JPWO2014203961A1 - マスクブランク用基板、マスクブランク、転写用マスク及びこれらの製造方法並びに半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

マスクブランク用基板の製造スループットの低下を抑えつつ、実効的に極めて高い主表面の平坦度を持つマスクブランク用基板、マスクブランク、転写用マスクを提供することである。また、これらの製造方法を提供することである。半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される光学的に実効的な平坦基準面となる仮想基準面を設定し、その基準面とマスクブランク用基板の実測形状の差分の最大値と最小値の差のデータ（ＰＶ値）が露光波長λの１/８以下となるマスクブランク用基板を選別する。

Description

本発明は、光リソグラフィに用いるマスクブランク用基板、マスクブランク、マスク及びこれらの製造方法並びに半導体デバイスの製造方法に係わり、特に光リソグラフィを行った際に焦点裕度を確保する上で好適なマスクブランク用基板、マスクブランク、マスク及びこれらの製造方法並びに半導体デバイスの製造方法に関するものである。
半導体デバイスの微細化に対応するために、波長１９３ｎｍのＡｒＦ露光光を使用する露光装置の高ＮＡ化（高開口数化）が進み、さらに液浸露光技術が導入されることによってさらなる高ＮＡ化が進んできていて、現在ではＮＡ１．３５が実用化されるに至っている。
このような、微細化の要求、及び高ＮＡ化に対応するために、転写用マスクの平坦度を高くすることが求められている。物点であるマスク面の平坦度が低下すると、投影レンズを介して転写されたウエハ上の像点の合焦点位置が振れる。そのため、マスク面の平坦度が落ちると許容される焦点裕度が小さくなる。一方で、光学の原理により、投影レンズの高ＮＡ化は焦点深度を低下させる。よって、高ＮＡ化が進むに従いリソグラフィ工程での焦点裕度が少なくなるため、マスク面での高い平坦性が求められている。このため、転写用マスクを作製するための原版となるマスクブランクに用いられる透光性基板に対しても、パターンを形成するための薄膜が設けられる側の主表面に対し、高い平坦度が求められている。この平坦度要求に応えるため、例えば、特許文献1に開示されているように、研磨布などの研磨パッドと研磨砥粒を含む研磨液を用いてマスクブランク用基板の表裏両面を研磨する両面研磨がよく用いられてきた。しかし、従来の両面研磨装置による透光性基板の研磨では、その主表面の平坦度を高めることには限界が生じていた。このため、特許文献２に示すような、基板の主表面の形状を測定し、相対的に凸になっている箇所に対してプラズマエッチングを行うことで平坦化する技術が開発されていた。
また、露光装置の高ＮＡ化に伴い、リソグラフィ工程での焦点裕度が少なくなってきていることから、投影光学系のレンズ収差が転写精度に対して与える影響が大きくなるという問題も生じている。この問題を解決する方法として、特許文献３では、投影光学系のレンズ加熱効果に起因する収差を補正するためのゼルニケ多項式によって定義可能な表面形状を有する２つの補正光学エレメントについて開示がなされている。
特開平１−４０２６７号公報 特開２００２−３１８４５０号公報 特開２００８−０２８３８８号公報
上記のようにマスクブランク用基板には高い平坦度が求められおり、これを受けて、透光性基板の主表面を局所加工する技術開発が進められている。例えば、前述のように、特許文献２には、相対的に凸になっている部分に局所的にプラズマエッチングをかけて平坦度の高いマスクブランク用基板を製造する技術が開示されている。しかし、この方法では、１枚の基板ごとに主表面の形状を測定してプラズマエッチング等の局所加工を施す必要があるため、従来よりもスループットが大幅に低下するという問題があった。また、特許文献３に開示されている露光装置は、レンズ収差の補正、露光処理時の履歴による露光光の波面変化を制御することを目的としており、マスクブランクやマスクに対しては平坦度の高いものが必要となっていた。
本発明が解決しようとする課題は、マスクブランク用基板の加工時のスループットを低下させることなく、また、製造装置設備負担を抑えて、実効的な表面平坦度の高いマスクブランク用基板、マスクブランク、転写用マスク及びこれらの製造方法を提供することにある。また、その転写用マスクの使用によって、高い転写精度を確保し、回路動作の安定した半導体デバイスを製造することを目的とする。
本発明者は、本発明者が突き止めた上記課題を解決するため、以下の点について検討を行った。マスクブランク用基板の主表面は、背景技術においても述べたように、極めて高い平坦性が求められる。しかしながら、このような完全平坦面を実際に製造するのは大変困難であり、また、局所プラズマエッチングなどの手法を使って平坦に近づける工夫も行われているが、この方法はスループットが低く、装置コストなどもかかり、また異物欠陥が発生しやすいなどの副作用も多い。そこで、本発明者は、機械的平坦面を追求するのではなく、光学的平坦面、言い換えれば等波面的平坦面を追求する方向に発想を転換した。本発明者は、投影レンズを介して像転写を行う上で本質的に求められているものは、機械的な平面では必ずしもなく、波面の揃った光学的平坦面であることを見出した。この点が、本発明の第１の特徴的な点である。
本発明者は、露光装置の投影レンズには、レンズ収差を補正する収差補正機能が備え付けられていることに着目した。この機能は、露光装置レンズ組み付け、設置調整、経時変化対応など、元々は露光装置性能向上のために設けられた機能であるが、この機能を使うと光学的平坦面を、機械的平坦面からずれて研磨された面に対しても近づけられるとの発想に至った。この点が、本発明の第２の特徴的な点である。
また、本発明者は、この光学的平坦面の記述として、極座標系であるゼルニケ多項式近似面を使うことを着想した。この点が、本発明の第３の特徴的な点である。
さらに、本発明者は、投影レンズの収差補正機能は、ゼルニケ多項式の次数が３次以降の高次の項も可能であるが、高次の項まで使ってフィッティングを行った場合、露光状況により投影レンズの高次の収差が変わってきて不都合が生じるおそれがあることを見出した。また、次数が１次の項のみでは１次元的なティルト補正であり、これでは十分な光学平坦性を得ることもできないことを見出した。これらの点を踏まえ、本発明者は、半径に係わる変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係わる変数の次数が２次の項を１つ以上含むことが有効であることを見出した。この点が、本発明の第４の特徴的な点である。
このように、本発明は、前述した着想に基づいてなされたものであり、以下の構成を有する。
（構成１）
対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造に用いられるマスクブランク用基板であって、この薄膜が設けられる側の主表面は、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得した場合、前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有し、この仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有するマスクブランク用基板。
（構成２）
対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造に用いられるマスクブランク用基板であって、この薄膜が設けられる側の主表面は、基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得した場合、前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有し、この仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有するマスクブランク用基板。
（構成３）
差分データから算出される決定係数Ｒ２が０．９以上である構成１又は２に記載のマスクブランク用基板。
（構成４）
前記薄膜が設けられる側の主表面は、基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域における平坦度が０．２μｍ以下とした構成１から３のいずれかに記載のマスクブランク用基板。
（構成５）
構成１から４のいずれかのマスクブランク用基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランク。
（構成６）
対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクであって、転写パターン形成用の薄膜の表面は、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得した場合、前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有し、この仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有するマスクブランク。
（構成７）
対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクであって、転写パターン形成用の薄膜の表面は、基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得した場合、前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有し、この仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有するマスクブランク。
（構成８）
差分データから算出される決定係数Ｒ２が０．９以上である構成６又は７に記載のマスクブランク。
（構成９）
ブランク基板上の薄膜の表面の平坦度が、基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域において０．２μｍ以下である構成６から８のいずれかに記載のマスクブランク。
（構成１０）
構成５から９のいずれかのマスクブランクの前記薄膜に転写パターンが形成されている転写用マスク。
（構成１１）
前記転写用マスクは露光装置のマスクステージにセットされて半導体基板上の転写対象物に対して露光転写を行うために用いられるものであり、前記露光装置は、転写用マスクの転写パターンから透過した透過光の波面に対し、ゼルニケ多項式で定義される形状の波面補正を行う機能を有する、構成１０記載の転写用マスク。
（構成１２）
対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造に用いられるマスクブランク用基板の製造方法であって、この透光性基板の薄膜が設けられる側の主表面を、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得する工程と、この差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有する前記透光性基板をマスクブランク用基板として選定する工程とを備え、この仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有するマスクブランク用基板の製造方法。
（構成１３）
対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造に用いられるマスクブランク用基板の製造方法であって、この透光性基板の薄膜が設けられる側の主表面を、基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得する工程と、この差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有する前記透光性基板をマスクブランク用基板として選定する工程とを備え、この仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有するマスクブランク用基板の製造方法。
