KR100218677B1 - X-ray mask and its manufacture - Google Patents
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Abstract
본 발명은 X-선 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 얼라인먼트 윈도우(alignment window)부분의 멤브레인 위에 얼라인먼트 마크(alignment mark)를 형성하고, 얼라인먼트 윈도우 부분에서 얼라인먼트 마크 부분을 제외한 멤브레인 부분을 제거하여 관통공(through hole)들이 형성되게 함으로써, X-선 리소그래피(lithography) 공정동안에 얼라인먼트 마크에서 발생되는 얼라인먼트 신호(alignment signal)의 콘트라스트(contrast)를 최대로 할 수 있도록 한 기술이다.The present invention relates to an X-ray mask and a method of manufacturing the same, wherein an alignment mark is formed on the membrane of the alignment window portion, and the membrane portion except the alignment mark portion is removed from the alignment window portion. By allowing the formation of through holes, it is possible to maximize the contrast of the alignment signal generated in the alignment mark during the X-ray lithography process.
Description
본 발명은 X-선 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 X-선 리소그래피(lithography) 공정동안에 얼라인먼트 마크(alignment mark)에서 발생되는 얼라인먼트 신호(alignment signal)의 콘트라스트(contrast)를 최대로 할 수 있도록 한 X-선 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an X-ray mask and a method for manufacturing the same, and in particular, it is possible to maximize the contrast of the alignment signal generated at the alignment mark during the X-ray lithography process. The present invention relates to an X-ray mask and a manufacturing method thereof.
웨이퍼 위에 칩 패턴(chip pattern)을 형성하기 위한 일반적인 공정 단계는 노광 장치에 웨이퍼와 X-선 마스크를 각각 위치시키는 단계와; X-선 마스크에 디자인된 칩 패턴의 이미지를 X-선 노광 공정으로 웨이퍼 위에 전사(transfer)시키는 단계와; 현상 공정 및 식각 공정을 통해 웨이퍼 위에 칩 패턴을 형성하는 단계로 이루어진다.Typical process steps for forming a chip pattern on a wafer include placing the wafer and an X-ray mask in an exposure apparatus, respectively; Transferring an image of the chip pattern designed on the X-ray mask onto the wafer in an X-ray exposure process; A chip pattern is formed on a wafer through a developing process and an etching process.
일반적으로, 반도체 소자의 제조공정을 통해 하나의 소자를 제조하기 위해서는 수십 단계(step)의 마스크 공정이 필요하다. 각 단계마다 칩 패턴이 웨이퍼위에 형성되는데, 먼저 형성된 칩 패턴과 나중에 형성되는 칩 패턴사이의 정렬도가 소자의 신뢰성을 좌우한다. 만약 중간 정렬도가 나쁠 경우에 전기적인 단락 및 단선 현상으로 소자가 오동작되는 문제가 발생된다. 층간 정렬을 방해하는 요인들 중 하나는 노광 장치에서 웨이퍼와 마스크간에 정렬이 정확히 이루어지지 않았을 경우이다. 웨이퍼와 마스크를 정렬하기 위하여, 마스크에 얼라인먼트 마크를 삽입하고, X-선 리소그래피 공정시 얼라인먼트 마크에서 발생되는 얼라인먼트 신호를 감지하여 웨이퍼와 마스크를 정렬시킨다.In general, in order to manufacture one device through a semiconductor device manufacturing process, a mask process of several tens of steps is required. In each step, a chip pattern is formed on the wafer. The degree of alignment between the chip pattern formed first and the chip pattern formed later determines the reliability of the device. If the intermediate alignment degree is bad, a problem occurs that the device malfunctions due to electrical short circuit and disconnection. One of the factors that prevent the interlayer alignment is when the alignment between the wafer and the mask is not correct in the exposure apparatus. In order to align the wafer and the mask, an alignment mark is inserted into the mask, and the wafer and the mask are aligned by detecting an alignment signal generated in the alignment mark during the X-ray lithography process.
도 1은 종래 X-선 마스크(10)의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A1선을 따라 절단한 X-선 마스크(10)의 단면도이다.1 is a plan view of a conventional X-ray mask 10, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the X-ray mask 10 taken along the line A-A1 of FIG.
종래 X-선 마스크(10)는 마스크 기판(1)과, 메인 칩 패턴(4)이 위치되는 메인 칩 윈도우(4R)와, 다수의 얼라인먼트 마크(5)가 위치되는 다수의 얼라인먼트 윈도우(5R)로 이루어진다. 메인 칩 패턴(4)은 메인 칩 윈도우(4R) 부분내의 멤브레인(2) 위에 형성되고, 다수의 얼라인먼트 마크(5)는 얼라인먼트 윈도우(5R) 부분내의 멤브레인(2) 위에 형성된다.The conventional X-ray mask 10 has a mask substrate 1, a main chip window 4R on which the main chip pattern 4 is located, and a plurality of alignment windows 5R on which the plurality of alignment marks 5 are located. Is made of. The main chip pattern 4 is formed on the membrane 2 in the main chip window 4R portion, and a plurality of alignment marks 5 are formed on the membrane 2 in the alignment window 5R portion.
종래 X-선 마스크(10)의 제조공정은 다음과 같다.The manufacturing process of the conventional X-ray mask 10 is as follows.
