JP5323526B2 - 位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイスや表示デバイス（表示パネル）等の製造において使用される位相シフトマスクブランク及び位相シフトマスクの製造方法に関する。
半導体デバイス等の微細化は、性能、機能の向上（高速動作や低消費電力化等）や低コスト化をもたらす利点があり、微細化はますます加速されている。この微細化を支えているのがリソグラフィー技術であり、転写用マスクは、露光装置、レジスト材料とともにキー技術となっている。
近年、位相シフト技術などの超解像技術（Resolution Enhancement Technology：RET）を適用したフォトマスクが使用されている。位相シフトマスクは、位相シフターによる光の干渉作用を利用して転写パターンの解像度を向上できるようにしたフォトマスクである。
また、通常、半導体基板を微細加工する際のフォトリソグラフィーは縮小投影露光で行われるため、転写用マスクに形成されるパターンサイズは、半導体基板上に形成されるパターンサイズの４倍程度の大きさとされている。しかし、半導体デザインルールにおけるＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍ以降でのフォトリソグラフィーにおいては、マスク上の回路パターンのサイズは露光光の波長よりも小さくなってきているため、回路パターンをデザイン通りに転写パターンが形成された転写用マスクを使用して縮小投影露光すると、露光光の干渉などの影響で、転写パターン通りの形状を半導体基板上のレジスト膜に転写することができなくなる。
そこで、超解像技術を使用したマスクとして、光近接効果補正（Optical Proximity Effect Correction：ＯＰＣ）を行うことで、転写特性を劣化させる光近接効果の補正技術を適用したＯＰＣマスク等が用いられている（特許文献１）。例えば、ＯＰＣマスクには回路パターンの１／２以下サイズのＯＰＣパターン（例えば、１００ｎｍ未満の線幅のアシストバーやハンマーヘッド等）を形成する必要がある。
近年、位相シフト技術などの超解像技術（Resolution Enhancement Technology：RET）を適用したフォトマスクが使用されている。位相シフトマスクは、位相シフターによる光の干渉作用を利用して転写パターンの解像度を向上できるようにしたフォトマスクである。
また、通常、半導体基板を微細加工する際のフォトリソグラフィーは縮小投影露光で行われるため、転写用マスクに形成されるパターンサイズは、半導体基板上に形成されるパターンサイズの４倍程度の大きさとされている。しかし、半導体デザインルールにおけるＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍ以降でのフォトリソグラフィーにおいては、マスク上の回路パターンのサイズは露光光の波長よりも小さくなってきているため、回路パターンをデザイン通りに転写パターンが形成された転写用マスクを使用して縮小投影露光すると、露光光の干渉などの影響で、転写パターン通りの形状を半導体基板上のレジスト膜に転写することができなくなる。
そこで、超解像技術を使用したマスクとして、光近接効果補正（Optical Proximity Effect Correction：ＯＰＣ）を行うことで、転写特性を劣化させる光近接効果の補正技術を適用したＯＰＣマスク等が用いられている（特許文献１）。例えば、ＯＰＣマスクには回路パターンの１／２以下サイズのＯＰＣパターン（例えば、１００ｎｍ未満の線幅のアシストバーやハンマーヘッド等）を形成する必要がある。
半導体デザインルールにおけるＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍ以降の微細パターンの形成には、開口数がＮＡ＞１の高ＮＡ（Hyper-NA）露光方法、例えば液浸露光を利用する必要がある。
液浸露光は、ウエハと露光装置の最下レンズとの間を液体で満たすことで、屈折率が１の空気の場合に比べて、液体の屈折率倍にＮＡを高められるため、解像度を向上できる露光方法である。開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）は、ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθで表される。θは露光装置の最下レンズの最も外側に入る光線と光軸とがなす角度、ｎはウエハと露光装置の最下レンズとの間の媒質の屈折率である。
しかし、開口数がＮＡ＞１の液浸露光方法を適用し、半導体デザインルールにおけるＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍ（以下ｈｐ４５ｎｍと記す）以降の微細なパターンの形成を行おうとした場合、期待したＣＤ精度が得られない、という課題があることが判明した。
液浸露光は、ウエハと露光装置の最下レンズとの間を液体で満たすことで、屈折率が１の空気の場合に比べて、液体の屈折率倍にＮＡを高められるため、解像度を向上できる露光方法である。開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）は、ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθで表される。θは露光装置の最下レンズの最も外側に入る光線と光軸とがなす角度、ｎはウエハと露光装置の最下レンズとの間の媒質の屈折率である。
しかし、開口数がＮＡ＞１の液浸露光方法を適用し、半導体デザインルールにおけるＤＲＡＭハーフピッチ（ｈｐ）４５ｎｍ（以下ｈｐ４５ｎｍと記す）以降の微細なパターンの形成を行おうとした場合、期待したＣＤ精度が得られない、という課題があることが判明した。
その原因としては、以下で説明するローディング効果の影響がある。
ｈｐ４５ｎｍのマスク加工においては、形成するパターン寸法の微細化が進むとともに、さまざまな寸法のパターンも使用され、そのパターンの寸法差も大きなる。幅の広いパターンの近傍に幅の細いパターンを配置する場合（例えば上記ＯＰＣパターンを配置する場合）があり、局所的にパターンの面積差が生ずる。また、マスク面内においても、微細化によりパターンの疎密差も大きくなってくる。この疎密差は、ドライエッチングでマスクパターンを形成する際、ローディング効果を引き起こす。ローディング効果は、エッチングするパターンの面積差により、エッチング速度が変わる現象である。一般的に、エッチングするパターンが多い場合（被エッチングパターンが密、被エッチング面積大、の箇所）はエッチング速度が遅くなり、エッチングするパターンが少ない場合（被エッチングパターンが疎、被エッチング面積小、の箇所）はエッチング速度が速くなる。このローディング効果により、マスク面内でエッチングレートに差が生じマスク面内でのパターンの寸法精度の低下を引き起こす。ｈｐ４５ｎｍのマスク加工においては、微細化に伴いパターンの疎密差も大きくなることから、ローディング効果の影響も大きくなり、高精度のマスク加工がより困難なものとなり得る。
ｈｐ４５ｎｍのマスク加工を補助（アシスト）するために使用されるエッチングマスク膜（無機エッチングマスク膜）においても、ローディング効果の発生が考えられ、加工精度を低下させることが懸念される。このため、より高精度なマスク加工を行うには、ローディング効果を小さくし、パターン形成の加工精度を高くする必要がある。
ｈｐ４５ｎｍのマスク加工においては、形成するパターン寸法の微細化が進むとともに、さまざまな寸法のパターンも使用され、そのパターンの寸法差も大きなる。幅の広いパターンの近傍に幅の細いパターンを配置する場合（例えば上記ＯＰＣパターンを配置する場合）があり、局所的にパターンの面積差が生ずる。また、マスク面内においても、微細化によりパターンの疎密差も大きくなってくる。この疎密差は、ドライエッチングでマスクパターンを形成する際、ローディング効果を引き起こす。ローディング効果は、エッチングするパターンの面積差により、エッチング速度が変わる現象である。一般的に、エッチングするパターンが多い場合（被エッチングパターンが密、被エッチング面積大、の箇所）はエッチング速度が遅くなり、エッチングするパターンが少ない場合（被エッチングパターンが疎、被エッチング面積小、の箇所）はエッチング速度が速くなる。このローディング効果により、マスク面内でエッチングレートに差が生じマスク面内でのパターンの寸法精度の低下を引き起こす。ｈｐ４５ｎｍのマスク加工においては、微細化に伴いパターンの疎密差も大きくなることから、ローディング効果の影響も大きくなり、高精度のマスク加工がより困難なものとなり得る。
