フォトマスクブランクスおよびフォトマスク
【課題】マスクパターンの高解像度化に効果的なレジストの薄膜化が可能で、ドライエッチング時のローディング効果が低減され、レジスト寸法からのマスク寸法のシフト量の低減が図れ、マスク製造工程数の削減が図れるフォトマスクブランクスおよびそのブランクスを用いて製造したフォトマスクを提供する。
【解決手段】透明基板上に単層もしくは２層以上の薄膜が形成されたフォトマスクブランクスにおいて、前記単層もしくは２層以上の薄膜のうち、少なくとも１層が遮光膜であり、該遮光膜が酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とすることを特徴とする。
【解決手段】透明基板上に単層もしくは２層以上の薄膜が形成されたフォトマスクブランクスにおいて、前記単層もしくは２層以上の薄膜のうち、少なくとも１層が遮光膜であり、該遮光膜が酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とすることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の高密度集積回路の製造に用いられるフォトマスクおよびそのフォトマスクを製造するためのフォトマスクブランクスに関し、さらに詳しくは、高ＮＡ露光装置を使用し、露光波長とほぼ同程度のサイズのマスクパターンをウェハ上に転写するとき、ウェハ上のパターンのハーフピッチが４５ｎｍ以降の先端リソグラフィ技術に用いられるフォトマスクおよびフォトマスクブランクスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩなどの半導体集積回路は、フォトマスクを使用したいわゆるリソグラフィ工程を繰り返すことによって製造される。パターニング前のフォトマスク基板はフォトマスクブランクス（以下、ブランクスとも称する）として知られており、光を通過させる部分と遮光する部分で構成されたバイナリ型フォトマスクのブランクスとしては、透明基板上のクロム（Ｃｒ）を主成分とする遮光膜からなる構造が実用化されている。高精度な半導体集積回路を実現するために、フォトマスクブランクスは低欠陥、ドライエッチング制御性を向上させるための膜組成・膜構造、低応力、並びに露光波長に対する低反射率化といった性能が要求される。これらの要求を満たすためにクロムを主成分とするフォトマスクブランクスにおいては、各種の膜組成、層構造、並びに成膜方法が提案され実用化されている（例えば、特許文献１〜特許文献５参照）。
【０００３】
しかしながらフォトマスクに要求されるスペックは年々厳しくなってきており、例えばＩＴＲＳロードマップ２００６年アップデートによると（非特許文献１参照）、ＤＲＡＭ６５ｎｍハーフピッチで要求されるマスクパターンのＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ） ユニフォーミティ、リニアリティはそれぞれ３ｎｍ、１０ｎｍとなっており、高精度フォトマスクの製造技術の開発は困難を極めている。
【０００４】
上記の高精度フォトマスクの開発が難しい要因の一つとして、フォトマスク材料がクロムであることが挙げられている。レジストパターンから露出したクロム系材料をドライエッチングしてパターン形成するためには、エッチングガスとして酸素含有塩素ガス系を使用する必要がある。しかし、エッチングガスが酸素を含有するために有機系材料を主成分とするレジストに損傷を与えてしまい、ドライエッチングレートの対レジスト選択比の向上が根本的に困難となり、結果的にレジスト高解像化の有力な一つの手法であるレジストの薄膜化も適用することが難しい。またエッチング生成物として塩化クロミル（ＣｒＯ2Ｃｌ2）が生じるこのラジカル主体のドライエッチングプロセスはローディング効果も大きく、さらにエッチング進行の方向性の制御が難しく、レジスト寸法に対するマスク寸法のシフト量も許容しがたいレベルになってきている。ローディング効果とは、ドライエッチングする被エッチング膜のエッチング面積の大小により、エッチングレートや選択比などのエッチング特性が変化し、その結果、マスク面内の寸法シフト量が変化してＣＤ精度にばらつきを生じる現象である。
【０００５】
上記の問題に対応すべく、近年いくつか手法が提案されている。例えば、クロム系膜のドライエッチングに対して耐性のある無機系材料からなるエッチングマスクをクロム系膜上に設け、クロム系膜並びにクロム系膜下の位相シフト層を順次ドライエッチングし、寸法制御性を向上させたフォトマスクの製造方法およびブランクスが提案されている（特許文献６参照）。
【０００６】
あるいは、クロムを主成分とする第一遮光膜の上に、フッ素系ガスでドライエッチングが可能な珪素含有化合物を主成分とする第二遮光膜を積層し、第二遮光膜はエッチングレートの対レジスト選択比並びに寸法制御性がよいため、第一遮光膜を含めた全体のマスク寸法制御も向上させたフォトマスクブランクスおよびフォトマスクが提案されている（特許文献７参照）。この遮光膜はハーフトーン位相シフトマスク用遮光膜としても用いることができ、特許文献７には、上記遮光膜をフッ素系ガスでドライエッチング可能な位相シフト層上に形成させた時の製造工程も記載されている。
【特許文献１】特開昭６１−２７２７４６号公報
【特許文献２】特開平２−２４２２５２号公報
【特許文献３】特開平４−９８４７号公報
【特許文献４】特開平５−２９７５７０号公報
【特許文献５】特許第３２７６９５４号公報
【特許文献６】ＷＯ２００４／０９０６３５
【特許文献７】特開２００６−１４６１５２号公報
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏａｄｍａｐ Ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ２００６ Ｕｐｄａｔｅ，Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ｐ．９，半導体技術ロードマップ専門委員会（２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ウェハ上のパターンがハーフピッチ６５ｎｍから４５ｎｍへと進展するに伴い、クロム系材料を遮光膜に用いたフォトマスク製造においては、ドライエッチング時のローディング効果の問題や寸法シフトが許容しがたいレベルになりつつあり、さらに上記のように、クロム系材料は酸素含有塩素ガスでドライエッチングするために、高解像に有効なレジストの薄膜化が困難であるという問題がある。またそれらの問題に対応すべく提案されている上記の特許文献６あるいは特許文献７に示される発明は、エッチングマスクあるいは第二遮光膜というエッチング用の薄膜層を設けているために、エッチングを主としたマスク製造工程数の増加並びにそれに伴うマスクの製造コストの上昇という新たな問題を生じている。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、マスクパターンの高解像度化に効果的なレジストの薄膜化が可能で、ドライエッチング時のローディング効果が低減され、レジスト寸法からのマスク寸法のシフト量が低減され、マスク製造工程数の削減が図れるフォトマスクブランクスおよびそのブランクスを用いて製造したフォトマスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係るフォトマスクブランクスは、透明基板上に単層もしくは２層以上の薄膜が形成されたフォトマスクブランクスにおいて、前記単層もしくは２層以上の薄膜のうち、少なくとも１層が遮光膜であり、該遮光膜が酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とすることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明に係るフォトマスクブランクスは、請求項１に記載のフォトマスクブランクスにおいて、前記遮光膜が、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から選択された金属元素のいずれか１種を主成分とすることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の発明に係るフォトマスクブランクスは、請求項２または請求項３に記載のフォトマスクブランクスにおいて、前記遮光膜が、前記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかであることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の発明に係るフォトマスクは、透明基板上の単層もしくは２層以上の薄膜をパターン化したフォトマスクにおいて、前記単層もしくは２層以上の薄膜のうち、少なくとも１層が遮光膜であり、該遮光膜が酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とすることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５の発明に係るフォトマスクは、請求項４に記載のフォトマスクにおいて、前記遮光膜が、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から選択された金属元素のいずれか１種を主成分とすることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６の発明に係るフォトマスクは、請求項４または請求項５に記載のフォトマスクにおいて、前記遮光膜が、前記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフォトマスクブランクスによれば、遮光膜を酸素非含有塩素系ガスでエッチング可能でかつフッ素系ガスで実質的にエッチングされないアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）のいずれか１種を主成分とする材料を用いることにより、ドライエッチング時に酸素を必要としないため、クロム系材料と比較して、レジスト高解像度化に効果的なレジストの薄膜化が可能となり、ローディング効果が低減し、レジスト寸法からのマスク寸法のシフト量の低減が図れ、寸法制御性の良い高精度バイナリーマスクあるいは位相シフトマスクを作成することが可能となる。また本発明のフォトマスクブランクスは、従来のエッチングマスクあるいは第二遮光膜というエッチング用の薄膜層を設けたマスクブランクスと比較した場合、マスク製造工程数の低減並びにそれに伴うマスクの製造コストを低減したフォトマスクを提供することが可能となる。
【００１６】
本発明のフォトマスクによれば、寸法制御性が良く高解像の微細パターンを有し製造コストを低減したフォトマスクを用いることにより、微細な高集積度の半導体集積回路を作製することが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るフォトマスクブランクスおよびフォトマスクについて詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
本実施形態は、バイナリ型フォトマスクブランクスおよびバイナリ型フォトマスクの例である。図１は、本実施形態のフォトマスクブランクス（図１（ａ））およびそれを用いて製造された本実施形態のフォトマスク（図１（ｂ））の一例を示す断面模式図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態のフォトマスクブランクス１０は、透明基板１１とその上に設けられた遮光膜１２からなる。遮光膜１２は、酸素非含有塩素系ガスでエッチング可能で、かつフッ素系ガスで実質的にエッチングされない材料からなる。図１（ａ）では遮光膜１２が単層の場合を例示しているが、遮光膜は２層以上の薄膜で形成されていてもよい。
【００１９】
本実施形態の遮光膜１２は、遮光膜のドライエッチング時に酸素ガスを必要とせずに酸素非含有塩素系ガスでエッチングするために、ドライエッチング時のレジスト膜減り量が低減でき、結果的にレジストの薄膜化による微細レジストパターン形成が可能となり、それに伴う遮光膜の微細パターン形成が可能となる。また遮光膜は酸素非含有塩素系ガスでエッチングするため、透明基板１１が合成石英の場合、合成石英はエッチングされず、図１（ｂ）に示すように、良好な断面形状の高い寸法精度の微細パターンを有するフォトマスク１５を得ることができる。本実施形態のフォトマスクを用いることにより、高解像のウェハ転写画像を形成することができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
本実施形態は、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクスおよびハーフトーン型位相シフトマスクの例である。図２は、本実施形態のハーフトーン型位相シフトマスクブランクス（図２（ａ））およびそれを用いて製造された本実施形態のハーフトーン型位相シフトマスク（図２（ｂ））の一例を示す断面模式図である。図２（ａ）に示すように、本実施形態のブランクス２０は、透明基板２１上に順にハーフトーン型位相シフト膜２３、遮光膜２２が積層されてなる。
【００２１】
本実施形態のハーフトーン型位相シフトマスク２５は、以下の工程で得ることができる。図４は、図２（ｂ）に示す位相シフトマスク２５を得るための製造工程の一例を示す断面模式図である。図４（ａ）に示すように、ブランクス２０の遮光膜２２上に第１のレジスト膜４１を形成し、次に、位相シフト膜２3のパターンに合わせた第１のレジストパターン４２を形成する（図４（ｂ））。
【００２２】
次いで、レジストパターン４２を耐エッチングマスクとして酸素を含まない塩素系のガスを用いて遮光膜２２をドライエッチングし、遮光膜パターン４３を形成する（図４（ｃ））。この段階の遮光膜パターン４３は、位相シフト膜のエッチングマスク用としてのパターン形状である。遮光膜のエッチングに酸素ガスを必要としないため、ドライエッチング時のレジスト膜減り量が低減でき、結果的にレジストの薄膜化による微細レジストパターン形成が可能となり、それに伴う遮光膜の微細パターン形成が可能となる。
【００２３】
次に、図４（ｄ）に示すように、レジストパターン４２を除去し、続いてフッ素系ガスで位相シフト膜２３のドライエッチングを行ない、位相シフト膜パターン２６を形成する（図４（ｅ））。上記の図４（ｄ）の工程は、遮光膜パターン４３がエッチングマスクとして機能するため、必ずしも必要な工程ではない。
【００２４】
次に、遮光膜パターン形成用のレジストを塗布し第２のレジスト膜４５を形成し（図４（ｆ））、遮光膜パターンに合せた開口を有する第２のレジストパターン４６を形成し（図４（ｇ））、これを耐エッチングマスクとして、酸素を含有しない塩素系のガスを用いて遮光膜パターン４３をドライエッチングし、最終的な遮光膜パターン２４を形成する（図４（ｈ））。尚、位相シフト膜にダメージがなければ本工程はウェットエッチングでも良い。最後に第２のレジスト膜４６を剥離し、図２（ｂ）の構造の良好な断面形状の高い寸法精度の微細パターンを有する位相シフトマスク２５を得ることができる。本実施形態の位相シフトマスクを用いることにより、高解像のウェハ転写画像を形成することができる。
【００２５】
（第３の実施形態）
本実施形態は、基板掘り込み型位相シフトマスクブランクスおよび基板掘り込み型位相シフトマスクの例である。図３は、本実施形態の遮光膜を設けた基板掘り込み型位相シフトマスクブランクス（図３（ａ））および基板掘り込み型位相シフトマス（図３（ｂ））の一例を示す断面模式図である。図３（ａ）に示すように、本実施形態のブランクス３０は、透明基板３１とその上に設けられた遮光膜３２からなり、ブランクスの形態はバイナリー型マスクブランクと同じである。
【００２６】
