JP4764214B2 - ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法に係り、特に、半導体集積回路、ＣＣＤ（電荷結合素子)、ＬＣＤ（液体表示素子)用カラーフィルタ、及び磁気ヘッド等の製造に用いられるハーフトーン型位相シフトマスクに関する。

近年、半導体素子の微細化に伴い、投影露光装置にも高い解像性が求められている。そこで、フォトマスクの分野においては、転写パターンの解像性を向上させる手法として、位相シフト法がある。位相シフト法の原理は、隣接する開口部を通過した透過光の位相が反転するように開口部の一方に位相シフト部を設けることによって、透過光が干渉し合う際に境界部での光強度を弱め、その結果として転写パターンの解像性及び焦点深度を向上させるものである。

位相シフト法により解像性を向上させたフォトマスクとして、ハーフトーン型位相シフトマスクがある。

このようなハーフトーン型位相シフトマスクとしては、透明基板上に、Ｃｒ系の遮光層を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

一般に、フォトマスクのＣＤパフォーマンスの改善には、遮光膜とそれを形成するためのレジストの薄膜化が有効である。しかし、遮光膜を薄膜化すると、ＯＤ値（光学濃度）が減少してしまう。現状のＣｒ系遮光膜では、一般に必要とされているＯＤ＝３を達成するために、４５０ｎｍ程度のトータルの膜厚が最低限必要であり、大幅な薄膜化は困難である。また、遮光膜が薄膜化できないと、レジストとの選択比が原因でレジストも薄膜化することができない。したがって、大きなＣＤの改善を望むことができない。
特開平７−１４０６３５号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、ＣＤパフォーマンスの大幅な改善が可能なハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、露光光に対して透明な基板上に、位相差及び透過率を任意に制御したシフター層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、マスクパターン上もしくは基板周辺部に実質的な光の遮蔽を目的として設けられた遮光性膜が、フッ素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングプロセスにおいてエッチング可能な材料からなる膜Ａを含むことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクを提供する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の ハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記遮光膜が、前記膜Ａと、フッ素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングプロセスにおいて前記膜Ａよりもエッチング速度の遅い膜Ｂを少なくとも有し、前記フッ素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングプロセスとは異なるエッチング条件でエッチングしたときのエッチング速度が、前記膜Ｂの方が膜Ａよりも速いことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記フッ素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングプロセスとは異なるエッチング条件が 塩素系ガスを主体とするエッチングガスを用いるエッチングであることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記膜Ａがフッ素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングプロセスでエッチング可能であるとともに、塩素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングプロセスに対して耐性を有し、前記膜Ｂがフッ素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングプロセスに耐性を有し、塩素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングでエッチング可能であることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記膜ＡがＭｏ及び／又はＳｉを主な材料とする膜からなることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、Ｍｏ及び／又はＳｉを主な材料とする膜が、ＭｏＳｉ又はＭｏＳｉ化合物を主な材料とする膜であることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項５に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記膜ＡがＭｏＳｉ又はＭｏＳｉ化合物を主な材料とする膜であり、前記膜ＢがＣｒ又はＣｒ化合物を主な材料とする膜であることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項６又は７に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記化合物が酸化膜、窒化膜、又は酸窒化膜であることを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項５〜８のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記遮光膜が、ＭｏＳｉを主体とする第１の膜、及びＣｒを含む第２の膜が順次積層されてなることを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、前記遮光膜が、請求項５〜８のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、Ｃｒを含む第一の膜、ＭｏＳｉを主体とする第２の膜、及びＣｒを含む第３の膜が順次積層されていることを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、請求項９又は１０に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記Ｃｒを含む第２の膜及び第３の膜は、ＣｒＯ、ＣｒＮ、若しくはＣｒＯＮの単層膜、又はこれらの複数層膜若しくは傾斜膜であり、２ｎｍ〜３０ｎｍの膜厚を有することを特徴とする。

請求項１２に係る発明は、請求項１０に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記Ｃｒを含む第１の膜は、Ｃｒ、ＣｒＮ、ＣｒＯ、若しくはＣｒＯＮの単層膜、又はこれらの複数層膜若しくは傾斜膜であり、２ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有することを特徴とする。

請求項１３に係る発明は、請求項９又は１０に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、請求項９に記載のＭｏＳｉを主体とする第１の膜、及び請求項１０に記載のＭｏＳｉを主体とする第２の膜は、２０ｎｍ〜６０ｎｍの膜厚を有することを特徴とする。

請求項１４に係る発明は、請求項９又は１０に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、請求項９に記載の第１の膜及び第２の膜のトータルの露光光に対する光学濃度、及び請求項１０に記載の第１の膜、第２の膜及び第３の膜のトータルの露光光に対する光学濃度は３.０〜４.０であり、表面反射率は３０%以下であることを特徴とする。

