KR19990075742A - Thermal deformation preventing device of X-ray mask for exposure process for semiconductor manufacturing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조를 위한 노광장치에 있어서, 엑스선 조사(照射)에 의해 마스크의 멤브레인이 열적 변형을 일으키는 현상을 억제하므로써, 노광시 발생하는 패턴 불량을 방지할 수 있도록 한 것이다.In the exposure apparatus for semiconductor manufacturing, this invention prevents the pattern defect which arises at the time of exposure by suppressing the phenomenon which the film | membrane of a mask thermally deforms by X-ray irradiation.
이를 위해, 본 발명은 엑스선을 평행하게 인입시키기 위한 빔 라인(1) 하부에, 엑스선 투과체인 멤브레인(21)과 엑스선 흡수체(22) 및 멤브레인 고정체(23)가 구비된 엑스선 마스크(2)가 설치되는 반도체 노광 장치에 있어서; 상기 멤브레인(21) 영역 상부에 가스 유입구(31) 및 가스 유출구(32)를 갖는 압력커버(3)가 설치되고, 상기 압력커버(3)의 가스 유입구(31)에는 가스공급라인(4)이 연결되며, 상기 가스공급라인(4) 상에는 가스공급라인(4)을 통해 압력커버(3) 내부 공간으로 유입되는 가스의 유량을 제어하는 질량유량조절기(5)가 설치되고, 상기 압력커버(3)에는 커버 내부의 압력을 검출하는 압력검출센서(6)가 설치되며, 상기 압력검출센서(6)에는 상기 압력검출센서(6)에 의해 검출된 압력값을 전달받아 엑스선 조사시간에 따른 멤브레인(21)의 팽창률을 억제하는데 필요한 압력값 데이터와 비교하여 상기 압력커버(3) 내부의 압력이 엑스선 조사시간에 따른 멤브레인(21)의 팽창 억제에 필요한 압력값과 일치하도록 질량유량조절기(5)를 제어하는 컨트롤러(7)가 연결되는 반도체 제조를 위한 노광 공정용 엑스선 마스크 열적 변형 방지장치이다.To this end, according to the present invention, an X-ray mask 2 having a membrane 21, an X-ray transmissive member 22, and a membrane fixture 23 is provided under the beam line 1 for introducing X-rays in parallel. A semiconductor exposure apparatus provided; A pressure cover 3 having a gas inlet 31 and a gas outlet 32 is installed above the membrane 21 region, and a gas supply line 4 is provided at the gas inlet 31 of the pressure cover 3. The mass flow controller 5 is connected to the gas supply line 4 to control the flow rate of the gas flowing into the space inside the pressure cover 3 through the gas supply line 4, and the pressure cover 3. The pressure detection sensor 6 is installed in the cover to detect the pressure inside the cover, and the pressure detection sensor 6 receives the pressure value detected by the pressure detection sensor 6 according to the X-ray irradiation time. Compared to the pressure value data necessary to suppress the expansion rate of 21), the mass flow regulator 5 is adjusted so that the pressure inside the pressure cover 3 matches the pressure value required to suppress the expansion of the membrane 21 according to the X-ray irradiation time. Semiconductor to which controller 7 to control is connected An X-ray exposure process, a mask for thermal deformation prevention unit for the tank.
Description
본 발명은 반도체 제조를 위한 노광 공정용 엑스선 마스크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엑스선 조사에 의해 마스크의 투과체인 멤브레인(membrane)이 열적 변형을 일으키게 되므로써 일어나는 패턴 불량을 방지할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an X-ray mask for an exposure process for semiconductor manufacturing, and more particularly, to prevent pattern defects caused by thermal deformation of a membrane (membrane), which is a transmission body of the mask, by X-ray irradiation.
일반적으로, 종래의 노광장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 엑스선을 평행하게 인입시키는 빔 라인(1)(beam line)의 끝단에 상기 빔 라인(1) 내부의 진공도를 유지하기 위한 창이 설치되고, 그 하부에는 엑스선 마스크(2)가 설치된다.In general, as shown in FIG. 1, a conventional exposure apparatus is provided with a window for maintaining a degree of vacuum inside the beam line 1 at an end of the beam line 1 which introduces X-rays in parallel, The X-ray mask 2 is provided below.
이 때, 상기 빔 라인(1)의 종단에 설치된 창(8)은 엑스선이 잘 통과하도록 베릴륨 재질로 제작되며, 상기 엑스선 마스크(2)는 좌·우로 원하는 값에 따라 움직일 수 있는 스테이지(도시는 생략함)에 설치되어 그 위치의 조정이 일정 범위내에서 가능하게 된다.In this case, the window 8 installed at the end of the beam line 1 is made of beryllium material so that the X-rays pass through well, and the X-ray mask 2 may move left and right according to a desired value. Omitted), and its position can be adjusted within a certain range.
한편, 상기 엑스선 마스크(2)는 멤브레인(21)이라 불리우는 2∼4㎛ 두께의 실리콘 또는 실리콘 카바이트 또는 보론나이트라이드 등으로 된 투과체인 단결정 물질과, 상기 멤브레인(21)의 일측면에 부착되는 패턴 형상의 금(Au)·텅스텐(W)·몰리브덴(Mo) 등으로 된 금속재질의 흡수체(22)와, 상기 멤브레인(21)이 고정되는 파이렉스 또는 합성석영으로 된 멤브레인 고정체(23)로 구성된다.On the other hand, the X-ray mask 2 is a single crystal material, which is a transmission body made of silicon or silicon carbide, boron nitride, or the like having a thickness of 2 to 4 μm, called the membrane 21, and a pattern attached to one side of the membrane 21. It consists of a metal absorber 22 made of gold (Au), tungsten (W), molybdenum (Mo), etc., and a membrane fixture 23 made of pyrex or synthetic quartz to which the membrane 21 is fixed. do.
이와 같이 구성된 종래의 노광장치를 이용한 노광 공정은 다음과 같이 이루어지게 된다.The exposure process using the conventional exposure apparatus configured as described above is performed as follows.
빔 라인(1)의 베릴륨 창(8)을 통과한 엑스선중 흡수체(22)의 영역을 지나는 엑스선은 멤브레인(21) 상에 부착된 흡수체(22)에 의해 흡수되고, 흡수체(22)를 제외한 영역을 지나는 엑스선은 멤브레인(21)을 관통하게 된다.The X-rays passing through the region of the absorber 22 in the X-rays passing through the beryllium window 8 of the beam line 1 are absorbed by the absorber 22 attached on the membrane 21 and are excluded from the absorber 22. X-rays passing through the membrane 21 pass through the membrane 21.
이에 따라, 상기 흡수체(22)와 멤브레인(21)의 조합에 의해 형성된 마스크 상의 패턴은 웨이퍼로 전사된다.Accordingly, the pattern on the mask formed by the combination of the absorber 22 and the membrane 21 is transferred to the wafer.
즉, 노광을 위해 마스크(2)쪽으로 엑스선을 조사(照射)시, 멤브레인(21)과 흡수체(22)의 물리적 특성에 의해서 빛의 투과 영역 및 차단 영역이 형성되고, 이에 따라 마스크(2) 상의 패턴이 웨이퍼로 전사(傳寫)된다.That is, when X-rays are irradiated toward the mask 2 for exposure, a light transmission region and a blocking region are formed by the physical characteristics of the membrane 21 and the absorber 22. The pattern is transferred to the wafer.
그러나, 이와 같은 종래의 반도체 제조용 웨이퍼 노광장치는 파장이 짧은 엑스선이 모든 물체에 조사되면 투과체이든 흡수체이든 엑스선과의 상호작용으로 인해 열을 발생하게 되고, 이열은 재료의 팽창을 일으켜 패턴의 변형을 야기하게 된다.However, such a conventional wafer exposure apparatus for semiconductor manufacturing generates heat when X-rays with short wavelengths are irradiated on all objects, due to interactions with X-rays, whether transmissive or absorbent, and this heat causes material expansion to deform the pattern. Will cause.
특히, 투과체인 멤브레인(21)의 한쪽 면상에만 흡수체(22)가 부착되어 있으므로, 멤브레인(21)에 양쪽면중 흡수체(22)가 부착된 쪽의 팽창계수가 그렇지 아니한 쪽보다 커며, 이에 따라 도 2에 나타낸 바와 같이 흡수체(22)가 부착된 쪽이 볼록한 형상을 이루도록 멤브레인(21)이 변형되는 것을 알 수 있다.In particular, since the absorber 22 is attached only on one side of the membrane 21, which is a permeable body, the expansion coefficient of the absorber 22 attached to both sides of the membrane 21 is larger than the other side. As shown in Fig. 2, it can be seen that the membrane 21 is deformed so that the side to which the absorber 22 is attached has a convex shape.
즉, 엑스선의 여기(勵起) 작용에 의해 팽창한 멤브레인(21)의 변형은 패턴의 변형을 야기하게 되며, 이는 반도체 제조를 위한 노광 공정의 수율 저하를 야기하게 되는 등 많은 문제점이 있었다.That is, the deformation of the expanded membrane 21 by the excitation action of X-rays causes a deformation of the pattern, which causes a lot of problems, such as a decrease in the yield of the exposure process for semiconductor manufacturing.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 노광을 위한 엑스선 조사에 의해 발생하는 멤브레인의 열적 변형을 방지하여, 패턴 불량을 방지하므롬써 반도체 제조를 위한 노광 공정의 수율을 높일 수 있도록 한 엑스선 마스크의 열적 변형 방지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, to prevent thermal deformation of the membrane caused by the X-ray irradiation for exposure, to prevent the pattern defect X-rays to increase the yield of the exposure process for semiconductor manufacturing It is an object of the present invention to provide a device for preventing thermal deformation of a mask.
도 1은 종래 기술장치의 요부를 나타낸 종단면도1 is a longitudinal sectional view showing the main part of a prior art device;
도 2는 종래 기술장치에서 발생하는 문제점을 나타낸 종단면도Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view showing a problem occurring in the prior art device
도 3은 본 발명에 따른 기술장치의 요부를 나타낸 종단면도3 is a longitudinal sectional view showing main parts of the technical apparatus according to the present invention;
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
1:빔 라인 2:엑스선 마스크1: beam line 2: X-ray mask
21:멤브레인 22:엑스선 흡수체21: membrane 22: X-ray absorber
23:멤브레인 고정체 3:압력커버23: membrane fixed body 3: pressure cover
31:가스 유입구 32:가스 유출구31: gas inlet 32: gas outlet
4:가스공급라인 5:질량유량조절기4: Gas supply line 5: Mass flow regulator
6:압력검출센서 7:컨트롤러6: Pressure detection sensor 7: Controller
8:창8: window
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 엑스선을 평행하게 인입시키기 위한 빔 라인 하부에, 엑스선 투과체인 멤브레인과 상기 멤브레인 일측면에 부착되는 엑스선 흡수체 및 상기 멤브레인이 고정되는 멤브레인 고정체가 구비된 엑스선 마스크가 설치되는 반도체 노광 장치에 있어서; 상기 멤브레인 영역 상부에 가스 유입구 및 가스 유출구를 갖는 압력커버가 설치되고, 상기 압력커버의 가스 유입구에는 가스공급라인이 연결되며, 상기 가스공급라인 상에는 가스공급라인을 통해 압력커버 내부 공간으로 유입되는 가스의 유량을 제어하는 질량유량조절기가 설치되고, 상기 압력커버에는 커버 내부의 압력을 검출하는 압력검출센서가 설치되며, 상기 압력검출센서에는 상기 압력검출센서에 의해 검출된 압력값을 전달받아 엑스선 조사시간에 따른 멤브레인의 팽창률을 억제하는데 필요한 압력값 데이터와 비교하여 상기 압력커버 내부의 압력이 엑스선 조사시간에 따른 멤브레인의 팽창 억제에 필요한 압력값과 일치하도록 질량유량조절기를 제어하는 컨트롤러가 연결됨을 특징으로 하는 반도체 제조를 위한 노광 공정용 엑스선 마스크의 열적 변형 방지장치이다.In order to achieve the above object, the present invention is an X-ray having an X-ray transmissive membrane, an X-ray absorber attached to one side of the membrane and a membrane fixture to which the membrane is fixed, under the beam line for parallel introduction of X-rays. A semiconductor exposure apparatus provided with a mask; A pressure cover having a gas inlet and a gas outlet is installed above the membrane region, and a gas supply line is connected to the gas inlet of the pressure cover, and a gas introduced into the space inside the pressure cover through a gas supply line on the gas supply line. A mass flow controller is provided to control the flow rate of the gas, and the pressure cover is provided with a pressure detection sensor for detecting the pressure inside the cover, and the pressure detection sensor receives the pressure value detected by the pressure detection sensor and receives X-ray irradiation. The controller is connected to control the mass flow controller so that the pressure inside the pressure cover matches the pressure value required to suppress the expansion of the membrane according to the X-ray irradiation time, compared to the pressure value data necessary to suppress the expansion rate of the membrane over time. X-ray exposure process for semiconductor manufacturing A thermal deformation prevention unit of size.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부도면 도 3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 장치중 종래기술에서 언급한 부분과 같은 구성을 갖는 부분에 대해서는 그 설명을 생략하는 한편 동일 부호를 부기한다.In the apparatus of the present invention, parts having the same configuration as those mentioned in the prior art will be omitted and the same reference numerals will be given.
도 3은 본 발명에 따른 기술장치의 요부를 나타낸 종단면도로서, 본 발명은 엑스선을 평행하게 인입시키기 위한 빔 라인(1) 하부에, 엑스선 투과체인 멤브레인(21)과 상기 멤브레인(21) 일측면에 부착되는 엑스선 흡수체(22) 및 상기 멤브레인(21)이 고정되는 멤브레인 고정체(23)가 구비된 엑스선 마스크(2)가 설치되는 반도체 노광 장치에 있어서; 상기 멤브레인(21) 상부에, 상기 멤브레인(21)과의 사이에 가스가 채워지는 공간부를 형성하는 한편 가스 유입구(31) 및 가스 유출구(32)를 가지는 압력커버(3)가 설치되고, 상기 압력커버(3)의 가스 유입구(31)에는 가스공급라인(4)이 연결되며, 상기 가스공급라인(4) 상에는 가스공급라인을 통해 압력커버(3) 내부 공간으로 유입되는 가스의 유량을 제어하는 질량유량조절기(5)(MFC: Mass Flow Controller)가 설치되고, 상기 압력커버(3)에는 커버 내부의 압력을 검출하는 압력검출센서(6)가 설치되며, 상기 압력검출센서(6)에는 상기 압력검출센서(6)에 의해 검출된 압력값을 전달받아 엑스선 조사시간에 따른 멤브레인(21)의 팽창률을 억제하는데 필요한 압력값 데이터와 비교하여 상기 압력커버(3) 내부의 압력이 엑스선 조사시간에 따른 멤브레인(21)의 팽창 억제에 필요한 압력값과 일치하도록 질량유량조절기(5)를 제어하는 컨트롤러(7)가 연결되어 구성된다.3 is a longitudinal cross-sectional view showing the main part of the technical apparatus according to the present invention, the present invention is a membrane 21 and the one side surface of the membrane 21, which is an X-ray transmission under the beam line (1) for introducing the X-rays in parallel A semiconductor exposure apparatus provided with an X-ray mask (2) provided with an X-ray absorber (22) attached to it and a membrane fixture (23) to which the membrane (21) is fixed; On the membrane 21, a pressure cover 3 having a gas inlet 31 and a gas outlet 32 is formed while forming a space part in which gas is filled between the membrane 21. The gas supply line 4 is connected to the gas inlet 31 of the cover 3, and the gas supply line 4 controls the flow rate of the gas introduced into the space inside the pressure cover 3 through the gas supply line. A mass flow controller 5 (MFC: Mass Flow Controller) is installed, and the pressure cover 3 is provided with a pressure detection sensor 6 for detecting the pressure inside the cover, and the pressure detection sensor 6 is When the pressure value detected by the pressure detection sensor 6 is received and the pressure value data necessary to suppress the expansion rate of the membrane 21 according to the X-ray irradiation time is compared with the pressure value inside the pressure cover 3 at the X-ray irradiation time. Necessary for suppressing expansion of membrane 21 according to It consists of a controller 7 for controlling the mass flow controller (5) to ensure the pressure values is connected.
이 때, 상기 가스공급라인(4)으로 공급되는 유체는 압축공기 또는 질소로서, 상기 가스공급라인(4)으로 공급되는 가스의 온도는 멤브레인(21)의 온도보다 낮은 것이 바람직하다.At this time, the fluid supplied to the gas supply line 4 is compressed air or nitrogen, the temperature of the gas supplied to the gas supply line 4 is preferably lower than the temperature of the membrane (21).
또한, 상기 압력커버(3)는 그 재질이 석영(Quartz) 또는 베릴륨(Beryllium)으로 되어, 엑스선 투과를 방해하지 않도록 구성된다.In addition, the pressure cover 3 is made of quartz (Quartz) or beryllium, the material is configured not to interfere with the X-ray transmission.
이와 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.The operation of the present invention configured as described above is as follows.
노광을 위해 마스크(2)쪽으로 엑스선을 조사(照射)시, 멤브레인(21)과 흡수체(22)의 물리적 특성에 의해서 빛의 투과 영역 및 차단 영역이 형성되고, 이에 따라 마스크 상의 패턴이 웨이퍼로 전사(傳寫)된다.When X-rays are irradiated toward the mask 2 for exposure, the transmission and blocking regions of light are formed by the physical characteristics of the membrane 21 and the absorber 22, and thus the pattern on the mask is transferred to the wafer. (I) become
한편, 파장이 짧은 엑스선이 모든 물체에 조사되면 투과체이든 흡수체(22)이든 엑스선과의 상호작용으로 인해 열(熱)을 발생하게 되는데, 엑스선의 계속적인 조사시 열은 재료의 팽창을 일으키게 된다.On the other hand, when X-rays with short wavelengths are irradiated to all objects, heat is generated due to interaction with X-rays, whether it is the transmissive body or the absorber 22, and heat continuously causes the material to expand during the X-ray irradiation. .
이 때, 본 발명에서는 이를 방지하기 위해 압력커버(3) 내부의 공간으로 작업실 내부의 공기보다 온도가 낮은 압축공기 또는 가스를 주입함과 더불어, 멤브레인(21)의 팽창 정도에 비례하여 압력커버(3) 내부로 주입되는 압축공기 또는 가스량을 조절하여 압력커버(3) 내부의 압력을 제어하므로써 멤브레인의 팽창을 방지하게 된다.In this case, in order to prevent this, the compressed air or gas having a lower temperature than the air inside the working room is injected into the space inside the pressure cover 3, and the pressure cover (proportional to the expansion degree of the membrane 21) 3) By controlling the amount of compressed air or gas injected into the inside of the pressure cover 3 to control the pressure inside the membrane to prevent expansion.
즉, 압축공기 또는 질소 등의 유체를 압력커버(3) 내로 주입함에 따라 멤브레인(21)의 팽창부에 압력이 가해지는 한편, 이 때의 유체의 온도는 작업실 온도보다 낮으므로 인해 멤브레인(21)의 열을 냉각시키는 작용을 하게 되며, 이에 따라 멤브레인(21)의 팽창이 억제된다.That is, the pressure is applied to the inflation portion of the membrane 21 by injecting a fluid such as compressed air or nitrogen into the pressure cover 3, while the temperature of the fluid at this time is lower than the chamber temperature, so that the membrane 21 It serves to cool the heat of, thereby preventing the expansion of the membrane (21).
한편, 상기 압력커버(3)와 멤브레인(21) 사이의 공간으로 주입되는 가스량의 제어는 다음과 같이 이루어진다.On the other hand, the control of the amount of gas injected into the space between the pressure cover 3 and the membrane 21 is performed as follows.
먼저, 압력커버(3)에 설치된 압력검출센서(6)의 작용에 의해 압력커버(3) 내부의 압력값이 검출되고, 검출된 압력커버(3) 내부의 압력값은 컨트롤러(7)로 전달된다.First, the pressure value inside the pressure cover 3 is detected by the action of the pressure detection sensor 6 installed in the pressure cover 3, and the detected pressure value inside the pressure cover 3 is transmitted to the controller 7. do.
이에 따라, 상기 컨트롤러(7)에서는 엑스선 조사시간에 따른 멤브레인(21)의 팽창 억제를 위해 필요한 압력값 데이터와 검출된 압력값을 비교하여 두 값이 일치할 수 있도록 질량유량조절기(5)를 동작시켜 가스공급라인(4)의 관로를 적절히 개폐하게 된다.Accordingly, the controller 7 compares the pressure value data necessary for suppressing the expansion of the membrane 21 with the X-ray irradiation time and the detected pressure value, and operates the mass flow regulator 5 so that the two values coincide. In this way, the pipeline of the gas supply line 4 is properly opened and closed.
즉, 엑스선 조사시간에 따른 멤브레인(21)의 팽창률 데이터 값에 따른 멤브레인(21)의 팽창억제를 위한 압력값과 압력검출센서(6)에 의해 검출된 압력커버(3) 내부의 실제 압력값을 비교하여 동일할 경우에는 질량유량조절기(5)를 그대로 유지하고, 그렇지 않고 압력값이 차이를 보일 경우에는 압력커버(3) 내부의 실제 압력이 멤브레인(21)의 팽창억제를 위한 압력값과 동일한 압력이 되도록 질량유량조절기(5)를 제어하여 압력커버(3) 내부로 유입되는 압축공기 또는 질소가스의 양을 증감시키게 된다.That is, the pressure value for suppressing the expansion of the membrane 21 according to the expansion rate data value of the membrane 21 according to the X-ray irradiation time and the actual pressure value inside the pressure cover 3 detected by the pressure detection sensor 6 are measured. If the comparison is the same, the mass flow regulator 5 is kept as it is. Otherwise, if the pressure value is different, the actual pressure inside the pressure cover 3 is equal to the pressure value for suppressing the expansion of the membrane 21. The mass flow regulator 5 is controlled to be a pressure to increase or decrease the amount of compressed air or nitrogen gas flowing into the pressure cover 3.
따라서, 본 발명은 종래와는 달리 멤브레인(21)의 열적 변형량에 비례해서 가스의 흐름과 압력을 자동적으로 조절하여 마스크(2)의 변형을 방지하므로써 패턴 불량을 방지할 수 있게 된다.Therefore, unlike the related art, the pattern defect can be prevented by preventing the deformation of the mask 2 by automatically adjusting the flow and pressure of the gas in proportion to the amount of thermal deformation of the membrane 21.
이상에서와 같이, 본 발명은 엑스선 조사에 의해 마스크(2)의 멤브레인(21)이 열적 변형을 일으키게 되므로써 일어나는 패턴 불량을 방지할 수 있도록 한 것이다.As described above, the present invention is to prevent the pattern defect caused by the thermal deformation of the membrane 21 of the mask 2 by the X-ray irradiation.
즉, 노광을 위한 엑스선 조사시 발생하는 멤브레인(21)의 열적 변형을 상대적으로 온도가 낮은 압축공기를 이용하여 억제시키므로써, 패턴 불량을 방지하며, 나아가 반도체 제조시의 수율을 높일 수 있게 된다.That is, by suppressing thermal deformation of the membrane 21 generated during X-ray irradiation for exposure using relatively low temperature compressed air, it is possible to prevent pattern defects and further increase the yield in manufacturing a semiconductor.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |