特許 5940755 マスクブランク、位相シフトマスク、位相シフトマスクの製造方法および半導体デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5940755

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】マスクブランク、位相シフトマスク、位相シフトマスクの製造方法および半導体デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 1/32 20120101AFI20160616BHJP

   G03F 1/80 20120101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   G03F1/32

   G03F1/80

【請求項の数】13

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-507706(P2016-507706)

(86)(22)【出願日】2015年10月7日

(86)【国際出願番号】JP2015078471

【審査請求日】2016年2月12日

(31)【優先権主張番号】特願2014-265189(P2014-265189)

(32)【優先日】2014年12月26日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000113263

【氏名又は名称】ＨＯＹＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098268

【弁理士】

【氏名又は名称】永田 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100130384

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 孝文

(74)【代理人】

【識別番号】100150865

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 司

(72)【発明者】

【氏名】宍戸 博明

(72)【発明者】

【氏名】野澤 順

(72)【発明者】

【氏名】梶原 猛伯

【審査官】 植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１４５９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３１９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１２８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４１１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−５３４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０３Ｆ １／００〜１／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光を２％以上１０％未満の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で１５０度以上１９０度以下の位相差を生じさせる機能とを有し、
前記位相シフト膜は、前記透光性基板側から下層と上層が積層した構造を含み、
前記下層は、金属およびケイ素を含有し、酸素を実質的に含有しない材料で形成され、
前記上層は、金属、ケイ素、窒素および酸素を含有する材料で形成され、
前記下層の厚さは、前記上層の厚さよりも薄く、
前記上層における金属およびケイ素の合計含有量に対する金属の含有量の比率は、前記下層における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率よりも小さいことを特徴とするマスクブランク。

【請求項2】

前記上層は、前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率が７％以下であることを特徴とする請求項１記載のマスクブランク。

【請求項3】

前記下層は、前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率が８％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のマスクブランク。

【請求項4】

前記下層は、前記透光性基板の表面に接して形成されてい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マスクブランク。

【請求項5】

前記下層は、金属およびケイ素からなる材料で形成されてい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マスクブランク。

【請求項6】

前記位相シフト膜は、厚さが９０ｎｍ以下であ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マスクブランク。

【請求項7】

前記下層は、厚さが２ｎｍ以上であ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マスクブランク。

【請求項8】

前記上層は、表層にその表層を除いた部分の上層よりも酸素含有量が多い層を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のマスクブランク。

【請求項9】

前記位相シフト膜上に、遮光膜を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のマスクブランク。

【請求項10】

請求項９記載のマスクブランクの前記位相シフト膜に転写パターンが形成され、前記遮光膜に遮光帯パターンを含むパターンが形成されていることを特徴とする位相シフトマスク。

【請求項11】

請求項９記載のマスクブランクを用いた位相シフトマスクの製造方法であって、
ドライエッチングにより前記遮光膜に転写パターンを形成する工程と、
前記転写パターンを有する遮光膜をマスクとするドライエッチングにより前記位相シフト膜に転写パターンを形成する工程と、
遮光帯パターンを含むパターンを有するレジスト膜をマスクとするドライエッチングにより前記遮光膜に遮光帯パターンを含むパターンを形成する工程と
を備え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12】

請求項１０記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

【請求項13】

請求項１１記載の位相シフトマスクの製造方法により製造された位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マスクブランク、そのマスクブランクを用いた製造された位相シフトマスクおよびその製造方法に関するものである。また、本発明は、上記の位相シフトマスクを用いた半導体デバイスの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、半導体デバイスの製造工程では、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と呼ばれている基板が使用される。半導体デバイスのパターンを微細化するに当たっては、転写用マスクに形成されるマスクパターンの微細化に加え、フォトリソグラフィーで使用される露光光源の波長の短波長化が必要となる。半導体装置製造の際の露光光源としては、近年ではＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）から、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）へと短波長化が進んでいる。

【0003】

転写用マスクの種類としては、従来の透光性基板上にクロム系材料からなる遮光パターンを備えたバイナリマスクの他に、ハーフトーン型位相シフトマスクが知られている。ハーフトーン型位相シフトマスクの位相シフト膜には、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系の材料が広く用いられる。しかし、特許文献１に開示されているとおり、ＭｏＳｉ系膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する耐性（いわゆるＡｒＦ耐光性）が低いということが近年判明している。特許文献１では、パターンが形成された後のＭｏＳｉ系膜に対し、プラズマ処理、ＵＶ照射処理、または加熱処理を行い、ＭｏＳｉ系膜のパターンの表面に不動態膜を形成することで、ＡｒＦ耐光性が高められている。

【0004】

特許文献２には、遮光膜の黒欠陥部分に対して、二フッ化キセノン（ＸｅＦ_２）ガスを供給しつつ、その部分に電子線を照射することで黒欠陥部をエッチングして除去する欠陥修正技術（以下、このような電子線等の荷電粒子を照射して行う欠陥修正を単にＥＢ欠陥修正という。）が開示されている。このＥＢ欠陥修正は、当初、ＥＵＶリソグラフィ用の反射型マスクの吸収体膜における黒欠陥修正に用いられていたが、近年ではＭｏＳｉハーフトーンマスクの黒欠陥修正においても使用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−２１７５１４号公報

【特許文献2】特表２００４−５３７７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）を露光光に適用したフォトリソグラフィーで用いられるハーフトーン型位相シフトマスクにおいて、ハーフトーン位相シフト膜（以下、単に「位相シフト膜」という。）は、ＡｒＦ露光光を所定の透過率で透過する機能と、かつ位相シフト膜を透過するＡｒＦ露光光に対し、その位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した光との間で所定の位相差（位相シフト量）を生じさせる機能を同時に備える必要がある。以前より、ＡｒＦ露光光に対する透過率が１０％よりも低い特性を有する位相シフト膜が広く用いられてきている。また、位相シフト効果を大きくするために、位相シフト膜が有する位相シフト量については１８０度前後とすることが一般的である。単層構造（表層の酸化が避けられない領域を含んでいる単層構造。以下、特に表層の酸化領域について言及している場合を除き、単層構造は、表層に酸化領域を含んでいるものとする。）の位相シフト膜であり、上記のようなＡｒＦ露光光に対する透過率と位相シフト量の条件を同時に満たしつつ、より薄い厚さで形成することが可能な材料は、比較的限られている。モリブデンシリサイド窒化物（ＭｏＳｉＮ）からなる材料は、これらの条件を満たすものであり、これまで広く用いられてきている。

【0007】

このような位相シフト膜を備えるマスクブランクを用いて位相シフトマスクを作製する場合、そのマスク作製のプロセスにおいて、位相シフト膜の表面がエッチングガスや洗浄液に晒されることは避けがたい。マスクブランクを製造する段階で位相シフト膜の表層に予め不動態膜として酸化層を形成した場合であっても、エッチングガスや洗浄液によって位相シフト膜中のモリブデンが溶出することや位相シフト膜の内部に向かって酸化が更に進行することを完全に防止することは困難である。また、完成後の位相シフトマスクは、露光装置にセットされて継続使用されるが、定期的なマスク洗浄が必要となる。このマスク洗浄によって、位相シフト膜中のモリブデンが溶出することや位相シフト膜の内部に向かって酸化が更に進行することを完全に防止することは困難である。

【0008】

位相シフト膜において、膜中のモリブデンが溶出することや位相シフト膜の内部に向かって酸化が更に進行することが生じると、位相シフト膜の透過率および位相シフト量がともに変化する。位相シフト膜は、これらの変化量が小さい方が望ましい。透光性基板上に位相シフト膜を形成する段階で、位相シフト膜の全体にわたってある程度の酸素をあらかじめ含有させておくと、その後の位相シフト膜の透過率および位相シフト量の変化を抑制しやすい。また、位相シフト膜を形成する段階で、位相シフト膜のモリブデンの含有量を少なくする（例えば、モリブデンとケイ素の合計含有量［原子％］に対するモリブデンの含有量［原子％］の比率が７％以下。）ことによっても、その後の位相シフト膜の透過率および位相シフト量の変化を抑制しやすくなる。

【0009】

しかし、予め酸素を含有させたモリブデンシリサイド系材料の位相シフト膜、すなわち、ＭｏＳｉＯＮからなる単層構造の位相シフト膜を備えるマスクブランクの場合、以下の問題があることが明らかとなった。マスクブランクから位相シフトマスクを作製したときのマスク検査で位相シフト膜に黒欠陥が見つかった場合、ＥＢ欠陥修正を用いて修正することが増えてきている。ＭｏＳｉＯＮからなる単層構造の位相シフト膜の黒欠陥に対し、ＥＢ欠陥修正で修正を行う場合、位相シフト膜と透光性基板との境界を検出するためのエッチング終点の検出が、ＭｏＳｉＮからなる単層構造の位相シフト膜に比べて難しくなるということが新たに判明した。他方、位相シフト膜のモリブデンの含有量が少なくなると、位相シフト膜の黒欠陥に対して前記のＥＢ欠陥修正を行うときのエッチングレートが低下するという問題もある。これらの問題は、Ｍｏ以外の金属元素を用いた金属シリサイド酸窒化物においても同様に生じると考えられる。

