KR100456931B1 - 투영마스크제조방법 - Google Patents

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Abstract

기판으로부터 다수의 투영 마스크를 동시에 제조하는 방법에 있어서, 상기 기판은 홈을 형성하기 위해 단지 그것의 뒷면만을 습식 에칭하여 상기 기판의 뒷면에 형성된 홈을 사용함으로서 다수의 투영 마스크로 분할된다.

Description

투영 마스크 제조방법{PRODUCTION OF PROJECTION MASK}
본 발명은 전사용 투과부로서 개구를 가지는 투영 마스크를 제조하는 방법, 특히 단일 기판으로부터 다수의 투영 마스크를 동시에 제조하는 방법에 관한 것이다.
전자빔에 의해 패턴이 형성되는 전자빔 리소그라피에 대한 최근 개선은 소위 블록 노광 또는 E-빔 셀 투영 리소그라피라 불리는 라이팅시스템(writing system)이다. 상기 라이팅시스템은 높은 스루풋을 위해 단시간내에 초미세 패턴을 기록하는 능력 때문에 차세대의 LSD기술로 기대된다(일본국 특허공개공보 소60-81750호 등 참조).
E-빔 셀 투영 리소그라피는 실리콘막(수십 미크론 두께)에 형성된 개구(노광을 위한 패턴에 따르는)를 가진 투영 마스크(또는 스텐실 마스크)를 사용한다. 개구는 특정 블록 또는 셀의 노광을 위해 전자빔이 통과될 수 있게 한다. 선택된 개구를 통해 노광을 반복함으로써, 부분적인 패턴을 연결하여 원하는 패턴을 완성하는 것이 가능하다.
E-빔 셀 투영 리소그라피에 의한 기록 시스템은 이미 실용화되어 있으며, 종래 가변형 빔 방법을 사용하는 E-빔 셀 투영 직접 기록 시스템에 필연적으로 수반되는 낮은 스루풋 문제를 해결하고자 고안되었다. 여기서, E-빔 직접 기록 시스템은 작은 스팟의 전자빔을 주사함으로서 일련의 형식으로 패턴을 기록하는 것이다. 따라서, E-빔 직접 기록 시스템은 기록하는데 오랜 시간이 걸린다. 대조적으로, E-빔 셀 투영 리소그라피 공정은 가변 직사각형을 통해 직접 기록하는 것과 비교하여 매우 빠르다.
셀 투영용 투영 마스크는 다양한 방식으로 제조되었다. 상기 셀 투영용 마스크는 용이한 제조 및 고강도 때문에 보통 실리콘 기판(또는 상업용 실리콘 웨이퍼)에 의해 형성된다. 특히, 상기 방법은 실리콘 기판의 후면을 에칭하는 단계로 이루어져서, 프레임과 이 프레임에 의해 지지되는 막을 형성하고, 상기 막에 개구를 형성한다. 상기 에칭은 보통 무기 또는 유기 알칼리성 수용액을 사용하는 습식 에칭으로 실행된다. 개구는 보통 높은 정밀도를 위한 건식 에칭에 의해 형성된다.
앞면 또는 뒷면 둘다를 충분히 에칭하기 위해, 기판은 그것의 보통 적정 깊이에 에칭 스토퍼층(etch stopper layer)을 가진다. 에칭 스토퍼층을 포함하는 실리콘 기판은 이하에 예시될 것이다.
(a) SiO2층이 삽입되어 있고, 다른 두께를 가진 두 개의 실리콘 기판으로 이루어진 SOI(silicon on insulator)기판.
(b) 산소이온의 고농도 주입 및 열처리에 의해 형성된 산화막을 가진 SIMOX(separation by implanted oxygen) 기판.
(c) 적정 깊이로 실리콘 기판에 붕소 리치층(boron-rich layer)(에칭 스토퍼 층과 같은)을 가진 다중층 기판.
종래 투영 마스크(스텐실 마스크)를 제조하는 일반적인 방법은 도 1A 내지 도 1F를 참조로 하여 기술될 것이다.
도 1A 내지 도 1F에는 Si층(1)(20㎛ 두께), SiO2층(2)(2㎛ 두께) 및 Si층(3)(500㎛ 두께)으로 이루어진 SOI기판(10)이 도시되어 있다. 기판(10)의 앞면에는 SiO2등에 의해 형성된 건식 에칭 마스크(4)(3㎛ 두께)가 증착된다(도 1A).
그 다음에, 레지스트(5)가 건식 에칭 마스크(4)상에 코팅된다. 레지스트(5) 및 건식 에칭 마스크(4)는 적정 패턴을 제공하기 위해 리소그라피 및 건식 에칭 기술에 의해 패턴이 형성된다(도 1B). 그 다음에, 레지스트는 제거된다.
패턴이 형성된 건식 에칭 마스크(4)를 마스크로서 사용하여, 나중에 에칭 스토퍼층으로 되는 SiO2층(2)에 도달하는 홈을 만들기 위해 건식에칭이 실행된다. 따라서, 빔을 성형하는 개구 패턴(11)이 형성된다(도 1C).
전체 표면은 습식 에칭 마스크(6)로서 기능을 하는 Si3N4보호층으로 코팅된다. 뒷면상의 보호층은 레지스트를 사용하는 리소그라피 기술에 의해 부분적으로 제거되어, 리세스, 즉 윈도우가 나중에 형성되도록 실리콘의 일부분이 노출된다(도 1D).
뒷면의 노광된 실리콘 부분은 리세스, 즉 윈도우(12)가 실리콘층(3)내에 형성되도록, 70-100℃에서 에칭액을 사용하여(KOH 수용액) SiO2층(에칭 스토퍼층으로 기능)(2)까지 이방성 에칭된다. 이러한 방식으로, 프레임(13)과 이 프레임(13)에 의해 지지된 막(14)이 형성된다(도 1E).
SiO2층(2)(에칭 스토퍼층으로서)은 플루오르화 수소산 희석액으로 제거된다. 이제 개구패턴(11)이 얻어진다. SiO2층(2)의 제거 전후에 건식 에칭 마스크(SiO2층)(4)과 습식 에칭 마스크(Si3N4층)(6)이 제거된다. 이러한 방식으로 원하는 실리콘 투영 마스크가 제조된다(도 1F).
최종적으로, 투영 마스크는 중금속의 선택적인 도전층(15)으로 코팅된다.
전술한 것처럼 형성된 투영 마스크는 그것이 셀 투영 노광용 전자 빔 기록장치 상에 장착될 수 있도록 약 5-50mm의 크기를 가진다. 이 크기는 투영 마스크를 생성하는데 사용되는 기록 장치에 의해 덮혀지는 영역보다 작다. 따라서, 높은 생산성을 위해 큰 기판 상에 패턴을 형성하여 다수의 마스크를 동시에 만드는 것이 통상적이다.
상기 제조방법은 기판으로부터 각각의 투영 마스크를 분할하는 다이싱 단계를 필요로 한다. 이것은 다음과 같은 두 가지 방법 중 하나에 의해 달성되는데,상기 두가지 방법은 라운드 블래이드(round blade)를 사용하는 다이싱 톱(dicing saw)에 의한 분할과 산 및 알칼리를 사용하는 화학에칭에 의한 분할이다(레이저에 의한 분할이 가능하나 스루풋 및 청결 문제때문에 일반적이지는 않다).
종래 다이싱 방법은 이하에 기술된 것과 같은 여러 문제를 갖는다.
제 1 다이싱 방법은 파라핀 왁스(wax)에 의해 지지체 상에 기판을 고정하는 단계와, 둥근 또는 원형 블레이드를 사용하여 기판을 기계적으로 절단하는 단계와, 가열에 의해 상기 왁스를 용융하는 단계와, 지지체로부터 기판을 분할하는 단계와, 산 및 알코올을 사용하여 절단 피이스를 세척하는 단계를 포함한다. 이러한 방식에서는 소망 크기를 가진 다수의 전사 마스크가 얻어진다.
이 방법은 반도체 웨이퍼를 기계적으로 절단하여 다수의 LSI 칩으로 분할하는데 사용된 것과 유사하다. 투영 마스크를 다이싱하는데 사용될 때, 상기 방법은 여러 문제점을 가진다.
