JPH06289589A - 位相シフトマスクとその製造方法そしてそれに用いるブランク - Google Patents

位相シフトマスクとその製造方法そしてそれに用いるブランク

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JPH06289589A
JPH06289589A JP7322593A JP7322593A JPH06289589A JP H06289589 A JPH06289589 A JP H06289589A JP 7322593 A JP7322593 A JP 7322593A JP 7322593 A JP7322593 A JP 7322593A JP H06289589 A JPH06289589 A JP H06289589A
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semi
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JP7322593A
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Kinji Okubo
欽司 大久保
Yuichi Fukushima
祐一 福島
Toshio Konishi
敏雄 小西
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Toppan Printing Co Ltd
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Landscapes

  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】ハーフトーン型の位相シフト部を有する位相シ
フトマスクであり、従来のフォトマスクと同様の投影露
光装置に装填して支障無く使用でき、且つ高精度なパタ
ーンを形成することが可能な位相シフトマスクとそれを
容易に安定して得られる製造方法とそれに用いるブラン
クを提供する。 【構成】位相シフトマスクが、特に透明基板1に少なく
とも遮光部7、光透過部、光半透過部3そして位相シフ
ト部5を備えており、主領域部13が前記光透過部と前
記光半透過部3と前記位相シフト部5とで形成され、前
記主領域部13を除く部分は少なくとも一部が遮光部7
で形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LSI,VLSI等の
半導体集積回路の製造に代表される極めて微細なパター
ンの形成に際し、フォトリソグラフィ法を応用する場合
の複製用原版として使用されるフォトマスクに係わり、
特に詳細には、いわゆる位相シフト技術を応用した位相
シフトマスクとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のフォトマスクでは、微細なパター
ンの投影露光に際し、近接したパターンはマスクの光透
過部を通過した光が回折し、干渉し合うことによって、
パターン境界部での光強度を強め合い、感光して、ウェ
ハー上に転写されたパターンが分離解像しないという問
題が生じていた。この現像は露光波長に近い微細なパタ
ーンほどその傾向が強く、原理的には従来のフォトマス
クと従来の露光光学系では光の波長以下の微細パターン
を解像することは不可能であった。
【0003】そこで、隣接するパターンを透過する投影
光の位相を互いに180度とすることにより微細パター
ンの解像力を向上させるという、位相シフト技術を用い
た位相シフトマスクが開発された。すなわち、隣接する
開口部の片側に位相シフト部を設けることにより、透過
光が回折し干渉し合う際、位相が反転しているために境
界部の光強度は逆に弱め合い、強度ゼロになり、その結
果転写パターンは分離解像する。この関係は焦点の前後
でも成り立っているため、焦点が多少ずれていても解像
度は従来よりも向上し、焦点裕度が改善される。
【0004】尚、上記のような位相シフト法は米国IB
MのLevensonらによって提唱され、特開昭58
−173744号公報や特公昭62−50811号公報
等に記載されている。
【0005】さて、パターンを遮光層で形成した場合に
は、遮光パターンの隣接する開口部の片側に位相シフト
部を設けて位相を反転させる。しかしながら、遮光部で
はない光半透過部(すなわち遮光性が完全ではない遮光
部)があり、且つ光半透過部に対して上方あるいは下方
に位相シフト層がある場合にも、やはり位相シフト効果
により解像度を向上できることが知られている。
