特開 2016-212322 位相シフトマスクブランク、位相シフトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-212322(P2016-212322A)

(43)【公開日】2016年12月15日

(54)【発明の名称】位相シフトマスクブランク、位相シフトマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 1/26 20120101AFI20161118BHJP

   G03F 1/58 20120101ALI20161118BHJP

   G03F 1/80 20120101ALI20161118BHJP

【ＦＩ】

   G03F1/26

   G03F1/58

   G03F1/80

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2015-97388(P2015-97388)

(22)【出願日】2015年5月12日

(71)【出願人】

【識別番号】000113263

【氏名又は名称】ＨＯＹＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001508

【氏名又は名称】特許業務法人 津国

(72)【発明者】

【氏名】小湊 淳志

(72)【発明者】

【氏名】大久保 靖

(72)【発明者】

【氏名】宍戸 博明

(72)【発明者】

【氏名】野澤 順

【テーマコード（参考）】

2H195

【Ｆターム（参考）】

2H195BA01

2H195BA02

2H195BA07

2H195BB01

2H195BB02

2H195BB03

2H195BB10

2H195BB16

2H195BB17

2H195BB25

2H195BC05

2H195BC11

2H195BC26

(57)【要約】

【課題】パターン寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターンのような微細なパターンであっても高精度で形成することができるマスクブランクを提供する。
【解決手段】 位相シフト膜は、ケイ素と、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有する材料からなり、該位相シフト膜を透過した光と、透光性基板を透過した光との位相差が１５０°以上１７０°以下となるように４５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の範囲で設定された膜厚を有し、ハードマスク膜は、遮光膜上の表面に接して形成され、少なくともケイ素とタンタルの何れか一方又は両方を含有しており、ハードマスク膜と接し、クロムを含有する遮光膜の上層は、クロムと、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有し、クロムの含有量が５５原子％以上１００原子％未満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。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

透光性基板上に、位相シフト膜、遮光膜及びハードマスク膜が順に積層された構造を有する位相シフトマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、ケイ素と、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有する材料からなり、且つ、前記位相シフト膜は、該位相シフト膜を透過した光と、前記透光性基板を透過した光との位相差が１５０°以上１７０°以下となるように４５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の範囲で設定された膜厚を有し、
前記ハードマスク膜は、前記遮光膜上の表面に接して形成され、少なくともケイ素とタンタルの何れか一方又は両方を含有しており、
前記遮光膜は、少なくともクロムを含有する材料からなり、前記ハードマスク膜と接する前記遮光膜の上層は、クロムと、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有し、クロムの含有量が５５原子％以上１００原子％未満であることを特徴とする位相シフトマスクブランク。

【請求項2】

前記遮光膜は前記上層と、前記位相シフト膜と接する下層とを有する積層構造であって、
前記上層は、前記クロムの含有量が６５原子％以上であり、かつ、酸素及び窒素の合計含有量が３５原子％以下であり、
前記下層は、クロムと、酸素とを含み、前記クロムの含有量が６０原子％未満であり、かつ、酸素の含有量が２０原子％以上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。

【請求項3】

前記遮光膜は、前記上層と前記下層との間に中間層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の位相シフトマスクブランク。

【請求項4】

前記中間層に含まれるクロムの含有量は、前記下層に含まれるクロムの含有量よりも少ないことを特徴とする請求項３記載の位相シフトマスクブランク。

【請求項5】

前記遮光膜の膜厚は、３５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。

【請求項6】

前記上層の膜厚は、１．５ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。

【請求項7】

前記ハードマスク膜は、酸素を含有する材料からなることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。

【請求項8】

前記ハードマスク膜の膜厚は、１．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の位相シフトマスクブランク。

【請求項9】

請求項１乃至８の何れか一に記載の位相シフトマスクブランクの前記ハード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前記ハードマスク膜を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、ハードマスク膜パターンを形成する工程と、
前記ハードマスク膜パターンをマスクにして、前記遮光膜を、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、遮光膜パターンを形成する工程と、
前記遮光膜パターンをマスクにして、前記位相シフト膜を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、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。

【請求項10】

前記遮光膜パターンをマスクにして、前記透光性基板を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチング除去して、該位相シフト膜パターンを透過した透過光と、前記透光性基板を透過した透過光との位相差を所定の位相差に調整することを特徴とする請求項９記載の位相シフトマスクの製造方法。

【請求項11】

請求項１０に記載の転写用マスクの製造方法により製造された転写用マスクを用い、リソグラフィー法により前記転写用マスクの転写パターンを半導体基板上にパターン転写する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置の製造に用いられる位相シフトマスクの製造方法、該位相シフトマスクの製造に用いられる位相シフトマスクブランクに関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、半導体装置の製造工程では、フォトリソグラフィー法を用いて微細パターンの形成が行われている。また、この微細パターンの形成には通常何枚もの転写用マスク（通常、フォトマスクとも呼ばれている）が使用される。この転写用マスクは、一般に透光性のガラス基板上に、金属薄膜等からなる遮光性の微細パターンを設けたものであり、この転写用マスクの製造においてもフォトリソグラフィー法が用いられている。

【0003】

この転写用マスクは同じ微細パターンを大量に転写するための原版となるため、転写用マスク上に形成されたパターンの寸法精度は、作製される微細パターンの寸法精度に直接影響する。半導体回路の集積度が向上するにつれ、パターンの寸法は小さくなり、転写用マスクの精度もより高いものが要求されている。

【0004】

従来から、このような転写用マスクとしては、ガラス基板等の透光性基板上に、遮光膜からなる転写パターンが形成されたバイナリマスクや、位相シフト膜、あるいは位相シフト膜及び遮光膜からなる転写パターンが形成された位相シフトマスクなどがよく知られている。

【0005】

例えば、特開２０１０−１３４２０６号公報（特許文献１）には、透明基板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マスクパターンを形成したハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記マスクパターンが、ウエハ上に転写されたときにハーフピッチ３８ｎｍ〜５５ｎｍノードの範囲となるパターンであり、前記半透明のマスクパターンを透過した透過光と前記透明基板を透過した透過光との位相差が１６１°以上１７２°以下である位相シフトマスクが記載されている。

【0006】

また、高精度な光半透過膜パターン（位相シフト膜パターン）を有するハーフトーン型位相シフトマスクを作製するためのハーフトーン型位相シフトマスクブランクとしては、例えば、国際公開第２００４／０９０６３５号公報（特許文献２）にあるような、基板側から金属シリサイド系の転写用マスク膜（光半透過膜）、クロム系化合物からなる遮光膜及びケイ素化合物からなるハードマスク膜の膜構成を有する位相シフトマスクブランクが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−１３４２０６号公報

【特許文献2】国際公開第２００４／０９０６３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

近年はさらにウエハ上に転写される転写パターンの微細化が進み、ウエハ上に転写される転写パターンのハーフピッチが２０ｎｍ以下で適用される位相シフトマスク及び位相シフトマスクブランクが要求されている。また、微細かつパターン精度の優れた高品質の半導体装置を製造するため、使用される位相シフトマスクは、位相シフトマスクに形成されている位相シフト膜パターンの寸法が、７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには４５ｎｍ以下のＳＲＡＦ（Ｓｕｂ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔ Ｆｅａｔｕｒｅｓ）パターンなどが形成される。このように、７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンを有する位相シフトマスクを作製する場合に、以下のような課題を有する。

【0009】

特許文献２に開示されているような位相シフトマスクブランクをパターニングする場合、まず、位相シフトマスクブランクの表面に形成した所定のレジストパターンをマスクとして、フッ素系ガスによるドライエッチングにより、ケイ素化合物からなるハードマスク膜をパターニングする。次に、パターニングされたハードマスク膜をマスクとして、塩素と酸素の混合ガスによるドライエッチングにより、クロム系化合物からなる遮光膜をパターニングする。続いて、パターニングされた遮光膜をマスクとして、フッ素系ガスによるドライエッチングにより、金属シリサイド系の転写用マスク膜（光半透過膜）をパターニングする。

【0010】

ところで、上記のクロム系遮光膜は、組成に含まれるクロム元素の割合が多ければ、消衰係数が高くなるので膜厚を薄くしても高い光学濃度が得られる点で有利であるが、クロム元素の割合が高いほどエッチングレートが遅くなりパターニングに時間を要するので、遮光膜のパターニングが完了する前に上層のハードマスク膜のパターンが消失してしまうおそれがある。

【0011】

一方、組成に含まれるクロム元素の割合が少なければ、エッチングレートは速くなるが、消衰係数が低くなるので所定の光学濃度を得るためには膜厚を厚くする必要がある。また、クロム系遮光膜のドライエッチングに用いる塩素と酸素の混合ガスは等方性エッチングの性質を有するため、クロム成分が少なくエッチングレートが速くて膜厚が厚ければパターンの側壁もエッチングガスによって侵食されてしまい、パターンの断面がえぐれた形状になるという問題もある。例えば寸法が１００ｎｍ以上のパターンであれば、遮光膜のエッチングによって遮光膜パターンの断面がえぐれた形状になったとしても、形成された遮光膜パターンの高さに対して遮光膜パターンとその直下の転写用マスク膜（光半透過膜）との接触面積が稼げるので遮光膜パターンが倒れてしまう危険性はほとんどないが、寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには４５ｎｍ以下のＳＲＡＦ(Ｓｕｂ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔ Ｆｅａｔｕｒｅｓ)パターンの場合に、上記と同程度のえぐれ現象が生じると、遮光膜パターンの高さに対して遮光膜パターンと位相シフト膜との接触面積が狭くなりすぎてしまい、遮光膜パターンが倒れてしまうことがある。遮光膜パターンの倒れが生じると、該遮光膜パターンをマスクとした位相シフト膜のパターニングが困難になる。

【0012】

また、遮光膜パターンの断面のえぐれの程度が大きいと、上層のハードマスク膜パターンよりも遮光膜パターンの寸法が細くなり、たとえ遮光膜パターンの倒れが生じないとしても、この遮光膜パターンをマスクとしてパターニングして形成される転写用マスク膜のパターン精度が劣化する。

【0013】

以上のように、従来構成のマスクブランクを用いて、例えば、寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンのような微細なパターンを転写用マスク膜に形成しようとする場合、高いパターン精度を得ることが困難である。

【0014】

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、第１に、パターン寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには、パターン寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンのような微細な位相シフト膜パターンであっても高精度で形成することができる位相シフトマスクブランクを提供することであり、第２に、このような位相シフトマスクブランクを用いて、微細な位相シフト膜パターンが高精度で形成された位相シフトマスクの製造方法を提供することであり、第３に、かかる位相シフトマスクを用いて、ウエハ上に転写された転写パターンのハーフピッチが２０ｎｍ以下の世代に対応したパターン精度の優れた高品質の半導体装置の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明者は、透光性基板上に、位相シフト膜、遮光膜及びハードマスク膜が順に積層された構造を有する位相シフトマスクブランクにおいて、上記位相シフト膜の膜厚、遮光膜及びハードマスク膜の材料に着目して鋭意検討した結果、得られた知見に基づき本発明を完成した。

【0016】

すなわち、上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。

【0017】

（構成１）
透光性基板上に、位相シフト膜、遮光膜及びハードマスク膜が順に積層された構造を有する位相シフトマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、ケイ素と、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有する材料からなり、且つ、前記位相シフト膜は、該位相シフト膜を透過した光と、前記透光性基板を透過した光との位相差が１５０°以上１７０°以下となるように４５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の範囲で設定された膜厚を有し、
前記ハードマスク膜は、前記遮光膜上の表面に接して形成され、少なくともケイ素とタンタルの何れか一方又は両方を含有しており、
前記遮光膜は、少なくともクロムを含有する材料からなり、前記ハードマスク膜と接する前記遮光膜の上層は、クロムと、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有し、クロムの含有量が５５原子％以上１００原子％未満であることを特徴とする位相シフトマスクブランク。

【0018】

構成１によれば、ハードマスク膜の直下にあるクロムを含有する遮光膜の上層は、クロムの含有量が５５原子％以上１００原子％未満と多い（クロムリッチ）ため、エッチングレートが遅くエッチング中のサイドエッチが生じにくい（パターンの側壁が侵食されにくい）。遮光膜の上層のサイドエッチが生じにくいことで、遮光膜の上層には、直上のハードマスク膜のパターン形状がほぼ正確に転写される。ハードマスク膜のパターン形状がほぼ正確に転写された上層を遮光膜が有することで、遮光膜のパターンをマスクとして、異方性のエッチングガスであるフッ素系ガスでパターニングされるケイ素と、酸素及び／又は窒素を含有する位相シフト膜にも、ハードマスク膜のパターンをほぼ正確に形成することができる。また、位相シフト膜は、該位相シフト膜を通過した光と、透光性基板を通過した光との位相差が１５０°以上１７０°以下となるように４５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の範囲で設定された膜厚であるので、位相シフト膜パターンの寸法が、７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには、パターン寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンを忠実に形成することができる。

【0019】

以上のように、構成１によれば、微細な位相シフト膜パターンであっても、本発明の位相シフトマスクブランクの位相シフト膜に高精度で形成することができ、結果、微細かつパターン精度に優れた位相シフトマスクを製造することができる。

【0020】

（構成２）
前記遮光膜は前記上層と、前記位相シフト膜と接する下層とを有する積層構造であって、
前記上層は、前記クロムの含有量が６５原子％以上であり、かつ、酸素及び窒素の合計含有量が３５原子％以下であり、
前記下層は、クロムと、酸素とを含み、前記クロムの含有量が６０原子％未満であり、かつ、酸素の含有量が２０原子％以上であることを特徴とする構成１記載の位相シフトマスクブランク。

【0021】

構成２のように、前記遮光膜は前記上層と、前記位相シフト膜と接する下層とを有する積層構造とし、前記上層は、前記クロムの含有量が６５原子％以上であり、かつ、酸素及び窒素の合計含有量が３５原子％以下であり、前記下層は、クロムと、酸素とを含み、前記クロムの含有量が６０原子％未満であり、かつ、酸素の含有量が２０原子％以上としているので、ハードマスク膜の直下にある遮光膜の上層は、エッチングレートが遅くエッチング中のサイドエッチが生じにくいことで、ハードマスク膜のパターン形状がほぼ正確に転写される。さらに、遮光膜の下層は、上層よりもクロムの含有量が少なく、かつ酸素の含有量が２０原子％以上と多いため、下層のエッチングレートが速い膜設計となるので、遮光膜全体としてのエッチングレートを速くすることができる。従って、ハードマスク膜のパターンが消失することなく、遮光膜のパターニングを完了することができる。これにより、遮光膜表面のエッチングダメージを抑制することができるので、遮光膜の光学特性（表面反射率、位相シフト膜と遮光膜との積層膜における光学濃度）の影響を最小限にすることができる。

【0022】

（構成３）
前記遮光膜は、前記上層と前記下層との間に中間層が形成されていることを特徴とする構成１又は２記載の位相シフトマスクブランク。

【0023】

構成３のように、遮光膜を、位相シフト膜側から下層、中間層、上層が順に積層された構造とすることにより、各層のクロム含有量を調整して遮光膜のエッチングレートを三段階にコントロールすることができ、遮光膜のパターン側壁にサイドエッチの進行度の相違による段差の形成を抑制し、遮光膜のパターンの断面形状を向上させることができる。従って、遮光膜パターンをマスクにしてフッ素系ガスを用いたドライエッチングにより形成される位相シフト膜パターンの断面形状も向上させることができる。

【0024】

（構成４）
前記中間層に含まれるクロムの含有量は、前記下層に含まれるクロムの含有量よりも少ないことを特徴とする構成３記載の位相シフトマスクブランク。

【0025】

構成４のように、中間層に含まれるクロムの含有量は、下層に含まれるクロムの含有量よりも少ないことで、遮光膜全体としてのエッチングレートを速めることができ、遮光膜パターンのパターニング精度、さらには遮光膜パターンをマスクにして形成される位相シフト膜のパターニング精度を高めることができる。

【0026】

（構成５）
前記遮光膜の膜厚は、３５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であることを特徴とする構成１乃至４の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。

【0027】

構成５のように、遮光膜の膜厚が３５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であることにより、遮光膜の全体の厚さを薄膜化して、該遮光膜パターンをマスクとして形成される位相シフト膜パターンのパターニング精度を高めることができる。

【0028】

（構成６）
前記上層の膜厚は、１．５ｎｍ以上８ｎｍ以下であることを特徴とする構成１乃至５の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。

【0029】

構成６のように、遮光膜の上層の膜厚を１．５ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲とすることにより、上層のエッチング時間を好適に抑制しつつ、上層でのパターニング精度を良好に維持することができる。

【0030】

（構成７）
前記ハードマスク膜は、酸素を含有する材料からなることを特徴とする構成１乃至６の何れか一に記載の位相シフトマスクブランク。

【0031】

ハードマスク膜は、直下の遮光膜とエッチング選択性の高い素材であることが必要であるが、構成７のように、ハードマスク膜をケイ素やタンタルに加え酸素を含有する材料を選択することにより、クロム系の素材からなる遮光膜との高いエッチング選択性を確保することができ、レジストの薄膜化のみならずハードマスク膜の膜厚も薄くすることが可能である。従って、マスクブランク表面に形成されたレジストパターンの転写精度が向上する。

【0032】

（構成８）
前記ハードマスク膜の膜厚は、１．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする構成７記載の位相シフトマスクブランク。

【0033】

パターン寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには、パターン寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンのような微細な位相シフト膜パターンを高精度に形成するため、構成８のように、ハードマスク膜の膜厚は、１．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることが好ましい。なお、ハードマスク膜直下の遮光膜へのエッチングダメージ抑制を考慮すると、ハードマスク膜の好ましい膜厚は、２ｎｍ以上８ｎｍ以下が望ましい。

【0034】

（構成９）
構成１乃至８の何れか一に記載の位相シフトマスクブランクの前記ハード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前記ハードマスク膜を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、ハードマスク膜パターンを形成する工程と、
前記ハードマスク膜パターンをマスクにして、前記遮光膜を、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、遮光膜パターンを形成する工程と、
前記遮光膜パターンをマスクにして、前記位相シフト膜を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりパターニングして、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。

【0035】

構成９にあるように、本発明に係る位相シフトマスクブランクを用いて上記製造工程により位相シフトマスクを製造することによって、パターン寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには、パターン寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンのような微細な位相シフト膜パターンが高精度に形成された位相シフトマスクを得ることができる。

【0036】

（構成１０）
前記遮光膜パターンをマスクにして、前記透光性基板を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチング除去して、該位相シフト膜パターンを透過した透過光と、前記透光性基板を透過した透過光との位相差を所定の位相差に調整することを特徴とする構成９記載の位相シフトマスクの製造方法。

【0037】

構成１０にあるように、前記遮光膜パターンをマスクにして、前記透光性基板を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチング除去して、該位相シフト膜パターンを透過した透過光と、前記透光性基板を透過した透過光との位相差を所定の位相差（例えば、１６５°以上１８５°以下等）に調整する。遮光膜パターンをマスクにして形成された薄膜の位相シフト膜パターンと透光性基板の掘り込み部により、パターン寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには、パターン寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンのような微細の位相シフトパターンが高精度で形成された位相シフトマスクを得ることができる。

【0038】

（構成１１）
構成１０に記載の転写用マスクの製造方法により製造された転写用マスクを用い、リソグラフィー法により前記転写用マスクの転写パターンを半導体基板上にパターン転写する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【0039】

構成１１にあるように、上記の微細な位相シフトパターンが高精度で形成された位相シフトマスクを用いて、ウエハ上に転写された転写パターンのハーフピッチが２０ｎｍ以下の世代に対応したパターン精度の優れた高品質の半導体装置を得ることができる。

【発明の効果】

【0040】

本発明の位相シフトマスクブランクによれば、パターン寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには、パターン寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンのような微細な転写パターン（位相シフト膜パターン）であっても高精度で形成することができる。すなわち、本発明の位相シフトマスクブランクによれば、ハードマスク膜の直下にあるクロムを含有する遮光膜の上層部は、クロムの含有量が５５原子％以上１００原子％未満と多い（クロムリッチ）ため、エッチングレートが遅くエッチング中のサイドエッチが生じにくい（パターンの側壁が侵食されにくい）。遮光膜の上層部のサイドエッチが生じにくいことで、遮光膜の上層部には、直上のハードマスク膜のパターン形状がほぼ正確に転写される。ハードマスク膜のパターン形状がほぼ正確に転写された上層を遮光膜が有することで、遮光膜のパターンをマスクとして、異方性のエッチングガスであるフッ素系ガスでパターニングされるケイ素と、酸素及び／又は窒素を含有する位相シフト膜にも、ハードマスク膜のパターンをほぼ正確に形成することができる。また、位相シフト膜は、該位相シフト膜を通過した光と、透光性基板を通過した光との位相差が１５０°以上１７０°以下となるように４５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の範囲で設定された膜厚であるので、位相シフト膜パターンの寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンを忠実に形成することができる。

【0041】

また、このような本発明のマスクブランクを用いることにより、微細パターンが高精度で形成された転写用マスクを製造することができる。

【0042】

さらに、かかる転写用マスクを用いて、パターン精度の優れた高品質の半導体装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】本発明に係る位相シフトマスクブランクの第１の実施の形態の断面概略図である。

【図2】本発明に係る位相シフトマスクブランクの第２の実施の形態の断面概略図である。

【図3】（ａ）〜（ｅ）は本発明に係る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工程を示す位相シフトマスクブランク等の断面概略図である。

【図4】本発明の実施例１における遮光膜パターンの断面形状を示す断面図である。

【図5】本発明の実施例２における遮光膜パターンの断面形状を示す断面図である。

【図6】本発明の比較例における遮光膜パターンの断面形状を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳述する。

【0045】

前述のように、本発明者は、透光性基板上に、位相シフト膜、遮光膜及びハードマスク膜が順に積層された構造を有する位相シフトマスクブランクにおいて、上記位相シフト膜の膜厚、遮光膜及びハードマスク膜の材料に着目して鋭意検討した結果、以下の構成を有する本発明によって前記の課題を解決できることを見出したものである。

【0046】

すなわち、本発明は、上記構成１にあるとおり、透光性基板上に、位相シフト膜、遮光膜及びハードマスク膜が順に積層された構造を有する位相シフトマスクブランクであって、前記位相シフト膜は、ケイ素と、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有する材料からなり、且つ、前記位相シフト膜は、該位相シフト膜を透過した光と、前記透光性基板を透過した光との位相差が１５０°以上１７０°以下となるように４５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の範囲で設定された膜厚を有し、前記ハードマスク膜は、前記遮光膜上の表面に接して形成され、少なくともケイ素とタンタルの何れか一方又は両方を含有しており、前記遮光膜は、少なくともクロムを含有する材料からなり、前記ハードマスク膜と接する前記遮光膜の上層は、クロムと、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有し、クロムの含有量が５５原子％以上１００原子％未満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。

【0047】

図１は、本発明に係る位相シフトマスクブランクの第１の実施の形態を示す断面概略図である。

【0048】

図１にあるとおり、本発明の第１の実施の形態に係る位相シフトマスクブランク１０は、透光性基板１上に、位相シフト膜２、遮光膜３、及びハードマスク膜４が順に積層された構造を有する。また、上記遮光膜３は、下層３１及び上層３３の積層構造である。

【0049】

上記位相シフトマスクブランク１０において、上記位相シフト膜２はケイ素と、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含有しており、上記ハードマスク膜４はケイ素とタンタルの何れか一方又は両方を含有している。また上記遮光膜３は少なくともクロムを含有している。なお、詳しくは後述するが、上記位相シフト膜２は、露光光における屈折率を高くし、所定の位相差を得るために必要な膜厚を薄くする観点から、ケイ素と窒素を含有する素材を適用することが特に好ましく、上記ハードマスク膜４は、ケイ素やタンタルのほか、酸素を含有する素材を適用することが特に好ましい。

【0050】

ここで、上記位相シフトマスクブランク１０における透光性基板１としては、半導体装置製造用の転写用マスクに用いられる基板であれば特に限定されない。位相シフトマスクブランクに使用する場合、使用する露光波長に対して透明性を有するものであれば特に制限されず、合成石英ガラス基板や、その他各種のガラス基板（例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、無アルカリガラス等）が用いられる。この中でも合成石英ガラス基板は、微細パターン形成に有効なＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）又はそれよりも短波長の領域で透明性が高いので、特に好ましく用いられる。

【0051】

上記ハードマスク膜４は、ケイ素（Ｓｉ）を含有する材料やタンタル（Ｔａ）を含有する材料を用いることができる。ハードマスク膜４に好適なケイ素（Ｓｉ）を含有する材料としては、ケイ素（Ｓｉ）に、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）及び水素（Ｈ）から選らばれる１以上の元素を含有する材料が挙げられる。また、このほかのハードマスク膜４に好適なケイ素（Ｓｉ）を含有する材料としては、ケイ素（Ｓｉ）及び遷移金属に、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）及び水素（Ｈ）から選らばれる１以上の元素を含有する材料が挙げられる。また、この遷移金属としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）が挙げられる。これらの中でも、ケイ素（Ｓｉ）のほかに、酸素（Ｏ）を含有する材料で形成されていることが特に好ましい。具体例としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４及ＳｉＯＣＮが挙げられる。

【0052】

一方、ハードマスク膜４に好適なタンタル（Ｔａ）を含有する材料としては、タンタル（Ｔａ）に、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）及び水素（Ｈ）から選らばれる１以上の元素を含有する材料が挙げられる。これらの中でも、タンタル（Ｔａ）に、酸素（Ｏ）を含有する材料が特に好ましい。このような材料の具体例としては、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸化窒化タンタル（ＴａＯＮ）、ホウ化酸化タンタル（ＴａＢＯ）、ホウ化酸化窒化タンタル（ＴａＢＯＮ）等が挙げられる。

【0053】

このようなハードマスク膜４は、クロム（Ｃｒ）を含有する材料で形成された遮光膜３との間で十分なエッチング選択性を有しており、遮光膜３にほとんどダメージを与えずにハードマスク膜４をエッチング除去することが可能である。

【0054】

上記ハードマスク膜４の膜厚は特に制約される必要はないが、少なくとも直下の遮光膜３のエッチングが完了する前に消失しない程度の膜厚が必要である。一方、ハードマスク膜４の膜厚が厚いと、直上のレジストパターンを薄膜化することが困難である。このような観点から、本実施の形態においては、上記ハードマスク膜４の膜厚は、１．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。特に２ｎｍ以上８ｎｍ以下であることが好適である。

【0055】

上記位相シフト膜２は、ケイ素と、酸素及び／又は窒素を含有する材料で形成されるが、本発明に適用可能な上記光半透過膜２の構成は特に限定される必要はなく、例えば従来から使用されている位相シフトマスクにおける位相シフト膜の構成を適用することができる。

【0056】

このような位相シフト膜２の例としては、例えば遷移金属及びケイ素からなる金属シリサイド、あるいは遷移金属とケイ素に、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１以上の元素を含有させた材料からなる金属シリサイド系の光半透過膜、ケイ素に酸素、窒素、炭素、ホウ素等を含有させた材料からなるケイ素系の光半透過膜が好ましく挙げられる。上記金属シリサイド系の光半透過膜に含まれる遷移金属としては、例えばモリブデン、タンタル、タングステン、チタン、クロム、ニッケル、バナジウム、ジルコニウム、ルテニウム、ロジウム等が挙げられる。この中でも特にモリブデンが好適である。

