KR100257294B1 - 엑스선 마스크 보호용 엑스선 마스크 펠리클 - Google Patents
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Abstract
엑스선(X선) 마스크 펠리클은 오염 물질로부터 X선 마스크를 보호할 수 있으며, 마스크의 X선 흡수체 물질과 웨이퍼가 접촉되지 않도록 보호할 수 있다. X선 마스크 펠리클은 요구된 마스크와 웨이퍼간의 갭에서 X선 노출을 허용하도록 충분히 얇으면서도 X선 리소그래피에 사용될 정도로 충분히 내구력이 있으며, 재배치 가능하고, 강하며, X선 내성이 있다. X선 마스크 패턴을 덮도록 위치될 얇은(유기 혹은 무기) X선 마스크 펠리클은 박막으로 제조되며, 지지링에 부착된다. X선 마스크의 흡수체 패턴을 덮도록 재단된 펠리클막의 선택된 영역은 두께를 2㎛ 미만으로 감소시키도록 에칭된다. 펠리클의 박막 자체는 전도성이 아니며, 얇은 전도성 막이 양측면상에 코팅될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 펠리클과 X선 마스크간의 분리는 스텝핑된 프로파일을 갖는 마스크를 형성함으로써 달성될 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 반도체 집적 회로(IC) 소자의 제조시 사용되는 X선 마스크 펠리클 어셈블리(X-ray mask pellicle assemblies)에 관한 것으로, 특히 X선 마스크와 포토리소그래픽 공정에서 노출되는 웨이퍼 사이에 위치하며, 오염 물질로부터 X선 마스크를 보호하고, 마스크의 X선 흡수체(absorber) 물질에 웨이퍼가 접촉되지 않도록 하는 작용을 행하는 펠리클에 관한 것이다.
반도체 IC 소자의 제조는 소자 기판의 표면상에 생성되는 패턴의 정확한 복제(replication)에 좌우된다. 전형적으로, 복제 공정은 리소그래픽 공정을 사용하여 행해지며, 이후 여러가지 감법(에칭), 가법(침착) 및 물질 변환(예를 들어, 산화, 이온 주입 등) 공정이 행해진다.
X선 마스크 이미지는 웨이퍼상의 최종 이미지와 동일한 크기로 만들어지며, 반면에 대부분의 광마스크는 웨이퍼상의 이미지보다 4 배 혹은 5 배 큰 이미지를 갖고 있다. X선 마스크상의 이미지와 웨이퍼상에 형성된 이미지는 1 대 1 관계를 가지고 있기 때문에, X선 마스크를 구축할 때 위치 에러가 있으면 웨이퍼상으로 그대로 복사된다. 따라서, X선 마스크의 제조시 위치에 대해 요구되는 정확도는 달성하기 매우 어려우며, 이에 따라 X선 마스크는 제조하는데 비용이 많이 든다. 따라서, 위치 정확도에 영향을 미칠 수 있는 기계적 스트레스를 유발하지 않고 오염 물질 및 스크래치로 인한 기계적 손상 등으로부터 X선 마스크를 보호하는 것이 중요하다.
