KR101295804B1 - 블랭크 마스크 기판, 블랭크 마스크 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 기판, 금속막, 레지스트막이 순차적으로 형성된 바이너리 블랭크 마스크 및 투명 기판, 위상반전막, 금속막, 레지스트막이 순차적으로 형성된 위상반전 블랭크 마스크에 있어서, 상기 투명 기판은 두께가 6.3 mm 이상, 크기가 150×150 ± 0.2 mm이며 특히, 그루브가 형성된 1 홀 캐리어를 연마 공정에 적용하여 평탄도가 1.0 ㎛ 이하, 표면 거칠기가 0.5 nmRa 이하로 제조하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 기판 및 이를 이용하여 제조되는 블랭크 마스크에 관한 것이다.

Description

블랭크 마스크 기판, 블랭크 마스크 및 그의 제조 방법{Substrate for Blank Mask, Blank Mask and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 반도체 제조에 있어 리소그래피(lithography) 공정에서 사용되는 포토마스크(photomask)의 원재료인 블랭크 마스크(blank mask) 및 블랭크 마스크 기판에 관한 것으로, 더 구체적으로 블랭크 마스크 기판의 평탄도 및 표면 거칠기를 우수하게 하여 고품질의 블랭크 마스크를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상세하게는 연마 공정에 사용되는 캐리어(carrier)의 모양과 캐리어의 그루브(groove) 형상을 조절함으로써, 우수한 블랭크 마스크 기판 및 이를 이용한 블랭크 마스크를 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재, 반도체 집적회로장치를 제조함에 있어서, 배선 영역의 형성 프로세스에서 포토리소그래피 기술이 적용되고 있다. 상기 포토리소그래피 공정에서, 노광용 원판으로서 사용되는 포토마스크는, 투명 기판 상에 패터닝(patterning)된 차광막이 형성되어 있으며, 차광막 패턴이 노광장치를 통해 반도체 웨이퍼 상에 전사되어, 반도체 집적회로장치가 제조된다.
포토마스크는 통상적으로 투명 기판 상에 금속막 및 레지스트막이 형성된 블랭크 마스크를 이용하여 제조되고, 투명 기판 상에 파티클 및 스크래치(scratch)와 같은 결함이 있으면 패터닝 시 결함을 일으키기 쉽다. 최근 초고밀도 집적회로(Very-Large-Scale Integration : VLSI) 디바이스의 고밀도, 고정밀도의 발전에 따라 블랭크 마스크용 기판과 같은 전자 디바이스용 6인치 투명 기판은 도 1과 같이 142×142 mm 유효영역(A) 내에서 우수한 평탄도 및 표면 거칠기가 요구되고 있다. 그리고 한정된 기판 면적 내에 더 많은 패턴을 형성하기 위해, 현재에는 도 2에서와 같이 150×150 mm의 유효영역(A')으로 확대되고 있는 추세이다. 투명 기판의 우수한 평탄도의 획득은 반도체 공정에서 웨이퍼 전사 시에 초점 심도(Depth Of Focus : DOF)의 마진을 확보할 수 있고, 투명 기판의 우수한 표면 거칠기의 획득은 점차 단파장화 되는 노광 파장에서의 빛의 산란을 최소화하여 반도체 공정에서 웨이퍼 전사 시 명암비(contrast)를 극대화할 수 있는 장점을 가지기 때문에 블랭크 마스크 기판에서 우수한 평탄도 및 표면 거칠기가 요구되고 있는 실정이다.
상술한 바와 같이, 블랭크 마스크에 사용되는 투명 기판은 평탄도 및 표면 거칠기가 우수하고, 흠집 등의 결함이 없기 위하여 통상적으로, 석영 잉곳(ingot)의 절단 후 시행하는 랩핑(lapping), 폴리싱(polishing) 공정들이 복수의 단계에 걸쳐 이루어진다.
일반적으로, 랩핑 공정은 가공 왜곡 층을 균일화시키고, 판 두께의 치수를 소정의 판 두께 치수로 조정하여 우수한 평탄도 획득을 목적으로 진행하는 것이다. 폴리싱 공정은 랩핑 공정에 의해 얻어진 평탄도를 유지, 향상시키면서, 표면 거칠기를 개선하는 것을 목적으로 하여 행해진다.
폴리싱 공정에서는 단계적으로 표면 거칠기를 향상시키기 위하여, 연마 입자의 직경을 점진적으로 작게 하면서 복수 단계에 걸쳐 연마가공이 이루어진다. 폴리싱 공정을 진행하는 동안 합성 석영유리는 캐리어(carrier)를 이용하여 연마 공정을 진행하게 되는데, 이때 하나의 캐리어에 복수의 홀을 이용하여 마스크 기판을 연마하는 방법을 사용한다. 이러한 방법을 사용하게 되면 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다.
즉 도 3에서와 같이, 썬기어(2) 등의 구동에 따라 캐리어(4)가 회전하는 통상의 연마장치에 있어, 하나의 캐리어(4)에 복수의 홀을 형성하여 복수의 마스크 기판(1)을 연마할 경우, 연마패드(7) 사이에 배치된 상기 복수의 마스크 기판(50)은 그 위치에 따라 압력(P)의 불균형이 일어나게 됨으로써, 제거율(removal rate)이 달라지고, 그 결과 150×150 mm 유효영역(A')에서의 평탄도가 저하된다. 또한, 압력의 불균형으로 인하여 연마 슬러리(slurry)가 원활하게 공급되지 않게 되어, 기판()의 중앙 부분과 바깥 부분 사이의 연마 슬러리 공급량의 차이가 발생해 도 4와 같이 평탄한 기판으로 연마되지 않고, 도 5와 같이 투명 기판의 중앙 부분이 볼록한 형상으로 가공되어 평탄도가 크게 저하된다. 이러한 문제점으로 인하여 블랭크 마스크 기판의 150×150 mm 유효영역(A')에서 평탄도가 저하되면 블랭크 마스크 기판을 이용하여 제조되는 블랭크 마스크에서 금속막과 레지스트막의 두께 정확도 및 균일성, 표면 결함 특성 등에서 문제점을 야기하여 품질 저하를 가져오게 되고, 또한, 포토마스크 제조 후 최종적으로는 반도체 기판 생산의 수율을 저하시키는 원인으로 작용한다.
본 발명이 해결하려는 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 투명 기판의 확대된 150×150 mm의 유효영역에서 우수한 평탄도와 표면 거칠기를 가지는 블랭크 마스크용 기판의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 연마 공정에 있어서 그루브가 형성된 1 홀 캐리어를 사용하여 우수한 블랭크 마스크 기판 및 블랭크 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제들를 달성하기 위하여, 상정반과 하정반 사이에 배치되는 캐리어에 블랭크 마스크 기판을 삽입하는 단계; 상기 상정반의 하강으로 상기 블랭크 마스크 기판에 압력을 가하는 단계; 및 상기 상정반과 상기 하정반에 고정된 연마패드 사이에서, 상기 캐리어를 회전하여, 상기 블랭크 마스크 기판을 연마하는 단계를 포함한다. 상기 캐리어는 상기 블랭크 마스크 기판이 삽입되는 적어도 하나의 마스크 홀을 갖고, 상기 마스크 홀로부터 그의 가장자리로 연장된 그루브를 가질 수 있다.