本実施形態の基板掘り込み型位相シフトマスク３５は、以下の工程で得ることができる。図５は、図３（ｂ）に示す位相シフトマスク３５を得るための製造工程の一例を示す断面模式図である。図５（ａ）に示すように、ブランクス３０の遮光膜３２上に第１のレジスト膜５１を形成し、次に、遮光膜のパターンに合わせた第１のレジストパターン５２を形成する（図５（ｂ））。次いで、レジストパターン５２を耐エッチングマスクとして塩素系のガスを用いて遮光膜３２をドライエッチングし、遮光膜パターン３４を形成する（図５（ｃ））。上記の他の実施形態と同様に、遮光膜のエッチングに酸素ガスを必要としないため、ドライエッチング時のレジスト膜減り量が低減でき、結果的にレジストの薄膜化による微細レジストパターン形成が可能となり、それに伴う遮光膜の微細パターン形成が可能となる。
【００２７】
次に、レジスト剥離後（図５（ｄ））、位相シフトパターンを形成させるための第２のレジストを塗布し第２のレジスト膜５５を形成し（図５（ｅ））、次いで位相シフトパターンに合わせた第２のレジストパターン５６を形成する（図５（ｆ））。図５（ｆ）に示すように、透明基板３１が合成石英のようなフッ素系ガスでエッチングできる材質の場合、基板掘り込み型の位相シフトパターンは遮光膜がエッチングマスクとして機能するため、第２のレジストパターン５６は、位相シフトパターンを形成する上のレジストが除去され、かつ位相シフト部でない遮光膜開口部がレジストで覆われてさえいればよく、遮光膜パターン形成用レジストパターン５２と比較して寸法精度及び位置精度は緩くてよい。
【００２８】
次に、位相シフト部の基板を必要な深さまでドライエッチングして掘り込んで基板掘り込み型位相シフトパターン３６を形成し（図５（ｇ））、次いで、レジストを除去し、図３（ｂ）の構造の良好な断面形状の高い寸法精度の微細パターンを有する位相シフトマスク３５を得ることができる（図５（ｈ））。本実施形態の位相シフトマスクを用いることにより、高解像のウェハ転写画像を形成することができる。
【００２９】
（ブランクス構成要素）
次に、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態のフォトマスクブランクスを構成する各要素について述べる。
【００３０】
（透明基板）
本発明のフォトマスクブランクスにおいて、透明基板１１、２１、３１としては、露光光を高透過率で透過する光学研磨された合成石英ガラス、蛍石、フッ化カルシウムなどを用いることができるが、通常、多用されており品質が安定し、短波長の露光光の透過率の高い合成石英ガラスがより好ましい。
【００３１】
（遮光膜）
本発明のフォトマスクブランクスにおいて、遮光膜１２、２２、３２は、酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とするものである。本発明において、上記の実質的にドライエッチングされないという意味は、フッ素系ガスにより遮光膜以外の薄膜をドライエッチング加工した時に、遮光膜にはほとんどダメージを与えないで加工し得る状態を意味するものである。
【００３２】
上記の本発明の遮光膜としては、具体的にはアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から選択された金属元素のいずれか１種を主成分とするものである。さらに、本発明の遮光膜としては、上記の金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかであることが好ましい。
【００３３】
遮光膜は、上記の材料から選ばれた単層膜もしくは２層以上の薄膜として形成され、その膜厚は、４０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の範囲の膜厚で用いられるが、微細パターンを形成するためには膜厚は小さい方が好ましく、遮光性を高くするには膜厚は大きい方が好ましい。ウェハへのマスクパターン転写時に露光光の多重反射を低減し、ウェハ転写画像の解像力を向上させるために、２層以上の薄膜からなる遮光膜の場合には、最表面層を低反射膜とするのがより好ましい。
【００３４】
（位相シフト膜）
本発明の第２の実施形態で示したハーフトーン型位相シフト膜２３としては、所望のハーフトーン特性が得やすく、フッ素系ガスによりドライエッチングできる化合物を主成分とし、ドライエッチング加工特性に優れ、遮光膜２２とのエッチング選択比が大きい薄膜が好ましい。例えば、モリブデンシリサイド化合物を主成分とするハーフトーン型位相シフト膜２３として、モリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）、モリブデンシリサイド窒化膜（ＭｏＳｉＮ）、モリブデンシリサイド酸化窒化膜（ＭｏＳｉＯＮ）などの光半透過膜が挙げられる。また本発明においては、ハーフトーン型位相シフト膜２３として、例えば、下層のタンタルハフニウム膜を透過率調整層とし、上層の酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を位相調整層とする２層構成などの多層構成の位相シフト膜も挙げることができる。上記の例では、遮光膜を酸素非含有塩素系ガスでドライエッチングする時に、露出している下層のタンタルハフニウム膜を同時にエッチング除去することができる。
【００３５】
ハーフトーン型位相シフト膜２３の膜厚は、例えば、モリブデンシリサイド化合物を用いた場合には、６０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲の膜厚で用いられ、より好ましくは、露光光がＫｒＦエキシマレーザの場合には、８０ｎｍ〜９０ｎｍ程度の範囲の膜厚、ＡｒＦエキシマレーザの場合には、７０ｎｍ程度の膜厚が用いられる。
【００３６】
本発明の第３の実施形態で示した基板掘り込み型位相シフトマスクブランクスは透明基板そのものを掘り込んで位相シフト部として用いる。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
光学研磨した６インチ角、０．２５インチ厚の透明な合成石英基板を洗浄し、その一主面上にアルミニウム（Ａｌ）を主成分とし、低反射膜としてＡｌＮを設けた２層構造の遮光膜（Ａｌ／ＡｌＮ）を有するバイナリ型フォトマスクブランクスを以下の条件で形成した。遮光膜の膜厚は、石英基板側の第１層のＡｌが８０ｎｍ、その上の第２層のＡｌＮが８ｎｍの２層構造からなり、１９３ｎｍの波長で光学濃度（ＯＤ）３、表面反射率１２％であった。
【００３８】
＜遮光膜のスパッタリング成膜条件＞
装置： 平行平板型ＤＣマグネトロンスパッタリング装置
第１層（Ａｌ）
スパッタターゲット：アルミニウム（Ａｌ）
ガスおよび流量：Ａｒ ４０ｓｃｃｍ
圧力：５ｍＴｏｒｒ
カソードパワー：１．５ｋＷ
第２層（ＡｌＮ）
スパッタターゲット：アルミニウム
ガス及び流量：Ａｒ／Ｎ2 １０／３０ｓｃｃｍ
圧力：５ｍＴｏｒｒ
カソードパワー：０．５ｋＷ
【００３９】
次に、上記のブランクス上に日本ゼオン(株)製電子線レジストＺＥＰ５２０Ａを膜厚１００ｎｍで塗布し、プリベーク後、電子線描画装置にてパターン露光し、日本ゼオン製ＺＥＮ−Ｎ５０により現像し、所望形状のレジストパターンを形成した。
【００４０】
次に、上記のレジストパターンをマスクとして、ドライエッチング装置によりレジストパターンから露出している２層の遮光膜を下記条件により順にドライエッチングし、パターニングした。酸素非含有塩素系ガスでドライエッチングを行ったため、遮光膜のエッチングレートがレジストのエッチングレートと比較して３倍早く、１００ｎｍのレジスト膜厚で問題なく遮光膜のパターニングができた。最後にレジストをＯ2プラズマでアッシングして除去し、第１の実施形態のフォトマスクを得た。
【００４１】
＜遮光膜のドライエッチング条件＞
装置：高密度プラズマドライエッチング装置
エッチングガス：ＢＣｌ3／Ｃｌ2 ５０／１０ｓｃｃｍ
圧力：３ｍＴｏｒｒ
ＩＣＰパワー：９５０Ｗ
バイアスパワー：３０Ｗ
【００４２】
（実施例２）
光学研磨した６インチ角、０．２５インチ厚の透明な合成石英基板を洗浄し、その一主面上にハーフトーン型位相シフト膜としてモリブデンシリサイド化合物を主成分とし、窒素、酸素を含むモリブデンシリサイド酸化窒化膜（ＭｏＳｉＯＮ）を以下の条件で形成した。成膜前に基板上にレジスト塗布した部位上の位相シフト層をレジスト剥膜することにより除去して段差を形成させ、レーザーテック社製ＭＰＭ１９３で測定したところ、膜厚７０ｎｍ、波長１９３ｎｍで位相差１７６度、透過率５．８％を有する位相シフト膜であった。
