KR950014607B1 - 반사마스크 및 이를 사용한 하전빔노광장치 - Google Patents

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KR950014607B1 KR1019910016968A KR910016968A KR950014607B1 KR 950014607 B1 KR950014607 B1 KR 950014607B1 KR 1019910016968 A KR1019910016968 A KR 1019910016968A KR 910016968 A KR910016968 A KR 910016968A KR 950014607 B1 KR950014607 B1 KR 950014607B1
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히로츠구 와다
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가부시키가이샤 도시바
아오이 죠이치
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Abstract

내용 없음.

Description

반사마스크 및 이를 사용한 하전빔노광장치
제1도는 종래의 가변 정형 방식의 전자빔 노광장치를 이용해서 가변 정형빔을 생성하는 방법을 도시한 개략도,
제2도는 종래의 가변 정형 전자빔 노광장치에 의해 발생할 수 있는 하전법의 단면 형상을 도시한 개략도,
제3도는 종래의 가변 정형 전자빔 노광장치에 의해 DRAM의 셀부를 패턴을 노광하는 방법을 설명하기 위한 설명도,
제4도는 습식 에칭방법에 의해 형성되는 애퍼춰의 단면도,
제5도(a) 및 제5도(b)는 본 발명에 따른 반사마스크의 제1실시예의 구성을 설명하기 위한 도면,
제6도(a) 내지 제6(j)는 제5도(a)에 도시된 반사마스크의 제1실시예를 제조하는 방법을 도시한 공정단면도,
제7도는 본 발명에 따른 하전빔 노광장치의 제1실시예의 개념적 구성을 도시한 개략도,
제8도(a) 내지 제8도(g)는 본 발명에 따른 반사마스크의 제2실시예를 제조하는 방법을 도시한 공정단면도,
제9도는 본 발명에 따른 하전빔 노광장치의 제2실시예의 개념적 구성을 도시한 개략도,
제10도는 제9도에 도시된 하전빔 노광장치를 이용해서 마스크와 시료를 나누어 노광하는 방법을 설명하기 위한 설명도,
제11도(a) 및 제11도(b)는 본 발명에 따른 반사마스크 및 하전법 노광장치를 이용해서 노광하는 다른방법을 설명하기 위한 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
210 : 마스크기판 220 : 반사패턴
240,240A : 절연막 230 : 비반사패턴
203, 204 : 전원 201 : 반사패턴(220)에 조사된 하전빔
202 : 비반사패턴(230)에 조사된 하전빔
200 : 반사마스크 A,B : 접속구멍
250 : 레지스트 패턴 300 : 전자총(하전빔 방사수단)
310 : 캐소드 320 : 애노드
350 : 콘덴서 렌즈 400 : 애퍼춰(정형수단)
450 : 면형상(面刑狀)의 평행빔 500 : 편향기
610 : 전자기 렌즈 620 : 정전 렌즈 전극
630 : 정전 옥투풀 260 : 지지대
270,820 : 이동기구 550 : 하전빔
710 : 정형 애퍼춰 720,760 : 렌즈
730 : 편향기 740 : 블랭킹 애퍼춰
750 : 블랭킹 편향기 770 : 대물렌즈
780 : 편향기 　　 810 : 시료
800 : 시료대(시료 설치부) 　　830 : 산란빔 검출기
840 : 패러데이 컵 　　 850 : 빔 검출 마스크
860 : 빔 검출기
100 : 제1의 구형상(矩形狀）의　애퍼춰상
110 : 제2의 화살표 형상의 애퍼춰상
(산업상의 이용분야)
본 발명의 반도체장치의 제조에 이용되는 반사마스크 및 하전빔 노광장치에 관한 것으로, 특히 반사마스크를 사용하는 하전빔 노광장치에 관한 것이다.
(종래의 기술 및 그 문제점）
LSI의 진보에 따라 수세대 앞의 첨단 디바이스 개발 및 연구를 계속하기 위해서는 시료상에 0.2μm 이하의 패턴을 노광하는 것이 필요하지만, 현재 생산 라인에서 실시되고 있는 광노광(光露光) 기술에서는 불가능한 것이다. 따라서, 분해능력이 높은 하전빔 노광장치(荷電 beam 露光裝置), 예컨대 전자빔 노광장치가 미세한 패턴을 노광시키는데 사용되고 있다. 그 중에서도 가변 정형빔(Variableshapebeam)방식의 전자빔 노광장치는, 전자빔을 정형 애퍼춰(shapeaerture)에 의해 구형(矩形)이나 삼각형의 단면형상(애퍼춰상)으로 정형하고, 그에 따라 소망하는 패턴을 노광하기 때문에 비교적 높은 쓰루픗(throughput)을 얻을 수있다.
제1도는 상술한 가변 정형 방식의 전자빔 노광장치를 이용해 패턴을 노광하는 방법을 나타낸 개략도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 이 방식에서는 제1의 구형상(矩形狀)의 애퍼춰상(apertureimage:100)을 제2의 화살표 형상의 애퍼춰(110)상에 투영한다 또, 구형 부분(120)이나 삼각형 부분(130)상에 입사되는 전자법을 편향시킴으로써, 구형이나 삼각형의 빔을 발행시켜서 시료 표면에 패턴을 노광한다.
정형 애퍼춰의 치수는 수 ㎛~수십 ㎛이다. 상술한 바와 같이 선택되어 정형된 전자빔은, 통상 1/20∼1/40로 축소되어 시료의 표면상에 투영된다.
그러나, 제1도에 나타낸 방식에 의해 1G(giga)급의 디바이스를 개발하는 경우에는 노광시간이 비실용적으로 된다. 즉, 상기 방식에 의하면 빔의 단면형상이 수 종류의 도형만으로 한정되어 1개의 패턴을 노광하기 위해서는 이와 같이 한정된 도형으로 나누어 행해야 하므로, 쇼트(shot)수가 증가하고, 그에 따라 노광시간도 증가하기 때문이다.
