KR900001715B1 - 전자선 노광방법(電子線 露光方法) - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

전자선 노광방법(電子線 露光方法)
제1도는 반도체 웨이퍼상의 예시 페턴 레이아웃의 부분평면도의 확대도.
제2도는 주사된 전자빔에 의하여 쓰여진 확대된 L모양 패턴.
제3도는 제2도에 관하여 설명된 바와 같은 방법으로 만들어진 직사각형 패턴.
제4도는 본 발명에 따라서 노출된 직사각형 패턴.
제5도는 EB(Electron Beam)주사 제어신호의 시간도표.
제6도는 본 발명에 사용된 EB의 개념적인 블록선도이다.
본 발명은 전자선 노광방법(電子線 露光方法)에 관한 것이며, 특히, 전자선 노광을 사용한 정밀 패턴 발생의 생산성을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다.
저항필름의 패터닝(Patterning)은 반도체 소자의 제조에 필수적이다. 그것은 많은 저항필름이 여러가지 에칭(etching)공정, 예를 들어 선택적인 확산영역을 정의하기 위하여 사용되는 반도체기판상의 절연층에 윈도우(window)의 제작, 또는 반도체소자상의 미세한 금속배선의 제작에서 마스크로서 사용된다는 것이다.
그러한 패터닝은 보통 광마스크를 통과한 자외선(UV)으로 저항막을 노출시킴으로써 시행된다.(이러한 기술을 포토리토그래피(photolithography)라 한다). 그러나, 반도체 소자에서 미크론 이하의 미세한 패터닝에 대한 최근 절대 필요한 전자빔(EB)기술(EB리토그래피(lithography)라함)을 만들었다. 그 EB는 반도체 웨이퍼상에 형성된 저항필름, 또는 일반적인 포토리토그래프적 공정에서 광마스크로서 사용된 유리 기판상에 형성된 저항 필름에서 미크론 또는 그 이하의 많은 패턴을 직접쓰는 것이 가능하다.
EB 리토그래피의 가장 일반적인 적은 스미크론 혹은 그 이하로 접속된 전자빔이 저항필름의 각 예정된 영역위에 주사되는 것이며, 요구된 패턴이 만들어진다. 여기 EB주사의 두가지 형태가 있다. 예를 들어 0.5μ만큼 얇은 연속적인 EB의 래스터(Raster)주사, 비교적 넓은 횡단면을 갖는 EB의 스텝와이즈(stetwise)주사이며, 보통 수 미크론의 직사각형빔이고, 여기서 EB는 스텝 앤드 리피트(step-and-repeat)모드에서 영역의 각 단면을 노출시키기 위하여 간헐적으로 에너지화 된다.
제1도는 광 마스크의 예시 패턴 레이아웃의 부분 평면도의 확대도이다. 각 열려진 지역은 유리기판 1상에 형성된 금속성 크롬 필름과 같은 불투명 물질의 섬과 같은 패턴을 구성한다. 제1도에서 최소 디메젼의 하나로서, 예를 들면 패턴 2는 μ 또는 그 이하의 폭 ＂d＂의 선형부분을 갖는다. 이 패턴의 모습은 예를 들어
Figure kpo00001
의 축척으로 실리콘 웨이퍼상에 형성된 저항 필름위에 투영된다. 여기서 ＂d＂에 상응하는 2μ의 최소폭을 갖는 실제 패턴이 웨이퍼상에 형성된다.
제2도는 전자빔을 간헐적으로 주사함으로써 제1도에서 L모양 패턴을 쓰기 위한 방법을 설명하는 개념도이다. L모양과 같이 복잡한 패턴은 보통 가상 직사각형 패턴으로 구획되고, 각 직사각형 패턴은 스텝 앤드 리피트(step-and -repeat)모드에서 각 직사각형 영역위에 주사된 전자빔의 간헐적인 발사에 의하여 쓰여진다. 그것은, 제2도에서, L모양패턴에 의하여 점유된 영역이, 복수의 각 부속영역 31 또는 41을 각각 포함하는 직사각형 영역 3과 4로 구획된다는 것이다. 각 부속영역 31 또는 41은 영역 3 또는 4의 측면의 각각 같은 길이단면(fraction)에 의하여 정하여진 크기를 갖고, 부속영역의 것처럼 같은 크기의 횡단면을 갖는 전자빔의 한번의 발사로 노출된다.
제2도에서, 전자빔의 초기 발사는 부속영역 310에 인가되며, 직사각형 영역 3을 정의하기 위한 원천으로서 선택되고, 연속적인 발사는 화살표를 따라서 영역 3위에 스텝와이즈(steowisely)하게 주사된다. 주사는 보통 다음 주사선으로 변조없이 직사각형 영역의 더 긴측을 따라 시행된다.(그러나 필요하지는 않다.) 발사로 모든 부속영역 31의 노출이 달성된 후, 전자빔은 부속영역 410으로 향하도록 배열되며, 영역 4로 초기 발사되는 원천으로서 선택된다. 그리고, EB의 간헐적으로 발사가 화살표를 따라 영역 4위로 스텝와이즈하게 주사되기 시작한다. 그러므로, 영역 3의 모든 부속영역 31과, 영역 4의 보속영역 41은 전자빔의 간헐적으로 발사로 노출되고, L모양 패턴은 저항필름에 만들어진다.
그러나, 저항필름에 만들어진 패턴은 자주 설계된 영역을 넘어서 퍼진다는 것이 관찰되었고, 직사각형 패턴 5(실선으로 포위된 영역)를 나타내는 제3도에서 보여주는 바와 같다. 패턴 5는 제2도에 관하여 언급된 바와 같은 방법으로 만들어진다. 제3도에서, 전자빔의 초기 발사는 부속영역 510(열려횡 영역)에 인가되었고, 후속발사는 화살표를 따라 각 부속 영역 51(점선으로 나타난 영역)에 인가된다.
이 퍼짐(spreading)은 부속영역 510으로 초기발사 후, 수회의 발사(2-3회)에 상응하는 부속영역에서 스텝와이즈하게 증가되고, 그 다음 부속영역 예를 들어, 부속영역 511에서 일정하게 된다. 그러므로, 제3도에서, 전자빔이 발사크기, 즉 부속영역 51의 설계된 크기는 예를 들어 3μ*이고, 최대 퍼짐은 각 측면에서 0.2μ 이다. 따라서, 영역 5(나타난 패턴)은 그 설계된 크기에 대하여 0.4μ 의 오차를 갖는다.
퍼짐은 유리기판상에 형성된 저항필름에서 흔히 관찰되지만, 실리콘 웨이퍼상에 형성된 저하 필름에서는 그렇게 흔지 않다. 그리고, 상기 언급된 바와 같이, 퍼짐은 발사로 노출이 시작되는 처음 부속영역을 이웃하는 2,3부속영역내로 증가하고, 다음 부속영역에서 일정하게 된다. 더구나, 파우즈(phause)(블랭킹(blanking)구간의 충분한 길이가 계속적인 발사 사이에 공급된다면, 퍼짐은 관찰되지 않는다.
상기 사실은 퍼짐이 앞의 부속영역으로 발사에 관한 잔류효과라고 생각될 수 있다는 것을 암시하지만, 잔류효과의 본질의 무엇이며, 잔류효과가 전자빔의 발사크기에 영향을 주는지의 여부, 그리고 앞의 부속영역에 대하여 발사의 잔류효과를 받게된 부속영역의 범위가 얼마인지까지 확실하지 않다. 잔류효과는 그것이 어떤 정도로 누적될 때 그 영향을 보장하는 반응 때문에 포화 된다고 본다.
나타난 패턴의 크기에 0.4μ의 상기 언급된 오차는 마스터광-나스크(레티클)에 대하여 비교적 크고, 관련된 반도체 소자의 생산성이 감소된다. 이는 미크론 또는 그 이하의 광학적 패턴의 비 선형적 간섭영향 때문이라 생각되며, 제1도에서 보여준 바와 같이 레티클 패턴의 축소공정에 의하여 야기된다.
나타난 패턴에서 그러한 퍼짐을 감소시키는 것은 제어시스템의 프로그램 단계에서 증가를 무시한 각 부속 영역으로 EB발사의 크기와 양을 제어함으로써 이루어질수 있고, 생산성이 감소될 수 있다.
