JP2000003029A

JP2000003029A - フォトマスク及びフォトマスクの製造方法

Info

Publication number: JP2000003029A
Application number: JP18331898A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Mitsui; 英明三ッ井; Megumi Takeuchi; 恵竹内; Jun Nozawa; 順野澤
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクの高精度化、大型化に対応可能である
とともに、地球環境への影響を低減できるフォトマスク
の製造方法等を提供する。【解決手段】所望の露光光に対して透明な基板１上
に、最終的に得ようとする所望のマスクパターンに対し
てポジ・ネガ反転の関係にある反転パターン５ａを形成
し（図１（ｄ））、次いで、この反転パターン付き基板
の上に、所望するマスクパターンを形成する材料からな
る薄膜２を堆積させた後（図１（ｅ））、この薄膜層の
表層を除去することで、薄膜層の下の反転パターン５ａ
を露出させ（図１（ｆ））、さらにこの露出した反転パ
ターン５ａ部分を選択的に除去して、マスクパターン２
ａ部分を残すことで（図１（ｇ））、所望する材料によ
り形成されたマスクパターン２ａを有するフォトマスク
を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスな
どの製造工程のうち、リソグラフィプロセスにおいて微
細パターンの露光、転写を施す際に用いるパターニング
用フォトマスクに関するものであり、特に、基板全面に
おいて、微細なマスクパターンの高さを制御し、マスク
全面において均一、かつ良好なパターン転写特性を実現
することを目的としたパターニング用フォトマスク及び
その製法、さらには地球環境に配慮したフォトマスクの
製法等に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路に代表される微細構造の
製造手段として、リソグラフィプロセスは最も有効かつ
一般的な手法である。このリソグラフィプロセスにおい
て、所望の回路や配線パターンを微細転写するのに用い
られるものが転写マスクである。転写マスクのうち最も
代表的なものが光リソグラフィにおいて用いられるフォ
トマスクであり、今日では、コンマ数ミクロン（数百ｎ
ｍ）のパターン転写を実現し、ＡＳＩＣやＤＲＡＭの生
産等、半導体産業にとって欠かせない存在となってい
る。

【０００３】これらのフォトマスク（以下、単にマスク
と記す）は、光を通過させる部分と遮光する部分とで構
成された遮光バイナリマスクや、光を透過させる部分と
半透過させる部分で構成されたハーフトーン型位相シフ
トマスク、光を全面で透過させながら、光の干渉を利用
して解像度の向上をねらう渋谷・レベンソン型位相シフ
トマスクなどに分類されるが、現状では遮光バイナリマ
スクの使用頻度が最も高い。

【０００４】基板である石英に直接位相シフト用のパタ
ーンを彫り込むタイプの渋谷・レベンソン型位相シフト
マスクを除いて、遮光バイナリマスクやハーフトーン型
位相シフトマスク等は、一般的に図４に示すような工程
（プロセス）で作製される。まず、石英基板などの透明
基板１上に（図４（ａ））、スパッタ成膜や真空蒸着法
などを用いて、所望の光学特性を有するマスクパターン
形成材料からなる薄膜２（遮光膜や光半透過膜などの光
学薄膜）を堆積させる。この状態においてマスクパター
ン作製用のマスクブランク３となる（図４（ｂ））。上
記で作製したマスクブランク３上に、光学薄膜２をパタ
ーニングしてマスクパターンを形成するためのレジスト
４（電子線、光レジスト等）を塗布し（図４（ｃ））、
この後、レジスト４にパターン露光、現像を施して、レ
ジストパターン４ａを形成する（図４（ｄ））。上記で
得られたレジストパターン４ａをもとに、レジスト下の
光学薄膜２をエッチングにより加工し、所望のマスクパ
ターン２ａを有するマスクを得る（図４（ｅ））。通常
のＣｒ遮光膜のエッチング加工では、Ｃｒ溶解性の薬液
（例えば、硝酸第２セリウムアンモニウムと過塩素酸の
混合液等）による湿式現像が一般的である。最近では反
応性イオンエッチングなど、ドライエッチングによる乾
式現像も多く用いられている。

【０００５】以上のようなプロセスを経ることから、最
終製品であるマスクの性能は、マスクの前段階となるマ
スクブランクの品質、及びレジストプロセスによるパタ
ーニング技術によるところが大きい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体集積回路
やメモリーなど、半導体チップにおけるパターンサイズ
の微細化と集積度の向上が目覚しい。これらは単位面積
あたりの回路数の増加やチップサイズの減少を可能と
し、量産効果により一枚のＳｉウェハーから得られるチ
ップの数と性能を向上させる。しかしながら、パターン
サイズの微細化と集積度の向上には、半導体チップの原
版であるマスクのデザインルールの縮小が必要であり、
より微細なデザインルールによる高精度な転写用マスク
が要求されるようになってきている。さらに量産効果を
ねらう一端としては、使用するマスクのサイズの大型化
も提唱されており、今後のマスク作製には高精度化に加
えて、大型化を達成できる新規な製造方法が必要であ
る。さらに、昨今では地球環境に配慮した製造プロセス
の必要性も叫ばれており、従来のように製造プロセスに
おいて使用する材料や発生する廃棄物（薬液、ガス）な
どまで考慮したプロセスでなければならない。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、マスクの高精度化、大型化に対応し、かつ地球
環境への影響を低減するよう考慮して作製されたフォト
マスク及びその製造方法等の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成としてある。

