JP6495496B2 - 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 - Google Patents
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Description
本発明は、マスクブランク、そのマスクブランクを用いて製造された転写用マスクに関するものである。また、本発明は、前記の転写用マスクを用いた半導体デバイスの製造方法に関するものである。
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。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バイナリマスクがある。バイナリマスクは、たとえば、特許文献１に記載されているように、透光性基板上に露光光を遮光する遮光膜パターンが形成された転写用マスクであり、その遮光膜としては、クロム（Ｃｒ）またはモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系の材料が広く用いられてきた。
遮光膜がクロム系材料からなる場合、その膜をドライエッチングする際に用いられる塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスはラジカル性が高いので、十分な異方性で遮光膜をドライエッチングすることが難しく、微細な遮光膜パターンを十分な精度で形成することが困難になってきた。
遮光膜材料としてモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）系の材料を用いた場合は、前記ドライエッチングの問題が少なく微細な遮光膜パターンを高精度に形成しやすいという特徴がある。その一方で、ＭｏＳｉ系膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光（ＡｒＦ露光光）に対する耐性（いわゆるＡｒＦ耐光性）が低いということが近年判明している。
ケイ素と窒素を含有する材料を位相シフト膜に用いた場合、高いＡｒＦ耐光性を有することが確認されている。このことから、バイナリマスクの遮光膜としてケイ素と窒素を含有する材料の薄膜（ＳｉＮｘ膜）を適用することで高いＡｒＦ耐光性が得られる可能性を見出し、研究を行った。しかし、遮光膜を単層構造のＳｉＮｘ膜で形成する場合、以下の問題があることがわかった。
一般に、バイナリマスクにおいて、転写パターンが形成された遮光膜には、露光装置から照射されるＡｒＦエキシマレーザーの露光光（以下、ＡｒＦ露光光という。）に対して所定以上の光学濃度（たとえば２．５以上。）を有することが求められている。さらに、遮光膜には、透光性基板に接する側の表面に入射するＡｒＦ露光光に対して所定以下の反射率（裏面反射率。たとえば４０％以下。）であることが求められ、同時に透光性基板側とは反対側の表面に入射するＡｒＦ露光光に対して所定以下の反射率（表面反射率。たとえば４０％以下。）であることが求められている。遮光膜に求められる光学濃度の観点では、ＳｉＮｘ膜に含有させる窒素は少ないほど好ましい。しかし、遮光膜に求められる表面反射率と裏面反射率の観点では、ＳｉＮｘ膜には窒素をある程度含有させる必要がある。
露光装置によっては、波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の長波長光を用いてアライメントマーク検出を行ってから露光に係る動作を行うものがある。ここで、この長波長光を長波長検出光ＬＷと呼ぶことにする。遮光膜が単層構造のＳｉＮｘ膜からなるバイナリマスクを、長波長検出光ＬＷを用いる露光装置にセットして露光を行おうとすると、アライメントマーク検出の検出感度が不足して露光動作に入れないという問題がしばしば発生した。
遮光膜を構成するＳｉＮｘ膜の窒素含有量を大幅に少なくすれば、長波長光の透過率を低下させることができ、アライメントマークの検出感度不足の問題は解消する。しかし、そのような遮光膜は、ＡｒＦ露光光に対する表面反射率及び裏面反射率がともに高くなるため、バイナリマスクとしての転写性能が大きく低下するという問題が新たに生じてしまう。
本発明は、遮光膜に求められるＡｒＦ露光光に対する各種の光学特性を満たしながらも、波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の長波長光を用いてマーク検出を行う際の感度が不足するという課題を解決した、単層構造のＳｉＮｘ膜からなる遮光膜を有す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、このマスクブランクを用いて製造される転写用マスクを提供することを目的としている。さらに、本発明は、この転写用マスクを用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的としている。
前記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）
透光性基板上に、遮光膜を備えたマスクブランクであって、
前記遮光膜は、ケイ素と窒素を含有する材料で形成された単層膜であり、
前記遮光膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が２．５以上であり、
前記遮光膜は、前記露光光に対する表面反射率が４０％以下であり、
前記遮光膜は、前記露光光に対する裏面反射率が４０％以下であり、
前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する透過率が５０％以下であり、
前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する消衰係数ｋが０．０４以上であり、
前記遮光膜は、厚さが６０ｎｍ以下である
ことを特徴とするマスクブランク。
（構成１）
透光性基板上に、遮光膜を備えたマスクブランクであって、
前記遮光膜は、ケイ素と窒素を含有する材料で形成された単層膜であり、
前記遮光膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が２．５以上であり、
前記遮光膜は、前記露光光に対する表面反射率が４０％以下であり、
前記遮光膜は、前記露光光に対する裏面反射率が４０％以下であり、
前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する透過率が５０％以下であり、
前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する消衰係数ｋが０．０４以上であり、
前記遮光膜は、厚さが６０ｎｍ以下である
ことを特徴とするマスクブランク。
（構成２）
前記遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されていることを特徴とする構成１記載のマスクブランク。
前記遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されてい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）
前記遮光膜は、その表層に透光性基板側とは反対側の表面に向かって酸素含有量が増加していく組成傾斜部を有し、前記表層以外の遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されてい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。
前記遮光膜は、その表層に透光性基板側とは反対側の表面に向かって酸素含有量が増加していく組成傾斜部を有し、前記表層以外の遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されてい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）
前記遮光膜上にクロムを含有する材料からなるハードマスク膜を備え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。
前記遮光膜上にクロムを含有する材料からなるハードマスク膜を備え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）
透光性基板上に、転写パターンを有する遮光膜を備えた転写用マスクであって、
前記遮光膜は、ケイ素と窒素を含有する材料で形成された単層膜であり、
前記遮光膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が２．５以上であり、
前記遮光膜は、前記露光光に対する表面反射率が４０％以下であり、
前記遮光膜は、前記露光光に対する裏面反射率が４０％以下であり、
前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する透過率が５０％以下であり、
