JP2013238691A

JP2013238691A - 位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク及び位相シフトマスクの製造方法

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Publication number: JP2013238691A
Application number: JP2012110631A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Kojima; 洋介小嶋
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2013-11-28
Anticipated expiration: 2032-05-14
Also published as: JP6019731B2

Abstract

【課題】ハードマスクを用いて製造された位相シフトマスクの位相シフト膜の段差改善と、ハードマスクの残渣抑制と、ハードマスクの残渣のドライエッチング修正とを可能にする位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク、及び位相シフトマスクの製造方法を提供すること。
【解決手段】露光波長に対して透明な基板上に、位相シフト膜と、遮光膜と、ハードマスクとが順次積層された位相シフトマスクブランクであって、前記位相シフト膜及び遮光膜は、前記ハードマスクをエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなり、前記位相シフト膜及びハードマスクは、前記遮光膜をエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなり、前記遮光膜は、前記位相シフト膜をエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク、及び位相シフトマスクの製造方法に係り、特に、半導体集積回路、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＬＣＤ（液体表示素子）用カラーフィルタ、及び磁気ヘッド等の製造に用いられる位相シフトマスクに関する。

近年、半導体素子の微細化に伴い、投影露光にも高い解像性が求められている。そこで、フォトマスクの分野においては、転写パターンの解像性を向上させる手法として、位相シフト法が開発された。位相シフト法の原理は、開口部を通過した透過光の位相が開口部に隣接する部分を通過した透過光の位相と１８０度反転するように調整することによって、透過光が干渉し合う際に境界部での光強度を弱め（位相シフト効果）、その結果として転写パターンの解像性及び焦点深度を向上させるものであり、この原理を用いたフォトマスクを総じて位相シフトマスクと呼ぶ。

位相シフトマスクに使用される位相シフトマスクブランクは、ガラス基板等の透明基板上に位相シフト膜と遮光膜を順次積層した構造が最も一般的である。位相シフト膜は、所望の位相差、透過率、膜厚となるように調整されており、位相差１７５度〜１８０度、透過率５％〜７％、膜厚６０ｎｍ〜８０ｎｍが主流であり、ＭｏＳｉを主成分とする単層膜もしくは複数層膜で形成されるのが主流である。また、遮光膜は、所望の透過率、膜厚となるように調整されており、位相シフト膜と合わせた透過率０．１％以下、膜厚４０ｎｍ〜６０ｎｍが主流であり、Ｃｒを主成分とする単層膜もしくは複数層膜で形成されるのが主流である。

位相シフトマスクのパターン形成方法としては、位相シフトマスクブランクの遮光膜上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜に光もしくは電子ビームによりパターンを描画し、これを現像してレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとして遮光膜をエッチングして遮光膜パターンを形成し、この遮光膜パターンをエッチングマスクとして位相シフト膜をエッチングし、更にレジスト膜と遮光膜を除去して位相シフトパターンを形成する方式が一般的である。

高精度なパターン形成が要求される位相シフトマスクでは、エッチングはガスプラズマを用いるドライエッチングが主流である。Ｃｒを主成分とする遮光膜のドライエッチングは、酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ／Ｏ系）、ＭｏＳｉを主成分とする位相シフト膜のドライエッチングは、フッ素系エッチング（Ｆ系）が主流である。

一方、半導体素子の微細化に伴い、原版となるフォトマスクパターンも微細に形成する技術が求められている。特に、フォトマスクのメインパターンの解像性を補助するアシストパターンは、露光の際にウェハ上に転写されないように、メインパターンよりも小さく形成する必要がある。ハーフピッチ４５ｎｍ以下の世代用のアシストパターン寸法は６０ｎｍ以下が要求される。

フォトマスクパターンの微細化に有力な手段の一つとして、レジスト膜の薄膜化がある。レジスト膜のアスペクト比（膜厚/幅）を下げることにより、現像の際のレジストパターンの倒れや抜け不良を減少させることができる。

