(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上にジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記多層膜は前記透明基板上に最初に設けられた１層目の前記化合物薄膜の酸素含有量がそれ以降に設けられる２層目以降の前記化合物薄膜の酸素含有量よりも低い値になるように形成されており、１層目のエッチングレートがそれ以降に設けられる２層目以降のエッチングレートよりも高い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ス。
【請求項２】
透明基板上にジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記多層膜は前記透明基板上に最初に設けられた１層目の前記化合物薄膜の消衰係数がそれ以降に設けられる２層目以降の前記化合物薄膜の消衰係数よりも高い値になるように形成されており、１層目のエッチングレートがそれ以降に設けられる２層目以降のエッチングレートよりも高い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ス。
【請求項３】
請求項１又は２記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを用いて、位相シフトマスク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。
【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スに係るものであり、特にハーフトーン型位相シフトマスク及びハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体の微細化に伴い、Ｓｉ（シリコン）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、特開昭５８−１７３７４４号公報や、原理では特公昭６２−５０８１１号公報に記載されており、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、この半透明遮光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。この中で特願平９−１６９１４３号公報や特願平９−２７４４２９号公報ではハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス（以下、ハーフトーンブランクスと称す）の膜材料として、分光特性など優れた点を有することからＺｒ（ジルコニウム）やＺｒＳｉ（ジルコニウムシリサイド）化合物薄膜を使用したものを提案している。
【０００４】
ＺｒやＺｒＳｉまたはＳｉの化合物を主要材料とするハーフトーンブランクスをドライエッチングでパターン加工する際エッチングガスとしてＳｉＣｌ4などのハロゲンガスを使用することが多い。しかし、ハーフトーンブランクスの膜が２層以上の多層膜で構成されている場合には膜中に含まれる含有元素比が各膜層毎に異なるため、エッチングレートにはかなりの差が生じる。特に酸化膜の場合は同条件下でエッチングした場合エッチングレートは酸素の含有量等によって異なり、その差は１０倍程度にもなる。
【０００５】
この結果、ガラス基板上の第１層の化合物薄膜のエッチングレートがその上に形成されている第２層の化合物薄膜のエッチングレートより遅くなることによる様々な問題が生じる。
【０００６】
上記エッチング過程で、第２層の化合物薄膜のエッチングが進み、第１層の化合物薄膜に到達するとその段階で急にエッチングレートが下がり第１層の化合物薄膜がエッチングされ難くなる為、エッチング後のパターン断面形状は垂直とはならず、テーパー形状となってしまう。その結果としてこのマスクを用いてＳｉウエハへ露光・転写した場合悪影響を及ぼす。
また、ガラス基板上の第１層の化合物薄膜のエッチングレートが小さいことによってガラスとの選択比も悪くなる。これは結果的にパターン形成後における位相差精度の確保に支障をきたすこととなり、これらのことがマスクを加工する上で問題であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、ハーフトーンブランクスの多層膜の各層のエッチングレートを制御することで、ドライエッチング加工後のマスクパターンのテーパー形状の改善や位相差精度の向上を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いて上記問題を解決するために、まず請求項１においては、透明基板上にジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記多層膜は前記透明基板上に最初に設けられた１層目の前記化合物薄膜の酸素含有量がそれ以降に設けられる２層目以降の前記化合物薄膜の酸素含有量よりも低い値になるように形成されており、１層目のエッチングレートがそれ以降に設けられる２層目以降のエッチングレートよりも高い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スとしたものである。
【０００９】
透明基板上にジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスにおいて、前記多層膜は前記透明基板上に最初に設けられた１層目の前記化合物薄膜の消衰係数がそれ以降に設けられる２層目以降の前記化合物薄膜の消衰係数よりも高い値になるように形成されており、１層目のエッチングレートがそれ以降に設けられる２層目以降のエッチングレートよりも高い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ス。
【００１０】
また、請求項３においては、請求項１又は２記載のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを用いて、位相シフトマスク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としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、フォトマスク、特にハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、ガラス基板上に形成されたジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーンブランクスの多層膜の各層のエッチングレートを制御することで、エッチング後のテーパー形状の改善や位相差精度の向上を図るようにしたものである。
