KR100574930B1

KR100574930B1 - 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크 및그 제조방법

Info

Publication number: KR100574930B1
Application number: KR1019990066014A
Authority: KR
Inventors: 김동완; 조한구
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2006-04-28
Also published as: KR20010058660A

Abstract

본 발명은 멤브레인 블랭크 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크는, 멤브레인을 기계적 스트레스로부터 보호할 수 있는 멤브레인 보호막을 멤브레인 하부에 구비한다. 또한, 상기 멤브레인은 연속적인 형태일 수도 있고, 직사각형 형태의 불연속적인 패턴일 수도 있다. 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법은, 멤브레인 보호막을 형성하는 단계를 구비한다. 한편, 상기 멤브레인 블랭크 마스크는 전기화학적 식각방법에 의해서도 형성될 수 있다.

멤브레인 블랭크 마스크(membrane blank mask)

Description

멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크 및 그 제조방법{Membrane blank mask having membrane protection layer and method for manufacturing thereof}

도 1은 종래의 멤브레인 블랭크 마스크를 도시한 단면도이다.

도 2 내지 도 4는 종래의 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에 대한 문제점을 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크에 대한 제 1 실시예의 배면도이다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크에 대한 제 1 실시예의 단면도들이다.

도 8은 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크에 대한 제 2 실시예의 배면도이다.

도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크에 대한 제 2 실시예의 단면도들이다.

도 11 내지 도 13은 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에 대한 제 1 실시예를 도시한 공정 단면도들이다.

도 14 내지 도 16은 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에 대 한 제 2 실시예를 도시한 공정 단면도들이다.

본 발명은 반도체 기판상에 패턴을 형성하기 위하여 수행하는 노광공정에서 이용되는 마스크를 제조하기 위하여 사용되는 블랭크 마스크 및 그 제조방법에 대한 것으로써, 상세하게는 차세대 리쏘그래피 공정에서 이용되는 멤브레인 마스크(membrane mask) 제조용 멤브레인 블랭크 마스크(membrane blank mask) 및 그 제조방법에 대한 것이다.

최근들어, 반도체 집적회로 소자의 집적도가 향상되어 디자인룰이 0.2㎛이하로 감소함에 따라, 반도체 기판상에 패턴을 형성하는 노광공정에서 많은 어려움이 야기되고 있다. 이에 따라, 최근에는 통상적인 광학 리쏘그래피 기술을 노광공정에 이용하는 것이 아니라, 스켈펠(SCattering with Limitation in Projection Electron-beam Lithography)기술, 근접 X-ray 프린팅(Proximity X-ray Printing) 기술, 이온 프로젝션 리쏘그래피(Ion Projection Lithography) 기술, 전자빔 프로젝션 리쏘그래피(E-beam Projection Lithography) 기술 등의 차세대 리쏘그래피 기술들이 개발되어, 초고집적 반도체 소자의 제조에 이용되고 있다.

상기 차세대 리쏘그래피 기술에서는 통상적인 광학 마스크를 사용하지 않고, 멤브레인 마스크를 사용한다. 즉, 통상적인 광학 리쏘그래피 기술에서는 수 mm 의 두께를 가지는 수정으로 이루어진 투명 기판상에 금속패턴을 구비한 광학 마스크를 사용하는데 반하여, 차세대 리쏘그래피 기술에서는 1000Å에서 1500Å사이의 두께를 가지는 멤브레인상에 금속패턴을 구비한 멤브레인 마스크를 사용한다.

한편, 상기 멤브레인 마스크는 멤브레인 블랭크 마스크라고 불리는 마스크 원판으로부터 제조되는 것이 일반적이다. 종래 기술에 의하여 제공되는 멤브레인 블랭크 마스크는, 도 1에 도시된 바와 같이 실리콘으로 이루어진 스트러트(30), 상기 스트러트(30)에 의하여 지지되며 1000Å내지 1500Å의 두께를 가지는 멤브레인(32), 상기 멤브레인(32)상에 형성되며 수백 Å의 두께를 가지는 금속막(34) 및 상기 금속막(34)상에 형성되며 3000Å에서 4000Å의 두께를 가지는 레지스트막(36)을 구비한다. 그런데, 상기에서도 설명한 바와 같이 차세대 리쏘그래피 기술에서 사용되는 멤브레인 블랭크 마스크에 구비되는 멤브레인(32)의 두께는 1000Å에서 1500Å사이로, 광학 리쏘그래피 기술에서 사용하는 마스크의 수정기판에 비하여 매우 얇기 때문에 멤브레인(32)은 기계적 스트레스에 민감할 수 밖에 없다. 따라서, 멤브레인(32)이 기계적 스트레스에 의하여 파손되지 않도록 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 과정, 멤브레인 블랭크 마스크를 이용하여 멤브레인 마스크를 제조하는 과정 및 멤브레인 블랭크 마스크의 취급과정에서 특별한 주의를 기울일 필요가 있다.

따라서, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 상기 멤브레인(32)이 기계적 스트레스에 의하여 파손되는 일 예를 설명한다. 물론, 멤브레인(32)의 파손을 유발하는 기계적 스트레스는 여러 가지 원인으로부터 발생할 수 있지만, 후술될 상기 예에서는 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 과정에서 멤브레인(32)의 파손을 일으 키는 기계적 스트레스가 유발된다.

