JP6756796B2 - マスクブランクス、ハーフトーンマスク、製造方法 - Google Patents

マスクブランクス、ハーフトーンマスク、製造方法 Download PDF

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Description

本発明はマスクブランクス、ハーフトーンマスク、製造方法に用いて好適な技術に関する。
液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のFPD(flat panel display,フラットパネルディスプレイ)用の基板は複数のマスクを用いることで製造されているが、工程削減のために半透過性のハーフトーンマスクを用いてマスク枚数を削減することができる。
さらにカラーフィルターや有機ELディスプレイ等では感光性有機樹脂を半透過性のマスクを用いて露光と現像を行い有機樹脂の形状を制御することで、適切な形状のスペーサーや開口部を形成することが可能になる。このためにハーフトーンマスクの重要度が高まっている(特許文献1等)。
これらのハーフトーンマスクは遮光層とハーフトーン層(半透過層)を用いて形成される。ハーフトーンマスクは半透過層が遮光層の上に形成される場合と、下に形成される場合の2つの構造が存在するが、半透過層が遮光層の下に存在する、いわゆる下置き構造の需要が高くなっている。
下置き構造のハーフトーンマスクはブランクスメーカーでハーフトーン層と遮光層の積層膜を形成した後で、マスクメーカーにおいてそれぞれの膜を所望のパターンで露光、現像、エッチングすることでマスクを完成させることが可能であるために短期間にマスクを形成できるという利点を有する。
FPD用マスクの遮光層の材料としては、Crを用いるのが一般的であり、ハーフトーン層の材料としてもCrを用いるのが望ましい。Crは優れた薬液耐性を示し、マスクとしての加工方法も確立されている。
さら更にハーフトーン層をCrを用いて形成することで透過率の波長依存性が小さく出来るという利点も有する。
Crを用いて遮光層とハーフトーン層を形成する場合には所望のパターンを形成するために、Crのエッチング液によりエッチングがされないエッチングストッパー層を遮光層とハーフトーン層の間に成膜する必要がある。特許文献2には、エッチングストッパー層として金属シリサイド化合物が記載されている。
特開2006−106575号公報 特開2017−182052号公報
しかしながら、これらのエッチングストッパー層を用いただけではマスクを形成した際のパターン形状に問題を有することがわかった。
エッチングストッパー層のエッチングの際に遮光膜とエッチングストッパー層の界面においてエッチングが過剰に進行してしまうため、マスクとして用いるのに適当な断面形状が得られないという課題がある。
適切な組成のエッチングストッパー層を用いないと、エッチングストッパー層のエッチングにおいて、ガラス基板とのエッチングの選択比が十分に確保できないために、ガラス基板表面においてエッチングが進行してしまい、ガラス基板にダメージを発生させる場合があるという問題がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
1.エッチングストッパー層の最適化を図ること。
2.ガラス基板へのダメージ低減を図ること。
3.ハーフトーンマスクの形状設定における正確性を向上すること。
本発明のマスクブランクスは、透明基板と、
該透明基板の表面に積層されたCrを主成分とするハーフトーン層と、
前記ハーフトーン層に積層されたエッチングストッパー層と、
前記エッチングストッパー層に積層されたCrを主成分とする遮光層と、を備え
るマスクブランクスであって、
前記エッチングストッパー層が金属シリサイド化合物からなり、
前記エッチングストッパー層における金属に対するSiの組成比が(27.1/32.7)〜(71.5/24.1)の範囲に設定され、
前記エッチングストッパー層には、窒素濃度が高く設定される高窒素領域が厚さ方向における前記遮光層側に設けられることにより上記課題を解決した。
また、本発明において、前記エッチングストッパー層がモリブデンシリサイド化合物からなることができる。
本発明のマスクブランクスは、前記エッチングストッパー層における前記高窒素領域の窒素濃度が30atm%以上の領域を有することができる。
本発明において、前記エッチングストッパー層における前記高窒素領域の膜厚は10nm以下に設定されることが好ましい。
本発明のマスクブランクスは、前記エッチングストッパー層が、15nm以上の膜厚とされることができる。
また、本発明のマスクブランクスの製造方法は、上記のいずれかに記載されたマスクブランクスの製造方法であって、
前記透明基板に、前記ハーフトーン層と前記エッチングストッパー層と前記遮光層とを順に積層する工程を有し、
前記エッチングストッパー層が、Siおよび、Ni、Co、Fe、Ti、Al、Nb、Mo、WおよびHfから選択された少なくとも1種の金属を主成分として、成膜雰囲気として窒素を含有するスパッタリングにより成膜されることができる。
また、本発明のハーフトーンマスクの製造方法は、上記のいずれかに記載されたマスクブランクスを用いてハーフトーンマスクを製造する方法であって、
前記遮光層上に所定のパターンを有するマスクを形成する工程と、
この形成したマスク越しに前記遮光層をウェットエッチングする工程と、前記エッチングストッパー層をウェットエッチングする工程と、を有することができる。
本発明のハーフトーンマスクの製造方法は、前記遮光層をウェットエッチングする工程において、
前記エッチャントとして、硝酸セリウム第2アンモニウムを含むエッチング液を用いることができる。
本発明のハーフトーンマスクの製造方法は、前記エッチングストッパー層をウェットエッチングする工程において、
前記エッチャントとして、フッ素系のエッチング液を用いることができる
本発明のマスクブランクスは、透明基板と、
該透明基板の表面に積層されたCrを主成分とするハーフトーン層と、
前記ハーフトーン層に積層されたエッチングストッパー層と、
前記エッチングストッパー層に積層されたCrを主成分とする遮光層と、を備え
るマスクブランクスであって、
前記エッチングストッパー層が金属シリサイド化合物からなり、
