(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、露光光の波長をλ、投影レンズの開口数をＮＡ、ウェハ上に転写される最小のパターン寸法をＲ、定数をｋ1としたときに、Ｒ＝ｋ1×λ／ＮＡの関係が成り立ち、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクの製造方法において、
前記フォトマスクがハーフトーン型位相シフトマスクであって、
透明基板上に前記露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜を形成する工程と、
前記半透明膜上に金属薄膜を形成する工程と、
前記金属薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして前記金属薄膜をエッチングして金属薄膜パターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
前記金属薄膜パターンをマスクにして前記半透明膜をエッチングして半透明膜パターンを形成する工程と、
前記半透明膜パターンの側壁に側壁減光膜を形成する工程と、
前記金属薄膜パターンを除去する工程と、
を含み、
前記半透明膜パターンの側壁に側壁減光膜を形成する工程が、
前記金属薄膜パターン、及び前記半透明膜パターンの側壁、並びに前記透明基板の上面を覆うようにＡＬＤ法を用いて被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜をエッチバックして、前記金属薄膜パターン及び前記透明基板を露出させるとともに、前記被覆膜を前記半透明膜パターンの側壁に残して側壁減光膜を形成する工程であることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
【請求項２】
ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、露光光の波長をλ、投影レンズの開口数をＮＡ、ウェハ上に転写される最小のパターン寸法をＲ、定数をｋ1としたときに、Ｒ＝ｋ1×λ／ＮＡの関係が成り立ち、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクの製造方法において、
前記フォトマスクがハーフトーン型位相シフトマスクであって、
透明基板上に前記露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜を形成する工程と、
前記半透明膜上に金属薄膜を形成する工程と、
前記金属薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして前記金属薄膜をエッチングして金属薄膜パターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを除去する工程と、
前記金属薄膜パターンをマスクにして前記半透明膜をエッチングして半透明膜パターンを形成する工程と、
前記半透明膜パターンの側壁に側壁減光膜を形成する工程と、
前記金属薄膜パターンを除去する工程と、
を含み、
前記半透明膜パターンの側壁に側壁減光膜を形成する工程が、
酸素ガスまたは窒素ガス雰囲気下で前記半透明膜パターンの側壁部を加熱もしくは光照射し、前記側壁部を変質させて前記側壁部に酸化膜または窒化膜よりなる側壁減光膜を形成する工程であることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のパターン形成に用いられるフォトリソグラフィ技術に使用されるフォトマスク、特に、高ＮＡ露光装置を使用し、フォトマスクパターンをウェハ上に縮小転写するフォトリソグラフィ技術に用いられる露光裕度を向上させたフォトマスク及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の高集積化・微細化は、デザインルール４５ｎｍノードから３２ｎｍノードへと進展し、さらに２２ｎｍノードの半導体素子の開発が進められている。これらの半導体素子の高集積化・微細化を実現するために、現在、露光波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いた光学式の投影露光装置により、フォトマスクを用いてウェハ上にパターン転写するフォトリソグラフィ技術が行なわれている。フォトリソグラフィ技術においては、露光装置での高解像技術として、投影レンズの開口数（ＮＡ）を大きくした高ＮＡ露光技術、投影レンズと露光対象の間に高屈折率媒体を介在させて露光を行なう液浸露光技術、変形照明搭載露光技術などの開発、実用化が急速に進められている。
【０００３】
フォトリソグラフィ技術においては、投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）Ｒは、以下の数式（１）に示されるように、露光に用いる光の波長λに比例し、投影光学系のレンズの開口数（ＮＡ）に反比例するため、半導体素子の微細化への要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいるが、短波長化及び高ＮＡ化だけでこの要求を満足するには限界となっている。ｋ1はプロセスに依存する定数（プロセス定数、あるいはｋ1ファクターとも言う。）である。
Ｒ＝ｋ1×λ／ＮＡ    ・・・  （１）
【０００４】
そこで解像度を上げるために、定数ｋ1（ｋ1＝解像線幅×レンズの開口数／露光波長）の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術（ＲＥＴ技術：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が近年提案されている。このような超解像技術として、露光光学系の特性に応じてマスクパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えてマスクパターンを最適化する方法、あるいは変形照明法（斜入射照明法とも称する。）と呼ばれる方法などがある。変形照明法には、通常、瞳フィルタを用いた輪帯照明、二重極（ダイポール：Ｄｉｐｏｌｅとも称する。）の瞳フィルタを用いた二重極照明および四重極（クォードラポール：Ｃ−ｑｕａｄとも称する。）の瞳フィルタを用いた四重極照明などが用いられている。
【０００５】
一方、フォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスク（レチクルとも称する。）における解像度向上策としては、透明基板上にクロムなどで遮光膜を形成し、光を透過させる部分と遮光する部分でパターンを構成した従来のバイナリ型のフォトマスク（以後、バイナリマスクとも記す。）の微細化、高精度化とともに、光の干渉を利用した位相シフト効果により解像度向上を図るレベンソン型（渋谷・レベンソン型とも称する。）位相シフトマスク、光を透過させる部分と半透過させる部分で構成されたハーフトーン型位相シフトマスク（以後、ハーフトーンマスクとも記す。）、クロムなどの遮光層を設けないクロムレス型位相シフトマスクなどの位相シフトマスクの開発、実用化が進行している。
