特許 5662101 ハーフトーン型位相シフトフォトマスクブランクとハーフトーン型位相シフトフォトマスク及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5662101

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年1月28日

(54)【発明の名称】ハーフトーン型位相シフトフォトマスクブランクとハーフトーン型位相シフトフォトマスク及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 1/32 20120101AFI20150108BHJP

   G03F 1/68 20120101ALI20150108BHJP

   G03F 1/80 20120101ALI20150108BHJP

【ＦＩ】

   G03F1/32

   G03F1/68

   G03F1/80

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2010-233841(P2010-233841)

(22)【出願日】2010年10月18日

(65)【公開番号】特開2011-95744(P2011-95744A)

(43)【公開日】2011年5月12日

【審査請求日】2013年8月20日

(31)【優先権主張番号】10-2009-0104504

(32)【優先日】2009年10月30日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100086368

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 誠

(72)【発明者】

【氏名】張 日 容

(72)【発明者】

【氏名】金 勳

(72)【発明者】

【氏名】李 惠 京

(72)【発明者】

【氏名】禹 相 均

(72)【発明者】

【氏名】南 東 錫

【審査官】 佐野 浩樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１８８３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４８８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００１／０００９７４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−０６２５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２７９４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００３５１５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１０２４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０７１９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｆ １／００ − １／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明基板上に、シフト層、遮光層及び第１レジスト層が積層されたフォトマスクブランクを準備する工程と、
前記第１レジスト層を現像して、その領域内にある前記遮光層の一部を露出させるパターン領域Ｐと、その領域内にある前記遮光層を露出させないブラインド領域Ｂとを定義する第１レジストパターンを形成する工程と、
前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして、前記パターン領域Ｐ内の前記遮光層の露出された部分をエッチングし、前記シフト層を選択的に露出させて遮光パターンを形成する工程と、
前記第１レジストパターンを除去する工程と、
前記遮光パターンをエッチングマスクとして前記露出したシフト層をエッチングし、前記透明基板の表面を露出させないハーフシフトパターンを形成する工程と、
前記遮光パターン及び前記ハーフシフトパターン上に第２レジスト層を形成する工程と、
前記第２レジスト層を現像して前記パターン領域Ｐが露出する第２レジストパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターンをエッチングマスクとして前記パターン領域Ｐ内の前記遮光パターンを除去し、前記ハーフシフトパターンを露出する工程と、
前記第２レジストパターンを除去する工程と、
前記遮光パターンをエッチングマスクとして前記ハーフシフトパターンを部分エッチングしてブラインド領域Ｂの第１シフトパターンよりも厚さが薄くなる第２シフトパターンを形成する工程と、
を含み、
前記第２シフトパターンを形成する工程は、
前記第２シフトパターンによって定義される第２シフトパターン開口の底面において、前記透明基板が露出されるように、前記第２シフトパターン開口内の前記シフト層をエッチングする工程を含むことを特徴とするハーフトーン型位相シフトフォトマスク製造方法。

【請求項2】

前記ハーフシフトパターンを形成する工程は、
前記ハーフシフトパターンによって定義されるハーフシフト開口においてエッチング対象物である前記シフト層がハーフエッチングされる工程を意味し、
前記ハーフエッチングされることは前記シフト層が完全にはエッチングされないことを意味し、
前記完全にエッチングされないことは、前記透明基板が露出しないことを意味することを特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型位相シフトフォトマスク製造方法。

【請求項3】

前記ハーフシフトパターンを形成する工程は、
前記ハーフシフトパターンによって定義されるハーフシフト開口の底面から前記透明基板までの前記シフト層の厚さが、第１シフトパターンの厚さＴ３と第２シフトパターンの厚さＴ４との差ｔの厚さに相当する厚さになるように、前記ハーフシフト開口内の前記シフト層をエッチングする工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型位相シフトフォトマスク製造方法。

【請求項4】

前記第２シフトパターンを形成する工程は、
前記第２シフトパターンの厚さＴ４が前記ハーフシフトパターンの厚さＴ３、または第１シフトパターンの厚さＴ３よりもｔの厚さ分さらに薄くなることを特徴とする請求項１に記載のハーフトーン型位相シフトフォトマスク製造方法。

【請求項5】

前記第２シフトパターンの厚さＴ４は、前記ハーフシフトパターンの厚さＴ３または第１シフトパターンの厚さＴ３の１／２倍となることを特徴とする請求項１に記載の位相シフトフォトマスク製造方法。

