JP7463183B2 - マスクブランク、転写用マスク、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 - Google Patents
マスクブランク、転写用マスク、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 Download PDFInfo
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Description
本発明は、マスクブランク、転写用マスク、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に関する。
一般に、半導体装置の製造工程では、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。この転写用マスクは、一般に透光性のガラス基板上に、金属薄膜等からなる遮光性の微細パターンを設けたものであり、この転写用マスクの製造においてもフォトリソグラフィー法が用いられている。
フォトリソグラフィー法による転写用マスクの製造には、ガラス基板等の透光性基板上に遮光膜を有するマスクブランクが用いられる。このマスクブランクを用いた転写用マスクの製造では、マスクブランク上に形成されたレジスト膜に対し、所望のパターン露光を施す露光工程と、所望のパターン露光に従って前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する現像工程と、レジストパターンに沿って前記遮光膜をエッチングするエッチング工程と、残存したレジストパターンを剥離除去する工程を行う。上記現像工程では、マスクブランク上に形成されたレジスト膜に対し所望のパターン露光を施した後に現像液を供給して、現像液に可溶なレジスト膜の部位を溶解し、レジストパターンを形成する。また、上記エッチング工程では、このレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングによって、レジストパターンの形成されていない遮光膜が露出した部位を溶解し、これにより所望のマスクパターンを透光性基板上に形成する。こうして、転写用マスクが出来上がる。
例えば、特許文献１では、クロム系材料の遮光膜を備えるマスクブランクが開示されている。また、特許文献２では、クロム系材料の遮光膜の上に、ｉ線レジスト膜を形成する工程、レーザー露光装置でパターンを露光する工程、現像処理等を行ってレジストパターンを形成する工程、レジストパターンをマスクとするエッチングを行って遮光膜にパターンを形成する工程が開示されている。
レジスト膜に微細なパターンを露光する（感光させる）には、電子線による露光描画が適している。しかし、従来の電子線描画装置は、レジスト膜上にパターンを露光描画するのに多くの時間が掛かるという問題がある。電子線照射器（電子銃）はいわゆる一筆書きでパターンを露光描画する原理であることと、通常の電子線描画装置には、１つの電子線照射器しか搭載していないことがその大きな理由である。
一方、レーザー描画装置は、１つのレーザー光源から複数のレーザー光をレジスト膜に対して照射することができる機構を備えている。このため、レーザー光による露光描画の速度は、電子線による露光描画に比べて大幅に速いというメリットがある。また、電子線による露光描画の線幅はレーザー光の線幅に比べて大幅に小さいが、電子線の線幅で転写パターンを作成することが常に求められている訳ではなく、電子線による露光描画は必須ではない場合がある。マスクブランクのレジスト膜への露光描画に電子線露光描画装置を使用しなくても済むケースが増えれば、リソースの有効利用が図れる。また、マスクブランクのレジスト膜に対するパターンの露光描画のスループットも大幅に向上する。
しかし、レーザー描画装置に用いられているレーザー光の波長は短くても３５０ｎｍ程度である。一方で、転写パターンの線幅としては、より小さい３００ｎｍ程度のものが要求される場合がある。従来、レーザー描画装置による露光描画では、それに用いられているレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをマスクブランクのレジスト膜に露光描画しても、露光描画後のレジスト膜を現像処理したときに露光描画したパターンをレジスト膜に解像させることが困難であった。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをレジスト膜に解像させることができるマスクブランク、転写用マスク、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を提供することを目的とする。
前記の課題を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）
基板上に、遮光膜を備えるマスクブランクであって、
前記遮光膜は、金属元素を含有する材料からなり、
前記遮光膜は、厚さ方向で前記金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜であり、
前記遮光膜は、前記基板に近い方から順に遮光部と反射防止部に分割したときに、
３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する前記反射防止部の屈折率ｎＡが、２．１以下であり、
前記波長領域の光が前記反射防止部を透過したときに前記波長領域の光に生じる位相差が、２８度以上である
ことを特徴とするマスクブランク
（構成１）
基板上に、遮光膜を備えるマスクブランクであって、
前記遮光膜は、金属元素を含有する材料からなり、
前記遮光膜は、厚さ方向で前記金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜であり、
前記遮光膜は、前記基板に近い方から順に遮光部と反射防止部に分割したときに、
３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する前記反射防止部の屈折率ｎＡが、２．１以下であり、
前記波長領域の光が前記反射防止部を透過したときに前記波長領域の光に生じる位相差が、２８度以上である
ことを特徴とするマスクブランク
（構成２）
前記位相差は、４２度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。
前記位相差は、４２度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）
前記反射防止部の屈折率ｎＡは、１．９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。
前記反射防止部の屈折率ｎＡは、１．９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）
前記遮光部の屈折率ｎＳは、１．９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。
前記遮光部の屈折率ｎＳは、１．９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）
前記遮光部の屈折率ｎＳは、２．８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。
前記遮光部の屈折率ｎＳは、２．８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）
前記波長領域の光に対する前記遮光部の消衰係数ｋＳは、２．８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。
前記波長領域の光に対する前記遮光部の消衰係数ｋＳは、２．８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）
前記波長領域の光に対する前記反射防止部の消衰係数ｋＡは、１．０以下であることを特徴とする構成１から６のいずれかに記載のマスクブランク。
前記波長領域の光に対する前記反射防止部の消衰係数ｋＡは、１．０以下であることを特徴とする構成１から６のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成８）
前記遮光膜は、クロムを含有する材料で形成されてい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。
前記遮光膜は、クロムを含有する材料で形成されていることを特徴とする構成１から７のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成９）
