずである。

【００１９】然るに、現実には図３０に示すように、位
相の変化分（Δθ₁，Δθ₂）は振動する。この振動は、
光透過領域１２を通過した光の位相（θ₁）の変化分Δ
θ₁よりも、半遮光領域１４を通過した光の位相（θ₂）
の変化分Δθ₂の方が大きい。これは、半遮光層２０と
基板１０との界面とにおける反射率が高く、そのため多
重干渉効果もより顕著になるためであると考えられる。

【００２０】従って、本発明の目的は、多重干渉効果に
起因した光透過領域と半遮光領域とを通過する光の位相
差の変動を効果的に抑制し得るハーフトーン型位相シフ
トマスクを提供することにある。更に、本発明の目的
は、基板間及び基板面内の基板の厚さの変化に起因した
位相差の振動を抑制し得るハーフトーン型位相シフトマ
スクを提供することにある。また、本発明の目的は、か
かるハーフトーン型位相シフトマスクを用いたレジスト
露光方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第１の態様に係るハーフトーン型位相シフ
トマスクは、基板の表面側に光透過領域と半遮光領域が
形成され、基板の裏面に単層の多重干渉防止膜が形成さ
れていることを特徴とする。

【００２２】上記の目的を達成するための本発明の第２
の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクは、両面
が平行な基板の表面側に光透過領域と半遮光領域が形成
され、基板の少なくとも表面に単層の多重干渉防止膜が
形成されていることを特徴とする。

【００２３】本発明の第１又は第２の態様に係るハーフ
トーン型位相シフトマスクにおいては、多重干渉防止膜
を構成する材料の屈折率ｎ₁の値が１．１６以上１．３
０以下であることが好ましい。更には、多重干渉防止膜
の厚さｄ₁（ｎｍ）は、露光光の波長をλ（ｎｍ）、多
重干渉防止膜を構成する材料の屈折率の値をｎ₁とした
とき、（λ／４ｎ₁）・（２ｍ＋１）−１０≦ｄ₁≦（λ
／４ｎ₁）・（２ｍ＋１）＋１０（但し、ｍ＝０，１，
２・・・）を満足することが好ましい。

【００２４】あるいは又、本発明の第１又は第２の態様
に係るハーフトーン型位相シフトマスクにおいては、多
重干渉防止膜を構成する材料の複素屈折率の虚数部の値
が０ではないことが好ましい。

【００２５】上記の目的を達成するための本発明の第３
の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクは、基板
の表面側に光透過領域と半遮光領域が形成され、基板の
裏面に多層の多重干渉防止膜が形成されていることを特
徴とする。

【００２６】上記の目的を達成するための本発明の第４
の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクは、両面
が平行な基板の表面側に光透過領域と半遮光領域が形成
され、基板の少なくとも表面に多層の多重干渉防止膜が
形成されていることを特徴とする。

【００２７】本発明の第３又は第４の態様に係るハーフ
トーン型位相シフトマスクにおいては、多重干渉防止膜
の各層を構成する材料の複素屈折率の虚数部の値が０で
あることが好ましい。あるいは又、多重干渉防止膜を構
成する各層の内、少なくとも１層を構成する材料の複素
屈折率の虚数部の値が０ではないことが好ましい。

【００２８】上記の目的を達成するための本発明のレジ
スト露光方法は、上述のハーフトーン型位相シフトマス
クを用いて、基体上に形成されたレジスト材料を露光す
ることを特徴とする。

【００２９】

【作用】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクにお
いては、基板に単層若しくは多層の多重干渉防止膜が形
成されている。これによって、式（２）の多重干渉効果
による位相の変化を表す項θ_thをキャンセルしあるいは
又θ_thの影響を減ずることができ、基板間あるいは基板
面内の基板厚さばらつきによって生じる位相差の変動を
減少させることができる。

【００３０】

【実施例】以下、図面を参照して、好ましい実施例に基
づき、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを説明
する。尚、実施例１〜実施例４、及び実施例１２〜実施
例１６は、本発明の第１の態様に係るハーフトーン型位
相シフトマスクに関し、実施例５は、本発明の第２の態
様に係るハーフトーン型位相シフトマスクに関する。ま
た、実施例６〜実施例１０は、本発明の第３の態様に係
るハーフトーン型位相シフトマスクに関し、実施例１１
は、本発明の第４の態様に係るハーフトーン型位相シフ
トマスクに関する。実施例１〜実施例１１においては、
光学系における反射防止技術を応用して、位相差の振動
を抑制している。一方、実施例１２〜実施例１６におい
ては、光学系における反射防止に着目するよりは寧ろ、
位相差の振動そのものの抑制に着目している。

【００３１】尚、ウエハ上に形成されたレジスト材料に
対して露光光により転写パターン形状等を形成すると
き、縮小投影に使用されるものをレティクル、一対一投
影に使用されるものをマスクと称したり、あるいは原盤
に相当するものをレティクル、それを複製したものをマ
スクと称したりすることがあるが、本明細書において
は、このような種々の意味におけるレティクルやマスク
を総称してマスクと呼ぶ。

【００３２】（実施例１）実施例１〜実施例４は、本発
明の第１の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスク
に関する。図１の（Ａ）に模式的な一部断面図を示すよ
うに、実施例１のハーフトーン型位相シフトマスクは、
基板１０の表面側に光透過領域１２と半遮光領域１４が
形成され、基板１０の裏面に単層の多重干渉防止膜１６
が形成されている。多重干渉防止膜１６は、屈折率ｎ₁
の値が１．１６以上１．３０以下の材料から構成されて
いる。更には、多重干渉防止膜１６の厚さｄ₁は、露光
光の波長をλ、多重干渉防止膜１６を構成する材料の屈
折率の値をｎ₁としたとき、ｄ₁＝（λ／４ｎ₁）・（２
ｍ＋１）（但し、ｍ＝０，１，２・・・）を満足する。
基板１０は石英から成り、光透過領域１２は、基板１０
に形成された凹部１２Ａから成る。即ち、実施例１は、
所謂基板掘り込み型のハーフトーン型位相シフトマスク
である。また、半遮光領域１４にはＣｒから成る半遮光
層２０が形成されている。

【００３３】実施例１においては、理想的な多重干渉防
止膜１６を基板１０の裏面（Ｃｒから成る半遮光層２０
が形成された基板１０の側と反対側）に形成するとし
た。これによって、多重干渉効果を完全に抑制すること
が可能である。理想的な多重干渉防止膜１６（この場
合、言い換えれば、理想的な反射防止膜でもある）の屈
折率の値ｎ₁及び厚さｄ₁は、 ｎ₁＝√（ｎ_S）＝√（１．５１）＝１．２２９ ｄ₁＝λ／（４ｎ₁）＝０．２４８／（４×１．２２９） ＝０．０５０μｍ で与えられる。

