(57)【要約】【課題】微細な転写パターンを高精度で形成することができ、堀込部の堀込深さの面内均一性を高めた堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法の提供。【解決手段】透光性基板上に遮光膜及びハードマスク膜が順に積層され、遮光膜はＣｒ等の材料からなり、ハードマスク膜はＴａと酸素を含有する材料からなるマスクブランクを用い、塩素系ガスを含有しない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に遮光部パターンを形成する工程と、該ハードマスク膜をマスクとし塩素系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遮光膜に遮光部パターンを形成する工程と、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより透光性基板に堀込部を形成する工程と、塩素系ガスとフッ素系ガスの混合ガスを用いたドライエッチングによりハードマスク膜を除去する工程とを有する。【選択図】図２
2016188882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板の主表面上に遮光膜及びハードマスク膜がこの順に積層されたマスクブランクを用い、透光性基板に形成された堀込部及び非堀込部からなる透光部と遮光膜で形成された遮光部とを備える堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法であって、
前記遮光膜は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いてドライエッチング可能な材料からなり、
前記ハードマスク膜は、タンタルと酸素を含有する材料からなり、
前記遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有しないフッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記ハードマスク膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、
前記遮光部のパターンを有する前記ハードマスク膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記遮光膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、
前記堀込部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記透光性基板に前記堀込部を形成する工程と、
塩素系ガスとフッ素系ガスを含有するエッチングガスを用いたドライエッチングにより、前記遮光膜上のハードマスク膜を除去する工程と、
をこの順に有することを特徴とする堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項２】
透光性基板の主表面上に遮光膜及びハードマスク膜がこの順に積層されたマスクブランクを用い、透光性基板に形成された堀込部及び非堀込部からなる透光部と遮光膜で形成された遮光部とを備える堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法であって、
前記遮光膜は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いてドライエッチング可能な材料からなり、
前記ハードマスク膜は、タンタルと酸素を含有する材料からなり、
前記遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有しないフッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記ハードマスク膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、
前記遮光部のパターンを有する前記ハードマスク膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記遮光膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、
塩素系ガスとフッ素系ガスを含有するエッチングガスを用いたドライエッチングにより、前記遮光膜上のハードマスク膜を除去する工程と、
前記堀込部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記透光性基板に前記堀込部を形成する工程と、
をこの順に有することを特徴とする堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項３】
前記遮光膜は、クロムを含有する材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項４】
前記ハードマスク膜は、タンタルと酸素の組成比  Ｔａ：Ｏ（原子数比）が１：０．２〜１：２．５の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項５】
前記ハードマスク膜を除去する工程に用いるエッチングガスは、塩素系ガスとフッ素系ガスの混合比が、塩素系ガス：フッ素系ガス（流量比）で１０：１〜２５：１であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項６】
前記ハードマスク膜に前記遮光部のパターンを形成する工程に用いるエッチングガス及び前記ハードマスク膜を除去する工程に用いるエッチングガスは、いずれも更に希ガスを含有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項７】
前記希ガスは、ヘリウムガスであることを特徴とする請求項６に記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法により製造された堀込レベンソン型位相シフトマスクを用い、リソグラフィー法により前記堀込レベンソン型位相シフト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堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法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が使用される。
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。半導体デバイス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。
【０００３】
近年、半導体デバイスのパターンの微細化に伴い、転写用マスクに形成されるマスクパターンの微細化が進んできている。転写用マスクの一態様である堀込レベンソン型位相シフトマスクは、透光性基板に形成された堀込部及び非堀込部からなる透光部と、ライン・アンド・スペース等の規則的なパターンが形成された遮光部とを備える。具体的には、透光性基板上の遮光膜が存在する領域で遮光部を形成し、遮光膜が存在しない透光性基板が露出した領域で透光部を形成する。そして、透光部は、透光性基板の表面が所定の深さまで掘り込まれた領域の堀込部と、表面が掘り込まれていない非堀込部とからなり、堀込部と非堀込部は交互に配置されている。堀込部の堀込深さは、堀込部を透過する露光光と、非堀込部を透過する露光光との間で位相シフト効果が得られる所定の位相差を付与できるだけの深さとなっている。
【０００４】
従来、堀込レベンソン型位相シフトマスクは、たとえば下記特許文献１に開示されているような透明基板上にクロム系材料からなる遮光膜が設けられたマスクブランクを用いたプロセスにより製造されている。一方、下記特許文献２には、堀込レベンソン型位相シフトマスクを製造するためのフォトマスクブランクとして、透明基板上にクロム系材料からなる遮光膜と、該遮光膜上にシリコンを含有し、さらに軽元素として窒素と酸素の少なくとも一方を含有する材料からなるハードマスク膜を備えた構成のフォトマスクブランクが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１６０２１８号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３８７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されているような従来の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法の場合、有機系材料のレジストパターンをマスクするドライエッチングで直接クロム系材料の遮光膜にパターンを形成することが行われる。一般に、クロムを含有する材料からなる薄膜に対するドライエッチングで用いられるエッチングガスは、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガス（以下、「酸素含有塩素系ガス」と言うこともある。）が用いられる。有機系材料のレジストパターンは、酸素ガスのプラズマに対する耐性が低いため、レジストパターンの厚さを薄くすることは難しい。近年、堀込レベンソン型位相シフトマスクにおける遮光膜等に形成されるパターンは微細化の一途をたどっている。レジストパターンが従来の厚さであると、レジストパターンの幅に対する高さの比率が過大になり、パターンの倒壊やパターンの描画・現像が困難になってきている。すなわち、有機系材料のレジストパターンをマスクとする酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングでクロム系材料の遮光膜に微細パターンを形成することは難しくなってきている。