位相シフトマスクにおいてもパターンの微細化を実現するために、レジスト膜の薄膜化が行われて来た。しかし、膜厚４０ｎｍ〜６０ｎｍの遮光膜をドライエッチングする際にレジストパターンもダメージを受けるため、遮光膜エッチングの際の耐性まで考慮すると、レジスト膜の薄膜化には限界であった。

そこで、遮光膜の上にハードマスクを形成する位相シフトマスクの製造方法が提案された（例えば、特許文献１参照）。ハードマスクは、Ｓｉ系化合物であるＭｏＳｉＮやＳｉＯＮにより形成されるため、下層のＣｒを主成分とする遮光膜エッチングに対して十分な耐性がある。また、膜厚は５ｎｍ〜４０ｎｍと遮光膜よりも薄いため、ドライエッチングする際のレジストのダメージを遮光膜よりも抑制することが可能となり、更なるレジスト膜の薄膜化が実現できる。

従来のハードマスクを用いる位相シフトマスクの製造方法を図５に示す。

図５（ａ）に示すように、透明基板３１上に位相シフト膜３２、遮光膜３３、及びハードマスク３４が順次形成されてなる位相シフトマスクブランクのハードマスク３４上に、レジストパターン３５を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、レジストパターン３５をマスクとしてハードマスク３４をフッ素系エッチング（Ｆ系）でドライエッチングし、ハードマスクパターン３６を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン３５を除去した後、図５（ｄ）に示すように、ハードマスクパターン３６をマスクとして遮光膜３３を酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ／Ｏ系）でドライエッチングし、遮光膜パタ−ン３７を形成する。

その後、図５（ｅ）に示すように、遮光膜パタ−ン３７をマスクとして位相シフト膜３２がフッ素系エッチング（Ｆ系）でドライエッチングし、位相シフトパターン３８を形成する。

以上の工程において、ハードマスク３４と位相シフト膜３２が共にフッ素系エッチング（Ｆ系）で加工されるため、位相シフト膜３２のドライエッチングの際に同時にハードマスクの除去も行われる。したがって、位相シフト膜３２のエッチングの初期の段階では、ハードマスクパターン３６により位相シフトパターン３８の寸法が決まるが、膜厚の薄いハードマスクパターン３６が途中で消失した後は、露出した下層の遮光膜パタ−ン３７により位相シフトパターン３８の寸法が決まる。しかし、ハードマスクパターン３６と遮光膜パターン３７の寸法が同一にはならず、図５（ｄ）に示すように、下層の遮光膜パターン３７にアンダーカット３９が生じる場合がある。

これは、Ｓｉ系化合物からなりフッ素系エッチング（Ｆ系）で加工されるハードマスク３４と、Ｃｒを主成分とし酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ／Ｏ系）で加工される遮光膜３３とでは、横方向にエッチングが進み易い遮光膜３３の方がラインパターンの寸法が細くなるからである。このハードマスクパターン３６と遮光膜パターン３７の寸法差は、遮光膜３３のドライエッチングにより調整するが、エッチングするパターン領域の幅や面積により横方向へのエッチングの進み量が変わるため、すべてのパターンにおいてハードマスクパターン３６と遮光膜パターン３８の寸法差を消すことは困難である。

このように、ハードマスクパターン３６と遮光膜パターン３７の寸法が同一ではない状態で、位相シフト膜３２をフッ素系エッチング（Ｆ系）で加工すると、ハードマスクパターン３６消失の前後で位相シフトパターン３８の寸法が変わるため、図５（ｅ）に示すように、位相シフトパターン３８に段差４０が発生してしまう。

また、位相シフト膜３２のドライエッチングには形成される位相シフトパターン３８のエッチング形状や深さ制御が要求されるため、ハードマスクパターン３６の除去に適した条件のみを選択することができず、ハードマスクの残渣４１（除去残り）の原因となる（図５（ｅ）参照）。更に、このハードマスクパターンの残渣３９をドライエッチング修正する場合、フッ素系エッチング（Ｆ系）では位相シフトパターン３８と透明基板３１も同時にダメージを受けるため、ハードマスクパターンの残渣４１のみを修正することができない。