ｈｐ４５ｎｍのマスク加工を補助（アシスト）するために使用されるエッチングマスク膜（無機エッチングマスク膜）においても、ローディング効果の発生が考えられ、加工精度を低下させることが懸念される。このため、より高精度なマスク加工を行うには、ローディング効果を小さくし、パターン形成の加工精度を高くする必要がある。
詳しくは、エッチングマスク膜付き位相シフトマスクブランクのマスク加工工程では、パターニングされたエッチングマスク膜をマスクとして、異方性の高いＣｒエッチング条件を用いてＣｒ膜を加工し、その後ハーフトーン膜の加工を行う（特許文献２：国際公開番号ＷＯ２００４／０９０６３５）。
ここで、ＭｏＳｉＮからなるハーフトーン膜のエッチングを行う際、ＭｏＳｉＮからなるエッチングマスク膜もエッチングされ、エッチングマスク膜はハーフトーン膜よりも薄いため（例えば、現状のｈｐ４５ｎｍでは、ハーフトーン膜の膜厚は７０ｎｍ、エッチングマスク膜の膜厚はマスク加工上5〜４０ｎｍが好ましいため）、エッチングマスク膜はハーフトーン膜よりも速くエッチングされてしまう。
このとき、エッチングマスク膜が消失する前は、上方から見た場合に、マスク全面にＭｏＳｉＮ膜が露出（存在）しており、ローディング効果は生じない（図３（ｇ）参照）。そして、エッチングマスク膜がエッチングされ消失する（その結果Ｃｒパターンが露出する）と、エッチングされるハーフトーン膜の面積差が現れ、パターンの寸法精度を低下させるローディング効果を引き起こす。
したがって、高精度のマスク加工が要求されるｈｐ４５ｎｍ以降のマスク加工においては、このローディング効果を小さくし、さらにパターンの加工精度を向上させることが課題である。
ここで、ＭｏＳｉＮからなるハーフトーン膜のエッチングを行う際、ＭｏＳｉＮからなるエッチングマスク膜もエッチングされ、エッチングマスク膜はハーフトーン膜よりも薄いため（例えば、現状のｈｐ４５ｎｍでは、ハーフトーン膜の膜厚は７０ｎｍ、エッチングマスク膜の膜厚はマスク加工上5〜４０ｎｍが好ましいため）、エッチングマスク膜はハーフトーン膜よりも速くエッチングされてしまう。
このとき、エッチングマスク膜が消失する前は、上方から見た場合に、マスク全面にＭｏＳｉＮ膜が露出（存在）しており、ローディング効果は生じない（図３（ｇ）参照）。そして、エッチングマスク膜がエッチングされ消失する（その結果Ｃｒパターンが露出する）と、エッチングされるハーフトーン膜の面積差が現れ、パターンの寸法精度を低下させるローディング効果を引き起こす。
したがって、高精度のマスク加工が要求されるｈｐ４５ｎｍ以降のマスク加工においては、このローディング効果を小さくし、さらにパターンの加工精度を向上させることが課題である。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ローディング効果を引き起こすことを回避できる位相シフトマスクブランク等を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、エッチングマスク膜付き位相シフトマスクブランクを用いてマスク加工を行う場合に発生するローディング効果の影響を少なくすることができ、半導体デザインルール ＤＲＡＭハーフピッチｈｐ４５ｎｍ以降の世代のマスクに見られる微細なパターンを高精度に加工することが可能となる位相シフトマスクブランク等を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、エッチングマスク膜付き位相シフトマスクブランクを用いてマスク加工を行う場合に発生するローディング効果の影響を少なくすることができ、半導体デザインルール ＤＲＡＭハーフピッチｈｐ４５ｎｍ以降の世代のマスクに見られる微細なパターンを高精度に加工することが可能となる位相シフトマスクブランク等を提供することにある。
本発明は、以下の構成を有する。
（構成１）露光光に対して透明な基板上に、珪素を含む位相シフト膜と、前記位相シフト膜のエッチングに対して耐性を有する材料で構成された遮光膜と、前記遮光膜のエッチングに対して耐性を有する無機材料で構成されたエッチングマスク膜と、が順に形成された位相シフトマスクブランクであって、
前記位相シフト膜の膜厚をｔ１、前記位相シフト膜を、前記エッチングマスク膜及び前記遮光膜をマスクとしてエッチャントによりドライエッチングされるエッチング速度をｖ１、前記エッチングマスク膜の膜厚をｔ２、前記エッチングマスク膜が、前記エッチャントによりドライエッチングされるエッチング速度をｖ２としたときに、
（ｔ１／ｖ１）≦（ｔ２／ｖ２）
であることを特徴とする位相シフトマスクブランクである。
（構成１）露光光に対して透明な基板上に、珪素を含む位相シフト膜と、前記位相シフト膜のエッチングに対して耐性を有する材料で構成された遮光膜と、前記遮光膜のエッチングに対して耐性を有する無機材料で構成されたエッチングマスク膜と、が順に形成された位相シフトマスクブランクであって、
前記位相シフト膜の膜厚をｔ１、前記位相シフト膜を、前記エッチングマスク膜及び前記遮光膜をマスクとしてエッチャントによりドライエッチングされるエッチング速度をｖ１、前記エッチングマスク膜の膜厚をｔ２、前記エッチングマスク膜が、前記エッチャントによりドライエッチングされるエッチング速度をｖ２としたときに、
（ｔ１／ｖ１）≦（ｔ２／ｖ２）
であることを特徴とする位相シフトマスクブランクである。
上記構成１に係る発明によれば、例えば、エッチングマスク膜及び遮光膜をエッチングマスクとして位相シフト膜のエッチングを行う際に、エッチングマスク膜と位相シフト膜が同等のエッチング選択性を有する（例えば位相シフト膜のエッチングガスに対する位相シフト膜とエッチングマスク膜のエッチング選択比が１に近く、０．９〜１．１）ことから双方がエッチングされるが、位相シフト膜の膜厚をｔ１、位相シフト膜のエッチング速度をｖ１、エッチングマスク膜の膜厚をｔ２、エッチングマスク膜のエッチング速度をｖ２としたときに、（ｔ１／ｖ１）≦（ｔ２／ｖ２）の関係式を満たすことによって、位相シフト膜のエッチング時にローディング効果を引き起こすことを回避できる。
また、エッチングマスク膜のエッチング速度ｖ２が位相シフト膜のエッチング速度ｖ１と比較し、遅いことによって、エッチングマスク膜及び遮光膜をエッチングマスクとして位相シフト膜のエッチングを行う際に、エッチングマスク膜の厚さを薄く（例えば位相シフト膜の厚さの１／２以下に）構成できる。この結果、位相シフト膜のパターンの加工精度を向上させることが可能となる。
本発明では、上記のように、エッチングマスク膜の厚さを薄く（例えば位相シフト膜の厚さの１／２以下に）構成した場合においても、位相シフト膜の膜厚をｔ１、位相シフト膜のエッチング速度をｖ１、エッチングマスク膜の膜厚をｔ２、エッチングマスク膜のエッチング速度をｖ２としたときに、（ｔ１／ｖ１）≦（ｔ２／ｖ２）の関係式を満たすことよって、位相シフト膜のエッチング時にローディング効果を引き起こすことを回避できる。
尚、本明細書中において、「Ａ／Ｂ」の表記は、Ａが分子、Ｂが分母、であることを示す。
また、エッチングマスク膜のエッチング速度ｖ２が位相シフト膜のエッチング速度ｖ１と比較し、遅いことによって、エッチングマスク膜及び遮光膜をエッチングマスクとして位相シフト膜のエッチングを行う際に、エッチングマスク膜の厚さを薄く（例えば位相シフト膜の厚さの１／２以下に）構成できる。この結果、位相シフト膜のパターンの加工精度を向上させることが可能となる。
本発明では、上記のように、エッチングマスク膜の厚さを薄く（例えば位相シフト膜の厚さの１／２以下に）構成した場合においても、位相シフト膜の膜厚をｔ１、位相シフト膜のエッチング速度をｖ１、エッチングマスク膜の膜厚をｔ２、エッチングマスク膜のエッチング速度をｖ２としたときに、（ｔ１／ｖ１）≦（ｔ２／ｖ２）の関係式を満たすことよって、位相シフト膜のエッチング時にローディング効果を引き起こすことを回避できる。
尚、本明細書中において、「Ａ／Ｂ」の表記は、Ａが分子、Ｂが分母、であることを示す。
（構成２）前記エッチングマスク膜のエッチング速度ｖ２が、前記位相シフト膜のエッチング速度ｖ１に対し、０．０７ｖ１〜０．５ｖ１である。
このように構成すれば、エッチングマスク膜のエッチング速度ｖ２が、位相シフト膜のエッチング速度ｖ１と比較し、０．０７ｖ１〜０．５ｖ１と遅いことによって、エッチングマスク膜及び遮光膜をエッチングマスクとして位相シフト膜のエッチングを行う際に、エッチングマスク膜の厚さを薄く構成できる。この結果、位相シフト膜のパターンの加工精度を向上させることが可能となる。
このように構成すれば、エッチングマスク膜のエッチング速度ｖ２が、位相シフト膜のエッチング速度ｖ１と比較し、０．０７ｖ１〜０．５ｖ１と遅いことによって、エッチングマスク膜及び遮光膜をエッチングマスクとして位相シフト膜のエッチングを行う際に、エッチングマスク膜の厚さを薄く構成できる。この結果、位相シフト膜のパターンの加工精度を向上させることが可能となる。
