JP3276954B2 - フォトマスクブランク、フォトマスク、及びそれらの製造方法並びに微細パターン形成方法 - Google Patents
フォトマスクブランク、フォトマスク、及びそれらの製造方法並びに微細パターン形成方法Info
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Description
る微細加工の際に、フォトリソグラフィー法のマスクと
して使用されるフォマスク及びフォトマスクの素材であ
るフォトマスクブランク、並びに、それらを製造する方
法に関する。
領域の形成プロセスにおいてフォトリソグラフィー技術
が適用されている。フォトリソグラフィー工程において
露光の原版として使用されるフォトマスクブランクとし
ては、透明基板上にクロム(Cr)の遮光膜を形成した
基本構成、あるいは、露光光による遮光膜表面での反射
を防止するために、更に酸化窒素クロム(CrON)膜
などの反射防止膜を積層させた複数層構造を有するフォ
トマスクブランクが知られている。
る場合、スパッタターゲットが配置された真空チャンバ
内に透明基板を導入し、反応性スパッタ法により透明基
板上に遮光膜を成膜する方法が採られている。このよう
な成膜方法において、フォトマスクブランクの生産性を
上げるために、スパッタ電力をあげて成膜を行うことが
考えられる。しかし、スパッタ電力を上げると、成膜速
度すなわち堆積速度は速くなるものの、ターゲット中に
不純物が存在していた場合、成膜後の薄膜中におけるパ
ーティクルの発生頻度が増加し、歩留まりが低下する可
能性がある。
的として、成膜速度すなわち堆積速度を下げるために、
スパッタ電力を下げるということを本発明者は検討し
た。しかし、単にスパッタ条件として、パワー(スパッ
タ電力)を下げる点のみに着目すると、以下のような問
題点が新たに発生することが明らかになった。
る薄膜の成膜速度をそれぞれ遅くすると、概して、透明
基板上に堆積する膜の結晶粒が大きくなり、それに伴
い、結晶粒同士が引っ張り合うために極度の膜応力が発
生することが判明した。膜応力発生のメカニズムについ
ては定かではないが、膜の堆積速度に起因しているとも
想定される。そして、特に、クロム系の薄膜により構成
されるフォトマスクブランク、例えば、3層構造を有す
るCrN/CrC/CrONのような構成を有するフォ
トマスクブランクの場合、最も膜厚の大きいCrCにお
いて、この問題が深刻化することが明らかとなった。さ
らに、本発明者らが考察した結果、膜応力は、薄膜を形
成する膜材料にも大きく影響されることがわかった。特
に、クロム系薄膜の場合、クロムに炭素を含む炭化クロ
ム膜や、クロムに酸素を含む酸化クロム膜の場合、この
応力の問題が深刻化することが明らかとなった。
たような膜応力を有する薄膜を含んでなるフォトマスク
ブランク、並びに、それをパターニングして得られたフ
ォトマスクにおいては、引っ張り応力が発生してしま
い、基板そりが発生している。したがって、このような
フォトマスクブランクからフォトマスクを作成すると、
パターニング精度が設計通りにならず、不良品を生産し
てしまうおそれがある。すなわち、半導体集積回路装置
の製造においては、配線設計が重要であって、このよう
なフォトマスクを使用して半導体ウェハ等にパターンを
転写すると、設計通りのパターンが半導体ウェハ上に形
成されず、回路の動作不良の原因となるため、このよう
なフォトマクスは使用できずに不良品になってしまう。
パワーでのスパッタ法による成膜条件下で形成される薄
膜における膜応力の問題を回避できるフォトマスクブラ
ンクの製造方法について検討した。
質は、スパッタ電力の条件を除き、以下のスパッタ条件
に基づいて決定されるものであって、それぞれのパラメ
ーターについて本願発明者は検討および実験を行った。
て検討を行った。このとき、スパッタ条件としてガス圧
のみに着目し、他のパラメーターを一定値に設定して、
実験及び検討を行った。
rONを形成したフォトマスクブランクにおいて、Cr
Cを形成する際のガス圧と、膜応力に起因した基板反り
の変化量との関係を示す特性図を示す。ここで基板反り
の変化量は、平坦度変化量とし、この平坦度変化量は、
透明基板の平坦度を初期値とし、その初期値の平坦度と
透明基板上に薄膜を形成したときの平坦度との差とし
た。平坦度変化量の符号は、−(マイナス)の場合に引
張応力的変化を、+(プラス)の場合に圧縮応力的変化
を示すものとする。なお、平坦度は、TROPEL社製
AS8019によって測定した。この特性図によれば、
ガス圧が低い方が変化量が少なく、ガス圧が高い方が変
化量が大きくなる(膜応力が大きくなる)ことが明らか
である。つまり、この検討結果によれば、ガス圧を高く
すると、堆積速度が低くなり過ぎて平坦度変化量が大き
くなる(膜応力が大きくなる)ので、好ましくなく、さ
らに、ガス圧を、低くすると、成膜安定性が悪くなるの
で好ましくないことが判明した。
いて検討を行った。スパッタ条件として、パワー、ガス
圧は変化させず、ガス成分のみに着目した場合に、他の
パラメーターを一定値に設定して、実験及び検討を行っ
た。
タに使用されるガスとして、不活性ガス中に反応性ガス
を混合する方法が用いられている。本発明者らは、まず
反応性ガスに着目し、例えば反応性ガスとして窒素
(N)を採用してスパッタを行った。その結果、窒素の
量が多すぎると、異常放電によるパーティクルが発生す
ることがわかった。よって、反応性ガスN(窒素)を導
入する際には、導入量に限界があるので、混合ガスの成
分(不活性ガス中に占める反応性ガスの量)を適量化さ
せる必要があることが判明した。例えば、CrCの遮光
膜上にCrONの反射防止膜を形成したフォトマスクブ
ランクのとき、低波長(例えば、365nm)の用途に
使用する場合、光学特性の関係上、CrON膜の膜厚を
薄くする必要がある。CrON膜の膜厚を薄くするため