【００３４】このような構成を有する多重干渉防止膜１
６を基板１０の裏面に形成したときの、光透過領域１２
を通過した光の位相θ₁と半遮光領域１４を通過した光
の位相θ₂との位相差（｜θ₁−θ₂｜）の計算結果と、
基板１０の厚さの関係を図１の（Ｂ）に示す。尚、図１
の（Ｂ）中、点線は多重干渉防止膜を設けない従来のハ
ーフトーン型位相シフトマスク（図２７の（Ｃ）に示し
た構造を参照）における計算結果である。また、光透過
領域１２を通過した光の位相θ₁の変化、及び半遮光領
域１４を通過した光の位相θ₂の変化の計算結果と、基
板１０の厚さの関係を図２の（Ａ）に示す。更に、光透
過領域１２を通過した光の位相θ₁の変化分Δθ₁、及び
半遮光領域１４を通過した光の位相θ₂の変化分Δθ
₂を、図２の（Ｂ）に示す。尚、図２の（Ｂ）の横軸
は、図２９と同じである。

【００３５】図１の（Ｂ）から明らかなように、多重干
渉防止膜１６を施すことにより、多重干渉防止膜１６に
よって式（２）のθ_thの項をキャンセルすることがで
き、位相差の振幅（｜θ₁−θ₂｜の最大値と最小値の
差）をほぼ０にすることができる。また位相の変化分
（図２の（Ｂ）参照）は、Δθ₁，Δθ₂共、式（４）で
求めた値（２１．９度）で概ね一定となっていることが
判る。

【００３６】（実施例２）実施例２は実施例１の変形で
あり、実施例２のハーフトーン型位相シフトマスクは実
施例１と同様の構造を有する。実施例１ではあくまでも
理想的な多重干渉防止膜を想定したが、現実には、屈折
率ｎ₁の値が１．２２９である適切な材料は今のところ
知られていない。そこで、多重干渉防止膜１６の屈折率
ｎ₁と厚さｄ₁をパラメータとして、位相差の振幅を計算
した結果を図３に示す。図３に示した等高線は、同じ位
相差の振幅を表わし、等高線の差は位相差の振幅１度に
相当する。また、図４には、図３においてｄ₁＝０．０
５０μｍとしたときの、位相差の振幅と多重干渉防止膜
１６の屈折率ｎ₁の関係を示す。

【００３７】図４から明らかなように、位相差の振幅を
０にすることは無理としても、多重干渉防止膜１６の屈
折率ｎ₁と厚さｄ₁を適宜選択することによって、或る範
囲内に位相差の振幅を納めることが可能である。位相差
の振幅の許容範囲を５度（±２．５度）とした場合、多
重干渉防止膜１６の屈折率ｎ₁及び厚さｄ₁が取るべき値
の領域を図３に太線で示した。即ち、多重干渉防止膜１
６を構成する材料の屈折率ｎ₁の値は１．１６以上１．
３０以下となる。この領域内の屈折率ｎ₁を有する材料
として、東京応化工業株式会社製のレジスト用上塗り反
射防止膜ＴＳＰ−３がある。この材料の屈折率ｎ₁は
１．２９５である。厚さｄ₁が０．０５μｍのＴＳＰ−
３から成る多重干渉防止膜１６を基板１０の裏面に塗布
した場合の位相差を、基板１０の厚さを変化させて計算
した。その結果を図５に示す。多重干渉防止膜１６を設
けることによって、式（２）のθ_thの項の影響を減ずる
ことができ、図５から明らかなように、位相差の振幅を
約４度にまで低減させることができる。

【００３８】実施例１〜実施例２にて説明した基板堀込
み型のハーフトーン型位相シフトマスクは、例えば、以
下の工程で作製することができる。先ず、例えば石英か
ら成る基板１０の裏面に多重干渉防止膜１６を形成す
る。形成方法は塗布法やＣＶＤ法等、多重干渉防止膜を
構成する材料によって適宜選択すればよい。次に、基板
１０の表面上に、光強度透過率が例えば１０％となるよ
うに、例えばクロムから成る半遮光層２０をスパッタリ
ング法によって形成する（図６の（Ａ）参照）。次い
で、半遮光層２０上にレジスト３０を塗布する（図６の
（Ｂ）参照）。次に、描画装置からの電子線による描画
工程及びレジスト３０の現像工程を行った後、。塩素及
び酸素の混合ガスによるプラズマ中での半遮光層２０の
エッチング（図６の（Ｃ）参照）、四フッ化炭素及び酸
素の混合ガスによるプラズマ中での石英から成る基板１
０のエッチング工程、レジスト３０の剥離工程を経て、
最終的に図１の（Ａ）に示した構造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。

【００３９】（実施例３）実施例１及び実施例２におい
ては、所謂基板掘り込み型のハーフトーン型位相シフト
マスクを例にとり説明したが、本発明のハーフトーン型
位相シフトマスクはこのような形式に限定されるもので
はない。実施例３のハーフトーン型位相シフトマスク
は、図７の（Ａ）に示すように単層型である。即ち、半
遮光領域１４に、単層で位相シフトと光透過率制御を同
時に担えるような薄膜２０Ａ（ＭｏＳｉＯから成り、複
素屈折率の実数部の値が１．９７、虚数部の値が０．３
５である）が成膜されている。この単層型のハーフトー
ン型位相シフトマスクは、基板１０と半遮光層２０Ａと
の界面の反射率が低いため、位相差の振幅を、基板堀込
み型のハーフトーン型位相シフトマスクより小さくする
ことができる。単層型のハーフトーン型位相シフトマス
クを構成する基板１０の裏面にＴＳＰ−３から成る多重
干渉防止膜１６を塗布した場合の、位相差の振幅の計算
結果を図７の（Ｂ）に示す。図７の（Ｂ）から明らかな
ように、位相差の振幅を、多重干渉防止膜１６を形成し
ていない場合（図２７の（Ｄ）に示した構造を参照）の
約９度から、約２度に低減させることができる。尚、薄
膜２０Ａは、その他、例えば、ＣｒＯＮ、ＳｉＯ_xＮ_y、
ＳｉＯ、Ｓｉ_xＯ_y、ＳｉＮ_x、ＳｉＣ等から形成するこ
とができる。

【００４０】（実施例４）実施例１〜実施例２では、所
謂基板堀込み型のハーフトーン型位相シフトマスクに関
して説明した。しかしながら、本発明のハーフトーン型
位相シフトマスクはこのような形式に限定されるもので
はなく、図８に示すような、半遮光層２０及び位相シフ
ト層２２から半遮光領域１４が構成されている構造であ
ってもよい。例えば図８の（Ａ）に示す構造を有するハ
ーフトーン型位相シフトマスクの作製方法の概要を、以
下に説明する。先ず、例えば石英から成る基板１０の裏
面に多重干渉防止膜１６を形成する。次いで、石英製の
基板１０の表面上に、例えばＳＯＧから成り所定厚さの
位相シフト層２２を例えば塗布法にて形成する（図９の
（Ａ）参照）。次に、光強度透過率が例えば１０％とな
るように、一定厚さの半遮光層２０を形成する。即ち、
位相シフト層２２の上に、例えばクロムから成る半遮光
層２０を例えばスパッタリング法によって形成する。次
いで、半遮光層２０上にレジスト３０を塗布する（図９
の（Ｂ）参照）。次に、電子線描画により光透過領域形
成予定領域上のレジスト３０に電子線を照射し、レジス
トを現像した後（図３の（Ｃ）参照）、塩素及び酸素の
混合ガスによるプラズマ中でのクロムから成る半遮光層
２０のエッチング、四フッ化炭素及び酸素の混合ガスに
よるプラズマ中での位相シフト層２２のエッチングを行
い、レジスト３０を剥離する。こうして、図８の（Ａ）
に示したハーフトーン型位相シフトマスクを作製するこ
とができる。位相シフト層２２と半遮光層２０の形成順
序を逆にすれば、図８の（Ｂ）に示したハーフトーン型
位相シフトマスクを作製することができるので、詳細な
説明は省略する。尚、ハーフトーン型位相シフトマスク
の作製時、ポジ型レジスト３０を使用したが、ネガ型レ
ジストを使用すれば、ドットパターンやラインパターン
を形成することができる。

