JP2007279440A - ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンの寸法に応じて適切な光透過率をハーフトーン膜に対して与えることが可能なハーフトーン型位相シフトマスクを提供すること
【解決手段】透光性基板11の、遮光パターンが形成される部分、及び半遮光パターンが形成される部分に設けられたハーフトーン膜12と、ハーフトーン膜12のうち、遮光パターンが形成される部分にあるハーフトーン膜12上に設けられた遮光膜13とを備える。半遮光パターンは、ハーフトーン膜12からなる第１の半遮光パターン、及び第１の半遮光パターンよりも寸法が小さいハーフトーン膜12からなる第２の半遮光パターンを含み、ハーフトーン膜12のうち、遮光パターンが形成される部分、及び第２の半遮光パターンの部分が第１の光透過率を有し、第１の半遮光パターンの部分が第１の光透過率と異なる第２の光透過率を有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、フォトマスク及びその製造方法に係わり、特に、ハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法に関する。

近年、半導体製造プロセスに用いられているフォトリソグラフィ工程での課題が顕著になりつつある。半導体デバイスの微細化が進むに連れ、フォトリソグラフィ工程での微細化に対する要求が高まっている。既に、最先端のデバイスの設計ルールはハーフピッチ（ｈｐ）＝４５ｎｍにまで微細化し、液浸露光と偏光照明を組み合わせた露光により何とか微細化に対応している。このような中、従来最適とされていたハーフトーンマスクの光透過率６％がｈｐ＝５０ｎｍ以下の微細パターンでは最適では無くなり、ｈｐ＝４５ｎｍのパターンでは２％以下というもっと低い光透過率が最適であることが非特許文献１に示されている。

これは、マスクを通過した回折光の０次回折光と１次回折光の強度バランスがマスクの立体構造の影響を受け崩れてしまったためで、寸法が小さくなるにつれ０次回折光の強度が相対的に弱くなってしまうことに起因する。ハーフトーン型位相シフトマスクは０次回折光と１次回折光の強度がほぼ等しくなるところで最も効果を発揮する。この０次回折光と１次回折光の強度比が最適になる透過率が、微細パターンでは寸法が小さくなるにつれ低くなるのである。

ところが、ｈｐ＝４５ｎｍの集積回路パターン（本明細書ではデバイスパターンと呼ぶ）を持つ半導体集積回路装置を製造するフォトマスクにおいても、ｈｐ＝４５ｎｍのパターン領域も存在すれば、ｈｐ＝４５ｎｍよりも大きいパターン領域も存在する。これは、フォトマスク面内のデバイスパターンの寸法によってハーフトーンパターンの最適な光透過率が異なる、という事情が生じることを示唆する。

ところで、レベンソン型位相シフトマスクにおいては、特許文献１にあるように、開口部の寸法により開口部の光透過率が異なる（一般的に波長と同程度の寸法では小さい開口部ほど光透過率が小さくなる現象は良く知られている）ため、もっとも光透過率が小さくなる微細パターンに合わせて開口部の大きい領域の光透過率を下げる方法が開示されている。
T. Sato, et al., "Impact of polarization for an attenuated phase shift mask with ArF hyper-NA lithography, Proceedings of SPIE vol.5754 pp1063-1069 特開平６−１１８６１４号公報

この発明は、パターンの寸法に応じて適切な光透過率をハーフトーン膜に対して与えることが可能なハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法を提供する。

この発明の第１態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクは、遮光パターン、及び半遮光パターンを備えるハーフトーン型位相シフトマスクであって、透光性基板と、前記透光性基板の、前記遮光パターンが形成される部分、及び前記半遮光パターンが形成される部分に設けられたハーフトーン膜と、前記ハーフトーン膜のうち、前記遮光パターンが形成される部分にある前記ハーフトーン膜上に設けられた遮光膜と、を備え、前記半遮光パターンは、前記ハーフトーン膜からなる第１の半遮光パターン、及び前記第１の半遮光パターンよりも寸法が小さい前記ハーフトーン膜からなる第２の半遮光パターンを含み、前記ハーフトーン膜のうち、前記遮光パターンが形成される部分、及び前記第２の半遮光パターンの部分が第１の光透過率を有し、前記第１の半遮光パターンの部分が前記第１の光透過率と異なる第２の光透過率を有する。

この発明の第２態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法は、遮光パターン、及び半遮光パターンを備えるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法であって、透光性基板上に積層されたハーフトーン膜と遮光膜とを少なくとも備えるマスクブランクスを用意する工程と、前記マスクブランクスに、前記ハーフトーン膜、及び前記遮光膜の積層からなる遮光パターンと、前記ハーフトーン膜からなる第１の半遮光パターン、及び前記ハーフトーン膜からなり、前記第１の半遮光パターンよりも寸法が小さい第２の半遮光パターンを含む半遮光パターンと、を形成する工程と、前記ハーフトーン膜のうち、前記第１の半遮光パターンの部分の光透過率を選択的に、前記遮光パターンが形成される部分及び前記第２の半遮光パターンの部分の光透過率と変える工程とを具備する。

