KR100313423B1 - 산란 마스크, 하전 입자 빔 리소그래피 장치 및 리소그래피 공정 - Google Patents

산란 마스크, 하전 입자 빔 리소그래피 장치 및 리소그래피 공정 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라 하전 입자 빔 리소그래피 공정에 사용되는 개선된 산란형 마스크가 제공되는데, 마스크는 멤브레인 부분 및 산란 부분을 포함하고, 멤브레인 부분은 전도성 재료로 제조되거나 또는 그 중 하나가 전도성을 갖는 다수의 재료로 제조된다. 멤브레인 부분의 전도성 속성은 마스크 내의 전하의 축적을 완화시켜 공정 중에 마스크로부터 웨이퍼로 전달된 하전 입자 패턴의 선명도를 강화하며 시스템에서 얻어진 왜곡을 감소시킨다.

Description

산란 마스크, 하전 입자 빔 리소그래피 장치 및 리소그래피 공정{MEMBRANE MASK FOR PROJECTION LITHOGRAPHIC}
본 발명은 집적 회로 디바이스의 제조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 하전 입자 빔 리소그래피 공정에 사용되는 개선된 멤브레인 마스크 및 개선된 멤브레인 마스크를 이용하여 집적 회로 디바이스를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
집적 회로 디바이스의 제조는 전형적으로 다수의 포토 리소그래피 단계를 수반한다. 리소그래피에 있어서, 마스크는 반도체 웨이퍼의 표면을 피복하는 포토 레지스트 층 상에 양 또는 음의 패턴 이미지를 형성하는 데 이용된다. 가해진 이와 같은 패턴은 컨택트 윈도우, 게이트 전극 영역, 본딩 패드 영역, 주입 영역 등과 같은 집적회로 디바이스의 다양한 영역을 정의한다. 일단 레지스트 패턴이 디바이스 상에 형성되면, 선택적인 처리 기법이 적용되어 디바이스 구조체 내지 층이 형성된다. 전형적으로, 집적회로의 제조에는 일련의 분리된 마스크 및 리소그래피 전달 단계가 필요하다. 이런 식으로, 각 마스크로부터의 패턴이 층 단위로 웨이퍼의 표면 상에 전달된다. 작은 피처(feature) 크기의 제조에 사용되는 마스크는 전형적으로 크롬이나 철산화물 또는 몰리브덴 규화물과 같은 딱딱한 표면을 지닌 재료로 피복된 유리 판으로 이루어진다.
리소그래피 방법으로서는 다양한 기법이 알려져 있다. 전통적으로, 집적회로 노출 도구는 자외선 광을 이용하는 광(optical) 시스템을 수반했는데, 리소그래피 기법이 진보함에 따라 전자 빔, x선, 이온 빔 리소그래피와 같은 다른 형태의 리소그래피가 발전해 왔다. 초기 형태의 리소그래피는 접촉 또는 근접 프린팅을 수반했는데, 이 경우에는 마스크와 웨이퍼가 서로 직접 접촉하도록 위치하거나 또는 서로 가깝게 배치된다. 이들 기법이 초래할 수 있는 마스크 손상 문제 때문에, 투사 프린팅 기법이 바람직한 기법으로서 출현했다. 이에 대한 예로는 1997년 2월 11일에 소가드(Sogard)에게 허여되어 니콘 프리시전 (주)(Nicon Precision, Inc)에게 양도된 'Scanner for Step and Scan Lithography System' 이라는 제목의 미국 특허 제 5,602,619 호(니콘 특허('Nicon Patent'))가 있는데, 이것은 본 명세서에 참조로서 인용된다.