【０００９】（構成１）所望の露光光に対して透明な基
板上に、最終的に得ようとする所望のマスクパターンに
対してポジ・ネガ反転の関係にある反転パターンを形成
し、次いで、この反転パターン付き基板の上に、所望す
るマスクパターンを形成する材料からなる薄膜層を堆積
させた後、この薄膜層の表層を除去することで、薄膜層
の下の反転パターンを露出させ、さらにこの露出した反
転パターン部分を選択的に除去して、マスクパターン部
分を残すことで、所望する材料により形成されたマスク
パターンを得ることを特徴とするフォトマスクの製造方
法。

【００１０】（構成２）所望の露光光に対して透明な基
板上に、最終的に得ようとする所望のマスクパターンに
対してポジ・ネガ反転の関係にある反転パターンを形成
し、次いで、この反転パターン付き基板の上に、所望す
るマスクパターンを形成する材料からなる薄膜層を堆積
させた後、この薄膜層の表層を研磨により除去して、薄
膜層の下の反転パターンを露出させると同時に研磨量
（研磨深さ）の制御を行うことで、所望するマスクパタ
ーンの高さに調節した後、前記露出した反転パターン部
分を除去することで、所望する材料により形成されたマ
スクパターンを得ることを特徴とするフォトマスクの製
造方法。

【００１１】（構成３）前記マスクパターンを形成する
材料が、露光光に対して完全に遮光性を有する材料から
なり、得られるマスクが遮光バイナリマスクとしての機
能を有していることを特徴とする構成１又は２記載のフ
ォトマスクの製造方法。

【００１２】（構成４）前記マスクパターンを形成する
材料が、露光光に対して３％及至２０％の光半透過性と
任意の屈折率を有する材料からなり、得られるマスクが
ハーフトーン型位相シフトマスクとしての機能を有して
いることを特徴とする構成１又は２記載のフォトマスク
の製造方法。

【００１３】（構成５）前記マスクパターンを形成する
材料が、露光光に対して基板材料とほぼ同等の光透過性
と任意の屈折率を有する材料からなり、得られるマスク
が光透過型位相シフトマスクとしての機能を有している
ことを特徴とする構成１又は２記載のフォトマスクの製
造方法。

【００１４】（構成６）前記反転パターンを形成する材
料が、炭素を含む材料からなることを特徴とする構成１
乃至５記載のフォトマスクの製造方法。

【００１５】（構成７）前記反転パターンを形成する材
料が、アモルファスカーボン、アモルファス水素化カー
ボン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、及びダ
イヤモンドから選ばれる炭素を含む材料からなり、か
つ、この反転パターン形成材料を除去あるいはエッチン
グする際に、酸素を含むガスを用いた反応性のドライエ
ッチングを用いることを特徴とする構成１乃至６記載の
フォトマスクの製造方法。

【００１６】（構成８）構成１乃至７記載のフォトマス
クの製造方法を用いて作製したことを特徴とするフォト
マスク。

【００１７】（構成９）マスクパターンの高さのばらつ
きが、マスク全面において目標とする設計値に対し１％
以内の誤差の範囲内にあり、マスクパターンの高さが均
一であることを特徴とする構成８記載のフォトマスク。

【００１８】（構成１０）マスクパターンを形成する材
料が、エッチングによるパターニングが困難な材料から
なることを特徴とする構成８又は９記載のフォトマス
ク。なお、エッチングによるパターニングが困難な材料
とは、ドライエッチングあるいはウエットエッチングに
おいて、エッチング速度が遅い材料、もしくは、下地材
料とのエッチング選択比が得られないか又は選択比が小
さい材料をいう。

【００１９】

【作用】本発明のフォトマスクの製造方法では、透明基
板上に反転パターンを形成し、この上にマスクパターン
形成材料からなる薄膜層を堆積させた後、この堆積層の
表面から化学機械研磨法（ＣＭＰ法）等の方法により基
板全面にわたって所望の厚さまで均一に除去した後、露
出した反転パターンを除去することにより、基板全面に
おいて均一な高さを持つ所望のマスクパターンを得るこ
とが可能となる。また、ＣＭＰ等の方法により基板全面
にわたって所望の厚さまで均一に除去する工程を有する
ことで、大面積のマスク基板上においても、成膜プロセ
スでの膜厚の均一性に依存しない、すなわち膜厚制御の
要件を大幅に緩和したマスク作製プロセスの実施が可能
となる。さらに、反転パターン形成用の材料を選ぶこと
により、マスク加工プロセスにおいて塩素やフッ素など
地球環境に悪影響を及ぼす材料の使用を極力低減させた
マスク製造プロセスの実現が可能となる。また、マスク
パターン形成材料を直接的に加工するわけではないの
で、従来の方法ではドライエッチングができないために
使用できなかった材料や従来の方法では加工精度が悪い
材料でも、本発明によればマスクパターン形成材料とし
て使用することが可能となるとともに、パターン精度も
良い。以上のことから、マスクの高精度化、大型化に対
応し、かつ地球環境への影響を低減できる。

