KR0132539B1 - 전자빔 리소그래피 장치 및 이를 이용한 다층 정렬 방법 - Google Patents
전자빔 리소그래피 장치 및 이를 이용한 다층 정렬 방법Info
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Abstract
본 발명품은 다층 집적회로 제조용 마스크(Mask)를 제작시 사용하는 전자빔 리소그래피(lithography) 장치 및 다층의 공정 레벨 관련 패턴을 정렬하기 위한 방법에 관한 것입니다.
본 발명품은 전자 현미경에 후방 산란 전자를 검지하고 그 검지 신호를 처리하기 위한 부가적인 전자회로 장치를 사용하지 않고, 전자 현미경에 간단한 기능만을 추가한 전자빔 리소그래피의 다층 정렬 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 다층 집적회로 제조용 마스크를 제작하는데 사용되는 전자 현미경을 이용한 전자빔 리소그래피 장치는, 전자빔을 차단하기 위한 전자빔 차단기를 포함하는 전자 현미경, 아날로그 디지털 변환기, 및 상기 아날로그 디지털 변환기에 의해 변환된 디지털 신호를 저장 및 출력하기 위한 컴퓨터를 포함하여 구성된다.
Description
제1도는 본 발명에 따른 전자 현미경을 이용한 전자빔 리소그래피 장치에 의한 다층 정렬 방법의 원리를 나타낸 도면.
제2도는 전자 현미경을 이용한 전자빔 리소그래프 장치에 있어서의 다층 정렬 방법을 보인 흐름도(flow chart).
제3도는 본 발명에 따른 전자빔 리소그래피용 정렬 마아크의 실시예를 나타낸 도면.
제4도는 본 발명에 따른 정렬 마아크의 전자 현미경 이미지를 나타낸 사진.
제5도는 본 발명에 따른 정렬 마아크의 전자 현미경 이미지를 개인용 컴퓨터에 저장하여 이를 레이저 프린터로 출력한 것을 나타낸 사진.
제6도는 본 발명에 따른 다층 정렬후 전자빔 리소그래피를 직접 묘사한 전자 현미경 이미지를 나타낸 사진.
＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
V1 : 챔버 고진공 밸브 V2 : 저진공 밸브
V3 : 고진공 밸브 V4 : 전자현미경 경체 공기유입 밸브
V5 : 챔버 공기 유입 밸브 V6 : 유회전 펌프
V7 : 유확산 펌프 S1 : 전자총
S2 : 축 조정 코일 S3 : 제1 집속렌즈
S4 : 전자빔 차단기 S5 : 제2 집속 렌즈
S6 : 비점수차 보정 코일 S7 : 대물 렌즈
S8 : 시료대 S9 : X-Y 스테이지
S10 : 검출기 S11 : 전자 현미경 모니터
S12 : 사진기
본 발명은 집적회로 제조용 마스크(Mask)를 제작시 사용하는 전자빔 리소그래피(lithography) 장치 및 다층의 공정 레벨 관련 패턴을 정렬하기 위한 방법에 관한 것이다.
리소그래피 기술은 반도체 디바이스를 제조할 때에 그 구조를 결정하는 프로세스에 사용되며, LSI 고집적화에 따라 점점 그 중요성이 높아지고 있다. 리소그래피는 디바이스의 패터 정보를 웨이퍼 상에 정확히 전달하는 기술로, 웨이퍼 표면에 도포한 레지스트 상에 패턴 데이터대로 노광하고 현상 등의 레지스트 프로세스를 행하여 패턴을 형성하는 것이다. 리소그래피의 다음 공정에서는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭 또는 이온 주입 등이 행해진다.
여러가지 피가공 대상물, 피가공 표면등 다양한 조건 하에서 리소그래피에 요구되는 과제로서는, 높은 해상력, 치수의 정밀도, 정렬(alignment) 정밀도, 양산 가능성 등이 있다.
이하 정렬 정밀도에 대하여 기술한다. 반도체 디바이스 제조 과정에는 아주 많은 패턴 형성 공정이 있고, 각각의 패턴은 다른 공정의 패턴과 유기적으로 결합되어 하나의 회로를 형성하고 있으므로, 각각 상대 위치 관계는 대단히 중요한 의미를 갖는다. 따라서, 앞 공정까지 형성된 패턴에 대한 정렬 정밀도는 설계값을 충분히 만족하고 또한 여유가 있는 것이라야 한다. 설계 기술의 진보에 따라 허용값이 넓어지는 경향이 있다고는 하지만, 패턴 미세화에 따라 정렬 정밀도의 달성은 점점 곤란하게 된다.
