JP6791031B2 - フォトマスクブランク及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路など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その製造方法に関する。
半導体技術の分野では、パターンの更なる微細化のための研究開発が進められている。特に、近年では、大規模集積回路の高集積化に伴い、回路パターンの微細化や配線パターンの細線化、セルを構成する層間配線のためのコンタクトホールパターンの微細化などが進行し、微細加工技術への要求は、ますます高くなってきている。これに伴い、微細加工の際のフォトリソグラフィ工程で用いられるフォトマスクの製造技術の分野においても、より微細で、かつ正確な回路パターン（マスクパターン）を形成する技術の開発が求められるようになってきている。
一般に、フォトリソグラフィ技術により半導体基板上にパターンを形成する際には、縮小投影が行われる。このため、フォトマスクに形成されるパターンのサイズは、通常、半導体基板上に形成されるパターンのサイズの４倍程度となる。今日のフォトリソグラフィ技術分野においては、描画される回路パターンのサイズは、露光で使用される光の波長をかなり下回るものとなっている。このため、回路パターンのサイズを単純に４倍にしてフォトマスクパターンを形成した場合には、露光の際に生じる光の干渉などの影響によって、半導体基板上のレジスト膜に、本来の形状が転写されない結果となってしまう。
そこで、フォトマスクに形成するパターンを、実際の回路パターンよりも複雑な形状とすることにより、上述の光の干渉などの影響を軽減する場合もある。このようなパターン形状としては、例えば、実際の回路パターンに光学近接効果補正（OPC: Optical Proximity Correction）を施した形状がある。また、パターンの微細化と高精度化に応えるべく、変形照明、液浸技術、二重露光（ダブルパターニングリソグラフィ）などの技術も応用されている。
フォトマスクパターンの形成においては、例えば、透明基板上に遮光膜を有するフォトマスクブランクの上にフォトレジスト膜を形成し、電子線によるパターンの描画を行い、現像を経てレジストパターンを得て、そして、得られたレジストパターンをエッチングマスクとして、遮光膜をエッチングして遮光パターンへと加工する。しかし、遮光パターンを微細化する場合にレジスト膜の膜厚を微細化前と同じように維持したままで加工しようとすると、パターンに対する膜厚の比、いわゆるアスペクト比が大きくなって、レジストのパターン形状が劣化してパターン転写がうまくいかなくなったり、場合によってはレジストパターンが倒れや剥がれを起こしたりしてしまう。そのため、微細化に伴いレジスト膜厚を薄くする必要がある。
また、ドライエッチング時のレジストへの負担を減らすために、ハードマクスを使用するという方法は、古くより試みられており、例えば、特開昭６３−８５５５３号公報（特許文献１）では、ＭｏＳｉ2上にＳｉＯ2膜を形成し、これを、塩素を含むガスを用いてＭｏＳｉ2をドライエッチングする際のエッチングマスクとして使用することが報告されており、また、ＳｉＯ2膜が反射防止膜としても機能し得ることが記述されている。また、位相シフト膜の上に、遮光膜としてクロムを用い、その上にＳｉＯ2膜をハードマスクとして用いることは、例えば、特開平７−４９５５８号公報（特許文献２）に記載されている。
特開昭６３−８５５５３号公報 特開平７−４９５５８号公報
ハードマスク膜を有するフォトマスクブランクを用いてフォトマスクを作製する場合、まず、ハードマスク膜にマスクパターンを形成し、ハードマスク膜のマスクパターンをエッチングマスクとして用いて、その下にある遮光膜や位相シフト膜などの光学機能膜に、ハードマスク膜に形成されたマスクパターンを転写する。そのため、ハードマスク膜に、ハードマスク膜の厚さ方向を貫く貫通型ピンホール欠陥があると、貫通型ピンホール欠陥は、そのまま光学機能膜に転写され、光学機能膜のマスクパターンの欠陥となるという問題があり、ハードマスク膜の欠陥検査においては、この貫通型ピンホール欠陥の検出が非常に重要となる。
一方、パターンの微細化の観点から、ハードマスク膜は、薄い方が好ましいが、膜厚が薄いほど、貫通型ピンホール欠陥の検出は困難となる。また、ハードマスク膜の上に形成されるレジスト膜（レジストパターン）の現像時の欠陥発生の観点などからは、ハードマスク膜としては、ＳｉＯ2膜が好ましいが、ＳｉＯ2のような材料は、光学定数である屈折率ｎや消衰係数ｋなどが低く、これらが低い材料では、更に、貫通型ピンホール欠陥の検出が困難である。