(57)【要約】      （修正有）【課題】遮光パターン膜の厚みを薄くしても高い遮光性を有し、ＥＭＦバイアスの値を小さくでき、パターン加工性、耐光性、耐薬品性に優れ、ウェハ上におけるハーフピッチ４０ｎｍ以降のリソグラフィ技術に適したハーフトーン型の位相シフトマスクを作製するために用いられるマスクブランクス、位相シフトマスク及びその製造方法を提供する。【解決手段】マスクブランクスが、透明基板１１と、前記透明基板の上に形成された半透明層１２と、前記半透明層の上に形成された中間層１３と、前記中間層の上に形成された遮光層１４と、を有し、前記遮光層が、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されており、前記遮光層の膜厚が４０ｎｍ以下であり、前記半透明層、前記中間層、前記遮光層の３種の層を積層した積層体の前記露光光に対する光学濃度が遮光領域として機能する値以上である。【選択図】図１
2015092281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｒＦエキシマレーザ露光光が適用されるハーフトーン型の位相シフトマスクを作製するために用いられるマスクブランクスであって、
透明基板と、
前記透明基板の上に形成され、前記露光光の位相及び透過率を制御する半透明層と、
前記半透明層の上に形成された中間層と、
前記中間層の上に形成された遮光層と、
を有し、
前記遮光層が、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されており、
前記遮光層の膜厚が４０ｎｍ以下であり、
前記半透明層、前記中間層、前記遮光層の３種の層を積層した積層体の前記露光光に対する光学濃度が遮光領域として機能する値以上であることを特徴とするマスクブランクス。
【請求項２】
前記半透明層、前記中間層、前記遮光層の３種の層を積層した積層体は、前記露光光に対する光学濃度が２．８以上となるよう調整したものであることを特徴とする請求項１に記載のマスクブランクス。
【請求項３】
前記半透明層の前記露光光に対する透過率Ｔと前記遮光層の膜厚ｄとの関係が、
Ｔ＝６％において２３ｎｍ≦ｄ≦２７ｎｍの範囲であり、
Ｔ＝２０％において３１ｎｍ≦ｄ≦３５ｎｍの範囲であり、
Ｔ＝３０％において３３ｎｍ≦ｄ≦３７ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマスクブランクス。
【請求項４】
前記遮光層は、屈折率ｎが１．０以下であり、かつ、消衰係数ｋが２．０以上の単一の金属材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のマスクブランクス。
【請求項５】
前記単一の金属材料が、シリコンであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のマスクブランクス。
【請求項６】
前記半透明層が、ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙ（ｘおよびｙは、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、および０＜ｘ＋ｙ≦１を満足する）からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のマスクブランクス。
【請求項７】
前記中間層が、フッ素系ガスを用いたドライエッチングに対して耐性を有する材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のマスクブランクス。
【請求項８】
前記中間層がクロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料から構成され、かつ前記中間層の膜厚が２ｎｍ〜５ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のマスクブランクス。
【請求項９】
前記遮光層の上に、フッ素系ガスを用いたドライエッチングに対して耐性を有する材料から構成されるハードマスク層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のマスクブランクス。
【請求項１０】
ＡｒＦエキシマレーザ露光光が適用されるハーフトーン型の位相シフトマスクであって、
透明基板と、
前記透明基板の上に形成され、前記露光光の位相及び透過率を制御する半透明パターン膜と、
前記半透明パターン膜の上に形成された中間パターン膜と、
前記中間パターン膜の上に形成された遮光パターン膜と、
を有し、
前記遮光パターン膜が、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されており、
前記遮光パターン膜の膜厚が４０ｎｍ以下であり、
前記半透明パターン膜、前記中間パターン膜、前記遮光パターン膜の３種の膜を積層した積層体の前記露光光に対する光学濃度が遮光領域として機能する値以上であることを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項１１】
前記半透明パターン膜、前記中間パターン膜、前記遮光パターン膜の３種の膜を積層した積層体は、前記露光光に対する光学濃度が２．８以上となるよう調整したものであることを特徴とする請求項１０に記載の位相シフトマスク。
【請求項１２】
前記半透明パターン膜の前記露光光に対する透過率Ｔと前記遮光パターン膜の膜厚ｄとの関係が、
Ｔ＝６％において２３ｎｍ≦ｄ≦２７ｎｍの範囲であり、
Ｔ＝２０％において３１ｎｍ≦ｄ≦３５ｎｍの範囲であり、
Ｔ＝３０％において３３ｎｍ≦ｄ≦３７ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の位相シフトマスク。
【請求項１３】
前記遮光パターン膜は、屈折率ｎが１．０以下であり、かつ、消衰係数ｋが２．０以上の単一の金属材料から構成されていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
【請求項１４】
前記単一の金属材料が、シリコンであることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
【請求項１５】
前記半透明層が、ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙ（ｘおよびｙは、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、および０＜ｘ＋ｙ≦１を満足する）からなることを特徴とする請求項１０乃至請求項１４のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
【請求項１６】
前記中間パターン膜が、フッ素系ガスを用いたドライエッチングに対して耐性を有する材料から構成されていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１５のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
【請求項１７】
前記中間層がクロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料から構成され、かつ前記中間層の膜厚が２ｎｍ〜５ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１０乃至請求項１６のいずれか一項に記載の位相シフトマスク。
【請求項１８】
透明基板と、前記透明基板の上に形成され、前記露光光の位相及び透過率を制御する半透明層と、前記半透明層の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成された遮光層と、を有し、前記遮光層が、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されているマスクブランクスの前記遮光層の上にハードマスク層を形成した、ハードマスク層付きマスクブランクスを準備する工程と、
前記ハードマスク層の上に、第１のレジストパターン膜を形成する工程と、
前記第１のレジストパターン膜から露出する前記ハードマスク層をエッチングして、第１の形態のハードマスクパターン膜を形成する工程と、
前記第１の形態のハードマスクパターン膜から露出する前記遮光層を、前記中間層をエッチング停止層に用いてエッチングして、第１の形態の遮光パターン膜を形成する工程と、
前記第１のレジストパターン膜を除去する工程と、
前記第１の形態のハードマスクパターン膜の所望の領域、および、前記第１の形態の遮光パターン膜から露出する前記中間層の所望の領域を覆う第２のレジストパターン膜を形成する工程と、
前記第２のレジストパターン膜から露出する前記第１の形態のハードマスクパターン膜、および、前記第２のレジストパターン膜と前記第１の形態の遮光パターン膜から露出する前記中間層をエッチングして、第２の形態のハードマスクパターン膜、および第１の形態の中間パターン膜を形成する工程と、
前記第２のレジストパターン膜を除去する工程と、
前記第２の形態のハードマスクパターン膜から露出する前記第１の形態の遮光パターン膜と、前記第１の形態の中間パターン膜から露出する前記半透明層をエッチングして、第２の形態の遮光パターン膜、および半透明パターン膜を形成する工程と、
前記第２の形態のハードマスクパターン膜、および前記第２の形態の遮光パターン膜から露出する前記第１の形態の中間パターン膜をエッチングして、前記第２の形態のハードマスクパターン膜を除去しつつ、第２の形態の中間パターン膜を形成する工程と、
を順に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１９】
透明基板と、前記透明基板の上に形成され、前記露光光の位相及び透過率を制御する半透明層と、前記半透明層の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成された遮光層と、を有し、前記遮光層が、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されているマスクブランクスの前記遮光層の上にハードマスク層を形成した、ハードマスク層付きマスクブランクスを準備する工程と、
前記ハードマスク層の上に、第１のレジストパターン膜を形成する工程と、
前記第１のレジストパターン膜から露出する前記ハードマスク層をエッチングして、第１の形態のハードマスクパターン膜を形成する工程と、
前記第１の形態のハードマスクパターン膜から露出する前記遮光層を、前記中間層をエッチング停止層に用いてエッチングして、第１の形態の遮光パターン膜を形成する工程と、
前記第１の形態の遮光パターン膜から露出する前記中間層をエッチングして、第１の形態の中間パターン膜を形成する工程と、
前記第１のレジストパターン膜を除去する工程と、
前記第１の形態のハードマスクパターン膜の所望の領域を覆う第２のレジストパターン膜を形成する工程と、
前記第２のレジストパターン膜から露出する前記第１の形態のハードマスクパターン膜をエッチングして、第２の形態のハードマスクパターン膜を形成する工程と、
前記第２のレジストパターン膜を除去する工程と、
前記第２の形態のハードマスクパターン膜から露出する前記第１の形態の遮光パターン膜、および前記第１の形態の中間パターン膜から露出する前記半透明層をエッチングして、第２の形態の遮光パターン膜、および半透明パターン膜を形成する工程と、
前記第２の形態のハードマスクパターン膜、および前記第２の形態の遮光パターン膜から露出する前記第１の形態の中間パターン膜をエッチングして、前記第２の形態のハードマスクパターン膜を除去しつつ、第２の形態の中間パターン膜を形成する工程と、
