JP2012073326A - フォトマスク、フォトマスクブランク及びフォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細パターンを擁するフォトマスクにおいて、レジスト膜および遮光膜の薄膜化が可能であり、パターン形成プロセスにおいて生じるマイクロローディング現象や微細パターンの倒壊を回避して、微細かつ高精度なパターンが得られるフォトマスク、フォトマスクブランク及びフォトマスクの製造方法を提供すること。
【解決手段】透明基板上の一方の面にパターニングされた単層または複数の層からなる第一の膜を備え、かつ前記透明基板の反対面にパターニングされた単層または複数の層からなる第二の膜を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パターンを微細かつ高精度で形成することが可能なフォトマスクおよびフォトマスクブランクおよびフォトマスク製造方法に関する。

近年、大規模集積回路（LSI）等の半導体デバイスの高集積化に伴い、１００ｎｍ以下の微細パターンを有する半導体回路素子やその露光用原版となるフォトマスクを形成する必要が生じている。そのような微細パターンを形成するために、フォトマスク基板表面にフォトリソグラフィや電子線リソグラフィ技術によってさらに微細かつ高精度で形成する技術が求められている。

前記微細パターンを有する半導体回路素子を形成するためのフォトマスクは、大きく分けてバイナリーマスクと位相シフトマスクが存在する。

バイナリーマスクは、例えば電子線リソグラフィ技術等により、石英の透明基板上にクロム膜からなる遮光層をパターニングして半導体回路素子パターンを形成している。

なお、フォトマスクでは半導体回路素子パターンをメインパターンと称する場合があり、これと、露光装置での位置合わせ用アライメントマーク等のフォトマスク外周部に配置される転写目的でないパターンとを区別することがある。

これに対して位相シフトマスクは、モリブデンシリサイド(MoSi)化合物などからなる半透明の位相シフト膜をパターニングして、半導体回路パターンを形成する。

位相シフト膜は、露光波長において所定の透過率を有する膜であり、かつ透過光の位相を制御し、半導体基板上へのパターン投影像の光学コントラスト及び光学分解能を向上させる効果によって、バイナリーマスクと比べより微細なパターニングを可能にしている。

位相シフトマスクにおいて半導体回路パターン（メインパターン）の周囲には、ウエハ転写時の露光装置を用いた際の多重露光によるメインパターン周囲への漏れ光を抑えるために設けられた遮光帯が形成されており、これが位相シフトマスクの外見的特徴となっている。また、この遮光帯は前記位相シフト膜上に遮光膜が積層された構造からなり、この遮光膜の膜厚は、露光波長を遮断して露光転写されない程度の厚さに設定される。

次に従来のフォトマスクの製造工程について説明する。
まず、バイナリーマスクの一般的な製造工程は、次の通りである。
透明基板上にクロム化合物の遮光層が設けられたフォトマスクブランク上に電子線レジスト膜を塗布し、このレジスト膜に電子ビームでパターンを描画し、これを現像してレジストパターンを得る。次いで、このレジストパターンをエッチングマスクとして、ドライエッチング加工により、遮光部と透過部からなるフォトマスクパターンが形成される。

次に、位相シフトマスクの一般的な作製方法に関しては、上記と基本的な流れは同じであるが、位相シフト膜のパターニングに加えて、前記遮光帯の作製が必要になる。

遮光帯の作製方法は、先に位相シフト膜をパターニングした後、このマスク上に再び電子線レジストを塗布し、このレジスト膜に電子ビームでパターンを描画し、これを現像してレジストパターンを得る。次いで、このレジストパターンをエッチングマスクとして、ド
ライエッチング加工により位相シフト部、透過部、及び、遮光帯部からなるフォトマスクパターンを形成する。（たとえば、非特許文献１）

「フォトマスク技術のはなし」工業調査会編（１９９６年） 「半導体のすべて」日本実業出版社（１９９８年）

ところが、上記のフォトマスクにおいて、近年のマスクパターンの微細化の進展に伴い、ドライエッチング加工における技術的な問題が生じていた。

すなわち、レジストパターンをエッチングマスクにして遮光膜をドライエッチング加工でパターニングする際に、微細な開口部ほどエッチング種が入りにくくなるためにエッチングが進みにくくなる現象（マイクロローディング現象）が発生してしまうという問題である。

