JP4257931B2 - クロム膜のエッチング方法、及びフォトマスクの製造方法 - Google Patents

クロム膜のエッチング方法、及びフォトマスクの製造方法 Download PDF

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本発明は、フォトマスクの製造方法に係り、特に磁気中性線放電エッチング装置を用いたクロム膜のエッチング方法に関する。
従来、図７に示す磁気中性線放電エッチング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このエッチング装置において、真空チャンバ１上部の円筒壁５の外側に設けられた三つの磁場コイル６，７，８に電流を流すことによって真空チャンバ１内部に磁気中性線９が形成され、中間の磁場コイル７内側に設けられたアンテナ１０に高周波電源１１から高周波電力を印加することによって上記磁気中性線９に沿ってリング状のプラズマが形成される。このプラズマ中の正イオンは、ブロッキングコンデンサ１６ａによって負のセルフバイアス電位となっている基板電極１５に向かって引き込まれて基板１５ｂ上の被エッチング物をエッチングする。
また、プラズマ発生用のアンテナを並列多重巻にすることによって、インピーダンスを減少させ、アンテナ表面に発生する電位を低く抑えたエッチング装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このエッチング装置によれば、真空チャンバ中心方向の誘導電場をより有効に発生させることができ、微細な孔のエッチングが可能となる。
しかし、広い面積のエッチング速度均一性の観点からは、アンテナの端子部付近のエッチング速度が他の領域に比べて低くなるという不均一性があった。
このエッチング速度の不均一性を解決するため、多重巻ループ状アンテナの導入端部において、ループ状アンテナの間隔を変化させることによってプラズマ空間分布を制御する方法が提案されている。（例えば、特許文献３参照）。
特開平７−２６３１９２号公報（第３頁、図１） 特開平１０−３１７１７４号公報（第４頁、図２） 特開２００２−３３３０６号公報（第５頁、図２）
しかしながら、例えば、フォトマスクを製造する場合に、クロム膜のエッチングに磁気中性線エッチング装置を用いると、基板周辺部のクロム膜のエッチング速度が非常に速く、上述したようなアンテナ調整によるプラズマ空間分布の制御のみでは、十分なエッチング速度の面内均一性が得られないという問題があった。このため、クロム膜のパターンを有するフォトマスクを精度良く製造することができないという問題があった。
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、磁気中性線エッチング装置を用いてクロム膜をエッチングする際、エッチング速度の高い面内均一性を得ることを目的とする。また、本発明は、クロム膜のパターンを有するフォトマスクを精度良く製造することを目的とする。
本発明に係るクロム膜のエッチング方法は、真空チャンバ内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段である３つの磁場コイルと、該磁気中性線に沿って交番電場を加えて該磁気中性線付近に濃いプラズマを発生するための高周波コイルとを備えたエッチング装置を用いてクロム膜をエッチングする方法であって、磁気中性線近傍の磁場勾配が２ガウス／ｃｍであり、前記磁場コイル中の最上部コイルと最下部コイルの電流値を等しくし、前記最上部コイルと前記最下部コイルに挟まれた中間コイルの電流値を前記最上部コイルと前記最下部コイルの電流値の０．８９倍とし、磁気中性線の半径が計算値で０ｍｍになるようにプラズマを発生させてクロム膜を加工することを特徴とする。