【請求項6】

透明基板の全面にシフト層を蒸着する工程と、
前記シフト層全面に遮光層を蒸着する工程と、
前記遮光層全面に第１レジスト層を塗布する工程と、
前記第１レジスト層に第１露光及び現像工程により、ブラインド領域Ｂとパターン領域Ｐとに区分される第１レジストパターンを形成する工程と、
前記第１レジストパターンをエッチングマスクとする前記遮光層のエッチング工程により遮光パターンを形成する工程と、
前記第１レジストパターンを除去する工程と、
前記遮光パターンをエッチングマスクとする前記シフト層のハーフエッチング工程によりハーフシフト開口を限定するハーフシフトパターンを形成する工程と、
前記第２レジスト層を積層する工程と、
前記第２レジスト層に第２露光及び現像工程により、前記パターン領域Ｐだけを全部開口する第２レジストパターンを形成する工程と、
前記第２レジストパターンをエッチングマスクとしてエッチング工程を行うことで、パターン領域Ｐの遮光パターンを除去する工程と、
前記第２レジストパターンを除去する工程と、
前記ブラインド領域Ｂの遮光パターンをエッチングマスクとして部分エッチング工程を行うことで、ブラインド領域Ｂの第１シフトパターンの厚さＴ３とパターン領域Ｐの第２シフトパターンの厚さＴ４とをそれぞれ相異するように形成する工程と、
を含み、
前記第２シフトパターンを形成する工程は、
前記第２シフトパターンによって定義される第２シフトパターン開口の底面において、前記透明基板が露出されるように、前記第２シフトパターン開口内の前記シフト層をエッチングする工程を含むことを特徴とするハーフトーン型位相シフトフォトマスク製造方法。

【請求項7】

前記ハーフシフトパターンを形成する工程においてエッチング終了時点は、
ハーフエッチング工程によってリセスされるハーフシフト開口の深さＤが第２シフトパターンの厚さＴ４と一致する時点(Ｄ＝Ｔ４)、またはリセスされて残留高さＨがハーフシフトパターンの厚さＴ３と第２シフトパターンの厚さＴ４との差ｔと一致する時点(Ｈ＝Ｔ３−Ｔ４＝ｔ)であることを特徴とする請求項６に記載のハーフトーン型位相シフトフォトマスク製造方法。

【請求項8】

前記第２シフトパターンを形成する工程においてエッチング終了時点は、
前記ハーフシフトパターンの厚さＴ３が厚さＴ４に減少して前記ハーフシフトパターンが第２シフトパターンとなり、前記ハーフシフト開口の厚さＴ３が完全に除去されて前記ハーフシフト開口が第２シフト開口となることを特徴とする請求項６に記載のハーフトーン型位相シフトフォトマスク製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハーフトーン型位相シフトフォトマスクブランクとハーフトーン型位相シフトフォトマスク及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、フォトリソグラフィ技術を用いてウエハ上に半導体素子の各種パターンを形成することができる。しかし、半導体素子が高集積化するに伴ってコンタクトパターンや配線パターンが微細化され、既存のフォトマスクを用いることが困難となってきた。その対策の一環として、ハーフトーン型位相シフトフォトマスクが用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−１０２４０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、微細パターンの解像度を改善することができるように、遮光層を薄膜化したハーフトーン型位相シフトフォトマスクブランクとハーフトーン型位相シフトフォトマスク及びそ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】

【0005】

上記課題を解決するために本発明のある観点によれば、本発明のフォトマスク製造方法は、透明基板上にシフト層、遮光層及び第１レジスト層が積層されたフォトマスクブランクを準備する工程と、前記第１レジスト層を現像して前記遮光層を露出させるパターン領域Ｐと前記遮光層を露出させないブラインド領域Ｂとを定義する第１レジストパターンを形成する工程と、前記第１レジストパターンをエッチングマスクとして前記遮光層をエッチングし、前記シフト層を選択的に露出させて遮光パターンを形成する工程と、前記第１レジストパターンを除去する工程と、前記遮光パターンをエッチングマスクとして前記露出したシフト層をエッチングし、前記透明基板の表面を露出させないハーフシフトパターンを形成する工程と、前記遮光パターン及び前記ハーフシフトパターン上に第２レジスト層を形成する工程と、前記第２レジスト層を現像して前記パターン領域が露出する第２レジストパターンを形成する工程と、前記第２レジストパターンをエッチングマスクにより前記遮光パターンを除去し、前記ハーフシフトパターンを露出する工程と、前記第２レジストパターンを除去する工程と、前記遮光パターンをエッチングマスクにより前記ハーフシフトパターンを部分エッチングしてブラインド領域Ｂの第１シフトパターンよりも厚さを薄くする第２シフトパターンを形成する工程と、を含む。

