JP3975321B2 - フォトマスク用シリカガラス系基板及びフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化方法 - Google Patents
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- C03C2204/08—Glass having a rough surface
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に半導体関連電子材料のうち、最先端用途のレチクル用シリカガラス系基板などにおいて利用されるフォトマスク用シリカガラス系基板及びその表面の平坦化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
フォトマスク用シリカガラス系基板の品質としては、基板上の欠陥サイズ及び欠陥密度、平坦度、面粗度、材質の光化学的安定性、表面の化学的安定性などが挙げられる。このうち、基板上の平坦度に関する品質は、ＩＣの高精細化のトレンドに伴ってますます厳しくなってきている。シリコンウェハ上に転写される配線の設計ルールが１００ｎｍ以下になることは確実であり、これに伴うフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦度は、６０２５基板（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×６．３５ｍｍ）で０．３μｍ以下が要求されている。即ち、フォトマスク上に描かれた配線パターンをシリコンウェハ上に光転写する際、露光面が平坦であることが望ましい。露光時の露光面の平坦性に関しては、遮光膜の材質、厚さ、配線パターンの種類、露光機内への置き方などいくつかの要因が挙げられるが、ガラス基板の平坦性が大きな要素の一つとなっている。配線の設計ルールが今後微細化して例えば１００ｎｍ以下になると、６０２５基板で平坦度が０．３μｍを超える値を示した場合、シリコンウェハに転写された配線パターンの精度（ＣＤ）が許容範囲以上になってしまい、高精細なデバイスを実現することができなくなる。
【０００３】
現在のフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化技術は、伝統的な研磨技術の延長線上で行われており、実質的に表面の平坦度は６０２５基板で平均０．５μｍ程度を実現することがせいぜいであり、平坦度０．５μｍ以下の基板を取得できたとしても、その収率は極めて低いものとならざるを得なかった。その理由としては、伝統的な研磨技術の場合、基板表面全面にわたって大まかに研磨速度を制御することは可能であるが、原料基板の形状に応じて平坦化レシピを製作し、個別に平坦化研磨を行うことは現実的に不可能であった。また、例えば、バッチ方式の両面研磨を用いた場合には、バッチ内・バッチ間のばらつきを制御することが極めて困難であるし、一方、枚葉式の片面研磨を用いた場合には、原料基板の形状に起因したばらつきが生じる困難があり、いずれも安定的に高平坦度基板を製造することは難しかった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、表面が高平坦であるフォトマスク用シリカガラス系基板を容易かつ確実に得ることができるフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化方法、及びかかる方法によって得ることができる高平坦度フォトマスク用シリカガラス系基板を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、原料ガラス基板表面の凹凸に関して凸の部分を局部的にプラズマエッチングし、かつ、その凸度に応じてプラズマエッチング量を制御することによって、高平坦度のガラス基板、特に基板表面の面積１ｃｍ2あたりの平坦度が０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下の基板を提供することが可能となり、例えば、フォトマスク用基板として主流の６０２５基板（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×６．３５ｍｍ）の場合の平坦度が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下の高平坦度の基板を提供することができることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【０００６】
なお、プラズマエッチングによって材料表面をエッチングする技術としては、例えば特開平５−１６００７４号公報に記載が見られるが、これは材料としてシリコンウェハに限定された技術で、材料の厚さのばらつきを無くすことを目的としており、本発明におけるガラス基板の表面の平坦化とは目的を異にする。また、特開平１０−２７３７８８号公報において、プラズマを用いた石英ガラスの加工技術が記載されているが、非球面レンズ等の複雑な面を得るための手段としての装置構成に関する記載であり、フォトマスク基板などのガラス基板の表面を平坦化する技術とは目的、分野が異なる。
【０００７】
即ち、本発明は、
