JP2005043830A

JP2005043830A - フォトマスクブランク用基板、フォトマスクブランク及びフォトマスク

Info

Publication number: JP2005043830A
Application number: JP2003280437A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nakatsu; 正幸中津; Tsuneo Numanami; 恒夫沼波; Tadayuki Mogi; 均之茂木; Masamitsu Ito; 正光伊藤; Tsuneyuki Hagiwara; 恒幸萩原; Naohito Kondo; 尚人近藤
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Toshiba Corp; Nikon Corp
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Toshiba Corp; Nikon Corp
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-25
Also published as: JP4340859B2

Abstract

【解決手段】基板のマスクパターンを形成する上面の外周縁をなす各々の辺の内側２ｍｍと１０ｍｍとの間の四角リング形状領域において、上面の四角リング形状領域の最小自乗平面を基準面とした場合、この基準面上に基板の中心を中心点として基準面を横切るように円を描いたときに、基準面を通る円弧部分における基準面から四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差が０．３μｍ以下であるフォトマスクブランク用基板。
【効果】本発明の基板は、ウェハー露光時に良好な表面平坦形状を示すものであり、この基板を使用してフォトマスクブランクを作製し、更にフォトマスクに加工すれば、ウェハー露光装置のマスクステージにフォトマスクを真空チャック等により固定したときに、基板表面の反りが小さく平坦性の高い状態となりウェハー上に微細な露光パターンを正確な位置と幅で描画することが可能である。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体デバイス製造等におけるフォトリソグラフィ工程で用いられるフォトマスクの素材となるフォトマスクブランクに用いる基板、これを用いたフォトマスクブランク及びフォトマスクに関する。

半導体デバイスの高集積化が進むにつれ、フォトリソグラフィ工程での微細化に対する要求が高まっており、既にデバイスの設計ルールは０．１１μｍにまで微細化し、パターン寸法精度の要求は１０ｎｍ以下にまで達している。その結果、半導体製造プロセスに用いられているフォトリソグラフィ工程での加工精度に多くの課題が生じてきた。

それら課題のひとつは、パターン形成工程の高精度化にかかわる要因のひとつであるリソグラフィ工程に用いられるフォトマスクの平坦度である。微細化に伴い、レジストが許容する焦点深度はより浅くなってきており、焦点ずれの原因のひとつとなる基板の平坦度が無視できなくなってきている。

リソグラフィにおける焦点ずれを軽減するためには、ウェハー露光時に、露光パターンを許容される誤差内で所定の位置と幅で描画できる程度に、原画に当たるマスクパターンを正確に位置させる必要がある。即ち、理想的には、極めて良好な平坦性をもった基板上に遮光膜パターンや位相シフト膜パターン等が形成されていることが望まれる。しかし、フォトマスクをウェハー露光装置内に装着した際に、特開２００３−５０４５８号公報（特許文献１）に開示されているように、ウェハー露光装置のマスクステージにフォトマスクを真空チャックによりチャックすることにより、フォトマスクを真空チャックする部分の表面形状に依存してフォトマスクの全体の表面形状が大きく変形してしまう場合がある。

ところで、フォトマスクは、一般に、透明な基板上に遮光膜、半透明膜、位相シフト膜等を単独又は組み合わせて成膜したフォトマスクブランクを作製し、この上にレジストを塗布してリソグラフィによりレジスト膜を加工し、更にレジスト膜をエッチングマスクとしてマスクパターンを形成した後にレジスト膜を剥離することによって得られる。

フォトマスクはこのように長い加工工程を経て得られるが、出発材料である透明基板は、合成石英インゴットをスライスした後、表面を研磨して作られる。従来、この表面研磨は、表面の欠陥を低減するか、又は基板表面を如何にして反りが小さく平坦なものにするかという点のみを考慮して研磨するものであった。そのため、ウェハー基板上に描画するパターンの更なる微細化に対応するために、フォトマスク基板の表面形状をどのようにすればよいか、即ち、フォトマスクを真空チャックしたときの形状を考慮してフォトマスクを真空チャックする部分の表面形状を具体的にどのような形状にすればよいか、また、そのような表面形状をどのような方法で形成すれば、歩留まりよく目的とする表面形状を有する基板を製造することができるか、更には、基板自体の又は基板に起因するフォトマスクの不良の発生をどのように抑制するかについては全く知られていなかった。

特開２００３−５０４５８号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ウェハー基板上に、微細化されたパターンを精度よく露光することが可能なフォトマスクを与えるフォトマスクブランク用基板、これを用いたフォトマスクブランク及びフォトマスクを提供することを目的とする。