このマイクロローディング現象が発生した場合、設計寸法に対して実測寸法がずれてしまう不具合、すなわち寸法リニアリティ特性の悪化が生じ、フォトマスクの寸法精度が低下してしまうという問題があった。（たとえば、非特許文献２）

また、近年、フォトマスク上に転写される実パターンに隣接して、ウェハ転写時の限界解像度を下回る幅の補助パターンであって半導体基板には転写されない程度に微細なパターンであるＳＲＡＦ（Sub-Resolution Assist Feature）パターンを配置することにより、実パターンの光学的コントラストを補強する効果を持たせて解像性能を向上させる技術が一般に利用されている。

前記ＳＲＡＦパターンは通常、実パターンよりも寸法が数分の１の微細パターンであるため、フォトマスクのレジストパターンを形成する現像処理において、現像液滴が当たる際のレジストへの物理的インパクト（衝撃）や、現像液あるいはリンス液の毛細管現象によるパターン間の引っ張り力の発生により、ＳＲＡＦに代表される微細なレジストパターンが倒壊してしまうという問題があった。レジストパターンの倒壊が起きれば、その後のドライエッチング工程においても所望のパターンは得られない。

このようなマイクロローディング現象の低減、および微細レジストパターン倒壊現象への有効な対策としては、レジストの薄膜化が考えられる。
これは、レジスト膜厚を薄くすればアスペクト比（＝レジスト膜厚／パターン幅）を低く抑えることができ、その結果、ドライエッチングにおいてラジカル等のエッチング種を開口部の底部に到達し易くしてマイクロローディング現象を低減する効果と、現像処理において前記レジストパターンの倒壊を防ぐ効果がある。

しかし従来、レジストの薄膜化を実現することは、以下の理由により遮光膜形成時のエッチング加工時間に制限があるため、技術的に困難であった。

一般的に遮光膜の材料にはクロムが用いられるが、クロムのドライエッチング加工では、酸素含有塩素系ガスによるドライエッチング（（Ｃｌ＋Ｏ）系）が用いられる。
しかし、有機物からなるレジストはその主成分が炭素であるため、ドライエッチング耐性が非常に弱く、ドライエッチング速度が速い。そのため、遮光膜をドライエッチングする際は、レジストパターンは十分な膜厚を残さなければならなかった。よって、レジストの
薄膜化は困難であった。
なお、一般的なフォトマスク製造におけるレジストの膜厚は３００ｎｍから５００ｎｍである。

通常、レジスト膜厚は遮光膜のジャストエッチング時間の２倍程度の長さのエッチングを行なっても充分に残存するようなレジスト膜厚にする必要がある。例えば、レジストと遮光膜とのエッチング選択比(＝遮光膜のエッチング速度／レジストのエッチング速度)が１程度であっても、遮光膜の２倍以上のレジスト膜を形成しなければならない。
ここでエッチング選択比とは、一般には（エッチング被対象物のエッチング速度／エッチング保護層のエッチング速度）と定義される値である。

そこで別の対策として、遮光膜を薄膜化することで遮光膜のエッチング時間を短縮して、その結果レジストも薄膜化を可能にすることが考えられる。

しかしながら、遮光膜を単純に薄膜化すると、当然ながら遮光性が失われてしまうため、ウエハ上でのパターニングの際、光が遮光膜を透過して露光されてしまう不具合が生じる。
遮光性を保つためには、光学濃度を充分保つような膜厚にする必要があり、遮光膜の膜厚に制限があった。そのため結局、遮光膜もレジストも薄膜化が困難であった。

このように、半導体素子回路の微細化に伴い、フォトマスクにも微細かつ高精度でパターニングする技術が要求されており、これらの解決方法としてレジスト膜や遮光膜の薄膜化が要望されたが、それは前記の通りエッチング加工時間と遮光性に制限があるため困難であった。

本発明の目的は、上記課題を解決するために、レジスト膜および遮光膜の薄膜化が可能であり、マイクロローディング現象や微細パターンの倒壊を低減し、微細かつ高精度なパターンが得られるフォトマスク、フォトマスクブランク及びフォトマスクの製造方法を提供することにある。

