KR100839721B1 - 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법 및 마스크 블랭크제조 방법 - Google Patents
마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법 및 마스크 블랭크제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법은 유리 기판 표면의 볼록/오목 형상을 측정하는 단계, 상기 형상 측정 단계에서 얻어진 측정 결과를 참조로 상기 유리 기판 표면에 존재하는 볼록부의 볼록도를 특정하고, 상기 볼록도에 따른 가공 조건으로 상기 볼록부에 국소 가공을 가함으로써 상기 유리 기판 표면의 평탄도를 소정의 기준치 이하의 값으로 제어하는 단계, 및 상기 평탄도 제어 단계 후, 상기 유리 기판 표면과 연마 공구 표면이 직접 접촉하지 않고 그 사이에 개재되는 가공액의 작용으로 상기 국소 가공이 가해진 상기 유리 기판 표면을 연마하는 단계를 포함한다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 마스크 블랭크용 유리 기판의 제조 공정을 설명하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제조 공정에 사용된 연마 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제조 공정에 사용된 부상 연마 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 부상 연마 장치의 특징부의 단면도이다.
도 5는 EEM 장치의 개략적인 단면도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 유리 기판을 사용하는 극초단 자외선 (EUV) 반사형 마스크 블랭크의 단면도이다.
도 6b는 본 발명에 따른 유리 기판을 사용하는 EUV 반사형 마스크의 단면도이다.
도 7은 반사형 마스크를 사용한 패턴 전사 방법을 설명하는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 연마 장치 20 : 부상 연마 장치
30 : EEM 장치 100 : EUV 반사형 마스크 블랭크
100a : EUV 반사형 마스크 101 : 유리 기판
102 : 다층 반사막 103 : 버퍼층
104 : 흡수체층
본 발명은 선행 일본 출원 JP 2003-90682에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 여기에 참조로 포함된다.
본 발명은 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법 및 마스크 블랭크 제조 방법에 관한 것으로, 특히 F2 엑시머 레이저(불소: 157㎚의 파장을 가짐), EUV 광(극자외선: 13㎚의 파장을 가짐) 등의 초단파장 범위의 빛을 노광 광원으로서 이용하는 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법 및 이러한 종류의 마스크 블랭크 제조 방법에 관한 것이다.
근년, ULSI 디바이스의 고밀도화 및 고정밀화 등의 개선에 따라, 마스크 블랭크용 유리 기판이 보다 미세한 구조의 기판 표면을 지닐 것이 요구되고 있다. 기판 표면의 보다 미세한 구조에 대한 이러한 경향은 매년 가속화되고 있다. 특히, 단파장의 노광 광원이 사용되기 때문에 기판 표면의 형상(profile) 정밀도(평탄도) 및 품질(결함 크기)에 대한 요구가 엄격해지고 있다. 이에 따라, 마스크 블랭크용 유리 기판은 극도로 양호한 평탄도를 가져야 하며 미세 결함이 없어야 한다.
예를 들어, F2 엑시머 레이저가 노광 광원으로서 사용되는 경우에 유리 기판에는 0.25㎛ 이하의 평탄도 및 0.07㎛ 이하의 결함 크기가 요구된다. EUV 광이 노광 광원으로서 사용되는 경우에 유리 기판에는 0.05㎛ 이하의 평탄도 및 0.05㎛ 이하의 결함 크기가 요구된다.
마스크 블랭크용 유리 기판의 제조시 표면 조도(粗度)를 감소시키기 위한 정밀 연마 방법이 이미 제안되어 있다(예를 들어 일본 특허 출원 공보(JP-A) 64-40267호(참조 1) 참조).
참조 1에 개시된 정밀 연마 방법은 산화세륨을 주원료로 하는 연마제를 사용하여 기판 표면을 연마한 후 콜로이드 실리카를 사용하여 기판 표면을 마무리 연마하는 단계를 포함한다. 상술한 방법에 의해 유리 기판이 연마되는 경우에는, 다수의 유리 기판을 수용하여 유리 기판들의 양면을 동시에 연마할 수 있는 배치(batch)식 양면 연마 장치가 일반적으로 사용된다.
상술한 정밀 연마 방법에서 연마 입자들의 평균 입자 크기를 작게 함으로써 원하는 평탄도를 달성하는 것이 이론적으로 가능하다. 그러나 실제로는 유리 기판을 지지하는 캐리어, 유리 기판을 클램프하는 표면 테이블, 캐리어를 이동시키는 유성 기어 기구 등을 포함하는 연마 장치의 각종 부품들의 기계적인 정밀도의 영향하에, 안정되게 얻어지는 유리 기판의 평탄도는 0.5㎛ 정도로 한정된다.
상기의 관점에서, 최근에는 플라스마 에칭이나 가스 클러스터 이온 빔을 이 용한 국소 가공에 의해 유리 기판을 고르게 또는 평평하게 하는 평탄화 방법이 제안되었다(예를 들어, 일본 특허 출원 공보(JP-A) 2002-316835호(참조 2) 및 일본 특허 출원 공보(JP-A) H08-293483호(참조 3) 참조).
참조 2 및 3에 개시된 평탄화 방법은 유리 기판의 표면 형상(볼록 및 오목, 피크 및 밸리)을 측정하고, 볼록부의 볼록도에 따른 가공 조건(플라스마 에칭량이나 가스 클러스터 이온 빔량 등)으로 볼록부에 국소 가공을 가하여 유리 기판의 표면을 평탄화하는 단계를 포함한다.
플라스마 에칭 또는 가스 클러스터 이온 빔을 이용한 국소 가공에 의해 유리 기판 표면의 평탄도가 조정되는 경우, 국소 가공 후 유리 기판 상에 거칠거칠한 표면 또는 흠이나 가공 변질층(손상층)과 같은 표면 결함이 형성된다. 이 때문에, 국소 가공 후 거칠거칠한 표면을 개선하거나 표면 결함을 제거하기 위해 유리 기판 표면을 연마할 필요가 있다.
그러나, 국소 가공 후의 연마에서 연마 패드 등의 연마 공구면이 유리 기판 표면에 직접 접촉하면, 유리 기판 표면의 평탄도가 악화될 수도 있다. 따라서, 연마 시간이 극히 짧은 시간으로 제한된다. 이는 거칠거칠한 표면을 충분히 손질하고 표면 결함을 충분히 제거하는 것을 불가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 국소 가공이 가해진 유리 기판 표면을 국소 가공에 의한 거칠거칠한 표면을 손질하고 국소 가공에 의한 표면 결함을 제거하기 위해 연마하는 연마 단계를 포함하고, 연마 단계에서 유리 기판의 거칠거칠한 표면을 개선하고 유리 기판 표면의 표면 결함을 제거함으로써, 유리 기판 표면의 평탄도를 유지하면서 평탄도가 높고 표면 결함이 없는 유리 기판을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 유리 기판을 사용하여 마스크 블랭크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법이 제공되며, 이 방법은:
마스크 블랭크용 유리 기판 표면의 볼록/오목 형상을 측정하는 형상 측정 단계;
상기 형상 측정 단계에서 얻어진 측정 결과를 참조로 상기 유리 기판 표면에 존재하는 볼록부의 볼록도를 특정하고, 상기 볼록도에 따른 가공 조건으로 상기 볼록부에 국소 가공을 가함으로써 상기 유리 기판 표면의 평탄도를 소정의 기준치 이하의 값으로 제어하는 평탄도 제어 단계; 및
상기 평탄도 제어 단계 후, 상기 유리 기판 표면과 연마 공구 표면이 직접 접촉하지 않고 그 사이에 개재되는 가공액의 작용으로 상기 국소 가공이 가해진 상기 유리 기판 표면을 연마하는 비접촉 연마 단계를 포함한다.