【００４１】（実施例５）実施例１〜実施例４において
は、多重干渉防止膜１６を基板１０の裏面に形成した。
一方、実施例５は、本発明の第２の態様に係るハーフト
ーン型位相シフトマスクに関する。即ち、実施例５のハ
ーフトーン型位相シフトマスクは、両面が平行な基板１
０の表面側に光透過領域１２と半遮光領域１４が形成さ
れ、基板０の少なくとも表面に（実施例５においては表
面のみに）単層の多重干渉防止膜が形成されている。図
１０の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に実施例５のハーフト
ーン型位相シフトマスクの模式的な一部断面図を示す。

【００４２】図１０の（Ａ）に示したハーフトーン型位
相シフトマスクは、基板１０の表面側に多重干渉防止膜
１６が形成されており、その上に、位相シフト層２２及
び半遮光層２０から成る半遮光領域１４が形成されてい
る。光透過領域１２にも多重干渉防止膜１６が形成され
ている。図１０の（Ｂ）に示したハーフトーン型位相シ
フトマスクは、基板１０の表面側に多重干渉防止膜１６
が形成されており、その上に、半遮光層２０及び位相シ
フト層２２から成る半遮光領域１４が形成されている。
光透過領域１２にも多重干渉防止膜１６が形成されてい
る。図１０の（Ｃ）に示したハーフトーン型位相シフト
マスクは、単層型であり、基板１０の表面側に多重干渉
防止膜１６が形成されており、その上に、単層で位相シ
フトと光透過率制御を同時に担えるような薄膜２０Ａが
成膜されている。光透過領域１２にも多重干渉防止膜１
６が形成されている。

【００４３】尚、図示しないが、多重干渉防止膜を基板
の両面に形成してもよい。

【００４４】（実施例６）実施例６〜実施例１０は、本
発明の第３の態様に係るハーフトーン型位相シフトマス
クに関する。実施例６〜実施例７においては、多重干渉
防止膜の各層を構成する材料として、複素屈折率の虚数
部の値が０であるものを用いた。一方、実施例８〜実施
例１０においては、多重干渉防止膜を構成する各層の
内、少なくとも１層を構成する材料の複素屈折率の虚数
部の値が０ではないものを用いた。尚、実施例６〜実施
例１０におけるハーフトーン型位相シフトマスクは、図
７の（Ａ）に示した所謂単層型のハーフトーン型位相シ
フトマスクとしたが、図１の（Ａ）あるいは図８に示し
た構造を有するハーフトーン型位相シフトマスクに適用
できることは勿論である。

【００４５】実施例２においては、東京応化工業株式会
社製のレジスト用上塗り反射防止膜ＴＳＰ−３（ｎ＝
１．２９５）を基板１０の裏面に塗布したが、位相差の
振幅は４度ほど残留する（図５参照）。仮に、位相差の
振幅の許容度を５度以下（±２．５度以内）として、多
重干渉防止膜１６の膜厚ｄ₁の許容範囲を求めた結果、
最大膜厚と最小膜厚の差は１０ｎｍであった（図１１参
照）。

【００４６】反射防止膜を多層構造にすることにより、
既存の物質を用いて完全な反射防止が実現できること
は、光学の分野ではよく知られている。今、図１２の
（Ａ）に示すような第１層１６Ａ及び第２層１６Ｂから
成る２層構造の多重干渉防止膜を考えたとき、空気の屈
折率をｎ₀、基板の屈折率をｎ_S、第１層１６Ａの屈折率
をｎ₁、厚さをｄ₁、第２層１６Ｂの屈折率をｎ₂、厚さ
をｄ₂とすれば、以下の式を満足する全てのｎ₁，ｎ₂，
ｄ₁，ｄ₂の組合せが解である。即ち、完全な反射防止を
達成することができる。 ｔａｎ²（２π・ｎ₁・ｄ₁／λ）＝｛ｎ₁ ²（ｎ₀−ｎ_S）（ｎ_Sｎ₀−ｎ₂ ²） ｝／｛（ｎ_Sｎ₁ ²−ｎ₀ｎ₂ ²）（ｎ_Sｎ₀−ｎ₁ ²）｝ 式（５） ｔａｎ²（２π・ｎ₂・ｄ₂／λ）＝｛ｎ₂ ²（ｎ₀−ｎ_S）（ｎ_Sｎ₀−ｎ₁ ²） ｝／｛（ｎ_Sｎ₁ ²−ｎ₀ｎ₂ ²）（ｎ_Sｎ₀−ｎ₂ ²）｝ 式（６）

【００４７】特に、 ｄ₁＝λ（２ｍ＋１）／４ｎ₁ （ｍ＝０，１，２，・・） 式（７） の時にｎ₂は極値をとる。尚、ｍ＝０、λ＝２４８ｎｍ
とすれば、ｎ₁＝１．２９５であるので、 ｄ₁＝４８ｎｍ となる。

【００４８】このような多層構造を有する反射防止膜の
知見を、多層構造を有する多重干渉防止膜に適用するこ
とによって、多重干渉効果の抑制を行うことができる。
例えば第１層１６ＡにＴＳＰ−３（ｎ₁＝１．２９５，
ｋ₁＝０）を用いた場合の、ＴＳＰ−３の厚さｄ₁と第２
層１６Ｂを構成する物質の屈折率ｎ₂の関係を図１２の
（Ｂ）に示す。

【００４９】そして、λ＝２４８ｎｍ、ｎ₁＝１．２９
５のとき、即ち、 ｄ₁＝λ（２ｍ＋１）／４ｎ₁＝４８×（２ｍ＋１） ｎｍ のとき、式（５）及び式（６）より、 ｎ₂＝１．５９ ｄ₂＝λ（２ｍ＋１）／４ｎ₂ ＝３９×（２ｍ＋１）ｎｍ がｎ₂の極値解として得られる。

【００５０】この理想的な光学条件に近い第２層１６Ｂ
を構成する物質として、ＫＣｌ（ｎ₂＝１．６０，ｋ₂＝
０）を用いた場合の、第１層１６Ａ及び第２層１６Ｂの
膜厚ｄ₁，ｄ₂に対する位相差の振幅のコンター図を図１
３に示した。尚、図１３の等高線は位相差の振幅を表
し、等高線の間隔は１度である。以下のコンター図にお
いても同様である。図１３の斜線で示した領域内に両者
の膜厚を収めるように、基板１０の裏面に２層構造の多
重干渉防止膜を形成すれば、位相差の振幅は１度以下に
抑えることができる。また、ＴＳＰ−３から成る第１層
１６Ａの膜厚を４５〜５１ｎｍの範囲内に収めれば（正
確には４８×（２ｍ＋１）−３ｎｍから４８×（２ｍ＋
１）＋３ｎｍの範囲、但し、ｍ＝０，１，２・・・）、
第２層１６Ｂの膜厚に依存せずに、位相差の振幅を５度
以内に抑えることができる。

【００５１】（実施例７）実施例６は極値付近の解であ
ったが、ｎ₁，ｎ₂，ｄ₁，ｄ₂が式（５）及び式（６）を
満たしてさえいれば、多重干渉防止膜として機能する。
第１層１６ＡにＴＳＰ−３（ｎ₁＝１．２９５，ｋ₁＝
０）を用い、第２層１６ＢにＳｉＯＮ（ｎ₂＝１．７，
ｋ₂＝０）を用いた実施例７のハーフトーン型位相シフ
トマスクにおけるコンター図を図１４に示す。この場合
には、 ｄ₁＝４８×（２ｍ₁＋１）＋７ｎｍ （但し、ｍ₁＝
０，１，２・・・） ｄ₂＝３７×（２ｍ₂＋１）−２１ｎｍ （但し、ｍ₂＝
０，１，２・・・） 又は、 ｄ₁＝４８×（２ｍ₁＋１）−７ｎｍ （但し、ｍ₁＝
０，１，２・・・） ｄ₂＝３７×（２ｍ₂＋１）＋２１ｎｍ （但し、ｍ₂＝
０，１，２・・・） を概ね満足する付近の膜厚（図１４中、斜線を付した領
域）にて第１層及び第２層を形成すれば、位相差の振幅
を１度以内に抑えることができる。実際には、位相差の
振幅を例えば５度以内に抑えるように、第１層及び第２
層の膜厚ｄ₁，ｄ₂を設定すればよい。尚、ｍ₁及びｍ₂の
値は、同じ値であっても異なる値であってもよい。以下
の説明においても同様である。

【００５２】（実施例８）実施例８においては、第１層
にＴＳＰ−３（ｎ₁＝１．２９５，ｋ₁＝０）を用い、第
２層にＳｉＮ（ｎ₂＝２．１，ｋ₂＝０）を用いた。実施
例８におけるコンター図を図１５に示す。この場合に
は、 ｄ₁＝４８×（２ｍ₁＋１）＋１１ｎｍ （但し、ｍ₁＝
０，１，２・・・） ｄ₂＝３０×（２ｍ₂＋３）−２５ｎｍ （但し、ｍ₂＝
０，１，２・・・） 又は、 ｄ₁＝４８×（２ｍ₁＋１）−１１ｎｍ （但し、ｍ₁＝
０，１，２・・・） ｄ₂＝３０×（２ｍ₂＋１）＋２５ｎｍ （但し、ｍ₂＝
０，１，２・・・） を概ね満足する付近の膜厚（図１５中、斜線を付した領
域）にて第１層及び第２層を形成すれば、位相差の振幅
を１度以内に抑えることができる。実際には、位相差の
振幅を例えば５度以内に抑えるように、第１層及び第２
層の膜厚ｄ₁，ｄ₂を設定すればよい。

【００５３】（実施例９）実施例６〜実施例８において
は第１層としてＴＳＰ−３を用いたが、実施例９におい
ては、代わりに、東京応化工業株式会社製のレジスト用
上塗り反射防止膜ＴＳＰ−５（ｎ₁＝１．５０，ｋ₁＝
０）を用い、第２層にＳｉＮを用いた。実施例９におけ
るコンター図を図１６に示す。この場合には、 ｄ₁＝４１×（２ｍ₁＋１）＋１１ｎｍ （但し、ｍ₁＝
０，１，２・・・） ｄ₂＝３０×（２ｍ₂＋１）−１７ｎｍ （但し、ｍ₂＝
０，１，２・・・） 又は、 ｄ₁＝４１×（２ｍ₁＋１）−１１ｎｍ （但し、ｍ₁＝
０，１，２・・・） ｄ₂＝３０×（２ｍ₂＋１）＋１７ｎｍ （但し、ｍ₂＝
０，１，２・・・） を概ね満足する付近の膜厚（図１６中、斜線を付した領
域）にて第１層及び第２層を形成すれば、位相差の振幅
を１度以内に抑えることができる。実際には、位相差の
振幅を例えば５度以内に抑えるように、第１層及び第２
層の膜厚ｄ₁，ｄ₂を設定すればよい。

【００５４】（実施例１０）実施例１０においては、第
１層にＳｉＯＮ（ｎ＝１．７，ｋ＝０）を用い、第２層
にＳｉＮを用いた。実施例１０におけるコンター図を図
１７に示す。この場合には、 ｄ₁＝３６×（２ｍ₁＋１）±５ｎｍの範囲 （但し、ｍ
₁＝０，１，２・・・） ｄ₂＝３０×（２ｍ₂＋１）±７ｎｍの範囲 （但し、ｍ
₂＝０，１，２・・・） に膜厚を収るように（図１６中、斜線を付した領域を参
照）、第１層及び第２層を形成すれば、位相差の振幅を
１度以内に抑えることができる。実際には、位相差の振
幅を例えば５度以内に抑えるように、第１層及び第２層
の膜厚ｄ₁，ｄ₂を設定すればよい。

【００５５】（実施例１１）実施例６〜実施例１０にお
いては、多重干渉防止膜１６を基板１０の裏面に形成し
た。一方、実施例１１は、本発明の第４の態様に係るハ
ーフトーン型位相シフトマスクに関する。即ち、実施例
１１のハーフトーン型位相シフトマスクは、両面が平行
な基板の表面側に光透過領域と半遮光領域が形成され、
基板の少なくとも表面に（実施例１１においては表面の
みに）多層の多重干渉防止膜が形成されている。図１８
の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に実施例１１のハーフトー
ン型位相シフトマスクの模式的な一部断面図を示す。
尚、図示しないが、多重干渉防止膜を基板の両面に形成
してもよい。また、基板の一方の面に単層の多重干渉防
止膜を形成し、他方の面に多層の多重干渉防止膜を形成
してもよい。

【００５６】実施例６〜実施例１１のハーフトーン型位
相シフトマスクは、実質的には実施例１〜実施例５のハ
ーフトーン型位相シフトマスクと同様の作製方法で作製
することができるので、作製方法の説明は省略する。
尚、多層構造を有する多重干渉防止膜にあっては、３層
以上から多重干渉防止膜を構成することもできる。ま
た、実施例６〜実施例１１において、多重干渉防止膜を
構成する第１層と第２層の上下の配列を逆にしてもよ
い。更には、２層以上において、各層を構成する材料を
複素屈折率の虚数部の値が０でない態様とすることもで
きる。

