JP2010237499A - フォトマスクブランク及びフォトマスク - Google Patents

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Abstract

【解決手段】透明基板上に、遷移金属を含有してもよいケイ素系材料からなる遮光膜と、クロム化合物系材料からなり、フォトマスクブランクからフォトマスクに加工する間のいずれかの工程において全てが剥離されるエッチングマスク膜を有するフォトマスクブランクであり、エッチングマスク膜が、反応性スパッタリングによって成膜され、互いに組成の異なる２以上の層で構成された多層からなり、この多層が、透明基板上に単一組成層として成膜した場合に圧縮応力を与える材料からなる層と引っ張り応力を与える材料からなる層とを組み合わせて構成されたフォトマスクブランク。
【効果】本発明のフォトマスクブランクを用いることにより、エッチングマスク膜のエッチング除去前後で、表面形状の変化がわずかとなり、これによってフォトマスク加工が終了した後に得られるフォトマスクのパターン制御性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路、ＣＣＤ（電荷結合素子）、ＬＣＤ（液晶表示素子）用カラーフィルター、磁気ヘッド等の微細加工に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、及びこれを用いて製造されたフォトマスクに関する。
近年、半導体加工においては、特に大規模集積回路の高集積化により、回路パターンの微細化がますます必要になってきており、回路を構成する配線パターンの細線化や、セルを構成する層間の配線のためのコンタクトホールパターンの微細化技術への要求がますます高まってきている。そのため、これら配線パターンやコンタクトホールパターンを形成する光リソグラフィーで用いられる、回路パターンが書き込まれたフォトマスクの製造においても、上記微細化に伴い、より微細かつ正確に回路パターンを書き込むことができる技術が求められている。
より微細なパターンを形成するために、フォトマスクと光学系を使ってレジスト膜上にパターンを照射する場合、パターンの像をより大きな焦点深度でレジスト膜上に結像させるためには、フォトマスクの基板形状の制御が必要なことが報告されている（特許文献１：特開２００３−５０４５８号公報）。この報告では、露光機のマスクステージにフォトマスクを吸着固定したときに、フォトマスクのパターン描画面が高い平坦性をもつように、フォトマスク基板を選ぶ必要があることが示されている。
従来、フォトマスク用透明基板やフォトマスクブランクの平坦性は、重要視されてきており、フォトマスク用透明基板上に遮光膜や位相シフト膜等の光学膜を成膜する際、基板の形状が変化してしまわないよう、光学膜のもつ応力を制御し、「そり」、つまり基板表面の形状変化をどのように抑制するかという技術についても多数が報告されている（例えば、特許文献２：特開２００２−２２９１８３号公報、特許文献３：特開２００４−１９９０３５号公報）。
一方、上述のような基板形状の問題とは別に、使用するフォトマスク上に書き込まれている半導体の回路図等の光学膜によるパターンの寸法制御についても、目的とするパターンサイズが小さくなるに従い、極めて高度なものが求められてきている。例えば、従来用いられていたクロム材料による遮光膜は、６５ｎｍ以下、特に５０ｎｍ以下の最小線幅をもつパターンを得るためのフォトマスクを作製するためには、エッチング加工時のサイドエッチングの制御が難しく、このため、描画しようとするパターンの粗密度によって、異なる仕上がり寸法になってしまう問題、いわゆるパターンの粗密依存性の問題があることが明らかとなった。
これに対し、特開２００７−２４１０６０号公報（特許文献４）では、遮光膜に遷移金属を含有してもよいケイ素材料を用いることで、この粗密依存性の問題が改善できることを明らかにし、更に非常に薄いクロム系材料をエッチングマスクとして、遮光膜を加工する方法を提案している。ここでは、遷移金属を含有してもよいケイ素材料をエッチングマスクとして使用することで、極めて高精度に寸法制御されたフォトマスクを製造できることを示している。
ところで、上述のような、目的とする半導体回路パターンの最小寸法が、４５ｎｍ以下となるようなリソグラフィーに使用されるフォトマスクの寸法制御は、極めて高度なものが要求されており、遮光膜に遷移金属を含有してもよいケイ素材料を用い、クロム系材料によるエッチングマスク膜を用いて作製した場合にも、寸法制御の許容量が、既にほとんど余裕のない程度のものとなっていることが明らかになってきた。
そこで、最小寸法が４５ｎｍ以下となるようなパターンを形成するためのリソグラフィー、特に、ダブルパターニング（非特許文献１：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ 第６１５３巻、第６１５３０１−１〜１９頁（２００６年）参照）のような、より高精度の位置制御が要求されるリソグラフィーに用いられるフォトマスクを製造する際には、フォトマスクブランクに、現在得られている精度を上回る信頼性を与えないと、フォトマスク製造の歩留まりを上げることができない。
特開２００３−５０４５８号公報 特開２００２−２２９１８３号公報 特開２００４−１９９０３５号公報 特開２００７−２４１０６０号公報 特開２００６−１９５２０２号公報
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ 第６１５３巻、第６１５３０１−１〜１９頁（２００６年）
本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、遷移金属を含有してもよいケイ素系化合物からなる遮光膜を備え、この遮光膜に対して、クロム系材料によるエッチングマスク膜が成膜されたフォトマスクブランクとして、加工裕度の高い、即ち、フォトマスクに、より高い寸法制御性能を与えることができるフォトマスクブランク、及びそれを用いて作製したフォトマスクを提供することを目的とする。
上述のように、フォトマスクを使用する際の焦点深度劣化を引き起こさないフォトマスク及びフォトマスクブランクを得るために必要な形状制御方法として、フォトマスクブランクの加工前後で形状変化が起こり、使用不可のフォトマスクとならないように、遮光膜や位相シフト膜等の光学膜に応力の小さな膜を用いることが行われてきた。例えば、スパッタリングにより成膜された無機膜をならす方法として古くから行われてきた通常の加熱では、３００℃程度の加熱ではそりが変化はするものの、応力を要求される程度に小さくすることが難しいことが判明し、閃光ランプ照射による積極的な膜応力制御などが提案された（特許文献３：特開２００４−１９９０３５号公報）。
ところが、上述のエッチングマスクのうち、精密加工を行うために用い、フォトマスクとして完成した際には全てが剥離されているタイプのエッチングマスク膜（以下、この完成時には全て剥離されているタイプのエッチングマスク膜を、エッチングマスク膜と略記する）は、そもそも数十ｎｍ以下の薄膜であり、フォトマスク加工に使用されるだけで、フォトマスクとして光リソグラフィーに使用する際には残らないことから、エッチングマスク膜を成膜する前の基板の形状と、フォトマスク加工が終了した段階でのフォトマスク形状との間で、形状変化という意味では影響を与えないものとされ、エッチングマスク膜のもつ応力には、十分な注意が払われていなかった。
そこで本発明者らは、４５ｎｍ以下のリソグラフィー用、また、ダブルパターニング用といった微細加工用として使用するようなフォトマスクの製造においては、フォトマスクを作製する際に使用するリソグラフィー、例えば電子線露光装置で露光する際にもフォトマスクブランクの形状の制御をしないと、高精度化できないと考えた。
そして、本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、四角形状の透明基板上に、遷移金属を含有してもよいケイ素系材料からなる遮光膜を有し、遮光膜上に、クロム化合物系材料からなり、遮光膜を精密加工するために成膜されたエッチングマスク膜を有し、エッチングマスク膜が、フォトマスクブランクからフォトマスクに加工する間のいずれかの工程においてエッチングマスク膜全てが剥離されるフォトマスクブランクにおいて、エッチングマスク膜を、反応性スパッタリングにより成膜した、互いに組成の異なる２以上の層で構成された多層とし、この多層が、透明基板上に単一組成層として成膜した場合に圧縮応力を与える材料からなる層と、透明基板上に単一組成層として成膜した場合に引っ張り応力を与える材料からなる層とを組み合わせ、エッチングマスク膜全体として低応力となるよう材料を組み合わせて用いたところ、フォトマスクの高精度化ができることを見出し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、以下の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：
四角形状の透明基板上に、遷移金属を含有してもよいケイ素系材料からなる遮光膜を有し、該遮光膜上に、クロム化合物系材料からなり、上記遮光膜を精密加工するために成膜されたエッチングマスク膜を有するフォトマスクブランクであって、
上記エッチングマスク膜が、フォトマスクブランクからフォトマスクに加工する間のいずれかの工程において全てが剥離されるものであり、
上記エッチングマスク膜が、反応性スパッタリングによって成膜され、互いに組成の異なる２以上の層で構成された多層からなり、該多層が、透明基板上に単一組成層として成膜した場合に圧縮応力を与える材料からなる層と、透明基板上に単一組成層として成膜した場合に引っ張り応力を与える材料からなる層とを組み合わせて構成されてなることを特徴とするフォトマスクブランク。
請求項２：
上記圧縮応力を与える材料が、酸素を含有するクロム化合物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。
請求項３：
エッチングマスク膜を剥離する前のフォトマスクブランクの最表面と、フォトマスクブランクから上記エッチングマスク膜の全てを剥離した後の処理基板の最表面とについて、
（１）各々の最表面を表面形状測定装置で測定して、該最表面のＸＹＺ三次元座標データを取得し、
（２）各々の最表面から得られた座標データより、各々の最表面の最小二乗平面を求め、
（３）フォトマスクブランクの最表面の座標とその最小二乗平面との間の相対位置、及び処理基板の最表面の座標とその最小二乗平面との間の相対位置を各々固定した状態で、
上記座標及び最小二乗平面を、
（ｉ）２つの最小二乗平面の双方が、ＸＹＺ三次元仮想空間のＸＹ平面上に位置し、
（ｉｉ）前者の最小二乗平面のフォトマスクブランクの最表面相当領域の中心と、後者の最小二乗平面の処理基板の最表面相当領域の中心との双方が原点に位置し、かつ
（ｉｉｉ）上記２つの最表面相当領域の４つの角の各々が、エッチングマスク膜の剥離前後で対応するように、２つの最表面相当領域の対角線方向を合わせて重ねて配置し、