【００２０】また、本発明のフォトマスクによれば、マ
スク全面において均一かつ良好なパターン転写特性を実
現できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明により得られるマスクは、
前述の図４に示したような、マスクブランクを作製した
後に、ブランク上のレジストパターンをもとにマスクパ
ターンを透明基板上に形成する従来の方法によるものと
は異なる。本発明の要件を、図１に示した製造工程の流
れに沿って説明する。

【００２２】まず、所望の露光光に対して透明なマスク
基板（透明基板１）上に反転パターンを形成するための
薄膜（以下、反転膜と記す）（反転膜５）を堆積させる
（図１（ａ））。この後、反転膜５上にパターニング用
のレジスト４を塗布し（図１（ｂ））、一般的なパター
ン描画（露光）、現像プロセスを経て、反転膜５上にレ
ジストパターン４ａを形成する（図１（ｃ））。このレ
ジストパターン４ａは最終的に得ようとするマスクパタ
ーンに対してポジ・ネガ反転の関係にある反転パターン
である。

【００２３】この際、反転膜形成材料としては、レジス
トパターンを用いたエッチングプロセスへの適合性（レ
ジストと反転膜とのエッチング選択比が十分であるこ
と、透明基板及びレジストと反転膜との密着性が良いこ
と、反転膜が熱プロセスに対して安定性があること、容
易に除去可能な材料であること、など）を考慮して選択
することが好ましい。エッチングによりレジストパター
ンを下地層へ転写する際には、パターンサイズの微細化
に伴い転写精度や残留物への要求基準がますます厳しく
なってきていることもあり、従来のウェットエッチング
による湿式転写よりもドライエッチングによる乾式転写
へと移行しつつある。したがって反転膜の実質的な材料
としては、現在一般的に用いられている反応性イオンエ
ッチングのうち、地球環境に影響の少ないガスである酸
素を含んだガス用いた反応性イオンエッチングにて容易
にエッチング可能な炭素を母体とした膜材料、もしくは
炭素を含む膜材料を使用することが好ましい。反転膜の
好適な膜材料としては、アモルファスカーボン、アモル
ファス水素化カーボン、ダイヤモンドライクカーボン、
ダイヤモンドなどが挙げられる。このような膜材料と石
英基板の組み合わせにおいては、酸素反応性イオンエッ
チングで石英基板のエッチングがほとんど進行しないと
いう特性も有効であり、パターン転写精度の均一性向上
に寄与する。また、レジストとのエッチング選択比も比
較的大きく設定することが可能であり、したがってレジ
スト性能に対して加工精度の向上が期待できる。さらに
従来のように、フッ素や塩素を含むようなエッチングガ
スの使用が極力低減できるといった利点もあり、地球環
境への負担も軽減される。

【００２４】反転膜の作製法に関しては、使用する材料
にもよるが、汎用性の高いスパッタ成膜法や、熱もしく
はプラズマなどと併用した化学気相堆積法、あるいは真
空蒸着法やイオンビーム蒸着法など、種々の薄膜形成法
を適宜使用することが可能である。

【００２５】本発明では、パターン転写の後、レジスト
部分を除去することで、所望する設計マスクパターンに
対してポジ・ネガ反転の関係にある（反転像の関係にあ
る）反転パターン５ａが得られる（図１（ｄ））。さら
に、得られた反転パターン５ａ上に最終的に所望するマ
スクパターンを形成する材料（以下、マスクパターン形
成材料と記す）からなる薄膜２を堆積させる（図１
（ｅ））。この後、マスクパターン形成材料からなる薄
膜２の表層から反転パターン５ａの層が露出するまで均
一に除去する（図１（ｆ））。

【００２６】最後に、反転パターン５ａを作製したとき
と同様の方法にて、今度は反転パターン５ａの部分のみ
を選択的にエッチングして除去することにより、所望の
材料から成るマスクパターン２ａが透明基板上に顕在化
したマスク（図１（ｇ））が得られる。

【００２７】本発明の要件の一つとして、上述のように
所望するマスクパターンの反転パターンを形成しておい
て、その反転パターン上に所望するマスクパターン形成
材料を堆積することで、反転パターンの間の凹部を所望
のマスクパターン形成材料で埋めた構造体を形成する
（図１（ｅ））ことが挙げられる。マスクパターン形成
材料の成膜に関しては、先に挙げた反転膜の成膜と同様
にスパッタ成膜や熱もしくはプラズマＣＶＤ、イオンビ
ーム蒸着あるいはスピンコートやディップコートなどが
容易に用いられるが、この場合も、形成する膜材料にあ
わせて適宜選択すればよい。この際の特徴としては、従
来のマスク製造方法のように、レジストパターンをもと
に直接的にマスクパターン形成材料を加工するわけでは
ないので、レジストとマスクパターン形成材料、あるい
はマスクパターン形成材料と下地基板という組み合わせ
において重要であった、各々の加工特性の差異は最終的
なマスクパターン形成に影響を及ぼしにくい。言い換え
れば、最終的なマスクパターンの形状は、その母型とな
る反転パターンの形状によるものであり、マスクパター
ンの高さ（厚さ）は、図１（ｆ）における膜表面の均一
除去により決定されるものであり、したがって、マスク
パターン形成材料の選択において、加工面からの制約が
大幅に軽減され、材料選択の自由度が広げられる。例え
ば、従来の方法ではドライエッチングやウエットエッチ
ングによるパターニングにおいて、エッチング速度が遅
い、もしくは、下地材料とのエッチング選択比が得られ
ない等の理由で使用できなかった材料（例えば、金など
の耐蝕性の高い金属を含む材料やガラス等の複合材料な
ど）でも、本発明によればマスクパターン形成材料とし
て使用することが可能となる。

