(57)【要約】【課題】ハーフトーン膜を形成する材料を選択し、パターン寸法幅等の加工精度を向上することができるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクとハーフトーン型位相シフトマスクおよびそのパターン転写法を提供する。【解決手段】透明基板上に半透明遮光性膜層からなる単層性膜膜、又は透明性膜層と遮光性膜層からなる多層膜を有するハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、前記半透明遮光性膜層、又は透明性膜層と遮光性膜層が金属、シリコン、酸素及び、又は窒素から構成され、前記シリコンの含有率が８０原子数％以上であり、且つ前記金属が形成するハロゲン化物の大気圧における沸点が３００℃以上のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びそれを用いたハーフトーン型位相シフトマスク及び該マスクを用いたリソグラフィ法による露光転写を行い、パターン形成を行うことを特徴とするパターン転写法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に半透明遮光性膜層からなる単層膜、又は透明性膜層と遮光性膜層からなる多層膜を有するハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記半透明遮光性膜層、又は透明性膜層と遮光性膜層が金属、シリコン、酸素及び、又は窒素から構成され、前記シリコンの含有率が８０原子数％以上であり、且つ前記金属が形成するハロゲン化物の大気圧における沸点が３００℃以上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用ブランク。
【請求項２】
請求項１記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクをパターニング処理した、位相シフトパターンを形成したことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスク。
【請求項３】
請求項２記載のハーフトーン型位相シフトマスクを露光装置に設置し、該マスクを用いたリソグラフィ法による露光転写を行い、パターン形成を行うことを特徴とするパターン転写法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造プロセス中のフォトリソグラフィ工程で使用される露光転写用のフォトマスク及びこれを製造するためのフォトマスクブランクに関わるものであり、特にマスクを通過する露光光間に位相差を与えることにより、転写パターンの解像度を向上させるようにしたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びそれを用いたハーフトーン型位相シフトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、シリコンウェハー上などに微細パターンを形成するためのパターン露光の際のマスクとしてフォトマスクが用いられる。このフォトマスクの一種に位相シフト法を用いた位相シフトマスクがある。位相シフト法は、微細パターンを転写する際の解像度向上技術の１つであり、開発が盛んに行われている。原理的にはマスク上の隣接する領域に互いの透過光の位相差が１８０度となるように位相シフト部を設けることにより、透過光が回折し干渉し合う際に境界部の光強度を弱め、その結果として転写パターンの解像度を向上させるものである。これにより通常のフォトマスクに比べて飛躍的に優れた微細パターンの解像度向上効果および焦点深度向上の効果を持つ。
【０００３】
上記のような位相シフトマスクの一種として、ハーフトーン型位相シフトマスクが開発されている。ハーフトーン型位相シフトマスクは、透明基板上に形成するマスクパターンを実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる透過部と実質的に露光に寄与しない半透過部とで構成され、この半透過部に透過光の位相反転作用および、パターン内部でレジストの感度以下での遮光性の役割を持たせることにより、前記透過部と半透過部との境界部近傍を通過した光が互いに打ち消し合うようにして、光強度のエッジ形状を急峻にし、解像性や焦点深度特性を向上させると共にマスクパターンを忠実にウエハ上に転写する効果を有したものである。
【０００４】
また、近年では、ウエハ上に転写されるパターンの解像性をより高めるために、半透過部における光の透過率を高めた高透過率ハーフトーンマスクも提案されている。高透過率ハーフトーンマスクは半透過部の透過率が高く、位相が反転して透過する光の強度も強くなる。このため位相の打ち消し効果が高くなり、シリコンウエハへのパターン転写時における解像性が向上する。
【０００５】
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半透明遮光性膜層、もしくは透明性膜層及び遮光性膜層からなるハーフトーン膜をパターニング処理したものが一般に用いられている。
