KR20040052454A - 마스크 및 그 제조방법과 반도체장치의 제조방법 - Google Patents

마스크 및 그 제조방법과 반도체장치의 제조방법 Download PDF

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KR20040052454A
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Abstract

멤브레인의 박막화와 마스크 강도의 유지를 양립시킬 수 있는 마스크 및 그 제조방법과 미세패턴을 고정밀도로 형성할 수 있는 반도체장치의 제조방법을 제공한다. 박막과, 박막으로 형성된 하전입자선(바람직하게는 전자선)이 투과하는 구멍과, 박막의 일편의 면에 형성된 지지층과, 적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기 구멍보다도 넓은 직경으로 형성된 개구부를 갖는 마스크 및 그 제조방법과, 그것을 이용한 리소그라피공정을 포함하는 반도체장치의 제조방법.

Description

마스크 및 그 제조방법과 반도체장치의 제조방법{Mask and its manufacturing method, and method for manufacturing semiconductor device}
LSI의 미세화에 따라서, 전자선 전사형 리소그라피(EPL : Electron beam Projection Lithography)의 실용화가 기대되고 있다. 실용화가 진행되고 있는 EPL로서는 IBM과 니콘이 공동으로 발표하고 있는 PREVAIL기술((projection exposure with variable axis immersion lenses)을 들 수 있다. PREVIL기술은 예를들면 문헌 H.C.Pfeiffer외 Journal of Vacuum Science and Technology B17 p.2840(1999)에 기재되어 있다.
또 다른 EPL로서 리플, 동경정밀 및 소니가 공동으로 발표하고 있는 LEEPL기술(low energy electron-beam proximity projection lithography)을 들 수 있다. LEEPL기술은 예를들면 문헌 T. Utsumi, Journal of Vacuum Science and Technology B17 p.2897(1999)에 기재되어 있다.
PREVAIL용 마스크 및 LEEPL용 마스크로서 스탠실마스크가 제안되고 있다.스탠실마스크는 전자선이나 이온빔으로 말하는 노광용의 빔을 산란, 반사 또는 흡수하는 박막과, 이 박막을 관통하는 바와같이, 소정의 패턴으로 형성된 구멍을 갖는다. 노광용의 빔은 박막을 관통하는 구멍의 부분을 투과하고, 구멍이외의 박막은 산란 반사 또는 흡수되기 때문에 소정의 패턴이 노광된다. 스탠실마스크에 있어서, 이와 같은 구멍이 형성된 박막은 멤브레인이라 칭한다.
PREVAIL용은 통상 4배의 축소투영계이고, 100keV정도의 전자선이 이용된다. PREVAIL용 스탠실마스크를 이용해서 노광을 행한 경우, 전자선이 구멍의 열린 부분만 무산란으로 통과하고, 레지스트상에 결상되어서 패턴이 전사된다. PREVAIL용 마스크로서는 실리콘으로 이루는 2μm두께의 멤브레인을 이루는 스탠실마스크가 제안되고 있다.
한편 LEEPL은 등배투영계이고, 예를들면 2keV의 전자선이 이용된다. LEEPL용 스탠실마스크를 이용해서 노광을 행한 경우, 전자선이 구멍의 열린 부분만 투과하고, 패턴이 등배로 전사된다. LEEPL용 마스크로서는 실리콘 또는 다이아몬드로 이루는 500nm두께의 멤브레인을 갖는 스탠실마스크가 제안되고 있다.
그렇지만, 상기의 종래의 스탠실마스크에 의하면, 마스크의 가공성을 향상시키고, 미세패턴을 형성하는 목적으로 멤브레인 두께를 얇게 하면 마스크강도가 저하한다. LEEPL용 스탠실마스크는 멤브레인 두께가 얇고, 전사되는 패턴과 등배의 미세패턴이 형성되기 때문에 마스크 강도의 저하가 문제로 되기 쉽다.
멤브레인 재료로서 실리콘을 이용한 경우는 다이아몬드를 이용하는 경우에 비교하고, 마스크강도의 저하가 보다 현저하게 된다. 마스크강도가 부족한 경우예를들면 마스크의 세정시나, 마스크를 노광기에 장진한때에 패턴이 파괴되기 쉽다.
또 멤브레인의 면적이 큰 경우에는 멤브레인 두께를 얇게 하면 멤브레인이 휘기 쉽게 된다, 멤브레인이 휘면 패턴의 위치정밀도가 저하되거나, 패턴에 왜곡이 생긴다든지 한다. 반도체장치에 미세패턴을 형성하는데는 멤브레인의 휘어짐이나 왜곡을 방지할 필요가 있다.
본 발명은 하전(荷電)입자 전사형 리소그라피용의 마스크 및 그 제조방법과 하전입자 전사형 리소그리피공정을 포함하는 반도체장치의 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태(1)에 관계되는 스탠실마스크의 단면도이다.