【0057】

上記遷移金属とケイ素を含有する材料としては、具体的には、遷移金属シリサイド、又は遷移金属シリサイドの窒化物、酸化物、炭化物、酸窒化物、炭酸化物、あるいは炭酸窒化物を含む材料が好適である。また、上記ケイ素を含有する材料としては、具体的には、ケイ素の窒化物、酸化物、炭化物、酸窒化物（酸化窒化物）、炭酸化物（炭化酸化物）、あるいは炭酸窒化物（炭化酸化窒化物）を含む材料が好適である。

【0058】

また、本発明においては、上記位相シフト膜２が、単層構造、あるいは、低透過率層と高透過率層とからなる積層構造の何れにも適用することができる。

【0059】

上記位相シフト膜２は、７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには、寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンを忠実に形成するため、位相シフト膜を通過した光と、透光性基板を通過した光との位相差が１５０°以上１７０°以下となるように４５ｎｍ以上６５ｎｍ以下の範囲で設定された膜厚とする。

【0060】

また、上記遮光膜３は、クロムを含有する材料で形成される。

【0061】

上記クロムを含有する材料としては、例えばＣｒ単体、あるいはＣｒＸ（ここでＸはＮ、Ｃ、Ｏ等から選ばれる少なくとも一種）などのＣｒ化合物（例えばＣｒＮ，ＣｒＣ，ＣｒＯ，ＣｒＯＮ，ＣｒＣＮ，ＣｒＯＣ，ＣｒＯＣＮなど）が挙げられる。

【0062】

図１に示す位相シフトマスクブランク１０のような透光性基板１上に位相シフト膜２、遮光膜３、及びハードマスク膜４が順に積層された積層膜からなる薄膜を形成する方法は特に制約される必要はないが、なかでもスパッタリング成膜法が好ましく挙げられる。スパッタリング成膜法によると、均一で膜厚の一定な膜を形成することができるので好適である。

【0063】

本発明の第１の実施の形態に係る位相シフトマスクブランク１０においては、上述の構成１にあるとおり、遮光膜３は、下層３１及び上層３３の積層構造であって、少なくともクロムを含有しており、少なくとも上層３３は、クロムと、酸素及び窒素から選択される少なくとも一つを含み、クロムの含有量が５５原子％以上１００原子％未満であることを特徴としている。

【0064】

上記のように、ハードマスク膜４の直下にあるクロムを含有する遮光膜３の上層３３は、クロムの含有量が５５原子％以上１００原子％未満とクロムの含有量が多い（クロムリッチ）ため、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングのエッチングレート（以下、説明の便宜上、単に「エッチングレート」と説明することもあるが、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングのエッチングレートを意味するものとする。）が遅く、エッチング中のサイドエッチが生じにくい（換言すれば、パターンの側壁が侵食されにくい）。遮光膜３の上層３３部分でのサイドエッチが生じにくいことで、遮光膜３の上層３３には、直上のハードマスク膜４のパターン形状がほぼ正確に転写される。マスクブランク１０の表面に形成するレジスト膜を薄膜化することで、ハードマスク膜４には、最終的に位相シフト膜２に形成されるべき転写パターンを有するレジストパターンが正確に転写されるので、ハードマスク膜４のパターン形状がほぼ正確に転写され、レジスト膜に形成されたパターン形状（例えばパターン寸法）との差異が極めて少ない上層３３を遮光膜３が有することができる。そのため、該遮光膜３のパターンをマスクとして異方性エッチングによりパターニングされるケイ素含有の位相シフト膜２にも、ハードマスク膜４のパターンをほぼ正確に形成することができる。要するに、位相シフト膜２のパターンを、レジストパターンないしはハードマスク膜パターンと寸法の乖離することなく形成することができるので、位相シフト膜２に形成するパターン精度を高くすることができる。

【0065】

以上のように、本実施形態の位相シフトマスクブランク１０において、上記遮光膜３は、ハードマスク膜４のパターンをできるだけ忠実に位相シフト膜２に転写する目的で設けられている。上記位相シフトマスクブランク１０を用いて製造される位相シフトマスクにおいては、最終的な転写パターンは位相シフト膜２に形成されたパターンであり、上記遮光膜３に形成されるパターンは転写パターンとはならないため遮光膜パターンの断面形状自体はそれほど重要ではない。遮光膜３のパターンの断面形状において、上記下層３１部分において多少サイドエッチによる側壁の侵食があっても、上述したように本発明の上記積層構造の遮光膜３は、ハードマスク膜４のパターンをできるだけ忠実に位相シフト膜２に転写することができるので、遮光膜３の断面形状の問題はない。

【0066】

本実施の形態によれば、パターン寸法が７０ｎｍ以下の微細なホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには、パターン寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンであっても、位相シフト膜に高い精度で形成することができ、その結果、パターン精度に優れた位相シフトマスクを製造することができる。

【0067】

上記遮光膜３の上記上層３３は、クロムの含有量が６５原子％以上であり、かつ、酸素及び窒素の合計含有量が３５原子％以下であり、上記下層３１は、クロムと、酸素とを含み、クロムの含有量が６０原子％未満であり、かつ、酸素の含有量が２０原子％以上であることが好ましい（構成２の発明）。

【0068】

上記上層３３と上記下層３１を上述の構成とすることで、遮光膜の上層３３は、エッチングレートが遅くエッチング中のサイドエッチが生じにくいことで、ハードマスク膜のパターン形状がほぼ正確に転写され、さらに、下層３１のエッチングレートが速い膜設計となるので、遮光膜全体としてのエッチングレートを速くすることができる。従って、ハードマスク膜のパターンが消失することなく、遮光膜のパターニングを完了することができる。これにより、遮光膜表面のエッチングダメージを抑制することができるので、遮光膜の光学特性（表面反射率、位相シフト膜と遮光膜との積層膜における光学濃度）の影響を最小限にすることができる。

【0069】

なお、下層３１は、遮光膜３の総膜厚に対して、７０％〜９７％の膜厚であることが好ましい。下層３１の膜厚が薄すぎると、遮光膜３全体のエッチングレートを速める効果が少なくなり、膜厚が厚すぎると、下層３１でのサイドエッチが深くなりすぎてしまう恐れがある。

【0070】

なお、上記下層は、その膜厚方向で、組成傾斜膜としても良い。

【0071】

上記遮光膜３において、下層３１は、クロムの含有量が４０原子％以上であることが好ましい。

【0072】

上記構成２によると、遮光膜３の下層３１におけるクロム含有量は６０原子％未満である。下層３１においてクロム含有量が少なすぎると、例えばＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）における消衰係数ｋが低くなるため、所定の光学濃度を得るためには、遮光膜３（特に下層３１）の膜厚を厚くする必要が生じる。そこで、下層３１のクロム含有量を４０原子％以上とすることで、上記消衰係数ｋが高くなるため、遮光膜３全体を薄膜化することができ、その結果、遮光膜パターンをマスクとして形成される位相シフト膜パターンのパターニング精度を高められる。

【0073】

以上のことから、遮光膜３の下層３１におけるクロム含有量は、４０原子％以上６０原子％未満であることが好ましく、特に好ましくは、４５原子％以上５７原子％未満である。

【0074】

また、上記遮光膜３において、下層３１は、酸素の含有量が３０原子％以下であることが好ましい。

【0075】

構成１によると、遮光膜３の下層３１における酸素の含有量は２０原子％以上であるが、下層３１において酸素含有量が多すぎると、エッチングレートが速くなりすぎてしまい、パターン側壁における上層３３と下層３１の境界に段差が生じてしまうという問題が生じる。従って、下層３１の酸素含有量は３０原子％以下であることが好ましい。下層３１の酸素含有量が上記の範囲であれば、下層３１のエッチングレートがより速くなるため、遮光膜３全体のエッチングレートを速く保つことができる。また、下層３１に含まれる酸素含有量が上記の範囲であれば、下層３１のクロムの結合サイトに空き（正孔）が相対的に多くなり、このクロムの空きサイトと位相シフト膜２の酸素が化学的結合を持って接合するため、遮光膜パターンと位相シフト膜２との密着性を高める効果も得られる。このように、遮光膜パターンと位相シフト膜２との密着性が良いと、例えば、パターン寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらにはパターン寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンの微細パターンを形成する場合であっても遮光膜パターンの倒れをより効果的に抑制することができる。

【0076】

以上のことから、遮光膜３の下層３１における酸素の含有量は、２０原子％以上３０原子％未満であることが好ましい。

【0077】

また、上記遮光膜３における塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングのエッチングレートは、上記上層３３が遅く、上記下層３１が速い膜構成とすることが好ましい。さらに好ましくは、上記下層３１におけるエッチングレートは、上記上層３３におけるエッチングレートの３倍以上であることが望ましい。

【0078】

このように、下層３１におけるエッチングレートが、上層３３におけるエッチングレートより速い、好ましくは３倍以上とすることにより、上層３３から下層３１にエッチングが移行するときに深さ方向のエッチングレートが速まり、上層３３でのサイドエッチの進行を抑制しつつ下層３１の深さ方向のエッチングを完結することができるので好ましい。

【0079】

なお、遮光膜３の各層のエッチングレートの調整方法は特に限定されないが、遮光膜３を構成する各層の組成をそれぞれ異ならせることによって行うことが本発明には好適である。基本的には、遮光膜３の各層のエッチングレートの調整は、各層のクロム含有量や酸素含有量を調整することで可能であるが、エッチングレートを速めることができる元素（例えばスズ、インジウムやモリブデン）の添加量を調整することによって各層のエッチングレートを調整するようにしてもよい。この中でもスズは、クロム系材料膜の光学特性へ与える影響が少なく、また、少量の添加でエッチングレートを速めることができることから特に好ましい。