【００４３】
＜ハーフトーン型位相シフト膜のスパッタリング成膜条件＞
装置：平行平板型ＤＣマグネトロンスパッタリング装置
スパッタターゲット：Ｍｏ／Ｓｉ １／４（原子比）
ガス及び流量：Ａｒ／Ｎ2／Ｏ2 ２０／２０／１０ｓｃｃｍ
圧力：５ｍＴｏｒｒ
カソードパワー：１．５ｋＷ
【００４４】
続いて、実施例１と同様の下記の条件で上記の位相シフト膜上に遮光膜としてアルミニウム（Ａｌ）を膜厚８０ｎｍ成膜し、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクスを形成した。
【００４５】
＜遮光膜のスパッタリング成膜条件＞
装置：平行平板型ＤＣマグネトロンスパッタリング装置
第１層（Ａｌ）
スパッタターゲット：アルミニウム（Ａｌ）
ガスおよび流量：Ａｒ ４０ｓｃｃｍ
圧力：５ｍＴｏｒｒ
カソードパワー：１．５ｋＷ
【００４６】
次に、実施例１と同様に、上記のブランクス上に電子線レジストを膜厚１００ｎｍで塗布し、プリベーク後、電子線描画装置にてパターン露光し、現像し、所望形状のレジストパターンを形成した。
【００４７】
次いで、実施例１と同様の下記の条件で、レジストパターンをマスクとして遮光膜（Ａｌ）をドライエッチングし、遮光膜パターンを形成した。酸素非含有塩素系ガスでドライエッチングを行ったため、遮光膜のエッチングレートがレジストのエッチングレートと比較して３倍早く、本実施例の場合にも１００ｎｍのレジスト膜厚で問題なく遮光膜のパターニングができた。次いで、レジストをＯ2プラズマでアッシングし除去した。
【００４８】
＜遮光膜のドライエッチング条件＞
装置：高密度プラズマドライエッチング装置
エッチングガス：ＢＣｌ3／Ｃｌ2 ５０／１０ｓｃｃｍ
圧力：３ｍＴｏｒｒ
ＩＣＰパワー：９５０Ｗ
バイアスパワー：３０Ｗ
【００４９】
次に、上記の遮光膜パターンをマスクとして露出しているハーフトーン型位相シフト膜を下記の条件でドライエッチングによりパターニングして位相シフトパターンを形成した。エッチング断面形状は略垂直であり、きわめて微細なマスクパターンが形成された。
【００５０】
＜位相シフト膜ドライエッチング＞
装置：高密度プラズマドライエッチング装置
エッチングガス：ＣＦ4 ５０ｓｃｃｍ
圧力：１０ｍＴｏｒｒ
ＩＣＰパワー：５００Ｗ
バイアスパワー：１００Ｗ
【００５１】
＜遮光パターン形成＞
次に、上記の工程を行った基板上に、電子線レジストを塗布し、電子線描画し現像して、遮光膜から露出させたい領域のみを開口したレジストパターン膜を形成した後、下記のエッチング液でウエットエッチングを行い、遮光膜を選択的に除去し、最後にレジストをＯ2プラズマでアッシングし除去し、ハーフトーン型位相シフトマスクを得た。本実施例によるハーフトーン型位相シフトマスクは、合成石英基板上にモリブデンシリサイド化合物を主成分とするハーフトーン位相シフト層によりマスクパターンが形成され、さらにその一部にクロム遮光膜が積層された構成をなすものである。
【００５２】
＜遮光膜エッチング＞
エッチング液： リン酸：硝酸：酢酸：水＝１６：１：２：１の混合液
エッチング温度：２５℃
【００５３】
（実施例３）
実施例１と同様の形態のブランクスを基板掘り込み型位相シフトマスクブランクスとした。すなわち、光学研磨した６インチ角、０．２５インチ厚の透明な合成石英基板上に、低反射膜としてＡｌＮを設けた２層構造の遮光膜（Ａｌ／ＡｌＮ）を有し、遮光膜の膜厚は、石英基板側の第１層のＡｌが８０ｎｍ、その上の第２層のＡｌＮが８ｎｍの２層構造からなり、１９３ｎｍの波長で光学濃度（ＯＤ）３、表面反射率１２％のブランクスを得た。
【００５４】
次に、実施例１と同様にして、２層の遮光膜を順に酸素非含有塩素系ガスでドライエッチングし、合成石英基板上に２層構造の遮光膜（Ａｌ／ＡｌＮ）パターンを形成した。次に、位相シフトパターンを形成させるために再度電子線レジストを塗布し、電子線描画して位相シフトパターンに合わせたレジストパターンを形成した。続いて、位相シフト部とする石英基板を下記の条件で所定の深さまでフッ素系ガスで１７１ｎｍの深さまでドライエッチングし、基板掘り込み型位相シフトパターンを形成し、最後にレジストをＯ2プラズマでアッシングし除去し、基板掘り込み型位相シフトマスクを得た。
【００５５】
＜石英基板掘り込みエッチング＞
装置：高密度プラズマドライエッチング装置
エッチングガス：ＣＦ4 ５０ｓｃｃｍ
圧力：１０ｍＴｏｒｒ
ＩＣＰパワー：９５０Ｗ
バイアスパワー：５０Ｗ
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の遮光膜を設けた単層のバイナリ型フォトマスクブランクス（図１（ａ））およびバイナリ型フォトマスク（図１（ｂ））の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の遮光膜を設けたハーフトーン型位相シフトマスクブランクス（図２（ａ））およびハーフトーン型位相シフトマスク（図２（ｂ））の一例を示す断面模式図である。
【図３】本発明の遮光膜を設けた基板掘り込み型位相シフトマスクブランクス（図３（ａ））および基板掘り込み型位相シフトマス（図３（ｂ））の一例を示す断面模式図である。
【図４】図２に示すハーフトーン型位相シフトマスクを得るための一実施形態を示す製造工程の断面模式図である。
【図５】図３に示す基板掘り込み型位相シフトマスクを得るための一実施形態を示す製造工程の断面模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ バイナリ型フォトマスクブランクス
１１、２１、３１ 透明基板
１２、２２、３２ 遮光膜
１４、２４、３４ 遮光膜パターン
１５ バイナリ型フォトマスク
２０ ハーフトーン型位相シフトマスクブランクス
２３ ハーフトーン型位相シフト膜
２５ ハーフトーン型位相シフトマスク
２６ ハーフトーン型位相シフト膜パターン
３０ 基板掘り込み型位相シフトマスクブランクス
３６ 基板掘り込み型位相シフトパターン
４１、５１ 第１のレジスト膜
４２、５２ 第１のレジストパターン
４３ 遮光膜パターン（エッチングマスク用）
４５、５５ 第２のレジスト膜
４６、５６ 第２のレジストパターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の高密度集積回路の製造に用いられるフォトマスクおよびそのフォトマスクを製造するためのフォトマスクブランクスに関し、さらに詳しくは、高ＮＡ露光装置を使用し、露光波長とほぼ同程度のサイズのマスクパターンをウェハ上に転写するとき、ウェハ上のパターンのハーフピッチが４５ｎｍ以降の先端リソグラフィ技術に用いられるフォトマスクおよびフォトマスクブランクスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩなどの半導体集積回路は、フォトマスクを使用したいわゆるリソグラフィ工程を繰り返すことによって製造される。パターニング前のフォトマスク基板はフォトマスクブランクス（以下、ブランクスとも称する）として知られており、光を通過させる部分と遮光する部分で構成されたバイナリ型フォトマスクのブランクスとしては、透明基板上のクロム（Ｃｒ）を主成分とする遮光膜からなる構造が実用化されている。高精度な半導体集積回路を実現するために、フォトマスクブランクスは低欠陥、ドライエッチング制御性を向上させるための膜組成・膜構造、低応力、並びに露光波長に対する低反射率化といった性能が要求される。これらの要求を満たすためにクロムを主成分とするフォトマスクブランクスにおいては、各種の膜組成、層構造、並びに成膜方法が提案され実用化されている（例えば、特許文献１〜特許文献５参照）。
【０００３】