前記遮光膜は、露光光に対する光学濃度が３以上であることを特徴とする構成１から８のいずれかに記載のマスクブランク。
前記遮光膜は、露光光に対する光学濃度が３以上であることを特徴とする構成１から８のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成１０）
前記遮光膜の表面に接してレジスト膜が形成されていることを特徴とする構成１から９のいずれかに記載のマスクブランク。
前記遮光膜の表面に接してレジスト膜が形成されていることを特徴とする構成１から９のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成１１）
前記波長領域の光に対する前記レジスト膜の屈折率ｎＲは、１．５０以上であることを特徴とする構成１０記載のマスクブランク。
前記波長領域の光に対する前記レジスト膜の屈折率ｎＲは、１．５０以上であることを特徴とする構成１０記載のマスクブランク。
（構成１２）
前記レジスト膜は、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の露光光で感光する材料で形成されていることを特徴とする構成１０または１１に記載のマスクブランク。
前記レジスト膜は、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の露光光で感光する材料で形成されていることを特徴とする構成１０または１１に記載のマスクブランク。
（構成１３）
基板上に、転写パターンを有する遮光膜を備える転写用マスクであって、
前記遮光膜は、金属元素を含有する材料からなり、
前記遮光膜は、厚さ方向で前記金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜であり、
前記遮光膜は、前記基板に近い方から順に遮光部と反射防止部に分割したときに、
３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する前記反射防止部の屈折率ｎＡが、２．１以下であり、
前記波長領域の光が前記反射防止部を透過したときに前記波長領域の光に生じる位相差が、２８度以上である
ことを特徴とする転写用マスク。
基板上に、転写パターンを有する遮光膜を備える転写用マスクであって、
前記遮光膜は、金属元素を含有する材料からなり、
前記遮光膜は、厚さ方向で前記金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜であり、
前記遮光膜は、前記基板に近い方から順に遮光部と反射防止部に分割したときに、
３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する前記反射防止部の屈折率ｎＡが、２．１以下であり、
前記波長領域の光が前記反射防止部を透過したときに前記波長領域の光に生じる位相差が、２８度以上である
ことを特徴とする転写用マスク。
（構成１４）
前記位相差は、４２度以下であることを特徴とする構成１３記載の転写用マスク。
前記位相差は、４２度以下であることを特徴とする構成１３記載の転写用マスク。
（構成１５）
前記反射防止部の屈折率ｎＡは、１．９以上であることを特徴とする構成１３または１４に記載の転写用マスク。
前記反射防止部の屈折率ｎＡは、１．９以上であることを特徴とする構成１３または１４に記載の転写用マスク。
（構成１６）
前記遮光部の屈折率ｎＳは、１．９以上であることを特徴とする構成１３から１５のいずれかに記載の転写用マスク。
前記遮光部の屈折率ｎＳは、１．９以上であることを特徴とする構成１３から１５のいずれかに記載の転写用マスク。
（構成１７）
前記遮光部の屈折率ｎＳは、２．８以下であることを特徴とする構成１３から１６のいずれかに記載の転写用マスク。
前記遮光部の屈折率ｎＳは、２．８以下であることを特徴とする構成１３から１６のいずれかに記載の転写用マスク。
（構成１８）
前記波長領域の光に対する前記遮光部の消衰係数ｋＳは、２．８以上であることを特徴とする構成１３から１７のいずれかに記載の転写用マスク。
前記波長領域の光に対する前記遮光部の消衰係数ｋＳは、２．８以上であることを特徴とする構成１３から１７のいずれかに記載の転写用マスク。
（構成１９）
前記波長領域の光に対する前記反射防止部の消衰係数ｋＡは、１．０以下であることを特徴とする構成１３から１８のいずれかに記載の転写用マスク。
前記波長領域の光に対する前記反射防止部の消衰係数ｋＡは、１．０以下であることを特徴とする構成１３から１８のいずれかに記載の転写用マスク。
（構成２０）
前記遮光膜は、クロムを含有する材料で形成されていることを特徴とする構成１３から１９のいずれかに記載の転写用マスク。
前記遮光膜は、クロムを含有する材料で形成されていることを特徴とする構成１３から１９のいずれかに記載の転写用マスク。
（構成２１）
前記遮光膜は、露光光に対する光学濃度が３以上であることを特徴とする構成１３から２０のいずれかに記載の転写用マスク。
前記遮光膜は、露光光に対する光学濃度が３以上であることを特徴とする構成１３から２０のいずれかに記載の転写用マスク。
（構成２２）
構成１０から１２のいずれかに記載のマスクブランクを用いる転写用マスクの製造方法であって、
前記レジスト膜に対し、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の露光光で転写パターンを露光した後、現像処理を行って、転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンを有するレジスト膜をマスクとするエッチングにより、前記遮光膜に転写パターンを形成する工程と
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。
構成１０から１２のいずれかに記載のマスクブランクを用いる転写用マスクの製造方法であって、
前記レジスト膜に対し、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の露光光で転写パターンを露光した後、現像処理を行って、転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンを有するレジスト膜をマスクとするエッチングにより、前記遮光膜に転写パターンを形成する工程と
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。
（構成２３）
前記遮光膜に転写パターンを形成する工程は、塩素を含有するガスを用いたドライエッチングにより、前記遮光膜に転写パターンを形成することを特徴とする構成２２記載の転写用マスクの製造方法。
前記遮光膜に転写パターンを形成する工程は、塩素を含有するガスを用いたドライエッチングにより、前記遮光膜に転写パターンを形成することを特徴とする構成２２記載の転写用マスクの製造方法。
（構成２４）
請求項１３から２１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。
請求項１３から２１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２５）
構成２２または２３に記載の転写用マスクの製造方法によって製造した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２２または２３に記載の転写用マスクの製造方法によって製造した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。
本発明に係るマスクブランクによれば、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをレジスト膜に解像させることができる。これにより、マスクブランクのレジスト膜への露光描画に電子線露光描画装置を使用しなくても済むケースを増やすことができ、リソースの有効利用を図ることができる。
まず、本発明に到った経緯について説明する。
本発明者らは、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをレジスト膜に解像させるためのマスクブランクの構成について鋭意研究を行った。転写用マスクを製造するためのマスクブランクは、基板上に遮光膜を備えており、この遮光膜の上にレジスト膜が形成される。また、レーザー描画装置で使用されるレーザー光（すなわち露光光）の露光波長としては、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域のものが通常使用されている。本発明者は、レジスト膜の成膜条件は変えずに、遮光膜の成膜条件を変えて、複数のマスクブランクを作成した。レーザー描画に用いる露光光として、上記の波長領域の範囲から波長の異なる複数のレーザー光を選定した。そして、上記の各マスクブランクのレジスト膜に対し、上記の選定した各レーザー光を用いたレーザー描画を行った。さらに、描画後の各マスクブランクのレジスト膜に対して現像処理を行い、各マスクブランクのレジスト膜に形成されるパターン（レジストパターン）の解像精度を比較した。その結果、同じ材料及び膜厚のレジスト膜であっても、遮光膜の特性により、レジストパターンの解像精度に大きな差があることが判明した。
