KR100256619B1

KR100256619B1 - 포토마스크 및 그것을 사용한 레지시트 패턴 형성방법

Info

Publication number: KR100256619B1
Application number: KR1019920012045A
Authority: KR
Inventors: 히데유끼 진보; 요시유끼 가와주; 요시오 야마시따
Original assignee: 사와무라 시코; 오끼 덴끼 고오교 가부시키가이샤
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 2000-06-01
Also published as: US5324600A; KR930006840A

Abstract

본 발명은 LSI등의 제조에 사용되는 포터리소그래픽 기술에 관한 것으로서, 특히 그때문에 포토마스크 및 그것을 사용한 레지시트패턴 형성방법에 관한 것이다.

투영노광법에 의해 레지시트패턴을 형성하는데 있어서 위상시프트패턴 및 차광패턴을 구비하고 광학계의 해상 한계이하의 패턴부의형성에 위상시프터의 에지부를 사용하는 포토마스크에 있어서, 상기 위상시프터의 에지부의 내부, 레지스트패턴이라 하여 필요로하는 부분에만 조광부를 설치하는 것을 특징으로하는 것이다.

Description

포토마스크 및 그것을 사용한 레지스트패턴 형성방법

제1도는 종래의 포토마스크의 일부 단면도.

제2도는 종래의 위상시프트 마스크의 단면도.

제3도는 종래의 위상시프트 마스크의 거리에 대한 광강도의 관계를 나타낸 도면.

제4도는 종래의 포트마스크에 의한 전사상태를 나타낸 도면.

제5도는 본 발명의 제1실시예를 표시하는 게이트용 포토마스크 패턴을 나타낸 도면.

제6도는 본 발명에 관한 게이트용 마스크 패턴을 사용한 현상 후의 레지스트 패턴을 나타낸 도면.

제7도는 본 발명의 제2실시예를 표시하는 게이트용 포토마스크 패턴을 나타낸 도면.

제8도는 본 발명의 제3실시예를 표시하는 게이트용 포토마스크 패턴을 나타낸 도면.

제9도는 본 발명의 제4실시예를 표시하는 마스크 패턴을 나타낸 도면.

제10도는 본 발명에 관한 노광량에 대한 패턴폭의 특성도.

제11도는 본 발명에 관한 위상 시프터의 에지로 부터의 거리에 대한 상대 광강도의 특성도.

제12도는 본 발명의 제5실시예를 표시하는 마스크 패턴을 나타낸 도면.

제13도는 본 발명의 제6실시예를 표시하는 마스크 패턴을 나타낸 도면.

제14도는 본 발명의 제7실시예를 표시하는 마스크 패턴을 나타낸 도면.

제15도는 본 발명의 제8실시예를 표시하는 포지티브형 레지스트의 라인 앤드 스페인스(L&S)용 마스크 패턴의 일례를 나타낸 도면.

제16도는 본 발명의 제8실시예를 표시하는 위치 /피치에 대한 광강도의 관계를 나타낸 도면.

제17도는 본 발명을 실시한 포토마스크에 의한 전자상태를 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 마스크 기판 11 : 크롬

12 : 위상 시프터 12a,12b,12c,12d : 에지

14 : 광조절부 15 : 가는 크롬패턴

본 발명은 LSI 등의 제조에 사용되는 포트리소그래피 기술에 관한 것으로, 그것을 위한 포토마스크 및 그것을 사용한 레지스트 패턴 형성방법에 관한 것이다.

투영노광에 의한 포토리소그래피 기술의 분야에 있어서도, 반도체 장치의 고집적화에 대응할 수 있는 미세한 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 기술이 다양하게 제안되고 있다. 그것들 중에서 주목되고 있는 기술의 한가지에는 위상시프트법이라 일컬어지는 기술이 있다. 이 위상시프트법은, 예를 들어 일본국 특공소 62-59596호 공보에 개시되어 있다. 즉, 제1도에 그 일부 단면도를 나타낸 것 같이, 노강광을 투과하는 투과부(13)를 구비한 포토마스크(15)에 있어서, 투과부(13)의 서로 인접한 것의 적어도 한쌍에 대해서, 투과광이 간섭하여 강해지는 일이 없도록, 상기 한쌍의 투과부를 통과하는 빛에 위상차를 부여하는 위상시프터(17)를, 상기 한쌍의 투과부의 적어도 한쪽에 설치한 것이다.

이 포토마스크(15)를 사용함으로써, 차광부(11) 및 투과부(13)의 레지스트 상에의 광 콘트라스트가 향상되므로, 위상시프터(17)를 설치하지 않은 경우에 비해 미세한 라인 앤드 스페이스 패턴이 얻어진다.

이와같이 웨이퍼 상에서의 광 콘트라스트를 높이기 위해 포토마스크 상에 노광강의 위상을 겹치지 않게 비키는 위상시프터(박막)(17)를 부분적으로 설치하여 투영노광법의 해상력을 향상시키는 것이었다.