도 2a를 참조하면, 박막 블랭크 마스크를 제조하기 위하여 먼저 실리콘 기판(30')상에 멤브레인(32)을 형성한다. 그 다음, 후속단계에서 금속패턴이 될 금속막(34)을 멤브레인(32)의 상부에 형성한다. 그리고나서, 금속막(34)의 상부에는 레지스트막(36)을 형성한 후, 실리콘 기판(30)의 배면에는 식각저지막 패턴(38)을 형성한다.

도 2a에 의한 결과물의 배면을 도시한 도 2b를 참조하면, 식각저지막 패턴(38)은 실리콘 기판(30')의 배면을 노출시킨다.

도 3을 참조하면, 실리콘 스트러트(42)를 형성하기 위하여 실리콘 기판(도 2a의 30' 참조)의 배면에 형성한 식각저지막 패턴(38)을 식각마스크로 하고, 멤브레인(32)의 하부면을 식각종료점으로 하여 실리콘 기판(30')을 이방성 식각한다. 그런데, 실리콘 기판(30')이 균일하게 식각되지 않으면 식각단계가 진행되는 동안 멤브레인(32)의 하부면에 실리콘 아일랜드(44)가 형성될 수 있는데, 이때 실리콘 아일랜드(44)가 멤브레인(32)에 기계적 스트레스를 유발할 수 있다. 즉, 멤브레인(32)의 하부면에 실리콘 아일랜드(44)가 형성된 상태에서 식각공정이 계속 진행되면, 실리콘 아일랜드(44)가 멤브레인(32)의 하부면상에서 움직임으로써 멤브레인(32)상에 기계적 스트레스를 유발하여 멤브레인(32)을 파손시킬 수 있다. 이러한 기계적 스트레스에 의한 멤브레인(32) 파손의 문제는 멤브레인(32)의 두께가 얇을 수록 심각해질 것이다. 한편, 종래기술에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에서는 레지스트막(36)을 상기 식각단계를 수행하기 전에 형성한다. 그런데, 식 각단계를 수행하기 전에 금속막(34)의 상부에 레지스트막(36)을 형성하게 되면, 식각단계가 진행되는 과정에서 레지스트막(36)이 에천트에 의하여 막질이 열화되는 문제가 발생한다. 이러한 문제점이 발생하는데도 불구하고, 식각단계를 수행하기 전에 레지스트막(36)을 형성하는 이유는, 식각단계를 수행하고나서 레지스트막(36)을 금속막(34)의 상부에 형성하면 레지스트막(36)을 균일한 두께로 형성할 수 없기 때문이라고 알려져 있다. 즉, 실리콘 기판(30')을 식각하고 나면, 실리콘 스트러트(42)가 있는 부분은 금속막(34)의 하부에 충분한 두께의 물질막이 존재하는데 반하여, 실리콘 스트러트(42)가 없는 부분은 금속막(34)의 하부에 충분한 두께의 물질막이 존재하지 않게 된다. 따라서, 기계적 스트레스가 금속막(34) 상부에서 수직 방향으로 가해지면 실리콘 스트러트(42)가 없는 부분에서 금속막(34)의 표면 토폴로지가 변형될 수 있는데, 이러한 문제점은 상기 식각단계를 수행한 이후에 금속막(34)상에 레지스트막(36)을 형성하게 되면 발생한다. 즉, 레지스트막(36)을 형성하는 과정에서 실리콘 스트러트(42)가 없는 부분에서는 금속막(34)의 상부에 형성되는 레지스트막(36)의 무게 때문에 금속막(34)이 부분적으로 오목해지는 현상이 발생한다. 따라서, 실리콘 스트러트(42)가 없는 부분에서는 레지스트막(36)의 두께가 두꺼워지는 것이다.

식각저지막 패턴을 제거하면 도 4에 도시된 것과 같은 멤브레인 블랭크 마스크가 완성된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 과정에서, 멤브레인 블랭크 마스크를 취급하는 과정에서 또는 멤브레인 블랭크 마스크를 이용하여 멤브레인 마스크를 제조하는 과정에서, 박막에 기계적 스트레스가 인가되더라도, 멤브레인의 파손을 방지하는 멤브레인 보호수단을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크의 일 태양에 따르면,

레지스트막과 상기 레지스트막의 하부면과 결합되어 구비되는 금속막과 상기 금속막의 하부면과 결합되어 구비되는 맴브레인과 상기 맴브레인의 하부면에 결합되어 구비됨으로써, 맴브레인을 기계적 스트레스로부터 보호하는 맴브레인 보호막 및 상기 맴브레인 보호막의 하부면에 결합되어 구비됨으로써, 상기 맴브레인 보호막, 맴브레인, 금속막 및 레지스트막을 포함하는 상부 막구조물을 지지하는 실리콘 스트러트(strut)를 포함한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크의 다른 태양에 따르면,

레지스트막, 금속막, 멤브레인 및 상기 멤브레인을 기계적 스트레스로부터 보호하는 멤브레인 보호막을 포함하는 막구조물을 구비하는데, 상기 멤브레인은 상기 멤브레인 보호막상에 결합되어 구비되며, 상기 금속막은 상기 멤브레인 및 상기 멤브레인 사이를 덮으며, 상기 레지스트막은 금속막의 상부면을 덮는다. 또한, 상기 멤브레인 보호막의 하부에는 상기 막구조물을 지지하며 상기 멤브레인 보호막의 하부면과 결합되는 실리콘 스트러트를 구비한다. 상기 실리콘 스트러트는, 상기 직사각형 형태의 멤브레인 위치에 대응하는 곳에서 멤브레인 보호막의 하부면을 직사각형의 형태로 노출시킨다.

