KR101240279B1 - 마스크블랭크용 기판, 마스크블랭크 및 포토마스크 그리고 그것들의 제조방법 - Google Patents

마스크블랭크용 기판, 마스크블랭크 및 포토마스크 그리고 그것들의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노광장치의 마스크스테이지에 척(chuck)되는 포토마스크의 마스크블랭크용 기판으로서, 전사패턴을 형성하는 박막을 설치하는 측의 주표면이 중앙부를 포함하는 142mm각(角)내의 영역에 있어서의 평탄도가 0.3㎛이하이고 또 중앙부에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이며 가상기준 기판의 132mm각내의 영역에서 구면형상인 가상기준 주표면을 상기 주표면에 대해 피팅을 실시했을 때의 차가 40nm이하인 것을 특징으로 한다.
마스크블랭크, 기판, 포토마스크

Description

마스크블랭크용 기판, 마스크블랭크 및 포토마스크 그리고 그것들의 제조방법{SUBSTRATE FOR MASK BLANK, MASK BLANK AND PHOTOMASK, AND PREPARATION METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 포토리소그래피 프로세스에서 사용되는 포토마스크용의 마스크블랭크용 기판 및 마스크블랭크에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스의 포토리소그래피 프로세스에서 포토마스크가 이용되고 있다. 반도체 디바이스의 미세화가 진행됨에 따라 이 포토리소그래피 프로세스에서의 미세화에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히 미세화에 대응하기 위해 ArF 노광광(193nm)을 사용하는 노광장치의 고(高)NA화가 진행되고, 또한 액침노광기술이 도입됨으로써 한층더 고NA화가 진행되고 있다. 이와 같은 미세화의 요구 및 고NA화에 대응하기 위해 포토마스크의 평탄도를 높게 하는 것이 요구된다. 즉, 패턴선 폭의 미세화가 진행됨으로써 평탄도에 기인하는 전사패턴의 위치어긋남이 허용되는 양이 작아진 것, 또 고NA화가 진행됨에 따라 리소그래피 공정에서의 초점유도(焦点裕度)가 적어짐으로써 마스크기판의 특히 패턴을 형성하는 측의 주표면(이하, 이측의 주표면을 단지 주표면 또는 기판 주표면이라고 한다.)의 평탄도가 보다 중요하게 여겨지고 있다.
한편, 이 포토마스크는 노광장치의 마스크스테이지에 진공척에 의해 척되면 마스크스테이지나 진공척과의 궁합에 의해 척 시에 크게 변형되는 경우가 있다. 즉, 종래에는 척 전의 포토마스크의 평탄도로 제품관리를 실시하고 있으므로 척 전의 주표면 형상이 높은 평탄도의 양품이어도 마스크스테이지나 진공척과의 궁합에 따라서는 노광장치의 마스크스테이지에 척했을 때에 변형하여 포토마스크의 평탄도가 크게 악화되는 경우가 있다. 특히 주표면 형상의 대칭성이 낮아 비틀어진 형상의 경향으로 되는 기판에 있어서는 그 경향이 현저했다. 이 때문에 포토마스크를 진공척에 척했을 때의 평탄도를 고려할 필요가 생기게 되었다. 종래, 노광장치의 마스크스테이지에 척한 후의 평탄도가 양호한 마스크기판을 선택하기 위한 방법이 제안되어 있다(예를 들면 특개2003-50458호 공보(특허문헌 1) 참조).
그러나 종래의 방법에 따르면 복수의 마스크기판(마스크블랭크용 기판)의 각각에 대해 주표면의 표면형상을 나타내는 정보와, 노광장치의 마스크스테이지에 척하기 전후의 주표면의 평탄도 정보를 취득하거나 또는 마스크기판의 주표면의 평탄도와 노광장치의 마스크척의 구조로부터 마스크기판을 노광장치에 세트했을 때의 시뮬레이션에 의한 주표면의 평탄도를 나타내는 정보를 취득해야했다. 그 때문에 종래에는 노광장치의 마스크스테이지에 척한 후의 평탄도가 양호한 마스크기판을 선택하기가 매우 번거로웠다. 또 마스크스테이지에 마스크기판을 척하는 구조는 노광장치에 따라 달라서 노광장치마다 마스트기판을 선택하는 것이 필요하게 된다.
종래는 기판의 연마공정에서 기판 주표면의 평탄도를 보다 높게 마무리하는 것에 주력하고, 그 연마된 기판 중에서 높은 평탄도로 연마된 기판을 선정하며 또한 사용하는 노광장치에 맞는 것을 시뮬레이션에 의해서 추출하는 수법을 취하고 있었다. 그러나 복수 매의 기판을 동시에 연마하는 양면 연마장치에 의해서 높은 평탄도를 갖는 기판이 되도록 연마했을 때, 동시에 연마한 기판 중 그 목표로 한 평탄도에 도달하는 기판의 매수는 적고, 기판 생산의 수율이 나빠 문제가 되고 있었다. 또한 상기와 같이 높은 평탄도로 연마된 기판이 반드시 사용하는 노광장치에 적합한 기판이 된다고는 한정되지 않고, 기판 생산의 수율이 대폭 저하하여 문제가 되고 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 노광장치의 마스크스테이지에 척한 후의 마스크기판의 평탄도를 시뮬레이션할 필요가 없고, 또한 노광장치의 척구조에 상관없이 척 후의 원하는 평탄도를 실현할 수 있는 마스크블랭크용 기판, 마스크블랭크 및 포토마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 마스크블랭크용 기판은 노광장치의 마스크스테이지에 척되는 포토마스크의 마스크블랭크용 기판으로서, 전사패턴을 형성하는 박막을 설치하는 측의 주표면이, 중앙부를 포함하는 142mm각내의 영역에 있어서의 평탄도가 0.3㎛이하이고 또 중앙에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이며, 가상기준 기판의 132mm각내의 영역에서 구면형상인 가상기준 주표면을 상기 주표면에 대해 피팅을 실시했을 때의 차가 40nm이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마스크블랭크용 기판에 있어서는 가상기준 기판의 가상기준 주표면의 132mm각내의 영역에 있어서의 평탄도가 0.2㎛이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 마스크블랭크는 상기 마스크블랭크용 기판과, 상기 마스크블랭크용 기판의 상기 주표면상에 형성된 박막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마스크블랭크에 있어서는 상기 박막이 크롬을 포함하는 재료 또는 몰리브덴실리사이드를 포함하는 재료로 구성되는 차광막인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크는 상기 마스크블랭크의 상기 박막으로 구성된 전사패턴을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마스크블랭크용 기판의 제조방법은 기판의 박막을 설치하는 측의 주표면의 중앙부를 포함하는 142mm각내의 영역에 있어서의 평탄도를 0.3㎛이하가 되기까지 연마하는 공정과, 상기 기판의 주표면의 132mm각내에서의 영역에서 표면형상을 측정하고, 측정한 상기 기판의 표면형상과 가상기준 기판의 가상기준 주표면과의 피팅을 실시하여 그 차가 40nm이하인 것을 마스크블랭크용 기판으로서 선정하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마스크블랭크 제조방법은 상기 방법으로 얻어진 마스크블랭크용 기판을 이용하여 상기 마스크블랭크용 기판의 박막을 설치하는 측의 주표면에 박막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 포토마스크의 제조방법에 있어서는 상기 방법으로 얻어진 마스크블랭크의 박막에 전사패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마스크블랭크용 기판은, 미리 가상기준 주표면의 형상이 중앙부에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이며, 가상기준 주표면의 132mm각내의 영역에서 구면형상인 가상기준 기판, 즉 이상적인 주표면형상의 기판을 선정하여 그 가상기준 주표면에 대해 실제로 제조한 기판의 박막을 설치하는 측의 주표면의 그 중앙부를 포함하는 132mm각내 영역에서 피팅을 실시하여 그 차가 40nm이하이며, 그 중앙부를 포함하는 142mm각내 영역에서의 평탄도가 0.3㎛이하인 것을 합격품인 마스크블랭크용 기판으로 하는 것이기 때문에 노광장치의 마스 크스테이지에 척한 후의 마스크기판의 평탄도를 시뮬레이션할 필요가 없다.
