(57)【要約】【課題】透明性ガラスの基板上に露光光線に対して位相及び透過率を制御した複数の半透明性膜層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおいて、露光光源の短波長化に対応するべく半透明シフター層の透明性を高め、且つ前記半透明シフター層に生じた欠陥部が、修正装置の波長２００ｎｍから５００ｎｍの範囲内のレーザー照射時に、修正（レーザーリペア）が可能になるハーフトーン型位相シフトマスクブランク及びそのマスク及びそのマスクを提供する。【解決手段】半透明膜層を構成する膜の少なくとも一つの膜層に、波長２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の任意波長に於いて消衰係数が０．１以下となる半透明膜層を含んでいる場合に、該膜層の消衰係数に比較して、これに上下隣接する半透明膜層の波長２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の任意波長に於いて消衰係数が一定値以上に大きいことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明性ガラスの基板上に露光光線に対して位相及び透過率を制御した複数の半透明性膜層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおいて、２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の任意波長で消衰係数が０．１以下である半透明膜層の上下隣接する半透明膜層の消衰係数が２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の任意波長に於いて０．２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ブランクにおいて、半透明膜層を構成する膜層の少なくとも一つの膜層に、波長２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の任意波長に於いて消衰係数が０．１以下となる半透明膜層を含んでいる場合に、該膜層の酸素若しくは窒素の元素含有量に比較して、これに上下隣接する半透明膜層の酸素若しくは窒素の元素含有量が低いことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおいて、積層した複数の半透明膜層の光特性の構成が周期構造をとることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランク。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクを用いてパターン形成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。
【請求項５】
請求項４記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用いて回路パターンの転写することを特徴とする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される露光転写用のフォトマスクおよびこれを製造するためのフォトマスクブランクに係るものであり、特にハーフトーン型位相シフトマスクブランク及び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】
近年の半導体の微細化に伴い、Ｓｉウエハ上にパターンを転写する際に解像度を向上させる技術を施したフォトマスクの利用は盛んになりつつある。位相シフト法はこの解像度向上技術の１つであり、隣接する開口部の片側に位相シフト部を設け隣接するパターンを透過する投影光の位相差を互いに１８０度とすることにより、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。
【０００３】
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、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遮光層に完全な遮光性を持たせず、シフターとよばれる半透明層によって露光光をレジスト感度以下で透過させるとともに且つ位相を反転させるものをハーフトーン型と呼び、解像度向上に有効である。このハーフトーン型位相シフトマスクおよび開口パターンを設ける前の状態であるハーフトーン型位相シフトマスクブランクの半透明層の膜材料としては、現在までにＭｏやＷ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ等の遷移金属やＳｉの組み合わせが多く提案されている。
【０００４】
半導体デバイスの高集積化に伴い、その回路形成工程に用いられる露光光源はＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）、Ｆ２エキシマレーザ（波長：１５７ｎｍ）と次第に短波長化しつつある。このためハーフトーン型位相シフトマスクの半透明シフター層においても、露光光源の短波長化に対応するべく透明性を高める方向で進んでいる。
【０００５】
ハーフトーン型位相シフトマスクの半透明シフター層の透明性を高める具体的方法として、ＭｏやＷ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ等の遷移金属やＳｉとが組み合わされた材料の場合には、金属元素比率を下げると共にＳｉ元素比率を高ることが有効である。また一般的は成膜時の反応性ガスとの反応を高めて、膜中の酸素や窒素，弗素などの元素組成比率を高めるなどの方法をとっている。
【０００６】
以上のような方法により、ハーフトーン型位相シフトマスク及びブランクを、露光光源の短波長化に対応させてきたが、検査及び修正の面で幾つかの問題も発生していた。主には以下に挙げた問題の発生が課題となっていた。
（ａ）、２次電子放出強度差を利用した検査画像のコントラスト不足。
（ｂ）、マスクリペア装置のレーザー光に対する、シフター膜の光透過性上昇。
【０００７】
２次電子放出を利用した検査は、パターンを形成終了後のマスクに、イオンや電子を照射し、開口部及びシフター部より放出される２次電子強度差のコントラストを基に、回路パターンの検査を行うものである。しかしながら、前記に記載した通り、半透明シフター膜の高Ｓｉ比率化、酸素元素の高含有率化により、膜中に含まれるＳｉＯ２成分が上昇し、ガラス基板（ＳｉＯ２）とのコントラストが得難くなってきている。
【０００８】
また、ハーフトーン型位相シフトマスクにおける突起状欠陥の修正としては、集束イオンビーム（ＦＩＢ）によりシフター膜を削ることや、マスクリペア装置により十分にフォーカスを絞ったレーザー光を照射し、欠陥部位を除去する修正方法が一般的である。レーザーによる修正の場合、使われるレーザーとしてはＹＡＧレーザーの高調波を使用した装置などが一般的であり、波長は２００ｎｍから５００ｎｍ程度の範囲内のレーザー光が使用されている。しかし、一方で露光波長の短波長化に伴う半透明シフター膜の透明性向上傾向により、マスクリペア装置のレーザー光である２００ｎｍから５００ｎｍ付近の波長域光に対する透明性は極めて高くなってきている。特に従来までに提案されている２層膜構成のハーフトーン型位相シフトマスク（又はブランク）の場合などには透明性の高い膜と遮光性の高い膜とを組み合わせことが多く、この透明性の高い膜では、修正用のレーザー光に対しての透過率が非常に高くなる状態である。このためレーザー照射時に該当層でのレーザー光吸収は起こらず、レーザーアブレーションは生じない。従ってレーザーリペア修正が困難になるという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスの高集積化に伴い、その回路形成工程に用いられる露光光源は次第に短波長化しつつある。このためハーフトーン型位相シフトマスクの半透明シフター層においても、露光光源の短波長化に対応するべく半透明シフター層の透明性を高め、且つ前記半透明シフター層に生じた欠陥部が、使われるＹＡＧレーザー修正装置の波長２００ｎｍから５００ｎｍの範囲内のレーザー照射時に、レーザー光を吸収し、レーザーアブレーションを生じることにより修正（レーザーリペア）が可能になるハーフトーン型位相シフトマスクブランク及び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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る発明は、透明性ガラスの基板上に露光光線に対して位相及び透過率を制御した複数の半透明性膜層を設けたハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおいて、２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の任意波長で消衰係数が０．１以下である半透明膜層の上下隣接する半透明膜層の消衰係数が２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の任意波長に於いて０．２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ブランクである。
【００１１】
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ブランクにおいて、半透明膜層を構成する膜層の少なくとも一つの膜層に、波長２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内の任意波長に於いて消衰係数が０．１以下となる半透明膜層を含んでいる場合に、該膜層の酸素若しくは窒素の元素含有量に比較して、これに上下隣接する半透明膜層の酸素若しくは窒素の元素含有量が低いことを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランクである。
【００１２】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおいて、積層した複数の半透明膜層の光特性の構成が周期構造をとることを特徴とするハーフトーン型位相シフトマスクブランクである。
【００１３】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のハーフトーン型位相シフトマスクブランクを用いてパターン形成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である。
