JP2007178498A - フォトマスクブランクの製造方法及びフォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光膜のドライエッチング速度を向上させることでローディング現象を低減でき、微細パターンであっても良好なパターン精度が得られるフォトマスクブランクを提供する。
【解決手段】遮光膜２上に形成されるレジストパターン３ａをマスクにしてドライエッチング処理により遮光膜をパターニングするフォトマスクの作製方法に対応するドライエッチング処理用のフォトマスクブランクであって、遮光膜は、クロムを含むスパッタリングターゲットを使用し、雰囲気ガスとして酸素及び／又は窒素を含む活性ガスと、ヘリウムを含む不活性ガスとを含む混合ガス雰囲気下でスパッタ成膜し、遮光膜のドライエッチング速度を高めることで、ドライエッチング時間を短縮する。
【選択図】図２

Description

本発明は、遮光膜パターン形成のためのドライエッチング処理用に遮光膜のドライエッチング速度を最適化させたフォトマスクブランクの製造方法及びフォトマスク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フォトマスクと呼ばれている基板が使用される。このフォトマスクは、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、このフォト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フォトマスクの製造には、ガラス基板等の透光性基板上に遮光膜を有するフォトマスクブランクが用いられる。このフォトマスクブランクを用いたフォトマスクの製造は、フォト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とを有して行われている。上記現像工程では、フォト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、たとえばウェット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、フォトマスクが出来上がる。

特許文献１には、ウェットエッチングに適したマスクブランクとして、透明基板上に、クロム炭化物を含有するクロム膜を遮光膜として備えたフォトマスクブランクが記載されている。また、特許文献２には、同じくウェットエッチングに適したマスクブランクとして、透明基板上に、ハーフトーン材料膜と金属膜との積層膜を有し、この金属膜は、表面側から透明基板側に向かってエッチングレートが異なる材料で構成される領域が存在しており、例えばＣｒＮ／ＣｒＣの金属膜とＣｒＯＮの反射防止膜からなるハーフトーン型位相シフトマスクブランクが記載されている。

ところで、半導体装置のパターンを微細化するに当たっては、フォトマスクに形成されるマスクパターンの微細化に加え、フォトリソグラフィーで使用される露光光源波長の短波長化が必要となる。半導体装置製造の際の露光光源としては、近年ではＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）から、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）、更にはＦ２エキシマレーザー（波長１５７ｎｍ）へと短波長化が進んでいる。
その一方で、フォトマスクやフォトマスクブランクにおいては、フォトマスクに形成されるマスクパターンを微細化するに当たっては、フォトマスク製造の際のパターニング手法として、従来のウェットエッチングに替わってドライエッチング加工が必要になってきている。

しかし、マスクパターンの微細化とドライエッチング加工は、以下に示す技術的な問題が生じている。
遮光膜の材料としては、一般にクロム系の材料が用いられ、クロムのドライエッチング加工では、エッチングガスに塩素ガスと酸素ガスの混合ガスが用いられている。レジストパターンをマスクにして遮光膜をドライエッチングでパターニングする際、パターンが微細化、複雑になると、ドライエッチング時の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が悪化する傾向にある。
従って、マスクパターンの微細化を達成するためには、遮光膜のドライエッチング速度の向上が望まれる。

特公昭６２−３２７８２号公報 特許第２９８３０２０号公報

ところで、クロム系遮光膜をドライエッチングでパターニングするときに使用するエッチャントとしては塩素系ガスと酸素系ガスとの混合ガスが一般に使われている。クロム系遮光膜のエッチングは、塩化クロミルを生成させることで行われるため、ドライエッチング速度を向上させるために、エッチャントに占める酸素ガスの割合や、クロム系遮光膜中に含まれる酸素の含有量を調整するという手段はあるが、光学特性上の制約や、マスク製造プロセス上の制約があり、自ずと限界がある。すなわち、パターンの微細化のためには、レジスト膜の薄膜化が必要となるが、特に線幅が細かい領域においては、エッチャントが入りにくくなり、パターンを形成するにはエッチング時間を長く設定するなどのエッチング条件にしなければならないが、そのようにするとレジスト膜の膜減りによるパターン欠陥が発生してしまう。

そこで本発明は、従来の問題点を解決するべくなされたものであり、その目的とするところは、第一に、遮光膜のドライエッチング速度を向上させることでローディング現象を低減でき、微細パターンであっても良好なパターン精度が得られるフォトマスクブランク及びフォトマスクの製造方法を提供することである。第二に、遮光膜のドライエッチング速度を高めることで、ドライエッチング時間が短縮でき、レジスト膜の膜減りを低減することができ、その結果、レジスト膜を薄膜化して解像性、パターン精度（ＣＤ精度）を向上でき、ドライエッチング時間の短縮化による断面形状の良好な遮光膜のパターンが形成することができるフォトマスクブランク及びフォトマスクの製造方法を提供することである。第三に、遮光膜に必要な遮光性能を有しつつ、遮光膜の薄膜化により、断面形状の良好な遮光膜のパターンが形成することができるフォトマスクブランク及びフォトマスクの製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
（構成１）透光性基板上にクロムを含む材料からなる遮光膜を有するフォトマスクブランクの製造方法において、前記フォトマスクブランクは、前記遮光膜上に形成されるレジストパターンをマスクにしてドライエッチング処理により、前記遮光膜をパターニングするフォトマスクの作製方法に対応するドライエッチング処理用のフォトマスクブランクであって、前記遮光膜は、クロムを含むスパッタリングターゲットを使用し、雰囲気ガスとして酸素及び／又は窒素を含む活性ガスと、ヘリウムを含む不活性ガスとを含む混合ガス雰囲気下でスパッタ成膜することを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。

（構成２）前記遮光膜の上層部に反射防止層を形成することを特徴とする構成１記載のフォトマスクブランクの製造方法。
（構成３）前記遮光膜の透光性基板側に形成される下層部を、窒素を含む活性ガスと、ヘリウムを含む不活性ガスの混合ガス雰囲気下でスパッタ成膜し、前記反射防止層を酸素及び／又は窒素を含む活性ガス雰囲気下でスパッタ成膜することを特徴とする構成１又は２記載のフォトマスクブランクの製造方法。
（構成４）前記透光性基板と前記遮光膜との間に、ハーフトーン型位相シフター膜を形成することを特徴とする構成１乃至３の何れか一に記載のフォトマスクブランクの製造方法。

（構成５）前記遮光膜上に膜厚が３００ｎｍ以下のレジスト膜を形成することを特徴とする構成１乃至４の何れか一に記載のフォトマスクブランクの製造方法。
（構成６）構成１乃至５の何れか一に記載の製造方法により得られるフォトマスクブランクにおける前記遮光膜を、ドライエッチング処理によりパターニングする工程を有することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
（構成７）構成４に記載の製造方法により得られるフォトマスクブランクにおける前記遮光膜を、ドライエッチングによりパターニングし、前記ハーフトーン型位相シフター膜上に遮光膜パターンを形成した後、該遮光膜パターンをマスクにして、前記ハーフトーン型位相シフター膜をドライエッチング処理によりパターニングし、前記透光性基板上にハーフトーン型位相シフター膜パターンを形成することを特徴とするフォトマスクの製造方法。

構成１にあるように、本発明のフォトマスクブランクの製造方法は、透光性基板上にクロムを含む材料からなる遮光膜を有するフォトマスクブランクの製造方法において、前記フォトマスクブランクは、前記遮光膜上に形成されるレジストパターンをマスクにしてドライエッチング処理により、前記遮光膜をパターニングするフォトマスクの作製方法に対応するドライエッチング処理用のフォトマスクブランクであって、前記遮光膜は、クロムを含むスパッタリングターゲットを使用し、雰囲気ガスとして酸素及び／又は窒素を含む活性ガスと、ヘリウムを含む不活性ガスとを含む混合ガス雰囲気下でスパッタ成膜される。
このように、遮光膜を、クロムを含むスパッタリングターゲットを使用し、雰囲気ガスとして酸素及び／又は窒素を含む活性ガスと、ヘリウムを含む不活性ガスとを含む混合ガス雰囲気下でスパッタ成膜するので、遮光膜を塩素系ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気でドライエッチング処理する際に、より効果的に遮光膜のドライエッチング速度を向上することができる。これは、スパッタ成膜時に遮光膜にヘリウムが含まれ、ドライエッチング時に遮光膜からヘリウムが放出されることで、遮光膜面近傍での酸素ラジカル形成が促進され、ドライエッチングが促進されるものと考えられる。これにより、ローディング現象（グローバルローディング、マイクロローディング）を低減でき、微細パターンであっても良好なパターン精度が得られる。また、ドライエッチング時間を短縮できることで、レジスト膜減りによるパターン欠陥を防止できる。

構成２にあるように、前記遮光膜はその上層部に反射防止層を形成することができる。このような反射防止層を形成することにより、露光波長における反射率を低反射率にすることができるので、マスクパターンを被転写体に転写するときに、投影露光面との間での多重反射を抑制し、結像特性の低下を抑制することができる。また、フォトマスクブランクやフォトマスクの欠陥検査に用いる波長（例えば２５７ｎｍ、３６４ｎｍ、４８８ｎｍ等）に対する反射率を低く抑えることができるので、欠陥を検出する精度が向上する。

構成３にあるように、前記遮光膜の透光性基板側に形成される下層部を、窒素を含む活性ガスと、ヘリウムを含む不活性ガスの混合ガス雰囲気下でスパッタ成膜し、前記反射防止層を酸素及び／又は窒素を含む活性ガス雰囲気下でスパッタ成膜する。
パターンが微細化になるに従って、透光性基板側に形成されている遮光膜の下層部はエッチャントが入りにくくなりドライエッチングしにくくなるが、透光性基板側に形成される下層部を、窒素を含む活性ガスと、ヘリウムを含む不活性ガスの混合ガス雰囲気下でスパッタ成膜することにより、下層部での酸素ラジカル形成が促進され、ドライエッチングが促進されるので、線幅エラーを防止でき、更にはエッチング時間を長くするなどのレジスト膜の膜減りがはげしくなるエッチング条件にすることがないので、レジスト膜の膜減りによるパターン欠陥を防止できる。

構成４にあるように、透光性基板と遮光膜との間に、ハーフトーン型位相シフター膜を形成しても良い。
構成５にあるように、前記遮光膜上に膜厚が３００ｎｍ以下のレジスト膜が形成される。レジスト膜の膜厚が３００ｎｍ以下とすることにより、設計寸法に対するＣＤシフト量の変化が小さくなるので、遮光膜のパターン精度が良好となる。

構成６にあるように、構成１乃至５の何れか一に記載の製造方法により得られるフォトマスクブランクにおける遮光膜をドライエッチング処理を用いてパターニングする工程を有するフォトマスクの製造方法によれば、ドライエッチング時間を短縮でき、断面形状の良好な遮光膜パターンが精度良く形成されたフォトマスクを得ることができる。
また、構成７にあるように、構成４に記載の製造方法により得られるフォトマスクブランクにおける前記遮光膜を、ドライエッチングによりパターニングし、前記ハーフトーン型位相シフター膜上に遮光膜パターンを形成した後、該遮光膜パターンをマスクにして、前記ハーフトーン型位相シフター膜をドライエッチング処理によりパターニングし、前記透光性基板上にハーフトーン型位相シフター膜パターンを形成するフォトマスクの製造方法によれば、パターンの微細化に対応した、良好なパターン精度が得られるフォトマスクを得ることができる。

本発明によれば、ドライエッチング処理時に遮光膜からヘリウムを放出させることによりドライエッチング速度を向上させることでローディング現象を低減でき、微細パターンであっても良好なパターン精度が得られるフォトマスクブランクの製造方法及びフォトマスクの製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、遮光膜のドライエッチング速度を高めることで、ドライエッチング時間が短縮でき、レジスト膜の膜減りを低減することができる。その結果、レジスト膜の薄膜化が可能となり、パターンの解像性、パターン精度（ＣＤ精度）の向上と、パターン欠陥を防止することができる。更に、ドライエッチング時間の短縮化により、断面形状の良好な遮光膜パターンが形成できるフォトマスクブランクの製造方法及びフォトマスクの製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、遮光膜に必要な遮光性能を有しつつ、遮光膜の薄膜化により、断面形状の良好な遮光膜のパターンが形成することができるフォトマスクブランクの製造方法及びフォトマスクの製造方法を提供することができる。

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は本発明により得られるフォトマスクブランクの第一の実施の形態を示す断面図である。
図１のフォトマスクブランク１０は、透光性基板１上に遮光膜２を有するバイナリマスク用フォトマスクブランクの形態のものである。
上記フォトマスクブランク１０は、前記遮光膜２上に形成されるレジストパターンをマスクにしてドライエッチング処理により、前記遮光膜２をパターニングするフォトマスクの作製方法に対応するドライエッチング処理用のマスクブランクである。
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、フォト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。

本発明において、上記遮光膜２は、クロムを含むスパッタリングターゲットを使用し、雰囲気ガスとして酸素及び／又は窒素を含む活性ガスと、ヘリウムを含む不活性ガスとを含む混合ガス雰囲気下でスパッタ成膜される。
このように、クロムを含有する遮光膜を、塩素と酸素の混合ガス雰囲気でドライエッチング処理する際に、遮光膜からヘリウムが放出されることにより、遮光膜面近傍での酸素ラジカル形成が促進され、そのため効果的に遮光膜のドライエッチング速度を向上することができる。これにより、マイクロローディングやグローバルローディングなどのローディング現象を低減でき、微細パターンであっても良好なパターン精度が得られる。

上記遮光膜２は、特に、透光性基板側に形成される遮光膜の下層部においてヘリウムを含有することが好ましい。これによって、遮光膜の深さ方向に向かってドライエッチングが進行するのに伴い、遮光膜面近傍での酸素ラジカル形成が促進され、遮光膜の深さ方向での良好なドライエッチング速度が維持されるので、レジスト膜の膜減りによるパターン欠陥を防止することができるからである。

また、上記遮光膜２は、その上に形成されるレジストパターンをマスクにしてドライエッチングによってパターニングする際にレジスト膜の膜減りが起こっても、遮光膜のパターニング終了時点でレジスト膜が残存するように、ドライエッチング処理において、レジストとの選択比が１を超える材料とすることが好ましい。選択比は、ドライエッチング処理に対するレジストの膜減り量と遮光膜の膜減り量の比（＝遮光膜の膜減り量／レジストの膜減り量）で表される。好ましくは、遮光膜パターンの断面形状の悪化防止や、グローバルローディング現象を抑える点から、遮光膜は、レジストとの選択比が１を超え１０以下、更に好ましくは、１を超え５以下とすることが望ましい。

具体的な遮光膜２の材料としては、クロムと、クロム単体よりもドライエッチング速度が速くなる添加元素とを含む材料が挙げられる。このようなクロム単体よりもドライエッチング速度が速くなる添加元素としては、酸素と窒素の少なくとも一方の元素を含むことが好ましい。
遮光膜２中に酸素を含む場合の酸素の含有量は、５〜８０原子％の範囲が好適である。酸素の含有量が５原子％未満であると、クロム単体よりもドライエッチング速度が速くなる効果が得られ難い。一方、酸素の含有量が８０原子％を超えると、波長２００ｎｍ以下の例えばＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）においての吸収係数が小さくなるため、所望の光学濃度（例えば２．５以上）を得るためには膜厚を厚くする必要が生じてしまう。また、ドライエッチングガス中の酸素の量を低減するという観点からは、遮光膜２中の酸素の含有量は特に６０〜８０原子％の範囲とするのが好ましい。

また、遮光膜２中に窒素を含む場合の窒素の含有量は、２０〜８０原子％の範囲が好適である。窒素の含有量が２０原子％未満であると、クロム単体よりもドライエッチング速度が速くなる効果が得られ難い。また、窒素の含有量が８０原子％を超えると、波長２００ｎｍ以下の例えばＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）においての吸収係数が小さくなるため、所望の光学濃度（例えば２．５以上）を得るためには膜厚を厚くする必要が生じてしまう。
また、遮光膜２中に酸素と窒素の両方を含んでもよい。その場合の含有量は、酸素と窒素の合計が１０〜８０原子％の範囲とするのが好適である。また、遮光膜２中に酸素と窒素の両方を含む場合の酸素と窒素の含有比は、特に制約はされず、吸収係数等の兼ね合いで適宜決定される。

