KR100426249B1 - 진보된 물질 및 멤브레인 크기를 이용하는 투사 전자빔리소그라피 마스크 - Google Patents

진보된 물질 및 멤브레인 크기를 이용하는 투사 전자빔리소그라피 마스크 Download PDF

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Abstract

투사 전자 빔 리소그라피 같은 하전된 입자 빔 리소그라피를 이용하는 스텐실(stencil) 또는 스캐터러(scatterer) 마스크는 400GPa이상의 영률(Young's modulus)을 갖는 물질로 된 멤브레인 층 및 이 멤브레인의 표면을 지지하는 지지 스트러트들(struts)을 포함한다. 이 스트러트들은 집적 회로의 설계 영역들에 정합된 다른 종횡비(aspect ratio)를 갖는 다수의 불연속 멤브레인 영역들을 형성하고 둘러싼다. 불연속 멤브레인 영역은 약 1:1 내지 약 12:1의 범위의 다른 종횡비를 갖고, 이 불연속 멤브레인 영역은 다른 크기의 표면 면적을 갖는다. 멤브레인은 실리콘 탄화물, 다이아몬드, 다이아몬드류 탄소, 비정질 탄소, 탄소 질화물 또는 보론 질화물인 것이 바람직하다. 스캐터러 마스크에서 이용될 때, 불연속 멤브레인 면적 대 멤브레인 두께의 비율은 0.18mm2/nm이상이다. 스텐실 마스크에서 이용될 때, 불연속 멤브레인 면적 대 멤브레인 두께의 비율은 1.0mm2/nm이상이다. 스텐실 마스크는 하드마스크 층으로 패턴화된 다이아몬드 멤브레인 막을 기판상에 증착시키고, 다이아몬드 막 주위에 에칭 방해층을 증착시키며, 멤브레인 막들로 된 다수의 불연속 영역들을 둘러싸는 지지 스트러트들을 형성함으로써 이루어진다. 이 방법에서는 불연속 멤브레인 막 영역들 내의 멤브레인 막상에 하나 또는 그 이상의 소망하는 회로 소자들과 일치하는 패턴을 증착시키는 단계, 및 산소를 함유한 반응성 이온 에칭으로 멤브레인 막을 에칭하여 멤브레인 막 내에 개구부를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

진보된 물질 및 멤브레인 크기를 이용하는 투사 전자빔 리소그라피 마스크{PROJECTION ELECTRON-BEAM LITHOGRAPHY MASKS USING ADVANCED MATERIALS AND MEMBRANE SIZE}
본 발명은 집적 회로 설계의 포토리소그라피에서 이용되는 마스크에 관한 것으로, 특히 광선 또는 하전된 입자 빔 리소그라피에서 이용되는 마스크에 관한 것이다.
집적 회로 설계의 진보된 포토리소그라피로 조성된 마스크의 가장 중요한 파라미터중 하나는 이미지 배치 에러이다. 이것은, 이온 빔, 특히 투사 전자 빔 리소그라피(PEBL; projection electron-beam lithography) 같은 x-레이 또는 하전된 입자 빔 리소그라피에서 이용되는 것과 같은 멤브레인(membrane) 마스크에서 특히 중요하다. PEBL의 일 실시예는 SCALPELTM(scattering angular limited projection electron lithography) 공정으로 불리운다. 투사 전자빔 리소그라피에서는 적어도 전자에 반투과적인 마스크를 필요로 한다. 이 때문에, 상기 마스크는 50-200nm 정도의 매우 얇은 멤브레인을 포함한다.
공지된 PEBL 리소그라피의 일례는 도 1에 도시된다. 전자 빔 방사선(30)은 투사될 회로 이미지와 일치하는 스캐터러 층(scatterer layer) 세그먼트(22)가 증착된 멤브레인 층(20)을 포함한 마스크(18)의 일부를 통과한다. 스캐터러 세그먼트들(22) 사이에 있는 멤브레인(20)을 통하여 상대적으로 낮은 스캐터로 통과하는 전자 빔(30) 부분은 빔(30a)으로 예시된다. 빔(30a)은 렌즈 시스템(24)에 의해 포커스되어, 후방 초점 플레인 필터(26) 내의 개구부를 통해 전자 빔 방사에 민감한 일반적인 레지스트 물질을 갖는 반도체 웨이퍼의 표면(32)으로 전달된다. 스캐터러 세그먼트(22)에 의해 더 큰 범위로 스캐터된 전자 빔 부분(30b)은 렌즈(24)에 의해 어느정도 포커스되지만, 필터(26) 내의 개구부를 완전히 통과하지는 않는다. 따라서, 대조 이미지(contrasting image; 28)가 마스크상의 스캐터러 층(22)의 패턴과 일치하는 웨이퍼 레지스트 표면(32)상에 형성된다.