前記エッチングストッパー層における金属に対するSiの組成比が(27.1/32.7)〜(71.5/24.1)の範囲に設定される。これにより、エッチングストッパー層のエッチングに際して、エッチングレートを上記組成比に即して制御することができる。これにより、エッチングストッパー層のエッチング処理時間を短縮して、透明基板表面にダメージを与えてしまうことを防止可能となる。
また、本発明において、前記エッチングストッパー層がモリブデンシリサイド化合物からなる。これにより、Crを主成分とする遮光層をエッチングする際に、充分な選択性を有するエッチングストッパー層として、エッチングストップ能を呈して、所望の形状を有するフォトマスクを製造することが可能となる。
本発明のマスクブランクスにおいて、前記エッチングストッパー層には、窒素濃度が高く設定される高窒素領域が厚さ方向における前記遮光層側に設けられる。これにより、高窒素領域によって、遮光層のエッチングの際に充分なエッチングストップ能を呈するとともに、エッチングストッパー層およびハーフトーン層のエッチングに際して、遮光層の形状が所望の状態であることを維持することができる。
本発明のマスクブランクスは、前記エッチングストッパー層における前記高窒素領域の窒素濃度が30atm%以上の領域を有する。これにより、遮光層のエッチングの際に充分なエッチングストップ能を呈することができる。
本発明において、前記エッチングストッパー層における前記高窒素領域の膜厚は10nm以下に設定される。これにより、遮光層のエッチングの際に充分なエッチングストップ能を呈して、遮光層の形状が所望の状態であることを維持するとともに、ハーフトーン層にダメージを与えてしまうことを防止できる。同時に、エッチングストッパー層のエッチングに際して、必要以上にエッチング処理時間が長くなることを防止し、透明基板表面にダメージを与えることを防止できる。
本発明のマスクブランクスは、前記エッチングストッパー層が、15nm以上の膜厚とされる。これにより、遮光層のエッチングの際に充分なエッチングストップ能を呈して、遮光層の形状が所望の状態であることを維持するとともに、ハーフトーン層にダメージを与えてしまうことを防止できる。同時に、エッチングストッパー層のエッチングに際して、必要以上にエッチング処理時間が長くなることを防止し、透明基板表面にダメージを与えることを防止できる。
また、本発明のマスクブランクスの製造方法は、上記のいずれかに記載されたマスクブランクスの製造方法であって、
前記透明基板に、前記ハーフトーン層と前記エッチングストッパー層と前記遮光層とを順に積層する工程を有し、
前記エッチングストッパー層が、成膜雰囲気として窒素を含有し、Siおよび、Ni、Co、Fe、Ti、Al、Nb、Mo、WおよびHfから選択された少なくとも1種の金属を主成分としてスパッタリングにより成膜される。これにより、エッチングストッパー層のエッチングに際して、エッチングレートを上記組成比に即して制御することができる。これにより、エッチングストッパー層のエッチング処理時間を短縮して、透明基板表面にダメージを与えてしまうことを防止可能とし、Crを主成分とする遮光層をエッチングする際に、充分な選択性を有するエッチングストッパー層として、エッチングストップ能を呈し、窒素を含むエッチングストッパー層によって、遮光層のエッチングの際に充分なエッチングストップ能を呈するとともに、エッチングストッパー層およびハーフトーン層のエッチングに際して、遮光層の形状が所望の状態であることを維持し、ハーフトーン層にダメージを与えてしまうことを防止して、所望の形状を有するフォトマスクを製造することが可能なマスクブランクスを提供することができる。
また、本発明のハーフトーンマスクの製造方法は、上記のいずれかに記載されたマスクブランクスを用いてハーフトーンマスクを製造する方法であって、
前記遮光層上に所定のパターンを有するマスクを形成する工程と、
この形成したマスク越しに前記遮光層をウェットエッチングする工程と、前記エッチングストッパー層をウェットエッチングする工程と、を有する。これにより、エッチングストッパー層のエッチングに際して、エッチングレートを上記組成比に即して制御することができる。これにより、エッチングストッパー層のエッチング処理時間を短縮して、透明基板表面にダメージを与えてしまうことを防止可能とし、Crを主成分とする遮光層をエッチングする際に、充分な選択性を有するエッチングストッパー層として、エッチングストップ能を呈し、窒素を含むエッチングストッパー層によって、遮光層のエッチングの際に充分なエッチングストップ能を呈するとともに、エッチングストッパー層およびハーフトーン層のエッチングに際して、遮光層の形状が所望の状態であることを維持し、ハーフトーン層にダメージを与えてしまうことを防止して、所望の形状を有するフォトマスクを製造することが可能となる。
本発明のハーフトーンマスクの製造方法は、前記遮光層をウェットエッチングする工程において、
前記エッチャントとして、硝酸セリウム第2アンモニウムを含むエッチング液を用いることができる。
本発明のハーフトーンマスクの製造方法は、前記エッチングストッパー層をウェットエッチングする工程において、
前記エッチャントとして、フッ素系のエッチング液を用いることができる。
本発明のハーフトーンマスクにおいては、上記のいずれか記載の製造方法により製造されたことができる。
本発明によれば、エッチングストッパー層のエッチングに際して、エッチングレートを金属とSiとの組成比に即して制御することを可能とし、また、透明基板表面にダメージを与えてしまうことを防止可能とし、ハーフトーン層にダメージを与えてしまうことを防止して、所望の形状を有するフォトマスクを製造することが可能となるという効果を奏することが可能となる。
本発明に係るマスクブランクスの第1実施形態を示す斜視図である。 本発明に係るハーフトーンマスクの第1実施形態を示す断面図である。 本発明に係るマスクブランクスの製造方法の第1実施形態における成膜装置を示す模式図である。 本発明に係るマスクブランクスの製造方法の第1実施形態における成膜装置を示す模式図である。 本発明に係るハーフトーンマスクの製造方法の第1実施形態を示す工程図である。 本発明に係るハーフトーンマスクの製造方法の第1実施形態を示す工程図である。 本発明に係るハーフトーンマスクの製造方法の第1実施形態を示す工程図である。 本発明に係るハーフトーンマスクの製造方法の第1実施形態を示す工程図である。 本発明に係る実施例を示すグラフである。