【００５７】（実施例１２）実施例１２〜実施例１６
は、再び本発明の第１の態様に係るハーフトーン型位相
シフトマスクに関する。実施例１〜実施例５において
は、多重干渉防止膜を構成する材料の複素屈折率の虚数
部の値は０であった。一方、実施例１２〜１６において
は、多重干渉防止膜は単層から成るが、かかる多重干渉
防止膜を構成する材料の複素屈折率の虚数部の値が０で
はないものを用いた。尚、実施例１２〜実施例１６にお
けるハーフトーン型位相シフトマスクの構造を、図１の
（Ａ）と同様の構造の基板堀込み型とした。

【００５８】実施例１〜実施例５においては、光学系に
おける反射防止技術に基礎を置き、基板１０に透明な多
重干渉防止膜（即ち、複素屈折率ｋの値が０の材料）を
形成することにより、基板１０の厚さの変化に起因した
位相差の振動を抑制した。しかし、本発明の本質的な目
的は、ハーフトーン型位相シフトマスクの位相差を一定
に保つことにある。従って、光を吸収しない材料から多
重干渉防止膜を構成する必然性はない。そこで、例え
ば、基板１０の裏面に形成する多重干渉防止膜を構成す
る材料として光吸収性を有する材料を用いた場合の多重
干渉防止膜（この場合、言い換えれば、位相差振動防止
膜といえる）としての最適条件を求めた。

【００５９】即ち、実施例１２においては、基板１０の
裏面に単層の多重干渉防止膜を形成する。この場合、多
重干渉防止膜を構成する材料の複素屈折率の実数部の値
ｎ₁を１．２２９（理想的な反射防止膜の屈折率）と
し、複素屈折率の虚数部の値ｋ₁の値と膜厚ｄ₁の関係を
求めた。この結果を示すコンター図を、図１９に示す。
この場合、反射防止条件と位相差の振動防止条件は一致
しており、 ｋ₁＝０ ｄ₁＝λ（２ｍ＋１）／４ｎ₁＝５０×（２ｍ＋１）ｎｍ で位相差の振幅は最小となる。

【００６０】また、多重干渉防止膜を構成する材料の複
素屈折率の実数部の値ｎ₁を１．６とし、複素屈折率の
虚数部の値ｋ₁の値と膜厚ｄ₁の関係を求めた。この結果
を示すコンター図を、図２０に示す。図２０から明らか
なように、複素屈折率の実数部の値ｎ₁が理想値からは
ずれた場合には、ｋ₁＝０以外のところで位相差の振幅
が１度以下になる。この例では、図２０に示した計算領
域だけでも、 （ｎ₁，ｋ₁，ｄ₁）＝（１．６， ０．２５， ８８ｎｍ） （１．６， ０．１７， １６５ｎｍ） （１．６， ０．１２， ２４１ｎｍ） の３つの組み合わせが、位相差の振動防止条件として有
効である。但し、これらの組み合わせは、所謂反射防止
条件は満たしていない。従って、このような（ｎ₁，
ｋ₁，ｄ₁）を有する多重干渉防止膜を基板の裏面に形成
しても、露光光の反射は起こる。言い換えれば、かかる
多重干渉防止膜は、反射防止膜としては機能しておら
ず、振動防止膜としてだけ機能している。実際には、位
相差の振幅を例えば５度以内に抑えるように、（ｎ₁，
ｋ₁，ｄ₁）を設定すればよい。図２０のコンター図か
ら、位相差の振幅を５度以内に収める（ｎ₁，ｋ₁，
ｄ₁）の値は、（１．６，０．１４〜０．３８，８０〜
１００ｎｍ）、（１．６，０．１０〜０．２７，１５０
〜１８０ｎｍ）、（１．６，０．０７〜０．２２，２２
５〜２６０ｎｍ）となる。

【００６１】（実施例１３）ＣＶＤ法にて成膜したＳｉ
Ｏ_xＮ_y膜は、原料ガスの供給比を変えることにより複素
屈折率の実数部及び虚数部の値を制御できることが知ら
れている。例えば、文献 "Practical resolution enhan
cement effect by new complete anti-reflective laye
r in KrF laser lithography", T. Ogawa, et al, SPIE
vol.1927, Optical/Laser Microlithography, Vl(199
3), pp.263-274 を参照。この性質を利用して振動防止
条件を満たすような複素屈折率を有するＳｉＯ_xＮ_y膜か
ら成る単層の多重干渉防止膜を基板の裏面に形成するこ
とにより、今までの実施例と同様の位相差の振動防止効
果が得られる。

【００６２】この文献によれば、ＫｒＦエキシマレーザ
光（λ＝２４８ｎｍ）を用いる場合においては、図２１
の（Ａ）に示すように、ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏのガス供給割合
に拘らず、ｎ₁の値はほぼ一定（ｎ₁は約２．１）であ
る。一方、図２１の（Ｂ）に示すように、ＳｉＨ₄／Ｎ₂
Ｏのガス供給割合が増加するに従い、ｋ₁の値は増加す
る。

【００６３】ＰＥＣＶＤ装置等に依存するが、このよう
な（ｎ₁，ｋ₁）の値を求めるために、ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏの
ガス供給割合を変化させてＳｉＯ_xＮ_yを成膜する試験を
行った。 使用ガス ： ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ＝５０／２５〜１００sc
cm 成膜温度 ： ３６０゜Ｃ ＲＦパワー： １９０Ｗ 圧力 ： ３．３×１０²Ｐａ（２．５Torr） 成膜時間 ： ５秒 ＳｉＨ₄ガス供給量を５０sccm一定量とし、Ｎ₂Ｏガス供
給量を２５〜１００sccmまで変化させて得られた多重干
渉防止膜の複素屈折率の実数部の値ｎ₁及び虚数部の値
ｋ₁の値を図２２に示す。このｎ₁及びｋ₁の値を（ｎ₁，
ｋ₁）曲線として、図２３にプロットした。

【００６４】ＳｉＯ_xＮ_y膜の複素屈折率の実数部の値ｎ
₁を１．５〜２．３の範囲として、位相差の振動防止条
件を計算したところ、図２３に示したような３本の直線
上の（ｎ₁，ｋ₁）を選択すれば、位相差の振動を最小に
抑えることができることが判明した。これらの直線とＳ
ｉ_xＯ_xＮ_yの（ｎ₁，ｋ₁）曲線（図２３中、黒丸で示し
た）との交点を求めれば、振動防止膜として機能する多
重干渉防止膜をＳｉＯ_xＮ_yから形成するための条件が求
まる。その結果、 （ｎ₁，ｋ₁，ｄ₁）＝（１．８， ０．１５， １４１ｎｍ） （１．９， ０．２５， ６８ｎｍ） （２．２， １．８， ２．５ｎｍ） の３条件の何れかを満足するようにＳｉＯ_xＮ_yを成膜す
れば、位相差の振動を１度以内に抑えることができる。
実際には、位相差の振幅を例えば５度以内に抑えるよう
に、（ｎ₁，ｋ₁，ｄ₁）を設定すればよい。位相差の振
幅を５度以内に収める（ｎ₁，ｋ₁，ｄ₁）の値は、
（１．８，０．０９〜０．２４，１３４〜１４８ｎ
ｍ）、（１．９，０．１５〜０．３６，６４〜７３ｎ
ｍ）、（２．２，１．１〜２．８，１．３〜４．２ｎ
ｍ）となる。

