(57)【要約】【課題】位相シフト型ハーフトーンマスク用ブランクを用いたフォトマスク製造工程において、ＣＤ−ＳＥＭ（測長ＳＥＭ）によるマスク寸法の測長及びＦＩＢ（集束イオンビーム）によるマスク修正時に問題となる二次電子像のコントラスト低下による測長や修正の精度低下を防止する位相シフト型ハーフトーンマスク用ブランクを提供する。【解決手段】透明性ガラスの基材上に露光光源に対して位相及び透過率を制御した半透明性となる単層若しくは多層の薄膜層を形成したハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、位相差若しくは透過率を制御する目的で形成した前記薄膜層の表面上を計測したシート抵抗値が、１×１０８Ω／□〜１×１０１４Ω／□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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明性ガラスの基材上に露光光源に対して位相及び透過率を制御した半透明性となる単層若しくは多層の薄膜層を形成したハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、位相差若しくは透過率を制御する目的で形成した前記薄膜層の表面上を計測したシート抵抗値が、１×１０８Ω／□〜１×１０１４Ω／□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に、ハーフトーン型位相シフトマスクの製造プロセス中のフォトリソグラフ技術により、前記薄膜層内にパターン部を設ける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】
前記ハーフトーン型位相シフトマスクが、半導体装置の製造プロセス中のフォトリソグラフ技術によりＡｒＦエキシマレーザ若しくはＦ２エキシマレーザを照射する縮小投影露光装置に装着され、半導体装置用の基板上に縮小投影するパターン部を設けることを特徴とする請求項２記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用いた半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造プロセス中のフォトリソグフィ工程において、縮小投影露光のパターンを形成するフォトマスク用ブランクに関するものであり、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びその位相シフトマスク及びそのマスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここ数年の半導体デバイスの急激な微細化に伴い、半導体の基板（以下、ウエハと記す）上にマスクパターンを転写するフォトリソグラフ技術も同時に進歩を遂げてきた。縮小投影露光装置（ステッパー）は解像性を向上させるために、ｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）以降、ＫｒＦエキシマレーザ（波長λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長λ＝１９３ｎｍ）といった遠紫外線領域、更にはＦ２レーザ（波長λ＝１５７ｎｍ）の真空紫外線領域へと、短波長化の一途を辿っている。
【０００３】
位相シフト法は、半導体装置の製造プロセス中のフォトリソグラフ技術における解像度向上技術の１つであり、露光光源の波長以下の微細なパターンをウエハ上に形成する際に多く使われる技術である。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、双方の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ものである。
【０００４】
上記のような位相シフト法はＩＢＭのＬｅｖｅｎｓｏｎらによって提唱され、特許文献１などに記載されており、位相シフト部の構造によって分類されたレベンソン型やハーフトーン型などが公知となっている。特にハーフトーン型位相シフトマスクは、半透明膜に透過光の位相反転作用および、パターンを形成する半透明膜内部でレジストの感度以下にする遮光性の役割を持たせる事により透過光強度のエッジ形状を急峻にして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り、特に孤立パターンの解像度向上に有効である。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１７３７４４号
【０００６】
