JP3998756B2

JP3998756B2 - 位相反転マスク及びその製造方法

Info

Publication number: JP3998756B2
Application number: JP16251297A
Authority: JP
Inventors: 仁均申
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-06-29
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2017-06-19
Also published as: KR100219485B1; TW347484B; US5814424A; KR980005324A; JPH1069061A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位相反転マスク（Phase Shift Mask：以下、PSM と称する）及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の高集積化によりウェーハ上に形成しうるパターンの均一性が問題となっている。高集積化に伴うパターンの均一性問題を解決しうる方法の１つがパターン形成に使用されるマスクの構造を変更する方法である。代表的な方法としてはレベンソン（LEVENSON）PSM を使用する方法がある。前記レベンソンPSM はPSM 基板に一定深さに蝕刻された部分を有しているが、ライン及びスペースの連続パターンを形成するに優秀な効果がある。
【０００３】
従来の技術によるPSM 及びその製造方法の一例として前述したようなレベンソンPSM 及びその製造方法を添付された図面に基づき詳しく説明する。
まず、図１を参照すれば、従来の技術によるPSM は、PSM 用基板１０上に前記基板１０の一部領域を露出させる位相反転層パターン１１とクロム層パターン１２が順次に形成されている。露出された領域の中、何れかの領域には一定した深さのトレンチ１４が形成されている。トレンチ１４が形成されている領域に入射される光はその位相が１８０°に反転される。即ち、トレンチ１４領域は位相反転領域となる。
【０００４】
前記トレンチ領域を除けた他の露出された部分に入射される光はその位相が変わらない。このように従来の技術によるPSM は位相反転領域と位相無反転領域とを具備している。
位相反転領域を経る光が焦点から外れる場合パターンの像（image ）が悪くなり、位相無反転領域を経る光により形成されるパターンの間に臨界ディメンション（Critical Dimension：以下、CDと称する）の差（図５のＤ）が激しくなる。このような現象を除去するため前記PSM 用基板のトレンチが形成された部分にアンダーカットを形成したり、前記トレンチの段差を小さくするため高屈折率を有する物質を用いるが、提示された問題等を完全に解決することはできない。
【０００５】
引続き、図２乃至図４に基づき従来の技術によるPSM 製造方法を説明する。
図２はクロム層２２の一部界面を露出させる段階を示す。具体的には、PSM 用基板１８の全面に位相反転層２０とクロム層２２を順次的に形成する。クロム層２２の全面にフォトレジスト膜２４を塗布した後、パタニングしてクロム層２２の一部領域を露出させる。
【０００６】
図３はクロム層及び位相反転層パターン２２ａ、２０ａを形成する段階であって、具体的には図２におけるフォトレジスト膜をマスクとして結果部の全面を異方性蝕刻する。この際、蝕刻の終末点としては前記PSM 用基板１８の表面を用いる。蝕刻の結果、前記クロム層（図２の２２）の露出部と前記位相反転層（図２の２０）の前記クロム層の露出部に対応する部分が除去され、クロム層及び位相反転層パターン２２ａ、２０ａが形成される。
【０００７】
図４はPSM 用の基板１８にトレンチ１４を形成する段階を示す。具体的には図３における界面が露出された基板１８の何れかの部分をフォトレジストパターン（図示せず）で保護してから全面を一定時間異方性蝕刻する。蝕刻の結果、露出された基板には一定深さのトレンチ１４が形成される。以降、基板１８の露出部を保護しているフォトレジストパターンを除去すれば、PSM が完成される。トレンチ１４が形成された部分は位相反転領域であり、トレンチ１４が形成されない基板１８の界面が露出された部分は位相反転を起こさない部分である。
【０００８】