제2도는 상술한 종래의 전자빔 노광장치에 의해 발성할 수 있는 빔의 단면형상의 종류를 나타낸 개략도로서, 동 도면에 나타낸 바와 같이 전자빔 노광장치는 겨우 5종류의 한정된 도형만을 발생시킬 수 있다. 이와 같이 전자빔 노광장치의 노광방법에 대해 예컨대 DRAM의 셀부(cel1 部)를 예로들어 제3도를 참조하여 설명한다. 즉, 제3도는 DRAM의 셀부의 패턴을 노광하는 방법을 설명하기 위한 설명도이다. 이 셀부의 패턴은 제2도에 나타낸 바와 같은 기본 도형이 반복된 배열로 이루어져 있는데, 이와 같은 패턴은 제3도에 나타낸 바와 같이 분할되어 분할된 부분이 순차로 노광된다. 제3도에 나타낸 예에서는 페턴당 20쇼트(shot)의 노광이 실시된다. 그러므로, lG급 DRAM의 셀부를 노광하기 위해서는 20G쇼트가 필요하게 된다.
또,50A/cm2의 고전류밀도에서 감도가 5μC/cm2인 고감도 레지스트를 사용해서 1쇼트당 필요한 노광시간을 단축하더라도 1칩을 노광하는데는 35분, 웨이퍼 전면의 100칩을 노광하는데는 약 60시간이나 걸린다.
따라서, 24매로 이루어진 1로트(1ot)를 노광하는데는 2개월이나 걸리게 된다. 또, 비규칙적으로 배열된 주변회로까지 포함하여 노광을 행할 때에는 4개월 이상의 시간이 걸리게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 소망하는 노광패턴 형상과 같은 애퍼춰 구멍이 형성된 정형 애퍼춰를 사용해서 노광을 행하면 좋다. 예컨대, 상술한 제3도에 나타낸 DRAM의 셀부와 같은 형상을 갖는 애퍼춰를 사용하는 경우에는, 이 패턴형상의 각 셀을 단일 노광에 의해 노광하게 되므로, 노광시간을 20배 이상으로 단축시킬 수 있게 되어 실용적인 시간으로 노광을 행할 수 있게 된다.
그러나 이러한 셀 형상의 애퍼춰를 사용하는 노광방법에서는, 노광패턴의 형상에 따라 임의의 형상의 전자빔을 얻기 위해 필요한 정밀도 예컨대 0.1μm를 갖는 여러 종류의 임의의 형상의 애퍼춰 구멍을 애퍼춰부재(aperturemeber)에 배열한 필요가 있지만, 실용적인 피치 예컨대 100μm로 애퍼춰 구멍을 배열할 수 없고, 구멍이므로 예컨대 도너트 형상이 불가능한 것 등의 어려움이 있다. 즉, 통상 애퍼춰는 금속판 또는 실리콘 웨이퍼를 모체로 해서 기계 가공 또는 LSI 프로세스에서 사용하는 수단에 의해 상기 모제에 소망하는 형상의 관통구멍(throughhole)을 개구(開口)해서 제작하게 되지만, 기계 가공에서는 왜곡이 발생하므로 애퍼춰 부재에 1개나 2개의 구멍밖에 개구할 수 없계 된다. 따라서, 모체에 소망하는 형상의 많은 구멍을 갖는 애퍼춰를 형성하는 것은 곤란하다. 더욱이, 기계 가공에 의한 가공 정밀도는 0.4㎛ 정도밖에 얻을수 없다. 한편, 실리콘 웨이퍼의 경우에는, 통상의 LSI 프로세스에서 사용하고 있는 프라즈마나 이온에 의한 에칭 기술을 이용하면, 각 실리콘 웨이퍼의 면 방향은 약 0.1μm 정도의 정밀도로 소망하는 형상의 가공이 가능하지만, 깊이 방향은 수십 μm 정도의 정밀도로 밖에 가공할 수 없다. 즉, 상당히 얇은 두께의 애퍼춰밖에 형성할 수 없게 된다. 애퍼춰를 홀더(holder)에 고정하기 위해서는 구멍 이외의 애퍼춰 부분을 수백 μm의 두께로 할 필요가 있다. 그래서, KOH 방법과 같은 습식 에칭에 의해 웨이퍼의 이면(裏面)으로부터 구멍을 형성하는 방법이 행해지고 있다. 제4도는 이 방법에 의해 형성된 애퍼춰의 단면도이다.
그러나, 제4도에 나타낸 바와 같이 에칭의 깊이와 동일한 정도의 사이드 에칭(sideetching)이 발생하므로, 구멍의 배열 피치를 1mm 이하로 하는 것이 곤란하다. 따라서, 빔 형상을 선택하기 위해 1mm 이상으로 빔을 편향시키던지 또는 애퍼춰를 이동시켜야 하므로, 그러한 애퍼춰는 비실용적이다.
본 발명에 관련된 종래예는 일본국 공개특허공보 제53-29080호에 상세히 개시되어 있다. 상술한 설명은 전자빔 노광장치에 한정되지 않고, 하전빔 노광장치 전반에 관한 것이다.
상술한 바와 같이 종래의 하전빔 노광장치는, 빔의 단면형상이 한정되어 있기 때문에, 첨단 디바이스를 패턴·노광하는데 상당한 시간이 걸린다고 하는 문제점이 있었다. 또, 이 문제점을 해결하기 위해서는 빔을 임의의 형상으로 정형하는 여러 종류의 임의의 형상의 애퍼춰 구멍을 애퍼춰 부재내에 배열할 필요가 있는데, 이와 같은 애퍼춰 구멍을 가공 정밀도가 좋으면서 실용적인 피치로 배열하는 것이 곤란했다.
(발명의 목적)
이에 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 상술한 문제점을 해결한 반사마스크 및 이를 사용한 하전빔 노광장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
(발명의 구성)
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 반사마스크는, 제1부분과, 제2부분으로 이루어진 표면을 갖춘 기판과, 상기 기판의 표면중 제1부분상에 형성된 반사패턴, 상기 반사패턴에 조사된 하전빔을 반사시키기에 충분한 전압을 인가하는 제1의 전압인가수단, 상기 기판의 표면중 제2부분상에 형성된 비반사 폐턴 및, 하전빔을 상기 비반사패턴상에 입사시키기에 충분한 전압을 상기 비반사패턴에 인가하는 제2의 전압인가수단을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반사마스크에 의하면, 반사패턴은.하전빔을 반사시키고, 이 반사패턴 이외의 표면 부분에 형성된 비반사패턴은 하전빔을 흡수한다. 따라서, 하전빔 노광장치의 정형 애퍼춰의 역할과 동일한 역할을 행하고. 또 반사패턴은 LSl의 제조 기술에 의해 임의의 형상으로 가공 정밀도가 좋으면서 실용적인 피치로 형성할 수 있으므로, 하전빔을 임의의 형상으로 정형할 수 있다.
또, 본 발명의 제1의 하전빔 노광장치는, 하전빔을 방사하는 하전빔 방사수단과, 상기 하전빔 방사수단으로부터 방사된 하전빔을 소정의 단면형상으로 정형하는 하전빔 정형수단, 상기 하전빔 정형수단에 의해 정형된 상기 하전빔으로 조사되는 제1부분과 제2부분으로 이루어진 표면을 갖춘 기판과 이 기판의 표면중 제1부분상에 형성된 반사패턴, 상기 반사패턴에 조사된 하전빔을 반사시키기에 충분한 전압을 인가하는 제l의 전압인가수단, 상기 기판의 표면중 제2부분상에 형성된 비반사패턴 및 하전빔을 상기 비반사패턴상에 입사시키기에 충분한 전압을 상기 비반사패턴에 인가하는 제2의 전압인가 수단을 구비하고서 상기 하전빔 정형수단에 의해 정형된 하전빔으로 조사되는 반사마스크 및, 상기 반사패턴에 의해 반사된 상기 하전빔이 조사되는 시료가 설치되는 시료 설치부를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1의 하전빔 노광장치에 의하면, 하전빔 방사수단에 의해 방사된 하전빔은 하전빔 정형수단에 의해 정형된 후에 상기 반사마스크로 입사되고 상기 반사패턴에 의해 반사된 하전빔이 시료 설치부에 설치된 시료에 조사되므로, 상술한 임의의 형상으로 정형된 하전빔을 시료에 조사할 수 있고, 시료에 대한 노광 시간은 애퍼춰에 의해 한정된 단면형상의 빔을 이용하는 종래의 노광시간과 비교해서 대폭적으로 단축된다. 또, 상술한 바와 같이 반사마스크에는 실용적인 피치로 반사패턴이 형성되어 있으므로, 빔 형상의 선택을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2의 하전빔 노광장치는, 하전빔을 방사하는 하전빔 방사수단과, 상기 하전빔 방사수단으로부터 방사된 하전빔을 소정의 단면형상으로 정형하는 하전빔 정형수단, 상기 하전빔 정형수단에 의해 상기 하전빔의 경로에 설치되어 상기 하전빔을 편향시키는 하전빔 편향수단, 상기 하전빔이 수직하게 입사되고 재입사되도록 상기 소정의 단면형상을 갖는 하전빔을 반사시키는 반사마스크 및, 상기 하전빔 편향수단에 재입사되어 상기 하전빔 편향수단에 의해 편향된 상기 하전빔이 입사되는 시료가 설치되는 시료 설치부를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2의 하전빔 노광장치에 의하면, 하전빔 방사수단에 의해 방사된 하전빔은 하전빔 정형수단에 의해 소정의 단면형상으로 정형되고, 하전빔 편향수단에 의해 그 조사 방향이 변화된 후에 반사마스크로 수직하게 조사된다. 또, 이 반사마스크에 의해 소정의 단면형상으로 반사된 하전빔은 재차 상기 하전빔 편향수단에 조사되고, 이 하전빔 편향수단에 의해 그 조사 방향이 변화되어 시료에 조사되므로, 반사마스크에 대해 수직하게 면형상(面形狀)의 평행빔을 조사시키더라도 조사 경로에서 장애가 발생하지 않게 됨과 더불어 면형상의 평행 빔에 의한 노광을 행하기 때문에 시료에 대한 노광시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있다.
[실시예]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
[제1실시예]
제5도(A)는 본 발명에 따른 반사마스크의 1실시예의 구성을 나타낸 단면도이고, 제5도(B)는 제5도(A)에 도시된 반사마스크에 인가되는 전압의 열예를 나타낸 특성도이다.
제5도(A)에 나타낸 바와 같이, 실리콘으로 이루어진 마스크기판(210)상에는 단면이 T자 형상의 실리콘으로 이루어진 반사패턴(220)이 형성되어 있다. 여기서, 각 반사패턴(220)의 최상부의 상면(上面)이 소망하는 패턴형상으로 가공되어 있다.
이 반사패턴이 형성되어 있는 부분 이외의 마스크기판(210)의 표면에는 절연막으로서 실리콘산화막(240)이 형성되어 있고, 이 실리콘산화막(240)상에는 상기 반사패턴(220)과 절연되어 있는 비반사패턴(230)이 형성되어 있다.
여기서, 반사패턴(220)에는 그 포텐셜이 조사되는 하전빔의 포텐셜보다 높아지도록 전압이 인가되고, 비반사패턴(230)에는 그 포텐셜이 조사되는 하전빔의 포텐셜보다 낮아지도록 전압이 안가되고, 비반사패턴(230)에는 그 포텐셜이 하전빔의 포텐셜보다 낮아지도록 전압이 인가된다. 참조부호 203,204는 그와 같은 전압을 인가하기 위한 전원이다. 예컨대, 하전빔이 전자빔으로 그 가속전압이 -20KV인 경우는, 반사패턴(220)에는 -20KV -5V가 인가되고, 비반사패턴(230)에는 -20KV+1V가 인가되면 좋다[제5도(B)] 또, 실제로는 전자빔 노광장치의 경우에 캐소드(cathode)에 인가되는 전압을 그대로 사용해서 이 전압을 기준으로 반사패턴(220) 및 비반사패턴(230)의 전위를 조절하면 좋다.
또한, 실리콘산화막(240)은 반사패턴(220)과 비반사패턴(230)간을 매립하도록 형성되고, 그 일부는 반사패턴(220)의 판형상(板形狀)의 최상부의 이면(裏面)측까지 매립해서 형성되어 있지만, 이 최상부로부터 돌출하지 않도록 형성되어 있다.
이는 실리콘산화막(240)이 상기 최상부로부터 돌출한 형상으로 형성되는 경우, 실리콘산화막(240)의 돌출한 부분에 하전빔이 조사되므로, 이 부분에서 전하가 축적되어 전계에 왜곡이 발생하거나 절연파괴가 발생하기 때문이다.
다음으로, 상기와 같은 구성을 갖춘 반사마스크(200)에 하전빔, 예컨대 전자빔을 조사했을 때의 빔의 거동에 대해 설명한다.
도시하지 않은 하전빔 방사수단으로부터 방사되어 도시하지 않은 정형수단에 의해 정형된 하전빔은, 반시패턴(220)에는 하전빔(201)으로서 조사되고, 비반사패턴(230) 에는 또 다른 하전빔(202)으로서 조사된다. 상기 반사패턴(220)의 포텐셜이 하전빔(201)의 포텐셜보다 높게 되어 있으므로, 반사패턴(220)에 조사된 하전빔(201)은 이 반사패턴(220)에서 조사방향과 역방향으로 힘을 받게 된다. 그 결과, 하전빔(201)은 반사패턴(220)의 표면 근처 예컨대 이 표면으로부터 약간 떨어진 위치에서 상기 역방향으로 반사되게 된다.
한편, 상기 비반사패턴(230)의 포텐셜은 상기 반사패턴(220)의 경우와는 역으로 하전빔(201)의 포텐셜보다 낮게 되어 있으므로, 비반사패턴(230)에 조사된 하전빔(202)은 이 반사패턴(230)에서 조사 방향과 동일한 방향으로 힘을 받게 되고, 그 결과 이 조사 방향으로 흡수되어 반사되지 않게 된다.
여기서, 예컨대 하전빔이 전자빔인 경우, 하전빔의 에너지 폭을 △V0라고 하고, 반사패턴(220) 및 비반사패턴(230)의 재료의 일함수(workfunction)를 각각 1, 2하고 하면, 비반사패턴(230)으로 인가되는 전압과 반사패턴(220)으로 인가되는 전압(V1)의 전압차(V2)는 높은 컨트라스트(contrast, 하전빔의 반사마스크에서의 반사의 선택성)가 얻어지도록 조절된다. 즉, 양 패턴의 재료가 동일한 경우(즉, 1= 2인 경우)에는 상기 전압차(V2)가 lV21≥△V0으로 되도록 설정되고, 또 양 패턴의 제로가 다른 경우에는 전압차(V2)가 l 1- 2+V21≥△V0으로 되도록 설정된다. 예컨대, Si(N+), Pt, Ta에 대한 일함수는 각각 4eV, 5.4eV, 4.leV이다. 상기 하전빔이 전자빔인 경우, 에너지폭(△V0)은 LaB6열전자 캐소드 전자층에서 5eV이고, Zr/W 열전계 전자총에서 l. 5eV이다. 따라서, 예컨대 전자총으로 LaB6열전자 캐소드 전자총을 사용하고, 반사패턴(220)과 비반사패턴(230)의 재료로 함께 Si를 사용한 경우, 전압차(V2)는 V2+5V이면 좋다. 한편, 전자총으로 Zr/W 열전계 전자총을 사용한 경우에는 △V0가 작으므로, 전압차(V2)를 V2=0으로 해도 반사패턴(220)과 비반사패턴(230)의 재료를 적절히 선택함으로써 상술한 조건 l 1 2 2 0 +
계속해서, 상술한 반사마스크를 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
제6도(A) 내지 제6도(J)는 반사마스크의 제조방법의 1실시예를 나타낸 공정단면도이다. 이 제6도(A)내지 제6도(J)에서 제5도와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
우선, 실리콘으로 이루어진 마스크기판(210)상에 실리콘산화막(240) 및 폴리실리콘막(230)을 이 순서로 형성한 후, 기판(210)의 표면을 노출시키는 접속구멍(A)을 개구한다[제6도(A)].
이어, 젼면을 열산화한다[제6도(B)] 이때, 기판(210)의 노출된 표면 및 폴리실리콘막(230)의 표면상에는 실리콘산화막(204A)이 형성되고, 이 폴리실리콘막(230)의 개구부의 모서리가 둥글게 된다. 이 때문에, 반사마스크의 사용시에 폴리실리콘막(비반사패턴(230)에 전압을 인가할 때에 상기 개구부의 모서리에서 전계의 집중이 발생하지 않게 되고, 그에 따라 실리콘산화막(240)이 절연파괴를 일으키는 것을 피할수 있게된다.
계속해서, 레지스트를 도포한 후에 이것에 노광 및 현상 처리를 행함으로써, 상기 접속구멍(A)의 저부(底音)의 레지스트를 부분적으로 제거한다.[제6도(c)].
또, 이 결과로 형성되는 레지스트 패턴(250)을 마스크로 해서 에칭을 행함으로써, 접속구멍(A)의 저부상의 실리콘산화막(240A)의 일부분을 제거해서 접속구멍(B)을 개구한다[제6도(D)].
다음으로, 반사패턴으로 되어야 할 폴리실리콘막(220)을 예컨대 CVD법에 의해 전면에 퇴적한다 [제6도(E)]. 이때, 이 폴리실리콘막(220)상에 레지스트를 균일하게 형성하고, 폴리실리콘막(220)의 표면을 에치백처리(etch-back process)에 의해 평탄화함으로써, 반사마스크를 사용할 때에 폴리실리콘막(반사패턴:220)에 의해 반사되는 하전빔의 방향이 동일하게 되도록 한다. 따라서, 마스크패턴의 해상도(resolution)의 열화를 억제할 수 있다.
이어, 레지스트 패턴(250)을 형성한 후에 이 레지스트 패턴(250)을 마스크로 해서 이방성 에칭을 행하여 폴리실리콘막(220)을 패터닝한다[제 6 도(F)]. 그 후, 레지스트 패턴(250)을 제거한다[제 6 도(G)]
계속해서, 패터닝된 폴리실리콘막(220)을 마스크로 해서 실리콘산화막(20A)을 이방성 에칭하여 실리콘산화막(204A) 아래의 폴리실리콘막(230)의 표면을 노출시킨다[제 6 도(H)]. 동시에, 대응하는 폴리실리콘막(즉, 반사패턴: 220)의 외주부(外周部) 바로 아래의 실리콘산화막(204A)도 제거해서 그 외주부가 노출되도록 한다. 이와 같이 하면, 다음의 열산화 공정에서 그 외주부의 모서리를 충분히 둥글게 할 수 있고, 반사마스크의 사용시에 이 반사패턴(220)의 외주부에서의 전계의 집중을 방지할 수 있다.
또, 제6도(B)와 마찬가지로 반사패턴(220)의 외주부의 모서리에서의 전계의 집중을 방지하기 위해, 전면을 열산화하여 반사패턴(220) 및 비반사패턴(230)상에 실리콘산화막(240B)을 형성한다[제 6 도(I)]
마지막으로, 이 실리콘산화막(240B)을 등방성 에칭에 의해 제거함과 더불어 반사패턴(220)의 외주부 바로 아래의 실리콘산화막도 제거한다[제6도(J)]
제6도(A) 내지 제6(J)에 나타낸 바와 같이 하면, 반사마스크를 사용할 때에 하전빔이 실리콘산화막에 직접 조사되지 않으므로, 실리콘산화막에서의 차아지업(charge-up)이나 절연파괴를 방지할 수 있다.
또, 본 실시예의 방법에서 제6도(I)에 나타낸 공정에서의 열산화 대신에 제6도(G)에 나타낸 공정후에 전면을 열산화하고, 그 후 제6도(J)에 나타낸 공정을 행해도 상술한 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상의 공정에 의해 본 발명에 따른 반사마스크가 완성된다.
다음으로, 상술한 반사마스크를 사용한 본 발명에 따른 하전빔 노광장치의 제1실시예에 대해 전자빔 노광장치를 예로들어 상세히 설명한다.
제7도는 본 발명에 따른 하전빔 노광장치(전자빔 노광장치)의 제1실시예의 구성을 나타낸 개략도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이 노광장치의 상부에 전자빔 방사수단(하전빔 방사수단의 일예)으로서 전자총(300)이 설치되어 있다.
이 전자총(300)은 통상의 전자빔 기록장치(electronbeamwritingfdevice)와 동일한 구조를 갖는 것으로, 캐소드(310)와 애노드(anode;320) 및 도시하지 않은 제어그리드를 갖추고 있고, 예컨대 캐소드(310)에는 -20KV의 전압이 인가되고 애노드(320)는 접지되어 있다. 따라서, 전자는 캐소드(310)와 애노드(320)간에서 가속되어 전자빔으로서 전자총(300)으로부터 방사된다. 이 전자총(300)으로부터 방사된 전자빔은 그 경로를 따라 설치된 콘덴서 렌즈(condenserlens: 350)에 의해 평행빔으로 되어 전자빔 정형수단(하전빔정형수단의 일예)을 형성하는 애퍼춰(400)에 입사된다. 이 애퍼춰(400)는 반사마스크 표면의 조사영역을 한정하기 위한 애퍼춰이고, 이 애퍼춰(400)를 통과한 전자빔은 면형상의 평행빔(450)으로 된다.
이 면형상의 평행빔(450)은 빔의 방사방향에 대해 수직한 방향으로 자장(magneticfield)을 발생시키는 편향기(500: 하전빔 편향수단)에 입사되고, 자장의 전자기력에 의해 그 경로가 90° 변환되어 반사마스크(200)의 방향으로 조사된다(도면의 실선)
여기서, 전자빔의 경로는 90° 변환되지만, 이에 한정되지 않고 다른 각도, 예컨대 120°또는 다른 적합한 각도이어도 좋다. 즉, 자장의 세기와 방향 및 자장이 형성되는 영역등을 변화시킴으로써 상기 각도를 변화시킬 수 있으므로, 이를 조절함으로써 전자빔의 경로를 조절하면 좋다.
경로가 변화된(즉, 편향된) 전자빔의 경로를 따라 전자기 렌즈(electronmgneticlens; 610)와 정전 렌즈전극(elctrostaticlens electrode: 620)이 설치되어 있는데, 이들에 의해 전자빔이 반사마스크(200)에 입사될 때의 초점 맞추기가 행해지게 된다. 또, 상기 변화된 전자빔의 경로를 따라 정전 옥투폴(electrostaticoctupole: 630)이 설치되어 있고, 그에 따라 전자빔은 반사마스크(200) 표면의 소망하는 위치에 입사된다. 여기서, 정전 렌즈 전극(620) 및 정전 옥투폴(630)은 복수개 설치되어 있는데, 이들은 반사마스크(200)의 표면 및 그 근처의 전계의 왜곡 및 편향수차(偏向收差)를 보정하기 위한 것이다. 또, 상기 정전 옥투폴(630)은 편향기와 왜곡 보정기 및 약식 보정기(abbreviationcorrector)로서 기능하게 된다. 또한, 반사마스크(200)는 지지대(260)에 설치되어 있고, 이 지지대(260)는 이동기구(270)에 의해 이동함으로써 반사마스크(200) 표면상의 조사위치의 제어가 행해진다.
상기 이동기구(270)에 의해 상기 반사마스크(200)가 전자빔으로부터 가로 변위와 세로 변위 및 비스듬한 변위로 이동하게 되는데, 이들 변위는 도시하지 않은 변위 검지기에 의해 검지되어 반사마스크상의 빔의 조사위치는 상기 정전 렌즈 전극(620)과 정전 옥투폴(630)에 의해 보정된다.
반사마스크(200)에 의해 반사된 전자빔은 점선으로 나타낸 경로를 경유해서 편향기(500)에 입사되고, 상기 반사마스크(200)에 의해 반사된 전자빔의 반사방향은 상기 편향기(500)에 의해 상기 평행빔(450)의 방사방향과 역방향으로 변경된다. 그에 따라, 전자빔은 참조부호 550으로 나타낸 바와 같이 된다.
따라서, 상기 전자빔(550)은 정형 애퍼춰(710)상에 전자빔의 초점을 맞추기 위한 렌즈(720)와 정형 애퍼춰(710)의 소망하는 부분에 전자빔을 위치시키는 편향기(730), 블랭킹 애퍼춰(blanking aperture: 740), 블랭킹 편향기(750), 정형된 전자빔의 단면적을 축소시키는 렌즈(760), 대물렌즈(770) 및 편향기(780)를 통과해서 시료(810)에 도달하게 된다.
시료(810)는 시료대(시료 설치부,800)상에 설치되어 있고, 이 시료대(800)는 이동기구(820)에 의해 이동된다. 그에 따라, 시료(810) 표면의 소망하는 위치에 전자빔이 조사된다.
여기서, 시료대(800)상의 840와 850 및 860은 각각 페러데이 컵(Faradaycup)과 빔 검출 마스크 및 빔검출기로서, 페러데이 컵(840)과 빔 검출 마스크(850) 및 빔 검출기(860)의 윗면이 시료대(800)에 설치된 시료(810)의 윗면과 동일한 평면내에 있도록 설치되어 있다. 또, 빔 검출 마스크(850)에 입사되어 산란된 전자빔이 산란빔 검출기(830)에 의해 검출된다.
여기서, 반사마스크(200)상에 여러 종류의 반사패턴이 배열되어 있다. 선택된 2종류의 패턴이 서로 근처에 있을 때에는 반사마스크(200) 표면의 전자빔의 조사 위치가 정전 옥투폴(630)에 의해 선택되고, 서로 떨어져 있을 때에는 반사마스크(200) 표면의 전자빔의 조사 위치가 지지대(260)와 정전 옥투폴(630)에 의해 선택된다. 따라서 반사마스크(200)에 의해 반사된 전자빔은 임의의 단면형상으로 정형될 수 있다.
또, 정형 애퍼춰(710)는 제1도에 도시된 종래의 제2의 애퍼춰(110)에 상당한다. 예컨대, 정형 애퍼춰(7l0)에 입사되는 전자빔(550)을 편향기(730)에 의해 편향시킴으로써, 빔의 치수 및 형사아을 변화시킬 수있다.
본 실시예에 의하면, 반사마스크(200) 표면의 반사패턴의 형상으로서 제3도에 나타낸 DRAM의 셀부의 패턴 형상을 선택함으로써, 종래의 애퍼춰에서의 노광시간과 비교해서 노광시간을 약 20배 단축시킬 수 있다.
또, 면형상의 평행빔을 이용하여 노광을 행하므로, 점주사방식(,点走査方式)의 노광이나 단면형상이 선형상(線形狀)인 빔에 의한 노광과 비교해서 대폭적으로 노광시간을 단축시킬 수 있다.
[제 2 실시예]
계속해서, 본 발명에 따른 반사마스크의 제2실시예 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
제8도(A)∼제8도(G)는 본 발명에 따른 반사마스크 제2실시예를 제조하는 방법을 나타낸 공정단면도로서, 그 중 제8도(G)는 이 방법에 의해 완성된 반사마스크이다.
제8도(G)에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 반사마스크는 마스크기판(Zl0)과 이 마스크기판(210)상에 형성된 실리콘산화막(240), 이 실리콘산화막(240)상에 형성된 폴리실리콘으로 이루어진 비반사패턴(230) 및 폴리실리콘으로 이루어진 반사패턴(220)으로 이루어져 있다. 이와 같은 구조는 비반사패턴(230)의 표면과 반사패턴(220)의 표면이 거의 동일한 평면내에 있다는 것 외에는 제1실시예의 구조와 동일하다.
본 실시예의 장치와 같이 비반사패턴(230)의 표면과 반사패턴(220)의 표면이 거의 동일한 평면내에 있으면, 제1실시예에서의 제5도(A)에 나타낸 반사패턴(220)의 외주부에서 반사된 하전빔의 방향이 산란되는것을 방지함으로써, 마스크패턴의 해상도의 열화를 억제할 수 있다.
이어, 상기 반사마스크를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
우선, 기판(210)상에 실리콘산화막(240)을 형성하고, 이실리콘산화막(240)상에 폴리실리콘산화막(230)을 형성한다. 이어, 이 폴리실리콘산화막(230)상에 레지스트 패턴(250)을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 해서 폴리실리콘산화막(230)을 등방성 에칭가공한다[제8도(A)] 여기서, 에칭 가공된 폴리실리콘산화막(230)은 비반사패턴(230)으로 된다.
다음으로, 상기 레지스트 패턴(250)을 제거한 후에 폴리실리콘산화막(230)을 마스크로 해서 실리콘산화막(240)을 이방성 에칭하여 기판(210)의 표면을 노출시키는 접속구멍(A)을 형성한다[제8도(B)].
또, 전면을 열산화한다[제8도(C)]. 이때, 기판(210)의 노출된 표면 및 폴리실리콘막(230)의 표면상에는 실리콘산화막(240A)이 형성되고, 폴리실리콘산화막(230)의 개구부의 모서리가 둥굴게 된다. 그에 따른 효과는 제1실시예의 효과와 동일하다.
계속해서, 제1실시예와 동일한 방법에 의해 폴리실리콘막(반사패턴; 220)을 형성한다[제8도(D)]. 이때, 상기 반사패턴(220)의 표면을 평탄화시키고, 또 이 표면을 상기 폴리실리콘산화막(비반사패턴: 230)의 윗면과 동일한 평면내에 있도록 하면 좋다.
이어서, 등방성 에칭에 의해 폴리실리콘막(230)상의 실리콘산화막(240) 및 반사대턴(220)의 외주부 바로 아래의 실리콘산화막(240)을 등방성 에칭에 의해 제거한다[제8도(E)] 여기서, 상기 외주부 바로 아래의 실리콘산화막(240)을 제거하는 이유 및 효과는 제1실시예와 동일하다.
다음으로, 기판(210)의 전면을 다시 열산화한다[제8도(F)] 이때, 반사패턴(220) 및 비반사패턴(230)상에 실리콘산화막(240B)이 형성됨과 더불어 제1실시예와 마찬가지로 반사패턴(220)의 외주부의 모서리가 둥굴게 되어 이 부분에서의 전계의 집중을 방지할 수 있다.
마지막으로, 등방성 에칭을 행해서 반사패턴(220)상의 실리콘산화막(240B)도 제거함과 더불어 반사패턴(220)의 외주부 바로 아래의 실리콘산화막(240B)도 제거한다[제8도(G)]. 이 처리에 의한 효과도 제1실시예와 동일하게 되어 이 부분에서의 차아지업등을 방지할 수 있다. 이상과 같이해서 본 발명에 따른 반사마스크의 제2실시예가 완성된다.
또, 본 실시예의 방법에서도 제8도(D)의 공정을 행한 후에 기판(210)의 전면을 열산화하고, 그후 제8도(G)의 공정을 행해도 제1실시예의 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[제 3 실시예]
계속해서, 본 발명에 따른 반사마스크르 사용한 하전빔 노광장치의 제2실시예를 전자빔 노광장치를 예로들어 상세히 설명한다.
제9도는 하전빔 노광장치의 제2실시예의 구성을 나타낸 개략도로, 제7도와 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
본 실시예의 장치가 제7도에 나타낸 장치와 다른 점은, 정형 애퍼춰(710)와 이 정형 애퍼춰(710)상에 초점을 맞추기 위한 렌즈(720) 및 정형 애퍼춰(710)의 소정의 위치에 빔을 위치시키기 위한 편향기(730)가 구비되어 있지 않다는 점이다.
계속해서, 본 실시예의 장치를 이용해서 노광을 행하는 방법에 대해 설명한다. 제l0도는 본 실시예에 따른 장치를 이용해서 노광하는 방법을 설명하기 위한 설명도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이 반사마스크(200)의 표면에는 1침의 패턴과 동일한 형상을 갖는 패턴(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 이 패턴은 격자형상으로 일정한 피치로 복수개의 요소로 분할되어 있다. 그리고, 이 방법에서는 광 스템퍼(opticalstepper)의 경우와 마찬가지로 반사마스크(200)상의 패턴의 이미지를 시료(810)의 표면에 전사한다.
또, 상기 피치는 시료(810)의 표면으로 입사되는 전자빔의 가속전압에 따라 변화한다 즉, 칩 패턴을 분할하는 피치는 백 산란 하전빔(backscatteredchargedbeam)의 분포 세기가 시료면에서 거의 일정하다고 보여지는 영역으로 분할된다. 예컨대, 20KV의 경우에 피치는 5μm이고, 50KV의 경우에 피치는 20μm∼30μm이다. 애퍼춰(400)의 치수도 시료 표면(810)상의 피치와 렌즈(770)의 축소비에 따라 결정된다. 따라서, 대응하는 각 분할 요소의 조사시간을 제어함으로써 근접 효과를 보정할 수 있게 된다. 이와 같이 해서 반사마스크(200)의 표면에 배열된 요소를 순차로 시료(810)의 표면으로 전사한다.
