KR101530732B1 - 마스크 블랭크, 및 임프린트용 몰드의 제조 방법 - Google Patents

마스크 블랭크, 및 임프린트용 몰드의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

마스크 블랭크를 이용하여 고정밀도의 미세 패턴이 형성된 임프린트용 몰드의 제조 방법을 제공한다. 투광성 기판 상에 패턴을 형성하기 위한 박막을 갖는 마스크 블랭크에 있어서, 박막은, Cr과 질소를 함유하는 재료로 형성되어 있는 상층과, Ta를 주성분으로 하는 화합물을 함유하고, 또한, 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공이 가능한 재료로 형성되어 있는 하층으로 이루어진다. 박막의 상층 및 하층을, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공하고, 이어서 기판을, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공함으로써 임프린트용 몰드를 얻는다.

Description

마스크 블랭크, 및 임프린트용 몰드의 제조 방법{MASK BLANK, AND METHOD FOR PRODUCTION OF IMPRINT MOLD}
본 발명은, 반도체 등의 집적 회로나 미세 패턴에 의해 광학적 기능을 부가한 광학 부품 제작, 자기 디스크 상의 미세 패턴 형성에 사용하는 임프린트용 몰드(스탬퍼)의 제조 방법, 이들 제조에 이용하는 마스크 블랭크에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치의 제조 공정에서는, 포토리소그래피법을 이용하여 미세 패턴의 형성이 행하여지고 있다. 또한，이 미세 패턴의 형성에는 통상 몇매 의 포토마스크라고 불리고 있는 기판이 사용된다. 이 포토마스크는, 일반적으로 투광성의 글래스 기판 상에, 금속 박막 등으로 이루어지는 차광성의 미세 패턴을 형성한 것이며, 이 포토마스크의 제조에서도 포토리소그래피법이 이용되고 있다.
이 포토마스크나, 임프린트용 몰드는 동일한 미세 패턴을 대량으로 전사하기 위한 원판으로 된다. 포토마스크 상에 형성된 패턴의 치수 정밀도는, 제작되는 미세 패턴의 치수 정밀도에 직접 영향을 준다. 또한, 임프린트용 몰드에서는 또한 패턴의 단면 형상도 제작되는 미세 패턴의 형상에 영향을 준다. 반도체 회로의 집적도가 향상됨에 따라서, 패턴의 치수는 작아지고, 포토마스크나 임프린트용 몰드의 정밀도도 보다 높은 것이 요구된다. 특히, 임프린트용 몰드는, 등배로의 패턴 전사로 되기 때문에, 반도체 회로 패턴과 요구되는 정밀도는 동일하게 되기 때문에, 임프린트용 몰드쪽이 포토마스크보다도 고정밀도의 것이 요구된다. 마찬가지로, 그레이팅 등의 미세 패턴에 의해 광학적 기능을 부가한 부품에서도, 대상으로 하는 파장 미만의 패턴 치수와 패턴 정밀도가 요구되기 때문에, 광학 부품 제작용의 포토마스크나 임프린트용 몰드에도, 미세하고 또한 정밀도가 높은 패턴이 요구된다.
종래의 포토마스크, 임프린트용 몰드의 제작에서는, 석영 글래스 등의 투광성 기판 상에 크롬 등의 박막을 형성한 마스크 블랭크가 이용되고, 이 마스크 블랭크 상에 레지스트를 도포한 후, 전자선 노광 등을 이용하여 레지스트 패턴을 형성하고，이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 박막을 에칭 가공함으로써 박막 패턴(마스크 패턴)을 형성하고 있다.
또한, 임프린트용 몰드에서는 전사 시에 광을 조사할 목적으로, 박막 패턴을 마스크로 하여 투광성 기판에 단차 패턴을 제작하는 경우가 있다. 이 경우에도, 투광성 기판의 패턴 치수, 정밀도는 박막 패턴의 치수, 정밀도에 직접 영향을 받는다.
예를 들면 크롬을 함유하는 박막을 에칭하는 수단으로서는, 질산 제2 암모늄 세륨을 이용한 웨트 에칭, 혹은 염소계와 산소의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭이 통상 이용되고 있다.
종래, 크롬막의 에칭 폭이나 깊이의 불균일성을 개선하기 위한, 다단의 에칭을 이용하여 복수의 층으로 이루어지는 박막 패턴을 형성하는 방법(예를 들면, 특허 문헌 1 : 일본 특표 2005-530338호 공보 참조)이나, 레지스트의 박막화를 가능하게 하기 위한, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 비교적 얇은 막의 패턴을 형성하고, 또한 형성한 박막 패턴을 마스크로 하여 제2 층 이후의 박막 패턴을 형성하는 방법(예를 들면, 특허 문헌 2 : 일본 특개 2006-78825호 공보 참조) 등이 알려져 있다.
한편, 하드디스크 등에서 이용되는 자기 디스크에서는, 자기 헤드 폭을 극소화하고, 정보가 기록되는 데이터 트랙간을 좁혀 고밀도화를 도모한다고 하는 방법이 종래부터 이용되어 오고 있었다. 그러나, 종래 방법에서는 고밀도화에 한계가 있어, 인접 트랙간의 자기적 영향이나 열 변동 감소를 무시할 수 없게 되고 있다. 최근, 자기 디스크의 데이터 트랙을 자기적으로 분리하여 형성하는 디스크리트 트랙형 미디어(Discrete Track Recording Medium; 이하, DTR 미디어라고 함)라고 하는, 새로운 타입의 미디어가 제안되어 있다.
