KR19990072348A

KR19990072348A - 개선된엑스-선마스크구조체

Info

Publication number: KR19990072348A
Application number: KR1019990003230A
Authority: KR
Inventors: 어코스터라울이; 말도나도쥬앤알
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 1999-09-27
Also published as: US5958631A; JP3188879B2; TW381190B; JPH11274075A

Abstract

본 발명은 집적 회로의 제조에 사용하기 위한 범용 마스크에 관한 것이다. 표준화된 거대한 사이즈의 멤브래인(membrane) 영역을 갖는 웨이퍼 상에 개별적인 사이즈의 마스크들이 만들어진다. 결합된 X-선 차단 및 멤브래인 보강층이 웨이퍼의 적어도 한측면 상에 부착된다. 이 보강/차단층은 X-선 투과 영역을 포함하며, 이 X-선 투과 영역은 원하는 노출 범위에 상응하는 사이즈를 가지며 원하는 노출 범위와 정렬된다.

Description

개선된 엑스-선 마스크 구조체{IMPROVED X-RAY MASK STRUCTURE}

본 발명은 X-선(X-ray) 마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휘어짐(warpage) 대해 상당한 저항력을 가지며 소정의 원하는 노출 범위를 정의하는 범용 사이즈의 마스크에 관한 것이다.

집적 회로(integrated circuit : IC) 기법은 플레이너(planar) 기법을 사용하여 동일한 반도체 웨이퍼 상에 다수의 완성된 회로들을 제작할 수 있는 것에 주안점을 두고 발전되어 왔다. 회로들은 전형적으로 포토리소그래피 기법들(photolithographic techniques)을 사용하여 웨이퍼 상에 구현된다. 각각의 회로는 사전설정된 배치로 전기적 상호접속된 트랜지스터, 다이오드, 저항기, 캐퍼시터 등과 같은 다수의 구성요소들을 포함할 수 있다. 회로 구성요소들이 반도체 웨이퍼 상에 형성된 후에, 반도체 웨이퍼는 테스트되고 선택된 회로들의 어레이를 포함하는 개별적인 칩들로 다이싱(dicing)되며, 후속적으로 처리되어 메모리, 논리 회로 또는 다른 IC들로 캡슐화된다.

포토리소그래피 기법은 상당한 해상도 및 높은 수율이 요구되는 반도체 웨이퍼들 상에 회로 패턴들을 형성하기 위해 널리 사용된다. 광학 스테핑(stepping) 기법들을 사용하면, 처음에 광학 마스크 기판 상에 형성된 회로 패턴들이 스텝 앤 리피트 방법(a step and repeat method)에 의해 광학적으로 웨이퍼의 포토레지스트층(photoresist layer) 상에 전사될 수 있다. 스텝 앤 리피트 방법은 웨이퍼의 일부에 대한 패턴을 내포하는 마스크를 웨이퍼의 노출되지 않은 영역으로 이송하는 단계와 전자기 방사를 사용하여 마스크 패턴을 웨이퍼 상으로 결상(結像)(image)하는 단계를 포함한다. 패턴이 결상된 후에, 웨이퍼는 이송되고 노출 단계가 반복된다. 각각의 포토리소그래피 단계에 대한 스텝 앤 리피트 방법은 반도체 웨이퍼 전체가 노출될 때까지 계속 수행된다.

초기의 포토리소그래피 기법들은 웨이퍼 위의 포토레지스트층과 자외선 또는 자연광을 사용하여 패턴들을 웨이퍼 상으로 노출시켰다. 그러나, 자외선 및 자연광을 사용하는 기법들은 해상도 한계를 갖는다. 포토레지스트 내에 최종적으로 획득된 해상도는 다른 인자들(factors) 중에서 입사광의 파장에 의해 제한된다.

부분적으로 이러한 제한 때문에, 포토레지스트 내에 적절한 패턴들을 노출시키기 위해서 소프트 X-선들(soft X-rays)의 보다 짧은 파장을 사용하는 X-선 포토리소그래피가 개발되었다. 포토리소그래피와 연관된 해상도 및 웨이퍼 당 회로 수율을 상당히 개선하는 X-선 파장은 통상적으로 약 0.1 내지 1.0 나노미터(nanometers) 범위이다.

X-선 포토리소그래피 동안에, X-선들의 강 조준된 빔(an intense collimated beam of X-rays)이 반도체 웨이퍼의 포토레지스트층 위에 놓인 X-선 마스크를 통과하도록 하는데 싱크로트론(synchrotron)과 같은 X-선 발생원이 사용된다. X-선 마스크는 X-선 흡수 재료로 형성되어진 선택된 패턴들을 포함하는 중앙의 X-선 투과 영역을 포함한다. X-선들은 X-선 흡수 재료 패턴들에 대응하는 하부의 포토레지스트층 상에 패턴들을 노출시킨다.

X-선 리소그래피에 사용하기 위한 X-선 마스크를 형성하기 위해, X-선 불투과 재료로부터 형성된 평탄한 웨이퍼, 예컨데 실리콘이 기판으로서 사용된다. 이 웨이퍼는 통상적인 에칭 기법들, 예를 들어 기판 내에 에칭 스톱(an etch-stop)으로서 적당한 도펀트(dopant)를 확산시키는 기법을 사용하여 얇은 인장 멤브레인(a thin tensile menbrane)까지 에칭된 중심부를 구비한다. 기판은 마스크에 대한 지지력 및 안정성을 제공하도록 지지용 링(support ring)에 결합된다. 다음에, 전기 도금법과 같은 기법들에 의하여, 적절한 회로 패턴으로 중심부 내의 웨이퍼의 상부면 상에 X-선 흡수 재료, 예컨데 금을 선택적으로 증착시킨다.

이와 다른 실시예에 있어서, 실리콘 카바이드(silicon carbide), 실리콘 질화물 혹은 다이아몬드로 이루어진 박층을 웨이퍼의 표면 상에 성장시킨 다음에, 웨이퍼 기판을 그 성장된 층까지 에칭하고 그 성장된 층 상에 X-선 흡수 패턴들을 형성함으로써 멤브레인을 형성한다.

지금부터, 멤브레인이라는 용어는 X-선 투과 영역을 생성하는데 사용된 방법에 관계없이, X-선을 투과시키고, X-선 불투과 패턴을 지지하는 웨이퍼 상의 영역을 지칭하는데 사용될 것이다.

완성된 마스크를 양성 혹은 음성 레지스크로 덮인 반도체 웨이퍼에 근접 위치시키고, X-선을 인가하여, 대응하는 레지스트 패턴들을 그 아래에 놓인 반도체 웨이퍼 상에 노출시킨다.

현재는, X-선 마스크가 의도하는 특정한 칩 사이즈에 X-선 마스크 내의 멤브레인 사이즈를 맞추고 있다. 따라서, 칩 제조자들은 필요할지도 모르는 상이한 사이즈의 멤브레인들을 위해 다양한 멤브레인 내장 기판들을 비축해야 한다. 모든 칩 사이즈를 수용하기에 충분히 큰 범용 혹은 표준화된 멤브래인 사이즈들을 구비하는 기판들이 매우 바람직할 것이고, 제한된 성공이기는 하나 소정의 시도가 있어 왔다.

문제는, 상이한 사이즈 칩들에 대한 상이한 사이즈의 패턴들을 수용하기 위해서 커다란 범용 사이즈의 멤브레인이 필요하다는 것이다. 그러나, 커다란 멤브레인들을 사용하려면 인접한 칩들의 예기치 않는 노출을 방지하기 위하여 노광 장비와 연관된 셔터들(shutters)을 사용할 필요가 있다. 그러한 셔터들은 사용하기에 번거롭고, 차폐된 영역을 결정하기 위한 테스트 사전노출(test pre-exposure)을 필요로하며, 비결상(non-image) 멤브레인 영역과 원하는 목표(target) 영역에 인접한 영역들이 약간이라도 노광되는 것을 방지하는데 항상 완전히 효과적인 것은 아니다. 또한, 소정의 시간 동안에 멤브레인이 부분적으로 노광되면 방사 손상으로 인한 마스크 변형이 증대된다.

본 발명에 따르면, 마스크 변형에 대해 상당한 저항력을 가지며 원하는 사이즈의 칩에 대한 마스크를 제공하기 위해 커다란 표준화된 사이즈의 멤브레인을 사용하는 X-선 마스크가 제공된다. 칩 상에 사전설정된 사이즈의 노출 범위 내에서 원하는 패턴을 노출시키기 위한 리소그래피 공정에 특히 유용한 이러한 노출 마스크는,

a) 평행한 상부면과 및 하부면을 구비하고 X-선 투과 멤브래인을 포함하는 실질적인 X-선 불투과 기판과,

b) 원하는 패턴을 포함하는 멤브래인 상의 X-선 흡수 재료층과,

c) X-선 불투과 몸체의 상부면과 멤브래인 상부면의 적어도 일부분에 위에 있는 제 1 X-선 차단/보강층(a first X-ray blocking/stiffening layer)을 포함한다. 제 1 차단/보강층은 원하는 노출 범위와 정렬되고 이 노출 영역에 상응하는 제 1 X-선 투과 마스크 프레임 영역을 구비한다.

통상적으로, 제 1 X-선 차단/보강층은 내화성 금속(refractory metal)으로 이루어진다. 바람직한 구조에 있어서, 기판은 메사(mesa)를 포함하고 이 메사에 멤브래인과 제 1 X-선 차단/보강층이 포함된다.

기판은 전형적으로 NIST 링인 링 베이스(a ring base)에 부착된다.

원한다면, 또한 내화성 금속일 수 있는 X-선 흡수 재료의 제 2 차단/보강층이 기판 하부면 상에 배치된다. 또한, 이 층은 제 1 차단/보강층의 제 1 프레임 영역에 대응하는 X-선 투과 프레임 영역을 구비하며 그 제 1 프레임 영역과 정렬된다.

도 1은 종래 기술에 따른 마스크의 평면도,

도 2는 화살표(2-2)를 따라 취한 도 1의 마스크의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 마스크의 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 마스크의 다른 실시예의 단면도,

도 5는 베이스(base) 상에 기판을 부착시키는 단계에 후속하는 멤브레인에서의 변형을 나타내는 도면,

도 6은 본 발명에 따른 또다른 실시예의 평면도,

도 6a는 웨이퍼에 대한 지지부 베이스가 사각형인 도 6에 도시된 실시예의 평면도,

도 7은 화살표(7-7)를 따라 취한 도 6의 마스크의 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : X-선 불투과 기판26 : 원하는 노출 패턴

24 : 고리모양의 지지부 링36 : 윈도우(window)

34 : 결합된 X-선 차단/멤브래인 보강층

본 발명은 도면들을 참조하여 이하 설명될 것인데, 동일한 번호들은 모든 도면에서 동일한 요소들을 나타낸다. 모든 도면들은 실제 상용의 실시예를 나타내기 보다는 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 개략적으로 표시된다. 모든 도면들에는 본 발명을 설명하는데 필요한 요소들만이 포함되고, 당해 기술 분야에 널리 알려져 있고 본 발명을 설명하는데 있어서 필요치 않은 요소들은 혼동을 방지하기 위해 도면에서 삭제되었다.

도 1 및 도 2는 전형적인 종래 기술의 마스크의 상이한 도면을 도시한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 통상적인 기법들에 따라 구성된 X-선(X-ray) 마스크는 X-선 불투과 기판(10)으로 이루어지며, 이 기판(10)은 통상적으로 단결정 실리콘 웨이퍼 또는 다른 적당한 재료로부터 형성되고 실질적으로 원형의 평면도를 갖는다. 기판(10)은 실제로 평행한 상부면(12)과 하부면(14)을 각각 구비한다. 기판(10)으로 사용된 통상적인 웨이퍼는 직경이 약 100 mm이고 두께가 약 0.625 mm이지만, 다른 사이즈들, 특히 다른 직경을 갖는 웨이퍼들이 또한 사용될 수도 있다.

