KR20020060668A - 전자빔 노광 마스크 - Google Patents

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KR20020060668A
KR20020060668A KR1020020036804A KR20020036804A KR20020060668A KR 20020060668 A KR20020060668 A KR 20020060668A KR 1020020036804 A KR1020020036804 A KR 1020020036804A KR 20020036804 A KR20020036804 A KR 20020036804A KR 20020060668 A KR20020060668 A KR 20020060668A
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mask
scattering
limiting aperture
electron beam
pattern
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KR1020020036804A
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야마시타히로시
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니시가키 코지
닛뽄덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 전자빔 노광 공정과 전자빔 노광 마스크를 제공하는 것으로서, 전자빔 노광 시스템은 산란 영역 및 마스크를 통과하는 산란된 전자량을 제한하는 리미팅 어퍼쳐(limiting aperture)를 포함하는 마스크를 구비한 산란각 제한형 전자빔 노광 시스템으로서, 크로스오버(crossover)면의 주위에 고정되며 중앙 개구와 상기 중앙 개구를 에워싸는 폐쇄되어 연장된 개구를 구비한 제 1 리미팅 어퍼쳐와, 광축에 따른 위상이동이 가능하며 상기 중앙 개구 및 상기 중앙 개구를 에워싸는 폐쇄되어 연장된 개구를 구비한 제 2 리미팅 어퍼쳐를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 노광 시스템과 노광 공정에 적합한 스텐실형 마스크를 제공한다. 본 발명에 따르면, 특히 반도체 장치를 제조하는 공정의 패터닝 단계에서 산출량을 감소시키지 않으면서 선폭의 정확성이 우수하게 근접효과 보정이 조정될 수 있다. 본 발명에 따른 마스크는 정확한 마스크 패턴이 제공되어 분해능과 정확성이 양호한 패턴노광이 행해질 수 있는 정확한 마스크 패턴이 제공될 수 있다.

Description

전자빔 노광 마스크{A MASK FOR ELECTRON-BEAM EXPOSURE}
본 발명은 반도체 장치에 사용되는 전자빔 노광 마스크에 관한 것으로서, 특히 근접효과의 보정에 적합한 전자빔 노광 마스크에 관한 것이다.
전자빔 노광에서, 레지스트층 및 기판에서 산란된 전자에 기인한 근접효과는 패턴의 선폭의 정밀도에 상당한 영향을 미친다. 따라서, 근접효과를 보정하는 것은 중요한 기술적 요소 중의 하나가 된다.
가장 범용적인 전자빔 노광 공정인 셀 투영 리소그라피(cell projection lithography)에서, 도즈 보상법(dose compensation method)이 사용되고 있는데, 상기 기술은 노광 강도 분포(exposure intensity distribution(EID))기능 또는 패턴 밀도법(pattern density method)을 사용하는 셀프-컨시스턴트법(self-consistent method)에 의한 완벽한 정량을 요구하고 있다.
반면에, 차세대 전자빔 노광기술로서 주목을 받고 있는 투사빔 리소그라피에서 각도를 제어하여 산란하는 경우에, 근접효과는 산란된 전자의 일부를 GHOST법(즉, SCALPELGHOST법)이 적용되는 보정 빔으로 사용하는 보상법에 의해 보정이 이루어 진다.
산란각 제한형 전자빔 노광 공정은 세그먼트형 전사기술을 사용하는데, 상기 세그먼트 전사기술에서는 형성될 전체 칩의 소요 패턴 또는 여러 영역 중의 한 영역이 다수의 세그먼트로 분리되고, 마스크는 각각의 세그먼트에 대한 일부의 패턴으로 구성되고, 마스크를 사용함으로서 노출이 각각의 세그먼트에 대해 행해지고 최종적으로 웨이퍼상에 소요의 패턴을 전사한다.
산란각 제한형 전자빔 노광 공정에 사용되는 마스크는 전자빔 산란체를 구성하는 패턴이 전자를 그다지 산란하지 않는 전자빔 투과막(이후, 산란막 마스크라 한다) 상에 형성되는 하나의 마스크를 말한다. 웨이퍼는 전자빔 투과막을 통과한 후 산란되지 않거나 비교적 작은 각도로 산란하는 전자빔에 노출된다. 따라서, 상기 막과 산란 영역 사이의 전자빔 산란의 차이로 인해 형상의 대비(contrast)가 웨이퍼상에 형성되게 된다.
산란각 제한형 전자빔 노광 공정에서의 근접효과는 산란막 마스크상의 산란체에 의해 두드러지게 산란되는 전자의 일부를 크로스오버면에 배치된 리미팅 어퍼쳐(limiting aperture)에 형성된 환상의 개구속으로 선택적으로 투사하고, 상기 투사되어 산란된 전자를 오브젝트 렌즈의 구면수차 및 색수차에 의한 개략 역산란 범위에 초점이탈시키고, 그 후, 보정 빔으로서의 전자를 웨이퍼에 방출함으로서 보정이 이루어 진다. 상기와 같은 근접효과 보정기술은 G.P.Watson et al., J.Vac.Sci.Technol.,B, 13(6), 2504-2507(1995)에 개시되어 있다. 상기 방법의 특징에 있어서, 근접효과는 패턴의 노광 및 보정의 노광을 동시에 실행함으로서 보정된다는 점에 있다. 반면에, 종래의 기술에 의한 GHOST법으로는 웨이퍼가 본래의 노광 패턴에 대한 역패턴의 초점이탈된 빔에 별도로 노광된다는 점이다. 따라서, 패턴 노광과 동시에 행하는 보정노광에 의한 상기와 같은 근접효과 보정은 산출량의 개선에 상당한 기여를 할 수도 있다.
그러나, 산란각 제한형 전자빔 노광 공정에서 종래의 근접효과 보정기술은 이하의 문제점을 지니고 있다.
근접효과는 기판의 형태와 마스크 패턴에 의해 결정된다. 따라서, 이질 재료로 이루어진 기판 또는 이형 패턴으로 된 마스크를 사용하여 노광을 실행할 때 보정 도즈(dose)는 기판 또는 마스크에 적합한 근접효과 보정을 위해 재조정되어야만 한다. 두께가 차이가 나는 전자 산란체를 구비한 마스크를 사용하는 경우에 리미팅 어퍼쳐는 개구의 크기가 다른 리미팅 어퍼쳐로 대체되어야 한다. 그러나, 보정 도즈는 정형개구에 형성된 환상 개구의 크기 및 폭과 같은 디멘션을 변경함으로서 조정이 이루어진다. 따라서 보정 도즈를 최적화 하기 위해서 전자빔 노광 및 공기중에 챔버를 개방하여 진공상태를 깨뜨린 후에 배치되어야 하는 다른 리미팅 어퍼쳐를 준비할 필요가 있다. 따라서, 종래의 기술에 따르면 최적의 근접효과 보정을 시도하는 것은 산출량의 상당한 감소를 수반한다는 문제점이 존재한다.
더욱이, 종래의 산란각 제한형 전자빔 노광 공정에서 사용되는 전술한 산란막 마스크는 이하의 문제점이 존재한다.
우선, 투과된 전자는 전자빔 투과막에서 또한 산란되므로 영상형성전자의 에너지 분포는 확산되어 색수차를 유발하여 빔의 흐려짐(blur)이 생긴다는 점이다. 상기 빔의 흐려짐을 최소화 하기 위하여, 빔 수렴성 반각(beam convergent semi-angle)은 축소되어야 한다. 그러나, 빔 수렴성 반각(beam convergent semi-angle)의 축소는 쿨롱(Coulomb) 효과를 커지도록 하여 분해능을 감소시킨다. 상기 쿨롱효과는 빔의 전류를 감소함으로서 최소화 될 수 있다. 그러나, 상기처럼 하면 노광이 길어져서 그 결과 산출량이 감소하는 결과가 된다. 따라서, 산란막 마스크는 적합한 전자 노출성을 제공하지 않는다.
두번째, 산란막 마스크는 박막(약 100nm) 실리콘 니트라이드막상에 보다 얇은(약 50nm) 텅스텐과 같은 패턴화된 중금속막을 형성하여 준비된다. 따라서, 그 준비에는 어려움이 많고 산출량이 불량해 진다.