請求項１５に係る発明は、請求項５〜８に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記遮光膜成が、Ｃｒを含む第１の膜、及びＳｉを含む第２の膜を順次積層されていることを特徴とする。

請求項１６に係る発明は、請求項５〜８に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記遮光膜が、Ｓｉを含む第１の膜でのみ構成されていることを特徴とする。

請求項１７に係る発明は、請求項１５又は１６に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、請求項１５に記載のＳｉを含む第２の膜、及び請求項１６に記載のＳｉを含む第１の膜は、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯ、若しくはＭｏＳｉＯＮの単層膜、又はこれらの複数層膜若しくは傾斜膜であり、３０ｎｍ〜８０ｎｍの膜厚を有することを特徴とする。

請求項１８に係る発明は、請求項１５に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記Ｃｒを含む第１の膜は、Ｃｒ、ＣｒＮ、ＣｒＯ、若しくはＣｒＯＮの単層膜、又はこれらの複数層膜若しくは傾斜膜であり、２ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有することを特徴とする。

請求項１９に係る発明は、請求項１５又は１６に記載のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、請求項１５に記載の第１の膜及び第２の膜のトータルの露光光に対する光学濃度、及び請求項１６に記載の第１の膜の露光光に対する光学濃度は３.０〜４.０であり、表面反射率は２０%以下であることを特徴とする。

請求項２０に係る発明は、請求項１〜１９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法において、マスクパターン上もしくは基板周辺部に実質的な光の遮蔽を目的として設けられた遮光性膜を加工する工程は、塩素系ガスを主体とするエッチングプロセス及びフッ素系ガスを主体とするエッチングプロセスの両方を含むことを特徴とする。

請求項２１に係る発明は、請求項１〜１９に記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法において、マスクパターン上もしくは基板周辺部に実質的な光の遮蔽を目的として設けられた遮光性膜を加工する工程で、塩素系ガスを主体とするエッチングプロセス及びフッ素系ガスを主体とするエッチングプロセスを交互に使用することを特徴とする。

請求項２２に係る発明は、請求項１〜１９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する、請求項２０または２１に記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、表面に上記膜Ｂを有するブランクを用いるか、表面に膜Ｂと同様なエッチング特性を有する膜である膜Ｃを形成することを特徴とする。

請求項２３に係る発明は、請求項２０〜２２のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、表面の上記膜Cを除去することを特徴とする。

請求項２４に係る発明は、請求項１〜１９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する、請求項２０〜２３のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、上記膜Aとシフター層を同時にエッチングする工程を有することを特徴とする。

請求項２５に係る発明は、請求項１〜１９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する、請求項２０〜２４のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法において、上記膜Ｂを複数層有するブランクを用い、該膜を複数層同時にエッチングする工程を有することを特徴とする。

請求項２６に係る発明は、請求項９、１１、１３、及び１４のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、前記第２の膜上に第１のレジストパターンを形成する工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の膜をパターニングする工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第１の膜をパターニングし、第１の開口部及び第２の開口部を有する遮光膜パターンを形成する工程、前記第１のレジストパターンを除去する工程、前記第２の膜上に、前記第１の開口部を覆い、前記第２の開口部を覆わないように、第２のレジストパターンを形成する工程、前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の開口部を通して前記シフター層をエッチングする工程、及び前記第２のレジストパターンを除去する工程を具備することを特徴とする。

請求項２７に係る発明は、請求項１０〜１４のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、前記第３の膜上に第１のレジストパターン形成する工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第３の膜をパターニングする工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の膜をパターニングする工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第１の膜をパターニングし、前記第１の膜、第２の膜及び第３の膜のパターンからなる、第１の開口部及び第２の開口部を有する遮光膜パターンを形成する工程、前記第１のレジストパターンを除去する工程、前記第３の膜上に、前記第１の開口部を覆い、前記第２の開口部を覆わないように、第２のレジストパターンを形成する工程、前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の開口部を通して前記シフター層をエッチングする工程、及び前記第２のレジストパターンを除去する工程を具備することを特徴とする。

請求項２８に係る発明は、請求項１５、１７、１８、及び１９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、前記第２の膜上にCrを主な材料とする膜厚2nm〜30nmの第３の膜を形成させる工程、前記第３の膜上に第１のレジストパターン形成する工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第３の膜をパターニングする工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の膜をパターニングする工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第１の膜をパターニングし、前記第１の膜及び第２の膜のパターンからなる、第１の開口部及び第２の開口部を有する遮光膜パターンを形成する工程、前記第１のレジストパターンを除去する工程、前記第３の膜上に、前記第１の開口部を覆い、前記第２の開口部を覆わないように、第２のレジストパターンを形成する工程、前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の開口部を通して前記シフター層をエッチングする工程、前記第２のレジストパターンを除去する工程、及び前記第３の膜を除去する工程を具備することを特徴とする。

請求項２９に係る発明は、請求項１６、１７、及び１９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、前記第１の膜上にCrを主な材料とする膜厚２ｎｍ〜２０ｎｍの第２の膜を形成させる工程、前記第２の膜上に第１のレジストパターンを形成する工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の膜をパターニングする工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第１の膜をパターニングし、第１の開口部及び第２の開口部を有する遮光膜パターンを形成する工程、前記第１のレジストパターンを除去する工程、前記第２の膜上に、前記第１の開口部を覆い、前記第２の開口部を覆わないように、第２のレジストパターンを形成する工程、前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の開口部を通して前記シフター層をエッチングする工程、前記第２のレジストパターンを除去する工程、及び前記第２の膜を除去する工程を具備することを特徴とする。

請求項３０に係る発明は、請求項１５、１７、１８、及び１９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、前記第２の膜上にCrを主な材料とする膜厚２nm〜３０nmの第３の膜を形成させる工程、前記第３の膜上に第１のレジストパターン形成する工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第３の膜をパターニングする工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の膜をパターニングし、前記第２の膜及び第３の膜のパターンからなる、第１の開口部及び第２の開口部を有する遮光膜パターンを形成する工程、前記第１のレジストパターンを除去する工程、前記第３の膜上に、前記第１の開口部を覆い、前記第２の開口部を覆わないように、第２のレジストパターンを形成する工程、前記第２のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより第１の膜をパターニングする工程、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の開口部を通して前記シフター層をエッチングする工程、前記第２のレジストパターンを除去する工程、及び前記第３の膜と、表面に露出した第１の膜を除去する工程を具備することを特徴とする。

請求項３１に係る発明は、請求項１５、１７、１８、及び１９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、前記第２の膜上に、第１のレジストパターン形成する工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の膜をパターニングし、その後に塩素系ガスを用いたドライエッチングにより第１の膜をパターニングを行い、前記第１の膜および前記第２の膜のパターンからなる第１の開口部を有する遮光膜パターンを形成する工程、前記第１のレジストパターンを除去する工程、前記第２の膜上に、パターンの一部分もしくは、基板周辺部を覆うように第２のレジストパターンを形成し、第２の開口部を設ける工程、前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、第２の開口部としてレジストで覆われていない第２の膜および、第１の開口部の下にあるシフター層を同時にエッチングする工程、前記第２のレジストパターンを除去する工程、表面に露出した第１の膜を除去する工程を具備することを特徴とする。

請求項３２に係る発明は、請求項１５、１７、１８、及び１９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、前記第２の膜上に、第１のレジストパターン形成する工程、前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２の膜をパターニングする工程、前記第１のレジストパターンを除去する工程、前記第２の膜上に、パターンの一部分もしくは、基板周辺部を覆うように第２のレジストパターンを形成し、第２の開口部を設ける工程、第２の開口部としてレジスト覆われていない部分で且つ前記第１の開口部分に露出した前記第１の膜を、前記第２の膜をマスクとして塩素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチングする工程、前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、第２の開口部としてレジスト覆われていない第２の膜および、第１の開口部の下にあるシフター層を同時にエッチングする工程、前記第２のレジストパターンを除去する工程、及び表面に露出した第１の膜を除去する工程を具備することを特徴とする。

請求項３３に係る発明は、請求項３１又は３２に記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、前記第１のレジストを塗布する前の段階および、もしくは、前記第２のレジストを塗布する前の段階で、前記第２の膜上に各種プライマー処理を行う工程を具備することを特徴とする。

本発明に係るハーフトーン型位相シフトマスクでは、遮光膜を、フッ素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングプロセスにおいてエッチング可能な材料からなる膜Ａにより構成しているため、ＣＤが改善されたハーフトーン型位相シフトマスクを得ることができる。また、膜Ａ上に、膜Ａよりもエッチング速度の遅い膜Ｂを設けることにより、膜Ｂがエッチングストッパーの役割を果たし、遮光膜のダメージを防止することができる。また、この膜Ｂは薄い膜厚で十分であるため、レジストの薄膜化も可能であり、これらによって大幅にＣＤが改善されたハーフトーン型位相シフトレスマスクを得ることが可能である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクでは、遮光膜が、フッ素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングプロセスにおいてエッチング可能な材料からなる膜を含んでいる。このような膜を構成する材料としては、Ｓｉと遷移金属の化合物、酸化物、窒化物、又は酸化窒化物を挙げることができる。また、遷移金属としては、チタン、バナジウム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステンを挙げることができる。これらの中では、ＭｏＳｉを主体とする材料が好ましい。