마스크 기판 제조 공정의 초기에, 붕소와 같은 적당한 도펀트(dopant)가 웨이퍼의 상부면(12)과 하부면(14) 안으로 확산된다. 붕소가 기판 내의 설정된 깊이까지 확산하여 후속하는 에칭 단계 동안에 에칭 스톱(etch-stop)으로서 작용한다. 웨이퍼의 하부면(14) 상에 있는 사각형의 중심 영역(20)이 붕소 도핑 깊이까지 반응성 이온 에칭되어 도핑되지 않은 실리콘을 노출시킨다. 다음에, 도핑되지 않은 영역 내의 웨이퍼가 에타놀아민(ethanolamine)과 피로카테콜(pyrocatechol)의 수성 혼합액으로 화학적 에칭되어 중심 영역(12)에 얇은 인장 멤브래인(thin tensile membrane)이 남게된다. 얇은 멤브래인은 약 2.5 ㎛ 두께의 X-선 반투과 윈도우(window)를 형성하는데, 이 윈도우는 윈도우 영역에 있는 기판 재료를 통해 X-선 투과를 증대시키기 위해서 제공된다. 소정의 실시예들에 있어서, 멤브래인이 단지 X-선 반투과성일지라도, 본 명세서에서는 기판 재료를 노출시키기 위해 X-선 방사가 통과하는 영역을 나타내는 데 X-선 투과성이라는 용어를 사용할 것이다.

전술한 에칭 및 도핑 기법들은 실리콘 웨이퍼 제조 기술 분야에서 당업자에게 널리 공지된 기법들이다. 따라서, 이들 기법들에 대한 설명은 필요치 않다. 더욱이, 당업자에게 널리 공지된 다른 에칭 기법들이 또한 본 발명의 범위에 속한다. 또한, X-선 마스크 응용에 적합한 다른 멤브래인 재료들, 예를 들면 실리콘 카바이드(silicon carbide), 실리콘 질화물, 다이아몬드 등이 본 발명에 또한 사용될 수 있다.

당해 기술 분야의 당업자에게 또한 널리 공지된 후속하는 X-선 마스크 제조 단계들 동안에, 기판(10)의 주변 영역은 유리(glass) 혹은 다른 적당한 재료로부터 형성된 고리모양의 지지용 링(annular supporting ring)(24)에 결합된다. 지지용 링(24)은 폭이 약 10 mm이고 두께가 10 mm이며, 기판의 멤브래인 영역(20)에 내구성(strength), 무결성(integrity), 안정한 장력을 제공한다. 통상적으로 지지용 링은 고리모양이며 NIST 링일 수도 있지만, 사각형 또는 평행사변형의 지지용 링을 사용하는 것이 당해 기술 분야에서 또한 널리 공지되어 있고, 그러한 고리모양이 아닌 지지부 링들은 본 발명의 범위에 또한 포함된다. 파우레 등(Faure et al.)에 의해 미국 특허 제 5,124,561 호에 개시된 타입(type)의 스트레스 밸런싱층들(stress balancing layers)이 본 발명에 포함될 수도 있다.

다음에, 기판의 상부면(12) 상에 X-선 흡수 재료, 예컨대 금, 텅스텐, 탄탈륨(tantalum), 혹은 다른 적당한 X-선 흡수재의 층(26)이 선택적으로 증착된다. 이러한 증착 단계는 당업자에게 또한 널리 공지된 통상적인 전기도금법, 혹은 스퍼터링(sputtering) 및 감법 패터닝 기법들(subtraction patterns techniques)에 의해 수행될 수도 있다. 예를 들어, 나카가와(Nakagawa)의 미국 특허 제 4,881,257 호에 개시된, X 축과 Y 축 방향으로 X-선 흡수 재료의 변형을 감소시키는 기법들을 사용하여 X-선 흡수 재료를 선택적으로 증착시킬 수 있다. 어떠한 경우에 있어서도, 리소그래피(lithograghy) 공정에서 사용될 마스크 멤브래인 상에 회로 패턴을 형성하기 위해 X-선 흡수 재료가 증착된다. 도시되지 않은 보호층의 부가를 포함하는 다른 통상적인 제조 기법들이 X-선 마스크 기판 상에 있는 회로 패턴들을 완성하고 보호하는 데 사용될 수 있다.

예를 들어, 나카가와의 미국 특허 제 4,881,257 호에 개시된 바와 같이, 완성된 X-선 마스크(10)는 X-선 리소그래피 스테퍼 어셈블리(stepper assembly)에 설치되어 레지스트로 덮인(resist-covered) 반도체 웨이퍼의 일부를 노출시킨다.

도 3에는 본 발명에 따라 제조된 마스크가 도시된다. 이 마스크는 X-선 불투과 기판(10)으로 이루어지며, 이 기판(10)은 단결정 실리콘 혹은 다른 적당한 재료로부터 형성되고 실질적으로 원형의 평면도를 갖는다. 기판(10)은 또한 실리콘 웨이퍼일 수도 있다. 상기에 개시된 동일한 에칭 기법을 사용하면, 기판의 일부(30)가 에칭되어 제거됨으로써 전반적으로 원형인 X-선 투과 멤브래인(32)이 형성된다. 하지만, 종래 기술의 교시 내용(teachings)과는 반대로, 이러한 멤브래인의 사이즈는 특정한 사이즈의 칩에 대한 임의의 특정 노출 범위에 대응하지 않지만, 상이한 사이즈의 칩들에 대한 다수의 상이한 사이즈의 노출 범위들을 수용하기에 충분할 정도로 크다.

다음에, 결합된 X-선 차단/멤브래인 보강층(stiffening layer)(34)이 멤브래인의 상부에 증착되는데, 이 층(34)은 바람직하게는 X-선 방사의 투과를 실질적으로 차단하는 높은 영의 계수(Young's modulus)의 내화성(refractory) 금속으로 이루어진 층으로서, 그 두께가 대략 3 마이크로미터(micrometers)이다. 내화성 금속으로서 유용한 것은 Ta, TaSi, Ta₄B, W 등이다. 내화성 금속들은 단일층으로서 혹은 다중 층들의 조합으로서 증착되어 차단/보강층(34)을 형성할 수 있다.

차단/보강층은 X-선 방사에 대한 차단층으로서 작용할 뿐만 아니라, 특히 베이스 링에 멤브래인을 부착시키는 동안 변형에 대항하여 멤브래인을 지지하는 강한 프레임을 제공하는 보강층으로서 동시에 작용한다.

적당한 에칭 마스크층을 사용하면, 멤브래인(32) 위에 있는 차단/보강층(34) 내에 윈도우(36)가 에칭되는데, 이 윈도우(36)는 마스크가 마련된 노출 범위와 같은 범위에 걸쳐 있어, 차단/보강층에 의해 프레임화된 X-선 투과 영역을 형성한다. 물론, 차단/보강층이 기판 위에 증착되고 영역(36)이 덮이지 않고 남게되면, 프레임화 윈도우 영역이 형성될 수 있다. 이제부터, 멤브래인 위에 있는 차단/보강층 내의 X-선 투과 영역은 제 1 X-선 투과 마스크의 프레임화 영역으로서 지칭될 것이다.

소정의 영역을 덮이지 않게 남겨두는 방식으로 표면 위에 차단층을 에칭하거나 또는 그러한 차단층을 증착시키기 위한 기법들은 당해 기술분야에서 널리 공지되어 있으며, 이들 기법들 중에서 어느 한 기법을 선택하는 것은 실무자의 몫이다.

다음에, 예컨데, 금, Ta, TaSi와 같은 X-선 흡수 재료의 원하는 노출 패턴이 프레임화 윈도우 영역 내의 멤브래인(32) 위에 생성된다. 이것은 당해 기술 분야에 널리 공지된 방식으로 가법 공정 또는 감법 공정 중 어느 한 공정과 재료들을 사용하여 수행된다.

도 4에는 본 발명의 또다른 실시예가 도시된다. 이 실시예에 있어서, 기판(40)은 메사(42)를 포함한다. 기판은 실질적으로 평행한 상부 링 표면(46)과 하부 링 표면(47)을 각각 구비한다. 메사(42)는 상부 메사면(48)을 갖는다. 상부 및 하부 링 표면과 상부 메사면은 모두 서로 평행한 평탄면들이다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 기판(40)은 직경이 약 100 mm이고 두께가 약 2 mm인 상업적으로 사용가능한 실리콘 웨이퍼이다. 메사(42)는 또한 원형이고 웨이퍼와 동심원을 이루며 약 57 mm의 직경을 갖는다. 메사의 상부면(48)은 약 1 mm만큼 상부 링 표면(46) 위로 융기된다. 그러나, 다른 사이즈들, 특히 다른 직경의 웨이퍼들이 또한 사용될 수도 있으며, 상기 치수들은 본 발명을 한정하기 보다는 설명의 목적으로 주어진 것이다.

전술한 기법들을 사용하여, 마스크를 통해 웨이퍼를 사전설정된 깊이까지 에칭함으로써 X-선 투과 멤브래인(50)을 기판 상에 형성한다. 도 3의 경우에서와 같이, 멤브래인 사이즈는 특정한 목표 사이즈 혹은 특정한 칩에 맞도록 치수화된 것은 아니나 최대의 예상되는 원하는 목표 사이즈를 수용할 정도로 충분히 크다. 사각형으로서 도시되었지만, 멤브래인은 의도하는 용도에 가장 적합한 원형 또는 임의의 다른 형태일 수 있다.

다음에, 바람직하게 높은 영의 계수의 내화성 금속인 X-선 차단/보강층(34)이 메사(42)의 상부면(48) 위에 배치된다. 또한, 그러한 X-선 차단/보강층은 전형적으로 두께가 약 3 ㎛이다.

전술한 바와 같이, 차단/보강층은 멤브래인을 완전히 덮지 않고 제 1 X-선 투과 마스크 프레임화 영역(36)을 형성한다. 이 X-선 투과 프레임화 영역은 마스크가 의도하는 특정한 칩에 대한 원하는 노출 범위에 대응하도록 다시한번 사이즈 조정된다. 차단/보강층은 또다시 그 투과 영역을 둘러싸서 프레임화한다.

차단/보강층의 증착과 제 1 프레임화 영역(36)의 생성에 후속하여, 원하는 노출 패턴(26)이 제 1 프레임화 영역 내의 멤브래인 상에 또다시 배치된다.

전술한 바와 같이, 기판을 지지용 베이스에 부착시키는 공정, 예를 들어 실리콘 웨이퍼를 NIST 또는 다른 지지용 링에 부착시키는 공정은 멤브래인을 다소 변화시킨다. 도 5에 도시된 바와 같이, 메사의 높이 "h"는, 메사의 상부면(48) 상에 있는 임의의 포인트가 기판의 상부면(46) 아래에 있는 소정의 포인트(point)로 멤브래인(50')이 휘어지지 않도록 선택된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 멤브래인의 상부면 상에 있는 최저 포인트는 포인트(49)이다. 기판 표면과 평행한 라인(47)은 웨이퍼를 지지용 베이스 링(24)에 부착시킨 후에 포인트(49)가 표면(46) 위에 있음을 나타낸다.

다음에 도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6 및 도 7에는 마스크가 보호막(protective pelicle)(67)을 포함하고 멤브래인은 메사(53)의 상부면 상에 성장된 층(56)으로 이루어지는 본 발명의 또다른 실시예가 도시된다. 도시된 바와 같이, 전술한 바와 같은 메사(53)를 구비하는 실리콘 웨이퍼일 수 있는 지지부(52)는 멤브래인층(56)까지 에칭되어 제거된 부분(54)을 갖는다. 이 에칭된 부분은 이러한 타입의 맴브레인을 사용하는 경우에 사용가능한 최대 목표 영역을 정의하며 이러한 지지부(52)를 사용하는 마스크가 의도하는 칩 사이즈들에 대한 예측된 모든 목표 영역들보다 크다.

멤브래인층(56)은 개방 영역(open area)(54) 위로 확장한다. 도시된 실시예에 있어서, 방사 흡수층(66)이 먼저 멤브래인층(56) 위에 코팅(coated)된 다음에 노출 범위 내에서 원하는 패턴을 남기고 방사 흡수층(66)의 일부를 선택적으로 제거하는 감법 공정에 의해 목표 패턴(58)이 멤브래인층(56) 상에 생성된다. 전술한 실시예에서와 같이, 방사 흡수층은 금, 탄탈륨, 탄탈륨 실리케이트(tantalum silicate)와 같이 당해 기술 분야에서 통상적인 재료 또는 칩 상의 방사 민감성 재료의 노출을 방지하기에 충분한 X-선 흡수력을 제공하고 용이하게 에칭되어 원하는 패턴을 생성하는 소정의 다른 유용한 재료로 구성된다.

전술한 실시예와 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 프레임화 방사 투과 영역(61)을 구비하는 방사 차단/보강층(60)이 방사 흡수층(66) 위에 배치된다. 제 1 프레임화 방사 투과 영역(61)은 원하는 칩에 대한 노출 범위와 부합한다.

선택에 따라, 마스크는 폴리머 재료층과 같은 방사 차단/보강층(60) 위에 형성된 부가적인 보호층 또는 보호막(67)을 더 포함할 수도 있다. 보호막은 바람직하게 투과 마스크 프레임화 영역(61)을 포함하는 차단/보강층의 전체 표면 위로 확장하며, 하나 이상의 박막 통풍 채널들(pelicle ventilation channels)(68)을 포함할 수도 있다.

또한 선택에 따라, 제 2 방사 차단/보강층(62)이 멤브래인(56)의 아래면 상에 배치된다. 제 2 차단/보강층(62)은 또한 제 2 프레임화 방사 투과 영역(63)을 구비하며, 이 투과 영역(63)은 제 1 프레임화 투과 영역과 실질적으로 동일하며 이와 정렬된다. 이 제 2 층은 X-선 표유 방사(X-ray stray radiation)의 차단/보강을 개선하며 제 1 차단/보강층(60)의 존재로 인한 박막(pelicle) 상의 변형을 밸런싱하도록 작용한다.

제 2 방사 차단/보강층(62)은 마스크 내의 패턴의 배율(magnification)을 조절하기 위한 수단(64)을 더 포함할 수 있다. 그러한 수단(64)은 압전 박막(piezoelectric films) 또는 액츄에이터(actuators)일 수 있으며, 말도나도(Maldonado)의 미국 특허 제 4,964,145 호에 개시된 바와 같이 배율 오차들을 정정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 동일한 목적으로 자왜층(magnetostrictive layer)이 사용될 수도 있다. 그러한 자왜층들은 전형적으로 외부에서 액츄에이트되고 이미지(image) 사이즈를 조절하기 위해 제어된 방식으로 스트레스를 인가하여 멤브래인을 변형시키도록 작용한다.

이와 다른 실시예에 있어서, 멤브래인 변형 요소들이 차단/보강층 내에 매립될 수도 있다.

디밀리아 등(DiMilia et al.)의 미국 특허 제 5,155,749 호에 개시된 바와 같이, 전술한 동일 목적으로 차단/보강층이 매립된 가열(heating) 요소를 또한 포함할 수도 있다. 마지막으로, 그 조절 수단을 구비한 층은 차단/보강층이 아닐 수도 있다.

도 6a에는 도 6에 도시된 것과 동일한 마스크 구조가 도시되지만, 본 실시예에 있어서의 지지용 베이스(24')는 원형이라기 보다는 사각형이다.

이와 다른 바람직한 실시예에 있어서, 마스크 제조 공정을 변경함으로써 방사 흡수 재료들과 차단/보강층들이 웨이퍼 상에 증착된 후에까지, 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 단계를 유지하여 멤브래인을 생성하도록 한다. 이는, 이들 단계들이 통상적으로 얇은 멤브래인 상에서 달성하기 어려운 증착 온도의 정밀한 제어를 필요로하기 때문에 유리하다. 매우 얇은 멤브래인은 질량을 거의 갖지 않으므로 웨이퍼의 나머지 요소에 비해 이를 일정한 온도로 유지시키기가 더 어렵다. 따라서, 웨이퍼의 대부분을 제거하여 멤브래인을 형성하는 에칭 단계 이전에 이들 단계가 수행되는 경우, 일정한 온도로 유지하기 쉬운 훨씬 더 두꺼운 기판 상에서 이들 단계가 수행된다.

본 발명은 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 당업자라면 첨부된 특허 청구에 개시된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 많은 변형이 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 마스크 변형에 대해 상당한 저항력을 가지며 원하는 사이즈의 칩에 대한 마스크를 제공하기 위해 커다란 표준화된 사이즈의 멤브레인을 사용하는 X-선 마스크가 제공된다.

Claims

칩 상에 원하는 패턴(pattern)을 노출시키는 리소그래피 공정(lithography process)에 사용하기 위한 노출 마스크(expose mask)에 있어서,

a) 평행한 상부면과 하부면을 구비하는 실질적인 X-선(X-ray) 불투과 기판 ― 상기 X-선 불투과 기판은 상부면과 하부면을 구비하는 X-선 투과 멤브래인(membrane)을 또한 포함함 ― 과,

b) 원하는 패턴을 포함하는 상기 멤브래인 상의 X-선 흡수 재료층과,

c) 상기 원하는 노출 영역과 정렬되고 상기 노출 영역에 상응하는 제 1 X-선 투과 마스크 프레임 영역을 구비하며, 상기 X-선 불투과 몸체의 상부면과 상기 멤브래인 상부면의 적어도 일부분 위에 있는 제 1 X-선 차단/보강층

을 포함하는 노출 마스크.
제 1 항에 있어서,

상기 X-선 차단/보강층은 내화성 금속(refractory metal)을 포함하는 노출 마스크.
제 1 항에 있어서,

상기 기판은 메사(mesa)를 포함하고 상기 멤브래인은 상기 메사 내에 포함되는 노출 마스크.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 X-선 차단/보강층은 상기 메사 위에 있는 노출 마스크.
제 3 항에 있어서,

상기 기판은 지지용 베이스(base)에 부착되고, 상기 메사는 상기 기판을 상기 지지용 베이스에 부착시키는 단계에 후속하여 상기 기판 상부면 위의 소정의 레벨(level)까지의 높이로 확장함으로써 상기 멤브래인 상부면 상의 모든 포인트들(points)이 상기 기판 상부면 위에 있게 되는 노출 마스크.
제 5 항에 있어서,

상기 기판은 원형의 웨이퍼이고 상기 지지용 베이스는 NIST 링(ring)을 포함하는 노출 마스크.
제 3 항에 있어서,

상기 멤브래인은 상기 메사 위에 성장된 층을 포함하는 노출 마스크.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 프레임 영역과 정렬된 제 2 프레임 영역을 포함하는 제 2 X-선 차단/보강층을 상기 멤브래인의 하부면 상에 더 포함하는 노출 마스크.
제 8 항에 있어서,

상기 제 2 프레임 영역은 상기 제 1 프레임 영역과 동일한 공간에 걸쳐 있는 노출 마스크.
제 1 항에 있어서,

외부에서 액츄에이트된(actuated) 멤브래인 변형 요소를 포함하는 이면층(a back layer)을 상기 하부 멤브래인 표면 상에 더 포함하는 노출 마스크.
제 8 항에 있어서,

상기 제 2 차단/보강층은 외부에서 액츄에이트된 멤브래인 변형 요소를 포함하는 노출 마스크.
제 5 항에 있어서,

상기 지지용 베이스는 사각형인 노출 마스크.