本発明に係るクロム膜のエッチング方法において、真空チャンバ内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段である３つの磁場コイルと、該磁気中性線に沿って交番電場を加えて該磁気中性線付近に濃いプラズマを発生するための高周波コイルとを備えたエッチング装置を用いてクロム膜をエッチングする方法であって、磁気中性線近傍の磁場勾配が１ガウス／ｃｍであり、前記磁場コイル中の最上部コイルと最下部コイルの電流値を等しくし、前記最上部コイルと前記最下部コイルに挟まれた中間コイルの電流値を前記最上部コイルと前記最下部コイルの電流値の０．８９倍とし、磁気中性線の半径が計算値で０ｍｍになるようにプラズマを発生させてクロム膜を加工することを特徴とする。
本発明に係るフォトマスクの製造方法は、透明基板上にクロム膜を形成する工程と、前記クロム膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして、請求項１又は２に記載のエッチング方法を用いて、前記クロム膜をエッチングする工程と、前記クロム膜をエッチングした後、前記レジストパターンを除去する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、以上説明したように、磁気中性線エッチング装置を用いてクロム膜をエッチングする際、優れたエッチング速度の面内均一性を得ることができる。
先ず、本発明の実施の形態で用いる磁気中性線エッチング装置について説明する。
図１は、本発明の実施の形態で用いる磁気中性線エッチング装置を説明するための概略図である。
図１に示すように、被処理基板上に形成されたクロム膜のエッチングを行う真空チャンバ１は、放電プラズマを発生させるプラズマ発生部２と、このプラズマ発生部２の下方で基板電極１５上の被処理基板をエッチング加工する基板電極部３とを有する。
真空チャンバ１上部のプラズマ発生部２には、例えば、石英等の誘電体材料からなり、内径が４５０ｍｍである円筒状側壁５が設けられている。この円筒状側壁５を囲むように、磁場発生手段としての３つの磁場コイル６，７，８が配置されている。上下２つの磁場コイル６，８には同じ向きで同一電流値の定電流が流され、中間の磁場コイル７にはそれらとは逆向きの電流が流される。これにより、プラズマ発生部２に磁場が形成されると共に、磁場強度ゼロの位置が連続してなるループ状の磁気中性線９が形成される。磁気中性線９は、中間の磁場コイル７の高さ付近に形成される。
図２は、図１に示す磁気中性線エッチング装置内に形成される磁気中性線の形状を説明するための図である。通常のＮＬ半径のときは、図２（ａ）に示すようなループ状の磁気中性線が形成される。ＮＬ半径が小さくなり、例えばＮＬ半径が３５ｎｍのときには、図２（ｂ）に示すように磁気中性線の形状は完全なループ状ではなくなる。さらに、ＮＬ半径が小さくなり、例えばＮＬ半径が０ｎｍのときには、磁気中性線の形状は円盤状になる。
詳細は後述するが、本発明者等は、磁場コイル６，７，８に流す電流値をそれぞれＸＡ，ＸＢ，ＸＣ（Ａ）とし、ＸＡ＝ＸＣとしてＸＢの値を０（ゼロ）から徐々に大きくしていく実験を行った。ＸＢ＝０のとき、磁場コイル６と磁場コイル８の中間に磁気中性線が形成され、真空チャンバ１内にはミラー磁場が形成される。ＸＢの値が大きくなるに従い、磁気中性線の形成位置が真空チャンバ１の中心方向に移動する。該実験に用いたエッチング装置では、ＸＡ＝ＸＣ＝１８．８Ａに対しＸＢ＝１５．８Ａのときに磁気中性線の半径が１３５ｍｍになり、さらにＸＢ＝１６．７Ａのときに磁気中性線の半径が計算上０（ゼロ）になった。
円筒状側壁５の外側、且つ、磁場コイル６，７，８の内側には、プラズマ発生用の高周波コイルとしての二重巻きループアンテナ１０が設けられている。このアンテナ１０に高周波電源１１から高周波電力を印加することにより、磁気中性線９に沿って交番電場が加わり、磁気中性線９に放電プラズマが発生する。アンテナ１０の直径は、例えば、５００ｍｍである。