【0080】

遮光膜３にスズを添加する場合、少なくとも下層３１にスズを添加することにより、遮光膜３をエッチング時のオーバーエッチングの時間を短縮することができるので、ハードマスク膜の消失をより効果的に抑制することができる。そして、上層３３の側壁がエッチングガスに曝される時間を短縮することができるので、上層３３のサイドエッチング（サイドエッチ）によるパターン寸法の細りも抑制することができ、寸法精度に優れた遮光膜パターンを形成することができる。

【0081】

また、上層３３にもスズを添加すると、エッチングにかかる時間はさらに短縮することができるが、過度に添加すると上層３３のサイドエッチングの進行も早めるため好ましくない。上層３３にスズを添加する場合は、クロムとスズの総和原子数に対するスズの割合が下層３１のほうが多くなるように添加することで、上層のサイドエッチングを効果的に抑制でき、かつ、遮光膜パターン形成にかかるエッチング時間を短縮することができる。

【0082】

遮光膜３にスズを添加した薄膜を形成する場合、クロムとスズの総和原子数に対するスズの割合は０．５５以下とすることが好ましい。スズの割合が０．５５を超えると、遮光膜における光学特性が所望の値からずれてしまう恐れがある。また、膜中に占めるスズ酸化物の割合が増加し、クロム系薄膜をエッチングするためのエッチングガス（具体的には、塩素系エッチングガス）との反応性が悪くなりエッチングレートがかえって遅くなる可能性がある。より好ましい前記スズの割合は０．３以下である。

【0083】

一方、スズの添加量は少量でも適切な効果を発揮するが、明確な効果が発現されるのは、前記スズの割合が０．０１以上であり、好ましくは０．１以上である。

【0084】

なお、上記第１の実施の形態に係る位相シフトマスクブランク１０の遮光膜３として、下層３１と上層３３の積層構造を挙げて説明したが、上層３３の材料からなる単層構造であっても良い。

【0085】

本発明においては、遮光膜３は、位相シフト膜側から下層、中間層、上層が順に積層された構造としてもよい。

【0086】

図２は、このような本発明に係る位相シフトマスクブランクの第２の実施の形態を示す断面概略図である。

【0087】

図２に示されるとおり、本発明の第２の実施の形態に係る位相シフトマスクブランク２０は、上述の第１の実施の形態と同様、透光性基板１上に、位相シフト膜２、遮光膜３、及びハードマスク膜４が順に積層された構造を有し、上記遮光膜３は、下層３１、中間層３２及び上層３３の積層構造である（構成３の発明）。

【0088】

第２の実施の形態のように、遮光膜３を、位相シフト膜２側から下層３１、中間層３２及び上層３３が順に積層された構造とすることにより、遮光膜３の上層３３と下層３１（最下層）との間に中間層３２が形成され、三層構造の遮光膜となるので、例えば各層のクロム含有量を調整して遮光膜のエッチングレートを三段階にコントロールすることが可能になる。例えば中間層３２のクロム含有量は、下層３１に含まれるクロム含有量よりも少ない（構成４の発明）ことで、遮光膜３全体としてのエッチングレートを速めることができ、遮光膜パターンのパターンング精度、さらには遮光膜パターンをマスクにして形成される位相シフト膜のパターニング精度を高めることができる。

【0089】

また、上記第１及び第２の実施の形態において、上記遮光膜３の膜厚は、３５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であることが好適である（構成５の発明）。

【0090】

遮光膜３の膜厚が３５ｎｍ以上５５ｎｍ以下であることにより、遮光膜の全体の厚さを薄膜化して、該遮光膜パターンをマスクとして形成される位相シフト膜パターンのパターニング精度を高めることができる。

【0091】

また、上記第１及び第２の実施の形態において、上記遮光膜３の上層３３の膜厚は、１．５ｎｍ以上８ｎｍ以下であることが好適である（構成６の発明）。

【0092】

上層３３の膜厚が１．５ｎｍを下回ると、ドライエッチング時の上層３３のパターン側壁の侵食のリスクが高くなる。また、上層３３の厚さが８ｎｍを超えると、上層３３のエッチング時間が長くなる恐れが生じる。従って、遮光膜３の上層３３の厚さを、上記の１．５ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲とすることにより、上層３３のエッチング時間を好適に抑制しつつ、上層３３でのパターニング精度を良好に維持することができる。なお、上層３３の好ましい厚さは、３ｎｍ以上８ｎｍ以下である。

【0093】

遮光膜３が３層構造の場合、上層３３の厚さは上述と同様に１．５ｎｍ以上８ｎｍ以下であることが好ましい。また、中間層３２の膜厚は、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましく、３ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲が特に好ましい。下層３１の膜厚は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下の範囲が特に好ましい。このような膜厚の構成であれば、パターン側壁の段差を抑制できるとともに、オーバーエッチングにかかる時間を短縮し、クロム系遮光膜のサイドエッチに係る寸法精度の劣化を抑制することができる。

【0094】

また、上記第１及び第２の実施の形態において、上記ハードマスク膜４は、ケイ素とタンタルの何れか一方又は両方を含有しているが、特にケイ素やタンタルのほか、酸素を含有する材料で形成することが好ましい（構成７の発明）。

【0095】

上記ハードマスク膜４は、直下の遮光膜３とエッチング選択性の高い素材であることが必要であるが、特にハードマスク膜４にケイ素やタンタルに加え酸素を含有する素材を選択することにより、クロム系の素材からなる遮光膜３との高いエッチング選択性を確保することができるため、レジスト膜の薄膜化のみならずハードマスク膜４の膜厚も薄くすることが可能である。従って、位相シフトマスクブランク表面に形成された転写パターンを有するレジストパターンのハードマスク膜４への転写精度が向上する。

【0096】

このようなハードマスク膜４を構成する材料の具体例としては、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸化窒化タンタル（ＴａＯＮ）、ホウ化酸化タンタル（ＴａＢＯ）及びホウ化酸化窒化タンタル（ＴａＢＯＮ）が挙げられる。

【0097】

なお、ケイ素と酸素を含有する材料で形成されたハードマスク膜４は、有機系材料のレジスト膜との密着性が低い傾向があるため、ハードマスク膜４の表面をＨＭＤＳ（Hexamethyldisilazane）処理を施し、表面の密着性を向上させることが好ましい。

【0098】

また、上記第１及び第２の実施の形態において、上記ハードマスク膜４の膜厚は、１．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とするのが好適である（構成８の発明）。ハードマスク膜４直下の遮光膜３へのエッチングダメージ抑制を考慮すると、ハードマスク膜４の好ましい膜厚は、２ｎｍ以上８ｎｍ以下が望ましい。

【0099】

また、上記第１及び第２の実施形態において、上記位相シフト膜２は、特に、ケイ素と窒素を含有する材料で形成されることが好ましい。

【0100】

上記位相シフト膜２にケイ素と窒素を含有する素材を適用することで、クロム系の遮光膜３とのエッチング選択性を確保することができるとともに、露光光における屈折率が高い材料であるので、所望の位相差に必要な位相シフト膜２の膜厚を薄くすることができる。また、ケイ素と窒素を含有する素材であれば、エッチングガスとして異方性のフッ素系ガスを使用したパターニングを適用することができる。従って、ハードマスク膜４のパターン形状がほぼ正確に転写された遮光膜３のパターンをマスクとする異方性エッチングによって位相シフト膜２にもパターン精度に優れた転写パターンを形成することができる。

【0101】

また、上記第１及び第２の実施の形態において、上記位相シフト膜２と上記遮光膜３の積層構造におけるＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）に対する透過率が０．２％以下であることが好ましい。

【0102】

このように、位相シフト膜２と遮光膜３の積層構造におけるＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）に対する透過率が０．２％以下であることによって、例えば遮光帯に要求される露光光のＡｒＦエキシマレーザーに対する良好な遮光性（光学濃度２．７以上）を備えることができる。

【0103】

また、上記第１及び第２の実施の形態において、上記位相シフト膜２と上記遮光膜３の積層構造における８００〜９００ｎｍの波長領域の少なくとも一部の波長における光の透過率が５０％以下であることが好ましい。

【0104】

波長８００〜９００ｎｍの近赤外領域の光はレジストを感光しないため、露光機に位相シフトマスクブランクを配置する場合の位置決めに使用される光である。本構成のように、位相シフト膜２と遮光膜３の積層構造における８００〜９００ｎｍの波長領域の少なくとも一部の波長における光の透過率が５０％以下であることによって、露光機への位相シフトマスクブランクの配置が容易になる。

【0105】

また、上記第１及び第２の実施の形態においては、上記ハードマスク膜４及び位相シフト膜２は、いずれもフッ素系ガスを用いたドライエッチングによってパターニングすることができる材料で構成することで、遮光膜３の上層３３に直上のハードマスク膜４のパターン形状がほぼ正確に転写されることと相俟って、該遮光膜３をマスクとする異方性エッチングによるパターニングによって位相シフト膜２にパターン形状精度に優れた転写パターンを形成することができる。

【0106】

本発明は、上記の本発明に係る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ついても提供するものである（構成９の発明）。

【0107】

図３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１０又は第２の実施形態に係る位相シフトマスクブランク２０を用いた位相シフトマスクの製造工程を示す位相シフトマスクブランク等の断面概略図である。なお、図３は製造工程の理解を容易にするためのものであり、図３に示すパターンの断面形状は実際に形成される断面形状を正確に現したものではない。