【0006】

前記ハーフシフトパターンを形成する工程は、前記ハーフシフトパターンによって定義されるハーフシフト開口において、エッチング対象物の前記シフト層がハーフエッチングされる工程を意味し、前記ハーフエッチングされることは前記シフト層が完全にはエッチングされないことを意味し、前記完全にエッチングされないことは前記透明基板が露出されないことを意味する。

【0007】

前記ハーフシフトパターンを形成する工程は、前記ハーフシフトパターンによって定義される前記ハーフシフト開口でエッチングせず、残留部分が第１シフトパターンの厚さＴ３と第２シフトパターンの厚さＴ４との差ｔの厚さ程度である。

【0008】

前記第２シフトパターンを形成する工程は、前記第２シフトパターンの厚さＴ４が、前記ハーフシフトパターンの厚さＴ３または第１シフトパターンの厚さＴ３よりも厚さｔだけさらに薄くなる。

【0009】

前記第２シフトパターンを形成する工程は、前記第２シフトパターンによって定義される前記第２シフトパターン開口でエッチングせず、また残留部分が存在せず、前記透明基板が露出される。

【0010】

前記第２シフトパターンの厚さＴ４は、前記ハーフシフトパターンの厚さＴ３または第１シフトパターンの厚さＴ３の１／２倍である。

【0011】

本発明の別の観点によれば、本発明のフォトマスク製造方法は、透明基板の全面にシフト層を蒸着する工程と、前記シフト層全面に遮光層を蒸着する工程と、前記遮光層全面に第１レジスト層を塗布する工程と、前記第１レジスト層に第１露光及び現像工程により、ブラインド領域Ｂとパターン領域Ｐとに区分される第１レジストパターンを形成する工程と、前記第１レジストパターンをエッチングマスクとする前記遮光層のエッチング工程により遮光パターンを形成する工程と、前記第１レジストパターンを除去する工程と、前記遮光パターンをエッチングマスクとする前記シフト層のハーフエッチング工程によりハーフシフト開口を限定するハーフシフトパターンを形成する工程と、前記第２レジスト層を積層する工程と、前記第２レジスト層に第２露光及び現像工程に介して、前記パターン領域Ｐだけを全部オープンする第２レジストパターンを形成する工程と、前記第２レジストパターンをエッチングマスクとしてエッチング工程を行うことで、パターン領域Ｐの遮光パターンを除去する工程と、前記第２レジストパターンを除去する工程と、前記ブラインド領域Ｂの遮光パターンをエッチングマスクとして部分エッチング工程を行うことで、ブラインド領域Ｂの第１シフトパターンの厚さＴ３とパターン領域Ｐの第２シフトパターンの厚さＴ４がそれぞれ異なるように形成する工程と、を含む。

【0012】

前記ハーフシフトパターンを形成する工程においてエッチング終了時点は、ハーフエッチング工程によりリセスされるハーフシフト開口の深さＤが第２シフトパターンの厚さＴ４と一致する時点(Ｄ＝Ｔ４)あるいはリセスされて残留高さＨがハーフシフトパターンの厚さＴ３と第２シフトパターンの厚さＴ４との差ｔの厚さと一致する時点(Ｈ＝Ｔ３−Ｔ４＝ｔ)である。

【0013】

前記第２シフトパターンを形成する工程においてエッチング終了時点は、前記ハーフシフトパターンの厚さＴ３が厚さＴ４に減少して前記ハーフシフトパターンが第２シフトパターンとなり、前記ハーフシフト開口の厚さＴ３が完全に除去されて前記ハーフシフト開口が第２シフト開口となる。

【0014】

前記シフトパターンを形成する工程においてエッチング終了時点は、エッチング工程を行いながら形成するハーフシフト開口の底面において前記透明基板が露出される時点である。

【0015】

本発明のさらに別の観点によれば、本発明のフォトマスクブランクは、露光光に対して透過性を有する透明基板と、前記透明基板上に形成され、中央のパターン領域Ｐと周辺のブラインド領域Ｂとに区分され、前記ブラインド領域Ｂの厚さが前記パターン領域Ｐの厚さよりもさらに厚く、前記パターン領域Ｐを介して露光光を位相シフトするシフトパターン及び前記ブラインド領域Ｂのシフトパターン上に形成され、露光光に対して遮光性を有する遮光パターンとを含むことができる。

