JP6437602B2

JP6437602B2 - 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

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Publication number: JP6437602B2
Application number: JP2017146206A
Authority: JP
Inventors: 淳志小湊; 典之酒屋
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: JP2017191344A

Description

本発明は、リソグラフィーによる微細加工に適用されるマスクブランク、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に関する。

近年、半導体装置の微細化の要求にともない、リソグラフィーにおける露光工程では転写用マスクの一つとして、ハーフトーン位相シフトマスク（以下、単に位相シフトマスクと記す）が実用化されている。位相シフトマスクおよびこれを製造するためのマスクブランクは、転写パターンまたは転写パターン形成用の薄膜として、ＭｏＳｉＮやＭｏＳｉＯＮのような、遷移金属とケイ素に窒素や酸素を含有させた位相シフト膜を備えている。ところがこのような位相シフト膜は、例えばＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）のような短波長の露光光の照射を受けると膜表面に硫酸アンモニウム等の析出物（いわゆるヘイズ）が発生する。また、洗浄液に対する耐薬性も低い。そこで、位相シフト膜の表層における組成を規定することにより、析出物の発生の抑制と耐薬性の向上を図った構成（例えば下記特許文献１）が提案されている。

一方、リソグラフィーにおける露光工程では、偏光照明や斜入射照明等の超解像技術の適用も進展している。ところがこのような露光工程に対する超解像技術の適用により、転写用マスクにおいては転写パターン間に発生する電磁界（Electro Magnetics Field：ＥＭＦ）が複雑化する。このため、ＥＭＦ効果に起因する転写パターンの補正量、すなわちＥＭＦバイアスが増大する。そこで、転写パターンを構成する薄膜の屈折率、消衰係数、膜厚、および位相差を規定することにより、ＥＭＦバイアスを小さく抑えることが可能なバイナリ型のマスクブランクおよび転写用マスクが提案されている（例えば下記特許文献２参照）。

特開２００６−１８４３５５号公報特開２０１２−０７８４４１号公報

しかしながら、上述したＥＭＦバイアスを抑える構成のマスクブランクおよび転写用マスクでは、転写パターンを構成する薄膜の位相差が３０度以下に規定されている。このため、例えば位相シフトマスクのような、所定の位相差を必要とする位相シフト膜を薄膜として用いるマスクブランクおよび転写用マスクへの適用は困難である。

そこで本発明は、薄膜の位相差を抑えることなくＥＭＦバイアスを低くすることが可能なマスクブランク、およびこの薄膜を加工して得られる転写用マスクを提供すること、さらにはこのマスクブランクの製造方法、転写用マスクの製造方法、および半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明のマスクブランクの構成は、以下のようである。

（１）
透光性基板と、
前記透光性基板上に設けられたパターン形成用の薄膜とを備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、前記透光性基板側から、下層と、前記下層との間に界面を有して前記下層に接して設けられた上層とを有し、
前記下層は、遷移金属とケイ素とを含有し、さらに窒素および酸素のうち少なくともいずれかを含有し、前記下層に含まれる各元素の含有量の膜厚方向のばらつきが１０原子％以下であり、
前記上層は、その屈折率ｎｂが前記下層の屈折率ｎａよりも低く、その消衰係数ｋｂが前記下層の消衰係数ｋａよりも低い
ことを特徴とするマスクブランク。

（２）
前記薄膜は、ＡｒＦエキシマレーザ光を所定の位相差で透過させる位相シフト膜である
ことを特徴とする（１）のマスクブランク。

（３）
前記上層は、その屈折率ｎｂと消衰係数ｋｂとが、ｎｂ≦−０．１８９ｋｂ^３−０．０３８６ｋｂ^２＋０．００２１ｋｂ＋２．１３の関係を満たす
ことを特徴とする（１）または（２）のマスクブランク。

（４）
前記上層は、その屈折率ｎｂと消衰係数ｋｂとが前記下層側に向かって大きくなるように膜厚方向に組成が変化している
ことを特徴とする（１）から（３）の何れかのマスクブランク。

（５）
前記薄膜は、前記透光性基板と前記下層との間に、さらに下地層を有し、
前記下地層は、その屈折率ｎｃが前記下層の屈折率ｎａよりも低く、その消衰係数ｋｃが前記下層の消衰係数ｋａよりも低い
ことを特徴とする（１）から（４）の何れかのマスクブランク。

（６）
前記薄膜は、膜応力が３６０ＭＰａ以下である
ことを特徴とする（１）から（５）の何れかのマスクブランク。

（７）
前記上層は、ケイ素と酸素を含有し、金属元素の含有量が１原子％以下である
ことを特徴とする（１）から（６）の何れかのマスクブランク。

（８）
前記下層および上層は、スパッタ法によって形成されたものである
ことを特徴とする（１）から（７）の何れかのマスクブランク。

（９）
（１）から（８）の何れかのマスクブランクを用いて作製された転写用マスクであって、
前記薄膜をパターニングして構成された転写パターンを有する
ことを特徴とする転写用マスク。

（１０）
透光性基板上に薄膜を備えたマスクブランクの製造方法であって、
前記透光性基板上に、遷移金属とケイ素とを含有し、さらに窒素および酸素のうち少なくとも何れかを含有すると共に、含まれる各元素の含有量の膜厚方向のばらつきを１０原子％以下とした下層を成膜する工程と、
前記下層に接して、屈折率ｎｂが前記下層の屈折率ｎａよりも低く、消衰係数ｋｂが前記下層の消衰係数ｋａよりも低い上層を成膜する工程と、
前記上層を成膜した後、前記下層と前記上層とを有する薄膜の膜応力を低減するための加熱処理または光照射処理を行う工程とを有する
マスクブランクの製造方法。

（１１）
前記薄膜を、ＡｒＦエキシマレーザ光を所定の位相差で透過させる位相シフト膜として形成する
ことを特徴とする（１０）のマスクブランクの製造方法。

（１２）
前記上層を、その屈折率ｎｂと消衰係数ｋｂとが、ｎｂ≦−０．１８９ｋｂ^３−０．０３８６ｋｂ^２＋０．００２１ｋｂ＋２．１３の関係を満たすように成膜する
ことを特徴とする（１０）または（１１）のマスクブランクの製造方法。

（１３）
前記上層を成膜する工程は、前記上層の屈折率ｎｂと消衰係数ｋｂとが前記下層側に向かって大きくなるように膜厚方向に組成を変化させる
ことを特徴とする（１０）から（１２）の何れかのマスクブランクの製造方法。

（１４）
前記下層を成膜する前に、屈折率ｎｃが前記下層の屈折率ｎａよりも低く、消衰係数ｋｃが前記下層の消衰係数ｋａよりも低い下地層を、前記透光性基板の上部に成膜する工程を行ない、
前記下地層を含む前記薄膜を形成する
ことを特徴とする（１０）から（１３）の何れかのマスクブランクの製造方法。

（１５）
前記加熱処理または光照射処理により、前記薄膜の膜応力を３６０ＭＰａ以下に低減させる
ことを特徴とする（１０）から（１４）の何れかのマスクブランクの製造方法。

（１６）
前記上層を成膜する工程は、ケイ素と酸素を含有し、金属元素の含有量が１原子％以下となるように前記上層を成膜する
ことを特徴とする（１０）から（１５）の何れかのマスクブランクの製造方法。