또 마스크블랭크용 기판을 제조할 때의 연마 정밀도가 매우 높은 평탄도의 기판을 제조하는 경우에 비해 완화되고, 또한 본래 매우 높은 평탄도를 만족시키지 못했던 기판이라도 소정의 노광장치에서는 충분한 전사성능을 발휘하는 포토마스크를 제작할 수 있는 기판을 합격품으로서 출하할 수 있게 된다. 따라서 대폭적인 수율의 향상을 꾀할 수 있다. 제조한 기판에 대해 1장씩 시뮬레이션을 하는 것은 많은 시간을 요하고 있었지만, 본 발명의 경우는 제조한 기판을 미리 정해진 가상기준 기판의 가상기준 주표면에 대하여 피팅을 실시할 뿐으로 기판의 합격 불합격판정에 드는 시간을 대폭 삭감할 수 있다. 또한 여러가지 척방식의 노광장치에 공통하여 사용할 수 있는 가상기준 기판의 가상기준 주표면을 설정함으로써 노광장치의 척구조에 상관없이 소정의 전사성능을 발휘하는 포토마스크를 제작할 수 있는 마스크블랭크용 기판을 공급할 수 있다.
본 발명에 따르면, 마스크블랭크용 기판이, 전사패턴을 형성하는 박막을 설치하는 주표면의 형상이 중앙에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지도록 볼록형상이 소정의 가상기준 주표면인 가상기준 기판에 대한 높이의 차가 ±40nm이내이므로, 노광장치의 마스크스테이지에 척한 후의 마스크기판의 평탄도를 시뮬레이션할 필요가 없고, 또한 노광장치의 척구조에 상관없이 척 후의 원하는 평탄도를 실현할 수 있다.
본 발명의 마스크블랭크용 기판에서는 마스크스테이지에 척되어 있지 않을 때의 주표면이 매우 높은 평탄도를 갖는 기판을 제조하는 것을 중요시하기 보다도 마스크스테이지에 척되었을 때의 포토마스크의 전사패턴이 형성되는 주표면을 노광장치에 의한 전사패턴의 전사시에 충분한 전사성능이 발휘될 만큼의 평탄도로 하는 것을 중요시하고 있다.
포토마스크가 노광장치의 마스크스테이지에 척되었을 때의 기판의 형상변화에 대해서 해석한 바, 다음의 것이 판명되었다. 통상 노광장치는 포토마스크를 마스크스테이지에 척할 때, 포토마스크의 대향하는 2개의 단면측의 주표면을 척에어리어로 하고 있다.
연마장치에서 주표면을 연마한 기판은 그 연마의 성질상, 기본적으로 중앙이 높고 단면측은 낮은 단면형상이 되는 경향이 강하고, 이와 같은 주표면 형상의 기판으로부터 제작된 포토마스크도 마찬가지의 표면형상이 되어 노광장치의 마스크스테이지에 척되는 경우가 많다. 도 1에 그와 같은 형상의 포토마스크를 노광장치의 척스테이지(마스크스테이지의 포토마스크의 표면이 직접 접촉하여 척하는 부분)에 재치했을 때의 평면도이다. 또, 도 2a는 포토마스크가 척스테이지에 척되기 전 상태에서 도 1에 나타내는 A방향(척스테이지의 짧은 변 방향)에서 본 측면도이다. 또 도 2b는 마찬가지로 포토마스크가 척스테이지에 척되기 전의 상태에서 도 1에 나타내는 B방향(척스테이지의 긴 변 방향)에서 본 측면도이다. 도 2a에서 알 수 있는 바와 같이 포토마스크의 표면형상에 기인하여 척스테이지의 짧은 변측에 있어서 포토마스크 양쪽의 단면측이 뜬 상태로 되어 있다. 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이 포토마스크의 표면형상에 기인하여 척스테이지의 긴 변측에 있어서 포토마스크 양쪽의 단면측이 뜬 상태로 되어 있다.
이와 같은 재치상태에 있어서, 포토마스크를 척스테이지에 척하면 도 3a, 도 3b에 나타내는 바와 같이 흡착에 의해 떠 있는 포토마스크의 4방향의 단면측이 팽팽해지기 때문에 기판에 대해서 4개의 단면방향에서 위쪽으로 2차 성분으로 변형하는 작용을 갖는 힘이 가해진다. 즉, 기판에는 주표면이 4개의 단면측의 척에어리어에서 중앙을 향하여 위쪽으로 볼록형상이 되는 2차 곡면(구면형상)으로 변형시킬 수 있는 힘이 가해지는 경향이 있다.
도 4는 본 발명을 적용한 기판을 노광장치의 마스크스테이지에 척하기 전(흡착 전)과 척한 후(흡착 후)의 기판 형상을 나타내는 도면이며, 도 4a는 흡착 전의 기판 형상을 나타내는 도면이고, 도 4b는 흡착 후의 기판 형상을 나타내는 도면이다. 도 4a에서 알 수 있는 바와 같이 기판 주표면의 4모서리 부분이 척에어리어의 주표면의 높이보다도 약간 높게 되어 있고, 또 중앙부를 향하여 서서히 높아지도록 되어 있다. 즉, 흡착 전의 기판에 있어서는 대략 원형상의 등고선을 나타내고 있다. 흡착 후의 기판에 있어서는 도 4b에서 알 수 있는 바와 같이 대략 직사각형상의 등고선을 나타내고 있고, 132mm각내에 있어서의 등고선의 수도 적으며 간격도 넓다. 즉, 척 후의 기판 주표면의 형상은 척 전에 비해 대폭으로 평탄도가 좋아져 있다.
이들의 경향을 고려하여, 본 발명의 마스크블랭크용 기판에서는 이상적인 기판(가상기준 기판)으로서, 그 주표면(가상기준 주표면)형상이 중앙부에서 상대적으 로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이며, 가상기준 기판의 132mm각내의 영역에서 적어도 0.3㎛이하의 고저차가 있는 구면형상인 것을 상정하고 있다. 이 가상기준 기판을 이용한 포토마스크를 노광장치에 척한 후의 가상기준 주표면의 형상을 시뮬레이션한 바, 가상기준 주표면의 평탄도는 0.08㎛이하가 된다. 그리고 그 가상기준 기판의 기준곡면형상에 대해 실제로 소정의 연마를 실시하여 제조한 기판의 박막을 설치하는 측의 주표면의 그 중앙부를 포함하는 132mm각내의 영역에서 피팅을 실시하여 그 차가 40nm이하인 것이며, 그 중앙부를 포함하는 142mm각내의 영역에 있어서의 평탄도가 0.3㎛이하인 것을 합격품의 마스크블랭크용 기판으로 하고 있다. 이에 따라 얻어진 마스크블랭크용 기판은 전사패턴이 형성되는 영역인 132mm각내의 영역에서 DRAM 하프피치(hp) 32nm세대의 포토마스크에서 요구되는 평탄도를 만족시킬 수 있는 기판이 얻어진다.
연마 후의 실제 기판(실기판)의 주표면에 있어서의 132mm각내의 영역에 대해, 가상기준 주표면을 피팅할 때에는 132mm각내 영역의 경계부분에서 가상기준 주표면이 실기판의 주표면보다도 적어도 높아지는 높이 위치관계에서 피팅하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 132mm각내 영역의 경계부분에서 가상기준 주표면이 실기판의 주표면에 극력 일치하는 높이 관계에서 실시하는 것이 바람직하다.