（構成３）前記遮光膜は、クロムを含む材料であり、前記エッチングマスク膜は、珪素を含む珪素含有膜である。このように構成すれば、エッチングマスク膜と遮光膜が互いにエッチング選択性の異なるように構成でき、さらに、エッチングマスク膜と、金属と珪素とを含む位相シフト膜と同等のエッチング選択性を有するように、構成できる。
（構成４）請求項１〜３のいずれか一項に記載の位相シフトマスクブランクにおいて、前記エッチングマスク膜上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクにして第１エッチャントにより前記エッチングマスク膜をドライエッチングしてエッチングマスク膜パターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜パターン、又は前記レジストパターン及び前記エッチングマスク膜パターンをマスクにして、前記遮光膜を第２エッチャントによりドライエッチングして遮光膜パターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜パターン及び前記遮光膜パターンをマスクにして、第３エッチャントにより前記位相シフト膜をドライエッチングして位相シフト膜パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
このように構成すれば、構成１と同様の効果を得ることができる。
（構成５）位相シフト膜パターンを形成した後においてエッチングマスク膜を残存させ、前記エッチングマスク膜を除去する工程を有する。このように構成すれば、位相シフト膜パターンを形成した後においてエッチングマスク膜が残存されているので、位相シフト膜のエッチング時にローディング効果を確実に回避できる。
（構成６）前記第１エッチャント及び前記第３エッチャントは、フッ素系ガスを含むエッチャントであって、前記第２エッチャントは、塩素系ガスを含むエッチャントである。このように構成すれば、構成３と同様の効果を得ることができる。
前記エッチングマスク膜パターン、又は前記レジストパターン及び前記エッチングマスク膜パターンをマスクにして、前記遮光膜を第２エッチャントによりドライエッチングして遮光膜パターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜パターン及び前記遮光膜パターンをマスクにして、第３エッチャントにより前記位相シフト膜をドライエッチングして位相シフト膜パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
このように構成すれば、構成１と同様の効果を得ることができる。
（構成５）位相シフト膜パターンを形成した後においてエッチングマスク膜を残存させ、前記エッチングマスク膜を除去する工程を有する。このように構成すれば、位相シフト膜パターンを形成した後においてエッチングマスク膜が残存されているので、位相シフト膜のエッチング時にローディング効果を確実に回避できる。
（構成６）前記第１エッチャント及び前記第３エッチャントは、フッ素系ガスを含むエッチャントであって、前記第２エッチャントは、塩素系ガスを含むエッチャントである。このように構成すれば、構成３と同様の効果を得ることができる。
本発明によれば、ローディング効果を引き起こすことを回避できる位相シフトマスクブランク等を提供できる。
また、本発明によれば、エッチングマスク膜付き位相シフトマスクブランクを用いてマスク加工を行う場合に発生するローディング効果の影響を少なくすることができ、ｈｐ４５ｎｍ以降の世代のマスクに見られる微細なパターンを高精度に加工することが可能となる位相シフトマスクブランク等を提供することができる。
また、本発明によれば、エッチングマスク膜付き位相シフトマスクブランクを用いてマスク加工を行う場合に発生するローディング効果の影響を少なくすることができ、ｈｐ４５ｎｍ以降の世代のマスクに見られる微細なパターンを高精度に加工することが可能となる位相シフトマスクブランク等を提供することができる。
以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
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１１の一例を示す。本例において、位相シフトマスクブランク１１は、位相シフトマスクブランクであり、透明基板１、位相シフト膜５、遮光性膜２、エッチングマスク膜３、レジスト膜４をこの順で備える。
位相シフト膜５としては、例えば、珪素を含む珪素含有膜を用いることができる。珪素含有膜としては、珪素膜や、珪素とクロム、タンタル、モリブデン、チタン、ハフニウム、タングステンの金属を含む金属シリサイド膜、さらに、珪素膜や金属シリサイド膜に、酸素、窒素、炭素の少なくとも一つを含む膜が挙げられる。位相シフト膜５としては、例えば、遷移金属シリサイド酸化物、遷移金属シリサイド窒化物、遷移金属シリサイド酸窒化物、遷移金属シリサイド酸化炭化物、遷移金属シリサイド窒化炭化物又は遷移金属シリサイド酸窒化炭化物を主成分とする膜を用いることができる。位相シフト膜５としては、例えば、モリブデン系（ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯ等）、タングステン系（ＷＳｉＯＮ、ＷＳｉＮ、ＷＳｉＯ等）、シリコン系（ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等）などのハーフトーン膜を用いることができる。
位相シフト膜５としては、例えば、主に露光光の位相を制御する位相調整層と、主に露光光の透過率を制御する機能を有すると透過率調整層との２層からなるハーフトーン膜を用いることができる（特開２００３−３２２９４７号公報参照）。ここで、透過率調整層の材料としては、金属及びシリコンのうちから選ばれる一種又は二種以上からなる膜、あるいはそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物等を用いることができ、具体的には、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ランタン、タンタル、タングステン、シリコン、ハフニウムから選ばれる一種又は二種以上の材料からなる膜あるいはこれらの窒化物、酸化物、酸窒化物、炭化物なとが挙げられる。また、位相調整層としては、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素など珪素を母体とした薄膜が紫外領域での露光光に対して、比較的高い透過率を得やすいという点から好ましい。
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１１の一例を示す。本例において、位相シフトマスクブランク１１は、位相シフトマスクブランクであり、透明基板１、位相シフト膜５、遮光性膜２、エッチングマスク膜３、レジスト膜４をこの順で備える。
位相シフト膜５としては、例えば、珪素を含む珪素含有膜を用いることができる。珪素含有膜としては、珪素膜や、珪素とクロム、タンタル、モリブデン、チタン、ハフニウム、タングステンの金属を含む金属シリサイド膜、さらに、珪素膜や金属シリサイド膜に、酸素、窒素、炭素の少なくとも一つを含む膜が挙げられる。位相シフト膜５としては、例えば、遷移金属シリサイド酸化物、遷移金属シリサイド窒化物、遷移金属シリサイド酸窒化物、遷移金属シリサイド酸化炭化物、遷移金属シリサイド窒化炭化物又は遷移金属シリサイド酸窒化炭化物を主成分とする膜を用いることができる。位相シフト膜５としては、例えば、モリブデン系（ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯ等）、タングステン系（ＷＳｉＯＮ、ＷＳｉＮ、ＷＳｉＯ等）、シリコン系（ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等）などのハーフトーン膜を用いることができる。
位相シフト膜５としては、例えば、主に露光光の位相を制御する位相調整層と、主に露光光の透過率を制御する機能を有すると透過率調整層との２層からなるハーフトーン膜を用いることができる（特開２００３−３２２９４７号公報参照）。ここで、透過率調整層の材料としては、金属及びシリコンのうちから選ばれる一種又は二種以上からなる膜、あるいはそれらの酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物等を用いることができ、具体的には、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ランタン、タンタル、タングステン、シリコン、ハフニウムから選ばれる一種又は二種以上の材料からなる膜あるいはこれらの窒化物、酸化物、酸窒化物、炭化物なとが挙げられる。また、位相調整層としては、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素など珪素を母体とした薄膜が紫外領域での露光光に対して、比較的高い透過率を得やすいという点から好ましい。