DTR 미디어란, 기록에 불필요한 부분의 자성 재료를 제거(홈 가공)하여 신호 품질을 개선하고자 하는 것이다. 또한, 홈 가공한 후에, 그 홈을 비자성 재료로 충전하여, 자기 디스크 드라이브에 요구되는 옹스트롬 레벨의 표면 평탄성을 실현 한 것이다. 그리고, 이 미세한 폭의 홈 가공을 행하는 방법의 하나로서 임프린트 기술이 이용되고 있다.
또한，DTR 미디어를 더욱 고밀도화하여 발전시킨, 패턴드 미디어(신호를 도프 패턴으로서 기록하는 미디어)라고 하는 새로운 타입의 미디어도 제창되고 있고,이 패턴드 미디어의 패턴 형성에서도 임프린트 기술이 유망시되고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특표 2005-530338호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개 2006-78825호 공보
반도체 회로의 집적도가 향상됨에 따라서, 패턴의 치수는 보다 한층 더한 미세화가 요구되고 있으며, 자기 디스크에서도, DTR 미디어나 패턴드 미디어에 이용하는 임프린트용 몰드(스탬퍼)에서는, 패턴의 치수에 대한 미세화의 요구는 강하다. 패턴의 치수가 미세화된 경우, 웨트 에칭, 드라이 에칭 중 어느 쪽의 에칭 방법을 이용하여도 예를 들면 크롬 패턴의 에칭에는 문제가 생기는 것이 알려져 있다. 상기 질산 제2 암모늄 세륨을 이용한 웨트 에칭에서는, 레지스트의 후퇴나 소실 등의 문제가 거의 발생하지 않는 이점이 있는 한편, 크롬 패턴의 단면 형상이 수직으로 되지 않는, 레지스트 패턴에 대하여 크롬막이 패턴 단면 가로 방향으로 에칭되는 에칭 바이어스의 발생 등의 문제가 있다.
한편, 염소계와 산소의 혼합 가스를 이용한 드라이 에칭에서는, 웨트 에칭과 비교하여 수직한 크롬 패턴의 단면 형상이 얻어지지만, 레지스트의 후퇴나 소실 등의 문제가 발생한다. 또한, 웨트 에칭과 마찬가지로, 크롬막이 패턴 단면 가로 방향으로 에칭되는 에칭 바이어스의 발생 등의 문제가 있다.
특히 문제로 되는 것은 어느 에칭 방법에서도, 에칭 가공 폭에 의해 불균일한 에칭 바이어스와 에칭 깊이가 얻어지는 것이다. 예를 들면 에칭 부분이 100㎚ 이하의 가는 폭과 1㎛ 이상의 굵은 폭을 동시에 갖고 있으면, 가는 폭의 부분이 상대적으로 좁아지고, 또한 에칭 깊이가 얕아지는 현상이 생기는 것이 알려져 있다. 에칭 가공 폭에 의해 에칭 바이어스가 상이하면, 노광 시에 미리 선폭을 조정하는 데이터 바이어스라고 하는 보정이 곤란하다. 이 문제는 웨트 에칭을 행한 경우에, 보다 현저하게 생긴다.
또한, 산소를 함유하는 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에서는, 레지스트 두께 방향뿐만 아니라 레지스트 단면 가로 방향으로도 에칭이 진행되기 때문에, 크롬막을 드라이 에칭하는 동안에 레지스트의 폭이 변화하고, 결과적으로 크롬 패턴의 폭도 에칭 전의 레지스트 폭에 대하여 변화한다. 또한 크롬 패턴 자신도 서서히 단면 가로 방향으로 에칭되기 때문에, 크롬 패턴의 폭은 바람직한 치수보다 가늘어지고, 폭이 가는 패턴 자체가 소실되게 되는 경우도 생긴다.
또한, 패턴의 치수가 미세화된 경우에는, 크롬막의 에칭 바이어스의 문제 외에, 레지스트 막 두께에도 제약이 생겨, 레지스트의 막 두께가 대략 패턴 폭의 3배 이상으로 되면, 레지스트 노광 시의 해상성 저하나 레지스트 패턴 형성 후의 패턴 도괴 등의 문제가 발생한다. 산소를 함유하는 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 크롬 패턴을 형성하는 경우에는, 레지스트가 에칭에 의해 서서히 소실되기 때문에, 레지스트막 두께를 얇게 하면, 크롬 패턴 형성 완료 전에 레지스트가 소실되어, 에칭을 행해서는 안되는 크롬 부분도 에칭되게 된다. 산소를 함유하는 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭에서는 크롬의 두께와 동일한 정도 이상의 레지스트가 소비되고, 또한 에칭 깊이의 불균일성을 없애기 위해서 2배 이상의 추가 에칭이 행해지며, 그 동안에도 레지스트의 막 두께는 감소한다. 따라서, 드라이 에칭에서 레지스트가 소실되지 않는 크롬막의 두께는 레지스트 막 두께의 1/3 정도로 한정된다. 예를 들면 30㎚의 폭을 갖는 레지스트 패턴을 형성하는 경우, 패턴이 도괴되지 않는 레지스트 막 두께는 90㎚ 이하이고, 에칭 후에 레지스트가 소실되지 않는 크롬막의 두께는 약 30㎚ 이하로, 패턴 폭과 동일한 정도 이하로 한정된다.