国際公開第２００４／０９０６３５号

本発明は、以上のような事情の下になされ、ハードマスクを用いて製造された位相シフトマスクの位相シフト膜の段差改善と、ハードマスクの残渣抑制と、ハードマスクの残渣のドライエッチング修正とを可能にする位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク、及び位相シフトマスクの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、露光波長に対して透明な基板上に、位相シフト膜と、遮光膜と、ハードマスクとが順次積層された位相シフトマスクブランクであって、前記位相シフト膜及び遮光膜は、前記ハードマスクをエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなり、前記位相シフト膜及びハードマスクは、前記遮光膜をエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなり、前記遮光膜は、前記位相シフト膜をエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなることを特徴とする位相シフトマスクブランクを提供する。

以上のように構成される本発明の第１の態様に係る位相シフトマスクブランクにおいて、前記ハードマスクをエッチング可能なドライエッチングとして、非酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ系）を用いることができる。

また、前記遮光膜をエッチング可能なドライエッチングとして、酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ／Ｏ系）を用いることができる。

また、前記位相シフト膜をエッチング可能なドライエッチングとして、フッ素系エッチング（Ｆ系）を用いることができる。

前記ハードマスクとして、（１）Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆから選ばれる少なくとも１種の金属膜もしくは窒化膜、（２）これらの複数層膜もしくは傾斜膜、のいずれかを含むものを用いることができる。

前記ハードマスクとして、ＴａＮを含むものを用いることができる。

前記ハードマスクの膜厚を、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることができる。

前記遮光膜として、（１）Ｃｒ酸化物、Ｃｒ窒化物、もしくはＣｒ酸窒化物を主成分とする金属化合物膜、（２）Ｃｒを主成分とする金属膜もしくは合金膜、（３）これらの複数層膜もしくは傾斜膜、のいずれかを含むものを用いることができる。

前記遮光膜の膜厚を、３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下とすることができる。

前記位相シフト膜として、（１）Ｓｉの酸化膜、窒化膜、または酸窒化膜、（２）ＳｉおよびＭｏの酸化膜、窒化膜、または酸窒化膜、（３）これらの複数層膜もしくは傾斜膜、を含むものを用いることができる。

前記位相シフト膜の膜厚を、３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。

前記ハードマスクがＴａＮを主成分とし、前記遮光膜がＣｒを主成分とし、前記位相シフト膜がＭｏＳｉを主成分とする位相シフトマスクブランクであって、前記位相シフト膜及び遮光膜は、前記ハードマスクをエッチング可能な非酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ系）では実質的にエッチングされない材質からなり、前記位相シフト膜及びハードマスクは、前記遮光膜をエッチング可能な酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ／Ｏ系）では実質的にエッチングされない材質からなり、前記遮光膜は、前記位相シフト膜をエッチング可能なフッ素系エッチング（Ｆ系）では実質的にエッチングされない材質からなるものとすることができる。

本発明の第２の態様は、上述した位相シフトマスクブランクを用いて製造された位相シフトマスクであって、露光波長に対して透明な基板上に形成された位相シフトパターンと、前記位相シフトパターン上に選択的に形成された遮光膜パターンとを具備し、前記位相シフトパターン及び遮光膜パターンは、前記ハードマスクをエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなり、前記位相シフトパターン及びハードマスクは、前記遮光膜パターンをエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなることを特徴とする位相シフトマスクを提供する。

以上のように構成される本発明の第２の態様に係る位相シフトマスクにおいて、前記遮光膜パターンは、前記位相シフト膜をエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなり、前記遮光膜パターンは、前記ハードマスクのパターンをマスクとしたドライエッチングにより形成され、前記位相シフトパターンは、前記遮光膜パターンをマスクとしたドライエッチングにより形成されたものとすることができる。

本発明の第３の態様は、上述した位相シフトマスクブランクのハードマスクをパターニングしてハードマスクパターンを形成する工程、前記ハードマスクパターンをマスクとして前記遮光膜をドライエッチングし、遮光膜パターンを形成する工程、前記遮光膜パターンと前記位相シフト膜を実質的にエッチングせずに前記ハードマスクパターンをドライエッチングにより除去する工程、及び前記遮光膜パターンをマスクとして前記位相シフト膜をドライエッチングし、位相シフトパターンを形成する工程を具備することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法を提供する。

