KR19980075568A - 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 구조 및 그 제조방법에 대해 개시되어 있다. 이 마스크를 제조하는 방법은, 기판의 전면(前面) 및 배면(背面)에 식각방지막을 형성하는 단계와, 기판의 배면에 형성된 식각방지막을 패터닝하여 소자패턴이 형성될 부분을 포함하는 영역의 기판의 배면을 노출시키는 단계와, 기판의 전면(前面)에 형성된 식각방지막 상에 피도금층을 형성하는 단계와, 피도금층 상에, 소자패턴이 형성된 부분의 피도금층을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 피도금층의 노출된 영역에 전기도금 방법을 사용하여 제1 금속막을 형성하는 단계와, 포토레지스트 패턴을 제거함으로써, 소자패턴과 대응하는 부분에 개구부를 갖는 제1 금속막 패턴을 형성하는 단계, 및 기판의 배면으로부터 노출된 기판영역을 식각하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 종래의 실리콘 마스크에 비해 1/10정도의 두께로 마스크를 제조할 수 있고, 실리콘 마스크의 경우와 같이 도전막을 추가로 코팅할 필요가 없는 장점이 있으며, 양호한 프로파일을 갖는 마스크 패턴을 형성할 수 있다.

Description

전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크 및 그 제조방법

본 발명은 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전자빔 셀 투영리소그래피 (Electron Beam cell projection lithography)에 사용되는 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 디자인 룰(Design rule)의 감소에 따라 패턴의 크기도 매우 미세해지고 있다. 특히, 초고집적(ULSI) 회로의 최소 피쳐 사이즈(minimum feature size)의 감소는 종래의 i-라인(line) 스테퍼(stepper)를 사용하는 광학 리소그래피(optical lithography)의 해상도의 한계를 가속화하고 있고, 이에 따라 현재의 0.3㎛의 최소 피쳐 사이즈보다 작은 최소 피쳐 사이즈를 갖는, 보다 향상된 리소그래피 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 고해상도를 구현하기 위한 향상된 기술로서는 위상반전 마스크, 변형 조명, 엑시머 레이저(aximer laser) 및 X-선 등을 사용하는 광학 리소그래피 기술과 전자빔 리소그래피 (Electron Beam lithography) 기술이 활발히 연구되고 있다. 이 중 전자빔 리소그래피는 매우 미세한 패턴을 형성하는 능력이 있으나, 광학 리소그래피 기술에 비해 생산성이 현저히 낮다는 단점이 있다. 따라서, 전자빔을 웨이퍼에 직접 조사하여 웨이퍼상에 패턴을 형성하는 전자빔-웨이퍼 -조사(writing) 리소그래피 기술은 대량생산을 필요로 하는 분야에는 적용되지 못하고 있으며, 소량생산을 필요로하는 ASIC(Application-Specific-Integrated Circuit) 칩의 생산에만 적용되고 있는 실정이다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 기존의 가우시안 빔(Gaussian Beam)을 사용한 레스터 스캔(raster scan) 방식 대신에 수직적으로 정형화된 빔(Vertical Shaped Beam; VSB)을 사용하는 벡터 스캔(vecter scan) 방식을 채택하고 있으나, 이 방식을 소자의 양산공정에 적용하기에는 생산성이 부족한 실정이다. 따라서, 반복되는 단위 패턴을 셀 마스크(개구)를 사용하여 한 번의 전자빔 샷(shot)으로 처리함으로써 생산성을 향상시키는 전자빔 셀 투영 리소그래피 (elctron beam cell projection lithography)가 최근 활발히 연구개발되어 사용되고 있다. 이 방법을 사용할 경우, 기존의 VSB 방식의 경우 수십 ∼ 수백 개의 빔의 조합으로 패턴을 조사(writing)하던 것을 한 번에 조사할 수 있기 때문에, 수십 ∼ 수백 배의 생산성 향상을 꾀할 수 있다. 특히, 이러한 전자빔 셀 투영 리소그래피 방식은 반복되는 패턴이 많은 메모리소자의 제조에서 그 효과가 크게 나타난다.

도 1은 VSB 방식과 전자빔 직접 조사방식을 비교, 설명하기 위한 도면이다.

도 1에서 참조번호 2는 전자빔을 발생시키기 위한 전자총(electron gun)을, 4는 상기 전자총으로부터 발생된 전자빔을, 6 및 8은 상기 전자빔을 일정 모양으로 투과시키는 사각 개구(square aperture)를, 10은 전자빔을 일정 모양으로 투과시키는 쉐이핑 마스크(shaping mask)를, 그리고 12는 ULSI 소자의 패턴들이 노광될 웨이퍼를 각각 나타낸다.