상기 리소그라피 마스크는 공정의 결과로서 나타나는 소정의 플레인 내의 왜곡력을 최소화할 수 있도록 충분히 강하고 파손에 내성이 있으며 튼튼해야 한다. 멤브레인 파손을 최소화하기 위하여, 마스크 구조는 동일한 크기와 종횡비(aspect ratio)로 된 영역으로 멤브레인을 세분한 지지 스트러트들(struts)을 포함한다. 상기 균일 멤브레인 영역들 내에서 방사 흡수 스캐터러 또는 패터닝 층은 개별 회로 특징부 또는 소자로 된 배치부를 다른 칩 층에 투사할 수 있도록 형성되어야 한다.
기존의 PEBL 또는 SCALPELTM마스크용 포맷은 도 2 및 3에 도시된다. 이 마스크는 두께 t의 얇은 멤브레인 물질(16)의 상부에 패턴화된 스캐터러 층(22)으로 구성된다. 도 2에 도시된 측면도에서, 멤브레인(16)은 본질적으로 마스크(18)의 상측 표면을 모두 도포한다. 기존의 스캐터러 층 물질은 W, Cr/W, TaSi, Cr/TaSi및 다른 Ta계 화합물과 조합한 물질을 함유한다. 멤브레인은 매우 얇기 때문에, 실리콘 스트러트는 멤브레인을 보강하고 마스크 구조를 강화하기 위해 필요하다. 기저 지지부는 실리콘 층(34)과 보호층(36)으로 형성되고, 개구부는 그 안에서 에칭되어 외부 지지부(44) 내에 균일한 패턴으로 동일 공간 지지 스트러트(42)를 형성한다. 기존의 PEBL 마스크상에는, 도 2에 도시된 것과 유사한 배치로 스트러트와 인터레이스된 많은 멤브레인들이 있다. 각 스캐터러 층은 멤브레인 영역(20)상의 회로 특징부 또는 소자에 대응하는 패턴(22)을 스트러트들(42) 사이에 형성한다. 각 멤브레인 영역(20)은 자체-지지하여 스캐터러 층의 패터닝으로 인한 소정의 왜곡이 최소화될 수 있을 정도로 충분히 작아야 한다. 도 3의 저면도에 도시된 바와 같이, 마스크 특징부를 포함한 스트러트들(42) 사이의 개구부 내의 멤브레인 영역(20)은 균일한 크기 및 종횡비를 갖는다. 전체 마스크에 걸친 불연속 멤브레인 영역의 일반적인 크기가 평면도에 도시된 바와 같이 약 12mm2이고 일반적인 종횡비가 12:1(폭:길이)이거나, 또는 전체 마스크에 걸쳐 다시 크기가 1mm2이고 종횡비가 1:1일 수 있다.
대안으로, 이온 빔 리소그라피 또는 다른 형태의 전자 빔 리소그라피에 이용되는 스텐실(stencil) 마스크에서, 멤브레인 물질은 방사 흡수부로서 이용되며, 방사 통과를 허용하는 개구부는 개별 회로 소자들의 형태와 일치하도록 구성된다. 또 다른 경우에서, 회로 설계는 마스크상의 균일 멤브레인 영역의 크기 및 종횡비에 영향받는다.
다양한 포토리소그라피 마스크 기술에서의 일반적인 종래의 멤브레인 두께 및 불연속 멤브레인 면적은 아래의 표 1에 도시된다.
마스크 기술 멤브레인 두께(nm) 불연속 멤브레인 면적(mm 2 ) 면적/두께(mm 2 /nm)
SCALPELTM 150 13 0.09
PEBL 스텐실 1500 1 0.001
IPL 스텐실 3,000 2,500 0.83
X-레이 2,000 750 0.38
도 1은 종래의 PEBL 공정의 개략도이다.
도 2는 PEBL 공정에서 이용된 종래의 마스크의 측면도이다.
도 3은 도 2의 종래 마스크의 저면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 구성된 포토리소그라피 마스크의 저면도이다.
도 5는 본 발명에 따라 구성된 다른 포토리소그라피 마스크의 저면도이다.
도 6은 본 발명에 따라 구성된 이온 또는 전자 빔 스텐실 마스크의 측면도이다.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
16: 멤브레인 22: 스캐터러 층
20: 개방 멤브레인 영역 34: 실리콘 층
36: 보호층 42: 스트러트
50: 개구부
종래 기술의 문제점 및 결함을 명심하면서, 이에 따른 본 발명의 목적은 이온 빔 및/또는 투사 전자 빔 리소그라피에서 이용하기 위한 개선된 마스크를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 기존의 마스크보다 더 튼튼하고 강한 상기 리소그라피 마스크를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 강도 제한없이 복잡한 회로 패턴에 이용될 수 있는 상기 리소그라피 마스크를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 멤브레인 개구부 크기 또는 종횡비에 관한 종래의 제한들을 갖지 않는 상술된 용도의 마스크를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적 및 장점들은 부분적으로 본 명세서를 통해 명확히 이해될 수 있다.
당기술의 숙련자들에게 명확히 이해될 수 있는 상기한 목적과 장점 및 이외의 목적과 장점은, 제 1 양태에서, 멤브레인의 내부 구역에서의 부분적으로 에너지를 투과시키는 멤브레인의 상부 표면상의 패턴화된 스캐터링 또는 흡수층과, 멤브레인의 외부 구역을 지지하는 주변 지지 링, 및 멤브레인의 내부 구역을 지지하며, 지지 링과 접속되고, 집적 회로의 주요 설계 소자들과 정합되는 지지 스트러트들을 포함한, 집적 회로에 대응하는 이미지를 마스크로부터 반도체 기판상에 포토리소그라피 전사하기 위한 마스크가 제공된 본 발명으로 구현된다. 바람직하게, 멤브레인은 400GPa이상의 영률을 갖는 물질로 형성되며, 멤브레인은 실리콘 탄화물, 다이아몬드, 다이아몬드류 탄소, 비정질 탄소, 탄소 질화물 및 보론 질화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 함유한다. 지지 스트러트는 집적 회로의 설계 구역과 정합된 다른 크기 및 다른 종횡비를 갖는 다수의 불연속 멤브레인 영역들을 형성하고 둘러싼다.
관련된 양태에서, 본 발명은 바람직하게는 400GPa이상의 영률을 갖는 물질로 된 멤브레인 층, 및 멤브레인의 표면을 지지하는 지지 스트러트들을 포함한 포토리소그라피 마스크를 제공한다. 이 스트러트들은 집적 회로의 설계 구역에 정합된 다른 종횡비를 갖는 다수의 불연속 멤브레인 영역들을 형성하고 둘러싼다. 여기에는 불연속 멤브레인 영역들 내에 대조 이미지를 공급하는 수단이 또한 제공된다. 대조 이미지 수단은 패턴에서의 리소그라피 공정에서 마스크를 노출시키기 위해 이용되며, 집적 회로 설계 구역들 내의 설계 소자들에 대응한다. 바람직하게, 불연속 멤브레인 영역은 약 1:1 내지 약 12:1의 범위의 다른 종횡비를 갖고, 불연속 멤브레인 영역은 다른 크기의 표면 면적을 갖는다. 불연속 멤브레인 영역은 주변 지지 스트러트들과 다른 지지 자유도를 갖는다.
멤브레인 물질은 실리콘 탄화물, 다이아몬드, 다이아몬드류 탄소, 비정질 탄소, 탄소 질화물 및 보론 질화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질인 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 대조 이미지 수단은, 집적 회로 설계 구역들 내의 설계 소자들에 대응하는 불연속 멤브레인 영역들 내의 멤브레인의 표면상에 패턴화된 층들을 포함하며, 패턴화된 층들은 멤브레인 층보다 리소그라피 공정에서 마스크를 노출시키기 위해 이용되는 에너지의 더 높은 스캐터링을 한다. 본 실시예에서, 멤브레인 층은 바람직하게는 불연속 영역들에서 약 50 내지 150nm의 두께를 갖는다. 다른 실시예에서, 대조 이미지 수단은, 집적 회로 설계 구역들 내의 설계 소자들에 대응하는 불연속 멤브레인 영역들 내의 멤브레인의 표면 내에 있으며 에너지의 통과를 허용하는 개구부들을 포함하며, 멤브레인 층은 개구부들 보다 리소그라피 공정에서 마스크를 노출시키기 위해 이용되는 에너지의 더 높은 흡수를 한다. 상기 다른 실시예에서, 멤브레인 층은 바람직하게는 불연속 영역들에서 약 500 내지 5000nm의 두께를 갖는다.
다른 양태에서, 본 발명은 바람직하게 400GPa이상의 영률을 갖는 물질로 된 멤브레인 층, 및 멤브레인의 표면을 지지하는 지지 스트러트들을 포함한 포토리소그라피 마스크를 제공하는데, 이 스트러트들은 다수의 불연속 멤브레인 영역들을 형성하고 둘러싸며, 각 불연속 멤브레인 영역은 0.18mm2/nm이상의 불연속 멤브레인 면적 대 멤브레인 두께의 비율을 갖고, 집적 회로의 설계 영역들에 정합된다. 불연속 멤브레인 영역 내의 멤브레인의 표면상에 패턴화된 층은 집적 회로 설계 영역 내의 설계 소자에 대응하며, 패턴화된 층은 멤브레인 층 보다 리소그라피 공정에서 마스크를 노출시키기 위해 이용되는 에너지의 더 높은 흡수를 한다. 다른 양태에서, 본 발명은 바람직하게 400GPa이상의 영률을 갖는 물질로 된 멤브레인 층, 및 멤브레인의 표면을 지지하는 지지 스트러트들을 포함한 포토리소그라피 마스크를 제공하는데, 이 스트러트들은 다수의 불연속 멤브레인 영역들을 형성하고 둘러싸며, 각 불연속 멤브레인 영역은 1.0mm2/nm이상의 불연속 멤브레인 면적 대 멤브레인 두께를 갖고, 집적 회로의 설계 영역들에 정합된다. 불연속 멤브레인 영역들 내의 멤브레인 표면에서의 개구부는 집적 회로 설계 구역 내의 설계 소자에 대응하며 에너지의 통과를 허용하고, 멤브레인 층은 개구부 보다 리소그라피 공정에서 마스크를 노출시키기 위해 이용되는 에너지의 더 높은 흡수를 한다.