【0010】

そこで、本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクにおいて、マスク作製プロセス時およびマスク洗浄時等における金属元素の溶出および表層の酸化のさらなる進行によって生じる露光光に対する透過率や位相シフト量の変化を低減しつつ、ＥＢ欠陥修正時における位相シフト膜と透光性基板との境界を検出するためのエッチング終点の検出が比較的容易であるマスクブランクを提供することを目的としている。また、このマスクブランクを用いて製造される位相シフトマスクを提供することを目的としている。さらに、このような位相シフトマスクを製造する方法を提供することを目的としている。そして、本発明は、このような位相シフトマスクを用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記の課題を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）
透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光を２％以上１０％未満の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で１５０度以上１９０度以下の位相差を生じさせる機能とを有し、
前記位相シフト膜は、前記透光性基板側から下層と上層が積層した構造を含み、
前記下層は、金属およびケイ素を含有し、酸素を実質的に含有しない材料で形成され、
前記上層は、金属、ケイ素、窒素および酸素を含有する材料で形成され、
前記下層の厚さは、前記上層の厚さよりも薄く、
前記上層における金属およびケイ素の合計含有量に対する金属の含有量の比率は、前記下層における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率よりも小さいことを特徴とするマスクブランク。

【0012】

（構成２）
前記上層は、前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率が７％以下であることを特徴とする構成１記載のマスクブランク。
（構成３）
前記下層は、前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率が８％以上であることを特徴とする構成１または２に記載のマスクブランク。

【0013】

（構成４）
前記下層は、前記透光性基板の表面に接して形成されていることを特徴とする構成１から３のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成５）
前記下層は、金属およびケイ素からなる材料で形成されていることを特徴とする構成１から４のいずれかに記載のマスクブランク。

【0014】

（構成６）
前記位相シフト膜は、厚さが９０ｎｍ以下であることを特徴とする構成１から５のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成７）
前記下層は、厚さが２ｎｍ以上であることを特徴とする構成１から６のいずれかに記載のマスクブランク。

【0015】

（構成８）
前記上層は、表層にその表層を除いた部分の上層よりも酸素含有量が多い層を有することを特徴とする構成１から７のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成９）
前記位相シフト膜上に、遮光膜を備えることを特徴とする構成１から８のいずれかに記載のマスクブランク。

【0016】

（構成１０）
構成９記載のマスクブランクの前記位相シフト膜に転写パターンが形成され、前記遮光膜に遮光帯パターンを含むパターンが形成されていることを特徴とする位相シフトマスク。

【0017】

（構成１１）
構成９記載のマスクブランクを用いた位相シフトマスクの製造方法であって、
ドライエッチングにより前記遮光膜に転写パターンを形成する工程と、
前記転写パターンを有する遮光膜をマスクとするドライエッチングにより前記位相シフト膜に転写パターンを形成する工程と、
遮光帯パターンを含むパターンを有するレジスト膜をマスクとするドライエッチングにより前記遮光膜に遮光帯パターンを含むパターンを形成する工程と
を備えることを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。

【0018】

（構成１２）
構成１０記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
（構成１３）
構成１１記載の位相シフトマスクの製造方法により製造された位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

【発明の効果】

【0019】

本発明のマスクブランクは、透光性基板上に金属およびケイ素を含有する材料からなる位相シフト膜を備えた構成を有しながらも、位相シフト膜からの金属元素の溶出および表層の酸化のさらなる進行によって生じる露光光に対する透過率や位相シフト量の変化を低減することができる。それに加え、この位相シフト膜は、ＥＢ欠陥修正を行ったときに位相シフト膜と透光性基板との境界を検出するためのエッチング終点の検出を容易とすることができ、欠陥修正が不十分な状態となることや、透光性基板を意図せず掘り込んでしまうことを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態におけるマスクブランクの構成を示す断面図である。

【図2】本発明の実施形態における位相シフトマスクの製造工程を示す断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の各実施の形態について説明する。
本発明者らは、ＭｏＳｉＯＮに代表される金属シリサイド酸窒化物からなる単層構造の位相シフト膜の構成をベースとして、所定の位相差（１５０度以上１９０度以下）を確保しつつ透過率を２％以上１０％未満とすることが可能である位相シフト膜であり、かつ、ＥＢ欠陥修正で修正を行ったときに位相シフト膜と透光性基板との境界を検出するためのエッチング終点の検出が容易である位相シフト膜について、鋭意研究を行った。

【0022】

ＥＢ欠陥修正では、黒欠陥に対して電子線を照射したときに、照射を受けた部分から放出されるオージェ電子、２次電子、特性Ｘ線、後方散乱電子の少なくともいずれか１つを検出し、その変化を見ることでエッチング終点を検出している。例えば、電子線の照射を受けた部分から放出されるオージェ電子を検出する場合には、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）によって、主に材料組成の変化を見ている。また、２次電子を検出する場合には、ＳＥＭ像から主に表面形状の変化を見ている。さらに、特性Ｘ線を検出する場合には、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）や波長分散Ｘ線分光法（ＷＤＸ）によって、主に材料組成の変化を見ている。後方散乱電子を検出する場合には、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）によって、主に材料の組成や結晶状態の変化を見ている。

【0023】

一般に、位相シフト膜を金属シリサイドの化合物で形成する場合、位相シフト膜に求められる光学特性の制約があるため、その材料における金属の含有量［原子％］を金属とケイ素の合計含有量［原子％］で除した比率［％］（以下、この比率を「Ｍ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率」という。）が少なくとも２０％以下である必要がある。つまり、以前から位相シフト膜中の金属の含有量は多くはなかった。

【0024】

従来のＭｏＳｉＮに代表される金属シリサイド窒化物からなる単層構造の位相シフト膜の場合、金属の含有量は比較的少ない（Ｍ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率が２０％以下。）が、ＥＢ欠陥修正において前記のいずれのエッチング終点検出方法を用いても、エッチング終点を検出することはできていた。しかし、上記のとおり、このような材料からなる位相シフト膜は、マスク作製プロセス時およびマスク洗浄時等における金属元素の溶出および表層の酸化のさらなる進行によって生じる透過率や位相シフト量の変化が比較的大きいという問題を抱えている。

【0025】

他方、金属シリサイド酸窒化物からなる単層構造の位相シフト膜の場合、透光性基板を構成する主要元素であるケイ素と酸素の両方を含むため、ＥＢ欠陥修正において前記のいずれのエッチング終点検出方法を用いても、エッチング終点の検出が難しいという問題を抱えている。また、エッチング選択性を確保することが難しくなるという問題がある。金属元素の溶出に伴う位相シフト膜の透過率および位相シフト量の変化を抑制するために、金属元素の含有量を少なくした構成（例えば、Ｍ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率が７％以下。）の場合、エッチング終点の検出およびエッチング選択性の確保が特に難しくなる。

【0026】

本発明者らは、酸素を実質的に含有しない金属シリサイド系材料（酸素非含有金属シリサイド系材料）からなる層と金属シリサイド酸窒化物からなる層を積層した構造の位相シフト膜とすることによって、各材料の層のそれぞれが有するメリットを生かしつつ、デメリットを解消できるのではないかと考えた。まず、酸素非含有金属シリサイド系材料からなる層を下層として透光性基板側に配置し、この下層の上に金属シリサイド酸窒化物からなる層を上層として積層した構造の位相シフト膜とすることとした。これにより、ＥＢ欠陥修正時に位相シフト膜と透光性基板との間におけるエッチング終点検出を容易にすることができるようになった。

【0027】

次に、位相シフト膜における金属シリサイド酸窒化物からなる上層のＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率を酸素非含有金属シリサイド系材料からなる下層のＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率よりも小さくするようにした。さらに、位相シフト膜における酸素非含有金属シリサイド系材料からなる下層の厚さを金属シリサイド酸窒化物からなる上層の厚さよりも薄くするようにした。エッチングガスや洗浄液に晒されやすい上層のＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率を下層のＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率よりも小さくし、かつ耐性の比較的高い上層の厚さを下層の厚さよりも厚くすることにより、従来よりも金属元素の溶出に伴う位相シフト膜の透過率および位相シフト量の変化を小さくすることができるようになった。