以下、本発明に係るマスクブランクス、ハーフトーンマスク、製造方法の第1実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態におけるマスクブランクスを示す模式断面図であり、図において、符号MBは、マスクブランクスである。
本実施形態に係るマスクブランクスMBは、例えば、露光光の波長が365nm〜436nmの範囲で使用されるハーフトーンマスクに供されるものとされ、図1に示すように、透明基板Sと、この透明基板S上に形成されたハーフトーン層11と、ハーフトーン層11上に形成されたエッチングストッパー層12と、このエッチングストッパー層12上に形成された遮光層13とで構成される。
透明基板Sとしては、透明性および光学的等方性に優れた材料が用いられ、例えば、石英ガラス基板を用いることができる。透明基板Sの大きさは特に制限されず、当該マスクを用いて露光する基板(例えばLCD(液晶ディスプレイ)、プラズマディスプレイ、有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイなどのFPD用基板、半導体基板)に応じて適宜選定される。本実施形態では、径寸法100mm程度の基板や、一辺50〜100mm程度から、一辺300mm以上の矩形基板に適用可能であり、更に、縦450mm、横550mm、厚み8mmの石英基板や、最大辺寸法1000mm以上で、厚み10mm以上の基板も用いることができる。
また、透明基板Sの表面を研磨することで、透明基板Sのフラットネスを低減するようにしてもよい。透明基板Sのフラットネスは、例えば、20μm以下とすることができる。これにより、マスクの焦点深度が深くなり、微細かつ高精度なパターン形成に大きく貢献することが可能となる。さらにフラットネスは10μm以下と、小さい方が良好である。
ハーフトーン層11は、Crを主成分とするものであり、具体的には、Cr単体、並びにCrの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、炭化窒化物および酸化炭化窒化物から選択される1つで構成することができ、また、これらの中から選択される2種以上を積層して構成することもできる。
エッチングストッパー層12としては、窒素を含有する金属シリサイド化合物膜、例えば、Ni、Co、Fe、Ti、Al、Nb、Mo、WおよびHfから選択された少なくとも1種の金属や、これらの金属どうしの合金とSiとを含む膜や、特に、モリブデンシリサイド化合物膜、MoSi(X≧2)膜(例えばMoSi膜、MoSi膜やMoSi膜など)が挙げられる。
鋭意検討の結果、MoSi膜の組成に関してはMoとSiの組成比において、MoSi膜におけるXの値は(27.1/32.7)〜(71.5/24.1)の範囲が望ましい。ここで、MoSi膜におけるXの値をこの範囲内で小さくすると、エッチングレートを高くすることができる。また、MoSi膜におけるXの値をこの範囲内で大きくすると、エッチングレートを低く高くすることができる。従って、後述の図9に示すように、所定の組成比となるターゲットを選択して成膜をおこなった場合、エッチングストッパー層12のエッチングレートを組成比に応じて制御することができる。
ここで、MoSi膜におけるXの値を(27.1/32.7)より小さくすると、所望の組成比でターゲットを製造することが難しくなるため、好ましくない。また、MoSi膜におけるXの値を(71.5/24.1)より大きくすると、後述する窒素濃度によるエッチングレートの制御が難しくなるため、好ましくない。

さらに、このエッチングストッパー層12のエッチングレートの制御は、MoSi膜におけるXの値を2.0〜3.7の範囲とすることで、窒素濃度との関係性がもっとも制御性を向上できるため、これが望ましいことがわかった。
そのために本検討においてはXの値が2.3〜3.7のターゲットを用いている。Siの比率が小さい程、Crを主成分とする層に対するエッチング選択比を大きくする等、所定の範囲に設定する自由度を増大することが可能となる。
また、MoSi膜中の窒素濃度を制御することで、MoSi膜のエッチングレートを、窒素濃度に対応した所望の値に設定することが可能である。
エッチングストッパー層12は、厚さ方向における遮光層13側に窒素濃度が高く設定される高窒素領域12Aが設けられる。高窒素領域12Aの窒素濃度が30atm%以上に設定される。さらに、高窒素領域12Aの窒素濃度が40atm%以上に設定されることがより好ましい。高窒素領域12Aの膜厚は5nm以上10nm以下に設定される。
エッチングストッパー層12は、高窒素領域12Aと、高窒素領域12Aよりもハーフトーン層11の低窒素領域12Bとをあわせた膜厚が、15nm以上40nm以下となるように設定されている。
エッチングストッパー層12の低窒素領域12Bは、高窒素領域12Aよりも窒素濃度が低く設定されていればよいが、30atm%以下に設定されることができる。さらに、低窒素領域12Bは、窒素濃度が20atm%以下、あるいは、窒素濃度が10atm%以下に設定されることができる。
なお、高窒素領域12Aと低窒素領域12Bとにおいては、MoSi膜の組成に関してはMoとSiの組成比が、いずれも同じ比率に設定することができるが、異なる組成比とすることも可能である。
なお、エッチングストッパー層12において、高窒素領域12Aと低窒素領域12Bとは、その界面が明確に存在してもよく、また、高窒素領域12Aから低窒素領域12Bに向けて、厚さ方向に窒素濃度が傾斜するように形成することもできる。低窒素領域12Bの膜厚は10nm以上25nm以下に設定される。
エッチングストッパー層12としては、窒素濃度、および、MoSi膜の組成としてMoとSiの組成比を設定することで、後述の図9に示すように、エッチングストッパー層12としてのエッチングに対する膜特性、つまり、エッチングレートを設定することができる。
