KR100312088B1 - 엑스-선 마스크 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
(a) X-선 투과성 멤브레인(12), 및 (b) X-선 투과성 멤브레인(12) 상에 패턴으로 형성된 X-선 흡수체(11)를 포함하며, X-선 흡수체(11)가 다음 그룹들 중 하나를 포함하는 합금으로 구성되는 것을 특징으로 한다: (a) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 및 게르마늄(Ge); (b) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 및 실리콘(Si); (c) 레늄(Re) 및 게르마늄(Ge); 및 (d) 텅스텐(W) 및 게르마늄(Ge). X-선 마스크는 X-선을 흡수하는 높은 능력을 가지며 낮은 응력을 갖는 박막을 제현하는 것이 가능하고 밀도 높은 결정 구조를 가지는 유익한 특징들을 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 공정에 사용되는 X-선 마스크에 관한 것으로, 특히 낮은 응력을 갖는 합금으로 구성된 X-선 흡수체(absorber)를 포함하는 그러한 X-선 마스크에 관한 것이다. 더욱이 본 발명은 그러한 X-선 마스크를 제조하는 방법에 관한 것이며, 더나아가서 그러한 X-선 마스크의 사용을 통한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치는 점점 더 고집적화되어 가고 있기 때문에, 미세 패턴 형성을 위해 X-선 리소그래피(lithography)가 사용되고 있다. X-선 리소그래피는 X-선이 짧은 파장을 가지며, 큰 초점 깊이를 가지는 것이 상대적으로 용이한 특징에 의해 특성화된다. X-선 리소그래피는 특히 10 nm 또는 더 작은 길이를 갖는 작은 패턴을 만들거나 큰 종횡비를 갖는 패턴을 만들기에 적합하다. X-선 리소그래피는 또한 메모리 및 로직(logic)과 같은 LSI(대규모 집적회로) 뿐만아니라 액정 표시 패널(LCD), 전하 결합 소자(CCD), 박막 자기헤드 및 마이크로 머신의 제조공정에 사용된다.
X-선 리소그래피에서, 레지스트막은 웨이퍼 위에 증착되며, 그리고 나서 X-선은 그것에 의하여 패턴을 만들기 위하여 X-선 마스크를 통하여 레지스트막 위에 방사된다. 특히, X-선 흡수체로 구성되며 제조될 반도체 장치의 패턴에 대응하는 패턴을 갖는 X-선 마스크가 사용된다. X-선 마스크는 X-선 레지스트막이 상부에 이미 증착된 웨이퍼의 표면 부근에 밀접하게 위치된다. 그 다음, X-선은 레지스트막에 X-선 마스크의 패턴을 전사하기 위하여 X-선 마스크를 통하여 레지스트막위에 방사된다.
전술한 X-선 마스크는 통상적으로 X-선이 통과할 수 있는 멤브레인(membrane), 멤브레인 위에 배치된 X-선 흡수 물질, 실리콘 기판, 및 멤브레인을 주변에 지지하기 위하여 실리콘 기판과의 협력을 위한 유리판과 같은 지지체로 구성된다.
도 1은 X-선 마스크의 일례를 예시한다. 예시된 X-선 마스크는 박막 형태로 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 다이아몬드(C)로 구성된 멤브레인(2), 원하는 패턴을 가지며 멤브레인(2) 상에 형성된 X-선 흡수체(1), 주변에 멤브레인(2)를 지지하는 실리콘 기판(3), 및 실리콘 카바이드 또는 석영 유리로 구성되며 멤브레인(2)을 지지하기 위하여 실리콘 기판(3)과 협력하는 지지 링(4)으로 구성된다.
종래의 X-선 마스크에서, X-선 흡수체(1)는 통상적으로 텅스텐(W) 및 탄탈륨(Ta)과 같은 단일 물질로 구성되어 있다.
다음으로, 도 1에서 예시된 X-선 마스크를 제조하는 방법이 도 2a 내지 2d를 참조하여 아래에 설명된다.
먼저, 박막(2a)이 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)에 의해 실리콘 기판(3)의 반대 표면 상에 증착된다. 실리콘 기판(3)은 1 내지 2 mm 의 두께를 갖는다. 박막(2a)은 실리콘 카바이드(SiC)로 구성되며 약 1 내지 2 ㎛ 의 두께를 갖는다. 박막(2a) 중 하나는 멤브레인(2)이 된다.
그 다음, 도 2a에서 예시되는 바와 같이, 지지 링(4)은 유리 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 구성되며 약 5 mm의 두께를 갖는다.
그 다음, 도 2b에서 예시되는 바와 같이, 실리콘 기판(3)은 KOH 수용액을 이용하여 이방성 에칭에 의해 더 낮은 표면에서부터 후방 에칭(back etching)된다. 그 에칭 결과로서, 실리콘 기판(3)의 일부가 제거되며, 실리콘 기판(3) 상부에 멤브레인(2)이 형성된다.
그 다음, 도 2c에서 예시되는 바와 같이, X-선 흡수 물질(1)이 스퍼터링에 의해 멤브레인(2) 상에 증착된다.
그 다음, 도 2d에서 예시되는 바와 같이, X-선 흡수 물질(1)은 건식 에칭에 의해 원하는 패턴(1a)으로 패터닝된다. 따라서, 원하는 패턴(1a)을 갖는 X-선 마스크가 완성된다.
도 2a 내지 2d에서 예시된 방법에서, 실리콘 기판(3)은 X-선 흡수 물질(1)을 증착 및 패터닝하기 이전에 후방 에칭되지만, 실리콘 기판(3)은 X-선 흡수 물질(1)의 증착 이후에 후방 에칭될 수도 있다.
X-선 리소그래피에 의해 반도체 장치의 미세 패턴을 만들기 위하여, X-선 마스크를 구성하는 X-선 흡수 물질은 다음과 같은 특성들을 갖도록 요구된다.
첫째, X-선 흡수 물질은 X-선 노출에 충분히 대항하도록 제공되기 위하여 X-선이 그들을 통하여 관통하지 못하도록 하는 높은 능력을 가져야만 한다. 여기서, 관통하지 못하도록 하는 X-선의 그러한 능력은 질량 흡수 계수와 X-선 흡수 물질의밀도와의 곱으로써 정의된다. X-선 흡수 물질은 통상적으로 X-선 리소그래피에 사용되는 약 1 nm의 파장을 갖는 X-선의 관통을 저지하는 높은 능력을 특히 가질 필요가 있다.
X-선 흡수 물질이 X-선이 통과하는 것을 저지하는 더 작은 능력을 가지며, 멤브레인 상에 형성될 X-선 흡수 물질로 구성된 막이 더 큰 두께를 가져야 한다면, 이러한 경우, X-선 흡수 물질의 미세 패턴을 만들기가 아주 어렵게 될 수 있다.
부가하여, X-선 흡수 물질로 구성된 막이 큰 두께를 가졌다면, 패턴이 X-선 흡수 물질로 비정확하게 전사되는 문제가 초래되며, X-선 흡수 물질로 구성된 막 내에 잔존하는 응력을 제어하기가 어렵다.
둘째, X-선 흡수 물질이 가능한 한 적은 응력을 가져야만하며, 더욱이 응력에 대해 높은 제어력을 가져야 한다.
멤브레인 상에 형성된 X-선 흡수 물질로 구성된 막이 큰 내부 응력을 가진다면, 패턴이 X-선 마스크로부터 X-선 흡수 물질로 전사되는 위치 정확도가 열화될 것이며, 결과적으로, 반도체 장치 패턴에서 부정합을 야기시킨다. 따라서, X-선 흡수 물질은 X-선 마스크의 표면 전체에 걸쳐서 거의 제로(0)의 내부 응력을 가질 필요가 있다.