本発明者は、上記問題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、一辺の長さが６インチ以上の四角形のフォトマスクブランク用基板であって、該基板のマスクパターンを形成する上面の外周縁をなす各々の辺の内側２ｍｍと１０ｍｍとの間の四角リング形状領域において、上記上面の四角リング形状領域の最小自乗平面を基準面とした場合、この基準面上に上記基板の中心を中心点として上記基準面を横切るように円を描いたときに、上記基準面を通る円弧部分における上記基準面から上記四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差が０．３μｍ以下であるフォトマスクブランク用基板、好ましくは
一辺の長さが６インチ以上の四角形のフォトマスクブランク用基板であって、該基板のマスクパターンを形成する上面の外周縁をなす各々の辺の内側２ｍｍと１０ｍｍとの間の四角リング形状領域において、上記上面の四角リング形状領域の最小自乗平面から上記四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下であるフォトマスクブランク用基板が、フォトマスク使用時、即ち、ウェハー露光時に良好なパターン形成面形状を与えるものであり、この基板を使用してフォトマスクブランクを作製し、更にフォトマスクに加工すれば、ウェハー露光装置のマスクステージにフォトマスクを真空チャック等により固定したときに、パターン形成面が反りの小さい平坦性の高い状態となってマスクパターンを所定の位置に正確に位置させることができ、ウェハー上に微細な露光パターンを正確な位置と幅で描画することができることを見出し、本発明をなすに至った。

即ち、本発明は、以下のフォトマスクブランク用基板、フォトマスクブランク及びフォトマスクを提供する
請求項１：
一辺の長さが６インチ以上の四角形のフォトマスクブランク用基板であって、該基板のマスクパターンを形成する上面の外周縁をなす各々の辺の内側２ｍｍと１０ｍｍとの間の四角リング形状領域において、上記上面の四角リング形状領域の最小自乗平面を基準面とした場合、この基準面上に上記基板の中心を中心点として上記基準面を横切るように円を描いたときに、上記基準面を通る円弧部分における上記基準面から上記四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差が０．３μｍ以下であることを特徴とするフォトマスクブランク用基板。
請求項２：
一辺の長さが６インチ以上の四角形のフォトマスクブランク用基板であって、該基板のマスクパターンを形成する上面の外周縁をなす各々の辺の内側２ｍｍと１０ｍｍとの間の四角リング形状領域において、上記上面の四角リング形状領域の最小自乗平面から上記四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のフォトマスクブランク用基板。
請求項３：
更に、上記上面の四角リング形状領域とこの四角リング形状領域の内周縁の内側に存するパターン形成領域とで構成される主面領域の最小自乗平面から上記主面領域への高さの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下であ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ブランク用基板。
請求項４：
請求項１乃至３のいずれか１項記載の基板に、露光光に対して遮光性を有する膜及び／又は位相シフト膜を単層にあるいは多層に成膜してなることを特徴とするフォトマスクブランク。
請求項５：
請求項４記載のフォトマスクブランクの膜をパターン形成してなることを特徴とするフォトマスク。

本発明の基板は、フォトマスク使用時、即ち、ウェハー露光時に良好な表面平坦形状を示すものであり、この基板を使用してフォトマスクブランクを作製し、更にフォトマスクに加工すれば、ウェハー露光装置のマスクステージにフォトマスクを真空チャック等により固定したときに、基板表面の反りが小さく平坦性の高い状態となり、マスクパターンを所定の位置に正確に位置させることができることから、ウェハー上に微細な露光パターンを正確な位置と幅で描画することが可能であり、フォトリソグラフィにおけるパターン微細化の要求に十分に対応するものである。

以下、本発明について更に詳述する。
本発明のフォトマスクブランク用基板は、一辺の長さが６インチ以上の四角形のフォトマスクブランク用基板であり、該基板のマスクパターンを形成する上面の外周縁をなす各々の辺の内側２ｍｍと１０ｍｍとの間の四角リング形状領域において、上記上面の四角リング形状領域の最小自乗平面を基準面とした場合、この基準面上に上記基板の中心を中心点として上記基準面を横切るように円を描いたときに、上記基準面を通る円弧部分における上記基準面から上記四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差が０．３μｍ以下であるものである。