상기 문제점 이외에도, 전술한 근접효과 보정기술은 이하의 문제점을 지니고 있다.
텅스텐과 같은 중금속으로 구성된 상호접속배선과 같은 하부 패턴이 웨이퍼표면상의 레지스트막의 베이스막상에 형성되는 경우, 영상형성전자는 하부 패턴에 의해 반사되거나 역산란된다. 결과적으로, 하부 패턴이 없는 영역의 상부의 레지스트 영역과 패턴이 있는 영역의 상부의 레지스트 영역 사이의 근접효과의 차이가 발생한다. 종래의 근접효과 보정법에 있어서, 하부 패턴에 대응한 각각의 영역에 대한 보정 도즈를 조절하는 것이 용이하지 않고, 더욱이, 상기와 같은 시도는 행해지고 있지 않다.
종래의 셀 투과에 사용되는 마스크 또는 상기에 사용되는 시스템(셀 투사형 전자빔 노광 시스템)이 이하 기술될 것이다.
종래의 셀 투과( 또는 노출 시스템)은 두께가 적어도 20μm인 실리콘 기판과 같은 전자빔을 차단하는 개구 패턴을 기판상에 형성함으로서 준비되는 마스크(이하 스텐실 마스크라고 한다.)를 통상 사용한다.
보다 집적화된 반도체 디바이스에 대응하여 패턴이 보다 정밀해짐에 따라, 두꺼운 기판으로 구성된 스텐실 마스크는 이하의 문제에 직면한다. 마스크를 준비할 때, 적어도 20μm정도의 두께로 실리콘 기판상에 개구패턴을 정확하게 형성하는 것이 용이하지 않아, 디멘션의 변화가 발생한다. 더욱이, 전자빔 노광에서, 마스크는 전자빔을 흡수하고 그에 따라 가열되어 내구성이 감소되고, 열적으로 확장되어 마스크 위치가 부적절히 변경된다. 또한, 전자광학 시스템의 수차를 감소시킴으로서 분해능을 개선하기 위한 가속전압을 증가시키는 것이 필요해지므로, 마스크 기판은 보다 두터워지고 상기와 같은 문제점이 더욱 커진다.
비교적 얇은 마스크는 개구패턴의 선폭 정확성을 개선하고 차단될 전자가 마스크 기판영역(비 개구영역)을 통과하는 동안 발열을 감소한다. 그 결과, 노광되지 않는 웨이퍼의 영역은 노광되어 불량한 대비(contrast)가 발생하고 분해능이 감소한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, JP-A 10-97055에는 비교적 얇은 마스크 기판상에 개구패턴을 형성하며 마스크를 통과하는 전자빔을 산란하는 마스크의 후면상에 전자빔 산란층을 형성하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된 전자빔 노광용 마스크를 개시하고 있다. 전자빔 산란층은 폴리크리스탈 실리콘, 텅스텐 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드 및 티타늄 실리사이드와 같은 폴리크리스탈층 또는 물결모양의 층일 수 있다. 상기와 같은 전자빔 산란층은 마스크(비개구 기판영역)의 패턴층을 통과하는 전자를 산란시켜 상기 전자들을 웨이퍼에 도달하지 못하게 하도록 형성될 수 있다.
JP-A 6-163371호에는 전자빔 인출(drawing)장치가 도시되어 있는데, 상기 장치에는 마스크로 사용되는 전자빔 정형개구를 제공하기 위해 전자가 투과되는 깊이 보다 짧은 두께의 기판상에 개구가 형성되어 있고, 정형개구(마스크)의 기판영역을 통과하는 산란된 전자를 차단하는 메커니즘이 제공된 것을 특징으로 하고 있다. 개시된 발명에서, 정형개구의 기판영역을 통과하는 산란된 전자를 차단하는 메커니즘이 제공되어 있다. 예컨대 개구의 크기가 작은 정형개구판이 크로스오버면에 제공되어 마스크 개구를 통과하는 전자빔만을 통과시키며 마스크 기판영역에서 산란된 전자를 제거한다. 또한, 다른 차단 메커니즘이 개시되어 있는데, 상기 메커니즘에 있어서, 에너지 필터가 형성되어 리미팅 어퍼쳐에 의해 이후에 제거되는 마스크 기판을 통과한 후 에너지의 일부를 상실하는 감속된 전자의 방향을 변경시킨다.
JP-A 6-163371호는, 전술한 정형어퍼쳐(마스크)가, 큰 형상에 대한 노광을 단번에 실행하도록 균일한 전자빔에 노출되는 전자빔 투사 리소그라피에 사용되는 마스크, 예컨대 지지층으로서의 전자빔에 대해 비교적 투명(투과)막상에 전자빔을 상당히 산란시킬수가 있는 중금속으로 구성된 패턴을 형성함으로서 준비되는 마스크가 갖는 제 1 문제점을 해결할 수 있다는 것을 나타내고 있다.
본 발명의 목적은 산란각 제한형 전자빔 노광 공정 및 근접효과에 대한 보정이 산출량의 감소없이 선폭의 정확성이 뛰어나게 조정될 수 있는 산란각 제한형 전자빔 노광 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 산란각 제한형 전자빔 노광에 적합한 패턴의 노광이 근접효과의 보정과 더불어 실행될 수 있는 스텐실형 마스크를 제공하는데 있다. 본 발명의 또다른 목적은 정확한 마스크 패턴이 용이하게 제공될 수 있고, 패턴의 노광이 개선된 분해능과 정확성을 갖고 실행되도록 하는 마스크를 제공함에 있다. 본 발명의 또다른 목적은 근접효과가 웨이퍼의 하부 패턴에 따라 최적으로 보정되게 하는 마스크를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전자빔 노광 시스템 및 분해능이 양호하며 패턴이 정확한 매우 양호한 노광을 실행하며 패턴 노광과 더불어 보정되는 근접효과가 가능하여 개선된 산출량을 얻게하는 전자빔 노광 공정을 제공함에 있다. 본 발명의 또다른 목적은 웨이퍼의 하부 패턴에 따라 근접효과가 최적으로 보정되게 하는 전자빔노광 공정을 제공함에 있다.
본 발명은 산란 영역 및 마스크를 통과하는 산란된 전자량을 제어하는 리미팅 어퍼쳐를 포함하는 마스크를 구비한 산란각 제한형 전자빔 노광 시스템을 제공한다. 상기 전자빔 노광 시스템은;
크로스오버면에 근접하여 고정되어 있으며 중앙의 개구 및 폐쇄되어 연장된 개구를 포함하는 제 1 리미팅 어퍼쳐와,
광축을 따라 위상이동이 가능하며 중앙의 개구 및 상기 중앙의 개구를 에워싸는 폐쇄되어 연장된 개구를 포함한다.
또한 본 발명은 산란 영역 및 마스크를 통과하는 산란된 전자량을 제어하는 리미팅 어퍼쳐를 포함하는 마스크를 구비한 산란각 제한형 전자빔 노광 시스템을 제공하는 것으로서, 상기 전자빔 노광 시스템은;
상기 폐쇄되어 연장된 개구의 크기가 다른 다수의 리미팅 어퍼쳐가 배치되거나 제조되어 있는 리미팅 어퍼쳐 변경부와,
상기 다수의 리미팅 어퍼쳐 중 소요의 어퍼쳐를 광학시스템에 배치하기 위해 상기 리미팅 어퍼쳐 변경부를 작동시키는 메커니즘을 포함한다.
본 발명은 산란 영역 및 마스크를 통과하는 산란된 전자량을 제어하는 리미팅 어퍼쳐를 포함하는 마스크를 구비한 산란각 제한형 전자빔 노광 시스템을 제공하는 것으로서, 상기 전자빔 노광 시스템은;
중앙에만 개구를 구비하여 광학시스템에 고정된 제 1 리미팅 어퍼쳐와,
크기가 서로 다른 중앙의 개구를 구비하며 상기 제 1 리미팅 어퍼쳐보다 외경이 큰 다수의 제 2 리미팅 어퍼쳐가 배치되거나 제조되어 있는 리미팅 어퍼쳐 변경부와,
상기 다수의 제 2 리미팅 어퍼쳐 중 소요의 제 2 리미팅 어퍼쳐를 상기 제 1 리미팅 어퍼쳐의 축상에 배치하기 위하여 상기 리미팅 어퍼쳐 변경부를 작동시키는 메커니즘을 포함한다.