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、光学機能膜に接して、ケイ素を含有する材料で形成されたハードマスク膜を有するフォトマスクブランクとして、貫通型ピンホール欠陥をより確実に検出できるハードマスク膜を備えるフォトマスクブランク及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、透明基板と、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスによる塩素酸素系ドライエッチングでエッチングされ、かつフッ素を含有するガスによるフッ素系ドライエッチングに耐性を有する材料で構成された第１の膜と、第１の膜に接し、ケイ素を含む材料からなり、かつ第１の膜をエッチングする塩素酸素系ドライエッチングでは実質的にエッチングされない材料で構成された第２の膜とを有するフォトマスクブランクにおいて、第２の膜を、欠陥の検査工程で用いられる露光光より長波長の検査光波長に対する光学定数である屈折率ｎが１．６以上又は消衰係数ｋが０．３以上の層を少なくとも１層含む単層又は多層で構成することにより、被転写物上に、波長２００ｎｍ以下の露光光を用いてパターンを形成するフォトリソグラフィに用いる透過型フォトマスクの製造に用いるフォトマスクブランクが、光学機能膜のような膜に接して、ケイ素を含有する材料で形成されたハードマスク膜のような膜を有するフォトマスクブランクにおいて、貫通型ピンホール欠陥をより確実に検出できるハードマスク膜を備えるフォトマスクブランクとなることを見出し、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その製造方法を提供する。
請求項１：
被転写物上に、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを露光光として用いてパターンを形成するフォトリソグラフィに用いる透過型フォトマスクを製造するためのフォトマスクブランクであって、
透明基板と、
該透明基板上に形成され、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスによる塩素酸素系ドライエッチングでエッチングされ、かつフッ素を含有するガスによるフッ素系ドライエッチングに耐性を有する材料で構成された第１の膜と、
該第１の膜に接して形成され、ケイ素を含む材料からなり、かつ上記第１の膜をエッチングする上記塩素酸素系ドライエッチングでは実質的にエッチングされない材料で構成された第２の膜とを有し、
該第２の膜が、
（Ａ）ＳｉＯ 2 からなる層と、
（Ｂ）欠陥の検査工程で用いられる上記露光光より長波長の検査光波長であって６００ｎｍ以下の波長から選ばれる一波長に対する光学定数である屈折率ｎが１．６以上又は消衰係数ｋが０．３以上の層を少なくとも１層と
を含む多層で構成され、
上記第２の膜全体の膜厚に対する上記（Ｂ）層の厚さの割合が２０％以上である
ことを特徴とするフォトマスクブランク。
請求項２：
上記第２の膜の膜厚が２ｎｍ以上２０ｎｍ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。
請求項３：
上記第２の膜の上記（Ｂ）層のケイ素を含む材料が、ケイ素単体、ケイ素と、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１又は２以上の軽元素とを含むケイ素含有化合物、又はケイ素と、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１又は２以上の軽元素と、２０原子％以下の遷移金属とを含む遷移金属ケイ素含有化合物からな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：
上記軽元素が、酸素及び窒素の一方又は双方を含むことを特徴とする請求項３記載のフォトマスクブランク。
請求項５：
上記第２の膜において、上記検査光波長に対する屈折率ｎが最も高い層と最も低い層との屈折率ｎの差が０．５以上、又は上記検査光波長に対する消衰係数ｋが最も高い層と最も低い層との消衰係数ｋの差が０．３以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のフォトマスクブランク。
請求項６：
上記第２の膜において、上記第１の膜から最も離間する側の層の酸素及び窒素の合計の含有率が、上記第１の膜と接する層の酸素及び窒素の合計の含有率より高いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のフォトマスクブランク。
請求項７：
上記多層が２層で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のフォトマスクブランク。
請求項８：
上記（Ａ）層が、上記透明基板から最も離間する側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のフォトマスクブランク。
請求項９：
請求項１乃至８のいずれか１項記載のフォトマスクブランクを製造する方法であって、上記検査光波長で欠陥を検査する工程を含むことを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。
請求項１０：
上記欠陥が、貫通型ピンホール欠陥であることを特徴とする請求項９記載のフォトマスクブランクの製造方法。
また、本発明は、以下のフォトマスクブランク及びその製造方法が関連する。
［１］
