KR100372073B1 - 노광 마스크, 노광 마스크 제조 방법, 및 노광 마스크를사용한 반도체 디바이스 제조 방법 - Google Patents

노광 마스크, 노광 마스크 제조 방법, 및 노광 마스크를사용한 반도체 디바이스 제조 방법 Download PDF

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    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34

Abstract

어떤 유형의 마스크는 투과 베이스 및 투과 베이스 상에 형성된 투과막을 갖는다. 이 투과막은 소정의 마스크부에 형성되고 비교적 낮은 노광 빔 투과성을 갖는 적어도 하나의 마스크 부재를 갖는다. 이 마스크 막은 때때로 설계된 위치로부터 위치 오차를 갖는다. 이것은 주로 투과막의 평면내 응력 분포가 불균일하기 때문이다. 이 투과막은 부분적으로 두께가 감소하여 평면내 응력 분포를 일정하게 한다.

Description

노광 마스크, 노광 마스크 제조 방법, 및 노광 마스크를 사용한 반도체 디바이스 제조 방법{EXPOSURE MASK, EXPOSURE MASK MANUFACTURING METHOD, AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD USING EXPOSURE MASK}
[관련 출원의 상호 참조]
본 출원은 1999년 9월 30일에 출원된 일본 특허 출원 11-280499호를 기초 출원으로 하여 우선권 주장을 하는 것으로, 그 전체 내용을 참조로 본 명세서에 포함한다.
본 발명은 대전된 빔 또는 X선을 사용하는 각종의 빔 노광 방식에 적합한 노광 마스크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부 응력으로 인한 마스크 패턴의 위치적 왜곡이 교정된 노광 마스크 및 이 노광 마스크 제조 방법에 관한 것이다.
최근, LSI 디바이스로 대표되는 회로 디바이스는 외형 사이즈가 급속히 축소되고 있는 중이며, 따라서 상용 수준의 마이크로패터닝 기술로서 현재 사용되는 포토리소그래피는 그의 해상도 능력의 한계 때문에 머지않아 몇십 나노미터 이하의 최소 선폭을 형성하는데는 사용할 수 없게 될 것이다. 현재의 포토리소그래피를 대체할 수 있는 마이크로제조 기술의 개발이 요망되고 있다. 이러한 요건을 충족시키는 후보로서는 단파장 VUV(Vacuum Ultra Violet)광, X선, 또는 전자 빔을 사용하는 리소그래피가 있다.
X선을 이용하는 1X X선 리소그래피 노광은 도 1에 도시한 바와 같이 마스크 패턴을 X선 레지스트(32)상에 전사하기 위한 마스크 패턴을 갖는 X선 노광 마스크(30)을 통해 웨이퍼(30)에 X선(31)을 방사한다. X선 노광 마스크(30)는 X선을 투과시키는 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드 또는 다이아몬드 등의 경량의 원소로 이루어지는 1 내지 5㎛ 두께의 멤브레인(X선 투과성 지지막)(2)과, X선을 흡수하기 위해 멤브레인(2)상에 형성된 X선 흡수체 패턴(4)를 갖는 구조를 가지며, 보강 프레임(7) 및 Si 기판 프레임(1)에 의해 지지된다. Si 기판 프레임(1)은 멤브레인(2)이 아주 얇고 기계적으로 약하기 때문에 X선 흡수체 패턴(4)에서의 왜곡을최소화하는데 사용된다.
이러한 X선 노광 마스크를 제조하기 위해, 제1 멤브레인 막이 Si 기판의 양면에 형성되고, 에칭 스토퍼 및 반사 방지막(anti-reflection film), X선 흡수체막, 및 패턴 전사 에칭 하드 마스크막이 한쪽면에 형성된다. 그 다음에, Si 기판의 하측 표면측상의 멤브레인막이 에칭에 의해 제거되고, 개구부의 Si 기판은 백 에칭에 의해 제거되며, Si 기판 프레임은 보강 프레임을 본딩함으로써 보강된다. 그런 다음에, 레지스트 패턴이 전자 빔 노광 및 현상에 의해 형성되고, 패턴 전사 에칭 하드 마스크막이 에칭되며, 레지스트가 제거된다. 마지막으로, X선 흡수체막이 에칭되고, 패턴 전사 에칭 하드 마스크가 제거되어 멤브레인막상에 X선 흡수체 패턴을 형성함으로써 X선 노광 마스크의 제조가 완료된다.
상기한 방법에 의해 얻어진 종래의 X선 노광 마스크의 평면내 패턴 이미지 배치 정밀도는 이미지 배치 측정 장치(Leica로부터 입수가능한 LMS-IPRO)를 사용하여 소망의 패턴에 대해 형성된 패턴의 변위(평면내 왜곡(in-plane distortion) ; IPD)를 측정하여 평가한다. 도 2를 참조하면, 파선은 소망의 위치를 나타내고, 실선은 실제로 측정된 위치를 나타낸다.
발생된 IPD값은 평균 11nm이고, 3σ에 대해 43nm이다. 최대 변위량은 49nm이다. 이 변위는 거의 한방향으로 일어났다. 예를 들어, X선 리소그래피에 의해 150-nm 룰 디바이스를 실현하는데 요구되는 중첩 정밀도(overlay accuracy)는 1/3 설계 룰의 경우에 50nm이다. 이것에 마스크를 고려한 값 30nm를 포함하면, 상기 측정된 패턴 정밀도는 불충분하다.
요구되는 이미지 배치 정밀도를 얻을 수 없는데, 그것은 마스크를 형성하는 레지스트 막, 패턴 전사 하드 마스크, 흡수체 막, 멤브레인 막, 및 에칭 스토퍼 막 각각이 (1) 내부 응력, (2) 막 두께 분포, 및 (3) 내부 응력 분포를 가지기 때문이다. 패턴 위치는 X선 노광 마스크를 형성하는 막들의 각 영역에서의 응력(막 내부에서 작용하는 힘)과 막 두께의 곱에서의 차이에 비례하여 변위된다. 일례로서, 도 3A 및 도 3B는 X선 흡수체 막의 인장 응력 및 압축 응력 각각에 의해 발생된 패턴 왜곡을 나타낸 것이다.
X선 흡수체 패턴은 에칭에 의해 소망의 (레지스트) 패턴 위치에서 인장 응력을 갖는 X선 흡수체 막(4)로부터 형성되는 경우, 흡수체 패턴 위치는 도 3A에 도시한 바와 같이 중심으로부터 외곽쪽으로 변위되는데, 그것은 흡수체 막의 에칭된(제거된) 부분에서의 내부 응력이 해제된다. 반면에, X선 흡수체 막이 압축 응력을 갖는 경우에는, 에칭 후의 흡수체 패턴 위치는 도 3B에 도시한 바와 같이 소망의 위치의 (레지스트) 패턴에 대해 중심부쪽으로 변위된다. 패턴 밀도가 전 패턴 영역에 걸쳐 변하는 경우, 패턴 위치는 패턴 밀도에 따라 소망의 위치로부터 변위된다.
X선 흡수체 막 뿐만 아니라 마스크를 형성하는 모든 막에서, 내부 응력이 존재하면, 소망의 위치로부터 변위가 일어난다. 패턴 위치는 막 두께와 응력(막 내부에서 작용하는 힘)의 곱에 비례하여 변위하기 때문에, 평면에서 막 두께가 변하면 패턴 위치는 대체로 소망의 위치로부터 변위된다. 막이 내부 응력 분포를 갖는 경우에도, IPD가 일어난다.
종래의 X선 노광 마스크 제조에 있어서는, 대체로 재료와 공정을 최적화하여 마스크의 각 막에서 내부 응력의 평면내 분포를 균일하게 하였고, 에칭에 의해 형성된 막(멤브레인 막은 제외)의 경우에는 내부 응력이 저감되므로 IPD를 억제하게 된다. 그러나, 이들 방법은 막 재현성이 여전히 나쁘고 요구되는 이미지 배치 정밀도를 얻는데 문제점이 있다.
마스크 형성 후에 이미지 배치 정밀도를 향상시키는 방법이 제안되었는데, 이 방법에서는 이온이 패턴 바로 아래의 멤브레인 막에 주입되고, 이온이 멤브레인 막의 결정내로 들어가 격자 간격을 증가시키는 효과를 이용하여 막 응력이 변하게 되어 멤브레인 막의 평면외 왜곡(out-plane distortion)을 사용하는 X선 흡수체 패턴에 기인한 왜곡을 억압하게 된다(일본 특개평4-196211호).
패턴 형성 후에 이미지 배치 정밀도를 향상시키는 다른 방법이 제안되었는데, 이 방법에서는 멤브레인 막이 에칭되거나, 이온이 멤브레인 막내로 주입되어 막 두께나 막 응력을 증가/감소시킨다(일본 특개평7-94395호). 마스크의 패턴 정밀도를 향상시키는 또다른 방법이 제안되었는데, 이 방법에서는 신장가능한 막(stretchable film)을 X선 노광 영역 주변의 마스크 기판의 하부 표면상에 성막함으로써 오목한 마스크 왜곡을 저감시켜 막을 평탄화시키게 된다(일본 특개평5-90137호).
이 모든 종래 기술에서는, 상당히 균일한 멤브레인 막, 굴곡이 없는 프레임(non-warp frame), 및 X선 흡수체 막의 제조가 요구되어 기술적으로 어렵지만, 평탄성의 열화로 인한 어떤 패턴 왜곡도 감소시킬 수 있다. 멤브레인 막이 에칭되면, 대개 X선 투과도가 변화 되어 패턴 크기에 변동이 일어난다. 게다가, 멤브레인 막이 지지체로서 역할하기 때문에, 그를 에칭하는 것은 안정성의 측면에서 바람직하지 않다.
축소 이미지 투사 기술을 이용하는 전자 빔 투사 리소그래피 마스크, SCALPEL(SCattering with Angular Limitation for Projection Electron Lithography) 마스크, 또는 스텐실 마스크(Stencil mask)도 X선 노광 마스크에서와 같이 전자 산란 패턴이 멤브레인 막상에 형성되는 구조를 갖는다. 저응력 박막의 형성 및 막 두께나 응력 등의 평면내 균일성의 요건이 엄격하고, 종래의 기술은 X선 노광 마스크에서와 동일한 기술적 어려움을 갖는다.
상기한 바와 같이, 종래의 X선 노광 마스크 및 전자 빔 노광 마스크의 경우, 몇십 nm 이하의 최소선폭을 갖는 마이크로패턴에 요구되는 이미지 배치 정밀도를 얻기 위해서, 마스크의 각각의 박막은 막 응력, 막 응력 평면내 균일성, 및 막 두께를 포함한 물리적 특성으로서 달성하기 아주 어려운 값 및 균일성을 가질 것이 요구된다. 이 때문에, 장래에 회로 디바이스의 특성 사이즈를 더 축소시키기 위해 사용할 수 있는 고도로 정밀한 노광 마스크를 실현하기가 어렵다.
본 발명의 목적은 X선 흡수체 패턴이나 전자 산란 패턴의 내부 응력으로 인한 위치상의 왜곡을 정확히 보정할 수 있고 장래에 외형 사이즈를 축소시키는데 사용하기에 충분한 높은 패턴 정밀도를 갖는 노광 마스크를 제공하는데 있다.
노광 마스크는 비교적 높은 노광 빔 투과성을 갖는 투명한 지지층(멤브레인막 층)상에 마스크 층을 형성함으로써 형성된다. 어떤 유형의 마스크 층은 비교적 높은 노광 빔 투과성을 갖는 투과막과, 이 투과막에 매립되고 비교적 낮은 노광 빔 투과성을 갖는 마스크 패턴을 갖는다. 마스크 패턴은 가끔 소망의 패턴으로부터 위치상의 에러를 갖는다. 이는 주로 투과막의 평면내 응력 분포가 불균일하기 때문이다. 이 응력 분포의 불균일은 적어도 하나의 응력 조정부에 의해 위치상의 에러를 보정함으로써 저감된다. 특히, 응력 조정부가 투명한 지지막(멤브레인막)상에 형성되어 있지 않고 투과막상에 형성되어 있는 경우에는, 여러가지 잇점을 얻을 수 있다.
응력 조정부로는, 투과막의 일부를 절단하여 얻은 절단부 중 하나, 이 투과막상에 부분 성막된 투명부 및 이 투과막을 물리적 또는 화학적으로 변화시켜 얻은 부분이 사용된다.
본 발명의 또다른 목적 및 잇점들은 이하의 상세한 설명에 기술되어 있으며, 부분적으로는 이 설명으로부터 명백하게 드러나며, 아니면 본 발명을 실시하게 되면 알 수 있다. 본 발명의 목적 및 잇점들은 이후에 특별히 지적하는 수단 및 조합에 의해 실현 및 달성될 수 있다.
도 1은 종래의 X선 노광을 도시한 도면.
도 2은 내부의 응력으로 인한 마스크 패턴의 변위의 개략도.
도 3a 및 도 3b는 종래 기술에서 X선 흡수체의 에칭시 생성되는 위치상의 왜곡을 도시한 설명도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 기본적인 원리를 설명하기 위한 단면도.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 X선 노광 마스크를 제조하는 단계들을 도시한 단면도.
도 6g 내지 6j는 본 발명의 제1 실시예에 따른 X선 노광 마스크를 제조하는 단계들을 도시한 단면도.
도 7a 및 7b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 X선 노광 마스크를 제조하는데 사용되는 에칭 장치의 배열을 도시한 개략도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 X선 노광 마스크를 제조하는데 사용되는 에칭 장치에서 투과막의 에칭량에 대한 패턴 위치 및 패턴 크기의 변화량을 도시한 그래프.
도 9는 도 7에 도시된 에칭 장치에 의한 마스크에서의 에칭 분포를 도시한 개략도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 X선 노광 마스크를 제조하는데 사용되는 에칭 장치의 배열을 도시한 개략도.
도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명의 제3 실시예에 따른 패턴 위치 변위 분포 및 X선 노광 마스크를 제조하는데 사용되는 이온 주입 장치를 도시한 도면.
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 제4 실시예에 따른 패턴 위치 변위 분포 및 X선 노광 마스크를 제조하는데 사용되는 스퍼터링 장치를 도시한 도면.
도 13a 내지 도 13e는 본 발명의 제5 실시예에 따른 전자 빔 노광 마스크를 제조하는 단계를 도시한 단면도.
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 반도체 디바이스 생산을 도시한 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
1,51: Si 기판
2: X선 투과성 지지막(멤브레인막)
3: SiO2막(투과막)
4: Cu막(흡수체)
5: 반사방지막 겸 에칭 스토퍼
6,56: 개구영역
7,57: 글래스 링(프레임)
8,58: 레지스트
9: 냉각가스
10: 마스크홀더
11: 스페이서
12: 에칭 가스
13: 에칭가스 발생기
14: X-Y 단계 구동 모터
15: 챔버
16: 노즐
17: 갭
52: SiNx막(멤브레인막)
53: 투과막
54: W막(산란체)
명세서의 일부분을 구성하고 거기에 포함되며, 위의 일반적인 설명과 이하에 주어진 바람직한 실시예의 상세 설명과 함께 본 발명의 현재 바람직한 실시예를 설명하고 있는 첨부 도면들은 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.
본 발명의 실시예의 설명 전에, 본 발명의 기본적인 원리는 도 4a 내지 도4d를 참조하여 설명될 것이다. X선 노광 마스크는 그 원리가 전자 빔 노광 마스크에도 적용될 수 있지만, 여기에서는 노광 마스크로서 예시될 것이다.
도 4a는 본 발명의 X선 노광 마스크가 제조되기 전의 상태를 도시한다. 이 X선 노광 마스크는 Si 프레임(1) 및 X선 흡수체 패턴(4)을 덮은 얇은 막(멤브레인 막(membrane film))(2) 및 멤브레인 막(2)상에 형성된 X선 투과막(3)을 지원하는 투과성 있는 X선을 가진다. 이 X선 노광 마스크 상에 형성된 X선 흡수체는 배치된 위치(402)에서 소망의 패턴 위치(401)로부터 제조 단계에서 형성된다.
도 4b는 본 발명에 따른 X선 노광 마스크를 도시한다. 투과막(3)은 두께가 부분적으로 줄어들어 소망의 위치로 X선 흡수체 패턴의 위치상의 왜곡을 감소시킨다. 부분(301)이 형성되는 경우, 왜곡된 패턴이 소망의 위치로 수정되는 수정된 패턴(403)이 획득될 수 있다.
더욱 상세하게는, 위치가 소망의 위치(401)로 수정될 패턴(402)을 수정하기 위해서, 위치가 수정될 패턴의 영역 가까이의 투과막(3)의 막 두께가 이동 방향으로 투과막(3)의 막두께와 관련하여 소정의 양만큼 줄어들게 된다. 이것은 IDP를 생성하는 마스크의 평면에서 작용하는 응력 분포를 변화하여 패턴 위치가 수정될 수 있다.
새로운 투과막(302)이 도 4c에 도시된 바와 같이 투과막(3) 부분을 제거하는 대신에 투과막(3)의 부분상에 배치되는 경우 조차, 이동하려는 패턴(402) 가까이의 투과막(3, 302)의 내부 압력이 조정될 수 있다. 이 경우에 또한, 마스크의 평면에서 작용하는 응력 분포는 IPD를 생성하도록 변화될 수 있어서, 패턴 위치가 수정될수 있다.
비슷하게, 도 4d에 도시된 바와 같이, 위치가 소망의 패턴 레이아웃 위치(401)로 수정될 패턴(402)을 이동시키기 위해서, 위치가 수정될 패턴(402)의 영역 및 근접 영역(303)에서의 투과막(3)은 소정의 양 만큼 이동 방향으로 투과막 응력보다 작은 내부 응력을 갖도록 형성된다. 이것은 IPD를 생성하기 위한 마스크의 평면에서 작용하는 응력 분포를 변화시켜서, 패턴 위치가 수정될 수 있다.
반사 방지막, 에칭 스토퍼 막(etching stopper film), 충전 방지막(charge-up preventing film), 또는 버퍼 필름(buffer film)과 같은 얇은 막이 멤브레인 막(2)의 한 표면 또는 양쪽 표면상에 형성될 경우 조차, 위치가 수정될 패턴은 위에서 설명된 바와 같이 같은 효과에 의해 소망의 패턴 레이아웃 위치로 이동될 수 있다.
패턴 위치를 수정하는 이러한 방법은 자기 지지막(self-supporting film)(멤브레인 막)을 가진 X선 노광 마스크와 같은 구조에 대해 매우 효과적이고, X선 노광 마스크에 대해서 뿐만 아니라 축소 이미지 투사 리소그래피(reduction image projection lithography) 및 프레즈넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)에 대한 전자 빔 노광 마스크에 대해서도 효과적이다. 그러나, 패턴이 단단한 몸체(rigid body)로 간주될 수 있는 구조상에 형성되는 경우, 종래의 포토리소그래피에 사용되는 레티클(reticle)에서, 압력의 변화를 이용한 위치 수정은 어렵다. 그러므로, 위에 설명된 기술은 자기 지지막을 가진 구조를 갖는 축소 이미지 투사 리소그래피에 대해서 X선 노광 마스크 또는 전자 빔 마스크에 유일한 것이다.
본 발명에 대한 상세는 실시예들에 기초하여 후술될 것이다.
(제1 실시예)
도 5a내지 도 5f 및 도 6g 내지 도 6j는 본 발명의 제1 실시예에 따른 X선 노광 마스크를 제조하는 단계들을 도시한 단면도이다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 기판 온도를 1,025℃ 로, 압력을 30Torr로, 10%의 수소 희석 시레인 가스(hydrogen-diluted silane gas)를 150sccm에, 10%의 수소 희석 아세틸렌 가스를 65sccm에 그리고 100%의 염화수소 가스를 150sccm으로 설정하여, 10 SLM의 캐리어 가스로서 수소와 함께 반응 튜브로 공급해서 2-㎛ 두께의 SiC 막을 낮은 압력 CVD를 사용한 2mm의 두께를 가진 세정된 4"-직경 Si(100) 웨이퍼상의 X선 투명 얇은 막(멤브레인 막)(2)으로서 형성시킨다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 1 mTorr의 Ar 압력에서, 반사 방지 막 및 에칭 스토퍼로 제공되는 98-nm 두께의 알루미늄 막은 RF 스터퍼링 장치를 사용한 기판의 윗표면에 형성된다. 높은 X선 투과성을 가진 패터닝 층(patterning layer)(투과막)(3)으로서 600-nm 두께의 SiO2막은 주 물질로 TEOS를 사용한 CVD에 의해 반사 방지막 및 에칭 스토퍼(5)상에 형성된 다음 어닐(anneal)되어 SiO2막에서 약 0 내지 5MPa로 압력을 조정한다.