（１７）
前記下層を成膜する工程および上層を成膜する工程は、スパッタ法による成膜を行う
ことを特徴とする（１０）から（１６）の何れかのマスクブランクの製造方法。

（１８）
（１０）から（１７）の何れかのマスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクにおける前記薄膜をパターニングすることによって転写パターンを形成する工程を備えた
ことを特徴とする転写用マスクの製造方法。

（１９）
（９）の転写用マスクを用い、基板上のレジスト膜に対して前記転写パターンを露光転写する工程を備えた
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

（２０）
（１８）の転写用マスクの製造方法で製造された転写用マスクを用い、基板上のレジスト膜に対して前記転写パターンを露光転写する工程を備えた
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によれば、以降の各実施形態で説明するように、遮光膜や位相シフト膜として用いられるパターン形成用の薄膜の位相差を抑えることなくＥＭＦバイアスを低くすることが可能になる。

第１実施形態のマスクブランクおよび転写用マスクの断面模式図である。マスクブランクおよび転写用マスクを構成する各層構造の薄膜における膜厚−ＥＭＦバイアスの関係を示すグラフである。２層構造の薄膜における上層の膜厚に対するＥＭＦバイアスの関係を示すグラフである。２層構造の薄膜における上層の屈折率および消衰係数に対するＥＭＦバイアスの等高線図である。各ＥＭＦバイアスとなる２層構造の薄膜における上層の屈折率を消衰係数の関数として表したグラフである。第２実施形態のマスクブランクおよび転写用マスクの断面模式図である。第３実施形態のマスクブランクおよび転写用マスクの断面模式図である。２層構造の薄膜における下地層の屈折率および消衰係数に対するＥＭＦバイアスの等高線図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて次に示す順に説明する。
１．第１実施形態（２層構造の薄膜を備えた構成）
１−１．マスクブランクおよび転写用マスクの構成
１−２．下層および上層の屈折率および消衰係数について
１−３．上層の膜厚について
１−４．上層の屈折率と消衰係数の関係について
１−５．マスクブランク、転写用マスク、半導体デバイスの製造方法
１−６．第１実施形態の効果
２．第２実施形態（上層が複数層である薄膜を備えた構成）
２−１．マスクブランクおよび転写用マスクの構成
２−２．上層の屈折率および消衰係数について
２−３．マスクブランク、転写用マスク、半導体デバイスの製造方法
２−４．第２実施形態の効果
３．第３実施形態（３層構造の薄膜を備えた構成）
３−１．マスクブランクおよび転写用マスクの構成
３−２．下地層の屈折率および消衰係数について
３−３．下地層、下層、上層の屈折率および消衰係数について
３−４．マスクブランク、転写用マスク、半導体デバイスの製造方法
３−５．第３実施形態の効果

≪１．第１実施形態（２層構造の薄膜を備えた構成）≫
＜１−１．マスクブランクおよび転写用マスクの構成＞
図１は、第１実施形態のマスクブランク１、およびこれを用いて作製された転写用マスクの構成を説明するための断面模式図である。この図を用いて説明する第１実施形態のマスクブランク１は、透光性基板１１と、透光性基板１１の一主面上に設けられたパターン形成用の薄膜２１とを備えている。また、このマスクブランク１を用いて作製される転写用マスクは、薄膜２１をパターニングして構成された転写パターンを有するものである。以下においては、代表してマスクブランク１の構成を説明する。また以下において転写用マスクとは、このマスクブランク１を用いて作製された転写用マスクであることとする。

マスクブランク１に設けられた薄膜２１は、半透過性または遮光性を有する膜であり、このマスクブランク１を用いて作製された転写用マスクが、ハーフトーン位相シフトマスクである場合にはハーフトーン位相シフト膜（位相シフト膜）であり、バイナリマスクである場合には遮光膜である。

マスクブランク１がハーフトーン位相シフトマスクを作製するためのマスクブランクである場合、透光性基板１１上に設けられる薄膜２１は、位相シフト膜となる。この位相シフト膜は、位相シフト効果を生じさせるために、照射される露光光に対して所定の透過率Ｔで透過し、かつ透過した露光光がこの位相シフト膜の厚さと同じ距離だけ大気中を透過した露光光に対して所定の位相差Ｐとなるような光学特性（屈折率ｎ、消衰係数ｋ）および膜の厚さを有する必要がある。バイナリマスクの遮光膜の場合、膜の屈折率ｎが小さい材料を適用することや、膜の厚さを薄くすることでＥＭＦバイアスを低減することが十分可能である。しかし、位相シフト膜の場合、位相シフト効果を生じさせる機能を確保する必要があるため、光学特性や膜の厚さを薄くすることに対して大きな制約を受ける。このため、従来技術とは異なる別の解決手段を新たに見出す必要があった。

本発明者らによる鋭意研究の結果、従来の位相シフト膜（本発明の下層に対応）の表面に接して、この位相シフト膜よりも小さい屈折率ｎおよび消衰係数ｋを有する他の膜（本発明の上層）をスパッタ成膜等によって積層させ、従来の位相シフト膜（下層）と前記他の膜（上層）との間に明確な界面を有する積層構造を新たな位相シフト膜とすることで、従来の位相シフト膜の場合よりもＥＭＦバイアスを大きく低減することができることを見出した。また、このような下層と上層の積層構造の位相シフト膜の場合、下層の光学特性の膜厚方向のばらつきが小さいことが望ましいことも判明した。また、このような光学特性の下層とするには、下層の厚さ方向における組成の分布の均一性が高い（下層に含まれる各元素の含有量の膜厚方向のばらつきが小さい。）ことが望ましいことも明らかとなった。

一方、バイナリマスクの遮光膜の場合においても、従来の遮光膜の表面に接して、この遮光膜よりも小さい屈折率ｎおよび消衰係数ｋを有する他の膜（上層）をスパッタ成膜等によって積層させ、従来の遮光膜（下層）と前記他の膜（上層）との間に明確な界面を有する積層構造を新たな遮光膜とすることで、従来の遮光膜の場合よりもＥＭＦバイアスを低減することが可能であることも見出した。本発明のマスクブランク１は、このような鋭意研究の結果、完成されたものである。

本第１実施形態においては、このような薄膜２１が、透光性基板１１側から順に下層１３ａ、上層１３ｂを有しているところが特徴的である。以下、このような構成のマスクブランク１の各構成要素の詳細を、透光性基板１１、薄膜２１、薄膜２１を構成する下層１３ａ、薄膜２１を構成する上層１３ｂの順に説明する。

［透光性基板１１］
透光性基板１１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する透過性が良好な材料からなる。露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：約１９３ｎｍ）を用いる場合であれば、これに対して透過性を有する材料で構成されれば良い。このような材料としては、合成石英ガラスが用いられるが、この他にもフッ化カルシウムガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、アルミノシリケートガラス、その他各種のガラス基板を用いることができる。また、透光性基板１１の形状としては、対向する２つの主表面と対向する２組の端面からなる略矩形状であることが好ましい。