このように従来の技術による方法で製造されたPSM は位相反転領域から焦点が外れる場合、位相無反転領域によるパターンとの差が大きくなってパターンが不均一になる。具体的には図５を参照すれば、図５において横軸はラインとスペースの位置を示し、縦軸は横軸の位置による光の強度を示す。そして、部材符号Ｇ１とＧ２が示すグラフは露光の焦点が正確に合わない場合であり、部材符号Ｇ３が示すグラフは焦点が正確に合う場合の従来の技術によるラインとスペースの位置による光強度を示すグラフである。図５を参照すれば、光強度の強い部分はスペース部分を示し、光強度の弱い部分はライン部分を示すが、ラインまたはスペースの位置による光強度の分布は不均一であるため光強度の差を示す。このような光強度の差により従来の技術によるPSM の問題となるCD差が示される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、前述した問題点を解決するためのものであって、位相反転を起こさない部分を経る光の一部を相殺干渉させ、位相反転を起こす部分と位相反転を起こさない部分を経る光により形成されるパターン間の臨界ディメンションの差を減らしうる位相反転マスクを提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、前記位相反転マスクを製造する望ましい方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明による位相反転マスクは、位相反転領域と位相無反転領域とを含む位相反転マスクにおいて、前記位相無反転領域に隣接して入射光の位相を一定範囲内で変化させるハーフトーン領域を具備し、前記位相反転領域には一定した深さのトレンチが形成されている。
本発明によれば、前記ハーフトーン領域を構成する物質はMoSiONである。
【００１２】
前記他の目的を達成するため本発明による位相反転マスクの製造方法は、（ａ） PSM用の基板に位相反転層を形成し、（ｂ）前記位相反転層上に前記位相反転層の表面の一部を露出させるクロム層パターンを形成し、（ｃ）前記位相反転層の露出された表面の中、第１露出部に位相反転領域を形成し、（ｄ）前記位相反転層の露出された表面の中、第２露出部にハーフトーン領域と位相無反転領域を形成する。
【００１３】
前記（ｃ）段階において前記位相反転領域は次の段階で形成する。
（ｃ１）前記第１露出部にある位相反転層を除去する。
（ｃ２）前記第１露出部に対応する前記PSM 用基板に一定した深さを有するトレンチを形成する。
前記（ｄ）段階においてハーフトーン領域と位相無反転領域とは次の段階で形成する。
【００１４】
（ｄ１）前記第２露出部の位相反転層を前記クロム層パターンにより限定された領域より小さい領域に限定するフォトレジストパターンを形成する。
（ｄ２）前記フォトレジストパターンにより限定された第２露出部の位相反転層を除去する。
前記ハーフトーン領域は前記フォトレジストパターンの大きさを異なるように形成することにより増減させうる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の前記目的と長所は以下添付された図面に基づき望ましい実施例等を説明することによりさらに明確になる。
以下、本発明の実施例によるPSM 及びその製造方法を添付された図面に基づき詳しく説明する。
【００１６】
図６は本発明の一実施例によるPSM の断面図であり、図７乃至図１１は本発明の一実施例によるPSM 及びその製造方法を段階別に示した図面である。
まず、図６を参照すればPSM 用基板４０の所定の領域に一定した深さを有するトレンチ４２が形成されている。前記PSM 基板４０上の一側にトレンチ４２を具備する位相反転層パターン４４とクロム層パターン４６が順次に形成されている。前記PSM 基板の他側にはPSM 基板４０の界面を露出させる位相反転層パターン４４があり、その上にはクロム層パターン４６が形成されている。このクロム層パターン４６はその下に形成されている位相反転層パターン４４よりは小さい。従って、前記PSM 基板４０の露出された部分で前記位相反転層パターン４４とクロム層パターン４６は階段を成している。階段の平坦部Ａは前記位相反転層パターン４４の露出部となるが、この部分Ａがハーフトーン領域である。
【００１７】
前記PSM 基板４０に形成されたトレンチ４２は入射する光の位相が正確に１８０°に反転される深さを有するように形成されている。前記トレンチ４２が形成されていない基板を経る光は位相の変化なく通過する。よって、前記PSM 基板４０の露出部を経る光の位相は反転されない。
前記ハーフトーン領域Ａを経る光は位相が０°〜１８０°で前記位相反転層パターン４４とPSM 用基板４０の厚さにより変わる。
【００１８】
前記PSM 用基板４０を構成する物質は水晶（quartz）である。そして、前記位相反転層パターン４４を構成する物質はMoSiONである。