被転写物上に、波長２００ｎｍ以下の露光光を用いてパターンを形成するフォトリソグラフィに用いる透過型フォトマスクを製造するためのフォトマスクブランクであって、
透明基板と、
該透明基板上に形成され、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスによる塩素酸素系ドライエッチングでエッチングされ、かつフッ素を含有するガスによるフッ素系ドライエッチングに耐性を有する材料で構成された第１の膜と、
該第１の膜に接して形成され、ケイ素を含む材料からなり、かつ上記第１の膜をエッチングする上記塩素酸素系ドライエッチングでは実質的にエッチングされない材料で構成された第２の膜とを有し、
該第２の膜が、欠陥の検査工程で用いられる上記露光光より長波長の検査光波長に対する光学定数である屈折率ｎが１．６以上又は消衰係数ｋが０．３以上の層を少なくとも１層含む単層又は多層で構成されていることを特徴とするフォトマスクブランク。
［２］
上記第２の膜の膜厚が２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする［１］記載のフォトマスクブランク。
［３］
上記第２の膜のケイ素を含む材料が、ケイ素単体、ケイ素と、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１又は２以上の軽元素とを含むケイ素含有化合物、又はケイ素と、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１又は２以上の軽元素と、２０原子％以下の遷移金属とを含む遷移金属ケイ素含有化合物からなることを特徴とする［１］又は［２］記載のフォトマスクブランク。
［４］
上記軽元素が、酸素及び窒素の一方又は双方を含むことを特徴とする［３］記載のフォトマスクブランク。
［５］
上記第２の膜が多層で構成され、上記検査光波長に対する屈折率ｎが最も高い層と最も低い層との屈折率ｎの差が０．５以上、又は上記検査光波長に対する消衰係数ｋが最も高い層と最も低い層との消衰係数ｋの差が０．３以上であることを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
［６］
上記第２の膜において、上記第１の膜から最も離間する側の層の酸素及び窒素の合計の含有率が、上記第１の膜と接する層の酸素及び窒素の合計の含有率より高いことを特徴とする請求項［５］記載のフォトマスクブランク。
［７］
上記欠陥が、貫通型ピンホール欠陥であることを特徴とする［１］乃至［６］のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
［８］
上記露光光がＡｒＦエキシマレーザであることを特徴とする［１］乃至［７］のいずれかに記載のフォトマスクブランク。
［９］
上記検査光波長が、６００ｎｍ以下の波長から選ばれる一波長であることを特徴とする［８］記載のフォトマスクブランク。
［１０］
［１］乃至［９］のいずれかに記載のフォトマスクブランクを製造する方法であって、上記検査光波長で欠陥を検査する工程を含むことを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。
本発明のフォトマスクブランクによれば、光学機能膜上にケイ素を含有する材料で形成されたハードマスク膜の貫通型ピンホール欠陥を確実に検出できる。
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。
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明のフォトマスクブランクは、被転写物上に、波長２００ｎｍ以下の露光光（フォトマスクを用いた露光において用いられる光）を用いてパターンを形成するフォトリソグラフィに用いる透過型フォトマスクを製造するためのフォトマスクブランクである。本発明のフォトマスクブランク及びフォトマスクにおいて、露光光は、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が好適である。
本発明のフォトマスクブランクは、透明基板と、透明基板上に形成された第１の膜と、第１の膜に接して形成された第２の膜とを有する。具体的には、図１に示されるような、透明基板１の上に、第１の膜２１、第２の膜２２が順に形成されたフォトマスクブランクが挙げられる。
透明基板としては、基板の種類や基板サイズに特に制限はないが、露光波長として用いる波長で透明である石英基板などが適用され、例えば、ＳＥＭＩ規格において規定されている、６インチ角、厚さ０．２５インチの６０２５基板と呼ばれる透明基板が好適である。６０２５基板は、ＳＩ単位系を用いた場合、通常、１５２ｍｍ角、厚さ６．３５ｍｍの透明基板と表記される。