エッチングマスク膜３としては、例えば、珪素を含む珪素含有膜を用いることができる。珪素含有膜としては、珪素膜や、珪素とクロム、タンタル、モリブデン、チタン、ハフニウム、タングステンの金属を含む金属シリサイド膜、さらに、珪素膜や金属シリサイド膜に、酸素、窒素、炭素の少なくとも一つを含む膜が挙げられる。エッチングマスク膜３としては、例えば、遷移金属シリサイド酸化物、遷移金属シリサイド窒化物、遷移金属シリサイド酸窒化物、遷移金属シリサイド酸化炭化物、遷移金属シリサイド窒化炭化物又は遷移金属シリサイド酸窒化炭化物を主成分とする膜を用いることができる。エッチングマスク膜３としては、例えば、モリブデン系（ＭｏＳｉＯＮ、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯ、ＭｏＳｉＣＯ、ＭｏＳｉＣＮ、ＭｏＳｉＣＯＮ等）、タングステン系（ＷＳｉＯＮ、ＷＳｉＮ、ＷＳｉＯ等）、シリコン系（ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等）などの膜を用いることができる。エッチングマスク膜３は、例えば、位相シフト膜５がＭｏＳｉＮである場合、エッチングマスク膜３は、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、ＳｉＯＮであることが好ましい。
遮光性膜２としては、位相シフト膜のエッチングに対して耐性を有する材料とすることができる。例えば、金属を含む金属膜を用いることができる。金属を含む金属膜としては、クロム、タンタル、モリブデン、チタン、ハフニウム、タングステンや、これらの元素を含む合金、又は上記元素や上記合金を含む材料（例えば、上記元素や上記合金を含む材料に加え、酸素、窒素、珪素、炭素の少なくとも一つを含む膜）からなる膜が挙げられる。
遮光性膜２としては、例えば、クロム単体や、クロムに酸素、窒素、炭素、水素からなる元素を少なくとも１種を含むもの（Ｃｒを含む材料）、などの材料を用いることができる。遮光性膜の膜構造としては、上記膜材料からなる単層、複数層構造とすることができる。また、異なる組成においては、段階的に形成した複数層構造や、連続的に組成が変化した膜構造とすることができる。
具体的な遮光性膜２は、窒化クロム膜（ＣｒＮ膜）及び炭化クロム膜（ＣｒＣ膜）からなる遮光層と、クロムに酸素及び窒素が含有されている膜（ＣｒＯＮ膜）からなる反射防止層との積層膜である。窒化クロム膜は、窒化クロム（ＣｒＮ）を主成分とする層であり、例えば１０〜２０ｎｍの膜厚を有する。炭化クロム膜は、炭化クロム（ＣｒＣ）を主成分とする層であり、例えば２５〜６０ｎｍの膜厚を有する。クロムに酸素及び窒素が含有されている膜（ＣｒＯＮ膜）は、例えば１５〜３０ｎｍの膜厚を有する。
遮光性膜２としては、例えば、クロム単体や、クロムに酸素、窒素、炭素、水素からなる元素を少なくとも１種を含むもの（Ｃｒを含む材料）、などの材料を用いることができる。遮光性膜の膜構造としては、上記膜材料からなる単層、複数層構造とすることができる。また、異なる組成においては、段階的に形成した複数層構造や、連続的に組成が変化した膜構造とすることができる。
具体的な遮光性膜２は、窒化クロム膜（ＣｒＮ膜）及び炭化クロム膜（ＣｒＣ膜）からなる遮光層と、クロムに酸素及び窒素が含有されている膜（ＣｒＯＮ膜）からなる反射防止層との積層膜である。窒化クロム膜は、窒化クロム（ＣｒＮ）を主成分とする層であり、例えば１０〜２０ｎｍの膜厚を有する。炭化クロム膜は、炭化クロム（ＣｒＣ）を主成分とする層であり、例えば２５〜６０ｎｍの膜厚を有する。クロムに酸素及び窒素が含有されている膜（ＣｒＯＮ膜）は、例えば１５〜３０ｎｍの膜厚を有する。
本発明において、上述した課題の解決方法としては、エッチングマスク膜及び遮光膜をマスクとしてハーフトーン膜をエッチングする際のローディング効果を小さくするために、エッチングマスク膜のエッチングタイム（膜が消失するまでに要する時間、以下同様）を、ハーフトーン膜のエッチングタイムと比べて、同じに、又は遅く、なるようにエッチングマスク膜を設計することが挙げられる。詳細は、位相シフト膜であるハーフトーン膜の膜厚をｔ１、位相シフト膜を、エッチングマスク膜及び遮光膜をマスクとしてエッチャントによりドライエッチングされるエッチング速度をｖ１、エッチングマスク膜の膜厚をｔ２、エッチングマスク膜がエッチャントによりドライエッチングされるエッチング速度をｖ２としたときに、（ｔ１／ｖ１）≦（ｔ２／ｖ２）となるように設計する。なお、ハーフトーン膜のエッチング後にエッチングマスク膜が残存すると、エッチングマスク膜を除去する工程が発生するので、（ｔ１／ｖ１）＝（ｔ２／ｖ２）となるように設計するとより好ましい。また、ハーフトーン膜のエッチング後、遮光膜をエッチングする際のエッチングガスを用いて物理的エッチングで除去可能な程度の膜厚でエッチングマスク膜が残存するように設計してもよい。
エッチングマスク膜のエッチングタイムの制御は、エッチングマスク膜の組成および膜厚により制御することが可能である。エッチングマスク膜のエッチングタイムは、（エッチングマスク膜の膜厚ｔ１）／（エッチングマスク膜の速度ｖ１）で定義される。
ここで、半導体デザインルール ＤＲＡＭハーフピッチｈｐ４５ｎｍ以降の世代で使用される位相シフトマスクブランクにおけるエッチングマスク膜の膜厚については、マスク加工上５〜４０ｎｍが好ましい。また、半導体デザインルール ＤＲＡＭハーフピッチｈｐ４５ｎｍ以降の世代で使用される位相シフトマスクブランクにおけるハーフトーン膜の膜厚は、所望の位相差（例えば、１７５度〜１８５度）となるような膜厚である必要があるが１００ｎｍ以下（例えば７０ｎｍ）が好ましい。以上の点などを考慮し、半導体デザインルール ＤＲＡＭハーフピッチｈｐ４５ｎｍ以降の世代で使用される位相シフトマスクブランクにおける、エッチングマスク膜に要求されるエッチング速度は、ハーフトーン膜のエッチング速度を１とした場合、０．０７〜０．５倍遅くすることが好ましい。
エッチングマスク膜のエッチング速度を制御する方法の１つとして、エッチングマスク膜の組成を制御する方法が挙げられる。
エッチングマスク膜はＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、およびＳｉＯＮの材料から選択して構成することができ、ハーフトーン膜はＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮの材料から選択して構成することができる。このとき、エッチングマスク膜がＭｏＳｉＮ、ハーフトーン膜がＭｏＳｉＮの場合においては、互いに同じ材料で構成されているので、ＭｏＳｉＮ膜のエッチング速度は、Ｎの含有率よりも、ＭｏとＳｉの含有比率に依存する。エッチングマスク膜のエッチング速度をハーフトーン膜よりも遅くするには、Ｍｏの含有量を高くすることでなされる。
例えば、ハーフトーン膜のＭｏとＳｉ比率（Ｍｏ：Ｓｉ＝１：９）に対して、エッチングマスク膜のＭｏとＳｉ比率（Ｍｏ：Ｓｉ＝４：５〜９：１）とし、エッチングマスク膜の膜厚を、Ｍｏ：Ｓｉ＝４：５のとき４０ｎｍ（ハーフトーン膜のエッチング速度に対するエッチング速度比：約０．５倍） 〜 Ｍｏ：Ｓｉ＝９：１のとき５ｎｍ（ハーフトーン膜のエッチング速度に対するエッチング速度比：エッチング速度：約０．０７倍）とすることで、エッチングマスク膜のエッチングタイムをハーフトーン膜のエッチングタイムに合わせる（一致させる）ことが可能となる。この条件に基づいて、エッチングマスク膜の組成および膜厚を制御することにより、半導体デザインルール ＤＲＡＭハーフピッチｈｐ４５ｎｍ以降の世代で使用される位相シフトマスクブランクにおけるエッチングマスク膜に要求させる膜厚５〜４０ｎｍ範囲又はこれに近い範囲で、エッチングマスク膜のエッチングタイムをハーフトーン膜のエッチングタイムよりも遅らせることが可能である。なお、さらなる微細パターンに対応する場合にはエッチングマスク膜の膜厚を２０ｎｍ以下とすることが好ましく、このときのエッチングマスク膜のハーフトーン膜のエッチング速度に対するエッチング速度比の上限は、約０．２５倍とするとよい。
一方、ＳｉＯＮのエッチングマスク膜のエッチング速度についても、その組成比で制御することが可能となる。ＳｉＯＮのエッチング速度を低下させるには、Ｎの含有量を減らし、Ｏの含有量を増加させることでなされる。ハーフトーン膜のＭｏとＳｉ比率（Ｍｏ：Ｓｉ＝１：９）に対して、エッチングマスク膜のＳｉとＯとＮの比率（Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝３５：４５：２０）にすることで、エッチングマスク膜のエッチングタイムをハーフトーン膜のエッチングタイムに合わせる（一致させる）ことが可能となる。
