KR100328799B1 - 광음극을이용한전자리소그라피 - Google Patents

Abstract

대규모 집적 소자들의 제조에 중요한 서브미크론 패턴 본은 패터닝된 광음극에 기초하고 있다. 기능적으로, 광음극은 경쟁 시스템 근접 프린팅 또는 투영 시스템에서 마스크 역할을 한다. 작동시, 광음극은 가속 인가 전압 및 균일한 자장의 도움으로 레지스트 코팅된 웨이퍼상에 포커싱하는 전자를 방출하도록 자외선 방사에 의해 조사된다.

Description

광음극을 이용한 전자 리소그라피

[발명의 배경]

기술 분야

발명의 분야는 서브미크론 전자이메징, 즉 0.3㎛ 보다 작은 최소 치수에 기초한 이메징에 관한 것이다. 주요목적은 대규모 집적회로들(LSI)의 제조에 있어서의 리소그라픽 이메징이다.

본 발명의 방법은 전자기 방사, 일반적으로 (5eV 보다 큰 에너지를 갖는) 자외선(UV) 스펙트럼 범위내의 방사의 사용에 의해 패터닝된 광음극으로부터의 전자들의 여기(excitation)에 의존한다.

종래 기술의 설명

현재 사용되는 1.0 내지 0.9 디자인 룰(design rules)에서 LSI 의 꾸준한 소형화는 패턴 본(pattern delineation)에 대한 다른 접근 방법을 곧 필요로 할 것이라고 널리 인정되고 있다. 근(near) UV 스펙트럼(λ= 0.4 내지 0.5㎛)에 현재 사용되는 방사는 파장의 한계성이 고려된다. 현재 실용되고 있는 바와 같이, 원(deep) 거리 UV 도0.25㎛ 설계에 한계가 있어 대체될 것이라는 것이 일반적인 관점이다.

고려해야할 작업은 종래의 관점에서 너무나 작게 생각된 디자인 룰에 대한 UV 의 확장에 관한 것이다. 현상 및 상 마스크(phase mask)의 사용에 있어서는 진보가 있어 왔다. 그 원리는 에지 산란 방사에 있어서의 상 제거이다. 현재, 상기 접근 방법의 발전은 180°상 이동을 계속해서 발생시키면서, 예를들어, 근접 이격된 특징들(features)에 대한 근접 효과로 인한 기준상의 변동을 수용할 수 있는 진보된 수준에 있다. 상 마스킹의 사용으로 인해, 디자인 룰이 상기 파장 한계범위의 거의 반 이상으로 확장되리라고 기대된다.

다른 형태의 방사가 다음의 LSI 세대(256mbit 칩 수준)에 필요로 될 것이라는 실현성이 전세계적인 고 수준의 활동에 대해 신뢰할만 하다.

대부분의 세계적활동은 소프트 x-선의 보다 짧은 파장의 전자기 방사의 사용을 수반한다. x-선 투영은 만족할만한 0.1㎛ 패턴을 생성하는 실험 시스템으로 신속히 진행되어 왔다[J.E.Bjorkholm et al. J. Vac. Sci, Tech., v. B8, p. 1509(1990)참조].

전자 이메징은 간과되지 않았다. 마스크 투영 시스템의 발전은 직접 기록 전자 비임 노광 시스템(Electron Beam Exposure System)에서의 경험으로 부터 얻어졌다["E-beam Technology", Brewer, ed., chapter by J. Trotel and B. Fay, pp. 325-335(1980) 참조]. 각도 한정 투영 전자 비임 리소그라피(Angular Limitation Projection Electron-beam Lithography)에 의한 산란(SCattering)은 0.1㎛ 디자인 룰 패턴을 낳는 축소 투영의 형태로 입증되었다[S.D.Berger, et al, J.Vac. Sci. Technol., B9(6), p.2996(1991) 참조].

마스크의 제조 및 비용에 관한 축소 투영의 명백한 이점에도 불구하고, 많은 노력은 1 : 1 x-선 이메징과 관련이 있다[G.K.Celler. et al, App.Phys. Lett.,v.59. P.3105(1991) 참조]. 1 : 1 x-선 이매징과 관련하여 증가된 마스크 비용은 축소 투영과 관련한 설계의 단순화 및 감소된 장치들의 비용에 의해 상쇄된다고 생각하는 사람이 많다. 실험적 시스템들은 0.2㎛ 디자인 룰이하의 근접 프린팅 및 마스크 구성의 가능성이 입증되었다. 몇몇 사람들은 이러한 접근 방법이 오로지 최후 수단일 것이라고 믿는다. 항상, 문제시되었던 마스크의 쇠약성(fragility)은 마스크와 웨이퍼 사이에 요구되는 밀착성에 의해 더욱 악화된다. 노력을 요하는 주요부분은 마스크의 보수에 관한 것이다. x-선 소스들 대부분의 노력이 사이크로트론 소스에 기초하고 있기 때문에 적어도 천만달러의 비용이 계속해서 문제시 되어 왔다.