【0028】

一方、位相シフト膜の下層および上層において、各層の材料中に主構成元素（下層は、金属、ケイ素および窒素であり、上層は、金属、ケイ素、窒素および酸素。）以外の元素を含有させた場合であっても、位相シフト膜における主構成元素以外の元素の合計含有量が１０原子％以下の範囲であれば、位相シフト膜の光学的な諸特性やＥＢ欠陥修正に関連する諸特性に対する影響は小さく、許容できる範囲であることも分かった。以上のような位相シフト膜の構成とすることで、前記の技術的課題を解決できるという結論に至った。

【0029】

すなわち、本発明は、透光性基板上に位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、位相シフト膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光を２％以上１０％未満の透過率で透過させる機能と、位相シフト膜を透過した露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した露光光との間で１５０度以上１９０度以下の位相差を生じさせる機能とを有し、位相シフト膜は、透光性基板側から下層と上層が積層した構造を含み、下層は、金属およびケイ素を含有し、酸素を実質的に含有しない材料で形成され、上層は、金属、ケイ素、窒素および酸素を含有する材料で形成され、下層の厚さは、前記上層の厚さよりも薄く、上層における金属およびケイ素の合計含有量に対する金属の含有量の比率は、下層における金属およびケイ素の合計含有量に対する金属の含有量の比率よりも小さいことを特徴とするマスクブランクである。

【0030】

図１は、本発明の実施形態に係るマスクブランク１００の構成を示す断面図である。図１に示す本発明のマスクブランク１００は、透光性基板１上に、位相シフト膜２、遮光膜３およびハードマスク膜４がこの順に積層された構造を有する。

【0031】

位相シフト膜２には、ＡｒＦエキシマレーザーのような波長が２００ｎｍ以下の露光光（以下、ＡｒＦ露光光という。）に対する透過率が２％以上１０％未満であることが求められる。位相シフト膜２の内部を透過した露光光と空気中を透過した露光光との間で十分な位相シフト効果を生じさせるには、露光光に対する透過率が少なくとも２％は必要である。位相シフト膜２の露光光に対する透過率は、３％以上であると好ましく、４％以上であるとより好ましい。他方、位相シフト膜２の露光光に対する透過率が高くなるほど、マスクパターン設計時に行われる光学シミュレーションにおける電磁界効果に起因するバイアス（ＥＭＦバイアス）の計算負荷が大きくなる傾向がある。この点を考慮すると、位相シフト膜２の露光光に対する透過率は１０％未満であると好ましく、９％以下であるとより好ましく、８％以下であるとさらに好ましい。

【0032】

位相シフト膜２は、適切な位相シフト効果を得るために、透過するＡｒＦ露光光に対し、この位相シフト膜２の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した光との間で生じる位相差が１５０度以上１９０度以下の範囲になるように調整されていることが求められる。位相シフト膜２における前記位相差の下限値は、１６０度以上であることが好ましく、１７０度以上であるとより好ましい。他方、位相シフト膜２における前記位相差の上限値は、１８０度以下であることが好ましく、１７９度以下であるとより好ましい。位相シフト膜２にパターンを形成するときのドライエッチング時に、透光性基板１が微小にエッチングされることによる位相差の増加の影響を小さくするためである。また、近年の露光装置による位相シフトマスクへのＡｒＦ露光光の照射方式が、位相シフト膜２の膜面の垂直方向に対して所定角度で傾斜した方向からＡｒＦ露光光を入射させるものが増えてきているためでもある。

【0033】

位相シフト膜２は、透光性基板１側から、下層２１と上層２２が積層した構造を有する。位相シフト膜２の下層２１は、金属およびケイ素を含有し、酸素を実質的に含有しない材料で形成される。前記のとおり、下層２１は、ＥＢ欠陥修正時に位相シフト膜２と透光性基板１との間におけるエッチング終点検出を容易にするために設けられたものであり、位相シフト膜２の全体での厚さを薄くすることにも寄与する層である。このため、下層２１は、酸素を実質的に含有しない材料であることが必要とされる。ここで、酸素を実質的に含有しない材料とは、材料中の酸素含有量が少なくとも５原子％以下である材料である。下層２１の形成する材料の酸素含有量は、３原子％以下であると好ましく、Ｘ線光電子分光法等による組成分析を行ったときに検出下限値以下であるとより好ましい。下層２１は、金属およびケイ素からなる材料、または金属、ケイ素および窒素からなる材料で形成されていることがより好ましく、金属およびケイ素からなる材料で形成されているとより好ましい。

【0034】

下層２１を形成する材料中に含有させる金属元素としては、遷移金属元素であることが好ましい。この場合の遷移金属元素としては、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニッケル（Ｎｉ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）およびパラジウム（Ｐｄ）のうちいずれか１つ以上の金属元素が挙げられる。また、下層２１を形成する材料中に含有させる遷移金属元素以外の金属元素としては、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）およびガリウム（Ｇａ）などが挙げられる。下層２１を形成する材料には、前記の元素に加え、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、ホウ素（Ｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）およびアンチモン（Ｓｂ）等の元素が含まれてもよい。また、下層２１を形成する材料には、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）等の不活性ガスが含まれてもよい。

【0035】

下層２１が金属、ケイ素および窒素からなる材料で形成されている場合における窒素含有量は、２０原子％以下であると好ましく、１９原子％以上であるとより好ましく、１５原子％以下であるとさらに好ましい。一方、この場合における下層２１を形成する材料の窒素含有量は、５原子％以上であると好ましく、１０原子％以上であるとより好ましい。

【0036】

位相シフト膜２の上層２２は、金属、ケイ素、窒素および酸素を含有する材料で形成される。前記のとおり、位相シフト膜２の透過率および位相シフト量の変動を小さくするには、上層２２の形成時に酸素を含有させる必要がある。これらの点を考慮すると、上層２２の形成する材料の酸素含有量は、５原子％よりも多いことが好ましく、１０原子％以上であるとより好ましく、１２原子％以上であるとさらに好ましい。酸素は、材料中の含有量が多くなるにつれて、その材料の屈折率ｎおよび消衰係数ｋをともに低下させる傾向を有する。このため、上層２２中の酸素含有量が多くなるにつれて、位相シフト膜２の全体におけるＡｒＦ露光光に対する所定の透過率と位相差を確保するために必要となる位相シフト膜２の全体での厚さが厚くなっていく。これらの点を考慮すると、上層２２を形成する材料の酸素含有量は、３０原子％以下であると好ましく、２５原子％以下であるとより好ましく、２０原子％以下であるとさらに好ましい。

【0037】

窒素は、材料中の含有量が多くなるにつれて、その材料の屈折率ｎが相対的に上がる傾向を有し、消衰係数ｋが相対的に下がる傾向を有する。上層２２を形成する材料の窒素含有量は、２０原子％以上であると好ましく、２５原子％以上であるとより好ましく、３０原子％以上であるとさらに好ましい。一方、上層２２の形成する材料の窒素含有量は、５０原子％以下であると好ましく、４５原子％以下であるとより好ましく、４０原子％以下であるとさらに好ましい。

【0038】

上層２２における窒素および酸素の合計含有量は、下層２１における窒素および酸素の合計含有量よりも大きいことが求められる。上層２２における窒素および酸素の合計含有量から下層２１における窒素および酸素の合計含有量を引いた差が少なくとも１０原子％以上であることが好ましく、１５原子％以上であるとより好ましく、２０原子％以上であるとさらに好ましい。また、上層２２における窒素および酸素の合計含有量から下層２１における窒素および酸素の合計含有量を引いた差が少なくとも６０原子％以下であることが好ましく、５５原子％以上であるとより好ましく、５０原子％以上であるとさらに好ましい。

【0039】

下層２１は、透光性基板１の表面に接して形成されていることが好ましい。ＥＢ欠陥修正時において、透光性基板１と下層２１の間にＥＢ欠陥修正がしにくい材料の膜（例えば、クロム系材料の膜）がない方が好ましいためである。また、位相シフト膜２に下層２１を備えているため、ガラス材料の透光性基板１と下層２１が接していても、ＥＢ欠陥修正時に位相シフト膜２と透光性基板１との間におけるエッチング終点検出が比較的容易であるためである。

【0040】

上層２２におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率は、下層２１におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率よりも小さいことが求められる。上層２２は、透過率および位相シフト量の変動を抑制する必要があり、Ｍ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率は小さいことが求められるのに対し、下層２１は、ＥＢ欠陥修正時におけるエッチング終点検出を容易にする機能を有する必要があり、Ｍ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率は大きいことが求められるためである。下層２１におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率から上層２２におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率を引いた差が少なくとも２％以上であることが好ましく、５％以上であるとより好ましい。

【0041】

一方、下層２１におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率から上層２２におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率を引いた差が少なくとも１５％以下であることが好ましい。下層２１と上層２２の間において、Ｍ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率の差が１５％よりも大きいと、下層２１と上層２２の間におけるＥＢ欠陥修正におけるエッチングレートの差が大きくなってしまい、ＥＢ欠陥修正を行った部分の位相シフト膜２のパターン側壁形状に段差が生じやすくなる。下層２１におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率から上層２２におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率を引いた差は、１０％以下であるとより好ましく、８％以下であるとさらに好ましい。

【0042】

下層２１にＥＢ欠陥修正時におけるエッチング終点検出を容易にする機能を十分に発揮させるには、下層２１を形成する材料におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率は、少なくとも８％以上であることが求められ、９％以上であると好ましく、１０％以上であるとより好ましい。また、下層２１を形成する材料におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率は、少なくとも２０％以下であることが求められる。下層２１のＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率を２０％よりも大きくすると、下層２１の消衰係数ｋが高くなるため、位相シフト膜２の全体のおけるＡｒＦ露光光に対する透過率を所定範囲に調整するために下層２１の厚さを大幅に薄くする必要が生じる。下層２１の厚さが薄すぎると、ＥＢ欠陥修正時におけるエッチング終点検出を容易にする機能を下層２１に発揮させることが難しくなる。また、下層２１におけるＡｒＦ露光光の積算照射に対する耐性も低下する。下層２１を形成する材料におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率は、１５％以下であることが好ましく、１２％以下であるとより好ましい。

【0043】

位相シフト膜２の透過率および位相シフト量の変動を小さくするという観点から見ると、上層２２中に予め酸素を含有させることだけでなく、上層２２中の金属含有量を少なくすることが望まれる。しかし、位相シフト膜２の上層２２を形成する材料に屈折率ｎと消衰係数ｋの両方を高めることに寄与する金属元素を含有させないと、位相シフト膜２の全体の厚さが厚くなるという問題が生じる。また、上層２２をＤＣスパッタリング法で成膜する場合、金属シリサイドターゲットの導電性が低いことに起因する欠陥が増加するという問題もある。これらの点を考慮すると、上層２２におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率は２％以上とすることが好ましく、３％以上とするとより好ましい。他方、位相シフト膜２（上層２２）の透過率および位相シフト量の変動を小さくという観点から見ると、上層２２におけるＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率は７％以下とすることが好ましく、６％以下とするとより好ましく、５％以下とするとさらに好ましい。

【0044】

上層２２を形成する材料中に含有させる金属元素に関する事項、上層２２を形成する材料中に含有させる遷移金属元素以外の金属に関する事項、および上層２２を形成する材料に含有させるその他の元素に関する事項については、下層２１の場合と同様である。下層２１を形成する材料と上層２２を形成する材料は、ともに同じ金属元素を含有させることが好ましい。上層２２と下層２１は、同じエッチングガスを用いたドライエッチングによってパターニングされる。このため、上層２２と下層２１は、同じエッチングチャンバー内でエッチングすることが望ましい。上層２２と下層２１を形成する各材料に含有している金属元素が同じであると、上層２２から下層２１へドライエッチングする対象が変わっていくときのエッチングチャンバー内の環境変化を小さくすることができる。

【0045】

位相シフト膜２は、厚さが少なくとも９０ｎｍ以下であることが求められる。電磁界効果に係るバイアス（ＥＭＦバイアス）を小さくするためである。位相シフト膜２の厚さは、８５ｎｍ以下であることが好ましく、８０ｎｍ以下であるとより好ましい。また、位相シフト膜２の厚さは、５０ｎｍ以上であることが求められ、５５ｎｍ以上であると好ましく、６０ｎｍ以上であるとより好ましい。

【0046】

位相シフト膜２における下層２１の厚さは、上層２２の厚さよりも薄いことが求められる。下層２１の厚さを位相シフト膜２の全体の厚さの１／２よりも大きくすると、位相シフト膜２の全体でのＡｒＦ露光光に対する透過率を所定範囲にし、かつ所定の位相シフト量にすることを満たすことが難しくなる。下層２１の厚さは、位相シフト膜２の全体の厚さの１／３以下であると好ましく、１／５以下であるとより好ましい。また、下層２１の厚さは、位相シフト膜２の全体の厚さの１／３０以上であると好ましく、１／２０以上であるとより好ましく、１／１５以上であるとさらに好ましい。

【0047】

下層２１は、ＥＢ欠陥修正時に位相シフト膜２と透光性基板１との間におけるエッチング終点検出を容易にする機能等を発揮させるため、厚さが２ｎｍ以上であることが求められる。下層２１は、３ｎｍ以上であると好ましく、５ｎｍ以上であるとより好ましい。一方、下層２１は、厚すぎると、位相シフト膜２の全体におけるＡｒＦ露光光に対する透過率を１０％以下とすることが難しくなる。この点を考慮すると、下層２１は、厚さが３０ｎｍ以下であることが求められ、２５ｎｍ以下であると好ましく、２０ｎｍ以下であるとより好ましい。

【0048】

位相シフト膜２の全体において、前記の光学特性と膜の厚さに係る諸条件を満たすためには、下層２１と上層２２の光学特性を所定範囲内とすることが求められる。下層２１の屈折率ｎは、１．００以上であると好ましく、１．１０以上であるとより好ましい。また、下層２１の屈折率ｎは、１．９０以下であると好ましく、１．７０以下であるとより好ましい。下層２１の消衰係数ｋは、２．４０以上であると好ましく、２．６０以上であるとより好ましい。また、下層２１の消衰係数ｋは、３．３０以下であると好ましく、３．００以下であるとより好ましい。

【0049】

一方、上層２２の屈折率ｎは、２．００以上であると好ましく、２．１０以上であるとより好ましい。他方、上層２２の屈折率ｎは、２．６５以下であると好ましく、２．５５以下であるとより好ましい。上層２２の消衰係数ｋは、０．２０以上であると好ましく、０．３０以上であるとより好ましい。他方、上層２２の消衰係数ｋは、０．６０以下であると好ましく、０．５０以下であるとより好ましい。

【0050】

位相シフト膜２を含む薄膜の屈折率ｎと消衰係数ｋは、その薄膜の組成だけで決まるものではない。その薄膜の膜密度や結晶状態なども屈折率ｎや消衰係数ｋを左右する要素である。このため、反応性スパッタリングで薄膜を成膜するときの諸条件を調整して、その薄膜が所望の屈折率ｎおよび消衰係数ｋとなるように成膜する。下層２１と上層２２を、上記の屈折率ｎと消衰係数ｋの範囲にするには、反応性スパッタリングで成膜する際に、希ガスと反応性ガス（酸素ガス、窒素ガス等）の混合ガスの比率を調整することだけに限られない。反応性スパッタリングで成膜する際における成膜室内の圧力、スパッタターゲットに印加する電力、ターゲットと透光性基板１との間の距離等の位置関係など多岐にわたる。また、これらの成膜条件は成膜装置に固有のものであり、形成される下層２１および上層２２が所望の屈折率ｎおよび消衰係数ｋになるように適宜調整されるものである。

【0051】

位相シフト膜２における下層２１および上層２２は、スパッタリングによって形成されるが、ＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリングおよびイオンビームスパッタリングなどのいずれのスパッタリングも適用可能である。導電性が低いターゲットを用いる場合においては、ＲＦスパッタリングやイオンビームスパッタリングを適用することが好ましいが、成膜レートを考慮すると、ＲＦスパッタリングを適用するとより好ましい。

【0052】

位相シフト膜２における下層２１と上層２２をスパッタリングでそれぞれ形成する工程においては、下層２１と上層２２を同じ１つのターゲットによって形成することはできない。下層２１と上層２２のＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率が異なるためである。下層２１と上層２２をＭ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率が異なる２つのターゲットでそれぞれ形成する場合、同じ成膜室でそれぞれ形成してもよいし、異なる成膜室でそれぞれ形成してもよい。また、下層２１と上層２２をケイ素ターゲットと金属シリサイドターゲットを用い、各ターゲットに印加する電圧を変えるスパッタリングによって、Ｍ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率が異なる下層２１と上層２２を形成してもよい。さらに、下層２１と上層２２をケイ素ターゲットと金属シリサイドターゲットを用い、各ターゲットに印加する電圧を変えるスパッタリングによって、Ｍ／［Ｍ＋Ｓｉ］比率が異なる下層２１と上層２２を形成してもよい。なお、下層２１と上層２２を異なる成膜室で形成する場合においては、各成膜室同士をたとえば別の真空室を介して連結する構成とすることが好ましい。この場合、大気中の透光性基板１を真空室内に導入する際に経由させるロードロック室を真空室に連結することが好ましい。また、ロードロック室、真空室および各成膜室の間で透光性基板１を搬送するための搬送装置（ロボットハンド）を設けることが好ましい。

【0053】

上層２２は、表層にその表層を除いた部分の上層２２よりも酸素含有量が多い層（以下、単に表面酸化層という。）を有することが望ましい。上層２２の表面酸化層を形成する方法としては、種々の酸化処理が適用可能である。この酸化処理としては、例えば、大気中などの酸素を含有する気体中における加熱処理、酸素を含有する気体中におけるフラッシュランプ等による光照射処理、オゾンや酸素プラズマを最上層に接触させる処理などがあげられる。特に、位相シフト膜２の膜応力を低減する作用も同時に得られる加熱処理やフラッシュランプ等による光照射処理を用いて、上層２２に表面酸化層を形成することが好ましい。上層２２の表面酸化層は、厚さが１ｎｍ以上であることが好ましく、１．５ｎｍ以上であるとより好ましい。また、上層２２の表面酸化層は、厚さが５ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ以下であるとより好ましい。

【0054】

透光性基板１は、合成石英ガラスのほか、石英ガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、低熱膨張ガラス（ＳｉＯ_２−ＴｉＯ_２ガラス等）などで形成することができる。これらの中でも、合成石英ガラスは、ＡｒＦエキシマレーザー光に対する透過率が高く、マスクブランク１００の透光性基板１を形成する材料として特に好ましい。

【0055】

マスクブランク１００は、位相シフト膜２上に遮光膜３を備える。一般に、バイナリ型の転写用マスクでは、転写パターンが形成される領域（転写パターン形成領域）の外周領域は、露光装置を用いて半導体ウェハ上のレジスト膜に露光転写した際に外周領域を透過した露光光による影響をレジスト膜が受けないように、所定値以上の光学濃度（ＯＤ）を確保することが求められている。この点については、位相シフトマスクの場合も同じである。通常、位相シフトマスクを含む転写用マスクの外周領域では、ＯＤが３．０以上あると望ましいとされており、少なくとも２．８以上は必要とされている。位相シフト膜２は所定の透過率で露光光を透過する機能を有しており、位相シフト膜２だけでは所定値の光学濃度を確保することは困難である。このため、マスクブランク１００を製造する段階で位相シフト膜２の上に、不足する光学濃度を確保するために遮光膜３を積層しておくことが必要とされる。このようなマスクブランク１００の構成とすることで、位相シフトマスク２００（図２参照）を製造する途上で、位相シフト効果を使用する領域（基本的に転写パターン形成領域）の遮光膜３を除去すれば、外周領域に所定値の光学濃度が確保された位相シフトマスク２００を製造することができる。

【0056】

遮光膜３は、単層構造および２層以上の積層構造のいずれも適用可能である。また、単層構造の遮光膜および２層以上の積層構造の遮光膜の各層は、膜または層の厚さ方向でほぼ同じ組成である構成であっても、層の厚さ方向で組成傾斜した構成であってもよい。

【0057】

図１に記載の形態におけるマスクブランク１００は、位相シフト膜２の上に、他の膜を介さずに遮光膜３を積層した構成としている。この構成の場合の遮光膜３は、位相シフト膜２にパターンを形成する際に用いられるエッチングガスに対して十分なエッチング選択性を有する材料を適用する必要がある。この場合の遮光膜３は、クロムを含有する材料で形成することが好ましい。遮光膜３を形成するクロムを含有する材料としては、クロム金属のほか、クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素およびフッ素から選ばれる一以上の元素を含有する材料が挙げられる。一般に、クロム系材料は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスでエッチングされるが、クロム金属はこのエッチングガスに対するエッチングレートがあまり高くない。塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスのエッチングガスに対するエッチングレートを高める点を考慮すると、遮光膜３を形成する材料としては、クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素およびフッ素から選ばれる一以上の元素を含有する材料が好ましい。また、遮光膜３を形成するクロムを含有する材料にインジウム、モリブデンおよびスズのうち一以上の元素を含有させてもよい。インジウム、モリブデンおよびスズのうち一以上の元素を含有させることで、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスに対するエッチングレートをより速くすることができる。

【0058】

一方、本発明では、別の実施形態のマスクブランク１００として、位相シフト膜２と遮光膜３の間に別の膜（エッチングストッパー膜）を介する構成も含まれる。この場合においては、前記のクロムを含有する材料でエッチングストッパー膜を形成し、ケイ素を含有する材料またはタンタルを含有する材料で遮光膜３を形成する構成とすることが好ましい。

【0059】

遮光膜３を形成するケイ素を含有する材料には、遷移金属を含有させてもよく、遷移金属以外の金属元素を含有させてもよい。これは、このマスクブランク１００から位相シフトマスク２００を作製した場合、遮光膜３で形成されるパターンは、基本的に外周領域の遮光帯パターンであり、転写パターン領域に比べてＡｒＦ露光光が照射される積算量が少ないことや、この遮光膜３が微細パターンで残っていることは稀であり、ＡｒＦ耐光性が低くても実質的な問題は生じにくいためである。また、遮光膜３に遷移金属を含有させると、含有させない場合に比べて遮光性能が大きく向上し、遮光膜３の厚さを薄くすることが可能となるためである。遮光膜３に含有させる遷移金属としては、遷移金属としては、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニッケル（Ｎｉ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニオブ（Ｎｂ）、パラジウム（Ｐｄ）等のいずれか１つの金属またはこれらの金属の合金が挙げられる。

【0060】

マスクブランク１００において、遮光膜３の上に遮光膜３をエッチングするときに用いられるエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料で形成されたハードマスク膜４をさらに積層させた構成とすると好ましい。遮光膜３は、所定の光学濃度を確保する機能が必須であるため、その厚さを低減するには限界がある。ハードマスク膜４は、その直下の遮光膜３にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能することができるだけの膜の厚さがあれば十分であり、基本的に光学濃度の制限を受けない。このため、ハードマスク膜４の厚さは遮光膜３の厚さに比べて大幅に薄くすることができる。そして、有機系材料のレジスト膜は、このハードマスク膜４にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能するだけの膜の厚さがあれば十分であるので、従来よりも大幅に厚さを薄くすることができる。レジスト膜の薄膜化は、レジスト解像度の向上とパターン倒れ防止に効果があり、微細化要求に対応していく上で極めて重要である。

【0061】

このハードマスク膜４は、遮光膜３がクロムを含有する材料で形成されている場合は、前記のケイ素を含有する材料で形成されることが好ましい。なお、この場合のハードマスク膜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。なお、この場合のハードマスク膜４は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等で形成されるとより好ましい。

【0062】

また、遮光膜３がクロムを含有する材料で形成されている場合におけるハードマスク膜４の材料として、前記のほか、タンタルを含有する材料も適用可能である。この場合におけるタンタルを含有する材料としては、タンタル金属のほか、タンタルに窒素、酸素、ホウ素および炭素から選らばれる一以上の元素を含有させた材料などが挙げられる。たとえば、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＯ、ＴａＯＮ、ＴａＢＮ、ＴａＢＯ、ＴａＢＯＮ、ＴａＣＮ、ＴａＣＯ、ＴａＣＯＮ、ＴａＢＣＮ、ＴａＢＯＣＮなどが挙げられる。また、ハードマスク膜４は、遮光膜３がケイ素を含有する材料で形成されている場合、前記のクロムを含有する材料で形成されることが好ましい。

【0063】

マスクブランク１００において、ハードマスク膜４の表面に接して、有機系材料のレジスト膜が１００ｎｍ以下の膜厚で形成されていることが好ましい。ＤＲＡＭ ｈｐ３２ｎｍ世代に対応する微細パターンの場合、ハードマスク膜４に形成すべき転写パターン（位相シフトパターン）に、線幅が４０ｎｍのＳＲＡＦ（Sub-Resolution Assist Feature）が設けられることがある。しかし、この場合でも、レジストパターンの断面アスペクト比が１：２．５以下と低くすることができるので、レジスト膜の現像時、リンス時等にレジストパターンが倒壊や脱離することを抑制される。なお、レジスト膜は、膜厚が８０ｎｍ以下であるとより好ましい。

【0064】

この実施形態の位相シフトマスク２００は、マスクブランク１００の位相シフト膜２に転写パターン（位相シフトパターン２ａ）が形成され、遮光膜３に遮光帯パターンを含むパターンが形成されていることを特徴としている。マスクブランク１００にハードマスク膜４が設けられている構成の場合、この位相シフトマスク２００の作成途上でハードマスク膜４は除去される。

【0065】

本発明に係る位相シフトマスク２００の製造方法は、前記のマスクブランク１００を用いるものであり、ドライエッチングにより遮光膜３に転写パターンを形成する工程と、転写パターンを有する遮光膜３をマスクとするドライエッチングにより位相シフト膜２に転写パターンを形成する工程と、遮光帯パターンを含むパターンを有するレジスト膜（第２のレジストパターン）６ｂをマスクとするドライエッチングにより遮光膜３に遮光帯パターンを含むパターンを形成する工程とを備えることを特徴としている。以下、図２に示す製造工程にしたがって、本発明の位相シフトマスク２００の製造方法を説明する。なお、ここでは、遮光膜３の上にハードマスク膜４が積層したマスクブランク１００を用いた位相シフトマスク２００の製造方法について説明する。また、遮光膜３にはクロムを含有する材料を適用し、ハードマスク膜４にはケイ素を含有する材料を適用している。

【0066】

まず、マスクブランク１００におけるハードマスク膜４に接して、レジスト膜をスピン塗布法によって形成する。次に、レジスト膜に対して、位相シフト膜２に形成すべき転写パターン（位相シフトパターン）である第１のパターンを電子線で露光描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行い、位相シフトパターンを有するレジスト膜（第１のレジストパターン）５ａを形成した（図２（ａ）参照）。続いて、第１のレジストパターン５ａ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を行い、ハードマスク膜４に第１のパターン（ハードマスクパターン４ａ）を形成した（図２（ｂ）参照）。

【0067】

次に、第１のレジストパターン５ａを除去してから、ハードマスクパターン４ａをマスクとして、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を行い、遮光膜３に第１のパターン（遮光パターン３ａ）を形成する（図２（ｃ）参照）。続いて、遮光パターン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を行い、位相シフト膜２に第１のパターン（位相シフトパターン２ａ）を形成し、かつ同時にハードマスクパターン４ａも除去した（図２（ｄ）参照）。

【0068】

次に、マスクブランク１００上にレジスト膜をスピン塗布法によって形成した。次に、レジスト膜に対して、遮光膜３に形成すべきパターン（遮光パターン）である第２のパターンを電子線で露光描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行い、遮光パターンを有する第２のレジストパターン６ｂを形成した（図２（ｅ）参照）。続いて、第２のレジストパターン６ｂをマスクとして、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を行い、遮光膜３に第２のパターン（遮光パターン３ｂ）を形成した（図３（ｆ）参照）。さらに、第２のレジストパターン６ｂを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、位相シフトマスク２００を得た（図３（ｇ）参照）。

【0069】

前記のドライエッチングで使用される塩素系ガスとしては、Ｃｌが含まれていれば特に制限はない。たとえば、Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_２、ＣＨＣｌ_３、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＣｌ_４、ＢＣｌ_３等があげられる。また、前記のドライエッチングで使用されるフッ素系ガスとしては、Ｆが含まれていれば特に制限はない。たとえば、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＳＦ_６等があげられる。特に、Ｃを含まないフッ素系ガスは、ガラス基板に対するエッチングレートが比較的低いため、ガラス基板へのダメージをより小さくすることができる。

【0070】

本発明の位相シフトマスク２００は、前記のマスクブランク１００を用いて作製されたものである。このため、転写パターンが形成された位相シフト膜２（位相シフトパターン２ａ）はＡｒＦ露光光に対する透過率が２％以上１０％未満であり、かつ位相シフトパターン２ａを透過した露光光と位相シフトパターン２ａの厚さと同じ距離だけ空気中を通過した露光光との間における位相差が１５０度以上１９０度の範囲内となっている。

【0071】

すなわち、本発明の位相シフトマスク２００は、透光性基板１上に位相シフトパターン２ａを少なくとも備えている。その位相シフトパターン２ａは、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光を２％以上１０％未満の透過率で透過させる機能と、位相シフトパターン２ａを透過した露光光に対して位相シフトパターン２ａの厚さと同じ距離だけ空気中を通過した露光光との間で１５０度以上１９０度以下の位相差を生じさせる機能とを有している。その位相シフトパターン２ａは、透光性基板１側から下層２１と上層２２が積層した構造を含んでいる。その下層２１は、金属およびケイ素を含有し、酸素を実質的に含有しない材料で形成され、上層２２は、金属、ケイ素、窒素および酸素を含有する材料で形成されている。その下層２１の厚さは、上層２２の厚さよりも薄く、上層２２における金属およびケイ素の合計含有量に対する金属の含有量の比率は、下層２１における前記金属およびケイ素の合計含有量に対する前記金属の含有量の比率よりも小さい。なお、本発明の位相シフトマスク２００は、位相シフトパターン２ａ上に、遮光帯パターンを含む遮光パターン３ｂを備えてもよい。

【0072】

本発明の位相シフトマスク２００は、位相シフトパターン２ａが金属およびケイ素を含有する材料で形成されているにも関わらず、位相シフトパターン２ａからの金属元素の溶出および表層の酸化のさらなる進行によって生じる露光光に対する透過率や位相シフト量の変化を低減することができる。それに加え、位相シフトマスク２００の製造工程の途上で行われるマスク検査で発見された位相シフトパターン２ａの黒欠陥に対するＥＢ欠陥修正時において、エッチング終点を比較的容易に検出することができる。

【0073】

本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記の位相シフトマスク２００または前記のマスクブランク１００を用いて製造された位相シフトマスク２００を用い、半導体基板上のレジスト膜にパターンを露光転写することを特徴としている。このため、マスク洗浄の前後での位相シフトマスク２００の光学特性の変化が小さく、マスク洗浄後の位相シフトマスク２００を用いて半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写を行っても、半導体デバイス上のレジスト膜に設計仕様を十分に満たす精度でパターンを転写することができる。また、その作成途上で黒欠陥部分をＥＢ欠陥修正で修正した位相シフトマスク２００を用いて半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した場合においても、その位相シフトマスク２００の黒欠陥が存在していた位相シフトパターン部分に対応する半導体デバイス上のレジスト膜に転写不良が発生することがない。このため、このレジスト膜のパターンをマスクとして、下層膜をドライエッチングして回路パターンを形成した場合、精度不足や転写不良に起因する配線短絡や断線のない高精度の回路パターンを形成することができる。

【実施例】

【0074】

以下、実施例により、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
［マスクブランクの製造］
主表面の寸法が約１５２ｍｍ×約１５２ｍｍで、厚さが約６．３５ｍｍの合成石英ガラスからなる透光性基板１を準備した。この透光性基板１は、端面及び主表面を所定の表面粗さに研磨され、その後、所定の洗浄処理および乾燥処理を施されたものであった。

【0075】

次に、枚葉式ＤＣスパッタ装置内に透光性基板１を設置し、モリブデン（Ｍｏ）とケイ素（Ｓｉ）との混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１１原子％：８９原子％）を用い、アルゴン（Ａｒ）およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスをスパッタリングガスする反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、透光性基板１上に、モリブデンおよびケイ素からなる位相シフト膜２の下層２１（ＭｏＳｉ膜）を７ｎｍの厚さで形成した。

【0076】

次に、枚葉式ＤＣスパッタ装置内に下層２１が成膜された透光性基板１を設置し、モリブデン（Ｍｏ）とケイ素（Ｓｉ）との混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝４原子％：９６原子％）を用い、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスをスパッタリングガスする反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、下層２１上に、モリブデン、ケイ素、窒素および酸素からなる位相シフト膜２の上層２２（ＭｏＳｉＯＮ膜）を７２ｎｍの厚さで形成した。以上の手順により、透光性基板１の表面に接して下層２１と上層２２が積層した位相シフト膜２を７９ｎｍの厚さで形成した。

【0077】

次に、この位相シフト膜２が形成された透光性基板１に対して、位相シフト膜２の膜応力を低減するため、および表層に酸化層を形成するための加熱処理を行った。具体的には、加熱炉（電気炉）を用いて、大気中で加熱温度を４５０℃、加熱時間を１時間として、加熱処理を行った。別の透光性基板１の主表面に対して、同条件で下層２１と上層２２が積層した位相シフト膜２を成膜し、加熱処理を行ったものを準備した。位相シフト量測定装置（レーザーテック社製 ＭＰＭ１９３）を用いて、その位相シフト膜２の波長１９３ｎｍの光に対する透過率と位相差を測定したところ、透過率が６．１％、位相差が１７１．１度（ｄｅｇ）であった。また、この位相シフト膜２に対して、ＳＴＥＭとＥＤＸで分析したところ、位相シフト膜２の上層２２の表面から約１．５ｎｍ程度の厚さで酸化層が形成されていることが確認された。さらに、この位相シフト膜２の下層２１および上層２２の各光学特性を測定したところ、下層２１は屈折率ｎが１．１６、消衰係数ｋが２．９１であり、上層２２は、屈折率ｎが２．３８、消衰係数ｋが０．３２であった。また、位相シフト膜２の表面反射率（位相シフト膜２の表面側の反射率）は２０．６％、裏面反射率（透光性基板１側の反射率）は３６．２％であった。

