JP2021067908A - マスクブランク、転写用マスク、及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マスクブランクから製造された転写用マスクを用いて半導体ウェハ上のレジスト膜に対してＡｒＦ露光光での繰り返しの露光転写を行ったときに、露光転写の繰り返し回数の増加数に対する薄膜パターンの平面視の位置の移動量の変化幅が低減されているマスクブランクを提供する。【解決手段】ガラス基板上に、パターン形成用の薄膜を備えるマスクブランクであって、前記薄膜を備えるガラス基板に対してＡｒＦエキシマレーザーの光を２ｍＪ／ｐｕｌｓｅかつ５００ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃの照射条件で照射し、前記光の照射時間ｔと、前記光の照射前後の前記ガラス基板の温度変化ΔＴとを測定したとき、式（１）の関係を満たすことを特徴とするマスクブランク。式（１）：ΔＴ＜−３．５７６×１０−５×ｔ２＋２．８６７×１０−２×ｔ＋０．５８９【選択図】図３

Description

本発明は、マスクブランク、転写用マスク、及び半導体デバイスの製造方法に関する。

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。

特許文献１には、フォトリソグラフィー工程の過程で照射される光エネルギーの相当量が光遮断パターンによって吸収されること、さらにこれに起因して生じる現象が開示されている。すなわち、この光エネルギーを吸収することによって、光遮断パターン内に熱が発生する。その光遮断パターンから発生する熱は透光基板に伝達され、その結果、透光基板が温度上昇によって膨脹する現象が発生する。さらに、このような透光基板の膨脹によってフォトマスクのパターンの位置精度誤差が発生する。これによってウェハとフォトマスクとの間のオーバーレイ精度が確保できなくなる場合がある。

特開２０１５−１５２９２４号公報

昨今、半導体デバイスの微細化がさらに進み、マルチプルパターニング技術等の露光技術の適用も始まっている。１つの半導体デバイスを製造するのに用いられる転写用マスクセットの各転写用マスク同士における重ね合わせ精度に対する要求がより厳しくなってきている。このため、特許文献１に開示されている透光基板の膨張に伴うフォトマスクのパターンの位置精度誤差を低減することがより重要になってきている。

特許文献１では、この技術的課題を解決するために、フォトマスクブランクの透光基板と光遮断層の間に露光光を高い反射率で反射する高反射物質層を設けることが行われている。すなわち、高反射物質層と光遮断層の積層構造からなる薄膜パターンを透光基板（ガラス基板）上に形成したフォトマスクとすることが提案されている。この薄膜パターンは、遮光膜に適用した例、ハーフトーン位相シフト膜の場合にも適用できることも記載されている。特許文献１では、フォトマスクのガラス基板側から露光光を入射させたときの裏面反射率と、薄膜パターンを透過してガラス基板側とは反対側の表面から出射した露光光の透過率から、薄膜パターンが露光光を吸収した吸収率を導き出している。そして、この吸収率から薄膜パターンの発熱とそれに伴うガラス基板の熱膨張を推定している。

一般に、転写用マスクの微細なパターンをウェハ上のレジスト膜に露光転写する場合、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が用いられる。ステップ・アンド・スキャン方式の露光転写では、スリットを通過した細長い形状の露光光が用いられる。転写用マスクが設置されたマスクステージが一方向に移動することで、露光光が転写用マスクの薄膜パターン（転写パターン）が形成されている領域に対してスキャンするように照射される。さらに、露光転写時、ウェハステージがマスクステージと同期してマスクステージの移動方向と反対方向に移動する。この一連の動作によって、ウェハステージ上の半導体ウェハのレジスト膜の１チップの領域内に、転写用マスクの微細な薄膜パターンが露光転写される。そして、その１チップの領域内に対する露光転写が終わると、ウェハステージが作動して、隣接する１チップの領域に露光光が照射されるようにウェハの位置をステップ移動する。その後、同様の動作によって、その隣接する１チップの領域のレジスト膜に微細な転写パターンが露光転写される。この動作を繰り返し行われることで、１枚の半導体ウェハ上にあるレジスト膜の全てのチップ領域に対して微細なパターンが露光転写される。

上記のとおり、ステップ・アンド・スキャン方式の露光転写では、半導体ウェハ上のレジスト膜の１チップの領域に対して露光光が照射されている間、転写マスクのパターンが形成されている薄膜の全ての領域に対して露光光が連続で照射されているわけではない。しかし、スループットの向上の観点や、転写パターンの微細化による露光光の通過光量の低下の観点から、露光光の照射量を従来よりも増加させている。このため、転写用マスクの露光光が照射された薄膜パターンの領域での発熱量は大きい。この薄膜パターンで発生する熱がガラス基板に伝達され、その熱によってガラス基板の熱膨張が起きる。それによって、そのガラス基板上での薄膜パターンの移動が起こる。

この薄膜パターンからガラス基板に伝達する熱が大きいことに加え、半導体ウェハ上にあるレジスト膜の１つ目のチップ領域への露光転写が行われてから、それに隣接する２つ目のチップ領域への露光転写が行われるまでの間隔が短い。このため、１つ目のチップ領域への露光転写が行われたときに生じた薄膜パターンおよびガラス基板の温度上昇が元に戻らないうちに、２つ目のチップ領域への露光転写が行われることになり、ガラス基板の温度がさらに上昇することになる。そして、１枚の半導体ウェハ上にあるレジスト膜の全てのチップ領域に対するパターンの露光転写が終わるまでの間、少なくとも転写用マスクのガラス基板の温度は上がり続けることになる。これによって、各チップ領域に対する繰り返しの露光転写を続けるに従い、転写用マスクのガラス基板の熱膨張量は大きくなっていく。さらに、そのガラス基板上にある薄膜パターンの平面視での移動量も大きくなっていく。

このような転写用マスクを用いた場合、半導体ウェハ上のレジスト膜に対する露光転写の繰り返し回数が増えるに従い、薄膜パターンのＡｒＦ露光光の照射前後の平面視の位置の変化量が大きくなる問題がある。露光転写の繰り返し回数の増加数に対する薄膜パターンの平面視の位置の移動量の変化幅が大きすぎる場合、その薄膜パターンの平面視の位置の移動量を予め考慮して薄膜パターンを設計しても、レジスト膜に形成される転写パターンの転写精度を向上させることは難しくなる。