상기 멤브레인 보호막의 두께는 수 ㎛일 수 있다.

상기 멤브레인 보호막은 실리콘 산화막, 카본막, DLC(Diamond Like Carbon)막 또는 도전형 불순물이 도핑된 실리콘막일 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법의 일 태양에 따르면,

먼저, 실리콘 기판상에 맴브레인 보호막, 멤브레인, 금속막 및 레지스트막을 순차적으로 형성하여 상기 실리콘 기판상에 막구조물을 형성한다. 그 다음, 상기 막구조물이 형성된 상기 실리콘 기판의 배면에 식각지저막 패턴을 형성하여, 상기 실리콘 기판의 배면을 노출시킨다. 그리고나서, 상기 식각저지막 패턴을 식각마스크로 하여 상기 실리콘 기판을 이방성 식각하여 상기 멤브레인 보호막의 하부면을 노출시켜 상기 막구조물을 지지하는 실리콘 스트러트를 형성한다. 마지막으로 상기 식각저지막 패턴을 제거한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 방법의 다른 태양은, 전기화학적 식각방법을 이용한 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법으로써,

먼저, 도전형 불순물이 주입된 실리콘 기판상에 상기 실리콘 기판에 주입된 불순물과는 다른 타입의 불순물이 주입된 실리콘막을 상기 멤브레인 보호막으로 형성한다. 그 다음, 식각저지막 패턴을 상기 실리콘 기판의 배면에 형성한다. 상기 식각저지막 패턴은 상기 실리콘 기판의 배면을 노출시킨다. 계속해서, 상기 식각저지막 패턴에 의한 실리콘 기판 배면의 노출면의 위치에 대응하도록 상기 멤브레인 보호막상에 멤브레인을 형성하되, 상기 멤브레인의 표면적이 상기 노출된 실리콘 기판의 면적보다 크게 형성한다. 그리고나서, 상기 멤브레인이 형성된 상기 실리콘 기판의 전면을 금속막으로 덮되, 상기 멤브레인의 사이에도 상기 금속막이 덮히도록 하여 상기 실리콘막의 소정부분과 금속막이 전기적으로 연결되게 한다. 이어서, 상기 식각저지막 패턴을 식각마스크로 하는 전기화학적 식각방법으로 상기 실리콘 기판을 식각하여 상기 멤브레인 보호막의 하부를 노출시킴으로써 실리콘 스트러트를 형성한다. 마지막으로, 상기 금속막의 상부에 레지스트막을 형성한 후, 상기 식각저지막 패턴을 제거한다.

상기 멤브레인 보호막의 두께는 수 ㎛일 수 있다.

상기 실리콘 스트러트를 형성하기 위하여 이용되는 전기화학적 식각단계는 상기 금속막을 통하여 상기 멤브레인 보호막에 양으로 바이어스된 전압을 인가함으로써, 상기 멤브레인 보호막의 전압이 실리콘의 패시베이션 전압 이상이 되게 한 상태로 알칼리 수용액에서 상기 실리콘 기판을 식각하되, 실리콘막과 실리콘 기판사이에 형성된 역방향 pn접합 근처의 공간전하층 근방에서 실리콘 산화막 패시베이션 반응을 유발함으로써 전기화학적으로 식각이 정지되도록 하여 상기 실리콘 스트 러트를 형성하는 단계이다.

상기 알칼리 수용액은 KOH, NaOH, LiOH, CsOH, NH₄OH, 에틸렌디아민 피로카테콜(pyrocatechol) 또는 TMAH(TetraMethlyAmmoniumHydroxide)일 수 있다.

상기 실리콘 스트러트를 형성하는 전기화학적 식각단계의 수율을 향상시키기 위하여 상기 멤브레인 보호막뿐만 아니라, 상기 실리콘 기판에도 음으로 바이어스된 전압을 인가함으로써 상기 멤브레인 보호막과 상기 실리콘 기판 사이의 역방향으로 바이어스된 정션을 강화한 상태에서 상기 전기화학적 식각단계를 수행할 수도 있다.

상기 금속막은 상기 식각저지막보다 먼저 형성할 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크에 대한 제 1 및 제 2 실시예와, 본 발명에 따른 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크의 제조방법에 대한 제 1 및 제 2 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 아니된다. 이하의 도면을 참조한 설명은 본 발명과 관련한 산업 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면상에서 층이나 영역들의 두께는 설명의 명확성을 위하여 과정되어진 것이다. 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 기판의 상부에 있다라고 기재한 경우, 상기 어떤 층이 상기 다른 층 또는 기판의 상부에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 개재되어질 수 있다.

