KR100608345B1 - 전자빔 프로젝션 노광용 스텐실 마스크 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광용 마스크로서 스텐실 마스크를 이용하는 전자빔 프로젝션 노광 공정시, 근접 효과에 기인해서 셀 블럭의 가장자리에서의 패턴의 임계 치수가 작아지는 현상을 방지할 수 있는 스텐실 마스크 및 그의 제조방법을 개시하며, 개시된 본 발명의 스텐실 마스크는 전체를 지지하는 프레임; 상기 프레임 상에 배치되어 전자빔에 의한 스트레스가 전체적으로 평형을 이루도록 하는 멤브레인; 및 상기 멤브레인 상에 배치되어 전자빔을 소정 각도로 산란시키는 산란층으로 구성되며, 상기 산란층은 셀 블럭의 가장자리에 대응하는 부분이 중심에 대응하는 부분 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는 것을 특징으로 하고, 그 제조방법은 프레임과 개구영역을 갖는 멤브레인 및 산란층용 물질막의 적층물을 제공하는 단계; 상기 산란층용 물질막 상에 셀 블럭에 대응하는 부분의 중심부를 가리는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 산란층용 물질막이 부분적으로 상이한 두께를 갖도록, 상기 감광막 패턴을 이용해서 노출된 산란층용 물질막 부분의 소정 두께를 식각하는 단계; 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 산란층용 물질막을 패터닝해서, 셀 블럭의 가장자리에 대응하는 부분이 중심에 대응하는 부분 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는 산란층들을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

전자빔 프로젝션 노광용 스텐실 마스크 및 그의 제조방법{STENCIL MASK FOR ELECTRON BEAM PROJECTION LITHOGRAPHY AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

도 1은 근접 효과에 대한 보정이 이루어지지 않은 종래의 마스크 패턴 및 이에 따른 에너지 강도 분포를 도시한 도면.

도 2는 근접 효과에 대한 보정이 이루어진 종래의 마스크 패턴 및 이에 따른 에너지 강도 분포를 도시한 도면.

도 3은 근접 효과에 대한 보정이 이루어진 본 발명의 마스크 패턴 및 이에 따른 에너지 강도 분포를 도시한 도면.

도 4는 상이한 두께의 산란층에서의 전자량을 설명하기 위한 도면.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 스텐실 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

11 : 프레임 12 : 멤브레인

13 : 산란층용 물질막 13a : 산란층

14 : 제1감광막 패턴 15 : 제2감광막 패턴

20 : 스텐실 마스크

본 발명은 비광학적 노광 공정에서 사용되는 스텐실 마스크(stencil mask)에 관한 것으로, 특히, 근접 효과에 기인된 결함을 방지할 수 있는 스텐실 마스크 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 광학적 노광(optical lithography) 공정은 고집적 소자에서 요구되는 패턴 사이즈를 구현하는데 어려움이 있는 바, 그 이용에 한계를 갖게 되었다. 이에 따라, 상기 광학적 노광 공정이 갖는 분해능 한계를 극복하기 위해, 최근에는 광원으로서 전자빔, 이온빔 또는 에스레이(X-ray) 등을 이용하는 비광학적 노광 공정이 이용되고 있으며, 이들 중에서, 광원으로서 전자빔을 이용하는 전자빔 프로젝션 노광(Electron beam Projection Lithography : 이하, EPL) 공정이 주목되고 있다.

또한, 상기 EPL 공정을 포함한 비광학적 노광 공정시에는 노광용 마스크로서 스텐실 마스크(stencil mask)가 이용되고 있는데, 이러한 스텐실 마스크는, 크게, 온-오프(on/off) 방식의 마스크와, 개구 영역을 갖지 않은 방식의 멤브레인 마스크 및 상기 방식들의 혼합 방식인 산란 콘트라스트(scattering contrast)를 이용한 방식의 마스크로 구분된다.

여기서, 상기 온/오프 방식의 마스크는 전자빔이 투과되는 어퍼쳐(aperture) 영역과 전자빔이 흡수되는 흡수층(absorber) 영역으로 구성되는데, 상기 흡수층은 실지로 전자를 흡수하여햐 하기 때문에, 전자 침투 깊이 보다 두껍게 형성되어야 하고, 그래서, 제조 공정 상의 어려움을 갖고 있다.

다음으로, 상기 멤브레인 마스크는 전자를 큰 각으로 산란시키는 산란층 (scatterer)과 전자를 작은 각도로 투과하는 멤브레인(membrane) 층으로 구성되며, 이러한 멤브레인 마스크는, 최근, 전자빔 노광 공정시의 생산성을 높이기 위해서 전체 칩을 하나의 마스크로 노광할 수 있도록 설계되어지는 SCALPEL(SCattering with the Angular Limitation Projection Electron Lithography)에서 사용된다.

