JPWO2019167622A1 - マスクブランク、位相シフトマスク及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

マスクブランク、位相シフトマスク及び半導体デバイスの製造方法 Download PDF

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Abstract

ＡｒＦ露光光に対して高い透過率を有するとともに、検査光に対して高いコントラスト比を得ることのできるエッチングストッパー膜を備える位相シフトマスク用のマスクブランクを提供する。透光性基板上に、エッチングストッパー膜と位相シフト膜がこの順に積層された構造を備えるマスクブランクであって、位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ１が１．５以上であり、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ１が０．１以下であり、エッチングストッパー膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ２が２．６以上、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ２が０．４以下であり、屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２が、ｋ２≦−０．１８８×ｎ２＋０．８７９およびｋ２＞−０．１８８×ｎ２＋０．８７９ かつ ｋ２≦２．７５×ｎ２−６．９４５のうちのいずれかを満たす。

Description

本発明は、マスクブランク、そのマスクブランクを用いて製造された位相シフトマスク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。
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法を用いて微細パターンの形成が行われている。この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ている。特に微細なパターンを形成する場合には、光の位相差を利用することにより、解像度を代表とする転写性能を高めた位相シフトマスクが多用されている。また、半導体デバイスのパターンを微細化するに当たっては、位相シフトマスクに代表される転写用マスクの改良、改善に加え、フォトリソグラフィで使用される露光光源の波長の短波長化が必要となる。よって、半導体デバイスの製造の際に用いられる露光光源は、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。
これらの位相シフトマスク用マスクブランクの種別としては、シフター上置きレベンソン型，シフター下置きレベンソン型，ハーフトーン型等の形式がある。例えば、特許文献１には、シフター上置きレベンソン型のマスクブランクが開示されている。このマスクブランクは、透明基板上に設けられた位相シフター層のドライエッチングのためのエッチングストッパー層を透明基板と位相シフター層の間に有する。このエッチングストッパー層は酸化ハフニウムからなる層によって構成されている。
また、特許文献２には、露光光に対して透明な基板に掘込部を設け、透過する光の位相を制御したクロムレス位相シフトマスク用のマスクブランクが開示されている。基板の掘込部に隣接する部分又は基板周辺部に設けられた遮光膜が、フッ素系ガスを主体とするエッチングガスを用いたエッチングプロセスにおいてエッチング可能な材料からなる膜Ａを含むものである。
特許第３３０１５５６号公報 特開２００７−２４１１３６号公報
特許文献２に記載されているような、露光光に対して透明な基板自体に掘込部を設けたクロムレス位相シフトマスクの場合、位相シフトマスクの各掘込部は、基板にドライエッチングを行うことによって同時に形成する。従来行われている透光性基板に掘込部を形成するドライエッチングでは、透光性基板上に設けられた位相シフト膜をエッチングでパターニングする場合と異なり、エッチング終点を検出することが難しい。位相シフトマスクにおける各掘込部のパターンの底面形状や深さをエッチング時間で制御しようとしても、マイクロトレンチ現象やマイクロローディング現象等の影響を受ける。このため、ドライエッチングで各掘込部の底面形状や深さを制御することは容易ではない。
一方、クロムレス位相シフトマスク用のマスクブランクとして、基板の上にエッチングストッパー膜を設け、このエッチングストッパー膜の上に、ケイ素および酸素からなり、透光性基板とほぼ同等の透過率を有する位相シフト膜を設けた構成としたものが検討され始めている。このマスクブランクは、位相シフトマスクを作製したときに、エッチングストッパー膜の上に位相シフト膜が存在する部分（非掘込部）を透過する露光光と、そのエッチングストッパー膜の上に位相シフト膜が存在しない部分（掘込部）を透過する露光光との間で位相シフト効果が生じることが求められる。
クロムレス位相シフトマスクの場合、非掘込部を透過した露光光と掘込部を透過した露光光との間で生じる位相シフト効果のみで露光光のパターンを構成するため、高い位相シフト効果を生じさせることが求められる。このため、エッチングストッパー膜には、その上に形成された位相シフト膜との積層構造において、ＡｒＦ露光光に対して８０％以上の透過率を有していることが望まれている。
エッチングストッパー膜は、位相シフト膜の透光部における、パターンが形成された部分（掘込部）と形成されていない部分（非掘込部）とのいずれにも残されるものである。位相シフトマスクの透光部における露光光の透過率が低下することは、単位時間当たりの転写対象物への露光光の積算照射量が低下することに繋がる。このため、露光時間を長くする必要が生じ、半導体デバイスの製造における露光転写工程のスループットの低下に繋がる。このような観点からも、エッチングストッパー膜には、その上に形成された位相シフト膜との積層構造において、ＡｒＦ露光光に対して８０％以上の透過率を有していることが望まれている。
先行技術１に記載の位相シフトフォトマスクブランクに使用されるエッチングストッパー膜は、比較的波長の長い水銀灯のｉ線（３６５ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザーの波長（２４８ｎｍ）での透過性は有している。しかしながら、より微細なパターンの形成に使用されるＡｒＦエキシマレーザーの波長においては、十分な透過率を有するものではなかった。
また、位相シフト膜に形成されたパターンの検査精度を高めるために、検査光についても短波長化が進んでいる。近年においては、ＡｒＦエキシマレーザーと同等の波長１９３ｎｍの検査光を用いたパターンの欠陥検査も行われている。このような短波長の検査光を用いてパターンの欠陥を精度良く行うためには、エッチングストッパー膜のみでの波長１９３ｎｍの光に対する反射率を、エッチングストッパー膜および位相シフト膜の積層構造での波長１９３ｎｍの光に対する反射率で除して算出されるコントラスト比が１．５以上であることが望まれる。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものである。すなわち、透光性基板上に、エッチングストッパー膜と位相シフト膜がこの順に積層された構造を備えるマスクブランクにおいて、ＡｒＦ露光光に対して高い透過率を有するとともに、ＡｒＦ露光光と同等の１９３ｎｍの波長を有する検査光に対して高いコントラスト比を得ることのできるエッチングストッパー膜を備えた位相シフトマスク用の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。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。
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、エッチングストッパー膜と位相シフト膜がこの順に積層された構造を備えるマスクブランクであって、
前記位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、
前記位相シフト膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ１が１．５以上であり、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ１が０．１以下であり、
前記エッチングストッパー膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ２が２．６以上、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ２が０．４以下であり、さらに前記屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２が、（条件１）および（条件２）のうちのいずれかの条件を満たす
ことを特徴とするマスクブランク。
（条件１）ｋ２≦−０．１８８×ｎ２＋０．８７９
（条件２）ｋ２＞−０．１８８×ｎ２＋０．８７９ かつ ｋ２≦２．７５０×ｎ２−６．９４５
（構成２）
前記エッチングストッパー膜は、前記屈折率ｎ２が３．１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）
前記エッチングストッパー膜は、前記消衰係数ｋ２が０．０５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）
前記位相シフト膜は、前記屈折率ｎ１が１．６以下であ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）
前記透光性基板は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ３が１．５以上１．６以下であり、かつ、波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ３が０．１以下であ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）
