KR0145336B1

KR0145336B1 - 패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR0145336B1
Application number: KR1019920007190A
Authority: KR
Inventors: 다다시 사이또; 히데유끼 진보
Original assignee: 고스기 노부미쓰; 오끼덴끼고오교가부시끼가이샤
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1998-08-17

Abstract

본 발명의 목적은, 구형의 차광부(42)를 구비하는 제1의 포토 마스크(40)와, 구형의 차광부(51)를 구비하는 제2의 포토 마스크(50)를 제1 및 제2의 포토 마스크 순으로 또는 이 반대의 순으로 사용한 레지스트를 각각 노광하여 이 레지스트에 상기 구형의 차광부(42,51)의 중복 부분의 형상의 미노광부를 형성할 때, 양 마스크(40,50)의 마스크 맞춤 어긋남으로 인한 미노광부 형상변화를 없게 하는데 있으며, 그 구성은, 제1의 포토 마스크(40)의 구형의 차광부(42)의 X방향의 치수를 W_o+W_x, Y방향의 치수는 설계치수 W_o로 하고, 제2의 포토 마스크(50)의 구형의 차광부(51)의 X방향의 치수를 설계치수 W_o로 하며, Y방향의 치수를 W_o+2W_y로 하고 있다(단, W_x, W_y는 어느것이나 정(+)의 값이다).

Description

패턴 형성 방법

제1도(a)는 실시예에서 사용한 제1의 포토 마스크(photo mask)의 설명에 제공하는 평면도이고, (b)는 실시예에서 사용하는 제2의 포토 마스크의 설명에 제공하는 평면도.

제2도는 실시예에서 레지스트에 형성되는 잠상(潛像)의 설명에 제공하는 도.

제3도는 종래기술의 설명에 제공하는 도이며 종래기술에서 사용되고 있던 제1 및 제2의 포토 마스크의 설명에 제공하는 도.

제4도는 종래기술의 설명에 제공하는 도이며, 종래기술에서 제1 및 제2의 포토 마스크의 마스크 맞춤이 정확히 행하여졌을 경우에 레지스트에 형성되는 잠상의 설명에 제공되는 도.

제5도는 종래기술의 문제점의 설명에 제공하는 도.

제6도는 종래기술의 문제점의 설명에 제공하는 도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

40:실시예에서 사용한 제1의 포토 마스크 41:광 투과부

42:구형의 차광부

43:위상 시프트(shift) 법용의 시프터(shifter) 43a:시프터의 1부분

WO:설계 치수

50:실시예에서 사용한 제2의 포토 마스크 51:구형의 차광부

52:차광부 60:레지스트

61:구형의 미노광부 62,62a:세선의 미노광부

본 발명은 반도체 장치등의 제조공정중에서 사용되는 레지스트 패턴의 형상 방법에 관한 것이다.

투영노광에 의한 포토 리토그래피(photo lithography) 기술의 분야에 있어서도, 반도체 장치의 고집적화에 대응할 수 있는 미세한 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 기술이 여러가지로 제안되고 있다.

그것들의 기술중에서 주목되고 있는 기술의 하나로 위상 시프트법이라고 호칭되는 기술이 있다. 이 위상 시프트법은 레벤슨(Levenson) 등에 의해서 예를 들면 문헌(IEEE Tran. Electron Device, vol. ED-29(1982) p.1828, 동 vol. ED-31(1984) p.753)에 보고되어 있는 기술이며, 웨이퍼 상에서의 광 콘트라스트를 올리기 위하여 포토 마스크상에 노광 광의 위상을 시프트시키는 투명한 박막(시프터)을 부분적으로 설치하여 투영 노광법의 해상력을 향상시키는 기술이다.

