KR100914299B1 - 전자빔 노광 장비 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 형성된 레지스트(resist)층에 노광을 위한 전자빔(e-beam)을 제공하는 전자총, 전자총에서 발생된 전자빔의 경로를 유도하는 전자빔 컬럼(column)부, 및 레지스트층 상에 전자빔 컬럼부로부터 출사되는 전자빔의 경로 주위에 도입되어 레지스트층의 표면으로부터 방출되는 산란 전자들을 흡수하는 전자 수집부를 포함하는 전자빔 노광 장비를 제시한다.
전자빔 노광, 포깅 효과, 산란 전자, 레지스트

Description

전자빔 노광 장비{E-beam exposure apparatus}
본 발명은 반도체 소자 제조에 관한 것으로, 특히, 레지스트(resist)에 전자빔을 조사하여 묘화하는 전자빔(E-beam) 노광 장비에 관한 것이다.
반도체 소자를 웨이퍼(wafer) 상에 구현하기 위해 리소그래피(lithography) 과정이 수행되고 있다. 리소그래피 과정은 먼저 반도체 소자를 이루는 회로 패턴의 레이아웃(layout)을 설계하고, 설계한 패턴 레이아웃을 따른 마스크 패턴(mask pattern)을 투명한 석영 기판 상에 형성하여 포토마스크를 제작하는 과정을 수행한다. 이후에, 포토마스크를 이용한 노광 과정을 노광 장비를 이용하여 웨이퍼 상의 포토레지스트(photoresist)층에 대해 수행함으로써, 설계된 레이아웃을 따르는 포토레지스트 패턴을 웨이퍼 상에 구현한다. 이러한 포토레지스트 패턴을 이용한 선택적 식각 과정을 수행하여 웨이퍼 상에 회로 패턴을 실제 형성하고 있다.
포토마스크를 제조하는 과정에 설계된 패턴 레이아웃을 마스크 패턴에 패턴 전사하기 위해서, 전자빔 노광 장비를 이용한 레지스트 묘화 또는 노광 과정이 수행되고 있다. 예컨대, 투명한 석영 기판 상에 마스크층으로 크롬(Cr)층 또는 몰리 브데늄 합금(Mo alloy)층을 형성하고, 마스크층 상에 레지스트층을 도포한 후 전자빔 노광 장비를 이용하여 전자빔 스캔(scan)함으로써 레지스트층에 선택적 노광을 수행하고 있다.
전자빔 노광된 레지스트층을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴을 이용한 선택적 식각 과정을 수행하여 마스크 패턴을 형성한다. 따라서, 마스크 패턴의 선폭(CD: Critical Dimension) 균일도(uniformity)는 식각 마스크로 이용되는 레지스트 패턴의 선폭 균일도에 의존하게 된다. 레지스트 패턴의 선폭 균일도는 실질적으로 전자빔 노광될 때의 노광 정확성 또는 전자빔 노광 장비의 노광 정밀도에 크게 의존한다.
레지스트 패턴의 선폭 균일도에 영향을 미치는 요소 중의 하나로 마그네틱 렌즈(magnetic lens) 및 빔 슬롯(slot)들을 포함하여 구성되는 전자빔 컬럼부(column part) 하단에서의 전자의 스캐터링(scattering)에 의한 포깅 효과(fogging effect)를 고려할 수 있다. 레지스트층 표면에 입사되는 전자빔은 표면에서 튕겨져 나오는 전자들, 예컨대, 포워드 스캐터링 전자(forward scattering electron)들을 유발할 수 있다.
전자빔 노광 장비에서 조사되는 전자빔은 일정한 가속 전압으로 가속된 상태이므로, 열린 비율(open ratio)이 높은 지역, 즉, 실질적으로 노광될 영역이 넓은 부분에서는 레지스트층 표면에서 튕겨 나가는 전자들이 상대적으로 많이 발생된다. 이러한 전자들은 레지스트층 상에서 산란되고 다시 레지스트층으로 유입될 수 있다. 이에 따라, 레지스트층에 노광되는 영역이 정밀하게 제거되지 못할 수 있어, 패턴의 크기가 상대적으로 커지는 과도 선폭(over CD)가 유발될 수 있다.
이러한 포깅 효과가 유발될 경우 레지스트 패턴의 선폭 균일도가 저하되고, 이에 따라, 레지스트 패턴의 선폭을 따라 식각되는 마스크 패턴의 선폭 균일도 또한 저하될 수 있다. 이러한 마스크 패턴의 선폭 균일도 저하는 결국 웨이퍼 상에 패턴 전사되어 형성되는 웨이퍼 패턴의 선폭 균일도를 유발하므로, 전자빔 노광 시 포깅 효과를 억제시킬 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 레지스트층 상에서 반사 및 산란된 전자들을 소거하여, 이러한 산란된 전자에 의한 포깅 효과를 억제하고, 포토마스크 제조 시 마스크 패턴의 선폭 균일도를 개선할 수 있는 전자빔 노광 장비를 제시하고자 한다.