前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長１９３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上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）
前記エッチングストッパー膜のみでの波長１９３ｎｍの光に対する表面反射率を、前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長１９３ｎｍの光に対する表面反射率で除して算出されるコントラスト比が１．５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）
前記エッチングストッパー膜は、ハフニウムおよび酸素を含有する材料からな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）
前記エッチングストッパー膜は、前記透光性基板の主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８のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成１０）
前記エッチングストッパー膜は、厚さが１ｎｍ以上４ｎｍ以下であることを特徴とする構成１から９のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成１１）
前記位相シフト膜は、前記位相シフト膜を透過した波長１９３ｎｍの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波長１９３ｎｍの光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能を有することを特徴とする構成１から１０のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成１２）
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１１のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成１３）
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１２記載のマスクブランク。
（構成１４）
透光性基板上に、エッチングストッパー膜と、位相シフトパターンを有する位相シフト膜がこの順に積層された構造を備える位相シフトマスクであって、
前記位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、
前記位相シフト膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ１が１．５以上であり、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ１が０．１以下であり、
前記エッチングストッパー膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ２が２．６以上、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ２が０．４以下であり、さらに前記屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２が、（条件１）および（条件２）のうちのいずれかの条件を満たす
ことを特徴とする位相シフトマスク。
（条件１）ｋ２≦−０．１８８×ｎ２＋０．８７９
（条件２）ｋ２＞−０．１８８×ｎ２＋０．８７９ かつ ｋ２≦２．７５０×ｎ２−６．９４５
（構成１５）
前記エッチングストッパー膜は、前記屈折率ｎ２が３．１以下であることを特徴とする構成１４記載の位相シフトマスク。
（構成１６）
前記エッチングストッパー膜は、前記消衰係数ｋ２が０．０５以上であることを特徴とする構成１４または１５に記載の位相シフトマスク。
（構成１７）
前記位相シフト膜は、前記屈折率ｎ１が１．６以下であることを特徴とする構成１４から１６のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成１８）
前記透光性基板は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ３が１．５以上１．６以下であり、かつ、波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ３が０．１以下であることを特徴とする構成１４から１７のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成１９）
前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長１９３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上であることを特徴とする構成１４から１８のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成２０）
前記エッチングストッパー膜のみでの波長１９３ｎｍの光に対する表面反射率を、前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長１９３ｎｍの光に対する表面反射率で除して算出されるコントラスト比が１．５以上であることを特徴とする構成１４から１９のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成２１）
前記エッチングストッパー膜は、ハフニウムおよび酸素を含有する材料からなることを特徴とする構成１４から２０のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成２２）
前記エッチングストッパー膜は、前記透光性基板の主表面に接して形成されていることを特徴とする構成１４から２１のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成２３）
前記エッチングストッパー膜は、厚さが１ｎｍ以上４ｎｍ以下であることを特徴とする構成１４から２２のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成２４）
前記位相シフト膜は、前記位相シフト膜を透過した波長１９３ｎｍの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波長１９３ｎｍの光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能を有することを特徴とする構成１４から２３のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成２５）
前記位相シフト膜上に、遮光帯を含む遮光パターンを有する遮光膜を備えることを特徴とする構成１４から２４のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成２６）
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２５記載の位相シフトマスク。
（構成２７）
構成１４から２６のいずれかに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位相シフトマスク上の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、透光性基板上に、エッチングストッパー膜と位相シフト膜がこの順に積層された構造を備えるマスクブランクであって、前記位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、前記位相シフト膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ１が１．５以上であり、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ１が０．１以下であり、前記エッチングストッパー膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ２が２．６以上、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ２が０．４以下であり、さらに前記屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２が、（条件１）および（条件２）のうちのいずれかの条件を満たすことを特徴とする。
（条件１）ｋ２≦−０．１８８×ｎ２＋０．８７９
（条件２）ｋ２＞−０．１８８×ｎ２＋０．８７９ かつ ｋ２≦２．７５０×ｎ２−６．９４５
この発明によれば、１９３ｎｍの波長を有するＡｒＦ露光光に対して高い透過率を有するとともに、１９３ｎｍの波長を有する検査光に対して高いコントラスト比を得ることのできるエッチングストッパー膜を備えた位相シフトマスク用のマスクブランクを提供することができる。このように、波長１９３ｎｍの光には、ＡｒＦ露光光と、このＡｒＦ露光光と同等の１９３ｎｍの波長を有する検査光が含まれる。
本発明の第１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。 本発明の第１の実施形態における位相シフトマスクの構成を示す断面図である。 本発明の第１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。 シミュレーション結果から導き出された、表面反射コントラスト比１．５を満たすエッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２と、最小膜厚ｄの関係、並びに、透過率８０％を満たすエッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２（ｋ２の範囲は０．２０から０．４０。）と、最大膜厚ｄの関係を示す図である。 シミュレーション結果から導き出された、裏面反射コントラスト比１．５を満たすエッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２（ｋ２の範囲は０．２０から０．４０。）と、最小膜厚ｄの関係を示す図である。 シミュレーション結果から導き出された、表面反射コントラスト比１．５を満たすエッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２と、最小膜厚ｄの関係、並びに、透過率８０％を満たすエッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２（ｋ２の範囲は０．０５から０．４０。）と、最大膜厚ｄの関係を示す図である。 シミュレーション結果から導き出された、裏面反射コントラスト比１．５を満たすエッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２（ｋ２の範囲は０．０５から０．４０。）と、最小膜厚ｄの関係を示す図である。