【０００６】
上記の各種フォトマスクの中で、ハーフトーンマスクはマスク構造が簡素で、微細化、高精度化に対応したマスクの製造が比較的容易であり、よく用いられる位相シフトマスクである。ハーフトーンマスクは、フォトマスクのパターン部に露光光を所定の透過率で透過する材料を使用し、パターン部と非パターン部を透過した露光光に位相差を１８０度つける構造で、これにより露光裕度を向上させている。図１４は、従来のハーフトーンマスクのパターンの一例を示す断面模式図である（特許文献１参照。）。透明基板１４１上に露光光を所定の透過率で透過する半透明膜パターン１４２でフォトマスクのパターン（以後、マスクパターンと言う）が形成されているマスクである。このハーフトーンマスクは、ハーフピッチ４５ｎｍ以下のデザインルールを用いた半導体素子のパターン作成に用いられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−５６５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ハーフピッチ４５ｎｍ以下のデザインルールを用いた半導体素子のパターン寸法の微細化に伴い、露光波長１９３ｎｍの半導体のフォトリソグラフィにおいては、パターンサイズが小さくなることにより、露光裕度が小さくなっており、従来のマスクパターンでは露光裕度が足りない状況が生じており、半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程における歩留が低下するという問題が生じている。露光裕度（ＥＬ：Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｌａｔｉｔｕｄｅ）は、フォトリソグラフィにおける露光量（ドーズ量）の変動に対する裕度を示す値であり、フォトレジスト膜によるレジストパターンの線幅寸法の変動量が所定の許容範囲内に入るような露光エネルギーの範囲である。露光裕度が大きければ、半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程における歩留が向上することになる。
【０００９】
また、現在、ウェハ転写時の露光裕度の向上のために、露光機の照明系とマスクパターンを相互に最適化する手法であるＳＭＯ（Ｓｏｕｒｃｅ  Ｍａｓｋ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）や、マスクパターンのウェハ転写時の変形を予め補正しておくＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：光近接効果補正）などの技術においては、高速処理が可能で処理負荷を低減できる２次元シミュレーションによる設計を用いている。しかし、フォトマスクのパターン部の膜厚などの３次元構造（立体構造）の影響により、２次元シミュレーションと実際のフォトマスクの転写特性との間に乖離が見られるようになり問題となっている。したがって、設計している露光裕度と実際の露光裕度との間に差が生じてしまい、半導体ウェハの歩留まりに影響を与えているという問題が生じている。
【００１０】
しかしながら、３次元シミュレーションは高精度で、マスクの立体構造にも対応できるという利点はあるが、たとえ今後のシミュレーション装置の処理能力向上を考慮したとしても、ＬＳＩのフルチップ全てに３次元シミュレーションを採用するということは、パラメータの増加と膨大な処理時間を必要とするために不可能に近いという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクにおいて、フォトマスクのパターンの膜厚などの３次元効果の影響を低減させ、半導体素子のフォトリソグラフィ工程における露光裕度を向上させることができるフォトマスクの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の発明に係るフォトマスクの製造方法は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、露光光の波長をλ、投影レンズの開口数をＮＡ、ウェハ上に転写される最小のパターン寸法をＲ、定数をｋ1としたときに、Ｒ＝ｋ1×λ／ＮＡの関係が成り立ち、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクの製造方法において、前記フォトマスクがハーフトーン型位相シフトマスクであって、透明基板上に前記露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜を形成する工程と、前記半透明膜上に金属薄膜を形成する工程と、前記金属薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記金属薄膜をエッチングして金属薄膜パターンを形成する工程と、前記レジストパターンを除去する工程と、前記金属薄膜パターンをマスクにして前記半透明膜をエッチングして半透明膜パターンを形成する工程と、前記半透明膜パターンの側壁に側壁減光膜を形成する工程と、前記金属薄膜パターンを除去する工程と、を含み、前記半透明膜パターンの側壁に側壁減光膜を形成する工程が、前記金属薄膜パターン、及び前記半透明膜パターンの側壁、並びに前記透明基板の上面を覆うようにＡＬＤ法を用いて被覆膜を形成する工程と、前記被覆膜をエッチバックして、前記金属薄膜パターン及び前記透明基板を露出させるとともに、前記被覆膜を前記半透明膜パターンの側壁に残して側壁減光膜を形成する工程であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の発明に係るフォトマスクの製造方法は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、露光光の波長をλ、投影レンズの開口数をＮＡ、ウェハ上に転写される最小のパターン寸法をＲ、定数をｋ1としたときに、Ｒ＝ｋ1×λ／ＮＡの関係が成り立ち、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクの製造方法において、前記フォトマスクがハーフトーン型位相シフトマスクであって、透明基板上に前記露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜を形成する工程と、前記半透明膜上に金属薄膜を形成する工程と、前記金属薄膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