KR20010070115A - 대전된 빔 처리 장치용 부재, 마스크, 전자 빔 노광 장치,반도체 소자 제조 방법, 및 마스크 제조방법 - Google Patents

대전된 빔 처리 장치용 부재, 마스크, 전자 빔 노광 장치,반도체 소자 제조 방법, 및 마스크 제조방법 Download PDF

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Abstract

대전된 빔 처리 장치에서 산화 분위기 환경에서 대전된 빔으로 조사되는 부재는, 대전된 빔에 의해 조사되며 도전성을 가지면서 산화되지 않는 물질 혹은 산화되면 도전성 산화물이 되는 물질에 의해 덮여있는 영역을 포함한다.

Description

대전된 빔 처리 장치용 부재, 마스크, 전자 빔 노광 장치, 반도체 소자 제조 방법, 및 마스크 제조방법 {MEMBER USED FOR CHARGED BEAM PROCESSING APPARATUS, MASK, ELECTRON BEAM EXPOSURE APPARATUS, METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING MASK}
본 발명은 전자 빔 노광 장치와 같은 대전된 빔 처리 장치(charged beam processing apparatus)에 사용되는 부재에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 대전된 빔에 의한 대전현상(electrification)을 방지할 수 있는 마스크와 같은 부재에 관한 것이다.
소정의 패턴이 형성된 다수의 블록을 갖는 마스크가 블록 노광 방법을 사용하는 전자 빔 노광 장치에 제공된다. 전자 빔 노광 장치의 노광 공정 동안에, 마스크는 전자 빔에 의해 조사된다. 마스크가 전자 빔에 의해 대전되면, 웨이퍼에 노출되는 패턴의 위치의 정확성이 떨어지게 된다. 따라서, 예를 들면, 일본국 특허 공개 공보 제 H7-326556 호에 기재된 바와 같이, 금으로 된 금속막이 예를 들면 마스크 표면에 형성되어 마스크가 대전되는 것을 방지하려는 시도가 있었다.
전자 빔 노광 장치에서 전자 빔이 조사되는 동안에, 예를 들면 탄소에 의해 마스크 상에 오염된 유기막이 생성된다. 이 오염된 유기막은 마스크와 같은 기재에 부착되어 진공 속에서 존재하는 탄소에 의해 생성되는 것으로 추측된다. 이러한 오염된 유기막의 생성을 방지하기 위하여, O2플라즈마 세척 혹은 O3(오존)세척을 포함하는 노광공정을 수행하는 것이 효과적이다.
그러나, 오존 가스 및 O2플라즈마 가스의 산화 효과는 강하기 때문에, 대전을 방지하기 위한 금막이 산화된다. 산화된 금막은 웨이퍼에 노출될 패턴의 위치의 정확성을 떨어뜨리는 대전현상의 원인이 된다. 따라서, 웨이퍼 상에 아주 정확한 패턴을 형성하기 위하여, 마스크와 같은 부재를 산화되지 않도록 하는 것이 중요하다.
따라서, 종래 기술에서의 상술한 문제점을 극복할 수 있는 마스크와 같은 부재를 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다. 이러한 목적은 특허청구범위 독립항에 기술된 조합에 의해 달성될 수 있다. 종속항은 본 발명의 또 다른 바람직한 전형적인 조합을 정의하고 있다.
본 발명의 제1 특징에 따르면, 대전된 빔 처리 장치에서 산화 환경에서 대전된 빔에 의해 조사되도록 된 부재는 도전성을 가지면서 산화되지 않는 재료 혹은 산화되었을 때 도전성 산화물이 되는 재료에 의해 덮여지고, 대전된 빔에 의해 조사되는 영역을 포함하도록 제공된다.
또한, 그 재료로서는 높은 융점을 갖는 금속의 탄화물, 붕화물, 혹은 질화물이 포함된다. 이 재료는 도전성을 갖는 세라믹 물질일 수 있다. 이 재료는 도전성을 갖는 산화물일 수 있다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 소정의 패턴이 형성되며 전자 빔 노광 장치에 사용하도록 채택된 마스크는: 전자 빔이 통과할 수 없는 재료로 소정의 패턴이 형성된 기재; 도전성을 가지면서 산화불가능한 재료 혹은 산화되었을 때 도전성 산화물이 되는 재료에 의해 상기 기재의 표면에 형성된 산화방지층을 포함하도록 되어있다.
이 표면은 기재에서 대전된 빔에 의해 조사되는 영역일 수 있다. 이 표면은 기재의 표면 중 상면 혹은 하면일 수 있다. 이 표면은 기재의 전체 표면일 수 있다. 산화방지층을 형성하는 물질은 융점이 높은 금속의 탄화물, 붕화물, 혹은 질화물일 수 있다. 산화방지층을 형성하는 물질은 도전성 세라믹 물질일 수 있다. 산화방지층을 형성하는 물질은 도전성 산화물일 수 있다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 산화 환경 하에서 웨이퍼를 전자 빔에 노출시키는 전자 빔 노광 장치는: 전자 빔을 생성하는 전자총; 상기 웨이퍼의 소정의 영역에 상기 전자 빔을 조사하기 위한 다수의 부재; 및 상기 웨이퍼가 설치된 웨이퍼 스테이지를 포함하며, 여기에서: 상기 다수의 부재 사이로부터의 상기 전자 빔에 의해 조사되는 부재의 일 영역의 적어도 일 부분은 도전성을 가지며 산화되지 않는 재료 혹은 산화되면 도전성 산화물이 되는 재료에 의해 덮여 있다.
