JP5104774B2 - フォトマスクおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子のパターン形成に用いられるエキシマレーザ露光装置などの短波長の露光光源を用いたフォトリソグラフィ技術に使用するためのフォトマスクおよびその製造方法に関し、特に、主パターンの近傍に補助パターンを配置したハーフトーン型のフォトマスクおよびその製造方法に関する。
ハーフピッチ６５ｎｍから４５ｎｍ、さらに３２ｎｍ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、投影レンズの開口数を高くした高ＮＡ化技術、投影レンズと露光対象の間に高屈折率媒体を介在させて露光を行なう液浸露光技術、変形照明搭載露光技術などが実用されている。
フォトリソグラフィに用いられるフォトマスク（以下、マスクとも記す。）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、光の干渉を利用した位相シフト効果により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（以後、単にハーフトーンマスクと言う。）、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などの位相シフトマスクが用いられている。
フォトリソグラフィ技術においては、投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系のレンズの開口数（ＮＡ）に反比例するため、半導体素子の微細化への要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいるが、短波長化及び高ＮＡ化だけでこの要求を満足するには限界となっている。
そこで解像度を上げるために、プロセス定数ｋ1（ｋ1＝解像線幅×投影光学系の開口数／露光光の波長）の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術が近年提案されている。このような超解像技術として、露光光学系の特性に応じてマスクパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えてマスクパターンを最適化する方法、あるいは変形照明による方法（斜入射照明法とも称する。）と呼ばれる方法などがある。変形照明による投影露光には、通常、瞳フィルタを用いた輪帯照明（Ａｎｎｕｌａｒとも称する。）、二重極（ダイポール：Ｄｉｐｏｌｅとも称する。）の瞳フィルタを用いた二重極照明および四重極（クロスクワド：Ｃｑｕａｄとも称する。）の瞳フィルタを用いた四重極照明などが用いられている。
補助パターンを用いる方法は、ウェハ上に転写されるパターン（以後、主パターンと称する。）の近傍に、投影光学系の解像限界以下であってウェハ上には転写されないパターン（以後、補助パターンと称する。）を配置し、主パターンの解像度と焦点深度を向上させる効果を有するフォトマスクを用いるリソグラフィ方法である（例えば、特許文献１参照。）。補助パターンはＳＲＡＦ（Sub Resolution Assist Feature）とも呼ばれている（以後、本発明では補助パターンをＳＲＡＦとも称する。）。
しかしながら、半導体素子パターンの微細化に伴って、補助パターンを有するフォトマスクはマスク製作上で困難な点が生じてきた。まず、補助パターンは上述のようにそれ自身結像しないことが必要であり、主パターンの寸法よりも微小な寸法でなければならない点が挙げられる。その結果、主パターン寸法の微細化に伴い、求められる補助パターンの線幅寸法は数１００ｎｍからさらに微小な寸法へと微小化しており、製作上の限界の域に近づきつつある。例えば、ウェハ上で６５ｎｍ線幅の半導体素子を形成する場合、そのマスク（通常４倍体のパターンを有するレチクル）上の主パターンの線幅寸法は光近接効果補正（ＯＰＣ）などが加わり、２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度で形成されているのに対し、補助パターンの線幅寸法は１２０ｎｍ以下となり、マスク作製が極めて難しくなる。上記のように、ハーフピッチ６５ｎｍ以下のパターンを転写する露光条件では、補助パターンの寸法がマスク製造上の大きな問題となっている。
さらに、ハーフピッチ６５ｎｍ以下のパターンを転写するマスクの転写特性としては、後述するように、ハーフトーンマスクの方がバイナリマスクよりも良好な転写像が得られる場合が多いので、補助パターンを有するマスクをハーフトーンマスクの構造とする要望も強く、補助パターンを有するハーフトーンマスクも提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、非特許文献１参照。）。しかし、ハーフトーンマスクは転写特性から、通常、マスクパターン寸法にマイナス側のバイアスが入るので、ハーフトーンマスクとして半透明膜で形成された補助パターンの寸法は、遮光膜のみで形成されたバイナリマスクの補助パターンの寸法よりも小さい値が求められる。半導体素子のハーフピッチ４５ｎｍから３２ｎｍの世代では、半導体のデザインや露光条件によってはマスク線幅で６０ｎｍ以下の補助パターン寸法が要求されるまでになっている。
また、補助パターンの微細化に伴い、洗浄などのマスク製造工程において、あるいは露光装置で使用中に汚れたマスクを再洗浄する場合において、従来の補助パターンを設けたハーフトーンマスクは、補助パターンのアスペクト比（パターン高さ／パターン幅）が１に近づき、補助パターンの一部が欠けたり、補助パターンが基板表面から剥がれたり、補助パターンがその線幅方向へ倒れたりする現象が発生するという問題も生じていた。
特許文献２には、ハーフトーンマスクによる補助パターンの微細化への対応として、半透明パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせ、かつ半透明補助パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光には５０度より小さい範囲の所定の位相差を生じさせ、半透明パターンのフォーカス特性を平坦にするフォトマスクが提案されている。図２４は、特許文献２に示されたフォトマスクの平面図（同図（ａ））、縦断面図（同図（ｂ））である。特許文献２によるフォトマスクは、主パターンであるラインパターンの近傍に設けた補助パターンを主パターンと同寸法で形成することも可能にしている。
特許文献２に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、図２４に示すように、主パターン１である半透明パターンの線幅がウェハ上で０．３μｍのラインパターン、半透明補助パターン２が主パターン１の左右に同じ線幅のラインパターンで設けられたマスクで、主パターン１は半透明膜３０２上にさらに透明膜３０４を成膜して重ねて２層構成とし、２層膜よりなる半透明主パターン１を透過する光と透明基板３０１の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせ、一方、半透明補助パターン２を透過する光と透明基板３０１の透明領域を透過する光に５０度より小さい範囲の所定の位相差を生じさせ、半透明パターンのフォーカス特性を平坦にしたマスクである。
Ｎ．Ｖ．Ｌａｆｆｅｒｔｙ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５３７７，３８１−３９２（２００４）
しかしながら、特許文献２に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、露光光源に水銀灯のｉ線（３６５ｎｍ）あるいはＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を用い、投影光学系の開口数ＮＡが０．６と小さく、ウェハ上のパターン寸法が０．３〜０．３５μｍのサブミクロン単位の半導体素子を対象とした世代のマスクであり、現在実用化が進められているＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、ＮＡを１以上、望ましくは１．３〜１．３５前後の高ＮＡの露光装置に用いられ、ウェハ上のパターン寸法がハーフピッチ６５ｎｍ以下、さらには４５ｎｍ、３２ｎｍの半導体素子用のマスクとして用いるには、次のような問題があった。
すなわち、プロセス定数ｋ1が小さくなるに従い、主パターンの解像性を向上させるために変形照明が用いられるが、それに伴い補助パターンも解像しやすくなってしまうという問題があった。さらに変形照明の斜め入射照射により、マスク基板面に垂直方向のマスクの厚みによる立体的な効果（マスクの３次元効果）で補助パターンが転写対象面に解像しやすくなるという問題が生じてきた。特許文献２に記載された補助パターンを有するハーフトーンマスクは、たとえ主パターンの位相差が所定の範囲内であっても、３次元効果により補助パターンが解像してしまい、しかもデフォーカスに対して寸法変動が非対称になり、転写画像の品質が低下して実用に適しないという問題が生じていた。
また、特許文献２、特許文献３および非特許文献１に記載されたフォトマスクは、いずれも主パターンのみが透明基板側の下層に半透明膜、上層に遮光膜あるいは下層と異なる材質の半透明膜または透明膜を重ねた２層構造としており、半透明膜の補助パターンを有するフォトマスクの製造においては、主パターンの成膜工程がいずれも２回必要となり、製造工程が複雑になるという問題があった。さらに、特許文献２に記載のフォトマスクの製造においては、パターン微細化とともに、透明基板上に形成された第１のパターンと次に形成する第２のパターンとの位置合わせが難しくなり、主パターンと補助パターンとの間のスペースをアライメントずれを考慮した値（通常、２００ｎｍ程度）以上にとる必要があり、補助パターン幅を主パターン幅と同じにすることがパターンの微細化とともに困難になるという問題があった。
上記のように、半導体素子パターンの微細化に伴って、補助パターンを設けたハーフトーンマスクが強く求められてはいるものの、従来の補助パターンを設けたフォトマスクは、ハーフピッチ６５ｎｍ以下、さらには４５ｎｍ、３２ｎｍの半導体素子用のマスクとしての微細化に対応しておらず、またその製造は困難となっているという問題があった。
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、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられるマスクとして、補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちながら、補助パターンを解像させず、補助パターンの欠けや倒れを抑制し、主パターンのコントラストの高い転写画像を形成できる補助パターンを有するハーフトーンマスクおよびその製造方法を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１の発明に係るフォトマスクは、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられるフォトマスクにおいて、該フォトマスクが、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けた、前記主パターンの前記転写対象面上での最小パターンピッチがピッチ１２０ｎｍ以下となるフォトマスクであって、前記主パターンと前記補助パターンとが同一材料よりなる半透明膜で構成されており、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせ、かつ前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差を生じさせることを特徴とするものである。