前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する消衰係数ｋが０．０４以上であり、
前記遮光膜は、厚さが６０ｎｍ以下である
ことを特徴とする転写用マスク。
透光性基板上に、転写パターンを有する遮光膜を備えた転写用マスクであって、
前記遮光膜は、ケイ素と窒素を含有する材料で形成された単層膜であり、
前記遮光膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が２．５以上であり、
前記遮光膜は、前記露光光に対する表面反射率が４０％以下であり、
前記遮光膜は、前記露光光に対する裏面反射率が４０％以下であり、
前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する透過率が５０％以下であり、
前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する消衰係数ｋが０．０４以上であり、
前記遮光膜は、厚さが６０ｎｍ以下である
ことを特徴とする転写用マスク。
（構成６）
前記遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されていることを特徴とする構成５記載の転写用マスク。
前記遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されていることを特徴とする構成５記載の転写用マスク。
（構成７）
前記遮光膜は、その表層に透光性基板側とは反対側の表面に向かって酸素含有量が増加していく組成傾斜部を有し、前記表層以外の遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されていることを特徴とする構成５または６に記載の転写用マスク。
前記遮光膜は、その表層に透光性基板側とは反対側の表面に向かって酸素含有量が増加していく組成傾斜部を有し、前記表層以外の遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されていることを特徴とする構成５または６に記載の転写用マスク。
（構成８）
構成５から７のいずれかに記載の転写用マスクを用い、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。
構成５から７のいずれかに記載の転写用マスクを用い、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。
本発明のマスクブランクの遮光膜は、ケイ素及び窒素を含有する材料で形成され、且つ９００ｎｍの波長の光に対する透過率が５０％以下で、消衰係数ｋが０．０４以上である。ケイ素及び窒素を含有する材料は、ＡｒＦ耐光性が高いことに加え、波長８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の光に対して波長が長くなるほど透過率が高くなり、消衰係数ｋは小さくなる特性を有する。この光学的特性により、９００ｎｍの波長の光に対する透過率が５０％以下、消衰係数が０．０４以上であると長波長検出光ＬＷを十分に減光できる。このため、長波長検出光ＬＷを使って、このマスクブランクを用いて製造された転写用マスクに形成されたアライメントマークを十分なコントラストで検出することが可能になり、アライメントマーク検出感度不足により露光を行うことができないという問題を解決することができる。
また、本発明のマスクブランクの遮光膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が２．５以上、表面反射率が４０％以下、裏面反射率が４０％以下であるので、パターン露光光に対して、光学的に十分な露光転写特性を有する。
さらに、遮光膜の膜厚が６０ｎｍ以下であるため、マスクパターンの電磁界効果に係るバイアス（ＥＭＦバイアス）及びマスクパターン立体構造起因のシャドーイング効果を許容範囲に収めることが可能になる。また、薄膜であるので、微細な遮光膜パターンを形成しやすい。
加えて、遮光膜が単層であるため、遮光膜を製造するときの工程数が少なく、欠陥を含む製造品質管理が容易になる。
さらに、遮光膜の膜厚が６０ｎｍ以下であるため、マスクパターンの電磁界効果に係るバイアス（ＥＭＦバイアス）及びマスクパターン立体構造起因のシャドーイング効果を許容範囲に収めることが可能になる。また、薄膜であるので、微細な遮光膜パターンを形成しやすい。
加えて、遮光膜が単層であるため、遮光膜を製造するときの工程数が少なく、欠陥を含む製造品質管理が容易になる。
また、本発明の転写用マスクは、転写パターンを有する遮光膜が本発明の前記マスクブランクの遮光膜と同じ特性を有する。このような転写用マスクとすることにより、転写パターンを有する遮光膜のＡｒＦ耐光性が高いことに加え、アライメントマーク検出感度不足により露光を行うことができないという問題を解決することができる。
まず、本発明の完成に至った経緯を述べる。本発明者らは、長波長検出光ＬＷを用いたアライメントマークの検出感度不足の原因を鋭意研究した。その結果、アライメントマーク検出感度不足は光学コントラスト不足によるものであり、これは、遮光膜が長波長検出光ＬＷを十分に減光することができないことに起因していることを突き止めた。
そこで、長波長検出光ＬＷを十分に減光することができる遮光膜の研究を行った。ここで、長波長検出光ＬＷの波長が露光装置によって異なっていても適用できることを念頭に置いて研究を行った。
そこで、長波長検出光ＬＷを十分に減光することができる遮光膜の研究を行った。ここで、長波長検出光ＬＷの波長が露光装置によって異なっていても適用できることを念頭に置いて研究を行った。
高いＡｒＦ耐光性をもつケイ素と窒素を含有する材料は、８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長の光に対して波長が長いほど透過率が高まる。言い換えれば、波長が長いほど消衰係数ｋが小さくなる分光特性を有する。そこで、波長９００ｎｍにおける遮光膜の透過率を規定することにより、遮光膜が長波長検出光ＬＷに対する十分な減光性を得るようにする。以上のことを鑑み、遮光膜をケイ素と窒素を含有する材料で形成し、且つ遮光膜の透過率を波長９００ｎｍで規定することにより、高いＡｒＦ耐光性を確保しつつ、アライメントマーク検出不良の問題を解決できると考えた。
また、微細なパターンの転写が可能なように、遮光膜のＡｒＦ露光光に対する光学濃度、露光光に対する表面と裏面の各反射率、及び膜厚を規定した。
遮光膜について、さらに検討を行った結果、工程数が少なく、欠陥品質管理や製造工程管理が容易になる単層膜で前記規定を満たす膜ができることを見出し、本発明に至った。
遮光膜について、さらに検討を行った結果、工程数が少なく、欠陥品質管理や製造工程管理が容易になる単層膜で前記規定を満たす膜ができることを見出し、本発明に至った。
［マスクブランク］
次に、本発明の各実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るマスクブランク１００の構成を示す断面図である。図１に示すマスクブランク１００は、透光性基板１上に、遮光膜２及びハードマスク膜３がこの順に積層した構造を有する。
次に、本発明の各実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るマスクブランク１００の構成を示す断面図である。図１に示すマスクブランク１００は、透光性基板１上に、遮光膜２及びハードマスク膜３がこの順に積層した構造を有する。
［［透光性基板］］
透光性基板１は、合成石英ガラスのほか、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）などで形成することができる。これらの中でも、合成石英ガラスは、ＡｒＦ露光光（波長１９３ｎｍ）に対する透過率が高く、マスクブランクの透光性基板を形成する材料として特に好ましい。
透光性基板１は、合成石英ガラスのほか、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）などで形成することができる。これらの中でも、合成石英ガラスは、ＡｒＦ露光光（波長１９３ｎｍ）に対する透過率が高く、マスクブランクの透光性基板を形成する材料として特に好ましい。
［［遮光膜］］
遮光膜２は、ケイ素と窒素を含有する材料で形成される単層膜であって、好ましくは、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成される単層膜である。
遮光膜２には、ＡｒＦ露光光に対する耐光性が低下する要因となり得る遷移金属は含有しない。また、遮光膜２には、遷移金属を除く金属元素についても、ＡｒＦ露光光に対する耐光性が低下する要因となり得る可能性を否定できないため、含有させないことが望ましい。