그러나, 이 방법은 문헌 「위상시프트 노광법에 의한 레지스트 패턴 형성」, 제37회 반도체 집적회로 심포지엄 P.13(1989년 12월)에 나타난 것 같이 투과영역 상의 시프터 에지(edge)가 전사되어 버린다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 문헌「포지티브 프로세스용 위상 시프트 마스크 구조의 검토」, 제51회, 가을의 응용물(秋の物) 27p-ZG-6에서는, 위상시프터의 에지부에 위상을 변화시키는 비율이 작은 막을 설치하여, 광강도의 저하를 완화하여 이 문제를 해결하려 하고 있다. 즉, 제2(a)도에 나타낸 것 같이, 종래의 위상시프트 마스크에서는 마스크 기판(15)상의 위상시프터(17)의 시프터 에지부가 투명영역 상에 존재하면, 그 경계에서는 제3도의 곡선 a에 나타낸 것 같이 광강도가 0으로 된다. 이것을 해소하기 위하여, 제2(b)도에 나타낸 것 같이, 시프터 에지부의 외주를 따라 위상차가 90°에 해당하는 두께의 서브시프터(19)를 형성한 위상시프트 마스크를 제안하였다. 이 경우 시프터, 서브시프터의 에지부의 광강도는 제3도에 있어서 곡선 b 로 나타낸 것 같이 노광강도의 약 1/2이 얻어졌다.

그렇지만, 상기한 방법에서는 적어도 2종류의 막두께의 시프터를 형성하지 않으면 안되어, 마스크 작성이 어렵고, 코스트가 높다고 하는 문제점이 있었다.

또한, 본원 출원인에 따른 제안에 관련된 일본국 특허출원 평2-190162호에는, 이 위상시프트법을 미세한 고립패턴 형성용으로 특별히 개량한 마스크가 표시되어 있다. 이것은 위상시프터의 에지부를 제조하면 대단히 가는 암선으로 되는 것을 이용한 것이다. 예를 들면, 현재 LSI 제조에 사용되고 있는 i선 스텝퍼에서 통상의 크롬 마스크를 사용하면 0.3∼0.4㎛의 패턴을 형성하는 것이 한계이지만, 이 마스크를 사용하면 포지티브형 레지스트에서는 남은 라인패턴의, 네가티브형 레지스트에서는 홈 패턴의 0.15㎛ 정도의 패턴을 안정적으로 형성할 수 있다. 또한, 패턴 치수의 컨트롤은 노광량을 변화시키는 것에 의해 행해질 수 있다.

그렇지만, 상기한 위상시프터의 에지를 이용하는 패터닝 방법에서는, 게이트 패턴 등에서는 불필요한 패턴이 형성되어 버리기 때문에, 2번 이상의 노광이 필요하게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 위상시프트 방법에서는 투영노광 광학계의 해상한계이하의 패턴으로 어느 수준의 치수, 예를 들어 0.15㎛, 0.2㎛, 0.3㎛의 라인등을 필요로 하는 경우에는 그것에 대응할 수 없다는 문제점이 있었다.

결국, 본 발명의 제1목적은, 상술한 위상시프터의 에지를 이용한 패터닝 방법에서 불필요한 패턴이 생긴다고 하는 문제를 제거하기 위하여, 위상시프터의 에지를 일부에 감광영역(광조절부)을 설치하고, 그 부분을 요구되는 패턴치수로 노광하는 것에 의해 다른 에지부에 의한 불필요한 패턴의 발생을 없애고, 1회의 노광으로 레지스트 패턴 형성을 행할 수 있는 포토마스크 및 그것을 사용한 레지스트 패턴 형성방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제2목적은, 상술한 위상시프터의 에지를 사용한 패터닝에서 광학계의 해상한계 이하의 어떠한 종류의 치수의 레지스트 패턴을 동시에 얻을 수 있는 포토마스크 및 그것을 사용한 레지스트 패턴 형성방법을 제공함에 있다.

본 발명의 제3목적은, 상술한 시프터를 2종류 작성하지 않으면 안된다는 문제점을 제거하기 위해, 레티클의 투과율을 부분적으로 컨트롤하고, 크롬과 1층의 위상시프터 만으로 구성되는 제작이 용이하고 코스트가 작음은 물론, 불필요한 시프터 에지의 전사를 없앨 수 있는 포토마스크 및 그것을 사용한 패턴 형성방법을 제공함에 있다.

본 발명은, 상기 제1의 목적을 달성하기 위하여,

(A) 투영노광법에 의해 레지스트 패턴을 형성함에 있어, 위상시프트 패턴 및 차광패턴을 구비하고, 광학계의 해상한계 이하의 패턴부의 형성에 위상시프터의 에지부를 사용하는 포토마스크에 있어서, 상기 위상시프터의 에지부의 내부에, 레지스트 패턴으로서 필요로 하는 부분에만 광조절부를 설치하도록 한 것이다.

(B) 상기 포토마스크의 광조절부는 광학계의 개구수를 NA, 파장을 λ로 하였을 때, 0.5×(λ/NA)이하의 피치로 배열된 차광패턴이다.

(C) 상기 포토마스크에 있어서, 상기 차광패턴은 직사각형이고, 해당 긴쪽의 변이 위상시프터의 에지에 대해 수직으로, 해당 위상시프터의 에지를 긴쪽의 변의 중심에 맞추어 평행하게 배열한다.

(D) 상기 포토마스크에 있어서, 상기 차광패턴의 긴 쪽의 변은 위상시프터의 폭 이하이다.

(E) 상기 포토마스크에 있어서, 차광패턴이 배열된 개수 n은 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이를 L 이라 하였을 때, n≥L/피치이다.

(F) 상기 포토마스크에 있어서, 상기 차광패턴은 직사각형이고 긴쪽의 변의 길이가 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이와 동일하고, 긴쪽의 변을 에지에 대하여 평행하게 배열한다.

(G) 상기 포토마스크에 있어서, 상기 차광패턴은 배열된 폭이 위상 시프터의 폭과 동등하고, 배열의 중심은 필요로 하는 레지스트 패턴의 중심에 위치한다.

(H) 상기 포토마스크에 있어서, 상기 광조절부는 광의 투과율이 95% 미만인 박막이다.