상술한 방법에서, 국소 가공이 가해진 유리 기판 표면을 국소 가공에 의한 거칠거칠한 표면을 손질하고 국소 가공에 의한 표면 결함을 제거할 목적으로 연마하는 연마 단계에서, 유리 기판 표면과 연마 공구 표면이 직접 접촉하지 않고 그 사이에 개재되는 가공액의 작용으로 유리 기판 표면이 비접촉 연마된다. 따라서, 유리 기판 표면의 평탄도를 유지하면서 유리 기판의 거칠거칠한 표면을 개선하고 유리 기판 표면의 표면 결함을 제거할 수 있다.
구체적으로, 비접촉 연마 단계는 부상(浮上) 연마, EEM(Elastic Emission Machining) 또는 하이드로플레인 연마에 의해 실행될 수 있다.
본 발명에 의한 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법에서, 비접촉 연마는 부상 연마에 의해 실행된다.
상술한 방법에서는 유리 기판을 부상시키면서 유리 기판 표면에 가공액을 접촉시킴으로써, 또는 유리 기판을 부상시키면서 유리 기판 표면에 미세 분말 입자들을 충돌시킴으로써 유리 기판 표면이 미소한 힘으로 연마된다. 따라서, 유리 기판 표면의 평탄도를 유지하면서 국소 가공에 의한 거칠거칠한 표면을 초미세한 표면 조도로 손질할 수 있는 것은 물론, 극미세한 표면 결함(미세 표면 결함)도 제거할 수 있다.
본 발명에 의한 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법에서, 가공액은 물, 산성 수용액, 알칼리성 수용액으로부터 선택된 수용액, 및 상기 수용액과 콜로이드 실리카, 산화세륨, 산화지르코늄, 산화알루미늄으로부터 선택된 적어도 한 종류의 미세 분말 입자들의 혼합물로 이루어진다.
상술한 방법에서 유리 기판 표면에 작용하는 연마력이 극소화되어 연마에 의한 평탄도의 악화를 확실히 피한다. 알칼리성 수용액을 함유하는 가공액이 사용되면, 연마 속도를 향상시키는 것뿐만 아니라, 유리 기판 표면에 잠재하는 흠 등의 결함을 노출시킨다.
본 발명에 의한 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법에서, 국소 가공은 플라스마 에칭 또는 가스 클러스터 이온 빔에 의해 실행된다.
상술한 방법에서는 유리 기판 표면의 볼록부의 볼록도에 따라 이온 빔의 이동 속도나 플라스마 발생 챔버 또는 하우징의 이동 속도를 제어함으로써, 유리 기판 표면의 볼록부에 적절히 국소 가공을 가하여 평탄도를 소정 기준치 이하의 값으로 제어할 수 있다.
혹은, 유리 기판 표면의 볼록부의 볼록도에 따라 이온 빔 강도 또는 플라스마 강도가 제어될 수도 있다.
본 발명에 따른 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법에서, 상기 기준치는 0.25㎛ 이하이다.
상술한 방법에서는 평탄도의 기준치를 0.25㎛로 하여 국소 가공을 가함으로써, 0.25㎛ 이하의 평탄도를 요구하는 F2 엑시머 레이저 노광 마스크 블랭크용 유리 기판이 얻어질 수 있다.
평탄도의 기준치를 0.05㎛로 하여 국소 가공을 가함으로써, 0.05㎛ 이하의 평탄도를 요구하는 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판이 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 마스크 블랭크 제조 방법은 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법에 의해 얻어진 유리 기판을 준비하고, 상기 유리 기판 상에 피전사 패턴으로서 박막을 형성하는 단계를 포함한다.
상술한 방법에서는 원하는 평탄도를 갖고 표면 결함이 없는 고품질의 F2 엑시머 레이저 노광 마스크 블랭크나 EUV 마스크 블랭크가 얻어진다.
본 발명에 따른 전사 마스크 제조 방법은 상술한 방법에 의해 얻어진 마스크 블랭크를 준비하고, 상기 마스크 블랭크의 박막을 패턴화하여 상기 유리 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 반도체 소자 제조 방법은 상술한 방법에 의해 얻어진 전사 마스크를 준비하고, 리소그래피에 의해 반도체 기판 상에 상기 전사 마스크의 박막 패턴을 전사하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에 관해 도면을 참조하여 설명한다.
[마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법]
우선, 본 발명에 따른 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 공정은 표면이 정밀 연마된 유리 기판을 준비하는 준비 단계(P-1), 유리 기판 표면의 볼록/오목 형상을 측정하는 형상 측정 단계(P-2), 국소 가공에 의해 유리 기판 표면의 평탄도를 제어하는 평탄도 제어 단계(P-3), 및 유리 기판 표면을 비접촉 방식으로 연마하는 비접촉 연마 단계(P-4)를 포함한다.
<준비 단계(P-1)>
준비 단계(P-1)에서는 후술하는 연마 장치를 사용하여 한쪽 면 또는 양면이 정밀 연마된 유리 기판을 준비한다.
유리 기판은 특별히 한정되는 것이 아니라 마스크 블랭크용으로 적당히 사용 되는 기판이면 된다. 예를 들어, 석영 유리, 소다 석회 유리, 알루미노 규산염 유리, 붕규산 유리, 무알칼리 유리 등이 사용될 수 있다.
F2 엑시머 레이저 노광 마스크 블랭크용 유리 기판의 경우에는 노광의 흡수를 가급적 억제하기 위해 불소가 도핑된 석영 유리가 사용될 수 있다.
EUV 마스크 블랭크용 유리 기판의 경우에는 노광시의 열에 의한 피전사 패턴의 왜곡을 억제하기 위해 0 ±1.0 ×10-7/℃의 범위 내, 바람직하게는 0 ±0.3 ×10-7/℃의 범위 내의 낮은 열 팽창 계수를 갖는 유리 재료가 사용된다.
EUV 마스크 블랭크에서는 유리 기판 상에 다수의 막이 형성된다. 따라서, 막 응력에 의한 변형을 억제할 수 있는 높은 강성의 유리 재료가 사용된다. 특히, 65GPa 이상의 높은 영률을 갖는 유리 재료가 바람직하다. 예를 들어, SiO2-TiO2 유리, 석영 유리 등의 비결정 유리나 β-석영 고체 용액이 증착된 결정화 유리가 사용된다.
도 2를 참조하면, 연마 장치(10)는 하부 표면 테이블(11), 상부 표면 테이블(12), 태양 기어(13), 내부 기어(14), 캐리어(15) 및 연마제 공급 부재(16)로 이루어진 유성 기어 시스템의 연마부를 구비한다. 연마부는 캐리어(15)에 유리 기판을 지지시키고, 연마 패드(11a, 12a)가 각각 부착된 하부 및 상부 표면 테이블(11, 12) 사이에 유리 기판을 클램프하고, 하부 및 상부 표면 테이블(11, 12) 사이의 영역에 연마제를 공급하여 캐리어(15)를 자전 및 공전시킴으로써 유리 기판의 양면을 연마한다. 이하, 연마부의 구조에 대해 상세히 설명한다.
하부 및 상부 표면 테이블(11, 12) 각각은 고리형 수평 표면을 갖는 원반 부재이다. 하부 및 상부 표면 테이블(11, 12)은 연마 패드(11a, 12a)가 부착된 대향면을 갖고 있다. 하부 및 상부 표면 테이블(11, 12)은 수직축(A)(연마부의 중심을 통과하는 수직축)을 중심으로 회전 가능하게 지지되며, 각 표면 테이블 회전 구동부(도시 생략)와 각각 연계된다. 하부 및 상부 표면 테이블(11, 12)은 각 표면 테이블 회전 구동부에 의해 구동되어 회전된다.
상부 표면 테이블(12)은 수직축(A)을 따라 상하 이동 가능하게 지지된다. 상부 표면 테이블(12)은 상부 표면 테이블 상하 구동부(도시 생략)에 의해 구동되어 상하 이동된다.