본 발명의 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크의 제 1 실시예가 도 5 내지 도 7에 도시되어 있다. 도 5는 제 1 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 배면의 일부를 도시한 배면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ'선에 따른 단면도이고, 도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ'선에 따른 단면도이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 제 1 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크는 레지스트막(44), 레지스트막(44)의 하부면과 결합되어 구비되는 금속막(46), 금속막(46)의 하부면과 결합되어 구비되는 맴브레인(48), 맴브레인(48)의 하부면에 결합되어 구비됨으로써, 맴브레인(48)을 기계적 스트레스로부터 보호하는 맴브레인 보호막(50), 및 맴브레인 보호막(50)의 하부면에 결합되어 구비됨으로써, 상기 맴브레인 보호막(50), 맴브레인(48), 금속막(46) 및 레지스트막(44)을 포함하는 상부 막구조물을 지지하며 실리콘으로 이루어진 스트러트(52, strut)를 포함한다. 레지스트막(44)은 이미 설명한 바 있는 차세대 리쏘그래피 기술용 레지스트막일 수도 있고, 광학 리쏘그래피 기술용 레지스트막일 수도 있다. 레지스트막(44)의 두께는 3000Å내지 4000Å사이일 수 있다. 금속막(46)은 중금속, 예컨대 텅스텐막일 수 있으며, 그 두께는 수백 Å일 수 있다. 멤브레인(48)은 저압화학기상에 의한 실리콘 질화막, 실리콘 탄화막, 다이아몬드막 또는 실리콘막일 수 있으며, 그 두께는 1000Å 내지 1500Å사이일 수 있다. 실리콘 스트러트(52)는 멤브레인 보호막(50)의 하부면을 규칙적으로 노출시키는데, 그 노출면(54)은 소정의 간격을 두고 규칙적으로 배열된다.

상기 멤브레인 보호막(50)을 구성하는 물질은, 멤브레인(48)과 충분한 식각 선택비를 가지고 있어서 식각기술을 이용하여 쉽게 제거가능한 물질인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 멤브레인 보호막(50)중 실리콘 스트러트(52)에 의하여 노출되는 부분(도 5의 54 참조)은 제 1 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크를 이용하여 멤브레인 마스크를 제조할 때, 금속막(46)을 패터닝한 후 제거해야 하기 때문이다.또한, 멤브레인 보호막(50)의 열팽창 계수는 멤브레인(48) 및 실리콘 스트러트(52)의 열팽창 계수와 비슷한 것이 바람직하다. 왜냐하면, 멤브레인 보호막(50)의 열팽창 계수와 멤브레인(48) 및 실리콘 스트러트(52)의 열팽창 계수 사이에 큰 차가 존재한다면, 온도변화에 따라서 멤브레인(48)에 압축력 또는 인장력 등의 기계적 스트레스가 유발될 수 있기 때문이다. 이러한 점들을 고려하면, 멤브레인 보호막(50)은 카본막 또는 DLC막인 것이 바람직하다. 특히, 멤브레인 보호막(50)을 카본 또는 DLC막으로 형성하게 되면, 제 1 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크를 이용하여 멤브레인 마스크를 제조하고 난 후, O₂플라즈마를 사용하여 멤브레인 마스크를 구성하는 다른 물질에 큰 손상을 주지 않고 실리콘 스트러트(52)에 의하여 노출된 부분(54)의 멤브레인 보호막(50)을 쉽게 제거할 수 있다.

또한, 제 1 실시예에 따른 멤브레인 마스크에 구비되는 멤브레인 보호막(50)은, 멤브레인(48)에 가해지는 기계적 스트레스로부터 멤브레인(48)을 보호하기 위하여 구비되는 것이기 때문에 충분한 두께로 형성하여야 한다. 기계적 스트레스에 저항하는 정도는 멤브레인 보호막(50)을 구성하는 물질에 따라서 달라질 것이므로, 이러한 점을 고려한다면 멤브레인 보호막(50)의 두께는 수㎛이상인 것이 바람직하다. 한편, 멤브레인 보호막(50)의 두께가 너무 두꺼우면, 제 1 실시예에 따른 멤브 레인 블랭크 마스크를 사용하여 멤브레인 마스크를 제조한 후 실리콘 스트러트 사이의 멤브레인 보호막을 식각하여 제거하는 과정에서 멤브레인에 기계적 스트레스를 유발할 수 있는 문제가 있다. 이러한 문제점은, 종래기술에 따른 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 과정에서 설명한 것과 유사하다. 따라서, 멤브레인 보호막의 두께는 10㎛이상으로는 형성하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크에 대한 제 2 실시예가 도 8 내지 도 10에 도시되어 있다. 도 8은 제 2 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 배면의 일부를 도시한 배면도이고, 도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ'선에 따른 단면도이고, 도 10은 도 8의 Ⅹ-Ⅹ'선에 따른 단면도이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크는 상기 제 1 실시예처럼 레지스트막(44'), 금속막(46'), 멤브레인(48'), 상기 멤브레인(48')을 기계적 스트레스로부터 보호하는 멤브레인 보호막(50') 및 실리콘으로 이루어진 스트러트(52')를 구비한다. 상기 실리콘 스트러트(52')는 제 1 실시예의 경우와 달리 p형 또는 n형 불순물이 도핑된 실리콘으로 이루어져 있다. 실리콘 스트러트(52')가 멤브레인 보호막(50')의 하부면을 노출시키는 형태는 상기 제 1 실시예에서와 동일하다. 멤브레인 보호막(50')은 제 1 실시예의 경우와 달리 실리콘 스트러트(52')에 주입된 불순물과는 다른 타입의 불순물이 주입된 실리콘막이다. 예를 들어, 실리콘 스트러트(52')에 p타입의 불순물이 주입된 경우, 멤브레인 보호막(50')에는 n타입의 불순물이 주입되어 있다. 실리콘막으로 이루어진 멤브레인 보호막(50')의 두께는 상기 제 1 실시예에서와 같은 이유로 수 ㎛의 두께인 것이 바 람직하다. 그리고, 제 1 실시예에 구비되는 멤브레인(도 6의 48 참조)은 연속적인데 반하여, 제 2 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크에 구비되는 멤브레인(48')은 멤브레인 보호막(50')상에 불연속적으로 구비된다. 그리고, 도 8에 도시된 바와 같이 멤브레인(48')의 표면적은, 실리콘 스트러트(52')에 의하여 노출되는 멤브레인 보호막(50')의 노출면(54')보다 크다. 멤브레인을 구성하는 물질 및 두께는 제 1 실시예의 경우와 동일하다. 또한, 제 1 실시예의 경우에는 금속막(도 6의 46의 참조)을 연속적인 멤브레인(도 6의 48 참조)의 상부에 구비하고 있는데 반하여, 제 2 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크는 금속막(46')이 불연속적인 멤브레인(48') 사이에도 구비하고 있기 때문에, 금속막(46')이 멤브레인 보호막(50') 상부표면의 소정부분을 콘택한다. 금속막을 구성하는 물질 및 두께는 제 1 실시예의 경우와 동일하다.

