KR100532979B1 - Fabricating method of x-ray mask - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엑스레이 마스크 제조방법에 관한 것으로, 종래에는 금속계열 흡수체 박막의 건식식각으로 인해 멤브레인막이 플라즈마에 의한 손상을 받게되어 뒤틀림과 같은 미시적 왜곡현상을 초래함에 따라 노광공정시 오정렬을 발생시키는 요인이 되고 있다. 따라서, 본 발명은 실리콘기판의 상부에 전자빔 감광막을 도포한 후, 전자빔 노광 및 현상을 통해 감광막 패턴을 형성하는 공정과; 상기 감광막 패턴을 통해 실리콘기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 공정과; 상기 실리콘기판의 상부전면에 삽입층을 형성하는 공정과; 상기 삽입층의 상부전면에 흡수체막을 형성한 후, 화학기계적 연마공정을 실시하여 흡수체막을 상기 트렌치에 채우는 공정과; 상기 흡수체막 및 삽입층의 상부전면에 멤브레인막을 형성하는 공정과; 상기 실리콘기판의 하면에 사진식각공정을 적용하여 가장자리를 제외한 영역을 파냄으로써, 상기 삽입층을 노출시키는 공정과; 상기 노출된 삽입층을 제거하고, 잔류하는 실리콘기판의 하면 가장자리영역을 유리 프레임에 부착시키는 공정으로 이루어지는 엑스레이 마스크 제조방법을 통해 실리콘기판의 트렌치에 금속계열의 흡수체층을 매립하고, 그 상부에 멤브레인막을 형성함에 따라 종래에 비해 제작이 간편함과 아울러 흡수체 박막의 건식식각으로 인한 멤브레인막의 손상을 방지할 수 있게 되므로, 노광공정시 오정렬의 발생요인을 제거할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a method for manufacturing an X-ray mask, and in the related art, the membrane film is damaged by plasma due to dry etching of the metal-based absorber thin film, thereby causing micro distortion such as distortion, which causes misalignment during the exposure process. It is becoming. Therefore, the present invention comprises the steps of applying the electron beam photosensitive film on the silicon substrate, and then forming a photosensitive film pattern through the electron beam exposure and development; Forming a trench by etching the silicon substrate through the photoresist pattern; Forming an insertion layer on an upper surface of the silicon substrate; Forming an absorber film on the upper surface of the insertion layer, and then performing a chemical mechanical polishing process to fill the trench with the absorber film; Forming a membrane film on the upper surface of the absorber film and the insertion layer; Exposing the insertion layer by digging a region except an edge by applying a photolithography process to a lower surface of the silicon substrate; A metal-based absorber layer is embedded in the trench of the silicon substrate through a method of manufacturing an X-ray mask, which comprises removing the exposed insertion layer and attaching the bottom edge region of the remaining silicon substrate to the glass frame. As the film is formed, it is easy to manufacture as compared with the related art, and thus it is possible to prevent damage to the membrane film due to dry etching of the absorber thin film, thereby removing the cause of misalignment during the exposure process.
Description
본 발명은 엑스레이 마스크 제조방법에 관한 것으로, 특히 엑스레이 마스크의 제작을 용이하게 함과 아울러 제작 공정상에 발생하는 물리적 손상을 방지하기에 적당하도록 한 엑스레이 마스크 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an x-ray mask, and more particularly, to a method for manufacturing an x-ray mask that facilitates the manufacture of the x-ray mask and is suitable for preventing physical damage occurring during the manufacturing process.
일반적으로, 반도체의 노광공정을 실시할 때, 특히 기억소자와 같은 높은 단차를 갖는 웨이퍼는 고 해상력이 요구된다. 이와같은 높은 단차를 갖는 웨이퍼에 요구되는 고 해상력을 구현하기 위해서 극단파장의 기술을 사용하는 엑스레이 노광기술이 발표되었다. In general, when performing a semiconductor exposure process, a wafer having a high level, such as a memory device, in particular, requires high resolution. In order to realize the high resolution required for such a high stepped wafer, an X-ray exposure technique using an ultra-short wavelength technique has been announced.
그러나, 상기한 바와같은 엑스레이 노광기술에서 등배의 마스크 제작이 상용화에 어려움을 겪고 있다.However, in the X-ray exposure technique as described above, the production of masks of equal magnification has difficulty in commercialization.