상기 블랭크 마스크는 150×150 mm 유효영역에서 평탄도가 1.0 ㎛ 이하, 표면 거칠기가 0.5 nmRa 이하로 될 수 있다.
상기 그루브의 깊이는 0.5 ~ 1 mm이고, 상기 그루브의 넓이는 1 ~ 3 mm일 수 있다.
상기 블랭크 마스크를 연마하는 단계는 알루미나, 산화세륨, 콜로이달 실리카, 지르코니아 및 탄화규소 중 선택된 1종 이상의 연마 입자와 기능성 첨가제가 포함된 슬러리를 이용할 수 있다.
상기 알루미나의 입자 크기는 4 ~ 20 ㎛이고, 상기 산화세륨의 입자 크기는 1 ~ 3 ㎛이고, 상기 콜로이달 실리카의 입자 크기는 10 ~ 200 nm이고, 상기 지르코니아 또는 상기 탄화규소의 입자 크기는 3 ~ 7 ㎛일 수 있다.
상기 연마 입자가 상기 알루미나 또는 상기 산화세륨인 경우 그의 함유량이 5 ~ 50 wt%이고, 상기 연마 입자가 상기 콜로이달 실리카인 경우　그의 함유량이 10 ~ 50 wt%이고, 상기 연마 입자가 상기 지르코니아 또는 상기 탄화규소인 경우 그의 함유량이 1 ~ 50 wt%일 수 있다.
상기 슬러리는 과산화수소 0.1 ~ 7 wt%를 함유할 수 있다.
상기 슬러리는 pH가 7.0 이상 12.0 이하로 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 슬러리는 질산 또는 수산화칼륨 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 연마 패드는 압축률이 3 % 이상, 탄성회복률이 65 % 이상인 연질 패드일 수 있다.
상기 연마 패드는 압축률이 6 % 이상, 탄성회복률이 72 % 이상인 초연질 패드일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 블랭크 마스크 연마기는, 그의 아래에 연마패드를 갖는 상정반; 그의 위에 연마패드를 갖고, 상기 상정반과 반대 방향으로 회전하고, 상기 상정반과 마주보도록 배치된 하정반; 및 상기 하정반 및 상기 하정반 사이에 배치되고, 블랭크 마스크 기판이 삽입되는 적어도 하나의 마스크 홀을 갖는 캐리어를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 캐리어는 상기 마스크 홀로부터 그의 가장자리로 연장된 그루브를 가질 수 있다.
상기 캐리어는 상기 마스크 홀로부터 그의 가장자리로 연장된 그루브를 가질 수 있다.
상기 그루브의 깊이는 0.5 ~ 1mm이고, 상기 그루브의 넓이는 1 ~ 3mm일 수 있다.
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상술한 바와 같이, 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면 그루브가 형성된 1 홀 캐리어를 연마 공정에 적용해 150×150 mm 유효영역(A')에서 평탄도가 1.0 ㎛ 이하, 표면 거칠기가 0.5 nmRa 이하인 블랭크 마스크용 투명 기판을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 블랭크 마스크용 투명 기판들 각각을 개략적으로 보여주는 평면도들이다.
도 3은 공정시 압력의 불균형이 일어나는 부분을 설명한 공정의 모식도이다.
도 4는 이상적인 모양의 평탄도를 가진 기판의 모식도이다.
도 5는 압력 불균형으로 인하여 중앙부분이 볼록하게 연마된 기판의 모식도이다.
도 6 및 7은 본 발명의 실험에 사용된 양면 연마기의 단면도 및 평면도이다.
도 8은 본 발명에서 적용된 1 홀 그루브 캐리어의 모식도이다.
도 9는 본 발명에서 적용된 1 홀 캐리어의 모식도이다.
도 10은 본 발명에서 적용된 2 홀 그루브 캐리어의 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크를 형상화한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상반전 블랭크 마스크를 형상화한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
앞서 설명된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 슬라이싱(slicing)된 투명 기판 모재를 랩핑, 폴리싱 및 세정 공정을 통해 투명 기판으로 형성한 후, 기판 위에 위상반전막, 금속막 또는 다중 금속막의 형성을 실시한 후, 레지스트막을 적층하여 형성된 블랭크 마스크에 있어서, 투명 기판을 그루브가 형성된 1 홀 캐리어를 연마 공정에 적용하여 우수한 블랭크 마스크 기판 및 블랭크 마스크를 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 의한 블랭크 마스크용 투명 기판의 제조 방법의 경우,
a1) 합성석영유리를 준비하는 단계,
b1) 상기 a1) 단계에서 준비된 합성석영유리를 랩핑하는 단계,
c1) 상기 b1) 단계에서 형성된 합성석영유리를 폴리싱하는 단계,
d1) 상기 c1) 단계에서 형성된 투명 기판을 세정하는 단계를 포함하여 블랭크 마스크용 기판을 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 제조된 블랭크 마스크 기판을 이용하여 제조되는 바이너리(Binary) 블랭크 마스크는,
a2) 상기 d1) 단계에서 형성된 투명 기판을 준비하는 단계,
b2) 상기 a2) 단계에서 준비된 투명 기판 위에 금속막을 형성하는 단계,
c2) 상기 b2) 단계에서 형성된 금속막 위에 레지스트막을 형성하여 바이너리 블랭크 마스크의 제조 방법에 의해 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본 발명에 의한 블랭크 마스크 제조 방법이 위상반전(phase shift) 블랭크 마스크 제조 공정에 사용되는 경우,
a3) 상기 d1) 단계에서 형성된 투명 기판을 준비하는 단계,
b3) 상기 a3) 단계에서 준비된 투명 기판 위에 위상반전막을 형성하는 단계,
c3) 상기 b3) 단계에서 형성된 위상반전막 위에 금속막을 형성하는 단계,
d3) 상기 c3) 단계에서 형성된 금속막 위에 레지스트막을 형성하여 위상반전블랭크 마스크를 제조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 a1) 단계에 있어서, 합성석영유리의 석영 잉곳(ingot)이라 함은 산화규소(SiO2)가 99.99999 % 이상으로 구성되며, 리소그래피 광원인 노광 파장에서 적어도 85% 이상의 투과율을 가지며, 이러한 석영 잉곳을 기판 크기인 150×150 ± 0.2 mm, 두께가 6.3 mm 이상으로 절단된 것을 특징으로 한다.
