JP2005516240A - フォトマスクおよびそれを製造する方法 - Google Patents

Abstract

フォトマスクおよびそれを製造する方法を開示する。基板の少なくとも一部分上に第１材料を付着させて、第１材料層を形成する。この第１材料を付着し終える前に、約３００℃よりも高い温度でこの基板を熱処理にかける。

Description

本発明は、一般にフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）の分野に関し、より詳細には、フォトマスク（ｐｈｏｔｏｍａｓｋ）およびそれを製造する方法に関する。

半導体デバイス製造業者が生産するデバイスが継続してより小型になるにつれ、これらのデバイスの製作に用いるフォトマスクに対する要件は厳しくなり続ける。レチクルまたはマスクとしても知られているフォトマスクは、一般に、基板［例えば、高純度石英または石英ガラス（ｆｕｓｅｄ ｓｉｌｉｃａ）］と、この基板上に形成された吸収体層（ａｂｓｏｒｂｅｒ ｌａｙｅｒ）［例えば、クロムまたはモリブデンシリサイド（ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ ｓｉｌｉｃｉｄｅ）］とからなる。この吸収体層は、リソグラフィ・システム内で半導体ウエハ上に転写し得る回路像を表すパターンを含む。半導体デバイスのフィーチャ・サイズ（ｆｅａｔｕｒｅ ｓｉｚｅ）が小さくなるにつれ、フォトマスク上の対応する回路像もより小さくかつより複雑になる。その結果、マスクの品質が、堅固で信頼性が高い半導体製作プロセスを確立する際の最も肝要な要素の１つになっている。

現在、半導体製造業者は、光リソグラフィを引き続き用いて、最小線幅が１３０ｎｍ未満である高密度ＩＣを製造する技術を探索している。しかし、フィーチャ・サイズが小さくなると、特定の露光波長を用いてウエハ上に最小フィーチャ・サイズを画像形成するための分解能は、光の回折によって制限される。したがって、ウエハ上により微細なフィーチャの画像形成を行うには、例えば４００ｎｍ未満のより短い露光波長が必要になる。将来世代の光リソグラフィを見据えた波長には、２４８ｎｍ（ＫｒＦレーザの波長）、１９３ｎｍ（ＡｒＦレーザの波長）および１５７ｎｍ（Ｆ_２レーザの波長）が含まれる。

４００ｎｍ未満の波長では、フォトマスク・ブランクおよびそれから得られるフォトマスクの平坦性が問題になる。平坦性が変化すると、半導体製造プロセスにおいてレジストレーション誤差（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ）が生じる恐れがある。多数の（例えば、最新の設計では最大５０枚の）フォトマスクを用いて１つの集積回路を生成することがあるので、単一のフォトマスク上のレジストレーション誤差は最小限に保つべきである。装置の精度がレジストレーション誤差に寄与し得るが、吸収体層の応力により基板が反り（ｗａｒｐ）、そのためレジストレーション誤差が生じ得ることが示されている。

吸収体層の応力を小さくする１つの技術の例には、基板上に吸収体層を形成した後でフォトマスク・ブランクをアニールすることが含まれる。しかし、この技術には多くの欠点がある。第１に、アニールは基板上に吸収体層を形成した後で実施され、そのため、フォトマスク製造プロセスにステップが追加され、追加の時間が生じる。第２に、アニール・プロセス中に用いる熱により、吸収体層に関連する光学特性が改変される。これは、特定の透過率および／または位相シフトが望まれる場合には望ましくない。

フォトマスク基板の反りを防止することにある。

本発明の教示によれば、フォトマスクの製造に関連する欠点および問題が、大きく軽減されるか、あるいはなくなる。ある特定の実施形態では、フォトマスクを製造する方法は、基板上に材料層を形成するのに用いる材料を付着し終える前に、約３００℃よりも高い温度で熱処理を施すことを含む。

本発明の一実施形態によれば、フォトマスクを製造する方法は、基板の少なくとも一部分上に第１材料を付着させて、第１材料層を形成することを含む。基板上に第１材料を付着し終える前に、約３００℃よりも高い温度でこの基板を熱処理にかける。

本発明の別の実施形態によれば、フォトマスクを製造する方法は、イオン・ビーム蒸着法（ｉｏｎ ｂｅａｍ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、基板の少なくとも一部分上に少なくとも１つの材料を付着（ｄｅｐｏｓｉｔ）させて、少なくとも１つの材料層を形成することを含む。基板上に材料を付着させる間に約３００℃よりも高い温度で、この基板を、材料層中の応力を小さくする熱処理にかける。

本発明の別の実施形態によれば、フォトマスク・アセンブリは、ペリクル・フレーム（ｐｅｌｌｉｃｌｅ ｆｒａｍｅ）に取り付けられたペリクル膜（ｐｅｌｌｉｃｌｅ ｆｉｌｍ）によって部分的に形成されたペリクル・アセンブリと、ペリクル膜の反対側でペリクル・アセンブリに結合されたフォトマスクとを含む。このフォトマスクは、基板の少なくとも一部分上に少なくとも１つの材料を付着させてパターン層を形成することによって基板上に形成されたパターン層を含む。基板上にこの材料を付着させる間に約３００℃よりも高い温度で、このパターン層中の応力を小さくする熱処理を施す。

本発明のある実施形態の重要な技術上の利点は、フォトマスク基板の反りを防止する付着技術である。付着プロセスが完了する前に基板を熱処理にかける。この熱処理により、材料層中に存在する固有応力が小さくなり、それによって、フォトマスク中の全体的な応力が小さくなり、フォトマスクの反りが防止される。

本発明のある実施形態の別の技術的な利点は、半導体製造プロセスにおいてレジストレーション誤差が生じる可能性が小さくなる付着技術である。フォトマスク・ブランク（ｐｈｏｔｏｍａｓｋ ｂｌａｎｋ）の製作プロセス中に基板を熱処理にかけて、材料中の固有応力を小さくする。材料層の応力が小さくなるので、材料層によって生じる基板の湾曲量が少なくなる。したがって、フォトマスクの平坦性が維持されるので、ウエハ表面上にＩＣを形成する際にレジストレーション誤差が生じ得る可能性も小さくなる。

本発明のある実施形態の別の重要な技術上の利点は、基板表面上に付着する望ましくない粒子の数を少なくする付着技術である。基板を熱処理にかけることによって、付着装置の壁と基板の間に温度勾配が形成される。加熱された基板は、望ましくない粒子を寄せ付けず、それによって、欠陥密度が低い材料層を基板上に形成することができる。

これらの技術的な利点のすべてまたはその一部を、本発明の様々な実施形態に含めることもできるし、あるいは全く含めなくてもよい。他の技術的な利点は、以下の図、説明および特許請求の範囲から当業者には容易に明らかであろう。

以下の説明を添付の図面と併せ読めば、これらの実施形態およびそれらの利点を、より完全かつ十分に理解することができる。同じ参照番号は、同じフィーチャを示す。

図１〜６を参照すれば、本発明の好ましい実施形態およびそれらの利点が最もよく理解されよう。同じ部分および対応する部分を示すのに同じ番号を用いる。

図１に、フォトマスク・アセンブリ１０の断面図を示す。図に示す実施形態では、フォトマスク・アセンブリ１０は、ペリクル・アセンブリ１４に結合したフォトマスク１２を含む。基板１６およびパターン層１８によりフォトマスク１２が形成される。フォトマスクは、あるいはマスクまたはレチクルとしても知られており、円形、長方形または正方形を含めて様々なサイズおよび形状をとり得るが、これらに限定されるものではない。フォトマスク１２は、１回限りのマスタ（ｏｎｅ−ｔｉｍｅ ｍａｓｔｅｒ）、５インチ・レチクル、６インチ・レチクル、９インチ・レチクル、または半導体ウエハ上に回路パターンの像を投影するのに用いることができる他の任意の適切に寸法設定されたレチクルを含めて様々なフォトマスクのタイプとすることもできるが、これらに限定されるものではない。さらに、フォトマスク１２は、バイナリ・マスク（ｂｉｎａｒｙ ｍａｓｋ）、ＰＳＭ（位相シフト・マスク）、ＯＰＣ（光学近接効果補正）［ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ］マスクまたはリソグラフィ・システムで用いるのに適した他の任意のタイプのマスクとすることができる。

フォトマスク１２は、基板１６上に形成されたパターン層１８を含む。パターン層１８は、リソグラフィ・システム内で電磁エネルギーに曝されると、（明示的に示さない）半導体ウエハの表面上にパターンを投影する。一部の応用例では、基板１６は、石英、合成石英、溶融石英、ＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）、ＣａＦ_２（フッ化カルシウム）または約１０ｎｍ（ナノメートル）〜約４５０ｎｍの波長を有する入射光の少なくとも７５％を透過させる他の任意の適切な材料などの透明な材料とすることができる。代替実施形態では、基板１６は、シリコンまたは約１０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長を有する入射光の約５０％よりも多くの光を反射する他の任意の適切な材料などの反射性材料とし得る。

パターン層１８は、クロム、窒化クロム、Ｍ−Ｏ−Ｃ−Ｎ（金属オキシカルボナイトライド）［ｍｅｔａｌｌｉｃ ｏｘｙ−ｃａｒｂｏ−ｎｉｔｒｉｄｅ］などの金属材料とし得る。この金属は、クロム、コバルト、鉄、亜鉛、モリブデン、ニオブ、タンタル、チタン、タングステン、アルミニウム、マグネシウムおよびシリコン、またはＵＶ（紫外）範囲、ＤＵＶ（深紫外）範囲、ＶＵＶ（真空紫外）範囲およびＥＵＶ（極紫外）範囲の波長を有する電磁エネルギーを吸収する他の任意の適切な材料からなる群から選択する。代替実施形態では、パターン層１８は、ＵＶ、ＤＵＶ、ＶＵＶおよびＥＵＶ範囲で約１％〜約３０％の透過率を有するＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）化合物などの部分的に透明な材料とすることができる。