【0016】

前記パターン領域Ｐにおいて前記シフトパターンは、前記露光光に対して１〜３０％の透過率を有し、前記シフトパターンと前記シフトパターンによって定義されるシフト開口との間で位相シフト効果のために前記露光光の位相差は１８０゜を維持し、前記ブラインド領域Ｂで前記シフトパターンは、遮光効果のために光学密度(ＯＤ)が２．５以上確保される。

【0017】

前記ブラインド領域Ｂのシフトパターンの厚さはパターン領域Ｐのシフトパターンの厚さの１．５〜２．５倍である。

【0018】

前記シフトパターンと遮光パターンとに用いられる物質の種類によってブラインド領域Ｂの光学密度(ＯＤ)を確保するための前記各パターンの厚さは変化し、前記ブラインド領域Ｂにおいて、前記遮光パターンの厚さとシフトパターンの厚さを合わせて少なくとも１,０９０Å以上確保される。

【0019】

前記ブラインド領域Ｂにおいて前記遮光パターンの厚さは、１００〜１６０Åである。

【0020】

前記シフトパターンはＭｏＳｉＯＮ系列で構成され、遮光パターンはＣｒ系列で構成され、波長λが１９３ｎｍである露光光の条件で、前記ブラインド領域Ｂにおける前記ＭｏＳｉＯＮの厚さは１,３２０Åであり、前記パターン領域Ｐにおいて前記ＭｏＳｉＯＮの厚さは６６０Åであり、前記Ｃｒの厚さは１６０Åである。

【0021】

前記ブラインド領域Ｂの光学密度(ＯＤ)は、波長λが１９３ｎｍである露光光の条件で、３．０を確保することができる。

【0022】

本発明のさらに別の観点によれば、本発明のフォトマスクブランクは、Ｑｚ系列の基板と、９３０〜１,３２０Åの厚さで前記Ｑｚ基板上に積層されるＭｏＳｉＯＮ系列のシフト層と、１００〜１６０Åの厚さで前記シフト層上に積層されるＣｒ系列の遮光層と、１０００〜１２００Åの厚さで前記遮光層上に積層されるレジスト層と、を含むことができる。

【0023】

前記シフト層と前記遮光層とを合わせた厚さは、光学密度(ＯＤ)が３．０以上に確保されるように１,０９０Å以上とすることができる。

【0024】

前記レジスト層は、パターン形成する際、前記パターンの縦横比が１：２．５以下とすることができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明の構成によれば、次のような効果が期待できる。

【0026】

第一、ブラインド領域Ｂにおいてシフトパターンの厚さは、従来と比べてさらに厚くなっていて、光学密度(ＯＤ)が３．０以上確保される。パターン領域Ｐにおいてシフトパターンの厚さはそのまま維持することができ、位相差は１８０゜を実現することができる。

【0027】

第二、ブラインド領域Ｂにおいてシフトパターンを厚膜化することで、光学密度(ＯＤ)はそのまま確保され、結果的に遮光パターンは薄膜化される。

【0028】

第三、遮光パターンを薄膜化することで、マスク機能を行うレジスト厚さもさらに薄膜化され、パターンの解像度が改善される。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の一実施形態に係るハーフトーン型位相シフトフォトマスクの構成を示す断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るＳＲＡＦパターンがさらに備えられたハーフトーン型位相シフトフォトマスクの構成を示す断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るブラインド領域ＢにおいてＭｏＳｉＯＮ及びＣｒの厚さと光透過率との関係を示すグラフである。

【図4】本発明の一実施形態に係るブラインド領域ＢにおいてＭｏＳｉＯＮ及びＣｒの厚さと光学密度(ＯＤ)との関係を示すグラフである。

【図5】ハーフトーン型位相シフトフォトマスクブランクの構成を示す断面図である。

【図6a】ハーフトーン型位相シフトフォトマスクの製造方法を示す断面図である。

【図6b】ハーフトーン型位相シフトフォトマスクの製造方法を示す断面図である。

【図6c】ハーフトーン型位相シフトフォトマスクの製造方法を示す断面図である。

【図6d】ハーフトーン型位相シフトフォトマスクの製造方法を示す断面図である。

【図6e】ハーフトーン型位相シフトフォトマスクの製造方法を示す断面図である。

【図6f】ハーフトーン型位相シフトフォトマスクの製造方法を示す断面図である。

【図6g】ハーフトーン型位相シフトフォトマスクの製造方法を示す断面図である。

【図6h】ハーフトーン型位相シフトフォトマスクの製造方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の技術的思想によるハーフトーン型位相シフトフォトマスクブランクとハーフトーン型位相シフトフォトマスク及びその製造方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。

【0031】

図１は本発明の一実施形態に係るハーフトーン型位相シフトフォトマスクの構成を示す断面図であり、図２は本発明の一実施形態に係るＳＲＡＦパターンをさらに備えたハーフトーン型位相シフトフォトマスクの構成を示す断面図であり、図３は本発明の一実施形態に係るブラインド領域ＢにおいてＭｏＳｉＯＮ及びＣｒの厚さと光透過率との関係を示すグラフであり、図４は本発明の一実施形態に係るブラインド領域ＢにおいてＭｏＳｉＯＮ及びＣｒの厚さと光学密度(ＯＤ)との関係を示すグラフである。

【0032】

図１に示すように、フォトマスク１００は、平面図において、その中央に配置されるパターン領域Ｐと、その周辺に配置されるブラインド領域Ｂと、を含む。パターン領域Ｐは、ウエハに転写される回路パターン(例えば、コンタクトパターンや配線パターン)のようなメインパターン１２６を含む。ブラインド領域Ｂは、フォトマスク１００を露光装置に整列する整列手段(図示せず)などを含むことができる。

【0033】

さらに、図１に示すように、フォトマスク１００は、縦断面において、露光光に対して透過性を有する透明基板１１０と、露光光に対して遮光性を有する遮光パターン１４２と、透明基板１１０と遮光パターン１４２との間に介在し、所定の割合で露光光を透過させるシフトパターン１２４、１２６とを含む。シフトパターン１２４、１２６は、ブラインド領域Ｂの第１シフトパターン１２４と、パターン領域Ｐの第２シフトパターン１２６と、を含む。

【0034】

一方、ブラインド領域Ｂは、露光時に、フォトマスク１００周りに露光光が透過されないように透過率を０％とすることで、ウエハ上に精密なパターンを形成する機能を行う。したがって、ブラインド領域Ｂの光学密度(ＯＤ)は、露光時に、ウエハ上に不必要な光が透過されないようにするために、少なくとも２．５以上とすることができ、安定的に３．０とすることができる。

【0035】

また、繰り返し使用や周期的な洗浄によりブラインド領域Ｂの薄膜ロス(ｌｏｓｓ)が不可避的に発生するため、その厚さが少しずつ薄くなっていき、光学密度(ＯＤ)の確保が困難となる場合がある。例えば、露光光の波長λが１９３ｎｍの場合、２．５以上の光学密度(ＯＤ)を確保するために、ブラインド領域Ｂにおける遮光パターン１４２の厚さと第１シフトパターン１２４の厚さとを合わせて１,０９０Å以上にしなければならない。

【0036】

一方、ブラインド領域Ｂにおける遮光パターン１４２の厚さは１６０Åを超えないようにすることが好ましい。

【0037】

図２に示すように、メインパターン１２６ａの解像度を高めるために、サブレゾリューションアシストフィーチャ(ｓｕｂ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｓｓｉｓｔ ｆｅａｔｕｒｅ：ＳＲＡＦ)をさらに用いることができる。このＳＲＡＦパターン１２６ｂは限界解像度以下の補助パターンとして、光近接効果（ＯＰＥ)を補正する機能を有する。

【0038】

半導体素子の集積度を向上させるため、デザインルールが小さくなるに伴って、露光時のメインパターン１２６ａの形成が最も重要となる。しかしながら、メインパターン１２６ａの閾値(ＣＤ)の幅よりもＳＲＡＦパターン１２６ｂの閾値(ＣＤ)の幅がより小さいために、ＳＲＡＦパターン１２６ｂの形成が最も重要である。ＳＲＡＦパターン１２６ｂの解像度を高めることはますます難しくなってくる。

【0039】

このように、光近接効果(ＯＰＥ)による疎密偏差を解消するために、ＳＲＡＦパターン１２６ｂの形成は必須である。しかし、デザインルールが小さくなり、またＳＲＡＦパターン１２６ｂはメインパターン１２６ａの半分程度にその閾値(ＣＤ)の幅が小さくなるため、現在のフォトマスク製作技術ではパターン形成は限界に達している。したがって、フォトマスク製作時に、ＳＲＡＦパターン１２６ｂが安定的に形成されるように多様な露光条件を設定することが最も重要である。

【0040】

上述のように、ブラインド領域Ｂにおいて光学密度(ＯＤ)を２．５以上に確保するためには、全体領域に厚い遮光層を用いればよいが、厚い遮光層をエッチングするためには、それと比例して厚いレジスト層を用いなければならない。