위상 시프트법의 응용예로서는 예를 들면 이 출원의 출원인에 관계되는 일본국 특원평 2-190162호에 제안(문헌:응용 물리학회(1990.9.27), 강연번호 27p-ZG-3에 개시)의 패턴 형성 방법이 있었다. 이것에 관하여 제3도(A) 및 (B)와 제4도를 참조하여 간단히 설명한다. 또한 이것들의 도면은 이 패턴 형성 방법을, 게이트 전극 및 패드(pad)부를 갖는 게이트 패턴용의 레지스트 패턴을 형성하는 경우에 적용한 공정도이다. 그리고 제3도(a) 및 (b)는 사용한 포토 마스크를 그의 상방에서 보고 나타낸 평면도이며, 제4도는 이것들의 포토 마스크를 사용한 경우에 레지스트에 형성되는 잠상의 설명에 제공하는 평면도이다.

이 패턴 형성 방법에서, 레지스트는 광투과부(11), 구형의 차광부(13) 및 위상 시프트법용 시프터(15)를 구비하는 제1의 포토 마스크(10)를 통해 노광되며, 시프터(15)의 에지(edge)의 일부는 광투과부(11)내에 위치되어 있다.(제3도(a) 참조) 또 이 레지스트에 대하여 제1의 포토 마스크(10)의 차광부(13)와 대응하는 차광부(21)를 구비하는 제2의 포토 마스크(20)로서, 그의 제1의 포토 마스크(10)의 시프터의 광투과부내에 위치하고 있는 에지 부분의 소정 부분과 대응하는 부분이 차광부(25)로 되어 있는 제2의 포토 마스크(20)(제3도(b) 참조)를 통하여 노광이 이루어진다. 또한 제1의 포토 마스크(10)를 사용하여서의 노광과, 제2의 포토 마스크(20)를 사용하여서의 노광을 반대의 순으로 하여도 좋다.

이 패턴 형성 방법에서는 제1의 포토 마스크(10)를 사용한 노광에 있어서 레지스트의 차광부(13)와 대향하는 영역은 미노광 상태로 되고, 시프터(15)의 에지라인과 대향하는 영역은 위상 시프트 효과의 영향에 의해 역시 미노광 상태로 되고, 그 이외의 레지스트 부분은 노광상태로 된다. 또 제2의 포토 마스크(20)를 사용한 노광에 있어서 레지스트의 차광부(21)와 대향하는 영역 및 차광부(25)와 대향하는 영역은 각각 미노광 상태로 되고, 그 이외의 레지스트 부분은 노광 상태로 된다. 따라서 양포토 마스크를 사용한 노광 공정이 종료된 후는, 제1의 포토 마스크(10)와 제2의 포토 마스크(20)와의 위치 맞춤이 정확히 행해졌을 경우, 레지스트(30)(제4도 참조)에는, 제1의 포토 마스크의 차광부(13)(제2의 포토 마스크의 차광부(21)라고 생각하여도 좋다)에 의해서 형성되는 미노광부(31)와, 제1의 포토 마스크의 시프터의 에지부 및 제2의 포토 마스크의 차광부(25)의 중복 부분에 의해서 형성되는, 미노광부(33)를 갖는 잠상이 형성된다(제4도 참조).

그리고 레지스트가 네가티브형의 경우라면 제4도의 잠상을 현상하면 레지스트의 미노광부(31,33)가 제거된 레지스트 패턴이 얻어진다. 이것은 리프트오프법에 의해 게이트 전극 및 패드부를 형성하기 위한 레지스트 패턴으로서 사용할 수 있다. 레지스트가 포지티브형의 경우라면, 제4도의 잠상을 현상하면, 레지스트의 미노광부(31,33) 부분만이 잔존하는 레지스트 패턴이 얻어진다. 어느 경우도, 미노광부(33)였던 부분은 레지스트 패턴의 게이트 전극 형성용 부분으로 되고, 미노광부(31)였던 부분은 레지스트 패턴의 패드부 형성용 부분으로 된다.

이 패턴 형성 방법에 의하면 구형의 패드부와 선폭(채널길이에 상당하는 치수)이 0.2㎛ 이하의 미세한 게이트 전극을 형성하기 위한 레지스트 패턴이 쉽게 형성되었다.