통상적인 직접 기록(direct-write) 전자 빔 리소그래피는 예를 들면 고해상도 및 깊은 초점 심도와 같은 장점을 갖지만, 처리량 레벨(throughput level)이 비교적 낮다는 고질적인 문제점을 드러내왔다. 투사 전자 빔 리소그래피 시스템은, 투사 시스템으로서 달성할 수 있는 더 높은 처리량을 이용하려는 시도를 하면서도, 고해상도 및 초점 심도의 이점을 활용하기 위해 전형적으로 마스크의 전면 조사와 흡수/투과 마스크 구조체를 이용해 왔다. e빔 흡수/투과 마스크는 개구 접근법을 이용한다. 즉, 소정의 전자는 웨이퍼 표면을 때리지 못하도록 마스크에 의해 차단되는 반면 다른 전자는 마스크 내의 개구를 통과하여 웨이퍼에 접촉하도록 한다. 이 시스템에서, 상업적으로 존속 가능한 처리량 레벨을 달성하기 위해 빔 전류를 충분히 증가시키면 다음과 같은 두가지의 주요 난제가 발생한다. 즉, (1) 확률론적인 전자/전자 상호작용이 웨이퍼 표면에서의 교정 불가능한 이미지 흐려짐을 생성하여 공정 허용도를 감소시켜 궁극적으로 처리량을 제한할 수 있는 문제와, (2) 흡수 마스크 구조체에 열적 왜곡이 가해진다는 문제가 그 것이다. 이들 효과는 전압에 따라 변하는데, 즉, 이미지 흐려짐은 전압이 높을수록 감소하지만 열적 왜곡은 전압을 높이면 증가한다. 전자빔 리소그래피의 배경에 대한 추가 참조로서는, 1995년 6월 13일에 와카바야시(Wakabayashi) 등에게 허여되어 히타치 (주)(Hitachi, Ltd.)에게 양도된 'Electron Beam Lithography System and Method' 라는 제목의 미국 특허 제 5,424,173 호와 1995년 11월 12일에 파이퍼(Pfeiffer) 등에게 허여되어 인터내셔날 비지니스 머신 (주)(International Business Machine, Corp.)에게 양도된 'Scattering Reticle for Electron Beam Systems' 라는 제목의 미국 특허 제 5,674,413 호가 있는데, 이 두 특허는 모두 본 명세서에 참조로서 인용된다.
고해상도 패터닝을 위한 현대적 공정은 '투사 전자빔 리소그래피에서의 각도 제한 산란'('Scattering with Angular Limitation in Projection Electron-beam Lithography')(SCALPEL로 알려짐)을 포함하는데, 이것은 본 명세서에 참조로서 인용되는 1993년 11월 9일에 베거(Berger) 등에게 허여되어 루슨트 테크놀로지스(주)(Lucent Technologies, Inc.)에게 양도된 'Device Manufacture Involving Step-and-Scan Delineation' 이라는 제목의 미국 특허 제 5,260,151('베거 151 특허')에 개시되어 있다. SCALPEL 시스템은 하전 입자 빔 리소그래피를 이용함으로써, 흡수/투과 마스크가 아닌 멤브레인 기반 산란형 마스크를 사용하면서도, e-빔 리소그래피의 초점 심도면에서의 장점을 제공하고 종래의 시도에서 발생했던 열적 왜곡을 피할 수 있다. SCALPEL 마스크는 전자를 차단하기보다는 전자 빔이 멤브레인 마스크를 통과하도록 하면서 패턴을 형성한다. 따라서, 전압의 증가에 의해 투과가 개선됨에 따라 SCALPEL에 의한 탁월한 장점이 제공된다.
SCALPEL 시스템은 도 1에 간단히 도시된다. 도 1에 도시한 바와 같이, 시스템은 전자 빔(12)을 방출하기 위한 전자총(10), 빔을 변조하기 위한 멤브레인 기반 마스크(40), 투사빔을 축소하고 포커싱하기 위한 하나 이상의 투사 렌즈(20), 강하게 산란된 전자를 필터링하기 위한 개구 필터(22), 자체의 표면 상에 레지스트 시스템(32)을 갖는 웨이퍼(30)를 필수적으로 포함한다. 레지스트 시스템은 바람직하게는 고해상도의 단일 층 레지스트를 포함한다. 마스크는 멤브레인 부분(42)과 산란 부분(44)을 포함한다. SCALPEL 개념을 적용하면, 산란 부분(44)이 원자 번호가 높은 재료(예를 들면, 텅스텐)로 제조되는 반면, 멤브레인 부분(42)은 원자 번호가 낮은 재료(예를 들면, 실리콘 질화물)로 제조된다. 이런 식으로 마스크의 두 부분을 통과하는 전자(예를 들면, 빔 A)는 원자 번호가 낮은 재료로 제조된 멤브레인 부분만을 통과하는 전자(예를 들면, 빔 B)보다 더 강하게 산란된다. 개구 필터(22)는 멤브레인만 통과한 궤적(빔 B)을 약간의 변화만을 주어 통과시키는 반면 강하게 산란된 전자(Es)를 차단한다. 따라서, 이미지 형성은 마스크를 제조하는 데 이용된 재료들의 서로 다른 산란 특성을 이용함으로써 달성된다.