또한 여기에서 말하는 가상기준 주표면의 구면형상이라는 것은 완전한 구면의 부분형상에 한정되는 것은 아니다. 연마공정에서 이용되는 연마장치의 특성에 따른 연마 후에 있어서의 실기판의 단면형상의 경향이나, 그 실기판이 사용되는 노광장치의 마스크스테이지에 있어서의 척의 흡착력에 따라서는 기판의 어느 한쌍의 단면측쪽이 직교하는 또 한쌍의 단면측보다도 강하게 변형시키는 힘이 가해지는 경향이 강해지는 경우가 있다. 이와 같은 경우에 있어서는 가상기준 주표면의 형상은 타원구면형상이어도 된다.
본 발명을 적용함으로써 마스크블랭크용 기판을 제조할 때의 연마 정밀도가 매우 높은 평탄도의 기판을 제조하는 경우에 비해 완화되고, 또한 본래 매우 높은 평탄도를 만족시킬 수 없었던 기판이어도 소정의 노광장치에서는 충분한 전사성능을 발휘하는 포토마스크를 제작할 수 있는 기판을 합격품으로서 출하할 수 있게 된다. 따라서 큰폭의 수율 향상을 꾀할 수 있다. 또 제조한 기판에 대해서 1장씩 시뮬레이션하는 것은 많은 시간을 요하고 있었지만 본 발명의 경우는 미리 정해진 가상기준 기판의 가상기준 주표면에 대하여 피팅을 실시할 뿐으로, 기판의 합격 불합격 판정에 드는 시간을 대폭 삭감할 수 있다. 또한 노광장치의 척방향마다 이상적인 가상기준 기판의 가상기준 주표면을 선정하고, 그들의 기준곡면으로부터 공통으로 적용 가능한 가상기준 기판의 가상기준 주표면을 설정함으로써 노광장치의 척 구조에 상관없이, 소정의 전사성능을 발휘하는 포토마스크를 제작할 수 있는 마스크블랭크용 기판을 공급할 수 있다.
제조한 기판에 대해서 그 주표면의 중앙부를 포함하는 142mm각내의 영역에 있어서의 평탄도가 0.3㎛이하인 것밖에 합격품으로서 허용하고 있지 않은 이유로는 0.3㎛보다 큰 평탄도를 갖는 포토마스크의 경우, 노광장치에 척했을 때의 변형량이 크고, 포토마스크상에 형성되어 있는 전사패턴의 평면방향의 위치어긋남이 커져 버리는 것에 있다.
포토마스크의 박막에 전사패턴을 형성하는 영역은 132mm×104mm의 내측으로 하고 있다. 그러나 기판의 변형은 노광장치가 포토마스크를 척하는 것에 기인하는 것이기 때문에 전사패턴을 형성하는 영역보다도 외측의 영역까지 고려할 필요가 있다. 외측 영역의 평탄도가 나쁜 경우, 척 전후에서의 기판변형량이 클 가능성이 있다. 기판의 변형량이 크면 기판 주표면상에 형성되어 있는 전사패턴의 이동량이 커서 패턴위치 정밀도가 저하되어 버린다. 이러한 것들을 고려하여 실기판에 있어서의 평탄도의 측정영역을 142mm각내의 영역으로 하고 있다.
또 그 가상기준 기판의 기준곡면형상에 대해, 제조한 기판의 주표면의 중앙부를 포함하는 132mm각내의 영역에서 피팅했을 때의 차가 40nm이하인 것을 합격품으로 하고 있다. 이 피팅했을 때의 차라는 것은 기준곡면으로 제조한 기판의 주표면을 피팅했을 때에 기판의 주표면쪽이 기준곡면보다도 위쪽에 있을 때의 차가 최대 40nm까지 허용되며, 기판의 주표면쪽이 기준곡면보다도 아래쪽에 있을 때의 차가 최대 40nm까지 허용된다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 관련되는 마스크블랭크용 기판을 설명하기 위한 도면이며, 도 5a는 평면도이고, 도 5b는 도 5a에 있어서의 Y1-Y1선을 따르는 단면도이며, 도 5c는 도 5a에 있어서의 XY1-XY1선을 따르는 단면도이다. 또한 도 5b에 나타내는 형상은 도 5a에 있어서의 X1-X1선을 따르는 단면도에 있어서의 형상과 거의 같으며, 도 5c에 나타내는 형상은 도 5a에 있어서의 XY2-XY2선을 따르는 단면 도에 있어서의 형상과 거의 같다.
도 5a에 나타내는 마스크블랭크용 기판은 전사패턴을 형성하는 박막을 설치하는 측의 주표면이 중앙부를 포함하는 142mm각내의 영역에 있어서의 평탄도가 0.3㎛이하이고 또 중앙부에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이다. 도 5a에 있어서 마스크블랭크용 기판의 한변의 길이를 Ls(A=152mm)로 하고, 142mm각내 영역의 한변의 길이를 Lb(B=142mm)로 하며, 132mm각내 영역의 한변의 길이를 Lp(C=132mm)로 하고 있다. 또한 142mm각내의 영역에 있어서의 평탄도라는 것은 도 5b나 도 5c에 나타내는 바와 같이 그 영역내에서 마스크블랭크용 기판(1)의 가장 높은 부분과, 가장 낮은 부분의 영역의 차(H)가 최대인 부분을 말한다.
또 이 마스크블랭크용 기판은 상기 주표면 형상에 대해 소정의 가상기준 기판의 가상기준 주표면을 피팅했을 때의 차가 40nm이하이다. 여기에서 가상기준 기판이라는 것은 그 가상기준 주표면의 형상이 중앙부에서 상대적으로 높고, 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이며, 가상기준 기판의 132mm각내 영역에 있어서 구면형상인 것을 말한다. 더욱 자세하게는 가상기준 주표면의 형상이 그 중앙부를 포함하는 132mm각내 영역의 평탄도가 0.3㎛이하인 기판을 말하며, 바람직하게는 132mm각내 영역의 평탄도가 0.2㎛이하인 기판이 좋다. 또 특히 여러가지 척 방식의 노광장치에 공통하여 사용할 수 있는 마스크블랭크용 기판을 얻기 위한 가상기준 기판에는 가상기준 주표면이 진구의 구면으로 정의되는 형상인 것이 바람직하다.
도 6은 도 5c에 나타내는 마스크블랭크용 기판(1)의 부분확대 단면도를 나타낸다. 가상기준 주표면(3)은 가상기준 기판의 주표면 형상이며, 주표면(2)에 피팅했을 때의 상태로 되어 있다. 그리고 주표면(2)의 중앙부를 포함하는 132mm각내 영역(도 5a 중의 Lp로 나타내어진 영역)에서 가상기준 주표면(3)과 피팅했을 때의 차가 D1, D2이다. D1은 기판 주표면(2)이 가상기준 주표면(3)보다도 위쪽에 있는 부분 중 최대의 차(절대값)이며, D2는 기판 주표면(2)이 가상기준 주표면(3)보다도 아래쪽에 있는 부분 중 최대의 차(절대값)이다. 그리고 이 차 D1, D2 중, 큰 쪽의 차가 40nm이하로 되어 있다.
상기 측정범위는 마스크블랭크용 기판의 중앙부를 포함하는 132mm각내의 영역인 것이 바람직하다. 이 범위에 대해서 평탄도가 확보됨으로써 미세패턴의 전사를 정확하게 실시할 수 있다.
또한 마스크블랭크용 기판의 주표면 형상은 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 측정함으로써 구했다. 이 파장시프트 간섭계는 마스크블랭크용 기판의 피측정면 및 이면(裏面)으로부터 각각 반사한 반사광과 측정기 기준면(전방 기준면)과의 간섭무늬로부터 피측정면의 높이의 차를 위상차로서 산출하고, 각 간섭무늬의 주파수 차이를 검출하여 마스크블랭크용 기판의 피측정면 및 이면으로부터 각각 반사한 반사광에 의한 측정기 기준면(전방 기준면)과의 간섭무늬를 분리하고 피측정면의 요철형상을 측정하는 것이다.