【0078】

次に、枚葉式ＤＣスパッタ装置内に位相シフト膜２が形成された透光性基板１を設置し、クロム（Ｃｒ）ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ_２）およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（流量比 Ａｒ：ＣＯ_２：Ｎ_２：Ｈｅ＝２２：３９：６：３３，圧力＝０．２Ｐａ）をスパッタリングガスとし、ＤＣ電源の電力を１．９ｋＷとし、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、位相シフト膜２上にＣｒＯＣＮからなる遮光膜３の最下層を３０ｎｍの厚さで形成した。

【0079】

次に、同じクロム（Ｃｒ）ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）および窒素（Ｎ_２）の混合ガス（流量比 Ａｒ：Ｎ_２＝８３：１７，圧力＝０．１Ｐａ）をスパッタリングガスとし、ＤＣ電源の電力を１．４ｋＷとし、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、遮光膜３の最下層上にＣｒＮからなる遮光膜３の下層を４ｎｍの厚さで形成した。

【0080】

次に、同じクロム（Ｃｒ）ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ_２）およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス（流量比 Ａｒ：ＣＯ_２：Ｎ_２：Ｈｅ＝２１：３７：１１：３１，圧力＝０．２Ｐａ）をスパッタリングガスとし、ＤＣ電源の電力を１．９ｋＷとし、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、遮光膜３の下層上にＣｒＯＣＮからなる遮光膜３の上層を１４ｎｍの厚さで形成した。以上の手順により、位相シフト膜２側からＣｒＯＣＮからなる最下層、ＣｒＮからなる下層、ＣｒＯＣＮからなる上層の３層構造からなるクロム系材料の遮光膜３を合計膜厚４８ｎｍで形成した。なお、この位相シフト膜２と遮光膜３の積層構造における波長１９３ｎｍの光学濃度（ＯＤ）を測定したところ、３．０以上であった。

【0081】

さらに、枚葉式ＲＦスパッタ装置内に、位相シフト膜２および遮光膜３が積層された透光性基板１を設置し、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）ガスをスパッタリングガスとし、ＲＦスパッタリングにより遮光膜３の上に、ケイ素および酸素からなるハードマスク膜４を５ｎｍの厚さで形成した。以上の手順により、透光性基板１上に、２層構造の位相シフト膜２、遮光膜３およびハードマスク膜４が積層した構造を備えるマスクブランク１００を製造した。

【0082】

［位相シフトマスクの製造］
次に、この実施例１のマスクブランク１００を用い、以下の手順で実施例１の位相シフトマスク２００を作製した。最初に、ハードマスク膜４の表面にＨＭＤＳ処理を施した。続いて、スピン塗布法によって、ハードマスク膜４の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚８０ｎｍで形成した。次に、このレジスト膜に対して、位相シフト膜２に形成すべき位相シフトパターンである第１のパターンを電子線描画し、所定の現像処理および洗浄処理を行い、第１のパターンを有する第１のレジストパターン５ａを形成した（図２（ａ）参照）。なお、このとき電子線描画した第１のパターンには、位相シフト膜２に黒欠陥が形成されるように、本来形成されるべき位相シフトパターンのほかにプログラム欠陥を加えておいた。

【0083】

次に、第１のレジストパターン５ａをマスクとし、ＣＦ_４ガスを用いたドライエッチングを行い、ハードマスク膜４に第１のパターン（ハードマスクパターン４ａ）を形成した（図２（ｂ）参照）。

【0084】

次に、第１のレジストパターン５ａを除去した。続いて、ハードマスクパターン４ａをマスクとし、塩素と酸素の混合ガス（ガス流量比 Ｃｌ_２：Ｏ_２＝４：１）を用いたドライエッチングを行い、遮光膜３に第１のパターン（遮光パターン３ａ）を形成した（図２（ｃ）参照）。次に、遮光パターン３ａをマスクとし、フッ素系ガス（ＳＦ_６＋Ｈｅ）を用いたドライエッチングを行い、位相シフト膜２に第１のパターン（位相シフトパターン２ａ）を形成し、かつ同時にハードマスクパターン４ａを除去した（図２（ｄ）参照）。

【0085】

次に、遮光パターン３ａ上に、スピン塗布法によって、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚１５０ｎｍで形成した。次に、レジスト膜に対して、遮光膜３に形成すべきパターン（遮光パターン）である第２のパターンを露光描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行い、遮光パターンを有する第２のレジストパターン６ｂを形成した（図２（ｅ）参照）。続いて、第２のレジストパターン６ｂをマスクとして、塩素と酸素の混合ガス（ガス流量比 Ｃｌ_２：Ｏ_２＝４：１）を用いたドライエッチングを行い、遮光膜３に第２のパターン（遮光パターン３ｂ）を形成した（図２（ｆ）参照）。さらに、第２のレジストパターン６ｂを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、位相シフトマスク２００を得た（図２（ｇ）参照）。

【0086】

作製した実施例１のハーフトーン型の位相シフトマスク２００に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターン２ａに黒欠陥の存在が確認された。その黒欠陥部分に対してＥＢ欠陥修正を行ったところ、エッチング終点を容易に検出することができ、透光性基板１の表面へのエッチングを最小限にとどめることができた。

【0087】

ＥＢ欠陥修正を行った後の実施例１のハーフトーン型位相シフトマスク２００に対し、ＡＩＭＳ１９３（Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、波長１９３ｎｍの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を十分に満たしていた。また、ＥＢ欠陥修正を行った部分の転写像は、それ以外の領域の転写像に比べてそん色のないものであった。この結果から、ＥＢ欠陥修正を行った後の実施例１の位相シフトマスク２００を露光装置のマスクステージをセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したとしても、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンは高精度で形成できるといえる。

【0088】

（実施例２）
［マスクブランクの製造］
実施例２のマスクブランク１００は、位相シフト膜２以外については、実施例１と同様の手順で製造した。この実施例２の位相シフト膜２は、下層２１を形成する材料を変更し、下層２１と上層２２の各膜厚を変更している。具体的には、枚葉式ＤＣスパッタ装置内に透光性基板１を設置し、モリブデン（Ｍｏ）とケイ素（Ｓｉ）との混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１３原子％：８７原子％）を用い、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスをスパッタリングガスする反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、透光性基板１上に、モリブデン、ケイ素および窒素からなる位相シフト膜２の下層２１（ＭｏＳｉＮ膜）を７．７ｎｍの厚さで形成した。

【0089】

次に、枚葉式ＤＣスパッタ装置内に下層２１が成膜された透光性基板１を設置し、モリブデン（Ｍｏ）とケイ素（Ｓｉ）との混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝４原子％：９６原子％）を用い、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスをスパッタリングガスする反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、下層２１上に、モリブデン、ケイ素、窒素および酸素からなる位相シフト膜２の上層２２（ＭｏＳｉＯＮ膜）を７１．０ｎｍの厚さで形成した。以上の手順により、透光性基板１の表面に接して下層２１と上層２２が積層した位相シフト膜２を７８．７ｎｍの厚さで形成した。

【0090】

また、実施例１と同様の処理条件で、この実施例２の位相シフト膜２に対しても加熱処理を行った。別の透光性基板１の主表面に対して、同条件でこの実施例２の位相シフト膜２を成膜し、加熱処理を行ったものを準備した。位相シフト量測定装置（レーザーテック社製 ＭＰＭ１９３）を用いて、その位相シフト膜２の波長１９３ｎｍの光に対する透過率と位相差を測定したところ、透過率が６．１３％、位相差が１７０．５度（ｄｅｇ）であった。また、この位相シフト膜２に対して、ＳＴＥＭとＥＤＸで分析したところ、位相シフト膜２の上層２２の表面から約１．５ｎｍ程度の厚さで酸化層が形成されていることが確認された。さらに、この位相シフト膜２の下層２１および上層２２の各光学特性を測定したところ、下層２１は屈折率ｎが１．２０、消衰係数ｋが２．７８であり、上層２２は、屈折率ｎが２．３８、消衰係数ｋが０．３２であった。

【0091】

以上の手順により、透光性基板１上に、ＭｏＳｉＮの下層２１とＭｏＳｉＯＮの上層２２とからなる位相シフト膜２、遮光膜３およびハードマスク膜４が積層した構造を備える実施例２のマスクブランク１００を製造した。

【0092】

［位相シフトマスクの製造］
次に、この実施例２のマスクブランク１００を用い、実施例１と同様の手順で、実施例２の位相シフトマスク２００を作製した。

【0093】

作製した実施例２のハーフトーン型の位相シフトマスク２００に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターン２ａに黒欠陥の存在が確認された。その黒欠陥部分に対してＥＢ欠陥修正を行ったところ、エッチング終点を容易に検出することができ、透光性基板１の表面へのエッチングを最小限にとどめることができた。