도 5c에서 도시된 바와 같이, 압력을 10 mTorr로, RF 전력을 200W로 설정하면이동 기판의 낮은 표면의 중앙의 70mm의 반경을 가진 영역에서 SiC 막(2)은 RIE 장치를 사용하여 25sccm의 CF4가스 및 40sccm의 O2가스를 공급함으로써 에칭 마스크로서 알루미늄을 사용하여 제거되고, 그럼으로써 Si 웨이퍼(1)를 에칭하기 위한 마스크로서 제공하는 개구(opening) 영역(6)을 형성한다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 외부 직경 125mm, 내부 직경 72mm, 두께 6.2mm를 가진 글래스 링(glass ring)은 UV 경화형 합성수지(resin)를 사용하여 프레임(7)로서 묶여진다. 도 5e에 도시된 바와 같이, Si는 1 : 1의 비율로 불화수소산 및 질산을 포함한 용해 혼합물을 SiC막(2)이 제거되는 부분으로 떨어뜨려서 백 에칭(back etching) 장치를 사용하여 제거된다.
도 5f에 도시된 바와 같이, 시판되는 전자 빔 양성 레지스트 ZEP520(점도 12cps)는 50초 동안 회전속도 2,000rpm로 회전하는 기판의 윗표면상에 코팅되고, 300nm의 두께를 가진 레지스트(감광막)(8)를 형성하기 위해 핫 플레이트를 사용하여 2분 동안 175℃에서 구워진다. 패턴은 75kV의 가속 전압에서 전자 빔 직접 기록 장치를 사용하여 이 기판상에 기록된다. 소망의 드로잉 정확성을 획득하기 위해서, 다중 노광이 패턴을 4회 기록하기 위해 수행된다. 단일 노광에 대해 96μC/cm2으로 조사량을 설정하면, 근접 효과가 선량의 수정으로 수정될 수 있다. 전자 빔 기록 후, 현상 프로세스는 1분동안 18℃의 액체 온도에서 시판되는 현상 용액 ZEP-RD를 사용하여 수행된다. 다음으로, 결과적인 구조는 현상 용액을 제거하기 위해 MIBK를 사용하여 1분 동안 린스(rinse)된다.
도 6g에 도시된 바와 같이, 마스크로서 형성된 레지스트 패턴을 사용하여, SiO2막 패턴(2)은 CHF3가스 및 CO 가스를 사용한 반응성 이온 에칭에 의해 제작된다. 남은 레지스트(8)가 산소 플라즈마로 애쉬되고(ashed) 제거된 후에, 결과적인 구조는 황산 및 과산화수소의 혼합 용액에 의해 세척된다.
도 6h에 도시된 바와 같이, X선 흡수체 물질(4)로서의 0.6-㎛ 두께의 구리(Cu) 막은 3mTorr의 Ar압력에서 RF 스퍼터링 장치를 사용하여 형성된 다음 어닐링되어 거의 0 MPa로 Cu막에 압력을 조정한다.
과도한 Cu막 부분은 레지스트 에치-백이러고 불리는 다음의 방법에 의해 제거된다. 도 6i에 도시된 바와 같이, 시판되는 전자 빔 양성 레지스트 ZEP520(점도: 12cps)는 50초 동안 2,000rpm의 회전 속도로 이전의 레지스트 애플리케이션과 같은 장치를 사용하여 마스크 표면상에 코팅되고, 300nm의 두께를 가진 레지스트(8')를 형성하기 위한 핫 플레이트를 사용하여 2분 동안 175℃에서 구워진다. 회전 코팅의 특성 때문에, 표면은 거의 평평한 막(coat)을 가진다.
도 6j에 도시된 바와 같이, 레지스트(8') 및 Cu의 에칭률이 거의 동일한 조건으로 설정된다면, 마스크 표면은 SiO2표면이 노광될 때까지 HBr 가스를 사용하여 반응성 이온 에칭에 의해 에칭된다.
상기 처리에 의해 제조된 X선 노광 마스크에 대해, 마스크 패턴 레이아웃 위치가 이미지 위치 측정 장치(레이카社製 LMS-IPRO)를 사용하여 측정되고, 설계된 패턴 위치와 형성된 패턴 간의 크기에서의 이미지 위치 오차가 검사된다. 최대 이미지 위치 오차는 50nm이고, 변위은 3σ에 대해 35nm이다. 변위은 거의 한 방향(Y 방향)에서만 발생하였다.
형성된 패턴의 일부를 소정량 만큼 이동하고 수정하여 위치 왜곡을 감소시키기 위해, 도 7a와 7b에 도시된 장치를 사용하여 멤브레인막(2) 상의 투과막(3)이 소정량만큼 두께에서 부분적으로 감소된다.
도 7a는 화학적 드라이 에칭을 위한 에칭 장치의 전체적 구성을 나타낸다. 도 7b는 노즐 부근의 확대도이다. 도 7a 및 7b를 참조하면, 참조 번호(9)는 냉각 가스를, (10)은 마스크 홀더를, (11)은 스페이서를, (12)는 에칭 가스를, (13)은 에칭 가스 발생기를, (14)는 X-Y 단계 구동 모터를, (15)는 챔버를, (16)은 노즐을, (17)은 갭을 나타낸다.
이 장치를 사용하여, X선 노광 마스크는 스페이서(11)를 거쳐 마스크 홀더(10)상에 설정되고, 흡수체 패턴면과는 반대측의 멤브레인 막으로 흐르는 냉각 가스(9)에 의해 냉각된다. 이 상태에서, 에칭 가스(12)로서 CF4가스가 에칭 가스 발생기(13)로부터 공급되고 노즐(16)을 통해 X선 노광 마스크의 상면으로 스프레이된다. 이 때에, 투과막 재료로서 SiO2만이 선택적으로 에칭된다. 각 패턴에 대해 필요한 이동량에 대응하는 에칭량(막두께)가 계산된다. 이 양은 또한 패턴의 CD(Critical Dimension ; 임계 치수)에 대한 영향을 고려하여 결정된다.
이 경우에, 최대 에칭량(막 두께)은 40nm로 설정되고, 최대 변위량은 50nm로 설정된다. 에칭 영역에서 패턴의 CD 균일의 감소에 대해, 10㎛의 갭을 갖는 X선 리소그래피에 의한 패턴 전달은 100nm 크기를 갖는 L/S(Line and Space;선과 공간) 패턴에 대한 변화량이 1.5nm이하이고 매우 적은 영향을 주었다.
도 8은 SiO2막의 에칭량과 전달된 패턴 크기에 대해 패턴 위치의 변화량을 측정함으로써 얻어진 또다른 결과를 나타낸다. 도 8로부터 명백한 바와 같이, 위치 변화량과 패턴 크기는 에칭량에 비례하여 변화하였다. 크기의 변화량은 또한 에칭량이 50nm(위치 변화량 28nm)일 때조차도 2% 이하로 억제된다. 이 이유는 다음과 같다. SiO2막과 같은 재료가 투과막으로서 사용될 때, 그 투과성이 비교적 높기 때문에 투과막의 제거는 패턴 크기에 거의 영향을 주지 않는다. 종래의 멤브레인막에서는, 멤브레인막내의 응력이 수백 MPa만큼 높기 때문에 에칭량에 대한 위치 변화량이 커진다. 그런데, 제1 실시예에서 사용된 SiO2막과 같은 투과막에서는, 막이 5MPa만큼 낮은 응력을 갖기 때문에 에칭량에 대한 변화량이 작고, 이것은 이 기법이 화상 위치 정밀도를 증가시키는데 적합함을 나타낸다. 따라서, 마스크가 이 기법을 사용하여 수정될 때, 양호한 이미지 위치와 CD를 갖는 고도로 정확한 마스크가 제조될 수 있다.
