KR20030018066A - 전자선노광용 마스크 및 그것을 이용한 전자선노광방법 - Google Patents
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Abstract
교환횟수를 줄여서 노광시간을 단축하는 전자선노광용 마스크이다.
전자선노광용 마스크(10)가, 1 또는 2종류 이상의 노광영역, 예를 들면 홀층 노광영역(A), 배선층 노광영역(B), 게이트층 노광영역(C)의 3종의 노광영역을 각각 2개이상 가지도록 구성하였다.
이것에 의해 각 노광영역을 이용한 노광을 할 때는, 노광영역을 소정의 노광위치에 이동시키면 좋고, 전자선노광용 마스크(10)를 전자선 노광장치 외로 꺼내서 교환할 필요가 없게 된다. 또한, 노광영역이 1종류에 대하여 2개이상 형성되어 있으므로, 사용하고 있는 노광영역이 오염된 경우에 대용할 수 있고, 전자선노광용 마스크(10)의 세정횟수가 줄고, 교환횟수를 줄일 수 있다. 따라서, 리소그래피공정에서의 노광시간을 단축할 수 있다.
Description
현재, 반도체패턴을 웨이퍼에 형성하는 리소그래피기술에 있어서는, 소위 포토마스크로 불리는 설계패턴의 원판을, 빛을 이용하여 웨이퍼에 축소노광하는 방식이 주류로 되어 있다. 축소노광할 때의 축소율은 1/5 혹은 1/4이고, 노광에는 i선(파장 365nm)나 DeepUV광(파장 248nm, 193nm)이 채용되고 있다. 노광에는 장래적으로 157nm라는 노광파장도 채용된다고 예상되고 있다. 그러나, 반도체소자의 사이즈는, 이와 같은 광리소그래피의 진전을 상회하는 스피드로 축소하고 있고, 새로운 리소그래피기술의 실용화가 요망되고 있다.
근래, 보다 고해상도의 리소그래피기술로서, EPL(Electron beam projection lithography)나 LEEPL(Low energy electron beam proximity projection lithography) 등의 전자선 노광장치를 이용한 전자선 투영노광기술이 개발되기 시작하고 있다. EPL은 설계패턴에 대하여 4배의 크기의 전자선노광용 마스크를 이용하고, 100kV라는 높은 가속전압으로 노광한다. 한편, LEEPL은 전자선노광용 마스크가 설계패턴과 등배이고, 가속전압은 2kV정도로 낮다.
이와 같은 전자선투영노광에서는, 전자선노광용 마스크로서, 웨이퍼에 전사해야 할 노광패턴이, 전자선노광용 마스크기판에 개구되어 형성된 스텐실마스크가 이용되고 있다.
도 4a 내지 도 4c는 전사패턴과 그것을 형성하기 위한 전자선노광용 마스크의 예를 나타내는 평면도이고, 도 4a는 전사패턴, 도 4b 및 도 4c는 상보마스크를 나타내는 도면이다.
전자선투영노광에 의해, 도 4a에 나타내는 바와 같은 도넛패턴(100)을 웨이퍼에 전사해야 할 경우에는, 이 도넛패턴(100)과 동형의 개구부를 가지는 스텐실마스크에서는, 중앙의 도트패턴(100a)을 스텐실마스크 내에서 유지할 수 없다. 따라서, 도 4b 및 도 4c에 나타내는 바와 같이, 서로 상보관계에 있는 2장의 상보마스크(101, 102)로 분할하고, 각각의 상보마스크(101, 102)를 이용하여 노광을 행하고, 웨이퍼에 도넛패턴(100)을 형성할 필요가 발생한다.
그런데, 반도체 제조과정에서는, 반도체소자를 형성하는 각층을 성막하고, 리소그래피에 의해 레지스트패턴을 형성하여 에칭을 행한다는 기본 프로세스가 있다. 이 리소그래피공정에 있어서는, 예를 들면, 소자분리층용의 전자선노광용 마스크에는 소자분리층을 형성하기 위한 노광패턴이 형성된 노광영역만, 혹은 게이트층용의 전자선노광용 마스크에는 게이트층을 형성하기 위한 노광패턴이 형성된 노광영역만, 과 같이 1장의 전자선노광용 마스크에 웨이퍼제조의 개별공정에 있어서의 단일층 형성을 위한 노광영역밖에 형성되어 있지 않았다.