본 발명에 있어서 마스크블랭크용 기판으로는 유리기판을 이용할 수 있다. 유리기판으로는 마스크블랭크로서 이용되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예로 합성석영유리, 소다라임 유리, 알루미노실리케이트 유리, 보로실리케이트 유리, 무알칼리 유리 등을 들 수 있다. 또 EUV 마스크블랭크용 유리기판의 경우는 노광시의 열에 의한 피전사패턴의 일그러짐을 억제하기 위해 약 0±1.0×10-7/℃의 범위내, 보다 바람직하게는 약 0±0.3×10-7/℃의 범위내의 저열팽창계수를 갖는 유리재료가 사용된다. 또한 EUV용 마스크블랭크는 유리기판상에 다수의 막이 형성되기 때문에 막 응력에 의한 변형을 억제할 수 있는 강성이 높은 유리재료가 사용된다. 특히 65GPa 이상의 높은 영률을 갖는 유리재료가 바람직하다. 예를 들어 SiO2-TiO2계 유리, 합성석영유리 등의 아몰퍼스 유리나 β-석영고용체를 석출한 결정화 유리가 이용된다.
이와 같은 마스크블랭크용 기판은 예를 들어 조연마공정, 정밀연마공정 및 초정밀연마공정을 거쳐 제조할 수 있다.
제조하는 기판의 형상은 가상기준 기판의 가상기준 주표면의 형상에 피트하는 것을 목표로 하여 연마가공된다. 피트하는 기준곡면의 형상이 예를 들어 구면인 경우는 x2+y2+z2=r2(r:곡률 반경)로 정의되는 곡면에 가깝도록 각 연마공정에서 조정한다. 또한 132mm각내의 영역에서 평탄도가 0.3㎛이하가 되는 가상기준 주표면의 곡면형상이라는 것은 그 곡률반경(r)이 대략 14,500,000mm이상인 것이며, 132mm각내의 영역에서 평탄도가 0.2㎛이하가 되는 가상기준 주표면의 곡면형상이라 는 것은 그 곡률반경(r)이 대략 21,720,000mm이상인 것이다.
이와 같은 마스크블랭크용 기판의 상기 볼록형상을 갖는 주표면상에 적어도 차광막을 형성함으로써 마스크블랭크라고 할 수 있다. 이 차광막을 구성하는 재료로는 크롬 또는 몰리브덴실리사이드를 들 수 있다. 크롬계 차광막의 경우에는 Cr에 질소, 산소 및/또는 탄소를 첨가해도 좋다. 또 몰리브덴실리사이드계 차광막의 경우에는 MoSi에 질소, 산소 및/또는 탄소를 첨가해도 좋다.
또 포토마스크의 용도나 구성에 의해 그 외의 막, 반사방지막이나 반투과막 등을 적절하게 형성해도 좋다. 반사방지막의 재료로는 MoSiON, MoSiO, MoSiN, MoSiOC, MoSiOCN 등을 이용하는 것이 바람직하고, 반투과막의 재료로는 CrO, CrON, MoSiN, MoSiON 등을 이용하는 것이 바람직하다.
또한 차광막 또는 반사방지막상에 해당 막에 대하여 에칭 내성을 갖는 에칭마스크막을 설치해도 좋고, 기판과 차광막 사이에 에칭스토퍼막을 설치해도 좋다.
차광막은 스퍼터링법에 의해 성막할 수 있다. 스퍼터링 장치로는 DC 마그네트론 스퍼터 장치나 RF 마그네트론 스퍼터 장치 등을 이용할 수 있다. 마스크블랭크용 기판으로의 차광성막의 스퍼터링 시에 기판을 회전시키고 또 스퍼터 타깃을 기판의 회전축으로부터 소정 각도 경사시킨 위치에 타깃을 배치하여 성막하는 것이 바람직하다. 이와 같은 성막법에 의해 차광막의 면내의 불규칙함을 작게 하여 균일하게 형성할 수 있다. 본 발명의 마스크블랭크용 기판은 주표면이 기판 중심을 정점으로 외측을 향하여 소정의 곡면(예를 들면 2차 곡면)을 그리는 볼록형상으로 되어 있으며, 대칭성이 높은 기판이므로 이와 같이 하여 차광막을 성막함으로써 내 면에서 대칭성이 높은 마스크블랭크를 얻을 수 있다.
기판을 회전시키고 또 스퍼터 타깃을 기판의 회전축으로부터 소정 각도 경사시킨 위치에 타깃을 배치하여 성막하는 경우에 있어서는 위상각 및 투과율의 면내의 분포는 기판과 타깃의 위치관계에 의해서도 변화한다. 타깃과 기판의 위치관계에 대해 도 7을 이용하여 설명한다. 오프셋거리(기판의 중심축과, 타깃의 중심을 통과하고 또 상기 기판의 중심축과 평행한 직선과의 사이의 거리)는 위상각 및 투과율의 분포를 확보해야 할 면적에 의해서 조정된다. 일반적으로는 분포를 확보해야 할 면적이 큰 경우에 필요한 오프셋거리는 커진다. 본 실시예의 형태에 있어서는 142mm각내의 기판내에서 위상각 분포 ±2°이내 및 투과율 분포 ±0.2°이내를 실현하기 위해 오프셋거리는 200mm에서 350mm정도가 필요하며, 바람직한 오프셋거리는 240mm에서 280mm이다. 타깃-기판간 수직거리(T/S)는 오프셋거리에 의해 최적 범위가 변화하지만, 142mm각내의 기판내에서 위상각 분포 ±2°이내 및 투과율 분포 ±0.2°이내를 실현하기 위해 타깃-기판간 수직거리(T/S)는 200mm에서 380mm정도가 필요하며 바람직한 T/S는 210mm에서 300mm이다. 타깃 경사각은 성막 속도에 영향을 주고, 큰 성막속도를 얻기 위해 타깃 경사각은 0°에서 45°가 적당하며 바람직한 타깃 경사각은 10°에서 30°이다.
적어도 차광막에 대해 포토리소그래피 및 에칭에 의해 패터닝을 실시하여 전사패턴을 설치함으로써 포토마스크를 제조할 수 있다. 또한 에칭의 에천트에 대해서는 피에칭막의 재료에 따라서 적절하게 변경한다.
다음으로 본 발명의 효과를 명확하게 하기 위해 실시한 실시예에 대해서 설 명한다. 또한 이하의 실시예에 있어서는 마스크블랭크용 기판이 유리기판인 경우에 대해서 설명한다.
(실시예 1)
이 실시예 1에서 제조하는 마스크블랭크용 기판의 형상에 대해서는 가상기준 기판의 가상기준 주표면의 형상을, 구면으로서 곡률반경 r=14,508,150mm, 132mm각내의 영역에 있어서 평탄도가 0.3㎛로 되는 곡면형상으로 하고, 이 형상에 피트하는 것을 목표로 하여 연마가공된다. 구체적으로는 이하의 각 연마공정을 거쳐 마스크블랭크용 기판이 제조된다.
합성석영 유리기판(152.4mm×152.4mm×6.45mm)에 대해서 랩핑가공 및 챔퍼링가공을 실시한 유리기판에 대해 양면 연마장치에 소정 매수를 세트하고, 이하의 연마조건에서 조연마공정을 실시했다. 조연마공정 후, 유리기판에 부착한 연마지립을 제거하기 위해 유리기판을 초음파 세정했다. 또한 가공압력, 상하 정반(定盤)의 각 회전수, 연마시간 등의 연마조건은 적절하게 조정하여 실시했다.