ハーフトーン型位相シフトマスクには、位相差と透過率を与える半透明性となる単層若しくは多層の薄膜層（以下、半透明膜層と記す）が一種類の薄膜層で構成された単層型ハーフトーン型位相シフトマスクと、二種類以上の薄膜層から構成された多層型ハーフトーン型位相シフトマスクとがある。多層型ハーフトーン型位相シフトマスクのうちもっとも簡単な半透明膜層の構造は、位相をシフト調整する薄膜層と、透過率を調整する薄膜層とを別々の薄膜層で形成し、順次積層させ制御する二層型ハーフトーン型位相シフトマスクである。
【０００７】
ハーフトーン型位相シフトマスク（以下、マスク用ブランクを含む）においては、半透明膜層は露光波長である紫外線の透過率が一般的には５〜１５％、同じく反射率は０〜２５％、マスクパターン検査装置の検査波長域での透過率が５〜４０％という分光光学的条件（分光特性）を満足しなければならない。
【０００８】
この理由として、露光波長での反射率が高いと、縮小投影露光によりウエハ上にパターン転写を行う際、ハーフトーン型位相シフトマスクとウエハとの間隙で多重反射によってパターンの転写精度が低下してしまう。また、ハーフトーン型位相シフトマスクの検査及びパターン寸法の測定では主に３６５ｎｍ（ｉ線）の可視光や２５７ｎｍの紫外線が用いられるが、この検査波長に対する透過率が４０％を超えると、透明性ガラス基材の透過部（ガラス基材）と半透明膜層部のコントラストが低下し、パターン画像の検査及びパターン寸法の測定が困難になるという問題が生じてしまうからである。
【０００９】
上記のような必要条件、すなわち波長の短い紫外線領域での透過性、および可視光域までの平坦な分光特性を実現するための方策として、ハーフトーン型位相シフトマスクのための半透明膜材料としては、ＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）などの金属シリサイドやＣｒＦ（弗化クロム）などの金属弗化物が提案され、ｉ線露光やＫｒＦ露光において使用されてきた。
【００１０】
ハーフトーン型位相シフトマスクに限らず、フォトマスク用ブランクの薄膜層の成膜方法としては、一般に透明性のガラスの基材への付着力に優れたスパッタリング法が用いられる。
【００１１】
しかし、近年の露光光源の短波長化すなわちＡｒＦエキシマレーザといった遠紫外線領域、更にはＦ２レーザの真空紫外線領域で実用上の透過率（５から１５％）を有する前記半透明膜材料をスパッタリングで成膜する場合、従来使用していた材料よりも半透明膜のシート抵抗値（表面抵抗値）が大きく増加する。
【００１２】
しかしながらこの半透明膜のシート抵抗値の増加は、半透明膜材料のパターニングには問題とはならない。なぜならば、電子線描画時の電子線レジストと触れている層つまり半透明膜層表面上にクロム若しくは酸化クロムなどの金属層を配する事によって、帯電による異常なパターン形成を防ぐ対策が採用されている。なお、前記金属層はメインパターンの形成終了後、フォトリソグラフ工程によって除去し、ハーフトーン型位相シフトマスクが完成する。
【００１３】
その一方で、微細化が進むことによりシート抵抗値の高い半透明膜層が、フォトマスク製造において不具合となる問題が発生した。その問題となる工程とは、ＣＤ−ＳＥＭ（測長ＳＥＭ）によるマスク寸法の測長する工程と、ＦＩＢ修正装置（集束イオンビーム）によるマスクパターンの欠陥を修正する工程である。
【００１４】
前記ＣＤ−ＳＥＭによるマスク寸法の測長は、従来の可視光を使用した測長装置よりも微細なパターン寸法の測長が可能な為、近年良く使われる技術である。ＣＤ−ＳＥＭは、パターン部の半透明膜層表面と非パターン部の透明性ガラスの基材表面に電子線を照射し、そこからでてくる二次電子像の強弱のコントラストによりパターン画像を認識し、パターンの形状の確認やパターン寸法の測長等行う。
【００１５】
ここでパターン部を形成する半透明膜層表面のシート抵抗値が高い場合、照射する電子線によるパターン部の帯電により二次電子像がぶれたり、ひいては二次電子の放出効率が落ち非パターン部である透明性ガラスの基材とのコントラスト差が取れなくなる為に正確な測長ができなくなる。
【００１６】