도 5는 리소그래피공정에서 이용하는 종래의 전자선노광용 마스크의 예를 나타내는 평면도이다.
전자선노광용 마스크(200)에는, 그 노광영역(201) 내에 노광패턴(201a, 201b, 201c, 201d)이 형성되어 있다. 이 4개의 노광패턴(201a, 201b, 201c, 201d)의 패턴형상은 다른 경우도 있지만, 그 경우라도 전부 동일한 층을 형성하기 위한 노광패턴으로 되어 있다.
즉, 종래는 리소그래피공정에 있어서, 웨이퍼제조의 개별공정에 있어서의 각층 형성마다, 그 층을 형성하기 위한 노광패턴이 형성되어 있는 노광영역을 가지는 전자선노광용 마스크로 교환할 필요가 있었다.
그러나, 현재의 전자선노광장치에서는, 광노광의 경우와 달라서, 노광분위기가 진공이기 때문에 전자선노광용 마스크의 교환에 시간이 걸린다는 문제점이 있었다.
전자선노광장치의 경우의 노광시간은, 전자선 조사시간, 전자선빔 조정시간, 얼라인먼트시간, 전자선노광용 마스크 반송시간, 웨이퍼 반송시간 등, 종래 널리 이용되어온 광노광장치에 비해서 시간이 걸리고, 스루풋이 낮다. 특히, 소량 다품종장치의 제조에 있어서는 노광해야 할 웨이퍼 장수가 적고, 각층의 형성에 따라서 빈번히 전자선노광용 마스크를 교환할 필요가 있으므로, 전자선노광용 마스크의 교환이나, 전자선노광용 마스크의 세트 후의 위치측정 등에 의해 노광시간이 길어지고, 리소그래피공정의 스루풋 저하의 큰 원인으로 되고 있었다.
전자선노광용 마스크로서 상보마스크를 이용하는 경우에 대해서도, 웨이퍼에 노광패턴을 전사해야 할 때, 상보관계에 있는 노광패턴이 각각 형성되어 있는 전자선노광용 마스크를 2장 이용하므로, 상보패턴의 형성에 전자선노광용 마스크의 교환이 필요하게 되고, 노광시간이 쓸데없이 걸리게 된다.
또 전자선노광용 마스크는, 포토마스크처럼 페리클을 이용할 수 없다. 그때문에 전자선노광용 마스크의 오염이나 이물의 부착에 의해 수명이 짧아질 가능성이 있고, 전자선노광용 마스크를 빈번히 세정할 필요가 있다. 따라서, 전자선노광용 마스크를 세정할 경우에도, 전자선노광용 마스크의 교환이 필요하게 되고, 노광시간이 쓸데없이 걸리게 된다.
본 발명은, 이와 같은 점을 감안하여 이루어진 것이고, 교환횟수를 감소시켜서 노광시간을 단축하는 전자선노광용 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 전자선노광용 마스크에 관하여, 특히 웨이퍼에 전사해야할 노광패턴이 형성된 노광영역이 1장에 복수 형성되어 있는 전자선노광용 마스크에 관한 것이다.
도 1은 제 1실시형태에 관계되는 전자선노광용 마스크의 평면도이다.
도 2는 제 2실시형태에 관계되는 전자선노광용 마스크의 평면도이다.
도 3은 제 3실시형태에 관계되는 전자선노광용 마스크의 평면도이다.
도 4a 내지 도 4c는, 전사패턴과 그것을 형성하기 위한 전자선노광용 마스크의 예를 나타내는 평면도이고, 도 4a는 전사패턴, 도 4b 및 도 4c는 상보마스크를 나타내는 도면이다.
도 5는 리소그래피공정에서 이용하는 종래의 전자선노광용 마스크의 예를 나타내는 평면도이다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역을 가지는 전자선노광용 마스크이며, 1 또는 2종류 이상의 노광영역을 각각 2개이상 가지는 것을 특징으로 하는 전자선노광용 마스크가 제공된다.