본 실시예의 하전빔 노광장치는, 제1실시예에 나타낸 하전빔 노광장치와 달리 신규한 패턴을 생성할 수 없지만, 노광시간을 비약적으로 단축시킬 수 있다. 예컨대, 20mm×20mm의 칩을 30μm×30μm의 요소로 분할한 경우에 감도가 5μC/cm2이고, 전류밀도가 0.5A/cm2인 조건으로도 1칩의 노광시간을 5초 이하로 할수 있다. 이것은 종래의 장치의 노광시간과 비교해서 1/200 이하이다. 또, 패턴 데이터 처리가 거의 불필요하므로, 종래의 장치와 비교해서 간단해진다고 하는 이점도 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않고, 예컨대 반사마스크의 표면을 더 작은 화소(pixel)로 분할하고 각 화소에 독립적으로 전압을 인가함으로써 임의의 단면형상을 갖는 반사 전자빔을 발생시킬 수 있고, 그에 따라 노광의 효율화를 도모할 수 있다.
제11도(A) 및 제11도(B)는 상술한 방법을 설명하는 설명도이다. 제11도(A)에 나타낸 바와 같이 다수의 원형의 패턴요소가 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 동도면에서 사선으로 나타낸 패턴요소가 반사패턴을 형성하도록 전압을 인가하고, 그에 따라 형성되는 반사 하전빔상을 시료의 표면상에 축소 투영시킴으로써, 임의의 형상을 갖는 패턴의 노광을 행할 수 있게 된다.
또, 하전빔은 전자빔에 한정되지 않고, 다른 빔 예컨대 이온빔을 이용할 수도 있다. 이 경우, 이온원(ionsource)으로부터 방사되는 빔을 매스필터(massfilter)에 통과시킴으로써, 조사하고자 하는 이온빔의 선택을 행한다. 또한, 전자기 렌즈 대신에 정전 렌즈 전극을 사용할 수도 있다.
더욱이, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러가지로 변형해서 실시할 수 있다.
한편, 본원 청구범위의 각 구성요건에 병기한 도면참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시된 실시예에 한정할 의도로 병기한 것은 아니다.
(발명의 효과)
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반사마스크에 의하면, 하전빔을 임의의 형상으로 조정할 수 있다. 또, 본 발명에 따른 하전빔 노광장치에 의하면, 시료에 대한 노광시간을 종래의 노광시간과 비교해서 대폭적으로 단축시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 제1부분과 제2부분으로 이루어진 표면을 갖춘 기판(210)과, 상기 기판(210)의 표면중 제1부분상에 형성된 반사패턴(220), 상기 반사패턴(220)에 조사된 하전빔을 반사시키기에 충분한 전압을 인가하는 제1의 전압인가수단(203), 상기 기판(210)의 표면중 제2부분상에 형성된 비반사패턴(230) 및, 하전빔을 상기비반사패턴(230)상에 입사시키기에 충분한 전압을 상기 비반사패턴(230)에 인가하는 제2의 전압인가수단(204)을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반사마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사패턴(220)과 상기 비반사패턴(230)은 상기 하전빔의 조사방향에 수직한 동일 평면상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반사마스크.
  3. 하전빔을 방사하는 하전빔 방사수단(300)과, 상기 하전빔 방사수단(300)으로부터 방사된 하전빔을 소정의 단면형상으로 정형하는 하전빔 정형수단(400), 제1부분과 제2부분으로 이루어진 표면을 갖춘 기판(210)과 이 기판(2l0)의 표면중 제1부분상에 형성된 반사패턴(220), 상기 반사패턴(220)에 조사된 하전빔을 반사시키기에 충분한 전압을 인가하는 제1의 전압인가수단(203), 상기 기판(210)의 표면중 제2부분상에 형성된 비반사패턴(230) 및 하전빔을 상기 비반사패턴(230)상에 입사시키기에 충분한 전압을 상기 비반사패턴(230)에 인가하는 제2의 전압인가수단(204)을 구비하고서 상기 하전빔 정형수단(400)에 의해 정형된 상기 하전빔으로 조사되는 반사마스크(200) 및, 상기 반사패턴(220)에 의해 반사된 상기 하전빔에 의해 노광되는 시료가 설치되는 시료 설치부(800)를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하전빔 노광장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하전빔 정형수단(400)과 상기 시로 설치부(800)간에 설치되어 상기 하전빔을 편향시키는 하전빔 편향수단(500)과, 상기 하전빔 편향수단(500)과 상기 반사마스크(200)간에 설치된 복수개의 전자기 렌즈(610), 상기 하전빔 편향수단(500)과 상기 반사마스크(200)간에 설치된 복수개의 정전렌즈전극(620) 및, 상기 하전빔 평향수단(500)과 상기 반사마스크(200)간에 설치된 복수개의 옥투폴(630)을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하전빔 노광장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하전빔 편향수단(500)은 상기 하전빔의 조사방향을 90° 변화시키는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 하전빔 노광장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 하전빔의 방사방향에 수직한 평면상에서 상기 반사마스크(200)를 이동시키는 이동기구(270)를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하전빔 노광장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반사마스크(200)와, 상기 정전 렌즈 전극(620)과 상기 정전 옥투폴(630)을 갖춘 빔 보정수단을 이동시키는 이동수단을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하전빔 노광장치.
  8. 하전빔을 방사하는 하전빔 방사수단(300)과, 상기 하전빔 방사수단(300)으로부터 방사된 하전빔을 소정의 단면형상으로 정형하는 하전빔 정형수단(400), 상기 하전빔 정형수단(400)에 의해 상기 정형된 하전빔의 경로에 설치되어 상기 하전빔을 편향시키는 하전빔 편향수단(500), 상기 하전빔이 수직하게 입사되고 제입사되도록 상기 소정의 단면형상을 갖는 하전빔을 반사시키는 반사마스크(200) 및, 상기 하전빔 편향수단(500)에 재입사되어 상기 하전빔 편향수단(500)에 의해 편향된 상기 하전빔이 입사되는 시료가 설치되는 시료 설치부(800)를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 하전빔 노광장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 하전빔 편향수단(500)은 상기 하전빔의 조사방향을 90°변화시키는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 하전빔 노광장치.
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