그러나, 상술한 패턴 형성 방법에서는, 제1의 포토 마스크(10) 및 제2의 포토 마스크(20) 각각의 구형의 차광부(13,21)의 치수가 실질적으로 같다고 되어 있었다. 따라서 제1의 포토 마스크를 사용한 노광과 제2의 포토 마스크를 사용한 노광에 있어서, 제1의 포토 마스크(10)와 제2의 포토 마스크(20)가 상대적으로 예를 들면 제5(a)도에 표시한 바와같이 게이트 길이 방향(제5도 중에 X로 표시된 방향)으로 X_o만큼 시프트된 경우, 설계에서는X방향의 치수가 W_o의 미노광부로 되지 않으면 안되므로X방향의 치수가X_o분 만큼 좁은W₁의 폭의 미노광부(31a)로 되므로, 설계대로의 패드부가 얻어지지 않는다는 문제점이 있었다. 또 제1의 포토 마스크(10)의 시프터(15)의 광투과부내에 위치하는 에지부중 제2의 포토 마스크를 통한 노광에 있어서 노광되지 않으면 안되는 부분(15a)이 상기 X_o의 마스크 위치 시프트되어 생긴 차광부(42)에 의해서 미노광 상태로 되므로, 이 에지 부분(15a)이 볼록상으로 잔존하게 된다는 문제점이 있었다(제5(b)도 참조).

또 이것을 방지하기 위하여, 예를 들면 제6a도에 표시한 바와같이, 제1의 포토 마스크(10)의 구형의 차광부(13a)의 X방향 및 Y방향의 각각의 변의 치수를 설계치수 W_o에 대하여 각변의 양단에서t씩 크게하는 것도 생각할 수 있다. 그러나 이 경우는 제1의 포토 마스크의 차광부(13a)의 설계 치수보다 넓힌 부분과 제2의 포토 마스크의 차광부(25)와의 중복 부분이 여분의 미노광 부분(31b)으로 되므로(제6(b)도 참조), 설계대로의 패드부가 얻어지지 않는다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와같은 점을 감안하여 이루어진 것이며, 따라서 본 발명의 목적은 위상 시프트법용의 시프터의 에지부를 이용하여 레지스트에 세선(細線)의 미노광부를 형성할 수 있는 제1의 포토 마스크와 상기 세선 미노광부의 불요 부분을 노광하기 위한 제2의 포토 마스크를 사용하는 패턴 형성방법으로서, 각 포토 마스크는 각각 구형의 차광부를 가지며, 이것들의 차광부의 중복 부분에서 레지스트에 상기 세선 미노광부와는 별도로 구형의 미노광부를 형성하는 패턴 형성 방법에 있어서, 양포토 마스크의 위치 어긋남이 생기더라도, 양포토 마스크의 구형의 차광부 끼리의 중복 부분의 형상 및 면적이 어긋나지 않는 방법을 제공하는데 있다.

이 목적의 달성을 도모하기 위하여 본 발명에 의하면, 광투과부, 구형의 차광부 및 위상 시프트법용의 시프터를 구비하는 제1의 포토 마스크로서 상술한 시프터의 에지부의 일부가 상술한 광투과부내에 위치하고 있는 제1의 포토 마스크와, 이 제1의 포토 마스크의 구형의 차광부에 대응하는 구형의 차광부를 구비하고 또한 당해 제2의 포토 마스크의, 상술한 제1의 포토 마스크의 시프터의 광투과부내에 위치하고 있는 에지 부분의 소정 부분과 대응하는 부분이 차광부로 되어 있는 제2의 포토 마스크를, 제1 및 제2의 포토 마스크의 순으로 또는 이 반대의 순으로 사용하여 레지스트를 각각 노광하는 패턴 형성 방법에 있어서, 제1의 포토 마스크는 그 구형의 차광부의 제1의 변의 치수가 설계치수로 하고 있고, 이 제1의 변과 직교하는 제2의 변의 치수가 설계치수보다 크게 하고 있으며, 제2의 포토 마스크는, 그 구형의 차광부의 상기 제1의 포토 마스크에서 말하는 제1의 변에 상당하는 변의 치수가 설계치수 보다 크게하고 있으며 상기 제1의 포토 마스크에서 말하는 제2의 변에 상당하는 치수가 설계치수로 하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시에 있어서, 상술한 제1의 포토 마스크 및 제2의 포토 마스크 각각의 구형의 차광부의 변중의 설계치수 보다 크게하고 있는 변의 치수를 다른쪽의 포토 마스크와의 위치 맞춤 시프트의 예상분 만큼 큰 치수로 하는 것이 적합하다. 이 치수를 지나치게 크게하면 다른 패턴 배치면적을 침식하는 경우가 생겨 바람직하지 않으며, 이 치수가 지나치게 작으면 제1 및 제2의 포토 마스크의 위치 시프트분을 흡수할 수 없기 때문이다. 제1 및 제2의 포토 마스크의 위치 맞춤 시프트의 예상분으로 하는 것이 필요 최소한의 치수로 되기 때문이다.

본 발명의 패턴 형성 방법에 의하면 레지스트에 형성되는 구형의 미노광부의 형상 및 면적은 제1의 포토 마스크의 구형의 차광부와 제2의 포토 마스크의 구형의 차광부와의 중복 부분에서 결정된다. 이점은 종래와 동일하다. 그러나, 본 발명에서는 제1의 포토 마스크의 구형의 차광부의 제1의 변의 치수를 설계치수대로 하고, 또한 이 제1의 변과 직교하는 제2의 변의 치수는 설계치수 보다 크게 하고 있으며, 한쪽의 제2의 포토 마스크에서는 구형의 차광부의 제1의 변 및 제2의 변의 치수를 제1의 포토 마스크의 경우와 반대로 하고 있으므로, 양 마스크의 구형의 차광부의 중복 부분의 형상 및 면적치는 항상(제1의 포토 마스크측의 설계치수)×(제2의 포토 마스크측의 설계치수)로 규정된다.

[실시예]

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 패턴 형성 방법의 실시예에 관하여 설명한다. 그리고, 이하의 실시예는 게이트 전극 및 패드부를 갖는 게이트 패턴 형성에 본 발명을 적용한 예이다. 제1(a)도 및 (b)도는 그 설명에 제공하는 도이다. 특히 제1(a)도는 실시예에서 사용한 제1의 포토 마스크(40)를 그의 상방에서 바라본 평면도, 제1(b)도는 실시예에서 사용한 제2의 포토 마스크(50)를 그의 상방에서 본 평면도이다. 어느 도면도 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 각 구성 성분의 치수, 형상 및 배치관계를 개략적으로 표시하고 있다.

제1(a)도에 표시한 바와같이 본 실시예에서 사용한 제1의 포토 마스크(40)는, 광투과부(41)와, 구형의 차광부(42)와, 위상 시프트법용의 시프터(43)를 구비하였다. 그리고, 시프터(43)의 에지부의 일부가 광투과부(41)내에 위치하도록 시프터(43)는 설치되어 있다. 또 구형의 차광부(42)의 제1의 변(이 경우 제1(a)도 중 Y로 표시하는 방향의 변)의 치수는 설계치수(W_o)로 하고 있으며 이 제1의 변과 직교하는 제2의 변의 치수는 설계치수(W_o)보다 크게 하고 있다. 여기서 설계치수란 레지스트상에서의 설계치수에 대응하는 치수라는 것이며 레지스트상에서의 치수에 투영 노광장치의 축소비의 역수를 곱한 값의 것이다. 또 제2의 변의 구체적인 치수는, 본 실시예에서는 설계치수(W_o)에 대하여 제2의 변의 양단에 W_x씩 길게한 치수로 하고 있다. 여기서2W_x로 주여주는 치수는, 제1의 포토 마스크(40)와, 후술하는 제2의 포토 마스크(50)(제1(B)도 참조)와의 X방향에서의 마스크 맞춤 시프트의 예상분이다. 물론 제2의 변의 치수는 (W_o+2W_x)보다 크게 하더라도 위치 시프트에 있어서 문제는 없지만, 구형의 차광부(42)에 인접하는 다른 패턴을 형성하는데 있어 문제로 되는데 (W_o+2W_x)정도로 하는 것이 좋다.

한편, 본 실시예에서 사용한 제2의 포토 마스크(50)는, 제1(b)도에 표시한 바와같이, 제1의 포토 마스크(40)(제1(a)도 참조)의 구형의 차광부(42)(제1(a)도 참조)에 대응하는 구형의 차광부(51)를 구비하고 또한 이 제2의 포토 마스크(50)의, 제1의 포토 마스크(40)의 시프터(43)(제1(a)도 참조)의 광투과부내에 위치하고 있는 에지 부분의 소정 부분과 대응하는 부분(게이트 전극용 패턴으로 되는 부분)이, 차광부(52)로 되고 있다. 또 구형의 차광부(51)의 제1의 포토 마스크에서 말하는 제1의 변에 상당하는 변의 치수가 설계치수보다 큰 치수, 이 경우 (W_o+2W_y)로 하고 있으며 제1의 포토 마스크(40)에서 말하는 제2의 변에 상당하는 치수가 설계치수(W_o)로 하고 있다. 여기서 2W_y로 주어지는 치수는, 제1의 포토 마스크(40)(제1(a)도 참조)와, 제2의 포토 마스크(50)의 Y방향에서의 마스크 맞춤 시프트의 예상분이다. 그리고, 상술한 설명에 있어서는 W_y와W_x와는 서로 상이한 치수인것 같이 설명하고 있으나W_y와W_x는 같은 값의 경우도 물론 있을 수 있다. 또 구형의 차광부의 설계치수를 X방향 및 Y방향 모두 W_o로서 설명하고 있으나, 설계에 따라서는 X방향의 변의 설계치수와 Y방향의 변의 설계치수가 다른 경우도 있을 수 있다.

다음에, 상술한 제1의 포토 마스크(40) 및 제2의 포토 마스크(50)를, 제1 및 제2의 포토 마스크의 순으로 사용하고 또한 이 반대의 순으로 사용하여, 레지스트를 각각 따로따로 노광한다. 이 노광에 있어서, 한쪽의 포토 마스크를 사용하여서의 노광이 끝난 후 다른쪽의 포토 마스크를 정확히 마스크 맞춘 상태에서 노광한 경우, 제2(A)도에 평면도로써 표시한 바와같이, 레지스트(60)에는 W_o×W_o의 면적의 구형의 미노광부(61)와 세선의 미노광부(62)가 형성된다. 또 이 노광에 있어서, 한쪽의 포토 마스크를 사용하여서의 노광이 끝난후 다른쪽의 포토 마스크가 예를 들면X방향(제1도 참조)으로 W_x어긋난 상태로 노광한 경우, 제2(b)도에 평면도로써 표시한 바와같이, 레지스트(60)에는 W_o×W_o의 면적의 구형의 미노광부(61)와, 이 구형의 미노광부(61)의 X방향의 중심으로부터 W_x시프트된 위치로부터 뻗는 세선의 미노광부(62a)가 형성된다. 여기서 세선의 미노광부(62,62a)는 게이트 전극 형성용 패턴으로써 이용할 수 있다. 구형의 미노광부(61)는 패드부 형성용 패턴으로써 이용할 수 있다. 또 도시는 생략하였으나 제1 및 제2의 포토 마스크의 위치 맞춤이 제1도의 Y방향으로 시프트된 경우, X방향 및 Y방향으로 합성된 방향으로 시프트된 경우도, 구형의 미노광부는 W_o×W_o의 면적으로 된다. 따라서, 본 발명의 패턴 형성방법에 의하면 제1의 포토 마스크 및 제2의 포토 마스크의 위치 맞춤의 어긋남이 생기더라도 일정한 면적으로 일정형상의 구형의 미노광부가 얻어지는 것을 이해할 수 있다.

또 실시예와 같이 제1의 포토 마스크(40)의 구형의 차광부(42)의 제1도의 X방향의 치수를 설계치수 보다 넓게하고, 또한 제2의 포토 마스크(50)의 구형의 차광부(51)의 제1도의 Y방향의 치수를 설계치수 보다 넓게한 구성의 경우, 제1(a)도의 시프터(43)의, 구형의 차광부(42)로부터 X방향으로 뻗는 에지 부분(43a)은 제2의 포토 마스크(50)를 사용한 노광 공정에서 노광되므로, 제5(b)도를 사용하여 설명한 볼록상의 미노광부가 생기는 일이 없게 된다는 이점이 얻어진다.

상기 설명에 있어서는 본 발명의 패턴 형성 방법의 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 설명에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면 상기 설명의 실시예는 본 발명을 게이트 패턴 형성에 적용한 예였다. 그러나 본 발명은 그외의 배선 패턴을 형성하는 경우이며, 또한 구형 패턴을 필요로 하는 패턴을 형성하는 경우에 널리 적용할 수 있는 것은 명백하다. 또 이 실시예에서는 시프터와 구형의 변의 방향이 X, Y방향과 일치하고 있으나 변의 방향이 일치하고 있지 않더라도 구형의 미노광부의 형상 및 면적은 일정하게 된다.

상술한 설명으로부터 명백한 바와같이, 본 발명의 패턴 형성 방법에 의하면, 제1의 포토 마스크의 구형의 차광부의 제1의 변의 치수를 설계치수대로 하고, 또한 이 제1의 변과 직교하는 제2의 변의 치수는 설계치수 보다 크게하고 있으며, 한쪽의 제2의 포토 마스크에서는 구형의 차광부의 제1의 변 및 제2의 변의 치수를 제1의 포토 마스크의 경우와 반대로 하고 있으므로, 이것들의 포토 마스크를 사용하여 노광을 한 레지스트에 형성되는 구형의 미노광부의 형상 및 면적은 항상(제1의 포토 마스크측의 설계치수)×(제2의 포토 마스크측의 설계치수)로 규정된다. 이 때문에, 제1의 포토 마스크 및 제2의 포토 마스크의 마스크 위치 시프트가 있었다고 하더라도 일정한 형상 및 면적의, 예를 들면 패드부가 형성할 수 있으므로, 예컨대 패드부에서 배선을 접속하려고 할 경우의 콘택트 저항을 일정하게 할 수 있는 등의 이점을 얻을 수 있다.

Claims

광투과부, 구형의 차광부 및 위상 시프트법용의 시프터를 구비하며 상기 시프터의 에지부의 일부가 상기 광투과부내에 위치하고 있는 제1의 포토 마스크와, 이 제1의 포토 마스크의 구형의 차광부에 대응하는 구형의 차광부를 구비하며 또한 상기 제1의 포토 마스크의 시프터의 광투과부내에 위치하고 있는 에지 부분의 소정 부분과 대응하는 부분이 차광부로 되어 있는 제2의 포토 마스크를 제1 및 제2의 포토 마스크의 순으로 또는 이 반대의 순으로 사용한 레지스트를 각각 노광하는 패턴 형성 방법에 있어서, 제1의 포토 마스크는, 그 구형의 차광부의 제1의 변의 치수가 설계치수로 되어 있고, 이 제1의 변과 직교하는 제2의 변의 치수가 설계치수 보다 크게 되어 있으며, 제2의 포토 마스크는, 그 구형의 차광부의 상기 제1의 포토 마스크에서 말하는 제1의 변에 상당하는 변의 치수가 설계치수 보다 크게 되어 있고, 상기 제1의 포토 마스크에서 말하는 제2의 변에 상당하는 치수가 설계치수로 되어 있는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1의 포토 마스크 및 제2의 포토 마스크 각각의 구형의 차광부의 변들중에 설계치수 보다 크게 되어 있는 변의 치수는, 다른쪽의 포토 마스크와의 마스크 맞춤시 어긋나는 예상분의 치수로 되어 있는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.