광리소그래피에서, 마스크는 석영 기판(quartz substrate)상에 형성되며, 노출될 웨이퍼로부터 소정의 간격을 두고 위치된다. 불가피하게 파티클(particle)이 마스크상에 내려앉기 때문에, 마스크는 주기적으로 세척된다. 또한, 내려앉은 파티클이 스텝퍼(stepper)의 포커스 윈도우 깊이 안으로 들어오지 않도록 하는 데 광펠리클이 사용되어서, 파티클이 심하게 디포커스되며(de-focussed) 프린트되지 않도록 한다. X선 마스크도 마찬가지로 외부 물질 파티클에 노출된다. 그러나, X선 마스크 구조는 쉽게 세척될 수 없는데, 그 이유는 막(membrane)의 특성이 섬세하고, 단일 전력 증폭 기술이기 때문에, 유지되어야 하는 이미지의 크기, 이미지의 배치, 결함밀도에 대한 허용오차가 극도로 엄격하기 때문이다. 또한, 마스크상의 패턴은 웨이퍼상에 형성될 최종 이미지와 동일한 크기를 갖기 때문에, 마스크는 노출 동안 가능한한 웨이퍼에 가까이 위치되어야 한다. 전형적으로, 마스크와 웨이퍼간에 요구되는 갭(gap)은 5 내지 40 미크론(microns) 범위이다. 또한, X선 마스크에 대한 포커스 깊이는 매우 길어서, 내려 앉은 파티클이 합리적으로 포커스 깊이 윈도우의 외부에 유지될 수 없게 된다. X선 광자를 흡수하는 성질을 가지는 파티클은 제거되어야 한다. 이는 X선 마스크를 제조하는데 사용되는 설계 및 물질로 인해 광마스크 경우와 다른 문제를 발생시킨다. X선 마스크에 사용되는 갭은 작으므로 이들을 보호하는데 사용되는 구조에 또다시 제약이 가해진다.
X선 펠리클은 오염 물질로부터 X선 마스크 막을 보호해야 될뿐만 아니라, 마스크내의 흡수체 물질과 웨이퍼가 접촉되지 않도록 보호해야 된다. 펠리클은 내구력이 있어야 하며(durable), 재배치 가능해야 하고, 강하며, X선 내성(resistant)이 있어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 리소그래픽 성능에 악영향을 미치는 일없이 오염 물질로부터 X선 마스크를 보호하고, 마스크의 X선 흡수체 물질과 웨이퍼가 접촉되지 않도록 보호할 수 있는 X선 마스크 펠리클을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 요구되는 마스크와 웨이퍼간의 갭에서 X선 노출을 허용할 수 있도록 충분히 얇으면서도, 또한 X선 리소그래피에 사용될 정도로 충분히 내구력이 있으며, 재배치 가능하고, 강하며, X선 내성이 있는 X선 마스크 펠리클을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 X선 마스크 펠리클 어셈블리의 단면도
도 2는 본 발명에 따른 도 1에 도시된 X선 마스크 펠리클의 제조에 대한 공정을 예시한 흐름도
도 3a 내지 도 3d는 도 2의 공정에 따른 제조 단계를 도시한 단면도
도 4는 본 발명에 따른 도 1에 도시된 X선 마스크 펠리클의 제조에 대한 대안적인 공정을 예시한 흐름도
도 5a내지 도 5e는 도 4의 공정에 따른 제조 단계를 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 X선 마스크 펠리클 어셈블리의 단면도
도 7은 도 6에 도시된 X선 마스크 펠리클의 제조에 대한 공정을 예시한 흐름도
도 8a 내지 도 8d는 도 7의 공정에 따른 제조 단계를 도시한 단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 펠리클12 : X선 마스크
13 : 지지링14 : 스텝
15 : 흡수체 패턴16 : 프레임
본 발명에 따르면, 박막으로 제조되며, 지지링(support ring)에 부착되는 얇은(유기 또는 무기) X선 마스크 펠리클의 제조 과정이 제공된다. 지지링으로 스트레치 가능하게(stretchable) 접합하기 위해 적절한 비율을 가지며 상업적으로 이용가능한 막이 또한 사용될 수 있으며 지지링에 결합된다. 스텝핑된 막을 통해 접촉없이 X선 마스크의 흡수체 패턴을 덮도록 펠리클막의 선택된 영역이 재단(tailored)된다. 이는 펠리클막을 2 ㎛ 미만의 두께까지 감소시키도록 에칭하거나 혹은 마스크 흡수체 패턴을 덮지 않은 채 펠리클 영역 하부에 위치되는 제 2 막에 의해 달성될 수 있다. 펠리클의 박막 자체가 전도성이 아닐 경우, 얇은 전도성 막이 양측면상에 코팅될 수 있다. 펠리클 구조는 마스크와 웨이퍼 사이에 끼워져서 요구된 마스크와 웨이퍼간의 갭에 X선 노출을 허용한다. X선 마스크 펠리클을 구성하는 보호막은 X선 마스크 흡수체 패턴에 접촉되지 않으며, 따라서 접촉 스트레스로 인한 왜곡을 유발하지 않는다.