상기 b1) 단계에 있어서, 랩핑 공정에서 사용되는 캐리어의 두께는 6 mm 이하인 것을 특징으로 한다. 캐리어의 두께가 6 mm 이상이면 합성석영유리와의 두께 차이가 작아져 랩핑 공정 진행에 있어 장비의 압력이 캐리어 주변으로 분산되어 기판의 균일한 연마가 불가능하게 된다. 따라서, 기판의 랩핑에 있어 간섭이 생기지 않는 6 mm 이하의 두께를 가지는 캐리어를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 b1) 단계에 있어서, 랩핑 공정에서 사용되는 캐리어는 기판을 고정하기 위한 홀의 위치가 X, Y축을 기준으로 캐리어의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 한다. 캐리어의 홀이 중앙 부분에 위치하지 않으면 142×142 mm 영역에서는 양호한 평탄도가 유지되지만, 합성석영유리의 중앙과 모서리 부분 사이의 연마량의 차이가 발생하여 150×150 mm 유효영역에서는 평탄도가 저하되는 결과를 초래한다. 따라서, 홀의 위치는 캐리어의 중앙에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 b1) 단계에 있어서, 랩핑 공정에서 사용되는 캐리어는 그루브(groove)를 가지는 것을 특징으로 한다. 그루브가 존재하지 않는 캐리어를 사용하여 랩핑 공정이 진행되면 슬러리의 유입 및 배출이 원활하게 이루어지지 않아, 합성석영유리의 균일하고 정밀한 연마가 어려워진다. 특히, 캐리어의 가장자리로부터 홀까지 슬러리의 유입 및 배출을 원활하게 하기 위하여 0.5 ~ 1 mm의 깊이, 1 ~ 3 mm의 넓이의 그루브를 가질 수 있다. 캐리어에 그루브가 존재하면 슬러리가 원활하게 유입되어 공정 중에 기판의 전체 면적에 슬러리가 균일하게 작용하여 기판의 평탄도가 향상된다. 따라서, 랩핑 공정에서 사용되는 캐리어는 그루브를 가지는 것이 바람직하다.
상기 b1) 단계에 있어서, 랩핑 공정은 2 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다. 1 단계로 랩핑 공정을 진행하는 경우, 공정 효율성을 고려하여 큰 크기의 연마입자를 사용하여 높은 압력 하에 랩핑 공정을 진행한다. 그렇게 되면 목표 두께 감소량은 쉽게 달성할 수 있지만, 기판 표면에서 깊이 방향으로 생성되는 크랙(crack)을 포함하는 손상(damage)이 발생하며, 양호한 표면 상태를 얻기 어렵다. 표면 상태가 우수하지 못하면 상대적으로 1차 폴리싱 공정의 시간이 더욱더 증가하기 때문에, 생산성 저하가 초래된다. 따라서, 목표 두께 정확도를 달성하는면서 동시에 결함을 감소시키기 위해서는 랩핑 공정을 2 단계로 구성하여 진행하는 것이 바람직하다.
상기 b1) 단계에 있어서, 랩핑 공정에서 사용되는 연마입자는 알루미나(Al2O3)를 주성분으로 하고 연마입자의 크기는 4 ~ 20 ㎛인 것을 특징으로 한다. 연마입자의 크기가 4 ㎛ 이하이면, 공정 시간이 증가함에 따라 생산성이 저하된다. 그리고 20 ㎛ 이상이면, 합성석영유리 표면에서 깊이 방향으로 생성되는 크랙을 포함하는 손상이 다수 발생하여 양호한 표면 상태를 얻기 어렵고, 목표 두께 정확도 조절 또한 어렵게 된다. 따라서, 랩핑 공정에서 사용되는 연마입자의 크기는 4 ~ 20 ㎛ 인 것이 바람직하다.
상기 b1) 단계에 있어서 랩핑 공정에서 사용되는 알루미나(Al2O3) 연마입자의 함량은 5 ~ 50 wt%인 것을 특징으로 한다. 연마 슬러리 내의 알루미나 연마입자의 함량이 5 wt% 이하이면, 슬러리에 의해 투명 기판에 도달하는 연마입자의 양이 부족하여 기판의 균일한 연마가 150×150 mm 유효영역에서 어렵게 된다. 그리고 공정 중 실시하는 장비 세정 작업으로 인해 연마입자의 함량은 더욱 더 줄어들 수 있다. 연마입자의 함량이 50 wt% 이상이면, 연마입자 간의 응집 현상이 발생하게 되어 연마 슬러리의 분산성이 저하되어 균일한 연마가 어려워진다. 그리고 응집된 연마입자는 초기 크기보다 수십 배 크기로 형성되어 기판 표면에 스크래치 또는 칩과 같은 치명적인 결함을 발생시킬 수 있다. 따라서, 랩핑 공정에서 사용되는 알루미나 연마입자의 함량은 5 ~ 50 wt%인 것이 바람직하다.
상기 b1) 단계에 있어서, 랩핑 공정의 압력은 50 ~ 170 g/cm2인 것을 특징으로 한다. 랩핑 공정 시 압력이 50 g/cm2 이하일 경우, 목표 두께 감소량을 달성하기 위한 공정 시간의 증가 때문에 공정의 효율성이 저하된다. 그리고 공정 압력이 170 g/cm2 이상일 경우, 기판 상에서 합성석영유리의 수직 방향으로 깊은 스크래치 또는 크랙의 개수 및 정도가 증가하게 된다. 따라서, 랩핑 공정의 압력은 50 ~ 170 g/cm2인 것이 바람직하다.
상기 b1) 단계에 있어서, 랩핑 공정의 분당 회전수(Revolutions Per Minute : RPM)는 10 ~ 50 RPM인 것을 특징으로 한다. RPM이 10 이하이면, 공급되는 슬러리가 정반의 가장자리까지 균일하게 이동하지 않기 때문에, 균일한 연마가 불가능해 진다. 그리고 RPM이 50 이상이면, 정반의 빠른 회전 속도에 의해 슬러리가 정반에 머무는 시간이 짧아져 합성석영유리와 마찰하지 못하고 배출되는 슬러리의 양이 증가하게 되어, 균일한 연마가 어려워진다. 따라서, 랩핑 공정의 RPM은 10 ~ 50 RPM인 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 폴리싱 공정에서 사용되는 캐리어의 두께는 6 mm 이하인 것을 특징으로 한다. 캐리어의 두께가 6 mm 이상이면, 합성석영유리와의 두께 차이가 작아져 랩핑 공정 진행에 있어 장비의 압력이 캐리어 주변으로 분산되어 기판의 균일한 연마가 불가능하게 된다. 따라서, 기판의 폴리싱에 있어 간섭이 생기지 않는 6 mm 이하의 두께를 가지는 캐리어를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 폴리싱 공정에서 사용되는 캐리어는 기판을 고정하기 위한 홀의 위치가 X, Y축을 기준으로 캐리어의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 한다. 캐리어의 홀이 중앙 부분에 위치하지 않으면, 142×142 mm 영역에서는 양호한 평탄도가 유지되지만, 합성석영유리의 중앙과 모서리 부분 사이의 연마량의 차이가 발생하여 150×150 mm 유효영역에서는 평탄도 및 표면 거칠기가 저하되는 결과를 초래한다. 따라서, 홀의 위치는 캐리어의 중앙에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 폴리싱 공정에서 사용되는 캐리어는 그루브를 가지는 것을 특징으로 한다. 그루브가 존재하지 않는 캐리어를 사용하여 폴리싱 공정이 진행되면, 슬러리의 유입 및 배출이 원활하게 이루어지지 않아 합성석영유리의 균일한 연마가 어려워진다. 특히, 캐리어의 가장자리로부터 홀까지 슬러리의 유입 및 배출을 원활하게 하기 위하여 0.5 ~ 1 mm의 깊이, 1 ~ 3 mm의 넓이를 가지는 그루브가 구비될 수 있다. 캐리어에 그루브가 존재하면, 슬러리가 원활하게 유입되어 공정 중에 기판의 전체 면적에 연마 슬러리가 균일하게 작용하여 기판의 평탄도와 표면 거칠기가 향상된다. 따라서, 폴리싱 공정에서 사용되는 캐리어는 그루브를 가지는 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 1 ~ 3차 폴리싱 공정에서 사용되는 슬러리는 산화세륨(CeO2), 콜로이달 실리카(SiO2) 연마입자, 과산화수소(H2O2)를 함유하고, pH는 질산(HNO3) 또는 수산화칼륨(KOH)으로 조절하여 전체 조성물 100 wt%를 맞추는 것을 특징으로 한다.