本発明において、四角リング形状領域とは、図１に示すように、基板をフォトマスクブランク又はフォトマスクとしたときに遮光性を有する膜等の膜又はその膜パターンが形成される面を基板上面１としたとき、上面の外周縁をなす各々の辺の内側２ｍｍと１０ｍｍとの間を四角リング形状領域３とするものであり、本発明においては、この領域の形状及び高さを上述した所定の形状や値とするものである。この場合、膜パターン（マスクパターン）は四角リング形状領域３の内周縁の内側である上面の外周縁をなす各々の辺から内側１０ｍｍより内側の部分であるパターン形成領域４に形成される。このような基板を用いてフォトマスクを製造し、これをウェハー露光装置のマスクステージに例えば真空チャックにより基板外周縁近傍を全周に亘って固定する場合、また、対向する１対の２辺の近傍で固定する場合であっても基板の縦横が入れ替わる可能性がある場合、真空チャック位置はこの四角リング形状領域内に含まれることになるため、この四角リング形状領域の形状が、ウェハー露光時の基板の上面全体、即ち、マスクパターンが形成される土台となっている基板上面全体の形状を左右することとなる。つまり、パターンの位置と幅を正確に露光するためには、パターン露光時に、基板の上面の形状、特にパターン形成領域の形状が、マスクパターンを傾かせることなく露光光に対して平行に配置できる形状になる必要がある。そのため、本発明は、基板上面全体、特にパターン形成領域の形状を主に左右する四角形リング形状領域の形状及び高さを最適化するものである。

なお、この場合、四角リング形状領域を上面の外周縁をなす各々の辺の内側２ｍｍと１０ｍｍとの間としたが、四角リング形状領域が上述した所定の形状や値の範囲を満たしているものであれば、真空チャック位置（基板保持部）においても上述した形状や値の範囲を満たしていることになり、これによりフォトマスク使用時の平坦性を確保することができる。または、すくなくとも真空チャック位置又は基板保持部において上述した形状や値を満たしていればよい。

この四角リング形状領域は、四角リング形状領域全体が基板外周に向かって下向きに傾斜している形状となっているものが好ましい。一方、四角リング形状領域の内側のパターン形成領域は、特に限定されるものではなく、平面形状、凸面形状、凹面形状等の形状をとり得る。

また、四角リング形状領域は、上面の四角リング形状領域の最小自乗平面を基準面とした場合、この基準面上に基板の中心を中心点として基準面を横切るように円を描いたときに、基準面を通る円弧部分における基準面から上記四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差が０．３μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以下となるようにする。

ここで、最小自乗平面２１とは、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、例えば凹面、凸面、凹凸を有する面などの水平でない面２２を最小自乗法により算術的に平面近似して得られる仮想平面である。この場合、各々の領域の高さは、基板上面の各々の領域の範囲の最小自乗平面を対象としているが、便宜上、後述する主面領域全体の最小自乗平面を各々の領域に対して用いることもできる。そして、この最小自乗平面２１から面２２への高さは、この最小自乗平面２１に対して直角方向の高さである。図２中、ｈ₁は高さの最大値であり最小自乗平面２１の上側に位置する正数、ｈ₂は高さの最小値であり最小自乗平面２１の下側に位置する負数である。従って、最大値ｈ₁とｈ₂との差は、ｈ₁及びｈ₂の各々の絶対値の和と同じである。

この場合、まず四角リング形状領域の最小自乗平面を基準面とし、この基準面上に基板の中心を中心点として円を描くが、この場合、四角リング形状領域は上述した大きさと幅をもった領域であるので、四角リング形状領域の最小自乗平面上には基板の中心を中心点とした円の円周の全ては重ならず、部分的に円弧状に重なることとなる。従って、この基準面を通る円弧部分における基準面から四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差を上記した定義に従って測定し、その最大値と最小値との差を算出するが、本発明の基板においては、描かれる各々の円についてその円弧部分における基準面から四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差が各々０．３μｍ以下となる形状をとる。つまり、四角リング形状領域は、理想的（この高さの最大値と最小値との差が０μｍの場合）には、例えば円錐台の周面のような歪みのない形状となる。なお、上述したとおり、高さの最大値と最小値との差は、理想的には０であるが、フォトマスク使用時の平坦性の観点からは０．３μｍ以下であれば十分である。なお、製造効率の観点からすれば、０．０１μｍ以上程度とすることが好ましい。

なお、この場合、上記四角リング形状領域の最小自乗平面から上記四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差、即ち、四角リング形状領域全体を対象とする高さの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下、特に０．３μｍ以下であることが好ましい。また、パターン形成部分については、特に限定されるものではないが、パターン形成領域の最小自乗平面からパターン形成領域への高さの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下、特に０．３μｍ以下、とりわけ０．２μｍ以下であることが好ましい。更に、四角リング形状領域とこの四角リング形状領域の内周縁の内側に存するパターン形成領域とで構成される主面領域の最小自乗平面から主面領域への高さの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下、特に０．３μｍ以下であることが特に好ましい。

このような、基板上面の四角リング形状領域やパターン形成領域の形状や最小自乗平面との高さは、例えば、平坦度測定器を用いて測定解析することができる。

目的とする形状を得るためには四角リング形状領域の充分な形状及び高さ測定が必要となる。これまでマスクを作成する際には、パターンを形成する部分についてそりに着目した測定が行われてきたが、チャックエリアを含む四角リング形状領域については充分な測定が行なわれてこなかったため、チャック後の形状の変化については予測することができなかった。そのため、チャック後の形状の変化を予測することを目的として基板上面の四角リング形状領域を測定する場合、四角リング形状領域の測定は以下の条件で測定することが好ましい。