그 다음, 상기 산란 콘트라스트를 이용한 온/오프 방식의 마스크는 전자를 투과하는 어퍼쳐 영역과 전자를 산란시키는 산란층으로 구성되어 있으며, 최근에는 PREVAIL(Projection Reduction Exposure with Variable Axis Immersion Lenses)이라는 기술에 사용되고 있다.

그러나, 상기와 같은 방식들의 마스크를 이용한 비광학적 노광 공정은 하나의 마스크를 사용하여 칩 전체를 노광하기 때문에 패턴 밀도가 서로 다른 영역들 사이에서 나타나는 근접 효과(Proximity Effect)로 인하여, 칩의 모든 부분에서 소망하는 형상의 패턴들을 얻지 못하는 문제점이 있다.

예컨데, 디램 소자에 있어서, 셀 블럭(cell block), 즉, 셀 영역의 중심부에서는 패턴 밀도가 상대적으로 높고, 가장자리 부분에서는 패턴 밀도가 상대적으로 낮기 때문에, 네가티브 레지스트가 적용된 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 셀 영역의 가장자리 부분에서의 에너지 강도가 상대적으로 낮은 것에 기인해서 패턴의 임계 치수는 작게 나타나고, 그래서, 에스펙트 비(aspect ratio)에 따른 패턴 쓰러 짐(collapse) 등이 발생하게 된다. 도 1에서, 도면부호 3은 마스크 패턴, 즉, 산란층을 나타낸다.

한편, 종래에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 마스크에 구비되는 산란층(3)의 임계 치수를 조절하는 것에 의해서 셀 영역의 가장자리 부분에서의 패턴의 임계 치수가 변하는 것을 보정하고 있다. 그러나, 이 방법은 하층 물질의 변화와 적정 도우즈에 따라서 중심부와 가장자리의 반사 전자량의 비가 변화되기 때문에, 실질적으로, 가장자리 부분에서의 임계 치수의 변화를 보정하기란 매우 어렵다.

띠라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 근접 효과에 기인하는 셀 영역의 가장자리 부분에서의 패턴 임계 치수의 변동을 신뢰성 있게 보정해줄 수 있는 스텐실 마스크 및 그의 제조방법을 제공하느데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스텐실 마스크는, 전체를 지지하는 프레임; 상기 프레임 상에 배치되어 전자빔에 의한 스트레스가 전체적으로 평형을 이루도록 하는 멤브레인; 및 상기 멤브레인 상에 배치되어 전자빔을 소정 각도로 산란시키는 산란층으로 구성되며, 상기 산란층은 셀 블럭의 가장자리에 대응하는 부분이 중심에 대응하는 부분 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스텐실 마스크의 제조방법은, 프레임과 개구영역을 갖는 멤브레인 및 산란층용 물질막의 적층물을 제공하 는 단계; 상기 산란층용 물질막 상에 셀 블럭에 대응하는 부분의 중심부를 가리는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 산란층용 물질막이 부분적으로 상이한 두께를 갖도록, 상기 감광막 패턴을 이용해서 노출된 산란층용 물질막 부분의 소정 두께를 식각하는 단계; 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 산란층용 물질막을 패터닝해서, 셀 블럭의 가장자리에 대응하는 부분이 중심에 대응하는 부분 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는 산란층들을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따르면, 셀 블럭의 가장자리 부분에서의 산란층의 두께를 중심 영역 보다 낮게 제작함으로써, 패턴 밀도에 따른 셀 블럭의 가장자리에서의 패턴 임계 치수의 감소를 용이하게 보정할 수 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바라직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 근접 효과에 대한 보정이 이루어진 마스크 패턴 및 이에 따른 에너지 강도 분포를 도시한 도면으로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 스텐실 마스크는 셀 블럭, 즉, 셀 영역의 가장자리 부분과 대응해서 배치되는 산란층들(A)이 셀 영역의 중심 부분과 대응해서 배치되는 산란층들(B) 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖으며, 그래서, 상이한 두께를 갖는 산란층을 투과하는 전자들의 에너지 강도 분포는 전체적으로 균일하게 된다.

자세하게, 상이한 패턴 밀도를 갖는 영역들에 대한 노광시, 상대적으로 패턴 밀도가 낮은 영역에서의 에너지의 강도가 상대적으로 패턴 밀도가 높은 영역에서의 에너지의 강도 보다 낮은 것은, 반사되는 전자의 영향이 패턴 밀도가 큰 영역 보다 패턴 밀도가 낮은 영역에서 작은 것에 기인하는 것이며, 그 결과로, 에너지 강도가 낮은 부분은 패턴의 임계 치수도 작아지게 된다.

