KR20030097800A - 용융 실리카 피막 - Google Patents

Abstract

포토마스크에 사용하기 위한 내구성이 향상되고 투과도 균일성 및 복굴절 특성이 개선된 용융 실리카 피막이 개시된다. 피막은 접착제 또는 스라이드 레일 시스템을 사용하여 포토마스크에 고정되거나, 혹은 정전하를 사용하여 제 위치에 고정될 수 있다.

Description

용융 실리카 피막{FUSED SILICA PELLICLE}

반도체 웨이퍼에의 포토마스크 이미지의 전사는 통상 포토리소그래피라고 불리는 프로세스를 통해 일어난다. 더 구체적으로, 감광 재료 층으로 코팅된 반도체 웨이퍼와 광학 에너지원 사이에 포토마스크를 개재시키기 위해 웨이퍼 노광 시스템이 사용된다. 웨이퍼 노광 시스템으로부터의 에너지는 마스킹 재료가 존재하는 포토마스크의 영역들을 통과하는 것이 방지된다. 그러나, 웨이퍼 노광 시스템에 의해 발생된 에너지는 마스킹 재료에 의해 덮혀지지 않은 포토마스크의 기판 부분들을 통과하여, 반도체 웨이퍼 상의 감광 재료 내에서 반응을 유발한다. 후속 프로세싱을 통해, 감광 재료 상에 생성된 이미지가 반도체 웨이퍼에 전사된다.

포토마스크 상에의 이미지의 마스킹은 반도체 웨이퍼에 생성된 이미지와 직접적으로 연관되기 때문에, 임의의 포토리소그래피 프로세스 동안 외래 기판 또는마스크의 표면 상의 오염은 이 아티팩트들의 원하지 않은 이미지들이 반도체 웨이퍼 상에 인쇄되도록 야기할 것이다. 포토마스크 표면 오염을 감소시키거나 없애기 위해, 포토리소그래피 프로세스가 시작하기 전에 얇고 투명한 멤브레인 또는 통상 피막(pellicle)이라고 불리는 필름이 포토마스크 상에 마운트된 양극 처리된(anodized) 알루미늄 프레임을 가로질러 깔린다.

도 1A와 도 1B는 포토리소그래피 프로세스에 사용하기 위해 구성된 전형적인 포토마스크의 상면도와 측면도이다. 도시된 바와 같이, 포토마스크(2) (전형적으로, 사이즈가 가로 6 인치 세로 6 인치이고, 두께가 1/4 인치임)는 투명 기판(4) (예를 들어, 용융 실리카(fused silica))과, 반도체 웨이퍼 상에 생성될 원하는 이미지를 정의하는 마스킹 재료의 패턴층(6)을 포함한다. 피막 프레임(8)은 당해 분야에서 공지된 바와 같이 패턴닝된 마스킹 재료(6)의 주위에 연장되어 있고, 증착을 통해 기판(4)에 부착된다. 피막 멤브레인(10)은 프레임(8)의 상면에 걸쳐 깔려 부착된다. 도시된 바와 같이, 피막 멤브레인(10)의 표면은 대체로 포토마스크의 표면에 평행하고 마스킹 재료(6)의 전체 패턴닝된 영역을 덮는다. 따라서, 그렇게 하지 않으면 포토마스크상에 떨어질 임의의 오염물이 대신 피막 멤브레인(10) 상에 떨어져 웨이퍼 노광 시스템 포컬 플레인(wafer exposure system focal plane) 밖에 머물게 된다.

종래 기술로 공지된 피막 멤브레인들은 폴리머계의 나이토셀룰로오스(nitocellulose)나 또는 플루오로카본(fluorocarbon)과 같은 유기 물질로 만들어진다. 피막 멤브레인들에 의해 유발된 투과도나 복굴절의 비균일성은, 반도체 웨이퍼에 패턴닝된 최소 배선폭(feature size)이 파장 이하(sub-wavelength)의 범위일 때 더 우세하게 되는 패턴 정밀도 에러를 초래하고 궁극적으로 장치 성능을 떨어뜨리거나 고장을 초래할 수 있다.

종래 기술의 피막 멤브레인들은 긁혀지거나 찢어지기 쉽고, 얇은 피막 멤브레인의 임의의 손상으로 인해 전체 피막이 제거되거나 교체될 필요가 있다. 물론, 피막 멤브레인이 제거되고 교체되는 동안, 포토마스크는 반도체 제조를 위해 사용될 수 없다. 또한, 손상된 피막들을 제거하고 교체하기 위해 때때로 과도한 재작업 프로시져가 요구되어, 전체 포토마스크를 궁극적으로 배제시킬 수 있다. 또한, 앞서 논의한 바와 같이, 피막 멤브레인(10)은 오염물들이 포토마스크 표면 상에 도달하는 것을 방지하므로, 때때로 세정되어야 한다. 피막들은 전형적으로 질소 총(nitrogen gun)을 사용하여 세정된다. 그러나, 피막들의 다소 약한 성질 때문에, 종래 기술의 피막 멤브레인들은 세정 프로세스 동안 부서지거나 그렇지 않으면 손상되는 경향이 있어서, 그들의 제거나 교체를 필요로 한다. 또한, 질소 총으로 제거될 수 없는 결함들은 멤브레인을 긁거나 뜯을 염려 때문에 기계적으로 제거될 수도 없다. 또한, 피막 교체 프로세스 동안, 포토마스크들은 반도체 제조를 위해 사용될 수 없고 전체 포토마스크가 배제될 위험이 있다.

<발명의 개요>

따라서, 본원 발명의 목적은 투과도 및 복굴절성의 균일도가 향상된 포토마스크 상에 사용하기 위한 피막을 제공하여 패턴 정밀도를 증가시킴으로써 종래 기술의 문제점을 극복하는 것이다.

본원 발명의 다른 목적은 손상되기 쉽지 않아서 쉽게 세정될 수 있는 피막을 제공하는 것이다.

본원 발명의 또 다른 목적은 포토마스크상에서 쉽게 제거되고, 세정되고, 재설치될 수 있는 재사용 가능한 피막을 제공하는 것이다.

마스크라고도 불리는 포토마스크는 반도체 산업에서 반도체 회로를 실리콘 또는 갈륨 아세나이드 웨이퍼 상에 정의하는 마이크로-스케일의 이미지들을 전사하기 위해 사용된다. 일반적으로, 포토마스크는 마스킹 재료가 첨부되어 패턴닝되는 투명 기판으로 구성된다. 마스킹 재료의 패턴은 반도체 웨이퍼 상에 형성되기 바라는 이미지의 스케일드 마스터이다.

도 1A는 포토리소그래피 프로세스에 사용하기 위해 구성된 종래 기술의 포토마스크의 상면도.

도 1B는 포토리소그래피 프로세스에 사용하기 위해 구성된 종래 기술의 포토마스크의 단면도.

도 2는 포토리소그래피 프로세스에 사용하기 위해 본 발명에 따라 구성된 포토마스크의 단면도.

도 3은 제거 가능한 프레임 어셈블리를 갖는 본 발명에 따라 구성된 포토마스크의 단면도.

당업자는 도 1A 내지 도 3이 예시용이며 본 발명은 이에 한정되지 않음을 알 것이다.

도 2는 본 발명에 따라 구성된 포토마스크를 도시한다. 도시된 바와 같이, 포토마스크(20)는 마스킹 재료(24)의 패턴닝된 층이 부착되어 있는 거의 투명한 기판(22)을 포함한다. 마스킹 재료(24)의 패턴 층은 반도체 웨이퍼 상에 생성되기 바라는 패턴의 비례 축소된 이미지를 나타낸다. 앞서 논의된 바와 같이, 기판은용융 실리카(fused silica)로 구성될 수 있고, 마스킹 재료는 크로뮴으로 구성될 수 있다. 당업자는 다른 재료들이 포토마스크들을 생성하기 위해 사용될 수 있고, 본 발명은 용융 실리카 기판과 크로뮴 마스킹 재료를 갖는 포토마스크들과 사용하기 위한 것으로 제한되지 않음을 이해할 것이다. 또한, 당업자는 본 발명의 피막이 바이너리 마스크(상기에서 논의됨)와 페이즈 시프트 마스크(Phase Shift Masks, PSM)를 포함하는, 그러나 이들로만 제한되지는 않는 모든 타입의 포토마스크들과 관련하여 사용될 수 있음을 알 것이다.

다시 도 2를 참조하면, 포토마스크(20)는 또한, 패턴닝된 마스킹 재료(24)의 주변을 둘러 연장되어 있는 피막 프레임 또는 링(26)을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 프레임(26)은 양극 처리된 알루미늄으로 형성되나, 다른 재료들이 사용될 수도 있다. 비록 연속적인 링으로 도시되었지만, 이러한 것은 본원 발명의 필수 요건은 아니고, 프레임(26)은 말단 유저 사이트에서 압력이 평형으로 되도록 보장하기 위한 다양한 갭들 또는 구멍들(vents)을 포함할 수 있다. 프레임(26)은 접착제(27)를 사용하여 기판에 부착되고, 접착제의 타입들은 당업계에 공지되어 있다.

피막(28)은 대체로 프레임(26)의 디멘젼에 맞도록 디멘젼을 갖는 평탄한, 폴리싱된, 저복굴절성의 용융 실리카의 슬라이스로 구성된다. 용융 실리카 피막(28)의 하나 이상의 에지들이나 코너들(30)은 안전성 이유 때문에 경사지거나 만곡시켜진다. 용융 실리카 피막(28)의 전체 두께는 변화될 수 있고, 유일한 제약은 포토마스크 프레임(26), 접착제(27), 및 피막(28)의 전체 두께가 전체 어셈블리가 웨이퍼 노광 시스템에 적합하도록 되는 것이다. 전형적으로, 이것은 어셈블리의 전체두께가 7㎜ 이하로 될 것을 요구한다. 일반적으로, 용융 실리카 피막(28)이 두꺼워질수록 내구성이 더 향상될 것이다.

용융 실리카 피막(28)은 예를 들면 SAG, 아크릴 및 SEBs을 포함한 당업계에 공지되어 있는 접착제를 사용하여 프레임(26)의 상부 표면에 첨부될 수 있다. 대안적으로 제거성을 향상시키기 위해, 용융 실리카 피막은 당업계에 공지된 재사용 가능한 접착제를 사용하여 프레임(26)의 상부 표면에 첨부될 수 있다. 또한, 피막(28)은 정전하에 의해 프레임(26)의 상부 표면에 고정될 수 있다.

다른 실시예에 있어서는, 피막은 제거 가능한 프레임 어셈블리를 사용하여 프레임에 고착될 수 있어서, 피막은 쉽게 제거되고 세정될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 단면도에 도시된 바와 같이, 양극 처리된 알루미늄으로 만들어진 프레임(42)이 당업계에 공지되어 있는 접착성의 도포제에 의해 기판(22)에 첨부된다. 당업자는 프레임(42)이 양극처리된 알루미늄이 아닌 물질로도 만들어질 수 있음을 이해할 것이다. 바람직한 실시예에 있어서, 프레임(42)은 패턴닝된 마스킹 물질의 전체 주변을 둘러 연장되나, 프레임(42)이 연속적일 필요는 없고, 하나 이상의 갭들을 포함할 수 있다. 프레임(42)은 피막(28)의 외측 에지들의 하부 표면을 수용하기 위한 기판(22)의 표면과 평행한 셸프(shelf)를 형성하는 제1 수용 영역(44)을 포함한다. 프레임(42)은 또한 플라스틱과 테플론(teflon)을 포함하는 다양한 물질로 구성될 수 있는 유연성 리테이너(50)의 하부 돌출부(52)를 수용하는 제2 수용 영역 또는 멈춤쇠(detent, 46)도 포함한다. 리테이너(50)의 상부 돌출부(54)는 프레임(42)의 제1 수용 영역 위로 그리고 피막(28)의 외측 에지의 상부 표면 위로 연장되어, 피막(28)을 제 위치에 고정적으로 유지한다. 이에 따라, 본 실시예에 있어서는 접착제로 피막을 프레임에 부착할 필요가 없다. 유연성 리테이너(50)의 설치 및 제거를 보조하기 위해, 리테이너(50)의 코너들은 유연성 탭들(flexible tabs, 56)을 포함할 수 있다. 상향 힘이 유연성 탭들(56)에 가해질 때, 하부 돌출부(52)는 프레임(42)의 제2 수용 영역(46)으로부터 분리된다. 하부 돌출부(52)가 프레임(42)의 제2 수용 영역(46)으로부터 분리됨으로써, 리테이너(50)가 제거될 수 있어서, 피막 또한 제거될 수 있게 해준다.