연마액: 산화세륨(평균 입경 2㎛∼3㎛) + 물
연마패드: 경질폴리셔(우레탄패드)
이어서 조연마 후의 유리기판에 대해, 양면 연마장치에 소정 매수를 세트하고, 이하의 연마조건에서 정밀연마공정을 실시했다. 정밀연마공정 후, 유리기판에 부착한 연마지립을 제거하기 위해 유리기판을 초음파 세정했다. 또한 가공압력, 상하정반의 각 회전수, 연마시간 등의 연마조건은 적절하게 조정하여 실시했다. 이 정밀연마공정 후의 유리기판의 전사패턴을 형성하는 측의 주표면 형상은 4모서 리가 볼록하게 되도록 모든 조건을 조정하여 연마를 실시한다. 이것은 다음의 초정밀연마공정에서는 기판 주표면의 4모서리가 우선적으로 연마되어 버리는 특성이 있기 때문이며, 이에 따라 4모서리의 가장자리 흐트러짐을 억제할 수 있고, 기판 주표면의 142mm각내에 있어서의 평탄도를 0.3㎛이하로 할 수 있다.
연마액: 산화세륨(평균입경 1㎛) + 물
연마패드: 연질폴리셔(스웨드타입)
이어서 정밀연마 후의 유리기판에 대해, 양면 연마장치에 소정 매수를 세트하고, 이하의 연마조건에서 초정밀 연마공정을 실시했다. 초정밀 연마공정 후, 유리기판에 부착한 연마지립을 제거하기 위해 유리기판을 초음파 세정했다. 또한 가공압력, 상하 정반의 각 회전수, 연마시간 등의 연마조건은 적절하게 조정하여 실시했다. 이 초정밀 연마공정에서는 기판형상이 방형(方形)인 것에 기인하여 4모서리가 우선적으로 연마되기 쉬운 특성을 갖고 있다. 기판 주표면의 표면 조도를 소정의 조도 0.4nm이하가 되도록 하면서 기판 주표면의 142mm각내에 있어서의 평탄도가 0.3㎛보다도 크지 않도록 연마조건을 설정하고 있다.
이와 같이 하여 본 발명에 관련되는 유리기판을 제작했다.
연마액: 콜로이달 실리카(평균입경 100nm) + 물
연마패드: 초연질폴리셔(스웨드타입)
이와 같이 하여 얻어진 유리기판에 대해서 유리기판의 주표면 형상을 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 구했다. 그 결과 얻어진 유리기판의 형상은 전사패턴을 형성하는 박막을 설치하는 주표면의 형상이 중앙에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이었다. 또한 가상기준 주표면과 피팅했을 때의 차가 40nm이하인 것, 즉 본 발명의 마스크블랭크용 기판으로서 사용 가능한 합격품은 100매 중 95매로, 종래의 기판 선정방법에 의한 경우(100매 중 80매가 합격품)보다도 높은 수율로 제조할 수 있었다.
이어서 상기와 같이 하여 얻어진 유리기판상에 이면 반사방지층, 차광층, 표면 반사방지층을 그 순서로 형성했다. 구체적으로는 스퍼터 타깃으로서 Cr타깃을 이용하여 Ar, CO2, N2, He의 혼합가스를 스퍼터링 가스(가스유량비 Ar:CO2:N2:He=24:29:12:35)로 하고, 가스압 0.2Pa, DC 전원의 전력을 1. 7kW로 이면 반사방지층으로서 CrOCN막을 39nm의 막두께로 성막했다. 다음으로 스퍼터 타깃으로서 Cr타깃을 이용하여 Ar, NO, He의 혼합가스를 스퍼터링 가스(가스유량비Ar:NO:He=27:18:55)로 하고, 가스압 0.1Pa, DC전원의 전력을 1.7kW로 차광층으로서 CrON막을 17nm의 막두께로 성막했다. 다음으로 스퍼터 타깃으로서 Cr타깃을 이용하여 Ar, CO2, N2, He의 혼합가스를 스퍼터링 가스(가스유량비 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31)로 하고, 가스압 0.2Pa, DC전원의 전력을 1.8kW로 표면 반사방지층으로서 CrOCN막을 14nm의 막두께로 성막했다. 이 조건에서 성막된 이면 반사방지층, 차광층 및 표면 반사방지층은 차광막 전체에서 매우 저(低)응력이며, 기판의 형상변화를 최소한으로 억제할 수 있었다. 이와 같이 하여 마스크블랭크를 제작했다.
이와 같이 하여 얻어진 마스크블랭크의 차광막 및 반사방지막을 소정의 패턴 으로 패터닝함으로써 포토마스크(바이너리 마스크)를 제작했다. 얻어진 포토마스크를 진공척구조가 각각 다른 3개의 노광장치에 장착하여 검증을 실시했다. 사용하는 노광장치로는 마스크스테이지의 척구조가 포토마스크의 대향하는 2개의 단면측의 주표면을 척에어리어로 하는 타입이며, 척에어리어의 포토마스크가 접촉하는 부분이 탄성이 작은 재료로 형성되어 있는 소위 하드척 구조인 것에 대해서 2종류, 마스크스테이지의 척구조가 포토마스크가 접촉하는 부분이 탄성이 높은 재료로 형성되어 있는 소위 소프트척 구조인 것에 대해서 1종류를 선정했다. 평탄도를 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 구했다. 그 결과, 모든 노광장치에 있어서 척 후의 포토마스크의 평탄도는 어떤 경우도 0.12㎛이하이며, DRAM hp32nm세대의 포토마스크로서 양호한 전사성능을 얻을 수 있었다.
(실시예 2)
이 실시예 2에서는 목표로 해야할 가상기준 기판의 가상기준 주표면의 형상을 구면으로서 곡률반경 r=21,762,225mm, 132mm각의 영역에 있어서 평탄도가 0.2㎛로 되는 곡면형상으로 하고, 실시예 1과 마찬가지의 연마공정으로 연마조건을 적절히 조정하여 유리기판을 제조했다. 그리고 얻어진 유리기판에 대해서 유리기판의 주표면 형상을 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 구했다. 그 결과, 얻어진 유리기판의 형상은 전사패턴을 형성하는 박막을 설치하는 주표면의 형상이 중앙에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이었다.
다음으로 제조한 유리기판에 대해 가상기준 주표면과의 피팅을 실시했다. 도 8에 제조한 유리기판 중 1매에 대해서 파장시프트 간섭계로 측정한 기판 주표면 의 형상을 등고선도로 나타낸다. 또 도 9에 그 유리기판의 양 대각선(도 8의 XYR1-XYR1선 및 XYR2-XYR2선)에 있어서의 각 주표면 형상을 나타낸다. 측정 결과, 이 유리기판의 142mm 각내에 있어서의 평탄도는 0.19㎛이며, 132mm각내에 있어서의 평탄도도 0.18㎛로 요구하는 평탄도 0.2㎛이하를 만족시키는 것이었다. 도 10에 가상기준 기판의 132mm각내에 있어서 피팅을 실시하는 가상기준 주표면의 형상을 등고선도로 나타낸다. 또 도 11에, 도 8에 나타내는 유리기판에 대해 132mm각내에서 도 10의 가상기준 주표면을 피팅했을 때의 일단면 형상을 나타낸다. 도 12에 이 피팅을 실시했을 때의 유리기판의 주표면과, 이상기준 주표면 형상의 차를 나타낸다. 또한 도 12에 나타내는 차는 피팅을 실시했을 때에 가상기준 기판의 높이가 유리기판의 주표면의 높이보다도 높아지는 부분을 플러스의 수치로 나타내고, 역으로 유리기판의 주표면의 높이 쪽이 높아지는 부분을 마이너스의 수치로 나타내고 있다.
도 12의 결과를 보면 피팅차는 플러스 수치에서는 0.0075㎛(7.5nm), 마이너스 수치에서는 -0.0067㎛(6.7nm)로 매우 양호한 결과였다. 또 132mm각내 전체에 있어서도 피팅차는 최대라도 0.011(11nm)로 40nm이하이며 고정밀도의 합격품이었다. 마찬가지로 제조한 다른 유리에 대해서도 가상기준 주표면과 피팅을 실시한 결과, 피팅했을 때의 차가 40nm이하인 것, 즉 본 발명의 마스크블랭크용 기판으로서 사용 가능한 합격품은 100매 중 90매로 종래의 기판 선정방법에 의한 경우(100매 중 80매가 합격품)보다도 높은 수율로 제조할 수 있었다.