前述したように本発明の実施例によるPSM は位相の反転される位相反転領域と部分的にハーフトーン領域Ａが形成された位相無反転領域とを具備している。従って、従来の技術によるPSM よりCD変動幅を小さくしうる。即ち、ライン及びスペーサ（Ｌ／Ｓ）の変動幅を従来に比べて大きく減らしうる。これは図１２を参照すればわかりやすい。
【００１９】
次いで、本発明の一実施例により前記PSM を製造する方法を説明する。
まず、図７はクロム層５６上にクロム層５６の一定領域を限定して露出させる第１フォトレジストパターン５８を形成する段階である。
具体的には、PSM 用基板５２の全面に位相反転層５４及びクロム層５６を順次に形成する。次いで、前記クロム層５６の全面にフォトレジストパターンを塗布した後、パタニングして前記クロム層５６の領域を一部限定して界面を露出させる第１フォトレジストパターン５８を形成する。前記第１フォトレジストパターン５８により前記クロム層５６の界面は多箇所で露出されるが、図７では説明の便宜上代表的に２箇所にのみ界面露出部分が示されている。
【００２０】
図８は前記第１フォトレジストパターン５８を蝕刻マスクで使用して前記クロム層５６の全面を異方性蝕刻してパタニングする段階を示す。この際、前記蝕刻の終末点は前記位相反転層５４の界面にする。このような異方性蝕刻により図７のクロム層５６は前記第１フォトレジストパターン５８と同一な形を有するクロム層パターン５６ａで形成される。この結果、前記クロム層（図７の５６）の表面が露出される。前記位相反転層５４の露出された表面の中、図面の左側にあるのを第１露出部５９、右側にあるのを第２露出部５９ａと称する。
【００２１】
図９はPSM 用基板にトレンチ６２を形成する段階である。前記トレンチ６２は前記第１露出部（図８の５９）に形成する。この際、前記第２露出部（図８の５９ａ）は第２フォトレジストパターン６０を形成して保護する。次いで、前記結果物を一定時間異方性蝕刻する。前記異方性蝕刻により第１露出部（図８の５９）に該当する部分が除去された前記位相反転層パターン５４ａと一定深さのトレンチ６２が形成されたPSM 用基板５２ａが形成される。前記基板５２ａの第１露出部（図８の５９）に形成されたトレンチ６２によりPSM に入射する光の位相は１８０°に反転される。
【００２２】
図１０は第２露出部（図８の５９ａ）を限定する段階である。即ち、ハーフトーン領域を限定する段階である。具体的には、図９で前記第１及び第２フォトレジストパターン５８、６０を除去する。そして結果物の全面に前記第２露出部（図８の５９ａ）をさらに限定する第３フォトレジストパターン６４を形成する。即ち、前記第３フォトレジストパターン６４は前記第２露出部（図８の５９ａ）に露出される前記位相反転層パターン（図９の５４ａ）の露出界面をさらに狭くする。この状態で前記結果物の全面を異方性蝕刻するが、蝕刻の終末点は下部のPSM 用基板５２ａの界面にする。前記異方性蝕刻により前記第２露出部（図８の５９ａ）で前記第３フォトレジストパターン６４によりさらに狭く限定された位相反転層パターン（図９の５４ａ）の一部が除去され下部の基板界面を露出させる。結果的に前記第２露出部（図１０の５９ａ）において前記クロム層パターン５６ａと位相反転層パターン５４ｂはPSM 用基板５２ａを限定する。即ち、前記PSM 基板５２ａの前記第２露出部（図８の５９ａ）は前記クロム層パターン５６ａより前記位相反転層パターン５４ｂによりさらに狭く限定される。従って、前記第２露出部（図８の５９ａ）において前記位相反転層パターン５４ｂとクロム層パターン５６ａは前記第１露出部（図８の５９）と同様に同一なサイズを有するパターンでなく前記位相反転層パターン５４ｂの一部はその上に形成されたクロム層パターン５６ａにより限定される。結果的に前記第２露出部５９ａにおける前記クロム層パターン５６ａと位相反転層パターン５４ｂの縁部は階段形となる。前記階段の平坦な部分Ａがハーフトーン領域である。前記ハーフトーン領域Ａを経る光は隣接した第２露出部５９ａの基板を経る光が位相の変化なく経ることとは異なって一定した位相角内で光の位相が変わる。即ち、０°〜１８０°の範囲で光の位相が変わる。この結果、前記ハーフトーン領域Ａを経る光と前記ハーフトーン領域Ａと隣接した第２露出部５９ａを経る光の一部は相殺干渉されるので、前記第２露出部５９ａを経る光により形成されるパターンのCDを従来品より小さくしうる（図１２参照）。従って、前記トレンチ６２が形成された第１露出部（図８の５９）と第２露出部（図８の５９ａ）を経る光により形成されるパターンのCDの差は図１と図１２とを比較すれば本発明が従来品に比べて非常に小さいことがわかる。