本発明の位相シフトマスクブランクによると、位相シフト膜と遮光膜が実質的にエッチングされないドライエッチングによりエッチング可能なハードマスクを採用することで、位相シフト膜をドライエッチングする前に、ハードマスクパターンのみを遮光膜と位相シフト膜にダメージを与えずにドライエッチングにて除去することが可能になる。これにより、遮光膜パターンにアンダーカットが発生した場合でも、位相シフトパターンに段差を生じさせることはない。

また、本発明の位相シフトマスクブランクによると、位相シフト膜の制御に縛られることなくハードマスクパターン除去に適したドライエッチング条件を選択できるため、ハードマスクパターンの残渣を抑制することができる。更に、ハードマスクパターンの残渣が発生した場合でも、他の膜や基板にダメージを与えることなく、ハードマスクパターンの残渣のみをドライエッチング修正することが可能になる。

本発明の第１の態様に係る位相シフトマスクブランクを示す断面図である。図１に示す位相シフ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順に示す断面図である。図１に示す位相シフ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順に示す断面図である。図１に示す位相シフトマスクブランクを用いて製造された位相シフトマスクにおけるハードマスクパターンの残渣修正方法を示す拡大断面図である。従来のハードマスク付き位相シフ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順に示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

従来のハードマスク付き位相シフトマスクブランクを用いる位相シフトマスク及びその製造方法では、位相シフト膜のドライエッチングの際に同時にハードマスクパターンの除去も行うため、ハードマスクパターンと遮光膜パターンの寸法が同一にはならずに下層の遮光膜パターンにアンダーカットが生じた場合、位相シフト膜をフッ素系エッチング（Ｆ系）により加工すると、ハードマスクパターン消失の前後で位相シフトパターンの寸法が変わるため、位相シフトパターンに段差が発生してしまうという問題があった。

これに対し、本発明の位相シフトマスク及びその製造方法では、遮光膜パターンにアンダーカットが生じていても、ハードマスクパターンのみを位相シフト膜のエッチング加工の前に個別に除去することが可能であるため、位相シフトパターンに段差が生じることはない。

また、従来のハードマスク付き位相シフトマスクブランクを用い位相シフトマスクの製造方法において、位相シフト膜のドライエッチングには、形成される位相シフトパターンのエッチング形状や深さの制御が要求されるため、ハードマスクパターンの除去に適した条件のみを選択することができず、ハードマスクパターンの残渣が発生し易いという問題があった。更に、一度ハードマスクパターンの残渣が発生してしまうと、フッ素系エッチング（Ｆ系）で除去しようとすると、位相シフトパターンと透明基板も同時にダメージを受けるため、ハードマスクパターンの残渣のみをドライエッチング修正する手段がなかった。これに対して、本発明の位相シフトマスク及びその製造方法では、ハードマスクパタ−ンを個別にドライエッチングすることが可能となるため、位相シフト膜の制御に縛られることなくハードマスクパターン除去に適したドライエッチング条件を選択することができる。これにより、ハードマスクパターンの残渣を抑制することができることに加え、ハードマスクパターンの残渣が発生した場合でも、他の膜や基板にダメージを与えることなく、ハードマスクパターンの残渣のみをドライエッチング修正することが可能になる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る位相シフトマスクブランクを示す断面図である。図１に示す位相シフトマスクブランク１０は、露光波長に対して透明な基板１１と、基板１１上に成膜された位相シフト膜１２と、位相シフト膜１２上に成膜された遮光膜１３と、遮光膜１３上に成膜されたハードマスク１４とからなる。