（構成１４）
差分データから算出される決定係数Ｒ２が０．９以上である透光性基板を選定する工程をさらに備えることを特徴とする構成１２又は１３に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
（構成１５）
薄膜が設けられる側の主表面における基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域の平坦度が０．２μｍ以下である透光性基板を選定する工程をさらに備えることを特徴とする構成１２から１４のいずれかに記載のマスクブランク用基板の製造方法。
（構成１６）
構成１２から１５のいずれかのマスクブランク用基板の製造方法で製造されたマスクブランク用基板の一方の主表面に、転写パターン形成用の薄膜を設ける工程を備えたマスクブランクの製造方法。
（構成１７）
対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造方法であって、このマスクブランクの転写パターン形成用の薄膜の表面を、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得する工程と、この差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有する前記マスクブランクを選定する工程とを備え、前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有するマスクブランクの製造方法。
（構成１８）
対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造方法であって、このマスクブランクの転写パターン形成用の薄膜の表面を、基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得する工程と、この差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有する前記マスクブランクを選定する工程とを備え、前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有するマスクブランクの製造方法。
（構成１９）
差分データから算出される決定係数Ｒ２が０．９以上であるマスクブランクを選定する工程をさらに備えることを特徴とする構成１７又は１８に記載のマスクブランクの製造方法。
（構成２０）
薄膜の表面における基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域での平坦度が０．２μｍ以下であるマスクブランクを選定する工程をさらに備えることを特徴とする構成１７から１９のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
（構成２１）
構成１６から２０のいず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の前記薄膜に転写パターンを形成する工程を備える転写用マスクの製造方法。
（構成２２）
転写用マスクの製造方法に関し、その転写用マスクは露光装置のマスクステージにセットされて半導体基板上の転写対象物に対して露光転写を行うために用いられるものであり、前記露光装置は、転写用マスクの転写パターンから透過した透過光の波面に対し、ゼルニケ多項式で定義される形状の波面補正を行う機能を有する、本発明の構成２１記載の転写用マスクの製造方法。
（構成２３）
構成１０又は１１に記載の転写用マスクを露光装置のマスクステージにセットし、リソグラフィ法により前記フォトマスクの転写パターンを半導体基板上にパターン転写する半導体デバイスの製造方法。
（構成２４）
前記露光装置は、転写用マスクの転写パターンから透過した透過光の波面に対し、ゼルニケ多項式で定義される形状の波面補正を行う機能を有する構成２３に記載の半導体デバイスの製造方法。
（構成２５）
構成２１又は２２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露光装置のマスクステージにセットし、リソグラフィ法により前記フォトマスクの転写パターンを半導体基板上にパターン転写する半導体デバイスの製造方法。
この発明によれば、機械的平坦性から光学的平坦性に置き換えた基準値で選別することにより、露光波長λの１／８という極めて高い実質的な平坦度の要求を満たすマスクブランク用基板が得られる。また、マスクブランク用基板の加工時のスループットを低下させることなく、また、製造装置設備負担も少なく、このように超平坦なマスクブランク用基板を製造することが可能となる。マスクブランク及び転写マスクの実効的平坦度も、マスクブランク用基板同様高いものになる。その転写マスクを用いて露光を行うと、焦点裕度や高い位置精度が確保され、極めて高い転写精度が得られる。その結果、製造される半導体デバイスの回路動作特性が安定する。
本発明の概念を説明するためのマスクブランク用基板の断面図である。 本発明によるマスクブランク用基板の製造工程を示す工程フロー図である。 本発明によるマスクブランク用基板の製造工程を示す工程フロー図である。 実施例１によって得られた実施例サンプルＡのマスクブランク用基板の主表面形状分布を示す図であり、（ａ）はマスクブランク上面から見た表面高さ等高線分布図、（ｂ）は対角線方向の高さ分布特性曲線図、そして（ｃ）はマスクブランク中心部を縦及び横に切った時の高さ分布特性曲線を示す図である。 実施例サンプルＡの表面形状分布を示す等高線分布図であり、（ａ）は直径１０４ｍｍ内の実測形状を示す等高線分布図、（ｂ）はそれに対応する仮想基準面を示す等高線分布図、そして（ｃ）は実測と仮想基準面との差分を示す差分形状等高線分布図である。 実施例サンプルＢのマスクブランク用基板の主表面形状分布を示す図であり、（ａ）はマスクブランク上面から見た表面高さ等高線分布図、（ｂ）は対角線方向の高さ分布特性曲線図、そして（ｃ）はマスクブランク中心部を縦及び横に切った時の高さ分布特性曲線を示す図である。 実施例サンプルＢの表面形状分布を示す等高線分布図であり、（ａ）は直径１０４ｍｍ内の実測形状を示す等高線分布図、（ｂ）はそれに対応する仮想基準面を示す等高線分布図、そして（ｃ）は実測と仮想基準面との差分を示す差分形状等高線分布図である。 参考例サンプルＣのマスクブランク用基板の主表面形状分布を示す図であり、（ａ）はマスクブランク上面から見た表面高さ等高線分布図、（ｂ）は対角線方向の高さ分布特性曲線図、そして（ｃ）はマスクブランク中心部を縦及び横に切った時の高さ分布特性曲線を示す図である。 参考例サンプルＣの表面形状分布を示す等高線分布図であり、（ａ）は直径１０４ｍｍ内の実測形状を示す等高線分布図、（ｂ）はそれに対応する仮想基準面を示す等高線分布図、そして（ｃ）は実測と仮想基準面との差分を示す差分形状等高線分布図である。 比較例サンプルＸ１のマスクブランク用基板の主表面形状分布を示す図であり、（ａ）はマスクブランク上面から見た表面高さ等高線分布図、（ｂ）は対角線方向の高さ分布特性曲線図、そして（ｃ）はマスクブランク中心部を縦及び横に切った時の高さ分布特性曲線を示す図である。 比較例サンプルＸ１の表面形状分布を示す等高線分布図であり、（ａ）は直径１０４ｍｍ内の実測形状を示す等高線分布図、（ｂ）はそれに対応する仮想基準面を示す等高線分布図、そして（ｃ）は実測と仮想基準面との差分を示す差分形状等高線分布図である。 参考例サンプルＸ２のマスクブランク用基板の主表面形状分布を示す図であり、（ａ）はマスクブランク上面から見た表面高さ等高線分布図、（ｂ）は対角線方向の高さ分布特性曲線図、そして（ｃ）はマスクブランク中心部を縦及び横に切った時の高さ分布特性曲線を示す図である。 参考例サンプルＸ２の表面形状分布を示す等高線分布図であり、（ａ）は直径１０４ｍｍ内の実測形状を示す等高線分布図、（ｂ）はそれに対応する仮想基準面を示す等高線分布図、そして（ｃ）は実測と仮想基準面との差分を示す差分形状等高線分布図である。 比較例サンプルＸ３のマスクブランク用基板の主表面形状分布を示す図であり、（ａ）はマスクブランク上面から見た表面高さ等高線分布図、（ｂ）は対角線方向の高さ分布特性曲線図、そして（ｃ）はマスクブランク中心部を縦及び横に切った時の高さ分布特性曲線を示す図である。 比較例サンプルＸ３の表面形状分布を示す等高線分布図であり、（ａ）は直径１０４ｍｍ内の実測形状を示す等高線分布図、（ｂ）はそれに対応する仮想基準面を示す等高線分布図、そして（ｃ）は実測と仮想基準面との差分を示す差分形状等高線分布図である。 実施例サンプルＤのマスクブランク用基板の主表面形状分布を示す図であり、（ａ）はマスクブランク上面から見た表面高さ等高線分布図、（ｂ）は対角線方向の高さ分布特性曲線図、そして（ｃ）はマスクブランク中心部を縦及び横に切った時の高さ分布特性曲線を示す図である。 実施例サンプルＤの表面形状分布を示す等高線分布図であり、（ａ）は直径９０ｍｍ内の実測形状を示す等高線分布図、（ｂ）はそれに対応する仮想基準面を示す等高線分布図、そして（ｃ）は実測と仮想基準面との差分を示す差分形状等高線分布図である。 比較例サンプルＹのマスクブランク用基板の主表面形状分布を示す図であり、（ａ）はマスクブランク上面から見た表面高さ等高線分布図、（ｂ）は対角線方向の高さ分布特性曲線図、そして（ｃ）はマスクブランク中心部を縦及び横に切った時の高さ分布特性曲線を示す図である。 比較例サンプルＹの表面形状分布を示す等高線分布図であり、（ａ）は直径９０ｍｍ内の実測形状を示す等高線分布図、（ｂ）はそれに対応する仮想基準面を示す等高線分布図、そして（ｃ）は実測と仮想基準面との差分を示す差分形状等高線分布図である。 差分形状データのゼルニケ多項式次数依存性を示す特性図である。 バイナリー型マスクを用いた時の露光光の特徴を説明するための要部マスク断面構造図である。 ハーフトーン型位相シフトマスクを用いた時の露光光の特徴を説明するための要部マスク断面構造図である 露光装置の照明及び投影光学系の構成の概要を示す露光装置光学部の要部断面構成図である。 通常照明の照明形状を示した照明分布図である。 Ｘダイポール照明の照明形状を示した照明分布図である。 ウエハに転写形成されたレジストパターンの上面図である。 Ｙダイポール照明の照明形状を示した照明分布図である。 ウエハに転写形成されたレジストパターンの上面図である。 （ａ）はマスクにレイアウトされたパターンを示すマスク上面図であり、（ｂ）はそのマスクを用いてウエハに転写したとき形成されるレジストパターンの上面図であり、そして（ｃ）はレジストパターンの断面図である。 （ａ）はマスクにレイアウトされたパターンを示すマスク上面図であり、（ｂ）はそのマスクを用いてウエハに転写したとき形成されるレジストパターンの上面図であり、そして（ｃ）はレジストパターンの断面図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら、その概念を含め具体的に説明する。なお、図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。
［マスクブランク用基板及びその製造方法］
ここでは、マスクブランク用基板及びその製造方法に関して説明する。最初に本発明の構成概念を説明し、その後、その概念に基づいて実施した実施例を比較例及び参考例とともに示す。
まず、本発明は、投影レンズを介して像転写を行う上で本質的に求められているものは、機械的な平面では必ずしもなく、波面の揃った光学的平坦面であることに基づいている。この点について、図１を用いて説明する。マスクブランク用基板の主表面（転写パターン形成用の薄膜が設けられる側である一方の主表面）は、背景技術においても述べたように、極めて高い平坦性が求められる。図１はマスクブランクの断面を示したもので、一般的には、マスクブランク１の主表面は、同図中の符号２に示すように、完全平坦面が理想とされている。しかしながら、このような完全平坦面を実際に製造するのは大変困難であり、また、局所プラズマエッチングなどの手法を使って平坦に近づける工夫も行われているが、この方法はスループットが低く、装置コストなどもかかり、また異物欠陥が発生しやすいなどの副作用も多い。そこで、機械的平坦面を追求するのではなく、光学的平坦面、言い換えれば等波面的平坦面を追求する方向に発想を転換したものである。
