KR20010051732A

KR20010051732A - 전자선 노광방법, 및 이것에 이용하는 마스크 및 전자선노광장치

Info

Publication number: KR20010051732A
Application number: KR1020000067991A
Authority: KR
Inventors: 야마시따히로시; 고비나따히데오
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛뽕덴끼 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2001-06-25
Also published as: CN1297251A; JP2001144008A; TW495834B; US6597001B1

Abstract

본 발명은, 소정패턴을 복수의 소영역으로 분할하여 상기 소영역마다 분할패턴을 형성하고, 상기 소영역마다 노광을 하여 , 상기 소정패턴 전체를 전사하는 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법이고, 상기 소영역마다 노광을 하여 분할패턴을 차례로 전사를 하는 단계, 상기 분할패턴의 전사영역마다, 상기 각각의 분할패턴의 디포커스된(defocused) 반전패턴빔으로 보정노광을 하는 것에 의해, 패턴노광에 의한 근접효과를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 노광방법에 관한 것이다. 본 발명은 리소그래피 단계에 있어서, 근접효과보정을 위한 보정노광의 조정을 용이하게 하고 치수정밀도를 높일 수 있다.

Description

전자선노광방법, 및 이것에 이용하는 마스크 및 전자선노광장치{METHOD OF ELECTRON-BEAM EXPOSURE AND MASK AND ELECTRON-BEAM EXPOSURE SYSTEM USED THEREIN}

본 발명은, 전자선노광방법, 및 이것에 이용하는 마스크및 전자선노광장치에 관한 것으로, 특히, 반도체 장치의 제조에 이용되고, 근접효과보정에 적절한 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선노광방법, 및 이것에 이용하는 마스크 및 전자선노광장치에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조를 위한 리소그래피 단계에서 행하여지는 전자선 노광에 있어서는, 기판 및 그 코팅 레지스트층내에서의 산란전자에 기인하는 근접효과 (proximity effect)는 전사패턴의 치수정밀도에 대단히 영향을 준다. 예컨대, 근접한 라인 및 공간패턴에 있어서는, 노광부에 입사한 전자가 기판내에서 크게 산란(후방산란)될 수 있고, 이러한 후방산란전자에 의해 근접한 미노광부의 레지스트가 노광(백그라운드 노광, background exposure)될 수 있다. 그 결과, 도 4 에 도시된 것 처럼, 패턴단부와 중앙부에서는 축적에너지가 다른 분포로 되어, 레지스트가 현상될 때, 적절한 임계 레벨의 에너지로 설정된 소정의 패턴은 얻어질 수 없다(특히 단부에서). 이것은 근접효과 보정이 종래에 필수적인 기술중 하나라는 점을 강조한다.

근접효과의 보정법으로서는, 패턴노광시 최적의 노광양을 백그라운드 노광양에 의존해서 적절히 선택하는 노광양보정법과, 패턴노광을 수행한 모든 영역에서 백그라운드 노광양이 일정하게 되도록 보정노광을 하는 고스트(GHOST) 노광법이 있다.

현재, 전자선노광법의 주류인 셀전사방식(cell projection method)과 가변성형빔 노광법에 있어서는, 노광양 보정법에 의한 근접효과보정을 하기 위해서, 노광강도분포(EID) 함수를 이용한 축차계산법(self-confident method)이나, 패턴밀도법등에 의한 복잡한 계산을 필요로 하는 수법이 채용되고 있다. 그 때문, 데이터처리를 위해 방대한 시간을 요하여, 전사할 다른 모든 패턴에 대하여, 이런 종류의 복잡한 계산의 또 다른 세트가 만들어져야 한다.

고스트법은, 노광해야 할 패턴(정패턴)을 노광한 뒤, 정패턴의 반전패턴을 후방산란 범위에 걸쳐 디포커스함으로써 형성된 빔에 의해서 형성된 빔으로 약한 보정노광(고스트 노광)을 수행하여, 정패턴 노광에 대한 입사전자의 후방산란에 의해서 발생될 수 있는 근접효과를 보정하는 수법이다. 도 5 는 고스트법의 일종인 오프셋(offset) 고스트법에 의한 근접효과보정의 원리의 설명도이고, 전자선 노광에 의한 축적에너지 분포를 모식적에 나타낸 그림이다. 도 5(a) 는 라인과 공간(1/1)의 정패턴의 축적에너지 분포를 나타내고, 도 5(b)는, 후방산란 범위에 걸쳐 반전패턴을 반전패턴빔을 디포커스함으로서 형성된 빔으로 보정노광한 것에 의한 축적에너지 분포를 도시하며, 도 5 (c)는 도 5 (a)의 노광영역에, 도 5 (b)에 나타내는 축적에너지분포를 제공하는 보정노광을 적용한 경우의 축적에너지분포를 나타낸다. 도면에서, 전방산란전자의 에너지를 1 로 하고,는 후방산란계수, βb는 후방산란 범위를 나타낸다. 도 5(c)에 나타낸 바와 같이, 고스트법에 의한 근접효과보정을 하는 것에 의해, 백그라운드 노광양을 일정하게 할 수 있다. 그 결과, 축적에너지 분포가 위치에 의하지 않고 균일하게 되고 패턴의 치수정밀도를 향상할 수가 있다.

그러나, 이런 종류의 고스트법을, 셀전사 리소그래피법이나 가변성형빔 노광법에 적용하기 위해서는, 또한 EID 함수 등을 이용한 노광강도의 계산이 필요하다. 또한, 반전패턴의 형성를 위해 복잡한 계산을 필요로 하기 때문에, 데이터 처리에 상당한 시간을 요한다. 또한 이렇게 하여 얻어진 반전패턴을 전사하는 때에도 시간이 걸린다. 이 모든 인자들은 작업처리량의 현저한 감소에 기여한다.

한편, 최근 셀전사 리소그래피법이나 가변성형노광법을 대체하는 새로운 전자선노광방법으로서, 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선노광법이 제안되어 있다. 이 분할 마스크-패턴 전사방식에 의한 전자선노광법은, 노광해야 할 소정의 패턴을 복수의 소영역으로 분할하여, 상기 소영역마다 노광을 하여 최종적으로 이 소정패턴 전체를 전사하는 방법이다. 이 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법은, 소정의 패턴을 복수의 소영역으로 분할하지만, 1 칩의 소정 패턴의 전체 분할된 부분들이 모두 형성된 마스크를 이용한다. 이 관점에서, 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법은, 형성하고자 하는 패턴이 실제적으로 마스크에 형성되지 않지만, 소프트데이터로서 처리되는 가변성형빔 노광법이나 반복된 패턴부분만이 형성된 마스크를 이용하는 셀전사 리소그래피법과는 완전히 다르다.

이 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선노광법에 관해서는, 일본 공개특허공보 176720/1999 호의 종래의 기술부에서 그 공보의 도 2 를 이용하여 알기 쉽게 설명되어 있다. 이하, 이 기재에 따라서 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선노광법에 관해서 설명한다.

도 6 는 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법의 개략설명도이다. 도 6 에 있어서, 참조부호 1OO 는 마스크를 가리키고, 1OOa 는 마스크상의 소영역, 1OOb 는 소영역(1OOa) 사이의 경계영역, 11O 는 레지스트를 도포한 웨이퍼 등의 기판, 11Oa 는 기판(11O) 상의 1 다이(1칩)에 대한 영역, 11Ob 는 소영역(1OOa)에 각각 대응하는, 기판(110)의 전사를 위한 영역, AX 는 하전입자선 광학계의 광축, EB 는 하전입자선, 및 CO 는 하전입자선 광학계의 크로스오버 포인트(crossover point)를 가리킨다.

마스크(100)상에는, 기판(110)상에 전사해야 할 패턴을 멤브레인(membrane)상에 각각 구비한 다수의 소영역(1OOa)이, 패턴이 존재하지 않은 경계영역(1OOb)에 의해 구분되어 존재하고 있다. 그리고, 경계영역(10Ob)에 대응하는 부분에는 격자형상의 지주(support structure)가 형성되고, 멤브레인을 열적 및 강도적으로 보호하고 있다. 또, 마스크(1OO)는, 예컨대 두께 1OOnm 정도의 실리콘 질화막인 멤브레인 상에, 예컨대 두께 50nm 정도의 텅스텐으로 이루어지는 전자선 산란체 패턴이 형성된 산란 멤브레인 마스크이다. 이 산란 멤브레인 마스크는, 산란각 제한방식의 전자선 노광방법("SAL 형" 으로 후술됨)에 주로 이용되는 마스크이고, 여기서의 노광법은 SAL 형을 상정하고 있다.

각 소영역(1OOa)는 기판(11O)의 1 다이(die)분의 영역(11Oa)에 전사해야 할패턴을 분할한 분할패턴중 하나를 구비하고, 분할한 분할패턴마다 기판(110)에 전사된다. 기판(110)의 외관형상은 도 6 (b)에 도시된다. 도 6 (a)에 있어서는, 기판(110)의 일부(도 6 (b)의 Va 부)를 확대하여 도시한다.

도 6 에 있어서, 하전입자선 광학계의 광축 AX와 평행히 z 축을 잡고, 소영역(100a)의 어레이 방향과 평행히 x 축, y 축을 각각 잡는다. 각각 화살표 Fm 및 Fw 에서 나타낸 바와 같이, 마스크(100) 및 기판(110)을 x 축을 따라서 역방향으로 연속적으로 이동시키면서, 하전입자선을 y 축 방향으로 단계적으로 스캔하여 일렬의 소영역(100a)의 패턴이 순차적으로 전사된다. 그 열의 패턴전사가 종료한 후에, x 축 방향에 인접하는 다음 소영역(1OOa)이 하전입자선의 스캔을 받는다. 그후, 동일한 방식으로, 소영역(1OOa)의 전사(분할전사)를 반복하여 1 다이(1칩)에 대한 전체 패턴을 전사한다.

이 때의 소영역(1OOa)의 주사순서 및 기판(11O)에의 전사순서는, 각각 화살표 Am, Aw 에 의해서 나타내는 바와 같다. 또, 마스크(100)와 기판(110)의 이동방향이 서로 반대인 것은, 1 쌍의 투영 렌즈에 의해 마스크(100)와 기판(110)에 대한 x축 및 y 축이 각각 반전되기 때문이다.

이러한 방식으로 전사(분할전사)를 하는 경우, y 축방향의 일렬의 소영역(10 Oa)의 패턴을 한 쌍의 투영렌즈로 기판(11O)에 그대로 투영하면, 각각 소영역(1OOa)에 대응하는, 기판(11O)의 전사를 위한 영역(11Ob)들 사이에 경계영역(10Ob)에 대응하는 갭이 생긴다. 이 문제를 극복하기 위하여, 각 소영역(100a)을 통과한 하전입자선 EB를 경계영역(100b)의 폭 Ly 에 상당하는 분만큼 y 축방향으로 편향하여 패턴 전사위치를 보정한다.

x 축 방향에 관해서도, 패턴축소비에 비례하여 각각의 특정속도로 산란투과마스크(1OO)와 기판(11O)을 이동시키는 것 뿐만 아니라, 유사한 주의를 취한다. 그것은, 일렬의 소영역(100a)의 전사가 종료되고 다음 열의 소영역(100a)의 전사로 이동할 때, 경계영역(100b)의 폭(Lx)만큼 하전입자선(EB)을 x 축 방향으로 편향하여, 전사를 위한 영역(110b) 사이에 x 축 방향의 갭이 생기지 않도록, 패턴전사위치를 보정한다.

이상 설명한 바와 같이, 분할 마스크-패턴 전사 방식에 의하면, 1칩의 소정패턴의 전체 분할부가 형성된 마스크를 이용하여, 종래의 셀전사 리소그래피법이나 가변성형빔 노광법에 대하여 현저히 작업처리량을 향상시킬 수 있다.

또한, 분할 마스크-패턴 전사방식에서는, 각 소영역(100a) 사이에 형성된 경계영역(100b)에 격자형상의 지주를 형성할 수 있기 때문에, 하전입자선 조사에 의한 마스크기판의 굴곡 및 열적왜곡을 억제할 수가 있고 고정밀도로 노광전사를 할 수 있다.

상기의 것 같은 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법에 있어서도, 전술의 근접효과를 보정하는 것은 대단히 중요한 과제이다.

분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법에 있어서의 근접효과 보정법으로서는, G.P.Watson 등(J.Vac.Sci.Techno1.B13(6), 2504-2507(1995))에 의해서, SAL형 전자선 노광법에 전술의 고스트법을 응용한 SCALPEL(등록된 상표) 고스트법에의한 근접효과 보정법이 제안되어 있다.

이하, G. P. Watson 등의 근접효과 보정법을 설명한다.

SAL 형 전자선 노광방법을 위한 마스크에 대하여, 전자선 산란파워가 비교적 작은 전자선 투과성 멤브레인(이하 간단히 "멤브레인"으로 언급함), 예컨대 두께 100nm 정도의 실리콘 질화막상에, 전자선 산란체, 예컨대 두께 50 nm 정도의 텅스텐으로 이루어지는 패턴이 형성된 마스크(이하 "산란 멤브레인 마스크"로 언급됨)가 이용된다. 산란체가 형성되어 있지 않은 멤브레인 영역을 투과한, 비산란 또는 산란각의 비교적 작은 전자로 이루어진 전자선으로 웨이퍼상에 노광이 행하여진다. 한편, 산란체를 투과한, 큰 산란각으로 산란된 전자들은, 크로스오버 위치 또는 그 근방에 형성된 제한 개구부에 의해 컷오프된다. 이와 같이, 멤브레인 영역과 산란체 영역 사이의 전자선 산란의 차이에 의해서 웨이퍼상에 이미지 콘트라스트가 형성된다.

또, 분할 마스크-패턴 전사방식의 상기 설명에 있어서의 마스크에서, 소정의 패턴을 분할하기 위한 경계 영역이 격자형상이지만, 스트라이프 형상으로 될 수 있고, 여기서 사용된 마스크는 실질적으로 스트라이프 형상으로 형성된 경계영역이다. 이러한 마스크를 이용한 경우의 소영역의 노광은, 전자빔으로, 스트라이프형상의 경계영역에 의해 분할된 띠형상의 소영역내에서 길이방향으로 전기적으로 스캔하는 동안, 수행된다.

상술된 바와 같은 SAL 형 전자선 노광방법에 있어서, 근접효과보정은 다음과 같이 수행된다. 첫째, 산란 멤브레인 마스크상의 산란체에 의해 산란된 전자의 일부를, 크로스오버 위치 또는 그 근방에 배치된 제한 개구부에 형성한 환형상의 개구로 선택적으로 통과시켜, 이 통과한 산란전자를 투영렌즈의 구면수차에 의해 대략 후방산란 범위로 디포커스하고, 보정노광(고스트노광)빔으로서 웨이퍼상에 조사한다.

도 7 에, SAL 방식에 있어서의 근접효과 보정을 설명하기 위한 광학계의 모식도를 나타낸다. 마스크(201)를 통과한 이미지 형성 전자는, 제 1 투영렌즈(202)에 의해서 포커스되어, 크로스오버면 또는 백포컬면(back-focal plane)에 배치된 제한 개구부(203)의 중앙의 개구를 통과하고, 계속해서 제 2 투영렌즈(204)에 의해서 웨이퍼(205)상의 레지스트(206)에 이미지를 형성한다. 도 7에 나타내는 레지스트(206)는 조사된 부분이 남는 네가티브형이고, 설명를 위해 현상후의 형상을 나타내고 있다.

한편, 마스크(201)에 의해서 산란된 대부분의 전자는, 제한 개구(203)에 의해서 차폐되고, 전자의 일부분만이 중앙의 개구와 그 주위를 둘러싸도록 형성된 환형상의 개구를 통과한다. 이 통과한 마스크-산란 전자가 제 2 투영렌즈(204)의 구면수차에 의해서 대략 후방산란범위 βb 로 디포커스되고, 보정노광 (고스트노광)빔으로서 웨이퍼상에 분포된다. 중앙 및 환형상 개구는 동심으로 배치되어 있다.

보정빔의 강도, 즉 강도에 비례하는 보정양은, 통상, 환형상 개구의 개구면적에 의해서 제어되고, 디포커싱 범위는 제한 개구 중심으로부터 환형상 개구의 거리 거리 또는 개구 반경으로 제어된다. 환형상 개구의 개구면적은 중앙부의 개구보다 크기 때문에, 실제의 근접효과보정은 환형상 개구를 통과한 산란전자에 거의 의존한다. 또한, 실제의 노광에 있어서의 제한 개구의 설계에서, 후방산란 범위는 웨이퍼의 재료와 가속전압에 크게 의존하기 때문에, 웨이퍼재료와 가속전압이 같은 조건이면, 제한개구의 중심에 대한 환형상 개구의 위치는 일정하게 설정된다(디포커싱 정도는 일정). 최적의 보정양은, 기판의 재료, 즉 후방산란계수에 의존하기 때문에, 기초기판에 응해서 환형상개구의 폭(개구면적)을 바꿔 보정의 조정이 행하여진다.

다음에, 도 7 에 나타내는 상기의 광학계에서의 근접효과보정의 기본원리를, 도 8 및 도 9 를 참조하여 설명한다.

도 8 (a)는 산란 멤브레인 마스크를 도시하고, 참조부호 301 및 302 는 멤브레인과 산란체층을 각각 나타낸다. 도 8(b) 는, 환형상개구를 갖지 않은 제한 개구를 이용하고, 보정빔을 조사하지 않고 있는 경우, 즉 근접효과보정을 하지 않고 있는 경우의 웨이퍼상의 레지스트내에서의 축적에너지분포를 도시하는 한편, 도 8(c)는 환형상 개구를 갖는 제한개구를 이용하고 보정빔을 제공한 경우, 즉 근접효과보정을 한 경우의 축적에너지분포를 도시한다. 도면에서, βb 가 후방산란 범위이다. 또한, 전방산란전자의 에너지를 1로 하면, 후방산란전자의 에너지는 후방산란계수에 대응하는 에너지를 갖고, 이 경우 필요한 보정량비는/(1+)으로 나타내여진다. 후방산란전자의 에너지는 패턴밀도와 후방산란계수와의 곱으로 획득될 수 있다.

보정빔을 후방산란 범위 βb정도, 또는 L 정도로 디포커스하는 것에 의해, 도 8 (b)에서 처럼 경계선부근에서 저하된 축적에너지를, 도 8 (c)에 나타낸 바와 같이 일정하게 할 수 있다. 그 결과, 패턴의 치수정밀도를 향상시킨다.

도 9 에서, 도 8(a)에 나타내는 산란 멤브레인 마스크는 에 라인 및 공간패턴(1/1), 즉 패턴밀도 50%의 패턴을 형성한 마스크로 대체된다. 도 9 로부터 분명한 것 같이, 패턴밀도가 변하더라도, 근접효과보정이 동일한 방식으로 이루어질 수 있다.

그러나, G.P.Watson 등의 SAL 형 전자선 노광법에 대한 전술된 근접효과 보정법은 보정노광(고스트노광)에 대한 보정량 및 디포커싱의 정도를 조절하기가 곤란하다는 문제가 있다.

G.P.Watson 등의 근접효과보정법은, 패턴노광과 동시에 보정노광을 하여 근접효과보정을 하는 방법이다. 한번의 노광으로 패턴노광과 근접효과보정을 할 수 있는 점에서 이 보정방법은 높은 작업처리량의 장점을 갖는다. 그러나, 이와 같이 작업처리량에 뛰어나고 양호한 근접효과보정을 할 수 있는 것은, 동일의 마스크를 이용하고 또한 농광을 위하여 동종의 기판에 전자선노광을 적용하여 패턴전사를 반복하는 경우에 한정된다.

근접효과의 정도는, 가속전압 이외에 패턴의 밀도, 웨이퍼등의 노광을 위한 기판의 재료, 레지스트막의 두께 등에 의해서 가변한다. 따라서, 상이한 패턴을 갖는 마스크를 이용하는 경우나, 상이한 재료로 이루어지는 노광을 위한 기판을 이용하는 경우나, 리소그래피의 임의의 공정마다 상이한 두께로 레지스트층을 형성하는 경우는, 특정의 마스크, 노광을 위한 기판 및 레지스트 두께에 알맞은 근접효과보정을 하기 위해서 디포커싱의 정도와 보정양을 조정할 필요가 있다. 또한, 마스크에 따라서 전자선 산란체의 두께가 다르면, 산란전자의 산란각이 변하고, 그에 따라, 보정양이 변화하여, 보정양이 다시 모두 조정되어야 한다.

보정양의 조정은, 제한 개구부(203)의 환형상개구의 반경과 폭(면적)을 조정하는 것에 의해 행하여지므로, 환형상개구가 다른 제한 개구부를 별도로 제작하지않으면 안된다. 더구나, 제한 개구부를 교환하기 위해서는, 사전에 일단 전자선 노광을 정지하고 진공상태를 해제하고 광학계내부는 대기로 개방해야 한다. 요컨대, 이와 같이 종래방법은, 마스크패턴과 노광을 위한 기판에 알맞은 최적의 근접효과보정을 하고자 하면, 작업처리량이 현저히 저하되는 문제가 있다.

또한, 또한 제조된 산란 멤브레인 마스크에서 멤브레인에 형성된 산란체층의 두께가 마스크면내에서 변화하면, 그에 따라 전자의 산란각이 변화한다. 이것은 보정양을 변화시키고 근접효과보정을 불충분하게 만든다. 따라서, 마스크제작시에, 마스크면에 걸쳐 막두께에 대하여 높은 규격의 균일성이 요구되지만, 그와 같은 막두께 균일성이 높은 산란 멤브레인 마스크의 제작은 용이하지 않아서, 수율이 저하하여, 비용이 증대하는 문제가 있다.

또한, 근접효과의 정도는, 1칩분 또는 그 수분할분에 상당하는 패턴내에서, 패턴밀도 외에, 기초패턴에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼표면의 레지스트층의 기초층에 텅스텐 등의 중금속으로 이루어지는 배선 등의 기초패턴이 형성되면, 그 기초패턴으로 입사전자가 반사 또는 후방산란되어, 그 결과, 기초패턴이 형성되어 있지 않은 영역상의 레지스트영역과 기초패턴 형성영역에 걸친 레지트영역 사이에서 근접효과의 정도가 크게 다를 수 있다. 전술된 종래 보정법에서, 1칩분 또는 그 수분할분에 상당하는 패턴내에서 부분적으로 다른 근접효과에 응해서 부분적으로 보정노광을 조정할 수 없다.

본 발명의 목적은, 근접효과보정을 위한 보정노광의 조정이 용이하고, 뛰어 난 치수정밀도를 실현가능한 전자선노광방법, 및 이것에 이용하는 마스크 및 전자선노광장치를 제공하는 것에 있다.

도 1 는, 본 발명의 마스크의 패턴영역의 구성을 설명하기 위한 개략평면도.

도 2 는, 본 발명의 마스크의 제조방법의 일례를 나타내는 일련의 공정단면도.

도 3 는, 본 발명의 전자선 노광장치의 광학계를 설명하기 위한 모식도.

도 4 는, 근접효과를 설명하기 위한 전자선 노광에 의한 축적에너지분포도.

도 5 는, 고스트법에 의한 근접효과 보정의 원리를 설명하기 위한 모식도.

도 6 는, 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법의 개략설명도.

도 7 는, 산란각 제한방식 전자선 노광법에 있어서의 종래의 근접효과 보정을 설명하기 위한 광학계의 모식도.

도 8 는, 산란각 제한방식 전자선 노광법에 있어서의 종래의 근접효과 보정의 원리를 설명하기 위한 도면.