尚、ここで言うリソグラフィーにおける露光工程とは、転写用マスクを用いたリソグラフィーにおける露光工程であり、以下において露光光とはこの露光工程で用いられる露光光であることとする。この露光光としては、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）、ｉ線光（波長：３６５ｎｍ）のいずれも適用可能であるが、ＥＭＦバイアスを低減する観点では、ＡｒＦエキシマレーザ光を露光光に適用することが望ましい。

［薄膜２１］
薄膜２１は、透光性基板１１側から順に、下層１３ａおよび上層１３ｂを設けた２層構造である。この薄膜２１は、透光性基板１１上に下層１３ａおよび上層１３ｂを成膜した状態において、透光性基板１１と薄膜２１との間に生じている膜応力が除去されたものであって、膜応力が３６０ＭＰａ以下であることとする。また、この膜応力は、３００ＭＰａ以下であるとより好ましく、１８０ＭＰａ以下であるとさらに好ましい。また、薄膜２１は、上層１３ｂと下層１３ａとを合わせた全体として、露光光に対する所定の透過率Ｔを有する。さらに転写用マスクが位相シフトマスクである場合、この薄膜２１は位相シフト膜として用いられるため、露光光に対する所定の位相差Ｐを有する。

ここで薄膜２１の位相差Ｐとは、薄膜２１で構成された転写パターン（薄膜２１が存在している部分）を透過した露光光と、転写パターン間の例えば大気中を転写パターンと同じ距離だけ通過した露光光との位相差である。例えば、薄膜２１は、露光光に対する透過率Ｔが１％以上であることが好ましく、２％以上であるとより好ましい。また、この場合における薄膜２１は、露光光に対する透過率が３０％以下であることが好ましく、２０％以下であるとより好ましい。また、この薄膜２１は、位相差Ｐが１７０ｄｅｇ〜１９０ｄｅｇの範囲になるように調整されていることが好ましい。

［下層１３ａ（薄膜２１）］
下層１３ａは、透光性基板１１の一主面上に設けられた層であり、透光性基板１１に接して設けられていて良い。この下層１３ａは、遷移金属とケイ素（Ｓｉ）とを含有し、さらに窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）のうち少なくともいずれかを含有する材料を用いて構成される。遷移金属としては、典型的にはモリブデン（Ｍｏ）が用いられ、この他にもタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）等が用いられる。また、下層１３ａは、ケイ素および窒素を含有し、かつ金属を含有しない材料で形成してもよい。

また下層１３ａは、成膜条件等の制御によって、組成、膜密度、結晶構造、配向性等を調整することにより、露光光に対する所定の屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａを有するように構成されている。また、この下層１３ａの膜厚、屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａは、この下層１３ａと上層１３ｂとを備えた薄膜２１が、露光光に対する所定の透過率Ｔを有するように、上層１３ｂの膜厚、屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂとともに適切に調整されている。また転写用マスクが位相シフトマスクである場合、下層１３ａの膜厚、屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａは、この下層１３ａと上層１３ｂとを備えた薄膜２１が、露光光に対する所定の透過率と所定の位相差Ｐを有するように、上層１３ｂの膜厚、屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂとともに適切に調整されている。

以上のような下層１３ａにおいて、さらに特徴的な構成は、面方向だけではなく膜厚方向の組成が均一なところにある。すなわち下層１３ａは、透光性基板１１側から上層１３ｂ側までの間において、下層１３ａを構成する全ての元素の含有量の差が１０原子％以下であり、各元素の濃度プロファイルが膜厚方向に１０原子％以下のばらつきの範囲で均一である。このような下層１３ａは、膜厚方向に均一な組成として成膜され、その成膜時の状態に保たれているものであって良い。これらのことから、下層１３ａを成膜してから時間を置かずに、上層１３ｂを成膜することが好ましい。なお、ここでの各元素の濃度プロファイルは、ラザフォード後方散乱分析（ＲＢＳ分析）によって得られるものであることが好ましい（以降、組成については同様である。）。

このような下層１３ａは、透光性基板１１上にスパッタ法によって成膜された膜である。下層１３ａの成膜には、ＤＣスパッタ法、ＲＦスパッタ法、イオンビームスパッタ法のいずれも適用可能である。また、下層１３ａの膜厚は、薄膜２１に必要とされる膜厚の大部分を占める。下層１３ａの膜厚は、上層１３ｂの膜厚や、下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａや上層１３ｂの屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂによっても変わるが、４０ｎｍ〜９０ｎｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲である。

［上層１３ｂ（薄膜２１）］
上層１３ｂは、下層１３ａに直接接して設けられた層であり、下層１３ａとの間に明確な界面Ｓを有して設けられた層であるところが特徴的である。すなわち上層１３ｂは、下層１３ａとは異なる組成を有し、下層１３ａ上に直接成膜された層として設けられている。

この上層１３ｂは、ケイ素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）とを含有する。ケイ素を含有する材料は、屈折率ｎが低い傾向があり、さらに、酸素を含有させることで消衰係数ｋも低くすることができる。屈折率ｎおよび消衰係数ｋが低い材料からなる上層１３ｂは、薄膜２１全体におけるＥＭＦバイアスの低減に大きく寄与することができる。また上層１３ｂには、さらに窒素（Ｎ）や他の金属元素が含有されていてもいなくても良く、含有されている場合であればその金属元素の含有量の合計が１原子％以下である。材料中に金属元素を含有させると、その材料の屈折率ｎおよび消衰係数ｋが上がる傾向があるためである。このような上層１３ｂに含有される金属元素としては、例えばモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）が例示される。

また、材料中に窒素を含有させると、その材料の消衰係数ｋは下がる傾向があるが、反面、屈折率ｎは上がる傾向がある。同じ消衰係数ｋを有する２つの材料では、屈折率ｎの高い材料の方がＥＭＦバイアスが増加する傾向がある。このため、上層１３ａの窒素含有量は、２０原子％以下であることが好ましく、より好ましくは１０原子％以下であり、５原子％以下であるとさらに好ましい。

また特に上層１３ｂは、成膜条件等の制御によって、組成、膜密度、結晶構造、配向性等を調整することにより、露光光に対する所定の屈折率ｎｂ、消衰係数ｋｂを有するように構成されている。このような上層１３ｂの屈折率ｎｂの値は、下層１３ａの屈折率ｎａの値よりも低く［ｎｂ＜ｎａ］、上層１３ｂの消衰係数ｋｂの値は下層１３ａの消衰係数ｋａの値よりも低い［ｋｂ＜ｋａ］。このように下層１３ａの屈折率ｎａ、消衰係数ｋａ、および上層１３ｂの屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂを設定することにより、以降に説明するように、ＥＭＦバイアスを抑えることが可能なマスクブランク１となる。

このような上層１３ｂは、下層１３ａ上に成膜された膜であり、膜厚方向の組成が均一であって良い。上層１３の成膜法としてはスパッタ法が適用される。上層１３ａの成膜の場合においても、ＤＣスパッタ法、ＲＦスパッタ法、イオンビームスパッタ法のいずれも適用可能であるが、上層１３ｂは、金属元素の含有量が少なく導電性が乏しい傾向があるため、ＲＦスパッタ法やイオンビームスパッタ法で成膜することが望ましい。このような上層１３ｂは、上述した特性を有していれば、その膜厚は制御できる範囲で薄くすることができる。上層１３ｂの膜厚については以降に説明する。

