JPH08286359A - フォトマスクブランクおよびフォトマスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】低応力の遮光膜を形成することにより、フォト
マスクの特にパターンの位置精度が優れた高品質なフォ
トマスクを、高生産性でしかも安定して得られるフォト
マスクブランクおよびフォトマスクを提供する。 【構成】透明基板上に設けた遮光膜が非結晶性をなし、
好ましくは遮光膜の主成分が金属クロムであること、そ
して窒素を所定の組成で含有したクロムを成膜材料源と
して遮光膜を形成することを特徴とし、またこれらから
なるフォトマスクであることをを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＩＣ、ＬＳＩやＶＬＳＩ
等々に代表される半導体集積回路の製造の際、あるいは
ＣＣＤ（電荷結合素子）やＬＣＤ（液晶表示装置）等に
用いるカラーフィルタの製造の際などに、フォトリソグ
ラフィ用として使用されるフォトマスク、またその製造
に供されるフォトマスクブランクとその製造方法に関
し、さらに詳細には、露光光に対する遮光層からなるパ
ターンを有するフォトマスクに供されるものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造の用途をはじめと
して広範囲な分野でに使用されるフォトリソグラフィ法
で必要となる露光転写用原版（以下では単にフォトマス
クと称する。）やその製造方法について概略の説明をす
ると、その最も一般的なものは、透明基板の片面上に単
に遮光膜を形成してあったりあるいは反射防止膜付きの
遮光膜（一般には反射防止膜や遮光膜はいずれも金属ク
ロムを主成分としている。）を形成してあったりするフ
ォトマスクブランク（以下では単にフォトマスクブラン
クと称する。）を用意しておき、これらに紫外線や電子
線等を用いたリソグラフィ法によって所定の露光転写用
原画パターンを形成することにより得られるものであ
る。このフォトマスクの露光転写用原画パターンは、紫
外線に感光性を有する樹脂（以下フォトレジストとい
う）がシリコンウェファ上に塗膜として形成された面
に、あるいは顔料を分散したフォトレジストがカラーフ
ィルタ用基板上の膜として形成された面等に、露光装置
によって（必要に応じては縮小されて）露光され、しか
る後にこれらを現像処理することによって、フォトレジ
ストのパターンとして被露光面上に転写される。

【０００３】一般的に、フォトマスクに用いられ金属ク
ロムを主成分とする遮光膜や反射防止膜（以下、クロム
薄膜という）には、フォトマスク製造段階やその後表面
に付着したゴミを除去するための洗浄処理において、機
械的強度や耐薬品性等の特性が要求される。それらの特
性を満足するために、純粋な金属クロム薄膜よりも窒化
クロム薄膜（厳密には、窒素を適量含有したクロム薄
膜）を用いるのが一般的となっている。

【０００４】さて、フォトマスクに用いられるクロム薄
膜の形成方法としては、精密に研磨・洗浄され且つ断裁
されてある合成石英ガラス基板上に、純粋な金属クロム
からなるターゲットを用いてスパッタリング法により形
成する方法が、通常使用される代表的な一例として挙げ
ることができる。但し、この場合に、形成されたクロム
薄膜には材料固有の応力が生じ、この応力が大きい場合
には、基板の反り（基板の平面度の変化）も大きくなる
ことがよく知られている。基板が反ったままの状態で、
基板上のクロム薄膜に所定の原画パターンをリソグラフ
ィにより形成すると、パターンによってはクロム薄膜を
エッチングした後に基板が元の平面度状態に戻ってしま
うので、パターンの位置にズレを生じることになる。も
う少し詳細に述べると、フォトマスクは一般に、クロム
薄膜上に紫外線や電子線等のリソグラフィ法によりレジ
ストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスク
にして下地のクロム薄膜をエッチングして作成される。
したがって、クロム薄膜のエッチング前後での基板の反
りの変化は、本来設計された原画パターン（描かれたレ
ジストパターン）位置とエッチング後のクロム薄膜のパ
ターン位置とのズレの原因となる。

