(57)【要約】【課題】  ６％を越える高透過率（９〜１５％）をもち、且つハーフトーン膜部のサイドエッチングを抑制できしかも石英面を平滑な水平面にすることができるハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造法を提供する。【解決手段】  本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクは、石英ガラス基板上に、位相差が１３５°以下となるような膜厚をもつＭｏＳｉ系のハーフトーン位相シフト膜を設け、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングで石英ガラス基板を垂直性よく且つ面内均一性よく掘り込んで構成される。また、本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの製造法は、石英ガラス基板上に、反応性スパッタリング法によりＭｏＳｉ系のハーフトーン位相シフト膜を位相差が１３５°以下となるような膜厚に成膜し、続いてクロム膜をマスクとして、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングによりプロセスガスに側壁保護効果をもつガスを添加して、石英ガラス基板をエッチング処理することから成る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス基板上に、位相差が１３５°以下となるような膜厚をもつＭｏＳｉ系のハーフトーン位相シフト膜を設け、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングで石英ガラス基板を垂直性よく且つ面内均一性よく掘り込んで位相差１８０°としたことを特徴とするハーフトーン位相シフトマスク。
【請求項２】
ハーフトーン位相シフト膜はＭｏＳｉＯＮ膜であり、屈折率約２．４５、消衰係数約０．５８及び厚さ約４６ｎｍ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位相シフトマスク。
【請求項３】
ハーフトーン位相シフト膜は、位相差が１１０°〜１３５°となるような膜厚をもつことを特徴とする請求項１に記載のハーフトーン位相シフトマスク。
【請求項４】
ハーフトーン位相シフト膜は、ＡｒＦレーザーの透過率が９〜１５％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位相シフトマスク。
【請求項５】
石英ガラス基板上に、反応性スパッタリング法によりＭｏＳｉ系のハーフトーン位相シフト膜を位相差が１３５°以下となるような膜厚に成膜し、続いてクロム膜をマスクとして、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングによりプロセスガスに側壁保護効果をもつガスを添加して、石英ガラス基板をエッチング処理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法。
【請求項６】
磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングに使用するプロセスガスがCF4、CHF3のいずれかを主成分とし、またプロセスガスに添加する側壁保護効果をもつガスがC4F8、C3F8、C2F６のいずれかであることを特徴とする請求項５に記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造法。
【請求項７】
プロセスガスに添加する側壁保護効果をもつガスの添加量が２０％以下であることを特徴とする請求項５又は６に記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造法。
【請求項８】
石英ガラス基板のエッチング処理が０．３４Ｐａ以下の雰囲気で行なわれることを特徴とする請求項５に記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リソグラフィ手法により半導体大規模集積回路（超ＬＳＩ）を製造するのに用いられるハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
先端の半導体リソグラフィでは、光の回折現象を起因とする露光波長程度の解像限界を越えるために種々の超解像技術を用いている。その中の１つとしてハーフトーン型位相シフトマスクを用いる方法がある。ハーフトーン型位相シフトマスクは、投影露光光に対して部分透過性をもつ半透明なハーフトーン膜を透明基板上に形成し、その位相パターンの境界部に形成される光強度がゼロの部分でパターンの解像度を向上するようにしたものであり、その層構造が単純であり、製造工程が容易であるなどの特長を備えている。
【０００３】