を順に備えることを特徴とする位相シフトマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造に用いられるマスクブランクス、位相シフトマスク及びその製造方法に関し、特に、高ＮＡ露光装置を使用し、マスクパターンをウェハ上に転写するとき、ウェハ上のパターンのハーフピッチが４０ｎｍ以降のリソグラフィ技術に用いられるハーフトーン型の位相シフトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の高集積化・微細化は、デザインルール４５ｎｍノードから３２ｎｍノードへと進展し、さらに２２ｎｍノード以下の半導体素子の開発が進められている。これらの半導体素子の高集積化・微細化を実現するために、現在、露光波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いた光学式の投影露光装置により、フォトマスクを用いてウェハ上にパターン転写するフォトリソグラフィ技術が行なわれている。フォトリソグラフィ技術においては、露光装置での高解像技術として、投影レンズの開口数（ＮＡ）を大きくした高ＮＡ露光技術、投影レンズと露光対象の間に高屈折率媒体を介在させて露光を行なう液浸露光技術、変形照明搭載露光技術などの開発、実用化が急速に進められている。
【０００３】
そこで解像度を上げるために、超解像技術（ＲＥＴ技術：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）が近年提案されている。このような超解像技術として、露光光学系の特性に応じてマスクパターンに補助パターンやバイアス（マスク線幅などの補正量）を与えてマスクパターンを最適化する方法、あるいは変形照明法（斜入射照明法とも称する）と呼ばれる方法などがある。変形照明法には、通常、瞳フィルタを用いた輪帯照明、二重極（ダイポール：Ｄｉｐｏｌｅとも称する）の瞳フィルタを用いた二重極照明、および、四重極（クォードラポール：Ｃ−ｑｕａｄとも称する）の瞳フィルタを用いた四重極照明などが用いられている。
【０００４】
一方、フォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスク（レチクルとも称する）における解像度向上策としては、透明基板上にクロムなどで遮光膜を形成し、光を透過させる部分と遮光する部分でパターンを構成した従来のバイナリ型のフォトマスク（以後、バイナリマスクとも言う）の微細化、高精度化とともに、光の干渉を利用した位相シフト効果により解像度向上を図るレベンソン型位相シフトマスク、光を透過させる部分と半透過させる部分で構成されたハーフトーン型位相シフトマスク、クロムなどの遮光層を設けないクロムレス型位相シフトマスクなどの位相シフトマスクの開発、実用化が進行している。
【０００５】
上記のハーフトーン型位相シフトマスクは、通常の構成として、透明基板上に半透明膜からなるマスクパターン（以後、半透明パターン膜とも言う）を有するものであり、この半透明パターン膜を透過する露光光と透明基板を透過する露光光の位相が反転するように設計されている。
このようなハーフトーン型位相シフトマスクにおいては、半透明パターン膜が設けられた部分（以後、マスクパターン部とも言う）と透明基板が露出する部分との境界部で位相反転による光強度低下が生じ、光強度分布の裾の拡がりを抑えることができる。半透明パターン膜の材料には、主にモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）の化合物、例えば、酸化窒化モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉＯＮ）等が広く用いられている。
【０００６】
ここで、半透明パターン膜の透過率は、従来、６％程度に設計されているが、マスクパターン部の面積が大きい箇所では、この半透明パターン膜を透過する露光光によって、転写像が不鮮明になるという問題がある。
そこで、半透明パターン膜の上に遮光部（以後、遮光パターン膜とも言う）を設け、不要な露光光を確実に遮光する構成が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。このような構成のハーフトーン型位相シフトマスクは、トライトーンマスクと称される。
【０００７】
ここで、微小なドットパターンやホールパターンの形成用に好適に用いられる半透明パターン膜の透過率が高いトライトーンマスクの場合、半透明パターン膜上の遮光パターン膜には、より高い遮光性が必要になるために、遮光パターン膜を厚くする必要があった。
しかしながら、遮光パターン膜を厚くすると、遮光パターン膜を加工するためのレジストパターンも厚くする必要があり、微細パターンの加工が難しくなる。また、マスクを加工する過程において、遮光パターン膜と半透明パターン膜の高さが高くなり、洗浄時でのパターン倒れも起こり易くなるという不具合がある。
【０００８】
また、ウェハ上のパターンのハーフピッチ（ｈｐ）４０ｎｍ以降に用いられるバイナリマスクにおいては、リソグラフィに用いるＡｒＦエキシマレーザ露光光の波長１９３ｎｍよりもフォトマスク上のマスクパターンの線幅の方が小さくなり、微細パターンを形成するために斜入射照明法や瞳フィルタなどを用いた超解像技術を採用してきたことにより、マスクパターン領域の遮光パターン膜の膜厚が厚いと、電磁界（ＥＭＦ：Ｅｌｅｃｔｒｏ
Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ  Ｆｉｅｌｄ）効果に起因するマスクパターン線幅の補正量であるバイアス（ＥＭＦバイアスと言う）の値が大きくなるという問題が生じてきている。
そして、このような問題は、上記のような遮光パターン膜を有するハーフトーン型位相シフトマスク（トライトーンマスク）においても生じるものである。
【０００９】
そこで、遮光パターン膜を有するハーフトーン型位相シフトマスク（トライトーンマスク）においても上記の電磁界（ＥＭＦ）効果に起因する課題に対して、マスク材料からの見直しが行われており、近年、クロム系以外の遮光パターン膜の材料として、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系材料を用いたトライトーンマスクが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２９２５５０号公報
【特許文献２】特開２００７−２４１１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のような薄膜化の要求に応じて組成を調整したモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系材料からなる遮光パターン膜は、マスク洗浄における耐薬品性や、ＡｒＦエキシマレーザ露光における耐光性が十分でなく、上記のモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系材料を遮光パターン膜に用いたトライトーンマスクでは、光学濃度等の品質を安定して維持できないという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、遮光パターン膜を薄くし、かつ、充分な遮光性能を維持することで、レジスト薄膜化を可能とし、洗浄耐性を向上させ、高い透過率の半透明パターン膜を用いた場合でも、微細なパターンの作製を可能とし、さらに、ＥＭＦバイアスの値を小さくでき、パターン加工性、耐光性、耐薬品性に優れた、ウェハ上におけるハーフピッチ４０ｎｍ以降のリソグラフィ技術に適したハーフトーン型の位相シフトマスクを作製するために用いられるマスクブランクス、位相シフトマスク及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１の発明に係るマスクブランクスは、ＡｒＦエキシマレーザ露光光が適用されるハーフトーン型の位相シフトマスクを作製するために用いられるマスクブランクスであって、透明基板と、前記透明基板の上に形成され、前記露光光の位相及び透過率を制御する半透明層と、前記半透明層の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成された遮光層と、を有し、前記遮光層が、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されており、前記遮光層の膜厚が４０ｎｍ以下であり、前記半透明層、前記中間層、前記遮光層の３種の層を積層した積層体の前記露光光に対する光学濃度が遮光領域として機能する値以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項２の発明に係るマスクブランクスは、請求項１に記載のマスクブランクスにおいて、前記半透明層、前記中間層、前記遮光層の３種の層を積層した積層体は、前記露光光に対する光学濃度が２．８以上となるよう調整したものであることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項３の発明に係るマスクブランクスは、請求項１または請求項２に記載のマスクブランクスにおいて、前記半透明層の前記露光光に対する透過率Ｔと前記遮光層の膜厚ｄとの関係が、Ｔ＝６％において２３ｎｍ≦ｄ≦２７ｎｍの範囲であり、Ｔ＝２０％において３１ｎｍ≦ｄ≦３５ｎｍの範囲であり、Ｔ＝３０％において３３ｎｍ≦ｄ≦３７ｎｍの範囲であることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項４の発明に係るマスクブランクスは、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のマスクブランクスにおいて、前記遮光層は、屈折率ｎが１．０以下であり、かつ、消衰係数ｋが２．０以上の単一の金属材料から構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の請求項５の発明に係るマスクブランクスは、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のマスクブランクスにおいて、前記単一の金属材料が、シリコンであることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の請求項６の発明に係るマスクブランクスは、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のマスクブランクスにおいて、前記半透明層が、ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙ（ｘおよびｙは、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、および０＜ｘ＋ｙ≦１を満足する）からなることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の請求項７の発明に係るマスクブランクスは、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のマスクブランクスにおいて、前記中間層が、フッ素系ガスを用いたドライエッチングに対して耐性を有する材料から構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の請求項８の発明に係るマスクブランクスは、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のマスクブランクスにおいて、前記中間層がクロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料から構成され、かつ前記中間層の膜厚が２ｎｍ〜５ｎｍの範囲内であることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の請求項９の発明に係るマスクブランクスは、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のマスクブランクスにおいて、前記遮光層の上に、フッ素系ガスを用いたドライエッチングに対して耐性を有する材料から構成されるハードマスク層を有することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の請求項１０の発明に係る位相シフトマスクは、ＡｒＦエキシマレーザ露光光が適用されるハーフトーン型の位相シフトマスクであって、透明基板と、前記透明基板の上に形成され、前記露光光の位相及び透過率を制御する半透明パターン膜と、前記半透明パターン膜の上に形成された中間パターン膜と、前記中間パターン膜の上に形成された遮光パターン膜と、を有し、前記遮光パターン膜が、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されており、前記遮光パターン膜の膜厚が４０ｎｍ以下であり、前記半透明パターン膜、前記中間パターン膜、前記遮光パターン膜の３種の膜を積層した積層体の前記露光光に対する光学濃度が遮光領域として機能する値以上であることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の請求項１１の発明に係る位相シフトマスクは、請求項１０に記載の位相シフトマスクにおいて、前記半透明パターン膜、前記中間パターン膜、前記遮光パターン膜の３種の膜を積層した積層体は、前記露光光に対する光学濃度が２．８以上となるよう調整したものであることを特徴とするものである。
