WO2021044917A1 - 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

Info

Publication number
WO2021044917A1
WO2021044917A1 PCT/JP2020/032144 JP2020032144W WO2021044917A1 WO 2021044917 A1 WO2021044917 A1 WO 2021044917A1 JP 2020032144 W JP2020032144 W JP 2020032144W WO 2021044917 A1 WO2021044917 A1 WO 2021044917A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phase shift
film
shift film
mask
light
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/032144
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
仁 前田
野澤　順
Original Assignee
Hoya株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoya株式会社 filed Critical Hoya株式会社
Priority to US17/628,655 priority Critical patent/US20220252972A1/en
Priority to JP2021543713A priority patent/JP7163505B2/ja
Priority to CN202080058132.3A priority patent/CN114245880B/zh
Priority to KR1020227002788A priority patent/KR20220052908A/ko
Publication of WO2021044917A1 publication Critical patent/WO2021044917A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/60—Substrates
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/32—Attenuating PSM [att-PSM], e.g. halftone PSM or PSM having semi-transparent phase shift portion; Preparation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes

Definitions

  • the present invention relates to a mask blank for a phase shift mask, a phase shift mask, and a method for manufacturing a semiconductor device.
  • a fine pattern is formed using a photolithography method.
  • a number of transfer masks are usually used to form this fine pattern.
  • an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) has been increasingly applied as an exposure light source when manufacturing a semiconductor device.
  • phase shift mask there is a halftone type phase shift mask as a kind of transfer mask.
  • a phase shift film composed of a material containing silicon and nitrogen, a light shielding film composed of a chromium-based material, and an etching composed of an inorganic material on a translucent substrate.
  • a mask blank having a structure in which a mask film (hard mask film) is laminated has been known for a long time.
  • the etching mask film is patterned by dry etching with a fluorine-based gas using the resist pattern formed on the surface of the mask blank as a mask, and then the etching mask film is used.
  • the light-shielding film is patterned by dry etching with a mixed gas of chlorine and oxygen using the above as a mask, and the phase shift film is further patterned by dry etching with a fluorine-based gas using the pattern of the light-shielding film as a mask.
  • Patent Document 1 has a phase shift film formed of a highly nitrided SiN-based material having a nitrogen content of 50% or more, and has a function of transmitting the exposure light of an ArF excimer laser with a transmittance of 10% or more. And a halftone type phase shift mask having a function of generating a phase difference of 150 degrees or more and 200 degrees or less has been proposed.
  • phase shift film having a higher transmittance for exposure light of an ArF excimer laser has been required in order to enable pattern transfer with higher resolution.
  • the phase shift effect can be enhanced.
  • a phase shift mask including the phase shift film is set in the exposure apparatus and exposure transfer is performed on a transfer target object (resist film or the like on a semiconductor substrate)
  • an exposure margin can be secured.
  • it is effective to include oxygen in the phase shift film.
  • the refractive index of the phase shift film is lowered, and the obtained phase difference is also reduced.
  • the present invention has been made to solve the conventional problems, and it is possible to enhance the phase shift effect of the ArF excimer laser with respect to the exposure light, secure the exposure margin, and have good optical performance. It is an object of the present invention to provide a mask blank capable of producing a simple phase shift mask, and the present invention can enhance the phase shift effect on the exposure light of the ArF excimer laser and secure an exposure margin. It is an object of the present invention to provide a phase shift mask which can be used and has good optical performance. Then, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device using such a phase shift mask.
  • the present invention has the following configuration as a means for solving the above problems.
  • a mask blank having a phase shift film on a translucent substrate contains hafnium, silicon and oxygen and contains The ratio of the hafnium content to the total hafnium and silicon content of the phase shift film by atomic% is 0.4 or more.
  • the refractive index n at the wavelength of the exposure light of the ArF excimer laser of the phase shift film is 2.5 or more.
  • a mask blank characterized in that the extinction coefficient k of the phase shift film at the wavelength of the exposure light is 0.30 or less.
  • phase shift film 6 The mask blank according to any one of configurations 1 to 5, wherein the phase shift film has a total content of hafnium, silicon and oxygen of 90 atomic% or more.
  • the phase shift film has a function of transmitting the exposure light with a transmittance of 20% or more, and has passed through the air for the same distance as the thickness of the phase shift film with respect to the exposure light transmitted through the phase shift film.
  • phase shift mask provided with a phase shift film having a transfer pattern on a translucent substrate.
  • the phase shift film contains hafnium, silicon and oxygen and contains In the phase shift film, the ratio of the hafnium content by atomic% to the total hafnium and silicon content is 0.4 or more.
  • the refractive index n at the wavelength of the exposure light of the ArF excimer laser of the phase shift film is 2.5 or more.
  • a phase shift mask characterized in that the extinction coefficient k of the phase shift film at the wavelength of the exposure light is 0.30 or less.
  • phase shift mask according to the configuration 9 or 10, wherein the extinction coefficient k of the phase shift film at the wavelength of the exposure light is 0.05 or more.
  • Structure 12 The phase shift mask according to any one of configurations 9 to 11, wherein the oxygen content of the phase shift film is 60 atomic% or more.
  • phase shift mask according to any one of configurations 9 to 12, wherein the film thickness of the phase shift film is 65 nm or less.
  • Structure 14 The phase shift mask according to any one of configurations 9 to 13, wherein the phase shift film has a total content of hafnium, silicon and oxygen of 90 atomic% or more.
  • the phase shift film has a function of transmitting the exposure light with a transmittance of 20% or more, and has passed through the air for the same distance as the thickness of the phase shift film with respect to the exposure light transmitted through the phase shift film.
  • Structure 17 A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of exposing and transferring a transfer pattern to a resist film on a semiconductor substrate using the phase shift mask according to the configuration 16.
  • the mask blank of the present invention having the above configuration is a mask blank having a phase shift film on a translucent substrate, and the phase shift film contains hafnium, silicon and oxygen, and the phase shift film is contained.
  • the ratio of the hafnium content to the total content of hafnium and silicon by atomic% is 0.4 or more, and the refractive index n at the wavelength of the exposure light of the ArF excimer laser of the phase shift film is 2.5 or more.
  • the phase shift film is characterized in that the extinction coefficient k at the wavelength of the exposure light is 0.10 or more and 0.30 or less. Therefore, the phase shift effect of the ArF excimer laser on the exposure light can be enhanced, the exposure margin can be secured, and a phase shift mask having good optical performance can be manufactured. Further, in the manufacture of a semiconductor device using this phase shift mask, it becomes possible to transfer the pattern to a resist film or the like on the semiconductor device with good accuracy.
  • the conventional phase shift film is made of a material containing silicon and nitrogen, and the main components are silicon and nitrogen.
  • phase shift films containing metals such as molybdenum those mainly composed of silicon and nitrogen were the mainstream.
  • the present inventor first made the material of the phase shift film contain hafnium, silicon, and oxygen. Then, the ratio of the hafnium content [atomic%] to the total hafnium and silicon content [atomic%] in the phase shift film (hereinafter referred to as Hf / [Hf + Si] ratio), and the exposure light of the ArF excimer laser.
  • the refractive index n and the excimer coefficient k at the wavelength of may be simply referred to as the refractive index n and the excimer coefficient k). Then, it was found that there is a correlation between this Hf / [Hf + Si] ratio, the refractive index n, and the extinction coefficient k.
  • the refractive index n and the extinction coefficient k of the phase shift film are largely related to determining the phase difference, transmittance, and film thickness of the phase shift film.
  • the present inventors further investigated, and in a phase shift film containing hafnium, silicon, and oxygen, the Hf / [Hf + Si] ratio was 0.4 or more, the refractive index n was 2.5 or more, and the excimer coefficient k was high.
  • the value By setting the value to 0.30 or less, it is possible to enhance the phase shift effect of the ArF excimer laser on the exposure light, secure the exposure margin, and manufacture a phase shift mask having good optical performance. I found out what I could do.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of a mask blank.
  • the mask blank 100 shown in FIG. 1 has a configuration in which a phase shift film 2, a light shielding film 3, and a hard mask film 4 are laminated in this order on one main surface of the translucent substrate 1.
  • the mask blank 100 may have a configuration in which the hard mask film 4 is not provided, if necessary. Further, the mask blank 100 may have a structure in which a resist film is laminated on the hard mask film 4 as needed. The details of the main components of the mask blank 100 will be described below.
  • the translucent substrate 1 is made of a material having good transparency to the exposure light used in the exposure process in lithography.
  • synthetic quartz glass, aluminosilicate glass, soda-lime glass, low thermal expansion glass (SiO 2- TiO 2 glass, etc.), and various other glass substrates can be used.
  • the substrate using synthetic quartz glass has high transparency to ArF excimer laser light (wavelength: about 193 nm), it can be suitably used as the translucent substrate 1 of the mask blank 100.
  • the exposure step in lithography referred to here is an exposure step in lithography using a phase shift mask produced by using this mask blank 100, and the exposure light is ArF excimer laser light unless otherwise specified.
  • the refractive index of the material forming the translucent substrate 1 in the exposure light is preferably 1.5 or more and 1.6 or less, more preferably 1.52 or more and 1.59 or less, and 1.54 or more and 1 It is more preferably .58 or less.
  • the phase shift film 2 preferably has a function of transmitting exposure light with a transmittance of 20% or more. This is because a sufficient phase shift effect is generated between the exposure light transmitted through the inside of the phase shift film 2 and the exposure light transmitted through the air.
  • the transmittance of the phase shift film 2 with respect to the exposure light is preferably 75% or less, and more preferably 70% or less. This is to limit the film thickness of the phase shift film 2 to an appropriate range in which optical performance can be ensured.
  • the phase shift film 2 is between the exposure light transmitted through the phase shift film 2 and the exposure light passing through the air by the same distance as the thickness of the phase shift film 2. It is preferable that the light is adjusted so as to have a function of causing a phase difference of 150 degrees or more and 210 degrees or less.
  • the phase difference in the phase shift film 2 is more preferably 155 degrees or more, and further preferably 160 degrees or more.
  • the phase difference in the phase shift film 2 is more preferably 195 degrees or less, and further preferably 190 degrees or less.
  • the refractive index n (hereinafter, simply referred to as the refractive index n) with respect to the wavelength of the exposure light is 2.5 or more. It is preferable that it is larger than 2.6, more preferably 2.62 or more, and further preferably 2.62 or more.
