KR100327336B1 - 미세 구조물 제조에 사용되는 물질층 식각 방법 및 이를 이용한 리소그래피 마스크 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
미세 구조물 제조에 사용되는 물질층 식각 방법 및 이를 이용한 리소그래피 마스크(lithography mask) 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 일 관점은 기판의 어느 일면 상에 식각 종료층, 멤브레인층(membrane layer), 리소그래피 마스크층, 및 보호층을 순차적으로 형성한다. 이후에, 기판의 일면에 반대되는 다른 일면 상에 기판의 다른 일면을 선택적으로 노출하는 식각 마스크를 카본층으로 형성한다. 식각 마스크에 의해서 노출되는 기판의 다른 일면에 알칼리성 용액을 도입하여 기판을 식각하여 멤브레인층을 노출한다.
Description
본 발명은 미세 구조물(microsturucture body) 제조에 사용되는 물질층 식각 방법에 관한 것으로, 특히, 리소그래피 마스크(lithography mask) 제조 방법에 관한 것이다.
물질층을 식각하는 방법은 건식 식각 방법과 습식 식각 방법으로 대별될 수 있다. 건식 식각 방법은 미합중국 특허 5,022,959호에 기재된 바와 같이 플라즈마(plasma) 상태의 에천트(etchant)를 이용하여 물질층을 선택적으로 식각함으로써, 반도체 기판 상에 물질층의 패턴을 형성하는 데 이용된다.
습식 식각 방법은 미세 구조물을 제조하는 공정에 이용될 수 있다. 이러한 미세 구조물의 예로는 집적 회로를 구성하는 물질층의 패턴을 들 수 있다. 또한, 집적 회로를 제조하는 데 사용되는 구조물, 예컨대, 멤브레인 마스크(membrane mask) 등과 같이 X-선 리소그래피 공정 또는 전자 빔 리소그래피 공정에 이용되는 리소그래피 마스크 등을 제조하는 데 습식 식각 방법이 사용될 수 있다. 또는, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 등과 같은 전기적 회로부와 기계적 구동부가 함께 집적된 미세 구조 시스템을 제조하는 데 습식 식각 방법이 이용될 수 있다. 즉, 벌크 마이크로머신닝(bulk micromachining) 또는 표면 마이크로머시닝(surface micromachining) 분야에서 사용될 수 있다.
멤브레인 마스크 등과 같은 리소그래피 마스크를 제조하는 공정을 예로 들면, 결정성 실리콘층으로 이루어지는 기판을 식각하는 데 알칼리성 용액을 에천트(etchant)로 이용하는 습식 식각 방법이 사용된다. 즉, 결정성 실리콘의 기판 상에 멤브레인층 및 리소그래피 마스크층으로 이용되는 중금속층(heavy metal layer)을 형성하고, 기판을 선택적으로 식각하여 프레임의 역할을 하여 멤브레인층 및 리소그래피 마스크층 등을 지지하도록 한다.
이때, 기판은 결정성 실리콘의 결정 방향에 따라 알칼리성 용액에 대해서 각기 다른 식각율을 나타내는 특성이 있다. 이와 같은 이방성 식각 특성을 이용하면, 다양한 측벽 프로파일(side wall profile)을 가지는 다양한 형태의 실리콘 구조물을 형성할 수 있다. 리소그래피 마스크를 형성하는 공정에서는 <100> 또는 <110> 등의 면 방향의 결정 배향을 가지는 결정성 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용한다. 이때, 기판의 일면에는 멤브레인층 등이 형성되고, 반대면에는 선택적인 식각을 위해서 식각 마스크가 형성된다.
