KR100424853B1 - 포토마스크 블랭크, 포토마스크, 이들의 제조방법 및미세패턴의 형성방법 - Google Patents

Abstract

진공 챔버내에 스퍼터링 타겟을 배치하고 반응성 스퍼터법에 의해 투명기판(2)상에, CrN/CrC/CrON의 3층 구조의 박막(3, 4, 5)을 형성하여 포토마스크 블랭크(1)를 얻는데 있어서, 상기 박막을 헬륨을 함유하는 혼합가스 분위기중에서 형성하고 가장 막이 두꺼운 CrC 박막의 결정입경이 3∼7nm가 되도록 혼합가스중에 점유되는 헬륨가스 유량을 제어한다. 이것에 의해, 저막응력의 박막을 갖고 막질이 양호하며 높은 수율 또한 대량생산이 가능한 포토마스크 블랭크를 얻는다.

Description

포토마스크 블랭크, 포토마스크, 이들의 제조방법 및 미세패턴의 형성방법 {Photomask blank, photomask, methods of manufacturing the same, and method of forming micropattern}

현재는 반도체 집적회로 장치를 제조할 때 배선 및 그 외 영역의 형성공정에 있어서 사진석판술이 적용되고 있다. 사진석판술 공정에 있어서 노광(exposure)의 원판(原版)으로서 사용되는 포토마스크 블랭크로서는, 투명기판상에 크롬(Cr)의 차광막을 형성시킨 기본구성과, 또는 노광광에 의한 차광막 표면에서의 반사를 방지하기 위해 더욱 산화질소크롬(CrON)막 등의 반사방지막을 적층시킨 복수층 구조를 갖는 포토마스크 블랭크가 알려져 있다.

이와 같은 포토마스크 블랭크를 제조하는 경우, 스퍼터링 타겟(sputtering target)이 배치된 진공 챔버(vacuum chamber)내에 투명기판을 도입하고 반응성 스퍼터링(reactive sputtering)법에 의해 투명기판상에 차광막을 성막하는 방법이 사용되고 있다. 이와 같은 성막방법에 있어서, 포토마스크 블랭크의 생산성을 향상시키기 위해 스퍼터 전력을 올려서 성막을 실시하는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 스퍼터 전력을 올리면, 성막속도 즉 퇴적속도는 빨라지지만 타겟중에 불순물이 존재하는 경우 성막후의 박막 중에 있어서의 미립자의 발생빈도가 증가하고 수율이 저하될 가능성이 있다.

그래서 높은 수율에 따른 생산성의 향상을 목적으로 하고, 성막속도 즉 퇴적속도를 낮추기 위해 스퍼터 전력을 낮추는 것을 본 발명자들은 검토하였다. 그러나, 간단하게 스퍼터 조건으로서 전력(스퍼터 전력)을 낮추는 것에만 착안하면 이하와 같은 문제점이 새롭게 발생하는 것이 명백해진다.

즉, 포토마스크 블랭크를 구성하는 박막의 성막속도를 각각 늦추면 일반적으로 투명기판상에 퇴적되는 막의 결정입자가 커지고, 이에 따라 결정입자끼리가 서로 팽팽히 끌어당기기 때문에 극도의 막응력이 발생하는 것이 판명되었다. 막응력 발생의 메카니즘에 대해서는 분명한 것은 아니지만 막의 퇴적속도에 기인하고 있다고는 예상된다. 그리고, 특히 크롬계의 박막에 의해 구성되는 포토마스크 블랭크, 예를 들어 3층 구조를 갖는 CrN/CrC/CrON과 같은 구성을 갖는 포토마스크 블랭크의 경우, 가장 막두께가 큰 CrC에 있어서 이 문제가 심각화됨이 명확해졌다. 또한, 본 발명자들이 고찰한 결과, 막응력은 박막을 형성하는 막재료에서도 크게 영향받음이 밝혀졌다. 특히, 크롬계 박막의 경우, 크롬에 탄소를 포함하는 탄화크롬막이나, 크롬에 산소를 포함하는 산화크롬막의 경우, 이 응력의 문제가 심각화됨이 명확해졌다.

일련의 제조공정을 거져 제조한 전술한 바와 같은 막응력을 갖는 박막을 포함하여 이루어지는 포토마스크 블랭크, 및 이를 패터닝(patterning)하여 얻어진 포토마스크에 있어서는, 인장응력(당기는 응력)이 발생하고 기판의 휨이 발생한다. 따라서, 이와 같은 포토마스크 블랭크로부터 포토마스크를 작성하면 패터닝 정밀도가 설계대로 되지 않고 불량품을 생산해 버릴 우려가 있다. 즉, 반도체 집적회로 장치의 제조에 있어서는 배선설계가 중요하여 이와 같은 포토마스크를 사용해 반도체 웨이퍼 등에 패턴을 전사시키면 설계대로 패턴이 반도체 웨이퍼상에 형성되지 않고 회로의 동작불량의 원인이 되기 때문에 이와 같은 포토마스크는 사용할 수 없게 불량품이 되어 버린다.

그래서, 본원 발명자는 전술한 바와 같이 낮은 전력에서의 스퍼터링법에 의한 성막조건하에서 형성되는 박막에 있어서의 막응력의 문제를 피할 수 있는 포토마스크 블랭크의 제조방법에 대해 검토하였다.

포토마스크 블랭크를 구성하는 박막의 막재질은 스퍼터 전력의 조건을 제외한 이하의 스퍼터 조건에 기초하여 결정되는 것으로서, 각각의 변수들에 대해 본원 발명자는 검토 및 실험을 실시하였다.

우선, 스퍼터에 사용되는 가스압에 대해서 검토를 실시하였다. 이 때, 스퍼터 조건으로서 가스압에만 착안하고 다른 변수들을 일정한 값으로 설정하여 실험 및 검토를 실시하였다.

도 11에는, 투명기판상에 CrN/CrC/CrON을 형성한 포토마스크 블랭크에 있어서, CrC를 형성할 때의 가스압과, 막응력에 기인한 기판휨의 변화량의 관계를 나타내는 특성도를 나타낸다. 여기서 기판휨의 변화량은 평탄도 변화량으로 하고, 이평탄도 변화량은 투명기판의 평탄도를 초기값으로 하며 그 초기값의 평탄도와 투명기판상에 박막을 형성하였을 때의 평탄도와의 차로 하였다. 평탄도 변화량의 부호는, - (마이너스)의 경우에 인장응력적 변화를, + (플러스)의 경우에 압축응력적 변화를 나타내는 것으로 한다. 또한, 평탄도는 TROPEL사제 AS8010에 의해 측정하였다. 이 특성도에 따르면, 가스압이 낮은 쪽이 변화량이 적고, 가스압이 높은 쪽이 변화량이 커지는 (막응력이 커지는) 것이 밝혀졌다. 결과적으로, 이 검토결과에 따르면 가스압을 높이면 퇴적속도가 지나치게 낮아키고 평탄도 변화량이 커지기 (막응력이 커지기) 때문에 바람직하지 않고, 또한 가스압을 낮추면 성막안정성이 나빠지게 되므로 바람직하지 않음이 판명되었다.

계속하여, 혼합가스를 구성하는 가스의 종류에 대해 검토를 실시하였다. 스퍼터 조건으로서 전력, 가스압은 변화시키지 않고 가스성분에만 착안한 경우에, 다른 변수를 일정한 값으로 설정하여 실험 및 검토를 실시하였다.