부가적으로, X-선 마스크의 생산성을 고려한다면, X-선 마스크는 거의 제로의 내부 응력을 가져야할 필요가 있을뿐 아니라 동일한 구조로 반복적으로 제조될 수 있게 할 필요가 있다. 더욱이, X-선 마스크가 반복적으로 사용되기 때문에, X-선 마스크는 응력에 있어서 안정성을 가질 필요가 있다.
셋째, X-선 흡수 물질은 밀도가 높은 결정 구조를 가질 필요가 있다.
X-선 흡수 물질로서 사용되어온 대부분의 금속은 스퍼터링에 의해 막으로 증착될 때 원주형 구조를 갖는 다결정막으로 변화된다. 만일 그러한 다결정막이 패터닝된다면, 그의 측벽에 나타나는 결정 입자 경계(grain boundary)는 패턴의 측면이 매우 거칠게 되는 결과를 초래하며, 이러한 경우, 반도체 장치의 원하는 패턴을 형성하는 것이 더 이상 불가능하다.
전술한 특성들과는 별개로, X-선 흡수 물질은 패터닝에 있어 수행되는 건식 에칭에 적합하고 화학적 안정성을 갖도록 요구된다.
그러나, 지금까지 사용되어온 종래 X-선 흡수 물질들은 전술한 필요성 모두를 충족시킬 수 없다.
X-선 흡수 물질로서 텅스텐(W) 및 탄탈륨(Ta)이 종래에 널리 사용되어져 왔는데, 그들 금속이 전술한 첫째 필요성을 충족시키기 때문이며 즉, 그들 금속이 그들을 통한 X-선의 통로를 허용치 않는 충분한 능력을 가지기 때문이다. 그러나, 텅스텐(W) 및 탄탈륨(Ta)은 전술한 둘째 및 셋째 필요성을 충족시킬 수 없으며, 따라서 그들 금속은 반도체 장치의 미세 패턴이 형성될 때 X-선 마스크로 사용될 수 없다.
막이 스퍼터링에 의해 텅스텐(W) 또는 탄탈륨(Ta)으로 형성된다면, 결과적으로 막이 원주형 구조를 갖는 다결정막이 된다. 따라서, 미세 패턴이 스퍼터링에 의해 텅스텐(W) 또는 탄탈륨(Ta)으로 형성될 때, 결정 입자 경계는 원하는 미세 패턴의 달성에 큰 장애물인 거친 측벽에 의해 패턴의 측벽에서 발생된다.
부가적으로, 텅스텐 또는 탄탈륨막에서의 응력은 스퍼터링에 의해 막을 형성하기 위한 조건들, 막이 형성되는 압력 즉 스퍼터링 가스의 압력, 및 막이 형성되는 온도에 크게 의존한다. 이를테면, 도 4에서 예시되는 바와 같이, 탄탈륨막의 응력은 스퍼터링 가스의 압력에 의존하여 압축 응력에서 인장 응력으로 변화한다.
응력이 약 제로(0)와 같아지는 범위에서 두드러지게 변화한다는 것이 열쇠이다. 즉, 막이 결과적으로 제로 응력을 갖는 그러한 조건에서 형성될 지라도, 응력은 막 형성 조건들에서 거의 동요없이 크게 변화될 수 있으며, 막의 재현성에서 큰 열화로 귀결된다.
부가적으로, 막 응력은 스퍼터링에 의해 텅스텐 또는 탄탈륨막의 제조에서 막 온도에 의존하기 때문에, 만일 X-선 마스크가 지지 링으로 지지되는 중앙 부분 및 주변 부분 사이의 X-선 마스크에서 온도 차이가 난다면, 응력에서 비-균일성의 문제가 초래될 수 있다.
그러한 문제를 극복하기 위하여, 멤브레인의 하부 표면을 헬륨(He)으로 채움으로써 멤브레인의 온도를 제어하며, 지지 링 및 멤브레인의 온도를 독립적으로 제어하고 또는 막 증착 장치의 진공 챔버의 온도를 엄격하게 제어할 필요가 있다. 전술한 것처럼, 텅스텐 또는 탄탈륨으로 구성된 막은 막 내에서 응력을 균일하게 유지하는 것이 아주 어렵다는 문제가 수반된다.
텅스텐 또는 탄탈륨막의 전술한 문제점들 중에서, 다양한 물질들이 결정 구조에 관한 문제를 해결하기 위하여 제안되어 왔다.
이를테면, X-선 마스크를 구성하는 X-선 흡수 물질로서, 수기하라(M. Sugihara)외 다수는 Journal of Vacuum Science and Technology, Vol.B7, No. 6,1989, pp.1561에서 Ta4B의 사용을 제안했으며, 야베(H.Yabe)외 다수는 Japanese Journal of Applied Physics, Vol.31, 1990, pp.4210에서 WTiN의 사용을 제안하였다. Ta4B 및 WTiN은 모두 비정질이기 때문에, 그들의 사용은 패턴의 측벽이 전술한 다결정 구조로 인하여 거칠게 되는 문제점을 해결할 수 있다.
그러나, 탄탈륨 또는 텅스텐과 혼합될 붕소(B), 티타늄(Ti), 및 질소(N)는 X-선이 그들을 관통하는 것을 저지하는 작은 능력을 갖는 원자들이다. 따라서, 만일 X-선 마스크가 붕소(B), 티타늄(Ti), 또는 질소(N)와 함께 탄탈륨 또는 텅스텐으로 구성된 합금으로 이루어져 있다면, X-선 마스크가 X-선 노출에 충분한 대비를 제공하기 위하여 텅스텐(W) 또는 탄탈륨(Ta) 단독으로 구성된 X-선 마스크의 두께보다 훨씬 큰 두께를 갖는 것을 피할 수 없는 문제점이 새롭게 야기된다.
이를테면, 일본 미심사 특허 공보 번호 제 2-2109 호는 X-선 마스크를 구성하기 위하여 Al(알루미늄), Ti(티타늄), Si(실리콘) 및 Mo(몰리브덴) 중 하나와 탄탈륨(Ta)의 사용을 제안하고 있다.
그러나, Ta 및 Al, Ti 및 Si 중 하나로 구성된 합금은 X-선이 관통하지 못하도록 하는 능력이 작은 문제점을 수반한다. Ta 및 Mo 으로 구성된 합금에 대하여, 그러한 합금으로 구성된 막이 원주형 다결정 구조를 가지기 때문에, 결정 구조에서는 어떠한 개선도 없다.
지금까지 언급한 바와 같이, 지금까지 제안되어 왔던 X-선 마스크를 구성하는 X-선 흡수 물질은 X-선 흡수 물질에 대해 요구되는 전술한 특성들을 충족시킬 수 없다.
전술한 X-선 흡수 물질들과는 별개로, 다양한 물질들이 제안되고 있다.
일본 미심사 특허 공보 번호 제 2-94421 호는 텅스텐(W) 및 레늄(Re)으로 구성된 X-선 마스크를 제안하고 있다.
일본 미심사 특허 공보 번호 제 3-34414 호는 원자수의 비율이 3.0 : 7.0에서 5.0 : 5.0 으로 되는 탄탈륨(Ta) 및 니켈(Ni)로 구성된 X-선 마스크를 제안하고 있다.
일본 미심사 특허 공보 번호 제 9-190958 호는 탄탈륨(Ta) 및 게르마늄(Ge)으로 구성된 X-선 마스크를 제안하고 있다.
그러나, 전술한 공보들에서 제안된 바와 같은 물질들도 역시 X-선 흡수 물질에 대해 요구되는 전술한 특성들을 충족시킬 수 없다.