【００２８】本発明ではマスクパターン形成材料の堆積
により反転パターンの凹部を穴埋めした後、この堆積膜
表面から反転パターンが露出するまで堆積膜の表層を除
去するが、その方法としては、化学機械的研磨法（ＣＭ
Ｐ）による平坦化が最適である（図２）。ＣＭＰを用い
る場合、ＣＭＰ用の定盤１１に対して透明基板の裏面を
基準面として貼り付けることとなるため、基準面に対し
て平行に、膜の表面部分を大面積かつ均一に研磨、除去
することができる。

【００２９】なお、ＣＭＰでは研磨する対象となる膜材
料に応じて研磨剤を選択するが、例えばクロムやタング
ステンなどを含むマスクパターン形成材料を堆積した場
合には、アルミナやシリカによる研磨砥粒に酸化剤を配
合した研磨剤を用いることができる。他の材料について
もＣＭＰ用の研磨砥粒とｐＨ調整剤の組み合わせを適宜
変えて用いればよい。また、被研磨材料と研磨剤の調整
により、研磨の進行速度を制御した選択的研磨を行うこ
とも可能である。一方、平坦化技術としてはプラズマ技
術を用いたエッチバックやプラズマ化学エッチングなど
も実質的に活用できるが、前述のように大面積での均一
な平坦化が可能であること、表面の物理的、熱的ダメー
ジが少ないことなどからＣＭＰが好適である。

【００３０】ＣＭＰの場合、前述のように超平坦研磨し
た透明基板の一方の面（裏面）を基準面として使用でき
ることも、本発明において重要な特徴である。すなわ
ち、図３に示したように反転パターン５ａ上に堆積した
マスクパターン形成用薄膜２の平坦性が悪くても、研磨
自体は基準面に対して平行に進行する。したがって薄膜
を成膜するときに要求される膜厚の均一性に関して、大
幅に緩和することが可能となり、大面積でのマスク作製
が容易となる。この効果は反転膜の膜厚均一性に対して
も同様であり、図３に示したように、マスク全面におい
て反転パターン５ａが最終的なマスクパターンに必要な
最低限の厚み（高さ）さえ有していれば、それ以上の厚
さであっても支障は無い。反転パターンの高さの均一性
が悪くても、ＣＭＰにより均一に除去することが可能と
なるためである。さらに位相シフトマスク等のように、
厳密にマスクパターンの高さを制御しなければならない
場合についても、これまでのようにマスクブランクを作
製するときに膜厚を均一に厳密に制御するのではなく、
ＣＭＰで反転パターンの部分まで含めて研磨除去するこ
とで、パターンの高さを調節できる。これにより平坦か
つ均一なパターン高さの制御が可能となり、今後予想さ
れるマスク基板の大型化に対しても、成膜プロセスの負
荷を大幅に低減させることとなる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３２】実施例１実施例１では石英基板上に遮光パターンを有する遮光バ
イナリマスクを作製した。

【００３３】基板には、６インチ角で厚みが０．２５イ
ンチの合成石英基板を使用した。石英基板は表裏両面が
スーパーポリッシュにより超平坦加工してあるものを使
用した。反転パターン形成用の薄膜には、スパッタアモ
ルファス炭素膜を用いた。スパッタアモルファス炭素膜
は、炭素を主成分とするターゲットを用いたスパッタ成
膜により作製した。この際、スパッタガスとしてはＡｒ
を用い、スパッタ圧力：３×１０^-3 Ｔｏｒｒにおいて
約１３０ｎｍの厚さに成膜を行った。この後、得られた
アモルファス炭素による反転膜上に、電子線用レジスト
を塗布し、一般的なレジストの描画、パターニング（露
光、現像）工程を施すことにより、幅８００ｎｍのライ
ンアンドスペースからなるレジストパターンが得られ
た。得られたレジストパターンの反転膜への転写は酸素
ガスを用いた反応性イオンエッチング（Ｏ₂ ＲＩＥ）に
て実施した。この際のドライエッチング条件は、酸素ガ
ス流量４０：ｓｃｃｍ、エッチング圧力：０．１Ｔｏｒ
ｒ、ＲＦ出力：１５０Ｗである。ドライエッチング後、
レジスト残膜を剥離除去し、石英基板上に垂直なパター
ン形状を有するアモルファス炭素による幅８００ｎｍ、
高さ１３０ｎｍのラインアンドスペース（反転パター
ン）を得た。

【００３４】次の工程としては、作製した反転パターン
上に所望するマスクパターン形成材料からなる薄膜を堆
積する工程となるが、本実施例では、遮光バイナリマス
クを作製することを目的として、Ｃｒ膜の堆積を行っ
た。Ｃｒ膜の反転パターン上への堆積はＣｒターゲット
を用いたスパッタ成膜により実施した。この際、スパッ
タガスとしてはＡｒガスを用い、１×１０^-3Ｔｏｒｒの
圧力下で、下地である反転パターンを完全に被覆するよ
う、約１５０ｎｍの厚さで成膜した。本発明の特徴とし
てＣｒ膜のスパッタについては、特に成膜後の面内厚み
均一性に関する制限ははとんど無く、唯一、反転パター
ンの凹部へのステップカバレージのみが達成できるよう
成膜を実施した。なお、成膜後の断面を電子顕微鏡によ
り観察した結果、凹部は完全に埋め尽くされており、反
転パターン凹部のステップカバレージが十分であること
が確認された。スパッタの条件については、ステップカ
バレージ性及び堆積する膜材料の特性を満たすものであ
れば、上記条件に制限されるものではない。例えば堆積
する膜の応力制御などを目的として、スパッタガスにキ
セノンやヘリウム及びこれらを含むガスや他のガスを使
用してもかまわない。

【００３５】次の工程として、得られたＣｒ膜付き基板
表面のＣＭＰによる研磨除去を実施した。Ｃｒ膜付き基
板表面の研磨には、シリカ粒子（１０〜３０ｗｔ％）と
分散媒（純水＋ｐＨ調整剤＋凝集剤：〜８０ｗｔ％程
度）を混合して用いた。なお、研磨砥粒の材料、研磨条
件（研磨速度、圧力、薬液ｐＨ、温度）などは、本実施
例に限定されるものではなく、例えば、酸化マンガン
系、アルミナ系、酸化セリウム系粒子などを研磨砥粒と
し、これに酸化剤や各種薬液調整剤を混合して用いるこ
とができる。すなわちＣＭＰの条件に関しては、被研磨
体の材料、要求研磨状態などに応じて適宜条件を設定す
ればよい。本実施例におけるＣＭＰでは、Ｃｒ膜表面か
ら約４０ｎｍを研磨除去し、下地基板から約１１０ｎｍ
まで薄膜を残留させ、アモルファス炭素膜からなる反転
パターンとＣｒ膜からなるマスクパターンを露出させ
た。

【００３６】この後、研磨表面を所定の工程により洗浄
し、反転パターンの除去を実施した。反転パターンの除
去はレジストパターンを反転膜に転写する際に用いたの
と同様に、酸素ガスを添加したＯ₂ ＲＩＥにて実施し
た。条件も同様である。反転パターンは主に炭素からな
るために、Ｏ₂ ＲＩＥにて容易に除去が可能であるが、
この時Ｃｒパターンはほとんどエッチングされない。し
たがって、完全に反転パターンの除去が終了した段階
で、Ｃｒからなる所望のマスクパターンが残留したマス
クを得ることができた。さらに、反転パターンの除去に
用いるＯ₂ ＲＩＥは、基板表面のクリーニングにも有効
であり、例えば上記プロセスにおいて反転パターンの除
去を行った後、圧力及びＲＦ出力を調整して実施するこ
とで、Ｏ₂プラズマによる表面クリーニングを一連の工
程の中で連続的に実施することも可能であった。

【００３７】以上により作製したＣｒマスクパターンか
らなる遮光バイナリマスクは、全面において１１０ｎｍ
の均一なパターン高さ（厚み：誤差にして１％以内）、
光学特性（光学濃度にてＯＤ３）を有しており、高品質
な遮光バイナリマスクを得ることが可能であった。

【００３８】実施例２実施例２では石英基板上に光半透過型位相シフトパター
ンを有するハーフトーン型位相シフトマスクを作製し
た。

【００３９】基板には、６インチ角で厚みが０．２５イ
ンチの合成石英基板を使用した。石英基板は表裏両面が
スーパーポリッシュにより超平坦加工してあるものを使
用した。反転パターン形成用の薄膜には、実施例１と同
様にスパッタアモルファス炭素膜を用いた。スパッタア
モルファス炭素膜は、炭素を主成分とするターゲットを
用いたスパッタ成膜により作製した。この際、スパッタ
ガスとしてはＡｒを用い、スパッタ圧力：３×１０^-3
Ｔｏｒｒにおいて約１００ｎｍの厚さに成膜を行った。
この後、得られたアモルファス炭素による反転膜上
に、電子線用レジストを塗布し、一般的なレジストの描
画、パターニング工程を施すことにより、幅８００ｎｍ
のラインアンドスペースからなるレジストパターンが得
られた。得られたレジストパターンの反転膜への転写は
酸素ガスを用いた反応性イオンエッチング（Ｏ₂ ＲＩ
Ｅ）にて実施した。この際のドライエッチング条件は、
酸素ガス流量４０：ｓｃｃｍ、エッチング圧力：０．１
Ｔｏｒｒ、ＲＦ出力：１５０Ｗである。ドライエッチン
グ後、レジスト残膜を剥離除去し、石英基板上に垂直な
パターン形状を有するアモルファス炭素による幅８００
ｎｍ、高さ１００ｎｍのラインアンドスペース（反転パ
ターン）を得た。