そして、本発明は、露光装置の投影レンズに備え付けられたレンズ収差を補正する収差補正機能を用いて、光学的平坦面を、機械的平坦面からずれて研磨された面に対して近づけている。この点について、図１を用いて説明する。図１中の符号３は研磨を行って形成された主表面の断面形状を示す。例えば、同図中のＡ点での理想的機械的平坦面からのずれはｄ１となるが、露光装置の収差補正機能を使った光学的平坦面（断面）４からのずれはｄ２と極めて小さくできる。ここでの光学的平坦面とは、この面から波面を揃えて出た光線が、レンズ収差補正機能を使って意図的に投影レンズに収差を与えることにより、理想的な結像を示す面のことである。言い換えれば、ここで言う光学的平坦面とは、ウエハ面を像点面とした時の投影レンズの共役上にある物点面のことで、投影レンズに意図的に収差を与えて、機械的平坦面から所望に近い形状に変形させた物点面を言う。本願では、この物点面の平坦度のことを光学的平坦度と呼ぶことにする。この光学的平坦度は、機械的完全平坦面というような１つの固定面ではなく、マスクブランク用基板の表面形状に応じてある程度の自由度を持って決められる面なので、平坦度を高めることが容易になる。
また、本発明は、この光学的平坦面の記述に極座標系であるゼルニケ多項式近似面を使用している。その極座標の原点は、マスクブランク用基板の中心である。ＡｒＦ露光装置などに用いられるマスクブランクは、一部隅の部分で面取りはされているものの、縦横とも約１５２ｍｍ幅の四角形であり、またマスクパターン図形のレイアウトもＸＹ座標表示となっていることから、座標系表示としては、一般にＸＹ座標系が用いられている。あえて四角形のものに極座標系で記述したところに本発明の特徴的な点がある。ゼルニケ多項式近似は直交座標系であり、各変数が独立関係にあって取り扱いが容易であるとともに、投影レンズの収差特性が、フーリエ変換面である投影レンズの瞳面での波面のゼルニケ多項式展開の各項と対応が付くことから、投影レンズ収差補正とブランク基板面の光学的平坦面を結びつけるのに大変好適である。なお、ＡｒＦ露光装置としては、現在の主流はＡｒＦスキャナであるが、スキャナに限るものではなく、ステッパでも構わない。また、光源もＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）に限るものではなく、例えばＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）などでも構わない。
このように、光学的平坦面を仮想基準面として、その表面形状をゼルニケ多項式近似で表した形状に対して、研磨されたマスクブランク主表面形状とフィッティングをとって、その差が基準値以下のものを選別することが本発明の骨子である。加えて、より好ましい転写性能を与えるマスクブランク用基板を製造するために、以下の点について詳細な検討を行った。
投影レンズの収差補正機能は、ゼルニケ多項式における半径に係わる変数の次数が３次以降の高次の項も可能であるが、高次の項まで使ってフィッティングをかけるとある時点では良いが、露光状況により投影レンズの高次の収差が変動して、不都合が生じるということがわかった。この点については、[露光方法及びそれを用いたデバイスの製造方法]において詳細を後述する。また、次数が１次の項のみでは１次元的なティルト補正であり、これでは十分な光学平坦性を得ることができないこともわかった。よって半径に係わる変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係わる変数の次数が２次の項を１つ以上含むことが肝要であることが、詳細な検討の結果わかった。その必要な代表の２次の項はデフォーカスの項であり、デフォーカスの項は、アリゾナ大学表記では第４項、標準形では第５項にあたる。これが本発明の第３の特徴的な点である。なお、ゼルニケ多項式近似は標準形、アリゾナ大学方式、及びフリンジゼルニケ方式など各種の方式があるが、半径に係わる変数の次数が２次以下の項では、順番や係数に差はあっても、本発明の適用にあたっては、どの形式のゼルニケ多項式近似を用いても問題はない。
上記フィッティング度を判定選別する指標としては、露光装置のスキャン露光時の露光スリット長の最大値である１０４ｍｍ直径内での仮想基準面とマスクブランク主表面形状の差分の最高高さと最低高さの差、いわゆるＰＶ値が好適であることが検討の結果わかった。一点でもＰＶ値が外れるとそこでは波面がその分ずれるので、その場所で転写特性に悪影響が出る。選別の基準値としては、位相差による投影露光時の悪影響が充分小さく、波面計測測定装置の計測精度基準の１つとなっている露光波長λの１/８、すなわちλ/８とするのが良い。転写評価の結果、通常はこの基準で十分な転写精度が得られた。露光装置の調整時やＱＣ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行うとき等、より高い精度が求められるときは、選別の基準値をλ/１０とすることが好ましい。
第２のフィッティング選別指標は、前述の差分形状から算出される決定係数Ｒ２である。決定係数Ｒ２とは、重相関係数の２乗で、寄与率とも呼ばれるもので、標本値から求めた回帰方程式の当てはまりの良さの尺度として良く用いられる指標である。その定義式は、実測値をy、回帰方程式による推定値をfとすると、
Figure 2014203961
 であり、この値が１に近いほど相対的な残差が少ないことを表す。ＰＶ値がポイントでの異常を選別する指標に対し、決定係数Ｒ２は形状全体の残差の大きさを表す指標となる。マスクを作成して転写との相関をとって種々調べた結果、決定係数Ｒ２が０．９以上で十分な転写精度が得られた。
前述の手法では、マスクブランクの中心を基準とした直径１０４ｍｍ内の光学的平坦度は十分確保されるが、チップ露光は最大１０４ｍｍ×１３２ｍｍ領域で行われる。そこで前述の光学的平坦度選別に加え、マスクブランク用基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域における平坦度を０．２μｍ以下とする基準を併用すると、全面に渡ってさらに良い転写結果が得られた。なお、チップ露光は最大でも１０４ｍｍ×１３２ｍｍと、本測定基準領域の１３２ｍｍ×１３２ｍｍより小さいが、これはマスクブランクの向きを限定しないためである。また、マスクブランク用基板の主表面は、所定以上の表面粗さに鏡面研磨されている必要がある。主表面は、一辺が５μｍの四角形の内側領域で算出される自乗平方根平均粗さＲｑが０．２ｎｍ以下であることが好ましく、０．１５ｎｍ以下であるとより好ましい。なお、表面粗さは、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定できる。
一般に、転写用マスクにおいて、転写パターンを形成することができるパターン形成領域は１０４ｍｍ×１３２ｍｍの内側の領域である。転写パターンは、比較的疎な領域と比較的密な領域、あるいは比較的微細なパターンが存在する領域と比較的大きなパターンからなっている領域が混在していることが一般的である。パターン形成領域の外周側にはパターンが密な領域や微細なパターン領域を配置しないことも多い。焦点裕度の問題から、微細なパターンを転写する場合にはマスクブランク用基板には高い光学的平坦度が求められる。また、マスクブランク用基板において、光学的平坦度を確保する領域を基板の中心を基準とする直径１０４ｍｍの円の内側領域とすると、基板の生産歩留まりが上がりにくいという問題もある。これらの点を考慮すると、本発明のマスクブランク用基板の別の態様として、光学的平坦度を確保する領域を、基板の中心を基準とする直径９０ｍｍの円の内側領域とする構成としてもよい。
すなわち、この別の態様においては、前記のゼルニケ多項式で定義された形状である仮想基準面に対して、基板における薄膜が設けられる側の主表面をフィッティングする領域（算出領域）を、基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円の内側領域とする。そして、そのフィッティングによって、基板の主表面と仮想基準面との差分データを取得し、その差分データから、算出領域内での最高高さと最低高さの差であるＰＶ値を算出する。この態様のマスクブランク用基板においても、その算出領域において算出されたＰＶ値が、露光波長λの１/８、すなわちλ/８とするのが好ましい。また、高い精度が求められるときは、選別の基準値をλ/１０とすることがより好ましい。なお、この本発明の別の態様においても、いわゆる機械的平坦度に関する事項、表面粗さに関する事項、第２のフィッティング選別指標に関する事項等については、本発明の態様と同様である。
次に本発明の概念に沿って高平坦度なマスクブランク用基板を製造する工程を、図２のマスクブランク用基板の製造工程フローチャート図を参照しながら説明する。
最初は、図２の工程Ｓ１に示すように、合成石英インゴットからマスクブランク用基板の形状に切り出し、次に同図の工程Ｓ２に示すように、切り出した基板の主表面、端面及び面取り面に対して研磨を行う研削工程、続いて同図の工程Ｓ３に示すように、主表面に対してその表面を精密に研磨する工程を行う。この研磨は通常多段階で行われる。研磨の方法は様々であってここでは特に制限を設けるわけではないが、酸化セリウム等の研磨剤を用いたＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）やコロイダルシリカ等の研磨剤を用いたポリッシングが好適に行われる。その後、同図の工程Ｓ４に示すように、主表面の精密な形状測定を行う。以上の工程Ｓ４までは、通常の方法であってもよい。なお、ここではマスクブランク材料として一般的な合成石英ガラスの場合を示したが、転写用マスクの基板として用いることができるものであれば、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、露光波長によっては、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、無アルカリガラス、フッ化カルシウムガラスなども適用可能である。
本発明の特徴は、図２の工程Ｓ５以降にある。まず、工程Ｓ５で、仮想基準面の算出計算を行う。この仮想基準面は、前述のように、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係わる変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係わる変数の次数が２次の項を１つ以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状である。範囲は、マスクブランク用基板の中央を中心とした直径１０４ｍｍの円内（本発明の別の態様の場合は、直径９０ｍｍの円内）である。この仮想基準面の算出にあたっては、工程Ｓ４で計測されたマスクブランク用基板の主表面の表面形状を参考にして算出計算される。次に、図２の工程Ｓ６に示すように、工程Ｓ５で算出計算された仮想基準面形状と工程Ｓ４で実測されたマスクブランク用基板の主表面形状との差分を計算し、差分形状のデータ（差分データ）を取得する。その後、図２の工程Ｓ７に示すように、工程Ｓ６で得られた差分データから最高高さと最低高さの差、いわゆるＰＶ値を計算する。その後、図２の工程Ｓ８に示すように、工程Ｓ７で求めたＰＶ値が露光波長λの１/８、すなわちλ/８以下であるか、それを超える値であるかを判定し、λ/８以下の場合は高平坦マスクブランク用基板として選別して終了する（図２の工程Ｓ９）。それを超える場合は、低・中平坦品として、ミドルレイヤーやラフレイヤー用のマスクブランク用基板としての活用を考えるか、工程Ｓ３の研磨工程に戻すか、局所加工工程を経て工程Ｓ４以降再度同様の工程を踏むか、あるいはこのマスクブランク用基板を廃棄する（図２の工程Ｓ１０）。以上のマスクブランク用基板の製造方法により、光学的平坦度λ/８以下という極めて高い平坦度を有するマスクブランク用基板が、高いスループットを持って製造することが可能となる。ＡｒＦエキシマ露光の場合のλ/８は２５ｎｍ（小数点以下切上げ）であり、従来法より格段に高い光学的平坦度が、マスクブランク用基板の加工時のスループットを低下させることなく得られ、また、製造装置設備負担も抑えることが可能となる。
