KR100201043B1 - 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴의 형성 방법 - Google Patents

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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
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Abstract

메모리 디바이스와 같은 밀집한 패턴에 있어서, 포커스가 다소 어긋나도 미세 홀 패턴의 형성을 가능하게 하는 위상 시프트 마스크를 사용한 홀 패턴의 형성방법을 제공한다.
포토레지스트의 소정 영역에 제 1 노광을 행한 후, 제 2의 노광을 행하고, 그후 현상(development)이 행해진다. 이 제 1 및 제 2의 노광을 행할 때에는, 각각 위상 시프트 마스크가 사용된다. 이 위상 시프트 마스크는, 서로 180°상이한 위상을 투과하는 2 개의 투과부의 사이에 차광막(3)을 가지고 있다.

Description

위상 시프트 마스크를 사용한 패턴의 형성 방법
본 발명은, 위상 시프트 마스크를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 특정적으로는 단일의 포토 레지스트에 위상 시프트 마스크를 사용하여 이중 노광을 행하는 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적 회로에 있어서의 고집적화 및 미세화가 현저하게 향상되었다. 이에 따라, 반도체 기판(이하, 간단히 웨이퍼로 칭함)상에 형성되는 회로패턴의 미세화도 급속히 진전되고 있다.
이중에서도, 포토리소그래피 기술이 패턴 형성에 있어서의 기판 기술로서 널리 인식되어 있다. 따라서, 오늘날까지 각종 개발, 개량이 이루어지고 있다. 그러나, 패턴의 미세화는 점점 진행되고 있으며, 패턴의 해상도 향상에 대한 요구도 또한 강해지고 있다.
이 포토리소그래피 기술은, 웨이퍼상에 도포된 포토레지스트에 마스크(원화(原畵))상의 패턴을 전사하고, 그 전사된 포토레지스트를 사용하여 하층의 피에칭막을 패터닝하는 기술이다. 이 포토레지스트의 전사시에 있어서, 포토레지스트로 현상 처리가 시행되지만, 이 현상 처리에 의해 광에 노출되는 부분의 포토레지스트가 제거되는 타입(type)을 포지티브형, 광에 노출되지 않는 부분의 포토레지스트가 제거되는 타입을 네가티브형의 포토레지스트라 한다.
일반적으로, 축소 노광 방식을 사용한 포토리소그래피 기술에 있어서의 해상한계 R(nm)은,
R=k1· λ/(NA)
로 표현된다. 여기서, λ는 사용하는 광의 파장(nm), NA는 렌즈의 개구수, k1은 레지스트 프로세스에 의존하는 정수이다.
전술한 식으로부터 판단되는 바와 같이, 해상 한계 R의 향상을 도모하기 위해서는, 즉 미세 패턴을 획득하기 위해서는, k1과 λ의 값을 작게하고, NA의 값을 크게하는 방법이 고려된다. 즉, 레지스트 프로세스에 의존하는 정수를 작게함과 동시에, 단파장화나 높은 NA화를 진전시키면 좋다.
그러나, 광원이나 렌즈의 개량은 기술적으로 어려우며, 또한 단파장화 및 높은 NA화를 진전시킴에 따라, 광의 초점 심도 δ(δ=k2· λ/(NA)2가 얕게 되어, 오히려 해상도의 저하를 초래하는 문제가 발생하고 있다.
따라서, 광원이나 렌즈가 아니라, 포토 마스크를 개량하므로써, 패턴의 미세화를 도모하는 연구가 이루어지고 있다. 최근에는, 패턴의 해상도를 향상시키는 초해상 기술의 포토 마스크로서 위상 시프트 마스크가 주목받고 있다. 이하, 이 위상 시프트 마스크의 구조 및 그 원리에 대해 통상의 포토 마스크와 비교하여 설명한다. 또한, 위상 시프트 마스크에 대해서는, 레벤슨 방식과 해프톤 방식에 대해 설명한다.
제24 a, b, c도는, 통상의 포토 마스크를 사용했을 때의 마스크의 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도를 도시하는 도면이다. 제24a도를 참조하면, 통상의 포토 마스크는, 글래스(glass) 기판(101)상에 금속 마스크 패턴(103)이 형성된 구성을 가지고 있다. 이와 같은 통상의 포토 마스크에서는, 마스크상의 전장(電場)은, 제24b도에 도시된 바와 같이 금속 마스크 패턴(103)에서 공간적으로 펄스 변조된 전장으로 된다.
그러나, 제24c도를 참조하면, 패턴이 미세화하면, 포토 마스크를 투과한 노광광은 광의 회절 효과때문에 웨이퍼상의 비노광 영역(금속 마스크 패턴(103)에 의해 노광 광의 투과가 차단된 영역)에도 도달한다. 이 때문에, 웨이퍼상의 비노광 영역에도 광이 조사되어, 광의 콘트라스트(contrast)(웨이퍼상의 노광 영역과 비노광 영역의 광강도의 차)가 저하된다. 그 결과, 해상도가 저하되어, 미세한 패턴의 전사를 행하는 것이 곤란하게 된다.
제25 a, b, c도는, 레벤슨 방식의 위상 시프트 마스크를 사용했을 때의 마스크 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 도면이다. 우선 제25a도를 참조하면, 위상 시프트 마스크에서는 통상의 포토 마스크에 위상 시프터로 칭해지는 광학 부재(105)가 마련되어 있다.
즉, 글래스 기판(101)상에 크롬 마스크 패턴(chromium mask pattern)(103)이 형성되며, 노광 영역과 차광 영역이 마련되고, 이 노광 영역의 1 개 걸러서 위상 시프터(105)가 마련되어 있다. 이 위상 시프터(105)는, 투과광의 위상을 180° 변환하는 역할을 하는 것이다.
제25b도를 참조하면, 전술한 바와 같이 위상 시프터(105)를 노광 영역의 1 개 걸러서 마련하기 때문에, 위상 시프트 마스크를 투과한 광에 의한 마스크상의 전장은, 그 위상이 번갈이 180° 반전되어 구성된다. 이와 같이 인접하는 노광 영역간에 광의 위상이 서로 역위상으로 되기 때문에, 광의 간섭 효과에 의해 역위상의 광의 중첩된 부분에 있어서 광이 서로 상쇄된다.
이 결과, 제25c도에 도시된 바와 같이, 노광 영역간의 경계에 있어서 광의 강도가 작게 되며, 웨이퍼상의 노광 영역과 비노광 영역에 있어서의 광의 강도차를 충분히 확보할 수 있다. 이에 따라 해상도의 향상을 도모할 수 있게 되며, 미세한 패턴의 전사를 행할 수 있게 된다.
제26 a, b, c도는, 해프톤 방식의 위상 시프트 마스크를 사용했을 때의 마스크 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도를 도시하는 도면이다. 우선 제26a도를 참조하면, 이 해프톤 방식의 위상 시프트 마스크에 있어서도, 전술한 레벤슨 방식과 동일하게, 위상 시프터로 칭해지는 광학 부재(106)가 마련되어 있다.
다만, 광학 부재(106)는, 글래스 기판(101)상의 반투명막(103)상에만 형성되어 있으며, 위상 시프터(106)와 반투명막(103)의 2 층 구조가 마련되어 있다. 이 위상 시프터(106)는, 전술한 바와 동일하게, 투과광의 위상을 180° 변환하는 역할을 하는 것이며, 반투명막(103)은, 노광광을 완전히 차단하지 않고 노광광의 강도를 감쇄시키는 역할을 행하는 것이다.
제26b도를 참조하면, 전술한 바와 같이 위상 시프터(106)와 반투명막(103)의 2 층 구조를 마련했기 때문에, 마스크상의 전장은, 그 위상이 번갈아 180° 변환하여 구성되며, 한쪽의 위상의 강도가 다른 쪽의 위상의 강도보다 작게 된다. 즉, 위상 시프터(106)를 투과하므로써, 위상이 180° 변환되며, 반투명막(103)을 투과하므로써, 현상후에 포토레지스트를 소정의 막두께를 잔존시키므로써 광의 강도가 감쇄한다. 인접하는 노광 영역사이에서 광의 위상은 상호 역위상으로 되기 때문에, 역위상의 광이 중첩하는 부분에 있어서 광이 상호 상쇄된다.
이 결과, 제26c도에 도시된 바와 같이, 노광 패턴의 에지에서 위상이 반전하여, 노광 패턴의 에지에서의 광강도를 작게할 수 있다. 그 결과, 반투명박(103)을 투과한 영역과 투과하지 않은 영역의 노광광의 광강도의 차가 크게 되어, 패턴 형상의 해상도를 상승시킬 수 있게 된다.
이와 같이 초해상 기술로서의 위상 시프트 마스크에는, 레벤슨 방식, 해프톤 방식 등의 많은 종류의 방식이 있다. 이 초해상 기술중, 홀(hole)계패턴의 형성에 대하여 유효한 것으로, 전술한 해프톤 방식의 위상 시프트 마스크에 의한 노광, 보조 패턴형 위상 시프트 마스크에 의한 노광 등이 있다. 그러나, 이들 노광에 의한 효과는 충분하지 않으며, 예를 들면 248 nm의 파장의 KrF 광에 의한 노광에서는, 200 nm의 개구 지름의 홀 형성이 실용 한계라고 고려되고 있다.
한편, 디바이스로부터 요구되는 홀의 개구 지름은 이미 150~100 nm 레벨로 되어 있으며, 이 미세 홀의 형성은 성막, 에칭 등을 채용한 지름 축소 기술에 의해 실행되고 있다. 그러나, 이 방법에서는, 성막, 에칭 등 다수의 공정이 요구되어, 디바이스 제조 코스트를 현저하게 상승시키는 원인이 된다.
이것을 해결하는 선행 기술로서, 일본국 특개평 5-197126 호 공보에 있어서 개시되어 있는 방법이 있다. 이하, 이 방법을 종래의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법으로서 설명한다.
제27도는, 종래의 패턴 형성 방법에 사용되는 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도이며, 제28도는, 제27도의 G-G'선에 따른 개략 단면도이다.
제27도와 제28도를 참조하면, 위상 시프트 마스크(210)는, 석영 기판(201)상에 위상 시프터(203a, 203b)만이 형성되어 구성되어 있다. 석영 기판(210)의 표면이 제 1 및 제 2의 영역(201a, 201b)으로 등분되어 있다. 이 제 1 영역(201a)에는 긴쪽 방향(도면에서 Y방향)으로 연장하는 다수개의 위상 시프터(203a)가 병렬로 마련되어 있으며, 제 2의 영역(201b)에는 짧은 쪽 방향(도면에서 X방향)으로 연장하는 다수개의 위상 시프터(203b)가 병렬로 마련되어 있다.
노광은, 전술한 위상 시프트 마스크(210)를 사용하여 레지스트를 이중 노광하므로써 행해진다. 구체적으로는, 우선 제29도에 도시된 바와 같이 포토 레지스트(211)에 1 회째의 노광이 행해진다. 이 후, 1 회째의 노광에 있어서의 제 2의 영역(201b)과 2 회째의 노광에 있어서의 제 1의 영역(201a)이 중첩되도록 위상 시프트 마스크(210)를 변경하여 2 회째의 노광이 행해진다. 이와 같이 노광하는 것에 의해, 1 회째의 노광에 있어서의 제 2의 영역의 위상 시프터(203a)와 2 회째의 노광에 있어서의 제 1의 영역(201a)의 위상 시프터(203a)과 교차하도록 포토 레지스트(211)에 노광광이 조사된다.
이 위상 시프트 마스크(210)를 사용한 노광에서는, 제30도에 도시된 바와 같이, 위상 시프터(203a, 203b)의 시프터 에지부(203c, 203d)에 대응하는 포토레지스트(211)의 부분에 미세 암선(fine dark lines)(광강도의 최고 작은 영역)이 형성된다. 따라서, 이 미세 암선이 교차하도록 이중 노광을 행하면, 미세 암선의 교차부(207)에 미세 암점이 형성된다.
이와 같이 하여, 네가티브형의 포토 레지스트(211)를 감광시키면, 이 미세암점(207)에 미세한 지름을 갖는 홀 패턴이 형성된다. 또한 네가티브형의 포토레지스트(211)를 감광시키면, 이 미세 암점(207)에 미세한 지름을 갖는 도트(dot) 패턴이 형성된다.
이 공보에 기재된 기술에서는, 노광을 i선(파장 : 365 nm)을 사용하여 실시하므로써, 200 nm의 개구 지름을 갖는 홀을 형성할 수 있다.
그러나, 종래의 패턴 형성 방법에서는, 차광막을 전혀 갖지 않는 위상 시프트 마스크가 사용되고 있다. 따라서, 미세한 지름을 갖는 홀 패턴 등의 형성은 가능하지만, 이것은 미세 암선 사이에 충분한 간격이 있는 경우, 소위 고립(isolated)선의 경우에 있어서만 실현가능하다. 구체적으로는, 제27도와 제28도에 도시된 위상 시프트 마스크(210)에 있어서, 각 투과 영역의 간격 L1혹은 L2는, 소위 가간섭 거리(coherence length)(i 선에서 ~1.0 μm, KrF 광에서 ~0.7 μm)이상 필요하게 된다. 따라서, 포토 레지스트에 형성되는 홀 패턴간의 간격도 필연적으로 크게 되어, 예를 들면 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 메모리 디바이스 등에 나타나는 밀집한 홀(홀간의 간격이 작다)을 형성할 수 없는 문제가 있었다.
본원 발명자는, 이상의 것을 확인하기 위해, 차광막을 전혀 갖지 않는 위상 시프트 마스크에 대해 이하에 나타내는 시뮬레이션을 행하였다.
우선 위상 시프트 마스크로서, 제31도와 제32도에 도시된 바와 같이 투명 기판(301)상에 일직선 형상으로 연장하는 위상 시프터(303)를 형성한 일차원 마스크(즉 라인(line)계)를 사용하였다. 제32도는, 제31도의 H-H'선에 따른 개략 단면도이다.
이 위상 시프트 마스크의 시프터 에지가 0.5μm 간격(즉 간격 L3와 L4가 0.5 μm)의 밀집 패턴과, 2.0 μm 간격(즉 간격 L3와 L4가 2.0 μm)의 고립 패턴의 각각에서 포커스 오프셋 ΔF를 0 μm 및 1.0 μm로서 노광을 행하고, 웨이퍼상의 광강도를 측정하였다. 이 노광의 조건으로서, 개구수 NA를 0.45, 코히어런시(coherency) σ를 0.50으로 하였다.
이 결과, 포커스 오프셋 ΔF를 0μm로 하여 져스트 포커스(just focus)로 한 경우에는, 제33도와 제34도에 도시된 바와 같이 0.5 μm 간격과 2.0 μm 간격의 쌍방에서 광의 콘트라스트가 충분히 크게 되어, 충분히 어두운 선이 가능하였다. 즉 시프터 형성 영역에서의 광강도는, 시프터 에지부(도면에서 0.4 μm 부근)의 광강도보다 충분히 크게 되었다.
또한 포커스 오프셋 ΔF를 1.0μm로 하여 포커스를 변경한 경우에도 2.0μm간격에서는, 제35도에 도시된 바와 같이 광의 콘트라스트가 충분히 크게 되어, 충분히 어두운 선이 가능하였다.
그런데, 포커스 오프셋 ΔF를 1.0 μm로 한 경우, 0.5 μm 간격에서는 제36도에 도시된 바와 같이 상이 크게 날카롭지 않아서 광의 콘트라스트가 작게 되었다.
여기서, 레지스트의 패턴 형상은 도면에서의 슬라이스 레벨(slice level) S로 결정되는 것을 고려된다. 그런면, 제35도에 도시된 바와 같이 1.0 μm의 디포커스(defocus)로한 고립 패턴에서는, 슬라이스 레벨 S보다도 광강도가 낮은 영역이 존재하기 때문에, 패턴이 존재하게 된다. 그런데 0.5 μm 간격의 밀집 패턴에서는, 1.0 μm의 디포커스로 하면, 슬라이스 레벨 S보다도 강광도가 낮은 영역이 존재하지 않아 패턴이 없게 되어 버린다.
또한 여기서 말하는 슬라이스 레벨 S는, 현상에 의해 레지스트가 제거되는지 아닌지(혹은 잔존하는지 아닌지)의 기준으로 되는 광강도를 나타내고 있다. 즉, 슬라이스 레벨 S 이상의 광강도가 조사된 영역은, 레지스트가 네가티브형의 경우에는 현상에 의해 제거되며, 레지스트가 네가티브형의 경우에는 현상에 의해 잔존하게 된다.
전술한 시뮬레이션의 결과에 의해, 차광막을 전혀 갖지 않는 위상 시프트 마스크에서는, 0.5 μm 간격과 같은 밀집 패턴에 있어서 초점 심도 DOF를 충분히 확보할 수 없으며, 포커스가 약간이라도 빗나가면 미세 패턴이 형성될 수 없는 것으로 판명된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 메모리 디바이스와 같이 밀집한 패턴에 있어서, 포커스가 다소 빗나가도 미세 패턴의 형성을 가능하게 하는 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법에 있어서 제1의 노광을 행하기 위한 제1의 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도.
제2도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법에 있어서 제2의 노광을 행하기 위한 제2의 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 도시하는 도면.
제3도는 제1도의 A-A' 선에 따른 개략 단면도.
제4도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 제4도 a는 제 1 및 제2의 위상 시프트 마스크를 중첩한 것을 도시하는 평면도이고, 제4도 b는 제4도 a의 C-C선 및 E-E선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내며, 제4도 c는 제4도 a의 D-D선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 도시하는 도면.
제5도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴형성 방법에 의해 이중 노광한 때의 웨이퍼상의 광강도의 분포를 도시하는 도면.
제6도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 경우의 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 제1도면.
제7도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 경우의 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 제2도면.
제8도는 입사 방향으로 널리 퍼진 광을 사용한 경우의 결상 형태를 도시하는 도면.
제9도는 입사각이 비대칭인 2 광속의 간섭에서의 결상의 형태를 제시하는 도면.
제10도는 2개의 간섭 줄무늬가 서로 어긋난 형태를 도시하는 도면.
제11도는 2개의 간섭 줄무늬가 중첩한 상태를 도시하는 도면.
제12도는 평행광을 사용한 경우의 결상의 형태를 나타내는 도면.
제13도는 입사각이 대칭인 2 광속의 간섭에서의 결상의 형태를 도시하는 도면.
제14도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법으로 형성된 미세한 홀 패턴을 나타내는 제1SEM 사진.
제15도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법으로 형성된 미세한 홀 패턴을 나타내는 제2SEM 사진.
제16도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴형성 방법으로 형성된 미세한 홀 패턴을 나타내는 제3SEM 사진.
제17도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법으로 형성된 미세한 홀 패턴을 나타내는 제4SEM 사진.
제18도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법으로 형성된 미세한 홀 패턴을 나타내는 제5SEM 사진.
제19도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법으로 형성된 미세한 홀 패턴을 나타내는 제6SEM 사진.
제20도는 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법으로 형성된 밀집한 홀 패턴을 나타내는 제7SEM 사진
제21도는 포커스를 변화시켰을 때의 홀 지름의 변화를 플롯(plot)한 결과를 나타내는 제1도면.
제22도는 포커스를 변화시켰을 때의 홀 지름의 변화를 플롯한 결과를 나타내는 제2도면.
제23도는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략 평면도.
제24도는 종래의 포토마스크를 사용했을 때의 마스크 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도에 대해 설명하기 위한 도면.
제25도는 레벤슨 방식(Levenson type)의 위상 시프트 마스크를 사용했을 때의 마스크 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도에 대해 설명하기 위한 도면.
제26도는 해프톤 방식(Halftone type)의 위상 시프트 마스크를 사용했을 때의 마스크 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도에 대해 설명하기 위한 도면.
제27도는 종래의 패턴 형성 방법에 사용되는 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도.
제28도는 제27도의 G-G'선에 따른 개략 단면도.
제29도는 종래의 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략 평면도.
제30도는 제29도에 있어서 패턴의 교차하는 영역을 확대하여 도시하는 개략 평면도.
제31도는 시뮬레이션에 사용한 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도.
제32도는 제31도의 H-H'선에 따른 개략 단면도.
제33도는 차광막이 없는 위상 시프트 마스크를 사용한 경우의 노광광의 강도를 나타내는 제1도면.
제34도는 차광막이 없는 위상 시프트 마스크를 사용한 경우의 노광광의 강도를 나타내는 제2도면.
제35도는 차광막이 없는 위상 시프트 마스크를 사용한 경우의 노광광의 강도를 나타내는 제3도면.
제36도는 차광막이 없는 위상 시프트 마스크를 사용한 경우의 노광광의 강도를 나타내는 제4도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 석영 기판 3 : 차광막
Tn : 제 1 광투과부 Ta : 제 2 광투과부
S : 차광부 10A, 10B : 위상 시프트 마스크
본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법은, 웨이퍼에 도포된 포토 레지스트의 소정 영역에 제 1의 위상 시프트 마스크를 사용한 제 1의 노광을 행한 후, 제 2의 위상 시프트 마스크를 사용한 제 2의 노광을 행하는 패턴의 형성 방법이다. 제 1의 위상 시프트 마스크는, 제 1의 방향으로 향하여 서로 병렬로 연장되며, 상호 상이한 위상으로 노광광을 투과하는 제 1 및 제 2의 광투과부를 갖는 기판과, 병렬로 연장되는 제 1 및 제 2의 광투과부의 사이에 위치하는 차광막을 갖고 있다. 제 2의 위상 시프트 마스크는, 제 2의 방향으로 향하여 서로 병렬로 연장되며, 상호 상이한 위상으로 노광광을 투과하는 제 3 및 제 4의 광투과부를 갖는 기판과, 병렬로 연장되는 제 3 및 제 4의 광투광부의 사이에 위치하는 차광막을 갖고 있다. 제 1의 노광시의 제 1의 위상 시프트 마스크의 제 1의 방향과 제 2의 노광시의 제 2의 위상 시프트 마스크의 제 2의 방향이 교차하도록 제 1 및 제 2의 노광이 행해진다.
본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴의 가공 방법에서는, 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크의 패턴이 교차하도록 이중 노광을 행하기 때문에, 미소한 개구 지름을 갖는 홀 패턴(혹은 도트 패턴)을 형성하는 것이 가능하다.
또한 역위상의 노광광을 투과하는 제 1 및 제 2의 광투과부의 사이에 차광막이 사용되고 있다. 따라서, 밀집한 패턴에 있어서 포커스가 다소 빗나가도, 미세홀(혹은 미세 도트)을 형성할 수 있다.
바람직한 하나의 국면에 의하면, 제 1 및 제 2의 노광에 사용되는 노광광의 코히어런시 σ는, 0.1 이상 0.3 이하이다.
코히어런시 σ가 0.3보다 크면 역위상의 광의 간섭의 정도가 작게 되어, 역위상의 광의 간섭에 의해 해상도의 향상을 도모하는 위상 시프트 마스크의 효과를 유효하게 획득할 수 없다. 또한, 코히어런시 σ가 0.1보다 작으면, 광의 간섭의 정도가 크게 되어, 패턴의 규칙성이 깨지는 영역에 있어서 패턴 형상의 불량이 발생하기 쉽게 되어 버린다.
바람직한 또다른 국면에 의하면, 제 2의 노광을 행한 후, 포토 레지스트의 소정 영역내에 있어서, 제 1의 방향과 제 2의 방향이 교차하는 영역의 주변 영역에 노광광을 조사하는 제 3의 노광이 더 행해진다.
위상 시프트 마스크에 의한 노광은, 역위상의 광의 간섭에 의해 해상도의 향상을 도모하는 기법이다. 따라서, 규칙적으로 배치된 패턴을 형성할 때는, 노광광의 간섭이 규칙적으로 되기 때문에, 각 패턴을 균일한 형상으로 형성할 수 있다.
그러나, 패턴의 규칙성이 깨지는 영역에서는, 노광광의 간섭의 규칙성도 깨지기 때문에, 패턴을 균일한 형상으로 형성하기 어렵다.
따라서, 제 3의 노광 공정에서 패턴의 규칙성이 깨지는 교차 영역의 주변 영역이 노광된다. 따라서, 이 주변 영역의 패턴을 제거하여, 균일한 형상의 패턴만을 잔존시키는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면에 기초하여 설명한다.
[실시예 1]
본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법에는, 전술한 종래예와 동일하게, 이중 노광이 사용된다. 그러나, 이 이중 노광에 사용되는 위상 시프트 마스크의 구성이 종래예의 구성과 상이하다.
제1도와 제2도는, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 패턴 형성 방법에 있어서 제 1의 노광에 사용되는 제 1의 위상 시프트 마스크와 제 2의 노광에 사용되는 제 2의 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 또한 도 3은, 도 1의 A-A' 선에 따른 개략 단면도이다.
주로 제1도와 제3도를 참조하면, 이중 노광에 있어서의 제 1의 노광에 사용되는 제 1의 위상 시프트 마스크(10A)는, 레벤슨형의 위상 시프트 마스크이며, 예를 들면 석영으로 이루어지는 투명 기판(1)과 예를 들면 크롬으로 이루어지는 차광막(3)을 갖고 있다.
이 제 1 및 제 2의 광투과부 Tn, Ta는, 서로 180° 상이한 위상으로 노광광을 투과하며, 차광막(3)을 끼워서 번갈아 배치되어 있다. 또한 제 1 및 제 2의 광투과부 Tn, Ta와 차광막(3)의 각 평면 패턴은, 도면에서 Y 방향으로 향하는 일직선에 가까운 라인 형태이다. 제 1 및 제 2의 광투과부 Tn, Ta의 선폭 Wn, Wa는 거의 동일하며, 차광막(3)의 선폭 Ws는 유한하다.
주로 제2도를 참조하면, 이중 노광에 있어서의 제 2의 노광에 사용되는 제 2의 위상 시프트 마스크(10B)는, 전술한 제 1의 위상 시프트 마스크(10A)와 거의 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 제 2의 위상 시프트 마스크(10B)에 있어서의 B-B' 선에 따른 단면은 제3도에 도시되는 단면구조에 대응한다.
다만, 제 2의 위상 시프트 마스크(10B)에서는 제 1 및 제 2의 광투과부 Tn, Ta와 차광막(3)이 도면에서 X 방향으로 향하여 일직선에 가까운 라인 형태로 형성되어 있다.
다음에, 본 실시예의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법에 대해 설명한다.
제4도는, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다. 제4a도는, 이중 노광에 있어서의 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크의 중첩 방식을 도시하는 개략 평면도이며, 제4b도는 제4a도의 C-C선 및 E-E선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 도면이고, 제4c도는 제4a도의 D-D선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 도면이다.
제4a도를 참조하면, 네가티브형 레지스트를 도포한 반도체 집적 회로 형성 과정에 있는 반도체 기판의 소정 영역에, 축소 투영 노광법에 의해, 제 1의 위상 레지스트 마스크(도 1)의 상이 노광된다. 이어서, 상기 노광이 행해진 영역과 동일한 영역에, 제 2의 위상 시프트 마스크(10B)(제2도)의 상이 노광된다. 이 때, 일직선 형상으로 연장하는 제 2의 위상 시프트 마스크의 패턴이, 제 1의 위상 시프트 마스크의 패턴과 거의 직교하도록 노광된다.
또한, 이 이중 노광에 있어서의 각 노광은, 예를 들면 개구수 NA가 0.55이며, 코히어런시 σ가 0.20의 조건에서 행해진다.
제4b도를 참조하면, 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크(10A, 10B)의 각 광투과부 Tn, Ta가 중첩되는 영역에 있어서는 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크(10A, 10B)의 광투과부 Tn, Ta와 차광막(3)이 중첩되는 영역에 있어서보다도, 웨이퍼상의 광강도는 높게 된다.
또한 제4c도를 참조하면, 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크(10A, 10B)의 각 차광막(3)이 중첩되는 영역에 있어서는, 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크(10A, 10B)의 광투과부 Tn, Ta와 차광막(3)이 중첩되는 영역에 있어서보다도 웨이퍼상의 광강도는 낮게 된다. 이 차광막(3)끼리 중첩하는 영역에 있어서의 웨이퍼상의 광강도는 0 혹은 그에 근접한 값으로 된다.
이상에 의해, 이중 노광이 행해진 웨이퍼 표면에 있어서의 광강도의 평면적 분포는 제5도에 도시된 바와 같이 된다.
제5도를 참조하면, 도면에서 검은 부분은 광강도가 작은 영역을 나타내고 있으며, 흰 부분은 광강도가 큰 영역을 나타내고 있다. 그리고 제5도에서 C-C선과 D-D선과 E-E선의 각각은 제4a도에서의 C-C선과 D-D선과 E-E선에 대응하고 있다.
이와같은 노광 처리가 실시된 후, 통상의 현상 처리를 행하므로써, 네가티브형 레지스트의 경우, 암부(제5도에서의 흑색 부분)의 포토레지스트가 용해 제거되어, 홀 패턴이 형성된다. 또한 포지티브형 레지스트의 경우, 암부 이외의 포토레지스트가 용해 제거되어, 도트 패턴이 형성된다.
다음에, 본원 발명자가, 본 실시예의 이중 노광에서 획득된 광학 형상을 조사(examine)하기 위해 행해진 시뮬레이션에 대해 설명한다.
이 시뮬레이션은, 제1도에 도시된 선폭 Wn, Ws, Wa가 0.25μm로 되는 위상 시프트 마스크를 사용하였다. 또한, 노광에 있어서의 노광 조건을 개구수 NA : 0.55, 코히어런시 σ : 0.20으로 하고, 포커스 오프셋 ΔF가 0μm(져스트 포커스)와 1.0μm의 쌍방의 경우에 대해 조사하였다. 이 시뮬레이션에 의해 획득된 광학 형상을 제6도와 제7도에 도시한다. 또한 제6도가 포커스 오프셋 ΔF을 0μm로한 경우, 제7도가 포커스 오프셋 ΔF을 1.0 μm로 한 경우의 광학 형상을 도시하고 있다.
제6도와 제7도를 참조하면, 포커스 오프셋 ΔF을 0 μm, 1.0 μm로 한 쌍방의 광학상에 있어서, 충분히 높은 콘트라스트가 획득된다. 특히 제7도에 도시된 광학 형상은, 제36도에 도시된 종래예의 광학 형상과 비교하여도 충분히 콘트라스트가 높으며, 충분히 어두운 선을 작성할 수 있었다.
상기한 시뮬레이션의 결과에 의해, 본 실시예의 패턴 형성 방법을 사용하면, 종래예보다도 초점 심도를 크게 확보할 수 있으며, 밀집 패턴의 형성에 있어서 포커스가 다소 빗나가도 미세 패턴을 형성할 수 있는 것으로 판명되었다. 그 이유는 이하에 설명한다.
통상, 레벤슨형의 위상 시프트 마스크를 사용한 경우, 이 마스크에는 평행광(혹은 평행광에 근접한 광)이 조사된다. 한편, 제27도와 제28도에 도시된 차광막을 갖지 않는 위상 시프트 마스크에 평행광을 조사하면, 레지스트의 치수의 안정성이 확보되지 않게 된다. 따라서, 차광막을 갖지 않는 위상 시프트 마스크에는 제8도에 도시된 바와 같이 입사 방향으로 넓어지는 광(41)이 조사된다.
이 광(41)은 마스크(10)를 투과한 후, 렌즈(31)에 의해 웨이퍼(33)상에 결상된다. 입사 방향으로 넓어지는 광(41)에는, 기울어진 입사광(성분)에서의 결상(성분)이 많이 존재한다. 따라서, 기울어진 입사광의 결상에서는, 입사각이 비대칭의 2 광속(41a, 41b)의 간섭에 의해 상이 가능하다.
이 때, 제9도에 도시된 바와 같이 2 광속(예를 들면 +1차 회절광 및 -1차 회절광)(41a, 41b)의 간섭에 의해, 광의 밝은 부분○과 광의 어두운 부분
Figure kpo00002
으로 되는 광의 명암이 가능하다. 그런데, 이 2 광속(41a, 41b)의 입사각이 비대칭이기 때문에, 광이 밝은 선(○의 이어진 부분) 및 어두운 선(
Figure kpo00003
의 이어진 부분)은 초점면의 수직선(v-v선)에 대하여 소정의 각도 θ만큼 기울어지는 것으로 된다.
따라서, 초점면으로부터 화살표 Z1혹은 Z2방향으로 간격이 벌어짐(디포커스함)에 따라, 콘트라스트는 변하지 않지만 상의 면내에서의 광의 명암의 위치가 어긋나 있도록 상이 가능하다.
실제의 결상에서는, 제8도에 도시된 바와 같이 2 광속(41a, 41b)을 갖는 조명(실선)에 대해 대칭인 조명(점선)이 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 상면이 화살표 Z1혹은 Z2방향으로 빗나가면, 이 조명(점선)에 의한 상은 전술한 조명(실선)에 의한 상과는 반대측으로 이동한다. 따라서, 제10도에 도시된 바와 같이 조명(실선)에 의한 간섭 줄무늬(fringes)(43a)와 조명(점선)에 의한 간섭 줄무늬(43b)가 어긋난 버린다. 따라서, 이들 간섭 줄무늬(43a, 43b)에서는, 제11도에 도시된 바와 같이 2 개의 간섭 줄무늬(43a, 43b)가 중첩된 상태(43), 즉 평행광을 사용한 상보다도, 상의 콘트라스트가 작게 된다.
전술한 바에 의해, 차광막을 갖지 않는 위상 시프트 마스크에서는, 초점 심도가 작고, 밀집 패턴의 형성에 있어서는 포커스가 약간이라도 어긋나면 미세 패턴이 형성될 수 없다고 고려된다.
한편, 제1도~제3도에 도시된 본 실시예의 레벤슨형의 위상 시프트 마스크에는, 전술한 바와 같이 평행광이 조사된다. 따라서, 제12도에 도시된 바와 같이 입사각이 대칭인 2 광속(41a, 41b)의 간섭에 의해 상이 가능하다. 이 때 제13도에 도시된 바와 같이, 광의 밝은 선과 광의 어두운 선은 초점면에 대하여 거의 수직으로 된다. 따라서, 초점면으로부터 화실표 Z1혹은 Z2방향으로 떨어져도 상은 변화하지 않는다.
따라서, 본 실시예의 패턴 형성 방법에서는, 밀집한 패턴에 있어서 포커스가 다소 빗나가도 미세 패턴을 형성할 수 있는 것으로 고려된다.
또한, 본원 발명자는, 본 실시예의 방법을 사용하여 이하의 ①~③에 도시된 바와 같이 실제로 네가티브형 레지스트에 홀 패턴을 형성하였다. 이하, 그에 대해 상세히 설명한다.
① 우선, 제1도에 있어서 선폭 Wn, Ws, Wa를 0.24 μm로 한 제 1의 위상 시프트 마스크(10A)를 사용하여 네가티브형 레지스트에 1 회째의 노광을 행하였다.
계속해서, 제2도에 있어서 선폭 Wn, Ws, Wa가 0.24 μm의 제 2의 위상 시프트 마스크(10B)를 사용하여, 1 회째의 노광이 행해진 영역에 2 회째의 노광을 행하였다. 이 2회째의 노광은, 직선형태로 연장하는 제 2의 위상 시프트 마스크(10B)의 패턴을, 제 1의 위상 시프트 마스크(10A)의 패턴과 거의 직교하도록 배치하여 행하였다.
이 1 회째 및 2 회째의 노광에 있어서는, 개구수 NA를 0.55, 코히어런시 σ를 0.15로 하여, 노광 에너지를 45 mJ/㎠으로 하였다. 또한 네가티브형 레지스트로서, 일본 주우화학(주)의 PEX-212의 화학 증폭형 네가티브 레지스트를 0.735 μm의 두께로 사용하였다.
이 이중 노광을, -1.2 μm, -0.8μm, 0μm, +0.8 μm, +1.2 μm의 각 포커스 오프셋 ΔF으로 행하였다.
이후, 통상의 현상 처리를 행하므로써, 암부의 레지스트를 용해 제거하여, 홀 패턴을 형성하였다.
이 결과, 제14도~제18도의 SEM 사진에 나타내는 결과가 획득되었다. 제14도는 -1.2 μm, 제15도는 -0.8 μm, 제16도는 0μm(져스트 포커스), 제17도는 +0.8 μm, 제18도는 +1.2 μm의 각 포커스 오프셋 ΔF에 의해 제작한 홀 패턴의 개구 형상을 나타내고 있다.
제15도~제17도에 도시된 바와 같이 포커스 오프셋이 -0.8 μm로부터 +0.8 μm까지의 경우에는, 홀 패턴이 정상적으로 형성되어 있는 것으로 판정한다. 따라서, 본 실시예의 패턴 형성 방법에서는 포커스 마진은 1.6 μm 이상으로 충분히 큰 것이 판명되었다.
또한 제14도와 제18도에 도시된 바와 같이 포커스 오프셋이 -1.2 μm와 +1.2 μm의 경우에는, 홀 패턴이 개구가 불완전하게 되었다. 따라서, 포커스 마진은 2.4 μm 미만인 것도 판명되었다.
② 또한 제1도와 제2도에 도시되는 선폭 Wn, Wa가 0.26 μm, 선폭 Ws가 0.12 μm의 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크(10A, 10B)를 사용하여, 이중 노광을 행하여 홀 패턴을 형성하였다. 이중 노광의 노광 에너지는 각각 48 mJ/㎠ 으로 하고, 져스트 포커스에서 각 노광을 행하였다. 또한, 그것이외의 조건에 대해서는 전술한 ①의 조건과 동일하게 하였다. 이에 따라 형성된 홀 패턴의 개구 형상을 나타내는 SEM 사진을 제19도에 도시한다. 제19도를 참조하면, 이 홀 패턴은 완전히 개구하고 있으며, 그 홀 패턴의 개구 지름은 사진중의 측정값으로부터 판단되는 바와 같이 약 0.09 μm이었다.
이에 따라, 본 실시예의 패턴 형성 방법에서는, 적어도 0.09 μm의 미세한 개구 지름을 갖는 홀 패턴을 형성할 수 있는 것으로 판단되었다. 또한 조건의 설정에 따라서는, 이보다도 미세한 개구 지름을 갖는 홀 패턴의 형성도 가능한 것으로 고려된다.
③ 또한 제1도와 제2도에 도시되는 선폭 Wn, Ws, Wa를 0.20 μm로 한 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크(10A, 10B)를 사용하여, 이중 노광을 행하여 밀집한 홀 패턴을 형성하였다. 이중 노광의 노광 에너지는 각각 33mJ/㎠으로 하여, 져스트 포커스로 노광을 행하였다. 또한, 그외의 조건에 대해서는 전술한 ①의 조건과 동일하게 하였다. 이와 같이 하여 형성된 홀 패턴의 밀집 상태를 도시하는 SEM 사진을 제20도에 도시한다. 제20도에 의해, 각 홀 패턴이 0.4 μm 피치로 형성되어 있는 것이 판단된다. 또한, 이 홀 패턴의 개구 지름은 0.15 μm이었다.
이에 따라, 본 실시예의 패턴 형성 방법에서는, 적어도 0.4μm의 미세한 피치로 밀집한 홀 패턴을 형성할 수 있는 것으로 판명되었다. 또한 조건의 설정에 따라서는, 이보다 미소한 피치로 밀집한 홀 패턴을 형성하는 것도 가능한 것으로 고려된다.
또한 본 실시예의 패턴 형성 방법에 의해 홀 패턴을 형성한 경우의 홀 패턴의 개구 지름의 변화에 대한 초점 심도 DOF의 변화에 대해서도 조사하였다. 그 결과를 제21도와 제22도에 도시한다.
제21도와 제22도는, 포커스를 변화시켰을 때의 홀 패턴의 개구 지름의 변화를, 노광량을 파라미터로 하여 도시한 그래프이다. 또한 제21도는, 제1도와 제2도에 있어서 선폭 Wn, Ws, Wa를 0.24 μm로 한 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크(10A, 10B)를 사용하여 이중 노광을 행한 경우를 도시하고 있다. 또한 제22도는, 제1도와 제2도에 있어서 선폭 Wn, Ws를 0.26 μm로 하고, 선폭 Ws를 0.16 μm로 한 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크(10A, 10B)를 사용하여 이중 노광을 행한 경우를 나타낸 것이다.
통상, 초점 심도 DOF는, 홀 패턴의 개구 지름의 ±10%의 범위내에서의 포커스 오프셋 ΔF의 측정값에 의해 평가된다. 즉, 홀 패턴의 개구 지름이 예를 들면 0.20 μm 일 때에는, 0.18 μm~0.22 μm의 범위내에서의 포커스 오프셋 ΔF에 의해 평가된다. 이에 따르면, 제21도에 도시하는 경우에 있어서는, 초점 심도 DOF는, 홀의 개구 지름이 ~0.20 μm(200 nm)일 때에는 ~2.0 μm이며, 홀의 개구 지름이 ~0.16 μm(160 nm)에서는 ~1.6 μm로 되는 것으로 판명된다.
또한 제22도에 도시하는 경우에 있어서는, 초점 심도 DOF는, 홀의 개구 지름이 ~0.12 μm(120 nm)일 때에는 ~1.0 μm이며, 홀의 개구 지름이 ~0.10 μm일 때에는 ~0.8 μm로 되는 것으로 판명된다.
이 실험의 결과로부터도, 본 실시예에 있어서의 패턴 형성 방법에서는, 홀 패턴의 개구 지름에 대한 초점 심도 DOF를 충분히 크게 할 수 있는 것으로 판명된다.
전술한 바와 같이 본 실시예의 이중 노광에 사용되는 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크(10A, 10B)의 양쪽은 차광막(3)을 가지고 있다. 따라서, 종래예와 비교하여 큰 초점 심도를 확보하는 것이 가능하며, 따라서 밀집한 패턴에 있어서 포커스가 다소 빗나가도 미세 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 상기의 설명에 있어서는, 포토 레지스트로서 네가티브형 레지스트를 사용했지만, 포지티브형 레지스트를 사용한 경우에는, 암부 이외의 레지스트가 용해 제거되며, 미세한 도트 패턴이 형성된다.
전술한 이중 노광에 있어서는, 노광광의 코히어런시 σ느 0.1 이상 0.3 이하인 것이 바람직하다. 이하, 그 이유에 대해 설명한다.
코히어런시 σ는, 광의 간섭의 정도를 나타내는 것으로서, 코히어런시 σ가 작을 수록 광의 간섭의 정도가 크고, 코히어런시 σ가 클 수록 광의 간섭의 정도가 작게 되는 것을 의미한다. 즉, 위상 시프트 마스크는, 역위상의 광의 간섭에 의해 해상도의 향상을 도모하는 기법이기 때문에, 광의 간섭의 정도는 클 수록 좋다. 따라서, 위상 시프트 마스크를 사용하는 경우, 코히어런시 σ는 0.3 이하인 것이 바람직하다. 한편, 광의 간섭의 정도가 지나치게 크면, 패턴의 규칙성이 깨지는 영역에 있어서 패턴 형상의 불량이 생기기 쉽게 되어 버린다. 이 때문에, 코히어런시 σ는 0.1 이상인 것이 바람직하다.
[실시예 2]
실시예 1의 방법을 사용하므로써, 제23도에 도시된 바와 같이 예를 들면 DRAM의 메모리 셀 어레이 영역 MC상의 레지스트에, 밀집한 홀 패턴(13)을 규칙적으로 배치하는 것이 가능하다. 그러나, 메모리 셀 어레이 영역 MC외에서는, 메모리 셀 어레이 영역 MC내와 같이 규칙적으로 확실히 홀 패턴이 배치되어 형성되는 것은 아니다. 따라서, 메모리 셀 어레이 영역 MC의 외주(이점 쇄선)를 경계로 하여 패턴의 규칙성이 붕괴된다.
위상 시프트 마스크에 의한 노광은, 전술한 바와 같이 역위상의 광의 간섭에 의해 해상도의 향상을 도모하는 기법이다. 따라서, 규칙적으로 배치된 패턴을 형성할 때는, 노광광의 간섭이 규칙적으로 되기 때문에, 각 패턴을 균일한 형상으로 형성할 수 있다. 그러나, 패턴의 규칙성이 깨지는 영역에서는, 노광광의 간섭의 규칙성도 깨지기 때문에, 패턴을 균일한 형상으로 형성하기 어렵다. 따라서, 패턴의 규칙성이 깨지는 부분 근방의 영역 R(해칭(hatching)영역)에서는, 홀 패턴(13)의 개구 지름 D가 소정의 치수보다 크거나 작게 되어서, 불균일하게 되어 버린다.
그래서, 본 실시예에서는, 실시예 1에서 설명한 이중 노광의 후에 제 3의 노광을 더 행하므로써 상기의 과제를 해결한다.
즉, 제23도의 영역 R만을 다시 노광한다. 따라서, 이 영역 R의 패턴을 제거하여, 균일한 형상의 패턴만을 잔존시킬 수 있다.
이 제 3의 노광에서는, 균일한 형상의 패턴이 형성되기 어려운 영역 R에만 노광광을 조사할 필요가 있다. 따라서, 포토레지스트에 전사되는 상의 에지를 날카롭게 할 필요가 있으며, 노광광의 간섭성을 작게함과 동시에, 높은 공간 주파수의 노광광을 사용해야 한다. 따라서, 제 3의 노광에 있어서의 개구수 NA는 0.50 이상이며, 제 3의 노광에 사용되는 노광광의 코히어런시 σ는 0.60 이상인 것이 바람직하다.
또한, 실시예 1에 있어서는, 이중 노광에 대해 설명했지만, 이중 이상의 다중 노광이어도 좋다.
또한, 제4a도에서는, 제 1의 위상 시프트 마스크의 패턴과 제 2의 위상 시프트 마스크의 패턴이 거의 직교하도록 각 위상 시프트 마스크를 배치하고 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 제 1의 위상 시프트 마스크와 제 2의 위상 시프트 마스크의 각 패턴이 교차하는 것이면, 그 교차 각도는 어떤 각이라도 좋다.
또한, 제1도와 제2도에서는, 거의 직선으로 배치된 패턴만에 대해서 도시했지만, 이와 같은 거의 직선의 패턴의 조합의 패턴이어도 좋으며, 부분적으로 거의 직선의 패턴을 갖는 패턴이어도 좋다.
노광광은 g선, i선, KrF광, ArF광중 하나면 좋다.
또한, 투명 기판(1)은, 석영에 한정되지 않으며, 적어도 투과율이 90% 이상의 재료에 의해 이루어지면 좋다.
또한 차광막(3)은 크롬으로 이루어지는 경우에 대해 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로는, CrO/Cr/CrO 등과 같은 다층막이어도 좋다. 차광막(3)에 요구되는 특성으로서는, 노광광을 투과하지 않는 것, 내약품성이 우수한 것(세정시를 고려), 밀착성이 있는 것 등이 있다. 따라서, 이것의 특성을 만족하는 재료이면 차광막(3)에 적용할 수 있다.
부가적으로, 실시예 1 및 2에 있어서 설명한 치수, 재질 등은, 이것에 한정되는 것은 아니며, 임의로 선택할 수 있는 것이다.
금회 개시된 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아닌 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명에서가 아니라 특허 청구의 범위에 의해 나타나며, 특허 청구의 범위와 동등한 의미 및 범위내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법에서는, 제 1 및 제 2의 위상 시프트 마스크의 패턴이 교차하도록 이중 노광을 행하기 때문에, 미소한 개구 지름을 갖는 홀 패턴(혹은 미소한 치수를 갖는 도트 패턴)을 형성할 수 있다.
또한 역위상의 노광광을 투과하는 제 1 및 제 2의 광투과부의 사이에 차광막이 사용되고 있다. 따라서, 밀집한 패턴에 있어서 포커스가 다소 빗나가도 미세한 개구 지름을 갖는 홀 패턴(혹은 미세한 치수를 갖는 도트 패턴)을 형성할 수 있다.
바람직한 하나의 국면에 의하면, 코히어런시 σ가 0.3보다 크면 역위상의 광의 간섭의 정도가 너무 작게 되어, 역위상의 광의 간섭에 의해 해상도의 향상을 도모하는 위상 시프트 마스크의 효과를 유효하게 획득할 수 없다. 또한, 코히어런시 σ가 0.1 보다 작으면, 광의 간섭의 정도가 너무 크게 되어, 패턴의 규칙성이 깨지는 영역에 있어서 패턴 형상의 불량이 발생하기 쉽다. 따라서, 제 1 및 제 2의 노광에 사용되는 노광광의 코히어런시 σ는 0.1 이상 0.3 이하인 것이 바람직하다.
바람직한 다른 국면에 의하면, 제 3의 노광 공정에 의해, 패턴의 규칙성이 깨지는 교차 영역의 주변 영역이 노광된다. 따라서, 이 주변 영역의 패턴을 제거하여, 균일한 형상의 패턴만을 남아있게 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 웨이퍼에 도포된 포토레지스트의 소정 영역에 제 1위상 시프트 마스크를 사용한 제 1 노광을 행한 후, 제 2 위상 시프트 마스크를 사용한 제 2 노광을 행하는 패턴 형성 방법에 있어서, 상기 제 1 위상 시프트 마스크는, 제 1 방향으로 향하여 서로 병렬로 연장되며, 서로 상이한 위상으로 노광광을 투과하는 제 1 및 제 2 광투과부를 갖는 기판과, 병렬로 연장되는 상기 제 1 및 제 2 광투과부 사이에 위치하는 차광막을 가지며, 상기 제 2 위상 시프트 마스크는, 제 2 방향으로 향하여 서로 병렬로 연장되며, 서로 상이한 위상으로 노광광을 투과하는 제 3 및 제 4 광투과부를 갖는 기판과, 병렬로 연장되는 상기 제 3 및 제 4 광투과부 사이에 위치하는 차광막을 가지며, 상기 제 1 노광시의 상기 제 1 위상 시프트 마스크의 상기 제 1 방향과 상기 제 2 노광시의 상기 제 2 위상 시프트 마스크의 상기 제 2 방향이 교차하도록 상기 제 1 및 제 2 노광이 행해지는, 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 노광에 사용되는 노광광의 코히어런시 σ는, 0.1 이상 0.3 이하인, 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제 2 노광을 행한 후, 상기 포토 레지스트의 상기 소정 영역내에서, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향이 교차하는 영역이 주변 영역에 노광광을 조사하는 제 3 노광을 행하는 공정을 더 포함하는 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법.
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