식각 마스크는 LP-SiN(Low Pressure SiN)로 일반적으로 이루어지며, 알칼리성 용액의 종류에 따라 이산화 실리콘(SiO2)으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 식각 마스크는 기판이 선택적으로 식각된 이후에, 기판에 남길 수 있으나 경우에 따라 기판에서 제거할 필요가 있다. 식각 마스크로 사용된 질화 실리콘층 또는 산화 실리콘층을 제거하기 위해서는 일반적으로 핫(hot) H3PO4용액 또는 HF 용액 등이 각각 이용되고 있다. 이때, 식각 마스크를 제거하기 위한 핫 인산(H3PO4) 용액 또는 불산(HF) 용액은 용액의 특성 상 식각 마스크뿐만 아니라, 다른 구조 요소, 예컨대, 기판 또는 기판의 다른 면에 형성된 물질층, 예컨대, 멤브레인층 등을 침식시키거나 손상시킬 수 있다. 이와 같은 침식 또는 손상의 발생은 리소그래피 마스크의 불량을 초래할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 에천트로 사용되는 알칼리성 용액에 의해서 또는 식각 마스크를 제거할 때 다른 구조물 또는 물질층이 침식되거나 손상되는 것을 방지할 수 있는 미세 구조물 제조에 사용되는 물질층 식각 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 미세 구조물 제조에 사용되는 물질층 식각 방법을 이용하여 X 선 리소그래피 공정 또는 전자빔 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 카본층을 식각 마스크로 이용하는 물질층 습식 식각 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 카본층을 식각 종료층으로 이용하는 물질층 습식 식각 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 카본층을 보호층으로 이용하는 물질층 습식 식각 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 리소그래피 마스크 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 설명>
100, 101, 102;물질층, 200, 201;식각 마스크,
300;알칼리성 용액, 400, 401;하부층,
500;식각 종료층, 600;보호층,
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 물질층 상에 상기 물질층의 일부를 선택적으로 노출하는 식각 마스크를 카본층으로 형성한다. 상기 카본층 상에 알칼리성 용액을 도입하여 노출되는 물질층을 선택적으로 식각한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 관점은, 하부층 상에 식각 종료층을 카본층으로 형성한다. 상기 카본층 상에 물질층을 형성한다. 상기 물질층 상에 상기 물질층의 일부를 선택적으로 노출하는 식각 마스크를 형성한다. 상기 식각 마스크 상에 알칼리성 용액을 도입하여 노출되는 물질층을 상기 식각 종료층을 식각의 종료점으로 하여 식각한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 관점은, 하부층 상에 물질층을 형성한다. 상기 물질층 상에 알칼리성 용액을 도입하여 상기 물질층을 식각한다. 상기 하부층의 상기 물질층과 접촉하는 면의 반대되는 면을 덮어 상기 알칼리성 용액에 의해서 상기 하부층의 상기 반대되는 면이 침식되는 것을 방지하는 보호층을 카본층으로 형성한다.
상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 기판의 어느 일면 상에 식각 종료층, 멤브레인층, 리소그래피 마스크층, 및 보호층을 순차적으로 형성한다. 상기 기판의 일면에 반대되는 다른 일면 상에 상기 기판의 다른 일면을 선택적으로 노출하는 식각 마스크를 카본층으로 형성한다. 상기 식각 마스크에 의해서 노출되는 상기 기판의 다른 일면에 알칼리성 용액을 도입하여 상기 기판을 식각하여 상기 멤브레인층을 노출한다.
상기 기판은 결정성 실리콘으로 이루어지며, 상기 알칼리성 용액은 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 수산화 암모늄 또는 수산화 사메틸암모늄 등을 적어도 하나 이상 포함한다.
상기 식각 종료층은 카본층으로 이루어질 수 있으며, 상기 보호층 또한 카본층으로 이루어질 수 있다. 상기 리소그래피 마스크층은 텅스텐 또는 탄탈륨 등과 같은 중금속 원소로 이루어진다.
상기 멤브레인층을 노출하는 단계 이후에, 상기 보호층을 제거한 후, 상기 리소그래피 마스크층을 패터닝한다. 그리고, 상기 식각 마스크로 사용된 카본층을 애슁하여 제거한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 기판의 '상'에 있다 또는 '접촉'하고 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 층은 상기 다른 층 또는 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제3의 층이 개재되어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 알칼리성 용액을 에천트로 상용하는 습식 식각 공정에서 카본층을 상기 알칼리성 용액에 대한 식각 마스크, 식각 종료층 또는 보호층 등으로 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 알칼리성 용액을 이용하는 습식 식각 방법에 대해서기술하고 있다. 이때, 사용되는 알칼리성 용액은 습식 식각되는 대상은 기판 상에 형성된 물질층일 수 있고 기판 그 자체일 수 있다. 예를 들어, 상기 물질층 또는 기판으로 결정성 실리콘층 또는 결정성 실리콘으로 이루어지는 웨이퍼를 이용할 수 있다. 이때, 알칼리성 용액으로는 수산화 칼륨(KOH) 용액, 수산화 나트륨(NaOH) 용액, 수산화 리튬(LiOH) 용액, 수산화 암모늄(NH4OH) 용액 또는 수산화 사메틸암모늄(TMAH;tetra methyl ammonium hydroxide;(CH3)4NOH) 용액 등을 이용할 수 있다.
이와 같이 알칼리성 용액을 에천트로 이용하는 습식 식각에서 습식 식각의 대상이 되는 물질층 또는 기판 등의 일부를 선택적으로 보호하기 위해서 본 발명의 실시예들에서는 카본층을 이용한다. 예를 들어, 습식 식각을 진행할 때, 알칼리성 용액에 의해서 침식되는 것을 방지할 목적으로 물질층 또는 기판의 표면 일 부분 상에 카본층을 형성하면, 카본층에 의해서 차폐되는 부분은 상기한 알칼리성 용액에 의해서 침식되거나 손상되지 않고 보호될 수 있다.
이후에 습식 식각이 완료되면, 상기 카본층은 산소 플라즈마(O2plasma) 등을 이용한 애슁(ashing) 등으로 선택적으로 제거될 수 있다. 종래의 산화 실리콘층 또는 질화 실리콘층, 질화물층 등을 제거할 때 사용되는 핫 H3PO4용액이나 HF 용액과는 달리, 산소 플라즈마는 단지 카본층을 이루는 탄소-탄소 결합을 붕괴시켜 카본층 기화시켜 제거하는 작용을 한다. 이와 같은 산소 플라즈마는 카본층을 기화시키는 작용을 하므로, 카본층 이외의 다른 물질층 또는 구조물을 실질적으로 침식하거나 손상시키지 않는다. 이와 같이 핫 H3PO4용액이나 HF 용액을 사용할 필요가 없으므로, 카본층이 차폐하지 않는 다른 구성 요소 부분, 즉, 다른 구조물 등이 상기한 핫 H3PO4용액이나 HF 용액 등에 의해서 침식되거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 카본층을 알칼리성 용액을 에천트로 사용하는 습식 식각에서 식각 마스크, 습식 식각의 종료점을 검출하는 데 사용되는 식각 종료층 또는 보호층을 등으로 이용할 수 있다.
도 1은 카본층을 식각 마스크로 이용하는 경우의 물질층 습식 식각 방법을 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 물질층(100), 예컨대, 결정성 실리콘층 또는 결정성 실리콘층으로 이루어지는 기판을 도입한다. 물질층(100) 상에 카본층을 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD;Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) 등으로 형성한다. 카본층은 물질층(100)의 일부 표면을 노출하도록 물질층(100)의 표면 일부를 덮어 식각 마스크(200)로 형성된다. 이후에, 식각 마스크(200)가 형성된 물질층(100)을 알칼리성 용액(300)에 담그는 방법 등으로, 노출된 물질층(100)의 표면에 알칼리성 용액(300)을 도입한다. 이와 같이 도입된 알칼리성 용액(300)은 카본층을 실질적으로 침식하지 않으며, 노출된 물질층(100)의 표면을 식각한다. 습식 식각이 종료된 이후에, 애슁 등으로 카본층을 산화시킴으로써 식각 마스크(200)를 선택적으로 제거한다.
도 2는 카본층을 식각 종료층으로 이용하는 경우의 물질층 습식 식각 방법을 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 물질층(101)의 하부를 지지하는 하부층(400)과 물질층(101)과의 계면에 카본층으로 식각 종료층(500)을 형성한다. 물질층(100) 상에 형성된 식각 마스크(201)에 의해서 노출되는 물질층(101)의 일부는 알칼리성 용액(300)에 의해서 침식되어 선택적으로 제거된다. 이에 따라, 물질층(101)은 일정한 형태로 패터닝되게 된다. 이때, 습식 식각의 종료는 하부의 카본층으로 이루어지는 식각 종료층(500)에 의해서 이루어지게 된다. 그리고, 노출되는 식각 종료층(500)의 일부는 산소 플라즈마 등으로 선택적으로 제거될 수 있어, 하부층(400)의 표면이 선택적으로 노출될 수 있다.