に、反応性ガスである一酸化窒素(NO)ガスの導入量
を減らしたが、このことによって、CrON膜中におけ
るN(窒素)原子の低下により膜応力が発生した。一
方、前記CrON膜形成時に、逆に、反応性ガスである
一酸化窒素(NO)ガスの導入量を増加させ過ぎること
で、N(窒素)原子の影響によりスパッタ時に異常放電
が発生し、前述したパーティクルの問題で膜質が悪化し
てしまうという問題が生じた。したがって、反応性ガス
としてN(窒素)の導入量を最適化するとしても、導入
量と膜質との関係において、最適なスパッタ条件を作り
出すのは困難であることが判明した。
しての各パラメーター、すなわち、ガス圧、ガス流量比
およびスパッタ電力等を変化させて成膜した場合、成膜
された膜の光学特性の変化、または、膜質の変化等、光
学特性および膜質の両特性を制御することは非常に困難
であった。したがって、スパッタにおけるパワーを下げ
るという条件の下で前述の混合ガスを構成するガスの種
類として、制御性の良好な不活性ガスを探索すること
で、前記目的を達成することを試みた。
たもので、混合ガスの構成を変更させることで、低膜応
力の薄膜を有し、膜質が良好で、且つ、高歩留まりで量
産可能なフォトマスクブランク、フォトマスク、及びそ
れらの製造方法を提供することを目的とする。
は、透明基板上に少なくとも遮光機能を有する薄膜を形
成したフォトマスクブランクにおいて、前記薄膜にヘリ
ウムが含まれていることを特徴とするフォトマスクブラ
ンクである。
光機能を有する薄膜を形成したフォトマスクブランクに
おいて、前記薄膜は、雰囲気ガスが導入された真空チャ
ンバー内にスパッタターゲットを配置し、スパッタリン
グにより形成されたものであって、前記薄膜は、雰囲気
ガス中に占めるヘリウムガスの含有量を30〜90堆積
%とし、堆積速度を0.5nm/sec〜6nm/se
cの範囲で成膜したものであることを特徴とするフォト
マスクブランクである。
のうち選ばれた少なくとも1種を含む膜であることを特
徴とする第1又は第2の発明にかかるフォトマスクブラ
ンクである。
光膜と、酸素を含む反射防止膜とを含む積層膜であるこ
とを特徴とする第3の発明にかかるフォトマスクブラン
クである。
ら透明基板側に向って酸素が連続的に減少し、かつ炭素
が連続的に増加していることを特徴とする第4の発明に
かかるフォトマスクブランクである。
素が0〜70at%であることを特徴とする第4又は第
5の発明にかかるフォトマスクブランクである。
含まれていることを特徴とする第1〜第6のいずれかの
発明にかかるフォトマスクブランクである。
7nmであることを特徴とする第1〜第7のいずれかの
発明にかかるフォトマスクブランクである。
の間に、前記薄膜に含まれる同じ金属材料と窒素とを含
む窒化膜が形成されていることを特徴とする第1〜第8
のいずれかの発明にかかるフォトマスクブランクであ
る。
ら透明基板側に向かって酸素が連続的に減少し、かつ炭
素が連続的に増加しており、前記窒化膜における窒素
は、前記薄膜に含まれる窒素の含有量より相対的に多く
含まれると共に、前記窒化膜の窒素が増加するにしたが
って前記金属が減少することを特徴とする第9の発明に
かかるフォトマスクブランクである。
む膜であることを特徴とする第1〜第10のいずれかの
発明にかかるフォトマスクブランクである。
スからなることを特徴とする第1〜第11のいずれかの
発明にかかるフォトマスクブランクである。
の発明にかかるフォトマスクブランクの透明基板上に形
成した前記薄膜、又は、前記薄膜及び前記窒化膜をパタ
ーニングすることによってマスクパターンが形成されて
いることを特徴とするフォトマスクである。
真空チャンバー内にスパッタターゲットを配置し、スパ
ッタリング法により透明基板上に少なくとも遮光機能を
有する薄膜を形成するフォトマスクブランクの製造方法
において、予め雰囲気ガス中に含まれるヘリウムガスの
含有量と、前記薄膜の膜応力との相関関係を求めてお
き、前記薄膜が前記薄膜をパターニングしたときに得ら
れるマスタパターンが、所望なパターン位置精度となる
ような膜応力となるように、ヘリウムガスの含有量を前
記相関関係から求め、このヘリウムガス含有量を含む雰
囲気ガスの中で、前記薄膜を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である。
真空チャンバー内にスパッタターゲットを配置し、スパ
ッタリング法により透明基板上に少なくとも遮光機能を
有する薄膜を形成するフォトマスクブランクの製造方法
において、前記薄膜は、堆積速度が0.5nm/sec
〜6nm/secで構成され、前記雰囲気ガスは、ヘリ
ウムガスを含むことを特徴とするフォトマスクブランク
の製造方法である。
真空チャンバー内にスパッタターゲットを配置し、スパ
ッタリング法により透明基板上に少なくとも遮光機能を
有する薄膜を形成したフォトマスクブランクの製造方法
において、前記薄膜は、スパッタ電力が950〜300
0Wで成膜され、前記雰囲気ガスは、ヘリウムガスを含
むことを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法で
ある。
るヘリウムガスの含有量が30〜90体積%であること
を特徴とする第14〜第16のいずれかの発明にかかる
フォトマスクブランクの製造方法である。
るヘリウムガスの含有量が40〜65体積%であること
を特徴とする第14〜第17のいずれかの発明にかかる
フォトマスクブランクの製造方法である。
素のうちの選ばれた少なくとも1種を含む膜であること
を特徴とする第14〜第18のいずれかの発明にかかる
フォトマスクブランクの製造方法である。
遮光膜と、酸素を含む反射防止膜とを含む積層膜であっ
て、前記遮光膜又は反射防止膜の少なくともいずれか一
方が、ヘリウムガスを含む雰囲気ガス中でスパッタ成膜
