KR100306415B1 - 투영노광장치용으로사용된포토마스크 - Google Patents

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Abstract

투영 노광 장치용으로 이용된 포토마스크가 투명기판과 투명기판상에 제공된 광차단막을 포함한다. 투명기판은 주 패턴 영역과 주 패턴 영역의 주변에 제공된 보조 패턴 영역을 포함한다. 주 패턴 영역을 통과한 투과광과 보조 패턴을 통과한 투과광 사이에 어떤 위상차가 발생하는 깊이까지 보조 패턴 영역이 에칭된다. 위상차는 실질적으로 360 도의 정수배이고, 정수는 1 이상의 정수 와 -1 이하의 정수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 수이다. 광차단막은 주 패턴 영역 및 보조 패턴 영역상에 개구를 포함한다.

Description

투영 노광 장치용으로 사용된 포토마스크 {PHOTOMASK USED FOR A PROJECTION EXPOSURE EQUIPMENT}
본 발명은 투영 노광 장치용으로 사용된 포토마스크에 관한 것이며, 특히 반도체 소자 제조공정에서 미세 패턴을 형성하기 위해서 사용된 포토마스크에 관한 것이다.
최근에, 광학 리소그래피는 반도체 소자 제조공정에서 반도체 기판상에 패턴을 형성하는 주요 기술로 되어 왔다.
광학 리소그래피 공정에서, 포토마스크상에 형성된 제 1 패턴이 축소 투영 노광 장치에 의해 반도체 기판면상에 코팅된 감광성 수지에 전사된다. 감광성 수지는 현상시 소정의 패턴으로 패터닝된다. 포토마스크상에 형성된 패턴은 투명영역과 광 차단 영역을 포함한다. 포토마스크는 그러한 패턴이 형성된 노광용 원판이고 포토마스크상에 형성된 패턴들과 감광성 수지상의 패턴들 사이의 크기비가 1:1 이 아닐 때 레티클 (reticle) 이라고 부른다.
반도체 장치용 패턴의 소형화가 최근에 요구되어져 왔고 종래 포토리소그래피 기술에서, 그러한 요구가 노광 장치의 발전, 특히 투영 렌즈계에서 더 큰 개구수 (NA) 에 의해 만족되어 왔다. 개구수는 확산 광선을 집광하기 위한 파워를 나타내는 지수이고, 그 값이 더 높아지면 질수록 더욱 많은 확산 광선이 집광될 수 있기 때문에 렌즈의 성능이 더 향상된다.
아래의 수학식 1 은 화상이 분리될 수 있는 미세 패턴의 최소 크기인 해상 한계 (R) 와 개구수 (NA) 사이의 관계를 레일레이 (Rayleigh) 식으로 나타낸 것이다.
R = (K 1 ×λ) / NA
K1은 감광성 수지 등의 성능과 같은 공정 파라미터에 의존하는 상수이고, λ 는 투과광의 파장이다. 수학식 1 로부터 알 수 있듯이, 개구수 (NA) 의 값이 커질수록, 해상 한계 (R) 가 더 작아진다.
해상도는 노광 장치의 개구수를 증가시킴으로써 향상되지만 해상도가 향상됨에 따라 초점심도가 감소되기 때문에, 패턴의 소형화가 곤란해진다. 초점심도는 초점의 변위의 허용가능한 범위를 나타내는 지수이다. 아래의 수학식 2 는 초점심도 (DOF) 와 개구수 (NA) 사이의 관계를 레일레이식으로 나타낸 것이다.
DOF = (K 2 ×λ) / NA 2
K2는 공정 파라미터에 의존하는 상수이다. 수학식 2 에서 알 수 있듯이, 개구수 (NA) 가 커짐으로써, 초점심도가 더 작아지고 따라서 초점심도의 미세한 변위조차도 허용되지 않는다.
이 때문에, 다양한 초해상방법 (super-resolution method) 이 초점심도를 증가시키기 위해서 연구되어져 왔다. 초해상방법은, 화상면상의 광강도분포가 조명광학계, 포토마스크, 또는 투영 렌즈계의 퓨필면에서 투과율이나 위상을 제어함으로써 향상되게 하는 방법이다.
조명광학계의 최적화에 의해 해상도 특성을 향상시키는 방법인, 소위 이축 (離軸) 조명법은 거의 실현단계에 도달하였기 때문에 다양한 초해상방법 중에서 최근에 관심을 끌고 있다.
스텝퍼 (stepper) 라고 부르는 종래의 노광장치용 조명광학계를 설명한다.
반도체 장치를 제조하기 위한 리소그래피 공정에서, 포토마스크상의 노광 영역의 전체 표면은 반도체 기판의 노광 영역의 전체 표면에 걸쳐 형성되는 패턴의 크기를 제어하기 위해서 균일한 강도로 조명되어야 하는 것이 요구된다. 이 때문에, 종래의 노광 장치에 있어서는, 광원인 수은램프로부터 방출된 광을 단일 파장을 가지도록 콜드 미러 (cold mirror) 및 간섭 필터 등을 통과시킨다. 단일 파장을 가진 광은, 조명의 균일성을 얻기 위한 광학소자인 플라이 아이 렌즈 (fly's eye lens) 에 인도된다.
플라이 아이 렌즈는, 평행하게 정렬된 동일한 타입의 복수의 단일 렌즈의 집단으로 구성되는 광학소자이다. 각 단일 렌즈가 각각의 초점을 형성하여 복수의 독립적인 점광원이 플라이 아이 렌즈에 형성된다. 포토마스크가 점광원으로 구성된 점광원군에 의해 조명될 때, 포토마스크상에의 조명 균일성이 향상된다. 때때로, 수은램프가 1차 광원인 경우, 그러한 점광원군을 2차 광원이라 부른다.
수은램프로부터 방출된 광이 플라이 아이 렌즈를 통과할 때, 포토마스크상의조명 상태는 광원인 수은램프의 발광상태에 의해 영향을 받지 않는다. 즉, 포토마스크상의 조명 상태는 플라이 아이 렌즈에 의해 형성된 점광원의 강도 분포 및 형상에 의해서만 실질적으로 영향을 받으며, 그것은 노광 특성에 영향을 준다. 이러한 점광원군을 유효광원이라 부른다.
유효광원의 형상을 제어하여 해상도 특성을 향상시키는 하나의 방법으로서, 일반적으로 이축 조명법 또는 경사 조명법이라고 하는 초해상방법이 있다.
유효광원의 형상을 변화시키기 위해서, 다이어프램이나 다양한 형태의 하나인 필터가 플라이 아이 렌즈의 직후에 배치된다. 이러한 방법은 유효광원의 다이어프램의 형상에 의해 더욱 분류된다. 예를들면, 링형 조명광원을 형성하기 위해서 광이 다이어프램의 중앙부에서 차단되는 조명방법을 환형 (annular) 조명법이라 부르고, 또한 주변의 4개 코너에서 4개의 개구를 갖는 다이어프램이 사용되는 조명법을 4중극 조명법이라 부른다.
이축 조명법을 설명한다. 도 1a 는 이축 조명법을 사용하지 않은 종래의 조명법에 사용된 다이어프램을 도시한 전형적인 도면이고, 도 1b 는 도 1a 와 동일한 노광 장치의 주요 광학계를 도시한 전형적인 도면이다. 도 1c 는 이축 조명법을 사용하는 조명법에 사용된 다이어프램을 도시한 전형적인 도면이고, 도 1d 는 도 1c 와 동일한 노광장치의 주요 광학계를 도시한 전형적인 도면이다.
도 1a 에 도시된 바와 같이, 종래의 조명법에서, 원형개구를 갖는 다이어프램 (201a) 이 사용된다. 도 1b 에 도시된 바와 같이, 플라이 아이 렌즈 (202) 로부터 나온 광은 다이어프램에 의해 축약되고 (contract) 포토마스크의 표면상에수직으로 투영된다. 그 후, 광은 포토마스크 (203) 에 의해 회절되고 투영 렌즈계 (204) 에 유도된다. 광은 투영 렌즈계 (204) 로부터 반도체 기판 (205) 에 투영된다.
포토마스크 (203) 상에 형성된 패턴을 해상하기 위해서, 적어도 0차 및 +1 또는 -1차의 최소의 회절광이 회절광으로부터 집광되는 것이 필요하다. 그러나, 도 1b 에 도시된 바와 같이 종래의 조명법에 있어서 패턴이 미세화될수록 회절각이 더 커지고, 따라서 +1차의 회절광이나 -1차의 회절광 중 어느것도 투영 렌즈계 (204) 로 투영되지 못한다.
따라서, 미세 패턴에서, 포토마스크 (203) 의 표면상에 수직방향으로 투영된 광은 해상도에 기여하지 못하는 노이즈 성분이 되어 화상면상의 광강도분포의 콘트라스트를 감소시킨다.
반면에, 도 1c 에 도시된 바와 같이, 이축 조명법에서, 링형의 개구를 갖는 다이어프램 (201b) 이 사용된다. 도 1d 에 도시된 바와 같이, 입사광은 포토마스크 (203) 의 표면상에 경사방향으로 투영되고 대다수의 조명광이 패턴의 해상도용으로 사용되도록, 0차 및 +1 또는 -1차의 회절광이 투영렌즈계 (204) 로 투영된다.
이축 조명법에 따른 이러한 방법에서, 해상도에 기여하지 못하는 조명광의 수직 입사 성분이 제거되고 경사 입사각이 효과적으로 이용되어 해상도와 초점심도의 향상이 달성되도록 한다.
그러나, 이축 조명법은 회절광을 발생하는 것과 같은 주기적인 패턴의 형성에는 효과적이지만, 광회절을 발생시키지 않는 분리 패턴의 형성에는 어떠한 효과도 주지 않는다.
그러한 조건을 고려하여, 분리 영역이 형성될 때, 해상될 주 패턴 영역을 둘러싸고 있는 주변 영역에 해상되지 않는 미세 패턴 영역이 제공되는 포토마스크가 기재되었다 (일본 특개평 4-268714 호 공보참조). 이러한 미세 패턴 영역을 이하에서 보조 패턴 영역이라고 한다.