記金属薄膜をエッチングして金属薄膜パターンを形成する工程と、前記レジストパターンを除去する工程と、前記金属薄膜パターンをマスクにして前記半透明膜をエッチングして半透明膜パターンを形成する工程と、前記半透明膜パターンの側壁に側壁減光膜を形成する工程と、前記金属薄膜パターンを除去する工程と、を含み、前記半透明膜パターンの側壁に側壁減光膜を形成する工程が、酸素ガスまたは窒素ガス雰囲気下で前記半透明膜パターンの側壁部を加熱もしくは光照射し、前記側壁部を変質させて前記側壁部に酸化膜または窒化膜よりなる側壁減光膜を形成する工程であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のハーフトーンマスクによれば、マスクパターンの側壁に側壁減光膜を設けることで、マスクパターンに入射した露光光に対して、マスクパターンの側壁を透過して射出する露光光を減光し、フォトマスクのパターンの膜厚などによる立体的な３次元効果の影響を低減させ、フォトマスクの３次元構造と２次元構造の転写特性シミュレーションの差であるＥＭＦバイアス(Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｂｉａｓ)を小さくし、シミュレーションと実際の露光結果とを近づける効果を示す。また、本発明のハーフトーンマスクは、ラインバイアスの値を小さくすることができ、フォトマスクの製造が容易になる。本発明の側壁減光膜を設けたハーフトーンマスクは、側壁減光膜を設けていない従来のハーフトーンマスクあるいは従来のバイナリマスクよりも高い露光裕度（コントラスト）を示し、半導体素子のフォトリソグラフィ工程における歩留まりを向上させる効果を奏する。
【００１９】
本発明のハーフトーンマスクの製造方法によれば、比較的簡単な工程によりマスクパターンの側壁に側壁減光膜を設けて、露光裕度を向上させたハーフトーンマスクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のハーフトーンマスクの一例を示すマスクパターンの部分断面図である。
【図２】図１に示した本発明のハーフトーンマスクの製造工程を示す部分断面図である。
【図３】図２に続く図１に示した本発明のハーフトーンマスクの製造工程を示す部分断面図である。
【図４】図１及び図２における本発明のハーフトーンマスクの製造方法における側壁減光膜の形成方法の一方法を説明する工程断面図である。
【図５】図１に示す本発明のハーフトーンマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。
【図６】従来のハーフトーンマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。
【図７】従来のクロムバイナリマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。
【図８】本発明のハーフトーンマスクの側壁減光膜の厚さを変えたときのウェハ上のパターンのピッチにおけるＥＭＦバイアスを示す図である。
【図９】本発明のハーフトーンマスクの側壁減光膜の厚さを変えたときのウェハ上のパターンのピッチにおけるＮＩＬＳの２次元と３次元のシミュレーション差を示す図である。
【図１０】本発明のハーフトーンマスクの側壁減光膜の厚さを変えたときのウェハ上のパターンのピッチにおけるＭＥＥＦの２次元と３次元のシミュレーション差を示す図である。
【図１１】本発明の側壁減光膜を追加したハーフトーンマスクと従来のハーフトーンマスクとクロムバイナリマスクのラインバイアスを変えたときのコントラストを示す図である。
【図１２】バイアスを説明するための従来のハーフトーンマスクのパターンの断面模式図である。
【図１３】本発明においてマスクの転写特性評価に用いた四重極（Ｃ―ｑｕａｄ）の瞳フィルタの平面模式図である。
【図１４】従来のハーフトーン型位相シフトマスクの一例を示すマスクパターンの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上記のように、半導体素子の微細化に伴い、半導体製造のフォトリソグラフィにおいて、開口レンズの高ＮＡ化が進み、マスクに入射する照明光の入射角度が大きくなって斜入射光が用いられ、瞳フィルタを用いた変形照明法によるフォトリソグラフィ技術が一般的に用いられるようになっている。
【００２２】
本発明においては、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクにおいて、上記のフォトマスクが、透明基板上に露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜を設けてマスクパターンを形成したハーフトーンマスクであって、マスクパターンの側壁部が露光光を減光する側壁減光膜で覆われているハーフトーンマスクである。以後、本発明のハーフトーンマスクを、側壁減光膜追加ハーフトーンマスク（側壁減光膜追加ＨＴマスク）とも呼ぶ。
【００２３】
本発明のハーフトーンマスクを用いた場合の露光裕度（ＥＬ）を調べるために、ＮＩＬＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｌｏｇ−Ｓｌｏｐｅ：正規化画像対数勾配）を指標とし、マスクパターンの転写特性を評価した。さらに、ＭＥＥＦ（Ｍａｓｋ  Ｅｒｒｏｒ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆａｃｔｏｒ：マスク誤差増大因子）についても評価した。
【００２４】
ＮＩＬＳは、下記の数式（２）で表される。ＮＩＬＳの値が大きいと、光学像は急峻となりレジストパターンの寸法制御性は向上する。一般的に、ＮＩＬＳは２以上が好ましいが、半導体素子の微細化に伴い、ＮＩＬＳが１．０程度以上でも解像するようなレジストプロセスが求められてきている。ここで、Ｉは光強度、ｘは位置を示し、（ｄＩ／ｄｘ）は空間像の勾配、Ｗは所望のパターン寸法、ＩthはＷを与える光強度の閾値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）である。
ＮＩＬＳ＝（ｄＩ／ｄｘ）／（Ｗ×Ｉth）  ・・・  （２）
【００２５】
ＮＩＬＳと露光裕度（ＥＬ）は、下記の数式（３）の一次関数で関連付けられる。なお、定数ａとｂはレジストプロセスなどによって変わる値である。数式（３）が示すように、ＮＩＬＳの値が大きいほど露光裕度は向上する。
ＥＬ（％）＝ａ×（ＮＩＬＳ−ｂ）  ・・・  （３）
【００２６】