【００６５】尚、ＳｉＯ_xＮ_yを成膜するための原料使用
ガスとしては、ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏの他にも、 ＳｉＨ₄／Ｏ₂／Ｎ₂ ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ／Ａｒ ＳｉＨ₄／Ｏ₂／Ｎ₂／Ａｒ ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ／Ｎ₂／Ａｒ ＳｉＨ₄／ＮＨ₃／Ｏ₂ を例示することができる。このような各種のガスを使用
して、図２２及び図２３と同様のグラフを作成すれば、
所望の（ｎ₁，ｋ₁）の組み合わせを得るためのＣＶＤ条
件を求めることができる。また、ＣＶＤ法としては、平
行平板ＰＥ（Plasma-Enhanced）ＣＶＤ装置を用いたＰ
ＥＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法あるいはバイアス
プラズマＣＶＤ法を挙げることができる。

【００６６】（実施例１４）実施例１３と同様の性質を
有する物質としてＳｉＯ_xを挙げることができる。基本
的には実施例１３と同様の方法でＳｉＯ_xの最適ＣＶＤ
条件を求めて、かかるＣＶＤ条件にて基板の裏面にＳｉ
Ｏ_xから成る単層の多重干渉防止膜を形成すれば、位相
差の振動を１度以内に抑えることが可能である。即ち、
実施例１３と同様に原料ガスの供給比を変化させたとき
の（ｎ₁，ｋ₁）曲線と、位相差の振動防止条件の直線と
の交点を求めて、かかる（ｎ₁，ｋ₁）の得られるＣＶＤ
条件で基板の裏面にＳｉＯ_xから成る多重干渉防止膜を
成膜すればよい。尚、ＳｉＨ₄／Ｏ₂ガスを使用し、バイ
アスＥＣＲプラズマＣＶＤ法にてＳｉＯ_xから成る多重
干渉防止膜を各種成膜条件（ＳｉＨ₄／Ｏ₂のガス供給割
合を変化）にて成膜した。成膜されたＳｉＯ_xから成る
多重干渉防止膜の（ｎ₁，ｋ₁）の関係を図２４に示す。
実施例１３と同様に、ｋ₁とｎ₁の関係から得られた所定
のＣＶＤ成膜条件にて、所定の厚さｄ₁のＳｉＯ_xから成
る多重干渉防止膜を成膜すればよい。実際には、位相差
の振幅を例えば５度以内に抑えるように、（ｎ₁，ｋ₁，
ｄ₁）を設定すればよい。

【００６７】ＳｉＯ_xから成る多重干渉防止膜は、以下
の方法で成膜することができる。 ［平行平板型プラズマＣＶＤ装置を使用したプラズマＣ
ＶＤ法］ 使用ガスの組み合わせ： ＳｉＨ₄／Ｏ₂ ＳｉＨ₄／Ｏ₂／Ａｒ ［バイアスＥＣＲプラズマＣＶＤ法］ 使用ガスの組み合わせ： ＳｉＨ₄／Ｏ₂ ＳｉＨ₄／Ｏ₂／Ａｒ ＴＥＯＳ／Ｏ₂ ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ ＳｉＨ₄／Ｎ₂Ｏ／Ａｒ

【００６８】尚、ＳｉＯ_xを成膜するための原料ガス及
びＣＶＤ法として、その他、ＴＥＯＳ、ＯＭＣＴＳ（Ｓ
ｉ₄Ｏ（ＣＨ₃）₈）、ＨＭＤＳ（Ｓｉ₂Ｏ（ＣＨ₃）₆）
等、あるいはこれらのガスとＳｉＨ₄の併用、あるいは
又、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を使用したプラズマ
ＣＶＤ法を例示することができる。

【００６９】（実施例１５）実施例１３と同様の性質を
有する物質としてＳｉＣを挙げることができる。基本的
には実施例１３と同様の方法でＳｉＣの最適ＣＶＤ条件
を求めて、かかるＣＶＤ条件にて基板の裏面にＳｉＣか
ら成る単層の多重干渉防止膜を形成すれば、位相差の振
動を１度以内に抑えることが可能である。即ち、実施例
１３と同様に原料ガスの供給比を変化させたときの（ｎ
₁，ｋ₁）曲線と、位相差の振動防止条件の直線との交点
を求めて、かかる（ｎ₁，ｋ₁）の得られるＣＶＤ条件で
基板の裏面に、所定の厚さｄ₁のＳｉＣから成る多重干
渉防止膜を成膜すればよい。実際には、位相差の振幅を
例えば５度以内に抑えるように、（ｎ₁，ｋ₁，ｄ₁）を
設定すればよい。

【００７０】ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄／Ｈ₂ガスを使用し、バイ
アスＥＣＲプラズマＣＶＤ法にてＳｉＣから成る多重干
渉防止膜を、以下に示す各種成膜条件（ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ
₄のガス供給割合を変化）にて成膜した。 使用ガス供給量： ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄＝５〜１０／２．
５〜１０sccm ＲＦパワー ： ３００〜９００Ｗ 圧力 ： ０．４×１０^-2〜５．３×１０^-1Ｐ
ａ

【００７１】成膜されたＳｉＣから成る多重干渉防止膜
の（ｎ₁，ｋ₁）の関係を図２５に示す。実施例１３と同
様に、ｋ₁とｎ₁の関係から得られた所定のＣＶＤ成膜条
件にて、所定の厚さｄ₁のＳｉＣから成る多重干渉防止
膜を成膜すればよい。尚、ＳｉＣから成る多重干渉防止
膜は、ＣＶＤ法以外にもスパッタ法にて成膜することが
可能である。ＳｉＣから成る多重干渉防止膜は、他にも
以下の方法で成膜することができる。 ［熱ＣＶＤ法］ 使用ガスの組み合わせ： ＳｉＣｌ₄／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ ＳｉＨＣｌ₃／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ ＳｉＣｌ₄／ＣＨ₄／Ｈ₂ ＳｉＨ₄／Ｃ₃Ｈ₈／Ｈ₂ ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄／Ｈ₂ ＣＶＤ法の条件： 温度： １００゜Ｃ〜８００゜Ｃ 圧力： １×１０^-2〜１×１０⁵Ｐａ より好ましくは１×１０²〜１×１０⁵Ｐａ ［プラズマＣＶＤ法による光化学反応を利用］ 使用ガスの組み合わせ： Ｓｉ₂Ｈ₆／Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｈ₃／Ｃ₂Ｈ₂ ［ＥＣＲプラズマＣＶＤ法］ 使用ガスの組み合わせ： ＳｉＨ₄／ＣＨ₄／Ｈ₂ ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄ ＳｉＨ₄／Ｃ₂Ｈ₄／Ｈ₂ ［スパッタ法］ ターゲット： ＳｉＣ