마스크 기판(1)의 앞면(8)에 제 1 X-선 투과체(2)가 형성되고, 마스크 기판(1)의 뒷면(9)에 제 2 X-선 투과체(3)가 형성된다. 제 2 X-선 투과체(3)와 마스크 기판(1)의 선택된 부분들을 제 1 X-선 투과체(2)가 노출되는 시점까지 순차적으로 식각하여 메인 칩 윈도우(4R)와 이 메인 칩 윈도우(4R)의 주변에 다수개의 얼라인먼트 윈도우(5R)가 형성된다. 메인 칩 윈도우(4R)와 다수개의 얼라인먼트 윈도우(5R) 부분의 제 1 X-선 투과체(2)는 X-선 마스크용 멤브레인(membrane)으로 사용된다. 이 부분들을 제외한 마스크 기판(1), 제 1 X-선 투과체(2) 및 제 2 X-선 투과체(3)가 적층된 부분은 X-선 비투과 영역(7R)이 된다. 메인 칩 윈도우(4R) 부분의 제 1 X-선 투과체(2) 위에 메인 칩 패턴(4)이 형성되고, 얼라인먼트 윈도우(5R) 부분의 제 1 X-선 투과체(2) 위에 얼라인먼트 마크(5)가 형성된다.The first X-ray transmissive body 2 is formed on the front surface 8 of the mask substrate 1, and the second X-ray transmissive body 3 is formed on the rear surface 9 of the mask substrate 1. Selected portions of the second X-ray transmissive body 3 and the mask substrate 1 are sequentially etched until the first X-ray transmissive body 2 is exposed to the main chip window 4R and the main chip window. A plurality of alignment windows 5R are formed around the 4R. The first X-ray penetrating member 2 of the main chip window 4R and the plurality of alignment window 5R portions is used as a membrane for the X-ray mask. The portion where the mask substrate 1, the first X-ray transmissive member 2 and the second X-ray transmissive member 3 are laminated except for these portions becomes the X-ray non-transmissive region 7R. The main chip pattern 4 is formed on the first X-ray transmissive part 2 of the main chip window 4R, and the alignment mark (1) is formed on the first X-ray transmissive part 2 of the alignment window 5R. 5) is formed.
제 2 X-선 투과체(3)의 외곽부분을 따라 파이렉스 링(pyrex ring; 6)이 형성된다.A pyrex ring 6 is formed along the outer portion of the second X-ray transmissive body 3.
상기에서, 마스크 기판(1)은 실리콘으로 형성된다. 메인 칩 윈도우(4R)와 얼라인먼트 윈도우(5R) 부분에서 마스크의 멤브레인으로 사용되는 제 1 X-선 투과체(2)는 약 2㎛의 두께로 형성된다. 제 1 X-선 투과체(2)로된 멤브레인은 X-선 투과율이 50% 이상이어야 하고, 멤브레인의 광학적 특성은 웨이퍼의 층간 정렬도에 막대한 영향을 주므로 정렬광인 가시광 영역에서의 투과도가 80% 이상으로 유지되어야 하며, 또한 X-선 노광으로 인한 물질의 변형도 없어야 한다. 현재 개발된 X-선 마스크용 멤브레인은 X-선을 잘 투과시키고 강도가 좋은 실리콘 나이트라이드(SiN), 실리콘 카바이드(SiC), 폴리실리콘(Poly-Si) 및 다이아몬드 등이 있다.In the above, the mask substrate 1 is formed of silicon. In the main chip window 4R and the alignment window 5R, the first X-ray penetrating member 2 used as the membrane of the mask is formed to a thickness of about 2 mu m. The membrane composed of the first X-ray transmissive member 2 should have an X-ray transmittance of 50% or more, and the optical properties of the membrane have a great influence on the interlayer alignment of the wafer, so the transmittance in the visible light region, which is alignment light, is 80% It should be kept above and there should be no deformation of the material due to X-ray exposure. Currently developed membranes for X-ray masks include silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC), polysilicon (Poly-Si), and diamond, which transmit X-rays well and have high strength.
실리콘 나이트라이드(SiN) 박막은 광이나 X-선에 대해 투과성이 좋고 기계적 안정도도 좋으며, 박막 제조 공정도 간편한 장점이 있어 X-선 마스크용 멤브레인으로 널리 사용되고 있다. 그러나, 실리콘 나이트라이드(SiN) 박막은 X-선 노광공정동안 변형이 일어나 X-선 마스크(10)에 디자인된 칩 패턴(4)의 이미지를 웨이퍼에 정확히 전달시키지 못하는 단점이 있다.Silicon nitride (SiN) thin films are widely used as membranes for X-ray masks because they have good transmittance to light or X-rays, good mechanical stability, and a thin film manufacturing process. However, a silicon nitride (SiN) thin film has a disadvantage in that deformation occurs during the X-ray exposure process so that the image of the chip pattern 4 designed in the X-ray mask 10 cannot be accurately transferred to the wafer.
실리콘 카바이드(SiC) 박막은 기계적 강도가 다른 실리콘(Si) 계열의 박막에 비하여 월등히 우수하여 X-선 마스크용 멤브레인 물질로 각광을 받고 있다.The silicon carbide (SiC) thin film is much better than the silicon (Si) based thin film having different mechanical strengths, and thus has been spotlighted as a membrane material for X-ray masks.
그러나, 실리콘 카바이드(SiC) 박막은 광투과도가 40% 정도로 낮다는 단점이 있다.However, silicon carbide (SiC) thin film has a disadvantage that the light transmittance is as low as 40%.
광투과도를 높이기 위하여, 실리콘 카바이드(SiC) 박막을 형성할 때 비반사 물질을 증착하는 방법이 있으나 광투과도를 10 내지 20% 정도만 증가시킬 수밖에 없어 우수한 층간 정렬 정밀도를 위해서는 부족한 점이 많이 있다.In order to increase the light transmittance, there is a method of depositing a non-reflective material when forming a silicon carbide (SiC) thin film, but the light transmittance can only be increased by about 10 to 20%, there are many disadvantages for excellent interlayer alignment accuracy.