도 2a에서 도 2d는 본 발명의 실시 형태(1)에 관계되는 스탠실마스크의 제조방법의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시 형태(2)에 관계되는 스탠실마스크의 단면도이고, 도 3b에서 도 3h는 본 발명의 실시형태(2)에 관계되는 스탠실마스크의 제조방법의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태(3)에 관계되고, 전자선의 투영광학계의 일예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태(4)에 관계되고, 전자선의 투영광학계의 다른 일예를 나타내는 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명
1, 11. 스탠실 마스크 2, 12. 멤브레인
2a, 12a. 실리콘층 3, 13. 구멍
4, 14. 지지층 5, 15. 개구부
6, 20. 에칭스토퍼층 7, 16. 프레임
7a, 16a. 실리콘웨이퍼 8. 보호층
9, 10, 19, 21. 레지스트 17. 실리콘산화막
18. SOI기판 21a. 레지스트도막
111. 노광장치 112, 112a∼c. 전자선
113. 전자총 114. 아파쳐
115. 콘덴서렌즈 116, 117. 메인디플렉터
118, 119. 미조종용 디플렉터 120. 스텐실마스크
121. 구멍 122. 웨이퍼
123. 레지스트 201. 마스ㅋ
202. 시료 203. 콘덴서렌즈
204. 제 1투영렌즈 205. 제 2투영렌즈
206. 크로스오버아파쳐 207. 시료하렌즈
208. 편향기
본 발명은 상기의 문제점에 감안해서 된 것이고, 멤브레인의 박막화와 마스크강도의 유지를 양립시킬 수 있는 마스크 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 미세패턴을 고정밀도로 형성할 수 있는 반도체장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 마스크는 박막과, 상기 박막에 형성된 하전입자선이 투과하는 구멍과, 상기 박막의 한편의 면에 형성된 지지층과, 적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기 구멍보다도 넓은 직경으로 형성된 개구부를 갖는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 하전입자선은 전자선을 포함한다.
이것에 의해 마스크의 박막(멤브레인)을 얇게 하여도, 지지층에 의해 박막이 보강되고, 멤브레인의 파손이 방지된다. 본 발명의 마스크에 의하면, 하전입자선이 투과하는 구멍이외의 부분의 박막이 지지층에 의해 균일하게 보강된다. 또박막의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에 구멍을 형성할 때의 가공성이 향상한다. 따라서 마스크패턴에 대응하는 구멍이 박막에 고정밀도로 형성된다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 마스크의 제조방법은, 기판의 한편의 면에 보조층을 거쳐서 지지층을 형성하는 공정과, 상기 지지층상에 박막을 형성하는 공정과, 상기 기판의 다른편의 면측에서 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 보조층의 일부를 노출시키고, 상기 보조층의 노출부분의 주위에 상기 기판의 일부로 이루는 지지틀을 형성하는 공정과, 상기 지지틀 부분을 제거하고 상기 박막의 일부에, 하전입자선이 투과하는 구멍을 형성하는 공정과, 상기 지지층에 상기 구멍을 거쳐서 에칭액 또는 에칭가스를 공급함으로써 등방성에칭을 행하고, 적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기 구멍보다도 넓은 직경으로 개구부를 형성하는 공정과, 상기 지지틀 부분을 제거하고 상기 보조층을 제거하는 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
혹은 본 발명의 마스크의 제조방법은 기판의 일편의 면에 박막을 형성하는 공정과, 상기 기판상에 지지층을 형성하는 공정과, 상기 기판의 다른편의 면측에서 상기 기판의 일부를 제거하고, 상기 박막의 일부를 노출시키고, 상기 박막의 노출부분의 주위에 상기 기판의 일부로 이루는 지지틀을 형성하는 공정과, 상기 지지층상에 보조층을 형성하는 공정과, 상기 지지틀부분을 제거하고 상기 박막의 일부에 전하입자선이 투과하는 구멍을 형성하는 공정과, 상기 지지층에 상기 구멍을 거쳐서 에칭액 또는 에칭가스를 공급함으로써 등방성에칭을 행하고, 적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기 구멍보다도 넓은 직경으로 개구부를 형성하는 공정과,상기 보조층을 제거하는 공정을 갖는 것을 특징을 한다.
이것에 의해 구멍부분에 접하는 지지층을 구멍에 자기정합적으로 제거하는 것이 가능하게 된다. 따라서 구멍이외의 부분의 박막을 지지층으로 보강할 수 있다. 또 지지층의 개구부가 구멍에 자기정합적으로 구멍보다도 넓은 직경으로 형성되기 때문에 지지층에 의해 하전입자선이 방해되지 않는다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 반도체장치의 제조방법은, 소정의 마스크패턴이 형성된 마스크를 거쳐서 감광면에 하전입자선을 조사하고, 상기 감광면에 상기 마스크패턴을 전사하는 공정을 갖는 반도체장치의 제조방법에 있어서, 상기 마스크로서 박막과 상기 박막에 상기 마스크패턴으로 형성된, 하전입자선이 투과하는 구멍과, 상기 박막의 한쪽편의 면에 형성된 지지층과 적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기 구멍보다도 넓은 직경으로 형성된 개구부와, 상기 개구부를 제거하고 상기 지지층상의 적어도 일부에 보조층을 거쳐서 형성된 상기 박막을 지지하는 지지틀과, 상기 지지층에 상기 개구부를 형성하기 위한 에칭액 또는 애칭가스에 대하여 내성을 갖는 상기 보조층을 갖는 마스크를 이용하는 것을 특징으로 한다.
