KR100248629B1 - Method of fabricating x-ray mask - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엑스레이 마스크의 형성 방법에 관한 것으로서, 실리콘 기판의 제 1 표면 상에 맴브레인층을 형성하고 상기 맴브레인층의 제 1 표면의 소정 부분을 소정 깊이로 패터닝하여 복수 개의 트랜치를 형성하여 투광영역과 차광영역을 한정하는 공정과, 상기 맴브레인층 상에 상기 트랜치를 채우도록 두꺼운 흡광층을 형성하는 공정과, 상기 흡광층이 상기 트랜치 내에만 잔류하도록 상기 흡광층을 에치백하는 공정과, 상기 실리콘 기판의 제 2 표면을 패터닝하여 상기 맴브레인층의 제 2 표면을 노출시키는 공정과, 상기 맴브레인층을 소정 두께가 되도록 상기 제 1 표면의 반대 표면인 제 2 표면을 식각하는 공정과, 상기 식각된 실리콘 기판을 글라스 프레임 상에 위치시키는 공정을 구비한다. 따라서, 본 발명에 따른 엑스레이 마스크는 응력 및 데미지를 최대한 방지하기 위해 맴브레인층에 소정 깊이의 트랜치를 형성하고, 흡광층을 형성한 후 에치백하는 방법으로 마스크의 응력을 최대한 감소시켜 미세 패터닝시 이미지 변위 에러(Image Displacement error)를 최대한 방지할 수 있고, 식각선택비를 고려한 베리어층을 형성하지 않아도 되므로 공정이 용이한 이점이 있다.The present invention relates to a method of forming an X-ray mask, comprising forming a membrane layer on a first surface of a silicon substrate and patterning a predetermined portion of the first surface of the membrane layer to a predetermined depth to form a plurality of trenches, Defining a light shielding area, forming a thick light absorbing layer on the membrane layer to fill the trench, etching back the light absorbing layer so that the light absorbing layer remains only in the trench, and the silicon substrate Patterning a second surface of the semiconductor layer to expose the second surface of the membrane layer, etching the second surface opposite to the first surface so that the membrane layer has a predetermined thickness, and etching the etched silicon substrate And positioning the glass on a glass frame. Therefore, the X-ray mask according to the present invention is formed by forming a trench of a predetermined depth in the membrane layer in order to prevent stress and damage as much as possible, by reducing the stress of the mask to the maximum by forming a light absorbing layer to etch back the image at the time of fine patterning Displacement error (Image Displacement error) can be prevented as much as possible, there is an advantage that the process is easy because there is no need to form a barrier layer considering the etching selectivity.
Description
본 발명은 엑스레이(X-ray) 마스크의 형성 방법에 관한 것으로서, 특히, 마스크의 응력을 최대한 감소시켜 미세 패터닝시 이미지 변위 에러(Image Displacement error)를 최대한 방지하는 엑스레이 마스크의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming an X-ray mask, and more particularly, to a method of forming an X-ray mask that minimizes an image displacement error during fine patterning by reducing stress of the mask as much as possible.
일반적으로 반도체소자가 고집적화 됨에 따라, 단위소자의 크기가 감소하고, 이에 따라 미세 패턴을 형성하는 기술이 연구되고 있다.In general, as semiconductor devices are highly integrated, the size of the unit devices is reduced, and thus a technique for forming a fine pattern has been studied.
따라서, 자외선(Ultraviolet) 영역보다도 더 짧은 파장을 갖는 뢴트겐 선(Roentgen ray : 이하, 엑스레이(X-ray)라 칭함)을 이용하여 미세화된 패턴을 형성하는 엑스레이 리쏘그래피(X-ray Lithography)라는 새로운 기술의 개발이 요구되었다.Thus, a new technique called X-ray lithography, which forms a pattern refined using a Roentgen ray (hereinafter referred to as X-ray), having a wavelength shorter than that of the ultraviolet region. Development of technology was required.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 엑스레이 마스크의 형성 방법을 도시하는 공정도이다.1A to 1D are process diagrams illustrating a method of forming an X-ray mask according to the prior art.