다른 실시예에서, 펠리클은 지지 실리콘 기판상에 형성되는 스텝핑된 X선 막 마스크위에 놓인다. 이 구조체는 다시 유리 지지링에 의해 지지된다. 실리콘 지지 프레임상의 펠리클막의 뒷부분이 두 실시예에서 지지링의 내부 지름에 선택사양적으로 접착될 수 있지만, 펠리클의 앞부분은 X선 막으로부터 충분히 멀리 위치되어서 패터닝된 X선 흡수체 물질과 접촉되지 않도록 해야 한다. 제 1 실시예에서, 이는 펠리클막 또는 복합막의 스텝핑된 구조에 의해 달성되며, 반면에 제 2 실시예에서, X선 막이 스텝핑된다.
본 발명은 반도체 IC의 X선 리소그래픽 제조 과정에서 발생되는 여러가지 문제점을 해결한다. 첫째, X선 마스크 흡수체는 발생가능한 손상(예를 들어, 스크래치)의 외부 소스에 직접적으로 접촉되지 않도록 보호된다. 둘째, X선 마스크는 본 발명에 의하지 않을 경우 흡수체 패턴에 삽입될 수도 있는 먼지 혹은 부스러기 파티클로부터 보호된다. 셋째, X선 마스크 펠리클은 마스크 막의 치명적인 손상시 흡수체 금속 부스러기에 의한 스텝퍼 및 웨이퍼의 오염을 방지한다. 넷째, X선 마스크 펠리클은 X선 노출 동안 레지스트 또는 스텝퍼 환경에 의해 발생되는 부스러기에 의한 흡수체 패턴의 오염을 방지한다. 다섯째, X선 마스크 펠리클은, 웨이퍼상의 레지스트에 도달할 때부터 X선 노출이 진행되는 동안 흡수체에 의해 발생되는 광전자를 감소시킨다. 전체 노출에 대한 이들 광전자의 분포는 X선 리소그래픽 시스템의 궁극적인 해상도에 영향을 미칠 수 있다.
도면을 참조하면, 도 1에는 본 발명에 따른 X선 마스크 펠리클이 도시되어 있다. 펠리클(11)은 X선 막 마스크(12)위에 놓이며, X선 막마스크(12)는 지지링(13)에 의해 지지된다. 지지링(13)은 "파이렉스(Pyrex)"라는 상표로 알려진 유리 재료로 만들어질 수 있다. 펠리클(11)에는 X선 마스크(12)상에 증착, 전기 도금 또는 스퍼터링 및 에칭 기법에 의해 형성되는, 전형적으로 중금속(예를 들어, 금(Au), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta)) 또는 중금속의 합금으로 이루어진 흡수체 패턴(15)과 접촉되지 않도록 충분히 깊게 인덴테이션(indentation) 또는 스텝(14)이 설치되어 있다. X선 노출 동안 충전 및 가능한 방사 손실 영향을 감소시키기 위해 펠리클(11)의 양측면을 얇은(100Å 미만) 알루미늄막으로 코팅할 수도 있다. 펠리클 자체는 프레임(16)상에 장착되며, X선 마스크 지지링(13)에 고정된다. X선 투과 영역의 펠리클의 두께는 막 구조가 충분한 기계적 강도를 유지하면서도 X선 흡수를 최소화하도록 선택된다. 보다 작은 지름을 갖는 프레임상에 장착된 부가적인 펠리클(도시되지 않음)이 막 영역의 뒷부분을 덮도록 마스크 지지링(13)의 내부에 위치될 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 제 1 바람직한 실시예의 제조 단계는 도 2의 흐름도에 예시되어 있다. 기능 블럭(21)에 도시된 제 1 단계에서, 4 내지 5 ㎛ 폴리이미드(polyimide)막이 대형 석영 기판상에 스핀(spin)된다. 