一般に、ハーフトーン型位相シフトマスク材料(ブランクス)は、添付図面の図７に示すように、合成石英ガラス基板Ａ上に、光の半透過特性を持つ薄膜(例えばＭｏＳｉＯＮなど)Ｂを真空成膜して製作される。この薄膜Ｂは反応性スパッタ法を用いて、半導体リソグラフィに適する光の透過率(ほぼ６％)と位相差(ほぼ１８０°)を両立するように膜質と膜厚ｄＢを調整して形成される。即ち、薄膜Ｂの厚さｄＢは、合成石英ガラス基板Ａのみを通る光路Ｒ１と薄膜Ｂ及び合成石英ガラス基板Ａを通る光路:Ｒ２との位相差が１８０°となるように構成されている。
【０００４】
図８には、二層膜から成るハーフトーン型位相シフトマスクの従来の製造法の一例を示す。図８の（ａ）には石英ガラス基板Ａ、ハーフトーン膜Ｂ、クロム膜Ｃ及びレジスト膜Ｄから成るブランクス示されている。このブランクスを図８の（ｂ）に示す露光現像工程でレジスト膜Ｄに所望のパターンでパターンが形成される。次に、図８の（ｃ）に示すように、レジスト膜Ｄに形成した所望のパターンで、クロム膜Ｃ及びハーフトーン膜Ｂをエッチング処理し、そしてレジスト膜Ｄを剥離する。次に図８の（ｄ）に示すように、改めてレジストＥが塗布され、そして図８の（ｅ）に示すように露光現像工程でレジスト膜Ｅに所望のパターンでパターンを形成し、形成したパターンに沿ってクロム膜Ｃをエッチングする。その後、残っているレジストＥを剥離することにより図８の（ｆ）に示すようなハーフトーン型位相シフトマスクが得られる。
【０００５】
このように、透過率がほぼ６％以下のハーフトーン型位相シフトマスクブランクスは、膜のみで透過率、位相差を制御できていたので、構造が簡便であり、パターン形成のドライエッチングプロセスもシンプルに構成できた。しかし、市場でスタンダード化したＭｏＳｉ系膜について、露光波長が短波長のＡｒＦレーザー光(波長１９３nm)を用いるハーフトーン型位相シフトマスク材については、ほぼ６％は実現できているが、高透過率（９〜１５％）と位相差（１８０°）を両立させることが非常に難しく、市場での提案も膜材質をＳｉＯＮに変更し且つ複雑な構造をもつものとなっている（非特許文献１参照）。
【０００６】
ところで、この種のマスクを用いる半導体集積回路の製造技術においては、年々より細いパターン解像度を要求されている。そのため、より微細な解像度を実現するためには、ハーフトーン膜に６％を越える高透過率（９〜１５％）をもたせる必要がある。
【０００７】
この問題を解決するため、従来、単層膜から成るハーフトーン型位相シフトマスクブランクスとして、ハーフトーン膜の厚さを薄くして透過率を上げ、ハーフトーン膜の厚さを薄くした分、基板を掘下げて１８０°の位相差を確保するようにしたものが提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。例えば、位相差ほぼ１７５°のハーフトーン膜部と５°分の僅かな深さの石英部分をエッチングすれば位相差を１８０°にすることができた。
【非特許文献１】“Development of attenuating PSM shifter for F2 and high transmittion ArF lithography”； O. Nozawa, et al., SPIE Vol.5130, 39 (2003), Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology X )
【特許文献１】特開平７−１５２１４２公報
【特許文献２】特開２００３−１２１９８８公報
【０００８】
膜組成や膜組成比率を変更した場合は、パターン加工する場合に様々な周辺設備の変更やプロセス条件設定の労力が伴う。市場でスタンダード化したＭｏＳｉ系のハーフトーン膜を高透過率品にも使用できれば、マスクプロセスの設備は流用可能であり、プロセス条件設定の労力も軽減できるメリットがある。
【０００９】
一方、ハーフトーン型位相シフトマスクのドライエッチングプロセスにおいては以下のような問題点があった。すなわち、従来の構造のマスクをドライエッチングする方法では、パターン断面は垂直に仕上げるべきであるが、しかしハーフトーン膜のエッチング速度が石英より大きいためにハーフトーン膜部のサイドエッチングが進行し、断面に段差が生じてしまう問題があった。また、図９に示すようにサブトレンチと呼ばれる溝が水平面の石英面に形成され、さらには水平面であるべき石英面にエッチングによる面荒れが生じる問題も発生した。このため、石英部分を深くエッチングすることは困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、より微細な解像度を実現するために、６％を越える高透過率（９〜１５％）をもち、且つハーフトーン膜部のサイドエッチングを抑制できしかも石英面を平滑な水平面にすることができるハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクは、石英ガラス基板上に、位相差が１３５°以下となるような膜厚をもつＭｏＳｉ系のハーフトーン位相シフト膜を設け、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングで石英ガラス基板を垂直性よく且つ面内均一性よく掘り込んで位相差１８０°としたことを特徴としている。
【００１２】
本発明によるハーフトーン位相シフトマスクにおいては、ハーフトーン位相シフト膜はＭｏＳｉＯＮで構成され、屈折率約２．４５、消衰係数約０．５８及び厚さ約４６ｎｍであり得る。
【００１３】
本発明によるハーフトーン位相シフトマスクの一実施形態においては、ハーフトーン位相シフト膜は、位相差が１１０°〜１３５°となるような膜厚をもつ。また、ハーフトーン位相シフト膜は、ＡｒＦレーザーの透過率が９〜１５％である。
【００１４】
また、本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの製造法は、石英ガラス基板上に、反応性スパッタリング法によりＭｏＳｉ系のハーフトーン位相シフト膜を位相差が１３５°以下となるような膜厚に成膜し、続いてクロム膜をマスクとして、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングによりプロセスガスに側壁保護効果をもつガスを添加して、石英ガラス基板をエッチング処理することを特徴としている。
【００１５】
本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの製造法の一実施形態においては、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングに使用するプロセスガスはCF4、CHF3等を主成分とし、またプロセスガスに添加する側壁保護効果をもつガスがC4F8、C3F8、C2F６等である。
【００１６】
好ましくは、プロセスガスに添加する側壁保護効果をもつガスの添加量は２０％以下であり、また石英ガラス基板のエッチング処理は０．３４Ｐａ以下の雰囲気で行なわれ得る。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるハーフトーン位相シフトマスクにおいては、石英ガラス基板上に、位相差が１３５°以下となるような膜厚をもつＭｏＳｉ系から成るハーフトーン位相シフト膜を設け、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングで石英ガラス基板を垂直性よく且つ面内均一性よく掘り込んでいるので、透過率９％以上の高透過率を有するハーフトーン型位相シフトマスクを提供することができ、これにより、より微細なパターン解像度の要求を満たすことができ、超解像度の必要な半導体大規模集積回路の製造に有利に用いることができるようになる。また、マスク加工を行うマスクメーカーも既設の設備を条件を変えるだけでプロセス処理することができる。
【００１８】
また、本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの製造法においては、石英ガラス基板上に、反応性スパッタリング法によりＭｏＳｉ系から成るハーフトーン位相シフト膜を位相差が１３５°以下となるような膜厚に成膜し、続いてクロム膜をマスクとして、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングによりプロセスガスに側壁保護効果をもつガスを添加して、石英ガラス基板をエッチング処理する構成を採用したことにより、ハーフトーン位相シフト膜の部分及び石英ガラス基板の部分を簡便な一括ドライエッチングが可能となり、また、垂直でかつスムーズなパターン断面がを得ることができる。さらに、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチングを用いることにより、磁場コイルの電流値を変化させるで石英ガラス基板の面内均一性を向上させることができる。また、高密度プラズマを利用することにより、石英エッチング面の面荒れとサブトレンチを改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面の図１〜図６を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１には本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの構成を概略的に示す。図１において、１は石英ガラス基板、２は石英ガラス基板１上に形成されたＭｏＳｉＯＮ膜から成るハーフトーン位相シフト膜であり、３は石英ガラス基板１のエッチングにより掘り込んだ部分である。ハーフトーン位相シフト膜２の厚さｄ１による位相差と、石英ガラス基板１の掘り込んだ部分３の深さｄ２による位相差とを合わせることによって、石英ガラス基板Ａのみを通る光路Ｒ１とハーフトーン位相シフト膜２及び石英ガラス基板１を通る光路Ｒ２との位相差が１８０°となるように構成されている。
【００２１】
次に、図２を参照して本発明の一実施形態によるハーフトーン型位相シフトマスクの製造法について説明する。
図２の（ａ）には、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを製作するために用意したブランクス１０を示し、図示ブランクス１０は石英ガラス基板１１と、その上に成膜された屈折率約２．４５、消衰係数約０．５８及び厚さ約４６ｎｍを有するＭｏＳｉＯＮ膜から成るハーフトーン位相シフト膜１２と、クロム膜１３とから成っている。クロム膜１３上にはレジスト層１４が塗布されている。