일반적으로, 막의 응력을 제어하는데 있어서 스퍼터에 사용되는 가스로서, 불활성 가스중에 반응성 가스를 혼합하는 방법이 이용되고 있다. 본 발명자들은 우선 반응성 가스에 착안하고 예를 들어 반응성 가스로서 질소(N)를 사용하여 스퍼터를 실시하였다. 그 결과, 질소량이 지나치게 많으면 이상방전에 의한 미립자가 발생함을 알았다. 따라서, 반응성 가스 N(질소)를 도입할 때에는 도입량에 한계가 있기 때문에, 혼합가스의 성분(불활성 가스 중에 포함되는 반응성 가스의 양)을 적량화시킬 필요가 있음이 판명되었다. 예를 들어, CrC의 차광막상에 CrON의 반사방지막을 형성한 포터마스크 블랭크시, 저파장(예를 들어, 365nm)의 용도에 사용되는경우, 광학특성의 관계상 CrON막의 막두께를 얇게 할 필요가 있다. CrON막의 막 두께를 얇게 하기 위해, 반응성 가스인 일산화질소(NO) 가스의 도입량을 감소시켰지만, 이것에 의해 CrON막 중에 있어서의 N(질소) 원자의 저하에 의해 막응력이 발생하였다. 한편, 상기 CrON막 형성시에는 역으로 반응성 가스인 일산화질소(NO) 가스의 도입량을 지나치게 증가시키는 것으로 N(질소) 원자의 영향에 의해 스퍼터시에 이상방전이 발생하고, 전술한 미립자의 문제로 막의 품질이 악화되어버리는 문제가 발생하였다. 따라서, 반응성 가스로서 N(질소)의 도입량을 최적화하는 것으로서도, 도입량과 막 품질의 관계에 있어서 최적의 스퍼터 조건을 얻어내는 것은 곤란한 것으로 판명되었다.

이와 같이, 막응력에 대해서는 성막 조건으로서의 각 변수, 즉 가스압, 가스유량비 및 스퍼터 전력 등을 변화시켜서 성막시키는 경우, 성막된 막의 광학특성의 변화, 또는 막 품질의 변화 등, 광학특성 및 막 품질의 양 특성을 제어하는 것은 상당히 곤란하였다. 따라서, 스퍼터에 있어서의 전력을 낮춘다는 조건하에서 전술한 혼합가스를 구성하는 가스의 종류로서, 제어성이 양호한 불활성 가스를 탐색하는 것으로 상기 목적을 달성하는 것을 실험하였다.

본 발명은 전술한 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 혼합가스의 구성을 변경시켜 낮은 막응력의 박막을 갖고 막의 품질이 양호하며 또한 높은 수율로 대량생산이 가능한 포토마스크 블랭크, 포토마스크, 및 이들의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 반도체 집적회로 장치 등의 제조공정에 있어서의 미세가공시에, 사진석판술(photolithography)법의 마스크로서 사용되는 포토마스크 및 포토마스크의 소재인 포토마스크 블랭크, 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 포토마스크 블랭크의 단면도이며, 도 2는 본 발명의 실시예 1의 포토마스크의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예 1의 포토마스크 블랭크의 제조공정 (a)∼(c)를 순서대로 나타낸 도이며, 도 4는 본 발명의 실시예 1의 포토마스크의 제조공정 (a)∼(d)를 순서대로 나타낸 특성도이고, 도 5는 본 발명의 제조방법을 실시한 경우의 헬륨 함유량과 기판의 휨(평탄도 변화량)의 관계를 나타내는 특성도이며, 도 6은 본 발명의 제조방법을 실시하는 인라인형 연속 스퍼터링 장치의 개략 구성도이고, 도 7은 실시예 1의 포토마스크 블랭크(1)에 대해서 He의 승온탈리(昇溫脫離) 가스 분석결과(파이로그램)를 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명의 실시예 2의 포토마스크 블랭크의 단면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예 2의 포토마스크의 단면도이며, 도 10은 실시예 2의 포토마스크 블랭크의 막조성을 오제(Auger) 전자분광법으로 측정된 결과를 나타내는 그래프이고, 도 11은 종래의 포토마스크의 CrC막 형성시의 가스압과 기판의 휨(평탄도 변화량)과의 관계를 나타내는 그래프이다.

상술한 문제를 해결하기 위한 수단으로서의 제1발명은,

투명기판상에 적어도 차광기능을 갖는 박막을 형성한 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 박막에 헬륨이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.

제2발명은, 투명기판상에 적어도 차광기능을 갖는 박막을 형성한 포토마스크 블랭크에 있어서, 상기 박막은 분위기 가스가 도입된 진공 챔버내에 스퍼터링 타겟을 배치하고 스퍼터링에 의해 형성된 것으로서, 상기 박막은 분위기 가스중에 포함되는 헬륨 가스의 함유량을 30∼90퇴적%로 하고, 퇴적속도를 0.5nm/sec∼6nm/sec의 범위로 성막한 것임을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크이다.

제3발명은, 상기 박막은 탄소 또는 산소 중에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 막인 것을 특징으로 하는 제1발명 또는 제2발명에 있어서의 포토마스크 블랭크이다.

제4발명은, 상기 박막은 탄소를 함유하는 차광막과, 산소를 함유하는 반사방지막을 포함하는 적층막인 것을 특징으로 하는 제3발명에 있어서의 포토마스크 블랭크이다.

제5발명은, 상기 박막은 박막표면쪽으로부터 투명기판쪽을 향해 산소가 연속적으로 감소하고 또한 탄소가 연속적으로 증가하고 있는 것을 특징으로 하는 제4발명에 있어서의 포토마스크 블랭크이다.

제6발명은, 탄소가 0∼25at%, 산소가 0∼70at%인 것을 특징으로 하는 제4발명 또는 제5발명에 있어서의 포토마스크 블랭크이다.

제7발명은, 상기 박막에 더욱 질소가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 제1발명 내지 제6발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크이다.

제8발명은, 상기 박막의 결정입자는 1∼7nm인 것을 특징으로 하는 제1발명 내지 제7발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크이다.

제9발명은, 상기 투명기판과 상기 박막과의 사이에 상기 박막에 함유되어 있는 동일한 금속재료와 질소를 포함하는 질화막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제1발명 내지 제8발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크이다.

제10발명은, 상기 박막은 박막표면으로부터 투명기판쪽을 향해 산소가 연속적으로 감소하고 또한 탄소가 연속적으로 증가하고 있으며, 상기 질화막에 있어서의 질소는 상기 박막에 함유된 질소의 함유량보다 상대적으로 많이 함유됨과 동시에, 상기 질화막의 질소가 증가함에 따라 상기 금속은 감소하는 것을 특징으로 하는 제9발명에 있어서의 포토마스크 블랭크이다.

제11발명은, 상기 박막은 크롬을 함유하는 막인 것을 특징으로 하는 제1발명 내지 제10발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크이다.

제12발명은, 상기 투명기판은 석영 글라스로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 제1발명 내지 제11발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크이다.

제13발명은, 제1발명 내지 제12발명의 어느 한 발명에 따른 포토마스크 블랭크의 투명기판상에 형성한 상기 박막, 또는 상기 박막 및 질화막을 패터닝함으로써 마스크 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크이다.

제14발명은, 분위기 가스가 도입된 진공 챔버내에 스퍼터링 타겟을 배치하고스퍼터링법에 의해 투명기판상에 적어도 차광기능을 갖는 박막을 형성하는 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서, 미리 분위기 가스 중에 포함된 헬륨 가스의 함유량과, 상기 박막의 막응력과의 상관관계를 구해 두고, 상기 박막이 상기 박막을 패터닝하였을 때 얻어진 마스크 패턴이 원하는 패턴위치 정밀도를 갖는 막응력을 이루도록 헬륨 가스의 함유량을 상기 상관관계로부터 구하며, 이 헬륨 가스의 함유량을 포함하는 분위기 가스 중에서 상기 박막을 스퍼터 성막하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법이다.