本発明者らは、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをレジスト膜に解像させるためのマスクブランクの構成について鋭意研究を行った。転写用マスクを製造するためのマスクブランクは、基板上に遮光膜を備えており、この遮光膜の上にレジスト膜が形成される。また、レーザー描画装置で使用されるレーザー光（すなわち露光光）の露光波長としては、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域のものが通常使用されている。本発明者は、レジスト膜の成膜条件は変えずに、遮光膜の成膜条件を変えて、複数のマスクブランクを作成した。レーザー描画に用いる露光光として、上記の波長領域の範囲から波長の異なる複数のレーザー光を選定した。そして、上記の各マスクブランクのレジスト膜に対し、上記の選定した各レーザー光を用いたレーザー描画を行った。さらに、描画後の各マスクブランクのレジスト膜に対して現像処理を行い、各マスクブランクのレジスト膜に形成されるパターン（レジストパターン）の解像精度を比較した。その結果、同じ材料及び膜厚のレジスト膜であっても、遮光膜の特性により、レジストパターンの解像精度に大きな差があることが判明した。
本発明者は、レジストパターンの解像精度に影響を及ぼす要因をさらに検討した。３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域にわたって、レジストの感光精度を一定以上に高めるためには、遮光膜の反射率が一定以下であることが求められる。しかしながら、遮光膜を厚さ方向で均一な組成の単一層若しくは複数層の積層構造とした場合、特定の波長における反射率を抑えることはできるものの、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の比較的広範な波長領域にわたって一定以下とすることが困難であることが分かった。
そこで、本発明者は、遮光膜を厚さ方向で金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜とすることを検討した。組成傾斜膜とすることで、広範な波長領域にわたって反射率を抑制することが可能となる。ただし、組成傾斜膜の場合、波長領域に対する反射率の変動幅を抑制する点では有利となるが、満たすべき光学特性を直接算定することが非常に困難である。これを解決するために、本発明者は、組成傾斜膜である遮光膜を、擬似的に２層構造にモデル化することを検討した。具体的には、基板上の遮光膜について、上記の波長領域に対して、透過率と、表面反射率と、裏面反射率とをそれぞれ分光エリプソメータで測定した。そして、上述の波長領域の範囲から複数（少なくとも２以上、より好ましくは３以上。）の波長を選択し、各波長において、実測値と一致する屈折率や消衰係数となるような、上部及び下部の膜厚や屈折率、消衰係数をシミュレーションにより求めた。なお、このシミュレーションにより求められた下部は主として遮光部として機能し、上部は主として反射防止部として機能するものであった。
そして、本発明者は、組成傾斜膜である遮光膜を遮光部と反射防止部に分割したときに、満たすべき光学特性を検討した。その結果、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する反射防止部の屈折率ｎＡが２．１以下であり、波長領域の光が前記反射防止部を透過したときに前記波長領域の光に生じる位相差が２８度以上であると、上述した波長領域にわたって遮光膜の反射率を１５％以下に抑制することができ、レジストパターンの解像精度を高めることができることを見出した。
そこで、本発明者は、遮光膜を厚さ方向で金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜とすることを検討した。組成傾斜膜とすることで、広範な波長領域にわたって反射率を抑制することが可能となる。ただし、組成傾斜膜の場合、波長領域に対する反射率の変動幅を抑制する点では有利となるが、満たすべき光学特性を直接算定することが非常に困難である。これを解決するために、本発明者は、組成傾斜膜である遮光膜を、擬似的に２層構造にモデル化することを検討した。具体的には、基板上の遮光膜について、上記の波長領域に対して、透過率と、表面反射率と、裏面反射率とをそれぞれ分光エリプソメータで測定した。そして、上述の波長領域の範囲から複数（少なくとも２以上、より好ましくは３以上。）の波長を選択し、各波長において、実測値と一致する屈折率や消衰係数となるような、上部及び下部の膜厚や屈折率、消衰係数をシミュレーションにより求めた。なお、このシミュレーションにより求められた下部は主として遮光部として機能し、上部は主として反射防止部として機能するものであった。
そして、本発明者は、組成傾斜膜である遮光膜を遮光部と反射防止部に分割したときに、満たすべき光学特性を検討した。その結果、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する反射防止部の屈折率ｎＡが２．１以下であり、波長領域の光が前記反射防止部を透過したときに前記波長領域の光に生じる位相差が２８度以上であると、上述した波長領域にわたって遮光膜の反射率を１５％以下に抑制することができ、レジストパターンの解像精度を高めることができることを見出した。
すなわち、本発明のマスクブランクは、基板上に、遮光膜を備えるマスクブランクであって、前記遮光膜は、金属元素を含有する材料からなり、前記遮光膜は、厚さ方向で前記金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜であり、前記遮光膜は、前記基板に近い方から順に遮光部と反射防止部に分割したときに、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する前記反射防止部の屈折率ｎＡが、２．１以下であり、前記波長領域の光が前記反射防止部を透過したときに前記波長領域の光に生じる位相差が、２８度以上であることを特徴とする。なお、特に断りの無い限り、以下で言及する光学特性（反射率、屈折率、消衰係数、位相差等）は、上述した３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対するものである。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述する。
図１は本発明の実施の形態におけるマスクブランクの構成を示す模式図である。図１のマスクブランク１０は、透光性基板１上に遮光膜２がこの順に積層した構造を備えるものである。ここで、透光性基板１としては、ガラス基板が一般的である。ガラス基板は、平坦度及び平滑度に優れるため、転写用マスクを使用して半導体基板上へのパターン転写を行う場合、転写パターンの歪み等が生じないで高精度のパターン転写を行える。
図１は本発明の実施の形態におけるマスクブランクの構成を示す模式図である。図１のマスクブランク１０は、透光性基板１上に遮光膜２がこの順に積層した構造を備えるものである。ここで、透光性基板１としては、ガラス基板が一般的である。ガラス基板は、平坦度及び平滑度に優れるため、転写用マスクを使用して半導体基板上へのパターン転写を行う場合、転写パターンの歪み等が生じないで高精度のパターン転写を行える。
本実施の形態におけるマスクブランク１０は、遮光膜２を備えている。遮光膜２は、金属元素を含有する材料からなる。金属元素としては、クロムを含有する材料で形成されていることが好ましい。クロムを含有する材料としては、クロム単体でもよく、クロムと添加元素とを含むものであってもよい。このような添加元素としては、酸素及び／又は窒素が、ドライエッチング速度を速くできる点で好ましい。なお、遮光膜２は、他に炭素、水素、ホウ素、インジウム、スズ、モリブデン等の元素を含んでもよい。なお、遮光膜２は、本明細書で述べられている光学特性を満たすのであれば、クロム系材料以外の材料を用いてもよい。例えば、求められる光学特性を満たす範囲で遮光膜２を形成する材料に、ケイ素系材料、遷移金属シリサイド系材料、タンタル系材料などを適用してもよい。