【００７２】（実施例１６）実施例１３と同様の性質を
有する物質としてＳｉＮ_xを挙げることができる。基本
的には実施例１３と同様の方法でＳｉＮ_xの最適ＣＶＤ
条件を求めて、かかるＣＶＤ条件にて基板の裏面にＳｉ
Ｎ_xから成る単層の多重干渉防止膜を形成すれば、位相
差の振動を１度以内に抑えることが可能である。即ち、
実施例１３と同様に原料ガスの供給比を変化させたとき
の（ｎ₁，ｋ₁）曲線と、位相差の振動防止条件の直線と
の交点を求めて、かかる（ｎ₁，ｋ₁）の得られるＣＶＤ
条件で基板の裏面に、所定の厚さｄ₁のＳｉＮ_xから成る
多重干渉防止膜を成膜すればよい。実際には、位相差の
振幅を例えば５度以内に抑えるように、（ｎ₁，ｋ₁，ｄ
₁）を設定すればよい。

【００７３】ＳｉＮ_xは、平行平板ＰＥＣＶＤ装置を用
いたＰＥＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法あるいはバ
イアスプラズマＣＶＤ法によって成膜することができ
る。例えばＰＥＣＶＤ法において、ＳｉＨ₄／ＮＨ₃ガス
を使用し、ＳｉＨ₄／ＮＨ₃のガス供給割合を変化させる
と、図２２に示したとほぼ同様のｎ₁とｋ₁の関係が求ま
る。即ち、ＫｒＦエキシマレーザ光（λ＝２４８ｎｍ）
を用いる場合においては、ＳｉＨ₄／ＮＨ₃のガス供給割
合に拘らず、ｎ₁の値はほぼ一定（ｎ₁は１．９〜２．２
程度）である。一方、ＳｉＨ₄／ＮＨ₃のガス供給割合が
増加するに従い、ｋ₁の値は増加する。従って、所定の
（ｎ₁，ｋ₁，ｄ₁）の値を有するＳｉＮ_xから成る多重干
渉防止膜を、図２３に示したと同様の関係から得られた
所定のＣＶＤ成膜条件にて成膜すればよい。

【００７４】尚、使用ガスとしては、ＳｉＨ₄／ＮＨ₃の
他にも、 ＳｉＨ₂Ｃｌ₂／ＮＨ₃ ＳｉＨ₂Ｃｌ₂／ＮＨ₃／Ａｒ ＳｉＨ₄／Ｎ₂／Ａｒ Ｓｉ₂Ｈ₆／ＮＨ₃ ［（ＣＨ₃）₂Ｎ］₃ＳｉＮ₃ ［（Ｃ₂Ｈ₅）₂Ｎ］₃ＳｉＮ₃ （ＣＨ₃）₃ＳｉＮ₃ （Ｃ₂Ｈ₅）₃ＳｉＮ₃ （Ｃｐ₂Ｎ）₃ＳｉＮ₃ Ｃｐ₃ＳｉＮ₃ を例示することができる。尚、Ｃｐはシクロペンタンの
略である。このような各種のガスを使用して、図２２及
び図２３と同様のグラフを作成すれば、所望の（ｎ₁，
ｋ₁，ｄ₁）の組み合わせを得るためのＣＶＤ条件を求め
ることができる。

【００７５】実施例１２〜実施例１６においては、基板
堀込み型のハーフトーン型位相シフトマスクを用いた
が、図８に示したと同様の構造を有するハーフトーン型
位相シフトマスクであってもよい。また、多重干渉防止
膜を基板の裏面に形成する代わりに、図１０の（Ａ）、
（Ｂ）及び（Ｃ）に示したと同様の構造とすることもで
きる。

【００７６】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。実施例にて説明した数値や各種条件は例示であ
り、適宜変更することができる。

【００７７】所望のパターンを有する本発明のハーフト
ーン型位相シフトマスクを露光装置にセットし、波長λ
の露光光にてハーフトーン型位相シフトマスクを照射
し、ハーフトーン型位相シフトマスクを通過した光を、
例えばウエハ上に形成された絶縁層（基体に相当する）
上のレジスト材料上に結像させる。こうして、露光され
たレジスト材料を現像し、レジスト材料をマスクとして
例えば絶縁層をエッチングする。その結果、絶縁層にコ
ンタクトホールパターンや孤立スペースパターンを形成
することができる。

【００７８】ハーフトーン型位相シフトマスクの作製工
程で用いた各種材料は適宜変更することができる。半遮
光層２０を構成する材料はクロムに限定されず、タング
ステン、タンタル、アルミニウムやＭｏＳｉ₂等の光を
適当量遮光することができる材料を用いることができ
る。また、位相シフト層２２は、ＳＯＧから構成する代
わりに、ポリメチルメタクリレート、フッ化マグネシウ
ム、二酸化チタン、ポリイミド樹脂、二酸化珪素、酸化
インジウム、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、各種レジスト等、透明
な材料であればよい。レジスト３０として、ポジ型レジ
ストの代わりにネガ型レジストを用いてもよい。この場
合、電子線描画領域はポジ型の場合と逆になる点が異な
る。また、レジスト３０の描画工程では、電子線描画装
置の代わりに、レーザ等の描画装置を用いてもよい。

【００７９】実施例では位相差の振動の抑制に関して専
ら説明を行ってきたが、多重干渉効果を抑えることによ
り同時に基板の光透過率の変動も低減させることができ
る。一般に、或る膜の光透過率は、たとえ透明であった
としても膜厚により変化する。ハーフトーン型位相シフ
トマスクにおいて光透過率は重要なパラメータである。
基板間あるいは基板の面内厚さばらつきがあるというこ
とは、基板間あるいは基板面内において光透過率にばら
つきがあることを意味する。従って、ハーフトーン型位
相シフトマスクにおける位相シフト効果が、基板間ある
いは基板面内でばらつくことになる。本発明のハーフト
ーン型位相シフトマスクにおいては、多重干渉防止膜を
基板に形成することによって、基板間あるいは基板面内
の厚さばらつきを抑制することができ、その結果、光透
過率の基板間あるいは基板面内ばらつきを有効に低減す
ることが可能である。

【００８０】

【発明の効果】本発明のハーフトーン型位相シフトマス
クにおいては、ハーフトーン型位相シフトマスク内の多
重干渉効果を抑えることにより、基板間あるいは基板面
内の基板厚さばらつきによって生じる位相差の変動や光
透過率の変動を低減させることができる。その結果、安
定したベストフォーカスや焦点深度において、基体上に
形成されたレジスト材料を露光することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のハーフトーン型位相シフトマスクの
模式的な一部断面図、及び基板の厚さｄ_Sと位相差の振
幅｜θ₁−θ₂｜の関係を示す図である。

【図２】実施例１における基板の厚さｄ_Sと位相の変化
θ₁，θ₂の関係、及び位相差の変化分Δθ₁，Δθ₂の関
係を示す図である。

【図３】実施例１における多重干渉防止膜の厚さｄ₁及
び多重干渉防止膜を構成する材料の屈折率ｎ₁をパラメ
ータとしたときの位相差の振幅の計算結果を示す図であ
る。

【図４】実施例１における多重干渉防止膜の厚さを０．
０５μｍとした場合の多重干渉防止膜を構成する材料の
屈折率ｎ₁と位相差の振幅｜θ₁−θ₂｜の計算結果を示
す図である。