また、ＦＩＢ修正装置によるマスク欠陥を修正する時にも照射する集束イオンビームによる二次電子像によりパターンの視認性を取得している為、同様な現象がおこり得る。その為、微細パターンの修正精度に重大な支障をきたす。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクにおいて、縮小投影時の露光光源に対し実用上十分な透過率を有しながら一方で電子線やイオンビームによるパターンの測長や修正時の視認性が確保され、マスクパターンの欠陥修正やパターン寸法の測定が可能となるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク及びその位相シフトマスク及びそのマスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的としたものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明の請求項１に係る発明は、透明性ガラスの基材１上に露光光源に対して位相及び透過率を制御した半透明性となる単層若しくは多層の薄膜層（半透明膜層２）を形成したハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク１０において、位相差若しくは透過率を制御する目的で形成した前記薄膜層２の表面上を計測したシート抵抗値が、１×１０８Ω／□〜１×１０１４Ω／□（□は、１ｃｍ角）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。
【００１９】
本発明の請求項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１０に、ハーフトーン型位相シフトマスクの製造プロセス中のフォトリソグラフ技術により、前記薄膜層２内にパターン３を設ける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。
【００２０】
本発明の請求項３に係る発明は、前記ハーフトーン型位相シフトマスク２０が、半導体装置の製造プロセス中のフォトリソグラフ技術によりＡｒＦエキシマレーザ若しくはＦ２エキシマレーザを照射する縮小投影露光装置に装着され、半導体装置用の基板上に縮小投影するパターン部を設けることを特徴とする請求項２記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用いた半導体装置の製造方法である。
【００２１】
【作用】
半導体デバイスの急激な微細化に伴い、半導体装置を製造するフォトリソグラフ技術に用いる縮小投影露光装置（ステッパー）の照射光はＡｒＦエキシマレーザ（波長λ＝１９３ｎｍ）更にはＦ２レーザ（波長λ＝１５７ｎｍ）と、短波長化の一途を辿っている。本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクでは、位相差若しくは透過率を制御する目的で形成した薄膜層が短波長化する照射光に対し実用上十分な位相差若しくは透過率を有しながら、且つ薄膜層表面上のシート抵抗値が、１×１０８Ω／□〜１×１０１４Ω／□に制御したことにより、照射する電子線やイオンビームによるパターンの測長や欠陥修正時の視認性の確保を可能となるため、マスクパターン寸法の測定や、マスクパターンの欠陥修正が正確に精度良くできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明におけるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの一実施例の側断面図である。ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク１０は、透明なガラス基材１上に透過率を調整し位相を変調する半透明膜層２を有したものである。上記の特徴を有する半透明膜層２は、層数に制限はなく、表面にブランク製造時に自然若しくは構造安定化の為に熱処理した際に形成される膜厚数十Å程度の酸素原子多い領域即ち酸化層を含んでいてもかまわない。
【００２３】
一方、半透明膜層２は、ウエハ上にパターンを形成する際にパターンエッジ部に位相シフト効果が現れ、且つパターン部は光を透過し過ぎない透過率を有していることが必要である。実用的に、透過率５から１５％であり、位相差に関しては、フォトマスクのパターン上において半透明膜層の材料の存在しない非パターン部と半透明膜層の材料の存在するパターン部との差が理想的には１８０度のシフト量が好ましいが、実用上は１８０±５度であれば良い。
【００２４】
半透明膜層２の材料は、金属シリサイド系材料が挙げられる。つまり、金属シリサイドから派生する酸化物である金属シリケート、窒化物である金属シリコンナイトライド、またこの中間である金属シリコンオキシナイトライドである。これらの金属化合物は、単一、混合物いずれでもかまわない。
【００２５】
半透明膜層２の材料を基材１上に形成するには、金属シリサイドもしくは金属とシリコンからなるターゲットを使用したスパッタリング法により片側の基材１上に半透明膜層２を形成する。その際に、使用するガスは希ガスと反応性ガスの混合ガスであるが、希ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、反応性ガスとしては、酸素、窒素、酸化窒素、一酸化二窒素、二酸化窒素などがある。