本発明において、上記の課題を解決するために、
請求項１のフォトマスクは、
透明基板上の一方の面にパターニングされた単層または複数の層からなる第一の膜を備え、かつ前記透明基板の反対面にパターニングされた単層または複数の層からなる第二の膜を備えることを特徴とする。

請求項２のフォトマスクは、
前記第二の膜が、露光転写の際の漏れ光により転写領域外が露光されることを防止するための遮光帯を成すことを特徴とする。

請求項３のフォトマスクは、
前記第一の膜が位相シフト膜を含むことを特徴とする。

請求項４のフォトマスクは、
前記第一の膜が位相シフト膜及びハードマスク膜を含むことを特徴とする。

請求項５のフォトマスクは、
前記位相シフト膜が露光光波長における透過率が４％〜１００％であることを特徴とする。

請求項６のフォトマスクは、
前記第二の膜が遮光膜を含むことを特徴とする。

請求項７のフォトマスクは、
前記遮光膜がクロム化合物あるいは珪素化合物の少なくとも一種類を含むことを特徴とする。

請求項８のフォトマスクは、
前記クロム化合物が、クロム酸化物、クロム窒化物、クロム酸化物を主成分とする金属化合物、クロムを主成分とする金属もしくは合金のいずれかであることを特徴とする。

請求項９のフォトマスクは、
前記珪素化合物が、珪素酸化物、珪素窒化物、珪素酸化窒化物を主成分とする化合物のいずれかであることを特徴とする。

請求項１０のフォトマスクは、
前記珪素化合物がさらに遷移金属を含むことを特徴とする。

請求項１１のフォトマスクは、
前記遷移金属が、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ)、タングステン(Ｗ)、ジルコニウム(Ｚｒ)、ハフニウム(Ｈｒ)、バナジウム(Ｖ)、およびニオブ(Ｎｂ)の中から選択されることを特徴とする。

請求項１２のフォトマスクは、
前記ハードマスク膜の前記位相シフト膜に対するエッチング選択比（位相シフト膜のエッチング速度／ハードマスク膜のエッチング速度）が５以上であることを特徴とする。

請求項１３のフォトマスクは、
前記ハードマスク膜が、フッ素系ドライエッチング（Ｆ系）に対してはエッチング耐性を持ち、かつ酸素含有塩素系ドライエッチング（（Ｃｌ＋Ｏ）系）により容易にエッチングされることを特徴とする。

請求項１４のフォトマスクは、
前記ハードマスク膜が、クロム酸化物、クロム窒化物、クロム酸化物を主成分とする金属化合物、およびクロムを主成分とする金属または合金のいずれかを主成分とすることを特徴とする。

請求項１５のフォトマスクは、
前記ハードマスク膜の膜厚が１ｎｍ〜１５ｎｍであることを特徴とする。

請求項１６のフォトマスクブランクは、
フォトマスクの素材として用いられるフォトマスクブランクであって、前記請求項１から１５のいずれかに記載されたフォトマスクの膜構成を備えたことを特徴とする。

請求項１７のフォトマスクの製造方法は、
前記ハードマスク膜を酸素含有塩素系ガスによるドライエッチングでパターニングした後に、前記位相シフト膜をフッ素系ガスによるドライエッチングでパターニングする工程を含むことを特徴とする。

本発明のフォトマスクによれば、位相シフト膜のメインパターンを形成した面に対して透明基板を挟んだ反対面に遮光膜を形成することにより、遮光性のための膜厚制限がない薄いハードマスク膜を位相シフト膜の上層に形成させることが可能となり、フォトマスク作製時のレジスト膜の薄膜化が可能となった。
これにより、マイクロローディング現象の低減による寸法精度の向上効果、およびＳＲＡＦ等の微細パターンのレジストパターン倒れの防止効果が得られ、微細かつ高精度なフォトマスクが作製可能になった。

本発明のフォトマスクの一実施例を示す断面図である。 本発明のフォトマスクブランクの一実施例を示す断面図である。 本発明のフォトマスクの製造方法を示す工程図である。 本発明のフォトマスクを用いて得られた寸法リニアリティ特性の実験結果を示す特性図である。