フレーム２０およびペリクル膜２２によりペリクル・アセンブリ１４を形成することができる。一般に、フレーム２０は、アルマイト処理したアルミニウムで形成されるが、あるいは、ステンレス鋼、プラスチック、またはリソグラフィ・システム内で電磁エネルギーに曝される際に劣化せず、またガスを放出しない他の適切な材料で形成することができるはずである。ペリクル膜２２は、ニトロセルロース、酢酸セルロース、米国Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙが製造するＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ＡＦまたは旭硝子株式会社（Ａｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ）が製造するサイトップ（登録商標）などのアモルファス・フルオロポリマー、あるいはＵＶ、ＤＵＶ、ＥＵＶおよび／またはＶＵＶ範囲の波長に対して透明な別の適切な膜などの材料で形成される薄膜メンブレン（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｍｅｍｂｒａｎｅ）とすることができる。ペリクル膜２２は、スピン注型（ｓｐｉｎ ｃａｓｔｉｎｇ）などの従来技術によって準備し得る。

ペリクル膜２２は、ごみの粒子などの異物をフォトマスク１２から規定された距離だけ確実に離したままにすることによって、これらの異物からフォトマスク１２を保護する。これは、リソグラフィ・システムでは特に重要になり得る。リソグラフィ・プロセス中に、フォトマスク・アセンブリ１０は、リソグラフィ・システム内の放射エネルギー源によって生成された電磁エネルギーに曝される。この電磁エネルギーは、水銀アーク・ランプのおおよそＩ線〜Ｇ線の波長、あるいはＤＵＶ、ＶＵＶまたはＥＵＶ光などの様々な波長の光を含み得る。動作においては、ペリクル膜２２は、大部分の電磁エネルギーがペリクル膜２２を通ることができるように設計される。ペリクル膜２２上に集積した異物（ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ）は、処理中のウエハ表面でおそらくはピント外れになり、したがって、ウエハ上ではその露光像（ｅｘｐｏｓｅｄ ｉｍａｇｅ）は透明になるはずである。本発明の教示に従って形成されたペリクル膜２２は、あらゆるタイプの電磁エネルギーとともに良好に用いることができ、本願で説明する光波に限定されるものではない。

フォトマスク１２は、フォトマスク・ブランクから製作することができる。一実施形態では、このフォトマスク・ブランクは、基板上に形成された少なくとも１つの不透明な、または部分的に透明な材料の層を含み得る。この材料は、ＰＶＤ（物理気相成長法）、ＣＶＤ（化学気相成長法）、ＩＢＤ（イオン・ビーム蒸着法）その他の任意の適切な付着技術を用いて基板１６上に付着させることができる。従来方式の付着プロセスでは、付着させた材料中の固有応力により基板の平坦性が損なわれ、そのため基板が反ることがある。この反りにより、半導体製造プロセスにおいてレジストレーション誤差が生じることがあり、それによって、製作中のＩＣの性能が損なわれる恐れがある。一実施形態では、基板を熱処理すなわち加熱処理にかけて、付着させた材料中の応力を小さくする。したがって、この熱処理により基板の反りが防止され、半導体製造プロセスにおいてレジストレーション誤差の可能性が小さくなり得る。さらに、この熱処理により、基板と付着装置の壁の間に温度勾配が生成され、それによって加熱された基板から異物が追い出される。

フォトマスク１２は、標準のリソグラフィ・プロセスを用いて、熱処理したフォトマスク・ブランクから形成することができる。リソグラフィ・プロセスでは、マスク配置ファイルから、パターン層１８用のデータを含むマスク・パターン・ファイルを生成し得る。このマスク配置ファイルは、集積回路用のトランジスタおよび電気接続部を表すポリゴン（ｐｏｌｙｇｏｎ）を含み得る。さらに、マスク配置ファイル中のこれらのポリゴンは、集積回路が半導体ウエハ上に製作されるときには、この集積回路の異なる層を表し得る。例えば、トランジスタは、拡散層およびポリシリコン層によって半導体ウエハ上に形成することができる。したがって、このマスク配置ファイルは、拡散層上に描かれた１つまたは複数のポリゴンおよびポリシリコン層上に描かれた１つまたは複数のポリゴンを含み得る。各層ごとに、これらのポリゴンを、集積回路の１つの層を表すマスク・パターン・ファイルに変換することができる。各マスク・パターン・ファイルを用いて、この特定の層用のフォトマスクを生成することができる。

レーザ、電子ビームまたはＸ線リソグラフィ・システムを用いて、フォトマスク・ブランクのレジスト層中に所望のパターンを結像させることができる。一実施形態では、レーザ・リソグラフィ・システムは、約３６４ｎｍ（ナノメートル）の波長の光を放出するアルゴン・イオン・レーザを使用する。代替実施形態では、レーザ・リソグラフィ・システムは、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍの波長の光を放出するレーザを使用する。フォトマスク１２は、レジスト層の露光領域を現像しエッチングしてパターンを生成し、レジストで覆われていないパターン層１８の各部分をエッチングし、未現像のレジストを除去して基板１６の上にパターン層１８を生成することによって製作することができる。