도 3은 카본층을 보호층으로 이용할 경우의 물질층 습식 식각 방법을 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 하부층(401) 상에 형성된 물질층(102)을 식각 마스크(201)를 이용하여 선택적으로 습식 식각할 때, 하부층(401)의 물질층(102)과 접촉하는 면의 반대면은 습식 식각의 에천트인 알칼리성 용액(300)에 노출되게 된다. 따라서, 알칼리성 용액(300)에 의해서 침식되거나 손상될 수 있으므로, 하부층(401)의 하면을 덮는 카본층을 보호층(600)으로 이용한다. 이와 같은 보호층(600)은 알칼리성 용액(300)을 하부층(401)의 하면으로부터 격리시킴으로써, 상기한 침식 또는 손상을 방지한다. 습식 식각이 종료된 이후에 보호층(600)은 애슁 등으로 다른 구조물, 예컨대, 물질층(102) 등에 손상을 주지 않으며 제거될 수 있다.
이와 같이 습식 식각에 의해서 침식 또는 손상이 우려되는 다른 구성 요소 부분에 형성된 구조물을 카본층으로 이루어지는 보호층(600)으로 덮어 차폐함으로써, 알칼리성 용액(300)으로부터의 원하지 않는 손상을 방지할 수 있다.
이와 같이 카본층을 알칼리성 용액에 대한 식각 마스크, 식각 종료층 또는 보호층으로 이용하여 미세 구조물을 제조하는 공정의 일례를, 리소그래피 공정에 이용되는 리소그래피 마스크를 제조하는 방법을 예로 들어 보다 구체적으로 설명한다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 리소그래피 마스크 제조 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다.
X-선 리소그래피 공정 또는 전자빔 리소그래피 공정에서 사용되는 리소그래피 마스크는 멤브레인층 상에 중금속의 리소그래피 마스크층을 구비하며, 멤브레인층을 지지하는 구조물을 구비하고 있다. 이때, 멤브레인층을 지지하는 구조물은 결정성 실리콘으로 이루어지는 기판 또는 웨이퍼가 주로 이용된다. 기판을 식각하여 패터닝하여 지지하는 구조물의 역할을 하도록 패터닝하는 공정에 알칼리성 용액을 에천트로 이용하는 습식 식각 방법이 사용된다. 이때, 본원 발명의 실시예에서는 기판을 식각하는 공정에 필수적으로 요구되는 식각 마스크, 식각 종료층 또는 보호층 등을 카본층을 이용하여 형성한다.
도 4는 기판(1100) 상에 식각 마스크(1200)를 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 결정성 실리콘 등으로 이루어지는 기판(1100)의 어느 일면 상에카본층을 증착하여 상기 기판(1100)의 일부분을 선택적으로 노출하는 식각 마스크(1200)를 형성한다. 카본층은 PECVD 장치를 이용하여 증착할 수 있으며, 이때, 대략 380㎑의 RF 주파수를 사용할 수 있다. 또한 460mTorr의 압력 조건의 챔버를 이용하며, 카본 소오스 가스(source gas)로는 메탄 가스(CH4)를 대략 300 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minute)의 흐름량으로 상기 챔버에 공급함으로써, 기판(1100) 상에 카본층을 증착한다. 이때, 카본이 증착되는 활성 에너지는 대략 200℃ 정도의 온도 조건에 의해서 제공될 수 있다. 또한 150W의 파워(power)가 인가될 수 있다. 이때, 증착 시간은 대략 4분 정도로 설정할 수 있다. 이와 같은 증착 조건들은 카본층의 두께 또는 특성에 따라 달라질 수 있다.
이와 같이 카본층으로 이루어지는 식각 마스크(1200)를 형성하는 단계 이전에, 식각 마스크(1200)가 형성되는 기판(1100)의 반대면 상에 다층의 물질층들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 식각 공정의 종료를 위한 식각 종료층(1400), 멤브레인층(1700), 리소그래피 마스크층(1800) 및 보호층(1600) 등을 순차적으로 형성할 수 있다.
식각 종료층(1400)으로는 본 발명의 실시예에서와 같은 카본층을 이용할 수 있다. 이러한 카본층은 앞서 상술한 바와 같은 PECVD 공정을 이용하여 기판(1100) 상에 형성할 수 있다. 식각 종료층(1400) 상에는 X-선 또는 전자빔을 투과시키는 멤브레인층(1700)이 형성된다. 멤브레인층(1700)으로는 실질적으로 탄화 실리콘(SiC)층, 질화 실리콘(SiN)층 등이 이용되며, 대략 2㎛ 내지 3㎛ 정도의 두께로 형성된다.
