JPH08202017A

JPH08202017A - フォトマスクブランクス及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08202017A
Application number: JP3421995A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Kumagai; 一志熊谷
Original assignee: KOTEC KK; NIPPON SEKIEI GLASS KK
Current assignee: KOTEC KK; NIPPON SEKIEI GLASS KK
Priority date: 1995-01-31
Filing date: 1995-01-31
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】膜ストレスが解消されて平面度が飛躍的に向
上し、エッチングスピード、反射率にも優れたフォトマ
スクブランクスを提供し、集積度の高いフォトマスクの
パターン寸法精度を高める。【構成】ガラス基板上に金属クロム膜と酸化クロム膜
で５層構造とし、金属クロム膜を２層以上独立させて設
け、金属クロム層間の中間層にスパッタ電力を他の成膜
時より上げて得た酸化クロム膜を設け、酸化クロム膜の
トータル厚さを金属クロム膜のトータル厚さの１．５〜
１．７倍となるように成膜してなるフォトマスクブラン
クス及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フォトマスクの素材で
あるフォトマスクブランクス、さらに詳しくは、平面度
の優れたフォトマスクブランクス及びその製造法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体、集積回路の製造に使用するフォ
トマスクの製造法としては、特開平１−１５４０６０号
公報の第２図に示すように、石英基板（マスクサブスト
レート）上にクロム及び酸化クロムの多層ないしは単層
薄膜よりなるメタルプレート（フォトマスクブランク
ス）にレジストを塗布・プレベーキングし、電子ビーム
または紫外線を照射後、現像・エッチングしてフォトマ
スクを得ていた。

【０００３】このうち、フォトマスクブランクスは、マ
スクサブストレートに遮光膜として金属クロムを付着さ
せるものであるが、例えば、低反射クロム膜の場合、マ
スクサブストレート上に直接金属クロム膜を付着すると
付着力が劣るため、下地膜としてまず酸化クロム膜を
得、次いで金属クロム膜を遮光膜として付着させ、さら
に、反射防止用の酸化クロム膜を付着させた３層構造
（実質２層）としていた。

【０００４】

【発明が解決しょうとする課題】近年半導体の集積度が
飛躍的に高まり、平面度の低いフォトマスクは転写する
際に忠実にパターンを再現することができないため平面
度も数ミクロン単位のものが要求され、フォトマスクの
平面度を向上させることが重要課題となってきた。しか
し、従来から、フォトマスクの平面度の向上はサブスト
レートの研磨工程やフォトマスクの製造方法を改良する
ことによって達成しようとしていたが、その飛躍的向上
には限界があった。

【０００５】このため、本発明者は、フォトマスクブラ
ンクスについて着目し、従来のフォトマスクブランクス
は、クロム膜の持つ内部応力が強く、ガラス基板自体の
平面度が高くても、その後の薄膜形成による膜ストレス
により平面度が悪化することを見出した。つまり、マス
クサブストレートの状態で平面度が１〜２μｍであって
も、膜付することで膜付前後で５μｍという大きな変移
が見られた。これは膜付により膜が内部に応力を持って
平面度を悪化させていたことを意味する。

【０００６】本発明は、フォトマスクの平面度を向上さ
せるにつき、フォトマスクブランクスに着目し、フォト
マスクブランクスの成膜構造自体を新規な構造とするこ
とによって、従来のフォトマスクブランクスの持つ欠点
を改良し、平面度が飛躍的に優れたフォトマスクブラン
クスを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、酸化
クロム膜と金属クロム膜は、それぞれ圧縮応力（凸化）
と引張応力（凹化）を持つことがわかり、ガラス基板上
に金属クロム膜と酸化クロム膜で多層構造とし、金属ク
ロム膜の持つ内部応力（引張応力）と酸化クロム膜の持
つ内部応力（圧縮応力）をそれぞれの膜が持つ応力で打
消合う膜構造とすれば前記課題が解決できることを見出
した。

【０００８】また、クロム膜の持つ内部応力を打消すに
は、ガラス基板上の金属クロム膜と酸化クロム膜で多層
構造にするに際して、酸化クロム膜層のトータル膜層を
大きくしなければならないが、従来の３層構造による薄
膜構造では、膜厚、エッチングスピード、反射率といっ
た膜特性を満足させるには限界があり、薄膜の遮光特性
調整のために薄膜中に金属クロム膜を２層以上独立させ
て設け、薄膜全体の応力調整のために金属クロム膜間に
酸化クロム膜を設ければ、金属クロム膜での引張応力と
酸化クロム膜の圧縮応力によって応力のバランスがと
れ、平面度に優れると共に、膜厚が従来と略等しく、且
つエッチングスピードや反射率等に優れたフォトマスク
ブランクスを提供することができるとの知見を得て本発
明を完成した。以下、本発明を詳細に説明する。