종래의 보조 패턴 영역을 설명한다. 도 2a 는 종래의 보조 패턴 영역의 구조를 도시한 평면도이고, 도 2b 는 도 2a 의 선 A-A 를 취한 단면도이다.
이경우에, 포토마스크상의 패턴 영역의 크기 대 화상면상의 패턴의 크기의 비율이 5:1, 즉 축소배율이 1/5 이고, 개구수 (NA) 가 0.55 및 코히어런스 인자(σ) 가 0.8 인 KrF 엑시머 레이저 노광장치가 사용된다고 가정된다. 화상면인 반도체 기판의 표면상에 형성된 패턴은 0.2㎛ 의 분리 패턴이다.
도 2a 및 도 2b 에 도시된 바와 같이, 보조 패턴 영역이 적용된 종래의 포토마스크에 있어서, 70㎚ 두께의 크롬막과 30㎚ 두께의 산화 크롬막으로 이루어진 광 차단막 (217) 은 석영으로 이루어진 투명기판 (216) 상에 형성된다. 1.00㎛ 의 폭 (W1) 을 갖는 주 패턴 영역 (211) 은 광 차단막 (217) 내에 형성된다. 이러한 주 패턴 영역 (211) 은 화상면상의 분리 패턴이다. 도시된 바와같이 0.5㎛ 의 폭 (W2) 을 갖는 보조 패턴 영역 (212) 은 주 패턴 영역의 좌우측에 주 패턴 영역으로부터 1.25㎛ 거리에 있는 광 차단막 (217) 에 형성된다. 이경우에서, 패턴의 피치가 라인들과 스페이스들의 0.2㎛ 의 패턴과 같도록 주 패턴 영역 (211) 과 보조 패턴 영역 (212) 사이의 거리가 설정된다. 즉, 화상면상의 피치는 0.4㎛ 이고 포토마스크상의 피치는 2.0㎛ 이다. 보조 패턴 영역 (212) 이 전사되지 않도록 보조 패턴 영역의 폭 (W2) 이 설정된다.
보조 패턴 영역의 폭 (W2) 이 커짐에 따라서, 보조 패턴 영역의 효과가 커진다는 것이 명백하다. 그러나, 만약 크기가 소정의 값을 초과한다면, 보조 패턴 영역 (212) 자체가 반도체 기판으로 전사되고, 때때로 반도체 소자의 기능에 악영향을 미친다.
따라서, 포토마스크의 형성에서 에러에 기인하여 발생하는 보조 패턴 영역의 폭 (W2) 의 변동, 포토마스크가 사용될 때 노광 도즈량의 변동과 같은 변동 인자를 고려하여 보조 패턴 영역이 전사되지 않도록 보조 패턴 영역 (212) 이 설정되는 것이 요구된다.
만약 보조 패턴 영역 (212) 을 갖는 포토마스크가 사용된다면, 분리 패턴상의 초점심도는 더 커지고 초점심도는 이축 조명법과 결합하여 더욱 증가한다.
초해상방법의 하나인 상술한 이축 조명법에 더하여, 또한 포토마스크의 면을 개선한 위상 쉬프트 마스크가 연구되었다.
위상 쉬프트 마스크로서, 투명 영역을 통과한 투과광의 위상이 주기적 패턴으로 교대로 180 도씩 변화되는 시부야-레벤손법이 제안되었다 (일본 특개소 57-62052 호 공보참조). 도 3a 는 시부야-레벤손 위상 쉬프트 마스크의 구조를 도시한 평면도이고, 도 3b 는 도 3a 의 선 B-B 를 취한 단면도이고, 도 3c 는 위상 쉬프트 마스크의 투과광의 진폭 분포를 도시한 전형적인 다이아그램이다.
도 3a 및 도 3b 에 도시된 바와 같이, 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 광 차단막 (227) 이 투명기판 (226) 상에 형성되고, 광 차단막의 부분을 선택적으로 제거함으로써 광 차단막 (227) 내에 개구 (221) 가 주기적으로 형성된다. 투명막 (223) 이 하나 걸러 하나씩의 개구 (221) 에 제공된다.
파장이 λ인 광은 그 광이 투과하는 물질 내에서의 파장이 λ/n 이 되고, 여기서 n 은 물질의 굴절률이다. 따라서, 굴절률이 약 1 인 공기를 통과한 투과광과 투명막 (223) 을 통과한 투과광 사이에 위상차가 생긴다. 시부야-레벤손 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 투명막 (223) 의 막두께 (t) 를 λ/2(n1-1) 로 설정함으로써 위상 쉬프트가 180 도로 되도록 조정된다. 여기서, λ 는 노광광의 파장을 나타내고 n1은 투명막 (223) 의 굴절률을 나타낸다.
공기를 통과한 투과광과 투명막 (223) 을 통과한 투과광 사이의 위상차가 180 도인 경우, 시부야-레벤손법에 있어서 위상 쉬프트 마스크를 통과한 투과광의 진폭 분포는 도 3c 에 도시된 바와 같이 위상이 각각의 개구에서 반전된 분포를 가진다. 따라서, 이 경우에, 진폭 분포의 주기는 위상 쉬프트 마스크를 채용하지 않는 경우보다 2배만큼 크게 된다. 따라서, 위상 쉬프트 마스크의 회절각은 종래의 1/2 배이고, 심지어 해상도 한계 이하인 패턴에 대해서도 회절광은 투영렌즈로 집광된다.
위상이 반전된 광빔 사이의 간섭과 광강도가 인접 개구들 사이에서 감소되기 때문에, 미세 패턴이 분리된다.
투명막 (223) 은 위상 쉬프터라 불리고, 산화실리콘 (SiO2) 막이 재료로서 일반적으로 사용된다. 그러나, 이경우에, 선택적 에칭이 석영 (SiO2)으로 이루어진 투명막 (223) 과 투명기판 (226) 사이에서 행해지는 것이 어렵다. 이 때문에, 에칭 스토퍼가 위상 쉬프터와 시부야-레벤손 위상 쉬프트 마스크내 투명기판 사이에 제공되는 것이 요구된다.
그러나, 수은램프의 g-라인 (파장: 436㎚) 및 i-라인 (파장: 356㎚) 에 대해서는, 산화주석 등의 투과율이 100%이고 비감광성을 갖는 에칭 스토퍼를 이용할 수 있지만, KrF 엑시머 레이저광 (파장: 248㎚) 에 대해서는 어떠한 적당한 에칭 스토퍼도 이용할 수 없다.
이러한 조건에서, 위상차가 발생되는 구조를 갖는 위상 쉬프트 마스크에 대한 연구가 마스크상에 위상 쉬프터를 배치함이 없이 투명기판 자체를 에칭하는 KrF 노광으로부터 시작되었다. 이러한 위상 쉬프트 마스크가 일본 특개평 7-77796 호 공보에 기재되었다. 도 4 는 일본 특개평 7-77796 호 공보에 기재된 종래의 위상 쉬프트 마스크의 구조를 도시한 단면도이다. 투명기판 자체를 에칭함으로써 형성된 시부야-레벤손 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 도 4 에 도시된 바와 같이, 투명기판 (236) 상의 개구패턴 (231) 이 있는 광 차단막 (237) 이 도 3 에 도시된 시부야-레벤손 쉬프트 마스크에 있어서와 같이 제공된다. 게다가, 투명기판 (236) 이 에칭됨으로서 에칭단차부 (233) 가 개구 패턴 (231) 과 정렬하는 위치에서 형성된다. 이러한 종래예에 있어서, 에칭단차부 (233) 가 위상 쉬프터로서의 역할을 한다.
그러한 방법에서, 도 4 에 도시된 위상 쉬프트 마스크는 에칭 스토퍼를 사용하지 않기 때문에, KrF 노광 및 ArF 엑시머 레이저와 같은 단파장의 노광광에 적용될 수 있다. 게다가, 에칭 스토퍼 또는 위상 쉬프터용 막 형성 공정단계가 필요하지 않기 때문에, 결함의 발생이 감소될 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 상술한 에칭 스토퍼를 요구하지 않은 위상 쉬프트 마스크를 사용하여 패턴이 전사되는 경우에, 에칭단차부 (233) 로부터의 광의 강도가 화상면상에서 감소되어 인접 패턴간에 치수차가 발생한다는 심각한 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위한 연구가 실험과 시뮬레이션을 통해 행해졌고, 치수차의 발생이 에칭단차부 (233) 의 근처에서의 위상의 변화에 의해 일어난다는 것을 발견했다. 즉, 투과광의 위상이 경계로서의 측벽에서 양측 상에 0 도 및 180 도로 완전히 분리되지 않고 측벽의 근처에 중간 위상 영이 존재하게 된다. 실제로, 마스크에 대해 경사진 방향으로의 광이 있기 때문에, 에칭단차부 (233) 의 측벽에서 반사 등이 일어나며, 그래서 더 복잡한 위상 변화가 일어난다. 광의 위상이 더 복잡하게 변화되는 광의 부분이 영역으로부터 광강도를 감소시킨다.
다른 방법으로서, 에칭단차부의 측벽이 광 차단막 아래에 감추어지는 방법이 제안되었다 (일본 특개평 8-194303 호 공보참조). 도 5 는 일본 특개평 8-194303 호 공보에 기재된 종래의 위상 쉬프트 마스크의 구조를 도시한 단면도이다.그 공보에 기재된 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 에칭단차부 (243) 의 측벽 (243a) 이 약 0.1㎛ 의 거리로 개구 패턴의 에지부와 떨어져 있다. 이 때문에, 위상이 무질서한 전체 광이 광 차단막 (247) 에 의해 차단되고 단지 위상이 180 도로 변화는 광만이 개구를 통해 통과한다. 이러한 구조는, 완충된 플루오르화수소산등으로 등방성 에칭한 후, 투명기판 (246) 을 CHF3등으로 이방성 에칭을 함으로써 형성될 수 있다.