상기와 같이 제 2 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크에 구비되는 멤브레인(48')이 불연속적인 이유 및 금속막(46')이 멤브레인 보호막(50')의 상부표면 일부를 접촉하는 이유 및 실리콘 스트러트(52')와 멤브레인 보호막(50')에 서로 다른 불순물이 주입되어 있는 이유는 제 2 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 방법과 관련되는데, 이에 대해서는 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 방법을 설명할 때 상세하게 언급될 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에 대한 제 1 실시예 및 제 2 실시예를 설명한다. 먼저, 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에 대한 제 1 실시예 및 제 2 실시예는 각 각, 이미 설명한 바 있는 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크에 대한 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 관련된다. 물론, 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크가 이하에서 설명되는 실시예들에 의하여서만 제조될 수 있는 것은 아니다. 먼저, 상기 제조 방법의 제 1 실시예를 설명한다.

도 11을 참조하면, 먼저 실리콘 기판(60)상에 멤브레인 보호막(62), 멤브레인(64) 및 금속막(66)을 순차적으로 형성한다. 멤브레인 보호막(62), 멤브레인(64) 및 금속막(66)을 구성하는 물질의 종류 및 막의 두께는, 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크에 대한 제 1 실시예를 설명하면서 언급한 내용과 동일하다. 그리고나서, 실리콘 기판의 배면에 식각저지막 패턴(68)을 형성한다. 식각저지막 패턴은 저압 화학기상증착법에 의한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 또는 실리콘 산화질화막일 수 있다. 식각저지막 패턴(68)은 실리콘 기판(60)의 배면을 도 5에 도시된 것과 같이 규칙적으로 노출시킨다. 물론, 도 5는 멤브레인 보호막이 실리콘 스트러트에 의하여 노출되는 형태를 도시된 것이나, 상기 식각저지막 패턴에 의하여 실리콘 기판이 노출되는 형태도 도 5와 동일할 것이다. 실리콘 기판(60)에는 p형 또는 n형 불순물이 주입되어 있을 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.

한편, 도면으로 구체적으로 도시하지는 않았지만, 멤브레인(64)과 식각저지막 패턴(68)을 동일한 물질, 예컨대 실리콘 질화막으로 형성할 경우, 아래와 같은 순서로 도 11에 도시된 것과 같은 막구조물을 형성할 수 있다.

먼저, 실리콘 기판(60)상에 멤브레인 보호막(62)을 형성한다. 이어서, 저압화학기상증착법에 의하여 멤브레인 보호막(62)의 상부 및 실리콘 기판(60)의 배면 에 실리콘 질화막을 형성한다. 그러고나서, 멤브레인(64)상에 금속막(66)을 형성하고 나서, 실리콘 기판(60) 배면에 형성된 실리콘 질화막을 패터닝하여 식각저지막 패턴(68)을 형성한다. 경우에 따라서, 금속막(66)을 멤브레인(64)상에 형성하기 전에, 실리콘 기판(60)의 배면에 형성된 실리콘 질화막을 패터닝하여 식각저지막 패턴(68)을 형성할 수도 있다.

도 12를 참조하면, 실리콘 기판(60)의 배면에 형성된 식각저지막 패턴(68)을 식각마스크로 하고, 멤브레인 보호막(62)의 하부면을 식각종료점으로 하는 식각단계를 수행한다. 상기 식각단계는 이방성 식각특성이 우수한 건식식각기술을 이용하여 수행하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 식각단계가 종료되면 실리콘 스트러트(60')가 형성되는데, 실리콘 스트러트(60')의 측벽이 수직인 것이 바람직하기 때문이다.