次に、決定係数Ｒ２を用いたもう一つのマスクブランク用基板を製造する工程を、図３のマスクブランク用基板の製造工程フローチャート図を参照しながら説明する。工程Ｓ８までは前述の図２のマスクブランク用基板の製造方法と同一である。違いは工程Ｓ８以降で、ＰＶ値がλ/８以下であった場合、図３の工程Ｓ１１に示すように、差分形状（差分データ）から算出される決定係数Ｒ２を計算する。そして図３の工程Ｓ１２に示すように、決定係数Ｒ２が０．９以上の場合は高平坦マスクブランク用基板として選別し、終了する。０．９未満の場合は、低・中平坦品として、ミドルレイヤーやラフレイヤー用のマスクブランク用基板としての活用を考えるか、工程Ｓ３の研磨工程に戻すか、局所加工工程を経て工程Ｓ４以降再度同様の工程を踏むか、あるいはこのマスクブランク用基板を廃棄する。この方法では、１点異常点のみの判定ではなく、形状全体の光学平坦面とのフィッティング度をも併用して選別するため、そのマスクブランク用基板を使って製造されたマスクの転写精度は高い。
なお、工程Ｓ１１及びＳ１２は、差分形状を算出する工程Ｓ６が行われた後であれば、どの段階で行われてもよい。たとえば、工程Ｓ１１を工程Ｓ７と工程Ｓ８の間で行ってもよいし、工程Ｓ１１とＳ１２を工程Ｓ８よりも先に行ってもよい。また、ＰＶ値の計算と基準値との比較判定（工程Ｓ７及びＳ８）と、決定係数Ｒ２の計算と基準値との比較判定（工程Ｓ１１及びＳ１２）の順番を入れ替えることも可能である。なお、ここで決定した仮想基準面の情報は保持しておいて、露光装置のレンズ収差補正機能に反映させることが、投影レンズの共役面での露光が容易に可能になるので、好ましい。
なお、本発明のマスクブランク用基板を製造する工程において、透光性基板の主表面の機械的平坦度が、その基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域において０．２μｍ以下である基板を選定する工程（機械的平坦度の指標で基板を選定する工程）を有することが好ましい。ここで、この平坦度が０．２μｍ以下である基板の選定工程は、工程Ｓ４の主表面形状測定工程よりも後の工程であることが、用途別選別を効率的に進める上でさらに好ましい。
［マスクブランク及びその製造方法］
本発明のマスクブランクは、前述のマスクブランク用基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜を設けたことを特徴としている。また、本発明のマスクブランクの製造方法は、前述のマスクブランク用基板の製造方法で製造されたマスクブランク用基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜を設ける工程を備えることを特徴としている。
ここで重要となるのは応力の制御で、この薄膜による応力でマスクブランク用基板が歪むと、基板表面の平坦度は変化する。この膜応力による基板主表面の変形は、同心円状の２次曲面という比較的単純な変形であり、露光機の収差補正によって対応できるが、一方で、薄膜の応力が大きすぎると、マスクブランクから転写マスクを製造する際に行われる薄膜のパターニング時に、薄膜パターンの位置ずれが起こるという問題が生じる。マスクブランクの中心を基準とし、一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域の機械的平坦度の変化量と膜応力の関係を調べたところ、平坦度変化量１０ｎｍ、２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、及び５０ｎｍに対応する膜応力は、それぞれ５５ＭＰａ、１１０ＭＰａ、１３７ＭＰａ、１６５ＭＰａ、２２０ＭＰａ、及び２７５ＭＰａであった。この結果から、薄膜の応力は、２７５ＭＰａ以下が望ましく、１６５ＭＰａ以下だとさらに望ましく、１１０ＭＰａ以下だとさらに一層望ましいことがわかる。
したがって、薄膜の膜応力を調整する必要があるが、その方法としては、例えば、加熱処理（アニール）を行う方法やフラッシュランプ等の高エネルギー光を薄膜に対して照射する光照射処理を行う方法などがある。この膜応力調整に留意して薄膜形成を行えば、露光波長λの１／８という光学的超平坦マスクブランクを製造することができ、そのマスクブランクを使って製造された転写用マスクを用いて露光を行うと、焦点深度、位置ずれ、及び解像度に優れ、それを使って製造される半導体デバイスの回路特性も安定する。
上記のように、パターン形成用の薄膜の応力によって生じるマスクブランク用基板の主表面の変形は、同心円状の２次曲面という比較的単純な変形である。この変形は、ゼルニケ多項式における半径に係わる変数の次数が２次以下の項で表すことができる。よって、マスクブランクにおける転写パターン形成用の薄膜の表面が、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円（本発明の別の態様の場合は、直径９０ｍｍの円）の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行ってその主表面と仮想基準面との差分データを取得した場合、差分データの算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有しており、さらにその仮想基準面が、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状であるマスクブランクは、本発明のマスクブランクとすることができる。この本発明のマスクブランクは、本発明のマスクブランク用基板における一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜を設けてなる前記のマスクブランクと同等の効果を得ることができる。
また、同様の理由から、本発明のマスクブランクの製造方法は、マスクブランクの転写パターン形成用の薄膜の表面を、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円（本発明の別の態様の場合は、直径９０ｍｍの円）の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得する工程と、この差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有する前記マスクブランクを選定する工程とを備え、前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有するものとすることができる。
さらに、同様の理由から、本発明のマスクブランクの製造方法は、差分データから算出される決定係数Ｒ２が０．９以上であるマスクブランクを選定する工程をさらに備えるものとすることができる。また、同様の理由から、本発明のマスクブランクの製造方法は、薄膜の表面における基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域での平坦度が０．２μｍ以下であるマスクブランクを選定する工程をさらに備えるものとすることができる。
本発明のマスクブランク及び本発明のマスクブランクの製造方法で製造されるマスクブランクは、以下の（１）〜（３）の構成のものを適用することができる。
（１）遷移金属を含む材料からなる遮光膜を備えたバイナリマスクブランク
かかるバイナリマスクブランクは、透光性基板上に遮光膜（パターン形成用の薄膜）を有する形態のものであり、この遮光膜は、クロム、タンタル、ルテニウム、タングステン、チタン、ハフニウム、モリブデン、ニッケル、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、パラジウム、ロジウム等の遷移金属単体あるいはその化合物を含む材料からなる。例えば、クロムや、クロムに酸素、窒素、炭素などの元素から選ばれる１種以上の元素を添加したクロム化合物で構成した遮光膜が挙げられる。また、例えば、タンタルに、酸素、窒素、ホウ素などの元素から選ばれる１種以上の元素を添加したタンタル化合物で構成した遮光膜が挙げられる。かかるバイナリマスクブランクは、遮光膜を、遮光層と表面反射防止層の２層構造や、さらに遮光層と基板との間に裏面反射防止層を加えた３層構造としたものなどがある。また、遮光膜の膜厚方向における組成が連続的又は段階的に異なる組成傾斜膜としてもよい。
（２）ケイ素と窒素を含む材料、又は遷移金属及びケイ素（遷移金属シリサイド、特にモリブデンシリサイドを含む）の化合物を含む材料からなる光半透過膜を備えた位相シフトマスクブランク
かかる位相シフトマスクブランクとしては、透光性基板（ガラス基板）上に光半透過膜（パターン形成用の薄膜）を有する形態のものであって、該光半透過膜をパターニングしてシフタ部を設けるタイプであるハーフトーン型位相シフトマスクが作製される。かかる位相シフトマスクにおいては、光半透過膜を透過した光に基づき転写領域に形成される光半透過膜パターンによる被転写基板のパターン不良を防止するために、透光性基板上に光半透過膜とその上の遮光膜（遮光帯）とを有する形態とするものが挙げられる。また、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクのほかに、透光性基板をエッチング等により掘り込んでシフタ部を設ける基板掘り込みタイプであるレベンソン型位相シフトマスク用やエンハンサー型位相シフトマスク用のマスクブランクが挙げられる。
前記ハーフトーン型位相シフトマスクブランクの光半透過膜は、実質的に露光に寄与しない強度の光（例えば、露光波長に対して１％〜３０％）を透過させるものであって、所定の位相差（例えば１８０度）を有するものである。この光半透過膜をパターニングした光半透過部と、光半透過膜が形成されていない実質的に露光に寄与する強度の光を透過させる光透過部とによって、光半透過部を透過して光の位相が光透過部を透過した光の位相に対して実質的に反転した関係になるようにすることによって、光半透過部と光透過部との境界部近傍を通過し回折現象によって互いに相手の領域に回り込んだ光が互いに打ち消しあうようにし、境界部における光強度をほぼゼロとし境界部のコントラスト即ち解像度を向上させるものである。
この光半透過膜は、例えば遷移金属及びケイ素（遷移金属シリサイドを含む）の化合物を含む材料からなり、これらの遷移金属及びケイ素と、酸素及び／又は窒素を主たる構成要素とする材料が挙げられる。遷移金属には、モリブデン、タンタル、タングステン、チタン、ハフニウム、ニッケル、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、クロム等が適用可能である。また、光半透過膜上に遮光膜を有する形態の場合、上記光半透過膜の材料が遷移金属及びケイ素を含むので、遮光膜の材料としては、光半透過膜に対してエッチング選択性を有する（エッチング耐性を有する）特にクロムや、クロムに酸素、窒素、炭素などの元素を添加したクロム化合物で構成することが好ましい。
この光半透過膜は、ケイ素と窒素を含む材料で形成してもよい。具体的には、光半透過膜は、ケイ素及び窒素からなる材料、又は当該材料に半金属元素、非金属元素及び希ガスから選ばれる１種以上の元素を含有する材料で形成される。光半透過膜に含有される半金属元素としては、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種以上の元素を含有させることが好ましい。光半透過膜には、窒素に加え、いずれの非金属元素を含有してもよい。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種以上の元素を含有させると好ましい。低透過層及び高透過層は、酸素の含有量を１０原子％以下に抑えることが好ましく、５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（ＲＢＳ、ＸＰＳ等の組成分析の結果が検出下限値以下）ことがとさらに好ましい。
この光半透過膜は、窒素含有量が比較的少ない低透過層と、窒素含有量が比較的多い高透過層との組み合わせが１組以上積層した構造としてもよい。なお、ケイ素と窒素を含む材料で形成される光半透過膜における遮光膜の材料に関する事項についても、前記の遷移金属及びケイ素の化合物を含む材料からなる光半透過膜の場合と同様である。