以下、本発明のフォトマスクについて図を用いて詳述する。

（フォトマスクの構成）
図１は、本発明のフォトマスクの一実施形態の構成を示す。
図１のフォトマスク３００は位相シフトマスクの構成を示しており、その構成は、石英ガラスからなる透明基板１００の一方の面に半透明の位相シフト膜パターン１０１ａが形成されている。そして、位相シフト膜パターン１０１ａとは透明基板１００を挟んで反対の面に、遮光膜パターン１０３ａが形成されている。

前記位相シフト膜パターン１０１ａは、メインパターンとして半導体回路素子パターンや前述のＳＲＡＦパターンなどの微細パターンが含まれる。またメインパターンの外周部、すなわち従来のフォトマスクでは遮光帯が形成されていた部分には、位相シフト膜のアライメントマークパターン１０１ｂが形成されている。

前記遮光膜パターン１０３ａは、このフォトマスクを露光に用いる際に前述の遮光帯として機能するものであって、遮光帯の中には第二アライメントマークパターン１０３ｂや、バーコードパターン（図示せず）等のパターンが形成されている。
第二アライメントマークパターン１０３ｂは前記位相シフト膜のアライメントマークパターン１０１ｂと同形のパターンであり、そのパターン中心位置はフォトマスクの厚さ方向において一致するように形成されている。

これにより、本発明のフォトマスクを露光転写に用いた際には、従来のアライメントマークと同様な透過率を保持して露光装置のアライメント動作が可能である。

（フォトマスクブランクの構成）
次に、本発明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の構成を以下に説明する。

図２は、本発明のフォトマスクブランクの一実施例を示す断面図である。このフォトマスクブランク１１０は、透明基板１００の一方の面に位相シフト膜１０１を積層し、その上にハードマスク膜１０２を積層した構成である。本実施例ではこの面に積層された膜を合わせて第一の膜１１１とする。
さらに、透明基板１００を挟んで反対の面に、遮光膜１０３を積層してある。この反対面に積層された膜を第二の膜１１２とし、本実施例では遮光膜のみとしている。

透明基板１００の材質は特に定めないが、露光波長において透明性の高い石英ガラスやフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）あるいは、アルミノシリケードガラスなどが使用できる。

位相シフト膜１０１の材料は、例えば、珪素化合物、珪素窒素化合物、もしくは珪素窒素化合物を主成分とする珪素化合物に金属を含有させたものが用いられる。これらは、珪素や金属の含有量の比率および膜厚を適宜選択することで、露光波長における透過率と位相差を所定の値に調整することができる。

位相シフトマスクを形成する場合の位相シフト膜１０１の透過率は、最終的なフォトマスク製品として４％以上１００％以下であることが一般的に要求される。
また、位相シフト膜１０１の位相差は、最終的なフォトマスク製品として１７０度以上１９０度以下であることが一般的に要求される。これらの要求特性値は、露光する設計パターンや露光条件等によりフォトマスクユーザーによって適宜選択される。

遮光膜１０３は、このフォトマスクブランクを用いたフォトマスクを露光する際に転写パターンの領域外に露光光が漏れ出てウエハ上に転写されないようにするための遮光性を具備する。
遮光膜の膜厚に制限はないが、露光波長に対する光学濃度が位相シフト膜と合わせて２以上になるように選択することが好ましく、より好ましくは光学濃度が３以上である。

また遮光膜１０３の材料は、クロム系化合物もしくは珪素系化合物の少なくとも一方を主として含んでいる。

前記クロム系化合物としては、例えば、クロム酸化物、クロム窒化物、もしくはクロム酸化物を主成分とする金属化合物、または、クロムを主成分とする金属もしくは合金が用いられ、これに炭素やフッ素などの非金属元素が含有されてもよい。

前記珪素系化合物としては、例えば、珪素酸化物、珪素窒化物、もしくは、珪素酸化物を主成分とする珪素化合物に金属を含有させたものが用いられる。

また、前記珪素系化合物は、遷移金属を含有してもよい。
遷移金属としては、例えば、モリブテン(Mo)、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウ（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｒ）、バナジウム（Ｖ）および、ニオブ（Ｎｂ）などが挙げられるが、エッチング加工の容易性の観点からはモリブテンが好ましい。