이 시스템으로서, 마스크의 요소는 전통적인 '유리 상의 크롬' 구성으로부터 벗어난다. 종래의 실시예에서, 멤브레인 마스크는 텅스텐 및 크롬의 산란 부분(44)으로 피복된 실리콘 질화물 멤브레인(42)으로 이루어졌다. SCALPEL 마스크는 또한 기계적 무결성을 강화하고 이미지 정확도를 개선하기 위해 각각 받침대와 스커트를 구비하도록 설계되어 왔다('베거 151 특허'의 칼럼(column) 5, 35줄 내지 45줄을 참조할 것). SCALPEL 시스템의 배경 및 관련 기술에 대한 추가 참조로서는, 1997년 9월 2일에 와스키위즈(Waskiewicz)에게 허여된 'Apparatus for Controlling a Charged Particle Beam and a Lithographic Preocess in which the Apparatus is Used' 라는 제목의 미국 특허 제 5,663,568 호와, 1994년 5월 31일에 베거(Berger) 및 (본원의 발명자인) 리들(Liddle)에게 허여된 'Submicron Device Fabrication Using Multiple Aperture Filter' 라는 제목의 미국 특허 제 5,316,879 호, 'Device Manufacture Involving Lithographic Processing' 이라는 제목으로 베거 등에게 1993년 11월에 허여된 미국 특허 제 5,258,246 호, 1992년 7월에 허여된 미국 특허 제 5,130,213 호, 1992년 1월에 허여된 미국 특허 제 5,079,112 호가 있는데, 이들 모두는 본 발명의 양수인인 루슨트 테크놀로지(주)에게 양도되어 있고 본 명세서에 참조로서 인용된다. 또한, SCALPEL 시스템의 배경에 대해서는 본 명세서에 참조로서 인용되는 엘. 알. 헤리로트(L. R. Harriott) 및 제이. 에이. 리들(J. A. Liddle)의 'Projection Electron Beam Lithography: SCALPEL', FUTURE FAB INTERNATIONAL(Technology Publishing, Ltd, 1997), 143 내지 148 페이지를 참조할 수 있다.
다른 리소그래피 및 하전 입자 윤곽 묘사(delineation) 시스템에 있어서도 일반적으로 SCALPEL의 성공 여부는 어떤 유형 및 기능을 갖는 마스크를 택하는 가에 관련된다. 본 발명은 SCALPEL 시스템에 대해 특별한 응용 능력을 갖는 하전 입자 빔 리소그래피 공정에 사용되는 개선된 마스크를 제공한다. 또한, 이하 기술된 내용을 고려함으로써 추가적인 장점도 더 충분히 구현할 수 있다.
본 발명에 따라 하전 입자 빔 리소그래피 공정에 사용되는 개선된 산란형 마스크가 제공되는데, 마스크는 사전결정된 두께를 갖는 멤브레인 부분과 산란 부분을 갖는 유형이다. 본 발명에 따르면 멤브레인 내의 전하의 축적을 감소시키기 위해 적어도 하나의 전도성 재료로 제조된 마스크의 멤브레인 부분을 포함함으로써, 마스크로부터 디바이스(즉, 웨이퍼) 상에 전달된 패턴의 선명도를 강화한다. 멤브레인 부분은 단일 재료로 제조되거나 또는 그 중 적어도 하나가 전도성을 갖는 다수의 재료로 제조될 수 있다. 다수의 재료의 상대적 농도는 전도성 그래디언트(gradient)를 규정하기 위해 멤브레인 부분의 두께에 따라 변화될 수 있으며, 이 그래디언트는 실제로 계단형, 직선형, 아치형 또는 포물선형일 수 있다. 또한, 하나 이상의 도펀트가 멤브레인의 전도성을 제공 또는 강화하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 마스크의 멤브레인 부분은 실리콘 및 실리콘 질화물을 포함하며 멤브레인의 두께를 따라 실리콘 대 실리콘 질화물의 비율을 변화시킴으로써 전도성 그래디언트를 규정한다.
도 1은 본 발명의 멤브레인이 사용될 수 있는 하전 입자 윤곽 묘사를 적용하는 투사 리소그래피 시스템의 개략적인 측단면도,
도 2는 패터닝을 위한 지지 링 상에 탑재된 본 발명의 멤브레인 마스크의 일실시예를 나타내는 사시 단면도,
도 3a는 도 2의 라인 2-2를 따라 취해진 본 발명의 마스크의 일실시예의 단면도,
도 3b는 도 2의 라인 2-2를 따라 취해진 본 발명의 마스크의 또다른 실시예의 단면도,
도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 마스크의 멤브레인 부분을 포함하는 재료의 조성을 마스크 두께의 함수로 나타낸 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 전자 총 12 : 전자 빔
20 : 렌즈 22 : 개구 필터
40, 40' : 멤브레인 마스크
42, 42', 42'' : 마스크의 멤브레인 부분
44, 44', 44'' : 마스크의 산란 부분
46 : 받침대 48: 스커트
50: 실리콘 지지 링
본 발명을 보다 잘 이해할 수 있도록, 첨부된 도면을 참조한 예시적인 실시예를 이하 기술한다.도면은 단지 본 발명의 개념을 예시하기 위한 것으로서 정확한 척도로서 이루어진 것이 아님을 이해해야 할 것이다.
본 발명에 따라 산란형 마스크를 사용하는 하전 입자 빔 리소그래피 시스템이 멤브레인 부분 및 산란 부분을 갖는 마스크를 사용함으로써 개선될 수 있는데, 멤브레인 부분은 적어도 하나의 전도성 재료로 제조된다. 멤브레인 부분은 단일 전도성 재료로 만들어지거나 또는 그 중 적어도 하나가 전기적으로 전도성을 갖는 다수의 재료로 만들어진다. 도 2를 참조하면, 마스크(40')의 멤브레인 부분(42) 및 산란 부분(44)에 의해 규정된 패턴을 갖는 본 발명에 따른 멤브레인 마스크(40')의 일실시예를 나타내는 사시적 단면도가 도시되어 있으며, 이 패턴은 멤브레인(42) 부분만이 존재하는 산란 부분(44) 내의 개구에 의해 규정된다. 마스크는 패터닝을 위한 지지 링(50) 상에 탑재되는데, 도 3a 및 도 3b에는 도 2의 라인 2-2를 따라 취해진 또다른 단면도가 도시되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 받침대(46) 및 스커트(48)('베거 151 특허' 참조)를 포함하는 지지대(grillage)는 빔 가열 효과 및 패턴 위치 오차를 최소화하고 기계적 강성 및 강도를 제공하도록 사용 및 선택될 수 있다. 여기서, 마스크의 멤브레인 부분(42)에 관련되는 본 발명의 가르침에 직접적으로 관계되지 않는 특징에 대해서는 별다른 강조가 주어지지 않는다.
도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 멤브레인 마스크(40')는 멤브레인 부분(42', 42'') 및 산란 부분(44', 44'')을 포함한다. 멤브레인 부분은 예를 들면 순수 실리콘과 같은 단일 전도성 재료로 제조되거나 또는 다수의 재료로 제조될 수 있다. 이 다수의 재료는 실리콘 질화물 및 실리콘 탄화물과 같은, 실리콘, 질소, 탄소, 붕소 또는 산소를 포함하는 2 원계 또는 3 원계의 혼합물을 포함할 수도 있고 이들 요소 자체를 포함할 수도 있다. 다수의 재료의 농도는 멤브레인 부분의 두께를 따라 변화됨으로써 전도성 그래디언트를 규정한다. 전도성 그래디언트는 실제로 계단형, 직선형, 아치형 또는 포물선형 또는 당업자에게 명백한 다른 모양일 수 있다.
또한, 마스크를 제조하는 데 사용되는 재료는 멤브레인의 전도성을 제공 또는 강화하기 위해 붕소, 비소, 인과 같은 도펀트를 포함할 수 있는데, 이것은 즉 멤브레인 부분이 전도성 도펀트를 확산 또는 주입시킨 비전도성 재료로 구성되거나, 또는 하나 이상의 전도성 재료로 제조된 멤브레인 부분 내로 도펀트가 확산되어 들어갈 수 있음을 의미한다. 도펀트는 멤브레인의 전 두께에 걸쳐 포함될 수 있다. 마스크의 산란 부분(44)의 끝 부분, 렌즈(20)에 가까운 멤브레인의 표면에 도펀트가 위치하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 3a는 멤브레인 부분이 실리콘(42a, 42c)과 실리콘 질화물(42b)의 교번층에 의해 규정된 계단형 전도성 그래디언트를 갖는 일실시예를 도시한다. 바람직하게, 산란 부분(44')은 헤리오트(Harriot) 등에 특허되고 현재의 양수인인 루슨트 테크놀로지(주)에게 양도된, 본 명세서에 참조로서 인용되는 미국 특허 제 5,500,312 호에 기술된 바와 같이, 크롬(44a, 44c)과 텅스텐(44b)의 교번층을 포함한다. 도 3b는 멤브레인 부분(42'')이 멤브레인 두께를 따라 실리콘 질화물에 대한 실리콘의 서로 다른 농도를 포함하는 직선형으로 경사진 전도성 그래디언트를 갖는 또다른 실시예를 도시한다.