【０００９】石英ガラス基板（２．３ｍｍ厚）上より酸
化クロム膜（約８０オングストローム）、金属クロム膜
（約５００オングストローム）、酸化クロム膜（約２５
０オングストローム）で構成した３層構造のフォトマス
クブランクスの平面度が、膜付前後で５μｍという変移
があることから、石英ウェハー（０．７ｍｍ厚）を用い
て、酸化クロム膜及び金属クロム膜のそれぞれの成膜前
後のＷＡＲＰ（反り）の変化で内部応力の強さ、方向
（圧縮応力、引張応力）をＧＣＡオートセレクト８０２
０測定器で測定したところ、板厚が薄いため膜付前後で
２０〜３０μｍの平面度変移がみられ、それぞれの膜の
ＷＡＲＰ変化の結果から、酸化クロム膜に圧縮応力が、
金属クロム膜には引張応力が働くことを見出した。

【００１０】このことから内部応力の方向を仮に酸化ク
ロム膜の圧縮応力が＋５なら、引張応力を−５となるよ
うな膜厚とした金属クロム膜を重ね、それぞれの応力が
プラスマイナス０になるようにそれぞれの膜が持つ応力
で打消合う膜構造として応力のバランスをとることによ
り、膜ストレスによる平面度悪化を防止でき、マスクサ
ブストレートの平面度と変わらない優れた平面度のフォ
トマスクブランクスを提供できることとなる。

【００１１】また同時に、酸化クロム膜の引張応力と金
属クロム膜の圧縮応力を互いに打消し合うためには、酸
化クロム膜のトータルの厚さを金属クロム膜のトータル
の厚さより大きくすればよく、このことより、「応力が
膜厚依存性を持つ」ことを知見し、このために、酸化ク
ロム層が金属クロム層の１．５倍〜１．７倍程度の膜厚
にすることが好ましいことが見出された。

【００１２】次いで、上記知見をもとに、従来の３層構
造による薄膜構成で、酸化クロム膜の膜厚を増加させ、
薄膜の内部応力をバランス化させて成膜したところ、応
力に関しては均衝が取れるが、膜厚の増加に伴いＯＤ
（光学濃度）の増加や、裏面反射率（４３６ｎｍ）の低
下等といった膜特性の変化が観測された。このことより
膜特性を満足させながら、膜ストレスのないフォトマス
クブランクスを得るには、従来の３層構造による膜構成
では不可能であることが明らかとなった。

【００１３】そこで、金属クロム膜での引張応力と酸化
クロム膜の圧縮応力を重ね合わせて多層構造とすること
で応力のバランスをとるとともに、成膜構造を新規な構
造にすることによって品質特性を満足し、平面度の高い
フォトマスクブランクスを開発した。つまり、本発明
は、酸化クロム膜の引張応力と金属クロム膜の圧縮応力
を互いに打ち消し合うために、酸化クロム膜と金属クロ
ム膜のトータルの膜厚構成比率を１：１．５〜１．７と
し、さらに遮光膜としての金属クロム膜を２層独立させ
て設けると共に、全体の応力調整のため中間層に酸化ク
ロム膜を設けた多層構造、好ましくは５層構造としたフ
ォトマスクブランクスである。

【００１４】具体的には、ガラス基板上にスパッタ法に
より、基板より酸化クロム膜（８０オングストロー
ム）、金属クロム膜（１２５オングストローム）、酸化
クロム膜（３００オングストローム）、金属クロム膜
（２５０オングストローム）、酸化クロム膜（２５０オ
ングストローム）の構成で成膜した。

【００１５】このとき、中間層（３層目）は、基板から
１層目及び５層目の酸化クロム膜に比べ、作製するスパ
ッタ条件の中でスパッタ電力を調整することが好まし
く、その他の条件は、１層目、５層目に準じておこな
う。

【００１６】ここで中間層のスパッタ電力を調整するの
は、応力の面からではなく、光学濃度を要求される特性
に制御するためであり、例えば、応力のバランスを取る
ために酸化クロム膜を増加すれば、全体の膜厚が増加し
てしまい、また金属クロム膜を減らし全膜厚が増えない
ようにすると、金属クロム膜の光学濃度が不足するの
で、この場合はこれを補うためにスパッタ電力を上げて
調整するのであり、１層目、５層目よりも高電力でスパ
ッタリングして光学濃度を高めた酸化クロム層を中間に
入れて膜特性を制御する。