【００２４】
本発明の請求項１２の発明に係る位相シフトマスクは、請求項１０または請求項１１に記載の位相シフトマスクにおいて、前記半透明パターン膜の前記露光光に対する透過率Ｔと前記遮光パターン膜の膜厚ｄとの関係が、Ｔ＝６％において２３ｎｍ≦ｄ≦２７ｎｍの範囲であり、Ｔ＝２０％において３１ｎｍ≦ｄ≦３５ｎｍの範囲であり、Ｔ＝３０％において３３ｎｍ≦ｄ≦３７ｎｍの範囲であることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の請求項１３の発明に係る位相シフトマスクは、請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記遮光パターン膜は、屈折率ｎが１．０以下であり、かつ、消衰係数ｋが２．０以上の単一の金属材料から構成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の請求項１４の発明に係る位相シフトマスクは、請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記単一の金属材料が、シリコンであることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明の請求項１５の発明に係る位相シフトマスクは、請求項１０乃至請求項１４のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記半透明層が、ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙ（ｘおよびｙは、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、および０＜ｘ＋ｙ≦１を満足する）からなることを特徴とするものである。
【００２８】
本発明の請求項１６の発明に係る位相シフトマスクは、請求項１０乃至請求項１５のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記中間パターン膜が、フッ素系ガスを用いたドライエッチングに対して耐性を有する材料から構成されていることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明の請求項１７の発明に係る位相シフトマスクは、請求項１０乃至請求項１６のいずれか一項に記載の位相シフトマスクにおいて、前記中間層がクロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料から構成され、かつ前記中間層の膜厚が２ｎｍ〜５ｎｍの範囲内であることを特徴とするものである。
【００３０】
本発明の請求項１８の発明に係る位相シフトマスクの製造方法は、透明基板と、前記透明基板の上に形成され、前記露光光の位相及び透過率を制御する半透明層と、前記半透明層の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成された遮光層と、を有し、前記遮光層が、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されているマスクブランクスの前記遮光層の上にハードマスク層を形成した、ハードマスク層付きマスクブランクスを準備する工程と、前記ハードマスク層の上に、第１のレジストパターン膜を形成する工程と、前記第１のレジストパターン膜から露出する前記ハードマスク層をエッチングして、第１の形態のハードマスクパターン膜を形成する工程と、前記第１の形態のハードマスクパターン膜から露出する前記遮光層を、前記中間層をエッチング停止層に用いてエッチングして、第１の形態の遮光パターン膜を形成する工程と、前記第１のレジストパターン膜を除去する工程と、前記第１の形態のハードマスクパターン膜の所望の領域、および、前記第１の形態の遮光パターン膜から露出する前記中間層の所望の領域を覆う第２のレジストパターン膜を形成する工程と、前記第２のレジストパターン膜から露出する前記第１の形態のハードマスクパターン膜、および、前記第２のレジストパターン膜と前記第１の形態の遮光パターン膜から露出する前記中間層をエッチングして、第２の形態のハードマスクパターン膜、および第１の形態の中間パターン膜を形成する工程と、前記第２のレジストパターン膜を除去する工程と、前記第２の形態のハードマスクパターン膜から露出する前記第１の形態の遮光パターン膜と、前記第１の形態の中間パターン膜から露出する前記半透明層をエッチングして、第２の形態の遮光パターン膜、および半透明パターン膜を形成する工程と、前記第２の形態のハードマスクパターン膜、および前記第２の形態の遮光パターン膜から露出する前記第１の形態の中間パターン膜をエッチングして、前記第２の形態のハードマスクパターン膜を除去しつつ、第２の形態の中間パターン膜を形成する工程と、を順に備えることを特徴とするものである。
【００３１】
本発明の請求項１９の発明に係る位相シフトマスクの製造方法は、透明基板と、前記透明基板の上に形成され、前記露光光の位相及び透過率を制御する半透明層と、前記半透明層の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成された遮光層と、を有し、前記遮光層が、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されているマスクブランクスの前記遮光層の上にハードマスク層を形成した、ハードマスク層付きマスクブランクスを準備する工程と、前記ハードマスク層の上に、第１のレジストパターン膜を形成する工程と、前記第１のレジストパターン膜から露出する前記ハードマスク層をエッチングして、第１の形態のハードマスクパターン膜を形成する工程と、前記第１の形態のハードマスクパターン膜から露出する前記遮光層を、前記中間層をエッチング停止層に用いてエッチングして、第１の形態の遮光パターン膜を形成する工程と、前記第１の形態の遮光パターン膜から露出する前記中間層をエッチングして、第１の形態の中間パターン膜を形成する工程と、前記第１のレジストパターン膜を除去する工程と、前記第１の形態のハードマスクパターン膜の所望の領域を覆う第２のレジストパターン膜を形成する工程と、前記第２のレジストパターン膜から露出する前記第１の形態のハードマスクパターン膜をエッチングして、第２の形態のハードマスクパターン膜を形成する工程と、前記第２のレジストパターン膜を除去する工程と、前記第２の形態のハードマスクパターン膜から露出する前記第１の形態の遮光パターン膜、および前記第１の形態の中間パターン膜から露出する前記半透明層をエッチングして、第２の形態の遮光パターン膜、および半透明パターン膜を形成する工程と、前記第２の形態のハードマスクパターン膜、および前記第２の形態の遮光パターン膜から露出する前記第１の形態の中間パターン膜をエッチングして、前記第２の形態のハードマスクパターン膜を除去しつつ、第２の形態の中間パターン膜を形成する工程と、を順に備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、薄膜化しても露光光に対して高い遮光性を有する遮光パターン膜を備え、ＥＭＦバイアスの値を小さくすることができ、パターン加工性が良く、耐薬品性、耐光性に優れ、ウェハ上のハーフピッチ４０ｎｍ以降のリソグラフィ技術に適したハーフトーン型の位相シフトマスクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るマスクブランクスの例を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る位相シフトマスクの例を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係る位相シフトマスクの製造方法の一例を示す概略工程図である。
【図４】本発明に係る位相シフトマスクの製造方法の他の例を示す概略工程図である。
【図５】本発明に係るマスクブランクスの半透明層の透過率と遮光層の膜厚との関係を示す図である。
【図６】本発明においてマスクの転写特性評価に用いた四重極（Ｃ−ｑｕａｄ）の瞳フィルタの平面模式図である。
【図７】各マスク構成におけるＥＭＦバイアスの値を示す図である。
【図８】ＥＭＦバイアスを説明するためのバイナリマスクの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面に基づいて、本発明に係るマスクブランクス、位相シフトマスク及びその製造方法について詳細に説明する。
【００３５】
＜マスクブランクス＞
まず、本発明に係るマスクブランクスについて説明する。
図１は、本発明に係るマスクブランクスの例を示す概略断面図である。ここで、図１（ｂ）に示す形態のマスクブランクス２０は、図１（ａ）に示す形態のマスクブランクス１０の遮光層１４の上にハードマスク層２１を有するものである。
図１（ａ）に示すように、本実施形態のマスクブランクス１０は、透明基板１１と、その上に形成された半透明層１２と、半透明層１２の上に形成された中間層１３と、中間層１３の上に形成された遮光層１４と、を有している。
そして、遮光層１４は、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されており、遮光層１４の膜厚は４０ｎｍ以下であり、半透明層１２、中間層１３、遮光層１４の３種の層を積層した積層体のＡｒＦエキシマレーザ露光光に対する光学濃度は遮光領域として機能する値以上、特に好ましくは、２．８以上である。以下、本実施形態のマスクブランクス１０を構成する透明基板１１、半透明層１２、中間層１３、および遮光層１４等について、それぞれ説明する。
【００３６】
（１）透明基板
本実施形態において、透明基板１１としては、露光光を高透過率で透過する光学研磨された合成石英ガラス、蛍石、フッ化カルシウムなどを用いることができるが、通常、多用されており品質が安定し、短波長の露光光の透過率の高い合成石英ガラスがより好ましい。
【００３７】
（２）半透明層
本実施形態において、半透明層１２は、ＡｒＦエキシマレーザ露光光の位相及び透過率を制御するハーフトーン層として作用するものであり、その材料としては、特に限定されず、従来のハーフトーン型位相シフトマスクに用いられてきたものを用いることができる。
例えば、半透明層１２として、窒化珪素（ＳｉＮ）系材料であるＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙ（ｘおよびｙは、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、および０＜ｘ＋ｙ≦１を満足する）からなる膜、又はモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系材料であるモリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）、モリブデンシリサイド窒化膜（ＭｏＳｉＮ）、モリブデンシリサイド酸化窒化膜（ＭｏＳｉＯＮ）などを用いることができる。
【００３８】