【００２６】
前記基材１は、特に制限するものはないが、露光光源に対し透過率が出来るだけ高いもの、例えば石英ガラスやフッ化カルシウム（蛍石）等の材料が特に好ましい。
【００２７】
また、本発明におけるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク上にフォトマスクパターン形成時の帯電対策の為、前記半透明膜層２表面に導通性を有するクロム等の遷移金属を含む金属層を設けてもよい。
【００２８】
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクの半透明膜層２上に、スピンコート法により所定の感光性のレジストを塗布し電子線レジスト層を形成する。次に、電子線描画法により電子線レジスト層にパターンを描画形成する。次に、現像処理により電子線レジストパターンを形成する。次に、ドライエッチング処理により半透明膜層２内にパターンを形成する。次に、電子線レジスト層３を剥膜処理により剥離後、ハーフトーン型位相シフトマスクが完成する。
【００２９】
図１（ｂ）は、本発明におけるハーフトーン型位相シフトマスクの一実施例の側断面図である。本発明におけるハーフトーン型位相シフトマスク２０は、基材１上の半透明膜層２からなるマスクパターン３が形成されている。マスクパターン３部と非マスクパターン部を透過する透過光は位相差が１８０度となり、且つマスクパターン３部は透過率を最適化するため、半導体装置の製造プロセス中のフォトリソグフィ工程において縮小投影露光のパターンを形成する際、被転写体のウエハ上のフォトレジストに感光されずに解像度向上効果及び焦点深度向上の効果が得られるように決定される。すなわち、前記マスクパターン３部と非マスクパターン部の透過光は、回折、干渉し合う境界部で光強度を弱めてエッジ形状を形成する。
【００３０】
半導体装置の製造では、露光装置である縮小投影露光装置（ステッパー）が用いられる。ハーフトーン型位相シフトマスクは縮小投影露光装置のマスクとして使用する。前記縮小投影露光装置は、前記ハーフトーン型位相シフトマスクを露光光線で縮小投影して半導体装置の基板（ウエハ）上に結像させてパターンを転写する装置である。通常、半導体装置の製造方法では、被写体である基板（ウエハ）上にハーフトーン型位相シフトマスクを装着した縮小投影露光装置により縮小投影するパターンを転写形成する工程がある。前記パターンの転写工程は、パターン形状の正確性が求られ、その微細なパターンの再現性が重要な要素として要求されている。本発明の半導体装置の製造方法は、縮小投影露光装置に装着するマスクに本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを用いる方法である。すなわち、公知である半導体装置を製造するプロセス中のフォトリソグラフィ工程で使用する縮小投影露光転写用のフォトマスクを本発明のハーフトーン型位相シフトマスクに変更する製造方法である。
【００３１】
〈実施例１〉
まず、ＤＣスパッタリング装置を用いて、アルゴン（Ａｒ）ガス及び窒素（Ｎ２）ガスを条件によってガス比を設定してチャンバ内に導入し、ジルコニウムシリサイドターゲットを用いた反応性スパッタリングにより石英ガラス基材上に膜厚が８００Å、１９３ｎｍの波長に対して位相差１８０度となるようにジルコニウムシリコンナイトライド（ＺｒＳｉＮ）の半透明膜層を成膜した。
【００３２】
これらの膜をＪＩＳ−Ｋ６９１１−１９９５に準拠した絶縁抵抗率計でシート抵抗を計測した。その際の成膜ガス条件に対するシート抵抗値の結果を表１（条件１〜条件９）に示す。表１は、実施例１におけるジルコニウムシリコンナイトライド形成条件を示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
上記に示す条件１〜９のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクの片側の半透明膜層上に金属層の酸化クロム及びクロム層形成した後、スピンコート法により電子線レジスト層を形成し、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを作成した。
【００３５】
更に、前記ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクに電子線描画機により電子線レジスト上にパターニングを行った。続いて金属層のクロム層のエッチング処理し、半透明膜層のエッチング処理後、電子線レジスト及び金属層のクロム層は剥離処理を行い除去し、ハーフトーン型位相シフトマスク、条件１〜９を作成した。
【００３６】