그런데, 포토마스크에서는, 박막(차광막) 패턴의 두께가 감소하면 충분한 차광 성능이 얻어지지 않는다. 예를 들면 ArF 엑시머 레이저의 파장인 193㎚에서 광학 농도 3 이상(투과율 0.1％ 이하)을 얻자고 하는 경우, 예를 들면 크롬으로 이루어지는 패턴의 두께는 적어도 45㎚ 이상 필요하다. 패턴의 두께만을 고려한 패턴 치수의 한계는 45㎚이지만, 전술한 바와 같이 크롬 패턴 형성 시에는 레지스트 및 크롬 패턴의 후퇴가 발생하기 때문에, 정밀도 좋게 제작할 수 있는 패턴 치수의 한계는 45㎚보다 커진다.
실제의 포토마스크에서는, 반사 방지막의 존재, 레지스트의 후퇴, 패턴 단면가로 방향으로의 에칭 진행, 선폭에 의한 에칭 깊이의 불균일성, 마스크 전체면에서의 균일성 등의 제약에 의해, 노광 파장 193㎚에서 광학 농도 3 이상으로 되는 두께 45㎚의 크롬막을 정밀도 좋게 제작할 수 있는 패턴 치수의 한계는 대략 패턴 치수의 2배 정도이다. 따라서, 종래 기술에 의해 패턴의 미세화를 달성하기에는 한계가 있다.
또한, 크롬막의 에칭 폭이나 깊이의 불균일성을 해결하는 방법으로서, 상기특허 문헌 1에 개시된 바와 같은, 다단의 에칭을 이용하여 복수의 층으로 이루어지는 박막 패턴을 형성하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는 에칭 스토퍼에 의해 에칭 깊이의 불균일성은 개선되지만, 에칭 폭의 불균일성을 초래하는 레지스트 폭의 후퇴를 방지하는 방법이나, 미세 패턴을 형성하는 데 있어서 필요한 레지스트의 박막화를 가능하게 하는 방법 등에 대한 개시는 없어, 미세 패턴을 실현하는 데 있어서의 종래 기술의 문제를 충분히 해결하는 것에는 이르고 있지 않다.
또한, 드라이 에칭 시의 레지스트 폭의 변화에 의한 패턴 폭에의 영향을 경감하고, 레지스트의 박막화를 가능하게 하는 방법으로서는, 상기 특허 문헌 2에 개시된 바와 같은, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 비교적 얇은 막의 패턴을 형성하고, 또한 형성한 박막 패턴을 마스크로 하여 제2 층 이후의 박막 패턴을 형성하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 박막을 에칭할 때에 이용하는 에칭 가스에, 산소 함유의 염소계 가스를 이용하고 있지만, 드라이 에칭 중에 레지스트 패턴이 후퇴하기 때문에, 양호한 패턴 정밀도가 얻어지지 않는다고 하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 첫째, 임프린트용 몰드(스탬퍼)의 제조에서 미세 패턴을 높은 패턴 정밀도로 형성할 수 있는 마스크 블랭크를 제공하는 것이고, 둘째, 이 마스크 블랭크를 이용하여 고정밀도의 미세 패턴이 형성된 임프린트용 몰드의 제조 방법을 제공하는 것이다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
(구성 1)
투광성 기판 상에 패턴을 형성하기 위한 박막을 갖는 마스크 블랭크에 있어서, 상기 마스크 블랭크는, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 상기 박막 및 상기 기판을 에칭 가공하는 임프린트용 몰드의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 마스크 블랭크이고, 상기 박막은, 적어도 상층과 하층의 적층막으로 이루어지고, 상기 상층은, 크롬(Cr)과 질소를 함유하는 재료로 형성되고, 상기 하층은, 탄탈(Ta)을 주성분으로 하는 화합물,또는, 하프늄(Hf)과 지르코늄(Zr) 중 적어도 한쪽의 원소 또는 그 화합물을 함유하고, 또한, 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공이 가능한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크이다.
(구성 2)
상기 박막의 상층의 막 두께가, 1.5㎚∼3㎚인 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 마스크 블랭크이다.
(구성 3)
상기 박막의 하층의 막 두께가, 3㎚∼10㎚인 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 2에 기재된 마스크 블랭크이다.
(구성 4)
상기 박막 상에 형성하는 레지스트막의 막 두께가, 100㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 구성 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크이다.
(구성 5)
구성 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 마스크 블랭크에서의 상기 박막의 상층 및 하층을, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공하여 상기 박막의 패턴을 형성하고, 이어서 그 박막 패턴을 마스크로 하여, 상기 기판을, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공하는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법이다.
본 발명에 따르면, 임프린트용 몰드의 제조에서 미세 패턴을 높은 패턴 정밀도로 형성할 수 있는 마스크 블랭크를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이 마스크 블랭크를 이용하여 고정밀도의 미세 패턴이 형성된 임프린트용 몰드의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 임프린트용 몰드 제조용 마스크 블랭크의 단면 개략도.
도 2의 (a)∼(e)는 본 발명의 실시 형태 1에 따른 임프린트용 몰드의 제조 공정을 설명하기 위한 단면 개략도.
여기서, 상기 구성 1 및 상기 구성 5에 대하여 보충 설명한다.