第１の膜は、透明基板に接して（透明基板に直接）形成されていても、透明基板との間に他の膜（例えば、位相シフト膜など）を介して形成されていてもよい。具体的には、図２に示されるような、透明基板１の上に、他の膜（第３の膜）３、第１の膜２１、第２の膜２２が順に形成されたフォトマスクブランクが挙げられる。この他の膜は、第１の膜とエッチング特性が異なる材料、特に、フッ素を含有するガスによるフッ素系ドライエッチングでエッチングされ、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスによる塩素酸素系ドライエッチングに耐性を有する材料、例えば、ケイ素を含む材料で構成されていることが好ましい。他の膜は、単層で構成されていても、多層で構成されていてもよい。
第１の膜は、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスによる塩素酸素系ドライエッチングでエッチングされ、フッ素を含有するガスによるフッ素系ドライエッチングに耐性を有する材料で構成される。このような材料として、具体的には、クロム単体、クロム酸化物（ＣｒＯ）、クロム窒化物（ＣｒＮ）、クロム炭化物（ＣｒＣ）、クロム酸化窒化物（ＣｒＯＮ）、クロム酸化炭化物（ＣｒＯＣ）、クロム窒化炭化物（ＣｒＮＣ）、クロム酸化窒化炭化物（ＣｒＯＮＣ）などのクロム化合物などが挙げられる。
第１の膜が、クロム化合物で形成された膜である場合、クロムの含有率は３０原子％以上、特に４０原子％以上で、１００原子％未満、特に９０原子％以下であることが好ましい。また、酸素の含有率は０原子％以上、特に１原子％以上で、６０原子％以下、特に４０原子％以下であること、窒素の含有率は０原子％以上、特に１原子％以上で、５０原子％以下、特に４０原子％以下であること、炭素の含有率は０原子％以上、特にエッチング速度を調整する必要がある場合は１原子％以上で、２０原子％以下、特に１０原子％以下であることが好ましい。この場合、クロム、酸素、窒素及び炭素の合計の含有率は９５原子％以上、特に９９原子％以上、とりわけ１００原子％であることが好ましい。
第１の膜は、単層で構成されていても、多層で構成されていてもよい。単層で構成される場合、組成が厚さ方向に一定である単一組成層であっても、組成が厚さ方向に連続的に変化する組成傾斜層であってもよい。一方、多層で構成される場合は、組成が厚さ方向に一定である単一組成層及び組成が厚さ方向に連続的に変化する組成傾斜層から選ばれる２層以上で構成され、単一組成層のみの組み合わせ、組成傾斜層のみの組み合わせ、単一組成層と組成傾斜層との組み合わせのいずれであってもよい。組成傾斜層は、構成元素が厚さ方向に沿って増加するものであっても減少するものであってもよい。
第１の膜の膜厚（全体の膜厚）は、２０ｎｍ以上、特に４０ｎｍ以上で、１００ｎｍ以下、特に７０ｎｍ以下であることが好ましい。第１の膜は、遮光膜、反射防止膜などの光学機能膜として形成される膜であることが好ましい。また、第１の膜は、その透明基板側に形成された上述した他の膜や、透明基板のエッチングにおけるハードマスク（エッチングマスク）として機能させることもできる。
第２の膜は、ケイ素を含む材料からなり、第１の膜をエッチングする塩素酸素系ドライエッチング、即ち、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスによる塩素酸素系ドライエッチングでは実質的にエッチングされない材料で構成される。第２の膜は、特に、フッ素を含有するガスによるフッ素系ドライエッチングでエッチングされる材料であることが好ましい。
ハードマスク膜などの、透明基板側に存在する膜に対するエッチングマスクとして機能させる膜では、貫通型ピンホールの検出が重要であり、フォトマスクブランクの製造工程における欠陥検出は、露光光（フォトマスクを用いた露光において用いられる光）より、長波長の検査光波長が一般的に用いられる。露光光がＡｒＦエキシマレーザである場合、検査光波長は、一般的には、６００ｎｍ以下の波長から選ばれる一波長、例えば、２１３ｎｍ、３５５ｎｍ、４８８ｎｍ、５３２ｎｍなどが適用される。このような波長を検査光波長とする欠陥検出装置としては、レーザーテック（株）製のＭ６６４０（検査波長：５３２ｎｍ）や、Ｍ８３５０（検査波長：３５５ｎｍ）などが用いられている。また、今後も、更なるフォトマスクパターンの微細化に伴い、微小欠陥の検出感度向上のために、欠陥検査の検査光波長は、より短波長側にシフトしていくものと考えられる。
フォトマスクブランクの欠陥の検出、特に、貫通型ピンホール欠陥の検出においては、膜の光学定数である屈折率ｎや消衰係数ｋが微小欠陥の検出感度に影響を及ぼす。本発明のフォトマスクブランクでは、第２の膜を欠陥の検査工程で用いられる露光光より長波長の検査光波長に対する屈折率ｎが１．６以上又は消衰係数ｋが０．３以上の層を少なくとも１層含む単層又は多層で構成する。屈折率ｎや消衰係数ｋは高いことが好ましく、欠陥検出の観点からすれば、更に、屈折率ｎが１．７以上であることが好ましく、また、消衰係数ｋが０．５以上であることが好ましい。なお、屈折率ｎは、一般に７以下であり、また、消衰係数ｋは、一般に６以下である。