또한, 도 4a 내지 도 4c는 다양한 예시적 실시예들에 대해, 본 발명의 마스크의 멤브레인 부분의 조성을 멤브레인 두께의 함수로서 도시한다. 이들 도면에서의 점선은 종래 기술을 반영한 것인데, 즉 멤브레인 두께에 따른 실리콘 질화물의 농도가 균일하다. 도 4a에서 실선 (1)은 예를 들면 도 3a에 도시한 재료로 이루어진 층을 반영하는 실리콘 질화물 및 실리콘의 계단형 그래디언트를 도시하는데, 두 표면층은 순수 실리콘을 포함하고 중간층은 실리콘 질화물을 포함한다. 라인 (2)(하나의 실선과 하나의 점선을 갖는 이중 라인)는 하나의 표면층만이 순수 실리콘을 포함하는 또다른 계단형 그래디언트를 도시한다. 도 4b에서 실선 (1)은 도 3b에 예시한, 하나의 표면에서 멤브레인이 순수 실리콘을 포함하는, 실리콘 질화물 및 실리콘의 직선형 그래디언트를 도시한다. 도 4b의 라인 (2)(하나의 실선과 하나의 점선을 갖는 이중 라인)는 비교적 큰 질소 농도를 반영하는 또다른 직선형 그래디언트를 도시한다. 라인 (2)에 의해 반영된 멤브레인의 두께는 라인 (2)에 대한 큰 질소 농도로 인해 라인 (1)의 두께보다 얇다는 점에 주목할 필요가 있다. 일반적으로, 멤브레인의 두께는 멤브레인을 규정하는 재료의 원자 번호에 역비례의 관계가 있다. 예를 들면, 도 4c에 도시한 포물선형 또는 아치형과 같은 다른 그래디언트들도 또한 이용될 수 있다.
마스크의 멤브레인 부분을 설계하거나 전도성 그래디언트의 유형을 선택함에 있어서 중요하게 고려할 사항은 멤브레인의 전도성이 마스크의 전자 산란 특성, 투과율 또는 강도 및 강성에 큰 영향을 미치지 않으면서도 종래의 멤브레인의 전도성에 비해 가능한 한 많이 증가되어야 한다는 점이다. 이것은 멤브레인의 두께에 따라 전도성 재료의 농도를 변화시킴으로써 달성할 수 있는데, 여기서 '재료'라는 용어는 실리콘(Si), 탄소(C), 질소(N), 붕소(B), 산소(O), 또는 하나 이상의 도펀트와 같은 2원계 또는 3원계의 조성과 같은 요소 또는 혼합물을 포괄하는 의미로 사용된다. 전도성 재료는 멤브레인 내의 전하의 축적을 완화시켜 왜곡을 바람직하게 줄인다. 멤브레인을 제조하는 데는 원하지 않는 회절 효과를 피하기 위해 미세 결정립 구조를 갖거나 비정질인 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전도성 도펀트가 멤브레인 내에 형성되거나 멤브레인 내로 주입 또는 확산될 수 있다. 여기서 고려되는 도펀트는 인, 비소, 붕소를 포함한다. 도펀트 및 도펀트 농도를 선택하는 데 있어서 중요하게 고려해야 할 사항은, 다른 전도성 재료의 경우와 마찬가지로, 전도성이 마스크의 전자 산란 특성에 큰 영향을 미치지 않으면서도 가능한한 많이 증가되어야 한다는 점이다.바람직하게, 멤브레인 부분(42')은 그 두께가 1 전자 평균 자유 행로(mean free path)의 정도이고, 산란 부분(44')은 그 두께가 3 내지 5 평균 자유 행로이다. 그러나, 멤브레인 부분의 요소 및 두께는 어떤 재료가 사용되는 가에 따라 변화될 수 있다. 바람직하게는, 원자 번호가 낮은 재료(여기에서는 개략적인 원자 번호가 25보다 작은 재료로 형성됨)가 멤브레인 부분을 제조하는데 사용되고, 원자 번호가 높은 재료(여기에서는 개략적인 원자 번호가 약 40 또는 그 이상인 재료로 형성됨)가 산란 부분을 제조하는 데 사용된다. 그러나, 산란 부분이 자연적으로 멤브레인 부분에 비해 더 높은 평균 원자 번호와 더 큰 산란 특성을 갖도록 이들 재료의 조합을 사용할 수도 있다. 원자 번호가 25보다 작은 재료를 사용하려면 멤브레인은 그 두께가 약 500 내지 2000 옹스트롱(Angstrom)으로서 비교적 두꺼워야 할 것이다. 높은 원자 번호의(즉 원자 번호가 40보다 큰) 재료에 대해서는, 이 층은 그 두께가 약 250 내지 1000 옹스트롱으로서 더 얇은 두께를 가질 수 있다. 재료의 원자 번호가 주어지고 전달될 전자의 백분율이 구해지면 해당 분야에서 알려진, 예를 들면 러드위그 라이머(Ludwig Reimer)의 Transmission Elctron Microscopy (제 2 판, 1989년)에 기술된 바와 같은, 원리에 기반하여 본 발명의 멤브레인 부분의 바람직한 두께가 계산될 수 있다. 바람직하게는 멤브레인 표면에 투사된 전자의 적어도 약 10 %가 전달되어야 한다.
본 발명의 멤브레인 마스크는 현재 이용 가능한 기술에 약간의 변형을 가하여 쉽게 제조될 수 있다. 층들은 예를 들면, 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition: LPCVD) 공정 중에 사용된 가스 흐름을 변경하든가 또는 스퍼터링 속도를 조절할 수 있는 스퍼터링을 이용하여 증착될 수 있다. 실리콘 지지대와 함께 본 발명의 멤브레인 마스크를 제조하는 단계는 알려져 있으며 앞서 인용했으며 본 명세서에 참조로서 인용된 SCALPEL 특허 및 참조 문헌에 기술되어 있다. 본 발명의 마스크를 제조하는 일실시예에 대한 예시적 공정을 이하에 기술한다.
하나 이상의 실리콘 웨이퍼가 암모니아(NH3)와 디클로로실란(SiCl2H2)의 혼합물을 포함하는 반응성 가스와 함께 화학 기상 증착 반응기에 놓여져 LPCVD를 거친다. LPCVD의 작업 조건은 온도가 약 860oC, 압력이 190 mTorr일 수 있으며, 바람직하게는 약 900oC 이하에서 비정질 특성의 질화물 막을 생성하는 증착이 수행되는 조건일 수 있다. 본 발명의 멤브레인 부분을 제조함에 있어서, 멤브레인의 실리콘의 조성은 NH3의 유속을 제어하여 조절할 수 있다. 따라서, 멤브레인의 (직선형, 계단형, 포물선형 등의) 그래디언트는 NH3가스(또는 CVD 공정에 사용되는 다른 가스)의 흐름을 선택적으로 활성화 또는 비활성화시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, NH3와 SiCl2H2의 혼합물이 우선 CVD 반응기 내로 주입될 수 있다. NH3의 유입은 천천히 감소 또는 종료될 수 있으므로, 실리콘의 농도가 증가되고, 증착되는 SiN의 농도가 감소된다. 상대적 유속 및 그 제어는 얻고자 하는 전도성 그래디언트에 기반하여 당업자에 의해 결정될 수 있는 데, 예를 들면 계단형 그래디언트로서 NH3의 유입이 갑작스럽게 종료되도록 할 수 있다. 멤브레인 부분을 증착한 후, 산란 부분 및 패턴이, 예를 들면 해당 분야에서 알려진 스퍼터링 및 에칭 기법을 이용하여 형성될 수 있다. 마스크 블랭크(mask blank)는 패터닝을 위해 실리콘 지지 링(50)에 접착될 수 있다(도 2 참조).