レベンソン型位相シフトマスクは、バイナリマスクブランクと同様の構成のマスクブランクから作製されるため、パターン形成用の薄膜の構成については、バイナリマスクブランクの遮光膜と同様である。エンハンサー型位相シフトマスク用のマスクブランクの光半透過膜は、実質的に露光に寄与しない強度の光（例えば、露光波長に対して１％〜３０％）を透過させるものではあるが、透過する露光光に生じさせる位相差が小さい膜（例えば、位相差が３０度以下。好ましくは０度。）であり、この点が、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクの光半透過膜とは異なる。この光半透過膜の材料は、ハーフトーン型位相シフトマスクブランクの光半透過膜と同様の元素を含むが、各元素の組成比や膜厚は、露光光に対して所定の透過率と所定の小さな位相差となるように調整される。
（３）遷移金属及びケイ素（遷移金属シリサイド、特にモリブデンシリサイドを含む）の化合物を含む材料からなる遮光膜を備えたバイナリマスクブランク
この遮光膜（パターン形成用の薄膜）は、遷移金属及びケイ素の化合物を含む材料からなり、これらの遷移金属及びケイ素と、酸素又は窒素のうちの少なくとも１つ以上を主たる構成要素とする材料が挙げられる。また、遮光膜は、遷移金属と、酸素、窒素又はホウ素のうちの少なくとも１つ以上を主たる構成要素とする材料が挙げられる。遷移金属には、モリブデン、タンタル、タングステン、チタン、ハフニウム、ニッケル、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、クロム等が適用可能である。特に、遮光膜をモリブデンシリサイドの化合物で形成する場合であって、遮光層（ＭｏＳｉ等）と表面反射防止層（ＭｏＳｉＯＮ等）の２層構造や、さらに遮光層と基板との間に裏面反射防止層（ＭｏＳｉＯＮ等）を加えた３層構造がある。また、遮光膜の膜厚方向における組成が連続的又は段階的に異なる組成傾斜膜としてもよい。
また、レジスト膜の膜厚を薄膜化して微細パターンを形成するために、遮光膜上にエッチングマスク膜を有する構成としてもよい。このエッチングマスク膜は、遷移金属シリサイドを含む遮光膜のエッチングに対してエッチング選択性を有する（エッチング耐性を有する）特にクロムや、クロムに酸素、窒素、炭素などの元素を添加したクロム化合物からなる材料で構成することが好ましい。このとき、エッチングマスク膜に反射防止機能を持たせることにより、遮光膜上にエッチングマスク膜を残した状態で転写用マスクを作製してもよい。
なお、上記（１）〜（３）において、透光性基板（ガラス基板）と遮光膜との間、又は光半透過膜と遮光膜との間に、遮光膜や光半透過膜に対してエッチング耐性を有するエッチングストッパー膜を設けてもよい。エッチングストッパー膜は、エッチングストッパー膜をエッチングするときにエッチングマスク膜を同時に剥離することができる材料としてもよい。
［転写用マスク及びその製造方法］
本発明の転写用マスクは、前記のマスクブランクの薄膜に転写パターンが形成されていることを特徴としている。また、本発明の転写用マスクの製造方法は、前記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の薄膜に転写パターンを形成する工程を備えることを特徴としている。以下、マスクブランクから転写用マスクを製造する工程について説明する。なお、ここで使用するマスクブランクは、前述（２）の位相シフトマスクブランクであり、透光性基板上に、光半透過膜（転写パターン形成用の薄膜）と遮光膜が順に積層した構造を備える。また、この転写用マスク（位相シフトマスク）の製造方法は一例であり、一部の手順を変えても製造することは可能である。
まず、位相シフトマスクブランクの遮光膜上に、レジスト膜をスピン塗布法によって形成する。このレジスト膜には、電子線露光描画用の化学増幅型レジストが好ましく用いられる。次に、レジスト膜に対して、光半透過膜に形成すべき転写パターンを電子線で露光描画し、現像等の所定の処理を施し、転写パターンを有するレジストパターンを形成する。続いて、遮光膜に対してレジストパターンをマスクとしたドライエッチングを行い、遮光膜に光半透過膜に形成すべき転写パターンを形成する。ドライエッチング後、レジストパターンを除去する。次に、光半透過膜に対し、転写パターンを有する遮光膜をマスクとしたドライエッチングを行い、光半透過膜に転写パターンを形成する。続いて、レジスト膜をスピン塗布法で再度形成し、遮光膜に形成すべきパターン（遮光帯等のパターン）を電子線で露光描画し、現像等の所定の処理を施し、レジストパターンを形成する。遮光膜に対し、遮光帯等のパターンを有するレジストパターンをマスクとするドライエッチングを行い、遮光膜に遮光帯等のパターンを形成する。そして、所定の洗浄処理等を施し、転写用マスク（位相シフトマスク）が出来上がる。
本方法で製造された転写用マスクの基板露出面（パターン形成用薄膜が残されていない開口部の基板主表面）の光学的平坦度は露光波長λの１/８以下と極めて高く、十分な波面コントロールがなされた転写マスクを製造することが可能となった。波面コントロールが十分なされるため、この転写マスクを用いて露光を行うと、焦点深度、位置ずれ、及び解像度に優れ、それを使って製造される半導体デバイスの回路特性も安定していた。
本発明は、転写マスクの種類によらずに効果的で、バイナリー型マスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、エンハンサーマスク、及びレベンソン型位相シフトマスクともに効果がある。
この中で、バイナリー型マスクは最も汎用に用いられ、特別な方法で遮光帯を作る必要もないので、量産上効果が大きい。また、ハーフトーン型位相シフトマスクに関しては、パターン開口部はもとより光半透過部からも露光光が透過するため、波面制御の転写性能への影響が大きいので、本方法で製造された転写マスクは特に効果が大きい。このことを、転写マスクの断面図である図２１及び２２を用いながら説明する。図２１はバイナリー型マスクの場合で、透明なマスクブランク用基板２１と遮光膜パターン２２からなっている。露光光２３は、開口パターン部２４は通過するが、遮光膜パターン２２のある部分、いわゆるフィールド部分２５は透過しない。露光光の波面コントロールが効果を現すのはこの開口パターン部のみということになる。一方、図２２はハーフトーン型位相シフトマスクの場合を示すが、この場合は光半透部２６も減光されてはいるが、露光光２３は透過する。すなわち、パターン開口部２４のみならずフィールド部２５からも露光光が透過するため、マスク全面の波面コントロールが重要となり、本発明の効果が大きく出る。しかもハーフトーン型位相シフトマスクであるため、その原理上波面コントロールは重要である。
［露光方法及びそれを用いたデバイスの製造方法］
ここでは、前述の方法で製造したマスクを用いた露光方法及びそれを用いたデバイスの製造方法について述べる。
最初に、露光装置の光学系部分の概要を装置構成の概要を断面図にして示した装置構成概要図である図２３を参照しながら説明する。露光装置の光学系部分は以下の構成になっている。光源３１から露光光３２が発せられ、照明光学系３３を介して転写用マスク３４に露光光が照射される。転写用マスク３４を透過した露光光は投影レンズ３５及び３８を介してウエハステージ３９上に載置されたウエハ４０上に照射されて露光が行われる。投影レンズ３５及び３８の間にある瞳３６部分には一般的に可動絞りが設置されていて投影レンズの開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が調整できるようになっている。投影レンズ３５及び３８はこの図では各々１枚のレンズで描かれているが実際には多数のレンズ群から成り立っており、その相互位置は一部微動できるようになっていて低次を中心としたレンズ収差の補正ができる機構が組み込まれている。また、瞳３６の近傍には位相フィルタ３７が組み込まれていて、この位相フィルタ３７を調整することによって高次のレンズ収差、特にレンズ部分ヒーティングによる高次収差のリアルタイム補正が可能なようになっている。
この低次のレンズ収差補正はティルト、非点収差などゼルニケの多項式の６項までを含む。すなわち、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって規定される項を補正する機能がある。本発明の転写マスクを用いると、この低次のレンズ収差補正によって投影レンズ３５，３８にとってウエハ４０上と共役の位置に転写用マスクの主表面を持ってくることができ、この転写用マスクの主表面は光学的平坦面となるため、この転写マスクを用いて露光を行うと、焦点深度、位置ずれ、及び解像度に優れ、それを使って製造される半導体デバイスの回路特性も安定する。なお、転写マスクのマスクステージへの載置（セット）は、いわゆるソフトチャックでもハードチャックでも構わない。
照明光学系３３にはズーミング機構や可動式マルチミラー光学系などが組み込まれていて、所望の形状の照明を設定できるようになっている。図２４に通常照明の例を示すが、通常照明は照明部４１と遮光部（光が遮断される部分）４２からなっている。照明部は中央を中心とした円形で、その円の大きさで照明条件を定義する。（これをコヒーレンシーと呼んでいる）一方、メモリ系デバイスを中心に最近よく使われるようになってきているのがダイポール照明と呼ばれるもので、その一例を図２５に示す。これはＸダイポールと呼ばれるもので、中央からＸ軸上に離れて円形状の小さな照明部４３が配置され、その周りは遮光部４４となっている。照明部が円形から扇型などに変形された変形ダイポール照明も使われることがある。このＸダイポール照明はＸ方向の解像度が高く、図２６に示すようにＸ方向に密で微細なパターンの形成に適している。ここで、同図中の４５はレジストパターンを表す。このＸダイポール照明の際、照明光を、通常なら遮光部（フィールド部）４４に回る光もこの照明部４３に集中させ、照射効率を上げる機構が照明部３３に組み込まれている。したがって投影レンズ３５及び３８においては、レンズの一部分に集中的に強い露光光が通り、部分的レンズヒーティングが起こる。この熱によってレンズは歪むので複雑な高次のレンズ収差が発生する。また、デバイス製造においては、Ｘダイポール照明ばかりでなく、図２７に示すＹダイポール照明も多用される。同図中の４６は照明部で、４７は遮光部（フィールド部）である。この場合は、図２８に示すようにＹ方向に密で微細なパターンの形成に適している。メモリでは、特に微細なパターン形成が要求されるのがワード線とビット線であるが、一般にその両者は直行関係の配置、すなわちＸ方向に密な配線と、Ｙ方向に密な配線とからなる。そのようなこともあってＸダイポール照明とＹダイポール照明が両者多用して用いられる。また、ロジックパターンなどでの様々な形状のパターン形成には、通常照明が多用される。このように様々な照明が使われるので、レンズヒーティングが起こる場所も様々で、レンズ高次収差の発生も様々である。ヒーティングなので露光を始めた時と続けて多量処理をしている時でも異なり、高次のレンズ収差補正は経時変化に追従する必要もある。この高次の収差補正は、ゼルニケの多項式で表すと半径方向３次以上の項であり、その項は逐次補正がなされることになる。よって、転写マスクの光学平坦面を、半径方向３次以上のゼルニケ多項式の項まで補正しても、ある時点でのある照明状態での光学的平坦に過ぎず、様々な使用状況の中では十分な波面コントロールにはならない。したがって、前述したように、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって転写マスクの仮想基準面である光学平坦面を設定するのが最も効率的で、効果的である。
以下、露光適用の応用例である３つの例を以下に示す。
＜ハーフトーンマスクのサブピーク転写回避例＞