これにより、エッチングストッパー層12より上側(表面側、外側)に位置する遮光層13のエッチングにおいては、エッチングストッパー層12が高い選択性を有して、エッチングストッパー層12のエッチングレートを低くし、エッチングストッパー層12がエッチング耐性を有し、ハーフトーン層11へのダメージ発生を防止するように膜組成を設定することができる。この場合、遮光層13との界面側である高窒素領域12Aの窒素濃度を高くすることが好ましい。同時に、高窒素領域12Aの膜厚を上述した範囲とすることが好ましい。
同時に、エッチングストッパー層12のエッチングにおいては、エッチングレートを低くして、エッチング処理時間を短くし、ガラス基板(透明基板)Sがエッチングされることを抑制して、ガラス基板(透明基板)Sにおけるダメージ発生を防止することが可能となる。この場合、ハーフトーン層11側である低窒素領域12Bの窒素濃度を低くすることが好ましい。同時に、低窒素領域12Bの膜厚を上述した範囲とすることが好ましい。
遮光層13は、Crを主成分とするものであり、具体的には、Crおよび窒素を含むものとされる。さらに、遮光層13が厚み方向に異なる組成を有することもでき、この場合、遮光層13として、Cr単体、並びにCrの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、炭化窒化物および酸化炭化窒化物から選択される1つ、または、2種以上を積層して構成することもできる。
遮光層13は、所定の光学特性が得られる厚み(例えば、80nm〜200nm)で形成される。
ここで、遮光層13とハーフトーン層11とは、どちらもクロム系薄膜であり、かつ、酸化窒化されているが、比較すると、ハーフトーン層11の方が遮光層13よりも酸化度が大きく、酸化されにくいように設定されている。
本実施形態のマスクブランクスMBは、例えばFPD用ガラス基板に対するパターニング用マスクであるハーフトーンマスクMを製造する際に適用することができる。
図2は、本実施形態におけるマスクブランクスから製造されるハーフトーンマスクを示す断面図である。
本実施形態のハーフトーンマスクMは、図2に示すように、マスクブランクスMBにおいて、ガラス基板(透明基板)Sの露出した透過領域M1と、ハーフトーン層11からパターン形成されたハーフトーンパターン11aのみがガラス基板(透明基板)Sに形成されているハーフトーン領域M2と、ハーフトーン層11とエッチングストッパー層12と遮光層13とからパターン形成されたハーフトーンパターン11aとエッチングストッパーパターン12aと遮光パターン13aとが積層された遮光領域M3と、を有する。
このハーフトーンマスクMにおいて、ハーフトーン領域M2は、たとえば、露光処理において、半透過性を透過光にもたせることが可能な領域とされる。遮光領域M3は、露光処理において、遮光パターン13aによって、照射光を透過しないことが可能な領域とされる。
たとえば、ハーフトーンマスクMによれば、露光処理において、波長領域の光、特にg線(436nm)、h線(405nm)、i線(365nm)を含む複合波長を露光光として用いることができる。これにより、露光と現像をおこなって有機樹脂の形状を制御して、適切な形状のスペーサーや開口部を形成することが可能になる。また、パターン精度が大幅に向上し、微細かつ高精度なパターン形成が可能となる。
このハーフトーンマスクによれば、上記波長領域の光を用いることでパターン精度の向上を図ることができ、微細かつ高精度なパターン形成が可能となる。これにより、高画質のフラットパネルディスプレイ等を製造することができる。
以下、本実施形態のマスクブランクスMBの製造方法について説明する。
本実施形態におけるマスクブランクス10Bは、図3または図4に示す製造装置により製造される。
図3に示す製造装置S10は、インターバック式のスパッタリング装置とされ、ロード・アンロード室S11と、ロード・アンロード室S11に密閉手段S13を介して接続された成膜室(真空処理室)S12とを有するものとされる。
ロード・アンロード室S11には、外部から搬入されたガラス基板Sを成膜室S12へと搬送するか成膜室S12を外部へと搬送する搬送手段S11aと、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の排気手段S11bが設けられる。
成膜室S12には、基板保持手段S12aと、成膜材料を供給する手段として、ターゲットS12bを有するカソード電極(バッキングプレート)S12cと、バッキングプレートS12cに負電位のスパッタ電圧を印加する電源S12dと、この室内にガスを導入するガス導入手段S12eと、成膜室S12の内部を高真空引きするターボ分子ポンプ等の高真空排気手段S12fと、が設けられている。
基板保持手段S12aは、搬送手段S11aによって搬送されてきたガラス基板Sを受け取り、成膜中にターゲットS12bと対向するようにガラス基板Sを保持するとともに、ガラス基板Sをロード・アンロード室S11からの搬入およびロード・アンロード室S11へ搬出可能とされている。
ターゲットS12bは、ガラス基板Sに成膜するために必要な組成を有する材料からなる。
図3に示す製造装置S10においては、ロード・アンロード室S11から搬入したガラス基板Sに対して、成膜室(真空処理室)S12においてスパッタリング成膜をおこなった後、ロード・アンロード室S11から成膜の終了したガラス基板Sを外部に搬出する。
成膜工程においては、ガス導入手段S12eから成膜室S12にスパッタガスと反応ガスとを供給し、外部の電源からバッキングプレート(カソード電極)S12cにスパッタ電圧を印加する。また、マグネトロン磁気回路によりターゲットS12b上に所定の磁場を形成してもよい。成膜室S12内でプラズマにより励起されたスパッタガスのイオンが、カソード電極S12cのターゲットS12bに衝突して成膜材料の粒子を飛び出させる。そして、飛び出した粒子と反応ガスとが結合した後、ガラス基板Sに付着することにより、ガラス基板Sの表面に所定の膜が形成される。
この際、ハーフトーン層11の成膜と、エッチングストッパー層12の成膜と、遮光層13の成膜とで、必要な組成を有するターゲットS12bに交換する。また、ハーフトーン層11の成膜と、エッチングストッパー層12の成膜と、遮光層13の成膜とで、ガス導入手段S12eから異なる量の窒素ガスなどの必要な成膜ガスを供給するとともに、その分圧を制御するように切り替えて、その組成を設定した範囲内にする。