【００４０】次の工程としては、作製した反転パターン
上に所望するハーフトーン型位相シフトマスク用の材料
からなる薄膜を堆積する工程となるが、本実施例ではハ
ーフトーンシフター層として、ＴａＳｉＮ膜の堆積を行
った。ＴａＳｉＮ膜の反転パターン上への堆積はＴａＳ
ｉ₂ターゲットを用いたスパッタ成膜により実施した。
この際、スパッタガスとしてはＡｒと窒素の混合ガスを
用い、３×１０^-3 Ｔｏｒｒの圧力下で、下地である反
転パターンを完全に被覆するよう、約１１０ｎｍの厚さ
で成膜した。位相シフター膜の場合は特に膜の屈折率と
透過率が重要となるため、ＴａＳｉＮ膜の成膜は膜質の
均質化に重点をおいて実施した。位相シフターでは屈折
率以外にも膜厚の制御が非常に重要となるが、本発明の
場合、膜厚に関してはＣＭＰにより自在に制御できるた
め、シフター膜の成膜の時点では制約事項にはならなか
った。その他の点では、実施例１と同様に反転パターン
の凹部へのステップカバレージのみが達成できるよう成
膜を制御した。なお、成膜後の断面を電子顕微鏡により
観察し、反転パターン凹部のステップカバレージが十分
であることが確認された。スパッタの条件については、
ステップカバレージ性及び堆積する膜材料の特性を満た
すものであれば、上記条件に制限されるものではない。
例えば堆積する膜の応力制御などを目的として、スパッ
タガスにキセノンやヘリウム及びこれらを含むガスや他
のガスを使用してもかまわない。

【００４１】次の工程として得られたＴａＳｉＮ膜付き
基板表面のＣＭＰによる研磨除去を実施した。ＴａＳｉ
Ｎ膜付き基板表面の研磨にはアルミナ系研磨材を用い
た。なお、実施例１と同様に研磨砥粒の材料、研磨条件
（研磨速度、圧力、薬液ｐＨ、温度）などは、本実施例
に限定されるものではなく、例えば酸化マンガン系、酸
化セリウム系粒子などを研磨砥粒とし、これに酸化剤や
各種薬液調整剤を混合して用いることができる。本実施
例におけるＣＭＰでは、薄膜表面から１８ｎｍを研磨除
去し、下地基板から９２ｎｍまで薄膜を残留させ、アモ
ルファス炭素膜からなる反転パターンとＴａＳｉＮ膜か
らなるマスクパターンを露出させた。

【００４２】この後、研磨表面を所定の工程により洗浄
し、反転パターンの除去を実施した。反転パターンの除
去は実施例１と同様である。これにより完全に反転パタ
ーンの除去が終了した段階で、ＴａＳｉＮからなる所望
のマスクパターンを有するマスクを得ることができた。

【００４３】作製したＴａＳｉＮマスクパターンからな
るハーフトーン型位相シフトマスクは、マスクを使用す
る露光波長１９３ｎｍにおいて透過率５．０％、同じく
屈折率２．０５であり、位相シフト角にて１８０°（±
１°）を達成した。また、マスク基板全面において均一
なパターン高さを実現（厚み：誤差にして０．８％以
内）を実現しており、マスク全面において均一な光学特
性を有するハーフトーン型位相シフトマスクを得ること
が可能であった。

【００４４】実施例３実施例３では石英基板上に光透過型位相シフトパターン
を有する渋谷・レベンソン型位相シフトマスクを作製し
た。

【００４５】基板には、６インチ角で厚みが０．２５イ
ンチの合成石英基板を使用した。石英基板は表裏両面が
スーパーポリッシュにより超平坦加工してあるものを使
用した。反転パターン形成用の薄膜には、実施例１と同
様にスパッタアモルファス炭素膜を用いた。スパッタア
モルファス炭素膜は、炭素を主成分とするターゲットを
用いたスパッタ成膜により作製した。この際、スパッタ
ガスとしてはＡｒを用い、スパッタ圧力：３×１０^-3
Ｔｏｒｒにおいて約２６０ｎｍの厚さに成膜を行った。
この後、得られたアモルファス炭素による反転膜上
に、電子線用レジストを塗布し、一般的なレジストの描
画、パターニング工程を施すことにより、幅１０００ｎ
ｍのラインアンドスペースからなるレジストパターンが
得られた。得られたレジストパターンの反転膜への転写
は酸素ガスを用いた反応性イオンエッチング（Ｏ₂ ＲＩ
Ｅ）にて実施した。この際のドライエッチング条件は、
酸素ガス流量３０：ｓｃｃｍ、エッチング圧力：０．１
Ｔｏｒｒ、ＲＦ出力：１５０Ｗである。ドライエッチン
グ後、レジスト残膜を剥離除去し、石英基板上に垂直な
パターン形状を有するアモルファス炭素による幅１００
０ｎｍ、高さ２６０ｎｍのラインアンドスペース（反転
パターン）を得た。