ＣＤ−ＳＥＭ（加速電圧２５ｋＶ）により前記ハーフトーン型位相シフトマスクのジルコニウムシリコンナイトライドで形成したパターンを観察し、半透明膜層と石英ガラスの基材よりの二次電子像のコントラストが取れるかどうか確認した。その結果を表２（条件１〜条件９）に示す。表２は、実施例１におけるハーフトーン型位相シフトマスクのＣＤ−ＳＥＭにおけるコントラストの有無を示す。
【００３７】
【表２】
2004145065.tif 000004
【００３８】
尚、位相差の測定にはレーザーテック社製ＭＰＭ−１９３を使用した。
【００３９】
〈実施例２〉
ＤＣスパッタリング装置を用いて、チャンバ内にアルゴン（Ａｒ）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスを条件によってガス比を設定して導入し、ジルコニウムシリサイドターゲットを用いた反応性スパッタリングによりまず石英ガラス基材上にジルコニウムシリケート（ＺｒＳｉＯ）を２００Å積層した。この層をＡ層とする。
【００４０】
続いて、Ａ層の上にＡ層よりも透明性の高いジルコニウムシリケート層をＡｒとＯ２ガスの反応性スパッタにより８００Å積層し、この層をＢ層とする。すなわち、基材上にＡ層、Ｂ層の半透明膜層を形成した。Ａ層とＢ層のガス条件を表３の条件項目に示す。また、表３（条件１０〜条件１３）は、実施例２におけるジルコニウムシリケート形成条件及びシート抵抗値を示す。
【００４１】
【表３】
2004145065.tif 000005
【００４２】
前記の半透明膜層をＪＩＳ−Ｋ６９１１−１９９５に準拠した絶縁抵抗率計でシート抵抗を計測した。そのシート抵抗値の結果を上記の表３の結果項に示す。
【００４３】
更に、前記半透明膜層の１９３ｎｍ及び１５７ｎｍの光線での透過率をＪ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ製ＶＵＶ−Ｂａｓｅで測定を行った。その結果を図４（条件１０〜条件１３）に示す。表４は、実施例２におけるジルコニウムシリケートの透過率を示す。
【００４４】
【表４】
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【００４５】
次に、前記基材上の半透明膜層表面に金属層の酸化クロム及びクロム層を形成した後、その全面に電子線レジスト層を形成し、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクを作成した。
【００４６】
更に、前記ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクに電子線描画機により電子線レジスト上にパターニングを行った。続いて金属層のエッチング、位相シフターとなる半透明膜層層をエッチングし、パターン形成後、電子線レジストと金属層を剥離処理しハーフトーン型位相シフトマスク（条件１０〜１３）を作成した。
【００４７】
ＣＤ−ＳＥＭ（加速電圧２５ｋＶ）によりジルコニウムシリコンナイトライドで形成した前記ハーフトーン型位相シフトマスクのパターンを観察し、半透明膜層層の表面と石英ガラス基材の表面とを二次電子像のコントラストが取れるかどうか確認した。その結果を表５に示す。表５は、実施例２におけるハーフトーン型位相シフトマスクのＣＤ−ＳＥＭにおけるコントラストの有無を示す。
【００４８】
【表５】
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【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク若しくはマスクとそれらの製造方法によれば、本来のハーフトーン型位相シフトマスクの役割である位相差及び透過率を変調し、パターン解像力の向上という特徴と併せ、シート抵抗を最適化することにより、フォトマスク作製時に二次電子の利用が可能である為、本発明のブランクで作製したフォトマスクはＣＤ−ＳＥＭによる測長が可能であり、本発明のブランクで作製したフォトマスクはＦＩＢによる修正時の視認性確保が可能となる効果がある。
【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及びそれを用いた位相シフトマスクの一実施例の側断面図で、（ａ）は、位相シフトマスク用ブランクであり、（ｂ）は、位相シフトマスク。
【符号の説明】
１…（透明ガラスの）基材
２…半透明性の薄膜（半透明膜層）
３…（マスクの）パターン
１０…ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランク
２０…ハーフトーン型位相シフトマスク
【図１】
2004145065.tif 000008