(I) 상기 포토마스크에 있어서, 상기 박막의 폭은 위상시프터의 폭이하이고, 해당 박막의 중심은 위상시프터의 에지와 일치하며, 해당 박막의 길이는 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이와 일치한다.

(J) 위상시프트 패턴 및 차광패턴으로 이루어진 포토마스크를 개재하여 광학계의 해상한계 이하의 패턴부의 형성에 위상시프터의 에지부를 사용하는 레지스트 패턴 형성방법에 있어서, 상기 포토마스크의 위상시프터의 에지부의 내부에, 레지스트 패턴으로서 필요로 하는 부분에만 광조절부를 형성하여, 1회의 노광에 의해 해당 광조절부에만 레지스트 패턴이 형성되고, 해당 광조절부 이외의 위상시프터의 에지부분에는 레지스트 패턴이 형성되지 않도록 한 것이다.

(K) 상기 레지스트 패턴 형성방법에 있어서, 상기 포토마스크의 광조절부에, 직사각형이며 해당 긴쪽의 변이 위상시프터의 에지에 대하여 수직으로, 해당 위상시프터의 에지를 긴쪽의 변의 중심에 맞추어 평행하게 배열된 차광패턴을 형성한다.

(L) 상기 레지스트 패턴 형성방법에 있어서, 상기 포토마스크의 광조절부에, 직사각형이며 그 길이가 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이와 동등하며 긴쪽 변을 위상시프터의 에지에 대해 평행하게 배열한 차광패턴을 형성한다.

(M) 상기 레지스트 패턴 형성방법에 있어서, 상기 포토마스크의 광조절부에 광의 투과율이 95% 미만인 박막을 형성한다.

(N) 상기 레지스트 패턴 형성방법에 있어서, 상기 포토마스크의 광조절부의 투과율을 상기 차광패턴의 폭 및 또는 피치의 조절에 의해 제어한다.

(O) 상기 레지스트 패턴 형성방법에 있어서, 상기 포토마스크의 광조절부의 투과율을 상기 박막의 막두께의 조절에 의해 제어하도록 하고 있다.

본 발명은, 상기 제2의 목적을 달성하기 위하여,

(A') 투영노광법에 의해 위상시프터의 에지를 사용하여 레지스트를 노광하는 레지스트 패턴의 형성에 있어서, 위상시프트 패턴 및 해당 위상시프트 패턴의 에지에 대응하여 미세한 피치로 배열된 차광패턴을 설치하도록 한 것이다.

(B') 상기 포토마스크에 있어서, 미세한 피치는 사용하는 광학계의 개구수를 NA, 파장을 λ로 하였을 때, 0.5×(λ/NA)이하로 한다.

(C') 상기 차광패턴은 직사각형이고 그것의 긴쪽의 변이 위상시프터의 에지에 대해 수직으로, 그것의 긴쪽 변이 서로 평행하게 배열된다.

(D') 상기 배열된 차광패턴은 동일 형상이다.

(E') 상기 위상시프터의 아래에 그 에지를 맞추어, 그 에지와 동등한 광분포가 얻어지는 0.25×(λ/NA)이하 폭의 미세패턴을 형성한다.

(F') 상기 차광패턴은 직사각형이고 그것의 긴쪽 변이 위상시프터의 에지에 대하여 평행하게, 그것의 긴쪽 변이 서로 평행하게 배열된다.

(G') 상기 배열된 차광패턴은 동일형상이다.

(H') 상기 위상시프터의 아래에 그 에지를 맞추어 그의 에지와 동등한 광분포가 얻어지는 0.25×(λ/NA)이하 폭의 미세패턴을 형성한다.

(I') 포토마스크의 위상시프터의 에지를 사용하여 레지스트를 노광하는 레지스트 패턴 형성방법에 있어서, 위상시프트 패턴 및 미세한 피치로 배열된 차광패턴을 갖는 포토마스크를 준비하고, 상기 위상시프터의 에지라인을 전사한다.

(J') 전사하는 에지의 선폭을 미세한 피치로 배열된 차광패턴의 폭에 의해 제어한다.

(K') 전사하는 에지의 선폭을 미세한 피치로 배열된 차광패턴의 피치에 의해 제어한다.

본 발명은, 상기 제3목적을 달성하기 위해, 투영노광법에 의한 포지티브형 레지스트의 라인 앤드 스페이스용 마스크 패턴을 형성함에 있어, 위상시프트 패턴 및 차광패턴을 구비한 포토마스크에 있어서, 필요로 하는 패턴부에 미세한 반복 피치로 형성된 크롬패턴을 설치하고, 웨이퍼 상의 필요로 하는 패턴부의 광강도를 저감시키도록 한 것이다.

또한, 투영노광법에 의해 포지티브형 레지스트의 라인 앤드 스페이스용 마스크 패턴을 형성함에 있어, 위상시프트 패턴 및 차광패턴으로 이루어진 포토마스크를 개재하여 레지스트를 노광하는 패턴 형성방법에 있어서, 필요로 하는 패턴부에 미세한 반복 피치의 크롬패턴을 형성하고, 웨이퍼 상의 필요로 하는 패턴부의 광강도를 저감시킨다.

본 발명에 따르면, 상기한 것 같이, 위상시프터의 에지를 사용하여 패턴을 형성하는 마스크에 있어서, 필요로 하는 에지부에 광을 약하게 하는 감광부분(광조절부)을 형성한다. 그 광조절부는 해상한계 이하의 피치로 차광패턴을 나열하거나, 투과율이 낮은 막을 형성하는 것에 의해 구성한다.