본 발명의 마스크 블랭크는, 구성 1에 있는 바와 같이, 투광성 기판 상에 패턴을 형성하기 위한 박막을 갖는 마스크 블랭크로서, 그 마스크 블랭크는, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 상기 박막 및 상기 기판을 에칭 가공하는 임프린트용 몰드의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 마스크 블랭크이고, 상기 박막은, 적어도 상층과 하층의 적층막으로 이루어지고, 상기 상층은, 크롬(Cr)과 질소를 함유하는 재료로 형성되고, 상기 하층은, 탄탈(Ta)을 주성분으로 하는 화합물, 또는, 하프늄(Hf)과 지르코늄(Zr) 중 적어도 한쪽의 원소 또는 그 화합물을 함유하고, 또한, 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공이 가능한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마스크 블랭크에 의하면, 임프린트용 몰드 등의 제조에서 미세 패턴을 높은 패턴 정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 마스크 블랭크를 이용하여 상기 차광성 패턴을 고정밀도의 미세 패턴으로 할 수 있기 때문에, 이 차광성 패턴을 마스크로 하여 에칭에 의해 형성되는 투광성 기판의 패턴에 대해서도 고정밀도의 미세 패턴을 형성할 수 있다.
여기서, 투광성 기판으로서는, 석영 기판 등의 글래스 기판이 일반적이다. 글래스 기판은, 평탄도 및 평활도가 우수하기 때문에, 포토마스크를 사용하여 반도체 기판 상에의 패턴 전사를 행하는 경우, 전사 패턴의 왜곡 등이 생기지 않아 고정밀도의 패턴 전사를 행할 수 있다.
본 발명의 마스크 블랭크는, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해, 적어도 상기 박막을 패터닝하는 임프린트용 몰드 등의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 마스크 블랭크이다.
미세한 패턴, 예를 들면 하프 피치 32㎚ 미만의 패턴을 정밀도 좋게 형성하기 위해서는, 레지스트를 박막화하는, 레지스트 패턴 단면 가로 방향의 에칭 진행(레지스트의 후퇴)을 억제하고, 박막 패턴 단면 가로 방향의 에칭 진행(에칭의 등방성)을 억제한다고 하는 과제가 있지만, 박막 패턴을 웨트 에칭으로 형성한 경우에는, 박막 패턴 단면 가로 방향의 에칭 진행이 본질적으로 발생하기 때문에, 미세 패턴의 형성에는 본 발명과 같이 드라이 에칭이 바람직하다.
드라이 에칭으로 박막 패턴을 형성하는 경우에, 레지스트를 박막화하기 위해서는, 레지스트의 에칭 속도를 작게 하고, 레지스트 패턴을 마스크로 하여 패터닝하는 박막의 에칭 시간을 단축하는 등의 방법이 있다.
임프린트용 몰드의 드라이 에칭 가공에서는，에칭 가스로서, 종래는 염소와 산소의 혼합 가스가 일반적으로 이용되고 있지만, 본 발명의 마스크 블랭크는, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭 처리용의 마스크 블랭크이다. 특히 산소를 실질적으로 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭에서는, 레지스트 패턴 단면 가로 방향으로의 에칭 진행이 산소를 함유하는 염소계 가스 에칭과 비교하여 작아, 레지스트의 치수 변화를 억제할 수 있기 때문에, 본 발명에서는, 마스크 블랭크에서의 상기 박막의 상층 및 하층의 드라이 에칭으로는, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 염소계 가스에 의한 드라이 에칭이 가장 바람직하다. 또한, 산소를 실질적으로 함유하지 않는다고 하는 것은, 산소를 전혀 함유하지 않는 경우 외에，에칭 장치 내에서 발생하는 산소를 함유하는 경우라도 그 함유량이 5％ 이하인 것을 말하는 것으로 한다.
또한, 박막의 에칭 시간을 단축하기 위해서는, 패턴을 형성하는 박막의 드라이 에칭 속도를 크게 하는 방법과, 패턴을 형성하는 박막의 두께를 작게 하는 방법이 있다. 특히 노광용 마스크에서는 노광 파장에서의 차광성을 확보하는 관점에서 박막은 일정 이상의 막 두께가 필요로 되기 때문에, 박막의 두께를 작게 하는 데에는 한계가 있다. 따라서, 드라이 에칭 속도가 큰 재료를 박막(패턴 형성층)으로서 선택할 필요가 있다. 본 발명의 마스크 블랭크에서는, 상기 박막은, 적어도 상층과 하층의 적층막으로 이루어지고, 상기 상층은, 크롬(Cr)과 질소를 함유하는 재료로 형성되어 있지만, 성막 후의 대기 방치, 레지스트 도포 공정에서의 베이크 처리에 의해, 상기 상층은 산화되기 때문에, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 예를 들면 염소계 가스 에칭에서 큰 드라이 에칭 속도가 얻어지고, 게다가 노광용 마스크 제작 공정에서의 암모니아수나 과산화수소-황산 등을 이용한 세정에 대하여 충분한 내성을 갖는다. 또한, 상기 박막의 하층에서도, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 예를 들면 염소계 가스 에칭에서 큰 드라이 에칭 속도가 얻어지고, 전술한 세정에 대하여 충분한 내성을 갖는 재료로 형성되는 것이 바람직하고, 이와 같은 재료로서는, 탄탈(Ta)을 주성분으로 하는 화합물을 함유하고, 또한, 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공이 가능한 재료를 들 수 있지만, 본 발명에서는, 예를 들면 TaHf, TaZr, TaHfZr 등의 Ta 화합물이 바람직하다. 또한, 이들 Ta화합물을 베이스 재료로 하여, 예를 들면 B, Ge, Nb, Si, C, N 등의 부재료를 가한 재료를 선택할 수도 있다. 또한, 이들 Ta 화합물로 이루어지는 하층은, 마스크 제조 시의 전자선 묘화 시에 차지 업을 방지하기 위해서 필요한 도전성을 갖게 할 수 있고, 또한 얼라인먼트 시의 콘트라스트를 크게 취할 수 있다. 또한, 상기 하층의 재료로서, 하프늄(Hf)과 지르코늄(Zr) 중 적어도 한쪽의 원소 또는 그 화합물(예를 들면 HfZr 등)을 선택할 수도 있고, 또한 이들 재료를 베이스 재료로 하여, 예를 들면 B, Ge, Nb, Si, C, N 등의 부재료를 가한 재료를 선택할 수도 있다.