また、これらの中でも、上記窒化珪素（ＳｉＮ）系材料であるＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜が好ましい。上記モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系材料である膜を含む従来のハーフトーン型位相シフトマスクに用いられてきたものと比較して、半透明層１２を、ＡｒＦエキシマレーザ露光光の透過率として、より高い透過率を有し、かつより薄いものにすることができるからである。さらに、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜としては、特に限定されるものではないが、特に、ＡｒＦエキシマレーザ露光光の波長における消衰係数ｋが０．２〜０．４５の範囲内であり、ＡｒＦエキシマレーザ露光光の波長における屈折率ｎが２．３〜２．７の範囲内であり、ＡｒＦエキシマレーザ露光光の波長における透過率が１５％〜３８％の範囲内であるものが好ましい。特に、半透明層１２を、より高い透過率を有し、かつより薄いものにすることができるからである。
【００３９】
これにより、本発明に係るマスクブランクスから形成された位相シフトマスクを用い、パターンの境界において、位相効果による光の干渉により光強度をゼロにして、転写像のコントラストを向上させて、パターン形成体を製造する場合、半透明層１２がより高い光透過率を有することにより、その位相効果をより顕著にすることができるからである。また、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜は、金属を含有しないために、ＡｒＦエキシマレーザ露光光が長時間照射されても、珪素（Ｓｉ）の酸化膜が成長することはなく、パターン寸法(Critical Dimension)が変化することを防止することができるからである。同様に、位相シフトマスクの洗浄工程においても、パターン寸法が変化することを防止することができるからである。したがって、フォトリソグラフィにおいて、転写特性を優れたものとし、かつＡｒＦエキシマレーザ露光光照射耐性、および洗浄耐性を高くすることができるからである。
【００４０】
また、半透明層１２がより高い光透過率を有する場合には、半透明層１２、中間層１３、遮光層１４の３種の層を積層した積層体のＡｒＦエキシマレーザ露光光に対する光学濃度を遮光領域として機能する値以上、特に好ましくは、２．８以上にするために必要となる中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚は厚くなる。したがって、この場合には、後述するように、中間層１３がクロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料から構成され、かつ遮光層１４が単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される場合において、中間層１３を薄くすることによって、上記積層体のＡｒＦエキシマレーザ露光光に対する光学濃度を遮光領域として機能する値以上、特に好ましくは、２．８以上にするために必要となる中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚を薄くすることができる効果は、中間層１３および遮光層１４の全体の元の膜厚が厚くなるのだから、顕著になる。これにより、位相シフトマスクのＥＭＦバイアスの値が大きくなってしまうことを回避することができる効果は、顕著になる。そして、中でも、後述するように、中間層１３の膜厚を５ｎｍ以下まで薄くする場合には、これらの効果はよりいっそう顕著になる。このため、上述した中でも、上記窒化珪素（ＳｉＮ）系材料であるＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜が好ましい。
【００４１】
したがって、半透明層１２として、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜を用いる場合において、中間層１３がクロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料から構成され、かつ遮光層１４が単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される場合には、半透明層１２をより薄いものにすることができ、かつ中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚を顕著に薄くすることができる。これにより、半透明層１２から形成される後述する半透明パターン膜３２においてパターン倒れ等の欠陥が発生することを抑制し、または半透明層１２の加工や後述する半透明パターン膜３２の修正をし易くするのと同時に、位相シフトマスクのＥＭＦバイアスの値が大きくなってしまうことを顕著に回避することができる。また、中間層１３の膜厚を５ｎｍ以下まで薄くする場合には、この効果はよりいっそう顕著になる。
【００４２】
また、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜は、特に限定されるものではないが、窒素（Ｎ）の組成比ｙが、０．４〜０．６の範囲内であるものが好ましい。上記範囲に満たないと、上述した所望の透過率の範囲に満たないからであり、上記範囲を超えると、上述した所望の透過率の範囲を超えるからである。
【００４３】
そして、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜は、特に限定されるものではないが、珪素（Ｓｉ）の組成比ｘおよび窒素（Ｎ）の組成比ｙが、０．９５≦ｘ＋ｙ≦１を満足するものが好ましく、中でも、ｘ＋ｙ＝１を実質的に満足するものが好ましい。上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜において、酸素（Ｏ）が多いと、消衰係数ｋが低くなるため、透過率が高くなる結果、屈折率ｎが低くなる。これにより、１８０°の位相差を得るための上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜の膜厚が厚くなるからである。ここで、珪素（Ｓｉ）の組成比ｘおよび窒素（Ｎ）の組成比ｙがｘ＋ｙ＝１を実質的に満足するとは、実質的に酸素（Ｏ）を含有しないことを意味する。珪素（Ｓｉ）の組成比ｘおよび窒素（Ｎ）の組成比ｙがｘ＋ｙ＝１を実質的に満足するｘ＋ｙの範囲としては、０．９７〜１．００の範囲内、中でも、０．９８〜１．００の範囲内が好ましい。
【００４４】
また、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜は、特に限定されるものではないが、珪素（Ｓｉ）の組成比ｘおよび窒素（Ｎ）の組成比ｙがｘ＝ｙを実質的に満足するものが好ましい。これにより、珪素（Ｓｉ）と窒素（Ｎ）の緻密な膜が得られ、耐洗浄性、ＡｒＦエキシマレーザ露光光照射耐性等、各耐性の向上が期待できるからである。ここで、珪素（Ｓｉ）の組成比ｘおよび窒素（Ｎ）の組成比ｙがｘ＝ｙを実質的に満足するとは、ｘとｙの比が、ｘ：ｙ＝０．４：０．６〜０．６：０．４の範囲内であることを意味する。
【００４５】
半透明層１２が、例えば上記窒化珪素（ＳｉＮ）系材料から構成される場合には、フッ素系ガス、例えば、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6や、これらの混合ガス、あるいはこれらのガスに酸素などの希釈ガスを混合したガスをエッチングガスとして用いることによりドライエッチングを行い、パターン形成することができる。
【００４６】
また、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜を形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜を、スパッタターゲットには珪素（Ｓｉ）からなるターゲットを用い、スパッタリングガスを適宜選択することによって、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜を構成するＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙ（ｘおよびｙは、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、および０＜ｘ＋ｙ≦１を満足する）の組成比が所望の比率となるような成膜条件でスパッタリングにより成膜する方法が挙げられる。
【００４７】
さらに、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜の膜厚は、特に限定されるものではないが、５７ｎｍ〜６７ｎｍの範囲内であることが好ましい。５７ｎｍ〜６７ｎｍの範囲内の膜厚であれば、半透明層１２の膜厚が、従来の半透明層の膜厚よりも薄くなるため、エッチングにより半透明パターン膜を形成するのが容易になるからである。そして、エッチングに要する時間が短くて済むため、後述するように、透明基板１１にダメージが与えられることを防止するエッチングバリア層を、透明基板１１および半透明層１２の間に有しなかったとしても、エッチングにより半透明パターン膜を形成する時に、透明基板１１にダメージが与えられることを十分に回避することができるからである。
【００４８】
また、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜の膜厚は、中でも、５７ｎｍ〜６４ｎｍの範囲内であることが好ましく、特に、５７ｎｍ〜６２ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜の膜厚がより薄い方が、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜から形成される後述する半透明パターン膜においてパターン倒れ等の欠陥が発生することを抑制できるからであり、または上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜の加工や半透明パターン膜の修正をし易いからである。
【００４９】
また、上記ＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜の膜厚はジェー・エー・ウーラム社製エリプソメーターＶＵＶ−ＶＡＳＥで測定し、算出することができる。
【００５０】
一方、後述するように、遮光層１４が単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される場合において、半透明層１２として、上述した中におけるモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系材料である膜を用いた場合には、上記窒化珪素（ＳｉＮ）系材料であるＳｉｘＯ１−ｘ−ｙＮｙからなる膜を用いた場合と比較して、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系材料から構成される半透明層１２からシリコン（Ｓｉ）から構成される遮光層１４にはモリブデン（Ｍｏ）が拡散し易い。このため、後述するように、中間層１３が、単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される遮光層１４と半透明層１２の間で各層を構成する材料が互いに拡散することを防止する拡散防止層として特に好適に作用するという利点がある。
【００５１】
また、半透明層１２が、モリブデンシリサイド系材料から構成される場合には、フッ素系ガス、例えば、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6や、これらの混合ガス、あるいはこれらのガスに酸素を混合したガスをエッチングガスとして用いることによりドライエッチングを行い、パターン形成することができる。
【００５２】
また、半透明層１２がモリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）の場合、半透明層１２の形成方法は、特に限定されるものではないが、モリブデンとシリコンとの混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１：２ｍｏｌ％）を用い、アルゴンと酸素との混合ガス雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成することができる。
【００５３】
