JP2007114536A - フォトマスクおよびその製造方法、並びにパターン転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハーフピッチ４５ｎｍノード以降のフォトリソグラフィにおいて、マスク自身により誘引される露光光の偏光状態の変化を緩和し、良好な微細画像をウェハ上に形成するためのフォトマスク、および簡易なその製造方法、さらに、そのフォトマスクを用いたパターン形成方法を提供する。
【解決手段】透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクにおいて、前記マスクパターンを含む一主面側が、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層で覆われていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体素子のパターン形成に用いられるフォトリソグラフィ技術、特に、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縮小転写するハーフピッチ４５ｎｍノード以降の最先端のフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクおよびその製造方法、並びにパターン転写方法に関する。

６５ｎｍノードから４５ｎｍノードへと進展する半導体素子の高集積化・超微細化を実現するために、フォトリソグラフィにおいては、露光装置での高解像技術として、レンズの高ＮＡ化、液浸露光技術、変形照明搭載露光技術などの開発が急速に進められている。
一方、フォトリソグラフィに用いられるフォトマスク（レチクルとも称する）における解像度向上策としては、光を通過させる部分と遮光する部分で構成された従来のバイナリマスクの微細化、高精度化とともに、光の干渉を利用して解像度向上を図るレベンソン型（渋谷・レベンソン型とも称する）位相シフトマスク、光を透過させる部分と半透過させる部分で構成されたハーフトーン型位相シフトマスク、クロムなどの遮光層を設けないクロムレス型位相シフトマスク、主パターンの両側に解像限界以下の補助パターンを配置した補助パターン型位相シフトマスクなどの位相シフトマスクの開発、実用化が進行している。

超高解像を実現するためのフォトリソグラフィにおいては、微小なサイズのスリットを通る光は、その偏光状態が変わることが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
また、フォトマスクを使用してパターンを転写するフォトリソグラフィ技術においては、パターンをウェハ上に良好に結像するための所定の偏光状態（ＴＥ偏光と呼ばれる）があることも知られている（例えば、特許文献１参照。）。
本発明が対象とするハーフピッチ４５ｎｍノード以降のフォトリソグラフィでは、例えば、ハーフピッチ４５ｎｍノードの半導体素子の４倍体のフォトマスク・パターンが、光源波長である１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザの場合）程度になるため、フォトマスクを透過した光が、望ましくない偏光状態（ＴＭ偏光と呼ばれる）に変えられてしまい、結像特性が著しく劣化することが想定されるという問題が生じている。実際にフォトマスクを透過する光の偏光状態の変化は、パターンサイズや、パターンの立体構造、パターンを形成する薄膜の光学特性などにより決定される。

そのため、上記のフォトマスクを透過した光が望ましくない偏光（ＴＭ偏光）状態となる問題に対処するために、パターン幅に制限をかけて不適切なピッチを避けて設計する方法、または、望ましくない偏光状態を誘引する線幅が存在する場合にはマスク線幅を微調整することで対応する方法、あるいは、マスク材料やパターンの断面形状などの立体構造を変更する方法などが考えられている。
特許第３０８４８４７号公報 Ａｎｄｒｅａｓ Ｅｒｄｍａｎｎ，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ ｖｏｌ．５８３５（２００５），ｐｐ．６９−８１，"Ｍａｓｋ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗ ｋ１ ａｎｄ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ"

しかしながら、上記のパターン幅に制限をかける方法は、回路パターンの設計自体に制限をかける必要があり設計思想が変わってしまうという問題がある。また、パターンの線幅を微調整する方法は、その処理に莫大な時間がかかり、検証なども含めてマスク製造の大きな負荷になるという問題がある。また、材料や立体構造の変更も、製造工程の大幅な変更になるため、製造負荷が大きいという問題があり、いずれの方法も実用するには大きな障害があった。

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、ハーフピッチ４５ｎｍノード以降のフォトリソグラフィにおいて、マスク自身により誘引される露光光の偏光状態の変化を緩和し、良好な微細画像をウェハ上に形成するためのフォトマスク、および簡易なその製造方法、さらに、そのフォトマスクを用いたパターン形成方法を提供するものである。

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は、透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクにおいて、前記マスクパターンを含む一主面側が、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層で覆われていることを特徴とするものである。
マスクパターン部を空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層で覆うことにより、該薄膜層の屈折率をｎとすれば、露光光がマスクパターンのスリットを通過する時の実効的な波長はλ／ｎとなり、マスクパターンのスリット幅が同じままであっても、露光光が望ましくない偏光を生じ結像特性が著しく劣化するという前記の問題が緩和される。例えば、該薄膜層にＳｉＯ₂を用いた場合、ＳｉＯ₂のＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）での屈折率はおよそ１．５なので、パターン通過時の実効的な波長は１２９ｎｍとなり、４５ｎｍハーフピッチのパターンの場合、偏光状態の変化は問題とならないレベルとなり、良好なパターン転写画像を得ることができる。

請求項２の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクがバイナリマスクであり、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層が、ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層であることを特徴とするものである。

請求項３の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクがハーフトーン型位相シフトマスクであり、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層が、ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層であることを特徴とするものである。

請求項４の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクがレベンソン型位相シフトマスクであり、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層が、ＳｉＯ₂と屈折率の異なる材料よりなる薄膜層であることを特徴とするものである。

請求項５の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクがクロムレス型位相シフトマスクであり、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層が、ＳｉＯ₂よりも屈折率の高い材料よりなる薄膜層であることを特徴とするものである。

請求項６の発明に係るフォトマスクは、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、前記マスクパターンが、クロム系膜、またはモリブデンシリサイド系膜で形成されていることを特徴とするものである。

請求項７の発明に係るフォトマスクは、請求項２または請求項３に記載のフォトマスクにおいて、前記ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層が、真空成膜したＳｉＯ₂膜、または塗布ガラスを塗布し焼成したＳｉＯ₂膜、または真空成膜したＳｉＯ₂膜と塗布ガラスを塗布し焼成したＳｉＯ₂膜とを２層以上重ねた積層膜、のいずれかの薄膜層であることを特徴とするものである。

請求項８の発明に係るフォトマスクは、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層が、ＣＭＰ法により研磨し平坦化された薄膜層であることを特徴とするものである。

請求項９の発明に係るフォトマスクは、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、ハーフピッチ４５ｎｍノード以降のマスクパターンを有することを特徴とするものである。
本発明のフォトマスクは、マスクパターンのピッチが細密化し、露光波長とほぼ同じサイズのパターンを縮小転写するハーフピッチ４５ｎｍノード以降（すなわち４５ｎｍ、３２ｎｍ、２２ｎｍノードなど）のリソグラフィにおいて、大きな効果を生じるものである。

請求項１０の発明に係るフォトマスクの製造方法は、透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクの製造方法において、前記透明基板の一主面側にマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンを含む一主面側に、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。

請求項１１の発明に係るフォトマスクの製造方法は、請求項１０に記載のフォトマスクの製造方法において、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層を、真空成膜法で形成することを特徴とするものである。

請求項１２の発明に係るフォトマスクの製造方法は、請求項１０に記載のフォトマスクの製造方法において、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層を、塗布ガラスを塗布し焼成したＳｉＯ₂膜で形成することを特徴とするものである。

請求項１３の発明に係るフォトマスクの製造方法は、請求項１０〜請求項１２のいずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法において、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層を形成後、該薄膜層をＣＭＰ法により研磨し平坦化する工程を含むことを特徴とするものである。
本発明では、薄膜層形成後に薄膜層を研磨し平坦化することにより、フォトマスクを高品質化するものである。

請求項１４の発明に係るフォトマスクの製造方法は、請求項１０〜請求項１３のいずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法において、前記ＣＭＰ法により研磨し平坦化する工程の後、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層を再度形成する工程を繰り返すことを特徴とするものである。
本発明では、分割成膜や真空成膜法と塗布法との併用を行うことにより、フォトマスクの無欠陥化を図るものである。

請求項１５の発明に係るパターン転写方法は、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のフォトマスクを露光装置に設置し、該フォトマスクを用いて露光し、パターン転写を行なうことを特徴とするものである。

本発明のフォトマスクは、パターン設計に制限をかけることがなく、また、マスクパターン線幅調整のための処理が不要であり、マスクパターンを含む一主面側を空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層で覆うことにより、マスク自身により誘引される露光光の偏光状態の変化を緩和し、さらに、従来のマスク製造技術をそのまま使用した形で、微細なマスクパターンの良好な転写を可能とし、ハーフピッチ４５ｎｍノード以降の微細パターンをウェハ上に良好にパターン転写できるようになる。

本発明のフォトマスクの製造方法は、従来のバイナリマスクまたは位相シフトマスクを用い、簡単な製造工程を加えることにより、露光時の転写特性に悪影響を与えるマスク自信による偏光状態を緩和することができ、微細パターンを有する高品質なフォトマスクを低コストで製造することが可能となる。

また、本発明のパターン形成方法は、ハーフピッチ４５ｎｍノードの微細パターンを１９３ｎｍの露光でウェハ上に良好にパターン転写することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明のフォトマスクおよびその製造方法、パターン形成方法の実施形態について説明する。
図１、図２および図３は、本発明のフォトマスクの実施形態を示す断面模式図であり、図４、図５、図６および図７は、本発明のフォトマスクの製造方法の実施形態を示す断面模式図である。