이 구조는 도 3a에 도시되어 있다. 기능 블럭(22)에서 도 3b에 도시된 바와 같이, 적절한 경화(curing) 후에 폴리이미드막이 지지링에 접착된다. 이어서, 기능 블럭(23)에서 도 3c에 도시된 바와 같이, 폴리이미드막이 자외선(UV) 레이저 제거 기법을 이용하여 기판으로부터 제거된다. 이는 폴리이미드/석영 인터페이스에 포커싱된 비교적 대형 레이저 빔으로 석영 기판의 뒷부분(코팅되지 않음)으로부터 스캐닝함으로써 달성된다. 인터페이스에서 발생된 가스는 석영 기판과 막을 분리한다. 기능 블럭(24)에서, (이전에 석영 기판과 접촉되지 않은 면으로부터) 폴리이미드막의 선택된 영역이 반응성 이온 에칭(RIE)되어, 도 1에 도시된 스텝(14)에 대응하는 폴리이미드막의 스텝을 제공하게 된다. 이 구조는 도 3d에 도시된다. 폴리이미드막의 얇게 된 영역은 X선 투과 요건을 만족시켜야 한다. 선택된 영역은 X선 마스크의 흡수체 패턴을 덮도록 재단된다. 기능 블럭(25)에서, 폴리이미드막은 양측면이 얇은 전도막으로 코팅된다. 이 막(예를 들어, 100Å 미만인 알루미늄 또는 전도성 유기막)은 비교적 높은 X선 투과도를 갖고 있다. 최종적으로 기능 블럭(26)에서, 완성된 펠리클 구조체가 X선 마스크에 고정된다.
정렬 영역에서 더 높은 광투과도가 요구될 경우, 폴리이미드는 선택적으로 RIE에 의해 박막화될 수 있으며, 혹은 정렬 영역에서 레이저 빔으로 완전히 제거될 수 있다.
도 4는 도 1의 펠리클 어셈블리의 제조에 대한 대안적인 공정을 도시한다. 도 2에 따른 공정에서 반응성 이온 에칭이 사용되었지만, 도 4의 대안적인 공정에서는 펠리클막을 박막화하기 위해 습식 에칭을 사용한다. 기능 블럭(41)에 도시된 제 1 단계에서, 폴리이미드막은 2 ㎛ 미만의 두께로 석영 기판상에 스핀된다. 기능 블럭(42)에서 스핀된 폴리이미드막은 경화되어서, 도 5a에 도시된 구조로 된다. 다음에, 기능 블럭(43)에서 감광성 폴리이미드(PPI)막 또는 포토레지스트막이 2 ㎛ 내지 3 ㎛ 두께로 침착되어 도 5b에 도시된 구조로 된다. 기능 블럭(44)에서 PPI 혹은 포토레지스트막이 경화되고, 자외선(UV)에 노출되어 "와셔(washer)" 또는 애뉼러 링(annular ring)을 형성한다. 그 후 기능 블럭(45)에서 막이 지지링에 접착되어서 도 5c에 도시된 구조로 된다. 그 후 기능 블럭(46)에서 실질적으로 전술한 바와 같은 방식으로 석영 기판으로부터 막이 제거되어, 도 5d에 도시된 링 지지 막으로 된다. 기능 블럭(47)에서 노출된 PPI 또는 포토레지스트가 현상되어서, 도 5e에 도시된 구조로 된다. 기능 블럭(48)에서 복합막은 양측면이 얇은 전도막으로 코팅된다. 최종적으로 기능 블럭(49)에서, 완성된 펠리클 구조체가 X선 마스크에 고정된다.
펠리클막을 제조할 때 레이저 기법외에 다른 기법을 사용하는 것이 가능하다. 특히, 기판상에 스핀된 막의 경화 단계후 물에 담금으로써 프리 스탠딩(free standing) 폴리이미드막이 얻어질 수 있다. 이 공정은 폴리이미드막의 흡습성(hygroscopic properties)을 이용한다.