도 9 는, 산란각 제한방식 전자선 노광법에 있어서의 종래의 근접효과 보정의 원리를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1a: 분할패턴의 소영역, 2a: 반전패턴의 소영역

2: 경계영역, 21, 23: Si 층

28: 도전막, 31: 마스크

32: 제 1 투영렌즈 36: 레지스트

110a: 1칩분의 영역, EB: 하전입자선

CO: 크로스오버 포인트 302: 전자선 산란체층

본 발명은, 소정패턴을 복수의 소영역으로 분할하여 상기 소영역마다 분할패턴을 형성하고 상기 소영역마다 노광을 하는 것에 의해, 상기 소정패턴의 전체의 전사를 성취하는, 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법으로서,

상기 소영역마다 노광을 하고 그 위의 분할패턴을 차례로 전사하는 단계, 및

상기 분할패턴의 전사영역마다, 각각의 상기 분할패턴의 반전패턴의 디포커스된 빔으로 차례로 보정노광을 하는 것에 의해, 패턴노광에의한 근접효과를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 노광방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은, 전술된 것 같은 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법으로서,

소정패턴이 복수의 소영역으로 분할되어 상기소영역마다 분할패턴을 형성함으로서 형성되는 분할패턴군 및 이들 분할패턴의 반전패턴군을 동일기판에 갖는 마스크를 이용하는 동안, 상기 소영역마다 노광을 하고 그 위의 분할패턴을 차례로 전사를 하는 단계, 및

상기 분할패턴의 전사영역마다, 각각의 상기 분할패턴의 반전패턴의 디포커스된 빔으로 보정노광을 하는 것에 의해, 패턴노광에 의한 근접효과를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 노광방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 전술된 것처럼 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법으로서,

소정패턴이 복수의 소영역으로 분할되어 상기 소영역마다 분할패턴군을 형성함으로써 형성된 분할 패턴군을 갖는 제 1 마스크를 이용하는 동안, 상기 소영역마다 노광을 하고 그 위의 분할패턴을 차례로 전사하는 단계, 및

상기 분할패턴의 반전패턴군을 갖는 제 2 마스크를 이용하는 동안, 상기 분할패턴의 전사영역마다, 각각의 상기 분할패턴의 반전패턴의 디포커스된 빔으로 차례로 보정노광을 하는 것에 의해, 패턴노광에 의한 근접효과를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자선 노광방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은, 제 1 마스크로서 스텐실(stencil) 마스크를 이용하고 제 2마스크로서 산란 멤브레인 마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는, 전술된 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은, 전술된 전자선 노광방법에 이용되는 전자선 노광을 위한 마스크로서, 소정 패턴이 복수의 소영역으로 분할되어 상기 소영역마다 분할패턴을 형성함으로써 형성된 분할패턴군과 이들 분할패턴의 반전패턴군을 동일기판에 갖는 것을 특징으로 하는 전자선 노광용 마스크에 관한 것이다.

또한 본 발명은, 전자선 노광장치로서,

상기 본 발명의 마스크가 배치되어, 소영역마다 분할패턴의 노광을 차례로 수행하여 상기 소정패턴을 전사하고, 소영역마다 반전패턴의 노광을 차레로 수행하여, 그 반전패턴빔으로 분할패턴의 전사영역마다 노광을 적용할 수 있느 구성,

반전패턴빔이 노광을 위하여 이용될 때마다 반전패턴빔을 디포커스할 수 있는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 전자선 노광장치에 관한 것이다.

본 발명에서는, 마스크가 상이한 패턴을 갖는 또 다른 마스크로 대체되거나 노광을 위한 기판이 상이한 후방산란계수의 또 다른 노광을 위한 기판으로 바뀌고 전자선노광을 하는 경우 이더라도, 소영역마다 반전패턴을 통한 보정노광시에 그 조사시간을 변화시킴으로써, 그 패턴밀도나 후방산란계수에 응해서 보정양(correction dose)을 용이하게 조정하는 것이 가능하다. 또한, 노광을 위한 기판을 상이한 후방산란 범위를 갖는 재료로 이루어지는 또 다른 노광을 위한 기판으로 대체하여 전자선 노광을 하는 경우 이더라도, 소영역마다 차례로 반전패턴을 통한 보정노광을 수행할 때, 다이나믹 포커스 렌즈에 의해서 후방산란 범위로 디포커싱 정도가 조정될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 작업처리량을 저하시키지 않고, 마스크나 노광을 위한 기판의 종류에 따라서 최적의 근접효과보정을 할 수 있어, 뛰어난 치수정밀도를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 1칩분 또는 그 수분할분에 상당하는 소정 패턴내에서도, 소영역마다 차례로 반전패턴을 통한 보정노광을 수행할 때, 패턴밀도나 기초패턴의 영향에 의한 후방산란의 정도에 응해서 쇼트(shot)마다 그 조사시간을 제어함으로써, 부분적으로 변화된 근접효과에 따라서 부분적으로 보정양을 조정할 수가 있다. 또한, 1 칩분 또는 그 수분할분에 상당하는 소정패턴내에서도, 소영역마다 반전패턴을 통한 보정노광을 수행할 때, 기판과는 다른 후방산란 범위를 갖는 기초패턴의 영향에 응해서 쇼트마다 다이나믹 포커스 렌즈를 제어하는 것에 의해, 부분적으로 변화된 근접효과에 응해서 반전패턴빔의 디포커싱 정도를 부분적으로 조정할 수가 있다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 작업처리량을 저하시키지 않고, 형성하고자 하는 소정 패턴내에서, 부분적으로 다른 근접효과에 응해서 위치에 따라 변하는 최적의 보정노광이 제공되어, 뛰어난 치수정밀도를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 노광장치의 가속전압에 의해서 후방산란 범위가 다르더라도, 보정노광빔의 흐림양(amount of blur)은 다이나믹 포커스 렌즈로 조정가능하기 때문에, 어떠한 가속전압에 있어서도 동일의 마스크를 이용하여 근접효과보정을 할 수 있다.

본 발명에서는, 정패턴 및 반전패턴을 마스크에 형성하고 있기 때문에, 이용된 레지스트가 네가티브형이거나 포지티브형이거나에 관계없이, 동일한 마스크를 이용하여 동일한 조작에 의해서 뛰어난 치수정밀도를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에서는, 산란전자를 보정노광에 이용하고 있지 않기 때문에, 산란 멤브레인 마스크의 산란체층에 대하여 높은 기준의 균일성을 필요로 하지 않는다. 결과적으로, 산란 멤브레인 마스크가 용이하게 저비용으로 제작될 수가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 마스크제작에 있어서, CAD (computer aided design)데이터상에서 패턴데이터의 톤(tone)을 반전시킴으로써 단시간에 또한 용이하게 반전패턴 데이터를 생성할 수가 있기 때문에, 종래 근접효과보정를 위해 필요하던 방대한 데이터 처리시간을 대폭 삭감할 수가 있다. 또한, 정패턴과 반전패턴을 별도의 마스크에 형성하는 경우, 각각의 마스크 제작시 네가티브형 레지스트와 포지티브형 레지스트를 이용하면, 전술된 패턴데이터의 톤 반전도 필요가 없다. 따라서, 이 경우, 근접효과 보정을 위해 어떤 데이터처리도 필요로 하지 않으므로, 근접효과 보정을 위한 선처리 시간을 대폭 저감할 수가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 소정 패턴마스크을 위한 마스크로서 스텐실 마스크를 이용하고 반전패턴을 위한 마스크로서 산란 멤브레인 마스크를 이용하는 것에 의해, 반전패턴의 형성시에 도넛 문제나 리프(leaf)문제를 야기시킬 수 있는 패턴을 형성하는 경우에도 문제 없게 용이하게 마스크를 제작할 수가 있고, 또한 고해상도로 패턴노광을 수행할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명에서는, 소정패턴을 복수의 소영역으로 분할하고, 이것들의 소영역마다 노광을 하는 것에 의해, 소정패턴 전체를 전사하는 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법에 있어서, 패턴 노광에 의한 근접효과를 보정하기 위해서, 소영역에서 분할패턴의 노광을 수행한 후, 이들 소영역의 분할패턴의 전사영역마다, 분할패턴의 반전패턴빔을 디포커싱함으로서 형성된 보정노광(고스트노광)빔을 전사영역으로 적용한다. 여기서 이용된, 분할패턴을 위한 전사영역은, 노광을 한 마스크상의 소영역에 대응하는 웨이퍼상의 영역을 가리킨다.

소정 패턴을 복수의 소영역으로 분할하여 얻어진 분할패턴의 전사영역마다, 그 분할패턴의 반전패턴빔을 디포커싱함으로써 형성된 보정노광빔을 조사하기 위해서는, 다음 2개의 수법을 채용할 수 있다.

제 1 수법으로서는, 하나 이상의 분할패턴을 통하여 한 번에 하나의 소영역에 대한 노광이 수행된 후, 그 분할패턴의 전사영역마다, 그 분할패턴의 반전패턴빔을 디포커싱하여 형성된 보정 노광빔을 적용한다. 이 단계를 반복하여, 최종적으로 소정패턴 전체의 전사 및 그에 상응하는 보정노광을 한다. 그 실시형태로서는, 소정패턴을 복수의 소영역으로 분할하여 이들 소영역마다 분할패턴이 존재하도록 함으로서 형성된 분할패턴군과 이들 분할패턴의 반전패턴군을 동일기판에 갖는 마스크를 제작하고, 이 마스크를 이용하여, 소영역마다 노광을 수행하고 그 분할패턴의 전사를 하는 단계, 분할패턴의 전사영역마다, 그 분할패턴의 반전패턴빔을 디포커싱하여 형성된 보정노광빔을 적용하는 단계를 교대 또는 소정의 순으로 한다.

제 2 수법으로서는, 소정 패턴을 복수의 소영역으로 분할하여 이들 소영역마다 분할패턴이 존재하고, 이들 소영역마다 노광을 수행함으로서 모든 분할패턴을 노광하고 소정패턴의 전체를 전사한 후, 이들 분할패턴의 전사영역마다, 그 분할패턴의 반전패턴빔을 디포커싱함으로써 형성된 보정노광빔을 적용하고, 최종적으로소정 패턴 전체에 대한 보정노광을 한다. 이와 같이, 소정 패턴의 분할전사가 종료된 후, 그 소정 패턴에 대한 보정노광을 부분적으로 수행하는 실시형태로서, 소정패턴이 복수의 소영역으로 분할되어 분할패턴이 소영역마다 존재하도록 형성된 형성된 분할패턴군을 갖는 제 1 마스크, 이들 분할패턴의 반전패턴군을 갖는 제 2마스크가 제작되고, 제 1 마스크를 이용하여 소정 패턴을 분할전사한 후에, 제 2 마스크를 이용하는 동안, 제 1 마스크에 의한 분할패턴의 전사영역마다, 그 분할패턴의 반전패턴빔을 디포커싱함으로써 형성된 보정노광빔이 적용된다.

제 1 수법에 이용하는 마스크는, 소정패턴이 복수의 소영역으로 분할되어, 이들 소영역마다 분할패턴이 존재하도록 함으로써 형성된 분할패턴군과 이들 분할패턴의 반전패턴군을 동일의 마스크기판에 갖도록 형성된다. 도 1 는 본 발명의 마스크의 패턴영역의 구성을 설명하기 위한 개략평면도를 나타낸다.

도 1(a) 는 경계영역(2)에 의해 마스크의 패턴영역이 격자형상으로 분할되어, 정방형 또는 직사각형의 소영역이 배치된 1구성예를 나타내는 도면이고, 도 1(b) 는, 경계영역(2)에 의해 마스크의 패턴영역이 스트라이프 형상으로 분할되어, 띠형상의 소영역이 서로 평행하게 배치된 또 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 도면중의 화살표 라인은, 마스크상의 각 소영역의 노광순서를 나타낸다.

도 1 에 있어서, 경계영역(2)의 폭은 모두 일정하지만, 마스크의 강도를 위해서, 1 개소 이상의 특정한 경계영역부의 폭을 넓힐 수 있다. 예컨대, 도 1(a)에 있어서, 경계영역의 중앙에 위치하는 세로 및/또는 가로 라인을 넓힘으로써, 복수의 소영역을, 1 개의 마스크내에서 2개 또는 4개의 소영역군으로 나눌 수가 있다. 이와 같이, 1 개의 마스크에 형성되는 복수의 소영역을 2 이상의 소영역군으로 나누어 임의의 길이의 간격에서 별개의 영역들을 형성할 수가 있다. 이들 경계영역에서, 즉 패턴미형성 영역에, 지지부재를 형성하거나 그 영역의 마스크부를 두텁게하여 마스크강도를 높일 수 있다. 이러한 마스크구성은 제 2 수법에 이용되는 마스크에 있어서도 유사하게 취해질 수 있다.

마스크의 패턴영역에서의 소영역의 배치로서, 예컨대 도 1(a) 에 나타낸 바와 같이, 분할패턴의 소영역(1a)과 그 반전패턴의 소영역(1b)을 교대로 배치할 수가 있다. 이러한 마스크를 이용한 전자선 노광에서, 각 소영역의 분할패턴과 그 반전패턴의 노광순서는 마스크의 소영역의 배치를 따르고 분할패턴의 노광과 그 반전패턴빔을 디포커스함으로써 형성된 빔으로의 보정노광이 교대로 수행된다. 분할패턴의 소영역(1a)과 그 반전패턴의 소영역(1b)의 마스크상의 배치 및 대응하는 노광순서는 전술한 바와 같이 이러한 1:1 교대의 배열 순서로 한정되는 것이 아니고, 대응하는 노광순서 및 배열은 바람직한 순서로 교대로 배열하고 그 배열에 따라서 노광할 수 있다. 예컨대, 1열에 배치한 분할패턴의 소영역(1a)의 열과 1열에 배치한 그 반전패턴의 소영역(1b)의 열을 교대로 배치한 마스크를 제작하고, 이 마스크를 이용하여, 1열분의 모든 소영역(1a)의 분할패턴의 노광과 그 다음 열에서의 모든 소영역(1b)의 반전패턴빔을 디포커스함으로써 형성된 빔으로의 보정노광을 교대로 수행할 수 있다. 또는, 그 패턴영역이, 분할패턴의 소영역(1a)만이 배치되어 있는 영역과 그 반전패턴의 소영역(1b)만이 배치되어 있는 다른 영역의 두 영역으로 나누어지는 마스크를 제작할 수 있고, 이 마스크를 이용하여, 마스크상의 모든 분할패턴의 노광을 한 후에, 그것들 분할패턴의 대응하는 전사영역마다, 각각의 분할패턴의 반전패턴빔을 디포커싱함으로써 형성된 보정노광빔을 적용할 수 있다.

그 밖의 마스크의 패턴영역에서의 소영역의 배치로서는, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 분할패턴의 띠형상의 소영역(1a)과 그 반전패턴의 띠형상의 소영역(1b)을 교대로 배치할 수가 있다. 이러한 마스크를 이용한 전자선 노광에서도, 각 소영역의 분할패턴의 전사의 순서는 마스크의 소영역의 배치에 따르고 분할패턴의 노광과 그 반전패턴빔을 디포커스함으로써 형성된 빔으로의 보정노광은 라인마다 교대로 수행된다. 이러한 띠형상의 소영역을 형성하는 경우에 있어서도, 각각의 분할패턴의 소영역(1a)과 그 반전패턴 소영역(1b)의 마스크상의 배치순서 및 대응하는 노광순서는 전술한 바대로 그런 1:1 교대의 라인순서로 한정되는 것이 아니라, 대응하는 노광순서, 및 라인은 소망의 순서로 교대에 배열하여, 그 배열에 응해서 노광을 수행할 수 있다. 또는, 그 패턴영역이, 분할패턴의 소영역(1a)만이 배치되어 있는 영역과 그 반전패턴의 소영역(1b)만이 배치되어 있는 영역의 두 영역으로 나누어지는 마스크가 제작될 수 있고, 이 마스크를 이용하여, 마스크상의 모든 분할패턴의 노광을 한 후, 분할패턴의 대응하는 전사영역마다, 각각의 분할패턴의 반전패턴빔을 디포커스함으로써 형성된 보정노광빔이 적용될 수 있다.

또, 도 1(a) 에 나타낸 바와 같이, 패턴영역을 격자형상에 분할하여 정방형 또는 직사각형의 소영역을 형성하는 경우, 각각의 소영역은, 1 쇼트(shot)로 노광가능한 사이즈로 형성된다. 현시점의 전자선 노광장치의 1 쇼트의 노광면적은 1 mm 스퀘어(square)정도로 설정할 수 있기 때문에, 마스크상의 소영역의 사이즈도 예컨대 1 mm 스퀘어 정도로 설정할 수 있다. 이 경우, 예컨대 1/4 축소투영에 의해, 웨이퍼상의 250㎛ 스퀘어의 영역을 1 쇼트로 전사할 수 있다. 한편, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 패턴영역을 스트라이프 형상으로 분할하여 띠형상의 소영역을 형성하는 경우, 각각의 소영역은, 그 길이 방향으로 전자빔을 전기적으로 스캔하는 것을 허용하여 그 소영역내 모든 영역을 노광할 수 있는 사이즈로 형성된다. 예컨대, 띠형상의 소영역의 폭을 1 mm 로 설정하고 길이 방향의 길이는 마스크의 패턴영역의 사이즈나 편향기의 스캔폭에 응해서 적절히 설정한다.

이상은 제 1 수법에 이용하는 마스크에 관한 것이다. 제 2 수법에서, 소정 패턴이 복수의 소영역으로 분할되어 소영역마다 분할패턴이 존재하는 분할패턴(정패턴)군을 갖는 제 1마스크와 이들 분할패턴의 반전패턴군을 갖는 제 2 마스크를 조합하여 사용한다.

정패턴인 분할패턴군을 갖는 제 1 마스크로서는, 종래의 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법에 이용되는 공지된 마스크를 채용할 수가 있다. 반전패턴군을 갖는 제 2 마스크는 제 1 마스크의 분할패턴의 형성위치에 대응하는 위치에 그 반전패턴을 배치한 구성으로 하는 것에 의해 형성할 수가 있다. 바꾸어 말하면, 형성하고자 하는 소정의 패턴의 반전패턴을, 제 1 마스크의 각각의 분할패턴에 대응하는 위치에서 분할된 모든 반전패턴이 형성되도록, 복수의 소영역으로 분할하는 것에 의해 마스크를 제작할 수가 있다.

이상의 설명에 있어서의 "소정패턴"은, 1칩분 또는 그 수분할분에 상당하는 정패턴을 가리키며 1개의 마스크로 전사하여 형성하고자 하는 정패턴이다. 1칩분의 형성하고자 하는 정패턴이 모두 형성되는 마스크를 이용하는 것이 바람직하지만, 필요에 의해, 1칩분의 정패턴을 수분할하고, 이 분할된 패턴마다 마스크를 제작하여 이용할 수 있다. 통상적으로 2 내지 3 개로 분할된다. 예컨대, 1칩분의 정패턴을 2 분할한 경우는, 이 2 개의 분할패턴마다 각각 마스크를 제작하고 2개의 마스크를 이용하여 1칩분의 정패턴을 형성한다.

1 칩분의 정패턴 및 반전패턴이 모두 하나의 마스크에 형성될 수 있다. 그러나, 1칩분의 정패턴을 상기한 바와 같이 분할하는 경우, 제 1 수법에서는, 하나의 칩에 형성하고자 하는 정패턴을, 분할수와 같은 수의 마스크에서 만든다. 각 마스크에 할당된 정패턴(소정패턴)은, 각 마스크마다 복수의 소영역으로 더 분할된다. 각각의 마스크는 이들 소영역마다 형성되는 분할패턴군과 이들 분할패턴 마다의 반전패턴군을 동일기판에 갖도록 제작된다. 한편, 제 2 수법에 있어서, 1 칩에 형성하고자 하는 정패턴을 수분할하고 각각의 마스크에 할당된 정패턴(소정패턴)을 각각의 마스크마다 복수의 소영역으로 더 분할한다. 이들 소영역마다 각각 형성되는 분할패턴군을 마스크기판에 형성한다. 그 결과, 분할수와 같은 수의 제 1 마스크가 형성된다. 그리고, 각각의 제 1 마스크에 따라, 전술된 것 처럼 각각의 분할패턴에 대하여 반전패턴군을 마스크기판에 형성하여 제 2 마스크를 형성한다. 통상, 제 1 마스크와 동수의 제 2 마스크를 제작하지만, 그 숫자는 제 1 마스크수와 상이한 하나 이상의 마스크가 제작될 수 있다. 또한, 상기의 분할패턴군과 반전패턴군을 동일한 마스크기판에 형성한 마스크를 제작하는 것이 가능하지만, 이러한 마스터를 이용하는 경우, 제 1 수법으로 패턴노광을 수행하여야 한다.

본 발명에 이용되는 마스크는, 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법에 일반적으로 이용되고 있는 타입의 마스크 구성에 있어서, 상기한 바와 같이 소영역마다 분할패턴과 그 반전패턴을 형성하는 것에 의해 제작될 수 있다. 또는, 정패턴과 반전패턴을 별도의 마스크에 형성하는 제 2 수법에 있어서는, 두 개의 상이한 레지스트의 톤(tone), 즉 네가티브형과 포지티브형을 각각의 패턴에 대하여 채용하면, CAD 데이터를 반전시키지 않더라도 용이하게 반전패턴을 형성할 수 있다.

본 발명에 이용되는 마스크의 소영역마다 각각 형성되는 반전패턴은, 대응하는 분할패턴의 형성에 이용되는 CAD 데이터를 반전시키는 것에 의해 용이하게 형성될 수 있다. 따라서, 복잡한 계산이 불필요하므로, 단시간에 마스크를 제작할 수가 있다. 또한, 이 반전패턴에 의해 보정노광을 할 때, 반전패턴이 마스크의 소영역마다 형성되므로, 소영역마다 1쇼트 또는 1스캔으로 보정노광을 적용하여, 보정노광이 단시간에 완료될 수 있다.

본 발명에 이용될 수 있는 마스크의 타입으로서는, 산란 멤브레인 마스크나 스텐실 마스크를 들 수 있다.

우선, 산란 멤브레인 마스크를 설명한다. 산란 멤브레인 마스크는, 전술된 것처럼, 전자선산란 파워가 비교적 작은 전자선투과성 멤브레인(이하 "멤브레인"으로 언급)상에 전자선 산란체로 이루어지는 패턴이 형성된 마스크다. 산란체가 형성되어 있지 않은 멤브레인 영역을 투과한, 비산란 또는 산란각이 비교적 작은 전자로 구성된 전자선에 의해 웨이퍼상에 노광이 행하여진다. 한편, 산란체 영역을 투과한 산란전자는, 크로스오버 위치 또는 그 근방에 형성된 제한 개구부에 의해 컷오프된다. 또는 산란체의 적절한 두께 등을 선택하는 것에 의해 산란각이 크게 설정되고 산란전자가 웨이퍼상에 조사되지 않도록 한다. 이와 같이, 멤브레인 영역과 산란체 영역 사이의 전자선 산란의 차이에 의해서 웨이퍼상에 이미지 콘트라스트가 형성된다.

멤브레인으로서, 두께 50 내지 150 nm 정도의 실리콘질화막을 이용할 수 있다. 산란체로서는 멤브레인상에 두께 5O nm 정도의 텅스텐(W)층 또는 W/C 층막을 형성하고 패턴할 수가 있다. 그 밖의 산란체층의 재료로서는, 크롬, 몰리브덴, 티타늄, 금, 백금등의 중금속과 폴리실리콘, 텅스텐 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드, 티타늄 실리사이드 등의 다결정재료를 사용하는 것이 가능하다.

산란 멤브레인 마스크의 제조방법에 관해서는, 예컨대 SPIE, Vo1. 3236, pp. 190 (1998)에 기재되어 있다. 이하 산산 멤브레인 마스크의 제조방법의 예를 설명한다.

우선, 실리콘기판에, 전자선 투과성 박막(멤브레인)으로서 실리콘 질화막을 LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 법에 의해 형성한다. 이 시실리콘 질화막은 실리콘기판의 양면에 형성된다. 계속해서, 기판의 표면에 형성된 실리콘 질화막상에 산란체층으로서 텅스텐층을 스퍼터링에 의해 적층한다.