즉, 마스크 구조상의 멤브레인(membrane)과 흡수체(absorber)층과의 공정상에 발생하는 물리적 손상 및 막 형성시 발생하는 스트레스(stress) 성분이 중첩 정렬도 측면에서 많은 문제점을 야기시키고 있다.That is, physical damage occurring in the process of the membrane structure and the absorber layer on the mask structure and the stress component generated during the film formation cause many problems in terms of overlapping arrangement.
상기한 바와같은 종래의 엑스레이 마스크 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the conventional X-ray mask manufacturing method as described above in detail with reference to the accompanying drawings as follows.
먼저, 종래 엑스레이 마스크 제조방법의 일 실시예를 도1a 내지 도1f의 수순단면도를 참조하여 상세히 설명한다.First, an embodiment of the conventional X-ray mask manufacturing method will be described in detail with reference to the procedure cross-sectional view of FIGS. 1A to 1F.
도1a에 도시한 바와같이 실리콘기판(1)을 전체적으로 감싸는 멤브레인막(2)을 형성한다. 이때, 멤브레인막(2)은 SiC 또는 SiN중 선택된 하나의 물질로 형성하는 것이 바람직하며, 통상적으로 1㎛ 이하의 증착두께를 갖는다.As shown in FIG. 1A, a membrane film 2 is formed which completely surrounds the silicon substrate 1. At this time, the membrane film 2 is preferably formed of one selected from SiC or SiN, and usually has a deposition thickness of 1 μm or less.
그리고, 도1b에 도시한 바와같이 상기 멤브레인막(2)의 상부에 흡수체 박막(3)을 형성한다. 이때, 흡수체 박막(3)은 엑스레이를 흡수하는 금속계열의 막으로 형성하는 것이 바람직하다.Then, as shown in Fig. 1B, the absorber thin film 3 is formed on the membrane film 2. In this case, the absorber thin film 3 is preferably formed of a metal-based film that absorbs X-rays.
그리고, 도1c에 도시한 바와같이 상기 흡수체 박막(3)의 상부에 전자빔(e-beam) 감광막(PR1)을 도포한 후, 전자빔 노광 및 현상을 통해 감광막(PR1) 패턴을 형성한다.As shown in FIG. 1C, an electron beam (e-beam) photosensitive film PR1 is coated on the absorber thin film 3, and then a photosensitive film PR1 pattern is formed through electron beam exposure and development.
그리고, 도1d에 도시한 바와같이 상기 감광막(PR1) 패턴을 적용하여 흡수체 박막(3)을 식각한 다음 감광막(PR1) 패턴을 제거한다. 이때, 흡수체 박막(3)은 건식식각법을 통해 식각한다.As shown in FIG. 1D, the absorber thin film 3 is etched by applying the photoresist film PR1 pattern, and then the photoresist film PR1 pattern is removed. At this time, the absorber thin film 3 is etched through a dry etching method.
그리고, 도1e에 도시한 바와같이 상기 실리콘기판(1)의 하면에 형성된 멤브레인막(2) 상에 감광막 패턴(미도시)을 형성하고, 멤브레인막(2) 및 실리콘기판(1)을 파낸다. 이를 통상적으로 '백-에칭(back-etching)'이라 한다.As shown in FIG. 1E, a photosensitive film pattern (not shown) is formed on the membrane film 2 formed on the lower surface of the silicon substrate 1 to dig out the membrane film 2 and the silicon substrate 1. . This is commonly referred to as 'back-etching'.
그리고, 도1f에 도시한 바와같이 상기 백-에칭된 구조물을 유리 프레임(4) 상에 접착시켜 노광공정시 마스크(mask)로 사용한다.As shown in Fig. 1F, the back-etched structure is bonded onto the glass frame 4 and used as a mask during the exposure process.
한편, 도2a 내지 도2f는 종래 엑스레이 마스크 제조방법의 다른 실시예를 보인 수순단면도로서, 상기 종래 기술의 일 실시예와 다른점은 상기 멤브레인막(2) 및 흡수체 박막(3)이 형성된 실리콘기판(1)을 먼저 백-에칭한 다음 유리 프레임(4)에 접착시키고, 이후 흡수체 박막(3) 상부에 감광막(PR1) 패턴을 형성하여 흡수체 박막(3)을 식각하는 것이다.2A to 2F are cross-sectional views showing another embodiment of a conventional X-ray mask manufacturing method, which is different from an embodiment of the prior art, in which the silicon substrate on which the membrane film 2 and the absorber thin film 3 are formed. (1) is first back-etched and then adhered to the glass frame 4, and then the absorber thin film 3 is etched by forming a photoresist film PR1 pattern on the absorber thin film 3 above.
그러나, 상기한 바와같은 종래의 엑스레이 마스크 제조방법은 금속계열 흡수체 박막의 건식식각으로 인해 1㎛ 이하 두께의 멤브레인막이 플라즈마에 의한 손상을 받게되어 뒤틀림과 같은 미시적 왜곡현상을 초래함에 따라 노광공정시 마스크 레이아웃(layout)의 결상이 웨이퍼에 정렬될 때, 오정렬(image displacement)을 발생시키는 요인이 되고 있다.However, in the conventional X-ray mask manufacturing method as described above, due to the dry etching of the metal-based absorber thin film, the membrane film having a thickness of 1 μm or less is damaged by plasma, resulting in microscopic distortion such as distortion, and thus the mask during the exposure process. When the layout of the layout is aligned with the wafer, it is a factor that causes image displacement.
본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 엑스레이 마스크의 제작을 용이하게 함과 아울러 제작 공정상에 발생하는 물리적 손상을 방지할 수 있는 엑스레이 마스크 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to facilitate the production of the X-ray mask and to prevent the physical damage occurring in the manufacturing process X-ray mask manufacturing method To provide.
상기한 바와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 엑스레이 마스크 제조방법은 실리콘기판의 상부에 전자빔 감광막을 도포한 후, 전자빔 노광 및 현상을 통해 감광막 패턴을 형성하는 공정과; 상기 감광막 패턴을 통해 실리콘기판을 식각하여 트렌치를 형성하는 공정과; 상기 실리콘기판의 상부전면에 삽입층을 형성하는 공정과; 상기 삽입층의 상부전면에 흡수체막을 형성한 후, 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing : CMP)공정을 실시하여 흡수체막을 상기 트렌치에 채우는 공정과; 상기 흡수체막 및 삽입층의 상부전면에 멤브레인막을 형성하는 공정과; 상기 실리콘기판의 하면에 사진식각공정을 적용하여 가장자리를 제외한 영역을 파냄으로써, 상기 삽입층을 노출시키는 공정과; 상기 노출된 삽입층을 제거하고, 잔류하는 실리콘기판의 하면 가장자리영역을 유리 프레임에 부착시키는 공정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.X-ray mask manufacturing method for achieving the object of the present invention as described above is a step of forming a photosensitive film pattern through the electron beam exposure and development after applying the electron beam photosensitive film on the silicon substrate; Forming a trench by etching the silicon substrate through the photoresist pattern; Forming an insertion layer on an upper surface of the silicon substrate; Forming an absorber film on the top surface of the insertion layer and then performing a chemical mechanical polishing (CMP) process to fill the trench with the absorber film; Forming a membrane film on the upper surface of the absorber film and the insertion layer; Exposing the insertion layer by digging a region except an edge by applying a photolithography process to a lower surface of the silicon substrate; And removing the exposed insertion layer and attaching the bottom edge region of the remaining silicon substrate to the glass frame.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 엑스레이 마스크 제조방법을 도3a 내지 도3e에 도시한 수순단면도를 일 실시예로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The method of manufacturing the X-ray mask according to the present invention as described above will be described in detail with reference to the cross-sectional view shown in FIGS. 3A to 3E as an embodiment.
먼저, 도3a에 도시한 바와같이 실리콘기판(11) 상부에 전자빔 감광막(PR11)을 도포한 후, 전자빔노광 및 현상을 통해 감광막(PR11) 패턴을 형성한다. 이때, 감광막(PR11) 패턴은 최종적으로 형성될 엑스레이 마스크 상에 나타내야할 레이아웃이 이루어진 형태로 임계치 한계 해상력에 대한 요구를 만족시켜야 한다.First, as shown in FIG. 3A, an electron beam photosensitive film PR11 is coated on the silicon substrate 11, and then a photosensitive film PR11 pattern is formed through electron beam exposure and development. At this time, the photoresist film PR11 pattern should satisfy the requirement for the threshold limit resolution in a form in which a layout to be formed on the X-ray mask to be finally formed is made.
그리고, 도3b에 도시한 바와같이 상기 감광막(PR11) 패턴을 적용하여 실리콘기판(11)을 식각함으로써, 트렌치를 형성한 후, 감광막(PR11) 패턴을 제거하고, 트렌치가 형성된 실리콘기판(11)의 상부전면에 삽입층으로 예를 들어 산화막(12)을 형성한다. 이때, 실리콘기판(11)은 건식식각법을 통해 식각하는 것이 바람직하다.Then, as shown in FIG. 3B, the silicon substrate 11 is etched by applying the photoresist film PR11 pattern to form a trench, and then the photoresist film PR11 pattern is removed to form a trench. An oxide film 12 is formed, for example, as an insertion layer on the top surface of the substrate. At this time, the silicon substrate 11 is preferably etched through a dry etching method.
그리고, 도3c에 도시한 바와같이 상기 산화막(12)의 상부전면에 금속계열의 흡수체막(13)을 형성한 후, 화학기계적 연마공정을 실시하여 흡수체막(13)을 상기 트렌치에 채운다. 이때, 화학기계적 연마공정 대신에 블랭크(blank) 에치-백(etch-back)공정을 실시하여 공정의 단순화를 꾀하는 것도 고려할 수 있다.Then, as shown in FIG. 3C, a metal-based absorber film 13 is formed on the upper surface of the oxide film 12, and then a chemical mechanical polishing process is performed to fill the trench with the absorber film 13. In this case, instead of the chemical mechanical polishing process, a blank etch-back process may be performed to simplify the process.
그리고, 도3d에 도시한 바와같이 상기 흡수체막(13) 및 산화막(12)의 상부전면에 멤브레인막(14)을 형성하고, 상기 실리콘기판(11)의 하면에 사진식각공정을 적용하여 가장자리를 제외한 영역을 파냄으로써, 상기 산화막(12)의 하면을 노출시킨다. 이때, 상기 멤브레인막(14)은 화학기상증착법(chemical vapor deposition : CVD)을 통해 증착하는 것이 고려될 수 있다.3D, the membrane film 14 is formed on the upper surface of the absorber film 13 and the oxide film 12, and a photolithography process is applied to the lower surface of the silicon substrate 11 to form an edge. The bottom surface of the oxide film 12 is exposed by digging out the excluded region. In this case, the membrane film 14 may be considered to be deposited by chemical vapor deposition (CVD).
그리고, 도3e에 도시한 바와같이 상기 노출된 산화막(12)을 제거하고, 잔류하는 실리콘기판(11)의 하면 가장자리영역을 유리 프레임(15)에 부착시켜 노광공정시 마스크로 사용한다.As shown in FIG. 3E, the exposed oxide film 12 is removed, and the lower edge area of the remaining silicon substrate 11 is attached to the glass frame 15 to be used as a mask during the exposure process.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 엑스레이 마스크 제조방법은 실리콘기판의 트렌치에 금속계열의 흡수체층을 매립하고, 그 상부에 멤브레인막을 형성함에 따라 종래에 비해 제작이 간편함과 아울러 흡수체 박막의 건식식각으로 인한 멤브레인막의 손상을 방지할 수 있게 되므로, 노광공정시 오정렬의 발생요인을 제거할 수 있는 효과가 있다. X-ray mask manufacturing method according to the present invention as described above by embedding a metal-based absorber layer in the trench of the silicon substrate, and by forming a membrane film on the upper side is easier to manufacture than the conventional and due to dry etching of the absorber thin film Since it is possible to prevent damage to the membrane film, there is an effect that can eliminate the cause of misalignment during the exposure process.
도1은 종래 엑스레이 마스크 제조방법의 일 실시예를 보인 수순단면도.Figure 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a conventional x-ray mask manufacturing method.
도2는 종래 엑스레이 마스크 제조방법의 다른 실시예를 보인 수순단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the conventional x-ray mask manufacturing method.
도3은 본 발명의 일 실시예를 보인 수순단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention.
***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
11:실리콘기판12:산화막11: silicon substrate 12: oxide film
13:흡수체막14:멤브레인막13: Absorber film 14: Membrane film
15:유리 프레임15: glass frame
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |