KR0170465B1

KR0170465B1 - 포토마스크

Info

Publication number: KR0170465B1
Application number: KR1019950005232A
Authority: KR
Inventors: 사또시 다나까; 소이찌 이노우에; 히로꼬 나까무라
Original assignee: 사또 후미오; 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1999-03-20
Also published as: TW363221B; JP3072006B2; JPH07306524A; US5549995A

Abstract

그 위에 다수의 오목부들이 선택적으로 형성되는 주표면을 갖으며, 노광을 전달시키는 투광 기판, 오목부들이 아닌 투광 기판의 주표면의 부분들 상에 형성되며, 노광이 그를 통하여 지나가는 것을 막는 다수의 불투명한 물질들 및 오목부들로 구성된 다수의 전송부들을 포함하는 전달 마스크가 제공된다. 오목부들의 각각은 각각의 불투명한 물질들의 해당하는 끝면과 실질적으로 일치하도록 하기 위하여 투광 기판의 주표면에 직각으로 형성된 측벽들을 갖으며, 인접한 전송부들은 다른 깊이들을 갖는다. 그를 통하여 노광이 지나가는 것을 막는 불투명한 필름을 노광을 전달시키는 투광 기판 상에 형성시키는 단계, 불투명한 필름 상에 전송부를 형성하기 위해 다수의 개구 패턴들을 형성시키며, 따라서 불투명한 필름의 남아 있는 부분들로 다수의 불투명한 물질들을 형성시키는 단계 및 비등방성 에칭을 사용하므로써 개구 패턴들을 통하여 투광 기판을 에칭하므로써 다른 깊이들을 번갈아 갖는 오목부들을 포함하는 다수의 전송부들을 형성시키는 단계를 포함하는 전달 포토마스크를 제조하는 방법이 제공된다.

Description

포토마스크

제1a도 내지 제1d도는 위상-쉬프팅 방법에 의해 고해상도(high resolution)를 허용하는 종래 마스크들의 단면도.

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 포토마스크의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.

제3a도 내지 제3e도는 본 발명의 제1실시예에 따른 포토마스크 제조 프로세스를 나타내는 단계적(stepwise) 단면도.

제4a도 내지 제4e도는 본 발명의 제1실시예에 따른 다른 포토마스크 제조 프로세스를 나타내는 단계적 단면도.

제5도는 에칭량 d₁의 변화에 따른 시물레이션(simulation)에 의하여 얻어진 웨이퍼 상에서의 빛의 인텐시티 분포를 나타내는 특성 도면.

제6도는 에칭량 d₁과 불투명한 물질의 두께 x에 대한 빛의 인텐시티의 피크 비율(peak ratio) 사이의 관계를 나타내는 특성 도면.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 따른 포토마스크의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.

제8a도 내지 제8b도는 불투명한 물질의 두께 x에 대하여 얻어진 빛의 인텐시티의 분포를 나타내는 특성 도면.

제9도는 불투명한 물질의 두께 x에 대한 빛의 인텐시티의 피크 비율을 나타내는 특성 도면.

제10a도는 본 발명의 제3실시예에 따른 웨이퍼 상에서의 빛의 인텐시티의 분포의 디포커스량(defocus amount) 의존도를 나타내는 특성 도면이며, 제10b도는 쉬프터와 넌-쉬프터 부분(non-shifter portion)들의 배치를 나타내는 웨이퍼의 단면도.

제11a도 내지 제11d도는 본 발명의 제3실시예에 따른 웨이퍼 상에서의 빛의 인텐시티의 분포로부터 얻어진 ED 트리(노출 디포커스 드리, exposure defocus tree)의 특성 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 11 : 전달 기판 2, 12 : 불투명한 물질

3 : 위상-쉬프팅 필름 13, 14 : 레지스트

본 발명은 반도체 집적 회로를 제조하기 위하여 사용되는 포토마스크에 관한 것이며, 특히 위상-쉬프팅 방법을 사용하는 전달 포토마스크(transmitting photomask) 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다.

포토리쏘그라피(photolithography)는 최근 괄목할만한(remarkable) 진전을 이루어 왔으며 그에 따라 투사 노출 시스템(projection exposure system)이 효과적으로 개선되었다. 투사 노출 시스템으로부터의 노광(exposure light)의 파장은 짧아졌고[예를 들면, 365nm의 i-라인과 248nm의 KrF 엑시머 레이저 빔(excimer laser beam)], 시스템의 렌즈의 NA(개구수, numerical aperture)는 증가되었으며, 그 결과 웨이퍼 상에 보다 좋은 레지스트 패턴이 형성될 수 있다. 투사 노출 시스템의 해상도와 촛점 깊이들이 포토마스크에서의 개선과 환상 조사(annular illumination)와 같은 초-해상 기법(super-resolution technique)에 의하여 역시 개선되었다.

마스크 상의 인접한 2개의 투명 부분들을 통하여 전달된 빛의 위상들이 투사 노출 시스템의 해상도를 개선하기 위하여 서로 다르게 될 수 있다는 사실이 알려져 있다. 그와 같이 형성된 종래의 마스크 패턴이 아이트리플이 트랜스. 온 이렉트론 디바이스(IEEE Trans. on Eletron Device), ED-29권, 제12호(1982)의 1828쪽의 마크 디. 레벤손(Mark D. Levenson)등에 의한 위상-쉬프팅 마스크로 포토리쏘그라피에서 해상도를 개선하는 것(Improving Resolution in Photolithography with a Phase-Shifting Mask)에서 설명된다. 이러한 논문에서는, 다음의 관계를 만족시키도록 마스크가 형성되며 마스크는 위상들 중의 하나를 다른 위상으로 변경시키기 위한 쉬프터의 역할을 한다:

dth=λ/{2(n-1)}

이때, dth는 쉬프터의 두께이며, n은 굴절률(refractive index)이고, λ는 노광의 파장이다. 쉬프터를 통하여 전달된 빛이 다른 전달된 빛의 위상에 대해 반대의 위상을 갖으며(180도 쉬프트), 빛의 인텐시티는 패턴의 경계에서 0이 되고, 패턴들이 서로 분리되어 결국 해상도가 개선된다.

위의 위상-쉬프팅 방법에 의해 고해상도가 가능한 마스크를 형성하기 위하여, 제1a도에 도시된 바와 같이, 공기의 굴절률과는 다른 굴절률을 갖는 투명 매체를 인접한 개구 중의 하나에 제공하는 방법(쉬프터 형성 방법)이 제공되며, 상기 방법이 예를 들어 일본 특허 출원 공개 정보 제58-173744호에 개시된다. 제1a도에서, 참조 번호(1)은 전달 기판을 나타내며, 참조 번호(2)는 불투명한 물질을 나타내고, 참조 번호(3)은 위상-쉬프팅 필름을 표시한다. 쉬프터 형성 방법에 있어서는, 높은 정확도로 기판의 굴절률과 같은 굴절률을 갖는 위상-쉬프팅 마스크를 형성하기가 어려우며, 위상-쉬프팅 필름 상에 다중-반사의 문제가 생긴다.

제1b도에 도시된 바와 같이, 제1b도에는 에칭이나 이와 유사한 방법에 의하여 투광 기판 상에 오목부(recess)를 형성하는 제거 프로세스(subtractive process)가 도시되며, 이러한 프로세스는, 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 정보 제62-189468에 개시된다. 제거하는 프로세스에 대해서, 1992년도 J.Vac. Sci, Techno1. B 10(6)의 3055쪽의 알. 엘. 코스텔락(R. L. Kostelak)등에 의한 제거 프로세스를 사용하여 제조된 교대 개구 위상-쉬프팅 마스크의 노출 특성(Exposure Characteristics of Alternate Aperture Phase-Shifting Masks Fabricated Using a Subtractive Process)에 다음이 개시되었다. 즉, 제거되는 부분이 비등방성 에칭에 의하여 형성될 때에, 그를 통하여 전달된 빛의 양이 제거되지 않은 부분을 통하여 전달된 빛의 양보다 적게 되며, 따라서, 제거된 부분과 제거되지 않은 부분에 따라서 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 레지스트 패턴의 크기가 서로 다르게 된다는 것이다. 좀더 특별하게는, 전자(former)의 빛의 양이 제거된 부분의 측벽의 영향에 의하여 후자의 양보다 적게 되며; 따라서, 제거된 부분과 제거되지 않은 부분에 따른 레지스트 패턴들 사이의 크기 차이가 생기게 된다는 것이다.

또한 위의 논문은 제1c도에 도시된 바와 같이 비등방성 에칭에 의하여 제거된 부분이 형성될 때 레지스트 크기의 차이가 줄어든다는 사실을 개시한다. 또한, 크리스토프 피레ㅌ(Christophe Pierrat)등에 의하여 SPIE. 1927권(1993), 28쪽의 리쏘그래픽 이미지 퀄리티에 의한 위상-쉬프팅 마스크 토포그라피 효과(Phase-Shifting Mask Topography Effects on Lithographic Image Quality)에서 비등방성 에칭에 의한 기판과의 180도의 위상 차이에 따르는 부분을 수직적으로 제거하므로써 레지스트 크기의 차이를 줄이는 방법과 그 다음으로 제1d도에 도시된 바와 같이 등방성 에칭에 의하여 제거된 부분의 측벽들을 제거하는 것이 제안된다.

만일 제1c도와 제1d도에 도시된 방법들이 사용된다면, 돌출부(protrusion)가 불투명한 물질로 형성되기 때문에, 불투명한 부분의 에지(edge)가 구조적으로 약해지며, 이러한 부분이 마스크를 깨끗이 하는 단계에서 떨어져 나가고, 따라서 완성된 제품에 결함을 유발시키게 된다. 더구나, 레지스트 크기의 차이를 줄이기에 제일 적합한 제거된 부분의 측벽들을 에칭하는 양은 개구의 크기에 따라서 변한다.

위에 설명된 바와 같이, 위상-쉬프팅 방법에 의해 포토마스크를 형성하는 종래의 방법은 다음의 결점들을 갖는다. 쉬프터 형성 방법에서는, 마스크가 만들어지기 어렵다. 제거 방법에서는, 제거된 부분과 제거되지 않은 부분들에 대응하는 레지스트 패턴들 사이의 크기 차이가 생긴다. 레지스트 크기의 차이가 발생하는 것을 막기 위하여 등방성 에칭에 의하여 제거된 부분의 측벽을 불투명한 부분으로 쉬프팅시키는 프로세스에서는, 불투명한 부분의 에지가 구조적으로 약해지며 쉽게 떨어져나갈 수 있게 된다.

본 발명의 목적은 위상-쉬프팅 방법에 의하여 고해상도 패턴을 전달할 수 있는 포토마스크와 상기 포토마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 보다 특별하게는, 위상-쉬프팅 마스크를 사용할 필요 없이 제거 방법에 의하여 쉽게 형성되고 제거된 부분의 측벽 상에 유발된 레지스트 패턴들 사이의 크기 차이를 줄일 수 있고, 돌출부가 불투명한 물질로 형성되는 것을 막을 수 있는 기계적 강도가 큰 포토마스크와 상기 마스크를 제조하는 방법을 제공하려는 것이다.

위의 목적을 성취하기 위하여, 본 발명의 제1특징에 따라, 전달 포토마스크는 위에 다수의 오목부들이 선택적으로 형성되는 주 표면을 갖으며 노광을 전달하는 광 투과 기판; 다수의 오목부들 이외의 투광 기판의 주 표면의 부분들 상에 형성되며 노광이 통하여 지나가는 것을 막는 다수의 불투명한 물질; 및 다수의 오목부들로 구성되는 다수의 전달 부분을 포함하고, 상기 다수의 오목부 각각은 다수의 불투명한 물질의 각각의 해당하는 끝면(end face)과 실질적으로 일치하도록 투광 기판의 주 표면에 직각으로 형성된 측벽들을 갖고, 인접한 투광부는 다른 깊이들을 갖고 있다.

본 발명의 제2특징에 따라서, 전달 포토마스크를 제조하는 방법은 노광을 전달시키는 투광 기판 상에 그를 통하여 노광이 지나가는 것을 막는 불투명한 필름을 형성하는 단계; 불투명한 필름 상에 전송부를 형성하기 위하여 다수의 개구 패턴들을 형성시키고 따라서 불투명한 필름의 남아있는 부분들로 다수의 불투명한 물질들을 형성하는 단계; 및 비등방성 에칭을 사용하므로써 다수의 개구 패턴들을 통하여 투광 기판을 에칭하므로써 다른 깊이를 번갈아 갖는 오목부들을 포함하는 다수의 전송부들을 형성하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 양호한 실시예는 다음과 같다:

(1) 인접한 전송부들의 위상들이 서로 다르다.

(2) 인접한 전송부들의 위상들이 서로 180도 다르다.

(3) 인접한 전송부들 중 하나의 오목부의 깊이가 D₁이고 다른 부분의 오목부분이 D₂인 때, 이러한 깊이들이 다음의 식을 만족시키도록 결정된다.

D₁=(2m-1)λ/{2(n-1)}

D₂=mλ/(n-1)

여기서, m은 양의 정수이며, n은 전달 기판의 굴절률이고, λ는 노광의 파장이다.

(4)동시 에칭(simultaneous etching)에 의하여 인접한 전송부들이 제거될 깊이가 d₁이고 그들 사이의 위상 차이를 유발시키기 위하여 에칭에 의하여 인접한 전송부들 중의 하나가 제거될 깊이가 d₂인 때, 이러한 깊이들이 다음의 식들을 만족시키도록 결정된다:

d₁=D₁=(2m-1)λ/{2(n-1)}

d₁=D₂-D₁=λ/{2(n-1)}

(5) 인접한 전송부들 중 하나의 오목부의 깊이가 D₁이고 다른 부분의 오목부의 깊이가 D₂인 때, 이러한 깊이들이 다음 식들을 구현하기 위하여 설정된다:

D₁=λ/{2(n-1)}

D₂=2D₁

(6) 인접한 전송부들 중 하나의 오목부의 깊이가 D₁이고 다른 부분의 오목부의 깊이가 D₂인 때, 이러한 깊이들이 다음의 관계들을 만족시키도록 결정된다:

|D₁-D₂|=(2m-1)λ/{2(n-1)}+δ

0≤δλ/{16(n-1)}

여기서, m은 양의 정수이며, n은 전달 기판의 굴절률이고 λ는 노광의 파장이다.

(7) 인접한 전송부들 중 하나의 오목부의 깊이가 D₁이고 다른 부분의 오목부의 깊이가 D₂인 때, 이러한 깊이들이 다음의 관계들을 만족시키도록 결정된다:

D₁=(2m-1)λ/{2(n-1)}-δ1

D₂=mλ/(n-1)+δ2

0≤δ1-δ2λ/{16(n-1)}

|δ1|,|δ2|λ/{16(n-1)}

여기서, m은 양의 정수이며, n은 전달 기판의 굴절률이고 λ는 노광의 파장이다. 만일 δ1=δ2=0이라면, 깊이 D₁과 D₂는 (3)의 값들과 같다.

(8) 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching, RIE)이 투광 기판을 에칭하기 위한 비등방성 에칭으로서 사용된다.

본 발명의 제3실시예에 따라서, 전달 포토마스크는 노광을 전달시키기 위한 투광 기판; 투광 기판 상에 선택적으로 형성되며 노광이 통과하는 것을 막기 위한 다수의불투명한 물질들; 및 투광 기판 상에 선택적으로 형성되며 노광을 투과시키기 위한 다수의 전송부들을 포함하고, 인접한 전송부들 중의 최소한 하나는 인접한 것들을 통하여 지나온 노광들 사이의 위상 차이를 유발시키기 위하여 오목부와 같은 형상이며 다수의 불투명한 물질들의 각각의 두께 x는 노광의 파장 λ에 대하여 다음의 범위 안으로 설정되어 있다.

λ≤x≤2λ

본 발명의 다른 양호한 실시예는 다음과 같다:

(1) 제거된 부분과 제거되지 않은 부분들의 인접한 전송부들에서, 불투명한 필름의 두께 x가 제거된 부분의 빛의 인텐시티에 대한 제거되지 않은 부분의 빛의 인텐시티의 피크 비율이 0.9또는 그 이상이 되도록 설정된다.

(2) 인접한 전송부들의 위상이 서로 다르다.

(3) 인접한 전송부들의 위상들이 서로 180도 다르다.

(4) 제거된 부분의 깊이가 제거된 부분과 제거되지 않은 부분의 인접한 전송부에서 λ/{2(n-1)}의 관계가 거의 만족시키도록 결정된다.

본 발명의 제1특징에 따라서, 위에 설명된 바와 같은 제거 양에 따른 깊이를 설정시키므로써 노광이 그를 통하여 전달되는 2개의 개구들 내에서 같은 웨이브 가이드 효과(waveguide effect)가 발생될 수 있다. 또한, 웨이브가이드 내의 전자파(electromagnetic wave)의 위상 속도 변화를 고려한 인접한 오목부들 사이의 깊이 차이들 형성하므로써 심지어 디포커스 영역에서도 빛의 인텐시티의 이 대칭적 분포로 형성될 수 있다. 결과적으로, 양 개구를 통하여 지나는 빛의 인텐시티들이 서로 같도록 만들어지며, 따라서 크기의 차이에 무관한 레지스트 패턴이 형성될 수 있도록 허용되며, 이러한 경우에서는, 위상-쉬프팅 마스크들도 형성되지 않기 때문에 패턴이 쉽게 형성될 수 있다. 불투명한 필름으로부터 돌출부들이 형성되지 않기 때문에, 기계적 강도가 크게 증가될 수 있다.

본 발명의 제3특징에 따라서, 위에 설명된 바와 같은 불투명한 필름의 두께를 설정시키므로써 노광이 그를 통하여 전달되는 2개의 개구들 내에서 같은 웨이브가이드 효과가 발생될 수 있다. 따라서, 개구들 사이의 빛의 인텐시티의 차이가 줄여질 수 있으며, 마찬가지로 형성될 레지스트 패턴들 사이의 크기 차이도 줄여질 수 있다. 이러한 경우, 위상-쉬프팅 마스크들이 형성될 수 없기 때문에, 불투명한 필름으로 형성된 돌출부들의 문제가 생기지 않는다. 인접한 전송부들을 통하여 전달된 노광들 사이의 위상 차이를 유발시키기 위하여, 전송부들 중의 최소한 하나가 오목부와 같은 형태를 갖으며, 불투명한 필름의 두께 x가 λ≤x≤2λ의 범위 내에 들도록 설정된다. 결국, 고해상도 패턴을 전달 가능한 위상-쉬프팅 포토마스크가 이루어질 수 있다.

본 발명의 부가적 목적들과 장점들이 다음의 설명에서 설명될 것이며, 목적들과 장점들이 상기 설명으로부터 부분적으로 명백하거나 또는 본 발명을 실시하므로써 배울 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들과 장점들이 첨부된 청구 범위에서 특별히 지적된 수단(instrumentality)들과 조합에 의하여 실현되고 얻어질 수 있다.

함께 구체화되고 명세서의 한 부분을 구성하는 첨부된 도면들은 본 발명의 현재의 양호한 실시예를 도시하며, 위에 주어진 일반적인 설명들과 아래에 주어진 양호한 실시예에 대한 자세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

이제 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.

[제1실시예]

제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 포토마스크의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 제2도에 도시된 바와 같이, 개구 패턴들을 갖는 불투명한 물질(12)가 노광을 전달시키는 투명한 전달 기판(11)의 밑표면(undersurface)상에 형성되며, 한 개구 패턴에 해당하는 기판(11)의 부분이 깊이 D₁로 에칭되고 다른 개구 패턴에 해당하는 기판의 부분은 깊이 D₂로 에칭된다. 이러한 깊이 D₁과 D₂들은 다음의 식들을 만족하도록 설정된다:

D₁=(2m-1)λ/{2(n-1)}

D₂=mλ/(n-1)

여기서, m은 양의 정수이며, n은 전달 기판의 굴절률이고, λ는 노광의 파장이다. 따라서, 위의 식들로부터 다음이 얻어진다:

|D₁-D₂|=λ/{2(n-1)}

이 식으로부터 180도의 위상 차이가 인접한 개구 패턴들 사이에 유발된다는 것을 알 수 있다. 제1실시예에서 사용된 투사 노출 시스템의 기본 구성은 종래의 시스템의 구성과 같을 수 있다.

제3a도 내지 제3e도 본 발명의 제1실시예에 따른 포토마스크 제조 프로세스를 나타내는 단계적 단면도들이다. 먼저 불투명한 물질(12)의 패턴이 제3a도에 도시된 바와 같이 전달 기판(11)의 밑표면에 형성되며, 다음으로 기판(11)이 제3b도에 도시된 바와 같이 불투명한 물질(12)를 에칭 마스크로서 사용하여 RIE(Reactive Ion Etching)과 같은 비등방성 에칭에 의하여 선택적으로 에칭된다. 기판이 다음에 의하여 주어지는 깊이 d₁로 수직적으로 에칭된다.

d₁=(2m-1)λ/{2(n-1)}

그 후에, 제3c도에 도시된 바와 같이, 레지스트(13)이 기판의 전체 밑표면(즉, 불투명 물질 형성 표면) 상에 가해지며, 다음으로 모든 다른 개구들이 제3d도에 도시된 바와 같이 레지스트 패턴에 의하여 덮여질 수 있도록 하전된 입자(즉, 전자들) 또는 빛을 사용하여 노출과 현상(development)이 수행된다. 에칭 마스크로서 레지스트(13)을 사용하여, 기판(11)이 다음에 표현된 깊이 d₂로 선택 수직적으로 에칭된다:

d₂=λ/{2(n-1)}

깊이 d₂는 180도의 위상 차이를 유발시키는 거리 |D₁-D₂|에 해당한다.

마지막으로, 제3e도에 도시된 바와 같이, 레지스트(13)이 제거된다. 따라서, 인접한 전송부들의 오목부들의 깊이 D₁과 D₂들이 다음과 같이 표현될 수 있다:

D₁=d₁

D₂=d₁+d₂

따라서 인접한 전송부들을 통하여 전달된 빛의 위상 차이가 180도로 설정될 수 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 포토마스크를 제조하는 다른 프로세스가 제4a도 내지 제4d도를 참조하여 이제 설명될 것이다. 먼저, 제4a도에 도시된 바와 같이, 불투명한 물질(12)의 패턴이 전달 기판(11)의 밑표면 상에 형성되며 레지스트(14)가 그 밑표면 전체에 가해진다. 제4b도에 도시된 바와 같이, 레지스트 패턴이 하전된 입자나 빛을 사용하는 노출 및 현상에 의하여 모든 다른 개구를 덮기 위하여 형성된다.

제4c도에 도시된 바와 같이, 기판(11)이 레지스트(14)를 에칭 마스크로서 사용하여 RIE에 의하여 깊이 d₂로 수직적으로 에칭된다. 레지스트(14)가 제거된 후에, 제4d도에 도시된 바와 같이, 기판(11)이 불투명한 물질(12)를 에칭 마스크로 사용하여 RIE에 의하여 깊이 d₁로 수직적으로 에칭되며, 그 결과로 제2도에 도시된 구조를 갖는 포토마스크가 얻어진다.

기판(11)으로부터 균일하게 제거된 부분들을 위한 에칭량에 해당하는 깊이 d₁이 다음 식에 의하여 주어진다.

d₁=(2m-1)λ/{2(n-1)}

이러한 식에서는, m이 약 1과 같은 값인 것이 바람직하다. 에칭량은 위의 식을 실질적으로 만족시키기 위하여 단지 설정되어야만 한다. 또한, 인접 개구에서의 위상 차이를 유발하기 위한 에칭량에 해당하는 깊이 d₂는 다음과 같이 표현된다:

d₂=λ/{2(n-1)}

이러한 에칭량은 식을 실질적으로 만족시키기 위하여 단지 설정되어야만 한다.

제5도와 제6도는 제1실시예의 포토마스크가 사용된 때의 웨이퍼 상의 빛의 인텐시티의 분포에 대한 시물레이션 결과를 도시한다. 다음은 상기 시물레이션에 사용된 파라메타들이다:

1) 노출 장치의 감소율(reduction rate)=1/5

2) 노광의 파장 λ=248nm(KrF 엑시머 레이저 빔)

3) 투사 광학적 시스템의 개구수(NA)=0.5

4) 코히어런스 요소(coherence factor)σ=0.3

5) 0.75㎛라인 및 간격(Line and Space)(마스크 상의 크기), 라인 : 간격 1 : 1(크기 비율)

6) 기판의 굴절률 n =1.5

7) 불투명한 물질의 굴절률 n=2.5-2.0 i

8) 불투명한 물질의 두께=100nm

시물레이션에 따르면, 마스크 상으로 수직적으로 입사한 빛에 대한 마스크 패턴의 표면을 통하여 막 지나온 빛의 크기와 위상의 분포가 맥스웰 방정식(Maxwell equation)에 따른 수치 계산에 의하여 직접 얻어지며, 웨이퍼 상의 빛의 인텐시티의 분포가 크기와 위상의 분포를 부분 코히어런트 이미징 이론(partially coherent imaging theory)에서의 마스크의 복소 크기 투과도(complex amplitude transmittance)의 분포로서 사용하여 얻어진다.

제5도는 깊이 d₁을 개구들이 먼저 균일하게 제거되는 양으로 변경시키고 깊이 d₂를 모든 다른 개구들이 다음으로 제거되는 양으로 일정하게 고정시킴으로써 얻어진 제거량 d₁의 깊이에 따라 빛 인텐시티의 분포를 도시한다. 제5도의 가로좌표는 각각의 위치들이 바로 위의 도면에서 도시된 마스크 웨이퍼의 단면도의 위치에 해당하는 마스크 웨이퍼 상의 위치들을 나타낸다. 빛의 인텐시티는 광학적 시스템의 촛점 위치에서 바로 결정된다. 제6도는 제5도에 도시된 피크1에 대한 피크2의 비율(P. R.)이 어떻게 깊이 d₁(에칭 또는 제거량)에 좌우되는가를 도시한다.

제5도의 0인 깊이 d₁은 종래의 제거형 위상-쉬프팅 마스크를 나타내며, 이러한 경우, 피크1과 피크2 사이의 차이가 제일 넓어지고, 이는 현상 후의 레지스트 크기에서의 차이의 원인으로 여겨진다. 피크2의 빛의 인텐시티는 깊이 d₁이 증가함에 따라 낮아지며, 피크1과 피크2는 d₁=d₂=λ=0.248㎛인 때에 서로 실질적으로 같아진다. 기판으로서 일반적으로 사용되는 석영의 굴절률 n이 1.5이기 때문에, 그의 최적 깊이는 d₁=λ/{2(n-1)}=λ가 된다. 이러한 계산은 위의 시물레이션의 결과에 해당한다.

위에 설명된 제1실시예에 따라서, 전달 기판의 모든 전송부들이 오목부들처럼 형성되며, 인접한 전송부들의 깊이 D₁과 D₂가 다음과 같이 설정되기 때문에 고해상 레지스트 패턴이 형성될 수 있고, 180도의 위상 차이가 인접한 전송부들 사이에서 이루어진다:

D₁=λ/{2(n-1)}

D₁=2D₁=λ/(n-1)

종래의 쉬프터 형성 방법과는 달리, 어떠한 위상-쉬프팅 필름이 형성되어야 할 필요가 없으며, 기판은 단지 에칭되어야만 하고; 따라서, 마스크가 쉽게 형성된다. 모든 전송부들이 오목부처럼 형태를 갖기 때문에, 각각의 전송부으로부터 발생된 웨이브가이드 효과가 효과적으로 상쇄(offset)될 수 있으며, 레지스트 크기들의 차이가 줄여질 수 있다. 앞의 포토마스크는 등방성 에칭을 사용하는 경우와는 달리, 불투명한 물질(12)의 돌출부를 형성하지 않고 구조적으로 강하다는 장점을 갖는다.

제1실시예의 포토마스크는 위에 설명된 프로세스에 의하여 반드시 제조될 필요는 없다. 예를 들어, 포토마스크는 비등방성 에칭을 등방성 에칭과 조합하거나 또는 기판 상에 형성된 투명 부재를 균일하게 에칭하므로써 제조될 수 있다.

[제2실시예]

제7도는 본 발명의 제2실시예에 따른 포토마스크의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 제7도에서는, 제2도의 것들과 같은 구조 요소들이 같은 참조 번호들에 의하여 표시되며, 그들의 자세한 설명이 생략된다. 제2실시예에서 사용된 투사 노출 시스템의 기본 구성은 종래 시스템의 구성과 같을 수 있다.

제7도에 도시된 바와 같이, 개구 패턴들을 갖는 불투명한 물질(12)가 전달 마스크 기판(11)의 밑표면 상에 형성되며, 인접한 개구 패턴들 중의 하나에 해당하는 기판(11)의 부분이 깊이 d₂로 수직적으로 에칭된다. 불투명한 물질(12)의 두께 x는 종래 기술 포토마스크의 불투명한 물질의 두께(약 0.1㎛)보다 3배 내지 5배 크다.

제8a도와 제8b도는 제2실시예의 포토마스크가 사용된 때의 웨이퍼 상의 빛의 인텐시티의 분포에 대한 시물레이션 결과를 도시한다. 다음은 시물레이션을 위한 파라메타들이다:

1) 노출 장치의 감소율=1/5

2) 노광의 파장 λ=248nm(KrF 엑시머 레이저 빔)

3) 투사 광학적 시스템의 개구수(NA)=0.5

4) 코히어런스 요소(coherence factor)σ=0.3

5) 0.75㎛라인 및 간격(마스크 상의 크기), 라인 : 간격 1 : 1(크기 비율)

6)마스크 기판의 굴절률 n =1.5

7) 불투명한 물질의 굴절률 n

제8a도에서는, n=2.5-2.0 i

제8b도에서는, n=4.0-2.0 i

시물레이션에 따라서, 마스크 상에 수직으로 입사한 빛에 대한 마스크 패턴의 표면을 통하여 막 지나온 빛의 크기와 위상의 분포는 맥스웰 방정식에 위한 수치 계산에 의하여 직접 얻어지며, 웨이퍼 상의 빛의 인텐시티의 분포가 크기와 위상의 분포를 부분 코히어런트 이미징 이론에서의 마스크의 복소 크기 투과도의 분포로서 사용하여 얻어진다.

제8a도와 제8b도는 불투명한 물질들의 다양한 두께 x들의 각각에 대한 계산으로부터 얻어진 빛의 인텐시티의 분포를 도시한다. 빛의 인텐시티는 광학적 시스템의 촛점 위치에서 바로 결저된다. 제8a도에서는, 불투명한 물질의 굴절률 n은 2.5-2.0i이며, 제8b도에서는, 4.0-2.0i이다. 제9도는 불투명한 물질의 다양한 두께의 각각에 대한 인접한 개구들의 (제6도의 P. R.에 해당하는)빛의 인텐시티의 피크 비율을 도시한다.

제2실시예에서는, 제거량(깊이)d₁이 0으로 설정되기 때문에, 제8a도와 제8b도에서의 0.1㎛인 두께 x가 종래의 위상-쉬프팅 마스크를 나타내며, 이러한 경우, 제거된 부분의 빛의 인텐시티의 피크1과 제거되지 않은 부분의 빛의 인텐시티의 피크2사이의 차이가 가장 크며, 이는 현상 후의 레지스트 크기의 차이의 원인으로 여겨진다. 두께 x가 증가됨에 따라, 제거되지 않은 부분의 빛의 인텐시티(피크2)는 낮아지며, x=0.3또는 0.5㎛인 때에 피크1과 피크2가 실질적으로 서로 같게된다. 제9도로부터 λ≤x≤2λ(λ=노장의 파광=0.248㎛)인 때에 피크의 비율이 거의 0.9이거나 그보다 크게 되며, 레지스트 크기의 차이가 줄여질 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 최적 두께가 불투명한 물질의 소광 계수와 굴절률에 좌우된다는 사실을 계산으로부터 알 수 있다.

위에 설명된 제2실시예에 따라서, 같은 웨이브가이드 효과가 불투명한 물질(12)의 두께 x를 증가시키므로써 2개의 개구에서 발생될 수 있으며, 그 결과 양 개구를 통하여 전달된 빛의 인텐시티의 차이가 줄어질 수 있으며, 이에 따라 형성될 레지스트 패턴의 크기 차이가 줄어질 수 있다. 위상-쉬프팅 필름이 반드시 형성되어야만 할 필요가 없거나 돌출부들이 불투명한 물질(12)에 의하여 형성되지 않기 때문에, 제1실시예의 효과와 같은 효과가 제2실시예로부터 얻어질 수 있다.

또한, 예를 들어, 앞의 실시예들의 간단한 제거 프로세스에 의하여 형성된 위상-쉬프팅 마스크뿐만 아니라 위에 설명된 일반적인 위상 쉬프터 방법에 의하여 형성된 마스크에 본 발명을 적용하는 경우에도 문제가 생기지 않는다. 불투명한 물질이 각가의 층들이 자신들의 두께 방향으로 다른 굴절률을 갖는 다중층 필름으로 대체될 수 있다.

[제3실시예]

본 발명의 제3실시예에 따른 포토마스크가 이제 설명될 것이다. 제1실시예에서는, 광학적 시스템의 촛점 위치에 형성된 웨이퍼를 통하여 전달된 빛의 인텐시티의 피크들의 일치가 맥스웰 방정식을 엄격하게 해결하므로써 수행된 시물레이션으로부터얻어진다. 그러나, 본 발명의 발명자들은 촛점 위치로부터 이동된 위치에서 계산을 하며, 그 결과 빛의 인텐시티의 분포는 촛점 위치에 대하여 비대칭적으로 상하로 변한다. 이러한 비대칭적 변동은 웨이드가이드 효과가 자유 공간(free space)에서 위상 속도를 변화시킨다는 사실에 기인한다. 결과적으로, 충분한 촛점 여유(focus margin)가 제1실시예의 위에서 설명된 조건에 의하여 설정될 수 없다.

따라서, 제3실시예에서는, 고해상도의 패턴과 촛점의 큰 깊이가 전달되도록 허용하기 위하여 디포커스를 감안하여 촛점의 깊이가 산출된다.

제3실시예에 따른 포토마스크의 구성은 제2도에 도시된 포토마스크의 구성과 같다. 제3실시예에서는, 개구 패턴을 갖는 불투명한 물질(12)가 노광을 전달시키는 투명한 전달 기판(11)의 밑표면 상에 형성되며, 한 개구 패턴에 해당하는 기판(11)의 부분이 깊이 D₁으로 에칭되고, 다른 개구 패턴에 해당하는 기판의 부분이 깊이 D₂로 에칭된다. 이러한 D₁과 D₂들은 다음 식들을 만족하도록 결정된다:

D₁=(2m-1)λ/{2(n-1)}+δ1

D₂=mλ/(n-1)+δ2

0≤δ1-δ2λ/{16(n-1)}

|δ1|,|δ2|λ/{16(n-1)}

여기서, m은 양의 정수이며, n은 투명한 전달 기판의 굴절률이고, λ는 노광의 파장이다. 제3실시예에서 사용된 투사 노출 시스템의 기본 구성은 종래의 시스템의 기본 구성과 같을 수 있다. 제3실시예의 포토마스크는 제3a도 내지 제3e도 또는 제4a도 내지 제4d도에 도시된 방법에 의하여 형성될 수 있다.

제10a도 및 제11a도 내지 제11d도들은 제3실시예의 포토마스크가 사용된 때의 웨이퍼 상의 빛의 인텐시티 분포에 대한 시물레이션 결과를 도시한다. 시물레이션에 사용된 파라메타들은 제1실시예에서 사용된 파라메타들과 완전히 동일하다.

시물레이션에 따르면, 마스크 상에 수직으로 입사한 빛에 대한 마스크 패턴의 표면을 통하여 막 지나온 빛의 크기와 위상의 분포가 맥스웰 방정식에 따른 수치 계산에 의하여 직접 얻어지며, 웨이퍼 상의 빛의 인텐시티 분포가 크기와 위상의 분포를 부분 코히어런트 이미징 이론에서의 마스크의 복소 크기 투과도의 분포로서 사용하여 얻어진다.

제10a도는 제10b도에 도시된 바와 같이 개구의 균일하게 제거된 부분의 깊이가 248nm이며, 인접한 개구들 사이의 깊이 차이가 248+δnm이며, 각 라인 및 간격이 0.75㎛가 되도록 설정된 다양한 δ값의 각각에 대한 계산으로부터 얻어진 빛의 인텐시티의 분포를 도시한다. 제10a도에 도시된 각각의 도면에서는, 세로좌표(ordinate)가 디포커스량(ΔF)를 나타내는 반면에, 가로좌표는 웨이퍼 상의 위치를 나타낸다. 단위는 임의의 단위이다(A.U.). 인접한 개구들의 빛의 인텐시티의 2개의 피크 값들은 δ의 값에 상관 없이 촛점 위치(ΔF=0.0㎛)에서 동일하다. 그러나, δ=0nm인 때에는, 2개의 피크 값들이 0.0㎛로부터의 ΔF의 이동에 따라서 달라지게 된다. δ=7.75nm인 때에는, 피크 값들 사이의 차이가 더 증가하게 된다. δ=-7.75nm인 때에는, 피크 값들의 절대값들이 ΔF의 이동에 따라서 변하나, 인접한 피크 값들은 서로 동일하게 된다. δ=-15.5nm인 때에는, 2개의 피크 값들이 ΔF의 이동에 따라서 서로 다르게 된다.

제11a도 내지 제11d도들은 ED(Exposure Defocus)트리를 각각 도시하는 도면들이다. 각각의 도면에서는, 가로좌표가 대수에 의하여 표시된 도우스(dose)를 나타내며, 세로좌표는 디포커스량(ΔF)를 나타내고, 파선으로 둘러 싸인 영역이 넌-쉬프터(non-shifter) 부분의 디포커스와 도우스 영역과 같은 반면에, 실선으로 둘러 싸인 영역은 선폭이 쉬프터 부분에서 선정된 값의 ±10% 범위내에서 변하는 디포커스 및 도우스 영역이다. 쉬프터와 넌-쉬프터 부분들 사이의 선폭의 차이가 δ가 약 -8nm인 때에 최소가 된다는 것이 제11a도 내지 제11d도로부터 명백하다. 만일 도우스를 위한 여유가 10%에 달하도록 허용되는 경우 허용 가능한 디포커스량이 각 ED트리 내의 직사각형 윈도우의 수직 폭에 해당하는 DOF로 표현된다면, DOF는 δ가 약 -8nm인 때에 최대가 된다는 것을 알 수 있다.

위에 설명된 제3실시예에 따라서, 전달 기판의 모든 전송부들이 오목부들과 같이 형성되며, 인접한 전송부들의 깊이 D₁과 D₂들이 다음과 같이 설정된다:

D₁=λ/2(n-1)=248nm

D₁=2D₁+δ=2×248-8=488nm

따라서, 디포커스시 마스크의 3차원 구조에 기인한 크기의 차이를 상당히 줄이는 것이 가능한 고해상도 레지스트 패턴이 형성될 수 있다. 위상-쉬프팅 필름들이 제1실시예와 같이 반드시 형성될 필요가 없었으며, 제3실시예의 포토마스크는 일반적인 쉬프터 형성 방법을 사용하는 것보다 훨씬 쉽게 제조될 수 있다. 제3실시예의 장점은 모든 전송부들이 오목부들과 같이 형성되기 때문에, 그에 해당하는 레지스트 패턴들의 크기 차이가 줄여질 수 있으며, 완성된 마스크는 등방성 에칭을 사용한 경우와는 달리 구조적으로 강하다는 것이다.

본 발명은 위의 실시예에 제한되지 않으며, 다양한 변경과 수정들이 본 발명의 주제(subject matter)의 범주로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다. 예를 들면, 포토마스크가 제1 및 제2실시예의 조합에 의하여 제조될 수 있으며, 이러한 경우, 레지스트 패턴 크기의 차이가 모두 오목부들의 형태인 전송부들과 큰 두께 x를 갖는 불투명한 부분들의 상승 효과(synergistic effect)에 의하여 더욱 줄어질 수 있다.

자세히 설명된 앞의 본 발명에 따라서, 불투명 및 전송부들을 갖는 패턴이 노광을 광학적으로 전달시키는 투광 기판 상에 형성되며, 모든 전송부들이 오목부들과 같은 모양이 되며, 인접한 전송부들의 깊이들이 서로 다르게 된다. 결과적으로, 위상-쉬프팅 프로세스에 의하여 형성된 고해상도 패턴이 전달될 수 있는 포토마스크와 그의 제조 방법이 이루어질 수 있다.

Claims

상부에 다수의 오목부들이 선택적으로 형성되는 주표면(major surface)을 갖으며 노광을 전달시키는 투광 기판(optically transparent substrate); 상기 다수의 오목부들 이외의 상기 투광 기판의 주표면의 일부분들 상에 형성되며, 노광(exposure light)이 통과하는 것을 막는 다수의 불투명한 물질들; 및 상기 다수의 오목부들로 구성된 다수의 전송부들을 포함하며, 상기 다수의 오목부들이 각각 상기 다수의 불투명한 물질들의 각각의 대응끝면과 실질적으로 일치하도록 상기 투광 기판의 주표면에 수직으로 형성된 측벽을 갖으며, 인접한 전송부들은 서로 다른 깊이를 가지며, 상기 인접한 전송부들 중의 하나의 오목부의 깊이는 D₁이고, 상기 인접한 전송부들 중 다른 하나의 오목부의 깊이는 D₂이며, 상기 전달 기판의 굴절률은 n이고, 상기 노광의 파장은 λ이며, m은 양의 정수일 경우, 깊이 D₁과 D₂들은 다음의 식:

D₁=(2m-1)λ/{2(n-1)}

D₂=mλ/(n-1)

을 실질적으로 만족시키도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전달 포토마스크.
제1항에 있어서, 상기 인접한 전송부들 사이의 위상 차이가 약 180도인 것을 특징으로 하는 전달 포토마스크.
상부에 다수의 오목부들이 선택적으로 형성되는 주표면(major surface)을 갖으며 노광을 전달시키는 투광 기판; 상기 다수의 오목부들 이외의 상기 투광 기판의 주표면의 일부분들 상에 형성되며, 노광(exposure light)이 통과하는 것을 막는 다수의 불투명한 물질들; 및 상기 다수의 오목부들로 구성된 다수의 전송부들을 포함하며, 상기 다수의 오목부들이 각각 상기 다수의 불투명한 물질들의 각각의 대응끝면과 실질적으로 일치하도록 상기 투광 기판의 주표면에 수직으로 형성된 측벽을 갖으며, 인접한 전송부들은 서로 다른 깊이를 가지며, 상기 인접한 전송부들 중의 하나의 오목부의 깊이는 D₁이고, 상기 인접한 전송부들 중 다른 것의 오목부의 깊이는 D₂이며, 상기 전달 기판의 굴절률은 n이고, 상기 노광의 파장은 λ이며, m은 양의 정수일 경우, 깊이 D₁과 D₂들이 다음의 식:

|D₁-D₂|=(2m-1)λ/{(2n-1)}-δ

0≤δ≤λ/{16(n-1)}

을 실질적으로 만족시키도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전달 포토마스크.
상부에 다수의 오목부들이 선택적으로 형성되는 주표면(major surface)을 갖으며 노광을 전달시키는 투광 기판; 상기 다수의 오목부들 이외의 상기 투광 기판의 주표면의 일부분들 상에 형성되며, 노광(exposure light)이 통과하는 것을 막는 다수의 불투명한 물질들; 및 상기 다수의 오목부들로 구성된 다수의 전송부들을 포함하며, 상기 다수의 오목부들이 각각 상기 다수의 불투명한 물질들의 각각의 대응끝면과 실질적으로 일치하도록 상기 투광 기판의 주표면에 수직으로 형성된 측벽을 갖으며, 인접한 전송부들은 서로 다른 깊이를 가지며, 상기 인접한 전송부들 중의 하나의 오목부의 깊이는 D₁이고, 상기 인접한 전송부들 중 다른 것의 오목부의 깊이는 D₂이며, 상기 전달 기판의 굴절률은 n이고, 상기 노광의 파장은 λ이며, m은 양의 정수일 경우, 깊이 D₁과 D₂들이 다음의 식:

D₁=(2m-1)λ/{2(n-1)}+δ1

D₂=mλ/(n-1)+δ2

0≤δ1-δ2λ/{16(n-1)}

|δ1|,|δ2|λ/{16(n-1)}

을 만족시키도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전달 포토마스크.
노광을 전달시키기 위한 투광 기판; 상기 투광 기판 상에 선택적으로 형성되며, 노광이 통과하는 것을 막기 위한 다수의 불투명한 물질들; 및 상기 투광 기판 상에 선택적으로 형성되고, 노광을 전달시키기 위한 다수의 전송부들을 포함하고, 인접한 전송부들 중 최소한 하나는 상기 인접한 전송부들을 통하여, 지나가는 노광들간의 위상 차이를 유발하기 위하여 오목부와 같은 형상으로 되어 있으며, 상기 다수의 불투명한 물질들의 각각의 두께 x는 노광의 파장 λ에 대하여 다음의 범위:

λ≤x≤2λ

내로 설정되는 것을 특징으로 하는 전달 포토마스크.
제5항에 있어서 상기 인접한 전송부들을 통하여 지나가는 노광들 사이의 빛이 인텐시티의 피크 비율이 0.9 이상이 되도록 상기 다수의 불투명한 물질들의 각각의 두께 x가 설정되는 것을 특징으로 하는 전달 포토마스크.
제5항에 있어서 상기 인접한 전송부들 사이의 위상 차이가 약 180도인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제5항에 있어서, 상기 인접한 전송부들이 제거된 부분(subtracted portion)과 제거되지 않은 부분(non-subtracted portion)을 포함하며, 노광의 파장이 λ이며 상기 투광 기판의 굴절률이 n인 때에, 제거된 부분의 깊이가 λ/{2(n-1)}인 관계를 만족하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전달 포토마스크.