바람직하게, 본 발명에 따른 개선된 마스크는 하전 입자 빔을 방출하는 조사 소스, 빔을 변조하기 위한 산란형 마스크, 투사 빔을 포커싱하기 위한 하나 이상의 투사 렌즈, 강하게 산란된 입자를 선택적으로 필터링하기 위한 개구 필터, 자체의 표면 상에 레지스트 시스템을 갖는 웨이퍼를 포함하는 유형의 리소그래피 시스템에 이용된다. 이 시스템에 있어서, 소정의 하전 입자가 개구 필터를 선택적으로 통과하여 마스크를 포함하는 재료의 서로 다른 산란 특성의 결과로서, 패터닝된 이미지를 웨이퍼의 레지스트층 상에 형성한다. 이 시스템은 도 1에 개략적으로 도시한 바와 같은 SCALPEL 시스템을 포함한다. SCALPEL 시스템의 다른 실시예의 바람직한 특징은 앞서 인용했고 본 명세서에 참조로서 인용된 SCALPEL 특허로부터 얻을 수 있다. 바람직하게, 4 배 또는 5 배 투사 e빔 리소그래피 시스템이 일반적인 기대 및 현재 이용가능한 기술과 부합되어 이용된다. 본 발명은 다른 비율 뿐만 아니라 1 : 1 시스템에도 물론 동등하게 적용할 수 있다.
본 발명의 마스크 및 SCALPEL 시스템을 사용함으로써 0.18 ㎛ 내지 그 이하의 해상도를 얻을 수 있다. 0.18 ㎛ 이하의 피처를 갖는 기록 디바이스를 제조하기 위해서는, 마스크는 10,000 mm2의 면적을 구비해야만 한다. 계단/스캔 프린팅 전략이 본 발명의 마스크를 이용하여 채용될 수도 있다. 또한, 전자 광학이 전자-전자 상호 작용으로 인한 이미지 흐려짐을 줄이는 데 도움이 되는 비교적 짧은 칼럼(column) 및 큰 빔 수렴 각도를 이용하여 채용될 수 있다.
전술한 실시예들은 예시적으로 설명한 것에 불과하며 당업자라면 본 발명의 사상과 범주 내에서 다양한 변경 내지 변형을 가할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명이 SCALPEL 시스템을 참조로 하여 예시되었지만, 본 발명의 멤브레인은 예를 들면 전자 빔 리소그래피, 근접 x선 리소그래피, 이온 빔 리소그래피와 같은 다른 리소그래피 시스템에 이용될 수도 있음을 이해할 것이다. 이와 같은 모든 변형 및 변경은 첨부된 특허 청구 범위의 범주 내에 포함되도록 의도된다.
본 발명에 따라 공정 중에 디바이스 상의 패턴 내에 하전 입자 빔을 충돌시키기 위한 하전 입자 빔 리소그래피 공정에 사용되는 산란형 마스크는 멤브레인 내의 전하의 축적을 감소시키기 위한 적어도 하나의 전도성 재료로 제조된 마스크의 멤브레인 부분을 포함함으로써 마스크로부터 디바이스 상에 전달된 패턴의 선명도를 강화할 수 있다.

Claims (14)

  1. 투사 전자빔 리소그래피(projection electron-beam lithography)를 포함하는 공정에 이용하기 위한 산란 마스크(scattering mask)에 있어서,
    제 1 평균 원자 번호(mean atomic number)를 가지며, 전도성 재료를 포함하는 적어도 하나의 재료로 제조되는 멤브레인 부분(membrane portion)과,
    제 2 평균 원자 번호를 가지며, 상기 멤브레인 부분의 선택된 영역 위에 놓이는 산란 부분―상기 멤브레인 부분의 선택된 영역은 상기 산란 부분에 다수의 개구를 규정하여, 상기 마스크에서 유도된 전자빔이 상기 멤브레인 부분 및 산란 부분 모두를 포함하는 상기 마스크의 영역에서, 상기 멤브레인 부분을 포함하는 상기 마스크의 영역과는 다르게 산란하도록 함―을 포함하되,
    상기 적어도 하나의 전도성 재료로 제조되는 상기 멤브레인 부분은 전자빔이 상기 마스크에 유도될 때 상기 멤브레인 부분 내의 전하 축적을 완화시키는
    산란 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인 부분은 다수의 재료로 제조되며, 상기 다수의 재료 중 적어도 하나의 재료는 전도성인 산란 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크의 상기 멤브레인 부분은 사전결정된 두께를 가지며, 상기 전도성 재료의 농도는 상기 멤브레인의 두께를 따라 변화하여 전도성 그래디언트(conductivity gradient)를 규정하는 산란 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도성 재료는 전기적으로 전도성인 재료 요소를 포함하는 산란 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도성 재료를 포함하기 위해서 또는 상기 멤브레인의 전도성을 강화하기 위해 도펀트가 상기 멤브레인 내에 형성되는 산란 마스크.
  6. 제 6 항에 있어서,
    상기 도펀트는 붕소, 인 및 비소로 구성된 그룹으로부터 선택되는 산란 마스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크의 상기 산란 부분은 텅스텐 및 크롬을 포함하는 산란 마스크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 멤브레인 부분은 실리콘과 실리콘 질화물로 제조되며, 상기 멤브레인 내의 실리콘과 실리콘 질화물의 비율은 전도성 그래디언트를 규정하는 산란 마스크.
  9. 공정 중에 반도체 디바이스를 선택적으로 처리하기 위해 상기 반도체 디바이스 상에 패터닝된 이미지를 형성하기 위한 하전 입자 빔 리소그래피 장치(charged-particle beam lithography apparatus)에 있어서,
    (a) 마스크―상기 마스크는
    제 1 평균 원자 번호를 가지며, 전도성 재료를 포함하는 적어도 하나의 재료로 제조되는 멤브레인 부분과,
    제 2 평균 원자 번호를 가지며, 상기 멤브레인 부분의 선택된 영역 위에 놓이는 산란 부분―상기 멤브레인 부분의 선택된 영역은 상기 산란 부분에 다수의 개구를 규정함―을 포함하되,
    상기 적어도 하나의 전도성 재료로 제조되는 상기 멤브레인 부분은 전자빔이 상기 마스크에 유도될 때 상기 멤브레인 부분 내의 전하 축적을 완화시킴 ―와,
    (b) 하전 입자 빔을 마스크 상으로 방출하여 상기 마스크를 통해 산란시킴으로써, 상기 마스크에서 유도된 상기 하전 입자의 빔이 상기 멤브레인 부분 및 산란 부분 모두를 포함하는 상기 마스크의 영역에서, 상기 멤브레인 부분을 포함하는 상기 마스크의 영역과는 다르게 산란하도록 하는 조사 소스(radiation source)와,
    (c) 소정의 상기 산란된 하전 입자를 차단하고, 공정 중에 소정의 상기 하전 입자가 상기 디바이스로 전달 및 상기 디바이스에 충돌하는 것을 허용함으로써, 상기 디바이스 상에 패터닝된 이미지를 형성하는 개구 필터를 포함하는
    하전 입자 빔 리소그래피 장치.
  10. 집적 회로 디바이스를 제조하는데 이용하기 위한 것으로, 공정 중에 전자 빔을 패터닝된 마스크를 통해 상기 집적 회로 디바이스 상에 전달하는 단계를 포함하되, 상기 마스크는 청구항 1에 따른 멤브레인 마스크를 포함하는 리소그래피 공정.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 전도성 그래디언트는 직선형, 경사형, 계단형, 아치형 및 포물선형 전도성 그래디언트로부터 선택되는 산란 마스크.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전도성 재료는 실리콘, 질소, 탄소, 붕소 및 산소의 그룹으로부터 선택된 적어도 2 개의 요소를 포함하는 2 원계 또는 3 원계의 혼합물을 포함하는 산란 마스크.
  13. 투사 전자빔 리소그래피에서의 각도 제한 산란(Scattering with Angular Limitation in Projection Electron-beam Lithography; SCALPEL)을 포함하는 공정에 이용하기 위한 산란 마스크에 있어서,
    소정의 두께 및 제 1 평균 원자 번호를 가지며, 적어도 하나의 전도성 재료로 제조되는 멤브레인 부분―상기 적어도 하나의 전도성 재료의 농도는 상기 멤브레인의 두께에 따라 변화되어 전도성 그래디언트를 규정함―과,
    제 2 평균 원자 번호를 가지며, 상기 멤브레인 부분의 선택된 영역의 위에 놓이는 산란 부분―상기 멤브레인 부분의 선택된 영역은 상기 산란 부분에 다수의 개구를 규정하여, 상기 마스크에서 유도된 전자빔이 상기 멤브레인 부분 및 산란 부분 모두를 포함하는 상기 마스크의 영역에서, 상기 멤브레인 부분을 포함하는 상기 마스크의 영역과는 다르게 산란하도록 함―을 포함하되,
    상기 전도성 그래디언트를 규정하는 상기 적어도 하나의 전도성 재료로 제조되는 상기 멤브레인 부분은 전자빔이 상기 마스크에 유도될 때 상기 멤브레인 부분 내의 전하 축적을 완화시키는
    산란 마스크.
  14. 제 15 항에 있어서,
    약 0.18 ㎛ 이하의 해상도를 갖는 레지스트 층 상에 패터닝된 이미지를 형성하는 산란 마스크.
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