본 발명의 일 관점은, 기판 상에 형성된 레지스트(resist)층에 노광을 위한 전자빔(e-beam)을 제공하는 전자총; 상기 전자총에서 발생된 전자빔의 경로를 유도하는 전자빔 컬럼(column)부; 및 상기 레지스트층 상에 상기 전자빔 컬럼부로부터 출사되는 상기 전자빔의 경로 주위에 도입되어 상기 레지스트층의 표면으로부터 방출되는 산란 전자들을 흡수하는 전자 수집부를 포함하는 전자빔 노광 장비를 제시한다.
상기 전자 수집부는 상기 레지스트층 표면에 대해 대향하는 대향면을 가지는 플레이트(plate) 몸체; 상기 대향면에 다수 개 형성되어 상기 산란 전자들이 유입되는 전자 유도 홀들; 및 상기 전자 유도 홀들에 연결되고 상기 홀 내로 유입된 상기 산란 전자들의 운동 에너지가 소모되게 상기 플레이트 몸체 내부로 상기 전자들이 더 유입되게 유도하여 상기 전자들을 수집하는 흡수 터널(tunnel)을 포함할 수 있다.
상기 플레이트 몸체는 상기 산란 전자들이 상기 홀에 유입되게 상기 대향면 이 상기 레지스트층에 대해 일정한 각도를 가지게 비스듬히 기울어져 도입될 수 있다.
본 발명의 실시예는 레지스트층 상에서 반사 및 산란된 전자들을 소거하여, 이러한 산란된 전자에 의한 포깅 효과를 억제하고, 포토마스크 제조 시 마스크 패턴의 선폭 균일도를 개선할 수 있는 전자빔 노광 장비를 제시할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 일정한 가속전압으로 투명한 기판 상의 레지스트층에 입사되는 전자빔에 의해 발생되는 산란 전자들, 즉, 레지스트층 표면에서 튕겨져 나오는 포워드 산란 전자(forward-scattered electron)들을 수집하는 전자 수집부를 전자빔의 입사 경로 주위에 도입한다. 전자빔의 조사될 영역이 상대적으로 넓은 지역에서 가속된 전자들로 구성되는 전자빔의 입사는 레지스트층의 표면으로부터 튕겨져 나오는 산란 전자들을 유발하게 된다. 이러한 산란 전자들은 레지스트 패턴의 크기가 설계된 정도보다 커지게 유도하여 과다 선폭을 유발하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 전자 수집부를 레지스트층 상에 도입하고, 또한, 전자빔 경로에 전자 수집부가 위치하게 하여, 산란된 전자들이 레지스트층 내로 재유입되지 못하게 수집한다.
이러한 전자 수집부는 전자빔이 조사되는 전자빔 컬럼부의 최하단, 즉, 대물 렌즈(objective lens)의 하단에 위치하게 도입된다. 전자 수집부는 튕겨져 나오는 전자들을 흡수하도록, 전자의 방향을 틀어주어 전자의 운동에너지를 소비하게 함으 로써 필요없는 포워드 산란 전자들이 소멸되게 플레이트(plate) 형상으로 구성된다. 이러한 전자 수집부는 기판 상의 레지스트층 표면에 대향되는 플레이트 형상의 몸체를 가지고, 대향하는 면에 다수의 홀을 구비하여, 이러한 홀 내로 산란된 전자들이 유입되게 유도한다. 홀 내로 유입된 산란 전자는 홀에 연결된 흡수 터널(tunnel)이나 홀의 내벽 등에 산란되며 운동 에너지를 소모하게 되고, 운동 에너지가 소모된 전자들은 전자 수집부 내에서 소멸되게 된다. 이러한 전자 수집부는 수집된 전자들에 의한 대전 현상을 억제하기 위해서 접지(ground)된 상태로 유지될 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 노광 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 노광 장비는, 전자빔(101)을 조사하기 위한 전자총(100)을 포함하여 구성되고, 발생된 전자빔(101)의 크기 및 경로, 가속 정도를 조절하기 위한 마그네트(magnet) 렌즈(lens)들을 포함하여 구성되는 전자빔 컬럼(column)부(200)를 구비한다. 전자빔 컬럼부(200)는 다수의 렌즈들 및 빔 슬롯(slot)을 구비하여 전자빔의 크기 및 경로를 조절 및 제어하게 구성된다. 대물 렌즈(objective lens: 201) 및 하단의 출사 빔 슬롯(203)을 따라 출사되는 전자빔(101)은 전자빔 컬럼부(200) 하단의 마스크 스테이지(mask stage) 상에 장착된 기판(300) 상에 입사된다.
투명한 기판(300) 상에 형성된 전자빔 노광될 레지스트층(301) 상에 전자빔(101)이 입사되고, 입사된 전자빔(101)의 전자들이 레지스트층(301) 내로 전파되 어 레지스트를 노광하게 된다. 이때, 전자빔(101)은 가속 전압에 의해 가속된 상태로 레지스트층(301) 표면에 입사되므로, 표면에서 일부 전자들은 반사 산란되어 외부로 방출된다. 이러한 포워드 산란 전자(103)들은 레지스트층(301) 상에 위치하는 빔 슬롯(203)의 몸체 등에 부딪혀 다시 산란될 수 있으며, 이에 따라, 레지스트층(301) 내로 다시 입사되어 레지스트 선폭이 과다하게 커지는 현상, 즉, 포깅 효과를 유도할 수 있다.
