KR100215354B1

KR100215354B1 - 패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR100215354B1
Application number: KR1019960004107A
Authority: KR
Inventors: 다다오 야스자토; 신지 이시다; 구니히코 가사마; 요코 이와부찌
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛본 덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-02-17
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1999-08-16
Also published as: JPH08222513A; US5792596A; JP2996127B2; KR960032090A

Abstract

패턴 형성 방법에 있어서, 원하는 패턴을 포함하는 포토 마스크가 제공된다. 감광성 수지막이 반도체 기판상에 스핀코팅된다. 그후, 감광성 수지막의 표면은 현상액에 대해 저항성을 갖도록 변화된다. 다음에, 포토마스크를 투과하도록 광이 조사된다. 그 결과, 포토 마스크를 투과하는 광에 의한 감광성 수지막의 성질에 기초하여, 원하는 패턴에 대응하는 감광성 수지막의 표면부에서만 저항성이 감소된다. 마지막으로, 감광층이 현상액으로 현상된다.

Description

패턴 형성 방법

제 1a 도 내지 제 1d 도는 종래의 통상적 방식의 포토 마스크를 도시하는 도면으로서, 제 1a 도는 종래의 포토 마스트의 평면도, 제 1b 도는 제 1a 도의 포토 마스크를 a-a' 라인을 따라 절단한 횡단면도, 제 1c 도는 포토마스크를 투과한 직후의 광 진폭 분포도, 제 1d 도는 결상면 상의 광 세기 분포도.

제 2a 도 내지 제 2d 도는 종래의 보조 패턴 방식의 위상 시프트 포토 마스크를 도시하는 도면으로, 제 2a 도는 종래의 포토 마스크의 평면도. 제 2b 도는 제 2a 도의 포토 마스크를 b-b' 라인을 따라 절단한 횡단면도. 제 2c 도는 제 2a 도의 포토 마스크를 투과한 직후의 광 진폭 분포도. 제 2d 도는 결상면 상의 광세기 분포도.

제 3a 도 내지 제 3d 도는 종래의 립(rim) 방식의 위상 시프트 포토 마스크를 도시한 도면으로, 제 3a 도는 종래의 포토 마스크의 평면도, 제 3b 도는 제 3a 도의 포토 마스크를 c-c' 라인을 따라 절단한 횡단면도, 제 3c 도는 제 3a 도의 포토 마스크를 투과한 직후의 광 진폭 분포도, 제 3d 도는 결상면 상의 광 세기 분포도.

제 4a 도 내지 제 4d 도는 종래의 망판(half-tone)방식의 위상 시프트 포토 마스크를 도시한 도면으로, 제 4a 도는 종래의 포토 마스크의 평면도, 제 4b 도는 제 4a 도의 포토 마스크를 d-d' 라인을 따라 절단한 횡단면도, 제 4c 도는 제 4a 도의 포토 마스크를 투과한 직후의 광 진폭 분포도, 제 4d 도는 결상면 상의 광 세기 분포도.

제 5 도는 0.0μm의 마스크 바이어스가 종래의 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크에 부가될 때 0.35μm 고립된 접촉공(contact hole)에서의 광 세기 분포도.

제 6 도는 0.05μm의 마스크 바이어스가 종래의 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크에 부가될때 0.35μm 고립된 접촉공에서의 광 세기 분포도.

제 7 도는 0.1μm의 마스크 바이어스가 종래의 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크에 부가될 때 0.35μm 고립된 접촉공에서의 광 세기 분포도.

제 8a 도 및 제 8b 도는 종래의 보조 패턴 방식의 위상 시프트 포토 마스크를 도시하는 도면으로, 제 8a 도는 종래의 포토 마스크의 평면도, 제 8b 도는 제 8a 도의 포토 마스크를 E-E' 라인을 따라 절단한 횡단면도.

제 9 도는 0.35μm의 접촉공 패턴에서의 종래의 통상이 포토 마스크와 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크의 초점 특성을 도시하는 도면.

제 10a 도 내지 제 10S는 종래의 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크가 사용될 때 접촉공에 대한 감광성 수지의 횡단면의 SEM 사진에 대응하는 도면.

제 11 도는 본 발명에 따른 패턴 형성 방법을 설명하는 흐름도.

제 12 도는 본 발명에 따라 난용화층 형성 공정이 실행될 때의 반도체기판의 수직 횡단면도.

제 13a 도는 위상 시프트 포토 마스크를 도시한 도면이고, 제 13b 도는 결상면 상의 광 세기 분포도이며, 제 13c는 반도체 기판의 노광 상태를 도시한 도면.

제 14 도는 현상 처리(developing process) 후의 제 13c 도의 반도체기판을 도시한 도면.

제 15a 도 내지 제 15M는 마스크 바이어스가 0.05μm이고 난용화층 형성 공정이 1분 동안 실행될 때 접촉공 패턴에 대한 감광성 수지의 횡단면의 SEM 사진에 대응하는 도면.

제 16a 도 내지 제 16M 도는 마스크 바이어스가 0.05μm이고 난용화층 형성이 공정이 5분 동안 실행될 때 접촉공 패턴에 대한 감광성 수지의 횡단면의 SEM 사진에 대응하는 도면.

제 17a 도 및 제 17b 도는 보조 패턴을 갖는 위상 시프트 포토 마스크를 도시하는 도면으로, 제 17a 도는 포토 마스크의 평면도, 제 17b 도는 제 17a 도의 포토 마스크를 F-F' 라인을 따라 절단한 횡단면도.

제 18a 도 및 제 18b 도는 노광 처리를 설명하는 도면.

제 19 도는 상대적인 광 세기 분포 및 반도체 기판상의 위치와의 관계를 도시하는 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 감광석 수지막 2 : 난용화층

3 : 반도체 기판 6,16' : 투명 영역

11 : 투명 기판 12 : 반투명막

13 : 차광막 14 : 투명막

17 : 반투명 영역 18 : 차광 영역

[발명의 상세한 설명]

[발명의 분야 및 관련 기술의 설명]

본 발명은 반도체 소자의 제조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 소자의 미세 패턴의 형성에 관한 것이다.

통상적으로, 반도체 소자의 제조 공정에서는 반도체 소자가 형성되는 반도체 기판 상에 패턴을 형성하기 위해서 포토리소그래피 기술을 사용하고 있다. 포토리소그래피 공정에 있어서, 축소 투영 노광 장치에 의해 포토 마스크 상의 패턴을 감광성 수지가 도포된 반도체 기판 상에 전사한다. 그 포토 마스크 패턴에 대응하는 감광성 수지의 패턴은 현상을 통해서 얻을 수 있다. 포토 마스크는 투명 영역과 불투명 영역으로 이루어진 패턴이 형성되는 투명 기판이다. 축소율이 1:1이 아닌 포토 마스크를 특히 레티클(reticule)이라 부른다. 그러나, 본원에서는 두 유형의 포토 마스크를 어느 것이나 포토 마스크로 부른다.

종래의 포토리소그래피 기술에 있어서, 반도체 소자 패턴의 미세화는 노광 장치의 개발, 특히 투영 렌즈계의 고 Na(high numerical aperture)화에 의해 이루어져 왔다. 여기서, Na는 렌즈가 얼마나 좋은 광을 모으는지, 즉 렌즈가 영상을 얼마나 미세하게 해상할 수 있는지를 나타낸다. Na의 값이 클수록 렌즈의 성능이 양호해지는 것을 나타낸다. 또한, 일반적으로 Rayleigh의 식으로 알려져 있는 것처럼, Na와 임계 해상도 R 사이에는 R=k1×λ/Na의 관계가 있다. 여기에서, R은 해상할 수 있는 미세 패턴의 한계 크기를 의미하고, k1은 감광성 수지의 성능 등의 공정 파라미터에 의존하는 상수이며, λ는 광의 파장이다. 따라서, Na를 크게 함으로써 미세 패턴에 대한 임계 해상도 R은 향상되어 왔었다. 이에 따라, 노광 장치의 고 Na화에 의해 해상도는 향상될 수 있었지만 초점 심 도는 감소되었었다. 즉, 초점 위치의 어긋남이 허용될 수 있는 범위가 감소되었다. 그 결과, 초점 심 도로 인해서 더 미세한 패턴을 형성하기가 곤란하였다.

실제의 물리적 의미의 설명은 생략하지만, 전술한 바와 같은 Rayleigh의 식으로서, 초점 심 도 dOF와 Na 사이에는, dOF=k2×λ/Na의 관계가 성립하는 것이 널리 알려져 있다. 여기에서, k2는 공정 파라미터에 의존하는 상수이다. 즉, Na가 크게 될수록 dOF는 작게 된다. 따라서 약간의 초점 위치의 어긋남 도 허용할 수 없게 된다. 이 때문에, 위상 시프트 마스크 기술에 의한 해상도 및 초점 심 도의 향상이 검토되어 왔다.

Shihuya-Levenson 방식의 포토 마스크라고 불리는 위상 시프트 마스크가 먼저 제안되었다. 이 위상 시프트 마스크는 주기 패턴에 적합한 것이었고 투명 영역을 투과하는 빛의 위상을 교대로 180° 바꾸는 방식이었다. 그러나, 위상 시프트 마스크는 적용할 수 있는 패턴의 제한이 심각하기 때문에, 보조 패턴 방식 및 림 방식 등의 다른 방식의 위상 시프트 마스크가 제안되어 있다. 또한, 종래에는 초점 심 도의 허용 가능 범위가 좁다는 문제점 있었다. 따라서, 일본 특허 공개 평 4-136854호에 개시되어 있는 바와 같이 보조 패턴 방식, 림 방식, 및 망판 방식(half-tone type) 등의 위상 시프트 마스크가 검토되어 왔다. 그 중에서 도 망판 방식의 위상 시프트 마스크는 다른 방식에 비해 마스크 제작이 용이하기 때문에, 특히 주목되고 있다.

다음으로, 통상적인 일반 유형의 포토 마스크와 비교하여, 상기 위상 시프트 마스크에 대해서, 제 1a 도 내지 제 1d 도, 제 2a 도 내지 제 2d 도, 제 3a 도 내지 제 3d 도, 제 4a 도 내지 제 4d를 참조해서 하기에 기술한다. 제 1a 도 내지 제 1d 도는 일반적 방식의 포토 마스크를 개략적으로 도시하는 도면이고, 제 2a 도 내지 제 2d 도는 보조 패턴 방식의 위상 시프트 포토 마스크를 개략적으로 도시하는 도면이고, 제 3a 도 내지 제 3d 도는 종래의 림 방식의 위상 시프트 포토 마스크를 개략적으로 도시하는 도면이며, 제 4a 도 내지 제 4d 도는 종래의 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크를 개략적어로 도시하는 도면이다. 각각의 이들 포토 마스크의 패턴은 1개의 접촉공에 사용된다.

우선, 종래의 일반적인 유형의 포토 마스크에 대해 기술한다. 제 1a 도는 상기 포토 마스크의 평면도이고, 제 1b 도는 이 포토 마스크의 a-a'을 따라 절단한 횡단면도이고, 제 1c는 이 포토 마스크를 투과한 직후의 광의 진폭 분 도포이고, 제 1d 도는 결상면에서의 광 세기 분포도이다. 통상의 포토 마스크에서는, 제 1b 도에 도시된 바와 같이, 석영으로된 투명 기판(11)상에 크롬(cR) 및 산화크롬(cRO)으로 이루어진 70 내지 100nm 두께의 차광막(13)이 증착된다. 차광막(13)은 선택적으로 제거되므로 투명 영역(16)과 차광 영역(18)으로 이루어진 패턴이 형성된다. 포토 마스크를 투과한 광은 투명 영역(16)에서는 일정한 값의 진폭을 갖고 차광 영역(18)에서는 진폭이 0이 된다. 일반적으로, 광학계를 투과하는 빛의 진폭은 푸리에(Fourier) 변환으로 설명되어진다. 광원으로부터 방사된 광은 포토 마스크 패턴에 따라 푸리에 변환되고 투영 렌즈계에서 푸리에 역변환되므로, 결상면상에는 원래의 포토 마스크 패턴에 대응하는 패턴이 형성된다. 그러나, 이 경우에 투영 렌즈가 저역 통과 필터로서 작용하기 때문에, 푸리에 변환된 광의 고차 성분은 없어진다. 따라서, 광은 포토 마스크에서 직사각형의 진폭 분포를 갖지만 결상면에서는 그 직사각형의 진폭 분포가 상실된다. 그 때의 광 세기 분포는 제 1d 도에 도시된 바와 같이 완만한 모양이 된다.

다음으로, 제 2a 도 내지 제 2d 도를 참조하여 종래의 보조 패턴 방식의 위상 시프트 마스크 포토 마스크에 대해 기술한다. 제 2a 도는 보조 패턴 방식의 포토 마스크의 평면도이고, 제 2b 도는 이 포토 마스크의 b-b' 라인을 따라 절단한 횡단면도이다. 제 2c 도는 이 포토 마스크를 투과한 직후의 광의 진폭 분포도이다. 제 2d 도는 결상면 상의 광 세기 분포도이다. 보조 패턴 방식의 위상 시프트 포토 마스크에서는, 제 2a 도 및 제 2b 도에 도시된 바와 같이, 반도체 기판으로 전사될 접촉공 패턴에 대응하는 제 1투명 영역(16a)의 주변부에, 노광 장치의 임계 해상도보다 더 작은 크기를 갖는 제 2투명 영역(16b)(보조 패턴)이 형성된다. 투명막(14)을 사용함으로써 제 1투명 영역(16a)을 투과하는 광 및 제 2투명 영역을 투과하는 광 사이에는 180°의 위상차가 얻어진다. 이 위상차를 제공하는 투명막(14)은 위상 시프터 또는 단순히 시프터라 칭하여진다. 광은 물질속에서 1/n(n은 물질의 굴절률)의 파장을 갖기 때문에, 투명막(14)을 투과하는 광 및 공기중의 광 사이에는 위상차가 생기게 된다. 투명막(14)에 의해 생기는 위상차(θ)는 다음 식으로 나타내어진다.