상기 구성에 의하면, 전자선노광용 마스크가 1 또는 2종류 이상의 노광영역을 각각 2개이상 가지므로 각 노광영역을 이용한 노광시에는, 노광영역을 소정의 노광위치에 이동시키면 좋고, 전자선노광용 마스크를 전자선노광장치 외로 꺼내서 교환할 필요가 없어진다. 또, 1종류의 노광영역을 2개이상 가지므로, 사용하고 있는 노광영역이 오염된 경우에 대용할 수 있고, 전자선노광용 마스크의 세정횟수가 감소한다.
또 본 발명에 의하면, 웨이퍼에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역을 가지는 전자선노광용 마스크이며, 하나의 노광패턴이 형성된 하나의 노광영역과, 다른 노광패턴이 형성된 다른 노광영역을 가지는 것을 특징으로 하는 전자선노광용 마스크가 제공된다.
상기 구성에 의하면, 전자선노광용 마스크가 하나의 노광영역과 다른 노광영역을 가지므로, 전자선노광용 마스크를 전자선노광장치 외로 꺼내지 않고, 다른 노광패턴, 예를 들면, 하나의 노광패턴과 다른 노광패턴이 상보관계에 있는 상보패턴 등을 노광할 수 있고, 전자선노광용 마스크의 교환횟수가 감소한다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 제 1실시형태에 관계되는 전자선노광용 마스크의 평면도이다.
전자선노광용 마스크(10)에는, 웨이퍼에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역, 예를 들면, 반도체 제조과정의 홀층에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역인 홀층노광영역(A), 배선층에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역인 배선층 노광영역(B) 및 게이트층에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역인 게이트층 노광영역(C)의 3종류의 노광영역이 형성되어 있다. 이들 각 노광영역은, 1장의 전자선노광용 마스크(10)에, 각각 3개씩 형성되어서, 합계 9개의 노광영역이 형성되어 있다.
상기의 구성의 전자선노광용 마스크(10)를 이용하여 전자선노광을 할 경우, 통상은 홀층노광영역(A), 배선층 노광영역(B) 및 게이트층 노광영역(C)의 3개의 노광영역을 사용한다. 나머지의 2개씩의 노광영역은, 사용하고 있는 노광영역이 오염되었을 때에 교환할 예비마스크로서 이용한다.
여기서, 예를 들면 10장의 노광용 웨이퍼 중, 1장째부터 3장째에는 홀층에 전사해야 할 노광패턴을 노광하고, 4장째부터 6장째에는 배선층에 전사해야 할 노광패턴을 노광하고, 7장째부터 10장째에는 게이트층에 전사해야 할 노광패턴을 노광하는 경우에 대하여 설명한다.
이 경우, 본 형태의 전자선노광용 마스크(10)에 의하면, 홀층으로의 노광 후에 배선층으로의 노광전 및 배선층으로의 노광 후에 게이트층으로의 노광전에, 각각 마스크를 교환하고나서 노광하는 종래의 방법과는 다르며, 전자선노광용 마스크(10)를 교환시키지 않고, 웨이퍼를 연속적으로 노광하는 것이 가능하다.본 형태의 전자선노광용 마스크(10)를 이용할 경우, 우선 10장의 노광용 웨이퍼 중 3장째까지의 웨이퍼는 홀층 노광영역(A)을 이용하여 노광한다. 이어서, 전자선노광용 마스크(10)가 고정되어 있는 마스크스테이지를 이동시켜, 홀층 노광영역(A)과 배선층 노광영역(B)과의 위치를 바꿔서, 이 배선층 노광영역(B)을 이용하여 4장째부터 6장째까지의 웨이퍼를 노광한다. 게이트층 노광영역(C)에 대해서도 동일하게, 전자선노광용 마스크(10)가 고정되어 있는 마스크스테이지를 이동시켜, 배선층 노광영역(B)과 게이트층 노광영역(C)과의 위치를 바꿔서, 배선층 노광영역(B)과 게이트층 노광영역(C)과의 위치를 바꿔서, 이 게이트층 노광영역(C)을 이용하여 7장째부터 10장째의 웨이퍼를 노광한다.
이와 같이, 본 형태의 전자선노광용 마스크(10)에 의하면, 복수 종류의 층을 노광할 경우, 교환하는 것은 웨이퍼만이고, 전자선노광용 마스크(10)는, 각 층의 노광에 따라서 각 노광영역의 이동은 하지만, 전자선노광장치 외로 꺼내서 다른것과 교환할 필요가 없다. 따라서, 노광시간을 단축할 수 있다.
또한, 상기의 설명에서 이용한 홀층, 배선층 및 게이트층은 단순한 예이며, 전자선노광용 마스크(10)에 형성하는 노광영역으로서는, 당연, 이들 이외의 층의 노광패턴이 형성된 노광영역이라도 좋다. 또 전자선노광용 마스크(10)에 형성되는 노광영역의 노광패턴은 홀층용, 배선층용 및 게이트층용과 같이 복수 종류이라도 좋고, 홀층용만, 혹은 배선층용만이라는 단일 종류이라도 좋다. 또한 상기의 설명에서는, 각 노광영역에 대하여 예비마스크를 2개로 했으나, 개수는 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 제 2실시형태에 관계되는 전자선노광용 마스크의 평면도이다.
전자선노광용 마스크(20)에는 웨이퍼에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역, 예를 들면, 반도체 제조공정의 홀층에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역인 홀층 노광영역(A1, A2, A3), 배선층에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역인 배선층 노광영역(B1, B2, B3) 및 게이트층에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역인 게이트층 노광영역(C1, C2, C3)의 합계 9개의 노광영역이 형성되어 있다. 여기서, 홀층 노광영역(A1, A2, A3)에는 서로 동형의 노광패턴인 동형 노광패턴이 형성되어 있다. 동일하게, 배선층 노광영역(B1, B2, B3)에는 동형 노광패턴이 형성되어 있고, 게이트층 노광영역(C1, C2, C3)에는 동형 노광패턴이 형성되어 있다.
상기의 구성의 전자선노광용 마스크(20)를 이용하여 행하는 전자선노광에 대하여, 2중노광에 의해 전사패턴을 형성하는 경우를 예로서 설명한다.
우선, 홀층에 전사해야 할 노광패턴을 노광하는 경우, 홀층 노광영역(A1)을 이용하여, 전사패턴의 형성에 필요한 총노광량의 1/2의 노광량으로 노광한다. 이어서, 전자선노광용 마스크(20)가 고정되어 있는 마스크스테이지를 이동시켜, 홀층 노광영역(A2)을 그때까지 홀층 노광영역(A1)이 배치되어 있던 홀층의 노광위치로 이동한다. 이 홀층 노광영역(A2)을 이용하여, 전사패턴의 형성에 필요한 총노광량의 1/2인 노광량으로 노광한다.
계속하여 배선층에 전사해야 할 노광패턴을 노광할 경우, 배선층 노광영역(B1)을 이용하여, 전사패턴의 형성에 필요한 총노광량의 1/2의 노광량으로노광하고, 마스크스테이지를 이동시켜, 배선층 노광영역(B2)을 이용하여, 전사패턴의 형성에 필요한 총노광량의 1/2의 노광량으로 노광한다.
게이트층에 전사해야 할 노광패턴을 노광하는 경우도 동일하게, 게이트층 노광영역(C2)을 이용하여, 전사패턴의 형성에 필요한 총노광량의 1/2의 노광량으로 노광하고, 마스크스테이지를 이동시켜, 게이트층 노광영역(C2)을 이용하여, 전사패턴의 형성에 필요한 총노광량의 1/2의 노광량으로 노광한다.
이와 같이 2중노광하는 경우에는, 홀층 노광영역(A3), 배선층 노광영역(B3), 게이트층 노광영역(C3)은, 각각 사용하고 있는 노광영역이 오염되었을 때에 교환할 예비마스크로서 이용한다.
또, 본 형태의 전자선노광용 마스크(20)를 이용하여 3중 노광하는 경우에는, 홀층 노광영역(A1, A2, A3)을 각각 전사패턴의 형성에 필요한 총노광량의 1/3의 노광량으로 각각 노광한다. 배선층 노광영역(B1,B2, B3) 및 게이트층 노광영역(C1, C2, C3)에 대해서도 동일하게, 총노광량의 1/3의 노광량으로 각각 노광한다.
이와 같이 전사패턴을 전자선노광용 마스크(20)에 형성된, 예를 들면 홀층 노광영역(A1, A2, A3)이라는, 동형 노광패턴이 다른 노광영역을 이용하여 다중 노광하므로, 전자선노광용 마스크(20)를 전자선 노광장치외로 꺼내서 다른 것과 교환할 필요 없이, 노광시간을 단축할 수 있다. 또한, 동형 노광패턴끼리의 동일한 위치에 결함이 발생하고 있는 경우는 거의 없고, 다른 노광영역을 이용하여 다중노광함으로써, 결함전사성을 저감할 수 있다.
또한, 상기의 설명에서 이용한 홀층, 배선층, 및 게이트층은 단순한 예이고, 전자선노광용 마스크(20)에 형성하는 노광역역으로서는, 당연히 이들 이외의 층의 노광패턴이 형성된 노광영역이라도 좋다. 또, 전자선노광용 마스크(20)에 형성되는 노광영역의 노광패턴은, 홀층용, 배선층용 및 게이트층용과 같이 복수 종류라도 좋고, 홀층용만, 혹은 배선층용만이라는 단일 종류라도 좋다. 또한 상기의 설명에서는 노광횟수를 2 또는 3회로서 노광영역을 형성하고 있지만, 노광횟수 및 형성하는 노광영역의 개수는 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 제 3실시형태에 관계되는 전자선노광용 마스크의 평면도이다.
전자선노광용 마스크(30)에는, 웨이퍼에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역(D1, D2)이 각각 2개씩 형성되어 있고, 노광영역(D1)의 노광패턴과 노광영역(D2)의 노광패턴과는 서로 상보관계에 있는 상보패턴이고, 이들 쌍방의 노광영역(D1, D2)을 이용하여 노광함으로써, 목적인 전사패턴을 얻을수 있도록 구성되어 있다.
이와 같은 전자선노광용 마스크(30)를 이용하여 전자선 노광할 경우, 우선, 노광영역(D1)을 이용하여 노광하고, 이어서, 전자선노광용 마스크(30)가 고정되어 있는 마스크스테이지를 이동하여, 노광영역(D1)과 노광영역(D2)을 바꿔서, 노광영역(D2)을 이용하여 노광한다.
이와 같이 서로 상보관계에 있는 노광패턴이 형성되어 있는 노광영역(D1, D2)이, 1장의 전자선노광용 마스크(30)에 형성되어 있으므로, 노광할 때, 전자선노광용 마스크(30)를 전자선노광장치 외로 꺼내서 다른 것과 교환하지 않고 상보패턴을 형성할 수 있고, 노광시간을 단축할 수 있다.
노광영역(D1, D2)은 각각 2개씩 형성되어 있으나, 통상의 노광에는 일조의 노광영역(D1, D2)을 이용하고, 나머지 2개의 노광영역(D1, D2)은, 사용하고 있는 일조의 노광영역(D1, D2)이 오염되었을 때에 교환할 예비마스크로서 이용할 수 있다.
또, 노광영역(D1, D2)은 각각 2개씩 형성되어 있으므로, 각각을 전사패턴의 형성에 필요한 총노광량의 1/2의 노광량으로 다중노광함으로써, 결함전사성의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 상기의 설명에서는, 전자선노광용 마스크(30)에 노광영역(D1, D2)을 2개씩 형성한 경우에 대하여 서술했으나, 노광영역(D1, D2) 외에, 이것과 다른 형상의 다른 상보패턴이 형성된 노광영역을 형성하는 구성으로 해도 좋다. 또, 전자선노광용 마스크(30)에는 합계 4개의 노광영역이 형성되어 있으나, 형성할 노광영역의 개수는 이것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기의 설명에서는, 노광영역(D1, D2)을 서로 상보관계에 있는 노광패턴이 형성되어 있는 구성으로 했지만, 예를 들면, 홀층용, 배선층용, 게이트층용이라는 층에 전사해야 할 노광패턴을 형성해도 좋다.