종래 X-선 마스크들의 전술한 문제점들의 관점에서, 본 발명의 목적은 낮은 응력을 갖는 박막을 재현하는 것이 가능하며, 밀도 높은 결정 구조를 갖고, X-선을 흡수하는 높은 능력을 갖는 X-선 흡수 물질에 대해 요구되는 모든 특성들을 충족시키는 X-선 마스크를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 그러한 X-선 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 그러한 X-선 마스크의 사용을 통하여 반도체 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에서, (a) X-선 투과성 멤브레인과, (b) X-선 흡수 멤브레인상의 패턴 내에 형성된 X-선 흡수체를 포함하는 X-선 마스크가 제공되며, 상기 X-선 흡수체는 다음 그룹들 중 하나를 포함하는 합금으로 구성되는 것을 특징으로 한다: (a) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 및 게르마늄(Ge); (b) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 및 실리콘(Si); (c) 레늄(Re) 및 게르마늄(Ge); 및 (d) 텅스텐(W) 및 게르마늄(Ge).
본 발명의 또다른 측면에서는, (a) X-선 투과성 멤브레인 상에 박막을 형성하는 단계와, (b) 원하는 패턴으로 박막을 패터닝하는 단계를 포함하는 X-선 마스크 제조 방법이 제공되며, 상기 박막은 다음과 같은 그룹들 중 하나를 포함하는 합금으로 구성되는 것을 특징으로 한다: (a) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru), 및 게르마늄(Ge); (b) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru), 및 실리콘(Si); (c) 레늄(Re) 및 게르마늄(Ge); 및 (d) 텅스텐(W) 및 게르마늄(Ge).
본 발명의 또 다른 측면에서, (a) 기판상에 레지스트막을 증착하는 단계와, (b) 상기 레지스트막 상부에 X-선을 세팅하는 단계와, (c) 원하는 패턴으로 상기 레지스트막을 패터닝하기 위해 X-선 마스크를 통하여 X-선을 상기 레지스트막에 조사하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법이 제공되며, 상기 X-선 마스크는, (a) X-선 투과성 멤브레인과 (b) X-선 투과성 멤브레인 상에 하나의 패턴 내로 형성되는 X-선 흡수체를 포함하며, 상기 X-선 흡수체는 다음과 같은 그룹들 중 하나를 포함하는 합금으로 구성된다: (a) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru), 및 게르마늄(Ge); (b) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru), 및 실리콘(Si); (c) 레늄(Re) 및 게르마늄(Ge); 및 (d) 텅스텐(W) 및 게르마늄(Ge).
전술한 본 발명에 의해 달성된 이점들이 하기에 기술된다.
본 발명에 따르면, 광범위한 합금 합성으로 TaRuGe, TaRuSi, ReGe 또는 WGe 로 구성된 합금으로 이루어진 박막이 얻어진다.
부가하여, 스퍼터링 가스의 압력 및 막의 조성비를 제어함으로써 낮은 응력을 갖는 박막을 형성하는 것이 가능하다.
TaRuGe, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 박막은 종래의 X-선 흡수 물질들로 구성된 박막보다 X-선이 관통되지 못하도록 하는 능력이 더욱 높다. TaRuSi 합금으로 구성된 박막은 종래의 X-선 흡수 물질들로 구성된 박막과 X-선이 관통되지 못하도록 하는 능력이 거의 동일하다 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 특성들을 갖는 X-선 흡수 물질로 구성된 X-선 마스크를 제공하며, 미세 패턴을 갖는 반도체 장치의 제조에 적합하다.
TaRuGe, TaRuSi, ReGe 또는 WGe 으로 구성된 박막에서의 응력은 스퍼터링 가스의 압력 이외의 매개변수에 의해서는 거의 영향을 받지 않는다. 그러므로, 값싼또는 단순한 막-증착 장치는 높은 재현성을 갖는 TaRuGe, TaRuSi, ReGe 또는 WGe 로 구성된 박막을 증착할 수 있다. 따라서, X-선 마스크의 제조 비용을 줄이는 것이 가능하며 그에 따라서 반도체 장치의 제조 비용도 줄이는 것이 가능하다.
더욱이, TaRuGe, TaRuSi, ReGe 또는 WGe 로 구성된 박막에서의 응력은 박막의 증착을 수행할 수 있도록 어닐링(annealing)함으로써 제어될 수 있다. 이것은 박막에서의 응력 재현성을 높인다.
부가하여, 본 발명은 TaRuGe, TaRuSi, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 X-선 흡수 물질로 구성된 X-선 마스크의 사용을 통하여 리소그래피를 수행함으로써 약 0.1 ㎛ 또는 더 작은 폭을 갖는 패턴을 포함하며 높은 제조 수율을 갖는 반도체 장치를 제조하는 것을 가능하게 한다.
도 1은 종래의 X-선 마스크 단면도.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 예시된 종래 X-선 마스크의 제조 방법의 각 단계를 보이는 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 X-선 마스크의 단면도.
도 4는 TaRuGe 막에서 응력과 스퍼터링 가스의 압력 사이의 관계를 매개변수로서 사용되는 TaRuGe 막의 조성비로 보이는 그래프.
도 5a 내지 도 5d는 제 1 및 제 3 실시예에 따른 도 3에서 예시된 X-선 마스크의 제조 방법의 각 단계를 보이는 단면도.
도 6a 내지 도 6d는 제 2 및 제 4 실시예에 따른 도 3에서 예시된 X-선 마스크의 제조 방법의 각 단계를 보이는 단면도.
도 7은 TaRuGe 막이 진공중에서 어닐링될 때 막의 응력이 어떻게 변화하는지를 보이는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : X-선 흡수체 3,13,23 : 실리콘 기판
2 : 멤브레인 4 : 지지 링
[제 1 실시예]
도 3에 도시되는 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 X-선 마스크는 박막의 형태로 실리콘 질화막(SiN), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 다이아몬드(C)로 구성된 멤브레인(12), 멤브레인(2) 상에 형성되고 원하는 패턴을 갖는 X-선 흡수체(11), 그 주변에서 멤브레인(2)을 지지하는 실리콘 기판(13), 및 멤브레인(12)를 지지하기 위하여 실리콘 기판(13)과 협력하며 실리콘 카바이드 또는 석영 유리로 구성된 지지 링(14)으로 구성된다.
아래에 기술되는 바와 같이, X-선 흡수체(11)는 TaRuGe 합금, TaRuSi 합금, ReGe 합금, 또는 WGe 합금으로 구성된다. X-선 흡수체(11)는 스퍼터링에 의해 박막의 형태로 멤브레인(12) 상에 증착된다.
제 1 실시예에 따른 X-선 마스크의 최종 배치는 도 1에 도시된 종래의 X-선 마스크와 동일하다. 그러나, 제 1 실시예에 따른 X-선 마스크는 X-선 흡수체(11)가 TaRuGe 합금, TaRuSi 합금, ReGe 합금, 또는 WGe 합금으로 구성되어 종래의 X-선 마스크와는 다르다.
제 1 실시예에 따른 X-선 마스크는 도 2a 내지 2d에 도시된 바와 같이 종래 방법에 의해 제조될 수 있으며, 여기서 실리콘 기판(3)은 X-선 흡수 물질(11)의 증착 이전에 후방 에칭된다. 실리콘 기판(13)은 X-선 흡수체(11)가 멤브레인(12) 상에 증착된 이후에 후방 에칭될 수 있다.