ここで、従来のハーフトーン型位相シフトマスクに用いられてきた半透明層は、前記露光光に対する透過率が、主に、６％程度になるように設計されていた。
一方、本発明のマスクブランクスは、位相シフトマスクに加工された際には半透明パターン膜の上に遮光パターン膜を有する形態（トライトーンマスク）になるため、本実施形態の半透明層１２は、より高い透過率（例えば３０％程度）を有するように設計することもできる。そして、半透明層１２が高い透過率を有する場合には、位相効果をより向上させることができる。
【００５４】
（３）中間層
本実施形態において、中間層１３は、遮光層１４をエッチング加工する際のエッチング停止層、および、半透明層１２をエッチング加工する際のエッチングマスクとして作用するものである。また、中間層１３は、遮光層１４から半透明層１２に遮光層１４を構成する材料が拡散するのを防止する拡散防止層として作用するものである。
上記のように、半透明層１２には、窒化珪素（ＳｉＮ）系の化合物又はモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系の化合物を用いることが好ましく、この窒化珪素（ＳｉＮ）系の化合物又はモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系の化合物は、主に、フッ素系ガスを用いたドライエッチングで加工されることから、中間層１３は、フッ素系ガスを用いたドライエッチングに対して耐性を有する材料から構成されていることが好ましい。
この中間層１３を構成する材料の具体例としては、Ｃｒ、ＣｒＯ、ＣｒＮ、ＣｒＮＯ等のクロム系の材料や、Ｔａ、ＴａＯ、ＴａＮ、ＴａＮＯ等のタンタル系の材料を挙げることができる。
【００５５】
これらの中間層１３を構成する材料としては、中でも、Ｃｒ、ＣｒＯ、ＣｒＮ、ＣｒＮＯ等のクロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料が好ましい。後述するように、遮光層１４が単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される場合において、遮光層１４と半透明層１２の間で各層を構成する材料が互いに拡散することを防止する拡散防止層として好適に作用することができるからである。特に、半透明層１２がモリブデンシリサイド化合物(ＭｏＳｉ)から構成され、遮光層１４が単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される場合において、半透明層１２から遮光層１４にモリブデン（Ｍｏ）が拡散するのを防止する拡散防止層として好適に作用することができるからである。これにより、中間層１３が、遮光層１４と半透明層１２の間で各層を構成する材料が互いに拡散することを防止する拡散防止層として特に好適に作用することができるからである。
【００５６】
また、これらのクロム系材料の中でも、ＣｒＮ、ＣｒＯＮ、およびＣｒＯが好ましい。ＣｒＮ、ＣｒＯＮ、およびＣｒＯから構成される膜の場合には、窒素ガス、酸素ガス、またはこれらの混合ガスの雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成するため、アルゴンガス雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成されるクロム膜（Ｃｒ）と比較して、成膜中の安定性が高く、パターン加工性が良好だからである。さらに、ＣｒＮ、ＣｒＯＮ、およびＣｒＯの中でも、特に、ＣｒＮが好ましい。酸素（Ｏ）を含まない材料であるため、ＣｒＮ膜の膜厚は、ＣｒＯＮおよびＣｒＯから構成される膜の膜厚よりも薄くなるからである。これにより、中間層１３の膜厚を薄くして、半透明層１２、中間層１３、遮光層１４の３種の層を積層した積層体のＡｒＦエキシマレーザ露光光に対する光学濃度を遮光領域として機能する値以上、特に好ましくは、２．８以上にするために必要となる中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚を薄くすることができるからである。
【００５７】
なお、中間層１３は同一材料から構成される単層構造であってもよく、異なる材料から構成される複層構造であってもよい。
【００５８】
中間層１３の膜厚は、遮光層１４をエッチング加工する際のエッチング停止層、および、半透明層１２をエッチング加工する際のエッチングマスクとして作用するに足りる厚さを有し、かつ、遮光層１４から半透明層１２に遮光層１４を構成する材料が拡散するのを防止する拡散防止層として作用するに足りる厚さを有していれば良いが、過度に厚い場合は、位相シフトマスクのＥＭＦバイアスの値が大きくなってしまうという恐れがある。それゆえ、中間層１３の膜厚は、２ｎｍ〜５ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００５９】
また、中でも、中間層１３がクロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料から構成される場合には、中間層１３の膜厚が２ｎｍ〜５ｎｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲に満たないと、膜厚が薄過ぎるために、中間層１３を緻密な膜にすることができず、中間層１３には孔が形成されるために、半透明層１２と遮光層１４の間で互いの層を構成する材料が拡散するのを防止することが困難となるからである。特に、半透明層１２がモリブデンシリサイド化合物(ＭｏＳｉ)から構成され、遮光層１４が単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される場合において、中間層１３が、半透明層１２から遮光層１４にモリブデン（Ｍｏ）が拡散するのを防止する拡散防止層として好適に作用することが困難となるからである。これにより、中間層１３が、遮光層１４と半透明層１２の間で各層を構成する材料が互いに拡散することを防止する拡散防止層として特に好適に作用することが困難となるからである。上記範囲を超えると、遮光層１４が単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される場合において、中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚が厚くなり過ぎるため、位相シフトマスクのＥＭＦバイアスの値が大きくなってしまうという恐れがあるからである。
【００６０】
以下、具体的に、中間層１３がクロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料から構成され、かつ遮光層１４が単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される場合において、中間層１３の膜厚を薄くすることによって得られる効果を説明する。
上述した通り、半透明層１２、中間層１３、遮光層１４の３種の層を積層した積層体のＡｒＦエキシマレーザ露光光に対する光学濃度は、２．８以上にする必要がある。また、単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される層の方が、クロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料から構成される層よりも消衰係数ｋが大きい。このため、クロム（Ｃｒ）を含有するクロム系材料から構成される中間層１３の膜厚を薄くして、中間層１３で得られる光学濃度の割合を小さくする一方で、単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成される遮光層１４を厚くして、遮光層１４で得られる光学濃度の割合を大きくすることによって、上記積層体のＡｒＦエキシマレーザ露光光に対する光学濃度を２．８以上にするために必要となる中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚を薄くすることができる効果が得られる。これにより、位相シフトマスクのＥＭＦバイアスの値が大きくなってしまうことを回避することができる効果が得られる。そして、中でも、中間層１３の膜厚が、上記範囲を超えることなく、５ｎｍ以下である場合には、これらの効果は顕著になる。
【００６１】
中間層１３の形成は、従来公知の真空成膜の方法が適用でき、例えば中間層１３がクロム膜（Ｃｒ）の場合は、クロムのターゲットを用い、アルゴンガス雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成することができる。
【００６２】
（４）遮光層
本実施形態において、遮光層１４は、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されている。遮光層１４を構成する単一の金属材料の膜は、スパッタリング法などの通常の成膜方法で形成することができる。単一の金属材料の膜は、例えば、スパッタリング時に該単一の金属材料のターゲットを用いて成膜することができ、実質的に他の元素を含まない単一の金属材料の膜から構成される。
本発明においては、単一の金属材料の膜形成以外に、他の金属の混入、あるいは酸化物や窒化物などの形成は意図しておらず、成膜時に酸素や窒素ガスの導入は行なわない。しかし、成膜された膜の表面などに装置内に残存していた微量の酸素などが意図せずに取り込まれている場合は、実質的に本発明の単一の金属材料よりなる遮光層として含まれるものである。
【００６３】
また、本実施形態において、遮光層１４の膜厚は４０ｎｍ以下であり、半透明層１２、中間層１３、遮光層１４の３種の層を積層した積層体のＡｒＦエキシマレーザ露光光に対する光学濃度は、遮光領域として機能する値以上、特に好ましくは、２．８以上である。ここで、「遮光領域」とは、本発明に係るマスクブランクスから形成される後述する本発明に係る位相シフトマスク（ハーフトーン型位相シフトマスク）において、半透明パターン膜を透過する露光光のうち、マスクパターンを被転写体に転写するのに不要な露光光が、中間パターン膜および遮光パターン膜によって遮光される領域を意味する。また、「遮光領域として機能する」とは、本発明に係るマスクブランクスから形成される後述する本発明に係る位相シフトマスク（ハーフトーン型位相シフトマスク）において、半透明パターン膜を透過する露光光のうち、マスクパターンを被転写体に転写するのに不要な露光光を遮光することを意味する。
ここで、遮光層１４の膜厚は、上記の光学濃度を満たす範囲で変化させることができる。すなわち、半透明層１２の透過率が小さい場合は、それに応じて遮光層１４の膜厚を薄くすることができる。
本実施形態において、半透明層１２の透過率Ｔと遮光層１４の膜厚ｄとの関係は、Ｔ＝６％において２３ｎｍ≦ｄ≦２７ｎｍの範囲であり、Ｔ＝２０％において３１ｎｍ≦ｄ≦３５ｎｍの範囲であり、Ｔ＝３０％において３３ｎｍ≦ｄ≦３７ｎｍの範囲であることが、より好ましい。
【００６４】
また、本実施形態において、遮光層１４は、屈折率ｎが１．０以下であり、かつ、消衰係数ｋが２．０以上の単一の金属材料から構成されていることが好ましく、この単一の金属材料はシリコン（Ｓｉ）であることが、より好ましい。消衰係数ｋが高いほど、上記積層体のＡｒＦエキシマレーザ露光光に対する光学濃度を遮光領域として機能する値以上、特に好ましくは、２．８以上にするために必要となる遮光層１４の膜厚を薄くすることができるからである。これにより、位相シフトマスクのＥＭＦバイアスの値が大きくなってしまうことを回避することができるからである。また、シリコン（Ｓｉ）は、このような単一の金属材料の中でも消衰係数ｋが高いからである。
【００６５】
上記のような遮光層１４の形成は、例えば、不純物イオンを含まないシリコン結晶をターゲットとし、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気で反応性スパッタリング法により形成することができる。
【００６６】
本実施形態において、遮光層中に含まない遷移金属としては、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などが挙げられるが、特に、モリブデン（Ｍｏ）が遮光層中に含まない遷移金属として挙げられる。
【００６７】