この発明によれば、パターンの寸法に応じて適切な光透過率をハーフトーン膜に対して与えることが可能なハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法を提供できる。

この発明の実施形態は、従来のレベンソン型位相シフトマスクの事情とは異なる事情に鑑みて為されたもので、前述の如くハーフトーン型位相シフトマスクにおける０次回折光と１次回折光の強度をそろえるためにハーフトーン膜の光透過率をパターンの寸法に応じて変化させる手法を提供するものである。

この発明の実施形態は、基本的に、例えば、２％程度の光透過率を有するハーフトーンマスクブランクスに、透過率を上げたい領域（最終的に大きなパターンが形成される領域）が開口部となったマスクパターン（一例はレジストパターン）を形成し、該マスクパターンをマスクに用いて遮光膜をエッチングしてハーフトーン膜を露呈させ、露呈したハーフトーン膜に光透過率を調整する処理を施すことで、マスク面内のハーフトーン膜の光透過率を部分的に６％程度に上げる。

その後、新たなマスクパターン（一例はレジストパターン）を形成し、通常のフォトマスク形成プロセスに従ってハーフトーンパターンを形成することで、低い光透過率が最適な微細パターン領域は低い光透過率を有し、高い光透過率が最適な大きなパターン領域は高い光透過率を有することができる。

このようなハーフトーン型位相シフトマスクを利用すれば、例えば、ｈｐ＝４５ｎｍ以下という極微細な回路パターンと、ｈｐ＝４５ｎｍを超える回路パターンとを含む半導体集積回路装置を歩留り良く製造することが可能となる。

さらに、以下に説明する光透過率を調整する処理は、いずれも通常のマスクプロセス装置において実施可能な処理であり、上記ハーフトーン型位相シフトマスクを簡便に製造することを可能とする。

さらに、フォトマスクには、ウェーハ露光時における漏れ光を抑えるために遮光帯部が設けられる。遮光帯部はハーフトーン膜と遮光膜との積層構造からなり、特に、遮光膜の膜厚は、露光波長をカットする厚さに設定されるが、この発明の実施形態においては、従来よりも低い光透過率を有するハーフトーン膜を用いるために、遮光膜の厚さを従来よりも薄膜化できる。遮光膜が薄膜化された結果として、マスクパターンの加工精度も向上する。さらに、マスクパターンの加工精度向上とハーフトーンパターンの寸法に応じた光透過率の最適化の結果、特に、例えば、ｈｐ＝４５ｎｍ以下という極微細な回路パターンの部分をより高い確率でウェーハ上に再現でき、例えば、ｈｐ＝４５ｎｍ以下という極微細な回路パターンと、ｈｐ＝４５ｎｍを超える回路パターンとを含む半導体集積回路装置の歩留りは、さらに向上する。

以下、この発明の実施形態のいくつかを、図面を参照して説明する。なお、図面においては、同一の部分については同一の参照符号を付す。

（第１実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを示す図である。

図１に示すように、本例に係るハーフトーン型位相シフトマスクは、透光性基板１１と、ハーフトーン膜１２と、遮光膜１３とを備える。ハーフトーン膜１２は、透光性基板１１のうち、遮光パターンが形成される部分、及び半遮光パターンが形成される部分に設けられる。遮光膜１３は、ハーフトーン膜１２のうち、遮光パターンが形成される部分に設けられる。遮光パターンの一例は、ウェーハ露光時における漏れ光を抑えるためにフォトマスクに設けられる遮光帯部である。

半遮光パターンは、ハーフトーン膜１２からなる第１の半遮光パターン３１と、同じくハーフトーン膜１２からなり、第１の半遮光パターン３１よりも寸法が小さい第２の半遮光パターン３０とを含む。

図１中、矢印３２、３３は、光透過経路を示す。光透過経路３２は第１の半遮光パターン３１よりも寸法が小さい第２の半遮光パターン３０を含む領域の光透過経路である。光透過経路３３は第１の半遮光パターン３１を含む領域の光透過経路である。

光は、透光性基板１１の、ハーフトーン膜１２、及び遮光膜１３が形成されていない面から入射され、透光性基板（一例は石英基板）１１を介して、及び透光性基板１１とハーフトーン膜（一例はＭｏＳｉＯＮ化合物膜）１２とを介して縮小投影光学系に入射される。縮小投影光学系を出た光は、半導体基板（一例はウェーハ）上に形成されたフォトレジスト膜に照射される。フォトレジスト膜には、ハーフトーン型位相シフトマスクに、半遮光パターン、及び遮光パターンを利用して描かれたデバイスパターンに従って感光しない部分と、感光する部分とが得られる。デバイスパターンとは、上述の通り、回路パターンのことであり、例えば、素子領域のパターン、配線のパターン、及びコンタクトホールのパターン（又はヴィアホールのパターン、又は配線溝のパターン）など、半導体集積回路装置の層毎に形成されるパターンを指す。

第２の半遮光パターン３０は、ハーフトーン型位相シフトマスクの中で、小さい寸法を有するパターンである。第２の半遮光パターン３０の寸法の一例は、ウェーハ上のフォトレジストを露光したとき、ｈｐ＝４５ｎｍのパターンが得られる寸法である。