제 1문제점은 막이 스트레인(strain) 또는 응력에 의해 손상되는 것이다. 도 1F에 도시된 것처럼, 투영 마스크의 개구 패턴은 막내에 형성된다. 상기 막은 기판을 장착 및 분리하는 동안 왁스가 가열 및 냉각될 때 발생하는 팽창 및 수축 으로 인한 스트레인 때문에 파손되기 쉬우며, 또한 다이싱 과정동안 기계적인 응력으로 인해 파손될 염려가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 가능한 방법은 우선 다이싱을 실행한 다음 뒷면에 리세스 또는 윈도우가 형성되도록 각각의 전사 마스크를 처리하는 것이다. 이러한 방법의 과정은 막이 손상되는 것을 막을 수 있으나, 투영 마스크를 각각 제조하는 필요성 때문에 생산성이 극히 떨어진다. 더욱이, 윈도우를 만들기 위해 사용된 에칭액으로부터 절단 투영 마스크를 보호하기 위해서 절단 투영 마스크의 주변벽 상에 보호층을 형성하는 것이 필요하다. 이것은 상업용 제조를 위해 실용적이지 않다.
더욱이, 왁스를 사용하여 기판을 고정하는 추가 단계는 제조시간 단축에 있어서 또다른 불리한 점이다. 다른 단점은 다이싱 장치를 필요로 하는 것이며 미세 절단칩에 오염물에 의한 저수율을 초래하는 것이다.
제 2 다이싱 방법은 아직 심사받지 않는 일본국 특허공개공보 제 135129/1995호에 개시되어 있으며, 도 2A 및 도 2B를 참조로 하여 기술될 것이다. 이 방법에 따르면, 소정 깊이를 가진 홈(16)은, 도 2A에 도시된 것처럼, SIO 기판의 앞면을 에칭함으로서 개구 패턴(11)이 형성되는 동일한 시간에 각각의 투영 마스크 사이의 경계를 따라 에칭함으로서 형성된다.
그 다음에, 다른 홈(16)은, 도 2B에 도시된 것처럼, 기판의 뒷면을 습식 에칭함으로서 윈도우가 형성되는 동일한 시간에 각각의 투영 마스크 사이의 경계를 따라 기판의 앞면에 형성된 홈의 반대 위치에서 기판의 뒷면을 에칭함으로써 형성된다. 기판의 뒷면의 홈이 에칭 스토퍼 SiO2층에 도달할 때, 기판은 마스크 자체 무게에 의해 전단파괴되어 각 마스크가 기판으로부터 서로 분할된다. 덧붙여 말하자면, SIO 기판은 기판 뒷면의 제조동안 에칭액으로부터 SIO 기판을 보호하기 위해 왁스에 의해 유리판에 결합된다.
바람직하게는, 이 방법은 다이싱동안 다른 방법에서 발생할 수 있는 칩 절단에 있어서의 오염이 존재하지 않는다. 다른 장점은 기판의 앞면 및 뒷면 둘다에 홈을 형성하는데 다른 추가 단계가 필요하지 않다는 점이다. 이는 이들 홈들이 투영 마스크의 제조에 필수적인 에칭으로 동시에 형성될 수 있기 때문이다.
이 방법의 다른 개선점은 또한 전술한 공보에 개시되어 있다. 이 개선점은 앞면의 홈이 뒷면의 홈으로부터 어긋나게 되는 것을 막도록 하는 것이다. 상기 단층은 뒷면의 홈이 습식 에칭에 의해 보다 넓기 때문에 발생하며 에칭 스토퍼 SiO2층위의 실리콘층의 둘레로부터 박막 돌출부분을 발생시킬 수 있다. 상기 돌출부분은 구조적으로 약하여 투영 마스크 상으로 쉽게 떨어진다. 결과적으로, 투영 마스크는 돌출부에 의해 오염된다. 개선점에 따르면, 앞면의 홈의 위치는 돌출을 피하기 위해 내부로 이동된다.
그럼에도 불구하고, 전술한 방법은 실제 생산에서 해결되지 않는 여러 문제점을 가진다. 이 문제점 중 하나는 개구 패턴을 보호하기 위해 앞면(개구 패턴이 형성되는) 상에 습식 에칭 마스크 층을 형성하고, 또한 안정화를 위해 왁스와 같은 접착제에 의해 실리콘 기판을 유리판에 고정시키며, 에칭액으로부터의 보호를 위해 실리콘 기판의 주변을 밀봉하는 필요성과 관련된다.
유리판에 기판을 고정하는 것은 습식에칭이 완료될 때(또는 각각의 투영마스크가 실리콘 기판으로부터 분할될 때), 에칭액중으로 투영마스크가 부유 분산될 가능성이 존재하지 않으며, 에칭액으로부터 유리판을 끄집어냄으로서 일괄하여 투영마스크를 인출하는 것이 가능한 장점을 제공한다. 이것은 핸들링을 용이하게 한다. 그러나, 이 방법은 다음과 같은 문제를 야기한다.
습식 에칭이 완료되고 각각의 투영 마스크가 실리콘 기판으로부터 분할되었을 때, 마스크를 분할하는 홈에 남아있는 약한 산화실리콘막은 마스크의 무게에 의해 전단파괴된다. 이 파괴된 부분으로 에칭액이 마스크의 측벽 및 개구에 침투하여 이 측벽 및 개구를 부식시킨다.
더욱이, 유리판에 실리콘 기판을 고정하는 왁스와 같은 접착제는 열 KOH 용액 또는 EPW(에틸렌헥사디아민 및 피로카테콜과 물의 혼합액)와 같은 유기 알칼리성 수용액에 내성이 없다. 이것은 마스크 표면이 침식되게 한다.
또한, 왁스와 같은 접착제는 고화시 수축되기 때문에 응력으로 인해 개구 패턴 부분에 크랙 등의 파손을 발생시킨다. 왁스는 가열할 때 용융되어 유체로 되기 때문에 응력을 발생시킨다.
마스크로부터 접착제를 제거하는 것은 용제를 필요로 하며 오랜 시간이 걸린다. 이것은 마스크 생산에 필요한 시간을 연장시킨다. 실리콘 기판 및 유리판 사이의 고착은 공기 버블 또는 시드의 포함과 알칼리 에칭액의 침투를 방지할 정도로 견고하여, 임의의 용제가 접착제를 신속히 용해시키지 않게 된다.
만일 접착제가 왁스라면, 왁스를 가열 용해시켜 유체화하고 지지체로부터 마스크를 분리하는 것이 가능하다. 상기 마스크는 왁스를 분할하기 위해 용액에 담글 수 있다. 그러나, 이 경우에도 문제점이 야기된다. 즉, 용해점이 낮은 파라핀 왁스는 유기 알칼리 용액에 내성이 없어서 마스크 표면을 침식으로부터 보호할 수없다. 이러한 문제를 해결하는 한 방법은 열 알칼리성 수용액에 약간의 내성이 있는 타르 왁스를 사용하는 것이다. 이 경우에는 다른 문제점이 발생한다. 즉, 타르 왁스를 제거하기 위해서는 사용이 규제되어 있는 유기 염소계 용제(염화 메틸렌 또는 트리클로로에틸렌 등)를 필요로 한다. 이러한 용제를 사용하는 것은 대량생산에 적합하지 않다.
전술한 결점을 막는 다른 방법은 공정 순서를 변화시키기는 것이다. 즉, 습식 에칭 공정을 먼저 수행하고, 그 다음에 개구 패턴을 앞면에 형성하며 마스크를 분리하기 위한 홈을 동시에 에칭으로 형성한다. 최종적으로, 마스크는 기판으로부터 분할된다. 이러한 과정의 단점은 개구의 패턴을 형성하기 위한 실리콘층에 깊은 수직 홈을 만들기 위해 건식에칭동안 기판이 임의의 온도로 유지되야 한다는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해서는 에칭동안 항상 기판에 냉각 가스를 공급하여 기판을 냉각시키거나 기판의 뒷면에 열매체(헬륨가스와 같은)를 유입해야 한다. 기판의 온도를 일정하게 유지하는 다른 가능한 방법은 정전흡착에 의해 전극에 상기 기판을 밀착시키는 것이다. 그러나, 상기 방법 모두는 기판이 압력차(양측면)에 의한 응력과 강제 흡착에 영향을 받아서 약한 부분(이 단계에서 뒷면의 홈은 이미 형성되어 있다)이 에칭동안 파괴되기 때문에 만족스럽지 않다.
본 발명의 목적은 정밀한 외부크기와 외주 측벽을 가진 고수율 투영마스크를 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
도 1A 내지 도 1F는 종래 방법에 의한 제조단계를 기술하는 개략적인 단면도.