도 1의 (a)는 VSB 방식을 나타내는 것으로, VSB 방식에서는 수십 ∼ 수백 개의 전자빔을 쏘아 웨이퍼에 점을 찍듯이 패턴을 그려나가는 방법을 사용하기 때문에, 많은 샷(shot)이 필요하다.

반면에, 도 1의 (b)에 도시된 셀 투영방식은 형성하고자 하는 셀 패턴과 같은 모양으로 전자빔을 정형화하여 한 번의 샷(shot)만으로 하나의 셀 패턴 어레이를 웨이퍼상에 노광한다. 이러한 정형화된 빔(shaped beam)은 셀 패턴에 대응하는 여러 가지 다른 모양의 개구를 갖는 쉐이핑 마스크(shaping mask)를 사용하여 형성된다. 메모리 소자의 패턴들은 이 샷(shot)을 웨이퍼에 수놓듯이 노광된다. 따라서, 필요한 샷(shot)의 수는 종래의 VSB 방식에 비해 1/100 이하로 급격히 감소되므로, 전자빔 리소그래피의 고 생산성을 달성할 수 있다.

상기 정형화된 전자빔을 형성하기 위한 전자빔 쉐이핑 마스크는 특정한 셀 패턴에 대응하도록 만들어진 개구를 필요로 한다. 쉐이핑 마스크를 제조하기 위한 재료로는, 1) 복잡한 ULSI 패턴을 형성하기 위한 정밀하고 미세한 패터닝이 가능할 것, 2) 고에너지의 전자빔을 충분히 정지(stop)시킬 수 있을 것, 3) 차아지된(charged) 파티클(particle)에 무관하게 좋은 전기전도성을 가질 것, 그리고 4) 진공에서 장시간 유지할 수 있을 것 등의 조건들이 요구된다. 종래에는 고에너지의 전자를 정지시킬 수 있는 능력과 좋은 전기전도성 때문에 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W)과 같은 중금속을 사용하여 쉐이핑 마스크를 제조하였다. 그러나, 이러한 중금속들은 미세 패터닝이 어렵기 때문에 셀 투영 리소그래피 기술에 사용되는 미세한 개구를 형성하기에는 불가능하다. 이러한 문제점으로 인해, 현재 쉐이핑 마스크용 재료로 널리 사용되는 것이 단결정실리콘이다.

도 2 내지 도 6은 종래의 실리콘(Si)을 사용하여 전자빔 셀 투영을 위한 마스크를 제조하는 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 2는 실리콘 온 인슐레이터(Silicon On Insulator; SOI) 웨이퍼를 형성하는 단계를 나타내는 단면도로서, 통상의 SOI 웨이퍼 제조공정을 적용한다. 보다 상세하게는, 그 일면상에 통상의 방법으로 형성된 절연층(12)을 포함하는 제1 웨이퍼(10)와 제2 웨이퍼(handling wafer)(14)를 준비한 후, 상기 제2 웨이퍼(14) 상에 제1 웨이퍼(10)를 직접 웨이퍼 본딩(Direct Wafer Bonding; DWB) 방법으로 접착시킨다. 이어서, 상기 제1 웨이퍼(10)의 엣지(edge)를 소정각도 예를들어, 약 45°로 갈아내는 1차 그라인딩(Grinding) 공정을 수행하고, 상기 제1 웨이퍼(10)의 배면을 소정두께로 갈아내는 2차 그라인딩 공정을 수행한다. 다음에, 상기 절연층을 연마방지막으로 이용하여 상기 제1 기판(10)에 대해 기계화학적 폴리싱(CMP) 공정을 수행함으로써 SOI 웨이퍼의 제작을 완료한다.

한편, 상기 SOI 웨이퍼의 다른 제조방법으로는, 실리콘웨이퍼의 소정 깊이에 산소를 주입한 후 어닐링에 의해 매몰산화막을 형성함으로써 실리콘-절연층-실리콘 구조의 SOI 웨이퍼를 형성하는 방법이 있다.

전자빔 셀 투영에 사용되는 마스크를 제조하기 위한 적절한 두께로는, 상기 제1 웨이퍼(10)는 20㎛, 상기 절연층(12)은 1㎛, 그리고 상기 제2 웨이퍼(14)는 500㎛ 정도이다.