  • the refractive index n of the phase shift film 2 is preferably 2.9 or less, and more preferably 2.88 or less.
  • the extinction coefficient k of the phase shift film 2 is preferably 0.05 or more, more preferably larger than 0.1, and even more preferably 0.12 or more.
  • the extinction coefficient k (hereinafter, simply referred to as the extinction coefficient k) of the phase shift film 2 with respect to the wavelength of the exposure light is preferably 0.30 or less, and more preferably 0.28 or less.
  • the refractive index n and the extinction coefficient k of the phase shift film 2 are numerical values derived by regarding the entire phase shift film 2 as one optically uniform layer.
  • the refractive index n and the extinction coefficient k of the thin film including the phase shift film 2 are not determined only by the composition of the thin film.
  • the film density and crystal state of the thin film are also factors that influence the refractive index n and the extinction coefficient k. Therefore, various conditions for forming a thin film by reactive sputtering are adjusted so that the thin film has a desired refractive index n and extinction coefficient k.
  • a mixed gas of a noble gas and a reactive gas oxygen gas, nitrogen gas, etc.
  • the film thickness of the phase shift film 2 is preferably 65 nm or less, and more preferably 62 nm or less in order to ensure optical performance. Further, the film thickness of the phase shift film 2 is preferably 50 nm or more, and more preferably 52 nm or more in order to secure the function of producing a desired phase difference.
  • the phase shift film 2 is preferably made of a material containing hafnium, silicon and oxygen.
  • the total content of hafnium, silicon and oxygen in the phase shift film 2 is preferably 90 atomic% or more, more preferably 95 atomic% or more, and further preferably 97 atomic% or more.
  • the transmittance can be increased and the increase in film thickness due to the inclusion of oxygen can be suppressed.
  • the phase shift film 2 is composed of only hafnium, silicon and oxygen, excluding noble gas and impurities mixed during film formation.
  • the phase shift film 2 can be patterned by dry etching using a chlorine-based gas containing boron, preferably a mixed gas of BCl 3 gas and Cl 2 gas, which is sufficient for the light-shielding film 3 described later. Has etching selectivity.
  • the oxygen content of the phase shift membrane 2 is preferably 60 atomic% or more, and more preferably 62 atomic% or more, from the viewpoint of increasing the transmittance.
  • the oxygen content of the phase shift film 2 is preferably 67 atomic% or less, and more preferably 66 atomic% or less, from the viewpoint of reducing the surface roughness of the film.
  • the phase shift film 2 further contains one or more elements selected from metalloid elements, non-metal elements, and metal elements up to a range of 3 atomic% or less, as long as the above optical characteristics are satisfied. You may. In particular, light elements such as nitrogen, carbon, and hydrogen are inevitably allowed up to a range of 5 atomic% or less.
  • the ratio of the hafnium content to the total content of hafnium and silicon in the phase shift film 2 by atomic% is preferably 0.4 or more, preferably 0.5 or more. More preferably. This is to keep the film thickness of the phase shift film 2 in an appropriate range. Further, this ratio Hf / [Hf + Si] is preferably 0.9 or less, and more preferably 0.8 or less. This is to increase the transmittance of the phase shift film 2.
  • the phase shift film 2 is preferably a single-layer film having a uniform composition, but is not necessarily limited to this, and may be formed of a plurality of layers, and the composition is inclined in the thickness direction. It may be a configuration.
  • the phase shift film 2 does not need to satisfy the above ranges of the Hf / [Hf + Si] ratio, the refractive index n, and the extinction coefficient k in all the regions in the film.
  • the phase shift film 2 may satisfy the above ranges of the Hf / [Hf + Si] ratio, the refractive index n, and the extinction coefficient k when the whole is regarded as one uniform film.
  • the phase shift film 2 has a multilayer structure, it is not necessary for all the layers constituting the phase shift film 2 to satisfy the above ranges of the Hf / [Hf + Si] ratio, the refractive index n, and the extinction coefficient k.
  • the phase shift film 2 is formed of a plurality of layers, and the uppermost layer (the layer on the surface of the phase shift film 2 opposite to the translucent substrate 1 side) is a material containing silicon and oxygen as main components (silicon and oxygen).
  • the total content of the above is 80 atomic% or more).
  • the mask blank 100 includes a light-shielding film 3 on the phase shift film 2.
  • the outer peripheral region of the region where the transfer pattern is formed is the exposure light transmitted through the outer peripheral region when exposure-transferred to a resist film on a semiconductor wafer using an exposure apparatus. It is required to secure an optical density (OD) equal to or higher than a predetermined value so that the resist film is not affected.
  • the outer peripheral region of the phase shift mask preferably has an OD of 2.8 or more, and more preferably 3.0 or more.
  • the phase shift film 2 has a function of transmitting exposure light with a predetermined transmittance, and it is difficult to secure a predetermined value of optical density only with the phase shift film 2. Therefore, at the stage of manufacturing the mask blank 100, it is necessary to laminate the light-shielding film 3 on the phase-shift film 2 in order to secure the insufficient optical density.
  • the light-shielding film 3 in the region where the phase shift effect is used (basically the transfer pattern forming region) is removed during the manufacturing of the phase shift mask 200 (see FIG. 2). Then, the phase shift mask 200 in which the optical density of a predetermined value is secured in the outer peripheral region can be manufactured.
  • the light-shielding film 3 can be applied to both a single-layer structure and a laminated structure having two or more layers. Further, even if each layer of the light-shielding film 3 having a single-layer structure and the light-shielding film 3 having a laminated structure of two or more layers has substantially the same composition in the thickness direction of the film or the layer, the composition is formed in the thickness direction of the layer. It may have an inclined configuration.
  • the mask blank 100 in the form shown in FIG. 1 has a configuration in which a light-shielding film 3 is laminated on the phase shift film 2 without interposing another film.
  • the light-shielding film 3 in this case is preferably formed of a material containing chromium.
  • the material containing chromium that forms the light-shielding film 3 include a material containing chromium metal and one or more elements selected from oxygen, nitrogen, carbon, boron, and fluorine in chromium.
  • the material for forming the light-shielding film 3 is one or more elements selected from oxygen, nitrogen, carbon, boron and fluorine in chromium.
  • a material containing is preferable.
  • the chromium-containing material forming the light-shielding film 3 may contain one or more elements of molybdenum, indium and tin. By containing one or more elements of molybdenum, indium and tin, the etching rate for a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas can be made faster.
  • the light-shielding film 3 may be formed with a material containing silicon.
  • the material containing the transition metal and silicon has high light-shielding performance, and the thickness of the light-shielding film 3 can be reduced.
  • the transition metal contained in the light-shielding film 3 include molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), chromium (Cr), hafnium (Hf), nickel (Ni), and vanadium (V).
  • the metal element other than the transition metal element contained in the light-shielding film 3 include aluminum (Al), indium (In), tin (Sn) and gallium (Ga).
  • the light-shielding film 3 may have a structure in which a layer containing chromium and a layer containing a transition metal and silicon are laminated in this order from the phase shift film 2 side.
  • the specific items of the material of the layer containing chromium and the layer containing transition metal and silicon are the same as in the case of the light-shielding film 3 described above.
  • the hard mask film 4 is provided in contact with the surface of the light-shielding film 3.
  • the hard mask film 4 is a film formed of a material having etching resistance against the etching gas used when etching the light-shielding film 3.
  • the hard mask film 4 only needs to have a film thickness sufficient to function as an etching mask until the dry etching for forming a pattern on the light shielding film 3 is completed, and basically has optical characteristics. Not restricted by. Therefore, the thickness of the hard mask film 4 can be made significantly thinner than the thickness of the light-shielding film 3.
  • the hard mask film 4 is preferably made of a material containing silicon. Since the hard mask film 4 in this case tends to have low adhesion to the resist film of the organic material, the surface of the hard mask film 4 is subjected to HMDS (Hexamethyldisilazane) treatment to improve the adhesion of the surface. Is preferable.
  • the hard mask film 4 in this case is more preferably formed of SiO 2 , SiN, SiON, or the like.
  • the material of the hard mask film 4 when the light-shielding film 3 is made of a material containing chromium
  • a material containing tantalum can also be applied.
  • the material containing tantalum in this case include, in addition to tantalum metal, a material in which tantalum contains one or more elements selected from nitrogen, oxygen, boron and carbon.
  • Ta, TaN, TaO, TaON, TaBN, TaBO, TaBON, TaCN, TaCO, TaCON, TaBCN, TaBOCN, and the like can be mentioned.
  • the hard mask film 4 is preferably formed of the above-mentioned material containing chromium.
  • the resist film of the organic material is formed with a film thickness of 100 nm or less in contact with the surface of the hard mask film 4.
  • SRAF Sub-Resolution Assist Feature
  • the transfer pattern phase shift pattern
  • the cross-sectional aspect ratio of the resist pattern can be as low as 1: 2.5, it is possible to prevent the resist pattern from collapsing or detaching during development, rinsing, or the like of the resist film. It is more preferable that the resist film has a film thickness of 80 nm or less.
  • the resist film of the organic material is formed with a film thickness of 100 nm or less in contact with the surface of the hard mask film 4.
  • SRAF Sub-Resolution Assist Feature
  • the film thickness of the resist film can be suppressed by providing the hard mask film 4 as described above, whereby the cross-sectional aspect ratio of the resist pattern composed of the resist film is set to 1: 2.5. Can be lowered.
  • the resist film has a film thickness of 80 nm or less.
  • the resist film is preferably a resist for electron beam drawing exposure, and more preferably a chemically amplified resist.
  • the mask blank 100 having the above configuration is manufactured by the following procedure. First, the translucent substrate 1 is prepared. In this translucent substrate 1, the end face and the main surface are polished to a predetermined surface roughness (for example, the root mean square roughness Rq is 0.2 nm or less in the inner region of a quadrangle having a side of 1 ⁇ m), and then the predetermined surface roughness is determined. It has been washed and dried.
  • a predetermined surface roughness for example, the root mean square roughness Rq is 0.2 nm or less in the inner region of a quadrangle having a side of 1 ⁇ m
  • a phase shift film 2 is formed on the translucent substrate 1 by a sputtering method. After the phase shift film 2 is formed, an annealing treatment at a predetermined heating temperature is appropriately performed. Next, the above-mentioned light-shielding film 3 is formed on the phase-shift film 2 by a sputtering method. Then, the above-mentioned hard mask film 4 is formed on the light-shielding film 3 by a sputtering method.
  • a sputtering target and a sputtering gas containing the materials constituting each of the above films in a predetermined composition ratio are used, and if necessary, a mixed gas of the above-mentioned noble gas and the reactive gas is used.
  • a film is formed using it as a sputtering gas.
