KR100280832B1 - 노광 장비용 프로그래머블 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광 장비용 프로그래머블 마스크에 관한 것으로, 특히 전기적 신호에 의하여 광 개폐가 이루어지는 미세 소자가 마스크 상에 하나의 화소를 이루는 형태로 집적된 패턴 노광용 마스크에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 미세회로 인쇄는 자외선 등을 노광 광원으로 이용하여 회로 패턴이 새겨진 인쇄회로 원판, 즉 마스크의 패턴을 축소시켜 투사하는 방식의 노광 인쇄장비를 주로 사용하고 있다. 그러나 이러한 방법에서는 십 여장 이상의 마스크가 필요하게 되며, 소자의 제작 종류가 많을 경우 이에 따른 노광용 마스크의 제작 기간 및 비용 소요가 큰 부담이 되고 있다.

본 발명에서는 미소 광 개폐 소자가 집적된 프로그래머블 마스크 상에서 직접 설계된 회로의 패턴을 구현시키고 이 패턴을 웨이퍼 등의 기판에 투사시켜 인쇄하는 방법을 제시한다.

Description

노광 장비용 프로그래머블 마스크 {Programmable mask for lithography}

본 발명은 노광 장비용 프로그래머블 마스크(programmable mask)에 관한 것으로, 특히 전기적 신호에 의하여 광 개폐가 이루어지는 미세 소자가 마스크 상에 하나의 화소를 이루는 형태로 집적된 패턴 노광용 마스크에 관한 것이다.

반도체 회로 등과 같은 마이크로 패턴을 반도체 기판 상에 재현시키는 기술은, 전자 빔을 감광막이 도포 된 반도체 기판 상에 직접 주사시켜 설계된 실제 크기의 패턴을 얻는 직접 묘화 방법을 사용하거나, 실제의 회로 패턴 크기보다 5배, 10배정도로 확대시켜 인쇄된 마스크를 제작하고 이를 다시 단계 반복형 노광 장비에서 광학적으로 1/5, 1/10,배로 축소시켜 감광막이 도포 된 반도체 기판 상에 투사시킴으로써, 실제 크기의 마이크로 패턴을 얻는 간접 인쇄 방법을 이용하고 있다. 일반적으로 축소 투사방식의 광학적 인쇄 기법에 의하여 제조되는 반도체 집적회로는 십 여장 이상의 회로 인쇄용 마스크가 소요되며, 이 때 마스크는 광 투과가 가능한 퀄츠 유리 기판에 크롬 등의 광 차단 금속 박막으로 회로의 패턴을 형성한 것이 사용된다.

패턴 직접 묘화 방법의 전자 빔 주사 장치는 마스크가 필요 없고, 스텝퍼(stepper) 등의 노광 장비보다 패턴 구현 해상도가 높은 장점을 가지나, 반도체 기판 가공시 생산성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 아직 까지는 반도체 기판의 생산성이 높은 광학적 패턴 축소 투사 방식의 스텝퍼 장비를 많이 사용하고 있다. 그러나 스텝퍼 등의 광학적 장비를 사용할 경우 고가의 마스크를 소요 공정 단계별로 제조하여야 하고, 이를 관리하여야 하는 생산 비용의 증가와 아울러, 마스크의 사용 장수 만큼의 마스크 간 제작 오차, 패턴 중첩 및 정열 오차 등을 줄여야 하는 기술적 어려움이 있다.

본 발명은 반도체 집적회로 제조시 소요되는 많은 수량의 마스크 제조 과정을 없애고, 공정 간의 패턴 정열 오차를 극소화 하기 위한 것으로, 설계된 회로의 패턴 정보를 장비에 장착된 마스크 상에서 직접 읽고 지울 수 있는 프로그래머블 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노광 장비용 프로그래머블 마스크는 노광용 마스크 기판상에 전기적 패턴 정보에 의하여 구동되는 광 개폐 기능을 가지는 단위 미세소자가 어레이 형태로 구성하되, 상기 단위 미세 소자는 상부 투명전극 및 비투과성 하부 전극 액츄에이터로 이루어지며, 상기 비투과성 하부 전극 액츄에이터가 전기적 신호에 의한 구동으로 광 개폐가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 프로그래머블 마스크의 구성도.

도 2(a) 및 도 2(b)는 노광 장비의 구성도.

도 3(a) 내지 도 3(c)는 프로그래머블 마스크에 집적되는 광 개폐 소자 및 광 반사판 구동 소자의 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