【0041】

ところが、厚いレジストパターン(図６ａの１５２参照)の場合、例えば、ＳＲＡＦパターン１２６ｂの形成時にその縦横比が１：２．５(ｂｏｔｔｏｍ：ｈｅｉｇｈｔ)以上である場合、ＳＲＡＦパターン１２６ｂが崩壊しやすい。特に、４５ｎｍパターン形成工程においてその現象は著しくなる。よって、第１レジスト層(図５の１５０参照)の厚さＴ１を厚くすることにも限界がある。第１レジスト層１５０の厚さＴ１が１５００Åを超えると、微細パターン形成は難しくなる。ＳＲＡＦパターン１２６ｂの縦横比を１：２．５以下にするために、第１レジスト層１５０の厚さＴ１は１,０００〜１,２００Å範囲において決定される。

【0042】

このように、薄膜レジストの要求を充足させるためには、遮光層(図５の１４０参照)の厚さＴ２も一緒に減少させるしかない。よって、遮光層１４０の厚さＴ２は、１００〜１６０Åの範囲において決定される。

【0043】

そこで、遮光パターン１４２の厚さＴ２は減少されなければならないのに対して、ブラインド領域Ｂの全体厚さ(Ｔ２＋Ｔ３)は増加されるという、相反する問題点が発生する。この２つの矛盾した課題を解決するためには、少なくともブラインド領域Ｂで遮光パターン１４２の厚さＴ２は減少させ、第１シフトパターン１２４の厚さＴ３は増加させなければならない。第１シフトパターン１２４の厚さＴ３は、少なくとも９３０Å以上とすべきである。

【0044】

勿論、第１及び第２シフトパターン１２４、１２６は、上記ブラインド領域Ｂとパターン領域Ｐとで、その厚さＴ３、Ｔ４は互いに相違していなければならない。第２シフトパターン１２６の厚さＴ４は、第１シフトパターン１２４と違って７２０Åを超えないことが好ましい。すなわち、露光光に対して１〜３０％の透過率を有する第２シフトパターン１２６と、シフトパターン１２６によって限定される第２シフト開口１３４との間に露光光が９０〜２７０゜の位相差を維持させるために、第２シフトパターン１２６の厚さＴ４は６６０Å程度で決定される。

【0045】

さらに、上述のように、半導体素子が高集積化され、デザインルールが微細化されるに伴って、メインパターン１２６ａ及びＳＲＡＦパターン１２６ｂも、それに比例して微細化、薄膜化するために、このような薄膜化要求によって第２シフトパターン１２６の厚さは７２０Å→５９０Å→４８０Åと漸進的に薄くなっている。特に、第２シフトパターン１２６にＭｏＳｉＯＮが用いられ、また透明基板に石英が使用される条件において位相差を１８０゜に実現するためには、第２シフトパターン１２６は６６０Åの厚さを満たさなければならない。

【0046】

以下、第１シフトパターン１２４と遮光パターン１４２とに用いる物質の種類によって光学密度(ＯＤ)を確保するための各パターンの厚さが変化するため、一実施形態ではシフトパターン１２４、１２６にＭｏＳｉＯＮを用い、遮光パターン１４２にＣｒを使用する条件において、光学密度(ＯＤ)と各パターン厚さとの関係を考察することができる。

【0047】

例えば、第１シフトパターン１２４としてＭｏＳｉＯＮを用い、遮光パターン１４２としてＣｒを用いる場合、波長λが１９３ｎｍである露光光の条件において、光透過率の下記式によりＭｏＳｉＯＮの厚さＤ及びＣｒの厚さｄによる光学密度(ＯＤ)が計算される。

【0048】

【数1】

【0049】

【数2】

【0050】

ＭｏＳｉＯＮの屈折率ｎは２．３４３であり、減殺定数ｋは０．５８６であり、Ｃｒの屈折率ｎは１．４７７であり、減殺定数ｋは１．７６２であるため、式１を用いて光透過率を計算すると、図３のようなグラフで示すことができる。また、式２を用いて光学密度(ＯＤ)を計算すると、図４のようなグラフで示すことができる。

【0051】

図４に示すように、ＭｏＳｉＯＮとＣｒとの厚さを適切に変更することで、ブラインド領域Ｂにおける光学密度(ＯＤ)の調節が可能である。例えば、ＭｏＳｉＯＮの厚さが１,２００Åにおいて、Ｃｒの厚さを１００Å→１６０Å→１８０Å→２００Åに増やせば、光学密度(ＯＤ)は２．５から３．０に増加することがわかる。逆に、Ｃｒの厚さが１６０Åにおいて、ＭｏＳｉＯＮの厚さを１,２００Å→１,３００Åに増やせば、光学密度(ＯＤ)は２．７から３．０に増加することがわかる。特に、ＭｏＳｉＯＮの厚さは、通常に用いられる６６０Åの２倍である１,３２０Åを用いると、Ｃｒの厚さは１６０Åの条件でも光学密度(ＯＤ)は３以上に確保することができる。

