(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタ反応を行うためのチャンバと、
該チャンバ内に設置されたターゲット電極と、
該ターゲット電極に対向して該チャンバ内に設置された基板電極と、
該ターゲット電極の側面を包囲するように設置された実質的にリング状円筒磁石と、
該ターゲット電極のターゲット設置面と反対側に設置され、該ターゲット電極の周方向に回転する、該ターゲット電極に垂直な方向に磁化された実質的に半円板状磁石と
を含んでなるマグネトロンスパッタ装置であって、
前記半円板状磁石の磁極間を結ぶ軸の方向が、該半円板状磁石面に対して垂直であり、
該半円板状磁石の該ターゲット電極側がＮ極であり、該ターゲット電極と接しない面がＳ極のときは、前記リング状円筒磁石の内面がＳ極で外面はＮ極であり、
該半円板状磁石の該ターゲット電極側がＳ極であり、該ターゲット電極と接しない面がＮ極のときは、該リング状円筒磁石の内面がＮ極で外面はＳ極であるように該半円板状磁石と該リング状円筒磁石とを配置することを特徴とするマグネトロンスパッタ装置。
【請求項２】
前記ターゲット電極に設置されるターゲットが平板であることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項３】
前記ターゲットの厚さが15 mm以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項４】
前記チャンバが、反応ガス供給手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のマグネトロンスパッタ装置を用いて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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平板ターゲットを用いるマグネトロンスパッタ装置に関するものである。本発明に係るマグネトロンスパッタ装置は、半導体製造集積回路の製造などに用いられるフォトマスクブランクをスパッタ法にて製造するのに用いて最適である。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ及びＬＳＩ等の半導体集積回路の製造をはじめとして、広範囲な用途に用いられているフォトマスクは、基本的には透光性基板上にクロムまたはモリブデンシリコンを主成分とした遮光膜を所定のパターンで形成したものである。近年では、半導体集積回路の高集積化などの市場要求に伴ってパターンの微細化が急速に進んできた。パターンの微細化に伴い、フォトマスクブランクもより高度な品質を要求され、微細なパーティクルの発生による欠陥もなくすことが要求されている。
【０００３】
そのような中で、半導体製造用のフォトマスクを製造するためのフォトマスクブランクを製造するためのスパッタターゲットとしては、平板ターゲットが用いられてきた。図４に従来型のマグネトロンスパッタ装置を、図５、６に従来型のマグネトロンスパッタ装置の磁気回路を示す。図示した従来型のマグネトロンスパッタ装置においては、比較的薄いターゲット３を設置したターゲット電極５の裏面で回転磁石１１を回転させて、ターゲット３に平行な磁界成分をターゲット３表面に生成し、磁界と直交する向きに電場を与えることにより、プラズマをターゲット表面付近の磁界に閉じこめ、スパッタ密度を上昇させる。ターゲットとしては、通常クロムまたはモリブデンシリサイドを使用し、酸素ガスや窒素ガス等と不活性ガスとを含むスパッタガスを用いて反応性スパッタ法により、石英、CaF2等の透光性基板の上に成膜する。
以下、本発明において、基板電極に対向する側の面である、ターゲットのエロージョンされる面を表面という。
【０００４】
このように、マグネトロンスパッタ装置には、従来、薄い平板ターゲットが用いられてきたが、フォトマスクブランクの製造においてはコストに占めるターゲットコストの比率が高いため、寿命の短い薄い平板ターゲットでは、フォトマスクブランクの製造コストが高くなる。さらに、ターゲット交換に要する時間が長くかかるため、生産性も悪いという欠点があった。
【０００５】
そのため、15 mm以上の厚い平板ターゲットを使って寿命を長くし、それにより製造コストを低減することが望まれてきた。
【０００６】
しかし、従来型のマグネトロンスパッタ装置の磁気回路では、このように厚いターゲットを用いると、ターゲット表面まで磁界が到達しない。そのため、ターゲットの表面全体に所定の強度の平行成分磁界を得ることが難しく、マグネトロンプラズマが発生しないために、スパッタされない現象が生じる。またターゲット表面に所定の強度の平行成分磁界が得られないと、非エロージョン部が生じるという問題がある。
【０００７】
スパッタを行う際、非エロージョン部が存在すると、ターゲットの酸化物あるいは窒化物等の微粒子がターゲットの非エロージョン部に再付着する。この再付着した微粒子が起動時及び停止時の温度差による熱膨張率の差で剥がれ落ち、薄膜面上に付着してパーティクルが発生する問題も生じる。
【０００８】
そこで、厚いターゲットを用いてもスパッタが可能であり、高品質の成膜が可能なマグネトロンスパッタ装置が望まれる。
【０００９】
【発明が解決する課題】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、15 mm以上の厚い平板ターゲットを用いてもマグネトロンプラズマを発生させることができ、高品質の薄膜を形成することができるマグネトロンスパッタ装置、及びその装置を用いたフォトマスクブランクの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成するために、厚いターゲットにも磁界が到達し、厚い平板ターゲットの表面全体に所定の強度の平行成分磁界を得ることができるようなマグネトロンスパッタ装置を設計するに至った。すなわち、平板ターゲットを用いるマグネトロンスパッタ装置の磁気回路を改善して、立体的な磁気回路を用いることにより、15 mm以上の厚い平板ターゲットを使用してもターゲット表面部にマグネトロンプラズマが発生するのに充分な平行成分磁界が得られることを見いだした。
【００１１】
本発明では、上記の目的を達成するために、スパッタ反応を行うためのチャンバと、該チャンバ内に設置されたターゲット電極と、該ターゲット電極に対向して該チャンバ内に設置された基板電極と、該ターゲット電極の側面を包囲するように設置された実質的にリング状円筒磁石と、該ターゲット電極のターゲット設置面と反対側に設置され、該ターゲット電極の周方向に回転する、該ターゲット電極に垂直な方向に磁化された実質的に半円板状磁石とを含んでなるマグネトロンスパッタ装置であって、前記半円板状磁石の磁極間を結ぶ軸の方向が、該半円板状磁石面に対して垂直であり、該半円板状磁石の該ターゲット電極側がＮ極であり、該ターゲット電極と接しない面がＳ極のときは、前記リング状円筒磁石の内面がＳ極で外面はＮ極であり、該半円板状磁石の該ターゲット電極側がＳ極であり、該ターゲット電極と接しない面がＮ極のときは、該リング状円筒磁石の内面がＮ極で外面はＳ極であるように該半円板状磁石と該リング状円筒磁石とを配置するマグネトロンスパッタ装置を提供する。
前記ターゲット電極に設置されるターゲットが平板であることが好ましく、前記ターゲットの厚さが15 mm以上であることが好ましい。また、前記チャンバが、反応ガス供給手段をさらに含むことが好ましい。
さらに、本発明は上記のマグネトロンスパッタ装置を用いて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を提供する。
本発明によれば、厚い平板ターゲットの表面に全面エロージョンが行われて、ターゲットの酸化物及び窒化物等の微粒子のターゲットへの再付着や、その剥離落下によって発生するパーティクルのない高品質なフォトマスクブランクを製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の態様】
以下に、本発明の実施の態様について説明する。同じ部材には同じ符号を付した。なお、以下の実施の態様は本発明を限定するものではない。
本発明のマグネトロンスパッタ装置はＣｒまたはＭｏＳｉ等の厚い平板ターゲットを用い、透明基板上にクロム系及びモリブデンシリサイド系の薄膜を成膜するのに用いられる。
【００１３】
図１に本発明のマグネトロンスパッタ装置８の断面図を示す。スパッタ反応を行うためのチャンバ１０内にはターゲット３表面に電圧を加えるためのターゲット電極５が設置されており、ターゲット電極５にはターゲット３が接着されている。また、ターゲット３の側面を包囲するようにリング状円筒磁石２が設置され磁気回路９を形成している。ターゲット電極５に対向する位置には、基板電極６が設置され、この上に基板４をセットできるようになっている。
【００１４】
図２に本発明の磁気回路９の平面図を、図３に断面図を示す。厚い平板ターゲット３の表面全体に平行成分磁界を得るための磁気回路９として、ターゲット電極５上のターゲット３と反対の面に接して、あるいはこの面から離間して、ターゲット電極５に対して垂直方向に磁化した半円板状磁石１を、ターゲット電極５の周方向に回転可能に設置する。この半円板状磁石１を、ターゲット３の中心軸の回りをターゲット電極５の周方向に回転させることにより、ターゲット３の、半円板状磁石１のない部分にターゲット３の表面に平行な成分の磁界が生じる。この平行成分磁界を回転させることによって、ターゲット３の中心部にも絶えず平行成分磁界が回転移動してくるため、ターゲット３中心部の平行成分磁界が少ないことに起因する非エロージョン部をなくすことができる。
【００１５】
また、厚い平板ターゲット３の表面部にまで磁界が到達するように、ターゲット３の外周に、ターゲット３の側面を包囲するようにリング状円筒磁石２を設置する。リング状円筒磁石２の長さ及び位置を調整することにより、厚い平板ターゲット３表面に平行磁界成分を得ることができる。このリング状円筒磁石２を設置することで、ターゲット３外周部の非エロージョン部をなくすことができる。
【００１６】
半円板状磁石１とリング状円筒磁石２は、それぞれの作る磁界のターゲット電極５に平行な成分が同じ向きになるように設置する必要がある。そのためには、半円板状磁石１のターゲット電極５側がＮ極でターゲット電極５と接しない面がＳ極のときは、リング状円筒磁石２の内面がＳ極で外面はＮ極であり、半円板状磁石１のターゲット電極５側がＳ極でターゲット電極５と接しない面がＮ極のときは、リング状円筒磁石２の内面がＮ極で外面はＳ極となるように、半円板状磁石１とリング状円筒磁石２を設置することが好ましい。
【００１７】
これらの磁石による立体的な磁気回路９により、厚いターゲット３の表面にも所定の平行磁界成分を得ることができ、パーティクルのない高品質な薄膜を成膜することを見出した。
【００１８】
次に磁気回路９において、半円板状磁石１の半径は、ターゲット３の半径の
0.5倍から1.0倍であることが好ましいが、これらに限定されない。
【００１９】
リング状円筒磁石２のターゲット電極側の底面は、ターゲット３のターゲット電極側の面と同じ高さになるように設置することが好ましい。また、リング状円筒磁石２の内径は、ターゲット３の内径の、1.05倍〜1.50倍であることが好ましい。リング状円筒磁石２の高さは、ターゲット３厚さの0.8倍〜2.0倍であることが好ましい。しかし、これらの寸法には限定されず、適宜必要な平行磁界成分を得られる寸法にリング状円筒磁石２を設計し、適切な位置に設置することができる。
【００２０】
また、本発明の一つの実施の態様によると、本発明の装置には、高真空のチャンバ１０内にスパッタ用の反応ガス供給手段７をさらに備えることが好ましい。
【００２１】
スパッタを行うときは、半円板状磁石１を回転させながら、チャンバ１０を高真空にして、CH4、CO2、CO等の炭素を含むガスと、NO、NO2、N2等の窒素を含むガスと、CO2、NO、O2等の酸素を含むガスとをそれぞれ１種以上と、Ａｒガス、クリプトン等の不活性ガスとを混合したガスを、反応ガス供給手段７から導入する。ターゲット３としては、クロム及びモリブデンシリサイドまたは酸素、窒素を含有したクロム及びモリブデンシリサイドを用いる。このターゲット３に負のＤＣ電圧を加えながら反応性スパッタを行う。
【００２２】
このような磁気回路９を用いることで、半円板状磁石１の回転により、ターゲット３表面全体に、ターゲット電極５に平行な磁界成分を得ることができる。また、リング状円筒磁石２が存在することにより、ターゲット３には、ターゲット電極５からの磁界成分のみならず、ターゲット３の側面からさらなる平行な磁界成分を提供することができる。これらの磁石の働きにより、ターゲット３表面にはターゲット３の厚さが増大しても、必要な平行磁界成分を得ることが可能となり、非エロージョン部分の発生を防止することができる。
【００２３】
【実施例】
以下実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００２４】
［実施例１］
