KR100612737B1 - 포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법 - Google Patents

포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체나 LCD 등의 정교한 전자장치를 제조하는데 사용되는 포토리소그래피용 펠리클프레임의 제조방법에 관한 것으로, 알루미늄모재를 지그에 장착하는 제 1공정과; 상기 알루미늄모재를 150g/ℓ의 농도 및 70~75℃의 온도조건을 갖는 가성소다액에 함침시켜 10~15초 동안 1차 에칭 처리하는 제 2공정과; 상기 알루미늄모재를 60~70%의 농도 및 20~25℃의 온도조건을 갖는 질산원액에 함침시켜 10~15초 동안 2차 에칭 처리하는 제 4공정과; 상기 알루미늄모재를 3~5%의 농도 및 30~35℃의 온도조건을 갖는 수산액에 함침하되 30~35V의 전압 및 1.0~1.3A/dm2의 전류밀도로 20~30분 동안 양극산화 처리하여 알루미늄모재 상에 산화피막을 형성시키는 제 6공정과; 상기 알루미늄모재에 5~7g/ℓ의 농도 및 60~65℃의 온도조건을 갖는 흑색염료를 10~15분 동안 착색시켜 흑화 처리하는 제 8공정과; 상기 알루미늄모재를 5~7g/ℓ의 농도 및 85~90℃의 온도를 갖는 니켈아세테이트용액에 20~25분간 함침시켜 실링층 형성으로 봉공 처리하는 제 10공정과; 상기 제 2공정/제 4공정/제 6공정/제 8공정/제 10공정 후에 그 각각마다 알루미늄모재를 흐르는 물에 세정 처리하는 제 3/5/7/9/11공정과; 상기 알루미늄모재를 초음파 세정 처리하는 제 12공정과; 상기 알루미늄모재를 65~75℃의 온도조건에서 5~15분 동안 건조 처리하여 펠리클프레임을 완성시키는 제 13공정을 포함하는 구성을 기술적 특징으로 한다.

Description

포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF PELLICLE FRAME FOR PHOTOLITHOGRAPHY}
도 1은 일반적인 웨이퍼 포토공정을 위한 메커니즘을 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법을 설명하기 위한 블록공정도.
도 3은 본 발명의 제조방법에 있어 애노다이징과 염료착색 및 봉공처리 공정을 설명하기 위해 나타낸 도면.
1: 웨이퍼기판 2: 포토레지스트
3: 마스크 4: 광원
5: 펠리클 5a: 펠리클프레임
5b: 펠리클막 11: 알루미늄모재
12: 산화피막 12a: 미세구멍
13: 착색염료 14: 실링층
본 발명은 반도체나 LCD 등의 정교한 전자장치를 제조하는데 사용되는 포토리소그래피(photo-lithography)용 펠리클프레임(pellicle frame)의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄합금으로 프레임을 제작하되 기계적 강도가 우수한 열처리형 알루미늄합금 7075-T6 또는 6061-T6(JIS호칭) 소재를 사용토록 하며, 수산법(oxalic acid anodizing)을 이용하여 프레임에 산화피막을 매우 우수하게 형성시킬 수 있도록 함은 물론 노광 처리시 프레임에 의한 빛의 산란현상을 효과적으로 차단할 수 있도록 함으로써 웨이퍼기판 상으로 형성되어지는 회로패턴의 불량발생을 없앨 수 있도록 한 포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 포토리소그래피공정은 LSI나 VLSI 등의 반도체장치 및 LCD패널을 포함하는 다양한 종류의 정교한 전자장치의 제조공정에 포함되는 하나의 단계로서 빛을 이용하여 회로 등의 패턴을 기판 상에 패터닝(patterning)화하는 기술을 일컫는데, 도 1의 웨이퍼 포토공정을 위한 메커니즘에서 보여주는 바와 같이, 웨이퍼기판(1) 위에 포토레지스트(photo resist; 빛에 민감하게 반응하여 물성이 변하는 물질)(2)를 증착시키고 회로패턴이 새겨진 마스크(mask)(3)를 웨이퍼기판(1) 상에 위치시킨 후에 광원(G&I-LINE, KrF & ArF DUV 램프)(4)을 통해 빛을 쏘여주어 노광(exposure) 처리하게 되면 마스크(3)를 통과한 빛이 포토레지스트(2)와 반응하게 되고 이에 의해 마스크(3)의 회로패턴이 포토레지스트(2)로 전달되는 과정을 거치게 된다.