第１の半遮光パターン３１は、第２の遮光パターン３０よりも大きい寸法を有するパターンである。第１の半遮光パターン３１の寸法の一例は、ウェーハ上のフォトレジストを露光したとき、ｈｐ＝４５ｎｍ超のパターンが得られる寸法である。

なお、第２の半遮光パターン３０は、ｈｐ＝４５ｎｍのように、最も寸法が小さいパターンが得られるパターンに限られるものではなく、例えば、ｈｐ＝５０ｎｍ以下のパターンが得られるパターンのように、寸法が小さいパターンが得られるパターンであって良い。この場合には、第１の半遮光パターン３１は、ｈｐ＝５０ｎｍ超のパターンが得られるパターンとすれば良い。

第１実施形態は、第１の半遮光パターン３１を含む領域（大きなパターン領域）にあるハーフトーン膜１２の光透過率を、第１の半遮光パターン３１以外にあるハーフトーン膜１２の光透過率よりも選択的に高くする。これにより、第１実施形態は、第１の半遮光パターン３１を含む領域（大きなパターン領域）の光透過率と、第２の半遮光パターン３０を含む領域（微細パターン領域）の光透過率とに、それぞれ最適な光透過率を与えることができる。

最適な光透過率の一例は、露光装置の光源をＡｒＦエキシマレーザー（波長＝１９３ｎｍ）、ハーフトーン膜１２を厚さ７０ｎｍのＭｏＳｉＯＮ化合物膜、ｈｐ＝４５ｎｍを解像する、と仮定したとき、第１の半遮光パターン３１を含む領域（大きなパターン領域）にあるハーフトーン膜１２において４％、第２の半遮光パターン３０を含む領域（微細パターン領域）にあるハーフトーン膜１２において２％である。

次に、第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法の一例を説明する。

図２〜図１０は、第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを、製造工程順に示す断面図である。

（高透過率領域の開口形成工程）
まず、マスク上に形成するパターンデータから高透過率パターンとしたい大きなパターン領域のパターンデータを発生させる。

次に、図２に示すように、ＡｒＦハーフトーン（ＨＴ）マスクブランクスを準備する。本例のマスクブランクスは、透光性基板１１と、透光性基板１１上に形成された透過率２％のハーフトーン膜１２と、ハーフトーン膜１２上に形成された遮光膜１３と、遮光膜１３上に塗布された電子ビームレジスト膜とを備える。透光性基板１１の一例は石英基板である。同じくハーフトーン膜１２の一例はＭｏＳｉＯＮ化合物である。同じく遮光膜１３の一例はクロムである。遮光膜１３の厚さは、透過率２％のハーフトーン膜との積層で必要十分な遮光性が得られればよく、従来の透過率６％のＡｒＦハーフトーンマスクブランクに比べて薄膜化したものを使用できた。遮光膜１３の厚さの一例は、３０ｎｍである。次いで、電子ビームマスク描画装置（一例はニューフレアテクノロジー製EBM5000）を用いて、レジスト膜に、アライメントマーク１０を画定する開口パターン、及びデバイスパターンを描画する。次いで、レジスト膜を現像し、上記開口パターンとデバイスパターンとを有するレジストパターン１４を形成する。

次に、図３に示すように、レジストパターン１４をエッチングのマスクに用いて、遮光膜１３をエッチング、例えば、ドライエッチングし、遮光膜１３に、デバイスパターンと、開口パターンに対応したアライメントマーク１０を形成する。遮光膜１３には、デバイスパターンとともに、アライメントマーク１０が同時に形成される。このとき、本例の遮光膜１３は、従来の透過率６％のＡｒＦハーフトーンマスクブランクよりも薄膜化されているので、遮光膜１３のエッチング時間が短縮される。さらに、遮光膜１３が薄いこと、及びエッチング時間が短いことから、遮光膜１３の寸法精度も向上する。

次に、図４に示すように、レジストパターン１４をエッチングのマスクに用いて、遮光膜１３に引き続き、ハーフトーン膜１２をエッチングする。ハーフトーン膜１２には、上記デバイスパターンと、上記第１の開口パターンに対応したアライメントマーク１０とが形成される。

次に、図５に示すように、レジストパターン１４を剥離する。次いで、透光性基板１１及び遮光膜１３上にレジストを塗布し、レジスト膜を形成する。次いで、上記電子ビームマスク描画装置を用いて、先に発生させた高透過率にしたい大きなパターン領域のパターンデータに基づき、遮光膜１３に形成されたアライメントマークを基準として位置合わせを行いながら、レジスト膜に、開口パターン１９を描画する。次いで、レジスト膜を現像し、開口パターン１９を有するレジストパターン１８を形成する。開口パターン１９からは、高透過率にしたい大きなパターン領域が露呈する。

次に、図６に示すように、レジストパターン１８をエッチングのマスクに用いて遮光膜１３をエッチングし、大きなパターン領域の部分にあるハーフトーン膜１２の表面を露呈させる。