また上層１３ｂの屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂは、ｎｂ≦−０．１８９ｋｂ^３−０．０３８６ｋｂ^２＋０．００２１ｋｂ＋２．１３…式（１）の関係を満たし、好ましくはｎｂ≦−０．２０１ｋｂ^２−０．２３８ｋｂ＋１．９８…式（２）の関係を満たし、さらに好ましくはｎｂ≦−０．００２２ｋｂ^２−０．４５３ｋｂ＋１．８５…式（３）の関係を満たす。このような上層１３ｂの屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂの関係は、以降に説明するようにして導かれた関係である。

＜１−２．下層１３ａおよび上層１３ｂの屈折率および消衰係数について＞
下記表１〜５に示すように、転写用マスクとして、ＡｒＦエキシマレーザ用のハーフトーン位相シフトマスクを作製することを想定した各層構造の薄膜を有するマスクブランクについて、ＥＭＦバイアスを算出する光学シミュレーションを行った。ＥＭＦバイアスは、ＴＭＡ（Thin Mask Analysis）による光学シミュレーションで算出されたバイアス（補正量）と、ＥＭＦ効果を考慮したシミュレーションで算出されたバイアス（補正量）との差として算出した。尚、ＴＭＡは、転写用マスクの薄膜が、膜厚がゼロで所定の透過率を有しているという理想上の膜であると仮定して、補正パターンの形状やパターン線幅の補正量を計算するシミュレーションである。

光学シミュレーションに適用する設計パターンとしては、ハーフピッチ６５ｎｍのラインアンドスペースパターンを設定し、露光光にはＡｒＦエキシマレーザを適用し、露光光の照明条件としてＥＭＦバイアスが大きくなる傾向のある輪帯照明（Annular Illumination）を適用した。

ここでは、透光性基板を合成石英ガラス（Ｑｚ）とし、薄膜の位相差をＰ＝１７７ｄｅｇ(目標値）、透過率Ｔを各目標値（５．７％，７．４％，９．３％）に固定し、薄膜の層構造、膜厚、各層の屈折率ｎおよび消衰係数ｋを変動させた。ただし、薄膜の位相差Ｐおよび透過率Ｔは、設計の都合上において目標値に対して完全に一致しない場合もある。以下の表１〜５に、上記光学シミュレーションの結果を示す。

下記表１に示すシミュレーション結果は、薄膜を単層構造（１）-1〜（１）-3とした構成についての結果である。

下記表２に示すシミュレーション結果は、薄膜を２層構造（２）-1〜（２）-3とし、上層を酸化シリコン（ＳｉＯ_２）に固定した［ｎｂ＜ｎａ］、［ｋｂ＜ｋａ］となる構成についての結果である。

下記表３に示すシミュレーション結果は、薄膜を２層構造（３）とし、下層をＭｏＳｉＮ、上層をＭｏＳｉＯＮとした［ｎｂ＜ｎａ］、［ｋｂ＜ｋａ］となる構成についての結果である。

下記表４に示すシミュレーション結果は、薄膜を２層構造（４）とし、上層をシリコン（Ｓｉ）とした［ｎｂ＜ｎａ］、［ｋｂ＞ｋａ］となる構成についての結果である。

下記表５に示すシミュレーション結果は、合成石英ガラス（Ｑｚ）で構成された透光性基板を彫り込み、彫り込んだ段差部分を薄い酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で構成した下層に見立てた２層構造（５）の薄膜とし、［ｎｂ＞ｎａ］、［ｋｂ＞ｋａ］となる構成についての結果である。

図２には、表１〜５に示した光学シミュレーションの結果のうちの、透過率Ｔ＝５．７％（目標値）とした層構造についての光学シミュレーションの結果を、薄膜の合計膜厚に対するＥＭＦバイアスの値として表したグラフを示す。

以上の表１〜５および図２のシミュレーション結果に示すように、層構造（２）-1〜（２）-3および層構造（３）、すなわち下層１３ａ［ｎａ，ｋａ］と上層１３ｂ［ｎｂ（＜ｎａ），ｋｂ（＜ｋａ）］とを積層させた層構造は、層構造（１）-1の単層構造と比較してＥＭＦバイアスが効果的に低く抑えられていることがわかる。

また、図２のグラフから、薄膜の全体の膜厚が薄いほど、ＥＭＦバイアスが低く抑えられることがわかる。

＜１−３．上層１３ｂの膜厚について＞
下記表６に示すように、上層１３ｂの膜厚を変動させた各薄膜を有するマスクブランクについて、ＥＭＦバイアスを算出する光学シミュレーションを、上述と同様に行った。

ここでは、透光性基板を合成石英ガラス（Ｑｚ）とし、上層１３ｂの材質を酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、薄膜２１の位相差Ｐ＝１７７ｄｅｇ(目標値）、透過率Ｔ＝５．７％（目標値）、および合計膜厚を各値に固定し、上層１３ｂの膜厚を変動させた。この際、下層１３ａの膜厚、屈折率ｎａ、および消衰係数ｋａは、上層１３ｂの膜厚の変動に合わせた各値とした。尚、上層１３ｂの屈折率ｎｂは、下層１３ａの屈折率ｎａよりも低く［ｎｂ＜ｎａ］であり、上層１３ｂの消衰係数ｋｂは下層１３ａの消衰係数ｋａよりも低く［ｋｂ＜ｋａ］であり、第１実施形態の構成の範囲である。

また比較のため、上層１３ｂの膜厚をゼロ（０）とした単層構造についても光学シミュレーションを行った。ただし、薄膜２１の位相差Ｐおよび透過率Ｔは、設計の都合上において目標値に対して完全に一致しない場合もある。以下の表６に、上記光学シミュレーションの結果を示す。

図３には、表６に示した光学シミュレーションの結果を、上層１３ｂの膜厚に対するＥＭＦバイアスの値として表したグラフを示す。

以上の表６および図３のシミュレーション結果に示すように、下層１３ａにおける屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａに対して、上層１３ｂにおける屈折率ｎｂ＜ｎａおよび消衰係数ｋｂ＜ｋａとした層構造では、位相差Ｐおよび透過率Ｔを満たす範囲で上層１３ｂの膜厚が大きいほどＥＭＦバイアスが低く抑えられていることがわかる。このような上層１３ｂの膜厚は、安定的に成膜が可能な膜厚以上（例えば１ｎｍ以上）であれば、ＥＭＦバイアスを抑える効果が確実に得られることも確認された。なお、薄膜２１を備えるマスクブランク１から転写用マスクを作製し、露光装置での露光転写およびマスク洗浄の繰り返し使用を行うことに対する上層１３ｂの耐久性を考慮した場合、上層１３ｂの膜厚は３ｎｍ以上あると好ましい。

また、薄膜２１の合計膜厚が薄いほど、ＥＭＦバイアスが低く抑えられることは、先の図２に示した結果と同様である。ただし、薄膜２１が位相シフト膜である場合、薄膜２１全体で所定の位相差を生じるようにする必要があり、このため、上層１３ｂの厚さが厚くなるほど、下層１３ａに屈折率ｎａが高い材料を適用する必要がある。屈折率ｎａが高くなるほど選定できる材料の制約が大きくなる。この点を考慮すると、上層１３ｂの膜厚は７ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以下であるとより好ましい。