（１）大きさが（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（６．３５ｍｍ±０．１ｍｍ）である基板の表面に対して局所的にプラズマエッチングを施すことによって、該表面の面積１ｃｍ2あたりの平坦度が０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下、更に、上記表面の平坦度が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下となるように平坦化されたことを特徴とするフォトマスク用シリカガラス系基板、
（２）基板の表面に対して該表面の凹凸形状を測定し、その凸部位の凸度に応じてプラズマエッチング量を制御してプラズマエッチングを施すことにより、該基板の表面の面積１ｃｍ2あたりの平坦度が０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下となるように平坦化することを特徴とするフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化方法、
（３）基板の大きさが（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（６．３５ｍｍ±０．１ｍｍ）であり、更に、上記表面の平坦度が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下となるように平坦化することを特徴とする（２）記載のフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化方法
を提供する。
【０００８】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明において、高平坦化ガラス基板を得る方法としては、プラズマエッチング技術が採用される。本発明においては、まずガラス基板表面の凹凸形状を測定し、その凸部位の凸度に応じてプラズマエッチング量を制御し、即ち凸度の高い部分はエッチング量を多く、凸度の低い部分はエッチング量を少なくなるように、エッチング量を局所的に変えてプラズマエッチング処理を施し、これにより基板の表面を平坦化するものである。
【０００９】
上述した凸の表面部位の上方にプラズマ発生筐体を位置させ、エッチングを施すと、プラズマ中で発生した中性ラジカル種がガラス基板表面を等方的に攻撃し、該部分がエッチングされる。一方、プラズマ発生筐体が位置していない部分には、プラズマが生じていないので、エッチングガスが当たってもエッチングされることは無い。プラズマ発生筐体を原料ガラス基板上に動かす際、原料ガラス基板表面の凸度に応じてプラズマ発生筐体の移動速度を制御することで、高平坦度のガラス基板を取得することが可能である。
【００１０】
原料ガラス基板はあらかじめ表面形状を測定する必要がある。表面形状の測定は如何なる方法でも良いが、目標平坦度に鑑みて高精度であることが望まれ、例えば光学干渉式の方法が挙げられる。原料ガラス基板の表面形状に応じて上述プラズマ発生筐体の移動速度が算出され、凸度が大きい部分は移動速度が遅く制御され、エッチング量が大きくなるように制御される。
【００１１】
プラズマ発生筐体は如何なる形式のものでも構わないが、電極対でガラス基板を挟む構造にして高周波によって基板と電極の間にプラズマを発生させ、エッチングガスを通すことでラジカル種を発生させる方式や、エッチングガスを導波管に通してマイクロ波を発振することでプラズマを生じさせ、発生したラジカル種の流れを基板表面に当てる方式などがある。また、エッチングガスはガラス基板の種類に応じて選ばれるが、特にフォトマスク用シリカガラス系基板の場合は、ハロゲン化合物のガス又はハロゲン化合物を含む混合ガスのいずれかが好ましい。例えば、四フッ化メタン、三フッ化メタン、六フッ化エタン、八フッ化プロパン、十フッ化ブタン、フッ化水素、六フッ化硫黄、三フッ化窒素、四塩化炭素、四フッ化ケイ素、三フッ化塩化メタン、三塩化ホウ素などが挙げられる。
【００１２】
なお、上述したプラズマ発生筐体の移動速度の原料ガラス基板表面凸部位の凸度に応じた制御は、コンピュータを用いることにより達成することができる。この場合、プラズマ発生筐体の移動は、基板に対して相対的なものであり、即ち、基板自体を移動させるようにしてもよい。
【００１３】
以上の如くして得られたガラス基板は、極めて高平坦度が実現されており、実現平坦度は限定されないが、基板表面の面積１ｃｍ2当り０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下、特に０．０４ｎｍ以上０．８６ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、基板の大きさは（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（６．３５ｍｍ±０．１ｍｍ）とすることが好ましく、このようなフォトマスク用ガラス基板として主流の６０２５基板の場合、平坦度０．０１μｍ〜０．３μｍの高平坦度ガラス基板を提供することが可能である。
【００１４】
このようにして得られたガラス基板の表面は、プラズマエッチング条件によって面荒れが生じたり、加工変質層が生じたりすることがあるが、その場合は、必要に応じてプラズマエッチング後に、平坦度がほとんど変わらない程度の極短時間の研磨を行っても良い。
【００１５】
なお、本発明において、平坦度の測定は、測定精度の観点から、レーザー光などのコヒーレントな（位相がそろった）光を基板表面に当てて反射させ、基板表面の高さの差が反射光の位相のずれとして観測されることを利用した光学干渉式の方法が好ましい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＣ等の製造において重要な光リソグラフィ法で使用されるフォトマスク用シリカガラス系基板などにおいて、高平坦度のフォトマスク用シリカガラス系基板、特に基板表面の面積１ｃｍ2あたり０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下の平坦度を有するフォトマスク用シリカガラス系基板を提供することができ、これによって半導体分野のさらなる高精細化とマイクロシステム分野の発展につながる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により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。
【００１８】
［実施例１］
基板原料として一辺１５２ｍｍの正方形の表面を有し、厚さ６．３５ｍｍの石英基板を用意した。
【００１９】
まず、この石英基板を光学干渉式の平坦度測定機で測定したところ、平坦度は基板表面の面積１ｃｍ2あたり３．７ｎｍであった。この基板の表面の凹凸データをもとにプラズマ発生筐体の移動速度を決定し、基板表面のプラズマエッチングを行った。プラズマ発生筐体は直径７５ｍｍの円筒型電極を有する高周波式（１５０Ｗ）のものを用い、エッチングガスは四フッ化メタンを用いた。基板全面にわたるプラズマエッチング終了後、基板表面を光学干渉式の平坦度測定機で測定したところ、平坦度は基板表面の面積１ｃｍ2あたり０．２１ｎｍであった。
【００２０】
［実施例２〜９］
実施例１と同様にして、表１で示される様々な基板表面の面積１ｃｍ2あたりの平坦度の石英基板をプラズマエッチングした例を示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
本発明によれば、いずれも基板表面の面積１ｃｍ2あたり０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下のフラットネスを有する石英基板を簡単かつ確実に取得できた。
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に半導体関連電子材料のうち、最先端用途のレチクル用シリカガラス系基板などにおいて利用されるフォトマスク用シリカガラス系基板及びその表面の平坦化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
フォトマスク用シリカガラス系基板の品質としては、基板上の欠陥サイズ及び欠陥密度、平坦度、面粗度、材質の光化学的安定性、表面の化学的安定性などが挙げられる。このうち、基板上の平坦度に関する品質は、ＩＣの高精細化のトレンドに伴ってますます厳しくなってきている。シリコンウェハ上に転写される配線の設計ルールが１００ｎｍ以下になることは確実であり、これに伴うフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦度は、６０２５基板（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×６．３５ｍｍ）で０．３μｍ以下が要求されている。即ち、フォトマスク上に描かれた配線パターンをシリコンウェハ上に光転写する際、露光面が平坦であることが望ましい。露光時の露光面の平坦性に関しては、遮光膜の材質、厚さ、配線パターンの種類、露光機内への置き方などいくつかの要因が挙げられるが、ガラス基板の平坦性が大きな要素の一つとなっている。配線の設計ルールが今後微細化して例えば１００ｎｍ以下になると、６０２５基板で平坦度が０．３μｍを超える値を示した場合、シリコンウェハに転写された配線パターンの精度（ＣＤ）が許容範囲以上になってしまい、高精細なデバイスを実現することができなくなる。
【０００３】
現在のフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化技術は、伝統的な研磨技術の延長線上で行われており、実質的に表面の平坦度は６０２５基板で平均０．５μｍ程度を実現することがせいぜいであり、平坦度０．５μｍ以下の基板を取得できたとしても、その収率は極めて低いものとならざるを得なかった。その理由としては、伝統的な研磨技術の場合、基板表面全面にわたって大まかに研磨速度を制御することは可能であるが、原料基板の形状に応じて平坦化レシピを製作し、個別に平坦化研磨を行うことは現実的に不可能であった。また、例えば、バッチ方式の両面研磨を用いた場合には、バッチ内・バッチ間のばらつきを制御することが極めて困難であるし、一方、枚葉式の片面研磨を用いた場合には、原料基板の形状に起因したばらつきが生じる困難があり、いずれも安定的に高平坦度基板を製造することは難しかった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、表面が高平坦であるフォトマスク用シリカガラス系基板を容易かつ確実に得ることができるフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化方法、及びかかる方法によって得ることができる高平坦度フォトマスク用シリカガラス系基板を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、原料ガラス基板表面の凹凸に関して凸の部分を局部的にプラズマエッチングし、かつ、その凸度に応じてプラズマエッチング量を制御することによって、高平坦度のガラス基板、特に基板表面の面積１ｃｍ2あたりの平坦度が０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下の基板を提供することが可能となり、例えば、フォトマスク用基板として主流の６０２５基板（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×６．３５ｍｍ）の場合の平坦度が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下の高平坦度の基板を提供することができることを見出し、本発明をなすに至ったものである。
【０００６】
なお、プラズマエッチングによって材料表面をエッチングする技術としては、例えば特開平５−１６００７４号公報に記載が見られるが、これは材料としてシリコンウェハに限定された技術で、材料の厚さのばらつきを無くすことを目的としており、本発明におけるガラス基板の表面の平坦化とは目的を異にする。また、特開平１０−２７３７８８号公報において、プラズマを用いた石英ガラスの加工技術が記載されているが、非球面レンズ等の複雑な面を得るための手段としての装置構成に関する記載であり、フォトマスク基板などのガラス基板の表面を平坦化する技術とは目的、分野が異なる。
【０００７】
即ち、本発明は、
（１）大きさが（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（６．３５ｍｍ±０．１ｍｍ）である基板の表面に対して局所的にプラズマエッチングを施すことによって、該表面の面積１ｃｍ2あたりの平坦度が０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下、更に、上記表面の平坦度が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下となるように平坦化されたことを特徴とするフォトマスク用シリカガラス系基板、
（２）基板の表面に対して該表面の凹凸形状を測定し、その凸部位の凸度に応じてプラズマエッチング量を制御してプラズマエッチングを施すことにより、該基板の表面の面積１ｃｍ2あたりの平坦度が０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下となるように平坦化することを特徴とするフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化方法、
（３）基板の大きさが（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（６．３５ｍｍ±０．１ｍｍ）であり、更に、上記表面の平坦度が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下となるように平坦化することを特徴とする（２）記載のフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化方法
を提供する。
【０００８】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明において、高平坦化ガラス基板を得る方法としては、プラズマエッチング技術が採用される。本発明においては、まずガラス基板表面の凹凸形状を測定し、その凸部位の凸度に応じてプラズマエッチング量を制御し、即ち凸度の高い部分はエッチング量を多く、凸度の低い部分はエッチング量を少なくなるように、エッチング量を局所的に変えてプラズマエッチング処理を施し、これにより基板の表面を平坦化するものである。
【０００９】
上述した凸の表面部位の上方にプラズマ発生筐体を位置させ、エッチングを施すと、プラズマ中で発生した中性ラジカル種がガラス基板表面を等方的に攻撃し、該部分がエッチングされる。一方、プラズマ発生筐体が位置していない部分には、プラズマが生じていないので、エッチングガスが当たってもエッチングされることは無い。プラズマ発生筐体を原料ガラス基板上に動かす際、原料ガラス基板表面の凸度に応じてプラズマ発生筐体の移動速度を制御することで、高平坦度のガラス基板を取得することが可能である。
【００１０】
原料ガラス基板はあらかじめ表面形状を測定する必要がある。表面形状の測定は如何なる方法でも良いが、目標平坦度に鑑みて高精度であることが望まれ、例えば光学干渉式の方法が挙げられる。原料ガラス基板の表面形状に応じて上述プラズマ発生筐体の移動速度が算出され、凸度が大きい部分は移動速度が遅く制御され、エッチング量が大きくなるように制御される。
【００１１】
プラズマ発生筐体は如何なる形式のものでも構わないが、電極対でガラス基板を挟む構造にして高周波によって基板と電極の間にプラズマを発生させ、エッチングガスを通すことでラジカル種を発生させる方式や、エッチングガスを導波管に通してマイクロ波を発振することでプラズマを生じさせ、発生したラジカル種の流れを基板表面に当てる方式などがある。また、エッチングガスはガラス基板の種類に応じて選ばれるが、特にフォトマスク用シリカガラス系基板の場合は、ハロゲン化合物のガス又はハロゲン化合物を含む混合ガスのいずれかが好ましい。例えば、四フッ化メタン、三フッ化メタン、六フッ化エタン、八フッ化プロパン、十フッ化ブタン、フッ化水素、六フッ化硫黄、三フッ化窒素、四塩化炭素、四フッ化ケイ素、三フッ化塩化メタン、三塩化ホウ素などが挙げられる。