【００１２】
具体的には、ＺｒＳｉ化合物薄膜のエッチングレートは膜中に含まれる酸素等の含有比率によって左右され、酸素の含有比率が低い程エッチングレートは高くなることが確認されている。すなわち、ガラス基板上に多層膜を形成する場合第１層の化合物薄膜の酸素含有量をＯ１、第２層の化合物薄膜の酸素含有量をＯ２、以下同様に第ｎ層の化合物薄膜の酸素含有量をＯｎとした場合、以下の式１の関係を満たす膜構成とする。
Ｏ１＜Ｏ２＜………＜Ｏｎ‐‐‐‐‐‐‐（式１）
【００１３】
また、化合物薄膜の消衰係数についてみると消衰係数の値が大きい程エッチングレートは高くなる。そこで上記同様にガラス基板上の第１層の化合物薄膜の消衰係数をｋ１、第２層の化合物薄膜の消衰係数をｋ２、以下同様に第ｎ層の化合物薄膜の消衰係数をｋｎとした場合、以下の式２の関係を満たす膜構成とする。
ｋ１＞ｋ２＞………＞ｋｎ‐‐‐‐‐‐‐（式２）
【００１４】
上記のような膜構成のハーフトーンブランクスにすることにより、ドライエッチングによるパターニング処理においてパターン形状の優れた高精度のハーフトーン型位相シフトマスクが得られる。
【００１５】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例を示すハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス及びハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程を工程順に示す模式断面図である。
【００１６】
まず、合成石英ガラスからなる透明基板１１上にＺｒＳｉの化合物ターゲットを用いてスＡｒ及びＯ2ガスを使用した反応性スパッタリング成膜を行い、ＺｒＳｉの化合物薄膜からなる第１層膜１２及び第２層膜１３を有する２層膜のハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス１０を作製した。
【００１７】
ここで、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス１０の第１層膜１２及び第２層膜１３の各層の物性を測定するため、別途合成石英ガラス基板上にＺｒＳｉの化合物薄膜からなる単層膜を作製し、測定評価を行った。以下に第１層膜１２及び第２層膜１３の各層の成膜条件及び光学定数を示す。
【００１８】
0004300622.tif 000002
【００１９】
0004300622.tif 000003
【００２０】
膜中酸素含有率＝第１層膜＜第２層膜  （ＥＳＣＡ分析）
【００２１】
ここで、上記別途合成石英ガラス基板上に単層で成膜した化合物薄膜をＲＩＥドライエッチング装置を用いて、エッチングガスとしてＳｉＣｌ4を使用し、ＲＦ電力：１５０Ｗ、ガス流量：５０ＳＣＣＭ、圧力：３０〜１５０ｍＴｏｒｒの条件でエッチング加工を行い、各層のエッチングレートを求めた。
第１層膜及び第２層膜のエッチングレートの測定結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
0004300622.tif 000004
【００２３】
表１の結果からも分かるように、第１層膜１２のエッチングレートは第２層膜１３のそれよりも数倍早いことが確認された。ガス圧力によって若干異なるが１５０ｍＴｏｒｒの場合その差は６.６倍にもなった。
【００２４】
次に、ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス１０に電子線レジストを塗布・乾燥して感光層を形成し、電子線描画、現像等の一連のパターニングプロセスを経てレジストパターン１４を形成した。
【００２５】
さらに、レジストパターン１４をマスクにしてＲＩＥドライエッチング装置を用いて、エッチングガスとしてＳｉＣｌ4を使用し、ＲＦ電力：１５０Ｗ、ガス流量：５０ＳＣＣＭ、圧力：１５０ｍＴｏｒｒの条件でエッチング加工を行い、ＡｒＦエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）対応のハーフトーン型位相シフトマスク２０を得た。
【００２６】
ここで、上記のハーフトーン型位相シフトマスク２０について、マスクパターンの断面形状をＳＥＭ観察した結果従来のエッチングレートを制御しないで作製した多層膜のハーフトーン型位相シフトマスクに比べてパターン断面形状の垂直性は改善され、特にガラス基板付近の膜のテーパー形状に効果が認められた。また、終点制御性（＝位相差精度）についても向上していることが確認された。
【００２７】
上記実施例ではＺｒＳｉの化合物薄膜を用いた多層膜のハーフトーンブランクスについて記述したが、この他にもＺｒの化合物薄膜なども適用できる。さらに、エッチングガスとしてＣｌ２やＳｉＣｌ４など塩素化合物を用いる場合に於いて有効である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、透明基板上にジルコニウムまたはジルコニウムを構成元素とする化合物薄膜の多層膜からなるハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクスを形成し、多層膜の各層の酸素含有率及び消衰係数を制御することにより、ドライエッチング加工時のパターン形状（特にテーパー形状）が改善され、パターン形状の優れた高精度のハーフトーン型位相シフトマスクが得られる。さらに、今後微細化パターンが要求されるハーフトーン型位相シフトマスクの膜設計・加工に於いては有効な手段となる。また、ガラス基板と化合物薄膜のエッチングレートの差を大きくすることが出来る為、エッチング終了後の位相差の制御性についても向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例を示すハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス及びハーフトーン型位相シフトマスクの製造工程を工程順に示す模式断面図である。
【符号の説明】
１０……ハーフトーン型位相シフトマスク用ブランクス
１１……透明基板
１２……第１層膜
１２ａ……第１層膜のマスクパターン
１３……第２層膜
１３ａ……第２層膜のマスクパターン
１４……レジストパターン
２０……ハーフトーン型位相シフトマスク
【図１】
0004300622.tif 000005