【００４６】次の工程としては、作製した反転パターン
上に渋谷・レベンソン型位相シフトマスク用の材料から
なる薄膜を堆積する工程となるが、本実施例では光透過
率を考慮し、位相シフター層として、ＳｉＯｘ膜の堆積
を行った。ここで用いるｘは、膜の平均的構造状態を表
し、１または２である。ＳｉＯｘ膜の反転パターン上へ
の堆積はＳｉターゲットを用いた酸素ガス添加による反
応性スパッタ成膜により実施した。この際、スパッタガ
スとしてはＡｒと酸素の混合ガスを用い、３×１０^-3
Ｔｏｒｒの圧力下で、下地である反転パターンを完全に
被覆するよう、約３００ｎｍの厚さで成膜した。位相シ
フター膜の場合は特に膜の屈折率と透過率が重要となる
ため、ＳｉＯｘ膜の成膜は膜質の均質化に重点をおいて
実施した。位相シフターでは屈折率以外にも膜厚の制御
が非常に重要となるが、本発明の場合、膜厚に関しては
ＣＭＰにより自在に制御できるため、シフター膜の成膜
の時点では制約事項にはならなかった。その他の点で
は、実施例１と同様に反転パターンの凹部へのステップ
カバレージのみが達成できるよう成膜を制御した。な
お、成膜後の断面を電子顕微鏡により観察し、反転パタ
ーン凹部のステップカバレージが十分であることが確認
された。スパッタの条件については、ステップカバレー
ジ性及び堆積する膜材料の特性を満たすものであれば、
上記条件に制限されるものではない。例えば堆積する膜
の応力制御などを目的として、スパッタガスにキセノン
やヘリウム及びこれらを含むガスや他のガスを使用して
もかまわない。

【００４７】次の工程として得られたＳｉＯｘ膜付き基
板表面のＣＭＰによる研磨除去を実施した。ＳｉＯｘ膜
付き基板表面の研磨には二酸化マンガン系研磨材を用い
た。なお、実施例１及び２と同様に研磨砥粒の材料、研
磨条件（研磨速度、圧力、薬液ｐＨ、温度）などは、本
実施例に限定されるものではない。本実施例におけるＣ
ＭＰでは、薄膜表面から５２ｎｍを研磨除去し、下地基
板から２４８ｎｍまで薄膜を残留させ、アモルファス炭
素膜からなる反転パターンとＳｉＯｘ膜からなるマスク
パターンを露出させた。

【００４８】この後、研磨表面を所定の工程により洗浄
し、反転パターンの除去を実施した。反転パターンの除
去は実施例１と同様である。これにより完全に反転パタ
ーンの除去が終了した段階で、ＳｉＯｘからなる所望の
マスクパターンからなるマスクを得ることができた。

【００４９】作製したＳｉＯｘマスクパターンからなる
渋谷・レベンソン型位相シフトマスクは、マスクを使用
する露光波長２４８ｎｍにおいて透過率８９．０％、同
じく屈折率１．５０であり、位相シフト角にて１８０°
（±１．５°）を達成した。また、マスク基板全面にお
いて均一なパターン高さを実現（厚み：誤差にして０．
８％以内）を実現しており、マスク全面において均一な
光学特性を有する渋谷・レベンソン型位相シフトマスク
を得ることが可能であった。

【００５０】実施例４その他の実施例としては、透明基板上に設ける反転膜と
して、プラズマＣＶＤを用いたダイヤモンドライクカー
ボン、スパッタ成膜によるアモルファス水素化カーボン
などを用いたこと以外は実施例１〜３と同様にして評価
したが、実施例１〜３と同様に良好な結果を得ることが
可能であった。

【００５１】実施例５透明基板として、大型基板（９インチ＝２３０ｍｍ角）
を用いたこと以外は実施例１〜４と同様にして評価した
が、実施例１〜４と同様に良好な結果を得ることが可能
であった。すなわち、基板が大型化しても、マスクパタ
ーンの高さのばらつきが、マスク全面において設計値に
対し１％以内の誤差の範囲内にあり、マスクパターンの
高さが均一であって、かつ高精度なマスクが得られた。

【００５２】比較例比較のため、通常のマスク作製プロセスを用いて、上記
実施例と同様のマスクパターン形成材料からなる遮光マ
スク、ハーフトーン型位相シフトマスク、渋谷・レベン
ソン型位相シフトマスクを試作した。遮光マスクの場合
には、作製した遮光マスクの性能自体には顕著な差は見
られなかったが、そのマスク媒体であるＣｒ膜の加工に
おいて湿式エッチングの場合は硝酸第２セリウムアンモ
ニウムと過塩素酸の混合液、乾式エッチングの場合には
Ｃｌ₂ガスを使用せざるを得なかった。また、基板が大
型になるにつれ高精度マスクの製造は困難であった。ハ
ーフトーン型位相シフトマスク及び渋谷レベンソン型位
相シフトマスクの場合には、マスク面内の光学特性分
布、膜厚分布において、本発明を適用した場合に比べて
誤差が大きくなった。また、マスクとしての位相シフト
特性保証まで含めた歩留まりは、本発明を適用した場合
に比べて低下した。

【００５３】以上好ましい実施例をあげて本発明を説明
したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。

【００５４】例えば、透明基板としては、石英基板以外
に、ソーダライムガラス基板、シリコンカーバイド基
板、ガリウム・ヒ素基板などのマスク基板として公知の
基板を使用することができる。

