JP4376638B2 - Sputtering target and photomask blank manufacturing method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、スパッタリングターゲット及びこれを用いたフォトマスクブランクの製造方法に関する。 The present invention relates to a sputtering target and a method for manufacturing a photomask blank using the sputtering target.
近年においては、デバイス等のさらなる微細加工化が要求されており、そのために使用する露光波長の短波長化が進んでいる。このような露光波長の短波長化にともない、マスクブランクに要求される諸特性はますます厳しくなってきている。
例えば、ハーフトーン型の位相シフトマスクブランクにおける光半透過膜(ハーフトーン位相シフト膜)は、使用する露光波長に対して、光透過率及び位相シフト量の双方について、要求される特性を満たしている必要がある。
更に、露光波長の短波長化にともない、マスクブランク間やマスクブランク面内の位相角及び透過率のばらつきを極力低減することが量産実用化のために必要であり、例えばArF、F2エキシマレーザなどの短波長用のマスクブランクにおいては、従来のi線、KrFエキシマレーザ用のマスクブランクにおけるブランクス間や面内の位相角及び透過率のばらつきでは、ばらつきが大きく、歩留まりも悪いため、そのまま適用できない。
このような状況の下、上記要求特性を満たすべく、マスクブランクの製造方法や製造装置について、従来採用されていた製造方法や製造装置の延長線上ではなく、大幅な変更に該当する製造方法や製造装置の採用が検討されている。
具体的には、上記要求特性を満たすマスクブランクは、DCマグネトロンスパッタ装置の真空槽の内部に、回転機構を有する基板載置台と、基板の中心軸からその中心がずれた位置に基板と所定の角度を有して対向するスパッタリング用ターゲット等を有する製造装置を用いて、基板を回転させながら、複数の基板間でスパッタリング条件を常に一定の状態に保ちながら成膜して製造されている(特許文献1)。この製造方法により、マスクブランク間やマスクブランク面内の位相角及び透過率のばらつきを極力低減することが可能となり、例えばArF、F2エキシマレーザなどの短波長用のマスクブランクの量産実用化が可能となっている。
さらに、露光波長の短波長化にともない、パーティクルやピンホールの特性はますます厳しくなっており、例えばArF、F2エキシマレーザなどの短波長用のマスクブランクにおいては、露光波長の半分程度より大きい径であるパーティクルやピンホールの数を極力低減することも、実用化のために必要とされている。
この要求を満たすべく、DCマグネトロンスパッタ装置の真空槽の内部に、ターゲット面が重力方向に対して下向きに配置されたスパッタリングターゲットと、ターゲットに対向して配置された基板ホルダと、真空槽内壁に設置されたシールド等を有する製造装置を採用し、この装置を用いたスパッタダウン方式の成膜によりマスクブランクが製造されている(特許文献2)。
In recent years, further miniaturization of devices and the like has been demanded, and the exposure wavelength used for this purpose has been shortened. As the exposure wavelength is shortened, various characteristics required for the mask blank are becoming more and more severe.
For example, a light semi-transmissive film (half-tone phase shift film) in a halftone phase shift mask blank satisfies the required characteristics for both light transmittance and phase shift amount with respect to the exposure wavelength used. Need to be.
Furthermore, with the shortening of the exposure wavelength, it is necessary to reduce variations in phase angle and transmittance between mask blanks and in the mask blank surface as much as possible for mass production practical use. For example, ArF, F 2 excimer laser In the case of mask blanks for short wavelengths such as those for conventional i-line and KrF excimer laser mask blanks, the variation in the phase angle and transmittance between the blanks and in the plane is large and the yield is poor. Can not.
Under such circumstances, in order to satisfy the above required characteristics, the manufacturing method and manufacturing apparatus corresponding to a significant change, not on the extension line of the manufacturing method and manufacturing apparatus conventionally employed, for the mask blank manufacturing method and manufacturing apparatus. Adoption of equipment is being studied.
Specifically, a mask blank that satisfies the above-mentioned required characteristics includes a substrate mounting table having a rotation mechanism in a vacuum chamber of a DC magnetron sputtering apparatus, and a substrate at a position shifted from the center axis of the substrate. Using a manufacturing apparatus having a sputtering target and the like facing each other at an angle, the film is manufactured by rotating the substrate and keeping the sputtering conditions constant between the plurality of substrates (patent) Reference 1). This manufacturing method makes it possible to reduce variations in phase angle and transmittance between mask blanks and in the mask blank surface as much as possible. For example, mass production of short wavelength mask blanks such as ArF and F 2 excimer lasers can be realized. It is possible.
Furthermore, as the exposure wavelength is shortened, the characteristics of particles and pinholes are becoming stricter. For example, mask blanks for short wavelengths such as ArF and F 2 excimer lasers are larger than about half of the exposure wavelength. It is also necessary for practical use to reduce the number of particles and pinholes as diameters as much as possible.
In order to satisfy this requirement, a sputtering target in which a target surface is disposed downward with respect to the direction of gravity, a substrate holder disposed to face the target, and an inner wall of the vacuum chamber are disposed inside the vacuum chamber of the DC magnetron sputtering apparatus. A manufacturing apparatus having an installed shield or the like is employed, and a mask blank is manufactured by sputtering down film formation using this apparatus (Patent Document 2).
ここで、上記マスクブランクスにおける光半透過性膜の形成には、モリブデン等の金属とシリコンとから実質的になりシリコンが化学量論的に安定な組成よりも多く含有され金属シリサイド粒子とシリコン粒子として存在するいわゆるシリコンリッチターゲットを使用しているが、このシリコンリッチターゲットは、連続したシリコンのマトリックス(シリコン相)に金属シリサイド粒子が分散された状態である。
例えば、MoSi系のターゲットの場合、MoSi2粉(Mo粉とSi粉とを溶解して形成した化学量論的に安定組成の粉体)とSi粉を焼結してターゲットが作製されており、Si相にMoSi2粒子が分散された状態となっている。なお、このようなマスクブランクスにおける光半透過性膜の形成に使用されるターゲットは、鏡面研磨後の表面粗さRa(ターゲット使用前)は、0.06μm程度であり、以下に示す特許文献3〜6に記載されたパーティクル低減技術を採用している。
Here, in the formation of the light semi-transmissive film in the mask blank, the metal silicide particles and the silicon particles are substantially composed of a metal such as molybdenum and silicon and the silicon is contained in a more stoichiometrically stable composition. The silicon-rich target is a state in which metal silicide particles are dispersed in a continuous silicon matrix (silicon phase).