  • FIG. 2 shows a phase shift mask 200 according to an embodiment of the present invention manufactured from the mask blank 100 of the above embodiment and a manufacturing process thereof.
  • a phase shift pattern 2a which is a transfer pattern, is formed on the phase shift film 2 of the mask blank 100, and a pattern including a light shielding band is formed on the light shielding film 3.
  • the light-shielding pattern 3b having the light-shielding pattern 3b is formed.
  • the method for manufacturing the phase shift mask 200 uses the mask blank 100, and includes a step of forming a transfer pattern on the light-shielding film 3 by dry etching and a light-shielding film 3 having the transfer pattern.
  • the method for manufacturing the phase shift mask 200 of the present invention will be described according to the manufacturing process shown in FIG.
  • phase shift mask 200 using the mask blank 100 in which the hard mask film 4 is laminated on the light-shielding film 3 will be described. Further, a case where a material containing chromium is applied to the light-shielding film 3 and a material containing silicon is applied to the hard mask film 4 will be described.
  • a resist film is formed by a spin coating method in contact with the hard mask film 4 of the mask blank 100.
  • the first pattern which is a transfer pattern (phase shift pattern) to be formed on the phase shift film 2
  • the first resist pattern 5a is formed (see FIG. 2A).
  • dry etching was performed using a fluorine-based gas to form the first pattern (hard mask pattern 4a) on the hard mask film 4 (see FIG. 2B). ..
  • dry etching is performed using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas using the hard mask pattern 4a as a mask, and the first pattern (light-shielding pattern 3a) is formed on the light-shielding film 3. (See FIG. 2 (c)).
  • dry etching is performed using a chlorine-based gas containing boron to form a first pattern (phase shift pattern 2a) on the phase shift film 2, and the hard mask pattern 4a is formed. It was removed (see FIG. 2 (d)).
  • a resist film was formed on the mask blank 100 by a spin coating method.
  • a second pattern which is a pattern to be formed on the light-shielding film 3 (light-shielding pattern)
  • a second resist pattern 6b was formed (see FIG. 2E).
  • dry etching was performed using a mixed gas of chlorine-based gas and oxygen gas to form a second pattern (light-shielding pattern 3b) on the light-shielding film 3 (FIG. 2 (FIG. 2). f) See).
  • the second resist pattern 6b was removed, and a predetermined process such as cleaning was performed to obtain a phase shift mask 200 (see FIG. 2 (g)).
  • the chlorine-based gas used in the dry etching is not particularly limited as long as it contains Cl.
  • Cl 2 , NaCl 2 , CHCl 3 , CH 2 Cl 2 , CCl 4 , BCl 3, and the like can be mentioned.
  • the boron-containing chlorine-based gas used in the dry etching is not particularly limited as long as it contains B and Cl.
  • BCl 3 and the like can be mentioned.
  • a mixed gas of BCl 3 gas and Cl 2 gas is preferable because it has a relatively high etching rate with respect to hafnium.
  • the phase shift mask 200 manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 2 is a phase shift mask provided with a phase shift film 2 (phase shift pattern 2a) having a transfer pattern on a translucent substrate 1.
  • phase shift mask 200 By manufacturing the phase shift mask 200 in this way, the phase shift effect of the ArF excimer laser on the exposure light can be enhanced, the exposure margin can be secured, and the phase shift mask 200 having good optical performance can be secured. Can be obtained.
  • the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is characterized by including a step of exposing and transferring a transfer pattern to a resist film on a semiconductor substrate by using the phase shift mask 200.
  • the phase shift mask 200 is set on the mask stage of the exposure apparatus using the ArF excimer laser as the exposure light, and the resist film on the semiconductor device is set.
  • the transfer pattern can be transferred to the resist film on the semiconductor device with high in-plane uniformity of CD (CD Infinity). Therefore, when the pattern of the resist film is used as a mask and the underlying film is dry-etched to form a circuit pattern, a high-precision circuit pattern without wiring short circuit or disconnection due to a decrease in in-plane uniformity of the CD is formed. can do.
  • a translucent substrate 1 made of synthetic quartz glass having a main surface size of about 152 mm ⁇ about 152 mm and a thickness of about 6.35 mm was prepared.
  • the end face and the main surface of the translucent substrate 1 are polished to a predetermined surface roughness (Rq of 0.2 nm or less), and then subjected to a predetermined cleaning treatment and a drying treatment.
  • Rq surface roughness
  • each optical characteristic of the translucent substrate 1 was measured using a spectroscopic ellipsometer (M-2000D manufactured by JA Woollam)
  • the refractive index in light having a wavelength of 193 nm was 1.556 and the extinction coefficient was 0. It was 000.
  • the translucent substrate 1 is installed in the single-wafer RF sputtering apparatus, and the HfO 2 target and the SiO 2 target are used, and the argon (Ar) gas is used as the sputtering gas by reactive sputtering (RF sputtering).
  • RF sputtering reactive sputtering
  • the translucent substrate 1 on which the phase shift film 2 was formed was heat-treated to reduce the film stress of the phase shift film 2.
  • the transmittance and phase difference of the heat-treated phase shift film 2 with respect to light having a wavelength of 193 nm were measured using a phase shift amount measuring device (MPM193 manufactured by Lasertech), the transmittance was 27.6% and the phase difference was It was 177.2 degrees (deg).
  • M-2000D manufactured by JA Woollam the refractive index n in light having a wavelength of 193 nm was 2.769, and the extinction coefficient k. was 0.259.
  • a translucent substrate 1 on which the phase shift film 2 is formed is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and an argon (Ar), carbon dioxide (CO 2 ), and helium are used using a chromium (Cr) target.
  • Reactive sputtering (RF sputtering) was performed in a mixed gas atmosphere of (He).
  • a light-shielding film (CrOC film) 3 composed of chromium, oxygen, and carbon was formed with a film thickness of 49 nm in contact with the phase shift film 2.
  • a light-shielding film was formed on another translucent substrate under the same film-forming conditions.
  • the translucent substrate 1 on which the light-shielding film (CrOC film) 3 was formed was heat-treated.
  • a spectrophotometer Cary 4000 manufactured by Azilent Technology Co., Ltd.
  • a translucent substrate 1 in which a phase shift film 2 and a light-shielding film 3 are laminated is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and an argon (Ar) gas is sputtered using a silicon dioxide (SiO 2) target.
  • a hard mask film 4 composed of silicon and oxygen was formed on the light-shielding film 3 by RF sputtering as a gas to a thickness of 12 nm. Further, a predetermined cleaning treatment was performed to produce the mask blank 100 of Example 1.
  • the halftone type phase shift mask 200 of Example 1 was manufactured by the following procedure. First, the surface of the hard mask film 4 was subjected to HMDS treatment. Subsequently, a resist film composed of a chemically amplified resist for electron beam writing was formed with a film thickness of 80 nm in contact with the surface of the hard mask film 4 by a spin coating method. Next, a first pattern, which is a phase shift pattern to be formed on the phase shift film 2, is electron-beam-drawn on the resist film, subjected to a predetermined development process and a cleaning process, and a resist having the first pattern is performed. A pattern 5a was formed (see FIG. 2A).
  • the resist pattern 5a was removed.
  • dry etching is performed using a mixed gas of chlorine gas (Cl 2 ) and oxygen gas (O 2 ) to form a first pattern (light-shielding pattern 3a) on the light-shielding film 3. (See FIG. 2 (c)).
  • phase shift pattern 2a was formed on the phase shift film 2 and at the same time hard.
  • the mask pattern 4a was removed (see FIG. 2D).
  • a resist film composed of a chemically amplified resist for electron beam writing was formed on the light-shielding pattern 3a by a spin coating method with a film thickness of 150 nm.
  • a second pattern which is a pattern to be formed on the light-shielding film (a pattern including a light-shielding band pattern), is exposed and drawn on the resist film, and further subjected to a predetermined process such as a development process to have a light-shielding pattern.
  • a resist pattern 6b was formed (see FIG. 2E).
  • Example 2 [Manufacturing of mask blank]
  • the mask blank 100 of Example 2 was manufactured in the same procedure as in Example 1 except for the film thicknesses of the phase shift film 2 and the light-shielding film 3.
  • the phase shift film 2 of the second embodiment has different film forming conditions from the phase shift film 2 of the first embodiment.
  • a translucent substrate 1 is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and the power ratio applied to each of the HfO 2 target and the SiO 2 target is changed to react in an argon (Ar) gas atmosphere. Sex sputtering (RF sputtering) was performed.
  • RF sputtering Sex sputtering
  • a phase shift film 2 composed of hafnium, silicon, and oxygen was formed on the translucent substrate 1 with a thickness of 57.8 nm.
  • the translucent substrate 1 on which the phase shift film 2 was formed was heat-treated to reduce the film stress of the phase shift film 2.
  • the transmittance and phase difference of the phase shift film 2 after heat treatment with respect to light having a wavelength of 193 nm were measured using a phase shift amount measuring device (MPM193 manufactured by Lasertec), the transmittance was 32.0% and the phase difference was It was 176.9 degrees (deg).
  • the refractive index n in light having a wavelength of 193 nm was 2.681 and the extinction coefficient k. was 0.216.
  • a light-shielding film (CrOC film) 3 composed of chromium, oxygen and carbon was formed in contact with the phase shift film 2 with a film thickness of 51 nm.
  • a spectrophotometer Cary 4000 manufactured by Azilent Technology Co., Ltd.
  • phase shift mask 200 of Example 2 was manufactured by the same procedure as in Example 1. Simulation of a transfer image when the phase shift mask 200 of Example 2 is exposed and transferred to a resist film on a semiconductor device with exposure light having a wavelength of 193 nm using AIMS193 (manufactured by Carl Zeiss) in the same manner as in Example 1. was done. When the exposure transfer image of this simulation was verified, the in-plane uniformity of the CD was high, and the design specifications were sufficiently satisfied. From this result, even if the phase shift mask 200 of the second embodiment is set on the mask stage of the exposure apparatus and exposed to the resist film on the semiconductor device, the circuit pattern finally formed on the semiconductor device is high. It can be said that it can be formed with accuracy.
  • Example 3 [Manufacturing of mask blank]
  • the mask blank 100 of Example 3 was manufactured in the same procedure as in Example 1 except for the film thicknesses of the phase shift film 2 and the light-shielding film 3.
  • the phase shift film 2 of the third embodiment has different film forming conditions from the phase shift film 2 of the first embodiment. Specifically, a translucent substrate 1 is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and the power ratio applied to each of the HfO 2 target and the SiO 2 target is changed to react in an argon (Ar) gas atmosphere. Sex sputtering (RF sputtering) was performed. As a result, a phase shift film 2 composed of hafnium, silicon, and oxygen was formed on the translucent substrate 1 with a thickness of 60.7 nm.
  • RF sputtering Sex sputtering
  • the translucent substrate 1 on which the phase shift film 2 was formed was heat-treated to reduce the film stress of the phase shift film 2.
  • the transmittance and phase difference of the heat-treated phase shift film 2 with respect to light having a wavelength of 193 nm were measured using a phase shift amount measuring device (MPM193 manufactured by Lasertech), the transmittance was 36.8% and the phase difference was It was 177.1 degrees (deg).
  • M-2000D manufactured by JA Woollam the refractive index n in light having a wavelength of 193 nm was 2.603 and the extinction coefficient k. was 0.178.