한편, 상이한 두께를 갖는 산란층들에서의 전자의 산란을 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상이한 두께의 산란층(C, D)을 투과하는 전자량은 상대적으로 얇은 산란층(C)을 투과하는 경우가 상대적으로 두꺼운 산란층(D)을 투과하는 경우 보다 많다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 스텐실 마스크는 근접 효과에 기인하여 발생되는 셀 영역의 중심부와 가장자리부 사이의 패턴의 임계 치수의 차이를 보정하기 위해서, 마스크 상에서의 패턴의 임계 치수를 변경하는 종래의 방법 대신에, 셀 영역의 가장자리에 배치되는 산란층들의 두께가 중심에 배치되는 산란층들의 두께 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 하는 방법을 채택하며, 이에 의해서, 근접 효과에 기인하여 패턴 밀도가 상대적으로 낮은 영역에서의 패턴의 임계 치수가 작아지는 현상을 용이하고, 아울러, 신뢰성 있게 보정한다.

도 5a 내지 도 5d는 상기한 본 발명의 스텐실 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 공지된 공정을 통해 전체를 지지하도록 기능하는 프레임(frame : 11)과 전자빔에 의한 스트레스가 전체적으로 평형으로 이루도록 기능하는 멤브레인(12) 및 산란층용 물질막(13)의 적층물을 제공한다. 여기 서, 상기 멤브레인(12)은 산화막 재질이며, 그 내부에 개구 영역을 갖는다. 그런다음, 상기 산란층용 물질막(13) 상에 셀 영역에 대응하는 부분의 중심부를 가리는 제1감광막 패턴(14)을 형성한다.

그 다음, 상기 제1감광막 패턴(14)을 이용한 식각 공정으로 노출된 산란층용 물질막의 소정 두께를 식각하고, 이어서, 식각 마스크로 이용된 상기 제1감광막 패턴을 제거함으로써, 도 5b에 도시된 바와 같이, 셀 영역의 가장자리에 대응하는 산란층용 물질막 부분의 두께가 셀 영역의 중심에 대응하는 산란층용 물질막 부분의 두께 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 만든다.

다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 상이한 두께를 갖는 산란층용 물질막 상에 제2감광막 패턴(15)을 형성하고, 그런다음, 상기 산란층용 물질막에 대해 상기 제2감광막 패턴(15)을 이용한 식각 공정을 행하여, 산란층들(3)을 형성하고, 이어서, 상기 제2감광막 패턴을 제거하는 것에 의해서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 셀 영역의 가장자리에 대응하는 부분에서의 두께가 중심에 대응하는 부분에서의 두께 보다 상대적으로 얇은 산란층들(14a)을 형성하고, 이 결과로, 스텐실 마스크(20)를 완성한다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 산란층의 두께를 부분적으로 상이하게 하는 방법을 채택하고 있지만, 이 방법 대신에 상기 산란층의 재질을 부분적으로 상이하게 하는 방법도 적용 가능할 것으로 기대된다.

이상에서와 같이, 본 발명의 스텐실 마스크는 산란층의 두께를 부분적으로 상이하게 만듦으로써, 근접 효과에 기인하여 셀 블럭의 가장자리에서 패턴 임계 치수가 작아지는 현상을 용이하게 보정할 수 있으며, 그래서, 한 번의 노광으로도 칩 전체에 대해 소망하는 형상의 패턴들을 형성할 수 있다.

한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (2)

1. 전체를 지지하는 프레임; 상기 프레임 상에 배치되어 전자빔에 의한 스트레스가 전체적으로 평형을 이루도록 하는 멤브레인; 및 상기 멤브레인 상에 배치되어 전자빔을 소정 각도로 산란시키는 산란층으로 구성되며,

   상기 산란층은 셀 블럭의 가장자리에 대응하는 부분이 중심에 대응하는 부분 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
2. 프레임과, 개구영역을 갖는 멤브레인 및 산란층용 물질막의 적층물을 제공하는 단계;

   상기 산란층용 물질막 상에 셀 블럭에 대응하는 부분의 중심부를 가리는 감광막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 산란층용 물질막이 부분적으로 상이한 두께를 갖도록, 상기 감광막 패턴을 이용해서 노출된 산란층용 물질막 부분의 소정 두께를 식각하는 단계;

   상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및

   상기 산란층용 물질막을 패터닝해서, 셀 블럭의 가장자리에 대응하는 부분이 중심에 대응하는 부분 보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는 산란층들을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크의 제조방법.

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