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、前記補助パターンの膜厚が前記主パターンの膜厚よりも薄く、膜厚差が２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差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２に記載のフォトマスクにおいて、前記膜厚差がドライエッチングにより形成された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から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、 前記補助パターンの露光光透過率が１５％〜２９％の範囲の所定の透過率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から請求項４までのいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、前記同一材料よりなる半透明膜が単層の半透明膜または２層の半透明膜よりな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から請求項５までのいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、前記フォトマスクの外周部に遮光領域が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１から請求項６までのいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、前記単層の半透明膜がモリブデンシリサイド系材料の半透明膜であり、前記２層の半透明膜が前記透明基板上にクロム系材料の半透明膜、モリブデンシリサイド系材料の半透明膜を順に設けた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から請求項７までのいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、前記主パターンおよび前記補助パターンがいずれもラインパターンであり、前記主パターンが孤立パターンまたは周期パターン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の製造方法は、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けた、前記主パターンの前記転写対象面上での最小パターンピッチがピッチ１２０ｎｍ以下となるフォトマスクの製造方法であって、（ａ）前記透明基板の一主面上に半透明膜、遮光膜を順に形成し、前記半透明膜を透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光の位相差がほぼ１８０度となる膜厚とする工程と、（ｂ）前記遮光膜上に第１のレジストパターンを形成し、前記遮光膜および前記半透明膜を順にドライエッチングし、主パターン部と補助パターン部を形成する工程と、（ｃ）前記第１のレジストパターンを剥離し、次に前記遮光膜上に第２のレジストパターンを形成し、前記補助パターン部の遮光膜をエッチングして除去する工程と、（ｄ）前記第２のレジストパターンを剥離し、次に前記透明基板の一主面上全面をドライエッチングし、前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光が７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、前記補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターンを形成する工程と、（ｅ）前記主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターンを形成し、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせる工程と、を含むことを特徴とするものである。
請求項１０の発明に係るフォトマスクの製造方法は、請求項９に記載のフォトマスクの製造方法において、工程（ｂ）の前記半透明膜のドライエッチングが前記半透明膜の膜厚の途中までのハーフエッチングである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、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けた、前記主パターンの前記転写対象面上での最小パターンピッチがピッチ１２０ｎｍ以下となるフォトマスクの製造方法であって、（ａ）前記透明基板の一主面上に半透明膜、遮光膜を順に形成し、前記半透明膜が２層の半透明膜よりなり、前記透明基板側の下層の半透明膜が上層の半透明膜のエッチング停止層を兼ね、前記２層の半透明膜を透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光の位相差がほぼ１８０度となる膜厚とする工程と、（ｂ）前記遮光膜上に第１のレジストパターンを形成し、前記遮光膜および前記２層の半透明膜を順にドライエッチングし、主パターン部と補助パターン部を形成する工程と、（ｃ）前記第１のレジストパターンを剥離し、次に前記遮光膜上に第２のレジストパターンを形成し、前記補助パターン部の遮光膜をエッチングして除去する工程と、（ｄ）前記第２のレジストパターンを剥離し、次に前記透明基板の一主面上全面をドライエッチングし、前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光が７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、前記補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターンを形成する工程と、（ｅ）前記主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターンを形成し、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせる工程と、を含む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９から請求項１１までのいずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法において、前記補助パターンと前記主パターンとの膜厚差が、２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差であ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９から請求項１２までのいずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法において、前記補助パターンを形成する工程（ｄ）の後に、遮光領域用レジストパターンを形成し、前記主パターン上の遮光膜をドライエッチングして除去し主パターンを形成するとともに、前記フォトマスクの外周部に遮光領域を形成する工程、をさらに含むことを特徴とするものである。
本発明のフォトマスクによれば、補助パターンを有するハーフトーンマスクにおいて、補助パターン部分のみを薄膜化することで補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちつつ、コントラストの高い転写画像を形成することができる。補助パターン寸法を５６ｎｍから１０４ｎｍと大きくしても補助パターン部は解像せず、かつ繰り返し端の主パターンの焦点深度拡大効果に悪影響はなく、補助パターンの寸法を従来の寸法の約２倍程度にまで大きくすることができ、補助パターンのアスペクト比を下げることにより、補助パターンの欠けや倒れが抑制される効果を奏する。また、本発明のフォトマスクは、半透明膜が単層の場合には、従来から使用されているハーフトーンマスク用マスクブランクスをそのまま用いることができ、マスクブランクス材料を変更する必要がないため、補助パターンを用いないハーフトーンマスクに対し、マスクブランクスの互換性を確保することができ、マスクの品質維持とマスクコストの低減が可能となる。
本発明のフォトマスクの製造方法によれば、主パターンおよび補助パターンが、同一材料からなる半透明膜で構成されるので半透明膜の成膜工程が容易であり、半透明膜が単層の場合には、従来から使用されているハーフトーンマスク用マスクブランクスをそのまま用いることができ、マスクブランクス材料を変更する必要がないため、マスク製造コストを低減できる。補助パターン幅を主パターンより小さくすることにより、主パターンと補助パターンとの間のスペースをより広くし、透明基板上に形成された第１のパターンと次に形成する第２のパターンとのアライメントずれの余裕度を上げた製造方法とすることができ、マスク製造の難度を上げずにパターンの転写特性を改善するフォトマスクを得ることができる。
本発明のフォトマスクは、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられるマスクであり、好ましくはウェハ上のハーフピッチが６５ｎｍ以下、さらには４５ｎｍ、３２ｎｍの微細な半導体素子形成に用いられることを対象とするマスクである。
（従来のハーフトーンマスクの転写特性）
本発明について述べる前に、まず本発明の対象としている補助パターンを有するハーフトーンマスクの転写特性について説明する。本発明者は、ウェハ上にハーフピッチ４５ｎｍ以下の細密パターンを形成するための補助パターンを有するハーフトーンマスクの転写特性を、従来のハーフトーンマスクを用いてバイナリマスクと比較しながらシミュレーションにより調べた。
本発明について述べる前に、まず本発明の対象としている補助パターンを有するハーフトーンマスクの転写特性について説明する。本発明者は、ウェハ上にハーフピッチ４５ｎｍ以下の細密パターンを形成するための補助パターンを有するハーフトーンマスクの転写特性を、従来のハーフトーンマスクを用いてバイナリマスクと比較しながらシミュレーションにより調べた。