遮光膜２は、ケイ素に加え、いずれの半金属元素を含有してもよい。この半金属元素の中でも、ホウ素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルから選ばれる１以上の元素を含有させると、スパッタリングターゲットとして用いるケイ素の導電性を高めることが期待できるため、好ましい。
遮光膜２は、ケイ素と窒素を含有する材料で形成される単層膜であって、好ましくは、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成される単層膜である。
遮光膜２には、ＡｒＦ露光光に対する耐光性が低下する要因となり得る遷移金属は含有しない。また、遮光膜２には、遷移金属を除く金属元素についても、ＡｒＦ露光光に対する耐光性が低下する要因となり得る可能性を否定できないため、含有させないことが望ましい。
遮光膜２は、ケイ素に加え、いずれの半金属元素を含有してもよい。この半金属元素の中でも、ホウ素、ゲルマニウム、アンチモン及びテルルから選ばれる１以上の元素を含有させると、スパッタリングターゲットとして用いるケイ素の導電性を高めることが期待できるため、好ましい。
遮光膜２は、窒素に加え、いずれの非金属元素を含有してもよい。ここで、本発明における非金属元素は、狭義の非金属元素（窒素、炭素、酸素、リン、硫黄、セレン）、ハロゲン及び貴ガスを含むものをいう。この非金属元素の中でも、炭素、フッ素及び水素から選ばれる１以上の元素を含有させると好ましい。遮光膜２は、後述の表層の領域を除き、酸素の含有量を５原子％以下に抑えることが好ましく、３原子％以下とすることがより好ましく、積極的に酸素を含有させることをしない（ＸＰＳ（Ｘ-ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等による組成分析を行ったときに検出下限値以下。）ことがさらに好ましい。窒化ケイ素系材料膜に酸素を含有させると、消衰係数ｋの値が小さくなって、十分な遮光性が得られにくくなるためである。
透光性基板１は、合成石英ガラス等のＳｉＯ２を主成分とする材料が好んで用いられる。遮光膜２が酸素を含有すると、遮光膜２の組成と透光性基板１の組成との差が小さくなり、遮光膜２にパターンを形成するときに行われるフッ素系ガスによるドライエッチングにおいて、透光性基板１とのエッチング選択性が得られにくくなるという問題も生じる。
遮光膜２は、貴ガスを含有してもよい。貴ガスは、反応性スパッタリングで薄膜を成膜する際に成膜室内に存在することによって成膜速度を大きくし、生産性を向上させることができる元素である。この貴ガスがプラズマ化し、ターゲットに衝突することでターゲットからターゲット構成粒子が飛び出し、途中、反応性ガスを取りこみつつ、透光性基板１上に積層されて薄膜が形成される。このターゲット構成粒子がターゲットから飛び出し、透光性基板１に付着するまでの間に成膜室中の貴ガスがわずかに取り込まれる。この反応性スパッタリングで必要とされる貴ガスとして好ましいものとしては、アルゴン、クリプトン、キセノンが挙げられる。また、薄膜の応力を緩和するために、原子量の小さいヘリウム、ネオンを薄膜に積極的に取りこませることができる。
遮光膜２の窒素含有量は、５０原子％以下であることが好ましく、４５原子％以下であることがより好ましい。これは、窒素の含有量が５０原子％を超えるとＡｒＦ露光光及び長波長検出光ＬＷに対する消衰係数が小さくなって、十分な遮光や減光を行うことが困難になるためである。また、遮光膜２の窒素含有量は、２５原子％以上であることが好ましく、３０原子％以上であることがより好ましい。これは、窒素の含有量が２５原子％未満であると洗浄耐性が不足しやすく、また酸化が起こりやすく、膜の経時安定性が損なわれやすいからである。
また、遮光膜２のケイ素の含有量は、５０原子％以上であることが好ましく、好ましくは５５原子％以上であることがより好ましい。これは、ケイ素の含有量が５０原子％未満であるとＡｒＦ露光光及び長波長検出光ＬＷに対する消衰係数が小さくなって、十分な遮光や減光を行うことが困難になるためである。また、遮光膜２のケイ素の含有量は、７５原子％以下であることが好ましく、６５原子％以下であることがより好ましい。これは、窒素の含有量が７５原子％を超えると洗浄耐性が不足しやすく、また酸化が起こりやすく、膜の経時安定性が損なわれやすいからである。
また、遮光膜２のケイ素の含有量は、５０原子％以上であることが好ましく、好ましくは５５原子％以上であることがより好ましい。これは、ケイ素の含有量が５０原子％未満であるとＡｒＦ露光光及び長波長検出光ＬＷに対する消衰係数が小さくなって、十分な遮光や減光を行うことが困難になるためである。また、遮光膜２のケイ素の含有量は、７５原子％以下であることが好ましく、６５原子％以下であることがより好ましい。これは、窒素の含有量が７５原子％を超えると洗浄耐性が不足しやすく、また酸化が起こりやすく、膜の経時安定性が損なわれやすいからである。
遮光膜２は、ケイ素及び窒素からなる材料で形成することが好ましい。なお、貴ガスは、薄膜に対してＲＢＳ（Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋ−Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）やＸＰＳのような組成分析を行っても検出することが困難な元素である。しかしながら、上述のように、反応性スパッタリングで遮光膜２を形成する際に、貴ガスがわずかに取り込まれる。このため、前記のケイ素及び窒素からなる材料には、貴ガスを含有する材料も包含しているとみなすことができる。
遮光膜２は、厚さが６０ｎｍ以下であることが求められる。遮光膜２の厚さを６０ｎｍ以下とすることで、マスクパターンの電磁界効果に係るバイアス（ＥＭＦバイアス）及びマスクパターン立体構造起因のシャドーイング効果を許容範囲に収めることが可能になる。また、比較的薄膜であるので、微細な遮光膜パターンを形成しやすくなる。遮光膜２の厚さは５８ｎｍ以下であるとより好ましい。
一方、遮光膜２は、厚さが４０ｎｍ以上であることが好ましく、４５ｎｍ以上であることがより好ましい。遮光膜２の厚さが４０ｎｍ未満であると、ＡｒＦ露光光に対して下記の光学濃度を確保することが困難になり、また、長波長検出光ＬＷに対しても十分な減光性を得ることが困難になる。
一方、遮光膜２は、厚さが４０ｎｍ以上であることが好ましく、４５ｎｍ以上であることがより好ましい。遮光膜２の厚さが４０ｎｍ未満であると、ＡｒＦ露光光に対して下記の光学濃度を確保することが困難になり、また、長波長検出光ＬＷに対しても十分な減光性を得ることが困難になる。
遮光膜２は、ＡｒＦ露光光に対する光学濃度（ＯＤ値）が２．５以上であることが求められ、２．８以上であることが好ましい。光学濃度が２．５未満であるとＡｒＦ露光光に対する遮光性が不足して、このマスクブランクを使用した転写用マスクを用いて露光を行ったとき、その投影光学像（転写像）のコントラストが不足しやすいという問題が生じる。一方、遮光膜２の薄膜化のため、遮光膜２の光学濃度は４．０以下であると好ましい。
遮光膜２は、ＡｒＦ露光光に対する表面反射率（透光性基板１側とは反対側の表面の反射率）が４０％以下であることが求められ、３８％以下であることが好ましい。ＡｒＦ露光光に対する表面反射率が４０％を超えると露光光の反射が大きくなりすぎて転写露光の際の投影光学像が劣化するという問題が生じる。
また、遮光膜２は、ＡｒＦ露光光に対する表面反射率が２０％以上であることが好ましい。ＡｒＦ露光光に対する表面反射率が２０％未満であると、波長１９３ｎｍまたはその近傍の波長の光を用いてマスクパターン検査を行うときのパターン検査感度が低下するためである。
また、遮光膜２は、ＡｒＦ露光光に対する表面反射率が２０％以上であることが好ましい。ＡｒＦ露光光に対する表面反射率が２０％未満であると、波長１９３ｎｍまたはその近傍の波長の光を用いてマスクパターン検査を行うときのパターン検査感度が低下するためである。
遮光膜２は、ＡｒＦ露光光に対する裏面反射率（透光性基板１側の面の反射率）が４０％以下であることが求められ、３５％以下であることが好ましい。ＡｒＦ露光光に対する裏面反射率が４０％を超えると露光光の反射が大きくなりすぎて転写露光の際の投影光学像が劣化するという問題が生じる。
遮光膜２のＡｒＦ露光光に対する光学濃度、表面反射率及び裏面反射率を前記の値の範囲にするため、遮光膜２は、ＡｒＦ露光光に対する屈折率ｎが１．６以上かつ２．１以下であることが好ましく、１．７以上かつ２．０以下であることがより好ましい。また、ＡｒＦ露光光に対する消衰係数ｋが１．６以上かつ２．１以下であることが好ましく、１．７以上かつ２．０以下であることがより好ましい。
遮光膜２は、波長９００ｎｍの光に対する透過率が５０％以下であることが求められ、４８％以下であることが好ましい。遮光膜２は、波長９００ｎｍの光に対する消衰係数ｋが０．０４以上であることが求められ、０．０４５以上であることが好ましい。また、遮光膜２の波長９００ｎｍの光に対する消衰係数ｋは０．１以下であることが好ましい。遮光膜２は、波長９００ｎｍの光に対する屈折率ｎが２．５以上であることが好ましく、２．７以上であることがより好ましい。また、遮光膜２の波長９００ｎｍの光に対する屈折率ｎは３．５以下であることが好ましい。