尚、ハーフトーン膜の組成比及び膜厚は、ハーフトーン膜の光学特性（使用する露光光に対する位相シフト量、透過率）を優先して決定される。
エッチングマスク膜のエッチングタイムの制御は、エッチングマスク膜の組成および膜厚により制御することが可能である。エッチングマスク膜のエッチングタイムは、（エッチングマスク膜の膜厚ｔ１）／（エッチングマスク膜の速度ｖ１）で定義される。
ここで、半導体デザインルール ＤＲＡＭハーフピッチｈｐ４５ｎｍ以降の世代で使用される位相シフトマスクブランクにおけるエッチングマスク膜の膜厚については、マスク加工上５〜４０ｎｍが好ましい。また、半導体デザインルール ＤＲＡＭハーフピッチｈｐ４５ｎｍ以降の世代で使用される位相シフトマスクブランクにおけるハーフトーン膜の膜厚は、所望の位相差（例えば、１７５度〜１８５度）となるような膜厚である必要があるが１００ｎｍ以下（例えば７０ｎｍ）が好ましい。以上の点などを考慮し、半導体デザインルール ＤＲＡＭハーフピッチｈｐ４５ｎｍ以降の世代で使用される位相シフトマスクブランクにおける、エッチングマスク膜に要求されるエッチング速度は、ハーフトーン膜のエッチング速度を１とした場合、０．０７〜０．５倍遅くすることが好ましい。
エッチングマスク膜のエッチング速度を制御する方法の１つとして、エッチングマスク膜の組成を制御する方法が挙げられる。
エッチングマスク膜はＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮ、およびＳｉＯＮの材料から選択して構成することができ、ハーフトーン膜はＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮの材料から選択して構成することができる。このとき、エッチングマスク膜がＭｏＳｉＮ、ハーフトーン膜がＭｏＳｉＮの場合においては、互いに同じ材料で構成されているので、ＭｏＳｉＮ膜のエッチング速度は、Ｎの含有率よりも、ＭｏとＳｉの含有比率に依存する。エッチングマスク膜のエッチング速度をハーフトーン膜よりも遅くするには、Ｍｏの含有量を高くすることでなされる。
例えば、ハーフトーン膜のＭｏとＳｉ比率（Ｍｏ：Ｓｉ＝１：９）に対して、エッチングマスク膜のＭｏとＳｉ比率（Ｍｏ：Ｓｉ＝４：５〜９：１）とし、エッチングマスク膜の膜厚を、Ｍｏ：Ｓｉ＝４：５のとき４０ｎｍ（ハーフトーン膜のエッチング速度に対するエッチング速度比：約０．５倍） 〜 Ｍｏ：Ｓｉ＝９：１のとき５ｎｍ（ハーフトーン膜のエッチング速度に対するエッチング速度比：エッチング速度：約０．０７倍）とすることで、エッチングマスク膜のエッチングタイムをハーフトーン膜のエッチングタイムに合わせる（一致させる）ことが可能となる。この条件に基づいて、エッチングマスク膜の組成および膜厚を制御することにより、半導体デザインルール ＤＲＡＭハーフピッチｈｐ４５ｎｍ以降の世代で使用される位相シフトマスクブランクにおけるエッチングマスク膜に要求させる膜厚５〜４０ｎｍ範囲又はこれに近い範囲で、エッチングマスク膜のエッチングタイムをハーフトーン膜のエッチングタイムよりも遅らせることが可能である。なお、さらなる微細パターンに対応する場合にはエッチングマスク膜の膜厚を２０ｎｍ以下とすることが好ましく、このときのエッチングマスク膜のハーフトーン膜のエッチング速度に対するエッチング速度比の上限は、約０．２５倍とするとよい。
一方、ＳｉＯＮのエッチングマスク膜のエッチング速度についても、その組成比で制御することが可能となる。ＳｉＯＮのエッチング速度を低下させるには、Ｎの含有量を減らし、Ｏの含有量を増加させることでなされる。ハーフトーン膜のＭｏとＳｉ比率（Ｍｏ：Ｓｉ＝１：９）に対して、エッチングマスク膜のＳｉとＯとＮの比率（Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝３５：４５：２０）にすることで、エッチングマスク膜のエッチングタイムをハーフトーン膜のエッチングタイムに合わせる（一致させる）ことが可能となる。
尚、ハーフトーン膜の組成比及び膜厚は、ハーフトーン膜の光学特性（使用する露光光に対する位相シフト量、透過率）を優先して決定される。
本発明において、位相シフトマスクブランクには、レジスト膜付き位相シフトマスクブランク、レジスト膜形成前の位相シフトマスクブランクが含まれる。位相シフトマスクブランクには、ハーフトーン膜上にクロム系材料等の遮光性膜が形成される場合を含む。位相シフトマスクには、位相シフタが基板の彫り込みによって形成される場合を含む。
本発明において、基板としては、合成石英基板、ソーダライムガラス基板、無アルカリガラス基板、低熱膨張ガラス基板などが挙げられる。
本発明において、遮光膜であるクロム系薄膜のドライエッチングには、塩素系ガス、又は、塩素系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスからなるドライエッチングガスを用いることが好ましい。この理由は、クロムと酸素、窒素等の元素とを含む材料からなるクロム系薄膜に対しては、上記のドライエッチングガスを用いてドライエッチングを行うことにより、ドライエッチング速度を高めることができ、ドライエッチング時間の短縮化を図ることができ、断面形状の良好な遮光性膜パターンを形成することができるからである。ドライエッチングガスに用いる塩素系ガスとしては、例えば、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、ＨＣｌ、ＣＣｌ４、ＣＨＣｌ３等が挙げられる。
本発明において、エッチングマスク膜（ハードマスク膜）や、位相シフト膜（ハーフトーン膜）である珪素を含む珪素含有膜や、金属シリサイド系薄膜、のドライエッチングには、例えば、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３等の弗素系ガス、これらとＨｅ、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｃ２Ｈ４、Ｏ２等の混合ガス、或いはＣｌ２、ＣＨ２Ｃｌ２等の塩素系のガス又は、これらとＨｅ、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｃ２Ｈ４等の混合ガスを用いることができる。
以下、本発明の実施例及び比較例を示す。
（実施例１及び比較例１、２）
図２を参照して、本発明の実施例１による位相シフトマスクの製造方法について説明する。
まず、石英からなる基板を鏡面研磨し所定の洗浄を施すことにより、６インチ×６インチ×０．２５インチの透光性基板１を得た。
次いで、透光性基板１の上に、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）の混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１：９［原子％］）を用いて、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：Ｎ２＝１０：９０［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、膜厚７０［ｎｍ］のＭｏＳｉＮ系の半透光性の位相シフト膜５を成膜した（図２（ａ））。
次いで、同一のチャンバ内に複数のクロム（Ｃｒ）ターゲットが配置されたインラインスパッタ装置を用いて、位相シフト膜５の上にＣｒＮ膜、ＣｒＣ膜、及びＣｒＯＮ膜からなる遮光性クロム膜２を成膜した（図２（ｂ））。具体的には、まず、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：Ｎ２＝７２：２８［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、ＣｒＮ膜を成膜した。続けて、アルゴン（Ａｒ）とメタン（ＣＨ４）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：ＣＨ４＝９６．５：３．５［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、ＣｒＮ膜の上に、ＣｒＣ膜を成膜した。続けて、アルゴン（Ａｒ）と一酸化窒素（ＮＯ）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：ＮＯ＝８７．５：１２．５［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、ＣｒＣ膜の上に、ＣｒＯＮ膜を成膜した。そして、膜厚６７ｎｍの遮光性クロム膜２を得た。以上のＣｒＮ膜、ＣｒＣ膜、及びＣｒＯＮ膜は、インラインスパッタ装置を用いて連続的に成膜されたものであり、これらＣｒＮ、ＣｒＣ、及びＣｒＯＮを含んでなる遮光性クロム膜２は、その厚み方向に向かって当該成分が連続的に変化して構成されている。