【００１４】
本発明の請求項５に係る発明は、請求項４記載のハーフトーン型位相シフトマスクを用いて回路パターンの転写することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１５】
【作用】
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクブランクでは、波長２００ｎｍから５００ｎｍの範囲内のレーザー光波長域に対して透明性の高い（消衰係数の小さい）半透明膜層を設け、該膜層の上下隣接する半透明膜層には規定以上の吸収性を持つ（消衰係数の大きい）半透明膜層を設け、且つ順次積層された半透明膜層の構成が周期構造としたことにより、透明性の高い（消衰係数の小さい）半透明膜層の形成によって半透明シフター層の透明性が高くなり、露光光源の短波長化に対応することが可能となり、また、規定以上の吸収性を持つ（消衰係数の大きい）半透明膜層の形成によって半透明シフター膜層の吸収性が高くなり、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ装置）等により半透明シフター膜層を削ることや、マスクリペア装置により十分にフォーカスを絞ったレーザー光を照射し、欠陥部位を除去する修正も可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るフォトマスク、特にハーフトーン型位相シフトマスクおよびハーフトーン型位相シフトマスクブランクの具体的な実施の形態は、以下に記す実施例により説明する。
【００１７】
【実施例】
本発明のハーフトーン型位相シフトマスクを一実施例により説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｅ）は、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製造工程の側断面図である。
【００１９】
図１（ａ）では、透明ガラスの基板１の片側に、ハーフトーン型位相シフトマスクブランク１０の半透明シフター膜層２を形成する。前記半透明シフター膜層２は、第１半透明膜層２１、第２半透明膜層２２及び第３半透明膜層２３を順次積層して形成する。前記半透明膜層の形成はスパッタリング成膜装置を使用する。半透明ハーフトーン型位相シフトマスクブランクの成膜用ターゲットとしては、ＺｒＳｉの化合物ターゲットを用いてスパッタリング成膜を行った。スパッタリング成膜には、反応性ガスとして、ＡｒおよびＯ２ガスを用いた反応性スパッタリングによってＺｒＳｉの酸化物膜を透明ガラスの基板１上に成膜している。半透明シフター膜層２は、反応性ガスの供給量、ターゲットへの電流密度、等を適量に制御し、最適な成膜条件により第１半透明膜層２１を形成し、順次成膜条件を変更させ第２半透明膜層２２及び第３半透明膜層２３と積層して形成する。
【００２０】
ターゲットとして他には、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｓｉ等の任意組み合わせの化合物でも有効である。尚、反応性ガスは他に窒素や弗素等でも支障は無い。
【００２１】
図１（ｂ）では、半透明シフター膜層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レジスト層３を形成する。図１（ｃ）に示すように、電子線描画法によりレジスト層３にパターンを描画形成する。次に、現像処理により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シフター膜層２上にパターンを形成する。（図１（ｄ）参照）次に、レジスト層３を剥膜処理によりハーフトーン型位相シフトマスク１００が完成する。（図１（ｅ）参照）
【００２２】
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を所定回数まで順次行う。前記パターンの転写は、パターン形状の正確性が要求され、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では、縮小投影露光装置の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、公知の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。
【００２３】
〈実施例１〉
ここでは、Ｆ２エキシマレーザ露光用として１５７ｎｍで６％の透過率の得られるブランクを作製した。半透明シフター膜層の構成は３層膜とし合成石英ガラス基板上に、以下の各半透明膜層をそれぞれ成膜した。各半透明膜層の成膜条件や光学定数は以下、表１に示す。尚、ここでは第３半透明膜層と第１半透明膜層は同一成膜条件の膜を使用した。第３半透明膜層（＝第１半透明膜層）および第２半透明膜層の光学定数の波長分散結果については、図２に第２半透明膜層、図３に第３半透明膜層の光学定数の波長分散を示す。図２、図３は、横軸の波長を、縦軸に消衰計数（ｋ）及び屈折率（ｎ）を示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