ここで示すのは、ハーフトーンマスクを用いた時にしばしば問題となるサブピーク転写不良を改善した例である。図２９はハーフトーン型位相シフトマスクを使って配線層のパターンを転写した例を示す。ここで、図２９（ａ）はハーフトーン型位相シフトマスクを上面から要部を見た図で、５１ａが開口部、５２ａは光半透過膜によるフィールド部（光半透過部）であり、図２９（ｂ）はウエハ上に転写形成されたレジストパターンの上面図である。また、同図のＡ―Ｂ面で切り出した断面図を図２９（ｃ）に示す。ウエハのレジストとしてポジレジストを用いると、形成されるレジストパターンはレジスト部５２ｂの中に形成された所望の開口パターン５１ｂとなるが、サブピーク現象によってレジスト部であるべき場所にレジストくぼみ５３が生じる。このくぼみは被加工膜のエッチングの際に突き抜けを起こし、デバイス回路の欠陥の巣となって、デバイスの製造歩留まりを落としたり、回路動作の不安定要因になったりする。同様のもう一つの例を図３０に示す。これはホールやビア層の例で、図３０（ａ）はハーフトーン型位相シフトマスクを上面から要部を見た図で、５５ａが開口部、５６ａは光半透過膜によるフィールド部（光半透過部）であり、図３０（ｂ）はウエハ上に転写形成されたレジストパターンの上面図である。また、同図のＡ―Ｂ面で切り出した断面図を図３０（ｃ）に示す。同様に、形成されるレジストパターンはレジスト部５６ｂの中に形成された所望の孔パターン５５ｂとなるが、サブピーク現象によってレジスト部であるべき場所にレジストくぼみ５７が生じる。このくぼみは被加工膜のエッチングの際に突き抜けを起こし、デバイス回路の欠陥の巣となって、デバイスの製造歩留まりを落としたり、回路動作の不安定要因になったりする。レジスト膜厚を厚くできればこの問題は解消されるが、レジスト解像度の問題やパターン倒れの問題などがあってレジストを厚くすることは困難である。この問題の解決法の一つはレンズに低次の収差を与え、サブピークが出にくくすることであるが、一方でこの方法では露光裕度、特にフォーカス裕度が小さくなる。したがってマスクブランク用基板や転写用マスクに対してはより厳しい平坦度が要求される。そこで、本実施の形態のマスクブランク用基板及び転写用マスクを用い、このマスクブランク用基板や転写用マスクに対して光学平坦面を与えるべく投影レンズに対し、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される低次の収差補正を加え、さらにその補正の上にサブピーク転写防止の低次の補正を加えて露光を行った。その結果、必要な焦点裕度を確保した上で、上記ハーフトーン型位相シフトマスクを用いた時のサブピーク転写の問題を回避することができた。これは、本実施の形態のマスクブランク用基板及び転写用マスクでは、光学平坦度λ/８以下が達成されることによる。
＜露光装置ＱＣ適用例＞
ここで示すのは、露光装置のＱＣ（Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）に適用した例である。露光装置の投影レンズの高次の収差補正は前述の通り、露光状況に応じて逐次調整されるものであるが、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式で記述されるような低次の項は、前述のように半導体デバイスの適用層によっては変化させるが、露光装置管理という観点では基準値は半固定で運用すべきものである。通常はこれらの低次のレンズ収差補正は経時的に変化しないものであるが、停電や、温度調整チャンバーの異常停止による露光装置の温度環境変化、及び地震などが起こると変化が生じる。そこで、露光装置の低次のレンズ収差補正管理のＱＣが必要になるが、このＱＣには極めて平坦で、波面収差の基とならない基準マスクが必要となる。レンズ収差の評価であるため、そこで使用する基準マスクに関しては、高度な光学測定器に要求されるのと同様の光学平坦度λ/８以下の平坦性が要求される。本実施の形態のマスクブランク用基板及び転写用マスクはこの要求を満たすので、露光装置のレンズ収差補正機能調整に最適であった。
＜露光装置レンズ収差補正機能調整適用例＞
ここでは、露光装置のレンズ収差補正機能調整に適用した例を示す。上記の通り、露光装置にはレンズ収差補正機能が組み込まれている。この機能を調整、評価するにあたっては極めて平坦で、波面収差の基とならない基準マスクが必要となる。レンズ収差の評価であるため、そこで使用する基準マスクに関しては、高度な光学測定器に要求されるのと同様の光学平坦度λ/８以下の平坦性が要求される。本実施の形態のマスクブランク用基板及び転写用マスクはこの要求を満たすので、露光装置のレンズ収差補正機能調整に最適であった。
（実施例、比較例、参考例）
［マスクブランク用基板の製造］
本実施の形態のマスクブランク用基板の製造方法に従って８枚のマスクブランク用基板のサンプルを作成し、評価を行った。サンプルＡ、Ｂ、Dの３枚が実施例、サンプルＸ１、Ｘ３、Yの３枚が比較例、サンプルＣ、Ｘ２の２枚が参考例となる。基板の平坦度測定まで、この８枚は全て以下に示す同一の工程で製造した。
まず、合成石英ガラス基板（大きさ１５２．４ｍｍ×１５２．４ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍ）を切り出し、この合成石英ガラス基板の端面を面取加工、及び研削加工し、さらに酸化セリウム砥粒を含む研磨液で粗研磨処理及び精密研磨した。その後、このガラス基板を両面研磨装置のキャリアにセットし、下記条件で超精密研磨を行った。
研磨パッド：軟質ポリシャ（スウェードタイプ）
研磨液：コロイダルシリカ砥粒（平均粒径１００ｎｍ）と水
加工圧力：５０〜１００ｇ／ｃｍ２
加工時間：６０分
超精密研磨終了後、ガラス基板を希フッ酸液中に浸漬させてコロイダルシリカ砥粒を除去する洗浄を行った。その後、ガラス基板の主表面及び端面に対してスクラブ洗浄を行い、その後純水によるスピン洗浄、及びスピン乾燥を行って、表面が研磨加工されたガラス基板を６枚準備した。そしてそのガラス基板の表面形状（フラットネス）を平坦度測定装置（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｔｒｏｐｅｌ社製 ＵｌｔｒａＦｌａｔ２００Ｍ）で実測した。
その実測データを図４，６，８，１０，１２、１４、１６、及び１８に示す。各図は順に、実施例サンプルＡ、Ｂ、参考例サンプルＣ、比較例サンプルＸ１、参考例サンプルＸ２、比較例サンプルＸ３、実施例サンプルＤ、及び比較例サンプルＹの場合を示し、図中の（ａ）は実測の主表面形状を上面から見た等高線分布図、（ｂ）は対角線方向の高さ分布曲線図、そして（ｃ）はガラス基板中心を横切る縦軸、横軸に沿った高さ分布曲線図を示す。また、各図（ａ）中の左側の平面図の縦軸、横軸の単位は平坦度測定に用いた計測装置のピクセルの番号を示す。ピクセルのサイズは１個あたり０．７７ｍｍである。したがって、ガラス基板の中心を基準とした１４６ｍｍ×１４６ｍｍの四角形の内側領域を測定している。等高線は１０ｎｍ刻みでプロットした。右横に示されたＺの単位はμｍである。各図（ｂ）及び（ｃ）の横軸は平坦度測定に用いたピクセルの番号で、縦軸は高さを表し、その単位はμｍである。
実施例サンプルＡ、Ｂ、参考例サンプルＣ、比較例サンプルＸ１、参考例サンプルＸ２、比較例サンプルＸ３の６枚のガラス基板については、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円領域で主表面と仮想基準面とのフィッティングを行い、差分形状（差分データ）を算出した。ガラス基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円領域で表面形状分布を表示し直した主表面形状の例を図５，７，９，１１，１３及び１５に示す。各図は順に、実施例サンプルＡ、Ｂ、参考例サンプルＣ、比較例サンプルＸ１、参考例サンプルＸ２、及び比較例サンプルＸ３の場合を示し、図中の（ａ）は実測の主表面形状の等高線分布図（実測の主表面）、（ｂ）は半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義された仮想基準面（直径１０４ｍｍ）を等高線分布図で示したもの、そして（ｃ）は実測の主表面と仮想基準面との差分形状（差分データ）を等高線分布図で示したものである。
実施例サンプルＤ、及び比較例サンプルＹの２枚のガラス基板については、基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円領域で主表面と仮想基準面とのフィッティングを行い、差分形状（差分データ）を算出した。ガラス基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円領域で表面形状分布を表示し直した主表面形状の例を、実施例サンプルＤのものを図１７に、比較例サンプルＹのものを図１９にそれぞれ示す。図１７及び図１９中の（ａ）は実測の主表面形状の等高線分布図（実測の主表面）、（ｂ）は半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義された仮想基準面（直径９０ｍｍ）を等高線分布図で示したもの、そして（ｃ）は実測の主表面と仮想基準面との差分形状（差分データ）を等高線分布図で示したものである。
なお、ここでのゼルニケ多項式としてはアリゾナ大学表記のものを用い、その１から６項まで使って実測形状に近づけるようにフィッティングを行って仮想基準面を生成した。ただし、前述のように、これは一実施例であり、ゼルニケ多項式としては、アリゾナ大学表記のものに限るものではない。標準ケルニケ表記やフリンジゼルニケ表記等のほかの表記方式を適用した場合であっても、同様の仮想基準面を得ることは可能である。なお、等高線は５ｎｍ刻みでプロットしてある。
本実施例等で使用したアリゾナ大学表記のゼルニケ多項式の各項は、表１のとおりである。各項は半径がρ、位相（方位角）がθである極座標系で表記されている。表１において、ｊは項の番号（第ｊ項）であり、Ｚｊ（ρ，θ）はその番号の項の内容である。表１では参考までに第１０項まで表記したが、本実施例等で使用したのは第６項までである。
Figure 2014203961
＜実施例＞
実施例であるサンプルＡ及びＢの機械的平坦度は、最高点の絶対値と最低点での絶対値の和であるＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ Ｒｅａｄｉｎｇ）で表して、１４６ｍｍ×１４６ｍｍ領域の場合は各々２１６ｎｍと２４９ｎｍであった。転写露光領域（ショット領域）が収まる１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域の場合は、各々１３８ｎｍと１４８ｎｍであって、両者とも２００ｎｍ以下であった。また、１０４ｍｍ直径の円領域の場合は各々５５ｎｍと４６ｎｍであった。この２枚のサンプルの機械的平坦度の最小値は、１０４ｍｍ直径の円領域の場合で４６ｎｍであり、ＡｒＦ露光の露光波長λ（１９３ｎｍ）のλ/８である２５ｎｍ（小数点以下切上げ）の倍近くの値であった。
一方、実測の主表面と仮想基準面との差分形状（差分データ）から算出される本発明による光学的平坦度の観点に立つと、１０４ｍｍ直径の円領域内でのその平坦度指標の１つであるＰＶ値は、実施例サンプルＡ、Ｂの順で記して１４ｎｍと１５ｎｍであった。この方法により、ＡｒＦ露光の露光波長λのλ/８である２５ｎｍ（小数点以下切上げ）を実施例サンプルＡ、Ｂとも大幅に下回り、λ/１０をも下回る極めて平坦な光学的平坦度を有するマスクブランク用基板を選別取得することができた。
実測の主表面と仮想基準面との差分形状（差分データ）の決定係数Ｒ２を図２０に示す。同図では、仮想基準面の計算にあたって、ゼルニケ多項式の次数を１から４まで使った場合（図中の「Ｚ１−４」に対応）から、１から１７（図中の「Ｚ１−１７」に対応）まで使った場合まで計算した。ゼルニケ多項式としてはアリゾナ大学表記を用いた。サンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｘ１、Ｘ２、及びＸ３ともに、高次の項まで使うほど決定係数Ｒ２は１に近づき、特に１５項以上まで使うと、決定係数Ｒ２は０．９を超えた。一方で、前述のように６次を超えた高次の項でマスクブランク用基板の仮想基準面調整を行うと、露光条件による投影レンズの収差補正変化から、労力がかかる割には効果が得られない。半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式の１から６項まで使った（図中の「Ｚ１−６」に対応）マスクブランク用基板の選別で、決定係数Ｒ２は０．９を超えるサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、及びＸ３を得た。ただし、後述の比較例で示すように、比較例サンプルＸ３のＰＶ値は２６ｎｍであり、その値はλ/８を超えている。また、参考例サンプルＣは、後述のように、１０４ｍｍ直径の円領域の光学平坦度と決定係数Ｒ２は選択基準値を満たしたが、１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域の機械的平坦度が２８１ｎｍあり、２００ｎｍ以下には入らなかった。