본 발명의 제4 특징에 따르면, 웨이퍼 상에 반도체 소자를 제조하는 방법은: 전자 빔을 생성하는 단계; 산화 환경에서 그 표면이 도전성을 가지며 산화되지 않는 재료 혹은 산화되면 도전성의 산화물이 되는 재료에 의해 덮여있는 마스크의 소정의 영역으로 상기 전자 빔을 편향시키는 단계; 상기 마스크를 통과한 상기 전자 빔을 상기 웨이퍼의 상기 소정의 영역으로 편향시키는 단계; 및 상기 전자 빔을 사용하여 상기 웨이퍼의 소정의 영역을 노출시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 제5 특징에 따르면, 전자 빔 노광 장치를 위한 마스크를 제조하기 위한 방법은: 그 사이에 실리콘 산화막을 둔 2개의 실리콘층을 갖는 기재를 준비하는 단계; 상기 실리콘층의 양측에 소정의 패턴을 형성하는 단계; 및 도전성을 가지며 산화되지 않는 재료 혹은 산화되면 도전성의 산화물이 되는 재료로 상기 기재의 표면을 덮는 단계를 포함한다.
상기 덮는 단계는 기재의 표면의 대전된 빔에 의해 조사되는 영역을 상기 재료로 덮을 수도 있다. 상기 덮는 단계는 상기 재료로서 상기 기재의 상기 표면의 상면 및 하면 모두를 덮을 수도 있다. 상기 덮는 단계는 상기 기재의 상기 표면을융점이 높은 금속의 탄화물, 붕화물, 혹은 질화물로 덮을 수도 있다. 상기 덮는 단계는 상기 기재의 상기 표면을 도전성의 세라믹 재료로 덮을 수도 있다. 상기 덮는 단계는 상기 기재의 상기 표면을 도전성 산화물로 덮을 수도 있다.
본 발명의 이 요약 부분이 반드시 본 발명의 필요한 모든 특징을 기술하는 것은 아니다. 본 발명은 또한 상술한 특징들의 조합한 형태일 수도 있다. 본 발명의 상술한 다른 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 다음의 실시예의 설명에서 보다 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 빔 노광 장치(100)의 구성을 도시한 도면.
도 2A 내지 2D는 본 발명의 마스크(30)의 실시예를 도시한 도면.
도 3A 내지 3J는 본 발명의 마스크(30A)의 제조과정을 도시한 도면.
도 4A 내지 4J는 본 발명의 도 2D에 도시된 마스크(30D)의 제조과정을 도시한 도면.
도 5는 웨이퍼로부터 반도체 소자를 제조하는 반도체 제조과정의 흐름도.
본 발명이 본 발명의 범주를 한정하려는 의도가 아닌 발명을 예시하고자 하는 의도의 바람직한 실시예에 근거하여 기술될 것이다. 실시예에 기술된 모든 특징 및 조합은 본 발명에 반드시 필요한 것들은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 빔 노광 장치(100)의 구성을 도시하고 있다. 전자 빔 노광 장치(100)는 전자 빔을 사용하여 웨이퍼 상에 소정의 노광 공정을 실시하는 노광장치(150)와, 노광장치(150)의 각 부품의 동작을 제어하는 제어 시스템(140)을 포함한다.
노광장치(150)는 전자 빔 조사 시스템(110)과, 마스크 프로젝션 시스템(mask projection system; 112)과, 초점 조절 렌즈 시스템(114)과, 웨이퍼 프로젝션 시스템(116), 및 전광 시스템(electron optics system)을 구비하고 있다. 전자 빔 조사 시스템(110)은 소정의 전자 빔을 조사한다. 마스크 프로젝션 시스템(112)은 전자 빔 조사 시스템(110)으로부터 조사되는 전자 빔을 편향시키고, 마스크(30)의 주변에서 전자 빔의 이미지 위치를 또한 조절한다. 초점 조절 렌즈 시스템(114)은 웨이퍼(64) 주변에서 전자 빔의 이미지 위치를 조절한다. 전광 시스템은 마스크(30)를 통과하는 전자 빔을 웨이퍼 스테이지(62) 상에 위치된 웨이퍼(64)의 소정의 영역으로 편향시키는 웨이퍼 프로젝션 시스템(116)을 포함한다. 웨이퍼 프로젝션 시스템(116)은 웨이퍼(64)에 전사될 패턴 이미지의 방향 및 크기를 또한 조절한다.
또한, 노광장치(150)는 마스크 스테이지(72), 마스크 스테이지 구동장치(68), 웨이퍼 스테이지(62), 및 웨이퍼 스테이지 구동장치(70)를 포함하는 스테이지 시스템을 포함한다. 마스크(30)는 마스크 스테이지(72) 상에 위치된다. 마스크(30)는 웨이퍼(64)에 노출될 패턴의 각각이 형성되어 있는 다수의 블록을 구비한다. 마스크 스테이지 구동장치(68)는 마스크 스테이지(72)를 구동한다. 패턴이 그 위에서 노출되어질 웨이퍼(64)는 웨이퍼 스테이지(62)에 위치된다. 또한, 노광장치(150)는 웨이퍼 스테이지(62) 측에 산재된 전자를 검출하고 이것을 산재된 전자의 양에 대응하는 전기 신호로 변환하는 전광 시스템 조절용의 전자 검출기(60)를 구비한다.