다음에, 실리콘기판의 후면에 형성된 실리콘 질화막상에 레지스트를 코팅 및 패터닝하고, 형성된 레지스트 패턴을 마스크로서 이용하여, 반응성 이온에칭에 의해 실리콘질화막을 제거하여 소정의 영역에서 실리콘 기판을 노출시킨다. 또, 텅스텐층은, 이 공정후, 기판 상부표면의 실리콘 질화막상에 형성될 수 있다.

레지스트 제거후, KOH 에 의한 습식 에칭을 하여, 실리콘 기판의 노출영역의 실리콘이 제거되어 기판의 상부표면에 형성된 실리콘 질화막을 노출하는 개구부가 형성된다.

후속하여, 기판의 상부측의 텅스텐층상에 레지스트를 피복 및 패터닝하고, 형성된 레지스트 패턴을 마스크로서 이용하여, 텅스텐층을 건식에칭에 의해 패터닝한다. 레지스트를 제거함으로써, 실리콘 질화막상에 텅스텐층 패턴이 형성된 산란 멤브레인 마스크가 얻어진다.

다음에, 스텐실 마스크에 관해서 설명한다. 스텐실 마스크로서, 소정의 가속전압에서 전자선을 투과하지 않은 기판, 예컨대 가속전압이 50 kV 인 경우, 두께 20㎛ 이상의 실리콘 기판에 개구패턴이 형성되는 마스크가 일반적으로 이용된다. 패터닝된 개구를 통과한 전자선이 웨이퍼상에 이미지형성 전자로서 도달되는 한편, 실리콘 마스크기판의 비개구부는 흡수 또는 반사에 의해 전자선을 차단한다. 따라서, 스텐실 마스크를 이용하는 경우, 소위 흡수 콘트라스트에 의해서 웨이퍼상에 이미지 콘트라스트가 형성된다. 또, 전자선의 흡수에 의한 마스크의 발열방지 및 개구패턴의 형성정밀도 향상을 고려하면, 비개구부를 전자선이 투과하는 것을 허용할 만큼 얇은 마스크 기판을 만드는 것이 가능하다. 이 경우에만, 조치를 취할 필요가 있다. 예컨대, 마스크 기판의 비개구부를 컷오프하기 위하여 전자선 노광장치의 광학계내에 제한개구가 도입될 수 있거나, 마스크의 비개구부에 산란체가 배치되어 투과전자의 산란각을 더 크게 하여 투과 산란전자가 웨이퍼상에 조사되거나 콘트라스트를 저하시키지 않도록 될 수 있다. 따라서, 전자선이 투과하는 것을 허용할 만큼 충분히 얇은 마스크기판 영역에 개구패턴이 형성된 스텐실 마스크(산란스텐실 마스크)의 경우는, 주로 산란 콘트라스트에 의해 패턴형성이 이루어진다. 특히 실리콘기판을 이용한 경우는, 마스크 기판의 두께가 얇아지고 투과율이 커짐에 따라, 패턴형성은 더욱 더 산란 콘트라스트에 의존하게 되고, 결국 그것에만 거의 의존하게 된다. 예컨대, 가속전압을 10O kV로 하였을 때, 실리콘 기판의 패턴형성 영역의 두께를 0.2 이상 5㎛ 이하로, 바람직하게는 0.3 이상 3㎛ 이하로 하면, 스텐실 마스크로 산란 콘트라스트를 통해 패턴형성을 할 수 있다.

스텐실 마스크에 있어서는, 마스크가, 예컨대 직사각형이나 정방형의 4 변 또는 오직 3 변을 형성하도록 배치된 막대형상의 패턴을 포함하는 패턴을 갖는 경우 쉽게 파손될 수 있다는 공지된 문제가 있다. 예컨대, 마스크에 있어서, 막대형상패턴에 둘러싸인 영역과 그 주위의 영역을 지지하는 부분(예컨대 정방형 패턴으로서는 4 코너부)은, 제한된 영역만을 점유하고 강도가 낮으므로, 취급 중에 용이하게 그 지지부분에서 마스크가 파손될 수 있다. 또는, 막대형상 패턴으로 구성된 닫혀진 패턴은 누락되어, 지부를 완전히 잃게 된다. 종종 도넛 문제 또는리프(leaf) 문제라고도 불리는 이런 종류의 문제는 반전패턴을 마스크 기판에 형성하는 때에도 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는, 이러한 문제를 일으킬 수 있는 분할패턴 및 반전패턴에 관해서는, 이러한 문제를 극복하기 위하여, 소영역마다 각각 최초로 형성되는 분할패턴과 반전패턴을 복수의 패턴으로 더 분할하고 이들 각각의 패턴들은, 지지부를 잃지 않도록 또는 지지부의 강도가 약해지지 않도록 마스크상의 소영역마다 설정된다. 예컨대, 1 개의 소영역에 형성되는 분할패턴을 더 분할하여 2개의 분할패턴을 형성한 경우, 이들 새로운 분할패턴들은, 2 개의 소영에 별도록 설정된다. 이들 새로운 분할패턴이 각각 만들진 소영역은, 라이팅(writing) 정밀도를 위하여, 서로 인접하여 혹 근방에 배치된는 것이 바람직하다.

다음에, 스텐실 마스크의 제조방법의 일례를 도 2 를 참조하여 설명한다.

우선, 도 2 (a)에 나타낸 바와 같이, 합성기판(24) (Si/SiO₂/Si)상에, 리소그래피 기술에 의해 레지스트층을 형성하고 패터닝하는데, 여기서 참조부호 21 와 23 는 Si 층을 나타내고, 22 는 SiO₂층을 나타낸다.

다음에, 도 2 (b)에 나타낸 바와 같이, 패터닝된 레지스트층(25)을 마스크로서 이용하여, Si 층(23)이 건식에칭된다.

레지스트층 제거후, 도 2(c) 에 나타낸 바와 같이, 후공정에서 수행될 습식 에칭에 대한 보호막으로서 실리콘질화막(26)이 형성된다. 다음, 후면에, 레지스트층이 형성되고 패터닝되어 중앙에 개구 윈도우(window)를 갖는 레지스트층(27)을 형성한다.

다음에, 도 2 (d)에 나타낸 바와 같이, 개구부에서 노출하고 있는 Si 층(21)이 수산화칼륨(potassium hydroxide) 용액같은 알칼리용액으로 습식에칭된다. 테이퍼형상의 Si 층(21)은 Si 층의 방위(orientation)를 이용하여 형성된다. 계속해서, 노출된 SiO₂막(22)을 불산(hydrofluoric acid)을 이용한 습식 에칭에 의해 제거한다.

그 후, 도 2 (e)에 나타낸 바와 같이, 레지스트층(27) 및 보호막(26)이 제거되고, 표면부에 금, 백금, 팔라듐(palladium) 등으로 이루어지는 도전막(28)이 스퍼터법등에 의해 형성된다.

전술된 산란 멤브레인 마스크와 스텐실 마스크는 각각 유리한 특성을 가지므로, 리소그래피 공정의 조건에 따라 적절한 마스크를 선택하거나 조합으로서 이용하는 것이 바람직하다. 이들 두 마스크의 조합을 이용하는 경우, 소정 패턴(정패턴)을 형성하는 제 1 마스크로서 스텐실 마스크를 이용하고 반전패턴을 형성하는 제 2 마스크로서 산란 멤브레인 마스크를 이용하거나, 또한, 제 1 마스크로서 산란멤브레인 마스크를 이용하고 제 2 마스크로서 스텐실 마스크를 이용하는 것이 가능하다.