For example, in the case of a MoSi-based target, the target is produced by sintering MoSi 2 powder (stoichiometrically stable powder formed by dissolving Mo powder and Si powder) and Si powder. In this state, MoSi 2 particles are dispersed in the Si phase. In addition, the target used for forming the light semi-transmissive film in such a mask blank has a surface roughness Ra after mirror polishing (before using the target) of about 0.06 μm. The particle reduction technology described in -6 is adopted.
特許文献3には、低パーティクル化、均一膜厚の膜を安定して成膜することが可能なスパッタリングターゲットとして、シリコンが70〜97質量%で、残部が実質的に高融点金属シリサイドからなるスパッタリングターゲットにおいて、金属組織は少なくともシリコン相と、前記シリコンと前記高融点金属からなる高融点金属シリサイド相を有し、かつ酸素含有量が500ppm以下、窒素および炭素の含有量が200ppm以下であるスパッタリングターゲットを記載している。
In
また、特許文献4には、半導体製造用のターゲットとして、金属珪化物(化学論組成がMSi2、但しMは金属)が連鎖状に結合して金属珪化物相が形成され、珪素粒子が結合して形成された珪素相が上記金属珪化物の間隙に不連続に存在する微細な混合組織を有し、炭素含有量が100ppm以下であるスパッタリングターゲットが記載されている。
この公報によると、ターゲットの表面粗さRaとパーティクル発生量は相関関係があり、パーティクルの発生を抑制するためには、研磨後、スパッタリングする前のターゲットの表面粗さRa(中心線粗さ)が0.02μm以下であることが好ましく、0.05μm以下が更に好ましいと記載されており、ターゲットを使用する前のターゲットの表面粗さを低減するとパーティクル低減に効果がある(数百個程度のパーティクル発生を数十個程度に低減できる)ことが記載されている。また、パーティクルの発生源として、MSi2相およびSi相に生じる隆起部に着目し、この隆起部はターゲットのMSi2相とSi相の粒径を小さくすることによって減少し、特にMSi2相の最大粒径を10μm以下、Si相の最大粒径を20μm以下にすることにより、パーティクルの発生を実質的に抑制できることが記載されている。
In Patent Document 4, as a target for semiconductor production, metal silicide (chemical composition is MSi 2 , where M is metal) is bonded in a chain to form a metal silicide phase, and silicon particles are bonded. A sputtering target in which the silicon phase formed in this way has a fine mixed structure in which the silicon phase is discontinuously present in the gaps between the metal silicides and has a carbon content of 100 ppm or less is described.
According to this publication, the surface roughness Ra of the target and the amount of generated particles have a correlation, and in order to suppress the generation of particles, the surface roughness Ra (center line roughness) of the target after polishing and before sputtering. Is preferably 0.02 μm or less, more preferably 0.05 μm or less, and reducing the surface roughness of the target before using the target is effective in reducing particles (about several hundreds). It is described that particle generation can be reduced to several tens of particles). Further, as a source of particles, focusing on the ridges occur MSi 2 phase and the Si phase, the raised portion is reduced by reducing the particle size of MSi 2 phase and the Si phase of the target, in particular of MSi 2 phase It is described that the generation of particles can be substantially suppressed by setting the maximum particle size to 10 μm or less and the maximum particle size of the Si phase to 20 μm or less.
また、特許文献5及び特許文献6には半導体製造用のMSi系ターゲットにおいて平均粒子径を所定範囲にすることによってパーティクルの発生量を低減することができることが記載されている。すなわち、特許文献5には、粒径0.5〜30μmのMSi2が400〜4000000個/mm2、Siの最大粒径30μm以下、MSi2、Siの平均粒径を各々2〜15μm及び2〜10μmとすることによってパーティクルの発生量を抑制することができることが記載されている。また、特許文献6には、MSi2の平均粒径を0.5〜10μm(±40%に95%以上の粒子)、Siの平均を0.1〜20μm(±50%に90%以上の粒子)とすることによってパーティクル発生量を低減することができることが記載されている。 Patent Documents 5 and 6 describe that the amount of particles generated can be reduced by setting the average particle diameter within a predetermined range in an MSi target for semiconductor manufacturing. That is, in Patent Document 5, MSi 2 having a particle diameter of 0.5 to 30 μm is 400 to 4000000 pieces / mm 2 , Si has a maximum particle diameter of 30 μm or less, MSi 2 and Si have average particle diameters of 2 to 15 μm and 2 respectively. It is described that the generation amount of particles can be suppressed by setting the thickness to 10 μm. In Patent Document 6, the average particle size of MSi 2 is 0.5 to 10 μm (± 40% is 95% or more particles), and the average Si is 0.1 to 20 μm (± 50% is 90% or more). It has been described that the amount of generated particles can be reduced by setting the particle to (particle).
しかしながら、マスクブランクスにおける光半透過性膜の形成において、特許文献1、2に記載の装置を使用し、なおかつ、特許文献3〜6に記載されたパーティクル低減技術を採用したターゲットを使用したとしても、窒素含有ガス雰囲気下で反応性スパッタリングにより光半透過性膜を継続的に形成していき、ターゲットを継続的に使用していくと、ターゲット表面の凸部に電荷が蓄積され異常放電が発生し、パーティクルや異物(例えばMoSi系の異物)が発生し、その結果光半透過性膜の欠陥発生率が増加してしまい、露光波長の短波長化に伴いマスクブランクスに要求される諸特性がますます厳しくなってきている現状においては問題となることが判明した。
また、マスクブランクスにおける光半透過性膜の形成において、特許文献1、2に記載の装置を使用し、DCスパッタリング法により、窒素含有ガス雰囲気下で反応性スパッタリングにより光半透過性膜を形成すると、ターゲット表面の凸部に絶縁物が付着しやすく、これによりマイクロアークが発生しやすくなるため、光半透過性膜に欠陥が発生しやすいという問題点があることが判明した。
以上の原因を調べたところ、使用前のターゲットのスパッタ面の表面粗さRaを規定(例えば0.06μm)したターゲットを使用してスパッタリングを継続的に行っていくと経時的にスパッタリングターゲットの表面粗さRaが徐々に増大し、この表面粗さRaの経時的増大が、光半透過膜の欠陥発生率の増加に結びつき、更にマイクロアークの発生に起因した欠陥が加わり、露光波長の短波長化に伴いマスクブランクスに要求される諸特性がますます厳しくなってきている現状においては問題となることが判明した。
さらに、焼結体ターゲット(例えばMoSi2粉とSi粉を焼結したターゲット)は、電子顕微鏡(SEM)で観察し、組織の状態(200倍で観察したときのSEM写真:組織図)を調べたところ、図2(b)のSEM模式図に示すように、MoSi2粉凝集部、Si凝集部(黒色の面積の大きい部分)、空孔(Pore)部が多数観察され、異常放電の原因となっていることが判明した。
従って、本発明の課題は、ターゲットをスパッタリングに継続して使用しても経時的に増加するパーティクルや異物の発生を大幅に低減し、その結果経時的に増加する光半透過膜の欠陥を大幅に低減できるスパッタリングターゲットを提供することである。
本発明の別の課題は、このようなスパッタリングターゲットを用いて、光半透過膜の欠陥を大幅に低減した高精度なマスクブランクを量産できる(一定枚数連続して成膜できる)フォトマスクブランクの製造方法を提供することである。
However, even in the formation of the light semi-transmissive film in the mask blank, even if the apparatus described in
Further, in the formation of the light semi-transmissive film in the mask blank, when the apparatus described in
As a result of investigating the above causes, when sputtering is continuously performed using a target in which the surface roughness Ra of the sputtering surface of the target before use is specified (for example, 0.06 μm), the surface of the sputtering target over time. The roughness Ra gradually increases, and this increase in surface roughness Ra over time leads to an increase in the defect generation rate of the light semi-transmissive film, and further defects due to the occurrence of micro arcs are added. It became clear that the various characteristics required for mask blanks are becoming more and more severe with the progress of the process.
Furthermore, the sintered compact target (for example, a target obtained by sintering MoSi 2 powder and Si powder) is observed with an electron microscope (SEM), and the state of the structure (SEM photograph when observed at 200 times: structure diagram) is examined. As a result, as shown in the SEM schematic diagram of FIG. 2B, a large number of MoSi 2 powder agglomerated parts, Si agglomerated parts (parts with a large black area), and pores were observed, causing abnormal discharge. It turned out to be.
Accordingly, an object of the present invention is to greatly reduce the generation of particles and foreign matters that increase with time even if the target is continuously used for sputtering, and as a result, to significantly increase the defects of the semi-transmissive film that increase with time. It is to provide a sputtering target that can be reduced.
Another object of the present invention is to use such a sputtering target to mass-produce a high-accuracy mask blank in which defects in the light semitransmissive film are greatly reduced (a film can be continuously formed on a certain number of sheets). It is to provide a manufacturing method.
本発明は、以下の構成を有する。
(構成1)透光性基板上に、少なくとも金属とシリコンとを含む光半透過膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、
前記スパッタリングターゲットは、金属とシリコンとから実質的になり、
前記シリコンが、前記金属とシリコンとの化学量論的に安定な組成よりも多く含有されることにより、金属シリサイド粒子およびシリコン粒子として存在しており、
前記金属シリサイド粒子の平均粒径及び/又は粒度分布が、前記光半透過膜の欠陥発生率が所定の値以下となるように設定されることを特徴とするスパッタリングターゲット。
(構成2)透光性基板上に、少なくとも金属とシリコンとを含む光半透過膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、
前記スパッタリングターゲットは、金属とシリコンとから実質的になり、
前記シリコンが、前記金属とと前記シリコンとの化学量論的に安定な組成よりも多く含有されることにより、金属シリサイド粒子およびシリコン粒子として存在しており、
前記金属シリサイド粒子の平均粒径及び/又は粒度分布が、前記光半透過性膜を形成する際、前記スパッタリングターゲットのエロージョン面の表面粗さRaが1.0μm以下に保たれるように、設定されていることを特徴とするスパッタリングターゲット。
(構成3)前記金属シリサイド粒子の平均粒径が、0.5μm未満であることを特徴とする構成1又は2に記載のスパッタリングターゲット。
(構成4)前記金属シリサイド粒子の粒度分布におけるピークの半値幅が、0.5μm以下であることを特徴とする構成1乃至構成3のいずれか1項に記載のスパッタリングターゲット。
(構成5)構成1乃至構成4のいずれか1項に記載のスパッタリングターゲットを用いて、透光性基板上に光半透過性膜を成膜することを特徴とするフォトマスクブランクの製造方法。
The present invention has the following configuration.
(Configuration 1) A sputtering target for forming a light semi-transmissive film containing at least a metal and silicon on a light-transmitting substrate,
The sputtering target consists essentially of metal and silicon,
The silicon is present as metal silicide particles and silicon particles by containing more than the stoichiometrically stable composition of the metal and silicon,
The sputtering target, wherein an average particle size and / or particle size distribution of the metal silicide particles is set so that a defect occurrence rate of the light semi-transmissive film is a predetermined value or less.
(Configuration 2) A sputtering target for forming a light semi-transmissive film containing at least a metal and silicon on a light-transmitting substrate,
The sputtering target consists essentially of metal and silicon,
The silicon is present as metal silicide particles and silicon particles by containing more than the stoichiometrically stable composition of the metal and the silicon,
The average particle size and / or particle size distribution of the metal silicide particles is set so that the surface roughness Ra of the erosion surface of the sputtering target is kept at 1.0 μm or less when the light semi-transmissive film is formed. A sputtering target characterized by being made.
(Configuration 3) The sputtering target according to
(Configuration 4) The sputtering target according to any one of Configurations 1 to 3, wherein a half width of a peak in a particle size distribution of the metal silicide particles is 0.5 μm or less.
(Structure 5) A method for producing a photomask blank, comprising forming a light translucent film on a light-transmitting substrate using the sputtering target according to any one of structures 1 to 4.