전자 빔 조사 시스템(110)은 제1 전자 렌즈(14)와 슬릿(16)을 구비한다. 제1 전자 렌즈(14)는 전자총(12)에서 생성되는 전자 빔의 초점 위치를 설정한다. 전자 빔이 통과하는 사각형 슬릿이 슬릿(16) 상에 형성된다. 전자총(12)이 안정된 전자 빔을 생성하는데는 소정의 시간이 필요하므로, 전자총(12)은 노광 공정 시간동안 연속적으로 전자 빔을 생성할 수 있다. 슬릿은 바람직하게는 마스크(30) 상에 형성된 소정의 패턴을 포함하는 블록의 형상에 부합하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 도 1에서, 전자 빔 조사 시스템(110)으로부터 조사된 전자 빔이 전광 시스템에 의해 편향되지 않았을 때의 전자 빔의 광축선(optical axis)이 점선(A)으로 표시된다.
마스크 프로젝션 시스템(112)은 제1 편향기(18), 제2 편향기(22), 제3 편향기(26), 제2 전자 렌즈(20), 및 제1 블랭킹 전극(blanking electrode; 24)을 구비한다. 제1 편향기(18), 제2 편향기(22), 및 제3 편향기(26)는 마스크를 위한 편향 시스템으로서 동작하며 전자 빔을 편향시킨다. 제2 전자 렌즈(20)는 마스크를 위한 초점 시스템으로 동작하며 전자 빔의 초점을 조절한다. 제1 편향기(18) 및 제2 편향기(22)는 마스크(30)의 소정의 영역 상에 전자 빔을 조사하기 위하여 전자 빔을 편향시킨다.
예를 들면, 소정의 영역은 웨이퍼(64)로 전사될 패턴을 갖는 블록일 수 있다. 전자 빔의 단면 형상은 전자 빔이 패턴을 통과하기 때문에 패턴의 형상과 동일하게 된다. 소정의 패턴이 그 위에 형성된 블록을 통과한 전자 빔의 이미지는 패턴 이미지로 형성된다. 제3 편향기(26)는 제1 편향기(18) 및 제2 편향기(22)를 통과한 전자 빔의 궤도를 광축선(A)에 거의 평행하도록 편향시킨다. 제2 전자 렌즈(20)는 마스크 스테이지(72)에 제공된 마스크(30) 상의 슬릿(16)의 개구의 이미지를 형상화하기 위한 기능을 갖는다.
제1 블랭킹 전극(24)은 전자 빔을 편향시켜 전자 빔이 마스크(30) 상에 형성된 블록에 부딪히지 않도록 한다. 제1 블랭킹 전극(24)은 전자 빔을 편향시켜 전자 빔이 마스크(30)에 부딪히지 않게 하는 것이 바람직하다. 전자 빔이 마스크(30) 상에 형성된 패턴에 조사될 때 마스크(30)에 형성된 패턴은 열화되기 때문에, 제1 블랭킹 전극(24)은 패턴이 웨이퍼(64)로 전사되지 않는 시간에는 전자 빔을 편향시킨다. 따라서, 마스크(30)의 열화가 방지될 수 있다. 초점 조절 렌즈 시스템(114)은 제3 전자 렌즈(28) 및 제4 전자 렌즈(32)를 구비한다. 제3 전자 렌즈(28) 및 제4 전자 렌즈(32)는 웨이퍼(64) 상에 전자 빔의 초점을 맞춘다.
웨이퍼 프로젝션 시스템(116)은 제5 전자 렌즈(40), 제6 전자 렌즈(46), 제7 전자 렌즈(50), 제8 전자 렌즈(52), 제9 전자 렌즈(66), 제4 편향기(34), 제5 편향기(38), 제6 편향기(42), 주 편향기(56), 하위 편향기(58), 제2 블랭킹 편향기(36), 및 원형 개구(48)를 포함한다.
패턴의 이미지는 전기장 및 자기장의 영향 때문에 회전한다. 제5 전자 렌즈(40)는 마스크(30)의 소정의 블록을 통과한 전자빔의 패턴 이미지의 회전량을 조절한다. 제6 전자 렌즈(46) 및 제7 전자 렌즈(50)는 마스크(30)에 형성된 패턴에 대한 웨이퍼(64)로 전사될 이미지 패턴의 감소율을 조절한다. 제8 전자 렌즈(52) 및 제9 전자 렌즈(66)는 목적 렌즈로서 기능한다.
제4 편향기(34) 및 제6 편향기(42)는 광축선(A) 방향으로, 마스크(30)의 하류방향으로, 전자 빔의 전진 방향으로 전자 빔을 편향시킨다. 제5 편향기(38)는 전자 빔을 편향시켜 전자 빔이 광축선(A)에 거의 평행하게 진행하도록 한다. 주 편향기(56) 및 하위 편향기(58)는 전자 빔을 편향시켜 전자 빔이 웨이퍼(64)의 소정의 영역에 조사되게 한다. 본 실시예에서, 주 편향기(56)는 전자 빔의 일회 발사로서 조사가능한 영역인 다수의 발사 영역을 갖는 하위 필드들 사이에서 전자 빔을 편향시키기 위해 사용된다. 하위 편향기(58)는 전자 빔을 하위 필드 상의 발사 영역 사이에서 전자 빔을 편향시키기 위해 사용된다.
원형 개구(48)는 둥근 구멍을 갖는다. 제2 블랭킹 편향기(36)는 전자 빔을 편향시켜 전자 빔이 원형 개구의 외부에 부딪히게 한다. 따라서, 제2 블랭킹 편향기(36)는 전자 빔이 원형 개구(48)를 지나 전자 빔의 전진 방향으로 전진하는 것을 방지할 수 있다. 전자총(12)이 노광 공정 시간 동안에 항상 전자 빔을 조사하기 때문에, 웨이퍼(64)로 전사될 패턴을 변화시킬 때, 혹은 패턴이 그 위에서 노출될 웨이퍼의 영역을 변화시킬 때, 제2 블랭킹 편향기(36)는 전자 빔이 원형 개구(48)를 지나 전진하지 않도록 전자 빔을 편향시키는 것이 바람직하다.
제어 시스템(140)은 통합 제어기(130) 및 개별 제어기(120)를 포함한다. 개별 제어기(120)는 편향기 제어기(82), 마스크 스테이지 제어기(84), 블랭킹 전극 제어기(86), 전자 렌즈 제어기(88), 반사 전자 처리기(90), 및 웨이퍼 스테이지 제어기(92)를 구비하고 있다. 통합 제어기(130)는 개별 제어기(120)내에 포함된 각각의 제어장치를 통합 제어하는 예를 들면, 워크스테이션(workstation)이다. 편향기 제어기(82)는 제1 편향기(18), 제2 편향기(22), 제3 편향기(26), 제4 편향기(34), 제5 편향기(38), 제6 편향기(42), 주 편향기(56), 및 하위 편향기(58)를 제어한다. 마스크 스테이지 제어기(84)는 마스크 스테이지(72)를 이동시키기 위하여 마스크 스테이지 구동 장치(68)를 제어한다.
블랭킹 전극 제어기(86)는 제1 블랭킹 전극(24) 및 제2 블랭킹 편향기(36)를제어한다. 본 실시예에서, 제1 블랭킹 전극(24) 및 제2 블랭킹 편향기(36)는 전자 빔이 노출 공정 동안에는 웨이퍼(64) 상에 조사되고, 노광 공정 외의 시간에는 웨이퍼(64)에 도달하지 못하도록 제어되는 것이 바람직하다. 전자 렌즈 제어기(88)는 제1 전자 렌즈(14), 제2 전자 렌즈(20), 제3 전자 렌즈(28), 제4 전자 렌즈(32), 제5 전자 렌즈(40), 제6 전자 렌즈(46), 제7 전자 렌즈(50), 제8 전자 렌즈(52), 및 제9 전자 렌즈(66)에 공급될 전원을 제어한다. 반사 전자 처리기(90)는 전자 검출기(60)에 의해 검출된 전기 신호에 근거하여 전자량을 보여주는 디지털 데이터를 검출한다. 웨이퍼 스테이지 제어기(92)는 웨이퍼 스테이지 구동 장치(70)를 사용하여 웨이퍼 스테이지(62)를 소정의 위치로 이동시킨다.
본 실시예에 따른 전자 빔 노광 장치(100)의 동작을 설명한다. 전자 빔 노광 장치(100)는 노출 시스템을 수행하기 전에 전광 시스템과 같은 그 구성을 미리 조절하는 조절 공정을 수행한다.
먼저 노광 공정 전의 전광 시스템의 조절 공정이 다음에 기술된다. 웨이퍼 스테이지 제어기(92)는 도시되지 않은 웨이퍼 스테이지(62) 상의 참조판(reference board)를 웨이퍼 스테이지 구동 장치(70)를 사용하여 광축선(A)의 주변으로 이동시킨다. 다음, 각 렌즈의 초점 위치는 소정의 위치로 조절된다. 그 후, 전자 빔은 검출기에 의해 참조판 상의 표시를 주사한다. 동시에, 전자 검출기(60)는 참조판 상에 전자 빔을 조사함으로써 생성되는 반사 전자에 따른 전기 신호를 출력한다.
반사 전자 처리기(90)는 반사 전자량을 검출하고 이것을 통합 제어기(130)에 알린다. 통합 제어기(130)는 렌즈 시스템이 검출된 전자량에 근거하여 초점이 맞춰졌는지 아닌지를 판단한다. 통합 제어기(130)는 각각의 전자 렌즈에 제공되는 전원을 설정하고, 전자 렌즈는 통합 제어기(130)가 가장 큰 전자량이 검출되는 초점 위치를 검출할 때의 초점 위치에 근거하여 전자 렌즈 제어기(88)에 의해 제어된다.
다음, 노광 공정이 실행되는 동안의 전자 빔 노광 장치(100)의 각 성분의 동작이 설명된다. 그 위에 소정의 패턴이 형성된 다수의 블록을 갖는 마스크(30)가 마스크 스테이지(72) 상에 제공되어 소정의 위치에 고정된다. 노광 공정은 오존 가스 및 O2플라즈마 가스와 같은 산화 분위기 환경에서 수행될 수 있다. 이 때, 마스크(30)의 표면은 예를 들면 강한 산화 효과를 갖는 오존 가스에 의해 산화되지 않는 재료에 의해 덮여지는 것이 바람직하다. 마스크(30)의 표면은 또한 재료가 산화될 때 도전성의 산화물이 되는 재료에 의해 덮여지는 것이 바람직하다. 또한, 그 위에서 노광 공정이 수행되는 웨이퍼(64)는 웨이퍼 스테이지(62) 상에 제공된다.
웨이퍼 스테이지 제어기(92)는 웨이퍼 스테이지 구동 장치(70)에 의해 웨이퍼 스테이지(62)를 이동시켜, 노출될 웨이퍼의 영역을 광축선(A)의 주변에 위치시킨다. 또한, 전자총은 노광 공정 기간 동안 항상 전자 빔을 조사하기 때문에 블랭킹 전극 제어기(86)는 제1 블랭킹 전극(24) 및 제2 블랭킹 편향기(36)를 제어하여 슬릿(16)의 개구를 통과한 전자 빔이 마스크(30) 및 웨이퍼(64)에 조사되지 않게 한다.