【０００７】
一方、特許文献２に開示されているようなフォトマスクブランクは、このような課題を解決することが可能である。このフォトマスクブランクは、透明基板上にクロム系材料からなる遮光膜と、該遮光膜上にシリコンを含有し、さらに軽元素として窒素と酸素の少なくとも一方を含有する材料からなるハードマスク膜を備えた構成を備える。この構成のフォトマスクブランクを用いることにより、有機系材料のレジストパターンをマスクとするフッ素系ガスを用いたドライエッチングでハードマスク膜にパターンを形成し、パターンが形成されたハードマスク膜をマスクとする酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングで遮光膜にパターンを形成することができる。したがって、フッ素系ガスを用いたドライエッチングでハードマスク膜にパターンを形成し終えるまでレジストパターンがマスクとして機能していればよいため、レジストパターンの厚さを従来よりも大幅に薄くすることができる。
【０００８】
ところで、酸素含有塩素系ガスを用いたクロム系材料の遮光膜に対するドライエッチングにおいては、酸素ガスがラジカル性のプラズマになる傾向が高いこともあり、エッチングの異方性を高めることが難しい。このため近年では、酸素含有塩素系ガス中の塩素系ガスの混合比率を高めたエッチングガスによるクロム系材料の遮光膜のドライエッチングが検討されている。塩素系ガスは、イオン性のプラズマになる傾向が高く、バイアス電圧をかけることによる異方性を向上させる効果が大きいためである。しかし、酸素含有塩素系ガス中の塩素系ガスの混合比率を高めると、クロム系材料の遮光膜に対するドライエッチングのエッチングレートが低下することは避けられない。このエッチングレートの低下を補うために、ドライエッチング時にかけられるバイアス電圧を大幅に高くする（高バイアスエッチング）が検討されている。
【０００９】
しかし、本発明者らが検討した結果、パターンが形成されたケイ素系材料のハードマスク膜をマスクとするクロム系材料の遮光膜に対するドライエッチングで高バイアスエッチングを行った場合、クロム系材料の遮光膜にパターンを高精度に形成することが難しくなるということが判明した。通常、ケイ素系材料のハードマスク膜は、酸素含有塩素系ガスによるドライエッチングに対しては高いエッチング耐性を有するが、高バイアス条件の場合、耐性が低下してしまう。つまり、高バイアス条件の場合、ケイ素系材料のハードマスク膜のパターンエッジからのサイドエッチングが進みやすく、ハードマスク膜のサイドエッチングの進行に起因して遮光膜に形成されるパターンのＣＤ精度が低下するという問題が生じることを新たに見出した。
【００１０】
この問題を解消すべく、本発明者らは鋭意研究を行った結果、タンタルと酸素を含有する材料でハードマスク膜を形成することで、酸素含有塩素系ガスによる高バイアス条件のドライエッチングによってもサイドエッチングの発生を抑制できることを突き止めた。
【００１１】
一般に、遮光膜の上にハードマスク膜を備えたマスクブランクから堀込レベンソン型位相シフトマスクを製造する場合、パターンが形成されたハードマスク膜をマスクとするドライエッチングによって遮光膜にパターンを形成した後、位相シフトマスクが完成するまでの間のいずれかの段階で、ハードマスク膜を除去するための例えばフッ素系ガスを用いたドライエッチングが行われる。このハードマスク膜を除去するためのフッ素系ガスを用いるドライエッチングの際、遮光膜が除去されている部分で透光性基板の表面が露出した透光部（堀込部および非堀込部）が掘り込まれることは避けがたい。ケイ素系材料のハードマスク膜にパターンを形成するときに行われるフッ素系ガスによるドライエッチングと同じ条件のドライエッチングでハードマスク膜を除去する場合、ハードマスク膜のエッチングレートと透光性基板のエッチングレートはほぼ同程度になる。しかし、タンタルと酸素を含有する材料のハードマスク膜の場合、ハードマスク膜にパターンを形成するときに行われるフッ素系ガスによるドライエッチングと同じ条件のドライエッチングでハードマスク膜を除去する場合、ハードマスク膜のエッチングレートが透光性基板のエッチングレートよりも著しく遅くなる傾向があることが新たに判明した。具体的には、フッ素系ガスとアルゴンの混合ガスをエッチングガスとしてエッチングする場合、ＴａＯ系ハードマスク膜のエッチングレートが透光性基板のエッチングレートの１/４以下の速さになる。また、ガラス基板のエッチングレートが速くなりすぎることで、掘込部の底面が滑らかに形成されないという問題がある。透光部の堀込部と非堀込部が掘り込まれても、マスク完成時において堀込部の底面と非堀込部の底面との間の深さの差が位相シフト効果を生じさせる所定の深さとなっているのであれば、大きな問題とはならない。しかし、各透光部でエッチングガスに晒される環境は異なるため、面内で均等な深さにエッチングされるようにすることは困難である。すなわち、マスク完成時において各堀込部の堀込深さを面内で高い均一性とすることは困難である。そして、この問題は、透光性基板のエッチングレートに対するハードマスク膜のエッチングレートの比率（つまり「ハードマスク膜のエッチングレート／透光性基板のエッチングレート」）が低いほど深刻化する。
【００１２】
以上のように、クロム系材料の遮光膜上にタンタルと酸素を含有する材料のハードマスク膜を備えるマスクブランクを用い、従来の製造方法によって堀込レベンソン型位相シフトマスクを製造する場合、ハードマスク膜を除去するときのフッ素系ガスによるドライエッチングで透光性基板の表面が露出した透光部を掘り込んでしまうことに起因する堀込部および非堀込部の堀込深さに係る面内均一性の低下が大きくなる傾向があるという問題を有する。
【００１３】
一方、特許文献２では、上記のようなハードマスク膜を有するフォトマスクブランクを用いて堀込レベンソン型位相シフトマスクを製造する場合において、ハードマスク膜を除去するときに透光性基板の非堀込部を掘り込むようなことがない製法について開示されている。その製法は以下のとおりである。
【００１４】
最初に、フォトマスクブランクのハードマスク膜上に、遮光膜に形成すべきパターンのうち、透光性基板に堀込部が配置される領域のみのスペースパターンを有する第１のレジストパターンを形成する。この第１のレジストパターンをマスクとするフッ素系ガスによるドライエッチングでハードマスク膜に第１のパターンを形成する。次に、第１のパターンが形成されたハードマスク膜をマスクとする酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングでクロム系材料の遮光膜に第１のパターンを形成する。これにより、遮光膜の堀込部が配置される領域にのみ遮光膜が存在しないパターンであるスペースパターンが形成される。その後、残存する第１のレジストパターンは除去する。次に、第１のパターンを有する遮光膜をマスクとするフッ素系ガスによるドライエッチングで透光性基板に堀込部を形成する。このフッ素系ガスによるドライエッチングによって、ハードマスク膜も全面除去される。続いて、遮光膜および透光性基板の堀込部上に、遮光膜に形成すべきパターンのうち、透光性基板に非堀込部が配置される領域のみのスペースパターンを有する第２のレジストパターンを形成する。この第２のレジストパターンをマスクとする酸素含有塩素系ガスを用いたドライエッチングでクロム系材料の遮光膜に第２のパターンを形成する。これにより、透光性基板に堀込部と非堀込部が配置される領域上の遮光膜にスペースパターンが形成される。以上の製法を用いることで、完成後の堀込レベンソン型位相シフトマスクは、ハードマスク膜が全面除去されながらも、非堀込部がフッ素系ガスを用いたドライエッチングによって掘り込まれていない。
【００１５】
しかし、特許文献２に開示された製法により、完成した堀込レベンソン型位相シフトマスクの遮光膜に形成されたパターンの配置を所定の位置精度とすることは困難である。つまり、上記第２のレジストパターンを精度の高い露光方法である電子線描画で露光したとしても、所定の位置精度で遮光膜上に配置することが困難であるためである。
【００１６】
以上のように、特許文献２に開示されているような堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法を用いた場合、遮光膜に形成すべきパターンを所定の位置精度で配置することが困難であるという問題があった。また、上述したように、酸素含有塩素系ガスによる高バイアス条件の場合、ケイ素系材料のハードマスク膜のサイドエッチングの進行に起因して遮光膜に形成されるパターンのＣＤ精度が低下するという問題も生じる。
【００１７】
そこで、本発明は、このような従来の技術的課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、微細な転写パターンであっても高精度で形成することができ、かつ基板堀込部および非堀込部の堀込深さに係る面内均一性を高めることができる堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法を提供することであり、第２に、このような本発明により製造された堀込レベンソン型位相シフトマスクを用いて、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】
【００１８】
本発明者らは、上述した従来技術の課題を解決するべく、フッ素系ガスを用いるドライエッチングにおいて、タンタルと酸素を含有する材料のハードマスク膜のエッチングレートとガラス材料の透光性基板のエッチングレートが同程度になるエッチング条件、より望ましくは、ハードマスク膜のエッチングレートの方が透光性基板のエッチングレートよりも速くなるエッチング条件について、鋭意研究を行った。その結果、透光性基板の主表面上に遮光膜及びハードマスク膜がこの順に積層されたマスクブランクを用いて、透光性基板に形成された堀込部及び非堀込部からなる透光部と遮光膜で形成された遮光部とを備える堀込レベンソン型位相シフトマスクを製造するにあたり、エッチングガスにフッ素系ガスのほかに塩素系ガスを混合させることで、エッチングガスに塩素系ガスを混合させない場合に比べて、ガラス材料の透光性基板のエッチングレートに対するタンタルと酸素を含有する材料のハードマスク膜のエッチングレートの比率（つまり「TaOxハードマスク膜のエッチングレート／ガラス基板（透光性基板）のエッチングレート」）を０．６以上にすることができることを突き止めた。また、エッチングガスにフッ素系ガスのほかに塩素系ガスを混合させると、エッチングガスに塩素系ガスを混合させない場合に比べて、上記ガラス基板のエッチングレートが低下することも突き止めた。
【００１９】
そして本発明者らは、これらの新たな知見をもとにさらに鋭意検討した結果、上記タンタルと酸素を含有する材料のハードマスク膜に直下の遮光膜に形成すべき遮光部のパターンを形成するときのドライエッチングでは、塩素系ガスを含まないフッ素系ガスをエッチングガスに用いることで、ハードマスク膜を加工するときのエッチングレートを速くすることができ、遮光膜上のハードマスク膜を除去するときのドライエッチングでは、塩素系ガスとフッ素系ガスを含んだエッチングガスを用いることで、ガラス材料の透光性基板が掘り込まれるのを最小限に抑制しつつ、ハードマスク膜を確実に除去できるというプロセスを適用することで、従来技術の課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
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。
【００２０】
（構成１）
透光性基板の主表面上に遮光膜及びハードマスク膜がこの順に積層されたマスクブランクを用い、透光性基板に形成された堀込部及び非堀込部からなる透光部と遮光膜で形成された遮光部とを備える堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法であって、前記遮光膜は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いてドライエッチング可能な材料からなり、前記ハードマスク膜は、タンタルと酸素を含有する材料からなり、前記遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有しないフッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記ハードマスク膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、前記遮光部のパターンを有する前記ハードマスク膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記遮光膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、前記堀込部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記透光性基板に前記堀込部を形成する工程と、塩素系ガスとフッ素系ガスを含有するエッチングガスを用いたドライエッチングにより、前記遮光膜上のハードマスク膜を除去する工程と、をこの順に有することを特徴とする堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【００２１】
（構成２）
透光性基板の主表面上に遮光膜及びハードマスク膜がこの順に積層されたマスクブランクを用い、透光性基板に形成された堀込部及び非堀込部からなる透光部と遮光膜で形成された遮光部とを備える堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法であって、前記遮光膜は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いてドライエッチング可能な材料からなり、前記ハードマスク膜は、タンタルと酸素を含有する材料からなり、前記遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有しないフッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記ハードマスク膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、前記遮光部のパターンを有する前記ハードマスク膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記遮光膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、塩素系ガスとフッ素系ガスを含有するエッチングガスを用いたドライエッチングにより、前記遮光膜上のハードマスク膜を除去する工程と、前記堀込部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記透光性基板に前記堀込部を形成する工程と、をこの順に有することを特徴とする堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【００２２】
（構成３）
前記遮光膜は、クロムを含有する材料からなることを特徴とする構成１又は２に記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【００２３】
（構成４）
前記ハードマスク膜は、タンタルと酸素の組成比  Ｔａ：Ｏ（原子数比）が１：０．２〜１：２．５の範囲内であることを特徴とする構成１乃至３のいずれかに記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【００２４】
（構成５）
前記ハードマスク膜を除去する工程に用いるエッチングガスは、塩素系ガスとフッ素系ガスの混合比が、塩素系ガス：フッ素系ガス（流量比）で１０：１〜２５：１であることを特徴とする構成１乃至４のいずれかに記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【００２５】
（構成６）
前記ハードマスク膜に前記遮光部のパターンを形成する工程に用いるエッチングガス及び前記ハードマスク膜を除去する工程に用いるエッチングガスは、いずれも更に希ガスを含有することを特徴とする構成１乃至５のいずれかに記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
（構成７）
前記希ガスは、ヘリウムガスであることを特徴とする構成６に記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法。
【００２６】
（構成８）
構成１乃至７のいずれかに記載の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法により製造された堀込レベンソン型位相シフトマスクを用い、リソグラフィー法により前記堀込レベンソン型位相シフト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。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法によれば、微細な転写パターンであっても高精度で形成することができ、かつ基板堀込部および非堀込部の堀込深さに係る面内均一性を高めることができる。
また、このような本発明により製造された堀込レベンソン型位相シフトマスクを用いて、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】
【００２８】
【図１】本発明に用いるマスクブランクの一実施の形態の断面概略図である。