하기에 박막의 형태로 TaRuGe 합금, TaRuSi 합금, ReGe 합금, 또는 WGe 합금으로 구성된 X-선 흡수체(11)를 형성하는 방법과 X-선 흡수체(11)의 특성들이 설명된다. 아래에 나타나는 설명에서, X-선 흡수체(11)가 TaRuGe 합금으로 구성되는 것이 제안된다.
제 1 실시예에서, TaRuGe 합금으로 구성된 박막(11)은 스퍼터링에 의해 증착되었다. 스퍼터링 장치로서, 스퍼터링 가스가 13.56 MHz의 주파수를 갖는 고주파수 전력을 적용함으로써 방전되는 통상의 RF 스퍼터링 장치가 사용된다. Xe(크세논) 가스가 스퍼터링 가스로서 사용되었다. 스퍼터 타겟으로서, 혼합하여 신터링된 Ta, Ru 및 Ge로 구성된 합금 타겟이 이용된다. 합금 타겟에서 Ta, Ru 및 Ge 사이에 혼합비를 가변시키므로써 결과적으로 TaRuGe 막의 조성비를 제어하는 것이 가능하다.
TaRuGe 합금으로 구성된 박막(11)을 증착시키기 위한 스퍼터링 장치가 전술한 RF 스퍼터링 장치에 국한되는 것은 아님에 유의해야 한다. 금속막을 증착시킬 수 있다면, 직류 스퍼터링 장치와 같은 어떤 다른 스퍼터링 장치들이 사용될 수 있다.
TaRuGe 합금으로 구성된 박막(11)을 증착하기 위한 스퍼터링 장치는 박막(11)에서의 응력을 제어하기 위한 어떤 특별한 수단을 갖는 것이 필수적인 것은 아니다. 이를 테면, 스퍼터링 장치가 아주 높은 정도로 비어있는 진공 챔버를 만들기 위한 장치와, 진공 챔버의 벽 온도를 제어하는 제어기와, 멤브레인(12)의 온도를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 것이 필수적인 것은 아니다.
Xe 가스가 본 실시예에서 스퍼터링 가스로서 사용되었지만, 아르곤(Ar) 가스와 같은 다른 가스들이 사용될 수 있다. 스퍼터링 가스로서 Ar 가스와 Xe 가스를 비교하면, Xe 가스가 Ar 가스보다 더 큰 원자 반경을 가지기 때문에 더 적은 양의 Xe 가스가 Ar 가스보다 결과적인 박막(resultant thin film)으로 흡수된다. 그러므로, 스퍼터링 가스로서 Xe 가스를 사용함에 의한 응력 제어능력, 안정도 및 밀도가 Ar 가스를 사용하여 증착된 박막의 그것들 보다 더 좋은 박막을 제공하는 것이 가능하다.
혼합하여 신터링된 Ta, Ru 및 Ge로 구성된 전술한 타겟뿐만 아니라 TaRuGe로 구성된 박막(11)을 증착시키는데 사용된 스퍼터링 타겟에 대해, Ta, Ru 및 Ge 중 혼합하여 신터링된 어느 두 개의 금속과 남은 하나를 포함하는 모자이크 타겟, 또는 Ta, Ru, Ge의 신터링된 어느 하나와 남은 두 개의 금속들을 포함하는 모자이크 타겟이 사용될 수 있다.
스퍼터링에 의해 증착되며 TaRuGe 합금으로 구성된 박막(11)은 광범위한 조성비로 비정질 구조를 갖는다. 박막(11)이 1 내지 30 원자％에서의 Ge 및 3 내지 60 원자％에서의 Ru를 포함할 때, 박막(11)은 비정질 구조를 갖는다. 명세서에 있어서, 합금의 조성이 각 원소들의 원자비, 또는 원자 백분율에 의해 지시된다. 그러므로, 전술한 바와 같은 조성비를 가지며 TaRuGe 합금으로 구성된 박막(11)은 결정 입자 경계에 의해 거칠어지지 않으며, 박막(11)이 X-선 마스크를 제조하기 위해 100nm 의 크기 또는 그보다 작은 크기로 패터닝된다. 즉, 결과적인 X-선 마스크는 부드러운 측벽을 갖고 있다.
도 4는 매개 변수로서 사용된 TaRuGe 막(11)의 조성비에 따른 얇은 TaRuGe 막(11)에서의 응력과 스퍼터링 가스의 압력 간의 관계를 보이는 그래프이다. 도 4에 있어서, 도 6,7 및 8에서 지시된 각 라인들은 다음과 같은 Ta, Ru 및 Ge 간의 조성비를 갖는 TaRuGe 합금으로 구성된 박막의 응력을 보인다.
라인 6 : Ta : Ru : Ge = 1.0 : 0.25 : 0.12
라인 7 : Ta : Ru : Ge = 1.0 : 0.14 : 0.12
라인 8 : Ta : Ru : Ge = 1.0 : 0.06 : 0.12
TaRuGe 합금으로 구성된 박막(11)은 박막(11)이 증착될 때, 두께가 0.5 ㎛ 이고, 멤브레인(12)의 온도는 실온(RT)과 동일하다. 비교를 위해, 더욱이 도 4는 단순히 탄탈륨(Ta)으로 구성된 금속 박막의 응력을 지시하는 라인 5를 포함한다.
도 4의 관점에서 이해되는 바와 같이, TaRuGe 합금으로 구성된 박막(11) 내의 응력은 Ta, Ru 및 Ge 간의 조성비를 변화시킴에 의해 용이하게 제어될 수 있다. 이를테면, 박막(11)에서의 응력은 Ru의 조성비를 증가시키거나 또는 감소시킴으로써 제어될 수 있다.
도 4는 박막 TaRuGe(11)에서의 응력이 스퍼터링 가스의 압력 증가에 따라 인장 응력을 향한 압축 응력의 변화를 보인다. 도 4에서 명백히 되는 바와 같이, 박막(TaRuGe)(11)에서 스퍼터링 가스의 압력 변화에 상대적인 응력의 변화를 보인다. 다시말하면, 라인들(6, 7, 9)는 라인 5의 경사각보다 더 큰 경사도를 갖는다. 따라서, 스퍼터링 가스의 압력의 동요는 얇은 TaRuGe 막(11)에서의 응력의 재현성에 영향을 거의 미치지 못한다. 부가적으로 비-균일성이 스퍼터링 가스의 압력의 동요에 의해 야기되며, 얇은 TaRuGe 막(11)에서의 응력에서 비-균일성을 감소시키는 것이 가능하다.
부가적으로, 얇은 TaRuGe 막(11)에서의 응력은 박막이 증착되는 온도, 막 증착 장치에 존재하는 불순물들, 막 증착 장치 내 벽의 온도에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 그들 모두가 종래의 X-선 흡수 물질에서의 응력에는 심각한 영향을 미친다. 따라서, 아주 높은 진공 스퍼터 챔버, 챔버의 벽 온도를 제어하기 위한 제어기, 및 멤브레인의 온도를 조절하기 위한 제어기를 장착하지 않은 값싼 막 증착 장치를 수단으로 하여도 결과적으로 박막 TaRuGe 내의 단일 응력 프로파일을 갖는 것이 가능케 된다.
따라서, TaRuGe 막(11)의 조성비와 스퍼터링 가스의 압력을 제어함으로서 낮은 응력을 갖는 얇은 TaRuGe 막(11)을 재현하는 것이 가능하다. 얇은 TaRuGe 막(11)의 조성비는 전술한 바와 같은 비정질 구조가 얻어질 수 있는 그러한 범위에서 변화될 수 있다. 바람직한 조성비에서는, 박막(11)은 5 내지 50%의 Ru 및 10 내지 30%의 Ge를 포함한다.