ケイ素と窒素を含有する材料からなる遮光膜２は、前述のように、波長８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の光に対して波長が長くなるほど透過率が高くなり、屈折率ｎおよび消衰係数ｋはともに小さくなる特性を有する。この分光特性により、９００ｎｍの波長の光に対する透過率が５０％以下で、消衰係数ｋが０．０４以上であると、遮光膜２により波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲にある長波長検出光ＬＷを十分に減光できるので、長波長検出光ＬＷを使って、このマスクブランクを用いて製造された転写用マスクに形成されたアライメントマークを十分なコントラストで検出することが可能になる。このことにより、アライメントマーク検出感度不足により露光が行えないという問題を解決することができる。
一方、遮光膜２は、波長７００ｎｍの光に対する透過率が４５％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましい。遮光膜２は、波長７００ｎｍの光に対する消衰係数ｋが０．１０以上であることが好ましく、０．１５以上であることがより好ましい。また、遮光膜２の波長９００ｎｍの光に対する消衰係数ｋは０．５以下であることが好ましい。また、遮光膜２は、波長７００ｎｍの光に対する屈折率ｎが２．８以上であることが好ましく、３．０以上であることがより好ましい。また、遮光膜２の波長７００ｎｍの光に対する屈折率ｎは３．８以下であることが好ましい。
露光装置によっては、転写用マスクに形成されたバーコード等の識別マークを８００ｎｍよりも短い波長（例えば、６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長。）の検出光を用いて読み取ることが行われる。上記のような波長７００ｎｍの光に対する光学特性を有する遮光膜２を有するマスクブランクを用いて製造された転写用マスクは、上記の８００ｎｍよりも短い波長の検出光で識別コードを確実に読み取ることができる。
薄膜の屈折率ｎ及び消衰係数ｋは、その薄膜の組成だけで決まるものではない。その薄膜の膜密度及び結晶状態なども、屈折率ｎ及び消衰係数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遮光膜２を成膜するときの諸条件を調整して、遮光膜２が所望の屈折率ｎ及び消衰係数ｋとなって、ＡｒＦ露光光に対する光学濃度（ＯＤ値）、裏面反射率、表面反射率、及び波長９００ｎｍの光に対する消衰係数ｋが規定の値に収まるように成膜する。遮光膜２を、上記の屈折率ｎ及び消衰係数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、ターゲットに印加する電力、ターゲットと透光性基板との間の距離等の位置関係など多岐にわたる。また、これらの成膜条件は成膜装置に固有のものであり、形成される遮光膜２が所望の屈折率ｎ及び消衰係数ｋになるように適宜調整されるものである。
遮光膜２は、自然酸化が起こる表層を除いて層の厚さ方向でその組成が均一な膜、または膜組成傾斜した膜からなる単層膜とする。単層膜とすることにより、製造工程数が少なくなって生産効率が高くなるとともに欠陥を含む製造品質管理が容易になる。
酸素を積極的に含有させず、かつケイ素と窒素を含有する膜は、ＡｒＦ露光光に対する耐光性は高いが、酸素を積極的に含有させたケイ素と窒素を含有する膜に比べて耐薬性が低い傾向にある。また、遮光膜２の透光性基板１側とは反対側の表層として、酸素を積極的に含有させない遮光膜２を用いたマスクブランク１００の場合、そのマスクブランク１００から作製した転写用マスク２００に対してマスク洗浄や大気中での保管を行うことによって、遮光膜２の表層が酸化していくことを回避するのは難しい。遮光膜２の表層が酸化すると遮光膜２のＡｒＦ露光光に対する表面反射率が変化し、転写用マスク２００の露光転写特性が変わるという問題が生じる。
これらのことから、遮光膜２の透光性基板１側とは反対側の表層は積極的に酸素を含有させることが好ましいが、一方で遮光膜２の全体に酸素が含まれていると、前述のように、ＡｒＦ露光光の遮光性や長波長検出光ＬＷに対する減光性が低下するという問題が生じる。
このため、遮光膜２は、その表層に透光性基板１側とは反対側の表面に向かって酸素含有量が増加していく組成傾斜部を有し、遮光膜２における表層以外の部分（遮光膜２のバルク部）はケイ素及び窒素からなる材料で形成されていることが望ましい。ここで、遮光膜２のバルク部を構成するケイ素及び窒素からなる材料とは、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料のことである。なお、この場合の遮光膜２のＡｒＦ露光光に対する屈折率ｎ及び消衰係数ｋは、いずれも表層を含む遮光膜２の全体での値であり、その波長９００ｎｍの光に対する消衰係数ｋも、表層を含む遮光膜２の全体での値である。
このため、遮光膜２は、その表層に透光性基板１側とは反対側の表面に向かって酸素含有量が増加していく組成傾斜部を有し、遮光膜２における表層以外の部分（遮光膜２のバルク部）はケイ素及び窒素からなる材料で形成されていることが望ましい。ここで、遮光膜２のバルク部を構成するケイ素及び窒素からなる材料とは、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料のことである。なお、この場合の遮光膜２のＡｒＦ露光光に対する屈折率ｎ及び消衰係数ｋは、いずれも表層を含む遮光膜２の全体での値であり、その波長９００ｎｍの光に対する消衰係数ｋも、表層を含む遮光膜２の全体での値である。
遮光膜２は、スパッタリングによって形成されるが、ＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリング及びイオンビームスパッタリングなどのいずれのスパッタリングも適用可能である。導電性が低いターゲット（ケイ素ターゲット、半金属元素を含有しないあるいは含有量の少ないケイ素化合物ターゲットなど）を用いる場合においては、ＲＦスパッタリングやイオンビームスパッタリングを適用することが好ましいが、成膜レートを考慮すると、ＲＦスパッタリングを適用することがより好ましい。
マスクブランク１００を製造する方法としては、ケイ素ターゲットまたはケイ素に半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素を含有する材料からなるターゲットを用い、窒素系ガスと貴ガスを含むスパッタリングガス中での反応性スパッタリングによって、透光性基板１上に遮光膜２を形成する方法が好ましい。
遮光膜形成工程で用いられる窒素系ガスは、窒素を含有するガスであればいずれのガスも適用可能である。上記の通り、遮光膜２は、その表層を除いて酸素含有量を低く抑えることが好ましいため、酸素を含有しない窒素系ガスを適用することが好ましく、窒素ガス（Ｎ２ガス）を適用することがより好ましい。また、遮光膜２の形成工程で用いられる貴ガスは、いずれの貴ガスも適用可能である。この貴ガスとして好ましいものとしては、アルゴン、クリプトン、キセノンが挙げられる。また、薄膜の応力を緩和するために、原子量の小さいヘリウム、ネオンを薄膜に積極的に取りこませることができる。
透光性基板１側とは反対側の表面に向かって酸素含有量が増加していく組成傾斜部を有する遮光膜２の形成方法としては、遮光膜２をスパッタリングで成膜している最終段階で徐々に雰囲気ガスとして酸素ガスを添加する方法のほか、遮光膜２をスパッタリングにより成膜した後で、大気中などの酸素を含有する気体中における加熱処理、大気中などの酸素を含有する気体中でのフラッシュランプ等の光照射処理、オゾンや酸素プラズマを遮光膜の表面に接触させる処理などの後処理を追加する方法が挙げられる。
一方、遮光膜のＡｒＦ露光光に対する表面反射率をより低くする（例えば３０％以下）ことが好ましい場合、上記の単層構造の遮光膜でそれを実現しようとすると、窒素をより多く含有させることが必要となる。この場合、遮光膜の単位膜厚当たりの光学濃度が低下し、所定の遮光性能を確保するためには、遮光膜の膜厚を厚くする必要が生じる。このような低い表面反射率が求められる場合は、遮光膜を透光性基板側から下層と上層の積層構造とし、下層を上記実施の形態の単層構造の遮光膜の材料を適用し、上層をケイ素と酸素を含有する材料で形成することが好ましい。
すなわち、この別の形態のマスクブランクは、透光性基板上に遮光膜を備え、遮光膜が透光性基板側から下層と上層が順に積層した構造を有し、下層がケイ素と窒素を含有する材料で形成され、上層がケイ素と酸素を含有する材料で形成され、遮光膜のＡｒＦ露光光に対する光学濃度が２．５以上であり、遮光膜のＡｒＦ露光光に対する表面反射率が３０％以下であり、遮光膜のＡｒＦ露光光に対する裏面反射率が４０％以下であり、遮光膜の９００ｎｍの波長の光に対する透過率が５０％以下であり、遮光膜の下層における９００ｎｍの波長の光に対する消衰係数ｋが０．０４以上であり、遮光膜の厚さが６０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
また、この別の形態のマスクブランクにおいて、遮光膜の下層は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されていることが好ましい。さらに、この別の形態のマスクブランクにおいて、遮光膜の上層は、ケイ素及び酸素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と酸素とからなる材料で形成されていることが好ましい。この遮光膜の下層の具体的な構成については、上記実施の形態の単層構造の遮光膜の場合と同様である。
この上層は、波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の光に対する消衰係数ｋがほぼゼロであり、上層はこれらの波長の光を遮光することに対してほとんど寄与できない。このため、遮光膜の下層のみで波長が８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の光に対する遮光性能を確保することが好ましい。また、この上層は、表面反射率を低減させる機能を有する必要があることから、ＡｒＦ露光光に対する遮光性能が低い。このため、遮光膜の下層のみでＡｒＦ露光光に対する所定の光学濃度を確保することが好ましい。
この別の形態の転写用マスクは、透光性基板上に転写パターンを有する遮光膜を備え、遮光膜が透光性基板側から下層と上層が順に積層した構造を有し、下層がケイ素と窒素を含有する材料で形成され、上層がケイ素と酸素を含有する材料で形成され、遮光膜のＡｒＦ露光光に対する光学濃度が２．５以上であり、遮光膜のＡｒＦ露光光に対する表面反射率が３０％以下であり、遮光膜のＡｒＦ露光光に対する裏面反射率が４０％以下であり、遮光膜の９００ｎｍの波長の光に対する透過率が５０％以下であり、遮光膜の下層における９００ｎｍの波長の光に対する消衰係数ｋが０．０４以上であり、遮光膜の厚さが６０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。なお、この別の形態のマスクブランクおよび転写用マスクに係るその他の事項（透光性基板、ハードマスク膜に関する事項等）については、上記実施の形態のマスクブランクおよび転写用マスクと同様である。
［［ハードマスク膜］］
前記遮光膜２を備えるマスクブランク１００において、遮光膜２をエッチングするときに用いられるエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料で形成されたハードマスク膜３を遮光膜２の上にさらに積層させた構成とするとより好ましい。遮光膜２は、所定の光学濃度を確保する必要があるため、その厚さを低減するには限界がある。ハードマスク膜３は、その直下の遮光膜２にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能する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３の厚さは遮光膜２の厚さに比べて大幅に薄くすることができる。そして、有機系材料のレジスト膜は、このハードマスク膜３にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能するだけの膜の厚さがあれば十分であるので、従来よりも大幅にレジスト膜の厚さを薄くすることができ、レジストパターン倒れなどの問題を抑制することができる。
前記遮光膜２を備えるマスクブランク１００において、遮光膜２をエッチングするときに用いられるエッチングガスに対してエッチング選択性を有する材料で形成されたハードマスク膜３を遮光膜２の上にさらに積層させた構成とするとより好ましい。遮光膜２は、所定の光学濃度を確保する必要があるため、その厚さを低減するには限界がある。ハードマスク膜３は、その直下の遮光膜２にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能する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３の厚さは遮光膜２の厚さに比べて大幅に薄くすることができる。そして、有機系材料のレジスト膜は、このハードマスク膜３にパターンを形成するドライエッチングが終わるまでの間、エッチングマスクとして機能するだけの膜の厚さがあれば十分であるので、従来よりも大幅にレジスト膜の厚さを薄くすることができ、レジストパターン倒れなどの問題を抑制することができる。
ハードマスク膜３は、クロム（Ｃｒ）を含有する材料で形成されていることが好ましい。クロムを含有する材料は、ＳＦ６などのフッ素系ガスを用いたドライエッチングに対して特に高いドライエッチング耐性を有している。
クロムを含有する材料を遮光膜２に用いた場合は、遮光膜２の膜厚が相対的に厚いので、遮光膜２のドライエッチングの際にサイドエッチングの問題が生じるが、ハードマスク膜３としてクロムを含有する材料を用いた場合は、ハードマスク膜３の膜厚が相対的に薄いので、サイドエッチングに起因する問題は生じにくい。
クロムを含有する材料を遮光膜２に用いた場合は、遮光膜２の膜厚が相対的に厚いので、遮光膜２のドライエッチングの際にサイドエッチングの問題が生じるが、ハードマスク膜３としてクロムを含有する材料を用いた場合は、ハードマスク膜３の膜厚が相対的に薄いので、サイドエッチングに起因する問題は生じにくい。
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、ホウ素及びフッ素から選ばれる１以上の元素を含有する材料、たとえばＣｒＮ、ＣｒＣ、ＣｒＯＮ、ＣｒＣＯ、ＣｒＣＯＮなどが挙げられる。クロム金属にこれらの元素が添加されるとその膜はアモルファス構造の膜になりやすく、その膜の表面ラフネス及び遮光膜２をドライエッチングしたときのラインエッジラフネスが抑えられるので好ましい。
また、ハードマスク膜３のドライエッチングの観点からも、ハードマスク膜３を形成する材料としては、クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素及びフッ素から選ばれる１以上の元素を含有する材料を用いることが好ましい。
クロム系材料は、塩素系ガスと酸素ガスと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。クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素及びフッ素から選ばれる１以上の元素を含有させることによって、塩素系ガスと酸素ガスと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ことが可能になる。また、ハードマスク膜３を形成するクロムを含有する材料に、インジウム、モリブデン及びスズのうち１以上の元素を含有させてもよい。インジウム、モリブデン及びスズのうち１以上の元素を含有させることで、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスに対するエッチングレートをより高くすることができる。
クロム系材料は、塩素系ガスと酸素ガスと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。クロムに酸素、窒素、炭素、ホウ素及びフッ素から選ばれる１以上の元素を含有させることによって、塩素系ガスと酸素ガスと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ことが可能になる。また、ハードマスク膜３を形成するクロムを含有する材料に、インジウム、モリブデン及びスズのうち１以上の元素を含有させてもよい。インジウム、モリブデン及びスズのうち１以上の元素を含有させることで、塩素系ガスと酸素ガスとの混合ガスに対するエッチングレートをより高くすることができる。
クロムを含有する材料以外でハードマスク膜３を形成する材料としては、タンタル（Ｔａ）やタングステン（Ｗ）などの金属のほか、タンタルなどの金属を含有する材料も適用可能である。たとえば、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、ホウ素及び炭素から選ばれる１以上の元素を含有させた材料などが挙げられる。その具体例としては、Ｔａ、ＴａＮ、ＴａＯ、ＴａＯＮ、ＴａＢＮ、ＴａＢＯ、ＴａＢＯＮ、ＴａＣＮ、ＴａＣＯ、ＴａＣＯＮ、ＴａＢＣＮ、ＴａＢＯＣＮなどが挙げられる。
マスクブランク１００において、ハードマスク膜３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３に形成すべき転写パターンに、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すること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。