従来、マスクパターンの転写特性の評価は、マスクパターンの平面的な特性を主にして、透過率や位相差で表現する方法により予測されていた。近年は、フォトマスクの転写特性の評価に、コントラストあるいはＮＩＬＳ（Normalized Image Log-Slope：正規化画像対数勾配）、およびＭＥＥＦ（Mask Error Enhancement Factor：マスク誤差増大因子）などの指標が用いられている。まず、ＮＩＬＳとＭＥＥＦを用いてマスクの転写特性を評価した。
ＮＩＬＳは、下記の数式（１）で表される。ＮＩＬＳの値が大きいと、光学像は急峻となりレジストパターンの寸法制御性は向上する。一般的に、ＮＩＬＳは２以上が好ましいが、半導体素子の微細化に伴い、１．５程度以上でも解像するようなレジストプロセスが求められてきている。ここで、Ｗは所望のパターン寸法、ＩthはＷを与える光強度の閾値、（ｄＩ／ｄｘ）は空間像の勾配である。
ＮＩＬＳ＝（ｄＩ／ｄｘ）／（Ｗ×Ｉth） …（１）
ＮＩＬＳ＝（ｄＩ／ｄｘ）／（Ｗ×Ｉth） …（１）
ＭＥＥＦは、下記の数式（２）で表されており、マスク寸法変化量（ΔマスクＣＤ）に対するウェハ上のパターン寸法変化量（ΔウェハＣＤ）の比で示される。ＣＤはマスクやウェハの重要な寸法（Critical Dimension）を示す。数式（２）の数値４はマスクの縮小比であり、一般的な４倍マスクを用いた場合を例示している。数式（２）が示すように、ＭＥＥＦの値は小さい方（１付近）が、マスクパターンがウェハパターンにより忠実に転写されることになり、ＭＥＥＦの値が小さくなればウェハ製造歩留りが向上し、その結果、ウェハ製造に用いるマスク製造歩留りも向上することになる。
ＭＥＥＦ＝ΔウェハＣＤ／ΔマスクＣＤ／４ …（２）
ＭＥＥＦ＝ΔウェハＣＤ／ΔマスクＣＤ／４ …（２）
本発明においては、マスクパターンの転写特性を見積もるためのシミュレーション・ソフトウェアとして、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を照明光源とし、ＮＡは１．３５、変形照明として、図３に示すＣｑｕａｄ瞳フィルタ３１を用いた。同図（ａ）はＣｑｕａｄ３１の平面模式図、同図（ｂ）はＣｑｕａｄ３１を用いてマスク３３に露光光を照射したときの斜視模式図である。Ｃｑｕａｄ３１は、扇状光透過部の開口角３５度、外径０．９、内径０．７（瞳フィルタの半径を１とする）とした。マスク３３としては、従来の一般的なモリブデンシリサイド系の露光波長１９３ｎｍにおける透過率６％のハーフトーンマスク（６％ハーフトーンと記す）と、比較のためのモリブデンシリサイド系のバイナリマスクを用いた。ウェハ上のターゲットライン寸法は４５ｎｍ、パターンはピッチ９０ｎｍ（ハーフピッチ４５ｎｍ）のライン／スペース繰り返しパターンとした。
図２０、図２１は、従来のハーフトーンマスクとバイナリマスクにおいて、上記のシミュレーションにより得られたウェハ上の転写ターゲット寸法４５ｎｍにおけるマスクバイアスと転写特性との関係を示す図であり、図２０はＮＩＬＳ、図２１はＭＥＥＦについてマスクＣＤとの関係を示す。
図２０が示すＮＩＬＳにおいては、ハーフトーンマスクでは、マスクバイアスをマイナス側にしてラインパターン寸法を細らせたマスクＣＤ３２ｎｍ〜４４ｎｍ（ウェハ上）において、ＮＩＬＳは最大値を示す。一方、バイナリマスクでは、マスクバイアスをプラス側にしてラインパターン寸法を太らせるほどＮＩＬＳが上がる傾向を示す。
図２１に示すＭＥＥＦにおいては、ハーフトーンマスク、バイナリマスクのいずれもマスクバイアスをマイナスにしてラインパターン寸法を細らせるほど、ＭＥＥＦが小さくなるが、ハーフトーンマスクの方がバイナリマスクよりもより小さい値を示し、より好ましい。
図２０、図２１より、ハーフトーンマスクでは、最大ＮＩＬＳと最小ＭＥＥＦのマスクＣＤがほぼ一致している。一方、バイナリマスクでは、ＮＩＬＳとＭＥＥＦが相反する関係にあり、一方の特性を良くしようとすると他方の特性が悪くなることが判る。このことは、ハーフピッチ４５ｎｍ以下のパターン形成には、バイナリマスクよりもハーフトーンマスクの方が適していることを示している。したがって、本発明において説明するように、ハーフピッチ４５ｎｍ以下のパターン形成用のフォトマスクとしてハーフトーンマスクを使用するのは好ましい選択の一つである。
図２２は、従来のハーフトーンマスクとバイナリマスクのマスクＣＤと露光余裕度（Exposure Latitude、露光寛容度ともいう。）を示す図である。露光余裕度は良好なレジスト寸法・形状を得るための露光マージンを示す値である。ここで、露光余裕度は焦点面が±５０ｎｍの範囲でずれ、主パターンマスクＣＤが±２．５ｎｍの範囲でずれた場合に、ウェハ転写ＣＤの誤差が±３．８ｎｍ以下となる条件で評価した。ここでマスクＣＤはウェハ上に換算されているので、転写される主パターンのマスクＣＤを示す。図２２において、ハーフトーンマスク（図中の点線）はマスクＣＤが３２ｎｍのときに露光余裕度が最良の値８．３％を示し、マスクＣＤが４０ｎｍのときにはバイナリマスク（実線）と同じ露光余裕度となる。一方、バイナリマスクは、マスクＣＤが４６ｎｍのときに露光余裕度が最良の値７％を示すが、ハーフトーンマスクに比べると露光余裕度は小さい。
図４は、本発明において用いた評価パターン（同図（ａ））と、評価パターンの位置に対応した光強度を示す空間像の図（同図（ｂ））である。評価パターンは、主パターンとしてハーフピッチ４５ｎｍのライン／スペースが９本、端の主パターンの解像性を向上するために、主パターンの両端にＳＲＡＦが２本（ＳＲＡＦのハーフピッチは主パターンと同じ）入れて一組とし、４００ｎｍのスペースを挟んだ繰り返しパターンである。主パターン、ＳＲＡＦともに上記の６％ハーフトーンである。
次に、補助パターンを有するハーフトーンマスクにおいて、ライン／スペースパターンの端の補助パターン（ＳＲＡＦ）の転写性について説明する。図４では、横軸に主パターンとＳＲＡＦの一組のパターンの位置、縦軸にパターンがない透過部の光強度を１としたときの規格化した光強度を示しており、図中の横実線で示すスライスレベルは、規格化された光強度閾値である。主マスクパターンの寸法によってスライスレベルは変わる。図中に矢印で示すＳＲＡＦ部の最小光強度がスライスレベルよりも下がると、ＳＲＡＦがウェハ上に解像してしまうことを意味する。
図２３は、従来技術に基づいて膜厚を一定とした場合のハーフトーンマスクとバイナリマスクにおける、ウェハ上でのＳＲＡＦのＣＤ（横軸）に対して、規格化された光強度閾値のスライスレベルに対するＳＲＡＦ部の光強度の比（縦軸）を示す図である。ハーフトーンマスク（図中の三角点）は主パターンのＣＤが３通り（ウェハ上で３２ｎｍ；３６ｎｍ；４０ｎｍ）の場合を示す。上記の比が１以下であるとＳＲＡＦは転写されてしまうので、ＳＲＡＦが転写されないようにするには上記の比を１以上にしなければならない。図中に点線で示すハーフトーンマスクの主パターンＣＤが３２ｎｍ（マスク上では１２８ｎｍ）のときには、前記露光余裕度は最良の値を示すが、ＳＲＡＦのＣＤを１４ｎｍ（マスク上では５６ｎｍ）以下にしないとＳＲＡＦが解像してしまうことになり、マスク製造が困難であることがわかる。
上記は、ＳＲＡＦを有する従来の６％ハーフトーンマスクを用いた場合のシミュレーション結果であり、シミュレーション上はマスク特性に優れていることが判るものの、ＳＲＡＦ寸法が極めて小さくなり、実際のマスク製造が困難である。
（本発明のフォトマスク）
次に、上記の結果を参考にしながら、本発明のフォトマスクおよびフォトマスクの製造方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。本発明においては、後述の主パターン間にＳＲＡＦがある場合を除いて、以下のマスクパターンの転写特性の説明では、上記の図３に示すＣｑｕａｄ瞳フィルタ３１を用い、シミュレーション・ソフトウェアとして、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を照明光源とし、ＮＡは１．３５である。評価パターンは、上記の図４（ａ）に示すパターンを用いている。
次に、上記の結果を参考にしながら、本発明のフォトマスクおよびフォトマスクの製造方法の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。本発明においては、後述の主パターン間にＳＲＡＦがある場合を除いて、以下のマスクパターンの転写特性の説明では、上記の図３に示すＣｑｕａｄ瞳フィルタ３１を用い、シミュレーション・ソフトウェアとして、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を照明光源とし、ＮＡは１．３５である。評価パターンは、上記の図４（ａ）に示すパターンを用いている。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明のフォトマスクである補助パターンを有するハーフトーンマスクの第１の実施形態を示す部分断面模式図であり、ライン／スペースパターンを設けた場合を例示しており、合成石英基板などの透明基板１１上に、露光光を所定の透過率で透過し位相を変える単層の半透明膜で主パターン１２が設けられ、主パターン１２の近傍に主パターン１２と同一材料よりなる単層の半透明膜で構成された補助パターン（ＳＲＡＦ）１３が形成されたハーフトーンマスク１０である。図１では、主パターン１２、補助パターン１３ともに２本、マスクパターンの一部しか例示していないが、もとよりこれに限定されるわけではない。主パターンは孤立パターンまたは周期パターンであってもよい。
図１は、本発明のフォトマスクである補助パターンを有するハーフトーンマスクの第１の実施形態を示す部分断面模式図であり、ライン／スペースパターンを設けた場合を例示しており、合成石英基板などの透明基板１１上に、露光光を所定の透過率で透過し位相を変える単層の半透明膜で主パターン１２が設けられ、主パターン１２の近傍に主パターン１２と同一材料よりなる単層の半透明膜で構成された補助パターン（ＳＲＡＦ）１３が形成されたハーフトーンマスク１０である。図１では、主パターン１２、補助パターン１３ともに２本、マスクパターンの一部しか例示していないが、もとよりこれに限定されるわけではない。主パターンは孤立パターンまたは周期パターンであってもよい。
本発明の補助パターンを有するハーフトーンマスク１０は、主パターン１２を透過する光と透明基板１１のパターンのない透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせ、かつ補助パターン１３を透過する光と透明基板１１の透明領域を透過する光に７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差を生じさせるように設定されている。主パターン１２と補助パターン１３の位相差を上記のように設定することにより、ハーフトーンマスク１０は、補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちながら、補助パターン１３を解像させず、主パターン１２のコントラストの高い転写画像を形成することができる。