상기 박막 중, 크롬(Cr)과 질소를 함유하는 재료로 형성되는 상층은, 성막 후의 대기 방치, 레지스트 도포 공정에서의 베이크 처리에 의해, 바람직하게는 전체적으로 산화되어, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 예를 들면 염소계 가스 에칭에서 양호한 드라이 에칭 속도가 얻어지도록, 막 두께를 최적화하는 것이 바람직하다. 또한, 그 상층은, 주로 차광성을 갖게 하고, 또한 산소를 실질적으로 함유하지 않는 예를 들면 염소계 가스 에칭에서 예를 들면 하프 피치 32㎚ 미만의 미세한 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하는 데에 필요한 막 두께로 되도록 막 두께를 최적화하는 것이 바람직하다.
이와 같은 관점에서, 본 발명에서는, 상층의 막 두께가, 1.5∼3㎚의 범위인 것이 바람직하다. 이러한 상층(예를 들면 CrN)의 막 두께가, 1.5㎚ 미만이면, 성막 후의 대기 방치에 의해, 상층이 산화될 뿐만 아니라, 하층 표면에 산화층이 형성되고, 또한 레지스트 도포 공정에서의 베이크 처리에 의해, 하층의 표면 산화가 진행된다. 이 산화층은, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 예를 들면 염소계 가스 에칭에 의한 에칭 속도를 크게 감소시켜, 에칭 진행을 방해하므로 바람직하지 않다. 한편, 상층의 막 두께가, 3㎚보다도 두꺼워지면, 성막 후의 대기 방치에 의한 산화가 전체적으로까지 진행되지 않아, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 예를 들면 염소계 가스 에칭이 진행되기 어려운 CrN층의 영역이 남기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 상기 박막 중, 예를 들면 Ta를 주성분으로 하는 화합물을 함유하고, 또한, 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공이 가능한 재료로 형성되는 하층은, 주로 도전성을 갖게 하는 관점에서, 본 발명에서는, 막 두께가, 3∼10㎚의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 박막 패턴 단면 가로 방향의 에칭을 억제하기 위해서는, 드라이 에칭의 진행에 이온의 충격이 필요한 재료를 선택하는 방법과, 패턴 측벽에 퇴적물이 생기도록 하는 에칭 가스를 첨가하는 방법이 있다. 산소를 실질적으로 함유하지 않는 예를 들면 염소계 가스 에칭에서는 레지스트의 에칭 속도가 작기 때문에, 박막 패턴 측벽의 에칭을 억제하는 퇴적성 가스(예를 들면 탄소, 실리콘 중 적어도 한쪽과, 염소 혹은 불소를 함유하는 가스)를 이용하면, 추가 에칭(오버 에칭) 시나 레지스트의 표면적에 따라서는, 패턴 표면 및 측벽에 제거할 수 없는 이물이 퇴적하는 경우가 있다. 그 때문에, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 가스 에칭에서는 퇴적성의 가스를 첨가하지 않는 쪽이 바람직하다.
기판 상에 패턴을 형성하기 위한 상기 박막을 형성하는 방법은, 특별히 제약 할 필요는 없지만, 그 중에서도 스퍼터링 성막법을 바람직하게 들 수 있다. 스퍼터링 성막법에 의하면, 균일하고 막 두께가 일정한 막을 형성할 수 있으므로 바람직하다. 스퍼터링 성막법에 의해 상기 박막의 하층으로서 예를 들면 TaHf막을 성막 하는 경우, 스퍼터 타깃으로서 TaHf 합금으로 이루어지는 타깃을 이용하고, 챔버 내에 도입하는 스퍼터 가스는, 아르곤 가스나 헬륨 가스, 크세논 가스 등의 불활성 가스를 이용한다. 또한, 스퍼터링 성막법에 의해 상기 박막의 상층으로서 크롬 질화막을 성막하는 경우, 스퍼터 타깃으로서 크롬(Cr) 타깃을 이용하고, 챔버 내에 도입하는 스퍼터 가스는, 아르곤 가스나 헬륨 가스 등의 불활성 가스에 질소를 혼합한 것을 이용한다.
또한, 본 발명의 마스크 블랭크는, 후술하는 실시 형태에 있는 바와 같이, 상기 박막 위에, 레지스트막을 형성한 형태이어도 무방하다.