본 실시예에 있어서, 압력이 프레임(42), 피막(28) 및 리테이너(50) 사이의 갭들을 통해 완화되기 때문에 프레임(42) 내에 구멍은 필요하지 않다. 또한, 피막을 프레임에 고정하기 위해 접착제가 사용되지 않기 때문에, 피막은 더 용이하게 제거, 세정, 및/또는 교체될 수 있다.

본 발명의 다양한 부가적인 변형들과 개량들이 가능하다는 것을 당업자는 잘 알 것이다. 예를 들어, 피막은 용융 실리카로 구성되기 보다는, 157㎚ 응용을 위해 F-도핑된 용융 실리카로 혹은 EPL 및 NGL 응용을 위해 Si₃N₄로 만들어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상과 범위는 하기의 청구 범위에 의해 넓게 해석되고 상기의 상세한 설명에 의해서는 제한되지 않고 청구 범위에 의해서만 한정되어야 한다.

Claims (36)

1. 반도체 제조에 사용하기 위한 포토마스크에 있어서,

   (a) 실질적으로 투명한 기판,

   (b) 상기 기판에 첨부된 마스킹 재료의 패턴닝된 영역,

   (c) 상기 마스킹 재료의 패턴닝된 영역의 거의 모두를 둘러싸는 상기 기판에 첨부된 프레임, 및

   (d) 상기 프레임에 첨부된 실리카 피막

   을 포함하는 포토마스크.
2. 제1항에 있어서,

   상기 피막은 용융 실리카 피막인 포토마스크.
3. 제1항에 있어서,

   상기 피막은 F-도핑된 용융 실리카로 만들어진 포토마스크.
4. 제1항에 있어서,

   상기 피막은 Si₃N₄로 만들어진 포토마스크.
5. 제1항에 있어서,

   상기 실리카 피막은 접착제를 사용하여 상기 프레임에 첨부되는 포토마스크.
6. 제1항에 있어서,

   상기 실리카 피막은 재사용 가능한 접착제를 사용하여 상기 프레임에 첨부되는 포토마스크.
7. 이미지를 반도체 웨이퍼에 프린팅하는데 이용하기 위한 포토마스크에 있어서,

   (a) 실질적으로 투명한 기판,

   (b) 상기 기판에 첨부된 마스킹 재료의 패턴닝된 영역,

   (c) 상기 마스킹 재료의 패턴닝된 영역의 거의 모두를 둘러싸는 상부 및 하부 표면을 갖는 프레임 - 상기 프레임의 하부 표면은 상기 기판에 첨부되고, 상기 프레임의 상부 표면은 상기 마스킹 재료의 패턴닝된 영역 위로 연장됨 -, 및

   (d) 상기 프레임의 상기 상부 표면에 고정된 실리카 피막

   을 포함하는 포토마스크.
8. 제7항에 있어서,

   상기 피막은 용융 실리카 피막인 포토마스크.
9. 제7항에 있어서,

   상기 피막은 F-도핑된 용융 실리카로 만들어진 포토마스크.
10. 제7항에 있어서,

    상기 피막은 Si₃N₄로 만들어진 포토마스크.
11. 제7항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 접착제를 사용하여 상기 프레임에 첨부된 포토마스크.
12. 제7항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 재사용 가능한 접착제를 사용하여 상기 프레임에 고정된 포토마스크.
13. 제7항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 정전하를 사용하여 상기 프레임에 고정된 포토마스크.
14. 제7항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 유연성 리테이너 링을 사용하여 상기 프레임에 고정된 포토마스크.
15. 제14항에 있어서,

    상기 유연성 리테이너 링은, 상기 유연성 리테이너 링을 상기 프레임의 제1 수용 영역에 커플링하는 제1 돌출부와, 상기 피막의 외측 에지 위로 연장된 제2 돌출부를 포함한 포토마스크.
16. 제15항에 있어서,

    상기 유연성 리테이너 링은 적어도 하나의 유연성 탭을 포함한 포토마스크.
17. 이미지를 반도체 웨이퍼 상에 생성하는데 사용하기 위한 포토마스크에 있어서,