도 3을 참조하면, 상기 제1 기판(10) 상에 포토레지스트를 도포한 후 전자빔 노광장치를 이용하여 상기 포토레지스트를 노광한 후 현상을 거쳐 개구가 형성될 영역을 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴(16)을 형성한다. 다음에, 상기 제1 포토레지스트 패턴(16)을 식각 마스크로 사용하여 상기 절연층(12)의 표면이 드러날 때까지 상기 제1 기판(10)을 20㎛ 정도의 깊이로 식각하여 깊은 트렌치(18)를 형성한다. 이 때, 상기 트렌치(18)의 넓이는 5.0㎛ 정도가 적당하다. 그리고, 깊고 수직한 측벽을 갖는 트렌치를 형성하기 위해서는 상기 제1 기판(10)을 식각하는 공정은 육불화황(SF6) 가스의 초고주파 플라즈마를 사용하여 저온에서 이루어져야 한다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 제거한 후 그 결과물 상에, 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD) 방법을 사용하여 실리콘질화막(20a)을 증착한다. 이 때, 상기 제2 웨이퍼(14)의 배면에도 실리콘질화막(20b)이 증착되도록 한다. 상기 제1 웨이퍼(10) 상에 형성된 실리콘질화막(20a)은, 후속 공정에서 상기 제2 웨이퍼(14)의 배면을 식각할 때 제1 웨이퍼의 식각을 방지하는 역할을 하고, 제2 웨이퍼(14)의 배면에 형성된 실리콘질화막(20b)은 개구 패턴이 식각되는 것을 방지하는 역할을 한다.

다음에, 제2 웨이퍼(14)의 배면에 형성된 상기 실리콘질화막(20b) 상에 제2 포토레지스트 패턴(22)을 형성한 후, 상기 제2 포토레지스트 패턴(22)을 식각 마스크로 사용하여 상기 제2 웨이퍼(14)의 배면에 형성된 실리콘질화막(20b)을 건식식각한다.

도 5를 참조하면, 수산화칼륨(KOH) 용액을 사용하여 상기 절연층(12)의 표면이 노출될 때까지 상기 제2 웨이퍼(14)의 배면을 식각한다. 이 때, 제1 웨이퍼(10)는 그 표면상에 형성된 실리콘질화막(도 4의 20a)에 의해 마스킹되어 식각되지 않는다. 다음에, 상기 절연층의 노출된 부분을 제거한 후 제1 및 제2 웨이퍼 상에 증착된 실리콘질화막을 제거함으로써 개구를 포함하는 쉐이핑 마스크를 완성한다.

도 6을 참조하면, 도 5의 공정에서 완성된 각각의 쉐이핑 마스크를 분리한 후, 상기 마스크의 전기전도성을 증가시키기 위해 상기 마스크의 표면에 백금(Pt)(24)을 스퍼터링한 다음, 접착제를 사용하여 상기 쉐이핑 마스크를 금속 홀더(metal holder)(26)에 장착한다.

한편, 전자는 고체를 통과하면서 그 에너지의 전부를 잃게 되는데, 이 때 전자의 이동거리를 나타내는 전자 범위(electron range)는 원자번호가 큰 원소일수록 작다. 따라서, 실리콘보다는 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W)과 같은 중금속은 실리콘에 비해 전자범위가 짧기 때문에 이와 같은 중금속을 전자흡수제로 사용하면 보다 얇은 두께로 쉐이핑 마스크를 제작할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 중금속을 사용할 경우 제작공정상 어려움이 있기 때문에 현재는 주로 단결정실리콘을 사용하고 있다.

그러나, 상기한 종래의 방법에서와 같이 실리콘을 전자흡수제로 사용할 경우 전자빔의 가속전압이 50keV일 경우 20㎛ 이상의 두께의 실리콘을 사용하여야 한다. 전자빔의 가속전압이 10keV 이상일 경우 전자범위(R)와 가속전압(E)의 관계는 R ∝ En(1.5≤n≤1.8)이 된다. 즉, 전자빔의 가속전압에 비례하여 전자범위가 증가하게 된다. 4기가(Giga) 디램(DRAM)급 이상의 고집적 소자의 경우 0.13㎛ 이상의 해상도가 요구되는데, 통상의 전자빔 셀 투영장비가 1/25로 축소투영하는 방식을 사용하므로 셀 마스크 상에 형성되는 패턴은 3.25㎛이하의 사이즈를 갖도록 요구된다. 따라서, 패턴의 어스펙트 비(aspect ratio)는 6 : 1 이상이 되어야 하고, 패턴측벽의 각도를 90 ± 1° 이하로 조절하여야 한다. 이는, 비록 실리콘 트렌치 형성기술이 계속적으로 개발되고 있다고는 하지만 결코 쉬운 일이 아니다. 더욱이, 고해상도가 요구될수록 전자빔의 가속전압도 증가하여야 하는데, 이 경우 실리콘 식각 깊이도 증가하게 되어 양호한 프로파일(profile)을 갖는 쉐이핑 마스크를 제조하는 것이 매우 힘들게 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 보다 단순한 공정으로 얇은 두께의 쉐이핑 마스크를 제조할 수 있는 구조의 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 적합한 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 VSB 방식과 전자빔 직접 조사방식을 비교, 설명하기 위한 도면이다.