図２Ａ〜図２Ｃに、フォトマスク・ブランクの製作プロセスの様々な段階におけるフォトマスク・ブランク３０の断面図を示す。図２Ａでは、基板１６が提供される。図１を参照して上記で説明したように、基板１６は、石英、合成石英、石英ガラス、ＭｇＦ_２またはＣａＦ_２などの透明な材料とすることもできるし、あるいはシリコンなどの反射性の材料とすることもできる。図２Ｂでは、基板１６上に材料層３２が形成される。一実施形態では、フォトマスク・ブランク３０を用いて、バイナリ・フォトマスクを製作し得る。この例では、材料層３２は、Ｍ_ａＯ_ｂＣ_ｃＮ_ｄ（金属オキシカルボナイトライド）とすることができる。ただし、Ｍは、ＩＶ、ＶおよびＩＶ族から選択した金属であり、ｂ、ｃおよびｄは０〜１の間で変化し、ａ＝１−（ｂ＋ｃ＋ｄ）である。あるいは、材料層３２は、その材料の厚さを、その材料の関連する光学特性（例えば、ｎおよびｋ）とともに調節すると、光が十分に減衰し、光学濃度が少なくとも２になる任意の適切な材料とすることができる。材料層３２は、均質に、または傾斜接合させて（ｇｒａｄｅｄ）、あるいは多層形式で付着させる（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）ことができる。

別の実施形態では、フォトマスク・ブランク３０を用いて、交互配置型（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ）ＰＳＭ、減衰型（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ）ＰＳＭおよびマルチトーン型ＰＳＭを含めてＰＳＭ（位相シフト・マスク）を製作することができるが、これらに限定されるものではない。この例では、材料層３２は、ＭＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚの均一な、または傾斜接合させた構造とすることができる。ただし、Ｍは、ＩＶ、ＶまたはＶＩ族から選択した金属であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１とする。あるいは、材料層３２は、Ｍ_１Ｏ_ａＮ_ｂ／Ｍ_２Ｏ_ｃＮ_ｄの多層構造とすることができる。ただし、Ｍ_１はＡｌ（アルミニウム）またはＳｉ（シリコン）、Ｍ_２はＩＶ、ＶまたはＩＶ族から選択した金属であり、ａは０〜１の間、ｂは０〜１−ａの間で変化し、ｃは０〜１の間、ｄは０〜１−ｃの間で変化する。この多層構造は、少なくとも１つの層が露光波長に対して不透明であり、他の層が露光波長に対して部分的に透明であるように上記材料を組み合わせることができる。

材料層３２は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＩＢＤその他の任意の適切な付着技術を用いて付着させることができる。ＩＢＤプロセスを用いる場合、材料層３２は、他のスパッタリング法によって形成された材料よりも密度を高くすることができる。材料層３２も、付着させる粒子すなわちスパッタ・ガス中で用いる粒子のエネルギーが大きいので、大きな固有応力を有し得る。これらの高エネルギー粒子により、基板１６上に、高圧縮応力を有し得る材料層３２が生成され、その結果、大きい応力を有する層が得られる。

一実施形態では、材料層３２中の応力は、付着プロセスが完了する前に基板１６を熱処理にかけることによって小さくすることができる。この熱処理は、放射、対流、伝導、あるいは材料層３２および／または基板１６をある温度よりも高く加熱することができる他の任意の技術によって施すことができる。この処理を連続的あるいは間欠的に施して、約３００℃（例えば、約６００Ｋ）以上の温度を得ることができる。この熱処理は、材料層３２の付着が完了する前に施されるので、付着中に材料層３２の光学特性が決まるという利点を有する。

一実施形態では、付着プロセスを開始する前に、基板１６をこの熱処理にかけることができる。基板１６が適切な温度に達した後で、基板１６を付着装置内に配置し得る。基板１６は、付着装置内では適切な温度に維持される。というのは、この装置内を真空にすることにより、基板１６から熱が放散するのが妨げられるからである。別の実施形態では、付着プロセス中に基板１６をこの熱処理にかけることができる。さらに、この熱処理により、基板１６上に付着させる材料も加熱することができる。別の実施形態では、付着プロセスの前ならびに付着プロセス中にこの熱処理を施して、基板１６が適切な温度のままになるようにすることができ、それによって材料層３２中の応力が小さくなり、望ましくない粒子が材料層３２中に混入するのが妨げられる。

下記の式で示すように、付着中に基板１６および／または材料層３２が加熱される場合には、フォトマスク１２中の熱応力（Ｓ_{ｔｈｅｒｍａｌ}）を利用して、付着させる膜の内因性応力を相殺し、したがって、フォトマスク１２の反りを小さくすることができる。

Ｓ_{ｔｈｅｒｍａｌ}＝（α_Ｆ−α）×Ｅ_Ｆ×ΔＴ
α_Ｆおよびαはそれぞれ、材料層３２および基板１６の平均膨張係数、Ｅ_Ｆは、材料層３２のヤング率、ΔＴは、付着中の基板１６の温度から測定時の基板１６の温度を引いたものである。