상기 c1) 단계에 있어서, 1차 폴리싱 공정에서 사용되는 슬러리는 산화세륨(CeO2) 연마입자가 1 ~ 30 wt%인 것을 특징으로 한다. 슬러리 내의 산화세륨 연마입자의 함량이 1 wt% 이하이면, 연마 슬러리에 의해 합성석영유리에 도달하는 연마입자의 양이 감소하여 균일한 연마가 150×150 mm 유효영역에서 어렵게 되고, 연마입자의 함량이 30 wt% 이상이면, 연마입자의 응집 등의 문제로 연마 슬러리의 분산성을 저하시켜 150×150 mm 유효영역에서 기판 표면에 원하지 않은 스크래치 또는 칩과 같은 결함을 발생시킬 수 있다. 따라서, 산화세륨 연마입자의 함량은 1 ~ 30 wt%인 것이 바람직하다. 2, 3차 폴리싱 공정에서 사용되는 슬러리는 콜로이달 실리카(SiO2) 연마입자가 10 ~ 50 wt%인 것을 특징으로 한다. 슬러리 내의 콜로이달 실리카 연마입자의 함량이 10 wt% 이하이면, 슬러리에 의해 투명 기판에 도달하는 연마입자의 양이 부족하여 기판의 균일한 연마가 150×150 mm 유효영역에서 어렵게 된다. 그리고 공정 중 실시하는 장비 세정 작업으로 인해 연마입자의 함량은 더욱더 줄어들 수 있다. 연마입자의 함량이 50 wt% 이상이면, 연마입자 간의 응집 현상이 발생하게 되어 슬러리의 분산성이 저하되어 균일한 연마가 어려워진다. 그리고 응집된 연마입자는 초기 크기보다 수십 배 크기로 형성되어, 기판 표면에 원하지 않은 스크래치 또는 칩과 같은 치명적인 결함을 발생시킬 수 있다. 따라서, 콜로이달 실리카 연마입자의 함량은 10 ~ 50 wt% 인 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 1차 폴리싱 공정에 사용된 산화세륨 연마입자의 크기는 1 ~ 3 ㎛인 것을 특징으로 한다. 연마입자는 폴리싱 공정에서 물리적으로 합성석영유리를 제거하는 역할을 하고, 연마입자의 크기가 3 ㎛ 이상이면, 목표 두께 감소량을 달성하는 것은 용이하나, 양호한 표면 거칠기를 확보하기 어려운 결과를 가져온다. 그리고 연마입자의 크기가 1 ㎛ 이하이면, 랩핑 공정을 거친 합성석영유리의 두께 감소량이 작아서 공정 시간이 증가함에 따라 공정의 효율성이 저하된다. 따라서, 1차 폴리싱 공정에서 산화세륨 연마입자의 크기는 1 ~ 3 ㎛인 것이 바람직하다. 그리고 2차 폴리싱 공정에 사용된 콜로이달 실리카 연마입자의 크기는 50 ~ 200 nm인 것을 특징으로 한다. 폴리싱 공정은 복수의 단계를 거치며 표면 거칠기를 향상시키는 공정이므로, 점진적으로 연마입자의 크기는 작아지는 특징이 있다. 콜로이달 실리카 연마입자의 크기가 50 nm 이하이면 폴리싱 공정의 효율성이 저하되고, 200 nm 이상이면 2차 폴리싱 공정에서 획득해야 하는 표면 거칠기를 만족시킬 수 없다. 따라서, 2차 폴리싱 공정에서 콜로이달 실리카 연마입자의 크기는 50 ~ 200 nm인 것이 바람직하다. 또한, 3차 폴리싱 공정에서 사용된 콜로이달 실리카 연마입자의 크기는 10 ~ 100 nm인 것을 특징으로 한다. 3차 폴리싱 공정에서는 표면 거칠기를 최적화하는 공정이므로, 2차 폴리싱 공정보다 작은 크기의 콜로이달 실리카 연마입자를 적용한다. 따라서, 우수한 표면 거칠기를 달성하기 위해서 3차 폴리싱 공정에서 콜로이달 실리카 연마입자의 크기는 10 ~ 100 nm인 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 폴리싱 공정에서 산화제로 사용된 과산화수소는 0.1 ~ 7 wt% 첨가하는 것을 특징으로 한다. 과산화수소는 슬러리 내에서 분해되어 OH 이온 또는 라디컬(radical)들을 형성하여, 상대적으로 단차가 높은 부분의 합성석영유리 표면을 에칭시키는 작용을 한다. 특히, 생성되는 OH 라디컬들은 과산화수소 보다 더욱더 강력한 산화제로서 사용되고 있다. 과산화수소의 산화전위(oxidation potential, V)가 1.8 V이지만, 하이드록실(hydroxyl) 라디컬은 2.8 V 정도로 가장 산화전위가 높은 플루오린(fluorine)의 산화전위 3.0 V와 대등한 수준의 산화전위를 가진다. 또한, 과산화수소의 함량이 많을수록 슬러리 내에서 분해되는 OH 이온 또는 라디컬들의 양이 많아져 합성석영유리의 에칭되는 양이 증가하지만, 7 wt% 이상의 과산화수소를 첨가하면 합성석영유리 표면의 과도한 에칭으로 인해 연마 공정의 재현성 및 슬러리 안정성이 저하되는 결과를 가져온다. 따라서, 폴리싱 슬러리에 첨가되는 과산화수소의 함량은 0.1 ~ 7 wt%인 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 폴리싱 공정에서 슬러리의 전체적인 pH는 질산(HNO3) 또는 수산화칼륨(KOH)으로 pH 7 ~ 12로 조절하는 것을 특징으로 한다. 특히, 수산화칼륨(KOH)과 같은 무기 알칼리를 첨가하면 합성석영유리를 에칭하는 효과를 지니고 있어 시너지 효과를 보이는 장점이 있다. 따라서, 연마 슬러리의 pH는 질산(HNO3) 또는 수산화칼륨(KOH)으로 조절하는 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 1차 폴리싱 공정에 사용된 연마패드는 다공성 세륨패드인 것을 특징으로 한다. 랩핑 공정을 거친 합성석영유리이기 때문에 1차 폴리싱 공정에서는 2, 3차 폴리싱 공정보다 많은 양의 합성석영유리를 제거해야 한다. 따라서, 1차 폴리싱 공정에서는 경도가 높고 압축률이 낮은 다공성 세륨패드를 사용하는 것이 바람직하다. 2차 폴리싱 공정에 사용된 연마패드는 연질 패드인 SUBA #400 ~ 800인 것을 특징으로 한다. 연마패드는 종류에 따라 합성석영유리의 제거되는 양과 표면 상태를 결정한다. #400 이하의 연마패드를 사용하면 상대적으로 높은 압축률과 탄성회복률 및 낮은 경도 특성 때문에, 공정 시간이 늘어나 연마 효율성이 저하되는 결과를 가져온다. 