이상의 설명에 있어서, 노광을 등배노광으로 행할 경우, 전자선노광용 마스크에 형성되는 노광영역의 노광패턴은, 웨이퍼에 형성되는 전사패턴과 같은 사이즈이므로, 1/4배노광 혹은 1/5배노광의 경우보다도, 전자선노광용 마스크에 노광영역을 많이 형성해 둘 수 있고, 노광시간의 단축효과가 커진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에서는, 1장의 전자선노광용 마스크가 1 또는 2종류 이상의 노광영역을 각각 2개이상 가지도록 구성하였다. 이것에 의해, 리소그래피공정에 있어서, 전자선노광용 마스크의 교환횟수를 줄일 수 있고, 노광시간을 단축할 수 있다.
또, 1장의 전자선노광용 마스크에, 상보관계에 있는 노광패턴을 형성함으로써, 전자선노광용 마스크를 전자선노광장치 외로 꺼내지 않고 상보패턴을 형성할 수 있고, 노광시간을 단축할 수 있다.
1장의 전자선노광용 마스크에 형성된, 다른 노광영역을 이용하여, 전자선노광장치 외로 꺼내지 않고 다중노광할 수 있고, 교환횟수를 줄이고, 또한 전사패턴의 결함을 저감할 수 있다.
또한, 전자선노광용 마스크의 세정횟수가 감소하므로, 교환횟수가 감소하고, 교환에 따르는 시간을 절약할 수 있다.
이와 같은 전자선노광용 마스크에 의해, 노광에 이용하는 전자선노광용 마스크의 장수를 삭감할 수 있으므로, 코스트저감, 전자선노광용 마스크의 보관에리어 저감 등을 도모할 수 있게 된다.
Claims (6)
- 웨이퍼에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역을 가지는 전자선노광용 마스크이며, 1 또는 2종류 이상의 상기 노광영역을 각각 2개이상 가지는 것을 특징으로 하는 전자선노광용 마스크.
- 웨이퍼에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역을 가지는 전자선노광용 마스크이며, 하나의 노광패턴이 형성된 하나의 노광영역과, 다른 노광패턴이 형성된 다른 노광영역을 가지는 것을 특징으로 하는 전자선노광용 마스크.
- 제 2항에 있어서,상기 하나의 노광패턴과 상기 다른 노광패턴은, 상보관계에 있는 상보패턴인 것을 특징으로 하는 전자선노광용 마스크.
- 웨이퍼에 전사해야 할 노광패턴이 형성된 노광영역을 가지는 전자선노광용 마스크를 이용한 전자선노광방법에 있어서, 웨이퍼에 전사해야 할 하나의 노광패턴이 형성된 하나의 노광영역을 이용하여 노광하고, 상기 하나의 노광영역이 형성되어 있는 전자선노광용 마스크를 가지고, 다른 노광패턴이 형성되어 있는 다른 노광영역을 이용하여 노광하는 것을 특징으로 하는 전자선 노광방법.
- 제 4항에 있어서,상기 하나의 노광영역을 이용하여 노광한 후,상기 하나의 노광영역이 형성되어 있는 상기 전자선노광용 마스크에 있어서, 상기 하나의 노광영역과 동형 노광패턴이 형성되어 있는 하나의 동형 노광영역을 이용하여 노광하고,상기 다른 노광영역을 이용하여 노광하고,상기 다른 노광영역과 동형 노광패턴이 형성되어 있는 다른 동형 노광영역을 이용하여 노광하는 것을 특징으로 하는 전자선 노광방법.
- 제 4항에 있어서,상기 하나의 노광패턴과 상기 다른 노광패턴과는, 상보관계에 있는 상보패턴인 것을 특징으로 하는 전자선 노광방법.
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