下記の式で示すように、材料層３２中の内因性応力を小さくすると、基板１６の曲率半径（Ｒ）が大きくなり、それによって、リソグラフィ・プロセス中、フォトマスク・ブランク３０から形成されるフォトマスク１２のレジストレーションが改善される。

σ_ｆは材料層３２中の内因性応力、Ｅ_ｓは基板１６のヤング率、ν_ｓは基板１６のポアソン比、ｄ_ｆは材料層３２の厚さ、ｄ_ｓは基板１６の厚さである。

上記の式に基づいて、約３００℃（例えば、約６００Ｋ）よりも温度を高くすることより、材料層３２中の応力を効果的に小さくすることができ、それによって、フォトマスク・ブランク３０の光学特性を変化させずに、基板１６の平坦性が劣化するのが妨げられる。

付着中に施される熱処理により、熱泳動効果（ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｒｅｓｉｓ ｅｆｆｅｃｔ）も生じることがある。これは、付着装置内で温度勾配が存在するときに生じるものであり、それによって、付着して材料層３２を形成する粒子と、周囲のガス分子の間で非対称な相互作用が生じる。すなわち、温度勾配によって生じる熱泳動効果により、粒子が加熱された表面から追い出され、冷たい表面に引きつけられる。基板１６を加熱することによって、付着チャンバの壁は、基板１６の表面よりも冷たくなり、余分な粒子が、基板１６の表面から追い出されることになる。この効果は、付着プロセス中に、粒子に働く重力および流体モーメントなどの他の力とも相互作用することがあり、はるかに清浄な付着材料層が得られる。したがって、基板１６および材料層３２から望ましくない粒子（例えば、付着装置内に存在し得る異物）が追い出されるので、材料層３２の欠陥密度は低くなり得る。

図２Ｃに示すように、フォトマスク・ブランク３０は、材料層３２の上にレジスト層３４を形成することによって完成する。図２Ｂおよび図２Ｃには、単一材料層を伴うフォトマスク・ブランク３０を示すが、前の層上に後続の層が形成されるように２つ以上の材料層を形成し得る。次いで、最上層の材料上にレジスト層３４を形成することができる。その後、標準のリソグラフィ・プロセスを用いて、フォトマスク・ブランク３０からフォトマスク１２を製作することができる。

図３に、材料層３２を付着させるのに使用することができるＩＢＤ（イオン・ビーム蒸着法）用の機器を示す。ＩＢＤプロセスでは、イオン銃（ｉｏｎ ｇｕｎ）またはイオン源としても知られるプラズマ放電部がチャンバ内に含まれ、イオン銃の出口ポートの一連のグリッド上に印加された電位によってイオンが引き出され、加速される。ＩＢＤプロセスは、ターゲットから表面上に材料を付着させるのにスパッタリングを利用する他の付着プロセスに比べて多数の利点を有する。第１に、ＩＢＤプロセスでは、基板の付着表面において比較的清浄な（例えば、望ましくない粒子の数が比較的少ない）プロセスが得られる。というのは、普通なら荷電粒子を捕捉し、それらを基板に運び得るプラズマが、基板上に形成される材料層の近傍にないからである。第２に、ＩＢＤプロセスは、比較的低いガス全圧で動作し、それによって、化学的な汚染レベルが低くなる。第３に、ＩＢＤプロセスでは、付着フラックスと、反応ガスのイオン・フラックス（電流）およびエネルギーとを独立に制御することもできる。最後に、二重（ｄｕａｌ）ＩＢＤプロセスでは、材料のターゲットと、基板と、イオン銃との間の角度を調整して、膜の均一性および膜の応力を最適化することができる。

単一ＩＢＤプロセスでは、（通常、電子源によって中和された）励起イオン・ビームが、付着銃４０から、（明示的に図示しない）ターゲット・ホルダ上に配置されたターゲット４２に方向づけられる。ターゲット４２から材料がスパッタリングされるのは、付着銃４０から衝突するイオンのエネルギーが、その特定のターゲット材料のスパッタリング閾値エネルギーよりも大きいときである。一実施形態では、この閾値エネルギーは、約５０ｅＶとすることができる。

付着銃（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｇｕｎ）４０からのイオンは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの不活性ガス源からのものとすることができるが、Ｏ_２、Ｎ_２、ＣＯ_２、Ｆ_２、ＣＨ_３またはそれらの組合せなどの反応性ガスを用いることもできる。これらのイオンが不活性ガス源からのものであるとき、ターゲット４２から材料がスパッタリングされ、材料層３２として基板１６上に付着する。これらのイオンが反応性ガス源によって生成されるときには、これらのイオンは、ターゲット４２からの材料と合成され、この化学的に合成された生成物がスパッタリングされ材料層３２として基板１６上に付着する。一実施形態では、衝突するイオンのエネルギーは、約２００ｅＶ〜約１０ＫｅＶとすることができ、イオン・フラックスすなわち電流は、実用的な（例えば、０．１ｎｍ／分よりも速い）付着速度を維持するために約１０^１３イオン／ｃｍ^２／秒よりも大きくすることができる。チャンバ内のプロセス圧は、約１０^−３〜約１０^−５トールとし得る。ターゲット４２は、シリコン、チタン、モリブデン、クロムなどの元素材料からなり得る。あるいは、この材料は、Ｍｏ_ｘＳｉ_ｙまたはＳｉＯ_２などの化合物とすることができる。ただし、ｘは約０〜約０．７であり、ｙ＝（１−ｘ）である。基板１６は、ターゲット４２に対して、厚さおよび均一性などの膜特性が最適化され、かつ応力が最小限に抑えられる距離および向きで配置することができる。