円筒状側壁５上部のフランジ（図示省略）に密封固着された天板１２には、ガス導入口１３が設けられている。ガス供給源からガス供給路を経て供給されたエッチングガスは、流量制御装置（例えば、マスフローコントローラ）１３ａにより流量制御された後、ガス導入口１３からプラズマ発生部２に供給される。
基板電極部３には、コンダクタンスバルブ１４を介して排気口４が設けられ、この排気口４は排気ポンプ（図示省略）に接続されている。コンダクタンスバルブ１４の開閉度により、真空チャンバ１内の圧力が制御される。また、真空チャンバ１内の圧力は、図示しない圧力計によりモニタされる。
基板電極１５は、例えば、２３０ｍｍの直径を有するカソード電極であり、ブロッキングコンデンサ１６ａを介して高周波電源１６に接続されている。この高周波電源１６から基板電極１５に高周波電力を印加することにより、ブロッキングコンデンサ１６ａにより浮遊状態である基板電極１５が負のセルフバイアス電位となる。基板電極１５と真空チャンバ１の外壁とは、樹脂等の絶縁体部材（図示省略）により絶縁されている。基板電極１５上には、被処理基板１５ｂを保持する基板保持台１５ａが設けられている。
次に、上記エッチング装置を用いたクロム膜のエッチング方法、さらにクロム膜のエッチング工程を含むフォトマスクの製造方法について説明する。
先ず、被処理基板１５ｂを基板電極１５上に搬入する。その後、ゲートバルブを閉じ、真空チャンバ１内を真空引きする。被処理基板１５ｂは、基板電極１５上の基板保持台１５ａにより保持される。なお、被処理基板１５ｂは、例えば、６インチの透明基板上にクロム膜が形成され、該クロム膜上にレジストパターンがさらに形成されたものである。
次に、エッチングガスとしてＣｌ２とＯ２の混合ガスをガス導入口１３から所望の流量で供給し、コンダクタンスバルブ１４により真空チャンバ１内の圧力を、例えば、０．６８Ｐａに制御する。
次に、上下の磁場コイル６，８に１８．８Ａの電流を流すとともに、中間の磁場コイル７に１６．７Ａの電流を流すことにより、プラズマ発生部２に形成される磁気中性線９の半径をゼロ付近に設定する。そして、プラズマ発生用の高周波電源１１からアンテナ１０に、例えば、１ｋＷの高周波電力を印加する。これにより、磁気中性線９付近に濃いプラズマが発生する。すなわち、磁気中性線９付近のプラズマ密度が、その周辺のプラズマ密度よりも高くなる。
また、バイアス用の高周波電源１６から基板電極１５に、例えば、４０Ｗの高周波電力を印加することにより、基板電極１５が負のセルフバイアス電位となり、プラズマ中の正イオンが基板電極１５に向かって引き込まれ、透明基板上に形成されたクロム膜がエッチングされる。なお、詳細なドライエッチング条件は以下の通りである。その後、２周波の高周波電力の印加を停止し、被処理基板１５ｂを真空チャンバ１から搬出した後、レジストパターンを除去することにより、フォトマスクが製造される。
［ドライエッチング条件］
真空チャンバ内圧力：０．６８Ｐａ
ガスの種類（流量）：Ｃｌ２（２４０ｓｃｃｍ）とＯ２（６０ｓｃｃｍ）の混合ガス
アンテナへの印加電力：１ｋＷ
バイアス電力：４０Ｗ
プラズマ−基板間距離：２００ｍｍ
磁場コイル電流：ＸＡ＝ＸＣ＝１８．８Ａ、ＸＢ＝１６．７Ａ
本発明者等がクロム膜のエッチング速度の面内均一性を計測したところ、面内均一性は７％以内であった。
本発明者等は、上記ドライエッチング条件のうち、中間の磁場コイル７の電流値ＸＢを１６．７Ａから１５．８Ａ，１６．４Ａと変化させて、それぞれエッチング速度の面内均一性を調査した。すなわち、クロム膜のエッチング速度の面内均一性と、中間の磁場コイルの電流値ＸＢとの関係を調査した。また、参考用に、磁場コイル６，７，８に電流を流さないＩＣＰ（inductive coupling plasma）方式の場合についても面内均一性を調査した。その調査結果を図３に示す。
図３に示すように、ＩＣＰ方式の場合と、ＸＢ＝１５．８Ａ，１６．４ＡのＮＬＤ（neutral loop discharge）方式の場合には、面内均一性が９％を超えてしまい、面内均一性が不十分であることが分かった。これに対して、上述したように、ＸＢ＝１６．７ＡのＮＬＤ方式の場合には、面内均一性は７％以内であり、高いエッチング速度の面内均一性が得られることが分かった。
また、本発明者等は、クロム膜のエッチング速度の面内均一性と、磁気中性線の半径との関係を調査した。また、参考用に、ＩＣＰ方式の場合についても面内均一性の調査をした。その結果を図４に示す。図４から明らかなように、磁気中性線の半径が３５ｍｍ以下の場合に、エッチング速度の高い面内均一性が得られた。
上記図３及び図４を参照して磁気中性線付近の磁場勾配を２ガウス／ｃｍに設定した場合の調査結果を説明したが、本発明者等は、磁気中性線付近の磁場勾配を１ガウス／ｃｍに設定した場合についても同様に、エッチング速度の面内均一性を調査した。
具体的には、上下の磁場コイル６，８の電流値ＸＡ，ＸＣを９．４Ａとし、中間の磁場コイル７の電流値ＸＢを７．９Ａ，８．２Ａ，８．３Ａと変化させて、それぞれエッチング速度の面内均一性を調査した。
図５は、磁気中性線付近の磁場勾配を１ガウス／ｃｍに設定した場合において、クロム膜のエッチング速度の面内均一性と、中間の磁場コイルの電流値との関係を示す図である。図５に示すように、ＸＢ＝８．３ＡのＮＬＤ方式の場合には、面内均一性が７％程度であり、高いエッチング速度の面内均一性が得られることが分かった。
また、本発明者等は、クロム膜のエッチング速度の面内均一性と、磁気中性線の半径との関係を調査した。
図６は、磁気中性線付近の磁場勾配を１ガウス／ｃｍに設定した場合において、クロム膜のエッチング速度の面内均一性と、磁気中性線の半径との関係を示す図である。図６に示すように、磁気中性線の半径が計算上７０ｍｍ以下の場合に、高いエッチング速度の面内均一性が得られることが分かった。
また、本発明者等は、下記のように、磁気中性線付近の磁場勾配を２ガウス／ｃｍに設定した場合、上下の磁場コイル６，８の電流値ＸＡ，ＸＣを１９．２Ａ，１８．４Ａと変化させたときに、それぞれ面内均一性が最適となる中間磁場コイル７の電流値ＸＢを調査した。具体的には、ＸＡ＝ＸＣ＝１９．２Ａのとき、最適なＸＢ＝１７．１Ａとなり、その時の面内均一性は８．０％であり、磁気中性線の半径は計算上０ｍｍであった。また、ＸＡ＝ＸＣ＝１８．４Ａのとき、最適なＸＢ＝１６．３Ａとなり、その時の面内均一性は７．５％であり、磁気中性線の半径は同様に計算上０ｍｍであった。この結果より、磁気中性線付近の磁場勾配を２ガウス／ｃｍのとき、ＸＡ／ＸＢ〜１．１２５のようにコイル電流値を制御することにより、磁気中性線の半径が計算上０ｍｍ付近となり、エッチング速度の優れた面内均一性が得られることが分かった。
Figure 0004257931
さらに、本発明者等は、磁気中性線付近の磁場勾配を１ガウス／ｃｍに設定した場合も同様に、上下の磁場コイル６，８の電流値ＸＡ，ＸＣを９．６Ａ，９．２Ａと変化させたときに、それぞれ面内均一性が最適となる中間磁場コイル７の電流値ＸＢを調査した。具体的には、ＸＡ＝ＸＣ＝９．６Ａのとき、最適なＸＢ＝８．５Ａとなり、その時の面内均一性は７．５％であり、磁気中性線の半径は計算上０ｍｍであった。また、ＸＡ＝ＸＣ＝９．２Ａのとき、最適なＸＢ＝８．１Ａとなり、その時の面内均一性は７．５％であり、磁気中性線の半径は同様に計算上０ｍｍであった。この結果より、磁気中性線付近の磁場勾配を１ガウス／ｃｍのとき、ＸＡ／ＸＢ〜１．１２５のようにコイル電流値を制御することにより、磁気中性線の半径が計算上０ｍｍ付近となり、エッチング速度の優れた面内均一性が得られることが分かった。
Figure 0004257931
以上説明したように、本実施の形態では、磁場コイル６，７，８とアンテナ１０とを備えた磁気中性線エッチング装置を用いてクロム膜をエッチングする際、磁気中性線付近の磁場勾配をＸガウス／ｃｍとしたとき、磁気中性線１０の半径を７０ｍｍ／Ｘ以下に制御した。これにより、エッチング速度の高い面内均一性が得られる。