上記のように、モリブデンはシリコンとモリブデンシリサイド化合物（ＭｏＳｉ）を形成し、例えば、バイナリ型フォトマスクの遮光パターン膜として用いられている。しかしながら、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系材料を用いた遮光パターン膜は、耐薬品性や耐光性が十分でなく、遮光パターン膜にモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系材料を用いたバイナリ型フォトマスクは、マスク洗浄やＡｒＦエキシマレーザ露光において、マスクパターンの寸法（ＣＤ寸法）変化が生じたりする。したがって、本発明においては、遮光層をモリブデンなどの遷移金属を含まない単一の金属材料から構成する。そして、より好ましい形態が、遮光層がシリコンから構成されるものである。
【００６８】
また、シリコンから構成される遮光層は、フッ素系ガスを用いたエッチングにおいて、従来のモリブデンシリサイド系の遮光層よりも早いエッチング速度を示し、パターン加工が容易であり、レジストの薄膜化も可能なので、解像力の向上ができる。
【００６９】
また、本発明に係るマスクブランクスは、図１（ｂ）に示す形態のマスクブランクス２０のように、遮光層１４の上にハードマスク層２１を有するものであってもよい。このような形態であれば、ハードマスク層２１をエッチングマスク用いて遮光層１４を加工することができるため、レジストをより薄膜化することができる。
【００７０】
上記のように、遮光層１４にはシリコンを用いることが好ましく、このシリコンは、主に、フッ素系ガスを用いたドライエッチングで加工されることから、ハードマスク層２１は、フッ素系ガスを用いたドライエッチングに対して耐性を有する材料から構成されていることが好ましい。このハードマスク層２１を構成する材料の具体例としては、Ｃｒ、ＣｒＯ、ＣｒＮ、ＣｒＮＯ等のクロム系の材料や、Ｔａ、ＴａＯ、ＴａＮ、ＴａＮＯ等のタンタル系の材料を挙げることができる。ハードマスク層２１の膜厚は、例えば、２ｎｍ〜５ｎｍの範囲である。
なお、ハードマスク層２１は同一材料から構成される単層構造であってもよく、異なる材料から構成される複層構造であってもよい。
ハードマスク層２１の形成は、従来公知の真空成膜の方法が適用でき、例えばハードマスク層２１がクロム膜（Ｃｒ）の場合は、クロムのターゲットを用い、アルゴンガス雰囲気で、反応性スパッタリング法により形成することができる。
【００７１】
（５）その他
また、中間層１３および遮光層１４の組み合わせとしては、中でも、上記クロム系の材料から構成される中間層１３および上記単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）から構成されている遮光層１４の組み合わせが好ましい。上記単一の金属材料であるシリコン（Ｓｉ）は、上記クロム系の材料と比較して、消衰係数ｋが大きく、両者の消衰係数ｋの差は大きいからである。これにより、上述した通り、中間層１３を薄くすることによって、上記積層体のＡｒＦエキシマレーザ露光光に対する光学濃度を遮光領域として機能する値以上、特に好ましくは、２．８以上にするために必要となる中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚を薄くすることができる効果が得られるからである。そして、中間層１３の膜厚が、５ｎｍ以下である場合には、この効果は顕著になるからである。
【００７２】
＜位相シフトマスク＞
次に、本発明に係る位相シフトマスクについて説明する。
図２は、本発明に係る位相シフトマスクの例を示す概略断面図である。
例えば、図２（ａ）に示すように、本実施形態の位相シフトマスク３０は、透明基板１１と、その上に形成された半透明パターン膜３２と、半透明パターン膜３２の上に形成された中間パターン膜３３と、中間パターン膜３３の上に形成された遮光パターン膜３４と、を有している。そして、遮光パターン膜３４は、遷移金属を含まない単一の金属材料から構成されており、遮光パターン膜３４の膜厚は４０ｎｍ以下であり、半透明パターン膜３２、中間パターン膜３３、遮光パターン膜３４の３種の層を積層した積層体のＡｒＦエキシマレーザ露光光に対する光学濃度は遮光領域として機能する値以上、特に好ましくは、２．８以上である。
【００７３】
本実施形態に係る位相シフトマスク３０は、上述のマスクブランクス１０またはマスクブランクス２０から製造することができる。すなわち、位相シフトマスク３０の半透明パターン膜３２は、マスクブランクス１０の半透明層１２をパターン状に加工して得ることができ、同様に、中間パターン膜３３は、中間層１３をパターン状に加工して得ることができ、遮光パターン膜３４は、遮光層１４をパターン状に加工して得ることができる。
【００７４】
図２（ａ）に示す概略断面図において、位相シフトマスク３０の左端部では、半透明パターン膜３２ａの上に中間パターン膜３３ａおよび遮光パターン膜３４ａが形成されており、同様に、位相シフトマスク３０の右端部では、半透明パターン膜３２ｄの上に中間パターン膜３３ｃおよび遮光パターン膜３４ｃが形成されている。
この遮光パターン膜３４ａ、および、遮光パターン膜３４ｃが形成されている領域は、マスクパターンが形成された領域（有効領域）の外周部であって、従来のハーフトーン型位相シフトマスクにおいて遮光帯が設けられていた領域に相当する。
従来のハーフトーン型位相シフトマスクにおいては、遮光帯に形成したパターンによる光の干渉を利用して、外周部から透過する不要な露光光を遮光していたが、本実施形態の位相シフトマスク３０においては、遮光パターン膜３４ａ、および、遮光パターン膜３４ｃによって確実に不要な露光光を遮光することができる。
【００７５】
また、位相シフトマスク３０は、有効領域におけるマスクパターンとして、半透明パターン膜３２ｂのみで構成される部分（単層構成部）と、半透明パターン膜３２ｃ、中間パターン膜３３ｂ、遮光パターン膜３４ｂの３種の膜で構成される部分（積層構成部）を有している。
積層構成部の半透明パターン膜３２ｃの面積は、通常、単層構成部の半透明パターン膜３２ｃの面積よりも大きく、それゆえ、積層構成部には遮光パターン膜３４ｂを設けて、半透明パターン膜を透過する不要な露光光を確実に遮光している。位相シフトマスク３０においては、積層構成部の半透明パターン膜３２ｃによる位相効果を消してしまわないように、半透明パターン膜３２ｃのエッジ部分が遮光パターン膜３４ｂから露出するように設計されている。
【００７６】
なお、本発明においては、半透明パターン膜のエッジ部分が、遮光パターン膜から露出しない形態の積層構成部を有していても良い。
例えば、図２（ｂ）に示す形態の位相シフトマスク４０は、位相シフトマスク３０と同様に、透明基板１１と、その上に形成された半透明パターン膜４２と、半透明パターン膜４２の上に形成された中間パターン膜４３と、中間パターン膜４３の上に形成された遮光パターン膜４４と、を有しているが、その有効領域には、半透明パターン膜４２ｃのエッジ部分が、遮光パターン膜４４ｂから露出しない形態の積層構成部を有している。このような積層構成部は、例えば、アライメントマークとして利用できる。
【００７７】
＜位相シフトマスクの製造方法＞
次に、本発明に係る位相シフトマスクの製造方法について説明する。
（第１の実施形態）
図３は、図２（ａ）に示す形態の位相シフトマスク３０の製造方法の例を示す概略工程図である。
本実施形態に係る製造方法によって、位相シフトマスク３０を得るには、例えば、まず、図３（ａ）に示すように、透明基板１１と、透明基板１１の上に形成された半透明層１２と、前記半透明層の上に形成された中間層１３と、中間層１３の上に形成された遮光層１４と、を有するマスクブランクス１０の遮光層１４の上にハードマスク層２１を形成した、ハードマスク層付きマスクブランクス２０を準備する。
【００７８】
次に、電子線描画等を用いたレジスト製版によって、ハードマスク層２１の上に、第１のレジストパターン膜５１を形成する（図３（ｂ））。
【００７９】
次に、例えば、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、第１のレジストパターン膜５１から露出するハードマスク層２１をエッチングして、第１の形態のハードマスクパターン膜２２を形成し、さらに、第１の形態のハードマスクパターン膜２２から露出する遮光層１４を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、中間層１３をエッチング停止層に用いてエッチングして、第１の形態の遮光パターン膜６４を形成し（図３（ｃ））、その後、第１のレジストパターン膜５１を除去する（図３（ｄ））。
【００８０】
次に、第１の形態のハードマスクパターン膜２２の上、および第１の形態の遮光パターン膜６４から露出する中間層１３の上に、第２のレジスト層５２を形成し（図３（ｅ））、次いで、電子線描画等を用いたレジスト製版によって、第１の形態のハードマスクパターン膜２２の所望の領域、および、第１の形態の遮光パターン膜６４から露出する中間層１３の所望の領域を覆う第２のレジストパターン膜５３を形成する（図３（ｆ））。
【００８１】
次に、例えば、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、第２のレジストパターン膜５３から露出する第１の形態のハードマスクパターン膜２２、および、第２のレジストパターン膜５３と第１の形態の遮光パターン膜６４から露出する中間層１３をエッチングして、第２の形態のハードマスクパターン膜２３、および第１の形態の中間パターン膜６３を形成し（図３（ｇ））、その後、第２のレジストパターン膜５３を除去する（図３（ｈ））。
【００８２】
次に、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、第２の形態のハードマスクパターン膜２３から露出する第１の形態の遮光パターン膜６４と、第１の形態の中間パターン膜６３から露出する半透明層１２をエッチングして、第２の形態の遮光パターン膜３４、および半透明パターン膜３２を形成する（図３（ｉ））。
【００８３】
次に、例えば、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、第２の形態のハードマスクパターン膜２３、および第２の形態の遮光パターン膜３４から露出する第１の形態の中間パターン膜６３をエッチングして、第２の形態のハードマスクパターン膜２３を除去しつつ、第２の形態の中間パターン膜３３を形成して、位相シフトマスク３０を得る（図３（ｊ））。
【００８４】
（第２の実施形態）
図４は、図２（ｂ）に示す形態の位相シフトマスク４０の製造方法の例を示す概略工程図である。
本実施形態に係る製造方法によって、位相シフトマスク４０を得るには、例えば、まず、図４（ａ）に示すように、透明基板１１と、透明基板１１の上に形成された半透明層１２と、前記半透明層の上に形成された中間層１３と、中間層１３の上に形成された遮光層１４と、を有するマスクブランクス１０の遮光層１４の上にハードマスク層２１を形成した、ハードマスク層付きマスクブランクス２０を準備する。
【００８５】
次に、電子線描画等を用いたレジスト製版によって、ハードマスク層２１の上に、第１のレジストパターン膜５４を形成する（図４（ｂ））。
【００８６】
次に、例えば、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、第１のレジストパターン膜５４から露出するハードマスク層２１をエッチングして、第１の形態のハードマスクパターン膜２４を形成し、次いで、第１の形態のハードマスクパターン膜２４から露出する遮光層１４を、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、中間層１３をエッチング停止層に用いてエッチングして、第１の形態の遮光パターン膜７４を形成し、さらに、第１の形態の遮光パターン膜７４から露出する中間層１３をエッチングして、第１の形態の中間パターン膜７３を形成し（図４（ｃ））、その後、第１のレジストパターン膜５４を除去する（図４（ｄ））。
【００８７】
次に、第１の形態のハードマスクパターン膜２４の上、および第１の形態の中間パターン膜７３から露出する半透明層１２の上に、第２のレジスト層５５を形成し（図４（ｅ））、次いで、電子線描画等を用いたレジスト製版によって、第１の形態のハードマスクパターン膜２４の所望の領域を覆う第２のレジストパターン膜５６を形成する（図４（ｆ））。