まず、本発明の完成に至った経緯を述べる。本発明者らは、ＣＰＬマスクを製造するためのマスクブランクのエッチングストッパー膜および位相シフト膜が、ＡｒＦ露光光に対して８０％以上の高い透過率を有するとともに、ＡｒＦ露光光と同等の１９３ｎｍの波長を有する検査光に対して１．５以上の高いコントラスト比を得ることのできるエッチングストッパー膜を備えた位相シフトマスク用のマスクブランクを得るために、鋭意検討を行った。
透光性基板上に、エッチングストッパー膜と位相シフト膜がこの順に積層された構造を備えるマスクブランクにおいて、位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、その屈折率ｎ１や消衰係数ｋ１、膜厚は、ＣＰＬマスクとしての機能上の制約を受ける。このため、エッチングストッパー膜の屈折率ｎ２と消衰係数ｋ２を所定の範囲になるように制御する必要がある。
ここで、本発明者らは、エッチングストッパー膜および位相シフト膜の積層構造での波長１９３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上であることを満たすための、エッチングストッパー膜の最大膜厚ｄと、エッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２との関係に着目し、エッチングストッパー膜および位相シフト膜について光学シミュレーションを行った。光学シミュレーションでは、屈折率ｎ２を２．６から３．１の範囲および消衰係数ｋ２を０．０５から０．４０の範囲において、エッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２のそれぞれの値を変えながら、透過率が８０％になるときのエッチングストッパー膜の最大膜厚ｄを算出した。ここで、位相シフト膜の膜厚は１７７（ｎｍ）、屈折率ｎ１は１．５６、消衰係数ｋ１は０．００とした。
その後、このシミュレーション結果を元に、エッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２と最大膜厚ｄとの関係を整理した。図４および図６には、透過率８０％を満たすエッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２と、最大膜厚ｄの関係が示されている。
図４および図６中に示される、エッチングストッパー膜の最大膜厚ｄが２．５ｎｍ、３．０ｎｍであるときの、透過率８０％を満たすエッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２のそれぞれの関係式は、以下のようになる。
ｋ２＝−０．１５６ｎ２＋０．８５９ （最大膜厚ｄ＝２．５ｎｍの場合）
ｋ２＝−０．１８８ｎ２＋０．８７９ （最大膜厚ｄ＝３．０ｎｍの場合）
このように、透過率８０％を満たすエッチングストッパー膜について、屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２とには負の相関関係があることを見出した。
また、本発明者らは、表面反射コントラスト比１．５および裏面反射コントラスト比１．５を満たすための、エッチングストッパー膜の最小膜厚と、エッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２との関係に着目し、エッチングストッパー膜および位相シフト膜について光学シミュレーションを行った。光学シミュレーションにおける、屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２の範囲、位相シフト膜の膜厚、屈折率ｎ１、消衰係数ｋ１については、上述した透過率に関するシミュレーションと同様とした。
その後、このシミュレーション結果を元に、表面反射コントラスト比１．５および裏面反射コントラスト比１．５を満たす、エッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２と最小膜厚ｄとの関係をそれぞれ整理した。図４および図６には、表面反射コントラスト比１．５を満たす、エッチングストッパー膜の最小膜厚ｄ＝２．０ｎｍ、２．５ｎｍ、３．０ｎｍの場合における近似曲線が示されている。また、図５および図７には、裏面反射コントラスト比１．５を満たす、エッチングストッパー膜の最小膜厚ｄ＝２．０ｎｍ、２．５ｎｍの場合における近似曲線が示されている。図４から図７に示される屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２の範囲において、裏面反射コントラスト比１．５を満たす最小膜厚ｄの値は、表面反射コントラスト比１．５を満たす最小膜厚ｄの値よりも常に小さくなっている。これらのことから、表面反射コントラスト比１．５を満たすようにエッチングストッパー膜の最小膜厚ｄを設定すれば、裏面反射コントラスト比１．５を満たすことができることを見出した。
そして、図４および図６に示されるように、表面反射コントラスト比１．５を満たす、エッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２と最小膜厚ｄの関係と、透過率８０％を満たすエッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２と最大膜厚ｄとの関係とをそれぞれ整理し、それぞれの条件を両立させる構成について検討した。その結果、最大膜厚ｄ＝３．０ｎｍの場合における
ｋ２＝−０．１８８×ｎ２＋０．８７９
の関係を満たすｋ２の値およびこの値を下回るｋ２の値であれば、透過率とコントラスト比のそれぞれの条件を両立させることを見出した（なお、ここでは説明の便宜上ｋ２の値に着目したが、ｎ２の値についても同様のことが言える）。すなわち、エッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２が、
（条件１）ｋ２≦−０．１８８×ｎ２＋０．８７９
を満たすとき、透過率とコントラスト比のそれぞれの条件を両立させられることを見出した。
また、図４および図６において、
ｋ２＞−０．１８８×ｎ２＋０．８７９
となる領域は、最大膜厚ｄが３．０ｎｍ未満となる領域である。一方、図４および図６に示すｄ＝３．０ｎｍ（表面反射コントラスト比１．５）で示した近似曲線よりも左側となる領域では、最小膜厚ｄが３．０ｎｍを超える領域となる。したがって、図４および図６においてこれらの領域が重なる領域（ハッチングした領域Ｂ）では、それぞれの条件を両立させることができないことが分かった。そこで、この領域を除外するため、最小膜厚ｄ＝３．０ｎｍの近似曲線と（条件１）の式との交点を求め、この交点より上側の近似曲線に対して直線近似を行い、以下の式を得た。
ｋ２＝２．７５０×ｎ２−６．９４５
すなわち、
エッチングストッパー膜の屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２が、
（条件２）ｋ２＞−０．１８８×ｎ２＋０．８７９ かつ ｋ２≦２．７５０×ｎ２−６．９４５
を満たすとき、透過率とコントラスト比のそれぞれの条件を両立させられることを見出した。
本発明は、以上のような鋭意検討の結果、なされたものである。なお、図４から図７に示した近似曲線は、算出方式によって多少変動する。しかし、その変動で生じる屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２の範囲の変動が、エッチングストッパー膜のコントラスト比、膜厚、透過率に与える影響は小さく、許容される範囲である。
＜第１の実施形態＞
［マスクブランクとその製造］
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明を行う。
本発明の第１の実施形態に係るマスクブランクは、ＣＰＬ（Ｃｈｒｏｍｅｌｅｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）マスク、すなわちクロムレス位相シフトマスクを製造するために使用されるマスクブランクである。ＣＰＬマスクは、転写パターン形成領域内は、大パターンの領域を除いて、基本的に遮光膜は設けられず、透光性基板の掘込部と非掘込部とによって転写パターンを構成するタイプの位相シフトマスクである。
図１に、この第１の実施形態のマスクブランクの構成を示す。この第１の実施形態に係るマスクブランク１００は、透光性基板１の主表面上に、エッチングストッパー膜２、位相シフト膜３、遮光膜４、およびハードマスク膜５を備えている。
透光性基板１は、露光光に対して高い透過率を有し、十分な剛性を持つものであれば、特に制限されない。本発明では、合成石英ガラス基板、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）を用いることができる。これらの基板の中でも特に合成石英ガラス基板は、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）またはそれよりも短波長の領域で透過率が高いので、高精細の転写パターン形成に用いられる本発明のマスクブランクの基板として好適である。透光性基板１は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ３が１．５以上１．６以下であり、かつ、波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ３が０．１以下であることが好ましい。なお、透光性基板１の消衰係数ｋ３の下限値は０．０である。