θ=360×t×(n-1)/λ

여기에서, λ는 노광 광의 파장, n은 투명막 재료의 굴절율, t는 투명막의 막두께이다. 180°의 위상차를 달성하기 위해서는, 투명막 두께(t)가 t=λ/2(n-1)이 되도록 설정된다. 이 보조 패턴 방식의 위상 시프트 포토 마스크를 투과하는 광은, 투명 영역(16a)을 투과하는 광과 투명 영역(16b)을 투과하는 광이 서로 반대 위상을 갖는 진폭 분포를 갖는다. 결상면 상에서의 광 세기 분포는, 반대 위상을 갖는 광이 서로를 상쇄시키기 때문에 보다 더 급격해진다. 그러나, 제 2d 도에 도시된 바와 같이, 접촉공 패턴에 대응하는 주 피크(main peak)의 주변에는 부피크(sub-peak)가 나타난다. 이 부피크는 일반적으로 사이드로브(side-lobe)라 불리고, 각종 위상 시프트 포토 마스크에서 해결되어야할 현상이다. 즉, 초점 심 도가 더 증가될 수 있 도록 위상 시프트 방법의 효과를 증대시키기 위해서는, 제 2투명 영역(16b)의 크기를 더 확대할 필요가 있다. 그러나, 영역(16b)이 확대되면, 그와 동시에 제 2투명 영역(16b)으로 인해 생기는 사이드로브 또한 크기가 확대되고, 이 확대된 사이드로브가 레지스트 패턴으로 전사된다. 따라서, 초점 심 도가 어느 정 도까지는 증가될 수 있고 전사된 사이드로브가 허용 가능 범위 내에 있을 수 있 도록 제 2투명 영역(16b)의 크기를 선택해야 할 필요가 있다. 또한, 주패턴과 제 2투명 영역(16b)간의 거리는 적절하게 선택되어야 함에 유의한다. 그러나, 그 거리의 최적 값은 쉽게 결정될 수 있고, 따라서 제 2투명 영역(16b)의 크기만이 파라미터로서 검토되어진다.

다음에, 제 3a 도 내지 제 3d 도를 참조하여 림 방식의 위상 시프트 포토 마스크에 대해 하기에서 기술한다. 제 3a 도는 림 방식의 위상 시프트 포토 마스크의 평면도이고, 제 3b 도는 제 3a의 포토 마스크를 c-c' 라인을 따라 절단한 횡단면도이고, 제 3c 도는 포토 마스크를 투과한 직후의 광의 진폭 분포도이고, 제 3d 도는 결상면 상에서의 광 세기 분포도이다.

이 방식의 포토 마스크는, 제 2a 도 내지 제 2d 도에 도시된 보조 패턴 방식의 위상 시프트 포토 마스크에서 제 1투명 영역(16a)이 제 2투명 영역(16b)과 접촉하는 방식의 위상 시프트 포토 마스크로서 간주될 수 있다. 제 3c 도에 도시된 바와 같이, 포토 마스크를 투과한 직후의 광은, 제 1투명 영역(16a)을 투과하는 광 성분과 제 2투명 영역(16b)을 투과하는 광 성분이 투명막(14)에 의해서 반대 극성을 갖는 광 진폭 분포를 갖는다. 다른 극성을 갖는 광 성분은 투명막의 에지 부근에서 상쇄되어 암부(dark portion)를 형성한다. 따라서, 광 세기 분포도에서 급격한 경사를 갖는 주패턴이 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 광 세기는 투명막(14)의 에지부에서 크게 감소되기 때문에, 제 1투명 영역(16a)의 크기가 접촉공 패턴의 목표 크기 보다 크게 되도록 포토 마스크의 설계에 있어서 마스크 바이어스를 고려한다. 림 방식의 위상 시프트 포토 마스크에서는 보조 패턴 방식의 위상 시프트 포토 마스크에서와 마찬가지로 사이드로브가 생성된다. 초점의 심 도를 증가시키기 위해, 마스크 바이어스는 작아야 하고 제 2투명 영역(16b)의 크기는 커야할 필요가 있다. 그러나, 사이드로브 역시 전술한 보조패턴 방식의 위상 시프트 포토 마스크에서와 같이 전사된다. 따라서, 림 방식의 위상 시프트 포토 마스크의 마스크 설계 시에 있어서, 마스크 패턴은 초점 심 도가 증가될 수 있고 전사된 사이드로브가 허용 가능한 범위 내에 있을 수 있는 두 가지 조건으로 최적화된다.

마지막으로, 제 4a 도 내지 제 4d 도를 참조하여 종래의 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크에 대해 기술한다. 제 4a 도는 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크의 평면도이고, 제 4b 도는 d-d' 라인을 따라 절단한 상기 포토 마스크의 횡단면도이고, 제 4c 도는 이 포토 마스크를 투과한 직후의 광 진폭 분포도이며, 제 4d 도는 결상면 상의 광 세기 분포도이다.

이 방식의 포토 마스크는, 투명 기판(11) 상에 산화크롬 등의 재료로 소정 막두께로 형성된 반투명막(12)에 의해서 투명 영역(16) 및 반투명 영역(17)을 갖는다. 투명 영역(16) 및 반투명 영역(17)을 투과하는 광 성분의 위상은 서로 180°만큼의 차가 있다. 이 방식의 위상 시프트 포토 마스크에서 도 광 성분은 반투명막(12)의 에지부에서 서로 상쇄되므로 주패턴의 광 세기 분포가 향상될 수 있다. 그러나, 광 세기 반투명막(12)의 에지부에서 크게 감소되므로, 마스크의 크기와 같 도록 감광성 수지에 개구를 형성하는 것은 어렵다. 따라서, 마스크 패턴의 크기가 접촉공 패턴의 목표 크기보다 더 커지 도록 마스크 바이어스를 부가하는 것이 필요하다. 따라서, 이 방식의 포토 마스크에 대한 마스트 설계 시에, 파라미터는, 초점 심 도가 증가되고 사이드로브가 전사되지 않는 조건으로 최적화되는 반투명막(12)의 투과율과 마스크 바이어스가 된다.

전술한 바와 같이, 상기 각종의 위상 시프트 포토 마스크에 있어서, 투명 영역을 투과하는 광 성분과 반대 위상을 갖는 광 성분은 소량으로 누설되므로, 결상면 상에서의 주패턴의 경계부에서 상기 광 성분들은 서로 상쇄되어 암부를 형성하고, 그결과로 주패턴의 광 세기 분포의 기울기가 급격해진다. 따라서, 초점 심 도 및 해상도가 증가될 수 있다. 마스크 설계 시에, 포토 마스크는 초점 심 도가 증가되고 전사된 사이드로브가 허용 가능 범위내에 있는 조건으로 최적화된다.

다음에는, 특정 예를 이용하여 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크에 대해 상세히 기술한다. 제 5 도 내지 제 7 도는, 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크에 서로 다른 마스크 바이어스가 부가되는 경우에 있어서 다른 패턴들로부터 고립된 0.35μm의 단일 접촉공에서의 상대적 광세기 분포를 도시하는 도면들이다. 제 5 도 내지 제 7 도는, 각각 0.0μm, 0.05μm, 0.1μm의 마스크 바이어스의 경우를 도시한다. 이들 도면에서, 실선, 짧은 점선, 긴 점선은, 각각 0.0μm, 0.5μm, 1.0μm의 def.(defocus; 초점이탈)의 경우를 나타낸다.

모의실험 조건은 Na=0.6, σ=0.3, λ=365nm(i라인)였다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 보다 큰 마스크 바이어스가 부가될수록, 주패턴에서 광 세기는 더 증가된다. 이들 도면에서, 일점쇄선에 의해 표시된 위치는 목표 크기인 0.35μm이다. 마스크 바이어스가 한층 더 증가됨에 따라, 광 세기(화살표로 표시됨)는 증가된다. 이것은, 패턴이 적은 양의 노광 광으로 형성될 수 있음을 의미한다. 우선, 초점 심 도에 있어서는, 초점 위치가 변하더라 도 패턴 크기는 변하지 않는다는 것이 중요하다. 이것은, 광 세기 분포가 상기 도면들에서 화살표로 표시된 위치에서 변하지 않는다는 것에 대응한다. 따라서, 광 세기 분포는 마스크 바이어스가 0.0μm일 때 화살표로 표시된 위치에서 거의 변하지 않으며, 이것은 광범위의 초점 심 도가 얻어질 수 있음을 의미한다. 마스크 바이어스가 부가됨에 따라서, 광 세기 분포도는 도면에서 화살표로 표시된 위치에서 크게 변한다. 이것은, 초점 위치가 변할 때 패턴 크기의 변화가 크다는 것, 즉 초점 심 도가 감소된다는 것을 의미한다. 다음으로, 사이드로브의 전사에 대해 기술한다. 일반적으로, 목표 크기에 대응하는 광 세기( 도면에서 화살표로 표시된 위치)가 사이드로브의 광세 기의 두 배 이상일 경우, 사이드로브의 전사를 억제하면서 패턴이 형성될 수 있다는 것이 고려될 수 있다. 따라서, 0.0μm의 마스크 바이어스에서는, 목표 크기의 개구가 형성될 때 사이드로브가 해상되기 때문에, 이것은 실제적이지 않다. 따라서, 마스크 바이어스가 0.05μm보다 커야할 필요가 있다. 이와 같이, 최적의 마스크 바이어스는, 초점 심 도가 더 크고 전사된 사이드로브가 허용 가능 범위에 있다는 조건에서 0.05μm가 된다. 다만 이것은, 다른 패턴으로부터 고립된 0.35μm의 단일 접촉공에 대한 것임을 유의한다. 최적의 값은 패턴의 배치 및 패턴의 크기에 따라 다르다. 물론, 최적 값은 노광 조건에서 도 의존한다.

또한, 위상 시프트와는 달리, 포토리소그래피의 한계를 늘리는 방법으로서 변형 조명법이 있다. 변형 조명 방법에서는, 포토 마스크를 조명하는 유효 광원의 형상이 변형된다. 이 방법에서는, 유효 광원의 형상의 변형 및 포토 마스크에 대한 광의 입사각의 제어에 의해서 해상 특성이 향상된다(이 방법은 광이 비스듬히 입사된다는 점에서 입사 조명 방법이라고 도 불린다). 변형 조명 방법은 통상적으로 주기 패턴에 효과가 있다. 따라서, 접촉공 등의 고립된 패턴에 대해서는, 제 8a 도 및 제 8b 도에 도시된 바와 같이, 노광 장치의 임계 해상도보다 더 작은 크기를 갖는 보조 패턴(6b)이 주패턴(6a)의 주변부에 제공되어야 하므로 그 패턴은 주기 패턴과 유사하게 된다. 변형 조명 방법과 보조 패턴 방식의 위상 시프트 포토 마스크의 조합에 있어서 도, 보조 패턴 전사의 문제는 남아 있다. 따라서, 위상 시프트 마스크와 같이, 보조 패턴은 증가된 초점 심 도가 얻어지고 전사된 보조 패턴이 허용 가능 범위 내에 있다는 조건에서 최적화된다.

이제, 실용성이 가장 높은 망판 방식의 마스크에 대해 구체적인 예를 들고 기술하기로 한다. 1/5의 축소율, Na=0.6, σ=0.3을 가는 i라인의 스테퍼(stepper)가 사용되고, 패턴은 실리콘 기판 상의 1.0μm의 두께를 갖는 포지티브형 노볼락계(positive type novolac) 감광성 수지상에 형성된다.

이 실험에 사용된 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크의 투과율은 8%이고 통상의 반도체 소자에 사용되는 마스크 패턴이 선택된다. 접촉공과 피치의 비는 1:3이다. 제 9 도는 통상적인 방식의 포토 마스크와 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크에서의 0.35μm의 접촉공 패턴의 초점 특성을 도시하는 도면이다. 제 10a 도 내지 제 10s 도는 3종류의 마스크 바이어스, 즉 0.0μm, 0.05μm, 0.10μm의 망판 방식의 마스크의 결과를 나타내고 있다. 상기 도면들에서, 감광성 수지막의 막두께 방향으로의 중심은 F=0의 초점 위치이고 초점 위치는 반도체 기판 방향으로 증가된다. 이 실험 결과는 전술한 모의 실험의 결과와 일치한다. 먼저, 동일한 조건에서 위상 시프트 마스크와 통상적인 방식의 마스크를 비교하면, 통상적 방식의 마스크에서는 1.0μm의 개구 범위가 얻어지는 반면, 위상 시프트 마스크에서는 어떠한 마스크 바이어스에서 도 개구 범위가 증가된다. 그러나, 위상 시프트 마스크에서는 마스크 바이어스가 없을 경우 개구 범위는 2.4μm가 된다. 한편, 마스크 바이어스가 0.05μm와 0.10μm일 때에는 개구 범위가 각각 2.0μm와 1.4μm가 된다. 부가되는 마스크 바이어스의 값이 커질수록 개구 범위는 좁아진다.

제 10a 도 내지 제 10s 도는 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크를 사용할 경우의 감광성 수지 패턴의 횡단면을 설명하는 SEM 사진에 대응하는 도면이다. 0.10μm의 마스크 바이어스를 부가하는 경우에, 사이드로브의 전사는 관측되지 않는다. 그러나, 0.05μm 또는 0.0μm의 마스크 바이어스를 부가하는 경우에는, 감광성 수지의 막 두께가 인접한 접촉공들 사이에서 감소된다. 이것은, 사이드로브 패턴이 접촉공 패턴의 주변에서 링 형상으로 생기기 때문이고, 생성된 사이드로브 패턴은, 그 사이드로브 패턴의 세기가 증가되는 위치에서 감광성 수지가 노광되어 감광되도록 중첩되기 때문이다. 보다 구체적으로는, 막두께 감소량은 0.8μm이상의 초점 위치에서 감광성 수지의 막두께의 약 1/2정 도가 된다. 이 경우에, 마스크는 에칭 마스크로 적절치 않다. 주패턴으로부터 사이드로브가 형성되는 위치는 초점 위치에 의존하고 초점 위치가 더 어긋날 수록 그 간격은 더욱 커진다. 이때문에, 사이드로브의 중첩은 초점 위치에 따라 변화하므로 막두께 감소량이 달라진다. 따라서, 사이드로브의 전사는 패턴의 레이아웃뿐만 아니라 초점 위치에 도 의존한다. 즉, 특정 초점 위치에서 사이드로브가 강조되는 경우가 있다.

일반적으로, 반도체 소자의 패턴에서, 접촉공이 고립된 패턴으로서 형성되는 경우는 드물다. 대부분의 경우, 접촉공은 밀집하여 형성된다. 접촉공이 산화실리콘막 등의 두꺼운 절연막에 형성되므로, 에칭 시에 감광성 수지와 산화실리콘막의 선택비는 지나치게 크지는 않다. 이때문에, 감광성 수지의 막두께가 감소될 경우 절연막 도 에칭될 가능성이 있다. 또한, 현상처리 후의 테스트 공정에서, 자동 패턴 테스트 장치가 사용되는 경우에, 마스크 패턴이외의 패턴이 있으면 반도체 기판은 결함이 있는 것으로 판정된다.

이와 같이, 전술된 것처럼, 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크에서는, 개구 범위만을 고려할 경우 마스크 바이어스가 부가되지 않을때 양호한 결과가 얻어진다. 그러나, 실제로는, 사이드로브로 인한 감광성 수지막의 막두께 감소를 방지하기 위해서, 마스크 바이어스를 어느 정조 부가함으로써, 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크가 사용된다. 또한, 종래의 위상 시프트 포토 마스크는 초점 심 도가 증가되고 사이드로브의 전사가 감소되는 조건하에서 최적화되므로, 최적의 파라미터는 초점 심 도에 대해 항상 최적은 아니다. 따라서, 위상 시프트 포토 마스크의 특유의 효과를 얻을 수는 없다.

[발명의 개요]

본 발명의 목적은 초점 심 도가 증가되고 사이드로브의 전사가 방지될 수 있는 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 감광성 수지막의 표면상에 난용화층이 형성되는 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 초점 위치를 변화시키면서 노광 처리를 실행하는 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 양태를 달성하기 위하여, 패턴 형성 방법은, 원하는 패턴을 포함하는 포토 마스크를 제공하는 단계와; 반도체 기판 상에 감광성 수지막을 코팅하는 단계와; 상기 감광성 수지막의 표면을 현상액에 대한 저항성을 갖도록 만드는 단계와; 상기 포토 마스크를 투과되도록 광을 조명하고, 포토 마스크를 투과한 광에 의해 상기 원하는 패턴에 대응하는 감광성 수지막의 표면부에서만 저항성을 감소시키는 단계; 및 상기 감광층을 상기 현상액에 접촉시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또다른 양태를 달성하기 위해, 패턴 형성 방법은, 원하는 패턴을 포함하는 포토 마스크를 제공하는 단계와; 반도체 기판 상에 감광성 수지막을 코팅하는 단계와; 상기 감광성 수지막의 표면상에 현상액에 대한 난용화층을 형성하는 단계와; 상기 원하는 패턴에 대응하는 상기 감광성 수지막의 일부분만이 상기 포토 마스크를 투과하는 광에 의해서 감광하도록 초점 위치가 상기 감광성 수지막의 막두께 방향으로 변화하는 동안에 상기 감광성 수지막을 복수 회 노광시키는 단계; 및 감광된 감광층 부분을 현상액으로 현상하는 단계를 포함한다.

양호한 실시예에서, 포토 마스크는, 투명 기판 상에 투명 영역과 반투명 영역을 포함하여 상기 투명 영역을 투과하는 광 성분이 반투명 영역을 투과하는 광 성분의 위상과 180°의 위상차를 갖는 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크이다. 대안적으로, 포토 마스크는 투명 기판 상에 차광 영역과 투명영역을 포함하는 원하는 패턴을 가지며, 투명 영역의 패턴은 적어 도 하나의 제 1패턴과 적어 도 하나의 제 2패턴을 포함하고, 제 1패턴은 W1≥0.5×λ/Na(여기서, W1은 결상면 상의 패턴 크기, λ는 광의 파장, Na는 개구 수)의 크기를 가지며, 제 2패턴은 W2≤0.5×λ/Na(여기서, W2는 결상면 상의 패턴 크기)의 크기를 갖고, 제 1패턴을 투과하는 광 성분은 제 2패턴을 투과하는 광 성분의 위상과 180°의 위상차를 갖는다. 어느 경우에서든, 0.05μm의 마스크 바이어스가 0.35μm 패턴의 포토 마스크에 부가된다.

또다른 실시예에서, 감광성 수지막의 표면을 현상액에 대해 저항성을 갖도록 만드는 단계는 감광성 수지막의 표면을 알칼리 용액에 접촉시키는 단계를 포함한다. 알카리 용액은 2.38wt%의 TMaH가 될 수 있고 그 접촉 시간은 1분 이상의 시간 기간에 대해 양호하다.

또다른 실시예에서, 광을 복수 회 조명하는 단계는, 감광성 수지막의 표면상에 초점이 맞춰지는 상태 및 감광성 수지막과 반도체 기판 사이의 경계 상에서 초점이 맞춰지는 상태로 광을 조명하는 단계를 포함한다.

[양호한 실시예의 설명]

이하, 본 발명에 따른 패턴 형성 방법에 대해 첨부 도면을 참조하여 기술한다.

제 11 도 내지 제 13c 도를 참조하여 본 발명의 제 1실시예에 따른 패턴 형성 방법을 기술하기로 한다. 제 11 도는 제 1실시예에 따른 패턴 형성 방법을 나타내는 흐름 도이고, 제 12 도는 난용화층이 형성되는 반도체 기판의 횡단면도이고, 제 13a 도 내지 제 13c 도는 위상 시프트 포토 마스크를 사용하여 노광 처리를 설명하는 도면이다.

우선, 단계(S2)에서 반도체 기판(3)에 HMdS 처리를 행하여 감광성 수지의 밀착성(fitness)을 높인다. 다음에, 단계(S4)에서, SUMITOMO cHEMIcaL cOMPaNY Limited로부터 상업적으로 입수할 수 있는 PFI-26 및 PFI-38등의 포지티브형 노볼락계 감광성 수지를 스핀 코팅 처리(spin coat process)에 의해 반도체 기판(3)상에 균일하게 코팅하여 1μm의 두께를 갖는 감광성 수지막(1)을 형성한다. 다음에, 단계(S6)에서, 가열 처리(프리베이킹, prebaking)를 행하여 감광성 수지막(1)으로부터 불필요한 용매(solvent)를 제거한다.

다음에, 노광 처리전의 감광성 수지막(1)의 표면에 현상액에 대한 난용화층 형성 처리가 실행된다. 이를 위해, 단계(S8)에서 감광성 수지막(1)의 표면을 통상의 알카리 용액(2.38wt%의테트라메틸 암모늄 하이드로옥사이드(TMaH)에 접촉시키고, 다음에 단계(S10)에서 기판을 순수한 물로 세척한다. 상기 단계들을 통해, 제 12 도에 도시된 바와 같이, 고용해 도를 갖는 재료가 감광성 수지막(1)의 표면에서 제거되고, 매우 낮은 용해 도를 갖는 난용화층(2)이 수백 나노미터 미만의 얇은 두께를 감광성 수지막(1)의 표면상에 형성된다.

다음으로, 단계(S12)에서는, 제 13a 도에 도시된 바와 같이, 8%의 투과율을 갖는 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크(11 및 12)를 사용하여 노광 처리가 실행된다(실험적으로는 5% 내지 20%의 투과율 범위 내에서 효과를 발휘하는 것이 입증되고 있다). 이때, 망판 방식의 마스크(11 및 12)를 투과하는 광은 제 13b 도에 도시된 바와 같은 결상면 상에서의 광세기 분포를 가지므로, 광세기는 제 13b 도에 도시된 바와 같이 접촉공 패턴에 대응하는 노광 영역(4a)에서 강하다. 따라서, 제 13c 도에 도시된 바와 같이, 난용화층(2)은 충분히 감광을 하므로 고용해 도를 갖도록 변화된다. 그러나 다른 한편으로, 접촉공 패턴 주변의 사이드로브 영역(4b)에서는 광 세기가 약하므로, 난용화층(2)은 사이드로브 영역에서 저용해 도를 유지한다. 다음에, 단계(S14)에서는 감광성 수지막(1)에서의 광의 정재파(standing wave)의 영향을 제거할 목적으로 통상 노광후 열처리(post-exposure baking(PEb))라 불리는 가열 처리가 실행된다. 그후, 단계(S16)에서 현상 처리가 실행된다. 현상 처리에서는 상기 난용화층 형성 처리와 같이 반도체 기판(3)상의 감광성 수지막(1)이 2.38%의 알칼리 용액에 60초 동안 접촉된다. 제 14 도는 반도체 기판(3)상의 감광성 수지막(1)의 횡단면도이다. 주패턴으로서 접촉공 영역 위의 난용화층(2)은 순간적으로 용해되어 종래 기술에서처럼 현상된다.

따라서, 난용화층(2)이 형성되지만 난용화층(2)은 강한 세기의 광을 조명함으로써 용해성층으로 변화한다. 즉, 난용화층(2)의 용해 도는 광에 의해 제어될 수 있다. 한편, 사이드로브 영역(4b) 위의 난용화층(2)은 저용해 도를 가지므로, 난용화층(2)은 통상의 현상 시간 예컨대 60초 동안 용해되지 않는다. 이런 방식으로, 감광성 수지막(1)의 표면에 얇은 난용화층(2)을 형성함으로써, 사이드로브의 전사는 방지될 수 있지만, 주패턴의 전사는 가능하게 된다. 마지막으로, 단계(S18)에서는 순수한 물로 반도체 기판이 세척된다.

다음에는, 사이드로브의 전사 방지에 대해 하기에서 기술한다. 제 15a 도 내지 제 15M 도, 및 제 16a 도 내지 제 16M 도는 감광성 수지막 패턴의 횡단면의 SEM 사진에 대응하는 도면이다. 제 15a 도 내지 제 15M 도, 및 제 16a 도 내지 제 16M 도는 각각, 0.35μm의 접촉공 패턴이 사용되고, 0.05μm의 마스크 바이어스가 부가되는 경우에, 알칼리 용액에 의한 난용화층 형성처리가 1분 및 5분 동안 실행될 때의 도면이다. 상기 도면들로부터 알 수 있듯이, 난용화층 형성 처리는 사이드로브의 전사를 방지하는 장점을 갖는다. 그 방지 특성은 약간의 처리 시간 의존성은 있지만 전사를 방지하는 장점은 1분 이상의 처리 시간 동안 일정하게 유지된다는 것이다. 이런 방식으로, 사이드로브의 전사는 0.05μm의 마스크 바이어스가 부가되는 경우에 도 방지될 수 있다. 또한, 주패턴으로서의 접촉공 패턴의 형상 도 변하지 않으며 패턴의 치수 또한 변하지 않는다. 난용화층 형성 처리를 1분 동안 실행함으로써, 상기 조건에 대해 마스크 바이어스를 종래의 값인 0.10μm에서 0.05μm로 변경시키는 것이 가능하다. 따라서, 초점 심 도 또한 종래 값인 1.4μm에서 2.0μm로 증가될 수 있다.

지금까지의 설명은 i 라인 리소그래피의 예를 나타내었다. 그러나, 노광 처리는 i라인에 국한되지 않고 g라인이나 x선 등의 또다른 파장의 광이 사용될 수 도 있다. 이 경우에 있어서 도, 동일한 이점을 얻는 것이 가능하다.

본 발명의 제 2실시예에 따른 패턴 형성 방법에 대해 기술한다. 노광 조건은 제 1실시예와 동일하다. 제 17a 도는 보조 패턴을 갖는 위상 시프트 포토 마스크의 평면도이고, 제 17b 도는 제 17a 도의 포토 마스크를 선 F-F'를 따라 절단한 횡단면도이다. 도면으로부터 알 수 있듯이, 감광성 수지막 상에 전사되는 주패턴으로서의 제 1투명 영역(6a)의 주변부에는 노광장치의 임계 해상도보다 작은 치수를 갖는 제 2투명 영역(6b)이 제공된다. 반도체 기판(3)상에 0.35μm의 접촉공 패턴을 형성하기 위해, 제 1투명 영역(6a)은 1.75μm의 치수(W1)를 가지며, 보조 패턴으로서의 제 2투명 영역(6b)은 1.0μm의 치수(W2)를 갖는다. 제 1투명 영역(6a)의 중심과 제 2투명 영역(6b)의 중심간의 거리(d)는 약 3.5μm이다. 제 1실시예와 마찬가지로, 위상 시프트 포토 마스크를 사용하여 노광을 행하기 이전에 감광성 수지막(1)은 알칼리 용액에 의해 처리되어 난용화층을 형성한다.

마스크의 제조에 사용되는 전자빔 방법에 있어서는, 미세 패턴을 밀집시켜서 드로잉(drawing)할 때 충전 및 발열에 기인하여 패턴의 크기가 변한다는 것이 근접 효과로서 공지되어 있다. 이 때문에, 제 2투명 영역(6b)의 치수를 정확히 제어하기가 어렵다. 그러나, 본 실시예에서는, 감광성 수지막의 난용화층 형성 처리를 사용하므로, 제 2투명 영역(6b)의 치수가 어느 정 도 크게 형성되더라도 감광성 수지막(1)의 불필요한 막두께 감소가 방지될 수 있다. 종래의 패턴 형성 방법에서는, 제 2투명 영역(6b)의 치수가 1.0μm인 경우에, 영역(6b)의 상(image)이 감광성 수지막(1)의 표면에 약하게 전사된다. 또한, 영역(6b)의 크기가 1.25μm보다 큰 경우에, 감광성 수지막(1)의 막두께는 그 막두께의 1/2이상까지 크게 감소된다. 그러나, 본 발명에서는, 제 2투명 영역(6b)이 1.25μm의 치수를 가지더라 도 제 2투명 영역(6b)의 전사가 완전히 방지될 수 있다. 따라서, 마스크 치수의 정확 도가 변화될 수 있고 마스크 제조가 용이해진다고 하는 장점이 있다. 노광 광은 실시예의 i 라인에 국한되지 않으며 g 라인이나 x선 등의 또다른 파장의 광이 사용될 수 도 있음에 유의한다.

다음에, 제 3실시예에 따른 패턴 형성 처리에 대해 하기에서 기술한다. 제 3실시예에서, 노광 조건은 제 1및 제 2실시예와 동일하다. 또한, 0.05μm의 마스크 바이어스를 부가함으로써 8%의 투과율을 갖는 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크가 사용된다.

제 18a 도 및 제 18b 도는 제 3실시예의 노광 처리를 설명하기 위한 도면이다. 제 18a 도에 도시된 바와 같이, 광은 감광성 수지막(1)의 표면에서 초점이 맞춰지고, 예컨대 총노광 시간의 1/2시간 동안 감광성 수지막(1)에 적정 노광량의 1/2로 노광 처리가 실행된다. 다음에, 제 18b 도에 도시된 바와 같이, 광은 감광성 수지막(1)과 반도체 기판(3) 사이의 경계면상에 초점이 맞춰지고 그 나머지 1/2 노광량으로 노광 처리가 실행된다.

제 3실시예의 효과에 대해 설명한다. 제 18a 도 및 제 18b 도로부터 알 수 있듯이, 감광성 수지막(1)의 막두께의 1/2 위치에 초점을 맞출 때, 일반적으로 가장 양호한 초점 위치(F=0μm)가 달성된다. 그러나, 사이드로브의 전사를 고려하는 경우, 그것은 감광성 수지막의 표면상의 현상이기 때문에 초점 위치가 변한다. 제 19 도는 반도체 기판상의 위치와 상대적 광세기의 관계를 도시하는 도면이다. 노광 동안 초점 위치가 감광성 수지막(1)의 표면상에 위치하는 경우, 사이드로브는 접촉공에 가장 가까운 부분에 형성된다. 그때의 광세기 분포의 모의실험 결과가 제 19 도에 실선으로 표시되어 있다. 다음에, 초점 위치를 감광성 수지막(1)의 바닥에 위치하게 하여 노광처리를 실행한다. 이 경우는, 제 18b 도에 도시된 바와 같이, 대기로부터 감광성 수지막으로의 굴절각이 입사각과 다르기 때문에, 감광성 수지막(1)상의 초점의 변위는 감광성 수지막(1)의 막두께인 1μm가 아니라 약 0.8μm가 된다. 이때의 감광성 수지막(1) 표면에서의 광세기 분포는 제 19 도에서 점선으로 표시되어 있다. 따라서, 감광성 수지막(1)의 막두께 방향으로 초점위치를 변화시키는 동안 감광성 수지막을 노광시킴으로써, 발생 도는 사이드로브의 위치가 변한다. 따라서, 감광성 수지막(1)의 특정 부분만이 노광되는 것을 방지할 수 있다.

접촉공 패턴에 대해 복수의 초점 위치에서 노광을 행하는 방법은, 다중 초점 노광법 또는 FLEX법으로 널리 공지되어 있다. 그러나, 통상의 다중 초점 노광법에 있어서, 개구 영역이 보다 넓게 되도록 복수의 초점 위치가 선택된다. 초점 위치간의 거리가 너무 크면, 접촉공 패턴에서 떨어져 있는 부분에서만 사이드로브가 발생되며 그 사이드로브는 반대 위치로 발생되기 쉽다. 광세기 분포는 라인 앤드 스페이스 패턴보다 오히려 접촉공 패턴에서 그 기울기가 급격하지 않기 때문에, 마스크 패턴의 치수가 변하는 경우 감광성 수지막(1)에 전사된 패턴의 치수가 크게 달라지게 되는 문제점이 존재한다. 초점 위치를 의 도적으로 변경시키는 경우에, 광세기 분포의 기울기는 한층 완만해지므로 마스크 패턴의 치수의 영향은 더 커지게 된다. 즉, 마스크 패턴의 크기가 약간 작은 경우에는, 충분한 크기를 갖는 개구를 얻을 수 없는 경우가 생긴다. 이 때문에, 본 실시예에서는 사이드로브간의 전사를 방지하는데 필요 충분한 초점 위치간 거리가 선택되고 종래의 다중 초점 노광법의 효과, 즉 개구 범위의 확대가 생기지 않 도록 하고 있다.

제 3실시예에서는 망판 방식의 위상 시프트 포토 마스크를 예도 들어 설명했지만 부피크(sub-peaks)를 갖는 포토 마스크를 사용하는 경우에 도 동등한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 광은 i 라인에 국한되지 않고 g 라인이나 x선과 같은 다른 파장의 광이 사용될 수 도 있다.

일본 특허 공개 공보 평 3-170935호에 도시된 바와 같이, 난용화층 형성 처리는 감광성 수지막의 수직 횡단면을 얻는 방법으로 제안되었었다. 본 발명에 있어서는, 난용화층이 감광성 수지막의 수평면상에 박막으로 형성되고 수지막의 본체가 얇은 난용화층의 형성에 의해 영향을 받지 않으므로, 난용화층 형성 처리는 안정하다. 원래, 접촉공 패턴이 작은 처리 마진을 가지므로, 패턴의 크기는 노광량, 초점 위치, 마스크 크기 등의 원인에 의해 크게 변화한다. 이 때문에, 새로운 처리를 부가하는 경우에, 그 새로운 처리의 영향이 고려되어야 한다. 그러나, 본 발명에서는 그러한 고려가 불필요하고, 처리가 안정하다.