このような構成を有するスパッタリングターゲットは、スパッタリングに使用した際のターゲット表面の表面粗さRaの経時的増加を抑制することが可能であり、表面粗さRaの増加に伴う異常放電を抑えて長期間連続して表面粗さRaの増加に伴うパーティクル発生、異物の発生及びこれに伴う欠陥の発生を抑えることが可能となり、その結果経時的に増加する光半透過膜の欠陥を大幅に低減できる。
従って、このようなスパッタリングターゲットを用いることによって、光半透過膜の欠陥を大幅に低減した高精度なマスクブランクを量産できる(一定枚数連続して成膜できる)フォトマスクブランクの製造方法を提供することが可能となる。
The sputtering target having such a configuration can suppress an increase in the surface roughness Ra of the target surface over time when used for sputtering, and suppresses an abnormal discharge accompanying an increase in the surface roughness Ra. It is possible to suppress the generation of particles, the generation of foreign substances and the accompanying defects accompanying the increase in surface roughness Ra for a period of time, and as a result, the defects of the light semi-transmissive film that increase with time can be greatly reduced. .
Therefore, by using such a sputtering target, there is provided a photomask blank manufacturing method capable of mass-producing a high-accuracy mask blank in which the defects of the light semi-transmissive film are greatly reduced (a film can be continuously formed for a certain number of sheets). It becomes possible.
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明のスパッタリングターゲットは、シリコンと金属とを含み、かつ、スパッタターゲットの組成を化学量論的に安定な組成よりもシリコンの量を多くした組成のいわゆるシリコンリッチターゲットである。ここで、シリコンが、前記金属と前記シリコンとの化学量論的に安定な組成よりも多く含有されること(シリコンリッチとすること)によって、金属シリサイド粒子とシリコン粒子として存在する。金属としては、例えば、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、ニッケル、パラジウム等が挙げられる。
Embodiments of the present invention will be described below.
The sputtering target of the present invention is a so-called silicon-rich target that contains silicon and metal and has a composition in which the amount of silicon is larger than the stoichiometrically stable composition of the sputtering target. Here, silicon is present as metal silicide particles and silicon particles by containing more than the stoichiometrically stable composition of the metal and the silicon (making it silicon rich). Examples of the metal include molybdenum, titanium, tantalum, tungsten, zirconium, vanadium, niobium, nickel, palladium, and the like.
本発明では、このようなターゲットを、透光性基板上に、少なくとも金属とシリコンとを含む光半透過膜を形成するために使用するが、その際に金属シリサイド粒子の平均粒径及び/又は粒度分布が、光半透過膜の欠陥発生率が所定の値以下となるように設定することを特徴とするものである(構成1)。
本発明者は、使用後のターゲット表面粗さRaは、ほぼ金属シリサイドの平均粒径に近似(相関)していることを見出した。これに基づき、金属シリサイド粒子(例えばMoSi2粒子)の平均粒径を制御することによって、又この場合平均粒径が小さいほど、ターゲット使用による表面粗さRaの経時変化量を低減できることを見出した(構成1)。また、金属シリサイド粒子(例えばMoSi2粒子)の粒度分布を制御することによって、又この場合粒度分布が小さいほど、ターゲット使用による表面粗さRaの経時変化量を低減できることを見出した(構成1)。さらに、これらの現象が、シリコン粒子の平均粒径や粒度分布に起因しているのではないことも判明した。
本発明者は、これらの要因について更に研究を進めた。その結果、上記の如く金属シリサイド粒子の平均粒径及び粒度分布を制御した本発明の焼結体ターゲット(例えばMoSi2粉とSi粉を焼結したターゲット)は、電子顕微鏡(SEM)で観察し、組織の状態(200倍で観察したときのSEM写真:組織図)を調べたところ、図2(a)のSEM模式図に示すように、任意の50μm角(50μm×50μm)でみたとき、いずれの箇所においても、MoSi2粒子とSi粒子相の粒径(面積)が小さく、かつ、MoSi2粒子とSi粒子相の粒径(面積)がぼぼ等しくMoSi2粒子とSi粒子相の双方が面内にほぼ均一に分布しており、MoSi2粉凝集部、Si凝集部及び空孔(Pore)部はいずれも観察されない、といった特徴を有していることが判明した。これに対し、上述した図2(b)に示す従前のターゲットでは、任意の50μm角(50μm×50μm)でみたとき、MoSi2粉凝集部となってしまう部分、Si凝集部となってしまう部分、が多数存在すると共に、空孔(Pore)部も観察される。
本発明においては、光半透過膜の欠陥発生が、例えば6インチ角の基板に対して20個以下、好ましくは10個以下となるように、金属シリサイド粒子の平均粒径及び/又は粒度分布を設定することが好ましい。
In the present invention, such a target is used to form a light semi-transmissive film containing at least a metal and silicon on a light-transmitting substrate. In this case, the average particle size of metal silicide particles and / or The particle size distribution is set so that the defect occurrence rate of the light semitransmissive film is not more than a predetermined value (Configuration 1).
The inventor has found that the target surface roughness Ra after use approximates (correlates) with the average particle diameter of the metal silicide. Based on this, it has been found that by controlling the average particle diameter of metal silicide particles (for example, MoSi 2 particles), and in this case, the smaller the average particle diameter, the more the amount of change over time in the surface roughness Ra due to the use of the target can be reduced. (Configuration 1). Further, it has been found that by controlling the particle size distribution of metal silicide particles (for example, MoSi 2 particles), and in this case, the smaller the particle size distribution, the more the amount of change over time in the surface roughness Ra due to the use of the target can be reduced (Configuration 1). . Further, it has been found that these phenomena are not caused by the average particle size or particle size distribution of the silicon particles.
The inventor has further studied these factors. As a result, the sintered compact target of the present invention (for example, a target obtained by sintering MoSi 2 powder and Si powder) in which the average particle size and particle size distribution of the metal silicide particles was controlled as described above was observed with an electron microscope (SEM). When examining the state of the tissue (SEM photograph when observed at 200 times: organization chart), as shown in the SEM schematic diagram of FIG. 2A, when viewed at an arbitrary 50 μm square (50 μm × 50 μm), in either location, MoSi 2 particles and Si particle diameter of the particulate phase (area) is small and both the MoSi 2 particles and Si particles phase particle size (area) Gabobo equal MoSi 2 particles and Si particles phase It was found that the film was distributed almost uniformly in the plane, and the MoSi 2 powder aggregate part, the Si aggregate part, and the pore part were not observed. On the other hand, in the conventional target shown in FIG. 2B described above, when viewed at an arbitrary 50 μm square (50 μm × 50 μm), a portion that becomes a MoSi 2 powder agglomerated portion, a portion that becomes a Si agglomerated portion. , A large number of pores are also observed.