마스크 프로젝션 시스템(112)에서, 웨이퍼(64)로 전사될 패턴이 그 위에 형성된 블록 위에 전자 빔이 조사되도록 편향기(18, 22, 26)가 전자 빔을 편향시킬 수 있도록 제2 전자 렌즈(20) 및 편향기(18, 22, 26)가 조절된다. 초점 조절 렌즈 시스템(114)에서, 전자 렌즈(28, 32)는 전자 빔이 웨이퍼(64)에 초점이 맞춰지도록 조정된다. 또한, 웨이퍼 프로젝션 시스템(116)에서, 전자 렌즈(40, 46, 50, 52, 66) 및 편향기(34, 38, 42, 56, 58)는 패턴 이미지가 웨이퍼(64)의 소정의 영역으로 전사될 수 있도록 조정된다.
마스크 프로젝션 시스템(112), 초점 조절 렌즈 시스템(114), 및 웨이퍼 프로젝션 시스템(116))을 조정한 후, 블랭킹 전극 제어기(86)는 제1 블랭킹 전극(24) 및 제2 블랭킹 편향기(36)에 의한 전자 빔의 편향을 멈춘다. 그 결과, 전자 빔은 마스크(30)를 통해 웨이퍼(64)에 조사되어진다. 전자총(12)은 전자 빔을 생성하고, 제1 전자 렌즈(14)는 전자 빔의 초점 위치를 조정하여 전자 빔을 슬릿(16)에 조사시킨다. 그 후, 제1 편향기(18) 및 제2 편향기(22)는 슬릿(16)의 개구를 통과한 전자 빔을 편향시켜 전자 빔을 전사될 패턴이 형성된 마스크(30) 상의 소정의 영역에 조사시킨다.
슬릿(16)의 개구를 통과한 전자 빔은 사각형 단면을 갖는다. 제1 편향기(18) 및 제2 편향기(22)에 의해 편향된 전자 빔은 제3 편향기(26)에 의해 광축선(A)에 거의 평행하게 편향된다. 또한, 슬릿(16)의 개구의 이미지가 제2 전자 렌즈(20)에 의해 마스크(30) 상의 소정의 영역에 형상화되도록 전자 빔이 조절된다.
이 때, 마스크(30) 상에 형성된 패턴을 통과한 전자 빔은 제4 편향기(34) 및 제6 편향기(42)에 의해 광축선(A)에 근접한 방향으로 편향되고, 전자 빔은 제5 편향기(38)에 의해 광축선(A)에 거의 평행하게 편향된다. 또한, 마스크(30) 상에 형성된 패턴의 이미지가 제3 전자 렌즈(28) 및 제4 전자 렌즈(32)에 의해 웨이퍼(64)의 표면 상에 초점이 맞춰지도록 전자 빔이 조절된다. 전자 빔의 회전량은 제5 전자 렌즈(40)에 의해 조절되고, 패턴 이미지의 감소율은 제6 전자 렌즈(46) 및 제7 전자 렌즈(50)에 의해 조절된다.
그 후, 전자 빔은 편향되어 주 편향기(56) 및 하위 편향기(58)에 의해 웨이퍼(64) 상의 소정의 발사 영역에 조사된다. 본 실시예에서, 주 편향기(56)는 다수의 발사 영역을 갖는 하위 필드 사이에서 전자 빔을 편향시킨다. 하위 편향기(58)는 전자 빔을 하위 필드의 발사 영역 사이에서 편향시킨다. 소정의 발사 영역으로 편향된 전자 빔은 제8 전자 렌즈(52) 및 제9 전자 렌즈(66)에 의해 조절되어 웨이퍼(64)에 조사된다. 그 결과, 마스크(30)상에 형성된 패턴 이미지는 웨이퍼(64) 상의 소정의 발사 영역 위로 전사된다.
소정의 노출 시간이 지나면, 블랭킹 전극 제어기(86)는 전자 빔을 편향시키기 위하여 제1 블랭킹 전극(24) 및 제2 블랭킹 편향기(36)를 제어하여, 전자 빔이 마스크(30) 및 웨이퍼(64)를 조사하지 않게 한다. 상술한 공정은 웨이퍼(64) 상의 소정의 영역에 노출된 마스크(30) 상에 형성된 패턴을 노출시킨다.
마스크 프로젝션 시스템(112)에서, 마스크(30) 상에 형성된 패턴을 다음 발사 영역에 노출시키기 위하여, 제2 전자 렌즈(20) 및 편향기(18, 22, 26)가 조정되어 편향기(18, 22, 26)는 웨이퍼(64)로 전사될 패턴이 그 위에 형성되어 있는 블록에 전자 빔이 조사되게 한다. 초점 조절 렌즈 시스템(114)에서, 전자 렌즈(28, 32)는 전자 빔이 웨이퍼(64)에 초점이 맞춰지도록 조정된다. 또한, 웨이퍼 프로젝션 시스템(116)에서, 전자 렌즈(40, 46, 50, 52, 66) 및 편향기(34, 38, 42, 56, 58)는 패턴 이미지가 웨이퍼(64)의 소정의 영역에 전사될 수 있게 조정된다.
구체적으로는, 하위 편향기(58)는 전기장을 조정하여 마스크 프로젝션 시스템(112)에 의해 생성된 패턴 이미지가 다음 발사 영역에 노출되게 한다. 그 후, 패턴은 상술한 바와 같이 발사 영역에 노출된다. 하위 필드 내부의 패턴이 그 위에서 노출되는 전체 발사 영역에 패턴을 노출시킨 후, 주 편향기(56)는 자기장을 조정하여 패턴이 다음 하위 필드에 노출될 수 있게 한다. 전자 빔 노광 장치(100)는 상술한 노광 공정을 반복적으로 수행하여 웨이퍼(64) 상에 바라는 회로 패턴을 노출시킬 수 있다.
도 2A 내지 도 2D는 본 발명의 마스크(30)의 실시예를 도시하고 있다. 도 2A 내지 2D에서, 본 실시예의 마스크(30A 내지 30D)는 기재(200A 내지 200D) 및 산화방지층(202A 내지 200D)을 각각 구비하고 있다. 기재(200A 내지 200D)는 전자 빔을 통과하지 않는 물질로 만들어진다.
도 2A에서, 산화방지층(202A)은 기재(200A)의 상면 상에 형성된다. 산화방지층은 적어도 전자 빔이 그 위에 조사되는 기재의 표면에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 도 2B에 도시된 바와 같이, 산화방지층(202B)은 기재(200B)의 후면에 형성될 수도 있다. 또한, 도 2C에 도시된 바와 같이, 산화방지층(202C)은 패턴이마스크(30C) 상에 형성될 때 만들어지는 관통공(230)의 측면에 제공될 수도 있다. 또한, 도 2D에 도시된 바와 같이, 산화방지층(202D)이 관통공(230)의 측면을 포함하는 마스크(30D)의 전체 표면에 제공될 수도 있다.
기재(200A 내지 200D)는 플라즈마 식각과 같은 반도체 제조 공정을 사용하여 아주 미세하게 처리될 수 있는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 기재(200A 내지 200D)을 형성하는 물질은 실리콘, 실리콘 탄화물, 혹은 융점이 높은 금속, 및 융점이 높은 금속의 탄화물, 붕화물, 및 질화물일 수 있다. 예를 들면, 높은 융점을 갖는 금속의 탄화물에는 TaC가 포함되고, 높은 융점을 갖는 금속의 붕화물에는 TaB2가 포함되고, 높은 융점을 갖는 금속의 질화물에는 TaN이 포함된다.
산화방지층(202A 내지 202D)는 도전성을 가지면서 산화되지 않는 물질 혹은 산화되면 도전성을 갖는 산화물이 되는 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화방지층(202A 내지 202D)은 통상적으로 사용되는 금 보다도 산화되기 힘든 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 산화방지층(202A 내지 202D)을 형성하는 물질은, 예를 들면, 백금(Pt), 로듐(Rh), 높은 융점을 갖는 금속의 탄화물, 붕화물, 및 질화물, 도전성 세라믹, 및 도전성 산화물일 수 있다. 예를 들면, 도전성 세라믹에는 SiC가 포함되고, 도전성 산화물에는 RuO2, ReO2, ITo막이 포함된다. 산화되면 도전성 산화물이 되는 물질로서, 루테늄(Ru)이 있다. 루테늄(Ru)은 전자 빔 노광 장치(100)에서 산화될 때, 도전성의 산화물 RuO2가 된다.
본 실시예에서, 마스크(30A 내지 30D)는 그 위에 소정의 패턴이 형성된 기재(200A 내지 200D), 및 기재(200A 내지 200D)의 표면을 덮는 산화방지층(202A 내지 202D)을 각각 구비한다. 다른 실시예에서, 기재(200A 내지 200D)은 자체가 기재(200a 내지 200D)로서, 또한 산화방지층(202A 내지 202D)으로서 기능할 수 있는 재료로 형성될 수도 있다. 즉, 산화가 불가능한 물질로 기재(200A 내지 200D)를 형성함으로써, 기재(200A 내지 200D)는 그 자체가 대전 방지 기능을 가질 수도 있다.
본 실시예에서, 산화방지층(202A 내지 202D)은 대전된 전자 빔이 그 위에 조사되는 마스크(30A 내지 30D) 상에 형성된다. 그러나, 다른 실시예로서, 산화방지층(202A 내지 202D)은 그 위에 전자 빔이 조사되는 다른 부재 상에 형성되는 것이 바람직하다. 전자 빔이 그 위에 조사될 영역을, 도전성을 가지면서 산화불가능한 물질 혹은 산화되면 도전성 산화물이 되는 물질로 덮어버림으로써, 상기 영역은 심지어 오존 분위기 혹은 O2플라즈마와 같은 산화 분위기 환경에서도 산화되지 않아서, 부재들도 그 결과 대전되지 않는다. 도 1을 참조하면, 전자 빔 노광 장치(100)에서, 산화되지 않는 산화방지층은 슬릿(16), 원형 개구(48), 하위 편향기(58), 및 웨이퍼 스테이지(62)와 같은 마스크(30)가 아닌 부재의 표면에 형성되는 것이 바람직하다.
도 3A 내지 3J는 본 실시예의 마스크(30A)의 제조 공정을 도시하고 있다. 먼저, 중간에 SiO2막을 갖는 웨이퍼인 기재(200A)가 준비된다. 도 3A는 Si층(210),중간 SiO2막(212), 및 Si층(214)을 갖는 웨이퍼를 도시하고 있다. 일 실시예에서, Si층(210)은 층 두께가 650㎛인 층을 갖고, 중간 SiO2막(212)은 10㎛, Si층(214)은 층 두께 20㎛을 갖는다.