以上の結果から、ＥＭＦバイアスの低く抑える効果を有する層構造、すなわち下層１３ａ［ｎａ，ｋａ］と上層１３ｂ［ｎｂ（＜ｎａ），ｋｂ（＜ｋａ）］とを積層させた層構造においては、薄膜２１の全体膜厚を低く抑えると共に、上層１３ｂの膜厚をできる範囲で大きく設計することにより、ＥＭＦバイアスのさらなる低下を図ることが可能であることがわかった。

＜１−４．上層１３ｂの屈折率ｎｂと消衰係数ｋｂの関係について＞
下記表７に示すように、下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋｂを変動させた各薄膜を有するマスクブランクについて、ＥＭＦバイアスを算出する光学シミュレーションを、上述と同様に行った。

ここでは、透光性基板を合成石英ガラス（Ｑｚ）とし、薄膜の位相差Ｐ＝１７７ｄｅｇ（目標値）、透過率Ｔ＝５．７％（目標値）、下層１３ａの膜厚６７ｎｍ、および上層１３ｂの膜厚３ｎｍに固定し、上層１３ｂの屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂを変動させた。また、下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａは、上層１３ｂの変動に合わせた各値とした。尚、上層１３ｂの膜厚３ｎｍは、ＥＭＦバイアスを抑える効果が確実に得られる範囲であり、かつ実際にこの薄膜に転写パターンを形成した転写用マスクを使用する際に問題ない膜厚であることから選定されたものである。ただし、薄膜の位相差Ｐおよび透過率Ｔは、設計の都合上において目標値に対して完全に一致しない場合もある。以下の表７に、上記光学シミュレーションの結果を示す。

図４には、表７に示した光学シミュレーションの結果を、上層１３ｂの屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂに対するＥＭＦバイアスの値の等高線図として表したグラフを示す。

図４のシミュレーション結果に示すように、薄膜２１の位相差Ｐ、透過率Ｔ、下層１３ａおよび上層１３ｂの膜厚を固定した範囲において、上層１３ｂにおける屈折率ｎｂはｎｂ≧１．５の範囲で低いほど、また消衰係数ｋｂが低いほどＥＭＦバイアスが低く抑えられることがわかる。

また図５には、このシミュレーション結果に基づいて、ＥＭＦバイアスの値毎に、上層１３ｂの屈折率ｎｂと消衰係数ｋｂの値をプロットして近似曲線を作成し、上層１３ｂの屈折率ｎｂを消衰係数ｋｂの関数として表したグラフを示す。

図５のグラフに示す各近似曲線から、薄膜２１の位相差Ｐ＝１７７ｄｅｇ（目標値）、透過率Ｔ＝５．７％（目標値）、下層１３ａの膜厚６７ｎｍ、および上層１３ｂの膜厚３ｎｍに固定した条件においては、ｎｂ≦−０．１８９ｋｂ^３−０．０３８６ｋｂ^２＋０．００２１ｋｂ＋２．１３…式（１）の関係を満たせば、ＥＭＦバイアスを１４．０（ｎｍ）以下に抑えることが可能であることがわかる。また、ｎｂ≦−０．２０１ｋｂ^２−０．２３８ｋｂ＋１．９８…式（２）の関係を満たせば、ＥＭＦバイアスを１３．０（ｎｍ）以下に抑えることが可能であることがわかる。さらに、ｎｂ≦−０．００２２ｋｂ^２−０．４５３ｋｂ＋１．８５…式（３）の関係を満たせば、ＥＭＦバイアスを１２．４（ｎｍ）以下に抑えることが可能であることがわかる。またさらに、ＥＭＦバイアスを１２．０（ｎｍ）以下または１１．６（ｎｍ）以下とするには、グラフに示す各近似曲線をｎｂ≦の関係とすれば良い。

＜１−５．マスクブランク、転写用マスク、半導体デバイスの製造方法＞
以上説明した積層構造のマスクブランク１、このマスクブランク１を用いた転写用マスクの製造、および半導体デバイスの製造は、次のように行う。

［マスクブランクの製造］
先ず、透光性基板１１を用意し、この上部に屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａの下層１３ａを成膜する。このような下層１３ａの成膜は、例えばスパッタ法によって行う。次に、下層１３ａの上部に、屈折率ｎｂ（＜ｎａ）および消衰係数ｋｂ（＜ｋｂ）の上層１３ｂを成膜する。このような上層１３ｂの成膜は、例えばスパッタ法によって行う。

その後、下層１３ａおよび上層１３ｂの積層膜に対して加熱処理あるいは光照射処理を行うことによりって膜応力を除去し、膜応力が３６０ＭＰａ以下の下層１３ａおよび上層１３ｂの積層構造として構成された薄膜２１を得る。下層１３ａ、上層１３ｂはともにケイ素を含有する材料で形成されている。このような材料からなる膜の応力を加熱処理によって低減するには、少なくとも２８０℃以上の温度で加熱する必要があり、３５０℃以上の温度で加熱することが好ましく、４５０℃以上の温度で加熱するとより好ましい。加熱処理は、加熱炉を用いた一般的な加熱による処理であっても、ハロゲンヒーターのような放射熱と遠赤外線を併用するような加熱処理であってもよい。他方、光照射処理は、フラッシュランプを用いた光照射処理等が挙げられる。

薄膜２１に対して加熱処理または光照射処理を行う際は、大気中で行われてもよく、窒素ガス中、あるいは真空中で行われてもよい。加熱処理または光照射処理は、下層１３ａの上に上層１３ｂが形成された後に行われるため、下層１３ａが外気に接していない状態で加熱または光照射を受けるので、これらの処理の前後における下層１３ａの組成の変化が最小限に抑制される。また、下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａの変化も最小限に抑制される。一方、上層１３ｂは、一方の面が外気に接している状態で加熱処理または光照射処理が行われるため、これらの処理の前後で、上層１３ｂの組成や屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂは変化しやすい。

ただし、加熱処理または光照射処理の前後において、上層１３ｂの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋｂは、ともに低下する傾向を有するため、上層１３ｂの成膜段階でｎｂ＜ｎａ、かつｋｂ＜ｋａの関係を満たすように成膜条件を調整しておけば問題は生じない。なお、加熱処理または光照射処理が行われた後における上層１３ｂの屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂをあらかじめ見込んで、上層１３ｂを成膜する段階での成膜条件を調整してもよい。また、上層１３ｂを成膜する段階で、酸素含有量が多い酸化シリコンや、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）であらかじめ形成しておくと、加熱処理または光照射処理の前後における上層１３ｂの屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂの変化を小さくすることができ好ましい。

また薄膜２１の形成後には、必要に応じてさらに他の層の成膜を行ない、マスクブランク１を完成させる。薄膜２１の上層に形成する他の層としては、例えばこのマスクブランク１が、位相シフト膜を薄膜２１としたものであれば、薄膜２１の上部に遮光帯や遮光パッチのパターンを形成するための遮光膜を設ける。またこの他にも、薄膜２１または遮光膜をエッチングする際の無機マスク膜（エッチングマスク膜）を形成しても良い。薄膜２１の上に他の膜を介さずに形成される遮光膜やエッチングマスク膜の場合、薄膜２１にパターンを形成するときのドライエッチングの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ことが好ましい。このような材料としては、クロムを含有する材料やタンタルを含有する材料が挙げられる。また、クロムを含有する材料で形成された遮光膜の上に、他の膜を介さずにエッチングマスク膜を形成した場合、そのエッチングマスク膜を形成する材料としては、ケイ素を含有する材料を適用することが好ましい。

［転写用マスクの製造］
以上のようにして作製したマスクブランク１の上部に、例えば電子線リソグラフィーを適用してレジストパターンを形成する。その後、レジストパターンをマスクにして薄膜２１をエッチングする。これにより、薄膜２１をパターニングしてなる露光用の転写パターンを備えた転写用マスクを作製する。この転写パターンは、上述したＥＭＦバイアスも考慮したパターン形状および線幅で形成されている。

尚、薄膜２１が位相シフト膜である場合のように、薄膜２１の上部に遮光膜を設けたマスクブランク１の構成の場合は、最初に、薄膜２１に形成すべきパターンを有する第１レジストパターンをマスクとして、遮光膜をエッチングしてパターニングする。続いて、第１レジストパターンまたは遮光膜パターンをマスクとして、薄膜２１をパターニングする。さらに、第１レジストパターンを除去し、新たに遮光膜に形成すべきパターンを有する第２レジストパターンを形成し、この第２レジストパターンをマスクとして遮光膜をエッチングし、遮光帯等の遮光膜パターンを形成する。

また、薄膜２１または遮光膜上にエッチングマスク膜が設けられたマスクブランク１の構成の場合は、最初に薄膜２１に形成すべきパターンを有する第１レジストパターンをマスクとして、薄膜２１また遮光膜をエッチングし、パターニングすればよい。

［半導体デバイスの製造方法］
以上のようにして得られた転写用マスクを用いた半導体デバイスの製造は、次の工程を有する。

半導体デバイスを形成する基板を用意する。この基板は、例えば半導体基板であっても良いし、半導体薄膜を有する基板であっても良いし、さらにこれらの上部に微細加工膜が成膜されたものであっても良い。

次に、用意した基板上にレジスト膜を成膜し、このレジスト膜に対して作製した転写用マスクを用いたパターン露光を行ない、転写用マスクに形成された転写パターンをレジスト膜に露光転写する。この際、露光光としては、転写パターンを構成する薄膜に対応する露光光を用いることとし、例えばここではＡｒＦエキシマレーザ光を用いる。

以上の後、転写パターンが露光転写されたレジスト膜を現像処理してレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして基板の表面層に対してエッチング加工を施したり不純物を導入する処理を行う。処理が終了した後には、レジストパターンを除去する。

以上のような処理を、転写用マスクを交換しつつ基板上において繰り返し行ない、さらに必要な加工処理を行うことにより、半導体デバイスを完成させる。

＜１−６．第１実施形態の効果＞
以上説明したように、本第１実施形態のマスクブランク１および、このマスクブランク１の薄膜２１をパターニングして得られた転写用マスクによれば、薄膜２１の位相差を低く抑えることなく、ＥＭＦバイアスを低く抑えることが可能となる。

これにより、パターンが形成された薄膜２１を露光光が透過したときに生じる電磁界（ＥＭＦ）の影響を小さくすることができる。このため、所望の転写パターンが半導体基板上等のレジスト膜に露光転写されるように、マスクブランク１の薄膜２１に形成されるべきパターンを光学シミュレーションで算出する場合において、ＥＭＦバイアスも考慮した光学シミュレーションで算出された補正パターンと、基本的にＥＭＦバイアスを考慮していないＴＭＡのような比較的簡易な光学シミュレーションで算出された補正パターンとの差が小さくなる。その結果、ＴＭＡのような比較的簡易な光学シミュレーションの計算結果を利用して薄膜２１に形成すべきパターンを設計しても、半導体基板上等のレジスト膜に所望の転写パターンを高い精度で転写することが可能となる。

この結果、マスク設計におけるシミュレーション負荷が小さく抑えられ、転写用マスクの製造の簡便化を図ることが可能になる。また、転写用マスクに形成される転写パターンの複雑化を抑制できるため、転写パターンの形成精度の向上を図ることも可能になる。このため、転写用マスクおよびこれを用いた半導体デバイスのパターン精度の向上、および製造コストを低く抑えることが可能になる。

≪２．第２実施形態（上層が複数層である薄膜を備えた構成）≫
＜２−１．マスクブランクおよび転写用マスクの構成＞
図６は、第２実施形態のマスクブランク２、およびこれを用いて作製された転写用マスクの構成を説明するための断面模式図である。この図を用いて説明する第２実施形態のマスクブランク２が、第１実施形態のマスクブランクと異なるところは、上層１３ｂ’が第１上層１３ｂａと第２上層１３ｂｂとの積層構造であって、これにより薄膜２２が３層構造となっているところにある。他の構成は第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［上層１３ｂ’］
すなわちマスクブランク２における上層１３ｂ’は、下層１３ａの上部に、下層１３ａ側から順に第１上層１３ｂａ、第２上層１３ｂｂが積層された２層構造であり、この点のみが第１実施形態における上層とは異なるところである。したがって、第１上層１３ｂａの屈折率ｎｂａと消衰係数ｋｂａは、下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａよりも低く、［ｎｂａ＜ｎａ］であり［ｋｂａ＜ｋａ］である。同様に、第２上層１３ｂｂの屈折率ｎｂｂと消衰係数ｋｂｂは、下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａよりも低く、［ｎｂｂ＜ｎａ］であり［ｋｂｂ＜ｋａ］である。

これらの第１上層１３ｂａおよび第２上層１３ｂｂは、ケイ素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）を含有し、さらに窒素（Ｎ）や他の金属元素が含有されていても良いことは第１実施形態と同様であり、例えば窒素（Ｎ）を含む組成により、屈折率および消衰係数が所定値に調整されていることとする。

以上のような第１上層１３ｂａおよび第２上層１３ｂｂは、下層１３ａ上に順次成膜された膜であり、膜厚方向の組成が均一であって良い。第１上層１３ｂａおよび第２上層１３ｂｂの成膜法としては例えばスパッタ法が適用される。

＜２−２．上層の屈折率および消衰係数について＞
下記表８に示すように、第２上層１３ｂｂの屈折率ｎｂｂを変動させた各薄膜を有するマスクブランクについて、ＥＭＦバイアスを算出する光学シミュレーションを、上述と同様に行った。

ここでは、透光性基板を合成石英ガラス（Ｑｚ）とし、薄膜２２の位相差Ｐ＝１７７ｄｅｇ(目標値）、透過率Ｔ＝５．７％（目標値）、下層１３ａの膜厚（６３．５ｎｍ）、第１上層１３ｂａの膜厚（３．５ｎｍ）、および第２上層１３ｂｂの膜厚（３．０ｎｍ）を固定した。そして、第１上層１３ｂａの屈折率ｎｂａおよび消衰係数ｋｂａ、第２上層１３ｂｂの消衰係数ｋｂｂを固定し、第２上層１３ｂｂの屈折率ｎｂｂを変動させた。また、下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａをこれに追従させた。ただし、薄膜２２の位相差Ｐおよび透過率Ｔは、設計の都合上において目標値に対して完全に一致しない場合もある。