マスクブランク１００においてハードマスク膜３を設けず遮光膜２に接してレジスト膜を直接形成することも可能である。この場合は、構造が簡単で、転写用マスクを製造するときもハードマスク膜３のドライエッチングが不要になるため、製造工程数を削減することが可能になる。なお、この場合、遮光膜２に対してＨＭＤＳ（ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）等の表面処理を行ってからレジスト膜を形成することが好ましい。
また、本発明のマスクブランクは、下記に記載するように、バイナリマスク用途に適するマスクブランクであるが、バイナリマスク用に限るものではなく、レベンソン型位相シフトマスク用のマスクブランク、あるいはＣＰＬ（Ｃｈｒｏｍｅｌｅｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）マスク用のマスクブランクとしても使用できる。
［転写用マスク］
図４に、本発明の実施形態であるマスクブランク１００から転写用マスク（バイナリマスク）２００を製造する工程の断面模式図を示す。
図４に、本発明の実施形態であるマスクブランク１００から転写用マスク（バイナリマスク）２００を製造する工程の断面模式図を示す。
本発明の実施の形態の転写用マスク２００は、透光性基板１上に、転写パターンを有する遮光膜２（遮光膜パターン２ａ）を備えたバイナリマスクであって、遮光膜は、ケイ素と窒素を含有する材料で形成された単層膜であり、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する光学濃度が２．５以上、表面反射率が４０％以下、裏面反射率が４０％以下であり、９００ｎｍの波長の光に対する透過率が５０％以下、消衰係数が０．０４以上であり、厚さが６０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
転写用マスク２００における透光性基板１、遮光膜２に関する事項については、マスクブランク１００と同様であり、転写用マスク２００は、マスクブランク１００と同様の技術的特徴を有している。
転写用マスク２００における透光性基板１、遮光膜２に関する事項については、マスクブランク１００と同様であり、転写用マスク２００は、マスクブランク１００と同様の技術的特徴を有している。
また、本発明の転写用マスク２００の製造方法は、上記のマスクブランク１００を用いるものであって、ドライエッチングによりハードマスク膜３に転写パターン及びアライメントマークなどを含むパターンを形成する工程と、これらのパターンを有するハードマスク膜３（ハードマスクパターン３ａ）をマスクとするドライエッチングにより遮光膜２に転写パターン及びアライメントマークなどを含むパターンを形成する工程と、ハードマスクパターン３ａを除去する工程とを備えることを特徴とするものである。
このような転写用マスク２００は、長波長検出光ＬＷを用いてアライメントを行う露光装置を用いる場合においても、十分なコントラストでアライメントマークの検出を行うことができるので、マスクアライメント動作がエラーを起こすことなく実行することができる。
その上で、転写用マスク２００は、ＡｒＦ耐光性が高く、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光を積算照射された後のものであっても、遮光膜パターン２ａのＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）変化（太り）を小さい範囲に抑制できる。
その上で、転写用マスク２００は、ＡｒＦ耐光性が高く、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光を積算照射された後のものであっても、遮光膜パターン２ａのＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）変化（太り）を小さい範囲に抑制できる。
これらのことから、長波長検出光ＬＷを用いてアライメントを行う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転写用マスク２００をセットし、レジスト膜に遮光膜パターン２ａを露光転写する際も、マスクアライメント動作を伴って半導体デバイス上のレジスト膜に設計仕様を十分に満たす精度でパターンを転写することができる。
以下、図４に示す製造工程にしたがって、転写用マスク２００の製造方法の一例を説明する。なお、この例では、遮光膜２にはケイ素と窒素を含有する材料を適用し、ハードマスク膜３にはクロムを含有する材料を適用している。
まず、マスクブランク１００（図４（ａ）参照）を準備し、ハードマスク膜３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、遮光膜２に対して形成すべき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、レジストパターン４ａを形成する（図４（ｂ）参照）。なお、電子線描画したパターンには、転写パターンのほかアライメントマークなどが含まれている。
続いて、レジストパターン４ａをマスクとし、塩素と酸素との混合ガスなどの塩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３にパターン（ハードマスクパターン３ａ）を形成する（図４（ｃ）参照）。塩素系ガスとしては、Ｃｌが含まれていれば特に制限はなく、たとえば、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ２、ＣＨＣｌ３、ＣＨ２Ｃｌ２、ＢＣｌ３等を挙げることができる。塩素と酸素との混合ガスを用いる場合は、たとえば、そのガス流量比をＣｌ２：Ｏ２＝４：１にするとよい。
次に、アッシングやレジスト剥離液を用いてレジストパターン４ａを除去する（図４（ｄ）参照）。
次に、アッシングやレジスト剥離液を用いてレジストパターン４ａを除去する（図４（ｄ）参照）。
続いて、ハードマスクパターン３ａをマスクとし、フッ素系ガスを用いたドライエッチングを行い、遮光膜２にパターン（遮光膜パターン２ａ）を形成する（図４（ｅ）参照）。フッ素系ガスとしては、Ｆを含むものであれば用いることができるが、ＳＦ６が好適である。ＳＦ６の他としては、たとえば、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８等を挙げることができるが、Ｃを含むフッ素系ガスは、ガラス材料の透光性基板１に対するエッチングレートが比較的高い。ＳＦ６は透光性基板１へのダメージが小さいので好ましい。なお、ＳＦ６にＨｅなどを加えるとさらによい。
その後、クロムエッチング液を用いてハードマスクパターン３ａを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、転写用マスク２００を得る（図４（ｆ）参照）。なお、このハードマスクパターン３ａの除去工程は、塩素と酸素との混合ガスを用いたドライエッチングで行ってもよい。ここで、クロムエッチング液としては、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸を含む混合物を挙げることができる。
なお、ここでは転写用マスク２００がバイナリマスクの場合を説明したが、本発明の転写用マスクはバイナリマスクに限らず、レベンソン型位相シフトマスク及びＣＰＬマスクに対しても適用することができる。すなわち、レベンソン型位相シフトマスクの場合は、その遮光膜に本発明の遮光膜を用いることができる。また、ＣＰＬマスクの場合は、主に外周の遮光帯を含む領域に本発明の遮光膜を用いることができる。そして、バイナリマスクの場合と同様に、レベンソン型位相シフトマスク及びＣＰＬマスクの場合においても長波長検出光ＬＷにより十分なコントラストでアライメントマーク検出を行うことができる。
さらに、本発明の半導体デバイスの製造方法は、前記の転写用マスク２００または前記のマスクブランク１００を用いて製造された転写用マスク２００を用い、半導体基板上のレジスト膜にパターンを露光転写することを特徴としている。
本発明の転写用マスク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、本発明の転写用マスクを用いて半導体ウェハ上に形成されたレジスト膜に対して露光を行う際に、十分な感度でアライメントマーク検出を行うことができる。このため、アライメントマーク検出感度不足にともなう露光動作停止を起こすことなく、且つ高いＡｒＦ耐光性を有して半導体デバイスを製造することができる。