さらに、これらハーフトーン層11の成膜と、エッチングストッパー層12の成膜と、遮光層13の成膜に加え、他の膜を積層する場合には、対応するターゲット、ガス等のスパッタ条件としてスパッタリングにより成膜するか、他の成膜方法によって該当膜を積層して、本実施形態のマスクブランクスMBを製造する。
また、図4に示す製造装置S20は、インライン式のスパッタリング装置とされ、ロード室S21と、ロード室S21に密閉手段S23を介して接続された成膜室(真空処理室)S22と、成膜室S22に密閉手段S24を介して接続されたアンロード室S25と、を有するものとされる。
ロード室S21には、外部から搬入されたガラス基板Sを成膜室S22へと搬送する搬送手段S21aと、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の排気手段S21bが設けられる。
成膜室S22には、基板保持手段S22aと、成膜材料を供給する手段として、ターゲットS22bを有するカソード電極(バッキングプレート)S22cと、バッキングプレートS22cに負電位のスパッタ電圧を印加する電源S22dと、この室内にガスを導入するガス導入手段S22eと、成膜室S22の内部を高真空引きするターボ分子ポンプ等の高真空排気手段S22fと、が設けられている。
基板保持手段S22aは、搬送手段S21aによって搬送されてきたガラス基板Sを受け取り、成膜中にターゲットS22bと対向するようにガラス基板Sを保持するとともに、ガラス基板Sをロード室S21からの搬入およびアンロード室S25へ搬出可能とされている。
ターゲットS22bは、ガラス基板Sに成膜するために必要な組成を有する材料からなる。
アンロード室S25には、成膜室S22から搬入されたガラス基板Sを外部へと搬送する搬送手段S25aと、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の排気手段S25bが設けられる。
図4に示す製造装置S20においては、ロード室S21から搬入したガラス基板Sに対して、成膜室(真空処理室)S22においてスパッタリング成膜をおこなった後、アンロード室S25から成膜の終了したガラス基板Sを外部に搬出する。
成膜工程においては、ガス導入手段S22eから成膜室S22にスパッタガスと反応ガスとを供給し、外部の電源からバッキングプレート(カソード電極)S22cにスパッタ電圧を印加する。また、マグネトロン磁気回路によりターゲットS22b上に所定の磁場を形成してもよい。成膜室S22内でプラズマにより励起されたスパッタガスのイオンが、カソード電極S22cのターゲットS22bに衝突して成膜材料の粒子を飛び出させる。そして、飛び出した粒子と反応ガスとが結合した後、ガラス基板Sに付着することにより、ガラス基板Sの表面に所定の膜が形成される。
この際、ハーフトーン層11の成膜と、エッチングストッパー層12の成膜と、遮光層13の成膜とで、必要な組成を有するターゲット212bに交換する。また、ハーフトーン層11の成膜と、エッチングストッパー層12の成膜と、遮光層13の成膜とで、ガス導入手段S22eから異なる量の窒素ガスなどの必要な成膜ガスを供給するとともに、その分圧を制御するように切り替えて、その組成を設定した範囲内にする。
さらに、これらハーフトーン層11の成膜と、エッチングストッパー層12の成膜と、遮光層13の成膜に加え、他の膜を積層する場合には、対応するターゲット、ガス等のスパッタ条件としてスパッタリングにより成膜するか、他の成膜方法によって該当膜を積層して、本実施形態のマスクブランクスMBを製造する。
上記の製造装置S10または製造装置S20においては、まず、ガラス基板S上に、DCスパッタリング法などを用いて、Crを主成分とするハーフトーン層11、MoおよびSiを主成分とするエッチングストッパー層12を順に成膜する。
ハーフトーン層11の成膜においては、Crを主成分とするターゲットS12bまたはターゲットS22bを用いる。
エッチングストッパー層12の成膜においては、MoおよびSiを主成分とし、上述した組成比を有するターゲットS12bまたはターゲットS22bを用い、窒素を含有するガス雰囲気(成膜雰囲気)とするとともに、上述した低窒素領域12Bの窒素濃度となるように、雰囲気ガス中の窒素濃度を設定する。さらに、高窒素領域12Aの窒素濃度となるように、雰囲気ガス中の窒素濃度を設定する。
このとき、エッチングストッパー層12の成膜を一時中断する、または、断続的に成膜するとともに、窒素濃度を切り替えて、低窒素領域12Bと高窒素領域12Aとの界面を形成することができる。
あるいは、エッチングストッパー層12の成膜を連続的におこなうとともに、窒素濃度を徐々に増加するように変化させて、低窒素領域12Bから高窒素領域12Aへと傾斜濃度を有するように形成することができる。
次に、Crを主成分とする遮光層13をエッチングストッパー層12上に成膜する。
このときき、成膜条件として、クロムをターゲットとしたDCスパッタリングにより、スパッタリングガスとして、アルゴン、窒素(N)などを含む状態で、スパッタリングをおこなうことができる。
さらにスパッタリングの進行に伴い、その条件を変化させることで、ガラス基板S側にクロム層を有し、その上に酸化クロム層を有する状態として遮光層13を成膜することなどができる。
なお、遮光層13、および、ハーフトーン層11の成膜においては、それぞれの層で要求される光学特性に応じて、必要な組成のターゲットS12bまたはターゲットS22bを用い、雰囲気ガスの種類・成膜条件を選択することが好ましい。
以下、このように製造された本実施形態のマスクブランクスMBからハーフトーンマスクを製造する方法について説明する。
図5は、本実施形態におけるマスクブランクスによるハーフトーンマスクの製造工程を示す断面図であり、図6は、本実施形態におけるマスクブランクスによるハーフトーンマスクの製造工程を示す断面図である。
ここで、マスクブランクスMBは、図1に示すように、ハーフトーン層11とエッチングストッパー層12と遮光層13とが成膜された領域と、ガラス基板Sが露出した透過領域M1とを有する。
次に、図5に示すように、マスクブランクスMBの最上層である遮光層13の上にフォトレジスト層PR1を形成する。このとき、透過領域M1にもフォトレジスト層PR1を形成する。
フォトレジスト層PR1は、ポジ型でもよいしネガ型でもよいが、ポジ型とすることができる。フォトレジスト層PR1としては、液状レジストが用いられる。
続いて、図6に示すように、フォトレジスト層PR1を露光するとともに現像することで、遮光層13の上にレジストパターンPR1aが形成される。レジストパターンPR1aは、遮光層13、エッチングストッパー層12のエッチングマスクとして機能し、遮光層13、エッチングストッパー層12を除去するハーフトーン領域M2のエッチングパターンに応じて適宜形状が定められる。一例として、レジストパターンPR1aは、ハーフトーン領域M2においては、形成する遮光パターン13a、エッチングストッパーパターン12aの開口幅寸法に対応した開口幅を有する形状に設定される。
次いで、図7に示すように、このレジストパターンPR1a越しに所定のエッチング液(エッチャント)を用いて遮光層13をウェットエッチングする工程を開始する。
エッチング液としては、硝酸セリウム第2アンモニウムを含むエッチング液を用いることができ、例えば、硝酸や過塩素酸等の酸を含有する硝酸セリウム第2アンモニウムを用いることが好ましい。
ここで、エッチングストッパー層12はこのエッチング液に対して遮光層13に比べて高い耐性を有するため、まず、遮光層13のみがパターニングされて遮光パターン13aが形成される。遮光パターン13aは、レジストパターンPR1aに対応した開口幅を有しハーフトーン領域M2に対応する形状とされる。
このとき、エッチングストッパー層12の高窒素領域12Aは、エッチング液に対して、必要な選択比を有し、エッチングレートが極めて小さく設定されていることで、充分なエッチング耐性を有する。したがって、エッチングストッパー層12にピットなどのダメージが発生することはなく、遮光層13と同系統のCrを有するハーフトーン層11にダメージが発生することがない。
次いで、図8に示すように、レジストパターンPR1aを除去する。レジストパターンPR1aの除去には、公知のレジスト剥離液を用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。
その後、遮光パターン13a越しに所定のエッチング液を用いてエッチングストッパー層12をウェットエッチングする工程を開始する。
エッチング液としては、エッチングストッパー層12がMoSiである場合には、エッチング液として、フッ素系、つまり、フッ化水素酸、珪フッ化水素酸、フッ化水素アンモニウムから選ばれる少なくとも一つのフッ素化合物と、過酸化水素、硝酸、硫酸から選ばれる少なくとも一つの酸化剤とを含むものを用いることが好ましい。
エッチングストッパー層12のウェットエッチングでは、遮光パターン13aに覆われていないハーフトーン領域M2において、高窒素領域12Aと低窒素領域12Bとが順にエッチングされる。高窒素領域12Aと低窒素領域12Bとの窒素濃度に応じて、高窒素領域12Aのエッチングレートは小さく、低窒素領域12Bのエッチングレートは大きくなる。これにより、エッチングストッパー層12のウェットエッチング時間を短くして、透過領域M1において露出したガラス基板(透明基板)S表面に対するエッチングによるダメージ発生を防止することができる。
エッチングストッパー層12がエッチングされてハーフトーン層11が露出した時点で、エッチングストッパー層12のエッチングは終了する。これにより、ハーフトーン領域M2において、ハーフトーン層11が露出する。
これにより、図2に示すように、光学的に設定された所定の遮光パターン13aとエッチングストッパーパターン12aと、ハーフトーンパターン11aとを有し、透過領域M1とハーフトーン領域M2と遮光領域M3とが形成されたハーフトーンマスクMを得ることができる。
本実施形態によれば、エッチングストッパー層12に高窒素領域12Aと低窒素領域12Bとを形成するとともに、MoとSiとの組成比を上述した範囲に設定したことで、エッチングストッパー層12のエッチングに際して、エッチングレートをこれらの窒素組成比に即して制御することができる。これにより、エッチングストッパー層12のエッチング処理時間を短縮して、ガラス基板Sの表面にダメージを与えてしまうことを防止可能とすることができる。
本実施形態によれば、エッチングストッパー層12に高窒素領域12Aと低窒素領域12Bとを形成したことで、最初にエッチングが進行しはじめる遮光層13とエッチングストッパー層12との界面におけるエッチングストッパー層12の窒素濃度を高くすることで、界面におけるエッチングの過剰な進行を抑制することができる。
これにより、Crを主成分とする遮光層13をエッチングする際に、充分な選択性を有しエッチングストップ能を呈して、所望の形状を有するハーフトーンマスクMを製造することが可能となる。これにより、遮光層13のエッチング処理において、ハーフトーン層11にダメージを与えてしまうことを防止可能とすることができる。
なお、図5に示すように、透過領域M1として、上記のエッチング工程と同様に、フォトレジスト層を形成して、ハーフトーン層11とエッチングストッパー層12と遮光層13とからなる積層膜にパターンを形成して、ガラス基板Sが露出した領域とすることもできる。あるいは、透過領域M1として、ハーフトーン層11とエッチングストッパー層12と遮光層13とを積層する際に、スパッタマスク等によって、成膜をおこなわずにガラス基板Sが露出した領域とすることもできる。
以下、本発明にかかる実施例を説明する。
なお、本発明におけるマスクブランクス、ハーフトーンマスクの具体例として、まず、マスクブランクスの製造について説明する。
<実験例>
まず、マスクを形成するためのガラス基板上に、半透過性のハーフトーン層を形成する。この際に形成するハーフトーン層はクロムニウム、酸素、窒素、炭素等を含有する膜であることが望ましい。ハーフトーン層に含有するクロムニウム、酸素、窒素、炭素の組成と膜厚を制御することで所望の透過率を有するハーフトーン膜を得ることが可能である。
その後、エッチングストッパー層として金属シリサイド膜を形成する。金属シリサイド膜としては、様々な膜を用いることが可能であるが、本実施例においてはモリブデンシリサイドを用いる。この際にモリブデンシリサイドを形成するためには反応性スパッタリング法を用いて形成する。