（フォトマスク）
（第１の実施形態）
図１に示す本発明のフォトマスク１００は、透明基板１０１の一主面側に所望のマスクパターン１０２を有し、マスクパターン１０２を含む一主面側全面が、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層１０４で覆われているものである。

本発明において、薄膜層１０４で覆う前の透明基板１０１の一主面側に所望のマスクパターン１０２を有するマスク素材としては、従来のフォトマスクを用いることができ、露光光を通過する部分と遮光する部分で構成したバイナリマスク、露光光を透過させる部分と半透過させる部分で構成されたハーフトーン型位相シフトマスク、シフタの無いスリットを通った露光光とシフタのあるスリットを通った露光光の位相差による光の干渉を用いたレベンソン型位相シフトマスク、遮光層を設けないクロムレス型位相シフトマスクのいずれのフォトマスクも用いることが可能である。
本発明において用いるマスク素材としての従来のフォトマスクとしては、後工程に不良品を渡さないために、あらかじめマスク検査をし、もしも欠陥部があれば修正をし、検査良品であることが好ましい。

本発明において、透明基板１０１としては、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザなどの短波長の露光光に適したフォトマスク用基板として用いられ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ている合成石英ガラスがより好ましい。

本発明において、バイナリマスクあるいはレベンソン型位相シフトマスクとして、マスクパターン１０２に遮光膜を形成するに際し、遮光膜材料としては、クロム系膜、モリブデンシリサイド系膜、タンタル系膜など、通常のマスク材料として使用できる薄膜であれば、いずれも用いることができるが、最も使用実績のあるクロムを主成分としたクロム系膜がマスクのコスト、品質上からより好ましい。クロム系膜は、通常、クロム、酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロムの中から選ばれる材料の単層膜または２層以上の多層膜が用いられる。例えば、クロム単層膜を遮光膜とした場合には、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の範囲の膜厚で用いられる。

図１には示してないが、レベンソン型位相シフトマスクを用いる場合には、マスクパターン１０２は、遮光膜とともに、位相効果を生ぜしめるために、例えば、透明基板１０１の一主面側の所定位置を所定の深さにエッチングしたシフタが併設されている。

本発明において、ハーフトーン型位相シフトマスクとして、マスクパターン１０２にハーフトーン膜を用いる場合には、ハーフトーン膜材料としては、クロム系膜、モリブデンシリサイド系膜など、通常のハーフトーン型位相シフトマスクのハーフトン膜材料として使用できる薄膜であれば、いずれも用いることができるが、微細パターンにおけるガラス基板との密着性に優れたモリブデンシリサイド系膜が品質上からより好ましい。例えば、モリブデンシリサイド膜をハーフトーン膜とした場合には、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。

本発明において、露光波長における薄膜層の透過率は、露光時間を短縮するために、少なくとも８０％以上が好ましく、より好ましくは９０％以上であり、透過率は１００％に近いほど好ましい。

本発明において、フォトマスクがバイナリマスクまたはハーフトーン型位相シフトマスクの場合には、マスクパターンを含む一主面側を覆う、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層１０４としては、ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層を用いるのが好ましい。ＳｉＯ₂膜は、例えば、ＡｒＦエキシマレーザの露光波長である１９３ｎｍにおいて、屈折率は１．５前後、透過率はほぼ１００％である。
上記のＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層１０４としては、スパッタリング法や真空蒸着法などの真空成膜法によるＳｉＯ₂膜、または塗布ガラス（ＳＯＧ：Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓとも称する。）を塗布し焼成したＳｉＯ₂膜、または真空成膜したＳｉＯ₂膜と塗布ガラスを塗布焼成したＳｉＯ₂膜とを２層以上重ねた積層膜、のいずれかの薄膜層を用いることができる。

上記のＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層１０４の厚さとしては、１５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の厚さの範囲が好ましい。厚さが１５０ｎｍ未満であると、下層のマスクパターンの被覆性が不十分となり、露光光の偏光を緩和する効果が不十分であり、一方、厚さが５００ｎｍを超えると、ＳｉＯ₂膜の成膜に時間がかかり生産上好ましくなく、また、ＳｉＯ₂膜が光学レンズとして作用してしまうという問題が生じてくるからである。
さらに、本発明においては、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層１０４としてＳｉＯ₂膜を用いることにより、透明基板のＳｉＯ₂を成分とする石英ガラスとの界面における光の損失を避けることができる。

本発明において、フォトマスクがレベンソン型位相シフトマスクの場合には、透明基板１０１のＳｉＯ₂をエッチングして所定の深さに掘ったシフタが用いられるので、マスクパターンを含む一主面側を覆う、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層１０４としては、ＳｉＯ₂膜と屈折率が異なる材料、すなわちＳｉＯ₂膜よりも屈折率が高い材料、またはＳｉＯ₂膜よりも屈折率が低い材料を用いるのが好ましい。

上記のＳｉＯ₂膜と屈折率が異なる材料において、空気より屈折率が高く、ＳｉＯ₂膜よりも屈折率が高い材料としては、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂などが挙げられる。上記の材料は、いずれも水に不溶で耐久性に優れている。上記の材料の中では、短波長の光透過性がよいＡｌ₂Ｏ₃がより好ましい。これらの材料はスパッタリング法などの真空成膜法により形成することができる。
空気より屈折率が高く、ＳｉＯ₂膜よりも屈折率が低い材料としては、例えば、ＭｇＦ₂が挙げられるが、ＭｇＦ₂は長時間空気中に放置すると僅かだが水蒸気におかされるので、乾燥雰囲気中で取り扱う必要がある。

本発明において、フォトマスクがクロムレス型位相シフトマスクの場合には、マスクパターンを含む一主面側を覆う、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層１０４としては、透明基板である合成石英ガラスの成分ＳｉＯ₂よりも屈折率が高い材料が好ましい。例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｉＯ₂などを用いることができる。それらの中でも、短波長の光透過性がよいＡｌ₂Ｏ₃がより好ましい。これらの材料はスパッタリング法などの真空成膜法により形成することができる。

（第２の実施形態）
図２に示す本発明のフォトマスク２００は、透明基板２０１の一主面側に所望のマスクパターン２０２を有し、マスクパターン２０２を含む一主面側が、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層２０５で覆われ、薄膜層２０５はＣＭＰ法により研磨されており、薄膜層２０５表面の平坦化度はより高いものである。
第１の実施形態で説明したように、空気よりも屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層でマスクパターンを含めて透明基板の一主面側を覆った場合に、マスクパターンの段差の影響を受けて、薄膜層表面が十分に平坦化しない場合がある。本実施形態においては、薄膜層表面を化学的機械研磨により平坦化度を高めることにより、マスク自身による偏光状態の変化をより効果的に緩和することができる。

第２の実施形態におけるフォトマスク２００は、薄膜層２０５で覆う前の透明基板２０１の一主面側に所望のマスクパターン２０２を有するマスク素材としては、第１の実施形態と同じく従来のフォトマスクを用いることができる。本実施形態におけるフォトマスク２００は、空気よりも屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層２０５の表面が研磨され、より平坦化されている以外は、第１の実施形態におけるフォトマスク１００と構成、材料は同じであるので、以後の構成、材料の説明は省略する。

（第３の実施形態）
図３に示す本発明のフォトマスク３００は、透明基板３０１の一主面側に所望のマスクパターン３０２を有し、マスクパターン３０２を含む一主面側が、空気よりも屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層３０５および薄膜層３０７で覆われている。薄膜層を２層とすることにより、１層の薄膜層のみでは生じやすい薄膜層の異物欠陥などを修正するとともに、薄膜層をより平坦化するものである。

薄膜層３０５および薄膜層３０７は、同種の材料を同じ成膜方法で積層したもの、または同種の材料を異なる成膜方法で積層したものを用いることができるが、成膜方法に起因する短所を相互に補う観点から、同種の材料を異なる成膜方法で積層したものがより好ましい。例えば、ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層の場合、第１層目の薄膜層として真空成膜したＳｉＯ₂膜、第２層目の薄膜層として塗布ガラス（スピンオングラス：ＳＯＧ）を塗布し焼成したＳｉＯ₂膜を用いることができる。
上記の薄膜層は２層の積層膜について説明したが、薄膜層は３層以上であってもよい。さらに、積層膜の各層は、それぞれ成膜後にＣＭＰ法により研磨し、平坦化されているのがより好ましい。

第３の実施形態におけるフォトマスク３００は、薄膜層３０５および薄膜層３０７で覆う前の透明基板３０１の一主面側に所望のマスクパターン３０２を有するマスク素材としては、第１の実施形態と同じく従来のフォトマスクを用いることができる。
第３の実施形態におけるフォトマスク３００は、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層３０５および３０７が２層構造である以外は、第１および第２のフォトマスクの実施形態と材料は同じなので、以後の材料の説明は省略する。

（フォトマスクの製造方法）
次に、本発明のフォトマスクの製造方法の実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図４は、図１に示す本発明のフォトマスク１００の製造工程を示す断面模式図である。本実施形態のフォトマスクを作製するには、図４（ａ）に示すように、まず、透明基板１０１の一主面側にマスクパターン１０２を形成したフォトマスク１０３を準備する。

次に、上記のマスクパターン１０２を含む一主面側に、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層１０４を形成し、本発明のフォトマスク１００を得る。
薄膜層１０４としては、ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層を用いるのが好ましい。ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層１０４は、スパッタリング法や真空蒸着法などの真空成膜法により形成するか、または塗布ガラス（ＳＯＧ：Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓとも称する。）を塗布し焼成して形成することができる。
マスク素材がレベンソン型位相シフトマスクまたはクロムレス型位相シフトマスクの場合には、シフタ部として一主面側に凹部が設けられているので、薄膜層１０４は、スパッタリング法や真空蒸着法などの真空成膜法が用いられ、 マスク素材のシフタ部の深さは、シフタ底面にも薄膜層が成膜されるので、あらかじめ薄膜層の厚さを見込んだ深さに設定しておけばよい。

（第２の実施形態）
図５は、図２に示す本発明のフォトマスク２００の製造工程を示す断面模式図である。本実施形態のフォトマスクを作製するには、図５（ａ）に示すように、まず、透明基板２０１の一主面側にマスクパターン２０２を形成したフォトマスク２０３を準備する。

次に、上記のマスクパターン２０２を含む一主面側に、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層２０４を形成する（図５（ｂ））。薄膜層２０４は、上述のように、スパッタリング法や真空蒸着法などの真空成膜法により形成するか、または塗布ガラスを塗布し焼成して形成することができる。

次に、 上記の薄膜層２０４をＣＭＰ法により研磨し平坦化して薄膜層２０５とし、本発明のフォトマスク２００を得る（図５（ｃ））。ＣＭＰ法としては、従来公知の方法、例えば、特許第３４８４５４８号公報に記載の方法などを用いることができる。
薄膜層２０４でマスクパターンを含めて透明基板の一主面側を覆った場合に、マスクパターン２０２の段差の影響を受けて、薄膜層表面が十分に平坦化しない場合がある。その場合には、薄膜層表面を化学的機械研磨により平坦化度を高め、マスク自身による偏光状態の変化をより効果的に緩和するものである。

（第３の実施形態）
図６は、図３に示す本発明のフォトマスク３００の製造工程を示す断面模式図である。本実施形態のフォトマスクを作製するには、図６（ａ）に示すように、まず、透明基板３０１の一主面側にマスクパターン３０２を形成したフォトマスク３０３を準備する。

次に、上記のマスクパターン３０２を含む一主面側に、第１層目の空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層３０４を形成する（図６（ｂ））。薄膜層３０４は、スパッタリング法や真空蒸着法などの真空成膜法により形成するか、または塗布ガラスを塗布し焼成して形成することができる。

次に、 上記の薄膜層３０４をＣＭＰ法により研磨し平坦化し、薄膜層３０５とする（図６（ｃ））。

次に、研磨し平坦化した薄膜層３０５の上に、第２層目の空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層３０６を形成する（図６（ｄ））。薄膜層３０６も上述と同じように、スパッタリング法や真空蒸着法などの真空成膜法により形成するか、または塗布ガラスを塗布し焼成して形成する。
薄膜層３０５および薄膜層３０６は、同種の材料を同じ成膜方法で積層してもよいし、または同種の材料を異なる成膜方法で積層してもよいが、成膜方法に起因する短所を相互に補う点から、同種の材料を異なる成膜方法で積層する方がより好ましい。
例えば、ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層の場合、第１層目の薄膜層としてＳｉＯ₂膜を真空成膜し、第２層目の薄膜層として塗布ガラスを塗布し焼成してＳｉＯ₂膜を形成し、２層膜とすることができる。

次いで、上記の薄膜層３０６を研磨し、平坦化した薄膜層３０７とし、本発明のフォトマスク３００を得る（図６（ｅ））。
薄膜層３０５と薄膜層３０７の厚さは、合わせて１５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の範囲の厚さとするのが好ましく、薄膜層３０７を研磨し、平坦化することにより、前記の範囲に入るようにすることができる。

（第４の実施形態）
図７は、図６に示す本発明のフォトマスクの製造工程に関連する製造方法を示す断面模式図であり、本発明の製造方法の特長を説明するものである。
まず、透明基板４０１の一主面側にマスクパターン４０２を形成したフォトマスク４０３を準備する（図７（ａ））。

次に、上記のマスクパターン４０２を含む一主面側に、第１層目の空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層４０４を形成する（図７（ｂ））。このとき、薄膜層４０４には、異物４０４ａが存在しており、このままではマスク品質を低下させてしまう。

次に、 上記の薄膜層４０４をＣＭＰ法により研磨し平坦化し、薄膜層４０５とする（図７（ｃ））。薄膜層４０５には、研磨により異物４０４ａは除去されたが、その跡が欠陥部４０５ａとして残存する。
次に、研磨し平坦化した薄膜層４０５の上に、第２層目の空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層４０６を形成する（図７（ｄ））。薄膜層４０６は、上記の欠陥部４０５ａを埋める。また、図７（ｄ）には、薄膜層４０６中に新たな異物４０６ａが含まれている場合も例示している。

次いで、上記の薄膜層４０６を研磨し、第１層目の薄膜層４０５が露出するまで研磨した場合を示す。薄膜層４０５の欠陥部４０５ａには薄膜層４０６の材料が埋め込まれて、欠陥は修正されて欠陥修正部４０６ｂとなり、欠陥の無い本発明のフォトマスク４００が得られる（図７（ｅ））。
本実施形態の方法によれば、欠陥が修正され良好な転写特性を有するフォトマスクを得ることができる。
上記の説明では、薄膜層４０５が露出するまで薄膜層４０６を研磨する場合について述べたが、異物の除去状態に応じて、薄膜層４０６が残った状態で研磨を止め、薄膜層を２層とすることも可能である。

（パターン転写方法）
本発明によるフォトマスク用いたパターン転写方法は、ウェハ上に感光性レジスト層を形成し、本発明のフォトマスクを露光装置に設置し、該フォトマスクを用いて露光し、感光性レジスト層を現像し、ウェハ上にマスクパターンを転写する方法である。
本発明によれば、フォトマスク自身により誘引されて生じる偏光状態の変化が緩和され、ハーフピッチ４５ｎｍノードの微細パターンを１９３ｎｍの露光でウェハ上に良好にパターン転写することが可能となる。

（実施例１）
透明基板として、厚さ０．２５インチで６インチ角の光学研磨された合成石英基板を用いた。この基板上にクロムをスパッタリング法で厚さ１００ｎｍに成膜した。次に、成膜したクロム膜上に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置によりパターン描画し、レジストを現像し、レジストパターンを形成した。次に、レジストパターンより露出したクロムをドライエッチングし、レジストを剥離除去して、石英基板上に、厚さ１００ｎｍのクロムよりなるハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースのマスクパターン（マスク上では４倍体）を有する従来のバイナリマスクを形成した。

次に、この従来のバイナリマスクのマスクパターンを含む一主面側全面に、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置を用い、Ａｒと酸素ガス雰囲気下でＳｉＯ₂膜を成膜し、厚さ２００ｎｍの薄膜層としたフォトマスクを得た。このＳｉＯ₂膜は、ＡｒＦエキシマレーザの露光波長１９３ｎｍにおいて、屈折率は１．５、透過率はほぼ１００％であった。

上記のＳｉＯ₂膜を薄膜層として設けたフォトマスクをＡｒＦエキシマレーザ露光装置に設置し、感光性レジストを塗布したシリコンウェハを露光し、現像したところ、フォトマスク自身により誘引される偏光状態の変化が緩和され、ウェハ上に感光性レジストによるハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースの良好なパターンが形成された。

（実施例２）
マスク素材として、実施例１と同様のバイナリマスクを用い、この従来のバイナリマスクのマスクパターンを含む一主面側全面に、塗布ガラス（ＳＯＧ：東京応化工業社製ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ２）をスピンコート法により塗布し、窒素雰囲気中３００℃で１時間焼成し、焼成後の膜厚が約２００ｎｍのＳＯＧ膜を形成し薄膜層とした。

上記のＳＯＧ膜を薄膜層として設けたフォトマスクをＡｒＦエキシマレーザ露光装置に設置し、感光性レジストを塗布したシリコンウェハを露光し、現像したところ、フォトマスク自身により誘引される偏光状態の変化が緩和され、ウェハ上に感光性レジストによるハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースの良好なパターンが形成された。

（実施例３）
厚さ０．２５インチで６インチ角の合成石英基板上にモリブデンシリサイドをスパッタリング法で厚さ７０ｎｍに成膜した。ここで、従来のモリブデンシリサイド系のハーフトーン膜は、パターニングした後、同一膜厚の空気層を通る露光光に対して位相を反転するように材料設計されているのに対し、本実施例では、同一膜厚のＳｉＯ₂膜を通る露光光に対して位相を反転するように設計している。次に、成膜したモリブデンシリサイド膜上に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置によりパターン描画し、レジストを現像し、レジストパターンを形成した。次に、レジストパターンより露出したモリブデンシリサイドをドライエッチングし、レジストを剥離除去して、石英基板上に、厚さ７０ｎｍのモリブデンシリサイドよりなるハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースのマスクパターン（マスク上では４倍体）を有するハーフトーン型位相シフトマスクを形成した。

次に、このハーフトーン型位相シフトマスクのマスクパターンを含む一主面側全面に、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置により１００ｎｍの厚さにＳｉＯ₂膜を成膜し、続いて塗布ガラス（東京応化工業社製ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ２）をスピンコート法により塗布し、窒素雰囲気中３００℃で１時間焼成し、焼成後の膜厚が約３００ｎｍのＳＯＧ膜を得た。
次に、ＣＭＰ装置によりＳＯＧ膜表面を研磨し、厚さ１００ｎｍのスパッタリングＳｉＯ₂の上に、研磨後の厚さ２００ｎｍのＳＯＧ膜が積層され平坦な薄膜層を設けたフォトマスクを得た。

このフォトマスクをＡｒＦエキシマレーザ露光装置に設置し、感光性レジストを塗布したシリコンウェハを露光し、現像したところ、実施例１と同様に、フォトマスク自身により誘引される偏光状態の変化が緩和され、ウェハ上に感光性レジストによるハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースの良好なパターンが形成された。

（実施例４）
マスク素材として、実施例３と同様のハーフトーン型位相シフトマスクを用い、このハーフトーン型位相シフトマスクのマスクパターンを含む一主面側全面に、塗布ガラス（ＳＯＧ：東京応化工業社製ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ２）をスピンコート法により塗布し、窒素雰囲気中３００℃で１時間焼成し、焼成後の膜厚が約３００ｎｍのＳＯＧ膜を形成した。
次に、ＣＭＰ装置によりＳＯＧ膜表面を研磨し、厚さ２００ｎｍの平坦化された薄膜層とし、その上に２層目のＳＯＧ膜を塗布し、焼成後に研磨して、２層に積層され平坦化されたＳＯＧ膜の膜厚が３００ｎｍである薄膜層を設けたフォトマスクを得た。

このフォトマスクをＡｒＦエキシマレーザ露光装置に設置し、感光性レジストを塗布したシリコンウェハを露光し、現像したところ、実施例１と同様に、フォトマスク自身により誘引される偏光状態の変化が緩和され、ウェハ上に感光性レジストによるハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースの良好なパターンが形成された。

（実施例５）
実施例１と同じに、厚さ０．２５インチで６インチ角の石英基板上に、電子線リソグラフィ法により、厚さ１００ｎｍのクロムよりなるハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースパターン（マスク上では４倍体）を形成した。次に、シフタ形成のために、このクロムパターン上に２度目の電子線レジストを塗布し、位置合わせした後、電子線描画し、現像後、レジストパターンを形成した。続いて、レジストパターンより露出した基板の石英部分を、フッ化カーボン系のガスを主成分とするエッチングガスでドライエッチングした後、残存するレジストを灰化除去して、厚さ１００ｎｍのクロムと石英エッチングしたシフタ部よりなるマスクパターンを有するレベンソン型位相シフトマスクを形成した。シフタ部は、エッチングで掘る深さを変えて、薄膜層成膜後に、最終的に位相差が１８０度となるようにした。

次に、このレベンソン型位相シフトマスクのマスクパターンを含む一主面側に、スパッタリング法により１００ｎｍの厚さにＡｌ₂Ｏ₃を成膜して薄膜層としたフォトマスクを得た。
このフォトマスクをＡｒＦエキシマレーザ露光装置に設置し、感光性レジストを塗布したシリコンウェハを露光し、現像したところ、フォトマスク自身により誘引される偏光状態の変化が緩和され、ウェハ上に感光性レジストによるハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースの良好なパターンが形成された。

（実施例６）
厚さ０．２５インチで６インチ角の石英基板上に、厚さ１００ｎｍのクロムを成膜したマスクブランクスを準備し、この上に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置によりパターン描画し、レジストを現像し、レジストパターンを形成した。次に、レジストパターンより露出したクロムをドライエッチングし、続いて露出した基板の石英部分を所定の深さにドライエッチングし、レジストを剥離除去し、次に表面のクロムを全てエッチングして除いて、石英よりなるハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースのマスクパターン（マスク上では４倍体）を有するクロムレス型位相シフトマスクを形成した。石英部分のエッチング深さは、薄膜層成膜後に、最終的に所定の位相シフト効果が生じるようにした。