태양 기어(13)는 연마부의 중앙에 회전 가능하게 배치된다. 태양 기어(13)는 태양 기어 회전 구동부(도시 생략)에 의해 수직축(A)을 중심으로 회전된다.
내부 기어(14)는 내주 측에 치열을 가진 고리형 기어이며, 태양 기어(13) 바깥쪽에 동심원형으로 배치된다. 도 2에 도시한 내부 기어(14)는 회전 불가능하게 고정된다. 혹은, 내부 기어(14)는 수직축(A)을 중심으로 회전 가능할 수도 있다.
캐리어(유성 기어)(15)는 외주 측에 치열을 가진 박판형 원반 부재이며, 유리 기판을 지지하기 위한 하나 또는 다수의 워크 지지 구멍들이 형성되어 있다.
연마부는 일반적으로 다수의 캐리어(15)를 구비한다. 이들 캐리어(15)는 태양 기어(13) 및 내부 기어(14)에 맞물려 태양 기어(13)(및/또는 내부 기어(14))의 회전에 따라 태양 기어(13) 주위를 자전 및 공전한다.
상부 및 하부 표면 테이블(12, 11) 각각은 내부 기어(14)의 내경보다 작은 외경을 갖는다. 실제 연마 영역은 태양 기어(13)와 내부 기어(14) 사이의, 그리고 상부 및 하부 표면 테이블(12, 11) 사이의 도넛형 영역이다.
연마제 공급 부재(16)는 연마제를 저장하는 연마제 저장부(16a) 및 연마제 저장부(16a)에 저장된 연마제를 상부 및 하부 표면 테이블(12, 11) 사이의 연마 영역에 공급하는 다수의 튜브(16b)를 구비한다.
연마제는 액체에 분산된 미세한 연마 입자들로 이루어진다. 예를 들어 연마 입자들은 탄화규소, 산화알루미늄, 산화세륨, 산화지르코늄, 이산화망간, 콜로이드 실리카 등이다. 연마 입자들은 유리 기판의 재료 및 표면 조도에 따라 적절히 선택된다. 연마 입자들은 물, 산성 용액이나 알칼리성 용액 등의 액체에 분산되어 연마제로서 사용된다.
준비 단계(P-1)는 적어도 유리 기판의 양면을 래핑(lapping)하는 래핑 단계 및 래핑 후 유리 기판의 양면을 정밀 연마하는 정밀 연마 단계를 포함한다. 이와 같이 단계적인 연마가 실행된다.
예를 들어, 래핑 단계는 비교적 연마 입자들이 큰 산화세륨을 분산시켜 얻어지는 연마제를 사용하여 실행되는 한편, 정밀 연마 단계는 비교적 연마 입자들이 작은 콜로이드 실리카를 분산시켜 얻어지는 연마제를 사용하여 실행된다.
<형상 측정 단계(P-2)>
형상 측정 단계(P-2)는 전 단계(P-1)에서 준비된 유리 기판 표면의 볼록/오목 형상(평탄도)을 측정하는 단계이다.
볼록/오목 형상은 측정 정밀도 면에서 광학 간섭을 이용한 평탄도 측정 장치 또는 표면 조도계로 측정되는 것이 바람직하다. 평탄도 측정 장치는 반사광으로서 반사되는 간섭성 빛을 유리 기판 표면에 조사하고, 유리 기판 표면의 높이 차에 대응하는 반사광의 위상 차를 검출함으로써 측정을 실행한다.
예를 들어, 평탄도는 유리 기판 표면의 측정면으로부터 최소 제곱법으로 산출된 가상 절대 평면(초점면)에 대한 측정면의 최대값과 최소값의 차로서 정의된다.
볼록/오목 형상의 측정 결과는 컴퓨터 등의 기록 매체에 저장된다. 그 후, 측정 결과는 미리 선택된 소정의 기준치(원하는 평탄도)와 비교된다. 측정 결과와 기준치의 차는 예를 들어 컴퓨터의 연산부에 의해 계산된다. 이 차는 유리 기판 표면의 소정 영역마다 계산된다. 소정 영역은 국소 가공에서의 가공 영역과 일치하도록 결정된다. 이에 따라, 각 소정 영역에서의 차는 국소 가공에서 각 가공 영역에 대해 제거되어야 하는 필요 제거량에 상당한다.
상술한 연산은 형상 측정 단계(P-2) 또는 평탄도 제어 단계(P-3)에서 실행될 수 있다.
<평탄도 제어 단계(P-3)>
평탄도 제어 단계(P-3)는 형상 측정 단계(P-2)에서 얻어진 측정 결과를 참조로 유리 기판 표면에 존재하는 볼록부의 볼록도를 특정하고, 이 볼록도에 따른 가공 조건으로 볼록부에 국소 가공을 가함으로써 유리 기판 표면의 평탄도를 소정의 기준치 이하의 값으로 제어하는 단계이다.
국소 가공은 유리 기판 표면의 소정 영역마다 선택된 가공 조건으로 실행된 다. 가공 조건은 평탄도 측정 장치에 의해 측정된 유리 기판 표면의 볼록/오목 형상 및 소정의 평탄도 기준치와의 차(국소 가공의 필요 제거량)를 참조로 결정된다.
가공 조건의 파라미터는 가공 장치에 따라 다르다. 좌우간, 파라미터들은 볼록부의 볼록도가 커짐에 따라 더 많은 양이 제거되도록 결정된다. 예를 들어, 국소 가공이 이온 빔 또는 플라스마 에칭에 의해 실행되는 경우, 볼록도가 커짐에 따라 이온 빔의 이동 속도나 플라스마 발생 챔버의 이동 속도가 더 느려지도록 제어된다. 혹은, 이온 빔 강도나 플라스마 강도가 제어될 수도 있다.
평탄도 제어 공정(P-3)에서 이용되는 국소 가공 방법으로는, 상술한 이온 빔 가공 및 플라스마 에칭 외에도 MRF(MagnetoRheological Finishing), CMP(Chemical-Mechanical Polishing) 등의 여러 가지 다른 방법들이 사용될 수도 있다.
MRF에서는 자성 유체에 함유된 연마 입자들을 피가공물(유리 기판)에 고속으로 접촉시키고, 연마 입자들과 피가공물과의 접촉 부분의 체류 시간을 제어함으로써 피가공물이 국소적으로 연마된다.
CMP는 작은 직경의 연마 패드 및 연마제(콜로이드 실리카 등의 연마 입자들을 함유)를 사용하고 작은 직경의 연마 패드와 피가공물(유리 기판)과의 접촉 부분의 체류 시간을 제어함으로써 피가공물 표면의 볼록부를 연마하는 단계를 포함한다.
상술한 국소 가공 방법들 중에서 이온 빔, 플라스마 에칭 또는 CMP에 의한 국소 가공은 유리 기판 표면에 거칠거칠한 표면이나 가공 변질층을 남긴다. 따라서, 비접촉 연마(후술하는)가 특히 효과적이다.
이하, 평탄도 제어 단계(P-3)에 특히 적합한 플라스마 에칭 및 이온 빔에 의한 국소 가공에 대해 설명한다.
플라스마 에칭에 의한 국소 가공 방법은 제거될 표면 부분 위쪽에 플라스마 발생 챔버를 배치하고 에칭 가스를 흐르게 함으로써 제거될 부분을 에칭하는 단계를 포함한다. 에칭 가스를 흐르게 함으로써 플라스마에서 발생된 중성 라디칼 종이 유리 기판 표면에 등방적으로 충돌하여 상술한 부분이 제거된다. 한편, 플라스마 발생 챔버가 위치하지 않는 나머지 부분은 플라스마가 발생하지 않기 때문에 에칭 가스의 충돌에 의해 에칭되지 않는다.
플라스마 발생 챔버가 유리 기판 상으로 이동할 때, 유리 기판 표면의 필요 제거량에 따라 플라스마 발생 챔버의 이동 속도나 플라스마 강도를 제어함으로써 제거량이 조절된다.
플라스마 발생 챔버는 한 쌍의 전극에 의해 유리 기판이 클램프되는 구조를 가질 수도 있다. 고주파에 의해 기판과 전극들 사이에 플라스마가 발생되고 에칭 가스가 공급됨으로써 라디칼 종이 발생된다. 혹은, 플라스마 발생 챔버는 에칭 가스가 흐르는 도파관으로 구성될 수도 있다. 마이크로파의 발진에 의해 플라스마가 발생되어 라디칼 종의 스트림을 발생시키고, 이 라디칼 종의 스트림은 유리 기판 표면에 충돌한다.
에칭 가스는 유리 기판의 재료에 따라 적절히 선택된다. 예를 들어, 할로겐 화합물의 가스 또는 할로겐 화합물을 함유한 혼합 가스가 사용된다. 보다 구체적으로는, 테트라플루오로메탄, 트리플루오로메탄, 헥사플루오로에탄, 옥타플루오로프로판, 데카플루오로부탄, 수소 플루오라이드, 황 헥사플루오라이드, 질소 트리플루오라이드, 사염화탄소, 규소 테트라플루오라이드, 트리플루오로클로로메탄, 삼염화붕소가 사용될 수도 있다.
이온 빔에 의한 국소 가공 방법(가스 클러스터 이온 빔 조사)은 상온 및 상압(실온 및 대기압)에서 기체 상태인 산화물, 질화물, 탄화물, 희가스 등의 물질 또는 이들의 혼합 가스(상술한 물질들을 적정 비율로 혼합한 혼합 가스인 물질) 등을 준비하고, 이러한 물질의 가스 클러스터를 형성하여, 전자 조사에 의해 가스 클러스터를 이온화함으로써 가스 클러스터 이온 빔을 형성하고, 필요에 따라 제어될 수 있는 조사 영역에서 고체 표면(유리 기판 표면)에 가스 클러스터 이온 빔을 조사하는 단계들을 포함한다.
일반적으로, 클러스터는 수백 개의 원자 또는 분자 집단으로 구성된다. 가속 전압이 10㎸이더라도, 원자 또는 분자 당 수십 eV 이하의 에너지를 갖는 초저속 이온 빔으로서 조사된다. 따라서, 손상을 극도로 적게 하여 유리 기판 표면이 가공된다.
유리 기판 표면이 가스 클러스터 이온 빔에 의해 조사될 때, 클러스터 이온들을 형성하는 분자들 또는 원자들은 유리 기판 표면의 원자들과 다단계로 충돌하여 측방향 또는 횡방향 운동 성분을 갖는 반사 분자들 또는 원자들을 생성한다. 그 결과, 유리 기판 표면의 볼록부에 선택적인 스퍼터링이 발생하여 유리 기판 표면을 평탄하게 한다. 이러한 평탄화 현상은 유리 기판 표면에 집중된 에너지에 의해 표면이나 입자들에 존재하는 결합력이 약한 원자들을 우선적으로 스퍼터링하는 효과로부터 얻어진다.
가스 클러스터 그 자체의 생성은 이미 공지되어 있다. 즉, 가압 상태의 기체를 팽창 노즐을 통해 진공 장치에 분출시킴으로써 가스 클러스터가 생성될 수 있다. 이와 같이 생성된 가스 클러스터는 전자들의 조사에 의해 이온화될 수 있다.
여기서, 기체 상태의 물질은 CO2, CO, N2O, NOx, CxHyOz 등의 산화물, O2, N2 및 Ar, He 등의 희가스일 수 있다.
마스크 블랭크용 유리 기판에 요구되는 평탄도는 마스크 블랭크에 사용되는 노광 광원의 파장에 따라 결정된다. 요구되는 평탄도에 따라, 평탄도 제어 단계(P-3)에서 평탄도를 제어하기 위한 기준치가 결정된다.
예를 들어, F2 엑시머 레이저 노광 마스크 블랭크용 유리 기판의 경우, 평탄도 제어를 위한 기준치는 0.25㎛ 이하이다. EUV 마스크 블랭크용 유리 기판의 경우에 평탄도 제어를 위한 기준치는 0.5㎛ 이하이다. 기준치를 이용하여 국소 가공이 실행된다.
<비접촉 연마 단계(P-4)>
비접촉 연마 단계(P-4)는 평탄도 제어 단계(P-3)에서 국소 가공이 가해진 유리 기판 표면을 유리 기판 표면과 연마 공구 표면이 직접 접촉하지 않고 그 사이에 개재되는 가공액의 작용으로 연마하는 단계이다.
이 단계에서 이용되는 비접촉 연마 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 부상 연마, EEM, 하이드로플레인 연마 등이 이용될 수 있다.
비접촉 연마에 사용되는 가공액에 함유된 미세 분말 입자들로서, 유리 기판의 표면 조도를 감소시키기 위해 평균 입자 크기가 작은 연마 입자들이 선택된다. 평균 입자 크기는 수십 나노미터 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 수 나노미터 이하이다. 평균 입자 크기가 작은 연마 입자들로는, 산화세륨, 실리카(SiO2), 콜로이드 실리카, 산화지르코늄, 이산화망간, 산화알루미늄 등이 사용될 수 있다. 그중에서도 유리 기판이 사용되는 경우, 표면 평탄성 면에서 콜로이드 실리카가 바람직하다.
비접촉 연마에서는 물, 산성 수용액, 알칼리성 수용액으로부터 선택된 수용액을 가공액으로 할 수도 있다. 혹은, 상기 수용액과 상술한 미세 분말 입자들의 혼합물을 가공액으로 할 수도 있다.
물이 사용되는 경우에는 순수한 물 및 초순수한 물이 바람직하다.
산성 수용액으로는 황산, 염산, 플루오르화수소산 및 플루오르화규소산이 사용될 수 있다. 비접촉 연마에 사용되는 가공액에 산성 수용액이 함유되면 연마 속도가 향상된다. 그러나, 산의 종류에 좌우되는 경우나 산성 수용액의 농도가 높은 경우에는 유리 기판이 거칠어질 수도 있다. 따라서, 유리 기판이 거칠어지지 않도록 산의 종류 및 농도가 적당히 선택된다.
알칼리성 수용액으로는 수산화칼륨이나 수산화나트륨 등의 수용액이 사용될 수 있다. 비접촉 연마에 사용되는 가공액에 알칼리성 수용액이 함유되면 연마 속도가 향상된다. 또한, 유리 기판 표면에 잠재적인 극미세 결함(크랙, 흠 등)이 존 재하는 경우, 이러한 잠재적인 극미세 결함이 드러난다. 따라서, 이어서 실행되는 검사 단계에서 극미세 결함을 확실히 검출할 수 있다. 알칼리성 수용액은 가공액에 함유된 연마 입자들이 용해되지 않는 범위로 조정된다. 가공액이 9∼12의 pH를 갖도록 알칼리성 수용액을 조정하는 것이 바람직하다.
이하, 부상 연마, EEM 및 하이드로플레인 연마에 의한 각각의 가공 원리에 대해 설명한다.
부상 연마에 사용되는 연마판은 가공액을 유도하는 다수의 홈이 제공되며 동압력 또는 운동압력이 발생되도록 하는 형상을 갖는 면을 갖고 있다. 가공액으로는 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 평균 입자 크기를 가지며 용매(순수한 물 또는 알칼리성 수용액 등)에 현탁시킨 미세 분말 입자들을 사용한다. 가공액에서 연마판 축(주축)과 피가공물(유리 기판)의 회전축이 소정 거리에서 서로 편심된 상태로 연마판 및 피가공물이 동시에 동일 방향으로 회전된다.
이 때, 피가공물이 상하로 자유롭게 부상하고 전달되는 회전 토크만을 받을 수 있게 된다. 동압력 효과에 의하면, 피가공물과 연마판 사이에 작은 간극이 형성되고 피가공물이 부상한다. 간극을 통과하는 미세 분말 입자들이 피가공물의 가공면에 충돌하여 극소 파괴가 반복된다. 이와 같이 피가공물의 가공이 진행된다. 상술한 원리로 인해, 피가공물은 초미세한 표면 조도로 가공될 수 있다. 또한, 가공 자체가 작은 힘으로 실행되므로 가공면은 가공 변질층 없이 마무리된다.
피가공물이 유리 기판인 경우, 미세 분말 입자들로는 CeO2(초고 순도) 또는 콜로이드 실리카가 사용될 수 있다.
EEM은 0.1㎛ 이하의 미세 분말 입자들이 피가공물에 거의 무하중 상태로 접촉하는 비접촉 연마 방법이다. 미세 분말 입자들과 피가공물 사이의 경계면에 발생하는 상호 작용(일종의 화학 결합)에 의해, 피가공물 표면 원자가 원자 단위로 제거된다. 상술한 가공 원리에 의하면, 가공 특성은 미세 분말 입자들과 피가공물 사이의 친화력에 크게 의존한다. 피가공물을 효율적으로 가공하기 위해, 피가공물의 재료에 따라 미세 분말 입자들이 적절하게 선택된다. 예를 들어, 피가공물이 유리 기판인 경우, 미세 분말 입자들로서 산화지르코늄, 산화알루미늄, 콜로이드 실리카가 사용될 수 있다. 가공 속도를 향상시키기 위해, 피가공물을 침식시키는 용매에 미세 분말 입자들을 현탁시켜 가공액을 얻고, 이것이 피가공물에 접촉된다.
하이드로플레인 연마에서는 원뿔형 외주를 갖는 원반형 플레이트에 연마 패드와 대향하여 피가공물이 고정된다. 피가공물과 연마 패드면이 100㎛ 정도 떨어지도록 원반형 플레이트의 외주가 3개의 롤러에 의해 지지된다. 연마 패드와 피가공물 사이에 연마제 층이 형성되어 그 사이의 공간이 연마제로 채워지면, 피가공물 및 원반형 플레이트가 연마 패드의 회전에 따라 가공이 진행된다.
다음에, 부상 연마 장치 및 EEM 장치에 관해 설명한다.
도 3을 참조하면, 부상 연마 장치(20)는 회전 테이블(21), 회전 테이블(21) 상에 배치되며 가공액을 저장하는 원통형 가공 탱크(22), 회전 테이블(21)의 회전축인 주축(23), 주축(23)에 대해 소정 거리 편심되도록 회전 테이블(21) 상에 배치된 연마판(24), 연마판(24)과 동심인 워크 홀더축(25), 연마판(24)에 대향하며 워 크 홀더축(25)을 중심으로 회전 가능한 워크 홀더(26), 및 가공 탱크(22)에 미세 분말 입자들을 함유하는 가공액을 공급하는 가공액 공급 부재(27)를 구비한다.
회전 테이블(21)은 고강성 및 가공액에 대한 내성을 가질 필요가 있다. 따라서, 회전 테이블(21)은 상술한 특성들을 갖는 재료로 만들어진다. 스테인레스 강철이 사용되는 것이 바람직하다. 또한, 회전 테이블(21)은 높은 회전 정밀도 및 높은 진동 흡수성을 필요로 한다. 따라서, 회전 테이블(21)은 유체 정역학적 오일 베어링 등의 고성능 베어링으로 지지되는 것이 바람직하다.
회전 테이블(21)에는 가공액 공급 부재(27)로부터 공급된 가공액을 배출하는 배출구(도시 생략)가 설치된다. 배출구 앞에는 부상 연마에 의해 생성된 가공 편들을 회수하는 회수 기구(도시 생략)가 배치된다. 가공중에 배출구는 개방된 상태를 유지한다. 가공액 공급 부재(27)로부터 공급된 가공액의 양을 제어함으로써, 가공 탱크(22) 내의 가공액의 액체 수준이 유지된다.
회전 테이블(21)은 회전 구동 부재(도시 생략)의 구동에 의해 주축(23)을 중심으로 수십 rpm 내지 수백 rpm의 회전 속도로 회전된다.
워크 홀더(26)는 회전 구동 부재(도시 생략)의 구동에 의해 워크 홀더축(25)을 중심으로 수십 rpm 내지 수백 rpm의 회전 속도로 회전된다. 워크 홀더(26)는 떠오르거나 가라앉도록 지지되고 전달되는 회전 구동 토크만을 받는다. 따라서, 워크 홀더(26)는 가공중에 뜨거나 가라앉는 것이 허용된다. 워크 홀더(26)는 회전 테이블(21)과 동일한 회전 방향으로 회전된다.
피가공물은 흠 등의 손상을 받지 않는 방법으로 지지된다. 예를 들어, 진공 흡입이나 접착제에 의해 피가공물이 워크 홀더(26)에 고정된다.
연마판(24)은 회전 테이블(21)의 주축(23)을 중심으로 도넛 형상을 갖고 적어도 피가공물의 크기보다 큰 폭을 갖는다. 피가공물이 워크 홀더축(25)을 중심으로 연마판(24) 상에서 회전하기 때문에, 연마판(24)의 폭은 피가공물이 정사각형인 경우에는 피가공물의 대각선 방향의 길이보다 크고 피가공물이 직사각형인 경우에는 피가공물의 긴 대각선 방향의 길이보다 크다.
도 4를 참조하면, 연마판(24)은 평탄하지 않거나 볼록/오목 형상의 상면을 갖는다. 다수의 볼록부(24a) 사이에는 가공액을 유도하는 다수의 홈(24b)이 형성된다. 각각의 볼록부(24a)는 피가공물에 대해 동압력을 발생시키기 위해 끝이 점점 가늘어지는 형상으로 형성된 상부를 갖는다. 끝이 점점 가늘어지는 형상의 경사각으로 피가공물의 부상력(부상 거리)이 제어된다. 끝이 점점 가늘어지는 형상의 경사각은 피가공물의 부상 거리가 수 미크론이 되도록 피가공물의 크기 등에 따라 1°내지 20°범위 내로 적절히 조정된다. 여기서, 부상 거리는 연마판(24)의 볼록부(24a)와 피가공물과의 거리, 즉 가공액이 개재되는 간극이다. 홈(24b)의 폭, 깊이 및 피치는 가공액의 유도를 제어한다. 홈(24b)은 1 내지 5㎜에서 적절히 선택된 폭, 1 내지 10㎜에서 적절히 선택된 깊이, 0.5 내지 30㎜에서 적절히 선택된 피치를 갖는다.
연마판(24)은 가공액에 대한 내성을 갖는 재료로 만들어진다. 예를 들어, 스테인레스 강철, 주석, 세라믹이 사용될 수 있다.
가공액의 액온에 따라, 연마판(24), 회전 테이블(21), 워크 홀더(26) 및 피 가공물이 열 변형되어 가공 정밀도에 영향을 준다. 따라서, 가공액은 정밀하게 온도 제어된다.
예를 들어, 가공액은 순수한 물이나 초순수한 물, 알칼리나 산 등의 용매, 또는 이 용매에 미세 분말 입자를 함유시킨 혼합물로 이루어진다. 미세 분말 입자들의 농도는 0.1-40 wt%의 범위 이내이다.
가공액 공급 부재(27)는 배출구로부터 배출된 가공액에 함유된 가공 편들이 먼지 수집기에 의해 제거된 후, 다시 가공 탱크(22) 내에 공급되는 방식으로 가공액을 순환시킬 수도 있다. 혹은, 가공액 공급 부재(27)는 배출구로부터 배출된 가공액에 상당하는 분량으로 새로운 가공액을 가공 탱크(22) 내에 공급할 수도 있다. 부상 연마에서 연마판(24)과 피가공물 사이에 개재된 가공액 층의 두께가 중요한 인자이다. 따라서, 가공 탱크(22) 내에서 가공액의 양을 엄밀히 제어하기 위해 가공액 공급 부재(27)로부터 공급되는 가공액의 양이 매우 정밀하게 제어된다.
도 5를 참조하면, EEM 장치(30)는 가공액을 저장하는 가공 탱크(31), 가공 탱크(31) 내에 피가공물을 보유하는 피가공물 보유 부재(32), 피가공물 표면으로 연장하는 회전축(33), 가공액(미세 분말 입자들)이 피가공물 표면의 특정 영역에 대해 우선적으로 접촉하도록 회전축(33)을 중심으로 회전 가능한 회전 부재(34), 회전 부재(34)를 피가공물에 대해 상하, 좌우로 이동시키는 이동 부재(35), 및 미세 분말 입자들을 함유하는 가공액을 가공 탱크(31) 내에 공급하는 가공액 공급 부재(36)를 구비한다.
가공 탱크(31)는 가공액에 대한 내성을 갖는 재료로 만들어진다. 가공 탱크(31)에는 가공액 공급 부재(36)로부터 공급된 가공액을 배출하는 배출구(31a)가 설치된다. 배출구(31a) 앞에는 EEM에 의해 생성된 가공 편들을 회수하는 회수 기구(도시 생략)가 배치된다. 가공중에 배출구(31a)는 개방된 상태를 유지한다. 가공액 공급 부재(36)로부터 공급된 가공액의 양을 제어함으로써, 가공 탱크(31) 내의 가공액의 액체 수준이 유지된다.
피가공물은 흠 등의 손상을 받지 않는 방법으로 지지된다.
회전 부재(34)의 형상은 피가공물 표면에서 가공액과 우선적으로 접촉(반응)되는 영역에 따라 적절하게 선택된다. 가공액이 비교적 좁은 영역과 우선적으로 접촉하는 경우, 회전 부재(34)는 구형 또는 선형이다. 가공액이 비교적 넓은 영역과 우선적으로 접촉하는 경우에 회전 부재(34)는 원통형이다.
회전 부재(34)는 가공액에 대한 내성을 갖고 낮은 탄성을 갖는 재료로 만들어진다. 회전 부재(34)가 높은 탄성(비교적 유연한)을 가지면, 회전중에 변형이 일어날 수도 있고 형상이 불안정해져 가공 정밀도가 악화될 수도 있다. 예를 들어, 회전 부재(34)는 폴리우레탄, 유리, 세라믹 등으로 만들어질 수 있다.
[마스크 블랭크 제조 방법]
다음에, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 블랭크 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 마스크 블랭크 제조 방법은 상술한 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법에 의해 얻어진 유리 기판을 준비하고, 유리 기판 상에 피전사 패턴으로서 박막을 형성하는 단계를 포함한다.
마스크 블랭크는 투과형 마스크 블랭크 및 반사형 마스크 블랭크로 분류된다. 어느 마스크 블랭크에서도 유리 기판 상에 피전사 패턴으로서 박막이 형성된다. 박막 상에는 레지스트 막이 형성될 수도 있다.
투과형 마스크 블랭크에 형성된 박막은 피전사체에 대한 패턴 전사에 사용되는 노광(노광 광원으로부터 방사된 빛)에 있어서의 광학적 변화를 일으킨다. 예를 들어, 박막은 노광을 차단하는 차광막(불투명막)이나 노광의 위상을 변화시키는 위상 전이막이 될 수 있다.
일반적으로, 차광막은 Cr 막, Cr에 산소, 질소, 탄소 또는 불소를 선택적으로 포함시킨 Cr 합금막, 이들의 적층막, MoSi 막, MoSi에 산소, 질소 또는 탄소를 선택적으로 포함시킨 MoSi 합금막, 및 이들의 적층막이 될 수 있다.
위상 전이 마스크는 위상 전이 기능만을 갖는 SiO2 막이 될 수도 있고, 위상 전이 기능 및 차광 기능을 갖는 금속 실리사이드 산화물 막, 금속 실리사이드 질화물 막, 금속 실리사이드 산화질화물 막, 금속 실리사이드 산화탄화물 막, 금속 실리사이드 산화질화탄화물 막(금속: Mo, Ti, W, Ta 등의 전이 금속), 및 CrO 막, CrF 막, SiON 막 등의 하프톤 막이 될 수도 있다.
반사형 마스크 블랭크는 유리 기판 및 그 위에 반사 다층막(반사 다층막)과 피전사 패턴인 광 흡수체막(흡수체층)이 형성된 적층막으로 구성된다.
반사 다층막은 Ru/Si 주기 다층막, Mo/Be 주기 다층막, Mo-화합물/Si-화합물 주기 다층막, Si/Nb 주기 다층막, Si/Mo/Ru 주기 다층막, Si/Mo/Ru/Mo 주기 다층막, 및 Si/Ru/Mo/Ru 주기 다층막을 포함할 수 있다.
광 흡수체막은 Ta나 Ta 합금(예를 들어, Ta와 B를 포함하는 재료, Ta, B, 및 N을 포함하는 재료), Cr이나 Cr 합금(예를 들어, Cr에 질소, 산소, 탄소, 및 불소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소가 첨가된 재료) 등의 재료로 구성될 수 있다.
투과형 마스크 블랭크에 대해 노광 광원의 파장으로서 g선(436㎚의 파장을 가짐), i선(365㎚의 파장을 가짐), KrF(246㎚의 파장을 가짐), ArF(193㎚의 파장을 가짐), 또는 F2(157㎚의 파장을 가짐)가 사용될 수 있다. 반사형 마스크 블랭크에 대해서는 노광 광원의 파장으로서 EUV(13㎚의 파장을 가짐)가 사용될 수 있다.
예를 들어, 상술한 박막은 DC 스퍼터링, RF 스퍼터링, 이온 빔 스퍼터링 등의 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다.
[실시예 및 비교예]
이하, EUV 반사형 마스크 블랭크용 유리 기판(이하, 간단히 유리 기판이라 한다) 제조 방법 및 EUV 반사형 마스크 블랭크 제조 방법과 관련하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 본 발명이 다음 실시예들에 한정되지 않는 것은 말할 것도 없다.
<실시예 1: 부상 연마>
상술한 연마 장치(10)를 이용하여 산화세륨 연마제 입자들 및 콜로이드 실리카 연마제 입자들에 의해 단계적으로 연마된 유리 기판(크기가 152.4㎜ ×152.4㎜, 두께가 6.35㎜)이 준비된다.
광학 간섭을 이용한 평탄도 측정 장치에 의해 유리 기판의 표면 형상(평탄 도)이 측정된다. 그 결과, 유리 기판은 0.2㎛(볼록형)의 평탄도 및 제곱평균 조도(Rq)(= RMS)로서 0.15㎚의 표면 조도를 갖는다. 제곱평균 조도(Rq)는 미국 특허 US 6544893 B2호에도 개시되어 있다.
유리 기판 표면의 형상 측정 결과는 컴퓨터에 저장되어 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판에 필요한 평탄도의 기준치인 0.05㎛(볼록형)와 비교된다. 측정된 평탄도와 기준치와의 차(요구되는 제거량)는 컴퓨터에 의해 계산된다.
다음에, 유리 기판면 내의 소정 영역(5㎜2)마다 필요 제거량에 따라 국소 플라스마 에칭의 가공 조건이 결정된다. 이와 같이 결정된 가공 조건에 따라, 유리 기판의 평탄도가 기준치(0.05㎛의 평탄도) 이하가 되도록 국소 플라스마 에칭에 의해 형상이 조정된다.
국소 플라스마 에칭은 원통형 전극을 갖는 고주파형 플라스마 발생 챔버와 에칭 가스로서 테트라플루오로메탄을 사용하여 실행된다.
국소 플라스마 에칭에 의해 형상이 조정된 후, 유리 기판 표면의 평탄도가 측정된다. 그 결과, 평탄도는 0.05㎛로 우수하다. 유리 기판 표면의 표면 조도(Rq)는 약 1㎚이다. 이와 같이, 플라스마 에칭 결과 표면이 거칠거칠해졌다.
상술한 부상 연마 장치(20)에 유리 기판을 탑재하여 비접촉 연마를 가한다.
부상 연마에서의 연마 조건은 다음과 같다:
가공액(연마 슬러리): 순수한 물 + 미세 분말 입자들 (2 wt%의 농도)
미세 분말 입자들: 평균 입자 크기가 약 70㎚인 실리카(SiO2)
회전 테이블의 회전수: 5-200 rpm
워크 홀더의 회전수: 10-300 rpm
연마 시간: 5-30분
그 후, 유리 기판은 알칼리성 수용액으로 세정되어 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판을 얻는다.
이와 같이 얻어진 유리 기판의 평탄도 및 표면 조도가 측정된다. 그 결과, 평탄도는 0.05㎛, 즉 부상 연마 전의 수준을 유지하며 우수하다. 표면 조도(Rq)는 0.09㎚이다. 이와 같이, 부상 연마 전의 유리 기판의 거칠거칠한 표면이 손질되었다.
유리 기판 표면의 표면 결함은 일본 특허 출원 공보(JP-A) H11-242001호에 기재된 결함 검사 장치에 의해 검사된다. 검사 장치는 기판의 모서리를 깍은 면으로부터 레이저 빔을 도입하고, 이 레이저 빔을 전반사에 의해 가두고, 결함에 의해 산란되어 기판으로부터 누출된 빛을 검출함으로서 결함을 검사한다. 결함 검사 결과, 0.05㎛를 초과하는 크기의 흠은 발견되지 않았다.
그러므로, 이와 같이 얻어진 유리 기판은 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판에 필요한 사양을 만족시킨다.
<실시예 2: 부상 연마의 가공액>
부상 연마가 다음의 조건으로 실행되는 것 이외에는 실시예 1과 비슷한 방식 으로 유리 기판이 제작된다.
가공액(연마 슬러리): 알칼리성 수용액(NaOH) + 미세 분말 입자들 (2 wt%의 농도), pH: 11
미세 분말 입자들: 평균 입자 크기가 약 70㎚인 콜로이드 실리카
회전 테이블의 회전수: 5-200 rpm
워크 홀더의 회전수: 10-300 rpm
연마 시간: 3-25분
그 후, 유리 기판은 알칼리성 수용액(NaOH)으로 세정되어 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판을 얻는다.
이와 같이 얻어진 유리 기판의 평탄도 및 표면 조도가 측정된다. 그 결과, 평탄도는 및 표면 조도는 실시예 1에서 얻어진 유리 기판의 평탄도 및 표면 조도와 거의 동일하다. 유리 기판 표면의 표면 결함은 일본 특허 출원 공보(JP-A) H11-242001호에 기재된 결함 검사 장치에 의해 검사된다. 그 결과, 0.05㎛를 초과하는 크기의 흠은 발견되지 않았다. 가공액의 용매로서 알칼리성 수용액을 사용함으로써 연마 속도가 향상되고 연마 시간이 단축되었다.
<실시예 3: 부상 연마의 가공액 2>
부상 연마가 다음의 조건으로 실행되는 것 이외에는 실시예 1과 비슷한 방식으로 유리 기판이 제작된다.
가공액(연마 슬러리): 알칼리성 수용액(NaOH) 5 vol%
미세 분말 입자들: 무
회전 테이블의 회전수: 5-200 rpm
워크 홀더의 회전수: 10-300 rpm
연마 시간: 7-45분
그 후, 유리 기판은 순수한 물로 세정되어 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판을 얻는다.
이와 같이 얻어진 유리 기판의 평탄도 및 표면 조도가 측정된다. 그 결과, 평탄도는 및 표면 조도는 실시예 1에서 얻어진 유리 기판의 평탄도 및 표면 조도와 거의 동일하다. 유리 기판 표면의 표면 결함은 일본 특허 출원 공보(JP-A) H11-242001호에 기재된 결함 검사 장치에 의해 검사된다. 그 결과, 0.05㎛를 초과하는 크기의 흠은 발견되지 않았다. 가공액의 용매로서 알칼리성 수용액을 사용함으로써 연마 속도가 향상되고 연마 시간이 단축되었다.
<실시예 4: EEM>
국소 플라스마 에칭에 의해 평탄도가 조정된 후의 비접촉 연마로서 EEM이 실행되는 것 이외에는 실시예 1과 비슷한 방식으로 유리 기판이 제작된다. EEM은 다음의 조건으로 실행된다.
가공액(연마 슬러리): 순수한 물 + 미세 분말 입자들 (3 wt%의 농도)
미세 분말 입자들: 평균 입자 크기가 약 60㎚인 산화지르코늄(ZrO2)
회전 부재: 폴리우레탄 롤
회전 테이블의 회전수: 10-300 rpm
워크 홀더의 회전수: 10-100 rpm
연마 시간: 5-30분
그 후, 유리 기판은 알칼리성 수용액으로 세정되어 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판을 얻는다.
이와 같이 얻어진 유리 기판의 평탄도 및 표면 조도가 측정된다. 그 결과, 평탄도는 0.05㎛, 즉 부상 연마 전의 수준을 유지하며 우수하다. 표면 조도(Rq)는 0.11㎚이다. 이와 같이, EEM의 실행 전의 유리 기판의 거칠거칠한 표면이 손질되었다. 미세 분말 입자들의 경도의 영향으로 실시예 1 내지 3과 비교하여 표면 조도가 약간 커진 것으로 생각된다.
유리 기판 표면의 표면 결함은 일본 특허 출원 공보(JP-A) H11-242001호에 기재된 결함 검사 장치에 의해 검사된다. 그 결과, 0.05㎛를 초과하는 크기의 흠은 발견되지 않았다.
그러므로, 상술한 바와 같이 얻어진 유리 기판은 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판에 필요한 사양을 만족시킨다.
<비교예>
국소 플라스마 에칭에 의해 평탄도가 조정된 후의 연마로서 다음의 방식으로 단면 연마가 실행되는 것 이외에는 실시예 2와 비슷한 방식으로 유리 기판이 제작된다. 연마 표면 테이블에 대향하는 연마판에 유리 기판이 탑재된다. 유리 기판은 회전되는 연마 표면 테이블의 연마 패드 영역에 대해 아래쪽으로 가압되며 회전된다. 단면 연마는 다음의 조건으로 실행된다.
가공액(연마 슬러리): 알칼리성 수용액(NaOH) + 미세 분말 입자들 (2 wt%의 농도), pH: 11
미세 분말 입자들: 평균 입자 크기가 약 70㎚인 콜로이드 실리카
연마 표면 테이블의 회전수: 1-50 rpm
연마판의 회전수: 1-50 rpm
가공 압력: 0.1-10 ㎪
연마 시간: 1-10분
그 후, 유리 기판은 알칼리성 수용액(NaOH)으로 세정되어 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판을 얻는다.
이와 같이 얻어진 유리 기판의 평탄도 및 표면 조도가 측정된다. 그 결과, 표면 조도(Rq)는 0.15㎚로 우수하다. 평탄도는 단면 연마 전과 국소 플라스마 에칭에 의해 평탄도가 조정되기 전에 비해 악화된 0.25㎛이다.
유리 기판 표면의 표면 결함은 일본 특허 출원 공보(JP-A) H11-242001호에 기재된 결함 검사 장치에 의해 검사된다. 그 결과, 0.05㎛를 초과하는 흠이 다수 발견되었다. 이는 유리 기판과 연마 패드가 접촉된 상태에서 연마가 행해지기 때문에, 연마 패드에 존재하는 이물질들이 연마중 유리 기판 표면을 손상시켰기 때문일 것이다.