【０００６】
ハーフトーン膜用の半透明遮光性膜層、透明性膜層及び遮光性膜層を形成する材料としては、アルカリ金属、遷移金属とシリコンとの金属間化合物（シリサイド）が挙げられ、なかでも高融点金属シリサイドと呼ばれる４Ａから６Ａ属元素のシリサイドがその特性上重要である。これらの金属シリサイドのうち、ハーフトーン型位相シフトマスク用の材料としては、例えば、モリブデンとシリコンを主たる構成元素とするものがある（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）。
【０００７】
上記金属シリサイドなどから形成される金属とシリコンの酸化物、金属とシリコンの窒化物及び金属とシリコンの窒化酸化物からなる化合物薄膜を用いた半透明遮光性膜層、透明性膜層、遮光性膜層の場合、ハーフトーン型位相シフトマスクとしての光学特性と加工適性を有するハーフトーン膜用ブランクが開発され、一部実用化されている。
【０００８】
さらに、近年の半導体パターンの微細化に伴う露光波長の短波長化に対応するため、従来よりも短波長露光に対応したハーフトーンマスクが必要とされる。短波長化に対応するためには、短波長での半透過部の透過率を高くする必要があり、より透明性の高い材料を選定し、位相シフトマスク本来の光学特性である露光波長での位相反転量および透過率が所望の条件を満たすようにする。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６２−５２５５０号公報
【特許文献２】
特開昭６３−２０２７４８号公報
【特許文献３】
特開平６−３３２１５２号公報
【特許文献４】
特開平８−７４０３１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このようにハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクおよびハーフトーン型位相シフトマスクでは、光学特性の制御が必要であると同時に、マスクパターンの微細化に対応した、より微細なパターンでの寸法制御性および垂直な断面をもつパターンを形成することが重要となる。
【００１１】
しかしながら、短波長露光に対応するために透明性を上げた場合、従来の材料では、例えばドライエッチングによりパターンを形成する際に等方的なエッチング反応が起こりやすく、サイドエッチングによるパターン寸法幅の設計値からのずれ（変換差）を考慮する必要が出てくる。また、パターン寸法の制御を行うためには、パターン密度による変換差を考慮しなければならないので、サイドエッチング量が大きい材料ではパターン寸法均一性を得ることがより困難になる。さらに、必要以上にサイドエッチングが進行することによるパターン断面形状の悪化も懸念され、垂直な断面をもつパターンを形成することが困難になる。
【００１２】
本発明の目的は、ハーフトーン膜を形成する材料を選択し、パターン寸法幅等の加工精度を向上することができるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクとハーフトーン型位相シフトマスクおよびそのパターン転写法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、透明基板上に半透明遮光性膜層からなる単層膜、又は透明性膜層と遮光性膜層からなる多層膜を有するハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、前記半透明遮光性膜層、又は透明性膜層と遮光性膜層が金属、シリコン、酸素及び、又は窒素から構成され、前記シリコンの含有率が８０原子数％以上であり、且つ前記金属が形成するハロゲン化物の大気圧における沸点が３００℃以上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用ブランクである。
【００１４】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクをパターニング処理した、位相シフトパターンを形成したことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクである。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項２記載のハーフトーン型位相シフトマスクを露光装置に設置し、該マスクを用いたリソグラフィ法による露光転写を行い、パターン形成を行うことを特徴とするパターン転写法である。
【００１６】
【作用】
請求項１の発明のハーフトーン膜に含まれるシリコン含有率を高めることによりハーフトーン膜の透明性が高くなる効果があり、露光波長の短波長化に対応することができる。
【００１７】