【0108】

まず、例えば位相シフトマスクブランク１０の表面に所定のレジストパターン５を形成する（図３（ａ）参照）。このレジストパターン５は最終的な転写パターンとなる位相シフト膜２に形成されるべき所望のパターンを有する。なお、位相シフトマスクブランク２０を用いる場合も製造工程は同様である。

【0109】

次に、位相シフトマスクブランク１０のハードマスク膜４上に形成された上記の位相シフト膜のパターンを有するレジストパターン５をマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、ハードマスク膜４に位相シフト膜のパターンに対応するハードマスク膜パターン４ａを形成する（図３（ｂ）参照）。

【0110】

次に、上記のように形成されたハードマスク膜パターン４ａをマスクとして、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングにより、積層構造の遮光膜３に位相シフト膜のパターンに対応する遮光膜パターン３ａを形成する（図３（ｃ）参照）。

【0111】

次に、上記のように形成された遮光膜パターン３ａをマスクとして、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、位相シフト膜２に位相シフト膜パターン２ａを形成する（図３（ｄ）参照）。なお、この位相シフト膜２のエッチング工程において、表面に露出しているハードマスク膜パターン４ａは除去される。

【0112】

次いで、上記遮光膜パターン３ａ上の全面にレジスト膜を塗布し、所定の露光、現像処理によって遮光膜に形成する遮光パターン（例えば遮光帯パターン）に対応するレジストパターン（図示せず）を形成する。そして、該レジストパターンをマスクとして、塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いたドライエッチングにより、位相シフト膜パターン２ａ上に所定の遮光パターン３ｂを形成する。最後に残存するレジストパターンを除去することにより、位相シフトマスク（例えばハーフトーン型位相シフトマスク）３０が出来上がる（図３（ｅ）参照）。

【0113】

上述の説明からも明らかなように、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あるいは第２の実施形態に係る位相シフトマスクブランク２０を用いて上記製造工程に従って位相シフトマスクを製造することにより、パターン寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには、パターン寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンのような微細パターンであっても高いパターン精度で形成された転写用マスクを得ることができる。すなわち、本発明の実施形態に係る位相シフトマスクブランク１０あるいは位相シフトマスクブランク２０によれば、遮光膜３の上層３３は、クロムの含有量が５５原子％以上１００原子％未満と多い（クロムリッチ）ため、エッチングレートが遅く、該上層３３のパターンのサイドエッチが少ない。そのため、レジスト膜ないしはハードマスク膜４に形成された転写パターン形状がほぼ正確に転写された上層３３を有する遮光膜３のパターンを形成することができるので、該遮光膜パターンをマスクとして位相シフト膜２をパターニングすることにより、位相シフト膜２にもパターン精度の優れた転写パターンを形成することができる。

【0114】

以上のとおり、パターン寸法が７０ｎｍ以下のホールパターンやライン＆スペースパターン、さらには、パターン寸法が４５ｎｍ以下のＳＲＡＦパターンのような微細パターンを形成しても、遮光膜パターンの倒れなどの不具合はなく、位相シフト膜２のパターンも高いパターン精度で形成することができ、微細パターンが高いパターン精度で形成された位相シフトマスクが得られる。

【0115】

また、上記遮光膜パターン３ａをマスクにして、前記透光性基板１を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチング除去して、該位相シフト膜パターン２ａを透過した透過光と、前記透光性基板を透過した透過光との位相差を所定の位相差に調整して位相シフトマスクを作製することもできる（構成１０の発明）。

【0116】

上記位相シフトマスクの作製方法（製造方法）は、位相シフト膜２がそもそも備わっている位相差（位相シフト膜２を透過した光と透光性基板１を透過した光との位相差）よりもさらに、位相差を設ける場合に好適である。上記位相シフトマスクの位相差は、透光性基板１の掘り込み深さと位相シフト膜２の膜厚により（例えば、位相差が１７０°超１８５°以下等）決定される。

【0117】

また、上述の本発明に係る位相シフトマスクの製造方法により製造された、上記の微細パターンが高いパターン精度で形成された位相シフトマスクを用いて、リソグラフィー法により当該位相シフトマスクの転写パターン（位相シフト膜パターン）を半導体基板上にパターン転写する工程を含む半導体装置の製造方法によれば、ウエハ上に転写された転写パターンのハーフピッチが２０ｎｍ以下の世代に対応したパターン精度の優れた高品質の半導体装置を得ることができる。

【0118】

本発明に係る半導体装置の製造方法は、ウエハ上に転写された転写パターンのハーフピッチが２０ｎｍに限らず、１６ｎｍ、１４ｎｍ、１０ｎｍ、７ｎｍやそれ以降の世代にも対応できる。

【実施例】

【0119】

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

【0120】

（実施例１）
本実施例は、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを露光光として用いるハーフトーン型位相シフトマスクの製造に使用する位相シフトマスクブランクに関するもので、前述の第１の実施の形態に対応する実施例である。

【0121】

本実施例に使用する位相シフトマスクブランクは、図１に示すような、透光性基板（合成石英ガラス基板）１上に、位相シフト膜２、二層積層構造の遮光膜３、ハードマスク膜４を順に積層した構造のものである。この位相シフトマスクブランクは、以下のようにして作製した。

【0122】

ガラス基板として合成石英ガラス基板（大きさ約１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×厚み６．３５ｍｍ）を準備した。

【0123】

次に、枚葉式ＤＣスパッタリング装置内に上記合成石英ガラス基板を設置し、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）との混合焼結ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１２原子％：８８原子％）を用い、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）及びヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（流量比 Ａｒ：Ｎ_２：Ｈｅ＝８：７２：１００，圧力＝０．２Ｐａ）をスパッタリングガスとし、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、合成石英ガラス基板上に、モリブデン、シリコン及び窒素からなるＭｏＳｉＮの位相シフト膜を６４ｎｍの厚さで形成した。形成したＭｏＳｉＮ膜の組成は、Ｍｏ：Ｓｉ：Ｎ＝４．１：３５．６：６０．３（原子％比）であった。この組成はＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）により測定した。

【0124】

次に、スパッタリング装置から基板を取り出し、上記合成石英ガラス基板上の位相シフト膜に対し、大気中での加熱処理を行った。この加熱処理は、４５０℃で３０分間行った。この加熱処理後の位相シフト膜に対し、位相シフト量測定装置を使用してＡｒＦエキシマレーザーの波長（１９３ｎｍ）における透過率と位相シフト量を測定したところ、透過率は７．３５％、位相シフト量は１６２度であった。

【0125】

次に、上記位相シフト膜を成膜した基板を再びスパッタリング装置内に投入し、上記位相シフト膜の上に、ＣｒＯＣＮ膜からなる下層、及びＣｒＮ膜からなる上層の積層構造の遮光膜を形成した。具体的には、クロムからなるターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と二酸化炭素（ＣＯ_２）と窒素（Ｎ_２）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス雰囲気（流量比 Ａｒ：ＣＯ_２：Ｎ_２：Ｈｅ＝２０：２４：２２：３０、圧力０．３Ｐａ）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、上記光半透過膜上に厚さ４７ｎｍのＣｒＯＣＮ膜からなる遮光膜下層を形成した。続いて、同じくクロムターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ_２）の混合ガス雰囲気（流量比 Ａｒ：Ｎ_２＝２５：５、圧力０．３Ｐａ）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、上記下層の上に厚さ５ｎｍのＣｒＮ膜からなる遮光膜上層を形成した。

【0126】

形成した遮光膜下層のＣｒＯＣＮ膜の組成は、Ｃｒ：Ｏ：Ｃ：Ｎ＝４９．２：２３．８：１３．０：１４．０（原子％比）、遮光膜上層のＣｒＮ膜の組成は、Ｃｒ：Ｎ＝７６．２：２３．８（原子％比）であった。これらの組成はＸＰＳにより測定した。

【0127】

次いで、上記遮光膜の上に、ＳｉＯＮ膜からなるハードマスク膜を形成した。具体的には、シリコンのターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と一酸化窒素（ＮＯ）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス雰囲気（流量比 Ａｒ：ＮＯ：Ｈｅ＝８：２９：３２、圧力０．３Ｐａ）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、上記遮光膜の上に厚さ５ｎｍのＳｉＯＮ膜からなるハードマスク膜を形成した。形成したＳｉＯＮ膜の組成は、Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝３７：４４：１９（原子％比）であった。この組成はＸＰＳにより測定した。

【0128】

上記位相シフト膜と遮光膜の積層膜の光学濃度は、ＡｒＦエキシマレーザーの波長（１９３ｎｍ）において２．７以上（透過率０．２％以下）であった。また、波長８８０ｎｍ（露光装置に搭載する基板位置決めに用いられる波長）における透過率は５０％以下であった。

【0129】

以上のようにして本実施例の位相シフトマスクブランクを作製した。

【0130】

次に、この位相シフトマスクブランクを用いて、前述の図３に示される製造工程に従って、ハーフトーン型位相シフトマスクを製造した。なお、以下の符号は図１及び図３中の符号と対応している。

【0131】

まず、上記位相マスクブランク１０の上面にＨＭＤＳ処理を行い、スピン塗布法によって、電子線描画用の化学増幅型レジストを塗布し、所定のベーク処理を行って、膜厚８０ｎｍのレジスト膜を形成した。