本発明は、ガラス基板上にパターン形成用の薄膜を備えたマスクブランクにおいて、このマスクブランクから製造された転写用マスクを用い、半導体ウェハ上のレジスト膜に対してＡｒＦエキシマレーザーの露光光（以下、ＡｒＦ露光光という場合がある。）での繰り返しの露光転写を行ったとき、露光転写の繰り返し回数の増加数に対する薄膜パターンの平面視の位置の移動量の変化幅を低減することができ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転写用マスクを提供することを目的としている。そして、本発明は、このような転写用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。
ることを目的としている。

本発明は上記の課題を解決する手段として、以下の構成を有する。

（構成１）
ガラス基板上に、パターン形成用の薄膜を備えるマスクブランクであって、
前記薄膜を備えるガラス基板に対してＡｒＦエキシマレーザーの光を２ｍＪ／ｐｕｌｓｅかつ５００ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃの照射条件で照射し、前記光の照射時間ｔと、前記光の照射前後の前記ガラス基板の温度変化ΔＴとを測定したとき、式（１）の関係を満たす
ことを特徴とするマスクブランク。
式（１）：ΔＴ＜−３．５７６×１０^−５×ｔ^２＋２．８６７×１０^−２×ｔ＋０．５８９

（構成２）
前記薄膜は、前記光の透過率が２０％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）
前記ガラス基板の線膨張係数は、５．０×１０^−７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。

（構成４）
前記薄膜は、金属およびケイ素の少なくともいずれかを含有する材料からな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）
前記ガラス基板は、合成石英からな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。

（構成６）
前記薄膜は、前記光を１％以上の透過率で透過させる機能と、前記薄膜を透過した前記光に対して前記薄膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能とを有する位相シフト膜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）
前記光に対する前記薄膜の前記ガラス基板側の反射率は、２０％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。

（構成８）
ガラス基板上に、転写パターンを有する薄膜を備える転写用マスクであって、
前記薄膜を備えるガラス基板に対してＡｒＦエキシマレーザーの光を２ｍＪ／ｐｕｌｓｅかつ５００ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃの照射条件で照射し、前記光の照射時間ｔと、前記光の照射前後の前記ガラス基板の温度変化ΔＴとを測定したとき、式（１）の関係を満たす
ことを特徴とする転写用マスク。
式（１）：ΔＴ＜−３．５７６×１０^−５×ｔ^２＋２．８６７×１０^−２×ｔ＋０．５８９
（構成９）
前記薄膜は、前記光の透過率が２０％以下であることを特徴とする構成８記載の転写用マスク。

（構成１０）
前記ガラス基板の線膨張係数は、５．０×１０^−７以上であることを特徴とする構成８または９に記載の転写用マスク。

（構成１１）
前記薄膜は、金属およびケイ素の少なくともいずれかを含有する材料からなることを特徴とする構成８から１０のいずれかに記載の転写用マスク。
（構成１２）
前記ガラス基板は、合成石英からなることを特徴とする構成８から１１のいずれかに記載の転写用マスク。

（構成１３）
前記薄膜は、前記光を１％以上の透過率で透過させる機能と、前記薄膜を透過した前記光に対して前記薄膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能とを有する位相シフト膜であることを特徴とする構成８から１２のいずれかに記載の転写用マスク。
（構成１４）
前記光に対する前記薄膜の前記ガラス基板側の反射率は、２０％以上であることを特徴とする構成８から１３のいずれかに記載の転写用マスク。

（構成１５）
構成８から１４のいずれかに記載の転写用マスクに対し、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光を照射して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。

本発明のマスクブランクは、ガラス基板上にパターン形成用の薄膜を備えたマスクブランクであって、このマスクブランクから製造された転写用マスクを用いて半導体ウェハ上のレジスト膜に対してＡｒＦ露光光での繰り返しの露光転写を行ったとき、露光転写の繰り返し回数の増加数に対する薄膜パターンの平面視の位置の移動量の変化幅を低減することができる。さらに、この転写用マスクを用いた半導体デバイスの製造において、半導体デバイス上のレジスト膜等に精度良好にパターンを転写することが可能になる。

マスクブランクの実施形態の断面概略図である。 転写用マスクの製造工程を示す断面概略図である。 実施例１、２、比較例１、２におけるそれぞれの位相シフトマスクについて、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間とガラス基板の温度上昇との関係を示すグラフである。 ＡｒＦエキシマレーザー光の照射試験装置の模式図である。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、まず本発明に至った経緯について説明する。本発明者は、ガラス基板上に薄膜パターンを備えた転写用マスクを用いてＡｒＦ露光光での繰り返しの露光転写を行ったときに、露光転写の繰り返し回数の増加数に対する薄膜パターンの平面視の位置の移動量の変化幅を低減することができる転写用マスク（その転写用マスクを製造するために用いられるマスクブランク。）の構成について鋭意検討した。その結果、ＡｒＦエキシマレーザーの光の照射時間の変化幅に対する薄膜パターンの温度上昇の変化幅（その薄膜パターンが接しているガラス基板の温度上昇の変化幅と実質同じ。）を小さくする（すなわち、ＡｒＦエキシマレーザーの光の照射時間に対する薄膜パターンの温度上昇の傾きを小さくする。）ことによって、上記の技術的課題を解決できるという考えに至った。

しかし、同じステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であっても装置構成の相違によって、転写用マスクの照射するＡｒＦ露光光の照射条件は変わる。また、同じ露光装置であっても、使用する転写用マスクの薄膜パターンの形状や半導体ウェハ上のレジスト膜の材料等によってもＡｒＦ露光光の照射条件は変わる。このため、転写用マスクのＡｒＦエキシマレーザーの光の照射時間と、薄膜パターン（ガラス基板）の温度上昇との間の関係を規定するには、ＡｒＦエキシマレーザーの光の照射条件を選定が必要である。ＡｒＦ露光光の照射条件に関わらず、ＡｒＦエキシマレーザーの光の照射時間に対する薄膜パターンの温度上昇の傾きを小さくするには、実際の露光装置での照射条件よりも厳しい条件を設定することが求められる。この点を考慮し、ＡｒＦエキシマレーザーの光の照射条件を薄膜パターンの同じ領域に連続的に照射することにした。ＡｒＦエキシマレーザーは、パルスレーザーであるので厳密には間欠的な照射である。ここでの連続的な照射とは、このパルスレーザーであるＡｒＦエキシマレーザーの光を薄膜パターンの同じ領域に照射し続けることをいう。