遮光膜２は、レジスト膜が積層していない状態（すなわち、遮光膜２の上面が露出した状態）でのレーザー描画波長の光（上記波長領域内の波長のレーザー光）に対する表面反射率が１５％以下、更には１３％以下となるように制御された膜であることが好ましい。また、遮光膜２は、レーザー描画波長の光（上記波長領域内の波長のレーザー光）に対する透過率が０．１％以下、更には０．０５％以下となるように制御された膜であることが好ましい。
上記遮光膜２の形成方法は、特に制約する必要はないが、インライン型スパッタリング装置による成膜法が好ましく挙げられる。インライン型スパッタリング装置により成膜することで、光学特性（反射率等）を厳密に制御した組成傾斜膜を製造しやすくなる。
上記遮光膜２の膜厚は、１５０ｎｍ以下であることが好ましく、１２０ｎｍ以下であるとより好ましい。膜厚をある程度薄くすることによって、パターンのアスペクト比（パターン幅に対するパターン深さの比）の低減を図ることができ、グローバルローディング現象及びマイクロローディング現象による線幅エラーを低減することができる。本発明における遮光膜２は、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の露光光に対して、膜厚を１５０ｎｍ以下の薄膜としても所望の光学濃度（通常３．０以上）を得ることができる。遮光膜２の膜厚の下限については、所望の光学濃度が得られる限りにおいては薄くすることができる。
また、遮光膜２は、上述の膜厚を満たしたうえで、上述のように遮光部と反射防止部に分割したときに、反射防止部の膜厚は、２０ｎｍよりも大きいことが好ましく、３０ｎｍ以上であることがより好ましい。反射防止部の膜厚が一定程度厚いことによって、レーザー描画波長の波長帯の光に対する遮光膜の表面反射率の変動幅を小さくすることができる。また、反射防止部の膜厚は、６０ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましい。反射防止部の膜厚が厚いと、遮光膜２の全体膜厚が大幅に厚くなってしまう。一方、遮光膜２の全体膜厚を厚くしないようにすると、遮光部の厚さを大幅に薄くする必要が生じる。その場合、遮光膜２の露光光に対する光学濃度が不足する恐れがある。上述の遮光膜２の膜厚の記載、反射防止部の膜厚の記載から把握されるように、遮光部の膜厚は、３０ｎｍ以上であることが好ましく、４０ｎｍ以上であることがより好ましい。また、遮光部の膜厚は、９０ｎｍ以下であることが好ましく、８０ｎｍ以下であることがより好ましい。
また、遮光膜２は、上述のように遮光部と反射防止部に分割したときに、レーザー描画波長の光が、反射防止部を透過したときにこの波長領域の光に生じる、反射防止部の厚さと同じ距離だけ空気中を透過した光との間の位相差φが、２８度以上であることが求められる。一方、反射防止部の位相差は、４２度以下であることが好ましく、４０度以下であるとより好ましい。なお、位相差φ［度］は、反射防止部の屈折率をｎＡ、反射防止部の膜厚をｄＡ［ｎｍ］、光の波長をλ［ｎｍ］としたとき、φ＝３６０×ｄＡ×（ｎＡ－１）／λで算出されたものをいう。下記の数式が示すように、反射防止部の位相差φを大きくするには、膜厚ｄＡあるいは屈折率ｎＡを大きくする必要がある。しかし、一般に屈折率ｎＡが大きい材料は、光の波長の変化に対する屈折率ｎＡの変化幅が大きい傾向があり、好ましくない。また、上述の通り、膜厚ｄＡを厚くすることも好ましくない。
反射防止部の屈折率ｎＡは、より薄い反射防止部の膜厚で位相差φを大きくする観点で、１．９以上であると好ましく、１．９２以上であるとより好ましい。また、反射防止部の屈折率ｎＡは、光の波長の変化に対する屈折率ｎＡの変化幅を小さくする観点で、２．１以下であると好ましい。
反射防止部の消衰係数ｋＡは、遮光膜２の薄膜化の観点で、０．７以上であると好ましく、０．８以上であるとより好ましい。また、反射防止部の消衰係数ｋＡは、遮光膜２の表面反射率を低減する観点で、１．０以下であると好ましい。
反射防止部の消衰係数ｋＡは、遮光膜２の薄膜化の観点で、０．７以上であると好ましく、０．８以上であるとより好ましい。また、反射防止部の消衰係数ｋＡは、遮光膜２の表面反射率を低減する観点で、１．０以下であると好ましい。
遮光部の屈折率ｎＳは、１．９以上であると好ましい。また、遮光部の屈折率ｎＳは、２．８以下であると好ましい。
遮光部の消衰係数ｋＳは、遮光膜２の薄膜化の観点で、２．８以上であると好ましく、２．９以上であるとより好ましい。また、遮光部の消衰係数ｋＳは、遮光膜２の裏面反射率を低減する観点で、３．５以下であると好ましく、３．４以下であるとより好ましい。
遮光部の消衰係数ｋＳは、遮光膜２の薄膜化の観点で、２．８以上であると好ましく、２．９以上であるとより好ましい。また、遮光部の消衰係数ｋＳは、遮光膜２の裏面反射率を低減する観点で、３．５以下であると好ましく、３．４以下であるとより好ましい。
また、マスクブランク１０としては、後述する図２（ａ）にあるように、遮光膜２の表面に接して、レジスト膜３が形成されている形態であっても構わない。高い解像度を得るために、レジスト膜３の材料は前記波長領域の露光光で感光する材料で形成されていることが好ましい。レジスト材料は、特に限定されるものではないが、ポジ型レジスト材料でも、ネガ型レジスト材料でもよく、非化学増幅型レジストでも、化学増幅型レジストでもよい。レジスト膜３は、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する屈折率ｎＲが１．９０以下であることが好ましく、１．８０以下であるとより好ましい。また、レジスト膜３は、上記波長領域の光に対する屈折率ｎＲが１．５０以上であることが好ましく、１．６０以上であるとより好ましく、１．６７以上であるとさらに好ましい。一方、レジスト膜３は、上記波長領域の光に対する消衰係数ｋＲが０．０１以上であることが好ましく、０．０２以上であるとより好ましい。また、レジスト膜３は、上記波長領域の光に対する消衰係数ｋＲが０．０６以下であることが好ましく、０．０５以下であるとより好ましい。
レジスト膜３のレーザー描画光に対する反射率は、５％以下であることが好ましく、４％以下であることがより好ましい。反射率を小さくすることで、レジスト膜３の感光効率を高めることができるためである。なお、上記のレーザー描画光に対する反射率を満たすのであれば、遮光膜２とレジスト膜３の間に、他の層を介在させてもよい。他の層は、例えば、遮光膜２とレジスト膜３との密着性を向上させる機能を有する層であってもよい。
なお、マスクブランク１０において、透光性基板１と遮光膜２の間に位相シフト膜を設けてもよい。この場合のマスクブランクから製造される転写用マスク（位相シフトマスク）は、位相シフト膜に転写パターンを備えるが、遮光膜２には遮光帯等の比較的疎なパターンに限られる。しかし、この場合のマスクブランクであっても、レジスト膜に位相シフト膜に形成すべき転写パターンをレーザー光で露光描画する際、そのレジスト膜の直下には遮光膜２が存在している。このため、レジスト膜にそのレーザー光の波長よりも狭い線幅の転写パターンを解像させるには、遮光膜２に上記の光学特性を有することが求められる。
次に、図１に示すマスクブランク１０を用いた転写用マスク２０の製造方法を説明する。このマスクブランク１０を用いた転写用マスク２０の製造方法は、レジスト膜３に対し、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の露光光で転写パターンを露光した後、現像処理を行って、転写パターンを有するレジスト膜（レジストパターン３ａ）を形成する工程と、レジストパターン３ａをマスクとするエッチングにより、遮光膜２に転写パターンを形成する工程とを有する。
図２は、マスクブランク１０を用いた転写用マスク２０の製造工程を順に示す模式図である。
図２（ａ）は、図１のマスクブランク１０の遮光膜２上にレジスト膜３を形成した状態を示している。
次に、図２（ｂ）は、マスクブランク１０上に形成されたレジスト膜３に対し、所望のパターン露光を施す露光工程を示す。パターン露光は、レーザー描画装置などを用いて行われる。上述のレジスト材料は、レーザー露光光に対応する感光性を有するものが使用される。
次に、図２（ｃ）は、所望のパターン露光に従ってレジスト膜３を現像してレジストパターン３ａを形成する現像工程を示す。該現像工程では、マスクブランク１０上に形成したレジスト膜３に対し所望のパターン露光を施した後に現像液を供給して、現像液に可溶なレジスト膜の部位を溶解し、レジストパターン３ａを形成する。
図２（ａ）は、図１のマスクブランク１０の遮光膜２上にレジスト膜３を形成した状態を示している。