することを特徴とする第19の発明にかかるフォトマス
クブランクの製造方法である。
との間に、前記薄膜に含まれる同じ金属と窒素とを含む
窒化膜を形成することを特徴とする第14〜第20のい
ずれかの発明にかかるフォトマスクブランクの製造方法
である。
膜及び前記窒化膜をインラインスパッタリング法で形成
することを特徴とする請求項14〜21のいずれかの発
明にかかるフォトマスクブランクの製造方法である。
膜であることを特徴とする第14〜第22のいずれかの
発明にかかるフォトマスクブランクの製造方法である。
スからなることを特徴とする第14〜第23のいずれか
の発明にかかるフォトマスクブランクの製造方法であ
る。
かの発明にかかる製造方法によって得られたフォトマス
クブランクの前記透明基板上に形成された膜を選択的に
除去してマスク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である。
フィー法によって微細パターンを形成する微細パターン
形成方法において、微細パターンの転写を行う際に用い
るマスクとして第13の発明にかかるフォトマスクを用
いることを特徴とする微細パターン形成方法である。
図2は実施例1のフォトマスクの断面図である。
ランク1では、透明基板2として、両主表面及び端面が
精密研磨された5インチ×5インチ×0.09インチの
石英ガラス基板を用いている。そして、前記透明基板2
上に、第1遮光膜3としての窒化クロムCrN〔Cr:
80原子%、N:20原子%(以下、at%という)、
膜厚:150オングストローム〕、第2遮光膜4として
の炭化クロムCrC膜(Cr:94at%、C:6at
%、膜厚:600オングストローム)、反射防止膜5と
しての酸化窒化クロム(CrON)膜(Cr:30at
%、O:45at%、N:25at%、膜厚:250オ
ングストローム)が形成されている。
ける表面反射率は、反射防止膜5中に含まれる酸素と窒
素の含有量によって決まり、膜厚を適宜調査することに
よって制御する。なお、一般に表面反射率を制御する上
で、露光光の波長付近で膜厚に対する反射率依存性が少
なくなるように組成が選択される。
図1のフォトマスクブランク1をエッチングすることに
より形成されるものである。
特徴と、それによるフォトマスクブランク1としての効
果について説明する。
1、図4は実施例1のフォトマスク11の、それぞれの
製造方法を説明するための模擬的断面図である。
面)を精密研磨して得た。5インチ×5インチ×0.0
9インチの透明基板2を使用すると共に、クロムターゲ
ットを用い、アルゴンと窒素の混合ガス雰囲気中(A
r:80体積%、N2 :20体積%、圧力:0.3パスカ
ル)で反応性スパッタリングにより、図3(a)に示す
ように、第1遮光膜3として、膜厚150オングストロー
ムのCrN膜を形成した。得られたCrN膜における窒
素の含有量は20at%であった。
外に、蛍石、各種ガラス(例えば、ソーダライムガラ
ス、アルミノシリケートガラス、アルミノボロシリケー
トガラス等)、弗化カルシウム、弗化マグネシウム、シ
リコン等が用いられる。
紫外域の波長で吸収の少ない石英ガラスが良いが、一般
に、他のソーダライムガラス、アルミノボロシリケード
ガラスと比較して、石英ガラスはクロム膜との熱膨張係
数の差や硝種の違いによるものと思われる膜応力が大き
い。従って、本発明は、フォトマスク用ガラス基板とし
て適している石英ガラス基板との組合せにおいて適して
いる。
ターゲットを用い、アルゴン、メタン及びヘリウムによ
りなる混合ガス雰囲気(Ar:30体積%、CH4 :1
0体積%、He:60体積%、圧力0.3パスカル、ス
パッタ電力:1650W、堆積速度:3.5nm/se
c)中で、反応性スパッタリングにより、第2遮光膜4と
して、膜厚600オングストロームのCrC膜を形成し
た。なお、前記フォトマスクブランク1におけるCrC
膜中の炭素含有量を測定したところ、6at%であり、
エッチングレートは0.3nm/秒(以下secと記す)
であった。また、CrC膜の結晶粒径を透過型電子顕微
鏡(TEM)で測定したところ、粒子径が1〜7nmで
あった。
法は、不活性ガスとしてのヘリウムを混合ガスの一種と
して含ませることにより、上記問題点を解決するもので
ある。ここで、図3(b)では、Heの混合ガスにおけ
る含有量を60体積%にした例について示したが、前記
混合ガスにおけるそれぞれのガスの混合の割合について
は、実験結果に基づき後に詳述する。
ットを用い、アルゴンと一酸化窒素の混合ガス雰囲気
(Ar:80体積%、NO:20体積%、圧力:0.3
パスカル)中で反応性スパッタリングにより、図3
(c)に示すように、反射防止膜5として、膜厚250
オングストロームのCrON膜を、CrC膜形成と連続
的に形成し、超音波洗浄を行ってフォトマスクブランク
1を得た。
るCrON膜中の酸素及び窒素の含有量を測定したとこ
ろ、酸素は45at%、窒素は25at%であった。こ
のようにして作製されたフォトマスクブランク1の光学
特性を市販の装置を使用して測定したところ、それぞ
れ、波長365nmにおいて、光学濃度3.0、表面反
射率12%であった。また、全ての膜において膜欠陥も
なく、膜質が良好であった。
CrON膜のフォトマスクブランク1のシート抵抗を測
定したところ、25(/□以下であり、良好な導電性が
得られた。これは、電子露光の際に、CrON膜とレジ
ストとの間に電荷の蓄積が起こりづらいことを示してい
る。
(電子科学社製:EMD-WA 1000)によって、フォトマス
クブランク1に含まれるHeを分析した。ここで、昇温
脱離分析法は、試料をプログラム加熱した場合の脱離ガ
スの組成を質量分析計によって同定する分析法である。
真空系外にある赤外ランプの光を透明性の高い溶融石英
製のロッドを通じて測定室内に導くようになっており、
ロッドの上端に前記不透明石英製の試料台が載せられて