11 : 지지용 보드 12 : 퀄츠 또는 반도체 기판

13 : 집적회로 14 : 인터페이스부

15 : 단위 광 개폐 또는 광 반사판 구동 소자

21 : 광원부 22 : 프로그래머블 마스크

23 : 경통부 24 : 인쇄 기판

25 : 구동 스테이지부 26 : 제어부

31 : 퀄츠 기판 32 : 상부 투명 전극

33 : 하부 투명 전극 34 : 분극 및 자기 배향 유도체

35 : 소자간 분리 영역 36 : 비투과성 하부 전극 액츄에이터

37 : 반도체 기판 38 : 단위 구동 반사판

39 : 배선 및 반사판 구동 장치

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 프로그래머블 마스크의 구성도로써, 퀄츠 또는 반도체 기판(12) 상에 반도체 공정 기술을 이용한 미소 광 개폐 소자 또는 광 반사판 구동 소자(15)가 구성되어 있다. 지지용 보드(11)를 이용하여 퀄츠 또는 반도체 기판(12)을 지지하도록 하고, 기판(12)의 외곽부에는 패턴 정보를 받아 최종 광 개폐 소자를 ON, OFF상태로 전환시켜 주는 다수의 집적회로(13)가 구성되어 있으며, 퀄츠 기판 및 각 집접회로를(13)를 서로 전기적으로 연결하는 인터페이스부(14)로 이루어진다. 기판(12) 상부에는 어레이 형태로 배열된 단위 광 개폐 소자(15)가 구성되거나 또는 단위 광 반사판 구동 소자(15)가 구성된다.

위와 같이 구성된 프로그래머블 마스크는 광 투과성 기판에 한 개의 화소 단위로 개폐되는 미소 광 개폐 또는 광 반사판 구동 기능을 갖는 단위소자를 어레이 형태로 구성하고, 이를 전기적 입력 신호로 구동되게 함으로써, 단위 노광 화소를 점 집합적으로 개폐시켜 설계된 미세 패턴을 마스크 기판 상에 그려지도록 한다.

도 2(a) 및 도 2(b)는 노광 장비의 구성도로써, 도 2(a)는 광 개폐 소자로 구성된 프로그래머블 마스크를 사용 할 경우의 광 투과형 스텝퍼 구성도이고, 도2(b)는 광 반사판 구동 소자로 구성된 프로그래머블 마스크를 사용 할 경우의 광 반사형 스텝퍼 구성도이다. 도 2(a)에 도시된 것과 같이, 광 투과형 스텝퍼는 광원부(21), 광 개폐 소자로 구성된 프로그래머블 마스크(22), 1/5X, 1/10X등의 축소 배율을 가지는 광 경통부(23), 패턴이 조사될 인쇄 기판(24), 단계 반복적으로 구동되는 구동 스테이지부(25) 및 설계된 패턴 정보를 마스크에 입력시키고, 노광 기기를 작동시키는 제어부(26)로 구성된다. 광 반사형 스텝퍼는 도 2(b)와 같이, 도 2(a)의 구조와 같은 구조로 이루어지되, 광 개폐 소자로 구성된 프로그래머블 마스크 대신 광 반사판 구동 소자로 구성된 프로그래머블 마스크(22)를 사용하여 광원이 프로그래머블 마스크(22)에서 반사되도록 구성된다.

도 3(a) 내지 도 3(c)는 프로그래머블 마스크에 집적되는 광 개폐 소자 및 광 반사판 구동 소자의 단면도로써, 도 3(a) 및 도 3(b)는 광 투과형 프로그래머블 마스크에 집적되는 광 개폐 소자의 단면도이고, 도 3(c)는 광 반사형 프로그래머블 마스크에 집적되는 광 반사판 구동 소자의 단면도이다.

먼저 도 3(a)는 투명한 퀄츠 기판(31)의 한쪽 면을 가공하여 상부 투명전극(32)과 하부 투명전극(33)을 구성하고, 두 전극 사이에 걸리는 정전기력을 이용하여 소자간 분리 영역(35)으로 나누어진 전극 사이에 채워진 분극 및 배향 유도체(34)의 정열에 의해서 광 개폐가 이루어지도록 한 광 개폐 소자의 단면도이다.

도 3(b)는, 도 3(a)와 같이 한쪽 면이 가공된 퀄츠 기판(31)에 상부 투명전극(32)과 비투과성 하부전극 액츄에이터(36)를 구성하고, 비투과성 하부전극 액츄에이터(36)의 구동에 의해서 광 개폐 기능을 갖도록 한 광 개폐 소자의 단면도이다.

도 3(c)는 반도체 기판(37) 등을 가공하여 도 3(a) 및 도 3(b)와 같은 두 전극판 중 하부 전극을 구동 반사판(38)으로 대체 한 것으로, 두 전극판 사이에 걸리는 정전기력에 의해 반사판(38)을 움직이거나, 구동 반사판(38) 자체를 바이메탈, 형상기억합금 등으로 제작하여 열전효과에 의한 재료의 수축, 팽창 현상을 이용하여 반사판을 구동함으로서 입사광에 대한 반사광의 경로를 노광 화소 단위로 제어 할 수 있도록 한 광 반사판 구동 소자의 단면도이다.

위와 같이, 설계된 회로 패턴이 마스크에 새겨져 있는 종래의 퀄츠 마스크를 대신하여, 마스크 상에 회로 패턴의 생성 및 삭제가 가능한 프로그래머블 마스크는, 두 전극 판 사이에 인가되는 전압에 의해 발생되는 전장의 유무에 따라, 단위 소자의 극판 사이에 유동체로 채워진 분극, 또는 자기 배향 재료가 정렬함으로써 광 투과의 선택성을 가지도록 하는 방법과, 두 전극판 사이의 정전기력에 의한 인력 및 반발력 작용으로, 한쪽의 비투과성 전극 즉, 액츄에이터 판을 개폐 시키는 방법을 이용 함으로써, 입사광에 대하여 화소 단위로 투사광을 개폐 시키는 방법을 이용한다.