도 2A 내지 도 2B는 투영 마스크를 분할하는 종래방법을 기술하는 개략적인 단면도.
도 3은 실리콘의 이방성 에칭을 기술하는 개략적인 부분 단면도.
도 4는 실리콘의 이방성 에칭의 다른 실시예를 기술하는 개략적인 부분 단면도.
도 5는 홈의 폭 및 에칭 깊이사이의 관계를 기술하는 개략적인 부분 단면도.
도 6은 홈 및 투영 마스크의 구조에 대한 실시예를 도시한 평면도.
도 7은 홈 및 투영 마스크의 구조에 대한 다른 실시예를 도시한 평면도.
도 8은 홈 및 투영 마스크의 구조에 대한 또다른 실시예를 도시한 평면도.
도 9는 홈이 형성된 영역을 기술하는 평면도.
도 10A 내지 도 10F는 본 발명의 방법에 의한 제조단계를 예로서 기술하는 개략적인 단면도.
도 11A 내지 도 11H는 본 발명의 방법에 의한 제조단계를 다른 예로서 기술하는 개략적인 단면도.
도 12A 내지 도 12E는 본 발명의 방법에 의한 제조단계를 또 다른 예로서 기술하는 개략적인 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1,3: Si층 2: SiO2층
5: 레지스트 6:습식에칭 마스크
9: 바인더 막 16: 홈
17: 투영 마스크
본 발명이 적용가능한 방법은 앞면 및 뒷면을 가진 기판으로부터 다수의 투영 마스크를 동시에 제조할 때 사용된다. 각각의 투영 마스크는 프레임, 이 프레임에 의해 지지되는 막 및 막내에 형성된 개구를 포함한다. 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 방법은 습식에칭만으로 기판의 뒷면에 홈을 형성하는 단계와, 기판의 뒷면에 형성된 홈을 사용하여 기판을 투영 마스크로 분할하는 단계를 포함한다.
결과적으로, 기판은 단일 실리콘 기판, 적층 실리콘 기판 및 다중층 실리콘기판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료에 의해 형성될 수 있으며 면방위 (100) 평면의 앞면 및 뒷면을 가진다. 에칭은 프레임 및 홈이 54°내지 56°의 범위내에서 경사각을 가지도록 수행된다. 바람직하게, 본 발명의 방법은 뒷면으로부터의 습식에칭을 완료한 후 그리고 각각의 투영 마스크를 분할하기 전에 투영 마스크의 분할을 막기 위해 바인더 막을 형성하는 단계를 더 포함한다. 바인더 막은 플루오르 수지, 에틸렌 수지, 프로필렌 수지, 부타디엔 수지, 실리콘 수지 및 스티렌 수지로 이루어진 그룹으로 선택된 적어도 하나의 재료와, 그것으로부터 유도된 고무재료와, 무기 막형성 재료로 형성될 수 있다.
더욱이, 투영 마스크를 분할하기 위해 습식에칭에 의해 기판 뒷면에 소정의 깊이를 가진 홈을 형성하는 단계는, 습식에칭에 의해 투영 마스크의 뒷면에 윈도우를 형성하여 프레임 및 막을 형성하는 단계와 동일한 에칭액을 사용함으로써 수행된다.
더욱이, 상기 홈 형성단계 다음에, 투영 마스크의 뒷면상의 막의 하부 부분에 윈도우를 형성하는 단계가 실행되고, 그 다음에 습식에칭에 의해 상기 홈 형성단계를 완성하는 단계가 실행된다. 윈도우는 보호층을 형성하기 위해 보호재료로 코팅될 수 있다.
기판의 앞면 및 뒷면을 제공하는 한 쌍의 반도체층 사이에 삽입된 에칭 스토퍼층을 포함하는 기판이 사용될 때, 본 발명의 방법은 투영 마스크를 분할하고, 프레임 및 막을 노출시키기 위해 홈 및 윈도우가 형성된 후에 에칭에 의해 에칭 스토퍼층을 제거하는 단계와, 기판의 뒷면상의 윈도우 내에 노출된 하부를 가진 막을 보호재료로 덮는 단계와, 습식 에칭에 의해 홈을 완성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명의 방법은 앞면 및 뒷면을 가진 기판을 준비하는 단계를 포함하는데, 적어도 상기 뒷면은 면방위 (001) 평면에 의해 지정되며; 수직 및 수평 홈이 실리콘 기판 뒷면의 결정축에 대해 각각 평행 및 수직하도록 격자를 형성하기 위해 수평 및 수직방향에 따라 뻗는 홈을 에칭에 의해 형성하는 단계와; 각각의 투영 마스크로 기판을 분할하는 단계를 포함한다. 이러한 경우에 있어서, 기판은 하나의 실리콘 기판, 적층 실리콘 기판 및 다중층 실리콘 기판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 기판에 의해 형성될 수 있으며, 기판의 뒷면을 분할하기 위해 형성된 홈은 기판의 전체 두께의 2/3보다 작은 깊이를 가진다. 바람직하게, 프레임 및 홈에 대한 에칭은 프레임 및 홈이 54°내지 56°의 범위내의 경사각을 갖도록 수행된다.
또한, 홈을 따르는 절단에 의해 행해지는 분할은 유수(流水) 또는 유동 용제 중에서 선택된 것 내에서 수행될 수 있다.
더욱이, 투영 마스크의 뒷면에 홈 및/또는 윈도우를 형성하는 습식에칭은 에칭되지 않는 부분을 보호하기 위해 마스크 층을 사용한다. 마스크 층은 텅스텐, 지르코늄, 니켈, 크롬, 티타늄, 그들의 합금 및 그들의 금속화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속으로 만들어지는데, 상기 금속 화합물은 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 포함한다.
본 발명의 제 1특징은 이하에 상세히 기술될 것이다.
본 발명의 제 1특징에 따르면, 프레임, 이 프레임에 의해 지지된 막 및 상기 막내에 형성된 개구를 각각 포함하는 다수의 투영 마스크는 그들을 기판 상에 형성하고 에칭에 의해 상기 기판으로부터 그것들을 분할함으로써 동시에 제조된다.
에칭에 의해 기판으로부터 투영 마스크를 분할하는 것은 습식에칭에 의해 기판의 뒷면에 홈을 형성하고 이 홈이 기판의 앞면에 도달할 때까지 습식에칭을 계속함으로서 달성된다. 다시 말해서, 본 발명은 투영 마스크의 분할이 기판의 뒷면에서의 습식에칭만으로 달성되는 것을 특징으로 한다. 이러한 방식으로 투영 마스크를 분할하는 것은 종래기술에 포함된 문제점을 해결할 수 있다. 만일 투영 마스크가 아직 심사받지 않는 일본국 특허공개공보 제 135129/1995호에 개시되어 있는 방법에 따라 기판의 앞면 및 뒷면 둘다를 에칭함으로서 기판으로부터 분할된다면, 앞면의 홈은 뒷면의 홈으로부터 변위된다. 이것에 대조되는 방법은 아직 심사받지 않는 일본국 특허공개공보 제 288223/1995호에 제안되어 있다. 그러나, 이 방법은 매우 큰 에칭영역 때문에 홈 에칭을 제어하기가 어렵다.
이와 반대로, 본 발명의 방법은 홈이 기판으로부터 투영 마스크를 분할하기위해 한 방향으로만 형성되기 때문에 위치 어긋남과 관련된 문제를 일으키지 않는다. 더욱이, 본 발명은 구조적으로 약한 부분없이 투영 마스크를 제조할 수 있고 그것의 단순한 공정에도 불구하고 정밀한 외부 크기와 외주벽을 가진 투영 마스크를 제조할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 기판은 실리콘 기판, 적층 실리콘 기판 또는 다중층 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 하여튼, 각각의 기판은 (100) 평면의 앞면 및 뒷면을 가질 수 있다. 더욱이, 프레임 및 홈의 에칭각은 바람직하게 54°내지 56°의 범위 내로 경사진다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 기판은 실리콘 기판, 적층 실리콘 기판 또는 다중층 실리콘 기판으로 이루어질 수 있으며, 적어도 (100)평면의 뒷면이 노출된다. 분할을 위한 홈은 기판의 뒷면에 수직 및 수평방향으로 그리고 실리콘 기판의 뒷면의 결정축에 대해 평행 및 수직한 방향으로 형성된다. 이 실시예는 에칭된 홈이 약 54.73°(Tan-1√2)의 일정 경사각을 가지도록 알칼리성 수용액을 사용하여 습식에칭을 실행할 수 있다(도 3). 이러한 이유는 다른 수의 쌍을 이루지 않는 전자 때문에 알칼리성 수용액의 용해속도가 (100) 평면 및 (111) 평면 사이에서 다르기 때문이다.
앞서 언급된 에칭에 대한 일정 경사각은 정밀한 외부크기 및 주변벽을 가진 투영 마스크에 공헌한다.
도 4는 뒷면, 또는 (110)의 방향평면에 의해 지정된 뒷면, 즉 면방위 (110)평면을 가진 기판에서 에칭이 실행되는 방법을 도시한다. 도 4에 기술된 것처럼, 결정축의 방향에 대해 윈도우에서 Tan-1√2만큼 회전이 발생한다. 결과적으로, 에칭에 의해 테이퍼진 부분(tapered portion)이 소정의 깊이로 생성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 바인더 막은 뒷면으로부터의 습식에칭이 완료된 후 그리고 각각의 투영 마스크가 분할되기 전에 스테이지에서 투영 마스크의 분할을 막기 위해 형성된다. 이러한 바인더 막 없다면, 투영 마스크는 홈이 습식 에칭에 의해 뒷면으로부터 형성되자마자 에칭액내로 이산될 것이다. 이것은 에칭액으로 이산된 투영 마스크는 핸들링이 곤란하여, 이산된 투영 마스크가 상호충돌(저수율을 야기함)에 의해 손상될 가능성을 초래한다.
바인더 막은 그것이 (실리콘의 에칭액과 같은) 알칼리성 수용액 및 (산화실리콘의 에칭 스토퍼층의 에칭액과 같은) 희석 플루오르화수소산에 완전한 내성을 가지며 투영 마스크의 이산을 막기에 충분한 세기의 점착력을 가진다면 특별히 제한되지 않는다. 그것은 바람직하게는 유연성이 있어야 한다.
바인더 막은 플루오르 수지, 에틸렌 수지, 프로필렌 수지, 부타디엔 수지, 실리콘 수지 및 스티렌 수지로부터 선택된 적어도 하나의 수지, 또는 그것으로부터 유도된 고무 재료, 또는, 감광성 수지 또는 무기 막형성 재료(SOG 및 SiN 등)로 형성될 수 있다.
바인더 막은 직접 기판 상에, 또는 기판의 앞면에 형성된 건식 에칭 마스크 상에, 또는 기판의 뒷면에 형성된 습식 에칭 마스크 상에 형성될 수 있다. 바인더막은 적당한 열처리에 의해 나중에 고무화될 수 있다. 더욱이, 바인더 막은 패턴이 형성될 수 있다.
바인더 막 때문에, 투영 마스크가 에칭액으로 이산되는 것을 막을 수 있으며 분할된 투영 마스크를 안정된 방식으로 일괄하여 인출할 수 있다. 이 바인더 막은 유기 용제로 쉽게 제거할 수 있다.
바인더 막은 또한 에칭액을 위한 보호막으로서 기능을 한다. 다시 말해서, 에칭액에 대한 높은 내성 그리고 표면에 대한 양호한 점착성 때문에, 비록 분할을 위한 홈이 에칭 중에 파괴될지라도 에칭액에 의한 침식으로부터 코팅된 층(예를 들어, 투영 마스크의 앞면)을 보호한다.
바인더 막은 그것이 경화(고무화)될 때 수축된다면 그것의 수축을 제어하기 위해 내알칼리성 무기물(filler)과 통합될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 습식 에칭에 의해 투영 마스크를 분할하기 위한 홈을 기판의 뒷면에 형성하는 단계, 습식에칭에 의해 리세스 또는 윈도우를 투영 마스크의 뒷면에 형성하는 단계 및 프레임 및 막을 형성하는 단계는 동일한 에칭액에 의해 동시에 실행된다. 이것은 제조단계의 수를 감소시킨다.
이들 단계를 개별적으로 실행하는 것이 가능할지라도, 동일한 에칭액으로 동시에 상기 단계를 실행하는 것은 더 효율적이다. 이것은 기판의 뒷면에 습식 에칭 마스크를 형성하고 투영 마스크의 뒷면의 홈 및 리세스 또는 윈도우를 위해 패턴이 형성될 때 상기 습식 에칭 마스크에 동시에 패턴을 형성함으로써 달성된다.
분할을 위한 홈을 만드는 에칭(기판의 뒷면에서 실행됨)과 투영 마스크의 뒷면에 리세스 또는 윈도우를 만드는 에칭사이에 시간차가 존재한다. 따라서, 다음 두 개의 실시예 중 어느 하나는 막을 보호하기 위해 사용된다.
제 1실시예에 있어서, 투영 마스크를 분할하기 위해 습식 에칭에 의해 소정 깊이를 가진 홈을 기판의 뒷면에 형성하는 단계 다음에, 투영 마스크의 뒷면의 리세스 또는 윈도우에 보호재료를 제공하는 단계가 수행되며, 그 다음에 습식 에칭이 완료될 때까지 습식 에칭에 의해 홈을 완성하는 단계가 실행된다.
실리콘 기판의 경우에, 이 실시예는 투영 마스크의 뒷면의 리세스 또는 윈도우에 대한 에칭이 완료되면 에칭이 일시 중단되고, 투영 마스크의 뒷면의 리세스 또는 윈도우에 보호막이 제공된 후에 홈에 대한 에칭이 다시 시작되도록 수행된다.
SOI 기판의 경우에, 상기 실시예는 투영 마스크 뒷면의 홈 및 리세스 또는 윈도우에 대한 에칭이 에칭 스토퍼층(중간층)까지 실행되고 중간층이 다른 에칭액에 의해 제거되며, 투영 마스크 뒷면의 리세스 또는 윈도우에 보호막이 제공된 후 홈에 대한 에칭이 다시 시작되도록 수행된다.
제 2실시예는 중간층이 노출될 때까지 투영 마스크의 뒷면에 홈 및 리세스 또는 윈도우에 대한 에칭을 실행하는 단계와, 막아래 그리고 투영 마스크의 뒷면에 있는 리세스 또는 윈도우에 보호 재료를 제공하는 단계와, 홈에 남아있는 중간층만을 에칭하여 제거하는 단계와, 에칭이 완료될 때까지 습식 에칭에 의해 홈을 완성하는 단계를 순차적으로 포함한다.
SOI 기판의 경우에, 상기 실시예는 투영 마스크의 뒷면에 리세스 또는 윈도우의 중간층을 남기며, 홈을 형성하기 위한 에칭액에 대한 보호층으로서 그것을 이용하도록 설계된다.
따라서, 제 2실시예에 사용된 보호재료는 (희석 플루오르화수소산(hydrofluo ric acid) 및 플루오르화브롬수소산(hydrobromofluoric acid)과 같은) 중간층의 에칭액에 대해 단순히 내성을 필요로 한다. 그러나, 그것은 실리콘의 에칭액에 대한 보호층으로서 사용되는 경우 실리콘과 에칭비율이 달라야 한다. 따라서, 에틸렌헥사디아민 및 피로카테콜의 수용액과 같은 유기 알칼리성 에칭액을 사용하는 것은 바람직하다.
제 2실시예에 있어서의 보호재료는 플루오르 수지, 에틸렌 수지, 프로필렌 수지, 부타디엔 수지, 실리콘 수지 및 스티렌 수지로부터 선택된 적어도 하나의 수지일 수 있으며, 또는 그것으로부터 유도된 고무 재료 또는 감광성 수지 또는 (SOG 및 SiN과 같은) 막형성 무기재료일 수 있다.
본 발명에 따르면, 투영 마스크를 분할하는 홈은 바람직하게 기판의 전체 두께의 1.3배보다 큰 폭을 가져야 한다.
실리콘 기판의 (100) 평면상에서 알칼리성 에칭액을 사용하는 이방성 에칭은 전술한 것처럼 약 54.73°(Tan-1√2)의 경사각으로 계속된다. 따라서, 홈의 크기는 기판의 두께와 관련하여 결정된다.
보다 구체적으로, 홈의 폭(W)은 하기의 방정식(1)으로 표현되는데, 이 방정식에서 D는 도 5에 도시된 것처럼 기판의 두께를 나타낸다.