다음, 도 3B에 도시된 바와 같이, SiN층(216)이 Si층(210)의 표면 상에 성장되어진다. SiN층(216)은 두께 0.7㎛를 갖도록 형성되고, 그 후, 도 3C에 도시된 바와 같이, 이방성 식각을 위해 사용되는 개구 패턴이 SiN층(216) 상에 형성된다. 도 3D에 도시된 바와 같이, 그 두께가 1㎛인 SiO2막(218)이 Si층(214)의 표면에 형성된다. 다음, 도 3E에 도시된 바와 같이, 그 두께가 0.7㎛인 SiN막(220)이 SiO2층(218)의 표면에 형성된다. SiN층(220)은 SiO2층(218)을 보호하여 SiO2층(218)이 후속의 이방성 식각 공정에서 식각되지 않게 한다.
다음, Si층(210)이 이방성 식각된다. KOH가 식각 물질로 사용된다. 도 3F에 도시된 바와 같이, 이방성 식각을 수행함으로써, Si층(210)은 얇은막(membrane)이 된다. 기재(200)의 상면은 SiN층(220)에 의해 보호됨으로써 식각되지 않는다. 다음, 도 3G에 도시된 바와 같이, SiN층(216, 220)이 제거된다. 그 후, 도 3H에 도시된 바와 같이, 소정의 패턴이 SiO2막(218)에 형성된다. 마스크(30A)가 블록 노출을 수행하는 전자 빔 노광 장치(100)에 사용되면, 다수의 소정의 패턴이 SiO2막(218)에 형성된다.
다음, 도 3I에 도시된 바와 같이, Si층(214)이 웨이퍼의 상면으로부터 트렌치(trench) 식각되고, 소정의 패턴의 트렌치 부분이 Si층(214)에 형성된다. 그 후, SiO2막(218) 및 중간 SiO2막(212)의 부분이 제거된다. 중간 SiO2막(212)의 영역의 적어도 일 부분은 제거되어 트렌치 부분은 기재(200A)를 관통하도록 하는 것이 바람직하다. 다음, 도 3J에 도시된 바와 같이, 산화방지층(202A)이 Si층(214)의 상면에 형성된다. 상술한 공정은 산화방지층(202A)을 갖는 마스크(30A)를 형성할 수 있다.
위에서는, 블록 노출을 수행하는 전자 빔 노광 장치(100)의 부재로서 산화방지층(202)을 이용하여 예시 되었다. 그러나, 산화방지층(202)은 다른 노출 방법을 사용하는 전자 빔 노광 장치의 부재로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 블랭킹 구멍 배열(BAA) 장치를 사용하는 전자 빔 노광 장치에서, 산화방지층(202)이 블랭킹 구멍 배열 장치의 표면에 형성될 수 있다. 또한, 전자 빔 테스터 혹은 전자 현미경과 같은 다른 전자 빔 처리장치에서도, 전자 빔에 의해 조사될 부재 상에 산화방지층(202)이 형성될 수 있다.
도 4A 내지 4J는 본 실시예의 도 2D에 도시된 마스크(30D)의 제조공정을 도시하고 있다. 도 3A 내지 도 3I에 도시된 것과 동일한 절차가 도 4의 제조 공정에서 수행된다. 도 3 및 도 4의 제조 공정의 차이는 도 3I에 도시된 공정을 수행한 후의 공정에 있다. 도 3I에서, SiO2막(218) 및 중간 SiO2막(212)의 일부를 제거한 후, 산화방지층(202A)이 Si층(214)의 상면에 형성된다. 도 4I에서, SiO2막(218) 및 중간 SiO2막(212)의 일부를 제거한 후, 산화방지층(202D)이 관통공(230)의 측면을포함한 Si층(214)의 전체 표면에 형성된다. 산화방지층(202D)을 마스크(30D)의 전체 표면에 형성함으로써, 산화방지층(202D)을 갖는 마스크(30D)가 형성될 수 있다. 유사하게, Si층(214)의 상면과 하면 둘 다에 산화방지층(202B)을 형성함으로써, 산화방지층(202B)을 갖는 마스크(30B)가 형성될 수 있다. 또한, 산화방지층(202C)을 Si층(214)의 상면과 관통공(230)의 측면에 형성함으로써, 산화방지층(202C)을 갖는 마스크(30C)가 형성될 수 있다.
도 5는 웨이퍼로부터 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 제조 공정의 흐름도을 도시하고 있다. 도 5에 도시된 흐름도는 단계(S10)에서 시작된다. 포토 리지스트가 단계(S12)에서 웨이퍼의 상면에 도포된다. 다음, 포토 리지스트가 도포된 웨이퍼(64)는 도 1에 도시된 전자 빔 노광 장치의 웨이퍼 스테이지(62) 상에 위치된다. 도전성을 가지면서 산화되지 않는 물질에 의해 덮여진 표면을 갖는 마스크(30)가 마스크 스테이지(72) 상에 설치된다. 오존 가스 혹은 O2플라즈마 가스와 같은 산화 대기가 마스크(30)의 주변에 존재한다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 웨이퍼(64)가 노출되고, 마스크(30)를 통과한 전자 빔은 패턴 이미지를 웨이퍼(64)로 전사한다.
다음, 단계(S16)에서, 노출된 웨이퍼(64)는 현상액에 잠겨져 현상되고, 여분의 리지스트는 제거된다. 다음, 단계(S18)에서, 웨이퍼 상의 포토 리지스트가 제거된 영역에 존재하는 산화된막 혹은 질화물막은 식각액에 의해 식각된다. 다음, 단계(S20)에서, 인 혹은 비소와 같은 불순물이 웨이퍼로 주입되어 트랜지스터 혹은다이오드와 같은 반도체 소자를 형성한다. 단계(S12)에서 단계(S20)까지의 공정을 반복적으로 수행함으로써, 웨이퍼 상에 다수의 패턴 층을 갖는 반도체 소자를 제조하는 것이 가능하다. 단계(S22)에서, 소정의 회로가 그 위에 형성된 웨이퍼는 절단되고 칩이 조립된다. 반도체 소자 제조 흐름은 단계(S24)에서 끝난다.