다층 정렬을 하기 위해서는 먼저, 마스크위에 정렬을 위한 정렬 마아크(alignment mark)를 설정하고, 이 정렬 마아크를 정확하게 검지함으로써 마스크에 그려진 패턴을 정렬한다.
종래의 다층 정렬 방법에 있어서는, 전자빔을 전자빔 레지스트가 입혀져 있는 정렬 마아크에 주사하여, 후방 산란 전자(backscattered electron)를 발생하여 이로 생긴 전자 전류를 확산 정합(diffeused junction) 다이오드 검지기로 검지함으로써 정렬 마아크를 찾아내어, 정렬을 시행하게 되어 있다. (IBM J.Res Develop, Vol 24. No.5, 545-553, September 1980)
이와 같이 종래의 다층 정렬 방법에 있어서는, 전자 현미경에 후방 산란 전자를 검지하고 그 검지된 신호를 가산 회로와 감산 회로에 의해 처리하여 정렬 마아크를 정렬하기 위한 전자회로 장치가 부가적으로 필요하게 되는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결한 새로운 전자빔 리소그래피의 다층 정렬 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 본 발명은 상기 종래 기술에 있어서의 부가적인 전자회로 장치를 사용하지 않고, 전자 현미경에 간단한 기능만을 추가한 전자빔 리소그래피의 다층 정렬 방법을 제공하는 것이다.
전자 현미경에서 사용되는 전자빔을 전자빔 레지스트가 입혀져 있는 정렬 마아크에 주사하고, 여기서 관측되는 이미지 신호를 16비트 아날로그 디지털 변환기(Analog/Digital converter)를 사용하여 디지털 신호로 변환한다. 그리고, 이 디지털 신호를 개인용 컴퓨터의 하드 디스크에 저장한 다음, 이미지를 그 개인용 컴퓨터의 모니터에 출력하여, 정렬 마아크를 서로 비교함으로써 다층 정렬을 행하도록 하였다.
전자 현미경을 이용한 전자빔 리소그래피 장치를 사용하여 다층 집적 회로 제조용 마스크를 제작시는 각층의 패턴의 정렬이 매우 중요하다. 종래의 전자빔 리소그래피 장치는 전자빔 리소그래피만을 위한 장치이므로, 다층 정렬의 위해 부가적인 전자 장치를 장착하지 않으면 안되었다. 그러나, 본 발명에 따른 전자빔 리소그래피 장치는 전자 현미경을 이용한 장치이므로 전자 현미경으로서 이용 가능할 뿐 아니라 전자빔 리소그래피도 가능하고, 종래의 전자빔 리소그래피 장치보다 휠씬 저렴한 가격으로 다층의 마스크를 제작할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 다층 정렬 방법은 전자 현미경의 본래 기능을 보호하면서, 저렴한 가격으로 다층 집적회로 제조용 마스크를 제작할 수 있다는 점에서 초고속, 초고주파 광학 소자의 제조 응용에 크게 활용되리라 기대된다.
본 발명에 따른 전자 현미경을 이용한 전자빔 리소그래피 장치는 전자 현미경에 전자빔을 차단할 수 있는 전자빔 차단기를 설치하고, 윈하는 주사 방식으로 전환하기 위하여 주사 회로의 일부를 개조하였으며, 전자 현미경의 이미지 신호를 16비트 아날로그 디지털 변화기를 사용해서 디지털로 변환하여 컴퓨터 하드 디스크에 저장하고, 개인용 컴퓨터 모니터에 출력할 수 있게 되어 있다.
제1도는 본 발명에 따른 전자 현미경을 이용한 전자빔 리소그래피 장치에 의한 다층 정렬 방법의 원리를 나타낸 도면이다.
