JP5793600B2 - ハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体や平板ディスプレイの製造時に含まれる露光技術に関し、より詳細には、ハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光方法に関する。

一般に、平板ディスプレイまたは半導体の製造時には、各種パターンを形成するためにフォトマスクを用いた露光工程を含む。

フォトマスクは、代表的に２進強度マスク（Ｂｉｎａｒｙ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍａｓｋ；ＢＩＭ）と位相反転マスク（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｍａｓｋ；ＰＳＭ）とに区分することができる。

このうち位相反転マスクの場合は、完全に光を遮断する遮断領域と光を１００％透過する透過領域の位相を調節したり、または位相と透過率を調節することによって、露光工程で必要な工程マージンである解像度及び焦点深度を向上させることができる。このとき、一つの薄膜で位相と透過率を調節する位相反転マスクをハーフトーン位相反転マスク（Ｈａｌｆｔｏｎｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｍａｓｋ）という。

近来、平板ディスプレイの製作工程では、高画質製品に対する技術開発が要求されながら、パネル上に必要な解像度及び焦点深度に対する改善を必要としている。

ハーフトーン位相反転マスクの製作及び露光工程において、平板ディスプレイパネル用ハーフトーン位相反転マスクには、半導体製造用ハーフトーン位相反転マスクの場合とは異なって、下記のような特性が要求される。

半導体製造用露光工程で使用される光の波長は、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）などの単一波長である。その一方、平板ディスプレイ用の場合は、大面積を迅速に露光しなければならないので、光源から出るｉ―ｌｉｎｅ（３６５ｎｍ）、ｈ―ｌｉｎｅ（４０５ｎｍ）、ｇ―ｌｉｎｅ（４３６ｎｍ）の全ての波長を同時に使用しなければならない。また、ハーフトーン位相反転マスクは、単一薄膜に具現され、位相を１８０゜にしなければならない。

一方、ハーフトーン位相反転マスクの場合、透過率値が高いほど位相反転効果は増加するが、パターンの周辺部に非正常的に光の強さが増加するサイドローブ（Ｓｉｄｅ Ｌｏｂｅ）効果も共に増加する。サイドローブによって所望しないパターンが形成され得るので、位相反転効果とサイドローブ効果を折衷しながら透過率を決定する。このような点を考慮した上で、現在は約６％の透過率を使用している。

多くの波長の光を使用する場合、光の全体的な位相平均値を１８０゜に具現しにくい。すなわち、位相は波長に反比例するので、ｉ―ｌｉｎｅに１８０゜の位相を具現すると、ｈ―ｌｉｎｅ、ｇ―ｌｉｎｅでは１８０゜より低い値の位相を得るしかない。そのため、複合波長（ｉ―ｌｉｎｅ、ｈ―ｌｉｎｅ、ｇ―ｌｉｎｅ）の光を使用する場合、位相反転マスクで具現される光の全体的な位相平均値は１８０゜より低くなるしかない。

図１は、露光工程でフォーカス値の変化に伴う線幅（ＣＤ）またはコントラスト値の変化を示した図である。

図１を参照すると、位相反転マスクで具現される光の全体的な位相平均値が１８０゜である場合、デフォーカス（Ｄｅｆｏｃｕｓ）が発生すると、線幅またはコントラスト値が対称的に変わり得る。

その一方、位相反転マスクで具現される光の全体的な位相平均値が１８０゜でない場合、全体的に悪化しながら最上の性能を示す地点、すなわち、ベストフォーカスが変化する。光の全体的な位相平均値が１８０゜より小さい場合は、＋Ｆｏｃｕｓ側に動く一方、光の全体的な位相平均値が１８０゜より大きい場合は−Ｆｏｃｕｓ側に動く。ベストフォーカスの変更によって得られる領域（ａ１、ｂ２）と失う領域（ａ２、ｂ１）のサイズを比較すると、常に失う領域のサイズの方が大きい（ａ１＜ｂ１、ａ２＞ｂ２）。したがって、光の全体的な位相平均値が１８０゜でない状態で位相反転マスクが製作されると、ＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）マージンが少なくなり、解像度の向上効果も少なくなるという問題が発生する。

本発明と関連する背景技術としては、大韓民国公開特許公報第１０―２００１―００７５７７７号（２００１．０８．１１．公開）があり、前記文献には、ハーフトーン位相反転マスク及びその製造方法が開示されている。

大韓民国公開特許公報第１０―２００１―００７５７７７号

本発明の一つの目的は、平板ディスプレイ製造過程のようにハーフトーン位相反転マスクを適用する露光工程で複合波長を有する光を使用するときに発生し得る問題を解決し、最適の位相及び透過率を提供することによって、露光工程での解像度及び焦点深度を向上させ得るハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、複合波長露光工程に適用できるように位相平均値が補正されたハーフトーン位相反転マスクを提供することにある。

前記一つの目的を達成するための本発明の実施例に係るハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光方法は、放出される光が３個の複合波長（ｉ―ｌｉｎｅ、ｈ―ｌｉｎｅ、ｇ―ｌｉｎｅ）を有する光源及びハーフトーン位相反転マスクを用いる露光方法であって、下記の数式１及び数式２によって演算される複合波長の位相平均値（ＰｈａｓｅＡｖｅｒａｇｅ）が１８０゜または予め定められた値になるように、ハーフトーン位相反転マスクに形成された位相反転膜の位相（Ｐｉ―ｌｉｎｅ、Ｐｈ―ｌｉｎｅ、Ｐｇ―ｌｉｎｅ）、光源の強さ（Ｉｉ―ｌｉｎｅ、Ｉｈ―ｌｉｎｅ、Ｉｇ―ｌｉｎｅ）、ハーフトーン位相反転マスクに形成された位相反転膜の透過率（Ｔｉ―ｌｉｎｅ、Ｔｈ―ｌｉｎｅ、Ｔｇ―ｌｉｎｅ）及びフォトレジストの吸収率（Ａｉ―ｌｉｎｅ、Ａｈ―ｌｉｎｅ、Ａｇ―ｌｉｎｅ）のうち一つ以上を調節する過程を含み、下記の数式３によってターゲットの透過率を調節することを特徴とする。

このとき、前記３個の複合波長（ｉ―ｌｉｎｅ、ｈ―ｌｉｎｅ、ｇ―ｌｉｎｅ）に対する前記ハーフトーン位相反転マスクに形成された位相反転膜の位相（Ｐｉ―ｌｉｎｅ、Ｐｈ―ｌｉｎｅ、Ｐｇ―ｌｉｎｅ）のそれぞれは、下記の数式４によって定めることができる。

前記他の目的を達成するための本発明の実施例に係るハーフトーン位相反転マスクは、光が透過される透過領域及び光の透過率が調節される位相反転領域を備える活性領域と、前記活性領域の外側を取り囲み、光が遮断される遮断領域を備える非活性領域とを有する透明基板；前記透明基板上の前記遮断領域に形成され、入射光を遮断する光遮断膜；及び前記透明基板上の前記位相反転領域に形成され、入射光の透過率を調節する位相反転膜；を含み、下記の数式１及び数式２によって演算される複合波長の位相平均値（Ｐｈａｓｅ_{Ａｖｅｒａｇｅ}）が１８０゜または予め定められた値になるように前記位相反転膜の位相及び前記位相反転膜の透過率のうち一つ以上が調節されたことを特徴とする。

本発明に係るハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光方法によると、ハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光工程時、波長の平均位相を開発された式１ないし式３によって１８０゜に正確に制御することができる。

また、本発明に係るハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光方法では、開発された式４によってターゲットの透過率を所望の目標値に容易に調節することができる。

これによって、ハーフトーン位相反転マスクのための露光工程時に最適の位相を提供することができ、その結果、露光工程での解像度及び焦点深度を向上させることができる。

位相誤差が発生したときのベストフォーカスの変化を示した図である。 位相反転膜の波長別透過率特性を示した図である。

本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、後述する実施例及び添付の図面を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下の各実施例に限定されるものではなく、他の多様な形態に具現することができる。以下の各実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものに過ぎなく、本発明は、請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。

以下、本発明に係るハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光方法及びこれに用いられるハーフトーン位相反転マスクについて詳細に説明する。

本発明では、複合波長を使用する露光工程の場合に、上述したように光の全体的な位相平均値を１８０゜にするために、以下の３つの要素を変数として考慮しており、その内容は次の通りである。

第一に、光源から出る光の３つの波長が存在し、各波長の強さが異なる。このときの各波長の強さのそれぞれをＩ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ｉ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ｉ_{ｇ―ｌｉｎｅ}と定義した。

第二に、位相反転を具現する薄膜は一つでなければならない。波長別に薄膜を別途に具現する位相反転マスクの具現が不可能である。そのため、一つの位相反転薄膜で具現される位相が異なる。各波長別に具現される位相をＰ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ｐ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ｐ_{ｇ―ｌｉｎｅ}と定義した。

第三に、フォトレジストが各波長別に反応する速度、すなわち、各波長に対するフォトレジストの吸収率が異なる。各波長別フォトレジストの吸収率をＡ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ａ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ａ_{ｇ―ｌｉｎｅ}と定義した。

透過率の場合、一つの位相反転薄膜で複合波長（ｉ―ｌｉｎｅ、ｈ―ｌｉｎｅ、ｇ―ｌｉｎｅ）を使用する場合、一般に以下のような特性を示す。

図２は、波長に伴う透過率の変化を示した図である。一般に薄膜で波長が長くなると、透過率が増加する。例えば、ｉ―ｌｉｎｅにターゲット透過率を設定する場合、全体的な透過率値はターゲット透過率より高い値を示す。中間波長ｈ―ｌｉｎｅにターゲット透過率を設定した場合も、位相反転薄膜の透過率の平均値は設定された値にし得るが、光源の波長別強さ及びフォトレジストの吸収率が異なるので、露光工程で本当に必要な透過率は設定された値から逸脱することになる。具現される各波長に対する位相反転膜の透過率をＴ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ｔ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ｔ_{ｇ―ｌｉｎｅ}と定義した。

本発明の発明者等は、長い研究の結果、複合波長を使用した場合、平均位相が下記の数式１及び数式２によることを見出した。

位相反転膜で各波長別に具現される位相Ｐ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ｐ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ｐ_{ｇ―ｌｉｎｅ}のそれぞれは、以下の数式３で表現することができ、実測も可能である。

前記数式３において、定数ａ、ｂは実測値を通じて得ることができる。

上述したように、複合波長の平均位相が１８０゜になると、図１のようなベストフォーカスの変化が発生しない。

既存の場合は、ターゲット波長での位相を１８０゜にする目標を設定していたが、本発明は、複合波長の平均位相を１８０゜に設定し、フォーカスの変化が発生することを防止することを特徴とする。位相平均値が１８０゜にならないと、ターゲット波長の位相を加減することによって複合波長の位相を１８０゜にすることができ、このとき、数式１と数式２を使用する。

位相反転マスクの他の重要な要因である透過率は、既存の場合、ターゲット波長で特定の値に設定していたが、本発明では、以下の数式４によって計算された値を所望の透過率値にすることを特徴とする。

数式１〜４によると、例えば、次のように適用することができる。

例えば、光源の強さ（Ｉ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ｉ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ｉ_{ｇ―ｌｉｎｅ}）及びフォトレジストの吸収率（Ａ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ａ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ａ_{ｇ―ｌｉｎｅ}）が定められている場合、ハーフトーン位相反転マスクに形成された位相反転膜の位相（Ｐ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ｐ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ｐ_{ｇ―ｌｉｎｅ}）あるいはハーフトーン位相反転マスクに形成された位相反転膜の透過率（Ｔ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ｔ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ｔ_{ｇ―ｌｉｎｅ}）を調節することによって、複合波長露光工程での複合波長の平均位相を１８０゜に調節することができる。

この場合、本発明に適用されるハーフトーン位相反転マスクは、光が透過される透過領域及び光の透過率が調節される位相反転領域を備える活性領域と、前記活性領域の外側を取り囲み、光が遮断される遮断領域を備える非活性領域とを有する透明基板；前記透明基板上の前記遮断領域に形成され、入射光を遮断する光遮断膜；及び前記透明基板上の前記位相反転領域に形成され、入射光の透過率を調節する位相反転膜；を含むことができ、複合波長の位相平均値（Ｐｈａｓｅ_{Ａｖｅｒａｇｅ}）が１８０゜または予め定められた値になるように位相反転膜の位相及び透過率のうち一つ以上を調節することができる。

他の方法において、ハーフトーン位相反転マスクに形成された位相反転膜の位相（Ｐ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ｐ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ｐ_{ｇ―ｌｉｎｅ}）あるいはハーフトーン位相反転マスクに形成された位相反転膜の透過率（Ｔ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ｔ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ｔ_{ｇ―ｌｉｎｅ}）が定められている場合、光源の強さ（Ｉ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ｉ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ｉ_{ｇ―ｌｉｎｅ}）またはフォトレジストの吸収率（Ａ_{ｉ―ｌｉｎｅ}、Ａ_{ｈ―ｌｉｎｅ}、Ａ_{ｇ―ｌｉｎｅ}）を調節することによって、複合波長露光工程での複合波長の平均位相を１８０゜に調節することができる。

本発明に係るハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光方法では、入射光の波長がｉ―ｌｉｎｅ、ｈ―ｌｉｎｅ及びｇ―ｌｉｎｅである複合波長で数式１と数式２を使用して複合波長の平均位相値を所望の値にし、露光工程で位相値の誤差によって発生するフォーカスの変化を減少させたり、０で使用可能な焦点深度を最大限にし、既存に使用していたＢＩＭ（Ｂｉｎａｒｙ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍａｓｋ）と同一のベストフォーカスを適用することができ、工程単純化が可能である。ＦＰＤ領域の場合、一つのパネルに具現可能な露光ショットの個数がウエハーに比べて非常に少ないので、マスク別にベストフォーカスを見出すことがほぼ不可能である。そのため、ハーフトーン位相反転マスクでの位相誤差を根本的になくすことが最も良い解決方法である。

ハーフトーン位相反転マスクで他の重要な項目である透過率を決定するときに数式３を適用することによって、透過率の平均値が高いときに発生する問題（サイドローブ効果）を予防することができる。

以上では、本発明の各実施例を中心に説明したが、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する技術者の水準で多様な変更や変形を行うことができる。このような変更と変形は、本発明が提供する技術思想の範囲を逸脱しない限り、本発明に属するものであると言える。したがって、本発明の権利範囲は、以下で記載する特許請求の範囲によって判断すべきであろう。

Claims (2)

1. 放出される光が３個の複合波長（ｉ―ｌｉｎｅ、ｈ―ｌｉｎｅ、ｇ―ｌｉｎｅ）を有する光源及びハーフトーン位相反転マスクを用いる露光方法であって、
   下記の数式１及び数式２によって演算される複合波長の位相平均値（ＰｈａｓｅＡｖｅｒａｇｅ）が１８０゜または予め定められた値になるように、ハーフトーン位相反転マスクに形成された位相反転膜の位相（Ｐｉ―ｌｉｎｅ、Ｐｈ―ｌｉｎｅ、Ｐｇ―ｌｉｎｅ）、光源の強さ（Ｉｉ―ｌｉｎｅ、Ｉｈ―ｌｉｎｅ、Ｉｇ―ｌｉｎｅ）、ハーフトーン位相反転マスクに形成された位相反転膜の透過率（Ｔｉ―ｌｉｎｅ、Ｔｈ―ｌｉｎｅ、Ｔｇ―ｌｉｎｅ）及びフォトレジストの吸収率（Ａｉ―ｌｉｎｅ、Ａｈ―ｌｉｎｅ、Ａｇ―ｌｉｎｅ）のうち一つ以上を調節する過程を含み、
   下記の数式３によってターゲットの透過率を調節することを特徴とするハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光方法。
   

   

   

   
2. 前記３個の複合波長（ｉ―ｌｉｎｅ、ｈ―ｌｉｎｅ、ｇ―ｌｉｎｅ）に対する前記ハーフトーン位相反転マスクに形成された位相反転膜の位相（Ｐｉ―ｌｉｎｅ、Ｐｈ―ｌｉｎｅ、Ｐｇ―ｌｉｎｅ）のそれぞれは、下記の数式４によって定められることを特徴とする、請求項１に記載のハーフトーン位相反転マスクを用いた複合波長露光方法。
   

   

Images