【図２】本発明の第1の実施の形態に係る堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造工程を示すマスクブランク等の断面概略図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造工程を示すマスクブランク等の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
［第１の実施の形態］
前述したように、本発明者らは、従来技術の課題を解決するべく鋭意研究を行った結果、透光性基板の主表面上に遮光膜及びハードマスク膜がこの順に積層されたマスクブランクを用いて、透光性基板に形成された堀込部及び非堀込部からなる透光部と遮光膜で形成された遮光部とを備える堀込レベンソン型位相シフトマスクを製造するにあたり、エッチングガスにフッ素系ガスのほかに塩素系ガスを混合させることで、エッチングガスに塩素系ガスを混合させない場合に比べて、ガラス材料の透光性基板のエッチングレートに対するタンタルと酸素を含有する材料のハードマスク膜のエッチングレートの比率（つまり「TaOxハードマスク膜のエッチングレート／ガラス基板のエッチングレート」）を０．６以上にすることができることを突き止めた。また、エッチングガスにフッ素系ガスのほかに塩素系ガスを混合させると、エッチングガスに塩素系ガスを混合させない場合に比べて、上記ハードマスク膜のエッチングレートが低下することも突き止めた。さらに、エッチングガスにフッ素系ガスのほかに塩素系ガスを混合させると、エッチングガスに塩素系ガスを混合させない場合に比べて、上記ガラス基板のエッチングレートも低下することも突き止めた。
【００３０】
そして本発明者らは、これらの新たな知見をもとにさらに鋭意検討した結果、上記タンタルと酸素を含有する材料のハードマスク膜に直下の遮光膜に形成すべき遮光部のパターンを形成するときのドライエッチングでは、塩素系ガスを含まないフッ素系ガスをエッチングガスに用いることで、ハードマスク膜を加工するときのエッチングレートを速くすることができ、遮光膜上のハードマスク膜を除去するときのドライエッチングでは、塩素系ガスとフッ素系ガスを含んだエッチングガスを用いることで、ガラス材料の透光性基板が掘り込まれるのを最小限に抑制しつつ、ハードマスク膜を確実に除去できるというプロセスを適用することで、従来技術の課題を解決することができることを見出したものである。
【００３１】
すなわち、本発明の第１の実施の形態は、上記構成１にあるとおり、
透光性基板の主表面上に遮光膜及びハードマスク膜がこの順に積層されたマスクブランクを用い、透光性基板に形成された堀込部及び非堀込部からなる透光部と遮光膜で形成された遮光部とを備える堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法であって、
前記遮光膜は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いてドライエッチング可能な材料からなり、前記ハードマスク膜は、タンタルと酸素を含有する材料からなり、
前記遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有しないフッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記ハードマスク膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、
前記遮光部のパターンを有する前記ハードマスク膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記遮光膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、
前記堀込部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記透光性基板に前記堀込部を形成する工程と、
塩素系ガスとフッ素系ガスを含有するエッチングガスを用いたドライエッチングにより、前記遮光膜上のハードマスク膜を除去する工程と、
をこの順に有することを特徴とするものである。
【００３２】
図１は、本発明に用いるマスクブランクの一実施の形態の断面概略図であり、図２は、本発明の第1の実施の形態に係る堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造工程を示すマスクブランク等の断面概略図である。
【００３３】
以下、これらの図１および図２を参照して、本発明に係る堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法の第１の実施の形態について説明する。
本実施の形態の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造に用いるマスクブランクは、図１にあるとおり、透光性基板１の主表面上に、遮光膜２及びハードマスク膜３がこの順に積層された構造のマスクブランク１０である。
【００３４】
上記マスクブランク１０において、詳しくは後述するが、上記遮光膜２は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いてドライエッチング可能な材料からなり、具体的には、クロムを含有する材料を適用することが好ましく、上記ハードマスク膜３は、タンタルと酸素を含有する材料からなる。
【００３５】
上記マスクブランク１０における透光性基板１としては、本実施の形態のように位相シフトマスク用の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等）が用いられる。この中でも合成石英基板は、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。
【００３６】
また、上記マスクブランク１０における遮光膜２は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いてドライエッチング可能な材料からなる。具体的には、例えばクロム（Ｃｒ）を含有する材料を好ましく適用することができる。
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。
【００３７】
クロムを含有する材料からなる遮光膜２は、前述の酸素含有塩素系ガスによる高バイアス条件のドライエッチングによって、エッチングレートの低下を抑制しつつ、エッチングの異方性を高めることが可能である。
上記遮光膜２の膜厚は特に制約される必要はないが、遮光性や、微細パターン形成の観点から、本実施の形態においては、例えば３０ｎｍ以上９０ｎｍ以下の範囲であることが好適である。膜厚が９０ｎｍを超えると、ドライエッチング時のパターンのマイクロローディング現象等によって、微細パターンの形成が困難となる場合が考えられるためである。また、３０ｎｍよりも薄い場合は、露光波長に対する遮光性が十分に得られなくなる場合が考えられる。
【００３８】
また、上記マスクブランク１０におけるハードマスク膜３は、タンタル（Ｔａ）と酸素（Ｏ）を含有する材料からなる。また、タンタル（Ｔａ）と酸素（Ｏ）のほかに、さらに窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）および水素（Ｈ）から選らばれる１以上の元素を含有する材料でもよい。
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。
【００３９】
このようなタンタルと酸素を含有する材料からなるハードマスク膜３は、例えば上記クロム（Ｃｒ）を含有する材料で形成された遮光膜２との間で十分なエッチング選択性を有しており、遮光膜２にほとんどダメージを与えずにハードマスク膜３をエッチング除去することが可能である。
【００４０】
また、タンタルと酸素を含有する材料のハードマスク膜３は、塩素系ガスの混合比率を高めた酸素含有塩素系ガスによるドライエッチング、とくに高バイアス条件のドライエッチングに対しても高いエッチング耐性を有する。したがって、タンタルと酸素を含有する材料でハードマスク膜３を形成することで、該ハードマスク膜３をマスクとする遮光膜２のドライエッチングにおいて、酸素含有塩素系ガスによる高バイアス条件のドライエッチングによってもハードマスク膜３のサイドエッチングの発生を抑制できる。また、遮光膜２のエッチングレートの低下を抑制しつつ、エッチングの異方性を高めることが可能である。
【００４１】
上記ハードマスク膜３は、タンタルと酸素の組成比  Ｔａ：Ｏ（原子数比）が、１：０．２〜１：２．５の範囲内であることが好ましい。これにより、酸素含有塩素系ガスによる高バイアス条件のドライエッチングに対する耐性が向上する。ハードマスク３における酸素の含有量が０．２よりも少ないと、遮光膜エッチング時にエッチングガスに含まれる塩素によってハードマスクパターンが侵食されやすくなる。また、ハードマスク３における酸素含有量が多すぎる場合は、ハードマスクパターンを剥離するときに必要なエッチング時間が長くなる。ハードマスク膜３におけるタンタルと酸素の組成比の好ましい範囲は、１：０．５〜１：２．２であり、特に好ましくは、１：０．７５〜１：２．０の範囲である。
【００４２】