본 발명은 산란 영역 및 마스크를 통과하는 산란된 전자량을 제어하는 리미팅 어퍼쳐를 포함하는 마스크를 구비한 산란각 제한형 전자빔 노광 시스템을 제공하는 것으로서, 상기 전자빔 노광 시스템은;
상기 제 1 리미팅 어퍼쳐 대신에, 외주만 서로 다른 중앙의 개구를 구비한 다수의 리미팅 어퍼쳐(A)를 포함하는 제 1 리미팅 어퍼쳐 변경부와,
크기가 각각 다른 중앙의 개구를 구비하며 상기 리미팅 어퍼쳐보다 외경이 큰 다수의 리미팅 어퍼쳐가 배치되거나 제조되어 있는 제 2 리미팅 어퍼쳐 변경부와,
상기 다수의 리미팅 어퍼쳐 중 소요의 리미팅 어퍼쳐 및 상기 다수의 리미팅 어퍼쳐 중 소요의 리미팅 어퍼쳐를 상기 광학 시스템의 동일축상에 배치하기 위해서 상기 제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐 변경부를 동작시키는 메커니즘을 포함한다.
본 발명은 본 발명에 따른 산란각 제한형 전자빔 노광 시스템을 사용하는 산란각 제한형 전자빔 노광 공정을 제공하는 것으로서, 상기 노광 공정은;
보정 도즈(correction dose)를 제어하고 상기 패턴의 노출과 동시에 근접효과의 제어를 목적으로 상기 제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐의 개구를 통과하는 산란된전자량을 조정하기 위해, 상기 리미팅 어퍼쳐가 마스크상의 패턴의 최외각 주변에 상응하는 영상을 형성하는 전자빔 궤도의 중앙을 차단하지 못하는 동안에, 상기 광축을 따라 상기 제 2 리미팅 어퍼쳐를 위상이동시키는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명에 따르면 특히, 반도체 장치를 제조할 때의 패턴 공정에서 근접효과 보정이 용이하게 조정되고 산출량이 개선되고 매우 양호한 선폭의 정확성을 얻을 수가 있다.
본 발명은 근접효과를 보정하기 위해 마스크에 의해 산란된 전자의 일부를 사용하는 동안, 전자빔 산란의 차이에 기인한 산란 대비에 의하여 패턴 노광을 실행하기 위해, 산란 영역을 포함하는 마스크를 사용하는 단계를 포함하는 산란각 제한형 전자빔 노광 공정에서 사용되는 전자빔 노광 마스크를 또한 제공하는 것으로서,
마스크 기판은 두께가 전자 투과의 깊이보다 짧은 산란 영역을 구비하고, 웨이퍼의 영상 형성 전자의 역산란 범위에 상응하는 영역을 포함하고,
패턴화된 개구는 상기 산란 영역에 형성된다.
본 발명은 전자산란막이 적어도 마스크 기판의 산란 영역에 형성되는 전술한 전자빔 노광 마스크를 또한 제공한다.
본 발명은 상기 산란 영역의 두께가 상기 웨이퍼의 하부 패턴이 영향을 미치는 역산란에 따라 변하는 전술한 전자빔 노광마스크를 또한 제공한다.
본 발명은 마스크를 포함하는 산란각 제한형 전자빔 노광 시스템을 제공하는 것으로서, 상기 마스크를 통과하는 마스크-산란된 전자량을 제어하기 위해 중앙의개구 및 상기 중앙의 개구를 에워싸는 폐쇄되어 연장된 개구가 형성된 리미팅 어퍼쳐는, 패턴노광과 동시에 근접효과를 보정하기 위해 산란된 전자의 일부를 이용할 수 있다.
본 발명은 근접효과를 보정하기 위해 마스크에 의해 산란된 전자의 일부를 이용하는 동안, 전자빔 산란의 차이에 기인한 산란 대비에 의하여 노광패턴을 실행하기 위해 산란 영역을 구비한 마스크를 사용하는 단계를 포함하는 공정을 제공하는 것으로서, 상기 마스크는 전자투과깊이 보다 두께가 짧게 마스크상에 산란 영역을 형성함으로서 준비되고, 웨이퍼의 영상형성전자의 역산란 범위에 상응하는 영역을 포함하고 상기 산란 영역에 패턴화된 개구를 형성한다.
본 발명은 산란 영역의 두께가 웨이퍼의 하부 패턴이 영향을 미치는 역산란에 따라 변하는 전술한 전자빔 노광 공정을 또한 제공한다.
전술한 본 발명은 산란각 제한형 전자빔 노광 공정에 적합하고 근접효과가 패턴노광과 동시에 이루어지는 스텐실형 마스크를 제공할 수 있다. 본 발명의 마스크는 정확한 마스크 패턴이 용이하게 제공될 수 있으므로 패턴노광의 분해능이 높고 정확성을 높게 해준다. 더욱이, 본 발명은 웨이퍼의 하부 패턴에 따라 근접효과가 최적으로 보정될 수 있는 마스크를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 산출량이 높고 분해능과 패턴 정확성이 높은 전자빔 노광 시스템 및 전자빔 노광 공정을 제공하여, 패턴의 노광과 동시에 근접효과가 가능해 진다. 또한, 본 발명은 웨이퍼의 하부구조에 따라 근접효과가 최적으로 보정될 수 있는 전자빔 노광 시스템 및 전자빔 노광 공정을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기본 개념을 도시한 광학 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 근접효과 보정의 기본 원리를 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 근접효과 보정의 기본 원리를 도시한 개념도.
도 4는 본 발명의 근접효과 보정의 공정을 도시한 광학 시스템의 개념도.
도 5는 본 발명의 근접효과 보정의 공정을 도시한 광학 시스템의 개념도.
도 6은 도 5의 광학 시스템의 제 2 리미팅 어퍼쳐(limiting aperture)에서 산란된 전자의 강도 분포를 도시한 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보정 도즈 대 리미팅 어퍼쳐의 위상이동을 도시한 그래프.
도 8은 본 발명의 전자빔 노광 시스템의 리미팅 어퍼쳐를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 전자빔 노광 시스템의 리미팅 어퍼쳐를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 전자빔 노광 마스크의 구조를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 전자빔 노광 마스크의 구조를 도시한 도면.
도 12는 종래의 기술에 의한 전자빔 노광 마스크를 제조하는 공정을 도시한 공정단면도.
도 13은 본 발명의 전자빔 노광 마스크를 제조하는 공정을 도시한 공정단면도.
도 14는 본 발명의 전자빔 노광 마스크를 제조하는 공정을 도시한 공정단면도.
도 15는 본 발명의 전자빔 노광 마스크를 제조하는 공정을 도시한 공정단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 마스크2 : 제 1 투영렌즈
3 : 리미팅 어퍼쳐(limiting aperture)
4 : 제 2 투영렌즈 5 : 웨이퍼
6 : 레지스트
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 상세히 기술될 것이다.
본 발명의 기본 구성은 도 1의 광학 시스템에 대한 개념도를 참조하여 기술될 것이다. 마스크(1)를 통과하는 영상 형성용 전자들은 제 1 투영렌즈(2)에 의해 집속된 후, 크로스오버면 즉, 역-초점면에 배치된 리미팅 어퍼쳐(3)의 중앙 개구를 통과하여, 오브젝트 렌즈로서의 제 2 투영렌즈(4)에 의해 웨이퍼(5)상의 레지스트에 영상을 형성한다. 도 1의 상기 레지스트(6)는 조사영역이 잔존되는 네가티브형이고, 상기 도면은 도시를 위해 전개한 이후의 형상을 도시하고 있다. 포지티브형 레지스트 또한 본 발명에서 이용될 수 있다. 제 1 및 제 2 투영렌즈는 더블릿 광학계(doublet optics)를 구성한다.