본 발명은, 구성 5에 있는 바와 같이, 본 발명의 마스크 블랭크에서의 상기 박막의 상층 및 하층을, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공하고, 이어서 상기 기판을, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공하는 임프린트용 몰드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서는, 예를 들면 임프린트용 몰드의 제작에서는, 마스크 블랭크 상의 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 박막의 상층 및 하층을, 산소를 실질적으로 함유하지 않는 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공하여 박막의 패턴을 형성하고, 이어서 그 박막 패턴을 마스크로 하여, 상기 기판을, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공하기 때문에, 마스크 블랭크 상에 형성되는 레지스트 패턴을 마스크로 한 드라이 에칭의 대상물이 상기 박막만으로 되고, 게다가 그 박막의 상층 및 하층의 막 두께를 미세 패턴 형성의 관점에서 최적화할 수 있기 때문에, 레지스트막의 막 두께를 종래보다 얇게 하여도, 레지스트의 막 두께 부족이 생기지 않아, 미세 패턴의 형성이 가능하게 된다.
본 발명에서는, 예를 들면 하프 피치 32㎚ 미만의 미세 패턴을 형성하는 관점에서는, 상기 박막 상에 형성하는 레지스트막의 막 두께를, 100㎚ 이하로 하는 것이 가능하고, 특히 40∼80㎚의 범위로 하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
본 실시 형태 1은, 반도체 장치의 제조 공정에서 사용되는 임프린트용 몰드이다. 도 1은 본 실시 형태 1에 따른 몰드 제조용의 마스크 블랭크, 도 2는 임프린트용 몰드의 제조 공정을 설명하기 위한 단면 개략도이다.
본 실시 형태 1에 사용하는 마스크 블랭크(50)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 투광성 기판(51) 상에, 도전성막(하층)(52)과 차광성막(상층)(53)의 적층막, 및 레지스트막(54)을 순서대로 갖는 구조의 것이다. 이 마스크 블랭크(50)는, 이하와 같이 하여 제작된다.
투광성 기판(51)으로서 합성 석영 기판(크기 152㎜×152㎜×두께 6.35㎜)을 스퍼터링 장치에 도입하고, 탄탈(Ta)과 하프늄(Hf)의 합금(탄탈:하프늄=80:20 원자비)으로 이루어지는 타깃을 아르곤 가스로 스퍼터링하여, 7㎚의 두께의 탄탈-하프늄 합금으로 이루어지는 도전성막(52)을 성막한 후, 대기 방치는 행하지 않고, 크롬 타깃을 아르곤과 질소의 혼합 가스로 스퍼터링하여, 질화 크롬(크롬:질소=35:65 원자비)의 박막(차광성막)(53)을 2.5㎚의 두께로 성막하였다. 이렇게 하여 탄탈-하프늄 합금막과 질화 크롬막의 적층막을 형성한 석영 기판 상에, 전자선 묘화용의 레지스트막(니혼제온사제 ZEP520A)(54)을 50㎚의 두께로 도포하여, 본 실시 형태 1에 사용하는 마스크 블랭크(50)를 얻었다.
다음으로, 전자선 묘화기를 이용하여, 상기 마스크 블랭크(50)의 레지스트막(54)에 하프 피치 20㎚의 라인 앤드 스페이스 패턴을 묘화한 후, 레지스트막(54)을 현상하여 레지스트 패턴(54a)을 형성하여, 몰드 제작용 블랭크를 얻었다.
다음으로, 레지스트 패턴(54a)을 형성한 몰드 제작용 블랭크를, 드라이 에칭 장치에 도입하고, 산소를 함유하지 않는 염소 가스 에칭을 행함으로써, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 탄탈-하프늄 합금막(도전성막(52))과 질화 크롬막(차광성막(53))의 적층막으로 이루어지는 패턴(55)을 형성하였다. 이 때의 에칭 종점은, 반사 광학식의 종점 검출기를 이용함으로써 판별하였다.
계속해서, 동일한 드라이 에칭 장치 내에서, 불소계(CHF3) 가스를 이용한 드라이 에칭을 행함으로써, 상기 적층막의 패턴(55)을 마스크로 하여 석영 기판(51)을 에칭 가공하여, 도 2의 (b)에 도시한 석영 패턴(56)을 형성하였다. 이 때, 석영 패턴(56)의 깊이가 70㎚로 되도록 에칭 시간을 조정하였다. 여기서 패턴의 단면 형상을 확인하기 위해서, 상기와 마찬가지로 제작한 평가용의 블랭크를 파단하고, 주사형 전자 현미경에 의한 패턴 단면의 관찰을 행한 바, 레지스트 패턴이 소실되어 질화 크롬의 표면이 노출되어 있었다. 질화 크롬의 막 두께는 에칭 전의 2.5㎚에 대하여, 약 1㎚로 감소하였지만, 석영 패턴(56)의 폭이, 상기 탄탈-하프늄 합금막과 질화 크롬막의 적층막으로 이루어지는 패턴(55)의 폭과 거의 동일한 것, 및 석영 패턴(56)의 깊이가 균일한 것을 확인하였다.
다음으로, 상기 석영 패턴(56)을 형성한 몰드 제작용 블랭크 상에 포토레지스트(도쿄오우카사제 iP3500)를 460㎚의 두께로 도포하고, 자외광에 의한 노광과 현상을 행하여, 도 2의 (c)에 도시한 대좌 구조용의 레지스트 패턴(57)을 형성하였다.