루테늄(Ru) 및 게르마늄(Ge)은 Ta에 부가적인 것으로서 사용되는 B(붕소) 및 Ti 모두의 질량 흡수 계수보다 약 10 옹스트롱의 파장을 갖는 X-선의 더욱 큰 질량 흡수 계수를 가지며, X-선은 통상적으로 1:1 투사 X-선 노출 시스템에서 사용된다. Ru, Ge 및 Ta로 구성된 합금은 탄탈륨(Ta)의 밀도와 거의 동일한 밀도를 가질 수 있으며, 그 밀도는 약 16 g/㎤와 동일하다. 그러므로, Ta, Ru 및 Ge로 구성된 합금이 종래에 X-선 흡수 물질로 사용되어온 금속 또는 합금보다 X-선이 관통하지 못하도록 하는 능력이 더 크다.
더욱이, TaRuGe 합금으로 구성된 박막(11)은 대기 중에 노출될 때 표면에 아주 얇은 부동 상태의 막을 형성하며, 따라서, 화학적으로 안정하고, 패턴이 X-선 흡수체(11)가 패터닝된 후에 산화로 인한 치수(dimension)에 종종 변화가 있을 지라도, 그 패턴의 치수가 변화하지 않을 것이다.
따라서, 얇은 TaRuGe 막(11)의 산화에 의해 야기된 얇은 TaRuGe 막(11)에서의 응력의 변화는 아주 작고 특히 얇은 TaRuGe 막(11)을 패터닝한 후 레지스트막의 제거를 위해 수행되는 산소-애싱(ashing) 처리에서 조차도 10 MPa 보다 더 작거나 동일하다. 덧붙여, 만일 얇은 TaRuGe 막(11)이 산성 또는 알칼리 세척을 조건으로 한다면, 얇은 TaRuGe 막(11)은 변화하지 않은 응력을 가지며 단지 1 nm/분 또는 더 작은 시간만큼 에칭된다.
얇은 TaRuGe 막(11)의 표면 상에 형성된 부동 상태 막은 Ta 또는 TaGe 막의 표면 상에 형성된 부동 상태 막의 두께 보다 더 작은 두께를 가지며, 이에 따라, 패터닝 후 치수 및 응력에서의 변화에 대해 더 많은 이점이 있고 패턴 에지가 X-선에 노출되는 정확도에 대해 더 많은 이점이 있다.
지금까지 설명해온 바와 같이, TaRuGe 합금으로 구성된 박막(11)의 사용은 종래의 X-선 흡수 물질의 모든 문제점을 해결할 수 있으며, 실질적으로 유용한 X-선 마스크를 제공한다. 본 발명에 따라서 X-선 마스크를 통하여 X-선에 레지스트막을 노출시킴으로써, 반도체 장치의 미세 패턴 형성에서의 제어능력 및 재현성을 현저하게 강화시키는 것이 가능하다.
얇은 TaRuGe 막을 제조하는 방법 및 얇은 TaRuGe 막의 특성들은 TaRuSi, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 박막에 적용된다. 즉, TaRuSi, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 박막은 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다. TaRuSi, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 박막에서의 응력은 스퍼터링 가스의 압력에만 단지 의존하며, 박막이 증착되는 온도와 같은 막-증착 매개 변수들에 의해 거의 영향을 받지 않는다. 부가하여, TaRuSi, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 박막에서의 응력은 Ta로 구성된 종래의 박막보다 스퍼터링 가스의 압력에 덜 의존하며 박막의 응력에서 높은 재현성을 초래한다.
박막을 구성하는 원소들간의 조성비를 변화시킴으로써 TaRuSi, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 박막에서의 응력을 제어하는 것도 역시 가능하다.
그러므로, 낮은 응력을 갖는 박막은 TaRuGe 합금 뿐만아니라 TaRuSi, ReGe또는 WGe 합금의 사용을 통하여 높은 재현성을 얻을 수 있다.
부가하여, TaRuSi, ReGe, WGe 또는 TaRuGe 합금으로 구성된 박막이 Si 또는 Ge을 1% 또는 그 이상으로 포함함으로써 비정질 구조를 가지는 것이 가능하다. 그들 박막들의 바람직한 조성비에서, 얇은 TaRuSi 막은 3 내지 60%의 Ru 및 1 내지 30%의 Si을 포함하며, 얇은 ReGe 또는 WGe 막은 Ge을 1 내지 30% 포함한다. 얇은 TaRuGe 막과 유사하게, TaRuSi, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 박막은 화학적으로 안정한데, 이는 박막이 대기중에서 그 표면에서 부동 상태막을 형성하기 때문이다.
박막을 구성하는 레늄(Re), 게르마늄(Ge) 및 텅스텐(W)은 탄탈륨(Ta) 보다 더 큰 X-선 흡수 계수를 가지며, ReGe 합금 및 WGe 합금 모두는 탄탈륨(Ta)으 밀도보다 더 큰 밀도를 갖는다. 따라서, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 박막은 종래에 사용되어온 탄탈륨으로 구성된 박막에서의 동일한 것보다 X-선이 관통하지 못하도록 하는 능력이 더 크다.
한편으로, TaRuSi 합금으로 구성된 박막에 대해서, 만일 실리콘의 조성비가 증가된다면, 실리콘(Si)은 작은 X-선 흡수 계수를 가지며, 얇은 TaRuSi 막은 더 작은 밀도를 가진다. 따라서, 박막이 X-선 관통을 저지하는 능력의 관점에서 실리콘을 포함한다는 것은 불리한 점이다.
그러나, 박막이 비정질 구조를 계속 유지하고 낮은 응력을 계속 유지할 수 있는 그러한 범위에서 가능한 한 많이 얇은 TaRuSi 막 내에 실리콘의 조성비를 감소시킴으로써, 문제가 없는 정도로, X-선의 관통을 저지하는 능력의 감소를 억제하는 것이 가능하다.
전술한 본 발명에서의 박막은 Ta, Ru, Ge, Si, W 및 Re 이외의 다른 원소들을 포함할 수도 있다. 박막이 그러한 원소들을 포함하더라도, 박막은 Ta, Ru, Ge, Si, W 및 Re만을 포함한 박막의 것과 동일한 특성들을 가지며, 따라서 X-선 마스크의 제조에 사용될 수 있다. 이를테면, 박막이 Ti,Hf,W 또는 Si을 5% 또는 그 보다 적게 포함할 지라도, 박막은 X-선 마스크의 제조에 사용될 수 있다.
[제 1 예]
제 1 예에 따른 X-선 마스크 제조 방법은 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 하기에 설명된다.
우선, 박막(22a)은 실리콘 기판(23)의 반대편 표면 상에 화학적 기상 증착으로 증착된다. 실리콘 기판(23)은 1 내지 2 nm의 두께를 가진다. 박막(22a)은 실리콘 카바이드(SiC)로 구성되며 약 1 내지 2 ㎛의 두께를 가진다. 박막들(22a) 중 하나는 멤브레인(22)을 만든다.
그 다음, 도 5a에서 도시되는 바와 같이, 지지 링(24)은 그것의 주변에서 에폭시 수지와 같은 접착제를 사용하여 실리콘 기판(23)의 하부 표면에 접착된다. 지지 링(24)은 유리 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 구성되며 약 5 nm의 두께를 갖는다.
그 다음, 도 5b에서 도시되는 바와 같이, 실리콘 기판(23)은 수산화 칼륨(KOH) 수용액을 이용하여 이방성 에칭으로 하부 표면에서부터 후방 에칭된다. 에칭의 결과로서, 실리콘 기판(23)의 일부분은 제거되고, 실리콘 기판(23)상의 멤브레인(22)이 형성된다.
그 다음, 도 5c에서 도시되는 바와 같이, X-선 흡수체로서 박막(21)은 스퍼터링에 의해 멤브레인(22) 상에 증착된다. 제 1 예에서는, 박막(21)이 TaRuGe 합금으로 구성된다.
그 다음, 도 5d에서 도시되는 바와 같이, 박막(21)은 SF6및 Cl2와 같은 에칭 가스가 사용되는 건식 에칭에 의해 원하는 패턴(21a)으로 패터닝된다. 따라서, 원하는 패턴(21a)을 갖는 X-선 마스크가 완성된다.
제 1 예에서 TaRuGe 합금으로 구성된 박막(21)의 조성비는 다음과 같다.
Ta : Ru : Ge = 73.0% : 18.2% : 8.8% = 1.0 : 0.25 : 0.12
박막(21)이 스퍼터링에 의해 증착될 때, 그 시점의 스퍼터링 가스의 압력은 0.5 Pa로 설정된다.
도 4에서 명백한 바와 같이, 전술한 바와 같은 조건으로 증착된 얇은 TaRuGe 막은 거의 응력이 제로가 된다. 부가적으로, 결과적으로 얇은 TaRuGe 막에서의 응력은 스퍼터링 가스와 같은 막 증착 매개 변수들에 거의 의존하지 않는다. 그러므로, 제 1 예에 따라, X-선 마스크는 높은 재현성으로 제조될 수 있으며, 그 X-선 마스크는 박막에서 균일하게 분포된 낮은 응력을 갖는 박막을 포함한다.
[제 2 예]
제 2 예에서, 실리콘 기판은 제 1 예에 따른 처리와는 다른 멤브레인 상에 X-선 흡수체의 증착 후에 후방 에칭된다.
제 2 예에 따른 X-선 마스크를 제조하는 방법이 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 하기에 설명된다.
우선, 도 6a에 도시되는 바와 같이, 박막(32a)은 화학적 기상 증착에 의해 실리콘 기판(33)의 반대편 표면 상에 증착된다. 실리콘 기판(33)은 1 내지 2 nm의 두께를 갖는다. 박막(32a)는 실리콘 카바이드(SiC)로 구성되며 약 1 내지 2 ㎛의 두께를 갖는다. 박막들(32a) 중 하나는 멤브레인(32)이 될 것이다.이어서, 도 6B에 도시된 바와 같이, X-선 흡수체로서 박막(31)은 스퍼터링에 의해 박막(32a)의 하나에 증착된다. 두 번째 예에서, 박막(31)은 TaRuGe 합금으로 이루어져 있다.
이어서, 도 6C 에 도시된 바와 같이, KOH 수용액을 사용하여 비등방성 에칭에 의해 그 하부면으로부터 후방 에칭된다. 에칭 결과, 실리콘 기판(33)의 일부가 제거되고 실리콘 기판(33)상에 멤브레인(32)이 형성된다.
이어서, 도 6C 에 도시된 바와 같이, 지지링(34)은 에폭시 수지(epoxy resin)같은 접착제에 의해 그 외주에서 실리콘 기판(33)의 하부면에 접착되어 있다. 상기 지지링(34)은 유리로 형성되고, 약 5nm의 두께를 갖는다.
이어서, 포토레지스트막은 얇은 TaRuGe 막(31)에 증착되고, 양호한 패턴으로 형성된다. 상기 얇은 TaRuGe 막(31)은 SF6및 Cl2같은 에칭 가스를 사용해 건식 에칭에 의해 패턴 형성하고, 6D 에 도시된 바와 같이, 패턴 형성된 포토레지스트막은 마스크로서 사용된다.
따라서, 양호한 패턴(31a)을 가진 X-선 마스크가 완성된다. 얇은 TaRuGe 막(31)의 조성비와 박막 증착 조건은 상술된 제 1 실시예와 동일하다.
제 2 실시예에 따른 방법에서, X-선 흡수체로서 TaRuGe 합금으로 구성된 박막(31)은 제 1 실시예와 달리, 도 6B 에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(3)에 증착된다. 그러므로, 제 2 실시예는 각 제조 공정에 있어서 박막(31)에서의 응력을 정확히 측정할 수 있는 장점을 가진다.
그러나, 실리콘 기판(33)이 얇은 TaRuGe 막(31)의 증착 후 멤브레인으로부터 후방 에칭되면, 상기 지지링(4)은 멤브레인(32) 내의 인장 응력(tensile stress)으로 인해 변형될수 있으므로, 그 결과, 멤브레인(32)과 얇은 TaRuGe 막(31)의 응력이 변화될 수 있다. 이러한 변화를 피하기 위해, 상기 박막(31)은 목표 응력 보다 인장 응력에 밀접한 응력을 갖도록 증착되고, 또는, 상기 패턴 형성된 박막(31a)의 변형은 상기 패턴형성된 박막(31a)의 응력에 기초하여 측정될 수 있으므로, 측정된 변형에 기초하여 패턴을 보상한다.
[제 2 실시예]
본 발명에 따른 X-선 마스크에서, X-선 마스크를 구성하는 박막 합금을 어닐링하여 X-선 마스크의 응력을 제어하는 것이 가능하다. 제 2 실시예에서, X-선 흡수체로 이루어진 박막이 증착된 후, 박막은 그 곳에 있는 응력을 제어하기 위해 어닐링된다.
제 2 실시예에 따른 X-선 마스크는 제 1 실시예에 따른 X-선 마스크를 제조하는 방법과 동일하게 제조된다. 예를 들면, 얇은 TaRuGe 막(21)은 멤브레인(22) 상의 증착후 어닐링된다.
도 7 은 얇은 TaRuGe 막의 증착 후 진공 상태에서 실행된 어닐링으로 인해 변화되는, 얇은 TaRuGe 막의 응력과 어닐링 온도 사이의 관계를 도시한 것이다.
그 스크레스가 도 7 에 도시된 얇은 TaRuGe 막은 후술하는 조건으로 증착된다.
박막증착온도 : 실온
스퍼터링 가스의 압력 : 0.8 Pa
혼합비 : Ta : Ru : Ge = 1.0 : 0.14 : 0.12
이들 조건으로 증착된 얇은 TaRuGe 막은 1 x 10-4Pa 보다 작은 압력으로, 진공 상태에서 어닐링 하였다.
도 7로부터 알수 있는 바와 같이, 얇은 TaRuGe 막이 섭씨 약 100도 이상의 온도로 어닐링되면, 얇은 TaRuGe 막의 응력은 박막 증착후 인장 응력을 향해 즉시 변화된다. 상기 응력은 높은 어닐링 온도에서 보다 크게 변화된다.
상기 얇은 TaRuGe 막이 일정한 온도로 어닐링 되면, 얇은 TaRuGe 막의 응력의 변화는 어닐링의 개시 후 약 3 분 동안 포화된다.
상기 얇은 TaRuGe 막이 예를 들어 섭씨 300도의 비교적 높은 온도로 어닐링되면, 얇은 TaRuGe 막의 응력은 예를 들어 약 섭씨 150도의 비교적 낮은 온도로 다시 어닐링해도, 변화되지 않는다.
상술된 바와 같이, 상기 얇은 TaRuGe 막의 결과는 도 7에 도시된 얇은 TaRuGe 막과는 다른 조성비를 갖는 얇은 TaRuGe 막으로 이루어진 박막이며, 통상 TaRuSi, ReGe 또는 WGe 합금으로 이루어진다.
상기 얇은 TaRuGe 막이 제 2 실시예에서 진공상태로 어닐링되지만, 상기 얇은 TaRuGe 막은 TaRuGe 합금에 불활성인 아르곤 또는 질소 같은 가스를 포함하는 대기에서 어닐링될 수 있다.
그 결과, TaRuGe, TaRuSi, ReGe 및 WGe로 이루어진 박막으로 구성된 X-선 마스크가 박막의 증착 후 가열로 노출되면, 박막의 응력은 변화되고, 박막이 노출되는 온도 보다 높은 온도에서 박막을 어닐링함으로써, 박막의 증착에 연속하는 단계에서 변화가 발생되는 박막의 응력의 변화를 방지할 수 있음을 알수 있다.이러한 결과에 기초하여, 박막 합금이 약간의 압축 응력을 갖도록 증착된 다음, 어닐링됨으로써, 박막 응력이 압축 응력으로부터 인장 응력으로 변화되어, 그 결과, 박막 합금이 거의 제로 상태로 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 X-선 마스크로 구성되는 얇은 합금 막에서의 응력은 스퍼터링 가스의 더 작은 압력에서 스퍼터링 가스의 압력에 덜 의존적이다. 그러므로, 다음과 같은 단계에 의해 높은 생산 능력을 가지며, 낮은 응력을 가진 얇은 TaRuGe 막을 형성하는 것이 가능하다. 첫째, 내부에 압축 응력을 가진 얇은 TaRuGe 막은 스퍼터링 가스의 압력이 비교적 낮도록 스퍼터링에 의해 증착되므로, 그 결과로 얻어진 얇은 TaRuGe 막의 응력은 약간 스퍼터링 가스의 압력에 의존하고, 즉 도 4의 라인은 작은 경사를 가진다. 둘째, 이렇게 증착된 얇은 TaRuGe 막은 어닐링되어 인장 응력쪽으로 응력을 이동시킨다.
X-선 마스크를 제조하는 과정의 포토레지스트 단계, 에칭 단계 및 노광 단계에 있어서, X-선 마스크의 온도는 일반적으로 약 섭씨 150도 또는 그 이하까지 상승된다. 따라서, 얇은 TaRuGe 막은 섭씨 150도와 같은 또는 그보다 높은 온도에서 어닐링되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명된 것과 같이, 얇은 TaRuGe 막의 증착 후 얇은 TaRuGe 막을 어닐링함으로써 얇은 TaRuGe 막의 응력을 제어하고 TaRuGe 막의 열적 안정성을 증가시키는 것이 가능하다. 이러한 관점에서, 얇은 TaRuGe 막의 증착 직후 어닐링을 행하는 것이 바람직하다. 그러나, 어닐링은 얇은 TaRuGe 막이 얻어진 막의 응력을 제어하기 위한 목적으로만 패턴닝된 후 행해져도 된다.
[제 3 예]
이하, 제 3 예에 따른 X-선 마스크를 제조하는 방법을 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 설명한다.
먼저, 박막(22a)은 화학 기상 증착에 의해 실리콘 기판(23)의 반대 표면 위에 증착된다.
이후, 도 5a에 도시된 것과 같이, 지지 링(24)이 에폭시 수지 등의 접착제에 의해 그 주위에 실리콘 기판(23)의 하측면에 부착되었다.
이후, 도 5b에 도시된 것과 같이, 실리콘 기판(23)은 KOH 수용액을 사용하여 이방성 에칭에 의해 그 하면으로부터 후방 에칭되었다. 에칭 결과, 실리콘 기판(23)의 일부가 제거되었고, 실리콘 기판(23) 상에 멤브레인(22)이 형성되었다.
이후, 도 5c에 도시된 것과 같이, X-선 흡수체로서의 박막(21)이 스퍼터링에 의해 멤브레인(22) 위에 증착되었다. 제 3 예에 있어서, 박막은 TaRuGe 합금으로 구성되었다.
제 3 예의 얇은 TaRuGe 합금으로 구성된 박막(21)의 조성비는 다음과 같다:
Ta : Ru : Ge = 79.4% : 11.1% : 9.5% = 1.0 : 0.14 : 0.12
박막(21)이 스퍼터링에 의해 증착될 때의 스퍼터링 가스의 압력은 0.8Pa로 설정되었다. 다른 막 증착 조건은 예 1과 동일하게 하였다.
이렇게 증착된 얇은 TaRuGe 막(21)은 약 120 MPa의 압축 응력을 가졌다.
이후, 이렇게 증착된 TaRuGe 막(21)은 섭씨 300도의 대기압에서 10분 동안 질소 분위기에서 어닐링되었다. 어닐링을 행함으로써, 얇은 TaRuGe 막(21)의 압축 응력은 약 120MPa 까지 인장 응력쪽으로 이동된다. 따라서, 얇은 TaRuGe 막(21)의 증착 직후 발생된 압축 응력과 어닐링에 의해 발생된 응력 변동은 상쇄되므로, 얇은 TaRuGe 막(21)은 거의 0과 같은 응력을 가질 수 있다.
이후, 도 5d에 도시된 것과 같이, 박막(21)은 건식 에칭에 의해 원하는 패턴(21a)으로 패턴닝된다. 이렇게 하여, 원하는 패턴(21a)을 가진 X-선 마스크가 완료된다.
[예 4]
이하 예 4에 따른 X-선 마스크의 제조 방법을 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 6a에 도시된 것과 같이, 박막(32a)이 화학 기상 증착에 의해 실리콘 기판(33)의 반대 표면 위에 증착되었다. 실리콘 기판(33)은 1 내지 2 nm의 두께를 가진다. 박막(32a)은 탄화 실리콘(SiC)으로 구성되고 약 1 내지 2㎛의 두께를 가진다. 박막(32a)중 하나는 멤브레인(32)으로 만들어진다.
이후, 도 6b에 도시된 것과 같이, X-선 흡수체로서의 박막(31)이 스퍼터링에의해 박막(32a)중 하나위에 증착된다. 예 4에 있어서, 박막(31)은 TaRuGe 합금으로 구성된다.
이후, 박막(31)은 어닐링된다.
이후, 제 2 실시예와 동일한 단계가 행해져서 X-선 마스크를 제조한다.
제 3 예와 마찬가지로, 얇은 TaRuGe 막(31)은 압축 응력을 가지도록 형성된다. 예를 들면, 박막은 0.8Pa의 압력을 가진 스퍼터링 가스를 사용하여 다음과 같은 조성비로 형성된다.
Ta : Ru : Ge = 79.4% : 11.1% : 9.5% = 1.0 : 0.14 : 0.12
그 결과, 얻어진 TaRuGe 막(31)은 약 120MPa 의 압축 응력을 가질 수 있다.
얇은 TaRuGe 막(31)을 섭씨 300도의 대기압에서 10분 동안 질소 분위기에서 어닐링함으로써, 압축 응력을 인장 응력으로 이동시켜 상당히 낮은 응력을 갖는 X-선 흡수체로 구성된 X-선 마스크를 제조하는 것이 가능하다.
제 1 및 제 2 실시예에서 설명된 것과 같이, 본 발명은 조성비, 스퍼터링 가스의 압력과 같은 막-증착 조건, 어닐링을 행하는 조건을 조절함으로써 높은 조정성과 함께 낮은 응력을 가진 박막을 제공하는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 상당히 작은 위치 왜곡을 갖는 X-선 마스크가 얻어진다.
예 1 내지 예 4에 따른 X-선 마스크로 구성되는 박막은 TaRuGe 합금으로 구성되지만, 박막은 TaRuGe 합금 대신에 TaRuSi 합금, ReGe 합금 또는 WGe 합금으로 구성되어도 된다.
