KR20190134221A - 펠리클용 벤트 필터 및 이를 포함하는 펠리클 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 디바이스 또는 액정 디스플레이 등을 제조할 때 마스크에 부착되어 방진막으로 사용되는 리소그라피용 펠리클에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페리클용 벤트 필터에 관한 것이다. 본 발명은 복수의 제1 관통 구멍들이 형성된 제1 금속 멤브레인과, 상기 제1 관통 구멍들과 겹치지 않는 복수의 제2 관통 구멍들이 형성되며, 상기 제1 금속 멤브레인과 일정 간격으로 떨어진 제2 금속 멤브레인과, 상기 제1 금속 멤브레인과 상기 제2 금속 멤브레인 사이에 배치되며, 상기 제1 관통 구멍들 및 상기 제2 관통 구멍들과 연통된 개구가 형성되며, 두께가 노광 조건에서의 오염 입자의 평균자유행로(mean free path) 이하인 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠리클용 벤트 필터를 제공한다. 본 발명에 따른 펠리클용 벤트 필터는 금속 멤브레인들의 홀이 서로 겹치지 않으며, 스페이서의 두께가 평균자유행로 이하이므로, 오염 입자가 펠리클의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

Description

펠리클용 벤트 필터 및 이를 포함하는 펠리클{Vent filter for Pellicle and pellicle with the same}
본 발명은 반도체 디바이스 또는 액정 디스플레이 등을 제조할 때 마스크에 부착되어 방진막으로 사용되는 리소그라피용 펠리클에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페리클용 벤트 필터에 관한 것이다.
반도체 디바이스 또는 액정 표시판 등의 제조에 있어서, 반도체 웨이퍼 또는 액정용 기판에 패터닝을 하는 방법으로 포토 리소그라피라는 방법이 사용된다. 포토 리소그라피에서는 패터닝의 원판으로서 마스크가 사용되고, 마스크 상의 패턴이 웨이퍼 또는 액정용 기판에 전사된다. 이 마스크에 먼지가 부착되어 있으면 이 먼지로 인하여 빛이 흡수되거나, 반사되기 때문에 전사된 패턴이 손상되어 반도체 장치나 액정 표시판 등의 성능이나 수율의 저하를 초래한다는 문제가 발생한다. 따라서 이들의 작업은 보통 클린룸에서 행해지지만 클린룸 내에도 먼지가 존재하므로, 마스크 표면에 먼지가 부착하는 것을 방지하기 위하여 펠리클을 부착하는 방법이 행해지고 있다. 이 경우, 먼지는 마스크의 표면에는 직접 부착되지 않고, 펠리클 막 위에 부착되고, 리소그라피 시에는 초점이 마스크의 패턴 상에 일치되어 있으므로 펠리클 상의 먼지는 초점이 맞지 않아 패턴에 전사되지 않는다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 펠리클의 단면도 및 저면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 펠리클의 벤트홀 및 에어필터를 나타낸 도면이다.
도 1과 2에 도시된 바와 같이, 펠리클은 빛이 투과될 수 있는 펠리클 막(1)과 펠리클 막(1)을 지지하는 펠리클 프레임(2)을 포함한다. 펠리클 막(1)은 펠리클 프레임(2)의 한쪽 면에 접착제(3)에 의해서 부착될 수 있다. 그리고 펠리클을 마스크(M)에 부착하기 위해, 펠리클 프레임(2)의 반대 면에는 접착제(4)가 도포된다. 접착제(4)는 라이너(미도시)에 의해서 보호된다. 접착제(4)는 디스펜서 등을 이용해서 도포될 수 있으며, 접착제(4)의 시작점과 끝점이 만나는 위치(7)는 다른 부분에 비해서 폭이 넓게 도포된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 펠리클 프레임(2)의 측면에는 펠리클을 마스크(M)에 부착할 때, 펠리클 막(1)이 부풀어 오르는 것을 방지하기 위해서, 마스크(M)와 펠리클 사이의 공기가 펠리클 외부로 배출되도록 하기 위한 벤트홀(5)이 형성된다. 펠리클 막(1)이 부풀어 오르게 되면 노광(Photolithography) 공정에서 펠리클 막(1)에 의하여 광 경로 차가 발생하여 정확한 패턴을 형성하기 어렵다.
그리고 벤트홀(5)을 통해서 미세한 먼지 등이 유입되는 것을 차단하기 위한 벤트 필터(6)가 벤트홀(5) 앞에 부착된다. 벤트 필터(6)에 의해 외부의 공기 중의 입자원이 펠리클과 마스크 사이로 유입되는 것이 억제되고, 내부의 공기는 외부로 배출될 수 있다.