いる。上記得られたフォトマスクブランク1から10m
m□に切り出した試料を、昇温脱離ガス分析装置の不透
明石英製の試料台に載せ、下より導入された赤外線で試
料を加熱する。試料温度は、薄膜表面に接触した熱電対
により測定を行う。尚、このとき、真空度を〜4×10
-7Pa、昇温速度を10〜60℃/minとし、室温を
〜850℃まで変化させたときの質量数(m/e)=4
(He)のガス脱離挙動について質量分析計で測定を行っ
た。
の昇温脱離ガス分析結果(パイログラム)を示すもの
で、試料温度に対する質量数(m/e)=4の脱離量変
化を示している。ここで、パイログラムとは、横軸に温
度の目盛り、縦軸に特定質量数(ここでは4(He))の
出力を目盛ったものをいう。図7の横軸は、試料温度、
縦軸は、質量分析計によって測定した質量数(m/e)
=4の脱離量を任意強度で表したものである。
は、質量数(m/e)=4(He)の脱離が観測され、膜
中にヘリウム(He)が含まれていることが確認された。
ンを形成する際に行われるレジスト膜のベーク温度以上
から行われることが好ましく、具体的には、ヘリウムの
脱離は、250℃以上となることが望ましい。
変化量を測定したところ、−1.4μmと、変化が小さ
く、膜応力が小さいことが確認された。
スパッタリングにおいて、混合ガスとしてヘリウムを含
有することによって、CrC膜を形成している粒子の径
が1〜7nmと小さくなり、膜応力のない良好な薄膜が
得られ、平坦度変化量が少ないフォトマスクブランク1
が得られる。このメカニズムについては定かではない
が、CrC膜の結晶が微細化しているもののアモルファ
スにはなっておらず、Cr粒子の結合に関与しないヘリ
ウム(He)原子が入り込むことによって、Crの結晶
成長を妨げながらCrC膜が成膜していくものではない
かと推定される。
射防止膜5としてのCrON膜上にレジスト6を塗布
し、パターン露光及び現象により、レジストパターンを
図4(b)に示すように形成した。なお、CrONは、
反射防止機能を有するだけでなく、酸化防止機能をも有
するものであり、それゆえに、耐久性が良く、フォトマ
スクブランク1としての良好な特性を示す。よって、後
の工程で使用するレジストとの密着性が良好となり、前
記パターニングに際して、安定した高精度のパターニン
グが実施される。
第2セリウムアンモニウム165gと濃度70%の過塩
素酸42mlに純水を加えて1000mlとしたエッチ
ング液を温度19℃〜20℃に保持し、このエッチング
液によってウエットエッチングを施して、前記レジスト
パターンをマスクとしてCrON膜を図4(c)に示す
ようにパターニングした。
のパターニング、CrC膜のパターニング、CrN膜の
パターニングが連続して行われ、酸素プラズマや硫酸を
用いて通常の方法で前記レジストを剥離した後、図4
(d)に示すように、所望パターンを有するフォトマス
ク11を得た。この得られたフォトマスク11における
マスクパターンの位置精度を測定したところ、設計値と
変わらず極めて良好であった。
リウムHeの含有量について説明する。まず、上述の実
施例1において、CrN膜の形成時には、膜成分として
窒素が混在しているため、
力は問題にならず、混合ガス中にHeを含有せず、反応
性ガスである窒素を制御することで、前述のように良質
な薄膜が得られた。そして、CrC膜については、基板
上に膜を形成した場合、CrとCは引張応力的変化を示
すことから、混合ガス中においてArを含有するだけで
なく、Heを60体積%含有する混合ガスを用いた。ま
た、CrON膜については、CrとO(酸素)が含まれ
る膜は同様に引張応力変化を示す傾向にあるが、窒素が
含まれていることと、比較的膜厚が薄いことにより、混
合ガス中にHeを含有させなかった。
中のHe含有量と、応力に起因した基板反りの変化量
(平坦度変化量)との関係を示す特性図を示す。スパッ
タの制御性確保のためにHeを増加させると、放電が不
安定になるので、混合ガス中のHeの含有量は、90体
積%程度にとどめる必要がある。又、混合ガス中のHe
の含有量を40〜65体積%程度にすると、ガス圧の関
係上最も高品質の膜質が得られた。また、この時の薄膜
の堆積速度は約4nm/secであり、かつ、透明基板
上に膜を形成したことによる平坦度変化量は約−1.3
μmと極めて小さかった。
体積%程度にしても、スパッタパワーを調整することに
より、良好な膜を得ることができた。また、混合ガス中
のHeの含有量を30体積%程度にすると、平坦度変化
量が約−1.8μmとなったが、このフォトマスクブラ
ンク1を使用して作成したフォトマスク11におけるマ
スクパターンのパターン位置精度は、良品として識別で
きる範囲内であった。なお、マスクパターンのパターン
位置精度の点から平坦度変化量が−2μm以下とするこ
とが好ましい。
ついては、エッチングレートを考慮した上で、膜質に応
じて、含有量を調整することが望ましい。これらの点を
考慮して、混合ガス中のHeの含有量は、30〜90体
積%、好ましくは、40〜65体積%とすることが望ま
しい。
ワー(スパッタ電力)をさらに低下させ、薄膜の堆積速
度を0.5nm/secに設定してフォトマスクブラン
ク1を作成したが、問題となるような膜応力は発生せ
ず、フォトマスクブランク1およびこれを使用して作成
したフォトマスク11としては、平坦度変化量が少な
く、パターン位置精度も良好で、良品の範囲内であっ
た。逆にスパッタパワー(スパッタ電力)を高くして、
薄膜の堆積速度を約6nm/secに設定してフォトマ
スクブランク1を作成した場合も、特に薄膜内に問題と
なるようなパーティクルは認められず、フォトマスクブ
ランク1およびこれを使用して作成したフォトマスク1
1としては良品の範囲内であった。なお、このときのス
パッタガス圧は、0.2〜0.6Paとし、スパッタ電
力は950〜3000Wであった。好ましくは、膜応