반면에, 마스크(1)에 의해 산란된 대부분의 전자는 리미팅 어퍼쳐(3)에 의해 차단되고 일부의 전자가 중앙 개구 및 상기 중앙 개구를 에워싸는 폐쇄되어 연장된 개구를 통과한다. 상기 투과된 산란전자는 제 2 투영렌즈(4)(오브젝트 렌즈)의 구면수차 및 색수차에 의해 개략 역산란 영역으로 초점이탈(defocusing)되어, 보정 빔으로서 웨이퍼상에 부딪힌다. 상기 중앙 및 폐쇄되어 연장된 개구는 동심원상으로 배치되고 상기 폐쇄되어 연장된 개구는 직사각형 및 정사각형 같은 환상 또는 다각형상일 수도 있다. 보통은 환상이지만 개구의 재료나 제조조건을 고려하여 직사각형 또는 정사각형 같은 다각형일 수 있다. 리브(rib)는 통상 주변과 폐쇄되어 연장된 개구의 내부를 연결하기 위해 제공된다. 소요의 근접효과 보정이 실행되는 동안, 상기 리브는 확장되어 상기 폐쇄되어 연장된 개구를 부분적으로 페쇄되게 한다.
상기 리미팅 어퍼쳐가 크로스오버면에 고정되는 경우, 보정 빔의 강도(강도에 비례한 보정 도즈(dose))는 상기 폐쇄되어 연장된 개구의 영역을 변경함으로서 조정된다. 상기 초점이탈의 범위는 상기 리미팅 어퍼쳐의 중앙으로부터 상기 폐쇄되어 연장된 개구의 거리를 변경함으로서 조정되고, 환상의 개구에 대해서는 그 크기를 변경함으로서 조정된다. 개구의 면적이 중앙개구에서 보다 폐쇄되어 연장된 개구에서 보다 크기 때문에, 근접효과 보정은 산란된 전자에서 각 분포의 관점에서 보아 폐쇄되어 연장된 개구를 통과하는 산란된 전자에 거의 의존한다.
본 발명에서 사용되는 마스크는 전자빔 산란체로 구성된 패턴이 전자를 거의 산란시키지 않는 전자빔 투과가능막 마스크상에 형성되어 있는 전술한 산란막 마스크이면 바람직하다. 상기 막은 양호하게는 전자를 거의 산란하지 않는 광소자, 예컨대, Sin 및 SiC를 포함한다. 상기 산란체는 전자빔을 산란하는 경향이 있는 텅스텐, 탄탈, 크롬, 몰리브덴, 티타늄, 금 및 플라티늄과 같은 중금속으로 구성되면 양호하다. 상기 마스크의 막은 100kV의 가속전압에서 두께가 약 0.1 내지 0.2 μm의 범위에 있다.
본 발명에서 사용되는 마스크는 차후에 기술될 산란 스텐실 마스크이면 양호하다.
근접효과 보정의 기본 원리는 도 2 및 도 3을 참조하여 기술될 것이다.
도 2(a)는 산란막 마스크를 도시한 것으로서, 막의 소자부호는 21번이고, 산란체의 부호는 22번이다. 도 2(b)는 폐쇄되어 연장된 개구가 없이 리미팅 어퍼쳐를사용하고 보정 빔을 사용하지 않는, 예컨대 근접효과의 보정이 없는 경우에, 웨이퍼상의 레지스트에서의 에너지 퇴적의 분포를 도시하고 있고, 도 2(c)는 폐쇄되어 연장된 개구를 갖는 리미팅 어퍼쳐를 사용하고 보정 빔을 사용하는, 예컨대 근접효과의 보정이 있는 경우에, 에너지퇴적의 분포를 도시하고 있다. 상기 도면에서, βb는 역방향 산란범위이다. 순방향 산란전자의 에너지를 1로 가정할 때, 역방향 전자는 역방향 산란계수 η에 상응하는 에너지를 갖는다. 상기 값 η은 보정노광에 의해 보상되어야 하고, 엄밀히 말하면, 산란체를 통과하는 전자의 η/(1+η)(보정 도즈율 : δ)은 웨이퍼상에 부딪혀야 한다.
보정 빔은 도 2(c)에서 도시된 바와 같은 일정한 퇴적에너지를 가하기 위하여 개략 산란범위 βb, 즉, L로 초점이 이탈될 수 있고, 상기는 도 2(b)의 경계선의 근처에서 감소된다. 결과적으로, 패턴의 선폭정확성은 개선될 수 있다. 리미팅 어퍼쳐에서의 연장된 페쇄개구의 선폭이 증가함에 따라, 즉, 개구영역이 증가함에 따라, 보정 도즈는 증가하며 폐쇄되어 연장된 개구의 크기가 증가함에 따라, 수차는 증가하며 초점이탈은 더 커질 수 있다.
도3에 있어서, 도 2(a)의 산란막 마스크는 1 : 1의 선폭-공간 패턴으로 대체되고, 즉, 50％의 패턴밀도를 갖는 패턴이 형성된다. 도3으로부터 자명하듯이, 패턴밀도가 변하는 경우에도, 근접효과는 유사하게 보정되고, 종래의 GHOST 기술에서와 같이 패턴이 변할 때마다 복잡한 계산을 필요로 하는 역산란의 보정노출을 별도로 실행할 필요가 없다.
본 발명의 기본개념 및 근접효과 보정의 기본원리가 기술되었다. 그후, 본발명의 특징과 원리에 대해 도 4 내지 도 6을 참조로 하여 기술될 것이다.
종래의 기술에서, 리미팅 어퍼쳐(3)는 크로스오버면(역 초점면)에서 산란되지 않거나 소량만이 산란되며 영상형성에 영향을 미치는 영상형성전자는 리미팅 어퍼쳐(3)에 의해 차단됨이 없이 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구를 통과할 수 있으므로, 크로스오버면에 고정된다. 만일, 리미팅 어퍼쳐가 축을 따라 과도히 위상이동한다면, 영상형성전자는 리미팅 어퍼쳐에 의해 차단되어 영상의 주변은 이지러진다. 상기 현상은 도 4를 참조하여 기술될 것이다. 상기 리미팅 어퍼쳐(3)는 S2로부터 상향으로 위상이동하고, 패턴의 최외각주변에 상응하는 영상을 형성하는 전자빔궤도는 거의 완전히 차단되어 영상의 주변은 이지러 진다. 따라서, 종래의 기술에서는 리미팅 어퍼쳐를 크로스오버면에 고정시킬 필요가 있었다. 더욱이, 종래의 기술의 공정에서 리미팅 어퍼쳐를 이동시킬 필요가 없으므로, 리미팅 어퍼쳐를 고정시키는 것은 의심할 바 없는 공지의 기술이었다.
반면에, 본 발명자는 영상형성용 전자 뿐만 아니라 근접효과 보정에 영향을 끼치는 산란된 전자에 대해 고려한 끝에, 산란된 전자 강도의 공간적 분포(산란된 전자의 양)은 광축의 방향에 따라 변하기 때문에, 투과된 산란전자의 양은 상기 크로스오버면으로부터 광축을 따라 리미팅 어퍼쳐를 위상이동시킴으로서 변화될 수 있다는 사실을 알았다.
본 발명은 산란 영역 및 마스크를 통과하는 산란된 전자량을 제한하는 리미팅 어퍼쳐(limiting aperture)를 포함하는 마스크를 구비한 산란각 제한형 전자빔노광 시스템을 제공하는 것으로서,
크로스오버면에 근접하여 고정되며 중앙 개구와 상기 중앙 개구를 에워싸는 폐쇄되어 연장된 개구를 구비한 제 1 리미팅 어퍼쳐와,
광축에 따른 위상변경이 가능하며 상기 중앙 개구 및 상기 중앙 개구를 에워싸는 폐쇄되어 연장된 개구를 구비한 제 2 리미팅 어퍼쳐를 포함하고 있다.
상기 제 2 리미팅 어퍼쳐는 예컨대, 상기 제 2 리미팅 어퍼쳐가 마스크 상의 패턴의 최외각 주변에 상응하는 영상을 형성하는 전자빔 궤도의 중앙을 차단하지 못하는 한, 상기 광축상의 제 2 리미팅 어퍼쳐의 위치를 제어할 수 있는 메커니즘을 제공함으로서, 소요의 보정 도즈에 따라 광축을 따라 위상이동이 가능하다.
상기 발명에 있어서, 상기 크로스오버면의 근접하여 고정된 제 1 리미팅 어퍼쳐 이외에, 광축상에서 위상이동이 가능한 제 2 리미팅 어퍼쳐가 제공된다. 상기 제 2 리미팅 어퍼쳐는 광축을 따라 위상이동하여 양 리미팅 어퍼쳐에서 폐쇄되어 연장된 개구를 통과하는 산란된 전자량을 조정할 수 있다. 즉, 보정 도즈가 조정될 수가 있다.