【0052】

このように、ブラインド領域ＢにおけるＭｏＳｉＯＮの厚さＴ３は１,３２０Åになり、パターン領域ＰにおけるＭｏＳｉＯＮの厚さＴ４は６６０Åになれば、ブラインド領域ＢにおいてＭｏＳｉＯＮの厚さＴ３がパターン領域ＰにおけるＭｏＳｉＯＮの厚さＴ４よりも２倍以上厚くなるため、ブラインド領域Ｂにおいては光学密度(ＯＤ)を３以上確保しながらパターン領域Ｐでは１８０゜の位相差を実現することができる。

【0053】

すなわち、本発明の一実施形態によれば、このような相反した要求をすべて解決するために、パターン領域Ｐでは微細パターン形成のために第２シフトパターン１２６の厚さＴ４を薄膜化しながら、ブラインド領域Ｂでは第１シフトパターン１２４の厚さＴ３を増加させることで、光学密度(ＯＤ)を最適の状態に維持することができる。

【0054】

以下、本発明に係るハーフトーン型位相シフトフォトマスクブランクとハーフトーン型位相シフトフォトマスクの製造方法について、図面を参照して具体的に説明する。

【0055】

図５はハーフトーン型位相シフトフォトマスクブランクの構成を示す縦断面図であり、図６ａないし図６ｈはハーフトーン型位相シフトフォトマスクの製造方法を示す縦断面図である。

【0056】

図５に示すように、フォトマスクブランク１０２は、透明基板１１０と、透明基板１１０上部に積層されたシフト層１２０と、シフト層１２０上に積層された遮光層１４０と、遮光層１４０上に積層された第１レジスト層１５０と、を含む。図示してないが、遮光層１４０上に反射防止層ＡＲＬがさらに含まれている。

【0057】

透明基板１１０は結晶質であって、露光光を透過することができる透明なＱｚ(石英)あるいはガラスとすることができる。

【0058】

シフト層１２０は、透明基板１１０上に所定の露光光を透過させるために、窒化珪化モリブデン(ＭｏＳｉＮ)、窒化炭化珪化モリブデン(ＭｏＳｉＣＮ)、窒化酸化珪化モリブデン(ＭｏＳｉＯＮ)、窒化酸化炭化珪化モリブデン(ＭｏＳｉＣＯＮ)などのような物質で構成することができる。シフト層１２０は、ＭｏＳｉＯＮを用いる場合、光学密度(ＯＤ)の確保のために９３０〜１３２０Åの厚さに形成される。

【0059】

遮光層１４０には、クロム(Ｃｒ)、炭化クロム(ＣｒＣ)、窒化クロム(ＣｒＮ)、窒化炭化クロム(ＣｒＣＮ)などが用いられる。遮光層１４０は、Ｃｒが用いられた場合、薄膜レジスト層１５０の実現のために、１００〜１６０Åの厚さに形成される。

【0060】

第１レジスト層１５０は、ポジティブあるいはネガティブタイプの感光膜が用いられる。パターンの解像度を改善し、パターンの微細化を高めるために１,０００〜１,２００Åの厚さに形成される。

【0061】

図６ａに示すように、第１レジスト層１５０に対して、電子ビームを用いて第１露光及び現像工程を行う。これにより、パターン領域Ｐの一部のみが選択的に除去される第１レジストパターン１５２が形成される。第１レジストパターン１５２は、第１レジスト開口１５６を限定し、コンタクト形成のために複数のホールタイプに形成されるか、または配線形成のためにラインエンドスペースタイプに形成される。

【0062】

図６ｂに示すように、第１レジストパターン１５２をエッチングマスクとして遮光層１４０を乾式エッチングする。これにより、シフト層１２０を選択的に露出する遮光パターン１４２が形成される。

【0063】

図６ｃに示すように、第１レジストパターン１５２が除去され、また洗浄される。

【0064】

図６ｄに示すように、遮光パターン１４２をハードマスクとしてシフト層１２０がハーフエッチングされる。これにより、ハーフシフト開口１３２を限定するハーフシフトパターン１２２が形成される。ここで、ハーフエッチングの程度は、エッチング対象物であるシフト層１２０が完全にエッチングされない位の程度を意味する。よって、ハーフエッチングの程度は、ハーフシフト開口１３２ではエッチングせず、残留部分がブラインド領域Ｂの第１シフトパターン１２４の厚さＴ３とパターン領域Ｐのシフトパターン１２６の厚さＴ４との差ｔとすることができる。