【0006】図4は、この原理に基く位相シフトマスク
を用いてウェハー面に対して露光した場合を示す。図4
の(a)に示すように、マスク面に対して垂直に入射し
た光のうち、露光光(I) 及び(III) は光半透過部を通り
振幅が減衰し、かつ位相シフト層を通り位相が反転する
が、露光光(II)は位相が反転しないため、透過光の振幅
は図4の(b)のようになる。そして結局、ウェハー面
上に投影された光の強度は図4の(c)のようになる。
【0007】ここで、光強度は光の振幅の2乗に比例す
るという関係から、光半透過部と透過部との境界領域の
光強度は0になるため、投影像中のパターンエッジのコ
ントラストが向上されパターンの解像度が上がる。さら
に、焦点の前後においても同様な効果が維持されるた
め、多少の焦点ズレがあっても解像度が上がり、よって
焦点深度の余裕が向上する効果が得られる。
【0008】この技術は光半透過部と位相シフト層とを
積層することによって解像度向上の効果及び焦点深度の
余裕増大化を達成しうることが特徴であり、便宜的にハ
ーフトーン型と称される。尚、この技術は、例えば第3
8回春季応用物理学会予稿集第2分冊p535、29p
−zc−3(1991)に述べられている。
【0009】そして、位相シフト効果を最大にするため
には、位相反転量を180°にすることが望ましい。こ
のためにはd=λ/{2(n−1)}・・・(dは位相
シフト部膜厚、λは露光波長、nは屈折率)の関係が成
り立つよう位相シフト層を形成すればよい。
【0010】図3に従来の位相シフトマスクの製造方法
を示す。図3の(a)は透明基板1の上に光半透過部層
15、位相シフト層3を設ける。次に図3の(b)に示
すように、電子線レジスト層17を設け、電子線描画1
8を行う。主領域部では半導体回路パターン等のメイン
パターンを描画し、周辺部ではマスク名、パターン名等
の非回路パターンを主に描画する。これは、ハーフトー
ン型位相シフト効果による高い解像度が必要なパターン
が主領域部のみに配置されているという前提による。
【0011】続いて図3の(c)のように、現像してレ
ジスト層17をパターニングし、さらに前記レジストパ
ターンをマスクとして位相シフト層3をエッチングし、
さらに遮光層15をエッチングして、位相シフトパター
ン部及び半透過遮光パターン部を形成する。最後に、図
3の(d)のように前記レジスト層17を除去すること
により位相シフトマスクを得る。
【0012】なお、前記位相シフト層のエッチング方法
としてはウェットエッチングあるいはドライエッチング
のいずれも可能である。
【0013】なお、本発明におけるマスクとは、半導体
製造装置のひとつである投影露光装置もしくは縮小投影
露光装置(ステッパー)に装着して使用される露光用原
版を表すが、フォトマスクあるいはレチクルと表現する
場合もある。
【0014】しかしながら、前記従来の技術によるとパ
ターンが光半透過部と光透過部のみからなり、パターン
のコントラストが充分にとれないために、前記の原理に
よって転写することは可能であるが、品名やパターン名
は半透過遮光のため目視では見にくく製品の管理が出来
にくかったり、マスクを投影露光装置に装着して用いる
場合に、フィデュシャルマークが正しく読み取れず、装
置の自動アライメント機能が働かないような不具合が発
生し、そのために正常な使用ができないという欠点があ
った。
【0015】また、レジストパターンをマスクとして前
記位相シフト層をドライエッチングする場合、位相シフ
ト層のエッチングと同時にレジストパターンも削られて
いくため、位相シフトパターンのエッジ部断面が垂直に
ならず台形となったり、パターン寸法幅が変化し、所定
の値を得ることが困難であるという欠点があった。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来の問
題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、ハーフトーン型の位相シフト部を有する位相シフ
トマスクであり、従来のフォトマスクと同様の投影露光
装置に装填して支障無く使用でき、且つ高精度なパター
ンを形成することが可能な位相シフトマスクとそれを容
易に安定して得られる製造方法とそれに用いるブランク
を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明が提供する手段とは、すなわち、透明基板に少
なくとも遮光部、光透過部、光半透過部そして位相シフ
ト部を備えた位相シフトマスクにおいて、主領域部が前
記光透過部と前記光半透過部と前記位相シフト部とで形