（４）上記配置された座標データの範囲内において、フォトマスクブランクの最表面の座標及び処理基板の最表面の座標でＸ値及びＹ値が一致する座標対の各々について、フォトマスクブランクの最表面のＺ値（Ｚ1）から処理基板の最表面のＺ値（Ｚ2）の差（Ｚ1−Ｚ2）を求め、
（５）該Ｚ値の差（Ｚ1−Ｚ2）の最大値の絶対値と最小値の絶対値との和をそり変化量としたとき、
該そり変化量の値が（５０（ｎｍ）／Ｌ／１５２（ｍｍ））以下（但し、Ｌは透明基板の長辺の長さ（ｍｍ）を表わす）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。
請求項４：
請求項１乃至３のいずれか１項記載のフォトマスクブランクを用いて製造されたフォトマスク。
本発明のフォトマスクブランクを用いることにより、エッチングマスク膜のエッチング除去前後で、表面形状の変化がわずかとなり、これによってフォトマスク加工が終了した後に得られるフォトマスクのパターン制御性を向上させることができる。
本発明のフォトマスクブランクの一例を示す断面図である。 本発明のフォトマスクブランクの他の例を示す断面図である。 エッチングマスク膜が成膜されたフォトマスクブランクとエッチングマスク膜が除去された処理基板とにおいて、エッチングマスク膜の除去前後での表面形状の変化を評価するための方法を説明するための説明図である。
以下、本発明について更に詳しく説明する。
パターンサイズが６５ｎｍ以下、特に４５ｎｍ以下である光リソグラフィーに使用するフォトマスク、特にダブルパターニング用マスクに使用するフォトマスクは、極めて高いマスク精度を要求される。このため、フォトマスクブランクの加工においても同様に極めて高い加工精度が要求されている。
フォトマスク用透明基板からフォトマスクブランクを作製し、それをフォトマスクに加工する際、フォトマスクの最適形状が決まれば、これに応じて、フォトマスク用透明基板の形状を選択し、それに応力の低い光学膜を積層してフォトマスクブランクを作製し、その光学膜をエッチング加工してフォトマスクを作製することにより、フォトマスクの歩留まりを確保することはできる。
しかし、上述のような高精度のフォトマスクを作製するための、遷移金属を含有してもよいケイ素系材料からなる遮光膜上にクロム系材料を用いたエッチングマスク膜を有するフォトマスクブランクの信頼性を上げるためには、更なるマスク精度の向上のための要素を検討する必要があると考え、フォトマスク加工段階でのパターン位置精度を向上させるいとに着目した。
既に、フォトマスク用透明基板に光学膜を成膜する際に、応力の小さな膜を成膜する検討は多数のものがある（例えば、特許文献２：特開２００２−２２９１８３号公報、特許文献３：特開２００４−１９９０３５号公報）が、これはフォトマスク用透明基板に対して光学膜を成膜することでフォトマスクブランクが変形してしまうと、更にマスクパターンを作製するためにこの膜の一部除去を行う過程で、応力の一部が解放され、基板の２次的変形を引き起こしてしまい、フォトマスクの平坦性を制御できなくなるからである。そこで、フォトマスクとして露光機にセットした場合に平坦性が確保できるような形状をもつ透明基板を用意し、応力の低い光学膜を成膜してやると、結果的には透明基板とフォトマスクブランクと、更にフォトマスクのおよその形状を一致させることができる。
一方、上述のように、エッチングマスク膜はフォトマスクが完成した時点では全て剥離されてしまうものであることから、エッチングマスク膜の成膜前と、これを剥離してフォトマスクとして完成した時点を比較した場合、エッチングマスク膜の応力による影響は、透明基板と光学膜とのみを対象として考えれば無関係であり、そのうえ、数十ｎｍ以下と非常に薄い膜であるため、エッチングマスク膜がもつ応力についてはあまり注意が払われていなかった。
ところが、フォトマスク加工段階でのパターン描画の位置精度に注目した場合、光学膜上にエッチングマスク膜を成膜すると、このエッチングマスク膜によってフォトマスクブランクに「そり」が生じ、そりをもった状態で加工用のレジストパターンを形成して、そのレジストパターンによってパターン加工をした後に、エッチングマスク膜を除去すると、そりの分だけパターン位置のずれを生じることになる。そこで、本発明では、更なる精度向上のため、このエッチングマスク膜の応力の制御を試みた。
本発明のフォトマスクブランクは、四角形状、特に正方形状の透明基板上に、遷移金属を含有してもよいケイ素系材料からなる遮光膜を備える。また、この遮光膜上には、クロム化合物系材料からなるエッチングマスク膜を備える。そして、このエッチングマスク膜は、遮光膜を精密加工するために成膜され、フォトマスクブランクからフォトマスクに加工する間のいずれかの工程において全てが剥離されるものである。
具体的には、例えば、図１に示されるような、透明基板１上に、遮光膜２が形成され、更に、遮光膜２上に、エッチングマスク膜３が形成されたものが挙げられる。本発明のフォトマスクブランクでは、このエッチングマスク膜３は、互いに組成の異なる多層（即ち、２層以上）で構成される。図１に示されるフォトマスクブランクでは、エッチングマスク膜３は、第１層３１、及び第２層３２の２層で構成されている。
また、図１では、透明基板１上に遮光膜２が直接形成され、更に、遮光膜２上にエッチングマスク膜３が直接形成されたものを示したが、これに限定されるものではなく、遮光膜２の加工においてエッチングマスクとして機能するエッチングマスク膜３が遮光膜２上方に形成されていればよい。例えば、エッチングマスク膜３をエッチングマスクとして、遮光膜２と共にエッチングされる膜が、遮光膜２とエッチングマスク膜３との間に形成されていてもよい。また、図２に示されるような、透明基板１上に、遮光機能層２１と反射防止機能層２２とで構成された遮光膜２が形成され、更に、遮光膜２上に、エッチングマスク膜３が形成されたものなどでもよい。
