KR101572269B1 - 극자외선 마스크를 보호하는 펠리클 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실리콘 기판 상에 절연층을 형성한 후, 절연층 상에 메쉬(mesh)를 형성하고, 기판의 후면으로 기판의 가운데 부분을 선택적으로 제거하여 절연층의 후면 표면을 노출하는 프레임(frame)을 형성한다. 메쉬 및 메쉬에 인근하여 노출되는 절연층의 상면 부분 상에 실리콘(Si) 멤브레인층을 증착하고, 프레임에 의해 노출되는 절연층 부분을 선택적으로 제거하여 멤브레인층의 후면을 노출시키는 펠리클(pellicle) 제조 방법을 제시한다. 펠리클은 극자외선 마스크의 표면을 파티클(particle) 오염으로부터 보호한다.
EUV, 펠리클, 멤브레인, 폴리머, 버블
Description
본 발명은 극자외선 리소그래피(extreme ultra violet lithography) 기술에 관한 것으로, 특히, 극자외선 마스크(EUV mask)를 파티클(particle)로부터 보호하는 펠리클(pellicle)을 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 회로 선폭이 급격히 축소됨에 따라, 현재 사용되고 있는 ArF 파장대의 노광 장비로 미세 패턴을 웨이퍼 상으로 전사하는 데 한계를 나타내고 있다. 이에 따라 보다 미세한 선폭의 패턴을 웨이퍼 상으로 전사하기 위해서 극자외선 리소그래피 기술이 개발되고 있다. 극자외선(EUV) 리소그래피는 대략 13.5nm 파장대의 극자외선을 노광 광으로 이용하여, 32nm 이하 배선폭을 가지는 보다 더 작고 더 빠른 마이크로칩(microchip)을 생산하는데 이용될 차세대 기술로 개발되고 있다.
EUV 리소그래피 기술에 매우 짧은 파장의 빛이 이용되므로, 웨이퍼 상으로 전사할 회로 패턴이 마스크 패턴(mask pattern)으로 구비되는 마스크 구조 또한 광투과형 구조가 아닌 광 반사형 구조로 달리 제안되고 있다. EUV 리소그래피에서 사 용되는 마스크는, 석영(quartz)과 같은 낮은 열팽창 계수(LTE: Low Thermal Expansion coefficient)를 가지는 기판 상에 Mo/Si층의 다층 구조로 이루어지는 광 반사층을 포함하여 형성되고, 광 반사층 상에 광 반사층 표면을 부분적으로 노출하는 광 흡수층 패턴을 포함하여 형성된다.
이러한 EUV 리소그래피 과정에 사용되는 EUV 마스크의 표면을 파티클(particle) 등과 같은 오염원으로부터 보호하기 위해서 펠리클(pellicle)이 도입된다. 그런데, 이러한 펠리클의 멤브레인(membrane)으로 폴리머(polymer) 재질을 이용하기가 어려워 펠리클의 제작에 어려움이 수반되고 있다. 탄소-불소(C-F) 계열의 폴리머는 EUV 광을 흡수하기 때문에 실질적으로 펠리클 멤브레인으로 사용되기 어려우며, EUV 광에 대한 투과율이 높은 재질을 이용하는 방안이 제시되고 있다. 예컨대, 니켈(Ni)과 같은 금속 와이어(metal wire)의 메쉬(mesh)를 도금(electroplating)으로 형성하고, 메쉬를 폴리머막 상에 장착한 후 실리콘(Si)을 증착하여 실리콘 멤브레인층을 형성하고 있다. 이후에, 폴리머막을 제거하여 실리콘 멤브레인층을 메쉬 상에 부착된 형태로 잔류시키는 펠리클 제작 방법이 고려될 수 있다.
이러한 펠리클 제작 방법은 폴리머막을 희생층으로 도입하고 있어, 폴리머막의 코팅(coating) 시 유발되는 버블(bubble)에 의해, 폴리머막 상에 증착되는 실리콘 멤브레인층에 결함(defect)이 유발될 수 있다. 이러한 결함은 EUV 노광 과정에서 노광 결함을 유발하는 요인으로 작용할 수 있다. 또한, 폴리머막의 제거 과정에서 폴리머의 유기 성분에 의해 습식 식각(wet etch)이 도입되고, 이러한 습식 식각 시 실리콘 멤브레인층의 표면에 손상이 유발될 수 있다. 이에 따라, 실리콘 멤브레인층에 결함이 생성되는 위험성이 수반되어, 펠리클 제조에 어려움이 유발되고 있다.
본 발명은 펠리클 멤브레인층에 결함 유발을 억제하여 극자외선 마스크를 보다 안정적으로 보호하는 펠리클을 제조하는 방법을 제시하고자 한다.
본 발명의 일 관점은, 실리콘 기판 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 메쉬(mesh)를 형성하는 단계; 상기 기판의 후면으로 상기 기판의 가운데 부분을 선택적으로 제거하여 상기 절연층의 후면 표면을 노출하는 프레임(frame)을 형성하는 단계; 상기 메쉬 및 상기 메쉬에 인근하여 노출되는 상기 절연층의 상면 부분 상에 멤브레인층을 증착하는 단계; 및 상기 프레임에 의해 노출되는 상기 절연층 부분을 선택적으로 제거하여 상기 멤브레인층의 후면을 노출시키는 단계를 포함하는 펠리클 제조 방법을 제시한다.
상기 절연층은 실리콘 산화물층을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 멤브레인층의 후면을 노출하는 단계는 상기 프레임에 노출된 상기 실리콘 산화물층 부분에 선택적 건식 식각을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 메쉬(mesh)를 형성하는 단계는 상기 절연층 상에 메쉬(mesh)를 위한 층으로 실리콘(Si)층을 증착하는 단계; 및 상기 실리콘층을 선택적 식각하여 상기 메쉬(mesh)를 형성하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
상기 프레임(frame)을 형성하는 단계는 상기 메쉬 및 상기 메쉬에 인근하여 노출되는 상기 절연층 부분을 덮는 보호층을 형성하는 단계; 상기 보호층에 반대되 는 상기 기판의 후면 상에 상기 기판의 가운데 부분을 노출하는 식각 마스크를 형성하는 단계; 상기 식각 마스크에 노출된 상기 기판의 가운데 부분을 선택적으로 건식 식각하는 단계; 및 상기 보호층을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
상기 보호층은 실리콘 질화물층을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 식각 마스크를 형성하는 단계는 상기 기판의 후면을 덮는 실리콘 질화물층을 형성하는 단계; 및 상기 실리콘 질화물층을 선택적으로 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 멤브레인층을 형성하는 단계는 상기 메쉬 상에 실리콘층을 증착하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점은, 실리콘 기판 상에 실리콘 산화물층을 형성하는 단계; 상기 실리콘 산화물층 상에 메쉬(mesh)를 위한 층을 형성하는 단계; 상기 메쉬층을 선택적 식각하여 메쉬(mesh)를 형성하는 단계; 상기 메쉬 및 상기 메쉬에 인근하여 노출되는 상기 실리콘 산화물층 부분을 덮는 보호층을 형성하는 단계; 상기 보호층에 반대되는 상기 기판의 후면 상에 상기 기판의 가운데 부분을 노출하는 식각 마스크를 형성하는 단계; 상기 식각 마스크에 노출된 상기 기판의 가운데 부분을 선택적으로 제거하여 프레임(frame)을 형성하는 단계; 상기 보호층을 선택적으로 제거하는 단계; 상기 메쉬 및 상기 메쉬에 인근하여 노출되는 상기 절연층 부분 상에 실리콘 멤브레인층을 증착하는 단계; 및 상기 프레임에 의해 노출되는 상기 실리콘 산화물층 부분을 선택적으로 제거하여 상기 실리콘 멤브레인층의 후면을 노출시키는 단계를 포함하는 펠리클 제조 방법을 제시한다.
본 발명의 실시예는 펠리클 멤브레인층에 결함 유발을 억제할 수 있어, 극자외선 마스크를 보다 안정적으로 보호할 수 있는 펠리클을 제조하는 방법을 제시할 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 극자외선 마스크를 보호하는 펠리클 제조 방법을 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 극자외선(EUV) 마스크를 보호하는 펠리클을 제조하는 방법은, 실리콘 온 절연층(SOI: Silicon On Insulator) 구조의 기판을 이용하여 수행될 수 있다. 예컨대, 실리콘 기판(100) 상에 실리콘 산화물(SiO2)의 절연층(200)을 형성하고, 절연층(200) 상에 메쉬(mesh)를 위한 메쉬층(300)을 실리콘(Si)층으로 형성한다. 메쉬층(300)은 멤브레인층을 지지하는 역할을 하는 메쉬를 위한 층으로, 절연층(200)으로 도입된 실리콘 산화물층 상에 실리콘층을 에피성장(epitaxial growth)시켜 형성할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 메쉬층(300)을 패터닝하여 메쉬(301)를 형성한다. 메쉬층(300)을 심층 반응성 이온 식각(deep reactive ion etch) 방식으로 선택적 식각하여, 도 3에 제시된 바와 같이 관통하는 개구들이 배열된 틀 형상의 패턴으로 메쉬(301)를 형성한다. 메쉬(301)의 개구들은 EUV 노광 과정에서 EUV 노광 광이 지 나는 경로를 제공하게 된다. 이러한 메쉬(301)는 매우 얇은 두께로 형성되는 멤브레인층을 지지하게 도입된다. 이러한 메쉬(301)는 니켈(Ni) 메쉬와 달리 실리콘층의 패턴으로 형성되므로, 하부에 도입되어 후속 과정에서 희생층으로 이용되는 절연층(200)의 선택적 제거 시 식각 선택비를 제공할 수 있다. 또한, 메쉬(301)의 형성 시 반도체 제조 과정에서 개발된 RIE와 같은 건식 식각 과정을 도입할 수 있어, 개발된 반도체 제조 장비의 활용이 가능하다.
도 4를 참조하면, 메쉬(301)의 패턴들을 덮고 메쉬(301) 형성에 의해 노출되는 절연층(200) 표면 상을 덮게 연장되는 보호층(passivation layer: 410)을 형성한다. 또한, 메쉬(301)가 형성된 앞면에 대응되는 후면, 즉, 실리콘 기판(100)의 후면 상에 식각 마스크를 위한 층(layer for etch mask: 420)을 형성한다. 식각 마스크층(420)은 실리콘 기판(100)의 중앙부를 선택적으로 제거하고, 가장자리 부분을 프레임(frame)으로 잔류시키는 식각 과정에서 사용될 식각 마스크를 제공하게 도입된다. 따라서, 식각 마스크층(420)은 실리콘 기판(100)의 실리콘과 식각 선택비를 가지는 절연층, 예컨대, 실리콘 질화물(Si3N4)층을 포함하여 형성될 수 있다. 보호층(410)은 이러한 선택적 식각 과정에서 메쉬(301)의 형상을 보호하게 도입된다. 이를 위해서 실리콘 기판(100)을 이루는 실리콘과 식각 선택비를 가지는 절연층, 예컨대, 실리콘 질화물(Si3N4)층을 포함하여 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 식각 마스크층(420)을 패터닝하여 실리콘 기판(100)의 가운데 부분, 예컨대, EUV 마스크에 EUV 노광 광이 입사될 칩 영역(chip region)을 여는 식각 마스크(421)를 형성한다. 식각 마스크에 노출된 실리콘 기판(100) 부분을 선택적 건식 식각하여 절연층(200)의 표면을 노출시킨다. 이러한 건식 식각에 의해 절연층(200)의 가장 자리 부분만을 덮게 기판(200)의 가장 자리 부분이 잔류하여 프레임(101)을 이룬다. 이러한 프레임(101)은 메쉬(301)를 지지하는 역할을 하며, 펠리클과 EUV 마스크가 결합될 때 펠리클이 EUV 마스크에 지지되게 하는 지지부의 역할을 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 프레임(101) 형성을 위한 건식 식각 과정에서 메쉬(301)를 보호하던 보호층(도 5의 410)을 선택적으로 제거한다. 이러한 제거 과정은 보호층(410)을 이루는 실리콘 질화물층을 스트립(strip)하는 과정으로 수행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 보호층(410)의 스트립에 의해서 노출되는 메쉬(301) 및 인근하는 절연층(200)의 앞면 표면을 덮는 멤브레인층(500)을 형성한다. 멤브레인층(500)은 실리콘층을 증착하여 형성될 수 있다. 실리콘층은 EUV 광에 대한 투과율이 대략 200nm 두께에 이루기까지도 실리콘 산화물이나 알루미늄, 금, 니켈 등에 비해 매우 높은 수준으로 유지되는 층으로 펠리클의 멤브레인층(500)으로 상당히 적합한 투과율 특성을 가진다. 실리콘층의 증착 시 하지막은 메쉬(301)를 이루는 실리콘층이나 절연층(200)을 이루는 실리콘 산화물층이게 된다. 따라서, 하지막인 메쉬(301)나 절연층(200)은 폴리머막과 달리 코팅에 의한 버블(bubble)로 인한 결함 생성 요소가 억제된 상태이므로, 실리콘의 멤브레인층(500)에는 결함의 유발이 억제될 수 있다.
도 8을 참조하면, 프레임(101)에 노출된 절연층(200) 부분을 선택적 건식 식 각으로 제거하여 멤브레인층(500)의 후면을 또한 노출시킨다. 이때, 절연층(200)은 실리콘 산화물로 이루어지고 있으므로, 프레임(101)을 이루는 실리콘이나 멤브레인층(500)을 이루는 실리콘에 대해 식각 선택비를 가지는 건식 식각으로 식각 제거될 수 있다. 이때, 건식 식각은 불화탄소(CFx) 가스를 식각 가스로 이용하는 건식 식각으로 수행될 수 있다. 프레임(101)에 중첩되는 절연층(200) 부분은 잔류하는 절연층 패턴(201)이 유도된다. 이러한 건식 식각 과정에서 프레임(101)이 실질적인 식각 마스크로 작용하며, 프레임(101) 형성 시 사용되고 잔류될 수 있는 식각 마스크(도 7의 421) 또한 식각 마스크로서 작용할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 EUV 마스크를 보호하는 펠리클을 제조하는 방법은, 실리콘 멤브레인층(500)을 형성하기 위한 희생층으로 폴리머 계열이 아닌 실리콘 산화물층의 절연층(200)을 이용한다. 이에 따라, 폴리머 코팅 시 발생되는 버블에 의해, 멤브레인층에 결함이 유발되던 현상을 억제할 수 있다. 이에 따라, 멤브레인층(500)에 결함을 방지할 수 있다. 또한, 희생층인 절연층(200)을 건식 식각으로 제거함으로써, 절연층(200)으로 도입된 실리콘 산화물과 멤브레인층(500)의 실리콘 간의 상당히 높은 식각 선택비를 이용하여 실리콘 멤브레인층(500)에 결함의 유발 또는 손상을 유효하게 억제할 수 있다. 실리콘 기판(100)을 사용하여 펠리클을 제조함으로써, 제조 과정에 반도체 제조 장비를 활용할 수 있어, 펠리클의 양산이 보다 용이하게 수행될 수 있다.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 극자외선 마스크를 보호하는 펠리클 제조 방법을 설명하기 위해서 제시한 도면들이다.
Claims (9)
- 실리콘 기판 상에 절연층을 형성하는 단계;상기 절연층 상에 메쉬(mesh)를 위한 층을 형성하는 단계;상기 메쉬를 위한 층을 선택적으로 식각하여 메쉬를 형성하는 단계;상기 기판의 후면으로 상기 기판의 가운데 부분을 선택적으로 제거하여 상기 절연층의 후면 표면을 노출하는 프레임(frame)을 형성하는 단계;상기 메쉬 및 상기 메쉬에 인근하여 노출되는 상기 절연층의 상면 부분 상에 멤브레인층을 증착하는 단계; 및상기 프레임에 의해 노출되는 상기 절연층 부분을 선택적으로 제거하여 상기 멤브레인층의 후면을 노출시키는 단계를 포함하는 펠리클 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 절연층은실리콘 산화물층을 포함하여 형성되는 펠리클 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 멤브레인층의 후면을 노출하는 단계는상기 프레임에 노출된 상기 실리콘 산화물층 부분에 선택적 건식 식각을 수행하는 단계를 포함하는 펠리클 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 메쉬(mesh)를 형성하는 단계는상기 절연층 상에 메쉬(mesh)를 위한 층은 실리콘(Si)층을 포함하는 펠리클 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 프레임(frame)을 형성하는 단계는상기 메쉬 및 상기 메쉬에 인근하여 노출되는 상기 절연층 부분을 덮는 보호층을 형성하는 단계;상기 보호층에 반대되는 상기 기판의 후면 상에 상기 기판의 가운데 부분을 노출하는 식각 마스크를 형성하는 단계;상기 식각 마스크에 노출된 상기 기판의 가운데 부분을 선택적으로 건식 식각하는 단계; 및상기 보호층을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 펠리클 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 보호층은실리콘 질화물층을 포함하여 형성되는 펠리클 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 식각 마스크를 형성하는 단계는상기 기판의 후면을 덮는 실리콘 질화물층을 형성하는 단계; 및상기 실리콘 질화물층을 선택적으로 식각하는 단계를 포함하는 펠리클 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 멤브레인층을 형성하는 단계는상기 메쉬 상에 실리콘층을 증착하는 단계를 포함하는 펠리클 제조 방법.
- 실리콘 기판 상에 실리콘 산화물층을 형성하는 단계;상기 실리콘 산화물층 상에 메쉬(mesh)를 위한 층을 형성하는 단계;상기 메쉬(mesh)를 위한 층을 선택적 식각하여 메쉬(mesh)를 형성하는 단계;상기 메쉬 및 상기 메쉬에 인근하여 노출되는 상기 실리콘 산화물층 부분을 덮는 보호층을 형성하는 단계;상기 보호층에 반대되는 상기 기판의 후면 상에 상기 기판의 가운데 부분을 노출하는 식각 마스크를 형성하는 단계;상기 식각 마스크에 노출된 상기 기판의 가운데 부분을 선택적으로 제거하여 프레임(frame)을 형성하는 단계;상기 보호층을 선택적으로 제거하는 단계;상기 메쉬 및 상기 메쉬에 인근하여 노출되는 절연층 부분 상에 실리콘 멤브레인층을 증착하는 단계; 및상기 프레임에 의해 노출되는 상기 실리콘 산화물층 부분을 선택적으로 제거하여 상기 실리콘 멤브레인층의 후면을 노출시키는 단계를 포함하는 펠리클 제조 방법.
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