기존의 벤트 필터(6)는 개구가 형성된 플라스틱 필름과 플라스틱 필름의 양면에 각각 도포된 유기물 접착제와 일면의 접착제에 의해서 플라스틱 필름에 부착되는 섬유재질의 필터를 포함한다. 벤트 필터(6)는 나머지 일면의 접착제에 의해서 벤트홀(5)이 플라스틱 필름의 개구와 연통되도록 펠리클 프레임(2)에 부착된다. 그런데 기존의 벤트 필터(6)를 구성하는 플라스틱 필름, 유기물 접착제, 섬유재질의 필터는 모두 노광 공정에서 분해되어 헤이즈 현상을 일으킬 수 있다는 문제가 있다. 특히, 에너지가 높은 극자외선을 사용하는 노광 공정에서는 심각한 문제를 유발할 수 있다.
공개특허 10-2004-0001785 공개특허 10-2017-0038910 공개특허 10-2017-0076577 등록특허 10-0755998 등록특허 10-1383438
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 노광 공정에서 헤이즈 현상을 최소화할 수 있는 새로운 구조의 펠리클용 벤트 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 이러한 펠리클용 벤트 필터를 구비한 펠리클을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 복수의 제1 관통 구멍들이 형성된 제1 금속 멤브레인과, 상기 제1 관통 구멍들과 겹치지 않는 복수의 제2 관통 구멍들이 형성되며, 상기 제1 금속 멤브레인과 일정 간격으로 떨어진 제2 금속 멤브레인과, 상기 제1 금속 멤브레인과 상기 제2 금속 멤브레인 사이에 배치되며, 상기 제1 관통 구멍들 및 상기 제2 관통 구멍들과 연통된 개구가 형성되며, 두께가 노광 조건에서의 오염 입자의 평균자유행로(mean free path) 이하인 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠리클용 벤트 필터를 제공한다.
이러한 벤트 필터는 금속 멤브레인들의 홀이 서로 겹치지 않으며, 스페이서의 두께가 평균자유행로 이하이므로, 오염 입자가 펠리클의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 섬유 필터가 아닌 금속 멤브레인을 사용하므로, 헤이즈 현상을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 상기 스페이서와 상기 제1 금속 멤브레인 사이 및 상기 스페이서와 상기 제2 금속 멤브레인 사이에 도포되는 접착제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠리클용 벤트 필터를 제공한다. 상기 접착제는 무기 접착제인 것이 바람직하다.
상기 제1 금속 멤브레인과 제2 금속 멤브레인은 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 텅스텐 또는 티타늄으로 이루어질 수 있다.
상기 스페이서의 개구 내면에는 점착제가 도포될 수 있다. 도포된 점착제는 오염 입자를 부착하여 펠리클 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 펠리클용 벤트 필터는 하나의 금속 멤브레인의 관통 구멍들이 다른 금속 멤브레인의 관통 구멍들과 서로 겹치지 않으며, 스페이서의 두께가 평균자유행로 이하이므로, 하나의 금속 멤브레인의 관통 구멍을 통과한 오염 입자는 다른 금속 멤브레인의 표면에 부딪힌다. 따라서 오염 입자가 펠리클의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 금속 멤브레인을 사용하므로, 헤이즈 현상을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 펠리클의 단면도 및 저면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 펠리클의 벤트홀 및 에어 필터를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 펠리클용 벤트 필터의 일실시예가 부착된 펠리클을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 펠리클용 벤트 필터의 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 펠리클용 벤트 필터의 단면도이다.
도 6은 오염 입자의 이동 경도를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 펠리클용 벤트 필터의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 펠리클용 벤트 필터에 대해서 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 펠리클용 벤트 필터의 일실시예가 부착된 펠리클을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 펠리클은 펠리클 막(1)과, 펠리클 막(1)을 지지하는 펠리클 프레임(2)과, 펠리클 프레임(2)의 한쪽 측면에 설치되는 벤트 필터(100)를 포함한다.
펠리클 막(1)은 리소그라피 공정에서 사용되는 노광광에 대한 투과율이 높은 재질로 이루어진다. 펠리클 막(1)은 펠리클 프레임(2)의 한쪽 면에 접착제(3)에 의해서 결합된다.