以下の表８に、上記光学シミュレーションの結果を示す。尚、表８には、膜厚、位相差Ｐ，および透過率Ｔが、上記固定値と等しい単層構造の薄膜のＥＭＦバイアス（１４．８１ｎｍ）も合わせて示した。

以上の表８のシミュレーション結果に示すように、下層１３ａにおける屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａに対して、上層１３ｂ’における屈折率ｎｂａ，ｎｂｂ＜ｎａおよび消衰係数ｋｂａ，ｋｂｂ＜ｋａとした層構造の薄膜２２は、単層構造の薄膜のＥＭＦバイアスと比較して、ＥＭＦバイアスが低く抑えられていることがわかる。さらに、第２上層１３ｂｂの屈折率ｎｂｂおよび消衰係数ｋｂｂが、第１上層１３ｂａの屈折率ｎｂａおよび消衰係数ｋｂａよりも低く、第２上層１３ｂｂの消衰係数ｋｂｂが低いほど、ＥＭＦバイアスを低く抑える効果が高いことがわかる。

＜２−３．マスクブランク、転写用マスク、半導体デバイスの製造方法＞
以上説明した積層構造のマスクブランク２、およびこのマスクブランク２を用いた転写用マスクの製造は、第１実施形態で説明した製造方法において、下層１３ａを成膜した後、この上部に第１上層１３ｂａ、第２上層１３ｂｂを順次成膜すれば良い。

またこの転写用マスクを用いた半導体デバイスの製造方法は、第１実施形態で説明した方法と同様に行われる。

＜２−４．第２実施形態の効果＞
以上説明したように、本第２実施形態のマスクブランク２、およびこのマスクブランク２の薄膜２２をパターニングして得られた転写用マスクによれば、薄膜２２の位相差を低く抑えることなく、ＥＭＦバイアスを低く抑えることが可能となる。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、以上の第２実施形態においては、上層１３ｂ’を２層構造としたが、上層１３ｂ’は、３層以上の積層構造であっても良い。この場合においも、上層１３ｂ’を構成する各層の屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂは、それぞれが下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａよりも小さく下層１３ａに近いほど屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂが大きいことが好ましい。

≪３．第３実施形態（３層構造の薄膜を備えた構成≫
＜３−１．マスクブランクおよび転写用マスクの構成＞
図７は、第３実施形態のマスクブランク３、およびこれを用いて作製された転写用マスクの構成を説明するための断面模式図である。この図を用いて説明する第３実施形態のマスクブランク３が、第１実施形態のマスクブランクと異なるところは、透光性基板１１と下層１３ａとの間に下地層１３ｃを設け、これにより薄膜２３が３層構造となっているところにある。他の構成は第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［下地層１３ｃ］
すなわちマスクブランク３における下地層１３ｃは、透光性基板１１と下層１３ａとの間に設けられた薄膜であり、この下地層１３ｃを設けた点のみが第１実施形態とは異なる。この下地層１３ｃは、下層１３ａとの間に明確な界面Ｓ１を有して設けられた層であり、下層１３ａとは異なる組成を有している。このような下地層１３ｃは、ケイ素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）とを含有する。ケイ素を含有する材料は、屈折率ｎが低い傾向があり、さらに、酸素を含有させることで消衰係数ｋも低くすることができる。屈折率ｎおよび消衰係数ｋが低い材料からなる下地層１３ｃは、薄膜２１全体におけるＥＭＦバイアスの低減に寄与することができる。また下地層１３ｃには、さらに窒素（Ｎ）や他の金属元素が含有されていても良く、含有されている場合であればその金属元素の合計含有量が１原子％以下である。材料中に金属元素を含有させると、その材料の屈折率ｎおよび消衰係数ｋが上がる傾向があるためである。この上層１３ｂに含有される金属元素としては、例えばモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）が例示される。

また、下地層１３ｃの材料中に窒素を含有させると、その材料の消衰係数ｋは下がる傾向があるが、反面、屈折率ｎは上がる傾向がある。同じ消衰係数ｋを有する２つの材料では、屈折率ｎの高い材料の方がＥＭＦバイアスが増加する傾向がある。このため、上層１３ａの窒素含有量は、２０原子％以下であることが好ましく、より好ましくは１０原子％以下であり、５原子％以下であるとさらに好ましい。

また下地層１３ｃは、その組成を調整することによって、この下地層１３ｃを用いて構成される薄膜２３が、露光光に対する所定の透過率Ｔを有するように構成されている。特に転写用マスクが位相シフトマスクである場合、下地層１３ｃは、この下地層１３ｃを用いて構成される薄膜２３が、露光光に対する所定の位相差Ｐを有するように構成されている。

このような下地層１３ｃは、成膜条件等の制御によって、その組成、膜密度、結晶構造、配向性等を調整することにより、露光光に対する所定の屈折率ｎｃ、消衰係数ｋｃを有するように構成されている。下地層１３ｃの屈折率ｎｃは、下層１３ａの屈折率ｎａよりも低く［ｎｃ＜ｎａ］、下地層１３ｃの消衰係数ｋｃは下層１３ａの消衰係数ｋａよりも低い［ｋｃ＜ｋａ］。つまり、３層構造の薄膜２３においては、真ん中に配置された下層１３ａの屈折率ｎａと消衰係数ｋａが、上下の層よりも大きい値に設定されている。このように下地層１３ｃの屈折率ｎｃおよび消衰係数ｋｃを設定することにより、以降に説明するように、ＥＭＦバイアスを抑えることが可能なマスクブランク３となる。

このような下地層１３ｃは、下層１３ａ下に形成された膜であり、膜厚方向の組成が均一であって良い。下地層１３ｃの成膜法としては例えばスパッタ法が適用される。下地層１３ｃの成膜の場合においても、ＤＣスパッタ法、ＲＦスパッタ法、イオンビームスパッタ法のいずれも適用可能であるが、下地層１３ｃは、金属元素の含有量が少なく導電性が乏しい傾向があるため、ＲＦスパッタ法やイオンビームスパッタ法で成膜することが望ましい。このような下地層１３ｃは、上述した特性を有していれば、その膜厚は制御できる範囲で薄膜であって良い。下地層１３ｃの膜厚は、上層１３ｂの膜厚や、下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａや上層１３ｂの屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂによっても変わるが、１ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは３ｎｍ以上である。また、下地層１３ｃの膜厚は、９ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以下であるとより好ましい。

＜３−２．下地層の屈折率および消衰係数について＞
下記表９に示すように、下地層１３ｃと下層１３ａとの２層構造において下地層１３ｃの屈折率ｎｃおよび消衰係数ｋｃを変動させた各薄膜を有するマスクブランクについて、ＥＭＦバイアスを算出する光学シミュレーションを、上述と同様に行った。