그리고 #800 이상의 연마패드를 사용하면 낮은 압축률과 탄성회복률 및 높은 경도 특성 때문에 목표 표면 거칠기를 달성하기 어렵다. 따라서, 2차 폴리싱 공정에서는 연마패드로써 연질의 SUBA #400 ~ 800인 패드를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 3차 폴리싱 공정에 사용된 연마패드는 초연질 패드인 스웨이드(Suede) 패드인 것을 특징으로 한다. 3차 폴리싱 공정에서는 표면 거칠기와 입자(particle) 특성을 최대한 개선하는 공정이므로 경도가 낮고 탄성회복률과 압축률이 상대적으로 큰 초연질의 패드를 사용한다. 따라서, 3차 폴리싱 공정에서는 폴리싱 패드로 초연질의 스웨이드 패드를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 폴리싱 공정에 사용되는 패드는 그루브가 존재하는 패드와 그루브가 존재하지 않는 패드도 사용하는 것을 특징으로 한다. 이때 그루브가 존재하는 경우 형태는 다양한 형태가 될 수 있다. 예를 들면 피치(pitch) 25 mm, 포폭(width) 4 mm, 깊이(depth) 0.5 mm 형태의 그루브가 적용될 수 있다. 패드의 그루브는 1차 폴리싱 공정 시 투명 기판에 충분한 양의 슬러리를 공급해주는 역할로서 투명 기판의 연마 효율성을 증가시키는 역할을 한다. 그루브의 크기와 사용은 선택적으로 연마 공정에 맞게 적용될 수 있다.
상기 c1) 단계에 있어서, 2차 폴리싱 공정에 사용되는 연질 패드의 압축률은 3 % 이상,　탄성회복률은 65 % 이상인 것을 특징으로 한다. 3 % 이상의 압축률을 가지는 패드는 연마 압력이 실리카 입자에 부과될 때 입자를 둘러싸는 냅층이 탄성적으로 변형하여 연마 압력을 분산 및 흡수하여 기판 표면에 발생할 수 있는 오목 형상의 결점 형성을 억제할 수 있다. 또한, 65 % 이상의 높은 탄성회복률을 가지는 패드는 냅층이 용이하게 압축 및 회복(recovery)될 수 있어 큰 실리카 입자들이 냅층에 남아 있지 않게 만들어 오목 형상 결점을 억제할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 2차 폴리싱 공정에 사용되는 연질 패드는 압축률이 3 % 이상, 탄성회복률이 65 % 이상인 것이 바람직하다. 그리고 3차 폴리싱 공정에 사용되는 사용되는 초연질 패드의 압축률은 6 % 이상,　탄성회복률은 72 % 이상인 것을 특징으로 한다. 6 % 이상의 압축률을 가지는 패드는 연마 압력이 실리카 입자에 부과될 때 입자를 둘러싸는 냅층이 탄성적으로 변형하여 연마 압력을 분산 및 흡수하여 기판 표면에 발생할 수 있는 오목 형상의 결점 형성을 억제할 수 있다. 또한, 72 % 이상의 높은 탄성회복률을 가지는 패드는 냅층이 용이하게 압축 및 회복될 수 있어 큰 실리카 입자들이 냅층에 남아 있지 않게 만들어 오목 형상 결점을 억제할 수 있는 장점이 있다. 3차 폴리싱 공정에서는 결함을 더욱더 엄격하게 관리해야 하기 때문에 2차 연마패드 보다 더 큰 압축률 및 탄성회복률을 가지는 연마패드를 사용해야 한다. 따라서, 3차 폴리싱 공정에 사용되는 초연질패드는 압축률이 6 % 이상, 탄성회복률이 72 % 이상인 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 1차 폴리싱 공정의 압력은 80 ~ 150 g/cm2인 것을 특징으로 한다. 압력이 80 g/cm2 이하이면 연마의 효율성이 떨어져 공정 시간이 길어지는 단점이 있고, 150 g/cm2 보다 큰 압력에서 1차 폴리싱 공정이 진행되면 일부 크기가 큰 연마입자 또는 응집입자에 압력이 집중되어 합성석영유리 기판에 스크래치 또는 크랙 등의 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 1차 폴리싱 공정의 압력은 50 ~ 150 g/cm2 인 것이 바람직하다. 그리고 2, 3차 폴리싱 공정의 압력은 70 ~ 120 g/cm2인 것을 특징으로 한다. 2, 3차 폴리싱 공정은 합성석영유리의 연마량보다 표면 거칠기 및 결함 특성이 좌우되는 공정이므로 1차 폴리싱 공정보다 다소 낮은 압력인 70 ~ 120 g/cm2인 것이 바람직하다.
상기 c1) 단계에 있어서, 폴리싱 공정에 있어 연마 장비의 하정반 분당 회전수는 10 ~ 40 RPM인 것을 특징으로 한다. 회전수를 10 RPM보다 느리게 하면 연마 효율성이 떨어지는 결과를 초래하고 40 RPM 이상이면 기판의 두께감소량을 조절하기 어려워진다. 또한, 빠른 정반 회전수로 인해 공급되는 연마 슬러리가 합성석영유리와 충분한 마찰이 일어나지 않고 큰 원심력에 의해 대부분 배출되는 단점을 가진다. 따라서, 폴리싱 공정에서 하정반의 회전수는 10 ~ 40 RPM인 것이 바람직하다.
상기 d1) 단계에 있어서, 폴리싱 공정 이후 투명 기판의 세정은 1회 또는 2회 이상의 세정 공정으로 구분되어 진행되며 1차 세정은 알칼리 용액이 첨가된 것을 특징으로 한다. 세정의 순서는 초순수 린스(rinse), 세제(detergent)를 이용해 2 ~ 5분 간 스크럽(scrub), 초순수 린스, 표준 세정 용액(Standard Cleaning 1 : SC-1, NH4OH : H2O2 : H2O = 1 : 1 : 5, 23°C)에서 스크럽, 초순수 린스 순으로 진행된다. 세제를 이용한 스크럽은 투명 기판 표면에 존재하는 콜로이달 실리카 연마입자를 제거하는 것이 목적이다. 표준 세정 용액 세정에서 암모니아수(NH4OH)는 합성석영유리인 투명 기판의 표면을 에칭하고, 과산화수소(H2O2)는 투명 기판 표면의 오염 물질을 직접적으로 용해(dissolution)시키는 역할을 한다. 따라서, 폴리싱 공정 후 1차 세정으로 알칼리 용액이 포함된 세정 방법을 이용해 세정하는 것이 바람직하다. 그리고 실리카 계열의 물질을 제거하는데 효과적인 불산(HF) 용액이 목적에 부합되게 적용될 수 있다.