도 7a와 7b에 도시된 장치는 X-Y 단계를 구동하기 위한 X-Y 단계 구동 모터(14)를 제어함으로써 마스크를 스캔하는 동시에 시간 제어를 이용하여 각 좌표 위치에서 에칭을 가능하게 하는 기능을 갖고, 노즐(16)에 의해 에칭 영역(301)의 크기를 조정할 수 있다. 도 9는 이 에칭 장치에 의해 제조된 에칭 영역(19)을 나타낸다. 따라서, Y방향의 위치 왜곡이 감소되도록 제어와 제조가 행해지고, 원하는 마스크 패턴 레이아웃 위치가 얻어지고, 이에 의해 노광 마스크의 이미지 위치 정밀도가 향상된다.
상기 처리에 의해 제조된 마스크의 패턴 레이아웃 위치가 웨이퍼 좌표 측정 장치에 의해 측정되고 상기 패턴을 설계된 패턴 데이터와 비교함으로써 평가될 때, 최대 위치 왜곡량은 14nm이고, 그 변위은 3σ에 대해 10nm이다.
(제2 실시예)
본 발명의 제2 실시예를 다음에 상세하게 설명할 것이다.
제1 실시예와 동일한 처리에 의해 제조된 X선 노광 마스크의 패턴 레이아웃 위치는 웨이퍼 좌표 측정 장치(레이카社製 LMS-IPRO)를 사용하여 측정되고, 상기 패턴을 설계된 패턴 데이터와 비교함으로써 평가된다. 최대 이미지 위치 오차는 60nm이고, 변위은 3σ에 대해 30nm이다. 변위는 거의 한 방향에서 발생하였다.
소정량만큼 패턴 위치를 이동하고 수정하기 위해서, 도 10에 도시된 액상 웨트 에칭 장치가 사용된다. 도 10을 참조하면, 참조 부호 (10)은 마스크 홀더를, (14)는 X-Y단계 구동 모터를, (15)는 챔버를, (20)은 냉각수를, (21)은 에칭액 공급원을, (22)는 에칭액을 나타낸다. 에칭액으로서, 49% HF 용액이 사용된다. 멤브레인 막(2)은 한 스프레이 노즐로부터 에칭될 소망의 영역으로 공급되어 스프레이 된다. 투과막 재료로서 SiO2만이 선택적으로 에칭된다. 각 패턴에 대해 필요한 이동량에 대응하는 에칭량(막 두께)가 계산된다. 이 양 또한 상기 패턴의 CD에 대한 영향을 고려하여 결정된다.
이 장치는 또한 X-Y 단계를 구동하기 위한 X-Y단계 구동 모터(14)를 제어함으로써 마스크를 스캔하는 동시에 시간 제어를 사용하여 각 좌표 위치에서 에칭을가능하게 하는 기능을 갖고, 노즐에 의해 에칭 영역의 크기를 조정할 수 있다. 따라서, 상기 형성된 패턴은 설계된 패턴 레이아웃 위치로 이동되어 수정되고, 이에 의해 이미지 위치 정밀도가 향상된다.
상기 처리에 의해 제조된 마스크의 패턴 레이아웃 위치가 웨이퍼 좌표 측정 장치에 의해 측정되고 상기 패턴을 설계된 패턴 데이터와 비교함으로써 평가될 때, 최대 위치 왜곡량은 18nm이고, 변위는 3σ에 대해 10nm이다.
(제3 실시예)
본 발명의 제3 실시예를 다음에 상세하게 설명할 것이다.
제1 실시예와 동일한 처리에 의해 제종된 마스크의 패턴 레이아웃 위치는 웨이퍼 좌표 측정 장치(레이카社製 LMS-IPRO)를 사용하여 측정되고 상기 패턴을 설계된 패턴 데이터와 비교함으로써 평가된다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 최대 이미지 위치 오가는 70nm이고, 변위는 3σ에 대해 30nm이다. 거의 모든 변위가 마스크의 중심을 향하여 발생하였다.
형성된 패턴의 일부분을 소정량만큼 이동하고 수정하기 위해, 도 11b에 도시된 이온 주입 장치가 사용된다. 도 11b를 참조하면, 참조 부호(9)는 냉각 가스를, (10)은 마스크 홀더를, (11)은 스페이서를, (14)는 X-Y단계 구동 모터를, (15)는 챔버를, (17)은 갭을, (23)은 이온을, (24)는 개구를 나타낸다.
위치 왜곡을 감소시키기 위해, X-Y구동 기능을 갖는 개구(24)를 통해 180keV의 에너지와 1×1015㎝-2의 주입량으로 중앙 영역내의 패턴부에 위치한 멤브레인막의중앙 부분에 Ar 이온이 주입된다. 이것은 패턴이 형성된 중앙 영역내의 투과막과 흡수체막의 내부 응력을 대략 10% 만큼 완화하였다. 따라서, 형성된 패턴이 설계된 패턴 레이아웃 위치로 이동되어 수정되고, 이에 의해 이미지 위치 정밀도가 향상한다.
상기 처리에 의해 제조된 마스크의 패턴 레이아웃 위치가 이미지 위치 측정 장치에 의해 측정되고 상기 패턴을 설계된 패턴 데이터와 비교함으로써 평가될 때, 최대 위치 왜곡량은 30nm이고, 변위는 3σ에 대해 20nm이다.
(제4 실시예)
본 발명의 제4 실시예를 다음으로 상세하게 설명할 것이다.
제1 실시예와 동일한 처리에 의해 제조된 마스크의 패턴 레이아웃 위치는 웨이퍼 좌표 측정 장치(레이카社製 LMS-IPRO)를 사용하여 측정되고 상기 패턴을 설계된 패턴 데이터와 비교함으로써 평가된다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 최대 이미지 위치 오차는 60nm이고, 변위는 3σ에 대해 28nm이다. 변위는 거의 한 방향에서 발생하였다.
형성된 패턴의 일부분을 소정량 만큼 이동하고 수정하기 위해, 도 12b에 도시된 마그네트론 스퍼터링 장치가 사용된다. 도 12b를 참조하면, 참조 부호(9)는 냉각 가스를, (10)은 마스크 홀더를, (11)은 스페이서를, (14)는 X-Y 단계 구동 모터를, (15)는 챔버를, (16)은 노즐을, (17)은 갭을, (24)는 개구를, (25)는 스퍼터링 입자를 낱낸다.
위치 왜곡을 감소시키기 위해, 압축 응력을 갖는 제2 투과 SiO2막은 X-Y구동 기능을 갖는 개구(24)를 통해 흡수체와 투과막 패턴의 표면상에 소망의 영역에만 형성된다. 각 패턴에 대해 필요한 이동량에 대응하는 퇴적량(막두께)이 계산된다. 이 양은 또한 패턴의 CD에 대한 영향을 고려하여 결정된다. 따라서, 형성된 패턴은 설계된 패턴 레이아웃 위치로 이동되고 수정되어, 위치 정밀도를 향상시킨다.
상기 처리에 의해 제조된 마스크의 패턴 레이아웃 위치가 이미지 위치 측정 장치에 의해 측정되고 상기 패턴을 설계된 패턴 데이터와 비교함으로써 평가될 때, 최대 위치 왜곡량은 30nm이고 변위는 3σ에 대해 20nm이다.
제1 내지 제4 실시예에서 처럼, 이미지 위치 정밀도는 상당히 높아진다. 이것은 마스크 제조 후에 설계된 패턴 데이터와 비교/평가의 결과에 의거하여, 마스크 상의 위치 정밀도의 저하를 감소시키기 위한 응력 분포가 각 패턴의 위치 왜곡량에 따라 얻어지도록 하는 변경에 의해 투과막 패턴의 막두께 또는 응력이 제어되기 때문이다. 멤브레인 막상의 투과막만이 변경되기 때문에, X선에 대해 X선 흡수체 패턴부의 다양한 특성(흡수 특성, 위상 특성 및 형상)이 변경전 상태로 유지되고, 패턴의 CD 균일성이 또한 유지된다. 이런 이유로, 이미지 위치 정밀도에서 뿐만 아니라 CD 균일성에서도 우수한 마스크가 제조될 수 있다.
제 1 에서 제 4 실시예에 따라서 마스크를 제조할 때 이미지 배치에 대한 정밀도 요구 수준을 만족시키지 못하게 만드는 위치 왜곡은 멤브레인 막 상의 투과막 영역을 수정함으로써 감소되어 매우 높은 배치 정밀도를 갖는 X 선 노광 마스크를제조할 수 있다. 이런 이점에 따라서 정밀 마스크를 제조하는 생산성이 향상되고 마스크 제조 과정에 드는 비용이 절감되기 때문에 저렴한 반도체 디바이스 또는 광 소자가 공급될 수 있다.
<제 5 실시예>
본 발명의 제 5 실시예에 따라서 축소 이미지 투사 리소그래피 또는 SCALPEL 마스크에 쓰이는 전자 빔 노광 마스크를 제조하는 방법이 자세히 설명된다. 도 13 a 에서 도 13 e 는 제 5 실시예에서 사용된 SCALPEL 마스크를 제조하는 단계를 도시한 단면도이다.
먼저, 도 3 a 에 도시된 대로, 멤브레인막(52)으로서 150 에서 200 nm 의 두께를 갖는 SiNx 막이 저압 CVD 방법을 사용하여 1 mm 의 두께를 갖고 반지름이 4 인치인 세정된 Si(100) 기판(51) 상에 형성된다. 패턴화층(투과막)(53)인 50nm 두께의 붕소로 도핑된 Si 막이 LPCVD 에 의하여 형성되고 Si 막의 응력이 거의 0 MPa 가 되도록 조정하기 위해 어닐링된다. 그후 RIE 장치를 사용하여 그릴리지(grillage) 구조의 패턴이 형성된다. 압력을 10 mTorr 에 설정하고 RF 전력을 200 W 에 설정하고 CF4가스를 25 sccm 에 설정하고 O2가스를 40 sccm 에 설정하여 이 환경이 기판의 하부표면 상의 SiNx 막을 제거하는 데에 제공되고 이로 인하여 Si 웨이퍼를 에칭하는 데에 마스크로서 기능하는 개구 영역(56)을 형성하게 된다.
도 13 b 에 도시된 대로, 시판되는 전자 빔 양 레지스트(positive resist)EP520 (점성:12 cps)이 상부 표면 상에서 스핀 코팅되고 레지스트(광감응막)(58)를 형성하기 위해 뜨거운 판을 사용하여 170。 C 에서 5 분 동안 구워진다. 다음으로 Si 는 후면 에칭 장치를 사용하여 KOH 용액을 SiNx막이 제거된 영역에 떨어뜨림으로써 에칭에 의해 제거되어 스트러트(strut)를 형성한다. 기판을 씻고 헹군 후에 글래스 링이 UV 경화 수지를 사용하여 프레임(57)에 접착된다.
그후 전자 빔 직접 기입 장치를 75 kV의 가속 전압으로 사용하여 패턴을 이 기판 상에 기입한다. 소망하는 이미지 배치 정밀도를 획득하기 위해 다중 노광이 수행되어 상기 패턴을 네번 기입한다. 단일 노광에 대해서 일회 주입량을 70 μC/cm2에 설정하면 인접 효과(proximity effect)는 일회 주입량 보정에 의해 보정된다. 기입 후에 시판되는 현상 용액 ZEP-RD 에 18。C 의 온도에서 1 분 동안 담가둠으로써 현상 처리가 수행된다. 다음으로 이 결과의 구조물을 현상 용액을 제거하기 위해 MIBK 를 사용하여 1 분 동안 헹구어 낸다.
도 13 c 에 도시된 대로, 형성된 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 Si 막 패턴(53)이 CF4가스 및 Cl2(염소) 가스를 사용하여 반응 이온 에칭법에 의해서 제조된다. 잔여 레지스트가 산소 플라즈마에 의해 재가 되어 제거된 후에 귀결 구조물은 황산과 하이드로즌 페록사이드(hydrogen peroxide)의 혼합 용액에 의해서 세척된다.
도 13 d 에 도시된 대로, 산란체(54)인 60 nm 두께의 W 막이 DC 스퍼터링 장치를 사용하여 형성되고 W 막의 응력를 거의 0 Mpa 가 되도록 조절하기 위해 어닐된다.
도 13 e 에 도시된 대로, 과잉 W 막(54)이 제 1 실시예처럼 레지스트 에치 백(resist etch back)에 의해서 제거된다. 더 구체적으로는 시판되는 전자 빔 양 레지스트 ZEP (520)(점성 : 12 cps)가 이전의 레지스트 도포의 경우에 쓰인 장치와 동일한 것을 써서 마스크 표면 상에 스핀 코팅되고 레지스트 막을 형성하기 위해 뜨거운 판을 사용하여 175。C 에서 2 분 동안 구워진다. 다음으로 레지스트 막과 W 막을 에칭하는 율이 거의 같도록 하는 조건을 설정하여 마스크 표면이 Si 표면이 노광될 때까지 HBr 가스를 이용하여 반응 이온 에칭법에 의해 에칭된다.
상기 공정에 의해 제조된 마스크에 대해서 이미지 배치 측정 장치(레이카社製 LMS-IPRO) 를 써서 마스크 패턴 레이아웃 위치가 측정되고 설계 패턴 위치와 형성된 패턴 사이의 크기 차이가 검사된다. 최대 이미지 배치 에러는 50 nm 이고 변위는 3σ에 대해 35 nm 이다. 변위는 거의 한 방향(Y 방향)으로만 생긴다.
형성된 패턴의 일부분을 소정 양만큼 이동하고 수정함으로써 위치 왜곡을 감소시키기 위해서 멤브레인막 상의 투과막은 도 7 a 및 도 7 b 에 도시된 장치를 사용하여 선정된 양만큼 그 두께가 부분적으로 감소된다. 이 경우에 최대 에칭량(막 두께)은 20nm 에 설정되고 최대 변위량은 30nm 에 설정된다.
상기 공정에 의해 제조된 마스크의 패턴 레이아웃 위치는 이미지 배치 측정 장치에 의해서 측정되고 이 패턴을 설계 패턴 데이타와 비교하여 계산해 보면, 최대 위치 왜곡량은 14 nm 이고 변위량은 3σ에 대해 10nm 이다.
<제 6 실시예>
본 발명의 제 6 실시예가 이후 자세히 설명된다. 제 5 실시예와 동일한 공정에 의해 제조된 SCALPEL 마스크에 대해 패턴 레이아웃 위치가 이미지 배치 측정 장치(레이카社製 LMS-IPRO)에 의해 측정되고 상기 패턴을 설계 패턴 데이타와 비교하여서 계산된다. 최대 위치 왜곡량은 70 nm 이고 변위량은 3σ에 대해 30 nm 이다. 이 변이는 거의 한 방향(Y 방향)으로만 일어난다.
형성된 패턴의 일부분을 선정된 양만큼 이동하고 수정하기 위해 도 11 b 에 도시된 이온 주입 장치가 사용된다. 위치 왜곡을 줄이기 위해서, 패턴이 형성되는 중앙부에서 투과막 및 흡수막의 내부 응력 분포를 변화시키기 위해 붕소(boron) 이온이 X-Y 구동 기능을 갖는 개구(24)를 통해서 40 keV 의 에너지와 1×1018cm-2의 1 회 주입량으로 최대 변위량으로 패턴 영역 내에 주입된다. 이 공정에 따라서 형성 패턴은 소망 패턴 레이아웃 위치로 이동하고 수정되어 이미지 배치 정밀도를 향상시키게 된다.
본 경우에 응력 분포를 수정함으로써 이미지 배치 정밀도를 향상시킬 수 있을 뿐만이 아니라 붕소로 도프된 Si 투과막이 도전층이기 때문에 SiNx 멤브레인막을 하전시킴으로 인한 이미지 배치 정밀도의 악화를 억제할 수 있다. 이런 이유로 이미지 배치 정밀도를 향상시키기 위하여 이온을 SCALPEL 마스크에 주입하는 방법은 매우 효율적이다.
상기 공정에 의해 형성된 마스크의 패턴 레이아웃 위치는 이미지 배치 측정 장치에 의해 측정되고 이 패턴을 설계된 패턴 데이타와 비교함으로써 계산되었을때 최대 위치 왜곡량은 30 nm 이고 변위량은 3σ에 대해 20 nm이다.
상기 설명한 바와 같이, 제 5 및 제 6 실시예에 따라서 마스크를 제조할 때 이미지 배치 정밀도에 대한 요구를 만족시키지 못하게 하는 마스크의 위치 왜곡은 멤브레인막(52)상의 투과막(53) 영역을 수정함으로써 감소되어 매우 높은 이미지 배치 정밀도를 갖는 전자 빔 노광 마스크를 제조할 수 있게 된다. 이 이점에 따라서 정밀한 마스크를 제조하는 생산성이 높아지고 마스크 제조 공정의 비용이 절감될 수 있어서 저렴한 반도체 디바이스 또는 광 소자가 공급될 수 있다.
(제 7 실시예)
각각의 상기 실시예에 의해서 제조된 노광 마스크를 사용하여 마이크로 디바이스를 생산하는 방법이 다음에 설명된다. 여기서의 마이크로 디바이스는 집적 회로 또는 ULSI, 액정 디바이스, 마이크로 머신, 및 박막 자기 헤드와 같은 반도체 칩을 포함한다.
반도체 디바이스가 아래에 예시적으로 설명된다.
도 14는 반도체 디바이스를 생산하는 공정을 도시하였다. 단계(회로 설계) 1-1 에서 반도체 디바이스의 회로는 CAD 에 의해 설계되었다. 단계(마스크 제조) 1-2 에서 마스크가 설계된 회로 패턴에 기초하여 제조된다. 마스크의 이미지 배치 정밀도가 검사되고, 패턴 위치가 필요한 대로 제 1 에서 제 5 까지의 실시예에 나온 방법 중 임의의 하나를 써서 수정된다. 이는 선정된 정밀도를 보장해 준다.
단계(웨이퍼 제조) 1-3 에서 웨이퍼가 실리콘과 같은 재료를 사용하여 제조된다. 단계(웨이퍼 공정) 1-4 에서 실제 회로 패턴이 제조된 마스크를 사용하여리소그래피에 의해서 웨이퍼 상에서 형성된다. 웨이퍼 공정은 전 처리, 레지스트 도포, 전 굽기(pre-baking), 노광, 후 노광 굽기(PEP), 현상, 헹굼, 후 굽기, 에칭, 이온 주입, 레지스트 제거, 및 검사를 포함하는 다수의 공정을 포함한다.
단계(조립) 1-5 에서 후 공정이 수행되고 단계 1-4 에서 제조된 웨이퍼가 반도체 칩을 제조하기 위해 조립된다. 단계 1-5 는 조립 공정 (다이싱과 접착) 및 패키지화 공정 (칩 공정)을 포함한다. 단계 (검사/수정) 1-6 에서, 단계 1-5 에서 제조된 반도체 디바이스는 작동 확인 테스트 및 내구성 확인 테스트를 받고 수정된다. 이런 공정에 따라서 반도체 디바이스가 완성되고 수송된다(단계1-7).
본 발명의 생산 방법에 따라서 전달/노광 공정이 저렴한 노광 마스크를 사용하여 낮은 비용으로 수행될 수 있다. 그래서 저렴한 반도체 디바이스 또는 광 소자가 공급될 수 있다.
<변형례>
본 발명은 상기 설명한 실시예에 한정되지 않는다. 제 1 에서 제 4 까지의 실시예는 적절히 결합될 수 있다. 제 1 부터 제 4 까지의 실시예에 따른 X 선 노광 마스크에 대한 투과막 두께 및 응력 제어 방법은 제 5 또는 제 6 실시예의 SCALPEL 마스크와 결합될 수 있다.