지금은 포기된 과거 몇년 동안의 노력은 광음극의 사용에 기초하고 있다. 마스크의 대체에 있어서 가장 진보된 형태의 광음극은 양호한 광방출기의 패터닝된 층 예를들어, 세슘옥화물(CsI)으로 코팅된 하나의 면을 갖는 UV-투과 기판, 통상적으로, 석영으로 구성된다. 차단 영역들(blocking region)은 빈약한 광전자 방출재료 통상적으로, 크롬으로 구성된다(위에서 인용한 제이.박.과학 기술 참조). 이 구성은 후면을 UV 방사에 의해 조사함으로써 작동한다(위에서 인용한 트로델과 페이 문헌 참조).

포기는 다수의 문제점 때문일 것이다. 몇몇은 고유의 문제점으로 간주되고, 몇몇은 아마도 그 당시의 이용가능한 조건 및 재료들의 한계로 인한 것일 것이다. 그 이유중 하나는 광음극 자체가 빈번하게 교체해야 할 필요성으로 인한 부품의 수명이 짧다는 것이다. 부품의 단명은 아마도, 실제로 이용가능한 최고의 진공도를 사용함에도 불구하고 반응하는, 오염으로 인한 것이라는 인식하에, 덜 반응하는 재료를 찾으려는 노력이 어쨌든 이루어졌다. 트로텔과 페이의 문헌 330페이지에는 귀금속,특히, 금의 사용에 대해 보고되어 있다. 상기 광음극은 최고의 흡수성을 갖는 금층으로부터 소정 면의 방출을 최적화하기 위한 50Å 의 매우 얇은 층의 형태를 취했다. 그러나, 그러한 노력도 광음극이 작동기간이 길지 않아 실패하였으며, 따라서 그 접근 방법은 포기되었다.

광음극 투영 시스템의 설계와 관련된 문제점들은 전자 디바이스에 관한 IEEE 회보 전자장치들-22권, 7호(1975년 7월)에 기술되어 있다. 과도한 영상의 왜곡을 갖는 상기 시스템들의 제 1 특성에 대해 저자는 음극(영상면)상의 구조적 고도차가 중요할지 모른다는 결론에 도달했다. 수치적으로, ±0.3㎛ 의 정확도를 성취하는 데는 ±2㎛ 의 양음극 평탄도를 요구한다는 결론에 도달했다. 더욱 작은 디자인 룰의 패턴을 얻는데에는 아마도 더 큰 평탄도를 필요로 한다.

최근의 논문인 제이.박.과학 기술, 비4(1), 89 내지 93페이지(1986년 1월, 2월)에는 미래에 필요한 사항을 설명하고 있다. 패턴 구역이 한정적일수 있다는 가정하에, 저자는 먼저 부적절한(바람직하지 않은 공간을 점유하는) x-선 정렬 영상 중첩 마크를 제거하고 나서 후방 산란 정렬 마크에 따른 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat) 시스템의 수행을 제안하고 있다. 검출 시스템이 (충분히 짧은 드보로이 파장용) 해상도에 요구되는 고전기장의 존재시 작동하지 않는다는 인정하에, 무전기장 구역에 대한 대책이 강구되었다. 전기장의 제거는 제 1 자기 초점(제1 360° 사이크로트론 주기에 대응하는 거리) 상에 놓인 이동가능한 그리드에 의한 것이다. 물론, 상기 위치에 그리드가 놓임으로써 최소한의 장애가 계속될 수 있으며,또한 그리드에 의한 영상의 왜곡을 방지하기 위한 디바이스 및 공정의 높은 복잡성을 요한다.

발명의 개요

광음극 투영 시스템과 이를 서브미크론 영상의 형성에 사용하는 방법을 기술했다. 상기 시스템은 다수의 목적을 수행할 수 있다. 그것은 단순한 디스플레이로서의 역할을 할 수 있다. 사용은 예를들어, 전자 자극 분리에 기초하여 선택적으로 결정을 성장시키는 전자 강화 또는 약화에 기초할 수 있다. 가장 중요한 용도는 광음극에 의한 레지스트 패터닝에 기초한 서브미크론 디바이스 제조형태를 취하리라 예상된다. 상세한 설명에 기술하는 바와 같이, 상기 시스템은 대음극 패턴으로부터의 축소 투영에 기초 될 수 있지만, 가장 상업적인 용도는 아마 1 : 1 마스크일 것이다. 다음 설명은 달리 언급하지 않는 한, 전자감응 레지스트 코팅 웨이퍼(electron-sensitive resist-coated wafer)상의 투영을 수반하는 1 : 1 디바이스 제조에 관한 것이다.

이와 같은 시스템의 내재적 특성은 유지된다. 음극 구성은 UV. 투과 기판상애 있는 광방출 재료의 패터닝 코팅으로 구성된다. 고유한 이점은 상당히 두꺼운 음극 구성에 대한 양호한 열전도성이다. 전송 시스템(x-선 및 전자 모두)에 사용된 마스크의 열팽창 문제점이 감소된다. 기판의 후면은 패터닝된 코팅으로부터 이메징된 전자들을 방출하도록 UV 에 의해 조사된다. 전자들은 영상면 또는 그외에 있는 양극 방향으로 전기장에 의해 가속된다. 평행한 전기 가속장과 함께, 광음극과 영상면 사이의 균일한 자기장은 영상면상에 사이크로트론의 포커성이 이루어지게한다. 수밀리미터 내지 수센티미터 음극 대 영상의 간격은 방출면으로부터 영상면으로의 하나 또는 약간의 사이크로트론 공명 주기에 대응한다.