しかしながらフォトマスクに要求されるスペックは年々厳しくなってきており、例えばＩＴＲＳロードマップ２００６年アップデートによると（非特許文献１参照）、ＤＲＡＭ６５ｎｍハーフピッチで要求されるマスクパターンのＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ） ユニフォーミティ、リニアリティはそれぞれ３ｎｍ、１０ｎｍとなっており、高精度フォトマスクの製造技術の開発は困難を極めている。
【０００４】
上記の高精度フォトマスクの開発が難しい要因の一つとして、フォトマスク材料がクロムであることが挙げられている。レジストパターンから露出したクロム系材料をドライエッチングしてパターン形成するためには、エッチングガスとして酸素含有塩素ガス系を使用する必要がある。しかし、エッチングガスが酸素を含有するために有機系材料を主成分とするレジストに損傷を与えてしまい、ドライエッチングレートの対レジスト選択比の向上が根本的に困難となり、結果的にレジスト高解像化の有力な一つの手法であるレジストの薄膜化も適用することが難しい。またエッチング生成物として塩化クロミル（ＣｒＯ2Ｃｌ2）が生じるこのラジカル主体のドライエッチングプロセスはローディング効果も大きく、さらにエッチング進行の方向性の制御が難しく、レジスト寸法に対するマスク寸法のシフト量も許容しがたいレベルになってきている。ローディング効果とは、ドライエッチングする被エッチング膜のエッチング面積の大小により、エッチングレートや選択比などのエッチング特性が変化し、その結果、マスク面内の寸法シフト量が変化してＣＤ精度にばらつきを生じる現象である。
【０００５】
上記の問題に対応すべく、近年いくつか手法が提案されている。例えば、クロム系膜のドライエッチングに対して耐性のある無機系材料からなるエッチングマスクをクロム系膜上に設け、クロム系膜並びにクロム系膜下の位相シフト層を順次ドライエッチングし、寸法制御性を向上させたフォトマスクの製造方法およびブランクスが提案されている（特許文献６参照）。
【０００６】
あるいは、クロムを主成分とする第一遮光膜の上に、フッ素系ガスでドライエッチングが可能な珪素含有化合物を主成分とする第二遮光膜を積層し、第二遮光膜はエッチングレートの対レジスト選択比並びに寸法制御性がよいため、第一遮光膜を含めた全体のマスク寸法制御も向上させたフォトマスクブランクスおよびフォトマスクが提案されている（特許文献７参照）。この遮光膜はハーフトーン位相シフトマスク用遮光膜としても用いることができ、特許文献７には、上記遮光膜をフッ素系ガスでドライエッチング可能な位相シフト層上に形成させた時の製造工程も記載されている。
【特許文献１】特開昭６１−２７２７４６号公報
【特許文献２】特開平２−２４２２５２号公報
【特許文献３】特開平４−９８４７号公報
【特許文献４】特開平５−２９７５７０号公報
【特許文献５】特許第３２７６９５４号公報
【特許文献６】ＷＯ２００４／０９０６３５
【特許文献７】特開２００６−１４６１５２号公報
【非特許文献１】Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏａｄｍａｐ Ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ２００６ Ｕｐｄａｔｅ，Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ｐ．９，半導体技術ロードマップ専門委員会（２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ウェハ上のパターンがハーフピッチ６５ｎｍから４５ｎｍへと進展するに伴い、クロム系材料を遮光膜に用いたフォトマスク製造においては、ドライエッチング時のローディング効果の問題や寸法シフトが許容しがたいレベルになりつつあり、さらに上記のように、クロム系材料は酸素含有塩素ガスでドライエッチングするために、高解像に有効なレジストの薄膜化が困難であるという問題がある。またそれらの問題に対応すべく提案されている上記の特許文献６あるいは特許文献７に示される発明は、エッチングマスクあるいは第二遮光膜というエッチング用の薄膜層を設けているために、エッチングを主としたマスク製造工程数の増加並びにそれに伴うマスクの製造コストの上昇という新たな問題を生じている。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、マスクパターンの高解像度化に効果的なレジストの薄膜化が可能で、ドライエッチング時のローディング効果が低減され、レジスト寸法からのマスク寸法のシフト量が低減され、マスク製造工程数の削減が図れるフォトマスクブランクスおよびそのブランクスを用いて製造したフォトマスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係るフォトマスクブランクスは、透明基板上に単層もしくは２層以上の薄膜が形成されたフォトマスクブランクスにおいて、前記単層もしくは２層以上の薄膜のうち、少なくとも１層が遮光膜であり、該遮光膜が酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とすることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明に係るフォトマスクブランクスは、請求項１に記載のフォトマスクブランクスにおいて、前記遮光膜が、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から選択された金属元素のいずれか１種を主成分とすることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の発明に係るフォトマスクブランクスは、請求項２または請求項３に記載のフォトマスクブランクスにおいて、前記遮光膜が、前記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかであることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の発明に係るフォトマスクは、透明基板上の単層もしくは２層以上の薄膜をパターン化したフォトマスクにおいて、前記単層もしくは２層以上の薄膜のうち、少なくとも１層が遮光膜であり、該遮光膜が酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とすることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５の発明に係るフォトマスクは、請求項４に記載のフォトマスクにおいて、前記遮光膜が、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から選択された金属元素のいずれか１種を主成分とすることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６の発明に係るフォトマスクは、請求項４または請求項５に記載のフォトマスクにおいて、前記遮光膜が、前記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフォトマスクブランクスによれば、遮光膜を酸素非含有塩素系ガスでエッチング可能でかつフッ素系ガスで実質的にエッチングされないアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）のいずれか１種を主成分とする材料を用いることにより、ドライエッチング時に酸素を必要としないため、クロム系材料と比較して、レジスト高解像度化に効果的なレジストの薄膜化が可能となり、ローディング効果が低減し、レジスト寸法からのマスク寸法のシフト量の低減が図れ、寸法制御性の良い高精度バイナリーマスクあるいは位相シフトマスクを作成することが可能となる。また本発明のフォトマスクブランクスは、従来のエッチングマスクあるいは第二遮光膜というエッチング用の薄膜層を設けたマスクブランクスと比較した場合、マスク製造工程数の低減並びにそれに伴うマスクの製造コストを低減したフォトマスクを提供することが可能となる。
【００１６】
本発明のフォトマスクによれば、寸法制御性が良く高解像の微細パターンを有し製造コストを低減したフォトマスクを用いることにより、微細な高集積度の半導体集積回路を作製することが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るフォトマスクブランクスおよびフォトマスクについて詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
本実施形態は、バイナリ型フォトマスクブランクスおよびバイナリ型フォトマスクの例である。図１は、本実施形態のフォトマスクブランクス（図１（ａ））およびそれを用いて製造された本実施形態のフォトマスク（図１（ｂ））の一例を示す断面模式図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態のフォトマスクブランクス１０は、透明基板１１とその上に設けられた遮光膜１２からなる。遮光膜１２は、酸素非含有塩素系ガスでエッチング可能で、かつフッ素系ガスで実質的にエッチングされない材料からなる。図１（ａ）では遮光膜１２が単層の場合を例示しているが、遮光膜は２層以上の薄膜で形成されていてもよい。
【００１９】
本実施形態の遮光膜１２は、遮光膜のドライエッチング時に酸素ガスを必要とせずに酸素非含有塩素系ガスでエッチングするために、ドライエッチング時のレジスト膜減り量が低減でき、結果的にレジストの薄膜化による微細レジストパターン形成が可能となり、それに伴う遮光膜の微細パターン形成が可能となる。また遮光膜は酸素非含有塩素系ガスでエッチングするため、透明基板１１が合成石英の場合、合成石英はエッチングされず、図１（ｂ）に示すように、良好な断面形状の高い寸法精度の微細パターンを有するフォトマスク１５を得ることができる。本実施形態のフォトマスクを用いることにより、高解像のウェハ転写画像を形成することができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
本実施形態は、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクスおよびハーフトーン型位相シフトマスクの例である。図２は、本実施形態のハーフトーン型位相シフトマスクブランクス（図２（ａ））およびそれを用いて製造された本実施形態のハーフトーン型位相シフトマスク（図２（ｂ））の一例を示す断面模式図である。図２（ａ）に示すように、本実施形態のブランクス２０は、透明基板２１上に順にハーフトーン型位相シフト膜２３、遮光膜２２が積層されてなる。
【００２１】
本実施形態のハーフトーン型位相シフトマスク２５は、以下の工程で得ることができる。図４は、図２（ｂ）に示す位相シフトマスク２５を得るための製造工程の一例を示す断面模式図である。図４（ａ）に示すように、ブランクス２０の遮光膜２２上に第１のレジスト膜４１を形成し、次に、位相シフト膜２3のパターンに合わせた第１のレジストパターン４２を形成する（図４（ｂ））。
【００２２】
次いで、レジストパターン４２を耐エッチングマスクとして酸素を含まない塩素系のガスを用いて遮光膜２２をドライエッチングし、遮光膜パターン４３を形成する（図４（ｃ））。この段階の遮光膜パターン４３は、位相シフト膜のエッチングマスク用としてのパターン形状である。遮光膜のエッチングに酸素ガスを必要としないため、ドライエッチング時のレジスト膜減り量が低減でき、結果的にレジストの薄膜化による微細レジストパターン形成が可能となり、それに伴う遮光膜の微細パターン形成が可能となる。
【００２３】
次に、図４（ｄ）に示すように、レジストパターン４２を除去し、続いてフッ素系ガスで位相シフト膜２３のドライエッチングを行ない、位相シフト膜パターン２６を形成する（図４（ｅ））。上記の図４（ｄ）の工程は、遮光膜パターン４３がエッチングマスクとして機能するため、必ずしも必要な工程ではない。
【００２４】
次に、遮光膜パターン形成用のレジストを塗布し第２のレジスト膜４５を形成し（図４（ｆ））、遮光膜パターンに合せた開口を有する第２のレジストパターン４６を形成し（図４（ｇ））、これを耐エッチングマスクとして、酸素を含有しない塩素系のガスを用いて遮光膜パターン４３をドライエッチングし、最終的な遮光膜パターン２４を形成する（図４（ｈ））。尚、位相シフト膜にダメージがなければ本工程はウェットエッチングでも良い。最後に第２のレジスト膜４６を剥離し、図２（ｂ）の構造の良好な断面形状の高い寸法精度の微細パターンを有する位相シフトマスク２５を得ることができる。本実施形態の位相シフトマスクを用いることにより、高解像のウェハ転写画像を形成することができる。
【００２５】
（第３の実施形態）
本実施形態は、基板掘り込み型位相シフトマスクブランクスおよび基板掘り込み型位相シフトマスクの例である。図３は、本実施形態の遮光膜を設けた基板掘り込み型位相シフトマスクブランクス（図３（ａ））および基板掘り込み型位相シフトマス（図３（ｂ））の一例を示す断面模式図である。図３（ａ）に示すように、本実施形態のブランクス３０は、透明基板３１とその上に設けられた遮光膜３２からなり、ブランクスの形態はバイナリー型マスクブランクと同じである。
【００２６】
本実施形態の基板掘り込み型位相シフトマスク３５は、以下の工程で得ることができる。図５は、図３（ｂ）に示す位相シフトマスク３５を得るための製造工程の一例を示す断面模式図である。図５（ａ）に示すように、ブランクス３０の遮光膜３２上に第１のレジスト膜５１を形成し、次に、遮光膜のパターンに合わせた第１のレジストパターン５２を形成する（図５（ｂ））。次いで、レジストパターン５２を耐エッチングマスクとして塩素系のガスを用いて遮光膜３２をドライエッチングし、遮光膜パターン３４を形成する（図５（ｃ））。上記の他の実施形態と同様に、遮光膜のエッチングに酸素ガスを必要としないため、ドライエッチング時のレジスト膜減り量が低減でき、結果的にレジストの薄膜化による微細レジストパターン形成が可能となり、それに伴う遮光膜の微細パターン形成が可能となる。
【００２７】
次に、レジスト剥離後（図５（ｄ））、位相シフトパターンを形成させるための第２のレジストを塗布し第２のレジスト膜５５を形成し（図５（ｅ））、次いで位相シフトパターンに合わせた第２のレジストパターン５６を形成する（図５（ｆ））。図５（ｆ）に示すように、透明基板３１が合成石英のようなフッ素系ガスでエッチングできる材質の場合、基板掘り込み型の位相シフトパターンは遮光膜がエッチングマスクとして機能するため、第２のレジストパターン５６は、位相シフトパターンを形成する上のレジストが除去され、かつ位相シフト部でない遮光膜開口部がレジストで覆われてさえいればよく、遮光膜パターン形成用レジストパターン５２と比較して寸法精度及び位置精度は緩くてよい。
【００２８】
次に、位相シフト部の基板を必要な深さまでドライエッチングして掘り込んで基板掘り込み型位相シフトパターン３６を形成し（図５（ｇ））、次いで、レジストを除去し、図３（ｂ）の構造の良好な断面形状の高い寸法精度の微細パターンを有する位相シフトマスク３５を得ることができる（図５（ｈ））。本実施形態の位相シフトマスクを用いることにより、高解像のウェハ転写画像を形成することができる。
【００２９】
（ブランクス構成要素）
次に、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態のフォトマスクブランクスを構成する各要素について述べる。
【００３０】
（透明基板）
本発明のフォトマスクブランクスにおいて、透明基板１１、２１、３１としては、露光光を高透過率で透過する光学研磨された合成石英ガラス、蛍石、フッ化カルシウムなどを用いることができるが、通常、多用されており品質が安定し、短波長の露光光の透過率の高い合成石英ガラスがより好ましい。
【００３１】
（遮光膜）
本発明のフォトマスクブランクスにおいて、遮光膜１２、２２、３２は、酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とするものである。本発明において、上記の実質的にドライエッチングされないという意味は、フッ素系ガスにより遮光膜以外の薄膜をドライエッチング加工した時に、遮光膜にはほとんどダメージを与えないで加工し得る状態を意味するものである。
【００３２】
上記の本発明の遮光膜としては、具体的にはアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から選択された金属元素のいずれか１種を主成分とするものである。さらに、本発明の遮光膜としては、上記の金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかであることが好ましい。
【００３３】
遮光膜は、上記の材料から選ばれた単層膜もしくは２層以上の薄膜として形成され、その膜厚は、４０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の範囲の膜厚で用いられるが、微細パターンを形成するためには膜厚は小さい方が好ましく、遮光性を高くするには膜厚は大きい方が好ましい。ウェハへのマスクパターン転写時に露光光の多重反射を低減し、ウェハ転写画像の解像力を向上させるために、２層以上の薄膜からなる遮光膜の場合には、最表面層を低反射膜とするのがより好ましい。
【００３４】
（位相シフト膜）
本発明の第２の実施形態で示したハーフトーン型位相シフト膜２３としては、所望のハーフトーン特性が得やすく、フッ素系ガスによりドライエッチングできる化合物を主成分とし、ドライエッチング加工特性に優れ、遮光膜２２とのエッチング選択比が大きい薄膜が好ましい。例えば、モリブデンシリサイド化合物を主成分とするハーフトーン型位相シフト膜２３として、モリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）、モリブデンシリサイド窒化膜（ＭｏＳｉＮ）、モリブデンシリサイド酸化窒化膜（ＭｏＳｉＯＮ）などの光半透過膜が挙げられる。また本発明においては、ハーフトーン型位相シフト膜２３として、例えば、下層のタンタルハフニウム膜を透過率調整層とし、上層の酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を位相調整層とする２層構成などの多層構成の位相シフト膜も挙げることができる。上記の例では、遮光膜を酸素非含有塩素系ガスでドライエッチングする時に、露出している下層のタンタルハフニウム膜を同時にエッチング除去することができる。
【００３５】
ハーフトーン型位相シフト膜２３の膜厚は、例えば、モリブデンシリサイド化合物を用いた場合には、６０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲の膜厚で用いられ、より好ましくは、露光光がＫｒＦエキシマレーザの場合には、８０ｎｍ〜９０ｎｍ程度の範囲の膜厚、ＡｒＦエキシマレーザの場合には、７０ｎｍ程度の膜厚が用いられる。
【００３６】
本発明の第３の実施形態で示した基板掘り込み型位相シフトマスクブランクスは透明基板そのものを掘り込んで位相シフト部として用いる。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
光学研磨した６インチ角、０．２５インチ厚の透明な合成石英基板を洗浄し、その一主面上にアルミニウム（Ａｌ）を主成分とし、低反射膜としてＡｌＮを設けた２層構造の遮光膜（Ａｌ／ＡｌＮ）を有するバイナリ型フォトマスクブランクスを以下の条件で形成した。遮光膜の膜厚は、石英基板側の第１層のＡｌが８０ｎｍ、その上の第２層のＡｌＮが８ｎｍの２層構造からなり、１９３ｎｍの波長で光学濃度（ＯＤ）３、表面反射率１２％であった。
【００３８】
＜遮光膜のスパッタリング成膜条件＞
装置： 平行平板型ＤＣマグネトロンスパッタリング装置
第１層（Ａｌ）
スパッタターゲット：アルミニウム（Ａｌ）
ガスおよび流量：Ａｒ ４０ｓｃｃｍ
圧力：５ｍＴｏｒｒ
カソードパワー：１．５ｋＷ
第２層（ＡｌＮ）
スパッタターゲット：アルミニウム
ガス及び流量：Ａｒ／Ｎ2 １０／３０ｓｃｃｍ
圧力：５ｍＴｏｒｒ
カソードパワー：０．５ｋＷ
【００３９】
次に、上記のブランクス上に日本ゼオン(株)製電子線レジストＺＥＰ５２０Ａを膜厚１００ｎｍで塗布し、プリベーク後、電子線描画装置にてパターン露光し、日本ゼオン製ＺＥＮ−Ｎ５０により現像し、所望形状のレジストパターンを形成した。
【００４０】
次に、上記のレジストパターンをマスクとして、ドライエッチング装置によりレジストパターンから露出している２層の遮光膜を下記条件により順にドライエッチングし、パターニングした。酸素非含有塩素系ガスでドライエッチングを行ったため、遮光膜のエッチングレートがレジストのエッチングレートと比較して３倍早く、１００ｎｍのレジスト膜厚で問題なく遮光膜のパターニングができた。最後にレジストをＯ2プラズマでアッシングして除去し、第１の実施形態のフォトマスクを得た。
【００４１】
＜遮光膜のドライエッチング条件＞
装置：高密度プラズマドライエッチング装置
エッチングガス：ＢＣｌ3／Ｃｌ2 ５０／１０ｓｃｃｍ
圧力：３ｍＴｏｒｒ
ＩＣＰパワー：９５０Ｗ
バイアスパワー：３０Ｗ
【００４２】
（実施例２）
光学研磨した６インチ角、０．２５インチ厚の透明な合成石英基板を洗浄し、その一主面上にハーフトーン型位相シフト膜としてモリブデンシリサイド化合物を主成分とし、窒素、酸素を含むモリブデンシリサイド酸化窒化膜（ＭｏＳｉＯＮ）を以下の条件で形成した。成膜前に基板上にレジスト塗布した部位上の位相シフト層をレジスト剥膜することにより除去して段差を形成させ、レーザーテック社製ＭＰＭ１９３で測定したところ、膜厚７０ｎｍ、波長１９３ｎｍで位相差１７６度、透過率５．８％を有する位相シフト膜であった。
【００４３】
＜ハーフトーン型位相シフト膜のスパッタリング成膜条件＞
装置：平行平板型ＤＣマグネトロンスパッタリング装置
スパッタターゲット：Ｍｏ／Ｓｉ １／４（原子比）
ガス及び流量：Ａｒ／Ｎ2／Ｏ2 ２０／２０／１０ｓｃｃｍ
圧力：５ｍＴｏｒｒ
カソードパワー：１．５ｋＷ
【００４４】
続いて、実施例１と同様の下記の条件で上記の位相シフト膜上に遮光膜としてアルミニウム（Ａｌ）を膜厚８０ｎｍ成膜し、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクスを形成した。
【００４５】
＜遮光膜のスパッタリング成膜条件＞
装置：平行平板型ＤＣマグネトロンスパッタリング装置
第１層（Ａｌ）
スパッタターゲット：アルミニウム（Ａｌ）
ガスおよび流量：Ａｒ ４０ｓｃｃｍ
圧力：５ｍＴｏｒｒ
カソードパワー：１．５ｋＷ
【００４６】
次に、実施例１と同様に、上記のブランクス上に電子線レジストを膜厚１００ｎｍで塗布し、プリベーク後、電子線描画装置にてパターン露光し、現像し、所望形状のレジストパターンを形成した。
【００４７】
次いで、実施例１と同様の下記の条件で、レジストパターンをマスクとして遮光膜（Ａｌ）をドライエッチングし、遮光膜パターンを形成した。酸素非含有塩素系ガスでドライエッチングを行ったため、遮光膜のエッチングレートがレジストのエッチングレートと比較して３倍早く、本実施例の場合にも１００ｎｍのレジスト膜厚で問題なく遮光膜のパターニングができた。次いで、レジストをＯ2プラズマでアッシングし除去した。
【００４８】
＜遮光膜のドライエッチング条件＞
装置：高密度プラズマドライエッチング装置
エッチングガス：ＢＣｌ3／Ｃｌ2 ５０／１０ｓｃｃｍ
圧力：３ｍＴｏｒｒ
ＩＣＰパワー：９５０Ｗ
バイアスパワー：３０Ｗ
【００４９】
次に、上記の遮光膜パターンをマスクとして露出しているハーフトーン型位相シフト膜を下記の条件でドライエッチングによりパターニングして位相シフトパターンを形成した。エッチング断面形状は略垂直であり、きわめて微細なマスクパターンが形成された。
【００５０】
＜位相シフト膜ドライエッチング＞
装置：高密度プラズマドライエッチング装置
エッチングガス：ＣＦ4 ５０ｓｃｃｍ
圧力：１０ｍＴｏｒｒ
ＩＣＰパワー：５００Ｗ
バイアスパワー：１００Ｗ
【００５１】
＜遮光パターン形成＞
次に、上記の工程を行った基板上に、電子線レジストを塗布し、電子線描画し現像して、遮光膜から露出させたい領域のみを開口したレジストパターン膜を形成した後、下記のエッチング液でウエットエッチングを行い、遮光膜を選択的に除去し、最後にレジストをＯ2プラズマでアッシングし除去し、ハーフトーン型位相シフトマスクを得た。本実施例によるハーフトーン型位相シフトマスクは、合成石英基板上にモリブデンシリサイド化合物を主成分とするハーフトーン位相シフト層によりマスクパターンが形成され、さらにその一部にクロム遮光膜が積層された構成をなすものである。
【００５２】
＜遮光膜エッチング＞
エッチング液： リン酸：硝酸：酢酸：水＝１６：１：２：１の混合液
エッチング温度：２５℃
【００５３】
（実施例３）
実施例１と同様の形態のブランクスを基板掘り込み型位相シフトマスクブランクスとした。すなわち、光学研磨した６インチ角、０．２５インチ厚の透明な合成石英基板上に、低反射膜としてＡｌＮを設けた２層構造の遮光膜（Ａｌ／ＡｌＮ）を有し、遮光膜の膜厚は、石英基板側の第１層のＡｌが８０ｎｍ、その上の第２層のＡｌＮが８ｎｍの２層構造からなり、１９３ｎｍの波長で光学濃度（ＯＤ）３、表面反射率１２％のブランクスを得た。
【００５４】
次に、実施例１と同様にして、２層の遮光膜を順に酸素非含有塩素系ガスでドライエッチングし、合成石英基板上に２層構造の遮光膜（Ａｌ／ＡｌＮ）パターンを形成した。次に、位相シフトパターンを形成させるために再度電子線レジストを塗布し、電子線描画して位相シフトパターンに合わせたレジストパターンを形成した。続いて、位相シフト部とする石英基板を下記の条件で所定の深さまでフッ素系ガスで１７１ｎｍの深さまでドライエッチングし、基板掘り込み型位相シフトパターンを形成し、最後にレジストをＯ2プラズマでアッシングし除去し、基板掘り込み型位相シフトマスクを得た。
【００５５】
＜石英基板掘り込みエッチング＞
装置：高密度プラズマドライエッチング装置
エッチングガス：ＣＦ4 ５０ｓｃｃｍ
圧力：１０ｍＴｏｒｒ
ＩＣＰパワー：９５０Ｗ
バイアスパワー：５０Ｗ
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の遮光膜を設けた単層のバイナリ型フォトマスクブランクス（図１（ａ））およびバイナリ型フォトマスク（図１（ｂ））の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の遮光膜を設けたハーフトーン型位相シフトマスクブランクス（図２（ａ））およびハーフトーン型位相シフトマスク（図２（ｂ））の一例を示す断面模式図である。
【図３】本発明の遮光膜を設けた基板掘り込み型位相シフトマスクブランクス（図３（ａ））および基板掘り込み型位相シフトマス（図３（ｂ））の一例を示す断面模式図である。
【図４】図２に示すハーフトーン型位相シフトマスクを得るための一実施形態を示す製造工程の断面模式図である。
【図５】図３に示す基板掘り込み型位相シフトマスクを得るための一実施形態を示す製造工程の断面模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ バイナリ型フォトマスクブランクス
１１、２１、３１ 透明基板
１２、２２、３２ 遮光膜
１４、２４、３４ 遮光膜パターン
１５ バイナリ型フォトマスク
２０ ハーフトーン型位相シフトマスクブランクス
２３ ハーフトーン型位相シフト膜
２５ ハーフトーン型位相シフトマスク
２６ ハーフトーン型位相シフト膜パターン
３０ 基板掘り込み型位相シフトマスクブランクス
３６ 基板掘り込み型位相シフトパターン
４１、５１ 第１のレジスト膜
４２、５２ 第１のレジストパターン
４３ 遮光膜パターン（エッチングマスク用）
４５、５５ 第２のレジスト膜
４６、５６ 第２のレジストパターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に単層もしくは２層以上の薄膜が形成されたフォトマスクブランクスにおいて、
前記単層もしくは２層以上の薄膜のうち、少なくとも１層が遮光膜であり、該遮光膜が酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とすることを特徴とするフォトマスクブランクス。
【請求項２】
前記遮光膜が、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から選択された金属元素のいずれか１種を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクブランクス。
【請求項３】
前記遮光膜が、前記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のフォトマスクブランクス。
【請求項４】
透明基板上の単層もしくは２層以上の薄膜をパターン化したフォトマスクにおいて、
前記単層もしくは２層以上の薄膜のうち、少なくとも１層が遮光膜であり、該遮光膜が酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とすることを特徴とするフォトマスク。
【請求項５】
前記遮光膜が、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から選択された金属元素のいずれか１種を主成分とすることを特徴とする請求項４に記載のフォトマスク。
【請求項６】
前記遮光膜が、前記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のフォトマスク。
【請求項１】
透明基板上に単層もしくは２層以上の薄膜が形成されたフォトマスクブランクスにおいて、
前記単層もしくは２層以上の薄膜のうち、少なくとも１層が遮光膜であり、該遮光膜が酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とすることを特徴とするフォトマスクブランクス。
【請求項２】
前記遮光膜が、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から選択された金属元素のいずれか１種を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクブランクス。
【請求項３】
前記遮光膜が、前記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のフォトマスクブランクス。
【請求項４】
透明基板上の単層もしくは２層以上の薄膜をパターン化したフォトマスクにおいて、
前記単層もしくは２層以上の薄膜のうち、少なくとも１層が遮光膜であり、該遮光膜が酸素非含有塩素系ガスでドライエッチング可能で、かつフッ素系ガスでは実質的にドライエッチングされない材料を主成分とすることを特徴とするフォトマスク。
【請求項５】
前記遮光膜が、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）から選択された金属元素のいずれか１種を主成分とすることを特徴とする請求項４に記載のフォトマスク。
【請求項６】
前記遮光膜が、前記金属元素の窒化物、酸化物、または酸化窒化物のいずれかであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のフォトマスク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−９２８２３（Ｐ２００９−９２８２３Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６１８６２（Ｐ２００７−２６１８６２）
【出願日】平成１９年１０月５日（２００７．１０．５）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月５日（２００７．１０．５）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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