ここで、露光波長に対して透明な基板１１は、特に限定されず、石英ガラスやＣａＦ_２あるいはアルミノシリケートガラスなどを一般的に使用できる。

位相シフト膜１２としては、（１）Ｓｉの酸化膜、窒化膜もしくは酸窒化膜、（２）ＳｉおよびＭｏの酸化膜、窒化膜、もしくは酸窒化膜、（３）これらの複数層膜もしくは傾斜膜、のいずれかであって、含有量の比率と膜厚を適宜選択することで露光波長に対する透過率と位相差を調整したものが挙げられる。透過率の値は、最終的なフォトマスク作製終了時に好ましくは２％以上４０％以下、より好ましくは５％以上７％以下であり、位相差の値は、最終的なフォトマスク作製終了時に好ましくは１７０度以上１９０度以下、より好ましくは１７５度以上１８０度以下である。膜厚は、好ましくは３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下、より好ましくは６０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。

遮光膜１３としては、（１）Ｃｒ酸化物、Ｃｒ窒化物もしくはＣｒ酸窒化物を主成分とする金属化合物膜、（２）Ｃｒを主成分とする金属膜もしくは合金膜、（３）これらの複数層膜もしくは傾斜膜、のいずれかが挙げられる。遮光膜１３の膜厚は、好ましくは３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、この値は、露光波長に対する透過率が下層の位相シフト膜を含めて０．１％以下になるように選択することが好ましい。また、遮光膜は、複数の異なる組成のＣｒを含む膜を積層させて反射防止層とするようにしてもよい。この場合、露光波長に対する反射率を例えば２０％以下、好ましくは１５％以下に抑えることが、露光の際にフォトマスクと投影露光面との間での多重反射を抑制する上で望ましい。さらに、フォトマスクブランクやフォトマスクの反射検査に用いる波長（例えば２５７ｎｍ）に対する反射率を例えば３０％以下とすることが、欠陥を高精度で検出する上で望ましい。

ハードマスク１４としては、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆから選ばれる少なくとも１種以上の金属膜もしくは窒化膜、またはこれらの複数層膜もしくは傾斜膜を挙げることが出来、好ましくはＴａＮを含む膜がよい。ハードマスク１４の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、より好ましくは、ハードマスクのドライエッチングの際のレジストダメージを低減し、レジストの薄膜化を実現するために、１５ｎｍ以下である。また、さらに好ましくは、成膜での安定性確保とピンホールの防止のために、２ｎｍ以上であるのがよい。ハードマスク１４には、描画機でのチャージングを防止するために、シート抵抗の低い膜を積層させてもよい。この場合、積層する膜はハードマスクのドライエッチングと同一の条件でエッチング可能であることが望ましく、ハードマスクを含めたトータルのシート抵抗が１０ｋΩ／ｃｍ^２以下であることが望ましい。

図２及び図３は、図１に示す本発明の第１の実施形態に係る位相シフトマスクブランク１０を用いた、本発明の第２の実施形態に係る位相シフトマスクの製造方法を工程順に示す断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、位相シフトマスクブランク１０上にレジスト膜を塗布し、描画を施し、その後に現像処理を行い、レジストパターン１５を形成する。レジスト膜の材料としては、ポジ型レジストでもネガ型レジストでも用いることができるが、高精度パターンの形成を可能とする電子ビーム描画用の化学増幅型レジストを用いることが好ましい。

レジスト膜の膜厚は、例えば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲とすることができる。特に、微細なパターン形成が求められるフォトマスクを作製する場合、パターン倒れを防止する上で、レジストパターンのアスペクト比が大きくならないようにレジスト膜を薄膜化することが必要であり、１５０ｎｍ以下の膜厚が好ましい。一方、レジスト膜の膜厚の下限は、用いるレジスト材料の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、６０ｎｍ以上であることが望ましい。レジスト膜として電子ビーム露光用の化学増幅型のものを使用する場合、描画の際の電子ビームのエネルギー密度は３〜４０μＣ／ｃｍ^２の範囲であり、この描画の後に加熱処理及び現像処理を施してレジストパターン１５を得ることができる。