【００１２】
なお、上述したプラズマ発生筐体の移動速度の原料ガラス基板表面凸部位の凸度に応じた制御は、コンピュータを用いることにより達成することができる。この場合、プラズマ発生筐体の移動は、基板に対して相対的なものであり、即ち、基板自体を移動させるようにしてもよい。
【００１３】
以上の如くして得られたガラス基板は、極めて高平坦度が実現されており、実現平坦度は限定されないが、基板表面の面積１ｃｍ2当り０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下、特に０．０４ｎｍ以上０．８６ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、基板の大きさは（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（６．３５ｍｍ±０．１ｍｍ）とすることが好ましく、このようなフォトマスク用ガラス基板として主流の６０２５基板の場合、平坦度０．０１μｍ〜０．３μｍの高平坦度ガラス基板を提供することが可能である。
【００１４】
このようにして得られたガラス基板の表面は、プラズマエッチング条件によって面荒れが生じたり、加工変質層が生じたりすることがあるが、その場合は、必要に応じてプラズマエッチング後に、平坦度がほとんど変わらない程度の極短時間の研磨を行っても良い。
【００１５】
なお、本発明において、平坦度の測定は、測定精度の観点から、レーザー光などのコヒーレントな（位相がそろった）光を基板表面に当てて反射させ、基板表面の高さの差が反射光の位相のずれとして観測されることを利用した光学干渉式の方法が好ましい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＣ等の製造において重要な光リソグラフィ法で使用されるフォトマスク用シリカガラス系基板などにおいて、高平坦度のフォトマスク用シリカガラス系基板、特に基板表面の面積１ｃｍ2あたり０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下の平坦度を有するフォトマスク用シリカガラス系基板を提供することができ、これによって半導体分野のさらなる高精細化とマイクロシステム分野の発展につながる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により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。
【００１８】
［実施例１］
基板原料として一辺１５２ｍｍの正方形の表面を有し、厚さ６．３５ｍｍの石英基板を用意した。
【００１９】
まず、この石英基板を光学干渉式の平坦度測定機で測定したところ、平坦度は基板表面の面積１ｃｍ2あたり３．７ｎｍであった。この基板の表面の凹凸データをもとにプラズマ発生筐体の移動速度を決定し、基板表面のプラズマエッチングを行った。プラズマ発生筐体は直径７５ｍｍの円筒型電極を有する高周波式（１５０Ｗ）のものを用い、エッチングガスは四フッ化メタンを用いた。基板全面にわたるプラズマエッチング終了後、基板表面を光学干渉式の平坦度測定機で測定したところ、平坦度は基板表面の面積１ｃｍ2あたり０．２１ｎｍであった。
【００２０】
［実施例２〜９］
実施例１と同様にして、表１で示される様々な基板表面の面積１ｃｍ2あたりの平坦度の石英基板をプラズマエッチングした例を示す。
【００２１】
【表１】
本発明によれば、いずれも基板表面の面積１ｃｍ2あたり０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下のフラットネスを有する石英基板を簡単かつ確実に取得できた。
Claims (3)
- 大きさが（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（６．３５ｍｍ±０．１ｍｍ）である基板の表面に対して局所的にプラズマエッチングを施すことによって、該表面の面積１ｃｍ2あたりの平坦度が０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下、更に、上記表面の平坦度が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下となるように平坦化されたことを特徴とするフォトマスク用シリカガラス系基板。
- 基板の表面に対して該表面の凹凸形状を測定し、その凸部位の凸度に応じてプラズマエッチング量を制御してプラズマエッチングを施すことにより、該基板の表面の面積１ｃｍ2あたりの平坦度が０．０４ｎｍ以上１．３ｎｍ以下となるように平坦化することを特徴とするフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化方法。
- 基板の大きさが（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（１５２ｍｍ±０．２ｍｍ）×（６．３５ｍｍ±０．１ｍｍ）であり、更に、上記表面の平坦度が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下となるように平坦化することを特徴とする請求項２記載のフォトマスク用シリカガラス系基板の平坦化方法。
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