（高透過率化処理工程）
次に、図７に示すように、レジストパターン１８を剥離する。次いで、遮光膜１３をマスクに用いて、大きなパターン領域の部分にあり、かつ、表面が露呈したハーフトーン膜１２の部分に、光照射処理、基板加熱処理、プラズマ処理、及び薬液処理の少なくとも一つを含む処理を施し、表面が露呈したハーフトーン膜１２の部分の光透過率を選択的に変化させる。本例では、ＡｒＦレーザーを１００ｋＪの照射量で、ハーフトーン膜１２に照射した。その結果、表面が露呈したハーフトーン膜１２の光透過率は、２％から４％に上昇した。光透過率を、さらに上げるには、例えば、ＡｒＦレーザーの照射量を増加させるか、ＡｒＦレーザーの波長よりも短波長の、例えば、Ｆ_２レーザーを照射すれば良い。この結果、微細なパターンは低透過率のハーフトーン膜１２のパターンとして形成され、あまり微細でないパターンはレーザー照射によって透過率を上昇させたハーフトーン膜１２のパターンとして形成される。

（遮光枠形成工程）
次に、図８に示すように、透光性基板１１、ハーフトーン膜１２、及び遮光膜１３上に、レジストを塗布し、レジスト膜を形成する。次いで、上記電子ビームマスク描画装置を用いて、デバイスパターンのパターンデータに基づき、遮光膜１３に形成されたアライメントマークを基準として位置合わせを行いながら、レジスト膜に、開口パターン２２を描画する。次いで、レジスト膜を現像し、開口パターン２２を有するレジストパターン２１を形成する。開口パターン２２からは、デバイスパターンが露呈する。本例では、開口パターン２２を描画し、現像する工程は、マスク上に形成する遮光帯部パターン（遮光枠）のデータを描画し、現像する工程である。

次に、図９に示すように、レジストパターン２１をエッチングのマスクに用いて遮光膜１３をエッチングし、デバイスパターンの部分にあるハーフトーン膜１２を露呈させる。

次に、図１０に示すように、レジストパターン２１を剥離することで、第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクが完成する。

第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクは、微細パターン領域３０に含まれるハーフトーン膜１２及び遮光帯部に含まれるハーフトーン膜１２の光透過率は２％で、あまり微細でないパターン領域３１に含まれるハーフトーン膜１２の光透過率は４％であるハーフトーン型位相シフトマスクとなる。従って、ハーフトーン膜１２の光透過率が一律の場合と比較してリソグラフィの余裕度が向上する。リソグラフィの余裕度が向上することで、半導体集積回路装置を、歩留り良く製造することができる。

さらに、マスクブランクスの状態におけるハーフトーン膜１２の光透過率は、従来のハーフトーン膜１２の光透過率よりも低い２％とすることにより、遮光膜１３の薄膜化が可能となる。遮光膜１３を薄膜化すると、マスクブランクスのドライエッチング加工精度が向上する。マスクブランクスのドライエッチング加工精度が向上すると、より精度の高いハーフトーン型位相シフトマスクを得ることができる。このことから、第１実施形態によれば、半導体集積回路装置を、より歩留り良く製造することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態において説明した高透過率化処理工程の別の例である。

第２実施形態は、高透過率化処理工程を、マスク基板加熱処理装置を用いて加工途中のマスクブランクスを大気雰囲気中で４５０℃、１時間加熱処理を行ったものである。

雰囲気は、特に限定されるものではないが、大気中もしくは酸素雰囲気中の場合、ハーフトーン膜１２の表面の酸化が促進されるので、透過率上昇に効果的である。その結果、表面が露呈された部分のハーフトーン膜１２の光透過率は、２％から４％に上昇する。なお、表面が遮光膜（例えば、クロム膜）１３で覆われた部分のハーフトーン膜１２の光透過率は、２％のままとなる。

このように、ハーフトーン膜１２を、例えば、遮光膜１３をマスクに用いて加熱処理することでも、ハーフトーン膜１２の光透過率を選択的に上昇させることができ、第１実施形態において説明した微細パターン領域３０に含まれるハーフトーン膜１２及び遮光帯部に含まれるハーフトーン膜１２の光透過率は２％で、あまり微細でないパターン領域３１に含まれるハーフトーン膜１２の光透過率は４％であるハーフトーン型位相シフトマスクを製造することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、第２実施形態と同様に、第１実施形態において説明した高透過率化処理工程の別の例である。

第３実施形態は、高透過率化処理工程を、マスク用ドライエッチング装置を用いてパワー＝２００Ｗ、圧力＝２０ｍＴ、酸素ガス流量＝１００ｓｃｃｍの条件で３０分プラズマ処理を行った。ここでは酸素ガスを用いて実施したが、プラズマに用いるガスは、水素、ヘリウム、窒素などでも同様の表面改質による高透過率化効果が得られる。

本例では、ハーフトーンパターンをエッチングせずに表面改質効果を狙って場合について述べたが、プラズマエッチングによって表面の一部を除去することによっても高透過率化は可能である。プラズマに用いるガス、プラズマ条件は特に限定されることはない。

この結果、表面が露呈された部分のハーフトーン膜１２の光透過率は、２％から４％に上昇し、表面が遮光膜（例えば、クロム膜）１３で覆われた部分の光透過率は、２％のままとなる。