磁気中性線付近の磁場勾配を２ガウス／ｃｍに設定した場合、中間の磁場コイル７に流す電流値ＸＢを、上下の磁場コイル６，８に流す電流値ＸＡ，ＸＣよりも０．８９倍程度低くすることにより、上述のように磁気中性線の半径を３５ｍｍ以下に制御することができる。また、磁気中性線付近の磁場勾配を１ガウス／ｃｍに設定した場合も同様に、中間の磁場コイル７に流す電流値ＸＢを、上下の磁場コイル６，８に流す電流値ＸＡ，ＸＣよりも０．８９倍程度低くすることにより、磁気中性線の半径を７０ｍｍ以下に制御することができる。
本発明の実施の形態で用いる磁気中性線エッチング装置について説明するための概略図である。 図１に示す磁気中性線エッチング装置内に形成される磁気中性線の形状を説明するための図である。 磁気中性線付近の磁場勾配を２ガウス／ｃｍに設定した場合において、クロム膜のエッチング速度の面内均一性と、中間の磁場コイルの電流値との関係を示す図である。 磁気中性線付近の磁場勾配を２ガウス／ｃｍに設定した場合において、クロム膜のエッチング速度の面内均一性と、磁気中性線の半径との関係を示す図である。 磁気中性線付近の磁場勾配を１ガウス／ｃｍに設定した場合において、クロム膜のエッチング速度の面内均一性と、中間の磁場コイルの電流値との関係を示す図である。 磁気中性線付近の磁場勾配を１ガウス／ｃｍに設定した場合において、クロム膜のエッチング速度の面内均一性と、磁気中性線の半径との関係を示す図である。 従来の磁気中性線エッチング装置について説明するための概略図である。
符号の説明
１ 真空チャンバ
２ プラズマ発生部
３ 基板電極部
４ 排気口
５ 円筒状側壁
６ 磁場コイル
７ 磁場コイル
８ 磁場コイル
９ 磁気中性線
１０ 高周波コイル（アンテナ）
１１ 高周波電源
１２ 天板
１３ ガス導入口
１３ａ 流量制御装置
１４ コンダクタンスバルブ
１５ 基板電極
１５ａ 基板保持台
１５ｂ 被処理基板
１６ 高周波電源

Claims (3)

  1. 真空チャンバ内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段である３つの磁場コイルと、該磁気中性線に沿って交番電場を加えて該磁気中性線付近に濃いプラズマを発生するための高周波コイルとを備えたエッチング装置を用いてクロム膜をエッチングする方法であって、
    磁気中性線近傍の磁場勾配が２ガウス／ｃｍであり、前記磁場コイル中の最上部コイルと最下部コイルの電流値を等しくし、前記最上部コイルと前記最下部コイルに挟まれた中間コイルの電流値を前記最上部コイルと前記最下部コイルの電流値の０．８９倍とし、磁気中性線の半径が計算値で０ｍｍになるようにプラズマを発生させてクロム膜を加工することを特徴とするクロム膜のエッチング方法。
  2. 真空チャンバ内に磁気中性線を形成するための磁場発生手段である３つの磁場コイルと、該磁気中性線に沿って交番電場を加えて該磁気中性線付近に濃いプラズマを発生するための高周波コイルとを備えたエッチング装置を用いてクロム膜をエッチングする方法であって、
    磁気中性線近傍の磁場勾配が１ガウス／ｃｍであり、前記磁場コイル中の最上部コイルと最下部コイルの電流値を等しくし、前記最上部コイルと前記最下部コイルに挟まれた中間コイルの電流値を前記最上部コイルと前記最下部コイルの電流値の０．８９倍とし、磁気中性線の半径が計算値で０ｍｍになるようにプラズマを発生させてクロム膜を加工することを特徴とするクロム膜のエッチング方法。
  3. 透明基板上にクロム膜を形成する工程と、
    前記クロム膜上にレジストパターンを形成する工程と、
    前記レジストパターンをマスクとして、請求項１又は２に記載のエッチング方法を用いて、前記クロム膜をエッチングする工程と、
    前記クロム膜をエッチングした後、前記レジストパターンを除去する工程と、
    を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
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