그리고, 멤브레인층(1700) 상에는 투과되는 X-선 또는 전자빔을 선택적으로 차단하는 리소그래피 마스크층(1800)이 형성된다. 리소그래피 마스크층(1800)은 원하는 패턴 형상을 패터닝 공정이 수행될 집적 회로 등의 기판 상에 전사하기 위해서 X-선 또는 전자빔을 차폐하는 역할을 하여야 한다. 따라서, X-선 또는 전자빔을 차단할 수 있는 물질 또는 두께로 형성된다. 예를 들어, 텅스텐 또는 탄탈륨 등과 같은 중금속으로 이루어진다.
더하여, 보호층(1600)을 리소그래피 마스크층(1800)의 전면을 덮도록 형성된다. 보호층(1600)은 기판(1100) 등을 식각하는 데 이용될 알칼리성 용액 등에 의해서 리소그래피 마스크층(1800)이 침식되거나 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이와 같은 보호층(1600)으로도 카본층이 이용될 수 있다.
이와 같은 구조물에 알칼리성 용액을 도입함으로써, 기판(1100)을 선택적으로 식각하여 미세 구조물을 형성한다. 이때, 상기한 기판(1100) 등을 알칼리성 용액에 담금으로써, 알칼리성 용액이 식각 마스크(1200)에 의해서 노출되는 기판(1100)의 표면에 도달할 수 있다.
도 5는 식각 마스크(1200)에 의해서 노출되는 기판(1100)을 식각하는 단계를 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 알칼리성 용액(1300)을 노출되는 기판(1100)의 표면에 도입한다. 노출되는 기판(1100)에 도달하는 알칼리성 용액(1300)은 기판(1100)을 침식시키게 된다. 알칼리성 용액(1300)으로는 KOH 용액, NaOH 용액, LiOH 용액, NH4OH 용액 또는 TMAH 용액 등을 이용할 수 있다.
식각 마스크(1200)로 이용되는 카본층은 알칼리성 용액(1300)에 대해서 실질적으로 거의 침식되지 않는다. 이는 다음의 실험예에 의해서 확인된다. 카본층을 600Å 정도의 두께로 증착된 실리콘 웨이퍼를 KOH 40wt%의 용액에 70℃의 온도 조건에 수 시간 이상 두었을 때, 카본층이 침식 또는 식각되지 않고 잔존함이 확인된다. 또한, TMAH 20wt%의 용액에 80℃ 온도의 온도 조건에 수 시간 이상 두었을 때, 카본층이 침식되지 않고 잔존함이 확인된다. 따라서, 식각 마스크(1200)로 이용되는 카본층은 도입되는 알칼리성 용액(1300)에 의해서 실질적인 침식이 없어 선택적인 기판(1100)의 식각이 가능하다.
한편, 기판(1100)이 결정성 실리콘으로 이루어진 물질층을 이용할 경우에, 결정성 실리콘은 결정 배향에 따라 알칼리성 용액(1300)에 대한 각기 다른 식각율을 나타내는 특성에 의해서 이방성 식각이 이루어진다. 즉, (100) 및 (110)의 면에서의 식각율이 (111)면에서의 식각율보다 높은 특성을 나타낸다. 이에 따라, <100>의 실리콘 웨이퍼를 기판(1100)으로 이용할 경우 식각되어 노출되는 측벽은 (111)면이 된다. 또한, <110>의 실리콘 웨이퍼를 기판(1100)으로 이용할 경우 식각되어 노출되는 측벽은 (111)면 등이 되게 된다. 이와 같은 이방성 식각이 이루어지므로, 결정성 실리콘을 이용할 경우 우수한 측벽 프로파일을 구현할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 이방성 식각은 식각 종료층(1400)에 의해서 종료될 수 있다. 예를 들어, 식각 종료층(1400)이 노출시킬 때까지 식각을 계속 진행한다. 또는 상기한 식각 종료층(1400)을 도입하는 것을 생략하고, 멤브레인층(1700) 자체가 식각 종료의 역할을 할 수 있다.