このように、ハーフトーン膜１２を、例えば、遮光膜１３をマスクに用いてプラズマ処理することでも、ハーフトーン膜１２の光透過率を選択的に上昇させることができ、第１実施形態において説明した微細パターン領域３０に含まれるハーフトーン膜１２及び遮光帯部に含まれるハーフトーン膜１２の光透過率は２％で、あまり微細でないパターン領域３１に含まれるハーフトーン膜１２の光透過率は４％であるハーフトーン型位相シフトマスクを製造することができる。

なお、本例は、高透過率としたい領域にある遮光膜１３をドライエッチングした後に、引き続きドライエッチング装置において行うことも可能であり、一旦レジストを剥離した後に行うこととも可能である。本例は、レジスト剥離工程の有無に限定されることはない。

（第４実施形態）
第４実施形態は、第２、第３実施形態と同様に、第１実施形態において説明した高透過率化処理工程の別の例である。

第４実施形態は、高透過率化処理工程を、例えば、マスク洗浄装置のような薬液処理装置において８０℃の温純水リンスを９０分行った。

この結果、表面が露呈された部分のハーフトーン膜１２の光透過率は、２％から５％に上昇し、表面が遮光膜（例えば、クロム膜）１３で覆われた部分の光透過率は、２％のままとなる。

なお、薬液処理は純水リンスに限ることはなく、必要に応じて純水リンスの前に酸、アルカリ処理を行っても良い。

このように、ハーフトーン膜１２を、例えば、遮光膜１３をマスクに用いて薬液処理することでも、ハーフトーン膜１２の光透過率を選択的に上昇させることができ、第１実施形態において説明した微細パターン領域３０に含まれるハーフトーン膜１２及び遮光帯部に含まれるハーフトーン膜１２の光透過率は２％で、あまり微細でないパターン領域３１に含まれるハーフトーン膜１２の光透過率は５％であるハーフトーン型位相シフトマスクを製造することができる。

（第５実施形態）
第５実施形態は、第２〜第４実施形態と同様に、第１実施形態において説明した高透過率化処理工程の別の例である。

光透過率を大きく変化させたい場合には、第１〜第４実施形態において説明した高透過率処理工程のいくつかを組み合わせて適用することも可能である。

例えば、マスク洗浄装置のような薬液処理装置において８０℃の温純水リンスを９０分行う（第４実施形態）。これにより、表面が露呈された部分のハーフトーン膜１２の光透過率は、２％から５％に上昇させる。

この薬液処理に引き続き、第１〜第３実施形態において説明した光照射、基板加熱、プラズマ処理のいずれかの処理を行うと、表面が露呈された部分のハーフトーン膜１２の光透過率は、５％から６％に上昇する。一方、表面が遮光膜（例えば、クロム膜）１３で覆われた部分の光透過率は、２％のままとなる。

このように、ハーフトーン膜１２を、第１〜第４実施形態において説明した高透過率化処理工程のいくつかを組み合わせることも可能である。組み合わせた場合の利点の一つは、表面が露呈された部分のハーフトーン膜１２の光透過率が、さらに、上昇させることができることである。

（第６実施形態）
第１〜第５実施形態において説明した高透過率化処理を行なうと、微細パターン領域３０を透過する光の位相差と、微細でないパターン領域３１を透過する光の位相差とがずれてしまうことがある。位相がずれてしまうと、例えば、微細パターン領域３０を透過する光の位相差を約１８０度に設定すると、微細でないパターン領域３１を透過する光の位相差は約１８０度からずれてしまう。この状態を図１１に示す。図１１に示すように、微細パターン領域３０において、透光性基板（石英基板）及びハーフトーン膜（ＨＴ）を介した光１００の位相と、透光性基板（石英基板）のみを介した光１０１の位相との位相差φを“φ＝１８０°”に設定した、と仮定すると、微細でないパターン領域３１においては、上記光１００の位相と、上記光１０１の位相との位相差φ´は、“φ´≠１８０°”となってしまう。

もちろん、この反対も同様であり、微細でないパターン領域３１を透過する光の位相差を約１８０度に設定すると、微細なパターン領域３０を透過する光の位相差は約１８０度からずれる。

光の位相差が約１８０度からずれたままのハーフトーン型位相シフトマスクでは、実際の露光に際して、フォーカス裕度が小さくなり、特に、微細なパターンを持つ半導体集積回路装置の製造には不向きになってしまう。

この事情に鑑み、本実施形態では、透光性基板１１の膜厚に差をつけることで、上記位相差のずれを解消するハーフトーン型位相シフトマスクを提供する。

位相差がずれてしまった場合には、例えば、次の手順で位相差調整を行う。

まず、高透過率化処理工程に関して、透過率変化と位相差変化の関係を示すデータをあらかじめ取得しておく。一例として８０℃の温純水リンス処理時間とハーフトーン膜透過率変化量との関係を図１２に、８０℃の温純水リンス処理時間と位相差変化量との関係を図１３に示す。また、図１４にハーフトーン膜の透過率変化量と位相差変化量との関係を示す。