그러나, 상술한 다양한 시부야-레벤손 위상 쉬프트 마스크는 매우 밀집되고 반복된 패턴에만 적용될 수 있다. 그후, 시부야-레벤손 위상 쉬프트 마스크가 분리 패턴의 형성에 적용되는 방법이 제안되었다 (일본 특개평 3-15845 호 공보참조). 그 공보에 설명된 보조 패턴 방식은, 상술한 종래의 보조 패턴 영역을 갖는 포토마스크와 동일한 방법으로서 해상되지 않는 미세 패턴 영역이 제공되는 방법이다. 주 패턴 영역을 통과한 투과광과 보조 패턴 영역을 통과한 투과광 사이의 위상차가 위상 쉬프트 마스크 효과를 얻기 위해서 이용된다. 그러한 구조를 갖는 보조 패턴 타입의 종래 위상 쉬프트 마스크를 설명한다. 도 6a 는 보조 패턴 타입의 종래의 위상 쉬프트 마스크의 구조를 도시한 평면도이고 도 6b 는 도 6a 의 선 C-C 를 취한 단면도이다. 도 6a 및 도 6b 에 도시된 바와 같이, 종래의 보조 패턴 타입의 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 1.00㎛ 의 폭을 갖는 주 패턴 영역 (251) 이 투명기판 (256) 내에 분할되어 있다. 0.5㎛ 의 폭의 보조 패턴 영역 (252) 이 주 패턴 영역 (251) 의 좌우측에 상호 떨어져 배치된다.게다가, 주 패턴 영역 (251) 과 보조 패턴 영역 (252) 상에 위치하는 개구를 갖는 광 차단막(257) 이 투명기판 (256) 상에 형성된다. 투명막 (253) 이 보조 패턴 영역 (252) 상에 형성된다. 따라서, 주 패턴 영역 (251) 을 통과한 투과광과 보조 패턴 영역 (252) 을 통과한 투과광 사이에서 180 도 위상차가 일어난다.
마스크의 설계와 형성이 간단한 방법으로서, 하프톤 (half tone) 방식이 제안되었다 (일본 특개평 4-136854 호 공보 참조). 하프톤 방식은 개발 당초에는 홀 패턴용으로 주로 사용하기 위해서 연구되어져 왔지만, 나중에는, 이축 조명법과 결합함으로써 일반 라인 패턴에도 효과가 있다는 것을 알았다. 일본 특개평 4-136854 호 공보에 기재된 종래의 하프톤 타입의 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 반투명막이 도 1b 에 도시된 종래의 포토마스크에 제공된 광 차단막을 대신하여 제공된다. 반투명막의 재료로서, 크롬옥시니트라이드 (chromium oxynitride), 몰리브데움옥시니트라이드 실리사이드 또는 크롬 플루오라이드 등이 사용되고 투과율이 일반적으로 4 내지 10% 범위내이다. 그러한 방법으로 구성된 하프톤 타입의 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 반투명막을 통과한 투과광과 그것의 주변의 투명영역을 통과한 투과광 사이의 위상차가 180 도로 일어나, 위상 쉬프트 마스크의 효과가 달성된다.
그러나, 종래의 하프톤 타입의 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 분리 패턴에서 초점심도의 증가 효과가 성취되지 못하는 이축 조명의 조건에서 문제가 있어 왔다.
예를들면, 분리 홀 패턴의 형성에 있어서, 낮은 코히어런스 인자 (σ) 의 조명의 조건으로 50% 이상 초점심도를 증가하는 효과가 하프톤 타입 마스크로서 이루어지지만, 환형 조명의 조건으로 종래의 마스크와 동일한 정도의 효과만 이용할 수 있다.
상술한 보조 패턴을 갖는 포토마스크에 있어서, 해상도 한계 이하의 미세 패턴이 필요하기 때문에, 마스크의 형성이 곤란하다는 문제가 일어난다.
일반적으로 보조 패턴을 갖는 포토마스크에 있어서, 보조 패턴의 크기가 커지면, 집속 특성 등의 주 패턴의 노광 특성, 초점심도 등이 향상된다. 그러나, 만약 보조 패턴의 크기가 더 커진다면, 보조 패턴이 전사된다. 이 때문에, 보조 패턴이 전사되지 않은 범위에서 최대 크기가 선택되어야 한다.
예를들면, KrF 엑시머 레이저 노광장치 (개구수: 0.55, 코히어런스 인자(σ): 0.8, 축소배율: 1/5) 의 경우에서, 해상도 한계가 0.2㎛ 이하이기 때문에, 그것의 절반의 크기인 0.1㎛ 의 패턴이 보조 패턴으로서 요구된다. 이런 패턴을 보조 패턴으로서 가진 0.5㎛ 의 패턴이 포토마스크 상에 있게 되고, 이것은 현재에 이용할 수 있는 마스크 드로잉 장치에 있어서 안정한 방법으로 패턴이 형성될 수 있는 한계 보다 낮게 된다.
일반적으로 전자빔 패턴 형성 장치가 사용되어 마스크 패턴을 드로잉하고 해상도 한계가 0.3㎛ 정도이고 적당한 노광 도즈량이 패턴 크기에 의존하는 정도에서 변한다.
따라서, 만약 노광 도즈량이 주 패턴을 기초로 하여 조정된다면, 노광 도즈량은 보조 패턴의 요구에 대해 작아지고 따라서 그 크기는 큰 마진으로 좁아진다. 보조 패턴의 크기가 그러한 방법에서 좁아질 때, 초점심도의 증가의 효과가 충분히이루어질 수 없다. 반면에, 만약 노광 도즈량이 보조 패턴을 기초로하여 조정된다면, 노광 도즈량은 주 패턴의 요구에 대해 초과하여 마스크 크기의 정확성이 악화된다.
심지어 마스크 패턴이 어떤 다른 방법으로 형성될 때에도, 패터닝 단계후 검사 단계에서 문제가 일어난다. 즉, 만약 검출 감도가 마스크 검사장치에서 높은 수준으로 유지된다면, 모든 보조 패턴은 의사 결함 (pseudo-defect) 으로서 검출된다.
이 때문에, 실제에 있어서, 검사장치의 검출 감도가 낮아져 의사 결함이 공정에서 검출되지 않아, 결과적으로, 마스크의 신뢰성이 현저히 저하되는 문제점이 야기된다.
이러한 문제점에 대해서, 보조 패턴의 형성을 용이하게 하는 위상 쉬프트 마스크가 제안되었다 (일본 특개평 5-333524 호 공보 참조). 도 7a 는 일본 특개평 5-333524 호 공보에 기재된 위상 쉬프트 마스크의 구조를 도시한 평면도이고 도 7b 는 도 7a 의 선 D-D 를 취한 단면도이다. 그 공보에 기재된 종래의 보조 패턴 타입의 위상 쉬프트 마스크 패턴에 있어서, 인듐주석산화물로 이루어진 도전막 (268) 이 도 7a 및 도 7b 에 도시된 바와 같이 석영 등으로 이루어진 투명기판 (266) 상에 형성된다. 도전막 (268) 상에 라인 타입으로 형성된 제 1 개구 (261) 와 제 1 개구의 좌우측에 동일한 간격으로 떨어져 형성된 제 2 개구 (262) 를 구비하는 광 차단막 (267) 이 제공된다. 투명막 (263) 이 제 1 개구 (261) 와 광 차단막 (267) 상에 형성된다. 예를들면, 제 1 개구 (261) 의 폭은 1.5㎛이고 제 2 개구 (262) 의 폭이 1.5㎛ 이고 제 1 개구 (261) 와 제 2 개구 (262) 간의 거리가 1.5㎛ 이다. 제 1 개구 (261) 를 통과한 투과광과 제 2 개구 (262) 를 통과한 투과광 사이에서 180 도의 위상차가 일어나도록 제 1 개구 (261) 내의 투명막 (263) 의 막두께가 설정된다.
이러한 방식으로 형성된 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 제 1 개구 (261) 를 통과한 0차의 투과광과 제 2 개구 (262) 를 통과한 0차의 투과광이 서로 상호 오프셋함으로써 제 1 개구 (261) 의 화상의 콘트라스트가 향상된다. 게다가, 제 2 개구 (262) 를 통과한 투과광의 일부가 투명막 (263) 의 측벽에서 차단되기 때문에, 위상차가 투명막 (263) 을 통과한 투과광의 부분에서 일어나고, 제 2 개구 (262) 는 전사되지 않는다.
이러한 0.45 의 개구수 (NA), 0.3 의 코히어런스 인자 (σ), 1/5 의 축소배율 및 i-라인의 노광 (356㎚ 의 파장) 을 갖는 투영 노광장치 및 종래의 위상 쉬프트 마스크가 투영 노광을 행하기 위해서 사용되면, 0.3㎛ 의 폭을 갖는 분리 스페이스가 높은 정확도로 형성될 수 있다.
이러한 종래예에 있어서, 보조 패턴 영역으로서 역할을 하는 제 2 개구 (262) 의 폭이 1.5㎛ 정도이기 때문에, 전자 빔 패턴 형성 장치에 의한 보조 패턴의 형성이 용이하다. 따라서, 검사장치의 검사의 정확도의 감소가 패턴 검사 단계에서 불필요하다.
게다가, 일본 특개평 5-333524 호 공보에서, 상술한 보조 패턴방식이 홀 패턴의 형성에 적용된 예를 기재하고 있다.
그러나, 그 공보에서 기재된 위상 쉬프트 마스크의 경우에, 낮은 코히어런스 (σ) 의 조명의 조건에서 초점심도가 크게 증가하는 효과가 이루어질 때, 초점심도가 크게 증가하는 효과가 환형 조명의 조건에서는 얻어지지 않는다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 투영 노광 장치용으로 사용된 포토마스크를 제공하는 것으로서, 그 형성은 보조 패턴 영역의 크기를 증가함으로써, 또한 주 패턴 영역의 영향이 줄어들고 큰 초점심도가 환형 조명 조건에서조차도 이루어질 수 있을 때 보조 패턴 영역의 전사를 감소시킴으로써 용이하다.
