KR100272116B1 - 디바이스 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
서브미크론 설계 규정으로 대규모 집적회로를 제조하는 것은 얇은 마스크 세그먼트가 개선된 분해능을 만들어 내도록 허용하기 위해 기계적인 지지를 제공하는 지주를 갖는 지주-분할마스크를 사용하는 것에 의존한다. “스티칭- 만족할만한 연속적인 이미지를 만들도록 투사된 세그먼트 이미지를 배치하는 것-은 지주로 지지된 세그먼트내에 연속적인 경계를 형성하는 리소그래프적으로 규정된 스커트에 의해 촉진된다.
Description
제1도는 이미지 면상에 패턴을 구성할 수 있도록 설치된 일례의 투사 장치 상에 배치된 본 발명의 분할된 마스크의 개략 사시도.
제2(a)도는 상기 마스크를 도시한 사시도.
제2(b)도는 확대된 단면을 도시한 사시도.
제3도는 지주(strut) 및 스커트(skirt)를 도시한 마스크 세그먼트의 사시도.
제4(a)도는 마스크 제조를 위하여 분할된 패턴을 도시한 도면.
제4(b)도는 상기 마스크의 대응 영역을 도시한 도면.
제4(c)도는 레지스트상에서 본 구성된 이미지를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 마스크 15 : 스커트 영역
16 : 지주 19 : 개구형 산란 필터
22 : 제2 투사 렌즈 20, 21 : 스티칭 편향기
23 : 후방 산란 전자 검출기 24 : 웨이퍼
본 발명은 예를 들어 0.5㎛ 미만의 서브 미크론 설계규정으로 제조된 대규모 집적(LSI) 회로에 의해 가장 잘 예시되는 디바이스의 제조에 관한 것이다. 적절한 제조에는, 전자 또는 이온의 하전 입자 묘화 에너지를 이용한 즉 전자나 이온을 이용하는 투사 리소 그래피를 수반한다.
LSI에 대한 미세화와 칩 용량의 증가가 상당히 진전되어 많은 발전된 제조 방법이 생겨났다. 모든 것은 현재의 디바이스의 제조에 사용된 범위를 넘은 용량과,0.9㎛ 설계규정, 1 메가칩 제조시에 사용된 범위를 넘어선 능력의 리소그래피 묘화(delineation)에 의존하고 있다.
현재 이용되고 있는 근자외 리소그래피는 아마도 위상 마스크의 사용을 통하여 어느정도 더 작은 설계규정까지 연장될 수 있다. 어느 정도는 근자외 혹은 원자외 스펙트럼에서의 전자기 조사에 대하여 파장의 한계에 의해, 상이한 조사원이 필요할 것이다. 이 시점에서의 적절한 노력은 X선 스펙트럼에서의 조사의 사용에 크게 관계한다.
더욱이, X선 묘화에 대한 하전입자 즉 전자 또는 이온 빔 묘화의 이점에 의해, 이 방식의 연구가 진행되고 있다. 전자빔 투사 리소그래피는 0.5㎛ 미만의 설계규정 디바이스의 제조에 대하여 선택된 도구로 될 가능성을 가지고 있다. 경험에 의해 미시적인 결상 전자 광학의 설계 및 구성에 있어서는 60년의 기간 이상, 또한 직접 기록 전자빔 리소그래피에 대해서는 20년의 기간 이상, 가능성이 만들어지고, 적절한 장치/프로세스 설계로의 통찰이 행해졌다. 500 내지 200 kV 범위(50 내지 200keV의 전자를 발생)에서 가능성 있는 가속 전압은0.054-0.025Å인 등가 파장으로 변환되고, 이것은 고려되는 설계규정에 대한 필요조건보다 상당히 양호하고, 실질적으로 집속 깊이를 증가시키고, 이것에 의해 프로세싱 파라미터의 엄밀성이 완화되고 수율이 상승한다. 전자 광학에 대한 보다 개선된 방법에 의해, 현재 확대된 마스크의 제조를 용이하게 하는 이미지 축소를 갖는 투사가 가능해진다.
흡수 스텐실(개구) 마스크를 사용함으로써 리소그래피에 상당한 제한이 부과된다. 이러한 방식은 환상(annular) 및 다른 그러한 주변을 갖는 마스크의 사용을 제외, 이러한 제한은 상보 마스크 쌍의 사용으로 극복되지만, 그러나 레벨마다의 노출 필요성이 2배로 되고, 스루풋, 오버레이 레지스트레이션(overlay registration) 및 수율에서의 비용을 증가시키는 결과가 된다. 또한 마스크의 블로킹 영역에서 가속전압 상승을 수반하는 흡수의 감소에 의해 이미지 콘트리스트와 분해능간의 절충을 끌어낸다.
1989년 8월 7일자로 출원된 계류중인 미국 특허 출원 제 390,139 호는 개구 마스크의 보조 사용에 대한 전자빔 리소그래피의 명백한 이점을 이용하는 프로세스를 제공하고 있다. 중요한 특징은 흡수-투과 마스킹을 위해 산란-비산란을 대체하는 것이다. 웨이퍼전의 선교차면상에 배치되고, 일반적으로 광학축상의 개구를 갖는 개구 산란 필터에 의해 식별함으로써, 분해능 및 패턴 간격에 필요한50 내지 200kV 가속전압이 가능하게 되고, 한편, 80% 레벨 또는 그 이상에서 이미지 콘트라스트가 얻어진다. 이 프로세스는 투사 전자빔 리소그래피에서의 각도 제한을 갖는 산란(SCALPEL)으로서 공지되어 있다.
SCALPEL 방식에 대한 확신, 특히 고려된 미크론 이하의 설계규정에 대한 확신은, 흡수보다는 산란각에 대한 의존성에 의해 가능하게 된 마스크 두께의 축소에 기인한다. 간단히 기술하자면, 훨씬 더 얇은 마스크에 의해 충분한 이미지 콘트라스트가 얻어진다. 50mrad 정도의 산란각은 통계적으로는 5회의 전자-원자 상호작용 (충돌 또는 전계의 상호작용에 의해 명백한 편향을 발생하는 충분히 근접한 통과) 에 의해 실현가능하지만, 500 내지 2000Å 정도의 블로킹 영역 두께로 달성된다.
상기의 것을 포함하는 고찰에 의해, “박막(membrane)” 마스크의 사용이 도입된다. 패턴의 지지를 500 내지 2000Å 정도 두께의 막 또는 박막에 의존하고, 동일한 두께의 “블로킹”(산란 영역)을 지지하는 마스크는,0.5㎛ 이하 범위에서 적어도 서비미크론 설계규정에 대하여, 필요한 콘트라스트를 발생한다. 이것은 4x 내지 5x 범위의 마스크-웨이퍼 축소에 적합하다.
이미지 축소로 인한 마스크 크기가 확대되는 것에 의한 결점은, 즉 약 5cm폭의 마스크(5x의 축소에서 1cm 칩을 생산하기 위해)는 필요한 기계적 완전성을 갖지 않는다. 예를들어 부분적 또는 완전한 입자 흡수로부터 발생하는 국부적인 가열에 의해 발생한 새깅(sugging)/왜곡은 이러한 설계규정에 필요한 극도의 정밀성을 얻는데 방해가 된다.
정밀하게 제어된 전자 또는 이온의 하전 입자 묘화빔을 이용하는, 지지 분할(strut-segmented) 마스크의 사용에 기초하여 대물면상의 이미지 재생은, 마스크 두께의 축소에 대응하는 개선된 이미지 특성을 실현할 수 있다. 고려되고 있는 마스크는 충분한 흡수 또는 산란을 나타내는 블로킹 영역, 즉 500 내지 2000Å 범위 또는 그보다 얇은 지지된 두께의 블로킹 영역에 의존할 수 있다. 통과 영역은 개구 또는 투명 영역으로 구성될 수 있으며, 그것은 흡수 영역에 대하여 필요한 콘트라스트를 제공할 정도로 충분한 투명도를 가지나, 산란에 기초한 블로킹 영역을 사용하는데 필요한 조건을 만족하는데 충분한 투명도 비산란성을 가진다. 본 발명의 프로세스에 따른 이용을 위한 마스크는 필요한 기계적 완전성, 즉 견고성, 새그 저항, 열적으로 유도되는 왜곡 등등 위해 그리고 마스크 세그먼트간에 개재하기 위해, 지주(strut)에 의해 지지된다. 고려되는 마스크 구조에는 개재하는 기능성 마스크 영역을 규정하기 위해 평행한 지주가 포함된다. 이 마스크 영역은 길이방향의 치수가 그 방향으로 복사되는 모든 패턴 전체를 만들기 위해 직사각형이다. 일 실시예는 x 및 y 방향 지주의 교차에 의해 만들어지는 연속 그릴(grill)에 의존하지만, 혹은 삼각형의 세그먼트를 제공할 수 있다. 이러한 마스크 영역(또는 세그먼트)은 전체 칩 패턴과 함께 연장될 수 있다.
특정 지주의 패턴에 의존하지 않고, 본 발명의 지침은 지주간의 내분 “스커트(skirt)”와 복사될 패턴에 엄밀히 의존하며, 대부분의 경우에서는, 이러한 스커트는 지주의 양측을 포함한다. 교차하는 지주의 경우에는, 스커트 구조는 각 지주가 규정하는 세그먼트의 “화상 프레임”내의 경계와 닮았다.
스커트의 주요 기능은 투사된 이미지의 구성/재구성을 가능하도록 정밀하게 배치되고, 치수를 갖는 사용 세그먼트를 제공하는 것이다. 정확히 기술하자면, 본 발명은 2개의 기능, 즉 지주로부터 기본적으로 발생되는 기계적인 마스크 완전성 고, 스커트로부터 발생하는 이미지 정밀도를 분리하는 것에 의존한다. 지주 이미지를 생략하고, 마스크상에서 지주에 의해 분할된 세그먼트를 “스티치(stitch)”하기 위해 구성/재구성하고, 이것에 의해 웨이퍼상에 연속 이미지를 생성시키는 것은 바람직한 실시예에 의해 달성되는데, 이 실시예는 관련된 디바이스 패터닝중의 스커트 묘화/제조 및 묘화/제조의 일부로서를 제공한다. 본 실시예에 의하면, 이 스커트는 흡수(이온 마스킹에 유용) 또는 산란(예를 들어, SCALPEL용의 전자 마스킹에 유용)의 마스크 이미지의 패턴 규정 영역에 신뢰할 수 있는 바와 같은 동일한 재료 및 동일한 두께로 제조하는데 편리하다. 이러한 방식에 의해, 프로세싱 비용 및 수율의 점에서 경제적인 칩 패터닝 처리의 일부로서 스커트를 생산하기 위해 패턴 묘화 및 현상이 가능해진다.
1 차원 또는 2 차원 그릴의 일부로서의 스커트의 부가적인 기능은 “빔형성”으로 설명될 수 있다. 전자 또는 이온의 묘화 입자 에너지는, 소스로부터 본 때에 강도가 약해지는 “강하(fall-off)” 영역 또는 “윙(wing)” 영역을 포함하는 것이 있다. 윙은 일반적으로 패터닝에는 유용하지 않고, 원치 않는 가열 특히 지주를 가열하는 것은 원치 않는 이미지 왜곡을 일으킨다. 본 발명의 프로세스의 최적 설계에 의해, 이러한 윙으로 인한 지주의 가열을 감소시킨다. 마스크 스커트는 빔 윙을 실질적으로 방지하기 위해 지주에 대하여 수직으로 최소폭의 치수를 갖도록 설계된다. 산란에 의존하는 (예를들어 산란-비산란 마스크의 일부로서) 스커트는 윙 에너지를 방산하는데 가장 효과적이다. 스커트가 흡수를 특징으로 하는 별도 구조도 또한 원치 않는 지주의 가열을 감소시킨다. 마스크 재료, 즉 블로킹 영역과 박막은 열전도율의 점에서, 윙에 의해 유도된 열을 분산시켜서, 그것에 의해 국부적인 열 증감에 기인하는 왜곡을 감소하도록 바람직하게 선택된다.
이하의 상세한 기술에서 논의될 바와 같이 횡방향의 스커트 치수는 치수 변동, 취치 오차 등에 적응함과 함께, 이러한 “빔 형성” 기능을 실행하기 위해 폭을 가져도 좋다. 이러한 점에서 본 발명의 기여는 이러한 불규칙성에 대한 허용오차를 크게하고, 마스크 가격을 낮추는 것을 가능하게 하는데 있다.
이러한 지주 지지(支持) 마스크를 사용하는 것의 유연성은 하전입자 조사가 입사빔 위치의 정확하고 신속한 제어를 가능케 하는 것에 의한다. 스커트 치수에 내재하는 정밀도에 의해 촉진되는 바와 같이, 마스크 패턴 발생에 관련된 동일한 정밀도, 즉 필요한 정밀도를 갖는 이미지 재생은 자계 또는 정전계와의 상호작용에 의해 얻어지는 빔 제어에 직접 기인한다.
본 발명은 일반적으로 이미지 재구성이 순차 투사되는 인접 세그먼트의 “스티칭(stitching)”에 의존하는 단일 세그먼트 마스크에 의한 양호하게 이용되는 방식을 예로 하여 기술된다. 이러한 방식을 촉진시키는 제어성은 하전입자 빔의 정확한 제어에 의하지만, 다른 방식에도 적용된다. 예를 들어, 프로그램밍은 하나(또는 복수의) 세그먼트의 반복사용을 제공할 수 있으며, 반복 세그먼트의 스티칭을 제공할 수 있다. 이러한 점에서, 마스크는 결상의 경우에 분리된 또는 근접한 위치에서 선택되어 여러번 사용되는 비교적 소수의 세그먼트를 포함한 “세그먼트 카탈로그”로서 전체 또는 일부에 작용한다. 어떤 점에서, 이러한 변형에 의해 “재구성”이라고 하는 것 보다 이미지 “구성”이라고 하는 것이 보다 적절히 표현될 수 있는 결상 절차가 제공된다. 전자의 용어는 일반적으로 고려되며, 일반적으로 다음과 같이 사용된다. 하전입자 묘화에 의해 행해지는 동일 기구의 방식에 의해, 이미지 구성의 하나 이상의 세그먼트를 생략할 수 있다. 유사한 방식으로, 세그먼트 카탈로그는 용장성을 제공할 수 있고, 초기 결함이 있거나 후에 손상된 세그먼트를 대체할 수 있도록 두개이상의 동일한 세그먼트를 포함하는 마스크를 제공할 수 있다.
간단하게 분할된 연속 칩 패턴이라고 하는 간단한 개념으로부터의 이탈은 장치의 크기와 함께, 가격의 점에서도 더욱 경제적일 수 있다. 용장성이 있을지라도, 세그먼트 카탈로그는 반복 사용하도록 설계된 것 보다 실제로 매우 적은 세그먼트를 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어 마스크의 비용이 절감되는 각종 이점과 함께 보다 작은 마스크의 사용을 허용한다. 마스크 치수가 축소하면, 장치도 그 마스크에 수반하여 작아지게 되고, 특히 렌즈 시스템이 작아지게 된다. 필요한 공간 및 비용면에서, 장치 크기의 축소는 유리한 점을 가진다. 또한, 세그먼트수의 가능한 축소는, 마스크에 의존하고, 그것은 소정 장치의 크기에 대하여 마스크로부터 웨이퍼까지의 보다 큰 축소 비율을 가능케 한다.
본 발명의 프로세스는 일반적으로 마스크에 의해 부과되는 산란각에 기초하여 선택적으로 묘화 조사를 통과 또는 방지하는 “산란 필터”의 사용에 의해 이점을 얻을 수 있다. 산란-비산란 마스크에 의하여 조사에 도입되는 패턴 묘화 정보에 의존한 프로세스의 경우, 산란 필터는 명목상 산란되지 않은 조사를 선택적으로 통과 또는 방지한다. 전자의 기능은 광학축상에 배치된 개구를 갖는 다른 블로킹 플레이트내의 간단한 개구에 의해 달성될 수 있다. 산란된 조사를 선택적으로 통과시키는 것은 유사하게 배치된 환상 개구의 형을 가질 수 있다(물론, 가능한 한 하나 이상의 미세 치수의 스트랜드(strand)를 이용하여 중심에 배치된 블로킹 영역을 지지한다). 산란 필터는 시스템으로서는 산란-비산란과 함께, 흡수-투과 마스크에 의존하지만, 에지(edge) 산란을 저감시키는데, 그 목적을 위해선 산란 필터는 중심에 배치된 개구에 의존할 것이다.
마스크에서 평행 광선으로 만들어지는 묘화 조사를 예로, 적절한 광학 시스템을 논의하는 것이 일반적이다. 마스크로부터 조사되는 명목상 산란되지 않은 묘화 광선이 광학축에 평행하다는 예에서는, 산란 필터는 시스템의 후(後) 초점면상에 배치된다. 이들 조건하에서, 후 초점면은 그러한 공선이 교차하는 위치를 규정한다. 다른 조건하에서, 교차면은 후 초점면과는 일치하지 않고, 다른 장소에 살란 필터의 배치를 규정한다. 교차면상에 산란 필터를 배치하하면 개구 치수를 축소 시켜, 산란각에 기초하여 보다 나은 식별이 가능하게 한다. 즉 산란-비산란 결상의 예에서는 최대 분해능을 가능케 한다.