上記の位相差を生じさせるために、本発明の補助パターンを有するハーフトーンマスク１０は、補助パターン１３の膜厚が主パターン１２の膜厚よりも薄く、膜厚差（以後、ＳＲＡＦ膜厚差という。）が２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差としている。上記の所定の膜厚差は、ＳＲＡＦ部を選択的にドライエッチングすることにより形成することができる。
補助パターンを有するハーフトーンマスク１０として、例えば、１８０度の位相差を生じさせる主パターンのＡｒＦ露光光透過率を６％とすると、上記の７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差を生じさせる補助パターンのＡｒＦ露光光透過率は１５％〜２９％の範囲の所定の透過率となる。
図１に示す本発明のハーフトーンマスク１０の主パターン１２および補助パターン１３を構成する半透明膜としては、材料として特に限定されるわけではないが、例えば、モリブデンシリサイド系材料である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）などの半透明膜が挙げられる。モリブデンシリサイド系半透明膜は、ハーフトーンマスク材料として実用されており、より好ましい材料である。
半透明膜１２の形成は、従来公知の方法が適用でき、例えばモリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）の場合は、モリブデンとシリコンとの混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１：２ｍｏｌ％）を用い、アルゴンと酸素との混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成することができ、数１０ｎｍの厚さに成膜される。
主パターン１２および補助パターン１３を構成する半透明膜が、例えばモリブデンシリサイド系材料の半透明膜の場合には、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6などのフッ素系ガス、あるいはこれらの混合ガス、あるいはこれらのガスに酸素を混合したガスをエッチングガスとして用いることによりドライエッチングを行い、パターン形成することができる。
ここで、半透明膜がモリブデンシリサイド系材料の単層である場合、半透明膜をドライエッチングしてマスクパターンを形成する際に、通常、透明基板表面も僅かにエッチングされて掘り込まれる（図１には不図示）。本発明において、マスクパターンのない部分の透明基板表面の掘り込み深さは、０〜１０ｎｍの範囲の深さに制御するのが好ましい。掘り込み深さが１０ｎｍを超えるとマスク特性に良くない影響を生じてくる。そこで、本発明のハーフトーンマスクでは、透明基板表面のエッチング深さを０〜１０ｎｍの範囲の所定の深さに制御し、あらかじめこの深さを含めて位相差を設定するものである。以下の実施形態では、いずれのハーフトーンマスクもエッチングされる掘り込み深さを４ｎｍとしているが、もとより０〜１０ｎｍの範囲であれば、他のエッチング深さを用いてもよい。
本実施形態のハーフトーンマスクとしては、例えば、膜厚６８ｎｍのモリブデンシリサイドを半透明膜とした場合、主パターン（膜厚６８ｎｍ）がＡｒＦエキシマレーザ光の透過率６％、透明基板の透明領域との位相差１８０度であり、補助パターンが主パターンと膜厚差２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差で、透明基板の透明領域との位相差７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差であるハーフトーンマスクを示すことができる。
〔第２の実施形態〕
上記の透明基板表面の掘り込みを低減するために、本発明のフォトマスクの他の実施形態として、図２に示す２層の半透明膜よりなるハーフトーンマスクを示す。主パターンと補助パターンとは同一材料よりなる２層の半透明膜で構成されており、透明基板側の下層の半透明膜２４は、上層の半透明膜２５のドライエッチング時のエッチング停止層の機能を有するものであり、かつ半透明膜としての機能も有するものである。上層の半透明膜２５としては、上記のモリブデンシリサイド系材料が例示できる。この場合、下層の半透明膜２４としては、クロム系材料である酸化クロム膜（ＣｒＯ）、窒化クロム膜（ＣｒＮ）、酸化窒化クロム膜（ＣｒＯＮ）が好ましい。上記のクロム系材料の薄膜は露光光に対して半透明であり、モリブデンシリサイド系材料のドライエッチングに用いるフッ素系ガスに対して耐性があるからである。クロム系材料は、従来公知の反応性スパッタリング法により形成し、不要部のクロム系材料薄膜は塩素系ガスによりドライエッチングすることができ、透明基板には損傷を与えない。上層の半透明膜２５は数１０ｎｍ、下層の半透明膜２４は数ｎｍ〜数１０ｎｍの厚さに成膜される。
上記の透明基板表面の掘り込みを低減するために、本発明のフォトマスクの他の実施形態として、図２に示す２層の半透明膜よりなるハーフトーンマスクを示す。主パターンと補助パターンとは同一材料よりなる２層の半透明膜で構成されており、透明基板側の下層の半透明膜２４は、上層の半透明膜２５のドライエッチング時のエッチング停止層の機能を有するものであり、かつ半透明膜としての機能も有するものである。上層の半透明膜２５としては、上記のモリブデンシリサイド系材料が例示できる。この場合、下層の半透明膜２４としては、クロム系材料である酸化クロム膜（ＣｒＯ）、窒化クロム膜（ＣｒＮ）、酸化窒化クロム膜（ＣｒＯＮ）が好ましい。上記のクロム系材料の薄膜は露光光に対して半透明であり、モリブデンシリサイド系材料のドライエッチングに用いるフッ素系ガスに対して耐性があるからである。クロム系材料は、従来公知の反応性スパッタリング法により形成し、不要部のクロム系材料薄膜は塩素系ガスによりドライエッチングすることができ、透明基板には損傷を与えない。上層の半透明膜２５は数１０ｎｍ、下層の半透明膜２４は数ｎｍ〜数１０ｎｍの厚さに成膜される。
本発明のハーフトーンマスクは、上記の第１および第２の実施形態において、マスクの外周部に遮光領域が形成されていてもよい。通常、半導体ウェハへの投影露光においては、マスク外周部が多重露光されるので、マスク外周部に遮光領域を設けたフォトマスクが使用される。したがって、本発明においても、外周部などの所望する領域の半透明膜上に、遮光膜を設けて遮光領域とすることができる。遮光膜は、遮光性のあるクロムなどの金属膜を数１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さに成膜し、パターンニングして遮光領域として形成される。
（補助パターンの転写性）
次に、図１に示した本発明のハーフトーンマスクの補助パターン（ＳＲＡＦ）の薄膜化の効果について説明する。図５は、ウェハ上での主パターンのＣＤが３２ｎｍのハーフトーンマスクにおいて、ＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ＳＲＡＦ膜厚差（横軸）とＳＲＡＦの光強度／規格化された光強度閾値のスライスレベル（縦軸）との関係を示す図である。ＳＲＡＦの光強度／スライスレベルを１以上にしないと、ＳＲＡＦがウェハ上に解像してしまうことを示す。
次に、図１に示した本発明のハーフトーンマスクの補助パターン（ＳＲＡＦ）の薄膜化の効果について説明する。図５は、ウェハ上での主パターンのＣＤが３２ｎｍのハーフトーンマスクにおいて、ＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ＳＲＡＦ膜厚差（横軸）とＳＲＡＦの光強度／規格化された光強度閾値のスライスレベル（縦軸）との関係を示す図である。ＳＲＡＦの光強度／スライスレベルを１以上にしないと、ＳＲＡＦがウェハ上に解像してしまうことを示す。
図５が示すように、ＳＲＡＦのＣＤが１４ｎｍ（マスク上では５６ｎｍ）と微細なときには、ＳＲＡＦ膜厚差が０、すなわち主パターンの膜厚（６８ｎｍ）と同じであっても、ＳＲＡＦは転写されない。ＳＲＡＦのＣＤが２２ｎｍ（マスク上では８８ｎｍ）のときには、ＳＲＡＦの膜厚差が２４ｎｍ以上であれば、ＳＲＡＦは解像せず転写されない。同様に、ＳＲＡＦのＣＤが２６ｎｍ（マスク上で１０４ｎｍ）のとき、ＳＲＡＦの膜厚差３０ｎｍ以上、ＳＲＡＦのＣＤが３０ｎｍ（マスク上で８８ｎｍ）のとき、ＳＲＡＦの膜厚差が３４ｎｍ以上であれば、ＳＲＡＦは転写されない。
上記の図２３で説明したように、従来の主パターンと補助パターン（ＳＲＡＦ）が同一材料、同一膜厚で構成されたハーフトーンマスクでは、主パターンのＣＤを３２ｎｍとするとＳＲＡＦのＣＤが１４ｎｍ以下でしかＳＲＡＦが用いられなかったが、上記のように、本発明の薄膜化したＳＲＡＦを用いることにより、ＳＲＡＦのＣＤを２６ｎｍ〜３０ｎｍと従来の寸法の２倍程度に大きくしても、ＳＲＡＦが解像せず転写されないで使用することが可能となる。ＳＲＡＦの薄膜化は、ＳＲＡＦ部を選択的にドライエッチングすることにより容易に可能である。ＳＲＡＦ寸法を従来の２倍程度に大きくすることが可能となるため、従来微細化が難しく使用することが困難であった同一材料よりなるＳＲＡＦを有するハーフトーンマスクの使用が可能となる。
図６は、ＳＲＡＦのＣＤを変えたとき、ウェハ上の主パターン端のラインのＣＤとデフォーカス（Defocus：焦点位置変動）との関係を示す図である。それぞれのＳＲＡＦのＣＤに対して、ＳＲＡＦが解像しないようにエッチングして主パターンの膜厚と所定の膜厚差（２４ｎｍ、３２ｎｍ、４０ｎｍ）を有している。図６に示されるように、ＳＲＡＦのＣＤを２２ｎｍ〜３０ｎｍと大きくし、ＳＲＡＦの膜厚を薄くすることにより、フォーカスを振ったとき各ＳＲＡＦ寸法間におけるＣＤ変動はなく、ほぼ同じ傾向を示す。すなわち、ＳＲＡＦ薄膜化でデフォーカスに対して悪影響はなく、同様の寸法精度が得られる。
上記のように、本発明のフォトマスクは、補助パターン部分のみを薄膜化することで補助パターンとしての焦点深度拡大効果を保ちつつ、コントラストの高い転写画像を形成することができる。さらに、補助パターンの寸法を従来の寸法の約２倍程度にまで大きくすることができ、補助パターンのアスペクト比を小さくすることにより、補助パターンの欠けや倒れを低減する効果が得られる。また、本発明のフォトマスクとしてモリブデンシリサイド系の単層膜とした場合には、従来からの使用実績のあるハーフトーンマスク用マスクブランクスをそのまま用いることができ、マスク品質が維持され、高精度な微細パターンを有するマスクの使用が可能となる。
次に、本発明のフォトマスクの製造方法について説明する。上記のように、本発明のフォトマスクは、補助パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光に７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差を生じさせることを特徴としており、補助パターンに上記の位相差を生じさせるために、補助パターンの膜厚は主パターンよりも薄く、２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差としている。所定の膜厚差とする方法としては、半透明膜の成膜時にパターンに応じて成膜膜厚を変える方法と、半透明膜成膜後にパターンに応じて半透明膜をエッチングして膜厚を変える方法とがある。本発明のフォトマスクの製造方法は、製造が容易で高精度マスクが得られる後者のエッチング方法によるものである。
