(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトマスク上に、垂直側面プロファイルを有する微細なエッチング対象膜パターンを形成するためのブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を提供する。【解決手段】石英基板のような透明基板１００上に光遮断膜１１０、炭素膜１２０、レジスト膜１４０が配置される。光遮断膜１１０は、透過される光を遮断できる物質、例えば、クロム（Ｃｒ）膜からなる。ここで、炭素膜１２０とレジスト膜１４０の間に、酸化膜１３０がさらに配置されることができる。炭素膜１２０は、例えば、非晶質炭素膜からなる。製造方法は、レジスト膜に露光し、レジストパターンを形成、次に、該レジスト膜パターンをマスクに、酸化膜をエッチング、次に、酸化膜パターンをマスクに炭素膜をエッチング、次に、炭素膜パターンをマスクに光遮断膜をエッチングし、光遮断膜パターンを形成する。【選択図】図１
2009053692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に形成されたエッチング対象膜と、炭素膜と、レジスト膜とを備えるブランクマスク。
【請求項２】
前記エッチング対象膜は、光遮断膜で形成される請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項３】
前記エッチング対象膜は、位相反転膜及び光遮断膜で形成される請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項４】
前記炭素膜上に酸化膜をさらに備える請求項１に記載のブランクマスク。
【請求項５】
前記酸化膜対前記炭素膜のエッチング選択比は、１：１０である請求項４に記載のブランクマスク。
【請求項６】
前記酸化膜は、前記炭素膜の厚さより９倍乃至１０倍程度薄い厚さで形成される請求項４に記載のブランクマスク。
【請求項７】
透明基板上に光遮断膜及び炭素膜を形成するステップと、
前記炭素膜を選択的に露出させるレジスト膜パターンを用いる第１エッチング工程により前記炭素膜を選択的にエッチングして、炭素膜パターンを形成するステップと、
前記炭素膜パターンをハードマスクとして使用する第２エッチング工程により、前記光遮断膜をエッチングして、光遮断膜パターンを形成するステップと、
前記炭素膜パターンを除去するステップと、を含むフォトマスクの製造方法。
【請求項８】
前記光遮断膜は、クロム膜で形成する請求項７に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項９】
前記炭素膜上に酸化膜を形成するステップをさらに含む請求項７に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項１０】
前記酸化膜対前記炭素膜のエッチング選択比は、１：１０である請求項９に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項１１】
前記第１エッチング工程は、酸素プラズマを用いるドライエッチング工程である請求項７に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項１２】
前記第２エッチング工程は、ドライエッチング工程またはウェットエッチング工程である請求項７に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項１３】
前記炭素膜パターンを除去するステップは、酸素プラズマを用いて行われる請求項７に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項１４】
透明基板上に位相反転膜、光遮断膜及び炭素膜を形成するステップと、
前記炭素膜を選択的に露出させる第１レジスト膜パターンを用いる第１エッチング工程により、前記炭素膜を選択的にエッチングして、炭素膜パターンを形成するステップと、
前記炭素膜パターンをハードマスクとして使用する第２エッチング工程により、前記光遮断膜及び位相反転膜を選択的にエッチングして、光遮断膜パターン及び位相反転膜パターンを形成するステップと、
前記炭素膜パターンを除去するステップと、
前記光遮断膜パターン及び位相反転膜パターンが形成された透明基板を選択的に露出させる第２レジスト膜パターンを形成するステップと、
前記第２レジスト膜パターンにより露出した光遮断膜パターンをエッチングするステップと、
前記第２レジスト膜パターンを除去するステップと、を含むフォトマスクの製造方法。
【請求項１５】