혹은 본 발명의 반도체장치의 제조방법은 소정의 마스크패턴이 형성된 마스크를 거쳐서 감광면에 하전입자선을 조사하고, 상기 감광면에 상기 마스크패턴을 전사하는 공정을 갖는 반도체장치의 제조방법으로서, 상기 마스크로 하고, 박막과, 상기 박막에 상기 마스크패턴으로 형성된 하전입자선이 투과하는 구멍과, 상기 박막의 일편의 면에 형성된 지지층과, 적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기구멍보다도 넓은 직경으로 형성된 개구부와, 상기 구멍을 제거하고, 상기 박막상의 적어도 일부에 형성된 상기 박막을 지지하는 지지틀을 갖는 마스크를 이용하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해 마스크의 사용시, 운반시 혹은 세정시의 마스크의 파손이 방지된다. 또 마스크의 박막이 지지층에 의해 보강되기 때문에, 박막의 휘어짐이 방지되고, 박막의 휘어짐에 유래하는 패턴의 위치 어긋남이나 왜곡이 저감된다. 따라서 하전입자전사형 리소그라피에 있어서 미세패턴을 고정밀도로 전사할 수 있다.
이하에 본 발명의 마스크 및 그 제조방법과 반도체장치의 제조방법의 실시의 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
(실시형태 1)
도 1은 실시형태의 마스크의 단면도이다. 본 실시 형태의 스탠실마스크(1)는 LEEPL에 바람직하게 이용된다. 도 1에 나타내는 바와같이, 스탠실마스크(1)는 멤브레인(2)을 가지고, 멤브레인(2)은 예를들면 실리콘층(2a)의 일부에 구멍(3)이 설치된 것이다. 구멍(3)은 멤브레인(2)을 관통하고, 마스크패턴에 대응한 형상으로 형성된다.
등배투영계의 LEEPL용 스탠실마스크의 경우 멤브레인(2)의 크기는 칩의 크기와 거의 동일한 정도의 수mm각∼수10mm각으로 된다. 멤브레인(2)의 재료로서는 실리콘이외에 다이아몬드등도 이용된다. 멤브레인(2)의 두께는 예를들면 500nm이지만, EPL에 이용하는 전자선의 에너지나 지지층(4)의 재료 또는 두께등에 따라서 적절히 변경할 수도 있다.
멤브레인(2)의 일편의 면에는 지지층(4)으로서 예를들면 두께 300nm의 실리콘산화막이 형성되어 있다. 구멍(3)에 접하는 부분의 지지층(4)은 구멍(3)에 자기정합적으로 제거되어 있다. 이것에 의해 지지층(4)에는 구멍(3)보다도 구멍직경의 큰 개구부(5)가 형성되어 있다.
지지층(4)의 재료는 멤브레인(2)에 구멍(3)을 형성하기 위한 에칭에 이용되는 부식액(etchant)에 대하여 내성이 있고, 또한 멤브레인(2)을 지지할 수 있는 재료라면 다른 재료로 변경하여도 좋다. 예를들면 실리콘질화막, 실리콘산화질화막, 다이아몬드, 다이아몬드 라이크 카본(DLC ; Diamond Like Carbon) 혹은 금속등을 지지층(4)의 재료로 하는 것도 가능하다.
지지층(4)의 멤브레인(2)과 반대측의 면에는 보조층(6)으로서 예를들면 두께 100nm의 실리콘질화막이 형성되어 있다. 보조층(6)의 실리콘질화막은 후술하도록 예를들면 에칭스토퍼층으로서 이용된다. 이하 본 실시 형태에 있어서의 보조층(6)을 에칭스토퍼층으로 하지만, 보조층(6)은 에칭스토퍼층에 한정되지 않는다. 멤브레인(2)을 형성하기 위한 층(도 1의 예에서는 실리콘층(2a)) 또는 지지층(4)과 적층되는 층을 보조층으로 한다. 도 1에 나타내는 바와같이 멤브레인(2) 부분의 에칭스토퍼층(6)은 제거되고 있다.
스탠실마스크(1)에는 멤브레인(2)을 감사토록 지지틀(프레임)(7)이 형성되어 있다. 프레임(7)은 멤브레인(2)의 기계적 강도를 보강하고, 스탠실마스크(1)의 제조시 및 사용시에 있어서의 멤브레인(2)의 파손을 방지하는 목적으로 설치된다. 프레임(7)은 예를들면 실리콘웨이퍼에 멤브레인(2)의 패턴을 원래로 한 프레임용 패턴에서 에칭을 행함으로써 형성된다. 즉 실리콘웨이퍼의 일부를 프레임(7)으로서 이용할 수 있다.
상기의 본 실시 형태의 스탠실마스크(1)에 의하면 구멍(3)의 근방을 제거하고, 멤브레인(2)이 지지층(4)에 의해 보강되어 있기 때문에, 멤브레인(2)의 파손이 방지된다. 또 지지층(4)에는 구멍(3)에 자기정합적으로 구멍(3)보다도 큰 개구부(5)가 형성되어 있기 때문에 지지층(4)이 패턴의 전사에 영향을 미치는 것은 없다. 또 지지층(4)에 의해 멤브레인(2)이 보강되기 때문에, 멤브레인(2)의 박막화가 가능하게 된다. 따라서 멤브레인(2)의 가공성이 향상하고, 멤브레인(2)에 미세패턴을 고정밀도로 형성하는 것이 용이하게 된다.
다음에 상기의 본 실시 형태의 마스크의 제조방법에 대해서 설명한다. 먼저 도 2a에 나타내는 바와같이, 실리콘웨이퍼(7a)상에 에칭스토퍼층(6)으로서 예를들면 실리콘질화막을 화학기상성장(CVD;Chemical Vapor Deposistion)에 의해 형성한다.