종래에는 도 1a에 나타낸 바와 같이 실리콘 기판(11) 상에 Si3N4, 또는, SiC 등을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : 이하, CVD라 칭함) 방법으로 증착하여 맴브레인층(Membrane layer : 13)을 형성하고, 상기 맴브레인층(13) 상에 금(Au), 탄탈(Ta), 또는 텅스턴(W) 계열의 금속 물질을 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 스퍼터하여 흡광층(15)을 형성한다. 그리고, 상기 흡광층(15) 상에 포토레지스트(Photoresist : 16)를 도포하고, 노광 및 현상하여 미세 패턴을 형성한다.Conventionally, as shown in FIG. 1A, Si 3 N 4 , or SiC, or the like is deposited on the
그런 후에, 도 1b에 나타낸 바와 같이 상기 포토레지스트(16) 패턴을 마스크로 사용하여 상기 흡광층(15)을 플라즈마 에칭(Plasma Etching) 방법으로 건식식각하여 상기 맴브레인층(13)을 부분적으로 노출시키는 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트(16)를 제거한다.Thereafter, as shown in FIG. 1B, the
상기에서, 흡광층(15)의 패터닝시에 상기 맴브레인층(13)과 흡광층(15)과의 저 식각선택비의 문제를 해결하기 위해 상기 맴브레인층(13)과 흡광층(15) 사이에 Cr, 또는, CrN 와 같은 물질을 사용하여 중간 베리어층(도시하지 않음)을 형성하여 상기 흡광층(15)의 패터닝시에 상기 맴브레인층(13)의 식각을 방지하기도 하나, 상기 베리어층의 형성 및 식각으로 인해 공정이 복잡해지는 문제가 있다.In the above, in order to solve the problem of low etch selectivity between the
그리고, 도 1c와 같이 상기 실리콘 기판(11)의 하부를 KOH를 사용하여 습식식각공정을 통하여 노광부를 정의한다. 즉, 상기 부분적으로 실리콘 기판(11)과 흡광층(15)이 제거되어 맴브레인층(13)만 잔존하는 부분이 투광영역이 되고, 그 외에 상기 흡광층(15) 및 실리콘 기판(11)이 잔존하는 부분이 차광부가 된다.In addition, as shown in FIG. 1C, an exposed portion is defined through a wet etching process using KOH in the lower portion of the
그 다음으로 도 1d에 나타낸 바와 같이 상기 실리콘 기판(11)까지 제거되어 노광부가 형성된 것을 최종적으로 글라스 프레임(Glass Frame : 17) 상에 놓이게 하여 엑스레이 노광용 1배 마스크를 형성한다.Next, as shown in FIG. 1D, the
상술한 바와 같이 종래에는 실리콘 기판 상에 맴브레인층 및 흡광층을 형성하고, 상기 흡광층을 패터닝한 후, 실리콘 기판의 하부를 습식식각하여 글라스 프레임 상에 놓이게 하여 마스크로서 역할을 하게 한다.As described above, the membrane layer and the light absorbing layer are conventionally formed on the silicon substrate, the light absorbing layer is patterned, and the lower part of the silicon substrate is wet etched so as to be placed on the glass frame to serve as a mask.
그러나, 상기 마스크에는 많은 응력이 작용하게 된다.However, a lot of stress is applied to the mask.
상기 마스크에 작용하는 응력들로는 첫째로, 얇은 막을 형성하기 위해 사용한 물질과, 흡광층을 형성하기 위해 사용한 물질과의 격자부정합에 의해 상기 얇은 막에는 증착 공정에서 물질들의 격자 상수 및 열팽창 계수 차이에 의해서 압축 응력(Compressive stress), 또는, 인장 응력(Tensile stress)이 발생하게 된다. 그러나, 상기 증착 공정에서 발생하는 압축 응력, 또는, 인장 응력은 열처리 공정 등을 행하여 완화할 수 있겠으나, 근본적으로 격자 상수 및 열팽창 계수가 유사한 물질로 바꾸지 않는 한 개선되기 어렵다.The stresses acting on the mask are firstly determined by lattice mismatch between the material used to form the thin film and the material used to form the light absorbing layer. Compressive stress or tensile stress is generated. However, although the compressive stress or tensile stress generated in the deposition process can be relaxed by performing a heat treatment process or the like, it is difficult to improve unless the lattice constant and the coefficient of thermal expansion are fundamentally changed to a similar material.
그리고, 두 번째로 상기 흡광층을 패터닝하기 위한 마스킹 및 플라즈마 에칭 시에 과도한 플라즈마 성분에 의해 상기 맴브레인층에 데미지(Demage)가 발생하고, 이런 데미지가 상기 압축 및 인장 응력과 더불어 상기 마스크의 전체 응력에 대단히 큰 영향을 미치게 된다.Second, damage is caused to the membrane layer by excessive plasma components during masking and plasma etching for patterning the light absorbing layer, and the damage is caused by the total stress of the mask along with the compressive and tensile stresses. It will have a huge impact on.
이러한 마스크의 응력들이 미세 패터닝시 이미지 변위 에러(Image Displacement error)를 발생시키는 문제가 있다.The stresses of such masks cause an image displacement error during fine patterning.
따라서, 본 발명의 목적은 흡광층의 패터닝시 발생하는 맴브레인층의 데미지를 최소화하여 이미지 변위 에러를 방지할 수 있는 엑스레이 마스크의 형성 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of forming an X-ray mask which can prevent an image displacement error by minimizing damage of a membrane layer generated during patterning of a light absorbing layer.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엑스레이 마스크의 형성 방법은 실리콘 기판의 제 1 표면 상에 맴브레인층을 형성하고 상기 맴브레인층의 제 1 표면의 소정 부분을 소정 깊이로 패터닝하여 복수 개의 트랜치를 형성하여 투광영역과 차광영역을 한정하는 공정과, 상기 맴브레인층 상에 상기 트랜치를 채우도록 두꺼운 흡광층을 형성하는 공정과, 상기 흡광층이 상기 트랜치 내에만 잔류하도록 상기 흡광층을 에치백하는 공정과, 상기 실리콘 기판의 제 2 표면을 패터닝하여 상기 맴브레인층의 제 2 표면을 노출시키는 공정과, 상기 맴브레인층을 소정 두께가 되도록 상기 제 1 표면의 반대 표면인 제 2 표면을 식각하는 공정과, 상기 식각된 실리콘 기판을 글라스 프레임 상에 위치시키는 공정을 구비한다.A method of forming an X-ray mask according to the present invention for achieving the above object is to form a plurality of trenches by forming a membrane layer on the first surface of the silicon substrate and patterning a predetermined portion of the first surface of the membrane layer to a predetermined depth. Defining a light transmitting area and a light blocking area, forming a thick light absorbing layer to fill the trench on the membrane layer, and etching back the light absorbing layer so that the light absorbing layer remains only in the trench; Patterning a second surface of the silicon substrate to expose a second surface of the membrane layer, etching a second surface opposite to the first surface so that the membrane layer has a predetermined thickness, and And positioning the etched silicon substrate on the glass frame.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 엑스레이 마스크의 형성 방법을 도시하는 공정도.1A to 1D are process drawings showing a method of forming an x-ray mask according to the prior art.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 엑스레이 마스크의 형성 방법을 도시하는 공정도.2A to 2E are flowcharts illustrating a method of forming an X-ray mask according to an exemplary embodiment of the present invention.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명＞<Simple explanation of the code | symbol about the main part of drawing>
21 : 실리콘 기판 23 : 맴브레인층21
25 : 흡광층 27 : 글라스 프레임25: light absorbing layer 27: glass frame
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the present invention.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 엑스레이 마스크의 형성 방법을 도시하는 공정도이다.2A to 2E are flowcharts illustrating a method of forming an X-ray mask according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 방법은 도 2a에 나타낸 바와 같이 실리콘 기판(21) 상에 Si3N4, 또는, SiC 등을 CVD 방법으로 증착하여 맴브레인층(23)을 형성하고, 상기 맴브레인층(23) 상에 포토레지스트(24)를 도포하고, 노광 및 현상하여 차광부가 될 부분을 정의하는 포토레지스트(24) 패턴을 형성한다. 상기에서 맴브레인층(23)은 종래의 두께보다 두껍게 형성한다.In the present method, as shown in FIG. 2A, Si 3 N 4 , SiC, or the like is deposited on a