이어서 상기와 같이 하여 얻어진 유리기판상에 실시예 1과 마찬가지의 성막 조건에서 이면 반사방지층, 차광층, 표면 반사방지층을 순서대로 형성하고, 마스크블랭크를 제작했다. 또한 이와 같이 하여 얻어진 마스크블랭크의 차광막 및 반사방지막을 소정의 패턴으로 패터닝함으로써 포토마스크(바이너리 마스크)를 제작했다. 얻어진 포토마스크를 실시예 1과 마찬가지로 진공척 구조가 각각 다른 3종류의 노광장치에 장착하여 검증을 실시했다. 평탄도를 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 구했다. 그 결과, 모든 노광장치에 있어서도 척 후의 포토마스크의 평탄도는 어떤 경우도 0.08㎛이하로, DRAM hp32nm세대의 포토마스크는 물론, DRAM hp22nm세대의 포토마스크로서도 충분히 양호한 전사성능을 얻을 수 있었다.
(실시예 3)
실시예 1에 있어서 제작된 유리기판상에 위상시프트막과, 이면 반사방지막, 차광막 및 표면 반사방지막으로 이루어지는 적층막을 형성했다. 구체적으로는 스퍼터 타깃으로서 Mo와 Si의 혼합타깃(원자%비 Mo:Si=10:90)을 이용하여 Ar, N2, He의 혼합가스를 스퍼터링 가스(가스유량비 Ar:N2:He=5:49:46)로 하고, 가스압 0.3Pa, DC전원의 전력을 2.8kW로 위상시프트막으로서 MoSiN막을 69nm의 막두께로 성막했다. 다음으로 위상시프트막이 성막된 기판을 250℃로 5분간 가열처리(어닐처리)했다.
다음으로 이면 반사방지층, 차광층 및 표면 반사방지층으로 이루어지는 차광막을 형성했다. 구체적으로는 맨처음 스퍼터 타깃으로서 Cr타깃을 이용하여 Ar, CO2, N2, He의 혼합가스를 스퍼터링 가스(가스유량비 Ar:CO2:N2:He=22:39:6:33)로 하 고, 가스압 0.2Pa, DC전원의 전력을 1.7kW로 이면 반사방지층으로서 CrOCN막을 30nm의 막두께로 성막했다. 다음으로 스퍼터 타깃으로서 Cr타깃을 이용하여 Ar, N2의 혼합가스를 스퍼터링 가스(가스유량비 Ar: N2=83:17)로 하고, 가스압 0.1Pa, DC전원의 전력을 1.7kW로 차광층으로서 CrN막을 4nm의 막두께로 성막했다. 다음으로 스퍼터 타깃으로서 Cr타깃을 이용하여 Ar, CO2, N2, He의 혼합가스를 스퍼터링 가스(가스유량비 Ar:CO2:N2:He=21:37:11:31)로 하고, 가스압 0.2Pa, DC전원의 전력을 1.8kW로 표면 반사방지층으로서 CrOCN막을 14nm의 막두께로 성막했다. 이 조건에서 성막된 이면 반사방지층, 차광층 및 표면 반사방지층은 차광막 전체에서 매우 저응력이고 또 위상시프트막도 매우 저응력이어서 기판의 형상변화를 최소한으로 억제할 수 있었다.
이와 같이 하여 얻어진 마스크블랭크의 차광막 및 반사방지막을 소정의 패턴으로 패터닝함으로써 포토마스크(위상시프트마스크)를 제작했다. 얻어진 포토마스크를 실시예 1과 마찬가지로 진공척 구조가 각각 다른 3개의 노광장치에 장착하여 검증을 실시했다. 평탄도를 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 구했다. 그 결과, 모든 노광장치에 있어서도 포토마스크의 평탄도는 어떠한 경우도 0.12㎛이하로, DRAM hp32nm세대의 포토마스크로서 양호한 전사성능을 얻을 수 있었다.
(실시예 4)
실시예 2에 있어서 제작된 유리기판상에 실시예 3과 동일 구조의 위상시프트 막과, 이면 반사방지막, 차광막 및 표면 반사방지막으로 이루어지는 적층막을 형성했다. 이와 같이 하여 얻어진 마스크블랭크의 차광막 및 반사방지막을 소정의 패턴으로 패터닝함으로써 포토마스크(위상시프트마스크)를 제작했다. 얻어진 포토마스크를 실시예 1과 마찬가지로 진공척 구조가 각각 다른 3종류의 노광장치에 장착하여 검증을 실시했다. 평탄도를 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 구했다. 그 결과, 모든 노광장치에 있어서도 척 후의 포토마스크의 평탄도는 어떠한 경우도 0.08㎛이하로, DRAM hp32nm세대의 포토마스크는 물론, DRAM hp22nm세대의 포토마스크로서도 충분히 양호한 전사성능을 얻을 수 있었다.
(실시예 5)
실시예 1에 있어서 제작된 유리기판상에 차광막으로서 MoSiON막(이면 반사방지층), MoSi(차광층), MoSiON막(반사방지층)을 형성했다. 구체적으로는 Mo:Si=21:79(원자%비)의 타깃을 이용하여 Ar과 O2와 N2와 He를 스퍼터링 가스압 0.2Pa(가스유량비 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)로 하고, DC전원의 전력을 3.0kW로 몰리브덴, 실리콘, 산소, 질소로 이루어지는 막(MoSiON막:막 중의 Mo와 Si의 원자%비는 약 21:79)을 7nm의 막두께로 형성하며 이어서 같은 타깃을 이용하여 Ar을 스퍼터링 가스압 0.1Pa로 하고, DC전원의 전력을 2.0kW로 몰리브덴 및 실리콘으로 이루어지는 막(MoSi막:막 중의 Mo와 Si의 원자%비는 약 21:79)을 35nm의 막두께로 형성하고 이어서 Mo:Si=4:96(원자%비)의 타깃을 이용하여 Ar과 O2와 N2와 He를 스퍼터링 가스압 0.2Pa(가스유량비 Ar:O2:N2:He=5:4:49:42)로 하고, DC전원의 전력을 3.0kW로 몰 리브덴, 실리콘, 산소, 질소로 이루어지는 막(MoSiON막:막 중의 Mo와 Si의 원자%비는 약 4:96)을 10nm의 막두께로 형성했다. 차광성막의 합계 막두께는 52nm로 했다. 이 조건에서 성막된 이면 반사방지층, 차광층 및 표면 반사방지층은 차광막 전체에서 매우 저응력이어서 기판의 형상변화를 최소한으로 억제할 수 있었다.
이와 같이 하여 얻어진 마스크블랭크의 차광막 및 반사방지막을 소정의 패턴으로 패터닝함으로써 포토마스크(바이너리 마스크)를 제작했다. 얻어진 포토마스크를 실시예 1과 마찬가지로 진공척 구조가 각각 다른 3개의 노광장치에 장착하여 검증을 실시했다. 그 결과, 모든 노광장치에 있어서도 포토마스크의 평탄도는 어떠한 경우도 0.12㎛이하로 DRAM hp32nm세대의 포토마스크로서 양호한 전사성능을 얻을 수 있었다.
(실시예 6)
실시예 2에 있어서 제작된 유리기판상에 실시예 5와 동일한 구성의 MoSiON막(이면 반사방지층), MoSi(차광층), MoSiON막(반사방지층)을 차례로 적층한 차광막을 형성했다. 이와 같이 하여 얻어진 마스크블랭크의 차광막 및 반사방지막을 소정의 패턴으로 패터닝함으로써 포토마스크(바이너리 마스크)를 제작했다. 얻어진 포토마스크를 실시예 1과 마찬가지로 진공척 구조가 각각 다른 3종류의 노광장치에 장착하여 검증을 실시했다. 평탄도를 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 구했다. 그 결과, 모든 노광장치에 있어서도 척 후의 포토마스크의 평탄도는 어떤 경우도 0.08㎛이하로, DRAM hp32nm세대의 포토마스크는 물론, DRAM hp22nm세대의 포토마스크로서도 충분히 양호한 전사성능을 얻을 수 있다.
(실시예 7)
실시예 1에 있어서 초정밀 연마공정 및 초음파 세정까지 실시한 유리기판에 대해, 그 주표면에 MRF(Magneto Rheological Finishing) 가공법에 의한 국소가공을 실시했다. 맨처음 이 유리기판의 주표면의 평탄도를 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 측정했다(측정영역:기판중심과 동심(同心)의 142mm각내의 영역). 다음으로 그 실측값을 기초로 우선 기판 주표면의 142mm각내의 영역에서 평탄도가 0.3㎛이하의 범위로 되어 있는지를 검증한다. 평탄도가 0.3㎛를 넘고 있는 경우에는 가장 낮은 부분에서 보아 0.3㎛를 넘는 높이의 영역을 국소가공이 필요한 영역으로서 특정하고 필요가공량을 산출한다. 다음으로 기판 주표면의 실측값을 기초로 기판 주표면의 132mm각내의 영역에 대하여 가상기준 기판의 기준곡면에 대해 피팅을 실시한다. 이 경우에서는 132mm각내의 영역의 기판 주표면에 대해 기준곡면이 소정의 허용되는 최대의 피팅차(40nm)보다도 위쪽의 높이에 위치하지 않도록 피팅시킨다. 그리고 피팅시킨 기준곡면에 대해 기판 주표면이 소정의 허용되는 최대의 피팅차(40nm)보다도 위쪽에 위치하는 부분을 국소가공이 필요한 영역으로서 특정하고 필요가공량을 산출한다. 이 단계에서 국소가공이 필요 없다고 판단된 기판에 대해서는 본 발명의 마스크블랭크용 기판으로서 사용 가능한 합격품이 된다.
다음으로 국소가공이 필요하게 되며, 그 영역이 특정된 유리기판에 대해 MRF가공법에 의한 국소가공을 실시한다. MRF가공법이라는 것은 자성유체 중에 함유시킨 연마지립을 자장 원용에 의해 기판과 접촉시키고, 접촉부분의 체류시간을 제어함으로써 국소적으로 연마가공을 실시하는 방법이다. 이 연마가공에서는 볼록부위 의 볼록도가 큰 만큼 연마지립에 의한 접촉부분의 체류시간을 길게 한다. 또 볼록부위의 볼록도가 작은 만큼 연마지립에 의한 접촉부분의 체류시간을 짧게 하여 제어한다.
도 13은 MRF가공법에 의한 가공상태를 설명하는 개략도이며, 도 13a는 정면방향 단면도를, 도 13b는 측면방향 단면도를 나타내고 있다. 동일 도면에 있어서 MRF가공법에 따르면 철(도시하지 않음)을 포함하는 자성유체(41) 중에 함유시킨 연마지립(도시하지 않음)을 자장 원용에 의해 피가공물인 마스크블랭크용 기판(1)에 고속으로 접촉시키는 동시에, 접촉부분의 체류시간을 제어함으로써 국소적으로 연마 가공하고 있다. 즉, 회전 자재로 지지된 원반형상의 전자석(6)에, 자성유체(41)와 연마슬러리(42)의 혼합액(자성 연마슬러리(4))을 투입하여 그 선단을 국소가공의 연마스폿(5)으로 하고 제거해야 할 볼록부분(13)을 연마스폿(5)에 접촉시키고 있다. 이와 같이 하면 원반 위의 자장을 따라서 자성 연마슬러리(4)가, 기판(1)측에 연마슬러리(42)가 많이 분포하고 전자석(3)측에 자성유체(41)가 많이 분포하는, 대략 이층상태를 이루어 흐른다. 이 상태의 일부분을 국소적으로 연마가공하는 연마스폿(5)으로 하고 기판(1)의 표면과 접촉시킴으로써 볼록부분(13)을 국소적을 연마하여 수십 nm의 평탄도로 제어한다.
이 MRF가공법은 종래의 연마방법과 달리, 항상 연마스폿(5)이 유동하고 있기 때문에 가공 공구의 마모나 형상변화에 의한 가공정밀도의 열화가 없고, 또한 기판(1)을 고하중으로 밀어누를 필요가 없으므로 표면 변위층에 있어서의 잠상(潛傷)이나 흠집이 적다는 이점이 있다. 또 MRF가공법은 연마스폿(5)을 접촉시키면서 기 판(1)을 이동시킬 때, 소정 영역마다 설정된 가공 할당량(필요가공량)에 따라서 기판(1)의 이동속도를 제어함으로써 용이하게 제거량을 조절할 수 있다.
자성유체(41)에 혼합하는 연마슬러리(42)는 미세한 연마입자를 액체로 분산시킨 것이 이용된다. 연마입자는 예를 들면 탄화규소, 산화알루미늄, 다이아몬드, 산화세륨, 산화지르코늄, 산화망간, 콜로이달 실리카 등이며, 피가공물의 재질이나 가공표면 조도 등에 따라서 적절하게 선택된다. 이들 연마입자는 물, 산성용액, 알칼리성 용액 등의 액체 중에 분산되어 연마슬러리(42)가 되며, 자성유체(41)에 혼합된다.
마스크블랭크용 기판(1)의 주표면과 가상기준 주표면과의 피팅을 실시한 결과, MRF가공법에 의한 국소연마가공이 필요하다고 판단된 부분에 대해서 산출된 필요가공량만 국소연마가공을 실시했다. 다음으로 국소연마가공을 실시한 주표면은 표면 거침이 발생하고 있으므로 단시간만 양면 연마장치를 이용하여 양면 연마를 실시했다. 양면 연마는 이하의 연마조건으로 실시했다. 또한 가공압력, 상하 정반의 각 회전수, 연마시간 등의 연마조건은 적절하게 조정하여 실시했다.
연마액: 콜로이달 실리카(평균입경 70nm)
+ 알칼리 수용액(NaOH, pH11)
연마패드: 초연질 폴리셔(스웨드타입)
그 결과, 얻어진 유리기판의 형상은 전사패턴을 형성하는 박막을 설치하는 주표면의 형상이 중앙에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이었다. 또한 가상기준 주표면과 피팅했을 때의 차가 40nm이하인 것, 즉 본 발명의 마스크블랭크용 기판으로서 사용 가능한 합격품은 100매 중 100매로, 매우 높은 수율로 제조할 수 있었다.
다음으로 상기와 같이 하여 얻어진 유리기판에 실시예 1과 마찬가지로 차광막을 성막하여 마스크블랭크를 제작했다. 또한 얻어진 마스크블랭크의 차광막 및 반사방지막을 소정의 패턴으로 패터닝함으로써 포토마스크(위상시프트마스크)를 제작했다. 얻어진 포토마스크를 실시예 1과 마찬가지로 진공척 구조가 각각 다른 3개의 노광장치에 장착하여 검증을 실시했다. 평탄도를 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 구했다. 그 결과 모든 노광장치에 있어서도 포토마스크의 평탄도는 어떠한 경우도 0.12㎛이하로, DRAM hp32nm세대의 포토마스크로서 양호한 전사성능을 얻을 수 있었다.