종래 포커싱 시스템의 교차점에 발생하는 하이 스페이스 충전 영역들의 회피로 두 영역에서의 동작을 가능하게 한다. 고려된 음극 대 웨이퍼 간극의 센티미터 정도에 대해 25kV/cm 예를들어, 25kV 이상의 고전압 영역에서는 래지스트 내의 임의의 전자 운동으로 인한 블루어링(blurring)이 최소화된다. 대부분의 전자들이 레지스트내에 흡수되어 몇몇 전자만이 기판에 도달하는 범위로서 정의되는 저전압 영역, 예를들어, 2 또는 몇 kV에서, 기판으로부터의 전자의 후방 산란으로 인한 블루어링이 회피된다. 상기 두영역 중간의 필드값들을 선택하는 것이 적합하다.

공지된 종래 기술의 결점인 수명이 짧은 광음극들이 다루어진다. 주요 문제점은 오염이고, 레지스트 코팅된 웨이퍼로부터 탄화수소나 다른 오염원의 유리로 인해 적절한 진공도의 유지가 어렵다는데 동의한다. 종래의 접근 방법과 동일하게, 본 발명의 광음극들은 귀금속으로 만들어진다. 이와 같은 저효율의 광전자 방출기들을 사용함으로써 방출된 전자에 대한 커다란 에너지 확산을 초래하는 금속의 일함수보다 훨씬 큰 광자(photon)에너지에 의한 활성화가 요구된다. 초전도성 와이어 턴의 사용으로 인한 대균일 자기장의 이용은 에너지 확산 효과를 감소시킨다. 종래 기술진에 의한 귀금속 음극들의 초기 실패원인은 확인되지 않았다. 실험적으로, 성공은 막(film)의 접착을 보장하는 적합한 기판 재료와 함께, 100Å 이상 두께의 층으로 실현되었다. 초기의 실패는 보고된 박막(50Å)의 불연속성으로 인한 것일수 있다.

종래 기술진들은 웨이퍼의 평탄도에 관심을 보이지 않았다. 어느 정도는 이것은 과거에 포커싱을 위해 사용된 좀 낮은 자기장 세기들(1 테슬러이하)에 기인한 것일수도 있다. 아뭏든, 포커싱 자장의 세기가 2 내지 10 테슬러의 자기포커싱장에서는 그러한 문제점이 없다. 1㎛ 의 국부적인 높이 편차(elevation variation)를 갖는 오프 더 셀프(off-the-shelf)실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기는 해상도에 감지할만한 정도의 효과를 주지 않는다.

전자 본의 주요 이점은 초점 거리를 자기적으로 변경시킬수 있다는 고유의 능력이다. 발명종은 필드 조절할 수 있게 함으로써 상기 이점을 갖는다. 기본적인 포커싱을 위한 큰 필드는 일반적으로 초전도 자석들에 의존한다. 초점면에 또는 그 근처에 있는 용이하게 제어되는 통상적인 솔레노이드가 미세한 포커싱용으로 사용될 수 있다. 대칭으로 형성된 필드가 반경방향 종속 수차를 위해 사용될 수 있다. 웨이퍼의 예비 가공에 의해 생기는 상이 맺힐 표면상에서의 높이 변화 및 필드 세기에 있어서의 국부적 변동은 독립적으로 제어되는 작은 솔레노이드들에 의해 해소될 수 있다.

대전 입자의 본은 자장 세기의 조절에 의해 투영된 영상을 확대 또는 축소를 허용한다. 초기 사용이 1 : 1 인 것으로 기대되지만, 앞으론 x-선 및 전자 비임투영 시스템의 형태로 4x 내지 5x 마스크로부터의 축소와 결합되어도 된다. 이것은 광전자 방출기로부터 웨이퍼 방향으로의 필드 밀도를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 영상 축소 퍼넬(funnel)을 야기하는 필드 압축은 본 발명의 광음극과 함께 사용하는 것이 특히 유용하나, 더 일반적으로 응용될 수 있다. 심지어는 영상 확대방향으로 반전될 수도 있다.

x-선 자극 형광 마킹들은 LSI 제조에 있어서 일반적인, 연속 가공처리 단계의 영상 정합(registration) 및 스텝-앤드-리피트에 있어서 연속영역들의 영상 정합 모두에 제공될 수 있다. x-선은 가속 전기장(E-field)에 영향을 받지 않으므로 이러한 목적을 위해 무전기장영역의 필요성을 회피한다. 다른 정렬 기구는 광음극상에 있는 정렬경로부터의 전자 방출에 의존한다. 패드들(pads)이 코너 위치들에 놓일수 있고 웨이퍼상에서 대응하는 위치에 놓인 금속 마커들(markers)로부터 특색있는 x-선을 발생시킬수 있다. 제조중 디바이스내에 사용된 재료와 다른 금속조성물의 적합한 선택으로 어떤 무용한 방출과의 갈등을 회피한다.

