JP5553735B2 - マスクブランク用基板、マスクブランク及び転写用マスクの製造方法 - Google Patents
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Description
対向する2つの主表面を有する基板からなるマスクブランク用基板の製造方法であって、前記基板の主表面に対して研削を行う工程と、研削が行われた前記基板の主表面に対して、前記基板の軟化点以上の燃焼温度の火炎を接触させる工程と、前記火炎を接触させる工程を行った後に、前記基板の主表面に対して研磨を行う工程とを有することを特徴とするマスクブランク用基板の製造方法である。
前記基板は、合成石英ガラスからなることを特徴とする構成1に記載のマスクブランク用基板の製造方法である。
前記火炎は、1600℃以上の燃焼温度であることを特徴とする構成1又は2に記載のマスクブランク用基板の製造方法である。
前記火炎を接触させる工程は、前記基板の主表面を軟化させ、前記基板の主表面近傍に存在する内部クラックを除去することを特徴とする構成1〜3のいずれか1項に記載のマスクブランク用基板の製造方法である。
本発明は、構成1〜4のいずれか1項に記載のマスクブランク用基板の製造方法で製造されたマスクブランク用基板の主表面上にパターン形成用の薄膜を成膜する工程を有することを特徴とするマスクブランクの製造方法である。
本発明は、構成5に記載のマスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクのパターン形成用の薄膜に転写パターンを形成する工程を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法である。
本発明のマスクブランク用基板1の製造方法について説明する。以下、合成石英ガラスをマスクブランク用基板1の材料として用いる場合を例に説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。
まず、合成石英ガラスのインゴットから、シート形状の合成石英ガラス(シートガラス)を切り出す。次に、合成石英ガラスからなるシートガラスから研削砥石で切り出して、所定の形状の長方形状の基板1を得ることができる。なお、長方形状の寸法は用途により異なる。また、この工程において、基板1の端面72に面取り加工を施して面取面73を形成し、図3に示すような形状にすることができる。
研削工程(ラッピング工程)では、基板1の形状を整えるとともに、主表面71を研削加工する。研削加工では、両面研削装置とアルミナ砥粒とを用いて加工を行い、基板の寸法精度及び形状精度を所定のものとする。研削工程は、例えば特許文献2に記載された両面研削装置に準じた装置を用いて行うことができる。両面研削装置の上側及び下側の各定盤は、例えば、球状黒鉛含有鋳鉄等の剛性の高い材料を用い、基板との摺接面に複数の溝を格子状に形成した構成などが挙げられる。また、複数の溝を格子状に形成する代わりに、ダイヤモンド固定砥粒を多数配置されたダイヤモンドシートを上側及び下側の各定盤に貼り付け、基板主表面に当接する構成としてもよい。この研削工程では、基板1の表裏の両主表面71の研削は、上述の両面研削装置を用いて従来と同様の条件で行われる。
研削工程後の基板1に対して、火炎処理を行う。研削工程では、研磨工程と異なり、堅牢な定盤(下側定盤123及び上側定盤122)と、基板とが接しながら基板1の主表面71の研削が行われる(研磨工程の場合、上側・下側定盤の各定盤面に貼り付けられた樹脂製の研磨パッドを介して基板1の主表面と当接する)ため、研削工程後の基板1の主表面71近傍には内部クラック等の欠陥5が発生することが多い。そこで、本発明の製造方法では、基板1の主表面71を火炎処理することにより、基板1の主表面71近傍に発生した内部クラック等の欠陥5を除去する。具体的には、火炎処理工程では、基板1の主表面71近傍に火炎52を照射して、火炎52が基板1に接するようにして加熱することによって、火炎52を照射した部分の基板を軟化又は溶解させて内部クラック等の欠陥5を除去するように流動させ、内部クラックのない状態に復元する。本発明の製造方法が火炎処理工程を有することにより、基板の製造の歩留まり改善効果、及び内部クラックの存在する基板1が合格品として流出することを抑制する効果の両方を同時に得ることができる。また、火炎処理のためには大規模な設備の必要はないため、簡易かつ低コストで内部クラック等の欠陥5の除去を行うことができる。