二重ＩＢＤプロセスでは、付着銃４０からのイオンに加えて、補助銃（ａｓｓｉｓｔ ｇｕｎ）４４からのイオンが電子源によって中和され、基板１６の表面に向かって方向づけられる。動作時に、補助銃４４は、低エネルギー（例えば、約１００ｅＶ未満の）イオンの調整可能なフラックスを提供する。これらのイオンは、基板１６の表面で、ターゲット４２からスパッタリングされた原子と反応して材料層３２を形成する。補助銃４４からのイオンは、Ｏ_２、Ｎ_２、ＣＯ_２、Ｎ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏ、ＮＨ_３、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｆ_２、ＣＨ_４またはＣ_２Ｈ_２などの反応性ガス源、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅまたはそれらの組合せなどの不活性ガスから発するものとすることができる。一実施形態では、補助銃４４からのイオンのエネルギーは、付着銃４０からのイオンのエネルギーよりも低くし得る。

一般に、二重ＩＢＤプロセスを用いて、ＤＵＶ、ＶＵＶおよびＥＵＶ範囲の露光波長のリソグラフィ用位相シフト・マスクを形成するのに有用であり、約１８０°の位相シフトが得られるより複雑な構造を製作する。例えば、ＳｉＮ_ｘおよびＴｉＮ_ｙ（ただし、ｘは約１．０〜約１．３の範囲であり、ｙは約１．０である）からなる複数の層を、基板１６に補助銃４４からの反応性窒素による衝突を与えながら、それぞれのターゲットから元素シリコンおよびチタンを交互に付着させることによって形成することができる。ただし、単一ＩＢＤプロセスも、約８００Ｖのビーム電圧を用いて、複雑な構造を付着させるのに用いることができる。例えば、単一または二重ＩＢＤプロセスのいずれかを用いて、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＮなどの材料と（ただし、これらに限定されるものではない）、Ｓｉ_３Ｎ_４／ＴｉＮ、Ｔａ_２Ｏ_５／ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_２／ＴｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４／ＳｉＯ_２またはＣｒＦ_３／ＡｌＦ_３などの多層の化合物材料とを付着させることができる。

単一または二重ＩＢＤプロセスを用いて、光学的な吸収層（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｌａｙｅｒ）と光学的な透過層（ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）が交互に並ぶ構造の形態で材料層３２を付着させることもできる。この吸収コンポーネントは、約４００ｎｍ未満の波長に対して消光係数（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ｋが０．１よりも大きい（例えば、約０．５〜約３．５）ことによって特徴づけることができ、透過コンポーネントは、約４００ｎｍ未満の波長に対して消光係数ｋが１．０よりもかなり小さいことによって特徴づけることができる。この吸収コンポーネントの屈折率は、４００ｎｍ未満の波長に対して約０．５〜約３．０の範囲とすることができ、透過コンポーネントの屈折率は、同じ波長に対して約１．２〜約３．５の範囲とすることができる。

材料層３２の光透過コンポーネントは、適切な酸化金属、窒化金属またはフッ化金属、および光を透過する形態の炭素から選択し得る。材料層３２の酸化物ベースの光透過コンポーネントは、シリコン、アルミニウム、ゲルマニウム、タンタル、ニオブ、ハフニウムおよびジルコニウムの酸化物を含めて、光学バンドギャップ・エネルギーが約３ｅＶよりも大きい酸化物から選択することができるが、これらに限定されるものではない。材料層３２の窒化物ベースの光透過コンポーネントは、アルミニウム、シリコン、ホウ素および炭素の窒化物を含めて、光学バンドギャップ・エネルギーが約３ｅＶよりも大きい窒化物材料から選択することができるが、これらに限定されるものではない。材料層３２のフッ化物ベースの光透過コンポーネントは、ＩＩ族の元素またはランタノイド元素（例えば、原子番号５７〜７１の元素）のフッ化物を含めて、光学バンドギャップ・エネルギーが約３ｅＶよりも大きいフッ化物などの材料から選択することができるが、これらに限定されるものではない。光透過性炭素は、ｓｐ^３ Ｃ−Ｃ結合を伴う炭素と称することがあり、ＤＬＣ（ダイヤモンド様炭素）としても知られるダイヤモンド構造を有する炭素を含み得る。ＤＬＣは、その光学特性が広範囲であることから、吸収層または透過層のいずれかとして機能することができる。１つまたは複数の酸化物、フッ化物、窒化物およびＤＬＣの組合せを、単一または二重ＩＢＤプロセスによって付着させることもできる。