ＭＥＥＦは、下記の数式（４）で表されており、マスク寸法変化量（ΔマスクＣＤ）に対するウェハ上のパターン寸法変化量（ΔウェハＣＤ）の比で示される。ＣＤはマスクやウェハの重要な寸法（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を示す。数式（４）の数値４はマスクの縮小比であり、一般的な４倍マスクを用いた場合を例示している。数式（４）が示すように、ＭＥＥＦの値は小さい方が、マスクパターンがウェハパターンに忠実に転写されることになり、ＭＥＥＦの値が小さくなればウェハ製造歩留りが向上する。また、その結果として、ウェハ製造に用いるマスク製造歩留りも向上することになる。
ＭＥＥＦ＝ΔウェハＣＤ／ΔマスクＣＤ／４  ・・・  （４）
【００２７】
（シミュレーション条件）
本発明においては、側壁減光膜追加ハーフトーンマスクの露光裕度を見積もるために、側壁減光膜追加ハーフトーンマスクが効果を示す条件をシミュレーションにより求めた。シミュレーション・ソフトウェアとして、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ  Ｖｅｒｓｉｏｎ  ｖ６．００（商品名：Ｐａｎｏｒａｍｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用い、３次元（３Ｄとも記す）シミュレーション条件としては、シミュレーション・モードには３次元電磁界シミュレーションのＴＥＭＰＥＳＴ（ＥＭ−Ｓｕｉｔｅオプション）によるＦＤＴＤ法（時間領域差分法、有限差分時間領域法とも称する。）を用い、グリッドサイズは１ｎｍ（４倍マスクにおいて）とした。２次元（２Ｄとも記す）シミュレーション条件としては、シミュレーション・モードにキルヒホッフ（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ）法を用いた。
【００２８】
（リソグラフィ条件）
２次元及び３次元シミュレーションにおけるリソグラフィ条件として、露光光源はＡｒＦエキシマレーザで露光波長は１９３ｎｍ、投影レンズの開口数（ＮＡ）は本実施形態では１．３５とし、純水を用いた液浸露光とした。照明系は瞳フィルタを用いた斜入射光による露光とし、図３に示す四重極（Ｃ−ｑｕａｄ）の瞳フィルタを用いた四重極照明を設定した。Ｃ−ｑｕａｄの４つの光透過部は、ＸＹ軸上に瞳中心からの開口角が３０度の扇型（ポーラリゼーションはＸＹ）をなし、瞳フィルタの半径を１としたとき、瞳中心からの距離の外径（外σ）を０．９８、内径（内σ）を０．８１とした。半透明膜よりなるマスクパターンは１対１のライン＆スペースで、ウェハ上に転写したときのピッチは４０ｎｍ〜５００ｎｍの間で１３点の値をとり、ターゲットとするラインＣＤはウェハ上で４０ｎｍとした。ハーフトーンマスクの半透明膜は単層とし、露光光透過率６％のモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）膜を想定した。露光光の斜入射光によるフォトマスクへの入射角度は１６度とした。
【００２９】
本実施形態において、投影レンズの開口数（ＮＡ）１．３５は、微細な半導体デバイス用のマスクパターン転写に用いられていることにより、一例として用いたものであり、もとより本発明はそれに限定されることはなく、他の開口数のレンズを用いることが可能である。
【００３０】
また、本実施形態の照明系として四重極照明を用いたのは、四重極照明は縦・横のパターンが同時に解像でき、普遍性が高くて一般的なマスクパターン転写に適用できるからである。ただし、四重極照明は実施形態の好ましい一例として用いたものであり、本発明のバイナリ型のフォトマスクにおいては、四重極照明以外の他の変形照明系、例えば、輪帯照明、二重極照明などにおいても同様に露光裕度の改善効果が得られるものである。
【００３１】
（フォトマスク）
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るハーフトーンマスクについて詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明のハーフトーンマスクの一例を示すマスクパターンの部分断面図である。図１に示すように、露光光を透過する透明基板１１の一主面上に露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜パターン１２を設けてマスクパターン１６を形成したハーフトーンマスク１０であって、マスクパターン１６の側壁部が、該側壁部から射出される露光光を減光する側壁減光膜１５で覆われているフォトマスクである。
【００３３】
本発明において、透明基板１１の露光光透過領域の光の透過率を１００％としたとき、半透明膜パターン１２は、露光光の透過率が１〜８５％の範囲にあるのが好ましく、通常は透過率６％の半透明膜パターン１２がよく用いられる。半透明膜パターン１２の露光光の透過率が高い方が、側壁減光膜１５の効果はより大きくなる。
【００３４】
本発明者は、マスクパターンの側壁を側壁減光膜で覆うことによる光強度の変化について比較した。図５は、図１に示す本発明のハーフトーンマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。図６は、従来のハーフトーンマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。図７は、従来のクロムバイナリマスクのシミュレーションによるパターンの光強度断面図である。図６、図７において、図５と共通している同じ個所は同じ符号を用いている。図５〜図７のいずれの図においても、（ａ）がマスクパターンの部分断面図、（ｂ）がマスク断面のマスクパターン、及びマスクパターン周辺のパターンの存在しないスペース部の露光光の光強度を示す。光強度は規格化してあり、グレースケールの黒濃度が高い方は光強度が小さいことを示す。
【００３５】
図５（ｂ）に示すように、半透明膜の側面を側壁減光膜で覆った本発明の側壁減光膜追加ハーフトーンマスク（以後、「側壁減光膜追加ＨＴマスク」とも記す）は、図６（ｂ）に示す従来のハーフトーンマスク（「従来ＨＴマスク」とも記す）及び図７（ｂ）に示す従来のクロムバイナリマスク（「Ｃｒ−ＢＩＭ」とも記す）と比べ、マスクパターン周辺のスペース部の光強度の低下が少ない。
【００３６】
本発明者は、透明基板１１側からフォトマスクのパターン部の半透明膜パターン１２に入射した露光光に対して、側壁減光膜追加ＨＴマスクに設けられた側壁減光膜１５が、ハーフトーンマスクの半透明膜パターン１２の側壁から射出される位相のずれた光が半透明膜パターン１２の周辺のスペース部の露光光と干渉するのを防ぐもしくは低減しているため、スペース部の光強度の低下が少なくなり、ハーフトーンマスクにおける３次元構造の露光光への悪影響を減少させているものと推測している。
【００３７】