第２の膜を構成するケイ素を含む材料としては、ケイ素単体が挙げられる。ケイ素単体は、屈折率ｎや消衰係数ｋが高く、欠陥検出の観点では、最も有効な材料である。また、第２の膜を構成するケイ素を含む材料としては、ケイ素含有化合物、例えば、ケイ素と、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１又は２以上の軽元素とを含むケイ素含有化合物、具体的には、ケイ素酸化物（ＳｉＯ）、ケイ素窒化物（ＳｉＮ）、ケイ素炭化物（ＳｉＣ）、ケイ素酸化窒化物（ＳｉＯＮ）、ケイ素酸化炭化物（ＳｉＯＣ）、ケイ素窒化炭化物（ＳｉＮＣ）、ケイ素酸化窒化炭化物（ＳｉＯＮＣ）などや、ケイ素と、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１又は２以上の軽元素と、遷移金属（Ｍｅ）とを含む遷移金属ケイ素含有化合物、具体的には、遷移金属ケイ素酸化物（ＭｅＳｉＯ）、遷移金属ケイ素窒化物（ＭｅＳｉＮ）、遷移金属ケイ素炭化物（ＭｅＳｉＣ）、遷移金属ケイ素酸化窒化物（ＭｅＳｉＯＮ）、遷移金属ケイ素酸化炭化物（ＭｅＳｉＯＣ）、遷移金属ケイ素窒化炭化物（ＭｅＳｉＮＣ）、遷移金属ケイ素酸化窒化炭化物（ＭｅＳｉＯＮＣ）などが挙げられる。遷移金属（Ｍｅ）としては、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）及びタングステン（Ｗ）から選ばれる１種以上が好適である。
第２の膜のケイ素を含む材料が、ケイ素含有化合物である場合、ケイ素の含有率は２０原子％以上、特に３３原子％以上で、９５原子％以下、特に８０原子％以下であることが好ましい。また、酸素の含有率は０原子％以上、特にエッチング速度を調整する必要がある場合は１原子％以上、好ましくは２０原子％以上で、７０原子％以下、特に６６原子％以下であること、窒素の含有率は０原子％以上、特に１原子％以上で、５０原子％以下、特に３０原子％以下であること、炭素の含有率は０原子％以上、特に１原子％以上で、２０原子％以下、特に１０原子％以下であることが好ましい。この場合、ケイ素、酸素、窒素及び炭素の合計の含有率は９５原子％以上、特に９９原子％以上、とりわけ１００原子％であることが好ましい。
一方、第２の膜のケイ素を含む材料が、遷移金属ケイ素含有化合物である場合、ケイ素の含有率は２０原子％以上、特に３３原子％以上で、９０原子％以下、特に８０原子％以下であることが好ましい。また、酸素の含有率は０原子％以上、特にエッチング速度を調整する必要がある場合は１原子％以上、好ましくは２０原子％以上で、７０原子％以下、特に６６原子％以下であること、窒素の含有率は０原子％以上、特に１原子％以上で、５０原子％以下、特に３０原子％以下であること、炭素の含有率は０原子％以上、特に１原子％以上で、２０原子％以下、特に１０原子％以下であることが好ましい。遷移金属の含有率は２０原子％以下であるが、１５原子％以下、特に１０原子％以下であることが好ましい。この場合、ケイ素、酸素、窒素、炭素及び遷移金属の合計の含有率は９５原子％以上、特に９９原子％以上、とりわけ１００原子％であることが好ましい。
第２の膜を構成するケイ素含有化合物及び遷移金属ケイ素含有化合物においては、特に、軽元素として、酸素及び窒素の一方又は双方を含むこと、特に、酸素を含むことが好ましい。
第２の膜は、単層で構成されていても、多層（例えば、２〜４層）で構成されていてもよい。単層で構成される場合、組成が厚さ方向に一定である単一組成層であっても、組成が厚さ方向に連続的に変化する組成傾斜層であってもよい。一方、多層で構成される場合は、組成が厚さ方向に一定である単一組成層及び組成が厚さ方向に連続的に変化する組成傾斜層から選ばれる２層以上で構成され、単一組成層のみの組み合わせ、組成傾斜層のみの組み合わせ、単一組成層と組成傾斜層との組み合わせのいずれであってもよい。組成傾斜層は、構成元素が厚さ方向に沿って増加するものであっても減少するものであってもよい。組成傾斜層は、屈折率ｎ又は消衰係数ｋが、厚さ方向に沿って増加するように又は減少するように構成することができる。なお、貫通型ピンホール欠陥の検出の観点からは、第２の膜全体及び第２の膜を構成する組成傾斜層は、いずれも、透明基板から離間する方向に向かって、屈折率ｎ又は消衰係数ｋが減少するようにすることが好ましい。
第２の膜は、加工時の膜のエッチング速度や成膜時の欠陥発生の観点からは、単層とすることもできるが、屈折率ｎが１．６以上又は消衰係数ｋが０．３以上の層を１層以上含む多層とすることがより好ましい。多層とする場合、屈折率ｎが所定値以上又は消衰係数ｋが所定値以上の層のみで構成することもできるが、屈折率ｎが所定値以上又は消衰係数ｋが所定値以上の層と、屈折率ｎ及び消衰係数ｋがこれらの範囲を満たさない層とを組み合わせることで、前者を、欠陥検査の精度向上に寄与する層とし、後者を、欠陥検査の精度向上以外の他の機能において有利な層として、第２の膜全体で、より良好な機能を有する膜とすることができる。
例えば、フォトレジストとの密着性や、現像欠陥の観点からは、第２の膜の最表面部（透明基板から最も離間する側）は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）が好ましいが、これらは、検査光波長において、屈折率ｎ及び消衰係数ｋが低いので、第２の膜を屈折率ｎが１．６以上又は消衰係数ｋが０．３以上の層を１層以上含む多層とすることが効果的である。