本発明のエッチングマスク膜は、クロム化合物系材料で構成され、反応性スパッタリングで成膜される。クロム化合物膜のスパッタリングによる成膜は多数の公知例、公知条件が知られており、例えば、特開２００７−２４１０６０号公報（特許文献４）記載の方法のように、金属クロム等をターゲットとして反応性スパッタリングによって成膜する。クロム化合物膜は、成膜時に膜成分として含有される軽元素の量によって異なる膜応力が与えられる。例えば金属クロム膜のような、クロムの含有量が多い膜を成膜すれば引っ張り応力が与えられる。また、軽元素の含有量が多くなるに従い、応力が圧縮側にシフトする。特に、高濃度に含有させることが容易な酸素を含有させることによって、より高い圧縮応力をもつ膜を得ることができる。そのため、圧縮応力を与える材料としては、酸素を含有するクロム化合物が好適である。
他方、エッチングマスク膜が、薄膜で十分なエッチング耐性を与えるためには、クロム含有率が比較的高いことが好ましいため、少なくともエッチングマスク膜の一部は、クロム含有率が５０モル％以上であることが好ましい。本発明においては、エッチングマスク膜の本来的な目的と低応力とを同時に実現するために、単一材料層を単独で用いるのではなく、複合膜、即ち、多層のエッチングマスク膜を用いる。
本発明においては、膜厚方向の組成が傾斜をもって変化する１層の組成傾斜膜であってもよい。本発明の多層は、組成傾斜膜を、ミクロに見た場合に組成の異なる無数の層の組み合わせの多層として包含する。この場合、組成傾斜膜の膜厚方向に、透明基板上に単一組成層として成膜した場合に圧縮応力を与える組成と、単一組成層として成膜した場合に引っ張り応力を与える組成とが含まれていればよい。なお、エッチングマスク膜を有限の層数で構成する場合は、層数は成膜における条件変更のステップ数に反映されることから、その作業性を考慮すると、５層以下とすることが好ましい。
エッチングマスク膜は、透明基板上に単一組成層として成膜した場合に圧縮応力を与える材料からなる層と、透明基板上に単一組成層として成膜した場合に引っ張り応力を与える材料からなる層とを組み合わせて形成される。例えば、単一組成層として成膜した場合に圧縮応力を与える層として、酸素を含有する層又は酸素及び窒素を含有し、これら軽元素（酸素、窒素）の含有量が比較的高い層と、単一組成層として成膜した場合に引っ張り応力を与える層として、金属クロム含量の比較的高い層とを組み合わせた多層からなるエッチングマスク膜とすることができる。
クロム化合物材料としては、クロム酸化物、クロム窒化物、クロム炭化物、クロム酸化窒化物、クロム酸化炭化物、クロム窒化炭化物、クロム酸化窒化炭化物などを挙げることができる。各層の応力は、スパッタリング時のターゲットへの印加電力の設定や基板の温度条件等（特許文献５：特開２００６−１９５２０２号公報参照）によって変化する場合があるが、通常、クロム含有量が６０モル％以下で、残部として酸素、又は酸素と窒素、更にはこれらに炭素が含有された材料（クロム酸化物、クロム酸化窒化物、クロム窒化炭化物、クロム酸化窒化炭化物）では圧縮応力を与える。また、クロム含有量が８０モル％以上１００％未満であるクロム化合物材料の場合には、引っ張り応力を与える。
圧縮応力を与えるクロム化合物系材料の組成は、例えば、クロムが３０原子％以上６０原子％以下、酸素が１０原子％以上６０原子％以下、特に２０原子％以上４０原子％以下、窒素が０原子％以上６０原子％以下、特に０原子％以上３０原子％以下、炭素が０原子％以上６０原子％以下であることが好ましい。
また、引っ張り応力を与えるクロム化合物系材料の組成は、例えば、クロムが８０原子％以上、酸素が６０原子％以下、特に２０原子％以下、窒素が６０原子％以下、特に３０原子％以下、炭素が６０原子％以下、特に１０原子％以下であることが好ましい。
スパッタリング条件は、特に限定されるものではないが、通常、クロムターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒ等の希ガスを用いると共に、酸素源としてＯ2のようなＯを含むガスと、窒素源としてＮ2のようなＮを含むガスを用い、目的の組成が得られるように投入パワー、各ガスの流量等が調整された条件である。
また、上記クロム化合物材料によるエッチングマスク膜は、エッチング加工時のパターン依存性の観点から、膜厚が全体として２ｎｍ以上であることが好ましく、また、２０ｎｍ以下、特に１５ｎｍ以下であることが好ましい。
応力の絶対値はスパッタリング条件によっても変化するため、膜をどのような膜厚、組成の組み合わせ又は組成傾斜とするかは、用いるクロム化合物の組成とスパッタリング条件との双方を考慮して決定することができる。
上記のようにして成膜されたクロム系材料によるエッチングマスク膜を有する本発明のフォトマスクブランクは、エッチングマスク膜が、引っ張り応力を与える材料と圧縮応力を与える材料が組み合わされることによって応力が小さなものとなっているが、例えばダブルパターニング用マスクとして使用するための精度を得るために、好ましい応力の範囲に入っているかどうかは次のような方法で確認される。
簡易的には従来の応力の考え方が適用でき、エッチングマスク膜の成膜前後の表面形状を比較し、成膜によって生じた表面形状の変化量からエッチングマスク膜のもつ応力を推定する方法を用いてもよい。しかし、成膜時に遮光膜が受ける加工履歴や、成膜後の加熱処理によるエッチングマスク膜の加工履歴から、成膜による変形が、膜を除去した場合に完全に元に戻らない場合がある。一方、エッチングマスク膜上にレジストパターンを形成して加工を行い、最終的にエッチングマスク膜を全て除去することを考えた場合、加工精度を維持するために必要なのは、エッチングマスク膜の成膜によって表面形状が変形しないことではなく、エッチングマスク膜の除去によって表面形状が変形しないことである。