本発明において、図１に示す側壁減光膜１５の半透明膜パターン１２の側壁からの厚さｔ（ｎｍ）は、後述するように、１ｎｍ〜６０ｎｍの範囲が好ましく、特に２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲がより好ましい。したがって、マスクパターン１６の寸法は、半透明膜１２の寸法に側壁減光膜１５の厚さ（２×ｔ）を加えた値となる。
【００３８】
本発明において、側壁減光膜１５は、パターン部の半透明膜１２に入射した露光光に対して、パターン側壁から射出される光を転写に悪影響を与えないように減光できればよい。本発明では、側壁減光膜１５の露光光の透過率の上限を５０％としている。側壁減光膜１５の露光光の透過率が５０％を超えると、側壁減光膜１５の厚さｔを厚くする必要が生じ、パターン寸法の調整が困難となるからである。一方、側壁減光膜１５は、パターン側壁から射出される光を１００％遮光（透過率は０％）してもよい。したがって、本発明では、側壁減光膜１５の露光光の透過率は、０％以上で５０％以下を好ましい範囲としている。ここで、透過率０％は、波長１９３ｎｍの露光光が１回の露光で側壁から射出されないことを意味するものである。
【００３９】
（側壁減光膜の膜厚を変えたときの転写特性）
本発明のハーフトーンマスクの転写特性を評価する手順として、側壁減光膜１５の膜厚ｔを変えたときの転写特性として、ＥＭＦバイアス、ＮＩＬＳの３次元シミュレーションと２次元シミュレーションによる相違、及びＭＥＥＦの３次元シミュレーションと２次元シミュレーションによる相違を評価した。
【００４０】
図８は、上記のシミュレーション条件、リソグラフィ条件により、本発明のハーフトーンマスクの側壁減光膜１５の厚さｔを変えたときのウェハ上のパターンのピッチ４０ｎｍ〜５００ｎｍにおけるＥＭＦバイアスを示す図である。厚さｔ（ｎｍ）は、０ｎｍ（側壁減光膜がない場合）〜６０ｎｍまで、１０ｎｍごとに変えてウェハ上のＥＭＦバイアスを求めた。上記のように、ＥＭＦバイアスは３次元構造（３Ｄ）と２次元構造（２Ｄ）の転写特性シミュレーションの差を示す。
【００４１】
図８に示されるように、ウェハ上のパターンのピッチ４０ｎｍ〜５００ｎｍにおいて、側壁減光膜１５を設けることにより、側壁減光膜がない場合（側壁０ｎｍ）に比べて、ＥＭＦバイアスはより小さな値を示し、側壁減光膜１５の厚さｔが１０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲では、ウェハ上のＥＭＦバイアスが、ほぼ±２ｎｍ以内に入ることが示されている。本発明者は、側壁減光膜１５の厚さｔが１ｎｍと極めて薄い場合でも、側壁が減光膜で覆われていれば、ＥＭＦバイアスの値を低下させる効果があることを確認した。さらに、側壁減光膜１５の厚さｔが２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲では、ウェハ上のＥＭＦバイアスは±１ｎｍ以内に入り、ほぼ一定しており、シミュレーションと実際の露光結果とを近づける効果が大きいことが示されている。したがって、本発明では、側壁減光膜１５の厚さｔは、１ｎｍ〜６０ｎｍの範囲が好ましく、特に２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲がより好ましい。
【００４２】
図９は、上記のシミュレーション条件、リソグラフィ条件により、本発明のハーフトーンマスクの側壁減光膜１５の厚さｔを変えたときのウェハ上のパターンのピッチ４０ｎｍ〜５００ｎｍにおけるＮＩＬＳの３次元（３Ｄ）と２次元（２Ｄ）のシミュレーション差を示す図である。上記のように、ＮＩＬＳは数式（２）で表され、転写パターンの光学像の評価指標である。
【００４３】
図９に示されるように、ウェハ上のパターンのピッチ４０ｎｍ〜５００ｎｍにおいて、側壁減光膜１５を設けることにより、側壁減光膜がない場合（側壁０ｎｍ）に比べて、ＮＩＬＳの３次元（３Ｄ）と２次元（２Ｄ）のシミュレーション差（３Ｄ−２Ｄ）はより小さな値を示し、側壁減光膜１５の厚さｔが１０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲では、ＮＩＬＳのシミュレーション差が、ほぼ０〜−０．２以内に入ることが示されている。また、側壁減光膜１５の厚さｔが１ｎｍと極めて薄い場合でも、側壁が減光膜で覆われていれば、ＮＩＬＳの３Ｄと２Ｄのシミュレーション差を低下させる効果があることを確認した。さらに、側壁減光膜１５の厚さｔが２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲では、ＮＩＬＳの３Ｄと２Ｄのシミュレーション差がほぼ０〜−０．１以内と一定しており、２Ｄシミュレーションと３Ｄシミュレーションとの間の乖離を低減する効果が大きい。したがって、本発明では、側壁減光膜１５の厚さｔは、１ｎｍ〜６０ｎｍの範囲が好ましく、特に２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲がより好ましい。これは、ハーフトーンマスクの半透明膜パターンの側壁に厚さ１ｎｍ〜６０ｎｍの範囲、より好ましくは２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の側壁減光膜を設けることにより、マスクパターンによる３次元効果を抑制し、２Ｄシミュレーションと実際のマスクパターン転写（３Ｄ）との差を低減することで、高精度かつ短時間で解像力を向上させるＲＥＴ技術を実現することが可能となることを示している。
【００４４】
図１０は、上記のシミュレーション条件、リソグラフィ条件により、本発明のハーフトーンマスク１０の側壁減光膜の厚さｔを変えたときのウェハ上のパターンのピッチ４０ｎｍ〜５００ｎｍにおけるＭＥＥＦの３次元（３Ｄ）と２次元（２Ｄ）のシミュレーション差を示す図である。上記のように、ＭＥＥＦは数式（４）で表され、マスクパターンの転写特性を示す。
【００４５】
図１０に示されるように、ウェハ上のパターンのピッチ４０ｎｍ〜５００ｎｍにおいて、側壁減光膜１５を設けることにより、側壁減光膜がない場合（側壁０ｎｍ）に比べて、ＭＥＥＦの３次元（３Ｄ）と２次元（２Ｄ）のシミュレーション差（３Ｄ−２Ｄ）はより小さな値を示し、側壁減光膜１５の厚さｔが１０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲では、ＭＥＥＦのシミュレーション差は、−０．１〜０．５以内に入ることが示されている。また、側壁減光膜１５の厚さｔが１ｎｍと極めて薄い場合でも、側壁が減光膜で覆われていれば、ＭＥＥＦの３Ｄと２Ｄのシミュレーション差を低下させる効果があることを確認した。さらに、側壁減光膜１５の厚さｔが２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲では、ＭＥＥＦの３Ｄと２Ｄのシミュレーション差がほぼ小さい値で推移しており、２Ｄシミュレーションと３Ｄシミュレーションとの間の乖離を低減する効果が大きい。したがって、上記と同様に、ハーフトーンマスクの半透明膜パターンの側壁に厚さ１ｎｍ〜６０ｎｍの範囲、より好ましくは２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の側壁減光膜を設けることにより、マスクパターンによる３次元効果を抑制し、２Ｄシミュレーションと実際のマスクパターン転写（３Ｄ）との差を低減することで、マスクパターンがウェハパターンに忠実に転写されることが示される。
【００４６】
（側壁減光膜の作用効果）
次に、本発明のハーフトーンマスク１０における側壁減光膜１５の作用効果について説明する。
図１１は、図５に示す本発明の側壁減光膜１５を追加したハーフトーンマスク１０と、図６に示す従来のハーフトーンマスクと、図７に示す従来のクロムバイナリマスクのラインバイアスを変えたときのコントラストを示す図である。
【００４７】
ここで、本発明で用いているバイアスについて、図１２に示す従来のハーフトーンマスクのパターンの断面模式図を例にして説明する。図１２では、透明基板１２１上に半透明膜１２２よりなるマスクパターンが示されている。通常、マスクは４倍体のレチクルが用いられるので、マスクパターンのライン部の寸法（ラインＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）と称する）は、目標とするウェハ上の線幅寸法（ターゲットＣＤと称する）の４倍の数値ｘ（ｎｍ）に、補正値であるバイアスｄ（ｎｍ）を加えた値として示される（ｘ＝ターゲットＣＤ×４）。
バイアス（ｄ）＝２×ａ
図１２において、バイアスｄの値が＋の場合はラインＣＤが広がる方向であり、ｄの値が−の場合はラインＣＤが狭くなる方向を意味する。ただし、＋の場合には特に＋の表示はしていない。本発明においては、マスクパターンのラインＣＤのバイアスをラインバイアスと称する。
【００４８】
コントラストは、従来、ウェハ上の光強度の頂点をＩtop、光強度の底の値をＩbottomとして、下記の数式（５）で表される。コントラストが高いと（ｍａｘ．１）、露光量裕度が広くなり、転写されるパターンのラインのエッジ・ラフネスが良化し、フォトリソグラフィ工程の歩留まりが改善される。
コントラスト＝（Ｉtop−Ｉbottom）／（Ｉtop＋Ｉbottom）    …（５）
【００４９】
図１１に示すラインバイアスを変えたときのコントラストにおいて、実線が本発明の側壁減光膜追加ハーフトーン（ＨＴ）マスク、点線が従来のハーフトーンマスク（ＨＴ）、一点鎖線が従来のクロムバイナリマスク（Ｃｒ−ＢＩＭ）を示す。
【００５０】
図１１に示されるように、本発明の側壁減光膜追加ハーフトーンマスクは、従来のハーフトーンマスク及び従来のクロムバイナリマスクと比べ、コントラストがより高くなり、転写特性に向上が見られる。
【００５１】
また、図１１に示されるコントラストのピーク位置におけるラインバイアスの値は、点線で示す従来のハーフトーンマスクは−１０ｎｍ付近のマイナス側を示し、一点鎖線で示す従来のクロムバイナリマスクは１０ｎｍ付近のプラス側を示しているのに対し、本発明の側壁減光膜追加ハーフトーンマスクは、コントラストのピーク位置におけるラインバイアスが、０ｎｍ付近の値を示している。
【００５２】
従来のハーフトーンマスクや従来のクロムバイナリマスクは、ある程度の大きさのラインバイアスを入れてマスクパターンを作成しないと、ウェハ上で設計通りの寸法が得られなかった。そのため、パターンの微細化に伴い、マイナス側のバイアスの場合には、透明基板に接する残しパターンの表面積が減少して密着不良によるパターン剥離を生じ、一方、プラス側のバイアスの場合には、バイアスのためのスペース部が小さくなってマスク製造が困難になるという問題が生じていた。
【００５３】
これに対して、上記のように、本発明の側壁減光膜追加ハーフトーンマスクは、従来のハーフトーンマスクや従来のクロムバイナリマスクに比較して、ラインバイアスが少なくなる方向へシフトしている。したがって、本発明の側壁減光膜追加ハーフトーンマスクは、マスクパターンの設計において、補正値であるバイアスの値は従来のハーフトーンマスクやクロムバイナリマスクに比べて、小さくてよいことになる。その結果、ウェハへのマスクパターン転写特性の向上とともに、マスクパターン設計及びマスク製造がより容易になるという効果が得られる。
【００５４】
（フォトマスク構成材料）
次に、本発明のフォトマスクを構成する材料について説明する。図１に示す本発明のハーフトーンマスク１０を構成する透明基板１１としては、従来公知の露光光を高透過率で透過する光学研磨された合成石英ガラス、蛍石、フッ化カルシウムなどを用いることができるが、通常、多用されており品質が安定している合成石英ガラスがより好ましい。
【００５５】
図１に示す本発明のハーフトーンマスク１０を構成する半透明膜パターン１２は、露光光を所定の透過率で透過し位相を変える薄膜であり、単層あるいは２層以上の多層で形成され、ハーフトーンマスク用の半透明膜として用いられる従来公知の材料が適用できる。例えば、半透明膜パターン１２としては、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）などの金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物を主成分とする薄膜、あるいはモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）、窒化モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉＯＮ）などのモリブデンシリサイド化合物の薄膜、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）の薄膜などが挙げられる。
【００５６】
半透明膜パターン１２における露光光の透過率は、透明基板１１の露光光透過領域の光の透過率を１００％としたとき、１％〜８５％の範囲にあるのが好ましい。半透明膜パターン１２の膜厚は、従来公知のハーフトーンマスクの半透明膜パターンの膜厚が適用でき、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で用いることができるが、膜厚が厚くなると上記の立体効果による障害が大きくなるので薄い方が好ましい。
【００５７】
図１に示す本発明のハーフトーンマスク１０を構成する側壁減光膜１５は、金属膜、金属酸化膜、金属窒化膜、金属酸化窒化膜のうちのいずれかの膜で形成されており、露光光の透過率が５０％以下である薄膜層であり、側壁減光膜１５の側壁の厚さｔは、上記のように、１ｎｍ〜６０ｎｍの範囲が好ましく、特に２０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲がより好ましい。
【００５８】
例えば、側壁減光膜１５として、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などから選択された金属元素のいずれか１種を主成分とする薄膜、あるいは上記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかを主成分とする薄膜、あるいはモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）薄膜などが挙げられる。
【００５９】
（フォトマスクの製造方法）
次に、本発明のフォトマスクの製造方法について図面を用いて説明する。
【００６０】
本発明のフォトマスクの製造方法は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、瞳フィルタを用いて斜入射光により露光するフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクの製造方法であり、上記のフォトマスクがハーフトーン型位相シフトマスクであって、主要な製造工程として、透明基板上に前記露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜を形成する工程と、上記の半透明膜パターンの側壁に側壁減光膜を形成する工程とを含むものである。
【００６１】
図２及びそれに続く図３は、本発明のフォトマスクの製造方法の一例を示す工程断面図である。先ず、図２（ａ）に示すように、透明基板１１上に露光光を所定の透過率で透過し位相を変える半透明膜１２ａを真空成膜法で形成し、次に、上記の半透明膜１２ａ上に金属薄膜１３ａを形成する。次に、上記の金属薄膜１３ａ上にレジスト膜１４ａを塗布形成する。金属薄膜１３ａは、レジストパターンだけでは半透明膜１２ａのドライエッチング耐性が不十分なので、レジストパターンを金属薄膜パターンに転換するために設けられる。
【００６２】
上記の金属薄膜１２ａとしては、半透明膜１２ａのエッチング時に半透明膜１２ａとエッチング選択比が十分にとれる材料が好ましく、例えば、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等の金属、あるいは窒化クロム（ＣｒＮ）、酸化クロム（ＣｒＯ）、酸窒化クロム（ＣｒＮＯ）等のクロム系化合物、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸窒化タンタル（ＴａＮＯ）、酸化硼化タンタル（ＴａＢＯ）、酸窒化硼化タンタル（ＴａＢＮＯ）等のタンタル化合物等が、膜厚数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度の範囲で用いられる。これらの中で、クロムは、半透明膜にモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）を用いた時にドライエッチングに使用するフッ素系ガスのプラズマに対して強い耐性をもち、またウェットエッチングが容易であり、好ましい材料である。
【００６３】
次に、レジスト膜１４ａを電子ビーム等でパターン描画し、現像して、図２（ｂ）に示すように、金属薄膜１２ａ上にレジストパターン１４を形成する。
【００６４】
次に、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン１４をマスクにして金属薄膜１３ａをエッチングして金属薄膜パターン１３を形成する。
【００６５】
次に、レジストパターン１４を酸素プラズマなどで除去し、図２（ｄ）に示すように、上記の金属薄膜パターン１３をマスクにして半透明膜１２ａをエッチングし、透明基板１１上に半透明膜パターン１２を形成する。
【００６６】
次に、図３（ｅ）に示すように、半透明膜パターン１２の側壁に側壁減光膜１５を形成し、上記の金属薄膜パターン１３を除去し、図３（ｆ）に示すように、半透明膜パターン１２の側壁に側壁減光膜１５を設けたマスクパターン１６を有する本発明のハーフトーンマスク１０を形成する。
【００６７】
ここで、上記の本発明のフォトマスクの製造方法における側壁減光膜１５の形成方法について、２つの方法を説明する。
【００６８】
（側壁減光膜形成の第１の方法）
側壁減光膜形成の第１の方法は、側壁減光膜１５の形成にＡＬＤ法を用いる方法である。図４は、図２及び図３における本発明のハーフトーンマスクの製造方法における側壁減光膜の形成方法の一方法を説明する工程断面図である。図４において、図２及び図３と同じ個所を示す場合には、同じ符号を用いている。
【００６９】
図４（ａ）は、図２（ｄ）と同じ図であり、透明基板１１上に金属薄膜パターン１３をマスクにしてエッチングして形成された半透明膜パターン１２が設けられている。
【００７０】
次に、図４（ｂ）に示すように、半透明膜パターン１２の側壁、及び金属薄膜パターン１３、並びに透明基板１１の上面を覆うようにＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて被覆膜１５ａを形成する。
【００７１】
被覆膜１５ａとしては、半透明膜パターン１２に損傷を与えずに低温で成膜することができる材料が好ましい。被覆膜１５ａは側壁減光膜として用いるものであり、その材料としては、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、シリコン（Ｓｉ）等の金属の薄膜、及びそれらの酸化物、窒化物、酸化窒化物、ホウ素窒化物が挙げられる。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等のシリコン系、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）等のハフニウム系、窒化チタン（ＴｉＮ）等のチタン系、窒化タンタル（ＴａＮ）、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸窒化タンタル（ＴａＯＮ）、ホウ素窒化タンタル（ＴａＢＮ）等の材料が挙げられる。被覆膜１５ａの膜厚は、必要とする側壁減光膜１５の露光光透過率に依存するが、例えば、数ｎｍ〜５０ｎｍ程度の範囲で用いられる。被覆膜１５ａを成膜するときの温度は、マスクパターンのピッチ等に影響を与えない温度範囲、例えば、１００℃以下が好ましい。
【００７２】
次に、図４（ｃ）に示すように、成膜した被覆膜１５ａをエッチバックして、金属薄膜パターン１３及び透明基板１１を露出させるとともに、半透明膜パターン１２の側壁に被覆膜１５ａを残して側壁減光膜１５とする。
【００７３】