본 발명은 TaRuGe 합금, TaRuSi 합금, ReGe 합금 또는 WGe 합금으로 구성되는 박막을 사용하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 멤브레인(22, 32), 실리콘 기판(23, 33) 및 지지 링(24, 34) 등의 X-선 마스크를 구성하는 다른 부분은 등가물로 대체되어도 된다.
[제 3 실시예]
본 발명의 제 1 또는 제 2 실시예에 따라 제조된 X-선 마스크를 사용하여 X-선 리소그래피를 행함으로써 미세 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있다.
반도체 장치, 예를 들면, 메모리와 로직, 전하 결합 소자(charge coupled device, CCD), 박막 자기 헤드 및 마이크로-머신 등의 반도체 칩은 웨이퍼 상에 회로를 형성하고, 그 웨이퍼를 칩핑(chipping) 또는 패키징하는 단계를 거쳐 최종 제품으로 제조된다. 웨이퍼를 제조하는 과정은 절연막을 형성하는 단계, 전극을 형성하는 단계, 이온 주입 단계 등의 여러 가지 단계를 포함한다. 이들 단계 중, 장치 설계 드로잉에 의해 선으로 정밀하게 기판 위에 패턴을 형성하는 단계는 리소그래피이다. 리소그래피 단계에서, 레지스트막의 도포, 노광 및 현상 단계가 행해진다. 그 결과, 레지스트 패턴이 기판위에 형성된다.
X-선 마스크가 TaRuGe 합금, TaRuSi 합금, ReGe 합금 또는 WGe 합금으로 구성된 박막으로 구성되는 본 발명에 따른 X-선 마스크는 레지스트막이 X-선에 노광되는 모든 X-선 리소그래피에 적합하다. 특히, X-선 마스크는 0.13㎛이하의 크기를 갖는 미세 패턴 또는 비교적 큰 종횡비, 특히 5 이상의 종횡비를 가진 패턴이 형성될 때 유용하다.
반도체 장치의 제조에 있어서, 제 1 층 위에 형성된 패턴은 제 2 층 위에 형성된 패턴 위에 중첩된다. 이와 같은 중첩 에러는 패턴의 최소 폭의 1/2 내지 1/9이하이어야 한다.
예 1 내지 예 4에 따른 X-선 마스크는 X-선 흡수체의 응력에 대해 높게 제어되므로, X-선 마스크는 종래의 X-선 마스크의 왜곡보다 작은 위치 왜곡을 가진다.
예를 들면, 멤브레인이 SiC로 구성되고, X-선 흡수체가 50%의 피복율까지 35×35mm2스퀘어에서 ±MPa의 응력을 가진 박막으로 패턴닝되면, X-선 흡수체로 구성된 박막은 5nm 또는 그 이하의 최대 위치 왜곡을 가진다. 이것은 노광 과정에서 X-선 마스크를 사용함으로서 장치 설계 드로잉에 따라 패턴을 형성하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.
따라서, 본 발명에 따른 X-선 마스크의 사용하여 X-선 리소그래피를 행함으로써 높은 제조 수율을 가진 반도체 장치를 제조하는 것이 가능하다.
TaRuGe, TaRuSi, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 박막이 상기 실시예 또는 예의 X-선 마스크에 적용되지만, 박막의 사용은 X-선 마스크에 제한되는 것은 아니다. TaRuGe, TaRuSi, ReGe 또는 WGe 합금으로 구성된 박막은 낮은 응력을 가진 박막을 요구하는 응용에 유용하다.
Claims (16)
- X-선 마스크에 있어서,(a) X-선 투과성 멤브레인(12, 22, 32)과,(b) 상기 X-선 투과성 멤브레인(12, 22, 32)상에 하나의 패턴으로 형성된 X-선 흡수체(11, 21a, 31a)를 포함하며,상기 X-선 흡수체(11, 21a, 31a)는,(a) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 및 게르마늄(Ge)과,(b) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 및 실리콘(Si)의 그룹들 중 한 그룹을 포함하는 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는, X-선 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 그룹 (a) 또는 (b)를 포함하는 상기 합금은 루테늄(Ru)을 3 내지 60 원자%만큼 포함하며, 게르마늄(Ge) 또는 실리콘(Si)을 1 내지 30 원자%만큼 포함하는, X-선 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 그룹들 (a) 및 (b) 중 어느 한 그룹 내의 금속들은 전체적으로 95 원자% 또는 그 이상만큼 상기 합금 내에 포함되는, X-선 마스크.
- 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 합금은 비정질인, X-선 마스크.
- X-선 마스크 제조 방법에 있어서,(a) X-선 투과성 멤브레인(12, 22, 32)상에 박막(22a, 32a)을 형성하는 단계와,(b) 상기 박막(22a, 32a)을 원하는 패턴으로 패터닝하는 단계를 포함하며,상기 박막(22a, 32a)은,(a) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 및 게르마늄(Ge)과,(b) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 및 실리콘(Si)의 그룹들 중 한 그룹을 포함하는 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는, X-선 마스크 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 박막(22a, 32a)을 어닐링(annealing)하는 단계를 더 포함하는 X-선 마스크 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 박막(22a, 32a)은 내부에 압축 응력을 가지기 위해 상기 (a) 단계 내에 형성되는, X-선 마스크 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 어닐링은 섭씨 100 도와 동일하거나 더 높은 온도에서 수행되는, X-선 마스크 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 박막을 어닐링하는 상기 단계는 상기 (a) 단계 다음에, 그러나 상기 (b) 단계 이전에 수행되는, X-선 마스크 제조 방법.
- 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 박막(22a, 32a)은 타겟 응력 보다 인장 응력에 더 근접한 응력을 갖기 위해 상기 (a) 단계 내에 형성되는, X-선 마스크 제조 방법.
- 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 박막(22a, 32a)의 응력에 기초하여, 상기 박막(22a, 32a)이 형성된 후에 상기 박막의 패턴 내에 변형을 계산하고, 상기 계산에 기초하여 상기 패턴을 보상하는 단계를 더 포함하는 X-선 마스크 제조 방법.
- 반도체 장치의 제조 방법에 있어서,(a) 기판 상에 레지스트막을 증착하는 단계와,(b) 상기 레지스트막 위에 X-선 마스크를 세팅하는 단계와,(c) 원하는 패턴으로 상기 레지스트막을 패터닝하도록 상기 X-선 마스크를 통해 상기 레지스트막에 X-선을 조사하는 단계를 포함하며,상기 X-선 마스크는,(a) X-선 투과성 멤브레인(12, 22, 32)과,(b) 상기 X-선 투과성 멤브레인(12, 22, 32) 상에 하나의 패턴으로 형성된 X-선 흡수체(11, 21a, 31a)를 포함하며,상기 X-선 흡수체(11, 21a, 31a)는,(a) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 및 게르마늄(Ge)과,(b) 탄탈륨(Ta), 루테늄(Ru) 및 실리콘(Si)과,(c) 레늄(Re) 및 게르마늄(Ge)과,(d) 텅스텐(W) 및 게르마늄(Ge)의 그룹들 중 한 그룹을 포함하는 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 그룹 (a) 또는 (b)를 포함하는 상기 합금은 루테늄(Ru)을 3 내지 60 원자%만큼 포함하며, 게르마늄(Ge) 또는 실리콘(Si)을 1 내지 30 원자%만큼 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 그룹 (c) 또는 (d)를 포함하는 상기 합금은 게르마늄(Ge)을 1 내지 30 원자%만큼 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 그룹 (a) 내지 (d) 중 어느 한 그룹 내의 금속들은 전체적으로 95 원자% 또는 그 이상만큼 상기 합금 내에 포함되는, 반도체 장치의 제조 방법.
- 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 합금은 비정질인, 반도체 장치의 제조 방법.
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