前記ハードマスク膜１０２は、位相シフト膜１０１をエッチングしてパターニングするためのエッチング保護膜としてはたらく膜であり、位相シフト膜と異なるエッチング特性を持つこと、すなわち、位相シフト膜１０１とのエッチング選択比（位相シフト膜のエッチング速度／ハードマスク膜のエッチング速度）が充分に大きい膜であることが望ましい。

その理由は、ハードマスク膜と位相シフト膜とが充分なエッチング選択比を持たない場合、レジストをマスクとしてハードマスク膜をエッチングしてエッチング終点に達したときに、下層の位相シフト膜にまでダメージを与えてしまう恐れがあることによる。

また別の理由として、ハードマスク膜のパターンをエッチング保護用マスクパターンとして用いて、露出部の位相シフト膜を選択的にエッチングしようとした際に、ハードマス
ク膜が同時にエッチングされて消失してしまい、非露出部の位相シフト膜表面にまでダメージを与えてしまう可能性があるからである。
そのため、これらの膜は前記エッチング選択比が充分に大きいことが望ましい。

ハードマスク膜１０２の材料としては、例えば、クロム酸化物、クロム窒化物、もしくはクロム酸化物を主成分とする金属化合物、または、クロムを主成分とする金属もしくは合金が用いられるが、これに炭素やフッ素などの非金属元素が含有されてもよい。

ハードマスク膜１０２は、前記のようなクロム化合物を用いることにより、酸素含有塩素系ドライエッチング（（Ｃｌ＋Ｏ）系）により容易にエッチングされ、逆にフッ素系ドライエッチング（Ｆ系）に対してはエッチング耐性を持つことができる。

これに対して位相シフト膜１０１は、前記の珪素系化合物を用いれば、フッ素系ドライエッチングにより容易にエッチングされ、逆に酸素含有塩素系ドライエッチングに対してはエッチング耐性を持つことができる。
そのため、ハードマスク膜と位相シフト膜とは互いにエッチング特性が異なるので、特にエッチング選択比が大きい値がとれる。

前記エッチング選択比（位相シフト膜のエッチング速度／ハードマスク膜のエッチング速度）は、ドライエッチング条件（反応ガス種、ガス流量、ＲＦパワー、装置構成等）などの製造条件によっても多少異なるが、一般には５以上あれば充分であり、特には１０以上が好ましい。
エッチング選択比が大きいほど、ハードマスク膜は位相シフト膜エッチング時の膜減り量が小さくなるので、その膜厚を薄くすることができる。

さらに、ハードマスク膜を薄くすれば、レジストの膜厚も薄くすることができる。例えば本実施例では、ハードマスク膜にクロム化合物を用い、位相シフト膜にモリブデンシリサイド化合物を用いた場合、１０以上のエッチング選択比が得られた。この時、ハードマスク膜の膜厚は１５ｎｍとして、レジストの膜厚は１００ｎｍで充分であった。

ハードマスク膜の膜厚は、１５ｎｍ以下が望ましい。その理由は、近年におけるサブミクロンレベルのパターンの微細化に対応するためには、この膜厚が１５ｎｍを超えると、前述したドライエッチング時のマイクロローディング現象等によって、高精度な微細パターンの形成が困難となる場合が考えられるためである。
またハードマスク膜厚を薄くした場合の下限値に関しては、フォトマスクの現像処理や酸・アルカリ洗浄による膜のダメージへの耐性を考慮すると、１ｎｍ以上が望ましい。

（フォトマスクの製造方法）
次に、図３において、本発明のフォトマスクブランクを用いた位相シフトマスクの製造方法を工程図で示す。

図３（ａ）は、図２のフォトマスクブランク１１０を用いてハードマスク膜１０２の上に第一レジスト膜１０４を塗布形成した状態を示している。第一レジスト膜１０４の膜厚は適宜選択できるが、例えば５０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下の範囲が好ましい。

特に微細パターンを擁するフォトマスクを作製する場合、前述のレジストパターン倒れ現象を防止するためには、レジストパターンのアスペクト比（レジスト膜厚／パターン幅）が大きくならないためにレジスト膜を薄膜化することが必要であり、１００ｎｍ以下が好ましい。