【図５】実施例２のハーフトーン型位相シフトマスクに
おける基板の厚さｄ_Sと位相差の振幅｜θ₁−θ₂｜の関
係を示す図である。

【図６】本発明の基板堀込み型のハーフトーン型位相シ
フトマスクの作製工程を説明するための図である。

【図７】実施例３のハーフトーン型位相シフトマスクの
模式的な一部断面図、及び基板の厚さｄ_Sと位相差の振
幅｜θ₁−θ₂｜の関係を示す図である。

【図８】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの構
造を示す模式的な一部断面図である。

【図９】本発明の基板堀込み型のハーフトーン型位相シ
フトマスクの作製工程を説明するための図である。

【図１０】実施例５のハーフトーン型位相シフトマスク
の模式的な一部断面図である。

【図１１】位相差の振幅｜θ₁−θ₂｜と多重干渉防止膜
の厚さｄ₁の関係を示す図である。

【図１２】多層構造を有する多重干渉防止膜を備えたハ
ーフトーン型位相シフトマスクの模式的な一部断面図、
及び、第１層にＴＳＰ−３を用いた場合の、ＴＳＰ−３
の厚さｄ₁と第２層を構成する物質の屈折率ｎ₂の関係を
示す図である。

【図１３】実施例６における、多重干渉防止膜の第１層
と第２層の膜厚ｄ₁，ｄ₂に対する位相差の振幅のコンタ
ー図である。

【図１４】実施例７における、多重干渉防止膜の第１層
と第２層の膜厚ｄ₁，ｄ₂に対する位相差の振幅のコンタ
ー図である。

【図１５】実施例８における、多重干渉防止膜の第１層
と第２層の膜厚ｄ₁，ｄ₂に対する位相差の振幅のコンタ
ー図である。

【図１６】実施例９における、多重干渉防止膜の第１層
と第２層の膜厚ｄ₁，ｄ₂に対する位相差の振幅のコンタ
ー図である。

【図１７】実施例１０における、多重干渉防止膜の第１
層と第２層の膜厚ｄ₁，ｄ₂に対する位相差の振幅のコン
ター図である。

【図１８】実施例１１のハーフトーン型位相シフトマス
クの模式的な一部断面図である。

【図１９】実施例１２における、多重干渉防止膜を構成
する材料の複素屈折率の虚数部の値ｋ₁と膜厚ｄ₁の関係
を示すコンター図である。

【図２０】実施例１２における、多重干渉防止膜を構成
する材料の複素屈折率の虚数部の値ｋ₁と膜厚ｄ₁の関係
を示すコンター図である。

【図２１】実施例１３における、ＳｉＯ_xＮ_yのＣＶＤ成
膜条件と、ＳｉＯ_xＮ_yの複素屈折率の実数部及び虚数部
の値ｎ₁，ｋ₁の関係を示す図である。

【図２２】実施例１３における、ＳｉＯ_xＮ_yのＣＶＤ成
膜条件と、ＳｉＯ_xＮ_yの複素屈折率の実数部及び虚数部
の値ｎ₁，ｋ₁の関係を示す図である。

【図２３】実施例１３における位相差の振動を抑制する
ための、Ｓｉ_xＯ_xＮ_y膜の複素屈折率の実数部及び虚数
部の値ｎ₁，ｋ₁の関係を示す図である。

【図２４】実施例１４における位相差の振動を抑制する
ための、Ｓｉ_xＯ_x膜の複素屈折率の実数部及び虚数部の
値ｎ₁，ｋ₁の関係を示す図である。

【図２５】実施例１５における位相差の振動を抑制する
ための、ＳｉＣ膜の複素屈折率の実数部及び虚数部の値
ｎ₁，ｋ₁の関係を示す図である。

【図２６】従来のエッジ強調型位相シフトマスクの模式
的な一部切断図である。

【図２７】従来のハーフトーン型位相シフトマスクの模
式的な一部切断図である。

【図２８】従来の基板堀込み型ハーフトーン型位相シフ
トマスクにおいて、基板の厚さｄ_Sが変化した場合の、
光透過領域を通過した光の位相と半遮光領域を通過した
光の位相差の振幅｜θ₁−θ₂｜を計算した結果を示す図
である。

【図２９】図２７の（Ｃ）に示した各々の光路の位相θ
₁，θ₂の基板の厚さｄ_Sの変化に対する変化を示す図で
ある。

【図３０】従来の基板堀込み型ハーフトーン型位相シフ
トマスクにおいて、基板の厚さが０．０１μｍ変化した
ときの位相θ₁，θ₂の変化分Δθ₁，Δθ₂を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 基板 １２ 光透過領域 １４ 半遮光領域 １６，１６Ａ 多重干渉防止膜 ２０ 半遮光層 ２２ 位相シフト層

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の表面側に光透過領域と半遮光領域が
   形成され、基板の裏面に単層の多重干渉防止膜が形成さ
   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】両面が平行な基板の表面側に光透過領域と
   半遮光領域が形成され、該基板の少なくとも表面に単層
   の多重干渉防止膜が形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。
3. 【請求項３】多重干渉防止膜を構成する材料の屈折率ｎ
   ₁の値が１．１６以上１．３０以下であることを特徴と
   する請求項１又は請求項２に記載のハーフトーン型位相
   シフトマスク。
4. 【請求項４】多重干渉防止膜の厚さｄ₁（ｎｍ）は、露
   光光の波長をλ（ｎｍ）、多重干渉防止膜を構成する材
   料の屈折率の値をｎ₁としたとき、（λ／４ｎ₁）・（２
   ｍ＋１）−１０≦ｄ₁≦（λ／４ｎ₁）・（２ｍ＋１）＋
   １０（但し、ｍ＝０，１，２・・・）を満足することを
   特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載
   のハーフトーン型位相シフトマスク。
5. 【請求項５】多重干渉防止膜を構成する材料の複素屈折
   率の虚数部の値が０ではないことを特徴とする請求項１
   又は請求項２に記載のハーフトーン型位相シフトマス
   ク。
6. 【請求項６】基板の表面側に光透過領域と半遮光領域が
   形成され、基板の裏面に多層の多重干渉防止膜が形成さ
   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。
7. 【請求項７】両面が平行な基板の表面側に光透過領域と
   半遮光領域が形成され、該基板の少なくとも表面に多層
   の多重干渉防止膜が形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。
8. 【請求項８】多重干渉防止膜の各層を構成する材料の複
   素屈折率の虚数部の値が０であることを特徴とする請求
   項６又は請求項７に記載のハーフトーン型位相シフトマ
   スク。
9. 【請求項９】多重干渉防止膜を構成する各層の内、少な
   くとも１層を構成する材料の複素屈折率の虚数部の値が
   ０ではないことを特徴とする請求項６又は請求項７に記
   載のハーフトーン型位相シフトマスク。
10. 【請求項１０】請求項１乃至請求項９のいずれか１項に
    記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用いて、基体
    上に形成されたレジスト材料を露光することを特徴とす
    るレジスト露光方法。