본 발명에 따른 투영 노광 장치용으로 사용된 제 1 포토마스크는 투명기판과 투명기판상에 제공된 광 차단막을 포함한다. 투명기판은 주 패턴 영역과 주 패턴 영역 주변에 제공된 보조 패턴 영역으로 이루어져 있다. 위상차가 주 패턴을 통과한 투과광과 보조 패턴을 통과한 투과광 사이에서 일어나는 깊이에서 보조 패턴 영역이 에칭된다. 위상차는 360도의 정수배이고, 정수는 1 이상의 정수와 -1 이하의 정수를 구비하는 그룹으로부터 선택된 하나이다. 광 차단막은 주 패턴 영역과 보조 패턴 영역상의 개구를 가진다.
일반적으로, 단차부가 투명기판내에 에칭으로서 형성될 때, 광의 위상이 극단적으로 변하는 단차부의 근처내에 영역이 발생한다. 광의 위상이 극단적으로 변화된 광의 일부가 화상면상 광의 강도를 감소시키는 효과를 가진다.
본 발명에서, 화상면상 단차부내 광의 강도를 감소시키는 효과는 보조 패턴 영역이 전사하는 것을 방지하기 위하여 적용된다. 즉, 단차부의 측벽의 영향이단지 단차부의 근처에만 작용하기 때문에, 주 패턴의 노광 특성이 크게 영향을 받지 못하고 단지 보조 패턴 영역의 전사가 방지된다. 따라서, 보조 패턴 영역과 주 패턴 영역의 크기가 실질적으로 동일하다. 따라서 형성이 용이하다.
게다가, 위상차가 360 도의 정수배로 나타나도록 보조 패턴 영역이 에칭되고, 포토마스크가, 환형 조건등과 같은, 이축 조명 조건내에서 사용된다 하더라도 초점심도는 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 투영 노광 장치용으로 사용된 제 2 포토마스크는 투명기판과 투명기판상에 제공된 반투명막을 포함한다. 실질적으로 180 도의 위상차가 공기를 통과한 투과광과 반투명막을 통과한 투과광 사이에서 발생한다. 투명기판은 주 패턴 영역과 주 패턴 영역의 주변에 제공된 보조 패턴 영역을 포함한다. 위상차가 주 패턴을 통과한 투과광과 보조 패턴을 통과한 투과광 사이에서 일어나는 깊이로 보조 패턴 영역이 에칭된다. 위상차는 360도의 정수배이고, 정수는 1 이상의 정수와 -1 이하의 정수를 구비하는 그룹으로부터 선택된 하나이다. 반투명막은 주 패턴 영역과 보조 패턴 영역상의 개구를 가진다.
본 발명에 따른 제 2 포토마스크는 하프톤 타입의 마스크가 환형 조명, 4중극 조명등과 같은 이축 조명 조건에서 사용될 때 초점심도를 증가할 수 있다. 분리 홀 패턴의 경우, 만약 노광이 낮은 코히어런스 (σ) 의 조명 조건에서 실행될 수 있다면, 하프톤 타입 포토마스크의 효과는, 초점심도가 더 증가될 수 있도록, 충분히 얻어질 수 있다.
그러나, 실제로, 낮은 코히어런스 (σ) 의 조건이 사용되지 않는 경우가 가끔은 있고, 따라서, 환형 조명등의 이축 조명 노광을 사용하는 것이 요구된다. 이유는 만약 조명법이 다르다면 렌즈 비틀림이 변하기 때문이다.
즉, 게이트 등의 라인 타입의 패턴의 노광 단계 또는 반도체 소자의 형성 공정에서의 분리 단계에서, 초점심도를 증가하는 환형 조명이 사용된다. 이 때문에, 만약 조명 렌즈 (optics) 가 단지 콘택트홀이 형성될 때 낮은 코히어런스 (σ) 로 변한다면, 중첩이 행해지지 않는 경우가 일어난다.
렌즈 비틀림이 스위칭 조명법에 의해 변화된다는 것이 에러 발생때문이고 에러의 순서가 각각의 투영 렌즈에 상이하기 때문에, 비틀림내의 변화는 때때로 최대 50㎚ 까지 도달한다. 결과적으로, 콘택트홀의 얼라이먼트의 정확성은 값의 양에 대응하여 감소된다.
일반적으로, 콘택트홀에 요구되는 얼라이먼트 정확성이 100㎚ 내이기 때문에, 단지 스위치 조명법이 값의 절반 이상을 차지한다.
따라서, 본 발명의 제 2 포토마스크에 있어서, 하프톤 타입의 위상 쉬프트 마스크가 사용되고 주 패턴 영역과 동일 크기의 보조 패턴 영역을 제공하여 이축 조명을 사용할 때 초점심도가 증가된다. 보조 패턴 영역은 360 도의 위상차에 대응하는 깊이로 에칭되고 따라서 보조 패턴 영역의 전사가 측벽의 영향으로 방지된다.
본 발명에 따른 투영 노광 장치용으로 사용된 제 3 포토마스크는 투명기판과 투명기판상에 제공된 광 차단막을 포함한다. 투명기판은 주 패턴 영역과 주 패턴 영역의 주변에 제공된 보조 패턴 영역을 포함한다. 위상차가 주 패턴을 통과한 투과광과 보조 패턴을 통과한 투과광 사이에서 일어나는 깊이로 보조 패턴 영역이 에칭된다. 위상차는 실질적으로 180 도의 홀수배이고 보조 패턴의 폭은 주 패턴의 폭의 0.7 배 이상이다. 광 차단막은 주 패턴 영역과 보조 패턴 영역상에 개구를 가진다.
본 발명에 따른 제 3 포토마스크에 있어서, 보조 패턴 타입의 위상 쉬프트 마스크의 경우에서, 보조 패턴 영역의 크기는 실질적으로 주 패턴 영역과 동일하여 따라서 보조 패턴 영역의 최대 효과가 이루어질 수 있다. 보조 패턴 영역은 에칭에 의해 형성되고 보조 패턴 영역의 전사가 그것의 측벽에 의해 방지된다.
본 발명의 포토마스크는 주 패턴 영역의 크기와 실질적으로 동일하고, 주 패턴 영역의 주변에 배치된 보조 패턴 영역을 포함한다. 따라서 보조 패턴법의 효과가 최대로 실현될 수 있고 포토마스크가 초점심도를 증가시키는 효과를 가진다.
보조 패턴법에서, 보조 패턴 영역의 크기가 더 커짐에 따라서, 주 패턴 영역에서 초점심도가 증가할 때, 주 패턴 영역의 크기의 약 절반인 보조 패턴 영역이 보조 패턴 영역의 전사를 방지하기 위한 목적으로 종래 기술에 사용되어왔다.
반면에, 본 발명의 포토마스크가 360 도의 위상차에 대응하는 깊이로 투명기판의 보조 패턴 영역을 에칭하여 형성되고 보조 패턴 영역의 전사가 에칭된 부분의 측벽의 영향에 의해 방지된다. 따라서, 주 패턴 영역의 크기와 실질적으로 동일한 보조 패턴 영역이 사용될 수 있다. 단지 에칭된 부분의 측벽이 그것의 매우 근접한 곳의 광에 영향을 주기 때문에, 주 패턴 영역의 전사된 화상은 많은 영향을 받지 않고 보조 패턴 영역의 전사가 단지 방지된다.
본 발명의 포토마스크는 주 패턴 영역의 크기와 실질적으로 동일한 보조 패턴 영역을 가지며, 마스크 생산의 정확성이 향상된다는 다른 장점이 있다. 즉, 근접 효과는 마스크 패턴 영역을 드로잉 (drawing) 할 때 보정될 수 있다.
전자 빔 패턴 형성 장치에 의해 마스크를 드로잉할 때, 크기차가 미세함의 정도에 의존하여 발생한다는 것이 알려졌다. 반면에, 본 발명의 포토마스크는 반복 패턴의 최외각 주변의 면적 또는 분리 패턴이 위치된 면적내의 주 패턴 영역의 크기와 실질적으로 동일한 보조 패턴 영역을 가지기 때문에, 전체 주 패턴의 드로잉 조건이 동일하고 따라서 마스크의 에러 발생이 근접 효과에 대응하는 양에 의해 감소될 수 있다.
게다가, 360 도의 위상차가 포토마스크를 통과한 투과광에서 일어나기 때문에, 환형 조명과 같은 이축조명이 사용되는 것이 바람직하다.
도 1a 는 이축 조명법을 이용하지 않은 종래의 조명법에 사용된 다이어프램의 전형적인 도면.
도 1b 는 도 1a 와 동일한 노광 장치의 주요 광학계를 도시한 전형적인 도면.
도 1c 는 이축 조명법을 이용하는 조명법에 사용된 다이어프램의 전형적인 도면.
도 1d 는 도 1c 와 동일한 노광 장치의 주요 광학계를 도시한 전형적인 도면.
도 2a 는 종래 보조 패턴 영역의 구조의 평면도.
도 2b 는 도 2a 의 선 A-A 를 취한 단면도.
도 3a 는 시부야 레벤손 (Shibuya-Levenson) 위상 쉬프트 마스크의 구조의 평면도.
도 3b 는 도 3a 의 선 B-B 를 취한 단면도.
도 3c 는 위상 쉬프트 마스크의 투과광의 진폭 분포를 도시한 전형적인 다이아그램.
도 4 는 일본 특개평 7-77796 호에 기재된 종래의 위상 쉬프트 마스크의 구조를 도시한 단면도.
도 5 는 일본 특개평 8-194303 호에 기재된 종래의 위상 쉬프트 마스크의 구조를 도시한 단면도.
도 6a 는 종래의 보조 패턴 타입 위상 쉬프트 마스크의 구조를 도시한 평면도.
도 6b 는 도 6a 의 선 C-C 를 취한 단면도.
도 7a 는 일본 특개평 5-333524 호에 기재된 위상 쉬프트 마스크의 구조를 도시한 평면도.
