KR910004008B1 - X선 투명 박막과 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 X선 마스크를 제조하는 과정을 도시한 도.
제 2 도는 X선 마스크의 단면도.
제 3 도는 반도체상에 있는 레지스트 필름위에 X-선 노출을 하는 동안 X선 마스크 위치를 도시한 도.
제 4 도는 본 발명을 실시하는데 사용되는 플라즈마 CVD 장치를 도시적으로 나타낸 도.
제 5 도는 CH4의 일정한 유량에서 인가된 RF 전력 밀도가 성막율 및 잔류응력에 미치는 효과를 나타낸 도.
제 6 도는 일정한 성막 온도에서 유량비 NH3/B2H6및 CH4의 유량이 성막율 및 잔류용액에 미치는 효과를 나타낸 도.
제 7 도는 CH4의 일정한 유량에서 유량비NH3B2H6및 성막온도가 성막율 및 잔류응력에 미치는 효과를 나타낸 도.
제 8 도는 유량비 NH3B2H6와 성막 온도와의 최적관계를 나타낸 도.
제 9 도는 파장에 의존하는 광학적 투과율을 도시한 도.
표 1은 본 발명의 재료 특성과 종래의 재료 특성을 비교하여 표시한 것.
표 2는 본 발명의 재질들의 탄소량을 표시한 것.
본 발명은 VLSI등의 반도체 장치의 좋은 패턴을 제조하는 제조공정에 쓰이는 X선 마스크용 물질의 박막에 관한 것이다. "박막"이라는 단어는 공간에 퍼져 있는 막을 의미한다.
알려진 바와같이 X선 근접 노출은 섭 미크론 해상도와 같은 좀 더 섬세한 패턴을 추구하여 정밀 전사에 사용되어 왔었다. 따라서 X선 노출용 마스크는 수정 기판을 사용한 광학 마스크 대신에 발달되어 왔었다. X선 노출용 마스크의 구조와 그의 제조공정이 제 1 도 및 제 2 도에 도시되어 있다. 직경110mm, 두께4-5μm인 실리콘으로 만든 웨이퍼 10상에, X선에 투명한 물질로 만들어진 층 12가 형성되어진다. 그 다음에, X선에 투명하지 않는 금속으로 만든 마스크 패턴 13은 투명층 12상에 형성되어 진다. 이렇게 형성된 마스크 패턴 13의 재료는 금, 탄탈륨 및 텅스텐등의 중금속들로부터 선택되어 지고, 이 중금속들은 X선을 통과시키지 않아 마스크로서 작용한다. 그리고, 웨이퍼 10의 중심부 10'는 제 2 도에서 도시한 바와 같이 반응이 온 에칭에 의하여 전형적으로 제거된다. 그리하여 층 12의 중심부는 박막으로서 남아 있을 뿐만 아니라 웨이퍼 10의 주변부가 박막을 지지하기 위하여 틀(frame) 11로서 남아 있다. 그래서, X선 마스크가 형성되어진다.
광학 마스크의 기판용으로 사용되어 왔었던 수정은 X선 마스크용으로 사용될 수 없는데, 이것은 수정이 X선을 흡수하기 때문이다. X선 투명한 베릴륨 또는 붕소가 박막으로 사용되어진다면, 베릴륨 또는 붕소가 광학적으로 투명하지 않기 때문에 광학 마스크의 어라인멘트(alignment)를 실행할 수 없으므로, X선 마스크의 박막용으로 적합한 재료들을 깊게 연구하여 왔DJt고, 그것들은 다음과 같다.
1. 1961년 봄, 일본에서 열린 제33차 용융 물리학회 심포즘에서 Morita와 몇 몇 사람들에 의해서 발표된 바와같은 BN(질화붕소)의 폴리머.