발사크기 또는 양 제어는 1) 수반된 발사 크기 변화와 함께 변화된 발사크기 또는 EB양을 체크할 필요성을 포함하며, 검사의 궤환이 제어시스템에 나타나고, 2) 발사크기 또는 양 체크의 모든 단계에 따라 아나로그 전압 제어의 필요성을 포함하며, 저항필름과 기판, 예를 들어 저항필름의 물질, 두께, 감도등과 기판의 전기전도성 및 열의 특성에 관한 공정 조건 변수에 대하여 불충분한 공차로 유지된다.
그러므로, 공정제어를 단순화하기 위하여 일정 크기와 양의 EB발사를 사용하는 것이 적절하다. 상기 언급된 바와 같이, 퍼짐은 모든 계속적인 EB발사 사이의 파우즈(블랭킹시간)의 충분한 길이를 제공함으로써 피할 수 있지만, 패턴발생의 생산성과 패턴 정밀도 사이에 트레이드 오프(trade off)가 있다.
정밀 패턴을 만들기 위한 EB 노광방법을 하는 것이 첫번째 목적이고, 생산성에 있어서 근본적인 감소없이 정밀 패턴을 만들기 위한 EB 노광방법을 제공하는 것이 발명의 두번째 목적이다. 본 발명의 세번째 목적은 생산성에 근본적인 감소없이 일정크기와 양의 EB를 사용함으로써 정밀패턴을 만들기 위한 EB 노광방법을 제공하는 것이다.
상기 목적들은 EB로 노출된 영역을 구성하는 섬과 같은 패턴을 만들기 위한 EB 노광방법을 제공함으로써 이루어질 수 있고, 노출되지 않은 영역에 의하여 에워싸여지며, 섬과 같은 패턴을 세분함으로써 정의된 복수의 부속영역으로 EB의 간헐적인 발사를 연속적으로 제공하는 단계로 구성되는 방법은 선행 발사 후 첫번째 파우즈와 함께 발사로 섬과 같은 패턴의 주변에 부속영역을 나타내고, 선행 발사 후 첫번째 파우즈보다 더 짧은 두번째 파우즈와 함께 발사로 섬과 같은 패턴의 내부에 부속영역을 나타내는 것이다.
제3도에서 보여준 패턴은, 예를 들어 3μ2의 크기를 갖는 전자빔의 발사와, 0.5μsec의 블랭킹시간과 1μsec의 주사시간으로의 동작에 의하여 만들어진다. 상기 언급된 바와 같이, 패턴의 퍼짐은, 만약 충분한 블랭킹 시간, 예를 들어 4μsec가 그 사이에 허용된다면 발생되지 않는다. 또한 부속영역으로 EB발사의 영향이 그렇게 강하지 않고, 그것이 이미 바로전의 노출로 나타나게된 부속영역에서 저항필름에 영향이 없다는 것이 관찰되었다. 앞으로, 주변에 위치한 것보다 다른 부속영역으로의 발사가 패턴의 퍼짐을 개의치 않고 충분히 시행될 수 있다는 것이 제3도에서 보여준 패턴으로부터 명확하다. 이는 만약 바로전의 부속영역에 대하여 발사의 전술된 잔류효과가 패턴 5의 주변으로 발사에 대하여 제거될 수 있다면, 그러한 퍼짐은 피할 수 있다는 것을 의미한다. 그러므로 블랭킹시간은 주변패턴전의 발사에 대해서만 길어져야 하고, 주변의 다른부분에 대하여 비교적 짧아질 수 있다. 제4도는 상기 이론을 기초한 본 발명의 방법을 이용한 노출된 직사각형 패턴을 나타내고 있다. 제4도에서, 510, 511, 512로부터 부속영역으로 각 발사 사이의 블랭킹 시간은 길어질 것이고, 부속영역 512, 513으로 각 발사 사이의 블랭킹시간은 비교적 짧아질 수 있다. 또한 부속영역 514와 515사이의 블랭킹시간은 부속영역 514로 발사의 잔류효과로부터 부속영역 515를 보호하기 위하여 충분히 길어질 것이다.