    (a) 실질적으로 투명한 기판,

    (b) 상기 기판에 첨부된 마스킹 재료의 패턴닝된 영역,

    (c) 상기 마스킹 재료의 패턴닝된 영역의 거의 모두를 둘러싸는 상기 기판에 첨부된 프레임, 및

    (d) 용융 실리카 피막, 및

    (e) 상기 용융 실리카 피막을 상기 프레임에 고정하기 위한 수단

    을 포함하는 포토마스크.
18. 제17항에 있어서,

    상기 피막은 용융 실리카 피막인 포토마스크.
19. 제17항에 있어서,

    상기 피막은 F-도핑된 용융 실리카로 만들어진 포토마스크.
20. 제17항에 있어서,

    상기 피막은 Si₃N₄로 만들어진 포토마스크.
21. 제17항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 접착제를 사용하여 상기 프레임에 고정된 포토마스크.
22. 제17항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 재사용 가능한 접착제를 사용하여 상기 프레임에 고정된 포토마스크.
23. 제17항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 정전하를 사용하여 상기 프레임에 고정된 포토마스크.
24. 제17항에 있어서,

    상기 용융 실리카 피막은 유연성 리테이너 링을 사용하여 상기 프레임에 고정된 포토마스크.
25. 제24항에 있어서,

    상기 유연성 리테이너 링은, 상기 유연성 리테이너 링을 상기 프레임의 제1 수용 영역에 커플링하는 제1 돌출부와, 상기 피막의 외측 에지 위로 연장된 제2 돌출부를 포함한 포토마스크.
26. 제25항에 있어서,

    상기 유연성 리테이너 링은 적어도 하나의 유연성 탭을 포함한 포토마스크.
27. 반도체 제조에 사용되는 포토마스크에 있어서,

    (a) 상부 및 하부 표면을 갖는 실질적으로 평탄한 기판,

    (b) 상기 기판의 상기 상부 표면에 첨부된 마스킹 재료의 패턴닝된 영역 - 상기 마스킹 재료는 상기 기판 위에 최대 높이 h₁을 가짐 -,

    (c) 상기 기판의 상기 상부 표면에 첨부되어 상기 마스킹 재료의 패턴닝된 영역의 거의 모두를 둘러싸는 프레임, 및

    (d) 상기 프레임에 고정된 상부 및 하부 표면을 갖고, 상기 마스킹 재료의 패턴닝된 영역의 거의 모두를 덮는 실리카 피막 -상기 프레임은 상기 피막의 외측에지의 하부 표면을 수용하기 위해 상기 기판의 상부 표면과 거의 평행한 높이 h₂의 수용 영역을 포함하고, 상기 수용 영역의 높이 h₂는 상기 마스킹 재료의 높이 h₁보다 높음-

    (e) 상기 피막을 상기 프레임에 고정하기 위한 수단

    을 포함하는 포토마스크.
28. 제27항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 접착제를 사용하여 상기 프레임의 상기 수용 영역에 고정되는 포토마스크.
29. 제27항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 재사용 가능한 접착제를 사용하여 상기 프레임의 상기 수용 영역에 고정되는 포토마스크.
30. 제27항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 정전하를 사용하여 상기 프레임의 상기 수용 영역에 고정되는 포토마스크.
31. 제27항에 있어서,

    상기 실리카 피막은 유연성 리테이너 링을 사용하여 상기 프레임에 고정된 포토마스크.
32. 제31항에 있어서,

    상기 유연성 리테이너 링은, 상기 프레임 내의 멈춤쇠(detent)와 커플링하기 위한 제1 돌출부와, 상기 피막의 외측 에지의 상부 표면 위로 연장된 제2 돌출부를 포함한 포토마스크.
33. 제32항에 있어서,

    상기 유연성 리테이너 링은, 적어도 하나의 유연성 탭을 포함하는 포토마스크.
34. 제27항에 있어서,

    상기 피막은 용융 실리카 피막인 포토마스크.
35. 제27항에 있어서,

    상기 피막은 F-도핑된 용융 실리카로 만들어진 포토마스크.
36. 제27항에 있어서,

    상기 피막은 Si₃N₄로 만들어진 포토마스크.