상술된 바와 같이 산란 필터는 개구수를 규정하는 부가 기능을 수행할 수 있다. 또는, 제2 개구 필터는 이 기능을 수행하도록 설계될 수 있다.
[도면]
[제1도]
제1도는 두개의 인접한 세그먼트(25 및 26)를 조사하는 경우에 있어서, 마스크(10)의 시간을 따라 조사하는 예를 개략적으로 도시하고 있다. 따라서, 세그먼트(25)는 최초 입자선(11)에 의해 조사되고, 세그먼트(26)가 입자선(12)에 의해 조사된다. 도시된 바와 같은 마스크(1)는 도시된 장치의 예에서는 개구가 제공되지 않은 박막(13)으로 구성한다. 다른 논의된 바와 같은 이온 묘화용에 사용되는 개구 마스크는 도시된 바와 같은 도면에서 다른 변화는 초래하지 않는다. 선(11 및 12)이 전자로 구성되는 실시예에서는, 50-200kV 범위의 전압을 가속함으로써 발생된 속도(50-200keV 전자를 발생시킴)가 바람직하고, 박막(13)은 필수적인 결상에 대하여, 충분한 충분한 연속적인 시트(sheet)와 불충분한 산란으로 구성된. 그와 같은 박막은 0.1㎛ 두께의 다결정 실리콘의 시트로 구성되고, 그 결정 크기는 예를 들어 최소 패턴 치수의 5분의 1로 한 결상 조건이 허용되는 것이다. 현상된 마스크 영역은 이 예에선 예를 들어 다결정 텅스텐으로 구성된 산란 영역인 블로킹 영역(14)에 의해 규정된다. 박막(10)과 동일한 정도의 크기의 두께의 블로킹 영역(14)을 사용함으로써, 만족할만한 실험 결과가 얻어졌다. 일 실험예에서는, 0.05㎛ (50mm 또는 500Å) 두께의 블로킹 영역을 사용하였다. 본 발명의 바람직한 양상에 따르면, 스커트 영역(15)은 방지/산란 영역 (14)과 동일한 재료 및 두께로 구성되어, 동일한 정도의 방지, 예를 들어 (바람직한 SCALPEL 프로세스에 대하여) 동일한 정도의 산란을 발생한다. 제2(a)도 및 제2(b)도에 도시된 지지 지주(16)는 두께 0.1mm과, 선(11, 12)으로 도시된 바와 같은 높이 1.0mm를 가지며, 실례로 지주(16)간의 1mm 세그먼트인 마스크 세그먼트를 규정하도록 이격되어 있다.
방출선(11a 및 12a)은 블로킹 영역(14) 또는 스커트 영역(15)에 마주치지 않고, 따라서 이들에 의해 산란되지 않는 묘화 에너지의 일부를 나타낸다. 패터닝 영역(14) 및 스커트 영역(15)상에 입사되고 예를 들어 전자선인 조사의 일부는 웨이퍼면까지 도달하지 않을 정도로 통계적으로 산란되지만, 이것은 도면에 도시되어 있지 않다.
기본적으로 선(11a 및 12a)으로 구성되는 방지되지 않은 조사는, 순차적으로 전자기/정전기 제1 투사 렌즈(17)에 의해 집중되고, 그것에 의해, 도시된 바와 같이, 발생된 방출선(11b 및 12b)을 개구 산란 필터(19)상의 위치(18)에서, 교차된 선(11c 및 12c)을 발생시킨다. 필터(19)는 선(11a 및 11b)이 광학축과 평행한 경우에는 후 초점면상에 놓인다.
제2 투사 렌즈(22)는 선(11c 및 12c)을 평행한 관계로 묶도록 각각의 선으로 구성된 번들(bundle)을 묶는 구성과 파워를 갖는다. 선(11d)의 예에서는, 선은 조사를 위한 광학축상에서 묶어지고, 렌즈(22)의 기능은 웨이퍼(24)에 대하여 수직으로 축상에 입사하는데 충분하다. 예를 들어 선(12c)으로 제조된 번들 축으로부터 벗어난 것에 대해, 방향을 바꾸는 것(redirection)가 필요한데, 즉 지주(16)와 스커트(15)를 스킵 오버(skip over)하도록 보상할 필요가 있다. 이 “스티칭” 기능은 스티칭 편향기(20 및 21)가 행한다. 편향기(20)는 선(12c)과 같은 축으로부터 벗어난 선을, (12d)로 표시된 위치의 선을 발생하도록, 방향을 변경하기 위해 에너지가 가해진다. 편향기(21)의 기능은 선(12e)을 발생하도록, 거의 최종적인 방향 제어를 하는 것이며, 도시된 처리의 경우, 선(11d)과 병렬로 배치되고, 지주(16) 및 스커트(15)에 관련된 이미지를 제거한다.
본 명세서의 다른 부분과 같이, 본 발명과 관련된 장치 및 프로세스 양상이 주로 서술되었다. 적용하는 기술은 매우 정교한 수준, 즉 조우하는 가능성인 이상(異常)과 함께 내재하는 유해한 효과를 최소로 하는 수준이다. 본 발명의 지침은 그러한 장치 및 장래의 변화와 함께 프로세스를 사용하여 구현될 수 있다. (17 및 22)와 같은 렌즈는 실례가 된다. 상세한 설계/프로세스 조건을 포함하는 것은 적당하며, 그것들 모두는 문헌으로부터 용이하게 얻을 수 있다. 이 분야의 숙련자는 하전입자의 초점의 맞추고 보다 일반적으로는 방향에 영향을 부여하는데 적절한 장치 및 설계를 잘 알고 있다. 피. 달(P.Dahl)이 뉴욕의 Academic Press를 통해 1973년에 발표한 Introduction to Electran and Ion Optics와 같은 기준적인 텍스트를 참조하면, 정전기 및 자기(전자기) 렌즈의 호환성을 보여주고 있다.
따라서, 소자(17 및 22)에 대한 분석이 이루어진다. 묘사되는 대표적인 구조는 환상(環狀)의 쌍극성으로서, 도시 안된 여기 코일을 갖는다. 시판되는 장치는 적어도 최초에는 이러한 형태를 취하는 것이 많지만, 묘사되고 있는 것은 단지 대표적인 것을 도시하는 것을 목적으로 한다. 이들 소자들을 “렌즈”로서 부르는 것은, 관례에 따른 것이다. 렌즈 기능은 묘사된 구조에 의해 발생하는 전계 패턴에 의해 실행된다. 도시된 번호의 소자들은 사실상, 신뢰할 수 있는 전계 패턴의 발생기이며, 결과로는 아니다. 동일하게, 그러한 렌즈를 2개만 묘사한 것은 그것 자체예를 도시하기 위한 것이다. 결상(imaging)은 바람직하게 최소한 두개의 렌즈를 수반하는데, 실제의 장치는 발생할 각종 수차를 보상하도록 설계되고, 하나 이상의 추가된 렌즈를 유용하게 포함할 수 있다.
전류, 즉 검출기상에 입사된 하전 입자의 수를 모니터할 목적으로 후방 산란 전자 검출기(BSED; 23)가 포함된다. 용도는 계산된 결과 또는 적절하게 산출되어 있는 단순한 경험적인 관찰에 적합시키는 것에 기초하는 것이 바람직하다.
위에서 지적된 바와 같이, 적절한 투사 장치의 설계는 예컨데 적절한 텍스트 자료에 기초할 수 있다. P.Dahl 이 1973년 뉴욕의 Academic Press를 통해 발표한 Instroduction to Electron and Ion Optics 와, L.M. Myers 가 1939년 뉴욕의 Van Nostrand Co. Inc를 통해 발표한 Electron Optics, 및 1982년 뉴욕의 P.W Hawkes 의, Springer-Verlag을 통해 발표된 Magnetic Electron Lense와 같은 전자선 묘화의 유용한 설계 방식은 전자 현미경 및 직접 기록 장치로부터 얻은 경험으로부터 이점이 얻어질 수 있다.
본 명세서의 다른 곳과 같이, 구체적인 설명은 일례가 된다. 예를 들면, 스티칭은 웨이퍼에 대해 수직 입사하는 선 번들(ray bundle)에 관하여 논의된다. 사실상 그와 같은 번들이 수직 입사할 필요가 없는 상황, 선 번들이 변화하는 입사각을 갖는 상황이 고려된다. 미국 특허출원 제 07/852,272호는 특히 본 발명의 바람직한 종류로서 사용될 가능성이 있는 방식으로 향해지고 있다. 그 출원은 결상 정보의 이동을 포함한다. 즉, 주사빔의 세그먼트 부분 또는 전체중 어느하나가 포함되며, 그 경우 웨이퍼상에 입사된 패터닝 조사가 왜곡될 수도 있다. 제3도에 도시된 지주(42)는 그와 같은 “왜곡된 주사”에 적합시키도록 필요한 정도로 경사(taper)시킬 수 있다.
이 도면의 설명은 다른 곳에서의 논의와 일치하고, 구체적으로 본 발명으로 부터 얻어지는 변형에 관한 것이다. 도면은 예커버 선(11 및 12)을 구성하는 적절한 입자 소스(source)를 가정하고 있다. 이온 조사뿐만 아니라 전자에 대하여도 적절한 널리 공지된 소스가 기술된다. Ludwig Reimer가 1954년 뉴욕의 Spring-Verlag를 통해 발표한 Transmission Electron Microscopy의 pp.86-99와 편집자 N.G. Einspruch 등이 1989년 Academic Press를 통해 발표한 “Beam Processing Technologies” VLSI Electronics Miscrostrwture scieuce, 21권, pp157-203을 참조한다.
적절한 소스는 70keV 에너지로 가속된 단결정 란탄 헥사 플루오라이드에 의해 방출된 전자를 제공한다. (적절한 음극원에 있어서는, 위에서 인용된 Transmission Electron Microscopy에 기술되어 있다.) 이때 유용한 소스는 약 1x106A/㎠/strad의 휘도 및 약 5mA 의 전류의 70keV±5eV로 가속된 전자를 제공할 수도 있다. 약 1mrad의 개구는 조사 렌즈에 대한 입구로서 사용되고, 약 1㎟의 단면적과 실질적으로 균일한 세기의 유효한 평행한 빔을 발생시킨다. 제1도의 마스크(13)와 같은 마스크상에 입사하는 방출빔은, 이 도면의 논의에서 고려되는 1mm의 세그먼트 전체를 동시에 조사한다. 이제 패터닝된 방출빔은 (렌즈(17)와 같은) 제1 투사 렌즈의 효과에 의해 초점이 정해지고, 산란 필터의 100㎛ 직경 개구에, 초점을 발생하도록 한다. (10cm 의 초점 거리와 제1도에 도시된 필터(19)와 같은 개구 산란 필터에 허용되는 1mrad의 각과 일치한다.) 그 후, 제2 투시 렌즈를 통과하고, 스티칭 쌍극자 편향기(20 및 21)에 의해 시프트함으로써, 웨이퍼 이미지가 재구성된다.
설명은 약 4x 내지 5x 축소비를 가진 마스크로부터 웨이퍼로의 축소에 있어서 기술하고 있다. 본 발명의 원리는 1:1 시스템 뿐만 아니라 다른 마스크로부터 웨이퍼로의 축소에도 동일하게 적용되고, 확대에도 적용된다.(비록 현시점에서 후자에 있어서는 거의 필요성은 예상되지 않는다.)
[제2(a)도 및 제2(b)도]
제2(a)도는 지주가 지지한 박막 마스크(30)를 도시한다. 마스크(30)는 링(31)에 의해 지지되고, 후자는 적절한 강도로 구성되고, 온도의 허용도와 다른 조건에 직면한다. 현재의 기술에서1cm 칩을 생산하도록 설계된 단일 칩 패턴을 가진 4x 마스크(30)를 가정하면, 링(31)의 내경은5-6cm 일 수 있다.1cm의 높이 뿐만 아니라 글라스 링인 것이 적합한 것으로 밝혀졌다.
제2(a)도및 제2(b)도에 도시된 바와 같이, 스커트(34)로 에워진 마스크 영역은 지주(33)의 그릴에 의해 지주-지지되고, 세그먼트를 발생시킨다. 35x17㎟의 기능 칩 면적을 가진 1 기가바이트 DRAM과 4:1의 마스크/웨이퍼 축소비를 고려하면, 도시된 마스크(30)는 140mmx 68mm 의 마스크 면적을 갖는다. 제2(b)도의 상세도는 두개의 세그먼트(32)를 도시하며, 스커트(34)에 의해 규정되고, 지주(33)에 의해 지지되고, 각각 W0.1mm 의 두께와, Z1.0mm 의 높이를 가지며, 두 세그먼트 중심간격 L1.0mm을 유지한다. 박막(30)은 500Å 내지 2000Å 범위의 두께 t를 갖는 것을 특징으로 한다. 위에서 도시된 치수는 실리콘 또는 실리콘 사노하물 박막 재료와, 원소 실리콘 또는 실라카-베이스 글래스로 된 지주에 적합한 것으로 밝혀졌다. 제안된 지지 지주의 치수는 보존력이 있고, 전체적으로2㎛ 이하의 새깅(sagging)을 발생하고, 0.1㎛의 설계 규정에 대하여 필요한 정밀도를 발생하는데 적합하다. 최종적인 설계는 경험적인 것이 많고, 일반적으로, 새깅은 L4에 비례하고, 강도는 t3(박막 두께의 3 제곱)에 비례한다.
[제3도]
이 도면은 지주(41 및 42)에 의해 지지된 마스크 세그먼트(40)를 도시한다. 이때 지주는 스커트(43 및 44)로 하여금 1.3mm의 전체 중심간 세그먼트 간격과, 1.0mm 기능 마스크 세그먼트 및 마스크의 결상 영역을 발생하도록 배치된다. 그와 같은 치수는 500 내지 1000Å 범위의 박막 마스크 두께 t에 적합하다. 지주(41 및 42)는, 도시된 바와 같이, 마스크와 접촉하는 곳의0.1mm의 최대 두께로부터, 약 1mm의 높이의 경우에, 아마도 0.08인 최소값까지 경사되어 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 경사는 미국 특허 출원 제 07/852,272호에 기술된 주사의 형상에 적합시키는데 유용하다.
제4(a)도, 제4(b)도, 제4(c)도의 3개의 도면이 구성되어 있지만, 마스크의 구성 및 최종 웨이퍼 이미지의 구성에 있어서의 분할을 도시한다. 도시된 바와 같이, 마스크 및 웨이퍼 패턴은 1:1의 마스크/웨이퍼 투사에 대하여, 동일한 치수를 가진다. 본 발명의 지침에 허용되고 있지만, 현시점에서의 바람직한 실시예는 축소용을 제공한다.
제4(a)도에 있어서, 패턴(50)은 점선으로 도시된 위치에서, 지주(55 및 56)에 적합하도록 4분의 1(51, 52, 53, 54)로 분할된다. 제4(b)도는 마스크 또는 마스크 부분(59)의 대응하는 영역을 도시하며, 예를 도시하는 목적에서, 재료(60)의 환상 부분상에 지지되도록 도시되어 있다. 이 도면에서, 지주(57 및 58)는 각각 스커트(59 및 60)로 에워진다. 패턴 세그먼트(51, 52, 53 및 54)는 각각 마스크 세그먼트(61, 62, 63 및 64)안에 포함된다.
지주 및 스커트(57, 58, 59, 60)를 제거하도록 병렬로 배치하고, 세그먼트를 스티칭하도록 세그먼트(61 내지 64)의 순차 인쇄함으로써, 제4(c)도에 도시된 바와 같은 이미지(70)가 구성된다.
[일반적 사항]
본 발명의 요약중에 제시된 바와 같이, 마스크는 다수 형태를 취할 수 있으며, 선택될 세그먼트의 카탈로그를 포함하거나 그 역할을 할 수 있으며, 구성된 웨이퍼 이미지중에 스티칭하도록 배치될 수 있다. 마스크 세그먼트 수를 감소시키는 것이 가능하면, 비용 감축, 치수 축소 등의 이점을 제공할 수 있으며, 그것에 의해 용장도가 증가하는 가능성이 있다(2 이상의 동일한 세그먼트로 포함하고, 결함을 줄이고, 그것에 의해 마스크 수명을 연장). 본 발명을 최초로 사용하는 경우는, 연속하는 칩 패턴을(지주 및 스커트에 의해) 간단히 분할하는 현재 실시하고 있는 것을 직접 연장하는 형태를 취할 것이다. 명세서와 모순되지 않고, 이 구절은 주로 그와 같은 점에 대해 기술하고 있다.
본 발명은 전자나 이온인 하전 입자의 조사를 사용하는 데에 의존한다. 많은 분할된 마스크로부터의 투사에 의해, 순차 세그먼트를 인쇄함으로써, 조사중 어느 형태에 대한 정확한 질량/ 전하비를 얻을 수 있는 이점을 가진다. 본 발명의 선택된 모드가 주어진 세그먼트의 인쇄중에 이미지 또는 대물 스테이지의 이동을 수반하든지 혹은 수반하지 않는 스텝 앤드 리피트를 포함하는지에 관계없이, 위치를 정확히 제어하기 위해서는 그의 비율이 불변인 것이라는 이점을 필요로 한다.
지주에 지정된 세그먼트의 전체가 동시에 투사되는 가장 간단한 모드의 경우, 스티칭을 하고자 하는데는, 제1도의 소자(20 및 21)와 같은 편향기에 프로그램으로 제어하여 에너지를 공급한 독특한 분야일 수 있다. 한 모드에 있어서는, 스티칭을 포함하는 리소그래피 공정은 기계적인 이동도 포함한다. 이 모드에 있어 서, 마스크 및 웨이퍼 스테이지 모두는 마스크로부터 웨이퍼로의 치수비에 적합하게 하기 위한 속도비로 이동된다. (예를 들어, 속도비와 함께 고려되고 있는 4:1의 마스크로부터 웨이퍼로의 이미지 비율은 지주/스커트 세그먼트 분리에 의해 필요한 양까지 증가한다). 도시된 두개의 렌즈 시스템에 대하여, 마스크 및 웨이퍼의 이동은 반대이다.
다른 동작 모드도 고려되어지고, 본 발명의 방식으로부터 동등한 값이 유도된다. 그와 같은 것 하나는 투사될 세그먼트에 비하며 작은 직경의 빔을 사용한 래스터 주사를 포함한다. 이 방식은 미국 특허출원 제07/852,272호의 경사 주사로부터로부터도 이점을 얻을 수 있다.
[마스크 설계]
지적한 바와 같이, 마스크 설계는 여기에서는 단순한 연속 패턴 마스크로서 설명되지만, 지침의 지주 및 스커트를 구비한 마스크에 있어서 논의한다. 더욱이, 논의는 일반적으로, 전자 조사 및 특히 적합한 연속, 비개구, 산란-비산란 마스크의 사용을 포함하는 바람직한 실시예에 관한 것이다. 여기에는, 마스크의 구체적인 설명은, 예로서 17 x 35mm DRAM 칩의 이미지 형성용으로 설계된 4x 축소 시스템에 관하여 행한다. 최소의 마스크 치수는 지주 및 스커트를 수용하도록 선형 치수에 대하여 30%의 높게 하는 것을 허용하고, 90 x 180mm 마스크를 발생한다. 격자는 ± 2㎛ 이내의 마스크 평탄성을 가지도록 설계된다.
[박막 영역]
지지되지 않는 박막의 최대 면적은 이하의 식으로부터 유도되며, 이 식은 박막에 공급되는 미분압 P, 박막의 최대 편향 δ, 박막중에 발생되는 응력 σ에 관한 것이다.
여기에서, r = 박막의 반지름, t = 막 두께, σf= 파괴 강도이다. 0.1㎛ 두께의 다결정 실리콘 박막에 대해 험적으로 관찰된1GPa 의 파괴 강도는, 1.2mm의 세그먼트 치수의 경우의 미분압0.9 기압과 대응하고, 이 값은 고려되고 있는 요건을 만족하기에 충분하다.
[격자 구조]
구체적인 요건은 이 설명외에서 고려된다. 구조의 일례는 제2도에 관련하여 기술되어 있다. 최고 중요한 것은, 본 발명의 방식은 스커트에 의해 인쇄될 영역의 규정에 의존하고 있으며, 스커트는 인쇄될 영역상으로의 형상 생성에 이용된 동일한 묘화/현상 프로세스 동안, 규정되는 것이 바람직하다. 소망의 정밀도를 발생하기 편리한 스티칭이 그와 같이 허용된다. 설명한 바와 같이, 스커트는 적당한 동작 조건하에서, 보조적인 역할을 제공할 수 있으며, 그것들은 실질적으로 지주의 가열을 피하거나 축소하기 위해, 빔 와이어링(wiring)중의 묘화 에너지를 흡수하거나 산란시키도록 폭을 가질 수 있다. 그렇지 않으면, 가열에 의해 지주를 팽창하고 마스크를 왜곡시키고, 보다 복잡한 제어를 필요로 하는 것이 된다. 실험 조건 하에서, 1mm의 명목 단면을 갖는 50kV로 가속된 전자빔은 100㎛의 가열 가능 거리까지 연장하는 강하 영역(“wing”)을 가지는 것으로 관찰되고 있다. 따라서, 지주 가열을 피하는 것은 유사한 치수의 스커트에 의해 실현된다. 이 예에서, 세그먼트는 100㎛ 지주를 포함하는, 그것보다 높은 총 300㎛ 이다. 따라서, 1x1㎟의 마스크 인쇄 면적은 지주간에 1.3x1.3㎟의 박막 면적(= 30% 높음)을 필요로 한다.
마스크 설계에 적용하는 다른 고려사항에 있어서는, Mcgraw Hill(1940), Timoshenko의 “Theory of Plates and Shells”에 제공되어 있다. pp.228, 229에 기술된 관계는 1 내지 2㎛의 최대 편향 δ에 대한 허용 마스크 치수를 부여하고 있다. 대응하는 전체의 격자 치수, 즉 계산된 워킹 마스크의 전체의 치수는 2:1의 직사각형 그릴의 경우의 보다 짧은 지주 간격에 대하여 10cm, 정사각형 그릴의 경우는 15cm이다. Fotoform 글라스(상표명)는 폴리실리콘 박막과 호환성 있고, 다른 점에서는 위에서 가정한 요건을 만족하는 감광성 글라스의 일례이다.
본 발명의 실행에 적합한 소프트웨어, 특히 스티칭/이미지 재구성과 관련하는 상세한 고찰은 이 설명의 범위내에는 고려되지 않는다. 발명은 주로 이온 또는 전자의 질량: 전화의 신뢰하는 관계 및 얻어지는 속도 제어에 의해 실현되는 도구를 적절히 이용하는 것에 관하여 서술되어 있다. 본 발명의 진보성을 발생시키는 것은 이 특성을 실현하는 것이다. 각종 요인을 고려하여, 정확한 이미지 재구성을 발생하기 위한 프로그래밍/소프트웨어가 공지되어 있다.
[셋업 절차]
고려되고 있는 이미지 재구성을 확실하게 하는데 필요한 각종 요인을 적절하게 설명하였다. 프로세스 전체는 웨이퍼마다의 제조와 동시에 실행될 수 있다. 그러나, 많은 동일 웨이퍼의 제조가 고려되고 있는 많은 상황하에서, 각종 수정을 함으로써, 어느 정도 시간과 비용이 절약될 수 있다. 즉, 최초의 절차에 있어서의 수차/왜곡의 수정은 제조중의 적절한 보정 및 수정이다. 조건을 변화시키는 것은 많은 보정/수정의 반복이 필요하다고 예상되지만, 다수의 웨이퍼 제조는 변화시키지 않고 가능하다고 예측된다. 일련의 고려되는 상황하에서, 보정은 1일 단위를 기초로 하여 행하여 질 수 있다고 기대된다.
Claims (17)
- 연속적인 이미지를 포함하는 결상(imaging) 정보를 포함하는 하전 입자의 결상 재료상으로의 투사를 포함하는, 적어도 하나의 리소그래픽 묘화 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법으로서, 이와 같은 입자들은 가속 전계에 의해 결정된 속도를 가지며, 결상 정보는 마스크의 결상 영역을 통과함으로써 상기 입자들에 부과되는 디바이스 제조 방법에 있어서, 상기 포함된 결상 영역은 마스크 세그먼트들에 대응하고, 복수의 마스크 세그먼트는 결상 재료상에 상기 연속적인 이미지를 규정하는데 필요하며, 세그먼트는 (1) 지지하는 지주(strut)에 의해 기계적 신뢰성을 보장하도록 치수 및 강도를 가지는 지주와, (2) 상기 지주에 인접한 리소그래픽으로 규정되는 스커트(skirt)에 기인하여, 결상 영역과 지주의 중간에 연속한 스커트를 규정하고, 결상은 구성된 상기 이미지의 지주와 스커트 모두를 제거하기 위해 입자들의 방향을 바꾸도록 하는 타이밍 및 크기의 방향 변화 전계와의 상호작용에 의해 결상 입자들의 편향을 수반하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 마스크 세그먼트들은 실질적으로 팽행한 적어도 한 세트의 지주 및 스커트에 의해 규정되는 디바이스 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 세그먼트들을 규정하기 위해 교차하는 적어도 두개의 상기 세트가 존재하는 디바이스 제조 방법.
- 제3항에 있어서, 세그먼트들은 2개의 상기 세트에 의해 직각 관계로 규정되고, 그 결과 직사각형인 세그먼트들이 생겨나는 디바이스 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 디바이스는 0.5㎛ 보다 작은 최소 기능 치수를 갖는 집적 회로로 본직적으로 구성되는 디바이스 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 입자들은 전자이며, 가속전압은 적어도 약 50kV이며, 세그먼트 영역은 연속한, 개구가 없는, 블로킹 영역 및 스커트를 지지하는 박막을 포함하며, 상기 블로킹 영역 및 스커트 모두는 상기 결상 재료에 도달하는 가능성을 실직적으로 축소하도록, 투과 전자를 통계적으로 산란시켜, 그것에 의해 상기 이미지를 블로킹 영역간의 마스크 영역을 통과한 통계적으로 산란되지 않은 전자로 구성되도록 규정하는 디바이스 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 투사 결상은 상기 마스크 이미지의 축소를 포함하는 디바이스 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 축소는 적어도 2:1 의 비율로 선형적이며, 상기 복수의 영역내의 상기 박막은 약 2000Å의 최대 두께를 갖는 디바이스 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 투사는 순차 이미지를 포함하는 세그먼트를 즉시에 순차 이미지 투사하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 입자들은 이온이며, 가속전압은 적어도 50kV 이며, 세그먼트 영역은 가속된 이온을 실질적인 흡수성을 갖는 박막을 포함하고, 상기 박막에는 개구가 존재하여, 결상 정보는 둘러싸인 결상 영역내의 개구 및 보유된, 개구가 아닌, 박막 재료로 본질적으로 구성되어 있는 디바이스 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 마스크상에 배치된 바와 같은 적어도 두개의 인접한 세그먼트는 적어도 한번 결상 재료상의 연속한 이미지내의 인접한 이미지 영역을 만들기 위해 이용되고, 상기 세그먼트는 카탈로그 세그먼트로 표시된 마스크와는 다르게 상기 결상 재료상에 배치되는 디바이스 제조 방법.
- 제11항에 있어서, 마스크상에 배치된 바와 같은 실질적으로 모든 인접한 영역은 상기 연속적인 이미지의 실질적으로 전체가 카탈로그 세그먼트로 구성되는 디바이스 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 마스크상에 배치된 바와 같은 적어도 두개의 인접한 세그먼트는 적어도 한번 상기 결상 재료상의 연속적인 이미지내의 하나 이상의 다른 투사된 세그먼트에 의해 분리되고, 카탈로그 세그먼트로 표시되는 마스크와는 다르게 상기 결상 재료상에 배치되는 디바이스 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 적어도 하나의 카탈로그 세그먼트는 적어도 두 번 투사되어 상기 이미지의 구성에서 반복 결상을 만드는 디바이스 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 적어도 두개의 카탈로그 세그먼트는 동일하며, 상기 방법은 상기 적어도 두 개의 카탈로그 세그먼트간의 선택을 포함하는 디바이스 제조 방법.
- 제13항에 있어서, 마스크 세그먼트의 수는 구성된 바와 같은 상기 이미지에 필요한 투사된 세그먼트의 수에 대해서 축소되는 디바이스 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 마스크 세그먼트는 위치적으로 결상 영역에 대응하고, 각 마스크 세그먼트는 이미지 구성중 한번 투사되도록 하는 디바이스 제조 방법.
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