上記ハードマスク膜３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３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３の膜厚は、１．５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の範囲であることが好ましく、特に２．５ｎｍ以上、８ｎｍ以下であることが好適である。
【００４３】
図１に示すマスクブランク１０のような透光性基板１上に、遮光膜２及びハードマスク膜３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出来るので好適である。
【００４４】
次に、以上説明したマスクブランク１０を用いて、本実施の形態の堀込レベンソン型位相シフトマスクを製造する工程（図２）を説明する。
まず、上記マスクブランク１０の表面に所定のレジスト膜（レジストパターン）４を形成する（図２（ａ）参照）。このレジスト膜４は遮光膜２に形成されるべき遮光部のパターンを有する。具体的には、マスクブランク１０の表面に例えば電子線レジストを塗布、乾燥してレジスト層を形成し、所定のパターン描画を行い、描画後、現像することによって、上記遮光部のパターンを有するレジスト膜４が形成される。
【００４５】
次に、マスクブランク１０のハードマスク膜３上に形成された上記遮光部のパターンを有するレジスト膜４をマスクとして、塩素系ガスを含有しないフッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、ハードマスク膜３に上記遮光部のパターンに対応するハードマスク膜パターン３ａを形成する（図２（ｂ）参照）。
【００４６】
本発明においては、このハードマスク膜３にパターンを形成するためのドライエッチングにおいて、塩素系ガスを含有しないフッ素系ガスをエッチングガスに用いることが重要である。前にも説明したように、本発明者らは、エッチングガスにフッ素系ガスのほかに塩素系ガスを混合させると、エッチングガスに塩素系ガスを混合させない場合に比べて、上記タンタルと酸素を含有する材料からなるハードマスク膜３のエッチングレートが低下することを突き止めた。したがって、上記ハードマスク膜３に直下の遮光膜２に形成すべき遮光部のパターンを形成するときのドライエッチングでは、塩素系ガスを含有しないフッ素系ガスをエッチングガスに用いることで、ハードマスク膜３を加工するときのエッチングレートを速くすることができる。ハードマスク膜３を加工するときのエッチングレートが速いと、上記レジスト膜４を可能な限り薄膜化することができる。
【００４７】
この場合のエッチングガスとして用いるフッ素系ガスとしては、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４などが挙げられる。本実施の形態では、このような炭素を含有するフッ素系ガスを好ましく用いることができる。また、炭素を含有しないＳＦ６などのフッ素系ガスを用いることもできる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、フッ素系ガスに更に希ガスを含有するエッチングガスを用いることがより好ましい。フッ素系ガスと希ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いることにより、上記ハードマスク膜３を加工するときに、下の層がハードマスク膜３のエッチング時に損傷することが抑制される。また、フッ素系ガスはラジカルを生成する能力が高いため、フッ素系ガスのチャンバー内濃度が高くなりすぎるとドライエッチングに係る反応が速く進み過ぎ、下地となっている遮光膜に損傷を与える恐れがある。フッ素系ガスと共存する希ガスによってフッ素系ガスの分圧を調整し、それによってドライエッチング時の反応性を制御することができる。
【００４９】
希ガスとして、例えば、Ｈｅ（ヘリウム）、Ｎｅ（ネオン）、Ａｒ（アルゴン）、Ｋｒ（クリプトン）及びＸｅ（キセノン）が挙げられる。希ガスの中では特にＨｅ（ヘリウム）ガスを使用することが好ましい。Ｈｅは軽いため、ハードマスク膜３の下地にある遮光膜２の一部が露出していても、Ｈｅの衝突による物理的な衝撃が少ない。したがって、ハードマスク膜３の下地にある遮光膜２の損傷を防止することができる。この場合、フッ素系ガスとヘリウムの混合比は、１：１〜１：５０（流量比）であることが好ましく、１：１５〜１：４０（流量比）であることがより好ましい。ドライエッチング中の全圧やハードマスク膜の酸化の状態等に応じて調整することができる。
なお、この段階で、残存する上記レジスト膜４は剥離液等で除去してもよい。
【００５０】
次に、上記のように形成されたハードマスク膜パターン３ａをマスクとして、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いた遮光膜２のドライエッチングにより、遮光部のパターンに対応する遮光膜パターン２ａを形成する（図２（ｃ）参照）。
【００５１】
上記のとおり、遮光膜２は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いてドライエッチング可能な例えばクロムを含有する材料で形成されている。したがって、塩素系ガスの混合比率を高めた酸素含有塩素系ガスによるドライエッチング、とくに高バイアス条件のドライエッチングによって、遮光膜２のエッチングレートの低下を抑制しつつ、エッチングの異方性を高めることが可能である。また、上記タンタルと酸素を含有する材料のハードマスク膜３は、塩素系ガスの混合比率を高めた酸素含有塩素系ガスによるドライエッチング、とくにバイアス電力が３０Ｗ以上の高バイアス条件のドライエッチングに対しても高いエッチング耐性を有するので、ハードマスク膜３のサイドエッチングの発生を抑制できる。そのため、ハードマスク膜３のサイドエッチングの進行に起因する遮光膜パターン２ａのＣＤ精度の低下も抑制できる。
以上のことから、本実施の形態では、例えばクロム系材料の遮光膜２に微細な転写パターンであっても高精度で形成することができる。
【００５２】
次に、上記遮光膜パターン２ａが形成された基板上に所定のレジスト膜（レジストパターン）５を形成する（図２（ｄ）参照）。このレジスト膜５は、後の工程で透光性基板１に形成される堀込部のパターンを有する。具体的には、上記基板上の全面に例えば電子線レジストを塗布、乾燥してレジスト層を形成し、所定のパターン描画を行い、描画後、現像することによって、上記堀込部のパターンを有するレジスト膜５が形成される。
なお、本実施の形態においては、この段階では、上記ハードマスク膜パターン３ａは遮光膜パターン２ａ上に残存している。
【００５３】
次に、上記堀込部のパターンを有するレジスト膜５をマスクとし、フッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、上記透光性基板１に所定の堀込部１ａを形成する（図２（ｅ）参照）。堀込部１ａの堀込深さは、マスク完成時において堀込部の底面と非堀込部の底面との間の深さの差が位相シフト効果を生じさせる所定の深さとなるようにする。
【００５４】
この場合のエッチングガスに用いるフッ素系ガスとしては、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４、ＳＦ６などのフッ素系ガスを用いることができる。また、必要に応じて、これらフッ素系ガスにアルゴンガス等の希ガスを混合して用いてもよい。
【００５５】
次いで、残存する上記レジスト膜５を、剥離液等を用いて除去する（図２（ｆ）参照）。
【００５６】
次に、表面に露出している遮光膜パターン２ａ上の上記ハードマスク膜パターン３ａを、塩素系ガスとフッ素系ガスを含有するエッチングガスを用いたドライエッチングにより除去する（図２（ｇ）参照）。
【００５７】
本発明においては、この遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａを除去するためのドライエッチングにおいて、塩素系ガスを含有するフッ素系ガスをエッチングガスに用いることが重要である。前にも説明したように、本発明者らは、エッチングガスにフッ素系ガスのほかに塩素系ガスを混合させることで、エッチングガスに塩素系ガスを混合させない場合に比べて、ガラス材料の透光性基板のエッチングレートに対するタンタルと酸素を含有する材料からなるハードマスク膜のエッチングレートの比率（つまり「TaOxハードマスク膜のエッチングレート／ガラス基板のエッチングレート」）を高くする（例えば０．６以上）ことができることを突き止めた。したがって、遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａを除去するときのドライエッチングでは、塩素系ガスとフッ素系ガスを含んだエッチングガスを用いることで、透光性基板１の表面が露出した透光部（堀込部１ａ及び非堀込部）が掘り込まれるのを最小限に抑制しつつ、ハードマスク膜パターン３ａを確実に除去することができる。その結果、基板堀込部および非堀込部の堀込深さに係る面内均一性を高めることができる。
【００５８】
この場合のエッチングガスとして用いるフッ素系ガスとしては、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４などが挙げられる。本実施の形態では、このような炭素を含有するフッ素系ガスを好ましく用いることができる。また、炭素を含有しないＳＦ６などのフッ素系ガスを用いることもできる。
【００５９】
このハードマスク膜パターン３ａを除去する工程に用いるエッチングガスは、塩素系ガスとフッ素系ガスの混合比が、塩素系ガス：フッ素系ガス（流量比）で１０：１〜２５：１であることが好ましい。塩素系ガスの反応性ガスに含まれる混合比率が少ないと、ガラス材料の透光性基板のエッチングレートに対するタンタルと酸素を含有する材料からなるハードマスク膜のエッチングレートの比率をあまり高くすることができない。一方、塩素系ガスの混合比率が多いと、透光性基板及びハードマスク膜のエッチングレートそのものが低下してしまう。
より好ましくは、塩素系ガス：フッ素系ガス（流量比）が１５：１〜２０：１である。
【００６０】
また、本実施の形態においては、上記塩素系ガスとフッ素系ガスに更に希ガスを含有するエッチングガスを用いることがより好ましい。塩素系ガス及びフッ素系ガスと希ガスの混合ガスをエッチングガスとして用いることにより、上記ハードマスク膜パターン３ａを除去するときのエッチングレートをより高めることが可能になる。
【００６１】
上記希ガスとしては、ハードマスク膜３のエッチングレートを高める効果の点で、特にヘリウム（Ｈｅ）ガスが好適である。この場合、塩素系ガスとフッ素系ガスとヘリウムガスの混合比は、フッ素系ガスと塩素系ガスの合計とヘリウムガスの流量比（フッ素系ガス＋塩素系ガス）：Ｈｅが、１０：１〜１０：６の範囲であることが好ましい。薄膜との反応性が期待される反応性ガス（塩素系ガスとフッ素系ガス）の割合が少ないと、薄膜と反応性ガスの反応による効果が得られにくくなり、エッチングレートが低下する。また、ヘリウムガスの割合が低くなると、ヘリウムガス（ヘリウムイオン）による薄膜への物理的衝撃が減少するため、エッチングレートの相乗的な増加が得られにくくなる。
【００６２】
以上の工程によって、図２（ｇ）に示すような、透光性基板１に形成された堀込部１ａ及び非堀込部からなる透光部と遮光膜パターン２ａで形成された遮光部とを備え、メインパターン６、アライメントマーク７等を有する堀込レベンソン型位相シフトマスク２０が出来上がる。
【００６３】
上述の説明からも明らかなように、本実施の形態による上記製造工程にしたがって堀込レベンソン型位相シフトマスクを製造することにより、微細な転写パターンであっても高精度で形成することができる堀込レベンソン型位相シフトマスクを得ることができる。しかも、基板堀込部および非堀込部の堀込深さに係る面内均一性を高めることができる堀込レベンソン型位相シフトマスクを得ることができる。
【００６４】
また、このような本実施の形態により製造された堀込レベンソン型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、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。
【００６５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
本発明の第２の実施の形態は、上記構成２にあるとおり、
透光性基板の主表面上に遮光膜及びハードマスク膜がこの順に積層されたマスクブランクを用い、透光性基板に形成された堀込部及び非堀込部からなる透光部と遮光膜で形成された遮光部とを備える堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法であって、
前記遮光膜は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いてドライエッチング可能な材料からなり、前記ハードマスク膜は、タンタルと酸素を含有する材料からなり、
前記遮光部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、塩素系ガスを含有しないフッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記ハードマスク膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、
前記遮光部のパターンを有する前記ハードマスク膜をマスクとし、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記遮光膜に前記遮光部のパターンを形成する工程と、
塩素系ガスとフッ素系ガスを含有するエッチングガスを用いたドライエッチングにより、前記遮光膜上のハードマスク膜を除去する工程と、
前記堀込部のパターンを有するレジスト膜をマスクとし、フッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、前記透光性基板に前記堀込部を形成する工程と、
をこの順に有することを特徴とするものである。
【００６６】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造工程を示すマスクブランク等の断面概略図である。
以下、図３を参照して、本発明に係る堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造方法の第２の実施の形態について説明する。
【００６７】
本実施の形態の堀込レベンソン型位相シフトマスクの製造に用いるマスクブランクは、前述の第１の実施の形態に用いたマスクブランクと同様のものであり、図１に示すような透光性基板１の主表面上に、遮光膜２及びハードマスク膜３がこの順に積層された構造のマスクブランク１０である。よって、マスクブランク１０に関する詳細は、ここでは重複説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態に係る製造方法において、まず、上記マスクブランク１０の表面に所定のレジスト膜（レジストパターン）４を形成する工程（図３（ａ）参照）と、次に、マスクブランク１０のハードマスク膜３上に形成された上記遮光部のパターンを有するレジスト膜４をマスクとして、塩素系ガスを含有しないフッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、ハードマスク膜３に上記遮光部のパターンに対応するハードマスク膜パターン３ａを形成する工程（図３（ｂ）参照）と、次に、上記のように形成されたハードマスク膜パターン３ａをマスクとして、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスをエッチングガスに用いた遮光膜２のドライエッチングにより、遮光部のパターンに対応する遮光膜パターン２ａを形成する工程（図３（ｃ）参照）については、前述の第１の実施の形態（図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）と同様であるため、ここでは重複説明を省略する。
【００６９】
本実施の形態においては、上記のハードマスク膜パターン３ａをマスクとして、遮光膜２のドライエッチングにより、遮光膜パターン２ａを形成（図３（ｃ））した後、表面に露出している遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａを、塩素系ガスとフッ素系ガスを含有するエッチングガスを用いたドライエッチングにより除去する工程（図３（ｄ）参照）を行う。
【００７０】
本実施の形態においても、遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａを除去するときのドライエッチングでは、塩素系ガスとフッ素系ガスを含んだエッチングガスを用いることで、透光性基板１の表面が露出した透光部（非堀込部）が掘り込まれるのを最小限に抑制しつつ、ハードマスク膜パターン３ａを確実に除去することができる。その結果、マスク完成時の基板堀込部および非堀込部の堀込深さに係る面内均一性を高めることができる。
【００７１】
この場合のエッチングガスとして用いるフッ素系ガスとしては、第１の実施の形態の場合と同様、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４などの炭素を含有するフッ素系ガスを好ましく用いることができる。また、炭素を含有しないＳＦ６などのフッ素系ガスを用いることもできる。
【００７２】
また、このハードマスク膜パターン３ａを除去する工程に用いるエッチングガスの塩素系ガスとフッ素系ガスの混合比については、第１の実施の形態の場合と同様である。また、本実施の形態においても、上記塩素系ガスとフッ素系ガスに更にヘリウムガス等の希ガスを含有するエッチングガスを用いることがより好ましく、この場合の塩素系ガスとフッ素系ガスとヘリウムガスの混合比については、第１の実施の形態と同様である。
【００７３】
次に、上記遮光膜パターン２ａが形成された基板上に所定のレジスト膜（レジストパターン）５を形成する（図３（ｅ）参照）。このレジスト膜５は、後の工程で透光性基板１に形成される堀込部のパターンを有する。
【００７４】
次に、上記堀込部のパターンを有するレジスト膜５をマスクとし、フッ素系ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、上記透光性基板１に所定の堀込部１ａを形成する（図３（ｆ）参照）。堀込部１ａの堀込深さは、マスク完成時において堀込部の底面と非堀込部の底面との間の深さの差が位相シフト効果を生じさせる所定の深さである。
【００７５】
この場合のエッチングガスに用いるフッ素系ガスとしては、第１の実施の形態の場合と同様、例えば、ＣＨＦ３、ＣＦ４、ＳＦ６などのフッ素系ガスを用いることができ、また必要に応じて、これらフッ素系ガスにアルゴンガス等の希ガスを混合して用いてもよい。
【００７６】
次いで、残存する上記レジスト膜５を剥離液等を用いて除去する（図３（ｇ）参照）。
【００７７】
以上の本実施の形態の製造工程によって、図３（ｇ）に示すような、透光性基板１に形成された堀込部１ａ及び非堀込部からなる透光部と遮光膜パターン２ａで形成された遮光部とを備え、メインパターン６、アライメントマーク７等を有する堀込レベンソン型位相シフトマスク２０が出来上がる。
【００７８】
本実施の形態による製造工程にしたがって堀込レベンソン型位相シフトマスクを製造した場合においても、微細な転写パターンであっても高精度で形成することができる堀込レベンソン型位相シフトマスクを得ることができる。しかも、基板堀込部および非堀込部の堀込深さに係る面内均一性を高めることができる堀込レベンソン型位相シフトマスクを得ることができる。
【００７９】
また、このような本実施の形態により製造された堀込レベンソン型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り、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。
【実施例】
【００８０】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
（実施例１）
本実施例は、前述の第１の実施の形態に対応する実施例である。
本実施例に使用するマスクブランクは、図１に示すような、透光性基板（ガラス基板）１上に、遮光膜２、ハードマスク膜３を順に積層した構造のものである。このマスクブランクは、以下のようにして作製した。
【００８１】
ガラス基板として合成石英基板（大きさ約１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×厚み６．３５ｍｍ）を準備した。
次に、枚葉式ＤＣスパッタリング装置内に上記合成石英基板を設置し、ＣｒＯＣＮ膜からなる遮光膜を形成した。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（ＣＯ２）と窒素（Ｎ２）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス雰囲気（流量比  Ａｒ：ＣＯ２：Ｎ２：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、上記基板上に厚さ５９ｎｍのＣｒＯＣＮ膜からなる遮光膜を形成した。
形成したＣｒＯＣＮ遮光膜の組成は、Ｃｒ：Ｏ：Ｃ：Ｎ＝５５．２：２２．１：１１．６：１１．１（原子％比）であった。これらの組成はＸＰＳにより測定した。
【００８２】
次いで、上記遮光膜の上に、ＴａＯ膜からなるハードマスク膜を形成した。具体的には、タンタルのターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ２）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス雰囲気（流量比  Ａｒ：Ｏ２：Ｈｅ＝８：２０：３２、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ＴａＯ膜からなるハードマスク膜を形成した。形成したＴａＯ膜の組成は、Ｔａ：Ｏ＝４２：５８（原子％比）であった。この組成はＸＰＳにより測定した。
【００８３】
なお、上記遮光膜の光学濃度は、ＡｒＦエキシマレーザーの波長（１９３ｎｍ）において３．０以上（透過率０．１％以下）であった。
以上のようにして本実施例に使用するマスクブランクを作製した。
【００８４】
次に、このマスクブランクを用いて、前述の図２に示される製造工程に従って、堀込レベンソ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および図２中の符号と対応している。
まず、上記マスクブランク１０の上面に、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（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製  ＰＲＬ００９）を塗布し、所定のベーク処理を行って、膜厚１００ｎｍのレジスト層を形成した。
【００８５】
次に、電子線描画機を用いて、上記レジスト層に対して所定のデバイスパターン（遮光膜２に形成すべき遮光部のパターンに対応するパターン）を描画した後、レジスト層を現像してレジストパターン４を形成した（図２（ａ）参照）。
【００８６】
次に、上記レジストパターン４をマスクとして、ハードマスク膜３のドライエッチングを行い、ハードマスク膜パターン３ａを形成した（図２（ｂ）参照）。ドライエッチングガスとしては塩素系ガスを含有しないフッ素系ガス（ＣＨＦ３）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（ＣＨＦ３：Ｈｅ＝１０：１５０（流量比））を用いた。なお、ハードマスク膜３のエッチングレートは、１．４Å／秒であった。
【００８７】
次に、上記レジストパターン４を剥離液で除去した後、上記ハードマスク膜パターン３ａをマスクとして、遮光膜２のドライエッチングを行い、遮光膜パターン２ａを形成した（図２（ｃ）参照）。ドライエッチングガスとしては、塩素ガス（Ｃｌ２）の混合比率を高めたＣｌ２とＯ２の混合ガス（Ｃｌ２：Ｏ２＝４：１（流量比））を用いた。また、ドライエッチング時に５０Ｗの高バイアス電力をかけた。なお、遮光膜２のエッチングレートは、２．０Å／秒で、ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）５０ｎｍの微細遮光膜パターンが形成されていた。
【００８８】
次に、上記図２（ｃ）の状態の基板上の全面に、スピン塗布法により、前記レジスト層を再び形成し、電子線描画機を用いて、所定のパターン（後の工程で透光性基板１に形成される堀込部のパターン）を描画した後、現像してレジストパターン５を形成した（図２（ｄ）参照）。
【００８９】
続いて、この基板堀込部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、ドライエッチングを行い、上記ガラス基板１に所定の堀込部１ａを形成した（図２（ｅ）参照）。この場合のドライエッチングガスとしてはフッ素系ガス（ＣＦ４）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（ＣＦ４：Ｈｅ＝６０：４０（流量比））を用いた。なお、ガラス基板１のエッチングレートは、９．０Å／秒であった。基板堀込部１ａの堀込深さは、マスク完成時において堀込部の底面と非堀込部の底面との間の深さの差が位相シフト効果を生じさせる所定の深さとなるようにエッチング時間を調節した。
【００９０】
次に、上記レジストパターン５を剥離液で除去した後（図２（ｆ）参照）、表面に露出している遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａを、塩素系ガスとフッ素系ガスを含有するエッチングガスを用いたドライエッチングにより除去した（図２（ｇ）参照）。
【００９１】
ドライエッチングガスとしては塩素ガス（Ｃｌ２）とフッ素系ガス（ＣＨＦ３）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（Ｃｌ２：ＣＨＦ３：Ｈｅ＝３４０：２０：１００（流量比））を用いた。なお、この場合のハードマスク膜３のエッチングレートは、０．４２Å／秒であった。また、ガラス基板１のエッチングレートに対するハードマスク膜３のエッチングレートの比率（つまり「ＴａＯハードマスク膜のエッチングレート／ガラス基板のエッチングレート」）は、０．８であった。因みに、エッチングガスに上記塩素ガスを混合させない場合（つまり上記フッ素系ガスとヘリウムの混合ガス）には、上記エッチングレートの比率は、０．４であった。すなわち、遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａを除去するときのドライエッチングでは、エッチングガスにフッ素系ガスのほかに塩素系ガスを混合させることで、上記エッチングレートの比率を高くすることができ、透光性基板１の表面が露出した透光部（堀込部１ａ及び非堀込部）が掘り込まれるのを最小限に抑制しつつ、ハードマスク膜パターン３ａを確実に除去することができる。
【００９２】
以上のようにして、図２（ｇ）に示すような、透光性基板１に形成された堀込部１ａ及び非堀込部からなる透光部と遮光膜パターン２ａで形成された遮光部とを備えた堀込レベンソン型位相シフトマスク２０を製造した。
【００９３】