W = ( D / √2 ) ×2 = √2D (1)
비록 W의 이론적인 값이 깊이(D)의 √2배일지라도, 에칭 비율이 실리콘 기판 및 습식 에칭 마스크 사이의 점착력에 따라 또는 사용된 에칭액의 종류에 따라 (100) 평면 및 (111) 평면사이에서 다른 것을 감안하면, W의 실제값은 바람직하게 깊이(D)의 1.35배보다 커야 한다(또는 약 √2D±5%). 면방위 (100) 평면상의 에칭은 (111) 평면상의 에칭보다 50 내지 200배 빠르게 진행된다.
본 발명에 따르면, 투영 마스크는 투영 마스크의 분할 후 잔존하는 기판이 바둑무늬 패턴을 가지도록 기판상에 규칙적인 간격을 두고 배열되어야 한다.
종래기술에 있어서, 인접한 투영 마스크(17)가 도 6에 도시된 것처럼 홈(16)에 의해 서로 분할되도록 단일 기판상에 다수의 투영 마스크를 배열하는 것은 일반적이다.
배열을 위한 상기 방법의 단점은 홈이 깊어질수록 홈의 강도가 감소하여 에칭 중에 파괴될 수 있다는 것이다. 이것은 저수율을 야기한다.
상기 단점에 대한 해결책은 투영 마스크가 기판으로부터 분할된 후에 바둑판 무늬 패턴을 가진 기판이 남도록, 도 7에 도시된 것처럼 기판상에 규칙적인 간격을 두고, 다수의 투영 마스크(17)를 배열하는 것이다. 기판과 일체화한 격자형 크로스피스(crosspieces)(18)는 각각의 투영 마스크의 외주를 보강하여 각 투영 마스크에게서 외부힘 및 중력의 영향을 경감시킨다.
이 보강 때문에, 홈의 에칭이 완료될 때까지(또는 각각의 투영 마스크가 기판으로부터 분할될때까지) 공정을 안전하게 실행하는 것이 가능하다. 이것은 전체적으로 거의 100% 수율을 가져온다.
본 발명의 제 2특징은 이하에서 상세히 기술될 것이다. 각각의 투영 마스크를 분할하는 수평 및 수직 홈(16)은, 도 8에 도시된 것처럼 결정축에 수평 또는 수직하도록(즉, 배향평면에 수평 또는 수직하도록) 실리콘 기판(면방위(100))의 뒷면에 바둑판 무늬 패턴 또는 격자로 형성된다. 만일 홈이 결정축에 대해 기울어져 있다면, 홈은 결정의 에칭 선택성의 결여로 인하여 랜덤하게 에칭될 것이다. 바둑판 모양 패턴에서의 홈은, 투영 마스크가 V자형 홈을 따라 파괴되어(보통 손으로) 분할될 때 (정확한 작업에 필요한) 응력 집중을 허용한다. 이 목적은 각각의 투영 마스크의 외주를 따라 균일하게 홈을 형성함으로서만 달성된다.
기판의 뒷면을 분할하기 위해 형성된 홈은 바람직하게 V자형이어야 하며 기판의 전체 두께의 2/3보다 작은 깊이를 가진다. 이러한 얕은 V자형 홈은 미리 뒷면 가공이 행해진 기판의 대량생산을 허용한다. 이것은 제조시간을 단축시킨다. 이렇게 미리 처리된 기판은 뒷면상의 위치와 정렬된 소정 위치에서의 앞면을 건식 에칭하는 것만으로 투영 마스크를 만들 수 있다. 이것은 제조시간과 전달기간(delivery period)을 줄일 수 있게 한다. 이렇게 미리 가공된 기판은 투영 마스크의 크기 및 패턴 배열이 각각의 셀 투영장치에 고유한 일정한 것이고, 주문에 따라 개구의 디자인만 변화시키면 되므로, 아무런 문제없이 대량으로 제조해둘 수 있다.
앞서 설명된 홈의 깊이는 보다 깊은 홈을 가진 기판이 다음 처리단계에서 파손되기 쉽다는 실험결과에 기초한다. 파괴를 확실히 막기 위해서, 기판의 전체 두께의 절반이하로 홈의 깊이를 감소시키는 것이 바람직하다. V-자형 홈은 (111)평면을 따라 형성되기 때문에 비록 그들이 얕을지라도 용이하게 (심지어 손으로) 분할된다.
본 발명의 제 1 특징에서처럼, 프레임 및 V-자형 홈에 대한 에칭 경사각은 54-56°이어야 할 필요가 있다. 투영 마스크를 분할하는 홈이 그 폭에 대해 적당한 깊이를 가지도록, 적절한 홈폭(습식 에칭 마스크 내에 형성된 슬릿의 폭과 동일한 폭)을 선택하고 실리콘 기판의 면방위 (100) 평면이 55°의 경사각으로 이방성 에칭되는 사실을 이용할 필요가 있다.
기판의 뒷면을 분할하는 홈(16)이 도 9에 도시된 것처럼 기판의 외주(19)로 뻗지 않는 것은 바람직하다. 이러한 이유는, 실리콘 단결정 기판은 홈이 얕을지라도(또는 홈이 없는 경우조차) 단결정 기판의 외주(또는 에지)가 금이 간다면 응력(막 응력 등)에 의해 (111) 평면을 따라 파괴되기 쉽기 때문이다. 특히, 홈은 파손을 피하기 위해 기판의 외주 안쪽으로 0.2mm(바람직하게 0.5mm)에 있는 것이 바람직하다.
V자형 홈을 따라 파괴하여 투영 마스크를 분할하는 것은 바람직하게 유수 또는 유동 용제에서 실행되어야 한다. 이 실행은 파괴시에 발생하는 실리콘 칩에 의한 오염으로부터 투영 마스크를 보호하게 한다. 이 실행의 양호한 결과는 실험적으로 확인되었다.
다음 설명은 본 발명의 제 1 및 제 2 특징과 공통으로 관련된 것이다.
본 발명은 전술한 것 외에 임의의 공지된 종래 방법, 재료 및 조건을 이용할 것이다. 예를 들어, 습식 에칭 마스크(투영 마스크의 홈 및/또는 후면 리세스 또는 윈도우를 형성하도록 습식에칭하는 동안 기판의 앞면 및 기판 뒷면의 프레임을보호하는)는 텅스텐, 지르코늄, 니켈, 크롬 및 티타늄으로부터 선택된 금속, 또는 그들의 합금, 또는 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 포함하는 금속 화합물로 만들어질 수 있다. 이들 금속은 습식 에칭 마스크로서 양호한 성능을 나타내며 마스크 형성, 마스크의 패턴형성 및 마스크 제거가 용이하다. 허용한다. 더욱이, 습식 에칭 마스크는 SiO2, SiC, Si3N4, SiON 및 SiAlON(Si-Al 화합 혼합물)과 같은 무기재료로 만들어질 수 있다.
금속계 습식에칭 마스크는 박막을 형성하는 일반적인 방법인 스퍼터링, 진공증착 및 CVD 중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.
무기 재료(SiO2와 같은)의 습식 에칭 마스크는 박막을 형성하는 일반적인 방법인, 스퍼터링, 진공증착, 열적 산화, CVD, SOG(spin on glass) 및 감광 SOG중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.
습식에칭 마스크는 바람직하게 0.1-1㎛ 두께를 가져야 한다. 전술한 마스크보다 얇은 마스크는 실리콘 기판을 완전히 덮을 수 없으며, 전술한 마스크보다 두꺼운 마스크는 형성하는데 오랜 시간이 걸리며 막 응력의 영향도 증대한다.
임의의 에칭액은 습식 에칭 마스크의 패턴형성 및 제거를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 티타늄에 대한 에칭액은 플루오르화수소산 및 질산의 4% 수용액일 수 있으며, 크롬에 대한 에칭액은 세릭-암모늄니트레이트(ceric-ammonium nitrate) 및 과염소산의 수용액일 수 있으며, 니켈에 대한 에칭액은 염화 제 2철일 수 있으며, 텅스텐에 대한 에칭액은 페리시안화칼륨의 수용액일 수 있다.
실리콘 기판의 뒷면에 대한 에칭액은 KOH 또는 NaOH의 수용액, 알콜 함유 알칼리성 수용액 또는 유기 알칼리성 수용액일 수 있다. 에칭 온도는 선택된 재료에 따라 변화한다. 에칭은 전형적으로 침지(dipping)에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 방법은 기판의 뒷면의 에칭양(깊이)이 에칭시간에 비례하여 제어될 수 있게 하기 때문에 통상의 실리콘 기판(bare silicon)에 적용될 수 있다. 이것은 비용을 감소시킨다.