2. 비결정의 BN : H(수소화 질화붕소) 또는 BNC:H(수소화 질화 탄화붕소), 여기에서 기호법 "H"는 H(수소원자)가 CVD(화학 기상증착) 처리에서 수소화물 가스원으로부터 만들어지는 것을, 그리고 댕글링본드(dangling bond)에서 종결한다는 것을 말한다. 이 재료는 K. Montesser 공저 "Thin Solid Films"117(1984) 311-317에 기록되어 있다.
그러나 X선 또는 가시광선에 투명특성만을 논의하여 왔었다. 다른 한편, X선 박막의 요구조건으로서는 이들 투명특성 뿐만아니라, 동시에 하기 서술된 역학적 특성이 고려되어야 하며, 이들은 충분하게 만족되지 않았었다.
a. 강성(영율에 의하여 나타내는) 및 고탄성 제한(장력강도 및 강성에 의하여 나타남).
b. 동작 조건에 있어서 적당한 잔류 장력.
상기 언급한 강성 및 잔류 장력이 다음과 같은 이유로 요구된다. 제 3 도에서 도시한 바와같이 제 2 도를 뒤집어서 그 뒤집은 마스크의 뒤를 X선으로 조사할 때, 그 위에 마스크 패턴 13을 가지는 박막 12와, 웨이퍼 21상에 있는 레지스트 필름 22와의 사이의 틈은 날카로운 해상도를 얻기 위하여 거의 10μm 정도로 해야 한다. 만약에 박막에 남아 있는 강성 및 장력의 양이 적당하지 않다면, 박막이 레지스트 필름 22로 떨어질 수도 있고 그의 틈을 불균일하게 만들 수 있으므로, 패턴이 레지스트에 닿는 것을 방지하기 위하여 틈을 넓게 해야한다. 이것은 전형적으로 직경 60mm, 두께 4-5μm인 박막이어야 한다. 박막이 400℃ 정도의 고온에서 형성되기 때문에, 이 잔류 장력이 순수 내부응력 및, 틀 11의 열적 수축보다 더 큰 박막의 열적수축에 의하여 만들어진다. 만약 잔류 장력이 음(-)즉 압축이라면 박막이 주름이 생기기 쉽다. 따라서 큰 강성 뿐만아니라 큰 잔류 장력을 지닌 재료를 연구하여 왔었다. 더 좋게는 박막의 강성이 거의 영율 3×1212dyne/㎠ 이다. 그리고, 더 좋은 잔류 장력의 양은 거의 0.5-10×109dyne/㎠ 이고 이것은 물론 박막의 자기 파괴를 피할 수 있도록 박막 재료의 인장 강도보다 더 낮아야 한다.
레지스트 필름 22위에 있는 박막을 통해서 가시 광선을 투영함으로써 X-선 마스크가 웨이퍼에 배열되어지기 때문에 가시 광선에 상기 언급한 투명도가 요구되므로, 만약 박막이 적합하게 투명하지 않는한 어라인멘트의 요구된 해상도를 얻을 수 없다.
종래의 비결정의 BN : H의 문제점들을 요약하면, 잔류 장력과 마찬가지로 강성의 적합한 양을 유지하고 있는 동안에 어라인멘트에 쓰이는 광은 적당히 투명하지 않다. 다시 말해서 비결정의 BN : H 가 강성을 얻을 수 있는 만큼 두껍게 만들어졌다면, 투명도가 저하된다. 따라서 그들의 개선을 요구하여 왔었다.
X선 및 가시 광선에 적당한 투명도를 지니고, 강성 뿐만아니라 잔류 장력을 적당하게 지닌 X선 마스크의 박막 재료를 제공하는 것이 본 발명의 일반 목적이다.
본 발명에 의하면, X선 투명 박막은 1-10원자%의 탄소량을 지닌 수소화 비결정의 탄화 질화 붕소(a-BNC : H)로 만들어진다. 이 재료는 플라즈마 CVD 법에 의하여 만들어지고 상기 CVD 법에서 디보란(B2H6)가스, 암모니아(NH3)가스 및 메탄(CH4) 가스는 아르곤 가스로 희석한 가스원으로서 사용되어 진다. 그리고 조건들은 가스압력 60-250Pa(파스칼), 인가된 RF 전원 0.1-0.17W/㎠, 성막온도 350-500℃ 암모니아 가스와 디보란 가스와의 유량비 0.3-1.7이다. 암모니아/디보란 가스와의 비성막 온도와의 상호관계가 다음 두식으로 나타내어 진다.