次にレジスト塗布を行い、パターン描画の露光を行い、現像等のレジストプロセスを経てパターンを形成する。レジストにはポジ型電子線レジスト（ＺＥＰ９００：日本ゼオン）を用い、スピンコート法により膜厚３５００Åにて塗布を行った。シフター層のパターンニングはドライエッチング法により行った。ドライエッチング装置にはＩＣＰドライエッチング装置を用い、エッチングガスにはＣ２Ｆ６を使用した。このときのＲＦ電力は５０Ｗ、ＩＣＰ電力は１５０Ｗ、ガス流量は５０ＳＣＣＭ、圧力については３０〜１５０ｍＴｏｒｒとしてエッチングを行った。
【００２６】
ここで以上のように得られたハーフトーン型位相シフトマスクついてレーザーリペア装置による修正の検討を行ったところ、問題無く修正を行う事ができた。また２次電子放出強度を利用してのパターン認識に関しては、シフター膜部からの２次電子強度は開口部であるガラスの２次電子強度と比較して高く、その結果開口部とのコントラストを十分に確保することが可能であった。
【００２７】
〈比較例１〉
上記実施例に対する比較例を示す。以下に示す表２は半透明シフター膜層が２層構成である。第１半透明膜層は透明性の高い（消衰係数の小さい）膜を使用した。第２半透明膜層は吸収性を持つ（消衰係数の大きい）膜構成のハーフトーンマスクを作製した（試料１、試料２参照）。次に、２次電子によるパターン画像コントラスト確認及びレーザーリペア修正状態についてまとめた結果である。この結果、リペア用レーザーの波長域で極めて透明性の高い膜を含んだ構成のハーフトーンマスク型位相シフトマスクでは、その透明性の高い層の配置位置によらず、欠陥修正には課題を残し、この観点からは好ましくないことが分かる。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
〈比較例２〉
次に、リペア用レーザーの波長域で極めて透明性の高い半透明膜層を含んだ構成にて三層の半透明膜層を形成した場合について検討を行った。結果が表３（試料３〜試料６参照）と、表４（試料７〜試料１０参照）である。表３及び表４は下記に示す。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
【表４】
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【００３２】
表３は、第３半透明膜層に比較的遮光性を有する半透明膜層を配した場合であり、表４は、第１層に比較的遮光性を有する半透明膜層を配した場合についてのものである。この表より、パターン画像のコントラスト及びレーザーリペアの条件を満足するためには、透明性の高い半透明膜層に接する上下半透明膜層に、一定値以上の遮光性を有する半透明膜層を配置する必要がある。すなわち２００ｎｍから５００ｎｍのリペア用のレーザー波長域で消衰係数が０．２以上を有することが必要である。また上記を満たしたとき、レーザーの波長域で極めて透明性の高い半透明膜層における金属元素及びシリコン元素に対する酸素の含有比率が６７ａｔｏｍ％であったのに対して、透明性の高い半透明膜層に接して配した遮光性を有する半透明膜層における金属元素及びシリコン元素に対する酸素の含有比率が５５ａｔｏｍ％以下であったことから、透明性の高い半透明膜層に接する上下半透明膜層には酸素比率の低い半透明膜層を配置する必要があると言い換えることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、フォトマスク，特にハーフトーン型位相シフトマスクおよびハーフトーン型位相シフトマスクブランクにおいて、ガラス基板上に設けられる半透明シフターの膜構成を検査／修正に関わる特性等から改善を図るものであり、具体的には上記で挙げたような問題点を解決するために、レーザーリペア修正機のレーザー光波長域に対して透明性の高い（消衰係数の小さい）膜を設ける場合に、その隣接層にレーザー光波長域に対して規定以上の吸収性を持つ膜を設けるものである。これによって従来の課題であった露光波長の短波長化に伴う半透明シフター膜の透明性向上傾向によるマスクリペア時におけるリペア用レーザーの光吸収低下の問題を解決することができる。また、２次電子放出の強度を利用してパターン認識を行う装置の場合にも、従来のＳｉを多く含み、且つ酸化膜の様な透明性の高い膜が最上層に設けられていると、膜からの２次電子の放出が少なく、ＳｉＯ２ガラス基板とのコントラストが取りにくいという問題を解決し、十分なコントラストを得ることが可能となる。
【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一実施例を示す製造工程で、側断面図である。
【図２】本発明の実施例１に使用した第２半透明膜層の光学定数
【図３】本発明の実施例１に使用した第３半透明膜層層（第１半透明膜層層）の光学定数
【符号の説明】
１…基板
２…半透明シフター層
２１…第１半透明膜層
２２…第２半透明膜層
２３…第３半透明膜層
３…レジスト
１０…ハーフトーン型位相シフトマスクブランク
１００…ハーフトーン型位相シフトマスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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