제4도에서 보여준 바와 같이, 주변에서 부속영역의 각 노출된 지역은 내부에서 부속영역의 것보다 더 작다.
제5도는 본 발명에 대한 EB발사 사이의 블랭킹시간을 제어하기 위한 신호의 예시 시간도표이다. 신호의 각 고전위 동안, EB발사는 하나의 부속영역에 인가되고, 신호의 저전위의 각 구간은 상기 언급된 블랭킹시간과 상응한다. 전자빔의 위치는 블랭킹구간에서 시행된다. 제4, 5도를 참조하여, P512, P513은 각각 부속영역 512와 513으로 EB발사에 해당하며, P514, P515는 각각 부속영역 514, 515로 EB발사에 해당한다. 표준 펄스폭(고전위)는 1μsec이고, P512와 P513사이의 블랭킹시간(저전위)는 0.5μsec이고, P514와 P515사이는 4μsec이다.
발사와 블랭킹시간의 길이 사이의 상호 관계를 입증하고, 변할 수 있는 블랭킹시간의 길이를 제어하는 것은, 전술된 이유 때문에 제어하는 EB양 또는 제어하는 전술된 EB발사 크기를 포함하는 다른 기술보다 더 높은 생산성으로 쉽게 시행될 수 있다.
제6도는 본 발명에서 사용된 EB 시스템의 개념적인 블록선도이다. 제5도의 시스템은 종래의 EB 노출공정에 사용된 것과 특별히 다른 것은 없고, 다만 그 구성상 단순화된 설명과 동작이 다음에 주어질 것이다.
제6도에서 보여준 시스템은 EB 칼럼 6, 시스템제어 7, 부속제어시스템 8, 그리고 D/A변환기 블록 9로 구성된다. EB 칼럼6에서, 빔형성은 첫번째 정사각형 구멍 60, 모양 편향기 61, 그리고 쉐이프(SHAPE)에 의하여 공급된 신호에 따라 요구된 모양과 크기를 갖는 전자빔을 제공하고, 전자총 63에 의하여 형성된 전자빔을 조절하는 두번째 정사각형 구멍 62를 포함한다는 것을 의미한다. 각각 다이나믹 포커스(Dyhnamic Focus)와 다이나믹 스티그(Dynamic Stig)에 의한 접속과 수차 보정렌즈의 보정후, 형성된 EB가 X-Y판 65상에 놓여진 기판 64위에 주사에 대한 편향을 나타낸다. 정전기적 편향기 66은 수백미크론 이하의 작은 영역에 고속으로 주사할 수 있고, 비교적 저속의 전자기적 편향이 67은 수백미크론으로부터 수미리미터로 배열된는 EB위치표시 제어에 대하여 사용된다. 양쪽두편향기는 필드 디플렉터(Field Deflector)에 의하여 제어된다.
블랭커(Blanker) 68은 블랭크(BLANK)의 제어하는 제4도에서 보여준 바와 같이 신호에 따라 최종 구멍69에 의하여 집중된 형성된 빔을 편향시키므로, 예정된 가변 블랭킹시간을 갖는 간혈적인 EB발사가 제공된다.
본 발명의 EB노광방법에서, 시스템제어 7은 향상 다음 EB발사로 나타나는 각 부속영역의 좌표의 데이터를 체크하는, 만약 그것이 본 좌표 데이터가 만들어진 패턴의 외형을 규정하는 좌표요소중 최소한 하나를 포함한다고 판단하면, 일반 블랭킹시간(예를 들어 0.5μsec)의 시간의 예정된 증가를 더하는 서브시스템 제어 8에서 블랭크(BLANK)를 명령한다.
앞의 부속영역 EB 발사의 1μsec와 최소한 0.5μsec의 다음 블랭킹시간은 계속되는 부속영역의 좌표 데이터를 체크할 여유가 충분하다. 따라서, 패턴 발생에 대하여 요구된 시간의 증가는 블랭킹시간의 증가로만 상승한다. 다시 말해서 본 발명은 블랭킹시간이 모든 발사에 대하여 균등하게, 4μsec처럼 길게 세트되는 종래 정밀 패턴 발생방법과 비교하여 패턴의 주변에서의 것과 다른 부속영역에 앞의 발사를 블랭킹시간의 감소에 의하여 패턴 발생시간을 줄일 수 있다.