【００１７】ここに、スパッタ電力を上げて光学濃度を
調整しているが、これは、同一膜厚の場合、スパッタ電
力と光学濃度とは比例関係にあることを本発明によって
見い出したからである。このスパッタ電力と光学濃度の
関係を図１に示す。これにより、スパッタ電力を調整す
ることにより光学濃度が制御されることがわかる。

【００１８】なお、光学濃度調整は、最上層の酸化クロ
ム膜に高電力スパッタリングを行なっても、最上層の酸
化クロム膜に色調変化が生じて表面反射率が変化し好ま
しくない。また、最下層の酸化クロム膜に高電力スパッ
タリングを行なうと、裏面反射率が変化して好ましくな
い。このため、高電力のスパッタリングにより光学濃度
特性を調整する層としては、金属クロム膜が色調の変化
した酸化クロム層をサンドイッチして遮光してしまうの
で、他の特性に影響を及ぼさない中間層に入れるのが最
も好ましい態様となるのである。なお、スパッタ電力と
膜の応力との相関はなく、応力は膜厚依存性を持つこと
は、前述の如くである。

【００１９】最下層の酸化クロム膜は、青板等のガラス
基板のときは、ナトリウムの溶出防止のため有る程度の
厚みが必須のものとなるが、高純度の石英ガラス基板に
対しては、付着力を確保するために設けるもので、必要
最小限度設ければよく特に膜厚を定める必要はない。

【００２０】これに対して、最上層の酸化クロム膜は、
反射率の確保の点からその膜厚が決められ、例えば全体
の膜厚が１０００オングストローム位のものなら２５０
オングストローム位が好ましい。なお、例えば、酸化ク
ロム膜厚の合量を５７０オングストローム位まで減らし
ても応力のバランスはとれるが、その減量対象を最上層
にすると、直下の金属クロム膜層の反射防止としての役
割があるため、最上層の膜厚は一定の膜厚を必要とし、
あまり減らすと反射率が劣り好ましくない。

【００２１】このため、各層の個々の酸化クロム膜の膜
厚構成としては、応力のバランスをとるだけの金属クロ
ム膜とのトータルの膜厚比が、ある程度の範囲がとれる
と言え、各膜の膜特性を満足させるフォトマスクブラン
クスとして提供する上では自由度は低くなり、薄膜中間
層に配した酸化クロム膜が、薄膜全体の応力調整と共
に、全体の光学濃度特性調整に対し重要な役割を担って
いる。

【００２２】また、エッチングスピードは、酸化クロム
膜の方が金属クロム膜に比べエッチングスピードが速い
ため、全体の膜厚が、例えば前述の３層構造膜のトータ
ルが８３０オングストロームから５層構造膜のトータル
が１００５オングストロームに増加しても、エッチング
スピードの速い酸化クロム膜の構成比が大きくなったこ
とで、エッチング時間の増加が押さえられるというエッ
チングスピードにも優れたものが得られる。

【００２３】このことから、フォトマスクブランクスの
特性を維持するために、特に遮光特性及び裏面反射率の
確保として金属クロム膜である遮光膜を２層独立させ、
全体の応力調整及び光学濃度調整として前記遮光膜の中
間層にスパッタ電力を調整して成膜した酸化クロム膜を
設ければ応力バランスがとれるとともに品質特性に優れ
たものとすることができることがわかる。

【００２４】そして、最も好ましい膜構成は、ガラス基
板上より順に酸化クロム膜、金属クロム膜、酸化クロム
膜、金属クロム膜、酸化クロム膜の５層構造とし、膜厚
は金属クロム膜と酸化クロム膜のトータル膜厚構成比率
が１：１．５〜１．７となるようにし、さらに、金属ク
ロム膜間の酸化クロム膜は、スパッタ電力を上げて成膜
することである。

【００２５】

【効果】本発明によれば、マスクサブストレートへの成
膜時の内部応力の影響を極めて低く抑えられ、従来は膜
付け前後で５μｍ程度の平面度変移が０〜０．５μｍ以
内に抑えることができ、このため基板の反り、膜剥が
れ、クラックの発生がなく、平面度の優れたフォトマク
スブランクスを提供することができ、パターンの再現性
が優れたフォトマスクの製造が可能となる。また、膜
厚、エッチングスピード、表面反射率、裏面反射率、光
学濃度といった品質特性にも優れたフォトマスクブラン
クスを提供することができる。

【００２６】

【実施例】

実施例プレーナーマグネトロンスパッタ装置の中に石英ガラス
基板（２．３ｍｍ厚）を設置し、真空槽内部を３×１０
^-3Ｐａまで排気し、スパッタ用ガスとして、Ａｒ，
Ｎ₂，Ｏ₂を導入するとともに、基板を１0ｒｐｍ/ｍｉｎ
で回転させた。次いで、クロムターゲットに負電圧をか
け、ターゲットと基板の間にグロー放電を発生させ、表
１に示すスパッタ電力の条件で、５層構造のフォトマス
クブランクスを作製した。このとき金属クロム層間の酸
化クロム層については、スパッタ電力を第１層及び第５
層目の酸化クロム層成膜時の２倍に上げて成膜した。

【００２７】

【表１】

【００２８】比較例実施例に準じて、石英ガラス基板上に、酸化クロム層５
００オングストローム、金属クロム層５００オングスト
ローム、酸化クロム膜２５０オングストロームを成膜し
た３層構造のフォトマスクブランクスを作製した。な
お、第１層、第２層、第３層のスパッタ電力、他の条件
は実施例の第１層、第２層、第５層の条件にそれぞれ準
じて行なった。

【００２９】試験例実施例、比較例、及び、従来品として石英ガラス基板
（２．３ｍｍ厚）上より酸化クロム膜（約８０オングス
トローム）、金属クロム膜（約５００オングストロー
ム）、酸化クロム膜（約２５０オングストローム）で構
成した３層構造のフォトマスクブランクスの諸特性を試
験しその結果を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【図面の簡単な説明】

【図１】酸化クロム膜の成膜におけるスパッタ電力と光
学濃度の関係を示す図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板上に金属クロム膜と酸化クロ
ム膜で多層構造とし、金属クロム膜の持つ内部応力（引
張応力）と酸化クロム膜の持つ内部応力（圧縮応力）を
それぞれの膜が持つ応力で打消合う膜構造とすることを
特徴とするフォトマスクブランクス。
【請求項２】金属クロム膜での引張応力と酸化クロム
膜の圧縮応力を重ね合わせて応力バランスがとれた５層
構造としたことを特徴とする請求項１記載のフォトマス
クブランクス。
【請求項３】多層構造のうち、膜中間層に酸化クロム
膜を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のフォ
トマスクブランクス。
【請求項４】多層構造のうち、金属クロム膜を２層以
上独立して設けたことを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載のフォトマスクブランクス。
【請求項５】ガラス基板上に金属クロム膜と酸化クロ
ム膜で多層構造とし、ガラス基板上より順に酸化クロム
膜、金属クロム膜、酸化クロム膜、金属クロム膜、酸化
クロム膜の５層構造としてなるフォトマスクブランク
ス。
【請求項６】酸化クロム膜のトータルの厚さを金属ク
ロム膜のトータルの厚さより大きくしたことを特徴とす
る請求項１〜５のいずれかに記載のフォトマスクブラン
クス。
【請求項７】金属クロム膜と酸化クロム膜のトータル
の厚さの膜厚構成比率を１：１．５〜１．７としたこと
を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のフォトマ
スクブランクス。
【請求項８】中間層の酸化クロム膜をスパッタ電力を
上げて成膜したものを用い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ス。
【請求項９】ガラス基板上にスパッタ法等によりクロ
ム層又はクロム化合物層等の薄膜を形成するフォトマス
クブランクスの製造方法において、ガラス基板上に、酸
化クロム膜、金属クロム膜を成膜するに際して、金属ク
ロム膜を２層以上独立させて設けて、かつ、スパッタ電
力により膜遮光特性を制御して金属クロム層間の中間層
に酸化クロム膜を設け、酸化クロム膜のトータル厚さを
金属クロム膜のトータル厚さの１．５〜１．７倍となる
ように成膜することにより膜全体の応力を制御すること
を特徴とするフォトマスクブランクスの製造方法。
【請求項１０】ガラス基板上にスパッタ法等によりク
ロム層又はクロム化合物層等の薄膜を形成するフォトマ
スクブランクスの製造法において、酸化クロム膜を形成
する際にスパッタ電力を調整することにより、膜反射防
止特性及び膜光学濃度特性を制御することを特徴とする
フォトマスクブランクスの製造方法。