次いで、実施例１においては、遮光性クロム膜２の上に、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）の混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝９：１［原子％］）を用いて、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：Ｎ２＝１０：９０［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、膜厚が５［ｎｍ］のＭｏＳｉＮ系の無機系エッチングマスク用膜３を成膜した（図２（ｃ）参照）。
また、比較例１、２においては、遮光性クロム膜２の上に、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）の混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝２０：８０［原子％］）を用いて、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：Ｎ２＝１０：９０［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、膜厚が５［ｎｍ］（位相シフト膜エッチング時に位相シフト膜よりも先に消失する膜厚：比較例１）及び膜厚が９２［ｎｍ］（エッチマスク層が厚いためにＣＤ精度の向上が図れない膜厚：比較例２）の各ＭｏＳｉＮ系の無機系エッチングマスク用膜３を成膜した（図２（ｃ）参照）。
次いで、無機系エッチングマスク用膜３の上に、ポジ型電子線レジスト４（ＦＥＰ１７１：富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）をスピンコート法により膜厚が３００［ｎｍ］となるように塗布した（図２（ｄ）参照）。
以上により、透光性基板１上に、ＭｏＳｉＮ系材料からなる半透光性の位相シフト膜５と、Ｃｒ系材料からなる遮光性クロム膜２と、ＭｏＳｉＮ系材料からなる無機系エッチングマスク用膜３と、レジスト４が順次形成されたハーフトーン位相シフト型のマスクブランク１１（ハーフトーン位相シフトマスクブランク）を準備した（図２（ｄ））。
（実施例１及び比較例１、２）
図２を参照して、本発明の実施例１による位相シフトマスクの製造方法について説明する。
まず、石英からなる基板を鏡面研磨し所定の洗浄を施すことにより、６インチ×６インチ×０．２５インチの透光性基板１を得た。
次いで、透光性基板１の上に、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）の混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１：９［原子％］）を用いて、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：Ｎ２＝１０：９０［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、膜厚７０［ｎｍ］のＭｏＳｉＮ系の半透光性の位相シフト膜５を成膜した（図２（ａ））。
次いで、同一のチャンバ内に複数のクロム（Ｃｒ）ターゲットが配置されたインラインスパッタ装置を用いて、位相シフト膜５の上にＣｒＮ膜、ＣｒＣ膜、及びＣｒＯＮ膜からなる遮光性クロム膜２を成膜した（図２（ｂ））。具体的には、まず、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：Ｎ２＝７２：２８［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、ＣｒＮ膜を成膜した。続けて、アルゴン（Ａｒ）とメタン（ＣＨ４）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：ＣＨ４＝９６．５：３．５［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、ＣｒＮ膜の上に、ＣｒＣ膜を成膜した。続けて、アルゴン（Ａｒ）と一酸化窒素（ＮＯ）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：ＮＯ＝８７．５：１２．５［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、ＣｒＣ膜の上に、ＣｒＯＮ膜を成膜した。そして、膜厚６７ｎｍの遮光性クロム膜２を得た。以上のＣｒＮ膜、ＣｒＣ膜、及びＣｒＯＮ膜は、インラインスパッタ装置を用いて連続的に成膜されたものであり、これらＣｒＮ、ＣｒＣ、及びＣｒＯＮを含んでなる遮光性クロム膜２は、その厚み方向に向かって当該成分が連続的に変化して構成されている。
次いで、実施例１においては、遮光性クロム膜２の上に、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）の混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝９：１［原子％］）を用いて、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：Ｎ２＝１０：９０［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、膜厚が５［ｎｍ］のＭｏＳｉＮ系の無機系エッチングマスク用膜３を成膜した（図２（ｃ）参照）。
また、比較例１、２においては、遮光性クロム膜２の上に、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）の混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝２０：８０［原子％］）を用いて、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）の混合ガス雰囲気（Ａｒ：Ｎ２＝１０：９０［体積％］、圧力０．３［Ｐａ］）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、膜厚が５［ｎｍ］（位相シフト膜エッチング時に位相シフト膜よりも先に消失する膜厚：比較例１）及び膜厚が９２［ｎｍ］（エッチマスク層が厚いためにＣＤ精度の向上が図れない膜厚：比較例２）の各ＭｏＳｉＮ系の無機系エッチングマスク用膜３を成膜した（図２（ｃ）参照）。
次いで、無機系エッチングマスク用膜３の上に、ポジ型電子線レジスト４（ＦＥＰ１７１：富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）をスピンコート法により膜厚が３００［ｎｍ］となるように塗布した（図２（ｄ）参照）。
以上により、透光性基板１上に、ＭｏＳｉＮ系材料からなる半透光性の位相シフト膜５と、Ｃｒ系材料からなる遮光性クロム膜２と、ＭｏＳｉＮ系材料からなる無機系エッチングマスク用膜３と、レジスト４が順次形成されたハーフトーン位相シフト型のマスクブランク１１（ハーフトーン位相シフトマスクブランク）を準備した（図２（ｄ））。
次いで、レジスト４に対し、日本電子社製のＪＢＸ９０００によって電子線描画し、現像して、図２に示すようなレジストパターン４１（０．４μｍのライン＆スペース）を形成した（図２（ｅ）参照）。
このとき、作成したレジストパターン４１は、ｈｐ４５ｎｍで形成される、局所的にパターンの面積差が生じる箇所（例えばＯＰＣパターン形成箇所）、またマスク面内においてもパターンの疎密差も大きい箇所、を有するパターンとした。
次いで、レジストパターン４１をマスクにして、無機系エッチングマスク用膜３を、ＳＦ６とＨｅの混合ガスを用い、圧力：５［ｍｍＴｏｒｒ］の条件にてイオン性主体のドライエッチングを行い、無機系エッチングマスクパターン３１を形成した（図３（ｆ）参照）。
次いで、レジストパターン４１を除去した後、無機系エッチングマスクパターン３１のみをマスクにして、遮光性クロム膜２を、Ｃｌ２とＯ２の混合ガスを用い、圧力：３ｍｍＴｏｒｒの条件にて、イオン性を限りなく高めた（＝イオンとラジカルがほぼ同等となる程度までイオン性を高めた）ラジカル主体のドライエッチングを行い、遮光性クロムパターン２１を形成した（図３（ｇ）参照）。
次いで、無機系エッチングマスクパターン３１及び遮光性クロムパターン２１をマスクにして、位相シフト膜５を、ＳＦ６とＨｅの混合ガスを用い、圧力：５［ｍｍＴｏｒｒ］の条件にてイオン性主体のドライエッチングを行い、位相シフト膜パターン５１を形成した（図３（ｈ）参照）。