【００８８】
次に、例えば、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、第２のレジストパターン膜５６から露出する第１の形態のハードマスクパターン膜２４をエッチングして、第２の形態のハードマスクパターン膜２５を形成し（図４（ｇ））、その後、第２のレジストパターン膜５６を除去する（図４（ｈ））。
【００８９】
次に、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより、第２の形態のハードマスクパターン膜２５から露出する第１の形態の遮光パターン膜７４と、第１の形態の中間パターン膜７３から露出する半透明層１２をエッチングして、第２の形態の遮光パターン膜４４、および半透明パターン膜４２を形成する（図４（ｉ））。
【００９０】
次に、例えば、塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、第２の形態のハードマスクパターン膜２５、および第２の形態の遮光パターン膜４４から露出する第１の形態の中間パターン膜７３をエッチングして、第２の形態のハードマスクパターン膜２５を除去しつつ、第２の形態の中間パターン膜４３を形成して、位相シフトマスク４０を得る（図４（ｊ））。
【実施例】
【００９１】
以下、実施例を用いて、さらに具体的に説明する。
【００９２】
（実施例１−１）
透明基板１１として光学研磨した６インチ角、０．２５インチ厚の合成石英基板を用い、半透明層１２としてモリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）を用い、中間層１３として膜厚３ｎｍのクロム膜（Ｃｒ）を用い、遮光層１４としてシリコン膜（Ｓｉ）を用い、ハードマスク層２１として膜厚３ｎｍのクロム膜（Ｃｒ）を用いて、ハードマスク層付きマスクブランクス２０を準備した。
ここで、半透明層１２の膜厚は、露光光に対する透過率が６％になるように調整し、遮光層１４の膜厚は、半透明層１２、中間層１３、遮光層１４の３種の層を積層した積層体の露光光に対する光学濃度が３．０になるように調整した。
【００９３】
上記の光学濃度は大塚電子社製ＭＣＰＤ３０００で測定し、光学定数はエリプソメーター（ジェー・エー・ウーラム社製）の測定より得た。また、膜厚はＡＦＭ装置（エスアイアイ  ナノテクノロジー社製）を用いた段差計測により得た。
【００９４】
次に、上記のハードマスク層２１の上に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置にてパターン描画、および現像し、第１のレジストパターン膜５１を形成した。
【００９５】
次に、上記の第１のレジストパターン膜５１をエッチングマスクに用いて、まず、塩素と酸素の混合ガスでハードマスク層２１をドライエッチングして、第１の形態のハードマスクパターン膜２２を形成し、さらに、ＣＦ4ガスを用いたドライエッチングにより、第
１の形態のハードマスクパターン膜２２から露出する遮光層１４をエッチングして、第１の形態の遮光パターン膜６４を形成し、その後、第１のレジストパターン膜５１を、酸素プラズマでアッシング除去した。
【００９６】
次に、第１の形態のハードマスクパターン膜２２の上、および第１の形態の遮光パターン膜６４から露出する中間層１３の上に、第２のレジスト層５２としての電子線レジストを塗布し、次いで、電子線描画装置にてパターン描画、および現像し、第２のレジストパターン膜５３を形成した。
【００９７】
次に、塩素と酸素の混合ガスを用いたドライエッチングにより、第２のレジストパターン膜５３から露出する第１の形態のハードマスクパターン膜２２、および、第２のレジストパターン膜５３と第１の形態の遮光パターン膜６４から露出する中間層１３をエッチングして、第２の形態のハードマスクパターン膜２３、および第１の形態の中間パターン膜６３を形成し、その後、第２のレジストパターン膜５３を、酸素プラズマでアッシング除去した。
【００９８】
次に、ＳＦ6ガスを用いたドライエッチングにより、第２の形態のハードマスクパター
ン膜２３から露出する第１の形態の遮光パターン膜６４と、第１の形態の中間パターン膜６３から露出する半透明層１２をエッチングして、第２の形態の遮光パターン膜３４、および半透明パターン膜３２を形成した。
【００９９】
次に、塩素と酸素の混合ガスを用いたドライエッチングにより、第２の形態のハードマスクパターン膜２３、および第２の形態の遮光パターン膜３４から露出する第１の形態の中間パターン膜６３をエッチングして、第２の形態のハードマスクパターン膜２３を除去しつつ、第２の形態の中間パターン膜３３を形成して、実施例１−１の位相シフトマスク３０を得た。
【０１００】
この位相シフトマスク３０の製造においては、遮光層がシリコン膜であるため、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系の膜よりもフッ素系ガスによるエッチング速度が速く、パターン加工性が良好であった。また、この位相シフトマスク３０の遮光層は、シリコン膜であるため、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系の膜よりも高い耐薬品性、耐光性を示した。
【０１０１】
（実施例１−２）
露光光に対する透過率が２０％になるように、半透明層１２の膜厚を調整し、半透明層１２、中間層１３、遮光層１４の３種の層を積層した積層体の露光光に対する光学濃度が３．０になるように、遮光層１４の膜厚を調整したこと以外は、実施例１−１と同様にして、実施例１−２の位相シフトマスク３０を得た。
【０１０２】
（実施例１−３）
露光光に対する透過率が３０％になるように、半透明層１２の膜厚を調整し、半透明層１２、中間層１３、遮光層１４の３種の層を積層した積層体の露光光に対する光学濃度が３．０になるように、遮光層１４の膜厚を調整したこと以外は、実施例１−１と同様にして、実施例１−３の位相シフトマスク３０を得た。
【０１０３】
（比較例１−１）
光学研磨した６インチ角、０．２５インチ厚の透明な合成石英基板上に、モリブデンシリサイド窒化膜（ＭｏＳｉＮ）を膜厚５０ｎｍ成膜して遮光層とし、その上に、クロム膜（Ｃｒ）を膜厚３ｎｍ成膜してハードマスク層とした構成のバイナリ型フォトマスクブランクスを準備した。
次に、上記のブランクスのハードマスク層の上に電子線レジストを塗布し、電子線描画装置にてパターン描画、現像し、所望形状のレジストパターン膜を形成した。
次に、上記のレジストパターン膜をエッチングマスクに用いて、塩素と酸素の混合ガスでハードマスク層のクロム膜をエッチングし、さらに、ＳＦ6ガスを用いて遮光層のモリ
ブデンシリサイド窒化膜をドライエッチングして所望のマスクパターンを形成し、その後、レジストパターン膜を酸素プラズマでアッシング除去した。
次に、塩素と酸素の混合ガスでハードマスク層のクロム膜パターンをエッチングして除去し、比較例１−１のバイナリ型フォトマスクを得た。
【０１０４】
＜半透明層の透過率と遮光層の膜厚との関係＞
まず、上記の実施例１−１〜１−３における半透明層１２の各透過率と、遮光層１４の膜厚との関係について説明する。
本発明において遮光層１４の膜厚は、上記の光学濃度を満たす範囲で変化させることができる。すなわち、半透明層１２の透過率が小さい場合は、それに応じて遮光層１４の膜厚を薄くすることができる。ここで、中間層１３の膜厚は３ｎｍと極めて薄く、材料もクロム系であることから、その遮光性は無視することができる。
したがって、遮光層１４にシリコン膜を用いる場合、半透明層１２と遮光層１４の２層で光学濃度が３．０となることを満たす半透明層１２の透過率と遮光層１４の膜厚との関係は、図５のようになる。
【０１０５】
例えば、半透明層１２の透過率が６％の場合、上記条件を満たす遮光層１４の膜厚は２５ｎｍであり、同様に、半透明層１２の透過率が２０％の場合には、遮光層１４の膜厚は３３ｎｍであり、半透明層１２の透過率が３０％の場合には、遮光層１４の膜厚は３５ｎｍである。
【０１０６】
ここで、本発明においては、半透明層１２、中間層１３、遮光層１４の３種の層を積層した積層体の露光光に対する光学濃度は２．８以上であることが好ましい。一方、ＥＭＦバイアスを小さくするためには、遮光層１４の膜厚は薄いほど好ましく、例えば、上記の光学濃度が３．２程度もあれば十分である。
それゆえ、本実施形態においては、半透明層１２の透過率Ｔと遮光層１４の膜厚ｄとの関係が、Ｔ＝６％において２３ｎｍ≦ｄ≦２７ｎｍの範囲であり、Ｔ＝２０％において３１ｎｍ≦ｄ≦３５ｎｍの範囲であり、Ｔ＝３０％において３３ｎｍ≦ｄ≦３７ｎｍの範囲であることが好ましい。
【０１０７】
＜ＥＭＦバイアスおよび露光裕度の評価＞
次に、本発明に係る位相シフトマスクと従来のバイナリ型フォトマスクについて、ＥＭＦバイアスおよび露光裕度（ＥＬ：Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｌａｔｉｔｕｄｅ）をシミュレーションにより評価した結果について説明する。
【０１０８】
（シミュレーション条件）
シミュレーションは、下記の条件により行なった。シミュレーション・ソフトウェアとして、ＥＭ−Ｓｕｉｔｅ  Ｖｅｒｓｉｏｎ  ｖ６．００（商品名：Ｐａｎｏｒａｍｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用い、３次元（３Ｄとも記す）シミュレーション条件としては、シミュレーション・モードには３次元電磁界シミュレーションのＴＥＭＰＥＳＴ（ＥＭ−Ｓｕｉｔｅオプション）によるＦＤＴＤ法（時間領域差分法、有限差分時間領域法とも言う）を用い、グリッドサイズは１ｎｍ（４倍マスクにおいて）とした。２次元（２Ｄとも記す）シミュレーション条件としては、シミュレーション・モードにキルヒホッフ（Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ）法を用いた。
【０１０９】
（リソグラフィ条件）
２次元及び３次元シミュレーションにおけるリソグラフィ条件として、露光光源はＡｒＦエキシマレーザで露光波長は１９３ｎｍ、投影レンズの開口数（ＮＡ）は１．３５とした。照明系は瞳フィルタを用いた斜入射光による露光とし、図６に示す四重極（Ｃ−ｑｕａｄ）の瞳フィルタを用いた四重極照明を設定した。Ｃ−ｑｕａｄの４つの光透過部９１は、ＸＹ軸上に瞳中心からの開口角が２０度の扇型をなし、縦・横のマスクパターンを高解像で転写し得るように、マスクパターンに対し光透過部９１が０度、９０度の配置（ＸＹポーラリゼーション）をとり、瞳フィルタの半径を１としたとき、瞳中心からの距離の外径（外σ）を０．９８、内径（内σ）を０．８とした。４つの光透過部９１以外の箇所は遮光部９２（斜線部分）としている。
【０１１０】
なお、上記の投影レンズの開口数（ＮＡ）１．３５は、微細な半導体デバイス用のマスクパターン転写に用いられていることにより、一例として用いたものであり、もとより本発明はそれに限定されることはなく、他の開口数のレンズを用いることが可能である。
また、上記の照明系として四重極照明を用いたのは、四重極照明は縦・横のパターンが同時に解像でき、普遍性が高くて一般的なマスクパターン転写に適用できるからである。ただし、四重極照明は好ましい一例として用いたものであり、本発明においては、四重極照明以外の他の変形照明系、例えば、輪帯照明、二重極照明などにおいても同様に露光裕度の改善効果が得られるものである。
【０１１１】
（ＥＭＦバイアスの評価）
実施例１−１〜１−３の位相シフトマスク、および比較例１−１の従来のバイナリ型フォトマスクを用いて、直径４０ｎｍの孤立ホールパターンをウェハ上のレジストに形成する際のＥＭＦバイアスの評価結果について、図７を用いて説明する。
図７においては、透過率０％の点が比較例１−１のＥＭＦバイアスの値を示し、透過率６％の点が実施例１−１のＥＭＦバイアスの値を示し、透過率２０％の点が実施例１−２のＥＭＦバイアスの値を示し、透過率３０％の点が実施例１−３のＥＭＦバイアスの値を示している。なお、図７におけるＥＭＦバイアスの値は、ウェハ上における大きさを示している。図７に示すように、直径４０ｎｍの孤立ホールパターンをウェハ上のレジストに形成する場合、比較例１−１の従来のバイナリ型フォトマスクにおいては、ウェハ上における大きさで１０ｎｍのＥＭＦバイアスを必要とするが、実施例１−１〜１−３の位相シフトマスクにおいては、いずれもＥＭＦバイアスの値を小さくでき、特に、実施例１−３の位相シフトマスクにおいては、−０．６ｎｍにまでＥＭＦバイアスの値を小さくすることができる。