その前提でさらに鋭意研究を行った結果、ＡｒＦエキシマレーザーの光を２ｍＪ／ｐｕｌｓｅかつ５００ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃの照射条件を設定するという考えに至った。そして、この照射条件における、それぞれのマスクブランクに対するＡｒＦ露光光の照射時間と温度上昇との関係を調べ、ガラス基板の熱膨張及び照射前後のパターンシフト量を測定した。その結果、上記の照射条件において、光の照射時間ｔと、前記光の照射前後の前記ガラス基板の温度変化ΔＴとを測定したとき、下記の式（１）の関係を満たすものであれば、ガラス基板上にパターンが形成された薄膜に対してＡｒＦ露光光が照射されたとき、薄膜の発熱によって生じるガラス基板の温度上昇の傾きが小さくなるような転写用マスクを提供することができることを見出した。ここで、式（１）は、
ΔＴ＜−３．５７６×１０^−５×ｔ^２＋２．８６７×１０^−２×ｔ＋０．５８９
である。

以下、図面に基づいて、上述した本発明の詳細な構成を説明する。なお、各図において同様の構成要素には同一の符号を付して説明を行う。

〈マスクブランク〉
図１に、マスクブランクの実施形態の概略構成を示す。本実施形態においては、パターン形成用の薄膜を位相シフト膜とした場合について説明する。なお、パターン形成用の薄膜はこれに限定されるものではなく、例えば前記薄膜を遮光膜としてもよい。
図１に示すマスクブランク１００は、ガラス基板１における一方の主表面上に、位相シフト膜２、遮光膜３、及び、ハードマスク膜４がこの順に積層された構成である。マスクブランク１００は、必要に応じてハードマスク膜４を設けない構成であってもよい。また、マスクブランク１００は、ハードマスク膜４上に、必要に応じてレジスト膜を積層させた構成であってもよい。以下、マスクブランク１００の主要構成部の詳細を説明する。

［ガラス基板］
ガラス基板１は、リソグラフィーにおける露光工程で用いられる露光光に対して透過性が良好な材料で形成される。このような材料としては、合成石英ガラス、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）、その他各種のガラス基板を用いることができる。特に、合成石英ガラスからなる基板は、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長：約１９３ｎｍ）に対する透過性が高いので、マスクブランク１００のガラス基板１として好適に用いることができる。
また、ガラス基板１の線膨張係数は、５．０×１０^−７以上である。
尚、ここで言うリソグラフィーにおける露光工程とは、このマスクブランク１００を用いて作製された位相シフトマスクを使用したリソグラフィーにおける露光工程であり、露光光とは、特に断りの無い限り、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長：１９３ｎｍ）を指すものとする。
ガラス基板１を形成する材料の露光光における屈折率は、１．５以上１．６以下であることが好ましく、１．５２以上１．５９以下であるとより好ましく、１．５４以上１．５８以下であるとさらに好ましい。

［位相シフト膜］
位相シフト膜２には、ＡｒＦ露光光に対する透過率が１％以上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１％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につれて、裏面反射率を高めることが難しくなる。このため、位相シフト膜２の露光光に対する透過率は、３０％以下であると好ましく、２０％以下であるとより好ましく、１０％以下であるとさらに好ましい。

位相シフト膜２は、適切な位相シフト効果を得るために、この位相シフト膜２を透過した露光光に対し、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露光光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能を有するように調整されていることが好ましい。位相シフト膜２における前記位相差は、１５５度以上であることがより好ましく、１６０度以上であるとさらに好ましい。他方、位相シフト膜２における位相差は、１９５度以下であることがより好ましく、１９０度以下であるとさらに好ましい。

位相シフト膜２は、ガラス基板１上に位相シフト膜２のみが存在する状態において、ＡｒＦ露光光に対するガラス基板１側（裏面側）の反射率（裏面反射率）が少なくとも２０％以上であることが求められ、２５％以上であると好ましく、３０％以上であるとより好ましい。ガラス基板１上に位相シフト膜２のみが存在する状態とは、このマスクブランク１００から位相シフトマスク２００（図２（ｇ）参照）を製造した時に、位相シフトパターン２ａの上に遮光パターン３ｂが積層していない状態（遮光パターン３ｂが積層していない位相シフトパターン２ａの領域）のことをいう。ガラス基板１側から位相シフト膜２に対して照射されたＡｒＦ露光光は、大別すると、ガラス基板１と位相シフト膜２との界面で反射光として一部が反射され、位相シフト膜２の内部で一部が吸収され、位相シフト膜２の反対側の表面（ガラス基板１側とは反対側の表面。）から大気中に透過光として出射する。位相シフト膜２は、ＡｒＦ露光光を所定の透過率で透過させることが求められる。そして、その所定の透過率を超えた透過率で透過させることはできないか、もしくは行わない。位相シフト膜２の内部で吸収された光は、ほとんどが熱に変換される。位相シフト膜２の裏面反射率を高くすることで、位相シフト膜２の内部で吸収するＡｒＦ露光光の光量を少なくすることができ、ＡｒＦ露光光の照射時の位相シフト膜の温度上昇を低減することができる。

他方、位相シフト膜２のみが存在する状態での裏面反射率が高すぎると、このマスクブランク１００から製造された位相シフトマスク２００を用いて転写対象物（半導体ウェハ上のレジスト膜等）へ露光転写を行ったときに、位相シフト膜２の裏面側の反射光によって露光転写像に与える影響が大きくなるため、好ましくない。この観点から、位相シフト膜２のＡｒＦ露光光に対する裏面反射率は、４５％以下であることが好ましい。

位相シフト膜２は、上述した所望の光学特性を得るためには複数層で形成することが好ましい。例えば、位相シフト膜２を上層と下層の２層で構成する場合には、下層の屈折率ｎは、２．３０未満であることが好ましく、２．２５以下であるとより好ましく、２．２０以下であるとさらに好ましい。また、下層の屈折率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。下層の消衰係数ｋは、１．４０以上であることが好ましく、１．５０以上であるとより好ましい。また、下層の消衰係数ｋは、３．００以下であると好ましく、２．９０以下であるとより好ましい。なお、下層の屈折率ｎおよび消衰係数ｋは、下層の全体を光学的に均一な１つの層とみなして導出された数値である（後述する他の層においても同様である）。下層の厚さは、１５ｎｍ以下であると好ましく、１４ｎｍ以下であるとより好ましい。また、下層の厚さは、３ｎｍ以上であることが好ましく、４ｎｍ以上であるとより好ましく、５ｎｍ以上であるとさらに好ましい。