도 6은 식각 종료층(1400)을 식각하여 멤브레인층(1700)을 노출하는 단계를 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 잔류하는 식각 종료층(1400)을 식각하여 제거하여 멤브레인층(1700)을 노출한다. 식각 종료층(1400)의 제거를 위한 식각은 습식 식각 등으로 행해지며, 식각 종료층(1400)의 잔류하는 부분을 제거하여 멤브레인층(1700)을 노출한다. 식각 종료층(1400)이 카본층으로 이루어질 경우 산소 플라즈마 등을 이용하여 선택적으로 노출되는 부분을 제거함으로써, 멤브레인층(1700)을 노출시킬 수 있다. 이때, 멤브레인층(1700)은 산소 플라즈마 등에 의해서 실질적으로 손상되지 않는다. 멤브레인층(1700)은 탄화 실리콘층 또는 질화 실리콘층 등으로 이루어지므로, 상기한 산소 플라즈마에 의해서 실질적인 손상이 거의 발생되지 않는다. 따라서, 식각 종료층(1400)의 카본층만을 실질적으로 선택해서 제거할 수 있다.
멤브레인층(1700)이 실질적인 식각 종료의 역할을 하여 식각 종료층(1400)을 도입하지 않을 경우에는, 과식각(over etch)을 충분히 진행하여 식각되지 않고 잔류하는 실리콘을 완전히 제거함으로써 멤브레인층(1700)을 완전히 노출할 수 있다.
그리고, 리소그래피 마스크층(1800)을 덮어 보호하는 보호층(1800)을 제거한다. 보호층(1800) 또한 카본층으로 형성된 경우에 상기한 산소 플라즈마 등에 의해서 애슁되어 선택적으로 제거된다. 이때, 다른 구조물, 예컨대, 하부의 멤브레인층(1700) 또는 기판(1100) 등은 산소 플라즈마 등에 실질적으로 침해되지않는다.
도 7은 리소그래피 마스크층(1800)을 제거하는 단계를 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 보호층(1600)을 제거한 후, 노출되는 리소그래피 마스크층(1800)을 전사할 패턴에 적절하게 패터닝한다. 즉, X-선 또는 전자빔이 차폐될 부분을 잔존시키고, X-선 또는 전자빔이 투과할 부분을 선택적으로 제거한다.
한편, 식각 마스크(1200)는 카본층으로 이루어지므로, 산소 플라즈마를 이용한 애슁 공정에 의해서 선택적으로 제거될 수 있다. 식각 마스크(1200)를 제거하는 단계는 보호층(1600) 또는 식각 종료층(1400)이 카본층으로 이루어질 경우 이를 제거하는 단계에서 함께 제거될 수 있다. 또는 별도의 단계로 제거될 수 있다. 그러나, 식각 마스크(1200)는 카본층으로 이루어지므로, 앞서 상술한 바와 같이 산소 플라즈마 등에 의해서 선택적으로 제거된다. 따라서, 기판(1100) 또는 멤브레인층(1700) 또는 리소그래피 마스크층(1800) 등은 이러한 식각 마스크(1200)의 제거 단계에 의해서 침해되지 않는다.
종래의 경우에, 식각 마스크를 산화 실리콘 또는 질화 실리콘 등으로 형성하므로 인해서, 멤브레인층을 이루는 탄화 실리콘 또는 질화 실리콘, 질화물 등과 식각 선택이 이루지기가 어려웠다. 즉, 멤브레인층을 이루는 탄화 실리콘 또는 질화 실리콘 등은, 식각 마스크를 이루는 산화 실리콘 또는 질화 실리콘, 질화물 등을 제거하기 위해서 사용되는 에천트에 함께 침식될 수 있다. 예를 들어, 핫 H3PO4용액 또는 HF 용액 등에 의해서 멤브레인층이 침식되는 불량이 발생할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에서는 식각 마스크 등을 카본층으로 형성하므로, 식각 마스크 등을 제거하기 위해서 상기한 바와 같은 핫 H3PO4용액 또는 HF 용액 등을 이용하지 않는다. 따라서, 멤브레인층 등의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 리소그래피 마스크를 구성하는 다른 구성 요소들도 상기한 핫 H3PO4용액 또는 HF 용액 등에 의해서 실질적으로 침해되지 않는다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서와 같이 알칼리성 용액을 에천트로 이용하는 습식 식각 공정에 카본층을 식각 마스크, 식각 종료층 또는 보호층 등으로 이용할 때, 이러한 카본층을 제거하는 단계에서 다른 구조물 또는 구성 요소들에 손상을 발생시키는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 본 발명을 X-선 또는 전자빔을 이용하는 리소그래피 공정에 사용되는 리소그래피 마스크를 구체적인 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 벌크 마이크로머시닝 또는 표면 마이크로머시닝 분야에도 적용될 수 있다. 즉, 결정성 실리콘층을 알칼리성 용액을 이용하여 식각하여 미세한 구조물을 형성하는 공정에 적용할 수 있음은 명백하다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
상술한 본 발명에 따르면, 카본층을 알칼리성 용액에 대한 식각 마스크, 식각 종료층 또는 보호층 등으로 사용할 수 있다. 카본층은 애슁 등에 의해서 다른구조물에 대해서 선택적으로 제거될 수 있으므로, 다른 구조물이 카본층을 제거하는 공정에 의해서 침해되는 것을 방지할 수 있다.