도 13을 참조하면, 금속막(64) 상에 레지스트막(70)을 형성한다. 레지스트막(70)은 이후에 멤브레인 블랭크 마스크를 이용하여 멤브레인 마스크를 제조할 때 금속막을 패터닝하기 위하여 형성한다. 레지스트막(70)은 광학 리쏘그래피 기술용 레지스트막일 수도 있고, 이미 설명한 바 있는 차세대 리쏘그래피 기술용 레지스트막일 수도 있다. 그리고나서, 식각저지막 패턴(68)을 제거하면 멤브레인 블랭크 마스크가 완성된다. 경우에 따라서, 식각저지막 패턴(68)을 제거하지 않을 수도 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에서는, 실리콘 스트러트(60')를 형성하는 식각단계를 수행하고 나서 레지스트막(70)을 금속막(64)상에 형성하고 있다. 따라서, 레지스트막(70)을 상기 식각단계를 수행하기 전에 형성하는 종래기술과는 달리, 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마크스 제조방법에서는 식각단계에서 레지스트막이(70) 열화되는 것을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 수 ㎛의 두께를 가지는 멤브레인 보호막(62)이 금속막(64)의 하부에 형성되어 있어, 식각단계가 종료된 이후에도 충분한 두께의 물질막을 실리콘 스트러트(60')가 없는 부분에서도 확보할 수 있기 때문에, 식각단계가 종료된 이후에 레지스트막(70)을 형성하더라도 균일한 두께로 레지스트막(70)을 형성할 수 있다. 물론, 레지스트막(70)을 식각단계를 수행하기 전에 형성할 수도 있을 것이다.

본 발명에 따른 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 방법에 대한 제 2 실시예는 전기화학적 식각방법을 이용한다.

상기 제 2 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법은 도 14에 도시된 바와 같이, 먼저 불순물(예컨대, p형 불순물)이 도핑된 실리콘 기판(60')상에 실리콘 기판(60')에 주입된 불순물과 반대 타입의 불순물(예컨대, n형 불순물)이 도핑된 실리콘막(62')을, 이온주입법 또는 에피탁시법에 의하여 형성한다. 상기 실리콘막(62')은 멤브레인(64')을 기계적 스트레스로부터 보호하는 멤브레인 보호막으로 기능한다. 따라서, 수 ㎛의 두께로 형성하는데, 그 이유는 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크에 대한 제 1 실시예을 설명하면서 언급한 바 있다. 그리고나서, 실리콘 기판(60')의 배면에 식각저지막 패턴(68')을 형성하기 위한 물질막을 형성한 후, 소정의 사진식각기술을 이용하여 상기 물질막을 패터닝함으로써 식각저 지막 패턴(68')을 형성한다. 식각저지막 패턴(68')을 구성하는 물질은 본 발명에 따른 제조방법의 제 1 실시예의 경우와 동일하다. 식각저지막 패턴(68')은 도 8에 도시된 것과 같이 실리콘 기판(60')의 배면을 직사각형 형태로 노출시킨다.

이어서, 실리콘막(62')상에 멤브레인(64')을 형성한다. 멤브레인(64')을 구성하는 물질 및 두께는 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크에 대한 제 1 실시예의 경우와 동일하다. 그런데, 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에 대한 제 2 실시예에서 형성되는 멤브레인(64')은, 제 1 실시예에서 형성되는 멤브레인(도 11의 64 참조)과는 달리 불연속적인 패턴으로 형성된다. 상기 불연속적인 멤브레인(64')이 형성되는 위치는, 식각저지막 패턴(68')에 의하여 노출된 실리콘 기판의 위치와 관련된다. 다시말해, 멤브레인(64')은 식각저지막 패턴(68')에 의하여 노출된 실리콘 기판(60')의 상부에 형성되되, 그 면적이 식각저지막 패턴(68')에 의하여 노출된 실리콘 기판(60')의 면적보다는 크게 형성된다. 이러한 불연속적 패턴을 가지는 멤브레인(64')은 통상적인 사진식각기술을 이용하여 형성할 수 있다. 상기와 같이 직사각형 형태를 가지는 멤브레인(64')이 실리콘막(62')상에 형성되면, 멤브레인(64')들 사이에 실리콘막(62')의 상부표면이 노출된다. 이처럼, 상기 멤브레인(64')을 불연속적인 패턴배열 형태로 형성하여 멤브레인들(64')사이에서 실리콘막(62')의 상부표면을 노출시키는 이유는, 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에 대한 제 2 실시예가 전기화학적 식각방법을 이용하여 실리콘 기판(60')을 식각하기 때문인데, 이에 대해서는 도 15를 참조하여 후술된다.

계속해서, 상기 멤브레인(64')이 형성된 실리콘 기판(60')의 전면에 금속막(66')을 형성한다. 금속막(66')이 형성되면, 멤브레인(64')들 사이에 노출되었던 실리콘막(62')의 상부에도 금속막(66')이 덮힘으로써 금속막(66')과 실리콘막(62')이 전기적으로 연결되게 된다. 이처럼, 금속막(66')과 실리콘막(62')을 전기적으로 연결시키는 것은 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에 대한 제 2 실시예가 전기화학적 식각방법을 이용하여 실리콘 기판(60')을 식각하기 때문인데, 이에 대해서도 도 15를 참조하여 후술된다.