도 5는 제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐(3a,3b)가 배치된 광학계와 마스크(1)로부터 방출된 산란된 전자의 궤도를 도시하고 있다. 제 2 리미팅 어퍼쳐(3b)의 상기 폐쇄되어 연장된 개구는 동일한 형상(환상)을 하고 있으며 제 1 리미팅 어퍼쳐(3a)의 크기와 동일하다. 제 2 개구(3b)의 중앙의 개구는 제 1 리미팅 어퍼쳐(3a)보다는 크기가 약간 크다.
도5의 마스크(1)의 A로부터의 산란된 전자를 생각해 보면, 제 2 리미팅 어퍼쳐(3b)가 없이 제 1 개구(3a)의 환상 개구를 통과할 수 있는 산란된 전자는 제 2 리미팅 어퍼쳐(3b)에 의해 차단된다는 것은 명확하다. 그 원인은 제 1 리미팅 어퍼쳐(3a)의 위치에서 산란된 전자에 대한 공간적인 강도분포에서 제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐(3a,3b)의 환상개구 사이의 상대적인 위치관계에 기인하기 때문이다.
상기와 같은 환상개구 사이의 상대적인 위치관계의 위상이동은 도 6을 참조하여 기술될 것이다. 도6은 크로스오버면에 고정된 제 1 리미팅 어퍼쳐(3a)의 위치에서 산란된 전자에 대한 공간적인 강도분포를 도시하고 있다. 도 6(a)에서, 제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐(3a,3b)는 동일한 위치에서 중첩된다. 양 측면에서 해칭된 영역은 리미팅 어퍼쳐의 환상개구를 통과하는 산란된 전자에 기인하고, 중앙의 해칭된 영역은 리미팅 어퍼쳐를 통과하는 산란된 전자에 기인한다. 웨이퍼에 도달하는 전자의 수는 분포×πr2으로 계산된다. 따라서, 중앙 개구를 통과하는 산란된 전자의 수는 소량이고, 대비(contrast)의 악화는 그리 대단치가 않다. 제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐의 환상개구는 동일한 형상 및 크기이므로, 제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐의 환상개구를 통과하는 산란된 전자에 대한 강도분포의 범위는 완전히 중첩된다. 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구에 대하여, 제 2 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구는, 제 2 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구가 제 1 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구보다 약간 크기 때문에 돗트선에 의해 표시된 위치에 위치한다.
반면에, 도 6에서, 제 2 리미팅 어퍼쳐(3b)는 도 5에서 도시된 바와 같이 거리 S만큼 제 1 리미팅 어퍼쳐(3a)의 위치로부터 광축을 따라 상향으로 위상이동 된다. 도 6(b)의 점선은 제 2 리미팅 어퍼쳐(3b)의 개구의 위치를 나타낸다. 도 6(b)에서, 제 2 리미팅 어퍼쳐(3b)는 광축을 따라 위상이동하여 제 2 리미팅 어퍼쳐(3b)의 환상개구(p2)는 제 1 리미팅 어퍼쳐(3a)의 환상개구(p1)의 위치에 대하여 좌측으로 위상이동한다. 따라서, 제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐의 양 개구를 통과하는 산란된 전자의 양(강도)은 해칭된 영역으로 나타내지는데 상기 개구위치(p1)에 상응하는 상기 영역은 상기의 개구위치(p2)에 상응하는 영역과 중첩되어 도 6(a)와 비교해서 감소된다. 따라서, 보정 도즈는 광축을 따라 제 2 리미팅 어퍼쳐(3b)를 위상이동시켜 제어될 수 있다.
그러나. 전술한 바와 같이, 리미팅 어퍼쳐의 과도한 위상이동은 영상의 주변의 이지러짐 또는 웨이퍼상의 부적합한 이미지 형성전자에 기인한 선폭의 정확도의 악화를 초래한다. 따라서, 리미팅 어퍼쳐는 광축을 따라 위상이동 되거나 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구의 크기는 상기와 같은 문제점이 회피될 수 있을 정도로 길게 설정된다. 즉, 본 발명에서 마스크사의 패턴의 최외각 주변에 상응하는 영상형성전자에 대한 궤도의 중심을 차단하지 않는 범위내로 리미팅 어퍼쳐를 위상이동시킬 필요가 있다. 상기 범위(도 4의 S0내지 S1)내에서, 웨이퍼상의 레지스트는 에너지 퇴적이 적합한 영상형성전자로 조사를 받고 산란된 전자에 의한 보정 도즈는 소요의 값으로 조정될 수 있다. 제 2 리미팅 어퍼쳐가 도 5의 실시예에서의 제 1 리미팅 어퍼쳐로부터 상향으로 위상이동이 되더라도, 제 2 개구는 제 1 리미팅 어퍼쳐로부터 하향이동이 될수 있다.
위상이동되는 제 2 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구의 크기가 제 2 리미팅 어퍼쳐를 위상이동하여 영상형성전자의 차단을 또한 회피하기 위해 고정되는 제 1 리미팅 어퍼쳐의 중앙의 개구보다 크면 양호하다. 제 2 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구는 물리적으로 폐쇄되어 연장된 개구의 내부에 포함되는 범위(환상개구에 대한 내경보다는 작음)에 설정될 수 있다. 도4에서 도시된 바와 같이, 중앙개구의 크기를 증가시키는 것은 영상형성전자가 통과할 수 있는 범위를 크게할 수 있어서 제 2 리미팅 어퍼쳐가 위상이동할 수 있는 법위를 확대할 수가 있다. 결과적으로, 보정 도즈는 보다 넓은범위로 변경이 가능하다.
제 2 리미팅 어퍼쳐의 연장된 폐쇄된 걔구의 형상 및 크기가 제 1 리미팅 어퍼쳐와 같거나 거의 동일하다고 하더라도, 소용의 보정 도즈로의 조정을 방지할 수 없는한 적절히 변경될 수 있다.
광축을 따라 리미팅 어퍼쳐를 위상이동하여 보정 도즈를 조정하는 것이 기술되어 있지만, 추가적으로, 크로스오버면은 리미팅 어퍼쳐가 마스크상의 패턴의 최외각 주변에 상응하는 영상형성전자빔에 대한 궤도의 중심을 차단하지 못하는 동안 제 1 돌출렌즈(1)의 여기를 변경함으로서 위상이동될 수 있다. 크로스오버면을 광축을 따라 위상이동시키는 것은 제 2 리미팅 어퍼쳐를 위치시킨후 보정 도즈가 정확하게 조정되게 해준다.
본 발명에 있어서, 리미팅 어퍼쳐가 마스크상의 패턴의 최외각 주변에 상응하는 영상형성 전자빔에 대한 궤도의 중심을 차단하지 못하는 범위내에서, 마스크상의 패턴의 최외각 주변에 상응하는 영상형성전자빔의 강도(영상형성전자강도 Is)는 리미팅 어퍼쳐가 크로스오버면(S0)에 있는 경우의 적어도 개략 50%라는 것이 확인된다. 본 발명에서, 영상형성전자강도(IS)는 양호하게는 적어도 70%이고, 보다 양호하게는 적어도 80%이고, 더욱 보다 양호하게는 적어도 90%이다. 본 발명에서, 보정 도즈를 영상형성전자강도를 가능한 한 높게 유지하게 하는것이 양호하다. 영상형성잔자강도(Is)가 95% 이상인 경우에도, 보정 도즈는 적절히 조정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제 1 리미팅 어퍼쳐보다 큰 제 2 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구의 크기는 제 2 리미팅 어퍼쳐에 의해 차단된 영상형성전자가 보정 도즈가 보다 넓은 범위에서 변경될수 있는 경우, 예컨대, 제 2 리미팅 어퍼쳐에 대한 위상이동이 증가하는 경우에도 감소되거나 제거되게 해주어 적합한 영상형성전자의 강도가 보장된다.