また、上層の屈折率ｎは、２．３０以上であることが好ましく、２．３５以上であるとより好ましい。また、上層の屈折率ｎは、２．８０以下であると好ましく、２．７０以下であるとより好ましい。上層の消衰係数ｋは、１．００以下であることが好ましく、０．９０以下であると好ましく、０．７０以下であるとより好ましい。また、上層の消衰係数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。上層の厚さは、下層の厚さの４倍以上であることが好ましく、４．５倍以上であるとより好ましい。また、上層の厚さは、下層の厚さの１０倍以下であるとより好ましい。上層の厚さは８０ｎｍ以下であると好ましく、７０ｎｍ以下であるとより好ましい。また、上層の厚さは、５０ｎｍ以上であることが好ましく、５５ｎｍ以上であるとより好ましい。

また、例えば、位相シフト膜２をガラス基板１側から順に第１層、第２層、第３層、第４層の４層で構成する場合には、第１層の屈折率ｎ_１は、２．０未満であることが好ましく、１．９５以下であるとより好ましい。第１層の屈折率ｎ_１は、０．９５以上であることが好ましく、１．０以上であるとより好ましい。第１層の消衰係数ｋ_１は、１．０以上であると好ましく、１．２以上であるとより好ましい。また、第１層の消衰係数ｋ_１は、３．０以下であると好ましく、２．８以下であるとより好ましい。第１層の厚さは１０ｎｍ以下であると好ましく、８ｎｍ以下であるとより好ましく、６ｎｍ以下であるとさらに好ましい。また、第１層の厚さは、１ｎｍ以上であることが好ましく、２ｎｍ以上であるとより好ましい。
また、第２層の屈折率ｎ_２は、２．３以上であることが好ましく、２．４以上であると好ましい。また、第２層の屈折率ｎ_２は、３．０以下であると好ましく、２．８以下であるとより好ましい。第２層の消衰係数ｋ_２は、０．５以下であると好ましく、０．４以下であるとより好ましい。また、第２層の消衰係数ｋ_２は、０．１６以上であると好ましく、０．２以上であるとより好ましい。第２層の厚さは、５０ｎｍ以下であると好ましく、４８ｎｍ以下であるとより好ましく、４６ｎｍ以下であるとさらに好ましい。また、第２層の厚さは、１０ｎｍ以上であることが好ましく、１２ｎｍ以上であるとより好ましい。

また、第３層の屈折率ｎ_３は、２．３未満であることが好ましく、２．２以下であるとより好ましい。また、第３層の屈折率ｎ_３は、１．８以上であることが好ましく、２．０以上であると好ましい。第３層の消衰係数ｋ_３は、０．１５以下であると好ましく、０．１４以下であるとより好ましい。また、第３層の消衰係数ｋ_３は、０．００以上であると好ましく、０．０２以上であるとより好ましい。第３層の厚さは、３０ｎｍ以下であると好ましく、２５ｎｍ以下であるとより好ましい。第３層の厚さは、５ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であるとより好ましく、１５ｎｍ以上であるとさらに好ましい。
また、第４層の屈折率ｎ_４は、２．３以上であることが好ましく、２．４以上であると好ましい。また、第４層の屈折率ｎ_４は、３．０以下であると好ましく、２．８以下であるとより好ましい。第４層の消衰係数ｋ_４は、０．５以下であると好ましく、０．４以下であるとより好ましい。また、第４層の消衰係数ｋ_４は、０．１６以上であると好ましく、０．２以上であるとより好ましい。第４層の厚さは、４５ｎｍ以下であると好ましく、４０ｎｍ以下であるとより好ましい。また、第４層の厚さは、１０ｎｍ以上であることが好ましく、１５ｎｍ以上であるとより好ましい。

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。位相シフト膜２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、貴ガスと反応性ガス（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、スパッタリングターゲットに印加する電力、ターゲットとガラス基板１との間の距離等の位置関係など多岐にわたる。これらの成膜条件は成膜装置に固有のものであり、形成される薄膜が所望の屈折率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。

位相シフト膜２は、金属およびケイ素の少なくともいずれかを含有する材料からなることが好ましい。位相シフト膜２の全体膜厚を薄くするために、非金属元素とケイ素と遷移金属を含有する材料で位相シフト膜２を形成してもよい。この場合に含有させる遷移金属としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、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）、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。一方、位相シフト膜２は、非金属元素とケイ素とからなる材料、または、半金属元素と非金属元素とケイ素とからなる材料で形成されていることが好ましい。
特に、窒素、炭素、水素といった軽元素は、不可避的に５原子％以下の範囲までは、許容される。

ガラス基板１上に設けられた位相シフト膜２は、ガラス基板１に対してＡｒＦエキシマレーザーの光を２ｍＪ／ｐｕｌｓｅかつ５００ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃの照射条件で照射し、この光の照射時間ｔと、前記光の照射前後の前記ガラス基板の温度変化ΔＴとを測定したとき、後述する実施例１、２、比較例１、２から把握されるように、式（１）の関係を満たすものであることが好ましい。
式（１）：ΔＴ＜−３．５７６×１０^−５×ｔ^２＋２．８６７×１０^−２×ｔ＋０．５８９
また、式（Ａ０）を満たすものであることがより好ましい。
式（Ａ０）：ΔＴ≦−３．１２５×１０^−５×ｔ^２＋２．５００×１０^−２×ｔ＋０．５１３
なお、位相シフト膜２は、上述のように複数層で形成されるものであってもよく、厚さ方向で組成傾斜した構成であってもよい。

［遮光膜］
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、位相シフトマスクでは、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。位相シフトマスクの外周領域は、ＯＤが２．８以上であると好ましく、３．０以上であるとより好ましい。上述のように、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。

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３および２層以上の積層構造の遮光膜３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。

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。

また、位相シフト膜２を形成する材料との間でドライエッチングに対するエッチング選択性が得られるのであれば、ケイ素を含有する材料で遮光膜３を形成してもよい。特に、遷移金属とケイ素を含有する材料は遮光性能が高く、遮光膜３の厚さを薄くすることが可能である。遮光膜３に含有させる遷移金属としては、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）、亜鉛（Ｚｎ）、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。遮光膜３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。

一方、遮光膜３として、位相シフト膜２側からクロムを含有する材料からなる層と遷移金属とケイ素を含有する材料からなる層がこの順に積層した構造を備えてもよい。この場合におけるクロムを含有する材料および遷移金属とケイ素を含有する材料の具体的な事項については、上記の遮光膜３の場合と同様である。

［ハードマスク膜］
ハードマスク膜４は、遮光膜３の表面に接して設けられている。ハードマスク膜４は、遮光膜３をエッチングする際に用いられるエッチングガスに対してエッチング耐性を有する材料で形成された膜である。このハードマスク膜４は、遮光膜３にパターンを形成するための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、基本的に光学特性の制限を受けない。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。

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、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。

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。

［レジスト膜］
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、遮光膜３に形成すべき遮光パターンに、線幅が４０ｎｍのＳＲＡＦ（Sub-Resolution Assist Feature）が設けられることがある。しかし、この場合でも上述のようにハードマスク膜４を設けたことによってレジスト膜の膜厚を抑えることができ、これによってこのレジスト膜で構成されたレジストパターンの断面アスペクト比を１：２．５と低くすることができる。したがって、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することができる。なお、レジスト膜は、膜厚が８０ｎｍ以下であることがより好ましい。レジスト膜は、電子線描画露光用のレジストであると好ましく、さらにそのレジストが化学増幅型であるとより好ましい。

［マスクブランクの製造手順］
以上の構成のマスクブランク１００は、次のような手順で製造する。先ず、ガラス基板１を用意する。このガラス基板１は、端面及び主表面が所定の表面粗さ（例えば、一辺が１μｍの四角形の内側領域内において自乗平均平方根粗さＲｑが０．２ｎｍ以下）に研磨され、その後、所定の洗浄処理及び乾燥処理を施されたものである。

次に、このガラス基板１上に、スパッタリング法によって位相シフト膜２を成膜する。位相シフト膜２を成膜した後には、所定の加熱温度でのアニール処理を適宜行う。次に、位相シフト膜２上に、スパッタリング法によって上記の遮光膜３を成膜する。そして、遮光膜３上にスパッタリング法によって、上記のハードマスク膜４を成膜する。スパッタリング法による成膜においては、上記の各膜を構成する材料（膜が複数層で構成される場合には各層を構成する材料）を所定の組成比で含有するスパッタリングターゲット及びスパッタリングガスを用い、さらに必要に応じて上述の貴ガスと反応性ガスとの混合ガスをスパッタリングガスとして用いた成膜を行う。この後、このマスクブランク１００がレジスト膜を有するものである場合には、必要に応じてハードマスク膜４の表面に対してＨＭＤＳ（Hexamethyldisilazane）処理を施す。そして、ＨＭＤＳ処理がされたハードマスク膜４の表面上に、スピンコート法等の塗布法によってレジスト膜を形成し、マスクブランク１００を完成させる。

〈位相シフトマスクの製造方法〉
図２に、上記実施形態のマスクブランク１００から製造される本発明の実施形態に係る位相シフトマスク２００とその製造工程を示す。図２（ｇ）に示されているように、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に転写パターンである位相シフトパターン２ａが形成され、遮光膜３に遮光帯を含むパターンを有する遮光パターン３ｂ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。

本発明の実施形態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、遮光パターンを有するレジスト膜（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に遮光パターン３ｂ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た場合について述べる。

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）。

次に、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、かつハードマスクパターン４ａを除去した（図２（ｄ）参照）。

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）。

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、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。

図２に示す製造方法によって製造された位相シフトマスク２００は、ガラス基板１上に、転写パターンを有する位相シフト膜２（位相シフトパターン２ａ）を備えた位相シフトマスクである。
また、この位相シフトマスク２００は、転写パターンを有する位相シフト膜２（位相シフトパターン２ａ）を備えるガラス基板１に対してＡｒＦエキシマレーザーの光を２ｍＪ／ｐｕｌｓｅかつ５００ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃの照射条件で照射し、前記光の照射時間ｔと、前記光の照射前後の前記ガラス基板の温度変化ΔＴとを測定したとき、式（１）の関係を満たすものである。
式（１）：ΔＴ＜−３．５７６×１０^−５×ｔ^２＋２．８６７×１０^−２×ｔ＋０．５８９

このように位相シフトマスク２００を製造することにより、ガラス基板１上に転写パターンを有する位相シフト膜２（位相シフトパターン２ａ）に対してＡｒＦ露光光が照射されたとき、位相シフト膜２の発熱によって生じるガラス基板１の温度上昇の傾きが小さくなるような位相シフトマスク２００を提供することができる。

さらに、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している。

本発明の位相シフトマスク２００やマスクブランク１００は、上記の通りの効果を有する。このため、ＡｒＦエキシマレーザーを露光光とする露光装置のマスクステージに位相シフトマスク２００をセットし、半導体デバイス上のレジスト膜の各チップ領域に転写パターンを繰り返しの露光転写する際、露光転写の繰り返し回数の増加数に対する位相シフトパターン２ａの平面視の位置の移動量の変化幅を低減することができる。これにより、ガラス基板の熱膨張に起因する位相シフトパターン２ａの移動量をある程度見込んで、位相シフトパターン２ａを形成した位相シフトマスク２００を製造することができる。このような位相シフトマスク２００を用いて、半導体デバイス上のレジスト膜の各チップ領域に転写パターンを繰り返しの露光転写することで、レジスト膜に高精度でパターンを形成することができる。さらに、このレジスト膜のパターンをマスクとして、その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、パターンシフト量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。

以下、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明するための、実施例１〜２および比較例１〜２について述べる。

〈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ガラス基板１を準備した。このガラス基板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る。このガラス基板１の光学特性を測定したところ、屈折率ｎが１．５５６、消衰係数ｋが０．００であった。

次に、枚葉式ＲＦスパッタ装置内にガラス基板１を設置し、ケイ素（Ｓｉ）ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）および窒素（Ｎ_２）の混合ガスをスパッタリングガスとする反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）により、ガラス基板１の表面に接してケイ素および窒素からなる位相シフト膜２の下層（ＳｉＮｘ膜 Ｓｉ：Ｎ＝６８原子％：３２原子％）を１１ｎｍの厚さで形成した。続いて、ケイ素（Ｓｉ）ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）および窒素（Ｎ_２）の混合ガスをスパッタリングガスとする反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）により、下層上に、ケイ素および窒素からなる位相シフト膜２の上層（Ｓｉ_３Ｎ_４膜 Ｓｉ：Ｎ＝４３原子％：５７原子％）を５７ｎｍの厚さで形成した。以上の手順により、ガラス基板１の表面に接して下層と上層が積層した位相シフト膜２を６８ｎｍの厚さで形成した。なお、下層および上層の組成は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）による測定によって得られた結果である。以下、他の膜に関しても同様である。

次に、この位相シフト膜２が形成されたガラス基板１に対して、位相シフト膜２の膜応力を低減するための加熱処理を行った。位相シフト量測定装置（レーザーテック社製 ＭＰＭ１９３）を用いて、加熱処理後の位相シフト膜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１７７．３１度（ｄｅｇ）であった。この位相シフト膜２の下層および上層の各光学特性を測定したところ、下層は屈折率ｎが１．７０、消衰係数ｋが２．０７であり、上層は、屈折率ｎが２．６１、消衰係数ｋが０．３６であった。位相シフト膜２の波長１９３ｎｍの光に対する裏面反射率（ガラス基板１側の反射率）は３７．０％であった。

次に、枚葉式ＤＣスパッタ装置内に位相シフト膜２が形成されたガラス基板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、位相シフト膜２上にＣｒＯＣＮからなる遮光膜３（ＣｒＯＣＮ膜 Ｃｒ：Ｏ：Ｃ：Ｎ＝５５原子％：２２原子％：１２原子％：１１原子％）を４６ｎｍの厚さで形成した。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の光に対する光学濃度（ＯＤ）を測定したところ、３．０以上であった。また、別のガラス基板１を準備し、同じ成膜条件で遮光膜３のみを成膜し、その遮光膜３の光学特性を測定したところ、屈折率ｎが１．９５、消衰係数ｋが１．５３であった。

次に、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が積層されたガラス基板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、ガラス基板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。

［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）。

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）。その後、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＝１０：１）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）。

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）。

作製した実施例１のハーフトーン型位相シフトマスク２００における遮光パターン３ｂが積層していない位相シフトパターン２ａの領域に対し、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射試験を行った。図４は、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射試験装置の模式図である。同図に示されるように、照射試験装置２０は、ＡｒＦエキシマレーザーの照射する光源２１と、略直方体形状のチャンバ２２と、該チャンバ２２の両側面に設けられたクォーツ製の窓２３、２４と、チャンバ２２内にガスを導入するガス入口２６と、チャンバ２２内からガスを排出するガス出口２７とを備えている。これらのガス入口２６、ガス出口２７を介して、所定の湿度（略４０％）を有するエアが、チャンバ２２内に導入・排出される。
チャンバ２２内には、試料保持部（不図示）が設けられている。試料保持部は、サーボモータ等の移動機構（不図示）によって位置の調整が可能である。この移動機構によって、試料保持部に保持された位相シフトマスク２００における遮光パターンが積層していない位相シフトパターン２ａの領域（以下、単に位相シフトパターンという）に、光源２１からの照射光２８が照射されるように、位置が調整されている。

この照射試験装置２０の試料保持部に、作製した実施例１の位相シフトマスク２００をセットした。そして、この位相シフトマスク２００における位相シフトパターン２ａに、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射試験を行った。このＡｒＦエキシマレーザー光の照射条件は、２ｍＪ／ｐｕｌｓｅかつ５００ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃとし、ＡｒＦエキシマレーザー光を所定時間、中断せずに連続照射を行った。また、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射エリアは、０．３２ｃｍ×０．６ｃｍ（０．１９２ｃｍ^２）とした。

次に、実施例１の位相シフトマスク２００について、上述した照射条件におけるＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間とガラス基板１の温度上昇との関係を求めた。ガラス基板１の温度を照射開始から所定時間毎に測定し、図３に示すように各測定値が含まれる曲線を算出した。その結果、実施例１において、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間ｔと、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射前後のガラス基板１の温度変化ΔＴとの式（Ａ）は、以下のようになった。
式（Ａ）：ΔＴ＝−３．１２５×１０^−５×ｔ^２＋２．５００×１０^−２×ｔ＋０．５１３
実施例１の位相シフトマスク２００は、上述した照射条件におけるＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間ｔと、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射前後のガラス基板１の温度変化ΔＴとの上記式（１）を満たすものであった。

次に、測定した実施例１のガラス基板１の温度の測定値から、式（Ｘ）を用いて位相シフトパターン２ａの移動量ΔＬ（ガラス基板の膨張量と等価。）を算出した。式（Ｘ）において、αは、ガラス基板１の線膨張係数であり、ここではα＝５．１×１０^−７ ｄｅｇ^−１ とした。また、Ｌはガラス基板の膨張前の長さであり、ここでは位相シフトマスク２００に対するＡｒＦエキシマレーザー光の照射エリアを考慮してＬ＝６．８ｍｍとした。
式（Ｘ）：ΔＬ＝α×Ｌ×ΔＴ
その結果、実施例１の位相シフトマスク２００における、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射開始から６０ｓｅｃ経過時での位相シフトパターンの２ａの移動量ΔＬは６．５ｎｍであり、１８０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬは１３．６ｎｍであった。また、１８０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬと６０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬの間での移動量ΔＬの差分値は７．１ｎｍであった。この移動量ΔＬの差分値は、後述のほぼ同じ透過率の位相シフト膜である比較例１の位相シフトパターンの移動量ΔＬの差分値に比べて十分に低減されている。

以上のことから、この実施例１のマスクブランクから製造された位相シフトマスク２００は、露光装置にセットして、半導体ウェハ上のレジスト膜に対してＡｒＦエキシマレーザーの露光光による繰り返しの露光転写を通常よりも厳しい条件で行っても、各チップ領域間での熱膨張に起因するパターン移動量の変化幅を低減することができる。半導体ウェハ上のレジスト膜に対して高精度で露光転写を行うことができる。

〈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、ガラス基板１側から順に、第１層、第２層、第３層、第４層の４つの層で構成している。具体的には、ガラス基板１の表面に接して位相シフト膜２の第１層（ＳｉＮ膜）を２．７ｎｍの膜厚で形成し、第２層（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）を１６．０ｎｍの膜厚で形成した。次に、アルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ_２）および窒素（Ｎ_２）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（ＲＦスパッタリング）により、ケイ素、窒素および酸素からなる位相シフト膜２の第３層（ＳｉＯＮ膜 Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝４０原子％：３４原子％：２６原子％）を１６．０ｎｍの厚さで形成した。さらに、ケイ素（Ｓｉ）ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）および窒素（Ｎ_２）の混合ガスをスパッタリングガスとする反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）により、第３層上に、ケイ素および窒素からなる位相シフト膜２の第４層（Ｓｉ_３Ｎ_４膜 Ｓｉ：Ｎ＝４３原子％：５７原子％）を３４．０ｎｍの厚さで形成した。

次に、この位相シフト膜２が形成されたガラス基板１に対して、位相シフト膜２の膜応力を低減するための加熱処理を行った。位相シフト量測定装置（レーザーテック社製 ＭＰＭ１９３）を用いて、加熱処理後の位相シフト膜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１８．３％、位相差が１７７．０度（ｄｅｇ）であった。さらに、この位相シフト膜２の第１層、第２層、第３層および第４層の各光学特性を測定したところ、第１層は屈折率ｎ_１が１．６５、消衰係数ｋ_１が１．８６であり、第２層は屈折率ｎ_２が２．６１、消衰係数ｋ_２が０．３４であり、第３層は屈折率ｎ_３が２．０６、消衰係数ｋ_３が０．０７であり、第４層は屈折率ｎ_４が２．６１、消衰係数ｋ_４が０．３４であった。位相シフト膜２の波長１９３ｎｍの光に対する裏面反射率（ガラス基板１側の反射率）は３２．１％であった。

以上の手順により、ガラス基板１上に、ＳｉＮ膜の第１層と、Ｓｉ_３Ｎ_４膜の第２層と、ＳｉＯＮ膜の第３層と、Ｓｉ_３Ｎ_４膜の第４層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。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の光に対する光学濃度（ＯＤ）を測定したところ、３．０以上であった。

［位相シフトマスクの製造と評価］
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。
そして、実施例１と同様に、図４に示した照射試験装置の試料保持部に、作製した実施例２の位相シフトマスク２００をセットした。さらに、この実施例２の位相シフトマスク２００における位相シフトパターン２ａに、実施例１と同じ照射条件でＡｒＦエキシマレーザー光の照射試験を行った。

次に、実施例１と同様に、実施例２の位相シフトマスク２００について、上述した照射条件におけるＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間とガラス基板１の温度上昇との関係を求めた。その結果、実施例２において、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間ｔと、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射前後のガラス基板１の温度変化ΔＴとの式（Ｂ）は、以下のようになった。
式（Ｂ）：ΔＴ＝−２．８１３×１０^−５×ｔ^２＋２．２３３×１０^−２×ｔ＋０．４５１
実施例２の位相シフトマスク２００は、上述した照射条件におけるＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間ｔと、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射前後のガラス基板１の温度変化ΔＴとの上記式（１）を満たすものであった。

次に、実施例１と同様に、測定した実施例２のガラス基板１の温度の測定値から、式（Ｘ）を用いて位相シフトパターン２ａの移動量ΔＬ（ガラス基板の膨張量と等価。）を算出した。その結果、実施例２の位相シフトマスク２００における、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射開始から６０ｓｅｃ経過時での位相シフトパターンの２ａの移動量ΔＬは５．７ｎｍであり、１８０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬは１２．１ｎｍであった。また、１８０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬと６０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬの間での移動量ΔＬの差分値は６．４ｎｍであった。この移動量ΔＬの差分値は、後述のほぼ同じ透過率の位相シフト膜である比較例２の位相シフトパターンの移動量ΔＬの差分値に比べて十分に低減されている。

以上のことから、この実施例２のマスクブランクから製造された位相シフトマスク２００は、露光装置にセットして、半導体ウェハ上のレジスト膜に対してＡｒＦエキシマレーザーの露光光による繰り返しの露光転写を通常よりも厳しい条件で行っても、各チップ領域間での熱膨張に起因するパターン移動量の変化幅を低減することができる。そして、半導体デバイス上のレジスト膜に対して高精度で露光転写を行うことができるといえる。

〈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の位相シフト膜は、単層構造に変更している。具体的には、枚葉式ＲＦスパッタ装置内にガラス基板を設置し、ケイ素（Ｓｉ）ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）および窒素（Ｎ_２）の混合ガスをスパッタリングガスとする反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）により、ガラス基板の表面に接してケイ素および窒素からなる位相シフト膜の層（ＳｉＮｘ膜 Ｓｉ：Ｎ＝５８原子％：４２原子％）を６１．３ｎｍの厚さで形成した。

また、実施例１と同様の処理条件で、この比較例１の位相シフト膜に対しても加熱処理を行った。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１７６．９度（ｄｅｇ）であった。さらに、この位相シフト膜の光学特性を測定したところ、屈折率ｎが２．６０、消衰係数ｋが０．６５であった。位相シフト膜の波長１９３ｎｍの光に対する裏面反射率（ガラス基板側の反射率）は１７．０％であった。

以上の手順により、ガラス基板上に、位相シフト膜、遮光膜およびハードマスク膜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。この位相シフト膜と遮光膜の積層構造における波長１９３ｎｍの光に対する光学濃度（ＯＤ）を測定したところ、３．０以上であった。

［位相シフトマスクの製造と評価］
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。そして、実施例１と同様に、図４に示した照射試験装置の試料保持部に、作製した比較例１の位相シフトマスクをセットした。さらに、この比較例１の位相シフトマスクにおける位相シフトパターンに、実施例１と同じ照射条件でＡｒＦエキシマレーザー光の照射試験を行った。

次に、実施例１と同様に、比較例１の位相シフトマスクについて、上述した照射条件におけるＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間とガラス基板の温度上昇との関係を求めた。その結果、比較例１において、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間ｔと、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射前後のガラス基板の温度変化ΔＴとの式（Ｃ）は、以下のようになった。
式（Ｃ）：ΔＴ＝−４．２３６×１０^−５×ｔ^２＋３．３８３×１０^−２×ｔ＋０．６９３
比較例１の位相シフトマスクは、上述した照射条件におけるＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間ｔと、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射前後のガラス基板の温度変化ΔＴとの上記式（１）を満たすものではなかった。

次に、実施例１と同様に、測定した比較例１のガラス基板の温度の測定値から、式（Ｘ）を用いて位相シフトパターンの移動量ΔＬ（ガラス基板の膨張量と等価。）を算出した。その結果、比較例１の位相シフトマスクにおける、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射開始から６０ｓｅｃ経過時での位相シフトパターンの移動量ΔＬは８．７ｎｍであり、１８０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬは１８．４ｎｍであった。また、１８０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬと６０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬの間での移動量ΔＬの差分値は９．７ｎｍであった。この移動量ΔＬの差分値は、前述のほぼ同じ透過率の位相シフト膜である実施例１の位相シフトパターンの移動量ΔＬの差分値に比べて大分大きい。

以上のことから、この比較例１のマスクブランクから製造された位相シフトマスクは、露光装置にセットして、半導体ウェハ上のレジスト膜に対してＡｒＦエキシマレーザーの露光光による繰り返しの露光転写を行った場合、各チップ領域間での熱膨張に起因するパターン移動量の変化幅が大きくなってしまうといえる。そして、半導体デバイス上のレジスト膜に対して高精度で露光転写を行うことは困難といえる。