モリブデンシリサイドは膜中に窒素を含有しないと酸やアルカリ溶液に対して非常に容易にエッチングされるという性質を有している。そのため、モリブデンシリサイドをエッチングストッパー層として用いる場合において窒素を含有するモリブデンシリサイドを用いる。
ここで反応性スパッタリング法を用いてモリブデンシリサイドを形成する場合には、添加ガスに窒素を含有する窒素や一酸化窒素や二酸化窒素等を用いることで膜中に窒素を含有するモリブデンシリサイドを形成することが可能であり、さらに添加ガスのガス流量を制御することで、モリブデンシリサイドに含有される窒素の含有量も制御することが可能である。
その後、クロムニウムを主成分とする遮光層を成膜する。
この際に遮光層の反射率を低減するために酸素濃度を高めた屈折率が低い反射防止層を遮光層表面に形成する。このように、金属シリサイド膜をエッチングストッパー層とした下置き構造のハーフトーンマスクブランクスを形成する。
さらに、このハーフトーンマスクブランクスからハーフトーンマスクを形成する。
この場合には、まずレジストプロセスを用いて、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト剥離のプロセス工程を経ることで遮光層を所望のパターンに加工する。ここで、遮光層をエッチングする際に、エッチングストッパー層が遮光層のエッチング液によってエッチングされないことが重要である。
クロムニウムを主成分とする遮光層を用いる場合においては、エッチング液として硝酸第2セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液を用いることが一般的であるが、モリブデンシリサイドをエッチングストッパー層として用いる場合においては、モリブデンシリサイドがクロムニウムのエッチング液に対してほとんどエッチングされないために、良好なエッチングストッパー層として機能する。
次にモリブデンシリサイド膜についても、同様にレジストプロセスを用いて、エッチングストッパー層を加工する。
この際、モリブデンシリサイド膜を成膜した後に、エッチングしただけではエッチング後の加工形状が所望の状態にならない場合があることが判明した。具体的には、遮光層とエッチングストッパー層の界面のみエッチングが加速して進行することで、界面に隙間が発生してしまう場合がある。これは、遮光層を形成するクロムニウムを主成分とする膜とエッチングストッパー層の密着性に問題があるために発生するものと推測される。
遮光層と接する界面のモリブデンシリサイドの窒素濃度を高くして、高窒素領域12Aとし、その下層のモリブデンシリサイド膜の窒素濃度を低くして、低窒素領域12Bとすることで、遮光層とエッチングストッパー層との界面におけるエッチングの加速を抑制することが可能となる。
モリブデンシリサイド膜の深さ方向での窒素濃度を制御する方法としては、モリブデンシリサイド膜を積層化して、層毎の窒素濃度を変化させることも可能であるし、モリブデンシリサイド膜の深さ方向で連続的に窒素濃度を変化させることも可能である。
モリブデンシリサイド膜を積層化して、層毎の窒素濃度を変化させる方法としては、それぞれの層を成膜する際のガス流量を変化させる手段を採用することができる。
スパッタリング法を用いる場合においては、窒素元素を含有するガスである窒素、一酸化窒素、二酸化窒素等のガス流量を不活性ガスであるアルゴン等のガス流量と比較して制御することで、モリブデンシリサイド膜中の窒素濃度を制御することが可能である。
また、スパッタ成膜中に窒素を含むガス流量比を時間的に変化させることでモリブデンシリサイド膜の深さ方向での窒素濃度を連続的に制御することも可能である。インライン型やインターバック型のスパッタ装置を使う場合においては、窒素ガスとその他のガスの比率をターゲットに対する位置で制御することで、深さ方向において窒素濃度を制御することが可能である。
図9にモリブデンシリサイドの成膜条件を変化させて成膜した時のモリブデンシリサイド膜中の組成とエッチングレートの関係を示す。
ここでモリブデンシリサイド膜をエッチングするために用いたエッチング液は、フッ化水素酸と酸化剤を含む溶液である。
モリブデンシリサイド膜中の窒素濃度が高くなる程、エッチングレートが低下していることがわかる。このことから、遮光層と接する領域のモリブデンシリサイドの窒素濃度を下層のモリブデンシリサイドの窒素濃度よりも高くすることで、界面領域のエッチングの加速を抑制することができる。
エッチングストッパー層となるモリブデンシリサイド膜の加工後にモリブデンシリサイド膜をマスクとしてクロムニウムを主成分とするハーフトーン膜をエッチングする。その後にレジスト膜を剥離することで、遮光層とエッチングストッパー層とハーフトーン膜を加工する工程が完了する。
また、先に説明したエッチング工程において、遮光層とエッチングストッパー層のみをエッチングすることで、ハーフトーン膜のみのパターンを形成することも可能である。
図9に、モリブデンに対するシリコンの組成比として、2.0〜4.0のターゲットを用いた場合のモリブデンシリサイド膜の組成比とエッチング特性を示す。
図9に示したモリブデンに対するシリコンの組成比が2.0、組成比が2.3、組成比が3.0、組成比が3.7、組成比が4.0のターゲットを用いたそれぞれの場合のモリブデンシリサイド膜の組成比とエッチング特性とを示す。
Figure 0006756796
Figure 0006756796
Figure 0006756796
Figure 0006756796
Figure 0006756796
これらの表において、MoSi E.R.は、モリブデンシリサイドのエッチングレートを意味し、Quartz E.Rは、ガラス基板のエッチングレートを意味している。また、MoSi 2.0等における数字は、モリブデンシリサイド膜におけるモリブデンに対するシリコンの組成比を示すものである。また、それぞれの組成比は、モリブデンシリサイド膜におけるatm%の数値である。
モリブデンに対するシリコンの組成比として、2.0〜4.0のターゲットを用いた場合を比較すると、スパッタ時の窒素分圧を変化させた場合において、どの窒素分圧比においても組成比が低いターゲットを用いた場合の方が高い選択比を得ることができることがわかる。