次に、このクロムレス型位相シフトマスクのマスクパターンを含む一主面側に、スパッタリング法により１００ｎｍの厚さにＡｌ₂Ｏ₃を成膜して薄膜層としたフォトマスクを得た。
このフォトマスクをＡｒＦエキシマレーザ露光装置に設置し、感光性レジストを塗布したシリコンウェハを露光し、現像したところ、フォトマスク自身により誘引される偏光状態の変化が緩和され、ウェハ上に感光性レジストによるハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースの良好なパターンが形成された。

（比較例１）
実施例１で形成したバイナリマスクを、そのままの状態でＡｒＦエキシマレーザ露光装置に設置し、感光性レジストを塗布したシリコンウェハを露光し、現像したところ、フォトマスク自身により誘引される望ましくない偏光状態（ＴＭ偏光）のために結像特性が劣化し、ハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースのレジストパターンを解像することができなかった。

（比較例２）
実施例２で形成したハーフトーン型位相シフトマスクマスクを、そのままＡｒＦエキシマレーザ露光装置に設置し、感光性レジストを塗布したシリコンウェハを露光し、現像したところ、フォトマスク自身により誘引される望ましくない偏光状態（ＴＭ偏光）のために結像特性が劣化し、ハーフピッチ４５ｎｍのラインアンドスペースのレジストパターンを解像することができなかった。

本発明のフォトマスクの一実施形態を示す断面模式図である。 本発明のフォトマスクの他の実施形態を示す断面模式図である。 本発明のフォトマスクの別な実施形態を示す断面模式図である。 図１に示す本発明のフォトマスクの製造工程を示す断面模式図である。 図２に示す本発明のフォトマスクの製造工程を示す断面模式図である。 図３に示す本発明のフォトマスクの製造工程を示す断面模式図である。 本発明のフォトマスクの他の製造工程を示す断面模式図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００ 本発明のフォトマスク
１０１、２０１、３０１、４０１ 透明基板
１０２、２０２、３０２、４０２ マスクパターン
１０３、２０３、３０３、４０３ 従来のフォトマスク
１０４、２０４、３０４、３０６、４０４、４０６ 薄膜層
２０５、３０５、３０７、４０５ 研磨された薄膜層
４０４ａ、４０６ａ 異物
４０５ａ 欠陥部
４０６ｂ 欠陥修正部

Claims (15)

1. 透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクにおいて、前記マスクパターンを含む一主面側が、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層で覆われていることを特徴とするフォトマスク。
2. 前記透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクがバイナリマスクであり、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層が、ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクがハーフトーン型位相シフトマスクであり、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層が、ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
4. 前記透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクがレベンソン型位相シフトマスクであり、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層が、ＳｉＯ₂と屈折率の異なる材料よりなる薄膜層であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
5. 前記透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクがクロムレス型位相シフトマスクであり、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層が、ＳｉＯ₂よりも屈折率の高い材料よりなる薄膜層であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
6. 前記マスクパターンが、クロム系膜、またはモリブデンシリサイド系膜で形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフォトマスク。
7. 前記ＳｉＯ₂を主成分とする薄膜層が、真空成膜したＳｉＯ₂膜、または塗布ガラスを塗布し焼成したＳｉＯ₂膜、または真空成膜したＳｉＯ₂膜と塗布ガラスを塗布し焼成したＳｉＯ₂膜とを２層以上重ねた積層膜、のいずれかの薄膜層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。
8. 前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層が、ＣＭＰ法により研磨し平坦化された薄膜層であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のフォトマスク。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のフォトマスクが、ハーフピッチ４５ｎｍノード以降のマスクパターンを有することを特徴とするフォトマスク。
10. 透明基板の一主面側にマスクパターンを有するフォトマスクの製造方法において、
    前記透明基板の一主面側にマスクパターンを形成する工程と、
    前記マスクパターンを含む一主面側に、空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層を形成する工程と、
    を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
11. 前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層を、真空成膜法で形成することを特徴とする請求項１０に記載のフォトマスクの製造方法。
12. 前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層を、塗布ガラスを塗布し焼成したＳｉＯ₂膜で形成することを特徴とする請求項１０に記載のフォトマスクの製造方法。
13. 前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層を形成後、該薄膜層をＣＭＰ法により研磨し平坦化する工程を含むことを特徴とする請求項１０〜請求項１２のいずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法。
14. 前記ＣＭＰ法により研磨し平坦化する工程の後、前記空気より屈折率が高く露光光に対して透過率の高い薄膜層を再度形成する工程を繰り返すことを特徴とする請求項１０〜請求項１３のいずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法。
15. 請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のフォトマスクを露光装置に設置し、該フォトマスクを用いて露光し、パターン転写を行なうことを特徴とするパターン転写方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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