【０００５】したがって、クロム薄膜の応力を低減する
ためには以下の様な方法が検討されている。例えば、ス
パッタリング法においては、直流（以下ＤＣという）や
高周波（以下では単にＲＦと称する。）の電力、スパッ
タガスの種類、圧力および基板へのバイアス印加等の条
件を単独または二つ以上を組み合わせて制御する方法で
ある。また、窒素ガス、アンモニアガス等の反応性ガス
を用いた反応性スパッタの際には、アルゴン（Ａｒ）や
キセノン（Ｘｅ）などの不活性ガスに対する反応性ガス
の量（分圧）を変化させる方法である。更に、多層膜の
場合、引張り応力（基板が凹側に反る）の膜と圧縮応力
（基板が凸側に反る）の膜を重ねて、多層膜全体での応
力を低減する方法などである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スパッ
タリング成膜時の条件設定によりクロム薄膜の応力を低
減し制御する場合には、クロム薄膜の結晶性や組成等が
必然的に変化してしまい、クロム薄膜に必要な特性（例
えば、光学定数や反射率）に変化を来す場合が多い。つ
まり、このときフォトマスクとしての特性が変化してし
まう場合が多く、クロム薄膜の応力を制御するには多大
な困難を伴っていた。以上のことから、半導体素子の高
集積化に伴うパターンの微細化や、カラーフィルタ画素
の微細化、それからフォトマスクの基板サイズの大型化
の傾向がある昨今、これらによって要求仕様が厳しくな
ってきているフォトマスクについて、その要求仕様を満
たすべく優れた特性を備えたクロム薄膜を、生産性が高
く且つ安定して製造するためには、クロム薄膜を形成す
る時の条件の不安定性を取り除く必要がある。

【０００７】本発明は前記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、低応力の遮光膜を形成
することにより、フォトマスクの特にパターンの位置精
度が優れた高品質なフォトマスクを、高生産性でしかも
安定して得られるようにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明が提供する手段は、まず請求項１に記載がある
ように、透明基板上に遮光膜を有し、該遮光膜をなす材
料が非結晶性であることを特徴とするフォトマスクブラ
ンクである。

【０００９】そして好ましくは、請求項２に記載がある
ように、遮光膜の主成分が金属クロムであることを特徴
とする請求項１に記載のフォトマスクブランクである。

【００１０】あるいは、請求項３に記載があるように、
透明基板上に遮光膜からなるパターンを有し、該遮光膜
をなす材料が非結晶性であることを特徴とするフォトマ
スクである。

【００１１】そして好ましくは、請求項４に記載がある
ように、遮光膜の主成分が金属クロムであることを特徴
とする請求項５に記載のフォトマスクである。

【００１２】さて、本発明で言うところの「非結晶性で
ある」とは、Ｘ線回折法を用いた測定において、回折線
の強度が非常に弱い場合、又は回折線ピーク幅が広く鮮
明でない場合、あるいは回折線ピークが現れない場合等
であって、回折線からはその物質を定性できない状態に
なっている性質をいう。

【００１３】フォトマスクブランクの製造に用いる材料
である窒化クロム中の窒素含有量は、材料の製造上の問
題もあるが、主に形成された遮光膜に要求される種々の
特性の基づいて決定される。例えば、フォトマスクに要
求される特性の一つとして遮光膜（厳密には反射防止膜
も含めたもの）の光学濃度がある。これは、透明基板上
に形成されるクロム薄膜（ここでは窒化クロム薄膜）中
に含まれる窒素原子の量や薄膜の厚さに大きく依存す
る。具体的には、材料の形態がスパッタリング・ターゲ
ットである場合を例にとると、窒化クロムからなるター
ゲットを不活性ガスであるＡｒガスでスパッタリングす
ると、そのターゲットが含有している窒素含有量を増加
させていくのに伴って、形成された薄膜の光学濃度はし
だいに減少してゆき、また、窒化クロム薄膜の厚さをし
だいに薄くさせるのに伴って、形成された薄膜の光学濃
度はしだいに減少してゆく。ここで、フォトマスクの製
造段階で確保するパターンの形状や欠陥等の品質上の観
点から判断すると、遮光膜はなるべく薄い方が一般には
望ましい。そこで、光学濃度がある値以上の品質を確保
する一方で、遮光膜の厚さはできるだけ薄いものが得ら
れるように製造することが好ましいといえる。

【００１４】それから、透明基板上に形成された窒化ク
ロム薄膜の組織（柱状）構造の大きさや表面の平滑性
は、窒化クロム薄膜を形成する際の真空室内のガス圧力
や膜を形成する基板（本発明では透明基板）の温度によ
り大きく影響される。これは、窒化クロム薄膜に限ら
ず、他の金属薄膜でも一般的に知られていることであ
る。ちなみに、組織（柱状）構造が緻密で表面は平滑な
窒化クロム薄膜は、組織構造が緻密でないものに比べる
と同じ光学濃度を得るための膜の厚さを薄くすることが
できる上に、フォトマスク製造段階（一般には、光や電
子線等を使用したリソグラフィ法による）で得られるパ
ターンの形状が良好である。

【００１５】また、フォトマスクブランクのクロム薄膜
にはフォトマスク製造段階およびその後の洗浄に耐えう
るような機械的強度と耐薬品性が要求されるが、上記の
様な組織構造が緻密で表面は平滑な窒化クロム薄膜は、
組織構造が緻密でないものに比べて機械的強度が強い上
に耐薬品性の点でも良好である。そこで、このような光
学的特性や機械的強度あるいは耐薬品性等の特性を満足
し、且つ応力が小さな薄膜（窒化クロム薄膜が一般に好
適。）を得るべく、しかも高い生産性の達成をも考慮に
いれて鋭意検討した結果によると、窒化クロム薄膜は非
結晶性のものが適当である。

【００１６】また、非結晶性の薄膜を透明基板上に安定
して得るために、特には非結晶性の窒化クロム薄膜を透
明基板上に安定して得るためには、例えば窒化クロムか
らなるスパッタリング・ターゲット（もしくは蒸発源材
料）の窒素含有量が３重量パーセント以上が良く、好ま
しくは窒素含有量が３乃至１５重量パーセントが適当で
あり、そしてより好ましくは窒素含有量が６乃至１２重
量パーセントのものが適当である。これらの理由は、ま
ず窒素含有量が３重量パーセントを下回る場合は、窒素
を添加した効果（窒素の添加により例えば耐薬品性が高
まることや、機械的強度が高まること。）が充分に得ら
れないことや、応力の制御の目的からスパッタリング時
にもＮ₂ ガスを適量使用する必要が生じるからであり、
また窒素含有量が１５重量パーセントを越えた場合に
は、成膜用材料（例えばスパッタリングターゲットや蒸
発源材料）を作製するのが困難になってくるからであ
る。尚、窒素含有量が６乃至１２重量パーセントである
と、前記の効果は勿論のこと、さらに良好な非結晶性を
得ることが出来、その結果、非常に低応力の遮光膜をけ
いせいすることが出来るからである。

【００１７】尚、成膜方法や成膜装置によっては、透明
基板上に形成される薄膜の組織構造、表面の平滑性、応
力および光学的特性等が変化することから、スパッタリ
ング・ターゲットもしくは蒸発源材料である窒化クロム
に対し、その組成に応じた最適な条件を設定して薄膜の
形成を行うのが好ましい。

【００１８】また、スパッタリング法を例にとると、ス
パッタリング・ガスの組成も、遮光膜に必要な特性（例
えば、光学的特性）に応じて適宜に変更できる。つま
り、例えば、不活性ガスのＡｒガス以外に、一酸化窒素
（ＮＯ）ガス、酸素（Ｏ₂ ）ガス、二酸化炭素（Ｃ
Ｏ₂ ）ガス、あるいはメタン（ＣＨ₄ ）ガス等を一種類
以上添加する場合に、添加するガスの種類とその量を適
宜に変更しても構わない。

【００１９】尚、フォトマスクの要求に応じて、本発明
の遮光膜の上側もしくは下側の、いずれかもしくは両方
に、クロム酸化物またはクロム酸化窒化膜等からなる反
射防止膜を設ける場合、これら反射防止膜の応力もなる
べく小さい方が好ましいが、本発明を応用しても構わな
い。また、本発明はＣＣＤやＬＣＤ用等のカラーフィル
タに設けられる遮光パターン（所謂ブラックマトリクス
やブラックパターン等）に使用される遮光膜の製造にも
好ましく応用可能である。

【００２０】

【作用】本発明者が鋭意研究を重ね確認したところによ
ると、本発明のように遮光膜が非結晶性の薄膜（好まし
くは窒化クロム薄膜）であることにより、機械的強度、
表面の平滑性等の特性をを満足しつつ応力を制御でき
る。また、好ましい具体例としては、一定の組成からな
る窒化クロムをスパッタリング・ターゲットもしくは蒸
発源材料として用いることにより、スパッタリング法も
しくは真空蒸着法を適用している最中にクロムを窒素と
反応させる従来の方法に比べて、非結晶性の窒化クロム
薄膜を形成することが容易である。

【００２１】

【実施例】表面を精密に研摩した合成石英ガラス基板上
に、平板型直流マグネトロンスパッタリング装置にて窒
素含有量が６重量パーセントの窒化クロムからなるター
ゲットを用いて、Ａｒガス圧力が０．４Ｐａ下でスパッ
タリングを行い、膜厚が約１０００Åの窒化クロム遮光
膜を形成した。この際、ＤＣ電力は１．０ｋＷ、０．６
ｋＷ、あるいは０．２ｋＷの３通りに設定し、各々別の
基板に窒化クロム遮光膜を形成し、これらをそれぞれ試
料１、試料２、試料３とした。また、この他にも、純粋
な金属クロムからなるターゲットを使用し、ＤＣ電力を
１．０ｋＷとし、ＡｒガスとＮ₂ ガスとの流量比が２：
１になるようにマスフローコントローラにて各々の流量
を制御し、全ガス圧力が０．４Ｐａ下で反応性スパッタ
リングを行い、膜厚が約１０００Åの窒化クロム遮光膜
を形成した。これを試料４とした。

【００２２】これら窒化クロム薄膜の応力を、窒化クロ
ム薄膜の形成前後での基板の反り（平面度）の変化の状
態から求めた。また、Ｘ線回折法による解析により結晶
状態を調べた。その結果、ＤＣ電力に係わらず形成され
た窒化クロム薄膜の応力は、表に示すように、全て絶対
値が２００ＭＰａ以下であった（試料１〜３は圧縮応
力、試料４は引っ張り応力）。また、結晶状態の解析か
らは結晶性特有の回折線が見られず、全て前記の非結晶
性であった。これら非結晶性の窒化クロム薄膜は、ＳＥ
Ｍ（走査型電子顕微鏡）にて１０万倍で観察したとこ
ろ、表面は滑らかで緻密な膜であった。しかも、この非
結晶性の窒化クロム薄膜は、濃硫酸／過酸化水素水＝３
／１（容量比）からなる混合液あるいは３％アンモニア
水溶液に各々２時間浸漬してみても、膜の厚さや光学濃
度に変化は無く、遮光膜として良好な特性を示した。

【００２３】＜比較例＞実施例と同様に合成石英ガラス
基板上に平板型直流マグネトロンスパッタリング装置に
て、純粋な金属クロムからなるターゲットを用いて、Ａ
ｒガスとＮ₂ ガスとの流量比が２：１になるようにマス
フローコントローラにて各々の流量を制御し、全ガス圧
力が０．４Ｐａ下で反応性スパッタリングを行い、膜厚
が約１０００Åの窒化クロム遮光膜を形成した。この
際、ＤＣ電力は０．６ｋＷ、０．２ｋＷの場合につい
て、各々別の基板に窒化クロム遮光膜を形成し、これら
をそれぞれ試料５、試料６とした。

【００２４】これら窒化クロム薄膜の応力と結晶状態を
実施例と同様に調べた。しかし、ＤＣ電力の変化による
応力および結晶状態の変化は、実施例の場合と比較にな
らない程大きかった。また、これらの窒化クロム薄膜
を、ＳＥＭにて１０万倍で観察したところ、ＤＣ電力を
０．６ｋＷにて形成したものは表面は滑らかであった
が、０．２ｋＷにて形成したものには、表面に最大０．
３μｍ程度の粒による凸凹が確認された。

【００２５】＜実施例と比較例との比較結果＞（表１）
は前記の実施例と比較例との両方の場合について、窒化
クロム薄膜の応力と結晶状態を示したものである。尚、
表中の「膜の応力」の値に付与された−＋の符号は、−
は圧縮応力を、そして＋は引っ張り応力をそれぞれ表す
ものである。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、遮光膜を
非結晶性とすることにより、遮光膜の応力を小さくする
ことができ、好ましい具体的としては金属クロムを主成
分とする遮光膜を非結晶性とすることにより、遮光膜の
応力を小さくすることができた。また、例えばスパッタ
リング法もしくは真空蒸着法により、非結晶性の金属ク
ロムを主成分とする遮光膜を形成する場合、それらで使
用するスパッタリング・ターゲットもしくは蒸発源材料
が窒素を含有したクロムであり、好ましくは一定した組
成の化合物とすることによって、組織状態が緻密で機械
的強度、光学特性等を良好な品質で遮光膜を形成する際
の条件の許容範囲を広げられるようになった。これらの
結果、応力が小さく、品質の良好な遮光膜を有するフォ
トマスクブランクを安定して容易に製造することがで
き、高品質のフォトマスクを安定して製造するために供
することが可能となった。つまるところ、低応力の遮光
膜を形成することにより、フォトマスクの特にパターン
の位置精度が優れた高品質なフォトマスクを、高生産性
でしかも安定して得られるようにすることができた。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明基板上に遮光膜を有し、該遮光膜をな
   す材料が非結晶性であることを特徴とするフォトマスク
   ブランク。
2. 【請求項２】遮光膜の主成分が金属クロムであることを
   特徴とする請求項１に記載のフォトマスクブランク。
3. 【請求項３】透明基板上に遮光膜からなるパターンを有
   し、該遮光膜をなす材料が非結晶性であることを特徴と
   するフォトマスク。
4. 【請求項４】遮光膜の主成分が金属クロムであることを
   特徴とする請求項５に記載のフォトマスク。