材料層３２の光吸収コンポーネントは、元素金属、窒化金属、酸化物およびそれらの任意の組合せから選択し得る。材料層３２の酸化物ベースの光吸収コンポーネントは、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢおよびＶＩＢ族からの酸化物を含めて、光学バンドギャップ・エネルギーが材料層３２の透過コンポーネントのものよりも小さい材料から選択することができるが、これらに限定されるものではない。材料層３２の窒化物ベースの光吸収コンポーネントは、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢおよびＶＩＢ族の窒化物を含めて、光学バンドギャップ・エネルギーが約３ｅＶ未満の材料から選択することができるが、これらに限定されるものではない。１つまたは複数の金属、酸化物および窒化物の組合せを、単一または二重ＩＢＤプロセスによって付着させることもできる。

材料層３２の光吸収層および光透過層は、周期的または非周期的な配置でイオン・ビームにより付着させることができる。一実施形態では、この膜の光吸収層およびこの膜の光学的に透明な層を、交互に並んだ配置で付着させる。

単一または二重ＩＢＤプロセスを用いて、約４００ｎｍ未満のリソグラフィ波長用のバイナリ・フォトマスクを製作することもできる。例えば、ＩＢＤプロセスを用いて、単層または多層のＭＯ_ｘＣ_ｙＮ_ｚを付着させることができる。ただし、Ｍはクロム、モリブデン、タングステンまたはタンタルあるいはそれらの任意の組合せから選択し、ｘは約０〜約３．０の範囲の値をとり、ｙは約０〜約１．０、ｚは約０〜約２．０の範囲の値をとる。一実施形態では、ＭＯ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ材料の光学濃度（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ）は、約２単位（ｔｗｏ ｕｎｉｔｓ）よりも大きくすることができる。

一般に、材料層３２を形成するＩＢＤ材料は、二成分化合物（ｂｉｎａｒｙ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）であるＡＸ、ＡＸ_２、Ａ_２ＸおよびＡ_ｍＸ_ｚあるいはこれらの組合せのクラスに属するものとして結晶化学体系に分類することができる。ただし、ｍおよびｚは整数であり、Ａは陽イオンを表し、Ｘは陰イオンを表す。化学的な中性を維持することに適合する間隙（ｖａｃａｎｃｙ）を含めて、（Ａ、Ｘ）の両部位に対する部分的な化学置換が可能である。

図４に、材料層３２を基板１６上に付着する前、あるいは付着中に、伝導を利用してアニールするのに用いる機器の例を示す。基板１６は、基板１６の両側に配置したクランプ遮蔽物５０によって基板の側面で保持することができる。コンピュータ５４によって制御される調整可能な発電機５６に、ホット・プレート５４中に配置した抵抗性導線５２を接続し得る。ホット・プレート（ｈｏｔ ｐｌａｔｅ）５４中の熱電対５６により、コンピュータ５４に温度をフィードバックすることができる。この加熱プロセス（例えば、熱処理）は、基板１６上に材料層３２を付着する前、あるいは付着中に行って、材料層３２中の応力を小さくすることができる。

図５に、材料層３２を基板１６上に付着する前、あるいは付着中に、対流を利用してアニールするのに用いる機器の例を示す。基板１６の底面の周囲に配置したＯリング６０を用いて、対流機器から基板１６を離すことができる。導線コイル６２を用いて、基板１６の下を流れるガス６３を加熱し得る。一実施形態では、ガス６３は、ヘリウムまたはアルゴンなどの不活性ガスとすることができる。別の実施形態では、ガス６３は、熱伝達特性が良好で、付着プロセスで用いるガス中に異物粒子が導入されず材料層３２が汚染されない任意の適切なガスとすることができる。ガス６３は、コンピュータ６６によって制御される調整可能なバルブ６４によって対流機器内に放出し得る。次いで、ガス６３は、基板１６の下を通り、排気ポート６８を通って外に出る。ガス６３は、材料層３２を付着する前、あるいは付着中に基板１６を暖め、それによって付着中の材料中の内因性応力が小さくなる。

図６に、材料層３２を基板１６上に付着する前、あるいは付着中に、放射を利用してアニールするのに用いる機器の例を示す。赤外または紫外範囲の放射を提供する１つまたは複数のランプ７０を基板１６に向けて方向づけることができる。ランプ７０は、基板１６の方向に放射を方向づける結像機能のない反射器７２を含み得る。基板１６上に材料を付着させる間、あるいはその前に、ランプ７０をオンにして、基板１６を熱処理にかけて材料層３２中の応力を少なくすることができる。一実施形態では、これらのランプは、基板１６の上面（例えば、材料層３２が形成される側）に向けて方向付けることができる。別の実施形態では、ランプがＩＲ範囲の光を用いる場合、これらのランプを基板１６の裏面に向けて方向づけることができる。