そのため、得られたエッチングマスク膜が好ましい範囲内の応力を有しているかは、好ましくは、エッチングマスク膜が成膜されたフォトマスクブランクからエッチングマスク膜を除去する操作を行い、除去前後での表面形状の変化を、そり変化量の大きさとして評価すればよい。この評価は、そりの変化を見出せる方法であればどのような方法を採ってもよいが、例えば次のような方法で評価することが可能である。
エッチングマスク膜を剥離する前のフォトマスクブランクの最表面と、フォトマスクブランクからエッチングマスク膜の全てを剥離した後の処理基板の最表面とについて、
（１）各々の最表面を表面形状測定装置で測定して、最表面のＸＹＺ三次元座標データを取得し、
（２）各々の最表面から得られた座標データより、各々の最表面の最小二乗平面を求め、
（３）フォトマスクブランクの最表面の座標とその最小二乗平面との間の相対位置、及び処理基板の最表面の座標とその最小二乗平面との間の相対位置を各々固定した状態で、
上記座標及び最小二乗平面を、
（ｉ）２つの最小二乗平面の双方が、ＸＹＺ三次元仮想空間のＸＹ平面上に位置し、
（ｉｉ）前者の最小二乗平面のフォトマスクブランクの最表面相当領域の中心と、後者の最小二乗平面の処理基板の最表面相当領域の中心との双方が原点に位置し、かつ
（ｉｉｉ）上記２つの最表面相当領域の４つの角の各々が、エッチングマスク膜の剥離前後で対応するように、２つの最表面相当領域の対角線方向を合わせて重ねて配置し、
（４）上記配置された座標データの範囲内において、フォトマスクブランクの最表面の座標及び処理基板の最表面の座標でＸ値及びＹ値が一致する座標対の各々について、フォトマスクブランクの最表面のＺ値（Ｚ1）から処理基板の最表面のＺ値（Ｚ2）の差（Ｚ1−Ｚ2）を求め、
（５）該Ｚ値の差（Ｚ1−Ｚ2）の最大値の絶対値と最小値の絶対値との和をそり変化量とする。
より具体的に説明すれば、まず、エッチングマスク膜を剥離する前のフォトマスクブランクの最表面（この場合は、エッチングマスク膜の表面）の表面形状を、例えば光学系を用いた表面形状測定装置によって測定し、最表面のＸＹＺ三次元座標データ（表面マップ）を作成し、更にその最小二乗平面を求める。次に、クロム材料によるエッチングマスク膜の全てを、基本的には加工時に用いる剥離条件で除去し、エッチングマスク膜を剥離した後の処理基板の最表面（この場合は、エッチングマスク膜に隣接していた遮光膜等の膜の表面）の表面形状を、同様に測定し、最表面のＸＹＺ三次元座標データ（表面マップ）を作成し、更にその最小二乗平面を求める。
次に、演算装置等の機器を適宜用いて、得られた座標及び最小二乗平面を、フォトマスクブランクの最表面の座標とその最小二乗平面との間の相対位置、及び処理基板の最表面の座標とその最小二乗平面との間の相対位置を各々固定した状態で（最表面の座標とそれを与える最小二乗平面とを一体として）、以下の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の全ての条件を満たすように仮想空間に配置する。
（ｉ）２つの最小二乗平面の双方が、ＸＹＺ三次元仮想空間のＸＹ平面上に位置するように配置する。
（ｉｉ）前者の最小二乗平面のフォトマスクブランクの最表面相当領域の中心と、後者の最小二乗平面の処理基板の最表面相当領域の中心との双方が原点に位置するように配置する。
（ｉｉｉ）２つの最表面相当領域の４つの角の各々が、エッチングマスク膜の剥離前後で対応するように、２つの最表面相当領域の対角線方向を合わせて重ねて配置する。
この操作を、図を参照して説明すると、図３（Ａ）に示されるように、フォトマスクブランクの最表面の座標群１０１及びその最小二乗平面１０２と、図３（Ｂ）に示されるように、処理基板の最表面の座標群２０１及びその最小二乗平面２０２を、図３（Ｃ）に示されるように、ＸＹＺ三次元仮想空間内に配置する。また、最小二乗平面１０２及び最小二乗平面２０２は、いずれも、ＸＹ平面上に配置され、両者は同一平面上に位置することになる。また、最小二乗平面１０２のフォトマスクブランクの最表面相当領域１０２ａの中心と、最小二乗平面２０２の処理基板の最表面相当領域２０２ａの中心との双方は、ＸＹＺ座標の原点に位置するように配置される（即ち、最小二乗平面１０２及び最小二乗平面２０２は、Ｚ＝０のＸＹ平面に配置される）。更に、最表面相当領域１０２ａの４つの角と最表面相当領域２０２ａの４つの角が、エッチングマスク膜の剥離前後で対応するように（同じ角が同じ角と対応するように）、２つの最表面相当領域の対角線方向を合わせて重ねて配置する。
次に、図３（Ｃ）に示されるように、配置された座標データの範囲内において、フォトマスクブランクの最表面の座標及び処理基板の最表面の座標でＸ値及びＹ値が一致する座標対の各々について、フォトマスクブランクの最表面のＺ値（Ｚ1）から処理基板の最表面のＺ値（Ｚ2）の差（Ｚ1−Ｚ2）を求める。この場合、Ｚ1＞Ｚ2のときは、差（Ｚ1−Ｚ2）は正（＋）、Ｚ1＜Ｚ2のときは、差（Ｚ1−Ｚ2）は負（−）となる。
そして、Ｚ値の差（Ｚ1−Ｚ2）の最大値の絶対値と最小値の絶対値との和をそり変化量とする。
１５２ｍｍ（６インチ）正方形であるフォトマスクブランクの場合、このようにして得たそり変化量が５０ｎｍ以下であれば、最小線幅が２５ｎｍ程度のパターンを形成するためのダブルパターニング露光に使用できる裕度をもった加工精度を得ることができる。