図１は、本発明の種々の実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを示す断面図である。図１（ａ）に示すハーフトーン型位相シフトマスクでは、透明基板１１上には、位相シフト膜１２、及びＭｏＳｉを主体とする膜１３が順次形成されている。図１（ｂ）に示すハーフトーン型位相シフトマスクでは、透明基板１１上には、位相シフト膜１２、Ｃｒを含む第１の膜１４及びＭｏＳｉを主体とする第２の膜１５が順次形成されている。図１（ｃ）に示すハーフトーン型位相シフトマスクでは、透明基板１１上には、位相シフト膜１２、Ｃｒを含む第１の膜１４、ＭｏＳｉを主体とする第２の膜１５、及びＣｒを含む第３の膜１６が順次形成されている。

即ち、図１（ａ）に示すハーフトーン型位相シフトマスクでは、ＭｏＳｉを主体とする膜１３が遮光膜を構成し、図１（ｂ）に示すハーフトーン型位相シフトマスクでは、Ｃｒを含む第１の膜１４及びＭｏＳｉを主体とする第２の膜１５が遮光膜を構成し、図１（ｃ）に示すハーフトーン型位相シフトマスクでは、Ｃｒを含む第１の膜１４、ＭｏＳｉを主体とする第２の膜１５、及びＣｒを含む第３の膜１６が遮光膜を構成する。

透明基板１１としては、例えば石英ガラス、ＣａＦ_２、アルミノシリケートガラス等を用いることができる。

位相シフト膜１２としては、通常、位相シフト膜として用いることができる任意のものを用いることができる。

Ｃｒを含む第１の膜１４の材質としては、Ｃｒ、ＣｒＮ、ＣｒＯ、若しくはＣｒＯＮの単層膜、又はこれらの複数層膜若しくは傾斜膜が挙げられ、２ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有することが好ましい。薄すぎると、ドライエッチングによる物理的なダメージによる膜減りにより、エッチングストッパーとしての機能を満足できなくなることに加え、膜にピンホール欠陥が生じてしまう可能性があり、厚すぎる場合には高精度の加工が困難となる。

ＭｏＳｉを主体とする膜１３及び第２の膜１５は、ハーフトーン型位相シフトマスクの遮光膜の主体をなすものである。ＭｏＳｉを主体とする膜１３の膜厚は、３０〜８０ｎｍであるのが好ましく、ＭｏＳｉを主体とする第２の膜１５の膜厚は、２０〜６０ｎｍであるのが好ましい。

膜厚が薄すぎる場合には、十分な遮光性を得ることができず、厚すぎる場合には、高精度の加工が困難となる。

ＭｏＳｉを主体とする膜１３又は第２の膜１５の材質としては、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯ、若しくはＭｏＳｉＯＮの単層膜、又はこれらの複数層膜若しくは傾斜膜を挙げることができる。ＭｏＳｉ膜は、導電性が高いため、電子線による描画を行う際のチャージアップ抑制効果に優れている。また、優れた反射防止効果も有する。

ＭｏＳｉには、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、及び炭素（Ｃ）の少なくとも１種を添加することができる。これらの添加元素の添加量は、窒素（Ｎ）、及び炭素（Ｃ）が４０原子％以下、酸素（Ｏ）が２０原子％以下であるのが好ましい。これらの添加量が多すぎる場合には、ハーフトーン型位相シフトマスクの遮光膜を構成するに十分な遮光性を得ることが困難となる。

添加元素の添加量は、膜厚方向に傾斜させることができる。例えば、酸素（Ｏ）及び窒素（Ｎ）を添加させた場合、第１の膜１２を、ＭｏＳｉからなる下層からＭｏＳｉＯＮからなる上層まで酸素（Ｏ）及び窒素（Ｎ）の濃度を増加させた傾斜膜により構成することができる。このような傾斜膜とすることにより、露光波長での消衰係数のプロファイルを基板１１側から遮光膜の表面側へ漸次減少するようにすることができ、それによって遮光性と反射防止性を高くすることができる。

Ｃｒを含む第３の膜１６は、ハーフトーン型位相シフトの製造工程におけるＭｏＳｉを主体とする第２の膜１５のためのエッチングマスクとして機能するものであり、ＭｏＳｉを主体とする第２の膜１５との間で高いエッチング選択比を有する材質を用いることができる。そのような材質として、ＣｒＯ，ＣｒＮ若しくはＣｒＯＮの単層膜、又はこれらの複数層膜若しくは傾斜膜を挙げることができる。

Ｃｒを含む第３の膜１６は、２〜３０ｎｍの膜厚を有することが好ましい。膜厚が薄すぎる場合には、エッチングマスクとしての機能を十分に果たすことが困難となり、厚すぎる場合には、ＣＤの改善を図ることが困難となる。