T=350-450℃ 에 대하여
R=0.01T-2.8 그리고 R=0.01T-3.2
T=450-500℃에 대하여
R=1.7 그리고 R=1.3
여기에서 R은 암모니아/디보란의 유량비를, T는 ℃의 성막 온도를 나타낸다.
그리하여 만족할만한 영율, 잔류장력 및 투명도를 달성시킨다.
상기 언급한 발명의 양상들 및 이점, 그리고 명백하게될 다른 목적들 및 이점들은 도면을 참조하여 이후에 완벽하게 서술되어질 것이며, 전도에 있어서 동일 부분들은 동일 참조번호들을 부여한다.
우선 제 4 도를 참조하여 예비 실험용 뿐만아니라 본 발명의 실시용으로 쓰이는 플라즈마 CVD 장치를 서술하여 나갈 것이다. 반응실 20에 한쌍의 RF(무선 주파수) 전극들 23 및 24가 제공되어 있고 그 전극들은 직경이 거의 20cm인 평면 전극이고, 간격 35mm로 떨어져 있다. 상측 전극 23안으로 가스원 및 RF 전력 피이더(feeder) 파이프 31을 통하여 공급되어 진다. 신선한 가스들이 반응에 참여하도록 공급 가스는 상측 전극 23의 내부 표면상에 있는 미세한 호울들 25를 걸쳐서 반응실 20안으로 공급되어 진다. 실리콘 웨이퍼 10은 하측 전극 24상에 놓여져 있고 그 웨이퍼상에 박막이 형성된다. 하측 전극 24의 온도는 그 위에 있는 온도계 27에 의하여 체크되고, 온도는 히이터 26 및 그의 전원 28에 의하여 제어된다. 하측 단자는 전기적으로 접지되어 있다. 13.56MHz의 RF 전원이 RF 전원 29로부터 전력계 30 및 피이더 파이프 31을 거쳐서 상측 전극 23으로 공급되어 진다. RF 전원의 또다른 출력단자는 접지되어 있다. 이렇게 두 전극들 23 및 24에 인가된 RF전력이 그들 사이에서 플라즈마를 발생시키게 한다. CVD 반응에 쓰이는 가스원을 메탄 가스원 32, 암모니아 가스원 34 및 디보란 가스원 36으로부터 각각 공급된 메탄 가스, 암모니아 가스 및 디보란 가스이며, 그 각각은 밸브들 33,35 및 37에 의하여 제어되어 피이더 파이프 31을 거쳐서 반응실 20안으로 공급된다. 암모니아 가스 34 및 디보란 가스 36이 중량으로 각각 4% 정도로 아르곤 가스에 희석된다. 디보란 함유량이 6% 이상이라면 디보란 가스는 폴리머익(polymeric)이 된다. 아르곤 가스는 가스원의 운송자로서 작용하도록 도와준다. 반응실의 내부가스 압력이 정해진 치로 유지되도록 반응실 20은 펌프 41에 의하여 가스 출구 40을 통하여 배기된다.
제어되어지는 동작 조건은 다음과 같다.
(1) 반응실의 가스 압력
(2) 공급된 가스원의 전체 유량
(3) RF 전력
(4) 가스원의 함유량 비
(5) 성막 온도
가스 압력은 공급된 가스 및 배기가스의 유량율의 밸런스에 의하여 결정된다. 고압가스는 저압가스보다 반응에 참여하는 가스의 양이 더 많다는 것을 의미한다. 그리고 가스 압력은 또한 가스방출, 즉 플라즈마에 즉각적인 효과를 준다. 발명자들에 의한 실험에 따르면, 가스압력은 60Pa 이하 또는 250Pa 이상일 때 가스는 확실히 방출하지 아니한다.