도 6은 대안적인 X선 마스크 펠리클 구조를 도시한다. 펠리클(61)은 실리콘 지지링(63)상에 형성되는 X선 막 마스크(62) 위에 놓인다. 다음으로 이 구조체가 유리 지지링(64)에 의해 지지된다. 실리콘 지지 프레임(66)상의 펠리클막(65)의 뒷부분은 지지링(64)의 내부 지름에 선택사양적으로 접착될 수 있다. 펠리클 뒷부분이 도 1에 도시된 구조에 또한 사용될 수 있음을 주지하라. 도 1의 실시예에서와 같이, 펠리클 뒷부분의 애플리케이션은 두 실시예에서 비교적 직접적이지만, 펠리클의 앞부분은 X선 막으로부터 충분히 멀리 이격되어서 패터닝된 X선 흡수체 물질을 닿지 않도록 해야 한다. 도 1의 실시예에서, 이는 펠리클막 또는 복합막의 스텝핑된 구조에 의해 달성된다. 도 6에 도시된 실시예에서, X선 막은 스텝핑된다.
도 7은 도 6에 도시된 구조를 제공하는 공정을 도시한다. 기능 블럭(71)에서 공정은 100 mm 실리콘 웨이퍼 기판으로 시작된다. 기능 블럭(72)에서, 리소그래픽 및 에칭 단계를 사용하거나 혹은 그라인딩(grinding)에 의해, 최종적인 막 영역의 외측면의 바깥쪽 상부 표면 10 내지 20 ㎛가 제거되어서 리세스된(recessed) 표면을 형성한다. 이는 도 8a에 도시되어 있다. 기능 블럭(73)에서 동일 기법을 사용하여, 웨이퍼 표면은 1 내지 4 ㎛ 깊이로 제거되어서 리세스된 표면을 형성하며, 이는 도 8b에 도시되어 있다. 이어서, 기능 블럭(74)에서 X선 마스크 막이 실리콘 웨이퍼 기판상에 침착되거나 형성된다. 이 막은 도 8c에 도시된 바와 같이 리세스된 표면에 부합(conform)한다. X선 마스크 물질은 이산화 규소(silicon dioxide), 질화 불소(borone nitride), 무정형 탄소(armophous carbon), 탄화 규소(silicon carbonide), 다이아몬드(diamond)의 무기막일 수 있다. 또한, 붕소 도핑된 실리콘 막을 얻을 수 있다. X선 마스크에 사용되는 바람직한 물질은 탄화 규소이다. 다음에, 기능 블럭(75)에서 표준 리소그래픽 공정을 사용하여, 막 크기 및 형태가 웨이퍼 기판의 뒷면상에 규정된다. 기능 블럭(76)에서 벌크 실리콘이 에칭되어서, 도 8d에 도시된 바와 같이 막을 형성한다. 이제, 기능 블럭(77)에서 마스크 구조체는 앞부분상에 펠리클과 결합될 수 있는 형태로 되어 있다. 펠리클 물질은 펠리클 지지 프레임을 위로 향한 채로 기판에 직접적으로 접착된다.
X선 마스크의 방사 손상이 흡수체 패턴의 왜곡을 야기시킬 때에는 이것이 문제가 된다. 본 발명에서, 펠리클은 흡수체 패턴과 직접적으로 접촉되지 않기 때문에 일정 수준의 방사 손상이 펠리클 구조에 허용될 수 있다. 폴리이미드는 치명적인 기계적 손상이 없이 비교적 높은 X선 도우즈에 견딜 수 있기 때문에, 펠리클 물질로 사용될 수 있다. X선 마스크 펠리클은 사전결정된 시간 주기가 끝난 후에 쉽게 제거되며, 복귀될 수 있다. 높은 방사 저항을 갖는 그 밖의 다른 유기막이 또한 사용될 수 있다.