図１（ａ）に示すＭｏＳｉを主体とする膜１３単独、図１（ｂ）に示す第１の膜１４及び第２の膜１５の積層体、及び図１（ｃ）に示す第１の膜１４、第２の膜１５及び第３の膜１６の積層体は、ハーフトーン型位相シフトマスクの遮光膜を構成するため、露光光に対する光学濃度が位相シフト膜とトータルで３．０〜４．０であることが望ましい。光学濃度が３．０未満では、ハーフトーン型位相シフトマスクの遮光膜として十分な遮光性を得ることが困難となり、４．０を超えると、必要以上の遮光性を得ることになるばかりでなく、結果として膜厚が薄くなることで加工性に悪影響が生じることとなる。

また、第１の膜１３、第２の膜１４、及び第３の膜１５は、表面反射率が２０％以下であることが望ましい。表面反射率が２０％を超えると、十分な反射防止機能が得られない。

次に、以上説明したハーフトーン型位相シフトマスクを製造する実施例について説明する。

実施例１
ＡｒＦ露光用ハーフトーン型位相シフトマスク又はハーフトーン位相シフトパターン上に遮光膜パターンを持たせたトライトーン位相シフトマスクの製造例について、図２を参照して説明する。

まず透明基板２１上にハーフトーン位相シフト膜としてＭｏＳｉＯＮ膜（Ｍｏ：Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝１：４：１：４ 、膜厚 ７５ｎｍ）２２を定法により成膜する。この上にエッチングストッパー膜として、ＣｒＮ膜（Ｃｒ：Ｎ＝４：１ 、膜厚１０ｎｍ）２３を定法により成膜し、更に遮光膜としてＭｏＳｉＮ膜（Ｍｏ：Ｓｉ：Ｎ＝１：５：２ 、膜厚２３ｎｍ）２４、反射防止膜としてＭｏＳｉＯＮ膜（Ｍｏ：Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝１：５：０：６、膜厚１８ｎｍ）２５を成膜し、更にこの上に、エッチングマスク膜としてＣｒＮ膜（Ｃｒ：Ｎ＝４：１ 、膜厚１０ｎｍ）２６を定法により成膜し、図２（ａ）に示すようなマスクブランクを得た。

このマスクブランク上にヒドロキシスチレン系の樹脂、架橋剤、酸発生剤を主成分とする化学増幅形ネガ型レジスト膜を２５０ｎｍの膜厚に成膜した後、位相シフト膜を残す部分に電子線を照射して、現像し、図２（ｂ）に示すように、位相シフト膜を残す部分の形状のレジストパターン２７を形成した。

次に、形成されたレジストパターン２７をエッチングマスクとして、塩素と酸素によるドライエッチングにより、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン２７をエッチングマスク膜に転写した。次いで、フッ素系ドライエッチングを行い、図２（ｄ）に示すように、上記パターンを反射防止膜及び遮光膜に転写した。

その後、一旦、定法によりレジストパターン２７を剥離し、図２（ｅ）に示すように、別のレジストパターン２８を形成し、遮光膜を残したい部分を保護した。次いで、図２（ｆ）に示すように、塩素と酸素によるドライエッチングによりエッチングストッパー膜２３の露出する部分をエッチング除去し、ハーフトーン位相シフト膜を除去する部分に開口部を形成する共に、遮光膜を除去する部分のエッチングマスク膜２６を除去した。

次いで、フッ素系ドライエッチングを行うと、図２（ｇ）に示すように、ハーフトーン位相シフト膜２２の除去すべき部分が除去されると共に、エッチングマスク膜２６が除去された部分の反射防止膜２５と遮光膜２４が同時に除去された。この加工後、レジストパターン２８を剥離し、再び塩素と酸素によるドライエッチングを行って、遮光膜を除去すべき部分に残ったエッチングストッパー２３と遮光部の反射防止膜上のエッチングマスク膜２６を除去すると、図２（ｈ）に示すように、基板２１およびハーフトーン位相シフト膜２２を傷つけることなく、不要な遮光性の膜を全て除去することができ、ハーフトーン型位相シフトマスクあるいはトライトーン位相シフトマスクが完成した。

上記例は、ネガ型レジストのものを示したが、ポジ型レジストも照射部を入れ替えるだけで全く同様に使うことができ、どのようなレジストを使用するかは、マスクパターンの配置による効率で使い分けられる。

実施例２
まず透明基板3１上にハーフトーン位相シフト膜としてＭｏＳｉＯＮ膜（Ｍｏ：Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝１：４：１：４ 、膜厚 ７５ｎｍ）３２を定法により成膜する。この上にエチングストッパー膜として、ＣｒＮ膜（Ｃｒ：Ｎ＝４：１ 、膜厚１０ｎｍ）３３を定法により成膜し、更に遮光膜としてＭｏＳｉＮ膜（Ｍｏ：Ｓｉ：Ｎ＝１：５：２ 、膜厚２３ｎｍ）３４、反射防止膜としてＭｏＳｉＯＮ膜（Ｍｏ：Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝１：５：０：６、膜厚１８ｎｍ）３５を成膜し、図3（ａ）に示すようなマスクブランクを得た。

このマスクブランク上に、ＨＭＤＳ処理を行った後、ヒドロキシスチレン系の樹脂、架橋剤、酸発生剤を主成分とする化学増幅形ネガ型レジスト膜を２５０ｎｍの膜厚に成膜した後、位相シフト膜を残す部分に電子線を照射して、現像し、図３（ｂ）に示すように、位相シフト膜を残す部分の形状のレジストパターン3６を形成した。

次に、形成されたレジストパターン３６をエッチングマスクとして、フッ素系ドライエッチングを行い、図３（ｃ）に示すように、上記レジストパターンを反射防止膜３５及び遮光膜３４に転写した。

その後、塩素と酸素によるドライエッチングによりエッチングストッパー膜３３の露出する部分をエッチング除去し、図３（ｄ）に示すように、ハーフトーン位相シフト膜３２を除去する部分に開口部を形成した。

一旦、定法によりレジストパターン３６を剥離し、図３（ｅ）に示すように、別のレジストパターン３７を形成し、遮光膜を残したい部分を保護した。

次いで、フッ素系ドライエッチングを行うと、図３（ｆ）に示すように、ハーフトーン位相シフト膜３２の除去すべき部分が除去されると共に、反射防止膜３５と遮光膜３４の露出する部分が同時に除去された。この加工後、図３（ｇ）に示すように、レジストパターン３７を剥離し、再び塩素と酸素によるドライエッチングを行って、遮光膜を除去すべき部分に残ったエッチングストッパー３３を除去すると、図３（ｈ）に示すように、ハーフトーン型位相シフトマスクが完成した。

実施例３
まず透明基板４１上にハーフトーン位相シフト膜としてＭｏＳｉＯＮ膜（Ｍｏ：Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝１：４：１：４ 、膜厚 ７５ｎｍ）４２を定法により成膜する。この上にエチングストッパー膜として、ＣｒＮ膜（Ｃｒ：Ｎ＝４：１ 、膜厚１０ｎｍ）４３を定法により成膜し、更に遮光膜としてＭｏＳｉＮ膜（Ｍｏ：Ｓｉ：Ｎ＝１：５：２ 、膜厚２３ｎｍ）４４、反射防止膜としてＭｏＳｉＯＮ膜（Ｍｏ：Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝１：５：０：６、膜厚１８ｎｍ）４５を成膜し、図４（ａ）に示すようなマスクブランクを得た。

このマスクブランク上に、ＨＭＤＳ処理を行った後、ヒドロキシスチレン系の樹脂、架橋剤、酸発生剤を主成分とする化学増幅形ネガ型レジスト膜を２５０ｎｍの膜厚に成膜した後、位相シフト膜を残す部分に電子線を照射して、現像し、図４（ｂ）に示すように、位相シフト膜を残す部分の形状のレジストパターン４６を形成した。

次に、形成されたレジストパターン４６をエッチングマスクとして、フッ素系ドライエッチングを行い、図４（ｃ）に示すように、上記レジストパターンを反射防止膜４５及び遮光膜４４に転写した。

その後、図４（ｄ）に示すように、一旦、定法によりレジストパターン４６を剥離し、図４（ｅ）に示すように、別のレジストパターン３７を形成し、遮光膜を残したい部分を保護した状態で、塩素と酸素によるドライエッチングによりエッチングストッパー膜４３の露出する部分をエッチング除去し、ハーフトーン位相シフト膜４２を除去する部分に開口部を形成した。

次いで、フッ素系ドライエッチングを行うと、図４（ｆ）に示すように、ハーフトーン位相シフト膜４２の除去すべき部分が除去されると共に、反射防止膜４５と遮光膜４４の露出する部分が同時に除去された。この加工後、図４（ｇ）に示すように、レジストパターン４７を剥離し、再び塩素と酸素によるドライエッチングを行って、遮光膜を除去すべき部分に残ったエッチングストッパー４３を除去すると、図４（ｈ）に示すように、ハーフトーン型位相シフトマスクが完成した。

実施例４
実施例１に示す手順によりハーフトーンマスクを作成し、グローバルローディングを評価した。本評価の実施に際しては、ＭｏＳｉ遮光膜を用いた実施例１により得たハーフトーン型位相シフトマスと、比較用としてＣｒ遮光膜を用いた従来のハーフトーン型位相シフトマスクを用いて評価を行った。

まず、マスクブランク上に光感光性レジスト（東京応化工業社製IP3500）をスピンコーターにて塗布・ベーク加熱処理を行った。このときの塗布膜厚は、触針式膜厚計で測定した結果で約4500Aであった。 次に、このブランクをレーザー描画機（アプライドマテリアル社製ALTA3700）にて描画した後、現像処理を行い評価用パターンを形成した。評価用パターンは、寸法１.0μmのスペース部を含むパターンを６インチ角基板上の132mm角領域に11×11で合計121ポイント配置し、このうちの一定領域では、パターン周辺の描画密度が低く相対的な被エッチング面積が小さくなるような部分（ダーク部）を設け、残りの領域では、パターン周辺の描画密度が高く相対的な被エッチング面積が大きくなるような部分（クリアー部）を設けている。

