KR20010094004A - 스텐실 마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전면 패턴과 후면 패턴간의 정렬도를 향상시킬 수 있는 스텐실 마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 스텐실 마스크의 제조방법은, 실리콘 기판 상에 투명성의 절연막과 실리콘층을 차례로 형성하는 단계; 상기 실리콘층을 패터닝하여 상기 절연막의 상(上)면에 정렬 키를 갖는 흡수층을 형성하는 단계; 상기 결과물의 전체 표면 상에 실리콘 질화막을 형성하는 단계; 상기 실리콘 질화막 및 실리콘 기판을 패터닝하여, 상기 절연막의 하(下)면에 상기 정렬 키를 노출시키는 정렬창을 형성하는 단계; 및 상기 정렬창의 내벽에 실리콘 질화막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

스텐실 마스크의 제조방법{METHOD FOR FABRICATING STENCIL MASK}

본 발명은 스텐실 마스크의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 마스크의 전면 패턴과 후면 패턴간의 정렬도를 향상시킬 수 있는 스텐실 마스크의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 미세 선폭의 패턴이 요구되고 있다. 여기서, 상기 미세 선폭의 패턴은 노광 공정시에 사용되는 광원에 크게 의존되며, 보다 미세한 선폭의 패턴을 구현하기 위하여, 최근에는, 전자빔(E-beam), 이온빔 (Ion-beam) 및 엑스-레이(X-ray) 등과 같은 비광학적 광원을 이용한 노광 공정이 수행되고 있다.

한편, 상기한 비광학적 노광 공정을 수행함에 있어서는, 광원의 파장이 수Å 내지 수백Å 정도로 짧기 때문에, 일반적인 노광 마스크를 사용할 경우에는 상기 광원이 투과되지 못하는 것에 기인하여 노광 공정을 수행할 수 없다.

따라서, 상기한 광원들을 이용한 노광 공정시에는 노광 마스크로서 온/오프(On/Off) 방식의 스텐실 마스크(Stencil Mask)가 사용된다. 상기 스텐실 마스크는 비광학적 노광 공정에서 사용되는 노광용 마스크의 총칭으로서, 전체를 지지하는 프레임(Frame)과, 상기 프레임 상에 형성되어, 전자빔에 의한 스트레스가 전체적으로 평형을 이루도록 기능하는 멤브레인(Membrane), 및 상기 멤브레인 상이 형성되어, 투사된 전자빔을 흡수하거나, 또는, 반사시키도록 기능하는 흡수층(Absorber)으로 구성된다.

상기한 구조의 스텐실 마스크를 제작하기 위하여, 종래에는 실리콘 온 인슐레이터(Silicon On Insulator : 이하, SOI) 웨이퍼가 사용되고 있다. 상기 SOI 웨이퍼는, 주지된 바와 같이, 실리콘 기판 상에 매몰산화막과 실리콘층이 차례로 형성된 적층 구조이다.

도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 스텐실 마스크의 제조방법을 설명하기위한 공정 단면도이다.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1) 상에 매몰산화막(2) 및 실리콘층(3)이 적층된 SOI 웨이퍼(10)를 마련하고, 그런다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 SOI 웨이퍼(10)의 전 표면에 하드 마스크용 실리콘 산화막(11)을 형성한 상태에서, 상기 SOI 웨이퍼(10) 전면(前面)의 실리콘 산화막 부분 상에 제1감광막 패턴(12)을 형성한다.

다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 제1감광막 패턴을 마스크로하는 식각 공정을 통해 노출된 실리콘 산화막 부분을 식각하고, 그런다음, 상기 제1감광막 패턴을 제거한 상태에서, 상기 실리콘 산화막을 마스크로하여 노출된 실리콘층 부분을 식각함으로써, 실리콘 재질의 흡수층(3a)을 형성함과 동시에 후면(後面) 패터닝 공정을 위한 정렬 키(3b)를 형성한다. 그리고나서, 세정 공정을 통해 상기 실리콘 산화막을 제거한다.

그 다음, 도 1d에 도시된 바와 같이, 후속 공정에서 후면 패터닝이 수행되는 동안에 흡수층(3a)이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 상기 결과물의 전 표면에 1,000 내지 2,000Å 두께로 실리콘 질화막(13)을 증착하고, 이어서, 상기 정렬 키(3b)를 이용하여 실리콘 기판(1)의 후면에 증착된 실리콘 질화막 부분 상에 제2감광막 패턴(14)을 형성한다.

이후, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 제2감광막 패턴을 마스크로하는 식각 공정을 통해 노출된 실리콘 질화막 부분을 식각하고, 연이어서, 프레임(1a)이 형성되도록, 매몰산화막(2)을 식각정지층으로 이용하여 노출된 실리콘 기판 부분을 식각한다.