제1도를 참조하여 설명하면, 본 전자 현미경은 진공 펌프(V6, V7)과 진공 밸브(V1 - V5)로 진공을 유지하게 되어 있으며, 진공도 1 10-6 Torr 까지 배기되게 되어 있다. 먼저 마스크 위에 정렬 마아크를 설정하고, 이 마스크 재료를 전자 현미경 시료대(S8)에 장입힌다. 전자 현미경을 작동시켜 전자총(S1)에 전압을 가해주어 발생되는 전자빔을 축 조정 코일(S2)와 제1 집속 렌즈(S3), 제2 집속 렌즈(S5), 비점수차 보정 코일(S6), 대물 렌즈(S7)을 조절하여, 시료대에 놓인 마스크 재료에 정확하게 초점을 맞춘다. X-Y 스테이지(S9)로 마스크 재료 위의 정렬 마아크 위치로 이동한다. 컴퓨터 중앙 장치에 의해 아날로그 디지털 변환기를 구동시켜 주사 회로에 의해 전자빔 주사하게 하고, 발생하는 신호를 검출기(S10)으로 검출한다. 검출된 신호는 화상 신호 증폭기를 거쳐 아날로그 디지털 변환기를 통해 컴퓨터 중앙 처리 장치에 의해 데이터 저장 장치에 저장되고, 이 저장된 신호는 무부호 형태롤 데이터 처리되어 컴퓨터 모니터 상에 출력되게 되며, 검출기(S10)으로부터 화상 신호 증폭기를 통해 전자 현미경 모니터(S11) 상에 바로 출력된다. 이렇게 출력된 정렬 마아크 이미지로부터 마스크 패턴 정렬을 수행하고, 전자빔 차단기(S4)를 이용하여 전자빔을 차단하고, 원하는 전자빔 리소그래피 면적이 모두 주사 범위에 들어오도록 전자 현미경 배율을 조절한다. 전자빔 차단기(S4)를 이용하여 주사회로에 주사 전압을 가해주어 정렬된 마스크 재료 위에 원하는 전자빔 리소그래피 작업을 한다. 이와 같이 정렬 마아크를 정렬하고 전자빔 리소그래피를 직접 묘사한 모습을 전자 현미경에 부착된 사진기(S12)로 찍어 사진을 얻는다.
제2도는 전자 현미경을 이용한 전자빔 리소그래피 장치에 있어서의 다층 정렬 방법을 보인 흐름도(flow chart)이다.
제2도를 참조하여 설명하면, 먼저 마스크의 재료 위에 정렬 마아크를 설정하고, 여기에 전자빔 레지스크를 도포한 후, 이 시료를 전자 현미경 시료실에 장입한다. 전자 현미경에 의해 정렬 마아크를 전자빔 주사하여 얻은 이미지를 일정한 샘플링 주파수(sampling frequency)로 16비트 아날로그 디지털 변환기를 통해 디지털 신호를 변환한 후, 이 변환된 디지털 신호를 컴퓨터의 하드 디스크에 입력한다. 샘플링된 전자 현미경의 이미지 신호는 이미지 표현시의 전자빔 강도 및 가속 전압, 시료의 종류에 따라 0 볼트(volt)에서 수십 볼트 미만의 크기를 가진다. 아날로그 디지털 변환기는 10 볼트에서 -10볼트의 아날로그 신호에 대하여 디지털 변환시 16비트 2진 보수 형태(16 bit binry 2's complement)를 사용한다. 이에 따라 입력, 저장된 이미지 신호를 216=65536 가지 즉, 0에서 65535의 무부호 형태(Unsigned fomat)로 변환해 가며 컴퓨터 모니터상에 허용되는 16그레이 레벨(Gray level)로 출력한다. 수평 정렬 기능은 컴퓨터 모니터상에 제5도의 정렬 마아크 이미지와 일치하는 수평축을 그어주어 기준으로 삼고, 수직 정렬 기능은 제4도의 정렬 마아크의 전자 현미경 이미지를 보며, 전자 현미경 모니터상에 원점을 표시하여 수직축을 그어주어 기준으로 삼는다.
정렬 마아크의 크기가 115 ㎛ 23 ㎛ 이므로, 640 480 해상도의 컴퓨터 모니터상에 표현할 때, 기준축과 0.1 ㎛ 이하의 분해능으로 정렬 마아크를 일치시킬 수 있다. 정렬 마아크중 세선의 폭을 2 ㎛로 설계한 것은 각 세선마다 높은 정렬도로 수평 정렬하는데 편리하도록 한 것이다.
이렇게 정렬이 이루어지면, 전자빔 차단기를 이용하여 주사 전자빔을 차단하고, 전자 현미경의 배율을 충분히 낮추어서, 원하는 전자빔 리소그래피 면적이 모두 주사 범위에 들어오도록 한다. 이때 전자 현미경의 주사 회로에 주사 전압을 가해 주어 전자빔 리소그래 작업을 하면 된다.