その後各々をドライエッチングし、それぞれ一連の工程を経て、実施例１に係るハーフトーン型位相シフトマスと、従来のハーフトーン型位相シフトマスを完成させた後に、上記パターンの寸法を測定した。測定にはライカ社製ＬＷＭ測長装置を使用した。

その結果、従来のＣｒ遮光膜を使用したハーフトーンマスクは、クリアー部のスペース寸法がダーク部に比較してかなり大きくなってしまうグローバルローディング傾向が見られたが、実施例１により得たハーフトーン型位相シフトマスクは、この影響が非常に小さくなることが示された。具体的に、ダーク部寸法とクリアー部寸法の平均値の差分では、従来からのＣｒ遮光膜を使用したハーフトーンマスクでは、１５ｎｍ程度だったのに対して、実施例１に係るハーフトーンマスクでは１ｎｍ程度となり、その効果は明らかである。

次に、リニアリティーの評価に際しては、上記と同様に、マスクブランク上にスピンコーターにてネガ型化学増幅型電子線レジストを２０００Åの膜厚に塗布し、ベーク処理を行った。その後、電子線描画・ＰＥＢ・現像処理・ドライエッチング等の一連の工程を経て、ハーフトーンマスクとして完成した後に、ＳＥＭ式線幅測定装置により線幅の測長を行った。

図５にこのリニアリティー特性を調べた結果の一例を示す。図５は、ライン密度５０％のラインアンドスペースパターンのライン部について測長した結果である。従来のＣｒ遮光膜を使用したハーフトーンマスクの場合には、線幅が細くなるに従ってドライエッチング加工性が悪くなってしまう。すなわち、設計寸法（設計ＣＤ：横軸）が小さくなるに従って、設計寸法からの線幅のズレ量（ΔＣＤ：縦軸）が大きくなってしまう。

これに対して実施例１により得たハーフトーンマスクでは、この傾向は圧倒的に低減し、非常に優れたパターニング特性を得られる。

図５からも分かる通り、実施例１により得たハーフトーンマスクは、従来のハーフトーンマスクに比較して０．８μｍ以下の線幅で若干優位になり、０．４μｍ以下の線幅では特に優位な傾向が見られる。このため、本発明は０．８μｍ以下のパターンがあるマスクを作製する際に有効であり、０．４μｍ以下のパターンがあるマスクを作製する場合には、特に有効となる事が実証できた。

本発明は、ＬＳＩなどの半導体素子の製造に用いる露光マスクとして広範に適用することが出来る。

本発明の一実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを示す断面図。 実施例１に係る、図１に示すハーフトーン型位相シフトマスクを製造するプロセスを工程順に示す断面図。 実施例２に係る、図１に示すハーフトーン型位相シフトマスクを製造するプロセスを工程順に示す断面図。 実施例３に係る、図１に示すハーフトーン型位相シフトマスクを製造するプロセスを工程順に示す断面図。 実施例１により得たハーフトーン型位相シフトマスクと従来のハーフトーン型位相シフトマスクのリニアリティー特性を比較して示す特性図。

符号の説明

１１，２１，３１，４１…透明基板、１２，２２，３２，４２…位相シフト膜、１３…第１の膜、１４…第２の膜、１５…第３の膜、２３，３３，４３…エッチングストッパー膜、２４，３４，４４…遮光膜、２５，３５，４５…反射防止膜、２６…３エッチングマスク膜、２７，３６，４６…第１のレジストパターン、２８，３７，４７…第２のレジストパターン。

Claims (16)