エッチングストッパー膜２は、上述した（条件１）および（条件２）のいずれかを満たす材料で形成される。また、エッチングストッパー膜２は、位相シフト膜３をパターニングする際に行われるフッ素系ガスを用いるドライエッチングに対し、位相シフト膜３との間でエッチング選択性が得られる材料で形成される。このエッチングストッパー膜２は、位相シフトマスク２００が完成した段階において、転写パターン形成領域１０１の全面で除去されずに残されるものである（図２参照）。すなわち、透光部における位相シフトパターン３ｂがない領域である掘込部にもエッチングストッパー膜２が残存した形態をとる。このため、エッチングストッパー膜２は、透光性基板１との間に他の膜を介さず、透光性基板１の主表面に接して形成されていることが好ましい。
露光光に対する透光性基板１の透過率を１００％としたときのエッチングストッパー膜２の透過率は、８０％以上であることが好ましく、８５％以上であるとより好ましい。
エッチングストッパー膜２は、酸素含有量が５０原子％以上であることが好ましい。露光光に対する透過率を上記の数値以上とするには、エッチングストッパー膜２中に酸素を多く含有させることが求められるためである。他方、エッチングストッパー膜２は、酸素含有量が６７原子％以下であることが好ましい。
エッチングストッパー膜２は、ハフニウムおよび酸素を含有する材料からなることが、薬液耐性や洗浄耐性の観点から好ましい。エッチングストッパー膜２は、フッ素系ガスを用いたドライエッチングに対し、位相シフト膜３との間でのエッチング選択性を低下させる元素（たとえば、ケイ素）は含有しないことが好ましい。また、エッチングストッパー膜２は、ハフニウムおよび酸素からなる材料で形成されているとより好ましい。ここで、ハフニウムおよび酸素からなる材料とは、これらの構成元素のほか、スパッタ法で成膜する際、エッチングストッパー膜２に含有されることが不可避な元素（ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）等の貴ガス、水素（Ｈ）、炭素（Ｃ）等）のみを含有する材料のことをいう。エッチングストッパー膜２中にハフニウムと結合する他の元素の存在を極小にすることにより、エッチングストッパー膜２中におけるハフニウムよび酸素の結合の比率を大幅に高めることができる。このため、エッチングストッパー膜２に含有されることが不可避な上記元素（貴ガス、水素、炭素等）においても合計含有量は３原子％以下が好ましい。エッチングストッパー膜２は、アモルファス構造とすることが好ましい。このことにより、エッチングストッパー膜２の表面粗さを良好なものとすることができつつ、露光光に対する透過率を高めることができる。
一方、エッチングストッパー膜２は、ハフニウムだけでなく、エッチングストッパー膜２の消衰係数ｋ２を下げる作用を有する金属元素も含有することが、エッチングストッパー膜２のＡｒＦ露光光に対する透過率を上げる観点から好ましい。その観点からエッチングストッパー膜２に含有させる金属元素としては、アルミニウム、ジルコニウム、インジウム、スズなどがあげられる。たとえば、エッチングストッパー膜２をハフニウム、アルミニウムおよび酸素を含有する材料で形成する場合、エッチングストッパー膜２のハフニウム（Ｈｆ）とアルミニウム（Ａｌ）の合計含有量［原子％］に対するハフニウム（Ｈｆ）の含有量［原子％］の比率（Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ａｌ］比率）は、０．８６以下であると好ましい。また、その場合におけるエッチングストッパー膜２のＨｆ／［Ｈｆ＋Ａｌ］比率）は、０．６０以上であると好ましい。
エッチングストッパー膜２は、上述した（条件１）および（条件２）のいずれかを満たすことを前提としたうえで、厚さが１ｎｍ以上であることが好ましい。マスクブランクから位相シフトマスクを製造するまでに行われるフッ素系ガスによるドライエッチングによる影響、薬液洗浄による影響を考慮すると、エッチングストッパー膜２の厚さは１ｎｍ以上あることが望まれる。エッチングストッパー膜２の厚さは２ｎｍ以上であるとより好ましい。
エッチングストッパー膜２は、露光光に対する透過率が高い材料を適用してはいるが、厚さが厚くなるにつれて透過率は低下する。また、エッチングストッパー膜２は、透光性基板１を形成する材料よりも屈折率が高く、エッチングストッパー膜２の厚さが厚くなるほど、位相シフト膜３に実際に形成するマスクパターンを設計する際に与える影響が大きくなる。これらの点を考慮すると、エッチングストッパー膜２は、４ｎｍ以下であることが望まれ、３ｎｍ以下であると好ましい。
エッチングストッパー膜２は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ２が３．１以下であると好ましく、３．０以下であるとより好ましい。位相シフト膜３に実際に形成するマスクパターンを設計する際に与える影響を小さくするためである。エッチングストッパー膜２は、屈折率ｎ２が２．６以上で形成される。一方、エッチングストッパー膜２は、波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ２（以下、単に消衰係数ｋ２という。）が０．４以下であると好ましい。エッチングストッパー膜２の露光光もしくは検査光に対する透過率を高くするためである。エッチングストッパー膜２は、消衰係数ｋ２が０．０５以上であると好ましく、０．１以上であるとより好ましく、０．２以上であるとさらに好ましい。
エッチングストッパー膜２は、厚さ方向で組成の均一性が高い（すなわち、厚さ方向における各構成元素の含有量の差が５原子％以内の変動幅に収まっている）ことが好ましい。他方、エッチングストッパー膜２を、厚さ方向で組成傾斜した膜構造としてもよい。
位相シフト膜３は、ケイ素と酸素を含有する露光光に対して透明な材料からなり、所定の位相差を有するものである。具体的には、透光部の位相シフト膜３をパターニングし、位相シフト膜３が存在している非掘込部と存在していない掘込部とを形成し、位相シフト膜３が存在していない掘込部を透過した露光光（ＡｒＦエキシマレーザーの露光光）に対して、位相シフト膜３が存在している非掘込部を透過した露光光の位相が実質的に反転した関係（所定の位相差）になるようにする。こうすることにより、回折現象によって互いに相手の領域に回り込んだ光が打ち消し合うようにして、境界部における光強度をほぼゼロとし、解像度を向上させるものである。
位相シフト膜３は、波長１９３ｎｍの光を９５％以上の透過率で透過させる機能（透過率）と、位相シフト膜３を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜３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ことが好ましい。また、この位相シフト膜３の位相差は、１５０度以上２００度以下であるとより好ましく、１５０度以上１９０度以下であるとさらに好ましい。位相シフト膜３の露光光透過率は、露光効率向上の観点から、９６％以上であるとより好ましく、９７％以上であるとさらに好ましい。
位相シフト膜３の厚さは２００ｎｍ以下であることが好ましく、１９０ｎｍ以下であるとより好ましい。一方で、位相シフト膜３の厚さは１４３ｎｍ以上であることが好ましく、１５３ｎｍ以上であるとより好ましい。
位相シフト膜３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、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ１は、１．５以上であることが求められ、１．５２以上であると好ましく、１．５４以上であるとより好ましい。また、位相シフト膜３の屈折率ｎ１は、１．６８以下であると好ましく、１．６３以下であるとより好ましい。位相シフト膜３の波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ１は、０．１以下であることが求められ、０．０２以下が好ましく、０に近いことがより好ましい。
なお、位相シフト膜３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、その薄膜が所定の屈折率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３を反応性スパッタリングで成膜する場合、上記の屈折率ｎ１と消衰係数ｋ１の範囲にするには、貴ガスと反応性ガス（酸素ガス）の混合ガスの比率を調整することが有効であるが、それだけに限られない。反応性スパッタリングで成膜するときの成膜室内の圧力、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渡る。また、これらの成膜条件は成膜装置に固有のものであり、形成される位相シフト膜３が所定の屈折率ｎ１および消衰係数ｋ１になるように適宜調整されるものである。
位相シフト膜３は、単層で構成してもよく、また複数層の積層で構成してもよいが、ケイ素および酸素を含有する材料からなる。ケイ素に酸素を含有させることで、露光光に対して高い透明度を確保することができ、位相シフト膜３として好ましい光学特性を得ることができる。
位相シフト膜３は、上述のようにケイ素と酸素を含有する材料からなる。露光光に対する透過率や耐光性を高め、また、ドライエッチングによる加工性を高めるためには、位相シフト膜３は、ケイ素と酸素以外の元素の含有量を５原子％以下とすることが好ましく、３原子％以下とすることがより好ましい。さらに好ましくは、位相シフト膜３は、ケイ素と酸素からなる材料、例えばＳｉＯ２が好ましい。位相シフト膜３をスパッタ法で成膜する場合は、この膜にバッファーガスとして用いられたヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）等の貴ガスや、真空中に存在する水素（Ｈ）、炭素（Ｃ）等が不可避的に含有される。その場合でも、成膜条件を最適化することや、成膜後にアニールを行うことにより、位相シフト膜３に含まれるケイ素と酸素以外のこれらの元素の合計含有量を５原子％以下にすることが好ましく、３原子％以下とすることがより好ましい。