前記位相反転膜はモリブデンシリコン酸化窒化膜で形成し、光遮断膜はクロム膜で形成する請求項１４に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項１６】
前記炭素膜上に酸化膜を形成するステップをさらに含む請求項１４に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項１７】
前記酸化膜対前記炭素膜のエッチング選択比は、１：１０である請求項１６に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項１８】
前記第１エッチング工程は、酸素プラズマを用いるドライエッチング工程である請求項１４に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項１９】
前記第２エッチング工程は、ドライエッチング工程またはウェットエッチング工程である請求項１４に記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項２０】
前記炭素膜パターンを除去するステップは、酸素プラズマを用いて行われる請求項１４に記載のフォトマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子及びその製造方法に関し、より具体的には、ブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を製造するためには、多数のステップの工程が行なわれる。特に、半導体素子を製造する過程で、半導体基板に形成しようとするパターンを具現するための方法として、回路パターンが具現されたフォトマスクが用いられている。フォトマスク上に具現されたパターンは、フォトリソグラフィ工程によりウェハ上に転写されるので、フォトマスクの製造工程は非常に大事に認識されている。
【０００３】
フォトマスクを製造するためには、まず、透明基板上にエッチング対象膜及びレジスト膜を形成する。レジスト膜に目標パターン形状を転写し及び現像して、下部のエッチング対象膜を選択的に露出させるレジストパターンを形成する。レジストパターンをエッチングマスクとして、露出したエッチング対象膜を選択的にエッチングして、エッチング対象膜パターンを形成する。
【０００４】
半導体素子の高集積化につれて、フォトマスク上に具現されるパターンのサイズは次第に小さくなっている。下部のエッチング対象膜をパターニングするために、レジスト膜パターンをエッチングマスクとして使用して、レジスト膜パターンの形状のようにエッチング対象膜をパターニングすることができる。ところで、レジスト膜の厚さは、下部のエッチング対象膜の厚さから影響を受ける。すなわち、下部のエッチング対象膜の厚さが薄くなるほど、レジスト膜の厚さも薄くなる。レジスト膜を薄く形成すると、後続エッチング工程時、工程マージンに影響を与えて、フォトマスクの品質特性を低下させる要因になる。例えば、エッチング対象膜をエッチングする過程で、レジスト膜の低いエッチング耐久性により、エッチングマスクとして使用されたレジストパターンが殆ど残存しなくなる。したがって、レジストパターンが局部的に損失（ｌｏｓｓ）され、下部のエッチング対象膜に望まない露出が発生して、エッチング対象膜パターンを形成し難いだけでなく、垂直側面プロファイルを有するエッチング対象膜パターンが形成できなくなる。一方、レジスト膜の厚さを増加させると、パターン解像度が低下して、フォトマスク上に微細なパターンを具現し難い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、透明基板上に形成されたエッチング対象膜、炭素膜及びレジスト膜を備えるブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明に係るフォトマスクの製造方法によれば、透明基板上にエッチング対象膜及び炭素膜を形成するステップと、前記炭素膜を選択的に露出させるレジスト膜パターンを用いる第１エッチング工程により前記炭素膜を選択的にエッチングして、炭素膜パターンを形成するステップと、前記炭素膜パターンをハードマスクとして使用する第２エッチング工程により、前記エッチング対象膜をエッチングして、エッチング対象膜パターンを形成するステップと、前記炭素膜パターンを除去するステップと、を含む。
【０００７】
エッチング対象膜は、光遮断膜で形成するか、光遮断膜及び位相反転膜で形成することが好ましい。前記方法は、炭素膜上に酸化膜を形成するステップをさらに含むことができる。第１エッチング工程は、酸素プラズマを用いるドライエッチングであることが好ましい。第２エッチング工程は、ドライエッチング工程またはウェットエッチング工程であることが好ましい。炭素膜パターンを除去するステップは、酸素プラズマを用いて行われることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施の形態１）