〈比較例２〉
［マスクブランクの製造］
この比較例２のマスクブランクは、位相シフト膜以外については、実施例１と同様の手順で製造した。この比較例２の位相シフト膜は、単層構造に変更している。具体的には、枚葉式ＲＦスパッタ装置内にガラス基板を設置し、ケイ素（Ｓｉ）ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）および窒素（Ｎ_２）の混合ガスをスパッタリングガスとする反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）により、ガラス基板の表面に接してケイ素および窒素からなる位相シフト膜の層（Ｓｉ_３Ｎ_４膜 Ｓｉ：Ｎ＝４３原子％：５７原子％）を６１．０ｎｍの厚さで形成した。

また、実施例１と同様の処理条件で、この比較例２の位相シフト膜に対しても加熱処理を行った。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１８．６％、位相差が１７８．５度（ｄｅｇ）であった。さらに、この位相シフト膜の光学特性を測定したところ、屈折率ｎが２．６１、消衰係数ｋが０．３６であった。位相シフト膜の波長１９３ｎｍの光に対する裏面反射率（ガラス基板側の反射率）は１６．６％であった。

以上の手順により、ガラス基板上に、位相シフト膜、遮光膜およびハードマスク膜が積層した構造を備える比較例２のマスクブランクを製造した。この位相シフト膜と遮光膜の積層構造における波長１９３ｎｍの光に対する光学濃度（ＯＤ）を測定したところ、３．０以上であった。

［位相シフトマスクの製造と評価］
次に、この比較例２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２の位相シフトマスクを作製した。そして、実施例１と同様に、図４に示した照射試験装置の試料保持部に、作製した比較例２の位相シフトマスクをセットした。さらに、この比較例２の位相シフトマスクにおける位相シフトパターンに、実施例１と同じ照射条件でＡｒＦエキシマレーザー光の照射試験を行った。

次に、実施例１と同様に、比較例２における位相シフトマスクについて、上述した照射条件におけるＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間とガラス基板の温度上昇との関係を求めた。その結果、比較例２において、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間ｔと、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射前後のガラス基板の温度変化ΔＴとの式（Ｄ）は、以下のようになった。
式（Ｄ）：ΔＴ＝−３．５７６×１０^−５×ｔ^２＋２．８６７×１０^−２×ｔ＋０．５８９
比較例２の位相シフトマスクは、上述した照射条件におけるＡｒＦエキシマレーザー光の照射時間ｔと、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射前後のガラス基板の温度変化ΔＴとの上記式（１）を満たすものではなかった。

次に、実施例１と同様に、測定した比較例２のガラス基板の温度の測定値から、式（Ｘ）を用いて位相シフトパターンの移動量ΔＬ（ガラス基板の膨張量と等価。）を算出した。その結果、比較例２の位相シフトマスクにおける、ＡｒＦエキシマレーザー光の照射開始から６０ｓｅｃ経過時での位相シフトパターンの移動量ΔＬは７．４ｎｍであり、１８０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬは１５．６ｎｍであった。また、１８０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬと６０ｓｅｃ経過時での移動量ΔＬの間での移動量ΔＬの差分値は８．２ｎｍであった。この移動量ΔＬの差分値は、前述のほぼ同じ透過率の位相シフト膜である実施例２の位相シフトパターンの移動量ΔＬの差分値に比べて大分大きい。

以上のことから、この比較例２のマスクブランクから製造された位相シフトマスクは、露光装置にセットして、半導体ウェハ上のレジスト膜に対してＡｒＦエキシマレーザーの露光光による繰り返しの露光転写を行った場合、各チップ領域間での熱膨張に起因するパターン移動量の変化幅が大きくなってしまうといえる。そして、半導体デバイス上のレジスト膜に対して高精度で露光転写を行うことは困難といえる。

１ ガラス基板
２ 位相シフト膜
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 レジストパターン
６ｂ レジストパターン
２０ 照射試験装置
２１ 光源
２２ チャンバ
２３ 窓
２４ 窓
２６ ガス入口
２７ ガス出口
２８ 照射光
２９ 透過光
１００ マスクブランク
２００ 位相シフトマスク

Claims (15)

1. ガラス基板上に、パターン形成用の薄膜を備えるマスクブランクであって、
   前記薄膜を備えるガラス基板に対してＡｒＦエキシマレーザーの光を２ｍＪ／ｐｕｌｓｅかつ５００ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃの照射条件で照射し、前記光の照射時間ｔと、前記光の照射前後の前記ガラス基板の温度変化ΔＴとを測定したとき、式（１）の関係を満たす
   ことを特徴とするマスクブランク。
   式（１）：ΔＴ＜−３．５７６×１０^−５×ｔ^２＋２．８６７×１０^−２×ｔ＋０．５８９
2. 前記薄膜は、前記光の透過率が２０％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。
3. 前記ガラス基板の線膨張係数は、５．０×１０^−７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。
4. 前記薄膜は、金属およびケイ素の少なくともいずれかを含有する材料からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマスクブランク。
5. 前記ガラス基板は、合成石英からなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマスクブランク。
6. 前記薄膜は、前記光を１％以上の透過率で透過させる機能と、前記薄膜を透過した前記光に対して前記薄膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能とを有する位相シフト膜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。
7. 前記光に対する前記薄膜の前記ガラス基板側の反射率は、２０％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。
8. ガラス基板上に、転写パターンを有する薄膜を備える転写用マスクであって、
   前記薄膜を備えるガラス基板に対してＡｒＦエキシマレーザーの光を２ｍＪ／ｐｕｌｓｅかつ５００ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃの照射条件で照射し、前記光の照射時間ｔと、前記光の照射前後の前記ガラス基板の温度変化ΔＴとを測定したとき、式（１）の関係を満たす
   ことを特徴とする転写用マスク。
   式（１）：ΔＴ＜−３．５７６×１０^−５×ｔ^２＋２．８６７×１０^−２×ｔ＋０．５８９
9. 前記薄膜は、前記光の透過率が２０％以下であることを特徴とする請求項８記載の転写用マスク。
10. 前記ガラス基板の線膨張係数は、５．０×１０^−７以上であることを特徴とする請求項８または９に記載の転写用マスク。
11. 前記薄膜は、金属およびケイ素の少なくともいずれかを含有する材料からなることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の転写用マスク。
12. 前記ガラス基板は、合成石英からなることを特徴とする請求項８から１１のいずれかに記載の転写用マスク。
13. 前記薄膜は、前記光を１％以上の透過率で透過させる機能と、前記薄膜を透過した前記光に対して前記薄膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能とを有する位相シフト膜であることを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載の転写用マスク。
14. 前記光に対する前記薄膜の前記ガラス基板側の反射率は、２０％以上であることを特徴とする請求項８から１３のいずれかに記載の転写用マスク。
15. 請求項８から１４のいずれかに記載の転写用マスクに対し、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光を照射して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。

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