請求項２の単層膜および多層膜を形成する際に、低揮発性のハロゲン化物を形成する金属を添加することにより、高精度な寸法幅およびパターン断面の良好な形状を有するパターンを形成することができ、高精度の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る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの構造の一例を示す側断面図で、（ａ）は半透明遮光性膜層の単層膜、（ｂ）は透明性膜層と遮光性膜層の多層膜ある。
【００２０】
前記ハーフトーン膜には半透明遮光層からなる単層膜、透明性膜層と遮光性膜層からなる多層膜を用いることが可能である。図１（ａ）は、透明基板１１上に半透明遮光性膜１４を形成する。図１（ｂ）は、透明基板１１上に遮光性膜１２、透明性膜１３を形成する。
【００２１】
図１に示すハーフトーン膜用の半透明遮光性膜１４、透明性膜１３、遮光性膜１２を形成する方法としては、前記スパッタリング法が有効である。スパッタリングターゲットとして金属シリサイドを使用し、スパッタガスにはアルゴンガスと酸素、窒素の混合ガスを用いることにより、酸化膜、窒化膜及び窒化酸化膜が得られる。酸化膜、窒化膜及び窒化酸化膜の屈折率、消衰係数などの光学定数に代表される光学特性は使用するスパッタリングターゲットの組成や種類、ガス混合比の他ガス圧力などによって制御される。また、半透明遮光性膜、透明性膜、遮光性膜はスパッタリング法の他真空蒸着法やＣＶＤ法などそのほかの成膜方式を用いても成膜可能である。
【００２２】
前記スパッタリングターゲットには金属シリサイドを用いる他、必要に応じて金属ターゲット、シリコンターゲットを用いる。このとき、スパッタ源は二元もしくはそれ以上であっても良い。
【００２３】
図２は、本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの構造の一例を示す断面図である。（ａ）は半透明遮光膜の単層膜、（ｂ）は透明層と遮光層の多層膜である。
【００２４】
図２（ａ）は、透明基板（石英）２１上に半透明遮光性膜パターン２４ａが形成されている。又図２（ｂ）は、透明基板（石英）２１上に遮光性膜パターン２２ａ、及び透明性膜パターン２３ａが形成されている。
【００２５】
図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の多層膜のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の一例を示す断面図である。
【００２６】
まず、図３（ａ）に示すように、透明基板３１上に例えばスパッタリング法により金属およびシリコンから構成される酸化物、窒化膜及び窒化酸化膜の何れかからなるハーフトーン膜（遮光性膜３２、透明性膜３３）を形成する。その後、レジスト３５を塗布形成する（図３（ｂ）参照）。次に、電子線またはレーザービームによりマスクパターンを描画する。さらに現像を施し、レジストパターン３５ａを形成する（図３（ｃ）参照）。
【００２７】
次にハロゲンガス、例えばフロロカーボン系ガスをエッチングガスとして用いたドライエッチングにより、前記レジストパターン３５ａをマスクとして、金属およびシリコンから構成される酸化物、窒化膜及び窒化酸化膜の何れかからなるハーフトーン膜（３２、３３）を選択的にエッチング除去することにより、ハーフトーン膜パターン（３２ａ、３３ａ）を形成する（図３（ｄ）参照）。更にレジストを剥膜しハーフトーン型位相シフトマスクを作製する。（図３（ｅ）参照）
【００２８】
前記ハーフトーン膜上にはさらに部分的に遮光膜パターンを形成するためにクロムを主成分とする膜を形成する場合がある。図４（ａ）は前記クロム層４６を形成したマスクブランクの側断面である。基板４１上に遮光性膜４２、透明性膜４３、その上にクロム層４６が順次積層した多層膜層を形成する。
【００２９】
前記ハーフトーン膜上にさらにクロムを主成分とする膜を形成する場合には、レジストパターンをマスクにして塩素と酸素の混合ガスを用いてクロム膜４６をエッチングし、その後、レジストパターンおよびクロムパターンをマスクとしてハーフトーン膜（４２、４３）を選択的にエッチング除去することにより、パターンを形成し、図４（ｆ）に示すハーフトーン型位相シフトマスクを作製する。
【００３０】
次に、前記ドライエッチングでは、高揮発性のハロゲン化物を生成させることにより、反応を進める。しかし、高揮発性の反応生成物が発生する条件では、パターン側壁方向のサイドエッチングや等方的なエッチング反応が起きやすいため、金属シリサイド膜で、いわゆるマイクロローディングが発生しないような微細パターンを形成するためには低揮発性の金属とシリコンからなる膜を用いるのが良い。
【００３１】
前記ハロゲンガスを用いたハーフトーン膜のエッチングによる反応生成物の中には低揮発性の金属ハロゲン化物を含む。例えばジルコニウムシリサイドを用いた場合、ジルコニウムのハロゲン化物としてＺｒＦ３  （沸点１２０２℃（１ａｔｍ）、以下同様）ＺｒＦ４（６０３℃）、ＺｒＣｌ３  （７７３℃）ＺｒＣｌ４  （３３１℃）などが挙げられる。一方、シリコンのハロゲン化物にはＳｉＦ４（−９５℃）、ＳｉＣｌ４（５７℃）などが挙げられる。従って、ＦやＣｌを含むハロゲンガスをエッチングガスとして用いることにより、エッチング速度の低下などを招くことなく、また、従来の材料で見られるようなパターン形成時のサイドエッチングを低減し、パターン寸法幅制御性、寸法均一性に優れ、かつ良好なパターン形状を有するパターンを得ることができる。また、このような低揮発性のハロゲン化物を生成する金属では、単体、化合物ともに化学的に安定な物質が多く、その結果、薬品耐性やレーザー照射耐性などに優れたマスク用ブランクおよびマスクを提供することができる。