펠리클 프레임(2)은 펠리클 막(1)을 지지하는 역할을 한다. 펠리클 프레임(2)은 알루미늄 합금일 수 있다. 알루미늄 합금제 펠리클 프레임(2)은 흑색 알루마이트 피막 또는 세라믹 습식 산화 플라스마 코팅 피막을 갖는 것이 바람직하다. 펠리클 프레임(2)에 노광광이 입사되어 반사되면 전사한 패턴이 손상되기 때문에 흑색 피막을 형성하여 노광광의 반사를 최소화하기 위한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 벤트 필터의 사시도이며, 도 5는 도 3에 도시된 벤트 필터의 단면도이다. 도 4와 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 벤트 필터(100)는 제1 금속 멤브레인(10), 제2 금속 멤브레인(20), 스페이서(30)를 포함한다. 벤트 필터(100)는 펠리클 내부의 기체가 배출될 수 있는 통로로서의 역할을 하며, 외부의 기체 중의 입자가 펠리클의 내부로 유입되는 것을 차단하는 역할을 한다.
제1 금속 멤브레인(10)은 직사각형의 박판으로서, 복수의 제1 관통 구멍(11)을 구비한다. 제1 관통 구멍(11)은 마이크로 드릴, 레이저 등을 이용해서 형성하거나, 에칭을 통해서 형성할 수 있다. 제1 금속 멤브레인(10)은 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 텅스텐, 티타늄 등의 재질로 이루어질 수 있다. 금속은 고온에서도 안정하고, 무기 접착제(40)에 의하여 부착이 잘된다는 장점이 있다. 무기 접착제(40)는 고온에서 안정하며 유기계 가스 방출이 없다는 장점이 있다.
제2 금속 멤브레인(20)은 제1 금속 멤브레인(10)과 동일한 형태의 박판으로서, 복수의 제2 관통 구멍(21)을 구비한다. 이때, 제2 관통 구멍(21)은 제1 관통 구멍(11)과 겹치지 않도록 형성한다. 따라서 제1 금속 멤브레인(10)의 제1 관통 구멍(11)을 제1 금속 멤브레인(10)에 수직으로 통과한 입자는 제2 금속 멤브레인(20)의 표면에 부딪히게 된다.
스페이서(30)는 제1 금속 멤브레인(10)과 제2 금속 멤브레인(20) 사이에 배치된다. 스페이서(30)에는 제1 관통 구멍(11)들 및 제2 관통 구멍(21)들과 연통된 개구(31)가 형성된다. 스페이서(30) 역시 제1 금속 멤브레인(10) 및 제2 금속 멤브레인(20)과 마찬가지로, 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 텅스텐, 티타늄 등의 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명에서, 스페이서(30)의 두께는 노광 조건에서 벤트 필터(100)의 내부로 유입되는 입자 입자의 평균자유행로(mean free path) 이하이다. 평균자유행로는 아래의 수학식 1로 계산된다.
Figure pat00001
여기서 l은 평균자유행로(단위 m), n은 산란원의 밀도(단위 m-3), σ는 산란될 때의 유효 단면적(m2)이다.
평균자유행로는 오염 입자가 다른 입자와 충돌하지 않고 진행할 수 있는 최대거리의 평균값이다. 평균자유행로는 압력이 낮을수록 길어진다. 노광 조건은 고진공 조건이므로, 노광 조건에서의 평균자유행로는 상압 조건에 비해서 길다. 본 발명에서는 스페이서(30)의 두께가 평균자유행로 이하이므로, 오염 입자는 스페이서(30)를 이동할 때 직선으로 이동할 가능성이 크며, 제1 금속 멤브레인(10)의 제1 관통 구멍(11)을 통과한 오염 입자는 제2 금속 멤브레인(20)의 표면에 부딪힐 가능성이 크다. 일단 제2 금속 멤브레인(20)에 부딪힌 오염 입자는 제2 금속 멤브레인(20)에 흡착되어, 더는 이동하지 않는다.
결국, 외부의 오염 입자는 고진공 조건에서 사용되는 펠리클의 특성상 펠리클의 내부로 들어가기 어렵다. 적층되는 금속 멤브레인 층수가 증가할수록 외부 오염입자의 차단 성능이 향상된다.
제1 금속 멤브레인(10) 및 제2 금속 멤브레인(20)과 스페이서(30)는 무기 접착제(40)에 의해서 결합된다. 무기 접착제(40)는 고온에서 분해되는 유기 바인더, 유기 용제가 함유되지 않아서 헤이즈를 발생시키지 않는다는 장점이 있다. 무기 접착제(40)로는 예를 들어, 물유리와 무기 충전제, 물을 일정 비율로 혼합한 무기 접착제(40)를 사용할 수 있다. 무기 충전제로는 알루미나, 지르콘, 실리카 등을 사용할 수 있다. 제1 금속 멤브레인(10) 및 제2 금속 멤브레인(20)과 스페이서(30) 사이에 무기 접착제(40)를 도포한 후 100 ~ 200℃ 정도의 온도에서 열처리하면 제1 금속 멤브레인(10) 및 제2 금속 멤브레인(20)과 스페이서(30)를 결합할 수 있다.
압력이 높은 상태에서 기체는 유체와 같이 거동한다. 이에 따라 지름이 작은 제1 관통 구멍(11) 및 제2 관통 구멍(21)을 통해서도 쉽게 배출된다. 그러나 고진공 조건인 극자외선 노광 공정에서는 평균자유행로(mean free path)가 길어지므로, 오염원 입자는 직진 운동을 하게 된다.
도 6은 오염 입자의 이동 경도를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서 알 수 있듯이, 제1 금속 멤브레인(10)의 제1 관통 구멍(11)과, 제2 금속 멤브레인(20)의 제2 관통 구멍(21)의 배열은 서로 일치하지 않으며, 스페이서(30)의 두께는 평균자유행로 이하이므로, 제1 관통 구멍(11)을 통과한 오염 입자는 제2 금속 멤브레인(20)의 표면에 부딪히게 되며, 오염 입자가 스페이서(30)의 개구(31)를 지나면서 경로를 바꾸어 제2 관통 구멍(21)을 통과하여, 펠리클의 내부로 유입되기는 매우 어렵다.
도 7은 본 발명에 따른 펠리클용 벤트 필터의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 실시예는 제3 금속 멤브레인(50)과 제2 금속 멤브레인(20)과 제3 금속 멤브레인(50) 사이에 배치되는 스페이서(35)를 더 포함한다는 점에서 도 3과 4에에 도시된 실시예와 차이가 있다. 본 실시예는 오염 입자의 더욱 확실하게 차단할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 실시예는 스페이서(30, 35)의 개구 내면에 도포된 점착제(60)를 구비한다. 점착제(60)는 벤트 필터(200) 내부로 진입한 오염 입자를 흡착하는 역할을 한다. 점착제(60)는 유기 바인더를 포함하나 무기 필러를 사용하여 아웃 가스량을 크게 줄인 점착제를 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
1: 펠리클 막
2: 펠리클 프레임
100: 벤트 필터
10: 제1 금속 멤브레인
11: 제1 관통 구멍
20: 제2 금속 멤브레인
21: 제2 관통 구멍
30, 35: 스페이서
40: 무기 접착제
50: 제3 금속 멤브레인
60: 점착제

Claims (6)

  1. 오염 입자를 차단하는 펠리클용 벤트 필터에 있어서,
    복수의 제1 관통 구멍들이 형성된 제1 금속 멤브레인과,
    상기 제1 관통 구멍들과 겹치지 않는 복수의 제2 관통 구멍들이 형성되며, 상기 제1 금속 멤브레인과 일정 간격으로 떨어진 제2 금속 멤브레인과,
    상기 제1 금속 멤브레인과 상기 제2 금속 멤브레인 사이에 배치되며, 상기 제1 관통 구멍들 및 상기 제2 관통 구멍들과 연통된 개구가 형성되며, 두께가 노광 조건에서의 오염 입자의 평균자유행로(mean free path) 이하인 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠리클용 벤트 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서와 상기 제1 금속 멤브레인 사이 및 상기 스페이서와 상기 제2 금속 멤브레인 사이에 도포되는 접착제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펠리클용 벤트 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접착제는 무기 접착제인 것을 특징으로 하는 펠리클용 벤트 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속 멤브레인과 제2 금속 멤브레인은 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 텅스텐 또는 티타늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 펠리클용 벤트 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서의 개구 내면에는 점착제가 도포된 것을 특징으로 하는 펠리클용 벤트 필터.
  6. 일 측면에 벤트홀이 형성된 펠리클 프레임과, 펠리플 프레임에 부착된 펠리클 막을 포함하며, 상기 벤트홀을 덮도록 상기 일 측면에 설치되는 벤트 필터를 포함하는 펠리클에 있어서,
    상기 벤트 필터는,
    복수의 제1 관통 구멍들이 형성된 제1 금속 멤브레인과,
    상기 제1 관통 구멍들과 겹치지 않는 복수의 제2 관통 구멍들이 형성되며, 상기 제1 금속 멤브레인과 일정 간격으로 떨어진 제2 금속 멤브레인과,
    상기 제1 금속 멤브레인과 상기 제2 금속 멤브레인 사이에 배치되며, 상기 제1 관통 구멍들 및 상기 제2 관통 구멍들과 연통된 개구가 형성되며, 두께가 노광 조건에서의 오염 입자의 평균자유행로(mean free path) 이하인 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 펠리클.
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