이러한 산란 전자(103)에 의한 포깅 효과를 억제하기 위해, 산란 전자(103)를 수집하여 산란 전자(103)들이 레지스트층(301) 내로 다시 유입되는 것을 방지하는 전자 수집부(400)를 레지스트층(301) 상에 도입한다. 전자 수집부(400)는 전자빔 컬럼부(200)로부터 출사되는 전자빔(101)의 경로 주위에 도입된다. 즉, 전자빔 컬럼부(200)의 하단에, 기판(300) 상과 일정 거리가 이격된 위치에 도입된다. 이때, 전자 수집부(400)는 산란 전자(103)들이 진행하는 방향 쪽에 위치하게 그 위치가 조절된다.
전자 수집부(400)는 산란된 전자(103)들이 수집되게, 도 2에 제시된 바와 같이, 레지스트층(301) 표면에 대해 대향하는 대향면을 가지는 플레이트(plate) 몸체(401)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 플레이트 몸체(401)의 대향면에는 산란 전자(103)들이 유입되게 비스듬히 입구를 열고 있는 전자 유도 홀(hole: 403)이 다수 개 형성된다. 전자 유도 홀(403)들에는 전자들이 실질적으로 흡수되는 흡수 터널(tunnel: 405)이 연결된다. 전자 유도 홀(403) 내로 유입된 산란 전자(105)들은 홀(403) 내벽에 부딪히며 그 운동 에너지가 소모되고, 이러한 과정으로 흡수 터 널(405)에까지 유입되게 된다.
흡수 터널(405)은 전자 유도 홀(403)과 연장되는 방향이 일정 각도, 예컨대, 직각을 가지게 연장되므로, 흡수 터널(405)에 도달한 산란 전자(105)는 터널(405) 벽면에 부딪히는 과정을 반복하여 운동 에너지를 잃게 된다. 따라서, 운동 에너지가 소모된 산란 전자(105)들은 터널(405) 내벽으로 흡수되어 소멸되게 된다. 이때, 산란 전자(105)의 흡수에 의해 플레이트 몸체(401)가 대전되는 것을 억제하기 위해서, 플레이트 몸체(401)는 접지될 수 있다. 한편, 플레이트 몸체(401)는 레지스트층(301) 표면에서 산란 방출된 산란 전자(103)들이 홀(403)에 보다 용이하게 유입되도록 유도하기 위해서, 홀(403)의 입구가 이러한 산란 전자(103)들의 진행 방향에 대응되는 방향을 향하게, 대향면이 레지스트층(301)의 표면에 대해 일정한 각도(α)를 가지게 비스듬히 기울어져 도입될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 레지스트층(301) 표면에서 방출 산란된 산란 전자(103)들이 다시 레지스트층(301)으로 산란 흡수되는 것을 억제하기 위해서, 레지스트층(301) 상에 산란 전자(103)를 흡수하여 소멸시키는 전자 수집부(400)를 도입한다. 이에 따라, 레지스트층(301) 내로 산란 전자(103)들이 재흡수되는 것을 억제할 수 있어, 레지스트층(301)의 노광 범위가 보다 정밀하게 제어되도록 유도할 수 있다. 즉, 포깅 효과를 억제하여 레지스트 패턴의 선폭 균일도가 개선되도록 유도할 수 있다. 따라서, 마스크 패턴의 선폭 균일도가 개선된 포토마스크의 제작이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 노광 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 노광 장비의 전자 수집부를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

Claims (3)

  1. 기판 상에 형성된 레지스트(resist)층에 노광을 위한 전자빔(e-beam)을 제공하는 전자총;
    상기 전자총에서 발생된 전자빔의 경로를 유도하는 전자빔 컬럼(column)부; 및
    상기 레지스트층 상에 상기 전자빔 컬럼부로부터 출사되는 상기 전자빔의 경로 주위에 상기 레지스트층 표면에 대해 대향하는 대향면을 가지게 도입되는 플레이트(plate) 몸체,
    상기 대향면에 다수 개 형성되어 상기 레지스트층의 표면으로부터 방출되는 산란 전자들을 유입되는 전자 유도 홀들, 및
    상기 전자 유도 홀들에 연결되고 상기 홀 내로 유입된 상기 산란 전자들의 운동 에너지가 소모되게 상기 플레이트 몸체 내부로 상기 전자들이 더 유입되게 유도하여 상기 전자들을 수집하는 흡수 터널(tunnel)을 포함하는 전자 수집부를 포함하는 전자빔 노광 장비.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트 몸체는 상기 산란 전자들이 상기 홀에 유입되게 상기 대향면이 상기 레지스트층에 대해 일정한 각도를 가지게 비스듬히 기울어져 도입되는 전자빔 노광 장비.
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