本発明の一実施の形態に係るバイナリマスク用ブランクマスクの構造を簡略に説明すると、図１に示すように、石英基板のような透明基板１００上に光遮断膜１１０、炭素膜１２０、レジスト膜１４０が配置される。光遮断膜１１０は、透過される光を遮断できる物質、例えば、クロム（Ｃｒ）膜からなる。ここで、炭素膜１２０とレジスト膜１４０の間に、酸化膜１３０がさらに配置されることができる。炭素膜１２０は、例えば、非晶質炭素膜からなる。
【０００９】
このようなバイナリマスク用ブランクマスクを製造するためには、石英基板のような透明基板１００上に、光遮断膜１１０、炭素膜１２０及びレジスト膜１４０を形成する。光遮断膜１１０は、透過される光を遮断できる物質、例えば、クロム（Ｃｒ）膜で形成することができる。ここで、炭素膜１２０とレジスト膜１４０の間に、ハードマスク酸化膜１３０を形成することもできる。
【００１０】
炭素膜１２０は、実質的に非晶質炭素膜で形成することができる。炭素膜１２０は、炭素を含有する化合物を反応ソースとして用いて形成することができる。具体的に、光遮断膜１１０が形成された透明基板１００を反応チェンバにローディングした後、反応チェンバ内部に炭素を含有する反応ソースを供給し、適切な電圧を印加して炭素膜１２０を形成する。この時、炭素含有量を調節して、炭素膜１２０のエッチング選択比だけでなく、光学的特性、例えば、光吸収率などを調節することができる。炭素膜１２０は、レジスト膜１４０と酸化膜１３０のエッチング選択比より相対的に高いエッチング選択比、例えば、酸化膜１３０対前記炭素膜１２０のエッチング選択比は、１：１０程度になるように、炭素含有量を調節することが好ましい。炭素膜１２０と酸化膜１３０は、後続工程で光遮断膜１１０をパターニングするためのハードマスク（ｈａｒｄ  ｍａｓｋ）として作用する。
【００１１】
酸化膜１３０は、酸素ソースガスを用いる参加工程を行なって形成することｇａできる。具体的に、反応チェンバ内部に酸素ガスを供給し、適切ｎａ電圧を印加して酸化膜を形成する。この時、炭素膜１２０上部表面には、自然酸化膜（図示せず）が形成され得るが、酸素ソースガスを用いて酸化膜を成長させて、酸化膜１３０の厚さをより安定的に確保することができる。この時、酸化膜１３０は、炭素膜１２０の厚さより約９倍〜１０倍程度薄い厚さに形成することもできる。
【００１２】
レジスト膜１４０は、下部膜の厚さから影響を受けるので、酸化膜１３０の厚さ程度に形成することができる。また、酸化膜１３０の厚さを考慮して、後続酸化膜パターンを形成するためのエッチング工程時レジストパターンが除去されない程度の厚さに形成することが好ましい。
【００１３】
図２に示すように、露光工程と現像工程を行なって、酸化膜（１３０、図１参照）を選択的に露出させるレジスト膜パターン１４１を形成する。具体的に、レジスト膜に通常の電子ビーム（ｅ−ｂｅａｍ）を用いる露光工程を行なって、形成しようとするターゲットパターンの形状を転写する。現像液を用いて電子ビームにより転写された部分または転写されない部分を選択的にエッチングして、酸化膜を選択的に露出させるレジスト膜パターン１４１を形成する。レジスト膜パターン１４１の形状に酸化膜を選択的にエッチングして、酸化膜パターン１３１を形成する。この時、酸化膜をパターニングするためのレジスト膜パターン１４１が薄い厚さで形成されるので、微細線幅を有する酸化膜をパターニングすることができる。それによって、パターン解像度を向上させることができる。
【００１４】
図３に示すように、酸化膜パターン１３１を用いるエッチング工程を行なって、炭素膜パターン１２１を形成する。炭素膜パターン１２１は、酸素プラズマを用いるドライエッチング工程により形成できる。この時、酸化膜対炭素膜のエッチング選択比は約１：１０程度で、薄い厚さの酸化膜パターン１３１でも十分な厚さの炭素膜をエッチングすることができる。酸化膜パターン１３１及び炭素膜パターン１２１は、後続する光遮断膜をパターニングするためのエッチング工程時、ハードマスクとして作用をする。
【００１５】
このように薄い厚さのレジスト膜を用いて薄い厚さの酸化膜をパターニングして、パターンの解像度を向上させた後、炭素膜と酸化膜とのエッチング選択比を利用して薄い厚さの酸化膜で十分な厚さの炭素膜をパターニングする。したがって、後続する光遮断膜をパターニングする時、十分な厚さのハードマスクを確保することができる。
【００１６】
一方、炭素膜パターン１２１を形成するためのエッチング工程時、酸化膜パターン１３１上に形成されたレジスト膜パターンが一緒に除去されることができる。
【００１７】