次いで、図２（ｂ）に示すように、レジストパターン１５をマスクとして非酸素含有塩素系ドライエッチング（Ｃｌ系：エッチングガスとして塩素ガスを用いたドライエッチング）によりハードマスク１４をパターニングし、ハードマスクパターン１６を形成する。この場合、遮光膜１３は、非酸素含有塩素系ドライエッチング（Ｃｌ系）では実質的にエッチングされないため、本工程では除去もしくはパターニングされずに残る。エッチングガスとしては、塩素ガスに加えて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。また、塩素ガスに代えて、ＨＣｌ、ＣＣｌ_４、ＢＣｌ_３のような塩素化合物ガスを用いることも可能である。

次に、図２（ｃ）に示すように、残存したレジストパターン１５を剥離除去した後、洗浄する。剥離除去はドライエッチングにより行うことも可能だが、一般には剥離液によりウェット剥離する。

その後、図２（ｄ）に示すように、ハードマスクパターン１６をマスクとして酸素含有塩素系ドライエッチング（Ｃｌ／Ｏ系：エッチングガスとして酸素を含む塩素ガスを用いたドライエッチング）により遮光膜１３をパターニングし、遮光膜パターン１７を形成する。酸素ガスの量は、塩素ガスの５〜５０容量％であるのが好ましい。

ハードマスクパターン１６と位相シフト膜１２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、本工程では除去もしくはパターニングされずに残る。エッチングガスとしては、従来において、Ｃｒ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ものを用いることができ、塩素ガスと酸素ガスに加えて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。また、この工程の際に、ハードマスクパターン１６と遮光膜１３の横方向のエッチングの進み具合の差から生じるアンダーカットが発生してもよい。

更に、図３（ａ）に示すように、遮光膜パターン１７上に残ったハードマスクパターン１６を非酸素含有塩素系ドライエッチング（Ｃｌ系）により除去する。遮光膜パターン１７と位相シフト膜１２は、非酸素含有塩素系ドライエッチング（Ｃｌ系）では実質的にエッチングされないため、本工程では除去もしくはパターニングされずに残る。エッチング条件は、ハードマスクパターン１６を除去するため、横方向のエッチングが進み易い条件を選択することが望ましい。横方向のエッチングが進み易いエッチングのプラズマ発生条件は、従来から膜の除去に用いられてきた公知のものとしてよく、高圧力（低真空度）、例えば、２０ｍＴ〜１０００ｍＴが望ましい。また、エッチングガスとして塩素ガスに加えて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。

次いで、図３（ｂ）に示すように、遮光膜パターン１７をマスクとしてフッ素系ドライエッチング（Ｆ系）により位相シフト膜１２をパターニングして、位相シフトパターン１８を形成する。遮光膜パターン１７は、フッ素系ドライエッチング（Ｆ系）では実質的にエッチングされないため、本工程では、除去もしくはパターニングされずに残る。この際、透明基板１１を１ｎｍ〜３ｎｍ程度同時に掘り込み、位相シフトパターン１８の抜け不良を防止すると共に、位相差の微調整を行うことが一般的である。エッチング条件は、従来からＳｉ系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ものとしてよく、エッチングガスであるフッ素系ガスとしては、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２等が挙げられるが、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。

その後、図３（ｃ）に示すように、第２のレジストパターンを新たに形成する。本工程では、レジスト膜を成膜した後、図２（ａ）と同様に、電子ビーム描画を行った後、現像処理することで、第２のレジストパターン１９を得る。

次いで、図３（ｄ）に示すように、第２のレジストパターン１９に覆われていない領域の遮光膜パターン１７を酸素含有塩素系ドライエッチング（Ｃｌ／Ｏ系）により除去する。位相シフトパターン１８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、本工程では除去もしくはパターニングされずに残る。エッチング条件は、遮光膜パターン１７を除去するため、横方向のエッチングが進み易い条件を選択することが望ましい。横方向のエッチングが進み易いエッチングのプラズマ発生条件は、従来から膜の除去に用いられてきた公知のものとしてよく、高圧力（低真空）、例えば、２０ｍＴ〜１０００ｍＴが望ましい。また、塩素ガスと酸素ガスに加えて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）に示すように、残存した第２のレジストパターン１９を剥離除去した後、洗浄する。剥離除去はドライエッチングにより行うことも可能だが、一般には剥離液によりウェット剥離する。本工程により、位相シフトマスク２０が完成する。

図４は、図１に示す位相シフトマスクブランク１０を用いた、本発明の第３の実施形態に係る、位相シフトマスク２０のハードマスクパターン１６の残渣修正方法を工程順に示す拡大断面図である。

図４（ａ）に示すように、位相シフトパターン１８上にハードマスク１４の残渣２１が存在する。ハードマスク１４の残渣２１の下層には、残渣２１がエッチングマスクとなり酸素含有塩素系ドライエッチング（Ｃｌ／Ｏ系）で除去されなかった遮光膜１３の残渣２２も存在する。

次いで、図４（ｂ）は、ハードマスク１４の残渣２１が発生した領域を覆わないようにレジストパターン２３を新たに形成する工程を示す。本工程では、レジスト膜を成膜した後、図３（ａ）と同様に、電子ビーム描画を行った後、現像処理することで、レジストパターン２３を得る。また、ハードマスクの残渣２１が発生した領域にスポット露光を施した後、現像処理することでレジストパターン２３を得てもよい。

次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン２３に覆われていない領域のハードマスク１４の残渣２１を非酸素含有塩素系ドライエッチング（Ｃｌ系）により除去する。遮光膜１３の残渣２２と位相シフトパターン１８は、非酸素含有塩素系ドライエッチング（Ｃｌ系）では実質的にエッチングされないため、本工程では除去もしくはパターニングされずに残る。エッチング条件は、ハードマスク１４の残渣２１を除去するため、横方向のエッチングが進み易い条件を選択することが望ましい。横方向のエッチングが進み易いエッチングのプラズマ発生条件は、従来から膜の除去に用いられてきた公知のものとしてよく、高圧力（低真空）が望ましい。また、塩素ガスに加えて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。

その後、図４（ｄ）に示すように、レジストパターン２３に覆われていない領域の遮光膜１３の残渣２２を酸素含有塩素系ドライエッチング（Ｃｌ／Ｏ系）により除去する。位相シフトパターン１８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、本工程では除去もしくはパターニングされずに残る。エッチング条件は、遮光膜１３の残渣２２を除去するため、横方向のエッチングが進み易い条件を選択することが望ましい。横方向のエッチングが進み易いエッチングのプラズマ発生条件は、従来から膜の除去に用いられてきた公知のものとしてよく、高圧力（低真空）が望ましい。また、塩素ガスと酸素ガスに加えて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。

最後に、図４（ｅ）に示すように、残存したレジストパターン２３を剥離除去した後、洗浄する。剥離除去はドライエッチングにより行うことも可能だが、一般には剥離液によりウェット剥離する。本工程により、本実施形態に係る、位相シフトマスク２０のハードマスク１４の残渣２１の修正が完了する。

以上、本発明の実施形態に係る位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク及び位相シフトマスクの製造方法、位相シフトマスクのハードマスク残渣の修正方法について説明したが、上記実施形態は本発明を実施するための一例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。これらの実施形態を種々変形することは本発明の範囲内であり、本発明の範囲内において他の様々な実施形態が可能であることは上記記載から自明である。

本発明は、位相シフトマスクブランクの組成、膜厚及び層構造と、これを用いた位相シフトマスクの製造工程及び条件を適切な範囲で選択することにより、微細なパターンを高精度で形成した位相シフトマスクを提供することができ、この位相シフトマスクは、ハーフピッチ４５ｎｍ以降の半導体デバイスの製造に適用することができる。

１０・・・位相シフトマスクブランク、
１１，３１・・・露光波長に対して透明な基板、
１２，３２・・・位相シフト膜
１３，３３・・・遮光膜、
１４，３４・・・ハードマスク、
１５，２３，３５・・・レジストパターン、
１６，３６・・・ハードマスクパターン、
１７，３７・・・遮光膜パターン、
１８，３８・・・位相シフトパターン、
１９・・・第２のレジストパターン、
２１，４１・・・ハードマスクパターンの残渣、
２２・・・遮光膜パターンの残渣、
３９・・・アンダーカット、
４０・・・段差

Claims

露光波長に対して透明な基板上に、位相シフト膜と、遮光膜と、ハードマスクとが順次積層された位相シフトマスクブランクであって、前記位相シフト膜及び遮光膜は、前記ハードマスクをエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなり、前記位相シフト膜及びハードマスクは、前記遮光膜をエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなり、前記遮光膜は、前記位相シフト膜をエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなることを特徴とする位相シフトマスクブランク。
前記ハードマスクをエッチング可能なドライエッチングは、非酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ系）であることを特徴とする請求項１に記載の位相シフトマスクブランク。
前記遮光膜をエッチング可能なドライエッチングは、酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ／Ｏ系）であることを特徴とする請求項１または２に記載の位相シフトマスクブランク。
前記位相シフト膜をエッチング可能なドライエッチングは、フッ素系エッチング（Ｆ系）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
前記ハードマスクは、（１）Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆから選ばれる少なくとも１種の金属膜もしくは窒化膜、（２）これらの複数層膜もしくは傾斜膜、のいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
前記ハードマスクは、ＴａＮを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
前記ハードマスクの膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
前記遮光膜は、（１）Ｃｒ酸化物、Ｃｒ窒化物、もしくはＣｒ酸窒化物を主成分とする金属化合物膜、（２）Ｃｒを主成分とする金属膜もしくは合金膜、（３）これらの複数層膜もしくは傾斜膜、のいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
前記遮光膜の膜厚は、３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
前記位相シフト膜は、（１）Ｓｉの酸化膜、窒化膜、または酸窒化膜、（２）ＳｉおよびＭｏの酸化膜、窒化膜、または酸窒化膜、（３）これらの複数層膜もしくは傾斜膜、を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
前記位相シフト膜の膜厚は、３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
前記ハードマスクがＴａＮを主成分とし、前記遮光膜がＣｒを主成分とし、前記位相シフト膜がＭｏＳｉを主成分とする位相シフトマスクブランクであって、前記位相シフト膜及び遮光膜は、前記ハードマスクをエッチング可能な非酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ系）では実質的にエッチングされない材質からなり、前記位相シフト膜及びハードマスクは、前記遮光膜をエッチング可能な酸素含有塩素系エッチング（Ｃｌ／Ｏ系）では実質的にエッチングされない材質からなり、前記遮光膜は、前記位相シフト膜をエッチング可能なフッ素系エッチング（Ｆ系）では実質的にエッチングされない材質からなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
請求項１〜１２のいずれかに記載の位相シフトマスクブランクを用いて製造された位相シフトマスクであって、露光波長に対して透明な基板上に形成された位相シフトパターンと、前記位相シフトパターン上に選択的に形成された遮光膜パターンとを具備し、前記位相シフトパターン及び遮光膜パターンは、前記ハードマスクをエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなり、前記位相シフトパターン及びハードマスクは、前記遮光膜パターンをエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなることを特徴とする位相シフトマスク。
前記遮光膜パターンは、前記位相シフト膜をエッチング可能なドライエッチングでは実質的にエッチングされない材質からなり、前記遮光膜パターンは、前記ハードマスクのパターンをマスクとしたドライエッチングにより形成され、前記位相シフトパターンは、前記遮光膜パターンをマスクとしたドライエッチングにより形成されたものであることを特徴とする請求項１３に記載の位相シフトマスク。
請求項１〜１２のいずれかに記載の位相シフトマスクブランクのハードマスクをパターニングしてハードマスクパターンを形成する工程、
前記ハードマスクパターンをマスクとして前記遮光膜をドライエッチングし、遮光膜パターンを形成する工程、
前記遮光膜パターンと前記位相シフト膜を実質的にエッチングせずに前記ハードマスクパターンをドライエッチングにより除去する工程、及び
前記遮光膜パターンをマスクとして前記位相シフト膜をドライエッチングし、位相シフトパターンを形成する工程
を具備することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。