【００３２】
さらに、主な前記金属ハロゲン化物の室温における沸点を下記の表１に列挙する。表１は、遷移金属（４Ａ〜６Ａ族）が形成する主なハロゲン化物と大気圧（１ａｔｍ）下での沸点を示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
例えば、前記金属シリサイドとしてハフニウムシリサイドを用いた場合、反応生成物であるハフニウムの塩化物としてＨｆＣｌ４（３１６℃）などが挙げられる。また、シリコンの塩化物はＳｉＣｌ４（５７．６℃）である。このとき、Ｃｌを含むガスをエッチングガスとして用いることにより、エッチング速度の低下を招くことなく、パターン寸法制御性、寸法均一性に優れ、かつ良好なパターン形状を有するパターンを得ることができる。
【００３５】
一方、例えば前記金属シリサイドとしてモリブデンシリサイドを用いた場合、反応生成物であるモリブデンのフッ化物としてＭｏＣｌ５（２６８℃）などが挙げられる。また、シリコンの塩化物はＳｉＣｌ４（５７．６℃）である。このとき、Ｃｌを含むガスをエッチングガスとして用いると、等方的なエッチングとなって、必要以上にサイドエッチングが進み、パターン形状が悪化する。また、サイドエッチング量が多いため、パターン寸法の制御も困難である。とくに、シリコン含有量を高めた場合、その傾向が顕著である。
【００３６】
このことから、反応生成物である金属ハロゲン化物の沸点が低いときは、等方的なエッチング反応がおこりやすくなるため、サイドエッチング量が多くなり、マスクパターンがテーパー形状となる。その結果、パターン寸法幅の制御が困難となり、寸法均一性の損なわれる。
【００３７】
従って、前記金属から生成されるハロゲン化物の沸点は、マスク加工精度を損なわない程度が好ましい。さらに好ましくは大気圧下（１ａｔｍ）における沸点が３００℃以上である。
【００３８】
低揮発性のハロゲン化物を生成する金属を含むことにより、ハーフトーン膜のサイドエッチングが抑制され、異方性エッチングが有意となる。しかしながら、許容量以上に低揮発性のハロゲン化物が生成されると、エッチング速度の低下やパターン形状の悪化を招くため、金属およびシリコンの含有量を適切な値にしなければならない。すなわち、金属およびシリコンの含有量の許容範囲はその加工特性を損なわない程度が好ましい。さらに好ましくは膜組成に占めるシリコンの割合が８０原子数％で以上である。
【００３９】
さらに、短波長露光に対応するためには、透過率などの光学特性を適切な値にする必要がある。膜の透明性を高めるためには膜組成に占めるシリコン含有量を多くすることが好ましい。
【００４０】
このように本発明によれば石英基板上に金属、シリコン、酸素もしくは窒素から構成される単層もしくは多層膜を形成することにより、光学特性および加工特性に優れたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを得ることができる。さらには、ハロゲンガスを用いたドライエッチングにより高精度な寸法幅、寸法均一性および良好な形状を有するパターンもつハーフトーン型位相シフトマスクを得ることができる。
【００４１】
【実施例】
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの一実施例を説明する。
【００４２】
〈実施例１〉
図４（ａ）〜（ｆ）に示すハーフトーン型位相シフトマスクの構成および製造工程を説明する側断面図である。まず、透明基板上にジルコニウム、シリコンおよび酸素を主成分としたハーフトーン膜を形成する。石英基板からなる透明基板４１上にジルコニウムシリサイドターゲットを用い、アルゴンガスに酸素を適量添加した反応性スパッタリング法により成膜を行い、遮光性膜４２を形成した。このときの遮光性膜４２の膜厚は１５６Åであった。
【００４３】
この遮光性膜４２の光学定数は、あらかじめ予備実験により確認しており、屈折率ｎ＝１．２３、消衰係数ｋ＝１．２９（波長λ＝１５７ｎｍ、以下同様）であった。このとき、膜組成に占めるシリコンの割合はおよそ８７原子数％であった。
【００４４】
次に、遮光性膜４２上  にジルコニウムシリサイドターゲットおよびシリコンターゲットを併用し、アルゴンガスに酸素を適量添加した反応性スパッタリング法により成膜を行い、透明性膜４３を形成した。このときの透明性膜４３の膜厚は９６８Åであった。この透明性膜４３の光学定数は、あらかじめ予備実験により確認しており、屈折率ｎ＝１．７９、消衰係数ｋ＝０．１７であった。このときに膜組成に占めるシリコンの割合はおよそ８９原子数％であった。
【００４５】