選別取得された高平坦マスクブランク用基板である実施例サンプルＡとＢは、直径１０４ｍｍの円内で波面収差がλ/８以下で、かつ、決定係数Ｒ２は０．９を超え、また、１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域の場合での機械的平坦度は０．２μｍ以下である。このマスクブランク用基板を使って製造されたマスクを用いて露光を行ったところ、焦点裕度、位置ずれ、及び解像度に優れ、[露光方法及びそれを用いたデバイスの製造方法]において前述したように、それを使って製造される半導体デバイスの回路特性も安定していた。
一方、もう１つの実施例であるサンプルＤの機械的平坦度は、最高点の絶対値と最低点での絶対値の和であるＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ Ｒｅａｄｉｎｇ）で表して、１４６ｍｍ×１４６ｍｍ領域の場合は４２２ｎｍであった。転写露光領域（ショット領域）が収まる１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域の場合は、１６７ｎｍであって、２００ｎｍ以下であった。また、９０ｍｍ直径の円領域の場合は６３ｎｍであり、ＡｒＦ露光の露光波長λ（１９３ｎｍ）のλ/８である２５ｎｍ（小数点以下切上げ）の倍以上の値であった。
実測の主表面と仮想基準面との差分形状（差分データ）から算出される本発明による光学的平坦度の観点に立つと、その平坦度指標の１つであるＰＶ値は、この実施例サンプルＤでは９０ｍｍ直径の円領域内で１７ｎｍであった。この方法により、ＡｒＦ露光の露光波長λのλ/８である２５ｎｍ（小数点以下切上げ）を実施例サンプルＤは大幅に下回り、λ/１０をも下回る極めて平坦な光学的平坦度を有するマスクブランク用基板を選別取得することができた。また、この実施例サンプルＤにおける実測の主表面と仮想基準面との差分形状（差分データ）の決定係数Ｒ２は、０．９４３であり、０．９を超えていた。
選別取得された高平坦マスクブランク用基板である実施例サンプルＤは、直径９０ｍｍの円内で波面収差がλ/８以下で、かつ、決定係数Ｒ２は０．９を超え、また、１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域の場合での機械的平坦度は０．２μｍ以下である。このマスクブランク用基板を使って製造されたマスクを用いて露光を行ったところ、焦点裕度、位置ずれ、及び解像度に優れ、[露光方法及びそれを用いたデバイスの製造方法]において前述したように、それを使って製造される半導体デバイスの回路特性も安定していた。
＜比較例＞
比較例サンプルＸ１とＸ３の機械的平坦度は、ＴＩＲで表して、１４６ｍｍ×１４６ｍｍ領域の場合は各々１６３ｎｍと２８２ｎｍであり、１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域の場合は各々７１ｎｍと２３９ｎｍであった。比較例サンプルＸ１の１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域のＴＩＲの値７１ｎｍは、実施例サンプルＡの１３８ｎｍやＢの１４８ｎｍのほぼ半分である。また、１０４ｍｍ直径の円領域の場合は各々４０ｎｍと７５ｎｍであった。比較例サンプルＸ１のこの値４０ｎｍも実施例サンプルＡの５５ｎｍやＢの４６ｎｍよりも優れた値である。一方、その１０４ｍｍ直径の円領域における実測の主表面と仮想基準面との差分形状から算出される本発明による光学的平坦度の指標であるＰＶ値は、比較例サンプルＸ１が３０ｎｍ、Ｘ３が２６ｎｍであって、ＡｒＦ露光の露光波長λのλ/８である２５ｎｍを両方の比較例サンプルＸ１、Ｘ３ともに満たさなかった。また、機械的平坦性を表すＴＩＲの大小と、光学的平坦度の大小との間には相関がなく、λ/８という非常に平坦な平坦度を得るためには、本発明による光学平坦度による選別取得が大変有効なことがわかった。
比較例サンプルＹの機械的平坦度は、ＴＩＲで表して、１４６ｍｍ×１４６ｍｍ領域の場合は４４１ｎｍであり、１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域の場合は１０７ｎｍであった。比較例サンプルＹの１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域のＴＩＲの値１０７ｎｍは、実施例サンプルＤよりも優れた数値であった。また、９０ｍｍ直径の円領域の場合は５１ｎｍであった。比較例サンプルＹのこの値５１ｎｍも実施例サンプルＤの６３ｎｍよりも優れた値である。一方、その９０ｍｍ直径の円領域における実測の主表面と仮想基準面との差分形状から算出される本発明による光学的平坦度の指標であるＰＶ値は、この比較例サンプルＹでは３６ｎｍであって、ＡｒＦ露光の露光波長λのλ/８である２５ｎｍを満たさなかった。また、機械的平坦性を表すＴＩＲの大小と、光学的平坦度の大小との間には相関がなく、λ/８という非常に平坦な平坦度を得るためには、本発明による光学平坦度による選別取得が大変有効なことがわかった。
＜参考例１＞
参考例サンプルＣの機械的平坦度は、ＴＩＲで表して、１４６ｍｍ×１４６ｍｍ領域の場合は３４６ｎｍであり、１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域の場合は２８１ｎｍ、１０４ｍｍ直径の円領域の場合は８１ｎｍであった。この値は６サンプルの内で最も大きな値となっている。特に転写露光領域（ショット領域）が収まる１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域では、２００ｎｍ（０．２μｍ）を超えていた。一方、その１０４ｍｍ直径の円領域における実測の主表面と仮想基準面との差分形状から算出される本発明による光学的平坦度は、ＰＶ値で表して１３ｎｍであって、ＡｒＦ露光の露光波長λのλ/８である２５ｎｍの半分近くと極めて良好な値であった。このマスクブランク用基板を使ってマスクを製造し、スキャナによる転写評価を行ったところ、ショット中心部は実施例と同様に焦点裕度、位置ずれ、及び解像度に優れていたが、周辺部では低下していた。
＜参考例２＞
参考例サンプルＸ２の機械的平坦度は、ＴＩＲで表して、１４６ｍｍ×１４６ｍｍ領域の場合は１２６ｎｍであり、１３２ｍｍ×１３２ｍｍ領域の場合は８１ｎｍ、１０４ｍｍ直径の円領域の場合は２９ｎｍであった。この値は比較例サンプルＸ１と並んで小さい値である。一方、その１０４ｍｍ直径の円領域における実測の主表面と仮想基準面との差分形状から算出される本発明による光学的平坦度はＰＶ値で表して１９ｎｍであって、ＡｒＦ露光の露光波長λのλ/８である２５ｎｍ以下と良好な値であった。しかしながら、決定係数Ｒ２は０．６３７と小さく、１０４ｍｍ直径の円領域全体での光学的平坦面（仮想基準面）とのフィッティング乖離が目立った。
［マスクブランクの製造］
ここでは、ハーフトーン用マスクブランクを製造した例を示す。まず前述の方法で製造し、選別基準を通過したマスクブランク用基板（実施例サンプルＡ，Ｂ，Ｄ）を準備し、その上に窒化されたモリブデン及びシリコンからなる光半透過膜を形成した。具体的には、モリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）との混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝１０ｍｏｌ％：９０ｍｏｌ％）を用い、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）とヘリウム（Ｈｅ）との混合ガス雰囲気（ガス流量比 Ａｒ：Ｎ２：Ｈｅ＝５：４９：４６）で、ガス圧０．３Ｐａ、ＤＣ電源の電力を３．０ｋＷとして、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、モリブデン、シリコン及び窒素からなるＭｏＳｉＮ膜を６９ｎｍの膜厚で形成した。次いで、上記ＭｏＳｉＮ膜が形成された基板に対して、加熱炉を用いて、大気中で加熱温度を４５０℃、加熱時間を１時間として、加熱処理を行った。なお、このＭｏＳｉＮ膜は、ＡｒＦエキシマレーザーにおいて、透過率は６．１６％、位相差が１８４．４度となっていた。
次に、上記光半透過膜の上に、遮光膜を成膜した。具体的には、スパッタターゲットにクロム（Ｃｒ）ターゲットを用い、アルゴン（Ａｒ）と二酸化炭素（ＣＯ２）と窒素（Ｎ２）とヘリウム（Ｈｅ）との混合ガス雰囲気（ガス圧０．２Ｐａ，ガス流量比 Ａｒ：ＣＯ２：Ｎ２：Ｈｅ＝２０：３５：１０：３０）とし、ＤＣ電源の電力を１．７ｋＷとし、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、膜厚３０ｎｍのＣｒＯＣＮ層を成膜した。続いて、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ２）との混合ガス雰囲気（ガス圧０．１Ｐａ，ガス流量比 Ａｒ：Ｎ２＝２５：５）とし、ＤＣ電源の電力を１．７ｋＷとし、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、膜厚４ｎｍのＣｒＮ層を成膜した。最後に、アルゴン（Ａｒ）と二酸化炭素（ＣＯ２）と窒素（Ｎ２）とヘリウム（Ｈｅ）との混合ガス雰囲気（ガス圧０．２Ｐａ，ガス流量比Ａｒ：ＣＯ２：Ｎ２：Ｈｅ＝２０：３５：５：３０）とし、ＤＣ電源の電力を１．７ｋＷとし、反応性スパッタリング（ＤＣスパッタリング）により、膜厚１４ｎｍのＣｒＯＣＮ層を成膜し、合計膜厚４８ｎｍの３層積層構造のクロム系遮光膜を形成した。その後、２８０℃で１５分間の加熱処理を加えて、膜応力を０近くまで軽減した。
本方法によって製造したマスクブランクの表面平坦度は、ＡｒＦ露光の露光波長λ（１９３ｎｍ）のλ/８である２５ｎｍ以下となり、λ/８という十分な波面コントロールがなされたマスクブランクとなった。
なお、上記マスクブランクの製造方法では、マスクブランク用基板の平坦度を測定し、前記の仮想基準面と差分形状のデータをとって、光学平坦度選別を行った後、薄膜を形成してマスクブランクを製造したが、薄膜形成と光学平坦度選別の順番を逆にしてもよい。すなわち、マスクブランク用基板上に薄膜を形成した後、マスクブランクの平坦度を測定し、前記の仮想基準面と差分形状データをとって、光学平坦度選別を行ってもよい。
［転写用マスクの製造及び半導体デバイスの製造］
ここでは、前述の方法で製造したマスクブランク上の薄膜に対してパターン形成を行って転写マスクを製造した。転写用マスクの製造工程については、上記［転写用マスク及びその製造方法］で記載した方法と同様であるので説明は省略する。
本方法で製造された転写用マスクの転写主面１５の光学的平坦度は露光波長λの１/８以下と極めて高く、十分な波面コントロールがなされた転写マスクを製造することが可能となった。波面コントロールが十分なされるため、この転写マスクを用いて露光を行うと、焦点深度、位置ずれ、及び解像度に優れ、それを使って製造される半導体デバイスの回路特性も安定していた。