산란 멤브레인 마스크는, 이미지형성 전자가 멤브레인 영역을 투과할 때, 멤브레인의 비탄성 산란에 의해 에너지를 손실하므로, 색수차(chromatic aberration)에 의해 해상도가 저하되지만, 스텐실 마스크 특유의 도넛 문제나 리프 문제를 갖지 않는다. 분명히, 스텐실 마스크는 산란 멤브레인 마스크보다 더 높은 해상도를 얻을 수 있다. 이러한 인자들의 관점에서, 소정 패턴(정패턴)을 형성하는 제 1 마스크로서 스텐실 마스크를 이용하고 반전패턴을 형성하는 제 2 마스크로서 산란 멤브레인 마스크를 이용하는 것이 바람직하다. 소정 패턴을 형성하는 제 1 마스크로서 스텐실 마스크를 이용하는 것에 의해, 산란 멤브레인 마스크를 사용하는 경우보다 더 높은 해상도를 얻을 수 있다. 또한, 반전패턴을 형성하는 제 2마스크로서 산란 멤브레인 마스크를 선택함으로써, 반전패턴의 형성시에 도넛 문제나 리프 문제가 발생하기 쉬운 패턴이 형성되는 경우라도, 문제 없이 용이하게 반전패턴 마스크를 제작할 수가 있다.

다음에, 본 발명에 이용되는 전자선 노광장치에 관해서 도 3 를 참조하여 설명한다.

도 3 는, 마스크(31)로서 산란 멤브레인 마스크를 이용한 광학계의 모식도를 나타내고 있다. 마스크(31)의 개구영역 및 비개구영역은 각각, 산란 멤브레인 마스크의 멤브레인 영역과 산란체 영역에 대응한다.

마스크를 투과한 산란전자는 제 1 투영렌즈(32)를 통과한 후, 크로스오버면(백-포컬면(back-focal plane))의 위치 또는 그 근방에 배치된 제한개구부(33)에 의해서 거의 완전히 차단된다. 산란전자의 산란각이 충분히 크게 되어 산란전자가 웨이퍼(35)상에 거의 조사되지 않은 경우나, 스텐실 마스크의 기판이 전자선을 차단할 만큼 충분히 두꺼운 경우, 콘트라스트를 얻기 위해서 제한개구(33)가 반드시 필요한 것은 아니다.

상기의 산란전자에 대하여, 마스크의 소정 패턴 마스크의 개구부(스텐실 마스크)또는 마스크의 멤브레인 영역(산란 멤브레인 마스크)을 통과한 이미지형성 전자는, 제 1 투영렌즈(32)에 의해서 포커스되고, 제한개구부(33)의 중앙의 개구를 통과하며, 후속하여 제 2 투영렌즈(34)에 의해서, 웨이퍼(35)상의 레지스트(36)에 이미지를 형성하게 된다. 도 3 에 도시도는 레지스트(36)는 조사된 부분이 남는 네가티브형이고, 설명를 위해 현상후의 형상을 나타내고 있다. 레지스트는 포지티브형일 수도 있다. 제 1 투영렌즈와 제 2 투영렌즈는 더블릿 광학계(doublet optics)를 구성한다.

한편, 반전패턴 마스크의 개구부 또는 멤브레인 영역을 통과한 이미지 형성 전자는, 제 1 투영렌즈(32)에 의해서 포커스되고 제한개구(33)의 중앙의 개구를 통과한다. 계속해서 제 2 투영렌즈(34)를 통과하여 이미지를 형성함과 동시에, 이 전자들은 제 2 투영렌즈(34)와 동위치 또는 근방에 위치하는 다이나믹 포커스렌즈 (도시생략)에 의해 후방산란 범위 정도로 디포커스되고, 웨이퍼상에 보정빔으로서 분포된다.

다이나믹 포커스 렌즈 기구(mechanism)는, 통상, 웨이퍼의 높이에 맞추어 포커스면을 조정하거나, 쿨롱효과에 의한 포커스의 변동을 보정하기 위해서 형성된다. 본 발명에 있어서는, 기구가 정패턴의 노광시 통상적인 동작을 하도록 기능하는 한편, 반전패턴의 노광시에는, 반전패턴빔이 대략 후방산란 범위 정도로 디포커스되도록 포커스 위치를 조정한다. 또한, 다이나믹 포커스 렌즈의 동작조건(포커스 위치)을 조정하는 것에 의하여 반전패턴빔의 흐림정도(degree of blur)를 제어할 수가 있기 때문에, 웨이퍼가, 상이한 후방산란 범위를 갖는 재료로 이루어지는 웨이퍼로 교환한 경우나, 하나의 웨이퍼내에서 기판과는 다른 후방산란 범위를 갖는 재료로 이루어지는 기초패턴의 유무에 의존하여 위치에 따라 후방산란 범위가 다른 경우, 개별적인 웨이퍼나 영역마다 흐림정도가 조정될 수 있다.

또한, 디포커스된 반전패턴빔의 조사시간에 의해, 노광을 위한 기판의 조건에 따라 보정양이 제어될 수 있다.

본 발명에 따른 전자선 노광방법은, 소정패턴을 복수의 소영역으로 분할하여 상기 소영역마다 분할패턴을 형성하고, 상기 소영역마다 노광을 하여, 상기 소정패턴 전체를 전사하는 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법으로서, 소영역마다 노광을 하여 분할패턴을 차례로 전사를 하는 단계, 상기 분할패턴의 전사영역마다, 상기 각각의 분할패턴의 디포커스된(defocused) 반전패턴빔으로 보정노광을 하는 것에 의해, 패턴노광에 의한 근접효과를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 리소그래피 단계에 있어서, 근접효과보정을 위한 보정노광의 조정을 용이하게 하고 치수정밀도를 높일 수 있다.

Claims

소정패턴을 복수의 소영역으로 분할하여 상기 소영역마다 분할패턴이 형성되고 상기 소영역마다 차례로 노광을 함으로써, 상기 소정패턴의 전체의 전사가 이루어지는, 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법으로서,

상기 소영역마다 노광을 수행하고 그 위의 분할패턴을 차례로 전사하는 단계, 및

상기 분할패턴의 전사영역마다, 각각의 상기 분할패턴의 반전패턴의 디포커스된 빔으로 차례대로 보정노광을 수행함으로써, 패턴노광에 의한 근접효과가 보정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자선 노광방법.
제 1 항에 있어서, 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법으로서,

소정패턴이 복수의 소영역으로 분할되어 상기 소영역마다 분할패턴을 형성함으로써 형성된 분할패턴군과 이들 분할패턴의 반전패턴군을 동일기판에 갖는 마스크를 이용하여, 상기 소영역마다 노광을 수행하고 그 위의 분할패턴을 차례로 전사하는 단계, 및

상기 분할패턴의 전사영역마다, 각각의 상기 분할패턴의 반전패턴의 디포커스된 빔으로 차례로 보정노광을 수행하여, 패턴노광에 의한 근접효과가 보정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자선 노광방법.
제 1 항에 있어서, 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법으로서,

소정패턴이 복수의 소영역으로 분할되어 상기 소영역마다 분할패턴을 형성함으로써 형성된 분할패턴군을 갖는 제 1 마스크를 이용하여, 상기 소영역마다 노광을 수행하고 그 위의 분할패턴을 차례로 전사하는 단계, 및

상기 분할패턴의 반전패턴군을 갖는 제 2 마스크를 이용하여, 상기 분할패턴의 전사영역마다, 각각의 상기 분할패턴의 반전패턴의 디포커스된 빔으로 차례로 보정노광을 수행하여, 패턴노광에 의한 근접효과가 보정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자선 노광방법.
제 3 항에 있어서, 제 1 마스크로서 스텐실 마스크를 이용하고 제 2 마스크로서 산란 멤브레인 마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는, 분할 마스크-패턴 전사방식의 전자선 노광방법.
제 2 항에 따른 전자선 노광방법에서 사용되는 전자선 노광용 마스크로서, 소정 패턴이 복수의 소영역으로 분할되어 상기 소영역마다 분할패턴을 형성함으로써 형성된 분할패턴군과 이들 분할패턴의 반전패턴군을 동일기판에 갖는 것을 특징으로 하는 전자선노광용 마스크.
제 5 항에 따른 마스크가 배치되고, 소영역마다 차례로 분할패턴의 노광을 수행함으로써 상기 소정패턴을 전사할 수 있고, 소영역마다 차례로 반전패턴의 노광을 수행함으로써, 분할패턴의 전사영역마다 그 반전패턴빔으로 노광을 적용할 수 있는 구성, 및

반전패턴빔이 노광을 위하여 사용되는 때마다 반전패턴빔을 디포커스할 수 있는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자선 노광장치.