KR20010051502A - 포토리소그래피 포토마스크의 보호용 프레임식 펠리클 - Google Patents

Abstract

프레임식 펠리클을 장착하여 먼지로부터 보호되는 패턴-유지 포토마스크를 통하여 단파장 자외선에 패턴형 노출시키는 포토레지스트층의 포토리소그래피 패턴화 방식이 개선된다. 산소에 의한 단파장 자외선의 흡수 및 포토마스크와 프레임식 펠리클로 둘러싸인 공간 내의 산소와 단파장 자외선과의 반응에 기인한 문제점들을 극복하기 위하여, 프레임식 펠리클은 자외선 노출의 수행시에 이를 통해 내부 공기를 질소로 치환할 수 있는 적어도 두 개의 통기구를 프레임 내에 구비한다. 이 구멍은 필터부재로 덮이는 것이 바람직하며, 또한 질소와 같은 불활성가스의 공급원에 접속되는 가스 노즐을 갖춘 커버부재로 더 덮이는 것이 바람직하다.

Description

포토리소그래피 포토마스크의 보호용 프레임식 펠리클 {FRAMED PELLICLE FOR PROTECTION OF PHOTOLITHOGRAPHIC PHOTOMASK}

본 발명은 포토리소그래피 포토마스크의 보호를 위한 신규한 프레임식 펠리클에 관한 것이며, 보다 상세하게는 LSI, VLSI, 액정표시판 등의 제조 공정에서 패턴-유지 포토마스크를 통과한 자외선과 같은 화학선에 대해 포토레지스트층을 패턴형 노출시키는 포토리소그래피 패턴화 기법에 사용되는 포토마스크의 방진을 위한 프레임식 펠리클에 관한 것이다.

포토리소그래피는 액정표시판은 물론, LSI, VLSI 등의 정밀한 반도체 장치의 제조공정에 자주 이용되는 확실한 기법으로서, 기판의 표면에 형성된 포토레지스트층이 포토레지스트층상에 장착되거나 그 위에서 유지되는 패턴-유지 투과부('포토마스크'로 칭함)를 통과한 자외선과 같은 화학선에 대해 패턴형 노출됨으로써, 패턴형 노출된 포토레지스트층이 현상처리되는 기법이다.

포토리소그래피 기법에 있어서의 한가지 심각한 문제점은 아무리 고도로 청결한 실내에서라도 패턴-유지 포토마스크상에 먼지입자가 증착된다는 것이며, 일단 포토마스크상에 먼지가 증착되면 노출광의 흡수, 불규칙 반사 및 산란을 피할 수 없어 레지스트층의 패턴화의 질이 저하되기 때문에, 포토리소그래피의 방법을 이용하여 제조되는 장치들의 성능에 나쁜 영향을 미친다.

고도로 청결한 실내에서조차도 포토마스크상에 먼지입자가 증착되는 것을 완전하게 방지할 수 없다는 점으로 인해, 포토리소그래피에서 시도된 종래의 대책은 포토마스트상에 프레임식 펠리클을 장착하고 프레임식 펠리클의 펠리클 멤브레인을 투과하는 자외선으로 포토마스크를 통해 포토레지스트층의 패턴형 방사를 수행한다. 여기에 수반되는 프레임식 펠리클은 스테인레스강, 알루미늄 등과 같은 강성재료의 직사각형 또는 원형 프레임(이하, 펠리클 프레임으로 칭함) 및 얇은 고투과성 플라스틱수지막(이하, 펠리클 멤브레인으로 칭함)으로 구성된 일체식 장치이며, 상기 펠리클 프레임은 비교적 작은 높이를 가지며 서로 평행한 두 개의 단부면을 가지고, 상기 플라스틱수지막은 펠리클 프레임의 평행한 단부면 중의 어느 한 단부면에 팽팽하게 펼쳐져서 접착된다.

도 1 은 강성재료의 직사각형 또는 원형 펠리클 프레임(2), 및 펠리클 프레임(2)의 일단부면에 접착제층(3)을 통해 팽팽하게 펼쳐져서 접착되는 펠리클 멤브레인인 얇은 고투과성 플라스틱수지막(1)으로 구성된 종래의 프레임식 펠리클의 수직 단면도를 도시하고 있다. 펠리클 프레임(2)의 타단부면은 감압(pressure- sensitive) 접착제로 도포되어 접착제층(4)을 형성하며, 이에 의해 포토마스크(5) 상에 장착되는 프레임식 펠리클이 탈착가능한 방식으로 제위치에 고정된다.

프레임식 펠리클이 포토마스크(5) 상에 장착되면, 먼지입자는 절대로 포토마스크(5)상에 직접 떨어지지는 않지만 펠리클 멤브레인(1)의 상면에 증착된다. 자외선과 같은 노출광이 펠리클 멤브레인(1)상의 먼지입자에 초점맞춰지는 것이 아니라 펠리클 멤브레인(1)보다 적어도 수밀리미터 아래에 있는 패턴-유지 포토마스크(5)에 초점맞춰지기 때문에, 펠리클 멤브레인(1)에 증착된 먼지입자는 패턴화의 품질에 특별한 악영향을 미치지는 않는다.

펠리클 멤브레인(1)의 재료는 노출광에 대한 고투과성을 갖는 양호한 기계적 강도의 박막을 제공할 수 있는 플라스틱수지이기만 하다면 특별히 제한되지 않는다. 적당한 플라스틱수지의 예로는 니트로셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트 및 플루오르화 탄소 수지가 있다. 펠리클 프레임(2)의 재료의 예로는 알루미늄, 스테인레스강 및 폴리에틸렌이 있다. 펠리클 멤브레인(1)은 공지의 방법으로 펠리클 프레임(2)의 일단부면에 접착된다. 예를 들면, 펠리클 멤브레인(1)의 플라스틱수지에 대한 양호한 용해력을 갖는 용매로 펠리클 프레임(2)의 단부면을 도포하고, 팽팽하게 펼쳐진 펠리클 멤브레인(1)을 용매가 완전히 증발하기 전에 펠리클 프레임(2)의 단부면과 접촉시킨다(일본특허공개공보 소58-219023 호 참조). 물론 이와 달리, 아크릴 수지기저, 에폭시 수지기저, 및 플루오르화 탄소 중합체기저 접착제 등의 접착제를 이용하여 펠리클 프레임(2)의 단부면에 펠리클 멤브레인(1)을 접착시킬 수도 있다. 펠리클 멤브레인(1)에 대향인 펠리클 프레임(2)의 타단부면은 감압 접착제(4)로 도포되어, 프레임식 펠리클이 포토마스크(5)의 표면에 고정된다. 적당한 감압 접착제의 예로는 폴리부탄 수지기저, 폴리비닐 아세테이트기저, 아크릴 수지기저 및 실리콘 수지기저 접착제가 있다(미국특허 제 4,861,402호, 일본특허공고공보 소63-27707호 및 일본특허공개공보 평7-168345호 참조). 감압 접착제층(4)이 형성되면, 프레임식 펠리클을 사용하기 전까지 분리식 종이시트를 접착제층(4)의 끈적한 표면에 부착하여 일시적으로 보호하는 것이 바람직하다.

최근, 더 우수한 해상도에 대한 포토리소그래피 패턴화 기법에서의 요구에 따라서, 이 요구를 만족시키기 위한 최신 포토리소그래피의 괄목할만한 추세는, 짧은 파장의 광을 방사하는 광원을 이용하여 포토레지스트층의 패턴형 광노출이 이루어지고 있다는 점이다. 보다 구체적으로 말하면, 436 nm 파장의 g-선 및 365 nm 파장의 i-선 UV광이 현재, 248 nm 파장의 KrF 엑시머 레이저빔과 같은 원자외선으로 변경되는 과정에 있으며, 가까운 장래에는 193 nm 파장의 ArF 엑시머 레이저빔과 같은 진공 자외선으로 변경될 것이다. 심지어 158 nm 파장의 F₂엑시머 레이저빔에 의하여, 가까운 장래에 한층 미세한 패턴 해상도를 달성할 수 있는 가능성이 높아졌다.

그러나, 포토레지스트층의 패턴작업을 위한 노출광으로서 전술한 짧은 파장의 레이저빔을 사용하는 것은 몇 가지 단점을 갖는다. 예를 들면, 공기 중의 산소가 레이저빔의 파장영역 내에 흡수대를 갖기 때문에 포토마스크로의 광로에 존재하는 공기에 의해 레이저빔의 상당 부분이 흡수된다.

물론, 노출광원으로서 짧은 파장의 레이저빔을 사용할 때 수반되는 이러한 문제점은 레이저빔 방사체(emitter)를 장착한 노출장치의 광로로부터 산소를 완전하게 제거하거나 또는 질소가스로 광로를 충진시킴으로써 대체적으로 해결될 수 있다. 즉, 어떠한 악영향도 나타내지 않을 정도의 산소 농도를 보장하도록, 노출장치의 내부의 공기가 반도체 규소 웨이퍼 또는 포토마스크를 내부로 도입하거나 세팅한 후에 질소로 완전히 치환되어야 한다.

그러나, 포토마스크(5) 상에 프레임식 펠리클이 장착된 경우, 펠리클 멤브레인(1), 펠리클 프레임(2) 및 포토마스크(5)에 의해 둘러싸인 공간(10)은 필연적으로 폐쇄공간이 되기 때문에, 일단 프레임식 펠리클을 장착한 포토마스크(5)가 노출장치 내에 세팅되면, 폐쇄공간 내의 공기는 포토마스크상에 프레임식 펠리클을 장착하는 장치제조설비의 포토마스크샵에서 미리 질소가스로 치환되지 않는 한 폐쇄공간 내의 공기를 질소가스로 치환하는 것이 더 이상 불가능하다.

또한, 펠리클 프레임(2)의 하단부면 상에 접착제층(4)을 형성하는 감압 접착제로부터 임의의 유기가스물질이 방출되는 경우에는, 포토마스크(5) 위의 폐쇄공간을 채우게 되어서 이 유기가스가 노출용 레이저빔의 에너지와 반응하여 문제를 일으킬 수도 있다.

종래의 프레임식 펠리클을 사용한 포토리소그래피 패턴화 작업에서 겪게되는 전술한 문제점과 단점의 관점에서, 본 발명의 목적은 포토마스크 위의 공간의 가스 분위기를 포토마스크상에 프레임식 펠리클을 장착한 후에 제어할 수 있는 신규하고 개선된 프레임식 펠리클을 제공하는 것이다.

도 1 은 포토마스크 상에 장착된 종래의 프레임식 펠리클의 수직 단면도.

도 2 는 포토마스크 상에 장착된 통기구를 갖춘 신규한 프레임식 펠리클의 수직 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 펠리클 멤브레인 2 : 펠리클 프레임

3 : 접착제층 4 : 접착제층

5 : 포토마스크 6 : 통기구 (通氣口)

7 : 커버부재 8 : 가스 노즐

9 : 다공성 필터부재 10 : 공간

포토리소그래피에서의 포토마스크의 방진을 위한 본 발명에 의해 제공되는 프레임식 펠리클은,

(a) 강성 재료로 제조되며 서로에 대해 평행한 두 개의 단부면을 갖춘 펠리클 프레임, 및

(b) 펠리클 프레임의 일 단부면에 팽팽하게 펼쳐져서 접착되는 투명한 플라스틱수지막으로 제조된 펠리클 멤브레인을 일체식 본체로서 포함하고 있으며,

펠리클 프레임은 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임으로 둘러싸인 공간을 펠리클 프레임의 외부 환경과 각각 연통시키는 둘 이상의 통기구를 구비한다.

각각의 통기구는, 포토마스크상에 프레임식 펠리클이 장착되었을 때 외부 환경으로부터 포토마스크 위의 공간으로 입자가 침입하는 문제를 방지하는 필터부재로 덮여지거나 막혀지는 것이 바람직하다.

전술한 프레임식 펠리클은 기판면 상의 포토레지스트층을 자외선에 패턴형 노출시키는 방법에서 사용될 수 있다. 이미지 패턴을 지닌 포토마스크를 통해 자외선에 포토레지스크층을 패턴형 노출시키는 방법은,

(1) 전술한 본 발명의 프레임식 펠리클을 포토마스크상에 장착하는 단계와,

(2) 펠리클 프레임 내의 모든 통기구가 아닌 하나 이상의 통기구로부터 무산소 가스(이하, 불활성가스로 칭함)를 도입하고 나머지 통기구를 통해 공기를 배출함으로써, 포토마스크와 프레임식 펠리클로 둘러싸인 공간 내부의 공기를 불활성가스로 치환하는 단계와,

(3) 프레임식 펠리클을 갖춘 포토마스크를 포토레지스트층에 밀착하여 또는 그 위쪽에 고정하는 단계와, 그리고

(4) 펠리클 멤브레인을 투과하는 자외선으로 포토마스크를 통해 포토레지스트층을 조사하는 단계를 포함한다.

이하, 종래의 프레임식 펠리클의 문제점과 단점이 통풍수단의 역할을 하는 적어도 두 개의 통기구를 갖춘 펠리클 프레임에 의해 극복될 수 있다는 독특한 발상에 기초하여 본 발명자에 의해 착수된 광범위한 연구의 결과로 완성된 상기 신규한 프레임식 펠리클을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2 는 포토마스크(5) 상에 장착되고 감압 접착제층(4)에 의해 제위치에 고정되는 신규한 프레임식 펠리클의 수직 단면도이다. 도 1 에 수직 단면도로서 도시된 종래의 프레임식 펠리클과 유사하게, 본 발명의 프레임식 펠리클은 강성 재료로 제조된 펠리클 프레임(2)과 이 펠리클 프레임(2)의 단부면 중의 하나에 접착제층(3)에 의하여 접착되는 플라스틱수지막으로된 얇은 고투과성 펠리클 멤브레인(1)으로 구성된다.

그 밖에, 본 발명의 프레임식 펠리클은 적어도 두 개의 통기구(6, 6)를 갖춘 펠리클 프레임(2)을 구비하는데, 이 통기구는 펠리클 프레임(2)을 관통하며 포토마스크(5) 및 그 위에 장착된 프레임식 펠리클에 의해 둘러싸이는 공간(10)과 프레임식 펠리클의 외부 환경을 연통시킨다. 각각의 통기구(6, 6)를 다공성 필터부재(9)로 덮거나, 또는 어떠한 미립자도 차단할 수 있는 다공성 플러그 부재로 막는 것이 바람직하다. 통기구(6)의 치수는 특별하게 한정되지 않는다.

불활성가스로 공간(10) 내의 공기를 용이하게 치환할 수 있도록 하기 위하여, 커버부재(7)가 펠리클 프레임(2)에 부착되어 통기구(6)를 덮는 것이 바람직하다. 커버부재(7)는 가스공급라인 또는 가스방출라인(도시 생략)에 접속될 수 있는 가스 노즐(8)을 구비하며, 이를 통하여 공간(10) 내의 공기가 공간(10)으로부터 제거되고 질소와 같은 불활성가스가 공간(10)에 유입된다. 가스 노즐(8)을 갖춘 커버부재(7)의 재료는 특별하게 제한되지 않지만, 플루오르화 탄소 수지, 폴리프로필렌 수지, 나일론 수지, 스테인레스강 등으로부터 선택될 수 있다.

공간(10) 내의 공기와 치환되는 "불활성" 가스는, 이 가스가 짧은 파장의 자외선을 거의 흡수하지 않는 한, 그리고 산소와 같이 자외선에 의해 유발되는 어떠한 반응도 하지 않는 한, 특별하게 제한되지는 않는다. 적당한 불활성가스의 예로는 질소, 헬륨, 아르곤 등이 있으며, 이 중에서 질소가 비용면에서 바람직하다.

통기구(6)를 덮는 다공성 필터부재(9)는 필터부재(9)의 부재시 통기구(6)를 통해 유입되는 불활성가스에 의해 운반됨으로써 공간(10) 내로 유입될 수 있는 미립자물질을 포착하는 역할을 한다. 따라서, 가스입구의 역할을 하는 통기구(6)만이 필터부재(9)를 구비하는 것만으로도 충분하다. 그러나, 우발적이거나 비정규적인 작업 상황들을 고려할 때 모든 통기구(6, 6)가 필터부재(9)를 각각 구비하는 것이 안전한 방법이다.

이하, 본 발명의 프레임식 펠리클을 실시예로서 더욱 상세히 설명하지만, 이에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

149 mm x 122 mm의 내부 크기를 갖는 알루미늄의 직사각형 펠리클 프레임에는 통기구의 역할을 하도록 두 개의 대향 위치에 0.5 mm 직경의 두 개의 관통공을 설치하였으며, 0.1 ㎛ 직경의 그물구멍을 갖춘 플루오르화 탄소 수지로된 0.3 mm 두께의 망상 스크린을 필터 멤브레인으로서 구멍을 덮도록 프레임에 부착시켰다. 필터 멤브레인으로 덮인 각각의 구멍은 2.0 mm 내경의 가스 노즐을 갖춘 플루오르화 탄소 수지로된 커버부재로 더 덮었다. 알루미늄 프레임의 단부면 중의 한 단부면을 접착제로 도포하였으며, 또한 1 ㎛ 두께의 플루오르화 탄소 수지로된 막을 접착제가 도포된 알루미늄 프레임의 단부면에 팽팽하게 펼쳐서 접착시켰다.

이 프레임식 펠리클은 펠리클 프레임의 타단면에서 감압 접착제로 도포되고, 융합된 규산유리판으로된 포토마스크상에 장착되어, 감압 접착제층에 의해 제위치에 고정되었다.

가스 노즐 중의 하나를 질소가스의 공급라인에 접속시켰으며, 분당 100 ㎖ 의 비율로 이 가스 노즐을 통해 질소가스를 유입시켰다. 질소 주입 30 분 후에 다른 가스 노즐로부터 방출되는 가스의 산소함량을 분석한 결과, 산소 극미량 농도를 더 이상 탐지할 수 없었으며, 이는 포토마스크와 프레임식 펠리클에 의해 둘러싸인 공간이 충분히 순수한 질소가스로 채워졌음을 나타내는 것이다.

158 nm 파장의 플루오르 엑시머 레이저빔에 대한 포토레지스트층의 패턴형 노출은, 어떠한 문제도 없이 프레임식 펠리클과 포트마스크 사이의 공간이 질소로 채워진 후에 이 프레임식 펠리클로 덮인 포토마스크를 통하여 시행할 수 있었다.

비교를 위하여, 포토마스크와 프레임식 펠리클로 둘러싸인 공간이 공기로 채워진 것을 제외하고는 상기와 동일한 패턴형 노출 시험을 시행한 결과, 레이저빔과의 반응에 의해 공간 내의 가스로부터 형성되는 일부 반응물의 증착으로 인하여 대략 10 회의 노출 후에 펠리클 멤브레인과 포토마스크의 표면이 뿌옇게 흐려지는 것이 관찰되었다.

실시예 2

알루미늄으로된 직사각형 펠리클 프레임이 둘이 아닌 4 개의 통기구를 각각 4 측면 중의 한 측면의 중앙위치에 구비하고 있으며, 질소가스 공급라인이 4 개의 커버부재 중의 한 커버부재의 가스 노즐에 접속되어 있어서 분당 10 ㎖의 비율로 10 분 동안 질소가스를 유입시키는 것을 제외하고는 실시예 1 과 거의 동일한 실험을 시행하였다. 다른 3 개의 가스 노즐로부터 방출되는 가스를 수집하여 산소함량을 분석한 결과, 산소 극미량 농도를 더 이상 탐지할 수 없었으며, 이는 포토마스크와 프레임식 펠리클에 의해 둘러싸인 공간이 충분히 순수한 질소가스로 채워졌음을 나타내는 것이다.

질소로 충진된 공간을 갖는 포토마스크와 프레임식 펠리클의 조립체를 사용하는 플루오르 엑시머 레이저빔에 대한 노출시험은 실시예 1 에서와 마찬가지로 어떠한 문제도 없이 성공적으로 수행할 수 있었다.

본 발명의 신규하고 개선된 프레임식 펠리클에 의하면, 포토마스크 위의 공간의 가스 분위기를 포토마스크상에 프레임식 펠리클을 장착한 후에 제어할 수 있다.

Claims (6)

1. 포토리소그래피에서의 포토마스크의 방진용 프레임식 펠리클로서,

   (a) 강성 재료로 제조되며 서로에 대해 평행한 두 개의 단부면을 갖춘 펠리클 프레임, 및

   (b) 상기 펠리클 프레임의 일 단부면에 팽팽하게 펼쳐져서 접착되는 투명한 플라스틱수지막으로 제조된 펠리클 멤브레인을 일체식 본체로서 포함하고 있으며,

   상기 펠리클 프레임은 상기 펠리클 멤브레인과 펠리클 프레임으로 둘러싸인 공간을 펠리클 프레임의 외부 환경과 각각 연통시키는 둘 이상의 통기구를 구비하는 프레임식 펠리클.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 통기구 각각은 필터부재로 덮여지거나 막혀지는 것을 특징으로 하는 프레임식 펠리클.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 통기구 중 하나 이상이 가스 노즐을 갖춘 커버부재로 덮여지는 것을 특징으로 하는 프레임식 펠리클.
4. 기판면 상의 포토레지스트층을 포토마스크를 통해 자외선에 노출시키는 방법으로서,

   (a) 제 1 항에 따른 프레임식 펠리클을 포토마스크상에 장착하는 단계와,

   (b) 포토마스크와 프레임식 펠리클로 둘러싸인 공간을 무산소 가스로 충진하는 단계와,

   (c) 프레임식 펠리클을 지지하는 포토마스크를 기판면에 밀착하거나 또는 그 위쪽에 고정하는 단계와, 그리고

   (d) 포토레지스트층을 펠리클 멤브레인과 포토마스크를 통해 자외선에 노출시키는 단계를 포함하는 노출방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 무산소 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 노출방법.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 단계(b)에서 모든 통기구가 아닌 하나 이상의 통기구로부터 가스를 도입하고 나머지 통기구를 통해 공간 내의 공기를 배출함으로써 상기 공간을 가스로 충진하는 것을 특징으로 하는 노출방법.