카본층을 리소그래피 마스크층을 사용하는 데 식각 마스크로 사용할 수 있다. 카본층은 애슁 등에 의해서 선택적으로 제거되므로, 멤브레인층 등과 같은 다른 구조물이 식각 마스크의 제거 단계에서 침해되는 것을 방지할 수 있다.
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- 물질층 상에 상기 물질층의 일부를 선택적으로 노출하는 식각 마스크를 카본층으로 형성하는 단계; 및상기 카본층 상에 알칼리성 용액을 도입하여 노출되는 물질층을 선택적으로 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조에 사용되는 물질층 식각 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 물질층은 결정성 실리콘층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조에 사용되는 물질층 식각 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 알칼리성 용액은 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 수산화 암모늄, 수산화 리튬 또는 수산화 사메틸암모늄으로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조에 사용되는 물질층 식각 방법.
- 하부층 상에 식각 종료층을 카본층으로 형성하는 단계;상기 카본층 상에 물질층을 형성하는 단계;상기 물질층 상에 상기 물질층의 일부를 선택적으로 노출하는 식각 마스크를 형성하는 단계; 및상기 식각 마스크 상에 알칼리성 용액을 도입하여 노출되는 물질층을 상기 식각 종료층을 식각의 종료점으로 하여 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조에 사용되는 물질층 식각 방법.
- 하부층 상에 물질층을 형성하는 단계;상기 물질층 상에 알칼리성 용액을 도입하여 상기 물질층을 식각하는 단계; 및상기 하부층의 상기 물질층과 접촉하는 면의 반대되는 면을 덮어 상기 알칼리성 용액에 의해서 상기 하부층의 상기 반대되는 면이 침식되는 것을 방지하는 보호층을 카본층으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조에 사용되는 물질층 식각 방법.
- 기판의 어느 일면 상에 식각 종료층, 멤브레인층, 리소그래피 마스크층, 및 보호층을 순차적으로 형성하는 단계;상기 기판의 일면에 반대되는 다른 일면 상에 상기 기판의 다른 일면을 선택적으로 노출하는 식각 마스크를 카본층으로 형성하는 단계; 및상기 식각 마스크에 의해서 노출되는 상기 기판의 다른 일면에 알칼리성 용액을 도입하여 상기 기판을 식각하여 상기 멤브레인층을 노출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 마스크 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 기판은 결정성 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 마스크 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 알칼리성 용액은 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 수산화 암모늄 또는 수산화 사메틸암모늄으로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 마스크 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 식각 종료층은 카본층으로 이루어지는 것을 특징으로하는 리소그래피 마스크 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 보호층은 카본층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 마스크 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 리소그래피 마스크층은 텅스텐 또는 탄탈륨으로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 하나의 중금속 원소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 마스크 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 멤브레인층을 노출하는 단계 이후에,상기 보호층을 제거하는 단계; 및상기 리소그래피 마스크층을 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 마스크 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 멤브레인층을 노출하는 단계 이후에,상기 식각 마스크로 사용된 카본층을 애슁하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 마스크 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 물질층을 식각하는 단계 이후에,상기 식각 마스크로 사용된 카본층을 애슁하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조에 사용되는 물질층 식각 방법.
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