또한 미소 광 개폐 및 반사 소자를 전자기적으로 구동 시키는 방법 외에 미소 액츄에이터 판을 구동하게 하는 것으로는 형상기억합금 또는 바이메탈 등을 사용하여 열적 팽창/수축에 의한 전열적 구동 방법을 이용할 수도 있다.

프로그래머블 마스크 구성시 개별 단위 소자에 대한 입력 신호의 저장, 삭제 기능 등은 단위소자 내부 구조에 따라 외부에 연결된 집적회로의 기능을 이용하여 구성한다. 광 투과가 이루어 지는 활성(active) 영역의 전극 재료는 ITO, SnO₂등의 광 투과가 가능한 전극 재료로 구성한다. 또한 축소 단계 반복형 노광장비 구성은 위에서 제안된 두 종류의 프로그래머블 마스크의 장착여부에 따라 광 투과형 프로그래머블 마스크 장비와, 광 반사형 프로그래머블 마스크장비로 사용한다. 광 개폐, 광 반사판 액튜에이터의 단위 소자의 크기는 스텝퍼 등에서 투사 되는 패턴 축소율에 역비례 되는 크기로 마스크상에서 제작되고 이러한 단위 소자는 노광시 웨이퍼상에 패턴을 이루는 단위 노광 화소로 작용한다. 아울러 상기의 프로그래머블 마스크 제작 개념은 광 개폐 소자를 대신하여 반도체 레이저 소자 등의 미소 발광원을 어레이 형태로 마스크에 집적 시켜 제안된 개념의 미세패턴 인쇄에 적용할 수도 있다.

광 개폐 소자 또는 발광 소자 등으로 어레이 구조 구현시, 개별 소자 사이에 있는 비활성(non-active)의 경계 영역 등은 소자 설계시 활성 영역보다 작게 설계되어 광 경로부를 거치는 동안 소멸되게 하거나, 감광막의 노광 감도 등을 조정 함으로서 소자간 경계 영역의 패턴이 전사되지 않도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 현재의 집적회로 패턴 구현은 아직까지 광을 이용한 포토리소그래피 기술에 의존하고 있고, 회로패턴의 설계, 회로패턴 인쇄를 위한 마스크의 제작 및 기판의 패턴 인쇄 과정를 거치게 된다. 본 발명은 상기의 집적회로 제조 과정 중 마스크의 제작을 별도로 필요로 하지 않고 노광 장비에서 회로 패턴을 마스크 상에 전기적 입력 신호로 직접 이식시킨 후, 이를 노광시킴으로써 감광막이 도포 된 기판 상에 회로 패턴을 인쇄하는 방법을 제시하고 있다. 노광 장비에 장착된 프로그래머블 마스크로서 상기 개념의 회로 인쇄가 이루어질 경우 기대되는 효과로는 종래의 퀄츠 마스크가 불요하게 됨으로써 마스크의 생산 관리에 소요되는 자원이 절감되고, 설계된 패턴 자료의 검증, 수정 등이 기판 생산 현장에서 신속하게 이루어 질 수 있고, CAD 패턴 정보의 연계 사용에 의한 기판의 생산 자동화가 용이하며, 노광 인쇄시 마스크 및 웨이퍼 간의 패턴 중첩 정렬도를 향상시킬 수 있다. 또한 상기의 제안된 마스크는 마스크의 소요가 많은 소량 다품종의 ASIC 생산 개발 분야에 응용할 경우 효율성이 클 것으로 기대되며, 반도체 회로 제작뿐 만 아니라 PCB와 같은 정밀 인쇄 회로 기판 제작 등에서도 응용이 가능하다.

Claims (3)

1. 노광용 마스크 기판상에 전기적 패턴 정보에 의하여 구동되는 광 개폐 기능을 가지는 단위 미세소자가 어레이 형태로 구성되되, 상기 단위 미세 소자는 상부 투명전극 및 비투과성 하부 전극 액추에이터로 이루어지며, 상기 부타과성 하부 전극 액추에이터가 전기적 신호에 의한 구동으로 광 개폐가 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광 장비용 프로그래머블 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 단위 미세 소자는 상부 전극 및 하부 구동 반사판으로 이루어 지되, 상기 하부구동 반사판은 정전기력으로 구동되어 입사광에 대한 반사광의 광 개폐가 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광 장비용 프로그래머블 마스크.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 단위 미세 소자는 상부 전극 및 하부 구동 반사판으로 이루어 지되, 상기 하부구동 반사판은 바이메탈 또는 형상 기억 합금으로 제조되어, 열전 효과에 의한 수축 및 팽창을 이용한 상기 하부 구동 반사판의 구동으로 입사광에 대한 반사광의 광 개폐가 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광 장비용 프로그래머블 마스크.

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