이때, 마스크(3) 표면으로 파티클(particle) 등 오염물질의 부착은 품질상 치명적이므로 마스크(3)를 파티클 등으로부터 보호하기 위해 통상 마스크의 단면 또는 양면에 펠리클(pellicle)(5)을 부착 사용한다.
여기서, 상기 펠리클(5)은 단단한 물질의 펠리클프레임(5a)과 빛에 대해 높은 투광성을 보유하는 펠리클막(5b)으로 구성되어지되 상기 펠리클프레임(5a)의 한 단면에 펠리클막(5b)이 기밀한 형태로 점착 결합되는 구조를 이루며, 상기 프레임(5a)측이 마스크(3)의 표면으로 마운팅(mounting)된다. 이러한 펠리클(5)은 반도체소자나 LCD패널의 제조공정에서 마스크와 레티클(reticle ) 표면을 대기중 분자나 다른 형태의 오염물질로부터 보호해주어 웨이퍼(1)상 패턴 형상화에 영향을 주지 않도록 하는 부품으로, 상기 펠리클프레임(5a)으로는 알루미늄 소재가 사용되고 있다.
이러한 펠리클 제조에 있어서 알루미늄을 사용하여 펠리클프레임을 제작하는 경우 내식성 및 빛의 산란을 방지하여 투과율을 높이기 위해 알루미늄 표면에 산화피막을 형성시키는 아노다이징(anodizing) 처리가 수행되는데, 알루미늄 아노다이징 방법으로 황산법과 수산법, 크롬산법 등이 사용되고 있다. 이러한 여러 가지 아노다이징 방법중에 현재 펠리클용 프레임의 생산에 널리 사용되고 있는 방법은 황산(sulfuric acid)을 전해액으로 하는 황산법이다. 황산법은 처리비용이 비교적 저렴하고 취급이 용이하여 주로 사용되어왔다. 하지만 황산법의 경우에는 양극산화 에 의한 산화피막 내에 생성되는 미세구멍 내부에 봉공처리를 완료한 상태에서 황산이 잔류하게 되는 문제점이 있고, 노광 처리시 황산이 가스상태로 유출되어 공기중의 가스와 반응하여 파티클(particle)을 생성하게 되고 이는 곧 포토공정의 불량원인으로 작용하게 되어 마스크의 회로패턴에 지장을 초래하거나 웨이퍼의 이미지 형성에 문제를 일으키는 단점이 있었다.
이러한 문제점을 극복하자면 황산을 사용하지 않는 방법으로 아노다이징을 하여야하는데 수산(oxalic acid; 옥살산)법은 황산법을 대신할 수 있는 방법이다. 그러나 펠리클용 프레임 아노다이징에 적용하기 위한 수산법의 경우는 알루미늄합금[7075-T6 또는 6061-T6(JIS호칭분류)]의 아노다이징시 알루미늄소재 내에 함유된 중금속 성분인 아연(Zn), 크롬(Cr), 동(Cu)등이 전기분해 되어 산화피막 형성을 방해하여 산화피막을 취약하게 하고 부식 등의 불량발생이 높아 기능성 낮아지며 염료착색공정에서도 원하고자 하는 양질의 색상을 얻을 수 없어 펠리클용 프레임 아노다이징 처리법으로 상용화되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 수산법을 통해 황산법에서 발생한 문제점인 황산가스와 공기 중의 가스성분과의 반응에 의한 파티클 생성에 의한 불량요인을 없애는데 있다. 또한, 중금속이 함유된 알루미늄합금을 수산으로 아노다이징시 발생할 수 있는 불량요인을 최소화하여 화학적으로도 안정되며 기능적 특성이 우수한 산화피막을 생성시켜 고 펠리클용 프레임에 적용할 수 있는 흑색 염료착색을 효율적으로 하여 노광 처리시 빛의 산란현상을 없애 투과율에 영향을 미치지 않게 함으로써 웨이퍼에 정확한 이미지 형성을 도모할 수 있도록 한 포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 형상가공 등이 완료된 알루미늄모재를 지그에 장착하는 제 1공정과; 상기 알루미늄모재를 150g/ℓ의 농도 및 70~75℃의 온도조건을 갖는 가성소다액에 함침시켜 10~15초 동안 1차 에칭 처리하는 제 2공정과; 상기 알루미늄모재를 60~70%의 농도 및 20~25℃의 온도조건을 갖는 질산원액에 함침시켜 10~15초 동안 2차 에칭 처리하는 제 4공정과; 상기 알루미늄모재를 3~5%의 농도 및 30~35℃의 온도조건을 갖는 수산액에 함침하되 30~35V의 전압 및 1.0~1.3A/dm2의 전류밀도로 20~30분 동안 양극산화 처리하여 알루미늄모재 상에 산화피막을 형성시키는 제 6공정과; 상기 알루미늄모재에 5~7g/ℓ의 농도 및 60~65℃의 온도조건을 갖는 흑색염료를 10~15분 동안 착색시켜 흑화 처리하는 제 8공정과; 상기 알루미늄모재를 5~7g/ℓ의 농도 및 85~90℃의 온도를 갖는 니켈아세테이트용액에 20~25분간 함침시켜 실링층 형성으로 봉공 처리하는 제 10공정과; 상기 제 2공정/제 4공정/제 6공정/제 8공정/제 10공정 후에 그 각각마다 알루미늄모재를 흐르는 물에 세정 처리하는 제 3/5/7/9/11공정과; 상기 알루미늄모재를 초음파 세정 처리하는 제 12공정과; 상기 알루미늄모재를 65~75℃의 온도조건에서 5~15 분 동안 건조 처리하여 펠리클프레임을 완성시키는 제 13공정을 포함하는 구성을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 알루미늄모재로 열처리형 알루미늄합금을 사용토록 하되 알루미늄 7075-T6 또는 6061-T6 소재 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법을 설명하기 위한 블록공정도이고, 도 3은 본 발명의 제조방법에 있어 아노다이징과 염료착색 및 봉공처리 공정을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법은 기계적 강도가 매우 우수한 열처리형 알루미늄합금을 펠리클프레임의 모재로 사용토록 하되 JIS 분류기준상 알루미늄 7075-T6(성분규격-열처리규격) 또는 6061-T6 소재를 사용토록 하는 것이 바람직하며, 형상가공 등 기초적인 가공을 완료한 알루미늄모재를 도금용 고정지그에 장착하는 랙킹(racking)작업의 제 1공정(S1)과; 상기 알루미늄모재를 가성소다(NaOH) 수용액에 함침시켜 표면에 형성된 자연상태의 산화피막을 제거토록 하는 1차 에칭작업의 제 2공정(S2)과; 상기 1차 에칭작업을 마친 알루미늄모재를 흐르는 물에 3단으로 세정시키는 1차 수세작업의 제 3공정(S3)과; 상기 1차 수세작업을 마친 알루미늄모재를 질산(HNO3)원액에 함침시켜 상기 1차 에칭시 알루미늄모재의 표면에 생성되는 이물질을 제거토록 하는 2차 에칭작업의 제 4공정(S4)과; 상기 2차 에칭작업을 마친 알루미늄모재를 흐르는 물에 3단으로 세정시키는 2차 수세작업의 제 5공정(S5)과; 상기 2차 수세작업을 마친 알루미늄모재를 양극으로 하여 수산수용액[(COOH)2?2H2O]에 함침한 후 통전시켜 알루미늄모재의 표면 위에 화학적으로 안정된 산화피막(Al2O3)을 형성되게 하는 애노다이징(양극산화) 작업의 제 6공정(S6)과; 상기 애노다이징 처리된 알루미늄모재를 흐르는 물에 3단으로 세정시키는 3차 수세작업의 제 7공정(S7)과; 상기 3차 수세작업을 마친 알루미늄모재에 진한 흑색색의 염료를 착색시켜 흑화 처리하는 염료착색작업의 제 8공정(S8)과; 상기 염료착색에 의해 흑화 처리된 알루미늄모재를 흐르는 물에 3단으로 세정시키는 4차 수세작업의 제 9공정(S9)과; 상기 애노다이징에 의해 형성된 산화피막 내의 미세구멍을 봉공처리하기 위하여 알루미늄모재를 니켈아세테이트용액에 함침시켜 실링층을 형성되게 하는 봉공처리작업의 제 10공정(S10)과; 상기 산화피막 내 봉공 처리가 완료된 알루미늄모재를 흐르는 물에 3단으로 세정시키는 5차 수세작업의 제 11공정(S11)과; 상기 5차 수세작업을 마친 알루미늄모재를 초음파 세정시키는 초음파 세정작업의 제 12공정(S12)과; 상기 초음파 세정을 마친 알루미늄모재를 건조 처리하여 펠리클프레임을 완성하는 건조작업의 제 13공정(S13)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
이러한 공정흐름을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(제 1공정 - 랙킹)
알루미늄 7075-T6 또는 6061-T6 소재를 사용하여 형상가공 등 기초적인 가공을 완료한 상태의 알루미늄모재를 도금용 고정지그에 장착되게 한다.
(제 2공정 - 1차 에칭)
고정지그에 장착된 알루미늄모재를 가성소다 수용액에 함침시켜 1차 에칭 처리함에 의해 알루미늄모재의 표면에 형성되어있는 자연상태의 산화피막을 제거토록 한다.
이때, 가성소다(NaOH)는 물 1ℓ당 150g을 첨가하여 가성소다 수용액을 형성토록 하되 수용액이 70~75℃의 온도조건을 유지토록 하며, 알루미늄모재는 상기 조건에서 10~15초 동안 에칭 처리된다.
(제 3/5/7/9/11공정 - 3단 수세)
제 2공정의 1차 에칭, 제 4공정의 2차 에칭, 제 6공정의 애노다이징, 제 8공정의 염료착색, 제 10공정의 봉공처리 후 각각마다 알루미늄모재를 3단 욕조에 함침시키되 흐르는 물에 세정되게 한다.
(제 4공정 - 2차 에칭)
알루미늄모재를 질산(HNO3)원액에 함침시켜 2차 에칭 처리시킴을 통해 상기 1차 에칭시 알루미늄모재의 표면에 존재하는 중금속이나 기타합금 성분을 제거토록 한다.
이때, 질산원액은 60~70%의 농도 및 20~25℃의 상온을 유지하며, 알루미늄모재는 상기 조건에서 10~15초 동안 에칭 처리된다.
(제 6공정 - 애노다이징)
알루미늄모재를 양극으로 하여 수산(옥살산) 수용액[(COOH)2?2H2O]에 함침시킨 후 통전시킴에 의해 양극산화를 통해서 알루미늄모재(11)의 표면 위에 화학적으 로 안정된 산화피막(Al2O3)(12)을 형성되게 한다. 이때, 상기 산화피막(12) 내에는 미세구멍(12a)이 형성된다.(도 3의 (a) 참조)
여기서, 수산은 순도 99.5%의 것을 사용하되 수용액 내 3~5%의 농도를 유지토록 하고, 수용액은 30~35℃의 온도조건을 형성토록 하며, 30~35V 직류 정전압방식의 전압 조건 및 1.0~1.3A/dm2의 전류밀도 조건에서 20~30분 동안 아노다이징 처리한다.
(제 8공정 - 염료착색)
알루미늄모재에 진한 흑색의 염료를 착색시켜 흑화 처리되게 한다. 이때, 염료(13)는 알루미늄모재(11) 상에 형성된 산화피막(12)의 미세구멍(12a) 내에 채워져 착색되는데(도 3의 (b) 참조), 이러한 흑화 처리는 노광 처리시 프레임에 의한 빛의 산란현상을 방지되게 함은 물론 펠리클막의 빛 투과율을 높여주어 웨이퍼 상 이미지를 정확하게 형성되게 한다.
여기서, 상기 염료착색은 염료분말을 물 1ℓ당 5~7g을 첨가하여 사용하되 60~65℃의 온도조건에서 10~15분 동안 흑화 처리한다.
(제 10공정 - 봉공처리)
알루미늄모재(11)를 실링제인 니켈아세테이트용액[Ni(CH3COO)2?4H2O]에 함침시켜 염료가 필링(filling)된 위에 화학반응에 의한 투명피막의 실링층(14)을 형성되게 함으로써 산화피막(12) 내의 미세구멍(12a)을 봉공시킨다.(도 3의 (c) 참조)
이때, 니켈아세테이트 분말을 물 1ℓ당 5~7g을 첨가하여 사용하되 85~90℃의 온도조건에서 20~25분 동안 봉공 처리한다. 여기서, 니켈아세테이트는 물에 녹으면 이온화되고 용액상태에서 화학반응에 의해 실링층을 형성하게 된다.
(제 12공정 - 초음파 세정)
알루미늄모재를 초음파기를 통해 초음파 세정 처리한다.
(제 13공정 - 건조)
산화피막 형성과 봉공처리 및 초음파 세정까지 완료된 알루미늄모재를 65~75℃의 온도조건을 갖는 건조기에서 5~15분 동안 건조 처리하여 본 발명의 펠리클프레임을 완성되게 한다.
따라서, 이러한 본 발명의 제조방법은 수산을 사용하므로 공기중 가스성분과의 반응이 전혀 발생하지 않는 이점으로 웨이퍼 상 이미지 형성에 지장을 주지 않는 유용함을 제공하며, 또한, 본 발명은 기존에 수산법의 적용이 부적합한 것으로 알려졌던 알루미늄합금 7075-T6 또는 6061-T6 소재를 사용하여 펠리클프레임 상에 매우 우수하게 산화피막을 형성시킬 수 있도록 하는 기술이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법에 의하면, 제조방법의 개선으로 알루미늄합금 7075-T6 또는 6061-T6 소재에도 수산을 사용한 수산법을 효과적으로 수행할 수 있고 화학적으로 안정된 매우 우수한 산화피막을 형성하는 펠리클프레임을 제작할 수 있으며, 흑색착색을 통해 노광 처리시 빛의 산란현상에 의한 투과율 저하를 방지할 수 있어 펠리클용 프레임에 요구되는 기능성을 갖추게 하는 유용함을 제공한다.
특히, 황산법에 의해 제조된 프레임에서 발생하는 공기 중의 가스성분과 황산성분과의 반응을 차단할 수 있어 포토리소그래픽공정에 적용시 가스화합물에 의한 파티클 불순물의 영향을 없앨 수 있게 하는 유용한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 형상가공 등이 완료된 알루미늄모재를 지그에 장착하는 제 1공정(S1)과;
    상기 알루미늄모재를 150g/ℓ의 농도 및 70~75℃의 온도조건을 갖는 가성소다액에 함침시켜 10~15초 동안 1차 에칭 처리하는 제 2공정(S2)과;
    상기 알루미늄모재를 60~70%의 농도 및 20~25℃의 온도조건을 갖는 질산원액에 함침시켜 10~15초 동안 2차 에칭 처리하는 제 4공정(S4)과;
    상기 알루미늄모재를 3~5%의 농도 및 30~35℃의 온도조건을 갖는 수산액에 함침하되 30~35V의 전압 및 1.0~1.3A/dm2의 전류밀도로 20~30분 동안 양극산화 처리하여 알루미늄모재 상에 산화피막을 형성시키는 제 6공정(S6)과;
    상기 알루미늄모재에 5~7g/ℓ의 농도 및 60~65℃의 온도조건을 갖는 흑색염료를 10~15분 동안 착색시켜 흑화 처리하는 제 8공정(S8)과;
    상기 알루미늄모재를 5~7g/ℓ의 농도 및 85~90℃의 온도를 갖는 니켈아세테이트용액에 20~25분간 함침시켜 실링층 형성으로 봉공 처리하는 제 10공정(S10)과;
    상기 제 2공정/제 4공정/제 6공정/제 8공정/제 10공정 후에 그 각각마다 알루미늄모재를 흐르는 물에 세정 처리하는 제 3/5/7/9/11공정(S3/S5/S7/S9/S11)과;
    상기 알루미늄모재를 초음파 세정 처리하는 제 12공정(S12)과;
    상기 알루미늄모재를 65~75℃의 온도조건에서 5~15분 동안 건조 처리하여 펠리클프레임을 완성시키는 제 13공정(S13)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 알루미늄모재로 열처리형 알루미늄합금을 사용토록 하되 알루미늄 7075-T6 또는 6061-T6 소재 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피용 펠리클프레임 제조방법.
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