[상세한 설명]

일반적인 설명

본 발명의 본질은 앞부분에서 기술했다. 청구범위는 광음극의 패터닝에 있어서의 초기의 곤란성을 나타내지 않는 방법에 관한 것이다. 음극 구성들과 동작 패러미터들은 표면 거칠기 및 기타 결함에 대한 한계 의존을 회피한다. 멀티-레벨 가공처리, 스텝-앤드-리피트, 연속 주사는 전술한 x-선 여기 기준 마킹들의 사용에 의해 촉진된다. 최적 해상도는 자장의 미세 조정, 바람직하게는 국부적이고 체계적인 수차를 조정할 수 있도록 성형된 중첩된 작은 필드를 사용함으로써 보장될 수 있다.

이용가능한 재료와 공정이 상기한 마스크의 구조들에 적당하다. 마스크 제조에 폭넓게 사용되는 EBES 직접 기록 시스템이 직접적으로 응용될 수 있다. 통상적인 형태로 정의되고 발전되어온 레지스트 패턴이 이후 광음극의 제조에 사용된다. 예정된 마스크 재료들을 침착하는 방법이 공지되어 있다.

음극의 구조 재료

본 발명의 구조는 귀금속 광방출기(photoemitter)의 사용에 의존한다. 고려된 재료들은 단일 원소이거나 합금이다. 본 발명의 사상은 다른 종류의 재료들에도 유용하다는 것을 발견했으나, 실험을 통해 멘델레에프 주기율 표의 원소번호 44 내지 47 및 75 내지 79 즉, Ru, Rh, Pd, Ag, Re, Os, Ir, Pt, Au 및 이들 원소의 합금을 사용하는 것은 배제되어야 함을 알았다. 재료의 선택에는 다수의 고려사항이 있을 수 있다. 그중 하나는 투명한 기판상에 박층을 용이하게 형성할 수 있는가 하는 점이다. 다른 하나는 Au 가 Ag 등보다 바람직한가에 기초한 반응성이다. 또다른 하나는 일 함수와 관련이 있다. 그래서, 예를 들어, 상기의 관점으로부터(가장 양호한 결정면에 대해)5.1eV의 일 함수를 갖는 Au 는 5.65 또는 5.7eV 의 일 함수를 갖는 Pt 보다 바람직하다. Au 의 초기 이점은 Au 와 Pt 중간의 여기에 의해 Pt 의 마스킹이 허용된다. 주 법칙으로서, 여기 전자수들의 백분율로서 표현되는, 여기원(exciting source)의 중앙 주파수와 일 함수 사이의 에너지 차의 제곱에 비례한다. 낮은 일 함수를 갖는 Au 의 사용은 방출된 전자들의 협소한 에너지 스펙트럼을 초래한다.

그러나, Au 방출기 재료는 실용상의 이유로 바람직하지 않을 수 있다. 실리콘을 오염시키는 금은 실리콘 디바이스의 제조에서 제외된다. 다른 단점에도 불구하고, 상기와 같은 이유로 백금이 바람직할 수 있다. 예 1 은 백금 광음극을 사용한다.

사용된 광방출 재료는 여기 에너지에 대해 짧은 침투 깊이를 가진다. 귀금속들은 짧은 UV 침투 깊이를 가진다. 방출확율은 방출면 근처에서 전자 발생을 필요로 한다. 실용적인 상황을 고려하여 두꺼운 층이 제안된다. 가장 효과적인 방출은 층의 연속성과 침투 깊이 사이의 절충이다. 실험적인 연구는 특정층의 두께는 백 Å으로부터 수백 Å 내지 500Å 또는 그 이상의 범위의 특정층 두께를 지지한다. 더 두꺼운 두께로도 작동하나 비효율적이다.

제 1 도는 디크-씬(thick-thin) 구조(1)을 도시한다. 상기 구조는 음극 정면상에 방출 재료를 침착시킴으로써 제조된다. 차단 영역들에서의 방출은 여기 방사를 흡수 및 반사하는 재료를 하부에 배치함으로써 방지된다. 상기 구조는 제 1도의 예의 경우에, 사파이어로 구성된 기판(2)으로 구성된다. 더 일반적으로, 기판 재료는 가공에 견딜수 있는 여기 방사 지속성에 대한 투명성과 열응력을 회피하는 열전도성을 포함하는 성능 특성들에 대해 선택된다. 상기 사파이어 기판은 얇은(예를들어, 100Å) 접착층(3)으로 코팅된다. 크롬의 사용으로 인접층 재료와의 접착 및 연속성이 보장된다.

접착은 SiO₂보다 큰 성형 열을 갖는 산화물을 성형하는 접착 금속들의 사용에 의해 보장된다. 그 예로서 Al, Ti, Ta, Cr 가 있다. 특히 양호한 접착 촉진제인 Ti 는 상당히 낮은 온도에서 SiO₂를 감소시키고 강한 결합을 형성한다. Au, Pt, W 및 Mo 와 같은 금속들은(SiO₂보다 낮은 형성열을 갖는 산화물을 형성하는) SiO₂를감소시키지 않는다. 이들 금속들은 SiO₂에 대해 양호하지 못한 접착력을 갖고 접작층에 의한 이점을 갖는다. 도시된 구조는 차단 재료층(4)의 잔류 영역들을 남겨두도록 이어서 패턴본이 묘사된 차단 재료층(4)으로 접착층(3) 전체를 먼저 코팅함으로써 제조된다. 차단 재료층(4) 영역들은 여기 방사(5)를 소멸시키는 (흡수 및 반사시키는) 역할을 하고 위에 놓이는 광방출 재료의 여기 방사를 방지한다. 광발출 재료는 영역들(6,7)을 형성하는 패턴본 뒤에 침착된다. 일 예로서 금은 영역들(6,7)의 재료로서 사용된다. 이와 같은 영역들의 두께는 일반적으로 적어도 100Å, 예를들어 250Å이다. 일 예로서, 차단 재료는 텅스텐이다. 700Å의 텅스텐층은 영역(7)으로부터의 광방출을 방지하는데 충분하다. 차단 재료는 하부면[접착층(3)] 및 상부면[방출 재료(7)]에 대한 필요집착력에 유의하여 선택된다.

다른 구조는 광방출 재료의 연속층을 사용하는 것에 기초하고 있으며, 차단 영역들은 균일하게 조사되는 방출 재료로부터의 방출을 방지하는 역할을 한다. 방출 표면의 정면에 침착된 비방출 재료 영역들은 방사를 패터닝하는 역할을 한다. 차단 재료가 상기 방출기층의 두께에 비해 두꺼우므로, 이와 같은 구조들은 본 명세서에서 디크-씬이라 한다. 제 2 도는 그러한 구조를 나타낸다.

제 2 도의 구조는 제 1 도에 있어서 사파이어인 투명 기판(20)을 포함한다. 방출은 방출면 근처의 여기 에너지를 흡수할 수 있고 기공이 없는 (연속적인)층을 신뢰성있게 생성할 수 있도록 설정된 기준을 만족하는 두께의 귀금속 층인 노출 영역들의 층(21)로부터 시작된다. 금 광전자 방출기의 예에 있어서는 접착층(22)을포함하는 것이 극히 유리하다는 것이 발견되었다. 100Å 두께의 크롬층은 250Å의 금층과 함께 사용하는 것이 유리하다는 것이 발견되었다. 고 일함수 재료의 차단 영역들(23)은 패턴 본(delineation)도형화의 역할을 한다. 접착층(24) 예를들어, 100Å 이상의 크롬층 위에 있는 100Å 두께의 Pt 가 효과적이다. 일반적으로, 접착층의 생략은 방출 재료의 연속 접착층을 제외하지 않지만, 특히 금과의 구조적 일체성이 그것의 사용에 의해 가장 잘 보장된다.

제 3 도의 구조는 하부 비방출 층(33)의 영역들을 노출시키도록 에칭-딜리니트되는 광방출층(32)을 기초로 한다. 층(33)은 접착층(35)에 의해 기판(34)에 접합된다. 층들(32 내지 35)의 재료는 각각 금, 백금, 석영 및 크롬이다.

본 발명에 따른 광방출은 귀금속(들) 영역을 배제한다. 그러나, 귀금속 음극등의 기준은 귀금속(들)을 배타적으로 구성하는 것에 대한 방출면을 제한하려는 것이 아니다. 방출 재료가 혼합되어 균일 또는 비균일 표면을 생성한다. 그와 같은 추가의 재료는 오염시키거나 방출 효율을 어떤식으로든 손상시키지 않아야 한다.

처리 조건

동작 설명을 제 1 도를 참조하여 한다. 조사(5)는 광방출기를 여기시키기 위해 광자에너지에서 최고점에서 최대이다. 효과적인 방출은 방출기의 일 함수를 초과하는(최소한 약 10% 초과) 광자에너지를 필요로 한다. 동시에 그것은 영역들로부터의 충분한 방출이 차단되지 않도록 너무 크지 않아야 한다. 제 1 도의 디크-씬 구조는 자외선의 적절한 흡수에 의한 단순 필요성을 만족시킨다. 그 기준은 주로 차단층의 두께와 재료 특성이다. 제 2 도의 디크-씬 구조에서와 같이, 균일하게 여기된 방출 재료로부터의 전자 방출을 방지하기 위한 표면 차단 영역들의 제공은 또한 재료와 두께기준에 종속된다. 방출 및 비방출 재료의 노출 재료의 그 외의 비차단 영역들의 균일한 여기를 위해 다른 구조들이 제공될 수 있다. 이러한 환경하에서, 기준들은 단순히 음극의 방출 및 비방출부를 구성하는 영역들의 상대 일함수들이다.