（１）基板の形状の測定エリア：上述の四角リング形状領域を位置情報と共に測定。位置の情報が不充分だと正確に形状予測をすることができないおそれがある。
（２）測定間隔：０．０５〜０．３５ｍｍ。測定間隔が広すぎると充分な形状予測ができないおそれがあり、また、測定間隔が細かすぎると測定に手間がかかりすぎるおそれがある。
（３）測定精度（誤差）：０．０１〜０．１μｍ。測定誤差が大きすぎると充分な形状予測ができないおそれがあり、また、測定誤差が小さ過ぎても手間がかかるばかりで効率が悪くなるおそれがある。

測定は光の干渉を利用するものであり、面の形状及び高さはこの水準面を基にして求められるため、この水準面に充分な精度（例えば、誤差が０．０２μｍ以下、好ましくは０．０１μｍ以下）が必要となる。

本発明において、基板の材質としては合成石英基板等が挙げられる。また基板の大きさは、一辺の長さが６インチ（１５２ｍｍ）以上、好ましくは６インチ（１５２ｍｍ）の四角形、好ましくは正方形のフォトマスクブランク用基板を対象とする。基板の大きさの最大値は、特に限定されるものではないが、ウェハー露光時の基板の重さや、取り扱い性を考慮すると、１２インチ以下が好ましい。また、基板の厚さは、特に限定されるものではないが、３〜１０ｍｍのものが好適である。

なお、基板の向きを確認するためのカットマーク等を基板に入れることがある。カットマーク等は通常裏面（下面）に入れるが、上面にカットマークを入れた場合には、カットマーク部分は本発明に関する形状の対象とならないものとする。

四角リング形状領域がこのような形状を有するフォトマスクブランク用基板を用いてフォトマスクブランクを作製し、これを用いてフォトマスクを製造すれば、ウェハー露光機にチャックしたときのパターン形成領域の変形が少ないマスクを歩留まりよく製造することができる。

このようなフォトマスクブランク用基板は、例えば、以下の方法で製造できる。
基板原板を、まず第１段階の研磨によって特定の中間形状とした後、第２段階の研磨を行うものである。この場合、好ましい中間形状を有するものを経由しないと、最終的に好ましい形状を有するものを歩留まり良く得ることが難しい。

この場合、研磨方法の組合せにより好ましい中間体が２通りあるため、２通りの方法をとり得る。即ち、まず中心部が速く削れる条件で研磨した後に周縁部が速く削れる条件で研磨する場合（製造方法１）と、まず周縁部が速く削れる条件で研磨した後に中心部が速く削れる条件で研磨を行う場合（製造方法２）の２通りである。

本発明の基板を製造する方法において、第１段階の研磨は両面研磨の工程である。この工程に使用される研磨装置は、従来からある両面研磨装置を用いることができる。これは上下の研磨面を研磨することによって原料基板の両面が同時に研磨されるものである。従来は、基板の形状、特に上述した四角リング形状領域の形状や高さの制御を目的に研磨されていなかったため、この段階の研磨は特に制御しておらず、得られる基板の上面の四角リング形状領域の形状はばらついていた。

これに対し、この方法で基板を製造する場合、製造方法１の場合は中心部が速く削れる条件、製造方法２の場合は周縁部が速く削れる条件で研磨する。具体的には回転数を１〜２００ｒｐｍ程度として研磨することが好適である。このように得た研磨中間品は、前述したような方法（装置及び測定基準）で研磨中間品の四角リング形状領域やパターン形成領域の形状及び高さを測定解析することができる。

まず、製造方法１の場合について説明する。
〔製造方法１〕
まず、第１段階の研磨で基板上面（研磨面）が下記の中間形状１又は２の要件を満たす研磨中間品を作製し、更にこれを研磨条件が異なる第２段階の研磨で研磨することで、本発明の特定形状を有する基板を得ることができる。

（中間形状１）
主面領域の最小自乗平面から上記主面領域への高さの最大値と最小値との差が１．５μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以下であり、かつ四角リング形状領域が基板外周に向かって上向きに傾斜しているもの。
（中間形状２）
主面領域の最小自乗平面から上記主面領域への高さの最大値と最小値との差が１．５μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以下であり、上記最小自乗平面から上記主面領域の四隅（頂点）への高さの最大値と最小値との差（ＣＩＲ）が０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下であり、かつ四角リング形状領域が基板外周に向かって上向きに傾斜しているもの。

