KR100587827B1 - 포토마스크 블랭크의 제조방법 - Google Patents

포토마스크 블랭크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 효율적으로 막 응력을 저감할 수 있는 포토마스크 블랭크의 제조방법 등을 제공한다. 투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을 적어도 갖는 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을, 스퍼터링 분위기 중에 적어도 헬륨 가스를 함유시켜 스퍼터 성막(成膜)을 행하는 성막 공정과, 상기 성막 공정 동안 또는 후에 상기 투명기판을 가열하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
포토마스크 블랭크, 스퍼터링, 성막, 투명기판

Description

포토마스크 블랭크의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING PHOTOMASK BLANK}
도 1은 하프톤형 위상 시프트 마스크의 전사 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 실시예에서 사용한 DC 마그네트론 스퍼터링 장치의 모식도.
도 3은 He 도입량과 평탄도 변화량의 관계를 보여주는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 투명기판 200 : 광투과부
300 : 광 반투과부
본 발명은 반도체 장치 등의 제조에 있어서의 리소그라피 공정에서 이용되는 포토마스크 등의 리소그라피 마스크를 제조하기 위한 포토마스크 블랭크 등에 관한 것이며, 특히 KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저 및 F2 엑시머 레이저에 특히 적합한 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크 및 그 제조방법 등에 관한 것이다.
최근, 포토리소그라피에 요구되는 두 가지 중요한 특성인 고해상도화와 초점 심도의 확보는 상반되는 관계에 있어, 노광장치 렌즈의 고NA화, 단파장화만으로 는 실용 해상도를 향상시킬 수 없는 것이 명백해졌다(월간 Semiconductor World 1990. 12, 응용물리 제 60권 제 11월호(1991) 등).
이러한 상황 하에서, 차세대 포토리소그라피 기술로서 위상 시프트 리소그라피가 주목받고 있으며, 일부 실용화되고 있다. 위상 시프트 리소그라피는 광학계에는 변경을 가하지 않고, 마스크만의 변경으로 광 리소그라피의 해상도를 향상시키는 방법으로, 포토마스크를 투과하는 노광광간에 위상차를 부여함으로써 투과광 상호의 간섭을 이용하여 해상도를 비약적으로 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
위상 시프트 마스크는 광 강도 정보와 위상 정보를 병유(倂有)하는 마스크이며, 레븐슨(Levenson)형, 보조 패턴형, 자기 정합형(에지 강조형) 등의 각종 타입이 알려져 있다. 이들 위상 시프트 마스크는 광 강도 정보밖에 갖지 않는 종래의 포토마스크에 비해, 구성이 복잡하고 제조에도 고도의 기술을 요한다.
이 위상 시프트 마스크의 하나로서, 소위 하프톤형 위상 시프트 마스크로 칭하는 위상 시프트 마스크가 최근 실용화되고 있다.
이 하프톤형의 위상 시프트 마스크는 광 반투과부가 노광광을 실질적으로 차단하는 차광 기능과, 빛의 위상을 시프트(통상은 반전)시키는 위상 시프트 기능의 두 가지 기능을 겸비하기 때문에, 차광막 패턴과 위상 시프트막 패턴을 각각 형성할 필요가 없어, 구성이 단순하고 제조도 용이하다는 특징을 갖고 있다.
하프톤 위상 시프트 마스크에서는 마스크 패턴의 가공을 드라이 에칭 공정에 의해 행하지만, 차광 기능과 위상 시프트 기능을 각각 다른 층으로 실현하는 방법에서는 차광 기능을 갖는 층과 위상 시프트 기능을 갖는 층 모두에 대해, 양호한 패턴 형상을 얻기 위한 고도의 제어가 필요하다. 그것에 비해, 차광 기능과 위상 시프트 기능을 겸비한 단층의 광 반투과부를 구성함으로써, 단일의 에칭 공정을 이용할 수 있기 때문에, 마스크의 제조공정을 단순화할 수 있고, 용이하게 양호한 패턴 형상을 얻을 수 있다.
하프톤형의 위상 시프트 마스크는 도 1a 내지 1c에 나타낸 바와 같이, 투명기판(100) 상에 형성하는 마스크 패턴을, 실질적으로 노광에 기여하는 강도의 빛을 투과시키는 광 투과부(투명기판 노출부; 200)와, 실질적으로 노출에 기여하지 않는 강도의 빛을 투과시키는 광 반투과부(차광부 겸 위상 시프트부; 300)로 구성하고(도 1a), 또한 이 광 반투과부를 투과하는 빛의 위상을 시프트시켜, 광 반투과부를 투과한 빛의 위상이 광 투과부를 투과한 빛의 위상에 대해 실질적으로 반전된 관계가 되도록 함으로써(도 1b), 광 반투과부와 광 투과부의 경계부 근방을 통과하여 회절 현상에 의해 서로 상대의 영역으로 돌아 들어간 빛이 서로 소멸되도록 하여, 경계부에서의 광 강도를 거의 0으로 하여 경계부의 콘트라스트, 즉 해상도를 향상시키는 것이다(도 1c).
또한, 상술한 하프톤형의 위상 시프트 마스크나 블랭크에서의 광 반투과부나 광 반투과막(위상 시프트층)은 마스크 제조공정에서의 세정 및 마스크 사용시의 세정 등의 전처리 또는 세정액으로서 사용되는 황산 등의 산용액에 대한 충분한 내구성, 및 암모니아 등의 알칼리 용액에 대한 충분한 내구성을 가질 필요가 있다.
그리고, 이들에 요구되는 최적의 특성을 단층의 광 반투과부로 실현할 수 있는 위상 시프트 마스크에 관하며, 몰리브덴 실리사이드 산화질화막(일본국 특개평 6-214792호, 일본국 특허 제 2878143호, 일본국 특허 제 2989156호)에 관한 제안이 행해지고 있다.
그런데, 노광에 이용되는 레이저의 파장이 i선(365nm)이나 KrF 엑시머 레이저(248nm)로부터 ArF 엑시머 레이저(193nm)로 단파장화됨에 따라, 동일한 막두께 변화량에 대한 위상각의 차이가 크게 되기 때문에, 노광의 단파장화에 따라 위상 시프트 마스크의 산용액 및 알칼리 용액에 대한 내구성을 향상시키는 것이 필요하게 된다.
또한, 노광에 이용되는 레이저의 파장이 단파장화됨으로써, 레이저광의 에너지가 크게 되기 때문에, 노광에 의한 광 반투과부의 손상이 크게 되어, 위상 시프트 마스크에 요구되는 사용수명기간 내에 설정한 투과율 및 위상차에 차이가 발생되는 문제가 있다.
*한편, 반도체 회로 등의 미세화에 수반하여, 리소그라피에 이용되는 노광 광원의 단파장화, 노광장치 렌즈의 고NA화가 진행되지만, 노광장치 렌즈의 고NA화와 초점 심도의 확보는 상반되는 관계에 있어, 초점 심도를 확보하기 위하여, 포토마스크에 요구되는 평탄도는 점점 엄격하게 되어, 최근에는 0.3에서 0.5㎛이하가 요구되고 있다. 포토마스크의 평탄도는 투명기판의 굽힘 강도나 성막(成膜) 전의 기판의 평탄도와 회로 패턴 등을 형성하는 막의 내부 응력에 의존하며, 이들 중 특히 회로 패턴을 형성하는 막의 내부 응력이 큰 문제로 되고 있다.
이와 같은 상황하에서, 위상 시프트 마스크의 내산성, 내알카리성, 및 내엑 시머 레이저 조사내성을 향상시키기 위하여, 광 반투과부의 밀도를 향상시킨 것에 대해, 본원 출원인에 의한 출원(일본국 특원 2001-246080)이 있다. 이 출원에는 광 반투과부의 밀도를 향상시키기 위해, 광 반투과부를 구성하는 막을 스퍼터링에 의해 형성할 때 이용하는 아르곤 및 반응성 가스를 포함하는 분위기의 압력을 낮추는 방법이 개시되어 있다.
또한, 상기 출원에서는 스퍼터링을 행하는 분위기의 압력을 작게 한 경우, 막의 내부 응력이 증가한다는 사실에 근거하여, 광 반투과막을 성막한 후 열처리를 행함으로써, 광 반투과막의 압축 응력을 완화하는 방법이 개시되어 있다.
한편, 상기 출원에서는 소정의 응력을 얻기 위해 매우 고온의 열처리(예를 들어 600℃)가 필요하게 되는 경우가 있고, 더욱이 열처리에 의해 효율적으로 압축 응력을 완화할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 패턴을 형성하는 박막의 응력을 효과적으로 저감할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이하의 구성을 가진다.