酸化ケイ素系材料の位相シフト膜３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（ケイ素ターゲット、ＳｉＯ２ターゲットなど）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。成膜レートを考慮すると、ＲＦスパッタリングを適用することが好ましい。
遮光膜４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よく、層の厚さ方向で組成傾斜した構成であってもよい。
遮光膜４は、露光光を高い遮光率で遮光する機能が求められる。遮光膜４は、２．０よりも大きい光学濃度（ＯＤ）を確保することが求められ、２．８以上のＯＤがあると好ましく、３．０以上のＯＤがあるとより好ましい。ここで、図２に示されているように、遮光帯形成領域１０２とは、露光転写の対象となるパターン（回路パターン）が形成されている転写パターン形成領域１０１の外側に形成された遮光領域のことである。遮光帯形成領域１０２は、ウェハへの露光転写の際に隣接露光による悪影響（露光光の被り）を防止する目的で形成される。
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３の上に、他の膜を介さずに遮光膜４を積層した構成としている。この構成の場合の遮光膜４は、位相シフト膜３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４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４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４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４を形成するクロムを含有する材料にモリブデン、インジウムおよびスズのうち一以上の元素を含有させてもよい。モリブデン、インジウム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。
マスクブランク１００において、遮光膜４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５を遮光膜４の上にさらに積層させた構成とすると好ましい。ハードマスク膜５は、基本的に光学濃度の制限を受けないため、ハードマスク膜５の厚さは遮光膜４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５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。このため、レジスト膜を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。
このハードマスク膜５は、遮光膜４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５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。このため、ハードマスク膜５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５は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等で形成されるとより好ましい。
また、遮光膜４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５の材料として、前記のケイ素を含有する材料のほか、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。
一方、遮光膜４として、位相シフト膜３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の具体的な事項については、上記の遮光膜４の場合と同様である。また、遷移金属とケイ素を含有する材料からなる層において、その層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。その層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。
上記の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積層した構造の遮光膜４の場合、ハードマスク膜５は、クロムを含有する材料で形成されていることが好ましい。
マスクブランク１００において、ハードマスク膜５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５に形成すべき転写用パターン（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。このような場合でも、レジストパターンの断面アスペクト比は１：２．５と低くなるので、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することや脱離することが抑制される。なお、レジスト膜の膜厚は、８０ｎｍ以下であると、レジストパターンの倒壊や脱離がさらに抑制されるため、より好ましい。
エッチングストッパー膜２、位相シフト膜３、遮光膜４、ハードマスク膜５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。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。
エッチングストッパー膜２の成膜方法に関しては、成膜室内にハフニウムを含有するターゲット（表層を除き酸素を実質的に含有しないハフニウムターゲット、またはハフニウムと酸素を含有するターゲット）を配置し、透光性基板１上にエッチングストッパー膜２を形成することが好ましい。具体的には、その成膜室内の基板ステージに透光性基板１を配置し、アルゴンガス等の貴ガス雰囲気下（あるいは、酸素ガスまたは酸素を含有するガスとの混合ガス雰囲気）で、ターゲットに所定の電圧を印加する（この場合、ＲＦ電源が好ましい。）。これにより、プラズマ化した貴ガス粒子がターゲットに衝突してスパッタ現象が起こり、透光性基板１の表面にハフニウムおよび酸素を含有するエッチングストッパー膜２が形成される。このとき、エッチングストッパー膜２の膜厚、屈折率ｎ２、消衰係数ｋ２は、上述した（条件１）および（条件２）のいずれかを満たすように、成膜条件が設定される。
以上のように、この第１の実施形態のマスクブランク１００は、ＡｒＦ露光光に対して高い透過率を有するとともに、ＡｒＦ露光光と同等の１９３ｎｍの波長を有する検査光に対して高いコントラスト比を得ることのできるエッチングストッパー膜２を備えた位相シフトマスク用のマスクブランク１００を提供することができる。
［位相シフトマスクとその製造］
この第１の実施形態に係る位相シフトマスク２００（図２参照）では、マスクブランク１００のエッチングストッパー膜２は透光性基板１の主表面上の全面で残され、位相シフト膜３に位相シフトパターン３ａが形成され、遮光膜４に遮光パターン４ｂが形成されていることを特徴としている。なお、この位相シフトマスク２００の作製途上でハードマスク膜５は除去される（図３参照）。
すなわち、この第１の実施形態に係る位相シフトマスク２００は、透光性基板１上に、エッチングストッパー膜２、位相シフトパターン３ａ、および遮光パターン４ｂがこの順に積層された構造を備える。位相シフトパターン３ａは、ケイ素および酸素を含有する材料からなる。エッチングストッパー膜２は、上述した（条件１）および（条件２）のいずれかを満たす材料で形成されていることを特徴とするものである。そして、エッチングストッパー膜２は、位相シフト膜３をパターニングする際に行われるフッ素系ガスを用いるドライエッチングに対し、位相シフト膜３との間でエッチング選択性が得られる材料で形成されている。なお、この位相シフトマスク２００における、透光性基板１、エッチングストッパー膜２、位相シフトパターン３ａ、および遮光パターン４ｂの具体的な構成については、マスクブランク１００の場合と同様である。
以下、要部断面構造図である図３に示す製造工程にしたがって、この第１の実施形態に係る位相シフトマスク２００の製造方法を説明する。なお、ここでは、遮光膜４にはクロムを含有する材料を適用し、ハードマスク膜５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５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３に形成すべきパターンを電子線で描画し、さらに現像処理等の所定の処理を行うことによって第１のレジストパターン６ａを形成する（図３（ａ）参照）。続いて、第１のレジストパターン６ａ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５にハードマスクパターン５ａを形成する（図３（ｂ）参照）。
次に、第１のレジストパターン６ａを除去する。その後、ハードマスクパターン５ａをマスクとして、塩素系ガスと酸素系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４に遮光パターン４ａを形成する（図３（ｃ）参照）。続いて、遮光パターン４ａ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３に位相シフトパターン３ａを形成する（図３（ｄ）参照）。このドライエッチングにより、ハードマスクパターン５ａは除去される。
続いて、レジスト膜をスピン塗布法によって形成する。その後、レジスト膜に対して、遮光膜４に形成すべきパターン（遮光帯を含むパターン）を電子線で描画して、さらに現像処理等の所定の処理を行うことによって第２のレジストパターン７ｂを形成する（図３（ｅ）参照）。
その後、第２のレジストパターン７ｂ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４に遮光パターン４ｂを形成する（図３（ｆ）参照）。