四角リング形状領域が基板外周に向かって上向きに傾斜しているものとしては、図３（Ａ）に示されるような、基板上面中央部のパターン形成領域が平面で、その外周縁から連続する四角リング形状領域が上向きに湾曲傾斜しているものや、図３（Ｂ）に示されるような、パターン形成領域から四角リング形状領域に亘って凹面をなしているもの、即ち、主面領域が凹面をなしているものなどが挙げられる。なお、図３中、５は主面領域を示す。

このような中間形状を有する研磨中間品を更に研磨することにより本発明の基板が得られる。この研磨には、例えば、図４に示すような片面研磨装置を用いることができる。なお、図４において、１１は基板、１２は下定盤、１３はトップリングである。製造方法１の場合、研磨中間品を片面研磨装置に固定し、基板にマスクパターンを形成する面（研磨面）と反対側の面を減圧して研磨すると、より効果的に本発明の特定形状を形成することができる。また、下定盤として平板型の定盤を用いてもよいが、凸型の定盤で研磨することで、よりよい形状を有する基板を得ることができる。なお、上面における四角リング形状領域外周縁の外側には、一般に面取りが施される。

一方、製造方法２の場合は以下のとおりである。
〔製造方法２〕
まず、第１段階の研磨で基板上面（研磨面）が下記の中間形状３又は４の要件を満たす研磨中間品を作製し、更にこれを研磨条件が異なる第２段階の研磨で研磨することで、本発明の特定形状を有する基板を得ることができる。

（中間形状３）
主面領域の最小自乗平面から上記主面領域への高さの最大値と最小値との差が１．５μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以下であり、かつ四角リング形状領域が基板外周に向かって下向きに傾斜しているもの。
（中間形状４）
主面領域の最小自乗平面から上記主面領域への高さの最大値と最小値との差が１．５μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以下であり、上記最小自乗平面から上記主面領域の四隅（頂点）への高さの最大値と最小値との差（ＣＩＲ）が０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下であり、かつ四角リング形状領域が基板外周に向かって下向きに傾斜しているもの。

四角リング形状領域が基板外周に向かって下向きに傾斜しているものとしては、図３（Ｃ）に示されるような、基板上面中央部のパターン形成領域が平面で、その外周縁から連続する四角リング形状領域が下向きに湾曲傾斜しているものや、図３（Ｄ）に示されるような、パターン形成領域から四角リング形状領域に亘って凸面をなしているもの、即ち、主面領域が凸面をなしているものなどが挙げられる。

製造方法２の場合、研磨中間品を図４に示すような片面研磨装置に固定し、基板にマスクパターンを形成する面（研磨面）と反対側の面を加圧して研磨すると、より効果的に本発明の特定形状を形成することができる。また、下定盤として平板型の定盤を用いてもよいが、凸型の定盤で研磨することで、よりよい形状を有する基板を得ることができる。なお、上面における四角リング形状領域外周縁の外側には、一般に面取りが施される。

このように、上記のような工程を経る２段階で研磨することにより、基板上面の所定箇所が特定形状を有する基板を歩留まりよく製造することができる。

なお、研磨中間品のパターン形成領域においては、その最小自乗平面からパターン形成領域の高さの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下、特に０．３μｍ以下、とりわけ０．２μｍ以下であることが好ましい。なお、パターン形成領域の形状は平面、凸面、凹面等のいずれでもよくこの部分の形状はどのような形状でも特に問題はない。

得られた基板には、遮光膜、位相シフト膜等の遮光性を有する膜を使用目的によって適宜選定して成膜し、フォトマスクブランクを得る。遮光膜、ハーフトーン位相シフト膜等の位相シフト膜は一般的にスパッタリング法によって成膜される。本発明において遮光性を有する膜には、ハーフトーン位相シフト膜のような露光光を実質的に遮光する膜が含まれる。

バイナリーマスク用のフォトマスクブランクを製造する場合には、本発明の基板上に、遮光膜として、金属クロム、例えば酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化窒化炭化クロム等のクロム化合物、モリブデンシリサイド、チタンシリサイド、ジルコニウムシリサイドやその酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等の金属シリサイド化合物が成膜される。一般的にこの遮光膜は、２層以上の屈折率の異なる材料、あるいは材料成分に組成傾斜をかけた材料を用いることによって反射防止機能をもたせるように製造される。これらの膜は応力が小さい方が好ましい。

ハーフトーン位相シフトマスク用の位相シフトマスクブランクを製造する場合には、本発明の基板上に、露光光を、実質的にフォトレジストを感光させない程度まで減衰させると共に、光の位相を１８０°変化させる機能をもったハーフトーン位相シフト膜が成膜される。これらの材料としては、例えば酸化クロム、窒化クロム、酸化窒化クロム、酸化窒化炭化クロム等のクロム化合物、モリブデンシリサイド、チタンシリサイド、ジルコニウムシリサイドやその酸化物、窒化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物等の金属シリサイド化合物の他、窒化ケイ素、酸化ケイ素等を使用することができる。

ハーフトーン位相シフト膜は、単層でも多層でも構成することができるが、パターン形成後の化学洗浄等に対する耐性や加工容易性を同時に満たそうとした場合には、表面側と基板側の材料あるいは組成が異なる多層膜、あるいは組成比に傾斜をかけた膜を使用することが好ましい。また、ハーフトーン位相シフト膜についても、遮光膜の場合と同様、応力がなるべく小さくなるような材料の組合せを選択することが好ましい。

更に、ハーフトーン位相シフト膜の上に上述の遮光膜を形成することが一般的に行われる。フォトレジストを成膜したウェハー上の異なる位置に露光を重ねていく場合、本来感光しないように透過率を下げたハーフトーン位相シフトマスクの周縁部の露光が重なることがあり、この場合重なった部分が複数回の露光を受けて感光してしまうことがあるため、これを防ぐ必要がある。このため、一般的にはハーフトーン位相シフトマスクのマスクパターンが書かれていない周縁部には遮光膜を形成した方が好ましい。従って、ハーフトーン位相シフトマスクブランク製造段階で、遮光膜をあらかじめ成膜しておいた方が全体の工程の構成上好ましいことから、このようなマスクを得る場合は、ハーフトーン位相シフトマスクブランク製造段階でハーフトーン位相シフト膜と共に遮光膜が成膜される。また、基板上にはレベンソン型に代表されるような透過率の高い位相シフト膜を形成して位相シフトマスクを形成することもでき、上述したいずれかの膜上に、必要に応じて導電性膜、エッチングストッパー膜を積層することもできる。

本発明の基板に成膜する膜は、特に制約はないが、その膜応力が基板のそり量に換算して０．５μｍ以下、好ましくは０．３μｍ以下、更に好ましくは０．２μｍ以下、特に好ましくは０．１μｍ以下であることが好ましい。応力が大きいとフォトマスク上の膜（パターン形成部）の被覆率（占有率）によっては、基板の形状が悪化して、所定の平坦性を示さなくなるおそれがある。

基板の上に形成される遮光膜等の膜は応力をもち、膜を形成すると、応力のために基板が変形する。膜の応力による基板の変形は主に基板のそりに変化を与えるため、基板上面の形状に変化を与える。このため、基板上面の形状を決定するときに、予め、遮光膜等を形成する前の基板の段階で、成膜される膜の応力や、ウェハー露光機にフォトマスクをチャックして固定したときの形状を予測できれば、更に歩留まりよくマスクを製造することができる。

膜の応力は上述したような膜の種類、その組成、更には製造方法によっても異なる。例えば、Ｃｒ系では引っ張り応力を生じ、ＭｏＳｉ系では圧縮応力となる。膜の応力による基板上面の変形は、あらかじめ基板上面の形状や高さを測定してある基板に所定の膜を成膜し、成膜後の基板上面の形状や高さを測定解析することで求めることができる。従って、基板上の上面の各位置における成膜前後の変形量を測定し、応力と変形の度合いを予め測定し、これを基に、逆に成膜していない基板の形状からシミュレーションにより、成膜後の基板の形状を予測し、さらにこの予測した形状をもとに露光機にクランプした時の形状を求めることが可能である。この場合、フォトマスクとしてマスクパターンを形成したときの、基板上面上の膜（パターン形成部）の被覆率（占有率）をさらに考慮すると、より精度の高いシミュレーションが可能である。従って、フォトマスクブランク用基板の上面に、少なくとも遮光膜若しくは位相シフト膜を含む１層又は２層以上の膜を成膜してフォトマスクブランクを作製し、上記膜をパターン形成してフォトマスクを作製し、これを露光装置に固定した場合について、膜成膜前から露光装置に固定したときへの上記基板上面の形状変化をシミュレーションし、上記露光装置への固定時において平坦な上面形状を与える変化前の基板の上面形状を決定して、この上面形状を有する基板を良好な基板として選定すれば、基板上に成膜する膜の種類等、膜による基板上面の形状の変化に応じて基板上面の形状や高さを変えて、より高い歩留まりで、フォトマスク使用時に良好な平坦性を与えることができる基板を製造することができる。

上述したように、本発明の基板は、これを用いて製造したフォトマスクをウェハー露光機にチャックしたときに、優れた平坦性を与えるものである。従って、マスクパターンを所定の位置に正確に位置させることができることから、ウェハー上に微細な露光パターンを正確な位置と幅で描画することが可能であり、フォトリソグラフィにおけるパターン微細化の要求に十分に対応するものであり、特に、パターンの線幅が０．１２μｍ以下、特に０．１０μｍ以下の微細パターンの露光に用いるフォトマスクの素材となるフォトマスクブランク用の基板として好適である。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
１５２ｍｍ（６インチ）角のフォトマスクブランク用基板原板を、コロイダルシリカを用い、両面研磨装置で研磨速度を周縁部より中央部を速くして研磨し、図５（Ａ）に示されるような、主面領域において、その最小自乗平面から主面領域への高さの最大値と最小値との差（以下、主面平坦度という）が０．７４μｍ、上記最小自乗平面から主面領域の四隅への高さの最大値と最小値との差（以下、ＣＩＲという）が０．２７μｍであり、主面領域が凹型形状をなす研磨中間品を得た。

なお、上記主面平坦度及びＣＩＲは、平坦度測定器を用い、縦横０．３５ｍｍ間隔、精度０．１μｍ以下で高さを測定した結果から算出した（以下、同じ）。

次いで、この研磨中間品を、コロイダルシリカを用い、図４に示すような下定盤に研磨クロスを貼った片面研磨装置で研磨速度を周縁部より中央部を遅くする以下の条件で研磨した。
レチクル吸着定盤回転速度：下定盤回転速度１２０ｒｐｍ：５０ｒｐｍ
研磨時間５ｍｉｎ

その結果、図５（Ｂ）に示されるような、主面領域において、主面平坦度が０．３０μｍ、ＣＩＲが０．２２μｍであり、四角リング形状領域が基板外周に向かって下向きに傾斜する基板（厚さ６．４ｍｍ）を得ることができた。

［実施例２］
１５２ｍｍ（６インチ）角のフォトマスクブランク用基板原板を、実施例１と同様研磨速度を周縁部より中央部を速くして研磨して、図６（Ａ）に示されるような主面平坦度が０．８８μｍ、ＣＩＲが０．２７μｍであり、主面領域が凹型形状をなす研磨中間品を得た。

次いで、この研磨中間品を、コロイダルシリカを用い、図４に示すような下定盤に研磨クロスを貼った片面研磨装置で研磨速度を周縁部より中央部を遅くする以下の条件で研磨した。
レチクル吸着定盤回転速度：下定盤回転速度１２０ｒｐｍ：３３ｒｐｍ
研磨時間４ｍｉｎ

その結果、図６（Ｂ）に示されるような、主面領域において、主面平坦度が０．２７μｍ、ＣＩＲが０．１４μｍであり、四角リング形状領域が基板外周に向かって下向きに傾斜し、主面領域の等高線がほぼ同心円をなす基板（厚さ６．４ｍｍ）を得ることができた。

［実施例３］
１５２ｍｍ（６インチ）角のフォトマスクブランク用基板原板を、コロイダルシリカを用い、両面研磨装置で研磨速度を周縁部より中央部を遅くして研磨し、図７（Ａ）に示されるような、主面平坦度が０．８０μｍ、ＣＩＲが０．２２μｍであり、主面領域が凸型形状をなす研磨中間品を得た。

次いで、この研磨中間品を、コロイダルシリカを用い、図４に示すような下定盤に研磨クロスを貼った片面研磨装置で研磨速度を周縁部より中央部を速くする以下の条件で研磨した。
レチクル吸着定盤回転速度：下定盤回転速度１２０ｒｐｍ：３３ｒｐｍ
研磨時間２０ｍｉｎ

その結果、図７（Ｂ）に示されるような、主面領域において、主面平坦度が０．２８μｍ、ＣＩＲが０．１１μｍであり、四角リング形状領域が基板外周に向かって下向きに傾斜する基板（厚さ６．４ｍｍ）を得ることができた。

［比較例１］
１５２ｍｍ（６インチ）角のフォトマスクブランク用基板原板を、コロイダルシリカを用い、両面研磨装置で研磨し、図８（Ａ）に示されるような、主面平坦度が１．７２μｍ、ＣＩＲが１．７２μｍであり、主面領域の四隅の１つが上向き、残りの３つが下向きのねじれ形状をなす研磨中間品を得た。

その結果、図８（Ｂ）に示されるように主面領域において、主面平坦度が０．７２μｍ、ＣＩＲが０．７２μｍとなった。

［実施例４］
実施例３と同様の方法により得た図９（Ａ）に示す主面形状を有するフォトマスクブランク用基板（主面平坦度０．３０μｍ）を用いて、スパッタリングによりＣｒ膜（膜厚１００ｎｍ）を成膜してフォトマスクブランクを成膜し、次いでこのフォトマスクブランク上にレジスト膜を成膜してリソグラフィによりレジスト膜を加工し、更にレジスト膜をエッチングマスクとしてマスクパターンを形成した後にレジスト膜を剥離することにより、露光時にウェハー上での線幅が０．１μｍとなるライン＆スペースパターンを基板の主面領域中のパターン被覆率（Ｃｒに覆われている率）が９４％となるように形成して図９（Ｂ）に示す主面形状を有するフォトマスクを得た。このフォトマスクの基板の主面領域の主面平坦度は０．２６μｍであった。このフォトマスクをウェハー露光装置のマスクステージにフォトマスクを真空チャックしたところ、図９（Ｃ）に示す主面平坦性が０．２０μｍの良好な主面形状を示した。

［比較例２］
比較例１と同様の方法により得た図１０（Ａ）に示す主面形状を有するフォトマスクブランク用基板（主面平坦度０．５７μｍ）を用いて、スパッタリングによりＣｒ膜（膜厚１００ｎｍ）を成膜してフォトマスクブランクを成膜し、次いでこのフォトマスクブランク上にレジスト膜を成膜してリソグラフィによりレジスト膜を加工し、更にレジスト膜をエッチングマスクとしてマスクパターンを形成した後にレジスト膜を剥離することにより、露光時にウェハー上での線幅が０．１μｍとなるライン＆スペースパターンを基板の主面領域中のパターン被覆率（Ｃｒに覆われている率）が９４％となるように形成して図１０（Ｂ）に示す主面形状を有するフォトマスクを得た。このフォトマスクの基板の主面領域の主面平坦度は０．６７μｍであった。このフォトマスクをウェハー露光装置のマスクステージにフォトマスクを真空チャックしたところ、図１０（Ｃ）に示す主面平坦性が０．８０μｍの平坦性のない主面形状となった。

基板上面の四角リング形状領域及びパターン形成領域を示す図である。最小自乗平面及び最小自乗平面からの高さを説明するための断面図である。基板の上面形状を説明するための断面図である。実施例で用いた片面研磨装置を示す概略断面図である。実施例１で得られた研磨中間品（Ａ）及びこの研磨中間品を更に研磨して得られたフォトマスクブランク用基板（Ｂ）の主面領域の形状を示す概念斜視図である。実施例２で得られた研磨中間品（Ａ）及びこの研磨中間品を更に研磨して得られたフォトマスクブランク用基板（Ｂ）の主面領域の形状を示す概念斜視図である。実施例３で得られた研磨中間品（Ａ）及びこの研磨中間品を更に研磨して得られたフォトマスクブランク用基板（Ｂ）の主面領域の形状を示す概念斜視図である。比較例１で得られた研磨中間品（Ａ）及びこの研磨中間品を更に研磨して得られたフォトマスクブランク用基板（Ｂ）の主面領域の形状を示す概念斜視図である。実施例４で用いたフォトマスクブランク用基板（Ａ）、これを用いて作製したフォトマスク及びこのフォトマスク（Ｂ）、これをウェハー露光装置のマスクステージにフォトマスクを真空チャックしたとき（Ｃ）の主面領域の形状を示す概念斜視図である。比較例２で用いたフォトマスクブランク用基板（Ａ）、これを用いて作製したフォトマスク及びこのフォトマスク（Ｂ）、これをウェハー露光装置のマスクステージにフォトマスクを真空チャックしたとき（Ｃ）の主面領域の形状を示す概念斜視図である。

符号の説明

１基板上面
３四角リング形状領域
４パターン形成領域
５主面領域
１１基板
１２下定盤
１３トップリング
２１最小自乗平面
２２面

Claims

一辺の長さが６インチ以上の四角形のフォトマスクブランク用基板であって、該基板のマスクパターンを形成する上面の外周縁をなす各々の辺の内側２ｍｍと１０ｍｍとの間の四角リング形状領域において、上記上面の四角リング形状領域の最小自乗平面を基準面とした場合、この基準面上に上記基板の中心を中心点として上記基準面を横切るように円を描いたときに、上記基準面を通る円弧部分における上記基準面から上記四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差が０．３μｍ以下であることを特徴とするフォトマスクブランク用基板。
一辺の長さが６インチ以上の四角形のフォトマスクブランク用基板であって、該基板のマスクパターンを形成する上面の外周縁をなす各々の辺の内側２ｍｍと１０ｍｍとの間の四角リング形状領域において、上記上面の四角リング形状領域の最小自乗平面から上記四角リング形状領域への高さの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のフォトマスクブランク用基板。
更に、上記上面の四角リング形状領域とこの四角リング形状領域の内周縁の内側に存するパターン形成領域とで構成される主面領域の最小自乗平面から上記主面領域への高さの最大値と最小値との差が０．５μｍ以下であ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ブランク用基板。
請求項１乃至３のいずれか１項記載の基板に、露光光に対して遮光性を有する膜及び／又は位相シフト膜を単層にあるいは多層に成膜してなることを特徴とするフォトマスクブランク。
請求項４記載のフォトマスクブランクの膜をパターン形成してなることを特徴とするフォトマスク。