그 상층에 지지층(4)으로서 예를들면 실리콘질화막을 CVD에 의해 형성한다. 또한 지지층(4)의 상층에 멤브레인(2)으로 되는 단결정실리콘층(2a)을 예를들면 에피택셜(epitaxial)성장에 의해 형성한다. 혹은 단결정실리콘층의 대신에 다결정실리콘층이나 아모퍼스(amorphous)실리콘층을 CVD에 의해 형성하여도 좋다. 단 기계적 강도에서는 단결정실리콘층이 바람직하다.
실리콘층(2a)의 상층에 보호층(8)으로서 예를들면 실리콘산화막을 CVD에 의해 형성한다. 보호층(8)으로서는 실리콘웨이퍼(7a)의 에칭에 이용되는 부식액에 대하여 내성이 있으면, 실리콘산화막 이외의 층을 이용할 수 있다.
다음에 도 2b에 나타내는 바와같이, 실리콘웨이퍼(7a)의 이면에 멤브레인(2)(도 1참조)의 패턴을 원래로 한 프레임용 패턴으로 레지스트(9)를 형성한다. 계속해서 레지스트(9)를 마스크로서 실리콘(7a)에 웨트에칭을 행하고, 프레임(7)을 형성한다. 이 웨트에칭의 부식액으로서는 예를들면 수산화칼륨(KOH) 또는 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH ; tetramethylammonium hydroxide)를 이용할 수 있다.
그 후, 레지스트(9) 및 보호층(8)을 제거한다. 보호층(8)으로서 실리콘산화막을 형성한 경우, 예를들면 불화수소산과 불화암모늄을 포함하는 완충액(BHF용액)을 이용한 웨트에칭에 의해 보호층(8)을 제거할 수 있다.
혹은 실리콘웨이퍼(7a)에 드라이에칭을 행하고, 프레임(7)을 형성할 수 있다. 이 드라이에칭에는 부식액으로서 예를들면 SF6나 NF3등의 불소가스를 이용할 수 있다. 단, 드라이에칭의 경우, 레지스트의 에칭도 진행하기 쉽고, 실리콘웨이퍼(7a)의 두께분의 에칭이 완료하기 전에 레지스트가 되지 않는 것이 있다.
이것을 방지하기 위해 미리 실리콘웨이퍼(7a)의 이면에 에칭마스크층으로서 예를들면 열산화막등을 형성하여도 좋다. 레지스트를 마스크로서 에칭마스크층에 에칭을 행하기때문에, 실리콘웨이퍼(7a)에 에칭을 행함으로써, 소정의 패턴으로 실리콘웨이퍼(7a)의 두께 분의 에칭을 행하고, 프레임(7)을 형성할 수 있다.
다음에 도 2c에 나타내는 바와같이, 실리콘층(2a)상에 구멍(3)(도 1참조)에서 레지스트(10)를 형성한다. 레지스트(10)를 마스크로서 실리콘층(2a)에 예를들면 드라이에칭을 행하고, 구멍(3)을 형성한다. 그 후 레지스트(10)를 제거한다.
다음에 도 2d에 나타내는 바와같이, 실리콘층(2a)측에서 구멍(3)을 거쳐서 에칭액 또는 에칭가스를 공급하여 지지층(4)에 등방성에칭을 행한다. 지지층(4)으로서 실리콘산화막을 형성한 경우 에칭액으로서 예를들면 BHF용액을 이용함으로써 구멍(3)에 자기정합적으로 구멍(3)보다도 구멍직경이 넓은 개구부(5)가 형성된다. 여기서 에칭스토퍼층(6)이 형성됨으로써 에칭은 지지층(4)내에서 진행한다.
그후 도 1에 나타내는 바와같이, 프레임(7)을 마스크로서 에칭스토퍼층(6)에 에칭을 행하고, 멤브레인(2)부분의 에칭스토퍼층(6)을 제거한다.에칭스토퍼층(6)으로서 실리콘질화막을 형성한 경우 예를들면 가온한 인산을 이용한 웨트에칭에 의해 지지층(4)의 실리콘산화막이나 멤브레인(2)의 실리콘층에 대하여 에칭스토퍼층(6)만 선택적으로 제거할 수 있다. 이상의 공정에 의해 상기의 본 실시 형태의 스탠실마스크(1)가 형성된다.
본 실시 형태의 반도체장치의 제조방법은 상기의 본 실시 형태의 스탠실마스크(1)를 이용한 LEEPL공정을 포함한다. 도 1의 스텐실마스크(1)의 멤브레인(2)측에 웨이퍼를 배치하고, 프레임(7)측에서 전자선을 조사한다. 전자선이 구멍(3)을 투과하고, 웨이퍼상의 레지스트에 마스크패턴이 전사된다.
상기의 본 실시 형태의 스탠실마스크(1)에 의하면, 멤브레인(2)이 보강되고, 멤브레인(2)의 휘어짐이 방지되기 때문에 패턴의 위치 엇갈림이나 왜곡이 방지된다. 따라서 전자선 노광에 있어서, 고정밀도로 미세한 패턴을 전사 할 수 있다.
(실시 형태 2)
도 3a는 본 실시 형태의 마스크의 단면도이다. 본 실시 형태의 스탠실마스크(11)는 LEEPL에 바람직하게 이용된다. 도 3a에 나타내는 바와같이, 스탠실마스크(11)는 멤브레인(12)을 가지고, 멤브레인(12)은 예를들면 실리콘층(12a)의 일부이다. 멤브레인(12)에는 마스크패턴에 대응한 구멍(13)이 형성되어 있다.