펠리클 물질에 또한 사용될 수 있는 것에는 질화 규소, 질화 붕소, 무정형 탄소, 탄화 규소, 다이아몬드와 같은 무기막이 있다. 무기 물질은 본질적으로 중합체보다 더 많은 방사 도우즈에 견딜 수 있다.
본 발명이 바람직한 실시예를 통해 기술되었지만, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위의 정신과 범주안에서 변경이 가능함을 알 것이다.
본 발명은 리소그래픽 성능에 악영향을 미치는 일없이, 오염 물질로부터 X선 마스크를 보호하고, 마스크의 X선 흡수체 물질과 웨이퍼가 접촉되지 않도록 보호할 수 있는 X선 마스크 펠리클을 제공한다.
본 발명은 또한, 요구되는 마스크와 웨이퍼간의 갭에서 X선 노출을 허용할 수 있도록 충분히 얇으면서도, 또한 X선 리소그래피에 사용될 정도로 충분히 내구력이 있고, 재배치 가능하고, 강하며, X선 내성이 있는 X선 마스크 펠리클을 제공한다.
Claims (12)
- 전자 소자를 재생하는 단일 전력 증폭 리소그래픽(one power magnification lithographic)에서 사용되는 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클(an X-ray mask pellicle)에 있어서,① 요구되는 마스크와 웨이퍼간의 갭(a required mask to wafer gap)에서 X선 노출을 허용하도록 충분히 얇으면서도 X선 리소그래피에 사용될 정도로 충분히 내구력이 있으며, 재배치 가능하고, 강하며, X선 내성이 있는 막(a film) ― 상기 막은 X선 마스크의 흡수체 패턴과 접촉되지 않도록 충분한 거리를 두고 X선 마스크와 분리되어 있다 ― 과,② 상기 막이 상부에 부착되어 있으며, X선 마스크위에 X선 마스크 펠리클을 재배치 가능하게 장착할 수 있게 하는 펠리클 지지체(a pellicle support)와,③ X선 마스크와, X선 펠리클 지지체와, X선 마스크 펠리클이 상부에 부착되어 있는 지지링(a support ring)을 포함하는 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 1 항에 있어서,상기 막은 흡수체 패턴을 덮도록 재단된 영역에서 더욱 얇으며, 스텝핑된 단면을 가지고 있는 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 2 항에 있어서,상기 막은 에칭에 의해 상기 영역에서 부분적으로 혹은 전체적으로 얇은 단일 막인 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 3 항에 있어서,상기 막은 비교적 높은 X선 투과성을 갖는 얇은 전도성 막으로 코팅된 폴리이미드막인 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 4 항에 있어서,상기 얇은 전도성 막은 100 Å 미만의 두께를 갖는 알루미늄인 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 2 항에 있어서,상기 막은 제 1 박막 및 제 2 에칭된 막을 포함하는 복합막(a composite film)이며, 상기 제 2 막은 상기 영역에서 부분적으로 혹은 전체적으로 에칭되는 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 6 항에 있어서,상기 제 1 막은 폴리이미드막이며, 상기 제 2 막은 감광성 막(photosensitive film)이고, 상기 제 2 막이 에칭된 후 상기 복합막은 비교적 높은 X선 투과성을 갖는 얇은 전도성 막으로 코팅되는 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 7 항에 있어서,상기 얇은 전도성 막은 100 Å 미만의 두께를 갖는 알루미늄인 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 1 항에 있어서,상기 막은 무기막(an inorganic film)인 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 1 항에 있어서,X선 마스크는 스텝핑되며, 상기 막은 상기 스텝핑된 X선 마스크위에 도포되는 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 10 항에 있어서,상기 스텝핑된 X선 마스크는 기판위에 형성되는 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
- 제 1 항에 있어서,상기 지지링에 부착되어, 상기 X선 마스크의 하부를 보호하는 하부 펠리클(a bottom pellicle)을 더 포함하는 X선 마스크 보호용 X선 마스크 펠리클.
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