なお、図1や図4では、基板1を概ね水平に配置し、火炎52を上方から主表面71に当てるような位置関係としているが、これに限定する必要はない。例えば、基板1を斜め、あるいは垂直に立て、火炎52を斜め上方あるいは、横方向から主表面71に当てるような配置としてもよい。また、下側の主表面71が露出するように基板1を概ね水平に支持し、下方から火炎52を下側の主表面71に当てるような配置としてもよい。これらのような位置関係とすることで、火炎照射装置50の先端開口部分の温度上昇を低減でき、先端開口部分に使用する金属材料に求められる耐熱性のスペックを下げることも可能となる。
火炎処理によって基板1中の内部クラック等の欠陥5の除去が行われたことを確認するために、本発明の製造方法は、内部クラック等の欠陥5を顕在化する欠陥顕在化工程を有することが好ましい。欠陥顕在化工程としては、特許文献1に記載の欠陥顕在化の方法を用いることができる。欠陥顕在化工程により内部クラック等の欠陥5の除去が完全ではないことが確認された場合には、再度、火炎処理をすることによって、欠陥5の除去を完全に行うことができる。また、顕在化された欠陥5の大きさが大きいため、火炎処理等によっては欠陥5の除去が不可能と判断された場合には、再度、研削工程を行うことができる。欠陥5が修復不可能な欠陥の場合には、その基板1を廃棄することができる。なお、欠陥5の大きさは、次の研磨工程で除去可能な大きさ、例えば深さ0.05mm程度より小さい大きさであれば、その存在を許容することができる。
研削工程の後に、基板1の側面である端面72及び面取面73を研磨し、鏡面加工する側面鏡面研磨工程を含むことが好ましい。側面鏡面研磨工程における研磨は、研磨剤を用いて、ブラシ等により行うことができる。側面鏡面研磨工程において使用する研磨剤に含まれる研磨砥粒としては、基板1に対して研磨能力を奏する研磨砥粒であれば、特に制限なく使用することができる。研磨砥粒としては、例えば、酸化セリウム(CeO2)砥粒、及びコロイダルシリカ砥粒などを挙げることができ、特に、酸化セリウム研磨砥粒を用いることが好ましい。研磨砥粒の粒径については、適宜選択することができるが、例えば、0.5〜3μm程度の粒径とすることが好ましい。また、側面鏡面研磨工程では、研磨砥粒を含む研磨剤に水(純水)などの液体を加え、この研磨剤をスラリーとして用いることが好ましい。
次に、研磨工程(S104)により、上述の研削工程(S102)で得られた基板1の平坦度を維持しつつ、研削工程の際に形成された傷や歪みを除去する。研磨工程は、さらに基板1の主表面71の鏡面化を目的として行われる。通常、研磨工程においては、傷や歪みの除去と、鏡面化とは別々の研磨により行う。したがって、研磨工程では複数回の研磨を行うことが一般的である。
次に、欠陥検査(S105)によって、研磨工程により得られたマスクブランク用基板1の平坦度、表面粗さ並びに内部クラック等の欠陥5の有無を検査する。従来の製造工程によって得られたマスクブランク用基板1は、高い平坦性及び高い平滑性を有するが、少なくない頻度で内部クラック等の欠陥5が存在することが知られている。許容される内部クラック等の欠陥5のサイズは、マスクブランク用基板1から製造されるマスクブランク10及び転写用マスクの用途により異なる。ただし、内部クラックを有するマスクブランク用基板1から製造されたマスクブランクを用いて、転写用マスクを作製すると、エッチングガスやエッチング液がクラックを拡大させ、基板主表面近傍の一部が脱落してしまうことがある。また、内部クラックを有するマスクブランク用基板1を用いて製造された転写用マスクを使うと、転写用マスク洗浄の際、洗浄薬液によりクラックが拡大して、転写用マスクの基板主表面近傍の一部が脱落することがある。したがって、転写用マスクの長寿命化のためには、微小であっても内部クラックが存在しないことが好ましい。そのため、内部クラック等の欠陥5は、欠陥検査より前に、欠陥顕在化工程によって顕在化させておくことが好ましい。