【0132】

次に、電子線描画機を用いて、上記レジスト膜に対して所定のデバイスパターン（位相シフト膜２に形成すべき位相シフトパターンに対応するパターンで、ライン＆スペースパターンを含む。）を描画した後、レジスト膜を現像してレジストパターン５を形成した（図３（ａ）参照）。

【0133】

次に、上記レジストパターン５をマスクとして、ハードマスク膜４のドライエッチングを行い、ハードマスク膜パターン４ａを形成した（図３（ｂ）参照）。ドライエッチングガスとしてはフッ素系ガス（ＳＦ_６）を用いた。

【0134】

上記レジストパターン５を除去した後、上記ハードマスク膜パターン４ａをマスクとして、上層及び下層の積層膜からなる遮光膜３のドライエッチングを連続して行い、遮光膜パターン３ａを形成した（図３（ｃ）参照）。ドライエッチングガスとしてはＣｌ_２とＯ_２の混合ガス（Ｃｌ_２：Ｏ_２＝８：１（流量比））を用いた。なお、遮光膜３のエッチングレートは、上層が２．９Å／秒、下層が５．１Å／秒であった。

【0135】

続いて、上記遮光膜パターン３ａをマスクにして、位相シフト膜２のドライエッチングを行い、位相シフト膜パターン２ａを形成した（図３（ｄ）参照）。ドライエッチングガスとしてはフッ素系ガス（ＳＦ_６）を用いた。なお、この光半透過膜２のエッチング工程において、表面に露出しているハードマスク膜パターン４ａは除去された。

【0136】

次に、上記図３（ｄ）の状態の基板上の全面に、スピン塗布法により、前記レジスト膜を再び形成し、電子線描画機を用いて、所定のデバイスパターン（例えば遮光帯パターンに対応するパターン）を描画した後、現像して所定のレジストパターンを形成した。続いて、このレジストパターンをマスクとして、露出している遮光膜パターン３ａのエッチングを行うことにより、例えば転写パターン形成領域内の遮光膜パターン３ａを除去し、転写パターン形成領域の周辺部には遮光帯パターン３ｂを形成した。この場合のドライエッチングガスとしてはＣｌ_２とＯ_２の混合ガス（Ｃｌ_２：Ｏ_２＝８：１（流量比））を用いた。

【0137】

最後に、残存するレジストパターンを除去し、ハーフトーン型位相シフトマスク３０を作製した（図３（ｅ）参照）。

【0138】

［遮光膜パターンの評価］
上記の位相シフト膜２のエッチング工程（図３（ｄ）の工程）終了後の遮光膜パターンの断面形状を確認したところ、図４に示されるような断面形状であった。すなわち遮光膜の上層側壁はハードマスク膜のパターンからわずかに侵食されるものの、ハードマスク膜パターンによって画定された形状が得られ、ハードマスク膜パターンが精度良く転写されていた。なお、この時点でハードマスク膜パターン４ａ（Hardmask）は除去されているため、図４ではその前の状態を破線で示している。

【0139】

また、上記レジスト膜に形成するライン＆スペースパターンのライン幅を、１００ｎｍから５ｎｍずつ４０ｎｍ幅まで減少させて遮光膜パターンの形成状態を確認した結果、４０ｎｍ幅までのパターン形成を行うことができた。

【0140】

［位相シフト膜パターンの評価］
上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位相シフト膜パターン（Halftone）について評価したところ、図４からも明らかなように、遮光膜上層パターンによって画定された形状が得られ、ＣＤ特性に優れたライン＆スペースパターンのライン幅が４０ｎｍの位相シフト膜パターンを形成することができた。すなわち、微細パターンであっても、ハードマスク膜パターンとの寸法の乖離も少ないパターン精度の優れた転写パターンを形成することができた。

【0141】

（実施例２）
本実施例は、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを露光光として用いるハーフトーン型位相シフトマスクの製造に使用する位相シフトマスクブランクに関するもので、前述の第２の実施の形態に対応する実施例である。

【0142】

本実施例に使用する位相シフトマスクブランクは、図２に示すような、透光性基板（合成石英ガラス基板）１上に、位相シフト膜２、三層積層構造の遮光膜３、ハードマスク膜４を順に積層した構造のものである。この位相シフトマスクブランクは、以下のようにして作製した。

【0143】

ガラス基板として合成石英ガラス基板（大きさ約１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×厚み６．３５ｍｍ）を準備した。

【0144】

次に、枚葉式ＤＣスパッタリング装置内に上記合成石英ガラス基板を設置し、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）との混合焼結ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１２原子％：８８原子％）を用い、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）及びヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（流量比 Ａｒ：Ｎ_２：Ｈｅ＝８：７２：１００，圧力＝０．２Ｐａ）をスパッタリングガスとし、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、合成石英ガラス基板上に、モリブデン、シリコン及び窒素からなるＭｏＳｉＮの位相シフト膜を６４ｎｍの厚さで形成した。形成したＭｏＳｉＮ膜の組成は、Ｍｏ：Ｓｉ：Ｎ＝４．１：３５．６：６０．３（原子％比）であった。この組成はＸＰＳにより測定した。

【0145】

次に、スパッタリング装置から基板を取り出し、上記合成石英ガラス基板上の位相シフト膜に対し、大気中での加熱処理を行った。この加熱処理は、４５０℃で３０分間行った。この加熱処理後の光半透過膜に対し、位相シフト量測定装置を使用してＡｒＦエキシマレーザーの波長（１９３ｎｍ）における透過率と位相シフト量を測定したところ、透過率は７．３５％、位相シフト量は１６２度であった。

【0146】

次に、上記位相シフト膜を成膜した基板を再びスパッタリング装置内に投入し、上記位相シフト膜の上に、ＣｒＯＣＮ膜からなる下層（最下層）、ＣｒＯＣＮ膜からなる中間層、ＣｒＮ膜からなる上層の積層構造の遮光膜を形成した。具体的には、クロムからなるターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と二酸化炭素（ＣＯ_２）と窒素（Ｎ_２）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス雰囲気（流量比 Ａｒ：ＣＯ_２：Ｎ_２：Ｈｅ＝２０：２４：２２：３０、圧力０．３Ｐａ）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、上記位相シフト膜上に厚さ１５ｎｍのＣｒＯＣＮ膜からなる遮光膜下層を形成した。続いて、同じくクロムターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と二酸化炭素（ＣＯ_２）と窒素（Ｎ_２）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス雰囲気（流量比 Ａｒ：ＣＯ_２：Ｎ_２：Ｈｅ＝２０：２５：１３：３０、圧力０．３Ｐａ）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、上記下層の上に厚さ２７ｎｍのＣｒＯＣＮ膜からなる遮光膜中間層を形成し、続いて、同じくクロムターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ_２）の混合ガス雰囲気（流量比 Ａｒ：Ｎ_２＝２５：５、圧力０．３Ｐａ）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、上記中間層の上に厚さ３．７ｎｍのＣｒＮ膜からなる遮光膜上層を形成した。

【0147】

形成した遮光膜下層のＣｒＯＣＮ膜の組成は、Ｃｒ：Ｏ：Ｃ：Ｎ＝４９．２：２３．８：１３．０：１４．０（原子％比）であった。また、遮光膜中間層のＣｒＯＣＮ膜の組成は、Ｃｒ：Ｏ：Ｃ：Ｎ＝５５．２：２２：１１．６：１１．１（原子％比）、遮光膜上層のＣｒＮ膜の組成は、Ｃｒ：Ｎ＝７６．２：２３．８原子％比）であった。これらの組成はＸＰＳにより測定した。

【0148】

次いで、上記遮光膜の上に、ＳｉＯＮ膜からなるハードマスク膜を形成した。具体的には、シリコンのターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と一酸化窒素（ＮＯ）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス雰囲気（流量比 Ａｒ：ＮＯ：Ｈｅ＝８：２９：３２、圧力０．３Ｐａ）中で、反応性スパッタリングを行うことにより、上記遮光膜の上に厚さ５ｎｍのＳｉＯＮ膜からなるハードマスク膜を形成した。形成したＳｉＯＮ膜の組成は、Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝３７：４４：１９（原子％比）であった。この組成はＸＰＳにより測定した。

【0149】

上記位相シフト膜と遮光膜の積層膜の光学濃度は、ＡｒＦエキシマレーザーの波長（１９３ｎｍ）において２．７以上（透過率０．２％以下）であった。また、波長８８０ｎｍ（露光装置に搭載する基板位置決めに用いられる波長）における透過率は５０％以下であった。

【0150】

以上のようにして本実施例のマスクブランク２０を作製した。

【0151】

次に、この位相シフトマスクブランクを用いて、前述の図３に示される製造工程に従って、ハーフトーン型位相シフトマスクを製造した。なお、以下の符号は図２及び図３中の符号と対応している。

【0152】

まず、上記位相シフトマスクブランク２０の上面にＨＭＤＳ処理を行い、スピン塗布法によって、電子線描画用の化学増幅型レジストを塗布し、所定のベーク処理を行って、膜厚１２０ｎｍのレジスト膜を形成した。

【0153】

次に、電子線描画機を用いて、上記レジスト膜に対して所定のデバイスパターン（光半透過膜（位相シフト膜２）に形成すべき位相シフトパターンに対応するパターンで、ラインアンドスペースを含む。）を描画した後、レジスト膜を現像してレジストパターン５を形成した（図３（ａ）参照）。