여기 방사는 방출 전자들의 적절한 좁은 에너지 확산(예를들어, ±10%)을 보장하도록 필터를 관통한다. 커다란 가속 자장의 사용으로 효과가 감소되지만, 예를들어, 광자에너지에서의 확산과 대응하는 방출된 전자에너지들에서의 확산이 초점 거리의 확산을 생기게 한다. 6.5eV 피크에서 작동하는 크립톤 램프가 5.6eV 일함수를 갖는 Pt 를 여기시키는데 효과적이다. 다른 소스들로는 7eV 에서 피크를 갖는 중수소 램프 및 6eV에서 피크를 갖는 수은 램프이다. 상기 램프들은 플라즈마 방출 튜브로서 작동하는 고압 램프의 예들이다.

적합한 여기원에 있어서, 전자들(9)의 에너지 확산은 자장(B)의 부과시 양호한 해상도를 이들 전자들이 갖도록 하여 노드(11)에 주기적으로 초점이 맞춰진다. B 자장은 유효 전자 방출 횡단면[적어도, 상기 층(12)상에 패터닝될 영역만큼 큰 영역]을 가로질러 균일하다. 강도가 수 테슬러(tesla)인 B 자장은 통상적으로 초전도 자석을 사용하여 발생된다. 1,000㎤ 의 체적에 대해 1% 이상 균일하게 자장을 발생시키는 초전도 솔레노이드들은 수 ㎠ 의 영상 영역들에 대해 충분하다. 본 명세서에 있어서 영상면은 실리콘 웨이퍼(13) 상면상의 레지스트(12)면과 대응하도록 도시되어 있다. 이와 같은 예에서, 공지의 포지티브-톤 레지스트(PMMA)가 유용하게사용된다. 네가티브-톤 레지스트(COP)를 포함하는 다른 레지스트가 사용될 수 있다. 전압원(Va)에 의해 발생된 전기장(E)은 전자들(9)을 원하는 속도로 가속한다. 가속 전압들의 크기는 레지스트내의 라인 해상도와 하부 기판으로부터의 후방 산란(back-scattering)으로 인한 스미어링(smearing) 사이의 절충이다. 저전압들은 후방 산란을 최소화한다. 고전압은 레지스트내의 영상 스미어링을 최소화하지만 동시에, 상기 레지스트에 의한 흡수를 감소시켜 기판으로부터의 후방산란을 더욱 발생시킨다. 최적의 해상도 /콘트라스트에 대한 선택은 패턴의 속성에 의존한다. 일 예로서, 후방 산란으로 인한 콘트라스트 손실은 많은 근접 이격된 특징들에 의해 악화된다. 2kV 내지 100kV의 전압이 상기 예에서 설정된 실험조건하에서 유용한 것으로 발견되었다.

제 1 도는 자장(B')의 개략도이다. 이와 같은 선택적으로 조절할 수 있는 자장은 층(12)의 영상면을 가로지르는 규칙 또는 불규칙적인 자장(B) 세기의 수차를 보정한다. 전술한 바와 같이, 2 킬로가우스의 최대치 또는 다른 극성을 갖는 상기 조절가능한 자장은 웨이퍼(13) 아래의 하나이상의 권선 솔레이트에 의해 손쉽게 발생된다. 자장(B)의 균일성으로부터의 규칙적인 편차는 가능한 한 단일 솔레노이드에 의해 발생될 수 있는 단일형상 자장에 의해 보상될 수 있다. 국부적인 섭동으로 인한 즉, 상이 맺힐 평면상의 높이 변화로 인한 초점 거리의 수차는 별도의 자석들에 의해 가장 잘 조절될 수 있다.

가장 중요한 요구 동작에 있어서, 각각의 마스크 레벨에 대한 미세 조정이 바람직하다. 기계운동으로 인한 초점 거리의 예상되는 변동과 온도 변동 등은 매일기동시에만 이벤트 미세 포커싱을 요하는 덜 중요한 요구 처리에 있어서는 중요하지 않다.

제 1 도는 음극(1)으로부터 1 사이클로트론 공명주기 이격된 레지스트(12)상에 상에서 초점을 맞추기 위해 거리(L)가 설정되어 있는 배열이 개략적으로 도시되어 있다. (상기 예에 사용된 것과 같은 조건하에서)0.2cm의 거리에 대응하는 단일 주기 간극의 사용으로 충분히 분리되어 음극의 손상 가능성을 감소시킨다. 아마도 품질은 떨어지지만 여전히 적합한 해상도를 갖는 더 큰 간극도 사용될 수 있다. 이러한 허용 간극은 1 : 1 x-선과 관련된 본 발명의 주요 이점중 하나를 구성한다.

2kV 내지 100kV 의 가속 전압과 2 내지 5 테슬러의 자장은 영상면에 500Å 이상의 해상도를 제공한다. 제곱센티미터당 1 내지 10 마이크로 암페어(1-10㎂/㎠)의 전류 밀도에 대한 상기 범위내에서의 가속은 10 초의 PMMA 노출시간을 생성한다.