次に、図２（ｂ）は、マスクブランク１０上に形成されたレジスト膜３に対し、所望のパターン露光を施す露光工程を示す。パターン露光は、レーザー描画装置などを用いて行われる。上述のレジスト材料は、レーザー露光光に対応する感光性を有するものが使用される。
次に、図２（ｃ）は、所望のパターン露光に従ってレジスト膜３を現像してレジストパターン３ａを形成する現像工程を示す。該現像工程では、マスクブランク１０上に形成したレジスト膜３に対し所望のパターン露光を施した後に現像液を供給して、現像液に可溶なレジスト膜の部位を溶解し、レジストパターン３ａを形成する。
次いで、図２（ｄ）は、上記レジストパターン３ａに沿って遮光膜２をエッチングするエッチング工程を示す。本発明ではドライエッチングを用いることが好適である。該エッチング工程では、上記レジストパターン３ａをマスクとして、ドライエッチングによって、レジストパターン３ａの形成されていない遮光膜２が露出した部位を溶解し、これにより所望の転写パターンを有する遮光膜２（遮光パターン２ａ）を透光性基板１上に形成する。
この遮光膜２に遮光パターン２ａを形成する工程は、塩素を含有するガスを用いたドライエッチングにより、行うことが好ましい。上記のドライエッチングガスを用いてドライエッチングを行うことにより、ドライエッチング速度を高めることができ、ドライエッチング時間の短縮化を図ることができ、断面形状の良好な遮光パターン２ａを形成することができる。ドライエッチングガスに用いる塩素系ガスとしては、例えば、Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，ＨＣｌ、ＣＣｌ４、ＣＨＣｌ３等が挙げられる。また、ドライエッチングには、塩素系ガスに加えて、酸素ガス等を含む混合ガスからなるドライエッチングガスを用いてもよい。
この遮光膜２に遮光パターン２ａを形成する工程は、塩素を含有するガスを用いたドライエッチングにより、行うことが好ましい。上記のドライエッチングガスを用いてドライエッチングを行うことにより、ドライエッチング速度を高めることができ、ドライエッチング時間の短縮化を図ることができ、断面形状の良好な遮光パターン２ａを形成することができる。ドライエッチングガスに用いる塩素系ガスとしては、例えば、Ｃｌ２，ＳｉＣｌ４，ＨＣｌ、ＣＣｌ４、ＣＨＣｌ３等が挙げられる。また、ドライエッチングには、塩素系ガスに加えて、酸素ガス等を含む混合ガスからなるドライエッチングガスを用いてもよい。
図２（ｅ）は、残存したレジストパターン３ａを剥離除去することにより得られた転写用マスク２０を示す。こうして、断面形状の良好な遮光パターン２ａが精度良く形成された転写用マスクが出来上がる。
尚、本発明は以上説明した実施の形態には限定されない。即ち、透光性基板上に遮光膜を形成した、所謂バイナリマスク用マスクブランクに限らず、例えば、ハーフトーン型位相シフトマスク或いはレベンソン型位相シフトマスクの製造に用いるためのマスクブランクであってもよい。この場合、透光性基板上のハーフトーン位相シフト膜上に遮光膜が形成される構造となり、ハーフトーン位相シフト膜と遮光膜とを合わせて所望の光学濃度（好ましくは３．０以上）が得られればよいため、遮光膜自体の光学濃度は例えば３．０よりも小さい値とすることもできる。
尚、本発明は以上説明した実施の形態には限定されない。即ち、透光性基板上に遮光膜を形成した、所謂バイナリマスク用マスクブランクに限らず、例えば、ハーフトーン型位相シフトマスク或いはレベンソン型位相シフトマスクの製造に用いるためのマスクブランクであってもよい。この場合、透光性基板上のハーフトーン位相シフト膜上に遮光膜が形成される構造となり、ハーフトーン位相シフト膜と遮光膜とを合わせて所望の光学濃度（好ましくは３．０以上）が得られればよいため、遮光膜自体の光学濃度は例えば３．０よりも小さい値とすることもできる。
一方、本発明の転写用マスクは、本発明のマスクブランクと同様の特徴を有する。すなわち、本発明の転写用マスクは、基板１上に、転写パターンを有する遮光膜２（遮光パターン２ａ）を備え、遮光膜２は、金属元素を含有する材料からなり、遮光膜２は、厚さ方向で前記金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜であり、遮光膜は、基板に近い方から順に遮光部と反射防止部に分割したときに、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する前記反射防止部の屈折率ｎＡが、２．１以下であり、上記波長領域の光が反射防止部を透過したときに上記波長領域の光に生じる位相差が、２８度以上であることを特徴としている。本発明の転写用マスクに係るその他の事項（基板、遮光膜等）については、本発明のマスクブランクの場合と同様である。
本発明のマスクブランクや転写用マスクにおいて、遮光膜２（又は遮光パターン２ａ）は、基板１の主表面に接するように基板１上に備えられてい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、他の膜を介して基板１上に備えられているものであってもよい。例えば、透光性基板上に位相シフト膜と遮光膜がこの順に積層したマスクブランクの場合においても、その遮光膜に本発明の遮光膜を適用しても有効に機能する。このマスクブランクから製造される位相シフトマスク（転写用マスク）は、基本的に位相シフト膜に転写パターンが設けられ、遮光膜には転写パターンは設けられない。しかし、マスクブランクから位相シフトマスクを製造する過程において、レジスト膜は遮光膜の上に設けられる。本願発明の遮光膜を用いることで、レーザー描画装置でレジスト膜に位相シフト膜に形成すべきパターン（転写パターン）を露光したときに、レジストパターンの解像性が大幅に向上する。その結果、位相シフト膜に転写パターンを高精度に形成することができる。
すなわち、この場合の位相シフトマスク（転写用マスク）は、基板１上に、転写パターンを有する位相シフト膜（位相シフトパターン）と、遮光帯を含むパターンを有する遮光膜（遮光パターン）が積層した構造を備え、遮光膜は、金属元素を含有する材料からなり、遮光膜２は、厚さ方向で前記金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜であり、遮光膜は、基板に近い方から順に遮光部と反射防止部に分割したときに、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する前記反射防止部の屈折率ｎＡが、２．１以下であり、上記波長領域の光が反射防止部を透過したときに上記波長領域の光に生じる位相差が、２８度以上であることを特徴としている。
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２０の製造方法によって製造した転写用マスク２０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。また、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２０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。このため、この転写用マスク２０を露光装置にセットし、その転写用マスク２０の透光性基板１側からＫｒＦエキシマレーザーやｉ線を照射して転写対象物（半導体ウェハ上のレジスト膜等）へ露光転写を行っても、高い精度で転写対象物に所望のパターンを転写することができる。
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６．３５ｍｍの合成石英ガラスからなる透光性基板１を準備した。この透光性基板１は、端面及び主表面を所定の表面粗さに研磨され、その後、所定の洗浄処理および乾燥処理を施されたものであった。
（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６．３５ｍｍの合成石英ガラスからなる透光性基板１を準備した。この透光性基板１は、端面及び主表面を所定の表面粗さに研磨され、その後、所定の洗浄処理および乾燥処理を施されたものであった。
この透光性基板１上に、インライン型スパッタリング装置を使用し、組成傾斜構造を有する遮光膜２の成膜を行った。インライン型スパッタリング装置内に基板搬送方向に対して連続して配置された各スペース（スパッタ室）にＣｒターゲットを各々配置し、透光性基板１を各スペースで搬送しながら反応性スパッタリングを行うことで遮光膜２を形成した。具体的には、まずＡｒガスとＮ２ガスをスパッタリングガスとしてＣｒＮを主成分とする遮光膜２の下部領域を１６ｎｍの厚さで形成した。次いで、ＡｒガスとＣＨ４ガスをスパッタリングガスとしてＣｒＣを主成分とする中部領域を６３ｎｍの厚さで形成した。さらに、ＡｒガスとＮＯガスをスパッタリングガスとしてＣｒＯＮを主成分とする上部領域を２４ｎｍの厚さで形成した。以上の工程によって、透光性基板１上に遮光膜２を１０３ｎｍの厚さで形成した。