본 발명은 도 4와 관련하여 특정의 숫자값으로 기술되었다. 빔 수렴성 반각(beam convergent semi-angle) d = 5 mrad이고, F1 = 160mm이고, F2 = 40mm이고 마스크 패턴폭 W = 1mm인 경우에, 영상형성전자를 차단함이 없이 보정 도즈에 대한 적합한 변경범위를 보장하기 위해 제 2 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구의 반경에 대해 0.7 mm가 선택되면 양호하다.
도 7은 제 2 리미팅 어퍼쳐에 대한 위상이동대 환상개구를 통과하는 산란된 전자강도(보정 도즈)의 변화를 도시한다. 세로좌표는 보정 도즈가 크로스오버면(S0)에서 1이라고 가정했을 때의 보정 도즈의 비율을 나타낸다. 제 1 리미팅 어퍼쳐는 하기와 같은 중앙개구의 크기를 갖는다., 즉
(반경): 0.2mm, 환상개구의 외부크기
(반경): 7.04mm, 환상개구의 내부크기
(반경): 2.24mm, 환상개구의 폭: 4.8mm.
반면에, 제 2 리미팅 어퍼쳐에 대해서는, 환상개구에 대한 중앙개구의 크기(반경)는 0.7mm이고 외부의 크기(반경), 내부의 크기(반경)은 제 1 리미팅 어퍼쳐에 대해 나타낸 바와 같다. 예컨대, 제 2 리미팅 어퍼쳐의 위상이동(S)이 95mm인 경우에, 도 7로부터 알 수 있듯이 보정 도즈는 약 5%(영상 형성 전자강도는 약 100%로 유지됨)정도로 감소된다.
제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐의 개구를 통과하는 산란된 전자의 양을 제어함으로서 보정 도즈의 조정을 하는 근접효과 보정이 기술되었다. 리미팅 어퍼쳐 변경 메커니즘이 기술될 것인데, 상기 메커니즘에는 다수의 리미팅 어퍼쳐가 설치되어 공백을 깨트림이 없이 상기 개구들을 용이하게 변경할 수 있다. 상기 접근방법은 홀로 또는 조합을 이루어 실행될 수 있다. 상기 메커니즘이 조합된 경우에, 크로스오버면에 근접하여 고정된 제 1 리미팅 어퍼쳐 대신에 이하 기술되는 리미팅 어퍼쳐변경 메커니즘을 사용하는 것이 양호하다.
도 8은 리미팅 어퍼쳐 변경부(62)에 대한 일 실시예를 도시한 평면도로서, 상기에는 폐쇄되어 연장된 개구의 크기가 다른 다수의 리미팅 어퍼쳐(61)가 배치되거나 제조되어 있다. 다수의 리미팅 어퍼쳐 중 소요의 리미팅 어퍼쳐를 화살표(도 8(a)의 회전형)에 의해 나타낸 방향중의 한 방향으로 상기 부재를 회전시키거나, 화살표(도 8(b)의 슬라이드형)에 의해 나타낸 방향 중의 한 방향으로 부재를 위상이동함으로서 광학 시스템내에 배치되도록 되어 있다.
폐쇄되어 연장된 개구의 내부와 주변을 연결하는 리브가 통상 제공되어 있지만, 리브는 넓혀져서 상기 폐쇄되어 연장된 개구가 일부 닫히게 할 수 있다.
도 9는 다른 일 실시예를 도시하고 있는 것으로서, 도 9(a) 및 도 9(b)는 각각 평면도 및 측면도이다. 제 1 리미팅 어퍼쳐(71)는 그 중앙에 개구를 갖고 있고 광학 시스템에 고정되어 있다. 제 2 리미팅 어퍼쳐(72)는 내경이 제 1 리미팅 어퍼쳐(71)의 외경보다 큰 중앙개구를 갖고 있다. 개구의 크기가 서로 다른 상기 제 2 리미팅 어퍼쳐는 하나의 리미팅 어퍼쳐 변경부(73)내에 배치되거나 제조되어 있다. 상기 제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐는 중앙개구를 에워싸는 환상개구 및 중앙개구를 명확히 갖고 근접효과의 보정이 가능한 리미팅 어퍼쳐를 제공하기 위해 동일한 축상에 배치될 수 있다. 환상개구의 폭은 소요의 제 2 리미팅 어퍼쳐를 선택하기 위해 리미팅 어퍼쳐 변경부재(73)를 회전시킴으로서 변경이 가능하다.
다른 실시예가 제시되어 있는데, 상기 실시예에 있어서, 중앙에만 개구를 포함하며 외경이 서로 다른 다수의 제 1 리미팅 어퍼쳐를 포함한 제 1 리미팅 어퍼쳐 변경부재와, 중앙의 크기가 서로 다르며 상기 제 1 리미팅 어퍼쳐의 외경보다 큰 개구를 포함하는 다수의 제 2 리미팅 어퍼쳐가 배치되거나 제조되어 있는 제 2 리미팅 어퍼쳐 변경부재와, 상기 다수의 제 1 리미팅 어퍼쳐 중 소요의 제 1 개구 및 상기 다수의 제 2 리미팅 어퍼쳐 중 소요의 제 2 개구를 광학 시스템내의 동일축상에 배치하기 위해, 상기 제 1 및 제 2 리미팅 어퍼쳐 변경부재를 동작시키는 메커니즘을 포함하고 있다.
전술한 리미팅 어퍼쳐 변경 메커니즘을 사용하여, 리미팅 어퍼쳐는 공간을 깨뜨림으로서 모양에 대한 시스템을 개방하지 않고서 다양한 변경으로부터 선택될 수 있으므로, 보정 도즈 또는 근접효과 보정을 위한 수차를 통한 촛점의 이탈이 적절히 보정될 수 있다.
본 발명의 전자빔 노출마스크(이하, 산란된 스텐실 마스크라고 한다.)에 대해 기술하고자 한다.
도 10은 본 발명에 따른 산란 스텐실 마스크에 대한 실시예를 도시한다. 도 10(a)는 투과된 패턴(31)을 선폭으로 도시하고, 도 10(b)는 도 10(a)의 선 A-B에 따른 마스크의 단면도를 도시한다. 상기 도면에서, βb는 역산란 범위이다. 투과된 패턴의 크기에 대한 마스크 크기의 비율은 1 : 1로 설정되어 투과된 패턴 및 마스크 사이의 관계를 명확히 보여준다.
본 발명에 따른 산란 스텐실 마스크는 패턴화된 개구가 제공되는 마스크 기판으로서, 상기 마스크 기판은 전자 투과깊이 보다 두께가 짧은 산란 영역을 구비하고 있으며, 상기는 웨이퍼의 영상형성전자의 역산란 범위(βb)에 상응하는 영역을 포함하고 있다.
상기와 같은 산란 스텐실 마스크의 기판은 실리콘 또는 텅스텐 및 몰리브덴과 같은 재료로 구성될 수 있으나, 가장 양호하게는 실리콘이 사용된다.
상기 산란 스텐실 마스크의 개구패턴은 마스크 기판에 대한 전자투과깊이 보다 얇은 산란 영역에 형성된다. 개구를 통과하는 전자는 영상형성전자로서 웨이퍼상에 부딪히지만, 기판의 얇은영역(산란 영역)을 통과하는 전자는 산란된 전자로서, 크로스오버면에 있는 리미팅 어퍼쳐에 의해 그 대부분이 차단된다. 따라서, 형상의 콘트라스트는 웨이퍼상에 형성된다. 반면에, 리미팅 어퍼쳐의 폐쇄되어 연장된 개구를 통과하는 산란된 전자의 일부는 보정 빔으로서 웨이퍼상에 부딪힌다.