등배투영계의 LEEPL용 스탠실마스크의 경우 멤브레인(12)의 크기는 칩의 크기와 거의 동일한 정도의 수mm각∼수10mm각으로 된다. 멤브레인(12)의 재료로서는 실리콘이외에 다이아몬드등도 이용된다. 멤브레인(12)의 두께는 예를들면 300nm이지만, EPL에 이용하는 전자선의 에너지나 지지층(14)의 재료 또는 두께등에따라서 적절히 변경할 수도 있다.
멤브레인(12)의 일편의 면에는 지지층(14)으로서 예를들면 두께 500nm의 실리콘질화막이 형성되어 있다. 구멍(13)에 접하는 부분의 지지층(14)은 구멍(13)에 자기정합적으로 제거되어 있다. 이것에 의해 지지층(14)에는 구멍(13)보다도 구멍직경의 큰 개구부(15)가 형성되어 있다.
지지층(14)의 재료는 멤브레인(12)에 구멍(13)을 형성하기 위한 에칭에 이용되는 부식액(etchant)에 대하여 내성이 있고, 또한 멤브레인(2)을 지지할 수 있는 재료라면 다른 재료로 변경하여도 좋다. 예를들면 실리콘산화막, 실리콘산화질화막, 다이아몬드, 다이아몬드 라이크 카본(DLC ; Diamond Like Carbon) 혹은 금속등을 지지층(14)의 재료로 하는 것도 가능하다.
스탠실마스크(11)에는 멤브레인(12)을 감싸도록 프레임(16)이 형성되어 있다. 프레임(16)은 멤브레인(12)의 기계적 강도를 보강하고, 스탠실마스크(11)의 제조시 및 사용시에 있어서의 멤브레인(12)의 파손을 방지하는 목적으로 설치된다. 프레임(17)은 예를들면 실리콘웨이퍼에 멤브레인(12)의 패턴을 원래로 한 프레임용 패턴에서 에칭을 행함으로써 형성된다.
실리콘층(12a)과 프레임(16)과의 사이에는 예를들면 두께 100nm의 실리콘산화막(17)이 형성되어 있다. 실리콘산화막(17)은 실리콘웨이퍼에 에칭을 행하고, 프레임(16)을 형성할 때에 애칭스토퍼층으로서 이용된다. 실리콘산화막(17)을 다른 재료로 이루는 보조층에 변경할 수 있지만, 실리콘층(12a)과 프레임(16)과의 사이가 실리콘산화막(17)이라면, 프레임(16)과 멤브레인(12)을 SOI기판에서 제작할수 있다.
상기의 본 실시 형태의 스탠실마스크(11)에 의하면, 구멍(13)의 근방을 제거하고 멤브레인(12)이 지지층(14)에 의해 보강되어 있기 때문에 멤브레인(12)의 파손이 방지된다. 또 지지층(14)에는 구멍(13)에 자기정합적으로 구멍(13)보다도 큰 개구부(15)가 형성되어 있기 때문에 지지층(14)이 패턴의 전사에 영향을 미치지 않는다. 또 지지층(14)에 의해 멤브레인(12)이 보강되기 때문에, 멤브레인(12)의 박막화가 가능하게 된다. 따라서 멤브레인(12)의 가공성이 향상하고, 멤브레인(12)에 미세패턴을 고정밀도로 형성하는 것이 용이하게 된다.
다음에 상기의 본 실시 형태의 마스크의 제조방법에 대해서 설명한다. 먼저 도 3b에 나타내는 바와같이, 실리콘웨이퍼(16a)상에 실리콘질화막(17)을 거쳐서 실리콘층(12a)이 형성된 SOI기판(18)상에 지지층(14)으로서 예를들면 실리콘질화막을 CVD에 의해 형성한다.
다음에 도 3c에 나타내는 바와같이, 실리콘웨이퍼(16a)의 이면에 멤브레인(12)(도 3a참조)의 패턴을 원래로 한 프레임용패턴으로 레지스트(19)를 형성한다. 계속해서 레지스트(19)를 마스크로서 실리콘웨이퍼(16a)에 에칭을 행하고 프레임(16)을 형성한다.
이 에칭은 실시형태(1)와 동일하게 웨트에칭 또는 드라이에칭에 의해 행한다. 이때 실리콘질화막(17)이 에칭스토퍼층으로 한다. 실시형태 1과 동일하게 에칭스토퍼층은 보조층의 일예이지만, 보조층은 에칭스토퍼층으로서의 실리콘질화막(17)에 한정되지 않는다. 프레임(16)의 형성후 레지스트(19)를 제거한다.
다음에 도 3d에 나타내는 바와같이, 프레임(16)을 마스크로서 실리콘산화막(17)에 에칭을 행하고, 멤브레인(12)부분(도 3a에 참조)의 실리콘산화막(17)을 제거한다. 이 에칭은 예를들면 BHF용액을 이용한 웨트에칭으로 한다.
다음에 도 3e에 나타내는 바와같이, 지지층(14)상에 에칭스토퍼층(20)으로서 예를들면 두께 100nm의 실리콘산화막을 CVD에 의해 형성한다. 에칭스토퍼층(20)의 재료는 지지층(14)에 개구부(15)(도 3a참조)를 형성하기 위한 에칭에 이용되는 부식액에 대하여 내성이 있으면, 다른 재료에 변경하여도 좋다.