(구성 1) 투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을 적어도 갖는 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서,
상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막이, 실리콘 및 질소 및 산소 중 어느 하나 이상을 포함하는 재료로 이루어지거나, 금속, 실리콘 및 질소 및 산소 중 어 느 하나 이상을 포함하는 재료로 이루어지는 1층 또는 2층이상의 압축 응력을 갖는 막이며, 상기 막의 적어도 한 층을, 적어도 헬륨 가스를 함유하는 스퍼터링 분위기 중에서 스퍼터 성막함으로써 헬륨을 상기 막 중에 존재시키도록 막을 형성하는 공정과,
상기 막을 형성하는 공정 동안 또는 후에 상기 투명기판을 가열함으로써 상기 막의 압축 응력을 저감시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 2) 구성 1에 있어서, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을, 스퍼터링 가스로서 아르곤과 헬륨의 혼합가스를 이용하여 스퍼터 성막을 행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 3) 구성 1 또는 구성 2에 있어서, 상기 포토마스크 블랭크는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이며, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막이, 노광광에 대해 소정의 투과율을 가지면서 투명기판에 대해 노광광의 위상을 소정량 시프트 시키는 1층 또는 2층 이상으로 구성되는 광 반투과막인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 4)구성 3에 있어서, 상기 광 반투과막이 실리콘과, 질소 및 산소 중 어느 하나 이상, 또는 금속과, 실리콘과, 질소 및 산소 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고투과율층과, 저투과율층을 2층 또는 그 이상 적층한 다층 구조의 광 반투과막인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 5)구성 1에 있어서, 상기 투명기판을 가열하는 공정에서의 가열처리 온도가 180℃ 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 6)구성 1에 기재된 포토마스크 블랭크를 이용하여 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을 패터닝하고 상기 투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
(구성 7)구성 1에 있어서, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막은 스퍼터링 압력이 0.20~0.40 파스칼로 수행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 8)투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을 적어도 갖는 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서,
상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막의 적어도 한 층을, 스퍼터링 압력이 0.20~0.40 파스칼이며, 동시에 적어도 헬륨을 함유하는 스퍼터링 분위기 중에서 스퍼터 성막함으로써 헬륨을 상기 막 중에 존재시키도록 막을 형성하는 공정과,
상기 막을 형성하는 공정 동안 또는 후에 상기 투명기판을 가열함으로써 상기 막의 압축 응력을 저감시키는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 9)구성 7 또는 구성 8에 있어서, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을, 스퍼터링 가스로서 아르곤과 헬륨의 혼합가스를 이용하여 스퍼터 성막을 행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 10)구성 7 또는 구성 8에 있어서, 상기 포토마스크 블랭크는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이며, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막이, 노광광 에 대해 소정의 투과율을 가지면서 투명기판에 대해 노광광의 위상을 소정량 시프트 시키는 1층 또는 2층 이상으로 구성되는 광 반투과막인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 11)구성 10에 있어서, 상기 광 반투과막이 실리콘과, 질소 및 산소 중 어느 하나 이상, 또는 금속과, 실리콘과, 질소 및 산소 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고투과율층과, 저투과율층을 2층 또는 그 이상 적층한 다층 구조의 광 반투과막인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 12)구성 7 또는 구성 8에 있어서, 상기 투명기판을 가열하는 공정에서의 가열처리 온도가 180℃ 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
(구성 13)구성 7 또는 구성 8에 기재된 포토마스크 블랭크를 이용하여 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을 패터닝하고 상기 투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을 적어도 갖는 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서,
상기 방법은 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막의 적어도 한 층을, 스퍼터링 분위기 중에 적어도 헬륨 가스를 함유시켜 스퍼터 성막을 행하는 성막 공정과, 상기 성막 공정 동안 또는 후에 상기 투명기판을 가열하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다(구성 1).
본 발명은 본 발명자들의 실험에 의해, 종래 스퍼터링 가스로서 아르곤을 이용한 것에 대해, 아르곤의 일부 또는 전부를 헬륨으로 치환함으로써, 종래의 아르곤을 이용한 경우에 비해 압축 응력이 저감됨으로써 달성된 것이다. 또한, 성막 동안 또는 후에 열처리를 수행함으로써, 더욱 효과적으로 압축 응력이 저감되는 것을 알 수 있었다. 이것은 미리 휘발되기 쉬운 헬륨을 막 중에 존재시켜, 열처리에 의해 헬륨이 휘발됨으로써 막 중의 압축 응력이 완화되는 방향으로 작용하기 때문인 것으로 추측된다.