一方、第一レジスト膜１０４の膜厚の下限値は、用いるレジスト材料のドライエッチング耐性などの条件を総合的に考慮して決定され、一般的な電子線レジスト材料を用いた場合には５０ｎｍ以上とされるが、より好ましくは７５ｎｍ以上とされる。

次に、図３（ｂ）は、フォトマスクブランク１１０上に形成された第一レジスト膜１０４に対してパターン描画を施し、その後に現像処理を行ない、第一レジストパターン１０４ａを形成する工程を示している。

この描画は、一般的には電子ビーム露光による方法が採用される。例えば、レジストとして化学増幅型のものを使用する場合、電子ビームのエネルギー密度は、３〜４０μｍ／ｃｍ^２の範囲であり、この描画の後に加熱処理および現像処理を施してレジストパターンを得る。描画に際して、本実施例ではメインパターンに加えて、アライメントマークパターン１０４ｂを形成した。

なお、このアライメントマークパターン１０４ｂは、ウエハへの露光の際のアライメント用のパターンと、後の工程でマスク裏面に形成する遮光膜パターンとの重ね合わせ精度測定用のパターンとを含む。

図３（ｃ）は、前記第一レジストパターン１０４ａをマスク層として、ハードマスク膜１０２をエッチングしてパターニングし、ハードマスク膜パターン１０２ａを形成する工程を示す。このときの第一レジストパターン１０４ａはエッチング後も残存している。

ここでハードマスク膜１０２のエッチングには酸素含有塩素系ドライエッチング（（Ｃｌ／Ｏ）系）を用いているため、位相シフト膜は実質的にほとんどエッチングされずに残っている。
酸素含有塩素系ドライエッチング（（Ｃｌ／Ｏ）系のエッチング条件は、従来のクロム化合物をドライエッチングする際に用いられてきた公知の方法を用いてよい。また、この際の添加ガスとしては、塩素系ガスと酸素系ガスに加えて窒素ガスやヘリウムなどの不活性ガスを混合してもよい。

次に図３（ｄ）は、前記（ｃ）で形成されたハードマスク膜パターン１０２ａをマスク層として位相シフト膜１０１をエッチングしてパターニングし、位相シフト膜パターン１０１ａを形成する工程を示す。このとき第一レジストパターン１０４ａはエッチング後にわずかに残存している程度か、あるいは完全に除去されて消失していても構わない。
また、位相シフト膜１０１をエッチングする前に、第一レジストパターン１０４ａを剥離除去しておいても構わない。

本実施例において、位相シフト膜１０１のエッチングにはフッ素系ドライエッチング(Ｆ系)を用いるので、ハードマスク膜パターン１０２ａは実質的なエッチングがされずに残る。ここでフッ素系ドライエッチング(Ｆ系)のエッチング条件は、従来の珪素化合物膜をドライエッチングする際に用いられてきた公知の方法を用いてよい。
なお、フッ素系ガスとしてはＣＦ_４やＣ_２Ｆ_６が一般的であり、必要に応じて窒素ガスやヘリウムガスなどの不活性ガスを混合してもよい。

次に、図３（ｅ）は、エッチング後に残存した第一レジストパターン１０４ａを剥離除去した後、ハードマスク膜パターン１０２ａを酸素含有塩素系ドライエッチング（（Ｃｌ／Ｏ）系）で除去し、洗浄する工程を示す。

位相シフト膜パターン１０１ａは酸素含有塩素系ドライエッチング（（Ｃｌ／Ｏ）系）では実質的にエッチングされないため、除去されずに残る。なお、位相シフト膜パターン
１０１ａにはメインパターン１０１ｃおよびアライメントマークパターン１０１ｂが形成されている。

次に、このフォトマスクの裏面側の工程に進む。
図３（ｆ）は、遮光膜１０３上に第二レジスト膜１０５を新たに塗布形成した後、パターニングする工程を示す。
本工程では、図３（ａ）及び（ｂ）と同様な方法で第二レジスト膜１０５を塗布し、電子ビーム描画を行なった後、現像処理することで、第二レジストパターン１０５ａが形成される。

第二アライメントマークパターン１０５ｂは、半導体ウエハへの転写露光の際に、位相シフト膜側のアライメントマークパターン１０４ｂを用いて露光装置でのアライメント作業が可能となるように、露光光を透過させること及び位相シフト膜パターン１０１ａと遮光膜パターン１０３ａのパターン重ね合わせ精度の測定及び確認作業を行なえるようにすることが必要となるので、アライメントマークパターン１０１ｂよりも少なくとも外形が大きいパターンでなければならない。