力、膜欠陥の関係上、スパッタ電力は、1200〜20
00Wが望ましい。
実施例1のフォトマスクブランク1には、昇温脱離ガス
分析装置(TDS)によって、m/e=4(ヘリウム)
の脱離が観測され、膜中にヘリウム(He)が含まれて
いることを示したが、混合ガス中のHeガス含有量を8
0体積%、60体積%、40体積%と変化させた場合の
m/e=4の相対強度比を測定したところ、m/e=4
の相対強度(ヘリウム)は、混合ガス中のHe含有量に
比例して増加していることが確認された。この結果か
ら、混合ガス中のHe含有量を調整することによって、
スパッタ成膜して得られる膜中に含まれるHeの含有量
を調節することができる。なお、上記相対強度は、図7
のパイログラムにおける積分強度比を試料面積比で割っ
た値とする(この場合、Heガス含有量を80体積%の
場合の相対強度を1とした)。
る際に、雰囲気ガス中にHeガスを導入することによ
り、膜応力を抑えることができると共に、ターゲットか
らの不純物の悪影響を受けることなく、高歩留まりを確
保しつつ、膜質が良好なフォトマスクブランク1を得る
ことができた。また、CrC膜の膜厚を約250〜11
00オングストローム程度、CrON膜の膜厚を約20
0〜300オングストローム程度で形成しても、特に膜
応力は発生せず、良好なフォトマスクブランク1及びこ
れを使用したフォトマスク11を得ることができた。ま
た、CrC膜だけでなく、CrON膜の形成時にHeガ
スを導入して膜応力を抑えることも可能である。この場
合は、さらに良好な膜質を有するフォトマスクブランク
1が得られる。
一般的なスパッタ装置に適用可能な反応性スパッタ法に
よる成膜を例として説明した。つまり、例えば、真空チ
ャンバ内にスッパタリングターゲットを配置し、反応性
スパッタ法によって、バッチ式に、各反応室内で1種類
ずつの膜を成膜していくという方法について、実施例1
は適用可能である。
生産性を向上するために、近年インライン型連続スパッ
タ装置が適用されるようになってきた。そこで、本発明
のフォトマスクブランクの製造方法において、高歩留ま
りを実現しつつ、さらなる量産性向上を目的として、イ
ンライン型連続スパッタ装置を使用する場合が考えられ
る。図6に簡略化したインライン型連続スパッタリング
装置の概略図を示す。インライン型連続スパッタリング
装置は、パレットに搭載された数枚の透明基板上にそれ
ぞれ連続して膜付けを行うもので、1つの真空チャンバ
内において搬送が行われながら一連の膜付けが行われる
ものである。したがって、この場合、複数種類の膜を同
一チャンバ内(同一の真空度)でスパッタ成膜するの
で、これらの膜について良好な膜質を得るためには、イ
ンライン型スパッタリング法特有の製造条件の設定が重
要となる。インライン型スパッタリング法においては、
基板の搬送速度と生産効率との関係が連鎖しており、生
産効率を考え搬送速度を上げると、基板を把持するパレ
ットを搬送する搬送機構においてパーティクルが生じや
すくなるので、歩留まりが低下する。従って、パレット
の搬送速度を下げてスパッタした場合、一般的に堆積速
度を下げて成膜しなければならず、その結果、生産効率
が落ちるだけでなく、膜応力が発生することになる。実
施例2においては、インライン型連続スパッタ装置を適
用して、低膜応力で膜質が良好で、かつ、高歩留まりが
で量産可能なフォトマスクブランク及びフォトマスクを
製造する方法について説明する。
た成膜方法として有効なインライン型連続スパッタリン
グ法に、実施例1の技術を適用した製造方法について説
明する。すなわち、通常のスパッタ装置と実施例2のイ
ンライン型連続スパッタリング装置との違いは、Arな
どの不活性ガス雰囲気中に複数のターゲットを配置し、
透明基板を連続的に所定の搬送速度でスパッタターゲッ
ト間に搬送しながら、透明基板上に複数の種類の膜を連
続的に成膜することである。
ンクの断面図であり、図9は実施例2にかかるフォトマ
スクの断面図である。
ンク31では、透明基板12として、両主表面及び端面
が精密研磨された5インチ×5インチ×0.09インチ
の石英ガラス基板を用いている。そして、前記透明基板
12上に、クロムと窒素とを含む窒化クロム膜からなる
第1遮光膜13(膜厚:150オングストローム)、ク
ロムと炭素とを含む炭化クロム膜からなる第2遮光膜1
4(膜厚:600オングストローム)、クロムと酸素と
窒素とを含む酸化窒化クロム膜からなる反射防止膜15
(膜厚:250オングストローム)が形成されている。
そして、図9に示すフォトマスク32は、図8のフォト
マスクブランクをエッチングすることによりパターンを
形成したものである。
スクブランク31、及びフォトマスク32の製造方法に
ついて説明する。両主表面及び端面が精密研磨された5
インチ×5インチ×0.09インチの石英ガラスよりな
る透明基板12を、基板ホルダ(パレット)に装着し、
図6に示すインライン型連続スパッタリング装置に導入
する。このインラインスパッタリング装置は、簡略化す
ると、図6に示すように導入チャンバ21、スパッタチ
ャンバ(真空チャンバ)22、取り出しチャンバ23の
3つの部屋で構成されている。これらの各部屋は仕切板
でそれぞれ仕切られている。そして、パレットに搭載さ
れた透明基板12が、図の矢印の方向に沿って搬送され
る構成になっている。以下に各部屋の構成をパレットの
搬送方向に沿って説明する。
部の環境を真空にする部屋である。次のスパッタチャン
バ22においては、遮光膜として例えば第1遮光膜13
であるクロムと窒素とを含む窒化クロム(CrN)、第
2遮光膜14であるクロムと炭素とを含む炭化クロム
(CrC)、反射防止膜15として例えばクロムと酸素
と窒素とを含む酸化窒化クロム(CrON)が成膜され
る。つまり、図3に示した成膜工程を実施する。スパッ
タチャンバ22内には、図示しないが、これら第1、第
2遮光膜13,14、及び反射防止膜15を形成するた
めのCrによる複数のターゲットが設けられ、各ターゲ
ット付近には雰囲気ガスを導入するための複数のバルブ
が設けられている。最後の取り出しチャンバ23は、導
入チャンバ21と同様に、空気の排気を行い内部の環境
を真空にするものである。
ング装置を用いてフォトマスクブランク31を製造する
場合は、まず、石英ガラス製の透明基板12が装着され
たパレットを導入チャンバ21に導入する。そして、導
入チャンバ21内を大気状態から真空にし、次いでパレ
ットをスパッタチャンバ22内に搬入する。
パレットに装着された透明基板12を25cm/min
の速度で搬送し、第1のターゲットでは、第1のバルブ
によりArとN2 との混合ガス(Ar:80体積%、N
2 :20体積%)を導入し、まず反応性スパッタリング
により膜厚150オングストロームの第1遮光膜13
〔図3(a)参照〕としての窒化クロム(CrN)膜を
形成する。また、第2のターゲットでは、第2のバルブ
によりAr、CH4 及びHeとの混合ガス(Ar:30
体積%、CH4:10体積%、He:60体積%)を導
入し、反応性スパッタリングにより膜厚600オングス
トロームの第2遮光膜14〔図3(b)参照〕としての
炭化クロム(CrC)膜を形成する。次に、第3のター
ゲットでは、第3のバルブによりArとNOとの混合ガ
ス(Ar:80体積%、NO:20体積%)を導入し、
反応性スパッタリングにより膜厚250オングストロー
ムの反射防止膜15〔図3(c)参照〕としての酸化窒
化クロム(CrON)膜を形成する。このように、連続
して3層の膜を形成する。なお、成膜時のスパッタチャ
ンバ22内の圧力は0.3パスカル、第2遮光膜14用
のターゲットのスパッタ電力は、1650Wとし、上記
第2遮光膜14の堆積速度は、3.4nm/secであ
った。
しチャンバ23内に移送される。そして、スパッタチャ
ンバ22と取り出しチャンバ23とを仕切板によって完
全に仕切った後、取り出しチャンバ23を大気圧状態に
戻す。これにより、成膜されたフォトマスクブランク3
1が得られる。なお、スパッタチャンバ22へのパレッ
トの導入は、導入チャンバ21がスパッタチャンバ22
内の真空状態と同等になったときに次々と連続的に行わ
れ、常にスパッタチャンバ22内には複数のパレットが
導入された状態となる。
ランク31の光学特性を市販の装置を使用して測定した
ところ、それぞれ波長365nmにおいて、光学濃度
3.0、表面反射率12%であった。また、パレットか
らのパーティクルも発生せず、膜欠陥もなく、膜質が良
好であった。
5Ω/□以下であり、良好な導電性が得られた。
31の膜組成分析の結果を図10に示す。図10の膜組
成分析は、オージエ電子分光法(AES)で測定した。
図10の膜組成分析結果は、オージエ電子分光法ではH
eの含有量が検出されないため、Heの含有量を除いた
他の元素(Cr,O,N,C,Si)の合計量を100
at%としたときの相対含有率を示すものである。図1
0のオージエ電子分光法による測定結果からわかるよう
に、インライン型スパッタリング法で形成したフォトマ
スクブランク31を構成する膜が、それぞれ連続的に組
成が変化していることがわかる。
14においては、薄膜表面側から透明基板12側に向っ
て酸素が連続的に減少し、かつ炭素が連続的に増加して
いる膜となっており、何れの膜にも窒素が含まれてい
る。
含有され、所望の光学特性を得るために適宜含有量を調
節する。反射防止機能を有するための酸素の含有量は、
0〜70at%、膜の平均値で、10〜60at%とす
ることがよい。また、炭素は、主にエッチング速度を制
御するために含有され、マスクにしたときのパターン形
状が、所望の形状になるように、適宜含有量を調節す
る。好ましい炭素の含有量は、0〜25at%、膜の平
均値で、0.2〜20at%とすることがよい。窒素
は、主にエッチング速度を制御するために含有される。
一般に、クロムに酸素や炭素が含まれると、エッチング
速度が遅くなり、窒素を含有させることによってエッチ
ング速度を早くすることを目的として含有される。含有
量は、マスクにしたときのパターン形状が、所望の形状
になるように、適宜含有量を調節する。好ましい窒素の
含有量は、0〜45at%、膜の平均値で、10〜35
at%とすることがよい。
前記反射防止膜と第2遮光膜14に含まれる窒素の含有
量より相対的に多く含むとともに、窒素が連続的に変化
している。
ングしたときの膜欠陥(黒欠陥)を防止し、さらに透明
基板との密着性を向上させる目的で含有する。反射防止
膜15と第2遮光膜14に含まれる窒素の含有量より相
対的に窒素を多く含有することによって、エッチング速
度が速くなるので、エッチングによる膜のこり(黒欠
陥)を防止することができる。また、緻密な膜となるの
で膜剥れを防止することができる。窒素の含有量は、0
〜65at%、膜の平均値で5〜60at%とすること
がよい。また、第1遮光膜13には、窒素以外に、若干
量の炭素、酸素を含んでいても良い。
続的に変化させることによって、フォトマスクのパター
ン断面形状が、各膜での段差がなく、滑らかなパターン
にすることができる。
るためのエッチング速度の制御性を考慮して、本発明に
おけるフォトマスクブランク31は、反射防止膜15と
第2遮光膜14においては、薄膜表面側から透明基板1
2側に向って酸素が連続的に減少し、かつ炭素が連続的
に増加しており、第1遮光膜13の窒化膜における窒素
が、前記反射防止膜15と第2遮光膜14に含まれる窒
素の含有量より相対的に多く含むとともに、窒素が連続
的に変化している構成にしている。
ガス分析装置(TDS)によって、フォトマスクブラン
ク31を分析したところ、上述と同様に質量数(m/
e)=4(ヘリウム)の脱離が観測され、膜中にヘリウ
ム(He)が含まれていることが確認された。
変化量を測定したところ、−0.75μmと変化量が小
さく、膜応力が小さいことが確認された。そして、実施
例1と同様の方法で作製したフォトマスク32における
マスクパターンの位置精度も極めて良好であった。
って、組成が連続的に変化した膜が形成されているの
で、フォトマスク32の各パターンの断面も各膜での段
差がなく、滑らかで垂直なパターンが得られた。
たとき、膜応力が引張応力的な変化を示すクロムと、炭
素とを含む炭化クロム膜、クロムと、酸素とを含む酸化
クロム膜、特に膜厚が大きい炭化クロム膜(CrC)を
形成する際、雰囲気ガス中にHeガスを導入することに
より、膜応力を抑えることができたと共に、炭化クロム
膜上に連続的に形成された酸素を含む酸化窒化クロム
(CrON)膜においても膜応力のない膜を得ることが
できた。そして、さらに、インライン型連続スパッタリ
ング法の適用により量産性を維持しつつ、膜質が良好な
フォトマスクブランク31を得ることができた。
H4の混合ガス(Ar:90体積%、CH4:10体積
%)とした他は、実施例1及び2と同様にしてフォトマ
スクブランク及び、フォトマスクを作製した。その結
果、フォトマスクブランクの平坦度変化量はそれぞれ、
−2.5μm、−2.8μmと−2.0μmの値を超
え、フォトマスクのパターン位置精度が悪かった。ま
た、実施例1と同様に、比較例1のフォトマスクブラン
クについて、昇温脱離ガス分析装置(TDS)によるm
/e=4(He)の脱離を観測したところ、図7のとお
り、ヘリウムは検出されなかった。
ブランク(位相シフトマスクブランク)に適用した例を
示す。
英ガラス基板上に、アルゴンと酸素とヘリウムからなる
雰囲気ガス中でクロムをターゲットとしたスパッタリン
グにより、膜厚1350Åで、酸素を45at%含む酸
化クロム膜を形成してi線(波長:365nm)用の位
相シフトマスクブランクを作製した。得られた位相シフ
トマスクブランクの透過率、屈折率を測定したところ、
それぞれ7%、2.35であった。また、上述した評価
と同じ方法で、平坦度変化量を測定したところ、−1.
5μmと変化量が小さく、膜応力が小さいことが確認さ
れた。CCl4 +O2混合ガスを用いたドライエッチン
グ法により、所望のパターンを有する位置シフトマスク
を得た。なお、位相シフト量を測定したところ、ほぼ1
80゜であった。また、パターン位置精度も設計値と変
わらず良好であった。
位相シフトマスクを使用して、半導体ウェーハなどの被
転写体に対し、露光・現像処理を行ったところ、被転写
体に良好な微細パターンを形成することができた。
たが、これに限らず、透明基板上に形成する膜(遮光
膜、反射防止膜等)としてはCr単体や、Crに炭素、
酸素、窒素、弗素のうち少なくとも1種を含む材料とす
ることもできる。
遮光膜のCrN膜を省略しても構わない。この場合、膜
構成としては、CrC膜/CrON膜となる。
どの位相シフトマスクの位相シフトパターンの上又は下
に、本発明の方法によって少なくとも遮光機能を有する
薄膜を形成することもできる。
含む膜を挙げたがこれに限らず、引張応力的変化(前述
の平坦度変化量の符号が−(マイナス))を引き起こす
材料であれば何でも構わない。例えば、主として遷移金
属(Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,Wなど)を含む材
料からなるものが挙げられる。
積回路)の製造工程で微細パターン転写のマスクとして
用いられるフォトマスク及びこのフォトマスクの素材で
あるフォトマスクブランクを得るのに利用できる。特
に、微細なマスクパターンを形成するために透明基板上
に形成された薄膜が、透明基板に有害な反りを起こさせ
る大きさの応力の生じないものであり、かつ、膜質が良
好で、高歩留まりで量産可能なフォトマスクブランク及
びフォトマスクを得ることを可能にするものである。 [図面の簡単な説明]
面図である。
る。
造工程(a)〜(c)を順を追って示す図である。
(a)〜(d)を順を追って示す図である。
有量と基板の反り(平坦度変化量)の関係を示す特性図
である。
スパッタリング装置の概略構成図である。
Heの昇温脱離ガス分析結果(パイログラム)を示すグ
ラフである。
面図である。
る。
オージェ電子分光法で測定した結果を示すグラフであ
る。
の際のガス圧と基板の反り(平坦度変化量)との関係を
示すグラフである。
Claims (26)
- 【請求項1】 透明基板上に少なくとも遮光機能を有す
る薄膜を形成したフォトマスクブランクにおいて、 前記薄膜にヘリウムが含まれていることを特徴とするフ
ォトマスクブランク。 - 【請求項2】 透明基板上に少なくとも遮光機能を有す
る薄膜を形成したフォトマスクブランクにおいて、 前記薄膜は、雰囲気ガスが導入された真空チャンバー内
にスパッタターゲットを配置し、スパッタリングにより
形成されたものであって、 前記薄膜は、雰囲気ガス中に占めるヘリウムガスの含有
量を30〜90堆積%とし、堆積速度を0.5nm/s
ec〜6nm/secの範囲で成膜したものであること
を特徴とするフォトマスクブランク。 - 【請求項3】 前記薄膜は、炭素又は酸素のうち選ばれ
た少なくとも1種を含む膜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】 前記薄膜は、炭素を含む遮光膜と、酸素
を含む反射防止膜とを含む積層膜であることを特徴とす
る請求項3記載のフォトマスクブランク。 - 【請求項5】 前記薄膜は、薄膜表面側から透明基板側
に向って酸素が連続的に減少し、かつ炭素が連続的に増
加していることを特徴とする請求項4記載のフォトマス
クブランク。 - 【請求項6】 炭素が0〜25at%、酸素が0〜70
at%であることを特徴とする請求項4又は5記載のフ
ォトマスクブランク。 - 【請求項7】 前記薄膜に、さらに窒素が含まれている