본 발명에서, 바람직한 스퍼터링 압력은 0.20 내지 0.40 파스칼이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.23 내지 0.35 파스칼, 가장 바람직하게는 0.25 내지 0.31 파스칼이다. 스퍼터링 분위기의 압력이 상기 범위와 같은 저압이면, 광 반투과막의 밀도를 향상시켜 막을 치밀화할 수 있다. 박막의 치밀화는 산이나 알칼리에 대한 내약성이나 내광성·내엑시머 레이저 조사내성을 향상시키는 효과가 있고, 더욱이 미세 패턴에서의 패턴 정밀도도 향상시킨다. 또한, 상기 범위 이하이면, 막의 내부 응력이 열처리에 의해 개선될 수 없을 정도로 크게 될 우려가 있음과 더불어, 성막의 안정성에 영향을 미칠 우려가 있다.
본 발명에서는 마스크 패턴을 형성하기 위한 막에 적어도 한 층의 압축 응력적 성질을 갖는 막을 포함하는 경우, 이 압축 응력적 성질을 갖는 막의 압축 응력을 저감시킬 수 있다. 또한, 압축 응력적 성질은 스퍼터 가스로서 Ar만을 이용한 경우에 나타나는 응력이 압축 응력인 것으로 한다.
또한, 후술하는 바와 같이 투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하기 위한 압축 응력적 성질을 나타내는 막이 다층 구조인 경우는 적어도 한 층을 상기 스퍼터링 압력 범위에서 스퍼터링하는 것이 바람직하며, 모든 막에 대하여 상기 스퍼터링 압력 범위에서 스퍼터링하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에서, 스퍼터링 분위기 중의 바람직한 스퍼터링 가스는 아르곤 등의 불활성 가스와 헬륨의 혼합 가스이다. 또한, 아르곤 대신 다른 불활성 가스를 이용하는 것이 가능하며, 아르곤과 헬륨의 혼합 가스에 다른 불활성 가스를 첨가하는 것이 가능하다.
스퍼터링 분위기 중에 질소나 산소 등의 반응성 가스를 첨가하여 반응성 스퍼터링을 행할 때의 바람직한 스퍼터링 가스 함유량은, He에 대해서는 25 내지 34%이다. 하한을 벗어나면 응력 저감 효과가 작아지고, 상한을 초과하면 스퍼터 속도(sputter rate)가 저하되어 생산성이 저하된다. Ar에 대해서는 5 내지 15%이다. 하한을 벗어나면 광학 특성이 매우 불안정하게 되고, 상한을 초과하면 스퍼터 속도가 저하되어 생산성이 저하된다.
본 발명에서, 투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하기 위한 막으로는, 예를 들어 하프톤형 위상 시프트 마스크에서의 광 반투과막이나, 포토마스크에서의 차광막 등이 권장된다.
여기서, 하프톤형 위상 시프트 마스크에서의 광 반투과막으로는 단층구조의 광 반투과막이나, 예를 들어 저투과율층과 고투과율층을 2층 또는 그 이상 적층하여 위상각 및 투과율이 소망하는 값으로 되도록 설계된 다층구조의 광 반투과막이 포함된다.
단층구조의 광 반투과막으로는 금속과 실리콘(규소)에 산소 및/또는 질소를 포함하는 재료, 또는 이들에 탄소 및/또는 불소 및/또는 수소를 포함하는 재료, 산화 크롬, 불화 크롬 등이 바람직하지만, 금속, 실리콘 및 질소 및/또는 산소로 실질적으로 이루어진 것이 바람직하다. 여기서 말하는 금속으로는 티타늄, 바나듐, 니오븀, 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐 중으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 등이 권장된다. 일반적으로 자주 이용되는 금속은 몰리브덴인데, 몰리브덴은 상기 금속 중에서 특히 투과율의 제어성과 타겟 밀도에서 우수하다. 티타늄, 바나듐, 니오븀은 알칼리 용액에 대한 내구성이 우수하지만, 타겟 밀도에서 몰리브덴보다 약간 떨어진다. 탄탈륨은 알칼리 용액에 대한 내구성 및 타겟 밀도에서 우수하지만, 투과율의 제어성에서 몰리브덴보다 약간 떨어진다. 텅스텐은 몰리브덴과 매우 유사한 성질을 갖고 있지만, 스퍼터링 시의 방전 특성에서 몰리브덴보다 약간 떨어진다.
