KR20010098723A - 고대조비 멤브레인 마스크 - Google Patents
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Abstract
전자빔 리소그래피 또는 X-레이 리소그래피에서의 사용을 위한 멤브레인 마스크는 실리콘 웨이퍼 (11) 상에 형성된 멤브레인 막 (12), 및 상기 멤브레인 막 (12) 상에 형성된 마스크 본체 패턴 (13) 을 가진다. 멤브레인 막 (12) 은 마스크 본체 패턴 (13) 의 개구부를 제외한 마스크 본체 패턴의 일부를 덮는 중금속 주입 영역 (14) 을 가진다. 주입 영역은 멤브레인 마스크로부터 획득된 패턴에서 고대조비를 달성한다.
Description
본 발명은 고대조비 (high contrast ratio) 멤브레인 마스크에 관한 것이며, 보다 자세하게는 전자빔 리소그래피 또는 X-레이 리소그래피에서의 사용을 위한 멤브레인 마스크에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이러한 멤브레인 마스크를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.
멤브레인 마스크는 반도체 디바이스를 제조하기 위한 제조 공정시 전자빔 리소그래피 및 X-레이 리소그래피에서 사용된다. 멤브레인 마스크는 일반적으로 산란 전자빔용 산란막으로서 또는 X-레이를 흡수하기 위한 흡수막으로서 사용되는 마스크 본체 패턴, 상기 마스크 본체 패턴을 지지하기 위한 멤브레인 막, 및 상기 멤브레인 막을 지지하기 위한 실리콘 기판을 포함한다.
멤브레인 마스크를 형성하기 위한 종래의 기술이 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 먼저 설명될 것이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 3㎛ 두께를 가지는 질화 붕소막 (42) 이 CVD 기술에 의하여 실리콘 웨이퍼 (41) 상에 적층된 후, 고주파 스퍼터링 기술을 사용하여 그 위에 텅스텐 막 (43) 이 적층된다. 텅스텐 막 (43) 은 약 1.5㎛ 의 두께를 가지며, α상 및 β상을 포함하는 혼합상 결정 구조를 가진다.
후속하여, 도 1b에 도시된 바와 같이, 전자빔 노광을 위한 레지스트 막 (44) 이 스핀 코팅에 의하여 상기 텅스텐 막 (43) 상에 도포된 후, 전자빔 (45) 의 노광에 의하여 상기 레지스트 막 (4) 상에 요구되는 패턴을 기록한다.
그후, 도 1c에 도시된 바와 같이, 레지스트 막 (44) 이 현상되어 요구되는 패턴을 가지는 전자빔 마스크를 형성한다. 이후, 도 1d에 도시된 바와 같이, 텅스텐 막 (43) 은 마스크로서 레지스트 막 (44) 을 사용하여 반응 이온 에칭 (RIE) 공정 처리되어 요구되는 패턴을 가지는 멤브레인 마스크를 획득한다.
상술된 바와 같은 종래의 공정에서, α상 및 β상을 포함하는 텅스텐 막 (43) 의 혼합상 결정 구조는 텅스텐 막 (43) 의 보다 작은 내부 응력을 견딘다는 것이 공지되어 있다. 보다 작은 내부 응력은, 멤브레인 마스크가 보다 높은 대조 비를 달성하기 위하여 보다 큰 두께를 가진다면 마스크 패턴에서 상기 멤브레인 마스크가 보다 낮은 뒤틀림을 가지도록 한다.
최근, 멤브레인 마스크가 반도체 디바이스에서 보다 미세한 고안 규정을 가지는 신속한 현상의 관점에서 보다 높은 국부적 정확성은 물론, 보다 높은 패터닝 정확성을 가지는 것이 요구된다. 텅스텐 막은 중금속에서 공지된 텅스텐 막의 특정한 특성으로 인하여 큰 내부 응력을 가지는 것이 공지되어 있다. 큰 내부 응력은 막 뒤틀림이 패터닝 정확성을 방지하도록 하여, 멤브레인 마스크에서 필링-오프 (peeling-off) 를 발생시킨다. 패터닝 정확성 또는 필링-오프의 방지는 전자빔 산란막 또는 X-레이 흡수막으로서 사용되는 보다 큰 두께의 텅스텐 막에 의하여 달성될 수 있다.