폴리실리콘(Poly-Si) 박막은 기존의 실리콘 공정을 그대로 사용할 수 있고, 또한 증착온도에 의해 스트레스(stress)를 조정할 수 있으며, X-선 노광에 의한 손실도 거의 없다는 장점이 있다. 그러나, 폴리실리콘(Poly-Si) 박막은 그레인 바운더리(grain boundary)에서 발생하는 것으로 알려진 광흡수로 인해 광투과도가 50%를 넘지 않는 단점이 있다.Poly-Si thin film (Poly-Si) thin film can use the existing silicon process as it is, the stress (stress) can be adjusted by the deposition temperature, there is an advantage that there is little loss by X-ray exposure. However, poly-silicon (Poly-Si) thin film has a disadvantage that the light transmittance does not exceed 50% due to the light absorption known to occur in the grain boundary (grain boundary).
다이아몬드 박막은 기계적인 강도는 매우 우수하나 역시 광투과도가 낮다는 단점이 있다.Diamond thin film is very good mechanical strength, but also has the disadvantage of low light transmittance.
이와 같이, X-선 마스크용 멤브레인 물질로 사용되는 실리콘 나이트라이드(SiN), 실리콘 카바이드(SiC), 폴리실리콘(Poly-Si) 및 다이아몬드 등과 같은 물질에서, 광투과도가 우수할 경우 X-선 노광에 의한 변형이 있고, X-선 노광에 의한 변형이 없을 경우 광투과도가 50% 이하로 낮아 층간 정렬 정밀도를 증가시키는데 한계가 있다.As such, in materials such as silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC), polysilicon (Poly-Si), and diamond, which are used as membrane materials for X-ray masks, X-ray exposure when the light transmittance is excellent There is a limit to increase the interlayer alignment accuracy because the light transmittance is lowered to 50% or less when there is deformation by X-ray and no deformation by X-ray exposure.
메인 칩 패턴(4)과 얼라인먼트 마크(5)는 X-선을 잘 흡수하면서, 증착, 패턴 형성 및 스트레스 조절이 용이한 물질인 금(Au), 텅스텐(W) 및 탄탈륨(Ta) 등과 같은 물질로 형성된다.The main chip pattern 4 and the alignment mark 5 absorb X-rays well, and are materials such as gold (Au), tungsten (W), and tantalum (Ta), which are easy to deposit, pattern, and control stress. Is formed.
상술한 바와 같이, 종래의 X-선 마스크에서는 멤브레인 위에 얼라인먼트 마크가 형성된다. 이 경우 얼라인먼트 윈도우 부분에 멤브레인이 모두 존재하기 때문에 얼라인먼트 신호가 얼라인먼트 윈도우의 멤브레인을 투과하면서 많이 감소된다. 따라서, 멤브레인은 X-선 노광에 의한 변형의 단점을 감수하면서 광투과도가 높은 물질만을 사용해야 하므로 X-선 리소그래피 공정에서 발생되는 층간 정렬 정밀도를 향상시키는데 한계가 있다.As described above, in conventional X-ray masks, alignment marks are formed on the membrane. In this case, since all the membranes exist in the alignment window portion, the alignment signal is greatly reduced while passing through the membrane of the alignment window. Therefore, the membrane must use only materials with high light transmittance while taking the disadvantages of deformation due to X-ray exposure, and thus there is a limit to improving the interlayer alignment accuracy generated in the X-ray lithography process.
본 발명은 기계적 강도가 우수하고, X-선 노광에 의한 변형이 없는 장점을 갖고 있으나 광투과도가 나빠 X-선 마스크용 멤브레인 물질로 사용되지 못했던 물질을 사용하면서도 X-선 리소그래피 공정동안에 얼라인먼트 마크에서 발생되는 얼라인먼트 신호의 콘트라스트를 최대로 할 수 있도록 한 X-선 마스크 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has the advantage of excellent mechanical strength and no deformation by X-ray exposure, but the light transmittance is poor, and the alignment mark during the X-ray lithography process is used while using a material that has not been used as a membrane material for the X-ray mask. It is an object of the present invention to provide an X-ray mask and a method of manufacturing the same, which can maximize the contrast of the generated alignment signal.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 얼라인먼트 윈도우와 메인 칩 윈도우를 갖는 X-선 마스크에 있어서, X-선 마스크와 웨이퍼를 정렬하기 위한 얼라인먼트 윈도우 부분의 멤브레인 위에 얼라인먼트 마크가 형성되고, 얼라인먼트 윈도우 부분에서 얼라인먼트 마크 부분을 제외한 멤브레인 부분을 제거하여 관통공들이 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an X-ray mask having an alignment window and a main chip window, wherein an alignment mark is formed on the membrane of the alignment window portion for aligning the X-ray mask and the wafer, and in the alignment window portion. The through holes are formed by removing the membrane part except the alignment mark part.
또한 본 발명의 X-선 마스크의 제조 방법은 마스크 기판이 제공되는 단계;In addition, the manufacturing method of the X-ray mask of the present invention comprises the steps of providing a mask substrate;
마스크 기판의 앞면에 아직 1 X-선 투과체가 형성되고, 마스크 기판의 뒷면에 제 2 X-선 투과체가 형성되는 단계; 제 1 X-선 투과체 위에 X-선 흡수체가 형성되는 단계; X-선 흡수체의 선택된 부분들을 제거하여 메인 칩 윈도우 부분에 칩 패턴이 형성되고, 얼라인먼트 윈도우 부분에 얼라인먼트 마크가 형성되는 단계; 공정의 결과로 된 구조의 양면에 포토레지스트가 도포되는 단계; 양면 노광 및 현상 공정으로 마스크 앞면의 얼라인먼트 윈도우 부분의 제 1 X-선 투과체와 마스크 뒷면의 메인 칩 윈도우 및 얼라인먼트 윈도우 부분의 제 2 X-선 투과체가 노출되도록 포토레지스트가 패터닝되는 단계; 패터닝된 포토레지스트를 식각 마스크로한 식각공정으로 제 1 및 2 X-선 투과체의 노출된 부분이 제거되는 단계; 패터닝된 포토레지스트를 다시 식각 마스크로한 식각공정으로 마스크 기판 뒷면의 노출된 부분들을 제거하여, 이로 인하여 메인 칩 윈도우 부분에서는 마스크의 멤브레인으로 사용될 제 1 X-선 투과체가 모두 존재하게 되고, 얼라인먼트 윈도우 부분에서는 얼라인먼트 마크를 제외한 부분에 관통공들이 형성되는 단계; 및 패터닝된 포토레지스트를 제거하고, 상기 제 2 X-선 투과체의 외곽부분을 따라 파이렉스 링을 접착하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Forming a first X-ray transparent body on the front side of the mask substrate and a second X-ray transparent body on the rear side of the mask substrate; Forming an X-ray absorber on the first X-ray transmissive body; Removing selected portions of the X-ray absorber to form a chip pattern on the main chip window portion, and forming an alignment mark on the alignment window portion; Applying photoresist on both sides of the resulting structure; Patterning the photoresist such that the first X-ray transmissive portion of the alignment window portion on the front side of the mask and the main chip window of the rear side of the mask and the second X-ray transmissive portion of the alignment window portion are exposed in a double-sided exposure and development process; Removing exposed portions of the first and second X-ray transmissors by an etching process using the patterned photoresist as an etching mask; The etching process using the patterned photoresist again as an etching mask removes the exposed portions of the back side of the mask substrate, so that the main chip window portion contains all of the first X-ray transmissors to be used as the mask of the mask. Forming a through hole in the portion except the alignment mark; And removing the patterned photoresist and adhering the Pyrex ring along the outer portion of the second X-ray transmissive member.
제1도는 종래의 X-선 마스크의 평면도.1 is a plan view of a conventional X-ray mask.
제2도는 제1도의 A-A1선을 따라 절단한 종래의 X-선 마스크의 단면도.2 is a cross-sectional view of a conventional X-ray mask cut along the line A-A1 in FIG.
제3도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 X-선 마스크의 평면도.3 is a plan view of an X-ray mask according to the first embodiment of the present invention.
제4도는 제3도의 A-A1선을 따라 절단한 본 발명의 X-선 마스크의 단면도.4 is a cross-sectional view of the X-ray mask of the present invention taken along the line A-A1 of FIG.
제5a도 내지 5d는 제4도의 X-선 마스크의 형성 공정도.5A to 5D are process charts for forming the X-ray mask of FIG.
제6도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 X-선 마스크의 평면도.6 is a plan view of an X-ray mask according to a second embodiment of the present invention.
제7도는 제6도의 A-A1선을 따라 절단한 본 발명의 X-선 마스크의 단면도.7 is a cross-sectional view of the X-ray mask of the present invention cut along the line A-A1 of FIG.
제8a도 내지 제8d도는 제7도의 X-선 마스크의 형성 공정도.8A-8D are process charts for forming the X-ray mask of FIG.
제9도는 X-선 리소그래피 노광 장치에 웨이퍼와 X-선 마스크를 배치한 도면.9 shows the placement of a wafer and an X-ray mask in an X-ray lithography exposure apparatus.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1, 11 및 21 : 마스크 기판1, 11 and 21: mask substrate
2, 12 및 22 : 제 1 X-선 투과체(멤브레인)2, 12, and 22: first X-ray penetrating body (membrane)
3, 13 및 23 : 제 2 X-선 투과체3, 13 and 23: second X-ray penetrator
4, 14 및 24 : 메인 칩 패턴 4R, 14R 및 24R : 메인 칩 윈도우4, 14 and 24: Main chip pattern 4R, 14R and 24R: Main chip window
5, 15, 25A 및 25B : 얼라인먼트 카트 마크5, 15, 25A and 25B: alignment cart mark
5R, 15R 및 25R : 얼라인먼트 윈도우5R, 15R and 25R: Alignment Window
6, 16 및 26 : 파이렉스 링 7R, 17R 및 27R : X-선 비투과 영역6, 16 and 26: Pyrex rings 7R, 17R and 27R: X-ray non-transmissive area
8, 18 및 28 : 마스크 앞면 9, 19 및 29 : 마스크 뒷면8, 18 and 28: mask front 9, 19 and 29: mask back
10, 100 및 200 : X-선 마스크 130 및 230 : 포토레지스트10, 100 and 200: X-ray masks 130 and 230: photoresist
140 및 240 : X-선 흡수체 150 및 250 : 관통공140 and 240: X-ray absorbers 150 and 250: Through holes
300 : 얼라인먼트 현미경 400 : 웨이퍼300: alignment microscope 400: wafer
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 X-선 마스크(100)의 평면도이고, 도 4는 도 3의 A-A1선을 따라 절단한 제 1 X-선 마스크(100)의 단면도이며, 도 5A 내지 5D는 도 4의 제 1 X-선 마스크(100)의 형성 공정도이다.3 is a plan view of a first X-ray mask 100 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the first X-ray mask 100 taken along the line A-A1 of FIG. 3. 5A to 5D are process charts for forming the first X-ray mask 100 of FIG. 4.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제 1 X-선 마스크(100)는 실리콘으로 형성된 마스크 기판(11)과; 마스크 기판(11)의 앞면(18)에 형성되어 마스크의 멤브레인으로 사용되는 제 1 X-선 투과체(12) 위에 메인 칩 패턴(14)이 위치되는 메인 칩 윈도우(14R)와; 멤브레인으로 사용되는 제 1 X-선 투과체(12)위에 다수의 얼라인먼트 마크(15)가 위치되고, 다수의 얼라인먼트 마크(15) 사이에 관통공들(150)이 형성되고, 메인 칩 윈도우(14R)의 주변에 적어도 3개 이상 형성되는 얼라인먼트 윈도우(15R)와; 마스크 기판(11)의 뒷면(19)에 접착된 파이렉스 링(16)으로 이루어진다.3 and 4, the first X-ray mask 100 includes a mask substrate 11 formed of silicon; A main chip window 14R formed on the front surface 18 of the mask substrate 11 and having the main chip pattern 14 positioned on the first X-ray transmissive member 12 used as a membrane of the mask; A plurality of alignment marks 15 are positioned on the first X-ray penetrating member 12 used as a membrane, through holes 150 are formed between the plurality of alignment marks 15, and the main chip window 14R. At least three alignment windows 15R formed around the periphery; It consists of a Pyrex ring 16 bonded to the back side 19 of the mask substrate 11.
메인 칩 윈도우(14R)와 얼라인먼트 윈도우(15R)의 부분을 제외한 부분은 X-선 비투과 영역(17R)이 된다.The portions except the portions of the main chip window 14R and the alignment window 15R become the X-ray non-transmissive region 17R.
도 5a를 참조하면, 마스크 기판(11)의 앞면(18)에 마스크의 멤브레인으로 사용될 제 1 X-선 투과체(12)가 형성되고, 마스크 기판(11)의 뒷면(19)에 제 2 X-선 투과체(13)가 형성된다. 제 1 X-선 투과체(12) 위에는 X-선 흡수체(140)가 형성된다.Referring to FIG. 5A, a first X-ray transmissive body 12 to be used as a membrane of a mask is formed on the front surface 18 of the mask substrate 11, and a second X on the rear surface 19 of the mask substrate 11. The line transmitting body 13 is formed. An X-ray absorber 140 is formed on the first X-ray transmissive body 12.
상기에서, 제 1 및 2 X-선 투과체(12 및 13)는 X-선을 잘 투과시키고 강도가 좋은 물질인 실리콘 나이트라이드(SiN), 실리콘 카바이드(SiC), 폴리실리콘(Poly-Si) 및 다이아몬드와 같은 물질중 어느 하나를 사용하여 약 2㎛의 두께로 형성된다. X-선 흡수체(140)는 X-선을 잘 흡수하면서, 증착, 패턴 형성 및 스트레스 조절이 용이한 물질인 금(Au), 텅스텐(W), 텅스텐 티타늄(WTi), 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 나이트라이드(TaN) 및 몰리브덴(Mo)과 같은 물질중 어느 하나로 형성된다.In the above description, the first and second X-ray transmissive members 12 and 13 transmit X-rays well and have good strength, such as silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC), and polysilicon (Poly-Si). And a material such as diamond to form a thickness of about 2 μm. The X-ray absorber 140 absorbs X-rays well, and is easy to deposit, pattern, and control stress such as gold (Au), tungsten (W), tungsten titanium (WTi), tantalum (Ta), and tantalum It is formed of any one of materials such as nitride (TaN) and molybdenum (Mo).
도 5b를 참조하면, 전자빔 리소그래피 공정 및 비등방성 식각 공정으로 X-선 흡수체(140)의 선택된 부분을 제거하므로, 메인 칩 윈도우(14R) 부분의 제 1 X-선 투과체(12)위에 메인 칩 패턴(14)이 형성되고, 얼라인먼트 윈도우(15R) 부분의 제 1 X-선 투과체(12)위에 다수의 얼라인먼트 마크(15)가 형성된다.Referring to FIG. 5B, the selected portion of the X-ray absorber 140 is removed by an electron beam lithography process and an anisotropic etching process, so that the main chip on the first X-ray transmissive portion 12 of the main chip window 14R portion is removed. The pattern 14 is formed, and a plurality of alignment marks 15 are formed on the first X-ray transmissive body 12 of the alignment window 15R portion.
상기에서, 다수의 얼라인먼트 마크(15)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 얼라인먼트 윈도우(15R) 부분을 가로지르면서 그 양단이 얼라인먼트 윈도우(15R) 부분 이외의 부분(X-선 비투과영역)에까지 연장되도록 형성된다.In the above, as shown in FIG. 3, the plurality of alignment marks 15 cross the portion of the alignment window 15R and both ends thereof extend to a portion other than the portion of the alignment window 15R (the X-ray non-transmissive region). It is formed to extend.
도 5c를 참조하면, 포토레지스트(130)는 메인 칩 패턴(14)과 다수의 얼라인먼트 마크(15)를 포함한 마스크 앞면(18)의 제 1 X-선 투과체(12) 위와 마스크 뒷면(19)의 제 2 X-선 투과체(13)위에 각각 도포된다. 도포된 포토레지스트(130)는 양면 노광 및 현상 공정으로 마스크 앞면(18)의 얼라인먼트 윈도우(15R) 부분의 제 1 X-선 투과체(12)와 마스크 뒷면(19)의 메인 칩 윈도우(14R) 및 얼라인먼트 윈도우(15R) 부분의 제 2 X-선 투과체(13)가 노출되도록 패터닝된다. 패터닝된 포토레지스트(130)를 식각 마스크로하여 노출된 부분의 제 1 및 2 X-선 투과체(12 및 13)가 제거된다. 이때, 마스크 앞면(18)의 얼라인먼트 윈도우(15R) 부분에는 다수의 얼라인먼트 마크(15)가 형성되어 있기 때문에 다수의 얼라인먼트 마크(15)가 위치한 이외의 제 1 X-선 투과체(12) 부분만 제거된다.Referring to FIG. 5C, the photoresist 130 is formed on the first X-ray transmissive body 12 and the mask back surface 19 of the mask front surface 18 including the main chip pattern 14 and the plurality of alignment marks 15. On each of the second X-ray transmissive members 13. The applied photoresist 130 is a double-sided exposure and development process in which the first X-ray penetrating member 12 of the alignment window 15R portion of the mask front surface 18 and the main chip window 14R of the mask rear surface 19 are applied. And the second X-ray penetrating member 13 of the alignment window 15R portion is exposed. Using the patterned photoresist 130 as an etch mask, the first and second X-ray transmissors 12 and 13 in the exposed portions are removed. At this time, since a plurality of alignment marks 15 are formed in the alignment window 15R portion of the front face 18 of the mask, only the portion of the first X-ray transmissive member 12 other than the plurality of alignment marks 15 is located. Removed.
도 5d를 참조하면, 패터닝된 포토레지스트(130)를 다시 식각 마스크로 이용하여 마스크 앞면(18)의 제 1 X-선 투과체(12)가 노출되는 시점까지 마스크 뒷면(19)으로부터 노출된 마스크 기판(11)을 식각한다. 이때, 얼라인먼트 윈도우(15R) 부분을 통해 마스크 앞면(18)으로부터 마스크 기판(11)이 식각되는 것을 방지하기 위하여, 마스크 앞면(18)을 실리콘 식각척과 같은 보호장비로 충분히 보호한 후에 마스크 기판(11)의 식각공정을 실시한다. 마스크 기판(11) 식각공정의 결과, 메인 칩 윈도우(14R) 부분에는 제 1 X-선 투과체(12)가 모두 존재하게 되어 마스크의 멤브레인으로 사용되고, 얼라인먼트 윈도우(15R) 부분에는 다수의 얼라인먼트 마크(15) 각각의 사이에 관통공들(150)이 형성된다.Referring to FIG. 5D, the mask exposed from the mask back surface 19 until the first X-ray transmissive body 12 of the mask front surface 18 is exposed using the patterned photoresist 130 as an etching mask again. The substrate 11 is etched. At this time, in order to prevent the mask substrate 11 from being etched from the mask front surface 18 through the alignment window 15R portion, the mask substrate 11 is sufficiently protected by a protective device such as a silicon etch chuck. ) Etching process. As a result of the etching process of the mask substrate 11, all of the first X-ray transmissive members 12 are present in the main chip window 14R portion and used as a membrane of the mask, and a plurality of alignment marks are in the alignment window 15R portion. (15) Through holes 150 are formed between each.
이후, 포토레지스트(130)를 제거하고, 마스크 뒷면(19)의 제 2 X-선 투과체(13)의 외곽부분을 따라 파이렉스 링(16)을 접착하므로 도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 X-선 마스크(100)가 제조된다.Thereafter, the photoresist 130 is removed and the Pyrex ring 16 is adhered along the outer portion of the second X-ray transmissive member 13 of the mask back surface 19 so that the present invention shown in FIGS. The first X-ray mask 100 of is manufactured.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 X-선 마스크(200)의 평면도이고, 도 7은 도 6의 A-A1선을 따라 절단한 제 2 X-선 마스크(200)의 단면도이며, 도 8a 내지 8d는 도 7의 제 2 X-선 마스크(200)의 형성 공정도이다.FIG. 6 is a plan view of a second X-ray mask 200 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the second X-ray mask 200 taken along the line A-A1 of FIG. 8A to 8D are process charts for forming the second X-ray mask 200 of FIG. 7.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제 2 X-선 마스크(200)는 실리콘으로 형성된 마스크 기판(21)과; 마스크 기판(21)의 앞면(28)에 형성되어 마스크의 멤브레인으로 사용되는 제 1 X-선 투과체(22) 위에 메인 칩 패턴(24)이 위치되는 메인 칩 윈도우(24R)와; 멤브레인으로 사용되는 제 1 X-선 투과체(22) 위에 가로 방향 및 세로 방향으로 교차된 다수의 얼라인먼트 마크(25A 및 25B)가 위치되고, 다수의 얼라인먼트 마크(25A 및 25B) 사이에 관통공들(250)이 형성되고, 메인 칩 윈도우(24R)의 주변에 적어도 3개 이상 형성되는 얼라인먼트 윈도우(25R)와; 마스크 기판(21)의 뒷면(29)에 접착된 파이렉스 링(26)으로 이루어진다.6 and 7, the second X-ray mask 200 may include a mask substrate 21 formed of silicon; A main chip window 24R formed on the front surface 28 of the mask substrate 21 and having the main chip pattern 24 positioned on the first X-ray transmissive body 22 used as a membrane of the mask; A plurality of alignment marks 25A and 25B intersected in the transverse and longitudinal directions are positioned on the first X-ray penetrating member 22 used as the membrane, and the through holes between the plurality of alignment marks 25A and 25B. An alignment window 25R formed at 250 and formed at least three around the main chip window 24R; It consists of a Pyrex ring 26 bonded to the back side 29 of the mask substrate 21.
메인 칩 윈도우(24R)와 얼라인먼트 윈도우(25R)의 부분을 제외한 부분은 X-선 비투과 영역(27R)이 된다.The portions except the portions of the main chip window 24R and the alignment window 25R become the X-ray non-transmissive region 27R.
도 8a를 참조하면, 마스크 기판(21)의 앞면(28)에 마스크의 멤브레인으로 사용될 제 1 X-선 투과체(22)가 형성되고, 마스크 기판(21)의 뒷면(29)에 제 2 X-선 투과체(23)가 형성된다. 제 1 X-선 투과체(22) 위에는 X-선 흡수체(240)가 형성된다.Referring to FIG. 8A, a first X-ray transmissive body 22 to be used as a membrane of a mask is formed on the front surface 28 of the mask substrate 21, and a second X is formed on the rear surface 29 of the mask substrate 21. The line transmitting body 23 is formed. An X-ray absorber 240 is formed on the first X-ray transmissive body 22.
상기에서, 제 1 및 2 X-선 투과체(22 및 23)는 X-선을 잘 투과시키고 강도가 좋은 물질인 실리콘 나이트라이드(SiN), 실리콘 카바이드(SiC), 폴리실리콘(Poly-Si) 및 다이아몬드와 같은 물질중 어느 하나를 사용하여 약 2㎛의 두께로 형성된다. X-선 흡수체(240)는 X-선을 잘 흡수하면서, 증착, 패턴 형성 및 스트레스 조절이 용이한 물질인 금(Au), 텅스텐(W), 텅스텐 티타늄(WTi), 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 나이트라이드(TaN) 및 몰리브덴(Mo)과 같은 물질중 어느 하나로 형성된다.In the above description, the first and second X-ray transmissive members 22 and 23 transmit X-rays well and have good strength, such as silicon nitride (SiN), silicon carbide (SiC), and polysilicon (Poly-Si). And a material such as diamond to form a thickness of about 2 μm. The X-ray absorber 240 absorbs X-rays well, and is easy to deposit, pattern, and control stress such as gold (Au), tungsten (W), tungsten titanium (WTi), tantalum (Ta), and tantalum It is formed of any one of materials such as nitride (TaN) and molybdenum (Mo).
도 8b를 참조하면, 전자빔 리소그래피 공정 및 비등방성 식각 공정으로 X-선 흡수체(240)의 선택된 부분을 제거하므로, 메인 칩 윈도우(24R) 부분의 제 1 X-선 투과체(22)위에 메인 칩 패턴(24)이 형성되고, 얼라인먼트 윈도우(25R) 부분의 제 1 X-선 투과체(22)위에 다수의 세로 방향 얼라인먼트 마크(25A)와 다수의 가로 방향 얼라인먼트 마크(25B)가 교차되어 형성된다.Referring to FIG. 8B, the selected portion of the X-ray absorber 240 is removed by an electron beam lithography process and an anisotropic etching process, so that the main chip on the first X-ray transmissive portion 22 of the main chip window 24R portion is removed. A pattern 24 is formed, and a plurality of longitudinal alignment marks 25A and a plurality of horizontal alignment marks 25B are formed to intersect on the first X-ray transmissive body 22 of the alignment window 25R portion. .
상기에서, 다수의 세로 방향 얼라인먼트 마크(25A)와 다수의 가로 방향 얼라인먼트 마크(25B)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 얼라인먼트 윈도우(25R) 부분을 가로지르면서 각각의 얼라인먼트 마크(25A 및 25B) 양단이 얼라인먼트 윈도우(25R) 부분 이외의 부분(X-선 비투과영역)에까지 연장되도록 형성된다.In the above, the plurality of longitudinal alignment marks 25A and the plurality of horizontal alignment marks 25B are each aligned marks 25A and 25B while crossing the alignment window 25R portion, as shown in FIG. 3. ) Both ends are formed to extend to portions other than the alignment window 25R portion (X-ray non-transmissive region).
도 8c를 참조하면, 포토레지스트(230)는 메인 칩 패턴(24)과 다수의 얼라인먼트 마크(25)를 포함한 마스크 앞면(28)의 제 1 X-선 투과체(22) 위와 마스크 뒷면(29)의 제 2 X-선 투과체(23)위에 각각 도포된다. 도포된 포토레지스트(230)는 양면 노광 및 현상 공정으로 마스크 앞면(28)의 얼라인먼트 윈도우(25R) 부분의 제 1 X-선 투과체(22)와 마스크 뒷면(29)의 메인 칩 윈도우(24R) 및 얼라인먼트 윈도우(25R) 부분의 제 2 X-선 투과체(23)가 노출되도록 패터닝된다. 패터닝된 포토레지스트(230)를 식각 마스크로하여 노출된 부분의 제 1 및 2 X-선 투과체(22 및 23)가 제거된다. 이때, 마스크 앞면(28)의 얼라인먼트 윈도우(25R) 부분에는 다수의 세로 방향 얼라인먼트 마크(25A)와 이들 가로 방향 얼라인먼트 마크(25B)가 형성되어 있기 때문에 다수의 얼라인먼트 마크(25A 및 25B)가 위치한 이외의 제 1 X-선 투과체(22) 부분만 제거된다.Referring to FIG. 8C, the photoresist 230 is formed over the first X-ray transmissive body 22 and the mask back surface 29 of the mask front side 28 including the main chip pattern 24 and the plurality of alignment marks 25. On each of the second X-ray transmissive members 23. The applied photoresist 230 is a first X-ray transmissive body 22 of the alignment window 25R portion of the mask front surface 28 and the main chip window 24R of the mask rear surface 29 in a double-sided exposure and development process. And the second X-ray transmissive member 23 in the alignment window 25R portion is exposed. Using the patterned photoresist 230 as an etch mask, the first and second X-ray transmissors 22 and 23 of the exposed portions are removed. At this time, since the plurality of longitudinal alignment marks 25A and the horizontal alignment marks 25B are formed in the alignment window 25R portion of the mask front surface 28, the plurality of alignment marks 25A and 25B are located. Only the portion of the first X-ray penetrating body 22 of is removed.