本発明の転写用マスク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、本発明の転写用マスクを用いて半導体ウェハ上に形成されたレジスト膜に対して露光を行う際に、十分な感度でアライメントマーク検出を行うことができる。このため、アライメントマーク検出感度不足にともなう露光動作停止を起こすことなく、且つ高いＡｒＦ耐光性を有して半導体デバイスを製造することができる。
以下、実施例により、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
［マスクブランクの製造］
主表面の寸法が約１５２ｍｍ×約１５２ｍｍで、厚さが約６．２５ｍｍの合成石英ガラスからなる透光性基板１を準備した。この透光性基板１は、端面及び主表面が所定の表面粗さに研磨され、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った。
（実施例１）
［マスクブランクの製造］
主表面の寸法が約１５２ｍｍ×約１５２ｍｍで、厚さが約６．２５ｍｍの合成石英ガラスからなる透光性基板１を準備した。この透光性基板１は、端面及び主表面が所定の表面粗さに研磨され、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った。
次に、枚葉式ＲＦスパッタ装置内に透光性基板１を設置し、ケイ素（Ｓｉ）ターゲットを用い、クリプトン（Ｋｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）及び窒素（Ｎ２）の混合ガス（流量比 Ｋｒ：Ｈｅ：Ｎ２＝１０：１００：１、圧力＝０．１Ｐａ）をスパッタリングガスとし、ＲＦ電源の電力を１．５ｋＷとし、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、ケイ素及び窒素からなる遮光膜２（Ｓｉ：Ｎ＝５０原子％：５０原子％）を５７ｎｍの厚さで形成した。ここで、遮光膜２の組成は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）による測定によって得られた結果である。以下、他の膜に関しても膜組成の測定方法は同様である。
次に、膜の応力調整を目的に、この遮光膜２が形成された透光性基板１に対し、大気中において加熱温度５００℃、処理時間１時間の条件で加熱処理を行った。加熱処理後の遮光膜２の分光透過率を分光光度計（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製、Ｃａｒｙ４０００）を用いて測定した結果を図２に示す。波長８００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の長波長の光に対する透過率は波長が長くなるとともに単調に増加し、波長８００ｎｍ、波長８５０ｎｍ、８９０ｎｍ及び９００ｎｍの透過率はそれぞれ４２．８％、４４．９％、４６．７％及び４７．０％であった。また、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）に対する光学濃度（ＯＤ値）は２．９６であった。
また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製 Ｍ−２０００Ｄ）を用いてこの遮光膜２の屈折率ｎと消衰係数ｋを測定した。その分光特性、すなわち各波長に対する屈折率ｎと消衰係数ｋの測定結果を図３に示す。波長１９３ｎｍにおける屈折率ｎは１．８３０、消衰係数ｋは１．７８５、波長８００ｎｍにおける屈折率ｎは３．１７２、消衰係数ｋは０．０９３、波長８５０ｎｍにおける屈折率ｎは３．１３７、消衰係数ｋは０．０６６、波長８９０ｎｍにおける屈折率ｎは３．１１２、消衰係数ｋは０．０５０、波長９００ｎｍにおける屈折率ｎは３．１０６、消衰係数ｋは０．０４７であった。
波長１９３ｎｍにおける遮光膜２の表面反射率及び裏面反射率を分光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製、Ｕ−４１００）を用いて測定したところ、その値は各々３７．１％、３０．０％であった。
次に、枚葉式ＤＣスパッタ装置内に加熱処理後の遮光膜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、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）との混合ガス雰囲気で反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）を行い、膜厚５ｎｍのＣｒＮ膜からなるハードマスク膜３を成膜した。ＸＰＳで測定したこの膜の膜組成比は、Ｃｒが７５原子％、Ｎが２５原子％であった。そして、遮光膜２で行った加熱処理より低い温度（２８０℃）で熱処理を行い、ハードマスク膜３の応力調整を行った。
以上の手順により、透光性基板１上に、遮光膜２及びハードマスク膜３が積層した構造を備えるマスクブランク１００を製造した。
以上の手順により、透光性基板１上に、遮光膜２及びハードマスク膜３が積層した構造を備えるマスクブランク１００を製造した。
［転写用マスクの製造］
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の転写用マスク（バイナリマスク）２００を作製した。
まず、実施例１のマスクブランク１００（図４（ａ）参照）を準備し、ハードマスク膜３の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚８０ｎｍで形成した。次に、このレジスト膜に対して、遮光膜２に形成すべき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、レジストパターン４ａを形成した（図４（ｂ）参照）。なお、電子線描画したパターンには、転写パターンのほかアライメントマークなどが含まれている。
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の転写用マスク（バイナリマスク）２００を作製した。
まず、実施例１のマスクブランク１００（図４（ａ）参照）を準備し、ハードマスク膜３の表面に接して、電子線描画用化学増幅型レジストからなるレジスト膜を膜厚８０ｎｍで形成した。次に、このレジスト膜に対して、遮光膜２に形成すべき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、レジストパターン４ａを形成した（図４（ｂ）参照）。なお、電子線描画したパターンには、転写パターンのほかアライメントマークなどが含まれている。
次に、レジストパターン４ａをマスクとし、塩素と酸素との混合ガス（ガス流量比 Ｃｌ２：Ｏ２＝４：１）を用いたドライエッチングを行い、ハードマスク膜３にパターン（ハードマスクパターン３ａ）を形成した（図４（ｃ）参照）。
次に、レジストパターン４ａを除去した（図４（ｄ）参照）。続いて、ハードマスクパターン３ａをマスクとし、フッ素系ガス（ＳＦ６とＨｅの混合ガス）を用いたドライエッチングを行い、遮光膜２にパターン（遮光膜パターン２ａ）を形成した（図４（ｅ）参照）。
その後、硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸を含むクロムエッチング液を用いてハードマスクパターン３ａを除去し、洗浄等の所定の処理を経て、転写用マスク２００を得た（図４（ｆ）参照）。
製造した実施例１の転写用マスク２００を長波長検出光ＬＷを用いる露光装置にセットしてアライメントマークの検出を行ったところ十分なコントラストでマーク検出を行うことができた。そして、マスクアライメント動作を１回もエラーを起こすことなく実行することができた。
次に、この転写用マスク２００に対して、ＡｒＦエキシマレーザー光を積算照射量４０ｋＪ／ｃｍ２で間欠照射する処理を行った。この照射処理の前後における遮光膜パターン２ａのＣＤ変化量は、１．２ｎｍ以下であり、遮光膜パターン２ａとして使用可能な範囲のＣＤ変化量であった。このことから、遮光膜パターン２ａは実用上十分なＡｒＦ耐性を有していることがわかった。
実施例１の転写用マスク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を行った結果、マスクアライメント不良を起こすことなく、回路パターンを高精度に形成することができた。
（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、遮光膜を下記のようにした以外は、実施例１のマスクブランク１００と同様の手順で製造された。
［マスクブランクの製造］
比較例１のマスクブランクは、遮光膜を下記のようにした以外は、実施例１のマスクブランク１００と同様の手順で製造された。
比較例１の遮光膜の形成方法は以下の通りである。
枚葉式ＲＦスパッタ装置内に透光性基板１を設置し、ケイ素（Ｓｉ）ターゲットを用い、クリプトン（Ｋｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）及び窒素（Ｎ２）の混合ガスをスパッタリングガスとし、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、ケイ素及び窒素からなる遮光膜（Ｓｉ：Ｎ＝４８原子％：５２原子％）を１００ｎｍの厚さで形成した。