다음에 도 3f에 나타내는 바와같이, 멤브레인(12)의 프레임(16)측의 면에 레지스트도막(21a)을 형성한다. 이 때 레지스트 도포면은 프레임(16)에 의해 감싸도록 되어 있기때문에 레지스트의 스핀코트를 행하면, 프레임(16) 근방에 레지스트가 모여서 균일한 두께로 레지스트를 도포할 수 없는 경우가 있다.
이와같은 요철이 존재하는 면에 레지스트를 도포할 수 있는 방법은 예를들면 특허 제 3084339호공보, 특개평 10-321493호 공보, 특개평 8-306614호 공보, 특개평 11-329938호 공보 또는 제 61회 응용물리학회 학술강연회 강연예비집(2000)No.2 p.593 4a-X-1에 기재되어 있다.
특허 제 3084339호 공보 기재의 방법에 의하면, 기판상에 레지스트도포막을 기재시키고, 도포액을 기판에 대하여 스캐너플레이트에서 얇게 눌러서 넓히는 동시에 스캐너플레이트의 직후에 추종하는 슬릿형 노즐에서 토출하는 에어압으로 도막을 기판상에 균등하게 압압한다.
특개평10-321493호 공보 기재의 레지스트막 형성방법은 기판표면에 레지스트를 도포하는 공정과, 예를들면 기판의 하면을 가열하는 동시에 상면을 냉각하고, 레지스트도포막의 일부를 변질시켜서 변질층과 비변질층을 형성하는 공정과, 비변질층을 제거하는 공정을 갖는다.
특개평 8-306614호 공보 기재의 레지스트 방법에 의하면, 기판 또는 노즐을 이동시켜서 노즐에서 미스트형으로 레지스트를 분무함으로써 기판전면에 레지스트를 도포한다.
특개평 11-329938호 공보 기재의 도포방법에 의하면, 소정간격을 둔 복수의 위치에 노즐을 설치하고, 그들의 노즐과 피처리기판을 상대적으로 이동시키면서 노즐에서 레지스트도포액등의 처리제를 공급한다.
또 제 61회 응용물리학회 학술강연 강연예비집(200)No.2p.593 4a-X-1에는 레지스트를 적하하는 극세노즐을 y방향으로 왕복운동시키고, 동시에 기판을 x방향으로 정속 이동시키는 노즐스캔도포법에 있어서, 레지스트의 도포를 시너(thinner) 분위기 하에서 행한 결과가 기재되어 있다. 통상의 도포에서는 에지부에서 막두께가 증대하는데 대하여 시너분위기하에서 레지스트를 도포하면, 막두께의 국소적인 증대가 억제된다. 예를들면 이상과 같은 방법에 의해 프레임(16)으로 감싸진 멤브레인(12)에 균일한 막두께로 레지스트도막(21a)을 형성할 수 있다.
다음에 도 3g에 나타내는 바와같이, 레지스트도막(21a)에 노광 및 현상을 행하고, 마스크패턴이 전사된 레지스트(21)를 형성한다. 계속해서, 레지스트(21)를 마스크로서 프레임(16)측에서 멤브레인(12)에 드라이에칭을 행하고, 구멍(13)을 형성한다. 이 드라이에칭에는 부식액으로서 예를들면 SF6이나 NF3등의 불소가스를 이용할 수 있다.
본 실시 형태의 마스크의 제조 방법에 의하면, 멤브레인(12)의 에칭이 프레임(16)측에서 행하여진다. 따라서 에칭이 행하는 사이 에칭스토퍼층(20)의 전면이 에칭장치의 스테지와 접하고, 에칭면이 안정하게 지지된다. 따라서 예를들면 에칭시의 발열등에 의한 멤브레인(12)의 변형이 방지되고, 패턴의 가공정밀도를 향상시킬 수 있다. 구멍(13)의 형성후 레지스트(21)를 제거한다.
다음에 도 3h에 나타내는 바와같이, 멤브레인(12)측에서 구멍(13)을 거쳐서 지지층(14)에 에칭액 또는 애칭가스를 공급하고, 등방성에칭을 행한다. 지지층(14)으로서 실리콘질화막을 형성한 경우, 예를들면 가온한 인산을 이용한 웨트에칭에 의해 구멍(13)에 자기정합적으로 구멍(13)보다도 구멍직경이 넓은 개구부(15)가 형성된다. 여기서 에칭스토퍼층(20)이 형성되어 있음으로써, 에칭은 지지층(14)내에서 진행한다.
그 후 도 3a에 나타내는 바와같이, 예를들면 BHF용액을 이용한 웨트에칭에 의해 에칭스토퍼층(20)을 제거한다. 이상의 공정에 의해 본 실시 형태의 스탠실마스크(11)가 형성된다.
본 실시 형태의 반도체장치의 제조방법은 상기의 본 실시 형태의 스탠실마스크(1)를 이용한 LEEPL공정을 포함한다. 도 3a의 스탠실마스크(11)의 지지층(14)측에 웨이퍼를 배치하고, 프레임(16)측에서 전자선을 조사한다. 전자선이 구멍(13)을 투과하여 웨이퍼상의 레지스트에 마스크패턴이 전사된다.
상기의 본 실시 형태의 스탠실마스크(11)에 의하면, 멤브레인(12)이 보강되고, 멤브레인(12)의 휘어짐이 방지되기 때문에 패턴이 위치 엇갈림이나 왜곡이 방지된다. 따라서 전자선노광에 있어서, 고정밀도로 미세한 패턴을 전사할 수 있다.
(실시 형태 3)
도 4는 LEEPL에 이용되는 노광장치의 개략도이고, 전자선의 투영광학계를 나타낸다. 실시형태 1 또는 2의 스탠실마스크는 도 4에 나타내는 바와같은 노광장치에 의한 전자선 노광에 바람직하게 이용할 수 있다.
도 4의 노광장치(111)는 전자선(112)을 생성하는 전자총(113)외 아파쳐(114), 콘덴서렌즈(115), 1쌍의 메인디플렉터(116, 117) 및 1쌍의 미조종용디플렉터(118, 119)를 갖는다.
아파쳐(114)는 전자선(112)을 제한한다. 콘덴서렌즈(115)는 전자선(112)을 평행한 빔으로 한다. 콘덴서렌즈(115)에 의해 집광되는 전자선(112)의 단면형상은 통상, 원형이지만, 다른 단면형상이라도 좋다. 메인디플렉터(116, 117) 및 미조종용 디플렉터(118, 119)는 편향코일이고, 메인디플렉터(116, 117)는 전자선(112)이 스탠실마스크(120)의 표면에 대하여 기본적으로 수직으로 입사하도록 전자선(112)을 편향시킨다.
미조종용디플렉터(188, 119)는 전자선이 스탠실마스크(120)의 표면에 대하여 수직으로 또는 수직방향에서 약간 경사하여 입사하도록 전자선(112)을 편향시킨다. 전자선(112)의 입사각은 스탠실마스크(120)상의 패턴위치등에 따라서 최적화하거나, 전자선(112)의 입사각은 최대라도 10mrad정도이고, 전자선(112)은 스탠실마스크(120)에 거의 수직으로 입사한다.
도 4의 전자선(112a∼c)은 스탠실마스크를 주사하는 전자선(112)이 스탠실마스크상의 각 위치에 거의 수직으로 입사하는 양자를 나타내고, 전자선(112a∼c)이 스탠실마스크(120)에 동시에 입사하는 것을 나타내는 것은 아니다. 전자선(112)의 주사는 러스터주사와 벡터주사의 어느 것이라도 가능하다.
도 4에 있어서 스탠실마스크(120)의 구멍(121)부분을 투과한 전자선에 의해 웨이퍼(122)상의 레지스트(123)가 노광된다. LEEPL에는 등배마스크가 이용되고, 스탠실마스크(120)와 웨이퍼(122)는 근접하여 배치된다.
상기의 노광장치(111)에서 전자선 노광을 행하는 때에 스탠실마스크(120)로서 본 발명의 실시형태 1 또는 2에 나타내는 바와같은 스탠실마스크를 이용한다. 실시 형태 1 또는 2에 관계되는 스탠실마스크에서는 멤브레인이 지지층에 의해 보강되어 있기때문에 멤브레인의 휘어짐이 방지되고, 전자선 노광에서의 전사패턴의위치 엇갈림이 저감된다.
또 지지층의 개구부가 멤브레인의 구멍에 자기정합적으로 형성되어 있기때문에 구멍부분을 투과하는 전자선이 지지층에 의해 차단되는 것은 아니다. 지지층의 개구부를 멤브레인의 구멍에 자기정합적으로 형성하지 않은 경우에는 지지층에 개구부를 형성하기 위한 레지스트의 패터닝을 멤브레인에 구멍을 형성하기 위한 레지스트의 패터닝과 별도로 독립하여 행하고, 레지스트를 마스크로 하는 에칭에 의해 지지층에 개구부를 형성한다.
지지층의 개구부를 이와같은 방법으로 형성하는 것도 가능하지만, 이 경우에는 지지층상의 레지스트의 패터닝과 멤브레인상의 레지스트의 패터닝의 위치맞춤 정밀도가 충분하지 않으면, 구멍부분을 투과하는 전자선이 지지층의 일부에 의해 차단되는 가능성이 있다. 따라서 위치맞춤의 마진이 작은 미세패턴을 형성하는 경우에는 상기의 실시 형태 1 또는 2에 나타내는 바와같이, 지지층의 개구부를 멤브레인의 구멍에 자기정합으로 형성하는 것이 특히 바람직하다.
(실시형태 4)
도 5는 본 발명의 마스크를 적용할 수 있는 다른 전자선 노광장치의 투영광학계의 예를 나타내는 개략도면이다. 도 5에 나타내는 투영광학계에 의하면, 마스크(201)의 패턴이 전자선을 이용해서 웨이퍼등의 시료(202)에 소정의 배율로 축소 전사된다. 전자선의 궤도는 콘덴서렌즈(203), 제 1투영렌즈(204), 제 2투영렌즈(205), 크로스 오버아파쳐(206), 시료하렌즈(207) 및 복수의 편향기(208)에 의해 제어된다.
도 5에 나타내는 투영광학계에서는 마스크(201)를 투과한 전자선이 크로스오버아파쳐(206)를 투과하여 시료(202)에 수직으로 입사하도록 복수의 편향기(208)에서 편향자계를 발생시킨다. 상기와 같은 투영광학계나, 스탠실마스크가 이용되는 다른 하전입자선장치등에 본 발명의 마스크를 적용하는 것도 가능하다.