따라서, 양호한 광강도 분포를 유지한 채 광강도를 낮추는 것이 가능하고, 간편한 1회의 노광으로 레지스트 패턴의 형성을 행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 위상시프터의 에지를 사용하여 패턴을 형성하는 포토마스크 및 그것을 사용한 레지스터 패턴 형성방법에 있어서, 위상시프터의 에지에 수직 또는 평행한 해상한계 이하의 크롬의 라인패턴을 해상한계 이하의 피치로 배치한다. 그 크롬의 라인패턴은 그 부분의 웨이퍼상의 광강도를 한결같이 저하시킨다. 이것에 의해, 웨이퍼 상에서의 광강도를 제어하고, 레지스트 치수를 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 투영노광법에 의한 포지티브형 레지스트의 라인 앤드 스페이스용 마스크 패턴을 형성함에 있어, 위상시프트 마스크에 있어서, 필요로 하는 패턴부에만 광을 약하게 하는 부분을 설치하여, 불필요한 시프터 에지부에는 100% 광을 투과시키도록 한다.

광을 약하게 하는 방법은 해상한계 이하의 피치로 차광패턴을 나열하는 것에 따른다. 이 방법에서는, 본래의 패턴의 광강도 분포를 유지한 채 광강도를 낮출 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

제5도는 본 발명의 제1실시예를 표시하는 게이트용 포토 마스크 패턴을 나타낸 도면이다.

이 도면에 나타낸 것 같아. 마스크 기판(10)의 투광영역 상에 크롬(11)과 위상시프터(12)를 설치한다. 그 위상시프터(12)에 있어서는 에지(12a, 12b, 12c, 12d)가 형성된다. 여기서, 에지(12a, 12b 및 12d)는 게이트의 형성에 불필요한 에지 부분(B)이고, 에지(12c)의 일부가 게이트의 형성에 필요한 에지 부분(A)으로 된다.

금번 시험제작한 마스크는, 광강도가 약한 부분(감광부분: 광조절부)(14)의 가는 크롬패턴(15)은 웨이퍼 상의 치수로 길이 L₁은 1㎛로, 폭 L₂는 0.1㎛, 0.2㎛ 또는 0.3㎛을 채용하고, 반복피치 L₃은 0.4㎛ 또는 0.5㎛을 채용하고, 반복의 수는 5로 하였다(후술하는 실험에 참조). 또한, 위상시프터(12)는 전자선 레지스트 OEBR-100[동경응화(東京化)제]로 막두께 350cm 로 하고, 이 예에서는 폭 L₅는 2㎛, L₆는 4㎛이다. 이 패턴으로 웨이퍼 상에 전사하여 얻어진 레지스트 패턴에서 디바이스의 게이트 부분으로서 필요한 것은, 가는 크롬패턴(15)을 배열한 영역 중의 위상시프터(12)의 에지 부분(A)이다.

이 포토마스크를 사용하여 이하와 같이 패터닝 실험을 행하였다.

우선, 스핀코트법에 의해 직경 3인치(3×2.56cm)의 실리콘 기판 상에 네가티브형 레지스트 FSMR(후지약품제)을 1㎛두께로 도포하였다.

다음에, 이 웨이퍼를 핫플레이트를 사용하여 70℃에서 90초간 베이크하였다.

다음에, 이 시료를 i선 투영노광장치 RA101VLII(히다찌제작소제)에 세트하고,제작된 포토마스크를 거쳐 50∼600mJ/㎤로 노광하였다.

그후, 110℃에서 90초간 핫플레이트에 의해 베이크하고, 다음 FSMR 현상액을 사용하여 40초의 스프레이 현상을 행하였다.

제6도에 그 현상 후의 레지스트 패턴을 나타낸다.

제6(a)도에 나타낸 것 같이, 노광량 200mJ/㎤에서는 투광영역 상의 위상시프터의 윤곽이 전부 전사되어 있다. 결국, 크롬(11)의 투영부분(21), 레지스트 패턴에서 디바이스의 게이트 부분으로서 필요한 위상시프터(12)의 에지 부분(A)에 대응하는 감광부분[반복된 가는 크롬패턴(15)]의 투영부분(22), 레지스트 패턴으로서 불필요한 에지 부분(B)의 투영부분(23)이 형성된다.

그러나, 제6(b)도에 나타낸 것 같이, 노광량 300mJ/㎤에서는, 반복된 가는 크롬패턴(15)(제5도 참조)이 배열된 에지 부분(A) 만이 전사되어 있다. 결국, 크롬(11)의 투영부분(31), 레지스트 패턴에서 디바이스의 게이트 부분으로서 필요한 위상시프터(12)의 에지 부분(A)에 대응하는 감광 부분[반복된 가는 크롬패턴(15)]의 투영부분(32)이 형성된다.

이 노광량(300mJ/㎤)에 있어서 투영부분(32)의 폭 L₇의 치수는, 예를 들면, 크롬패턴 폭 L₂/피치 L₃가, ① 0.1㎛/0.4㎛의 경우 0.17㎛, ② 0.2㎛/0.4㎛의 경우 0.25㎛, ③ 0.1㎛/0.5㎛의 경우 0.15㎛, ④ 0.2㎛/0.5㎛의 경우 0.22㎛, ⑤ 0.3㎛/0.5㎛의 경우 0.35㎛으로 되었다.

이와 같이, 레지스트 패턴에서 디바이스의 게이트 부분에 대응하는 폭 L₇으로서, 0.15∼0.3㎛의 치수가 요망될 때 노광이 1회로 완료하는 것이 확인되었다.

또한, 상기한 감광(차광)패턴의 경우, 광학계의 해상한계 이하, 즉 광학계의 개구수를 NA, 파장을 λ로 한 경우에, R = 0.5×(λ×NA)이하의 피치로 배열하는 것이 중요하다.

또한, 제5도에 나타낸 것 같이, 상기 차광패턴은 직사각형이고, 그 긴쪽 변이 위상시프터(12)의 에지(12c)에 대해 수직으로, 그 위상시프터(12)의 에지(12c)를 긴쪽 변의 중심에 맞추어 평행하게 배열한다.

더욱이, 상기 차광패턴의 긴쪽 변은 위상시프터(12)의 폭 L₅이하인 것이 필요하다.

또한, 상기 차광패턴이 배열된 개수 n 이 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이를 L 로 하였을 때 n≥L/피치이다.

이와 같이, 상기 실시예에 있어서는, 제5도에 나타낸 것 같이, 시험제작한 포토마스크에서는 게이트 부분의 형성을 위해 필요한 에지부(감광부분: 광조절부)(14)에 대해, 수직으로 교차하는 가는 크롬패턴(15)을 배열하는 것에 의해 광이 약한 부분을 형성하였지만, 이 패턴은 후술하는 것 같이 에지(12c)에 대해 평행하여도 좋다.

제7도는 본 발명의 제2실시예를 표시하는 게이트용 포토마스크 패턴을 나타낸 도면이다.

이 도면에 있어서, 41은 크롬, 42는 위상시프터, 42a∼42d 는 그 위상시프터의 에지, 44는 감광부분(광조절부)으로, 이 감광부분은 에지(42c)에 대해 평행한 반복된 가는 크롬패턴(차광패턴)(45)으로 구성되어 있다.

이와 같이, 상기 차광패턴은 직사각형이고, 그 긴쪽 변이 위상시프터(42)의 에지(42c)에 대해 평행으로, 긴쪽 변의 길이가 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이를 L 로 하였을 때 차광패턴의 긴쪽 변의 길이는 L 과 동등하게 배열된다.

또한, 상기 차광패턴이 배열된 폭은, 위상시프터의 폭과 동등하고, 배열의 중심이 필요로 하는 레지스트 패턴의 중심에 위치한다.

이와 같이 구성하는 것에 의해, 상기 실시예와 동일한 작용효과를 나타낼 수 있다.

제8도는 본 발명의 제3실시예를 표시하는 게이트용 포토마스크 패턴을 나타낸 도면이다.

이 도면에 있어서, 51은 크롬, 52는 위상시프터, 52a∼52d 는 그 위상시프터의 에지, 54는 감광부분(광조절부)으로, 이 감광부분은 광의 투과율이 95% 미만인 박막(55)으로 구성된다. 즉, 금속의 박막(금속 산화박막), 예를 들어, 크롬의 300Å을 배치한다.

이와 같이, 상기 광조절부(54)는 광의 투과율이 95% 미만인 박막(55)으로, 그 박막(55)의 폭은 위상시프터(52)의 폭 이하이고, 그 박막(55)의 중심은 위상시프터(52)의 에지와 일치하며, 그 박막(55)의 길이는 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이와 일치한다.

제9도는 본 발명의 제4실시예를 표시하는 마스크 패턴을 나타낸 도면이다.

이 도면에 나타낸 것 같이, 마스크 기판(110) 의 투과영역 상에 미세한 피치의 미세한 폭의 크롬패턴(112)과 위상시프터(111)가 형성된다. 여기에서, 제작된 마스크에서는, 웨이퍼상 치수로 위상시프터(111)는 2㎛ 폭으로 100㎛의 길이로 하고, 크롬패턴(112)는 4㎛ 폭으로 0.1㎛의 높이, 또는 0.2㎛의 높이인 것을 0.4㎛ 피치로 배열하였다. 이들 패턴에서는 위상시프터(111)의 에지(111a), 즉 윤곽에 해당하는 부분이 희망하는 패턴으로서 전사된다. 크롬패턴(112)은 이 피치에서의 배열이라면, 다음의 패터닝 실험에서 사용하는 스텝퍼의 광학계, 파장 365㎛, NA 0.42 의 조건에서는 해상되지 않고 똑같이 광강도를 저하시키는데 지나지 않는다.

이와 같이 구성된 마스크 패턴과, 크롬패턴을 배치하지 않는 위상시프터 패턴(2㎛×100㎛)을 포함한 마스크를 제작하여, 패터닝 실험을 행하였다. 여기서, 위상시프터는 전자선 레지스트 OEBR-100(동경응화제)를 막두께 350㎛으로 형성하여 사용하였다.

스핀코트법에 의해 직경 3인치(3×2.56cm)의 실시콘기판 상에 포지티브형 레지스트 PFR-TT-15(일본합성고무제)를 1㎛두께로 도포하였다.

그후, 레지스트 도포가 완료된 그 실리콘기판을 핫플레이트를 사용하여 100℃에서 90초간 베이크하였다.

다음에, 이 시료를 i선 투영노광장치 RA101VLII(히다찌제작소제)에 세트하여, 제작된 마스크를 통해 100∼1000mJ/㎤로 노광하였다. 그후, 110℃에서 120초간 핫플레이트에 의해 베이크하고, 계속하여 NMD-W(현상액: 동경응화제)에서 60초간 퍼들 현상을 행하였다. 거기서, 얻어진 레지스트 패턴의 치수를 SEM 길이측정기 S6000(히다찌제)으로 측정하였다.

노광량과 패턴 치수의 관계를 제10도에 나타내었다.