その後、第２のレジストパターン７ｂを除去してから洗浄工程を行う。洗浄工程後、必要に応じて波長１９３ｎｍの光を用いてマスク欠陥検査を行う。さらに、欠陥検査の結果によっては必要に応じて欠陥修正を行って、位相シフトマスク２００が製造される（図３（ｇ）参照）。エッチングストッパー膜２は、１９３ｎｍの波長を有するＡｒＦ露光光に対して高い透過率を有するとともに、ＡｒＦ露光光と同等の１９３ｎｍの波長を有する検査光に対して高いコントラスト比を得ることのできるものである。このため、高い精度での欠陥検査および欠陥修正を行うことが可能となる。
［半導体デバイスの製造］
第１の実施形態の半導体デバイスの製造方法は、第１の実施形態の位相シフトマスク２００または第１の実施形態のマスクブランク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転写用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、第１の実施形態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すると、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形成することができる。
なお、ここまでは第１の実施形態のマスクブランク１００を、ＣＰＬマスクを製造するために適用する態様について説明してきた。しかしながら、本発明のマスクブランクの適用対象は、特にＣＰＬマスクに限定されず、たとえばレベンソン型の位相シフトマスクを製造する用途にも同様に適用できる。
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、端面および主表面を所定の表面粗さ以下（二乗平均平方根粗さＲｑで０．２ｎｍ以下）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。分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製 Ｍ−２０００Ｄ）を用いてこの透光性基板１の各光学特性を測定したところ、波長１９３ｎｍの光における屈折率ｎ３は１．５５６、消衰係数ｋ３は０．００（測定下限）であった。
次に、透光性基板１の表面に接して、ハフニウムおよび酸素からなるエッチングストッパー膜２（ＨｆＯ膜）を３ｎｍの厚さで形成した。具体的には、枚葉式ＲＦスパッタリング装置内に透光性基板１を設置し、Ｈｆターゲットを放電させ、アルゴン（Ａｒ）および酸素（Ｏ２）の混合ガスをスパッタリングガスとするスパッタリング（ＲＦスパッタリング）によって、エッチングストッパー膜２を形成した。別の透光性基板上に同条件で形成したエッチングストッパー膜に対してＸ線光電子分光法による分析を行った結果、Ｈｆ：Ｏ＝３４：６６（原子％比）であった。
また、上記の分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製 Ｍ−２０００Ｄ）を用いてエッチングストッパー膜２の各光学特性を測定したところ、波長１９３ｎｍの光における屈折率ｎ２は２．７３、消衰係数ｋ２は０．３６であった。
次に、エッチングストッパー膜２の表面に接して、ケイ素と酸素を含有したＳｉＯ２からなる位相シフト膜３を１７７ｎｍの厚さで形成した。具体的には、エッチングストッパー膜２が形成された透光性基板１を枚葉式ＲＦスパッタリング装置内に設置し、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）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するＲＦスパッタリングにより、エッチングストッパー膜２の上に、ＳｉＯ２からなる位相シフト膜３を形成した。なお、別の透光性基板１の主表面に対して、同条件でＳｉＯ２からなる位相シフト膜３のみを形成し、前記の分光エリプソメーターを用いてこの最上層の光学特性を測定したところ、波長１９３ｎｍにおける屈折率ｎ１は１．５６、消衰係数ｋ１は０．００（測定下限）であった。
その後、位相シフト膜３の表面に接して、クロムを含有する遮光膜４を５９ｎｍの厚さで形成した。この遮光膜４は、クロムのほかに酸素と炭素を含有するＣｒＯＣ膜である。具体的には、枚葉式ＤＣスパッタリング装置内に位相シフト膜３が形成された後の透光性基板１を設置し、クロム（Ｃｒ）ターゲットを用いて、二酸化炭素（ＣＯ２）およびヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス雰囲気での反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）によって、遮光膜４を形成した。次に、上記遮光膜４（ＣｒＯＣ膜）が形成された透光性基板１に対して、加熱処理を施した。具体的には、ホットプレートを用いて、大気中で加熱温度を２８０℃、加熱時間を５分として、加熱処理を行った。
加熱処理後の遮光膜４に対し、Ｘ線光電子分光分析法（ＥＳＣＡ、ＲＢＳ補正有り）で分析を行った。この結果、遮光膜４の透光性基板１側とは反対側の表面近傍の領域（表面から２ｎｍ程度の深さまでの領域）は、それ以外の領域よりも酸素含有量が多い組成傾斜部（酸素含有量が４０原子％以上）を有することが確認できた。また、遮光膜４の組成傾斜部を除く領域における各構成元素の含有量は、平均値でＣｒ：７１原子％、Ｏ：１５原子％、Ｃ：１４原子％であることがわかった。さらに、遮光膜４の組成傾斜部を除く領域の厚さ方向における各構成元素の差は、いずれも３原子％以下であり、厚さ方向の組成傾斜は実質的にないことが確認できた。なお、以下に示すほかの膜の組成についても、上記遮光膜４と同様に、Ｘ線光電子分光分析法（ＥＳＣＡ、ＲＢＳ補正有り）によって得られたものである。
また、加熱処理後の遮光膜４に対し、分光光度計（アジレントテクノロジー社製 Ｃａｒｙ４０００）を用いてＡｒＦエキシマレーザーの光の波長（約１９３ｎｍ）における光学濃度（ＯＤ）を測定したところ、３．０以上であることが確認できた。
次に、遮光膜４の表面に接して、ケイ素と酸素を含有したＳｉＯ２からなるハードマスク膜５を１２ｎｍの厚さで形成した。具体的には、枚葉式ＲＦスパッタリング装置内に遮光膜４が形成された後の透光性基板１を設置し、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）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するＲＦスパッタリングにより、遮光膜４の上に、ＳｉＯ２からなるハードマスク膜５を形成した。以上の手順で、実施例１のマスクブランク１００を製造した。
なお、同様の手順で、別の透光性基板にエッチングストッパー膜を形成し、上記の分光エリプソメーターにより、そのエッチングストッパー膜のみの状態での波長１９３ｎｍの光における表面反射率（透光性基板１とは反対側の反射率）と裏面反射率（透光性基板１側の反射率）をそれぞれ測定した。その結果、表面反射率が１４．３％であり、裏面反射率が１０．７％であった。
続いて、同様の手順で、そのエッチングストッパー膜２の表面に接して位相シフト膜３を形成し、上記の分光エリプソメーターにより、そのエッチングストッパー膜２と位相シフト膜３の積層構造での波長１９３ｎｍの光における透過率と表面反射率（透光性基板１とは反対側の反射率）と裏面反射率（透光性基板１側の反射率）をそれぞれ測定した。その結果、透光性基板１の透過率を１００％としたときの透過率が８１．３％であり、表面反射率が９．０％であり、裏面反射率が６．２％であった。
この結果から、実施例１のエッチングストッパー膜２を設けることによって生じる透過率の低下の影響は小さいことがわかった。一方、エッチングストッパー膜２のみでの表面反射率をエッチングストッパー膜２と位相シフト膜３の積層構造での表面反射率で除して算出されるコントラスト比は、１．５９であった。他方、エッチングストッパー膜２のみでの裏面反射率をエッチングストッパー膜２と位相シフト膜３の積層構造での裏面反射率で除して算出されるコントラスト比は、１．７３であった。いずれのコントラスト比も１．５以上である。このことから、この実施例１のマスクブランク１００から位相シフトマスク２００を作製し、その位相シフトマスク２００に対して波長１９３ｎｍの光が検査光に用いられているマスク検査装置でマスク欠陥検査を行ったとしても、マスク欠陥を正常に判定することができるといえる。
［位相シフトマスクの製造と評価］
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５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５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３に形成すべきパターンを電子線描画し、所定の現像処理を行い、第１のレジストパターン６ａを形成した（図３（ａ）参照）。ここで、第１のレジストパターン６ａには、位相シフト膜３に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。
次に、第１のレジストパターン６ａをマスクとし、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングを行い、ハードマスク膜５にハードマスクパターン５ａを形成した（図３（ｂ）参照）。
次に、残存する第１のレジストパターン６ａをＴＭＡＨにより除去した。続いて、ハードマスクパターン５ａをマスクとして、塩素と酸素の混合ガス（ガス流量比 Ｃｌ２：Ｏ２＝２０：１）を用いた高バイアス条件でのドライエッチングを行い、遮光膜４に遮光パターン４ａを形成した（図３（ｃ）参照）。
次に、遮光パターン４ａをマスクとして、ＣＦ４ガスを用いたドライエッチングを行い、位相シフト膜３に位相シフトパターン３ａを形成した（図３（ｄ）参照）。このエッチングの初期段階では、遮光パターン４ａの上に形成されているハードマスクパターン５ａもエッチングマスクとして機能した。しかし、このハードマスク膜５の材料と位相シフト膜３の材料が同じＳｉＯ２であることから、ハードマスクパターン５ａは、早い段階で除去された。