【0065】

ハーフシフトパターン１２２は第１レジストパターン１５２と同様に、所定のコンタクトパターン、または配線パターンの形態として形成することができる。このとき、ハーフシフトパターン１２２は、後続工程で形成される第２シフトパターン１２６の厚さＴ４よりもｔの厚さ分だけ厚く形成することで、厚さＴ３となる。したがって、ハーフシフト開口１３２は透明基板１１０を露出せず、透明基板１１０からｔの厚さ分さらに厚く形成される。

【0066】

これにより、エッチング終了時点を適切に設定することで、シフト層１２０の一部がリセスされる程度、すなわち、ハーフエッチングの程度が決定される。リセス終了時点は、エッチング工程によりリセスされるハーフシフト開口１３２の深さＤがパターン領域Ｐにおいて後続工程で形成される第２シフトパターン１２６の厚さＴ３と一致する時点(Ｄ＝Ｔ３)であり、リセスされた後の残留高さＨが、ハーフシフトパターン１２２の厚さＴ３と後続工程の第２シフトパターン１２６の厚さＴ４との差に相当するｔと一致する時点(Ｈ＝Ｔ３−Ｔ４＝ｔ)である。エッチング工程でエッチングプロセスタイムを選択して検出する技術は、周知であり詳細な説明は省略する。

【0067】

本発明の一実施形態において、ハーフエッチングの程度がシフト層１２０の厚さの１／２であれば、ハーフシフト開口１３２の深さＤとリセス後の残留高さＨとが同一となり、第２シフトパターン１２６の厚さＴ４はハーフシフトパターン１２２の厚さＴ３の２倍となる。このようになると、ブラインド領域Ｂにおける第１シフトパターン１２４の厚さＴ３は、パターン領域Ｐにおける第２シフトパターン１２６の厚さＴ４の２倍となる条件を有することになり、ブラインド領域Ｂにおいて光学密度(ＯＤ)が３．０以上確保され、パターン領域Ｐにおいて位相差が１８０゜実現される。そして、図面では、便宜上、ハーフエッチングの程度が１／２として示されている。

【0068】

図６ｅに示すように、第２レジスト層(図示せず)を積層し、パターン領域Ｐをオープンするフォトリソグラピ工程が行われる。すなわち、第２レジスト層に、第２露光及び現像工程により第２レジスト開口１６６を定義する第２レジストパターン１６２が形成される。

【0069】

図６ｆに示すように、第２レジストパターン１６２をエッチングマスクとしてエッチング工程を行うことで、パターン領域Ｐの遮光パターン１４２が除去される。

【0070】

図６ｇに示すように、第２レジストパターン１６２が除去される。しかし、ブラインド領域Ｂの遮光パターン１４２はそのまま残存する。

【0071】

図６ｈに示すように、ブラインド領域Ｂの遮光パターン１４２をエッチングマスクとしてエッチング工程を行うことで、パターン領域Ｐにおいてハーフシフトパターン１２２の全体的な高さは低くなる。これにより、パターン領域Ｐに第２シフトパターン１２６が形成される。すなわち、パターン領域Ｐが全体的に厚さｔ程度除去されることで、ハーフシフトパターン１２２の厚さＴ４は第２シフトパターン１２６の厚さＴ３に減少し、ハーフシフト開口１３２の厚さＴ３は完全に除去されることで、第２シフト開口１３４が形成され、透明基板１１０が露出される。

【0072】

エッチング終了時点を適切に設定すれば、ハーフシフト開口１３２が完全にリセスされる程度を決定することができる。エッチング工程においてエッチング終了時点は、エッチング工程を進行しながら形成されるハーフシフト開口１３２の底面において透明基板１１０が露出される時点である。

【0073】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。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、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0074】

１００ フォトマスク
１０２ フォトマスクブランク
１１０ 透明基板
１２０ シフト層
１２２ ハーフシフトパターン
１２４、１２６ 第１及び第２シフトパターン
１２６ａ メインパターン
１２６ｂ ＳＲＡＦパターン
１３２ ハーフシフト開口
１３４ 第２シフト開口
１４０ 遮光層
１４２ 遮光パターン
１５０ 第１レジスト層
１５２ 第１レジストパターン
１５６ 第１レジスト開口
１６２ 第２レジストパターン
１６６ 第２レジスト開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6a】

【図6b】

【図6c】

【図6d】

【図6e】

【図6f】

【図6g】

【図6h】