제10도에 나타낸 것 같이, 예를 들어, 노광량이 200mJ/㎤일 때, 위상시프터 패턴의 에지는 (1) 밑받침이 보통의 투광영역인 것 ③은 레지스트가 0.14㎛로 얻어졌지만, (2) 0.1㎛크롬을 0.4㎛피치로 배열한 차광패턴을 갖는 것 ①에서는 레지스트가 0.22㎛로, (3) 0.2㎛크롬을 0.4㎛ 피치로 배열한 차광패턴을 갖는 것 ②에서는 0.33㎛로 얻어졌다.

이와 같이 동일한 노광량으로 치수가 다른 패턴을 얻을 수 있다. 또한, 패턴치수의 제어는 배열된 크롬의 폭을 변경하는 것에 의해 가능하다는 것도 판명되었다. 또한, 3종류의 패턴에서 그래프의 기울기가 같아 위상시프터의 에지 만에서의 광강도 분포와 동등하다는 것이 판명되었다.

제11도에, 시뮬레이션에 의해 얻어진 0.1㎛ 크롬을 0.4㎛피치로 배열한 것에서의 에지에 의한 것(a)와 투과영역 상의 에지에 의한 것(b)의 광강도분포를 나타내었다.

이 도면에서 분명한 것 같이, 각 포지션에서 광강도의 비는 일정하고, 크롬패턴을 형성한 차광패턴을 넣은 것은 56%로 되어 있다. 이 크롬을 배열한 차광패턴은 에지에 의해 양호한 광강도 분포를 유지한 채 광강도를 낮추는 것이 가능하다.

상기한 것 같이, 투영노광법에 의해 위상시프턴의 에지(111a)를 사용하여 레지스트를 노광하는 레지스트 패턴의 형성에 있어, 위상시프트 패턴(111) 및 해당 위상시프트 패턴(111)의 에지(111a)에 대응하여 미세한 피치로 배열된 차광패턴을 설치한다. 또한, 그 차광패턴의 미세한 피치는, 사용하는 광학계의 개구수를 NA, 파장을 λ로 하였을 때 0.5×(λ/NA) 이하로 한다.

더욱이, 상기 차광패턴은 직사각형으로, 그 긴쪽 변이 위상시프터의 에지에 대해 수직으로, 그 긴쪽 변이 서로 평행하게 배열되어 있다.

제12도는 본 발명의 제5실시예를 표시하는 마스크 패턴을 나타낸 도면이다.

도면 중, 120은 마스크 기판, 121은 위상시프터, 122는 차광패턴을 구성하는 크롬패턴으로, 본 실시예에 있어서는, 크롬패턴(122)은 직사각형이고, 그 긴쪽 변이 위상시프터(121)의 에지(121a)에 대해 평행하게, 그 긴쪽변이 서로 평행하게 배열되어 있다. 그 크롬패턴의 폭 및 피치는 제9도에 따른 것과 동일하다.

이와 같이 하여 구성된 포토마스크를 사용하여, 위상시프터의 에지라인을 전사한다.

그 전사하는 에지의 선폭은 미세한 피치로 배열된 차광패턴의 폭 및/또는 피치에 의해 제어한다.

제13도는 본 발명의 제6실시예를 표시하는 마스크 패턴을 나타낸 도면이다.

도면 중, 130은 마스크 기판, 131은 위상시프터, 132는 차광패턴을 구성하는 크롬패턴으로, 본 실시예에 있어서는, 위상시프터(131)의 아래에 그 에지(131a)에 맞추어, 그 에지(131a)와 동등의 광분포가 얻어지는 0.25×(λ/NA)이하 폭의 미세 크롬패턴(133)을 형성하도록 하고 있다.

제14도는 본 발명의 제7실시예를 표시하는 마스크 패턴을 나타낸 도면이다.

도면 중, 140은 마스크 기판, 141은 위상시프터, 142는 차광패턴을 구성하는 크롬패턴으로, 본 실시예에 있어서는 위상시프터(141)의 아래에 그 에지(141a)에 맞추어, 그 에지(141a)와 동등한 광분포가 얻어지는 0.25×(λ/NA) 이하 폭의 미세 크롬패턴(143)을 형성하도록 하고 있다.

이와 같이, 에지에서는, 미세 크롬패턴이 형성된 위상시프터를 사용하는 것도 가능하므로, 에지에 있어서 난반사가 방지된 샤프한 에지를 구비한 위상시프터를 사용하여, 정확한 레지스트 패턴형성을 행할 수 있다.

제15도는 본 발명의 제8실시예를 표시하는 포지티브형 레지스트의 라인 앤드 스페이스용(L&S)용 마스크 패턴의 일례를 나타낸 도면이다. 제1도에 비교예로서, 통상의 위상시프트 마스크를 나타낸다.

제15도에 있어서는, 마스크 기판(221) 상에 본래의 크롬패턴(223)이 형성되고, 그 위에 위상시프터(222)가 형성된다. 더욱이, 본 실시예에서는, 차광패턴(224)이 반복 배치되어 있다. 이것에 의해, 웨이퍼 상의 광강도를 저하시킬 수 있다.

제16도는 본 발명에 있어서 NA 0.42(개구도)의 i선 스텝퍼로 투영한 경우의 웨이퍼 상 0.1㎛ 폭의 차광패턴의 반복패턴에 의한 광강도 분포를 시뮬레이션으로 보인 것이다.

이 도면에 나타낸 것 같이, 반복피치가 0.8㎛에서는 광강도 분포가 일정하지 않지만, 0.6㎛에서 대략 일정하게 되며, 0.4㎛에서는 완전히 일정하게 되는 것을 알 수 있다.

실제로, 제15도에 나타낸 것 같은 마스크를 시험제작하여, 웨이퍼에서 0.3㎛ 라인 앤드 스페이스를 형성할 마스크에 대하여 서술한다.

본래의 크롬패턴(222)은 웨이퍼상 치수로 0.3㎛ 폭으로, 0.3㎛간격으로 배치하였다. 위상시프터(223)는 0.6㎛폭으로 형성하였다. 여기에, 0.1㎛폭의 크롬을 0.5㎛ 피치로 배열하였다.

그리고, 이 마스크를 사용하여 패터닝 실험을 행하였다. 사용한 스텝퍼는 NA 0.42의 i선 스텝퍼 RA101VLII(히다찌제)이다. 포지티브형 레지스트 PFR-TT15(일본합성고무제)를 1㎛두께로 3인치 실리콘 웨이퍼에 도포하고, 90℃에서 60초간 베이크한 후, 이 마스크를 사용하여 상기 스텝퍼에 의해 노광하였다. 노광시간은 0.2초에서 1.0초까지 0.02초 간격으로 행하였다. 노광후, 110℃에서 90초의 베이크를 행하고, NMD-W(동경응화제)로 60초의 패들 현상을 행하였다.

이것을 SEM 관찰한 바, 0.8초로 노광한 것은 0.3㎛ 라인 앤드 스페이스가 형성되었고, 제17도에서 볼 수 있듯이, 위상시프트의 에지는 전사되어 있지 않았다.

이것에 대해, 제1도에 나타낸 종래의 마스크에서는, 노광이 0.52초일 때, 제4도에서 볼 수 있듯이, 에지부가 전사되어 있다. 이것보다 노광량을 올려 에지부를 제거하도록 하면, 본래의 패턴도 없어져 버렸다. 또한, 제17도 및 제4도는 웨이퍼(SEM) 길이측정기 S-600(히다찌제)을 사용하고, EB(일렉톤·빔)의 가속전압은 0.8kV, 배율 50K로 촬영한 사진으로, 점선 사이가 0.6㎛을 나타내고 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정된 것은 아니고, 본 발명의 취지에 의거하여 다양한 변형이 가능하며, 그것들을 본 발명의 범위에서 배제하는 것은 아니다.

이상 상세히 설명한 것 같이, 본 발명에 따르면, 위상시프터의 에지를 사용하는 레지스트 패턴 형성방법에 있어서, 디바이스의 패턴형성에 필요한 위상시프터의 에지 부분만을 광을 약하게 되도록 하였기 때문에, 그 부분을 요구되는 치수로 얻어질 때까지 노광량을 높이는 것에 의해, 디바이스의 패턴형성에 있어, 불필요한 위상시프터의 에지 부분을 소거할 수 있어, 1회의 노광으로 레지스트 패턴의 형성이 완료하게 되었다.

따라서, 디바이스의 레지스트 패턴 형성공정의 대폭적인 효율화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 위상시프터의 에지를 사용한 패터닝에 있어서, 위상시프터의 에지에 대해 수직 또는 평행한 크롬패턴을 광학계의 해상한계 이하로 배열하도록 하였기 때문에, 그 부분의 웨이퍼 면에서의 광강도를 컨트롤 할 수 있다. 그 때문에, 0.3㎛ 이하의 각종한 미세한 스페이스나 라인의 레지스트 패턴의 치수를 형성할 수 있다.

아울러, 투영노광법에 의한 포지티브형 레지스트의 라인 앤드 스페이스용 마스크용 마스크 패턴을 형성하는 위상시프트 마스크에 있어서, 필요로 하는 패턴부분에 광을 약하게 하는 패턴을 설치하였기 때문에, 그 부분을 형성하는 데 필요한 노광량을 부여하는 것으로, 불필요한 시프터 에지의 전사를 없앨 수 있게 되었다.

또한, 크롬과 1층의 위상시프터 만으로 구성된 제작이 용이하고 코스트가 낮은 마스크를 얻을 수 있다.