【００５５】また、反転パターン上へのマスクパターン
形成材料の堆積は、反転パターンを完全に被覆するよう
に反転パターンを越える高さで行ったが、反転パターン
の凹部が一定の高さまで完全に埋め尽くされていれば、
反転パターンより低い高さ、あるいは、反転パターンと
同じ高さにマスクパターン形成材料を堆積させることも
できる。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のフォトマ
スクの製造方法によれば、透明基板上に反転パターンを
形成し、この上にマスクパターン形成材料からなる薄膜
層を堆積させた後、この堆積層の表面からＣＭＰ等の方
法により基板全面にわたって所望の厚さまで均一に除去
した後、露出した反転パターンを除去することにより、
基板全面において均一な高さを持つ所望のマスクパター
ンを得ることが可能となる。また、大面積のマスク基板
上においても、成膜プロセスでの膜厚の均一性に依存し
ない、すなわち膜厚制御の要件を大幅に緩和したマスク
作製プロセスの実施が可能となる。さらに、反転パター
ン形成用の材料を選ぶことにより、マスク加工プロセス
において塩素やフッ素など地球環境に悪影響を及ぼす材
料の使用を極力低減させたマスク製造プロセスの実現が
可能となる。また、反転パターン形成用の材料を選ぶこ
とにより、高精度な反転パターンを形成できる結果とし
てマスクのパターン転写精度の均一性向上が図れるとと
もに、レジスト性能に対する加工精度の向上も図ること
ができる。以上のことから、マスクの高精度化、大型化
に対応でき、かつ地球環境への影響を低減できる。

【００５７】また、本発明のフォトマスクによれば、マ
スク全面において均一かつ良好なパターン転写特性を実
現できる。さらに、エッチングによるパターニングが困
難な材料からなるマスクパターンを有するフォトマスク
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるマスク製造工程を説明するため
の模式的断面図である。

【図２】本発明における薄膜堆積基板の表面層の除去の
様子を説明するための模式的断面図である。

【図３】本発明において反転パターンの厚み及びマスク
パターン形成用薄膜の膜厚が不均一な場合の薄膜堆積基
板の表面層の除去の様子を説明するための模式的断面図
である。

【図４】従来の一般的なマスク製造工程を示す模式的断
面図である。

【符号の説明】

１透明基板２マスクパターン形成材料からなる薄膜２ａマスクパターン３マスクブランク４レジスト４ａレジストパターン５反転膜５ａ反転パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野澤順東京都新宿区中落合２丁目７番５号ホーヤ株式会社内Ｆターム(参考） 2H095 BB03 BB16 BC05 5F046 AA25 BA08 CB17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所望の露光光に対して透明な基板上に、
最終的に得ようとする所望のマスクパターンに対してポ
ジ・ネガ反転の関係にある反転パターンを形成し、次い
で、この反転パターン付き基板の上に、所望するマスク
パターンを形成する材料からなる薄膜層を堆積させた
後、この薄膜層の表層を除去することで、薄膜層の下の
反転パターンを露出させ、さらにこの露出した反転パタ
ーン部分を選択的に除去して、マスクパターン部分を残
すことで、所望する材料により形成されたマスクパター
ンを得ることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
【請求項２】所望の露光光に対して透明な基板上に、
最終的に得ようとする所望のマスクパターンに対してポ
ジ・ネガ反転の関係にある反転パターンを形成し、次い
で、この反転パターン付き基板の上に、所望するマスク
パターンを形成する材料からなる薄膜層を堆積させた
後、この薄膜層の表層を研磨により除去して、薄膜層の
下の反転パターンを露出させると同時に研磨量（研磨深
さ）の制御を行うことで、所望するマスクパターンの高
さに調節した後、前記露出した反転パターン部分を除去
することで、所望する材料により形成されたマスクパタ
ーンを得ることを特徴とするフォトマスクの製造方法。
【請求項３】前記マスクパターンを形成する材料が、
露光光に対して完全に遮光性を有する材料からなり、得
られるマスクが遮光バイナリマスクとしての機能を有し
ていることを特徴とする請求項１又は２記載のフォトマ
スクの製造方法。
【請求項４】前記マスクパターンを形成する材料が、
露光光に対して３％及至２０％の光半透過性と任意の屈
折率を有する材料からなり、得られるマスクがハーフト
ーン型位相シフトマスクとしての機能を有していること
を特徴とする請求項１又は２記載のフォトマスクの製造
方法。
【請求項５】前記マスクパターンを形成する材料が、
露光光に対して基板材料とほぼ同等の光透過性と任意の
屈折率を有する材料からなり、得られるマスクが光透過
型位相シフトマスクとしての機能を有していることを特
徴とする請求項１又は２記載のフォトマスクの製造方
法。
【請求項６】前記反転パターンを形成する材料が、炭
素を含む材料からなることを特徴とする請求項１乃至５
記載のフォトマスクの製造方法。
【請求項７】前記反転パターンを形成する材料が、ア
モルファスカーボン、アモルファス水素化カーボン、ダ
イヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、及びダイヤモン
ドから選ばれる炭素を含む材料からなり、かつ、この反
転パターン形成材料を除去あるいはエッチングする際
に、酸素を含むガスを用いた反応性のドライエッチング
を用いることを特徴とする請求項１乃至６記載のフォト
マスクの製造方法。
【請求項８】請求項１乃至７記載のフォトマスクの製
造方法を用いて作製したことを特徴とするフォトマス
ク。
【請求項９】マスクパターンの高さのばらつきが、マ
スク全面において目標とする設計値に対し１％以内の誤
差の範囲内にあり、マスクパターンの高さが均一である
ことを特徴とする請求項８記載のフォトマスク。
【請求項１０】マスクパターンを形成する材料が、エ
ッチングによるパターニングが困難な材料からなること
を特徴とする請求項８又は９記載のフォトマスク。