그러나, 보다 큰 두께의 마스크 본체 패턴은 마스크 본체 패턴의 종횡비를 증가시켜 마스크 본체 막의 패터닝 정확성을 악화시킨다. 종횡비는 일반적으로마스크 막 상의 패턴의 너비에 대한 막 두께의 비로서 정의된다.
도 1a 내지 도 1d에 도시된 종래 기술에서, α상 및 β상을 포함하는 텅스텐 막의 혼합상 결정 구조는 막 응력을 감소시킬 수 있어서 마스크 본체의 두께가 감소될 수 있다. 그러나, 멤브레인 마스크용으로 요구되는 특정 대조비는 막 두께의 감소를 방지한다. 따라서, 마스크 본체의 패터닝 정확성은 종래 기술에서 달성되지 않는다.
상기의 관점에서, 본 발명의 목적은 대조비를 악화시키지 않고 보다 작은 두께를 가지는 멤브레인 마스크를 제공하여 보다 높은 패터닝 정확성을 달성하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 이러한 멤브레인 마스크를 형성시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 웨이퍼를 포함하는 멤브레인 마스크, 제 1 재료를 포함하고 상기 웨이퍼에 의하여 지지되는 멤브레인 막, 및 상기 멤브레인 막을 덮는 마스크 본체를 제공하며, 상기 마스크 본체는 개구부를 포함하는 마스크 패턴을 가지며, 상기 마스크 막은 개구부를 제외한 상기 마스크 본체를 덮는 제 1 영역을 가지며, 상기 제 1 영역은 상기 제 1 재료의 원자 번호 보다 높은 원자 번호를 가지는 원자를 첨가시킴으로써 형성된다.
본 발명은 또한, 웨이퍼 상에 지지된 멤브레인 막을 형성시키는 단계; 상기 멤브레인 막 상에 레지스트 마스크를 형성시키는 단계; 상기 레지스트 마스크를 사용하여 상기 멤브레인 막으로 상기 멤브레인 막에 포함된 재료의 원자 번호 보다높은 원자 번호를 가지는 원자를 선택적으로 주입시켜 주입 영역을 형성시키는 단계; 상기 주입 영역을 포함하는 멤브레인 막 상에 마스크 본체 막을 형성시키는 단계; 및 상기 마스크 본체 막을 패터닝하여 상기 주입 영역을 제외한 맴브레인 막을 노출시키는 개구부를 포함하는 패턴을 가지는 단계를 포함하는 멤브레인 마스크 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 멤브레인 마스크 및 본 발명의 방법에 의하여 형성된 멤브레인 마스크에 따라, 높은 원자 번호를 가지는 원자를 포함하는 주입 영역은 전자빔 산란 또는 X-레이 흡수 기능을 하여 마스크 본체를 원조한다. 따라서, 주입 영역은 마스크 본체의 두께를 증가시키지 않고 마스크 본체 패턴에 의하여 획득된 결과적인 패턴의 대조비를 향상시킨다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명백해 질 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 멤브레인 마스크를 위한 제조 단계를 연속적으로 도시하는 종래의 멤브레인 마스크의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 마스크의 단면도이다.
도 3a 내지 3f는 멤브레인 마스크를 위한 제조 공정의 단계를 연속적으로 도시하는, 도 2의 멤브레인 마스크의 단면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 멤브레인 마스크를 위한 다른 제조 공정의 단계를 연속적으로 도시하는, 도 2의 멤브레인 마스크의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 실리콘 웨이퍼 12 : 멤브레인 막
13 : 마스크 본체 패턴 14 : 주입 영역
21 : 실리콘 웨이퍼 22 : 질화 규소막
23 : 수지 패턴 24 : 중금속 주입 영역
25 : 텅스텐 막 31 : 실리콘 웨이퍼
32 : 질화 규소막 33 : 레지스트 패턴
34 : 중금속 주입 영역 35 : 텅스텐 막
도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 마스크는 실리콘 웨이퍼 (11), 그 위에 형성되고 비교적 낮은 원자 번호를 가지는 제 1 재료에 의하여 주입된 멤브레인 막 (12), 및 그 위에 형성되고 비교적 높은 원자 번호를 가지는 제 2 재료에 의하여 주입된 마스크 본체 패턴 (13) 을 포함한다.
멤브레인 막 (12) 은 마스크 본체 패턴 (13) 에서 개구부를 제외한 마스크 본체 패턴 (13) 의 저부에서 주입 영역 (14) 을 가진다. 주입 영역 (14) 은 제 1 재료의 원자 번호 보다 높은 원자 번호를 가지는 중원자를 멤브레인 막 (12) 으로 주입 또는 첨가시킴으로써 형성된다. 주입 영역 (14) 에서의 중원자는 마스크 본체 패턴 (13) 과 연관하여 산란 전자빔 또는 흡수 X-레이의 기능을 한다. 주입 영역 (14) 을 제외한 멤브레인 막 (12) 의 영역은 이곳에서의 중원자의 부재로 인한 전자빔 또는 X-레이를 통하여 적합하게 통과시키기 위한 고유 기능을 가진다.
멤브레인 막 (12) 에서의 제 1 재료의 예는 질화 규소 (SiN), 탄화 규소 (SiC), 질화 붕소 (BN), 다이아몬드 (C) 등을 포함한다. 멤브레인 막 (12) 의 주입 영역 (14) 에서의 중원자는 바람직하게는 중금속에서 선택될 수 있고, 보다 바람직하게는 주기율표에서 제 6 주기 및 후속 주기에 있는 중금속에서 선택될 수도 있다. 중금속의 예는 텅스텐 (W), 탄탈 (Ta), 금 (Au), 백금 (Pt), 납 (Pb) 등을 포함한다. 주입된 중원자는 복수의 중금속을 포함할 수 있다.
마스크 본체 패턴 (13) 용 재료는 바람직하게는 W, Ta, TaGe, TaReGe 와 같은 중금속 또는 중합금으로부터 선택될 수 있다. 마스크 본체 패턴 (13) 은 주기율표에서 제 6 주기 및 후속 주기에서 하나 이상의 중금속을 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3f를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인 마스크의 제조를 위한 제조 공정이 도시되어 있다. 멤브레인 마스크는 예컨대, 전자빔 리소그래피 용으로 사용된다. 도 3a에서, 질화 규소막 (SiN) (22) 은 LPCVD (저압 화학 기상 증착) 을 이용하여 200mm 의 직경을 가지는 실리콘 웨이퍼 (21) 의 상부면 상에 100nm 의 두께로 적층된다. 질화 규소막 (22) 의 두께는 바람직하게는 150nm 이하인 것이 주목되어야 한다.
후속하여, 도 3b에 도시된 바와 같이, 질화 규소막 (22) 이 수지로 스핀 코팅되어 그 위에 수지막을 형성한 후, 전자빔 리소그래피 기술을 사용하여 상기 수지막을 패터닝하여 수지 패턴 (23) 을 형성한다. 수지 패턴 (23) 은 전자빔을 산란시키기 위하여 형성될 주입 영역을 위하여 내부에 개구부를 가진다.
그 후, 텅스텐 또는 크롬 이온과 같은 중금속이 마스크로서 레지스트 패턴 (23) 을 사용함으로써 질화 규소막 (22) 으로 주입되어, 중금속 주입 영역 (24) 을 형성시킨다. 이후, 레지스트 패턴 (23) 이 도 3c에 도시된 바와 같이 제거된다.
텅스텐 막 (25) 은 도 3d에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 또는 LPCVD 기술을 사용함으로써 중금속 주입 영역 (24) 을 포함하는 질화 규소막 (22) 상에 약 10nm 의 두께로 적층된다. 텅스텐 막 (25) 의 두께는 바람직하게는 20 nm 이하인 것이 주목되어야 한다.
후속하여, 텅스텐 막 (25) 이 레지스트로 스핀 코팅되어 그 위에 레지스트 막을 형성한 후, 상기 레지스트 막의 전자 빔 리소그래피에 의하여 레지스트 패턴을 형성시킨다. 적층된 텅스텐 막 (25) 은 이후 도 3e에 도시된 바와 같이, 레지스트 패턴을 사용하여 건식 에칭 기술을 사용함으로써 선택적으로 에칭된다.
그후, 마스크 패턴이 실리콘 웨이퍼 (21) 의 저부면 상에 형성되어 부식액으로서의 수산화 칼륨 (KOH) 및 에칭 스토퍼로서의 질화 규소막 (22) 을 사용하는 습식 에칭 기술에 의하여 실리콘 웨이퍼 (21) 의 이방성 백 에칭 (anisotropic back etching) 을 행한다. 따라서, 질화 규소막 (22) 은 도 3f에 도시된 바와 같이,주입 영역 (24) 을 가지는 멤브레인 막으로서 형성된다. 습식 에칭 단계는 건식 에칭 단계에 의하여 대체될 수 있다.
도 4a 내지 도 4f를 참조하여, 다른 실시예에 따른 도 2의 멤브레인 마스크를 제조하기 위한 다른 제조 공정이 도시되어 있다. 멤브레인 마스크는 예컨대, 전자빔 리소그래피용으로 사용된다. 질화 규소막 (32) 은 200mm 의 직경을 가지는 실리콘 웨이퍼 (31) 의 상부면 상에 LPCVD 기술을 사용함으로써 130nm 의 두께로 적층된다. 이후, 도 4a에 도시된 바와 같이, 특정 개구부를 가지는 마스크는 실리콘 웨이퍼 (31) 의 저부면 상에 형성되어, 부식액으로서 KOH를 사용하는 습식 에칭 기술에 의하여 실리콘 웨이퍼 (31) 가 백 에칭 처리되어, 실리콘 웨이퍼 (31) 의 막이 0.1mm 내지 1mm 의 두께를 가지고, 질화 규소막 (32) 이 적층된다.
이후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 질화 규소막 (32) 이 레지스트로 스핀 코팅되어, 그 위에 레지스트 막을 형성시키고 상기 레지스트 막을 패터닝시켜 레지스트 패턴 (33) 을 형성시킨다. 후속하여, 텅스텐 이온이 마스크로서 레지스트 패턴 (33) 을 사용하여 질화 실리콘 막 (32) 으로 선택적으로 주입되어 중금속 주입 영역 (34) 을 형성시킨다. 이후, 레지스트 패턴 (33) 은 도 4c에 도시된 바와 같이, 제거된다. 단계의 순서는 실리콘 웨이퍼 (31) 의 백 에칭 단계가 텅스텐 이온의 주입 이후에 실행되도록 역순이 될 수 있다.
그후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 텅스텐이 중금속 주입 영역 (34) 을 포함하는 질화 규소막 (32) 으로 스퍼터링되어, 15nm의 두께를 가지는 텅스텐 막 (35)을 형성시킨다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 텅스텐 막 (35) 은 전자빔 리소그래피 패터닝 처리되어, 텅스텐 막 (35) 의 일부가 중금속 주입 영역 (34) 상에 남는다.
후속하여, 도 4f에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 (31) 의 잔존하는 막 (31a) 은 백 에칭으로 제거되어, 질화 규소막 (32) 이 멤브레인 막으로서 배치된다. 최종 백 에칭 단계는 에칭 마스크가 필수적으로는 사용되지 않는 등방성 에칭 단계일 수 있다.
제 1 제조 공정에서, 실리콘 웨이퍼의 백 에칭후, 실리콘 웨이퍼가 멤브레인 막으로부터 인가된 장력으로 인하여 변형될 수도 있는 가능성이 존재한다. 한편, 제 2 제조 공정에서, 멤브레인 막의 장력은 마스크 본체용 막이 형성되기 전에, 어느 정도 제거된다. 이 공정에서, 실리콘 웨이퍼의 백 에칭 후, 상기 실리콘 웨이퍼의 뒤틀림은 완화될 수 있으며, 이로써 멤브레인 마스크는 보다 덜 변형된다.
상기 실시예는 예에 대해서만 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의하여 다양한 수정 및 대안이 본 발명으로부터 쉽게 행해질 수 있다.
예컨대, 실리콘 웨이퍼의 백 에칭은 중금속 이온의 주입 이전 또는 이후와 같이, 마스크 본체 막의 적층 이전에 실행될 수 있다. 부가하여, 본 발명의 맴브레인 막은 전자빔 리소그래피는 물론, X-레이 리소그래피 및 이온빔 리소그래피에도 적용될 수 있다.