遮光膜２の中部領域は、下部領域や上部領域の成膜の際に使用したＮ２ガスやＮＯガスによりＮ（窒素）が含まれており、上記下部領域、中部領域、上部領域の全てにＣｒとＮが含まれていた。遮光膜２の３つの領域のクロム含有量は、上部領域、下部領域、中部領域の順に多くなっていた。なお、遮光膜２の下部領域の平均含有量は、クロムが約６０原子％、窒素が約３４原子％、炭素が約６原子％であった。遮光膜２の中部領域の平均含有量は、クロムが約７０原子％、炭素が約１０原子％、窒素が約２０原子％であった。遮光膜２の上部領域の平均含有量は、クロムが約３６原子％、酸素が約４０原子％、窒素が約２２原子％、炭素が約２原子％であった。
また、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対して、遮光膜２の透過率、表面反射率Ｒ、裏面反射率をそれぞれ分光エリプソメータ（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製 Ｍ－２０００Ｄ）で測定した。そして、上記の波長領域から、複数の波長ＷＬ（３５５ｎｍ、４０３ｎｍ、４１３ｎｍ、４４２ｎｍ、４８８ｎｍ、５００ｎｍ、５１４ｎｍ）を選択し、各波長において、実測値と一致する屈折率や消衰係数となるような、遮光部及び反射防止部の膜厚や屈折率、消衰係数をシミュレーションにより求めた。その結果、反射防止部の厚さｄＡは４０ｎｍとなり、遮光部の厚さｄＳは６３ｎｍとなった。また、上述した複数の波長に対して、反射防止部における屈折率ｎＡ、消衰係数ｋＡ、位相差[度]を算出するとともに、遮光部における屈折率ｎＳ、消衰係数ｋＳを算出した。その結果を表１に示す。なお、位相差φ[度]は、φ＝３６０×ｄＡ×（ｎＡ-１）／λの関係式により算出した。
表１に示されるように、上述した複数の波長のいずれにおいても、反射防止部の位相差は２８度を超えていた。そして、反射防止部の表面反射率は、１５％を下回るものであった。
続いて、スピン塗布法によって、遮光膜２の表面に接して、膜厚２９０ｎｍを目標としてポジ型レジスト（ＴＨＭＲ－ｉＰ３５００，東京応化工業製）からなるレジスト膜３を形成し、実施例１のマスクブランク１０を作製した。
［転写用マスクの製造］
次に、同様の手順で実施例１のマスクブランク１０を別に製造し、それを用いて、以下の手順で実施例１の転写用マスク２０を製造した。なお、別に製造したマスクブランク１０において、波長４１３ｎｍの露光光におけるこのレジスト膜３の反射率が２．８１４％であった。
次に、同様の手順で実施例１のマスクブランク１０を別に製造し、それを用いて、以下の手順で実施例１の転写用マスク２０を製造した。なお、別に製造したマスクブランク１０において、波長４１３ｎｍの露光光におけるこのレジスト膜３の反射率が２．８１４％であった。
まず、レジスト膜３に対して、遮光膜２に形成すべき転写パターンを、波長４１３ｎｍの露光光でレーザー描画した。このレーザー描画した転写パターンには、線幅が３００ｎｍのライン・アンド・スペースのパターンが含まれていた。そして、レーザー描画を行った後のマスクブランク１０のレジスト膜３に対し、所定の現像処理を行い、レジストパターン３ａを形成した。形成されたレジストパターン３ａをＣＤ－ＳＥＭ（Critical Dimension-Scanning Electron Microscope）により観察したところ、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅を含むパターン３ａをレジスト膜３に解像させることができていた。そして、マスクブランク１０上に形成したレジストパターン３ａをマスクとし、遮光膜２に対してドライエッチングを行った。ドライエッチングガスとして、Ｃｌ２とＯ２の混合ガス（Ｃｌ２：Ｏ２＝４：１）を用いた。ドライエッチングによって、基板１上に遮光膜２のパターン２ａを形成した後、残存するレジストパターン３ａは熱濃硫酸を用いて剥離除去して、実施例１の転写用マスク２０を得た。
この実施例１の転写用マスク２０における遮光膜のパターン２ａをＣＤ－ＳＥＭで観察したところ、設計パターンからの位置ずれ量は、面内でいずれも許容範囲内であった。続いて、この実施例１の転写用マスク２０に対し、ＫｒＦ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セットし、転写用マスク２０の透光性基板１側からＫｒＦ露光光を照射し、半導体デバイス上のレジスト膜にパターンを露光転写した。そして、露光転写後のレジスト膜に対して所定の処理を行ってレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをＣＤ－ＳＥＭで観察した。その結果、設計パターンからの位置ずれ量は、面内でいずれも許容範囲内であった。この結果から、このレジストパターンをマスクとして半導体デバイス上に回路パターンを高精度に形成することができるといえる。
（比較例１）
［マスクブランクの製造］
この比較例１のマスクブランクは、遮光膜以外については、実施例１と同様の手順で製造した。この比較例１の遮光膜も、実施例１で用いたものと同様のインライン型スパッタリング装置を使用して形成されたものであり、組成傾斜構造を有している。具体的には、まずＡｒガスとＮ２ガスをスパッタリングガスとしてＣｒＮを主成分とする遮光膜の下部領域を４１ｎｍの厚さで形成した。次いで、ＡｒガスとＣＨ４ガスをスパッタリングガスとしてＣｒＣを主成分とする中部領域を１８ｎｍの厚さで形成した。さらに、ＡｒガスとＮＯガスをスパッタリングガスとしてＣｒＯＮを主成分とする上部領域を１１ｎｍの厚さで形成した。以上の工程によって、透光性基板上に遮光膜を７０ｎｍの厚さで形成し、比較例１のマスクブランクを作製した。遮光膜の中部領域は、下部領域や上部領域の成膜の際に使用したＮ２ガスやＮＯガスによりＮ（窒素）が含まれており、上記下部領域、中部領域、上部領域の全てにＣｒとＮが含まれていた。遮光膜の３つの領域のクロム含有量は、上部領域、下部領域、中部領域の順に多くなっていた。
［マスクブランクの製造］
この比較例１のマスクブランクは、遮光膜以外については、実施例１と同様の手順で製造した。この比較例１の遮光膜も、実施例１で用いたものと同様のインライン型スパッタリング装置を使用して形成されたものであり、組成傾斜構造を有している。具体的には、まずＡｒガスとＮ２ガスをスパッタリングガスとしてＣｒＮを主成分とする遮光膜の下部領域を４１ｎｍの厚さで形成した。次いで、ＡｒガスとＣＨ４ガスをスパッタリングガスとしてＣｒＣを主成分とする中部領域を１８ｎｍの厚さで形成した。さらに、ＡｒガスとＮＯガスをスパッタリングガスとしてＣｒＯＮを主成分とする上部領域を１１ｎｍの厚さで形成した。以上の工程によって、透光性基板上に遮光膜を７０ｎｍの厚さで形成し、比較例１のマスクブランクを作製した。遮光膜の中部領域は、下部領域や上部領域の成膜の際に使用したＮ２ガスやＮＯガスによりＮ（窒素）が含まれており、上記下部領域、中部領域、上部領域の全てにＣｒとＮが含まれていた。遮光膜の３つの領域のクロム含有量は、上部領域、下部領域、中部領域の順に多くなっていた。
なお、この比較例１の遮光膜の下部領域の平均含有量は、クロムが約５０原子％、窒素が約４５原子％、炭素が約５原子％であった。遮光膜の中部領域の平均含有量は、クロムが約４２原子％、酸素が約２０原子％、窒素が約２７原子％、炭素が約１１原子％であった。遮光膜の上部領域の平均含有量は、クロムが約３４原子％、酸素が約４４原子％、窒素が約１９原子％、炭素が約３原子％であった。
実施例１と同様に、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対して、遮光膜２の透過率、表面反射率Ｒ、裏面反射率をそれぞれ分光エリプソメータ（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製 Ｍ－２０００Ｄ）で測定した。続いて、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域から複数の波長ＷＬ（３５５ｎｍ、４０３ｎｍ、４１３ｎｍ、４４２ｎｍ、４８８ｎｍ、５００ｎｍ、５１４ｎｍ）を選択し、各波長において、実測値と一致する屈折率や消衰係数となるような、遮光部及び反射防止部の膜厚や屈折率、消衰係数をシミュレーションにより求めた。その結果、反射防止部の厚さｄＡは２０ｎｍとなり、遮光部の厚さｄＳは５０ｎｍとなった。また、上述した複数の波長に対して、反射防止部における屈折率ｎＡ、消衰係数ｋＡ、位相差[度]を算出するとともに、遮光部における屈折率ｎＳ、消衰係数ｋＳを算出した。その結果を表２に示す。