1. 露光光に対して透明な基板上に、位相差及び透過率を任意に制御した位相シフト膜、及び前記位相シフト膜上に実質的な光の遮蔽を目的として設けられた遮光性膜を具備するハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記遮光性膜が、前記位相シフト膜の側から順にＣｒを含む膜とＭｏＳｉを主体とする膜とを含み、前記遮光性膜及び位相シフト膜のトータルの露光光に対する光学濃度は３.０〜４.０であ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. 前記化合物が酸化膜、窒化膜、又は酸窒化膜であることを特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
3. 前記Ｃｒを含む膜は、Ｃｒ、ＣｒＯ、ＣｒＮ、若しくはＣｒＯＮの単層膜、又はこれらの複数層膜若しくは傾斜膜であり、２ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
4. 前記ＭｏＳｉを主体とする膜は、ＭｏＳｉ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯ、若しくはＭｏＳｉＯＮの単層膜、又はこれらの複数層膜若しくは傾斜膜であり、２０ｎｍ〜６０ｎｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
5. 前記遮光性膜の表面反射率は２０%以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法において、前記遮光性膜を加工する工程は、塩素系ガスを主体とするエッチングプロセス及びフッ素系ガスを主体とするエッチングプロセスの両方を含む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。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法において、前記遮光性膜を加工する工程で、塩素系ガスを主体とするエッチングプロセス及びフッ素系ガスを主体とするエッチングプロセスを交互に使用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。
8. 請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する製造方法において、基板表面にＣｒを含む膜を有するブランクを用いることを特徴とする請求項６または７に記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
9. 請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する製造方法において、上記ＭｏＳｉを主体とする膜とシフター層を同時にエッチングする工程を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
10. 請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する製造方法において、上記ＭｏＳｉを主体とする膜を複数層有するブランクを用い、該膜を複数層同時にエッチングする工程を有することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
11. 請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、
    露光光に対して透明な基板上に位相シフト膜、第１のＣｒを含む膜、ＭｏＳｉを主体とする膜、及び第２のＣｒを含む膜を有する積層構造の前記第２のＣｒを含む膜上に第１のレジストパターンを形成する工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２のＣｒを含む膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記ＭｏＳｉを主体とする膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第１のＣｒを含む膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンを除去する工程、
    前記第２のＣｒを含む膜のパターン上に第２のレジストパターンを形成する工程、
    前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記シフター層をエッチングする工程、及び
    前記第２のレジストパターンを除去する工程
    を具備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。
12. 請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、
    露光光に対して透明な基板上に位相シフト膜、第１のＣｒを含む膜、ＭｏＳｉを主体とする膜、及び第２のＣｒを含む膜を有する積層構造の前記第２のＣｒを含む膜上に第１のレジストパターンを形成する工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２のＣｒを含む膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記ＭｏＳｉを主体とする膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第１のＣｒを含む膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンを除去する工程、
    前記第２のＣｒを含む膜上に第２のレジストパターンを形成する工程、
    前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記シフター層をエッチングする工程、
    前記第２のレジストパターンを除去する工程、及び
    前記第２のＣｒを含む膜を除去する工程
    を具備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。
13. 請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、
    露光光に対して透明な基板上に位相シフト膜、第１のＣｒを含む膜、ＭｏＳｉを主体とする膜、及び第２のＣｒを含む膜を有する積層構造の前記第２のＣｒを含む膜上に第１のレジストパターンを形成する工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第２のＣｒを含む膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記ＭｏＳｉを主体とする膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンを除去する工程、
    前記第２のＣｒを含む膜上に第２のレジストパターンを形成する工程、
    前記第２のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第１のＣｒを含む膜をパターニングする工程、
    前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記シフター層をエッチングする工程、
    前記第２のレジストパターンを除去する工程、及び
    前記第２のＣｒを含む膜及び露出する第１のＣｒを含む膜を除去する工程
    を具備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。
14. 請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、
    露光光に対して透明な基板上に位相シフト膜、第１のＣｒを含む膜、及びＭｏＳｉを主体とする膜を有するマスクブランクの前記ＭｏＳｉを主体とする膜上に第１のレジストパターンを形成する工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記ＭｏＳｉを主体とする膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第１のＣｒを含む膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンを除去する工程、
    前記ＭｏＳｉを主体とする膜上に第２のレジストパターンを形成する工程、
    前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記シフター層及び露出するＭｏＳｉを主体とする膜をエッチングする工程、
    前記第２のレジストパターンを除去する工程、及び
    露出する第１のＣｒを含む膜を除去する工程
    を具備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。
15. 請求項１〜５のいずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、
    露光光に対して透明な基板上に位相シフト膜、第１のＣｒを含む膜、及びＭｏＳｉを主体とする膜を有するマスクブランクの前記ＭｏＳｉを主体とする膜上に第１のレジストパターンを形成する工程、
    前記第１のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記ＭｏＳｉを主体とする膜をパターニングする工程、
    前記第１のレジストパターンを除去する工程、
    前記ＭｏＳｉを主体とする膜上に第２のレジストパターンを形成する工程、
    前記ＭｏＳｉを主体とする膜のパターンをマスクとして、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記第１のＣｒを含む膜をエッチングする工程、
    前記第２のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、前記シフター層及び露出するＭｏＳｉを主体とする膜をエッチングする工程、
    前記第２のレジストパターンを除去する工程、及び
    露出する第１のＣｒを含む膜を除去する工程
    を具備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。
16. 請求項１４又は１５に記載のハーフトーン型位相シフトマスクを製造する方法であって、前記第１のレジストを塗布する前の段階および、もしくは、前記第２のレジストを塗布する前の段階で、前記ＭｏＳｉを主体とする膜上に各種プライマー処理を行う工程を具備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。

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