다음은 본 발명에 의하여 얻어진 시간감소와 패턴발생시간 비교이다.
Figure kpo00002
폭 보다 매우 긴 길이를 갖는 패턴의 경우, 시간 감소는 대강(70-140/n)%로 주어지며, 여기서 n은 폭의 방향에서 부속영역의 수를 나타낸다. 그러므로, 만약 패턴이 부속영역의 3개열(즉 n=3)에 의하여 쓰여진다면, 시간 감소율은 23%로 나타나고, 만약 4개열(즉 n=4)로 쓰여지면, 예를 들어, 35%의 시간 감소율이 달성될 수 있다.
전에 언급된 바와 같이, 복잡한 패턴은 복수의 직사각형 패턴들로 구획된다. 예를 들어, 제2도에서 보여준 바와 같은 L모양 패턴을 만들기 위하여, 패턴에 의하여 점유된 영역은 직사각형 영역 3과 4로 구획된다.
이 경우에, 직사각형영역 3과 4의 경계에 가까이 놓여진 부속영역 31과 41로 EB 발사가 잔류효과 때문에 전술된 퍼짐을 무시할 수 있다.
그러므로, 패턴 발생에 대하여 요구된 시간의 감소는 앞으로 감소될 수 있다. 그것은 섬과 같은 주변에서 부속영역에 대한 EB발사 전의 블랭킹시간은 패턴의 내부에서 부속영역에 대한 EB발사 전의 블랭킹시간 임에 반하여 짧아지고, 여기서 섬과 같은 패턴은 노출되지 않은 영역에 의하여 포위된 노출영역을 말한다는 것이 본 발명의 관점이라는 것이다.
언급된 실시예는 본 발명의 선택된 형태를 기술하지만, 그것은 변형을 발명의 정식으로부터 벗어나지 않고, 그 분야에서 숙련된 사람이 할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
그러므로 발명의 범위는 부가된 청구범위에 의하여만 결정된다는 것이다.

Claims (8)

  1. 노출되지 않은 영역으로 둘러싸여지고 에너지 빔으로 노출된 영역으로 이루어지는 섬모양 패턴에 대한 에너지 빔 노광방법에 있어서, 상기 방법이 상기 섬모양 패턴을 세분하므로써 정의된 다수의 부속영역에 상기 에너지 빔의 계속적인 간헐적 발사를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 단계가 앞서 발사 후에 첫번째 파우즈(Pause)와 함께 상기 섬모양 패턴의 주변에 있는 상기 부속영역에 발사하고, 앞선 발사 후에 상기 첫번째 파우즈 보다 짧은 두번째 파우즈와 함께 상기 섬모양 패턴의 내부에 있는 부속영역에 발사하는 것을 포함하는 에너지 빔 노광방법.
  2. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 에너지 빔이 전자빔인 에너지 빔 노광방법.
  3. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 섬모양 패턴이 사각형 영역 측면의 동일한 길이의 단편으로 정의된 모양과 크기를 각각 가지는 다수의 사각형 영역들로 구성된 사각형 영역인 에너지 빔 노광방법.
  4. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 섬모양 패턴이 다수의 사각형 영역들을 포함하고, 상기 사각형 영역들의 각각이 상기 사각형 영역들과 관련된 측면의 동일한 길이의 단편으로 정의된 모양과 크기를 각각 가지는 다수의 사각형 부속영역인 에너지 빔 노광방법.
  5. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 에너지 빔이 고정된 모양의 빔인 에너지 빔 노광방법.
  6. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 에너지 빔이 가변모양의 빔인 에너지 빔 노광방법.
  7. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 에너지 빔의 발사가 상기 부속영역에 발사된 것과 동일한 모양과 크기를 가지는 에너지 빔 노광방법.
  8. 청구범위 제3항에 있어서, 상기 부속영역에의 발사에 앞선 상기파우즈의 길이가 처리된 상기 부속영역을 직접 앞서는 상기 부속영역에의 발사 범위와 관련된 에너지 빔 노광방법.
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