본 발명에 따른 산란 스텐실 마스크의 산란 영역의 두께는 전자빔을 적절히 투과하여 산란하도록 선택된다. 산란된 영역의 두께에 대한 상한은 전자빔 범위(전자투과깊이) 보다 얇아야 하고, 양호하게는 잔자투과깊이의 1/2정도로 얇아야 하고, 보다 양호하게는 25배 정도 얇아야 하고, 보다 더 양호하게는 15배 정도 얇아야 하고, 보다 더 양호하게는 보통의 프리패스의 10배 정도이다. 산란 영역의 두께에 대한 하한은 보통의 프리패스보다 두꺼워야 하고, 양호하게는 적어도 1.5배 정도, 보다 양호하게는 적어도 2배 정도이고, 보다 더 양호하게는 적어도 보통의 프리패스의 3배 정도이다. 전자투과깊이 및 보통의 프리패스는 마스크 기판의 재료 및 가속전압에 상당히 의존하므로, 산란된 영역의 두께는 상기 인자들을 고려하여 적절히 선택된다. 상기 보통의 프리패스는 Jpn.J.Appl.Phys., Vol.10, p.678(1971)에 기술되어 있는 식을 사용함으로서 계산될 수 있다. 전술한 바와 같이 설정된 마스크 기판의 산량영역의 두께는 양호하게는 적어도 90%, 보다 양호하게는 적어도 95%, 더욱 양호하게는 적어도 98%의 빔 대비(contrast)를 웨이퍼상에 주도록 선택될 수 있다. 더욱이, 제조에 관련된 요소가 고려되어야 한다. 예컨대, 실리콘 기판에 대해서는, 개구의 모양의 비율은 10정도 까지이고, 따라서 두께를 결정할 때 고려되어야 한다.
본 발명의 산란 스텐실 마스크에서, 개구패턴은 얇은 산란 영역에 형성되므로 공정의 정확도가 개선되고 대부분의 전자빔은 산란 영역을 투과하므로 전자빔 방사에 기인한 마스크의 가열이 최소화된다는 장점이 있다. 그러나, 마스크 기판의 산란 영역이 과도히 얇으면, 마스크는 기계적으로 약해진다. 따라서, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 산란 영역을 제외한 영역이 마스크의 기계적인 강도를 유지하는 산란 영역 보다 얇으면 양호하고, 특히, 상기 영역이 산란 영역의 적어도 두배의 두께이면 양호하다.
본 발명에 따른 산란 스텐실 마스크에서, 예컨대, 실리콘 기판이 사용되고 가속전압은 100kV(전자투과깊이는 약 67μm)이면, 실리콘 기판의 두께는 예컨대, 0.2 내지 2μm의 범위이다. 실린콘 기판의 산란 영역의 두께의 하한은 양호하게는 적어도 0.2μm이고, 더욱 양호하게는 적어도 0.3μm이고, 보다 더 양호하게는 적어도 0.6μm이다. 상한은 양호하게는 5μm이고, 보다 양호하게는 3μm이고, 보다 더 양호하게는 2μm이다.
본 발명에 따른 산란 스텐실 마스크에서, 마스크 기판의 산란 영역이 얇아짐에 따라, 산란된 전자의 산란 영역은 감소한다. 따라서, 산란된 영역의 두께는 리미팅 어퍼쳐의 중앙개구를 통과하는 보다 작은 산란각을 갖는 산란된 전자에 기인한 대비의 악화를 방지하지 위해서 적절히 선택되거나, 전자빔 산란층이 산란 영역을 증가시키기 위해 마스크 기판의 산란 영역상에 퇴적되는 것이 양호하다. 전자빔 산란층이 마스크의 전면, 후면, 또는 양면상에 형성되면 양호하다. 전자빔 산란층의 두께는 선폭을 정확히 보장하면서 적절한 전자량을 투과하고 전자의 산란각을 증가시키도록 적절히 선택될 수 있다. 예컨대, 텅스텐과 같은 중금속을 사용하는경우, 두께는 기계적인 관점에서 보면 양호하게는 1μm정도 까지이고, 전자산란이라는 관점에서 보면 적어도 10nm이다. 전자빔 산란막은 텅스템, 크롬, 몰리브덴, 티타늄, 금 및 플라티늄 또는 다결정실리콘, 텅스텐 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드 및 티타늄 실리사이드와 같은 다결정 재료로 구성될 수 있다. 상기와 같은 전자빔 산란층을 형성함으로서, 마스크 강도는 개선될 수 있다. 더욱이, 산란된 전자 에너지는 감소하며 산란각은 넓어지는 반면에 산란된 전자 밀도는 감소하므로, 전자빔 산란층은 리미팅 어퍼쳐의 환상개구의 비교적 큰 폭을 주도록 형성될 수 있어, 리미팅 어퍼쳐의 환상개구의 선폭의 정확성이 보장될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 산란 스텐실 마스크에서 웨이퍼의 영상형성전자에 대한 역산란 범위(이하, 역산란 영역이라 한다.)에 상응하는 마스크 기판영역이 전자투과깊이보다 얇은 것은 필수적이다. 다른 말로 하면, 마스크 기판의 산란 영역은 역산란 기판영역을 포함하여 형성되어야 한다. 만일 전자가 투과하지 않거나 또는 부적합하게 산란된 전자가 역산란 기판영역에서 발생하면, 근접효과는 만족하게 보정되지 않는다. 전술한 바와 같이, 산란된 전자는 개략 역산란 영역에 촛점이 이탈되어 보정 빔으로 방사되어야 하므로, 산란전자는 적어도 역산란 영역에 상응하는 마스크 기판영역으로부터, 즉 역산란 기판영역으로부터 방사되어야 한다.
도 11을 참조하여, 전자빔 노출마스크(산란 스텐실마스크)의 다른 실시예가 기술될 것이다. 도 11(a)는 선과 폭에 대해 전사된 패턴(31) 및 예를 들어 웨이퍼 재료보다 밀도가 높은 재료로 이루어진 셀내의 게이트와 접속선과 콘택트 홀의 충진부를 포함하는 하부 패턴(32)을 도시하고, 도 11(b)는 도 11(a)의 선 A-B에 따른마스크의 단면을 도시한다. 상기 도면에서, βbsi는 실리콘기판에 기인한 역산란 범위이고, βbW는 하부 패턴이 또한 영향을 끼치는 역산란 범위이다. 전사된 패턴의 크기 : 마스크 크기의 비는 1 :1로 설정되어 전사된 패턴과 마스크 사이의 관계를 명확히 나타낸다. 하부 패턴을 구성하는 중금속은 텅스텐, 구리, 코발트, 티타늄 및 몰리브덴과 같은 중금속일 수 있다. 전술한 선과 폭으로 된 전사된 패턴(31)은 예컨대, 비트선 및 알루미늄 접속선과 같은 상부층 패턴에 상응한다.
상기 실시예에서, 역산란 계수 η 및 역산란 범위 βb는 재료에 따라 변한다는 점을 고려하였으므로, 전사된 패턴에 대한 선폭은 더욱 정확히 제어될 수 있다.
상기 실시예에서, 하부 패턴 뿐만 아니라 기판의 재료가 영향을 끼치는 역산란을 고려하여, 마스크의 두께가 다른 영역이 형성된다. 마스크의 두께가 다른 영역의 두께는 기판재료 및 하부 패턴의 역산란 계수에 따라 선택될 수 있다. 더욱이, 하부 패턴에 상응하는 영역 뿐만 아니라 하부 패턴이 영향을 끼치는 역산란 범위에 상응하는 영역을 고려하여 마스크 두께가 다른 영역의 두께가 선택된다.
도 11에서 도시된 바와 같이, 마스크의 두께는 하부 패턴(32)이 역산란에 영향을 미치는 영역(RW)에서 가장 얇고, 하부 패턴(32)에 의한 영향이 없는 영역(Rsi)에서 가장 두텁다. 두개의 영역(RW및 Rsi)은 전자빔을 투과하고 산란하기 위해 전자투과깊이 보다 얇고, 다른 영역(RSP)은 마스크의 기계적인 강도를 유지하기 위해 상기의 영역보다 두텁다. 상기 영역(RW)는 하부 패턴이 영향을 미치는 역산란에 기인한 에너지 퇴적의 증가를 보상하기 위해 더 많은 보정 도즈를 웨이퍼에 방사하는 영역(Rsi)보다 두껍다. 따라서, 하부 패턴이 영향을 미치는 역산란 영역에 상응하는 마스크 기판영역은 보다 얇게 제조되어 하부 패턴에 기인한 역산란이 영향을 미치는 근접효과를 보정하고, 또한 현상후의 레지스트 패턴의 선폭의 정확도를 개선시킨다.
도 11에 도시된 실시예에 있어서, 웨이퍼상에 방사된 보정 빔 도즈를 조정하기 위해, 산란된 전자는 하부 패턴이 영향을 미치는 역산란에 따라 마스크 기판의 산란 영역의 두께를 일부 변경함으로서 부분적으로 제어된다. 마스크 기판의 산란 영역의 두께를 변경하는 대신에, 다른 방법이 사용되어 부분적으로 보정 도즈를 제어할 수 있는데, 상기의 방법에서 전자빔 산란층은 보정 도즈를 일부 제어하기 위해 산란 영역상에 일부가 형성된다. 예컨대, 도 11에서, 산란 영역(RW및 Rsi)의 총 두께는 하부 패턴이 영향을 미치는 역산란 영역에 상응하는 영역(RW)에 대해 최적화되고, 전자빔 산란층은 영역(Rsi), 예컨대 하부 패턴이 영향을 미치는 역산란 영역에 상응하는 영역(RW)의 이외의 다른 산란 영역상에 형성된다. 전자빔 산란층은 산란된 전자의 산란각이 증가하도록 해주어, 리미팅 어퍼쳐를 통과하는 전자가 감소하고 그에 따라 보전도즈는 일부 감소된다. 전자빔 산란층은 도 10에 도시된 실시예와 동일한 재료 및 두께로 제조된다.
전자빔 노출마스크는 전자빔 노출시스템의 셀-프로젝션형에 사용되는 스텐실마스크용 제조공정과 같은 종래의 제조공정의 어느 하나를 적용함으로서 마련될 수 있다.
스텐실 마스크를 제조하는 종래의 공정은 도 12를 참조하여 기술될 것이고, 그 후 본 발명에 의한 전자빔 노출마스크(산란 스텐실 마스크)에 대한 공정의 실시예가 기술될 것이다.
우선, 합성 웨이퍼(44)(Si/SiO2/Si)상에, 레지스트층이 형성되고 그 후 도 12(a)에 도시된 바와 같은 리소그라피공정에 의해 패턴화된다. 상기에서 참조번호 41과 43은 Si층을 나타내고, 참조번호 42는 SiO2층을 나타낸다.
도 12(b)에 도시된 바와 같이, Si층(43)은 패턴화된 레지스트층(45)을 마스크로 사용하여 건식에칭된다.
그후, 레지스트층을 제거한 후, 실리콘 니트라이드막(46)이 차후의 습식에칭 단계를 대비하여 보호층으로 형성된다. 그 후, 도 12(c)에 도시된 바와 같이, 후면상에, 중앙에 개구창을 갖는 레지스트층(47)을 형성하기 위해 레지스트층이 형성되고 패턴화 된다.
그 후, 도 12 (d)에 도시된 바와 같이, 개구내의 노출된 실리콘 니트라이드막 및 Si층이 포타지윰 하이드로옥사이드 용액과 같은 알칼리 용액으로 습식에칭된다. 뽀족한 형상의 형성된 Si층(41)은 Si층의 배향에 기인한다. 그 후, 노출된 SiO2막이 습식에칭으로 제거된다.
그 후, 도 12 (e)에 도시된 바와 같이, 레지스트층(47) 및 보호막(46)이 제거되고, 예컨대 금, 플라티늄 또는 팔라디윰으로 이루어진 도전막(48)이 스패터링과 같은 적절한 기술을 사용하여 표면상에 형성된다.
본 발명에 의한 전자빔 노출마스크(산란스텐실마스크)는 상기 제조공정에 의해 준비될 수 있다.
마스크의 산란 영역의 두께를 일부 변경하기 위해, Si층은 마스크의 형성이후에 후면으로부터 이온빔으로 방사를 함으로서 선택적으로 제거될 수 있다. 또한, 도 12(d)의 단계 이후에, 레지스트층(47) 및 보호막(46)이 제거되고 그 후 이온빔이 전면으로부터 방사되어 표면상에 도전막(48)을 형성하기 이전에 Si층을 선택적으로 제거한다.
또한, 예컨대, 도 12 (b)의 공정이후에, 상기 레지스트층(45)이 제거되고 그후, 리소그라피 공정에 의해 하나의 레지스트층이 형성되어 패턴화 된다(도 12(a)). 그 후, 패턴화된 레지스트층(49)을 마스크로 사용하여 건식에칭되어 얇은영역을 일부 형성한다(도 13(b)). 또한 도 12 (d)의 단계의 이후에 레지스트막(47) 및 보호막(46)이 제거되고 그 후, 전술한 바와 같이, 리소그라피 공정에 의해 하나의 레지스트층이 형성되어 패턴화 되고, 그 후, 패턴화된 레지스트층(49)을 마스코로 사용하여 건식에칭되어, 표면상에 도전막(48)을 형성하기 이전 얇은 박막을 일부 형성한다.
전자빔 산란막은 마스크의 산란 영역상에 부분적으로 형성될 수 있다. 즉, 다음과 같이 형성될 수 있다.
도 12 (d)의 단계이후에, 레지스트층(47) 및 보호막(46)이 제거된다. 그 후,리소그라피공정에 의해 하나의 제지스트층이 형성되고 패턴화된다(도 14(a)). 전자빔 산란막(51)은 패턴화된 레지스트층(50)상에 형성된다(도 15(b)). 그리고, 상기 레지스트층상의 전자빔 산란막(51)이 레지스트막(50)과 더불어 제거되어, 표면상의 도전막(48)을 형성하기 이전에 전자빔 산란막을 일부 제공한다(도 14(c)).
또한, 예컨대, 도 12 (d)의 단계 이후에, 레지스트층(47) 및 보호막(46)이 제거된다. 전자빔 산란막(51)은 표면상에 형성된다(도 15 (a)). 하나의 레지스트층이 리소그라피공정에 의해 형성되고 패턴화된다(도 15(b)). 그 후, 패턴화된 레지스트층(50)을 마스크로 사용하여 에칭되어 불필요한 전자빔 산란막을 제거하고, 그 후, 레지스트층(50)이 제거되어 표면상에 도전막(48)을 형성하기 이전에 전자빔 산란막을 일부 제공한다(도 15 (c)).
전술한 본 발명에 따르면 특히, 반도체 장치를 제조할 때의 패턴 공정에서 근접효과 보정이 용이하게 조정되고 산출량이 개선되고 매우 양호한 선폭의 정확성을 얻을 수가 있다.
전술한 본 발명은 산란각 제한형 전자빔 노광 공정에 적합하고 근접효과가 패턴노광과 동시에 이루어지는 스텐실형 마스크를 제공할 수 있다. 본 발명의 마스크는 정확한 마스크 패턴이 용이하게 제공될 수 있으므로 패턴노광의 분해능이 높고 정확성을 높게 해준다. 더욱이, 본 발명은 웨이퍼의 하부 패턴에 따라 근접효과가 최적으로 보정될 수 있는 마스크를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 산출량이 높고 분해능과 패턴 정확성이 높은 전자빔 노광 시스템 및 전자빔 노광 공정을 제공하여, 패턴의 노광과 동시에 근접효과가 가능해 진다. 또한, 본 발명은 웨이퍼의 하부구조에 따라 근접효과가 최적으로 보정될 수 있는 전자빔 노광 시스템 및 전자빔 노광 공정을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 근접효과를 보정하기 위해 마스크에 의해 산란된 전자의 일부를 사용하는 동안, 전자빔 산란의 차이에 기인한 산란 대비에 의하여 패턴 노광을 실행하기 위해, 산란 영역을 포함하는 마스크를 사용하는 단계를 포함하는 산란각 제한형 전자빔 노광 공정에서 사용되는 전자빔 노광 마스크에 있어서,
    마스크 기판은 두께가 전자 투과의 깊이보다 짧은 산란 영역을 구비하고, 웨이퍼의 영상 형성 전자의 역산란 범위에 상응하는 영역을 포함하고,
    패턴화된 개구는 상기 산란 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자빔 노광 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산란 영역 이외의 영역은 마스크의 기계적인 강도를 유지하기 위해 산란 영역보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 전자빔 노광 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    전자 산란막은 적어도 상기 마스크 기판의 상기 산란 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자빔 노광 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 산란 영역의 두께는 상기 웨이퍼의 하부 패턴이 영향을 미치는 역산란에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 전자빔 노광 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자빔 산란막은 상기 웨이퍼의 하부 패턴이 영향을 미치는 역산란 영역에 상응하는 영역 이외의 영역상에 형성되는 것을 특징으로 하는 전자빔 노광 마스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 기판은 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자빔 노광 마스크.
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