그리고나서, 도 1f에 도시된 바와 같이, 온/오프 방식의 스텐실 마스크(20)가 얻어지도록 노출된 매몰산화막 부분을 습식 식각 공정으로 제거한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 스텐실 마스크의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다. 전술한 바와 같이, 후면의 패터닝, 즉, 제2감광막 패턴의 형성은 마스크의 전면에 형성시킨 정렬 키를 이용하여 수행하며, 이후, 상기 제2감광막 패턴을 마스크로하는 식각 공정을 통해 프레임을 형성하게 된다. 그런데, 상기 제2감광막 패턴의 형성후에는 상기 제2감광막 패턴의 정렬 상태를 확인할 수 없는 것에 기인하여, 정렬 검사를 수행하지 않은 상태로 실리콘 기판에 대한 식각 공정을 수행하기 때문에, 마스크의 전면 패턴과 후면 패턴간의 오정렬, 예를들어, 광원이 투과되는 어퍼쳐(aperture) 부분을 프레임이 가리는 현상이 발생될 수 있고, 이 결과로, 스텐실 마스크의 제조 불량이 발생하게 된다.

한편, 종래에는 후면 패턴의 형성시, 즉, 제2감광막 패턴의 형성시에 상기 구조물의 후면에 광학 현미경이 부착된 정렬 장치를 사용하여 전면 패턴과 후면 패턴간의 정렬도를 향상시키기도 하지만, 이 경우에는 장비 투자 비용이 요구되므로, 실질적으로 그 이용이 어렵다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 마스크의 전면 패턴과 후면 패턴간의 정렬도를 향상시킬 수 있는 스텐실 마스크의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도1f는 종래 기술에 따른 스텐실 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 스텐실 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

21 : 실리콘 기판 22 : 매몰산화막

23 : 실리콘층 23a : 흡수층

23b : 정렬 키 30 : 에스오아이 웨이퍼

31 : 실리콘 질화막 32 : 감광막 패턴

33 : 정렬 창

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스텐실 마스크의 제조방법은, 실리콘 기판 상에 투명성의 절연막과 실리콘층을 차례로 형성하는 단계; 상기 실리콘층을 패터닝하여 상기 절연막의 상(上)면에 정렬 키를 갖는 흡수층을 형성하는 단계; 상기 결과물의 전체 표면 상에 실리콘 질화막을 형성하는 단계; 상기 실리콘 질화막 및 실리콘 기판을 패터닝하여, 상기 절연막의 하(下)면에 상기 정렬 키를 노출시키는 정렬창을 형성하는 단계; 및 상기 정렬창의 내벽에 실리콘 질화막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기에서, 절연막은 광학 현미경으로부터 투사된 광원이 투과 가능한 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 질산화막, 박막의 실리콘막, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막, 실리콘 산화막과 박막의 실리콘막의 적층막, 실리콘 산화막과 실리콘 질산화막의 적층막, 또는, 실리콘 산화막과 금속막의 적층막 중에서 선택되는 하나를 이용한다.

본 발명에 따르면, 마스크의 전면에 형성시킨 정렬 키의 하부에 상기 정렬 키의 위치를 확인할 수 있는 정렬창을 구비시킴으로써, 마스크의 후면 패터닝 공정시에 오정렬이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라, 스텐실 마스크의 신뢰성 및 제조수율을 향상시킬 수 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 셀 투사 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

도 2a를 참조하면, 실리콘 기판(21) 상에 매몰산화막(22)과 실리콘층(23)이 적층된 SOI 웨이퍼(30)를 마련한다. 여기서, 상기 매몰산화막(2) 대신에, 광학 현미경으로부터 투사되는 광을 투과시킬 수 있는 절연막, 예를들어, 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 질산화막, 박막의 실리콘막, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막, 실리콘 산화막과 박막의 실리콘막의 적층막, 실리콘 산화막과 실리콘 질산화막의 적층막, 또는, 실리콘 산화막과 금속막의 적층막 중에서 하나를 이용하는 것도 가능하며, 이때, 상기 금속막은 티타늄 질화막, 알루미늄막, 텅스텐막 코발트막, 구리막, 티타늄실리사이드막 중에서 하나를 이용한다.

도 2b를 참조하면, 종래와 마찬가지의 공정, 즉, 상기 SOI 웨이퍼의 전 표면에 실리콘 산화막(도시안됨)을 형성한 상태에서, 상기 실리콘 산화막 상에 감광막 패턴(도시안됨)을 형성하고, 그런다음, 노출된 실리콘 산화막 부분과 그 하부의 실리콘층 부분을 식각하여 정렬 키(23b)를 포함하는 흡수층(23a)을 형셩한다. 이어서, 식각 마스크로 사용된 감광막 패턴과 상기 실리콘 산화막을 제거한 후, 상기 결과물의 전 표면 상에 실리콘 질화막(31)을 형성한다. 그리고나서, 상기 실리콘 기판(21)의 하부면 상에 형성된 실리콘 질화막 부분 상에 그의 소정 부분을 노출시키는 감광막 패턴(32)을 형성한다. 이때, 상기 감광막 패턴(32)은 상기 정렬 키(23b) 하부의 실리콘 질화막 부분을 노출시키도록 형성한다.

도 2c를 참조하면, 감광막 패턴을 식각 마스크로하여, 노출된 실리콘 질화막부분을 식각·제거하고, 그런다음, 상기 감광막 패턴을 제거한 상태에서, 매몰산화막(22)을 식각정지층으로 하는 식각 공정을 통해, 노출된 실리콘 기판 부분을 식각함으로써, 이 부분에 정렬 창(33)을 형성한다.

도 2d를 참조하면, 상기 정렬 창(33)의 표면 상에 200 내지 500Å 두께로 재차 실리콘 질화막(34)을 증착한다.

이후, 도시되지는 않았으나, 상기 결과물의 하부면 상에 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 감광막 패턴을 마스크로해서 노출된 실리콘 질화막 부분을 식각하고, 그런다음, 상기 실리콘 질화막이 식각되어 노출된 실리콘 기판 부분을 식각하여 프레임을 형성하고, 그리고나서, 상기 감광막 패턴과 실리콘 질화막 및 노출된 절연막 부분을 제거하여, 스텐실 마스크를 완성한다.

한편, 상기 프레임을 형성하기 위한 식각 공정시에는, 상기 구조물의 하측 부분에서 광원이 투사되는 광학 현미경(optical microscope)을 이용하여 상기 정렬 창을 통해 상기 감광막 패턴과 정렬 키 사이의 정렬 정도를 파악하고, 이를 근거로하여 정확하게 정렬이 이루어진 경우에는 후속의 식각 공정을 수행한다. 이에 반해, 정렬 키와 감광막 패턴간의 오정렬이 발생된 경우에는, 상기 감광막 패턴을 제거한 상태에서, 수정된 정렬 값을 이용하여 재차 감광막 패턴을 형성하고, 그리고나서, 상기 감광막 패턴을 이용하여 식각 공정을 수행한다.

따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이, 매몰산화막 또는 그 밖의 절연막이 투명한 것을 이용함과 동시에, 정렬 키의 하부에 정렬 창을 구비시킴으로써, 마스크의 전면 및 후면에 형성되는 패턴들간의 정렬도를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라, 스텐실 마스크의 제조 불량을 방지할 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 마스크의 전면에 형성되는 정렬 키의 하부에 광학 현미경으로부터 투사되는 광을 투과시킬 수 있는 정렬 창을 구비시킴으로써, 마스크의 후면 패턴과 전면 패턴간의 정렬도를 향상시킬 수 있으며, 이에 따라, 스텐실 마스크의 신뢰성 및 제조수율을 향상시킬 수 있다.

한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (4)

1. 실리콘 기판 상에 투명성의 절연막과 실리콘층을 차례로 형성하는 단계;

   상기 실리콘층을 패터닝하여 상기 절연막의 상(上)면에 정렬 키를 갖는 흡수층을 형성하는 단계;

   상기 결과물의 전체 표면 상에 실리콘 질화막을 형성하는 단계;

   상기 실리콘 질화막 및 실리콘 기판을 패터닝하여, 상기 절연막의 하(下)면에 상기 정렬 키를 노출시키는 정렬창을 형성하는 단계; 및

   상기 정렬창의 내벽에 실리콘 질화막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 절연막은,

   실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 질산화막, 박막의 실리콘막, 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 적층막, 실리콘 산화막과 박막의 실리콘막의 적층막, 실리콘 산화막과 실리콘 질산화막의 적층막, 또는, 실리콘 산화막과 금속막의 적층막 중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속막은,

   티타늄 질화막, 알루미늄막, 텅스텐막 코발트막, 구리막, 티타늄실리사이드막 중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 정렬창의 내벽에 재차 실리콘 질화막을 형성하는 단계 후,

   상기 결과물의 하부면 상에 감광막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 감광막 패턴을 마스크로해서, 노출된 실리콘 질화막 부분을 식각하는 단계;

   상기 실리콘 질화막이 식각되어 노출된 실리콘 기판 부분을 상기 절연막이 노출되도록 식각하여 프레임을 형성하는 단계;

   상기 감광막 패턴과 실리콘 질화막을 제거하는 단계; 및

   노출된 절연막 부분을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크의 제조방법.