また、それ以外の大きさのフォトマスクブランクであっても、そり変化量の許容量は、フォトマスクブランクの大きさに比例し、そり変化量の値が（５０（ｎｍ）／Ｌ／１５２（ｍｍ））以下（但し、Ｌは透明基板の長辺の長さ（ｍｍ）を表わす）であれば、高い加工精度を得ることができる。
より簡易的には、座標データを、フォトマスクブランクの最表面と処理基板の最表面との双方において、表面の最小二乗表面を簡易的に算出でき、各最表面の中心を中心とする半径Ｒ（ｍｍ）の円上の点３点以上の座標を対象とし、該３点以上の座標と上記中心点より最小二乗平面を求めた後、上記と同様にしてそり変化量を評価することができる。この場合、そり変化量の値が、
Figure 2010237499
 以下であれば、高い加工精度を得ることができる。
なお、上記応力の範囲の検査を行う際、エッチングマスク膜であるクロム系材料による多層膜を剥離する方法としては、クロム系材料膜のエッチング方法として公知のものがいずれも使用できるが、実際の加工に則した方法を採ることがより好ましく、具体的には酸素を含有する塩素系ドライエッチングで行うことが好ましい。
本発明のフォトマスクブランクに使用される遷移金属を含有してもよいケイ素系化合物からなる遮光膜は、基本的には従来公知のものを用いることができ、例えば、特開２００３−５０４５８号公報（特許文献１）に記載されているような遷移金属を含有してもよいケイ素系化合物による膜である。この遮光膜は、好ましくは多層に構成され、多層の場合、反射防止機能をもった層と遮光層と備える遮光膜であることが好ましい。
遮光膜の遮光層及び反射防止層を構成する遷移金属を含んでいてもよいケイ素系材料としては、ケイ素単体、ケイ素と、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１種以上とを含有するケイ素化合物や、更に遷移金属を含むものが挙げられる。このケイ素化合物としてより具体的には、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、ケイ素酸窒化物、ケイ素酸化炭化物、ケイ素窒化炭化物、ケイ素酸窒化炭化物、及びそれらに更に遷移金属を含むものなどを挙げることができる。特に欠陥の少ない膜が成膜でき、好ましい光学特性を得るためには遷移金属が含有されていることが好ましく、該遷移金属としては、チタン、バナジウム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル及びタングステンから選ばれる１種以上が好適な材料であるが、特に、ドライエッチング加工性の点からモリブデンであることが好ましい。遮光層及び反射防止層は、各々単層でも多層でもよく、組成が厚さ方向に傾斜した層であってもよい。
上記遷移金属を含有するケイ素系材料の組成は、遮光層の場合、ケイ素が１０原子％以上９５原子％以下、特に３０原子％以上９５原子％以下、酸素が０原子％以上５０原子％以下、特に０原子％以上３０原子％以下、窒素が０原子％以上４０原子％以下、特に１原子％以上２０原子％以下、炭素が０原子％以上２０原子％以下、特に０原子％以上５原子％以下、遷移金属が０原子％以上３５原子％以下、特に１原子％以上２０原子％以下であることが好ましい。
厚さ方向の組成を傾斜させた場合、この遮光層の組成は、ケイ素が１０原子％以上９５原子％以下、特に１５原子％以上９５原子％以下、酸素が０原子％以上６０原子％以下、特に０原子％以上３０原子％以下、窒素が０原子％以上５７原子％以下、特に１原子％以上４０原子％以下、炭素が０原子％以上３０原子％以下、特に０原子％以上２０原子％以下、遷移金属が０原子％以上３５原子％以下、特に１原子％以上２０原子％以下であることが好ましい。
一方、反射防止層の場合はケイ素が１０原子％以上８０原子％以下、特に３０原子％以上５０原子％以下、酸素が０原子％以上６０原子％以下、特に０原子％以上４０原子％以下、窒素が０原子％以上５７原子％以下、特に２０原子％以上５０原子％以下、炭素が０原子％以上２０原子％以下、特に０原子％以上５原子％以下、遷移金属が０原子％以上３５原子％以下、特に１原子％以上２０原子％以下であることが好ましい。
厚さ方向の組成を傾斜させた場合、この反射防止層の組成は、ケイ素が０原子％以上９０原子％以下、特に１０原子％以上９０原子％以下、酸素が０原子％以上６７原子％以下、特に５原子％以上６７原子％以下、窒素が０原子％以上５７原子％以下、特に５原子％以上５０原子％以下、炭素が０原子％以上２０原子％以下、特に０原子％以上５原子％以下、遷移金属が０原子％以上９５原子％以下、特に１原子％以上２０原子％以下であることが好ましい。
更に、上記反射防止層の窒素含有率を５原子％以上４０原子％以下とすると、上記エッチングマスク膜であるクロム系材料をエッチング除去するときの酸素を含む塩素系ガスのドライエッチングのときのダメージを低減でき、特に有効である。遷移金属とケイ素の比は、例えば、遷移金属：ケイ素＝１：１〜１：１０（原子比）とすることができる。
遷移金属とケイ素とを含有する膜を得るために常用される方法としては、ターゲットとして、ケイ素と遷移金属の含有比を調整したターゲットを単独で、又はケイ素ターゲット、遷移金属ターゲット及びケイ素と遷移金属とからなるターゲット（遷移金属シリサイドターゲット）から適宜選択して用い、ターゲットのスパッタリング面積を調整すること、又は複数のターゲットを用いてターゲットに対する印加電力を調整することにより、ケイ素と遷移金属の比を調整して、スパッタリングする方法が挙げられる。なお、酸素、窒素、炭素等の軽元素を含有させる場合は、スパッタリングガスに反応性ガスとして、酸素を含むガス、窒素を含むガス、炭素を含むガスを適宜導入して反応性スパッタリングにより成膜することが可能である。
上記遮光膜は、バイナリーマスク用フォトマスクブランクである場合には、遮光膜自体の光学濃度、また、遮光膜の下層膜としてハーフトーン位相シフト膜を有するハーフトーン位相シフトマスクブランクである場合にはハーフトーン位相シフト膜と合わせた光学濃度が２以上、好ましくは２．５以上４以下となるような膜厚が設定される。一般に遮光膜の膜厚が厚くなりすぎた場合には、レジスト膜のエッチング耐性との関係で加工精度の低下という問題が生じるが、本発明のようにエッチングマスク膜を有する場合には、この問題はほとんどない。このため、遮光膜は露光波長及び検査波長における反射率が２０％を超えないような設計を上記のような材料を使用して行えばよく、設計の自由度が高い。
本発明のフォトマスクブランクのフォトマスクへの加工は、従来公知の方法を適用することができ、例えば、特開２００２−２２９１８３号公報（特許文献２）に開示された方法に従って行うことができる。
例えば、バイナリーマスクの場合を挙げて説明すると、以下の方法が例示できる。まず、透明基板上に、遮光層及び反射防止層を備える遮光膜が成膜され、更にその上にエッチングマスク膜が形成されたフォトマスクブランクに、レジストを塗布し、その後、レジストをパターニングした後に酸素を含有する塩素系ドライエッチングを施してエッチングマスク膜をパターニングする。次に、レジスト膜とエッチングマスク膜とをエッチングマスクとして、反射防止層と遮光層とにフッ素系のドライエッチングを施してパターニングする。その後に、レジスト膜を剥離し、エッチングマスク膜を、酸素を含有する塩素系ドライエッチングで除去することにより、フォトマスクの表面に遮光膜の反射防止層が現われ、フォトマスクが完成する。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
［実施例１］
６インチ（１５２ｍｍ）正方形状の石英基板の上に、２つのターゲットを設けた直流スパッタ装置を用いて、モリブデンとケイ素と窒素とからなる遮光膜（膜厚４１ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしてはＡｒと窒素を用い、チャンバ内のガス圧が０．０５Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、遷移金属源としてＭｏターゲット、ケイ素源としてＳｉ（単結晶）ターゲットの２種を用い成膜した。この遮光膜の組成をＥＳＣＡで調べたところＭｏ：Ｓｉ：Ｎ＝１：３：１．５（原子比）であった。
この遮光膜の上に、２つのターゲットを設けた直流スパッタ装置を用いて、モリブデンとケイ素と窒素とからなる厚さ方向において組成が傾斜した反射防止膜（膜厚１８ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしてはＡｒと窒素を用い、チャンバ内のガス圧が０．０５Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、遷移金属源としてＭｏターゲット、ケイ素源としてＳｉ（単結晶）ターゲットの２種を用い、基板を３０ｒｐｍで回転させながら成膜した。この反射防止膜の組成をＥＳＣＡで調べたところ遮光膜側の組成はＭｏ：Ｓｉ：Ｎ＝１：３：１．５（原子比）、透明基板から離間する側（エッチングマスク膜側）の組成はＭｏ：Ｓｉ：Ｎ＝１：５：５（原子比）であった。
次に、この反射防止膜の上に直流スパッタ装置を用いて、ＣｒＮからなるエッチングマスク膜（膜厚７ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしてはＡｒと窒素を用い、チャンバ内のガス圧が０．０５Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、Ｃｒを用い、基板を３０ｒｐｍで回転させながら成膜した。このエッチングマスク膜の組成をＥＳＣＡで調べたところＣｒ：Ｎ＝９：１（原子比）であった。
更に、ＣｒＮからなるエッチングマスク膜の上にＣｒＯＮからなるエッチングマスク膜（膜厚３ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしてはＡｒと窒素を用い、チャンバ内のガス圧が０．０５Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、Ｃｒを用い、基板を３０ｒｐｍで回転させながら成膜した。このエッチングマスク膜の組成をＥＳＣＡで調べたところＣｒ：Ｎ：Ｏ＝５．５：２：２．５（原子比）であった。
得られたエッチングマスク膜をもつフォトマスクブランクの表面形状を、表面形状測定装置（Ｔｒｏｐｅｌ社製ＵｌｔｒａＦｌａｔ）を用いて測定し、表面解析データを得た。
次に、上記フォトマスクブランクより塩素系ドライエッチング条件（Ｃｌ2：１８５ｓｃｃｍ、Ｏ2：５５ｓｃｃｍ、Ｈｅ：９．２５ｓｃｃｍ）を用いてエッチングしたところ、エッチングマスク膜のみが選択的に除去された。
次に、エッチングマスク膜を除去した処理基板の表面形状を同様に測定し、除去前後での表面形状の変化を、上述した（１）〜（５）の方法で評価して、そり変化量を求めたところ、そり変化量は４６ｎｍであった。
［比較例１］
６インチ（１５２ｍｍ）正方形状の石英基板の上に、２つのターゲットを設けた直流スパッタ装置を用いて、モリブデンとケイ素と窒素とからなる遮光膜（膜厚４１ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしてはＡｒと窒素を用い、チャンバ内のガス圧が０．０５Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、遷移金属源としてＭｏターゲット、ケイ素源としてＳｉ（単結晶）ターゲットの２種を用い成膜した。この遮光膜の組成をＥＳＣＡで調べたところＭｏ：Ｓｉ：Ｎ＝１：３：１．５（原子比）であった。
この遮光膜の上に、２つのターゲットを設けた直流スパッタ装置を用いて、モリブデンとケイ素と窒素とからなる厚さ方向において組成が傾斜した反射防止膜（膜厚１８ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしてはＡｒと窒素を用い、チャンバ内のガス圧が０．０５Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、遷移金属源としてＭｏターゲット、ケイ素源としてＳｉ（単結晶）ターゲットの２種を用い、基板を３０ｒｐｍで回転させながら成膜した。この反射防止膜の組成をＥＳＣＡで調べたところ遮光膜側の組成はＭｏ：Ｓｉ：Ｎ＝１：３：１．５（原子比）、透明基板から離間する側（エッチングマスク膜側）の組成はＭｏ：Ｓｉ：Ｎ＝１：５：５（原子比）であった。
次に、この反射防止膜の上に直流スパッタ装置を用いて、ＣｒＮからなるエッチングマスク膜（膜厚１０ｎｍ）を成膜した。スパッタガスとしてはＡｒと窒素を用い、チャンバ内のガス圧が０．０５Ｐａになるように調整した。ターゲットとしては、Ｃｒを用い、基板を３０ｒｐｍで回転させながら成膜した。このエッチングマスク膜の組成をＥＳＣＡで調べたところＣｒ：Ｎ＝９：１（原子比）であった。
得られたエッチングマスク膜をもつフォトマスクブランクの表面形状を実施例１の方法に従って測定し、表面解析データを得た。
次に、上記フォトマスクブランクより実施例１の条件を用いてエッチングマスク膜を選択的に除去した。
次に、エッチングマスク膜を除去した処理基板の表面形状を同様に測定し、除去前後での表面形状の変化を、上述した（１）〜（５）の方法で評価して、そり変化量を求めたところ、そり変化量は１１３ｎｍであった。
１ 透明基板
２ 遮光膜
２１ 遮光機能層
２２ 反射防止機能層
３ エッチングマスク膜
３１ 第１層
３２ 第２層
１０１ フォトマスクブランクの最表面の座標群
１０２ フォトマスクブランクの最表面の最小二乗平面
２０１ 処理基板の最表面の座標群
２０２ 処理基板の最表面の最小二乗平面
１０２ａ，２０２ａ 最表面相当領域

Claims (4)

  1. 四角形状の透明基板上に、遷移金属を含有してもよいケイ素系材料からなる遮光膜を有し、該遮光膜上に、クロム化合物系材料からなり、上記遮光膜を精密加工するために成膜されたエッチングマスク膜を有するフォトマスクブランクであって、
    上記エッチングマスク膜が、フォトマスクブランクからフォトマスクに加工する間のいずれかの工程において全てが剥離されるものであり、
    上記エッチングマスク膜が、反応性スパッタリングによって成膜され、互いに組成の異なる２以上の層で構成された多層からなり、該多層が、透明基板上に単一組成層として成膜した場合に圧縮応力を与える材料からなる層と、透明基板上に単一組成層として成膜した場合に引っ張り応力を与える材料からなる層とを組み合わせて構成されてなることを特徴とするフォトマスクブランク。
  2. 上記圧縮応力を与える材料が、酸素を含有するクロム化合物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。
  3. エッチングマスク膜を剥離する前のフォトマスクブランクの最表面と、フォトマスクブランクから上記エッチングマスク膜の全てを剥離した後の処理基板の最表面とについて、
    （１）各々の最表面を表面形状測定装置で測定して、該最表面のＸＹＺ三次元座標データを取得し、
    （２）各々の最表面から得られた座標データより、各々の最表面の最小二乗平面を求め、
    （３）フォトマスクブランクの最表面の座標とその最小二乗平面との間の相対位置、及び処理基板の最表面の座標とその最小二乗平面との間の相対位置を各々固定した状態で、
    上記座標及び最小二乗平面を、
    （ｉ）２つの最小二乗平面の双方が、ＸＹＺ三次元仮想空間のＸＹ平面上に位置し、
    （ｉｉ）前者の最小二乗平面のフォトマスクブランクの最表面相当領域の中心と、後者の最小二乗平面の処理基板の最表面相当領域の中心との双方が原点に位置し、かつ
    （ｉｉｉ）上記２つの最表面相当領域の４つの角の各々が、エッチングマスク膜の剥離前後で対応するように、２つの最表面相当領域の対角線方向を合わせて重ねて配置し、
    （４）上記配置された座標データの範囲内において、フォトマスクブランクの最表面の座標及び処理基板の最表面の座標でＸ値及びＹ値が一致する座標対の各々について、フォトマスクブランクの最表面のＺ値（Ｚ1）から処理基板の最表面のＺ値（Ｚ2）の差（Ｚ1−Ｚ2）を求め、
    （５）該Ｚ値の差（Ｚ1−Ｚ2）の最大値の絶対値と最小値の絶対値との和をそり変化量としたとき、
    該そり変化量の値が（５０（ｎｍ）／Ｌ／１５２（ｍｍ））以下（但し、Ｌは透明基板の長辺の長さ（ｍｍ）を表わす）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。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載のフォトマスクブランクを用いて製造されたフォトマスク。
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