  • a light-shielding film (CrOC film) 3 composed of chromium, oxygen and carbon was formed in contact with the phase shift film 2 with a film thickness of 52 nm.
  • a spectrophotometer Cary 4000 manufactured by Azilent Technology Co., Ltd.
  • phase shift mask 200 of Example 3 was manufactured by the same procedure as in Example 1. Simulation of a transfer image when the phase shift mask 200 of Example 3 is exposed and transferred to a resist film on a semiconductor device with exposure light having a wavelength of 193 nm using AIMS193 (manufactured by Carl Zeiss) in the same manner as in Example 1. was done. When the exposure transfer image of this simulation was verified, the in-plane uniformity of the CD was high, and the design specifications were sufficiently satisfied. From this result, even if the phase shift mask 200 of Example 3 is set on the mask stage of the exposure apparatus and exposed and transferred to the resist film on the semiconductor device, the circuit pattern finally formed on the semiconductor device is high. It can be said that it can be formed with accuracy.
  • Example 4 [Manufacturing of mask blank]
  • the mask blank 100 of Example 4 was manufactured in the same procedure as in Example 1 except for the film thicknesses of the phase shift film 2 and the light-shielding film 3.
  • the phase shift film 2 of the fourth embodiment has different film forming conditions from the phase shift film 2 of the first embodiment. Specifically, a translucent substrate 1 is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and the power ratio applied to each of the HfO 2 target and the SiO 2 target is changed to react in an argon (Ar) gas atmosphere. Sex sputtering (RF sputtering) was performed. As a result, a phase shift film 2 composed of hafnium, silicon, and oxygen was formed on the translucent substrate 1 with a thickness of 62.0 nm.
  • RF sputtering Sex sputtering
  • the translucent substrate 1 on which the phase shift film 2 was formed was heat-treated to reduce the film stress of the phase shift film 2.
  • the transmittance and phase difference of the heat-treated phase shift film 2 with respect to light having a wavelength of 193 nm were measured using a phase shift amount measuring device (MPM193 manufactured by Lasertec), the transmittance was 38.6% and the phase difference was It was 177.0 degrees (deg).
  • M-2000D manufactured by JA Woollam spectroscopic ellipsometer
  • the refractive index n in light having a wavelength of 193 nm was 2.569 and the extinction coefficient k. was 0.167.
  • a light-shielding film (CrOC film) 3 composed of chromium, oxygen and carbon was formed in contact with the phase shift film 2 with a film thickness of 52 nm.
  • a spectrophotometer Cary 4000 manufactured by Azilent Technology Co., Ltd.
  • phase shift mask 200 of Example 4 was manufactured by the same procedure as in Example 1. Simulation of a transfer image when the phase shift mask 200 of Example 4 is exposed and transferred to a resist film on a semiconductor device with exposure light having a wavelength of 193 nm using AIMS193 (manufactured by Carl Zeiss) in the same manner as in Example 1. was done. When the exposure transfer image of this simulation was verified, the in-plane uniformity of the CD was high, and the design specifications were sufficiently satisfied. From this result, even if the phase shift mask 200 of the fourth embodiment is set on the mask stage of the exposure apparatus and exposed to the resist film on the semiconductor device, the circuit pattern finally formed on the semiconductor device is high. It can be said that it can be formed with accuracy.
  • the mask blank of Comparative Example 1 was manufactured in the same procedure as in Example 1 except for the film thickness of the phase shift film and the light-shielding film.
  • the phase shift film of Comparative Example 1 has different film forming conditions from the phase shift film 2 of Example 1. Specifically, a translucent substrate was installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and reactive sputtering (RF sputtering) was performed in an argon (Ar) gas atmosphere using an HfO 2 target. As a result, a phase shift film composed of hafnium and oxygen was formed on the translucent substrate with a thickness of 49.5 nm.
  • the transmittance and phase difference of the phase shift film with respect to light having a wavelength of 193 nm were measured using a phase shift amount measuring device (MPM193 manufactured by Lasertec), the transmittance was 17.8% and the phase difference was 176.8 degrees (176.8 degrees). It was deg). Further, when each optical characteristic of the phase shift film was measured using a spectroscopic ellipsometer (M-2000D manufactured by JA Woollam), the refractive index n and the extinction coefficient k in light having a wavelength of 193 nm were 2.964. It was 0.408. Further, the ratio Hf / [Hf + Si] of the hafnium content to the total content of hafnium and silicon in the phase shift film by atomic% is 1.000.
  • a light-shielding film composed of chromium, oxygen and carbon was formed with a film thickness of 45 nm in contact with the phase shift film.
  • a spectrophotometer (Cary 4000 manufactured by Azilent Technology Co., Ltd.) was used on the translucent substrate on which the phase shift film and the light-shielding film of Comparative Example 1 were laminated, and the light of the ArF excimer laser having a laminated structure of the phase shift film and the light-shielding film was used. When the optical density at the wavelength (about 193 nm) was measured, it was confirmed that it was 3.0 or more.
  • phase shift mask of Comparative Example 1 was manufactured by the same procedure as in Example 1.
  • a simulation of a transfer image when exposure transfer was performed on a resist film on a semiconductor device with exposure light having a wavelength of 193 nm using AIMS193 (manufactured by Carl Zeiss) in the same manner as in Example 1. went.
  • AIMS193 manufactured by Carl Zeiss
  • ⁇ Comparative example 2> [Manufacturing of mask blank]
  • the mask blank of Comparative Example 2 was manufactured in the same procedure as in Example 1 except for the film thickness of the phase shift film and the light-shielding film.
  • a translucent substrate is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and the power ratio applied to each of the HfO 2 target and the SiO 2 target is changed to make the reactivity in an argon (Ar) gas atmosphere.
  • Sputtering RF sputtering
  • a phase shift film composed of hafnium, silicon and oxygen was formed on the translucent substrate with a thickness of 93.2 nm.
  • the translucent substrate on which this phase shift film was formed was heat-treated to reduce the film stress of the phase shift film.
  • the transmittance and phase difference of the heat-treated phase shift film with respect to light having a wavelength of 193 nm were measured using a phase shift amount measuring device (MPM193 manufactured by Lasertec), the transmittance was 77.4% and the phase difference was 177. It was 0.0 degrees (deg).
  • M-2000D manufactured by JA Woollam spectroscopic ellipsometer
  • the refractive index n and the extinction coefficient k in light having a wavelength of 193 nm were 2.024. It was 0.039.
  • a light-shielding film composed of chromium, oxygen and carbon was formed with a film thickness of 58 nm in contact with the phase shift film.
  • a spectrophotometer (Cary 4000 manufactured by Azilent Technology Co., Ltd.) was used on the translucent substrate on which the phase shift film and the light-shielding film of Comparative Example 2 were laminated, and the light of the ArF excimer laser having a laminated structure of the phase shift film and the light-shielding film was used. When the optical density at the wavelength (about 193 nm) was measured, it was confirmed that it was 3.0 or more.
  • phase shift mask of Comparative Example 2 was manufactured by the same procedure as in Example 1.
  • a simulation of a transfer image when exposure transfer was performed on a resist film on a semiconductor device with exposure light having a wavelength of 193 nm using AIMS193 (manufactured by Carl Zeiss) in the same manner as in Example 1. went.
  • AIMS193 manufactured by Carl Zeiss
  • the exposure transfer image of this simulation was verified, it did not meet the design specifications. It is presumed that the cause of this is that the film thickness of the phase shift film is too large, the optical performance of the phase shift film deteriorates, and the exposure margin cannot be secured.
  • the mask blank of Comparative Example 3 was manufactured in the same procedure as in Example 1 except for the film thickness of the phase shift film and the light-shielding film. Specifically, a translucent substrate is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and a Si target is used for reactive sputtering (RF) in a mixed gas atmosphere of argon (Ar) gas and nitrogen (N 2) gas. Sputtering) was performed. As a result, a phase shift film composed of silicon and nitrogen was formed on the translucent substrate with a thickness of 60.5 nm.
  • RF reactive sputtering
  • the translucent substrate on which this phase shift film was formed was heat-treated to reduce the film stress of the phase shift film.
  • the transmittance and phase difference of the heat-treated phase shift film with respect to light having a wavelength of 193 nm were measured using a phase shift amount measuring device (MPM193 manufactured by Lasertec), the transmittance was 18.8% and the phase difference was 177. It was 0.0 degrees (deg).
  • M-2000D manufactured by JA Woollam the refractive index n and the extinction coefficient k in light having a wavelength of 193 nm were 2.610. It was 0.360.
  • the ratio Hf / [Hf + Si] of the hafnium content to the total content of hafnium and silicon in the phase shift film by atomic% is 0.000.
  • a light-shielding film composed of chromium, oxygen and carbon was formed in contact with the phase shift film with a film thickness of 46 nm.
  • a spectrophotometer Cary 4000 manufactured by Azilent Technology Co., Ltd.
  • the light of the ArF excimer laser having a laminated structure of the phase shift film and the light-shielding film
  • phase shift mask of Comparative Example 3 was manufactured by the same procedure as in Example 1.
  • dry etching was performed using a fluorine-based gas (CF 4 gas).
  • CF 4 gas fluorine-based gas
  • the mask blank of Comparative Example 4 was manufactured in the same procedure as in Example 1 except for the film thicknesses of the phase shift film and the light-shielding film. Specifically, a translucent substrate is installed in a single-wafer RF sputtering apparatus, and a mixed gas of argon (Ar) gas, nitrogen (N 2 ) gas, and oxygen (O 2) gas is used using a Si target. Reactive sputtering (RF sputtering) was performed in the atmosphere of. As a result, a phase shift film composed of silicon, oxygen and nitrogen was formed on the translucent substrate with a thickness of 68.4 nm.
  • the translucent substrate on which this phase shift film was formed was heat-treated to reduce the film stress of the phase shift film.
  • the transmittance and phase difference of the heat-treated phase shift film with respect to light having a wavelength of 193 nm were measured using a phase shift amount measuring device (MPM193 manufactured by Lasertec), the transmittance was 27.6% and the phase difference was 177. It was 0.0 degrees (deg).
  • M-2000D manufactured by JA Woollam the refractive index n and the extinction coefficient k in light having a wavelength of 193 nm were 2.419. It was 0.249.
  • the ratio Hf / [Hf + Si] of the hafnium content to the total content of hafnium and silicon in the phase shift film by atomic% is 0.000.
  • a light-shielding film (CrOC film) 3 composed of chromium, oxygen and carbon was formed in contact with the phase shift film 2 with a film thickness of 49 nm.
  • a spectrophotometer (Cary 4000 manufactured by Azilent Technology Co., Ltd.) was used on the translucent substrate on which the phase shift film and the light-shielding film of Comparative Example 4 were laminated, and the light of the ArF excimer laser having a laminated structure of the phase shift film and the light-shielding film was used. When the optical density at the wavelength (about 193 nm) was measured, it was confirmed that it was 3.0 or more.
  • phase shift mask of Comparative Example 4 was manufactured by the same procedure as in Example 1.
  • dry etching was performed using a fluorine-based gas.
  • AIMS193 manufactured by Carl Zeiss
  • Translucent substrate 2 Phase shift film 2a Phase shift pattern 3 Light shielding film 3a, 3b Light shielding pattern 4 Hard mask film 4a Hard mask pattern 5a Resist pattern 6b Resist pattern 100 Mask blank 200 Phase shift mask

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する位相シフト効果を高めることができるとともに、露光マージンを確保することができ、光学的な性能が良好な位相シフトマスクを製造することができるマスクブランクを提供する。　透光性基板上に、位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、位相シフト膜は、ハフニウム、ケイ素および酸素を含有し、位相シフト膜のハフニウムおよびケイ素の合計含有量に対するハフニウムの含有量の原子％による比率は、０．４以上であり、位相シフト膜のＡｒＦエキシマレーザーの露光光の波長における屈折率ｎは２．５以上であり、位相シフト膜の露光光の波長における消衰係数ｋは０．３０以下である。

Description

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
　本発明は、位相シフトマスク用のマスクブランク、位相シフトマスク及び半導体デバイスの製造方法に関する。
　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。近年、半導体装置を製造する際の露光光源にＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）が適用されることが増えてきている。
　転写用マスクの一種に、ハーフトーン型位相シフトマスクがある。ハーフトーン型位相シフトマスクのマスクブランクとして、透光性基板上にケイ素及び窒素を含有する材料で構成される位相シフト膜、クロム系材料で構成される遮光膜、無機系材料で構成されるエッチングマスク膜（ハードマスク膜）が積層された構造を有するマスクブランクが以前より知られている。このマスクブランクを用いてハーフトーン型位相シフトマスクを製造する場合、先ず、マスクブランクの表面に形成したレジストパターンをマスクとしてフッ素系ガスによるドライエッチングでエッチングマスク膜をパターニングし、次にエッチングマスク膜をマスクとして塩素と酸素の混合ガスによるドライエッチングで遮光膜をパターニングし、さらに遮光膜のパターンをマスクとしてフッ素系ガスによるドライエッチングで位相シフト膜をパターニングする。
　例えば、特許文献１においては、窒素含有量が５０％以上である高窒化ＳｉＮ系材料で形成された位相シフト膜を有し、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光を１０％以上の透過率で透過させる機能と、１５０度以上２００度以下の位相差を生じさせる機能とを有するハーフトーン型位相シフトマスクが提案されている。
特開２０１８－９１８８９号公報
　近年における、パターンの微細化、複雑化に伴い、より高解像のパターン転写を可能にするために、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する透過率をより高くした位相シフト膜が要求されている。この露光光に対する透過率を高めることで、位相シフト効果を高めることができる。そして、この位相シフト膜を備える位相シフトマスクを露光装置にセットして転写対象物（半導体基板上のレジスト膜等）に対して露光転写するときに、露光マージンを確保することができる。この露光光に対する透過率を高めるためには、位相シフト膜に酸素を含有させることが有効である。ところが、位相シフト膜に酸素を含有させることにより、位相シフト膜の屈折率が低くなってしまい、得られる位相差も減少してしまう。減少した位相差を補って所望の位相差を確保するためには、位相シフト膜の膜厚を厚くする必要がある。しかしながら、位相シフト膜の膜厚が厚くなると、光学的な性能が低下してしまい、転写対象物に対して露光転写をしたときの転写像のＣＤ面内均一性（ＣＤ　Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が低下するという問題があった。
　本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する位相シフト効果を高めることができるとともに、露光マージンを確保することができ、光学的な性能が良好な位相シフトマスクを製造することの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、本発明は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する位相シフト効果を高めることができるとともに、露光マージンを確保することができ、光学的な性能が良好な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。
　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）
　透光性基板上に、位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、
　前記位相シフト膜は、ハフニウム、ケイ素および酸素を含有し、
　前記位相シフト膜のハフニウムおよびケイ素の合計含有量に対するハフニウムの含有量の原子％による比率は、０．４以上であり、
　前記位相シフト膜のＡｒＦエキシマレーザーの露光光の波長における屈折率ｎは２．５以上であり、
　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における消衰係数ｋは０．３０以下であることを特徴とするマスクブランク。
（構成２）
　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における屈折率ｎは、２．９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）
　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における消衰係数ｋは、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）
　前記位相シフト膜の酸素の含有量は、６０原子％以上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）
　前記位相シフト膜の膜厚は、６５ｎｍ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）
　前記位相シフト膜は、ハフニウム、ケイ素および酸素の合計含有量が９０原子％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）
　前記位相シフト膜は、前記露光光を２０％以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能とを有す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７のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成９）
　透光性基板上に、転写パターンを有する位相シフト膜を備えた位相シフトマスクであって、
　前記位相シフト膜は、ハフニウム、ケイ素および酸素を含有し、
　前記位相シフト膜は、ハフニウムおよびケイ素の合計含有量に対するハフニウムの含有量の原子％による比率が、０．４以上であり、
　前記位相シフト膜のＡｒＦエキシマレーザーの露光光の波長における屈折率ｎが２．５以上であり、
　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における消衰係数ｋが０．３０以下であることを特徴とする位相シフトマスク。
（構成１０）
　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における屈折率ｎは、２．９以下であることを特徴とする構成９記載の位相シフトマスク。
（構成１１）
　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における消衰係数ｋは、０．０５以上であることを特徴とする構成９または１０に記載の位相シフトマスク。
（構成１２）
　前記位相シフト膜の酸素の含有量は、６０原子％以上であることを特徴とする構成９から１１のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成１３）
　前記位相シフト膜の膜厚は、６５ｎｍ以下であることを特徴とする構成９から１２のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成１４）
　前記位相シフト膜は、ハフニウム、ケイ素および酸素の合計含有量が９０原子％以上であることを特徴とする構成９から１３のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成１５）
　前記位相シフト膜は、前記露光光を２０％以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする構成９から１４のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成１６）
　前記位相シフト膜上に、遮光帯を含む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９から１５のいずれかに記載の位相シフトマスク。
（構成１７）
　構成１６記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
　以上の構成を有する本発明のマスクブランクは、透光性基板上に、位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、前記位相シフト膜は、ハフニウム、ケイ素および酸素を含有し、前記位相シフト膜のハフニウムおよびケイ素の合計含有量に対するハフニウムの含有量の原子％による比率は、０．４以上であり、前記位相シフト膜のＡｒＦエキシマレーザーの露光光の波長における屈折率ｎは２．５以上であり、前記位相シフト膜の前記露光光の波長における消衰係数ｋは０．１０以上０．３０以下であることを特徴とする。このため、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する位相シフト効果を高めることができるとともに、露光マージンを確保することができ、光学的な性能が良好な位相シフトマスクを製造することができる。さらに、この位相シフト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。 位相シフトマスクの製造工程を示す断面概略図である。
　以下、本発明の各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。従来の位相シフト膜は、既に述べたように、ケイ素及び窒素を含有する材料で形成されており、主成分はケイ素及び窒素であった。また、モリブデン等の金属を含む位相シフト膜もあったが、主成分はケイ素及び窒素であるものが主流であった。これに対し、本発明者は、まず、位相シフト膜の材料を、ハフニウム、ケイ素、酸素を含有するものとした。そして、位相シフト膜における、ハフニウムとケイ素の合計含有量［原子％］に対するハフニウムの含有量［原子％］の比率（以下、Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率という。）、並びに、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光の波長における屈折率ｎおよび消衰係数ｋ（以下、これらを単に屈折率ｎ、消衰係数ｋという場合がある。）に着目した。そして、このＨｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率と、屈折率ｎ、および消衰係数ｋとの間に相関があることを見出した。位相シフト膜の屈折率ｎ、および消衰係数ｋは、その位相シフト膜の位相差、透過率、および膜厚を決定するのに大きく関係する。本発明者らはさらに検討を行い、ハフニウム、ケイ素、酸素を含有する位相シフト膜において、このＨｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率が０．４以上、屈折率ｎが２．５以上、消衰係数ｋが０．３０以下とすることで、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する位相シフト効果を高めることができるとともに、露光マージンを確保することができ、光学的な性能が良好な位相シフトマスクを製造することができることを見出した。
　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。図１に示すマスクブランク１００は、透光性基板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。
［透光性基板］
　透光性基板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構成されている。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（ＳｉＯ２－ＴｉＯ２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、合成石英ガラスを用いた基板は、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の透光性基板１として好適に用いることができる。
　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。
　透光性基板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は、露光光を２０％以上の透過率で透過させる機能を有していることが好ましい。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ためである。また、位相シフト膜２の露光光に対する透過率は、７５％以下であると好ましく、７０％以下であるとより好ましい。位相シフト膜２の膜厚を、光学的な性能を確保できる適正な範囲に抑えるためである。
　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の全体で、上記の透過率、位相差の各条件を少なくとも満たすために、露光光の波長に対する屈折率ｎ（以下、単に屈折率ｎという。）は、２．５以上であることが好ましく、２．６よりも大きいとより好ましく、２．６２以上であるとさらに好ましい。また、位相シフト膜２の屈折率ｎは、２．９以下であることが好ましく、２．８８以下であるとより好ましい。位相シフト膜２の消衰係数ｋは、０．０５以上であると好ましく、０．１よりも大きいとより好ましく、０．１２以上であるとさらに好ましい。また、位相シフト膜２の露光光の波長に対する消衰係数ｋ（以下、単に消衰係数ｋという。）は、０．３０以下であると好ましく、０．２８以下であるとより好ましい。なお、位相シフト膜２の屈折率ｎおよび消衰係数ｋは、位相シフト膜２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。
　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、ターゲットと透光性基板１との間の距離等の位置関係など多岐にわたる。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の膜厚は、光学的な性能を確保するために、６５ｎｍ以下であると好ましく、６２ｎｍ以下であるとより好ましい。また、位相シフト膜２の膜厚は、所望の位相差を生じさせる機能を確保するために、５０ｎｍ以上であることが好ましく、５２ｎｍ以上であるとより好ましい。
　位相シフト膜２は、ハフニウム、ケイ素および酸素を含有する材料で形成されていることが好ましい。この位相シフト膜２は、ハフニウム、ケイ素および酸素の合計含有量が９０原子％以上であると好ましく、９５原子％以上であるとより好ましく、９７原子％以上であるとさらに好ましい。これにより、透過率を高めることができると共に、酸素を含有させることによる膜厚の増大を抑制できる。さらに、位相シフト膜２は、成膜時に混入する貴ガスおよび不純物を除き、ハフニウム、ケイ素および酸素のみで構成されると特に好ましい。この位相シフト膜２は、ホウ素を含有する塩素系ガス、好ましくはＢＣｌ３ガスとＣｌ２ガスの混合ガスを用いたドライエッチングによってパターニングが可能であり、後述の遮光膜３に対して、十分なエッチング選択性を有する。
　位相シフト膜２の酸素の含有量は、透過率を高める観点から、６０原子％以上であることが好ましく、６２原子％以上であるとより好ましい。位相シフト膜２の酸素の含有量は、膜の表面粗さを低減する観点から、６７原子％以下であることが好ましく、６６原子％以下であるとより好ましい。また、位相シフト膜２は、上記の光学特性を満たすのであれば、さらに、半金属元素、非金属元素、金属元素から選ばれる１以上の元素をそれぞれ３原子％以下の範囲までは含有していてもよい。特に、窒素、炭素、水素といった軽元素は、不可避的にそれぞれ５原子％以下の範囲までは、許容される。
　また、位相シフト膜２における、ハフニウムおよびケイ素の合計含有量に対するハフニウムの含有量の原子％による比率（Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率）は、０．４以上であることが好ましく、０．５以上であることがより好ましい。位相シフト膜２の膜厚を適正な範囲にするためである。また、この比率Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］は、０．９以下であることが好ましく、０．８以下であることがより好ましい。位相シフト膜２の透過率を高めるためである。