다음으로, 상기 레지스트 패턴(57)을 형성한 몰드 제작용 블랭크에 대하여, 불화수소산과 불화암모늄의 혼합액(HF 농도 4.6wt％, NH4F 농도 36.4wt％)에 의해 웨트 에칭을 행하고, 또한 소정의 산세정에 의해 레지스트를 제거함으로써, 도 2의 (d)에 도시한 바와 같이 깊이가 예를 들면 15㎛ 정도의 대좌 구조(58)를 제작하였다. 또한 염소 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 상기 적층막 패턴(55)을 제거하여, 도 2의 (e)에 도시한 구조의 임프린트용 몰드를 얻었다.
얻어진 임프린트용 몰드는, 상기 적층막 패턴(55)의 단면 형상이 수직 형상으로 되어 양호하고, 또한 적층막 패턴(55)의 패턴 정밀도도 양호하였기 때문에, 석영 패턴(56)에 대해서도 치수, 정밀도가 양호한 패턴이 얻어졌다.
또한, 상기 도전성막(52)으로서, 상기 탄탈-하프늄 합금 대신에, 예를 들면 탄탈-지르코늄 합금을 이용하여도 된다.
다음으로, 본 발명을 DTR 미디어의 자성 재료를 홈 가공으로 제거하는 프로세스나, 패턴드 미디어의 자성 패턴 가공 프로세스에서 사용하는 임프린트 몰드(스탬퍼)에 적용하는 경우에서의 실시의 최량의 형태를 도 1 및 도 2의 일부를 원용하면서 구체적으로 설명한다.
이 실시 형태 2에서의 임프린트 몰드에서는, 이것에 사용하는 마스크 블랭크로서는, 투광성 기판(51)에 직경 150㎜, 두께 6.35㎜의 원판 형상의 합성 석영 기판을 적용한 것 이외는 도 1에 도시한 실시 형태 1에서 사용한 것과 동일한 구조의 마스크 블랭크(50)를 사용한다.
이하, 2.5inch의 DTR 미디어의 홈 가공 프로세스에서 사용하는 임프린트 몰드의 제작 수순에 대하여 설명한다. 도 1의 마스크 블랭크(50) 레지스트막(54)에, 외경 65㎜, 내경 20㎜의 동심원으로 둘러싸여진 에리어를 홈 패턴 형성 에리어로 하고, 외경 65㎜의 원의 외측 에리어, 및 내경 20㎜의 원의 내측 에리어에서의 레지스트막(54)을 전자선 묘화기로 전체면 노광하였다. 다음으로, 홈 패턴 형성 에리어 내에, 라인 폭 40㎚, 스페이스 폭 80㎚의 홈 패턴을 전자선 묘화기로 노광하였다. 다음으로 노광한 레지스트막(54)을 현상 처리 및 린스 세정하여, 홈 패턴을 갖는 레지스트 패턴(54a)을 형성하였다. 또한, 여기서 제작하는 임프린트 몰드에는, DTR 미디어 상의 레지스트막에 직접 전사하는 전사 프로세스에서 사용하는 타입이며, 최종적으로 DTR 미디어 상에 형성되는 자성 기록면의 패턴은, 자성층 폭이 80㎚, 홈 폭(홈에 비자성체로 매립하는 경우에는 비자성층 폭)이 40㎚인 피치가 120㎚인 트랙이 형성되게 된다.
다음으로, 레지스트 패턴(54a)을 형성한 몰드 제작용 블랭크를, 드라이 에칭 장치에 도입하고, 산소를 함유하지 않는 염소 가스 에칭을 행함으로써, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 탄탈-하프늄 합금막(도전성막(52))과 질화 크롬막(차광성 막(53))의 적층막으로 이루어지는 패턴(55)을 형성하였다. 이 때의 에칭 종점은, 반사 광학식의 종점 검출기를 이용함으로써 판별하였다.
계속해서, 동일한 드라이 에칭 장치 내에서, 불소계(CHF3) 가스를 이용한 드라이 에칭을 행함으로써, 상기 적층막의 패턴(55)을 마스크로 하여 석영 기판(51)을 에칭 가공하여, 도 2의 (b)에 도시한 석영 패턴(56)을 형성하였다. 이 때, 석영 패턴(56)의 깊이가 100㎚로 되도록 에칭 시간을 조정하였다. 여기서 패턴의 단면 형상을 확인하기 위해서, 상기와 마찬가지로 제작한 평가용의 블랭크를 파단하고, 주사형 전자 현미경에 의한 패턴 단면의 관찰을 행한 바, 레지스트 패턴이 소실되어 질화 크롬의 표면이 노출되어 있었다. 질화 크롬의 막 두께는 에칭 전의 2.5㎚에 대하여, 약 1㎚로 감소하였지만, 석영 패턴(56)의 폭이, 상기 탄탈-하프늄 합금막과 질화 크롬막의 적층막으로 이루어지는 패턴(55)의 폭과 거의 동일한 것, 및 석영 패턴(56)의 깊이가 균일한 것을 확인하였다.
다음으로, 상기 석영 패턴(56)을 형성한 몰드 제작용 블랭크 상에 포토레지스트(도쿄오우카사제 iP3500)를 460㎚의 두께로 도포하고, 외경 65㎜의 원의 외측 에리어에 대하여 자외광에 의한 노광과 현상을 행하여, 도 2의 (c)에 도시한 대좌 구조용의 레지스트 패턴(57)을 형성하였다.