따라서 정해진 가스압력 200Pa으로 수행했었던 실험들이 아르곤 희석제를 포함한 전체가스공급 300sccm으로 얻어지는 장치에서; 정해진 가스압력을 유지하기 위한 가스공급양을 CVD 장치의 크기 뿐만아니라 배기 펌프에 의존한다.
RF 전력에 대하여 제 4 도의 장치를 사용한 발명자들에 의하여 수행되는 실험에 있어서, 성막율 및 잔류 응력은 유량비 NH3/B2H6=1 및 전체가스유량 300sccm에서 메탄가스 유량 10sccm를 가지고서 400℃에서 만든 테스트 편으로 측정하였고 그 다음에 적당량의 인가된 RF 전력밀도 0.10-0.17W/㎠인 것이 제 5 도에서 도시한 바와 같이 나타내어 졌다. 여기에서 전력밀도는 RF 전극의 면적당 인가된 전력으로 정의된다. 너무 높은 전력을 인가하면 과잉 이온충돌을 일으켜 성막의 양을 너무 많이 제거한다. 너무 낮은 전력을 인가하면 성막을 형성하기가 어렵다.
상기 서술한 실험결과를 보면, 달리 언급하지 않는한 가스압력 200Pa, 인가된 RF전력 0.13W/㎠, 전체 유량 300sccm 에서의 메탄의 유량 100sccm 조건하에서, 언급한 데이타가 제 4 도에서 도시한 플라즈마 CVD 장치에 의하여 측정된다.
전체가스 유량 300sccm 및 성막온도 400℃가 일정하게 유지되는 동안에 제 6(a) 도 및 제 6(b) 도에 각각 도시된 바와같이 메탄 유량 및 유량비 NH3/B2H6을 변화시킴으로써 성막율 및 잔류응력의 데이타터를 추측하게된다. 메탄가스의 유량은 총 전체가스 유량 300sccm에서 100sccm 내지 300sccm로 변화시켜 측정된다. 이 값으로부터 메탄가스 함량은 3.3%-10%로 유도된다. 잔류응력은 메탄 유량만큼 영향을 받는 반면에, 성막율은 어느 정도 영향을 받는다.
따라서 메탄가스 유량 100sccm을 일정하게 유지시켜서 온도 및 유량비 NH3/B2H6의 변화에 대한 성막율 및 잔류응력이 제7a도 및 7b도에 각각 도시된 바와같이 측정되었다. 8 도에 있어서 각 성막온도에 대한 유량비 NH3/B2H6의 최적점과, 450℃ 부근 성막온도의 최적온도가 있다는 것을 관찰하였다. 500℃에서 응력변화는 여러 가지 모드(mode)로 된다. 얻어진 데이터를 요약하면, 이렇게 제조된 박막의 영율치는 성막온도 및 유량비 NH3/B2H6에 따라 제 8 도와 같이 나타난다. 성막온도와, 유량비 NH3/B2H6와의 사이의 상호관계의 최적영역은 하기 언급한 공식(o) 및 (p)에 의하여 샌드위치되는 영역 및 하기 서술한 공식 (q) 및 (r)에 의하여 샌드위치되는 영역에 의하여 정의된다. 여기에서 R은 유량비 NH3/B2H6을, T는 ℃의 성막온도를 나타낸다.
350-450℃ 온도범위에 대하여,
R=0.01T-2.8 ........................................................................(o)
R=0.01T-3.2 ........................................................................(p)
450-500℃ 온도범위에 대하여,
R=0.7 ……………………………………………………………………(q)
R=1.3 ……………………………………………………………………(r)
제 8 도에 있어서, 화살표 A-D로 각각 지시된, 상기 언급한 최적영역의 외부 네 개의 영역들에서 제조되는 물질의 상태는 다음과 같다. 화살표 A로 지시된 영역에 있어서 인장응력이 너무 약하거나 또는 너무 세다면, 제조된 박막이 주름지게 된다. 화살표B로 지시된 영역에 있어서 인장응력이 너무 세기 때문에 제조된 박막이 그 자신의 인장강도를 견디지 못해 스스로 파괴된다. 화살표 C로 지시된 영역, 즉 350℃ 이하의 온도에 있어서 제조된 박막은 덜 굳게되게(인장응력이 없게 된다) 재생력을 상실한다. 화살표 D로 지시된 영역, 다시 말해서 500℃ 이상의 온도 영역에 있어서 영율이 증가하지 않을 뿐만아니라 제조된 물질의 형태가 달라지게 된다.
본 발명의 가장 전형적인 BNC : H와 종래의 가장 전형적인 a-BN : H(저압CVD하에서 만든 비결정의 질화붕소)와 비교하면, 각각은 표 1에 나타난 바와같이 4μm 두께를 가지고, 여기에서 가시광선 및 X선에 대한 투명도 특성이 포함되어진다. 표에서 광학갭(에너지)은 비결정의 물질의 흡수 가장자리를 정의하고 크리스탈 재료에 유추하여 흡수 파장의 하측끈에 상응한다. 광학갭의 하측치는 파장의 넓은 범위 및 빛에 대한 더 좋은 투명도를 의미한다. 여러 가지 파장의 투명도는 제 9 도에서 비교한다. 표 1에서 관찰한 바와같이 인장응력, 영율 및 X선 투명도는 BN : H의 동일 차원으로 하고 넓은 마진(margin)을 허락한다. 그러나 가시광선에 대한 투명도 특성은 광학 갭에서 2.1eV 내지 3.0eV로 개선되었고 마스크 어라인멘트에 일반적으로 쓰이는 He-Ne 레이저인 633nm의 투명도가 30%에서 80-90%로 개선되었다. 이것이 본 발명의 이점이다. 비록 본 발명의 상기 서술한 실시예에서 아르곤의 희석제로서 사용되어지거나, 또는 가스원의 운송자로서 쓰이며, 질소는 아르곤 대신에 사용될지 모른다. 질소가스가 NH3가스로부터 몇몇의 질소원자에서 오는 것이어서 최적 조건으로서 NH3유량비를 덜 요구한다고 하자, 결과적으로 질소 희석제에서 유량비 NH3/B2H6로 만든 비결정 BNC:H가 다음과 같은 결과를 준다. 즉 X선 투명도 95%, 광학갭 2.8eV, 잔류응력 3.7×108dyne/㎠영율 1.2×1012dyne/㎠이다.
잔류 응력 및 영율을 측정하는 방법은 박막의 측면이 공기압력에 의하여 압박될 때 원형박막의 주변이 뉴우턴의 인터패로미트리(Interferometry : 광학 간섭계의 사용법과 구성법)를 사용함으로써 틀상에 고정되는 상기 박막의 돌출부를 측정하여, 그 측정한 것으로서 잔류응력 및 영률을 계산한다. 측정되어지는 박막을 지지하는 틀은 실리콘 웨이퍼(100) 두께 525μm, 영율 1.3×1012dyne/㎠, 0.23포이슨(poisson)비이다. 테스트 편을 다음과 같이 준비한다. 거의 4μm 두께의 비결정정의 BNC : H를 웨이퍼상에 형성시킨후에 직경 40mm 실리콘 중심부를 에칭으로 제거함으로써 박막의 테스트 편이 형성된다.
여러 가지 제조 조건들로 제조된 비결정의 BNC : H의 원자량은 표 2에서 평가되어지고 도시되어진다. 제 6 도 내지 제 7 도 및 표 1에서 잔류 응력 및 영률 그리고 메탄가스 함량을 탄소량으로 언급함으로써 탄소량이 물질의 가시광선에 대하 투명도 및 역학강도를 개선해 주는데 기여한다. 이때 메탄가스 함량은 총유량 300sccm에서 메탄가스 유량 10sccm일 때 탄소함량은 3.3%가 유도되며 메탄가스 유량기 30sccm일 때 10.9%임을 표 1과 2에서 나타내준다.
상기 서술한 인가된 RF 전력 밀도의 양은 제 4 도에서 서술한 장치에서 전극에 대한 것이므로 전극들의 차원, 특히 두 개의 평행한 전극들의 간격이 제 4 도에서의 35mm와 다르다면 인가된 RF 전력밀도의 최적치가 다를지 모른다. 13.56MHz와 다른 RF 전력 주파수는 다른 최적 전력 공급조건을 요구한다.
본 발명의 많은 양상들 및 이점들이 상세한 명세서로부터 명확해지고, 첨부된 청구범위로 본 발명의 진정한 취지 및 범위내에 있는 시스템의 모든 그러한 양상들 및 이점들을 커버하려고 한다. 또한 다양한 변화 및 수정으로 기술습득을 가져올 것이기 때문에, 도시하고 서술한 정확한 구조 및 동작에 본 발명을 제한하지 않을 것이며, 따라서 모든 적당한 수정 및 그의 등가는 본 발명의 범위내에서 머무르게 될지 모른다.
[표 1]
[표 2]
다른 변수들은 다음과 같다 : Ar로 희석한 전체 300sccm, 200Pa, 0.13W/㎠(13.56MHz)
Claims (8)
- 플라즈마 화학기상증착으로 X선 마스크의 비결정의 수소화 질화 탄화 붕소의 박막을 제조하는 방법에 있어서 가스압력은 60-250파스칼(pascal), 암모니아와 디보란과의 유량율비와, 성막온도와의 관계가 하기에 서술된 두 공식으로 나타내어 지며, 하기 공식에서 R은 암모니아와 디보란과의 유량율 비를 의미하고 T는 ℃ 차원을 갖는 성막온도를 말하는 것으로서 두 공식은, 350-450℃ 성막온도에 대하여, R= 0.01T-2.8 및 R=0.01T-3.2, 450-500℃ 성막온도에 대하여, R=1.7 및 R=1.3이며, 제조조건이 상기와 같으며, 상기 제조조건으로, 불활성 가스에 의하여 희석되는 디보란 가스 및 암모니아 가스 이러한 가스와 메탄가스와를 혼합한 가스를 사용하는 플라즈마 화학 기상 성장법으로 X선 마스크의 비결정의 수소화 질화 탄화 붕소의 박막을 제조하는 방법.
- 청구범위 제 1 항에 있어서, 인가된 RF(무선 주파수) 전력은 0.10-0.17W/㎠이고, 이것은 플라즈마 화학기상 증착에서 사용한 RF 전극판의 영역에 의하여 계산되는 비결정의 수소화 질화 탄화 붕소의 박막을 제조하는 방법.
- 청구범위 제 1 항에 있어서, 메탄가스 암모니아와 디보란 가스의 전체양에 3.3 -10%의 함량으로 암모니아 및 디보란에 첨가되어지는 비결정의 수소화 질화 탄화붕소의 박막을 제조하는 방법.
- 청구범위 제 2 항에 있어서, 상기 RF 전력이 주파수와 13.56MHz에서 인가된 비결정의 수소화 질화 탄화붕소의 박막을 제조하는 방법.
- 청구범위 제 2 항에 있어서, 상기 RF 전력이 전극들에 가하여지고, 상기 전극들은 간격 35mm로 나란하게 놓여져 있는 비결정의 수소화 질화 탄화 붕소의 박막을 제조하는 방법.
- 청구범위 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 불활성 가스가 아르곤인 비결정의 수소화 질화 탄화 붕소의 박막을 제조하는 방법.
- 청구범위 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 불활성 가스가 질소인 비결정의 수소화 질화 탄화 붕소의 박막을 제조하는 방법.
- 탄소원자 함량이 1-10%로 이루어진 X선 마스크용 비결정의 수소화 질화 탄화붕소 박막.
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-
1987
- 1987-09-15 KR KR1019870010222A patent/KR910004008B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR880004573A (ko) | 1988-06-07 |
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