【００２３】
図１１は本発明の実施例によるPSM を完成する段階である。具体的には、図１０の結果物において前記第３フォトレジストパターン６４を除去することにより本発明の実施例によるPSM が完成される。前記本発明の実施例によるPSM を使用して形成されるパターン間のCD差は図１２に示したように発生されないことがわかる。
【００２４】
図１２は本発明の実施例により形成されたPSM を用いた場合のラインとスペースにおける光強度の分布を示したグラフであって、横軸はラインとスペースの位置を示し、縦軸は前記ラインとスペースの位置による光強度の変化を示す。ここで、部材符号Ｇ４は焦点の外れが無い場合、Ｇ５は焦点の外れが０．５μｍの場合、Ｇ６は焦点の外れが１〜０．５μｍの場合の光強度を示す。図１２を参照すれば、光強度の強い部分はスペース部分を示し、光強度の弱い部分はライン部分を示すが、焦点の外れが無い場合、ラインまたはスペースの位置による光強度の分布は基板の全面に亙って均一なことがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
以上、本発明によるPSM は位相無反転領域にハーフトーン領域を具備することによりPSM 基板の位相無反転領域を経る光の一部を相殺干渉させることにより位相反転領域と位相無反転領域とを経る光により形成されるパターン間の臨界ディメンション（CD）の差を従来より余程減らしてパターンの均一性を高めうる。
【００２６】
本発明は前記実施例に限定されなく、本発明の技術的思想内で当分野の通常の知識を有する者により多くの変形が可能であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術による位相反転マスクの断面図である。
【図２】従来の技術による位相反転マスクの製造方法を段階別に示した図面である。
【図３】従来の技術による位相反転マスクの製造方法を段階別に示した図面である。
【図４】従来の技術による位相反転マスクの製造方法を段階別に示した図面である。
【図５】従来の技術による位相反転マスクにより発生する臨界ディメンションの変化を示したグラフである。
【図６】本発明の一実施例による位相反転マスクの断面図である。
【図７】
図６に示した位相反転マスクの製造方法を段階別に示した図面である。
【図８】図６に示した位相反転マスクの製造方法を段階別に示した図面である。
【図９】図６に示した位相反転マスクの製造方法を段階別に示した図面である。
【図１０】図６に示した位相反転マスクの製造方法を段階別に示した図面である。
【図１１】図６に示した位相反転マスクの製造方法を段階別に示した図面である。
【図１２】図６に示した位相反転マスクにより発生する臨界ディメンションの変化を示したグラフである。
【符号の説明】
４０ PSM 基板
４２トレンチ
４４位相反転層パターン
４６クロム層パターン

Claims

位相反転領域と位相無反転領域とを含む位相反転マスクにおいて、
前記位相無反転領域に隣接して入射光の位相を一定範囲内で変化させるハーフトーン領域を具備し、
前記位相反転領域には一定した深さのトレンチが形成されていることを特徴とする位相反転マスク。
前記ハーフトーン領域を構成する物質はMoSiONであることを特徴とする請求項１に記載の位相反転マスク。
（ａ） PSM用の基板に位相反転層を形成する段階と、
（ｂ）前記位相反転層上に前記位相反転層の表面の一部を露出させるクロム層パターンを形成する段階と、
（ｃ）前記位相反転層の露出された表面の中、第１露出部に位相反転領域を形成する段階と、
（ｄ）前記位相反転層の露出された表面の中、第２露出部にハーフトーン領域と位相無反転領域を形成する段階とを含むことを特徴とする位相反転マスクの製造方法。
前記（ｃ）段階の位相反転領域は前記第１露出部にある位相反転層を除去する段階と、
前記第１露出部に対応する前記PSM用基板に一定した深さを有するトレンを形成する段階とにより形成されることを特徴とする請求項３に記載の位相反転マスクの製造方法。
前記（ｄ）段階のハーフトーン領域と位相無反転領域とは、
前記第２露出部の位相反転層を前記クロム層パターンにより限定された領域より小さい領域に限定するフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記フォトレジストパターンにより限定された第２露出部の位相反転層を除去する段階とにより形成されることを特徴とする請求項３に記載の位相反転マスクの製造方法。
前記位相反転層はMoSiON層で形成することを特徴とする請求項３に記載の位相反転マスクの製造方法。