다음으로, 상기 레지스트 패턴(57)을 형성한 몰드 제작용 블랭크에 대하여, 불화수소산과 불화암모늄의 혼합액(HF 농도 4.6wt％, NH4F 농도 36.4wt％)에 의해 웨트 에칭을 행하고, 또한 소정의 산세정에 의해 레지스트를 제거함으로써, 도 2의 (d)에 도시한 바와 같이 깊이가 예를 들면 15㎛ 정도인 대좌 구조(58)를 제작하였다. 또한 염소 가스를 이용한 드라이 에칭에 의해 상기 적층막 패턴(55)을 제거하여, 도 2의 (e)에 도시한 구조의 DTR 미디어의 홈 가공 프로세스에서 사용하는 임프린트용 몰드를 얻었다.
얻어진 임프린트용 몰드는, 상기 적층막 패턴(55)의 단면 형상이 수직 형상으로 되어 양호하고, 또한 적층막 패턴(55)의 패턴 정밀도도 양호하였기 때문에, 석영 패턴(56)에 대해서도 치수, 정밀도가 양호한 패턴이 얻어졌다. 또한，이 임프린트용 몰드를, DTR 미디어 제조 시의 홈 가공 프로세스에서 적용한 바, 홈 가공된 DTR 미디어는 모두 높은 정밀도로 홈이 전사되어 있어, 매우 양호하였다.
또한, 마찬가지의 제작 프로세스에서, 트랙 피치 83㎚의 DTR 미디어를 제작 하기 위한 임프린트용 몰드(몰드의 라인 폭 : 25㎚, 홈 폭 : 58㎚), 트랙 피치 33㎚의 DTR 미디어를 제작하기 위한 임프린트용 몰드(몰드의 라인 폭 : 23㎚, 홈 폭 : 10㎚)를 제작한 바, 치수, 정밀도 모두 양호한 패턴이었다. 또한，이 임프린트용 몰드를, 패턴드 미디어 제조 시의 패턴 가공 프로세스에서 적용한 바, 홈 가공된 DTR 미디어는 모두 높은 정밀도로 홈이 전사되어 있어, 매우 양호하였다.
또한, 마찬가지의 제작 프로세스에서, 트랙 피치 25㎚의 패턴드 미디어를 제작하기 위한 임프린트용 몰드(몰드의 라인 폭 : 18㎚, 홈 폭 : 7㎚), 트랙 피치 33㎚의 패턴드 미디어를 제작하기 위한 임프린트용 몰드(몰드의 라인 폭 : 20㎚, 홈 폭 : 6㎚)를 제작한 바, 치수, 정밀도 모두 양호한 패턴이었다. 또한，이 임프린트용 몰드를, 패턴드 미디어 제조 시의 패턴 가공 프로세스에서 적용한 바, 홈 가공된 DTR 미디어는 모두 높은 정밀도로 홈이 전사되어 있어, 매우 양호하였다.
50 : 마스크 블랭크
51 : 기판
52 : 도전성막
53 : 차광성막
54 : 레지스트막
55 : 적층막 패턴

Claims (5)

  1. 투광성 기판 상에 패턴을 형성하기 위한 박막을 갖는 마스크 블랭크에 있어서,
    상기 마스크 블랭크는, 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 상기 박막 및 상기 기판을 에칭 가공하는 임프린트용 몰드의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 마스크 블랭크이고,
    상기 박막은, 적어도 상층과 하층의 적층막으로 이루어지고, 상기 상층은, 크롬(Cr)과 질소를 함유하는 재료로 형성되고, 상기 하층은, 탄탈(Ta)을 포함하는 화합물, 또는, 하프늄(Hf)과 지르코늄(Zr)의 적어도 한쪽의 원소 또는 그 화합물을 함유하고, 또한, 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공이 가능한 재료로 형성되어 있고,
    상기 박막의 상층의 막 두께가, 1.5㎚∼3㎚인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  2. 투광성 기판 상에 패턴을 형성하기 위한 박막을 갖는 마스크 블랭크에 있어서,
    상기 마스크 블랭크는, 에칭 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 상기 박막 및 상기 기판을 에칭 가공하는 임프린트용 몰드의 제작 방법에 대응하는 드라이 에칭 처리용의 마스크 블랭크이고,
    상기 박막은, 적어도 상층과 하층의 적층막으로 이루어지고, 상기 상층은, 크롬(Cr)과 질소를 함유하는 재료로 형성되고, 상기 하층은, 탄탈(Ta)을 포함하는 화합물, 또는, 하프늄(Hf)과 지르코늄(Zr)의 적어도 한쪽의 원소 또는 그 화합물을 함유하고, 또한, 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공이 가능한 재료로 형성되어 있고,
    상기 박막의 하층의 막 두께가, 3㎚∼10㎚인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 박막 상에 형성하는 레지스트막의 막 두께가, 100㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 마스크 블랭크.
  4. 임프린트용 몰드의 제조 방법으로서,
    제1항 또는 제2항의 마스크 블랭크에서의 상기 박막의 상층 및 하층을, 염소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공하여 상기 박막의 패턴을 형성하고, 이어서 그 박막 패턴을 마스크로 하여 상기 기판을, 불소계 가스를 이용한 드라이 에칭 처리에 의해 에칭 가공하는 것을 특징으로 하는 임프린트용 몰드의 제조 방법.
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