次に、スピン塗布法によって、遮光パターン４ａ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２００ｎｍで形成した。次に、このレジスト膜に対して、遮光膜４に形成すべきパターンを電子線描画し、所定の現像処理を行い、第２のレジストパターン７ｂを形成した（図３（ｅ）参照）。続いて、第２のレジストパターン７ｂをマスクとして、塩素と酸素の混合ガス（ガス流量比 Ｃｌ２：Ｏ２＝４：１）を用いたドライエッチングを行い、遮光膜４に遮光パターン４ｂを形成した（図３（ｆ）参照）。次に、第２のレジストパターン７ｂをアッシングにより除去し、洗浄処理を行って、実施例１の位相シフトマスク（ＣＰＬマスク）２００を作製した（図３（ｇ）参照）。
作製した実施例１の位相シフトマスク２００に対し、波長１９３ｎｍの光が検査光に用いられているマスク検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製 Ｔｅｒｏｎ６４０）によってマスクパターンの検査を行った。その結果、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３ａに欠陥を検出することができた。
この実施例１の位相シフトマスク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、プログラム欠陥が存在する箇所以外は、設計仕様を十分に満たしていた。エッチングストッパー膜２を設けたことによる透光部の透過率の低下が露光転写に与える影響は微小であった。この結果から、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にセットし、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を高精度に形成できるといえる。
（実施例２）
［マスクブランクの製造］
この実施例２のマスクブランク１００は、エッチングストッパー膜２の構成を除いて、実施例１のマスクブランク１００と同様にして製造した。具体的には、この実施例２のマスクブランク１００では、エッチングストッパー膜２に、波長１９３ｎｍの光における屈折率ｎ２は２．７０、消衰係数ｋ２は０．４０である材料を用い、２．８ｎｍの膜厚で形成した。したがって、透光性基板１上にエッチングストッパー膜２、位相シフト膜３および遮光膜４がこの順に積層されたマスクブランク１００の構造と、透光性基板１、位相シフト膜３、遮光膜４の材料や製法は実施例１と同じものである。
実施例１の場合と同様の手順で、実施例２のエッチングストッパー膜２と位相シフト膜３の積層状態での波長１９３ｎｍの光における透過率を測定したところ、透光性基板１の透過率を１００％としたときの透過率が８０．１％であった。この結果から、実施例２のエッチングストッパー膜２を設けることによって生じる透過率の低下の影響は小さいことがわかった。一方、実施例１の場合と同様の手順で、実施例２のエッチングストッパー膜２のみでの表面反射率をエッチングストッパー膜２と位相シフト膜３の積層構造での表面反射率で除して算出されるコントラスト比は、１．５０であった。他方、実施例２のエッチングストッパー膜２のみでの裏面反射率をエッチングストッパー膜２と位相シフト膜３の積層構造での裏面反射率で除して算出されるコントラスト比は、１．６０であった。いずれのコントラスト比も１．５以上である。このことから、この実施例２のマスクブランク１００から位相シフトマスク２００を作製し、その位相シフトマスク２００に対して波長１９３ｎｍの光が検査光に用いられているマスク検査装置でマスク欠陥検査を行ったとしても、マスク欠陥を正常に判定することができるといえる。
［位相シフトマスクの製造と評価］
次に、実施例１と同様の手順で、実施例２のマスクブランク１００を用い、実施例２の位相シフトマスク２００を作製した。作製した実施例２の位相シフトマスク２００に対し、波長１９３ｎｍの光が検査光に用いられているマスク検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製 Ｔｅｒｏｎ６４０）によってマスクパターンの検査を行った。その結果、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３ａに欠陥を検出することができた。
実施例２の位相シフトマスク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、プログラム欠陥が存在する箇所以外は、設計仕様を十分に満たしていた。エッチングストッパー膜２を設けたことによる透光部の透過率の低下が露光転写に与える影響は微小であった。この結果から、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にセットし、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を高精度に形成できるといえる。
（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、エッチングストッパー膜の構成を除いて、実施例１のマスクブランク１００と同様にして製造した。具体的には、この比較例１のマスクブランクでは、エッチングストッパー膜に、波長１９３ｎｍの光における屈折率ｎ２は２．６０、消衰係数ｋ２は０．４０である材料を用い、２．９ｎｍの膜厚で形成した。したがって、透光性基板上にエッチングストッパー膜、位相シフト膜および遮光膜がこの順に積層されたマスクブランクの構造と、透光性基板、位相シフト膜、遮光膜の材料や製法は実施例１と同じものである。
実施例１の場合と同様の手順で、比較例１のエッチングストッパー膜と位相シフト膜の積層状態での波長１９３ｎｍの光における透過率を測定したところ、透光性基板の透過率を１００％としたときの透過率が８０．１％であった。しかし、実施例１の場合と同様の手順で、比較例１のエッチングストッパー膜のみでの表面反射率をエッチングストッパー膜と位相シフト膜の積層構造での表面反射率で除して算出されるコントラスト比は、１．４６であり、１．５を下回ってしまった。このことから、この比較例１のマスクブランクから位相シフトマスクを作製し、その位相シフトマスクに対して波長１９３ｎｍの光が検査光に用いられているマスク検査装置でマスク欠陥検査を行った場合、マスク欠陥を正常に判定することが困難といえる。
［位相シフトマスクの製造と評価］
次に、実施例１と同様の手順で、比較例１のマスクブランクを用い、比較例１の位相シフトマスクを作製した。作製した比較例１の位相シフトマスクに対し、波長１９３ｎｍの光が検査光に用いられているマスク検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製 Ｔｅｒｏｎ６４０）によってマスクパターンの検査を行った。その結果、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に欠陥を検出することができなかった。
比較例１の位相シフトマスクに対し、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、プログラム欠陥が存在する箇所以外は、設計仕様を十分に満たしていた。しかし、この比較例１の位相シフトマスクは、プログラム欠陥を検出できないため、欠陥箇所を修正することもできない。この結果から、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にセットし、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断線や短絡が多発することが予想される。
１…透光性基板
２…エッチングストッパー膜
３…位相シフト膜
３ａ…位相シフトパターン
４…遮光膜
４ａ、４ｂ…遮光パターン
５…ハードマスク膜
５ａ…ハードマスクパターン
６ａ…第１のレジストパターン
７ｂ…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
１０１…転写パターン形成領域
１０２…遮光帯形成領域

Claims (27)

  1. 透光性基板上に、エッチングストッパー膜と位相シフト膜がこの順に積層された構造を備えるマスクブランクであって、
    前記位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、
    前記位相シフト膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ１が１．５以上であり、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ１が０．１以下であり、
    前記エッチングストッパー膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ２が２．６以上、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ２が０．４以下であり、さらに前記屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２が、（条件１）および（条件２）のうちのいずれかの条件を満たす
    ことを特徴とするマスクブランク。
    （条件１）ｋ２≦−０．１８８×ｎ２＋０．８７９
    （条件２）ｋ２＞−０．１８８×ｎ２＋０．８７９ かつ ｋ２≦２．７５０×ｎ２−６．９４５
  2. 前記エッチングストッパー膜は、前記屈折率ｎ２が３．１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. 前記エッチングストッパー膜は、前記消衰係数ｋ２が０．０５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. 前記位相シフト膜は、前記屈折率ｎ１が１．６以下であ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. 前記透光性基板は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ３が１．５以上１．６以下であり、かつ、波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ３が０．１以下であ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. 前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長１９３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上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. 前記エッチングストッパー膜のみでの波長１９３ｎｍの光に対する表面反射率を、前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長１９３ｎｍの光に対する表面反射率で除して算出されるコントラスト比が１．５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. 前記エッチングストッパー膜は、ハフニウムおよび酸素を含有する材料からなることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のマスクブランク。