(실시예 8)
실시예 2에 있어서, 초정밀 연마공정 및 초음파 세정까지 실시한 유리기판에 대해, 실시예 7과 마찬가지로 그 주표면에 MRF(Magneto Rheological Finishing)가공법에 의한 국소가공을 실시했다. 여기에서는 기판 주표면의 142mm각내의 영역에서 평탄도가 0.3㎛ 이하의 범위가 되도록 하는 것은 물론, 132mm각내의 영역에서 평탄도가 0.2㎛ 이하의 범위가 되도록 국소가공을 실시했다. 그 결과, 얻어진 유리기판의 형상은 전사패턴을 형성하는 박막을 설치하는 주표면의 형상이 중앙에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이었다. 또한 가상기준 주표면과 피팅했을 때의 차가 40nm이하인 것, 즉 본 발명의 마크스블랭크용 기판으로서 사용 가능한 합격품은 100매 중 100매로, 매우 높은 수율로 제조할 수 있었 다.
다음으로 이 유리기판상에 실시예 1과 마찬가지로 차광막을 형성했다. 이와 같이 하여 얻어진 마스크블랭크의 차광막을 소정의 패턴으로 패터닝함으로써 포토마스크(바이너리 마스크)를 제작했다. 얻어진 포토마스크를 실시예 1과 마찬가지로 진공척구조가 각각 다른 3종류의 노광장치에 장착하여 검증을 실시했다. 평탄도를 파장변조 레이저를 이용한 파장시프트 간섭계로 구했다. 그 결과, 모든 노광장치에 있어서도 척 후의 포토마스크의 평탄도는 어떤 경우도 0.08㎛이하로, DRAM hp32nm세대의 포토마스크는 물론, DRAM hp22nm세대의 포토마스크로서도 충분히 양호한 전사성능을 얻을 수 있었다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 마스크블랭크용 기판이 전사패턴을 형성하는 박막을 설치하는 주표면의 형상이 중앙에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이 소정의 가상기준 주표면인 가상기준 기판에 대한 높이의 차가 ±40nm이내이므로 노광장치의 마스크스테이지에 척한 후의 마스크기판의 평탄도를 시뮬레이션할 필요가 없고, 또한 노광장치의 척구조에 상관없이 척 후의 원하는 평탄도를 실현할 수 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 적절하게 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들어 상기 실시형태에 있어서의 재료, 사이즈, 처리수순 등은 일례이며, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위 내에서 여러가지 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 그 외 본 발명의 목적 범위를 이탈하지 않는 한 적절하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
도 1은 포토마스크를 노광장치의 척스테이지에 재치했을 때에 있어서의 기판주표면방향의 평면도이다.
도 2a는 포토마스크를 척스테이지에 척하기 전의 포토마스크의 형상을 나타내는 도면이며, 도 1에 나타내는 A방향에서 본 측면도이다.
도 2b는 포토마스크를 척스테이지에 척하기 전의 포토마스크의 형상을 나타내는 도면이며, 도 1에 나타내는 B방향에서 본 측면도이다.
도 3a는 포토마스크를 척스테이지에 척한 후의 포토마스크의 형상을 나타내는 도면이며, 도 1에 나타내는 A방향에서 본 측면도이다.
도 3b는 포토마스크를 척스테이지에 척한 후의 포토마스크의 형상을 나타내는 도면이며, 도 1에 나타내는 B방향에서 본 측면도이다.
도 4a는 본 발명을 적용한 기판의 주표면 형상을 나타내는 등고선도이며, 노광장치의 척스테이지에 척 전의 기판의 주표면 형상을 나타내는 등고선도이다.
도 4b는 본 발명을 적용한 기판의 주표면 형상을 나타내는 등고선도이며, 노광장치의 척스테이지에 척 후의 기판의 주표면 형상을 나타내는 등고선도이다.
도 5a는 본 발명의 실시형태에 관련되는 마스크블랭크용 기판의 주표면방향의 평면도이다.
도 5b는 도 5a에 있어서의 Y1-Y1을 따른 단면도이다.
도 5c는 도 5a에 있어서의 XY1-XY1을 따른 단면도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 마스크블랭크용 기판의 부분확대단면을 나타내는 도 면이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 관련되는 마스크블랭크를 제조할 때에 이용되는 스퍼터링장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 2에서 제조한 유리기판의 주표면 형상을 나타내는 등고선도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 유리기판에 있어서의 XYR1-XYR1선을 따르는 단면의 주표면 형상 및 XYR2-XYR2선을 따르는 단면의 주표면 형상을 나타내는 도면이다.
도 10은 가상기준 주표면 형상의 등고선도이다.
도 11은 도 8에 나타내는 유리기판에 도 10에 나타내는 가상기준 주표면을 피팅한 도면이다.
도 12는 도 11에 있어서 피팅을 실시했을 때의 피팅차에 관한 도면이다.
도 13a는 실시예 7의 MRF가공법에 의한 가공상태를 설명하는 개략도이며, 정면방향 단면도를 나타낸다.
도 13b는 실시예 7의 MRF가공법에 의한 가공상태를 설명하는 개략도이며, 측면방향 단면도를 나타낸다.

Claims (10)

  1. 노광장치의 마스크스테이지에 척되는 포토마스크에 이용되는 마스크블랭크용 기판으로서,
    마스크스테이지에 척되는 측인 동시에 전사패턴을 형성하는 박막을 설치하는 측의 주표면이 중앙부를 포함하는 142mm각내의 영역에 있어서의 평탄도가 0.3㎛이하이고 또 중앙부에서 상대적으로 높고 주연부에서 상대적으로 낮아지는 볼록형상이며, 가상기준 기판의 132mm각내의 영역에서 2차 곡면의 표면형상을 갖는 구면형상인 가상기준 주표면을 상기 주표면에 대하여 피팅을 실시했을 때의 차가 40nm이하이며,
    상기 가상기준 주표면의 곡률반경은 14,500,000mm이상인 것을 특징으로 하는 마스크블랭크용 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가상기준 주표면의 132mm각내의 영역에 있어서의 평탄도가 0.2㎛이하인 것을 특징으로 하는 마스크블랭크용 기판.
  3. 제 1 항에 기재한 마스크블랭크용 기판과, 상기 마스크블랭크용 기판의 상기 주표면상에 형성된 박막을 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크블랭크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 박막이 크롬을 포함하는 재료 또는 몰리브덴실리사이드를 포함하는 재료로 구성되는 차광막인 것을 특징으로 하는 마스크블랭크.
  5. 제 3 항에 기재한 마스크블랭크의 상기 박막으로 구성된 전사패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  6. 제 5 항에 기재한 포토마스크를 사용하여 리소그래피법에 의해 해당 포토마스크의 전사패턴을 반도체 기판상에 패턴전사하여 제조된 반도체 디바이스.
  7. 노광장치의 마스크스테이지에 척되는 포토마스크에 이용되는 마스크블랭크용 기판의 제조방법에 있어서,
    기판의 마스크스테이지에 척되는 측인 동시에 박막을 설치하는 측의 주표면의 중앙부를 포함하는 142mm각내의 영역에 있어서의 평탄도를 0.3㎛이하가 되기까지 연마하는 공정과,
    상기 기판의 마스크스테이지에 척되는 측인 동시에 박막을 설치하는 측의 주표면의 132mm각내에 있어서의 영역에서 표면형상을 측정하고, 측정한 상기 기판의 표면형상과 가상기준 기판의 가상기준 주표면과의 피팅을 실시하여, 그 차가 40nm이하인 것을 마스크블랭크용 기판으로서 선정하는 공정을 갖고,
    상기 가상기준 주표면은 2차 곡면의 표면형상을 갖고, 곡률반경이 14,500,000mm이상인 구면형상인 것을 특징으로 하는 마스크블랭크용 기판의 제조방법.
  8. 제 7 항에 기재한 방법으로 얻어진 마스크블랭크용 기판의 박막을 설치하는 측의 주표면에, 박막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 마스크블랭크의 제조방법.
  9. 제 8 항에 기재한 방법으로 얻어진 마스크블랭크의 박막에 전사패턴을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  10. 제 9 항에 기재한 방법으로 얻어진 포토마스크를 사용하여 리소그래피법에 의해 해당 포토마스크의 전사패턴을 반도체 기판상에 패턴전사하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 제조방법.
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