枚葉式ＲＦスパッタ装置内に透光性基板１を設置し、ケイ素（Ｓｉ）ターゲットを用い、クリプトン（Ｋｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）及び窒素（Ｎ２）の混合ガスをスパッタリングガスとし、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、ケイ素及び窒素からなる遮光膜（Ｓｉ：Ｎ＝４８原子％：５２原子％）を１００ｎｍの厚さで形成した。
次に、膜の応力調整を目的に、この遮光膜が形成された透光性基板１に対し、大気中において加熱温度５００℃、処理時間１時間の条件で加熱処理を行った。加熱処理後の遮光膜の分光透過率を分光光度計（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製、Ｃａｒｙ４０００）を用いて測定した結果、波長８００ｎｍ、波長８５０ｎｍ、８９０ｎｍ及び９００ｎｍの透過率はそれぞれ７４．２％、７４．２％、７３．９％及び７３．９％であった。また、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）に対する光学濃度（ＯＤ値）は２．９であった。
また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製 Ｍ−２０００Ｄ）を用いてこの遮光膜の屈折率ｎと消衰係数ｋを測定した。波長１９３ｎｍにおける屈折率ｎは２．４、消衰係数ｋは１．０、波長８００ｎｍにおける屈折率ｎは２．３、消衰係数ｋは０、波長８５０ｎｍにおける屈折率ｎは２．３、消衰係数ｋは０、波長８９０ｎｍにおける屈折率ｎは２．３、消衰係数ｋは０、波長９００ｎｍにおける屈折率ｎは２．３、消衰係数ｋは０であった。
波長１９３ｎｍにおける遮光膜の表面反射率及び裏面反射率を分光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製、Ｕ−４１００）を用いて測定したところ、その値はそれぞれ２１％、１５％であった。
［転写用マスクの製造］
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の転写用マスク（バイナリマスク）を製造した。
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の転写用マスク（バイナリマスク）を製造した。
製造した比較例１の転写用マスクを長波長検出光ＬＷを用いる露光装置にセットしてアライメントマークの検出を行ったところ十分なコントラストでマーク検出を行うことはできなかった。そして、マスクアライメントエラーをしばしば起こした。
次に、この比較例１の転写用マスクに対して、ＡｒＦエキシマレーザー光を積算照射量４０ｋＪ／ｃｍ２で間欠照射する処理を行った。この照射処理の前後における遮光膜パターンのＣＤ変化量は、１．２ｎｍ以下であり、遮光膜パターンとして使用可能な範囲のＣＤ変化量であり遮光膜パターンは実用上十分なＡｒＦ耐性を有していた。
比較例１の転写用マスク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を行ったところ、マスクアライメント不良をしばしば起こし、安定して半導体デバイス製造用の露光を行うことはできなかった。
１ 透光性基板
２ 遮光膜
２ａ 遮光膜パターン
３ ハードマスク膜
３ａ ハードマスクパターン
４ａ レジストパターン
１００ マスクブランク
２００ 転写用マスク（バイナリマスク）
２ 遮光膜
２ａ 遮光膜パターン
３ ハードマスク膜
３ａ ハードマスクパターン
４ａ レジストパターン
１００ マスクブランク
２００ 転写用マスク（バイナリマスク）
Claims (18)
- 透光性基板上に、遮光膜を備えたマスクブランクであって、
前記遮光膜は、ケイ素と窒素を含有する材料で形成された単層膜であり、
前記遮光膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する屈折率ｎが１．６以上２．１以下であり、
前記遮光膜は、前記露光光に対する消衰係数ｋが１．６以上２．１以下であり、
前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する消衰係数ｋが０．０４以上であり、
前記遮光膜は、厚さが４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である
ことを特徴とするマスクブランク。 - 前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する屈折率ｎが３．５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。
- 前記遮光膜は、７００ｎｍの波長の光に対する消衰係数ｋが０．１０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。
- 前記遮光膜は、７００ｎｍの波長の光に対する屈折率ｎが３．８以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されてい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。
- 前記遮光膜は、その表層に透光性基板側とは反対側の表面に向かって酸素含有量が増加していく組成傾斜部を有し、前記表層以外の遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されてい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。
- 前記遮光膜は、窒素の含有量が５０原子％以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、ケイ素の含有量が５０原子％以上であ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。
- 前記遮光膜上にクロムを含有する材料からなるハードマスク膜を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のマスクブランク。
- 透光性基板上に、転写パターンを有する遮光膜を備えた転写用マスクであって、
前記遮光膜は、ケイ素と窒素を含有する材料で形成された単層膜であり、
前記遮光膜は、ＡｒＦエキシマレーザーの露光光に対する屈折率ｎが１．６以上２．１以下であり、
前記遮光膜は、前記露光光に対する消衰係数ｋが１．６以上２．１以下であり、
前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する消衰係数ｋが０．０４以上であり、
前記遮光膜は、厚さが４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下である
ことを特徴とする転写用マスク。 - 前記遮光膜は、９００ｎｍの波長の光に対する屈折率ｎが３．５以下であることを特徴とする請求項１０記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、７００ｎｍの波長の光に対する消衰係数ｋが０．１０以上であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、７００ｎｍの波長の光に対する屈折率ｎが３．８以下であることを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されていることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、その表層に透光性基板側とは反対側の表面に向かって酸素含有量が増加していく組成傾斜部を有し、前記表層以外の遮光膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、または半金属元素及び非金属元素から選ばれる１以上の元素とケイ素と窒素とからなる材料で形成されていることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、窒素の含有量が５０原子％以下であることを特徴とする請求項１０から１５のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、ケイ素の含有量が５０原子％以上であることを特徴とする請求項１０から１６のいずれかに記載の転写用マスク。
- 請求項１０から１７のいずれかに記載の転写用マスクを用い、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。
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