ここでは、透光性基板を合成石英ガラス（Ｑｚ）とし、２層構造の位相差Ｐ＝１７７ｄｅｇ(目標値）、透過率Ｔ＝５．７％（目標値）、下層１３ａの膜厚（６７ｎｍ）、下地層１３ｃの膜厚（３ｎｍ）に固定した。そして、下地層１３ｃの屈折率ｎｃおよび消衰係数ｋｃを変動させ、下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａをこれに追従させた。ただし、２層構造の位相差Ｐおよび透過率Ｔは、設計の都合上において目標値に対して完全に一致しない場合もある。以下の表９に、上記光学シミュレーションの結果を示す。

図８には、表９に示した光学シミュレーションの結果を、下地層１３ｃの屈折率ｎｃおよび消衰係数ｋｃに対するＥＭＦバイアスの値の等高線図として表したグラフを示す。

図８のシミュレーション結果に示すように、下地層１３ｃとこの上部の下層１３ａとの２層構造では、２層構造全体の位相差Ｐ、透過率Ｔ、下地層１３ｃおよび下層１３ａの膜厚を固定した範囲において、下地層１３ｃの屈折率ｎｃがｎｃ≦１．５の範囲で低いほどＥＭＦバイアスが低く抑えられることがわかる。また、下地層１３ｃの消衰係数ｋｃは、ｋｃ＝０．５以上の範囲で消衰係数ｋｃが小さいほどＥＭＦバイアスが低く抑えられることがわかる。

＜３−３．下地層、下層、上層の屈折率および消衰係数について＞
下記表１０に示すように、下地層１３ｃの屈折率ｎｃおよび消衰係数ｋｃを、図８に示したＥＭＦバイアスが１４．５０−１４．６０ｎｍの最も低い値に抑えられる範囲で変動させた３層構造のマスクブランクについて、ＥＭＦバイアスを算出する光学シミュレーションを、上述と同様に行った。

ここでは、透光性基板を合成石英ガラス（Ｑｚ）とし、薄膜２３の位相差Ｐ＝１７７ｄｅｇ(目標値）、透過率Ｔ＝５．７％（目標値）、各層の膜厚、および上層１３ｂの消衰係数ｋｂを固定した。そして、下地層１３ｃの屈折率ｎｃおよび消衰係数ｋｃ、さらには上層１３ｂの屈折率ｎｂを変動させ、下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａをこれに追従させた。ただし、薄膜２３の位相差Ｐおよび透過率Ｔは、設計の都合上において目標値に対して完全に一致しない場合もある。

以下の表１０に、上記光学シミュレーションの結果を示す。尚、表１０には、膜厚、位相差Ｐ，および透過率Ｔが、上記固定値と等しい単層構造の薄膜のＥＭＦバイアス（１４．８１ｎｍ）も合わせて示した。

表１０のシミュレーション結果に示すように、真ん中に配置された下層１３ａの屈折率ｎａおよび消衰係数ｋａが、下地層１３ｃの屈折率ｎｃおよび消衰係数ｋｃのそれぞれよりも大きく、上層１３ｂの屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂのそれぞれよりも大きい値に設定された３層構造は、単層構造と比較してＥＭＦバイアスが低く抑えられていることがわかる。また、表１１の結果から、このような３層構造であっても、上層１３ｂの屈折率ｎｂが低い方が、ＥＭＦバイアスを低く抑えられることがわかる。

＜３−４．マスクブランク、転写用マスク、半導体デバイスの製造方法＞
以上説明した積層構造のマスクブランク３、およびこのマスクブランク３を用いた転写用マスクの製造は、第１実施形態で説明した製造方法において、下層１３ａを成膜する前に、透光性基板１１上に下地層１３ｃを成膜する工程を行い、この上部に下層１３ａを成膜すれば良い。またこの転写用マスクを用いた半導体デバイスの製造方法は、第１実施形態で説明した方法と同様に行われる。

＜３−５．第３実施形態の効果＞
以上説明したように、本第３実施形態のマスクブランク３、およびこのマスクブランク３の薄膜２３をパターニングして得られた転写用マスクによれば、薄膜２３の位相差を低く抑えることなく、ＥＭＦバイアスを低くすることが可能となる。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、本第３実施形態の構成は、第２実施形態の構成と組み合わせることができる。この場合、上層１３ｂを、第２実施形態において図６を用いて説明した積層構造の上層１３ｂ’に変更すれば良い。

１，２，３…マスクブランク
１１…透光性基板
１３ａ…下層
１３ｂ，１３ｂ’…上層
１３ｂａ…第１上層
１３ｂｂ…第２上層
１３ｃ…下地層
２１，２２，２３…薄膜
Ｓ…界面
ｎ…屈折率（薄膜）
ｎａ…屈折率（下層）
ｎｂ…屈折率（上層）
ｎｂａ…屈折率（第１上層）
ｎｂｂ…屈折率（第２上層）
ｎｃ…屈折率（下地層）
ｋ…消衰係数（薄膜）
ｋａ…消衰係数（下層）
ｋｂ…消衰係数（上層）
ｋｂａ…消衰係数（第１上層）
ｋｂｂ…消衰係数（第２上層）
ｋｃ…消衰係数(下地層）

Claims

透光性基板と、
前記透光性基板上に設けられたパターン形成用の薄膜とを備えたマスクブランクであって、
前記薄膜は、ＡｒＦエキシマレーザ光を２％以上の透過率で透過しつつ、透過するＡｒＦエキシマレーザ光に対して１７０度以上１９０度以下の位相差を生じさせる位相シフト膜であって、前記透光性基板側から、下層と、前記下層との間に界面を有して前記下層に接して設けられた上層とを有し、
前記下層は、膜厚が４０ｎｍ以上９０ｎｍ以下であり、
前記上層は、膜厚が７ｎｍ以下であり、
前記下層は、ケイ素と窒素を含有し、かつ金属を含有しない材料で形成され、前記下層に含まれる各元素の含有量の膜厚方向のばらつきが１０原子％以下であり、
前記上層は、その屈折率ｎｂが前記下層の屈折率ｎａよりも低く、その消衰係数ｋｂが前記下層の消衰係数ｋａよりも低く、ケイ素と酸素を含有し、金属元素の含有量が１原子％以下であり、
前記下層は、その屈折率ｎａが２．４０以上２．９３以下であり、かつその消衰係数ｋａが０．７６以下であり、
前記上層の前記屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂは、ｎｂ≦−０．１８９ｋｂ^３−０．０３８６ｋｂ^２＋０．００２１ｋｂ＋２．１３の関係を満たすことを特徴とするマスクブランク。
前記上層の屈折率ｎｂは、１．５０以上１．８０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。
前記上層の屈折率ｎｂおよび消衰係数ｋｂは、ｎｂ≦−０．００２２ｋｂ ^２ −０．４５３ｋｂ＋１．８５の関係を満すことを特徴とする請求項１または２記に載のマスクブランク。
前記上層は、その屈折率ｎｂと消衰係数ｋｂとが前記下層側に向かって大きくなるように膜厚方向の組成が変化していることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のマスクブランク。
前記下層および上層は、スパッタ法によって形成されたものであることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のマスクブランク。
請求項１から５の何れかに記載のマスクブランクにおける前記薄膜をパターニングすることによって転写パターンを形成する工程を備えたことを特徴とする転写用マスクの製造方法。
請求項６に記載の転写用マスクの製造方法で製造された転写用マスクを用い、基板上のレジスト膜に対して前記転写パターンを露光転写する工程を備えたことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。