【００２２】
図２の（ｂ）にはブランクス１０の露光現像工程を示し、この工程においてはレジスト膜Ｄに所望のパターンでパターンが形成される。
【００２３】
図２の（ｃ）には、クロム膜１３、ハーフトーン位相シフト膜１２、及び石英ガラス基板１１のエッチング工程を示す。このエッチング工程では、図３を参照して後で説明する磁気中性線放電プラズマによるドライエッチング装置が使用される。このドライエッチング装置において、CF4、CHF3等を主成分とするプロセスガスにC4F8、C3F8、C2F６等の側壁保護効果をもつガスを添加することによって、クロム膜１３、ハーフトーン位相シフト膜１２、及び石英ガラス基板１１を一括ドライエッチングすることができる。こうしてマスクパターンが形成される。形成されたマスクパターンは、図４に概略的に示すように垂直でかつスムーズなパターン断面が得られ得る。この場合、磁気中性線放電プラズマによるドライエッチング装置における磁場コイルの電流値を制御することにより基板の面内均一性を向上させることができる。また、石英ガラス基板１１の被エッチング面の面荒れとサブトレンチを改善することができる。こうしてエッチング処理してマスクパターンを形成した後、レジスト膜１４は剥離される。
【００２４】
図２の（ｄ）には、レジスト塗布工程を示す。この工程では図示したように前の工程で形成されたマスクパターン上にレジスト膜１５が塗布される。
【００２５】
図２の（ｅ）には、露光現像及びクロム膜１３のエッチング工程を示す。まず露光現像により、図２の（ｃ）に示すエッチング工程でマスクパターンより大きなパターンでレジスト膜１５が除去され、得られたレジスト膜１５のパターンでクロム膜１３がエッチングされる。
【００２６】
図２の（ｆ）には、レジスト膜１５の除去工程を示し、レジスト膜１５が剥離される。
【００２７】
図２に示す方法を実施する場合の例として、例えば透過率１５％をもつハーフトーン型位相シフトマスクの製作では、ハーフトーン位相シフト膜１２の位相差は約１１４°であり、それの膜厚は４６ｎｍであり、また石英ガラス基板１１のエッチングすべき深さは約６０ｎｍである。
【００２８】
また、透過率９％をもつハーフトーン型位相シフトマスクの製作では、ハーフトーン位相シフト膜１２の位相差は約１３５°であり、それの膜厚は５４ｎｍであり、また石英ガラス基板１１のエッチングすべき深さは約４１ｎｍである。
【００２９】
図３には、本発明の方法で使用される磁気中性線放電プラズマによるドライエッチング装置の一例を示している。図示エッチング装置において、２１は真空チャンバーで、上部のプラズマ発生部２１ａと基板電極部２１ｂとを備えている。基板電極部２１ｂには排気口２１ｃが設けられ、圧力調整バルブ２２を介してターボ分子ポンプ２３に接続される。
【００３０】
プラズマ発生部２１ａは円筒形の誘電体側壁２４を備え、誘電体側壁２４の外側には、真空チャンバー２１内に磁気中性線２５を形成するための磁場発生手段を構成している三つの磁場コイル２６、２７、２８が設けられ、これらの磁場コイルは真空チャンバー２１の上部のプラズマ発生部２１ａ内に磁気中性線２５を形成する。真空チャンバー２１の下部には、基板電極２９が絶縁体部材３０を介して設けられ、この基板電極２９はコンデンサ３１を介してＲＦバイアスを印加する高周波電源３２に接続されている。
【００３１】
中間の磁場コイル２７と誘電体側壁２４の外側との間にはプラズマ発生用の二重巻の高周波コイル３３が配置され、これらの高周波コイル３３は高周波電源３４に接続され、三つの磁場コイル２６、２７、２８によって真空チャンバー２１の上部のプラズマ発生部２１ａ内に形成された磁気中性線２５に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するようにしている。
【００３２】
真空チャンバー２１の上部のプラズマ発生部２１ａの天板３５は誘電体側壁２４の上部フランジにＯリングにて接触している。
【００３３】
さらに、真空チャンバー２１の上部のプラズマ発生部２１ａには、真空チャンバー２１内へプロセスガス即ちエッチングガスを導入するガス導入口３６が設けられ、このガス導入口３６は、図示していないがガス供給通路及びエッチングガスの流量を制御するガス流量制御装置を介してエッチングガス供給源に接続される。
【００３４】
本発明の高透過率を有するハーフトーン型位相シフトマスクの構造では、市場でスタンダード化したMoSi系の膜質を使うが、これを薄膜化することにより高透過率とし、ハーフトーン膜が受けもつ位相差をほぼ１１０°〜１３５°とし、残りほぼ４５°〜７０°を石英ガラス基板をドライエッチングにより彫り込むことで達成するものである。
【００３５】