表２に示されるように、上述した複数の波長のいずれにおいても、反射防止部の位相差は２８度を下回るものであった。そして、反射防止部の表面反射率は、１５％を上回るものであった。
次に、実施例１と同様に、スピン塗布法によって、遮光膜の表面に接して、膜厚２９０ｎｍを目標としてポジ型レジストからなるレジスト膜を形成し、比較例１のマスクブランクを作製した。
［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て、実施例１と同様の手順で比較例１の転写用マスクを製造した。形成されたレジストパターンをＣＤ－ＳＥＭにより検査したところ、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをレジスト膜に解像させることができていなかった。このため、実施例１と同様に、形成されたレジストパターンをマスクとするドライエッチングを遮光膜に対して行っても、所望の遮光パターンを形成することができなかった。このように、比較例１のマスクブランクを用いて、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅の遮光パターンを備えた転写用マスクを作製することができず、半導体デバイス上に回路パターンを形成することもできなかった。
次に、この比較例１のマスクブランクを用いて、実施例１と同様の手順で比較例１の転写用マスクを製造した。形成されたレジストパターンをＣＤ－ＳＥＭにより検査したところ、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをレジスト膜に解像させることができていなかった。このため、実施例１と同様に、形成されたレジストパターンをマスクとするドライエッチングを遮光膜に対して行っても、所望の遮光パターンを形成することができなかった。このように、比較例１のマスクブランクを用いて、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅の遮光パターンを備えた転写用マスクを作製することができず、半導体デバイス上に回路パターンを形成することもできなかった。
（比較例２）
［マスクブランクの製造］
この比較例２のマスクブランクも、遮光膜以外については、実施例１と同様の手順で製造した。この比較例１の遮光膜も、実施例１で用いたものと同様のインライン型スパッタリング装置を使用して形成されたものであり、組成傾斜構造を有している。具体的には、まずＡｒガスとＮ２ガスをスパッタリングガスとしてＣｒＮを主成分とする遮光膜の下部領域を２０ｎｍの厚さで形成した。次いで、ＡｒガスとＣＨ４ガスをスパッタリングガスとしてＣｒＣを主成分とする中部領域を３８ｎｍの厚さで形成した。さらに、ＡｒガスとＮＯガスをスパッタリングガスとしてＣｒＯＮを主成分とする上部領域を１５ｎｍの厚さで形成した。以上の工程によって、透光性基板上に遮光膜を７３ｎｍの厚さで形成し、比較例１のマスクブランクを作製した。遮光膜の中部領域は、下部領域や上部領域の成膜の際に使用したＮ２ガスやＮＯガスによりＮ（窒素）が含まれており、上記下部領域、中部領域、上部領域の全てにＣｒとＮが含まれていた。遮光膜の３つの領域のクロム含有量は、上部領域、下部領域、中部領域の順に多くなっていた。
［マスクブランクの製造］
この比較例２のマスクブランクも、遮光膜以外については、実施例１と同様の手順で製造した。この比較例１の遮光膜も、実施例１で用いたものと同様のインライン型スパッタリング装置を使用して形成されたものであり、組成傾斜構造を有している。具体的には、まずＡｒガスとＮ２ガスをスパッタリングガスとしてＣｒＮを主成分とする遮光膜の下部領域を２０ｎｍの厚さで形成した。次いで、ＡｒガスとＣＨ４ガスをスパッタリングガスとしてＣｒＣを主成分とする中部領域を３８ｎｍの厚さで形成した。さらに、ＡｒガスとＮＯガスをスパッタリングガスとしてＣｒＯＮを主成分とする上部領域を１５ｎｍの厚さで形成した。以上の工程によって、透光性基板上に遮光膜を７３ｎｍの厚さで形成し、比較例１のマスクブランクを作製した。遮光膜の中部領域は、下部領域や上部領域の成膜の際に使用したＮ２ガスやＮＯガスによりＮ（窒素）が含まれており、上記下部領域、中部領域、上部領域の全てにＣｒとＮが含まれていた。遮光膜の３つの領域のクロム含有量は、上部領域、下部領域、中部領域の順に多くなっていた。
なお、この比較例２の遮光膜の下部領域の平均含有量は、クロムが約６１原子％、窒素が約３２原子％、炭素が約７原子％であった。遮光膜の中部領域の平均含有量は、クロムが約７１原子％、炭素が約１１原子％、窒素が約１８原子％であった。遮光膜の上部領域の平均含有量は、クロムが約３７原子％、酸素が約４１原子％、窒素が約２１原子％、炭素が約１原子％であった。
実施例１と同様に、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対して、遮光膜２の透過率、表面反射率Ｒ、裏面反射率をそれぞれ分光エリプソメータ（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製 Ｍ－２０００Ｄ）で測定した。続いて、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域から複数の波長（３５５ｎｍ、４０３ｎｍ、４１３ｎｍ、４４２ｎｍ、４８８ｎｍ、５００ｎｍ、５１４ｎｍ）を選択し、各波長において、実測値と一致する屈折率や消衰係数となるような、遮光部及び反射防止部の膜厚や屈折率、消衰係数をシミュレーションにより求めた。その結果、反射防止部の厚さｄＡは１８ｎｍとなり、遮光部の厚さｄＳは５５ｎｍとなった。また、上述した複数の波長に対して、反射防止部における屈折率ｎＡ、消衰係数ｋＡ、位相差[度]を算出するとともに、遮光部における屈折率ｎＳ、消衰係数ｋＳを算出した。その結果を表３に示す。
表３に示されるように、上述した複数の波長のいずれにおいても、反射防止部の位相差は２８度を下回るものであった。そして、反射防止部の表面反射率は、１５％を上回るものであった。
次に、実施例１と同様に、スピン塗布法によって、遮光膜の表面に接して、膜厚２９０ｎｍを目標としてポジ型レジストからなるレジスト膜を形成し、比較例２のマスクブランクを作製した。実施例１と同様の手順で、反射率測定器によって、波長４１３ｎｍの露光光におけるレジスト膜の転写パターン形成領域における反射率を測定した。測定された反射率は１．４９４％であった。
［転写用マスクの製造］
次に、この比較例２のマスクブランクを用いて、実施例１と同様の手順で比較例２の転写用マスクを製造した。形成されたレジストパターンをＣＤ－ＳＥＭにより検査したところ、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをレジスト膜に解像させることができていなかった。このため、実施例１と同様に、形成されたレジストパターンをマスクとするドライエッチングを遮光膜に対して行っても、所望の遮光パターンを形成することができなかった。このように、比較例２のマスクブランクを用いて、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅の遮光パターンを備えた転写用マスクを作製することができず、半導体デバイス上に回路パターンを形成することもできなかった。
次に、この比較例２のマスクブランクを用いて、実施例１と同様の手順で比較例２の転写用マスクを製造した。形成されたレジストパターンをＣＤ－ＳＥＭにより検査したところ、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをレジスト膜に解像させることができていなかった。このため、実施例１と同様に、形成されたレジストパターンをマスクとするドライエッチングを遮光膜に対して行っても、所望の遮光パターンを形成することができなかった。このように、比較例２のマスクブランクを用いて、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅の遮光パターンを備えた転写用マスクを作製することができず、半導体デバイス上に回路パターンを形成することもできなかった。
また、図３は、本発明の実施例１、比較例１、比較例２における位相差と表面反射率の関係、およびこれらの関係に基づき算出した曲線を示すグラフである。この図３に示されるように、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域において、反射防止部の位相差が２８度以上であれば、反射防止部の表面反射率が１５％以下に抑制できることが見て取れる。