다층구조의 광 반투과막으로는, 고투과율층으로서 실리콘 및 질소 및/또는 산소로 실질적으로 이루어진 고투과율층, 또는 금속(상기 단층구조의 광 반투과막에서의 금속과 동일), 실리콘 및 질소 및/또는 산소로 실질적으로 이루어진 고투과율층 등을 이용하고, 저투과율층으로서 크롬, 몰리브덴, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐, 하프늄, 지르코늄 등의 한 종류 또는 두 종류 이상의 합금으로 이루어진 금속막, 또는 이들 금속 또는 합금의 산화물, 질화물, 산질화물, 실리사이드 등을 이용한 것이 바람직하다.
포토마스크에서의 차광막으로는 크롬 또는 크롬에 산소, 질소, 탄소 등을 포함하는 크롬 화합물, 그 외의 크롬 화합물 등으로 이루어진 단층 또는 다층 구조의 차광막이 권장된다.
본 발명에서, 투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하기 위한 막이 다층구조인 경우는 적어도 압축 응력적 성질을 나타내는 막에 대해, 스퍼터링 분위기 중에 적어도 헬륨 가스를 함유시켜 스퍼터 성막을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 및 질소 및/또는 산소, 또는 금속, 실리콘 및/또는 질소 또는 산소를 포함하는 재료로 이루어진 막은 통상 압축 응력적 성질을 갖는다.
본 발명에서, 성막 공정 동안 또는 후에 투명기판을 가열하는 공정에서의 열처리 온도는 막 중의 헬륨을 효과적으로 휘발시켜 막 중의 압축 응력을 효과적으로 완화시키는 관점으로부터 180℃ 이상이 바람직하며, 200℃ 이상, 300℃ 이상, 400℃ 이상이 보다 바람직하다. 단, 고온이 되면, 열처리 장치내에서의 열의 도달에 시간이 걸리거나, 장치의 관리가 보다 어렵게 되기 때문에, 실용적으로는 500℃ 이하가 바람직하다.
또한, 열처리하는 분위기는 대기, 또는 질소, 아르곤 등의 불활성 가스를 이용할 수 있다. 또한, 대기와 같은 산소를 포함하는 가스의 경우는 열처리에 의해 광 반투과막의 특성이 약간 변화되는 경우가 있기 때문에, 광 반투과막의 성막 시에 그 변화분을 고려하여 성막하는 것이 바람직하다. 열처리에 의한 막 특성의 변화를 회피하고자 할 경우에는 불활성 가스 분위기에서 열처리를 행하는 것이 바람직하며, 특히 고온(예를 들어 380℃ 이상)의 열처리의 경우는 막 특성의 변화량도 크기 때문에, 불활성 가스 분위기 중에서 열처리를 행하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 스퍼터링 가스로서, 헬륨을 이용했을 때의 효과 및 성막 후의 열처리 효과에 대해 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같은 DC 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용해, 투명기판 위에 몰리브덴, 실리콘 및 질소로 실질적으로 이루어진 단층의 광 반투과막을 성막하여, 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크를 제작하였다.
이 DC 마그네트론 스퍼터링 장치는 진공조(1)를 가지며, 이 진공조(1) 내부에 마그네트론 음극(2) 및 기판 홀더(3)가 배치된다. 마그네트론 음극(2)에는 배킹 플레이트(backing plate; 4)에 접착된 스퍼터링 타겟(5)이 장착된다. 배킹 플레이트(4)는 수냉기구에 의해 직접 또는 간접적으로 냉각된다. 마그네트론 음극(2)과 배킹 플레이트(4) 및 스퍼터링 타겟(5)은 전기적으로 결합된다. 기판홀더(3)에는 투명기판(6)이 장착된다.