그 결과, 비교예에서 얻어진 유리 기판은 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판에 필요한 사양을 만족시키지 않는다.
<EUV 반사형 마스크 블랭크 및 EUV 반사형 마스크의 제작>
도 6a 및 6b를 참조하여, EUV 반사형 마스크 블랭크 및 EUV 반사형 마스크의 제작에 관해 설명한다.
실시예 1 내지 4 또는 비교예에서 얻어진 유리 기판(101) 상에 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 Si 막과 Mo 막이 40 주기 적층된다. 여기서, 1 주기의 증착은 4.2㎚ 두께의 Si 막과 2.8㎚ 두께의 Mo 막을 포함한다. 이어서 11㎚ 두께의 다른 Si 막이 형성된다. 이와 같이, 반사 다층막(102)이 형성된다. 다음에, DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 반사 다층막(102) 상에 버퍼층(103)으로서 30㎚ 두께의 질화크롬(CrN) 막, 흡수체층(104)으로서 60㎚ 두께의 TaBN 막이 형성된다. 이와 같이, EUV 반사형 마스크 블랭크(100)가 얻어진다.
다음에, EUV 반사형 마스크 블랭크(100)를 사용하여 설계 규정이 0.07㎛인 16 Gbit-DRAM 패턴을 갖는 EUV 반사형 마스크(100a)가 제작된다.
우선, EUV 반사형 마스크 블랭크(100)에 EB 레지스트가 도포된다. EB 묘사 및 현상에 의해 레지스트 패턴이 형성된다.
다음에, 이 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여, 흡수체층(104)이 염소로 건식 에칭되어 EUV 반사형 마스크 블랭크(100) 상에 흡수체 패턴(104a)을 형성한다.
흡수체 패턴(104a) 상에 남는 레지스트 패턴은 고온 황산에 의해 제거된다. 그 후, 버퍼층(103)이 염소와 산소의 혼합 가스에 의해 흡수체 패턴(104a)에 따라 건식 에칭되어 패턴형 버퍼층(103a)을 형성한다. 이와 같이 EUV 반사형 마스크(100a)가 얻어진다.
다음에 도 7을 참조하여, EUV 반사형 마스크(100a)를 사용해 레지스트가 부 착된 반도체 기판에 EUV 광에 의해 패턴을 전사하는 방법을 설명한다.
도면에 나타낸 패턴 전사 장치(120)는 레이저 플라스마 X-선원(121), EUV 반사형 마스크(100a) 및 축소 광학 시스템(122)으로 구성된다. 축소 광학 시스템(122)은 X-선 반사 미러로 이루어진다. EUV 반사형 마스크(100a)에 의해 반사된 패턴은 약 1/4로 축소된다. 노광 파장으로서 13-14㎚ 파장대가 사용되기 때문에, 광로가 진공에 미리 배치된다.
이러한 상태에서, 레이저 플라스마 X-선원(121)으로부터 방사된 EUV 광이 EUV 반사형 마스크(100a)에 입사된다. EUV 반사형 마스크(100a)에 의해 반사된 빛은 축소 광학 시스템(122)을 통해 레지스트가 부착된 반도체 기판(110)에 전사된다.
구체적으로, EUV 반사형 마스크(100a)에 입사된 빛은 흡수체층(104)에 의해 흡수되고 흡수체 패턴(104a)이 있는 영역으로 반사되지 않는다. 한편, 흡수체 패턴(104a)이 없는 나머지 영역에 입사된 빛은 반사 다층막(102)에 의해 반사된다. 따라서, EUV 반사형 마스크(100a)로부터의 반사광에 의해 형성된 패턴이 축소 광학 시스템(122)을 통해 반도체 기판(110) 상의 레지스트 층에 전사된다.
실시예 1-4 및 비교예에서 각각 얻어진 유리 기판(101)으로 이루어진 EUV 반사형 마스크(100a)를 사용함으로써, 상술한 패턴 전사에 의해 반도체 기판으로의 패턴 전사가 실행된다. 그 결과, 각각 실시예 1-4에 따른 EUV 반사형 마스크(100a)의 정밀도는 0.07㎛의 설계 규정에 요구되는 16㎚ 이하인 것이 확인되었다. 한편, 비교예에 따른 EUV 반사형 마스크(100a)의 정밀도는 0.07㎛의 설계 규정에 요구되는 16㎚ 이하를 만족시키지 않았다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 국소 가공에 의한 거칠거칠한 표면을 손질하고 국소 가공에 의한 가공 변질층을 제거하기 위해, 국소 가공이 가해진 유리 기판 표면을 연마하는 연마 단계를 포함하고, 연마 단계에서 유리 기판의 거칠거칠한 표면을 개선하고 유리 기판 표면의 표면 결함을 제거함으로써, 유리 기판 표면의 평탄도를 유지하면서 평탄도 및 평활도가 높고 표면 결함이 없는 유리 기판을 제공할 수 있는 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한 상술한 유리 기판을 사용하여 마스크 블랭크를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 몇 가지 바람직한 실시예 및 그 예시에 관련하여 도시 및 설명되었지만, 당업자에게 본 발명이 상기 설명에 한정되는 것이 아니라 첨부한 청구항들에 기재한 본 발명의 의도 및 범위를 벗어나지 않는 여러 가지 그 밖의 방법으로 변형 및 개조될 수도 있다는 것은 말할 것도 없다.
Claims (8)
- 마스크 블랭크용 유리 기판 표면의 볼록/오목 형상을 측정하는 형상 측정 단계;상기 형상 측정 단계에서 얻어진 측정 결과를 참조로 상기 유리 기판 표면에 존재하는 볼록부의 볼록도를 특정하고, 상기 볼록도에 따른 가공 조건으로 상기 볼록부에 국소 제거를 가함으로써 상기 유리 기판 표면의 평탄도를 유리 기판에 요구되는 요망되는 평탄도에 따라 결정된 기준치 이하의 값으로 제어하는 평탄도 제어 단계로서, 국소 제거가 플라스마 에칭, 가스 클러스터 이온 빔 및 MRF (MagnetRheological Finishing) 중 어느 하나에 의해 실행되는 평탄도 제어 단계; 및상기 평탄도 제어 단계 후, 상기 유리 기판 표면과 연마 공구 표면이 직접 접촉하지 않고 그 사이에 개재되는 가공액의 작용으로 상기 국소 제거가 가해진 상기 유리 기판 표면을 연마하는 비접촉 연마 단계로서, 비접촉 연마 단계가 부상 연마, EEM (Elastic Emission Machining) 및 하이드로플레인 연마 중 어느 하나에 의해 실행되는 비접촉 연마 단계를 포함하여, 극초단 자외선 (EUV) 광을 노광 광원으로서 이용하는 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판을 제조하는 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 가공액이,물, 산성 수용액, 및 알칼리성 수용액으로부터 선택된 수용액; 또는상기 수용액과 콜로이드 실리카, 산화세륨, 산화지르코늄, 및 산화알루미늄으로부터 선택된 적어도 한 종류의 미세 분말 입자들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판을 제조하는 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 기준치가 0.25㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 따른 EUV 마스크 블랭크용 유리 기판 제조 방법에 의해 얻어진 유리 기판을 준비하는 단계, 상기 유리 기판 상에 피전사 패턴으로서 박막을 형성하는 단계를 포함하여, EUV 광을 노광 광원으로서 이용하는 EUV 반사형 마스크 블랭크를 제조하는 방법.
- 제 6 항에 따른 EUV 반사형 마스크 블랭크 제조 방법에 의해 얻어진 마스크 블랭크를 준비하는 단계, 상기 마스크 블랭크의 박막을 패턴화하여 상기 유리 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 단계를 포함하여, EUV 광을 노광 광원으로서 이용하는 EUV 반사형 마스크를 제조하는 방법.
- 삭제
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