成され、前記主領域部を除く部分は少なくとも一部が遮
光部で形成されていることを特徴とする位相シフトマス
クである。
【0018】そして好ましくは、前記光半透過部は透過
率が4乃至30%であることを特徴とする前記の位相シ
フトマスクである。
【0019】さらに好ましくは、前記光半透過部の材質
が、クロム、窒化クロム、酸化クロム、SiOx (0<
X<2)なる酸化珪素、そして窒化シリコンのうちのい
ずれかの単体かあるいは多層膜からなることを特徴とす
る前記の位相シフトマスクである。
【0020】さらに好ましくは、前記遮光部、光透過
部、光半透過部そして位相シフト部とは、間にエッチン
グストッパー層を挟んで前記透明基板上に設けられてい
ることを特徴とする前記の位相シフトマスクである。
【0021】さらに好ましくは、前記エッチングストッ
パー層の材質が、アルミナ、マグネシアスピネル、ジル
コニア、サイアロン、窒化珪素、酸化錫、タンタル、あ
るいは酸化タンタルからなることを特徴とする前記の位
相シフトマスクである。
【0022】また、透明基板に少なくとも遮光部、光透
過部、光半透過部そして位相シフト部を備えた位相シフ
トマスクの製造方法において、以下に示す工程、すなわ
ち、(イ)透明基板上に光半透過層兼エッチングストッ
パー層、位相シフト層、遮光層そして第一のレジスト層
をこの順に形成する工程、(ロ)前記第一のレジスト層
を用いて、フォトリソグラフィ法により前記遮光層をパ
ターニングする工程、(ハ)前記第一のレジスト層と前
記遮光層とを用いて、フォトリソグラフィ法により位相
シフト層、光半透過層兼エッチングストッパー層をパタ
ーニングし、前記第一のレジスト層を除去する工程、
(ニ)次いでこの上へ第二のレジスト層を形成し、前記
第二のレジスト層を用いてフォトリソグラフィ法により
主領域部の前記遮光層をエッチングし、前記第二のレジ
スト層を除去する工程、以上(イ)乃至(ニ)の各工程
を具備することを特徴とする位相シフトマスクの製造方
法である。
【0023】さらには、位相シフトマスクの製造方法に
用いられるブランクにおいて、透明基板上に、光半透過
層兼エッチングストッパー層、位相シフト層そして遮光
層がこの順に設けられてあることを特徴とするブランク
である。
【0024】以下、添付図面を参照して本発明をさらに
詳述する。図1(a)〜(f)は本発明に係わり、図1
(f)および図2に示した構成の半透過遮光型位相シフ
トマスクの製造方法の説明図である。
【0025】図1(a)に示すように、透明基板1の上
に、エッチング耐性をもち、かつ半透過する材料よりな
る半透過遮光兼エッチングストッパー層3、透明材料よ
りなる位相シフト層5、及び一般的に金属及び金属酸化
物材料よりなる遮光層7の順に所定の膜厚に設けられ、
さらに遮光層7の上に電子線レジスト9をコートする。
透明基板1はフォトマスク用として一般的に使用されて
いる合成石英ガラス等の光学的に透明な材料からなり、
通常は厚さが1.5乃至7mm程度のうちの何れかが使
用されるが、その厚さは使用目的や技術的制約等に由来
する要求仕様によるものであり特には制限はない。
【0026】次に、半透過遮光兼エッチングストッパー
層3はエッチング方法によって適正材料を選択する。さ
らに、透明材料よりなる位相シフト層5は材料としては
光学的に透明であればよく、SiOX 、SOG(スピン
オングラス)、MgF2 等が使用できるが、特に限定さ
れるものではない。膜厚は前記の通り透過光の位相反転
量が180°に相当する膜厚とすることが望ましい。
【0027】次に、一般的に遮光層7は金属及び金属酸
化物材料よりなり通常クロム、酸化クロム、位相シフト
材料、従来フォトマスクに用いられる遮光材料でよい
が、遮光性を有するように一定の光学濃度が必要であ
り、通常は光学濃度を2.0〜4.0程度とする。膜厚
は一定の光学濃度とするために20〜300nm程度と
する。
【0028】最後に電子線レジスト層9が設けられ、主
領域部13にはパターンを描画し、主領域部以外の周辺
部分15には品名やパターン名、アライメントマーク、
フィデュシャルマークのそれぞれのパターンが含まれ
る。ここで、前記レジスト材料として紫外線感光性フォ
トレジスト用いることも可能であり、レーザー描画装置
を用いて描画すればよい。
【0029】次に図1の(b)に示すように、全領域部
にレジストパターン17をエッチングで形成を行う。さ
らに図1の(c)の工程では、遮光層7をマスクとして
エッチングし、前記レジストパターン17と遮光パター
ン19をマスクにしてシフター層5と半透過遮光層3を
エッチングする。