본 발명은 마스크의 불연속 멤브레인 영역들에 하전된 입자 빔을 연속적으로 충돌시키는 공정, 및 집적 회로의 설계 소자들을 갖는 마스크를 통과하는 에너지 빔 부분에 반도체 웨이퍼상의 레지스트 층을 노출시키는 공정을 포함하는, 상술된 마스크들중 소정의 마스크를 제공하는 공정을 포함한 집적 회로용 포토리소그라피 공정에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 다이아몬드, 다이아몬드류 탄소 및 비정질 탄소로 구성된 그룹으로부터 선택된 멤브레인 막을 기판상에 증착시키는 단계, 및 멤브레인 막의 일측면상에 멤브레인 막으로 된 다수의 불연속 영역들을 형성하고 둘러싸는 지지 스트러트를 형성하는 단계를 포함한 포토리소그라피 공정에서 이용하기 위한 스텐실 마스크를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 스트러트들 내에서의 하나 또는 그 이상의 불연속 멤브레인 막 영역들 내의 멤브레인 막상에 하나 또는 그 이상의 소망하는 회로 소자들과 일치하는 패턴을 증착시키는 단계, 및 패턴을 이용해서 멤브레인 막을 에칭하여 멤브레인 막 내에 개구부들을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법에서, 멤브레인 막은 바람직하게는 하드마스크 층으로 패턴화된 다이아몬드 막을 포함한다. 이 방법은 다이아몬드 막 주위에 에칭 방해층을 증착시키는 단계, 및 산소를 함유한 반응성 이온 에칭으로 다이아몬드 막을 에칭하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 특성은 새로운 것으로 확신되며, 본 발명의 특징은 특히 첨부된 청구항들에서 설명될 것이다. 도면들은 단지 예시적인 목적인 것으로서 비례적으로 도시된 것은 아니다. 그러나, 본 발명 자체는 동작 방법 및 구성 모두에 있어서 첨부된 도면과 연관하여 다음과 같이 취해지는 상세한 설명을 참조하여 잘 이해될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 동일한 특성에 동일한 참조번호가 붙여진 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 명세서에서 이루어진다. 본 발명의 특성들이 반드시 도면에 비례적으로 도시되지는 않는다.
멤브레인 층으로 과거에 이용된 통상의 물질은 도핑된 실리콘 및 실리콘 질화물(SiN)을 함유한다. 상기 물질은 160GPa 범위의 영률을 갖는다. 상기 기존의 물질 대신에, 본 발명은 PEBL 마스크 멤브레인 같은 다른 물질을 이용한다. 실리콘 탄화물(SiC), 다이아몬드 및 다이아몬드류 탄소(DLC) 같은 진보된 물질들이 훨씬 큰 탄성 영률을 갖도록 결합되어 더욱 강력한 구조를 갖는 것으로 확인되었다. 다이아몬드의 영률은 대략 1000GPa이고, SiC의 영률은 약 480GPa이다. DLC의 영률은 제조에 따라 달라지지만, 종래의 기술 보다는 더 높은 값으로 이루어질 수 있다. 이것은 100nm 두께의 SiN 멤브레인과 동일한 경도(stiffness)를 제공하기 위하여, 이론적으로 16nm만의 다이아몬드 멤브레인이 필요함을 의미한다. 대안으로, 100nm 두께의 다이아몬드 멤브레인은 동일한 두께의 SiN 멤브레인 보다 6배 높은 경도를 갖을 수 있다. 바람직하게, 본 발명에서 이용되는 멤브레인 물질의 영률은 150GPa이상이며, 더 바람직하게는 400GPa이상이다. 바람직한 멤브레인 두께는 약 20 내지 300nm이고, 더 바람직하게는 약 150nm 보다 작고 약 50 내지 150nm의 범위에 있는 것이다.
표 2는 여러 개의 후보 멤브레인 물질들의 스캐터되지 않은 전자 전도도 및 영률을 보여준다. 전자 전도수는 100nm 두께에서의 100keV 전자의 전자 스캐터링으로부터 계산되었다. SiC 및 다이아몬드의 영률은 SiN 보다 훨씬 높다. 따라서, 전자 전도시 어려움을 겪지 않고 SiC 또는 다이아몬드를 이용하여 상당한 장점을 얻을 수 있다. 다이아몬드류 탄소는 또 다른 바람직한 PEBL 멤브레인 물질이다. 이 물질에서는 또한 별다른 실험없이 PEBL 마스크에 대한 DLC의 전자 전도도 및/또는 영률을 최적화하는 것이 가능하다.