In the present invention, the average particle size and / or the particle size distribution of the metal silicide particles is set so that the number of defects in the light translucent film is, for example, 20 or less, preferably 10 or less, for a 6 inch square substrate. It is preferable to set.
本発明において、ターゲット使用による表面粗さRaの経時変化量を低減するためには、金属シリサイド粒子(例えばMoSi2粒子)の平均粒径を0.5μm未満(構成3)に制御することが重要であり、好ましくは0.4μm以下に制御することが望ましい。
これは、上述したように、使用後のターゲット表面粗さRaは、ほぼ金属シリサイドの平均粒径に近似(相関)しているからである。この一例を以下に示す。
この例では、金属シリサイドの平均粒径を変化させて作製した複数のターゲットに関して、日本工業規格(JIS−B0601)で定義されるターゲットの表面粗さRa(μm)を、ターゲット使用前に0.06μmとなるように設定し、所定期間使用した後のターゲットの表面粗さRaを測定し、表1に示す結果を得た。なお、ターゲットの表面粗さRaは、使用することにより大きくなるが、所定期間使用した後はRaの増大は飽和する傾向があることがわかった。
In the present invention, it is important to control the average particle size of the metal silicide particles (for example, MoSi 2 particles) to less than 0.5 μm (Configuration 3) in order to reduce the amount of change over time of the surface roughness Ra due to the use of the target. It is preferable to control the thickness to 0.4 μm or less.
This is because, as described above, the target surface roughness Ra after use approximates (correlates) with the average particle diameter of the metal silicide. An example of this is shown below.
In this example, the surface roughness Ra (μm) of the target defined by the Japanese Industrial Standard (JIS-B0601) for a plurality of targets produced by changing the average particle diameter of the metal silicide is set to 0.000 before the target is used. The surface roughness Ra of the target after setting it to 06 μm and using it for a predetermined period was measured, and the results shown in Table 1 were obtained. In addition, although surface roughness Ra of the target became large by using, it turned out that the increase in Ra tends to be saturated after using for a predetermined period.
表1に示すように、金属シリサイド粒子の平均粒径が小さいほどターゲットの経時的な使用によるターゲットの表面粗さRaの増大を一定範囲内に収めることが可能であり、ターゲットの経時的な使用後におけるターゲットの表面粗さRaを一定範囲内に収めることが可能である。本発明において、金属シリサイド粒子の平均粒径が小さいほど好ましく、具体的には金属シリサイド粒子の平均粒径は0.5μm未満であることが好ましく、0.49μm以下、更には0.4μm以下、が好ましい。 As shown in Table 1, as the average particle diameter of the metal silicide particles is smaller, the increase in the surface roughness Ra of the target due to the use of the target over time can be kept within a certain range. It is possible to keep the surface roughness Ra of the target within a certain range. In the present invention, the average particle diameter of the metal silicide particles is preferably as small as possible, specifically, the average particle diameter of the metal silicide particles is preferably less than 0.5 μm, 0.49 μm or less, further 0.4 μm or less, Is preferred.
本発明においては、ターゲット使用による表面粗さRaの経時変化量を低減するためには、金属シリサイド粒子(例えばMoSi2粒子)の粒度分布におけるピークの半値幅が、0.5μm以下であることが重要であり、好ましくは0.4μm以下、更には0.3μm以下に制御することが望ましい。
この場合、金属シリサイド粒子の平均粒径の制御に加え金属シリサイド粒子の粒度分布の制御を行うことが好ましい。
これは、上述したように、使用後のターゲット表面粗さRaは、ほぼ金属シリサイドの平均粒径に近似(相関)しており、金属シリサイド粒子の粒度分布にも相関しているからである。このように、金属シリサイド粒子の粒度分布を所定値以下に規定することによって、ターゲットの経時的な使用による表面粗さRaの増大を一定範囲内に収めることが可能となる。
In the present invention, in order to reduce the change over time of the surface roughness Ra due to the use of the target, the half width of the peak in the particle size distribution of the metal silicide particles (for example, MoSi 2 particles) is 0.5 μm or less. It is important, and it is preferable to control the thickness to 0.4 μm or less, more preferably 0.3 μm or less.
In this case, it is preferable to control the particle size distribution of the metal silicide particles in addition to the control of the average particle size of the metal silicide particles.
This is because, as described above, the target surface roughness Ra after use approximates (correlates) with the average particle diameter of the metal silicide, and also correlates with the particle size distribution of the metal silicide particles. In this way, by defining the particle size distribution of the metal silicide particles below a predetermined value, it is possible to keep the increase in the surface roughness Ra due to the use of the target over time within a certain range.
本発明を別の観点から表現すると、透光性基板上に、少なくとも金属とシリコンとを含む光半透過膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、前記スパッタリングターゲットは、金属とシリコンとから実質的になり、前記シリコンが、前記金属と前記シリコンとの化学量論的に安定な組成よりも多く含有されることにより、金属シリサイド粒子およびシリコン粒子として存在している(以上の要件は上記構成1と同様)スパッタリングターゲットにおいて、前記金属シリサイド粒子の平均粒径及び/又は粒度分布が、光半透過性膜を形成する際の、前記スパッタリングターゲットのエロージョン面の表面粗さRaが1.0μm以下に保たれるように、規定されていることを特徴とするスパッタリングターゲットである(構成2)。
このスパッタリングターゲットは、前記スパッタリングターゲットのエロージョン面の表面粗さRaが、量産時において(例えば枚様式の成膜装置において100枚成膜するまでの間、好ましくはターゲットを交換するまでの間)一定以下に保たれるように規定されている、別の表現をすると量産時において(例えば枚様式の成膜装置において100枚成膜するまでの間、好ましくはターゲットを交換するまでの間)表面粗さRaの経時変化量が一定以下に保たれるように規定されている、ものである。
このように、光半透過性膜を継続的に形成する間、前記スパッタリングターゲットのエロージョン面の表面粗さRaが1.0μm以下に保たれるように、規定されていることによって、量産時の欠陥発生率を大幅に低減し所定の欠陥発生率以下に抑えることが可能となり、欠陥を大幅に低減した高精度なマスクブランクを製造可能となる。
その他の点に関しては上記構成1と同様である。
From another viewpoint, the present invention is a sputtering target for forming a light semi-transmissive film containing at least a metal and silicon on a light-transmitting substrate, and the sputtering target is substantially made of metal and silicon. Therefore, the silicon is present as a metal silicide particle and a silicon particle by containing more than the stoichiometrically stable composition of the metal and the silicon (the above requirements are the above-described configuration). 1) In the sputtering target, the average particle size and / or particle size distribution of the metal silicide particles is such that the surface roughness Ra of the erosion surface of the sputtering target is 1.0 μm or less when the light semi-transmissive film is formed. The sputtering target is characterized in that it is defined so as to be maintained at (Structure 2).
In this sputtering target, the surface roughness Ra of the erosion surface of the sputtering target is constant at the time of mass production (for example, until 100 sheets are formed in a single film forming apparatus, preferably until the target is replaced). In other words, the surface roughness specified in the following is maintained at the time of mass production (for example, until 100 sheets are formed in a single-type film forming apparatus, preferably until the target is replaced). The amount of change with time of Ra is specified to be kept below a certain level.
Thus, during the continuous production of the light semi-transmissive film, the surface roughness Ra of the erosion surface of the sputtering target is defined to be kept at 1.0 μm or less. It is possible to greatly reduce the defect occurrence rate and keep it below a predetermined defect occurrence rate, and it is possible to manufacture a highly accurate mask blank with greatly reduced defects.
The other points are the same as in the first configuration.
上述した本発明のスパッタリングターゲットにおいては、成膜時の放電安定性等を考慮すると、スパッタターゲット中のシリコンの含有量を70〜95mol%とすることが好ましい。これは、スパッタターゲット中のシリコンの含有量が95mol%よりも多いと、DCスパッタリングにおいては、スパッタターゲット 表面上(エロージョン部)に電圧をかけにくくなる(電気が通りにくくなる)ため、放電が不安定(困難)となり、また、スパッタターゲット中のシリコンの含有量が70mol%よりも少ないと、高透過率の光半透過部を構成する薄膜が得られないばかりか、耐酸性の良好な膜とならないからである。より高透過率の膜、より耐酸性の良好な膜等を得るためにはスパッタターゲット中のシリコンの含有量を80mol%以上、更には90mol%以上とすることが好ましい。
なお、成膜時の放電安定性は、膜質にも影響し、放電安定性に優れると良好な膜質の光半透過部が得られる。
In the sputtering target of the present invention described above, it is preferable that the silicon content in the sputtering target is 70 to 95 mol% in consideration of discharge stability during film formation. This is because if the silicon content in the sputter target is more than 95 mol%, it is difficult to apply a voltage on the surface of the sputter target (erosion part) in DC sputtering. If the silicon content in the sputter target is less than 70 mol%, a thin film constituting a light-transmitting part with high transmittance cannot be obtained, and a film with good acid resistance can be obtained. Because it will not be. In order to obtain a film having a higher transmittance, a film having better acid resistance, and the like, the silicon content in the sputtering target is preferably 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more.
The discharge stability at the time of film formation also affects the film quality. If the discharge stability is excellent, a light semi-transmissive portion having a good film quality can be obtained.
また、ターゲット材の相対密度(本発明のターゲット材の比重を計算した値を100とした場合に、実際使うターゲット材の比重の比率)は、90%以上、好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上であることが好ましい。ターゲット材の相対密度を高くすることにより、ターゲットのポア部(空孔)が少なくなるので、放電が安定し、異常放電によるパーティクルの発生を防ぐことができる。ターゲット材の相対密度が90%未満の場合、成膜して得られた膜中にパーティクルが存在する確率が高くなり、そのパーティクルが原因となって膜にピンホールが発生するので好ましくない。 Further, the relative density of the target material (the ratio of the specific gravity of the target material actually used when the value obtained by calculating the specific gravity of the target material of the present invention is 100) is 90% or more, preferably 95% or more, more preferably It is preferably 98% or more. By increasing the relative density of the target material, the pores (holes) of the target are reduced, so that the discharge is stabilized and the generation of particles due to abnormal discharge can be prevented. When the relative density of the target material is less than 90%, there is a high probability that particles are present in the film obtained by film formation, which is not preferable because pinholes are generated in the film.
本発明のフォトマスクブランクの製造方法は、上述した本発明の各スパッタリングターゲットを用いて、透光性基板上に光透過性膜を成膜することを特徴とする(構成5)。
本発明のフォトマスクブランクの製造方法によれば、スパッタターゲットにおける金属シリサイド粒子の粒径、粒度分布、好ましくは両者を特定することで、上述した膜特性に優れた光半透過膜を有する位相シフトマスククブランクを、安定的に製造できる。
ここで、成膜条件や成膜装置等は適宜選択可能であるが、本願とは異なる原因で生ずるパーティクルを極力低減し、かつ露光波長の短波長化に伴いマスクブランクスに要求される諸特性を満たすことが可能な特許文献1、2に記載された製造方法や製造装置を用いることが現状のところ好ましい。
The method for producing a photomask blank of the present invention is characterized in that a light transmissive film is formed on a light transmissive substrate using each of the sputtering targets of the present invention described above (Configuration 5).
According to the method for producing a photomask blank of the present invention, the phase shift having the light semi-transmissive film excellent in the above-described film characteristics by specifying the particle size and the particle size distribution of the metal silicide particles in the sputter target, preferably both. The mask blank can be manufactured stably.
Here, the film forming conditions and the film forming apparatus can be appropriately selected, but the characteristics required for the mask blanks are reduced as the exposure wavelength is shortened as much as possible and particles generated due to a different cause from the present application are reduced. At present, it is preferable to use the manufacturing method and the manufacturing apparatus described in
以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
図1に示すDCマグネトロンスパッタリング装置を用い、ArFエキシマレーザー(193nm)用ハーフトーン型位相シフトマスクブランクス100枚を一枚ずつ一定間隔で連続成膜して作製した。具体的には、モリブデン(Mo)とシリコン(Si)との混合ターゲット(Mo:Si=10:90mol%)[MoSi2の平均粒径0.4μm、MoSi2粒子の粒度分布におけるピークの半値幅0.3μm、Siの平均粒径2.2μm(以上実施例)、MoSi2の平均粒径0.5μm、MoSi2粒子の粒度分布におけるピークの半値幅0.5μm、Siの平均粒径2.7μm(以上比較例)]を用い、アルゴン(Ar)と窒素(N2)との混合ガス雰囲気(Ar:N2=10%:90%、圧力:0.1Pa)で、反応性スパッタリング(DCスパッタリング)により、透明基板上に窒化されたモリブデン及びシリコン(MoSiN)の薄膜(膜厚約670オンク゛ストローム)を形成して、ArFエキシマレーザー(波長193nm)用位相シフトマスクブランク(膜組成:Mo:Si:N=7:45:48)を得た。
上記各ターゲットの表面の様子を電子顕微鏡により観察した結果を図3に示す。図3に示すように、平均粒径0.5μmのMoSi2を用いた比較例のターゲットはMoSi2の凝集、Siの凝集及び空孔が発生しており、これに対して平均粒径0.4μmのMoSi2を用いた実施例のターゲットはMoSi2の凝集、Siの凝集及び空孔は観察されなかった。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples and comparative examples.
Using the DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, 100 halftone phase shift mask blanks for ArF excimer laser (193 nm) were successively formed at regular intervals. Specifically, mixed target of molybdenum (Mo) and silicon (Si) (Mo: Si = 10: 90mol%) [ mean particle size 0.4μm of MoSi 2, the half-value width of the peak in the particle size distribution of the MoSi 2 particles 0.3 μm, Si average particle size of 2.2 μm (above examples), MoSi 2 average particle size of 0.5 μm, peak half-value width in the particle size distribution of MoSi 2 particles of 0.5 μm, Si average particle size of 2. 7 μm (Comparative Example)], and reactive sputtering (DC: DC) in a mixed gas atmosphere (Ar: N 2 = 10%: 90%, pressure: 0.1 Pa) of argon (Ar) and nitrogen (N 2 ) Sputtering) forms a thin film of molybdenum and silicon (MoSiN) (film thickness of about 670 angstroms) on a transparent substrate for ArF excimer laser (wavelength 193 nm) Phase shift mask blank (film composition: Mo: Si: N = 7: 45: 48) was obtained.
The result of observing the state of the surface of each target with an electron microscope is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the target of the comparative example using MoSi 2 having an average particle diameter of 0.5 μm has MoSi 2 aggregation, Si aggregation and vacancies, whereas the average particle diameter is 0.5. In the target of the example using 4 μm of MoSi 2 , MoSi 2 aggregation, Si aggregation and vacancies were not observed.
上記図1に示すDCマグネトロンスパッタ装置は、真空槽1を有しており、この真空槽1の内部にスパッタリングターゲット2及び基板ホルダ3が配置されている。スパッタリングターゲット2は、ターゲット面が斜め下向きに配置された斜めスパッタリング方式を採用している。スパッタリングターゲット2は、ターゲット材4とバッキングプレート5がインジュウム系のボンディング剤により接合されており、ボンディング剤の溶出を封止する構成(図示せず)を有している。スパッタリングターゲット2の背後には、全面エロージョンマグネトロンカソード(図示せず)が装着されている。バッキングプレート5は水冷機構により直接または間接的に冷却されている。マグネトロンカソード(図示せず)とバッキングプレート5及びターゲット材4は電気的に結合されている。露出しているバッキングプレート面5A,5B、5Cは、ブラスト処理(機械的・物理的に表面を粗らす処理)等の方法を用いて粗らしている。ターゲット材側面4Bは、ブラスト処理等の方法を用いて粗らしている。回転可能な基板ホルダ3には透明基板6が装着されている。
真空槽1内壁には、取り外し可能な膜付着防止部品であるシールド20(温度制御可能な構成を有する)が設置されている。シールド20におけるアースシールド21の部分は、ターゲット2と電気的に接地されている。アースシールド21は、ターゲット面4Aより上部(バッキングプレート5側)に配置してある。
真空槽1は排気口7を介して真空ポンプにより排気されている。真空槽内の雰囲気が形成する膜の特性に影響しない真空度まで達した後、ガス導入口8から窒素を含む混合ガスを導入し、DC電源9を用いて全面エロージョンマグネトロンカソード(図示せず)に負電圧を加え、スパッタリングを行う。DC電源9はアーク検出機能を持ち、スパッタリング中の放電状態を監視できる。真空槽1内部の圧力は圧力計10によって測定されている。
透明基板上に形成する光半透過膜の透過率は、ガス導入口8から導入するガスの種類及び混合比により調整する。
上記DCマグネトロンスパッタ装置は、装置のメンテナンス時等を除いて複数の基板間で、スパッタリング終了から次のスパッタリング開始までの間隔を継続的に常に一定にすることが可能となり、複数の基板間でターゲット及びシールドの温度及び表面状態を継続的に常に一定の状態に保ち、複数の基板間でスパッタリング条件を継続的に常に一定の状態に保つことが可能な、枚様式の装置を用いた。
光半透過膜の位相角はスパッタリング時間により調整し、露光波長における位相角が約180°に調整した。
The DC magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1 has a vacuum chamber 1 in which a
On the inner wall of the vacuum chamber 1, a shield 20 (having a temperature controllable structure) that is a removable film adhesion prevention component is installed. The portion of the
The vacuum chamber 1 is exhausted by a vacuum pump through an exhaust port 7. After reaching the degree of vacuum that does not affect the characteristics of the film formed by the atmosphere in the vacuum chamber, a mixed gas containing nitrogen is introduced from the
The transmittance of the light semi-transmissive film formed on the transparent substrate is adjusted by the type and mixing ratio of the gas introduced from the
In the DC magnetron sputtering apparatus, the interval from the end of sputtering to the start of the next sputtering can be continuously made constant between a plurality of substrates except during maintenance of the apparatus, and the target between the plurality of substrates can be kept constant. In addition, a sheet-type apparatus was used which can keep the temperature and surface state of the shield constantly constant, and can keep the sputtering conditions constantly constant between a plurality of substrates.
The phase angle of the light semitransmissive film was adjusted by the sputtering time, and the phase angle at the exposure wavelength was adjusted to about 180 °.
上記のようにして6インチ角の基板上に100枚成膜した際の1枚あたりの欠陥数を調べた。その結果を表2に示す。 The number of defects per sheet when 100 sheets were formed on a 6-inch square substrate as described above was examined. The results are shown in Table 2.
表2に示すとおり、平均粒径0.5μmのMoSi2を用いた比較例のターゲットは100枚成膜後の表面粗さRaは、1.2μmと高い値を示したのに対して、平均粒径0.4μmのMoSi2を用いた実施例のターゲットは100枚成膜後も表面粗さRaが0.6μmと比較的低い値を保った。なお、両ターゲットともに、使用前の表面粗さRaは約0.06μmであった。
更に、表2から、本発明のターゲットを使用した場合には比較例と比較してピンホールの発生、パーティクルの付着が少なく、高精度のフォトマスクブランクを安定して連続的に継続して製造できることが判る。
As shown in Table 2, the target of the comparative example using MoSi 2 having an average particle diameter of 0.5 μm showed a high surface roughness Ra of 1.2 μm after the film formation of 100 sheets. The target of the example using MoSi 2 having a particle size of 0.4 μm maintained a relatively low surface roughness Ra of 0.6 μm even after 100 films were formed. Both targets had a surface roughness Ra before use of about 0.06 μm.
Further, from Table 2, when the target of the present invention is used, pinholes are less generated and particles are less adhered than in the comparative example, and a highly accurate photomask blank is stably and continuously manufactured. I understand that I can do it.
以上好ましい実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
例えば、金属とシリコンとを含むターゲットにおける金属としてモリブデンを用いたが、これに限定されず、ジルコニウム、チタン、バナジウム、ニオブ、タンタル、タングステン、ニッケル、パラジウムなどを用いることができる。
金属とシリコンとを含むターゲットにおいて、モリブデンは上記金属の中で特に、透過率の制御性と金属とケイ素を含有するスパッタリングターゲットを用いた場合ターゲット密度が大きく、膜中のパーティクルを少なくすることができるという点において優れている。チタン、バナジウム、ニオブはアルカリ溶液に対する耐久性に優れているが、ターゲット密度においてモリブデンに若干劣っている。タンタルはアルカリ溶液に対する耐久性及びターゲット密度において優れているが、透過率の制御性においてモリブデンに若干劣っている。タングステンはモリブデンとよく似た性質を持っているが、スパッタリング時の放電特性においてモリブデンより若干劣っている。ニッケルとパラジウムは、光学特性、及びアルカリ溶液に対する耐久性の面では優れているが、ドライエッチングがやや困難である。ジルコニウムは、アルカリ溶液に対する耐久性に優れているが、ターゲット密度においてモリブデンに劣っており、かつドライエッチングがやや困難である。これらのことを考慮すると現在のところモリブデンが最も好ましい。窒化されたモリブデン及びシリコン(MoSiN)の薄膜(光半透過膜)は、耐酸性や耐アルカリ性などの耐薬品性に優れる点でも、モリブデンが好ましい。
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.
For example, although molybdenum is used as a metal in a target including a metal and silicon, the present invention is not limited thereto, and zirconium, titanium, vanadium, niobium, tantalum, tungsten, nickel, palladium, or the like can be used.
In a target containing metal and silicon, molybdenum has a controllability of transmittance and a high target density when a sputtering target containing metal and silicon is used among the above metals. It is excellent in that it can be done. Titanium, vanadium, and niobium have excellent durability against alkaline solutions, but are slightly inferior to molybdenum in target density. Tantalum is superior in durability against alkali solutions and target density, but slightly inferior to molybdenum in controllability of transmittance. Tungsten has similar properties to molybdenum, but is slightly inferior to molybdenum in the discharge characteristics during sputtering. Nickel and palladium are excellent in terms of optical properties and durability against alkaline solutions, but are somewhat difficult to dry etch. Zirconium is excellent in durability against an alkaline solution, but is inferior to molybdenum in target density, and dry etching is somewhat difficult. Taking these into account, molybdenum is currently most preferred. The nitrided molybdenum and silicon (MoSiN) thin film (light semi-transmissive film) is preferably molybdenum from the viewpoint of excellent chemical resistance such as acid resistance and alkali resistance.
また、透明基板は、使用する露光波長に対して透明な基板であれば特に制限されない。透明基板としては、例えば、石英基板、蛍石、その他各種ガラス基板(例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、アルミノボロシリケートガラス等)などが挙げられる。
更に、スパッタガスとしては、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン等の不活性ガスや、窒素原子を含むガス、酸素原子を含むガスなどの反応性ガス等を用いることができる。
Moreover, a transparent substrate will not be restrict | limited especially if it is a transparent substrate with respect to the exposure wavelength to be used. Examples of the transparent substrate include a quartz substrate, fluorite, and other various glass substrates (for example, soda lime glass, aluminosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and the like).
Further, as the sputtering gas, an inert gas such as argon, helium, neon, or xenon, or a reactive gas such as a gas containing nitrogen atoms or a gas containing oxygen atoms can be used.
Claims (5)
ッタリングターゲットであって、
前記スパッタリングターゲットは、金属とシリコンとから実質的になり、
前記シリコンが、前記金属とシリコンとの化学量論的に安定な組成よりも多く含有されることにより、金属シリサイド粒子およびシリコン粒子として存在しており、
前記金属シリサイド粒子の平均粒径が、0.5μm未満であり、
前記金属シリサイド粒子の粒度分布におけるピークの半値幅が、0.5μm以下である
ことを特徴とするスパッタリングターゲット。 A sputtering target for forming a light semi-transmissive film containing at least a metal and silicon on a light-transmitting substrate,
The sputtering target consists essentially of metal and silicon,
The silicon is present as metal silicide particles and silicon particles by containing more than the stoichiometrically stable composition of the metal and silicon,
An average particle diameter of the metal silicide particles is less than 0.5 μm;
A sputtering target, wherein a half width of a peak in a particle size distribution of the metal silicide particles is 0.5 µm or less .
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