次いで、ごく薄い膜厚で残存する無機系エッチングマスクパターン３１をエッチングＣｌ２ガス等の透光性基板がエッチング耐性を有するエッチングガスを用いた物理的なドライエッチングによって、あるいは前記の弗素系ガスを用いたイオン性のドライエッチングによって剥離し、再度レジストを塗布し、露光・現像によってレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、不要な箇所の遮光性クロムパターン２１をエッチングにより除去する。しかる後、所定の洗浄を施して位相シフトマスク１０を得た（図３（ｉ）参照）。なお、位相シフト膜パターン５１形成後に残存する無機系エッチングマスクパターン３１については、膜厚が薄いので遮光性クロムパターン形成のエッチング時に物理的なドライエッチングで剥離するようにしてもよい。
そして、得られた位相シフト膜パターン５１の寸法を、ホロン社製ＣＤ−ＳＥＭ（ＥＭＵ−２２０）を用いて、局所的にパターンの面積差が生じる箇所（例えばＯＰＣパターン形成箇所）、及び、マスク面内においてもパターンの疎密差も大きい箇所、においてそれぞれ測定した。その結果、実施例１に係る位相シフトマスクでは、各箇所におけるローディング効果の影響を少なくすることができ、ｈｐ４５ｎｍ位相シフトマスクに見られる微細なパターンを高精度に加工することが可能となることを確認した。これに対し、比較例１に係る位相シフトマスクでは、各箇所におけるローディング効果の影響が大きく、ｈｐ４５ｎｍ位相シフトマスクに見られる微細なパターンを高精度に加工することが困難であることを確認した。
このとき、作成したレジストパターン４１は、ｈｐ４５ｎｍで形成される、局所的にパターンの面積差が生じる箇所（例えばＯＰＣパターン形成箇所）、またマスク面内においてもパターンの疎密差も大きい箇所、を有するパターンとした。
次いで、レジストパターン４１をマスクにして、無機系エッチングマスク用膜３を、ＳＦ６とＨｅの混合ガスを用い、圧力：５［ｍｍＴｏｒｒ］の条件にてイオン性主体のドライエッチングを行い、無機系エッチングマスクパターン３１を形成した（図３（ｆ）参照）。
次いで、レジストパターン４１を除去した後、無機系エッチングマスクパターン３１のみをマスクにして、遮光性クロム膜２を、Ｃｌ２とＯ２の混合ガスを用い、圧力：３ｍｍＴｏｒｒの条件にて、イオン性を限りなく高めた（＝イオンとラジカルがほぼ同等となる程度までイオン性を高めた）ラジカル主体のドライエッチングを行い、遮光性クロムパターン２１を形成した（図３（ｇ）参照）。
次いで、無機系エッチングマスクパターン３１及び遮光性クロムパターン２１をマスクにして、位相シフト膜５を、ＳＦ６とＨｅの混合ガスを用い、圧力：５［ｍｍＴｏｒｒ］の条件にてイオン性主体のドライエッチングを行い、位相シフト膜パターン５１を形成した（図３（ｈ）参照）。
次いで、ごく薄い膜厚で残存する無機系エッチングマスクパターン３１をエッチングＣｌ２ガス等の透光性基板がエッチング耐性を有するエッチングガスを用いた物理的なドライエッチングによって、あるいは前記の弗素系ガスを用いたイオン性のドライエッチングによって剥離し、再度レジストを塗布し、露光・現像によってレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、不要な箇所の遮光性クロムパターン２１をエッチングにより除去する。しかる後、所定の洗浄を施して位相シフトマスク１０を得た（図３（ｉ）参照）。なお、位相シフト膜パターン５１形成後に残存する無機系エッチングマスクパターン３１については、膜厚が薄いので遮光性クロムパターン形成のエッチング時に物理的なドライエッチングで剥離するようにしてもよい。
そして、得られた位相シフト膜パターン５１の寸法を、ホロン社製ＣＤ−ＳＥＭ（ＥＭＵ−２２０）を用いて、局所的にパターンの面積差が生じる箇所（例えばＯＰＣパターン形成箇所）、及び、マスク面内においてもパターンの疎密差も大きい箇所、においてそれぞれ測定した。その結果、実施例１に係る位相シフトマスクでは、各箇所におけるローディング効果の影響を少なくすることができ、ｈｐ４５ｎｍ位相シフトマスクに見られる微細なパターンを高精度に加工することが可能となることを確認した。これに対し、比較例１に係る位相シフトマスクでは、各箇所におけるローディング効果の影響が大きく、ｈｐ４５ｎｍ位相シフトマスクに見られる微細なパターンを高精度に加工することが困難であることを確認した。
（実施例２）
同じく図２を参照して、本発明の実施例２による位相シフトマスクの製造方法について説明する。まず、実施例１と同様に、透光性基板１を取得し、半透光性の位相シフト膜５を成膜し、位相シフト膜５の上にＣｒＮ膜、ＣｒＣ膜、及びＣｒＯＮ膜からなる遮光性クロム膜２を成膜した（図２（ｂ））。
次いで、実施例２においては、遮光性クロム膜２の上に、シリコン（Ｓｉ）ターゲットを用いて、アルゴン（Ａｒ）と一酸化窒素（ＮＯ）の混合ガス雰囲気中で、反応性スパッタリングを行うことにより、膜厚が１５［ｎｍ］のＳｉＯＮ（Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝３５：４５：２０［原子％］）の無機系エッチングマスク用膜３を成膜した（図２（ｃ）参照）。
次いで、無機系エッチングマスク用膜３の上に、ポジ型電子線レジスト４（ＦＥＰ１７１：富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）をスピンコート法により膜厚が３００［ｎｍ］となるように塗布した（図２（ｄ）参照）。
以上により、透光性基板１上に、ＭｏＳｉＮ系材料からなる半透光性の位相シフト膜５と、Ｃｒ系材料からなる遮光性クロム膜２と、ＳｉＯＮ系材料からなる無機系エッチングマスク用膜３と、レジスト４が順次形成されたハーフトーン位相シフト型のマスクブランク１１（ハーフトーン位相シフトマスクブランク）を準備した（図２（ｄ））。
同じく図２を参照して、本発明の実施例２による位相シフトマスクの製造方法について説明する。まず、実施例１と同様に、透光性基板１を取得し、半透光性の位相シフト膜５を成膜し、位相シフト膜５の上にＣｒＮ膜、ＣｒＣ膜、及びＣｒＯＮ膜からなる遮光性クロム膜２を成膜した（図２（ｂ））。
次いで、実施例２においては、遮光性クロム膜２の上に、シリコン（Ｓｉ）ターゲットを用いて、アルゴン（Ａｒ）と一酸化窒素（ＮＯ）の混合ガス雰囲気中で、反応性スパッタリングを行うことにより、膜厚が１５［ｎｍ］のＳｉＯＮ（Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝３５：４５：２０［原子％］）の無機系エッチングマスク用膜３を成膜した（図２（ｃ）参照）。
次いで、無機系エッチングマスク用膜３の上に、ポジ型電子線レジスト４（ＦＥＰ１７１：富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）をスピンコート法により膜厚が３００［ｎｍ］となるように塗布した（図２（ｄ）参照）。
以上により、透光性基板１上に、ＭｏＳｉＮ系材料からなる半透光性の位相シフト膜５と、Ｃｒ系材料からなる遮光性クロム膜２と、ＳｉＯＮ系材料からなる無機系エッチングマスク用膜３と、レジスト４が順次形成されたハーフトーン位相シフト型のマスクブランク１１（ハーフトーン位相シフトマスクブランク）を準備した（図２（ｄ））。
次いで、レジスト４に対し、日本電子社製のＪＢＸ９０００によって電子線描画し、現像して、図２に示すようなレジストパターン４１（０．４μｍのライン＆スペース）を形成した（２（ｅ）参照）。
このとき、作成したレジストパターン４１は、ｈｐ４５ｎｍで形成される、局所的にパターンの面積差が生じる箇所（例えばＯＰＣパターン形成箇所）、またマスク面内においてもパターンの疎密差も大きい箇所、を有するパターンとした。
次いで、レジストパターン４１をマスクにして、無機系エッチングマスク用膜３を、ＳＦ６とＨｅの混合ガスを用い、圧力：５［ｍｍＴｏｒｒ］の条件にてイオン性主体のドライエッチングを行い、無機系エッチングマスクパターン３１を形成した（図３（ｆ）参照）。
次いで、レジストパターン４１を除去した後、無機系エッチングマスクパターン３１のみをマスクにして、遮光性クロム膜２を、Ｃｌ２とＯ２の混合ガスを用い、圧力：３ｍｍＴｏｒｒの条件にて、イオン性を限りなく高めた（＝イオンとラジカルがほぼ同等となる程度までイオン性を高めた）ラジカル主体のドライエッチングを行い、遮光性クロムパターン２１を形成した（図３（ｇ）参照）。
次いで、無機系エッチングマスクパターン３１及び遮光性クロムパターン２１をマスクにして、位相シフト膜５を、ＳＦ６とＨｅの混合ガスを用い、圧力：５［ｍｍＴｏｒｒ］の条件にてイオン性主体のドライエッチングを行い、位相シフト膜パターン５１を形成した（図３（ｈ）参照）。