물질 100nm의 두께를 통과하는 전도도 (100keV의 전자) 영률(GPa)
SiN 15.3% 160
Si 20.7% 160
SiC 16.4% 480
다이아몬드 16.6% 1000
DLC 26.1%(변화됨) 400~800
비정질 탄소 ~26% 680
(멤브레인 물질들의 전자 전도도 및 영률)
여기서는 상기 더욱 강한 멤브레인 물질들중 하나를 이용하여 PEBL 마스크를 제조함으로써 여러 가지 장점을 얻을 수 있다. 우선, 전체 마스크 구조가 강하고 튼튼하며 파손에 대한 더 큰 내성이 있다. 멤브레인이 강해지기 때문에, 지지 실리콘 스트러트가 보다 적게 필요하게 된다. 이로서 이용가능한 마스크 면적, 즉 작업 영역이 증가하게 되어, 회로 패턴을 여러 개의 작은 멤브레인으로 분쇄할 때 유발되는 복잡도를 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 칩 설계를 매치시키기 위해 스트러트 및 멤브레인의 형태를 커스터마이징하는 것이 가능하다. 본 발명에 따라 이루어진 마스크(48)는 멤브레인 층(16)의 외부를 지지하는 외부 주변의 원형체 또는 링 형상의 지지 구역(44)을 갖는다. 내부 멤브레인 영역은 크기와 종횡비를 변화시키는 스트러트들(42) 사이에 다수의 개방 멤브레인 노출 영역(20)을 갖는다. 동일한 마스크상에서의 통상의 종횡비는 평면도에 도시된 바와 같이 약 1:1 내지 약 12:1(폭:길이)로 변화할 수 있다. 보다 적은 임계치를 갖고 및/또는 스캐터러 층(22)으로 인해 보다 작은 점유 범위를 갖는 회로 패턴 영역은 당기술의 숙련자들에게 공지된 방법을 통해 보다 큰 멤브레인상에 기입되고, 작은 멤브레인은 더 많은 지지부가 요구되는 고패턴 밀집 구역을 투사하여 스캐터러 층(22)에 마련될 수 있다. 도 5에 도시된 다른 실시예에서, 마스크(48a) 내에서 개방 멤브레인 영역들(20)은 모두 동일한 면적 및 종횡비를 갖지만, 불연속적인 영역들(20) 각각의 면적은 채택된 멤브레인 층(16) 두께에 대하여 종래 기술에서 허용된 것보다 상당히 크다. 본 발명에 따라 이루어진 스캐터러 마스크에서의 불연속 멤브레인의 면적(in mm2) 대 멤브레인 두께(in nm)의 비율은 0.18mm2/nm이상이고, 더 바람직하게는 0.20 또는 0.25mm2/nm이상이다. 상기 스캐터러 마스크는, SCALPELTM같은 하전된 입자 빔 포토리소그라피에서 이용될 때 오직 약 150nm의 멤브레인 두께와 약 50-150nm의 범위, 바람직하게는 오직 약 75 또는 100nm의 범위를 갖을 수 있다. 일례로 75nm의 두께와 13mm2의 불연속 멤브레인 면적을 갖는 실리콘 질화물(SiNx) 멤브레인이 있다. 스캐터러 층(22)은 층(22)의 물질과 멤브레인(16) 물질 사이에 하전된 입자 흡수 대조의 결과로서 소망하는 회로 패턴 특징부 또는 소자를 투사하기 위해 멤브레인 영역에 다시 기입된다. 바람직한 스캐터러 층 물질로는 상술된 것들이 있다. 두 개의 실시예 모두에서는, 더 많이 이용될 수 있는 마스크 영역이 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명의 멤브레인 물질은 또한 PEBL 같은 하전된 입자 리소그라피용의 스텐실 마스크로서 이용될 수 있다. 도 6의 마스크(48b)에 도시된 바와 같이, 소망하는 회로 패턴의 특징부 또는 소자를 투사하기 위해 멤브레인 층(16)상에 증착된 분리 스캐터러 층을 갖는 대신에, 개방 멤브레인 영역(20)은 상기 회로 특징부의 패턴 내에 형성된 개구부(50)를 포함한다. 본 발명의 바람직한 멤브레인 물질은, 도 4 및 5의 실시예에서의 스캐터러 층 물질에 대한 대조가 제공되도록 전자 전도를 위해 충분히 투과적이어야 하지만, 도 6의 실시예에서의 더 두꺼운 구성에서 이용되는 것과 같은 멤브레인은 항상 내부에 어떠한 물질도 없는 개구부(50)에 대조하여 소정의 스캐터 범위를 갖는다. 따라서, 개구부(50)의 패턴은 낮은 것에 비해서 전자나 다른 하전된 입자 빔의 전도가 방해받지 않고 허용될 수 있지만, 현재 흡수층으로 작용하는 멤브레인 물질(16) 전반에 스캐터링이 아직까지 남아있게 되는데, 그 이유는 흡수층이 예컨대 약 2000nm 정도로 두껍기 때문이다. 멤브레인에 의한 하전된 입자 빔의 흡수는 근본적으로 개구부(50)의 방해받지 않는 전도 속성과 충분한 대조를 이루기 때문에, 어떠한 분리 흡수층도 필요없다. 개구부(50)의 상기 스텐실 패턴은 웨이퍼상의 적합한 레지스트, 즉 도 4 및 5의 마스크에 이용되는 것과 상반된 타입의 레지스트상에 노출될 수 있다. 다시, 스트러트(42)에 의해 지지되는 개방 멤브레인 영역(20)은 종래의 기술에 비해서 도 4 및 5의 실시예에서 도시된 바와 같이 상당히 크고 종횡비가 변화하도록 이루어질 수 있는 영역이다.
도 6에 도시된 타입의 스텐실 마스크에 바람직한 멤브레인 물질은 다이아몬드이다. 다이아몬드가 멤브레인으로 이용될 때, 마스크를 제조하는 바람직한 공정은 다음과 같다. 우선, 약 500 내지 5000nm 두께의 다이아몬드로 된 층 또는 막이 예컨대 실리콘으로 된 기판상에 공지된 방법으로 증착된다. 다이아몬드 층을 증착시키기 전에, 에칭 방해층이 매립된 산화물상에 실리콘으로 된 얇은(예컨대, 100nm 보다 작음) 층을 갖는 실리콘 탑재 절연체(SOI) 웨이퍼 같이 증착되는 것이 바람직하다. 이후, 다이아몬드 막은 그 위에 적절한 레지스트나, 선택적으로 하드마스크 물질을 회로 소자의 형태로 증착함으로써 패터닝된다. 하드마스크는 바람직하게는 SiON, Si3N4또는 SiO2로 된 층이다. 이때, 레지스트 및/또는 하드마스크 물질은 기저 기판 아래로 다이아몬드 멤브레인 층을 선택적으로 에칭하여 없애기 위해 이용된다. 양호한 패턴 충실도로 높은 종횡비의 특징부를 에칭하는 것은 유기적 에칭액을 이용하여 가능하다. 산소 함유 저압 반응성 이온 에칭, 예컨대 O2/N2플라즈마 에칭을 SiON 하드마스크 층과 함께 이용하여 양호한 결과를 얻을 수 있다. 임의적으로, CO, CO2또는 탄화수소 같은 첨가물이 다이아몬드 층의 에칭시 이용될 수 있고, 선택적으로 기저 기판에 대해서는 통상적으로 매우 높다. 다이아몬드 패턴 에칭 후, 지지 스트러트 및 다른 지지 구조물이 형성되고, 중간 산화물 및 실리콘 층이 제거되어, 도 6에 도시된 바와 같이 자유로운 상측 및 하측 표면을 갖는 다이아몬드 멤브레인이 나타난다. 선택적으로, 지지 스트러트 및 다른 구조물은 다이아몬드 막 내의 개구부를 패터닝 및/또는 에칭하기 전에 형성될 수 있다.
다이아몬드가 본 발명의 스텐실 마스크에 바람직한 멤브레인 막 물질이지만, SiC, DLC 및 비정질 탄소 같은 다른 멤브레인 물질이 또한 이용될 수도 있다. 본 발명에 따라 이루어진 스텐실 마스크에서의 불연속 멤브레인 면적(in mm2) 대 멤브레인 두께(in nm)의 비율은 1.0mm2/nm이상, 바람직하게는 1.5mm2/nm이상이다. 상기 스텐실 마스크는, PEBL 포토리소그라피에서 이용될 때 약 500 내지 5000nm 범위의 멤브레인 두께를 갖을 수 있다.
본 발명의 다른 마스크 실시예들(48, 48a, 48b)은 도 1과 연관하여 설명된 것과 유사한 방식으로 하전된 입자 리소그라피에서 이용될 수 있다. 본 발명의 마스크는 또한 x-레이 리소그라피에서 이용될 수 있지만, 포커스된 빔이 하나의 불연속 멤브레인 영역 또는 특징부를 동시에 노출시키기 위해 마스크의 특정 구역상에 연속적으로 스텝되는 전자 빔 리소그라피 같은 하전된 입자 리소그라피에서 이용되는 것이 바람직하다. 대조 이미지를 제공하기 위해 어떠한 수단이 이용되던가에 관계없이, 즉, 본 발명의 마스크에서의 멤브레인상의 분리 스캐터러 층 또는 멤브레인 자체의 개구부가 이용되어, 복잡한 회로 특징부들을 교차하는 스티칭(stitching)이 회피될 수 있도록 멤브레인을 구성하는 것이 가능하여 장점이 있다. 더 강한 멤브레인 물질을 이용하는 다른 중요한 장점은 이미지 배치 에러와 관련된다. 강한 멤브레인 마스크는 스캐터러 층에 소정의 잔류막 스트레스를 더 허용함으로써, 패터닝에서의 이미지 배치 왜곡을 더 줄일 수 있다. 본 발명의 바람직한 멤브레인 물질을 이용할 때의 또 다른 장점은 열 속성의 개선에 있다. 상기 물질들, 특히 다이아몬드에 의해 제공되는 고온의 도전률은 공정 및 노광중의마스크 가열 영향을 줄일 수 있어서, 왜곡을 보다 더 줄일 수 있다.
전자 전도도 및 영률은 본 발명에서 유용한 멤브레인 마스크 기판 물질의 2가지 중요한 파라미터이지만, 바람직하게 충족되는 다른 물질 특성이 또한 있을 수 있다. 이상적인 멤브레인 막은 연속적인 방식으로 증착되지만, 소망하는 두께, 즉 100-150nm에서는 어떠한 핀홀도 갖지 않는다. 멤브레인 막의 표면 거칠기(roughness)는 낮은 스트레스의 스캐터러 막의 스퍼터 증착이 가능하도록 1nm 보다 작은 것이 바람직하다. 멤브레인 물질의 막 스트레스는 100-300Mpa 범위의 인장력인 것이 바람직하다. 만약, 스트레스가 이보다 낮다면, 압축력 있는 멤브레인이 생기고, 스트레스가 훨씬 더 크다면, 멤브레인 양품률 문제가 나타나게 된다. 멤브레인은 매우 얇기 때문에, 두께 균일성이 또한 중요한 문제인데, 일례로서, 두께 변화는 마스크에 전체에 걸쳐 5% 이내인 것이 바람직하다. 상기 특성들 모두를 충족하는 물질이 전자 빔 리소그라피 마스크용 기판으로서의 가장 바람직한 선택일 것이다. 스캐터러 층을 이용하는 마스크에 대하여, 멤브레인 물질은 더 바람직하게는 약 10 이내의 원자 수를 갖는다.
본 발명의 리소그라피 마스크에 제공된 바와 같이, 다이아몬드, 실리콘 탄화물(SiC), 다이아몬드류 탄소(DLC), 비정질 탄소, 탄소 질화물(C3N4), 보론 질화물(BN) 같은 강한 멤브레인 물질은 Si 및 SiN 멤브레인 물질상에서 상당한 장점을 제공한다. 따라서, 멤브레인 영역은 종횡비 및 크기를 변화시켜서 다른 패턴 밀도 및 특징부 크기의 회로 패턴에 일치하도록 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 마스크는 종래의 기술에서와 같이 마스크 지지 스트러트들간의 균일한 크기 및 종횡비의 제한을 받지 않는다. 회로 설계시의 더 큰 자유도 및 마스크 파손률 감소가 그 주요한 결과이다.
본 발명은 특히 특정의 양호한 실시예와 관련하여 상술되었지만, 여러 가지 다른 실시예와 변형 및 응용이 이전의 설명에 비추어서 당기술 분야의 숙련자들에게 이해될 수 있음은 자명하다. 따라서, 첨부된 청구항들이 본 발명의 진정한 범주 및 사상 내에서 소정의 다른 실시예와 변형 및 응용을 수용할 수 있는 것으로 기대된다.

Claims (21)

  1. 집적 회로에 대응하는 이미지를 마스크로부터 반도체 기판상에 포토리소그라피 전사하기 위한 마스크에 있어서,
    멤브레인(membrane)의 내부 구역에서의 부분적으로 에너지를 투과시키는 멤브레인의 상부 표면상의 패턴화된 스캐터링 또는 흡수층과,
    상기 멤브레인의 외부 구역을 지지하는 주변 지지 링, 및
    상기 멤브레인의 상기 내부 구역을 지지하며, 상기 지지 링과 접속되고, 상기 집적 회로의 주요 설계 소자들과 정합된 다른 크기들 및 종횡비들(aspect ratios)을 갖는 다수의 불연속 멤브레인 영역들을 형성하고 둘러싸는 지지 스트러트들(struts)
    을 포함하는 포토리소그라피 전사용 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인은 400GPa이상의 영률(Young's modulus)을 갖는 물질로 형성되는 포토리소그라피 전사용 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인은 실리콘 탄화물, 다이아몬드, 다이아몬드류 탄소, 비정질 탄소, 탄소 질화물 및 보론 질화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 함유하는 포토리소그라피 전사용 마스크.
  4. 삭제
  5. 포토리소그라피 마스크에 있어서,
    멤브레인 층과,
    상기 멤브레인의 표면을 지지하며, 집적 회로의 설계 구역들과 정합된 다른 종횡비들을 갖는 다수의 불연속 멤브레인 영역들을 형성하고 둘러싸는 지지 스트러트들, 및
    상기 불연속 멤브레인 영역들 내에 대조 이미지(contrasting image)를 제공하고, 패턴들에서의 리소그라피 공정에서 상기 마스크를 노출시키기 위해 이용되며, 집적 회로 설계 구역들 내의 설계 소자들에 대응하는 대조 이미지 수단
    을 포함하는 포토리소그라피 마스크.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 불연속 멤브레인 영역들은 1:1 내지 12:1의 범위의 다른 종횡비를 갖는 포토리소그라피 마스크.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 불연속 멤브레인 영역들은 다른 크기의 표면 영역들을 갖는 포토리소그라피 마스크.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 불연속 멤브레인 영역들은 주변 지지 스트러트들과 다른 지지 자유도를 갖는 포토리소그라피 마스크.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 대조 이미지 수단은, 집적 회로 설계 구역들 내의 설계 소자들에 대응하는 상기 불연속 멤브레인 영역들 내의 상기 멤브레인의 표면상에 패턴화된 층들을 포함하며, 상기 패턴화된 층들은 상기 멤브레인 층보다 리소그라피 공정에서 상기 마스크를 노출시키기 위해 이용되는 에너지의 더 높은 스캐터링을 하는 포토리소그라피 마스크.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 멤브레인 층은 불연속 영역들에서 50 내지 150nm의 두께를 갖는 포토리소그라피 마스크.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 대조 이미지 수단은, 집적 회로 설계 구역들 내의 설계 소자들에 대응하는 상기 불연속 멤브레인 영역들 내의 상기 멤브레인의 표면 내에 있으며 에너지의 통과를 허용하는 개구부들을 포함하며, 상기 멤브레인 층은 상기 개구부들 보다 리소그라피 공정에서 상기 마스크를 노출시키기 위해 이용되는 에너지의 더 높은 흡수를 하는 포토리소그라피 마스크.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 멤브레인 층은 불연속 영역들에서 500 내지 5000nm의 두께를 갖는 포토리소그라피 마스크.