건식에칭은 정밀한 작업의 관점에서 기판의 앞면에 개구를 형성하기 위한 바람직한 방식이다. 그러나, 전기방전 기계가공이 사용될 수 있다(아직 심사받지 않는 일본국 특허공개공보 제 217876/1993호에 개시).
건식 에칭 마스크는 티타늄, 크롬, 텅스텐, 지르코늄 및 니켈로부터 선택된 금속, 또는 이들의 합금, 또는 산소, 질소 및 탄소 중 어느 하나를 포함하는 이들의 금속 화합물, 또는 SiO2, SiC, Si3N4, SiON 및 SiAlON과 같은 무기 재료 또는 레지스트 및 감광수지와 같은 유기재료로 만들어질 수 있다.
금속계 건식 에칭 마스크는 박막을 형성하는 일반적인 방법인, 스퍼터링, 진공증착 및 CVD중 하나에 의해 형성될 수 있다.
무기재료(SiO2와 같은)의 건식 에칭 마스크는 박막을 형성하는 일반적인 방법인, 스퍼터링, 진공증착, 열산화, CVD, SOG(spin on glass), 및 감광 SOG중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.
건식에칭은 특별히 제한되지 않는 임의의 에칭가스로 실행될 수 있다. SiO2마스크의 에칭가스는 CF4, C2F6및 CHF3와 같은 플루오르카아본 가스를 포함한다. 실리콘 기판에 대한 에칭가스는 HBr가스, Cl2/O2혼합물 가스 및 SiCl4/N2혼합물 가스를 함유한다. 금속 도전층에 대한 에칭 가스는 SF6/O2혼합물 가스, SF6/Cl2혼합물가스, CF4/O2혼합물 가스 및 CBrF3가스와 같은 플루오르카아본 가스를 함유한다. SF6가스와 같은 에칭가스 중 한 종류만을 사용함으로서 금속 도전층 및 실리콘 기판에 대해 연속적으로 에칭을 실행하는 것이 가능하다.
전술한 습식 에칭 마스크 및 건식 에칭 마스크는 에칭 마스크 상에 레지스트를 공급하는 단계와, 노광 및 현상에 의해 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 마스크로서 레지스트 패턴을 통해 에칭하는 단계를 포함하는 리소그라피에 의해 패턴이 형성된다. 부수적으로, 만일 감광유리가 실리콘 기판에 공급되어 마스크로서 사용된다면 레지스트 공정을 생략하는 것은 가능할 수 있다.
그것의 임무를 이행하여 불필요하게 되는 층은 처리동안 적당한 단계에서 제거되어야 한다. 예를 들어, SiO2층은 희석 플루오르화수소산으로 제거되어야 하며, 수지를 함유한 바인더 막 및 보호막은 유기 용제로 제거되어야 하며, 습식 에칭 마스크는 에칭액으로 제거되어야 한다.
본 발명에 따라 제조된 투영 마스크는 그 표면이 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag) 또는 이리듐(Ir)의 금속층으로 코팅되어 있다. 이 금속층은 전자빔으로부터 실리콘 막(개구가 형성된)을 보호하여 투영 마스크의 내구성을 개선시키기 위해 필요하다. 그것의 양호한 전기 및 열도전성 때문에, 금속층은 대전(charge up)에 의한 전자빔의 어긋남과 열 발생에 의한 마스크의 왜곡을 막는다. 더욱이, 금속층은 실리콘막이 보다 얇게 만들어질 수 있게 한다. 이는 그것이 전자빔을 효과적으로 차단하여 전자 에너지를 흡수하기 때문이다. 막이 얇을수록, 개구가 보다 정밀하게 형성되며 개구 측벽에 의한 전자빔의 영향이 감소한다.
금속층은 일반적으로 박막을 형성하기 위해 사용되는, 스퍼터링, 진공증착, 이온빔 증착, CVD, 이온플레이팅, 전착법 및 도금술 중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 방법은 기판이 금속층으로 먼저 코팅된 후 금속층 및 실리콘막을 연속적으로 건식 에칭함으로써 개구가 형성되도록 변경될 수 있다. 이 변경된 방법은 처리시간을 감소시킬 뿐만 아니라 개구의 정밀도를 용이하게 개선시킬 수 있는 장점을 제공한다.
본 발명에 사용된 기판은 실리콘, 몰디브덴 알루미늄, 금, 구리 등을 함유한다. 그러나, 내약품성, 처리조건 및 크기의 정밀성의 관점에서 바람직한 기판은 실리콘 기판, SIO 기판 및 SIMOX기판을 포함한다. SIMOX 기판은 SIMOX(separation by implanted oxygen)이라 불린다. 이는 그것이 산소 이온의 고농도 주입 다음 열처리에 의해 형성된 산화실리콘막을 가진 실리콘 기판이기 때문이다. 부가적으로, 실리콘 기판의 전기 도전성을 개선하는데 필요한 인-또는 붕소 도핑 실리콘 기판이 사용될 수 있다.
본 발명의 방법은 전술한 여러 단계를 포함하나, 상기 단계의 순서는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 먼저 뒷면에 대한 작업을 수행한 다음 개구의 패턴형성을 수행하는 것이 가능하다. 더욱이, 본 발명의 단계는 투영 마스크를 제조하는 종래 방법의 공지된 단계와 부분적으로 결합될 수 있다.
본 발명은 다음 실시예를 참조로 하여 더 상세히 설명될 것이다.
실시예 1
투영 마스크는 도 10A 내지 도 10F에 도시된 공정에 따라 준비된다.
상기 도면에는 Si층(1)(20㎛ 두께), SiO2층(2)(2㎛ 두께) 및 Si층(3)(500㎛ 두께)으로 이루어진 다중층 SOI기판(10)이 도시되어 있다. 기판의 앞면(Si층(1))상에는 건식 에칭 마스크(4)(1-㎛ 두께의 SiO2층)가 형성된다. 건식 에칭 마스크(4)는 적정 개구에 따라 포토리소그래피에 의해 패턴이 형성된다(도 10A).
부수적으로, 각각의 투영 마스크는 도 7에 도시된 것처럼 기판상에서 규칙적인 간격을 두고 배열된다.
20-㎛ 두께의 Si층(1)은 개구 패턴(11)을 형성하기 위해 반응성 이온에칭(RIE)이 실행된다(도 10A). 에칭은 개구 패턴(20㎛ 깊이)이 2-㎛ 두께의 SiO2층(2)(에칭 스토퍼로서)에 도달할 때까지 실행된다.
기판의 뒷면에는 습식 에칭 마스크(6)(2-㎛ 두께의 SiO2층)가 형성된다. 개구 패턴에는 기판의 앞면을 보호하기 위한 SOG(7)가 형성된다. 코팅된 기판은 600°C로 열처리된다(도 10A). 기판의 뒷면의 습식 에칭 마스크(6)는 포토리소그라피에 의해 패턴이 형성되어, 투영 마스크를 분할하는 홈과 각각의 투영 마스크의 뒷면의 리세스 또는 윈도우를 위해 할당된 소정 영역이 노출된다(도 10B).
습식에칭은 에칭 스토퍼(2-㎛ 두께의 SiO2층)에 도달될 때까지 에틸렌디아민 및 피로카테콜의 수용액(에칭액으로서)을 사용하여 기판의 뒷면에서 실행된다(도 10C).
홈의 바닥에서의 에칭 스토퍼는 희석 플루오르화수소산으로 에칭하여 제거되는 한편, 리세스 또는 윈도우(12)가 리세스 또는 윈도우(12)의 하부에서 막을 보호하는 레지스트(8)로 채워진다. 레지스트는 제거되었다. 기판의 뒷면에는 보호막이 이산되는 것을 막기 위해 바인더 막(9)(에틸렌부타디엔 수지의)이 형성된다(도 10D). 습식 에칭은 그들의 바닥이 기판의 앞면에 도달할 때까지 홈을 형성하도록 기판의 뒷면에서 실행된다. 보호 마스크는 이때 기판으로부터 분할된다(도 10E).
바인더 막 때문에, 기판으로부터 분할되는 투영 마스크는 에칭액으로 이산되지 않는다.