本実施例によって製造された堀込レベンソン型位相シフトマスクは、微細な転写パターンであっても高精度で形成することができ、かつ基板堀込部および非堀込部の堀込深さに係る面内均一性を高めることができた。
また、本実施例によって製造された堀込レベンソン型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を半導体基板上にパターン転写することにより、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。
【００９４】
なお、上記遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａを除去する工程で、ドライエッチングガスとして、ヘリウムガスを含まない塩素ガス（Ｃｌ２）とフッ素系ガス（ＣＨＦ３）の混合ガス（Ｃｌ２：ＣＨＦ３＝３４０：２０（流量比））を用いたところ、ハードマスク膜３のエッチングレートは、０．３４Å／秒であった。つまり、これらのエッチングガスにヘリウムガスを含むことにより、ハードマスク膜のエッチングレートが向上することを確認できた。
【００９５】
（実施例２）
本実施例は、前述の第２の実施の形態に対応する実施例である。
本実施例に使用するマスクブランクは、実施例１に使用したマスクブランクと同一であり、上記実施例１と同様にして作製した。
【００９６】
この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、堀込レベンソ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および図３中の符号と対応している。
まず、上記マスクブランク１０の上面に、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（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製  ＰＲＬ００９）を塗布し、所定のベーク処理を行って、膜厚１００ｎｍのレジスト層を形成した。
【００９７】
次に、電子線描画機を用いて、上記レジスト層に対して所定のデバイスパターン（遮光膜２に形成すべき遮光部のパターンに対応するパターン）を描画した後、レジスト層を現像してレジストパターン４を形成した（図３（ａ）参照）。
【００９８】
次に、上記レジストパターン４をマスクとして、ハードマスク膜３のドライエッチングを行い、ハードマスク膜パターン３ａを形成した（図３（ｂ）参照）。ドライエッチングガスとしては塩素系ガスを含有しないフッ素系ガス（ＣＨＦ３）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（ＣＨＦ３：Ｈｅ＝１０：１５０（流量比））を用いた。なお、ハードマスク膜３のエッチングレートは、１．４Å／秒であった。
【００９９】
次に、上記レジストパターン４を剥離液で除去した後、上記ハードマスク膜パターン３ａをマスクとして、遮光膜２のドライエッチングを行い、遮光膜パターン２ａを形成した（図３（ｃ）参照）。ドライエッチングガスとしては、塩素ガス（Ｃｌ２）の混合比率を高めたＣｌ２とＯ２の混合ガスＣｌ２：Ｏ２＝４：１（流量比））を用いた。また、ドライエッチング時に５０Ｖの高バイアス電圧をかけた。なお、遮光膜２のエッチングレートは、２．０Å／秒であり、ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）５０ｎｍの微細遮光膜パターンが形成されていた。
【０１００】
次に、表面に露出している遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａを、塩素系ガスとフッ素系ガスを含有するエッチングガスを用いたドライエッチングにより除去した（図３（ｄ）参照）。
【０１０１】
ドライエッチングガスとしては塩素ガス（Ｃｌ２）とフッ素系ガス（ＣＨＦ３）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（Ｃｌ２：ＣＨＦ３：Ｈｅ＝３４０：１０：１００（流量比））を用いた。なお、この場合のハードマスク膜３のエッチングレートは、０．４２Å／秒であった。また、ガラス基板１のエッチングレートに対するハードマスク膜３のエッチングレートの比率（つまり「TaOハードマスク膜のエッチングレート／ガラス基板のエッチングレート」）は、０．８であった。実施例１でも説明したように、遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａを除去するときのドライエッチングでは、エッチングガスにフッ素系ガスのほかに塩素系ガスを混合させることで、上記エッチングレートの比率を高くすることができ、透光性基板１の表面が露出した透光部が掘り込まれるのを最小限に抑制しつつ、ハードマスク膜パターン３ａを確実に除去することができる。
【０１０２】
次に、図３（ｄ）の状態の基板上の全面に、スピン塗布法により、前記レジスト層を再び形成し、電子線描画機を用いて、所定のパターン（後の工程で透光性基板１に形成される堀込部のパターン）を描画した後、現像してレジストパターン５を形成した（図３（ｅ）参照）。
【０１０３】
続いて、この基板堀込部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、ドライエッチングを行い、上記ガラス基板１に所定の堀込部１ａを形成した（図３（ｆ）参照）。この場合のドライエッチングガスとしてはフッ素系ガス（ＣＦ４）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（ＣＦ４：Ｈｅ＝６０：４０（流量比））を用いた。なお、ガラス基板１のエッチングレートは、９Å／秒であった。基板堀込部１ａの堀込深さは、マスク完成時において堀込部の底面と非堀込部の底面との間の深さの差が位相シフト効果を生じさせる所定の深さとなるようにエッチング時間を調節した。
次いで、残存する上記レジストパターン５を剥離液で除去した。
【０１０４】
以上のようにして、図３（ｇ）に示すような、透光性基板１に形成された堀込部１ａ及び非堀込部からなる透光部と遮光膜パターン２ａで形成された遮光部とを備えた堀込レベンソン型位相シフトマスク２０を製造した。
【０１０５】
本実施例によって製造された堀込レベンソン型位相シフトマスクにおいても、微細な転写パターンを高精度で形成することができ、かつ基板堀込部および非堀込部の堀込深さに係る面内均一性を高めることができた。
また、本実施例によって製造された堀込レベンソン型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を半導体基板上にパターン転写することにより、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。
【０１０６】
（比較例１）
実施例１と同じマスクブランクを用いて、堀込レベンソン型位相シフトマスクを作製した。本比較例においては、上記実施例１における表面に露出している遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａをドライエッチングにより除去する工程（図２（ｇ））において、ドライエッチングガスとして、塩素ガスは含有しないフッ素系ガス（ＣＨＦ３）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（ＣＨＦ３：Ｈｅ＝３０：２０（流量比））を用いたこと以外は、上記実施例１と同様にして堀込レベンソン型位相シフトマスクを作製した。
【０１０７】
上記の塩素ガスは含有しないフッ素系ガス（ＣＨＦ３）とヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスを用いて、ハードマスク膜パターン３ａをドライエッチングにより除去する場合の、ガラス基板１のエッチングレートに対するハードマスク膜３のエッチングレートの比率（つまり「TaOハードマスク膜のエッチングレート／ガラス基板のエッチングレート」）は、０．２２であった。
【０１０８】
すなわち、実施例１のように遮光膜パターン２ａ上のハードマスク膜パターン３ａを除去するときのエッチングガスにフッ素系ガスのほかに塩素系ガスを含有する場合と比べて、上記エッチングレートは高くなるものの、ガラスとのエッチングレートの比率が低下してしまう。そのため、ハードマスク膜パターン３ａを確実に除去できるまでに要するエッチング時間が長くなり、透光性基板１の表面が露出した透光部（堀込部１ａ及び非堀込部）の堀込量も多くなってしまい、結果的に基板堀込部および非堀込部の堀込深さの面内均一性が低下してしまう。
【０１０９】
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様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【０１１０】
１  透光性基板
２  遮光膜
３  ハードマスク膜
４、５  レジスト膜（レジストパターン）
６  メインパターン
７  アライメントマーク
１０  マスクブランク
２０  堀込レベンソン型位相シフトマスク
【図１】
2016188882.tif 000003
【図２】
2016188882.tif 000004
【図３】
2016188882.tif 000005