대부분 설명은 1 : 1 마스크로부터의 순간 노출이라는 견지에서 행해졌다. 상기 접근 방법으로 예를 들어, 예기된 e-비임 및 x-선 투영 시스템에 사용되는 4x 내지 5x 마스크의 사용에 의한 영상 축소와 주사, 예를 들어, 스텝-앤드-리피트 모두에 대해 이점을 제공한다. 더 미세한 부영상(sub-image)의 주사는 자장 및 전기장 모두에 대한 필드 균일성에 대한 요구조건이 완화된다. 후방 산란에 기초한 기준 마크들의 사용으로 인해 야기되는 종래 기술의 문제점은 x-선 자극 형광에 의해 회피된다. 예를 들어, 10^-8㎠ 영역의 마킹이 적당하고 이는 본을 위해 최적화된 조건을 변경시킬 필요성을 회피한다.

제 4 도는 광음극과 관련하여 투영된 영상을 축소/확대하는 수단인 퍼넬을 개략적으로 도시한다. 제 4 도의 수단은 크롬 접착층(42), 텅스텐 차단 영역들(43) 및 적층 영역들(44,45)이 제공되어 있는 사파이어 기판(41)으로 구성된 제 1도와 유사한 광음극(40)을 포함한다. UV 방사(46)는 영역들(44)을 여기시키고 영역들(43)에 의해 영역들(45)의 여기가 회피된다.

개개의 또는 일련의 턴들(turns)(47,48,49)의 초전도 자석은 자장 라인(50)으로 표시한 바와 같은 예를들어, 2 테슬러의 균일한 자장을 발생시킨다. 와인딩(51 내지 54)으로 구성된 제 2 초전도 자석은 자장 라인(56)으로 표시한 바와 같이, 자장의 횡단면을 축소시키고 자장 세기를 약 10 테슬러로 증가시키도록 자장을 압축한다. 축소된 영상은 기판(58)에 의해 지지된 층(57)상에 투사된다. 예를들어, 50kV 의 인가된 전압(Va)은 구조(40)를 층(57)과 관련해 음극으로 만든다.

가장 바람직하게는, 가속 자장의 방향은 자장 라인(50, 56)과 평행하다. 제 4 도에 도시한 특정 실시예에 있어서, 장치의 복잡성은 분로들(shunts)(61)에 의해 상호 접속된 전기 전도성 격자들(59, 60) 사이의 무자장 영역(무전기장 영역)의 제공으로 감소된다. 다른 장치들은 회절격자(59,60) 사이에서 자장 라인들에 평행한 방향의 별도 가속 자장을 사용할 수 있다.

제 5 도는 자장 압축 영역내 전자 경로에서의 반경방향 의존 차이를 조절하는 설비를 갖춘 퍼넬을 도시한다. 설명 목적 상 도시된 구조는 가속 그리드들(89, 90, 91)과 그와 관련된 바이어싱(biasing)을 제외하면 제 4 도의 구조와 동일하다.외부 전자에 대한 증가된 전자 경로 길이는 중심 비임으로부터의 보다 큰 거리에 대해 보다 가깝게 떨어져 있도록 성형된, 그리드(89,90)에 의해 보상된다. 이는 가속 자장을 증가시켜 증가된 경로 길이를 상쇄시키고 초평면의 편평도를 개선시킨다. 상기 설명에서, 무자장 영역들은 압축 영역의 양측에 유지된다. 가속은 전압원(Va, Va')에 의해 영역들(74 내지 91 및 89,90)로 제한된다.

상기 퍼넬 방법은 거의 동등한 에너지의 전자들을 이메징하는데 가장 적합하다. 이것은 광음극의 이메징에 절대적이다. 다른 형태의 이메징은 협소한 에너지 확산을 가능하게 할 수 있다. 상기 퍼넬은 흡수-투과 마스크들을 사용하는 시스템에 유용할 수 있다. 퍼넬은 전자들의 에너지 확산을 증가시키는 에너지 감소 충돌들로 인한 산란-비산란 마스킹(scattering-non-scattering masking)에는 유용하지 않다.

예 1

씬-씬 음극을 1 : 1 본에 사용했다. 광방출 재료는 200Å 두께의(5.6eV 의 일 함수를 갖는) 원소 Pt 층이다. 차단은 100Å 두께의 W₂O₃층을 형성하도록 산화되는 200Å 두께의 텅스턴으로된 영역에 의해 수행된다. 그 산화물의 일함수는 7.5eV 이다. 그 구조는 Pt 와 W 모두의 접착을 보장하는 100Å Cr 접착층을 갖는 0.1㎛ 두께의 사파이어 기판으로 구성되고, 제 2 도와 유사하다.

음극의 후면은 크립톤 램프에 의해 조사된다. 10^-3균일성의 2 테슬러 자장이 가해진다. 가속 자장은 0.5cm 의 음극 대 웨이퍼 간격에 대해 25kV 또는 50kV/cm이다. 10㎠ 의 웨이퍼 영역 위에 있는 PMMA로의 300Å 특징들을 패터닝하는 데에는 5 내지 10 초가 요구된다.