도 8d를 참조하면, 패터닝된 포토레지스트(230)를 다시 식각 마스크로 이용하여 마스크 앞면(28)의 제 1 X-선 투과체(22)가 노출되는 시점까지 마스크 뒷면(29)으로부터 노출된 마스크 기판(21)을 식각한다. 이때, 얼라인먼트 윈도우(25R) 부분을 통해 마스크 앞면(28)으로부터 마스크 기판(21)이 식각되는 것을 방지하기 위하여, 마스크 앞면(28)을 실리콘 식각척과 같은 보호장비로 충분히 보호한 후에 마스크 기판(21)의 식각공정을 실시한다. 마스크 기판(21) 식각공정의 결과, 메인 칩 윈도우(24R) 부분에는 제 1 X-선 투과체(22)가 모두 존재하게 되어 마스크의 멤브레인으로 사용되고, 얼라인먼트 윈도우(25R) 부분에는 다수의 세로 방향 얼라인먼트 마크(25A)와 다수의 가로 방향 얼라인먼트 마크(25B) 각각의 사이에 관통공들(250)이 형성된다.Referring to FIG. 8D, the mask exposed from the mask back surface 29 until the first X-ray transmissive body 22 of the mask front surface 28 is exposed using the patterned photoresist 230 as an etching mask again. The substrate 21 is etched. At this time, in order to prevent the mask substrate 21 from being etched from the mask front surface 28 through the alignment window 25R, the mask substrate 21 is sufficiently protected by the protective equipment such as a silicon etch chuck. ) Etching process. As a result of the etching process of the mask substrate 21, all of the first X-ray transmissive members 22 are present in the main chip window 24R portion and used as a membrane of the mask, and in the alignment window 25R portion, a plurality of longitudinal directions are provided. Through-holes 250 are formed between the alignment mark 25A and each of the plurality of horizontal alignment marks 25B.
이후, 포토레지스트(230)를 제거하고, 마스크 뒷면(29)의 제 2 X-선 투과체(23)의 외곽부분을 따라 파이렉스 링(26)을 접착하므로 도 6 및 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 X-선 마스크(200)가 제조된다.Thereafter, the photoresist 230 is removed and the Pyrex ring 26 is adhered along the outer portion of the second X-ray transmissive member 23 of the mask back surface 29 so that the present invention shown in FIGS. Of the second X-ray mask 200 is manufactured.
도 9는 X-선 리소그래피 노광 장치에 웨이퍼(400)와 본 발명의 X-선 마스크(100 또는 200)를 배치한 도면이다. 노광 장치에 웨이퍼(400)와 본 발명의 X-선 마스크(100 또는 200)를 각각 위치시킨 후, X-선을 조사하여 마스크(100 또는 200)의 칩 패턴 이미지를 웨이퍼(400)에 전달시킨다. 조사된 X-선은 얼라인먼트 윈도우 부분의 얼라인먼트 마크부분에서 X-선이 반사되고, 얼라인먼트 윈도우 부분의 관통공에서 100% 투과된다. 얼라인먼트 마크에서 반사된 X-선 얼라인먼트 신호로 얼라인먼트 현미경(300)에 감지되는데, 관통공으로 X-선이 100% 투과되기 때문에 현미경(300)에 감지되는 얼라인먼트 신호는 상대적으로 높다.9 shows a wafer 400 and an X-ray mask 100 or 200 of the present invention disposed in an X-ray lithography exposure apparatus. After placing the wafer 400 and the X-ray mask 100 or 200 of the present invention in the exposure apparatus, the X-rays are irradiated to transfer the chip pattern image of the mask 100 or 200 to the wafer 400. . The irradiated X-rays reflect the X-rays at the alignment mark portion of the alignment window portion, and are transmitted 100% at the through holes of the alignment window portion. The X-ray alignment signal reflected from the alignment mark is detected by the alignment microscope 300. Since the X-rays are transmitted 100% through the through-holes, the alignment signal detected by the microscope 300 is relatively high.
상술한 바와 같이, 본 발명은 얼라인먼트 윈도우 부분의 멤브레인 위에 얼라인먼트 마크를 형성하고, 얼라인먼트 윈도우 부분에서 얼라인먼트 마크 부분을 제외한 멤브레인 부분을 제거하여 관통공이 형성되게 하므로써, 본 발명의 얼라인먼트 윈도우에서 광투과도가 100%가 된다. 따라서, 기계적 강도가 우수하고, X-선 노광에 의한 변형이 없는 장점을 갖고 있으나 광투과도가 나빠 X-선 마스크용 멤브레인 물질로 사용되지 못했던 물질을 X-선 마스크용 멤브레인 물질로 사용하는 것을 실용화 시킬 수 있으며, X-선 리소그래피 공정동안에 얼라인먼트 마크에서 발생되는 얼라인먼트 신호의 콘트라스트를 최대로 할 수 있다.As described above, the present invention forms an alignment mark on the membrane of the alignment window portion, and removes the membrane portion except the alignment mark portion from the alignment window portion so that a through hole is formed, thereby providing a light transmittance of 100 in the alignment window of the present invention. Will be%. Therefore, it has the advantage of excellent mechanical strength and no deformation due to X-ray exposure, but it is practical to use a material that cannot be used as a membrane material for X-ray mask due to poor light transmittance. It is possible to maximize the contrast of the alignment signal generated in the alignment mark during the X-ray lithography process.
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