次に、ここでアライメントマークパターン１０１ｂと第二アライメントパターン１０５ｂとの重ね合わせ精度を測定することによって、位相シフト膜パターンと第二レジスト膜パターンとの重ね合わせ精度を確認する。

このとき、重ね合わせ精度が所定の規格を満たさなかった場合、即ち表裏面のパターンの重ね合わせにずれが生じた場合には、その測定結果を描画機にフィードバックして、ずれをなくすような補正値を導入する。

そして、第二レジスト膜１０５を剥離除去した後、図３（ｆ）の工程に戻って再度第二レジスト膜の塗布形成からやり直し、補正値を導入した電子線描画を行い、再び第二レジスト膜パターン１０５ａを形成して重ね合わせ精度の測定を行い、パターンのずれが規格内に入ったことを確認したら次工程へ進む。
この工程はパターンのずれが規格内に入るまで繰り返すことができる。

図３（ｇ）は、第二レジスト膜パターン１０５ａをマスク層として、遮光膜１０３をエッチングする工程を示す。遮光膜としてクロム系化合物を用いた場合、酸素含有塩素系ドライエッチング（（Ｃｌ／Ｏ）系）でドライエッチングして遮光膜パターン１０３ａが形成される。また、遮光膜として珪素系化合物を用いた場合は、フッ素系ドライエッチング(Ｆ系)にてドライエッチングする。

最後に、図３（ｈ）において、（ｇ）で残存した第二レジスト膜パターン１０５ａを剥離除去した後、洗浄を行って、本発明のフォトマスクが完成する。

以下、本発明のフォトマスクを評価した結果を示す。

（寸法リニアリティ測定）
本発明のフォトマスクを作製して、マスクパターンの寸法リニアリティ測定を行なった。作製条件として、レジストは化学増幅型ネガレジストを使用し、寸法測定装置にはフォトマスク用測長ＳＥＭ装置を用いた。寸法リニアリティ特性の測定結果を図４に示す。なお、図４には比較例として従来のフォトマスクでの測定結果を加えた。

ここで寸法リニアリティについて説明する。図４に示したグラフは、横軸に設計パターン寸法（Design CD)(CD:Critical Dimension)をとり、縦軸に実測パターン寸法と設計パ
ターン寸法との差（Delta CD）をとった。この寸法差(Delta CD)は実際のパターンにおける設計値からの誤差を意味するので、この値がゼロに近いほど高精度なパターンと言える。

図４の結果によると、本発明のマスクは従来のフォトマスクと比較して、横軸のDesign CDが１０００ｎｍ以下の領域、特に６００ｎｍ以下の領域即ち微小寸法領域においてDelta CDが小さく、すなわち、寸法リニアリティの良い高精度なパターンができていることがわかった。

以上の通り、本発明のフォトマスクは、前述の通り従来のフォトマスクよりもレジスト膜厚及び遮光膜の膜厚を薄くしてあり、これによって、前記マイクロローディング現象を低減することができ、結果として高精度なパターンが得られた。

（パターン解像性)
続いて、本発明のフォトマスクを用いてパターン解像性の評価を行った。
ハードマスク膜の膜厚は５ｎｍとし、レジスト膜の膜厚は１００ｎｍとした。

評価方法は以下の通りである。
まず、パターン寸法を３０〜１００ｎｍのライン&スペースとして設定し、描画及び現像処理によりレジストパターンを形成した。次に、フォトマスク用測長ＳＥＭ装置を用いて、孤立ラインパターンの各寸法に対するレジストパターン倒壊率を調べた。
その結果を表１に示す。また、表１には本発明のフォトマスクに加え、比較例として従来のフォトマスクの結果も示した。

表１の結果によれば、従来のフォトマスクではパターン寸法が６０ｎｍ以下においてレジストパターン倒壊が見られた。しかし、本発明のフォトマスクでは、寸法が５０ｎｍまでレジストパターンの倒壊が見られなかった。
すなわち、本発明のフォトマスクによって、微細パターンにおけるレジストパターン倒れ現象を低減する効果が得られた。