本発明を詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の領域および範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更、置換および改変を加えることができることを理解されたい。

本発明の教示による、フォトマスク・ブランクから製作されたフォトマスクを含むフォトマスク・アセンブリを示す断面図である。 本発明の教示によるフォトマスク・ブランクの製造プロセスの様々な段階を示す断面図である。 本発明の教示によるフォトマスク・ブランクの製造プロセスの様々な段階を示す断面図である。 本発明の教示によるフォトマスク・ブランクの製造プロセスの様々な段階を示す断面図である。 本発明の教示による、基板上に材料を付着させるのに用いるイオン・ビーム蒸着機器を示す図である。 本発明の教示による、伝導により基板上に付着させた材料をアニールするのに用いる機器の例を示す図である。 本発明の教示による、対流により基板上に付着させた材料をアニールするのに用いる機器の例を示す図である。 本発明の教示による、放射により基板上に付着させた材料をアニールするのに用いる機器の例を示す図である。

Claims (27)

1. フォトマスク・ブランクを製造する方法であって、
   基板の少なくとも一部分上に第１材料を付着させて、第１材料層を形成することと、
   前記第１材料を付着し終える前に、約３００℃よりも高い温度で前記基板を熱処理にかけることとを含む、方法。
2. 前記第１材料層中の応力を小さくするように動作可能な熱処理をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１材料の付着を開始する前に前記熱処理を施すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１材料の付着中に前記熱処理を施すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１材料の付着中に、前記基板上に付着する異物を少なくするように動作可能な熱処理をさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１材料の付着中に、連続的に前記熱処理を施すことをさらに含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記第１材料の付着中に、間欠的に前記熱処理を施すことをさらに含む、請求項４に記載の方法。
8. 放射によって前記熱処理を施すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 対流によって前記熱処理を施すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. 伝導によって前記熱処理を施すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 化学気相成長法、物理気相成長法およびイオン・ビーム蒸着法からなる群から選択される付着プロセスをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１材料および第２材料を一緒に付着させて、傾斜接合した材料層を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記第１材料の少なくとも一部分上に第２材料を付着させて、第２材料層を形成することと、
    前記第２材料を付着し終える前に前記熱処理を施すこととをさらに含む、請求項１に記載の方法。
14. フォトマスク・ブランクを製造する方法であって、
    イオン・ビーム蒸着法を用いて基板の少なくとも一部分上に少なくとも１つの材料を付着させて、少なくとも１つの材料層を形成することと、
    前記材料の付着中に、約３００℃よりも高温で前記基板を、前記材料層中の応力を小さくするように動作可能な熱処理にかけることとを含む、方法。
15. 前記付着プロセス中に、前記基板上に付着する異物を少なくするように動作可能な熱処理をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 放射によって前記熱処理を施すことをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
17. 対流によって前記熱処理を施すことをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
18. 伝導によって前記熱処理を施すことをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記基板の少なくとも一部分上に複数の材料を順次付着させて、複数の材料層を形成することと、
    前記各材料の付着中に、前記基板を前記熱処理にかけることとをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
20. 基板と、
    前記基板の少なくとも一部分上に形成されたパターン層とを備えるフォトマスクであって、
    前記パターン層が、
    前記パターン層を形成するために前記基板の少なくとも一部分上に材料を付着させることと、
    前記材料を付着し終える前に、約３００℃よりも高い温度で、前記基板を熱処理にかけることとによって形成される、フォトマスク。
21. 前記パターン層中の応力を小さくするように動作可能な熱処理をさらに含む、請求項２０に記載のフォトマスク。
22. 前記材料の付着中に、前記基板上に付着する異物を少なくするように動作可能な熱処理をさらに含む、請求項２０に記載のフォトマスク。
23. 前記基板の少なくとも一部分上に複数の材料を順次付着させて、複数のパターン層を形成することと、
    前記各材料の付着中に、前記基板を前記熱処理にかけることとをさらに含む、請求項２０に記載のフォトマスク。
24. ペリクル・フレームおよび前記ペリクル・フレームに取り付けられたペリクル膜によって部分的に画定されたペリクル・アセンブリと、
    前記ペリクル膜の反対側で前記ペリクル・アセンブリに結合され、基板上に形成されたパターン層を含むフォトマスクとを備えるフォトマスク・アセンブリであって、
    前記パターン層が、
    前記パターン層を形成するために基板の少なくとも一部分上に少なくとも１つの材料を付着させることと、
    前記材料を付着し終える前に、約３００℃よりも高い温度で熱処理を施すこととによって形成される、フォトマスク・アセンブリ。
25. 前記パターン層中の応力を小さくするように動作可能な熱処理をさらに含む、請求項２４に記載のフォトマスク・アセンブリ。
26. 前記材料の付着中に、前記基板上に付着する異物を少なくするように動作可能な熱処理をさらに含む、請求項２４に記載のフォトマスク・アセンブリ。
27. 前記フォトマスクが位相シフト・マスクを含む、請求項２４に記載のフォトマスク・アセンブリ。

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