  13. 제 5 항, 제 9 항 및 제 11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인 물질은실리콘 탄화물, 다이아몬드, 다이아몬드류 탄소, 비정질 탄소, 탄소 질화물 및 보론 질화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 물질을 함유하는 포토리소그라피 마스크.
  14. 포토리소그라피 마스크에 있어서,
    멤브레인 층과,
    상기 멤브레인의 표면을 지지하고, 각각이 0.18mm2/nm이상의 불연속 멤브레인 면적 대 멤브레인 두께의 비율을 갖으며 집적 회로의 설계 구역들에 정합된 다수의 불연속 멤브레인 영역들을 형성하고 둘러싸는 지지 스트러트들, 및
    집적 회로 설계 구역들 내의 설계 소자들에 대응하는 상기 불연속 멤브레인 영역들 내의 상기 멤브레인의 표면상에 있으며, 상기 멤브레인 층 보다 리소그라피 공정에서 상기 마스크를 노출시키기 위해 이용되는 에너지의 더 높은 흡수를 하는 패턴화된 층들
    을 포함하는 포토리소그라피 마스크.
  15. 포토리소그라피 마스크에 있어서,
    멤브레인 층과,
    상기 멤브레인의 표면을 지지하고, 각각이 1.0mm2/nm이상의 불연속 멤브레인 면적 대 멤브레인 두께의 비율을 갖으며 집적 회로의 설계 구역들에 정합된 다수의 불연속 멤브레인 영역들을 형성하고 둘러싸는 지지 스트러트들, 및
    집적 회로 설계 구역들 내의 설계 소자들에 대응하는 상기 불연속 멤브레인 영역들 내의 상기 멤브레인의 표면 내에 있으며, 에너지의 통과를 허용하는 개구부들을 포함하며,
    상기 멤브레인 층은 상기 개구부들 보다 리소그라피 공정에서 상기 마스크를 노출시키기 위해 이용되는 에너지의 더 높은 흡수를 하는
    포토리소그라피 마스크.
  16. 제 5 항, 제 14 항 및 제 15 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인 층은 400GPa이상의 영률을 갖는 포토리소그라피 마스크.
  17. 제 1 항의 마스크를 제공하는 공정을 포함한 집적 회로용 포토리소그라피 공정에 있어서,
    상기 마스크의 불연속 멤브레인 영역들에 하전된 입자 빔을 연속적으로 충돌시키는 공정, 및
    집적 회로의 설계 소자들을 갖는 상기 마스크를 통과하는 에너지 빔 부분에 반도체 웨이퍼상의 레지스트 층을 노출시키는 공정
    을 포함하는 포토리소그라피 공정
  18. 포토리소그라피 공정에서 이용하기 위한 스텐실 마스크를 제조하는 방법에 있어서,
    다이아몬드, 다이아몬드류 탄소 및 비정질 탄소로 구성된 그룹으로부터 선택된 멤브레인 막을 기판상에 증착시키는 단계와,
    상기 멤브레인 막의 일측면상에 지지 스트러트 ─상기 스트러트들은 상기 멤브레인 막으로 된 다수의 불연속 영역들을 형성하고 둘러쌈─ 들을 형성하는 단계와,
    상기 스트러트들 내에서의 하나 또는 그 이상의 불연속 멤브레인 막 영역들 내의 상기 멤브레인 막상에 패턴 ─상기 패턴은 하나 또는 그 이상의 소망하는 회로 소자들과 일치함 ─ 을 증착시키는 단계, 및
    상기 패턴을 이용해서 멤브레인 막을 에칭하여 상기 멤브레인 막 내에 개구부들을 형성하는 단계
    를 포함하는 스텐실 마스크 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 멤브레인 막은 다이아몬드 막을 포함하며, 상기 다이아몬드 막 주위에 에칭 방해층을 증착시키는 단계를 더 포함하는 스텐실 마스크 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 멤브레인 막은 다이아몬드 막을 포함하며, 상기 다이아몬드 막은 하드마스크 층으로 패터닝되는 스텐실 마스크 제조 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 멤브레인 막은 다이아몬드 막을 포함하며, 상기 다이아몬드 막은 산소를 함유한 반응성 이온 에칭으로 에칭되는 스텐실 마스크 제조 방법.
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