本発明のフォトマスク、フォトマスクブランクおよびフォトマスクの製造方法を用いて、大規模半導体回路のみならず、様々な微細素子形成技術、例えばナノデバイス製造などの分野においても応用が可能になる。

１００・・・透明基板
１０１・・・位相シフト膜
１０１ａ・・・位相シフト膜パターン
１０１ｂ，１０４ｂ・・・アライメントマークパターン
１０１ｃ・・・メインパターン
１０２・・・ハードマスク膜
１０２ａ・・・ハードマスク膜パターン
１０３・・・遮光膜
１０３ａ・・・遮光膜パターン
１０３ｂ，１０５ｂ・・・第二アライメントマークパターン
１０４・・・第一レジスト膜
１０４ａ・・・第一レジストパターン
１０５・・・第二レジスト膜
１０５ａ・・・第二レジストパターン
１１０・・・フォトマスクブランク
１１１・・・第一の膜
１１２・・・第二の膜
２００・・・フォトマスク

Claims (17)

1. 透明基板上の一方の面にパターニングされた単層または複数の層からなる第一の膜を備え、かつ前記透明基板の反対面にパターニングされた単層または複数の層からなる第二の膜を備えることを特徴とするフォトマスク。
2. 前記第二の膜は、露光転写の際の漏れ光により転写領域外が露光されることを防止するための遮光帯を成すことを特徴とする、請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記第一の膜は位相シフト膜を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のフォトマスク。
4. 前記第一の膜が位相シフト膜及びハードマスク膜を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
5. 前記位相シフト膜は露光光波長における透過率が４％〜１００％であることを特徴とする、請求項３または４に記載のフォトマスク。
6. 前記第二の膜は遮光膜を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のフォトマスク。
7. 前記遮光膜はクロム化合物あるいは珪素化合物の少なくとも一種類を含むことを特徴とする、請求項６に記載のフォトマスク。
8. 前記クロム化合物は、クロム酸化物、クロム窒化物、クロム酸化物を主成分とする金属化合物、クロムを主成分とする金属もしくは合金のいずれかであることを特徴とする、請求項７に記載のフォトマスク。
9. 前記珪素化合物は、珪素酸化物、珪素窒化物、珪素酸化窒化物を主成分とする化合物のいずれかであることを特徴とする請求項７に記載のフォトマスク。
10. 前記珪素化合物がさらに遷移金属を含むことを特徴とする、請求項９に記載のフォトマスク。
11. 前記遷移金属は、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ)、タングステン(Ｗ)、ジルコニウム(Ｚｒ)、ハフニウム(Ｈｒ)、バナジウム(Ｖ)、およびニオブ(Ｎｂ)の中から選択されることを特徴とする、請求項１０に記載のフォトマスク。
12. 前記ハードマスク膜の前記位相シフト膜に対するエッチング選択比（位相シフト膜のエッチング速度／ハードマスク膜のエッチング速度）が５以上であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載のフォトマスク。
13. 前記ハードマスク膜は、フッ素系ドライエッチング（Ｆ系）に対してはエッチング耐性を持ち、かつ酸素含有塩素系ドライエッチング（（Ｃｌ＋Ｏ）系）により容易にエッチングされることを特徴とする、請求項４から１２のいずれか１項に記載のフォトマスク。
14. 前記ハードマスク膜は、クロム酸化物、クロム窒化物、クロム酸化物を主成分とする金属化合物、およびクロムを主成分とする金属または合金のいずれかを主成分とすることを特徴とする、請求項４から１３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
15. 前記ハードマスク膜の膜厚は１ｎｍ〜１５ｎｍであることを特徴とする、請求項４から１４のいずれか１項に記載のフォトマスク。
16. フォトマスクの素材として用いられるフォトマスクブランクであって、
    前記請求項１から１５のいずれかに記載されたフォトマスクの膜構成を備えたことを特徴とするフォトマスクブランク。
17. 前記ハードマスク膜を酸素含有塩素系ガスによるドライエッチングでパターニングした後に、前記位相シフト膜をフッ素系ガスによるドライエッチングでパターニングする工程を含むことを特徴とする、請求項４から１５のいずれかに記載のフォトマスクの製造方法。

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