　位相シフト膜２は、組成が均一な単層膜であることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、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。
　なお、位相シフト膜２は、膜中の全ての領域で上記のＨｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率、屈折率ｎ、および消衰係数ｋの範囲を満たす必要はない。位相シフト膜２は、その全体を均一な一つの膜とみなした場合に、上記のＨｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率、屈折率ｎ、および消衰係数ｋの範囲を満たすものであればよい。位相シフト膜２が多層構造である場合、それを構成する全ての層が上記のＨｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率、屈折率ｎ、および消衰係数ｋの範囲を満たす必要はない。位相シフト膜２の全体を一つの膜とみなした場合に、上記のＨｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率、屈折率ｎ、および消衰係数ｋの範囲を満たせばよい。例えば、位相シフト膜２を複数層で形成し、最上層（位相シフト膜２の透光性基板１側とは反対側の表面の層）をケイ素と酸素を主成分とする材料（ケイ素と酸素の合計含有量が８０原子％以上）で形成した構成としてもよい。
［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。
　一般に、クロム系材料は、塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスでエッチングされるが、クロム金属はこのエッチングガスに対するエッチングレートがあまり高くない。塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスのエッチングガスに対するエッチングレートを高める点を考慮すると、遮光膜３を形成する材料としては、クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素およびフッ素から選ばれる一以上の元素を含有する材料が好ましい。また、遮光膜３を形成するクロムを含有する材料にモリブデン、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。
　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は、位相シフト膜２側から、クロムを含有する層と遷移金属とケイ素を含有する層を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層および遷移金属とケイ素を含有する層の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、ＳｉＯ２、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。
　マスクブランク１００において、ハードマスク膜４の表面に接して、有機系材料のレジスト膜が１００ｎｍ以下の膜厚で形成されていることが好ましい。ＤＲＡＭ　ｈｐ３２ｎｍ世代に対応する微細パターンの場合、ハードマスク膜４に形成すべき転写パターン（位相シフトパターン）に、線幅が４０ｎｍのＳＲＡＦ（Sub-Resolution Assist Feature）が設けられることがある。しかし、この場合でも、レジストパターンの断面アスペクト比が１：２．５と低くすることができるので、レジスト膜の現像時、リンス時等にレジストパターンが倒壊や脱離することを抑制できる。なお、レジスト膜は、膜厚が８０ｎｍ以下であるとより好ましい。
［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、透光性基板１を用意する。この透光性基板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、この透光性基板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、ホウ素を含有する塩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、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ２、ＣＨＣｌ３、ＣＨ２Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３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ホウ素を含有する塩素系ガスとしては、ＢとＣｌが含まれていれば特に制限はない。たとえば、ＢＣｌ３等があげられる。特に、ＢＣｌ３ガスとＣｌ２ガスの混合ガスは、ハフニウムに対するエッチングレートが比較的高いため、好ましい。
　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、透光性基板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。
　このように位相シフトマスク２００を製造することにより、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する位相シフト効果を高めることができるとともに、露光マージンを確保することができ、光学的な性能が良好な位相シフトマスク２００を得ることができる。
　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に転写パターンを露光転写する際、半導体デバイス上のレジスト膜に、高いＣＤ面内均一性（ＣＤ　Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）で転写パターンを転写することができる。このため、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、ＣＤ面内均一性の低下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１～４および比較例１～４について述べる。
〈実施例１〉
［マスクブランクの製造］
　図１を参照し、主表面の寸法が約１５２ｍｍ×約１５２ｍｍで、厚さが約６．３５ｍｍの合成石英ガラスで構成される透光性基板１を準備した。この透光性基板１は、端面及び主表面が所定の表面粗さ（Ｒｑで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が施されている。分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製　Ｍ－２０００Ｄ）を用いて透光性基板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は１．５５６、消衰係数は０．０００であった。
　次に、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、ＨｆＯ２ターゲットと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反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）により、透光性基板１上に、ハフニウム、ケイ素及び酸素で構成される位相シフト膜２を５５ｎｍの厚さで形成した。
　次に、この位相シフト膜２が形成された透光性基板１に対して、位相シフト膜２の膜応力を低減するため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２７．６％、位相差が１７７．２度（ｄｅｇ）であった。また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製　Ｍ－２０００Ｄ）を用いて位相シフト膜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ｎは２．７６９、消衰係数ｋは０．２５９であった。別の透光性基板上に同じ成膜条件で位相シフト膜を形成した。さらに、その位相シフト膜に対し、Ｘ線光電子分光法による分析（ＸＰＳ分析）を行った。その結果、位相シフト膜の組成は、Ｈｆ：Ｓｉ：Ｏ＝２５．５：８．６：６５．９（原子％比）であった。また、Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率は、０．７５であった。
　次に、枚葉式ＲＦスパッタリング装置内に位相シフト膜２が形成された透光性基板１を設置し、クロム（Ｃｒ）ターゲットを用いて、アルゴン（Ａｒ）、二酸化炭素（ＣＯ２）及びヘリウム（Ｈｅ）の混合ガス雰囲気での反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）を行った。これにより、位相シフト膜２に接して、クロム、酸素及び炭素で構成される遮光膜（ＣｒＯＣ膜）３を４９ｎｍの膜厚で形成した。別の透光性基板上に同じ成膜条件で遮光膜を形成した。さらに、その遮光膜に対し、Ｘ線光電子分光法による分析（ＸＰＳ分析）を行った。その結果、遮光膜の組成は、Ｃｒ：Ｏ：Ｃ＝７０．８：１５．１：１４．１（原子％比）であった。
　次に、上記遮光膜（ＣｒＯＣ膜）３が形成された透光性基板１に対して、加熱処理を施した。加熱処理後、位相シフト膜２及び遮光膜３が積層された透光性基板１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、位相シフト膜２と遮光膜３の積層構造のＡｒＦエキシマレーザーの光の波長（約１９３ｎｍ）における光学濃度を測定したところ、３．０以上であることが確認できた。
　次に、枚葉式ＲＦスパッタリング装置内に、位相シフト膜２及び遮光膜３が積層された透光性基板１を設置し、二酸化ケイ素（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し、ＲＦスパッタリングにより遮光膜３の上に、ケイ素及び酸素で構成されるハードマスク膜４を１２ｎｍの厚さで形成した。さらに所定の洗浄処理を施し、実施例１のマスクブランク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のハーフトーン型の位相シフトマスク２００を製造した。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で構成され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、所定の現像処理及び洗浄処理を行い、第１のパターンを有するレジストパターン５ａを形成した（図２（ａ）参照）。
　次に、レジストパターン５ａ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を除去した。続いて、ハードマスクパターン４ａをマスクとし、塩素ガス（Ｃｌ２）と酸素ガス（Ｏ２）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）を形成した（図２（ｃ）参照）。
　次に、遮光パターン３ａをマスクとし、ＢＣｌ３ガスとＣｌ２ガスの混合ガスを用いたドライエッチングを行い、位相シフト膜２に第１のパターン（位相シフトパターン２ａ）を形成し、かつ同時にハードマスクパターン４ａ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で構成され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（遮光帯パターンを含むパターン）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レジストパターン６ｂを形成した（図２（ｅ）参照）。続いて、レジストパターン６ｂをマスクとして、塩素ガス（Ｃｌ２）と酸素ガス（Ｏ２）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、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）。
［パターン転写性能の評価］
　以上の手順を得て作製された位相シフトマスク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、ＣＤ面内均一性が高く、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、この実施例１の位相シフトマスク２００を露光装置のマスクステージにセットし、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は高精度で形成できるといえる。
〈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、そして遮光膜３の膜厚以外については、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、実施例１の位相シフト膜２とは成膜条件を変更している。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、ＨｆＯ２ターゲットとＳｉＯ２ターゲットにそれぞれに印加するパワー比を変更して、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気での反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）を行った。これにより、透光性基板１上に、ハフニウム、ケイ素及び酸素で構成される位相シフト膜２を５７．８ｎｍの厚さで形成した。
　次に、この位相シフト膜２が形成された透光性基板１に対して、位相シフト膜２の膜応力を低減するため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３２．０％、位相差が１７６．９度（ｄｅｇ）であった。また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製　Ｍ－２０００Ｄ）を用いて位相シフト膜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ｎは２．６８１、消衰係数ｋは０．２１６であった。別の透光性基板上に同じ成膜条件で位相シフト膜を形成した。さらに、その位相シフト膜に対し、Ｘ線光電子分光法による分析（ＸＰＳ分析）を行った。その結果、位相シフト膜の組成は、Ｈｆ：Ｓｉ：Ｏ＝２３．４：１０．５：６６．１（原子％比）であった。また、Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率は、０．６９であった。
　次に、実施例１と同様の手順で、位相シフト膜２に接して、クロム、酸素及び炭素で構成される遮光膜（ＣｒＯＣ膜）３を５１ｎｍの膜厚で形成した。実施例２の位相シフト膜２及び遮光膜３が積層された透光性基板１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、位相シフト膜２と遮光膜３の積層構造のＡｒＦエキシマレーザーの光の波長（約１９３ｎｍ）における光学濃度を測定したところ、３．０以上であることが確認できた。
［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を製造した。実施例２の位相シフトマスク２００に対し、実施例１と同様に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、ＣＤ面内均一性が高く、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、この実施例２の位相シフトマスク２００を露光装置のマスクステージにセットし、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は高精度で形成できるといえる。
〈実施例３〉
［マスクブランクの製造］
　実施例３のマスクブランク１００は、位相シフト膜２、そして遮光膜３の膜厚以外については、実施例１と同様の手順で製造した。この実施例３の位相シフト膜２は、実施例１の位相シフト膜２とは成膜条件を変更している。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、ＨｆＯ２ターゲットとＳｉＯ２ターゲットにそれぞれに印加するパワー比を変更して、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気での反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）を行った。これにより、透光性基板１上に、ハフニウム、ケイ素及び酸素で構成される位相シフト膜２を６０．７ｎｍの厚さで形成した。