진공조(1)는 배기구(7)를 통해 진공 펌프에 의해 배기된다. 진공조 내의 분위기가 형성되는 막의 특성에 영향을 주지 않는 진공도까지 도달한 후, 가스 도입구(8)로부터 질소를 포함하는 혼합가스를 도입하고, DC 전원(9)을 이용하여 마그네트론 음극(2)에 부전압을 가하여, 스퍼터링을 수행한다. 진공조(1) 내부의 압력은 압력계(10)에 의해 측정된다.
몰리브덴 실리사이드 타겟(Mo : Si = 20 : 80)을 이용하고, 스퍼터링 가스로서 Ar, N2 및 He의 혼합가스를 유량이 Ar : 10sccm, N2 : 80sccm으로 하며, He : 0, 9, 18, 36, 54, 69sccm의 6가지 조건으로 한 광 반투과막(위상각 : 182 내지 184°, 투과율 5 내지 6%)을 형성한 위상 시프트 마스크 블랭크에 대해, 성막 후 열처리 없음, 200℃열처리 후, 및 400℃ 열처리를 행하여, 광 반투과막의 내부 응력을 평가하였다. 광 반투과막의 내부응력의 평가는 광 반투과막 형성 전후에서의 투명기판의 평탄도 변화량을 측정하는 것으로 행하였다.
평탄도는 합성 석영기판((152mm×152mm×6.35mm)의 기판의 단 3mm을 제외한 146mm 모서리의 범위에 대하여 측정하여, 기판의 평균면으로부터 최고점과 최저점에서의 높이의 차로 정의하였다. 투명기판의 평탄도는 간섭계(TROPEL사 제품: Flat Master200)를 이용하여 측정하였다.
성막 후 열처리 없음, 200℃ 열처리 후, 및 400℃ 열처리를 행한 각 블랭크에 대해, 스퍼터링 가스의 He 도입량과 평탄도 변화량의 관계를 도 3에 나타내었다. 또한, 도 3에서의 평탄도 변화량은 플러스 변화량, 즉 압축 응력을 나타내는 것이다.
도 3에서 명백하듯이, 스퍼터링 가스에 He를 도입함으로써 평탄도 변화량이 저감되는 경향이 있음을 알 수 있으며, 더욱이 열처리를 수행함으로써, 또한 평탄도 변화량을 저감할 수 있으므로, 광 반투과막의 압축 응력을 저감할 수 있음을 알 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 몰리브덴, 실리콘 및 질소로 실질적으로 이루어진 단층의 광 반투과막을 갖는 KrF 엑시머 레이저(248nm)용 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크를 제조한 예에 대해 설명한다.
실시예 1과 동일한 스퍼터링 장치를 이용하고, 스퍼터링 타겟으로서 Mo : Si = 20 : 80, 스퍼터링 가스로 아르곤, 질소 및 헬륨(가스유량 : Ar = 10sccm, N2 = 80sccm, He = 40sccm)을 이용하며, 성막 압력 0.28Pa로 하여 광 반투과막의 위상각이 거의 180°가 되도록 조정하여 광 반투과막의 성막을 행하였다. 이 때의 평탄도는 1.3㎛이었다.
그 후, 열처리 장치를 이용하여 250℃에서 30분간 열처리를 행하였다.
얻어진 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크는 노광광에 대한 투과율이 6%, 위상각은 거의 180°이고 평탄도는 0.6㎛로, 요구치를 만족하는 것이었다.
또한, 내약성(내산성, 내알칼리성, 내기능수성), 내광성(내KrF 엑시머 레이저)도 요구치를 거의 만족하였다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 몰리브덴, 실리콘 및 질소로 실질적으로 이루어진 단층의 광 반투과막을 갖는 ArF 엑시머 레이저(193nm)용 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크를 제조한 예에 대해 설명한다.
실시예 1과 동일한 스퍼터링 장치를 이용하고, 스퍼터링 타겟으로서 Mo : Si = 10 : 90, 스퍼터링 가스로 아르곤, 질소 및 헬륨(가스유량 : Ar = 10sccm, N2 = 80sccm, He = 40sccm)을 이용하며, 성막 압력 0.25Pa로 하여 광 반투과막의 위상각이 거의 180°가 되도록 조정하여 광 반투과막의 성막을 행하였다. 이 때의 평탄도는 1.3㎛이었다.
그 후, 열처리 장치를 이용하여 250℃에서 30분간 열처리를 행하였다.
얻어진 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크는 노광광에 대한 투과율이 6%, 위상각은 거의 180°이고 평탄도는 0.6㎛로, 요구치를 만족하는 것이었다.