또한 반도체 디바이스의 레지스트가 ZEP-520 에 제한되지 않고 SAL-601(시플리社製) 또는 TDUR-N9TR4(도쿄 오까 꼬고社製) 가 사용될 수 있다. X 선 흡수체는 Cu 에 제한되지 않고 Ni, Zn, Ga, Ge, W, Ta, Au, Re, 또는 Cu 질화물, Ni 질화물, Zn 질화물, Ga 질화물, Ge 질화물, W 질화물, Ta 질화물, Au 질화물, Re 질화물, Cu 카바이드, Ni 카바이드, Zn 카바이드, Ga 카바이드, Ge 카바이드, W 카바이드, Ta 카바이드, Au 카바이드, Re 카바이드 또는 이런 것의 합금이 사용될 수 있다. 산란 물질로서는 W 에 제한되지 않고 Ni, Zn, Ga, Ge, W, Ta, Au, Re, 또는 W 질화물, Ni 질화물, Zn 질화물, Ga 질화물, Ge 질화물, W 질화물, Ta 질화물, Au 질화물, Re 질화물, W 카바이드, Ni 카바이드, Zn 카바이드, Ga 카바이드, Ge 카바이드, W 카바이드, Ta 카바이드, Au 카바이드, Re 카바이드 또는 그 합금이 사용될 수 있다. 멤브레인막으로서는 SiC 또는 SiNx뿐만이 아니라 SiCxNy, BN 또는 다이아몬드 막이 사용될 수 있다.
X선 노광 마스크의 투과막 재료로서는 실시예들에서 사용된 SiO2뿐만 아니라 SiON막도 사용될 수 있다. SiON막의 이용 이점으로서는, SiO2막에 비해 응력 제어가 쉽고 흡수자 재료 Cu의 열확산이 억제될 수 있다. SiON은 오거(Auger) 전자 현미경과 러더포드 후방 산란 현미경이 SiON막 형성시 응력 제어가 쉽고 또 Cu는 500℃ 온도에서 1시간 동안의 어닐링시에도 SiON막 내로 열확산되지 않는 것을 보여주었기 때문에 실시예들에서 투과막 패턴층에 적합한 재료이다. 고온에서의 어닐링이 가능하기 때문에, 흡수자는 어떠한 확산이나 빈공간 없이 높은 어스펙트비로 오목부내로 삽입될 수 있고, 따라서 매우 정밀한 흡수자 패턴이 형성될 수 있다.
적당한 투과막 재료로서는, 0.6 내지 1.0 nm의 파장 범위의 높은 X선 투과성을 갖는 Si, Si3N4, SiC, Al2O3, SrO, MgO, Y2O3, 또는 TiO2도 이용될 수 있다. 투과막을 에칭하는데 사용되는 가스, 용액, 및 이온 주입 재료도 상술한 실시예들에서사용된 것들에 한정되지 않으며 여러가지 다른 재료도 사용가능하다.
전자 빔 노광 마스크의 투과막 재료로서는, 실시예들에서 사용된 Si막 뿐만 아니라, 전자빔에 비해 산란 계수가 작은 SiO2, Si3N4, SiC, Al2O3, SrO, MgO, Y2O3, ,TiO2, 또는 이들에 가벼운 무게의 원소를 도핑시켜 얻은 재료가 이용될 수 있다. 투과막을 에칭하는데 사용되는 가스, 용액, 및 이온 주입 재료도 상술한 실시예들에서 사용된 것들에 한정되지 않으며 여러가지 다른 재료도 사용가능하다.
상기 실시예들에 따라서, 지금까지 상세히 설명된 바와 같이, 투과 지지막(멤버레인막) 상에 형성된 투과막 패턴에 대해 절단, 피착, 또는 이온 주입과 같은 프로세스를 수행하여 X선 흡수자 패턴 또는 산란 패턴의 내부 응력으로 인한 위치 왜곡을 정확하게 보정하여 매우 높은 위치 정밀도를 갖는 노광 마스크를 구현한다. 따라서, 정밀한 마스크의 생산성이 향상되고 마스크 제조 프로세스 비용이 감소될 수 있으므로 저렴한 반도체 디바이스 또는 광소자가 공급될 수 있다.
본 기술 분야의 통상의 전문가에게는 추가적인 이점과 변경이 쉽게 이루어 징 것이다. 그러므로, 더 넓은 양상에서의 본 발명은 본 명세서에 설명된 특정한 세부 사항과 대표적인 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 첨부된 청구 범위에 기재된 일반적인 발명 개념과 그 균등물의 본질과 범위로부터 벗어남이 없이 여러가지로 변경이 행해질 수 있다.

Claims (20)

  1. 노광광에 대한 투과성의 투과 베이스(transparent base) 상에, 서로 반전(反轉) 패턴이 되는, 노광광에 대한 흡수체 또는 산란체로 이루어진 마스크 패턴(mask pattern)이 형성된 마스크 부재(mask member); 및 노광광에 대한 투과막 패턴이 형성된 투과부재를 갖는 투과막(transparent film)을 구비한 노광용 마스크에 있어서,
    상기 투과막의 평면내 응력분포(in-plane stress distribution)에 있어서의 상기 마스크 패턴의 패턴위치 왜곡을 소망의 위치로 수정하기 위한 응력변화부를 상기 투과막의 일부에 설치한 것을 특징으로 하는 노광용 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투과막은 SiO2, SiC, SiON, Si, Si3N4, Al2O3, SrO, MgO, Y2O3, 및 TiO2로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마스크 부재는 Cu, Ni, Zn, Ga, Ge, W, Ta, Au, Re, Cu-니트라이드(nitride), Ni-니트라이드, Zn-니트라이드, Ga-니트라이드, Ge-니트라이드, W-니트라이드, Ta-니트라이드, Au-니트라이드, Re-니트라이드, Cu-카바이드(carbide), Ni-카바이드, Zn-카바이드, Ga-카바이드, Ge-카바이드, W-카바이드, Ta-카바이드, Au-카바이드, Re-카바이드, 및 적어도 2개의 재료로 된 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투과막은 상기 응력 변화 수단이 되도록 두께가 부분적으로 감소된 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 응력 변화 부재는 상기 투과막에 부분적으로 피착된 투과 부재인 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
  6. 제1항에 있어서, 상기 투과막은 상기 응력 변화 부재가 되도록 부분적으로 변형되는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
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  13. 투과 베이스; 및
    상기 투과 베이스 상에 형성되며, 소정의 마스크 패턴으로 형성되며 비교적 낮은 노광 빔 투과성을 갖는 적어도 하나의 마스크 부재를 구비하며, 상기 투과막의 평면내 응력 분포를 변화시키기 위해 부분적으로 변형되는 투과막
    을 포함하고,
    상기 투과막은 상기 투과막의 상기 평면내 응력 분포를 변화시키기 위해 이온이 부분적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
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  20. 노광광에 대한 투과성의 투과 베이스(transparent base) 상에, 노광광에 대한 투과체로 이루어진 투과막(transparent film)을 형성하는 공정과,
    상기 투과막에 마스크 패턴에 상당하는 개구 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 투과막의 개구 패턴에 노광광에 대한 흡수체 또는 산란체로 이루어진 마스크 재료막을 매몰시켜 형성하는 공정과,
    상기 투과막의 평면내의 응력분포(in-plane stress distribution)에 있어서의 상기 마스크 패턴의 패턴 위치 왜곡을 소망의 위치로 수정하기 위한 응력 변화부를 상기 투과막의 일부에 형성하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 토광 마스크의 제조 방법
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