次いで、ごく薄い膜厚で残存する無機系エッチングマスクパターン３１をエッチングＣｌ２ガス等の透光性基板がエッチング耐性を有するエッチングガスを用いた物理的なドライエッチングによって、あるいは前記の弗素系ガスを用いたイオン性のドライエッチングによって剥離し、再度レジストを塗布し、露光・現像によってレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、不要な箇所の遮光性クロムパターン２１をエッチングにより除去する。しかる後、所定の洗浄を施して位相シフトマスク１０を得た（図３（ｉ）参照）。
なお、位相シフト膜パターン５１形成後に残存する無機系エッチングマスクパターン３１については、膜厚が薄いので遮光性クロムパターン形成のエッチング時に物理的なドライエッチングで剥離するようにしてもよい。
そして、得られた位相シフト膜パターン５１の寸法を、ホロン社製ＣＤ−ＳＥＭ（ＥＭＵ−２２０）を用いて、局所的にパターンの面積差が生じる箇所（例えばＯＰＣパターン形成箇所）、及び、マスク面内においてもパターンの疎密差も大きい箇所、においてそれぞれ測定した。その結果、実施例２に係る位相シフトマスクでは、各箇所におけるローディング効果の影響を少なくすることができ、ｈｐ４５ｎｍ位相シフトマスクに見られる微細なパターンを高精度に加工することが可能となることを確認した。
このとき、作成したレジストパターン４１は、ｈｐ４５ｎｍで形成される、局所的にパターンの面積差が生じる箇所（例えばＯＰＣパターン形成箇所）、またマスク面内においてもパターンの疎密差も大きい箇所、を有するパターンとした。
次いで、レジストパターン４１をマスクにして、無機系エッチングマスク用膜３を、ＳＦ６とＨｅの混合ガスを用い、圧力：５［ｍｍＴｏｒｒ］の条件にてイオン性主体のドライエッチングを行い、無機系エッチングマスクパターン３１を形成した（図３（ｆ）参照）。
次いで、レジストパターン４１を除去した後、無機系エッチングマスクパターン３１のみをマスクにして、遮光性クロム膜２を、Ｃｌ２とＯ２の混合ガスを用い、圧力：３ｍｍＴｏｒｒの条件にて、イオン性を限りなく高めた（＝イオンとラジカルがほぼ同等となる程度までイオン性を高めた）ラジカル主体のドライエッチングを行い、遮光性クロムパターン２１を形成した（図３（ｇ）参照）。
次いで、無機系エッチングマスクパターン３１及び遮光性クロムパターン２１をマスクにして、位相シフト膜５を、ＳＦ６とＨｅの混合ガスを用い、圧力：５［ｍｍＴｏｒｒ］の条件にてイオン性主体のドライエッチングを行い、位相シフト膜パターン５１を形成した（図３（ｈ）参照）。
次いで、ごく薄い膜厚で残存する無機系エッチングマスクパターン３１をエッチングＣｌ２ガス等の透光性基板がエッチング耐性を有するエッチングガスを用いた物理的なドライエッチングによって、あるいは前記の弗素系ガスを用いたイオン性のドライエッチングによって剥離し、再度レジストを塗布し、露光・現像によってレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、不要な箇所の遮光性クロムパターン２１をエッチングにより除去する。しかる後、所定の洗浄を施して位相シフトマスク１０を得た（図３（ｉ）参照）。
なお、位相シフト膜パターン５１形成後に残存する無機系エッチングマスクパターン３１については、膜厚が薄いので遮光性クロムパターン形成のエッチング時に物理的なドライエッチングで剥離するようにしてもよい。
そして、得られた位相シフト膜パターン５１の寸法を、ホロン社製ＣＤ−ＳＥＭ（ＥＭＵ−２２０）を用いて、局所的にパターンの面積差が生じる箇所（例えばＯＰＣパターン形成箇所）、及び、マスク面内においてもパターンの疎密差も大きい箇所、においてそれぞれ測定した。その結果、実施例２に係る位相シフトマスクでは、各箇所におけるローディング効果の影響を少なくすることができ、ｈｐ４５ｎｍ位相シフトマスクに見られる微細なパターンを高精度に加工することが可能となることを確認した。
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることは、当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１ 基板
２ 遮光性膜
３ エッチングマスク膜
４ レジスト膜
５ 位相シフト膜
１０ 位相シフトマスク
１１ 位相シフトマスクブランク
２ 遮光性膜
３ エッチングマスク膜
４ レジスト膜
５ 位相シフト膜
１０ 位相シフトマスク
１１ 位相シフトマスクブランク
Claims (10)
- 露光光に対して透明な基板上に、珪素を含む位相シフト膜と、前記位相シフト膜のエッチングに対して耐性を有し、かつ金属を含有する材料で構成された遮光膜と、前記遮光膜のエッチングに対して耐性を有する無機材料で構成されたエッチングマスク膜と、が順に形成された位相シフトマスクブランクであって、
前記位相シフト膜の膜厚をｔ１、前記位相シフト膜を、前記エッチングマスク膜及び前記遮光膜をマスクとしてエッチャントによりドライエッチングされるエッチング速度をｖ１、前記エッチングマスク膜の膜厚をｔ２、前記エッチングマスク膜が、前記エッチャントによりドライエッチングされるエッチング速度をｖ２としたときに、
（ｔ１／ｖ１）≦（ｔ２／ｖ２）
であり、
前記エッチングマスク膜のエッチング速度ｖ ２ は、０．０７ｖ １ 〜０．５ｖ １ であることを特徴とする位相シフトマスクブランク。 - 前記遮光膜は、クロムを含む材料であり、前記エッチングマスク膜は、珪素を含む珪素含有膜であることを特徴とする請求項１記載の位相シフトマスクブランク。
- 前記エッチングマスク膜は、５ｎｍ以上４０ｎｍ以下の膜厚を有す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。
- 前記位相シフト膜は、１００ｎｍ以下の膜厚を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
- 前記エッチングマスク膜は、珪素もしくは珪素に酸素、窒素および炭素から選ばれる少なくとも１以上の元素を含有する材料、または金属シリサイドもしくは金属シリサイドに酸素、窒素および炭素から選ばれる少なくとも１以上の元素を含有する材料からなることを特徴とする請求項１から４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、珪素もしくは珪素に酸素、窒素および炭素から選ばれる少なくとも１以上の元素を含有する材料、または金属シリサイドもしくは金属シリサイドに酸素、窒素および炭素から選ばれる少なくとも１以上の元素を含有する材料からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の位相シフトマスクブランク。
- 前記エッチングマスク膜は、ＭｏＳｉＮ、ＭｏＳｉＯＮおよびＳｉＯＮから選ばれる材料からなり、前記位相シフト膜は、ＭｏＳｉＮおよびＭｏＳｉＯＮから選ばれる材料からなることを特徴とする請求項１から６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から７のいずれかに記載の位相シフトマスクブランクにおいて、前記エッチングマスク膜上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクにして第１エッチャントにより前記エッチングマスク膜をドライエッチングしてエッチングマスク膜パターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜パターン、又は前記レジストパターン及び前記エッチングマスク膜パターンをマスクにして、前記遮光膜を第２エッチャントによりドライエッチングして遮光膜パターンを形成する工程と、
前記エッチングマスク膜パターン及び前記遮光膜パターンをマスクにして、第３エッチャントにより前記位相シフト膜をドライエッチングして位相シフト膜パターンを形成する工程と、を有することを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。 - 前記位相シフト膜パターンを形成した後においてエッチングマスク膜を残存させ、前記エッチングマスク膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項８記載の位相シフトマスクの製造方法。
- 前記第１エッチャント及び前記第３エッチャントは、フッ素系ガスを含むエッチャントであって、前記第２エッチャントは、塩素系ガスを含むエッチャントであることを特徴とする請求項８または９記載の位相シフトマスクの製造方法。
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