なお、本発明のマスクブランク用基板及びマスクブランクでは、露光装置における収差補正機能への負荷を考慮し、ゼルニケ多項式の次数が２次の項までの収差補正機能を使用した場合の表面形状がλ/８以下であるものとしている。しかし、露光装置の収差補正機能等の性能向上や投影レンズの品質向上等によって、より多くの負荷を基板やマスクブランクの表面形状に係る波面収差の補正に割いても、露光転写への影響が小さい場合においては、仮想基準面の範囲を半径に係る変数の次数が３次以下の項のみで構成され、かつ変形に係る変数の次数が３次の項を１以上含むゼルニケ多項式で定義される表面形状まで広げてもよい。このようなゼルニケ多項式で定義される表面形状を仮想基準面とすることにより、本発明のマスクブランク用基板やマスクブランクを製造する際の歩留まりを大幅に向上させることができる。
１…マスクブランク用基板、２…機械的平坦面、３…基板主表面、４…光学的平坦面、２１…マスクブランク用基板、２２…遮光パターン、２３…露光光、２４…開口部、２５…フィールド部、２６…光半透過パターン、３１…光源、３２…露光光、３３…照明光学系、３４…マスク、３５…投影レンズ、３６…瞳、３７…位相フィルタ、３８…投影レンズ、３９…ウエハステージ、４０…ウエハ、４１…照明部、４２…遮光部、４３…照明部、４４…遮光部、４５…レジストパターン、４６…照明部、４７…遮光部、４８…レジストパターン、５１ａ…パターン開口部、５１ｂ…開口部、５２ａ…光半透過部、５２ｂ…レジストパターン、５３…くぼみ、５５ａ…パターン開口部、５５ｂ…開口部、５６ａ…光半透過部、５６ｂ…レジストパターン、５７…くぼみ、６０…ウエハ

Claims (25)

  1. 対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造に用いられるマスクブランク用基板であって、
    前記薄膜が設けられる側の主表面は、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得した場合、前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有し、
    前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有する
    ことを特徴とするマスクブランク用基板。
  2. 対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造に用いられるマスクブランク用基板であって、
    前記薄膜が設けられる側の主表面は、基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得した場合、前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有し、
    前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有する
    ことを特徴とするマスクブランク用基板。
  3. 前記差分データから算出される決定係数Ｒ２が０．９以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のマスクブランク用基板。
  4. 前記薄膜が設けられる側の主表面は、基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域における平坦度が０．２μｍ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用基板。
  5. 請求項１から４のいずれかに記載のマスクブランク用基板の一方の主表面に前記転写パターン形成用の薄膜が設けられたことを特徴とするマスクブランク。
  6. 対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクであって、
    前記転写パターン形成用の薄膜の表面は、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得した場合、前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有し、
    前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有する
    ことを特徴とするマスクブランク。
  7. 対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクであって、
    前記転写パターン形成用の薄膜の表面は、基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得した場合、前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有し、
    前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有する
    ことを特徴とするマスクブランク。
  8. 前記差分データから算出される決定係数Ｒ２が０．９以上であることを特徴とする請求項６又は７に記載のマスクブランク。
  9. 前記薄膜の表面は、基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域における平坦度が０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のマスクブランク。
  10. 請求項５から９のいずれかに記載のマスクブランクの前記薄膜に転写パターンが形成されていることを特徴とする転写用マスク。
  11. 前記転写用マスクは、露光装置のマスクステージにセットされ、半導体基板上の転写対象物に対して露光転写を行うために用いられるものであり、前記露光装置は、転写用マスクの転写パターンから透過した透過光の波面に対し、ゼルニケ多項式で定義される形状の波面補正を行う機能を有することを特徴とする請求項１０記載の転写用マスク。
  12. 対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造に用いられるマスクブランク用基板の製造方法であって、
    前記透光性基板の薄膜が設けられる側の主表面を、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得する工程と、
    前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有する前記透光性基板をマスクブランク用基板として選定する工程とを備え、
    前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有する
    ことを特徴とするマスクブランク用基板の製造方法。
  13. 対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造に用いられるマスクブランク用基板の製造方法であって、
    前記透光性基板の薄膜が設けられる側の主表面を、基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得する工程と、
    前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有する前記透光性基板をマスクブランク用基板として選定する工程とを備え、
    前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有する
    ことを特徴とするマスクブランク用基板の製造方法。
  14. 前記差分データから算出される決定係数Ｒ２が０．９以上である前記透光性基板を選定する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
  15. 前記薄膜が設けられる側の主表面における前記基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域での平坦度が０．２μｍ以下である透光性基板を選定する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載のマスクブランク用基板の製造方法。
  16. 請求項１２から１５のいずれかに記載のマスクブランク用基板の製造方法で製造されたマスクブランク用基板の一方の主表面に前記転写パターン形成用の薄膜を設ける工程を備えることを特徴とするマスクブランクの製造方法。
  17. 対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造方法であって、
    前記マスクブランクの転写パターン形成用の薄膜の表面を、基板の中心を基準とした直径１０４ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得する工程と、
    前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有する前記マスクブランクを選定する工程とを備え、
    前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有する
    ことを特徴とするマスクブランクの製造方法。
  18. 対向する１組の主表面を有する透光性基板の一方の主表面に転写パターン形成用の薄膜が設けられたマスクブランクの製造方法であって、
    前記マスクブランクの転写パターン形成用の薄膜の表面を、基板の中心を基準とした直径９０ｍｍの円の内側の算出領域で、仮想基準面に対して形状フィッティングを行って前記主表面と前記仮想基準面との差分データを取得する工程と、
    前記差分データの前記算出領域内での最高高さと最低高さとの差が、転写に用いられる露光波長をλとした時、λ/８以下となる表面形状を有する前記マスクブランクを選定する工程とを備え、
    前記仮想基準面は、極座標系で表現されたゼルニケ多項式であり、半径に係る変数の次数が２次以下の項のみで構成され、かつ半径に係る変数の次数が２次の項を１以上含むゼルニケ多項式によって定義される形状を有する
    ことを特徴とするマスクブランクの製造方法。
  19. 前記差分データから算出される決定係数Ｒ２が０．９以上である前記マスクブランクを選定する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のマスクブランクの製造方法。
  20. 前記薄膜の表面における前記基板の中心を基準とした一辺が１３２ｍｍの四角形の内側領域での平坦度が０．２μｍ以下であるマスクブランクを選定する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載のマスクブランクの製造方法。
  21. 請求項１６から２０のいずれかに記載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の前記薄膜に転写パターンを形成する工程を備えることを特徴とする転写用マスクの製造方法。
  22. 前記転写用マスクは、露光装置のマスクステージにセットされ、半導体基板上の転写対象物に対して露光転写を行うために用いられるものであり、前記露光装置は、転写用マスクの転写パターンから透過した透過光の波面に対し、ゼルニケ多項式で定義される形状の波面補正を行う機能を有することを特徴とする請求項２１記載の転写用マスクの製造方法。
  23. 請求項１０又は１１に記載の転写用マスクを露光装置のマスクステージにセットし、リソグラフィ法により前記フォトマスクの転写パターンを半導体基板上にパターン転写することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
  24. 前記露光装置は、転写用マスクの転写パターンから透過した透過光の波面に対し、ゼルニケ多項式で定義される形状の波面補正を行う機能を有することを特徴とする請求項２３記載の半導体デバイスの製造方法。
  25. 請求項２１又は２２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露光装置のマスクステージにセットし、リソグラフィ法により前記フォトマスクの転写パターンを半導体基板上にパターン転写す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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