図４に示すように、酸化膜パターン１３１及び炭素膜パターン１２１をハードマスクとして使用するエッチング工程を行なって、光遮断膜パターン１１１を形成する。炭素膜パターン１２１は、光遮断膜をパターニングする過程で必要ない光遮断膜の部分がエッチングされる間、光遮断膜パターン１１１が損傷されることを防止するハードマスクとして作用する。一方、酸化膜パターン（１３１、図３参照）は、光遮断膜をパターニングする前に除去されることができ、場合によって、酸化膜パターン及び炭素膜パターンをハードマスクとして使用して、光遮断膜をパターニングした後に除去されることもできる。
【００１８】
図５に示すように、炭素膜パターン（１２１、図４参照）を除去する。よって、透明基板１００上に、光遮断膜パターン１１１が形成された遮光領域と、光遮断膜パターン１１１の間に透明基板１００が露出した透光領域が形成される。炭素膜パターンは、酸素プラズマを用いて除去できる。炭素膜パターンは、酸素プラズマにより、下部膜である光遮断膜パターンの表面上部の損傷を防止しながら、安定的に除去することができる。したがって、ハードマスク除去過程で光遮断膜パターン表面上部の損失（ｌｏｓｓ）を防止することができる。
【００１９】
（実施の形態２）
本発明の他の実施の形態に係る位相反転マスク用ブランクマスクの構造を簡略に説明すると、図６に示すように、石英基板のような透明基板２００上に位相反転膜２１０、光遮断膜２２０、炭素膜２３０及びレジスト膜２５０が配置される。位相反転膜２１０は、透過される光の位相を反転させることができる物質、例えば、モリブデンシリコン酸化窒化膜（ＭｏＳｉＯＮ）膜からなる。光遮断膜２２０は、透過される光を遮断できる物質、例えば、クロム（Ｃｒ）膜からなる。ここで、炭素膜２３０とレジスト膜２５０の間に酸化膜２４０がさらに配置されることができる。炭素膜２３０は、例えば、非晶質炭素膜からなる。
【００２０】
このような位相反転マスク用ブランクマスクを製造するためには、石英基板のような透明基板２００上に、位相反転膜２１０、光遮断膜２２０、炭素膜２３０及びレジスト膜２５０を形成する。位相反転膜２１０は、透過される光の位相を反転させることができる物質、例えば、モリブデンシリコン酸化窒化膜（ＭｏＳｉＯＮ）膜で形成することができる。光遮断膜２２０は、透過される光を遮断できる物質、例えば、クロム（Ｃｒ）膜で形成することができる。ここで、炭素膜２３０とレジスト膜２５０の間に酸化膜２４０を形成することもできる。
【００２１】
炭素膜２３０は、実質的に非晶質炭素膜で形成することができる。炭素膜２３０は、炭素を含有する化合物を反応ソースとして用いて形成することができる。具体的に、光遮断膜２２０が形成された透明基板２００を反応チェンバにローディングした後、反応チェンバ内部に炭素を含有する反応ソースを供給し、適切な電圧を印加して炭素膜を形成する。この時、炭素含有量を調節して、炭素膜２３０のエッチング選択比だけでなく光学的特性、例えば、光吸収率などを調節することができる。炭素膜２３０は、レジスト膜２５０と酸化膜２４０のエッチング選択比より相対的に高いエッチング選択比、例えば、酸化膜２４０対炭素膜２３０のエッチング選択比は、１：１０程度になるように、炭素含有量を調節することが好ましい。炭素膜２３０と酸化膜２４０は、後続する光遮断膜２２０及び位相反転膜２１０をパターニングするためのハードマスク（ｈａｒｄ  ｍａｓｋ）として作用する。
【００２２】
酸化膜２４０は、酸素ソース画素を用いる酸化工程を行なって形成することができる。具体的に、反応チェンバ内部に酸素ガスを供給し、適切な電圧を印加して酸化膜２４０を形成する。この時、炭素膜２３０の上部表面には自然酸化膜（図示せず）が形成され得るが、酸素ソースガスを用いて酸化膜２４０を成長させて、酸化膜２４０の厚さをより安定的に確保することができる。この時、酸化膜２４０は、炭素膜２３０の厚さより約９倍〜１０倍程度薄い厚さに形成することができる。  レジスト膜２５０は、下部膜の厚さから影響を受けるので、酸化膜２４０の厚さ程度に形成することができる。また、レジスト膜２５０は、酸化膜２４０の厚さを考慮して、後続する酸化膜パターンを形成するためのエッチング工程時レジスト膜パターンが除去されない程度の厚さに形成することが好ましい。
【００２３】
図７に示すように、露光工程と現像工程を行なって、酸化膜（２４０、図６参照）を選択的に露出させるレジスト膜パターン２５１を形成する。具体的に、レジスト膜に通常の電子ビームを用いる露光工程を行なって、形成しようとするターゲットパターンの形状を転写する。現像液を用いて電子ビームにより転写された部分または転写されない部分を選択的に現像して、レジスト膜パターン２５１を形成する。この時、酸化膜をパターニングするためのレジスト膜パターン２５１が薄い厚さで形成されるので、微細線幅を有する酸化膜をパターニングすることができる。それによって、パターン解像度を向上させることができる。