도 7b 는 도 7a 의 선 D-D 를 취한 단면도.
도 8a 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도.
도 8b 는 도 8a 의 선 E-E 를 취한 단면도.
도 9 는 에칭단차부에서 광의 위상을 도시한 전형적인 도면.
도 10 은 제 1 실시예에 따른 포토마스크를 사용하여 감광성 수지에 전사된 패턴을 도시하는 SEM 사진.
도 11 은 0.2㎛ 스퀘어의 홀 패턴용 포토마스크를 사용하여 감광성 수지에 전사된 패턴을 도시한 SEM 사진.
도 12a 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도.
도 12b 는 도 12a 의 선 F-F 를 취한 단면도.
도 13 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도.
도 14 는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도.
도 15a 내지 도 15f 는 다양한 위상차에서의 디포커싱과 광강도 분포 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 16 은 Imax및 Iedge를 설명하는 도면.
도 17 은 다양한 디포커싱 조건에서의 위상차와 뉴 콘트라스트 (NC) 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 18 은 다양한 포토마스크상의 디포커싱과 뉴 콘트라스트 (NC) 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 19a 는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도.
도 19b 는 도 19a 의 선 G-G 를 취한 단면도.
도 20a 는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도.
도 20b 는 도 20a 의 선 H-H 를 취한 단면도.
도 21 은 제 6 실시예에 따른 포토마스크를 사용하여 감광성 수지에 전사된패턴을 도시한 SEM 그래프.
도 22a 내지 도 22f 는 다양한 위상차에서의 디포커싱과 광강도 분포 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 23 은 다양한 디포커싱 조건에서의 위상차와 뉴 콘트라스트 (NC) 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 24 는 다양한 포토마스크상의 디포커싱과 뉴 콘트라스트 (NC) 사이의 관계를 도시한 그래프.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
1, 11, 21, 31, 41, 51, 211 : 주 패턴 영역
2a-2d, 12a-12b, 22, 32, 42a-42d, 52a-52d, 212 : 보조 패턴 영역
3, 13, 43, 53 : 에칭단차부
101, 111, 121, 141, 151, 216, 226 : 투명기판
112, 122, 217, 227 : 광차단막
123, 203 : 포토마스크
124 : 감광성 수지
125, 204 : 반도체 기판
142 : 반투명막
202 : 플라이 아이 렌즈
204 : 투영 렌즈계
221 : 개구
223 : 투명막
본 발명의 실시예는 이하 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 도 8a 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도이고, 도 8b 는 도 8a 의 선 E-E 를 취한 단면도이다. 제 1 실시예는 마스크 패턴의 크기와 화상면 패턴의 크기 사이의 비율, 즉 축소 배율이 1/5 이고, 개구수 (NA) 이 0.55 이고, 광 차단 비율이 50% 인 환형 조명을 갖는 KrF 엑시머 레이저 노광 장치용으로 사용되는 포토마스크이다. 광 차단 비율이 50% 이라는 것은 최대 코히어런스 인자가 0.8 이고, 중심부에서의 코히어런스가 0.4 라는 것을 나타낸다.
제 1 실시예에 따른 포토마스크는, 도 8a 내지 도 8b 에 도시된 바와 같이, 합성 석영으로 이루어진 투명 기판 (101) 상에 주요성분이 크롬으로 이루어진 광 차단막 (102) 을 구비한다. 0.9㎛ 스퀘어의 주 패턴 영역은 투명 기판 (101) 상에 분할되어 있다. 0.18㎛ 스퀘어의 절연 홀 패턴이 화상면 상에 형성된다.
측면이 주 패턴 영역 (1) 의 각각의 측면에 평행한 4개의 측면으로 이루어진 각각 0.9㎛ 스퀘어의 홀 패턴 영역은 보조 패턴 영역 (2a, 2b, 2c 또는 2d) 으로서 분할되는데, 보조 패턴 영역 (2a, 2b, 2c 및 2d) 은 주 패턴 영역 (1) 의 4개 측면에 각기 대응한다. 각 보조 패턴 영역 (2a, 2b, 2c 또는 2d) 과 주 패턴 영역 (1) 사이의 거리는 0.9㎛ 이다. 개구는 광 차단막 (102) 내의 주 패턴 영역 (1) 또는 보조 패턴 영역 (2a, 2b, 2c 또는 2d) 을 갖는 얼라이먼트내 위치에서 형성된다. 도 8b 에 도시된 바와 같이, 투명 기판 (101) 의 각각의 보조 패턴 영역 (2a, 2b, 2c 및 2d) 은 에칭단차부 (3) 를 형성하기 위해서 496㎚ 의 깊이로 에칭된다. 합성 석영으로 이루어진 투명 기판 (101) 의 반사율이 1.5 이고 에칭 깊이가 496㎚ 이기 때문에, 248㎚ 파장의 엑시머 레이저 광이 사용되는 경우에, 어떠한 보조 패턴 영역 (2a, 2b, 2c 및 2d) 을 통과한 투과광과 주 패턴 (1) 을 통과한 투과광 사이에서 360 도의 위상차가 생긴다.
일반적으로, 단차부가 투명 기판상에 형성되는 경우, 광의 위상이 극단적으로 변하는 영역이 단차부의 근처에 생긴다. 위상이 극단적으로 변화되는 영역으로부터의 광은 화상면상의 광 강도를 감소시킨다.
이 때문에, 상술한 바와 같이, 측벽으로부터 영향이 감소되는 방법이 종래의시부야-레벤손 타입 포토마스크의 경우에 인접 패턴간의 크기 차이를 감소하기 위해서 연구되어 왔다. 예를 들면, 측벽이 광 차단막 아래로 후퇴하도록 만들어지는 방법이 제공되었다.
반면에, 에칭단차부 (3) 에서 광 강도를 감소시키는 효과는 상술한 구조 와같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 포토마스크의 경우에 발생하는 보조 패턴 전사를 방지하게 된다. 즉, 에칭단차부 (3) 의 측벽의 영향이 에칭단차부의 근처의 영역에 작용하기 때문에, 주 패턴의 노광 특성에는 어떠한 영향도 주어지지 않고, 단지 보조 패턴의 전사만이 방지된다.
도 9 는 에칭단차부에서의 광의 위상을 도시한 전형적인 도면이다. 도 9 에서 이점쇄선은 투과광의 동일 위상면을 도시한 것이다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 에칭단차부 (3) 의 측벽의 근처에서, 광의 투영 및 반사가 발생하여, 단지 0 도 또는 360 도 위상차로 위상이 무질서하게 되는 영역 (3a) 이 나타난다.
본 실시예에 있어서, 이러한 방식으로 위상이 보조 패턴 영역의 주변에서 무질서하게 되는 영역 (3) 으로부터의 광은 위상이 다른 보조 패턴 영역으로부터 360 도로 변하는 광과 간섭하여 360 도의 위상 변화의 광의 광 강도가 감소된다. 따라서, 보조 패턴 영역 (2a, 2b, 2c 및 2d) 의 전사가 방지된다.
보조 패턴 영역 (2a, 2b, 2c 및 2d) 의 전사만을 방지하기 위해서, 에칭단차부(3) 의 깊이가 적당하게 설정될 수 있다. 반면에, 본 실시예에 있어서, 360 도의 위상차가 일어날 수 있도록 위상차와 노광 특성 간의 관계를 고려하여 에칭단차부 (3) 의 깊이가 설정된다. 따라서, 환형 조명 등과 같은 이축 조명하에서사용함으로써, 초점심도가 증가된다. 게다가, 만약 위상차가 0 도를 제외하고 360 도의 배수의 정수값이라고 한다면, 유사한 효과가 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 보조 패턴법에서, 보조 패턴 영역의 크기가 크면 클수록 주 패턴 영역내 초점심도를 향상시키는 효과가 더욱 커진다. 따라서, 본 발명에 있어서, 주 패턴 영역 (1) 의 크기와 동일한 크기의 보조 패턴 영역 (2a, 2b, 2c 및 2d) 이 형성되기 때문에, 주 패턴 영역 (1) 의 초점심도가 증가된다.
도 10 은 제 1 실시예에 따른 포토마스크를 사용하여 감광성 수지에 전사된 패턴을 도시한 SEM 사진이다. 도 10 으로부터 알 수 있듯이, 높은 정밀도를 갖는 분리 홀 패턴이 감광성 수지 내에 형성되는 반면, 주 패턴 영역 (1) 의 크기와 동일한 크기의 보조 패턴 영역이 그 수지 내에 해상되지 않는다. 이것은 에칭단차부 (3) 의 측벽의 영향에 의한 것이다.
0.2㎛ 스퀘어의 홀 패턴의 형성용 포토마스크를 설명한다. 1.0㎛ 스퀘어의 주 패턴 영역 (1) 과 0.2㎛ 스퀘어의 홀 패턴을 형성하기 위해서 주 패턴 영역과 1.0㎛ 만큼 떨어진 위치에서 각각 형성된 1.0㎛ 스퀘어의 보조 패턴 영역을 갖는 포토마스크를 사용하는 실시예에 사용되는 투영 장치에 의해 노광을 행하면, 보조 패턴 영역이 가끔 부분적으로 전사된다. 도 11 은 0.2㎛ 스퀘어의 홀 패턴용 포토마스크를 사용하여 감광성 수지에 전사된 패턴을 도시한 SEM 사진이다. 상술한 0.18㎛ 스퀘어의 홀 패턴이 형성될 때는 보조 패턴 영역이 전사되지 않지만, 도 11 에 도시된 바와 같이 0.2㎛ 스퀘어의 패턴의 경우에는 약간의 보조 패턴 영역이 전사된다. 그것은, 홀 패턴 영역을 통과한 투과광의 강도 내지 에너지가 패턴 영역의 면적에 비례하는 한편, 광강도를 감소시키는 에칭단차부의 측벽에 대한 효과가 패턴 영역의 측면의 길이에 비례하고, 또한 에칭단차부의 측벽의 영향이 패턴 영역이 커짐으로써 상대적으로 더욱 작아지기 때문이라고 판단된다.