【0154】

次に、上記レジストパターン５をマスクとして、ハードマスク膜４のドライエッチングを行い、ハードマスク膜パターン４ａを形成した（図３（ｂ）参照）。ドライエッチングガスとしてはフッ素系ガス（ＳＦ_６）を用いた。

【0155】

上記レジストパターン５を除去した後、上記ハードマスク膜パターン４ａをマスクとして、上層、中間層及び下層の積層膜からなる遮光膜３のドライエッチングを連続して行い、遮光膜パターン３ａを形成した（図３（ｃ）参照）。ドライエッチングガスとしてはＣｌ_２とＯ_２の混合ガス（Ｃｌ_２：Ｏ_２＝８：１（流量比））を用いた。なお、遮光膜３のエッチングレートは、上層が２．９Å／秒、中間層が５．１Å／秒、下層が９．１Å／秒であった。

【0156】

続いて、上記遮光膜パターン３ａをマスクにして、位相シフト膜２のドライエッチングを行い、位相シフト膜パターン２ａを形成した（図３（ｄ）参照）。ドライエッチングガスとしてはフッ素系ガス（ＳＦ_６）を用いた。なお、この位相シフト膜２のエッチング工程において、表面に露出しているハードマスク膜パターン４ａは除去された。

【0157】

次に、上記図３（ｄ）の状態の基板上の全面に、スピン塗布法により、前記レジスト膜を再び形成し、電子線描画機を用いて、所定のデバイスパターン（例えば遮光帯パターンに対応するパターン）を描画した後、現像して所定のレジストパターンを形成した。続いて、このレジストパターンをマスクとして、露出している遮光膜パターン３ａのエッチングを行うことにより、例えば転写パターン形成領域内の遮光膜パターン３ａを除去し、転写パターン形成領域の周辺部には遮光帯パターン３ｂを形成した。この場合のドライエッチングガスとしてはＣｌ_２とＯ_２の混合ガス（Ｃｌ_２：Ｏ_２＝８：１（流量比））を用いた。

【0158】

最後に、残存するレジストパターンを除去し、ハーフトーン型位相シフトマスク２０を作製した（図３（ｅ）参照）。

【0159】

［遮光膜パターンの評価］
上記の位相シフト膜２のエッチング工程（図３（ｄ）の工程）終了後の遮光膜パターンの断面形状を確認したところ、図５に示されるような断面形状であった。すなわち遮光膜の上層側壁はハードマスク膜のパターンからほんのわずかに侵食されるものの（実施例１よりも少ない）、ハードマスク膜パターンによって画定された形状がほぼ正確に得られ、ハードマスク膜パターンが精度良く転写されていた。これは、下層のエッチングレートが速いものの、その上の中間層のエッチングレートが遅いため、結果的にエッチングガスによるパターン側壁の侵食を効果的に抑制することができたためである。遮光膜パターンの断面形状は実施例１よりも良好であった。なお、この時点でハードマスク膜パターン４ａは除去されているため、図５ではその前の状態を破線で示している。

【0160】

また、上記レジスト膜に形成するラインアンドスペースパターンのライン幅を、１００ｎｍから５ｎｍずつ４０ｎｍ幅まで減少させて遮光膜パターンの形成状態を確認した結果、４０ｎｍ幅までのパターン形成を行うことができた。

【0161】

［位相シフト膜パターンの評価］
上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位相シフト膜パターンについて評価したところ、図５からも明らかなように、遮光膜上層パターンによって画定された形状が得られ、ＣＤ特性に優れたライン＆スペースパターンのライン幅が４０ｎｍの位相シフト膜パターンを形成することができた。すなわち、微細パターンであっても、ハードマスク膜パターンとの寸法の乖離も少ないパターン精度の優れた転写パターンを形成することができた。

【0162】

（実施例３）
位相シフト膜とハードマスク膜は実施例１と同様の膜で、遮光膜の構成のみ異なる位相シフトマスクブランクを作製した。本実施例の遮光膜は、単層構造の遮光膜で、実施例１の遮光膜における下層の成膜中の混合ガス雰囲気を調整して、以下の組成からなるＣｒＯＣＮ膜とした。ＣｒＯＣＮ膜の組成は、Ｃｒ：Ｏ：Ｃ：Ｎ＝５５．２：２２．１：１１．６：１１．１（原子％比）である。ＣｒＯＣＮ膜の膜厚は４６ｎｍで、上記位相シフト膜と遮光膜の積層膜の光学濃度は、ＡｒＦエキシマレーザーの波長（１９３ｎｍ）において２．７以上（透過率０．２％以下）であった。

【0163】

［遮光膜パターンの評価］
上述の実施例１と同様にハーフトーン型位相シフトマスクを製造し、遮光膜パターン、位相シフト膜パターンを評価した。

【0164】

上記レジスト膜に形成するラインアンドスペースパターンのライン幅を、１００ｎｍから５ｎｍずつ４５ｎｍ幅まで減少させて遮光膜パターンの形成状態を確認した結果、４５ｎｍ幅までパターン形成を行うことができた。

【0165】

［位相シフト膜パターンの評価］
上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位相シフト膜パターンについて評価したところ、遮光膜上層パターンによって画定された形状が得られ、ＣＤ特性に優れたライン＆スペースパターンのライン幅が４５ｎｍの位相シフト膜パターンを形成することができた。すなわち、微細パターンであっても、ハードマスク膜パターンとの寸法の乖離も少ないパターン精度の優れた転写パターンを形成することができた。

【0166】

（実施例４）
位相シフト膜と遮光膜は実施例１と同様の膜で、ハードマスク膜の構成のみ異なる位相シフトマスクブランクを作製した。本実施例のハードマスク膜は、ＳｉＯ_２膜とした。ＳｉＯ_２膜は、枚葉ＲＦスパッタリング装置により成膜され、ＳｉＯ_ｘ（ｘ＜２）のターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ_２）の混合ガス雰囲気中で、上記遮光膜の上に厚さ５ｎｍのＳｉＯ_２膜からなるハードマスク膜を形成した。

【0167】

以上のようにして本実施例の位相シフトマスクブランクを作製した。

【0168】

次に、この位相シフトマスクブランクを用いて、ハーフトーン型位相シフトマスクを製造するが、上述の実施例１と異なる点は、上記遮光膜パターン３ａをマスクにして、位相シフト膜２のドライエッチングを行い、位相シフト膜パターン２ａを形成した後、引き続き、合成石英ガラス基板を４ｎｍエッチングして除去するようにして位相シフト膜パターンの位相差は、１６６°になるようにした。

【0169】

［遮光膜パターンの評価］
上述の実施例１と同様にハーフトーン型位相シフトマスクを製造し、遮光膜パターン、位相シフト膜パターンを評価した。

【0170】

上記レジスト膜に形成するラインアンドスペースパターンのライン幅を、１００ｎｍから５ｎｍずつ４５ｎｍ幅まで減少させて遮光膜パターンの形成状態を確認した結果、４５ｎｍ幅までパターン形成を行うことができた。

【0171】

［位相シフト膜パターンの評価］
上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位相シフト膜パターンについて評価したところ、遮光膜上層パターンによって画定された形状が得られ、ＣＤ特性に優れたライン＆スペースパターンのライン幅が４５ｎｍの位相シフト膜パターンを形成することができた。すなわち、微細パターンであっても、ハードマスク膜パターンとの寸法の乖離も少ないパターン精度の優れた転写パターンを形成することができた。

【0172】

（比較例）
位相シフト膜とハードマスク膜は実施例１と同様の膜で、遮光膜の構成のみ異なる位相シフトマスクブランクを作製した。すなわち、本比較例の遮光膜は、単層構造の遮光膜で、実施例１の遮光膜における下層の組成と同じ組成で、光学濃度が３．０以上で、膜厚１００ｎｍの薄膜である。

【0173】

この比較例の位相シフトマスクブランクを用いて、実施例１と同様の方法でハーフトーン型位相シフトマスクを作製した。

【0174】

［遮光膜パターンの評価］
遮光膜３のパターニング工程（図３（ｃ）の工程）終了後の遮光膜パターンの断面形状を確認したところ、図６に示されるような断面形状であった。すなわち遮光膜はパターンの壁面にエッチングの侵食によって大きくえぐれた形状になっていた。また、ハードマスク膜のパターンよりもライン幅が細くなっており、ハードマスク膜パターンとの寸法の乖離が大きい傾向となった。

【0175】

また、実施例１と同様に、上記レジスト膜に形成するラインアンドスペースパターンのライン幅を、１００ｎｍから５ｎｍずつ減少させて遮光膜パターンの形成状態を確認した結果、８０ｎｍ幅で遮光膜パターンの倒れが生じた。

【0176】

従って、本比較例の位相シフトマスクブランクを用いて、例えばラインアンドスペース８０ｎｍ以下の微細パターンを形成しようとしても、遮光膜パターンの倒れが生じてしまい、最終的な転写パターンとなる位相シフト膜のパターニングは困難である。

【0177】

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、これは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載した技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。

【符号の説明】

【0178】

１ 透光性基板
２ 位相シフト膜
３ 遮光膜
３１ 遮光膜の下層
３２ 遮光膜の中間層
３３ 遮光膜の上層
４ ハードマスク膜
５ レジストパターン
１０，２０ 位相シフトマスクブランク
３０ 位相シフトマスク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】