에틸렌디아민 및 피로카테콜의 수용액을 사용하는 에칭은 (100) 평면 및 (111)평면상에서 다른 비율로 진행되었다. 실제적으로, 실리콘의 (100)평면 및 (111)평면사이의 에칭 선택도는 50:3이다. 이러한 에칭 선택도의 차이 때문에, 홈의 깊이방향으로의 에칭은 500㎛ 인 반면, 측면 방향(또는 (111) 평면의 방향)으로의 에칭은 30㎛ 였다. 따라서, ((500/√2)-30)의 홈 폭을 달성함으로서 정밀한 외부 크기를 가진 투영 마스크를 얻는 것이 가능하였다.
도 7에 도시된 것처럼 투영 마스크를 기판상에 일정 간격으로 배열함으로써, 홈의 파괴없이 상기 투영 마스크를 안정적으로 생산할 수 있다.
최종적으로, 불필요하게된 습식 및 건식 에칭 마스크 및 바인더 막의 제거시, 적절한 투영 마스크(17)가 얻어졌다(도 10F).
실시예 2
홈의 폭이 ((500/√2-60)×2)으로 변화되는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 과정이 반복된다. 따라서, 개선된 수율이 달성된다.
실시예 3
투영 마스크는 도 11A 내지 도 11H에 도시된 공정에 따라 준비된다.
상기 도면에는 Si층(1)(20㎛ 의 두께), SiO2층(2)(2㎛ 의 두께) 및 Si층(3)(500㎛ 의 두께)으로 이루어진 다중층 SOI기판(10)이 도시되어 있다(도 11A). 기판의 앞면에는 건식 에칭 마스크(4)(1-㎛ 두께의 Cr층이다)가 형성되었다. 기판의 뒷면에는 습식 에칭 마스크(6)(3000Å 두께의 Ti막이다)가 형성되었다. 습식 에칭 마스크(6)는 레지스트(5)를 사용하여 포토리소그라피에 의해 패턴이 형성되어, 투영 마스크를 분할하는 홈과 투영 마스크내의 리세스 또는 윈도우가 기판의 뒷면에서 형성될 영역에서 실리콘이 노출되었다(도 11B).
홈은 기판의 외주의 2mm 내에 있는 영역 내에서는 형성되지 않았다.
레지스트가 제거된 후에, 기판의 앞면 및 측면은 에칭액으로부터의 보호를 위한 에틸렌부타디엔 수지의 100-㎛ 두께의 막(8)으로 스핀 코팅방식에 의해 코팅되었다. 상기 수지는 고무화되었다(도 11C).
기판 뒷면의 노광된 실리콘 부분은 100°C로 가열된 KOH 수용액으로 습식 에칭된다(도 11D). 투영 마스크를 분할하는 홈(16)은 그것이 에칭에 의해 100㎛ 깊이가 되도록 충분한 폭을 가진다. 습식 에칭은 에칭 스토퍼(2-㎛ 두께의 SiO2층)까지 진행되어, 리세스 또는 윈도우(12)가 투영 마스크 내에 형성되었다.
순수 물로 세척한 후에, 습식에칭 마스크 및 보호층은 제거되었다. 기판의 뒷면의 건식에칭 마스크(4)(Cr층)는 원하는 개구에 따라 포토리소그라피에 의해 패턴이 형성되었다(도 11E).
20-㎛ 두께의 Si층(1)은 개구 패턴(11)을 형성하기 위해 반응성 이온 에칭(RIE)된다(도 11F). 에칭은 개구 패턴(20㎛ 깊이)이 2-㎛ 두께의 SiO2층(2)(에칭 스토퍼로서)에 도달할 때까지 실행되었다.
건식 에칭마스크(Cr층)는 세륨-암모늄 니트레이트 수용액으로 제거되며, 리세스 또는 윈도우의 바닥에 있는 에칭 스토퍼(SiO2층)는 희석 플루오르화수소산으로 제거되어 개구가 완성되었다(도 11G).
이러한 방식으로, 다수의 투영 마스크가 실리콘 기판상에 형성된다.
투영 마스크는 유수에 의해 V자형 홈을 따라 서로 분할된다(도 11H). 투영 마스크의 분할 후 남아있는 기판 조각은 또한 유수로 제거된다. 이러한 방식으로, 투영 마스크에 오염을 야기하지 않고 다이싱을 용이하게 실행하는 것은 가능하였다.
실시예 2에서처럼 기판의 외주에 대해 2mm 안쪽 영역에 홈을 형성한 효과는 10매중 하나도 결점이 발생하지 않았으며, 기판의 외주로 뻗는 홈의 경우에는 10매중 6매가 파손되었다는 사실에 의해 입증되었다.
실시예 2에서의 과정은 분할을 위한 V자형 홈 또는 개구의 패턴을 형성하기 위한 건식 에칭 마스크를 가진 중간 제조물을 미리 대량으로 생산할 수 있게 한다. 이 중간 제조물은 단순히 개구의 패턴을 형성함으로서 적정 투영 마스크로 용이하게 만들어질 수 있다. 최종단계는 종래방법으로 제조하는 시간에 비해 시간이 1/3로 감소된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 고객으로부터 개구 패턴에 대한 설계를 수령한 후 수일 내에 투영 마스크를 제조하는 것이 가능하다. 이것은 전달기간을 줄일 수있게 한다. 외부 크기의 정밀도는 설계값의 ±6.5㎛ 이다.
실시예 4
투영 마스크는 도 12A 내지 도 12E에 도시된 공정에 따라 준비된다.
상기 도면에는 Si층(1)(20㎛ 두께), SiO2층(2)(2㎛ 두께) 및 Si층(3)(500㎛ 두께)으로 이루어진 다중층 SOI기판(10)이 도시되어 있다. 기판의 앞면(20-㎛ 두께의 Si층)에는 건식 에칭 마스크(4)(1-㎛ 두께의 SiO2층이다)가 형성되었다. 이 에칭 마스크는 포토리소그라피에 의해 적정 개구 패턴이 형성된다.
20-㎛ 두께의 Si층(1)은 개구 패턴(11)을 형성하기 위해 반응성 이온 에칭(RIE)되었다(도 12A). 에칭은 개구 패턴(20㎛ 깊이)이 2-㎛ 두께의 SiO2층(2)(에칭 스토퍼로서)에 도달할 때까지 실행되었다(도 12A).
기판의 앞면 및 뒷면에는 2-㎛ 두께의 SiO2층인 습식 에칭마스크(6)가 형성되었다(도 12A).
기판의 뒷면의 습식 에칭 마스크(6)는 투영 마스크를 분할하는 홈과 투영 마스크 내에 있는 리세스 또는 윈도우가 기판의 뒷면에 형성될 영역에서 실리콘이 노출되도록 포토리소그라피에 의해 패턴이 형성되었다(도 12B).
홈은 기판의 외주의 2mm 내에 있는 영역에서는 형성되지 않았다.
기판 뒷면의 노광된 실리콘 영역은 100°C로 가열된 KOH 수용액으로 습식 에칭된다(도 12C). 투영 마스크를 분할하는 홈(16)은 그것이 에칭에 의해 100㎛ 깊이가 되는데 충분히 큰 폭을 가진다(홈의 폭은 습식 에칭 마스크에 형성되는 홈 에칭을 위한 슬릿의 폭과 동일하다). 이와 같은 설계는 (100) 평면을 가진 실리콘 기판의 경우에 55°의 경사각으로 에칭이 이방성으로 진행하는 사실을 고려하여, 슬릿폭에 비례하여 임의의 깊이 이상 에칭이 진행하는 것을 막고자 하는 것이다.
습식 에칭은 리세스 또는 윈도우(12)가 투영 마스크 내에 형성되도록 에칭 스토퍼(2-㎛ 두께의 SiO2층)로 진행된다(도 12C).
기판의 앞면 및 뒷면의 습식 에칭 마스크(6)가 제거되고, 리세스의 바닥에 있는 에칭 스토퍼(SiO2층)는 희석 플루오르화수소산으로 제거되어, 개구가 완성되었다(도 12D).
이러한 방식으로, 다수의 투영 마스크가 실리콘 기판상에 형성되었다.
투영 마스크는 유수로 V자형 홈(16)을 따라 서로 분할된다(도 12E). 투영마스크의 분할 후 남아있는 기판 조각은 유수내에서 제거된다. 이러한 방식으로, 투영 마스크 상에 오염을 발생시키지 않고 다이싱을 용이하게 실행하는 것이 가능하다.
상기 실시예의 공정은 10매의 샘플중 하나도 파손되지 않기 때문에 매우 안정적이다.
실시예 5
실시예 1 내지 4에서 얻어진 투영 마스크의 각 샘플은 진공증착에 의해 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)의 0.5-㎛ 두께의 막으로 코팅된다. 이 코팅된 샘플은 비코팅된 샘플에 비해 전자빔의 내성이 5배 이상이다.
실시예 6
실시예 1 내지 4에서와 같은 과정이 기판의 앞면이 금속막으로 코팅되고 개구가 건식 에칭을 연속적으로 실행함으로써 금속막과 기판상에 형성되는 것을 제외하고 반복된다. 결과적인 샘플은 개구가 형성된 후에 금속층으로 코팅되는 샘플보다 더 정밀한 개구를 가진다.
본 발명은 전술한 특정 실시예에 제한되지 않는다. 예를 들어, SOI기판 대신에 SIMOX 기판을 사용하더라도, 전술한 것과 같은 결과가 발생한다.
본 발명에 적합한 투영 마스크는 전자빔 노광, 이온빔 노광 또는 X-레이 노광을 위한 마스크로서 사용될 수 있다.
본 발명의 방법이 정밀한 외부크기 및 주변벽을 가진 투영 마스크를 효율적, 경제적으로 제조할 수 있다는 것은 앞서 설명되었다. 효율적인 제조는 투영 마스크를 실제적으로 사용할 때 장애가 되었던 전달기간 문제를 해결한다. 따라서, 본 발명은 중요한 산업적인 가치를 가진다.
본 발명은 정밀한 외부크기와 주변측벽을 가진 고수율 투영마스크를 효율적으로 제조할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (22)

  1. 프레임, 이 프레임에 의해 지지되는 막 및 상기 막에 형성된 개구를 각각 포함하는 다수의 투영 마스크를 앞면 및 뒷면을 가진 기판으로부터 동시에 제조하는 방법으로서,
    기판을 다수의 마스크로 분할하기 위한 홈을, 습식 에칭에 의해서 상기 기판의 뒷면에 형성하는 단계와;
    상기 홈이 기판의 앞면에 도달할 때까지 기판의 뒷면으로부터의 습식 에칭을 계속하는 단계;를 포함하고,
    상기 기판의 뒷면으로부터의 습식 에칭만으로 기판이 다수의 투영 마스크로 분할되는 투영마스크 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판, 적층 실리콘 기판 또는 다중층 실리콘 기판으로 이루어진 그룹으로 선택된 재료에 의해 형성되고 (100) 평면의 앞면 및 뒷면을 가지며, 에칭은 상기 프레임 및 상기 홈이 54°내지 56°의 범위내의 경사각을 가지도록 실행되는 투영 마스크 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 뒷면으로부터의 습식에칭을 완료한 후 그리고 상기 각각의 투영 마스크를 분할하기 전에 상기 투영 마스크의 분할을 막기 위해 바인더 막을 형성하는 단계를 더 포함하는 투영 마스크 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 바인더 막은 플루오르 수지, 에틸렌 수지, 프로필렌 수지, 부타디엔 수지, 실리콘 수지 및 스티렌 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료와, 상기 재료로부터 유도된 고무 재료와, 무기 막 형성 재료로 형성되는 투영 마스크 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 투영 마스크를 분할하기 위해 습식에칭에 의해 상기 기판의 뒷면에 소정 깊이를 가진 홈을 형성하는 상기 단계는, 습식에칭에 의해 상기 투영 마스크의 뒷면에 윈도우를 형성하고 상기 프레임 및 막을 형성하는 단계와 동일한 에칭액을 사용함으로써 실행되는 투영 마스크 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    습식에칭에 의해 상기 기판의 뒷면에 소정 깊이를 가진 홈을 형성하는 상기 단계가 실행된 다음에, 상기 투영 마스크의 뒷면에 있는 막의 하부 부분 상에 윈도우를 형성하는 단계가 수행되며, 그 다음에 습식에칭에 의해 홈을 형성하는 단계를 완성하는 단계가 실행되는 투영 마스크 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    보호층을 형성하기 위해 보호재료로 상기 윈도우를 덮는 단계를 더 포함하는 투영 마스크 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판의 앞면 및 뒷면을 제공하는 한 쌍의 반도체 층 사이에 삽입된 에칭 스토퍼층을 포함하고,
    상기 홈 및 윈도우가 상기 투영 마스크를 분할하고 상기 프레임 및 상기 막을 노출시키기 위해 형성된 후 에칭에 의해 상기 에칭 스토퍼층을 제거하는 단계와;
    상기 기판 뒷면의 윈도우 내에 노출된 하부 부분을 가진 막을 보호재료로 덮는 단계와;
    이후에, 습식에칭에 의해 상기 홈을 완성하는 단계를 더 포함하는 투영 마스크 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 보호재료는 플루오르 수지, 에틸렌 수지, 프로필렌 수지, 부타디엔 수지, 실리콘 수지, 스티렌 수지, 상기 수지로부터 유도된 고무 재료, 및 무기 막 형성 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료에 의해 형성되는 투영 마스크 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 투영 마스크를 분할하는 상기 홈은 상기 기판의 전체 두께의 1.3배 보다 큰 폭을 가지는 투영 마스크 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 투영 마스크는 투영 마스크의 분할 후에 남아있는 상기 기판이 바둑판 무늬 패턴을 가지도록 상기 기판상에 규칙적인 간격으로 배열되는 투영 마스크 제조방법.
  12. 프레임, 이 프레임에 의해 지지되는 막 및 상기 막에 형성된 개구를 각각 포함하는 다수의 투영 마스크를 기판으로부터 동시에 제조하는 방법으로서,
    앞면 및 뒷면을 가진 기판을 준비하는 단계를 포함하는데, 적어도 상기 뒷면은 면방위 (001) 평면에 의해 지정되며;
    수직 및 수평 홈이 실리콘 기판 뒷면의 결정축에 대해 평행 및 수직하도록 격자를 형성하기 위해 수평 및 수직방향을 따라 진행하는 홈을 에칭에 의해 형성하는 단계와;
    상기 기판을 개별 투영 마스크로 분할하는 단계를 포함하는 투영 마스크 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판, 적층 실리콘 기판 및 다중층 실리콘 기판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 기판에 의해 형성되는 투영 마스크 제조방법.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 기판의 뒷면 상에 분할을 위해 형성된 상기 홈은 상기 기판의 전체 두께의 2/3보다 작은 깊이를 가지는 투영 마스크 제조방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 프레임 및 상기 홈에 대한 에칭은 상기 프레임 및 상기 홈이 54°내지 56°의 범위내의 경사각을 가지도록 실행되는 투영 마스크 제조방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 기판의 뒷면에 분할을 위해 형성된 상기 홈은 상기 기판의 외부 외주로부터 떨어져 있는 투영 마스크 제조방법.
  17. 제 12항에 있어서,
    홈을 따르는 절단에 의한 분할은 유수(flowing water) 또는 유동 용제(flowing solvent)중 선택된 하나 내에서 실행되는 투영 마스크 제조방법.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 투영 마스크의 뒷면에 상기 홈 및/또는 상기 윈도우를 형성하는 상기 습식 에칭은 에칭되지 않는 부분을 보호하기 위해 마스킹 층을 사용하며, 상기 마스크 층은 텅스텐, 지르코늄, 니켈, 크롬, 티타늄, 그들의 합금, 및 산소, 질소 및 탄소로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 금속 화합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 금속으로 만들어지는 투영 마스크 제조방법.
  19. 제 2항에 있어서,
    상기 기판 뒷면으로부터의 습식에칭을 완료한 후에 그리고 상기 각각의 투영 마스크를 분할하기 전에 상기 투영 마스크의 분할을 막기 위해 바인더 막을 형성하는 단계를 더 포함하는 투영 마스크 제조방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 바인더 막은 플루오르 수지, 에틸렌 수지, 프로필렌 수지, 부타디엔 수지, 실리콘 수지, 스티렌 수지, 상기 수지들로부터 유도된 고무 재료, 및 무기 막 형성 재료를 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 투영 마스크 제조방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    습식에칭에 의해 상기 홈과 함께 상기 기판의 뒷면에 윈도우를 형성하여 상기 프레임 및 상기 막을 제공하는 단계를 더 포함하는 투영 마스크 제조방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    보호재료로 상기 윈도우를 덮는 단계와;
    이후에, 습식에칭에 의해 상기 홈을 완성하는 단계를 더 포함하는 투영 마스크 제조방법.
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