도 2 내지 도 6은 종래의 실리콘을 사용하여 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 7은 실리콘(Si)과 금(Au)의 전자범위(electron rage)를 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 8 내지 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도들이다.

도 13 및 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도들이다.

도 15 및 도 16은 본 발명의 제3 실시예에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도들이다.

도 17은 본 발명의 제4 실시예에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도이다.

도 18은 본 발명의 제5 실시예에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

30.....실리콘기판32a,32b...실리콘질화막

34,42,48,52,56....포토레지스트36,38,40..피도금층

44....금(Au)막50,54.....산화막

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크는, 소자패턴 영역을 포함하는 영역에 소정 크기의 개구부를 갖는 기판; 상기 기판상에, 소자패턴 영역에 개구부를 갖도록 형성된 식각방지막; 및 상기 식각방지막상에, 상기 식각방지막과 동일한 패턴의 개구부를 갖는 제1 금속막을 구비하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 금속막은 전기도금 방법에 의해 형성된 금속막으로서, 금(Au) 및 백금(Pt)으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 제1 금속막과 식각방지막 사이에 피도금층으로 사용되는 제2 금속막으로서 예를 들어 티타늄/ 니켈/ 팔라듐의 3중 구조를 더 구비할 수도 있다. 그리고, 상기 식각방지막은 실리콘질화막으로 이루어진다.

상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 전자빔 셀 투영용 마스크의 제조방법은, (a) 기판의 전면(前面) 및 배면(背面)에 식각방지막을 형성하는 단계; (b) 상기 기판의 배면에 형성된 식각방지막을 패터닝하여 소자패턴이 형성될 부분을 포함하는 영역의 상기 기판의 배면을 노출시키는 단계; (c) 상기 기판의 전면(前面)에 형성된 상기 식각방지막 상에 피도금층을 형성하는 단계; (d) 상기 피도금층 상에, 소자패턴이 형성된 부분의 상기 피도금층을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; (e) 상기 피도금층의 노출된 영역에 전기도금 방법을 사용하여 제1 금속막을 형성하는 단계; (f) 상기 포토레지스트 패턴을 제거함으로써, 소자패턴과 대응하는 부분에 개구부를 갖는 제1 금속막 패턴을 형성하는 단계; 및 (g) 상기 기판의 배면으로부터 노출된 기판영역을 식각하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 (a) 단계에서 상기 식각방지막은 실리콘질화막, 산화막 및 실리콘막으로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성하고, 상기 제1 금속막은 금(Au) 및 백금(Pt)으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성하며, 상기 피도금층은 티타늄/ 니켈/ 팔라듐의 3중 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 (g) 단계는 수산화칼륨(KOH) 용액을 사용한 습식식각으로 진행되고, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 전에 상기 피도금층 상에 절연막을 형성하는 단계를 더 구비하고, 상기 포토레지스트 패턴 형성하는 단계 후 제1 금속막을 형성하는 단계 전에 상기 절연막을 패터닝하는 단계를 더 구비할 수 있다. 그리고, 상기 (d) 단계는 다층 레지스트(Multi-Layer Resist; MLR) 공정을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 피도금층은 상기 식각방지막을 식각하는 단계후에 상기 기판의 배면으로부터 습식식각하여 제거한다.

상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 다른 제조방법은, (a') 기판의 전면(前面) 및 배면(背面)에 식각방지막을 형성하는 단계; (b') 상기 기판의 배면에 형성된 식각방지막을 패터닝하여 소자패턴이 형성될 부분을 포함하는 영역의 상기 기판의 배면을 노출시키는 단계; (c') 상기 기판의 전면에 피도금층을 형성하는 단계; (d') 상기 피도금층 상에, 소자패턴이 형성된 부분의 상기 피도금층을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; (e') 상기 피도금층의 노출된 영역에 전기도금 방법을 사용하여 제1 금속막을 형성하는 단계; (f') 상기 포토레지스트 패턴을 제거함으로써, 소자패턴과 대응하는 부분에 개구부를 갖는 제1 금속막을 형성하는 단계; (g') 상기 기판의 배면으로부터 노출된 기판영역을 식각하는 단계; (h') 상기 제1 금속막을 마스크로 사용하여 상기 피도금층을 식각하는 단계; 및 (i') 상기 제1 금속막을 마스크로 사용하여 상기 식각방지막의 노출된 부분을 식각하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 식각방지막은 실리콘질화막, 산화막 및 실리콘막으로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성하고, 상기 제1 금속막은 금(Au) 및 백금(Pt)으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성하며, 상기 피도금층은 티타늄/ 니켈/ 팔라듐의 3중 구조로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 (g') 단계는 수산화칼륨(KOH) 용액을 사용한 습식식각으로 진행되고, 상기 (h') 단계는 건식식각 방법으로 진행된다. 그리고, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 전에 상기 피도금층 상에 절연막을 형성하는 단계를 더 구비하고, 상기 포토레지스트 패턴 형성하는 단계 후 제1 금속막을 형성하는 단계 전에 상기 절연막을 패터닝하는 단계를 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 피도금층을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는 다층 레지스트(Multi-Layer Resist; MLR) 공정을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 전자 흡수제로 종래의 실리콘(Si) 대신에 금(Au) 또는 백금(Pt)을 사용함으로써 종래의 실리콘을 사용한 마스크에 비해 1/10정도의 두께로 마스크를 제조할 수 있다. 또한, 금 또는 백금은 그 자체가 매우 좋은 전기 전도성을 가지므로 실리콘 쉐이핑 마스크의 경우와 같이 백금(Pt)을 추가로 코팅할 필요가 없는 장점이 있다. 또한, 금 또는 백금 패턴형성에 전기도금 방법을 이용함으로써 식각에 따른 프로파일의 불량, 식각의 불균일성 등의 문제점들을 해소할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 전자 흡수제로 금(gold; Au) 또는 백금(Platinum; Pt)을 사용한다. 금(Au)은 텅스텐(W)보다 원자번호가 큰 금속원소로서, 실리콘의 1/10의 두께로도 충분한 전자 차단막의 기능을 발휘하며, 그 자체가 매우 좋은 전기전도성을 가지므로 실리콘 쉐이핑 마스크의 경우와 같이 마스크의 전기전도성을 증가시키기 위하여 백금(Pt)을 추가로 코팅할 필요가 없는 장점이 있다.

도 7은 실리콘(Si)과 금(Au)의 전자범위를 비교하여 도시한 그래프로서, 전자빔의 가속에너지가 50keV일 경우 금(Bethe)의 경우 1.1㎛정도이고, 금(Kanaya-Okayama)의 경우 1.3㎛정도이며, 실리콘(Si)의 경우 10.8㎛ 정도로 나타나 있다. 따라서, 금을 사용할 경우 동일한 가속전압일 때 실리콘(Si)에 비해 1/10 정도로 훨씬 얇은 두께를 사용할 수 있음을 알 수 있다.

그리고, 금(Au)은 텅스텐(W)과는 달리 전기도금법(electroplating)을 사용하여 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다. 전기도금법이 아닌 건식식각 방법으로 금(Au)막을 패터닝할 경우 양호한 식각율과 식각선택비 및 프로파일을 확보하기 힘들다. 그러나, 전기도금법을 사용할 경우 도금속도와 균일도(uniformity), 막질 조절등이 쉽고 양호한 패턴 프로파일을 얻을 수 있다. 한편, 전기도금법을 사용할 경우 금(Au) 패턴의 프로파일은 도금시 마스크로 사용되는 포토레지스트 패턴의 프로파일과 직접 관련이 있으며, 이는 이미 잘 개발되어 있는 기존의 리소그래피 기술을 사용하여 쉽게 조절할 수 있다.

제1 실시예

도 8 내지 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도들이다.

도 8을 참조하면, 먼저 실리콘기판(30)의 전면 및 배면에 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법을 사용하여 실리콘질화막(32a, 32b)을 증착한다. 이어서, 상기 실리콘기판(30)의 배면에 증착된 실리콘질화막(32b) 위에, 마스크 패턴이 형성될 부위를 포함하는 기판영역을 오픈(open)하는 제1 포토레지스트 패턴(34)을 형성한다. 다음에, 상기 제1 포토레지스트 패턴(34)을 마스크로 사용하여 상기 실리콘기판의 배면에 형성된 실리콘질화막(32b)의 노출된 부위를 건식식각함으로써, 마스크 패턴이 형성될 부위의 실리콘기판(30)의 배면을 노출시킨다. 상기 기판의 노출된 부위는 이후에 습식식각으로 제거될 부분이다.

상기 LPCVD 실리콘질화막 대신에 플라즈마 CVD 방법에 의해 증착된 실리콘질화막, 산화막 또는 실리콘막을 사용할 수 있다.

도 9를 참조하면, 상기 실리콘기판(30)의 전면에 증착된 실리콘질화막(32a) 위에, 전기도금을 위한 피도금층(electroplating base layer)(36+38+40)을 형성한다. 상기 피도금층은 도금물질이 피착될 층으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 상기 피도금층은 티타늄(Ti; 36)/ 니켈(Ni; 38)/ 팔라듐(Pd; 40)을 차례로 증착하여 형성할 수 있으며, 이 외에도 여러 가지 막질을 사용할 수 있다.

다음에, 상기 피도금층(36+38+40) 위에 제2 포토레지스트 패턴(42)을 형성한다. 상기 제2 포토레지스트 패턴(42)은 형성하고자 하는 마스크 패턴 부위를 오픈시키는 모양, 즉 마스크 패턴의 역상(reverse image)으로 형성하며, 도금될 금막의 두께보다 두껍게 형성한다.

도 10을 참조하면, 제2 포토레지스트 패턴(42)이 형성된 결과물 상에 통상의 전기도금 방법을 사용하여 금(Au)막(44)을 형성한다. 이 때, 도금되는 금막의 두께는 3㎛ 정도가 바람직한데, 이는 전술한 바와 같이 동일한 가속전압을 사용할 경우 실리콘을 사용한 마스크에 비해 1/10 정도이다.

도 11을 참조하면, 상기 제2 포토레지스트 패턴을 제거한 후, 상기 기판의 배면에 형성된 실리콘질화막(도 10의 32b)을 마스크로 사용하여 수산화칼륨(KOH) 용액으로 상기 실리콘기판(30)의 배면으로부터 노출된 부분을 식각한다. 다음에, 상기 금막 패턴(44)을 마스크로 사용하여 상기 실리콘기판(30)의 전면에 형성된 실리콘질화막(32a)의 노출된 부분과, 상기 피도금층(36+38+40)의 노출된 부분을 차례로 등방성식각한 후 마스크를 완성한다.

도 12를 참조하면, 상기 마스크를 분리한 후 접착제(46)를 사용하여 금속 홀더(48)에 장착한다. 상기 전기도금된 금(Au)막은 그 자체가 매우 좋은 전기전도성을 가지고 있기 때문에, 종래의 실리콘을 사용한 마스크의 경우와 같이 백금(Pt)을 별도로 스퍼터링할 필요가 없다.

제2 실시예

도 13 및 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도들로서, 도 8 내지 도 12와 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.

도 13을 참조하면, 실리콘기판(30)의 전면 및 배면에 LPCVD 방법을 사용하여 실리콘질화막(32a, 32b)을 각각 증착한 후 상기 실리콘기판의 배면에 형성된 실리콘질화막(32b)을 패터닝하여 마스크 패턴이 형성될 영역의 상기 실리콘기판(30)의 배면을 노출시킨다. 이어서, 실리콘기판의 전면에 형성된 실리콘질화막(32a) 위에 피도금층(36+38+40)을 제1 실시예(도 9 참조)와 동일한 방법으로 형성하고, 상기 피도금층 위에 플라즈마 화학기상증착 (Plasma Enhanced CVD; PECVD) 방법을 사용하여 산화막(50)을 형성한 다음 이 산화막 위에 포토레지스트(42)를 도포한다.

상기 산화막(50)은 상기 피도금층(36+38+40)과 상기 포토레지스트(42)의 접착력을 좋게 하기 위한 것으로, 공정 조건에 따라 수 백Å 정도의 두께로 형성한다. 그리고, 상기 포토레지스트(42)는 도금될 금막의 두께보다 두껍게 형성한다.

도 14를 참조하면, 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 형성하고자 하는 마스크 패턴 부위를 오픈시키는 모양, 즉 마스크 패턴의 역상(reverse image)으로 포토레지스트 패턴(42)을 형성한다. 다음에, 상기 포토레지스트 패턴(42)을 마스크로 사용하여 상기 산화막(50)을 이방성식각한 후, 제1 실시예(도 10 참조)와 같은 방법으로 금(Au)을 전기도금하여 금막(44)을 형성한다.

이후의 공정은 제1 실시예와 동일하게 진행되고, 상기 산화막(50)은 포토레지스트 패턴(42)을 제거하는 단계에서 제거된다.

상기한 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 포토레지스트와 피도금층 사이의 접착력을 향상시켜 도금되는 금막의 프로파일을 양호하게 함으로써 결과적으로 양호한 프로파일의 마스크 패턴을 형성할 수 있다.

제3 실시예

도 15 및 도 16은 본 발명의 제3 실시예에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도들로서, 도 8 내지 도 12와 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.

도 15를 참조하면, 실리콘기판(30)의 전면 및 배면에 LPCVD 방법을 사용하여 실리콘질화막(32a, 32b)을 각각 증착한 후 상기 실리콘기판의 배면에 형성된 실리콘질화막(32b)을 패터닝하여 마스크 패턴이 형성될 영역의 상기 실리콘기판(30)의 배면을 노출시킨다. 이어서, 실리콘기판의 전면에 형성된 실리콘질화막(32a) 위에 피도금층(36+38+40)으로, 예를 들어 티타늄/ 니켈/ 팔라듐막을 제1 실시예(도 9 참조)와 동일한 방법으로 형성하고, 상기 피도금층 위에 하부 포토레지스트막(52), 산화막(54) 및 상부 포토레지스트막(56)을 차례로 형성한다. 다음에, 상기 상부 포토레지스트막(56)을 패터닝하는데, 이 때 상기 상부 포토레지스트막은 마스크에 형성될 패턴의 역상(reverse image)으로 패터닝된다.

도 16을 참조하면, 패터닝된 상부 포토레지스트막(도 15의 56)을 마스크로 사용하여 상기 산화막(54)을 식각한 후 상부 포토레지스트를 제거하고, 패터닝된 산화막을 마스크로 사용하여 상기 하부 포토레지스트막(52)을 건식식각한다. 다음에, 제1 및 제2 실시예와 동일한 방법으로 전기도금된 금막(44)을 형성하고, 이후의 공정을 진행한다.

상기한 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 금막 패턴을 형성하기 위하여 다층 레지스트(Multi-Layer Resist; MLR) 공정을 사용함으로써 단일 포토레지스트막을 사용하는 공정에 비해 공정은 다소 복잡하지만 포토레지스트를 제거하기 위한 습식 현상공정 대신에 하부 포토레지스트를 건식식각으로 제거할 수 있으므로, 비교적 두꺼운 포토레지스트를 사용하더라도 측벽이 거의 90°에 가까운 양호한 프로파일을 갖는 패턴을 형성할 수 있다.

제4 실시예

도 17은 본 발명의 제4 실시예에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도들로서, 도 8 내지 도 12와 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.

도 17을 참조하면, 제1 실시예와 동일한 방법으로 실리콘기판(30) 상에 실리콘질화막(32a), 피도금층(36+38+40) 및 금막(44)을 차례로 형성하고, 상기 실리콘기판(30) 배면의 노출된 부분을 식각한다. 다음에, 상기 실리콘질화막(32a)을 기판의 배면으로부터 식각하지 않고 상기 마스크 패턴의 모양대로 형성된 금막(44)을 마스크로 사용하여 상기 피도금층(36+38+40)을 먼저 건식식각한 다음 노출된 부분의 실리콘질화막(32a)을 건식식각한다. 따라서, 금막(44) 패턴의 하부에 피도금층(36+38+40)과 실리콘질화막(32a)이 남게 되는데, 이렇게 하면 제1 실시예에 의해 제조된 마스크보다 기계적 안정도가 향상된 마스를 제조할 수 있다.

제5 실시예

도 18은 본 발명의 제5 실시예에 의한 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도들로서, 도 8 내지 도 12와 동일한 참조번호는 동일한 부분을 나타낸다.

도 18을 참조하면, 상기한 제4 실시예와 동일한 방법으로 실리콘기판(30) 상에 실리콘질화막(32a), 피도금층(36+38+40) 및 금막(44)을 차례로 형성하고, 상기 실리콘기판(30) 배면의 노출된 부분을 식각한다. 다음에, 상기 실리콘질화막(32a)을 기판의 배면으로부터 식각하지 않고, 마스크 패턴의 모양대로 형성된 상기 금막(44)을 마스크로 사용하여 상기 피도금층(36+38+40)을 건식식각한 다음에, 상기 실리콘질화막(32a)은 식각하지 않고 남겨둠으로써 SCALPEL이라고 알려진 구조의 마스크를 형성할 수 있다.

상기한 제1 내지 제5 실시예에서는 전자 흡수제로서 금(Au)을 사용하는 경우에 대해서 설명하였으나, 금 외에도 백금(Pt)을 사용할 수 있으며 전기도금시 마스크층으로 포토레지스트 대신에 사진공정에 의해 패터닝된 산화막을 마스크층으로 사용할 수 있다.

이상 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술적 사상내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형 및 개량이 가능함은 물론이다.

상술한 본 발명에 따르면, 전자 흡수제로 실리콘(Si)을 사용하던 종래의 방법과는 실리콘에 비해 전자범위가 1/10정도인 금 또는 백금을 사용한다. 따라서, 동일한 가속전압을 사용할 때 종래의 실리콘 마스크(20㎛ 정도)에 비해 1/10 정도의 두께(3㎛ 정도)로 형성할 수 있다. 또한, 금 또는 백금은 그 자체가 매우 좋은 전기 전도성을 가지므로 실리콘 쉐이핑 마스크의 경우와 같이 백금(Pt)을 추가로 코팅할 필요가 없는 장점이 있다. 또한, 금 또는 백금 패턴을 전기도금 방법으로 형성함으로써 식각에 따른 프로파일의 불량, 식각의 불균일성 등의 문제점들을 해소할 수 있다.