図１のマグネトロンスパッタ装置８を用いてフォトマスクブランクの成膜を行った。厚さ5 mmのCu電極５の上に、直径D1が76.2 mmで厚さtが6 mm、12 mm、18 mmの異なる平板ターゲット３を接着して、電極５とターゲット３との厚みH1が、各々11 mm、17 mm、23 mmとなるようにした。次に、長さLが30 mmで、内径D3が80 mm、外径D4が90 mmのリング状円筒磁石２を設置した。ターゲット電極５のターゲット３と反対側の面に、半径D2が26 mmで、高さH2が25 mmの半円板状磁石１の回転軸をターゲット３の中心位置を中心として10 rpmで回転させた。チャンバ１０内を0.3 Paの高真空に保ちながらチャンバ１０内にＡｒガスを、反応ガス供給手段７から導入して、Ｃｒターゲット３に250 Wの直流電圧をかけて、スパッタを行った。石英ガラス基板４を用い、これに70 nmのクロム膜を成膜した。引き続き、酸素ガス及び窒素ガスを導入して、クロム酸化窒化膜の30 nmの反射防止膜を成膜した。このときのマグネトロンプラズマ発生の成否は、マグネトロンスパッタ装置８の印加電圧回路に設けた電流計（図示せず）により測定して確認した。このように作成したサンプルのパーティクルをパーティクル数欠陥検査装置（日立エンジニアリング製  ＧＭ―１０００）を用いて、基板表面上の0.3μm以上の微粒子の個数を測定した。その結果を表１に示す。
【００２５】
［比較例１］
図４に示す従来型のマグネトロンスパッタ装置８を用いて、比較実験を行った。厚さ5 mmのCu電極５の上に直径D1が76.2 mmで、厚さtが6 mm、12 mm、18 mmの異なる平板ターゲット３を接着して、電極５とターゲット３との厚みH1が、各々11 mm、17 mm、23 mmとなるようにした。ターゲット電極５のターゲット３と反対側の面に直径D2が52 mmで、高さH2が25 mmのリング状円筒磁石２をターゲット３中心位置より10 mm偏芯して、周方向に回転可能に設置し、10 rpmで回転させた。実施例１と同様に石英ガラス基板４にクロム膜及びクロム酸化窒化膜を成膜した。このときのマグネトロンプラズマ発生の有無を実施例１と同じ方法で観察した。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0004371569.tif 000002
【００２７】
表１の結果から、本発明の磁気回路９を有するマグネトロンスパッタ装置８を用いた場合、ターゲット３の厚さが厚くても、マグネトロンプラズマを発生させることができ、その結果、良好な成膜が可能となることがわかった。また、用いるターゲット３の厚さが増加しても、パーティクル数が増加して、膜の性質が低下することはなかった。従来型の装置を用いて成膜した比較例と比べ、本発明の装置を用いると、厚いターゲットを使用した場合でも、薄いターゲットを使用した場合と同様に、パーティクルの少ない高品質のフォトマスクブランクを製造することができた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の装置により、厚い平板ターゲットの全面に平行磁界成分が得られ、厚い平板ターゲット表面の全面をエロージョンすることができるようになったため、製造コストの低減が可能な、ターゲット寿命の長い厚いターゲットが使用可能となる。本発明の装置を用いると、厚いターゲット表面にも所定の平行磁界成分が得られるため、厚いターゲットを用いるとスパッタできないという問題が解決する。また、非エロージョン部が生成しないため、パーティクルの発生がない高品質のフォトマスクブランクを製造することができる。このように、本発明のスパッタ装置により、厚いターゲットを用いて、高品質で、かつコストを低減したフォトマスクブランクを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のマグネトロンスパッタ装置を示す図である。
【図２】図２は、本発明のマグネトロンスパッタ装置の平面図である。
【図３】図３は、図２の本発明のマグネトロンスパッタ装置の磁気回路を線Ａ−Ａで切断した断面図である。
【図４】図４は、従来型のマグネトロンスパッタ装置を示す図である。
【図５】図５は、従来型のマグネトロンスパッタ装置の平面図である。
【図６】図６は、図５の従来型のマグネトロンスパッタ装置の磁気回路を線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。
【符号の説明】
１  半円板状磁石
２  リング状円筒磁石
３  ターゲット
４  基板
５  ターゲット電極
６  基板電極
７  反応ガス供給手段
８  マグネトロンスパッタ装置
９  磁気回路
１０  チャンバ
１１  従来型の回転磁石
【図１】
0004371569.tif 000003
【図２】
0004371569.tif 000004
【図３】
0004371569.tif 000005
【図４】
0004371569.tif 000006
【図５】
0004371569.tif 000007
【図６】
0004371569.tif 000008