상기 노광 조건에서, 주 패턴 영역과 보조 패턴 영역이 설계될 수 있는 동일 크기의 상한은 0.2㎛ 이다. 주 패턴 영역이 상기 값보다 더 큰 값으로 채택되는 경우에, 각각의 보조 패턴 영역의 크기는 여전히 0.2㎛ 로 설정될 것이 요구되는데, 만약 그렇지 않으면, 보조 패턴 영역이 전사되기 때문이다.
만약 노광 조건이 변한다면, 에칭단차부의 측벽의 영향은 변하고 따라서 보조 패턴 영역에 적용될 수 있는 상한이 각 노광 조건에 일치되도록 요구된다. 일반적으로, 만약 보조 패턴 영역의 상한이 주 패턴 영역의 상한값의 0.7 내지 1 배 정도로 설정된다면, 보조 패턴 영역의 크기는 그들이 전사되지 않을 정도로 결정될 수 있다.
본 발명은 분리 홀 패턴용 포토마스크에 제한되지 않고, 라인 및 스페이스 패턴 등의 포토마스크에 적용될 수 있다.
도 12a 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도이고, 도 12b 는 도 12a 의 선 F-F 를 취한 단면도이다. 제 2 실시예에 있어서, 크롬을 주성분으로 하여 이루어진 광 차단막 (112) 은 합성 석영으로 이루어진 투명 기판 (111) 상에 형성된다. 라인 형상을 갖는 주 패턴 영역 (11) 은 투명 기판 (111) 상에 분할되어 있다. 주 패턴 영역 (11) 의 방향과 동일 방향으로 연장되어 있는 보조 패턴 (12a, 12b) 이 도시된 바와 같이 주 패턴 영역의 좌우측에 분할되어 있다. 라인 및 스페이스 패턴의 경우는 보조 패턴 영역이 홀 스페이스 경우보다 해상되는 것이 더 용이하기 때문에, 각 보조 패턴 영역의 폭은 주 패턴 영역의 폭보다 어느정도 작아지도록 형성되어지는 것이 요구된다. 그 이유는 홀 패턴의 경우에는 보조 패턴 영역내에 형성된 에칭단차부의 측벽의 영향이 4개의 점으로부터 나오지만, 라인 스페이스 패턴의 경우에는 측벽의 영향이 단지 2개의 점으로부터 나오기 때문이다. 주 패턴 영역의 크기가 1㎛ 일 때, 보조 패턴 영역의 크기는 0.9㎛ 이다.
본 실시예에 있어서, 도 12b 에 도시된 바와 같이, 투명 기판 (111) 내 보조 패턴 영역 (12a, 12b) 를 496㎚ 의 깊이로 각각 에칭하여, 에칭단차부 (13) 를 형성한다.
그러한 방법으로 구성된 제 2 실시예에 있어서도, 보조 패턴 영역 (12a, 12b) 을 통과한 투과광과 주 패턴 영역 (11) 을 통과한 투과광 사이에 360도의 위상차가 일어난다. 1㎛ 의 스페이스 패턴의 경우, 보조 패턴 영역의 최대 크기가 0.9㎛ 이다. 0.9㎛ 가 보조 패턴 영역에 채택될 때, 보조 패턴 영역의 전사가 종래 미세 보조 패턴법으로 0.6㎛ 의 보조 패턴 영역이 제공되는 경우의 전사와 동일한 정도로 발생한다.
주 패턴 영역은 반복 패턴으로 될 수 있는데, 그 패턴은 완전히 분리 패턴은 아니다. 도 13 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도이다. 본 실시예에 있어서, 복수의 주 패턴 영역들 (21) 은 인접 패턴과의 사이에서 일정한 거리로 격자 형상으로 배열되며, 주 패턴 영역 그룹 (24) 은이러한 복수의 주 패턴 영역 (21) 들을 구비한다. 주 패턴 영역들 (21) 의 크기와 동일 크기의 복수의 보조 패턴 영역들 (22) 이 주 패턴 영역 그룹 (24) 의 외각에서 일정한 거리로 분할되어 있다. 투명 기판은 각각의 보조 패턴 영역들 (22) 에서 360 도의 위상에 대응하는 깊이로 에칭된다.
일반적으로 주기적인 패턴의 경우에, 이축 조명에 의해 초점심도를 향상시키는 효과는 최외각주변의 패턴 영역에서 낮아지고, 그 최외각주변의 패턴 영역은 그것이 변함에 따라 초점심도의 값에서 해상되지 않는다. 그러나, 제 3 실시예에 있어서, 보조 패턴 영역 패턴 영역들 (22) 은 외각주변에 배치되고, 초점심도는 전체적으로 커진다.
주 패턴들은 일방향으로 주기적으로 배열될 수 있다. 도 14 는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도이다. 본 실시예에 있어서, 복수의 주 패턴 영역들 (31) 은 일방향을 따라 주기적으로 분할되며, 주 패턴 영역 그룹 (34) 은 복수의 주 패턴 영역들 (31) 을 포함한다. 복수의 보조 패턴 영역들 (32) 은 주 패턴 영역 그룹 (34) 의 외각주변에서 일정한 거리로 배치된다. 보조 패턴 영역 그룹 (35) 은 복수의 패턴 영역들 (32) 을 포함한다. 투명 기판은 각각의 보조 패턴 영역들 (32) 에서 360 도의 위상차에 대응하는 깊이로 에칭된다.
일반적으로 복수의 주 패턴 영역들이 일방향을 따라 주기적으로 분할되고 다른 방향을 따라서는 주기적이지 않은 경우에, 이축 조명의 효과는 낮고 초점심도 또한 얕다. 반면에, 본 실시예에 있어서, 보조 패턴 영역 그룹 (35) 이 주 패턴 영역 그룹 (34) 의 외각주변에서 분할되고, 다수의 방향으로 주기적인 패턴 구조가 채택되어, 초점심도가 증가한다.
상술한 바와 같이, 만약 보조 패턴 영역의 전사를 방지하는 것만을 바란다면, 보조 패턴 영역에서의 에칭단차부가 180 도 이상의 위상차를 발생하도록 형성될 때까지는 문제가 발생하지 않는다.
그러나, 이축 조명법을 사용하여 초점심도를 향상시키기 위해서는, 위상차가 360 도의 배수의 값, 예를 들면, 360, 720, 1080 도 등이 바람직하다. 그 이유는 주 패턴 영역의 해상도 특성이 보조 패턴 영역과의 위상차에 따라 변하기 때문이다.
디포커싱과 광강도 분포 사이의 관계를 설명한다. 도 15a 내지 도 15f 는 다양한 위상차에서 디포커싱과 광강도 분포 사이의 관계를 도시한 그래프로서, 화상면상의 위치가 가로축상에 표시되고 상대적인 광강도의 값이 세로축상에 표시된다. 도 15a 내지 도 15f 에서, 실선은 최적의 포커싱을 나타내고 파선은 -0.5㎛ 의 디포커싱을 나타내고 점선은 +0.5㎛ 의 디포커싱을 나타낸다. 도 15a 내지 도 15f 에 도시된 관계는 1㎛ 의 홀 패턴 영역과 홀 패턴 영역의 외각주변에 배치된 보조 패턴을 구비하는 포토마스크상에 FINLE Technologies 사에 의해 제작된 Porlith/2 의 리소그래피 시뮬레이터를 사용한 시뮬레이션으로 얻어진다. 시뮬레이션의 조건은 248 ㎚ 의 파장 (λ), 0.55 의 개구수 (NA), 50% 의 환형 (σ= 0.4 내지 0.8) 이다.
한편 이러한 시뮬레이션에 있어서, 투명 기판상 에칭단차부의 측벽의 영향이고려되지 않기 때문에, 보조 패턴 영역의 강도가 강조되며, 보조 패턴 영역이 측벽의 영향으로 전사되지 않는 정도로 광강도가 실제적으로 감소된다. 현재, 3차원 구조가 고려되는 시뮬레이션은 아직 개발되지 않았고, 2차원 시뮬레이션만이 이용될 수 있어, 본 발명에 따른 포토마스크의 전사 화상이 아직 정확한 방법으로 시뮬레이트되지는 못하고 있다.
도 15a 내지 도 15e 는 순서대로 각각 0, 45, 90, 135 및 180 도 위상차의 경우의 관계를 도시한 것이고 도 15f 는 어떠한 보조 패턴 영역도 제공되지 않은 비교예를 도시한 것이다.
어떠한 보조 패턴 영역도 제공되지 않은 도 15f 에 도시된 포토마스크의 경우에, 유사한 광강도 분포가 +/- 디포커싱에 대해 각각 얻어진다.
한편, 도 15b, 15c 및 도 15d 에 도시된 위상차가 각기 45, 90 및 135 도의 위상차인 경우에, 광강도 분포는 디포커싱의 +/- 부호에 따라 다르다. 이경우에, 디포커싱에 의한 크기의 변화가 더 커지기 때문에, 위상차는 패턴 크기 제어의 관점으로부터 180 도의 정수배의 값이 바람직하다. 도 15a 내지 도 15e 에 도시된 바와 같이, 광 강도가 0 도의 위상차와 180 도의 위상차에 대해 각각 비교하면, 도 15a 에 도시된 0 도의 위상차의 경우가 더욱 선명한 화상을 가진다.
주 패턴 영역의 전사된 화상의 품질은 아래의 수학식 3 에 의해 정의된 뉴 콘트라스트 (NC) 에 의해 평가된다.
NC = I max / I edge
여기서, Imax는 최대 광강도를 나타내고 Iedge는 최적의 포커싱에서 패턴 에지에서의 광강도를 나타낸다. 도 16 은 Imax및 Iedge를 도시한 도면이고 포토마스크, 포토마스크를 통과한 투과광의 광강도분포 및 그 투과광에 의해 감광성 수지상에 형성된 패턴 사이의 관계를 도시한 것이다. 투명기판 (121) 과 광 차단막 (122) 을 구비하는 포토마스크 (123) 가 도 16 에 도시된 바와 같이 형성될 때, 포토마스크 (123) 를 통과한 투과광은 정상 분포와 같은 상대적인 강도 분포를 나타낸다. 최대 광강도 (Imax) 는 상대적인 광강도의 최대를 도시한 것이다. 최적의 포커싱에서 패턴 에지에서의 광강도 (Iedge) 는 포토마스크 (123) 의 광 차단막과 투명 영역 사이 경계에서의 광강도를 도시한 것이다.