제15발명은, 분위기 가스가 도입된 진공 챔버내에 스퍼터링 타겟을 배치하고 스퍼터링법에 의해 투명기판상에 적어도 차관기능을 갖는 박막을 형성하는 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서, 상기 박막은 퇴적속도가 0.5nm/sec∼6nm/sec로 구성되며, 상기 분위기 가스는 헬륨 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법이다.

제16발명은, 분위기 가스가 도입된 진공 챔버내에 스퍼터링 타겟을 배치하고 스퍼터링법에 의해 투명기판상에 적어도 차광기능을 갖는 박막을 형성한 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서, 상기 박막은 스퍼터 전력 950∼3000W에서 성막되며, 상기 분위기 가스는 헬륨 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법이다.

제17발명은, 상기 분위기 가스중에 함유되는 헬륨 가스의 함유량이 30∼90부피%인 것을 특징으로 하는 제14발명 내지 제16발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크의 제조방법이다.

제18발명은, 상기 분위기 가스중에 함유되는 헬륨 가스의 함유량이 40∼65부피%인 것을 특징으로 하는 제17발명에 있어서의 포토마스크 블랭크의 제조방법이다.

제19발명은, 상기 박막은 탄소 또는 산소 중에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 막임을 특징으로 하는 제14발명 내지 제18발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크의 제조방법이다.

제20발명은, 상기 박막은 탄소를 함유하는 차광막과, 산소를 함유하는 반사방지막을 함유하는 적층막으로서, 상기 차광막 또는 반사방지막의 적어도 어느 한쪽이 헬륨 가스를 포함하는 분위기 가스 중에서 스퍼터 성막하는 것을 특징으로 하는 제19발명에 있어서의 포토마스크 블랭크의 제조방법이다.

제21발명은, 상기 투명기판과 박막과의 사이에, 상기 박막에 포함된 동일한 금속과 질소를 포함하는 질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 제14발명 내지 제20발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크의 제조방법이다.

제22발명은, 상기 박막, 또는 상기 박막 및 질화막을 인라인 스퍼터링법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 제14발명 내지 제21발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크의 제조방법이다.

제23발명은, 상기 박막은 크롬을 함유하는 막인 것을 특징으로 하는 제14발명 내지 제22발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크의 제조방법이다.

제24발명은, 상기 투명기판은 석영 글라스로 이루어진 것을 특징으로 하는 제14발명 내지 제23발명의 어느 한 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크의 제조방법이다.

제25발명은, 제14발명 내지 제24발명의 어느 한 발명에 있어서의 제조방법에 의해 얻어진 포토마스크 블랭크의 상기 투명기판상에 형성된 막을 선택적으로 제거하여 마스크 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법이다.

제26발명은, 기판상에 사진석판술법에 의해 미세패턴을 형성하는 미세패턴의 형성방법에 있어서, 미세패턴의 전사를 실시할 때 이용되는 마스크로서 제13발명의 포토마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법이다.

(실시예 1)

도 1은 실시예 1에 따른 포토마스크 블랭크의 단면도, 도 2는 실시예 1의 포토마스크의 단면도이다.

도 1에 나타난 실시예 1에 따른 포토마스크 블랭크(1)에는, 투명기판(2)으로서 양 주표면 및 단면이 정밀 연마된 5인치×5인치×0.09인치의 석영 글라스 기판을 이용하고 있다. 그리고, 상기 투명기판(2)상에, 제1차광막(3)으로서의 질화크롬 CrN[Cr : 80원자%, N : 20원자%(이하, at%라 칭함), 막 두께 : 150옹스트롬], 제2차광막(4)으로서의 탄화크롬 CrC막(Cr : 94at%, C : 6at%, 막 두께 : 600옹스트롬) , 반사방지막(5)로서의 산화질화크롬(CrON)막(Cr : 30at%, O : 45at%, N : 25at%, 막 두께 : 250옹스트롬)이 형성되어 있다.

여기서, 반사방지막(5)(CrON막)에 있어서의 표면반사율은 반사방지막(5)중에 포함되는 산소와 질소의 함유량에 의해 결정되고 막 두께를 적절히 조사하여 제어한다. 또한, 일반적으로 표면반사율을 제어한 후에 노광광의 파장 부근에서 막 두께에 대한 반사율 의존성이 작아지도록 조성이 선택된다.

그리고, 도 2에 나타낸 포토마스크(11)는, 도 1의 포토마스크 블랭크(1)를 에칭하는 것에 의해 형성되는 것이다.

계속하여, 포토마스크 블랭크(1)의 제조상의 특징과, 그것에 따른 포토마스크 블랭크(1)로서의 효과에 대해 설명한다.

도 3은 실시예 1의 포토마스크 블랭크(1)의, 도 4는 실시예 1의 포토마스크(11) 각각의 제조방법을 설명하기 위한 모의적 단면도이다.

여기서, 석영기판의 주표면 및 측면(단면)을 정밀연마하여 얻은, 5인치×5인치×0.09인치의 투명기판(2)을 사용함과 동시에, 크롬 타겟을 이용하고 아르곤과 질소의 혼합가스 분위기 중(Ar : 80부피%, N₂: 20부피%, 압력 : 0.3 파스칼)에서 반응성 스퍼터링에 의해, 도 3의 (a)에 나타나 있는 바와 같이, 제1차광막(3)으로서 막 두께 150옹스트롬의 CrN막을 형성하였다. 얻어진 CrN막에 있어서의 질소의 함유량은 20at%이었다.

여기서, 상기 투명기판(2)으로서는, 석영 이외에 형석, 각종 글라스(예를 들어, 소다라임 글라스, 알루미노실리케이트 글라스, 알루미노보로실리케이트 글라스 등), 불화칼슘, 불화마그네슘, 실리콘 등이 이용된다.

특히, 투명기판(2)으로서는 노광광인 자외영역의 파장에서 흡수가 작은 석영 글라스가 좋은데, 일반적으로 다른 소다라임 글라스, 알루미노보로실리케이트 글라스와 비교하여 석영 글라스는 크롬막과의 열팽창계수의 차나 유리 종류의 차이에 의한 것이라고 생각되는 막응력이 크다. 따라서, 본 발명은 포토마스크용 글라스 기판으로서 사용하고 있는 석영 글라스 기판과의 조합에 있어서 사용하고 있다.

계속하여, 도 3의 (b)에 나타나 있는 바와 같이, 크롬 타겟을 이용하고 아르곤, 메탄 및 헬륨에 의해 이루어진 혼합가스 분위기 (Ar : 30부피%, CH₄: 10부피%, He : 60부피%, 압력 0.3파스칼, 스퍼터 전력 : 1650W, 퇴적속도 : 3.4nm/sec) 중에서 반응성 스퍼터링에 의해 제2차광막(4)으로서 막 두께 600옹스트롬의 CrC막을 형성하였다. 또한, 상기 포토마스크 블랭크(1)에 있어서의 CrC막 중의 탄소함유량을 측정한 결과 6at%이며, 에칭 속도는 0.3nm/초(이하, sec로 기재)이었다. 또한, CrC막의 결정입경을 투과형 전자현미경(TEM)으로 측정한 결과, 입자직경이 1∼7nm이었다. 본 발명의 포토마스크 블랭크(1)의 제조방법은, 불활성 가스로서의 헬륨을 혼합가스의 일종으로 포함시키는 것에 의해, 상기 문제점을 해결하는 것이다. 여기서 도 3의 (b)에는 He의 혼합가스에 있어서의 함유량을 60부피%로 하였던 예에 대해 나타내었지만, 상기 혼합가스에 있어서의 각각의 가스혼합의 비율에 대해서는 실험결과에 기초하며 후술한다.

더욱이, 상기 CrC막상에, 크롬 타겟을 이용하고 아르곤과 일산화질소의 혼합가스 분위기(Ar : 80부피%, NO : 20부피%, 압력 : 0.3파스칼) 중에서 반응성 스퍼터링에 의해 도 3의 (c)에 나타나 있는 바와 같이, 반사방지막(5)으로서, 막 두께가 250옹스트롬인 CrON막을 CrC막 형성과 연속적으로 형성하고 초음파 세정을 실시하여 포토마스크 블랭크(1)를 얻었다.