第２の膜が多層の場合、欠陥検査の精度向上の観点からは、屈折率ｎが１．６以上又は消衰係数ｋが０．３以上の層の、第２の膜全体の膜厚に対する割合を２０％以上、特に３０％以上とすることが好ましい。また、欠陥検査の精度向上以外の他の機能を、十分に得る観点からは、屈折率ｎが１．６以上又は消衰係数ｋが０．３以上の範囲を満たさない層を、第２の膜全体の膜厚に対する割合として４０％以上、特に５０％以上含んでいることが好ましい。
第２の膜を多層とする場合、検査光波長に対する屈折率ｎが最も高い層と最も低い層との屈折率ｎの差を、０．５以上、特に０．７以上とすることが好ましく、また、検査光波長に対する消衰係数ｋが最も高い層と最も低い層との消衰係数ｋの差を０．３以上、特に０．５以上とすることが好ましい。検査光波長に対する屈折率ｎが最も高い層と最も低い層又は検査光波長に対する消衰係数ｋが最も高い層と最も低い層は、第２の膜のいずれの位置に配置してもよい。例えば、２層構成の場合、屈折率ｎが最も高い層と最も低い層又は検査光波長に対する消衰係数ｋが最も高い層と最も低い層のいずれか一方を透明基板側、他方を透明基板から離間する側に配置することができる。第２の膜が３層以上で構成される場合は、屈折率ｎが最も高い層と最も低い層又は検査光波長に対する消衰係数ｋが最も高い層と最も低い層のいずれか一方を透明基板側、特に透明基板に最も近い側、他方を透明基板から離間する側、特に、透明基板から最も離間する側に配置することが好ましい。
第２の膜を構成するケイ素含有化合物及び遷移金属ケイ素含有化合物においては、特に、軽元素として、酸素及び窒素の一方又は双方を含むこと、特に、酸素を含むことが好ましいが、第２の膜を多層とする場合、第１の膜から最も離間する側の層の酸素及び窒素の合計の含有率が、第１の膜と接する層の酸素及び窒素の合計の含有率より高くなるように多層を構成することが好ましい。
第２の膜の厚さは、第１の膜のエッチングにおいて、消失しない程度の十分な厚さとするが、パターン形成の観点からは、あまり厚くない方がよい。そのため第２の膜の膜厚（全体の膜厚）は、２ｎｍ以上、特に５ｎｍ以上で、２０ｎｍ以下、特に１０ｎｍ以下であることが好ましい。第２の膜は、ハードマスク膜（エッチングマスク膜）として形成される膜であることが好ましい。また、第２の膜は、フォトマスクとしたとき、完全に除去される膜であっても、遮光膜、反射防止膜などの機能の一部を担う膜として、フォトマスク上、例えば、透明基板の外周縁部上に残される膜であってもよい。
第１の膜が、透明基板との間に他の膜（第３の膜）を介して形成されている場合、他の膜を構成するケイ素を含む材料としては、ケイ素含有化合物、例えば、ケイ素と、酸素及び窒素の一方又は双方とを含有するケイ素含有化合物、具体的には、ケイ素酸化物（ＳｉＯ）、ケイ素窒化物（ＳｉＮ）、ケイ素酸化窒化物（ＳｉＯＮ）などや、遷移金属ケイ素化合物、例えば、遷移金属（Ｍｅ）と、ケイ素と、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１又は２以上の軽元素とを含有する遷移金属ケイ素化合物、具体的には、遷移金属ケイ素酸化物（ＭｅＳｉＯ）、遷移金属ケイ素窒化物（ＭｅＳｉＮ）、遷移金属ケイ素炭化物（ＭｅＳｉＣ）、遷移金属ケイ素酸化窒化物（ＭｅＳｉＯＮ）、遷移金属ケイ素酸化炭化物（ＭｅＳｉＯＣ）、遷移金属ケイ素窒化炭化物（ＭｅＳｉＮＣ）、遷移金属ケイ素酸化窒化炭化物（ＭｅＳｉＯＮＣ）などが挙げられる。遷移金属（Ｍｅ）としては、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）及びタングステン（Ｗ）から選ばれる１種以上が好適であるが、特に、ドライエッチング加工性の点からモリブデン（Ｍｏ）が好ましい。
他の膜が、位相シフト膜である場合、位相シフト膜は、完全透過型位相シフト膜であっても、ハーフトーン位相シフト膜（例えば、露光光に対する透過率が５〜３０％）であってもよい。位相シフト膜の膜厚は、フォトマスク使用時の露光光に対して、位相を所定量、通常、１５０°以上、特に１７０°以上で、２００°以下、特に１９０°以下シフトさせる膜厚、通常は約１８０°シフトさせる膜厚に設定される。具体的には、例えば５０ｎｍ以上、特に５５ｎｍ以上で、８０ｎｍ以下、特に７５ｎｍ以下が好適である。
本発明のフォトマスクブランクは、透明基板に直接、第１の膜として遮光膜又は遮光膜及び反射防止膜が形成されている場合は、バイナリ型のフォトマスクブランク、透明基板に、他の膜として位相シフト膜を介して第１の膜が形成されている場合は、位相シフト型のフォトマスクブランクとすることができる。バイナリ型のフォトマスクブランクからはバイナリ型のフォトマスク（バイナリマスク）、位相シフト型のフォトマスクブランクからは、位相シフト型のフォトマスク（位相シフトマスク）を作製することができる。