本発明の製造方法によって得られるマスクブランク用基板1は、その用途に応じて高い平坦度を有し、さらに高い平行度を有するものであることが好ましい。例えば、マスクブランク用基板1は、図3に示すように互いに対向して設けられた一組の主表面71と、該主表面と直交する2組の端面72と、前記主表面71と端面72とによって挟まれた面取面73を有する角型(方形状)の基板である。半導体デバイス製造用途のマスクブランク用基板1の場合は、一般に、その大きさが約152mm×約152mm×約6.35mmである。このマスクブランク用基板1の場合は、主表面の中心を基準とした142mm角内の領域での平坦度が例えば0μmを超え0.5μm以下であることが必要とされ、好ましくは0.3μm以下であることが望まれる。また、表面粗さについては、自乗平方根平均粗さRqで0.25nm以下である必要がある。
次に、本発明のマスクブランク10及び転写用マスクの製造方法の実施の形態を説明する。
マスクブランク用基板1の製造は、(1)切り出し工程、(2)研削工程、(3)火炎処理工程、(4)研磨工程及び(5)欠陥検査の各工程によって行った。以下、各工程を詳細に説明する。
合成石英ガラスインゴットから、平板上に切り出した合成石英ガラスを用意した。次に、合成石英ガラスからなるシートガラスから研削砥石で切り出して、正方形の基板1を得た。切り出す基板1の大きさは、最終的に約152mm×約152mm、厚さ約6.35mmのマスクブランク用基板1を得ることができるように、基板研磨取り代等を考慮した大きさとした。
次に、得られた合成石英ガラス基板1の主表面71を研削加工した。研削加工では、前記の遊星歯車機構を有する両面研削装置を用いて、アルミナ砥粒を含む研削液を用いて加工を行い、合成石英ガラス基板1の寸法精度と形状精度を所定とした。遊星歯車機構の上側定盤2及び下側定盤は、球状黒鉛含有鋳鉄からなるものを使用した。
研削工程後の合成石英ガラス基板1に対して、その主表面71全面に火炎処理を施した。火炎処理は下記の条件で、走査火炎処理により行った。
・火炎温度: 2200℃
・火炎照射装置50と基板1との距離: 15mm
・火炎径: 3mm
・火炎走査速度: 0.6mm/分
・引火性ガスの種類: ブタンと酸素との混合気体
次に、火炎処理工程によって火炎処理を行った基板1に対して、研磨工程を施した。なお、この研磨工程は、一回又は複数の研磨工程からなることができる。また、所定の研磨の後、所定の洗浄を行うための洗浄工程を有することができる。また、主表面71に対する最終の研磨工程の前に、端面72及び面取り面73に対して鏡面加工する側面鏡面研磨工程を行われる。ここでは、酸化セリウム研磨砥粒(平均粒径1μm)を用い、ブラシを端面72及び面取り面73に接触させて鏡面研磨を行った。
研磨液:コロイダルシリカ(平均粒径100nm)砥粒に水を加えた遊離砥粒
研磨布:超軟質ポリシャ(スウェードタイプ)、厚さ2mm
次に、得られた基板1の平坦度、表面粗さ並びに内部クラック等の欠陥5の有無及びその位置を検査した。内部クラック等の欠陥5の有無は、特許文献1に記載のエッチング処理を用いる方法によって、内部クラック等の欠陥5を顕在化することにより評価した。ここで、マスクブランク用基板1に求められる平坦度は0.5μm以下とし、表面粗さは算術平均粗さRaで0.1μm以下とした。
次に、上記のマスクブランク用基板1上に、窒化されたモリブデン及びシリコンからなるハーフトーン型位相シフト膜(パターン形成用薄膜)2を成膜した。
具体的には、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)と二酸化炭素(CO2)と窒素(N2)とヘリウム(He)との混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:CO2:N2:He=22:39:6:33)で、ガス圧0.2Pa、DC電源の電力を1.7kWとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、CrOCN膜を30nmの膜厚で形成した。続いて、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)との混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:N2=83:17)で、ガス圧0.1Pa、DC電源の電力を1.7kWとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、CrN膜を4nmの膜厚で形成した。