上記遮光膜２の形成方法は、特に制約する必要はないが、なかでもスパッタリング成膜法が好ましく挙げられる。スパッタリング成膜法によると、均一で膜厚の一定な膜を形成することが出来るので、本発明には好適である。透光性基板１上に、スパッタリング成膜法によって上記遮光膜２を成膜する場合、スパッタターゲットとしてクロム（Ｃｒ）を含むスパッタリングターゲットを用い、チャンバー内に導入するスパッタガスは、アルゴンガスやヘリウムガスなどの不活性ガス、酸素、窒素もしくは二酸化炭素、一酸化窒素等の活性ガスを混合したものを用いる。本発明では、遮光膜をパターニングするためのドライエッチング処理時に、遮光膜からヘリウムが放出されるように、遮光膜中にヘリウムが含有されるが、アルゴンガスにヘリウムガスを混合したスパッタガスを用いると、クロムにヘリウムを含む遮光膜を形成することができる。また、不活性ガスに酸素ガス或いは二酸化炭素ガスなどの活性ガスを混合したスパッタガスを用いると、クロムに酸素を含む遮光膜を形成することができ、不活性に窒素ガスなどの活性ガスを混合したスパッタガスを用いると、クロムに窒素を含む遮光膜を形成することができ、また不活性ガスに一酸化窒素ガス、或いは窒素ガスと酸素ガスなどの活性ガスを混合したスパッタガスを用いると、クロムに窒素と酸素を含む遮光膜を形成することができる。また、不活性ガスにメタンガスなどの活性ガスを混合したスパッタガスを用いると、クロムに炭素を含む遮光膜を形成することができる。

上記遮光膜２の膜厚は、露光光に対して光学濃度が２．５以上となるように設定される。具体的には、上記遮光膜２の膜厚は、９０ｎｍ以下であることが好ましい。その理由は、近年におけるサブミクロンレベルのパターンサイズへのパターンの微細化に対応するためには、膜厚が９０ｎｍを超えると、ドライエッチング時のパターンのマイクロローディング現象等によって、微細パターンの形成が困難となる場合が考えられるためである。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。さらに、膜厚をある程度薄くすることによって、特にサブミクロンレベルのパターンサイズのパターンに対し、パターンへのダメージ（倒壊等）を防止することが可能になる。本発明における遮光膜２は、２００ｎｍ以下の露光波長においては、膜厚を９０ｎｍ以下の薄膜としても所望の光学濃度（通常２．５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、上記遮光膜２は、単層であることに限られず、多層でもよいが、少なくとも透光性基板側に形成される下層部には、ヘリウムと、酸素及び／又は窒素を含むことが好ましい。例えば、遮光膜２は、表層部（上層部）に反射防止層を含むものであってもよい。その場合、反射防止層としては、例えばＣｒＯ，ＣｒＣＯ，ＣｒＮＯ，ＣｒＣＯＮ等の材質が好ましく挙げられる。反射防止層を設けることによって、露光波長における反射率を例えば２０％以下、好ましくは１５％以下に抑えることができるので、マスクパターンを被転写体に転写するときに、投影露光面との間での多重反射を抑制し、結像特性の低下を抑制することができる。さらに、フォトマスクブランクやフォトマスクの欠陥検査に用いる波長（例えば２５７ｎｍ、３６４ｎｍ、４８８ｎｍ等）に対する反射率を例えば３０％以下とすることが、欠陥を高精度で検出する上で望ましい。特に、反射防止層として炭素を含む膜とすることにより、露光波長に対する反射率を低減させ、且つ、上記検査波長（特に２５７ｎｍ）に対する反射率が２０％以下とすることができるので望ましい。具体的には、炭素の含有量は、５〜２０原子％とすることが好ましい。炭素の含有量が５原子％未満の場合、反射率を低減させる効果が小さくなり、また、炭素の含有量が２０原子％超の場合、ドライエッチング速度が低下し、遮光膜をドライエッチングによりパターニングする際に要するドライエッチング時間が長くなり、レジスト膜を薄膜化することが困難となるので好ましくない。但し、反射防止層として炭素を含む場合、ドライエッチング速度が低下する傾向にあるので、ドライエッチング時間を短縮できるためには、遮光膜全体に占める反射防止層の割合を０．４５以下、さらに好ましくは０．３０以下、さらに好ましくは０．２０以下とすることが望ましい。

尚、反射防止層は必要に応じて裏面（ガラス面）側にも設けてもよい。
また、上記遮光膜２は、クロムと、ヘリウム、酸素、窒素、炭素等の元素の含有量が深さ方向で異なり、表層部の反射防止層と、それ以外の層（遮光層）で段階的、又は連続的に組成傾斜した組成傾斜膜としても良い。このような遮光膜を組成傾斜膜とするためには、例えば前述のスパッタリング成膜時のスパッタガスの種類（組成）を成膜中に適宜切替える方法が好適である。
また、上記遮光膜２の上に、非クロム系反射防止膜を設けてもよい。このような反射防止膜としては、例えばＳｉＯ_２，ＳｉＯＮ，ＭＳｉＯ，ＭＳｉＯＮ（Ｍはモリブデン等の非クロム金属）等の材質が挙げられる。

また、フォトマスクブランクとしては、後述する図２（ａ）にあるように、上記遮光膜２の上に、レジスト膜３を形成した形態であっても構わない。レジスト膜３の膜厚は、遮光膜のパターン精度（ＣＤ精度）を良好にするためには、できるだけ薄い方が好ましい。本実施の形態のような所謂バイナリマスク用フォトマスクブランクの場合、具体的には、レジスト膜３の膜厚は、３００ｎｍ以下が好ましい。さらに好ましくは、２００ｎｍ以下、さらに好ましくは１５０ｎｍ以下とすることが望ましい。レジスト膜の膜厚の下限は、レジストパターンをマスクにして遮光膜をドライエッチングしたときに、レジスト膜が残存するように設定される。また、高い解像度を得るために、レジスト膜３の材料はレジスト感度の高い化学増幅型レジストが好ましい。

次に、図１に示すフォトマスクブランク１０を用いたフォトマスクの製造方法を説明する。
このフォトマスクブランク１０を用いたフォトマスクの製造方法は、フォトマスクブランク１０の遮光膜２を、ドライエッチングを用いてパターニングする工程を有し、具体的には、フォトマスクブランク１０上に形成されたレジスト膜に対し、所望のパターン露光（パターン描画）を施す工程と、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工程と、残存したレジストパターンを剥離除去する工程とを有する。

図２は、フォトマスクブランク１０を用いたフォトマスクの製造工程を順に示す断面図である。
図２（ａ）は、図１のフォトマスクブランク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。尚、レジスト材料としては、ポジ型レジスト材料でも、ネガ型レジスト材料でも用いることができる。
次に、図２（ｂ）は、フォトマスクブランク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（パターン描画）を施す工程を示す。パターン露光は、電子線描画装置などを用いて行われる。上述のレジスト材料は、電子線又はレーザー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を形成する工程を示す。該工程では、フォトマスクブランク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をエッチングする工程を示す。本発明のフォトマスクブランクはドライエッチングに好適であるため、エッチング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が露出した部位を除去し、これにより所望の遮光膜パターン２ａ（マスクパターン）を透光性基板１上に形成する。
このドライエッチングには、塩素系ガスと酸素ガスとを含む混合ガスからなるドライエッチングガスを用いることが本発明にとって好適である。本発明におけるクロムとヘリウムと、酸素、窒素等の元素とを含む材料からなる遮光膜２に対しては、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、遮光膜からヘリウムが放出されることにより遮光膜面近傍での酸素ラジカル形成が促進され、ドライエッチング速度を向上でき、微細なパターンに対してもローディング現象を低減することができる。特に、遮光膜２の透光性基板側に形成されている下層部にヘリウムが含まれていると、微細パターンであっても、ドライエッチングが促進されるので、マイクロローディング現象を抑制することができる。また、ドライエッチング速度を高めることができることで、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膜パターン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、Ｃｌ_２，ＳｉＣｌ_４，ＨＣｌ、ＣＣｌ_４、ＣＨＣｌ_３等が挙げられる。

尚、クロムに酸素を含む材料からなる遮光膜の場合、遮光膜中の酸素とクロムと塩素系ガスとの反応により塩化クロミルが生成されるため、ドライエッチングに塩素系ガスと酸素ガスの混合ガスからなるドライエッチングガスを用いる場合、遮光膜に含まれる酸素の含有量に応じ、ドライエッチングガス中の酸素の含有量を低減させることができる。このように酸素の量を低減させた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、レジストパターンに悪影響を与える酸素の量を低減することができ、ドライエッチング時のレジストパターンへのダメージを防止できるため、遮光膜のパターン精度の向上したフォトマスクが得られる。

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フォトマスク２０を示す。こうして、断面形状の良好な遮光膜パターンが精度良く形成されたフォト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フォト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の製造に用いるためのフォトマスクブランクであってもよい。この場合、後述する第二の実施の形態に示すように、透光性基板上のハーフトーン位相シフター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ター膜と遮光膜とを合わせて所望の光学濃度（好ましくは２．５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２．５よりも小さい値とすることもできる。

次に、図３（ａ）を用いて本発明のフォトマスクブランクの第二の実施の形態を説明する。
図３（ａ）のフォトマスクブランク３０は、透光性基板１上に、ハーフトーン型位相シフター膜４とその上の遮光層５と反射防止層６とからなる遮光膜２を有する形態のものである。透光性基板１、遮光膜２については、上記第１の実施の形態で説明したので省略する。
上記ハーフトーン型位相シフター膜４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％〜４０％）を透過させるものであって、所定の位相差を有するものである。このハーフトーン型位相シフター膜４は、該ハーフトーン型位相シフター膜４をパターニングした光半透過部と、ハーフトーン型位相シフター膜４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こ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。

このハーフトーン型位相シフター膜４は、その上に形成される遮光膜２とエッチング特性が異なる材料とすることが好ましい。例えば、ハーフトーン型位相シフター膜４としては、モリブデン、タングステン、タンタル、ハフニウムなどの金属、シリコン、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。また、ハーフトーン型位相シフター膜４は、単層でも複数層であっても構わない。
この第２の実施の形態における上記遮光膜２は、ハーフトーン型位相シフト膜と遮光膜とを合わせた積層構造において、露光光に対して光学濃度が２．５以上となるように設定する。そのように設定される遮光膜２の膜厚は、５０ｎｍ以下であることが好ましい。その理由は、上記第１の実施の形態と同様であって、ドライエッチング時のパターンのマイクロローディング現象等によって、微細パターンの形成が困難となる場合が考えられるからである。また、本実施の形態において、上記反射防止層６上に形成するレジスト膜の膜厚は、２５０ｎｍ以下が好ましい。さらに好ましくは、２００ｎｍ以下、さらに好ましくは１５０ｎｍ以下とすることが望ましい。レジスト膜の膜厚の下限は、レジストパターンをマスクにして遮光膜をドライエッチングしたときに、レジスト膜が残存するように設定される。また、前述の実施の形態の場合と同様、高い解像度を得るために、レジスト膜の材料はレジスト感度の高い化学増幅型レジストが好ましい。

以下、実施例により、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。併せて、実施例に対する比較例についても説明する。
（実施例１）
主表面及び端面が精密研磨された合成石英ガラスからなる透光性基板上に、以下のようにして遮光膜を形成し、バイナリマスク用のフォトマスクブランクを作製した。
上記基板上に、インライン型スパッタリング装置を用いて、スパッタターゲットにクロムターゲットを使用し、アルゴンと窒素とヘリウムの混合ガス（Ａｒ：３０体積％、Ｎ_２：３０体積％、Ｈｅ：４０体積％）雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことによって、遮光層を形成し、その後、アルゴンとメタンとヘリウムの混合ガス（Ａｒ：５４体積％、ＣＨ_４：６体積％、Ｈｅ：４０体積％）雰囲気中で反応性スパッタリングを行い、引続き、アルゴンと一酸化窒素の混合ガス（Ａｒ：９０体積％、ＮＯ：１０体積％）雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことによって、反射防止層を形成し、合成石英ガラスからなる透光性基板上に遮光膜を形成した。遮光膜の膜厚は６７ｎｍであった。

形成された遮光膜をオージェ分光分析により分析した結果によると、遮光膜のうち遮光層は、クロム及び窒素、並びに反射防止層の形成に用いた酸素、炭素が若干混入した組成傾斜膜となった。また反射防止層は、クロム、窒素及び酸素、並びに炭素が混入した組成傾斜膜となった。また、昇温脱離ガス分析により遮光膜中にはヘリウムが含まれていることが確認された。
本実施例の遮光膜の総膜厚に占める反射防止層の膜厚の割合は、０．３８であった。また、この遮光膜は、光学濃度が３．０であった。また、この遮光膜の露光波長１９３ｎｍにおける反射率は１４．８％と低く抑えることができた。さらに、フォトマスクの欠陥検査波長である２５７ｎｍ又は３６４ｎｍに対しては、それぞれ１９．９％、１９．７％となり、検査する上でも問題とならない反射率となった。

次に、得られたフォトマスクブランクを用いて前述の図２の工程に従い、フォトマスクを作製した。即ち、フォトマスクブランク１０上に、化学増幅型レジストである電子線レジスト（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製ＣＡＲ-ＦＥＰ１７１）を回転塗布し、所定の加熱乾燥処理を行い、膜厚が３００ｎｍのレジスト膜を形成した。
次にフォトマスクブランク１０上に形成されたレジスト膜に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターン描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン３ａを形成した。

次に、上記レジストパターン３ａに沿って、遮光膜２のドライエッチングを行って遮光膜パターン２ａを形成した。ドライエッチングガスとして、Ｃｌ_２とＯ_２の混合ガス（Ｃｌ_２：Ｏ_２＝４：１）を用いた。このときのエッチング速度は、遮光膜の総膜厚／エッチング時間で３．６Å／秒であり、非常に速いものであった。また、レジストの膜減り速度は２．１Å／秒であり、遮光膜のレジストとの選択比は１．７であった。
本実施例では、遮光膜の深さ方向に向かってドライエッチング速度を適度に遅くすることで、グローバルローディングエラーは実用上許容できる数値に収まった。また、遮光膜２における遮光層に主に窒素を多く含め、反射防止層に主に酸素を多く含めることによって、遮光膜２全体のエッチング速度を速くするようにした。このように、遮光膜２は膜厚が薄い上にエッチング速度が速く、エッチング時間も速いことから、遮光膜パターン２ａの断面形状も垂直形状となり良好となった。また、パターン欠陥がなく良好なパターンを形成することができた。また、遮光膜パターン２ａ上にはレジスト膜が残存していた。
最後に残存するレジストパターンを剥離して、フォトマスクを得た。その結果、透光性基板上に８０ｎｍのラインアンドスペースの遮光膜パターンが形成されたフォトマスクを作製することができた。

（実施例２）
図３は、本実施例に係るフォトマスクブランク及びこのフォトマスクブランクを用いたフォトマスクの製造工程を示す断面図である。本実施例のフォトマスクブランク３０は、同図（ａ）に示すように、透光性基板１上に、ハーフトーン型位相シフター膜４とその上の遮光層５と反射防止層６とからなる遮光膜２からなる。
このフォトマスクブランク３０は、次のような方法で製造することができる。
実施例１と同じ合成石英ガラスからなる透光性基板上に、枚葉式スパッタ装置を用いて、スパッタターゲットにモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）との混合ターゲット（Ｍｏ：Ｓｉ＝８：９２ｍｏｌ％）を用い、アルゴン（Ａｒ）と窒素（Ｎ_２）との混合ガス雰囲気（Ａｒ：Ｎ_２＝１０体積％：９０体積％）で、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、及び窒素を主たる構成要素とする単層で構成されたＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）用ハーフトーン型位相シフター膜を膜厚６９ｎｍに形成した。尚、このハーフトーン型位相シフター膜は、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）でおいて、透過率は５．５％、位相シフト量が略１８０°となっている。

次に、上記ハーフトーン型位相シフター膜上に、実施例１と全く同様にして総膜厚が４８ｎｍの遮光層及び反射防止層からなる遮光膜を形成した。本実施例の遮光膜の総膜厚に占める反射防止層の膜厚の割合は、０．３８であった。また、この遮光膜は、ハーフトーン型位相シフター膜との積層構造において光学濃度が３．０であった。また、この遮光膜の露光波長１９３ｎｍにおける反射率は１４．８％と低く抑えることができた。さらに、フォトマスクの欠陥検査波長である２５７ｎｍ又は３６４ｎｍに対しては、それぞれ１９．９％、１９．７％となり、検査する上でも問題とならない反射率となった。

このようにして得られたハーフトーン型位相シフトマスク用のフォトマスクブランクを用いて、以下のようにハーフトーン型位相シフトマスクを作製した。
上記フォトマスクブランク３０上に、化学増幅型レジストである電子線レジスト膜（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ社製ＣＡＲ-ＦＥＰ１７１）を形成した。レジスト膜の形成は、スピンナー（回転塗布装置）を用いて、回転塗布した。なお、上記レジスト膜を塗布後、加熱乾燥装置を用いて所定の加熱乾燥処理を行い、膜厚が２５０ｎｍのレジスト膜を遮光膜上に形成した。
次にフォトマスクブランク３０上に形成されたレジスト膜に対し、電子線描画装置を用いて所望のパターン描画を行った後、所定の現像液で現像してレジストパターン７を形成した（図３（ｂ）参照）。
次に、上記レジストパターン７に沿って、遮光層５と反射防止層６とからなる遮光膜２のドライエッチングを行って遮光膜パターン２ａを形成した（同図（ｃ）参照）。

次に、上述の遮光膜パターン２ａ及びレジストパターン７をマスクに、ハーフトーン型位相シフター膜４のエッチングを行ってハーフトーン型位相シフター膜パターン４ａを形成した（同図（ｄ）参照）。このハーフトーン型位相シフター膜４のエッチングにおいては、前記遮光膜パターン２ａの断面形状が影響するため、遮光膜パターン２ａの断面形状が良好であるために、ハーフトーン型位相シフター膜パターン４ａの断面形状も良好となった。
次に、残存するレジストパターン７を剥離後、再度レジスト膜８を塗布し、転写領域内の不要な遮光膜パターンを除去するためのパターン露光を行った後、該レジスト膜８を現像してレジストパターン８ａを形成した（同図（ｅ）、（ｆ）参照）。次いで、ウェットエッチングを用いて不要な遮光膜パターンを除去し、残存するレジストパターンを剥離して、フォトマスク４０を得た（同図（ｇ）参照）。
その結果、透光性基板上に７０ｎｍのラインアンドスペースのハーフトーン型位相シフター膜パターンが形成されたフォトマスクを作製することができた。また、グローバルローディングエラーは実用上許容できる数値に収まった。また、パターン欠陥もなく良好なパターンを形成することができた。

なお、図３（ｇ）に示す例は、転写領域（マスクパターン形成領域）以外の領域である周辺領域において、位相シフター膜上に遮光膜を形成したものである。この遮光膜は、この周辺領域を露光光が通過できないようにするものである。すなわち、位相シフトマスクは、縮小投影露光装置（ステッパー）のマスクとして用いられるが、この縮小投影露光装置を用いてパターン転写を行うときは、該露光装置に備えられた被覆部材（アパーチャー）によって位相シフトマスクの転写領域のみを露出させるように周縁領域を被覆して露光を行う。しかしながら、この被覆部材を、精度良く転写領域のみを露出させるように設置することは難しく、多くの場合、露出部が転写領域の外周周辺の非転写領域にはみ出てしまう。通常、マスクの非転写領域にはこのはみ出してきた露光光を遮断するために遮光膜が設けられる。ハーフトーン型位相シフトマスクの場合は、位相シフター膜が遮光機能を有しているが、この位相シフター膜は露光光を完全に遮断するものではなく、１回の露光によっては実質的に露光に寄与できない程度の僅かな量ではあるが露光光を通過させる。それゆえ、繰り返しのステップ時にこのはみ出しによって位相シフター膜を通過した露光光がすでにパターン露光がなされた領域に達して重複露光がされたり、或いは他のショットの際に同様にはみ出しによる僅かな露光がなされた部分に重ねて露光する場合が生じる。この重複露光によって、それらが加算されて露光に寄与する量に達して、欠陥が発生する場合があった。マスクパターン形成領域以外の領域である周辺領域において位相シフター膜上に形成された上記遮光膜はこの問題を解消するものである。また、マスクの周辺領域に識別用の符号等を付す場合に、遮光膜があると、付された符号等を認識し易くなる。

（実施例３）
実施例１と同じ合成石英ガラスからなる透光性基板上に、枚葉式スパッタ装置を用いて、スパッタターゲットにタンタル（Ｔａ）とハフニウム（Ｈｆ）との混合ターゲット（Ｔａ：Ｈｆ＝９０：１０ａｔ％）を用い、アルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で、ＤＣマグネトロンスパッタリングにより、膜厚７５ÅのＴａＨｆ膜を形成し、次に、Ｓｉターゲットを用い、アルゴンと酸素と窒素の混合ガス雰囲気中で、反応性スパッタリングにより、膜厚７４０ÅのＳｉＯＮ膜（Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝４０：２７：３３ａｔ％）を形成した。つまり、ＴａＨｆ膜を下層とし、ＳｉＯＮ膜を上層とする二層で構成されたＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）用ハーフトーン型位相シフター膜を形成した。尚、このハーフトーン型位相シフター膜は、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）でおいて、透過率は１５．０％と高透過率を有し、位相シフト量が略１８０°となっている。

次に、上記ハーフトーン型位相シフター膜上に、実施例２と全く同様にして総膜厚が４８ｎｍの遮光層及び反射防止層からなる遮光膜を形成した。
このようにして得られたハーフトーン型位相シフトマスク用のフォトマスクブランクを用いて、実施例２と同様に、ハーフトーン型位相シフトマスクを作製した。
なお、本実施例では、図４に示すように、転写領域内の遮光膜パターンを除去せずに、マスクパターンにおける光透過部（マスクパターンが形成されておらず透明基板が露出している部分）との境界部を除く部分に遮光膜を形成させておいた。
その結果、透光性基板上に７０ｎｍのラインアンドスペースのハーフトーン型位相シフター膜パターンが形成されたフォトマスクを作製することができた。また、グローバルローディングエラーは実用上許容できる数値に収まった。また、パターン欠陥もなく良好なパターンを形成することができた。