（従来のフォトマスクの製造方法）
本発明のフォトマスクの製造方法について説明する前に、公知の一般的な製造方法を用いて本発明のフォトマスクを製造した場合の問題点について述べ、次いで本発明のフォトマスクの製造方法について説明する。
本発明のフォトマスクの製造方法について説明する前に、公知の一般的な製造方法を用いて本発明のフォトマスクを製造した場合の問題点について述べ、次いで本発明のフォトマスクの製造方法について説明する。
図１１は、本発明のフォトマスクを公知の従来の製造方法を用いて製造した場合の工程断面模式図である。図１１に示すように、透明基板１１１上に半透明膜１１２を形成し、半透明膜を透過する光と透明基板の透明領域を透過する光の位相差が１８０度となる膜厚とし、続いて、半透明膜上に遮光膜１１３を形成する（図１１（ａ））。次に、遮光膜１１３上に第１のレジストパターン１１４を形成し、遮光膜１１３および半透明膜１１２を順にドライエッチングし、主パターン部１１５と補助パターン部１１６を形成する（図１１（ｂ））。次に、第１のレジストパターン１５４を剥離し、露出したパターン部の遮光膜をエッチングして除去する（図１１（ｃ））。次いで主パターン部１１５を第２のレジストパターン１１７で覆い、補助パターン部を透過する光と透明基板の透明領域を透過する光が所定の位相差となる膜厚まで、補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターン１１８を形成し（図１１（ｄ））、第２のレジストパターン１１７を剥離してハーフトーンマスク１１０を得る（図１１（ｅ））。
しかしながら、上記の製造方法では、第２のレジストパターン１１７で覆われていない透明基板１１１表面は、補助パターン部１１６の半透明膜のドライエッチング時に同時にエッチングされてしまい、図１１（ｅ）に示すように、レジストパターン１１７の境界面で透明基板１１１表面に段差１２１を生じてしまい、マスク品質を低下させて実用できなくなるという問題が生じる。したがって、上記に示した従来のマスク製造方法は、本発明のフォトマスクの製造には適用できない。
（本発明のフォトマスクの製造方法）
〔第１の実施形態〕
そこで、本発明のフォトマスクの製造方法は、上記の問題点を解決した製造方法であり、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板上に、投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、主パターンの近傍に形成され転写対象面に転写されない補助パターンとを設けたフォトマスクの製造方法である。
〔第１の実施形態〕
そこで、本発明のフォトマスクの製造方法は、上記の問題点を解決した製造方法であり、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板上に、投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、主パターンの近傍に形成され転写対象面に転写されない補助パターンとを設けたフォトマスクの製造方法である。
図７は、図１に示す本発明のフォトマスクを製造する方法の第１の実施形態を示す工程断面模式図である。図７（ａ）に示すように、合成石英基板などの透明基板７１上に半透明膜７２を形成し、半透明膜７２を透過する光と透明基板７１の透明領域を透過する光の位相差がほぼ１８０度となる膜厚とし、続いて上記の半透明膜７２上に遮光膜７３を形成したフォトマスクブランクスを準備する。
半透明膜７２、遮光膜７３の形成は、従来公知の方法が適用でき、例えば、半透明膜７２がモリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）の場合は、モリブデンとシリコンとの混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１：２ｍｏｌ％）を用い、アルゴンと酸素との混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成することができる。遮光膜７３が、例えばクロムなどの金属膜である場合にも、スパッタリング法などで所定の膜厚を成膜して形成できる。
上記の半透明膜７２の膜厚を光の位相差がほぼ１８０度となる膜厚とするのは、以下の理由による。半透明膜７２をドライエッチングしてマスクパターンを形成する際には、通常、透明基板７１表面も僅かにエッチングされる。エッチングの深さは、好ましくは４ｎｍであり、本発明では上限を１０ｎｍとしている。１０ｎｍを超えるとマスク特性に良くない影響を生じてくる。そこで、本発明のハーフトーンマスクでは、半透明膜７２をドライエッチング時の透明基板７１表面のエッチング深さを０〜１０ｎｍの範囲の所定の深さに制御し、あらかじめこの深さを含めて位相差を設定するものである。したがって、成膜時の半透明膜の厚さは、透明基板のエッチングによる変動をあらかじめ考慮して、位相差がほぼ１８０度となる膜厚とし、最終的に主パターン形成後に１８０度の位相差を得るものである。以下の実施形態では、上記の所定のエッチング深さを、一例として４ｎｍとして説明する。本発明においては、膜厚の測定には原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用い、位相差の測定は位相シフト量測定装置（レーザテック社製：MPM193）で行った。
次に、上記の遮光膜７３上に第１のレジストパターン７４を形成し、遮光膜７３および半透明膜７２を順にパターン状にドライエッチングし、主パターン部７５と補助パターン部７６を形成する（図７（ｂ））。
次に、上記の第１のレジストパターン７４を剥離し、遮光膜上に第２のレジストパターン７７を形成し、補助パターン部７６の遮光膜７３をエッチングして除去する（図７（ｃ））。
半透明膜７２が、例えばモリブデンシリサイド系材料の半透明膜の場合には、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6などのフッ素系ガス、あるいはこれらの混合ガス、あるいはこれらのガスに酸素を混合したガスをエッチングガスとして用いることによりドライエッチングを行い、パターン形成することができる。また、遮光膜７３が、例えばクロムの場合には、Ｃｌ2と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いてドライエッチングし、半透明膜７２および透明基板７１に損傷を与えずにパターン形成することができる。上記の図７（ｃ）の工程では、ドライエッチングではなく、遮光膜７３を硝酸第二セリウムアンモニウム塩の水溶液などでウェットエッチングして除去することも可能である。
次いで、第２のレジストパターン７７を剥離し、透明基板７１の一主面上全面を半透明膜７２のエッチング条件でドライエッチングし、補助パターンを透過する光と透明基板７１の透明領域を透過する光が７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターン７８を形成する（図７（ｄ））。上記の位相差を得るための補助パターン７８のエッチング量は、主パターン部の半透明膜との膜厚差で２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差に相当する。主パターン部は遮光膜７３で覆われているのでエッチングされず、半透明膜成膜時の膜厚が保持されている。図７（ｄ）の工程では、ドライエッチングすることにより、マスク全面に均一で高精度なエッチングを行うことができ、補助パターン７８の位相差を所定の値に高精度に制御することができる。
次に、主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターン７９を形成し、補助パターンを有し、主パターン７９を透過する光と透明基板７１の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせるハーフトーンマスク７０を形成する（図７（ｅ））。図７（ｅ）の工程では、遮光膜７３をドライエッチングあるいはウェットエッチングのいずれの方法でも除去することができる。
上記の第１の実施形態によるフォトマスクの製造方法によれば、透明基板７１表面に図１１で説明したような段差を生じることがなく、補助パターン７８を有する高品質のハーフトーンマスク７０を得ることができる。
例えば、膜厚６８ｎｍのモリブデンシリサイドを半透明膜とした場合、主パターン（膜厚６８ｎｍ）がＡｒＦエキシマレーザ光の透過率６％、透明基板の透明領域との位相差１８０度であり、補助パターンが主パターンと膜厚差２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差で、透明基板の透明領域との位相差７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差である高品質のハーフトーンマスクを容易に製造することができる。
例えば、膜厚６８ｎｍのモリブデンシリサイドを半透明膜とした場合、主パターン（膜厚６８ｎｍ）がＡｒＦエキシマレーザ光の透過率６％、透明基板の透明領域との位相差１８０度であり、補助パターンが主パターンと膜厚差２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差で、透明基板の透明領域との位相差７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差である高品質のハーフトーンマスクを容易に製造することができる。
〔第２の実施形態〕
図８は、図１に示す本発明のフォトマスクを製造する方法の第２の実施形態を示す工程断面模式図であり、図７（ａ）と同様に、透明基板８１上に半透明膜８２を形成し、半透明膜８２を透過する光と透明基板８１の透明領域を透過する光の位相差がほぼ１８０度となる膜厚とし、続いて上記の半透明膜８２上に遮光膜８３を形成したフォトマスクブランクスを準備する（図８（ａ））。
図８は、図１に示す本発明のフォトマスクを製造する方法の第２の実施形態を示す工程断面模式図であり、図７（ａ）と同様に、透明基板８１上に半透明膜８２を形成し、半透明膜８２を透過する光と透明基板８１の透明領域を透過する光の位相差がほぼ１８０度となる膜厚とし、続いて上記の半透明膜８２上に遮光膜８３を形成したフォトマスクブランクスを準備する（図８（ａ））。
次に、遮光膜８３上に第１のレジストパターン８４を形成し、遮光膜８３および半透明膜８２を順にドライエッチングし、半透明膜８２をハーフエッチングした途中段階でエッチングを止める。この段階で、透明基板８１上には除去すべき半透明膜８２の薄層がハーフエッチングされた状態で部分的に残っているが、主パターン部８５と補助パターン部８６はハーフエッチング部分を残した状態で形成されている（図８（ｂ））。この段階におけるハーフエッチングされた半透明膜８２のハーフエッチング部分の膜厚は、後工程で補助パターンのエッチング時に同時にエッチング除去される膜厚となるように、あらかじめ設定しておく。
次に、上記の第１のレジストパターン８４を剥離し、遮光膜上に第２のレジストパターン８７を形成し、補助パターン部の遮光膜をエッチングして除去する（図８（ｃ））。図８（ｃ）の工程では、遮光膜８３をドライエッチングあるいはウェットエッチングのいずれの方法でも除去することができる。
次いで、第２のレジストパターン８７を剥離し、透明基板８１の一主面上全面を半透明膜８２のエッチング条件でドライエッチングし、補助パターンを透過する光と透明基板８１の透明領域を透過する光が７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、補助パターン部の半透明膜をドライエッチングし、補助パターン８８を形成する（図８（ｄ））。上記の位相差を得るための補助パターン８８のエッチング量は、主パターンとの膜厚差で２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差に相当する。このとき、ハーフエッチングされて残存する半透明膜８２のハーフエッチング部分は、同時にエッチングされる。主パターン部は遮光膜８３で覆われているのでエッチングされない。
次に、主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターン８９を形成し、主パターン８９を透過する光と透明基板８１の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせ、補助パターン８８を有するハーフトーンマスク８０を形成する（図８（ｅ））。図８（ｅ）の工程では、遮光膜８３をドライエッチングあるいはウェットエッチングのいずれの方法でも除去できる。
上記の第２の実施形態によるフォトマスクの製造方法によれば、透明基板８１表面に図１１で説明したような段差を生じることがなく、補助パターン８８を有する高品質のハーフトーンマスク８０を得ることができる。
〔第３の実施形態〕
図９は、図２に示す本発明のフォトマスクを製造する方法の実施形態を示す工程断面模式図である。図９（ａ）に示すように、合成石英基板などの透明基板９１上に半透明膜９２ａ、半透明膜９２を順に成膜し、２層の半透明膜を形成する。下層の半透明膜９２ａは、上層の半透明膜９２をドライエッチングする時のエッチング停止層の機能を有し、かつ半透明膜のマスク材としての機能も有するものである。２層の半透明膜を透過する光と透明基板９１の透明領域を透過する光の位相差はほぼ１８０度となる膜厚とし、続いて上記の２層の半透明膜上に遮光膜９３を形成したフォトマスクブランクスを準備する。
図９は、図２に示す本発明のフォトマスクを製造する方法の実施形態を示す工程断面模式図である。図９（ａ）に示すように、合成石英基板などの透明基板９１上に半透明膜９２ａ、半透明膜９２を順に成膜し、２層の半透明膜を形成する。下層の半透明膜９２ａは、上層の半透明膜９２をドライエッチングする時のエッチング停止層の機能を有し、かつ半透明膜のマスク材としての機能も有するものである。２層の半透明膜を透過する光と透明基板９１の透明領域を透過する光の位相差はほぼ１８０度となる膜厚とし、続いて上記の２層の半透明膜上に遮光膜９３を形成したフォトマスクブランクスを準備する。
半透明膜９２ａ、半透明膜９２および遮光膜９３の形成は、従来公知の方法が適用できる。例えば、下層の半透明膜９２ａとして、クロム系材料である酸化クロム膜（ＣｒＯ）、窒化クロム膜（ＣｒＮ）、酸化窒化クロム膜（ＣｒＯＮ）が用いられる。上記のクロム系材料の薄膜は露光光に対して半透明であり、モリブデンシリサイド系材料のドライエッチングに用いるフッ素系ガスに対して耐性があるからである。クロム系材料は、従来公知の反応性スパッタリング法により形成できる。上層の半透明膜９２としては、上記のモリブデンシリサイド系材料が例示できる。半透明膜９２がモリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）の場合は、モリブデンとシリコンとの混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１：２ｍｏｌ％）を用い、アルゴンと酸素との混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成することができる。遮光膜９３はクロムが用いられ、スパッタリング法などで、所定の膜厚を成膜して形成できる
次に、上記の遮光膜９３上に第１のレジストパターン９４ａを形成し、遮光膜９３、半透明膜９２および半透明膜９２ａを順にパターン状にドライエッチングし、主パターン部９５と補助パターン部９６を形成する（図９（ｂ））。半透明膜９２ａのエッチング時には、透明基板９１は損傷されない。
図９（ｂ）の工程において、遮光膜９３が、例えばクロムの場合には、Ｃｌ2と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いてドライエッチングし、半透明膜および透明基板に損傷を与えずにパターン形成することができる。半透明膜９２が、例えばモリブデンシリサイド系材料の半透明膜の場合には、ＣＦ4 、ＣＨＦ3 、Ｃ2 Ｆ6などのフッ素系ガス、あるいはこれらの混合ガス、あるいはこれらのガスに酸素を混合したガスをエツチングガスとして用いることによりドライエッチングを行い、パターン形成することができる。 半透明膜９２ａが、例えば酸化窒化クロム膜などのクロム系材料の場合には、Ｃｌ2と酸素の混合ガスをエッチングガスとして用いてドライエッチングすることができる。
次に、上記の第１のレジストパターン９４ａを剥離し、遮光膜上に第２のレジストパターン９４ｂを形成し、補助パターン部９６の遮光膜９３をエッチングして除去する（図９（ｃ））。遮光膜９３のエッチングは、ドライエッチングでもよいし、硝酸第二セリウムアンモニウム塩の水溶液などでウェットエッチングして除去することも可能である。
次いで、第２のレジストパターン９４ｂを剥離し、透明基板９１の一主面上全面を半透明膜９２のエッチング条件でドライエッチングし、補助パターンを透過する光と透明基板９１の透明領域を透過する光が７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターン９８を形成する（図９（ｄ））。上記の位相差を得るための補助パターン９８のエッチング量は、主パターンとの膜厚差で２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差に相当する。主パターン部は遮光膜９３で覆われているのでエッチングされない。
次に、主パターン部の遮光膜９３をエッチングして除去して主パターン９９を形成し、補助パターン９８を有し、主パターン９９を透過する光と透明基板９１の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせるハーフトーンマスク９０を形成する（図９（ｅ））。図９（ｅ）の工程では、遮光膜９３をドライエッチングあるいはウェットエッチングのいずれの方法でも除去することができる。
上記の第３の実施形態によるフォトマスクの製造方法によれば、透明基板９１表面に図１１で説明したような段差を生じることがなく、マスク面内やパターン間の透明基板の掘り込み深さのばらつきが防止された高品質のハーフトーンマスク９０を得ることができる。
〔第４の実施形態〕
図１０は、本発明のフォトマスクを製造する方法の第４の実施形態を示す工程断面模式図である。第４の実施形態は、上記の第１の実施形態〜第３の実施形態において、必要とする所定の箇所の遮光膜を残す場合のフォトマスクを製造する方法である。
通常、投影露光においては、マスク外周部が多重露光されるのでマスク外周部に遮光領域を設けたフォトマスクが使用される。第４の実施形態は、フォトマスクの外周部に遮光領域を設ける例であり、途中工程までは第１の実施形態〜第３の実施形態に示す工程と同じなので、以下、図７を参照しながら、図１０により説明する。図１０では図７と同じ箇所は同じ符号を用いている。
図１０は、本発明のフォトマスクを製造する方法の第４の実施形態を示す工程断面模式図である。第４の実施形態は、上記の第１の実施形態〜第３の実施形態において、必要とする所定の箇所の遮光膜を残す場合のフォトマスクを製造する方法である。
通常、投影露光においては、マスク外周部が多重露光されるのでマスク外周部に遮光領域を設けたフォトマスクが使用される。第４の実施形態は、フォトマスクの外周部に遮光領域を設ける例であり、途中工程までは第１の実施形態〜第３の実施形態に示す工程と同じなので、以下、図７を参照しながら、図１０により説明する。図１０では図７と同じ箇所は同じ符号を用いている。
図１０（ａ）に示すように、図７（ｄ）に示す工程まで製造工程を進め、補助パターン部１０８を形成する。このとき、フォトマスクとして必要とする所定の箇所の遮光膜はあらかじめ残しておく。図１０では、フォトマスクの外周部に遮光領域としての遮光膜１０４を残す場合を例示している。
次に、図１０（ｂ）に示すように、必要とする所定の箇所の遮光膜１０４上に遮光領域用レジストパターン１０５を形成する。遮光領域用レジストパターン１０５は、遮光膜１０４上のみならず、補助パターン１０８を覆うようにしてもよい。次に、主パターン上の遮光膜１０３をエッチングして除去し（図１０（ｃ））、次いで遮光領域用レジストパターン１０５を剥離し、主パターン１０９を形成するとともに、補助パターン１０８を有し、フォトマスクの外周部に遮光領域としての遮光膜１０４を設けたハーフトーンマスク１００を形成する（図１０（ｄ））。
上記の第４の実施形態によるフォトマスクの製造方法によれば、透明基板１０１表面に図１１で説明したような段差を生じることがなく、マスク外周部に遮光領域を設けた、補助パターンを有する高品質のハーフトーンマスクを得ることができる。
本発明のフォトマスクの製造方法である第２の実施形態および第３の実施形態においても、同様にしてマスク外周部などの所望する領域に遮光領域を設けることができる。
本発明のフォトマスクの製造方法である第２の実施形態および第３の実施形態においても、同様にしてマスク外周部などの所望する領域に遮光領域を設けることができる。
（ＳＲＡＦエッチング量とウェハ上ＳＲＡＦ寸法）
次に、本発明の製造方法について、ライン／スペースパターンでピッチを変えたときの実施形態について、さらに詳しく説明する。
ＳＲＡＦをウェハ上に転写させないようにするためには、上記のように、ＳＲＡＦ光強度／スライスレベルが１以上であることが必要である。図１２は、図３に示すＣｑｕａｄ照明における実施形態において、１０％の余裕をみてＳＲＡＦ光強度／スライスレベル＝１．１を満たすＳＲＡＦのエッチング量（マスク上）とＳＲＡＦ ＣＤ（ウェハ上の寸法）との関係を示す図である。ＳＲＡＦのエッチング量は、ＳＲＡＦ部の位相差に対応しており、ＳＲＡＦ部のエッチング量が大きくなるほどウェハ上に転写されたＳＲＡＦ寸法は大きくなる。ＳＲＡＦのエッチング量は、エッチング後のＳＲＡＦ膜厚と主パターンの膜厚（半透明膜の初期膜厚：６８ｎｍ）との膜厚差を示す。
次に、本発明の製造方法について、ライン／スペースパターンでピッチを変えたときの実施形態について、さらに詳しく説明する。
ＳＲＡＦをウェハ上に転写させないようにするためには、上記のように、ＳＲＡＦ光強度／スライスレベルが１以上であることが必要である。図１２は、図３に示すＣｑｕａｄ照明における実施形態において、１０％の余裕をみてＳＲＡＦ光強度／スライスレベル＝１．１を満たすＳＲＡＦのエッチング量（マスク上）とＳＲＡＦ ＣＤ（ウェハ上の寸法）との関係を示す図である。ＳＲＡＦのエッチング量は、ＳＲＡＦ部の位相差に対応しており、ＳＲＡＦ部のエッチング量が大きくなるほどウェハ上に転写されたＳＲＡＦ寸法は大きくなる。ＳＲＡＦのエッチング量は、エッチング後のＳＲＡＦ膜厚と主パターンの膜厚（半透明膜の初期膜厚：６８ｎｍ）との膜厚差を示す。
図１２において、図中に点線矢印で示すＳＲＡＦエッチング量が４８ｎｍ以上の領域は、ＳＲＡＦ部の位相差が５０度以下の領域（上記の特許文献２の発明に記載の範囲）に相当する。この場合、ウェハ上のＳＲＡＦ ＣＤは５０ｎｍ以上となる。しかし、ウェハ上のＳＲＡＦ寸法が５０ｎｍ（４倍マスク上では２００ｎｍ）以上では、主パターンとＳＲＡＦのスペースがマスク上で２００ｎｍ以下と狭くなり、マスク製造工程におけるアライメントずれがほとんど許されないという厳しい値となる。現在のマスク製造のレーザ露光装置では、通常、アライメントずれを考慮したパターン間のスペースとして２００ｎｍ以上が求めらているので、ＳＲＡＦ寸法が大きすぎてもマスク製造が困難となる。一方、ＳＲＡＦエッチング量が２４ｎｍ（ウェハ上のＳＲＡＦ ＣＤは２０ｎｍ）未満では、ＳＲＡＦ寸法を十分に大きくできない。したがって、図１２では、実線両矢印で示される領域がマスク製造を考慮した好ましいＳＲＡＦエッチング量領域である。
（ＳＲＡＦエッチング量誤差の主パターンＣＤへの影響）
次に、ＳＲＡＦのエッチング量に誤差を生じた場合、ＳＲＡＦに隣接した主パターンＣＤへ与える影響について、図１３により説明する。図１３は、図３に示すＣｑｕａｄ照明における実施形態において、ＳＲＡＦエッチング量が２８ｎｍ、３８ｎｍ、４８ｎｍのときのエッチング量誤差に対するウェハ上の主パターンＣＤ誤差を示し、ＳＲＡＦエッチング量が大きいほど、ウェハ上の主パターンＣＤ変動が大きいことがわかる。ＳＲＡＦエッチング量が４８ｎｍのときには、僅かなエッチング誤差が繰り返し端の主パターンの寸法に大きく影響することが示されている。したがって、本発明においては、ＳＲＡＦエッチング量４８ｎｍ以上（特許文献２の位相差５０度以下に相当）は製造工程上好ましくない範囲である。
次に、ＳＲＡＦのエッチング量に誤差を生じた場合、ＳＲＡＦに隣接した主パターンＣＤへ与える影響について、図１３により説明する。図１３は、図３に示すＣｑｕａｄ照明における実施形態において、ＳＲＡＦエッチング量が２８ｎｍ、３８ｎｍ、４８ｎｍのときのエッチング量誤差に対するウェハ上の主パターンＣＤ誤差を示し、ＳＲＡＦエッチング量が大きいほど、ウェハ上の主パターンＣＤ変動が大きいことがわかる。ＳＲＡＦエッチング量が４８ｎｍのときには、僅かなエッチング誤差が繰り返し端の主パターンの寸法に大きく影響することが示されている。したがって、本発明においては、ＳＲＡＦエッチング量４８ｎｍ以上（特許文献２の位相差５０度以下に相当）は製造工程上好ましくない範囲である。
（ＳＲＡＦエッチング量と繰り返し端主パターンへの影響）
ＳＲＡＦエッチング量を変えたとき、繰り返し端主パターンＣＤとデフォーカスへの影響、および光強度分布について説明する。
図１４は、図３に示すＣｑｕａｄ照明における実施形態において、ＳＲＡＦエッチング量を２４ｎｍ〜４８ｎｍの範囲で４ｎｍごとに変えたとき、ウェハ上の繰り返し端の主パターンＣＤとデフォーカス（Defocus）との関係を示す図である。参考として、ＳＲＡＦ自体が無い場合、ＳＲＡＦエッチングが無い場合も図示してある。ＳＲＡＦエッチング量２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲では、デフォーカスの変化に対して主パターンＣＤの変動は比較的緩やかでほぼ同じ挙動を示す。しかし、ＳＲＡＦエッチング量４４ｎｍ、４８ｎｍでは、デフォーカスの変化に対して主パターンＣＤは大きな変動を示す。
ＳＲＡＦエッチング量を変えたとき、繰り返し端主パターンＣＤとデフォーカスへの影響、および光強度分布について説明する。
図１４は、図３に示すＣｑｕａｄ照明における実施形態において、ＳＲＡＦエッチング量を２４ｎｍ〜４８ｎｍの範囲で４ｎｍごとに変えたとき、ウェハ上の繰り返し端の主パターンＣＤとデフォーカス（Defocus）との関係を示す図である。参考として、ＳＲＡＦ自体が無い場合、ＳＲＡＦエッチングが無い場合も図示してある。ＳＲＡＦエッチング量２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲では、デフォーカスの変化に対して主パターンＣＤの変動は比較的緩やかでほぼ同じ挙動を示す。しかし、ＳＲＡＦエッチング量４４ｎｍ、４８ｎｍでは、デフォーカスの変化に対して主パターンＣＤは大きな変動を示す。
図１５は、図３に示すＣｑｕａｄ照明における実施形態において、ＳＲＡＦエッチング量を２４ｎｍ〜４８ｎｍの範囲で４ｎｍごとに変えたとき、ウェハ上の繰り返し端の主パターンの光強度分布を示す。ＳＲＡＦエッチング量２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲では、光強度分布の傾きは比較的大きくほぼ同じ挙動を示す。しかし、ＳＲＡＦエッチング量４４ｎｍ、４８ｎｍでは、光強度分布の傾きが小さくなり、主パターンの解像性が低くなることが示される。
したがって、図１２〜図１５に示す結果より、ＳＲＡＦエッチング量４４ｎｍ以上は不適切な範囲であり、焦点深度を向上させ、高解像のパターンを形成するためには、ＳＲＡＦエッチング量は２４ｎｍ〜４０ｎｍが好ましい範囲である。このエッチング量は、位相差１１５度〜７０度に相当する。位相差の測定は、上記の位相シフト量測定装置（レーザテック社製：MPM193）で行った。
（主パターン間ＳＲＡＦでの検証）
次に、他の実施形態として主パターン間に補助パターン（ＳＲＡＦ）がある場合について、本発明を検証する。
シミュレーション・ソフトウェアとしては、上記と同じくＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を照明光源とし、ＮＡは１．３５、図１６に示すクエーサ（Ｑｕａｓａｒ；登録商標）瞳フィルタ１６１を用いた。同図（ａ）はＱｕａｓａｒ１６１の平面模式図、同図（ｂ）はＱｕａｓａｒ１６１を用いてマスク１６３に露光光を照射したとき（Ｑｕａｓａｒ照明と記す）の斜視模式図、同図（ｃ）はマスクパターン１６４の平面模式図である。である。Ｑｕａｓａｒは、扇状光透過部の開口角３０度、外径０．８５、内径０．６５（瞳フィルタの半径を１とする）とした。マスクとしては、モリブデンシリサイド系の露光波長１９３ｎｍにおける透過率６％の本発明の補助パターンを有するハーフトーンマスク（６％ハーフトーン）を用いた。ウェハ上のターゲットＣＤは６０ｎｍ、主パターン１６５の間にＳＲＡＦ１６６が１本ずつあり、パターンピッチは最小ピッチ１２０ｎｍからのスルーピッチ・ライン／スペースで、ＳＲＡＦ１６６はピッチ２５０ｎｍとした。
次に、他の実施形態として主パターン間に補助パターン（ＳＲＡＦ）がある場合について、本発明を検証する。
シミュレーション・ソフトウェアとしては、上記と同じくＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Panoramic Technology社製）を用いた。主なシミュレーション条件は、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を照明光源とし、ＮＡは１．３５、図１６に示すクエーサ（Ｑｕａｓａｒ；登録商標）瞳フィルタ１６１を用いた。同図（ａ）はＱｕａｓａｒ１６１の平面模式図、同図（ｂ）はＱｕａｓａｒ１６１を用いてマスク１６３に露光光を照射したとき（Ｑｕａｓａｒ照明と記す）の斜視模式図、同図（ｃ）はマスクパターン１６４の平面模式図である。である。Ｑｕａｓａｒは、扇状光透過部の開口角３０度、外径０．８５、内径０．６５（瞳フィルタの半径を１とする）とした。マスクとしては、モリブデンシリサイド系の露光波長１９３ｎｍにおける透過率６％の本発明の補助パターンを有するハーフトーンマスク（６％ハーフトーン）を用いた。ウェハ上のターゲットＣＤは６０ｎｍ、主パターン１６５の間にＳＲＡＦ１６６が１本ずつあり、パターンピッチは最小ピッチ１２０ｎｍからのスルーピッチ・ライン／スペースで、ＳＲＡＦ１６６はピッチ２５０ｎｍとした。
図１７は、図１６に示すＱｕａｓａｒ照明の実施形態において、ＳＲＡＦのエッチング量（マスク上）とＳＲＡＦ ＣＤ（ウェハ上の寸法）との関係を示す図である。図１７において、図１２と同様に、図中に点線矢印で示すＳＲＡＦエッチング量が４８ｎｍ以上の領域は、ＳＲＡＦ部の位相差が５０度以下の領域（上記の特許文献２の発明に記載の範囲）に相当する。本実施形態の場合には、図１２に示したライン／スペース繰り返し端の主パターン、Ｃｑｕａｄの条件に比べて、もともとのＳＲＡＦ寸法がウェハ上で９ｎｍ（マスク上で３６ｎｍ）と非常に小さいため、ＳＲＡＦエッチング量が４８ｎｍ以上の領域においても、ウェハ上のＳＲＡＦ寸法が大きすぎるという問題は生じない。
図１８は、図１６に示すＱｕａｓａｒ照明の実施形態において、マスク上のＳＲＡＦのエッチング量に誤差を生じた場合、ウェハ上の主パターンＣＤへ与える影響について示す図である。図１３と同様に、ＳＲＡＦエッチング量は２８ｎｍ、３８ｎｍ、４８ｎｍの場合を示す。図１８が示すように、ＳＲＡＦのエッチング量誤差に対してウェハ上の主パターンＣＤ誤差は極めて小さい。
図１９は、図１６に示すＱｕａｓａｒ照明の実施形態において、図１４と同様に、ＳＲＡＦエッチング量を２４ｎｍ〜４８ｎｍの範囲で４ｎｍごとに変えたとき、主パターンＣＤとデフォーカス（Defocus）との関係を示す図である。参考として、ＳＲＡＦが無い場合、ＳＲＡＦエッチングが無い場合も図示してある。
図１９に示されるように、ＳＲＡＦ無しに対して、図中の実線矢印に示すように、ＳＲＡＦを設けることにより焦点深度は拡大する。しかし、ＳＲＡＦエッチング無しの場合であっても、デフォーカスに対して非対称である。図中の点線矢印に示すように、ＳＲＡＦのエッチング量を増やすほど、デフォーカスの非対称性は拡大していき、デフォーカスのマイナス側でウェハ上の主パターンＣＤは上がり、デフォーカスのプラス側でウェハ上の主パターンＣＤは下がり、ウェハ上の主パターンの寸法変動は非対称となる。例えば、エッチング量４８ｎｍとＳＲＡＦエッチング量を増すと、非対称性のため転写画像特性が悪くなる。図１７〜図１９に示す結果より、本発明においては、ＳＲＡＦエッチング量の上限を４０ｎｍに設定した。したがって、主パターン間ＳＲＡＦ（Ｑｕａｓａｒ照明）の場合も、主パターン繰り返し端ＳＲＡＦ（Ｃｑｕａｄ照明）と同様に、本発明のフォトマスクが示す効果が検証された。