본 발명은 멤브레인 마스크, 멤브레인 막, 및 마스크 본체를 제공하여, 높은 원자 번호를 가지는 원자를 포함하는 주입 영역은 대조비를 악화시키지 않고 보다 작은 두께를 가지는 멤브레인 마스크를 제공하여 보다 높은 패터닝 정확성을 획득한다.
Claims (12)
- 웨이퍼 (11), 제 1 재료를 포함하고 상기 웨이퍼 (11) 에 의하여 지지되는 멤브레인 막(12), 및 상기 멤브레인 막을 덮는 마스크 본체 (13) 를 구비하고,상기 마스크 본체 (13) 는 개구부를 포함하는 마스크 패턴을 가지고,상기 멤브레인 막 (12) 은 상기 개구부를 제외한 상기 마스크 본체 (13) 에 의해 덮히는 제 1 영역 (14) 을 가지고,상기 제 1 영역 (14) 은 상기 제 1 재료의 원자 번호 보다 높은 원자 번호를 가지는 원자를 첨가시킴으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 재료는 SiN, SiC, BN 및 다이아몬드로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크.
- 제 1 항에 있어서, 상기 원자는 중금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크.
- 제 3 항에 있어서, 상기 중금속은 주기율표 상에서 제 6 주기 또는 후속 주기 중 하나에서 나타나는 것임을 특징으로 하는 멤브레인 마스크.
- 제 1 항에 있어서, 상기 마스크 본체 (13) 는 20 nm 이하의 두께를 가지는것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크.
- 제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인 막 (12) 은 150 nm 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크.
- 웨이퍼 (21) 상에 지지되는 멤브레인 막 (22) 을 형성시키는 단계;상기 멤브레인 막 (22) 상에 레지스트 마스크 (23) 를 형성시키는 단계;주입 영역 (24) 을 형성시키기 위하여 상기 레지스트 마스크 (23) 를 사용하여 상기 멤브레인 막 (22) 으로 상기 멤브레인 막 (22) 에 포함된 재료의 원자 번호 보다 높은 원자 번호를 가지는 원자를 선택적으로 주입시키는 단계;상기 주입 영역 (24) 을 포함하는 상기 멤브레인 막 (22) 상에 마스크 본체 막 (25) 을 형성시키는 단계; 및상기 주입 영역 (24) 을 제외한 상기 멤브레인 막 (22) 을 노출시키는 개구부를 포함하는 패턴을 갖게 하기 위하여 상기 마스크 본체 막 (25) 을 패터닝시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 패터닝 단계 이후, 상기 멤브레인 막 (22) 이 노출되도록 상기 웨이퍼의 저부면에서 상기 웨이퍼 (21) 를 에칭시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 멤브레인 막 형성 단계 및 상기 레지스트 마스크 형성 단계 사이에, 상기 멤브레인 막 (22) 이 노출되도록 상기 웨이퍼의 저부면에서 상기 웨이퍼 (21) 를 에칭시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 선택적 주입 단계 및 상기 마스크 본체 형성 단계 사이에, 상기 멤브레인 막 (22) 이 노출되도록 상기 웨이퍼의 저부면에서 상기 웨이퍼 (21) 를 에칭시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 멤브레인 막 형성 단계 및 상기 레지스트 마스크 형성 단계 사이에, 상기 멤브레인 막 (32) 이 노출되지 않도록 상기 웨이퍼 (31) 의 저부를 에칭시키는 단계; 및상기 마스크 본체 막 패터닝 단계 이후, 상기 멤브레인 막을 노출시키기 위하여 상기 웨이퍼 (31) 의 잔존부를 에칭시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 선택적 주입 단계 및 상기 마스크 본체 막 형성 단계 사이에서, 상기 멤브레인 막 (32) 이 노출되지 않도록 상기 웨이퍼 (31) 의 저부를 에칭시키는 단계; 및상기 마스크 본체 막 패터닝 단계 이후, 상기 멤브레인 막을 노출시키도록 상기 웨이퍼 (31) 의 잔존부를 에칭시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 멤브레인 마스크 제조 방법.
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