  9. 前記エッチングストッパー膜は、前記透光性基板の主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８のいずれかに記載のマスクブランク。
  10. 前記エッチングストッパー膜は、厚さが１ｎｍ以上４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のマスクブランク。
  11. 前記位相シフト膜は、前記位相シフト膜を透過した波長１９３ｎｍの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波長１９３ｎｍの光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のマスクブランク。
  12. 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１１のいずれかに記載のマスクブランク。
  13. 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１２記載のマスクブランク。
  14. 透光性基板上に、エッチングストッパー膜と、位相シフトパターンを有する位相シフト膜がこの順に積層された構造を備える位相シフトマスクであって、
    前記位相シフト膜は、ケイ素および酸素を含有する材料からなり、
    前記位相シフト膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ１が１．５以上であり、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ１が０．１以下であり、
    前記エッチングストッパー膜は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ２が２．６以上、かつ波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ２が０．４以下であり、さらに前記屈折率ｎ２および消衰係数ｋ２が、（条件１）および（条件２）のうちのいずれかの条件を満たす
    ことを特徴とする位相シフトマスク。
    （条件１）ｋ２≦−０．１８８×ｎ２＋０．８７９
    （条件２）ｋ２＞−０．１８８×ｎ２＋０．８７９ かつ ｋ２≦２．７５０×ｎ２−６．９４５
  15. 前記エッチングストッパー膜は、前記屈折率ｎ２が３．１以下であることを特徴とする請求項１４記載の位相シフトマスク。
  16. 前記エッチングストッパー膜は、前記消衰係数ｋ２が０．０５以上であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の位相シフトマスク。
  17. 前記位相シフト膜は、前記屈折率ｎ１が１．６以下であることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  18. 前記透光性基板は、波長１９３ｎｍの光に対する屈折率ｎ３が１．５以上１．６以下であり、かつ、波長１９３ｎｍの光に対する消衰係数ｋ３が０．１以下であることを特徴とする請求項１４から１７のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  19. 前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長１９３ｎｍの光に対する透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１４から１８のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  20. 前記エッチングストッパー膜のみでの波長１９３ｎｍの光に対する表面反射率を、前記エッチングストッパー膜および前記位相シフト膜の積層構造での波長１９３ｎｍの光に対する表面反射率で除して算出されるコントラスト比が１．５以上であることを特徴とする請求項１４から１９のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  21. 前記エッチングストッパー膜は、ハフニウムおよび酸素を含有する材料からなることを特徴とする請求項１４から２０のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  22. 前記エッチングストッパー膜は、前記透光性基板の主表面に接して形成されていることを特徴とする請求項１４から２１のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  23. 前記エッチングストッパー膜は、厚さが１ｎｍ以上４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４から２２のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  24. 前記位相シフト膜は、前記位相シフト膜を透過した波長１９３ｎｍの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波長１９３ｎｍの光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能を有することを特徴とする請求項１４から２３のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  25. 前記位相シフト膜上に、遮光帯を含む遮光パターンを有する遮光膜を備えることを特徴とする請求項１４から２４のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  26. 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２５記載の位相シフトマスク。
  27. 請求項１４から２６のいずれかに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位相シフトマスク上の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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021059890A1 (ja) * 2019-09-25 2021-04-01 Hoya株式会社 マスクブランク、位相シフトマスク及び半導体デバイスの製造方法
CN112925164B (zh) * 2019-12-06 2024-03-26 长鑫存储技术有限公司 光掩膜板及其形成方法
KR102487988B1 (ko) * 2020-10-23 2023-01-12 인하대학교 산학협력단 감쇠형 위상반전 마스크 블랭크 제작 공정을 위한 감쇠형 위상반전막의 노광광 파장 영역 투과율, 표면 반사율, 이면 반사율의 측정 및 계산 값을 이용하는 감쇠형 위상반전막의 광학상수 결정 방법 및 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3301556B2 (ja) 1993-07-20 2002-07-15 大日本印刷株式会社 位相シフトフォトマスク用ブランク及び位相シフトフォトマスク
JP2002258458A (ja) * 2000-12-26 2002-09-11 Hoya Corp ハーフトーン型位相シフトマスク及びマスクブランク
TW200528915A (en) * 2004-01-22 2005-09-01 Schott Ag Phase shift mask blank, process for preparation of phase shift mask blank, phase shift photomask and manufacturing method thereof
JP4881633B2 (ja) 2006-03-10 2012-02-22 凸版印刷株式会社 クロムレス位相シフトマスク用フォトマスクブランク、クロムレス位相シフトマスク、及びクロムレス位相シフトマスクの製造方法
TWI545390B (zh) * 2013-08-21 2016-08-11 大日本印刷股份有限公司 遮罩毛胚、附有負型阻劑膜之遮罩毛胚、相位移遮罩及使用其之圖案形成體之製造方法
JP6380204B2 (ja) * 2015-03-31 2018-08-29 信越化学工業株式会社 ハーフトーン位相シフトマスクブランク、ハーフトーン位相シフトマスク及びパターン露光方法
WO2017038213A1 (ja) * 2015-08-31 2017-03-09 Hoya株式会社 マスクブランク、位相シフトマスクおよびその製造方法、並びに半導体デバイスの製造方法
TWI684822B (zh) * 2015-09-30 2020-02-11 日商Ｈｏｙａ股份有限公司 空白遮罩、相位移轉遮罩及半導體元件之製造方法
JP6698438B2 (ja) * 2016-06-17 2020-05-27 Hoya株式会社 マスクブランク、転写用マスク、マスクブランクの製造方法、転写用マスクの製造方法および半導体デバイスの製造方法
JP6729508B2 (ja) * 2017-06-29 2020-07-22 信越化学工業株式会社 フォトマスクブランク及びフォトマスク

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