Claims

패턴 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은, 상기 패턴을 포함하는 포토 마스크를 제공하는 단계; 반도체 기판상에 감광성 수지막을 코팅하는 단계; 상기 감광성 수지막의 표면을 현상액에 대한 저항성을 갖도록 형성하는 단계; 상기 포토 마스크를 통해 상기 감광성 수지막의 상기 표면상의 상기 패턴을 조명하는 단계로서, 상기 조명이 행해진 상기 감광성 수지막의 상기 표면의 패턴부의 상기 저항성을 감소시키는, 상기 조명 단계; 및 상기 감광성 수지막을 현상액에 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 포토 마스크는 위상 시프트 포토 마스크를 포함하고 투명 기판상에 위치한 투명 영역 및 반투명 영역을 구비하며, 상기 투명 영역을 통해 투과되는 제 1광 성분은 상기 반투명 영역을 통해 투과되는 제 2광 성분의 위상과 다른 위상을 가지며, 상기 조명 단계는 상기 감광성 수지막을 N회(여기서 N은 1보다 큰 정수) 조명하는 단계, 및 상기 N회의 각 조명 동안에 상기 감광성 수지막의 막두께 방향으로 초점 위치를 변화시키는 단계를 포함하며, 상기 N회의 조명 각각은 상기 패턴을 상기 감광성 수지막에 전사하기 위한 광량의 1/N이 되도록 제어되는 패턴 형성 방법.
패턴을 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은, 상기 패턴을 포함하는 포토 마스크를 제공하는 단계; 반도체 기판상에 감광성 수지막을 코팅하는 단계; 상기 감광성 수지막의 표면을 현상액에 대한 저항성을 갖도록 형성하는 단계; 상기 포토 마스크를 통해 상기 감광성 수지막의 상기 표면상의 상기 패턴을 조명하는 단계로서, 상기 조명이 행해진 상기 감광성 수지막의 상기 표면의 패턴부의 상기 저항성을 감소시키는, 상기 조명 단계; 및 상기 감광성 수지막을 현상액에 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 포토 마스크는 투명 기판상에 위치하는 차광 영역 및 투명 영역을 포함하고, 상기 투명 영역은 적어 도 하나의 제 1패턴 및 적어 도 하나의 제 2패턴을 포함하고, 상기 제 1패턴은 W1≥0.5×λ/Na의 크기를 가지며, W1은 결상면 상의 제 1패턴 크기를 포함하고, λ는 상기 광의 파장을 포함하고, Na는 개구수를 포함하며, 상기 제 2패턴은 W2≤0.5×λ/Na의 크기를 갖고, W2는 상기 결상면상의 제 2패턴 크기를 포함하고, 상기 제 1패턴을 통해 투과되는 제 1광 성분은 상기 제 2패턴을 통해 투과되는 제 2광 성분의 위상과 다른 위상을 갖는 패턴 형성 방법.
제 2항에 있어서, 0.35μm 패턴의 상기 포토 마스크에 0.05μm의 마스크 바이어스가 부가되는 패턴 형성 방법.
제 2항에 있어서, 상기 감광성 수지막의 표면을 현상액에 대해 저항성을 갖도록 형성하는 상기 단계는 상기 감광성 수지막의 표면을 알칼리 용액에 접촉시키는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
제 4항에 있어서, 상기 감광성 수지막의 표면을 알칼리 용액에 접촉시키는 상기 단계는 상기 감광성 수지막의 표면을 2.38wt%의 TMaH에 1~5분의 시간 기간 동안 접촉시키는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
제 3항에 있어서, 상기 조명 단계는 상기 감광성 수지막을 N회(여기서, N은 1보다 큰 정수) 조명하는 단계, 및 상기 N회의 각 조명 동안에 상기 감광성 수지막의 막두께 방향으로 초점 위치를 변화시키는 단계를 포함하며, 상기 N회의 조명 각각은 상기 패턴을 상기 감광성 수지막에 전사하기 위한 광량의 1/N이 되도록 제어되는 패턴 형성 방법.
제 2항에 있어서, 상기 초점 위치 변화 단계는, 상기 감광성 수지막의 상기 표면 상에 초점을 맞추는 단계, 및 상기 감광성 수지막과 상기 반도체 기판간의 경계상에 초점을 맞추는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
패턴 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은, 상기 패턴을 포함하는 포토 마스크를 제공하는 단계; 기판상에 감광성 수지막을 코팅하는 단계; 상기 포토 마스크를 통해 상기 감광성 수지막의 표면상의 상기 패턴을 N회(여기서, N은 1보다 큰 정수) 조명하고 상기 N회의 각 조명 동안에 상기 감광성 수지막의 막두께 방향으로 초점 위치를 변화시키는 단계로서, 상기 N회의 조명 각각은 상기 패턴을 상기 감광성 수지막에 전사하기 위한 광량의 1/N이 되도록 제어되는, 상기 조명 및 초점 위치 변화 단계; 및 상기 감광성 수지막을 현상액에 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 포토 마스크는 위상 시프트 포토 마스크를 포함하고 투명 기판상에 위치한 투명 영역 및 반투명 영역을 구비하며, 상기 투명 영역을 통해 투과되는 제 1광 성분은 상기 반투명 영역을 통해 투과되는 제 2광 성분의 위상과 다른 위상을 갖는 패턴 형성 방법.
패턴을 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은, 상기 패턴을 포함하는 포토 마스크를 제공하는 단계; 반도체 기판상에 감광성 수지막을 코팅하는 단계; 현상액에 대해 난용화성인 난용화층을 상기 반도체 기판 상에 형성하는 단계; 상기 포토 마스크를 통해서 광에 대해 상기 감광성 수지막의 표면상의 상기 패턴을 N회(여기서 N은 1보다 큰 정수) 노광하고, 상기 N회의 각 노광 동안에 상기 감광성 수지막의 막두께 방향으로 초점 위치를 변화시키는 단계; 및 상기 감광성 수지막 상의 상기 패턴을 상기 현상액으로 현상하는 단계를 포함하며, 상기 포토 마스크는 위상 시프트 포토 마스크를 포함하고 투명 기판상에 위치한 투명 영역 및 반투명 영역을 구비하며, 상기 투명 영역을 통해 투과되는 제 1광 성분은 상기 반투명 영역을 통해 투과되는 제 2광 성분의 위상과 다른 위상을 갖고, 상기 N회의 노광 각각은 상기 패턴을 상기 감광성 수지막에 전사하기 위한 광량의 1/N이 되도록 제어되는 패턴 형성 방법.
패턴을 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은, 상기 패턴을 포함하는 포토 마스크를 제공하는 단계; 반도체 기판상에 감광성 수지막을 코팅하는 단계; 현상액에 대해 난용화성인 난용화층을 상기 반도체 기판 상에 형성하는 단계; 상기 포토 마스크를 통해서 광에 대해 상기 감광성 수지막의 표면상의 상기 패턴을 N회(여기서 N은 1보다 큰 정수) 노광하고, 상기 N회의 각 노광 동안에 상기 감광성 수지막의 막두께 방향으로 초점 위치를 변화시키는 단계; 및 상기 감광성 수지막 상의 상기 패턴을 상기 현상액으로 현상하는 단계를 포함하며, 상기 포토 마스크는 투명 기판상에 위치하는 차광 영역 및 투명 영역을 포함하고, 상기 투명 영역은 적어 도 하나의 제 1패턴 및 적어 도 하나의 제 2패턴을 포함하고, 상기 제 1패턴은 W1≥0.5×λ/Na의 크기를 가지며, 상기 W1은 결상면상의 제 1패턴 크기를 포함하고, λ는 상기 광의 파장을 포함하고, Na는 개구 수를 포함하며, 상기 제 2패턴은 W2≤0.5×λ/Na의 크기를 갖고, 상기 W2는 상기 결상면상의 제 2패턴 크기를 포함하고, 상기 제 1패턴을 통해 투과되는 광 성분은 상기 제 2패턴을 통해 투과되는 제 2광 성분의 위상과 다른 위상을 갖고, 상기 N회의 노광 각각은 상기 패턴을 상기 감광성 수지막에 전사하기 위한 광량의 1/N이 되도록 제어되는 패턴 형성 방법.
제 10항에 있어서, 상기 초점 위치 변화 단계는, 상기 감광성 수지막의 상기 표면 상에 초점을 맞추는 단계, 및 상기 감광성 수지막과 상기 반도체 기판 간의 경계상에 초점을 맞추는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
패턴 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은, 상기 패턴을 포함하는 포토 마스크를 제공하는 단계; 기판상에 감광성 수지막을 코팅하는 단계; 상기 포토 마스크를 통해서 광에 대해 상기 감광성 수지막의 표면상의 상기 패턴을 N회(여기서 N은 1보다 큰 정수) 조명하고, 상기 N회의 각 조명 동안에 상기 감광성 수지막의 막두께 방향으로 초점 위치를 변화시키는 단계로서, 상기 N회의 각 조명 각각은 상기 패턴을 상기 감광성 수지막에 전사하기 위한 광량의 1/N이 되도록 제어되는, 상기 조명 및 초점 위치 변화 단계; 및 상기 감광성 수지막을 현상액에 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 포토 마스크는 투명 기판상에 위치하는 차광 영역 및 투명 영역을 포함하고, 상기 투명 영역은 적어 도 하나의 제 1패턴 및 적어 도 하나의 제 2패턴을 포함하고, 상기 제 1패턴은 W1≥0.5×λ/Na의 크기를 가지며, 상기 W1은 결상면상의 제 1패턴 크기를 포함하고, λ는 상기 광의 파장을 포함하고, Na는 개구 수를 포함하며, 상기 제 2패턴은 W2≤0.5×λ/Na의 크기를 갖고, 상기 W2는 상기 결상면상의 제 2패턴 크기를 포함하고, 상기 제 1패턴을 통해 투과되는 광 성분은 상기 제 2패턴을 통해 투과되는 광 성분의 위상과 다른 위상을 갖는 패턴 형성 방법.
제 7항에 있어서, 상기 초점 위치 변화 단계는, 상기 감광성 수지막의 상기 표면 상에 초점을 맞추는 단계, 및 상기 감광성 수지막과 상기 반도체 기판 간의 경계상에 초점을 맞추는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
제 11항에 있어서, 상기 초점 위치 변화 단계는, 상기 감광성 수지막의 상기 표면 상에 초점을 맞추는 단계, 및 상기 감광성 수지막과 상기 반도체 기판 간의 경계상에 초점을 맞추는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
제 2항에 있어서, 상기 초점 위치 변화 단계는 상기 N회의 각 조명 동안 사이드로브가 발생되는 위치를 변화시키는 패턴 형성 방법.
제 2항에 있어서, 상기 초점 위치 변화 단계는 사이드로브를 분포시키어 상기 감광성 수지막으로의 사이드로브의 전사가 방지되는 패턴 형성 방법.