그리고, 도 2b와 같이 상기 포토레지스트(24) 패턴을 마스크로 사용하여 상기 맴브레인층(23)을 소정 깊이로 패터닝하여 트랜치 형태를 형성하고, 상기 잔존하는 포토레지스트(24)를 제거한다. 상기에서 맴브레인층(23)을 두껍게 형성하였기 때문에 소정 깊이의 식각이 용이하고, 상기 소정 깊이의 맴브레인층(23)의 트랜치는 상기 트랜치에 흡광 물질을 채웠을 때, 충분히 엑스레이를 차단할 수 있을 만한 두께여야 한다.As shown in FIG. 2B, the
그런 다음, 도 2c와 같이 상기 소정 깊이로 패터닝된 맴브레인층(23) 상에 상기 트랜치를 채우도록 금(Au), 탄탈(Ta), 또는 텅스턴(W) 계열의 금속 물질을 스퍼터링(Sputtering) 방법으로 스퍼터하여 두꺼운 흡광층(25)을 형성한다Then, sputtering the gold, tantalum, or tungsten-based metal material to fill the trench on the
그런 후에, 도 2d에 나타낸 바와 같이 상기 흡광층(25)을 SF6가스를 사용한 반응성 이온 식각 방법으로 에치백(Etch back)을 실시하여 상기 흡광층(25)이 상기 맴브레인층(23)의 트랜치 내에만 잔존하도록 하는 부분적인 흡광층(25)을 형성하고, 상기 실리콘 기판(21)의 하부를 KOH를 사용한 습식식각을 통하여 노광부를 정의한다. 그리고, 상기 맴브레인층(23)의 하부를 건식각하여 최적의 투과도를 고려한 맴브레인층(23) 두께로 형성한다. 상기에서 실리콘 기판(21)과 흡광층(25)이 제거된 부분이 투광영역이 되고, 그 외의 부분이 차광부가 된다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2D, the
그리고, 도 2e에 나타낸 바와 같이 상기 실리콘 기판(21)의 하부가 제거되고 투광영역 및 차광영역이 형성된 것을 최종적으로 글라스 프레임(27) 상에 놓이게 하여 엑스레이 노광용 1배 마스크를 완성한다.As shown in FIG. 2E, the lower part of the
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 실리콘기판 상에 맴브레인층을 형성하고, 상기 맴브레인층을 소정 깊이로 패터닝하여 트랜치를 형성하고, 상기 트랜치를 채우는 흡광물질을 형성하고 에치백하여 부분적인 흡광층을 형성하고, 상기 실리콘 기판의 하부를 에칭하고 글라스 프레임에 놓아 마스크를 형성하였다.As described above, according to the present invention, a membrane layer is formed on a silicon substrate, and the membrane layer is patterned to a predetermined depth to form a trench, and a light absorbing material filling the trench is formed and etched back to form a partial light absorbing layer. The lower portion of the silicon substrate was etched and placed in a glass frame to form a mask.
상술한 바와 같이 본 발명은 상기 흡광층을 부분적으로 남기는 차광부를 형성할 때, 마스킹 및 플라즈마 에칭으로 인한 맴브레인층의 데미지를 감소시키기 위해 상기 맴브레인층에 소정 깊이의 트랜치를 형성하고, 상기 트랜치를 채우도록 상기 맴브레인층 상에 두꺼운 흡광층을 형성하고, 상기 흡광층을 SF6가스를 이용하여 반응성 이온 식각 방법으로 에치백하여 종래의 과도한 플라즈마 성분에 의해 맴브레인층에 발생하던 데미지를 감소시켜 마스크의 자체 응력을 감소시킬 수 있다.As described above, the present invention forms a trench having a predetermined depth in the membrane layer in order to reduce the damage of the membrane layer due to masking and plasma etching when forming a light blocking portion that partially leaves the light absorbing layer, and fills the trench. A thick light absorbing layer is formed on the membrane layer, and the light absorbing layer is etched back using a reactive ion etching method using SF 6 gas to reduce the damage caused to the membrane layer by a conventional excessive plasma component. Stress can be reduced.
따라서, 본 발명에 따른 엑스레이 마스크는 응력 및 데미지를 최대한 방지하기 위해 맴브레인층에 소정 깊이의 트랜치를 형성하고, 흡광층을 형성한 후 에치백하는 방법으로 마스크의 응력을 최대한 감소시켜 미세 패터닝시 이미지 변위 에러(Image Displacement error)를 최대한 방지할 수 있고, 식각선택비를 고려한 베리어층을 형성하지 않아도 되므로 공정이 용이한 이점이 있다.Therefore, the X-ray mask according to the present invention is formed by forming a trench of a predetermined depth in the membrane layer in order to prevent stress and damage as much as possible, by reducing the stress of the mask to the maximum by forming a light absorbing layer to etch back the image at the time of fine patterning Displacement error (Image Displacement error) can be prevented as much as possible, there is an advantage that the process is easy because there is no need to form a barrier layer in consideration of the etching selectivity.
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