본 발명의 마스크 및 그 제조방법과 반도체장치의 제조방법의 실시 형태는 상기의 설명에 한정되지 않는다. 예를 들면 본 발명의 마스크 및 그 제조방법을 LEEPL이외의 하전입자전사형 리소그라피에 적용할 수 있다. 구체적으로는 PREVAIL이나 가변성형형전자선 직접묘화기, 혹은 이온빔리소그라피용의 스탠실마스크 및 그 제조방법에 본 발명을 적용할 수 있다. 또 본 발명을 X선 리소그라피용 마스크 및 그 제조방법에 적용하는 것도 가능하다. 그 외 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 종류의 변경이 가능하다.
본 발명의 마스크에 의하면, 멤브레인의 박막화와, 마스크강도의 유지를 양립시킬 수 있다.
본 발명의 마스크의 제조방법에 의하면 멤브레인에 고정밀도로 패턴을 형성할 수 있고, 마스크제조 중의 멤브레인 파손도 방지된다.
본 발명의 반도체장치의 제조방법에 의하면 하전입자전사형 리소그라피에 있어서 미세패턴을 고정밀도로 전사할 수 있다.

Claims (12)

  1. 박막과,
    상기 박막에 형성된 하전입자선이 투과하는 구멍과,
    상기 박막의 일편의 면에 형성된 지지층과,
    적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기 구멍보다도 넓은 직경으로 형성된 개구부를 갖는 마스크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 구멍에 자기정합적으로 형성되어 있는 마스크.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 개구부를 제거하고 상기 지지층상의 적어도 일부에 보조층을 거쳐서 형성된 상기 박막을 지지하는 지지틀을 또한 갖는 마스크.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 보조층은 상기 지지층에 상기 개구부를 형성하기 위한 에칭액 또는 에칭가스에 대하여 내성을 갖는 에칭스토퍼층을 포함하는 마스크.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 구멍을 제거하고 상기 박막상의 적어도 일부에 형성된 상기 박막을 지지하는 지지틀을 또한 갖는 마스크.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하전입자선은 전자선을 포함하는 마스크.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 박막은 단결정실리콘층, 다결정실리콘층, 어머퍼스실리콘층 또는 다이아몬드층인 마스크.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 지지층은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화질화막, 다이아몬드층, 다이아몬드 레이크 카본(DLC)막 또는 금속층인 마스크.
  9. 기판의 일편의 면에 보조층을 거쳐서 지지층을 형성하는 공정과,
    상기 지지층상에 박막을 형성하는 공정과,
    상기 기판의 타편의 면측에서 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 보조층의 일부를 노출시키고, 상기 보조층의 노출부분의 주위에 상기 기판의 일부로 이루는 지지틀을 형성하는 공정과,
    상기 지지틀부분을 제거하고 상기 박막의 일부에 하전입자선이 투과하는 구멍을 형성하는 공정과,
    상기 지지층에 상기 구멍을 거쳐서 에칭액 또는 에칭가스를 공급함으로써 에칭을 행하고, 적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기 구멍보다도 넓은 직경으로 개구부를 형성하는 공정과,
    상기 지지틀부분을 제거하고, 상기 보조층을 제거하는 공정을 갖는 마스크제조방법.
  10. 기판의 일편의 면에 박막을 형성하는 공정과,
    상기 박막상에 지지층을 형성하는 공정과,
    상기 기판의 다른편의 면측에서 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 박막의 일부를 노출시키고, 상기 박막의 노출부분의 주위에 상기 기판의 일부로 이루는 지지틀을 형성하는 공정과,
    상기 지지층상에 보조층을 형성하는 공정과,
    상기 지지틀부분을 제거하고 상기 박막의 일부에 하전입자선이 투과하는 구멍을 형성하는 공정과,
    상기 지지층에 상기 구멍을 거쳐서 에칭액 또는 에칭가스를 공급함으로써 등방성에칭을 행하고, 적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기 구멍보다도 넓은 개구부를 형성하는 공정과,
    상기 보조층을 제거하는 공정을 갖는 마스크의 제조방법.
  11. 소정의 마스크패턴이 형성된 마스크를 거쳐서 감광면에 하전입자선을 조사하고, 상기 감광면에 상기 마스크패턴을 전사하는 공정을 갖는 반도체장치의 제조방법에 있어서,
    상기 마스크로서 박막과,
    상기 박막에 상기 마스크패턴으로 형성된, 하전입자선이 투과하는 구멍과,
    상기 박막의 일편의 면에 형성된 지지층과,
    적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기 구멍보다도 넓은 직경으로 형성된 개구부와,
    상기 개구부를 제거하고 상기 지지층상의 적어도 일부에 보조층을 거쳐서 형성된 상기 박막을 지지하는 지지틀과,
    상기 지지층에 상기 개구부를 형성하기 위한 에칭액 또는 에칭가스에 대하여 내성을 갖는 상기 보조층을 갖는 마스크를 이용하는 반도체장치의 제조방법.
  12. 소정의 마스크패턴이 형성된 마스크를 거쳐서 감광면에 하전입자선을 조사하고, 상기 감광면에 상기 마스크패턴을 전사하는 공정을 갖는 반도체장치의 제조방법에 있어서,
    상기 마스크로서 박막과,
    상기 박막에 상기 마스크패턴으로 형성된 하전입자선이 투과하는 구멍과,
    상기 박막의 일편의 면에 형성된 지지층과,
    적어도 상기 구멍부분의 상기 지지층에 상기 구멍보다도 넓은 직경으로 형성된 개구부와,
    상기 구멍을 제거하고, 상기 박막상의 적어도 일부에 형성된 상기 박막을 지지하는 지지틀을 갖는 마스크를 이용하는 반도체장치의 제조방법
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