상기 c1) 단계에 있어서, 2차 이상의 세정은 투명 기판 표면의 유기물 및 Particle 제거를 목적으로 하고 황산 페록사이드 혼합용액(Sulfuric acid Peroxide Mixture : SPM, H2SO4 : H2O2 = 1 : 10, 85°C) 세정 방법이 적용된 것을 특징으로 한다. 세정 순서는 SPM, hot QDR(hot Quick Dump Rinse), QDR, eegasonic, spin dry 순으로 진행된다. SPM 공정은 표면의 유기물 및 입자를 제거하고, hot QDR은 표면에 잔류하는 황산 잔류물을 제거하는 목적으로 시행하고, 투명 기판의 열 충격으로부터 보호하기 위해 60 ~ 70°C에서 진행한다. 그리고 다시 한 번의 린스 공정과 노즐형(nozzle type) 또는 딥핑형(dipping type)의 megasonic 발생 장치를 이용해 잔여 입자를 제거하고 300 ~ 1500 RPM의 spin dry를 통해 최종적으로 투명 기판을 건조시킨다. 상기 각 단계에서 세정 공정은 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 a2) 및 a3) 단계에서, 투명 기판은 석영 또는 합성석영유리 등으로 이루어지며, 리소그래피 광원인 i-line(365 nm) 및 더욱더 단파장을 가지는 단색광의 노광 파장에 대해 적어도 85% 이상의 투과율(transmittance)을 가지고 두께가 6.3 ± 0.1 mm, 크기가 150×150 ± 0.2 mm인 것을 특징으로 한다.
상기 b3) 단계에서, 위상반전막은 금속을 모체로 하여 활성 및 불활성 가스가 도입된 진공 챔버 내에서 스퍼터링(Sputtering)에 의해 형성된 것으로서, 코발트(Co), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 플래티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe) 및 실리콘(Si)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 박막인 것을 특징으로 하며, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne), 크립톤(Kr) 및 크세논(Xe)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상을 사용하고, 활성 가스는 산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3) 및 메탄(CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상의 가스를 사용한다. 그리고 상기 위상반전막의 모체가 규화몰리브덴(MoSi) 조합인 경우 질화규화몰리브덴(MoSiN), 산화규화몰리브덴(MoSiO), 탄화규화몰리브덴(MoSiC), 탄화산화규화몰리브덴(MoSiCO), 탄화질화규화몰리브덴(MoSiCN), 산화질화규화몰리브덴(MoSiON) 및 탄화산화질화규화몰리브덴(MoSiCON) 성분 중 어느 하나 이상을 포함하는 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 b2) 및 c3) 단계에서, 금속막은 금속의 모체가 크롬이며 크롬(Cr), 탄화크롬(CrC), 질화크롬(CrN), 산화크롬(CrO), 탄화질화크롬(CrCN), 탄화산화크롬(CrCO), 산화질화크롬(CrON), 탄화산화질화크롬(CrCON) 중의 어느 하나 이상을 포함하는 박막으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 b2) 및 c3) 단계에서, 금속막은 규화몰리브덴(MoSi) 기반의 차광막/규화뮬리브덴(MoSi) 기반의 반사방지막/크롬(Cr) 기반의 하드마스크(hardmask)의 3층막으로 구성되고 차광막의 모체가 규화몰리브덴(MoSi) 조합인 경우 질화규화몰리브덴(MoSiN), 산화규화몰리브덴(MoSiO) 및 탄화규화몰리브덴(MoSiC) 중의 어느 하나 이상을 포함하는 박막으로 구성되고 반사방지막의 모체가 규화몰리브덴(MoSi) 조합인 경우 질화규화몰리브덴(MoSiN), 산화규화몰리브덴(MoSiO), 탄화규화몰리브덴(MoSiC), 탄화산화규화몰리브덴(MoSiCO), 탄화질화규화몰리브덴(MoSiCN), 산화질화규화몰리브덴(MoSiON) 및 탄화산화질화규화몰리브덴(MoSiCON) 중의 어느 하나 이상을 포함하는 박막으로 구성되고 하드마스크의 모체가 크롬(Cr) 조합인 경우 크롬(Cr), 탄화크롬(CrC), 질화크롬(CrN), 산화크롬(CrO), 탄화질화크롬(CrCN), 탄화산화크롬(CrCO), 산화질화크롬(CrON), 탄화산화질화크롬(CrCON) 성분 중 어느 하나 이상을 포함하는 박막으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 c2) 및 d3) 단계에서, 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 상기 단계에서 금속막 위에 레지스트를 도포하는 공정이다. 레지스트막은 화학증폭형 레지스트이고 두께가 4000 Å 이하인 것을 특징으로 한다.
[실시예]
(실시예 1 및 비교예 1)
먼저, 도 6 및 7은 본 발명에서 기판 연마를 위해 사용한 양면 연마기의 개략적인 단면도 및 평면도로서, 블랭크 마스크 기판(1)은 서로 반대방향으로 회전(자전)하는 상정반(5)와 하정반(6) 사이의 배치되는 캐리어(4) 내에 삽입되고, 상정반(5)의 하강을 통해 블랭크 마스크 기판(1)에 적정 압력을 가하게 된다. 또한, 캐리어(4)는 인터널기어(3)과 썬기어(2)에 맞물려 회전(공전 및 자전)하게 되고, 이로써 블랭크 마스크 기판은 상정반(5)와 하정반(6)에 고정된 연마패드(7) 사이에서 회전(상대 운동)하게 되며, 이를 통해 블랭크 마스크 기판이 연마된다. 또한, 연마 장비에서는 상정반(5)을 통해 블랭크 마스크 기판에 가해지는 압력, 인터널기어, 썬기어, 상정반 및 하정반 등의 회전수(rpm) 그리고 연마패드의 종류 등에 따라 블랭크 마스크 기판(피가공물)의 평탄도 및 표면 거칠기 특성이 결정되므로 상기 요소들에 대한 최적화가 필요하다.
본 실시예 1은 연마 공정에 그루브를 가지는 캐리어를 적용하여 블랭크 마스크 기판을 제조한 실시예이다.