　次に、この位相シフト膜２が形成された透光性基板１に対して、位相シフト膜２の膜応力を低減するため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３６．８％、位相差が１７７．１度（ｄｅｇ）であった。また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製　Ｍ－２０００Ｄ）を用いて位相シフト膜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ｎは２．６０３、消衰係数ｋは０．１７８であった。別の透光性基板上に同じ成膜条件で位相シフト膜を形成した。さらに、その位相シフト膜に対し、Ｘ線光電子分光法による分析（ＸＰＳ分析）を行った。その結果、位相シフト膜の組成は、Ｈｆ：Ｓｉ：Ｏ＝２１．８：１２．３：６５．９（原子％比）であった。また、Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率は、０．６４であった。
　次に、実施例１と同様の手順で、位相シフト膜２に接して、クロム、酸素及び炭素で構成される遮光膜（ＣｒＯＣ膜）３を５２ｎｍの膜厚で形成した。実施例３の位相シフト膜２及び遮光膜３が積層された透光性基板１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、位相シフト膜２と遮光膜３の積層構造のＡｒＦエキシマレーザーの光の波長（約１９３ｎｍ）における光学濃度を測定したところ、３．０以上であることが確認できた。
［位相シフトマスクの製造と評価］
　次に、この実施例３のマスクブランク１００を用い、実施例１と同様の手順で、実施例３の位相シフトマスク２００を製造した。実施例３の位相シフトマスク２００に対し、実施例１と同様に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、ＣＤ面内均一性が高く、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、この実施例３の位相シフトマスク２００を露光装置のマスクステージにセットし、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は高精度で形成できるといえる。
〈実施例４〉
［マスクブランクの製造］
　実施例４のマスクブランク１００は、位相シフト膜２、そして遮光膜３の膜厚以外については、実施例１と同様の手順で製造した。この実施例４の位相シフト膜２は、実施例１の位相シフト膜２とは成膜条件を変更している。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、ＨｆＯ２ターゲットとＳｉＯ２ターゲットにそれぞれに印加するパワー比を変更して、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気での反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）を行った。これにより、透光性基板１上に、ハフニウム、ケイ素及び酸素で構成される位相シフト膜２を６２．０ｎｍの厚さで形成した。
　次に、この位相シフト膜２が形成された透光性基板１に対して、位相シフト膜２の膜応力を低減するため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３８．６％、位相差が１７７．０度（ｄｅｇ）であった。また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製　Ｍ－２０００Ｄ）を用いて位相シフト膜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ｎは２．５６９、消衰係数ｋは０．１６７であった。別の透光性基板上に同じ成膜条件で位相シフト膜を形成した。さらに、その位相シフト膜に対し、Ｘ線光電子分光法による分析（ＸＰＳ分析）を行った。その結果、位相シフト膜の組成は、Ｈｆ：Ｓｉ：Ｏ＝２０．１：１３．９：６６．０（原子％比）であった。また、Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率は、０．５９であった。
　次に、実施例１と同様の手順で、位相シフト膜２に接して、クロム、酸素及び炭素で構成される遮光膜（ＣｒＯＣ膜）３を５２ｎｍの膜厚で形成した。実施例４の位相シフト膜２及び遮光膜３が積層された透光性基板１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、位相シフト膜２と遮光膜３の積層構造のＡｒＦエキシマレーザーの光の波長（約１９３ｎｍ）における光学濃度を測定したところ、３．０以上であることが確認できた。
［位相シフトマスクの製造と評価］
　次に、この実施例４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４の位相シフトマスク２００を製造した。実施例４の位相シフトマスク２００に対し、実施例１と同様に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、ＣＤ面内均一性が高く、設計仕様を十分に満たしていた。この結果から、この実施例４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は高精度で形成できるといえる。
〈比較例１〉
［マスクブランクの製造］
　比較例１のマスクブランクは、位相シフト膜、そして遮光膜の膜厚以外については、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、実施例１の位相シフト膜２とは成膜条件を変更している。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を設置し、ＨｆＯ２ターゲットを用いて、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気での反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）を行った。これにより、透光性基板上に、ハフニウム及び酸素で構成される位相シフト膜を４９．５ｎｍの厚さで形成した。
　位相シフト量測定装置（レーザーテック社製　ＭＰＭ１９３）を用いて、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１７．８％、位相差が１７６．８度（ｄｅｇ）であった。また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製　Ｍ－２０００Ｄ）を用いて位相シフト膜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ｎは２．９６４、消衰係数ｋは０．４０８であった。また、位相シフト膜における、ハフニウムおよびケイ素の合計含有量に対するハフニウムの含有量の原子％による比率Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］は、１．０００である。
　次に、実施例１と同様の手順で、位相シフト膜に接して、クロム、酸素及び炭素で構成される遮光膜（ＣｒＯＣ膜）を４５ｎｍの膜厚で形成した。比較例１の位相シフト膜及び遮光膜が積層された透光性基板に対し、分光光度計（アジレントテクノロジー社製　Ｃａｒｙ４０００）を用い、位相シフト膜と遮光膜の積層構造のＡｒＦエキシマレーザーの光の波長（約１９３ｎｍ）における光学濃度を測定したところ、３．０以上であることが確認できた。
［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製造した。比較例１の位相シフトマスクに対し、実施例１と同様にＡＩＭＳ１９３（Ｃａｒｌ　Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、波長１９３ｎｍの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を満たすものではなかった。この原因は、位相シフト膜の透過率を十分に高くできず、パターンを鮮明に転写できなかったことにあると推察される。この結果から、この比較例１の位相シフトマスクを露光装置のマスクステージにセットし、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を高精度で形成することは困難であるといえる。
〈比較例２〉
［マスクブランクの製造］
　比較例２のマスクブランクは、位相シフト膜、そして遮光膜の膜厚以外については、実施例１と同様の手順で製造した。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を設置し、ＨｆＯ２ターゲットとＳｉＯ２ターゲットにそれぞれに印加するパワー比を変更して、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気での反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）を行った。これにより、透光性基板上に、ハフニウム、ケイ素及び酸素で構成される位相シフト膜を９３．２ｎｍの厚さで形成した。
　次に、この位相シフト膜が形成された透光性基板に対して、位相シフト膜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７７．４％、位相差が１７７．０度（ｄｅｇ）であった。また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製　Ｍ－２０００Ｄ）を用いて位相シフト膜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ｎは２．０２４、消衰係数ｋは０．０３９であった。別の透光性基板上に同じ成膜条件で位相シフト膜を形成した。さらに、その位相シフト膜に対し、Ｘ線光電子分光法による分析（ＸＰＳ分析）を行った。その結果、位相シフト膜の組成は、Ｈｆ：Ｓｉ：Ｏ＝１２．２：２１．７：６６．１（原子％比）であった。また、Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］比率は、０．３６であった。
　次に、実施例１と同様の手順で、位相シフト膜に接して、クロム、酸素及び炭素で構成される遮光膜（ＣｒＯＣ膜）を５８ｎｍの膜厚で形成した。比較例２の位相シフト膜及び遮光膜が積層された透光性基板に対し、分光光度計（アジレントテクノロジー社製　Ｃａｒｙ４０００）を用い、位相シフト膜と遮光膜の積層構造のＡｒＦエキシマレーザーの光の波長（約１９３ｎｍ）における光学濃度を測定したところ、３．０以上であることが確認できた。
［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製造した。比較例２の位相シフトマスクに対し、実施例１と同様にＡＩＭＳ１９３（Ｃａｒｌ　Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、波長１９３ｎｍの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を満たすものではなかった。この原因は、位相シフト膜の膜厚が大きすぎ、位相シフト膜の光学的な性能が低下して露光マージンが確保できなかったことにあると推察される。この結果から、この比較例２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を高精度で形成することは困難であるといえる。
〈比較例３〉
［マスクブランクの製造］
　比較例３のマスクブランクは、位相シフト膜、そして遮光膜の膜厚以外については、実施例１と同様の手順で製造した。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を設置し、Ｓｉターゲットを用いて、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガスの混合ガス雰囲気での反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）を行った。これにより、透光性基板上に、ケイ素及び窒素で構成される位相シフト膜を６０．５ｎｍの厚さで形成した。
　次に、この位相シフト膜が形成された透光性基板に対して、位相シフト膜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１８．８％、位相差が１７７．０度（ｄｅｇ）であった。また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製　Ｍ－２０００Ｄ）を用いて位相シフト膜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ｎは２．６１０、消衰係数ｋは０．３６０であった。また、位相シフト膜における、ハフニウムおよびケイ素の合計含有量に対するハフニウムの含有量の原子％による比率Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］は、０．０００である。
　次に、実施例１と同様の手順で、位相シフト膜に接して、クロム、酸素及び炭素で構成される遮光膜（ＣｒＯＣ膜）を４６ｎｍの膜厚で形成した。比較例３の位相シフト膜及び遮光膜が積層された透光性基板に対し、分光光度計（アジレントテクノロジー社製　Ｃａｒｙ４０００）を用い、位相シフト膜と遮光膜の積層構造のＡｒＦエキシマレーザーの光の波長（約１９３ｎｍ）における光学濃度を測定したところ、３．０以上であることが確認できた。
［位相シフトマスクの製造と評価］
　次に、この比較例３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３の位相シフトマスクを製造した。なお、位相シフトパターンを形成する際に、フッ素系ガス（ＣＦ４ガス）を用いてドライエッチングを行った。比較例３の位相シフトマスクに対し、実施例１と同様にＡＩＭＳ１９３（Ｃａｒｌ　Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、波長１９３ｎｍの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を満たすものではなかった。この原因は、位相シフト膜の透過率を十分に高くできず、パターンを鮮明に転写できなかったことにあると推察される。この結果から、この比較例３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を高精度で形成することは困難であるといえる。
〈比較例４〉
［マスクブランクの製造］
　比較例４のマスクブランクは、位相シフト膜、そして遮光膜の膜厚以外については、実施例１と同様の手順で製造した。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を設置し、Ｓｉターゲットを用いて、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガス、および酸素（Ｏ２）ガスの混合ガスの雰囲気での反応性スパッタリング（ＲＦスパッタリング）を行った。これにより、透光性基板上に、ケイ素、酸素及び窒素で構成される位相シフト膜を６８．４ｎｍの厚さで形成した。
　次に、この位相シフト膜が形成された透光性基板に対して、位相シフト膜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２７．６％、位相差が１７７．０度（ｄｅｇ）であった。また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製　Ｍ－２０００Ｄ）を用いて位相シフト膜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ｎは２．４１９、消衰係数ｋは０．２４９であった。また、位相シフト膜における、ハフニウムおよびケイ素の合計含有量に対するハフニウムの含有量の原子％による比率Ｈｆ／［Ｈｆ＋Ｓｉ］は、０．０００である。
　次に、実施例１と同様の手順で、位相シフト膜２に接して、クロム、酸素及び炭素で構成される遮光膜（ＣｒＯＣ膜）３を４９ｎｍの膜厚で形成した。比較例４の位相シフト膜及び遮光膜が積層された透光性基板に対し、分光光度計（アジレントテクノロジー社製　Ｃａｒｙ４０００）を用い、位相シフト膜と遮光膜の積層構造のＡｒＦエキシマレーザーの光の波長（約１９３ｎｍ）における光学濃度を測定したところ、３．０以上であることが確認できた。
［位相シフトマスクの製造と評価］
　次に、この比較例４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４の位相シフトマスクを製造した。なお、位相シフトパターンを形成する際に、フッ素系ガスを用いてドライエッチングを行った。比較例４の位相シフトマスクに対し、実施例１と同様にＡＩＭＳ１９３（Ｃａｒｌ　Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、波長１９３ｎｍの露光光で半導体デバイス上のレジスト膜に露光転写したときにおける転写像のシミュレーションを行った。このシミュレーションの露光転写像を検証したところ、設計仕様を満たすものではなかった。この原因は、位相シフト膜の膜厚が大きすぎ、位相シフト膜の光学的な性能が低下して露光マージンが確保できなかったことにあると推察される。この結果から、この比較例４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を高精度で形成することは困難であるといえる。
１　透光性基板
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
１００　マスクブランク
２００　位相シフトマスク