上記のように、本発明のフォトマスクの製造方法は、主パターンと補助パターンとが同一材料よりなる半透明膜で構成されているので、半透明膜の成膜工程が容易である。また、補助パターンを透過する光と透明基板の透明領域を透過する光の位相差を７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差とし、補助パターンの半透明膜をドライエッチングし、主パターンと補助パターンの膜厚差を２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差として、すなわち補助パターンのエッチング量として求めることにより、所望の補助パターンの位相差を容易に得ることができる。さらに、主パターンと補助パターンとの間のスペースをより広くし、アライメントずれの余裕度を上げた製造方法とすることができ、マスク製造の難度を上げずにパターンの転写特性を改善するフォトマスクを得ることができる。
１０、２０ ハーフトーンマスク
１１、２１ 透明基板
１２、２２ 主パターン
１３、２３ 補助パターン
２４ 下層の半透明膜（エッチング停止層）
２５ 上層の半透明膜
３１、１６１ 瞳フィルタ
３２、１６２ 照明光
３３、１６３ マスク
１６４ マスクパターン
１６５ 主パターン
１６６ ＳＲＡＦ
７０、８０、９０、１００ ハーフトーンマスク
７１、８１、９１、１０１ 透明基板
７２、８２、１０２ 半透明膜
７３、８３、９３、１０３ 遮光膜
７４、８４ 第１のレジストパターン
７５、８５、９５ 主パターン部
７６、８６、９６ 補助パターン部
７７、８７ 第２のレジストパターン
７８、８８、９８ 補助パターン
７９、８９、９９ 主パターン
９２ａ 下層の半透明膜（エッチング停止層）
９２ 上層の半透明膜
９４ａ 第１のレジストパターン
９４ｂ 第２のレジストパターン
９４ｃ 第３のレジストパターン
１０４ 遮光膜
１０５ 遮光領域用レジストパターン
１１０ 従来製造法のハーフトーンマスク
１１１ 透明基板
１１２ 半透明膜
１１３ 遮光膜
１１４ 第１のレジストパターン
１１５ 主パターン部
１１６ 補助パターン部
１１７ 第２のレジストパターン
１１８ 補助パターン
１１９ 主パターン
１２１ 透明基板表面の段差
１ 主パターン
２ 半透明補助パターン
３０１ 透明基板
３０２ 半透明膜
３０４ 透明膜
１１、２１ 透明基板
１２、２２ 主パターン
１３、２３ 補助パターン
２４ 下層の半透明膜（エッチング停止層）
２５ 上層の半透明膜
３１、１６１ 瞳フィルタ
３２、１６２ 照明光
３３、１６３ マスク
１６４ マスクパターン
１６５ 主パターン
１６６ ＳＲＡＦ
７０、８０、９０、１００ ハーフトーンマスク
７１、８１、９１、１０１ 透明基板
７２、８２、１０２ 半透明膜
７３、８３、９３、１０３ 遮光膜
７４、８４ 第１のレジストパターン
７５、８５、９５ 主パターン部
７６、８６、９６ 補助パターン部
７７、８７ 第２のレジストパターン
７８、８８、９８ 補助パターン
７９、８９、９９ 主パターン
９２ａ 下層の半透明膜（エッチング停止層）
９２ 上層の半透明膜
９４ａ 第１のレジストパターン
９４ｂ 第２のレジストパターン
９４ｃ 第３のレジストパターン
１０４ 遮光膜
１０５ 遮光領域用レジストパターン
１１０ 従来製造法のハーフトーンマスク
１１１ 透明基板
１１２ 半透明膜
１１３ 遮光膜
１１４ 第１のレジストパターン
１１５ 主パターン部
１１６ 補助パターン部
１１７ 第２のレジストパターン
１１８ 補助パターン
１１９ 主パターン
１２１ 透明基板表面の段差
１ 主パターン
２ 半透明補助パターン
３０１ 透明基板
３０２ 半透明膜
３０４ 透明膜
Claims (13)
- ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられるフォトマスクにおいて、該フォトマスクが、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けた、前記主パターンの前記転写対象面上での最小パターンピッチがピッチ１２０ｎｍ以下となるフォトマスクであって、
前記主パターンと前記補助パターンとが同一材料よりなる半透明膜で構成されており、
前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせ、かつ前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差を生じさせることを特徴とするフォトマスク。
- 前記補助パターンの膜厚が前記主パターンの膜厚よりも薄く、膜厚差が２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差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。
- 前記膜厚差がドライエッチングにより形成されたことを特徴とする請求項２に記載のフォトマスク。
- 前記補助パターンの露光光透過率が１５％〜２９％の範囲の所定の透過率であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフォトマスク。
- 前記同一材料よりなる半透明膜が単層の半透明膜または２層の半透明膜よりなることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のフォトマスク。
- 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、前記フォトマスクの外周部に遮光領域が形成されていることを特徴とするフォトマスク。
- 前記単層の半透明膜がモリブデンシリサイド系材料の半透明膜であり、前記２層の半透明膜が前記透明基板上にクロム系材料の半透明膜、モリブデンシリサイド系材料の半透明膜を順に設けたことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフォトマスク。
- 前記主パターンおよび前記補助パターンがいずれもラインパターンであり、前記主パターンが孤立パターンまたは周期パターンであることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のフォトマスク。
- ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けた、前記主パターンの前記転写対象面上での最小パターンピッチがピッチ１２０ｎｍ以下となるフォトマスクの製造方法であって、
（ａ）前記透明基板の一主面上に半透明膜、遮光膜を順に形成し、前記半透明膜を透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光の位相差がほぼ１８０度となる膜厚とする工程と、
（ｂ）前記遮光膜上に第１のレジストパターンを形成し、前記遮光膜および前記半透明膜を順にドライエッチングし、主パターン部と補助パターン部を形成する工程と、
（ｃ）前記第１のレジストパターンを剥離し、次に前記遮光膜上に第２のレジストパターンを形成し、前記補助パターン部の遮光膜をエッチングして除去する工程と、
（ｄ）前記第２のレジストパターンを剥離し、次に前記透明基板の一主面上全面をドライエッチングし、前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光が７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、前記補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターンを形成する工程と、
（ｅ）前記主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターンを形成し、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせる工程と、
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
- 請求項９に記載のフォトマスクの製造方法において、工程（ｂ）の前記半透明膜のドライエッチングが前記半透明膜の膜厚の途中までのハーフエッチングであることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
- ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、変形照明による投影露光に用いられ、透明基板の一主面上に、前記投影露光により転写対象面に転写される主パターンと、前記主パターンの近傍に形成され前記転写対象面に転写されない補助パターンとを設けた、前記主パターンの前記転写対象面上での最小パターンピッチがピッチ１２０ｎｍ以下となるフォトマスクの製造方法であって、
（ａ）前記透明基板の一主面上に半透明膜、遮光膜を順に形成し、前記半透明膜が２層の半透明膜よりなり、前記透明基板側の下層の半透明膜が上層の半透明膜のエッチング停止層を兼ね、前記２層の半透明膜を透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光の位相差がほぼ１８０度となる膜厚とする工程と、
（ｂ）前記遮光膜上に第１のレジストパターンを形成し、前記遮光膜および前記２層の半透明膜を順にドライエッチングし、主パターン部と補助パターン部を形成する工程と、
（ｃ）前記第１のレジストパターンを剥離し、次に前記遮光膜上に第２のレジストパターンを形成し、前記補助パターン部の遮光膜をエッチングして除去する工程と、
（ｄ）前記第２のレジストパターンを剥離し、次に前記透明基板の一主面上全面をドライエッチングし、前記補助パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光が７０度〜１１５度の範囲の所定の位相差となる膜厚まで、前記補助パターン部の半透明膜をドライエッチングして補助パターンを形成する工程と、
（ｅ）前記主パターン部の遮光膜をエッチングして除去して主パターンを形成し、前記主パターンを透過する光と前記透明基板の透明領域を透過する光に１８０度の位相差を生じさせる工程と、
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
- 前記補助パターンと前記主パターンとの膜厚差が、２４ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の所定の膜厚差であることを特徴とする請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法。
- 請求項９から請求項１２までのいずれか１項に記載のフォトマスクの製造方法において、前記補助パターンを形成する工程（ｄ）の後に、遮光領域用レジストパターンを形成し、前記主パターン上の遮光膜をドライエッチングして除去し主パターンを形成するとともに、前記フォトマスクの外周部に遮光領域を形成する工程、
をさらに含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
Priority Applications (13)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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