최적의 포커싱에서의 패턴 에지에서 광강도 (Iedge) 를 조정하는 것은 최적의 포커싱에서 반도체 기판 (125) 상에 형성된 감광성 수지 (124) 의 패턴 크기가 목표 값이 되도록 노광 도즈량을 설정하는 것에 대응한다.
감광성 수지 (124) 의 노광 단계 및 현상 단계 등과 같이 패턴 형성 공정은 실제적으로 복잡하지만, 현상이 광강도가 최대로 나타나는 점으로부터 수직으로 진행하여 현상이 저부에 도달하고 그후 그 현상이 수직 방향을 따라 회전할 때까지 진행되어, 감광성 수지 (124) 가 소정의 크기의 개구를 형성하도록 하는 단순한 방식으로 이러한 공정이 진행이 진행될 수 있다고 판단된다.
이 때문에, 만약 Imax가 어떤 값보다 크다면 감광성 수지 (124) 가 저부의 아래쪽까지 현상되어 패턴을 형성하게 될 수도 있다는 가정이 가능하다. 따라서, 노광 도즈량이 목표 크기가 달성될 수 있는 기준값의 Iedge로서 설정되는 경우에, 만약 뉴 콘트라스트 (NC) 가 어떤 값 이상이라면 감광성 수지 (124) 가 목표 크기까지 현상될 수 있다고 판단된다.
감광성 수지 (124) 내에서 패턴 형성이 가능하게 되는 뉴 콘트라스트 (NC) 의 값은 감광성 수지 (124) 의 성능에 의존하고, 분해능이 높을수록, 패턴은 더 낮은 뉴 콘트라스트 (NC) 로서 형성된다. 일반적으로, 그 한계는 1.4 내지 1.6 의 범위 내이다.
뉴 콘트라스트 (NC) 와 위상차 사이의 관계를 설명한다. 도 17 은 다양한 디포커싱 조건하에서 위상차와 뉴 콘트라스트 (NC) 사이의 관계를 도시한 그래프로서, 주 패턴 영역을 통과한 투과광과 보조 패턴 영역을 통과한 투과광 사이의 위상차의 값이 가로축상에 표시되고 뉴 콘트라스트의 값이 세로축상에 표시되어 있다. 도 17 에 있어서, 실선은 최적의 포커싱을 나타내고, 파선은 -0.5㎛ 의 디포커싱을 나타내고, 점선은 +0.5㎛ 의 디포커싱을 나타낸다. 도 17 에 도시된 바와 같이, 디포커싱이 0㎛ 인 경우에 최적의 포커싱에서의 뉴 콘트라스트 (NC) 가 디포커싱이 +0.5㎛ 또는 -0.5㎛ 인 경우에 최적의 포커싱에서의 뉴 콘트라스트보다 확연히 더 높다. 최적의 포커싱 조건하에서, 뉴 콘트라스트 (NC) 는 0 도 또는 360 도의 위상차에서 최대값을 갖게 되고, 180 도의 위상차에서 최소값을 갖게 된다. 따라서, 위상차가 360 도의 정수배의 값을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
뉴 콘트라스트 (NC) 와 디포커싱 사이의 관계를 설명한다. 도 18 은 다양한 포토마스크상의 디포커싱과 뉴 콘트라스트 사이의 관계를 도시한 그래프로서, 디포커싱의 값은 가로축상에 표시되고 뉴 콘트라스트 값은 세로축상에 표시되어 있다. 도 18 에서, 실선은 본 발명의 포토마스크가 360 도의 위상 쉬프트를 발생하는 경우를 나타내고, 파선은 어떠한 보조 패턴 영역도 제공되지 않은 종래의 포토마스크의 경우를 나타낸다. 도 18 에 도시된 바와 같이, 뉴 콘트라스트 (NC) 의 값은 보조 패턴 영역을 제공함으로써 향상된다.
예를들면, 패턴 영역이 1.5 이상의 뉴 콘트라스트 (NC) 에서 해상되는데 감광성 수지가 사용되는 경우에, 초점심도는 본 실시예의 포토마스크를 사용하여 +0.3㎛ 로 증가되지만, 종래의 마스크를 사용하면 초점심도가 +0.2㎛ 이다. 비록 도면에 도시되지는 않았지만, 디포커싱이 음의 값이라도 유사한 경향이 나타날 수 있고, 실제적인 초점심도는 ±0.2㎛ 내지 ±0.3㎛ 로 증가될 수 있다.
본 발명의 제 5 실시예에 따른 포토마스크를 설명한다. 도 19a 는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도이고 도 19b 는 도 19a 의 선 G-G 를 취한 단면도이다. 제 5 실시예는 제 1 실시예의 노광 장치와 동일한 노광 장치용 포토마스크이다. 즉, 노광 조건은 제 1 실시예의 노광 조건과 동일하다. 감광성 수지상에 형성된 패턴은 1.8㎛ 스퀘어의 분리 패턴이다.
제 5 실시예에 있어서, 크롬옥시니트라이드로 이루어진 반투명막 (142) 은합성 석영으로 이루어진 투명 기판 (141) 상에 형성된다. 반투명막 (142) 의 막두께는 120㎚ 이고, 반투명막 (142) 을 통과한 투과광과 그것을 통해 투과되지 않은 광 사이에 180 도의 위상차를 일으킨다. 0.9㎛ 스퀘어의 주 패턴 영역 (41) 은 투명기판 (141) 상에 분할되어 있다. 그럼으로써, 0.18㎛ 스퀘어의 홀 패턴이 화상면상에 형성된다.
주 패턴 영역 (41) 의 4개의 측에 각기 평행한 4개의 측으로 구성된 각각 0.9㎛ 스퀘어의 홀 패턴 영역은 홀 패턴 영역 (42a, 42b, 42c, 42d) 이 각기 주 패턴 영역 (41) 의 4개의 측에 대향하도록 보조 패턴 영역 (42a, 42b, 42c, 42d) 으로서 외각 주변에 분할되어 있다. 주 패턴 영역 (41) 과 어떠한 보조 패턴 영역 (42a, 42b, 42c, 42d) 과의 사이의 거리도 0.9㎛ 이다. 도 19b 에 도시된 바와 같이, 투명기판 (142) 은 예로서 248㎚ 의 깊이로 보조 패턴 영역 (42a, 42b, 42c, 42d) 에서 에칭되어, 에칭단차부 (43) 가 형성된다. 이 때문에, 248㎚ 의 파장의 엑시머 레이저광이 사용되는 경우에, 보조 패턴 영역 (42a, 42b, 42c, 42d) 을 통과한 투과광과 주 패턴 (41) 을 통과한 투과광 사이 360 도의 위상차가 생긴다.
본 실시예에 있어서, 하프 톤 타입의 위상 쉬프트 마스크와 환형 조명법의 결합이 적용되기 때문에, 초점심도가 더욱 향상된다. 게다가, 제 1 실시예에 있어서와 마찬가지로, 보조 패턴 영역 (42a, 42b, 42c, 42d) 이 에칭단차부 (43) 의 측벽의 영향 때문에 전사되지 않는다.
또한 본 실시예에 있어서, 주 패턴 영역 (41) 을 통과한 투과광과 보조 패턴영역 (42a, 42b, 42c, 42d) 을 통과한 투과광 사이의 위상차가 0 도를 제외한 360 도 이상의 정수배의 값이다. 예로서 720, 1080도 등의 위상차가 에칭단차부의 깊이를 조정함으로써 형성될 수 있다.
보조 패턴 영역과 결합하여 사용된 하프톤 타입의 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 보조 패턴 영역이 전사되지 않은 보조 패턴의 크기의 상한은 노광 조건, 패턴의 형상 및 패턴의 크기에 따라 변한다. 이 때문에, 주 패턴 영역의 크기의 0.7 내지 1 배의 범위 내 각각의 조건에서 크기의 상한을 확인하는 것이 필요하다. 일반적으로, 초점심도가 짧고 보조 패턴 영역의 각각의 크기가 소정의 해상 한계와 가까운 미세 패턴의 크기인 경우에 주 패턴 영역의 크기와 실질적으로 동일한 크기의 각각의 보조 패턴 영역을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 6 실시예에 따른 포토마스크를 설명한다. 도 20a 는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 포토마스크의 구조를 도시한 평면도이고, 도 20b 는 도 20a 의 선 H-H 를 취한 단면도이다. 제 6 실시예는 0.55 의 개구수 (NA) 및 0.36 의 코히어런스 인자 (σ) 를 갖는 투영 장치에 사용되는 포토마스크이다. 감광성 수지에 형성된 패턴은 0.20㎛ 스퀘어의 분리 홀 패턴이다.
제 6 실시예에 있어서, 크롬으로 이루어진 광 차단막 (152) 이 도 20a 및 도 20b 에 도시된 바와 같이 석영으로 이루어진 투명기판 (151) 상에 형성된다. 1㎛ 스퀘어의 주 패턴 영역 (51) 은 투명기판 (151) 상에 분할되어 있다. 그럼으로써, 0.2㎛ 스퀘어의 분리 홀 패턴은 화상면상에 형성된다.