【0094】

ＥＢ欠陥修正を行った後の実施例２のハーフトーン型位相シフトマスク２００に対し、ＡＩＭＳ１９３（Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、波長１９３ｎｍの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を十分に満たしていた。また、ＥＢ欠陥修正を行った部分の転写像は、それ以外の領域の転写像に比べてそん色のないものであった。この結果から、ＥＢ欠陥修正を行った後の実施例２の位相シフトマスク２００を露光装置のマスクステージをセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したとしても、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンは高精度で形成できるといえる。

【0095】

（実施例３）
［マスクブランクの製造］
実施例３のマスクブランク１００は、位相シフト膜２以外については、実施例１と同様の手順で製造した。この実施例３の位相シフト膜２は、下層２１を形成する材料を変更し、下層２１と上層２２の各膜厚を変更している。具体的には、枚葉式ＤＣスパッタ装置内に透光性基板１を設置し、モリブデン（Ｍｏ）とケイ素（Ｓｉ）との混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１３原子％：８７原子％）を用い、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスをスパッタリングガスする反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、透光性基板１上に、モリブデン、ケイ素および窒素からなる位相シフト膜２の下層２１（ＭｏＳｉＮ膜）を４．５ｎｍの厚さで形成した。

【0096】

次に、枚葉式ＤＣスパッタ装置内に下層２１が成膜された透光性基板１を設置し、モリブデン（Ｍｏ）とケイ素（Ｓｉ）との混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝４原子％：９６原子％）を用い、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスをスパッタリングガスする反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、下層２１上に、モリブデン、ケイ素、窒素および酸素からなる位相シフト膜２の上層２２（ＭｏＳｉＯＮ膜）を７２．１ｎｍの厚さで形成した。以上の手順により、透光性基板１の表面に接して下層２１と上層２２が積層した位相シフト膜２を７６．６ｎｍの厚さで形成した。

【0097】

また、実施例１と同様の処理条件で、この実施例３の位相シフト膜２に対しても加熱処理を行った。別の透光性基板１の主表面に対して、同条件でこの実施例２の位相シフト膜２を成膜し、加熱処理を行ったものを準備した。位相シフト量測定装置（レーザーテック社製 ＭＰＭ１９３）を用いて、その位相シフト膜２の波長１９３ｎｍの光に対する透過率と位相差を測定したところ、透過率が６．０８％、位相差が１７０．２度（ｄｅｇ）であった。また、この位相シフト膜２に対して、ＳＴＥＭとＥＤＸで分析したところ、位相シフト膜２の上層２２の表面から約１．５ｎｍ程度の厚さで酸化層が形成されていることが確認された。さらに、この位相シフト膜２の下層２１および上層２２の各光学特性を測定したところ、下層２１は屈折率ｎが１．５２、消衰係数ｋが２．７３であり、上層２２は、屈折率ｎが２．３８、消衰係数ｋが０．３２であった。

【0098】

以上の手順により、透光性基板１上に、ＭｏＳｉＮの下層２１とＭｏＳｉＯＮの上層２２とからなる位相シフト膜２、遮光膜３およびハードマスク膜４が積層した構造を備える実施例３のマスクブランク１００を製造した。

【0099】

［位相シフトマスクの製造］
次に、この実施例３のマスクブランク１００を用い、実施例１と同様の手順で、実施例３の位相シフトマスク２００を作製した。

【0100】

作製した実施例３のハーフトーン型の位相シフトマスク２００に対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターン２ａに黒欠陥の存在が確認された。その黒欠陥部分に対してＥＢ欠陥修正を行ったところ、エッチング終点を容易に検出することができ、透光性基板１の表面へのエッチングを最小限にとどめることができた。

【0101】

ＥＢ欠陥修正を行った後の実施例２のハーフトーン型位相シフトマスク２００に対し、ＡＩＭＳ１９３（Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、波長１９３ｎｍの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を十分に満たしていた。また、ＥＢ欠陥修正を行った部分の転写像は、それ以外の領域の転写像に比べてそん色のないものであった。この結果から、ＥＢ欠陥修正を行った後の実施例３の位相シフトマスク２００を露光装置のマスクステージをセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したとしても、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンは高精度で形成できるといえる。

【0102】

（比較例１）
［マスクブランクの製造］
この比較例１のマスクブランクは、位相シフト膜２以外については、実施例１と同様の手順で製造した。この比較例１の位相シフト膜２は、モリブデン、ケイ素、窒素および酸素からなる単層構造の膜を適用した。具体的には、枚葉式ＤＣスパッタ装置内に透光性基板１を設置し、モリブデン（Ｍｏ）とケイ素（Ｓｉ）との混合焼結ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝４原子％：９６原子％）を用い、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガスをスパッタリングガスとする反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、モリブデン、ケイ素、窒素および酸素からなる位相シフト膜２を６６ｎｍの厚さで形成した。

【0103】

また、実施例１と同様の処理条件で、この位相シフト膜２に対しても加熱処理を行った。別の透光性基板１の主表面に対して、同条件でこの比較例１の位相シフト膜２を成膜し、加熱処理を行ったものを準備した。位相シフト量測定装置（レーザーテック社製 ＭＰＭ１９３）を用いて、その位相シフト膜２の波長１９３ｎｍの光に対する透過率と位相差を測定したところ、透過率が１２．１％、位相差が１７７．１度（ｄｅｇ）であった。また、位相シフト膜２に対して、ＳＴＥＭとＥＤＸで分析したところ、位相シフト膜２の表面から約１．７ｎｍ程度の厚さで酸化層が形成されていることが確認された。さらに、この位相シフト膜２の各光学特性を測定したところ、屈折率ｎが２．４８、消衰係数ｋが０．４５であった。

【0104】

以上の手順により、透光性基板１上に、ＭｏＳｉＯＮからなる位相シフト膜２、遮光膜３およびハードマスク膜４が積層した構造を備える比較例１のマスクブランクを製造した。

【0105】

［位相シフトマスクの製造］
次に、この比較例１のマスクブランクを用い、実施例１と同様の手順で、比較例１の位相シフトマスクを作製した。

【0106】

作製した比較例１のハーフトーン型の位相シフトマスクに対してマスク検査装置によってマスクパターンの検査を行ったところ、プログラム欠陥を配置していた箇所の位相シフトパターン２ａに黒欠陥の存在が確認された。その黒欠陥部分に対してＥＢ欠陥修正を行ったところ、エッチング終点を検出することが難しく、透光性基板１の表面からエッチングが進んでしまった。

【0107】

ＥＢ欠陥修正を行った後の実施例１のハーフトーン型位相シフトマスク２００に対し、ＡＩＭＳ１９３（Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、波長１９３ｎｍの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、ＥＢ欠陥修正を行った部分以外では、概ね設計仕様を十分に満たしていた。しかし、ＥＢ欠陥修正を行った部分の転写像は、透光性基板１へのエッチングの影響等に起因して転写不良が発生するレベルのものであった。この結果から、ＥＢ欠陥修正を行った後の比較例１の位相シフトマスクを露光装置のマスクステージをセットし、半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写した場合、最終的に半導体デバイス上に形成される回路パターンには、回路パターンの断線や短絡が発生することが予想される。

【符号の説明】

【0108】

１ 透光性基板
２ 位相シフト膜
２１ 下層
２２ 上層
２ａ 位相シフトパターン
３ 遮光膜
３ａ，３ｂ 遮光パターン
４ ハードマスク膜
４ａ ハードマスクパターン
５ａ 第１のレジストパターン
６ｂ 第２のレジストパターン
１００ マスクブランク
２００ 位相シフトマスク

【要約】

ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する透過率や位相シフト量の変化が抑制された位相シフト膜であり、かつＥＢ欠陥修正を行った時に透光性基板との境界を検出するためのエッチング終点の検出が容易な位相シフト膜を備えるマスクブランクを提供する。
位相シフト膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光を２％以上１０％未満の透過率で透過させる機能と、位相シフト膜を透過した前記露光光に対して位相シフト膜の厚さと同じ距離空気中を通過した前記露光光の間で１５０度以上１９０度以下の位相差を生じさせる機能を有し、位相シフト膜は下層と上層が積層した構造を含み、下層は金属及びケイ素を含有し、酸素を実質的に含有しない材料で形成され、上層は金属、ケイ素、窒素及び酸素を含有する材料で形成され、下層の厚さは上層より薄く、上層の金属及びケイ素の合計含有量に対する金属の含有量の比率は、下層より小さい。

【図1】

【図2】