また、この構造をもつ本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクでは、石英ガラス基板部分を深くドライエッチングすることからパターン断面にハーフトーン膜部分のサイドエッチングによりハーフトーン位相シフト膜と石英ガラス基板との界面に段付きが必然的に生じるが、この問題に対してはマスクパターンを形成するドライエッチング工程において使用する磁気中性線放電プラズマによるドライエッチング装置において、CF4、CHF3等を主成分とするプロセスガスにC4F8、C3F8、C2F６等の側壁保護効果をもつガスを添加することによって、ハーフトーン位相シフト膜、石英ガラス基板を簡便に一括ドライエッチングでき、垂直でかつスムーズなパターン断面を得ることができる。
【００３６】
本発明による方法においては、ハーフトーン位相シフト膜は、１８０°以下の範囲で可能な限り１８０°に近づける方が石英ガラス基板彫り込む深さを小さくできるのでエッチングプロセスが簡便になるが、スタンダード化したMoSi系を使用して、１９３ｎｍ波長で９〜１５％の高透過率耐薬品性との並立の要求を満たすには、ハーフトーン位相シフト膜の位相差は１３５°が上限である。
【実施例１】
【００３７】
本発明による方法において、ドライエッチング工程では、マスク用ドライエッチング装置として株式会社アルバック製のNLDE-9035を使用し、圧力０．６８Ｐａ、高周波電源３４に５００Ｗ、高周波電源３２に１００Ｗをそれぞれ投入し、プロセスガスCF4に添加ガスとしてC4F8を０〜７％添加した。C4F8の添加量が増すにつれてMoSiハーフトーン位相シフト膜部のサイドエッチング量は低減効果が少しずつ大きくなった。またプロセスガスCF4にC4F8を７〜２０％添加した場合には、サイドエッチングは発生しなかった。さらにC4F8の添加量を２０％以上に増やしていった場合には徐々に膜の深さ方向のエッチング速度が低下し、エッチングされなくなった。このことから、サイドエッチングの発生を抑制するには、プロセスガスとしてＣＦ4を使用し、添加ガスとしてC4F8を使用する場合には、添加ガスC4F8の添加量は７〜２０％の範囲が好ましい。
【実施例２】
【００３８】
マスク用ドライエッチング装置として株式会社アルバック製のNLDE-9035を使用し、プロセスガスとしてCF4を使用し、これにC4F8を８．５％添加し、高周波電源３４に５００Ｗ、高周波電源３２に１００Ｗをそれぞれ投入し、そして圧力を０．１〜０．７Ｐａにした。その場合のドライエッチング特性を図５に示す。図５に示すように、圧力が０．３４Ｐａ以下では石英ガラス基板の垂直性が増し、そして圧力が０．３４Ｐａ以上では石英ガラス基板の断面が裾を引くことがわかる。このことから石英ガラス基板の垂直性を維持するには、ドライエッチング時の圧力は０．３４Ｐａ以下であるのが好ましいことがわかる。
【００３９】
図６には、本は発明によるハーフトーン型位相シフト膜の分光透過率を示す。
【００４０】
なお、図示実施形態ではＮＬＤ方式のドライエッチング法を用いたが、ＩＣＰやＥＣＲ方式でエッチング処理を実施することも可能である。また、本発明において使用するハーフトーン型位相シフト膜はＭｏＳｉＯＮ膜に限定されるものではなく、スパッタリング成膜時に反応ガス種を変えることにより、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯ、ＭｏＳｉＨＯＮ膜を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの構造を示す概略断面図。
【図２】本発明の方法によるハーフトーン型位相シフトマスクのパターン形成工程を示す概略断面図。
【図３】本発明の方法で使用され得るドライエッチング装置を示す概略線図。
【図４】本発明の方法によってハーフトーン型位相シフトマスクをドライエッチングによりパターン形成した時の断面形状を示す概略線図。
【図５】ドライエッチング時の圧力を変えた時のドライエッチング特性を示す図。
【図６】本発明によるハーフトーン型位相シフトマスクの分光透過率を示すグラフ。
【図７】一般的に用いられるハーフトーン型位相シフトマスクの構造を示す概略断面図。
【図８】従来型のハーフトーン型位相シフトマスクのパターン形成工程を示す概略断面図。
【図９】従来法に基づいてハーフトーン型位相シフトマスクをドライエッチングによりパターン形成した時の断面形状を示す概略線図。
【符号の説明】
【００４２】
１：石英ガラス基板
２：ハーフトーン位相シフト膜
３：石英ガラス基板１の掘り込んだ部分
１０：ブランクス
１１：石英ガラス基板
１２：ハーフトーン位相シフト膜
１３：クロム膜
２１：真空チャンバー
２２：圧力調整バルブ
２３：ターボ分子ポンプ
２４：誘電体側壁
２５：磁気中性線
２６：磁場コイル
２７：磁場コイル
２８：磁場コイル
２９：基板電極
３０：絶縁体部材
３１：ブロッキングコンデンサ
３２：高周波電源
３３：高周波コイル
３４：高周波電源
３５：天板
３６：ガス導入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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５】
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