도 8을 참조하여 0.8 mm의 깊이, 2 mm의 넓이의 그루브(20)를 가지는 1 홀 캐리어(100)를 연마 공정에 적용하여 기판의 평탄도와 표면 거칠기를 평가하였다. 우선 랩핑 공정까지 완료된 합성석영유리 기판을 준비하였다. 합성석영유리 기판은 두께가 6.38 mm, 크기가 150×150 ± 0.2 mm이다. 다음에 150×150 mm 유효영역의 1차 폴리싱 공정에 있어서, 초순수에 1.8 ㎛ 크기의 산화세륨(CeO2) 연마입자 15 wt%, 과산화수소(H2O2) 3 wt%를 첨가하고 수산화칼륨(KOH) 용액을 이용하여 pH 8로 조절하여 합계 중량이 100 wt%가 되도록 한 후 1 시간 동안 고속 교반시켜 1차 폴리싱 슬러리를 제조하였다. 그리고 연마패드는 피치 25 mm, 폭 4 mm, 깊이 0.5 mm의 형태를 가지는 ㄱ그루브가 존재하는 다공성 세륨패드를 적용하였다. 상기 조성으로 제조된 슬러리를 표 1의 조건으로 70 분간 연마한 후 세제와 표준 세정 용액 세정을 적용하여 세정했다. 그리고 2차 폴리싱 공정에 있어서 슬러리는 초순수에 80 nm 크기의 콜로이달 실리카(SiO2) 25 wt%, 과산화수소(H2O2) 3 wt%를 첨가하고 수산화칼륨(KOH) 용액으로 pH 11로 조절하여 합계 중량이 100 wt%가 되도록 한 후 1 시간 동안 고속 교반시켜 제조하였다. 그리고 연마패드는 피치 25 mm, 폭 4 mm, 깊이 0.5 mm의 형태를 가지는 그루브가 존재하는 연질의 SUBA #600 패드를 적용하였다. 상기의 조성으로 제조된 2차 폴리싱 슬러리를 표 1의 조건으로 40 분간 연마한 후 세제와 표준 세정 용액 세정을 적용하여 세정했다. 마지막으로 3차 폴리싱 공정에 있어서, 슬러리는 초순수에 40 nm 크기의 콜로이달 실리카(SiO2) 28 wt%, 과산화수소(H2O2) 1 wt%를 첨가하고 수산화칼륨(KOH) 용액으로 pH 11로 조절하여 합계 중량이 100 wt%가 되도록 한 후 1 시간 동안 고속 교반시켜 제조하였다. 그리고 연마패드는 그루브가 없는 초연질의 스웨이드 패드를 적용하였다. 상기의 조성으로 제조된 3차 폴리싱 슬러리를 이용하여 표 1의 조건으로 15 분간 연마하였다. 그리고 최종적으로 세제, 표준 세정 용액, megasonic 및 SPM 세정까지 완료한 후 평탄도 및 표면 거칠기를 측정하였다.
공정 조건 1차 Polishing 2차 Polishing 3차 Polishing
연마 슬러리 Cerium Oxide 1.8 ㎛ Colloidal Silica 80 nm Colloidal Silica 40 nm
연마 패드 Porous Ce SUBA #600 Suede
회전수 30 RPM 25 RPM 20 RPM
압력 105 g/cm2 100 g/cm2 85 g/cm2
반면 비교예 1은 도 9에서와 같이 그루브가 없는 1 홀 캐리어(200)를 적용하여 표 1과 동일하게 폴리싱 공정 조건으로 연마를 진행하여 합성석영유리의 평탄도와 표면 거칠기를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
평탄도는 Tropel사의 Flatmaster 200 장비를 이용하여 측정하였고 표면 거칠기는 Veeco사의 Scanning Probe Microscope(SPM) 장비를 이용해 Tapping Mode로 측정하였고 Scan Size는 1 ㎛ × 1 ㎛ 이다.
구분 실시예 1 비교예 1
캐리어 Groove 적용 O X
150×150 mm
유효영역		 TIR (㎛) 0.72 0.84
Ra (nm) 0.215 0.237
평가 결과, 1 홀 그루브 캐리어(100)를 적용한 실시예 1에서 0.72 ㎛의 우수한 평탄도와 0.215 nmRa의 우수한 표면 거칠기를 획득할 수 있었다. 이것은 캐리어에 그루브가 존재하면 슬러리가 원활하게 유입되어 공정 중에 기판의 전면적에 슬러리가 균일하게 작용하여 기판의 평탄도 및 표면 거칠기가 향상되었기 때문이다. 따라서, 기존 대비 그루브가 적용된 캐리어를 연마 공정에 적용하여 투명 기판의 특성을 개선할 수 있었고 상기의 실시예를 통해 그루브가 적용된 캐리어를 이용한 연마 공정을 통해 우수한 품질을 가지는 블랭크 마스크 기판을 제조할 수 있었다.
(실시예 2 및 비교예 2)
본 실시예 2는 연마 공정에 그루브를 가지는 캐리어를 적용하여 블랭크 마스크 기판을 제조한 실시예이다.
도 8를 참조하여 0.8 mm의 깊이, 2 mm의 넓이의 그루브(20)를 가지는 1 홀 캐리어(100)를 연마 공정에 적용하여 기판의 평탄도와 표면 거칠기를 평가하였다. 연마 공정의 절차와 조건은 상기 실시예 1과 동일하다. 반면 비교예 2는 도 10과 같이 그루브를 가지는 2 홀 캐리어(300)를 연마 공정에 적용하여 표 1과 동일하게 폴리싱 공정 조건으로 연마를 진행하여 합성석영유리의 평탄도와 표면 거칠기를 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
구분 실시예 2 비교예 2
캐리어 Groove 적용 O O
홀 개수 1 2
150×150 mm
유효영역		 TIR (㎛) 0.73 0.86
Ra (nm) 0.220 0.225
평가 결과, 그루브를 가지는 1 홀 캐리어(100)를 적용한 실시예 2에서 0.73 ㎛의 우수한 평탄도와 0.220 nmRa의 우수한 표면 거칠기를 획득할 수 있었다. 반면 2 홀 그루브 캐리어(300)를 적용한 비교예 2에서는 기판의 중앙 부분과 가장자리 부분의 연마량의 차이가 발생해 상대적으로 실시예 2보다 평탄도 및 표면 거칠기가 우수하지 못함을 확인할 수 있다. 따라서, 기존 2 홀 그루브 캐리어(300)를 적용한 결과에 대비하여 1 홀 그루브 캐리어(100)를 적용한 연마 공정을 통하여 투명 기판의 특성을 개선할 수 있었고 상기의 실시예를 통해 1 홀 그루브 캐리어(100)를 이용한 연마 공정을 통해 우수한 품질을 가지는 블랭크 마스크 기판을 제조할 수 있었다.
(실시예 3 및 비교예 3)
한편 상기의 기능성 첨가제가 첨가된 연마 공정에 의해 제조된 투명 기판을 이용하여 다양한 종류의 블랭크 마스크가 제조될 수 있는데, 예를 들어, 도 11에서 보는 바와 같이, 투명 기판(11)상에 금속막(15), 레지스트막(16)이 순차적으로 형성된 바이너리 블랭크 마스크 또는 도 12에서 보는 바와 같이, 투명 기판상에 위상반전막(12), 금속막(15), 레지스트막(16)이 순차적으로 형성된 위상반전 블랭크 마스크 등이 제조될 수 있다.
본 실시예 3 및 비교예 3은 상기 실시예 1 및 비교예 1에서의 1 홀 그루브 캐리어(100)를 연마 공정에 의해 제조된 투명기판을 이용하여 위상반전 블랭크 마스크를 제조하고 포토마스크로서의 성능을 평가하였다.
우선 도 12를 참조하여, 투명 기판 위에 MoSiN의 조성을 가지는 위상반전막(12)을 형성하였다. 이때 위상반전막은 DC 마그네트론 스퍼터링을 통해 형성되었으며 스퍼터링 타겟은 Mo : Si가 20 : 80 at%의 조성을 가지고 두께가 6 mm인 타겟이 사용되었다. 그리고 이때 스퍼터링 가스는 아르곤이 2 ~ 5 sccm, 질소가 1 ~ 19 sccm, Power는 0.7 ~ 1.5 kw, 압력은 0.08 Pa을 적용하여 상기 위상반전막은 스퍼터링 가스 유량과 Power를 변경하면서 연속적으로 조성이 변화되는 연속막으로 형성하였다. 그리고 스퍼터링 시 기판의 열처리 온도는 200 ℃를 적용하였다.
상기의 실시예 1의 기판상에 통해 형성된 위상반전막은 두께가 889 Å, 투과율이 5.34 %, 위상반전이 177도로 양호하게 형성되었다. 그리고 비교예 1의 기판상에 형성된 위상반전막의 경우 두께가 894 Å, 투과율이 5.31 %, 176도의 위상반전이 측정되었다.
또한, 상기에서 형성된 위상반전막(12) 위에 차광막(13)과 반사방지막(14)을 포함하는 금속막(15)을 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 형성하였다. 스퍼터링 타겟은 Cr 타겟을 사용하였고 순도는 99.999 % (5N), 두께는 6 mm인 타겟을 사용하였다. 그리고 이때 스퍼터링 가스는 아르곤이 5 ~ 3 sccm, 질소가 0 ~ 5 sccm, 산화질소가 0 ~ 5 sccm, 메탄이 1.2 ~ 5.8 sccm, Power는 1 ~ 0.71 kw, 압력은 0.06 Pa을 적용하여 상기 금속막은 스퍼터링 가스 유량과 Power를 변경하면서 연속적으로 조성이 변화되는 연속막으로 형성하였다.
상기의 실시예 1의 기판상에 형성된 금속막은 두께가 730 Å이고 비교예 1의 기판상에 형성된 금속막은 두께가 735 Å로 형성되었다.
또한, 상기에서 형성된 금속막(15) 위에 화학증폭형레지스트(16)를 스핀코팅 방법으로 형성하였다. 상기의 실시예 1의 기판상에 형성된 레지스트막의 두께는 3998 Å이고 비교예 1 의 기판상에 형성된 레지스트막의 두께는 4003 Å로 형성되었다.
상기와 같이 형성된 블랭크 마스크를 65 nm급 포토마스크로 제조하여 패턴 최소선폭 균일도를 측정한 결과 실시예 1의 기판을 사용한 실시예 3의 경우 5.3 nm의 최소선폭 균일도가 측정되었고, 비교예 1의 기판을 사용한 비교예 3의 경우 5.5 nm의 최소선폭 균일도를 보였다.
상기와 같이 형성된 포토마스크를 Wafer에 패턴을 형성하는 리소그래피 공정에 적용하여 반도체 소자를 제작하여 불량률이 낮은 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서, 상기의 실시예를 통해 단순화된 연마 공정을 통해 우수한 품질을 가지는 블랭크 마스크 기판을 제조하고 이를 이용해 우수한 블랭크 마스크를 제조할 수 있었다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
A : 투명 기판 내 유효영역(142×142 mm)
A' : 투명 기판 내 유효영역(150×150 mm)
1 : 피연마 가공물
2 : 썬기어
3 : 인터널기어
4 : 캐리어
5 : 상정반
6 : 하정반
7 : 연마 패드
10 : 마스크 홀
11 : 투명 기판
12 : 위상반전막
13, 14 : 금속막
16 : 레지스트막
20 : 그루브
100 : 1 홀 그루브 캐리어
200 : 1 홀 캐리어
300 : 2 홀 그루브 캐리어

Claims (16)

  1. 상정반과 하정반 사이에 배치되는 캐리어에 블랭크 마스크 기판을 삽입하는 단계;
    상기 상정반의 하강으로 상기 블랭크 마스크 기판에 압력을 가하는 단계; 및
    상기 상정반과 상기 하정반에 고정된 연마패드 사이에서, 상기 캐리어를 회전하여, 상기 블랭크 마스크 기판을 연마하는 단계를 포함하되,
    상기 캐리어는 상기 블랭크 마스크 기판이 삽입되는 적어도 하나의 마스크 홀을 갖고, 상기 마스크 홀로부터 그의 가장자리로 연장된 그루브를 갖는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 기판 제조방법.
  2. 제 1항 있어서,
    상기 블랭크 마스크는 상기 연마 단게 후에 150×150 mm2 유효영역에서 평탄도가 1.0 ㎛ 이하, 표면 거칠기가 0.5 nmRa 이하로 되는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 기판 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 그루브의 깊이는 0.5 ~ 1 mm이고, 상기 그루브의 넓이는 1 ~ 3 mm2인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 블랭크 마스크를 연마하는 단계는 알루미나, 산화세륨, 콜로이달 실리카, 지르코니아 및 탄화규소 중 선택된 1종 이상의 연마 입자와 기능성 첨가제가 포함된 슬러리를 이용하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 알루미나의 입자 크기는 4 ~ 20 ㎛이고, 상기 산화세륨의 입자 크기는 1 ~ 3 ㎛이고, 상기 콜로이달 실리카의 입자 크기는 10 ~ 200 nm이고, 상기 지르코니아 또는 상기 탄화규소의 입자 크기는 3 ~ 7 ㎛인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 연마 입자가 상기 알루미나 또는 상기 산화세륨인 경우 그의 함유량이 5 ~ 50 wt%이고, 상기 연마 입자가 상기 콜로이달 실리카인 경우　그의 함유량이 10 ~ 50 wt%이고, 상기 연마 입자가 상기 지르코니아 또는 상기 탄화규소인 경우 그의 함유량이 1 ~ 50 wt%인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 슬러리는 과산화수소 0.1 ~ 7 wt%를 함유하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 슬러리는 pH가 7.0 이상 12.0 이하로 조절되는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조방법.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 슬러리는 질산 또는 수산화칼륨 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 연마 패드는 압축률이 3 % 이상, 탄성회복률이 65 % 이상인 연질 패드인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 연마 패드는 압축률이 6 % 이상, 탄성회복률이 72 % 이상인 초연질 패드인 것을 특징으로 하는 블랭크 마스크 제조방법.
  13. 제 1항, 제 2항, 제 4항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 블랭크 마스크.
  14. 그의 아래에 연마패드를 갖는 상정반;
    그의 위에 연마패드를 갖고, 상기 상정반과 반대 방향으로 회전하고, 상기 상정반과 마주보도록 배치된 하정반; 및
    상기 하정반 및 상기 하정반 사이에 배치되고, 블랭크 마스크 기판이 삽입되는 적어도 하나의 마스크 홀을 갖는 캐리어를 포함하고,
    상기 캐리어는 상기 마스크 홀로부터 그의 가장자리로 연장된 그루브를 갖는 블랭크 마스크 연마기.
  15. 삭제
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 그루브의 깊이는 0.5 ~ 1mm이고, 상기 그루브의 넓이는 1 ~ 3mm2인 블랭크 마스크 연마기.
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