本例では、例えば、図１２〜図１４に示すように、透過率変化と位相差変化の関係を示すデータをあらかじめ取得しておき、これらのデータに基づいて位相差調整量を決定し、決定された位相差調整量に基づいてマスク製造工程中に、位相差調整工程を付加する。

位相差調整工程は、
・高透過率化により位相差が小さくなる場合
・高透過率化により位相差が大きくなる場合
の２通りに分けられる。

（高透過率化により位相差が小さくなる場合）
図１５に示すように、例えば、図５に示した高透過率領域の開口形成工程後に、例えば、遮光膜、又はハーフトーン膜をエッチングのマスクに用いて、透光性基板１１をエッチング、例えば、プラズマエッチングする。これにより、参照符号４０に示すように、透光性基板１１は掘り込まれる。微細でないパターン領域３１にある透光性基板１１を掘り込むことで、位相差を調整（補正）する。その後の工程は、図６以降に示した工程と同様に行えばよい。図１５の拡大図を図１７に示す。

本例では、８０℃純水リンス６０分の処理であるとハーフトーン膜１２の光透過率は１．８％上昇し（図１２参照）、位相差は２０度低下することがわかっている（図１３参照）。

位相差が２０度低下することがわかっているから、図１７に示すように、微細でないパターン領域３１にあるハーフトーン膜１２の位相差φ´（本例では約１６０度）が、微細パターン領域３０にあるハーフトーン膜１２の位相差φ（本例では約１８０度）と同じになるように、透光性基板１１を掘り込む。この掘り込み量を利用して、位相差Δφ（約２０度）が得られるように、微細でないパターン領域３１にあるハーフトーン膜１２の実効的なパターン高さをα´に変える。本例では、掘り込み量を２０ｎｍとすることで、微細でないパターン領域３１にあるハーフトーン膜１２の位相差はΔφ＋Δφ´＝φとなり、高透過率化工程前の位相差を回復することができた。

（高透過率化により位相差が大きくなる場合）
この場合には、図１６に示すように、例えば、図６に示した高透過率領域の開口部の遮光膜をエッチングした後に、参照符号４１に示すように、ハーフトーン膜１２をエッチング、例えば、プラズマエッチングし、ハーフトーン膜１２の厚さを変える。ハーフトーン膜１２とともに透光性基板１１がエッチングされてしまう可能性もあるが、両者のエッチングレートの差を利用すれば、ハーフトーン膜１２を透光性基板１１よりも多くエッチングすることが可能である。図１６の拡大図を図１８に示す。

図１８に示すように、微細でないパターン領域３１にあるハーフトーン膜１２の位相差φ´が、例えば、約２００度である、と仮定すると、微細パターン領域３０にあるハーフトーン膜１２の位相差φ（本例では約１８０度）と同じになるように、ハーフトーン膜１２をエッチングする。このエッチング量を利用して、位相差Δφ（約２０度）が得られるように、微細でないパターン領域３１にあるハーフトーン膜１２の実効的なパターン高さをα´に変える。

このように、透光性基板１１を掘り込むばかりでなく、ハーフトーン膜１２をエッチングすることでも、微細でないパターン領域３１にあるハーフトーン膜１２の位相差をΔφ＋Δφ´＝φにでき、高透過率化工程前の位相差を回復することができる。

また、位相差調整は、単純に位相差の変化量を補正する形で実施しても良いが、図１７、及び図１８に示したように、高透過率化工程及び位相差調整工程によりパターン高さαに、変化を生じるため、デバイスパターンの３次元構造を考慮に入れたリソグラフィーシミュレーション結果に基づいて最適化して実施するようにしても良い。

以上の工程により、パターン寸法により異なる所望の透過率を持ち、かつ位相差も最適化されたハーフトーン型位相シフトマスクを作製することができる。

さらに、上記実施形態は以下の態様を含む。

（１） 遮光パターン、及び半遮光パターンを備えるハーフトーン型位相シフトマスクであって、透光性基板と、前記透光性基板の、前記遮光パターンが形成される部分、及び前記半遮光パターンが形成される部分に設けられたハーフトーン膜と、前記ハーフトーン膜のうち、前記遮光パターンが形成される部分にある前記ハーフトーン膜上に設けられた遮光膜と、を備え、前記半遮光パターンは、前記ハーフトーン膜からなる第１の半遮光パターン、及び前記第１の半遮光パターンよりも寸法が小さい前記ハーフトーン膜からなる第２の半遮光パターンを含み、前記ハーフトーン膜のうち、前記遮光パターンが形成される部分、及び前記第２の半遮光パターンの部分が第１の光透過率を有し、前記第１の半遮光パターンの部分が前記第１の光透過率と異なる第２の光透過率を有するハーフトーン型位相シフトマスク。

（２） （１）の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記第１の半遮光パターンを含む領域に、前記透光性基板を介して透過した光の位相と、前記透光性基板及び前記ハーフトーン膜を介して透過した光の位相との位相差を調整する位相差調整領域があるハーフトーン型位相シフトマスク。

（３） （２）の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記位相差調整領域は、前記透光性基板の膜厚を、前記第１の半遮光パターンを含む領域と、前記第２の半遮光パターンを含む領域とで変えることで前記位相差を調整するハーフトーン型位相シフトマスク。