또한, 내약성(내산성, 내알칼리성, 내기능수성), 내광성(내ArF 엑시머 레이저)도 요구치를 거의 만족하였다.
(실시예 4)
실시예 2 및 3의 위상 시프트 마스크 블랭크의 광 반투과막 상에, 레지스트막(베이크(bake) 온도 : ArF용 190℃, KrF용 180℃)dmf 형성하고, 패턴 노광, 현상에 의해 레지스트 패턴을 형성하였다. 이어서, 에칭(CF4+O2 가스에 의한 드라이 에칭)에 의해 노출 부분을 제거하여, 광 반투과막의 패턴(홀, 도트 등), 즉 광 반투과부를 얻었다. 레지스트 박리 후, 100℃의 98% 황산(H2SO4)에 15분간 침지하여 황산 세정하고, 순수(純水) 등으로 린스하여, ArF 엑시머 레이저용 위상 시프트 마스크 및 KrF 엑시머 레이저용 위상 시프트 마스크를 얻었다.
이상, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 단층의 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크나 블랭크로 한정되지 않고, 다층 구조의 광 반투과막을 갖는 하프톤형 위상 시프트 마스크나 블랭크, 또는 단층 혹은 다층의 차광막을 갖는 포토마스크나 포토마스크 블랭크에 대해서도, 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 단층의 광 반투과부 또는 광 반투과막으로 이루어진 F2 엑시머 레이저(157nm)용 하프톤형 위상 시프트 마스크나 블랭크에서도 본 발명을 적용할 수 있으며, 더욱이 스퍼터링 시의 반응성 가스로서 산소 가스를 이용하여, 예를 들어 MoSiO, MoSiON, NiSiON, PdSiON, SiON, SiO 등의 실리콘과 산소를 포함하는 막을 포함하는 단층 또는 다층 구조의 광 반투과부나 광 반투과막 등을 형성할 때에도 본 발명을 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 스퍼터링 분위기 중에 적어도 헬륨 가스를 함유시켜 스퍼터 성막을 행하고, 또한 상기 성막 동안 또는 후에 투명기판(스퍼터 성막된 박막)을 가열함으로써, 효율적으로 막 응력을 저감시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을 적어도 갖는 포토마스크 블랭크의 제조방법에 있어서,
    상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막이, 실리콘 및 질소 및 산소 중 어느 하나 이상을 포함하는 재료로 이루어지거나, 금속, 실리콘 및 질소 및 산소 중 어느 하나 이상을 포함하는 재료로 이루어지는 1층 또는 2층이상의 압축 응력을 갖는 막이며, 상기 막의 적어도 한 층을, 적어도 헬륨 가스를 함유하는 스퍼터링 분위기 중에서 스퍼터 성막함으로써 헬륨을 상기 막 중에 존재시키도록 막을 형성하는 공정과,
    상기 막을 형성하는 공정 동안 또는 후에 상기 투명기판을 가열함으로써 상기 막의 압축 응력을 저감시키는 공정을 가지며,
    상기 성막 공정에 있어서 상기 막 중에 존재시킨 헬륨을, 상기 투명 기판을 가열하여 휘발시킴으로써 상기 막의 압축 응력을 저감하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을, 스퍼터링 가스로서 아르곤과 헬륨의 혼합가스를 이용하여 스퍼터 성막을 행하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 포토마스크 블랭크는 하프톤형 위상 시프트 마스크 블랭크이며, 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막이, 노광광에 대해 소정의 투과율을 가지면서 투명기판에 대해 노광광의 위상을 소정량 시프트 시키는 1층 또는 2층 이상으로 구성되는 광 반투과막인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 광 반투과막이 실리콘과, 질소 및 산소 중 어느 하나 이상, 또는 금속과, 실리콘과, 질소 및 산소 중 어느 하나 이상으로 이루어지는 고투과율층과, 저투과율층을 2층 또는 그 이상 적층한 다층 구조의 광 반투과막인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 투명기판을 가열하는 공정에서의 가열처리 온도가 180℃ 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크 블랭크의 제조방법.
  6. 제 1항에 기재된 포토마스크 블랭크를 이용하여 상기 마스크 패턴을 형성하기 위한 막을 패터닝하고 상기 투명기판 위에 마스크 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
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