エッチバックは、被覆膜１５ａの材料に応じて適切なエッチングガスを用いて行われる。例えば、金属薄膜パターン１３がクロムで形成され、被覆膜１５ａが窒化硼化タンタル（ＴａＢＮ）で形成されている場合には、フッ素系のＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6等のガス、あるいは塩素ガスがエッチングガスとして用いられる。クロムは上記のエッチングガスに対して強い耐性を有しているので、エッチングされずエッチング選択比は十分にとることができる。透明基板が石英基板である時には、塩素ガスを用いれば、クロムと石英基板の損傷を防ぐことができる。
【００７４】
もしも、被覆膜１５ａが透明基板１１と同じ系統の材料で形成されており、エッチング選択比が十分に取れない場合には、金属薄膜パターン１３上の被覆膜１５ａを除去したときを被覆膜１５ａのエッチバックの終点とすればよい。また、本発明のフォトマスクの製造方法においては、半透明膜１３ａと透明基板１１の間に、あらかじめ透明のエッチング停止層（図示せず）を設けておくことも可能である。
【００７５】
図４（ｃ）は、図３（ｅ）と同じ図であり、半透明膜パターン１２の側壁に側壁減光膜１５が形成され、半透明膜パターン１２の上には金属薄膜パターン１３が設けられている。
次に、金属薄膜パターン１３をエッチングして除去し、図３（ｆ）に示すように、半透明膜パターン１２の側壁に側壁減光膜１５を設けた本発明のハーフトーンマスク１０が形成される。
【００７６】
金属薄膜パターン１３はエッチバックにより露出されているので、エッチングによる除去は容易であり、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれかの方法が用いられる。例えば、金属薄膜パターン１３がクロム（Ｃｒ）またはクロムを含む化合物の場合には、硝酸第２セリウムアンモニウム水溶液によるウェットエッチング、あるいはエッチングガスに酸素と塩素との混合ガスを用いたドライエッチングで除去することができる。
【００７７】
（側壁減光膜形成の第２の方法）
側壁減光膜形成の第２の方法は、図２（ｄ）の工程の後に、酸素ガスまたは窒素ガス雰囲気下で半透明膜パターン１２の側壁部を加熱もしくは光照射し、側壁部を変質させて、側壁部に半透明膜材料の酸化膜または窒化膜よりなる側壁減光膜１５を形成する方法である。
【００７８】
半透明膜パターンの上部は金属薄膜パターン１３により保護されているので、酸化膜または窒化膜は形成されず、半透明膜パターンの側壁部のみに選択的に半透明膜材料の酸化膜または窒化膜が形成される。
【００７９】
側壁減光膜１５を形成した後は、金属薄膜パターン１３をエッチングして除去し、図３（ｆ）に示すように、半透明膜パターン１２の側壁に側壁減光膜１５を設けた本発明のハーフトーンマスク１０が形成される。
次に、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００８０】
光学研磨された大きさ６インチ角（厚さ０．２５インチ）の合成石英基板の一方の主面上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、ＭｏＳｉのターゲットを用いてＡｒガス雰囲気下で、ＭｏＳｉ膜を成膜して半透明膜を形成した。エリプソメータ（ジェー・エー・ウーラム社製ＶＵＶ−ＶＡＳＥ）の測定より得たＭｏＳｉの半透明膜は、膜厚６８ｎｍ、屈折率２．４、消衰係数０．６、ＡｒＦ露光光（１９３ｎｍ）の透過率５．９３％、位相差１７５．５°であった。
【００８１】
次に、ＭｏＳｉの半透明膜上に、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、Ｃｒターゲットを用いて、金属薄膜としてクロム膜を５０ｎｍの厚さに成膜し、マスクブランクスを形成した。
【００８２】
次に、このマスクブランクスを用い、金属薄膜上に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置でパターン描画し、現像して、ウェハ上に転写されたときにハーフピッチ４０ｎｍのライン／スペースパターンとなるレジストパターンを形成した。
【００８３】
次に、レジストパターンをマスクにして、クロムの金属薄膜を塩素と酸素の混合ガスを用いてドライエッチングし、クロムの金属薄膜パターンを形成し、次いで、レジストパターンを酸素プラズマで除去した。
【００８４】
次に、クロム金属薄膜パターンをマスクにしてＣＦ4ガスを用いて、ＭｏＳｉの半透明膜をドライエッチングし、半透明膜パターンを形成した。
【００８５】
次いで、半透明膜パターンの側壁、及びクロム金属薄膜パターン、並びに石英基板の上面を覆うようにＡＬＤ法を用いてＴａＢＮの被覆膜を形成した。
【００８６】
次に、ＣＦ4ガスを用いて、ＴａＢＮの被覆膜をエッチバックして、クロム金属薄膜パターン及び石英基板を露出させるとともに、ＭｏＳｉの半透明膜パターンの側壁にＴａＢＮの側壁減光膜を形成し、側壁からの側壁減光膜の厚さを２０ｎｍとした。
【００８７】
次に、クロム金属薄膜パターンを硝酸第２セリウムアンモニウム水溶液でウェットエッチングして除去し、ＭｏＳｉの半透明膜パターンの側壁部が、露光光を減光するＴａＢＮの側壁減光膜で覆われているハーフトーンマスクを形成した。
【００８８】
次に、上記の側壁減光膜追加ハーフトーンマスクを用いてフォトレジストを塗布したシリコンウェハに、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、投影レンズの口径ＮＡが１．３５で、図１３に示した四重極瞳フィルタを用いて斜入射により液浸露光し、現像し、ウェハ上にピッチ８０ｎｍ（ハーフピッチ４０ｎｍ）、ターゲットＣＤ４０ｎｍのレジストパターンを形成した。
【００８９】
本実施例のハーフトーンマスクを用いることにより、従来の石英基板上にＭｏＳｉによる半透明膜を設けたハーフトーンマスクによる転写露光に比べ、露光時の露光裕度を示すコントラストが向上し、ラインバイアスも少なくてよい方向へシフトした。さらに、フォトマスクの３次元構造と２次元構造の転写特性シミュレーションの差であるＥＭＦバイアスは小さくなり、フォトマスクの３次元効果の影響が低減され、ウェハのフォトリソグラフィ工程の歩留が高められた。
【符号の説明】
【００９０】
１０  ハーフトーンマスク
１１  透明基板
１２  半透明膜パターン
１２ａ  半透明膜
１３  金属薄膜パターン
１３ａ  金属薄膜
１４  レジストパターン
１４ａ  レジスト膜
１５  側壁減光膜
１６  マスクパターン
７２  遮光膜
１２１、１４１  透明基板
１２２、１４２  半透明膜パターン
【図１】
0006035884.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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