本発明の第１の膜、第２の膜及び他の膜の単層及び多層の各層は、均質性に優れた膜が容易に得られるスパッタ法により成膜することが好ましく、ＤＣスパッタ、ＲＦスパッタのいずれの方法を用いることもできる。ターゲットとスパッタガスは、設定する屈折率ｎ又は消衰係数ｋ、更には、層構成や組成などに応じて適宜選択される。軽元素の含有率は、スパッタガスに、反応性ガスを用い、導入量を適宜調整して反応性スパッタすることで調整することができる。反応性ガスとしては、酸素含有ガス、窒素含有ガス、炭素含有ガスなど、具体的には、酸素ガス（Ｏ2ガス）、窒素ガス（Ｎ2ガス）、酸化窒素ガス（ＮＯガス、Ｎ2Ｏガス、ＮＯ2ガス）、酸化炭素ガス（ＣＯガス、ＣＯ2ガス）などを用いることができる。更に、スパッタガスには、希ガスとして、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスなどの不活性ガスを用いることができ、不活性ガスはアルゴンガスが好適である。なお、スパッタ圧力は通常０．０１Ｐａ以上、特に０．０３Ｐａ以上で、１０Ｐａ以下、特に０．１Ｐａ以下である。
膜を多層で構成する場合、各層を異なるスパッタチャンバーで成膜しても、同一のスパッタチャンバーで、スパッタ条件を段階的又は連続的に変更しながら成膜してもよいが、生産性の観点からは、同一チャンバーで成膜した方がよい。この場合、スパッタ法による成膜と特性上、成膜が進むにつれて、軽元素が多くなるように成膜した方が、成膜時のパーティクル発生を抑制する点において好ましく、このようにすると、特に、屈折率ｎ又は消衰係数ｋが最も高い方を、透明基板に最も近い側、屈折率ｎ又は消衰係数ｋが最も低い方を、透明基板から最も離間する側に配置することができる点においても有利である。
クロムを含む材料で構成された膜は、ターゲットとして、成膜する膜の組成に応じて、クロムターゲット、クロムに酸素、窒素及び炭素から選ばれるいずれか１種又は２種以上を添加したターゲットなどを用いて成膜することができる。また、ケイ素を含む材料で構成された膜は、ターゲットとして、成膜する膜の組成に応じて、ケイ素ターゲット、遷移金属ターゲット、遷移金属ケイ素ターゲットなどから選ばれるターゲットなどを用いて成膜することができる。
本発明のフォトマスクブランクは、上述した方法によりフォトマスクブランクを製造する際、露光光より長波長の検査光波長で、フォトマスクブランクの欠陥、特に貫通型のピンホール欠陥を検査する工程を含むようにすれば、フォトマスクブランクの欠陥、特に貫通型のピンホールが感度よく検出される。
以下、実施例及び比較例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
［実施例１、比較例１］
スパッタ装置のチャンバー内に、１５２ｍｍ角、厚さ６．３５ｍｍの６０２５石英基板を設置し、まず、Ｓｉターゲット、アルゴンガス及び窒素ガスを用いて、透明基板に接して、ＳｉＮからなる膜厚６０ｎｍの位相シフト膜（他の膜）を成膜した。次に、Ｃｒターゲット及びアルゴンガスを用いて、位相シフト膜に接して、Ｃｒからなる膜厚５４ｎｍの遮光膜（第１の膜）を成膜した。次に、Ｓｉターゲット及びアルゴンガス、並びに必要に応じて酸素ガス又は窒素ガスを用いて、ケイ素を含む材料からなる膜厚１０ｎｍの単層のハードマスク膜（第２の膜）を成膜した。
ハードマスク膜は、酸素ガス又は窒素ガスの導入量（流量）を適宜設定して、ケイ素単体からなる層、酸化ケイ素（ＳｉＯ）からなる層、及び窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなる層から、組成の異なる５種の条件で、サンプル１〜５を作製した。得られたハードマスク膜の組成を、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）装置（サーモフィッシャーサイエンティック（株）製 Ｋ−Ａｌｐｈａ）により測定した。また、分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．社製 ＶＵＶ−ＶＡＳＥ Ｇｅｎ−ＩＩ）にて、これらのハードマスク膜の各波長の光学定数である屈折率ｎと消衰係数ｋを測定した。結果を表１及び表２に示す。
Figure 0006791031
Figure 0006791031
次に、サンプル１〜５の各々のハードマスク膜における１２０ｎｍφの貫通型ピンホール欠陥について、検査光波長５３２ｎｍにおけるコントラストを、サンプル１〜５で測定された屈折率ｎ及び消衰係数ｋに基づきシミュレーションにより算出して、欠陥の検出感度を評価した。結果を表３に示す。
Figure 0006791031
［実施例２、比較例２］
スパッタ装置のチャンバー内に、１５２ｍｍ角、厚さ６．３５ｍｍの６０２５石英基板を設置し、まず、Ｓｉターゲット、アルゴンガス及び窒素ガスを用いて、透明基板に接して、ＳｉＮからなる膜厚６０ｎｍの位相シフト膜（他の膜）を成膜した。次に、Ｃｒターゲット及びアルゴンガスを用いて、位相シフト膜に接して、Ｃｒからなる膜厚５４ｎｍの遮光膜（第１の膜）を成膜した。次に、Ｓｉターゲット及びアルゴンガス、並びに必要に応じて酸素ガス又は窒素ガスを用いて、ケイ素を含む材料からなる２層構成又は単層のハードマスク膜（第２の膜）を成膜した。