このように石英の透明基板４１上にジルコニウムシリサイドターゲットおよびシリコンターゲットを用いて、上層を透明性膜４３、下層を遮光性膜４２とする２層膜を形成することにより、図４（ａ）に示すような構造のＦ２レーザー露光光（波長１５７ｎｍ）に対する位相反転量が１７９．５１ｄｅｇ．、透過率６％のＶＵＶ露光対応のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを得た。このブランクの透過率スペクトルを図５に示す。
【００４６】
次に、上記のようにして得られたハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを用いてハーフトーン型位相シフトマスクを作製した。まず、スパッタリング法によりハーフトーン膜（４２、４３）上にクロムを主成分としたクロム層４６を形成した（図４（ａ）参照）。次に、透明基板４１のクロム層４６上に有機物を主成分とするポジ型レジスト４５を塗布形成した（図４（ｂ）参照）。次に、乾燥後、電子描画装置でパターン形成部の露光を行った。その後、有機溶剤で現像を行い、所望のレジストパターン４５ａを形成した。（図４（ｃ）参照）
【００４７】
次いで、市販のフォトマスク用ドライエッチング装置を用いてレジストパターン４５ａをマスクとしてクロム層４６を選択的に除去し、クロム層パターン４６ａを形成した（図４（ｄ）参照）。その後、レジストパターン４５ａおよびクロム層パターン４６ａをマスクとして、ハーフトーン膜（４２、４３）を選択的にエッチング除去し、図４（ｅ）に示すようなハーフトーン膜パターン（４２ａ、４３ａ）を得た。ドライエッチング条件は以下の表２に記載する。ドライエッチング装置にはＩＣＰ方式の装置を用いた。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
次に、レジスト４５残りおよびクロム層４６を剥離し、図４（ｆ）に示すようなハーフトーン型位相シフトマスクを得た。
【００５０】
得られたハーフトーン型位相シフトマスクは光学特性、パターン寸法精度、制御性、均一性および断面形状の垂直性などのあらゆる特性が実用に足るものであった。このマスクのパターン部の電子顕微鏡写真を図６に示す。
【００５１】
尚、前記実施例ではハーフトーン膜としてジルコニウムとシリコンから成る酸化膜を用いたが、ジルコニウムとシリコンからなる酸化膜、窒化膜および酸化窒化膜のいずれかからなるハーフトーン膜を用いることもできる。また、ジルコニウムの代わりに同様の遷移金属であるタンタル、ハフニウムなどを用いることもできる。これらを用いた場合でも上記実施形態と同様にすることができる。
【００５２】
【発明の効果】
このように、本発明によればハーフトーン層を形成する材料を選択することにより、高い加工精度を持つハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクとハーフトーン型位相シフトマスクが得られる。従って、従来より光学特性を高精度に制御することが可能であるのと同時に、高精度な寸法幅および良好な形状を有するパターンを形成することができるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクおよびそれを用いて製造されるハーフトーン型位相シフトマスクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの一例の側断面図
【図２】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの一例の側断面図
【図３】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の一例の側断面図
【図４】本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程の実施例の側断面図
【図５】実施例のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの分光特性を示すスペクトル図
【図６】実施例のハーフトーン型位相シフトマスクのパターン部の電子顕微鏡写真
【符号の説明】
１１、２１、３１、４１…透明基板（石英）
１２、３２、４２…遮光性膜
１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ…遮光性膜パターン
１３、３３、４３…透明性膜
１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ…透明性膜パターン
１４…半透明遮光性膜
１４ａ、２４ａ…半透明遮光性膜パターン
３５、４５…レジスト
３５ａ、４５ａ…レジストパターン
４６…クロム層
４６ａ…クロム層パターン
【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５】
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【図６】
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