위에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 대전된 빔 처리 장치의 부재에 발생하는 대전 현상이 방지될 수 있다. 본 발명을 전형적인 실시예를 이용하여 기술하였지만, 당업자라면 첨부된 특허청구범위에 의해 형성되는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 많은 수정 및 대용이 만들어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 대전된 빔 처리 장치에서 산화 대기환경에서 대전된 빔에 의해 조사되는 부재에 있어서,
    상기 대전된 빔에 의해 조사될 영역으로서, 도전성을 가지면서 산화되지 않는 물질 혹은 산화되면 도전성 산화물이 되는 물질에 의해 덮인 영역을 포함하는 대전된 빔에 의해 조사되는 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 물질은 높은 융점을 갖는 금속의 탄화물, 붕화물, 혹은 질화물인 대전된 빔에 의해 조사되는 부재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 물질은 도전성을 갖는 세라믹 물질인 대전된 빔에 의해 조사되는 부재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 물질은 도전성 산화물인 대전된 빔에 의해 조사되는 부재.
  5. 소정의 패턴이 그 위에 형성되어 있고, 전자 빔 노광 장치에 사용되는 마스크에 있어서,
    소정의 패턴이 전자 빔이 통과하지 못하는 물질에 의해 그 위에 형성된 기재; 및
    상기 기재의 표면에 도전성을 가지면서 산화되지 않는 물질 혹은 산화되면 도전성 산화물이 되는 물질에 의해 형성된 산화방지층을 포함하는 전자 빔 노광 장치에 사용되는 마스크.
  6. 제5항에 있어서, 상기 표면은 상기 대전된 빔에 의해 조사되는 상기 기재의 한 영역인 전자 빔 노광 장치에 사용되는 마스크.
  7. 제5항에 있어서, 상기 표면은 상기 기재의 상기 표면의 상면 및 하면 모두 인 전자 빔 노광 장치에 사용되는 마스크.
  8. 제5항에 있어서, 상기 표면은 상기 기재의 전체 표면인 전자 빔 노광 장치에 사용되는 마스크.
  9. 제5항에 있어서, 상기 산화방지층을 형성하는 물질은 높은 융점을 갖는 금속의 탄화물, 붕화물, 혹은 질화물인 전자 빔 노광 장치에 사용되는 마스크.
  10. 제5항에 있어서, 상기 산화방지층을 형성하는 물질은 도전성을 갖는 세라믹 물질인 전자 빔 노광 장치에 사용되는 마스크.
  11. 제5항에 있어서, 상기 산화방지층을 형성하는 물질은 도전성 산화물인 전자 빔 노광 장치에 사용되는 마스크.
  12. 산화 분위기 환경에서 전자 빔에 웨이퍼를 노출시키는 전자 빔 노광 장치에 있어서,
    전자 빔을 생성하는 전자총;
    상기 전자 빔을 상기 웨이퍼의 소정의 영역에 조사시키는 다수의 부재; 및
    상기 웨이퍼가 그 위에 설치되는 웨이퍼 스테이지;를 포함하고, 여기에서: 상기 다수의 부재로부터 나오는 상기 전자 빔에 의해 조사되는 부재의 한 영역의 적어도 일 부분은 도전성을 가지면서 산화되지 않는 물질 혹은 산화되면 도전성 산화물이 되는 물질에 의해 덮인 전자 빔 노광 장치.
  13. 웨이퍼 상에 반도체 소자를 제조하는 방법에 있어서,
    전자 빔을 생성하는 단계;
    산화 분위기 환경에서, 그 표면이 도전성을 가지면서 산화되지 않는 물질 혹은 산화되면 도전성 산화물이 되는 물질에 의해 덮혀있는 마스크의 소정의 영역으로 상기 전자 빔을 편향시키는 단계;
    상기 마스크를 통과한 상기 전자 빔을 상기 웨이퍼의 소정의 영역으로 편향시키는 단계; 및
    상기 전자 빔을 사용하여 상기 웨이퍼의 상기 소정의 영역을 노출시키는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조방법.
  14. 전자 빔 노광 장치 용 마스크를 제조하는 방법에 있어서,
    실리콘 산화막을 그 사이에 두는 두 개의 실리콘 층을 갖는 기재를 준비하는 단계;
    상기 실리콘 층 양측에 소정의 패턴을 형성하는 단계; 및
    도전성을 가지면서 산화되지 않는 물질 혹은 산화되면 도전성 산화물이 되는 물질로 상기 기재의 표면을 덮는 단계를 포함하는 마스크 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 덮는 단계는 상기 대전된 빔에 의해 조사될 상기 기재의 상기 표면의 한 영역을 상기 물질로 덮는 마스크 제조방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 덮는 단계는 상기 기재의 상기 표면의 상면 및 하면의 두 면을 상기 물질로서 덮는 마스크 제조방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 덮는 단계는 상기 기재의 전체 표면을 상기 물질로서 덮는 마스크 제조방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 덮는 단계는 상기 기재의 상기 표면을 높은 융점을 갖는 금속의 탄화물, 붕화물, 혹은 질화물로 덮는 마스크 제조방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 덮는 단계는 상기 기재의 상기 표면을 도전성을 갖는 세라믹 물질로 덮는 마스크 제조방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 덮는 단계는 상기 기재의 상기 표면을 도전성 산화물로 덮는 마스크 제조방법.
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