ハードマスク膜は、酸素ガス又は窒素ガスの導入量（流量）を適宜設定して、ケイ素単体からなる層、酸化ケイ素（ＳｉＯ）からなる層、及び窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなる層から、実施例１及び比較例１と同様の組成の異なる５種の条件で、サンプル６〜１４を作製した。サンプル６〜１３では、（１）表面側（透明基板から離間する側）の層厚８ｎｍ、透明基板側の層厚２ｎｍ（ハードマスク膜全体の膜厚１０ｎｍ）、（２）表面側の層厚３ｎｍ、透明基板側の層厚２ｎｍ（ハードマスク膜全体の膜厚５ｎｍ）、（３）表面側の層厚５ｎｍ、透明基板側の層厚５ｎｍ（ハードマスク膜全体の膜厚１０ｎｍ）の３種の２層構成のハードマスク膜、サンプル１４では、ハードマスク膜全体の膜厚１０ｎｍ又は５ｎｍの単層のハードマスク膜とした。各サンプルの層の構成（組成）を表４に示す。
Figure 0006791031
次に、サンプル６〜１４の各々のハードマスク膜における１２０ｎｍφの貫通型ピンホール欠陥について、検査光波長５３２ｎｍにおけるコントラストを、実施例１及び比較例１の条件１〜５で測定された屈折率ｎ及び消衰係数ｋに基づきシミュレーションにより算出して、欠陥の検出感度を評価した。結果を表５に示す。
Figure 0006791031
１ 透明基板
２１ 第１の膜
２２ 第２の膜
３ 他の膜（第３の膜）

Claims (10)

  1. 被転写物上に、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを露光光として用いてパターンを形成するフォトリソグラフィに用いる透過型フォトマスクを製造するためのフォトマスクブランクであって、
    透明基板と、
    該透明基板上に形成され、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスによる塩素酸素系ドライエッチングでエッチングされ、かつフッ素を含有するガスによるフッ素系ドライエッチングに耐性を有する材料で構成された第１の膜と、
    該第１の膜に接して形成され、ケイ素を含む材料からなり、かつ上記第１の膜をエッチングする上記塩素酸素系ドライエッチングでは実質的にエッチングされない材料で構成された第２の膜とを有し、
    該第２の膜が、
    （Ａ）ＳｉＯ 2 からなる層と、
    （Ｂ）欠陥の検査工程で用いられる上記露光光より長波長の検査光波長であって６００ｎｍ以下の波長から選ばれる一波長に対する光学定数である屈折率ｎが１．６以上又は消衰係数ｋが０．３以上の層を少なくとも１層と
    を含む多層で構成され、
    上記第２の膜全体の膜厚に対する上記（Ｂ）層の厚さの割合が２０％以上である
    ことを特徴とするフォトマスクブランク。
  2. 上記第２の膜の膜厚が２ｎｍ以上２０ｎｍ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。
  3. 上記第２の膜の上記（Ｂ）層のケイ素を含む材料が、ケイ素単体、ケイ素と、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１又は２以上の軽元素とを含むケイ素含有化合物、又はケイ素と、酸素、窒素及び炭素から選ばれる１又は２以上の軽元素と、２０原子％以下の遷移金属とを含む遷移金属ケイ素含有化合物からな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. 上記軽元素が、酸素及び窒素の一方又は双方を含むことを特徴とする請求項３記載のフォトマスクブランク。
  5. 上記第２の膜において、上記検査光波長に対する屈折率ｎが最も高い層と最も低い層との屈折率ｎの差が０．５以上、又は上記検査光波長に対する消衰係数ｋが最も高い層と最も低い層との消衰係数ｋの差が０．３以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のフォトマスクブランク。
  6. 上記第２の膜において、上記第１の膜から最も離間する側の層の酸素及び窒素の合計の含有率が、上記第１の膜と接する層の酸素及び窒素の合計の含有率より高いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のフォトマスクブランク。
  7. 上記多層が２層で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のフォトマスクブランク。
  8. 上記（Ａ）層が、上記透明基板から最も離間する側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のフォトマスクブランク。
  9. 請求項１乃至８のいずれか１項記載のフォトマスクブランクを製造する方法であって、上記検査光波長で欠陥を検査する工程を含むことを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。
  10. 上記欠陥が、貫通型ピンホール欠陥であることを特徴とする請求項９記載のフォトマスクブランクの製造方法。
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