또한, 상기 포토마스크 블랭크(1)에 있어서의 CrON막 중의 산소 및 질소의 함유량을 측정한 결과, 산소는 45at%, 질소는 25at%이었다. 이와 같이 하여 제작된 포토마스크 블랭크(1)의 광학특성을 시판하는 장치를 사용하여 측정한 결과, 각각 파장 365nm에 있어서 광학농도 3.0, 표면반사율 12%이었다. 또한, 모든 막에 있어서 막결함도 없고 막의 품질도 양호하였다.

또한, 최종적으로 얻어진 CrN/CrC/CrON막의 포토마스크 블랭크(1)의 시트 저항을 측정한 결과, 25Ω/이하이며 양호한 도전성이 얻어졌다. 이것은 전자 노광시에 CrON막과 레지스트와의 사이에 전하의 축적이 일어나기 어려움을 나타내고 있다.

또한, 승온탈리 가스분석 장치(TDS)(전자 과학사제품: EMD-WA 1000)에 의해, 포토마스크 블랭크(1)에 포함되는 He을 분석하였다. 여기서, 승온탈리 분석법은 시료를 프로그램가열한 경우의 탈리가스의 조성을 질량분석계에 의해 동정하는 분석법이다.

이번 분석에 있어서의 구체적인 가열방법은, 진공계 밖에 있는 적외램프의 빛을 투명성이 높은 용융 석영제의 로드(rod)를 통해 측정실내로 유도하도록 되어 있고, 로드의 상단에 상기 불투명 석영제의 시료대가 놓여져 있다. 상기 얻어진 포토마스크 블랭크(1)로부터 10mm로 잘라낸 시료를 승온탈리 가스분석 장치의 불투명 석영제의 시료대에 놓고 아래쪽부터 도입된 적외선으로 시료를 가열한다. 시료온도는 박막표면에 접촉되는 열전대에 의해 측정을 실시한다. 또한, 이 때 진공도를 ∼4×10^-7Pa, 승온속도를 10∼60℃/min로 하고, 실온을 ∼850℃까지 변화시켰을 때의 질량수(m/e)=4 (He)인 가스 탈리거동에 대해 질량분석계로 측정을 실시하였다.

도 7은 포토마스크 블랭크(1)에 대해 He의 승온탈리 가스분석 결과(파이로그램)를 나타낸 것으로, 시료온도에 대한 질량수(m/e)=4인 탈리량변화를 나타내고 있다. 여기서, 파이로그램이라는 것은 횡축에 온도를, 종축에는 특정질량수(여기서는 4(He))의 출력을 표시한 것을 말한다. 도 7의 횡축은 시료온도, 종축은 질량분석계에 의해 측정된 질량수(m/e)=4의 탈리량을 임의의 강도로 표시한 것이다.

이상의 결과로부터, 포토마스크 블랭크(1)는 질량수(m/e)=4(He)의 탈리가 관측되며 막중에 헬륨(He)이 포함되어 있는 것이 확인되었다.

또한, 이 헬륨의 탈리는 마스크 패턴을 형성할 때 실시되는 레지스트막의 베이크 온도이상에서 실시되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 헬륨의 탈리는 250℃이상이 되는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 평가와 동일한 방법으로 평탄도 변화량을 측정한 결과, -1.4㎛로 변화가 작고 막의 응력이 작은 것이 확인되었다.

이와 같이, 탄화크롬막을 형성하였을 때의 스퍼티링에 있어서 혼합가스로서 헬륨을 함유하는 것에 의해 CrC막을 형성하고 있는 입자의 직경이 1∼7nm로 작아지며 막응력이 없는 양호한 박막이 얻어지고 평탄도 변화량이 작은 포토마스크 블랭크(1)가 얻어진다. 이 메카니즘에 대해서는 분명하지는 않지만, CrC막의 결정이 미세화되어는 있지만 무정질로는 되어 있지 않고 Cr입자의 결합에 관여하지 않는 헬륨(He) 원자가 투입되는 것에 의해 Cr의 결정성장을 피하면서 CrC막이 성막해 가는 것이 아닐까라고 추정된다.

그리고, 도 4의 (a)에 나타나 있는 바와 같이, 상기 반사방지막(5)으로서 CrON막상에 레지스트(6)를 도포하고 패턴 노광 및 현상에 의해 레지스트 패턴을 도 4의 (b)에 나타나 있는 바와 같이 형성시켰다. 또한, CrON은 반사방지 기능을 가질 뿐만 아니라 산화방지기능도 갖는 것이며 그로 인해 내구성이 양호하고 포토마스크 블랭크(1)로서의 양호한 특성을 나타낸다. 따라서, 후의 공정에서 사용하는 레지스트와의 밀착성이 양호해지며 상기 패터닝시에 안정한 고정밀도의 패터닝이 실시된다.

계속하여, 전술한 패터닝 후에 질산 제2세륨 암모늄 165g과 농도 70%의 과염소산 42ml에 초순수를 가하여 1000ml로 한 에칭액을 온도 19℃∼20℃로 유지하고 이 에칭액에 의해 웨트(wet) 에칭을 실시하여 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 CrON막을 도 4의 (c)와 같이 패터닝하였다.

이 웨트 에칭으로서, CrON막의 패터닝, CrC막의 패터닝, CrN막의 패터닝이 연속적으로 실시되며 산소 플라즈마나 황산을 이용하여 통상의 방법으로 상기 레지스트를 박리한 후 도 4의 (d)에 나타난 바와 같이, 원하는 포토마스크(11)를 얻었다. 이 얻어진 포토마스크(11)에 있어서의 마스크 패턴의 위치정밀도를 측정한 결과, 설계값과 다르지 않고 극히 양호하였다.

여기서, 본 발명에서 사용하는 혼합가스중의 헬륨 He의 함유량에 대해서 설명한다. 우선, 상술한 실시예 1에 있어서, CrN막의 형성시에는 막성분으로서 질소가 혼재되어 있기 때문에 결정입경이 미세해지고 막의 두께도 얇아지므로 막의 응력은 문제가 되지 않으며, 혼합가스중에 He을 함유시키지 않고 반응성 가스인 질소를 제어함으로써, 전술한 바와 같이 양질의 박막이 얻어졌다. 그리고, CrC막에 대해서는 기판상에 막을 형성하는 경우 Cr과 C는 인장응력적 변화를 나타내는 것으로부터 혼합가스 중에 있어서 Ar을 함유할 뿐만 아니라 He을 60부피% 함유하는 혼합가스를 이용하였다. 또한, CrON막에 대해서는 Cr과 O(산소)가 함유되는 막은 동일하게 인장응력 변화를 나타내는 경향이 있지만 질소가 함유되는 것과 비교적 막두께가 얇은 것에 의해 혼합가스 중에 He을 함유시키지 않았다.

도 5의 CrC막의 형성시에 있어서의 혼합가스 중의 He 함유량과, 응력에 기인한 기판휨의 변화량(평탄도 변화량)과의 관계를 나타내는 특성도를 나타낸다. 스퍼터의 제어성 확보를 위해 He을 증가시키면 방전이 불안정하게 되므로 혼합가스중의 He의 함유량은 90부피%정도로 그치게 할 필요가 있다. 또한 혼합가스중의 He의 함유량을 40∼65부피%정도로 하면 가스압의 관계상 가장 고품질의 막 품질을 얻었다. 또한, 이 때의 박막의 퇴적속도는 약 4nm/sec이고, 또한 투명기판상에 막을 형성함으로써 평탄도 변화량은 약 -1.3㎛로 극히 작아졌다.

더욱이, 혼합가스중의 He의 함유량을 40부피%정도로 하여도, 스퍼터 전력을 조정하는 것에 의해, 양호한 막을 얻을 수 있었다. 또한, 혼합가스중의 He의 함유량을 30부피% 정도로 하면, 평탄도 변화량이 약 -1.8㎛가 되지만, 이 포토마스크 블랭크(1)를 사용하여 작성한 포토마스크(11)에 있어서는 마스크 패턴의 패턴위치 정밀도는 양호하여 식별할 수 있을 범위내에 있었다. 또한, 마스크 패턴 위치정밀도의 점에서 평탄도 변화량이 -2㎛이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 혼합가스 중의 He 이외의 가스성분에 대해서는, 에칭속도를 고려한 후에 막의 품질에 따라 함유량을 조정하는 것이 바람직하다. 이러한 점들을 고려하여 혼합가스중의 He의 함유량은 30∼90부피%, 바람직하게는 40∼65부피%로 하는 것이 바람직하다.

또한, 특성도에는 나타나 있지 않지만, 스퍼터 전력(스퍼터 파워)을 더욱 저하시키고 박막의 퇴적속도를 0.5nm/sec로 설정하여 포토마스크 블랭크(1)를 작성하였지만, 문제가 되는 듯한 막의 응력은 발생하지 않고, 포토마스크 블랭크(1) 및 이것을 사용하여 작성한 포토마스크(11)로서는, 평탄도 변화량이 작아 패턴위치 정밀도도 양호하고 좋은 품질의 범위내에 있었다. 반대로 스퍼터 전력(스퍼터 파워)을 높여서 박막의 퇴적속도를 약 6nm/sec로 설정하여 포토마스크 블랭크(1)를 작성하였던 경우도, 특히 박막내에 문제가 되는 것 같은 미립자는 없었으며, 포토마스크 블랭크(1) 및 이것을 사용하여 작성한 포토마스크(11)로서는 좋은 품질의 범위내에 있었다. 또한, 이 때의 스퍼터 가스압은 0.2∼0.6Pa로 하고, 스퍼터 전력은 950∼3000W이었다. 바람직하게는, 막응력, 막결함의 관계상 스퍼터 전력은 1200∼2000W가 바람직하다.

또한, 상기 스퍼터 조건의 기본으로 제작한 실시예 1의 포토마스크 블랭크(1)에는 승온탈리 가스분석 장치(TDS)에 의해, m/s=4(헬륨)의 탈리가 관측되고 막중에 헬륨(He)이 포함되어 있음이 나타났지만, 혼합가스중의 He 가스의 함유량을 80부피%, 60부피%, 40부피%로 변화시킨 경우의 m/e=4의 상대강도비를 측정한 결과, m/e=4의 상대강도(헬륨)는 혼합가스 중의 He 함유량에 비례하여 증가하고 있는 것이 확인되었다. 이 결과로부터, 혼합가스 중의 He 함유량을 조정하는 것에 의해, 스퍼터 성막하여 얻어지는 막중에 포함되는 He의 함유량을 조정할 수 있다. 또한, 상기 상대강도는 도 7의 파이로그램에 있어서의 적분강도비를 시료면적비로 나눈 값으로 한다(이경우, He가스 함유량을 80부피%의 경우의 상대강도를 1로 하였다).

이와 같이, 적어도 CrC막을 형성할 때 분위기 가스 중에 He 가스를 도입함으로써 막응력을 억제할 수 있음과 동시에, 타겟으로부터의 불순물의 악영향을 받는 일없이, 고수율을 확보하면서 막의 품질이 양호한 포토마스크 블랭크(1)를 얻을 수 있었다. 또한, CrC막의 막두께를 약 250∼1100옹스트롬 정도, CrON막의 막두께를 약 200∼300옹스트롬 정도로 형성해도, 특히 막응력은 발생하지 않고 양호한 포토마스크 블랭크(1) 및 이를 사용한 포토마스크(11)를 얻을 수 있었다. 또한, CrC막뿐만 아니라, CrON막의 형성시에 He 가스를 도입하여 막응력을 억제하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 더욱 양호한 막의 품질을 갖는 포토마스크 블랭크(1)를 얻을 수 있다.

(실시예 2)

실시예 1에서는, 특히 스퍼터 장치에 대해서는 한정없이 일반적인 스퍼터 장치에 적용가능한 반응성 스퍼터법에 따른 성막을 예로서 설명하였다. 결국, 예를 들어 진공챔버내에 스퍼터링 타겟을 배치하고 반응성 스퍼터법에 의해 뱃치식으로 각 반응실내에서 1종류씩의 막을 성막해 간다는 방법에 대해서, 실시예 1은 적용가능하다.

포토마스크 블랭크의 제조에 있어서는, 생산성을 향상시키기 위해 근래에는 인라인(in-line)형 연속 스퍼터 장치가 적용되도록 되어 왔다. 그래서, 본 발명의 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서, 고수율을 실현하면서 대량생산성 향상을 목적으로 하여 인라인형 연속 스퍼터 장치를 사용하는 경우가 고려된다. 도 6에 간략화한 인라인형 연속 스퍼터링 장치의 개략도를 나타낸다. 인라인형 연속 스퍼터링 장치는 팔레트(pallet)에 탑재된 여러장의 투명기판상에 각각 연속하여 막의 붙힘을 실시하는 것으로, 한 개의 진공 챔버내에 있어서 반송이 실시되면서 일련의 막붙힘이 실시되는 것이다. 따라서, 이 경우 복수 종류의 막을 동일한 챔버내(동일한 진공정도)에서 스퍼터 성막하기 때문에 이러한 막에 대해서 양호한 막의 품질을 얻기 위해서는, 인라인형 스퍼터링법 특유의 제조조건의 설정이 중요해진다. 인라인형 스퍼터링법에 있어서는, 기판의 반송속도와 생산효율과의 관계가 연쇄되어 있으며 생산효율을 고려하고 반송속도를 올리면 기판을 파지하는 팔레트를 반송하는 반송기구에 있어서 미립자가 쉽게 발생되기 때문에, 수율이 저하된다. 따라서, 팔레트의 반송속도를 낮취서 스퍼터한 경우, 일반적으로 퇴적속도를 낮추어서 성막하지 않으면 안되고 그 결과 생산효율이 떨어질 뿐만 아니라, 막응력이 발생하게 된다. 실시예 2에 있어서는, 인라인형 연속 스퍼터 장치를 적용하여 낮은 막응력으로 막의 품질이 양호하고 또한 고수율로 대량생산이 가능한 포토마스크 블랭크 및 포토마스크를 제조하는 방법에 대해 설명한다.

실시예 2의 방법으로서는, 대량화에 대응한 성막방법으로서 유효한 인라인형 연속 스퍼터링법에, 실시예 1의 기술을 적용한 제조방법에 대해 설명한다. 즉, 통상의 스퍼터 장치와 실시예 2의 인라인형 연속 스퍼터링 장치와의 차이는 Ar 등의 불활성 가스 분위기 중에 복수의 타겟을 배치하고 투명기판을 연속적으로 소정의 반송속도로 스퍼터링 타겟 사이에서 반송하면서 투명기판상에 복수 종류의 막을 연속적으로 성막하는 것이다.

도 8은 실시예 2에 있어서의 포토마스크 블랭크의 단면도이며, 도 9는 실시예 2에 있어서의 포토마스크의 단면도이다.

도 8에 나타난 실시예에 관한 포토마스크 블랭크(31)에서는, 투명기판(12)으로서 양 주표면 및 단면이 정밀 연마된 5인치×5인치×0.09인치의 석영 글라스 기판을 이용하고 있다. 그리고, 상기 투명기판(12)상에 크롬과 질소를 포함하는 질화크롬막으로 이루어진 제1차광막(13)(막두께 : 150옹스트롬), 크롬과 탄소를 포함하는 탄화크롬막으로 이루어진 제2차광막(14)(막두께 : 600옹스트롬), 크롬과 산소와 질소를 포함하는 산화질화크롬막으로 이루어진 반사방지막(15)(막두께 : 250옹스트롬)이 형성되어 있다. 그리고, 도 9에 나타나는 포토마스크(32)는 도 8의 포토마스크 블랭크를 에칭함으로써 패턴을 형성하였던 것이다.

계속하여, 실시예 2에 있어서의 본 발명의 포토마스크 블랭크(31), 및 포토마스크(32)의 제조방법에 대해 설명한다. 양 주표면 및 단면이 정밀연마된 5인치×5인치×0.09인치의 석영 글라스로 이루어진 투명기판(12)을 기판 홀더(팔레트)에 장착하고 도 6에 나타난 인라인형 연속 스퍼터링 장치에 도입한다. 이 인라인 스퍼터링 장치는 도 6에 나타난 바와 같이 도입 챔버(21), 스퍼터 챔버(진공 챔버)(22), 배출 챔버(23)의 3개의 방으로 구성되어 있다. 이것들의 각 방은 마무리판에서 각각 마무리된다. 그리고, 팔레트에 탑재된 투명기판(12)이 도의 화살표 방향을 따라 반송되는 구성으로 되어 있다. 이하에 각 방의 구성을 팔레트의 반송방향을 따라 설명한다.

도입챔버(21)는 공기의 배기를 실시하고 내부의 환경을 진공으로 하는 방이다. 다음의 스퍼터 챔버(22)에 있어서는, 차광막으로서 예를 들어 제1차광막(13)인 크롬과 질소를 포함하는 질화크롬(CrN), 제2차광막(14)인 크롬과 탄소를 포함하는 탄화크롬(CrC), 반사방지막(15)로서 예를 들어 크롬과 산소와 질소를 포함하는 산화질화크롬(CrON)이 성막된다. 결국 도 3에 나타난 성막공정을 실시한다. 스퍼터 챔버(22)내에는, 도시되지는 않지만 이들 제1차광막, 제2차광막(13,14) 및 반사방지막(15)을 형성하기 위한 Cr에 따른 복수의 타겟을 설치하며 각 타겟부근에는 분위기 가스를 도입하기 위한 복수 밸브가 설치되어 있다. 최후의 배출챔버(23)는 도입챔버(21)와 같이 공기의 배기를 실시하며 내부의 환경을 진공으로 하는 것이다.

이상과 같은 인라인형 연속 스퍼터링 장치를 이용하여 포토마스크 블랭크(31)를 제조하는 경우에는, 우선 석영 글라스제의 투명기판(12)이 장착된 팔레트를 도입챔버(21)에 도입한다. 그리고, 도입챔버(21)내를 대기상태로부터 진공으로 하며 계속하여 팔레트를 스퍼터 챔버(22)내에 반입한다.

이 스퍼터 챔버(22)내에 있어서는, 팔레트에 장착된 투명기판(12)을 25cm/min의 속도로 반송하고, 제1타겟으로는, 제1밸브에 의해 Ar 및 N₂의 혼합가스(Ar : 80부피%, N₂: 20부피%)를 도입하고 우선 반응성 스퍼터링에 의해 막두께 150옹스트롬의 제1차광막(13)[도 3의 (a) 참조]으로서의 질화크롬(CrN)막을 형성한다. 또한, 제2타겟으로는, 제2벨브에 의해 Ar, CH₄및 He와의 혼합가스(Ar : 30부피%, CH₄: 10부피%, He : 60부피%)를 도입하고, 반응성 스퍼터링에 의해 막두께 600옹스트롬의 제2차광막(14)[도 3의 (b) 참조]으로서의 탄화크롬(CrC)막을 형성한다. 계속하여, 제3타겟으로는, 제3벨브에 의해 Ar 및 NO의 혼합가스(Ar : 80부피%, NO : 20부피%)를 도입하고 반응성 스퍼터링에 의해 막두께 250옹스트롬의 반사방지막(15)[도 3의 (c) 참조]으로서의 탄화질화크롬(CrON)막을 형성한다. 이와 같이, 연속하여 3층의 막을 형성한다. 또한, 성막시의 스퍼터 챔버(22)내의 압력은 0.3파스칼, 제2차광막(14)용의 타겟의 스퍼터 전력은 1650W로 하고, 상기 제2차광막(14)의 퇴적속도는 3.4nm/sec이었다.

그 후, 팔레트는 진공배기된 배출챔버(23) 내에 이송된다. 그리고 스퍼터 챔버(22)와 배출챔버(23)를 마무리판에 의해 완전하게 마무리 한 후, 배출챔버(23)를 대기압 상태로 되돌린다. 이로써, 성막된 포토마스크 블랭크(31)가 얻어진다. 또한, 스퍼터 챔버(22)로의 팔레트의 도입은 도입챔버(21)가 스퍼터 챔버(22)내의 진공상태와 동일하게 되었을 때 계속하여 연속적으로 실시하며 항상 스퍼터 챔버(22) 내에는 복수의 팔레트가 도입된 상태가 된다.

이와 같이 하여 제작된 포토마스크 블랭크(31)의 광학특성을 시판장치를 사용하여 측정한 결과, 각각 파장 365nm에 있어서, 광학농도 3.0, 표면반사율 12%이었다. 또한, 팔레트로부터의 미립자도 발생하지 않고 막결함도 없이 막의 품질이 양호하다.

또한, 시트저항을 측정한 결과, 25Ω/이하이며 양호한 도전성이 얻어졌다.

또한, 이 얻어진 포토마스크 블랭크(31)의 막조성 분석결과를 도 10에 나타내었다. 도 10의 막 조성분석은 오제 전자분광법(AES)으로 측정하였다. 도 10의 막 조성 분석결과는 오제 전자분광법으로는 He의 함유량이 검출되지 않기 때문에, He의 함유량을 제외한 다른 원소(Cr, O, N, C, Si)의 합계량을 100at%로 하였을 때의 상대 함유율을 나타내는 것이다. 도 10의 오제 전자분광법에 의한 측정결과로부터 알 수 있듯이, 인라인형 스퍼터링법에서 형성된 포토마스크 블랭크(31)를 구성하는 막이 각각 연속적으로 조성이 변화하고 있다는 것을 알았다.

구체적으로, 반사방지막(15)과 제2차광막(14)에 있어서는, 박막표면쪽으로부터 투명기판(12)쪽을 향해 산소가 연속적으로 감소하고 또한 탄소가 연속적으로 증가하고 있는 막으로 되어 있고, 모든 막에도 질소가 함유되어 있다.

산소는 주로 표면반사율을 제어하기 위해 함유되고 원하는 광학특성을 얻기 위해 적절하게 함유량을 조절한다. 반사방지기능을 갖기 위한 산소의 함유량은 0∼70at%, 막의 평균값으로 10∼60at%로 하는 것이 좋다. 또한, 탄소는 주로 에칭속도를 제어하기 위해 함유되고 마스크로 하였던 때의 패턴형상이 원하는 형상이 되도록 적절히 함유량을 조절한다. 바람직한 탄소 함유량은 0∼25at%, 막의 평균값으로 0.2∼20at%로 하는 것이 좋다. 질소는 주로 에칭속도를 제어하기 위해 함유된다. 일반적으로, 크롬에 산소나 탄소가 함유되면 에칭속도가 느려지고 질소를 함유시키는 것에 의해 에칭속도를 빠르게 하는 것을 목적으로 하여 함유시킨다. 함유량은 마스크로 하였을 때의 패턴의 형상이 원하는 형상이 되도록 적절히 함유량을 조절한다. 바람직한 질소의 함유량은 0∼45at%, 막의 평균값으로 10∼35at%로 하는 것이 좋다.

또한, 제1차광막(13)의 질화막의 질소는 상기 반사방지막과 제2차광막(14)에 포함되는 질소의 함유량보다 상대적으로 많이 함유함과 동시에, 질소가 연속적으로 변화하고 있다.

제1차광막(13)에 있어서의 질소는 패터닝하였을 때의 막의 결함(흑결함)을 방지하고, 더욱 투명기판과의 밀착성을 향상시키는 목적으로 함유한다. 반사방지막(15)과 제2차광막(14)에 포함되는 질소의 함유량보다 상대적으로 질소를 많이 함유하는 것에 의해, 에칭속도가 빨라지기 때문에, 에칭에 의한 막의 응고(흑결함)를 방지할 수 있다. 또한 치밀한 막이 되기 때문에 막의 박리를 방지할 수 있다. 질소의 함유량은 0∼65at%, 막의 평균값으로 5∼60at%으로 하는 것이 좋다. 또한 제1차광막(13)에는, 질소이외에 약간의 탄소, 산소를 함유시켜도 좋다.

또한, 상기 원소(Cr, O, N, C)가 연속적으로 변화시키는 것에 의해 포토마스크의 패턴 단면의 형상이 각 막에서의 차이가 없이 매끄러운 패턴으로 할 수 있다.

이러한 광학특성, 원하는 패턴형상을 얻기 위한 에칭속도의 제어성을 고려하여, 본 발명에 있어서의 포토마스크 블랭크(31)는 반사방지막(15)과 제2차광막(14)에 있어서는, 박막표면쪽에서부터 투명기판(12)쪽을 향해 산소가 연속적으로 감소하고 또한 탄소가 연속적으로 증가하고 있고, 제1차광막(13)의 질화막에 있어서의 질소가 상기 반사방지막(15)과 제2차광막(14)에 함유된 질소의 함유량보다 상대적으로 많게 포함됨과 동시에, 질소가 연속적으로 변화하고 있는 구성으로 되어 있다.

또한, 상술한 실시예 1과 같이, 승온탈리 가스분석장치(TDS)에 따라 포토마스크 블랭크(31)를 분석한 결과, 상술한 바와 같이 질량수(m/e)=4(헬륨)의 탈리가 관측되고 막중에 헬륨(He)이 포함되어 있는 것이 확인되었다.

또한, 상술한 평가와 동일한 방법으로 평탄도 변화량을 측정한 결과, -0.75㎛으로 변화량이 작으며 막응력이 작은 것이 확인되었다. 그리고, 실시예 1과 동일한 방법으로 제작한 포토마스크(32)에 있어서의 마스크 패턴의 위치 정밀도도 극히 양호하였다.

또한, 인라인형 스퍼터링법에 의해 조성이 연속적으로 변화한 막이 형성되어 있기 때문에, 포토마스크(32)의 각 패턴의 단면도 각 막에서의 차이가 없이 매끄럽게 수직의 패턴이 얻어졌다.

이와 같이, 투명기판(12)상에 막을 형성하였을 때, 막응력이 인장응력적인 변화를 나타내는 크롬과, 탄소를 포함하는 탄화크롬막, 크롬과 산소를 포함하는 산화크롬막, 특히 막두께가 큰 탄화크롬막(CrC)을 형성할 때, 분위기 가스 중에 He 가스를 도입함으로써 막응력을 억제할 수 있음과 동시에, 탄화크롬막상에 연속적으로 형성된 산소를 포함하는 산화질화크롬(CrON)막에 있어서도 막응력이 없는 막을 얻을 수 있었다. 그리고, 더욱 인라인형 연속 스퍼터링법의 적용으로부터 대량생산을 유지하면서 막의 품질이 양호한 포토마스크 블랭크(31)를 얻을 수 있었다.

(비교예 1∼2)

상술한 실시예 1 및 2에 있어서 제2차광막을, Ar과 CH₄의 혼합가스(Ar : 90부피%, CH₄: 10부피%)로 한 것외에는 실시예 1 및 2와 동일하게 하여 포토마스크 블랭크 및 포토마스크를 제작하였다. 그 결과, 포토마스크 블랭크의 평탄도 변화량은 각각 -2.5㎛, -2.8㎛와 -2.0㎛의 값을 초과하고 포토마스크의 패턴 위치의 정밀도가 나빠졌다. 또한 실시예 1과 같이, 비교예 1의 포토마스크 블랭크에 대해서, 승온탈리 가스분석 장치(TDS)에 의한 m/e=4(He)의 탈리를 관측한 결과, 도 7 대로 헬륨은 검출되지 않았다.

(실시예 3)

계속하여, 차광기능과 위상 시프트기능을 갖는 포토마스크 블랭크(위상 시프트 마스크 블랭크)에 적용한 예를 나타낸다.

5인치×5인치×0.09인치의 석영 글라스 기판상에, 아르곤과 산소와 헬륨으로 이루어진 분위기 가스중에서 크롬을 타겟으로 한 스퍼터링에 의해, 막두께 1350Å이고 산소를 45at% 포함하는 산화크롬막을 형성하여 i선(파장 : 365nm)용 위상 시프트 마스크 블랭크를 제작하였다. 얻어진 위상 시프트 마스크 블랭크의 투과율, 굴절률을 측정한 결과, 각각 7%, 2.35이었다. 또한 상술한 평가와 같은 방법으로 평탄도 변화량을 측정한 결과, -1.5㎛로 변화량이 적고 막응력이 작은 것이 확인되었다. CCl₄+ O₂혼합가스를 이용한 드라이(dry) 에칭법에 의해 원하는 패턴을 갖는 위상 시프트 마스크를 얻었다. 또한, 위상 시프트(shift)양을 측정한 결과, 거의 180°이었다. 또한 패턴위치 정밀도도 설계값과 변화없이 양호하였다.

또한, 상기 실시예 1∼3의 포토마스크, 위상 시프트 마스크를 사용하여 반도체 웨이퍼 등의 피전사체에 대해 노광·현상처리를 실시한 결과, 피전사체에 양호한 미세패턴을 형성할 수 있었다.

이상, 바람직한 예를 들어 본 발명을 설명하였지만 이에 한정되지 않고 투명시판상에 형성하는 막(차광막, 반사방지막 등)으로서는 Cr단체나, Cr에 탄소, 산소, 질소, 불소 중 적어도 1종을 포함하는 재료로 할 수도 있다.

또한, 실시예 1, 2에 있어서 형성한 제1차광막의 CrN막을 생략하여도 무방하다. 이 경우, 막구성으로서는 CrC막/CrON막으로 된다.

또한, 하프톤형 입상 시프트 마스크 등의 입상 시프트 마스크의 위상 시프트 패턴의 상하에 본 발명의 방법에 따라 적어도 차광기능을 갖는 박막을 형성할 수도있다.

또한, 박막의 재료로서 주로 크롬을 포함하는 막을 예를 들었지만, 이것에 한정되지 않고, 인장응력적 변화(전술한 평탄도 변화량의 부호가 -(마이너스))를 일으키는 재료라면 무엇이라도 상관없다. 예를 들어, 주로 전이금속(Ti, Ni, Cu, Mo, Ta, W 등)을 포함하는 재료로 이루어져 있는 것을 들 수 있다.

본 발명은, IC(반도체 집적회로)나 LSI(고밀도 집적회로)의 제조공정에서 미세 패턴전사의 마스크로서 이용되는 포토마스크 및 이 포토마스크의 소재인 포토마스크 블랭크를 얻는데 이용될 수 있다. 특히, 미세한 마스크 패턴을 형성하기 위해 투명기판상에 형성된 박막이 투명기판에 유해한 휨을 일으키는 크기의 응력발생이 없는 것이며 또한 막의 품질이 양호하며 높은 수율로 대량생산가능한 포토마스크 블랭크 및 포토마스크를 얻을 수 있도록 하는 것이다.

Claims (36)

1. 차광기능을 갖는 박막으로서, Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이 금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물을 포함하는 박막을, 투명기판상에 형성한 포토 마스크 블랭크에 있어서,

   상기 박막중에 헬륨을 포함시키므로써, 헬륨이 포함되지 않은 경우에 비해 막응력을 적게할 수 있는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 블랭크.
2. 제1항에 있어서, 상기 박막 중의 헬륨 함유량은 상기 투명기판에 박막이 형성되지 않은 때의 평탄도를 초기치로하고, 그 초기치와 투명기판 상에 상기 박막을 형성한 때의 평탄도와의 차를 나타내는 평탄도 변화량이 2㎛이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 포토 마스크 블랭크.
3. 차광기능을 갖는 박막으로서, Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이 금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물을 포함하는 박막을, 투명기판상에 형성한 포토 마스크 블랭크에 있어서,

   상기 박막은, 분위기 가스가 도입된 진공 챔버 내에, 스퍼터 타겟을 배치하여, 스퍼터링에 의해 형성되고,

   상기 분위기 가스 중에 포함된 헬륨 가스 함유량이 30-90 부피%이고,

   상기 스퍼터 타겟은, Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이 금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물을 포함하는 것으로서,

   상기 스퍼터링에 의한 막형성 과정의 퇴적 속도가, 0.5㎚/sec - 6㎚/sec인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 블랭크.
4. 제1항에 있어서, 상기 박막은 Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이 금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물 및 헬륨을 포함하는 것 외에, 탄소 및 산소 중 하나 또는 양자를 포함하는 막인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 블랭크.
5. 제2항에 있어서, 상기 박막은 Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이 금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물 및 헬륨을 포함하는 것 외에, 탄소 및 산소 중 하나 또는 양자를 포함하는 막인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 블랭크.
6. 제4항에 있어서, 상기 박막은 Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이 금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물, 헬륨 및 탄소를 포함하는 차광층과, Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물 및 산소를 포함하는 반사방지층을 갖는 적층막인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 블랭크.
7. 제5항에 있어서, 상기 박막은 Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이 금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물, 헬륨 및 탄소를 포함하는 차광층과, Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이 금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물 및 산소를 포함하는 반사방지층을 갖는 적층막인 것을 특징으로 하는 포토 마스크 블랭크.
8. 제6항에 있어서, 상기 박막은 박막표면쪽으로부터 투명기판쪽을 향해 산소가 연속적으로 감소하고 또한 탄소가 연속적으로 증가하고 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
9. 제7항에 있어서, 상기 박막은 박막표면쪽으로부터 투명기판쪽을 향해 산소가 연속적으로 감소하고 또한 탄소가 연속적으로 증가하고 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
10. 제6항에 있어서, 탄소를 25at%까지, 산소를 70at%까지 포함하는 것을 특징으로 포토마스크 블랭크.
11. 제7항에 있어서, 탄소를 25at%까지, 산소를 70at%까지 포함하는 것을 특징으로 포토마스크 블랭크.
12. 제4항에 있어서, 상기 박막에 질소가 더 함유되어 있는 것을 특징으로 포토마스크 블랭크.
13. 제5항에 있어서, 상기 박막에 질소가 더 함유되어 있는 것을 특징으로 포토마스크 블랭크.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막의 결정입자는 1∼7nm인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
15. 제12항에 있어서, 상기 투명기판과 박막과의 사이에 상기 박막에 함유되어 있는 동일한 금속재료와 질소를 포함하는 질화막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
16. 제13항에 있어서, 상기 투명기판과 박막과의 사이에 상기 박막에 함유되어 있는 동일한 금속재료와 질소를 포함하는 질화막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 박막은 박막표면으로부터 투명기판쪽을 향해 산소가 연속적으로 감소하고 또한 탄소가 연속적으로 증가하고 있으며, 상기 질화막에 있어서의 질소는 상기 박막에 함유된 질소의 함유량보다 상대적으로 많이 함유됨과 동시에, 상기 질화막의 질소가 증가함에 따라 상기 금속은 감소하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
18. 제1항 내지 제13항, 제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막은 크롬을 함유하는 막인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
19. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명기판은 석영 글라스로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크.
20. 제1항 내지 제5항, 제12항, 제13항, 제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 따른 포토마스크 블랭크의 투명기판상에 형성한 상기 박막, 또는 상기 박막 및 질화막을 패터닝함으로써 마스크 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
21. 분위기 가스가 도입된 진공 챔버내에, Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물을 포함하는 스퍼터링 타겟을 배치하고 스퍼터링법에 의해 투명기판상에 차광기능을 갖는 박막을 형성하는 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서,

    미리 분위기 가스 중에 포함되는 헬륨 가스의 함유량과, 상기 박막의 막응력과의 상관관계를 구해 두고,

    상기 박막이 상기 박막을 패터닝하였을 때 얻어진 마스크 패턴이 원하는 패턴위치 정밀도를 갖는 막응력을 이루도록 헬륨 가스의 함유량을 상기 상관관계로부터 구하며, 이 헬륨 가스의 함유량을 포함하는 분위기 가스 중에서 상기 박막을 스퍼터 성막하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
22. 분위기 가스가 도입된 진공 챔버내에, Cr,Ti,Ni,Cu,Mo,Ta,W 등의 전이금속 중 하나 또는 복수개 또는 그들의 화합물을 포함하는 스퍼터링 타겟을 배치하고 스퍼터링법에 의해 투명기판상에 차광기능을 갖는 박막을 형성하는 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서,

    상기 박막은 퇴적속도가 0.5nm/sec∼6nm/sec로 구성되며,

    상기 분위기 가스는 헬륨 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 분위기 가스중에 함유되는 헬륨 가스의 함유량이 30∼90부피%인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
24. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 분위기 가스중에 함유되는 헬륨 가스의 함유량이 40∼65부피%인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
25. 제21항에 있어서, 상기 박막은 탄소 및 산소 중 하나 또는 양자를 포함하는 막임을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
26. 제22항에 있어서, 상기 박막은 탄소 및 산소 중에서 하나 또는 양자를 포함하는 막임을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 박막은 탄소를 함유하는 차광층과 산소를 함유하는 반사방지층을 함유하는 적층막으로서, 상기 차광층 또는 반사방지층의 어느 하나 또는 양자가 헬륨 가스를 포함하는 분위기 가스 중에서 스퍼터 성막하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
28. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 투명기판과 박막과의 사이에 상기 박막에 포함된 동일한 금속과 질소를 포함하는 질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
29. 제21항, 제22항, 제25항 및 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막, 또는 상기 박막 및 질화막을 인라인 스퍼터링법으로 형성하는 것을 특징으로 포토마스크 블랭크의 제조방법.
30. 제27항에 있어서, 상기 박막, 또는 상기 박막 및 질화막을 인라인 스퍼터링법으로 형성하는 것을 특징으로 포토마스크 블랭크의 제조방법.
31. 제28항에 있어서, 상기 박막, 또는 상기 박막 및 질화막을 인라인 스퍼터링법으로 형성하는 것을 특징으로 포토마스크 블랭크의 제조방법.
32. 제21항, 제22항, 제25항 및 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막은 크롬을 포함하는 막인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
33. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 투명기판은 석영 글라스로 이루어진 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
34. 제21항, 제22항 및 제25항 중 어느 하나의 제조방법에 의해 얻어진 포토마스크 블랭크의 상기 투명기판상에 형성된 막을 선택적으로 제거하여 마스크 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
35. 기판상에 사진석판술법에 의해 미세패턴을 형성하는 미세패턴의 형성방법에 있어서,

    미세패턴의 전사를 실시할 때 이용되는 마스크로서 제20항의 포토마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는 미세패턴 형성방법.
36. 삭제