【0030】半透過遮光層は金属および金属酸化物材料
の単体または多層膜で構成されるが、その光学透過率は
3〜20%の範囲内とし、金属膜の膜厚を調整すること
によりこの値を得る。この後残ったレジストを除去す
る。
【0031】次に、図1の(d)のようにポジ型フォト
レジスト23をコートして、主領域部のみを紫外線露光
21して、現像処理を行って除去した。さらに図1
(e)の工程では、位相シフトパターン25上の遮光膜
をエッチングする。これで主領域部に位相シフトパター
ンを作製する。さらに図1(f)の工程において、最後
に残ったレジスト23を除去して、位相シフトマスクを
得る。
【0032】この時、主領域部以外の周辺部分の位相シ
フト部15もエッチングされているが、露光用マスクと
しては遮光部に完全に被覆された位相シフト層は何ら作
用をなさないので、この部分は露光転写の際、単に遮光
パターンとして働く。
【0033】図2は本発明に係わるハーフトーン型位相
シフトマスクの構成を示す断面図及び平面図である。
【0034】図2は前記図(f)構成の位相シフシマス
クの平面図を示し、主領域部13透過部および位相シフ
ト部が含まれ、遮光部は含まない。主領域部の外部すな
わち周辺部は、遮光パターンであり、この中にフィデュ
シャルマーク部27、パターン名部29、ウライメント
マーク部31のそれぞれのパターンが含まれる。なお図
2におけるこれらのパターン位置は例として示したもの
であり、特に位置は固定されるものではなく、パターン
の大きさ、数も制限されない。
【0035】図5は前記図1に示した工程を行うために
準備されるマスクブランクの構成を示した図であり、透
明基板状1の上に、エッチング耐性をもち、かつ半透過
する材料よりなる半透過遮光兼エッチングストッパー層
3、透明材料よりなる位相シフト層5、及び一般的に金
属及び金属酸化物材料よりなる遮光層7の順に所定の膜
厚に設けられたマスクである。
【0036】
【作用】本発明によれば、主領域部が透過部と層シフト
部とからなることによってハータトーン型位相シフトマ
スクを得ることができ、主領域部以外の部分は少なくと
も一部が遮光部からなることによって、従来マスクより
解像効果の高い転写露光が可能になり、かつ従来投影露
光装置にそのまま使用することができる。
【0037】
【実施例】洗浄済みの合成石英ガラス基板(厚さ2.3
mm,大きさ5インチ角)上の全面に、半透過遮光エッ
チングストッパー材としてハーフクロム(膜厚30n
m)をPVD法により形成し、その上に位相シフト材と
してSiO2 (膜厚370nm)をPVD法により形成
し、さらにその上に金属クロム膜および酸化クロム層を
積層した低反射の2層クロム膜(膜厚100nm)をス
パッタリング法により形成した。
【0038】次に前記基板を所定の方法にて洗浄、乾燥
した後、その上に電子線レジスト(東亜合成化学製、商
品名TTCR)をスピンコート法で500nmの厚さを
塗布し、所定のベーク処理後、ベクタースキャン型電子
線描画装置を使用して、加速電圧20kV、ドーズ量約
10μC/cm2 にて所定のパターンを描画し、メチル
イソブチケトン(MIBK)とn−プロパノール(IP
A)の5:5重量比混合液からなる現像液を用いて、所
定の条件にて現像処理を行い、レジストパターンを得
た。
【0039】なお、このときの描画パターンは、主領域
部に半導体回路パターンを含み、周辺部にマスク品名、
パターン名、アライメントマークおよびフィデュシャル
マークを含めた。
【0040】つぎの工程では、レジストパターンをマス
クとして硫酸第二セリウムエッチング液を用いてレジス
トと金属クロムをマスクとしてSiO2 とハーフクロム
をエッチングしてパターン形成を行った。前記位相シフ
ト層のドライエッチングを、平行平板型反応性イオンエ
ッチング装置を用いて行い、異方性および直線性の良い
エッチング形成で、寸法再現性も良いパターンが得られ
た。ドライエッチング条件は、C2 6 ガスとH2 ガス
とを用い、混合比C2 6 :H2 =10:1、パワー3
00W、ガス圧0.03Torrとした。このときのエ
ッチング時間は約15分であり、位相シフト層であるS
iO2 のエッチングが前記エッチングストッパー層表面
まで達するまで行った。
【0041】さらに、露出したハーフクロムのドライエ
ッチングも、平行平板型反応性イオンエッチング装置を
用いて行い、異方性および直線性の良いエッチング形状
で、寸法再現性も良いパターンが得られた。ドライエッ
チング条件は、CCl4 ガスとO2 ガスを用い、混合比
CCl4 :O2 =1:3、パワー200W、ガス圧0.
3Torrとした。このときのエッチング時間は約5分
であり、位相シフト層(半透過遮光兼エッチングストッ
パー)であるハーフクロムのエッチングが合成石英ガラ
ス層表面までさらに遮光膜であるクロムがシフター層表
面までに達するまで行った。
【0042】更に、次の工程ではポジ型フォトレジスト
(シプレイ製、商品名:MP1400−27)をスピン
コート法により約500nmの厚さに塗布し、所定のベ
ーク処理後、主領域部のみレジストを除去した。
【0043】次に、主領域部のパターン上のクロムをド
ライエッチングすることにより半透過遮光パターンを形
成した。最後に残ったレジストを専用剥離液をもちいて
除去し、洗浄、乾燥を行って図1の(f)に示した構成
の位相シフトマスクを得た。
【0044】更に得られたマスクを用いて、従来用いて
いるi線用投影露光装置で露光転写したところ、フィデ
ュシャルマークパターンの読みとり作業およびアライメ
ント作業は全く問題なく動作し、転写ウェハー上のレジ
ストパターンにおいてコンタクトパターンホールで直径
約0.3μmの微細パターンが得られ、従来の最小解像
度である0.5μmに比べ、非常に高い解像度向上効果
が得られた。また、エッチングストッパー層の効果によ
り、位相シフト層のエッチング深さのマスク面内の均一
性は極めて良好であり、その程度としては100nm角
内において範囲20nm以下の値が得られた。
【0045】本実施例において、前記位相シフト層のエ
ッチング方法はドライエッチングを用いたが、ウェット
エッチングを行うこともでき、この場合はエッチングス
トッパー層材料をウェットエッチング耐性を持つ材料と
すればよい。具体的には、前記位相シフト材料がSiO
2 であれば、所定の濃度の緩衝フッ酸溶液をエッチング
液としてウェットエッチングを行う。
【0046】
【発明の効果】以上のように本発明によると、得られた
位相シフトマスクは、主領域部が位相シフト部と光半透
過部とからなるハーフトーン型の位相シフトマスクとな
っており、従来のフォトマスクに比べて非常に高い解像
力と焦点深度の余裕とを有し、露光波長を下回る微細パ
ターンを解像する能力を持つことが出来ている。しかも
この効果は投影露光装置やレジストプロセスの持つ解像
度を更に向上させることができ、従来装置や従来プロセ
スに何ら変更を加えず、本発明によるマスクを用いるだ
けでよい。
【0047】さらに、主領域部以外(普通は周辺部)に
は遮光部のパターンを持つため、投影露光装置に装填し
て使用する際に、従来のフォトマスクと同様に遮光パタ
ーンとして形成されたいわゆるフィデュシャルマークを
読みとり、高精度なアライメントが可能である。またフ
ォトマスク品名やパターン名等も遮光部からなるパター
ンとしてあるので、目視確認も容易であり、マスク管理
も従来通りに可能である。もちろん、必要に応じてこの
領域に他のパターンを設けることもできる。
【0048】その結果、本発明によるとハーフトーン型
の位相シフト部を有する位相シフトマスクであり、従来
のフォトマスクと同様の投影露光装置に装填して支障無
く使用でき、且つ高精度なパターンを形成することが可
能な位相シフトマスクとそれを容易に安定して得られる
製造方法とそれに用いるブランクを提供することが出来
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる位相シフトマスクの製造の一実
施例について、断面図を用いて工程の概略を示す説明図
である。((a)〜(f))
【図2】本発明に係わる位相シフトマスクの一実施例に
ついて、平面図を用いて概略を示す説明図である。
【図3】従来の(ハーフトーン型)の位相シフトマスク
の製造方法の一例を、断面図を用いて工程の概略を示す
説明図である。((a)〜(d))
【図4】(a)は従来の(ハーフトーン型)位相シフト
マスクの一例の、断面図を用いて概略の構成を示す説明
図である。(b)は(a)の場合の透過光の概略の振幅
を示す説明図である。(c)は(a)の場合のウエハー
面上での概略の光強度を示す説明図である。
【図5】本発明に係わる位相シフトマスクに用いるブラ
ンクの一実施例について、断面図を用いて概略を示す説
明図である。
【符号の説明】
1・・・透明基板 3・・・光半透過層兼エッチングストッパー層 5・・・位相シフト層 7・・・遮光層 9・・・電子線レジスト層 11・・・電子線描画 13・・・主領域部 15・・・周辺部遮光部 17・・・レジストパターン 19・・・遮光パターン 21・・・紫外線露光 23・・・レジスト層 25・・・ハーフトーン型位相シフトパターン形成部 27・・・フィデュシャルマーク部 29・・・パターン名部 31・・・アライメントマーク部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透明基板に少なくとも遮光部、光透過部、
    光半透過部そして位相シフト部を備えた位相シフトマス
    クにおいて、主領域部が該光透過部と該光半透過部と該
    位相シフト部とで形成され、該主領域部を除く部分は少
    なくとも一部が遮光部で形成されていることを特徴とす
    る位相シフトマスク。
  2. 【請求項2】前記光半透過部は透過率が4乃至30%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。
  3. 【請求項3】前記光半透過部の材質が、クロム、窒化ク
    ロム、酸化クロム、SiOx (0<X<2)なる酸化珪
    素、そして窒化シリコンのうちのいずれかの単体かある
    いは多層膜からなることを特徴とする請求項1乃至2記
    載の位相シフトマスク。
  4. 【請求項4】前記遮光部、光透過部、光半透過部そして
    位相シフト部とは、間にエッチングストッパー層を挟ん
    で前記透明基板上に設けられていることを特徴とする請
    求項1乃至3記載の位相シフトマスク。
  5. 【請求項5】前記エッチングストッパー層の材質が、ア
    ルミナ、マグネシアスピネル、ジルコニア、サイアロ
    ン、窒化珪素、酸化錫、タンタル、あるいは酸化タンタ
    ルからなることを特徴とする請求項1乃至4記載の位相
    シフトマスク。
  6. 【請求項6】透明基板に少なくとも遮光部、光透過部、
    光半透過部そして位相シフト部を備えた位相シフトマス
    クの製造方法において、以下に示す工程、すなわち、
    (イ)透明基板上に光半透過層兼エッチングストッパー
    層、位相シフト層、遮光層そして第一のレジスト層をこ
    の順に形成する工程、(ロ)該第一のレジスト層を用い
    て、フォトリソグラフィ法により該遮光層をパターニン
    グする工程、(ハ)該第一のレジスト層と該遮光層とを
    用いて、フォトリソグラフィ法により位相シフト層、光
    半透過層兼エッチングストッパー層をパターニングし、
    該第一のレジスト層を除去する工程、(ニ)次いでこの
    上へ第二のレジスト層を形成し、該第二のレジスト層を
    用いてフォトリソグラフィ法により主領域部の該遮光層
    をエッチングし、該第二のレジスト層を除去する工程、
    以上(イ)乃至(ニ)の各工程を具備することを特徴と
    する位相シフトマスクの製造方法。
  7. 【請求項7】位相シフトマスクの製造方法に用いられる
    ブランクにおいて、透明基板上に、光半透過層兼エッチ
    ングストッパー層、位相シフト層そして遮光層がこの順
    に設けられてあることを特徴とするブランク。
JP7322593A 1993-03-31 1993-03-31 位相シフトマスクとその製造方法そしてそれに用いるブランク Pending JPH06289589A (ja)

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