図４に示すハーフトーン型位相シフトマスクは、位相シフター膜のマスクパターンが形成されている領域にあって、マスクパターンにおける光透過部（マスクパターンが形成されておらず透明基板が露出している部分）との境界部を除く部分に遮光膜を形成させておくことによって、本来は完全に遮光されることが望ましい部分の遮光をより完全にするようにしたものである。すなわち、マスクパターンが形成されている領域内にあっては、マスクパターンである位相シフター膜に本来要求される機能は、光透過部との境界部のみで位相をシフトさせた光を通過させればよく、他の大部分（上記境界部を除く部分）は、むしろ完全に遮光することが望ましいからである。本実施例のように、露光光に対する透過率が高い位相シフター膜を備える場合には、本実施例のフォトマスクの形態は特に好適である。

（比較例）
実施例１と同じ合成石英ガラスからなる透光性基板上に、インライン型スパッタリング装置を用いて、スパッタターゲットにクロムターゲットを使用し、アルゴンと窒素の混合ガス（Ａｒ：８０体積％、Ｎ_２：２０体積％）雰囲気中で反応性スパッタリングを行い、次にアルゴンとメタンの混合ガス（Ａｒ：９０体積％、ＣＨ_４：１０体積％）雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことによって、遮光層を形成し、引続き、アルゴンと一酸化窒素の混合ガス（Ａｒ：８０体積％、ＮＯ：２０体積％）雰囲気中で反応性スパッタリングを行うことによって、反射防止層を形成した。このようにして、総膜厚が６８ｎｍの遮光層及び反射防止層からなる遮光膜が形成された。
本比較例の遮光膜の総膜厚に占める反射防止層の膜厚の割合は、０．１５であった。また、この遮光膜は、光学濃度が３．０であった。また、この遮光膜の露光波長１９３ｎｍにおける反射率は１２．０％と低く抑えることができた。

次に、得られたフォトマスクブランクを用いて、前述の実施例１と同様にして、フォトマスクを作製した。遮光膜のドライエッチング速度は、遮光膜の総膜厚／エッチング時間で１．５Å／秒であり、非常に遅いものであった。このように、本比較例の遮光膜はエッチング速度が遅く、また遮光膜の下層部のエッチングが進行しずらく、形成された遮光膜パターンの断面形状も悪かった。また、レジスト膜のダメージも大きかった。その結果、透光性基板上に８０ｎｍのラインアンドスペースの遮光膜パターンが形成されたフォトマスクを作製することができたが、グローバルローディングエラーは実用上許容できる数値に収まらなかった。また、エッチング時間が長くなったことにより、レジスト膜の膜減り要因のパターン欠陥を生じた。

本発明により得られるフォトマスクブランクの一実施の形態を示す断面図である。 フォトマスクブランクを用いたフォトマスクの製造工程を示す断面図である。 本発明の第二の実施の形態に係るフォトマスクブランク及びこのフォトマスクブランクを用いたフォトマスクの製造工程を示す断面図である。 本発明により得られるハーフトーン型位相シフトマスクの断面図である。

符号の説明

１ 透光性基板
２ 遮光膜
３ レジスト膜
４ ハーフトーン型位相シフター膜
５ 遮光層
６ 反射防止層
２ａ 遮光膜のパターン
３ａ レジストパターン
１０、３０ フォトマスクブランク
２０、４０ フォトマスク

Claims (7)

1. 透光性基板上にクロムを含む材料からなる遮光膜を有するフォトマスクブランクの製造方法において、
   前記フォトマスクブランクは、前記遮光膜上に形成されるレジストパターンをマスクにしてドライエッチング処理により、前記遮光膜をパターニングするフォトマスクの作製方法に対応するドライエッチング処理用のフォトマスクブランクであって、
   前記遮光膜は、クロムを含むスパッタリングターゲットを使用し、雰囲気ガスとして酸素及び／又は窒素を含む活性ガスと、ヘリウムを含む不活性ガスとを含む混合ガス雰囲気下でスパッタ成膜することを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。
2. 前記遮光膜の上層部に反射防止層を形成す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の製造方法。
3. 前記遮光膜の透光性基板側に形成される下層部を、窒素を含む活性ガスと、ヘリウムを含む不活性ガスの混合ガス雰囲気下でスパッタ成膜し、前記反射防止層を酸素及び／又は窒素を含む活性ガス雰囲気下でスパッタ成膜す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の製造方法。
4. 前記透光性基板と前記遮光膜との間に、ハーフトーン型位相シフター膜を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のフォトマスクブランクの製造方法。
5. 前記遮光膜上に膜厚が３００ｎｍ以下のレジスト膜を形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載のフォトマスクブランクの製造方法。
6. 請求項１乃至５の何れか一に記載の製造方法により得られるフォトマスクブランクにおける前記遮光膜を、ドライエッチング処理によりパターニングする工程を有することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
7. 請求項４に記載の製造方法により得られるフォトマスクブランクにおける前記遮光膜を、ドライエッチングによりパターニングし、前記ハーフトーン型位相シフター膜上に遮光膜パターンを形成した後、該遮光膜パターンをマスクにして、前記ハーフトーン型位相シフター膜をドライエッチング処理によりパターニングし、前記透光性基板上にハーフトーン型位相シフター膜パターンを形成することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
   

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