Claims (17)

  1. 　透光性基板上に、位相シフト膜を備えたマスクブランクであって、
    　前記位相シフト膜は、ハフニウム、ケイ素および酸素を含有し、
    　前記位相シフト膜のハフニウムおよびケイ素の合計含有量に対するハフニウムの含有量の原子％による比率は、０．４以上であり、
    　前記位相シフト膜のＡｒＦエキシマレーザーの露光光の波長における屈折率ｎは２．５以上であり、
    　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における消衰係数ｋは０．３０以下であることを特徴とするマスクブランク。
  2. 　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における屈折率ｎは、２．９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. 　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における消衰係数ｋは、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. 　前記位相シフト膜の酸素の含有量は、６０原子％以上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. 　前記位相シフト膜の膜厚は、６５ｎｍ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. 　前記位相シフト膜は、ハフニウム、ケイ素および酸素の合計含有量が９０原子％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. 　前記位相シフト膜は、前記露光光を２０％以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能とを有す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７のいずれかに記載のマスクブランク。
  9. 　透光性基板上に、転写パターンを有する位相シフト膜を備えた位相シフトマスクであって、
    　前記位相シフト膜は、ハフニウム、ケイ素および酸素を含有し、
    　前記位相シフト膜は、ハフニウムおよびケイ素の合計含有量に対するハフニウムの含有量の原子％による比率が、０．４以上であり、
    　前記位相シフト膜のＡｒＦエキシマレーザーの露光光の波長における屈折率ｎが２．５以上であり、
    　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における消衰係数ｋが０．３０以下であることを特徴とする位相シフトマスク。
  10. 　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における屈折率ｎは、２．９以下であることを特徴とする請求項９記載の位相シフトマスク。
  11. 　前記位相シフト膜の前記露光光の波長における消衰係数ｋは、０．０５以上であることを特徴とする請求項９または１０に記載の位相シフトマスク。
  12. 　前記位相シフト膜の酸素の含有量は、６０原子％以上であることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  13. 　前記位相シフト膜の膜厚は、６５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９から１２のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  14. 　前記位相シフト膜は、ハフニウム、ケイ素および酸素の合計含有量が９０原子％以上であることを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  15. 　前記位相シフト膜は、前記露光光を２０％以上の透過率で透過させる機能と、前記位相シフト膜を透過した前記露光光に対して前記位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ空気中を通過した前記露光光との間で１５０度以上２１０度以下の位相差を生じさせる機能とを有することを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  16. 　前記位相シフト膜上に、遮光帯を含む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９から１５のいずれかに記載の位相シフトマスク。
  17. 　請求項１６記載の位相シフトマスクを用い、半導体基板上のレジスト膜に転写パターンを露光転写する工程を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
PCT/JP2020/032144 2019-09-05 2020-08-26 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 WO2021044917A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/628,655 US20220252972A1 (en) 2019-09-05 2020-08-26 Mask blank, phase shift mask and method for producing semiconductor device
JP2021543713A JP7163505B2 (ja) 2019-09-05 2020-08-26 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
CN202080058132.3A CN114245880B (zh) 2019-09-05 2020-08-26 掩模坯料、相移掩模及半导体器件的制造方法
KR1020227002788A KR20220052908A (ko) 2019-09-05 2020-08-26 마스크 블랭크, 위상 시프트 마스크 및 반도체 디바이스의 제조 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-161896 2019-09-05
JP2019161896 2019-09-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021044917A1 true WO2021044917A1 (ja) 2021-03-11

Family

ID=74852347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/032144 WO2021044917A1 (ja) 2019-09-05 2020-08-26 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

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220252972A1 (ja)
JP (1) JP7163505B2 (ja)
KR (1) KR20220052908A (ja)
CN (1) CN114245880B (ja)
TW (1) TWI827878B (ja)
WO (1) WO2021044917A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022201816A1 (ja) * 2021-03-23 2022-09-29 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

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005128278A (ja) * 2003-10-24 2005-05-19 Shin Etsu Chem Co Ltd 位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク及びパターン転写方法
WO2014189004A1 (ja) * 2013-05-23 2014-11-27 Hoya株式会社 マスクブランクおよび転写用マスク並びにそれらの製造方法
JP2017191344A (ja) * 2017-07-28 2017-10-19 Hoya株式会社 マスクブランク、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
JP2018091889A (ja) * 2016-11-30 2018-06-14 Hoya株式会社 マスクブランク、転写用マスクの製造方法及び半導体デバイスの製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090087153A (ko) * 2008-02-12 2009-08-17 주식회사 에스앤에스텍 하프톤형 위상반전 블랭크 마스크, 포토마스크 및 그의제조방법
JP5530075B2 (ja) * 2008-03-31 2014-06-25 Ｈｏｙａ株式会社 フォトマスクブランク、フォトマスク及びこれらの製造方法
US9625806B2 (en) * 2013-01-15 2017-04-18 Hoya Corporation Mask blank, phase-shift mask, and method for manufacturing the same
TWI594066B (zh) * 2014-03-18 2017-08-01 Hoya Corp A mask substrate, a phase shift mask and a method of manufacturing the semiconductor device
JP6547019B1 (ja) * 2018-02-22 2019-07-17 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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005128278A (ja) * 2003-10-24 2005-05-19 Shin Etsu Chem Co Ltd 位相シフトマスクブランク、位相シフトマスク及びパターン転写方法
WO2014189004A1 (ja) * 2013-05-23 2014-11-27 Hoya株式会社 マスクブランクおよび転写用マスク並びにそれらの製造方法
JP2018091889A (ja) * 2016-11-30 2018-06-14 Hoya株式会社 マスクブランク、転写用マスクの製造方法及び半導体デバイスの製造方法
JP2017191344A (ja) * 2017-07-28 2017-10-19 Hoya株式会社 マスクブランク、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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022201816A1 (ja) * 2021-03-23 2022-09-29 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

Also Published As

Publication number Publication date
TWI827878B (zh) 2024-01-01
KR20220052908A (ko) 2022-04-28
CN114245880A (zh) 2022-03-25
JP7163505B2 (ja) 2022-10-31
JPWO2021044917A1 (ja) 2021-03-11
CN114245880B (zh) 2024-05-14
TW202117440A (zh) 2021-05-01
US20220252972A1 (en) 2022-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7030164B2 (ja) マスクブランク、及びインプリントモールドの製造方法
WO2017057376A1 (ja) マスクブランク、位相シフトマスクおよび半導体デバイスの製造方法
JP6058757B1 (ja) マスクブランク、位相シフトマスク、位相シフトマスクの製造方法および半導体デバイスの製造方法
JP6526938B1 (ja) マスクブランク、位相シフトマスクおよび半導体デバイスの製造方法
WO2021192734A1 (ja) マスクブランク及び転写用マスクの製造方法
TWI791837B (zh) 遮罩基底、相移遮罩及半導體元件之製造方法
WO2019230313A1 (ja) マスクブランク、位相シフトマスクおよび半導体デバイスの製造方法
WO2021044917A1 (ja) 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
JP6295352B2 (ja) マスクブランクの製造方法、位相シフトマスクの製造方法および半導体デバイスの製造方法
JP6896694B2 (ja) マスクブランク、位相シフトマスク、位相シフトマスクの製造方法および半導体デバイスの製造方法
JPWO2020166475A1 (ja) マスクブランク、位相シフトマスク、位相シフトマスクの製造方法及び半導体デバイスの製造方法
WO2021059890A1 (ja) 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
JP6720360B2 (ja) マスクブランク、位相シフトマスクおよびこれらの製造方法
JP7221261B2 (ja) 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
US20240184194A1 (en) Mask blank, phase shift mask, and method for producing semiconductor device
JP2023070977A (ja) 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

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20860883

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021543713

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20860883

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1