【０１１２】
ここで、本発明で用いているＥＭＦバイアスについて、図８に示すバイナリ型フォトマスクの断面模式図を例にして説明する。図８では、透明基板１０１上に遮光パターン膜１０２よりなるマスクパターンを有するバイナリマスク１００が示されている。ここで、通常、フォトマスクには４倍体のレチクルが用いられるので、マスクパターンのライン部の寸法（ラインＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）と称する）は、目標とするウェハ上の線幅寸法（ターゲットＣＤと称する）の４倍の数値ｘ（ｎｍ）に、補正値であるバイアスｄ（ｎｍ）を加えた値として示される（ｘ＝ターゲットＣＤ×４）。
図８において、バイアスｄは、
バイアス（ｄ）＝２×ａ
と表される。
上記において、バイアスｄの値が＋の場合はラインＣＤが広がる方向であり、ｄの値が−の場合はラインＣＤが狭くなる方向を意味する。ただし、本発明では、＋の場合には特に＋の表示はしていない。
【０１１３】
電磁界（ＥＭＦ）効果に係るＥＭＦバイアスは、ウェハ上のレジストへの転写パターン線幅の重要な寸法（ＣＤ）精度に大きな影響を与える。このため、フォトマスクの作製に際し、電磁界効果のシミュレーションを行い、電磁界（ＥＭＦ）効果による影響を抑制するため、フォトマスクパターンの補正を行う必要がある。このマスクパターンの補正計算は、ＥＭＦバイアスが大きいほど複雑化する。また、補正後のマスクパターンもＥＭＦバイアスが大きいほど複雑化していき、フォトマスク作製に大きな負荷がかかる。例えば、バイアス値が大きくなり、隣接するパターンとの関係でパターン補正できなくなるという問題も生じている。ＥＭＦバイアスの値は、０に近い値ほど補正が小さくてフォトマスク製造が容易になり、マスク製造歩留りが向上することになる。
【０１１４】
（露光裕度の評価）
次に、露光裕度の評価結果について、表１を用いて説明する。
ここで、露光裕度（ＥＬ：％）は、ウェハ上のレジストパターン膜の寸法が、許容される限界内に収まるような露光エネルギーの範囲であり、フォトリソグラフィにおける露光量（ドーズ量）の変動に対する裕度を示す値である。すなわち、レジストパターンの線幅寸法の変動量が所定の許容範囲内に入るような露光エネルギーの範囲である。露光裕度が大きければ、半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程における歩留が向上することになる。
【０１１５】
表１においては、ウェハ上の各パターンピッチ（ｎｍ）におけるターゲットＣＤが±１０％内に入る露光裕度（ＥＬ）を、実施例１−１〜１−３の位相シフトマスク、および比較例１−１の従来のバイナリ型フォトマスクについて比較評価した。
評価したマスクパターンは、ラインアンドスペースパターンであって、ウェハ上に転写したときのスルーピッチ（フルピッチ）が８０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲であり、ターゲットとするラインＣＤはウェハ上で１０ｎｍとした。
【０１１６】
【表１】
2015092281.tif 000003
【０１１７】
表１に示されるように、実施例１−１〜１−３の本発明に係る位相シフトマスクは、パターンピッチ８０ｎｍ〜３００ｎｍのいずれの範囲においても、比較例１−１の従来のバイナリ型フォトマスクに比べて、露光裕度を大きくすることができ、特に、実施例１−３の位相シフトマスクにおいては、パターンピッチ８０ｎｍにおいて露光裕度１．８％、パターンピッチ１６０ｎｍにおいて露光裕度１．２％、パターンピッチ３００ｎｍにおいて露光裕度０．８％、という大きな値が得られた。
【０１１８】
（実施例２−１）
透明基板１１として光学研磨した６インチ角、０．２５インチ厚の合成石英基板を用い、半透明層１２としてモリブデンシリサイド酸化膜（ＭｏＳｉＯ）を用い、中間層１３として膜厚２ｎｍのＣｒＮ膜を用い、遮光層１４としてシリコン膜（Ｓｉ）を用いて、マスクブランクス２０を作製した。
【０１１９】
ここで、半透明層１２の膜厚は、露光光に対する透過率が６％になるように調整し、遮光層１４の膜厚は、半透明層１２、中間層１３、遮光層１４の３種の層を積層した積層体の露光光に対する光学濃度が３．０になるように調整した。
【０１２０】
上記の光学濃度は大塚電子社製ＭＣＰＤ３０００で測定し、光学定数はエリプソメーター（ジェー・エー・ウーラム社製）の測定より得た。また、膜厚はＡＦＭ装置（エスアイアイ  ナノテクノロジー社製）を用いた段差計測により得た。
【０１２１】
（実施例２−２）
中間層１３として膜厚４ｎｍのＣｒＮ膜を用いたこと以外は、実施例２−１と同様にして、マスクブランクス２０を作製し、半透明層１２の膜厚および遮光層１４の膜厚を調整した。
【０１２２】
（比較例２−１）
中間層１３として膜厚６ｎｍのＣｒＮ膜を用いたこと以外は、実施例２−１と同様にして、マスクブランクス２０を作製し、半透明層１２の膜厚および遮光層１４の膜厚を調整した。
【０１２３】
（比較例２−２）
中間層１３として膜厚８ｎｍのＣｒＮ膜を用いたこと以外は、実施例２−１と同様にして、マスクブランクス２０を作製し、半透明層１２の膜厚および遮光層１４の膜厚を調整した。
【０１２４】
（比較例２−３）
中間層１３として膜厚１０ｎｍのＣｒＮ膜を用いたこと以外は、実施例２−１と同様にして、マスクブランクス２０を作製し、半透明層１２の膜厚および遮光層１４の膜厚を調整した。
【０１２５】
＜中間層の膜厚と中間層および遮光層の全体の膜厚との関係＞
上記実施例２−１〜２−２および上記比較例２−１〜２−３における中間層１３の膜厚と中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚との関係について説明する。表２に、上記実施例２−１〜２−２および上記比較例２−１〜２−３における中間層１３（ＣｒＮ膜）の膜厚、遮光層１４（シリコン膜（Ｓｉ））の膜厚、中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚、ならびに上記積層体の露光光に対する光学濃度（ＯＤ値）を示した。なお、中間層１３に用いられるＣｒＮ膜の屈折率ｎおよび消衰係数ｋは、それぞれ１．５および１．８であり、遮光層１４に用いられるシリコン膜（Ｓｉ）の屈折率ｎおよび消衰係数ｋは、それぞれ０．９および２．７である。
【０１２６】
【表２】
2015092281.tif 000004
【０１２７】
表２に示されるように、中間層１３の膜厚が５ｎｍ以上になると、中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚が、中間層１３の膜厚が５ｎｍ以下の場合よりも、厚くなることがわかった。このため、中間層１３の膜厚が５ｎｍ以下になると、位相シフトマスクのＥＭＦバイアスの値が大きくなってしまうことを回避することができることが示唆されている。
【０１２８】
（実施例３−１）
中間層１３として膜厚２ｎｍのＣｒＯＮ膜を用いたこと以外は、実施例２−１と同様にして、マスクブランクス２０を作製し、半透明層１２の膜厚および遮光層１４の膜厚を調整した。
【０１２９】
（実施例３−２）
中間層１３として膜厚４ｎｍのＣｒＯＮ膜を用いたこと以外は、実施例２−１と同様にして、マスクブランクス２０を作製し、半透明層１２の膜厚および遮光層１４の膜厚を調整した。
【０１３０】
（比較例３−１）
中間層１３として膜厚６ｎｍのＣｒＯＮ膜を用いたこと以外は、実施例２−１と同様にして、マスクブランクス２０を作製し、半透明層１２の膜厚および遮光層１４の膜厚を調整した。
【０１３１】
（比較例３−２）
中間層１３として膜厚８ｎｍのＣｒＯＮ膜を用いたこと以外は、実施例２−１と同様にして、マスクブランクス２０を作製し、半透明層１２の膜厚および遮光層１４の膜厚を調整した。
【０１３２】
（比較例３−３）
中間層１３として膜厚１０ｎｍのＣｒＯＮ膜を用いたこと以外は、実施例２−１と同様にして、マスクブランクス２０を作製し、半透明層１２の膜厚および遮光層１４の膜厚を調整した。
【０１３３】
＜中間層の膜厚と中間層および遮光層の全体の膜厚との関係＞
上記実施例３−１〜３−２および上記比較例３−１〜３−３における中間層１３の膜厚と中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚との関係について説明する。表３に、上記実施例３−１〜３−２および上記比較例３−１〜３−３における中間層１３（ＣｒＯＮ膜）の膜厚、遮光層（シリコン膜（Ｓｉ））１４の膜厚、中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚、ならびに上記積層体の露光光に対する光学濃度（ＯＤ値）を示した。なお、中間層１３に用いられるＣｒＯＮ膜の屈折率ｎおよび消衰係数ｋは、それぞれ２．４および１．４であり、遮光層１４に用いられるシリコン膜（Ｓｉ）の屈折率ｎおよび消衰係数ｋは、それぞれ０．９および２．７である。
【０１３４】
【表３】
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【０１３５】
表３に示されるように、中間層１３の膜厚が５ｎｍ以上になると、中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚が、中間層１３の膜厚が５ｎｍ以下の場合よりも、厚くなることがわかった。このため、中間層１３の膜厚が５ｎｍ以下になると、位相シフトマスクのＥＭＦバイアスの値が大きくなってしまうことを回避することができることが示唆されている。
【０１３６】
また、表２および表３を比較すると、中間層１３の膜厚が４ｎｍ以上になると、中間層１３としてＣｒＮ膜を用いた場合の方が、遮光層１４の膜厚ならびに中間層１３および遮光層１４の全体の膜厚が、中間層１３としてＣｒＯＮ膜を用いた場合よりも、薄くなった。これは、ＣｒＮ膜の方が、ＣｒＯＮ膜よりも、消衰係数ｋが高く、透過率が低いからであると考えられる。また、これは、ＣｒＯＮ膜が酸素（Ｏ）を含んでいるのに対して、ＣｒＮ膜が酸素（Ｏ）を含んでいないからであると考えられる。
【０１３７】
以上、本発明に係るマスクブランクス、位相シフトマスク及びその製造方法についてそれぞれ説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１３８】
１０、２０  マスクブランクス
１１  透明基板
１２  半透明層
１３  中間層
１４  遮光層
２１  ハードマスク層
２２、２３、２４、２５  ハードマスクパターン膜
３０、４０  位相シフトマスク
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ  半透明パターン膜
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ  中間パターン膜
３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ  遮光パターン膜
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ  半透明パターン膜
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ  中間パターン膜
４４、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ  遮光パターン膜
５１、５３、５４、５６  レジストパターン膜
５２、５５  レジスト層
６３、７３  中間パターン膜
６４、７４  遮光パターン膜
９１  光透過部
９２  遮光部
１００  バイナリマスク
１０１  透明基板
１０２  遮光パターン膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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