주 패턴 영역 (51) 의 4개의 측에 각기 평행한 4개의 측으로 구성된 각각 1㎛ 스퀘어의 홀 패턴 영역은 홀 패턴 영역 (52a, 52b, 52c 및 52d) 이 각각 주 패턴 영역 (51) 의 4개의 측에 대향하도록 보조 패턴 영역 (52a, 52b, 52c 및 52d) 으로서 외각 주변에 분할되어 있다. 주 패턴 영역 (51) 과 어떠한 보조 패턴 영역 (52a, 52b, 52c 및 52d)과의 사이의 거리도 1㎛ 이다. 도 20b 에 도시된 바와 같이, 투명기판 (151) 은 248㎚ 의 깊이로 보조 패턴 영역 (52a, 52b, 52c 및 52d) 에서 에칭되어, 에칭단차부 (53) 가 형성된다. 이 때문에, 248㎚ 의 파장의 KrF 엑시머 레이저광이 사용되는 경우에, 보조 패턴 영역 (52a, 52b, 52c 및 52d) 을 통과한 투과광과 주 패턴 (51) 을 통과한 투과광 사이 360 도의 위상차가 생긴다. 즉, 본 실시예는 소위 시부야-레벤손 타입 위상 쉬프트 마스크의 적용이다.
도 21 은 제 6 실시예에 따른 포토마스크를 사용하여 감광성 수지에 전사된 패턴을 도시한 SEM 사진이다. 도 21 은 시부야-레벤손 타입의 위상 쉬프트 마스크의 효과를 얻기 위해서 코히어런스 인자가 0.4 로 설정된 경우의 패턴을 도시한 것이다. 도 21 에 도시된 바와 같이, 보조 패턴 영역 (52a, 52b, 52c 및 52d) 은 제 1 실시예에 있어서와 같이 거의 전사되지 않고 단지 주 패턴 영역 (51) 만이 분리 홀 패턴을 형성하기 위해서 전사된다.
본 실시예는 시부야-레벤손 타입의 위상 마스크의 응용이기 때문에, 해상도와 그것의 초점심도는 제 1 실시예와 비교하여 더 높다. 상기 노광 조건에서, 1.2㎛ 의 초점심도는 0.2㎛ 의 홀 패턴에 대해 얻어지고 0.16㎛ 의 홀 패턴은 해상될 수 있다.
제 6 실시예에 있어서와 같은 낮은 코히어런스 인자 (σ) 의 노광 조건에서는, 보조 패턴 영역의 위상차가 180 도이거나 180 도의 홀수배인 것이 바람직하다.
디포커싱과 광강도분포 사이의 관계를 제 1 실시예에서와 같이 설명한다. 도 22a 내지 도 22f 는 다양한 위상차에서의 디포커싱과 광강도 사이의 관계를 도시한 것으로서, 화상면상의 위치가 가로축상에 표시되고 상대적인 광강도의 값이 세로축상에 표시되어 있다. 도 22a 내지 도 22e 는 각기 순서대로 0, 45, 90, 135,180 도의 위상차를 도시하고, 도 22f 는 어떠한 보조 패턴 영역도 제공되지 않은 비교 실시예를 도시한 것이다. 게다가, 도 22a 내지 도 22f 에서, 실선은 최적의 포커싱을 도시하고, 파선은 -0.5㎛ 의 디포커싱을 도시하고, 점선은 +0.5㎛ 의 디포커싱을 도시한 것이다. 본 실시예에 있어서, 가장 예리한 화상이 180 도의 위상차의 경우에 얻어진다.
본 실시예에서의 뉴 콘트라스트 (NC) 와 위상차를 설명한다. 도 23 은 다양한 디포커싱 조건하에서 위상차와 뉴 콘트라스트 (NC) 사이의 관계를 도시한 그래프로서, 주 패턴 영역을 통과한 투과광과 보조 패턴 영역을 통과한 투과광 사이의 위상차의 값이 가로축상에 표시되고 뉴 콘트라스트의 값이 세로축상에 표시되어 있다. 도 23 에서, 실선은 최적의 포커싱을 나타내고, 파선은 -0.5㎛ 의 디포커싱을 나타내고, 점선은 +0.5㎛ 의 디포커싱을 나타낸다. 도 23 에 도시된 바와 같이, 최적의 포커싱의 경우에서, 뉴 콘트라스트 (NC) 가 180 도의 위상차에서 가장 높다. 따라서, 본 실시예와 같이 낮은 코히어런스 인자의 노광 조건에 있어서는, 위상차가 180, 540도 등과 같이 180 도의 홀수배의 값을 취할 때에 초점심도가 최대가 될 수 있다. 즉, 위상차가 180도의 홀수배의 값을 취할 때, 가장 선명한 전사 화상이 얻어질 수 있다.
뉴 콘트라스트 (NC) 와 디포커싱 사이의 관계를 설명한다. 도 24 는 다양한 포토마스크에 대한 디포커싱과 뉴 콘트라스트 (NC) 사이의 관계를 도시한 그래프로서, 디포커싱의 값은 가로축상에 표시되고, 뉴 콘트라스트 (NC) 값은 세로축상에 표시되어 있다. 도 24 에서, 실선은 180도의 위상이 발생한 실시예의 포토마스크의 경우를 나타내고, 파선은 어떠한 보조 패턴 영역도 제공되지 않은 종래의 포토마스크의 경우를 나타낸다. 본 실시예에 있어서, 패턴이 1.5 이상의 뉴 콘트라스트 (NC) 로 해상될 수 있는 감광성 수지의 경우에, 본 실시예의 포토마스크에 대한 초점심도는 ±0.53㎛ 의 큰 마진으로 증가되지만, 종래의 마스크에 대한 초점심도는 ±0.23㎛ 이다.
시부야-레벤손 타입의 위상 쉬프트 마스크가 본 실시예에서와 같이 보조 패턴법으로서 응용되는 경우에, 전사하지 않은 보조 패턴 영역의 크기의 상한은 노광 조건, 패턴의 형상 및 패턴의 크기에 따라 변한다. 이 때문에, 각각의 조건에서의 상한 주 패턴 영역의 크기의 0.7 내지 1 배 정도의 범위 내에 있는지를 확인하는 것이 필요하게 된다. 일반적으로, 초점심도가 짧고 보조 패턴 영역의 각각의 크기가 소정의 해상 한계와 가까운 미세 패턴의 크기인 경우에 주 패턴 영역의 크기와 동일한 각각의 보조 패턴 영역을 사용하는 것이 바람직하다.

Claims (17)

  1. 투명 기판과 반투명막을 구비하고,
    상기 투명 기판은 주 패턴 영역 및 상기 주 패턴 영역의 주위에 형성된 보조 패턴 영역을 구비하고,
    상기 보조 패턴 영역은, 상기 주 패턴을 투과하는 광과 상기 보조 패턴을 투과하는 광 사이에서 360도의 1 이상의 정수와 -1 이하의 정수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종의 정수배의 위상차가 발생하는 깊이로 에칭되고,
    상기 반투명막은, 상기 투명기판상에 제공되고, 상기 주 패턴 영역 및 상기 보조 패턴 영역 상에 개구를 구비하고, 공기중을 투과하는 광과 상기 반투명막을 투과하는 광 사이에 180도의 위상차를 발생하게 하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치용으로 사용된 포토마스크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 패턴의 폭이 상기 주 패턴의 폭의 0.7 배 이상인 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치용으로 사용된 포토마스크.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 투명 기판이 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치용으로 사용된 포토마스크.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반투명막이 크롬옥시니트라이드를 함유하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치용으로 사용된 포토마스크.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 보조 패턴 영역의 크기가 상기 주 패턴 영역의 크기와 동일한 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치용으로 사용된 포토마스크.
  6. 투명기판 및 상기 투명기판 상에 형성된 차광막을 갖는 포토마스크를 통과시켜 반도체기판상에 도포된 감광성수지막에 광을 조사하는 공정을 구비하는 노광방법으로서,
    상기 투명 기판은 주 패턴 영역 및 상기 주 패턴 영역의 주위에 형성된 보조 패턴 영역을 구비하고,
    상기 보조 패턴 영역은, 상기 주 패턴을 투과하는 광과 상기 보조 패턴을 투과하는 광의 사이에 실질적으로 360도의 1 이상의 정수 및 -1 이하의 정수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종의 정수배의 위상차가 발생하는 깊이로 에칭되고,
    상기 차광막은, 상기 주 패턴 영역상 및 상기 보조 패턴상에 개구부를 구비하고,
    상기 광의 조사에 의해, 상기 감광성수지막에 상기 보조 패턴이 전사되는 일없이 상기 주 패턴이 전사되는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 보조 패턴 영역의 폭이 상기 주 패턴 영역의 폭의 0.7 배 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 투명 기판은 격자형으로 배열된 복수의 상기 주 패턴 영역과 복수의 상기 주 패턴 영역의 주변에 제공된 복수의 상기 보조 패턴 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 투명기판은 일렬로 배열된 복수의 상기 주 패턴 영역과 복수의 상기 주 패턴 영역의 주변에 제공된 복수의 상기 보조 패턴 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 투명 기판이 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 광 차단막이 크롬을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 보조 패턴 영역의 크기가 상기 주 패턴 영역의 크기와 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 투명기판 및 상기 투명기판 상에 형성된 반투명막을 갖는 포토마스크를 통과시켜 반도체기판상에 도포된 감광성수지막에 광을 조사하는 공정을 구비하는 노광방법으로서,
    상기 투명기판은, 주 패턴 영역 및 상기 주 패턴의 주위에 형성된 보조 패턴 영역을 구비하고,
    상기 보조 패턴 영역은, 상기 주 패턴을 투과하는 광과 상기 보조 패턴을 투과하는 광과의 사이에 실질적으로 360도의 1 이상의 정수 및 -1 이하의 정수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종의 정수배의 위상차가 발생하는 깊이로 에칭되고,
    상기 반투명막은, 공기중을 투과하는 광과 상기 반투명막을 투과하는 광 사이에 실질적으로 180도의 위상차를 발생하게 하고,
    상기 광의 조사에 의해, 상기 감광성수지막에 상기 보조 패턴이 전사되는 일없이 상기 주 패턴이 전사되는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 보조 패턴의 폭이 상기 주 패턴의 폭의 0.7 배 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 투명 기판이 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 반투명막이 크롬옥시니트라이드를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 보조 패턴 영역의 크기가 상기 주 패턴 영역의 크기와 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
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