また、モリブデンに対するシリコンの組成比が同じ場合でも、窒素濃度の高い方が大きなエッチングレートを有することがわかる。
ここで、モリブデンシリサイド膜は窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスを用いて成膜をしており、窒素ガス流量の全体のガス流量に対する比率を窒素ガス分圧としている。
この結果、組成比2.3のモリブデンシリサイドターゲットを用いることで、エッチングストッパー層のエッチングの際のガラス基板のエッチングを抑制することが可能となり、欠陥の発生を抑えることが可能となる。
エッチングストッパー層としてモリブデンシリサイドを用いる場合には、10〜50nm程度の膜厚のモリブデンシリサイドを用いることが好ましい。また、成膜時の窒素分圧を調整することで、所望のエッチング時間のエッチングストッパー層を得ることが可能である。
したがって、図9に示すように、窒素濃度、および、モリブデンとシリコンとの組成比を設定することで、モリブデンシリサイドを用いたエッチングストッパー層におけるエッチングレートを所定の値に設定することが可能となる。
また、図9に示す結果から、ガラス表面に対するモリブデンシリサイド膜のエッチングレート比が、所定値以上とすることで、必要な選択比を得て、高窒素領域12Aとすることができる。
あるいは、ガラス表面に対するモリブデンシリサイド膜のエッチングレート比が、所定値以下とすることで、必要な選択比を得て、低窒素領域12Bとすることができる。
上記の結果から、本発明によれば、エッチングストッパー層におけるエッチングレートを所定の値に設定して、遮光層の形状を所望の状態に形成するとともに、ガラス基板表面のダメージをなくし、ハーフトーン層のダメージのないフォトマスクを製造可能とすることができる。
なお、上記の実施形態および実施例においては、ハーフトーンマスクブランクスについて記載しているが、ハーフトーン膜を位相シフト膜に変えれば金属シリサイド膜をエッチングストッパー層とする下置き位相シフトマスクブランクスおよび位相シフトマスクを形成することが可能である。本発明の技術を用いることで同様に垂直形状を有する下置き位相シフトマスクを製造することが可能である。
この場合、位相シフト層11としては、300nm以上500nm以下の波長領域の何れかの光(例えば、波長365nmのi線)に対して略180°の位相差をもたせることが可能な厚さ(例えば、90〜170nm)で形成されることができる。
また、位相シフト層11の厚みは、i線に対して略180°の位相差をもたせる厚みとすることができる。さらに、h線またはg線に対して略180°の位相差をもたせることが可能な厚みで位相シフト層11を形成してもよい。ここで「略180°」とは、180°又は180°近傍を意味し、例えば、180°±10°以下である。
本発明の活用例として、半導体およびフラットディスプレイ用のマスクおよびマスクブランクスを挙げることができる。
MB…マスクブランクス
M…ハーフトーンマスク
M1…透過領域
M2…ハーフトーン領域
M3…遮光領域
S…ガラス基板(透明基板)
PR1…フォトレジスト層
PR1a…レジストパターン
11…ハーフトーン層
11a…ハーフトーンパターン
12…エッチングストッパー層
12a…エッチングストッパーパターン
13…遮光層
13a…遮光パターン

Claims (9)

  1. 透明基板と、
    該透明基板の表面に積層されたCrを主成分とするハーフトーン層と、
    前記ハーフトーン層に積層されたエッチングストッパー層と、
    前記エッチングストッパー層に積層されたCrを主成分とする遮光層と、を備え
    るマスクブランクスであって、
    前記エッチングストッパー層が金属シリサイド化合物からなり、
    前記エッチングストッパー層における金属に対するSiの組成比が(27.1/32.7)〜(71.5/24.1)の範囲に設定され、
    前記エッチングストッパー層には、窒素濃度が高く設定される高窒素領域が厚さ方向における前記遮光層側に設けられる
    ことを特徴とするマスクブランクス。
  2. 前記エッチングストッパー層がモリブデンシリサイド化合物からなる
    ことを特徴とする請求項1記載のマスクブランクス。
  3. 前記エッチングストッパー層における前記高窒素領域の窒素濃度が30atm%以上の領域を有する
    ことを特徴とする請求項1または2記載のマスクブランクス。
  4. 前記エッチングストッパー層における前記高窒素領域の膜厚は10nm以下に設定される
    ことを特徴とする請求項3記載のマスクブランクス。
  5. 前記エッチングストッパー層が、15nm以上の膜厚とされることを特徴とする請求項1から4のいずれか記載のマスクブランクス。
  6. 請求項1から5のいずれかに記載されたマスクブランクスの製造方法であって、
    前記透明基板に、前記ハーフトーン層と前記エッチングストッパー層と前記遮光層とを順に積層する工程を有し、
    前記エッチングストッパー層が、Siおよび、Ni、Co、Fe、Ti、Al、Nb、Mo、WおよびHfから選択された少なくとも1種の金属を主成分として、成膜雰囲気として窒素を含有するスパッタリングにより成膜されることを特徴とするマスクブランクスの製造方法。
  7. 請求項1から5のいずれかに記載されたマスクブランクスを用いてハーフトーンマスクを製造する方法であって、
    前記遮光層上に所定のパターンを有するマスクを形成する工程と、
    この形成したマスク越しに前記遮光層をウェットエッチングする工程と、前記エッチングストッパー層をウェットエッチングする工程と、を有することを特徴とするハーフトーンマスクの製造方法。
  8. 前記遮光層をウェットエッチングする工程において、
    前記エッチャントとして、硝酸セリウム第2アンモニウムを含むエッチング液を用いることを特徴とする請求項7記載のハーフトーンマスクの製造方法。
  9. 前記エッチングストッパー層をウェットエッチングする工程において、
    前記エッチャントとして、フッ素系のエッチング液を用いることを特徴とする請求項7記載のハーフトーンマスクの製造方法。
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