Claims (20)

1. 소자패턴 영역을 포함하는 영역에 소정 크기의 개구부를 갖는 기판;

   상기 기판상에, 소자패턴 영역에 개구부를 갖도록 형성된 식각방지막; 및

   상기 식각방지막상에, 상기 식각방지막과 동일한 패턴의 개구부를 갖는 제1 금속막을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 식각방지막은,

   실리콘질화막, 산화막 및 실리콘막으로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 금속막은 금(Au) 및 백금으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 금속막과 식각방지막 사이에, 피도금층으로 사용되는 제2 금속막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크.
5. (a) 기판의 전면(前面) 및 배면(背面)에 식각방지막을 형성하는 단계;

   (b) 상기 기판의 배면에 형성된 식각방지막을 패터닝하여 소자패턴이 형성될 부분을 포함하는 영역의 상기 기판의 배면을 노출시키는 단계;

   (c) 상기 기판의 전면(前面)에 형성된 상기 식각방지막 상에 피도금층을 형성하는 단계;

   (d) 상기 피도금층 상에, 소자패턴이 형성된 부분의 상기 피도금층을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   (e) 상기 피도금층의 노출된 영역에 전기도금 방법을 사용하여 제1 금속막을 형성하는 단계;

   (f) 상기 포토레지스트 패턴을 제거함으로써, 소자패턴과 대응하는 부분에 개구부를 갖는 제1 금속막 패턴을 형성하는 단계; 및

   (g) 상기 기판의 배면으로부터 노출된 기판영역을 식각하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 식각방지막은,

   실리콘질화막, 산화막 및 실리콘막으로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 (e) 단계에서,

   상기 제1 금속막은 금(Au) 및 백금(Pt)으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 (g) 단계는,

   수산화칼륨(KOH) 용액을 사용한 습식식각으로 진행되는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 피도금층은,

   티타늄/ 니켈/ 팔라듐의 3중 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
10. 제5항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 전에 상기 피도금층 상에 절연막을 형성하는 단계를 더 구비하고,

    상기 포토레지스트 패턴 형성하는 단계 후 제1 금속막을 형성하는 단계 전에 상기 절연막을 패터닝하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
11. 제5항에 있어서, 상기 (d) 단계는,

    다층 레지스트(Multi-Layer Resist; MLR) 공정을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
12. 제5항에 있어서, 상기 피도금층은,

    상기 식각방지막을 식각하는 단계후에 상기 기판의 배면으로부터 습식식각하여 제거하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
13. (a') 기판의 전면(前面) 및 배면(背面)에 식각방지막을 형성하는 단계;

    (b') 상기 기판의 배면에 형성된 식각방지막을 패터닝하여 소자패턴이 형성될 부분을 포함하는 영역의 상기 기판의 배면을 노출시키는 단계;

    (c') 상기 기판의 전면에 피도금층을 형성하는 단계;

    (d') 상기 피도금층 상에, 소자패턴이 형성된 부분의 상기 피도금층을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

    (e') 상기 피도금층의 노출된 영역에 전기도금 방법을 사용하여 제1 금속막을 형성하는 단계;

    (f') 상기 포토레지스트 패턴을 제거함으로써, 소자패턴과 대응하는 부분에 개구부를 갖는 제1 금속막을 형성하는 단계;

    (g') 상기 기판의 배면으로부터 노출된 기판영역을 식각하는 단계;

    (h') 상기 제1 금속막을 마스크로 사용하여 상기 피도금층을 식각하는 단계; 및

    (i') 상기 제1 금속막을 마스크로 사용하여 상기 식각방지막의 노출된 부분을 식각하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 (a') 단계에서 식각방지막은,

    실리콘질화막, 산화막 및 실리콘막으로 구성되는 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 (e') 단계에서,

    상기 제1 금속막은 금(Au) 및 백금(Pt)으로 구성된 그룹에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
16. 제13항에 있어서, 상기 (g') 단계는,

    수산화칼륨(KOH) 용액을 사용한 습식식각으로 진행되는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
17. 제13항에 있어서, 상기 (h') 단계는,

    건식식각 방법으로 진행되는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
18. 제13항에 있어서, 상기 피도금층은,

    티타늄/ 니켈/ 팔라듐의 3중 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
19. 제13항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 전에 상기 피도금층 상에 절연막을 형성하는 단계를 더 구비하고,

    상기 포토레지스트 패턴 형성하는 단계 후 제1 금속막을 형성하는 단계 전에 상기 절연막을 패터닝하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.
20. 제13항에 있어서, 상기 피도금층을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는,

    다층 레지스트(Multi-Layer Resist; MLR) 공정을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔 셀 투영 리소그래피용 마스크의 제조방법.