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のフォ
トマスクブランク。 - 【請求項8】 前記薄膜の結晶粒は、1〜7nmである
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のフォ
トマスクブランク。 - 【請求項9】 前記透明基板と前記薄膜との間に、前記
薄膜に含まれる同じ金属材料と窒素とを含む窒化膜が形
成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか
に記載のフォトマスクブランク。 - 【請求項10】 前記薄膜は、薄膜表面から透明基板側
に向かって酸素が連続的に減少し、かつ炭素が連続的に
増加しており、前記窒化膜における窒素は、前記薄膜に
含まれる窒素の含有量より相対的に多く含まれると共
に、前記窒化膜の窒素が増加するにしたがって前記金属
が減少す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。 - 【請求項11】 前記薄膜は、クロムを含む膜であるこ
とを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のフォ
トマスクブランク。 - 【請求項12】 前記透明基板は石英ガラスからなるこ
とを特徴とする請求項1〜11記載のいずれかに記載の
フォトマスクブランク。 - 【請求項13】 請求項1〜12のいずれかの発明にか
かるフォトマスクブランクの透明基板上に形成した前記
薄膜、又は、前記薄膜及び前記窒化膜をパターニングす
ることによってマスクパターンが形成されていることを
特徴とするフォトマスク。 - 【請求項14】 雰囲気ガスが導入された真空チャンバ
ー内にスパッタターゲットを配置し、スパッタリング法
により透明基板上に少なくとも遮光機能を有する薄膜を
形成するフォトマスクブランクの製造方法において、 予め雰囲気ガス中に含まれるヘリウムガスの含有量と、
前記薄膜の膜応力との相関関係を求めておき、 前記薄膜が前記薄膜をパターニングしたときに得られる
マスタパターンが、所望なパターン位置精度となるよう
な膜応力となるように、ヘリウムガスの含有量を前記相
関関係から求め、このヘリウムガス含有量を含む雰囲気
ガスの中で、前記薄膜を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。 - 【請求項15】 雰囲気ガスが導入された真空チャンバ
ー内にスパッタターゲットを配置し、スパッタリング法
により透明基板上に少なくとも遮光機能を有する薄膜を
形成するフォトマスクブランクの製造方法において、 前記薄膜は、堆積速度が0.5nm/sec〜6nm/
secで構成され、 前記雰囲気ガスは、ヘリウムガス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16】 雰囲気ガスが導入された真空チャンバ
ー内にスパッタターゲットを配置し、スパッタリング法
により透明基板上に少なくとも遮光機能を有する薄膜を
形成したフォトマスクブランクの製造方法において、 前記薄膜は、スパッタ電力が950〜3000Wで成膜
され、 前記雰囲気ガスは、ヘリウムガス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17】 前記雰囲気ガス中に占めるヘリウムガ
スの含有量が30〜90体積%であることを特徴とする
請求項14〜17のいずれかに記載のフォトマスクブラ
ンクの製造方法。 - 【請求項18】 前記雰囲気ガス中に占めるヘリウムガ
スの含有量が40〜65体積%であることを特徴とする
請求項14〜16のいずれかに記載のフォトマスクブラ
ンクの製造方法。 - 【請求項19】 前記薄膜は、炭素又は酸素のうちの選
ばれた少なくとも1種を含む膜であることを特徴とする
請求項14〜18のいずれかに記載のフォトマスクブラ
ンクの製造方法。 - 【請求項20】 前記薄膜は、炭素を含む遮光膜と、酸
素を含む反射防止膜とを含む積層膜であって、前記遮光
膜又は反射防止膜の少なくともいずれか一方が、ヘリウ
ムガスを含む雰囲気ガス中でスパッタ成膜することを特
徴とする請求項19記載のフォトマスクブランクの製造
方法。 - 【請求項21】 前記透明基板と前記薄膜との間に、前
記薄膜に含まれる同じ金属と窒素とを含む窒化膜を形成
することを特徴とする請求項14〜20のいずれかに記
載のフォトマスクブランクの製造方法。 - 【請求項22】 前記薄膜、又は、前記薄膜及び前記窒
化膜をインラインスパッタリング法で形成することを特
徴とする請求項14〜21のいずれかに記載のフォトマ
スクブランクの製造方法。 - 【請求項23】 前記薄膜はクロムを含む膜であること
を特徴とする請求項14〜22のいずれかに記載のフォ
トマスクブランクの製造方法。 - 【請求項24】 前記透明基板は石英ガラスからなるこ
とを特徴とする請求項14〜23のいずれかに記載のフ
ォトマスクブランクの製造方法。 - 【請求項25】 請求項14〜24のいずれかの発明に
かかる製造方法によって得られたフォトマスクブランク
の前記透明基板上に形成された膜を選択的に除去してマ
スク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。 - 【請求項26】 基板上にフォトリソグラフィー法によ
って微細パターンを形成する微細パターン形成方法にお
いて、 微細パターンの転写を行う際に用いるマスクとして請求
項13記載のフォトマスクを用いることを特徴とする微
細パターン形成方法。
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JP10-217433 | 1998-07-31 | ||
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