한편, 멤브레인(64')과 식각저지막 패턴(68')을 동일한 물질, 예컨대 저압기상증착에 의한 실리콘 질화물로 형성할 경우에는 멤브레인(64') 및 식각저지막 패턴(68')을 형성하기 위한 물질막을 동시에 형성할 수도 있다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 실리콘 기판(60')의 배면에 형성된 식각저지막 패턴(68')을 식각마스크로 하여 전기화학적 식각을 실시한다. 전기화학적 식각방법은 3 전극 시스템이 사용될 수도 있고, 4 전극 시스템이 사용될 수도 있다. 전기화학적 식각방법을 이용한 실리콘 기판(60')의 식각에 있어서, 실리콘 기판(60')은 p형이고 실리콘막(62')은 n형인 경우에 대해서 설명한다. 그러나, 실리콘 기판(60')이 n형이고, 실리콘막(62')이 p형인 경우에도 전기화학적 식각방법이 적용될 수 있음은, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 당연하다.

먼저, 3 전극 시스템에 의한 전기화학적 식각방법으로 실리콘 기판을 식각하는 메카니즘을 설명한다. 3 전극 시스템은 작업전극(working electrode), 카운터 전극(conuter electrode) 및 상기 작업전극과 카운터 전극을 바이어스 시키기 위한 기준전극(reference electrode)으로 구성된다. 먼저, 실리콘 기판(60')을 식각할 수 있는 알칼리 용액(미도시)에 도 14에 의한 결과물을 담근다. 알칼리 용액은 KOH, NaOH, LiOH, CsOH, NH₄OH, 하이드래진(Hydrazine), 에틸렌디아민 피로카테콜(Pyrocatechol) 또는 TMAH(TetraMethlyAmmoniumHydroxide)일 수 있다. 그리고나서, 작업전극(미도시)은 금속막(66')에 인가하고, 기준전극(미도시) 및 카운터 전극(미도시)은 알칼리 용액에 침잠시킨다. 그 다음, 기준전극에 대하여 작업전극을 양전압으로 바이어스시키되, 실리콘의 패시베이션 전압(passivation potential)보다 큰 전압을 가지도록 바이어스시킨다. 또한, 카운터 전극은 기준전극에 대하여 음전압으로 바이어스시킨다. 이처럼, 실리콘을 패시베이션 시킬 수 있는 전압이 금속막(66')에 인가되면, 금속막(66')과 콘택을 이루고 있는 실리콘막(62')에도 실리콘을 패시베이션시킬 수 있는 전압이 인가된다. 상기와 같은 전압인가 시스템이 갖추어지면, 실리콘막(62')과 실리콘 기판(60')사이에 역방향으로 바이어스된 정션이 형성되기 때문에 실리콘막(62')과 실리콘 기판(60')사이에 전류가 흐르지 않게 된다. 이 상태에서 실리콘 기판(60')이 알칼리 용액에 의하여 식각되기 시작한다. p형 실리콘 기판(60')이 역방향으로 바이어스된 정션 부근의 공간 전하층(space charge layer)까지 식각되면 실리콘 산화막이 성장하는 패시베이션 반응이 일어나게 된다. 이처럼, 공간 전하층 근처에서 패시베이션 산화막이 형성되기 시작하면, 실리콘 기판(60')의 식각이 더 이상 진행되지 않는다. 패시베이션 산화막의 성장에 의하여 전기화학적 식각단계가 종료되면, 도 16에 도시된 것과 같이 실리콘 스트러트(60'')가 완성된다. 실리콘 스트러트(60'')는 실리콘막(62'), 멤브레인 (64')및 금속막(66')으로 구성된 막구조물을 지지하기 위한 수단으로 형성되는 것이다.

4 전극 시스템에서는 3 전극 시스템과는 달리, p형 실리콘 기판(60')에도 전압을 인가하되, 기준전극에 대하여 음전압으로 바이어스된 전압이 인가된다. p형 실리콘 기판(60')에도 전압을 인가하는 것을 제외하면, 3 전극 시스템과 동일한 메카니즘으로 전기화학적 식각단계가 진행된다. 이처럼, 실리콘 기판(60')에도 음전압으로 바이어스된 전압이 인가되면, 실리콘막(62')과 실리콘 기판(60')사이에 형성되는 역으로 바이어스된 졍션이 강화된다. 따라서, 전기화학적 식각단계의 수율을 향상시킬 수 있게 된다. 4 전극 시스템에 대한 구체적인 도면 도시는 생략한다.

전기화학적 식각기술을 이용하여 실리콘 스트러트(60'')를 형성하고 난 다음, 금속막(66')의 상부에 레지스트막을 형성한다. 레지스트막은 광학 리쏘그래피 기술일일 수도 있고, 차세대 리쏘그래피 기술용일 수도 있다. 실리콘 스트러트(60'')를 형성하고 난 다음, 레지스트막을 형성할 경우에 생기는 장점에 대해서는, 본 발명에 따른 제조방법의 제 1 실시예에서 설명한 바 있으므로 생략한다. 이어서, 식각저지막 패턴(68')을 제거하면, 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법의 제 2 실시예에 따른 멤브레인 블랭크 마스크가 완성된다. 경우에 따라서, 식각저지막 패턴(68')은 제거하지 않을 수도 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 당 분야에서 통상의 지식으로 그 변형이나 개량이 가능하다.

본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크는 멤레인의 하부에 멤브레인 보호막을 구비하고 있기 때문에, 멤브레인 블랭크 마스크의 취급시 기계적 스트레스에 의하여 멤브레인이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크를 이용하여 멤브레인 마스크를 제조할 때에도 멤브레인에 기계적 스트레스가 유발되더라도 멤브레인이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법은 실리콘 기판상에 바로 멤브레인을 형성하는 것이 아니라, 멤브레인 보호막을 개재시켜 멤브레인을 형성한다. 따라서, 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 과정에서 발생되는 기계적 스트레스로부터 멤브레인이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 멤브레인 블랭크 마스크 제조방법에서는, 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 스트러트를 형성한 이후에 레지스트막을 형성한다. 따라서, 실리콘 기판을 식각하여 실리콘 스트러트를 형성하기 이전에 레지스트막을 형성하는 종래기술과 달리, 상기 식각단계에서 레지스트막이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 식각단계를 수행한 이후에 레지스트막을 형성하더라도, 균일한 두께로 레지스트막을 형성하는 것이 가능해진다.

Claims

레지스트막;

상기 레지스트막의 하부면과 결합되어 구비되는 금속막;

상기 금속막의 하부면과 결합되어 구비되는 맴브레인;

상기 맴브레인의 하부면에 결합되어 구비됨으로써, 맴브레인을 기계적 스트레스로부터 보호하는 맴브레인 보호막; 및

상기 맴브레인 보호막의 하부면에 결합되어 구비됨으로써, 상기 맴브레인 보호막, 맴브레인, 금속막 및 레지스트막을 포함하는 상부 막구조물을 지지하는 실리콘 스트러트(strut)를 포함하는 멤브레인 보호막을 구비하는 맴브레인 블랭크 마스크.
제1항에 있어서, 상기 멤브레인 보호막은 실리콘 산화막, 탄소막, DLC막 또는 도전형 불순물이 도핑된 실리콘막인 것을 특징으로 하는 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크.
전기화학적 식각방법을 이용하여 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 방법에 대한 것으로,

(a) 도전형 불순물이 주입된 실리콘 기판상에 상기 실리콘 기판에 주입된 불순물과는 다른 타입의 불순물이 주입된 실리콘막을 상기 멤브레인 보호막으로 형성하는 단계;

(b) 상기 실리콘 기판의 배면을 노출시키는 식각저지막 패턴을 상기 실리콘 기판의 배면에 형성하는 단계;

(c) 상기 실리콘 기판 배면의 노출면에 대응하도록 멤브레인을 상기 멤브레 인 보호막상에 형성하되 상기 멤브레인의 표면적이 상기 노출면의 면적보다 크게 형성하는 단계;

(d) 상기 멤브레인이 형성된 상기 실리콘 기판의 전면을 금속막으로 덮되, 상기 멤브레인의 사이에도 상기 금속막이 덮히도록 하여 상기 실리콘 기판의 소정부분과 상기 금속막을 전기적으로 연결시키는 단계;

(e) 상기 식각저지막 패턴을 식각마스크로 하는 전기화학적 식각방법으로 상기 실리콘 기판을 식각하여 상기 멤브레인 보호막의 하부를 노출시킴으로써 실리콘 스트러트를 형성하는 단계; 및

(f) 상기 금속막의 상부에 레지스트막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 실리콘 기판은 p형이고, 상기 실리콘막은 n형이며,

상기 (e) 단계는

상기 금속막을 통하여 상기 멤브레인 보호막에 양으로 바이어스된 전압을 인가함으로써, 상기 멤브레인 보호막의 전압이 실리콘의 패시베이션 전압 이상이 되게 한 상태로 알칼리 수용액에서 상기 실리콘 기판을 식각하되, 상기 실리콘 기판과 상기 실리콘막 사이에 형성된 역방향 바이어스 pn정션의 공간전하층 근처에서 실리콘 패시베이션 반응을 유발시켜 전기화학적으로 식각이 정지되도록 함으로써 상기 실리콘 스트러트를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 알칼리 수용액은 KOH, NaOH, LiOH, CsOH, NH₄OH, 에틸렌디아민 피로카테콜(pyrocatechol) 또는 TMAH(TetraMethlyAmmoniumHydroxide)인 것을 특징으로 하는 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스클를 제조하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 실리콘 스트러트를 형성하는 전기화학적 식각단계의 수율을 향상시키기 위하여 상기 멤브레인 보호막뿐만 아니라, 상기 실리콘 기판에도 음으로 바이어스된 전압을 인가함으로써 상기 실리콘막과 상기 실리콘 기판 사이에 형성되는 역방향 바이어스 pn 정션을 강화하면서 상기 전기화학적 식각단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 보호막을 구비하는 멤브레인 블랭크 마스크를 제조하는 방법.