（４） （２）の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記位相差調整領域は、前記ハーフトーン膜の膜厚を、前記第１の半遮光パターンを含む領域と、前記第２の半遮光パターンを含む領域とで変えることで前記位相差を調整するハーフトーン型位相シフトマスク。

（５） （２）乃至（４）いずれか一つの態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記位相差は、前記透光性基板を介して透過した光の位相と、前記透光性基板及び前記ハーフトーン膜を介して透過した光の位相とが約１８０度に調整されるハーフトーン型位相シフトマスク。

（６） 遮光パターン、及び半遮光パターンを備えるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法であって、透光性基板上に積層されたハーフトーン膜と遮光膜とを少なくとも備えるマスクブランクスを用意する工程と、前記マスクブランクスに、前記ハーフトーン膜、及び前記遮光膜の積層からなる遮光パターンと、前記ハーフトーン膜からなる第１の半遮光パターン、及び前記ハーフトーン膜からなり、前記第１の半遮光パターンよりも寸法が小さい第２の半遮光パターンを含む半遮光パターンとを形成する工程と、前記ハーフトーン膜のうち、前記第１の半遮光パターンの部分の光透過率を選択的に、前記遮光パターンが形成される部分及び前記第２の半遮光パターンの部分の光透過率と変える工程とを具備するハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。

（７） （６）の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法であって、前記ハーフトーン膜の光透過率を選択的に変える工程は、前記透過率を選択的に変える領域を画定する工程と、前記画定された領域に対して、光照射処理、基板加熱処理、プラズマ処理、及び薬液処理の少なくとも一つを含む光透過率変化工程とを含むハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。

（８） （６）及び（７）いずれかの態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法であって、前記マスクブランクスの、前記第１の半遮光パターンを含む領域に、前記透光性基板を介して透過した光の位相と、前記透光性基板及び前記ハーフトーン膜を介して透過した光の位相との位相差を調整する位相差調整領域を形成する工程を、さらに、具備するハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。

（９） （８）の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法であって、前記位相差調整領域を形成する工程は、前記ハーフトーン膜の光透過率を選択的に変化させる工程に伴う位相差の変化量をあらかじめ取得する工程と、前記取得した変化量に基づいて位相差を調整する位相差調整工程とを含むハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。

（１０） （９）の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法であって、前記位相差調整工程における位相差の調整は、位相差の調整に伴い変化する前記透光性基板及び前記ハーフトーン膜の３次元構造を考慮したシミュレーション結果に基づいて行われるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。

（１１） （８）の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法であって、前記位相差調整領域は、前記透光性基板の膜厚を、前記第１の半遮光パターンを含む領域と、前記第２の半遮光パターンを含む領域とで変えることで形成するハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。

（１２） （８）の態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法であって、前記位相差調整領域は、前記透光性基板の膜厚を、前記第１の半遮光パターンを含む領域と、前記第２の半遮光パターンを含む領域とで変えることで形成するハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。

（１３） （８）乃至（１２）いずれか一つの態様に係るハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法であって、前記位相差は、前記透光性基板を介して透過した光の位相と、前記透光性基板及び前記ハーフトーン膜を介して透過した光の位相とが約１８０度に調整されるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。

（１４） 透光性基板上に、ハーフトーン膜と遮光膜と第１のレジスト膜とが積層されたマスクブランクスを用意する工程と、前記第１のレジスト膜に、第１のデバイスパターン、及びこの第１のデバイスパターンよりも寸法が小さい第２のデバイスパターンを含むデバイスパターンと、アライメントマークを画定する第１の開口パターンとを描画する工程と、前記第１のレジスト膜を現像し、前記デバイスパターンと、前記第１の開口パターンとを有する第１のレジストパターンを得る工程と、前記第１のレジストパターンをエッチングのマスクに用いて、前記遮光膜及び前記ハーフトーン膜をエッチングし、前記遮光膜及び前記ハーフトーン膜に、前記デバイスパターンと、前記第１の開口パターンに対応したアライメントマークとを形成する工程と、前記第１のレジストパターンを剥離し、前記透光性基板及び前記遮光膜上に、第２のレジスト膜を形成する工程と、前記遮光膜に形成されたアライメントマークを基準として位置合わせを行いながら、前記第２のレジスト膜に、前記第１のデバイスパターンの部分に対応した第２の開口パターンを描画する工程と、前記第２のレジスト膜を現像し、前記第２の開口パターンを有する第２のレジストパターンを得る工程と、前記第２のレジスト膜をエッチングのマスクに用いて前記遮光膜をエッチングし、前記第１のデバイスパターンの部分にある前記ハーフトーン膜を露呈させる工程と、前記第２のレジストパターンを剥離する工程と、前記遮光膜をマスクに用いて、前記露呈したハーフトーン膜の部分に、光照射処理、基板加熱処理、プラズマ処理、及び薬液処理の少なくとも一つを含む処理を施し、前記露呈したハーフトーン膜の部分の光透過率を選択的に変化させる工程と、前記透光性基板、前記遮光膜、及び前記ハーフトーン膜上に、第３のレジスト膜を形成する工程と、前記遮光膜に形成されたアライメントマークを基準として位置合わせを行いながら、前記第３のレジスト膜に、前記第１、第２のデバイスパターンを含む前記デバイスパターンの部分に対応した第３の開口パターンを描画する工程と、前記第３のレジスト膜をエッチングのマスクに用いて前記遮光膜をエッチングし、前記デバイスパターンの部分にある前記ハーフトーン膜を露呈させる工程と、前記第３のレジストパターンを剥離する工程と、を少なくとも含むハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。

この発明の実施形態によれば、パターン寸法に応じて透過率を変化させたハーフトーン型位相シフトマスク及びその製造方法を提供できる。

以上、この発明をいくつかの実施形態により説明したが、この発明は各実施形態に限定されるものではなく、その実施にあたっては発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。

例えば、実施形態においては、光透過率２％のハーフトーン膜を有するマスクブランクスを用いて説明したが、ハーフトーン膜の光透過率は２％に限定されることはなく、例えば、０．５％〜４％の範囲のものであれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、各実施形態は単独で実施することが可能であるが、適宜組み合わせて実施することも可能である。

また、各実施形態は種々の段階の発明を含んでおり、各実施形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することが可能である。

図１はこの発明の第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを示す図 図２は第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを製造工程順に示す断面図 図３は第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを製造工程順に示す断面図 図４は第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを製造工程順に示す断面図 図５は第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを製造工程順に示す断面図 図６は第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを製造工程順に示す断面図 図７は第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを製造工程順に示す断面図 図８は第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを製造工程順に示す断面図 図９は第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを製造工程順に示す断面図 図１０は第１実施形態に係るハーフトーン型位相シフトマスクを製造工程順に示す断面図 図１１は光の位相差を示す図 図１２は８０℃の温純水リンス処理時間とハーフトーン膜透過率変化量との関係を示す図 図１３は８０℃の温純水リンス処理時間と位相差変化量との関係を示す図 図１４はハーフトーン膜の透過率変化量と位相差変化量との関係を示す図 図１５は位相差が小さくなる場合の位相差調整工程を示す断面図 図１６は位相差が大きくなる場合の位相差調整工程を示す断面図 図１７は図１５の拡大図 図１８は図１６の拡大図

符号の説明

１１…透光性基板（石英基板）、１２…ハーフトーン膜（ＭｏＳｉＯＮ化合物膜）、１３…遮光膜（クロム膜）

Claims (5)

1. 遮光パターン、及び半遮光パターンを備えるハーフトーン型位相シフトマスクであって、
   透光性基板と、
   前記透光性基板の、前記遮光パターンが形成される部分、及び前記半遮光パターンが形成される部分に設けられたハーフトーン膜と、
   前記ハーフトーン膜のうち、前記遮光パターンが形成される部分にある前記ハーフトーン膜上に設けられた遮光膜と、を備え、
   前記半遮光パターンは、前記ハーフトーン膜からなる第１の半遮光パターン、及び前記第１の半遮光パターンよりも寸法が小さい前記ハーフトーン膜からなる第２の半遮光パターンを含み、
   前記ハーフトーン膜のうち、前記遮光パターンが形成される部分、及び前記第２の半遮光パターンの部分が第１の光透過率を有し、前記第１の半遮光パターンの部分が前記第１の光透過率と異なる第２の光透過率を有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。
2. 前記第１の半遮光パターンを含む領域に、前記透光性基板を介して透過した光の位相と、前記透光性基板及び前記ハーフトーン膜を介して透過した光の位相との位相差を調整する位相差調整領域があ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マスク。
3. 遮光パターン、及び半遮光パターンを備えるハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法であって、
   透光性基板上に積層されたハーフトーン膜と遮光膜とを少なくとも備えるマスクブランクスを用意する工程と、
   前記マスクブランクスに、前記ハーフトーン膜、及び前記遮光膜の積層からなる遮光パターンと、前記ハーフトーン膜からなる第１の半遮光パターン、及び前記ハーフトーン膜からなり、前記第１の半遮光パターンよりも寸法が小さい第２の半遮光パターンを含む半遮光パターンとを形成する工程と、
   前記ハーフトーン膜のうち、前記第１の半遮光パターンの部分の光透過率を選択的に、前記遮光パターンが形成される部分及び前記第２の半遮光パターンの部分の光透過率と変える工程と
   を具備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の製造方法。
4. 前記ハーフトーン膜の光透過率を選択的に変える工程は、
   前記透過率を選択的に変える領域を画定する工程と、
   前記画定された領域に対して、光照射処理、基板加熱処理、プラズマ処理、及び薬液処理の少なくとも一つを含む光透過率変化工程と
   を含むことを特徴とする請求項３に記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。
5. 前記マスクブランクスの、前記第１の半遮光パターンを含む領域に、前記透光性基板を介して透過した光の位相と、前記透光性基板及び前記ハーフトーン膜を介して透過した光の位相との位相差を調整する位相差調整領域を形成する工程を、さらに、具備することを特徴とする請求項３及び請求項４いずれかに記載のハーフトーン型位相シフトマスクの製造方法。

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