Claims

투영노광법에 의해 레지스트 패턴을 형성함에 있어, 위상시프트 패턴 및 차광패턴을 구비하고, 광학계의 해상한계 이하의 패턴부의 형성에 위상시프터의 에지부를 사용하는 포토마스크에 있어서, 상기 위상시프터의 에지부의 내부에, 레지스트 패턴으로서 필요로 하는 부분에만 광조절부를 설치한 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제1항에 있어서, 상기 광조절부는 광학계의 개구수를 NA, 파장을 λ로 하였을 때 0.5×(λ/NA) 이하의 피치로 배열된 차광패턴인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제2항에 있어서, 상기 차광패턴은 직사각형으로, 해당 긴쪽 변은 위상시프터의 에지에 대해 수직으로, 해당 위상시프터의 에지를 긴쪽 변의 중심에 맞추어 평행하게 배열한 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제3항에 있어서, 상기 차광패턴의 긴쪽 변은 위상시프터의 폭 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 차광패턴이 배열된 개수 n은 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이를 L로 하였을 때 n≥L/피치인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제2항에 있어서, 상기 차광패턴은 직사각형으로, 그 긴쪽 변은 위상시프터의 에지에 대해 평행하고, 긴쪽 변의 길이가 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이와 동등하게 배열된 것을 특징으로 하는 포토 마스크.
제6항에 있어서, 상기 차광패턴을 배열하는 폭이 위상시프터의 폭과 동등하고, 배열의 중심은 필요로 하는 레지스트 패턴의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제1항에 있어서, 상기 광조절부는 광의 투과율이 95% 미만인 박막인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제8항에 있어서, 상기 박막의 폭은 위상시프터의 폭 이하이고, 해당 박막의 중심은 위상시프터의 에지와 일치하고, 해당 박막의 길이는 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이와 일치하도록 한 것을 특징으로 하는 포토마스크.
위상시프트 패턴 및 차광패턴으로 이루어진 포토마스크를 개재하여 광학계의 해상한계 이하의 패턴부의 형성에 위상시프터의 에지부를 사용하는 레지스트 패턴 형성방법에 있어서, (a) 상기 포토마스크의 위상시프터의 에지부의 내부에, 레지스트 패턴으로서 필요로 하는 부분에만 광조절부를 형성하고, (b) 1회의 노광에 의해 해당 광조절부에만 레지스트 패턴이 형성되고, 해당 광조절부 이외의 위상시프터의 에지 부분에는 레지스트 패턴이 형성되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성방법.
제10항에 있어서, 상기 포토마스크의 광조절부에, 직사각형으로 해당 긴쪽 변이 위상시프터의 에지에 대해 수직이고, 해당 위상시프터의 에지를 긴쪽 변의 중심에 맞추어 평행하게 배열하는 차광패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성방법.
제10항에 있어서, 상기 포토마스크의 광조절부에, 직사각형으로 그 긴쪽 변이 위상시프터의 에지에 대해 평행하고, 그 길이는 레지스트 패턴이 필요로 하는 길이와 동일한 차광패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성방법.
제10항에 있어서, 상기 포토마스트의 광조절부에, 광의 투과율이 95% 미만인 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 포토마스크의 광조절부의 투과율을 상기 차광패턴의 폭의 조절에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 포토마스크의 광조절부의 투과율을 상기 차광패턴의 피치의 조절에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성방법.
제13항에 있어서, 상기 포토마스크의 광조절부의 투과율을 상기 박막의 막 두께의 조절에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성방법.
투영노광법에 의해 위상시프터의 에지를 사용하여 레지스트를 노광하는 레지스트 패턴의 형성에 있어서, 위상시프트 패턴 및 해당 위상시프트 패턴의 에지에 대응하여 미세한 피치로 배열된 차광패턴을 구비한 포토마스크.
제17항에 있어서, 미세한 피치는 사용하는 광학계의 개구수를 NA, 파장을 λ라 하였을 때 0.5×(λ/NA)이하로 하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제17항에 있어서, 상기 차광패턴은 직사각형으로 그 긴쪽 변이 위상시프터의 에지에 대하여 수직이고, 그 긴쪽 변이 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제19항에 있어서, 배열되는 차광패턴은 동일 형상인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제19항에 있어서, 상기 위상시프터의 아래에 그 에지에 맞추어 그 에지와 동등한 광분포가 얻어지는 0.25×(λ/NA)이하 폭의 미세패턴을 형성한 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제17항에 있어서, 상기 차광패턴은 직사각형으로, 그 긴쪽 변이 위상 시프터의 에지에 대해 평행하고, 그 긴쪽 변이 서로 평행하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제22항에 있어서, 배열되는 차광패턴은 동일 형상인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제22항에 있어서, 상기 위상시프터의 아래에 그 에지에 맞추어 그 에지와 동등한 광분포가 얻어지는 0.25×(λ/NA)이하 폭의 미세패턴을 형성한 것을 특징으로 하는 포토마스크.
포토마스크의 위상시프터의 에지를 사용하여 레지스트를 노광하는 레지스트 패턴 형성방법에 있어서, (a) 위상시프트 패턴 및 미세한 피치로 배열된 차광패턴을 갖는 포토마스크를 준비하고, (b) 상기 위상시프터의 에지 라인을 전사하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성방법.
제25항에 있어서, 전사하는 에지의 선폭을, 미세한 피치로 배열한 차광패턴의 폭에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 레지시트 패턴 형성방법.
제25항에 있어서, 전사하는 에지의 선폭을 미세한 피치로 배열한 차광패턴의 피치에 의해 제어하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴 형성방법.
투영노광법에 의한 포지티브형 레지스트의 라인 앤즈 스페이스용 마스크 패턴을 형성함에 있어 위상시프트 패턴 및 차광패턴을 구비한 포토마스크에 있어서, 필요로 하는 패턴부에 미세한 반복피치로 형성된 크롬패턴을 설치하고, 웨이퍼 상의 필요로 하는 패턴부의 광강도를 저감시키는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제28항에 있어서, 상기 크롬패턴이 광학계의 개구수를 NA, 파장을 λ로 하였을 때, (1/2)λ/NA 의 피치로 배열된 패턴인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제28항에 있어서, 상기 크롬패턴은 광의 투과율이 80% 미만인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
제28항에 있어서, 웨이퍼 상에서의 패턴이 희망하는 치수로 얻어지는 노광량일 때에 불필요한 시프터의 에지가 형성되지 않도록 이루어진 것을 특징으로 하는 포토마스크.
투영노광법에 의해 포지티브형 레지스트의 라인 앤드 스페이스용 마스크 패턴을 형성함에 있어 위상시프트 패턴 및 차광패턴으로 이루어진 포토마스크를 개재하여 레지스트를 노광하는 패턴형성에 있어서, (a) 필요로 하는 패턴부에 미세한 반복피치의 크롬패턴을 형성하고, (b) 웨이퍼 상의 필요로 하는 패턴부의 광강도를 저감시키는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
제32항에 있어서, 상기 크롬패턴이, 광학계의 개구수를 NA, 파장을 λ로 하였을 때, (1/2)λ/NA 의 피치로 배열하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
제32항에 있어서, 상기 크롬패턴은 광의 투과율을 80% 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
제32항에 있어서, 웨이퍼 상에서의 패턴이 희망하는 치수로 얻어지는 노광량일 때에 불필요한 시프터의 에지가 형성되지 않도록 조정하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.