さらに、クロム(Cr)ターゲットを用い、アルゴン(Ar)と二酸化炭素(CO2)と窒素(N2)とヘリウム(He)との混合ガス雰囲気(ガス流量比 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31)で、ガス圧0.2Pa、DC電源の電力を1.8kWとして、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、CrOCN膜を14nmの膜厚で形成した。以上により、基板1側から、CrOCN膜、CrN膜、CrOCN膜の3層積層構造のクロム系材料の遮光膜3を形成した。以上の工程により、ハーフトーン型位相シフトマスクブランク(マスクブランク)10を得た。
火炎処理工程を行わなかった以外は、実施例1と同様に、マスクブランク用基板1を100枚、製造した。研磨工程後の欠陥検査において、100枚中3枚のマスクブランク用基板1に内部クラックを発見した。したがって、内部クラックの存在しないマスクブランク用基板1を得るためには、その製造工程において火炎処理を行うことが必要であることが明らかとなった。
2 ハーフトーン型位相シフト膜(パターン形成用薄膜)
2a 位相シフトパターン
3 遮光膜(パターン形成用薄膜)
3a、3b 遮光膜パターン
4 レジスト膜
4a、4b レジストパターン
5 欠陥
10 マスクブランク
15 位相シフトマスク
50 火炎照射装置
52 火炎
71 主表面
72 端面
73 面取面
100 火炎処理装置
102 ステージ
104 火炎制御部
105 引火性ガス
112 ステージコントローラ
114 火炎処理制御部
Claims (9)
- 対向する2つの主表面を有する基板からなるマスクブランク用基板の製造方法であって、
前記基板の主表面に対して研削を行う工程と、
研削が行われた前記基板の主表面に対して、前記基板の軟化点以上の燃焼温度の火炎を接触させる工程と、
前記火炎を接触させる工程を行った後に、前記基板の主表面に対して研磨を行う工程と
を有することを特徴とするマスクブランク用基板の製造方法。 - 前記基板は、合成石英ガラスからなることを特徴とする請求項1に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
- 前記火炎は、1600℃以上の燃焼温度であることを特徴とする請求項1又は2に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
- 前記火炎を接触させる工程は、前記基板の主表面を軟化させ、前記基板の主表面近傍に存在する内部クラックを除去することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
- 前記火炎を接触させる工程は、前記研削が行われた前記基板の主表面に対して、局所的に火炎を照射しつつ、前記主表面の全面を走査することによって行われることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
- 前記火炎を接触させる工程が行われた前記基板の主表面に対してエッチング処理を行うことで欠陥を顕在化させる欠陥顕在化工程を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
- 前記研磨を行う工程は、前記基板の主表面に対するコロイダルシリカ砥粒を用いた研磨が行われる工程であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のマスクブランク用基板の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のマスクブランク用基板の製造方法で製造されたマスクブランク用基板の主表面上にパターン形成用の薄膜を成膜する工程を有することを特徴とするマスクブランクの製造方法。
- 請求項8に記載のマスクブランクの製造方法で製造されたマスクブランクのパターン形成用の薄膜に転写パターンを形成する工程を有することを特徴とする転写用マスクの製造方法。
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