이상 기술한 정렬 묘사 방법은, 후방 산란 전자의 전자 전류를 검지하고 그 검지된 신호를 처리하는 부가적인 전자회로 정치를 사용하지 않고, 전자 현미경 및 제어용 컴퓨터만으로 집적회로 제작시 다층의 공정 레벨 관련 패턴을 0.1 ㎛ 이하의 오차로 정렬할 수 있으며, 전자빔 리소그래 직접 묘사시 2 ㎛ 내지 4 ㎛의 좁은 폭내에 높은 정확도로 정렬 묘사할 수 있다는 잇점이 있다.
본 발명은 다음의 실시예를 통하여 더욱 명확하게 설명된다.
마스크에 제3도와 같은 정렬 마아크를 광확적 리소그래피를 거쳐, 리프토오프(lift-off) 공정으로 증착시켜 정렬 마아크를 설정한다. 제6도에서 중심에 있는 전자 현미경 이미지가 설정된 정렬 마아크이다. 이 마스크를 트리크로로에틸렌, 아세톤, 메탄올(Trichloroethylene, Aceton, Methannol) 순으로 세척한 후, 마스크를 4000 rpm 속도를 회전시키면서 포지티브 전자빔 레지스트인 HMDS 및 PMMA를 각각 차례대로 회전 코팅(spin coating)에 의해 도포한 후, 오븐에서 150℃로 30분간 구운다. 이렇게 제작된 마스크의 시료에 전자 현미경 시료실에 장입하고, 고진공으로 배기시킨다. 전자 현미경의 배율을 최저 배율인 30배 부근, 즉 주사 면적이 넓어서 짧은 시간의 주사에 의해서는 전자빔 레지스트인 PMMA도 표면이 노광되지 않는 배율로 하고, 낮은 주사 전류하에서, 정렬 마아크를 X축, Y축 이동나사에 의해 전자 현미경 모니터의 중앙점 (작업중의 원점)에 위치시킨 후, 전자빔 차단기로 전자빔을 차단한다. 전자 현미경의 배율을 정렬 마아크 면적만이 주사되는 배율로 높인 다음, 다시 전자 현미경 기능을 가동시키어, 제4도와 같은 정렬 마아크의 전자 현미경 이미지를 얻고, 이 정렬 마아크의 원점을 전자 현미경 모니터의 중앙점에 정확히 맞추어 수직 정렬을 한 후, 아날로그 디지털 변환기 기능을 이용하여 정렬 마아크를 컴퓨터 하드 디스크에 이미지 데이터로 저장한다. 컴퓨터 모니터의 화면에 정렬 마아크를 출력시키고, 수평 정렬을 한다. 이렇게 정렬이 끝난 후, 다시 전자빔 차단기를 이용하여 전자빔을 차단하고, 전자 현미경의 배율을 원하는 주사 면적이 나타날 수 있는 배율로 낮춘다. 다시 전자빔 차단기를 이용하여 주사 회로에 주사 전압을 가해주어 정렬된 마스크 재료 위에 원하는 전자빔 리소그래피를 시작한다. 제6도는 정렬 마아크를 정렬하고 전자빔 리소그래피를 직접 묘사한 모습을 전자 현미경에 부착된 폴라로이드 사진기로 찍은 사진이다. 이와 같이 정렬 마아크를 졍렬함으로써 다층의 마스크를 정확하게 정렬할 수 있고, 각각의 마스크에 정렬된 패턴을 직접 묘사할 수 있다.
전술한 본 발명의 전자 현미경을 이용한 전자빔 리소그래피 장치 및 다층 정렬 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
즉 , 본 발명의 전자빔 리소그래피 장치는 현미경을 이용한 장치이므로, 전자 현미경으로 이용 가능할 뿐만 아니라 전자빔 리소그래피도 가능하고, 종래의 전자빔 리소그래피 장치보다 훨씬 저렴한 가격으로 다층의 마스크를 제작할 수 있다.
그리고, 전자 현미경으로 후방 산란 전자를 검지하기 위한 검지 및 그 검지 신호를 처리할 전자회로 장치를 사용하지 않고, 전자 현미경 및 제어용 컴퓨터 만으로 집적회로 제작시 다층의 공정 레벨 관련 패턴을 0.1 ㎛ 이하의 오차로 정렬할 수 있다.
또한, 전자빔 리소그래피 직접 묘사시에는 2 ㎛ 내지 4 ㎛ 좁은 폭 내에 높은 정확도로 정렬 묘사할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이러한 설명들은 제한적 의미로 해석되어서는 아닐될 것이다. 본 발명이 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 상세한 설명을 참고로 하여 예시적인 실시예를 다양하게 변경 또는 조합하거나 다르게 실시할 수도 있음은 명백하다. 따라서, 다음 특허 청구의 범위는 이러한 변경과 실시예들을 모두 포함하는 것으로 보아야 할 것이다.
Claims (9)
- 다층 집적회로 제조용 마스크를 제작하는데 사용되는 전자 현미경을 이용한 전자빔 리소그래피 장치에 있어서, 전자빔을 차단하기 위한 전자빔 차단기를 포함하는 전자 현미경; 전자빔 레지스트가 입혀져 있는 정렬 마아크에 상기 전자 현미경에서 사용되는 전자빔을 주사하여 관측되는 이미지 신호를 디지털 신호롤 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환기; 및 상기 아날로그 디지털 변환기에 의해 변환된 디지털 신호를 저장 및 출력하기 위한 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그래피 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 전자 현미경을 원하는 주사 방식으로 전환하기 위하여 주사 회로의 일부를 개조한 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그래피 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터는 상기 아날로그 디지털 변환기에 의해 변환된 디지털 신호를 하드 디스크에 저장하고, 그 이미지를 모니터에 출력하기 위한 개인용 컴퓨터인 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그래피 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터 모니터 상에 출력된 이미지를 프린트하기 위한 프린터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자빔 리소그래픽 장치.
- 다층 집적회로 제조용 마스크를 제작시 다층의 공정 레벨 패턴을 정렬하기 위한 방법에 있어서, 마스크 위에 정렬을 위한 정렬 마아크를 설정하는 단계; 상기 정렬 마아크가 설정된 마스크 위에 전자빔 레지스트를 도포하는 단계; 상기 전자빔 레지스트가 도포된 상기 마스크를 전자 현미경으로 시료실에 장입하는 단계; 상기 전자 현미경에 의해 상기 정렬 마아크를 전자빔에 주사하여 정렬 마아크의 이미지를 얻는 단계; 상기 정렬 마아크의 이미지를 상기 전자 현미경의 모니터상에서 수직축 정렬을 하는 단계; 상기 수직축 정렬된 정렬 마아크의 이미지를 아날로그 디지털 변환기를 통해서 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 정렬 마아크의 디지털 신호를 컴퓨터에 이미지 데이터로 저장하는 단계; 상기 컴퓨터에 저장된 신호를 컴퓨터의 모니터 화면에 출력하는 단계; 및 상기 출력된 신호에 따라 상기 정렬 마아크를 비교함으로써 수평축 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 정렬 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 아날로그 디지털 변환기를 통해 디지털 신호를 변환하는 단계는, 16비트 2진 보수 형태를 사용하여 무부호 디지털 신호로 변환하는 것을 특징하는 다층 정렬 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 정렬 단계 이후에 전자 현미경의 전자빔 차단기에 의해 주사 전자빔을 차단하는 단계; 전자 현미경의 배율을 낮추어 원하는 전자빔 리소그래피 면적이 모두 주사 범위에 들어오도록 하는 단계; 상기 전자 현미경의 주사회로에 다시 주사 전압을 가하는 단계; 및 전자빔 리소그래피 작업을 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 정렬 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 정렬 단계는 기준이 되는 상기 수평축 및 수직축과 각각 0.1 ㎛ 이하의 오차로 정렬할 수 있는 것을 특징으로 하는 다층 정렬 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 전자 현미경에 의해 상기 정렬 마아크의 이미지를 얻는 단계는 상기 전자 현미경의 시료실을 고진공으로 배기하는 단계; 상기 정렬 마아크를 상기 전자 현미경의 모니터의 중앙점으로 이동시키는 단계; 상기 전자 현미경의 전자빔 차단기에 의해 주사 전자빔을 차단하는 단계; 상기 전자 현미경의 배율을 상기 정렬 마아크의 면적만이 주사되는 배율로 높이는 단계; 상기 전자 현미경의 주사회로에 다시 주사전압을 가하는 단계; 및 상기 전자 현미경에 의해 상기 정렬 마아크의 이미지를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 정렬 방법.
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| KR1019940012262A KR0132539B1 (ko) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | 전자빔 리소그래피 장치 및 이를 이용한 다층 정렬 방법 |
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| KR1019940012262A KR0132539B1 (ko) | 1994-06-01 | 1994-06-01 | 전자빔 리소그래피 장치 및 이를 이용한 다층 정렬 방법 |
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