【００２４】
図８に示すように、酸化膜パターン２４１を用いて炭素膜を選択的にエッチングして、炭素膜パターン２３１を形成する。炭素膜パターン２３１は、プラズマを用いるドライエッチング工程により形成することができる。この時、酸化膜対炭素膜のエッチング選択比は約１：１０程度で、薄い厚さの酸化膜パターン２４１でも十分な厚さの炭素膜をエッチングすることができる。酸化膜パターン２４１及び炭素膜パターン２３１は、後続する光遮断膜をパターニングするためのエッチング工程時、ハードマスクとして作用する。
【００２５】
このように薄い厚さのレジスト膜を用いて薄い厚さの酸化膜をパターニングして、パターンの解像度を向上させた後、炭素膜と酸化膜のエッチング選択比を用いて、薄い厚さの酸化膜で十分な厚さの炭素膜をパターニングする。したがって、後続する光遮断膜及び位相反転膜のパターニング時、十分な厚さのハードマスクを確保することができる。一方、炭素膜パターン２３１を形成するためのエッチング工程時、酸化膜パターン２４１上に形成されたレジスト膜パターンは一緒に除去されることができる。
【００２６】
図９に示すように、炭素膜パターン２３１をハードマスクとして用いるエッチング工程を行なって、光遮断膜パターン２２１及び位相反転膜パターン２１１を形成する。この時、光遮断膜パターン２２１及び位相反転膜パターン２１１は、ドライエッチング工程またはウェットエッチング工程を行なって形成することができる。炭素膜パターン２３１は、必要ない光遮断膜及び位相反転膜の部分がエッチングされる間、光遮断膜パターン２２１及び位相反転膜パターン２１１が損傷されることを防止するハードマスクとして作用する。
【００２７】
一方、酸化膜パターン（２４１、図８参照）は、光遮断膜及び位相反転膜をパターニングする前に除去されることができ、場合によって、酸化膜パターン及び炭素膜パターンをハードマスクとして使用して光遮断膜及び位相反転膜をパターニングした後に除去されることもできる。
【００２８】
図１０に示すように、炭素膜パターン（２３１、図９参照）を除去した後、位相反転膜パターン２１１及び光遮断膜パターン２１１が形成された透明基板２００上に第２レジスト膜２６０を形成する。炭素膜パターンは、酸素プラズマを用いるドライエッチングにより除去することができる。炭素膜パターンは、酸素プラズマにより、下部膜である光遮断膜パターンの表面上部の損傷を防止しながら、安定的に除去することができる。したがって、ハードマスク除去過程で、光遮断膜パターン表面上部の損失（ｌｏｓｓ）を防止することができる。
【００２９】
図１１に示すように、第２レジスト膜に露光工程と現像工程を行なって、透明基板２００の一部を選択的に露出させる第２レジスト膜パターン２６１を形成する。ここで、第２レジスト膜パターン２６１は、後続するウェハ工程時、必要ない光の入射を遮断するためのエッジ領域、例えば、フレーム部分が露出するように配置されることができる。
【００３０】
図１２に示すように、第２レジスト膜パターン（２６１、図１１参照）により露出した光遮断膜パターン２２１を選択的にエッチングして、透明基板２００の一部領域、例えば、フレーム部分には、位相反転膜パターン２１１及び光遮断膜パターン２２１を形成し、透明基板２００の一部領域、例えば、透過される光の位相を反転させるメインチップ領域には、位相反転膜パターン２１１だけを形成する。
【００３１】
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態に係るブランクマスク及びこれを用いるフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００、２００  透明基板
１１０、２２０  光遮断膜
１２０、２３０  炭素膜
１３０、２４０  酸化膜
１４０、２５０  レジスト膜
２１０  位相反転膜
【図１】
2009053692.tif 000003
【図２】
2009053692.tif 000004
【図３】
2009053692.tif 000005
【図４】
2009053692.tif 000006
【図５】
2009053692.tif 000007
【図６】
2009053692.tif 000008
【図７】
2009053692.tif 000009
【図８】
2009053692.tif 000010
【図９】
2009053692.tif 000011
【図１０】
2009053692.tif 000012
【図１１】
2009053692.tif 000013
【図１２】
2009053692.tif 000014