一方、実施例１とは別の透光性基板を複数枚用意して、実施例１と同一の成膜条件で遮光膜を成膜し、レジスト膜の膜厚のみを変えて複数のマスクブランクを成膜した。同様に、比較例１及び比較例２とは別の透光性基板をそれぞれ複数枚用意して、比較例１及び比較例２とそれぞれ同一の成膜条件で遮光膜を成膜し、レジスト膜の膜厚のみを変えて複数のマスクブランクを成膜した。そして、実施例１、比較例１、比較例２にそれぞれ対応する複数のマスクブランクに対して、所定の露光波長（４１３ｎｍ）でレーザー描画を行い、転写用マスクを作製した。その結果、いずれの膜厚であっても、実施例１に対応するマスクブランクにおいては、所望の遮光パターンを形成することができていたが、比較例１、比較例２に対応するマスクブランクにおいては、所望の遮光パターンを形成することができていなかった。また、同様に、比較例１及び比較例２とは別の透光性基板をそれぞれ複数枚用意して、比較例１及び比較例２とそれぞれ同一の成膜条件で遮光膜を成膜し、レジスト膜の膜厚のみを変えて複数のマスクブランクを成膜し、露光波長を変えてレーザー描画を行い、転写用マスクを作製した。その結果、いずれの露光波長であっても、実施例１に対応するマスクブランクにおいては、所望の遮光パターンを形成することができていたが、比較例１、比較例２に対応するマスクブランクにおいては、所望の遮光パターンを形成することができていなかった。これらのことからも、実施例１のマスクブランク１０において、レジスト膜３の膜厚や露光波長を変えたとしても、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをレジスト膜に解像させることができることが見込まれる。一方、比較例１のマスクブランクにおいて、レジスト膜の膜厚や露光波長を変えたとしても、レーザー描画装置のレーザー光の波長よりも狭い線幅のパターンをレジスト膜に解像させることができないことが見込まれる。
以上、好ましい実施例を掲げて本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
１…透光性基板、２…遮光膜、２ａ…遮光パターン（転写パターン）、３…レジスト膜、
３ａ…レジストパターン、１０…マスクブランク、２０…転写用マスク
３ａ…レジストパターン、１０…マスクブランク、２０…転写用マスク
Claims (25)
- 基板上に、遮光膜を備えるマスクブランクであって、
前記遮光膜は、金属元素を含有する材料からなり、
前記遮光膜は、厚さ方向で前記金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜であり、
前記遮光膜は、前記基板に近い方から順に遮光部と反射防止部に分割したときに、
３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する前記反射防止部の屈折率ｎＡが、２．１以下であり、
前記波長領域の光が前記反射防止部を透過したときに前記波長領域の光に生じる位相差が、２８度以上であり、
前記反射防止部の膜厚は、２０ｎｍより大きく６０ｎｍ以下である
ことを特徴とするマスクブランク。 - 前記位相差は、４２度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。
- 前記反射防止部の屈折率ｎＡは、１．９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。
- 前記遮光部の屈折率ｎＳは、１．９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。
- 前記遮光部の屈折率ｎＳは、２．８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。
- 前記波長領域の光に対する前記遮光部の消衰係数ｋＳは、２．８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。
- 前記波長領域の光に対する前記反射防止部の消衰係数ｋＡは、１．０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、クロムを含有す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７のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記遮光膜は、露光光に対する光学濃度が３以上であ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。
- 前記遮光膜の表面に接してレジスト膜が形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のマスクブランク。
- 前記波長領域の光に対する前記レジスト膜の屈折率ｎＲは、１．５０以上であることを特徴とする請求項１０記載のマスクブランク。
- 前記レジスト膜は、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の露光光で感光する材料で形成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載のマスクブランク。
- 基板上に、転写パターンを有する遮光膜を備える転写用マスクであって、
前記遮光膜は、金属元素を含有する材料からなり、
前記遮光膜は、厚さ方向で前記金属元素の含有量が変化する組成傾斜膜であり、
前記遮光膜は、前記基板に近い方から順に遮光部と反射防止部に分割したときに、
３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の光に対する前記反射防止部の屈折率ｎＡが、２．１以下であり、
前記波長領域の光が前記反射防止部を透過したときに前記波長領域の光に生じる位相差が、２８度以上であり、
前記反射防止部の膜厚は、２０ｎｍより大きく６０ｎｍ以下である
ことを特徴とする転写用マスク。 - 前記位相差は、４２度以下であることを特徴とする請求項１３記載の転写用マスク。
- 前記反射防止部の屈折率ｎＡは、１．９以上であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の転写用マスク。
- 前記遮光部の屈折率ｎＳは、１．９以上であることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記遮光部の屈折率ｎＳは、２．８以下であることを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記波長領域の光に対する前記遮光部の消衰係数ｋＳは、２．８以上であることを特徴とする請求項１３から１７のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記波長領域の光に対する前記反射防止部の消衰係数ｋＡは、１．０以下であることを特徴とする請求項１３から１８のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、クロムを含有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１３から１９のいずれかに記載の転写用マスク。
- 前記遮光膜は、露光光に対する光学濃度が３以上であることを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載の転写用マスク。
- 請求項１０から１２のいずれかに記載のマスクブランクを用いる転写用マスクの製造方法であって、
前記レジスト膜に対し、３５０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長領域の露光光で転写パターンを露光した後、現像処理を行って、転写パターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記転写パターンを有するレジスト膜をマスクとするエッチングにより、前記遮光膜に転写パターンを形成する工程と
を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。 - 前記遮光膜に転写パターンを形成する工程は、塩素を含有するガスを用いたドライエッチングにより、前記遮光膜に転写パターンを形成することを特徴とする請求項２２記載の転写用マスクの製造方法。
- 請求項１３から２１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。
- 請求項２２または２３に記載の転写用マスクの製造方法によって製造した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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