예 2

제 1 도에 도시된 것과 같은 디크-씬 구조에 광전자 방출용으로 200Å 두께의 Pt 와 차단용(UV 흡수 및/또는 반사용)으로 1000Å 두께의 W 가 사용된다. 크립톤 램프가 여기를 위해 사용된다. 음극 대 웨이퍼의 간격은 1.5cm이다. 4 테슬러의 자장과 70kV 의 가속 전압은 20 초내에 200Å 특징들의 PMMA 프린트 패턴을 초래한다.

예 3

그러나, 0.1cm 의 음극 대 웨이퍼 간극과 2kV 의 가속 전압의 사용에 의한 예 2 의 장치와 조건들이 시레인(silane)에 노출함으로써 민감하게 된 표면인 PMMA 코팅된 실리콘 웨이퍼상에 1500Å 의 특징들을 패터닝하기 위해 사용된다. 약 20초의 노출시간이 적합하다.

예 4

제 3 도 구조의 음극과 100Å 크롬층 및 최종 100Å 백금층을 지탱하는 0.1mm 두께의 사파이어 기판을 사용했다. 백금은 현상이 이어지는 PMMA 상에 직접 전자 비임 기록(EBES에 의한)에 의해 패터닝된다. 패턴은 크롬을 노출시키는 플라즈마 에칭에 의해 백금에 전사된다. 복합면이 산화되어 100Å 의 Cr₂O₃층을 생성한다. 그 후, 패턴이 형성된 광음극은 PMMA에서 200Å 디자인 룰 패턴을 생성하도록예 2 의 조건하에서 사용된다.

제 1 도는 활성화, 전자 방출 및 사이클로트론 포커싱용 설비를 갖는 본 발명의 음극 구성을 도시하는 개략도로서, 도시된 캐소드 구조는 전체 방출면 아래의 UV-차단 영역들에 의해 패터닝되고, 이 캐소드는 "디크-씬(thick-thin)" 캐소드의 일예인, 개략도.

제 2 도는 제 1 도 씬-씬 음극의 다른 구조를 도시하는 도면으로서, 여기서 광방출은 증가된 일함수의 표면 차단영역들에 의해 패터닝되는, 도면.

제 3 도는 하부 비방출 재료를 노광하는 노출된 영역들로 광전자 방출 재료 자체가 패터닝되어 있는 또 다른 형태의 구성을 도시하는 도면으로서, 캐소드 구조들/재료들 및 처리 모두를 설명하는, 도면.

제 4 도는 투영된 영상의 크기를 축소하기 위해, 자장 밀도를 변경하는데 이용되는 "퍼넬" 투영을 위한 구성의 개략도.

제 5 도는 다른 "퍼넬" 구성의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

3 : 접착층 9 : 전자

12 : 레지스트 13 : 웨이퍼

59,60 : 격자 89,90,91 : 그리드

Claims (9)

1. 0.25㎛ 미만 크기의 최소 특징 사이즈(minimum feature size)의 패턴 본(delineation)을 수반하는 디바이스 제조 방법으로서, 이와 같은 본은 레지스트를 패터닝된 전자 방사로 조사하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법에 있어서,

   이와 같은 패터닝된 방사는 자유면 귀금속 광전자 방출 재료를 포함하는 UV 여기 광음극으로부터 생성되며, 상기 방사는 상기 광음극으로부터 정수의 사이클로트론 공명 주기들로 이격된 상기 레지스트상에 포커싱되고, 포커싱 및 전자 가속은 패터닝된 전자 방사의 전체 횡단면을 가로지르는 실질적으로 균일한 인가된 자기 및 전기장들에 기인하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 자유면은 멘델레에프 주기율표의 원소번호 44 내지 47 및 75 내지 79로 구성된 군(group)으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 필수 구성 요소로 하는 층의 표면인 디바이스 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 자유면은 두께가 적어도 100Å인 광전자 방출층의 표면인 디바이스 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   이와 같은 층은 패터닝되어 있지 않고, 방출된 전자 방사는 상기 방출 재료의 일함수보다 큰 일함수를 갖는 자유면을 제공하는 차단층 재료를 중첩함으로써 패터닝되는 디바이스 제조 방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 층은 패터닝되어 있지 않고, 방출된 전자 방사는 UV 여기 에너지를 흡수 및/또는 반사하는 하부 차단 영역들에 의해 패터닝되는 디바이스 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 패턴 영상 위치맞춤은 x-선 조사시 발광하는 기준 마크들에 의한 배치를 수반하는 디바이스 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 자장은 강도가 증가되고 전자 이동 방향의 횡단면이 감소하여 상기 레지스트상의 영상이 광음극상의 영상에 대해 크기가 감소되는 디바이스 제조 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 영상면에서의 포커싱은 미세 조정 자장에 의해 향상되는 디바이스 제조방법.
9. 투영된 영상의 크기가 변화되는 적어도 하나의 투영 전자 이메징 단계를 수반하는 디바이스 제조 방법에 있어서,

   이동시 전자들은 이동하는 전자들에 직교하는 횡단면 방향으로 균일한 자장의 영향을 받으며, 이와 같은 자장은 횡단면적이 적어도 한번 변화하며, 영상 크기의 변화는 이와 같은 자장의 변화를 동반하는 디바이스 제조 방법.